JP5228375B2 - 画像形成装置および露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置および露光装置に関する。

電子写真方式を用いたプリンタや複写機等の画像形成装置では、ＬＥＤ等の発光素子が配列された発光素子アレイと、集光素子である小径のロッドレンズが配列されたロッドレンズアレイとを用いた露光装置を備えたものが知られている。
このような露光装置は、ロッドレンズアレイの光出射面と像側焦点位置との距離が短いために、像保持体に近接して配置される。そのため、像保持体の交換やロッドレンズアレイの出射面の清掃等を行うために、露光装置を像保持体から離隔させるための機構が設けられる。
例えば特許文献１には、露光装置を像保持体である感光体ドラムと一定の距離に位置決めされた第１の位置と、第１の位置から退避した第２の位置とに移動可能に構成された画像形成装置が記載されている。

特開２００１−１７５０４６号公報（第４−５頁）

本発明は、露光手段を像保持体から離れた位置に配置しても画像品質を維持することを可能とし、露光手段を像保持体から離隔させるための機構を不要とすることを目的とする。

請求項１に係る発明は、像保持体と、前記像保持体を露光する露光手段とを有し、前記露光手段は、複数の光源と、前記複数の光源の各々に対応して配置され、当該光源から出射された光を集光する第１の集光手段と、前記第１の集光手段から出射された前記複数の光源各々からの光を集光する第２の集光手段と、前記第１の集光手段から前記第２の集光手段に向けて所定角以上の出射角で出射される光を遮蔽するとともに前記第１の集光手段相互の間隙の一部を埋めるように構成される遮蔽手段と、を備え、前記遮蔽手段は、前記第１の集光手段を構成する材質よりも屈折率が小さな材質を用いて構成されることを特徴とする画像形成装置である。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る画像形成装置にて、前記露光手段は、前記遮蔽手段が前記第１の集光手段から前記第２の集光手段の開口角以上の出射角で出射される光を遮蔽することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る画像形成装置にて、前記露光手段は、前記遮蔽手段が前記第１の集光手段の光出射面に接触して配置されたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に係る画像形成装置にて、前記露光手段は、前記遮蔽手段が前記第１の集光手段から出射される光を吸収する光吸収特性を有することを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１に係る画像形成装置にて、前記露光手段は、前記複数の光源と前記第１の集光手段とを支持する支持部材をさらに備え、前記支持部材は、前記第１の集光手段から前記第２の集光手段の開口角に等しい出射角で出射される光の出射面での高さに設定された側壁が前記複数の光源および当該第１の集光手段の周囲に配置されたことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、複数の光源と、前記複数の光源の各々に対応して配置され、当該光源から出射された光を集光する第１の集光手段と、前記第１の集光手段から出射された前記複数の光源各々からの光を集光する第２の集光手段と、前記第１の集光手段から前記第２の集光手段に向けて所定角以上の出射角で出射される光を遮蔽するとともに前記第１の集光手段相互の間隙の一部を埋めるように構成される遮蔽手段と、を備え、前記遮蔽手段は、前記第１の集光手段を構成する材質よりも屈折率が小さな材質を用いて構成されることを特徴とする露光装置である。

請求項７に係る発明は、請求項６に係る露光装置にて、前記遮蔽手段は、前記第１の集光手段から前記第２の集光手段の開口角以上の出射角で出射される光を遮蔽することを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項６に係る露光装置にて、前記遮蔽手段は、前記第１の集光手段相互の間隙の一部を埋めるように構成されたことを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、露光手段を像保持体から離れた位置に配置しても画像品質を維持することを可能とし、露光手段を像保持体から離隔させるための機構が不要となるとともに、本発明を採用しない場合と比較して、第１の集光手段から隣接する第１の集光手段に光が進入することを抑え、迷光の発生を抑制することができ、遮蔽手段と第１の集光手段との界面で全反射される光を増やし、遮蔽手段の遮蔽性能を高めることができる。
本発明の請求項２によれば、本発明を採用しない場合に比較して、迷光が第２の露光手段に入射することを抑え、画像不良の発生を抑制することができる。
本発明の請求項３によれば、本発明を採用しない場合と比較して、第１の集光手段から隣接する第１の集光手段に光が進入することを抑え、迷光の発生を抑制することができる。

本発明の請求項４によれば、本発明を採用しない場合と比較して、遮蔽手段の遮蔽性能を高めることができる。
本発明の請求項５によれば、本発明を採用しない場合と比較して、第２の露光手段に迷光が入射することを抑えることができる遮蔽手段を容易に構成することができる。

本発明の請求項６によれば、露光手段を像保持体から離れた位置に配置しても画像品質を維持することを可能とし、露光手段を像保持体から離隔させるための機構が不要となるとともに、本発明を採用しない場合と比較して、第１の集光手段から隣接する第１の集光手段に光が進入することを抑え、迷光の発生を抑制することができ、遮蔽手段と第１の集光手段との界面で全反射される光を増やし、遮蔽手段の遮蔽性能を高めることができる。
本発明の請求項７によれば、本発明を採用しない場合に比較して、迷光が第２の露光手段に入射することを抑え、画像不良の発生を抑制することができる。
本発明の請求項８によれば、本発明を採用しない場合に比較して、第１の集光手段から隣接する第１の集光手段に光が進入することを抑え、迷光の発生を抑制することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[実施の形態１]
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置１の全体構成の一例を示した図である。図１に示す画像形成装置１は、所謂タンデム型のデジタルカラープリンタであり、各色の画像データに対応して画像形成を行う画像形成プロセス部１０、画像形成装置１全体の動作を制御する制御部３０、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３や画像読取装置４等といった外部装置から受信された画像データに所定の画像処理を施す画像処理部３５、各部に電力を供給する主電源７０を備えている。

