JP2017128045A

JP2017128045A - 露光装置、画像形成ユニットおよび画像形成装置

Info

Publication number: JP2017128045A
Application number: JP2016009216A
Authority: JP
Inventors: 大志兼藤; Hiroshi Kaneto
Original assignee: Oki Data Corp
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2017-07-27
Also published as: CN106990687A; US20170205730A1; EP3196703B1; EP3196703A1

Abstract

【課題】より良好な画像を形成することのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】第１の方向に並んで光を各々発する複数の発光素子を含む発光素子アレイ３と、複数の発光素子から各々発せられた光を各々結像するレンズアレイ２とを有し、下記の式（１）および式（２）を満たし、像担持体４１を露光する露光装置を備える。但し、Ｌ０はレンズアレイ２の焦点距離であり、Ｌ１はレンズアレイ２と発光素子アレイ３との距離であり、Ｌ２はレンズアレイ２と像担持体４１との距離である。１７５μｍ≦Ｌ０−Ｌ１≦２５０μｍ……（１）、１７５μｍ≦Ｌ０−Ｌ２≦２５０μｍ……（２）【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式を用いて画像を形成する画像形成ユニットおよびそれを備えた画像形成装置、ならびにそれらに用いられる露光装置に関する。

電子写真方式を用いて画像を形成する電子プリンタやファクシミリ装置などの各種画像形成装置には、ＬＥＤ（light emitting diode）素子などの発光素子とレンズアレイとを有する露光装置が使用されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−２２１５１０号公報

このような露光装置を備えた画像形成装置では、レンズアレイを構成する複数のロッドレンズの光学特性のばらつきに起因して、形成された画像にすじ（副走査方向に伸びる主走査方向における濃度むら）などの品質上の問題が生じるおそれがある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、より良好な画像を形成することのできる画像形成ユニットおよび画像形成装置、ならびにそれらに好適に搭載される露光装置を提供することにある。

本発明の一実施形態としての露光装置は、像担持体を露光するものであって、第１の方向に並んで光を各々発する複数の発光素子を含む発光素子アレイと、第１の方向と直交する第２の方向において発光素子アレイと対向して配置され、複数の発光素子から各々発せられた複数の光を各々結像する（集光する）レンズアレイとを有し、下記の式（１）および式（２）を満たすようにしたものである。但し、Ｌ０はレンズアレイの焦点距離（レンズアレイにより結像された光の第１の方向の光量分布から算出したコントラストが最大となる距離）であり、Ｌ１はレンズアレイと発光素子アレイとの距離であり、Ｌ２はレンズアレイと像担持体との距離である。
１７５μｍ≦Ｌ０−Ｌ１≦２５０μｍ ……（１）
１７５μｍ≦Ｌ０−Ｌ２≦２５０μｍ ……（２）

本発明の一実施形態としての画像形成ユニットおよび画像形成装置は、それぞれ、上記本発明の一実施形態としての露光装置を備えたものである。

本発明の一実施形態としての露光装置、画像形成ユニットおよび画像形成装置では、式（１）および式（２）を満たすようにしたので、光像径の変動の少ない露光強度の範囲を使用して、像担持体の露光がなされる。よって、形成画像におけるすじや濃度むらなどが低減される。

本発明の一実施形態としての露光装置、画像形成ユニットおよび画像形成装置によれば、適切な露光を行うことができ、より良好な画像を形成することができる。

本発明の一実施の形態に係る露光装置の全体構成例を表す斜視図である。図１に示した露光装置を表す側面図である。図１に示したロッドレンズを拡大して表す分解斜視図である。本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の全体構成例を表す模式図である。図４に示した画像形成装置において画像が形成される過程を模式的に表した特性図である。図４に示した画像形成装置において、像担持体の光感度特性に変動が生じた場合のトナー濃度への影響を模式的に表した特性図である。参考例としての露光装置における複数の発光素子の露光強度分布を模式的に表した説明図である。図１に示した露光装置における複数の発光素子の露光強度分布を模式的に表した説明図である。実験例１の露光装置における露光強度と位置および光像径との関係を表す特性図である。実験例２の露光装置における露光強度と位置および光像径との関係を表す特性図である。実験例３の露光装置における露光強度と位置および光像径との関係を表す特性図である。実験例４の露光装置における露光強度と位置および光像径との関係を表す特性図である。実験例５の露光装置における露光強度と位置および光像径との関係を表す特性図である。実験例６の露光装置における露光強度と位置および光像径との関係を表す特性図である。実験例７の露光装置における露光強度と位置および光像径との関係を表す特性図である。実験例８の露光装置における露光強度と位置および光像径との関係を表す特性図である。実験例９の露光装置における露光強度と位置および光像径との関係を表す特性図である。実験例１０の露光装置における露光強度と位置および光像径との関係を表す特性図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明は本発明の一具体例であって、本発明は以下の態様に限定されるものではない。また、本発明は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比などについても、それらに限定されるものではない。説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
露光装置を備えた画像形成ユニットおよび画像形成装置。
２．実験例
３．変形例

＜１．実施の形態＞
［光学ヘッド１の概略構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る光学ヘッド１の全体構成例を表す斜視図である。また、図１の破線で囲んだ領域には、光学ヘッド１のＡ−Ａ線に沿った断面構造を拡大して示している。図２は、光学ヘッド１を表す断面図である。光学ヘッド１は、本発明の「露光装置」の一具体例に対応するものであり、例えばＸ軸方向（第１の方向）に延在している。

