JP2013226686A - 露光装置、ledヘッド、画像形成装置および読取装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】物体の縮小倒立画像である中間像を形成する第1のレンズが、略直線に複数配列された第1のレンズ板と、前記中間像の拡大倒立画像を受光面に形成する第2のレンズが、前記第1のレンズの配列方向に略直線に複数配列された第2のレンズ板と、前記配列方向に略直線に間隔PDを保持して配列された複数の発光素子とを有する露光装置において、前記配列方向における前記第1のレンズの光軸と第2のレンズの光軸とのずれを、前記間隔PDより小さくした。
【選択図】 図5
Description
本発明は、このような問題を解決することを課題とし、レンズアレイを用いた光学系の組み立てを容易にすることを目的とする。
図1において、プリンタ100は、色材としての顔料を含む樹脂からなるトナーにより、画像データをもとに印字媒体上に画像を形成する。
プリンタ100には、印字媒体としての用紙101を貯留する給紙カセット60が装着され、用紙101を給紙カセット60から取り出す給紙ローラ61を備え、用紙101を給紙して搬送する搬送ローラ62、63が配置される。
また、感光体ドラム41の表面に電荷を供給して帯電させる帯電ローラ42、光学ヘッドとしてのLED(Light Emitting Diode)ヘッド3が、感光体ドラム41の表面に対向するように配置され、LEDヘッド3は帯電ローラ42で帯電された感光体ドラム41の表面に画像データをもとに選択的に光を照射して静電画像を形成する。
転写部の下流には用紙101上に形成されたトナー像を熱および圧力で定着させる定着器9が配置され、その定着器9を通過した用紙101を搬送する搬送ローラ64、その搬送ローラ64により搬送され、画像が形成された用紙101を貯留する排出部7へ排出する排出ローラ65が配置される。
プリンタ100は、外部装置から印刷データを受信する外部インターフェースを有し、その外部インターフェースで受信した印刷データをもとに印字媒体上に画像を形成する。
このように構成されたプリンタ100は、制御プログラムをメモリ等の記憶部に記憶し、その制御プログラムに基づいて全体を制御する制御手段および演算手段としての制御部を備えている。
図2は第1の実施例におけるLEDヘッドの長手方向における断面図であり、図3は第1の実施例におけるLEDヘッドの短手方向における断面図である。なお、図2は、図3におけるBB断面図であり、図3は、図2におけるAA断面図である。
図2において、LEDヘッド3は長尺のユニットであり、LEDヘッド3の長手方向が図面の水平方向(Y方向)、また発光素子としてのLED素子30が図面の下方、結像面としての感光体ドラム41が図面の上方となるように示されている。
図3において、LEDヘッド3の長手方向が図面の表裏方向、LEDヘッド3の短手方向が図面の水平方向(X方向)、またLED素子30が図面の下方、結像面としての感光体ドラム41が図面の上方となるように示されている。
基板31、第1のレンズ板11、第2のレンズ板14、遮光板21、およびマスク23は、すべて長尺の部材で形成され、図2に示すとおり、それぞれの部材の長手方向がすべて平行になるように、水平方向(Y方向)に配置される。
35は調整部材であり、マスク23と感光体ドラム41との面間隔を調整でき、図2の水平方向全体にわたってマスク23と感光体ドラム41との面間隔が一定となるようにマスク23に配置されている。この調整部材35は、例えば偏心カムで構成される。
39は摺動部材であり、感光体ドラム41が回転しても感光体ドラム41の表面と調整部材35との間隔が一定となるように、感光体ドラム41の表面に沿って配置される。
図4において、第1のレンズ板11のマイクロレンズである第1のレンズ12および第2のレンズ板14のマイクロレンズである第2のレンズ15の光軸が鉛直方向(Z方向)となるように、また図中の下方にLED素子30、図中の上方に第2のレンズ板14となるように、第1のレンズ板11、第2のレンズ板14およびLED素子30が配置され、LED素子30の結像は図中の上方に形成される。
