ＬＥＤ光学素子、画像形成装置及び画像形成方法
【課題】本発明の目的は、感光体の静電潜像の結像ボケを改善し、高精細の電子写真画像を作製できるＬＥＤ光学素子、画像形成装置、画像形成方法を提供することである。
【解決手段】複数のＬＥＤを線状に基板上に配列し、かつ、光学系支持部材に支持されたＬＥＤと該ＬＥＤからの光を収束して、結像させる結像素子を有するＬＥＤ光学素子において、該結合素子がＬＥＤからの光路上に複数のレンズを有し、少なくとも該光路上流側が棒状レンズ、下流側が凹レンズの組み合わせを有することを特徴とするＬＥＤ光学素子。
【解決手段】複数のＬＥＤを線状に基板上に配列し、かつ、光学系支持部材に支持されたＬＥＤと該ＬＥＤからの光を収束して、結像させる結像素子を有するＬＥＤ光学素子において、該結合素子がＬＥＤからの光路上に複数のレンズを有し、少なくとも該光路上流側が棒状レンズ、下流側が凹レンズの組み合わせを有することを特徴とするＬＥＤ光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンターの分野において用いられる電子写真方式の画像形成装置に用いられるＬＥＤ（発光ダイオード）光学素子、画像形成装置及び画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の感光体への画像書込装置としてＬＥＤ（発光ダイオード）アレイを用いた方法が知られている。この方法は高密度に配置されたＬＥＤアレイからの変調光を収束性ロッドレンズアレイで感光体上に導いて結像させるもので、解像度に対応した数だけＬＥＤ発光素子を一列又は千鳥型等に並べて光走査機構を構成しているため光走査系の小型化を実現することができる。
【０００３】
しかし、一般的に収束性ロッドレンズアレイが使用されるＬＥＤ書込ヘッド（以下、ＬＥＤヘッドという）は、ロッドレンズの焦点深度が浅いため（５０〜１００μｍ程度）、焦点位置にズレが生じると、ロッドレンズに入射してくるＬＥＤからの像露光は、ボケて結像し、画像品質の劣化を招く。このため、ＬＥＤヘッドを搭載した画像形成装置では、ＬＥＤヘッドと感光体との間隔が基準位置からずれないようにする必要がある。例えば、ドラム状の感光体の偏心又はドラムの支持機構の芯ズレがあると、感光体上に形成される静電潜像に部分的な結像ボケが起こり、トナーで現像すると不鮮明な画像となる場合がある。このような問題に対して、工作精度上から解決を図っても機械寸法公差や組立精度の向上には限界があり、コストも増大する。
【０００４】
この問題の解決方法として、特許文献１には感光体の表面変位を検知して発光手段及び結像素子の位置を変化させる方法が開示されている。また特許文献２にはＬＥＤヘッドの両端に基準位置を設け、この基準位置と感光体との間隔を変位センサ等で測定してＬＥＤヘッドを微動させ、ＬＥＤヘッドの位置決めを行う方法が示されている。
【０００５】
又、特許文献３には、回転する感光体の一回転分の周面変位情報を変位センサで測定し、該変位情報に基づき、ＬＥＤヘッドを感光体の周面に対して進退させ、ＬＥＤヘッドを感光体の周面との距離を一定とする画像形成装置が示されている。
【特許文献１】特開昭６２−２５０４６６号公報
【特許文献２】特開平０４−２４６６６８号公報
【特許文献３】特開２００６−１８７９２９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、上記引用文献等に示されたＬＥＤ光等の結像位置の位置決め方法の改善では、感光体とＬＥＤ光学素子間の間隙の精度を上げることの改善であり、このようなアプローチからの改善方法のみでは、ドラム状の感光体の偏心又はドラムの支持機構の芯ズレ等が原因の、感光体上の静電潜像に部分的な結像ボケ等の改善は、尚、不十分であった。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題点を解決することにあり、従来の感光体とＬＥＤ光学素子間の間隙の精度の向上では、尚、解決できなかった感光体の静電潜像の結像ボケを、更に改善でき、高精細の電子写真画像を作製できるＬＥＤ光学素子、画像形成装置、画像形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
我々は上記問題点について鋭意検討を重ねた結果、ＬＥＤ光学素子の収束性ロットレンズアレイのレンズ構成を少し変えるだけで、前記した従来の結像ボケが顕著に改善され、大きなコストアップを伴わないで、これら問題点を解決できることを見出し、本願発明を達成した。
【０００９】
即ち、本願発明は、以下のような構成を有するＬＥＤ光学素子及び該光学素子を用いた画像形成装置により達成される。
【００１０】
１．複数のＬＥＤを線状に基板上に配列し、かつ、光学系支持部材に支持されたＬＥＤと該ＬＥＤからの光を収束して、結像させる結像素子を有するＬＥＤ光学素子において、該結合素子がＬＥＤからの光路上に複数のレンズを有し、少なくとも該光路上流側が棒状レンズ、下流側が凹レンズの組み合わせを有することを特徴とするＬＥＤ光学素子。
【００１１】
２．複数のＬＥＤを線状に基板上に配列し、かつ、光学系支持部材に支持されたＬＥＤと該ＬＥＤからの光を電子写真感光体表面に結像し、該電子写真感光体上に静電潜像を形成する結像素子が配置されたＬＥＤ光学素子を有する画像形成装置において、該ＬＥＤ光学素子の結合素子がＬＥＤからの光路上に複数のレンズを有し、少なくとも該光路上流側がロットレンズ、下流側が凹レンズの組み合わせを有することを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
３．前記電子写真感光体が円筒状の電子写真感光体であることを特徴とする前記２に記載の画像形成装置。
【００１３】
４．前記電子写真感光体の支持体の円筒度が５〜４０μｍであることを特徴とする、前記３に記載の画像形成装置。
【００１４】
５．前記２〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置を用いて電子写真画像を形成することを特徴とする画像形成方法。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明のＬＥＤ光学素子及び該ＬＥＤ光学素子を用いた画像形成装置を用いることにより、ＬＥＤを用いた像露光の結像ボケや、ＬＥＤ光学素子へのトナー汚染等による画像欠陥が改善され、焦点の合った鮮明な電子写真画像を形成できる画像形成装置等が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本願発明について、詳細な説明を記載する。
【００１７】
まず、本願発明の前記１に係わるＬＥＤ光学素子について説明する。
【００１８】
以下、ＬＥＤ光学素子１２０の構造を図１〜図３を参照して説明する。
【００１９】
図１はＬＥＤ光学素子１２０の斜視図、図２はＬＥＤ（発光ダイオード）１２１を配設した基板１２３ａの斜視図、図３はＬＥＤ光学素子１２０の拡大断面図である。
【００２０】