光学ヘッド１は、レンズアレイ２と、実装基板４と、ＬＥＤ（light emitting diode）アレイ３と、それらを保持する支持部材５とを有する。レンズアレイ２は、例えば支持部材５の上部に固定されている。ＬＥＤアレイ３は、Ｘ軸方向に並んで光を各々発する複数のＬＥＤ素子３１を含み、レンズアレイ２の一方の端面２Ａ（図２参照）と対向するように実装基板４上に設けられている。ＬＥＤアレイ３は、本発明の「発光素子アレイ」に対応する一具体例である。

実装基板４は、Ｙ軸方向の両端部が支持部材５の下部に固定されている。ここで、支持部材５は、レンズアレイ２の端面２ＡとＬＥＤアレイ３とを、ＬＥＤ素子３１の光軸方向（Ｚ軸方向）において距離Ｌ１の間隔で保持している（図２（ｂ）参照）。なお、距離Ｌ１は、レンズアレイ２の焦点距離Ｌ０よりも距離ΔＬ１（＜０）だけ長い（ΔＬ１＝Ｌ１−Ｌ０）。この距離ΔＬ１は例えば−２５０μｍ以上−１７５μｍ以下であることが望ましい。すなわち、下記の式（１）を満たすことが望ましい。

１７５μｍ≦Ｌ０−Ｌ１≦２５０μｍ ……（１）

図１の破線で囲んだ領域内に示したように、レンズアレイ２は、複数のロッドレンズ２１が束ねられたレンズ群２１Ｇと、そのレンズ群２１ＧをＹ軸方向に挟持するように対向配置された１対の側板２２，２３とを有する。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の双方と直交する方向である。レンズ群２１Ｇは、略円筒状のロッドレンズ２１が例えばＸ軸方向に並ぶ第１のロッドレンズ列２１Ａと、同じく略円筒状のロッドレンズ２１がＸ軸方向に並ぶ第２のロッドレンズ列２１Ｂとが、Ｙ軸方向に互いに隣り合うように配置されたものである。複数のロッドレンズ２１同士の隙間、およびロッドレンズ２１と側板２２，２３との隙間には、接着剤が充填されている。レンズアレイ２は、複数のＬＥＤ素子３１から各々発せられた複数の光を、例えば後出の感光体ドラム４１などの対象物に向けて各々結像する（集光する）ものである。

図３は、ロッドレンズ２１の内部構造を部分的に示す斜視図である。ロッドレンズ２１は、Ｚ軸方向に沿った中心軸ＡＸ２１を有する略円柱状の透明部材であり、光が入出射する一対の端面２Ａ，２Ｂと、外周面２４とを有している。ロッドレンズ２１の外周面２４の近傍は光吸収層２６となっており、さらにその内側は外周面２４から中心軸ＡＸ２１へ向かうほど屈折率が低下するような屈折率分布を有するレンズ部分２５となっている。光吸収層２６は、例えばレンズ部分２５の最外周部分における屈折率とほぼ同じ屈折率を有する媒質に、染料や顔料などの光線を吸収する成分が分散してなるものである。

全てのロッドレンズ２１およびそれらを挟持する一対の側板２２，２３は、いずれもＺ軸方向において同一の寸法を有しており、これを高さＺ１とする。したがって、レンズアレイ２のＺ軸方向の寸法も高さＺ１である。なお、ロッドレンズ２１の開口半角は１０°以上１５°以下であり、ロッドレンズ２１の半径は０．１４ｍｍ以上０．１６ｍｍ以下であり、高さＺ１は例えば４．２ｍｍ以上４．４ｍｍ以下であり、焦点距離Ｌ０は２．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるとよい。ロッドレンズ２１に適用可能なものとして、例えばセルフォック(登録商標)レンズのＳＬＡ−１２Ｅ（開口半角１２°）が挙げられる。但し、ロッドレンズ２１はこれに限定されるものではない。

この光学ヘッド１は、例えば電子プリンタなどの画像形成装置（後に詳述）に搭載され、図２に示したように、光を照射する対象物、例えば感光体ドラム４１と対向するように配置される。その場合、光学ヘッド１の、Ｙ軸方向における中心位置ＣＬの延長上に、感光体ドラム４１の回転軸４１Ｊが位置するとよい。感光体ドラム４１は、例えばその回転軸４１ＪがＸ軸と平行となるように配置される。また、光学ヘッド１の中心位置ＣＬにおいて、感光体ドラム４１の表面４１Ｓと、レンズアレイ２を構成するロッドレンズ２１の端面２Ｂとは、距離Ｌ２の間隔となるように保持されていることが望ましい。この距離Ｌ２は、焦点距離Ｌ０よりも距離ΔＬ２（＜０）だけ長い（ΔＬ２＝Ｌ２−Ｌ０）。ここで、距離ΔＬ２は距離ΔＬ１と一致（すなわち距離Ｌ２は距離Ｌ１と一致）していることが望ましい。したがって、下記の式（２）を満たすことが望ましい。

