JP4508817B2 - 露光ヘッド及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ発光素子アレイからの発光を結像光学系により感光体上に露光する露光ヘッドとそれを用いた画像形成装置に関する。

従来、電子写真法を用いた複写機、プリンター、ファックス等の画像形成装置においては、書込手段としてレーザ光源から照射されたレーザ光線を、回転多面鏡（ポリゴンミラー）を用いて走査し、感光体上に静電潜像を形成する画像形成装置や、複数のＬＥＤ素子を直線状に配置したＬＥＤアレイを用いて感光体に静電潜像を形成する画像形成装置が知られている。また、有機ＥＬ発光素子を直線状に配置した画像形成装置も知られている。
特開平２−２７３２５８号公報 特開平１１−１９８４３３号公報 特開２０００−５０８１６号公報 特開２０００−１０３１１４号公報

しかしながら、レーザ光線による露光方式の場合、ポリゴンミラーやレンズ等の光学部品が必要となり、装置の小型化が難しく、また超高速化も難しいという問題がある。また、タンデム配置のカラー画像形成装置においては、４本の走査ビームの走査位置精度を高めることが困難で、色ずれが発生し、画質が劣化する問題が発生する。

多数の微小なＬＥＤ素子を直線状に配列したＬＥＤアレイによる露光方式の場合、ＬＥＤ素子は、一般的に高輝度を得ることができるが、ＬＥＤ素子は基本的に半導体プロセスを用いて製造するため、基板が高価であり、製造歩留まりの関係から長尺化ができず、多数のチップを一列に並べる必要がある。その時、チップ間の段差、間隔の誤差が輝度のバラツキを生じ、濃度ムラが画像に顕著に表れるという問題がある。

有機物質を発光層に用いた有機ＥＬ発光素子は、他の発光素子に比べて製造が容易であり、発熱量が小さいために、冷却用の放熱フィン等を廃止することができ、露光手段を薄型かつ軽量のものとすることができる。しかし、有機ＥＬ発光素子の発光波長は、半値幅が約１００ｎｍと広いため、実効波長分布（感光体からみた発光波長分布）も半値幅が約１００ｎｍと広い。図８は、有機ＥＬ発光素子の発光部８からの書込光のロッドレンズ３を通しての感光体２への結像状態を示すものである。有機ＥＬ発光素子は、発光波長分布が広いため、点線で示す長波長の光線がロッドレンズ３の色収差により、感光体２上で大きなスポット径で結像してしまう。図９は単波長の場合と有機ＥＬ発光素子のように波長分布が広い書込光との発光強度とスポット径を比較した図である。波長分布が広い有機ＥＬ発光素子の書込光のスポット径（点線）が単波長の書込光のスポット径（実線）より大きなスポット径となってしまい、鮮明な画像が形成されにくいという問題が発生する。スポット径が増大すると画像の輪郭が明確にならず画質に影響する。
特開２０００−５０８１６号公報及び特開２０００−１０３１１４号公報において開示されている、有機ＥＬ発光素子を感光体の主走査方向に複数個配置したラインを、感光体の副走査方向に複数列配置し、感光体上の同一画素を前記副走査方向の複数列のラインで多重露光する方式の画像形成装置で、ＰＷＭ（パルス幅変調方式）制御により階調表現する場合、複数列の有機ＥＬ発光素子のスポットを感光体上の同一画素に重ねて露光するため、感光体のスポットの形状の精度が画質に大きく影響する。

発明は、前記従来技術のもつ課題を解決した、簡単な構成で、有機ＥＬ発光素子の波長分布により生じるスポット径の増大化を防止し、画質の良い有機ＥＬ発光素子ラインヘッドからなる露光ヘッドとそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の露光ヘッドは、有機ＥＬ発光素子からなる発光素子と、屈折率分布型ロッドレンズを複数配したロッドレンズアレイと、前記屈折率分布型ロッドレンズと１対１で対応する複数の色収差補正レンズと、を有し、 前記色収差補正レンズは、基板上にライン状に配されることを特徴とし、また、本発明の画像形成装置は、感光体と、帯電手段と、有機ＥＬ発光素子からなる発光素子と、屈折率分布型ロッドレンズを複数配したロッドレンズアレイと、前記屈折率分布型ロッドレンズと１対１で対応するように基板上にライン状に配される複数の色収差補正レンズと、を有する露光ヘッドと、現像装置と、を有することを特徴とし、また、本発明の画像形成装置は、前記発光素子を直線状に複数配して構成したラインを、前記感光体の副走査方向に複数列配することを特徴とし、また、本発明の画像形成装置は、前記ロッドレンズアレイは、前記感光体の副走査方向に配された前記複数列ラインに対して１つ配することを特徴とする。
以上