ＬＥＤ光学素子１２０は、複数のＬＥＤ１２１と、該ＬＥＤに対応したレンズアレイから成る結像素子１２２とから構成される。図４ではＬＥＤ光学素子１２０の複数のＬＥＤ１２１と、レンズアレイから成る結像素子１２２は、電子写真感光体２１の軸方向に直線状に配列されている。
【００２１】
ＬＥＤ光学素子１２０は、図１及び図３に示すように電子写真感光体２１の軸方向に配列した複数のＬＥＤ１２１とＬＥＤ駆動用ＩＣ１２６と温度センサ１２７とを配置した基板１２３ａと、結像素子１２２を保持する保持部材（光学系カバー）１２４に取付けられてユニットとして構成され、電子写真感光体２１の外方に設けられ、ＬＥＤ光学素子１２０を固定保持する光学系支持部材２００に取付けている。画像形成メモリに記憶された各色の画像信号は、該メモリより順次読み出されてＬＥＤ光学素子１２０にコネクタ１２９を介して電気信号として入力される。また図１には、ＬＥＤ１２１の基板１２３ａが斜線にてそれぞれ示される接着剤１２８によって保持部材１２４に固定してある。
【００２２】
ＬＥＤ１２１は、図２に示すように発光波長を３５０〜９００ｎｍの範囲にある線状に配列した発光ダイオードアレイである。該ＬＥＤ１２１は、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスを用いた基板１２３ａ上に形成してある。
【００２３】
本願発明に係わる結合素子１２２は、その構成が、ＬＥＤからの光路上に複数のレンズを有し、少なくとも該光路上流側が棒状レンズ、下流側が凹レンズの組み合わせ構造を有する。
【００２４】
結合素子がこの構成を有することにより、焦点深度が深くなり、ＬＥＤアレイからの像露光が電子写真感光体表面等の焦点位置に、シャープに結像し、電子写真方式の画像形成において、画像ボケが改善された電子写真画像を得ることができる。又、複数のレンズを通過した見かけ上の焦点距離が長くなることから、電子写真感光体２１の外周面とＬＥＤ光学素子１２０の結像素子１２２端面との距離Ｌ０を従来のＬＥＤ光学素子を用いた場合に比し、大きくすることが可能となり、結合素子（ロッドレンズアレイ）のレンズ面の汚れ（感光体上のトナー微粉体や汚染物質のレンズ面への飛散汚染）を少なくすることができる。
【００２５】
図４は、本願発明のＬＥＤ光学素子の１つの結合素子の構成を示した断面図である。
【００２６】
図４では、基板１２３ａ上のＬＥＤ１２１から発光された像露光の光路ａの上流側に棒状レンズ１２２ａ、下流側に凹レンズ１２２ｂを配し、ＬＥＤからの入射距離Ｌ１に対し、凹レンズを透過したＬＥＤ光の焦点距離Ｌ２が大きく成っており、従来のＬ２／Ｌ１が等倍のロッドレンズの構成に比し、焦点距離が長く成ることにより、焦点深度も深くなっている。
【００２７】
本願の棒状レンズとは、従来のロットレンズのことであり、円柱ロット状で、柱の径方向外側から中心方向に屈折率を変化させた屈折率分散型のロットレンズアレイが広く市販されている。
【００２８】
凹レンズとは、光軸中心近傍が、周辺部分よりも薄い一般的なものを云うが、レンズ径方向外側から中心方向に屈折率を変化させた屈折率分散型レンズであっても良い。凹レンズも、又、図５のように基盤１２３ｂ上に線状に集積した一体型凹レンズアレイを用いることが好ましい。このように集積した一体型凹レンズアレイをロッドレンズアレイと組み合わせることにより、ロットレンズと凹レンズの設置精度を向上させることが可能となる。
【００２９】
次ぎに、本願発明のＬＥＤ光学素子を電子写真方式の画像形成装置、画像形成方法に適用したことについて説明する。
【００３０】
図６に示す画像形成装置１は、デジタル方式による画像形成装置であって、画像読取り部Ａ、画像処理部Ｂ、画像形成部Ｃ、転写紙搬送手段としての転写紙搬送部Ｄから構成されている。
【００３１】
画像読取り部Ａの上部には原稿を自動搬送する自動原稿送り手段が設けられていて、原稿載置台１１上に載置された原稿は原稿搬送ローラ１２によって１枚宛分離搬送され読み取り位置１３ａにて画像の読み取りが行われる。原稿読み取りが終了した原稿は原稿搬送ローラ１２によって原稿排紙皿１４上に排出される。
【００３２】
一方、プラテンガラス１３上に置かれた場合の原稿の画像は走査光学系を構成する照明ランプ及び第１ミラーから成る第１ミラーユニット１５の速度ｖによる読み取り動作と、Ｖ字状に位置した第２ミラー及び第３ミラーから成る第２ミラーユニット１６の同方向への速度ｖ／２による移動によって読み取られる。
【００３３】
読み取られた画像は、投影レンズ１７を通してラインセンサである撮像素子ＣＣＤの受光面に結像される。撮像素子ＣＣＤ上に結像されたライン状の光学像は順次電気信号（輝度信号）に光電変換されたのちＡ／Ｄ変換を行い、画像処理部Ｂにおいて濃度変換、フィルター処理などの処理が施された後、画像データは一旦メモリに記憶される。
【００３４】
画像形成部Ｃでは、画像形成ユニットとして、像担持体であるドラム状の感光体２１と、その外周に、該感光体２１を帯電させる帯電手段（帯電工程）２２、帯電した感光体に像露光を行う像露光手段３０、現像手段（現像工程）２３、転写手段（転写工程）である転写搬送ベルト装置４５、前記感光体２１のクリーニング装置（クリーニング工程）２６及び光除電手段（光徐電工程）としてのＰＣＬ（プレチャージランプ）２７が各々動作順に配置されている。また、現像手段２３の下流側には感光体２１上に現像されたパッチ像の反射濃度を測定する反射濃度検出手段２２２が設けられている。感光体２１には、本発明に係わる有機感光体を使用し、図示の時計方向に駆動回転される。
【００３５】
回転する感光体２１へは帯電手段２２による一様帯電がなされた後、像露光手段（像露光工程）３０として、本願発明のＬＥＤ光学素子が用いられ、画像処理部Ｂのメモリから呼び出された画像信号に基づいた像露光が行われる。書き込み手段である像露光手段３０には、本願発明のＬＥＤ光学素子が用いられ、感光体２１に対して像露光が行われ、感光体２１の回転（副走査）によって静電潜像が形成される。本実施の形態の一例では文字部に対して露光を行い静電潜像を形成する。
【００３６】
本発明の画像形成装置においては、感光体上に静電潜像を形成するに際し、発振波長が３５０〜９００ｎｍの発光ダイオードを像露光光源として用いる。これらの像露光光源を用いて、書込みの主査方向の露光ドット径を１０〜１００μｍに絞り込み、有機感光体上にデジタル露光を行うことにより、２００ｄｐｉ（ｄｐｉ：２．５４ｃｍ当たりのドット数）以上から２５００ｄｐｉの高解像度の電子写真画像をうることができる。
【００３７】
前記露光ドット径とは該露光ビームの強度がピーク強度の１／ｅ２以上の領域の主走査方向にそった露光ビームの長さ（Ｌｄ：長さが最大位置で測定する）を云う。
【００３８】
感光体２１上の静電潜像は現像手段２３によって反転現像が行われ、感光体２１の表面に可視像のトナー像が形成される。本発明の画像形成方法では、該現像手段に用いられる現像剤には重合トナーを用いることが好ましい。形状や粒度分布が均一な重合トナーを本発明に係わる有機感光体と併用することにより、より鮮鋭性が良好な電子写真画像を得ることができる。
【００３９】
本発明の有機感光体上に形成された静電潜像は現像によりトナー像として顕像化される。現像に用いられるトナーは、粉砕トナーでも、重合トナーでもよいが、本発明に係わるトナーとしては、安定した粒度分布を得られる観点から、重合法で作製できる重合トナーが好ましい。
