JPH1052940A

JPH1052940A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH1052940A
Application number: JP21150596A
Authority: JP
Inventors: Shunji Murano; 俊次村野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構成で１２００ＤＰＩを越える固体走査
方式の高密度ヘッド及び高解像度の光学系とし、高印画
品質を達成する【解決手段】プリズム式ハーフミラー１０は、２つの断
面が直角３角形をなす３角柱プリズム２Ａ、２Ｂを斜面
で接合し、その接合面をハーフミラー面Ｍとした４角柱
プリズム式ハーフミラー１であり、２つのヘッド３Ａ、
３Ｂをハーフミラー面Ｍを挟んで隣接する２側面に設置
することにより、ヘッド３Ａ、３Ｂからの光を合成して
発光素子密度を２倍とし、１個の非球面レンズ４を通じ
て感光体５上に結像した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードア
レー等の発光素子アレーヘッドからの光を、レンズで感
光体上に結像する方式の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真プリンタ等の画像形成装
置の分野においては、光源部の発光素子アレーヘッド
（以下ヘッドと略す）の発光素子密度は３００ＤＰＩ
（ドット／インチ）、６００ＤＰＩであったが、高印画
品質化の要求から１２００ＤＰＩの発光素子密度のもの
が要求されてきている。この画像形成装置の印画用ヘッ
ドとして用いられる発光ダイオード（以下ＬＥＤとい
う）アレーヘッドは固体走査方式のヘッドであり、レー
ザ方式のヘッドに比較して多数の発光素子（発光ドッ
ト）を数ｍｍ〜数１０ｍｍの間に配列する必要がある。
従って、発光素子のサイズは数μｍ〜数１０μｍにしな
ければならず、具体的には発光素子間ピッチ及び発光素
子サイズは下記表１の通りである。

【０００３】

【表１】

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表１の
通り２４００ＤＰＩの場合は発光素子サイズが０．５８
μｍ程度で、発光素子用の電極幅を５μｍ程度にする必
要があり、このような電極幅は形成が困難なため発光部
を設けることが不可能となる。従って、発光素子そのも
ののサイズを小さくすることができず、高密度化が非常
に難しいという問題点があった。

【０００５】また、１２００ＤＰＩを越えると、ＬＥＤ
電極と外部駆動回路あるいは駆動用ＩＣチップとのワイ
ヤボンディングが困難であった。例えば、ワイヤボンデ
ィングパッドは４０μｍ程度の大きさが必要で、１２０
０ＤＰＩではぎりぎり配置できる大きさであり、２４０
０ＤＰＩでは配置不可能であった。また、ワイヤボンデ
ィングを簡略化するために、複数のＬＥＤアレーチップ
の両側に近接させてそれぞれ駆動用ＩＣチップを配置し
ようとすると、駆動用ＩＣチップの数が倍増し大幅なコ
ストアップを招くことになる。そこで、駆動用ＩＣチッ
プをＬＥＤアレーチップの片側に配置して駆動用ＩＣチ
ップの数を削減すると、ワイヤ長が長くなったり、ワイ
ヤの配置が複雑になり、歩留りの低下等の問題があっ
た。

【０００６】更に、固体走査方式のヘッドでは、光を拡
大結像するものとして屈折率分布型円柱レンズアレー
（セルフォックレンズアレーともいい、セルフォックは
日本板硝子（株）の登録商標）が用いられているが、屈
折率分布型円柱レンズは解像度が低く印画品質が低かっ
た。また、屈折率分布型円柱レンズアレーは、多数のレ
ンズを高密度に並べる必要があり、その結果、歩留りを
高くするのが難しく、故に生産性が低いという問題点が
あった。このため、製造が容易で高解像度の光学系が望
まれていた。