基板上に複数の有機ＥＬ発光素子をライン状に少なくとも１列配置し、前記有機ＥＬ発光素子からの発光を前記有機ＥＬ発光素子のラインと対応するようにライン状に配置された結像光学系を通して感光体に露光する画像形成装置において、色収差補正レンズを別体に形成し前記結像光学系と１対１で対応するように配置する構成により、有機ＥＬ発光素子の波長分布による結像光学系の色収差によりスポット径の増大を防止し、画質のよい画像を得ることができ、かつ、色収差補正レンズが結像光学系と１対１で対応するように配置されるので、その効果がより向上する。また、色収差補正レンズを画像形成装置の光学系とは別体に配置するので、色収差補正レンズの製造が容易であり、その配置も容易となる。
複数の色収差補正レンズを長尺基板にライン状に配置し一体に形成し、前記長尺基板に形成された各色収差補正レンズがライン状に配置された前記結像光学系と１対１で対応するように配置する構成により、色収差補正レンズの製造が容易で、光学系への位置決め配置も容易となる。
色収差補正レンズの中心位置と前記結像光学系の中心位置を光学装置により測定し、両者の位置ずれ量を算出することにより、前記色収差補正レンズの前記結像光学系に対する位置決めする構成により、精度のよい色収差の補正が可能となる。

本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の有機ＥＬ発光素子６を用いた感光体２上への露光手段１の一実施形態を示すものである。露光手段１は、感光体２に面して内外に通じるように中央部に屈折率分布型ロッドレンズ３を俵積みして取り付けている不透明なハウジング４を備える。屈折率分布型ロッドレンズ３は、中心から周辺に向かって屈折率が連続的に分布する円柱状透明体として形成される。複数のロッドレンズ３は直線状に配列されたロッドレンズアレイ３’を構成する。ロッドレンズアレイ３’は、感光体２の副走査方向に少なくとも１列配置される。不透明なハウジング４中の屈折率分布型のロッドレンズアレイ３’の後面に面して取り付けられた基板５に形成された有機ＥＬ発光素子６が配置される。複数の有機ＥＬ発光素子６が直線状に配列され有機ＥＬ発光素子アレイ６’を構成する。有機ＥＬ発光素子アレイ６’は、感光体２の副走査方向に複数列配置される。前記ロッドレンズアレイ３’と有機ＥＬ発光素子アレイ６’はそれぞれ対応するように位置決めされる。有機ＥＬ発光素子アレイ６’とロッドレンズアレイ３’の間に、ロッドレンズアレイ３’の各ロッドレンズ３と１対１で対応するように色収差を補正する色収差補正レンズ２５が配置される。色収差補正レンズ２５は、ロッドレンズアレイ３’が伸びる方向に伸びる長尺体として別体に形成される。不透明なハウジング４の背面からその中の有機ＥＬ発光素子アレイ６’を遮蔽する不透明なカバー７とからなり、固定板バネ２４によりハウジング４背面に対して不透明なカバー７を押圧してハウジング４を光密に密閉するようになっている。

図２は、本発明の色収差補正レンズ２５の拡大図である。色収差補正レンズ２５は、長尺基板３０にインクジェット法等の手段により形成される。長尺基板３０には複数の色収差補正レンズ２５がライン状に少なくとも１列配置される。長尺基板３０の色収差補正レンズ２５の配置は、ライン状に配置されるロッドレンズ３と１対１で対応するよう配置する。図３は、長尺基板３０にライン状に複数配置した色収差補正レンズ２５と、複数のロッドレンズ３をライン状に配置したロッドレンズアレイ３’とを、各色収差補正レンズ２５と各ロッドレンズ３が１対１で対応するように配置した図である。

図４は、色収差補正レンズ２５を結像光学系であるロッドレンズ３に対して位置決め配置するための構成を示すものである。図４に示されるように、ロッドレンズ３の中心位置２８と、色収差補正レンズ２５の中心位置２９とのズレ量を、カメラ等の光学装置３０で検出し、色収差補正レンズ２５をロッドレンズ３に対して正確な位置に配置する。