画像形成プロセス部１０には、一定の間隔を置いて並列的に配置される４つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ（以下、単に「画像形成ユニット１１」とも総称する）が備えられている。各画像形成ユニット１１は、静電潜像を形成してトナー像を保持する像保持体としての感光体ドラム１２、感光体ドラム１２の表面を所定電位で一様に帯電する帯電器１３、帯電器１３によって帯電された感光体ドラム１２を画像データに基づいて露光する露光装置（露光手段）の一例としてのＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）１４、感光体ドラム１２上に形成された静電潜像を現像する現像器１５、転写後の感光体ドラム１２表面を清掃するクリーナ１６を備えている。
また、各画像形成ユニット１１は、現像器１５に収納されたトナーを除いて、略同様に構成されている。そして、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像を形成する。

さらに、画像形成プロセス部１０は、各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２にて形成された各色トナー像が多重転写される中間転写ベルト２０、各画像形成ユニット１１の各色トナー像を中間転写ベルト２０に順次転写（一次転写）する一次転写ロール２１、中間転写ベルト２０上に転写されたトナー像を記録材（記録紙）である用紙Ｐに一括転写（二次転写）する二次転写ロール２２、二次転写されたトナー像を用紙Ｐ上に定着させる定着器５０を備えている。

ここで、各画像形成ユニット１１においては、感光体ドラム１２と帯電器１３とクリーナ１６とが一体化されたモジュール（以下、「感光体モジュールＭＯＤ」と称す）として構成されている。そして、感光体モジュールＭＯＤは、画像形成装置１に対して着脱自在に構成され、感光体ドラム１２の寿命等に応じて交換される。なお、感光体モジュールＭＯＤは、感光体ドラム１２のみの構成や、また、上記構成要素に加えて現像器１５を一体化した構成を採用してもよい。すなわち、寿命が他の構成要素に比較して短い感光体ドラム１２を含んだものであれば、如何なる構成要素との組み合わせによって感光体モジュールＭＯＤを構成してもよい。しかし、比較的長い寿命を有するＬＰＨ１４を感光体モジュールＭＯＤと同時に交換する構成は、経済的に無駄が多いことから、本実施の形態の画像形成装置１では、ＬＰＨ１４と感光体モジュールＭＯＤとは別体に構成している。

本実施の形態の画像形成装置１では、画像形成プロセス部１０は、制御部３０から供給される各種の制御信号に基づいて画像形成動作を行う。すなわち、制御部３０による制御の下で、ＰＣ３や画像読取装置４から入力された画像データは、画像処理部３５によって所定の画像処理が施され、不図示のインターフェースを介して各画像形成ユニット１１に供給される。そして、例えば黒（Ｋ）色の画像形成ユニット１１Ｋでは、感光体ドラム１２が矢印Ａ方向に回転しながら、帯電器１３により所定電位で一様に帯電され、画像処理部３５から送信された画像データに基づいて発光するＬＰＨ１４により露光される。それにより、感光体ドラム１２上には、黒（Ｋ）色画像に関する静電潜像が形成される。そして、感光体ドラム１２上に形成された静電潜像は現像器１５により現像され、感光体ドラム１２上には黒（Ｋ）色のトナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃにおいても、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色トナー像が形成される。

各画像形成ユニット１１で形成された各色トナー像は、一次転写ロール２１が配置された一次転写部Ｔ１において、矢印Ｂ方向に循環移動する中間転写ベルト２０上に順次静電吸引される。それにより、中間転写ベルト２０上には各色トナーが重畳された合成トナー像が形成される。中間転写ベルト２０上の合成トナー像は、中間転写ベルト２０の移動に伴って二次転写ロール２２が配置された二次転写部Ｔ２に搬送される。また、トナー像が二次転写部Ｔ２に搬送されるタイミングに合わせて用紙Ｐが用紙保持部４０から二次転写部Ｔ２に搬送される。そして、二次転写部Ｔ２では、二次転写ロール２２により形成される転写電界により、合成トナー像が用紙Ｐ上に一括して静電転写される。

合成トナー像が静電転写された用紙Ｐは、中間転写ベルト２０から剥離され、搬送ガイド２３に導かれて定着器５０まで搬送される。定着器５０では、熱および圧力による定着処理を受けることで、合成トナー像が定着される。そして、定着処理された用紙Ｐは、画像形成装置１の排出部に設けられた排紙積載部４５に搬送される。
一方、二次転写後に中間転写ベルト２０に付着しているトナー（転写残トナー）は、二次転写の終了後に中間転写ベルト２０表面からベルトクリーナ２５によって除去され、次の画像形成サイクルに備えられる。
画像形成装置１では、このような画像形成サイクルがプリント枚数分だけ繰り返して実行される。

次に、図２は、ＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）１４の構成を示した断面構成図である。図２において、ＬＰＨ１４は、支持体としてのハウジング６１、自己走査型ＬＥＤアレイ（ＳＬＥＤ）６３、ＳＬＥＤ６３やＳＬＥＤ６３を駆動する信号生成回路１００（後段の図３参照）等を搭載する支持部材の一例としてのＬＥＤ回路基板６２、ＳＬＥＤ６３から出射された光を集光する第１の集光手段の一例としての集光レンズ６４、集光レンズ６４を介してＳＬＥＤ６３から出射された光を感光体ドラム１２表面に結像させる第２の集光手段の一例としてのロッドレンズアレイ６５、ロッドレンズアレイ６５を支持するとともにＳＬＥＤ６３および集光レンズ６４を外部から遮蔽するホルダー６６、ハウジング６１をロッドレンズアレイ６５方向に加圧する板バネ６７を備えている。