【０００７】従って、本発明は上記事情に鑑みて完成さ
れたものであり、その目的は簡易な構成で１２００ＤＰ
Ｉを越える固体走査方式の高密度ヘッド及び高解像度の
光学系を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の画像形成装置
は、多数の発光素子を所定間隔で直線状に配列した複数
個の発光素子アレーヘッドと、１方の発光素子アレーヘ
ッドの発光ドット間に他方の発光素子アレーヘッドの発
光ドットを位置させるか、又は、複数個の発光素子アレ
ーヘッドの発光ドットを重ね合わせて１ラインを形成す
べく、これらの発光素子アレーヘッドの光路に設置した
プリズム式ハーフミラーとを有し、該プリズム式ハーフ
ミラーより出射した光を非球面レンズを通して感光体に
結像させるように構成したことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明を図１〜４を用いて説明す
る。図１は画像形成装置の基本構成の斜視図で、図２及
び図３は光源部の側面図で、図４は他の例の画像形成装
置の基本構成の側面図である。

【００１０】図１において、ヘッド３Ａ、３Ｂからの光
をプリズム式ハーフミラー１０によって合成し、それを
非球面レンズ４で拡大し、感光体５上に照射し潜像を電
荷により形成する。そして、例えば発光したドットに相
当する部分は電荷が形成されず、その他の部分は正電荷
が形成され、次いで正に帯電したトナーを電荷が形成さ
れていない部分に静電力により吸着させ、それを紙、基
板等の被印画材に画像を転写する。

【００１１】この場合、図２（ａ）のように、プリズム
式ハーフミラー１０は、２つの断面が直角３角形をなす
３角柱プリズム２Ａ、２Ｂを斜面で接合し、その接合面
をハーフミラー面Ｍとした４角柱プリズム式ハーフミラ
ー１であり、ヘッド３Ａの発光ドット（発光素子）間に
ヘッド３Ｂの発光ドットが位置するようにして、ヘッド
３Ａ、３Ｂをハーフミラー面Ｍを挟んで隣接する２側面
に設置することにより、ヘッド３Ａ、３Ｂからの光を合
成し、１ライン（１走査線）における発光素子密度を２
倍にすることができる。

【００１２】あるいは、図２（ｂ）のように、プリズム
式ハーフミラー１１は、断面が直角３角形をなす３角柱
プリズム２Ａ、２Ｂを各々の斜面で接合させ、その接合
面をハーフミラー面Ｍとした４角柱プリズム式ハーフミ
ラー１Ａ、１Ｂ、１Ｃを有し、それらの各ハーフミラー
面Ｍが平行となるように断面においてＬ字状に接合して
構成されており、Ｌ字状角部のハーフミラー１Ｂを除く
２つの４角柱プリズム式ハーフミラー１Ａ、１Ｃに対し
て各ハーフミラー面Ｍを間に挟んで隣接する２つの側面
に発光素子アレーヘッド３Ａ〜３Ｄを設置することによ
り、発光素子密度を４倍にする。このとき、ヘッド３Ａ
の発光ドット間にヘッド３Ｂ〜３Ｄの各発光ドットが互
いに重ならないように設置している。

【００１３】図２において、ヘッド３Ａ〜３Ｄは必ずし
も直接プリズム式ハーフミラー１０，１１に設置せずと
もよく、プリズム式ハーフミラー１０，１１がヘッド３
Ａ〜３Ｄの光路にあることが必要条件であるが、直接設
置した方が位置調整が容易に行え好ましい。

【００１４】また、図２の例において、各ヘッドの発光
ドットの境界が重なるように隣接させ、合成された発光
ドットの見かけの面積を２倍、４倍にすると、発光素子
密度が２倍、４倍になるばかりでなく、合成された発光
ドットにおいて各ヘッドの発光ドットをＯＮ，ＯＦＦさ
せ面積階調することにより、２階調、４階調以上の表示
ができ好ましい。

【００１５】更に、図３（ａ）、（ｂ）のように、プリ
ズム式ハーフミラー１０、１１のヘッド３Ａ〜３Ｄの設
置面と光出射面を除く側面に、遮光膜２０、２１を設け
てもよく、この構成により、所定の光路からはずれた光
が再びその光路に戻ってきてゴースト等の異常像を発生
するのを防ぐ。上記遮光膜２０、２１は、発光素子から
の光を大部分吸収する材料が好ましく、公知の黒色繊
維、黒色塗料等の暗色系の被覆材料を貼付、塗布等の方
法で被覆して形成する。

