(57)【要約】【課題】  高解像度の画像を形成する場合でも画質の低下を防ぐことができ、製造し易く安定した光学特性を維持できるレンズアレイを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを光軸が互いに平行になるように複数配置したレンズアレイにおいて、イオン交換処理により屈折率分布が形成されたところでのロッドレンズの半径をｒとし、その後該ロッドレンズの外周部の全部若しくは一部を除去したところでのロッドレンズの半径をｒ０とすると、半径の比ｒ０／ｒが０．９以下とされることを特徴とする。このようなロッドレンズの外周を削除する手段を用いることで、工程を簡素化すると共に光学部品としての精度を維持したまま高解像度のレンズアレイが得られることになる。【選択図】  図１
2007271964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを光軸が互いに平行になるように複数配置したレンズアレイにおいて、
屈折率分布が形成されたところでのロッドレンズの半径をｒとし、その後該ロッドレンズの外周部の全部若しくは一部を除去したところでのロッドレンズの半径をｒ０とすると、半径の比ｒ０／ｒが０．９以下とされることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項２】
前記ロッドレンズの外周部の除去は、エッチングにより行われることを特徴とする請求項１記載のレンズアレイ。
【請求項３】
前記ロッドレンズはガラス材により形成され、前記エッチングはフッ酸系エッチャントを用いることを特徴とする請求項２記載のレンズアレイ。
【請求項４】
前記ロッドレンズの外周部の除去は、研削若しくは研磨により行われることを特徴とする請求項１記載のレンズアレイ。
【請求項５】
半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを光軸が互いに平行になるように複数配置したレンズアレイにおいて、
前記ロッドレンズの外周部に光源からの光線を遮光する遮光部が形成されてなることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項６】
前記遮光部は前記ロッドレンズの開口部の外周部に形成されていることを特徴とする請求項５記載のレンズアレイ。
【請求項７】
半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを光軸が互いに平行になるように複数配置したレンズアレイにおいて、
前記レンズアレイの物体面と像面との間の共役長ＴＣ（ｍｍ）と、前記ロッドレンズのうち光源からの光線を透過する部分の半径ｒ１との間に、
ｒ１≦０．０１５ＴＣ＋０．１１３
の関係が成立することを特徴とするレンズアレイ。
【請求項８】
前記共役長ＴＣ（ｍｍ）は、
９．１≦ＴＣ≦１５．１
を満たすことを特徴とする請求項７記載のレンズアレイ。
【請求項９】
請求項１、請求項５、若しくは請求項７のレンズアレイの一方のレンズ端面に対向するように光源を配置し、他方のレンズ端面に対向するように像面が形成されることを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項９の露光装置を用いた画像形成部を具備することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを光軸が互いに平行になるように複数配置したレンズアレイを用いて露光を行う画像形成装置において、
前記レンズアレイに入射する光源の発光点から潜像形成部材の感光層までの距離Ｌｗ（ｍｍ）と、前記ロッドレンズのうち光源からの光線を透過する部分の半径ｒ１との間に、
ｒ１≦０．０１５Ｌｗ＋０．１１３
の関係が成立することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
前記距離Ｌｗ（ｍｍ）は、
９．１≦Ｌｗ≦１５．１
を満たすことを特徴とする請求項１１記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子プリンタやファクシミリ装置、スキャナー装置などの画像伝送部に用いられるレンズアレイ、このようなレンズアレイを用いた露光装置、及び該露光装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子プリンタやファクシミリ装置、スキャナー装置などの画像伝送部に用いられるレンズとして、微小な円柱状のロッドレンズを配列したレンズアレイ（若しくはロッドレンズアレイ）が使用されている。ロッドレンズは円柱状の樹脂材或いはガラス材の径方向に屈折率分布を持たせた光学レンズであり、レンズアレイはこのようなロッドレンズを複数個配列させて一体化した光学部品であり、複写機やスキャナー装置などのイメージセンサーの部分として利用されたり、特に電子写真方式を利用する各種機器内において、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)などの光源と組み合わせて高解像度の露光像を感光体上に結像するための露光装置としても使用されている。
【０００３】
近年は、形成する画像の高画質化が求められており、露光装置においても高画質化を図るための例えば１２００dpiの如き高解像度化が求められている。高解像度を図るための技術としては、従来、中心軸から外周面に向かって屈折率が連続的に減少するように構成されたロッドレンズの中心軸から０．６ｒ以上の外側の範囲に、ロッドレンズの伝送光のうち少なくとも一部の光を吸収する光吸収剤を含有する、５０ミクロン以上の厚みの光吸収層を具備するロッドレンズが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１４３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の如き従来の技術では、高解像度で露光像を感光体上に形成した場合に、露光像の明部と暗部との間のコントラストが十分ではなく、例えば画像形成装置においては、１２００dpi以上の解像度すなわち１インチ当たりの画素数が１２００個の解像度で画像を形成した場合には、ハーフトーン画像における粒状感、細線の滲みなどの画質の低下が生ずる。また、特許文献１に記載される光吸収層を形成する方法では、染料などの光吸収剤を含有する光吸収層を所要のミクロン単位の厚みを以って形成することが容易ではなく、厚みのばらつきが直接光学特性の劣化を招くという問題も生ずる。