ハウジング６１は、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属のブロックまたは板金で形成され、ＬＥＤ回路基板６２を支持している。また、ホルダー６６は、ハウジング６１およびロッドレンズアレイ６５を支持し、ＳＬＥＤ６３および集光レンズ６４とロッドレンズアレイ６５とが所定の光学的な位置関係を保持するように設定している。さらに、ホルダー６６はＳＬＥＤ６３および集光レンズ６４を密閉するように構成されている。それにより、ＳＬＥＤ６３や集光レンズ６４に外部からゴミが付着することを防いでいる。一方、板バネ６７は、ＳＬＥＤ６３および集光レンズ６４とロッドレンズアレイ６５との光学的な位置関係を保持するように、ハウジング６１を介してＬＥＤ回路基板６２をロッドレンズアレイ６５方向に加圧している。
このように構成されたＬＰＨ１４は、調整ネジ（図示せず）によってロッドレンズアレイ６５の光軸方向に移動可能に構成され、ロッドレンズアレイ６５の結像位置（焦点面）が感光体ドラム１２表面上に位置するように調整される。

ＬＥＤ回路基板６２には、図３（ＬＥＤ回路基板６２の平面図）に示したように、例えば５８個のＳＬＥＤチップ（ＣＨＩＰ１〜ＣＨＩＰ５８）からなるＳＬＥＤ６３が、感光体ドラム１２の軸線方向と平行になるように精度良くライン状に配置される。この場合、各ＳＬＥＤチップ（ＣＨＩＰ１〜ＣＨＩＰ５８）に配置された発光素子（ＬＥＤ）の配列（ＬＥＤアレイ）の端部境界において、各ＬＥＤアレイがＳＬＥＤチップ同士の連結部で連続的に配列されるように、各ＳＬＥＤチップは交互に千鳥状に配置されている。
また、ＬＥＤ回路基板６２には、ＳＬＥＤ６３を駆動する信号（駆動信号）を生成する信号生成回路１００およびレベルシフト回路１０８、所定の電圧を出力する３端子レギュレータ１０１、ＳＬＥＤ６３の光量補正データ等を記憶するＥＥＰＲＯＭ１０２、制御部３０および画像処理部３５との間での信号の送受信や主電源７０からの電力供給を受けるハーネス１０３が備えられている。

ここで図４は、ＳＬＥＤ６３を説明する図である。本実施の形態のＳＬＥＤ６３は、信号生成回路１００およびレベルシフト回路１０８から各種駆動信号が供給される。すなわち、信号生成回路１００は、ＳＬＥＤ６３を構成する各ＳＬＥＤチップに配置されたＬＥＤ各々をＬＥＤの配列に沿って順次点灯可能状態に設定する転送信号ＣＫ１Ｒ,ＣＫ１Ｃおよび転送信号ＣＫ２Ｒ,ＣＫ２Ｃと、画像処理部３５からの画像データに基づきＬＥＤ各々を順次点灯する点灯信号ΦＩとを生成する。そして、転送信号ＣＫ１Ｒ,ＣＫ１Ｃおよび転送信号ＣＫ２Ｒ,ＣＫ２Ｃをレベルシフト回路１０８に出力し、点灯信号ΦＩをＳＬＥＤ６３に出力する。
レベルシフト回路１０８は、抵抗Ｒ１ＢとコンデンサＣ１、および抵抗Ｒ２ＢとコンデンサＣ２がそれぞれ並列に配置された構成を有し、それぞれの一端がＳＬＥＤ６３を構成する各ＳＬＥＤチップの入力端子に接続され、他端が信号生成回路１００の出力端子に接続されている。そして、レベルシフト回路１０８は、信号生成回路１００から出力される転送信号ＣＫ１Ｒ,ＣＫ１Ｃおよび転送信号ＣＫ２Ｒ,ＣＫ２Ｃに基づいて転送信号ＣＫ１および転送信号ＣＫ２を生成し、各ＳＬＥＤチップに出力する。

一方、本実施の形態のＳＬＥＤ６３を構成する各ＳＬＥＤチップは、例えば、スイッチ素子としての１２８個のサイリスタＳ１〜Ｓ１２８、光源の一例としての１２８個のＬＥＤ Ｌ１〜Ｌ１２８、１２８個のダイオードＤ１〜Ｄ１２８、１２８個の抵抗Ｒ１〜Ｒ１２８、さらには信号ラインΦ１,Φ２に過剰な電流が流れるのを防止する転送電流制限抵抗Ｒ１Ａ,Ｒ２Ａを主な構成要素としている。
そして、各サイリスタＳ１〜Ｓ１２８のアノード端子（入力端）Ａ１〜Ａ１２８は電源ライン５５に接続され、電源ライン５５を介して３端子レギュレータ１０１（図３参照）から駆動電圧ＶＤＤ（ＶＤＤ＝＋３．３Ｖ）が供給される。
一方、各サイリスタＳ１〜Ｓ１２８のゲート端子（制御端）Ｇ１〜Ｇ１２８は、各サイリスタＳ１〜Ｓ１２８に対応して設けられた抵抗Ｒ１〜Ｒ１２８を介して電源ライン５６に各々接続され、電源ライン５６を介して接地（ＧＮＤ）されている。

また、奇数番目のサイリスタＳ１,Ｓ３,…,Ｓ１２７のカソード端子（出力端）Ｋ１,Ｋ３,…,Ｋ１２７には、信号生成回路１００およびレベルシフト回路１０８からの転送信号ＣＫ１が転送電流制限抵抗Ｒ１Ａを介して送信される。偶数番目のサイリスタＳ２,Ｓ４,…,Ｓ１２８のカソード端子（出力端）Ｋ２,Ｋ４,…,Ｋ１２８には、信号生成回路１００およびレベルシフト回路１０８からの転送信号ＣＫ２が転送電流制限抵抗Ｒ２Ａを介して送信される。
さらには、ＬＥＤ Ｌ１〜Ｌ１２８のカソード端子は、信号生成回路１００に接続されて点灯信号ΦＩが送信される。