１７５μｍ≦Ｌ０−Ｌ２≦２５０μｍ ……（２）

光学ヘッド１のＬＥＤアレイ３は、例えば６００ｄｐｉまたは１２００ｄｐｉの解像度を有する。ＬＥＤアレイ３が６００ｄｐｉの解像度を有する場合、ＬＥＤ素子３１が１インチ当たり（１インチは約２５．４ｍｍ）６００個配置されている。すなわち、ＬＥＤ素子３１の配列ピッチは０．０４２３３ｍｍである。１２００ｄｐｉのＬＥＤアレイ３のＬＥＤ素子３１は１インチ当たり１２００個配置されている。すなわち、ＬＥＤ素子３１の配列ピッチは０．０２１１６７ｍｍである。また、ＬＥＤ素子３１の発光中心波長は例えば７４０ｍｍ以上７８０ｍｍ以下であるとよい。

［画像形成装置１００の概略構成］
図４は、上述の光学ヘッド１を備えた画像形成装置１００の全体構成例を表す模式図である。画像形成装置１００は、例えば用紙やフィルムなどの媒体（印刷媒体、転写材ともいう。）１０１に対して画像（例えばカラー画像）を形成する電子写真方式のプリンタであり、本発明の「画像形成装置」に対応する一具体例である。

画像形成装置１００は、図４に示したように、例えば給紙カセット１０２と、給紙ローラ（ホッピングローラ）１０３と、搬送ローラ対１０４と、搬送ローラ対１０５と、４つの画像形成部（プロセスユニット）１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋと、定着器１０７と、排出ローラ対１０８と、排出ローラ対１０９とを上流から下流へ向けて順に、筐体１１０の内部に備えている。筐体１０の上部にはスタッカ１１１が設けられている。さらに、画像形成装置１００は、ＰＣなどの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部を内蔵し、画像形成装置１００の全体の動作制御を行う制御部７を有する。

給紙カセット１０２は、媒体１０１を積層した状態で収納する部材であり、例えば画像形成装置１００の下部に着脱自在に装着されている。

給紙ローラ１０３は、給紙カセット１０２に収納されている媒体１０１をその最上部から１枚ずつ分離して取り出し、搬送ローラ対１０４へ向けて繰り出す部材（給紙機構）である。

搬送ローラ対１０４，１０５は、それぞれ、給紙ローラ１０３から繰り出された媒体１０１を順次挟持してその斜行を修正しつつ画像形成部１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋへ搬送する部材である。

画像形成部１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋは、媒体１０１の搬送路ｄ（図４に破線で示す）に沿って上流側から下流側へ向かってこの順に配置されている。なお、この搬送路ｄは、図４に示したように、この例では全体としてＳ字状の経路となっている。なお、画像形成部１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋは、本発明の「画像形成ユニット」に対応する一具体例である。

これらの画像形成部１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋは、互いに異なる色のトナー（現像剤）を用いて、媒体１０１上に画像（トナー像）を形成するものである。具体的には、画像形成部１０６Ｙは、イエロー（Ｙ：Yellow）トナーを用いて黄色のトナー像を形成し、画像形成部１０６Ｍは、マゼンダ（Ｍ：Magenta）トナーを用いてマゼンダ色のトナー像を形成する。同様に、画像形成部１０６Ｃは、シアン（Ｃ：Cyan）トナーを用いてシアン色のトナー像を形成し、画像形成部１０６Ｋは、ブラック（Ｋ：blacK）トナーを用いて黒色のトナー像を形成する。

このような各色のトナーはそれぞれ、例えば、所定の着色剤、離型剤、帯電制御剤および処理剤等を含んで構成されており、これらの各成分が適宜混合され、あるいは表面処理されることによって製造されるようになっている。これらのうち、着色剤、離型剤および帯電制御材はそれぞれ、内部添加剤として機能する。外部添加剤としては、例えばシリカや酸化チタン等が用いられ、結着樹脂としては例えばポリエステル樹脂等が用いられる。また、着色剤としては、染料や顔料等を単独、もしくは、複数種併用して使用することができる。

ここで、画像形成部１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋは、上記したように互いに異なる色のトナーを用いてトナー像（現像剤像）を形成する点を除き、同じ構成を有している。したがって、以下では、これらの画像形成部１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋをまとめて画像形成部１０６と記載し、その構造等を説明する。

図４に示したように、画像形成部１０６Ｋは、トナーカートリッジ４０（現像剤収容容器）、感光体ドラム４１（像担持体）、帯電ローラ４２（帯電部材）、現像ローラ４４（現像剤担持体）、供給ローラ４５（供給部材）、クリーニングブレード４３および光学ヘッド１を有している。

トナーカートリッジ４０は、上記した各色のトナーが収容されている容器である。すなわち、画像形成部１０６Ｙのトナーカートリッジ４０内にはイエロートナーが収容され、画像形成部１０６Ｍにおけるトナーカートリッジ４０内にはマゼンダトナーが収容され、画像形成部１０６Ｃにおけるトナーカートリッジ４０内にはシアントナーが収容されている。画像形成部１０６Ｋにおけるトナーカートリッジ４０内にはブラックトナーが収容されている。

感光体ドラム４１は、静電潜像を表面（表層部分）に担持する部材であり、感光体（例えば有機系感光体）を用いて構成されている。具体的には、感光体ドラム４１は、導電性支持体と、その外周（表面）を覆う光導電層とを有している。導電性支持体は、例えば、アルミニウムからなる金属パイプにより構成されている。光導電層は、例えば、電荷発生層および電荷輸送層を順に積層した構造を有している。なお、このような感光体ドラム４１は、所定の周速度で回転するようになっている。