【０００６】
そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、高解像度の画像を形成する場合でも画質の低下を防ぐことができ、製造し易く安定した光学特性を維持できるレンズアレイを提供することを目的とする。また、本発明は、このようなレンズアレイを用いた露光装置や画像形成装置を提供することを更なる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の技術的な課題に鑑み、本発明は、半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを光軸が互いに平行になるように複数配置したレンズアレイにおいて、屈折率分布が形成されたところでのロッドレンズの半径をｒとし、その後該ロッドレンズの外周部の全部若しくは一部を除去したところでのロッドレンズの半径をｒ０とすると、半径の比ｒ０／ｒが０．９以下とされることを特徴とする。このようなロッドレンズの外周を削除する手段を用いることで、光学部品としての精度を維持したまま高解像度のレンズアレイが得られることになる。
【０００８】
本件発明者らにより見出された特性に従えば、屈折率分布が形成されたロッドレンズの半径をｒとし、該ロッドレンズの外周部の全部若しくは一部を除去したロッドレンズの半径をｒ０とすると、半径の比ｒ０／ｒを０．９以下に設定することで、そのようなロッドレンズを使用した場合には、解像度が高く、ゆらぎの少ない高品質の画像を形成することができることが分かった。ロッドレンズの外周の全部若しくは一部を除去する加工は、例えば、エッチングにより行われるようにすることができ、ロッドレンズがガラス材により形成される場合ではエッチングはフッ酸系エッチャントを用いることが可能である。また、ロッドレンズの外周部の屈折率分布のゆらぎ部分の除去は、研削若しくは研磨により行われるようにしても良い。
【０００９】
また、本発明の他のレンズアレイは、半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを光軸が互いに平行になるように複数配置したレンズアレイにおいて、前記ロッドレンズの外周部に光源からの光線を遮光する遮光部が形成されてなることを特徴とする。このような遮光部の一例としては、例えばロッドレンズの開口部の外周部に形成されるものであっても良く、外周部を削除した場合と同様に、ゆらぎの少ない高品質の画像を形成することができる。
【００１０】
また、更に他の本発明のレンズアレイは、半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを光軸が互いに平行になるように複数配置したレンズアレイにおいて、前記レンズアレイの物体面と像面との間の共役長ＴＣ(mm)と、前記ロッドレンズのうち光源からの光線を透過する部分の半径ｒ１との間に、ｒ１≦０．０１５ＴＣ＋０．１１３の関係が成立することを特徴とする。この関係は、好適なＭＴＦ（Modulation Transfer Function）値からの計算により本件発明者らが見出したものであり、ハーフトーン画像における粒状感、細線の滲みなどの画質の低下を解消できる数値的な範囲となっている。
【００１１】
更に、同様な関係は、前述の如きレンズアレイを備えた画像形成装置についても成立することが見出されており、本発明の画像形成装置の一例は、半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを光軸が互いに平行になるように複数配置したレンズアレイを用いて露光を行う画像形成装置において、前記レンズアレイに入射する光源の発光点から潜像形成部材の感光層までの距離Ｌｗ（ｍｍ）と、前記ロッドレンズのうち光源からの光線を透過する部分の半径ｒ１との間に、ｒ１≦０．０１５Ｌｗ＋０．１１３の関係が成立することを特徴とする。また、本発明の画像形成装置の好適な実施形態によれば、前記距離Ｌｗ（ｍｍ）は、９．１≦Ｌｗ≦１５．１を満たすものとされ、同様に画質の低下が解消される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のレンズアレイの一例によれば、半径の比ｒ０／ｒを０．９以下に設定することで、ロッドレンズの外周部分に形成されていた屈折率分布のゆらぎ部分が除去されるため、そのゆらぎ部分による光学特性上の悪影響を未然に防止することができる。したがって、本発明のレンズアレイを電子写真方式の画像形成装置の露光装置などに用いることで、コントラストが大きくなり鮮明な画像を得ることができる。また、本発明のレンズアレイの他の一例によれば、ロッドレンズの外周部に光源からの光線を遮光する遮光部が形成されることから、この光線を遮光する遮光部が一種の開口絞りとして機能し、散乱光を制限して解像度を高くすることが実現される。
【００１３】
また、本発明のレンズアレイや画像形成装置において、好適なＭＴＦ値からの計算によりロッドレンズの半径ｒ１の範囲を定めるものでは、ハーフトーン画像における粒状感、細線の滲みなどの画質の低下を解消でき、良好な印字特性が得られることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態のレンズアレイについて、図面を参照しながら説明する。図１は本実施例のレンズアレイを構成するロッドレンズを説明する模式図である。本実施例のレンズアレイはガラスを加工して形成されるロッドレンズを用いており、例えば直接紡糸法（連続紡糸法）によりガラス製のロッドレンズが形成される。レンズアレイの製造方法は、まず、ガラスを溶融、紡糸成型し、所定の大きさに切断する。次にその切断したガラスファイバーをイオン交換処理により屈折率分布を形成してロッドレンズにする。このロッドレンズにエッチングを施し、外周部１０を除去して半径をｒ０と小さくする。続いて、ロッドレンズの側面に粗面化処理を施し、黒色塗料を塗布する。このような粗面化処理を施したロッドレンズを多数配列して固定してレンズアレイシートを作成し、該レンズアレイシートを所望の長さに切断して両端部を研磨する。