そして、本実施の形態の信号生成回路１００は、転送信号ＣＫ１Ｒ,ＣＫ１Ｃおよび転送信号ＣＫ２Ｒ,ＣＫ２Ｃをそれぞれ所定のタイミングでハイレベル（以下、「Ｈ」と記す）からローレベル（以下、「Ｌ」と記す）、「Ｌ」から「Ｈ」に設定する。それにより、レベルシフト回路１０８から出力される転送信号ＣＫ１の電位を「Ｈ」から「Ｌ」、「Ｌ」から「Ｈ」に繰り返し設定し、かつ、それに交互して出力される転送信号ＣＫ２の電位を「Ｈ」から「Ｌ」、「Ｌ」から「Ｈ」に繰り返し設定する。それによって、例えば各ＳＬＥＤチップでは、奇数番目サイリスタＳ１,Ｓ３,…,Ｓ１２７において順次オフ→オン→オフの転送動作を行わせる。また、偶数番目のサイリスタＳ２,Ｓ４,…,Ｓ１２８において順次オフ→オン→オフの転送動作を行わせる。それにより、サイリスタＳ１〜Ｓ１２８をＳ１→Ｓ２→,…,→Ｓ１２７→Ｓ１２８の順番で順次オフ→オン→オフの転送動作を行わせ、それに同期させて、点灯信号ΦＩを出力する。それによって、ＬＥＤ Ｌ１〜Ｌ１２８は、Ｌ１→Ｌ２→,…,→Ｌ１２７→Ｌ１２８の順番で順次点灯される。

このように、本実施の形態のＬＰＨ１４では、ＬＥＤ回路基板６２に設けられたすべてのＳＬＥＤチップ（ＣＨＩＰ１〜ＣＨＩＰ５８）において、転送信号ＣＫ１,ＣＫ２と点灯信号ΦＩとにより、各ＬＥＤ Ｌ１〜Ｌ１２８がＬ１→Ｌ２→,…,→Ｌ１２７→Ｌ１２８の順番に点灯され、感光体ドラム１２上に対して画像データに基づく走査露光が行われる。
それにより、本実施の形態のＬＰＨ１４においては、ＬＥＤ回路基板６２上での信号生成回路１００およびレベルシフト回路１０８から各ＳＬＥＤチップへの配線の基本構成は、転送信号ＣＫ１,ＣＫ２を送信する２本の信号線および点灯信号ΦＩを送信する１本の信号線で構成される。

続いて、本実施の形態のＬＰＨ１４において構成される光学系について説明する。
本実施の形態のＬＰＨ１４では、例えば開口角９°に構成された従来よりも小さな開口角を有するロッドレンズアレイ６５を用いる。ここでの開口角とは、光軸上の物点（ＳＬＥＤ６３に配置されたＬＥＤ）に対して入射瞳が張る角度をいう。したがって、例えば開口角９°のロッドレンズアレイ６５においては、光軸に対して±９°以下の角度で入射される光がロッドレンズアレイ６５を通過して像面（感光体ドラム１２表面）に達することとなる。
図５は、ロッドレンズアレイ６５の焦点深度とＭＴＦ（Modulation Transfer Function）との関係を示した図である。図５では、開口角９°および開口角１７°のロッドレンズアレイ６５についての焦点深度を、空間周波数１２ｌｐ／ｍｍ（１ｍｍ当たり１２のラインとスペースとが交互に形成されたもの）に対するＭＴＦにより表した図である。
図５に示したように、従来の開口角１７°のロッドレンズアレイ６５を用いた場合には、ＭＴＦ≧６０％を実現する焦点深度は、±８０μｍである。これに対して、本実施の形態の開口角９°のロッドレンズアレイ６５を用いた場合には、ＭＴＦ≧６０％を実現する焦点深度は、±１５０μｍに拡大する。本実施の形態のＬＰＨ１４では、ロッドレンズアレイ６５の開口角を例えば９°に小さく構成して、例えば±１５０μｍという従来よりも大きな焦点深度に設定している。

また、本実施の形態のＬＰＨ１４では、例えば作動距離１４ｍｍといった従来よりも大きな作動距離を有するロッドレンズアレイ６５を用いる。ここでの作動距離とは、ロッドレンズアレイ６５の出射面（感光体ドラム１２側の面）から像側焦点位置（感光体ドラム１２表面）までの距離をいう。本実施の形態のロッドレンズアレイ６５においては、ロッドレンズアレイ６５を構成する各ロッドレンズにおける開口径や光軸を中心とした半径方向の屈折率分布等を適宜調整することで、作動距離１４ｍｍに構成している。

ここで図６は、感光体モジュールＭＯＤを画像形成装置１本体に設置した状態を示した図である。図６においては、図面左側が画像形成装置１の正面側であって、感光体モジュールＭＯＤが着脱操作される側である。また、図面右側が画像形成装置１の背面側であって、回転駆動する駆動モータからの駆動が感光体ドラム１２等に伝達される側である。
本実施の形態のロッドレンズアレイ６５は、上記のように作動距離が例えば１４ｍｍと大きく構成されている。それにより、図６に示したように、ロッドレンズアレイ６５の出射面と感光体ドラム１２との距離（クリアランス）や、ロッドレンズアレイ６５の出射面と感光体モジュールＭＯＤの背面側のフレームＦＲＡとの距離（クリアランス）が大きい。そのため、感光体モジュールＭＯＤを着脱操作するに際して、感光体ドラム１２や感光体モジュールＭＯＤの背面側のフレームＦＲＡがロッドレンズアレイ６５と干渉しないので、ＬＰＨ１４を感光体モジュールＭＯＤから離隔するリトラクト機構を設けていない。
また、作動距離が例えば１４ｍｍと大きいことから、ロッドレンズアレイ６５と感光体ドラム１２との間に、ロッドレンズアレイ６５の出射面を清掃する清掃部材３４を配置している。
さらに、本実施の形態のロッドレンズアレイ６５は、上記のように焦点深度が例えば±１５０μｍと大きく構成されているため、本実施の形態のＬＰＨ１４では、ＬＰＨ１４とロッドレンズアレイ６５との光軸方向の位置を定めるための位置設定部材を設けていない。

