JP2002248803A - Ｌｅｄプリントヘッド及びその調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の発光源が所定方向に配列された基板を
千鳥状に配列したＬＥＤプリントヘッドにおいて、光量
ばらつきによる画像むらの発生を抑えることを目的とす
る。 【解決手段】 ＬＥＤアレイチップ１８のＬＥＤと屈折
率分布レンズアレイ１２の位置に対するビーム径の変化
は、ＬＥＤと屈折率分布レンズアレイ１２の中心とのず
れ量が大きくなると、主走査方向のビーム径の最大値が
大きくなりビーム径むらが発生し易いので、ビーム径を
画像測定カメラ２０で測定し、千鳥状に配置されたＬＥ
Ｄアレイチップ１８におけるそれぞれのＬＥＤアレイチ
ップ１８のビーム径むらが６μｍまたは６μｍ以内にな
るように調整することによって、ＬＥＤと屈折率レンズ
アレイの相対位置を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤプリントヘ
ッド及びその調整方法にかかり、特に、電子写真記録装
置等に用いられる光書き込み装置に用いられるＬＥＤプ
リントヘッド及びその調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、主走査方向に直列に配置さ
れ、画像信号により点滅制御される発光素子アレイと発
光素子アレイの光像を結像するための結像素子アレイを
備えた光プリントヘッドで、記録面上を露光して画像の
記録を行なう光書き込み装置が複写機やプリンタなどに
広く用いられている。

【０００３】光プリントヘッドは、例えば、特開平４−
８５０６２号公報に記載の技術のようなものがある。特
開平４−８５０６２号公報では、多数直線状に発光ダイ
オードを基板に設けた画像素子アレイと、これに対向し
て例えば屈折率分布型レンズを２列に多数並べたレンズ
アレイからなる。この光プリントヘッドは組み立ての
際、ずれが発生するとレンズアレイのレンズ径ピッチに
よるむらが発生するため、発光素子アレイの発光位置と
レンズアレイの中心位置を所定の許容範囲内で一致させ
る必要がある。そこで、特開平４−８５０６２号公報で
は、図５に示すように、レンズアレイ５０を取り付ける
ための基準位置となる取り付け面５２を設けて、該取り
付け面を基準にして接着剤により固定していた。

【０００４】また近年、光プリントヘッドの高解像度の
要求も高まっているが、発光素子アレイの解像度が高く
なると、発光素子を搭載した半導体チップの一番端の発
光素子とチップ端部の距離が短くなり、製造上チップの
ウエハ切り出しが困難になる、という問題がある。ま
た、チップとチップの隙間より小さくするためにチップ
を解像度に合わせて並べることが困難になる。これらの
問題を解決するために実願平２−１０４２４３号公報に
記載の技術では、図６の（Ｂ）に示すように、発光素子
５４を搭載したチップ５６を千鳥状に配列する方法が提
案されている。

【０００５】また、千鳥状に配列されたチップにおける
組み立て調整に関して、特開平９−５２３８５号公報に
記載の技術では、屈折率分布レンズアレイの中心と発光
点位置を光量またはＭＴＦ（Modulation Transfer Func
tion）を見ながらＬＥＤの位置を調整する調整方法が提
案されている。

【０００６】なお、図７に示すように、発光素子５４か
ら出射された光が屈折率分布レンズアレイ５８により結
像点６０に結像されることを示す図であるが、結像点６
０付近を拡大すると光強度分布は図８の（Ａ）のように
なっており、ＭＴＦは図８の（Ａ）において、ＭＴＦ
（ｉ）＝（Ｉｍａｘ（ｉ）−Ｉｍｉｎ（ｉ））／（Ｉｍ
ａｘ（ｉ）＋Ｉｍｉｎ（ｉ））×１００で定義され、図
８（Ａ）はＭＴＦで表すと、図８の（Ｂ）のよう表され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、千鳥状
にチップを配列すると、図６の（Ａ）に示すように、屈
折率分布レンズアレイ５８の中心から発光位置（発光素
子５４）がずれる（屈折率分布レンズアレイ５８の中心
位置と発光素子５４の中心位置が一致しない）ので、レ
ンズ径周期の画像むらが発生しやすくなり、従来の取り
付け基準面を設けて組み立てる方法では、良好な画質が
得られない。