【００１５】
ここで各工程についてさらに詳しく説明すると、まず溶解、脱泡、清澄処理を行った溶解原料ガラスをヒータにより保温しながらノズル付白金ルツボを使用し、円筒状のノズル中を流下させながら徐々に冷却し、ノズル下端から流出させ、熱延伸によって直径０．１〜４ｍｍ程度のガラスロッド（ファイバー）を連続成形する。紡糸速度はロッド紡糸法の数十倍とすることが可能であり、また原料ガラス を連続投入して連続的に生産可能であるため、生産性がきわめて高い方法である。ここでは、半径ｒは０．２８ｍｍであり、長さは１３０ｍｍに揃えられる。本実施形態のガラスファイバーの組成は次の表１のとおりである。
【００１６】
【表１】
2007271964.tif 000003
【００１７】
次に、ガラスファイバーにイオン交換処理により、ガラスファイバーの中心軸から外周方向に向かって屈折率分布を形成してロッドレンズを形成する。本実施形態では、該ガラスファイバーを５３０℃に保った硝酸ナトリウムの溶融塩中に、約５０時間保持してイオン交換を行い、ロッドレンズを形成する。このようにイオン交換処理されるロッドレンズは、冷却時の熱収縮によるひび割れを防ぐため、電気炉中で約５３０℃から室温まで約１日かけて冷却される。
【００１８】
続いて、ロッドレンズのエッチング処理を行う。エッチング処理は、該ロッドレンズの外周部１０をフッ酸溶液を用いて溶解し、除去するものであり、該ロッドレンズの屈折率分布を変化させることなく該ロッドレンズの外径を所望の大きさに成型することができる。また、前記イオン交換処理の処理に起因するばらつきにより、該ロッドレンズ外周付近の屈折率分布に揺らぎが発生してしまい所望の屈折率分布の値と異なっていてロッドレンズとしての光学性能を低下させる原因となっている箇所を削除することができる。屈折率分布を形成した後の半径をｒ、側面を削除した後の半径をｒoとしたとき、後述する数式２のように、ロッドレンズがｒ０／ｒ≦０．８９３（≒０．９）となるように処理することで、良好な画像が形成されることが経験則として判明しており、このような側面（外周部）の削除を行なうことで、コントラストの高い高画質な印刷が実現される。なお、本実施例においては、比較例１及び作成例１〜３のロッドレンズに後述する表２に示した時間のフッ酸溶液によるエッチング処理を施した。
【００１９】
さらに、エッチング処理を施した該ロッドレンズに更に粗面化処理を行う。該粗面化処理とはロッドレンズ外周部１０を粗面化し、黒色塗料を塗布することによって、ロッドレンズを透過する光源からの光線の中で露光像の形成に寄与せず、露光像のコントラストを低下させる光線、いわゆるフレア光を散乱除去する部分を形成する処理である。本実施例においては該ロッドレンズ１を、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合溶液中に数分間浸漬し、図１に示す粗面化部分１１を形成した。この粗面化処理により、エッチング処理されたロッドレンズ表面はさらに粗い面を有した状態となる。また、着色剤としての黒色塗料を塗布することにより、フレア光を吸収して除去することができる。
【００２０】
さらに、図２に示すように、該粗面化処理された該ロッドレンズ１を複数配列し、レンズアレイシート４を形成する。該レンズアレイシート４は２枚の側板２の問に、１段あるいは複数段に該ロッドレンズを並べ、該ロッドレンズ１の間隙に充填剤３を充填、固めることによって形成される形成される。本実施例においては、図２のように該ロッドレンズ１を２段に７７０本配列し、該レンズアレイシート４の幅、すなわち該ロッドレンズ１の中心軸方向と垂直方向の大きさを２２０ｍｍとした。側板２にはガラス繊維強化エポキシ樹脂を用い、充填剤３には熱硬化性黒色シリコーン樹脂を充填し、加熱硬化処理を行い形成した。
【００２１】
さらに、図２に示すレンズアレイシート４は該ロッドレンズ１の中心軸方向と垂直方向に切断され、その両切断面を光学研磨し、図３に示すレンズアレイ４１が形成される。本実施例において該レンズアレイ４１のレンズ長Ｚoは表２のとおりであった。また、本実施例の作成例１〜３のレンズアレイの有効半径ｒ０は表２のとおりであった。また、本実施例の作成例１〜３のレンズアレイの焦点距離ＬｆおよびＭＴＦは表２のとおりであった。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
表２のＭＴＦ[％]は、本実施例の画像形成装置において、前記ＬＥＤアレイチップ５１上に約０．０２１[ｍｍ]間隔で形成された前記発光部を、１つおきに点灯させ、前記レンズアレイ４１による露光像の発光部に相当する部分の、光量の最大値をＩmax、未発光部に相当する部分の光量の最小値Ｉminとして、数式１で示される値である。ＭＴＦの値は露光像のコントラストを示し、１００[％]が最大で最もコントラストが大きいことを示し、数値が小さいほど該露光像のコントラストが小さいことを示す。
【００２４】
[数式１]  ＭＴＦ=(Ｉmax−Ｉmin)/(Ｉmax＋Ｉmin)×１００[％]
【００２５】
また、焦点距離Ｌｆは、前記ＭＴＦの値が最も大きくなるときの、該レンズアレイ４１の端面と前記ＬＥＤアレイチップの発光部との距離である。ところで、本実施例のレンズアレイ４１は前記の製造方法によるものに限定されない。例えば図４、図５に示すようにロッドレンズ１の一部分に切り欠き部１２を形成し、該ロッドレンズ１の外周部を透過する光線を遮っても良い。このときロッドレンズ１の有効半径ｒ０は、切り欠き部１２の半径となる。
【００２６】