【００４０】
重合トナーとはトナー用バインダーの樹脂の生成とトナー形状がバインダー樹脂の原料モノマーの重合と、必要によりその後の化学的処理により形成されるトナーを意味する。より具体的には懸濁重合、乳化重合等の重合反応と、必要によりその後に行われる粒子同士の融着工程を経て形成されるトナーを意味する。
【００４１】
尚、トナーの体積平均粒径、即ち、５０％体積粒径（Ｄｖ５０）は２〜９μｍ、より好ましくは３〜７μｍであることが望ましい。このような粒径の小さなトナーは、電子写真画像の高精細画像を形成する上で、有利であるが、一方、電子写真感光体上周辺に、トナーが飛散しやすく、ＬＥＤ光学素子の結合素子（ロットレンズアレイ）を汚染しやすい。しかしながら、本願発明のＬＥＤ光学素子を用いることにより、感光体とＬＥＤ光学素子の間隙を大きくすることができ、このようなトナー飛散によるレンズ表面の汚染、その結果としての電子写真の画像欠陥を小さくすることができる。
【００４２】
尚、上記５０％体積粒径（Ｄｖ５０）は、コールターマルチサイザーを用い、アパーチャー径＝１００μｍのアパーチャーを用いて２．０〜４０μｍの範囲における粒径分布を用から測定されたものを示す。
【００４３】
本発明に係わるトナーは、一成分現像剤でも二成分現像剤として用いてもよい。
【００４４】
一成分現像剤として用いる場合は、非磁性一成分現像剤、あるいはトナー中に０．１〜０．５μｍ程度の磁性粒子を含有させ磁性一成分現像剤としたものがあげられ、いずれも使用することができる。
【００４５】
又、キャリアと混合して二成分現像剤として用いることができる。この場合は、キャリアの磁性粒子として、鉄、フェライト、マグネタイト等の金属、それらの金属とアルミニウム、鉛等の金属との合金等の従来から公知の材料を用いることが出来る。特にフェライト粒子が好ましい。上記磁性粒子は、その体積平均粒径としては１５〜１００μｍ、より好ましくは２５〜８０μｍのものがよい。
【００４６】
キャリアの体積平均粒径の測定は、代表的には湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス（ＨＥＬＯＳ）」（シンパティック（ＳＹＭＰＡＴＥＣ）社製）により測定することができる。
【００４７】
キャリアは、磁性粒子が更に樹脂により被覆されているもの、あるいは樹脂中に磁性粒子を分散させたいわゆる樹脂分散型キャリアが好ましい。コーティング用の樹脂組成としては、特に限定は無いが、例えば、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エステル系樹脂或いはフッ素含有重合体系樹脂等が用いられる。また、樹脂分散型キャリアを構成するための樹脂としては、特に限定されず公知のものを使用することができ、例えば、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、フェノール樹脂等を使用することができる。
【００４８】
転写紙搬送部Ｄでは、画像形成ユニットの下方に異なるサイズの転写紙Ｐが収納された転写紙収納手段としての給紙ユニット４１（Ａ）、４１（Ｂ）、４１（Ｃ）が設けられ、また側方には手差し給紙を行う手差し給紙ユニット４２が設けられていて、それらの何れかから選択された転写紙Ｐは案内ローラ４３によって搬送路４０に沿って給紙され、給紙される転写紙Ｐの傾きと偏りの修正を行う対の給紙レジストローラ４４によって転写紙Ｐは一時停止を行ったのち再給紙が行われ、搬送路４０、転写前ローラ４３ａ、給紙経路４６及び進入ガイド板４７に案内され、感光体２１上のトナー画像が転写位置Ｂｏにおいて転写極２４及び分離極２５によって転写搬送ベルト装置４５の転写搬送ベルト４５４に載置搬送されながら転写紙Ｐに転写され、該転写紙Ｐは感光体２１面より分離し、転写搬送ベルト装置４５により定着手段５０に搬送される。
【００４９】
定着手段５０は定着ローラ５１と加圧ローラ５２とを有しており、転写紙Ｐを定着ローラ５１と加圧ローラ５２との間を通過させることにより、加熱、加圧によってトナーを定着させる。トナー画像の定着を終えた転写紙Ｐは排紙トレイ６４上に排出される。
【００５０】
以上は転写紙の片側への画像形成を行う状態を説明したものであるが、両面複写の場合は排紙切換部材１７０が切り替わり、転写紙案内部１７７が開放され、転写紙Ｐは破線矢印の方向に搬送される。
【００５１】
更に、搬送機構１７８により転写紙Ｐは下方に搬送され、転写紙反転部１７９によりスイッチバックさせられ、転写紙Ｐの後端部は先端部となって両面複写用給紙ユニット１３０内に搬送される。
【００５２】
転写紙Ｐは両面複写用給紙ユニット１３０に設けられた搬送ガイド１３１を給紙方向に移動し、給紙ローラ１３２で転写紙Ｐを再給紙し、転写紙Ｐを搬送路４０に案内する。
【００５３】
再び、上述したように感光体２１方向に転写紙Ｐを搬送し、転写紙Ｐの裏面にトナー画像を転写し、定着手段５０で定着した後、排紙トレイ６４に排紙する。
【００５４】
本発明の画像形成装置としては、上述の感光体と、現像器、クリーニング器等の構成要素をプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このユニットを装置本体に対して着脱自在に構成しても良い。又、帯電器、像露光器、現像器、転写又は分離器、及びクリーニング器の少なくとも１つを感光体とともに一体に支持してプロセスカートリッジを形成し、装置本体に着脱自在の単一ユニットとし、装置本体のレールなどの案内手段を用いて着脱自在の構成としても良い。
【００５５】
本願発明の画像形成装置は、前記したＬＥＤ光学素子を電子写真感光体の像露光に用いるものであるが、該ＬＥＤ光学素子の像露光結像の改良効果を上げるには、電子写真感光体の結像面のブレを小さく抑えることがより好ましい。
【００５６】
この電子写真感光体の結像面のブレを改善するためには、即ち、ＬＥＤ光学素子のレンズ面から電子写真感光体の表面迄の間隙の距離を一定に保つためには、円筒状の電子写真感光体では、円筒型状の幾何学的なゆがみを小さくすることが必要である。このことより、本願発明に係わる円筒状電子写真感光体では、該電子写真感光体の円筒状支持体の円筒度を５〜４０μｍの範囲内に抑えることが好ましい。
【００５７】
円筒度をこの範囲にするためには、感光体支持体の金属の寸法精度を向上させる必要があり、例えば、アルミ支持体の場合には、アルミの切削管による高精度缶であることが好ましく、更に切削前のアルミ引き抜き管の肉厚の均一性を上げ、真円度、真直度を上げる必要がある。
【００５８】
本発明の円筒度とは、ＪＩＳ規格（Ｂ０６２１−１９８４）による。即ち、円筒基体を２つの同軸の幾何学的円筒で挟んだとき、同軸２円筒の間隔が最小となる位置の半径の差で表し、本発明では該半径の差をμｍで表す。
【００５９】
本発明の円筒状基体の円筒度は５〜４０μｍ、好ましくは７〜３０μｍ、更には７〜２７μｍが良い。５μｍより小さくすると、収率が悪くなりコスト的に不利となる。
【００６０】