図５は、露光手段１の有機ＥＬ発光素子６の発光部８近傍の１例の断面図を示す。有機ＥＬ発光素子６は、例えば０．５ｍｍ厚の基板５上に、発光部８の発光を制御する厚さ５０ｎｍのポリシリコンからなるＴＦＴ９が発光部８に対応して設けられる。基板５上には、ＴＦＴ９上のコンタクトホールを除いて厚さ１００ｎｍ程度のＳｉＯ２からなる絶縁膜１０が成膜される。コンタクトホールを介してＴＦＴ９に接続するように発光部８の一に厚さ１５０ｎｍのＩＴＯからなる陽極１１が形成される。発光部８以外の位置に対応する部分には、厚さ１２０ｎｍ程度のＳｉＯ２からなる別の絶縁膜１２が成膜される。絶縁膜１２の上に発光部８に対応する穴１３を形成した厚さ２μｍのポリイミドからなるバンク１４が設けられる。バンク１４の穴１３内に陽極１１から順に、厚さ５０ｎｍの正孔注入層１５、厚さ５０ｎｍの発光層１６が成膜される。発光層１６の上面と穴１３の内面及びバンク１４の外面を覆うように厚さ１００ｎｍのＣａからなる陰極第１層１７と、厚さ２００ｎｍのＡｌからなる陰極第２層１８とが順に成膜され、その上に窒素ガス等の不活性ガス１９を介して厚さ１ｍｍ程度のカバーガラス２０でカバーされて有機ＥＬ発光素子６の発光部８が構成されている。発光部８からの発光は基板５側に行われる。

図６は、感光体ユニットに取り付けられた感光体２に対して位置決め配置される露光手段１を示す斜視図である。有機ＥＬ発光素子６が複数個直線状に配置されたラインを感光体２の副走査方向に複数列配置し、感光体２上の画素に対して１ラインの有機ＥＬ発光素子アレイ６’で露光してから感光体２を移動させ、前記画素に対して次列の１ラインの有機ＥＬ発光素子アレイ６’で重ねて多重露光を行う画像装置を示す。ロッドレンズアレイ３’は、複数列に配置された有機ＥＬ発光素子アレイ６’に対応するように複数列配置される。また、ロッドレンズアレイ３’は、副走査方向に並んだ複数列の有機ＥＬ発光素子アレイ６’に対して１つというように、１対Ｎ（Ｎ：２以上の整数）で対応するように配置してもよい。有機ＥＬ発光素子アレイ６’の発光部８と感光体２との間に、別体に形成した色収差補正レンズ２５を、ロッドレンズ３と１対１で対応するように配置する。すなわち、別体に形成された色収差補正レンズ２５がロッドレンズ３に１対１に対応するように位置決め配置されていれば、発光部８とロッドレンズ３との間に配置しても、ロッドレンズ３と感光体２との間に配置してもよい。露光手段１は、長尺の不透明なハウジング４中に保持されている。長尺の不透明なハウジング４の両端に設けた位置決めピン２１を感光体ユニットのケースの対向する位置決め穴に嵌入させると共に、長尺の不透明なハウジング４の両端に設けた固定ねじ孔２２を通して固定ねじをケースのねじ孔にねじ込んで固定し、露光手段１を所定位置に固定する。２３は駆動回路である。

本発明においては、上記のような本発明の有機ＥＬアレイによる露光手段１を例えば電子写真方式のカラー画像形成装置の露光ヘッドに用いることにする。図７は、４個の有機ＥＬアレイ露光ヘッド１Ｋ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｙを対応する同様の４個の感光体ドラム４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙの露光位置にそれぞれ配置したタンデム方式のカラー画像形成装置の１例の全体の概略構成を示す正面図である。図７に示すように、この画像形成装置は、駆動ローラ５１と従動ローラ５２とテンションローラ５３とでテンションを加えて張架されて、図示矢印方向（反時計方向）へ循環駆動される中間転写ベルト５０を備え、この中間転写ベルト５０に対して所定間隔で配置された４個の感光体としての外周面に感光層を有する感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙが配置される。符号の後に付加されたＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙはそれぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローを意味し、それぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエロー用の感光体であることを示す。他の部材についても同様である。感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙは中間転写ベルト５０の駆動と同期して図示矢印方向（時計方向）へ回転駆動されるが、各感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の周囲には、それぞれ感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の外周面を一様に帯電させる帯電手段（コロナ帯電器）４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この帯電手段４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）により一様に帯電させられた外周面を感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の回転に同期して順次ライン走査する本発明の上記のような有機ＥＬアレイ露光ヘッド１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この有機ＥＬアレイ露光ヘッド１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像（トナー像）とする現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で現像されたトナー像を一次転写対象である中間転写ベルト５０に順次転写する転写手段としての一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、転写された後に感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニング装置４６（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）とを有している。

