(57)【要約】【課題】複数の発光点から出射される光束を用いて画像を形成する画像形成装置、アレイ鏡及び光源ユニットを提供する。【解決手段】ＬＥＤアレイＬＡＹの各ＬＥＤから出射された発散光の一部は、間接的に反射鏡ＡＭで反射され略平行光束に変換されて出射するようになっている。反射光及び各ＬＥＤからの直接光は、光束の発散度を変更する光学素子を介さず、感光体２０１ａ（又は２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ）上に結像され、その上に各ＬＥＤに対応した像ＭＧが形成されることとなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光点をアレイ状に配置してなるアレイ光源と、
前記複数の発光点に対応した複数の反射鏡を備えたアレイ鏡と、を有し、前記発光点から出射された光束の少なくとも一部を前記反射鏡で反射し、前記感光体上に露光することによって画像を形成する画像形成装置において、
前記発光点から出射した光束は、前記反射鏡で反射された後に平行光束又は略平行光束となり、前記感光体に入射することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記反射鏡と前記感光体の間の光路中に、光束の発散度を変更する光学素子を有さないことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記アレイ光源の発光点の数と、前記アレイ鏡の反射鏡の数とは等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記反射鏡は、前記発光点からの光束を入射したときに全反射することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記反射鏡には、反射コートが成膜されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記反射鏡には、絞りが形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記発光点と前記反射鏡との間に、別体の絞りが設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記発光点のうち、或る発光点から出射された光束と、前記或る発光点の隣の発光点から出射された光束とが交じり合うことを防止する遮蔽部材が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記発光点はＬＤ又はＬＥＤであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１０】
複数の発光点をアレイ状に配置してなるアレイ光源と、前記複数の発光点に対応した複数の反射鏡を備えたアレイ鏡と、を有し、前記発光点から出射された光束の少なくとも一部を前記反射鏡で反射し、前記感光体上に露光することによって画像を形成する画像形成装置のアレイ鏡において、
前記発光点から出射した光束は、前記反射鏡で反射された後に平行光束又は略平行光束となり、前記感光体に入射することを特徴とするアレイ鏡。
【請求項１１】
射出成形によって形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のアレイ鏡。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のアレイ鏡と、アレイ光源とを有することを特徴とする光源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置、アレイ鏡及び光源ユニットに関し、特に複数の発光点から出射される光束を用いて画像を形成する画像形成装置、アレイ鏡及び光源ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤアレイを用いて画像を形成するＬＥＤプリンタが開発されている。かかるＬＥＤプリンタにおいては、ＬＥＤアレイからの光線を感光体に導くために、ＬＥＤアレイの個々のＬＥＤ毎にマイクロレンズを含む光学素子を設け、これらのマイクロレンズ等の光学素子により集光された光線を感光体ドラムに照射するように構成されたＬＥＤプリンタヘッド、及び個々のＬＥＤからの光をそれぞれの導波路を介してマイクロレンズに導きこれらのマイクロレンズにより集光された光線を感光体ドラムに照射するように構成されてなる。
【０００３】
このとき、ＬＥＤの発光点間隔は一般的には数１０μｍと狭く、１つの発光点からの出射光をマイクロレンズで感光体に適切に集光させたい場合はＬＥＤ、マイクロレンズ、感光体は各々近接させなければならないが、レンズと感光体を近接させることは出来るだけ避けたい。しかし、間隔を広げようとすると、今度は、集光に必要な開口数（ＮＡ）が不足し、暗く（露光不足と）なってしまうという問題がある。
【０００４】
そこで特許文献１のＬＥＤプリンタにおいては、ＬＥＤと感光体との間にロッドレンズ（又はセルフォックレンズ）を設け、集光に必要なＮＡを不足させることなく、また、レンズと感光体との間の距離をある程度確保し、ＬＥＤからの出射光を、ロッドレンズを介して収束光に変換し、感光体に集光させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０７６６１号公報