ホルダ32は、基板31と第1のレンズ板11と第2のレンズ板14と遮光板21とマスク23とを固定するものであり、LEDヘッド3の長手方向全体にわたって形成され、マスク23と一体に形成されている。
図5(a)において、第1のレンズ12aは、光軸AX1a方向に距離LO1の位置にある物体30aの結像として中間像30baを、光軸方向に距離LI1離れた中間像面IMP上に形成する。このとき、中間像30baは、物体30aの倒立縮小像になっている。
物体面OPから第1のレンズ12までの距離LOは距離LO1と等しく設定され、第1のレンズ12と第2のレンズ15との間隔LSは、LS=LI1+LO2に設定され、第2のレンズ15から結像面IPまでの距離LIは、距離LI2と等しく設定される。
図5(b)において、水平方向(Y方向)が第1のレンズ板11の長手方向になっている。第1のレンズ板11には、複数の第1のレンズ12が長手方向に平行する2列に千鳥状に交互に配置され、図に示すように、第1のレンズ12aおよび第1のレンズ12cは同列に配置され、第1のレンズ12bは第1のレンズ12aと第1のレンズ12cとの間の他列に配置されている。ここで、AX1aは第1のレンズ12aの光軸であり、AX1bは第1のレンズ12bの光軸であり、AX1cは第1のレンズ12cの光軸である。
第1のレンズ12および第2のレンズ15の各曲面は、数式1で表される回転対称高次非球面で構成する。関数Z(r)は、物体面OPから結像面IPに向かう方向を示す座標であり、各レンズ面の面頂点を原点とし、物体面OPから結像面IPに向かう方向をプラスで表す。rは、第1のレンズ12の光軸に平行な方向を軸とし、半径方向の回転座標系を示し、各図面に示した方向X、Yの各座標に対し、数式2で表される関係がある。CRは各面の光軸近傍の曲率半径、Aは非球面係数4次の係数、Bは非球面係数6次の係数、Cは非球面係数8次の係数を示す。
隣接する2つの第1のレンズ12の間に平坦部は形成されず、隣接する2つの第1のレンズ12は境界で接し、隙間なく緻密に配置されている。つまり、第1のレンズ板11の長手方向における、第1のレンズ12の半径はPYになっている。また、第1のレンズ12の半径RLはPYより大きくなっている。
第1のレンズ板11の長手方向と直交する幅方向(X方向)における第1のレンズ12の配列間隔はPXとなっている。このとき、第1のレンズ12のX方向における配列間隔PXは、Y方向における配列間隔(2×PY)より小さくなっている。なお、第1のレンズ板11は、発光部としてのLED素子30aの光線を透過する素材により構成されている。
本実施例では、図5(a)に示すように、第2のレンズ板14が第1のレンズ板11に対して第1のレンズ板11の長手方向において距離dずれて配置されており、すべての第2のレンズ15の光軸がすべての第1のレンズ12の光軸に対して同方向に距離dずれている。
また、第1のレンズ板11の長手方向における第1のレンズ12の光軸に対する第2のレンズ15の光軸のずれである距離dは、LED素子30の配列間隔PDより小さくしている。
本実施例の効果の検証に用いたLEDヘッドの各寸法を表1に示す。
まず、プリンタ100の動作を図1に基づいて説明する。
プリンタ100の感光体ドラム41表面は、図示しない電源装置により電圧が印加された帯電ローラ42により帯電される。続いて、感光体ドラム41が回転することによって帯電された感光体ドラム41表面がLEDヘッド3の付近に到達するとLEDヘッド3によって露光され、感光体ドラム41表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像器5により現像され、感光体ドラム41の表面にトナー像が形成される。
感光体ドラム41が回転することにより、現像によって得られた感光体ドラム41表面上のトナー像が転写ローラ80および転写ベルト81の付近に到達すると図示しない電源装置により電圧が印加されている転写ローラ80および転写ベルト81によって、感光体ドラム41表面上のトナー像は用紙101上に転写される。