続いて、本実施の形態のＬＰＨ１４におけるロッドレンズアレイ６５への入射光量の低下を抑制するための構成について説明する。
本実施の形態のＬＰＨ１４では、図２に示したように、ＳＬＥＤ６３とロッドレンズアレイ６５との間に集光レンズ６４を設けている。そして、集光レンズ６４は、ＳＬＥＤ６３に配置されるＬＥＤやロッドレンズアレイ６５との位置関係に関する所定の設定条件に従って配置される。それにより、ロッドレンズアレイ６５に入射可能なＬＥＤからの出射光の出射角（集光レンズ６４の光軸とのなす角）がロッドレンズアレイ６５の狭い開口角（９°）によって制限されることや、作動距離が１４ｍｍと長いことに起因してＬＥＤからの出射光が拡散することに対応させて、ロッドレンズアレイ６５への入射光量が低下することを抑える光学系を実現している。

すなわち、本実施の形態の集光レンズ６４は、ＳＬＥＤ６３に配置されたＬＥＤの各々において、集光レンズ６４の出射面の曲率中心（以下、単に「曲率中心」と称する）よりも出射面から離れた位置で、ＬＥＤの発光面と接触するように配置される。
図７は、ＳＬＥＤ６３に配置されたＬＥＤ（以下、単に「ＬＥＤ」とも称する）から集光レンズ６４を通過して出射される光の光路を示した図である。図７に示したように、集光レンズ６４は、ＬＥＤの発光面に接触するように配置されるので、ＬＥＤからの出射光が集光レンズ６４の入射面で反射されることが抑えられる。それにより、ＬＥＤからの出射光の殆どが集光レンズ６４の内部を通過して、出射面から感光体ドラム１２方向に出射される。

また、ＬＥＤが曲率中心よりも出射面から離れた位置に配置されるので、ＬＥＤから出射された光は、集光レンズ６４の出射面に対して出射面の法線（図中破線）よりも光軸側とは反対側から入射する。それにより、集光レンズ６４の出射面において、ＬＥＤから出射された光は収束する方向に偏向される。そのため、ＬＥＤから出射された光の内の開口角９°のロッドレンズアレイ６５に入射する光は、ＬＥＤからの出射角が±９°よりも大きな範囲の光となり、ロッドレンズアレイ６５への入射光の光量を増加させる。
このように、本実施の形態の集光レンズ６４は、集光レンズ６４の曲率中心よりも出射面から離れた位置にてＬＥＤの発光面と接触するように配置される。それにより、ＬＥＤからの出射光が集光レンズ６４の入射面で反射されることを抑え、さらには、ＬＥＤからの出射角が±９°よりも大きな範囲の光を開口角９°のロッドレンズアレイ６５に入射させることとなり、ロッドレンズアレイ６５への入射光の光量を増加させる。

ここで図８は、ロッドレンズアレイ６５へ入射角９°で入射する光の集光レンズ６４内での光路を示した図である。図８では、光軸上のＬＥＤの位置をＱ、ロッドレンズアレイ６５へ入射角９°で入射する光の出射面での位置をＰ、集光レンズ６４の曲率中心をＣとする。また、位置Ｐでの法線（図中破線）と光軸とのなす角をα、ＬＥＤからの出射角をβ、位置Ｐでの入射角をθ１、出射角をθ２、集光レンズ６４の屈折率をｎとする。
図８に示した三角形ＣＰＱの内角から、
θ１＋β＝α …（１）
さらに、
α＝９＋θ２ …（２）
したがって、（１）式および（２）式より、
β＝９＋（θ２−θ１） …（３）

一方、スネルの法則から、空気の屈折率を１として、
ｎ・ｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ２ …（４）
集光レンズ６４の材質である樹脂やガラス等の屈折率ｎは、一般にｎ＝１．４〜１．８であるので、（４）式より、θ２＞θ１の関係が成り立つ。したがって、（３）式ではθ２−θ１＞０となるので、β＞９となる。したがって、ＬＥＤから出射角±９°よりも大きな出射角で出射する光も開口角９°のロッドレンズアレイ６５へ入射することが可能である。

ところで、図８において例えば入射角θ１が１５°となる位置にＬＥＤが配置されたと仮定する。その場合に、ｎ＝１．６の材質を用いた集光レンズ６４を用いたとすると、ｓｉｎ１５°＝０．２５８８であるので、（４）式より、１．６×０．２５８８＝ｓｉｎθ２となる。
したがって、この場合には、θ２＝２４．１°となり、θ２−θ１＝９°となるので、（３）式からＬＥＤからの出射角β＝１８°となる。すなわち、開口角９°のロッドレンズアレイ６５において、ＬＥＤからの出射角１８°の光を利用できる。このことは、開口角１８°のロッドレンズアレイ６５を用いる場合と同等の光量を使用できることを意味している。
このように、ＬＥＤの配置位置および集光レンズ６４の出射面の曲率、屈折率ｎ等を適宜設定することで、従来の開口角１７°のロッドレンズアレイ６５を用いた場合と同等、またはそれ以上の光量をロッドレンズアレイ６５に入射させることができる。特に、ロッドレンズアレイ６５への入射光量を増加させる観点からは、ＬＥＤと集光レンズ６４の曲率中心との距離を大きく設定して入射角θ１を大きくし、屈折率ｎの大きな材質で集光レンズ６４を構成することが好ましい。

