JP4760104B2 - レンズアレイの最適共役長の決定方法およびプリントヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真式の複写機やプリンタなどに用いられるプリントヘッドの製造方法、およびプリントヘッドが備えるレンズアレイの最適共役長の決定方法に関するものである。

一般に複写機やプリンタなどの電子写真装置は画像形成装置を備えており、プリントヘッドは、画像形成装置を構成する重要な部品として知られている。近年では装置の小型化等の要請があり、その実現のため、発光体として発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と略す。）を用いたＬＥＤプリントヘッドが注目されている。ＬＥＤプリントヘッドは、ＬＥＤの光を均一に帯電させたドラム状の感光体上に照射して画像露光を施し、感光体の外周面上に静電潜像を形成する役割を果たす。そして、静電潜像にトナーを付着させて現像し、現像したトナー像を紙などの記録媒体上に転写・定着させることにより、印字画像が形成される。

このようなＬＥＤプリントヘッドは、通常、記録用紙に形成される画像の画素数に対応するＬＥＤを一列に配列したＬＥＤアレイと、各ＬＥＤが発した光を感光体の外周面上に結像させるロッドレンズを配列したレンズアレイとを備えている（例えば、特許文献１参照）。図１６は、従来におけるＬＥＤプリントヘッド５１を例示している。このＬＥＤプリントヘッド５１は、プリントヘッド本体５２を備えている。プリントヘッド本体５２における異なる位置には、レンズアレイ５４及びＬＥＤアレイ５３がそれぞれ固定されている。ＬＥＤアレイ５３には複数のＬＥＤ５５が配列され、レンズアレイ５４には複数のロッドレンズが配列されている。

ところで、ＬＥＤアレイ５３の有する発光点５７と感光体５６の外周面上の結像点５９とはいわゆる共役関係にあり、この場合の発光点５７−結像点５９間の距離のことを共役長（ＴＣ）と呼んでいる。そして、通常はこの共役長（ＴＣ）の最適値を所定の方法で決定したうえで、その値に基づいてＬＥＤアレイ５３を基準とするレンズアレイ５４及び感光体５６の位置決めが行われる。

ここで従来における最適共役長の決定方法を紹介する。まず、発光点５７を基準としておよそＴＣ／２だけ離間した位置に、レンズアレイ５４の中心点５８を配置する。また、発光点５７を基準としておよそＴＣだけ離間した位置に、フォトダイオード等を用いた光量測定手段を配置する。次に中心点５８の位置が結像点５９の位置の１／２の高さとなる関係を維持した状態で、光量測定手段及びレンズアレイ５４を光軸方向（図１６の矢印Ｆ１方向）に沿って移動させる。その際、ＴＣ値の変化に対する光量の変化を光量測定手段で測定し、さらにこれに基づいてＭＴＦ（Modulation Transfer Function：コントラスト伝達関数）の平均値を求める。ＭＴＦの平均値（以下ＭＴＦaveと略す）とは、レンズアレイ５４のアレイ長手方向に沿った複数の点（図１７に示す複数の結像点５９の近傍）で得た測定値から求めた平均値のことを指す。図１８は横軸をＴＣ値（ｍｍ）、縦軸をＭＴＦave （％）としたグラフであり、それにおける上に凸の曲線はＭＴＦaveの変化を示す曲線である。この曲線においてＭＴＦaveが最大になる位置のＴＣ値をＭＴＦ−ＴＣとすると、このＭＴＦ−ＴＣ値が最適共役長として決定されることになる。

そして、このように決定されたＭＴＦ−ＴＣ値に基づいて、以下のようにレンズアレイ５４及び感光体５６の位置決めを行う。即ち、ＬＥＤアレイ５３の発光点５７の位置を基準として、そこからＭＴＦ−ＴＣ／２（ｍｍ）だけ離間した位置に、レンズアレイ５４の中心点５８を合わせて固定する。また、ＬＥＤアレイ５３の発光点５７の位置を基準として、そこからＭＴＦ−ＴＣ（ｍｍ）だけ離間した位置に、感光体５６の外周面を合わせて固定する。なお、ＬＥＤプリントヘッド５１を用いた画像形成装置には、従来、高画質化に対する厳しい要求がある。このため、上記のような位置決め作業はシビアに行われる必要がある。
特開平６−３２０７９０号公報（図１など）