図７で用いる有機ＥＬアレイ露光ヘッド１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は、図２に示すように、各ロッドレンズアレイ３’に対応するように、別体で形成された色収差を補正する色収差補正レンズ２５が、有機ＥＬ発光素子露光ヘッド１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と感光体２との間にロッドレンズ３と１対１で対応するように配置する。すなわち、別体に形成された色収差補正レンズ２５の配置は、有機ＥＬアレイ露光ヘッド１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）とロッドレンズアレイ３’との間に配置しても、ロッドレンズアレイ３’と感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）との間に配置してもよい。

現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は、例えば、現像剤として非磁性一成分トナーを用いるもので、その一成分現像剤を例えば供給ローラで現像ローラへ搬送し、現像ローラ表面に付着した現像剤の膜厚を規制ブレードで規制し、その現像ローラを感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に接触あるいは押厚させて感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の電位レベルに応じて現像剤を付着させることによりトナー像として現像するものである。

このような４色の単色トナー像形成ステーションにより形成された黒、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー像は、一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に印加される一次転写バイアスにより中間転写ベルト５０上に順次一次転写され、中間転写ベルト５０上で順次重ね合わされてフルカラーとなったトナー像は、二次転写ローラ６６において用紙等の記録媒体Ｐに二次転写され、定着部である定着ローラ対６１を通ることで記録媒体Ｐ上に定着され、排紙ローラ対６２によって、装置上部に形成された排紙トレイ６８上へ排出される。

なお、図７中、６３は多数枚の記録媒体Ｐが積層保持されている給紙カセット、６４は給紙カセット６３から記録媒体Ｐを一枚ずつ給送するピックアップローラ、６５は二次転写ローラ６６の二次転写部への記録媒体Ｐの供給タイミングを規定するゲートローラ対、６６は中間転写ベルト５０との間で二次転写部を形成する二次転写手段としての二次転写ローラ、６７は二次転写後に中間転写ベルト５０の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニングブレードである。

本発明の露光ヘッドの実施形態を示す図である。 本発明の露光ヘッドの実施形態を示す図である。 本発明の露光ヘッドの実施形態を示す図である。 本発明の露光ヘッドの実施形態を示す図である。 本発明の露光ヘッドの実施形態を示す図である。 本発明の露光ヘッドの実施形態を示す図である。 本発明の画像形成装置の実施形態を示す図である。 従来技術を示す図である。 従来技術を示す図である。

符号の説明

１：露光手段
１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）：有機ＥＬアレイ露光ヘッド
２：感光体
３：ロッドレンズ
３’：ロッドレンズアレイ
４：ハウジング
５：基板
６：有機ＥＬ発光素子
６’：有機ＥＬ発光素子アレイ
７：不透明カバー
８：発光部
９：ＴＦＴ
１０：絶縁膜
１１：陽極
１２：絶縁膜
１３：穴
１４：バンク
１５：正孔注入層
１６：発光層
１７：陰極第１層
１８：陰極第２層
１９：不活性ガス
２０：カバーガラス
２１：位置決めピン
２２：固定ねじ穴
２３：駆動回路
２４：固定板バネ
２５：色収差補正レンズ
２６：色収差補正レンズの第１レンズ
２７：色収差補正レンズの第２レンズ
２８：ロッドレンズの中心位置
２９：色収差補正レンズの中心位置
３０：長尺基板
４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）：感光体ドラム
４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）：帯電手段（コロナ帯電器）
４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）：現像器
４６（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）：一次転写ローラ
５０：クリーニング装置
５１：中間転写ベルト
５２：駆動ローラ
５３：従動ローラ
６１：テンションローラ
６２：定着ローラ対
６３：排紙ローラ対
６４：給紙カセット
６５：ピックアップローラ
６６：ゲートローラ対
６７：二次転写ローラ
６８：クリーニングブレード
Ｓ：排紙トレイ
Ｐ：記録媒体

Claims (4)

1. 有機ＥＬ発光素子からなる発光素子と、
   屈折率分布型ロッドレンズを複数配したロッドレンズアレイと、
   前記屈折率分布型ロッドレンズと１対１で対応する複数の色収差補正レンズと、
   を有し、
   前記色収差補正レンズは、基板上にライン状に配されることを特徴とする露光ヘッド。
2. 感光体と、
   帯電手段と、
   有機ＥＬ発光素子からなる発光素子と、屈折率分布型ロッドレンズを複数配したロッドレンズアレイと、前記屈折率分布型ロッドレンズと１対１で対応するように基板上にライン状に配される複数の色収差補正レンズと、を有する露光ヘッドと、
   現像装置と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記発光素子を直線状に複数配して構成したラインを、前記感光体の副走査方向に複数列配することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記ロッドレンズアレイは、前記感光体の副走査方向に配された前記複数列ラインに対して１つ配することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。

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