【００１６】また、図４（ａ）のように、プリズム式ハ
ーフミラー１０からの２本の出射光に対して、それぞれ
感光体５Ａ、５Ｂを配置してもよく、このとき２ヵ所で
同時に印画が可能となり、印画効率が２倍になる。ある
いは、図４（ｂ）のように、プリズム式ハーフミラー１
１からの４本の出射光に対して、それぞれ感光体５Ｃ〜
５Ｆを配置することもでき、この場合４ヵ所で同時に印
画が可能となり、印画効率が４倍になる。

【００１７】更に、上記１個の非球面レンズ４に代えて
１組のズームレンズを用いてもよく、このような構成に
より、画像の画素密度及び画像の大きさを自在に調整で
きる。また、少なくとも１つのヘッドの駆動を制御して
発光素子密度を増減させれば、ズームレンズの倍率に対
して最適な発光素子密度に調整することができ、過度の
高発光素子密度による画像のつぶれ等が防止される。上
記ズームレンズは、結像面が固定され倍率が変化するよ
うにしたものであれば使用でき、複数のレンズを組み合
わせてそれらのレンズが光軸方向に移動するような、公
知の方式のものでよい。上記非球面レンズ４又はズーム
レンズは複数設けることもできるが、印画品質の均一
化、画像の分離及び重畳の防止、光軸調整の容易さ等の
点で１個設けることが好ましい。

【００１８】他方、本発明においては、複数個のヘッド
の発光ドットを重ね合わせて１ラインを形成するもので
あり、例えば図２（ａ）の場合、ヘッド３Ａ、３Ｂの各
々の発光ドットを重ね合わせて１ラインを形成すると、
発光強度を容易に２倍にできる。あるいは、ヘッド３
Ａ、３Ｂの各発光ドットの発光強度を、印加電圧を制御
して２段階にすると、２×２で４階調表示が可能とな
る。更に、一方のヘッドをの発光強度を３段階にする
と、２×３で６階調表示となり、このようにして任意の
階調表示ができる。

【００１９】かくして、本願発明は、簡易な構成で１２
００ＤＰＩを越える固体走査方式の高密度ヘッド及び高
解像度の光学系を提供でき、また階調表示が可能とな
る。

【００２０】本発明のプリズム式ハーフミラーとして
は、上記４角柱プリズム式ハーフミラーが、他の平板状
ハーフミラー、平面型光導波路及び光ファイバーカップ
ラー等に比較して、光ビーム形状の歪みがなく、光軸調
整の容易さ、光学的損失の小さいこと等の点で好適であ
る。また、ハーフミラー面は、入射した光がほぼ半々づ
つ透過・反射するようされていればよく、公知の誘電体
多層膜等により形成される。

【００２１】更に、本発明の発光素子としては、ＬＥＤ
素子、半導体レーザ素子、ＥＬ（Electro Luminescent
）素子、プラズマセル、蛍光素子、液晶シャッタ等が
使用できるが、ＬＥＤ素子が発光輝度の高さ、低駆動電
圧（５Ｖ）、小型化、量産性の点で好ましい。

【００２２】尚、本発明は上記の実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
の変更は何等差し支えない。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。

【００２４】（実施例１）図２（ａ）に示すように、光
源部にプリズム式ハーフミラー１０を用い、１ラインに
おけるＬＥＤ素子密度が結果的に２倍になるようにし
た。このとき、図１のように、各ヘッドからの光を合成
し出射する光源部と、その光を拡大し結像する１個の非
球面レンズ４と、結像部に設けられる感光体５とを具備
する画像形成装置を作製した。

【００２５】具体的なヘッドの構成は、ＬＥＤアレーか
らなるヘッド３Ａ、３Ｂを各々１２００ＤＰＩとし、プ
リズム式ハーフミラー１０で合成して２４００ＤＰＩと
した。各々のヘッドの長さを５４ｍｍとし、総ドット数
を５１２０ドットとした。この２４００ＤＰＩの発光信
号を倍率４倍の非球面レンズ４で拡大すると、感光体５
上では６００ＤＰＩの画素密度になり、１走査の信号の
長さは２１６ｍｍとなった。これにより、Ａ４（日本工
業規格Ａ列４番）サイズの紙に、６００ＤＰＩの画素密
度の画像を印画することができ、また非球面レンズ４の
高解像度特性により高品質な画像が得られた。