ところで、レンズアレイ５４の光学特性は製造ロット間で常に一定であることが望ましいが、実際上は複数の製造ロット間で比較してみると光学特性がばらついている可能性がある。従って、特定の製造ロットに基づいて決定されたＭＴＦ−ＴＣ値を適用して、他の製造ロットを組み立てようとしても、レンズアレイ５４及び感光体５６を適切な位置に固定できないことがある。このため、例えば結像点５９におけるビーム径の大きさが製造ロットごとでばらついてしまい、これが原因となって感光体５６における静電画像にムラが生じる。すると、このムラが記録用紙上に形成される画像のすじムラとなって現われ、印字画質を悪化させてしまう。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学特性のばらつきに起因する画像のすじムラが発生しにくく、印字画質に優れたプリントヘッドの製造方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、このような優れたプリントヘッドを製造するうえで好適なレンズアレイの最適共役長の決定方法、およびレンズアレイ最適共役長決定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、複数のロッドレンズを配列してなるレンズアレイの最適共役長を決定する方法であって、前記レンズアレイの一端に発光体の発光点から光線を入射させ、前記レンズアレイを光軸方向に沿って移動させながら、前記レンズアレイの他端から出射した光線を結像させるとともに、光軸方向とは垂直な方向であって、直交する２方向のビーム径それぞれの前記レンズアレイの位置を光軸方向に変更したときの変化率を求め、前記求めた２方向のビーム径の変化率を比較し、ビーム径の変化率が大きい方のビーム径が最小値となるときの光線の結像点を求め、該結像点と前記発光点との距離を最適共役長として決定することを特徴とするレンズアレイの最適共役長の決定方法をその要旨とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、光軸方向とは垂直な方向であって、直交する２方向は、前記レンズアレイの長手方向（Ｘ方向）と、前記レンズアレイの短手方向（Ｙ方向）であるレンズアレイの最適共役長の決定方法をその要旨とする。
請求項３に係る発明は、発光体が固定されたプリントヘッド本体に、複数のロッドレンズを配列してなるレンズアレイを固定して、プリントヘッドを製造する方法であって、上記請求項１または請求項２に係る発明の方法により決定された最適共役長の１／２の距離だけ前記発光体の発光点から離間した位置に、前記レンズアレイの光軸方向における中心点を合わせて、この状態で前記レンズアレイを前記プリントヘッド本体に固定することを特徴とするプリントヘッドの製造方法をその要旨とする。

（削除）

これらの発明では、結像した光線の光軸方向とは垂直な方向であって、直交する２方向のビーム径それぞれの前記レンズアレイの位置を光軸方向に変更したときの変化率を求め、前記求めた２方向のビーム径の変化率を比較し、ビーム径の変化率が大きい方のビーム径が最小値となるときの光線の結像点を求め、求められた結像点と発光点との距離を最適共役長として決定している。このため、例えば、製造ロットごとに光学特性のばらつきがあったとしても、それに影響されることなく最適共役長を決定することができる。よって、当該最適共役長を基準としてレンズアレイの配設位置を決定すれば、製造ロットごとの光学特性のばらつきの影響を軽減することができ、従来に比べてより理想的な位置にレンズアレイを配設可能となる。そして当該配設位置にレンズアレイを位置決め固定すれば、画像のすじムラが発生しにくくなり、印字画質を向上させることができる。

前記レンズアレイとは、ロッドレンズ（棒状レンズ）を配列した構造のレンズを指す。好適なレンズアレイの例としては、中心から周辺にかけて放物線状の屈折率分布を有する光学繊維をロッドレンズとして用い、これを配列した構造のセルフォック・レンズ・アレイなどがある。なお、セルフォック・レンズ・アレイ（以下「ＳＬＡ」と略す。）は、日本板硝子株式会社の登録商標である。

なお「結像した光線の二次元的形状から得られる所定の幾何学的パラメータ」としては、１）結像した光線のビーム径、２）結像した光線のビーム断面積、３）結像した光線のビーム外周長などが挙げられる。即ち、これらの幾何学的パラメータが最小値を採るときには、通常、結像した光線が最も集束した状態となるからである。そしてこれらの幾何学的パラメータの中でも、とりわけ１）の結像した光線のビーム径を用いて最適共役長を決定することが好ましい。これによれば、他の幾何学的パラメータを用いて最適共役長を決定する場合に比べて、計算処理の負担を小さくすることができる。

ここで、所定の幾何学的パラメータとしてビーム径を採用する場合には以下のようにしてもよい。即ち、結像した光線の二次元的形状において直交する２方向のビーム径を、Ｘ方向ビーム径及びＹ方向ビーム径と、それぞれ定義する。そして、前記レンズアレイの位置を同じ距離だけ変更したときの変化率を比較する。このときの変化率が大きいほうを、所定の幾何学的パラメータとして用いる「ビーム径」として採用する。この方法によれば、ビーム径の最小値をより簡単にかつ正確に求めることができるため、結果的に最適共役長をより高精度に求められることが可能となる。このことは印字画質の向上に確実に寄与する。

２）の結像した光線のビーム断面積を、所定の幾何学的パラメータとして採用する場合には、例えば、結像した光線の形状に基づいてそれに外接または内接する仮想円を近似し、その仮想円の面積を求め、それをビーム断面積として定義してもよい。もっとも、この場合において円形ではなく別の形状（例えば矩形など）に近似することも許容される。あるいは、結像した光線の形状に基づいてＸ方向ビーム径とＹ方向ビーム径とをそれぞれ求め、それらを積算した値をビーム断面積として定義してもよい。

３）の結像した光線のビーム外周長を、所定の幾何学的パラメータとして採用する場合には、例えば、結像した光線の形状に基づいてそれに外接または内接する仮想円を近似し、次いでその仮想円の外周長を求めて、それをビーム外周長として定義してもよい。