次に本実施例の作成例に対比される比較例のレンズアレイの製造方法について説明する。比較例のレンズアレイは、まず少なくともガラスを溶融、紡糸成型し、所望の太さのガラスファイバーに加工する工程、ガラスファイバーにイオン交換処理により屈折率分布を形成し、ロッドレンズに加工する工程、ロッドレンズ側面への粗面化処理及び黒色塗料を塗布する工程、ロッドレンズを多数配列して固定し、レンズアレイシートを作成する工程、レンズアレイシートを所望の長さに切断し、両端部分を研磨する工程からなる複数の工程により作成される。すなわち、比較例のレンズアレイの製造方法は、本発明の第１実施例のレンズアレイの製造方法に比べて、エッチング処理によりロッドレンズの側面部を除去・所望の太さに加工する工程を行わないものである。このような工程を経て製造された比較例のロッドレンズの構成および光学特性はそれぞれ表２のとおりであった。なお、比較例においてロッドレンズ半径ｒに対し有効半径ｒ。が小さくなっているのは、前記ロッドレンズ１に粗面化部１１を形成したためである。
【００２７】
続いて本発明に係る露光装置の構成について図面を用いて説明する。図６に示すのは、本発明に係る露光装置の概略断面図であり、露光装置５は、潜像担持体としての感光体ドラム６１、該感光体ドラム６１と対向させ、所定の距離を置いて配設された前記レンズアレイ４１、ＬＥＤアレイチップ５１、ドライバＩＣ５２、配線基板５３、ワイヤ５４及び保持部材５５を備える。配線基板５３は、一般に広く用いられるものと同様に絶縁基材上に導体パターンを形成することによって形成される。また、ＬＥＤアレイチップ５１は、複数の発光部を構成する発光素子としてのＬＥＤ素子を備え、該ドライバＩＣ５２と各ＬＥＤ素子とがワイヤ５４を介して電気的に接続されるとともに、ドライバＩＣ５２と配線基板５３の導体パターンとが電気的に接続される。
【００２８】
本実施例において、露光装置５は、Ａ４版サイズに1200[dpi]の解像度で印刷を行うことができるようにした電子写真プリンタに使用するものである。ＬＥＤアレイチップ５１上に前記発光部を約0.021[mm]間隔で３８４個ＧａＡｓＰ等の基板材料を用いて形成した。ＬＥＤアレイチップ５１は配線基板５３上に２６個使用した。配線基板５３はガラスエポキシ基板に銅箔等の導体材料を用いて導体パターンを形成したものであり、ワイヤ５４には金線を使用した。また、保持部材５５は、配線基板５３を介してＬＥＤアレイチップ５１を所定の位置に保持するとともに、レンズアレイ４１をＬＥＤアレイチップ５１の各ＬＥＤ素子の発光面に対して所定の位置に保持する。
【００２９】
続いて本発明に係る画像形成装置の構成について説明する。図７は第１実施例の画像形成装置の構成を示す概略図である。画像形成装置は、静電潜像担持体としての感光体ドラム６１と、金属シャフトと半導電性ゴム層によって構成される帯電装置としての帯電ローラ６２と、現像装置６３、金属シャフトと半導電性ゴム層よりなる現像ローラ６３１、金属シャフトと半導電性ゴム層よりなるトナー供給ローラ６３２と、現像ブレード６３３とを有しており、現像装置６３の筐体内には所定量のトナー６４３が充填されている。
【００３０】
ここで感光体ドラム６１は、導電性支持体６６１ａ上に前記露光装置５により形成された露光像に応じて電荷を発生する感光層としての電荷発生層６１ｂと、該電荷発生層６１ｂで発生した電荷を当該感光体ドラム６１の表面付近に移送させる電荷輸送層６１ｃとを設けたものである。さらに感光体ドラム６１の周囲には、感光体６１上から媒体に転写されずに残ったトナーを回収するクリーニングブレード６４、感光体６１に形成されたトナー像を転写する転写装置としての転写ローラ６５、媒体上に転写されたトナー像を媒体に定着する定着装置６６が配設されており、この定着装置６６は発熱ロール６６ａと加圧ロール６６ｂによって構成されている。また、この画像形成装置には、媒体を備える紙カセット６７、転写装置６５付近に媒体を搬送する給紙ロール６８、定着装置６６を通過した媒体を搬送する送紙ロール６９が設けられている。
【００３１】
図８、図９に示すように、画像形成装置におけるレンズアレイ４１と露光装置５は、感光体ドラム６１の径方向に並ぶように配される。レンズアレイ４１の焦点距離ＬＦは、ＭＴＦの値が最も大きくなるときのレンズアレイ４１の端面とＬＥＤアレイチップの発光点との距離である。本実施例において、感光体ドラム６１の電荷発生層６１ｂとＬＥＤアレイチップ５１の距離Ｌｗは、Ｌｗ=Ｌｉ＋Ｌ＋Ｚ０とされる。また、ＬＥＤアレイチップ５１とレンズアレイ４１の端面の距離Ｌoの距離はレンズアレイ４１の焦点距離Ｌｆと等しく、感光体ドラム６１の電荷発生層６１ｂとレンズアレイ４１の端面の距離Ｌｉは前記レンズアレイ４１の焦点距離Ｌｆと等しい。すなわちＬｉ＝Ｌo＝Ｌｆ[ｍｍ]とされる。
【００３２】
次に図６に示す露光装置の動作について説明する。ドライバＩＣ５２を駆動して、ＬＥＤアレイチップ５１の各ＬＥＤ素子の発光光量のバラツキを補正しながら、各ＬＥＤ素子を選択的に発光させる。該レンズアレイ４１を構成する前記ロッドレンズは屈折率分布を有することにより、前記発光部から放射された光はレンズアレイ４１によって収束され、前記感光体ドラム６１上に露光像が形成される。
【００３３】
続いて、図７に示す画像形成装置の動作について説明する。電子写真記録では、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングの各プロセスによって画像を記録しており、以下では、画像形成プロセスをこの順に説明する。
【００３４】
まず帯電プロセスについて説明する。帯電ロール６２には図示しない電源が接続されている。また、帯電ロール６２は感光体ドラム６１の表面に接触もしくは圧接して配置されている。帯電ロール６２と感光体ドラム６１が互いに矢印の方向に回転することにより、感光体ドラム６１の表層を一様に均一に帯電させる。この実施形態の帯電プロセスでは、帯電ロール６２に約−１１５０[Ｖ]を印可し、感光体ドラム６１を約−６００[Ｖ]に一様かつ均一に帯電させている。
【００３５】
露光プロセスでは、感光体ドラム６１に対向して設けられた露光装置５が、露光手段として画像信号に対応した光を照射して、該感光体ドラム６１に静電潜像を形成させる。この実施形態で使用する該感光体ドラム６１においては、−６００[Ｖ]に帯電させた状態の該感光体ドラム６１のうち、前記露光装置５によって十分露光された部分の帯電残留電位は約−５０[Ｖ]であった。