【特許文献２】特開２００５−３７８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、かかる従来技術の構成では、収束光を感光体に入射させるため、ロッドレンズから感光体までの距離は依然として充分長い距離を確保できているとは言い難く、感光体に付着したトナーが飛散してレンズに付着し、集光性能に悪影響を及ぼす可能性がまだ高く、さらにレンズから感光体までの距離を長くしたいという課題があった。
【０００７】
又、焦点深度が浅いので、光学素子の製造精度や組み立て精度を高める必要がありコスト高を招くと共に、温度変化による各部品の熱膨張・収縮に伴い光路長が変化し易いため、感光体上でデフォーカスが生じやすいという問題もある。
【０００８】
従来技術は、ロッドレンズ自身が比較的高額であるため、コストが増大するという問題もある。また、ロッドレンズに代えて２枚玉のレンズを用いた場合も、レンズの数が多いことによるコスト増大という問題もある。このとき、コスト低減のために１枚玉の集光レンズを用いようとすると、先述したように、レンズから感光体までの距離が近くなってしまうか、距離を伸ばそうとすると暗くなってしまうという課題がある。また、１枚玉の集光レンズを用いる場合、部分的に倒立像になってしまうという課題もあった。
【０００９】
また、感光体は回転して用いられるため、当該感光体の回転の偏心によってマイクロレンズと感光体の間の距離が変化した場合に、感光体上のスポットが劣化してしまうというＬＥＤプリンタ特有の問題もある。
【００１０】
更に、特許文献１のロッドレンズを用いる例を含む多くの従来技術においては、光源の発光点間隔が数１０μｍと狭い状態で、発光点からの出射光を感光体へ集光するために必要なＮＡを得るために、隣り合う発光点の光路が重なり合う光学系がよく用いられている。このとき発光点の数が、レンズの数に比べて多くなる。この様な場合、各発光点の光路が重なり合うため複雑な光路となり、迷光対策が難しいという問題もあった。
【００１１】
尚、特許文献２に示すように、ロッドレンズを用いる代わりに２枚玉のマイクロレンズを設ける場合もあるが、同様な問題を招く恐れがある。又、ＬＥＤからの出射光のＮＡが比較的大きい場合、レンズのみでは出射光を有効に露光光として使用することが困難であるという問題もある。更に、ＬＥＤの代わりにＬＤを用いたＬＤプリンタでも、同様な問題が生じうる。
【００１２】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、複数の発光点から出射される光束を用いて画像を形成する画像形成装置、アレイ鏡及び光源ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の画像形成装置は、
複数の発光点をアレイ状に配置してなるアレイ光源と、
前記複数の発光点に対応した複数の反射鏡を備えたアレイ鏡と、を有し、前記発光点から出射された光束の少なくとも一部を前記反射鏡で反射し、前記感光体上に露光することによって画像を形成する画像形成装置において、
前記発光点から出射した光束は、前記反射鏡で反射された後に平行光束又は略平行光束となり、前記感光体に入射することを特徴とする。
【００１４】
本発明者は、鋭意研究の結果、上述の課題を全て解決し得る本発明に想い至った。即ち、本発明によれば、レンズの代わりに反射鏡を用いており、発光点から出射した光束が、反射鏡で反射された後に平行光束又は略平行光束となり、感光体に入射するので、反射鏡から感光体までの距離として、充分長い距離を確保することが可能となり、感光体に付着したトナーが飛散して反射鏡に付着することを防止でき、良好な集光性能を長時間維持することが可能となる。
【００１５】
又、本発明によれば、光学素子の製造精度や組み立て精度を高める必要がなく、コストを低減でき、更に、温度変化による各部品の熱膨張・収縮に伴い光路長が変化したとしても、平行光束又は略平行光束を感光体上に照射するため、デフォーカスの問題が生じない。
【００１６】
更に、感光体の回転の偏心によってアレイ鏡と感光体の間の距離が変化した場合であっても、感光体上のスポットが劣化してしまうという問題も発生しない。
【００１７】
更に、発光点からの光はある拡がり角を持っていることから、発光点に近接して反射鏡を設置することで、発光点からの光を有効に露光光として用いることができ、光量のロスを低減することが可能となり、更にレンズを用いる場合に比べて、画像形成装置を小型化することができる。
【００１８】
加えて、発光点の数を、鏡の数に比べて同じか少なくするため、各発光点の光路が重なり合いにくくなり、迷光の問題も低減することが可能となる。
【００１９】