なお、前記発光体の発光点の位置が、前記レンズアレイの長手方向中心線から幅方向にオフセットしている場合、そのオフセット量に基づいて算出される補正値を加算することにより、前記最適共役長を補正することが好ましい。このようにすれば、幾何学的パラメータの最小値を意図的に大きくすることができる。よって、たとえ発光点の位置が幅方向にオフセットしたとしても、ロッドレンズへ入射する光量の変化や、結像光に生じる光量ムラを緩和させることができるため、印字画質の悪化を防止することができる。

上記課題を解決するために、第４の発明は、複数のロッドレンズを配列してなるレンズアレイの最適共役長を決定するための装置であって、前記レンズアレイから出射した光線を受けて結像させる受光手段と、前記受光手段を前記レンズアレイの光軸方向に沿って駆動する受光手段駆動手段と、前記受光手段駆動手段と同期して前記レンズアレイを駆動するレンズアレイ駆動手段と、前記受光手段からの出力に基づいて演算を行うことにより、前記受光手段にて結像した光線の二次元的形状から得られる所定の幾何学的パラメータが最小値となるときの光線の結像点を求め、該結像点と発光点との距離を、最適共役長として決定する演算手段とを備えたことを特徴とするレンズアレイ最適共役長決定装置その要旨とする。

この発明によると、演算手段が、結像した光線の二次元的形状から得られる所定の幾何学的パラメータが最小値となるときの結像点を求め、求められた結像点と発光点との距離を最適共役長として決定する。このため、例えば、製造ロットごとに光学特性のばらつきがあったとしても、それに影響されることなく最適共役長を決定することができる。よって、当該最適共役長を基準としてレンズアレイの配設位置を決定すれば、製造ロットごとの光学特性のばらつきの影響を軽減することができ、従来に比べてより理想的な位置にレンズアレイを配設可能となる。そして当該配設位置にレンズアレイを位置決めすれば、画像のすじムラが発生しにくくなり、印字画質を向上させることができる。

以上詳述したように、請求項１または請求項２に記載の発明によると、画像のすじムラ発生の原因となる光学特性のばらつきが存在していたとしても、その影響を軽減できる共役長をレンズアレイの最適共役長として決定することができる。請求項３に記載の発明によると、光学特性のばらつきに起因する画像のすじムラが発生しにくく、印字画質に優れたプリントヘッドを得ることができる製造方法を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１，図２に示されるように、ＬＥＤプリントヘッド１１（プリントヘッド）は、均一に帯電させた略円筒状をなす感光体ドラム２１上に光を照射して、感光体ドラム２１の外周面に静電潜像を形成するための部品である。ＬＥＤプリントヘッド１１を構成するプリントヘッド本体１２は、プリントヘッド本体１２の長手方向から見て略Ｌ字状をなす部材であって、感光体ドラム２１の回転軸に対して平行に配置されている。プリントヘッド本体１２は、ベース部１３と、同ベース部１３の上面１９の一部から突出する突出部１４とからなっている。また、ベース部１３の上面１９には細長い矩形状のＬＥＤ基板が接着剤などにより固定され、そのＬＥＤ基板上には複数のＬＥＤアレイ１５（発光体アレイ）が実装されている。ＬＥＤアレイ１５は、複数のＬＥＤ素子１６（発光体）をアレイ長手方向に沿って配列することにより構成されている。なお、アレイ長手方向のことを便宜上「Ｘ方向」とも呼ぶことにする。

図１に示されるように、突出部１４の側面にはレンズアレイ１７が接着剤などにより固定されている。レンズアレイ１７は、ＬＥＤ素子１６の発光点３１（図３参照）からの入射光を感光体ドラム２１の外周面上に結像させる機能を有している。本実施形態のレンズアレイ１７は、一対の側板２０間に複数のロッドレンズ１８をアレイ長手方向に沿って千鳥状に配置することにより構成された、いわゆるＳＬＡである。側板２０は、略矩形状をなすガラスエポキシ樹脂製の板であり、ロッドレンズ１８は、断面円形状をなす光学繊維製の棒状部材である。また、両側板２０と各ロッドレンズ１８との隙間には、シリコーン樹脂が充填されている。

また、上面１９においてＬＥＤ基板の両端近傍の位置には、一対の感光体位置決めピン２２（感光体位置決め部材）が感光体ドラム２１側に突出した状態で植設されている。感光体位置決めピン２２は、先端に感光体ドラム２１の外周面を接触させることで、ＬＥＤプリントヘッド１１と感光体ドラム２１との位置決めを図るための部材である。