【０００８】また、特開平９−５２３８５号公報に記載
の技術に記載の方法において、光量のばらつきを見なが
ら調整する場合には、調整時はＳＬＡ（セルフォックス
レンズアレイ）の光量ばらつきに加え、発光チップ自体
の光量ばらつきも発生する。すなわち、図９に示すよう
に、理想線のようには現実の光量がならないため、レン
ズ半径のピッチむらの検出精度が下がり、所望の位置に
調整することは困難である。また発光チップ自体の光量
ばらつきに関しては、レンズ半径のピッチむらの調整が
できれば、ＬＥＤプリントヘッド組み立て後、光量を測
定し、その値に応じて各発光点の発光量を測定結果に応
じて変えることにより光量むらはなくなり画質上問題と
ならない。しかしながら、図９に示すように、セルフォ
ックスレンズアレイの光量ばらつきに加え、発光チップ
自体の光量ばらつきも発生するので、光量のばらつきを
見ながら調整したのでは、所望の位置に調整することが
できず、良好な画質が得られない。

【０００９】ＭＴＦのばらつきを見ながら調整する場合
には、ＭＴＦ自体も光量のばらつきを含んだ指標であ
り、ＭＴＦばらつきを調整時に最小にあわせても光量補
正を行なうと、図１０に示すように、補正後のＭＴＦば
らつきが最小とならず、画像むらが発生する場合があ
る。すなわち光量むらと画像の濃度むら、ＭＴＦむらと
画像の濃度むらが一致しない場合も生じる。

【００１０】さらに複数の発光素子を千鳥状に配置（２
列に副走査方向に交互にずらして配置）した場合には、
仮に片側のチップ（一方の列）でＭＴＦのばらつきをレ
ンズ径の１／２ピッチ近傍で最小になるように調整して
も、もう片側（他方の列）のチップではＭＴＦのばらつ
きが大きく発生し、画像むらが発生する。

【００１１】本発明は、上記問題を解決すべく成された
もので、複数の発光源が所定方向に配列された基板を千
鳥状に配列したＬＥＤプリントヘッドにおいて、光量ば
らつきによる画像むらの発生を抑えることを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、複数の発光源が所定方向に
配列された発光源基板と、前記発光源から出射された光
を所定の位置に結像する複数の屈折率分布レンズからな
るレンズアレイとを備え、かつ複数の前記発光源基板が
前記所定方向に沿って相対的に前記所定方向と直交する
方向にずらして千鳥状に配置されるＬＥＤプリントヘッ
ドにおいて、前記屈折率分布レンズのレンズ径周期で発
生するビーム径の変動量が所定範囲内になるように前記
発光源と前記屈折率分布レンズアレイの位置関係を調整
したになるように前記発光源と前記屈折率分布レンズア
レイの位置関係を調整したことを特徴としている。

【００１３】請求項１に記載の発明によれば、発光源基
板上に配置された複数の発光源からの光は、屈折率分布
レンズアレイを介して、感光材料等の結像位置に結像さ
れる。この時、千鳥状に基板が配置されているので、屈
折率分布レンズアレイの中心位置と発光源の位置が一致
しない。そこで、屈折率分布レンズのレンズ径周期で発
生するビーム径の変動量が所定範囲内になるように発光
源と屈折率分布レンズの位置関係を調整する。例えば、
発光源を固定して、発光源に対する屈折率分布レンズの
位置を調整したり、屈折率分布レンズアレイを固定し
て、発光源レンズアレイの位置を調整する。すなわち、
屈折率分布レンズアレイのレンズ径周期による光量ばら
つきを抑制することができる。従って、このように調整
することによって、画像むらを抑制することができる。

【００１４】なお、屈折率分布レンズアレイとしては、
例えば、セルフォックスレンズアレイ等を用いることが
できる。

【００１５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記所定方向に沿って同一ライン上に
配列された前記発光源基板の前記発光源より出射される
光のビーム径のむらと、他のライン上に配列された前記
発光源基板の前記発光源より出射される光のビーム径む
らが等しくなるように、前記調整を行ったことを特徴と
している。