請求項２に記載の画像形成装置は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記反射鏡と前記感光体の間の光路中に、光束の発散度を変更する光学素子を有さないことを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、前記反射鏡と前記感光体の間の光路中に、前記反射鏡以外の他の発散度を変更する光学素子を有さないため、構造をシンプルにすることが可能となると共に、各構成の配置の自由度を増加させることが可能となる。但し、発散度を変更しない光学素子は、反射鏡と感光体の間の光路中に配置してもよい。例えば、ミラー等の反射光学素子を反射鏡と感光体の間に配置してもよい。
【００２１】
請求項３に記載の画像形成装置は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記アレイ光源の発光点の数と、前記アレイ鏡の反射鏡の数とは等しいことを特徴とする。
【００２２】
請求項４に記載の画像形成装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記反射鏡は、前記発光点からの光束を入射したときに全反射することを特徴とする。
【００２３】
請求項５に記載の画像形成装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記反射鏡には、反射コートが成膜されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項６に記載の画像形成装置は、請求項１〜５のいずれかの画像形成装置において、前記反射鏡には、絞りが形成されていることを特徴とする。この構成により、別個に絞りを設ける必要がなく部品点数が削減される。「絞り」としては、例えば反射鏡の光学面において形成される段差、粗度を大きくした部位、変曲点を持つ部位、遮光膜などがある。
【００２５】
請求項７に記載の画像形成装置は、請求項１〜６のいずれかの画像形成装置において、前記発光点と前記反射鏡との間に、別体の絞りが設けられていることを特徴とする。この構成により、万一、迷光が発生したとしても、となりの迷光が光路に入り込んでくるリスクを低減することが可能となる。「絞り」としては、平板状の絞りや、鏡筒状の絞りや、光学フィルターや、液晶装置等を用いることができる。
【００２６】
請求項８に記載の画像形成装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の画像形成装置において、前記発光点のうち、或る発光点から出射された光束と、前記或る発光点の隣の発光点から出射された光束とが交じり合うことを防止する遮蔽部材が形成されていることを特徴とする。この構成により、迷光の発生を確実に抑制できる。尚、「或る発光点から出射された光束と、前記或る発光点の隣の発光点から出射された光束とが交じり合う」とは、例えば或る発光点から出射された光束が感光体上に露光した場合において、その露光範囲の少なくとも一部に、隣の発光点から出射された光束が重ねて露光することをいう。即ち、遮蔽部材とは、２つの光束の少なくとも一方を遮光して交じり合わないように機能するものをいう。
【００２７】
請求項９に記載の画像形成装置は、請求項１〜８のいずれかに記載の画像形成装置において、前記発光点はＬＤ（レーザダイオード）又はＬＥＤ（発光ダイオード）であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１０に記載の画像形成装置のアレイ鏡は、複数の発光点をアレイ状に配置してなるアレイ光源と、前記複数の発光点に対応した複数の反射鏡を備えたアレイ鏡と、を有し、前記発光点から出射された光束の少なくとも一部を前記反射鏡で反射し、前記感光体上に露光することによって画像を形成する画像形成装置のアレイ鏡において、
前記発光点から出射した光束は、前記反射鏡で反射された後に平行光束又は略平行光束となり、前記感光体に入射することを特徴とする。
【００２９】
本発明によるアレイ鏡によって、請求項１の画像形成装置と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
請求項１１に記載のアレイ鏡は、請求項１０の発明において、射出成形によって形成されていることを特徴とする。これにより、複数の反射鏡が微細であっても精度良く大量生産を行える。
【００３１】
請求項１２に記載の光源ユニットは、請求項１０又は１１に記載のアレイ鏡と、アレイ光源とを有することを特徴とする。
【００３２】
アレイ鏡の素材としては、ガラスや、環状ポリオレフィン等の熱可塑性の樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂、シリコンなどがある。シリコンの場合、エッチングなどでレンズ部を形成してもよい。環状ポリオレフィン等の熱可塑性の樹脂を用いる場合、射出成形により製造できるため、製造コストを大幅に低減させることができる。
【００３３】
