JP2000025270A - 光プリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】組立て工程において発光素子アレイチップやレ
ンズの位置合わせが簡単な生産性の高い光プリンタヘッ
ドを提供する。 【解決手段】ベースプレート1 に、多数の発光素子2aが
直線状に配列された発光素子アレイチップ2 を複数個、
列状に配置するとともに、前記ベースプレート1の上方
に前記発光素子アレイチップ2 と１対１に対応する複数
個のレンズ3 を配設してなり、前記発光素子2aの光をレ
ンズ3 を介して感光体P の表面に照射・結像させること
により潜像を形成する光プリンタヘッドにおいて、前記
レンズ3 と結像面P 間、もしくは、発光素子アレイチッ
プ2 とレンズ3 間に、発光素子2aの光の結像位置を可変
する液晶セル5aを配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真プリンタ等
の露光手段として組み込まれるＬＥＤプリンタヘッド等
の光プリンタヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光プリンタヘッドは、例えば図７
に示す如く、所定の回路パターンが形成されているベー
スプレート11の上面に、多数の発光素子が一定の間隔で
配列されている発光素子アレイチップ12を複数個、直線
状に配列・実装させるとともに、該チップ12の上方に複
数個のレンズ13を発光素子アレイチップ12と１対１に対
応させて配設した構造を有しており、前記発光素子アレ
イチップ12の発光素子を外部からの印画データに基づい
て個々に選択的に発光させるとともに、該発光した光
（ビーム）を対応するレンズ13を介して外部の感光体P
に照射させ、感光体P に所定の潜像を形成することによ
って光プリンタヘッドとして機能する。

【０００３】尚、このような従来の光プリンタヘッドは
隣合う発光素子アレイチップ12間に一定の間隔が設けら
れている。従ってこれらの発光素子アレイチップ12から
の光をそのまま感光体P に照射させると、感光体P の表
面に光の照射されない領域ができてしまうため、各発光
素子アレイチップ12の光をレンズ13で所定の倍率に拡大
し、これらを感光体P 上にライン状に照射させることに
よって主走査方向（チップ12の配列方向）に連続した潜
像を得るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の光プリンタヘッドは、その組立て工程において発
光素子アレイチップ12やレンズ13の位置合わせが極めて
煩雑であった。即ち、上述の光プリンタヘッドを用いて
主走査方向に連続した良好な潜像を得るには、全ての発
光素子アレイチップ12をベースプレート11上に一定の間
隔で配置した上、個々の発光素子アレイチップ12に対し
てレンズ13を極めて高精度（±５μｍ以内）に位置決め
しなければならない。そのため、光プリンタヘッドの組
立作業が極めて煩雑になり、光プリンタヘッドの生産性
が著しく低下する欠点を有している。

【０００５】また従来の光プリンタヘッドにおいては、
発光素子アレイチップ12やレンズ13の位置合わせを行っ
た後に、光プリンタヘッドの使用や搬送などに伴って外
部からの熱や振動が印加された場合、発光素子アレイチ
ップ12とレンズ13とが位置ずれを起こすことがある。こ
のような光プリンタヘッドを用いて感光体P に潜像を形
成しようとすると、感光体P の表面には光の照射されな
い領域Ｚや逆に光が重なり合う領域ができ、主走査方向
に連続した潜像を形成することが不可となって白すじや
黒すじ等の印画不良を発生する欠点が誘発される。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑み
案出されたもので、本発明の光プリンタヘッドは、ベー
スプレートに、多数の発光素子が直線状に配列された発
光素子アレイチップを複数個、列状に配置するととも
に、前記ベースプレートの上方に前記発光素子アレイチ
ップと１対１に対応する複数個のレンズを配設してな
り、前記発光素子の光を前記レンズを介して感光体の表
面に照射・結像させることにより潜像を形成する光プリ
ンタヘッドにおいて、前記レンズと感光体間、もしく
は、発光素子アレイチップとレンズ間に、前記発光素子
の光の結像位置を可変する液晶セルを配設したことを特
徴とするものである。