次に、レンズアレイ１７の最適共役長の決定に用いられるレンズアレイ位置決め固定装置について説明する。

図２に示されるように、レンズアレイ位置決め固定装置１は、カメラ位置調節装置９、レンズアレイ駆動装置１０（レンズアレイ駆動手段）及び制御部２４を備えている。
カメラ位置調節装置９は、受光手段であるＣＣＤ（Charge
Coupled Device）カメラ２や、受光手段駆動手段であるカメラ移動用アクチュエータ３を備えている。ＣＣＤカメラ２は、レンズアレイ１７から出射した光線、即ち、前記ＬＥＤ素子１６からの光線を受けて結像させるとともに、結像データを出力するための手段である。また、各ＬＥＤ素子１６は、発光用制御回路４１の駆動により発光するようになっている。なお、発光用制御回路４１の駆動に頼らないで各ＬＥＤ素子１６を発光させるように構成してもよい。また、ＣＣＤカメラ２は、下向きの状態でカメラ移動用アクチュエータ３に取り付けられている。カメラ移動用アクチュエータ３は、第１のドライバ４４の駆動により、レンズアレイ１７の長手方向（即ちＸ方向、図２では紙面厚さ方向）に沿って移動する。また、カメラ移動用アクチュエータ３は、第２のドライバ４５の駆動により、レンズアレイ１７の光軸方向（即ちＺ方向、図２では上下方向）に沿って移動する。

また、レンズアレイ駆動装置１０は、ベース６、第１スライダ７、第２スライダ８及びレンズアレイホルダー５を備えている。第１スライダ７は、ベース６に支持されており、第１スライダ駆動用ドライバ４２の駆動により水平方向に移動するようになっている。また、第２スライダ８は、第１スライダ７に支持されており、第２スライダ駆動用ドライバ４３の駆動により上下方向に移動するようになっている。

図２に示されるように、レンズアレイホルダー５は、基端部が第２スライダ８に連結されるとともに、先端部がＣＣＤカメラ２の下方に配置されている。レンズアレイホルダー５は、ホルダー駆動用ドライバ（図示略）の駆動によりレンズアレイ１７を把持または解放するようになっている。なお、真空吸着等によってレンズアレイ１７の把持・解放を行うように構成してもよい。レンズアレイホルダー５は、第１スライダ駆動用ドライバ４２の駆動により、把持したレンズアレイ１７を突出部１４の側面に対して接離する方向（図２の水平方向）に移動するようになっている。また、レンズアレイホルダー５は、第２スライダ駆動用ドライバ４３の駆動により、レンズアレイ１７の光軸方向に沿って移動するようになっている。さらに、レンズアレイホルダー５に把持されたレンズアレイ１７は、カメラ移動用アクチュエータ３と同期して移動するようになっている。例えば、カメラ移動用アクチュエータ３（及びＣＣＤカメラ２）が、第２のドライバ４５の駆動によってレンズアレイ１７の光軸方向に沿って所定距離移動すると、レンズアレイ１７は、第２スライダ駆動用ドライバ４３の駆動によって所定距離の１／２の距離だけ移動する。

図２に示されるように、制御部２４はレンズアレイ位置決め固定装置１全体の制御を行う。制御部２４はＣＰＵ２５を備えており、ＣＰＵ２５には、ＲＯＭ２６、ＲＡＭ２７及び入出力ポート（Ｉ／Ｏポート）２８が接続されている。ＣＰＵ２５は、レンズアレイ位置決め固定装置１全体を制御するための各種処理を実行し、その処理結果を所定の制御信号をとして出力するようになっている。例えば、ＣＰＵ２５は、発光用制御回路４１及び各ドライバ４２，４３，４４，４５を駆動制御するようになっている。ＲＯＭ２６には、レンズアレイ位置決め固定装置１を制御するための制御プログラムが記憶されている。ＲＡＭ２７には、レンズアレイ位置決め固定装置１の動作に必要な各種の情報が一時的に記憶される。そのような情報の具体例としては、ＬＥＤ素子１６から出射した光線を撮影することでＣＣＤカメラ２が出力した結像データなどがある。さらに、入出力ポート２８には、ＣＣＤカメラ２、発光用制御回路４１及び各ドライバ４２，４３，４４，４５が電気的に接続されている。また、ＣＰＵ２５には、ＣＣＤカメラ２が出力した結像データが、入出力ポート２８を介して入力されるようになっている。

次に、レンズアレイ１７−ＬＥＤアレイ１５間の位置ずれと、結像光に生じる光量ムラとの関係について説明する。

図４〜図６は、ＬＥＤアレイ１５を構成するＬＥＤ素子１６の発光点３１の位置が、レンズアレイ１７の幅方向にオフセットしたときの問題を説明するための図である。ＬＥＤ素子１６を発光させると、レンズアレイ１７にはＬＥＤ素子１６の発光点３１から発せられた光線が入射する。しかし、図５，図６に示されるように、各ＬＥＤ素子１６の発光位置がレンズアレイ１７の長手方向中心線Ｌ１から幅方向（即ちＹ方向）へずれていると、ロッドレンズ１８へ入射する光量が変化する。その結果、結像光に生じる光量ムラが大きくなり、その部分に対応して露光される箇所の静電画像にムラが生じる。この状態で印画すると、このムラが、ロッドレンズ１８の径と同程度のピッチで記録用紙上に形成されるすじムラとなって現われ、印字画質を悪化させてしまう。なお、各発光点３１の位置がレンズアレイ１７の幅方向にずれないように組み立てれば上記の問題点は発生しないが、実際には、部品精度や組立精度のばらつきにより発光点３１の位置がオフセットする可能性があるため、印字画質が悪化してしまう。このことは、ＬＥＤプリントヘッド１１の歩留まり低下の原因となっている。