又、本発明の電子写真感光体の円筒度も上記と同じ範囲内にあることが好ましい。但し、電子写真感光体の円筒度は、実質的に画像形成を行う領域の円筒度を意味し、画像形成を行わない両端の感光層膜厚の変動領域は除く。
【００６１】
本発明の円筒度の測定方法は円筒状基体の両端１０ｍｍの２点、中心部、両端と中心部の間を３等分した点の４点、計７点の真円度を測定し求める。測定器は非接触万能ロール径測定機（（株）ミツトヨ製）を用いた。
【００６２】
本願発明に係わる円筒度は、円筒状基体を切削加工することにより調整することができる。例えば、円筒状基体を回転させながら、切削バイトを当接し、送り移動し、表面の円筒度を調整加工する。
【００６３】
本願発明では、円筒度が５〜４０μｍの円筒状基体上に、有機或いは無機の感光層を形成した電子写真感光体を用いることにより、より好ましい効果をうることができる。
【実施例】
【００６４】
本願発明の効果を確認するために、以下に示す実施例に係る画像形成装置（以下、単に実施例という）と比較例に係る画像形成装置（以下、単に比較例という）との比較実験を行った。
【００６５】
実施例１
本願発明のＬＥＤ光学素子は、図３に示されるように、各ＬＥＤ１２１の光は、結合素子１２２を介して感光体２１の受光面２１Ｂ上に集光される。このとき、結合素子１２２の構成を図４のように棒状レンズ（入射距離Ｌ１＝２ｍｍ）と凹レンズの対で構成し、Ｌ２／Ｌ１の比が２．０となるように構成する。このようなＬＥＤ光学素子（６３μｍ間隔でＬＥＤを配置した３００ｍｍ幅のＬＥＤアレイとレンズアレイを有するＬＥＤ光学素子）を画像形成装置（ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０改造機）の露光装置として搭載した。感光体には外径３０ｍｍφ、長さ３５２ｍｍ、円筒度２８μｍの円筒状基体の上に、膜厚２５μｍの均一な有機感光層が形成されているものを用い、現像剤にはトナーの５０％体積粒径（Ｄｖ５０）が６．２μｍのトナーを用いた二成分現像剤を用いた。その結果として、焦点深度が深くなり、理想の像面位置から光軸方向（矢印Ｚ方向）に受光面２１Ｂがずれても画像濃度むらが発生しにくくなる。又、Ｌ２／Ｌ１の比を２．０として、結合素子１２２と受光面２１Ｂの距離Ｌ０（ほぼ焦点距離Ｌ２に等しい）を従来のＬＥＤロットレンズアレイに比し、２倍に長くすることができ、感光体表面からのレンズ汚染を減少することができた。
【００６６】
実施例２〜８
凹レンズを変え、Ｌ２／Ｌ１が表１に示すように変化させ、各種円筒度の異なる感光体で画像出しを実施した時の、画像を同様に評価した。結果を表１に示す。
【００６７】
実施例９
凹レンズの形状を図７のようにし、６個の光源の凹レンズを一体成型した部材を用いた以外は、実施例１と同様にして画像だしを行った。その結果を表１に示す。
【００６８】
比較例１
実施例１の結像素子１２２から凹レンズを取り外した構成にした以外は実施例１と同様にして画像だしを行った。
【００６９】
比較例２
実施例８の結像素子１２２から凹レンズを取り外した構成にした以外は実施例８と同様にして画像だしを行った。
【００７０】
評価方法
ボケ評価
画像のボケ評価方法は、１ドットＯＮ−２ドットＯＦＦのハーフトーンＡ４画像を、縦５等分割、横５等分割の２５分割画面して、各１区画内の最大濃度と最小濃度を測定し、各区画の最大濃度２５データの平均と、最小濃度２５データの平均を測定した。
【００７１】
ドットのにじみが部分的に発生すると、その部分の画像濃度の画像は周辺に比べ、高くなったり、低くなったりして、均一な濃度が得られなくなる。
【００７２】
平均値は、最大と最小濃度差が０．２以下である必要があり（〇）、０．１以下であることが好ましい（◎）。これ０．２より差が大きいと、部分的な画像むらが一般ユーザーにも認識可能であり、画像品位品質が著しく低下する（×）。
【００７３】
尚、上記濃度測定は、マクベス社製ＲＤ−９１８を使用し反射濃度で測定した。該反射濃度は相対濃度（印刷していないＡ４紙の濃度を０．０００とする）で評価した。
【００７４】
レンズ汚れ
印字濃度５％のテスト画像１万枚を、３０℃、８５％ＲＨ環境で実写したのち、光学系をはずし、波長５００ｎｍでのレンズの透過率を測定した。本評価で９５％以上であれば、実用上時の実写条件で、ほぼ問題ないレベルで使用可能であるが、機種の使用環境によっては９８％以上であることが好ましい。
【００７５】
透過率（Ｔ％）：９８％≦Ｔ ○
９５％≦Ｔ＜９８％ △
Ｔ＜９５％ ×
上記評価結果を下記表１に示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１から明らかなように、実施例は、いずれも、ピントずれによる画像ボケが発生せず、均一で良好な画層が得られたのに対し、比較例は、部分的なボケが発生し、画像の均一性が得られなかった。
【００７８】
また、トナーの粒子径（Ｄｖ５０）が小さい場合には、特にトナー飛散に影響を受けやすく、本願構成の光学系を用いる事により、トナー飛散によるレンズ汚れの画質低下が抑制される事が予想される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】露光光学系の斜視図。
【図２】発光素子を配設した基板の斜視図。
【図３】露光光学系の拡大断面図。
【図４】本願発明のＬＥＤ光学素子の１つの結合素子の構成を示した断面図である。
【図５】一体型凹レンズアレイの図である。
【図６】本発明の画像形成装置の機能が組み込まれた概略図である。
【符号の説明】
【００８０】
２１ 感光体ドラム（像形成体）
２１Ａ 基体
１２０ ＬＥＤ光学素子
１２１ 発光素子（発光光源、ライン状発光手段、ＬＥＤアレイ）
１２２ 結像素子（屈折率分布型レンズアレイ）
１２３ａ、１２３ｂ 基板
１２４ 保持部材（光学系カバー）
１２５ 位置決めスペーサ
１２６ 駆動用ＩＣ
１２７ 温度センサ
１２８ 接着剤
１２９ コネクタ
２００ 光学系支持部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンターの分野において用いられる電子写真方式の画像形成装置に用いられるＬＥＤ（発光ダイオード）光学素子、画像形成装置及び画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の感光体への画像書込装置としてＬＥＤ（発光ダイオード）アレイを用いた方法が知られている。この方法は高密度に配置されたＬＥＤアレイからの変調光を収束性ロッドレンズアレイで感光体上に導いて結像させるもので、解像度に対応した数だけＬＥＤ発光素子を一列又は千鳥型等に並べて光走査機構を構成しているため光走査系の小型化を実現することができる。
【０００３】
しかし、一般的に収束性ロッドレンズアレイが使用されるＬＥＤ書込ヘッド（以下、ＬＥＤヘッドという）は、ロッドレンズの焦点深度が浅いため（５０〜１００μｍ程度）、焦点位置にズレが生じると、ロッドレンズに入射してくるＬＥＤからの像露光は、ボケて結像し、画像品質の劣化を招く。このため、ＬＥＤヘッドを搭載した画像形成装置では、ＬＥＤヘッドと感光体との間隔が基準位置からずれないようにする必要がある。例えば、ドラム状の感光体の偏心又はドラムの支持機構の芯ズレがあると、感光体上に形成される静電潜像に部分的な結像ボケが起こり、トナーで現像すると不鮮明な画像となる場合がある。このような問題に対して、工作精度上から解決を図っても機械寸法公差や組立精度の向上には限界があり、コストも増大する。