【０００７】また本発明の光プリンタヘッドは、透光性
を有するベースプレートの下面に、多数の発光素子が直
線状に配列された発光素子アレイチップを複数個、列状
に配置するとともに、前記ベースプレートの上方に前記
発光素子アレイチップと１対１に対応する複数個のレン
ズを配設してなり、前記発光素子の光を前記レンズを介
して感光体の表面に照射・結像させることにより潜像を
形成する光プリンタヘッドにおいて、前記ベースプレー
トが、発光素子の光の結像位置を可変する液晶セルによ
り形成されていることを特徴とするものである。

【０００８】更に本発明の光プリンタヘッドは、前記液
晶セルが複数の駆動領域を有しており、該各駆動領域で
発光素子の光の結像位置を発光素子アレイチップ毎に独
立して可変し得ることを特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。 （第１形態）図１は本発明の第１形態に係る光プリンタ
ヘッドの縦断面図であり、1 はベースプレート、2 は発
光素子アレイチップ、3 はレンズ、5aは液晶セル、P は
結像面（感光体の表面）である。

【００１０】前記ベースプレート1 は、例えばガラスや
セラミック材料等から成る基板の上面に所定の回路パタ
ーン（図示せず）を被着させて成り、その上面には複数
個の発光素子アレイチップ2 が間に一定の間隔をあけて
配列・実装される。このベースプレート1 は、上述した
回路パターンや発光素子アレイチップ2 を支持するため
の支持母材として機能するものである。

【００１１】また前記ベースプレート1 上に実装される
複数個の発光素子アレイチップ2 は、各々の上面に直線
状に配列された複数個の発光素子2aを有しており、図示
しないドライバーＩＣの駆動に伴い外部電源からの電力
が供給されると、各発光素子2aが印画データに基づいて
個々に選択的に発光する。そして、発光素子アレイチッ
プ2 の発光素子2aの発する光は、後述するレンズ3 を介
して外部の感光体P に照射される。

【００１２】このような発光素子アレイチップ2 として
は、例えば１２８個の発光ダイオード素子を直線状に配
列させて成るＧａＡｓＰ系のＬＥＤアレイチップ等が用
いられ、該ＬＥＤアレイチップは、まずＧａＡｓの基板
を炉中にて高温に加熱するとともにＡｓＨ₃ とＰＨ₃ と
Ｇａを適量に含むガスを接触させて基板表面にｎ型半導
体のＧａＡｓＰの単結晶を成長させ、次にＧａＡｓＰ単
結晶の表面にＳｉ₃ Ｈ₄ の窓付膜を被着させ、しかる
後、Ｓｉ₃ Ｈ₄ の窓孔にＺｎのガスをさらしてｎ型半導
体のＧａＡｓＰ単結晶の一部にＺｎを拡散させてｐ型半
導体を形成し、ｐｎ接合をもたすことによって製作され
る。

【００１３】尚、前記発光素子アレイチップ2 は、例え
ばＡ４サイズ、６００ｄｐｉの光プリンタヘッドを構成
する場合、１２８個の発光素子2aを一単位とした８５０
ｄｐｉのものが４０個使用され、これらをベースプレー
ト1 の上面に一列に並べて載置させるとともに該発光素
子アレイチップ2 の端子（図示せず）とベースプレート
1 の回路パターンとをボンディングワイヤ等の接続部材
（図示せず）を用いて接続することにより発光素子アレ
イチップ2 がベースプレート1 の上面に実装されること
となる。この場合、感光体P 上に照射される光（ビー
ム）のピッチ（隣接する光の中心間の距離）は４２．３
μｍとなる。