帯電ローラ４２は、感光体ドラム４１の表面４１Ｓを帯電させる部材であり、感光体ドラム４１の表面４１Ｓに接するように配置されている。帯電ローラ４２は、例えば、金属シャフトと、その外周（表面）を覆う半導電性ゴム層（例えば、半導電性エピクロロヒドリンゴム層）とを有している。なお、帯電ローラ４２は、例えば感光体ドラム４１とは逆方向に回転するようになっている。

現像ローラ４４は、静電潜像を現像するトナーを表面に担持する部材であり、感光体ドラム４１の表面（周面）に接するように配置されている。現像ローラ４４は、例えば、金属シャフトと、その外周（表面）を覆う半導電性ウレタンゴム層とを有している。なお、このような現像ローラ４４は、所定の周速度にて、例えば感光体ドラム４１とは逆方向に回転するようになっている。

供給ローラ４５は、トナーカートリッジ４０内に収容されているトナーを現像ローラ４４に対して供給するための部材であり、現像ローラ４４の表面（周面）に接するように配置されている。供給ローラ４５は、例えば、金属シャフトと、その外周（表面）を覆う発泡性のシリコーンゴム層とを有している。なお、供給ローラ４５は、例えば現像ローラ４４と同じ方向に回転するようになっている。

クリーニングブレード４３は、感光体ドラム４１の表面（表層部分）に残留するトナーを掻き取って除去（クリーニング）するための部材である。クリーニングブレード４３は、感光体ドラム４１の表面に対してカウンタで当接する（感光体ドラム４１の回転方向に対して逆向きで突出する）ようにして配置されている。クリーニングブレード４３は、例えば、ポリウレタンゴム等の弾性体により構成されている。

光学ヘッド１は、先に説明したものである。光学ヘッド１は、帯電ローラ４２によって帯電された感光体ドラム４１の表面４１Ｓに、画像データに基づいて照射光を選択的に照射して露光することにより、その感光体ドラム４１の表面４１Ｓ（表層部分）に静電潜像を形成する装置である。光学ヘッド１は、例えば筺体１０に支持されている。

転写ローラ４６は、各画像形成部１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋ内で形成されたトナー像を、媒体１０１上に静電的に転写するための部材である。転写ローラ４６は、各画像形成部１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋにおける各感光体ドラム４１と対向配置されている。なお、転写ローラ４６は、例えば、発泡性の半導電性弾性ゴム材により構成されている。

定着器１０７は、画像形成部１０６Ｋから搬送された媒体１０１上のトナー（トナー像）に対して熱および圧力を付与することにより、そのトナー像を媒体１０１に定着させるための装置である。この定着器１０７は、例えば、媒体１０１の搬送路ｄを介して互いに対向配置された、加熱ユニットおよび加圧ローラを含んで構成されている。なお、定着器１０７は、例えば、画像形成装置１００に対して一体的に装着されていてもよいし、画像形成装置１００に対して着脱可能に装着されていてもよい。

排出ローラ対１０８および排出ローラ対１０９は、定着器１０７によってトナーが定着された媒体１０１を画像形成装置１００の外部へ排出する際の案内部材である。排出ローラ対１０８と排出ローラ対１０９とを順次経由して筐体１１０の外部に排出された媒体１０１は、筺体１１０の上部のスタッカ１１１へ向けて、フェースダウンにて排出されるようになっている。なお、スタッカ１１１は、画像が形成（印刷）された媒体１０１を集積する部分である。

［動作および作用］
（Ａ．基本動作）
この画像形成装置１００では、以下のようにして、媒体１０１に対してトナー像が転写される（印刷動作が行われる）。

起動状態の画像形成装置１００に対してＰＣなどの外部機器から印刷画像データおよび印刷命令が制御部７に入力されると、制御部７は、印刷命令に応じて印刷画像データの印刷動作を開始させる。

例えば図４に示したように、給紙カセット１０２に収容されている媒体１０１が給紙ローラ１０３によって最上部から１枚ずつピックアップされ、搬送ローラ対１０４および搬送ローラ対１０５などによって斜行が矯正されつつ下流の画像形成部１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋへ搬送される。画像形成部１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋでは、以下のようにしてトナー像が媒体１０１上に転写される。

画像形成部１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋでは、制御部の印刷命令により、以下の電子写真プロセスによって各色のトナー像が形成される。具体的には、制御部７は、駆動部を起動し、感光体ドラム４１を所定の回転方向へ一定速度で回転させる。これに伴い、帯電ローラ４２、現像ローラ４４および供給ローラ４５なども所定の方向に回転動作を開始することとなる。

一方、制御部７は、各色の帯電ローラ４２に対し所定の電圧を印加し、各色の感光体ドラム４１の表面を一様に帯電させる。次いで、制御部７は制御信号を光学ヘッド１に送り、光学ヘッド１を起動する。起動された光学ヘッド１は、画像データに基づく印刷画像の色成分に対応する光を各色の感光体ドラム４１へ各々照射し、各色の感光体ドラム４１の表面４１Ｓに静電潜像をそれぞれ形成する。具体的には、制御部７からの制御信号に基づき、各ＬＥＤ素子３１が所定の光量で発光する。各ＬＥＤ素子３１からの光３１Ｌはレンズアレイ２に入射する。そののちレンズアレイ２から光２１Ｌとして出射し、感光体ドラム４１の表面４１Ｓに結像する（図２（ｂ）参照）。