次に、LEDヘッド3の動作を図5(a)に基づいて説明する。
第1のレンズ12aは、中間像面IMP上に、物体30aの結像としての中間像30baを形成する。このとき、中間像30baは、物体30aの倒立縮小像になっている。
第1のレンズ12bは、中間像面IMP上に、物体30aの結像としての中間像30bbを形成する。このとき、中間像30bbは、物体30aの倒立縮小像になっている。
第2のレンズ15bは、結像面IP上に、中間像30bbの結像としての結像30cbを結像する。このとき、結像30cbは、物体30aの正立等倍像になっている。
第2のレンズ15cは、結像面IP上に、中間像30bcの結像としての結像30ccを結像する。このとき、結像30ccは、物体30aの正立等倍像になっている。
なお、第1のレンズ12と第2のレンズ15との間に光軸のずれd(距離d)があっても、結像30cと結像30cbと結像30ccに位置ずれはなく、結像30c、結像30cbおよび結像30ccは一点に形成される。
まず、光軸のずれd(距離d)と図2に示すLED素子30の配列間隔PDの異なる種々のLEDヘッド3について、結像の解像度示すMTF(Modulation Transfer Function:振幅伝達関数)を測定し、その結果を図6に示した。
ここで、MTFとは、露光装置の解像度を示し、露光装置中で点灯しているLED素子30の結像のコントラストを示す。100%が結像のコントラストが最も大きく、露光装置としての解像度が高いことを示し、小さいほど光量のコントラストは小さく、露光装置の解像度は低い。
MTF=(EMAX−EMIN)/(EMAX+EMIN)×100(%)
のように定義される。
このMTFの測定においては、LEDヘッド3の結像面IP上、第2のレンズ15の結像面側レンズの頂点面から距離L1(mm)離れた位置の結像を顕微鏡デジタルカメラにより撮影し、撮影画像より結像30cの光量分布を解析し、このMTFを算出した。
さらに、解像度300dpiのLEDヘッド3については、解像度600dpiのLEDヘッドのLED素子30を2個おきに点灯、2個おきに消灯してPD=0.08466mmに相当するように動作させて測定した。
さらに、図6より、LED素子30の配列間隔PDが同じLEDヘッドにおいては、光軸のずれdが小さいほどMTFが高いことから、ずれd<間隔PDであるとき、すなわちレンズの配列方向における第1のレンズ12aの光軸AX1aと第2のレンズ15aの光軸AX2aのずれdがLED素子30の配列間隔PDより小さいときMTFは80%以上になることが示された。
画像形成装置の画像の評価は、図10(a)または(b)に示す画像を印刷したときの筋または濃度斑の発生の有無を評価した。図10(a)(b)において、801はトナーが付着して色が付いたドットであり、802はトナーが付着しない空白ドットである。すなわち、LED素子30を1つおきに点灯させて作成した灰色画像である。
以上説明したように、第1の実施例では、上述したようにレンズアレイを用いた光学系を構成したことにより、各マイクロレンズの光軸を完全に一致させる必要がなくなり、露光装置の組み立てが容易になるという効果が得られる。
図8において、500は、原稿を読取って画像データとしての電子データを生成する読取装置としてのスキャナである。
スキャナ500は、読取ヘッド400、ランプ501、原稿台502、レール503、駆動ベルト505、モータ506等で構成されている。
原稿台502は、電子データが生成される原稿600を載置するものであり、可視光線を透過する素材で形成されている。
図9において、読取ヘッド400は、レンズユニット1、ラインセンサ401およびミラー402で構成されている。
ミラー402は、原稿600で反射された光線の光路を折り曲げてその光線をレンズユニット1に入射させるものである。
ラインセンサ401は、複数の受光素子が間隔PRで直線に配置されており、レンズユニット1により形成された原稿画像の結像を電気信号に変換するものである。