【００１４】また前記発光素子アレイチップ2 の上方に
は、発光素子アレイチップ2 と１対１に対応する複数個
のレンズ3 が配設される。

【００１５】前記レンズ3 は、その光軸が対応する発光
素子アレイチップ2 の長手方向のほぼ中央に位置するよ
うに配置され、発光素子アレイチップ2 の各発光素子2a
の発する光を所定の倍率で拡大し、これらを後述する液
晶セル5aを介して感光体P に照射・結像させる作用を為
す。

【００１６】このようなレンズ3 は、アクリル樹脂やポ
リカーボネイト樹脂等の透明樹脂を射出成形したり、或
いはガラス等の透光性無機物を加熱プレス成形すること
によって製作され、遮光及びレンズ保持の機能を兼ね備
えたスペーサ4 によって発光素子アレイチップ2 から所
定の距離だけ離れた位置に支持・固定される。

【００１７】尚、このようなレンズ3 としては、例え
ば、８５０ｄｐｉのＬＥＤアレイチップを４０個用いて
Ａ４サイズ、６００ｄｐｉの光プリンタヘッドを構成す
る場合、倍率１．４１倍の非球面レンズを使用し、焦点
距離を２５．０ｍｍに設定する。また前記スペーサ4 は
液晶ポリマー等のプラスチック材料を用いて射出成形す
ることにより製作される。

【００１８】そして、前記レンズ3 と感光体P との間に
は、発光素子2aからの光を透過する液晶セル5 がその駆
動領域5aを発光素子アレイチップ2 と１対１に対応させ
て配設される。

【００１９】前記液晶セル5 は、図２に示す如く、透明
電極7a,7b が被着・形成されている厚み１．１ｍｍ程度
の２枚のガラス板6a,6b の間にホモジニアス配向の液晶
分子材料8 を充填した構造を有し、その長手方向には複
数の駆動領域5aが一列に並べられる。より具体的には、
一方のガラス板6aの下面に複数個の透明電極7aを、他方
のガラス板6bの上面に１個の透明電極7bを形成し、この
２枚のガラス板6a,6bを透明電極同士(7a,7b) が対向す
るようにしてほぼ平行に配置させた上、この２枚のガラ
ス板6a,6b の間に液晶分子材料8 を充填させた構造を有
しており、各透明電極7aと透明電極7bとが対向する領域
に駆動領域5aが１個ずつ形成される。尚、透明電極7a,7
b はＩＴＯ等から成り、従来周知のスパッタリング等を
採用することによってガラス板6a,6b の表面に被着・形
成される。

【００２０】前記液晶セル5 は、図３（ａ）〜（ｃ）に
示す如く、透明電極7a−透明電極7b間に印加される電圧
Ｖの大きさに応じてその配列状態が変化するようになっ
ており、これによって液晶分子材料8 の屈折率が１．４
〜１．７の範囲で変化する。例えば、液晶分子材料8 と
して厚み５０μｍのネマティック液晶を用いる場合、印
加電圧（Ｖａ）＝０Ｖのときはガラス板6a,6b とほぼ平
行に配列（屈折率：１．４）し、０Ｖ＜印加電圧（Ｖ
ｂ）＜５Ｖのときはガラス板6a,6b に対して９０°以下
の角度で傾斜するように配列（屈折率：１．４〜１．
７）し、印加電圧（Ｖｃ）≧５Ｖのときはガラス板6a,6
b に対して垂直方向に配列（屈折率：１．７）する。

【００２１】そして液晶セル5aを透過する光の進行方向
は、図４に示す如く、各透明電極7aと透明電極7bとの間
に印加される電圧Ｖの大きさに応じて個別に独立して変
化する。図４中の一点鎖線は液晶分子材料8 に電圧Ｖａ
（０Ｖ）を印加したときの光路、実線は電圧Ｖｂを印加
したときの光路、点線は電圧Ｖｃを印加したときの光路
であり、液晶分子材料8 に電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを印加
したときの光が照射される位置はそれぞれｈａ，ｈｂ，
ｈｃとなる。