【０００４】
この問題の解決方法として、特許文献１には感光体の表面変位を検知して発光手段及び結像素子の位置を変化させる方法が開示されている。また特許文献２にはＬＥＤヘッドの両端に基準位置を設け、この基準位置と感光体との間隔を変位センサ等で測定してＬＥＤヘッドを微動させ、ＬＥＤヘッドの位置決めを行う方法が示されている。
【０００５】
又、特許文献３には、回転する感光体の一回転分の周面変位情報を変位センサで測定し、該変位情報に基づき、ＬＥＤヘッドを感光体の周面に対して進退させ、ＬＥＤヘッドを感光体の周面との距離を一定とする画像形成装置が示されている。
【特許文献１】特開昭６２−２５０４６６号公報
【特許文献２】特開平０４−２４６６６８号公報
【特許文献３】特開２００６−１８７９２９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、上記引用文献等に示されたＬＥＤ光等の結像位置の位置決め方法の改善では、感光体とＬＥＤ光学素子間の間隙の精度を上げることの改善であり、このようなアプローチからの改善方法のみでは、ドラム状の感光体の偏心又はドラムの支持機構の芯ズレ等が原因の、感光体上の静電潜像に部分的な結像ボケ等の改善は、尚、不十分であった。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題点を解決することにあり、従来の感光体とＬＥＤ光学素子間の間隙の精度の向上では、尚、解決できなかった感光体の静電潜像の結像ボケを、更に改善でき、高精細の電子写真画像を作製できるＬＥＤ光学素子、画像形成装置、画像形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
我々は上記問題点について鋭意検討を重ねた結果、ＬＥＤ光学素子の収束性ロットレンズアレイのレンズ構成を少し変えるだけで、前記した従来の結像ボケが顕著に改善され、大きなコストアップを伴わないで、これら問題点を解決できることを見出し、本願発明を達成した。
【０００９】
即ち、本願発明は、以下のような構成を有するＬＥＤ光学素子及び該光学素子を用いた画像形成装置により達成される。
【００１０】
１．複数のＬＥＤを線状に基板上に配列し、かつ、光学系支持部材に支持されたＬＥＤと該ＬＥＤからの光を収束して、結像させる結像素子を有するＬＥＤ光学素子において、該結合素子がＬＥＤからの光路上に複数のレンズを有し、少なくとも該光路上流側が棒状レンズ、下流側が凹レンズの組み合わせを有することを特徴とするＬＥＤ光学素子。
【００１１】
２．複数のＬＥＤを線状に基板上に配列し、かつ、光学系支持部材に支持されたＬＥＤと該ＬＥＤからの光を電子写真感光体表面に結像し、該電子写真感光体上に静電潜像を形成する結像素子が配置されたＬＥＤ光学素子を有する画像形成装置において、該ＬＥＤ光学素子の結合素子がＬＥＤからの光路上に複数のレンズを有し、少なくとも該光路上流側がロットレンズ、下流側が凹レンズの組み合わせを有することを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
３．前記電子写真感光体が円筒状の電子写真感光体であることを特徴とする前記２に記載の画像形成装置。
【００１３】
４．前記電子写真感光体の支持体の円筒度が５〜４０μｍであることを特徴とする、前記３に記載の画像形成装置。
【００１４】
５．前記２〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置を用いて電子写真画像を形成することを特徴とする画像形成方法。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明のＬＥＤ光学素子及び該ＬＥＤ光学素子を用いた画像形成装置を用いることにより、ＬＥＤを用いた像露光の結像ボケや、ＬＥＤ光学素子へのトナー汚染等による画像欠陥が改善され、焦点の合った鮮明な電子写真画像を形成できる画像形成装置等が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本願発明について、詳細な説明を記載する。
【００１７】
まず、本願発明の前記１に係わるＬＥＤ光学素子について説明する。
【００１８】
以下、ＬＥＤ光学素子１２０の構造を図１〜図３を参照して説明する。
【００１９】
図１はＬＥＤ光学素子１２０の斜視図、図２はＬＥＤ（発光ダイオード）１２１を配設した基板１２３ａの斜視図、図３はＬＥＤ光学素子１２０の拡大断面図である。
【００２０】
ＬＥＤ光学素子１２０は、複数のＬＥＤ１２１と、該ＬＥＤに対応したレンズアレイから成る結像素子１２２とから構成される。図４ではＬＥＤ光学素子１２０の複数のＬＥＤ１２１と、レンズアレイから成る結像素子１２２は、電子写真感光体２１の軸方向に直線状に配列されている。
【００２１】
ＬＥＤ光学素子１２０は、図１及び図３に示すように電子写真感光体２１の軸方向に配列した複数のＬＥＤ１２１とＬＥＤ駆動用ＩＣ１２６と温度センサ１２７とを配置した基板１２３ａと、結像素子１２２を保持する保持部材（光学系カバー）１２４に取付けられてユニットとして構成され、電子写真感光体２１の外方に設けられ、ＬＥＤ光学素子１２０を固定保持する光学系支持部材２００に取付けている。画像形成メモリに記憶された各色の画像信号は、該メモリより順次読み出されてＬＥＤ光学素子１２０にコネクタ１２９を介して電気信号として入力される。また図１には、ＬＥＤ１２１の基板１２３ａが斜線にてそれぞれ示される接着剤１２８によって保持部材１２４に固定してある。
【００２２】
ＬＥＤ１２１は、図２に示すように発光波長を３５０〜９００ｎｍの範囲にある線状に配列した発光ダイオードアレイである。該ＬＥＤ１２１は、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスを用いた基板１２３ａ上に形成してある。
【００２３】
本願発明に係わる結合素子１２２は、その構成が、ＬＥＤからの光路上に複数のレンズを有し、少なくとも該光路上流側が棒状レンズ、下流側が凹レンズの組み合わせ構造を有する。
【００２４】
結合素子がこの構成を有することにより、焦点深度が深くなり、ＬＥＤアレイからの像露光が電子写真感光体表面等の焦点位置に、シャープに結像し、電子写真方式の画像形成において、画像ボケが改善された電子写真画像を得ることができる。又、複数のレンズを通過した見かけ上の焦点距離が長くなることから、電子写真感光体２１の外周面とＬＥＤ光学素子１２０の結像素子１２２端面との距離Ｌ０を従来のＬＥＤ光学素子を用いた場合に比し、大きくすることが可能となり、結合素子（ロッドレンズアレイ）のレンズ面の汚れ（感光体上のトナー微粉体や汚染物質のレンズ面への飛散汚染）を少なくすることができる。
【００２５】
図４は、本願発明のＬＥＤ光学素子の１つの結合素子の構成を示した断面図である。