ところで、本実施の形態のＬＰＨ１４では、ＳＬＥＤ６３を構成する各ＳＬＥＤチップ（ＣＨＩＰ１〜ＣＨＩＰ５８）に配置されたＬＥＤは、面発光するために発光領域が広い。そのため、ＳＬＥＤ６３のＬＥＤから出射される光の出射角の広がりは大きく、ロッドレンズアレイ６５に入射させる充分な光量を確保することは難しい。しかし、本実施の形態のＬＰＨ１４では、ＳＬＥＤ６３に配置されたＬＥＤの各々に対応させて、ＳＬＥＤ６３とロッドレンズアレイ６５との間に集光レンズ６４を設けるとともに、集光レンズ６４は、集光レンズ６４の出射面の曲率中心よりも出射面から離れた位置でＬＥＤの発光面と接触するように配置されている。それにより、上記したように、広い出射角を有するＬＥＤで構成されるＳＬＥＤ６３においても、感光体ドラム１２に対する充分な露光量を確保している。

このような集光レンズ６４は、例えばインクジェットを用いて次のように形成される。すなわち、インクジェットのノズルから所定量の紫外線硬化樹脂を吐出させて、ＬＥＤ回路基板６２上のＳＬＥＤ６３に配置された各ＬＥＤ毎の表面上に直接付着させる。その際に、ＬＥＤ表面に付着した紫外線硬化樹脂は表面張力により外面がレンズ形状に形成される。そして、すべてのＬＥＤ上の紫外線硬化樹脂に、紫外線ランプ等から紫外線を照射して硬化させる。それにより、各ＬＥＤのそれぞれに集光レンズ６４が接触して配置されたＬＰＨ１４を形成することができる。
その際に、集光レンズ６４を形成する材質は、絶縁性の材料が用いられる。それにより、ＬＥＤ回路基板６２上のＳＬＥＤ６３において電気信号のリークが発生することを抑えている。

次に、本実施の形態のＬＰＨ１４に配置される遮蔽手段の一例としての遮光部材６８について説明する。本実施の形態のＬＰＨ１４においては、出射角が所定角よりも大きな光が集光レンズ６４の出射面から出射されるのを抑制する遮光部材６８を配置している。
図９は、本実施の形態の遮光部材６８を説明する図である。図９に示したように、本実施の形態のＬＰＨ１４では、集光レンズ６４と集光レンズ６４との間に、出射角の絶対値が例えばロッドレンズアレイ６５の開口角９°よりも大きな光が集光レンズ６４の出射面から出射されるのを抑制する遮光部材６８を配置している。本実施の形態の遮光部材６８は、集光レンズ６４と集光レンズ６４との間の間隙の一部を埋めるように構成されている。それにより、例えばロッドレンズアレイ６５の開口角である９°よりも大きな出射角で出射される光が集光レンズ６４の外部に出射されることを抑え、それらが迷光となってロッドレンズアレイ６５に入射することを抑制している。

ここで図１０は、遮光部材６８を配置しない場合の各ＬＥＤから出射される光の光路を示した図である。図１０に示したように、集光レンズ６４の出射面から絶対値が９°以下の出射角で出射された光（図中実線）は、直接的に開口角９°のロッドレンズアレイ６５に入射する。そして、ロッドレンズアレイ６５により、感光体ドラム１２上に結像され、正規の静電潜像を形成する。
一方、集光レンズ６４の出射面から絶対値が９°よりも大きな出射角で出射された光（図中破線）は、直接的には開口角９°のロッドレンズアレイ６５に入射しない。ところが、絶対値が９°よりも大きな出射角で出射された光であっても、隣接する集光レンズ６４の出射面で反射されて進行方向が変えられるために、その一部が光軸との角度の絶対値が９°以下となる場合がある。それにより、反射光の中にはロッドレンズアレイ６５に入射する光（迷光）が発生し、さらには迷光が互いに干渉して干渉縞（フレア）を形成したりして、正規の静電潜像に重ねて不要な静電潜像を感光体ドラム１２上に形成する場合が生じる。その結果として、画像乱れやにじみ等の画像不良を発生させ、画像品質の低下をもたらすこととなる。
そこで、集光レンズ６４の出射面での反射光に起因する画像不良の発生を抑制するために、それぞれの集光レンズ６４と集光レンズ６４との間に、例えば絶対値がロッドレンズアレイ６５の開口角９°よりも大きな出射角で出射される光が集光レンズ６４の出射面から出射されるのを抑制する遮光部材６８を配置している。

ここで、本実施の形態の遮光部材６８においては、遮光部材６８を集光レンズ６４と集光レンズ６４との間を埋めるように構成することで集光レンズ６４に接触させて配置し、出射角の絶対値が所定角よりも大きな光が出射される集光レンズ６４の出射面を覆うように設定している。それにより、集光レンズ６４の出射面から例えば絶対値がロッドレンズアレイ６５の開口角９°よりも大きな出射角で出射された光（図中破線）が、隣接する集光レンズ６４の内部に進入することも抑制している。
図１１は、隣接するＬＥＤからの出射光が集光レンズ６４の内部に進入した場合の光路を示した図である。図１１に示したように、隣接するＬＥＤからの出射光が集光レンズ６４の出射面上の点Ｕから内部に進入すると、進入光（図中長破線）は集光レンズ６４の内部で何度も反射されて進行方向が変えられる。そして、集光レンズ６４内の進入光の一部が光軸との角度が最終的に絶対値９°以下となり、ロッドレンズアレイ６５に入射する場合が生じる。それにより、上記した集光レンズ６４の出射面からの反射光の場合と同様に、集光レンズ６４の内部で反射された光の一部が迷光となったり、さらには迷光が互いに干渉してフレアを形成したりして、正規の静電潜像に重ねて不要な静電潜像を形成する場合が生じる。その結果として、画像乱れやにじみ等の画像不良を発生させ、画像品質の低下をもたらすこととなる。
そこで、本実施の形態の遮光部材６８では、遮光部材６８を集光レンズ６４と集光レンズ６４との間を埋めるように構成することで集光レンズ６４に接触させて配置し、光軸に対する角度の絶対値が所定角よりも大きな出射角の光が出射される集光レンズ６４の出射面を覆うように設定している。それにより、隣接するＬＥＤからの出射光が集光レンズ６４の内部に進入することを抑制している。