【００２２】液晶セル5 の厚みをｄ、屈折率をｎとする
と、厚みｄが０．２０ｍｍの場合、液晶セル5 の屈折率
変化による換算間隔（ｄ／ｎ）は、ｎ＝１．４のとき
０．１４３、ｎ＝１．５５のとき０．１２９、ｎ＝１．
７のとき０．１１８となる。この換算間隔の変化は発光
素子アレイチップ2 とレンズ3 の換算間隔を変化させる
ことになり、これはレンズ3 の横倍率を変化させ、結果
的に主走査方向にかかる光の結像位置を変化させる。

【００２３】尚、ｈａ〜ｈｃの距離は、液晶分子材料8
がネマティック液晶から成り、厚みが０．２０ｍｍの場
合、最大１０μｍまでの範囲内で設定することができ
る。

【００２４】従って、全ての発光素子アレイチップ2 か
らの光を感光体P に照射させた際、１個もしくはいくつ
かの発光素子アレイチップ2 からの光が主走査方向（チ
ップ2 の配列方向と平行な方向）にずれていれば、その
発光素子アレイチップ2 に対応する液晶セル5 への印加
電圧Ｖを適宜調整し、液晶分子材料8 中を透過する光の
進行方向を所定の方向に変化させることによって光の結
像位置を発光素子アレイチップ毎に個別に補正すること
ができる。よって、例えば光プリンタヘッドの組立ての
際、レンズ3 を発光素子アレイチップ2 に対してある程
度の精度（±２０μｍ程度）でもって大まかに位置合わ
せをした後、液晶セル5 の各駆動領域5aに適宜電力を印
加して結像位置の微調整を行うようにすれば、発光素子
アレイチップ2 とレンズ3 とを比較的簡単、かつ高精度
（±５μｍ以内）に位置合わせすることができ、これに
よって光プリンタヘッドの生産性を大幅に向上させるこ
とができる。

【００２５】またこの場合、光プリンタヘッドの使用時
や搬送時などに印加される外部からの熱や大きな振動に
よって発光素子アレイチップ2 とレンズ3 とが位置ずれ
を起こし、感光体P の表面に光の照射されない領域がで
きてしまっても、液晶セル5への印加電圧を前述の如く
駆動領域毎に微調整するだけで、光プリンタヘッドの組
立てを最初からやり直すことなく、補正対象となる発光
素子アレイチップ2 からの光の照射領域を液晶セル5 に
より主走査方向にシフトさせるだけで白すじや黒すじの
無い連続した潜像を極めて容易に再現することが可能で
ある。

【００２６】尚、前記液晶セル5 に使用される液晶分子
材料8 としては、ネマティック液晶やスメクティック液
晶，ディスコティック液晶，強誘電性液晶等が用いら
れ、その厚みは０．０１ｍｍ〜０．２０ｍｍの範囲内に
設定される。

【００２７】またことのき、液晶セル5 内にポリイミド
やポリアミド，ＰＶＡ等の高分子材料を成膜し、これに
ラビング等の配向処理を行っておけば、液晶セル5 内の
ドメインを消すことができ、更に性能が向上する。

【００２８】かくして上述した光プリンタヘッドは、発
光素子アレイチップ2 の各発光素子2aを外部からの印画
データに基づいて個々に選択的に発光させるとともに、
該発光した光（ビーム）をレンズ3 で所定の倍率に拡大
し、これらを液晶セル5 を介して外部の感光体P 上にラ
イン状に照射し、感光体P に所定の潜像を形成するとに
よって光プリンタヘッドとして機能し、これにより主走
査方向に連続した良好な潜像が得られる。

【００２９】（第２形態）次に本発明の第２形態に係る
光プリンタヘッドについて図５を用いて説明する。尚、
前述した第１形態の光プリンタヘッドと同一の構成要素
については同一符号を付して説明を省略することとし、
ここでは第１形態と相違する点についてのみ説明する。

【００３０】第２形態の光プリンタヘッドが、第１形態
のものと相違する点は、前記液晶セル5aが発光素子アレ
イチップ2 とレンズ3 との間に配設されている点であ
る。