【００２６】
図４では、基板１２３ａ上のＬＥＤ１２１から発光された像露光の光路ａの上流側に棒状レンズ１２２ａ、下流側に凹レンズ１２２ｂを配し、ＬＥＤからの入射距離Ｌ１に対し、凹レンズを透過したＬＥＤ光の焦点距離Ｌ２が大きく成っており、従来のＬ２／Ｌ１が等倍のロッドレンズの構成に比し、焦点距離が長く成ることにより、焦点深度も深くなっている。
【００２７】
本願の棒状レンズとは、従来のロットレンズのことであり、円柱ロット状で、柱の径方向外側から中心方向に屈折率を変化させた屈折率分散型のロットレンズアレイが広く市販されている。
【００２８】
凹レンズとは、光軸中心近傍が、周辺部分よりも薄い一般的なものを云うが、レンズ径方向外側から中心方向に屈折率を変化させた屈折率分散型レンズであっても良い。凹レンズも、又、図５のように基盤１２３ｂ上に線状に集積した一体型凹レンズアレイを用いることが好ましい。このように集積した一体型凹レンズアレイをロッドレンズアレイと組み合わせることにより、ロットレンズと凹レンズの設置精度を向上させることが可能となる。
【００２９】
次ぎに、本願発明のＬＥＤ光学素子を電子写真方式の画像形成装置、画像形成方法に適用したことについて説明する。
【００３０】
図６に示す画像形成装置１は、デジタル方式による画像形成装置であって、画像読取り部Ａ、画像処理部Ｂ、画像形成部Ｃ、転写紙搬送手段としての転写紙搬送部Ｄから構成されている。
【００３１】
画像読取り部Ａの上部には原稿を自動搬送する自動原稿送り手段が設けられていて、原稿載置台１１上に載置された原稿は原稿搬送ローラ１２によって１枚宛分離搬送され読み取り位置１３ａにて画像の読み取りが行われる。原稿読み取りが終了した原稿は原稿搬送ローラ１２によって原稿排紙皿１４上に排出される。
【００３２】
一方、プラテンガラス１３上に置かれた場合の原稿の画像は走査光学系を構成する照明ランプ及び第１ミラーから成る第１ミラーユニット１５の速度ｖによる読み取り動作と、Ｖ字状に位置した第２ミラー及び第３ミラーから成る第２ミラーユニット１６の同方向への速度ｖ／２による移動によって読み取られる。
【００３３】
読み取られた画像は、投影レンズ１７を通してラインセンサである撮像素子ＣＣＤの受光面に結像される。撮像素子ＣＣＤ上に結像されたライン状の光学像は順次電気信号（輝度信号）に光電変換されたのちＡ／Ｄ変換を行い、画像処理部Ｂにおいて濃度変換、フィルター処理などの処理が施された後、画像データは一旦メモリに記憶される。
【００３４】
画像形成部Ｃでは、画像形成ユニットとして、像担持体であるドラム状の感光体２１と、その外周に、該感光体２１を帯電させる帯電手段（帯電工程）２２、帯電した感光体に像露光を行う像露光手段３０、現像手段（現像工程）２３、転写手段（転写工程）である転写搬送ベルト装置４５、前記感光体２１のクリーニング装置（クリーニング工程）２６及び光除電手段（光徐電工程）としてのＰＣＬ（プレチャージランプ）２７が各々動作順に配置されている。また、現像手段２３の下流側には感光体２１上に現像されたパッチ像の反射濃度を測定する反射濃度検出手段２２２が設けられている。感光体２１には、本発明に係わる有機感光体を使用し、図示の時計方向に駆動回転される。
【００３５】
回転する感光体２１へは帯電手段２２による一様帯電がなされた後、像露光手段（像露光工程）３０として、本願発明のＬＥＤ光学素子が用いられ、画像処理部Ｂのメモリから呼び出された画像信号に基づいた像露光が行われる。書き込み手段である像露光手段３０には、本願発明のＬＥＤ光学素子が用いられ、感光体２１に対して像露光が行われ、感光体２１の回転（副走査）によって静電潜像が形成される。本実施の形態の一例では文字部に対して露光を行い静電潜像を形成する。
【００３６】
本発明の画像形成装置においては、感光体上に静電潜像を形成するに際し、発振波長が３５０〜９００ｎｍの発光ダイオードを像露光光源として用いる。これらの像露光光源を用いて、書込みの主査方向の露光ドット径を１０〜１００μｍに絞り込み、有機感光体上にデジタル露光を行うことにより、２００ｄｐｉ（ｄｐｉ：２．５４ｃｍ当たりのドット数）以上から２５００ｄｐｉの高解像度の電子写真画像をうることができる。
【００３７】
前記露光ドット径とは該露光ビームの強度がピーク強度の１／ｅ２以上の領域の主走査方向にそった露光ビームの長さ（Ｌｄ：長さが最大位置で測定する）を云う。
【００３８】
感光体２１上の静電潜像は現像手段２３によって反転現像が行われ、感光体２１の表面に可視像のトナー像が形成される。本発明の画像形成方法では、該現像手段に用いられる現像剤には重合トナーを用いることが好ましい。形状や粒度分布が均一な重合トナーを本発明に係わる有機感光体と併用することにより、より鮮鋭性が良好な電子写真画像を得ることができる。
【００３９】
本発明の有機感光体上に形成された静電潜像は現像によりトナー像として顕像化される。現像に用いられるトナーは、粉砕トナーでも、重合トナーでもよいが、本発明に係わるトナーとしては、安定した粒度分布を得られる観点から、重合法で作製できる重合トナーが好ましい。
【００４０】
重合トナーとはトナー用バインダーの樹脂の生成とトナー形状がバインダー樹脂の原料モノマーの重合と、必要によりその後の化学的処理により形成されるトナーを意味する。より具体的には懸濁重合、乳化重合等の重合反応と、必要によりその後に行われる粒子同士の融着工程を経て形成されるトナーを意味する。
【００４１】
尚、トナーの体積平均粒径、即ち、５０％体積粒径（Ｄｖ５０）は２〜９μｍ、より好ましくは３〜７μｍであることが望ましい。このような粒径の小さなトナーは、電子写真画像の高精細画像を形成する上で、有利であるが、一方、電子写真感光体上周辺に、トナーが飛散しやすく、ＬＥＤ光学素子の結合素子（ロットレンズアレイ）を汚染しやすい。しかしながら、本願発明のＬＥＤ光学素子を用いることにより、感光体とＬＥＤ光学素子の間隙を大きくすることができ、このようなトナー飛散によるレンズ表面の汚染、その結果としての電子写真の画像欠陥を小さくすることができる。
【００４２】
尚、上記５０％体積粒径（Ｄｖ５０）は、コールターマルチサイザーを用い、アパーチャー径＝１００μｍのアパーチャーを用いて２．０〜４０μｍの範囲における粒径分布を用から測定されたものを示す。
【００４３】
本発明に係わるトナーは、一成分現像剤でも二成分現像剤として用いてもよい。
【００４４】
一成分現像剤として用いる場合は、非磁性一成分現像剤、あるいはトナー中に０．１〜０．５μｍ程度の磁性粒子を含有させ磁性一成分現像剤としたものがあげられ、いずれも使用することができる。
【００４５】
又、キャリアと混合して二成分現像剤として用いることができる。この場合は、キャリアの磁性粒子として、鉄、フェライト、マグネタイト等の金属、それらの金属とアルミニウム、鉛等の金属との合金等の従来から公知の材料を用いることが出来る。特にフェライト粒子が好ましい。上記磁性粒子は、その体積平均粒径としては１５〜１００μｍ、より好ましくは２５〜８０μｍのものがよい。
【００４６】