トナーカートリッジ４０内のトナーは供給ローラ４５を介して現像ローラ４４へ供給され、現像ローラ４４の表面に担持される。現像ローラ４４は感光体ドラム４１上に形成された静電潜像にトナーを付着させトナー像を形成する。さらに、転写ローラ４６の電圧が印加され、感光体ドラム４１と転写ローラ４６との間に電界が発生する。その状態で感光体ドラム４１と転写ローラ４６との間を媒体１０１が走行すると、その媒体１０１上に、感光体ドラム４１に形成されたトナー像が転写される。

そののち、媒体１０１上のトナー像は、定着器１０７において熱および圧力が付与されることで媒体１０１に定着させられる。最後に排出ローラ対１０８および排出ローラ対１０９により、トナー像が定着した媒体１０１が筐体１１０の外部へ排出され、スタッカ１１１にストックされる。以上により、媒体１０１に対する印刷動作が終了する。

（Ｂ．光学ヘッド１による作用）
光学ヘッド１では、ＬＥＤアレイ３におけるＬＥＤ素子３１に電圧が印加されると、複数のＬＥＤ素子３１が印加電圧に応じて所定の強度の光３１Ｌをそれぞれ発する。複数のＬＥＤ素子３１により各々発せられた複数の光３１Ｌは、端面２ＡＢからロッドレンズ２１に入射したのちロッドレンズ２１によってそれぞれ結像され、光２１Ｌとして端面２Ｂからそれぞれ出射される（図２（ｂ）参照）。端面２Ｂから出射された光２１Ｌは、そのまま露光の対象物（例えば感光体ドラム６）に向かうこととなる。

光学ヘッド１のロッドレンズ２１を、例えば１０°から１５°程度の比較的狭い開口半角のレンズで構成した場合、その分解能が比較的高くなる。そのため、比較的広い開口半角のレンズで構成した場合と比較して、個々のＬＥＤ素子３１に対応して感光体ドラム４１の表面４１Ｓに生成される光像の強度分布にばらつきが生じやすい。ロッドレンズ２１の開口半角が狭くなると、表面４１Ｓに生成される光像の強度分布が、ＬＥＤ素子３１の表面の構造や、ＬＥＤアレイ３を構成する複数のＬＥＤ素子３１の光量、発光面積あるいは配光性などのばらつきの影響を受けやすくなるからである。したがって、通常、印刷品質を向上させるために、光量などを補正した状態で露光が行われる。

しかしながら、電子写真方式の画像形成装置１００における印刷状態は、光学ヘッド１の特性のほか、感光体ドラム４１の光感度特性やトナーの帯電性などによる現像特性にも左右される。通常、感光体ドラム４１の光感度特性やトナーの帯電性などの諸特性においてばらつきが存在するうえ、使用状態に応じてもそれらの諸特性の変動が生じる。例えば感光体ドラム４１の光感度特性は、使用環境温湿度により変化すること、連続的に露光し使用された状態でも一時的に変化すること、使用に伴う感光体ドラム４１の感光層厚の減少により変化すること、などが知られている。また、トナーにおける帯電性などの特性については、画像形成プロセスに関わる各回転体（ローラ）などとの機械的摩擦や環境温湿度によって変化することが知られている。このような特性変動の影響に対し、光学ヘッド１の光量などを補正したとしても十分に対応することができず、印刷品質が影響を受けてしまうことがある。これについて、以下図５および図６を参照して説明する。

図５は、画像形成装置１００において、像担持体としての感光体ドラム４１上にトナー像が形成される過程を模式的に表したグラフである。

図５の右上の領域Ａは、感光体ドラム４１の表面４１Ｓ上の位置と、その表面４１Ｓに照射される光２１Ｌ（図２（ｂ））の強度、すなわち露光強度との関係を模式的に示したものである。図５の領域Ａに示したように、ＬＥＤ素子３１の中心位置と対向する位置において最も高い露光強度となり、ＬＥＤ素子３１の中心位置から離れるほど露光強度も徐々に低下する。

図５の右下の領域Ｂは、感光体ドラム４１の表面４１Ｓにおける表面電位と、露光強度との関係を模式的に示したものである。図５の領域Ｂに示したように、感光体ドラム４１への露光強度が強くなるほど、感光体ドラム４１の表面電位は待機状態から徐々に上昇する。なお、露光しない状態（待機状態）においても表面４１Ｓには所定の待機電位が印加されている。

図５の左下の領域Ｃは、現像特性を示している。すなわち、図５の領域Ｃは、表面４１Ｓにおける表面電位と、表面４１Ｓに担持されるトナー像におけるトナーの濃度との関係を模式的に示したものである。図５の領域Ｃに示したように、露光強度の値に応じて現像効率が０％から１００％まで変化する。すなわち、現像効率０％に対応する露光強度の下限値ＳＬと、現像効率１００％に対応する露光強度の上限値ＳＨとの間において現像がなされる。ここで、現像効率０％とは、トナーが表面４１Ｓに全く付着していない状態、すなわちトナー像の濃度が最も低い状態を意味する。また、現像効率１００％とは、画像形成プロセス上、最大の膜厚でトナー像が形成された状態、すなわちトナー像の濃度が最も高い状態である。

図５の左上の領域Ｄは、表面４１Ｓ上のトナー像の濃度の変化を模式的に示したものである。図５の領域Ｄは、表面４１Ｓ上の位置と、その表面４１Ｓに照射される光２１Ｌ（図２（ｂ））の露光強度との関係を模式的に示したものである。図５の領域Ｄに示したように、ＬＥＤ素子３１の中心位置と対向する位置において最も高いトナー濃度となり、図５の領域Ａに示した露光強度の上限値ＳＨと対応する位置よりもＬＥＤ素子３１の中心位置から離れるほどトナー濃度も徐々に低下する。