ところで、本実施の形態の遮光部材６８は、例えばＰＳ（ポリスチレン）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＯＭ（リアセタール）等の樹脂材料に、例えばカーボンブラックの顔料系色素、または例えばフタロシアニン系、キノン系等の染料系色素を混合させて構成される。
本実施の形態の遮光部材６８では、樹脂材料にカーボンブラック等の色素を混合させることで、集光レンズ６４の出射面から出射される光に対する光吸収効果を高めている。それにより、遮光部材６８の遮光効果を増大させている。また、カーボンブラック等を混合させることで、遮光部材６８の熱伝導性を高めている。それにより、ＬＥＤの放熱性を向上させている。

さらには、本実施の形態の遮光部材６８に樹脂材料を用いることで、遮光部材６８の電気絶縁性を高めている。それにより、ＬＥＤに送信する信号の相互間にリークが生じることを抑制している。また、集光レンズ６４相互の接着性を高めている。それにより、集光レンズ６４が振動等によって脱落することを抑制している。また、集光レンズ６４と集光レンズ６４との間を弾性を有する樹脂材料で結合することで、集光レンズ６４に熱による歪みが生じることを抑え、集光レンズ６４の光学特性が変動すること抑制している。

加えて、本実施の形態の遮光部材６８は、集光レンズ６４を構成する材質よりも屈折率の小さな材質を用いて構成している。ここで、集光レンズ６４の屈折率をｎ、遮光部材６８の屈折率をＮ、集光レンズ６４と遮光部材６８との界面でのＬＥＤからの入射角をβｉｎ、出射角をβｏｕｔとする。（４）式と同様にスネルの法則から、次の（５）式の関係が成り立つ。
ｎ・ｓｉｎβｉｎ＝Ｎ・ｓｉｎβｏｕｔ …（５）
したがって、集光レンズ６４と遮光部材６８との界面に入射する光が全反射される臨界角は、（５）式においてβｏｕｔ＝９０°であるから、次の（６）式で表される。
ｓｉｎβｉｎ＝Ｎ／ｎ …（６）
遮光部材６８を集光レンズ６４よりも屈折率の小さな材質を用いる場合には、ｎ＞Ｎであるから、Ｎ／ｎ＜１となり、（６）式より、次の（７）式を満たす入射角βｉｎで入射する光は全反射することとなる。
βｉｎ＞ｓｉｎ^−１（Ｎ／ｎ） …（７）
このように、遮光部材６８を集光レンズ６４を構成する材質よりも屈折率の小さな材質を用いて構成することで、集光レンズ６４と遮光部材６８との界面で全反射する光を増加させている。それにより、集光レンズ６４から外部に出射される光量を低減して、遮光部材６８の遮光性能を高めている。

続いて、図１２は、本実施の形態の遮光部材６８の製造方法を説明する図であり、（ａ）が遮光部材６８が配置されたＳＬＥＤ６３を構成するＳＬＥＤチップ（ＣＨＩＰ）の平面図、（ｂ）がＸＸ断面図、（ｃ）がＩＩ断面図である。図１２（ａ）に示したように、ＳＬＥＤチップ（ＣＨＩＰ）の周囲には、ＬＥＤや集光レンズ６４を囲むように側壁６９が設けられている。そして、図１２（ｂ）、（ｃ）に示したように、側壁６９の高さは、集光レンズ６４の出射面から出射される光の中で、出射角の絶対値が所定角となる光が出射する出射面での高さに設定されている。例えば、側壁６９の高さは、出射角の絶対値がロッドレンズアレイ６５の開口角９°で出射される光が出射する出射面での高さに設定されている。

そして、遮光部材６８を構成する樹脂材料が側壁６９の内部に注入されることで遮光部材６８が形成される。すなわち、集光レンズ６４を上に向け、集光レンズ６４の光軸が鉛直方向と一致するように設置して、側壁６９の内部に樹脂材料が注入される。その際には、遮光部材６８の高さは側壁６９の高さに設定されるので、遮光部材６８は、出射角の絶対値が所定角となる光が出射する出射面での高さに設定される。
また、樹脂材料が注入されるＣＨＩＰでの位置は、例えば図１２（ａ）、（ｂ）に示したように、集光レンズ６４の出射面に樹脂材料が付着しないように、集光レンズ６４から離れた位置Ｇに設定される。

以上説明したように、本実施の形態のＬＰＨ１４においては、ＳＬＥＤ６３とロッドレンズアレイ６５との間にＬＥＤの各々に対応させて集光レンズ６４を設けるとともに、集光レンズ６４は、集光レンズ６４の出射面の曲率中心よりも出射面から離れた位置において、ＬＥＤの発光面と接触するように配置される。さらに、出射角の絶対値が所定角よりも大きな光が出射される集光レンズ６４の出射面を覆うように構成された遮光部材６８を配置している。

それにより、ロッドレンズアレイ６５への入射光量が低下することを抑え、感光体ドラム１２に対する充分な露光量を確保することで、開口角が狭く、作動距離が長いロッドレンズアレイ６５を用いることを可能としている。そのため、感光体モジュールＭＯＤを画像形成装置１本体に対して着脱するに際して、ＬＰＨ１４を感光体モジュールＭＯＤから離隔する機構を設けることが不要となり、画像形成装置１の構成の簡略化・低コスト化が図られる。また、ロッドレンズアレイ６５と感光体ドラム１２との間に、ロッドレンズアレイ６５の出射面を清掃する清掃部材３４の配置を可能とし、画像不良の原因となるロッドレンズアレイ６５の汚れを容易に除去できる構成が実現される。また、ロッドレンズアレイ６５自体に汚れが付着し難く構成される。