そこで、本実施形態では、図６に示されるように、ＬＥＤ素子１６の発光点３１から感光体ドラム２１上の結像点３２までの距離は、ＴＣopt＋ΔＴＣに設定される。ここで、ΔＴＣは任意の微小長さ（補正値）を示している。このΔＴＣにより、Ｘ方向ビーム径Ａ１及びＹ方向ビーム径Ａ２を意図的に大きくすることができるため、たとえレンズアレイ１７の幅方向への変動を生じたとしても、すじムラを緩和させることができる。この場合、ＴＣopt＋ΔＴＣの１／２の距離だけ発光点３１から離間した位置に、レンズアレイ１７の光軸方向における中心点３３が配置される（図３参照）。

次に、上記のレンズアレイ位置決め固定装置１を用いたＬＥＤプリントヘッド１１の製造方法を、図７のフローチャート等に基づいて説明する。

まず、プリントヘッド本体１２のベース部１３の上面１９に、ＬＥＤアレイ１５が実装されたＬＥＤ基板を、接着剤などを用いて固定する。次に、ＬＥＤアレイ１５が固定されたプリントヘッド本体１２を、ベース６側方の所定領域に載置し固定する。そして、ＣＰＵ２５は、図７に示されるステップＳ１００において準備処理を実行する。具体的に言うと、ＣＰＵ２５は、ホルダー駆動用ドライバを駆動させて、レンズアレイ１７をレンズアレイホルダー５に把持させる。そして、ＣＰＵ２５は、第１スライダ駆動用ドライバ４２及び第２スライダ駆動用ドライバ４３を駆動させて、レンズアレイ１７の位置を仮決めする。具体的には、レンズアレイ１７を突出部１４の側面に当接させるとともに、共役長の１／２の距離だけＬＥＤ素子１６の発光点３１から離間した位置に、レンズアレイ１７の光軸方向における中心点３３を配置する。なお、ここでの共役長はＭＴＦ−ＴＣとする。

次に、ステップＳ１１０において、ＣＰＵ２５は、ビーム径を所定の幾何学的パラメータとして用いて、レンズアレイ１７の最適共役長（ＴＣopt）を決定する処理を行う。具体的には、ＣＰＵ２５は、図８のフローチャートに示すサブルーチンを実行する。図８のサブルーチンは、ステップＳ２１０〜Ｓ３００の処理からなる。ステップＳ２１０において、ＣＰＵ２５は、発光用制御回路４１を駆動させてプリントヘッド本体１２上の各ＬＥＤ素子１６を発光させる。その結果、各ＬＥＤ素子１６の発した光線が、レンズアレイ１７の一端に入射する。

次に、ステップＳ２２０において、ＣＰＵ２５は、Ｘ方向ビーム径Ａ１（図３参照）を測定する処理を以下のように行う。即ち、ＣＰＵ２５は、ＣＣＤカメラ２及びレンズアレイ１７を光軸方向（Ｚ方向）に沿って移動させながら、レンズアレイ１７の他端から出射した光線をＣＣＤカメラ２上にて結像させる。そしてその際に、ＣＰＵ２５は、ＣＣＤカメラ２から出力された結像データを取り込んで所定の画像解析処理を行うことにより、ＣＣＤカメラ２及びレンズアレイ１７の位置の変化に対するＸ方向ビーム径Ａ１の変化を測定する。

具体的には、ＣＰＵ２５は、Ｚ方向におけるＣＣＤカメラ２及びレンズアレイ１７の位置を複数回変え、各々の位置においてＣＣＤカメラ２をレンズアレイ１７の長手方向（Ｘ方向）に沿って移動させ、等間隔に設けられた測定点でのＸ方向ビーム径Ａ１の測定値に基づいてその平均値を算出する。ここで、図９は横軸をＴＣ値（ｍｍ）、縦軸をビーム径（μｍ）としたグラフであり、そのグラフ中には、Ｘ方向ビーム径Ａ１の変化を示す曲線Ｃ１が描かれている。この曲線Ｃ１は下に凸の曲線であり、その凸の部分においてＸ方向ビーム径Ａ１の平均値が最小値をとる。

また、ステップＳ２３０において、ＣＰＵ２５は、ステップＳ２２０と略同様の処理を実行し、Ｙ方向ビーム径Ａ２の平均値を算出する。図９のグラフ中には、Ｙ方向ビーム径Ａ２の変化を示す曲線Ｃ２が描かれている。この曲線Ｃ２は下に凸の曲線であり、その凸の部分においてＹ方向ビーム径Ａ２の平均値が最小値をとる。さらに、ＣＰＵ２５は、ステップＳ２４０においてＸ方向ビーム径Ａ１の変化率（レンズアレイ１７の位置を同じ距離だけ変更したときの変化率）を算出し、ステップＳ２５０においてＹ方向ビーム径Ａ２の変化率を算出する。