【００３６】
次に現像プロセスについて説明すると、本実施例の画像形成装置においては、感光体ドラム６１に密着して現像装置６３が設けられている。現像装置６３内には現像ローラ６３１とトナー供給ローラ６３２が互いに当接して配置され、図示しない駆動装置によって図の矢印の方向に回転させられる。また、現像ローラ６３１とトナー供給ローラ６３２には図示しない電源により電圧が印可される。また、現像装置６３内には現像ローラ６３１に接触して現像ブレード６３３が配置される。また、現像ブレード６３３には図示しない電源により電圧が印可される。
【００３７】
現像装置６３内のトナー６３４は、トナー供給ローラ６３２の回転とトナー供給ローラ６３２に印可された電圧の作用によって、現像ローラ６３１に供給される。また、トナー６３４は、現像ローラ６３１および供給ローラ６３２との摩擦により帯電させられる。現像ローラ６３１上に供給されたトナー６３４は、現像ローラ６３１が回転することにより、現像ブレード６３３と現像ローラ６３１との当接部まで搬送され、現像ブレード６３３に均されて薄層化される。さらに現像ローラ６３１上で薄層化されたトナー６３４は、該現像ローラ６３１が回転することにより、現像ローラ６３１と感光体ドラム６１の接触部分まで搬送させられる。すると、トナー６３４は負の極性に帯電しているので、感光体ドラム６１上の前記静電潜像と該現像ローラ上の電位との電位差により、静電潜像の電位が高い部位に付着し、該静電潜像を可視化したトナー像が形成され、現像プロセスがなされる。なお、本実施例においては、前記現像ローラ６３１には約−２５０[Ｖ]、供給ローラ６３２と現像ブレード６３３にはそれぞれ約−３５０[Ｖ]の電圧を印可している。また、現像装置６３による反転現像方法には、二成分磁気ブラシ現像器、一成分磁気ブラシ現像器、一成分非磁性現像器など、公知の技術のいずれも利用できる。
【００３８】
一方、紙カセット67に収容された媒体は、給紙ロール６８により紙カセット６７から取り出され、転写部へと送られる。次に転写プロセスについて説明すると、トナー像を媒体に転写する手段としての転写ローラ６５が感光体ドラム６１に対向して設置されている。さらに転写ローラ６５には図示しない電源により電圧が印可されている。該転写ローラ６５に印可される電圧は、前記トナー６３４の帯電極性と逆極性となっている。表層に前記トナー像が形成されている前記感光体ドラム６１が回転することにより、該トナー像が前記転写ローラ６５の近傍まで搬送される。すると、転写ローラ６５に印可された電圧の作用により、トナー層は媒体にひきつけられ、媒体に転写される。本実施例において該転写ローラ６５に印可される電圧は約１５００[Ｖ]である。その後、媒体は、定着装置６６へ搬送される。
【００３９】
定着プロセスでは、発熱ロール６６ａの熱が媒体上に形成されたトナー像のトナー６３４を溶融し、加圧ロール６６ｂより加えられる圧力により、媒体にトナー６３４が接着される。一方、転写後の感光体ドラム６１には若干のトナー６３４が残留する場合がある。そこで、該感光体ドラム６１に当接して設けられたクリーニングブレード７０によって、該残留トナーを掻き取ることによって除去する。定着プロセスを経た媒体は、発熱ロール６６ａ、加圧ロール６６ｂの回転と送紙ロール６９の回転により画像形成装置の外へ排出される。
【００４０】
本実施例の効果を表２を用いて説明する。表２に示したとおり、比較例に比べ作成例１〜３のレンズアレイではいずれもＭＴＦの値が大きくなっており、コントラストの大きい鮮明な露光像を形成することができることを示している。また、エッチングによる側面を削除した量が大きいほどＭＴＦの値が大きくなっており、よりコントラストの大きく鮮明な露光像を形成できることがわかる。なお、表２の光量はＬＥＤアレイチップ５１の発光部１つあたりの該レンズアレイによる露光像の光量を測定し、比較例のレンズアレイによる光量測定値との比で表した。
【００４１】
また、作成例１〜３及び比較例それぞれのレンズアレイを用いた画像形成装置の印刷画像の評価結果を表２に示した。印刷画像は、低濃度の均一画像を印刷したときに画像がざらついて感じられる粒状感が見られるかどうか、また、例えば３００ライン／インチ（１インチ当り３００本の細線）の画像を用いて８４ミクロン程度の細線を印刷したとき、鮮明に印刷することできるかどうかによって評価し、いずれも問題なく印字できたものについて○で示し、どちらか一方でも問題がある場合には×で示した。
【００４２】
結果としては、作成例１〜３のうち側面を多く削除したほうが良好な画像が得られことが分かる。これらの測定と評価により、屈折率分布を形成した後の半径をｒ、側面を削除した後の半径をｒ０としたとき、算出値０．８９３以下すなわち概ね１０％程度以上削るように構成し、ロッドレンズが[数式２]を満たすことにより、コントラストが大きく鮮明な露光像を形成できるレンズアレイおよび露光装置を得ることができ、本実施例の画像形成装置においては良好な画像を形成とすることができる。
【００４３】
[数式２]  ｒ０／ｒ≦０．８９３（≒０．９）
【００４４】
これら本実施例の効果は、本実施形態の構成の項にて記したロッドレンズのイオン交換処理工程において、処理のバラツキがロッドレンズの外周付近に生じやすく、ロッドレンズ外周付近の屈折率分布にゆらぎが生じやすく、これら外周部を削除することによって、屈折率分布のゆらぎが原因の露光像の湾曲や、コントラストの低下が解消することにより得られると考えられる。ところで、イオン交換処理中のロッドレンズ外周部の屈折率分布のバラツキは、該処理工程中の温度や湿度等の環境バラツキ、処理液の濃度ムラ、処理液の温度ムラ、ロッドレンズに加工される前記ガラスファイバーの外径バラツキ、ガラスファイバー材料の組成むら、ガラスファイバー側面への不純物質の付着などが原因となるが、本実施形態のロッドレンズを用いることで、これらのバラツキが抑制されて良好な画像か得られることになる。
【００４５】