本実施例のレンズユニット1は、第1の実施例の構成と同様であり、図9(b)に示すラインセンサ401の受光素子の配列間隔をPRとしたとき、第1のレンズ板11の長手方向における第1のレンズ12の光軸に対する第2のレンズ15の光軸のずれである距離dは配列間隔PRより小さくされている。
まず、読取装置の動作を図8に基づいて説明する。
ランプ501が点灯し、原稿600の表面を照射することにより、原稿600の表面で反射した光線が読取ヘッド400内に取り込まれる。モータ506により、駆動ベルト505が駆動して読取ヘッド400とランプ501が図8における左右方向に移動し、読取ヘッド400は原稿600の全面から反射した光線を取り込む。
原稿600で反射された光線は、原稿台502を透過し、ミラー402で光路が折り曲げられ、レンズユニット1に入射する。レンズユニット1により結像された原稿画像の結像はラインセンサ401上に形成され、ラインセンサ401は形成された原稿画像の結像を電気信号に変換して電子データを生成する。
本実施例による読取装置を用いて原稿から画像データを形成したところ、原稿と同一の良好な画像データが得られた。
以上説明したように、第2の実施例では、読取装置においても第1の実施例と同様の効果が得られ、原稿と同一の画像データを読取ることができるという効果が得られる。
3 LEDヘッド
5 現像器
7 排出部
9 定着器
11 第1のレンズ板
12 第1のレンズ
14 第2のレンズ板
15 第2のレンズ
21 遮光板
22 第1の絞り
23 マスク
24 第2の絞り
30 LED素子
31 基板
32 ホルダ
35 調整部材
39 摺動部材
41 感光体ドラム
42 帯電ローラ
43 クリーニングブレード
51 トナーカートリッジ
60 給紙カセット
61 給紙ローラ
62、63、64 搬送ローラ
65 排出ローラ
80 転写ローラ
81 転写ベルト
Claims (4)
- 物体の縮小倒立画像である中間像を形成する第1のレンズが、略直線に複数配列された第1のレンズ板と、前記中間像の拡大倒立画像を受光面に形成する第2のレンズが、前記第1のレンズの配列方向に略直線に複数配列された第2のレンズ板と、前記配列方向に略直線に間隔PDを保持して配列された複数の発光素子とを有する露光装置において、
前記配列方向における前記第1のレンズの光軸と第2のレンズの光軸とのずれが、前記間隔PDより小さいことを特徴とする露光装置。 - 物体の縮小倒立画像である中間像を形成する第1のレンズが、略直線に複数配列された第1のレンズ板と、前記中間像の拡大倒立画像を受光面に形成する第2のレンズが、前記第1のレンズの配列方向に略直線に複数配列された第2のレンズ板と、前記配列方向に略直線に間隔PDを保持して配列された複数のLED素子とを有するLEDヘッドにおいて、
前記配列方向における前記第1のレンズの光軸と第2のレンズの光軸とのずれが、前記間隔PDより小さいことを特徴とするLEDヘッド。 - 物体の縮小倒立画像である中間像を形成する第1のレンズが、略直線に複数配列された第1のレンズ板と、前記中間像の拡大倒立画像を受光面に形成する第2のレンズが、前記第1のレンズの配列方向に略直線に複数配列された第2のレンズ板と、前記配列方向に略直線に間隔PDを保持して配列された複数のLED素子とを有するLEDヘッドを備えた画像形成装置において、
前記配列方向における前記第1のレンズの光軸と第2のレンズの光軸とのずれが、前記間隔PDより小さいLEDヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 物体の縮小倒立画像である中間像を形成する第1のレンズが、略直線に複数配列された第1のレンズ板と、前記中間像の拡大倒立画像を受光面に形成する第2のレンズが、前記第1のレンズの配列方向に略直線に複数配列された第2のレンズ板と、前記配列方向に略直線に間隔PRを保持して配列された複数の受光素子とを有する読取装置において、
前記配列方向における前記第1のレンズの光軸と第2のレンズの光軸とのずれが、前記間隔PRより小さいことを特徴とする読取装置。
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