ステップＳ２６０において、ＣＰＵ２５は、Ｘ方向ビーム径Ａ１の変化率がＹ方向ビーム径Ａ２の変化率よりも大きいか否かを判定する。Ｘ方向ビーム径Ａ１の変化率がＹ方向ビーム径Ａ２の変化率よりも大きい場合（ステップＳ２６０：Ｙ）、ＣＰＵ２５は、Ｘ方向ビーム径Ａ１の最小値を、最適共役長ＴＣoptを決定するためのビーム径として採用する（ステップＳ２７０）。
一方、Ｘ方向ビーム径Ａ１の変化率がＹ方向ビーム径Ａ２の変化率よりも小さい場合（ステップＳ２６０：Ｎ）、ＣＰＵ２５は、Ｙ方向ビーム径Ａ２の最小値を、最適共役長ＴＣoptを決定するためのビーム径として採用する（ステップＳ２８０）。

そして、ステップＳ２９０において、ＣＰＵ２５は、採用されたビーム径が最小値となるときの光線の結像点３２を求める。さらに、ステップＳ３００において、ＣＰＵ２５は、求められた結像点３２と発光点３１との間の距離を最適共役長（ＴＣopt）として決定し、決定された最適共役長をＲＡＭ２７に記憶させる。これに伴い、ＣＰＵ２５は、ＴＣoptの１／２の距離離間した位置を、レンズアレイ１７の配設位置として決定し（図３参照）、その配設位置を示すデータをＲＡＭ２７に記憶させ、本サブルーチンを終了する。

ここで、図８に示されるサブルーチンが終了すると、ＣＰＵ２５は、図７に示されるステップＳ１２０の処理へ移行する。ステップＳ１２０において、ＣＰＵ２５は、オフセット量Ｌ２（図５，図６参照）を測定するための処理を行う。ここで、ＣＰＵ２５によりオフセット量Ｌ２を測定する方法を、以下に例示する。即ち、ＣＰＵ２５は、第１スライダ駆動用ドライバ４２を駆動させて、レンズアレイ１７を突出部１４の側面から離間させ、ＣＣＤカメラ２の下方から退避させる。そして、ＣＰＵ２５は、ＣＣＤカメラ２が出力した結像データに基づき、固定状態におけるレンズアレイ１７の長手方向中心線Ｌ１（図４，図５参照）の位置を基準として、所定の発光点３１のオフセット量Ｌ２を測定する。なお、他の方法によってオフセット量Ｌ２を測定してもよい。また、オフセット量Ｌ２があらかじめ判っているような場合には、本ステップＳ１２０を省略してもよい。

次に、ステップＳ１３０において、ＣＰＵ２５は、測定されたオフセット量Ｌ２に基づいて補正値（ΔＴＣ）を算出する。なお、測定されたオフセット量Ｌ２が０であれば、算出される補正値は０となる。そして、ステップＳ１４０において、ＣＰＵ２５は、最適共役長（ＴＣopt ）に補正値（ΔＴＣ）を加算して最適共役長を補正し、ステップＳ１５０の処理へ移行する。

そして、ステップＳ１５０において、ＣＰＵ２５は、第２スライダ駆動用ドライバ４３を駆動させてレンズアレイ１７を上下動させることにより、補正された最適共役長の１／２の距離（（ＴＣopt＋ΔＴＣ）／２）だけＬＥＤ素子１６の発光点３１から離間した位置に、レンズアレイ１７の光軸方向における中心点３３を合わせる。そして、この状態で、レンズアレイ１７を突出部１４の側面に固定する。具体的には、レンズアレイ１７の側壁と突出部１４の側面との間に紫外線硬化型接着剤を塗布する。そして、塗布された紫外線硬化型接着剤に紫外線を所定時間照射して、紫外線硬化型接着剤を硬化させる。そして、紫外線硬化型接着剤が硬化した後でレンズアレイホルダー５によるレンズアレイ１７の把持を解除する。その結果、レンズアレイ１７が位置決め固定されて、図１に示されるＬＥＤプリントヘッド１１が完成する。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態におけるレンズアレイ１７の最適共役長の決定方法では、Ｘ方向ビーム径Ａ１またはＹ方向ビーム径Ａ２が最小値（図１１〜図１３に示すビーム径ｍｉｎ）となるときの結像点３２を求める。そして、そのときの結像点３２と発光点３１との間の距離を最適共役長（ＴＣopt：図９〜図１３，図１５では「ビーム径ＴＣ」と記す。）として決定している。これに対して、比較例（従来例）では、ＭＴＦが最大値（図１１〜図１３に示すＭＴＦmax）となるときの共役長を最適共役長（図１０に示すＭＴＦ−ＴＣ）として決定している。これらビーム径ＴＣとＭＴＦ−ＴＣとの大小関係は、レンズアレイ１７ごとによっても変動するが、レンズアレイ１７の製造ロット（例えばロットＡ，Ｂ，Ｃ）によって大きく変動する。例えば、図１１のグラフは、ビーム径ＴＣ＜ＭＴＦ−ＴＣとなったロットＡにおけるＭＴＦ変化曲線及びビーム径変化曲線を示している。図１２のグラフは、ビーム径ＴＣ≒ＭＴＦ−ＴＣとなったロットＢにおけるＭＴＦ変化曲線及びビーム径変化曲線を示している。図１３のグラフは、ビーム径ＴＣ＞ＭＴＦ−ＴＣとなったロットＣにおけるＭＴＦ変化曲線及びビーム径変化曲線を示している。