【００３１】前記液晶セル5 は、ベースプレート1 上に
発光素子アレイチップ2 の厚みよりも厚いスペーサ4bを
介して載置されており、該スペーサ4bによって発光素子
アレイチップ2 と液晶セル5 とを非接触の状態に保持し
ている。前記スペーサ4bは、ベースプレート1 の熱が後
述する液晶セル5 に伝導しにくくなるように、ベースプ
レート1 よりも熱伝導率の小さな材質の樹脂等で形成さ
れ、例えば発光素子アレイチップ2 の厚みが０．３ｍｍ
の場合、スペーサ4bの厚みは０．４ｍｍ〜０．６ｍｍに
設定される。

【００３２】この第２形態においても、発光素子アレイ
チップ2 からの光が主走査方向にずれているとき、その
発光素子アレイチップ2 に対応する液晶セル5 への印加
電圧Ｖを調整することによって光の結像位置を補正する
ことができ、先に述べた第１形態と同様に、発光素子ア
レイチップ2 とレンズ3 との位置合わせを比較的簡単
に、かつ高精度（±５μｍ以内）に行なうことができ
る。

【００３３】またこの場合、液晶セル5 が発光素子アレ
イチップ2 とレンズ3 の間、即ち、従来よりあった構成
部品の内部に配設されることから、光プリンタヘッドが
大型化することもなく、近時の小型化に対する要求にも
対応することができる。

【００３４】（第３形態）次に本発明の第３形態に係る
光プリンタヘッドについて図６を用いて説明する。尚、
先に述べた第１形態の光プリンタヘッドと同一の構成要
素については同一符号を付して説明を省略することと
し、ここでは相違する点についてのみ説明する。

【００３５】第３形態の光プリンタヘッドが、第１形態
のものと相違する点は、複数個の発光素子アレイチップ
2 が透光性を備えたベースプレート1'の下面に取着・配
列されている点と、このベースプレート1'を液晶セルで
構成するようにした点である。

【００３６】前記発光素子アレイチップ2 は、その発光
面がベースプレート1'の下面に対向するようにしてベー
スプレート1'の下面に取着・実装される。ここでベース
プレート1'は所定の透光性を備えているため、発光素子
アレイチップ2 の発する光はベースプレート1'を透過し
てレンズ3 側に向かう。

【００３７】また前記ベースプレート1'は、先に述べた
第１形態で使用した液晶セル5 の下面に所定の回路パタ
ーン（図示せず）を被着させた構造を有しており、液晶
セル1'の各駆動領域1aを駆動させることによって発光素
子2aの光の結像位置を発光素子アレイチップ2 毎に可変
し得るようになっている。

【００３８】この第３形態においても、発光素子アレイ
チップ2 からの光が主走査方向にずれているとき、その
発光素子アレイチップ2 に対応する液晶セル1aへの印加
電圧Ｖを調整することによって光の照射領域を補正する
ことができ、先に述べた第１形態や第２形態と同様に、
発光素子アレイチップ2 とレンズ3 との位置合わせを比
較的簡単に、かつ高精度（±５μｍ以内）に行なうこと
ができる。

【００３９】またこの場合、ベースプレートそのものを
液晶セル1'で構成するようになしたことから、液晶セル
を別途設けるようにした第１形態や第２形態の光プリン
タヘッドに比し部品点数を減らすことができ、光プリン
タヘッドの小型化に供するものとなる。

【００４０】尚、本発明は上述した第１〜第３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
において種々の変更、改良等が可能である。

【００４１】例えば、上述の第１，第２形態においては
発光素子アレイチップ2 をベースプレート1 の上面に実
装するようにしたが、これに代えて発光素子アレイチッ
プをベースプレートの下面に実装するようになしても構
わない。この場合、ベースプレートは発光素子アレイチ
ップからの光が透過し得るようにガラス等の透光性を備
えた材質で形成され、回路パターンはベースプレートの
下面側に被着・形成されることとなる。