なお、本実施例のレンズアレイは図１０、１１に示すように、ロッドレンズ１に屈折率分布を形成した後に該ロッドレンズ１の側面付近に遮光層１３を形成しても良い。
【００４６】
また、本実施例のレンズアレイは図１２に示すようにレンズアレイ４１の端面の少なくとも一方の一部に遮光層４２を形成しても良い。該遮光層４２は、該レンズアレイ４１の端面に直接形成してもよく、また予め光源からの光線を遮光するパターンが形成された部材を設置しても良い。
【００４７】
[第２の実施形態]
次に第２実施形態のレンズアレイの構成について説明する。図１３、図１４はレンズアレイの概略図である。レンズアレイは、第１の実施形態のレンズアレイと同様に、中心軸から外周方向に向かって屈折率分布が形成され、側面部分に光源の光線が吸収されるよう処理が施されたロッドレンズ１が、２枚の側板２の間に、１段あるいは複数段に並べられて形成される。間隙に充填剤３が充填され、固めることによって形成される。
【００４８】
図１４の距離ＬｏおよびＬｉは、レンズアレイ４１の焦点距離をＬｆとすると、Ｌｉ＝Ｌｏ＝Ｌｆに調整される。距離ＴＣは、当該レンズアレイ４１の共役長であり、光源の配置される物体面と該レンズアレイ４１によって光源の露光像が形成される結像面との距離であり、ＴＣ＝Ｌｉ＋ｚ。＋Ｌｏである。ここで、本実施例においては、ロッドレンズのうち光源からの光線を透過する部分の有効半径ｒ１[ｍｍ]と、該共役長ＴＣ[ｍｍ]との間に、下記数式３の関係がある。
【００４９】
[数式３]   r１≦０．０１５ＴＣ＋０．１１３
【００５０】
本実施形態のレンズアレイの構成を計算解析による検討結果を用い上記数式３について証明する。レンズアレイによる露光像のＭＴＦ(Modulation Transfer Function)および焦点距離Ｌｆの計算には、Optical Research Associates社の光学設計評価ソフトCode Vを用いた。計算を行ったレンズアレイはロッドレンズの屈折率の分布ｎ(r)が、ロッドレンズ中心軸上の屈折率ｎ０、ロッドレンズの半径ｒ、屈折率分布定数ｇとしたとき、次の数式４で表されるものとした。
【００５１】
[数式４]  ｎ（ｒ)＝ｎ０（１−（ｇｒ）２／２）
【００５２】
また、ＭＴＦの値は先の第１の実施形態に示したものと同様のものを計算により求めた。また、計算をおこなった露光装置のモデルの発光部分には、第１の実施形態に示した、図６の露光装置５のＬＥＤアレイチップ５１、ドライバＩＣ５２、配線基板５３、ワイヤ５４よりなる発光素子アレイを用いている。すなわち、ＬＥＤアレイチップの全発光点のうち発光点を1つ置きに点灯した状態を、ＣＣＤカメラによって撮影し、撮影画像の輝度分布を数値化したものを用いた。なお、ＬＥＤアレイチップは第１の実施形態で示したとおり、Ａ４版サイズに1200[dpi]の解像度で印刷を行うことができるようにした電子写真プリンタに使用するもので、前記発光部が約0.021[ｍｍ]間隔で形成されている。すなわち、計算に用いた発光点は約0.042[ｍｍ]間隔である。また、レンズアレイ４１のレンズ長Ｚ０と焦点距離Ｌｆとを、前記ＭＴＦの値が最も大きくなるときの値とした。
【００５３】
ロッドレンズの屈折率分布定数ｇとロッドレンズの有効半径ｒ１とＭＴＦの関係を計算した。計算に用いたロッドレンズの中心軸上の屈折率ｎ０の値は、ｎ０＝１．６０とした。縦軸をＭＴＦの値、横軸をロッドレンズの有効半径ｒ１としたグラフに、計算の結果をプロットしたところ図１５に示す分布が得られた。ここで、前記の方法で作成されるロッドレンズではいずれも中心軸上の屈折率ｎ０の値はほぼｎ０＝１．６である。また、ｎ０＝１．５０および１．７０として同様の計算をしたところ、結果に違いは見られなかった。
【００５４】
さらに各屈折率分布定数ｇの値に対してＭＴＦの値が８０％になるロッドレンズの有効半径ｒ１の値を図１５のグラフより読み取った。すなわち図１５のグラフ中でＭＴＦ＝８０％を示す横軸と平行な直線を引き(図１５中の実線)各曲線との交点において、横軸に向かって真下へ縦軸と平行な直線を引き(図１５中の矢印〉横軸のｒ１の値を読み取った。なお、露光装置においては、露光装置の全発光点のＭＴＦの値の中で最も高いＭＴＦの値が８０％以上であるとき、画像形成装置を用いて１２００dpi程度の高解像度で画像形成した場合に、ハーフトーン画像における粒状感、細線の滲み、階調特性の非線形性等、画像品質の低下が解消され、高品質の印刷画像が得られる。
【００５５】
このようにして得た各屈折率分布ｇの値に対するＭＴＦが８０％となるロッドレンズの有効半径ｒ１を、横軸が屈折率分布定数ｇ、縦軸がロッドレンズの有効半径ｒ１のグラフヘプロットしたところ、図１６の菱形のマーカー(◆)で示したグラフを得た。更に、図１６の菱形のマーカー(◆)で示したグラフを曲線で近似したところ、図１６の実線で示した曲線を得た。この曲線はＭＴＦの値が８０％となる屈折率分布定数ｇとロッドレンズの有効半径ｒ１との関係を示す。
【００５６】
また、ＭＴＦが８０％となるときの前記ロッドレンズの屈折率分布定数ｇと共役長ＴＣ[ｍｍ]、レンズ長Ｚ０の計算結果をグラフを図１７に示した。各マーキング(■、◆、▲)によりプロットされた点が計算による結果で、各曲線は計算結果を結んだものである。この計算結果より屈折率分布定数ｇの値が小さいほど共役長ＴＣは大きい。これらの計算結果より、レンズ長Ｚ０と焦点距離Ｌｆ、距離Ｌｉ、ＬｏいずれもＭＴＦが最大となるよう調整することによって、前記屈折率分布定数ｇの値によって前記共役長ＴＣが一意的に定まることから、図１６の曲線によって示したＭＴＦが８０％となる前記ロッドレンズの有効半径ｒ１と前記屈折率分布定数ｇとの関係は、前記共役長ＴＣと有効半径ｒ１との関係として表すことができる。
【００５７】
ＭＴＦが８０％となるときの前記共役長ＴＣと有効半径ｒ１との関係を図１８に示した。図１８に示されるとおり、ＴＣとｒ１との関係は直線［数式５］に近似される。
【００５８】
[数式５]  ｒ１＝０．０１５ＴＣ＋０．１１３
【００５９】
レンズアレイの構成が図１５の直線上と直線の下側に示される条件を満たすとき、ＭＴＦの値は８０％以上であり、コントラストが十分高い露光像を得ることができる。以上より数式３が得られる。