従って、仮にＭＴＦ−ＴＣを用いて最適共役長を決定してＬＥＤプリントヘッド１１を組み立てると、製造ロットによってビーム径がばらついてしまうため、高い精度で最適共役長を決定することができない。一方、本実施形態のように、ビーム径ＴＣを用いて最適共役長を決定してＬＥＤプリントヘッド１１を組み立てると、製造ロットに関係なくビーム径が安定する。そのため、高い精度で最適共役長を決定することができる。よって、当該最適共役長を基準としてレンズアレイ１７の配設位置を決定すれば、製造ロットごとの光学特性のばらつきの影響を軽減することができ、従来に比べてより理想的な位置にレンズアレイ１７を配設可能となる。そして、当該配設位置にレンズアレイ１７を位置決め固定すれば、製造ロットごとの光学特性のばらつきに起因する画像のすじムラが発生しにくくなり、印字画質を向上させることができる。

なお、ビーム径ＴＣを用いた場合のＭＴＦmaxの値は、ロットＢの以外のものでは低下する。しかし、標準的なＭＴＦmaxの値は６０〜７０％である。これに比べて、ロットＢの以外のものを選択したときのＭＴＦmaxの低下量は、せいぜい数ポイントである。そしてこの程度ＭＴＦmaxの値が低下したとしても、実用上、解像度に問題を来さない。

（２）仮に、図１０に示す比較例においてＭＴＦ−ＴＣ値にΔＴＣを加算して最適共役長を補正し、ＬＥＤプリントヘッド１１を組み立てる場合を考える。例えば、ビーム径ＴＣ＜ＭＴＦ−ＴＣのロットＡでは、ビーム径ｍｉｎが大きくなり過ぎて、印字画質を大きく悪化させてしまう（図１４参照）。一方、本実施形態では、ビーム径ＴＣ（図１０参照）にΔＴＣを加算して最適共役長を補正し、ＬＥＤプリントヘッド１１を組み立てている。この場合、ロットＡのレンズアレイ１７であっても、ビーム径ｍｉｎはそれ程増加しないため（図１５参照）、安定した印字画質を得ることができる。

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、Ｘ方向ビーム径Ａ１及びＹ方向ビーム径Ａ２のうち、レンズアレイ１７の位置を同じ距離だけ変更したときの変化率が大きいほうのビーム径を、最適共役長（ＴＣopt）を決定するための幾何学的パラメータとして採用した。それに代えて、Ｘ方向ビーム径Ａ１及びＹ方向ビーム径Ａ２のうちの一方を幾何学的パラメータとして採用してもよい。また、Ｘ方向ビーム径Ａ１及びＹ方向ビーム径Ａ２の平均値を幾何学的パラメータとして採用してもよい。

・上記実施形態において、Ｘ方向ビーム径Ａ１、Ｙ方向ビーム径Ａ２などの幾何学的パラメータの最小値を、例えば以下の方法で求めてもよい。まず、レンズアレイ１７の長手方向中心線Ｌ１（図４，図５参照）に沿って等間隔に配置された測定点の中から３つ以上の測定点を選択する。次に、選択した測定点における幾何学的パラメータの値をそれぞれ求め、求められた値から、例えば最小二乗法により所定の曲線式を導出する。そして、導出された式の極小値を「幾何学的パラメータの最小値」として採用する。

・レンズアレイ１７の最適共役長決定処理（図８参照）において、Ｙ方向ビーム径Ａ２の測定（ステップＳ２３０）を、Ｘ方向ビーム径Ａ１の測定（ステップＳ２２０）よりも先に行うようにしてもよい。同様に、Ｙ方向ビーム径Ａ２の変化率の算出（ステップＳ２５０）を、Ｘ方向ビーム径Ａ１の変化率の算出（ステップＳ２４０）よりも先に行うようにしてもよい。また、Ｘ方向ビーム径Ａ１を測定して変化率を算出（ステップＳ２２０，Ｓ２４０）した後、Ｙ方向ビーム径Ａ２を測定して変化率を算出（ステップＳ２３０，Ｓ２５０）してもよいし、Ｙ方向ビーム径Ａ２を測定して変化率を算出した後、Ｘ方向ビーム径Ａ１を測定して変化率を算出してもよい。