【００２６】このとき、非球面レンズ４により４倍に拡
大して光学的に良好な結像面を得るためには、物像間距
離を５０ｍｍ〜１００ｍｍとするのがよいが、本実施例
においては、非球面レンズ４の直径は約２０ｍｍで、ヘ
ッドとレンズ間距離が１５ｍｍで、レンズと結像面距離
が６０ｍｍであるので物像間距離は７５ｍｍであった。
この場合、上記物像間距離をミラー等で折り曲げ、装置
全体を小型化してもよい。

【００２７】（実施例２）図２（ｂ）に示すように、光
源部にプリズム式ハーフミラー１１を用い、１ラインに
おけるＬＥＤ素子密度が結果的に４倍になるようにし
た。この場合、ハーフミラー面ＭがＬ字状角部の頂点Ｌ
₀に向かう方向に平行になるようにし、Ｌ字状角部のハ
ーフミラー１Ｂを除く２つの４角柱プリズム式ハーフミ
ラー１Ａ、１Ｃに対して各ハーフミラー面Ｍを間に挟ん
で隣接する２つの側面にヘッド３Ａ〜３Ｄを設置する
と、４つのヘッド３Ａ〜３Ｄからの光を合波できる。即
ち、このプリズム式ハーフミラー１１は、図２（ａ）の
プリズム式ハーフミラー１０のヘッド３Ａ、３Ｂの位置
に新たにハーフミラーを設けた構成となっている。他の
構成は実施例１と同様である。

【００２８】具体的なヘッドの構成は、ヘッド３Ａ〜３
Ｄを各々１２００ＤＰＩとし、プリズム式ハーフミラー
１１で合波して４８００ＤＰＩとした。各々のヘッドの
長さを５４ｍｍとし、総発光ドット数を１０２４０ドッ
トとした。このとき、ヘッド３ＡのＬＥＤ素子間に、他
のヘッド３Ｂ〜３ＤのＬＥＤ素子が直線上に完全に並ぶ
ように配置しなくてもよく、千鳥状に、即ち発光素子を
斜めにずらして配置してもよい。あるいは、直線上に各
ＬＥＤ素子が部分的に重複するよう配置し、ＬＥＤ素子
の発光輝度を制御することにより、各ＬＥＤ素子の光軸
が実質上光学的に重複しないようにすることもできる。

【００２９】上記４８００ＤＰＩの発光信号を倍率４倍
の非球面レンズ４で拡大すると、感光体５上では１２０
０ＤＰＩの画素密度になり、１走査の信号の長さは２１
６ｍｍとなった。これにより、Ａ４サイズの紙に１２０
０ＤＰＩの画素密度の画像を印画することができ、また
非球面レンズ４の高解像度特性により高品質な画像が得
られた。

【００３０】また、ヘッド３Ａ〜３Ｄを各々６００ＤＰ
Ｉとした場合は、合波して２４００ＤＰＩとし、Ａ４サ
イズの紙に６００ＤＰＩの画素密度の画像を印画するこ
とができた。

【００３１】更に本実施例において、ヘッド３Ａ〜３Ｄ
のうち１つを発光させずに合成すると、３倍のＬＥＤ素
子密度とすることもできる。

【００３２】（実施例３）実施例１と同様にして、光源
部にプリズム式ハーフミラー１０を用い、図３（ａ）の
ように、ヘッド３Ａ、３Ｂの設置面と光出射面を除く面
に遮光膜２０を設けた。遮光膜２０は、黒色顔料を塗布
し形成した。

【００３３】この光源部を用いて、Ａ４サイズの紙に６
００ＤＰＩの画素密度の画像を印画するとゴースト等の
異常像がまったく発生せず、更に高品質な画像が得られ
た。

【００３４】また、実施例２と同様にして、光源部にプ
リズム式ハーフミラー１１を用い、図３（ｂ）のよう
に、３Ａ〜３Ｄの設置面と光出射面を除く面に遮光膜２
１を設けた。遮光膜２１は、上記遮光膜２０と同様にし
て形成した。