【００６０】
[数式３]   r１≦０．０１５ＴＣ＋０．１１３
【００６１】
本実施形態のレンズアレイは第１の実施形態と同様の方法で作成できる。本実施形態においては第１の実施形態と同様に、ロッドレンズ１を２段に７７０本配列し、レンズアレイシート４の幅、すなわち該ロッドレンズ１の中心軸方向と垂直方向の大きさを２２０ｍｍとした。側板２にはガラス繊維強化エポキシ樹脂を用い、充填材３には熱硬化性黒色シリコーン樹脂を充填し、加熱硬化処理を行い形成した。
【００６２】
本実施形態においてレンズアレイ４１のレンズ長Ｚ０および有効半径ｒ１は後述の表３のとおりとした。また、本実施例において各レンズアレイの共役長ＴＣは、第１実施形態と同様に測定し、表３のとおりであった。本実施形態の露光装置の第１実施形態と同様に図６のとおりに前記レンズアレイ４１が設置される。本実施形態のレンズアレイ４１は、第１実施形態と同様に画像形成装置に搭載される。レンズアレイ４１は、[数式３]であらわされる有効半径ｒ１および共役長ＴＣの条件を満たす。
【００６３】
本発明の第２の実施形態のレンズアレイおよび露光装置および画像形成装置は前述の第１の実施形態の動作と同様であるので省略する。
【００６４】
本実施形態の効果について、実験結果を用いて説明する。第２の実施形態で示した諸条件でレンズアレイを作成し、光学特性を測定した結果を表３に示した。
【００６５】
【表３】
2007271964.tif 000005
【００６６】
表３のＭＴＦ[％]は前記第1実施例と同様の方法により測定した。本実施例の露光装置において、前記ＬＥＤアレイチップ５１上に約0.021[ｍｍ]間隔で形成された発光部を１つおきに点灯させたときの露光像のＭＴＦの値である。表３に示したとおり、本実施例の条件を満たすレンズアレイにおいては、ＭＴＦは８０％以上の値となっており、コントラストの十分高い露光像を形成できる。本実施形態の画像形成装置による印刷画像の評価結果を表３に示した。印刷画像の評価は前記第1実施形態と同様である。本実施例の条件を満たす画像形成装置においては、いずれも良好な印字画像が得られた。
【００６７】
本実施形態の効果は次に記す２点により得られる。その１つは、レンズアレイを構成するロッドレンズにおいて、ロッドレンズの中心付近を透過する光線が結像する位置に対し、該ロッドレンズ端部を透過する光線が結像する位置がずれることにより、形成される露光像にコントラスト低下や湾曲がおこる、いわゆる像面湾曲が、レンズアレイおよびロッドレンズの各構成および特性を最適化することにより軽減されることである。
【００６８】
もう１つは、レンズアレイを構成するロッドレンズのうち、光源に近いロッドレンズを透過した光線が結像する位置と、比較的光源より遠い位置のロッドレンズを透過した光線の結像する位置がずれ、それぞれの露光像が重なり合うことによりコントラストの低下が発生するが、一方、前記ロッドレンズの視野角度を小さく設定することにより、光源より遠い位置のロッドレンズを光線が通過できなくなり、露光像の重なり合いがなくなり、露光像のコントラスト低下が軽減する。このためロッドレンズの視野角度は前記屈折率分布定数ｇと有効半径ｒ１によって決定されるので、ロッドレンズの各構成および特性を最適化することにより露光像のコントラスト低下が解消されることになる。
【００６９】
[第３の実施形態]
続いて、第３の実施形態のレンズアレイの構成について説明する。第３の実施形態の構成は第３の実施形態と同様に、図に示される前記レンズアレイ４１の物体面と像面との距離である共役長ＴＣ[ｍｍ]と、前記ロッドレンズ１のうち光源からの光線を透過する部分の半径である有効半径ｒ１[ｍｍ]との間に、下記数式３の関係がある。
[数式３]   r１≦０．０１５ＴＣ＋０．１１３
【００７０】
さらに、本実施例の該レンズアレイ４１においては、前記共役長ＴＣ[ｍｍ]に、下記数式６の関係がある。
[数式６]  ９．１００≦ＴＣ≦１５．１００
【００７１】
また、本実施例の露光装置および画像形成装置においては、第２実施形態と同様に、図１２に示される、前記ロッドレンズ1の有効半径ｒ１[ｍｍ]と、露光装置５のＬＥＤアレイチップ５１の発光点から潜像担持体としての感光体ドラム６１の感光層としての電荷発生層６１ｂまでの距離Ｌｗ[ｍｍ]との問に、数式７の関係がある。
[数式７]   r１≦０．０１５Ｌｗ＋０．１１３
【００７２】
さらに、本実施例の露光装置および画像形成装置においては、距離Ｌｗ[ｍｍ]に、下記数式８の関係がある。
[数式８]  ９．１００≦Ｌｗ≦１５．１００
【００７３】
本発明の第３の実施形態のレンズアレイおよび露光装置および画像形成装置は第１の実施形態の動作と同様であるので省略する。
【００７４】
本発明の第３の実施形態の効果について表４を用いて説明する。表４に示した作成例９のレンズアレイを作成し、レンズアレイを用いて露光装置を構成し光学特性を測定したところ、ＭＴＦの値は８６％であった。ところが、露光装置を搭載した1200[dpi]の前記画像形成装置を用いて印刷を行ったところ、ハーフトーン部分において、用紙搬送方向に濃度が濃いところと薄いところが筋状に発生した。これはレンズアレイの共役長ＴＣの値が18.300[ｍｍ]と長いために、レンズアレイを構成するロッドレンズのうち、倒れの発生しているロッドレンズからの光線が結像位置のずれが発生し、光線が露光像に重なり合って、部分的に露光像の光量が大きいところと小さいところが出来てしまい、筋状の画像不良が発生したためである。
【００７５】
【表４】
2007271964.tif 000006
【００７６】
さらに、共役長ＴＣが大きいとレンズアレイを組み込む装置の大きさが大きくなり、装置の小型化が不可能になる。また、焦点距離Ｌｆが長く、距離ＬｉとＬｏが長くなるため、レンズアレイを作成するときのロッドレンズの傾きやレンズアレイを装置に取り付けるときの傾きや位置バラツキの影響が大きくなり、露光像の湾曲などの不具合や露光像のコントラスト低下などの品質不良を招く。さらに、表４に示した作成例８のレンズアレイを作成し、レンズアレイを露光装置に組み込むことを試みたが、共役長ＴＣが4.980[ｍｍ]と小さく、該レンズアレイの位置バラツキ、傾きなどが発生しないように露光装置を構成することは困難であった。