・上記実施形態のステップＳ２６０（図８参照）では、Ｘ方向ビーム径Ａ１の変化率がＹ方向ビーム径Ａ２の変化率よりも大きいか否かを判定していたが、Ｙ方向ビーム径Ａ２の変化率がＸ方向ビーム径Ａ１の変化率よりも大きいか否かを判定してもよい。このようにすれば、ステップＳ２６０の判定が「ＹＥＳ」の場合に、Ｙ方向ビーム径Ａ２の最小値が、最適共役長を決定するためのビーム径として採用され（ステップＳ２８０）、ステップＳ２６０の判定が「ＮＯ」の場合に、Ｘ方向ビーム径Ａ１の最小値が、最適共役長を決定するためのビーム径として採用される（ステップＳ２７０）。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）複数のロッドレンズを配列してなるレンズアレイの最適共役長を決定するための装置であって、前記レンズアレイから出射した光線を受けて結像させるとともに、結像データを出力する受光手段と、前記受光手段を前記レンズアレイの光軸方向に沿って駆動する受光手段駆動手段と、前記受光手段駆動手段と同期して前記レンズアレイを駆動するレンズアレイ駆動手段と、前記受光手段からの出力に基づいて演算を行うことにより、前記受光手段にて結像した光線の二次元的形状において直交する２方向のビーム径をＸ方向ビーム径及びＹ方向ビーム径とそれぞれ定義し、前記レンズアレイの位置を同じ距離だけ変更したときの変化率が大きいほうのビーム径が最小値となるときの光線の結像点を求め、該結像点と発光点との距離を、最適共役長として決定する演算手段とを備えたことを特徴とするレンズアレイ最適共役長決定装置。

本発明を具体化した一実施形態におけるＬＥＤプリントヘッドを示す概略斜視図。 レンズアレイ位置決め固定装置を示す概略図。 レンズアレイの最適共役長の決定方法を説明するための図。 比較例のレンズアレイにおける光量ムラを説明するための図。 最適共役長の補正方法を説明するための図。 最適共役長の補正方法を説明するための図。 ＬＥＤプリントヘッドを製造する処理を示すフローチャート。 レンズアレイの最適共役長決定処理を示すフローチャート。 共役長とビーム径との関係を示すグラフ。 ビーム径ＴＣとＭＴＦ−ＴＣとの関係を示す概略図。 共役長とビーム径との関係、及び、共役長とＭＴＦとの関係を示すグラフ。 共役長とビーム径との関係、及び、共役長とＭＴＦとの関係を示すグラフ。 共役長とビーム径との関係、及び、共役長とＭＴＦとの関係を示すグラフ。 ＭＴＦ−ＴＣ＋ΔＴＣとビーム径との関係を説明するためのグラフ。 ビーム径ＴＣ＋ΔＴＣとビーム径との関係を説明するためのグラフ。 従来技術におけるＬＥＤプリントヘッドを示す概略図。 ＭＴＦの測定方法を説明するための図。 共役長とＭＴＦave との関係を示すグラフ。

３…受光手段駆動手段としてのカメラ移動用アクチュエータ
８…受光手段としてのＣＣＤカメラ
１０…レンズアレイ駆動手段としてのレンズアレイ駆動装置
１１…プリントヘッドとしてのＬＥＤプリントヘッド
１２…プリントヘッド本体
１６…発光体としてのＬＥＤ素子
１７…レンズアレイ
１８…ロッドレンズ
２５…演算手段としてのＣＰＵ
３１…発光点
３２…結像点
３３…中心点
Ａ１…Ｘ方向ビーム径
Ａ２…Ｙ方向ビーム径
Ｌ１…長手方向中心線
Ｌ２…オフセット量
ＴＣopt …最適共役長
ΔＴＣ…補正値

Claims (3)

1. 複数のロッドレンズを配列してなるレンズアレイの最適共役長を決定する方法であって、
   前記レンズアレイの一端に発光体の発光点から光線を入射させ、
   前記レンズアレイを光軸方向に沿って移動させながら、前記レンズアレイの他端から出射した光線を結像させるとともに、
   光軸方向とは垂直な方向であって、直交する２方向のビーム径それぞれの前記レンズアレイの位置を光軸方向に変更したときの変化率を求め、前記求めた２方向のビーム径の変化率を比較し、ビーム径の変化率が大きい方のビーム径が最小値となるときの光線の結像点を求め、
   該結像点と前記発光点との距離を最適共役長として決定することを特徴とするレンズアレイの最適共役長の決定方法。
2. 光軸方向とは垂直な方向であって、直交する２方向は、前記レンズアレイの長手方向と、前記レンズアレイの短手方向である請求項１に記載のレンズアレイの最適共役長の決定方法。
3. 発光体が固定されたプリントヘッド本体に、複数のロッドレンズを配列してなるレンズアレイを固定して、プリントヘッドを製造する方法であって、
   請求項１または請求項２に記載の方法により決定された最適共役長の１／２の距離だけ前記発光体の発光点から離間した位置に、前記レンズアレイの光軸方向における中心点を合わせ、
   この状態で前記レンズアレイを前記プリントヘッド本体に固定するプリントヘッドの製造方法。

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