【００３５】この光源部を用いて、Ａ４サイズの紙に１
２００ＤＰＩの画素密度の画像を印画したところ、異常
像がまったく発生せず、更に高品質な画像が得られた。

【００３６】（実施例４）実施例１と同様にして、光源
部にプリズム式ハーフミラー１０を用い、図４（ａ）に
示すように、２本の出射光に対してそれぞれ感光体５
Ａ、５Ｂを配置した。この場合、２本の出射光は同じ合
成信号（合成像）であり、同じ画像を同時に２ヵ所で印
画できた。

【００３７】また、実施例２と同様にして、光源部にプ
リズム式ハーフミラー１１を用い、図４（ｂ）に示すよ
うに、４本の出射光に対してそれぞれ感光体５Ｃ〜５Ｆ
を配置した。この場合、ヘッド３Ａ〜３Ｄからの信号を
各々Ｓ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、Ｓ_Dとすると、４本の出射光は
図に示すようにＳ_A＋Ｓ_B、Ｓ_A＋Ｓ_B＋Ｓ_C＋Ｓ
_D（２本）、Ｓ_C＋Ｓ_Dという３種類の合成信号であっ
た。従って、３種類の合成像を同時に４ヵ所で印画でき
た。

【００３８】（実施例５）実施例２と同様にして、光源
部にプリズム式ハーフミラー１１を用い、１個の非球面
レンズ４の代わりに１組のズームレンズ（図示せず）を
配置した。ズームレンズは、複数のレンズを組み合わせ
て構成し、倍率を０．１〜２０に可変とした。このズー
ムレンズにより画像の縮小ができ、例えばグラフィック
印画を部分的に挿入できるという機能が得られた。

【００３９】また、ズームレンズの様々な倍率に対して
最適なＬＥＤ素子密度に調整するために、以下のように
調整した。例えば４８００ＤＰＩをズームレンズで１／
２に縮小すると、９６００ＤＰＩで総ドット長が２７ｍ
ｍになり、画像のつぶれ等が発生するため、総ドット数
を１／２〜１／３に減少させて４８００〜３２００ＤＰ
Ｉにし、画像のつぶれ等を防止した。逆にズームレンズ
で拡大する場合はドット密度が粗くなるため、発光素子
密度を最大の４８００ＤＰＩとした。このとき、画像の
縦方向の画素密度を高くするために、副走査方向（縦方
向）の速度を遅くすることもできる。

【００４０】

【発明の効果】本発明により、発光素子アレーヘッドか
らの光をプリズム式ハーフミラーにより合成して、発光
素子密度を容易に１２００ＤＰＩ超に高密度化すること
ができ、その結果、高品質の画像を印画することができ
る。本発明のプリズム式ハーフミラーは、プリズム等を
組み合わせて簡便に構成でき、また、レンズを高解像度
の非球面レンズとすることにより、高印画品質を確保す
るとともに製品の歩留りも高くなり、生産性も向上す
る。更に、プリズム式ハーフミラーから出射される複数
の合成信号を同時に感光体上に露光することにより、複
数の画像を同時に印画することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の基本構成の斜視図であ
る。

【図２】本発明の光源部の側面図である。

【図３】本発明の他の光源部の側面図である。

【図４】本発明の他の画像形成装置の基本構成の側面図
である。

【符号の説明】

１：プリズム式ハーフミラー２Ａ：３角柱プリズム２Ｂ：３角柱プリズム３Ａ：ＬＥＤアレーヘッド３Ｂ：ＬＥＤアレーヘッド３Ｃ：ＬＥＤアレーヘッド３Ｄ：ＬＥＤアレーヘッド４：非球面レンズ５：感光体１０：４角柱プリズム式ハーフミラー１１：４角柱プリズム式ハーフミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の発光素子を所定間隔で直線状に配
列した複数個の発光素子アレーヘッドと、１方の発光素
子アレーヘッドの発光ドット間に他方の発光素子アレー
ヘッドの発光ドットを位置させるか、又は、複数個の発
光素子アレーヘッドの発光ドットを重ね合わせて１ライ
ンを形成すべく、これらの発光素子アレーヘッドの光路
に設置したプリズム式ハーフミラーとを有し、該プリズ
ム式ハーフミラーより出射した光を非球面レンズを通し
て感光体に結像させるように構成したことを特徴とする
画像形成装置。