また、集光レンズ６４の出射面から所定角よりも大きな出射角で出射された光の一部が迷光となってロッドレンズアレイ６５に入射したり、さらには迷光が互いに干渉してフレアを形成してロッドレンズアレイ６５に入射することを抑制している。そのため、集光レンズ６４の出射面から所定値よりも大きな出射角で出射された光に起因する画像乱れやにじみ等の画像不良の発生を抑制する。

なお、本実施の形態では、光源としてＬＥＤを用いた構成について述べたが、光源として面状発光レーザを用いることもできる。

[実施の形態２]
実施の形態１では、集光レンズ６４と集光レンズ６４との間を埋めるように構成された遮光部材６８について説明した。本実施の形態では、集光レンズ６４の出射面に被覆されて構成された遮光膜７３について説明する。なお、実施の形態１と同様な構成については同様な符号を用い、その詳細な説明を省略する。

図１３は、本実施の形態の遮光膜７３を説明する図である。図１３に示したように、本実施の形態のＬＰＨ１４では、集光レンズ６４の出射面に、出射角の絶対値が所定角よりも大きな光が集光レンズ６４の出射面から出射されるのを抑制する遮光膜７３が被覆されている。それにより、絶対値が例えばロッドレンズアレイ６５の開口角である９°よりも大きな出射角で出射される光が集光レンズ６４の外部に出射されることを抑えることで、それらが迷光となってロッドレンズアレイ６５に入射することを抑制している。

本実施の形態の遮光膜７３は、実施の形態１の遮光部材６８と同様に、例えばＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の樹脂材料に、例えばカーボンブラックの顔料系色素や、例えばフタロシアニン系、キノン系等の染料系色素を混合させて構成される。また、膜厚は、ＳＬＥＤ６３を構成するＬＥＤから出射される光が透過を抑制する厚さに設定される。
それにより、実施の形態１と同様に、集光レンズ６４の出射面から所定角よりも大きな出射角で出射された光の一部が迷光となってロッドレンズアレイ６５に入射したり、さらには迷光が互いに干渉してフレアを形成してロッドレンズアレイ６５に入射することを抑制している。

本発明が適用される画像形成装置の全体構成の一例を示した図である。 ＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）の構成を示した断面構成図である。 ＬＥＤ回路基板の平面図である。 ＳＬＥＤを説明する図である。 ロッドレンズアレイの焦点深度とＭＴＦとの関係を示した図である。 感光体モジュールを画像形成装置本体に設置した状態を示した図である。 ＳＬＥＤに配置されたＬＥＤから集光レンズを通過して出射される光の光路を示した図である。 ロッドレンズアレイへ入射角９°で入射する光の集光レンズ内での光路を示した図である。 遮光部材を説明する図である。 遮光部材を配置しない場合の各ＬＥＤから出射される光の光路を示した図である。 隣接するＬＥＤからの出射光が集光レンズの内部に進入した場合の光路を示した図である。 遮光部材の製造方法を説明する図である。 遮光膜を説明する図である。

符号の説明

１…画像形成装置、１０…画像形成プロセス部、１１（１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ）…画像形成ユニット、１２…感光体ドラム、１４…ＬＥＤプリントヘッド(ＬＰＨ)、６１…ハウジング、６２…ＬＥＤ回路基板、６３…自己走査型ＬＥＤアレイ（ＳＬＥＤ）、６５…ロッドレンズアレイ、６８…遮光部材、７３…遮光膜

Claims (8)

1. 像保持体と、
   前記像保持体を露光する露光手段とを有し、
   前記露光手段は、
   複数の光源と、
   前記複数の光源の各々に対応して配置され、当該光源から出射された光を集光する第１の集光手段と、
   前記第１の集光手段から出射された前記複数の光源各々からの光を集光する第２の集光手段と、
   前記第１の集光手段から前記第２の集光手段に向けて所定角以上の出射角で出射される光を遮蔽するとともに前記第１の集光手段相互の間隙の一部を埋めるように構成される遮蔽手段と、
   を備え、
   前記遮蔽手段は、前記第１の集光手段を構成する材質よりも屈折率が小さな材質を用いて構成されることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記露光手段は、前記遮蔽手段が前記第１の集光手段から前記第２の集光手段の開口角以上の出射角で出射される光を遮蔽することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記露光手段は、前記遮蔽手段が前記第１の集光手段の光出射面に接触して配置されたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記露光手段は、前記遮蔽手段が前記第１の集光手段から出射される光を吸収する光吸収特性を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記露光手段は、前記複数の光源と前記第１の集光手段とを支持する支持部材をさらに備え、
   前記支持部材は、前記第１の集光手段から前記第２の集光手段の開口角に等しい出射角で出射される光の出射面での高さに設定された側壁が前記複数の光源および当該第１の集光手段の周囲に配置されたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 複数の光源と、
   前記複数の光源の各々に対応して配置され、当該光源から出射された光を集光する第１の集光手段と、
   前記第１の集光手段から出射された前記複数の光源各々からの光を集光する第２の集光手段と、
   前記第１の集光手段から前記第２の集光手段に向けて所定角以上の出射角で出射される光を遮蔽するとともに前記第１の集光手段相互の間隙の一部を埋めるように構成される遮蔽手段と、
   を備え、
   前記遮蔽手段は、前記第１の集光手段を構成する材質よりも屈折率が小さな材質を用いて構成されることを特徴とする露光装置。
7. 前記遮蔽手段は、前記第１の集光手段から前記第２の集光手段の開口角以上の出射角で出射される光を遮蔽することを特徴とする請求項６記載の露光装置。
8. 前記遮蔽手段は、前記第１の集光手段相互の間隙の一部を埋めるように構成されたことを特徴とする請求項６記載の露光装置。

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