図６は、感光体ドラム４１の光感度特性に変動が生じた場合のトナー濃度への影響を模式的に示したものである。ここでは、例として、感光体ドラム４１の光感度が低下した場合、すなわち、同一露光強度でも待機電位からの変化が少なくなる場合について説明する。図６の右下の領域Ｂは、感光体ドラム４１の光感度特性が曲線Ｓａから曲線Ｓｂに変化した状態を表している。このとき、図６の左下の領域Ｃに示した現像特性において、現像効率に対応する光学ヘッド１の露光強度が変化する。例えば、現像効率１００％に対応する露光強度はＤａからＤｂへ増加し、現像効率０％に対応する露光強度はｄａからｄｂへ増加する（図６の領域Ｂ，Ｃ参照）。その結果、現像に足る露光強度を満たす光像径も変化し、感光体ドラム４１上のトナー濃度はＴａからＴｂに変化する（図６の領域Ｄ参照）。上述のように、光学ヘッド１を構成するＬＥＤアレイ３の個々のＬＥＤ素子３１は、光量、発光面積および配光性などにおいてばらつきを有するので、各ＬＥＤ素子３１は光量などを補正した状態で使用される。この際、感光体ドラム４１における所定の光感度特性および現像特性を満たす範囲において使用されることを想定している。図６に示した例では、例えば領域Ａの露光強度Ｄａから露光強度ｄａまでが現像に寄与する露光強度の範囲であると想定される。よって、光学ヘッド１における各ＬＥＤ素子３１の光量などを補正して形成画像における各画素の均一性を向上させるにあたっては、露光強度Ｄａから露光強度ｄａの範囲内において複数のＬＥＤ素子３１の光像径のばらつきが少ないことを指標とするのが適当である。例えば図７Ａに示したように、露光強度がほぼ同一のレベル（レベルＬｖ１）であっても、Ｘ軸方向に隣り合うように並ぶ複数のＬＥＤ素子３１の光像径Ｗ１〜Ｗ３が大きくばらついていると、形成画像にすじ状のむらが生じてしまうからである。図７Ａは、参考例としてのＬＥＤアレイにおける各ＬＥＤ素子の露光強度と発光面内の位置との関係（露光強度分布）を模式的に表したものである。

しかしながら、図６に示したように感光体ドラム４１の光感度特性の変動が生じた（曲線Ｓａから曲線Ｓｂに変化した）場合には、より高い露光強度Ｄｂから露光強度ｄｂまでの範囲が現像に寄与するうえ、その範囲でのＬＥＤ素子３１の光像径の均一性も求められることとなる。なお、図６では感光体ドラム４１の光感度特性の変動が生じた場合を例示しているが、この他に現像特性（領域Ｃに示した現像効率）が変動する場合や、感光体ドラム４１の光感度特性の変動と現像特性の変動とが同時に発生する場合についても同様の議論ができ、当初想定した感光体ドラム４１の光感度特性および現像特性から導出される露光強度の好適範囲から外れた領域が現像に寄与する場合においても、複数のＬＥＤ素子３１の光像径のばらつきが少ない状態が求められる。

［効果］
そこで、本実施の形態では、上述したように式（１）および式（２）を満たすように、ＬＥＤアレイ３と、レンズアレイ２と、感光体ドラム４１との配置を設定している。そうすることで、図７Ｂに示したように、Ｘ軸方向に並ぶ複数のＬＥＤ素子３１の露光強度分布が互いに近似したものとなり、使用される露光強度（レベルＬｖ１）において複数のＬＥＤ素子３１の光像径のばらつきを揃えることができる（Ｗ１１≒Ｗ１２≒Ｗ１３）。仮に露光に使用される露光強度がレベルＬｖ１からレベルＬｖ２に変動した場合であっても、複数のＬＥＤ素子３１が互いに近似した露光強度分布を有するので、光像径のばらつきが生じにくい（Ｗ２１≒Ｗ２２≒Ｗ２３）。すなわち、光学ヘッド１では、光像径の変動の少ない露光強度の範囲を使用して感光体ドラム４１の露光がなされ、形成画像におけるすじや濃度むらなどが低減される。したがって、この光学ヘッド１を備えた画像形成装置１００によれば、適切な露光を行うことができ、より良好な画像を形成することができる。

＜２．実験例＞
（実験例１）
次に、上記実施の形態で説明した光学ヘッド１を作製し、ＬＥＤ素子３１における、Ｘ軸方向の露光強度分布、および露光強度と光像径との関係について調査した。その結果を図８に示す。ここでは、ロッドレンズ２１に、セルフォック（登録商標)レンズのＳＬＡ−１２Ｅ（開口半角１２°）を用い、ＬＥＤアレイ３の解像度を１２００ｄｐｉ（Ａ４サイズ）とし、ＬＥＤ素子３１の発光波長の中心値は７４０ｍｍ以上７８０ｍｍ以下に収まるようにした。ロッドレンズ２１は、いずれも０．１４ｍｍ〜０．１６ｍｍの半径を有し、屈折率分布の特性もほぼ同じものを用いた。さらに、レンズアレイ２の高さＺ１は４．３６ｍｍとし、レンズアレイ２の焦点距離Ｌ０は２．３８ｍｍとした。また、距離ΔＬ１，ΔＬ２を共に＋２５０μｍとした。すなわち、距離Ｌ１，Ｌ２を焦点距離Ｌ０（＝２．３８ｍｍ）よりも２５０μｍ長くした。