但し、ナノインプリント成形や半導体のような露光装置による製造、また金属製の薄板をプレス成形することでアレイ鏡を製造しても良い。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、複数の発光点から出射される光束を用いて画像を形成する画像形成装置及びアレイ鏡において、発光点から出射された光をアレイ鏡の反射鏡で反射して平行光束又は略平行光束を出射できるので、反射鏡から感光体までの距離として、充分長い距離を確保することが可能となり、感光体に付着したトナーが飛散して反射鏡に付着することを防止でき、良好な集光性能を長時間維持することが可能となる。また、光学素子の製造精度や組み立て精度を高める必要がなく、コストを低減でき、更に、温度変化による各部品の熱膨張・収縮に伴い光路長が変化したとしても、平行光を感光体上に照射するため、デフォーカスの問題が生じることを防止できる。加えて、アレイ鏡や光源ユニット自身のコストを低減することも可能となる。また、感光体の回転の偏心によって反射鏡と感光体の間の距離が変化した場合であっても、感光体上のスポットが劣化してしまうという問題も発生しない。加えて、各発光点の光路が重なり合いにくくなり、迷光の問題も低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施の形態の画像形成装置の概略図である。
【図２】本実施の形態のアレイ鏡を含む光源ユニットの斜視図である。
【図３】ＬＥＤアレイとアレイ鏡との断面図である。
【図４】アレイ鏡の製造工程を示す図である。
【図５】アレイ鏡の一例をより正確に示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態の画像形成装置の概略図である。図２は、本実施の形態のアレイ鏡を含む光源ユニットの斜視図である。図３は、ＬＥＤアレイとアレイ鏡の断面図である。
【００３７】
図２、３において、アレイ光源であるＬＥＤアレイＬＡＹは、数１０μｍの間隔で複数のＬＥＤを発光点としてアレイ状に並べて形成している。ＬＥＤアレイＬＡＹに対向してアレイ鏡ＡＭが配置されている。アレイ鏡ＡＭは、各ＬＥＤに１対１に対応して近接配置された反射鏡ＭＲを有しており、樹脂の射出成形やインプリント技術で形成できる。ここでは、ＬＥＤと反射鏡ＭＲとは１列に配置されているが、千鳥状に配置されても良い。また、複数列を有するアレイ鏡としてもよい。ＬＥＤアレイＬＡＹとアレイ鏡ＡＭとは、図２に示す筐体ＢＸ内に保持されて光源ユニットＯＰＵを構成している。
【００３８】
又、図３に示すように、反射鏡ＭＲの光軸方向断面は、放物線状（又は段付き形状でもよい）となっており、ＬＥＤに近い側であってＬＥＤから出射された光束を反射する反射部ＭＲ１と、ＬＥＤから遠い側であってＬＥＤから出射された光束を反射しない絞り部ＭＲ２とを有する。絞り部ＭＲ２は、面荒しや遮光膜を形成して光束の反射を抑えるようになっているが、それらを設ける代わりに、反射光を感光体に投射させない段差や変曲点など設ける形状としても良い。反射鏡ＭＲは、アルミ蒸着等により反射コートが施されて反射率が高くなっているが、全反射条件を満たす形状とされても良い。絞りは、各ＬＥＤと反射鏡ＭＲの間、又は反射鏡ＭＲと感光体との間に別体の絞りを設けてもよい。尚、反射鏡ＭＲの光軸方向長さΔ＝１０μｍ〜６０μｍが好ましい。
【００３９】
図３のような、アレイ鏡の一例をより正確に表したものが図５である。図３や図５に示すように、アレイ鏡ＡＭの反射鏡ＭＲは、光軸方向に進むにつれてカーブが急になっていく（不図示の光源に近づくに連れて接線の光軸に対する傾きが急になる）形状であることが好ましい。
【００４０】
アレイ鏡ＡＭは、ＬＥＤから発生した光束が、隣の光束と交わらないように遮蔽する遮蔽部材としても機能する。アレイ鏡ＡＭを着色した素材から形成しても良い。
【００４１】
図４は、本実施の形態にかかるアレイ鏡の成形工程（射出成形）を示す図である。上型ＭＤ１は、その下面に反射鏡ＭＲの形状に対応した円錐形状の突起Ｐを形成している。上型ＭＤ１の突起Ｐを、下型ＭＤ２の平面状の底面に当接させ、形成されたキャビティ内に溶融した樹脂を充填して固化した後、離型させることで、アレイ鏡ＡＭを得ることができる。この後、必要に応じて、絞り部ＭＲ２にマスキングを行ってアルミ蒸着処理を行うことができる。
【００４２】
ＬＥＤアレイＬＡＹの各ＬＥＤから出射された発散光の一部は、間接的に反射鏡ＡＭで反射され略平行光束に変換されて出射するようになっており、これによりＬＥＤからの発散光の広がり角が大きくても効率的に露光光に変換できる。反射光及び各ＬＥＤからの直接光は、光束の発散度を変更する光学素子を介さず、感光体２０１ａ（又は２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ）上に結像され、その上に各ＬＥＤに対応した像ＭＧが形成されることとなる。(図２では、理解を助けるために感光体が平面として描かれているが、実際は図１にあるような円柱状の形状である)本実施の形態によれば、発光点である複数のＬＥＤから出射した光束は、反射鏡ＭＲで反射されてそれぞれ略平行光束となり、光束の発散度を変更する他の光学素子を介することなく、図２に示す感光体２０１ａ（又は２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ）に入射するので、焦点位置や焦点深度に対する要求が緩和され、反射鏡ＭＲから感光体２０１ａまでの距離に関係なく、高画質な画像を形成することができ、それらの組立に対する要求精度も低く抑えられ、温度変化によるデフォーカスにも強くなる。又、発光点であるＬＥＤと反射鏡ＭＲの間の光路長が、反射鏡ＭＲと感光体２０１ａの間の距離に比べて短いので、感光体２０１ａのトナーが反射鏡ＭＲに付着することをより確実に防止すると共に、隣の発光点からの迷光が反射鏡ＭＲに混入することをより確実に防止することが可能となる。