キャリアの体積平均粒径の測定は、代表的には湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス（ＨＥＬＯＳ）」（シンパティック（ＳＹＭＰＡＴＥＣ）社製）により測定することができる。
【００４７】
キャリアは、磁性粒子が更に樹脂により被覆されているもの、あるいは樹脂中に磁性粒子を分散させたいわゆる樹脂分散型キャリアが好ましい。コーティング用の樹脂組成としては、特に限定は無いが、例えば、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エステル系樹脂或いはフッ素含有重合体系樹脂等が用いられる。また、樹脂分散型キャリアを構成するための樹脂としては、特に限定されず公知のものを使用することができ、例えば、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、フェノール樹脂等を使用することができる。
【００４８】
転写紙搬送部Ｄでは、画像形成ユニットの下方に異なるサイズの転写紙Ｐが収納された転写紙収納手段としての給紙ユニット４１（Ａ）、４１（Ｂ）、４１（Ｃ）が設けられ、また側方には手差し給紙を行う手差し給紙ユニット４２が設けられていて、それらの何れかから選択された転写紙Ｐは案内ローラ４３によって搬送路４０に沿って給紙され、給紙される転写紙Ｐの傾きと偏りの修正を行う対の給紙レジストローラ４４によって転写紙Ｐは一時停止を行ったのち再給紙が行われ、搬送路４０、転写前ローラ４３ａ、給紙経路４６及び進入ガイド板４７に案内され、感光体２１上のトナー画像が転写位置Ｂｏにおいて転写極２４及び分離極２５によって転写搬送ベルト装置４５の転写搬送ベルト４５４に載置搬送されながら転写紙Ｐに転写され、該転写紙Ｐは感光体２１面より分離し、転写搬送ベルト装置４５により定着手段５０に搬送される。
【００４９】
定着手段５０は定着ローラ５１と加圧ローラ５２とを有しており、転写紙Ｐを定着ローラ５１と加圧ローラ５２との間を通過させることにより、加熱、加圧によってトナーを定着させる。トナー画像の定着を終えた転写紙Ｐは排紙トレイ６４上に排出される。
【００５０】
以上は転写紙の片側への画像形成を行う状態を説明したものであるが、両面複写の場合は排紙切換部材１７０が切り替わり、転写紙案内部１７７が開放され、転写紙Ｐは破線矢印の方向に搬送される。
【００５１】
更に、搬送機構１７８により転写紙Ｐは下方に搬送され、転写紙反転部１７９によりスイッチバックさせられ、転写紙Ｐの後端部は先端部となって両面複写用給紙ユニット１３０内に搬送される。
【００５２】
転写紙Ｐは両面複写用給紙ユニット１３０に設けられた搬送ガイド１３１を給紙方向に移動し、給紙ローラ１３２で転写紙Ｐを再給紙し、転写紙Ｐを搬送路４０に案内する。
【００５３】
再び、上述したように感光体２１方向に転写紙Ｐを搬送し、転写紙Ｐの裏面にトナー画像を転写し、定着手段５０で定着した後、排紙トレイ６４に排紙する。
【００５４】
本発明の画像形成装置としては、上述の感光体と、現像器、クリーニング器等の構成要素をプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このユニットを装置本体に対して着脱自在に構成しても良い。又、帯電器、像露光器、現像器、転写又は分離器、及びクリーニング器の少なくとも１つを感光体とともに一体に支持してプロセスカートリッジを形成し、装置本体に着脱自在の単一ユニットとし、装置本体のレールなどの案内手段を用いて着脱自在の構成としても良い。
【００５５】
本願発明の画像形成装置は、前記したＬＥＤ光学素子を電子写真感光体の像露光に用いるものであるが、該ＬＥＤ光学素子の像露光結像の改良効果を上げるには、電子写真感光体の結像面のブレを小さく抑えることがより好ましい。
【００５６】
この電子写真感光体の結像面のブレを改善するためには、即ち、ＬＥＤ光学素子のレンズ面から電子写真感光体の表面迄の間隙の距離を一定に保つためには、円筒状の電子写真感光体では、円筒型状の幾何学的なゆがみを小さくすることが必要である。このことより、本願発明に係わる円筒状電子写真感光体では、該電子写真感光体の円筒状支持体の円筒度を５〜４０μｍの範囲内に抑えることが好ましい。
【００５７】
円筒度をこの範囲にするためには、感光体支持体の金属の寸法精度を向上させる必要があり、例えば、アルミ支持体の場合には、アルミの切削管による高精度缶であることが好ましく、更に切削前のアルミ引き抜き管の肉厚の均一性を上げ、真円度、真直度を上げる必要がある。
【００５８】
本発明の円筒度とは、ＪＩＳ規格（Ｂ０６２１−１９８４）による。即ち、円筒基体を２つの同軸の幾何学的円筒で挟んだとき、同軸２円筒の間隔が最小となる位置の半径の差で表し、本発明では該半径の差をμｍで表す。
【００５９】
本発明の円筒状基体の円筒度は５〜４０μｍ、好ましくは７〜３０μｍ、更には７〜２７μｍが良い。５μｍより小さくすると、収率が悪くなりコスト的に不利となる。
【００６０】
又、本発明の電子写真感光体の円筒度も上記と同じ範囲内にあることが好ましい。但し、電子写真感光体の円筒度は、実質的に画像形成を行う領域の円筒度を意味し、画像形成を行わない両端の感光層膜厚の変動領域は除く。
【００６１】
本発明の円筒度の測定方法は円筒状基体の両端１０ｍｍの２点、中心部、両端と中心部の間を３等分した点の４点、計７点の真円度を測定し求める。測定器は非接触万能ロール径測定機（（株）ミツトヨ製）を用いた。
【００６２】
本願発明に係わる円筒度は、円筒状基体を切削加工することにより調整することができる。例えば、円筒状基体を回転させながら、切削バイトを当接し、送り移動し、表面の円筒度を調整加工する。
【００６３】
本願発明では、円筒度が５〜４０μｍの円筒状基体上に、有機或いは無機の感光層を形成した電子写真感光体を用いることにより、より好ましい効果をうることができる。
【実施例】
【００６４】
本願発明の効果を確認するために、以下に示す実施例に係る画像形成装置（以下、単に実施例という）と比較例に係る画像形成装置（以下、単に比較例という）との比較実験を行った。
【００６５】
実施例１
本願発明のＬＥＤ光学素子は、図３に示されるように、各ＬＥＤ１２１の光は、結合素子１２２を介して感光体２１の受光面２１Ｂ上に集光される。このとき、結合素子１２２の構成を図４のように棒状レンズ（入射距離Ｌ１＝２ｍｍ）と凹レンズの対で構成し、Ｌ２／Ｌ１の比が２．０となるように構成する。このようなＬＥＤ光学素子（６３μｍ間隔でＬＥＤを配置した３００ｍｍ幅のＬＥＤアレイとレンズアレイを有するＬＥＤ光学素子）を画像形成装置（ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０改造機）の露光装置として搭載した。感光体には外径３０ｍｍφ、長さ３５２ｍｍ、円筒度２８μｍの円筒状基体の上に、膜厚２５μｍの均一な有機感光層が形成されているものを用い、現像剤にはトナーの５０％体積粒径（Ｄｖ５０）が６．２μｍのトナーを用いた二成分現像剤を用いた。その結果として、焦点深度が深くなり、理想の像面位置から光軸方向（矢印Ｚ方向）に受光面２１Ｂがずれても画像濃度むらが発生しにくくなる。又、Ｌ２／Ｌ１の比を２．０として、結合素子１２２と受光面２１Ｂの距離Ｌ０（ほぼ焦点距離Ｌ２に等しい）を従来のＬＥＤロットレンズアレイに比し、２倍に長くすることができ、感光体表面からのレンズ汚染を減少することができた。