【００１６】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明において、さらに千鳥状に配列された発光
源基板のそれぞれのライン（例えば、千鳥状配置が２ラ
インの場合には、それぞれのライン）より出射される光
のビーム径のむらと、その他のラインより出射される光
のビーム径のむらが等しくなるように、発光源と屈折率
レンズアレイの位置関係を調整する。すなわち、それぞ
れの発光源基板より出射される光のビーム径むら（ビー
ム径の最大値−ビーム径の最小値）が等しくなるように
調整することにより、光量ばらつきを抑制することがで
きる。従って、画像むらを抑制することができる。

【００１７】請求項３に記載の発明は、複数の発光源が
所定方向に配列された発光源基板と、発光源から出射さ
れた光を所定の位置に結像する複数の屈折率分布レンズ
からなるレンズアレイとを備え、かつ複数の前記発光源
基板が前記所定方向に沿って相対的に前記所定方向と直
交する方向にずらして千鳥状に配置されるＬＥＤプリン
トヘッドの調整方法であって、前記発光源より出射さ
れ、前記屈折率分布レンズアレイを介して得られる光の
ビーム径を測定し、前記屈折率分布レンズアレイのレン
ズ径周期で発生する変動量が所定の範囲内になるように
前記発光源と前記屈折率分布レンズの位置関係を調整す
ることを特徴としている。

【００１８】請求項３に記載の発明によれば、発光源よ
り出射され、屈折率分布レンズアレイを介して得られる
光のビーム径を測定する。該測定結果より得られる屈折
率分布レンズアレイのレンズ径周期で発生する変動量が
所定の範囲内になるように発光源と屈折率分布レンズア
レイの位置関係を調節することにより、請求項１に記載
のＬＥＤプリントヘッドを提供することができる。

【００１９】また、請求項３の記載の発明は、請求項４
に記載の発明のように、所定方向に沿って同一ライン上
に配列された発光源基板の発光源より出射される光のビ
ーム径のむらと、他のライン上に配列された発光源基板
の発光源より出射される光のビーム径むらが等しくなる
ように、発光源と屈折率分布レンズアレイの位置関係を
調整することにより、請求項２に記載のＬＥＤプリント
ヘッドを提供することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。図１には、本実施の
形態に係るＬＥＤプリントヘッド及びその調整を示す斜
視図である。

【００２１】本実施の形態に係るＬＥＤプリントヘッド
１０は、図１に示すように、屈折率分布レンズアレイ１
２、レンズホルダー１４、及び基板１６によって主に構
成されている。

【００２２】屈折率分布レンズアレイ１２は、従来技術
と同様に、図７に示すように複数の屈折率分布レンズか
らなるレンズアレイとされ、図１に示すように、レンズ
ホルダー１４に支持されている。レンズホルダー１４に
おける屈折率分布レンズアレイ１２の支持位置は、図１
に示すＹ方向及びＺ方向に、屈折率分布レンズアレイ１
２が移動可能に構成されており、屈折率分布レンズアレ
イ１２の位置調整が行なわれた後に、接着剤等によって
固定されるようになっている。なお、屈折率分布レンズ
アレイ１２の位置調整は、後述の画像測定カメラを用い
て調整を行なう。また、屈折率分布レンズアレイ１２と
しては、例えば、セルフォックスレンズアレイ（ＳＬ
Ａ）等を用いる。

【００２３】レンズホルダー１４に支持された屈折率分
布レンズアレイ１２の下方には、基板１６が配置されて
おり、基板１６には複数の発光源としてのＬＥＤが直線
上に配列された本発明の発光源基板に相当するＬＥＤア
レイチップ１８が複数配置されている。複数のＬＥＤア
レイチップ１８は、該ＬＥＤアレイチップ１８に配列さ
れたＬＥＤの配列方向と直交する方向（図１に示すＹ方
向）に交互にずらして基板１６上に配置されている。す
なわち、ＬＥＤアレイチップ１８は千鳥状に基板１６に
配置されている。なお、図１に示すＸ方向を主走査方
向、Ｙ方向を副走査方向とする。

【００２４】また、基板１６には上述のＬＥＤアレイチ
ップ１８上に配列されたＬＥＤを駆動する図示しないド
ライバが設けられており、該ドライバによってＬＥＤが
駆動されるようになっている。