【００７７】
表４に示したレンズアレイの共役長ＴＣの値やＭＴＦ測定値は、約0.021[ｍｍ]間隔で発光部が形成されたＬＥＤアレイイチップ５１を配置した前記配線基板５３とレンズアレイを工作顕微鏡上に配置し、ＬＥＤアレイイチップ５１の発光部を１つ置きに点灯させ、レンズアレイによる発光部の露光像を工作顕微鏡のＣＣＤを用いて取り込んだ画像を解析して得た。光量比は測定対象が非常に小さなものとなってしまい正確に測定することは出来なかった。
【００７８】
また、作成例８のレンズアレイを用いて画像形成装置を形成することは、レンズアレイの焦点距離Ｌｆに等しくなるように距離Ｌｉ及びＬｏを調整することができず不可能であった。一方、表４に示した作成例２および６においては、ＭＴＦの値が十分に大きくコントラストの高い露光像が得られる露光装置を構成することができ、かつ良好な印刷画像を形成できる画像形成装置を構成することができた。
【００７９】
以上により、本実施例のレンズアレイおよび露光装置においてはＭＴＦの値が十分に大きくコントラストの高い露光像が得られ、本実施例の画像形成装置においては良好な印刷画像を得ることができる。
【００８０】
本発明の結像光学素子としてのレンズアレイは、第１〜第３実施形態に示した露光装置、画像形成装置としての利用のほか、照明装置、画像入力装置等として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１の実施形態のロッドレンズを示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のロッドレンズを複数配列させたところを示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のロッドレンズによるレンズアレイを示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のロッドレンズであって側面に切り欠き部を形成した例の上面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のロッドレンズであって側面に切り欠き部を形成した例の側面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態が用いられる露光装置の模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態が用いられる画像形成装置の模式図である。
【図８】本発明の第１の実施形態のロッドレンズによるレンズアレイを用いた画像形成装置の要部模式図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態のロッドレンズの変形例を示す断面図である。
【図１１】図１０に示す変形例の側面図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態のロッドレンズの他の変形例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態のロッドレンズによるレンズアレイの要部断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態のロッドレンズによるレンズアレイの要部側面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態のロッドレンズにおけるＭＴＦとロッドレンズ半径の関係を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態のロッドレンズにおけるロッドレンズ半径と屈折率分布定数の関係を示す図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態のロッドレンズにおける長さと屈折率分布定数の関係を示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態のロッドレンズにおける共役長と有効半径の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  ロッドレンズ
２  側板
３  充填材
４  レンズアレイシート
５  露光装置
１１  粗面化部
１２  切り欠き部
１３  遮光層
４１  レンズアレイ
４２  遮光層
５１  ＬＥＤアレイチップ
５２  ドライバＩＣ
５３  配線基板
５４  ワイヤ
５５  保持部材
６１  感光体ドラム
６１ａ  導電性支持体
６１ｂ  電荷発生層
６１ｃ  電荷輸送層
６２  帯電ロール
６３  現像装置
６５  転写ローラ
６６  定着装置
６７  給紙カセット
６８  給紙ロール
６９  送紙ロール
７０  クリーニングブレード
【図１】
2007271964.tif 000007
【図２】
2007271964.tif 000008
【図３】
2007271964.tif 000009
【図４】
2007271964.tif 000010
【図５】
2007271964.tif 000011
【図６】
2007271964.tif 000012
【図７】
2007271964.tif 000013
【図８】
2007271964.tif 000014
【図９】
2007271964.tif 000015
【図１０】
2007271964.tif 000016
【図１１】
2007271964.tif 000017
【図１２】
2007271964.tif 000018
【図１３】
2007271964.tif 000019
【図１４】
2007271964.tif 000020
【図１５】
2007271964.tif 000021
【図１６】
2007271964.tif 000022
【図１７】
2007271964.tif 000023
【図１８】
2007271964.tif 000024