図８の（ａ）は、縦軸が画素中心（ＬＥＤ素子３１のＸ軸方向の中心）からの距離を表し、横軸がそのＬＥＤ素子３１から表面４１Ｓに照射される光の表面４１Ｓでの露光強度を表している。図８の（ｂ）は、縦軸がそのＬＥＤ素子３１の光像径のばらつき（平均に対する標準偏差の割合）を表し、横軸が図８の（ａ）と同じく露光強度を表している。光像径にばらつきに関し、平均とは光学ヘッド１内の全画素（全ＬＥＤ素子３１）における平均を表し、ばらつきとは光学ヘッド１内の全画素（全ＬＥＤ素子３１）の標準偏差を光学ヘッド１の全ＬＥＤ素子３１の平均で除した値である。また図８において、符号ＰＸは、発光させたＬＥＤ素子３１（当該ＬＥＤ素子３１）に隣接するＬＥＤ素子３１の、当該ＬＥＤ素子３１の中心からのＸ軸方向の位置の範囲を示す。ここでは、具体的には範囲ＰＸは、当該ＬＥＤ素子３１の中心から１０．６μｍ以上３１．８μｍ以下の範囲を示す。また、図８において符号Ｒ１は、発光させたＬＥＤ素子３１からの光のうち、隣なりのＬＥＤ素子３１に及ぶ光の露光強度範囲を示している。

図８の（ｂ）に示したように、本実験例では、露光強度範囲Ｒ１において光像径が大きく変動する結果となった。また、本実験例の光学ヘッド１を備えた画像形成装置１００により画像形成（印刷）を行ったところ、印刷画像にすじおよび濃度むらが認められた。

（実験例２）
距離ΔＬ１，ΔＬ２を共に＋２００μｍとした。この点を除き、他は実験例１と同様にして、ＬＥＤ素子３１における、Ｘ軸方向の露光強度分布、および露光強度と光像径との関係について調査した。その結果を図９に示す。図９の（ｂ）に示したように、本実験例では、露光強度範囲Ｒ１において光像径が大きく変動する結果となった。また、本実験例の光学ヘッド１を備えた画像形成装置１００により画像形成（印刷）を行ったところ、印刷画像にすじおよび濃度むらが認められた。

（実験例３）
距離ΔＬ１，ΔＬ２を共に＋１５０μｍとした。この点を除き、他は実験例１と同様にして、ＬＥＤ素子３１における、Ｘ軸方向の露光強度分布、および露光強度と光像径との関係について調査した。その結果を図１０に示す。図１０の（ｂ）に示したように、本実験例では、露光強度範囲Ｒ１において光像径が大きく変動する結果となった。また、本実験例の光学ヘッド１を備えた画像形成装置１００により画像形成（印刷）を行ったところ、印刷画像にすじおよび濃度むらが認められた。

（実験例４）
距離ΔＬ１，ΔＬ２を共に＋５０μｍとした。この点を除き、他は実験例１と同様にして、ＬＥＤ素子３１における、Ｘ軸方向の露光強度分布、および露光強度と光像径との関係について調査した。その結果を図１１に示す。図１１の（ｂ）に示したように、本実験例では、露光強度範囲Ｒ１において光像径が大きく変動する結果となった。すなわち、本実験例では、露光強度範囲Ｒ１において光像径が突出して大きくなる箇所はなかったものの、露光強度範囲Ｒ１の上下限近傍において他の部分よりも光像径が大きくなった。また、本実験例の光学ヘッド１を備えた画像形成装置１００により画像形成（印刷）を行ったところ、印刷画像にすじおよび濃度むらが認められた。

（実験例５）
距離ΔＬ１，ΔＬ２を共に０μｍとした。この点を除き、他は実験例１と同様にして、ＬＥＤ素子３１における、Ｘ軸方向の露光強度分布、および露光強度と光像径との関係について調査した。その結果を図１２に示す。図１２の（ｂ）に示したように、本実験例では、露光強度範囲Ｒ１において光像径が大きく変動する（突出する部分を含む）結果となった。また、本実験例の光学ヘッド１を備えた画像形成装置１００により画像形成（印刷）を行ったところ、印刷画像にすじおよび濃度むらが認められた。

（実験例６）
距離ΔＬ１，ΔＬ２を共に−１５０μｍとした。この点を除き、他は実験例１と同様にして、ＬＥＤ素子３１における、Ｘ軸方向の露光強度分布、および露光強度と光像径との関係について調査した。その結果を図１３に示す。図１３の（ｂ）に示したように、本実験例では、露光強度範囲Ｒ１において光像径が大きく変動する（突出する部分を含む）結果となった。また、本実験例の光学ヘッド１を備えた画像形成装置１００により画像形成（印刷）を行ったところ、印刷画像にすじおよび濃度むらが認められた。

（実験例７）
距離ΔＬ１，ΔＬ２を共に−１７５μｍとした。この点を除き、他は実験例１と同様にして、ＬＥＤ素子３１における、Ｘ軸方向の露光強度分布、および露光強度と光像径との関係について調査した。その結果を図１４に示す。図１４の（ｂ）に示したように、本実験例では、露光強度範囲Ｒ１において光像径が大きく変動する（突出する）部分はなく、良好な結果となった。また、本実験例の光学ヘッド１を備えた画像形成装置１００により画像形成（印刷）を行ったところ、印刷画像にすじおよび濃度むらなどは認められなかった。