【００２５】屈折率分布レンズアレイ１２の上方には屈
折率分布レンズアレイ１２とＬＥＤアレイチップ１８の
相対位置を調整するための画像測定カメラ２０が設けら
れ、該画像測定カメラ２０によってＬＥＤアレイチップ
１８のＬＥＤより出射される光のビームプロファイルが
測定される。そして、該画像測定カメラ２０より得られ
るビームプロファイルを用いて、屈折率分布レンズアレ
イ１２とＬＥＤアレイチップ１８の相対位置の調整が行
なわれる。すなわち、屈折率分布レンズアレイ１２のレ
ンズホルダー１４に対する位置調整を行なうことによっ
て屈折率分布レンズアレイ１２とＬＥＤアレイチップ１
８の相対位置の調整が行なわれる。該位置調整が行なわ
れた後に上述したように屈折率分布レンズアレイ１２が
レンズホルダー１４に接着剤等によって固定される。

【００２６】なお、画像測定カメラ２０によって測定さ
れるビームプロファイルは、図２の（Ａ）に示すような
３次元ビームプロファイルを測定することができるよう
になっている。

【００２７】また、画像測定カメラ２０には、測定デー
タを正規化してビーム径を計算する図示しない演算処理
部を備えており、本実施の形態では、演算処理部で計算
されたビーム径に基づいて、上述の屈折率分布レンズア
レイ１２とＬＥＤアレイチップ１８の相対位置の調整が
行なわれる。なお、本実施の形態では、演算処理部で計
算するビーム径は、図２の（Ｂ）に示すように、光量の
ピーク値の１３．５％の距離をビーム径とする。

【００２８】続いて、上述のように構成されたＬＥＤプ
リントヘッド１０を画像測定カメラ２０を用いて行なう
調整について説明する。

【００２９】画像むらは従来技術で説明したように、発
光源としてのＬＥＤとレンズアレイの位置関係が崩れた
り、レンズアレイの製造誤差が大きくなると発生する。
画像むらは斜め４５°スクリーンのＣｉｎ（網点面積
率）２０％近くが非常に目立つ。このパターンでのビー
ム径のばらつきと画像むらの関係は、屈折率分布レンズ
アレイ１２の中心とＬＥＤの距離（屈折率分布レンズア
レイ１２とＬＥＤのずれ）が０μｍの場合には、図３の
（Ａ）に示すように、ビーム径のむら（ビーム径最大値
−ビーム径最小値）が３μｍで画像むらは認識されなか
った。また、屈折率分布レンズアレイ１２の中心とＬＥ
Ｄの距離が４０μｍの場合には、図３の（Ｂ）に示すよ
うに、ビーム径のむらが７μｍで図３の（Ａ）と同様に
画像むらは認識されなかった。そして、屈折率分布レン
ズアレイ１２の中心とＬＥＤの距離が８０μｍの場合に
は、図３の（Ｃ）に示すように、ビーム径のむらが１０
μｍで画像むらが認識された。なお、この時のレンズ径
周期での平均ビーム径は４５μｍである。

【００３０】すなわち、図３に示すように、レンズ径周
期のビーム径の平均値４５μｍに対して７μｍのばらつ
き（ビーム径むら７μｍ）が発生したあたりから画像む
らが急激に目立ち始めることがわかる。

【００３１】従って、レンズ径周期のビーム径むらが７
μｍ以内となるように、屈折率分布レンズアレイ１２を
調整することにより、画像むらが発生しないプリントヘ
ッドを提供することができる。

【００３２】また、ビーム径むらが７μｍ以内となるＬ
ＥＤと屈折率分布レンズアレイ１２の中心との位置ずれ
の許容範囲は屈折率分布レンズアレイ１２のばらつきも
含めると１００μｍ（±５０μｍ）と非常に許容範囲が
狭い。

【００３３】そこで、本実施の形態では、調整誤差を２
０μｍとし、千鳥の間隔を８０μｍに設定する。これに
よって、ＬＥＤと屈折率分布レンズアレイ１２の中心と
の位置ずれの許容範囲１００μｍ以内に抑えることがで
きる。