【００４２】また上述した第１〜第３形態において個々
の発光素子アレイチップ2 に対応する液晶セル5 ,1' の
駆動領域5a,1a を更にいくつかの領域に分割し、該分割
した領域毎に光の進行方向を変化させるようにしても良
い。このようになしておけば、レンズ3 毎の収差による
位置ずれを補正する等、光の進行方向をより細かく補正
することができるという利点がある。

【００４３】更に上述した第１〜第３形態においては発
光素子として発光ダイオードを用いるようにしたが、こ
れ以外の発光素子、例えばＥＬ素子や蛍光素子，プラズ
マ素子等を用いて光プリンタヘッドを構成しても良いこ
とは勿論である。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、発光素子アレイチップ
の発光素子の光の結像位置を液晶セルで可変させること
ができるため、発光素子アレイチップからの光が主走査
方向にずれているとき、その発光素子アレイチップから
の光の進行方向を液晶セルで変化させることにより、光
の照射領域を発光素子アレイチップ毎に個別に補正し、
感光体上に連続した良好な潜像を形成することができ、
これによって光プリンタヘッドの生産性が大幅に向上さ
れる。

【００４５】また本発明によれば、光プリンタヘッドの
使用時や搬送時などに印加される外部からの熱や振動に
よって発光素子アレイチップとレンズとが位置ずれを起
こし、感光体の表面に光の照射されない領域が出来てし
まった場合であっても、液晶セル中の光の進行方向を前
述の如くして微調整するだけで、結像位置を簡単に補正
することができる。従って白すじや黒すじの無い連続し
た潜像を極めて容易に再現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１形態に係る光プリンタヘッドの縦
断面図である。

【図２】図１の光プリンタヘッドに使用される液晶セル
の構造を模式的に示す拡大図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は液晶分子の配列状態を模式的
に示す図である。

【図４】光（ビーム）の進行方向の変化を示す図であ
る。

【図５】本発明の第２形態に係る光プリンタヘッドの縦
断面図である。

【図６】本発明の第３形態に係る光プリンタヘッドの縦
断面図である。

【図７】従来の光プリンタヘッドの縦断面図である。

【符号の説明】

1,1'・・・ベースプレート、2 ・・・発光素子アレイチ
ップ、2a・・・発光素子、3 ・・・レンズ、5 ,1' ・・
・液晶セル、5a,1a ・・・駆動領域、P ・・・結像面
（感光体）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースプレートに、多数の発光素子が直線
   状に配列された発光素子アレイチップを複数個、列状に
   配置するとともに、前記ベースプレートの上方に前記発
   光素子アレイチップと１対１に対応する複数個のレンズ
   を配設してなり、前記発光素子の光を前記レンズを介し
   て感光体の表面に照射・結像させることにより潜像を形
   成する光プリンタヘッドにおいて、 前記レンズと感光体間、もしくは、発光素子アレイチッ
   プとレンズ間に、前記発光素子の光の結像位置を可変す
   る液晶セルを配設したことを特徴とする光プリンタヘッ
   ド。
2. 【請求項２】透光性を有するベースプレートの下面に、
   多数の発光素子が直線状に配列された発光素子アレイチ
   ップを複数個、列状に配置するとともに、前記ベースプ
   レートの上方に前記発光素子アレイチップと１対１に対
   応する複数個のレンズを配設してなり、前記発光素子の
   光を前記レンズを介して感光体の表面に照射・結像させ
   ることにより潜像を形成する光プリンタヘッドにおい
   て、 前記ベースプレートが、発光素子の光の結像位置を可変
   する液晶セルにより形成されていることを特徴とする光
   プリンタヘッド。
3. 【請求項３】前記液晶セルが複数の駆動領域を有してお
   り、該各駆動領域で発光素子の光の結像位置を発光素子
   アレイチップ毎に独立して可変し得ることを特徴とする
   請求項１又は請求項２に記載の光プリンタヘッド。