【００６６】
実施例２〜８
凹レンズを変え、Ｌ２／Ｌ１が表１に示すように変化させ、各種円筒度の異なる感光体で画像出しを実施した時の、画像を同様に評価した。結果を表１に示す。
【００６７】
実施例９
凹レンズの形状を図７のようにし、６個の光源の凹レンズを一体成型した部材を用いた以外は、実施例１と同様にして画像だしを行った。その結果を表１に示す。
【００６８】
比較例１
実施例１の結像素子１２２から凹レンズを取り外した構成にした以外は実施例１と同様にして画像だしを行った。
【００６９】
比較例２
実施例８の結像素子１２２から凹レンズを取り外した構成にした以外は実施例８と同様にして画像だしを行った。
【００７０】
評価方法
ボケ評価
画像のボケ評価方法は、１ドットＯＮ−２ドットＯＦＦのハーフトーンＡ４画像を、縦５等分割、横５等分割の２５分割画面して、各１区画内の最大濃度と最小濃度を測定し、各区画の最大濃度２５データの平均と、最小濃度２５データの平均を測定した。
【００７１】
ドットのにじみが部分的に発生すると、その部分の画像濃度の画像は周辺に比べ、高くなったり、低くなったりして、均一な濃度が得られなくなる。
【００７２】
平均値は、最大と最小濃度差が０．２以下である必要があり（〇）、０．１以下であることが好ましい（◎）。これ０．２より差が大きいと、部分的な画像むらが一般ユーザーにも認識可能であり、画像品位品質が著しく低下する（×）。
【００７３】
尚、上記濃度測定は、マクベス社製ＲＤ−９１８を使用し反射濃度で測定した。該反射濃度は相対濃度（印刷していないＡ４紙の濃度を０．０００とする）で評価した。
【００７４】
レンズ汚れ
印字濃度５％のテスト画像１万枚を、３０℃、８５％ＲＨ環境で実写したのち、光学系をはずし、波長５００ｎｍでのレンズの透過率を測定した。本評価で９５％以上であれば、実用上時の実写条件で、ほぼ問題ないレベルで使用可能であるが、機種の使用環境によっては９８％以上であることが好ましい。
【００７５】
透過率（Ｔ％）：９８％≦Ｔ ○
９５％≦Ｔ＜９８％ △
Ｔ＜９５％ ×
上記評価結果を下記表１に示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１から明らかなように、実施例は、いずれも、ピントずれによる画像ボケが発生せず、均一で良好な画層が得られたのに対し、比較例は、部分的なボケが発生し、画像の均一性が得られなかった。
【００７８】
また、トナーの粒子径（Ｄｖ５０）が小さい場合には、特にトナー飛散に影響を受けやすく、本願構成の光学系を用いる事により、トナー飛散によるレンズ汚れの画質低下が抑制される事が予想される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】露光光学系の斜視図。
【図２】発光素子を配設した基板の斜視図。
【図３】露光光学系の拡大断面図。
【図４】本願発明のＬＥＤ光学素子の１つの結合素子の構成を示した断面図である。
【図５】一体型凹レンズアレイの図である。
【図６】本発明の画像形成装置の機能が組み込まれた概略図である。
【符号の説明】
【００８０】
２１ 感光体ドラム（像形成体）
２１Ａ 基体
１２０ ＬＥＤ光学素子
１２１ 発光素子（発光光源、ライン状発光手段、ＬＥＤアレイ）
１２２ 結像素子（屈折率分布型レンズアレイ）
１２３ａ、１２３ｂ 基板
１２４ 保持部材（光学系カバー）
１２５ 位置決めスペーサ
１２６ 駆動用ＩＣ
１２７ 温度センサ
１２８ 接着剤
１２９ コネクタ
２００ 光学系支持部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤを線状に基板上に配列し、かつ、光学系支持部材に支持されたＬＥＤと該ＬＥＤからの光を収束して、結像させる結像素子を有するＬＥＤ光学素子において、該結合素子がＬＥＤからの光路上に複数のレンズを有し、少なくとも該光路上流側が棒状レンズ、下流側が凹レンズの組み合わせを有することを特徴とするＬＥＤ光学素子。
【請求項２】
複数のＬＥＤを線状に基板上に配列し、かつ、光学系支持部材に支持されたＬＥＤと該ＬＥＤからの光を電子写真感光体表面に結像し、該電子写真感光体上に静電潜像を形成する結像素子が配置されたＬＥＤ光学素子を有する画像形成装置において、該ＬＥＤ光学素子の結合素子がＬＥＤからの光路上に複数のレンズを有し、少なくとも該光路上流側がロットレンズ、下流側が凹レンズの組み合わせを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記電子写真感光体が円筒状の電子写真感光体であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記電子写真感光体の支持体の円筒度が５〜４０μｍであることを特徴とする、請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置を用いて電子写真画像を形成することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１】
複数のＬＥＤを線状に基板上に配列し、かつ、光学系支持部材に支持されたＬＥＤと該ＬＥＤからの光を収束して、結像させる結像素子を有するＬＥＤ光学素子において、該結合素子がＬＥＤからの光路上に複数のレンズを有し、少なくとも該光路上流側が棒状レンズ、下流側が凹レンズの組み合わせを有することを特徴とするＬＥＤ光学素子。
【請求項２】
複数のＬＥＤを線状に基板上に配列し、かつ、光学系支持部材に支持されたＬＥＤと該ＬＥＤからの光を電子写真感光体表面に結像し、該電子写真感光体上に静電潜像を形成する結像素子が配置されたＬＥＤ光学素子を有する画像形成装置において、該ＬＥＤ光学素子の結合素子がＬＥＤからの光路上に複数のレンズを有し、少なくとも該光路上流側がロットレンズ、下流側が凹レンズの組み合わせを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記電子写真感光体が円筒状の電子写真感光体であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記電子写真感光体の支持体の円筒度が５〜４０μｍであることを特徴とする、請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置を用いて電子写真画像を形成することを特徴とする画像形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−９１９０９（Ｐ２０１０−９１９０９Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６３６２４（Ｐ２００８−２６３６２４）
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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