（実験例８）
距離ΔＬ１，ΔＬ２を共に−２００μｍとした。この点を除き、他は実験例１と同様にして、ＬＥＤ素子３１における、Ｘ軸方向の露光強度分布、および露光強度と光像径との関係について調査した。その結果を図１５に示す。図１５の（ｂ）に示したように、本実験例においても、露光強度範囲Ｒ１において光像径が大きく変動する（突出する）部分はなく、良好な結果となった。また、本実験例の光学ヘッド１を備えた画像形成装置１００により画像形成（印刷）を行ったところ、印刷画像にすじおよび濃度むらなどは認められなかった。

（実験例９）
距離ΔＬ１，ΔＬ２を共に−２５０μｍとした。この点を除き、他は実験例１と同様にして、ＬＥＤ素子３１における、Ｘ軸方向の露光強度分布、および露光強度と光像径との関係について調査した。その結果を図１６に示す。図１６の（ｂ）に示したように、本実験例においても、露光強度範囲Ｒ１において光像径が大きく変動する（突出する）部分はなく、良好な結果となった。また、本実験例の光学ヘッド１を備えた画像形成装置１００により画像形成（印刷）を行ったところ、印刷画像にすじおよび濃度むらなどは認められなかった。

（実験例１０）
距離ΔＬ１，ΔＬ２を共に−３００μｍとした。この点を除き、他は実験例１と同様にして、ＬＥＤ素子３１における、Ｘ軸方向の露光強度分布、および露光強度と光像径との関係について調査した。その結果を図１７に示す。図１７の（ｂ）に示したように、本実験例では、露光強度範囲Ｒ１において光像径が突出して大きくなる箇所はなかったものの、露光強度範囲Ｒ１の上下限近傍において他の部分よりも光像径が大きくなった。また、本実験例の光学ヘッド１を備えた画像形成装置１００により画像形成（印刷）を行ったところ、印刷画像にすじおよび濃度むらが認められた。

上記実験例１〜１０によれば、距離ΔＬ１，ΔＬ２を共に−２５０μｍ以上−１７５μｍ以下とすることで、画像形成装置の印刷画像にすじや濃度むらなどの印刷不良の発生を抑制できることが確認できた。

＜４．その他の変形例＞
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、レンズアレイ２が２列に並ぶロッドレンズ２１を有するようにしたが、ロッドレンズの配置位置や数についてはこれに限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、１次転写方式（直接転写方式）の画像形成装置１００を例示して説明したが、本発明は２次転写方式にも適用されうるものである。

また、上記実施の形態では、本発明における「画像形成装置」の一具体例として、印刷機能を有する画像形成装置について説明したが、これには限られない。すなわち、そのような印刷機能に加え、例えば、スキャン機能やファックス機能を有する複合機として機能する画像形成装置においても、本発明を適用することが可能である。

１…光学ヘッド（露光装置）、２…レンズアレイ、２Ａ，２Ｂ…端面、２１…ロッドレンズ、２２，２３…側板、２４…外周面、２５…レンズ部分、２６…光吸収層、３…ＬＥＤアレイ、３１…ＬＥＤ素子、４…実装基板、５…支持部材、７…制御部、１００…画像形成装置、１０１…媒体、１０２…給紙カセット、１０３…給紙ローラ、１０４，１０５…搬送ローラ対、１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋ…画像形成部（プロセスユニット）、１０７…定着器、１０８，１０９…排出ローラ対、１１０…筐体、１１１…スタッカ、４０…トナーカートリッジ、４１…感光体ドラム（像担持体）、４１Ｊ…回転軸、４２…帯電ローラ、４３…クリーニングブレード、４４…現像ローラ、４５…供給ローラ、４６…転写ローラ、Ｌ１，Ｌ２…距離、Ｌ０…焦点距離。

Claims

像担持体を露光する露光装置であって、
第１の方向に並んで光を各々発する複数の発光素子を含む発光素子アレイと、
前記第１の方向と直交する第２の方向において前記発光素子アレイと対向して配置され、前記複数の発光素子から各々発せられた複数の前記光を各々結像するレンズアレイと
を有し、
下記の式（１）および式（２）を満たす
露光装置。
１７５μｍ≦Ｌ０−Ｌ１≦２５０μｍ ……（１）
１７５μｍ≦Ｌ０−Ｌ２≦２５０μｍ ……（２）
但し、
Ｌ０：レンズアレイの焦点距離（レンズアレイにより結像された光の第１の方向の光量分布から算出したコントラストが最大となる距離）
Ｌ１：レンズアレイと発光素子アレイとの距離
Ｌ２：レンズアレイと像担持体との距離
前記レンズアレイは、開口半角が実質的に１０°以上１５°以下であると共に径方向において屈折率分布を有するロッドレンズを複数含む
請求項１記載の露光装置。
前記レンズアレイは、開口半角が実質的に１２°であると共に径方向において屈折率分布を有するロッドレンズを複数含む
請求項１記載の露光装置。
前記ロッドレンズは、０．１４ｍｍ以上０．１６ｍｍ以下の半径と、４．２ｍｍ以上４．４ｍｍ以下の高さと、２．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の焦点距離とを有するものである
請求項２または請求項３に記載の露光装置。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の露光装置を備えた画像形成ユニット。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の露光装置を備えた画像形成装置。