【００４３】
次に、本実施の形態の画像形成装置を、図１を用いて詳細に説明する。図１において、本体には、カラー画像形成に必要なイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナーに対応した４つの感光体２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄを縦に並べて配置している。さらに、縦に長く張った中間転写ベルト２０２を、感光体２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄに接触するように並置している。各感光体２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄの中間転写ベルト２０２の反対側には、各感光体２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄの表面を露光し静電潜像を形成する４つの光源ユニットＯＰＵ、及び静電潜像をトナーで可視化する現像器２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄを縦方向に積層して配置している。
【００４４】
各感光体２０１ａ（２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ）の周りには、感光体２０１を帯電する帯電器（図示せず）、光源ユニットＯＰＵ、現像器２０５ａ（２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ）、中間転写ベルト２０２、感光体２０１ａ（２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ）表面を除電するイレーズランプ（図示せず）、残留トナーをクリーニングする感光体クリーナ（図示せず）を設けている。中間転写ベルト２０２の外周には、各色のトナー画像の位置ずれを検出する画像センサ２１１、トナーを帯電するトナー帯電器２１２、中間転写ベルト２０２上のトナー画像を用紙に転写する転写器２１３、用紙を中間転写ベルト２０２から剥離する用紙除電器２１４、中間転写ベルト２０２上のトナーをクリーニングする中間転写ベルトクリーナ２１５を設けている。さらに、用紙の搬送経路上には、用紙カセット２１６、給紙機構２１７、定着器２１９を配置している。
【００４５】
次に、上記画像形成装置の印字シーケンスについて説明する。最初にコントローラ（不図示）へプリント命令が送られると、中間転写ベルト２０２、感光体２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄの駆動及び帯電が開始される。引き続き、中間転写ベルト２０２に最上流部で接触する感光体２０１ａを光源ユニットＯＰＵで画像露光し、静電潜像を現像器２０５ａで現像するとともに、中間転写ベルト２０２上へトナー画像を転写する。ほぼ同時に直下にある感光体２０１ｂでも光源ユニットＯＰＵで画像露光を行い、現像、転写を行う。この感光体２０１ｂの露光は、感光体２０１ｂに形成する画像が、先に感光体２０１ａで形成された画像と正確に重なるようなタイミングで開始される。このプロセスで中間転写ベルト２０２上に２色のトナー画像を重ねた画像が形成される。同様に、３色目、４色目の感光体２０１ｃ、２０１ｄで光源ユニットＯＰＵを用いて露光、現像、転写を行い、中間転写ベルト２０２上で各色トナー画像を重ねたフルカラー画像を形成する。中間転写ベルト２０２上のフルカラー画像は、転写器２１３によって用紙等、記録媒体に転写し、定着器２１９で定着する。
【００４６】
上記画像形成装置では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナーに対応した４つの感光体を用いて同時に画像を形成する同時印字方式を採用している。さらに、各感光体２０１で形成された各色トナー画像を中間転写ベルト２０２上に重ねた後、一括して最終記録媒体である用紙等に転写するために、装置全体を小型化できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、複数の発光点から出射される光束を用いて画像を形成する画像形成装置及びアレイ鏡を提供することができるが、ＬＥＤの代わりにＬＤを用いても良い。
【符号の説明】
【００４８】
２０１ａ〜２０１ｄ 感光体
２０２ 中間転写ベルト
２０５ａ 現像器
２１１ 画像センサ
２１２ トナー帯電器
２１３ 転写器
２１４ 用紙除電器
２１５ 中間転写ベルトクリーナ
２１６ 用紙カセット
２１７ 給紙機構
２１９ 定着器
ＡＭ  アレイ鏡
ＢＸ 筐体
ＬＥＤ 発光ダイオード
ＭＧ 像
ＭＲ  反射鏡
ＯＰＵ 光源ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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