【００３４】また、ＬＥＤアレイチップ１８のＬＥＤと
屈折率分布レンズアレイ１２の位置に対するビーム径の
変化は図４に示すようになっており、ＬＥＤアレイチッ
プ１８のＬＥＤと屈折率分布レンズアレイ１２の中心と
のずれ量が大きくなると、主走査方向のビーム径の最大
値が大きくなりビーム径むらが発生し易い。そこで、本
実施の形態では、千鳥状に配置されたＬＥＤアレイチッ
プ１８におけるそれぞれのＬＥＤアレイチップ１８のビ
ーム径むらが６μｍまたは６μｍ以内になるように調整
することによって、ＬＥＤアレイチップ１８のＬＥＤと
屈折率レンズアレイの相対位置を調整する。

【００３５】以上のようにＬＥＤアレイチップ１８のＬ
ＥＤと屈折率分布レンズアレイ１２の位置関係を調整し
た後、プリントヘッドの光量を測定し、該測定結果に応
じて各ＬＥＤの光出力を変えることにより、屈折率分布
レンズアレイ１２の光量ばらつきやＬＥＤ自体の光量ば
らつきによる画像むらの発生を抑えることができる。

【００３６】すなわち、本実施の形態では、ＬＥＤアレ
イチップ１８のＬＥＤと屈折率分布レンズアレイ１２の
調整を行なう際に、ビーム径を用いてレンズ径周期で発
生するビーム径の変動量が所定範囲以内になるように調
整することにより、画像むらのないＬＥＤプリントヘッ
ドを提供することができる。

【００３７】なお、上記の実施の形態では、屈折率分布
レンズアレイ１２の位置調整を行なうことにより、屈折
率分布レンズアレイ１２とＬＥＤアレイチップ１８との
相対位置の調整を行うようにしていたが、これに限るも
のではなく、ＬＥＤアレイチップ１８の位置を調整する
ようにしてもよいし、双方を調整するようにしてもよ
い。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、屈
折率分布レンズアレイのレンズ径周期で発生するビーム
径の変動量が所定範囲内になるように発光源と屈折率分
布レンズアレイの位置関係を調整することにより、千鳥
状に配列されたＬＥＤプリントヘッドにおいて、光量ば
らつきによる画像むらの発生を抑えることができる、と
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るＬＥＤプリントヘ
ッド及びその調整を示す図である。

【図２】 画像測定カメラで測定するビーム径を説明す
るための図である。

【図３】 画像むらとビーム径むらとの関係を示す図で
ある。

【図４】 ＬＥＤと屈折率分布レンズアレイの位置に対
するビーム径の変化を示す図である。

【図５】 従来のＬＥＤアレイとレンズアレイの取り付
けを示す図である。

【図６】 従来の千鳥状に配置された発光素子を搭載し
たチップを示す図である。

【図７】 発光素子から出射された光がレンズアレイに
より結像点に結像されることを表す図である。

【図８】 ＭＴＦを説明するための図である。

【図９】 従来の光量のばらつきを見ながら調整する場
合の問題点を示す図である。

【図１０】 従来のＭＴＦのばらつきを見ながら調整す
る場合の問題点を示す図である。

【符号の説明】

１０ ＬＥＤプリントヘッド １２ 屈折率分布レンズアレイ １４ レンズホルダー １６ 基板 １８ ＬＥＤアレイチップ ２０ 画像測定カメラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の発光源が所定方向に配列された発
   光源基板と、前記発光源から出射された光を所定の位置
   に結像する複数の屈折率分布レンズからなるレンズアレ
   イとを備え、かつ複数の前記発光源基板が前記所定方向
   に沿って相対的に前記所定方向と直交する方向にずらし
   て千鳥状に配置されるＬＥＤプリントヘッドにおいて、 前記屈折率分布レンズのレンズ径周期で発生するビーム
   径の変動量が所定範囲内になるように前記発光源と前記
   屈折率分布レンズアレイの位置関係を調整したことを特
   徴とするＬＥＤプリントヘッド。
2. 【請求項２】 前記所定方向に沿って同一ライン上に配
   列された前記発光源基板の前記発光源より出射される光
   のビーム径のむらと、他のライン上に配列された前記発
   光源基板の前記発光源より出射される光のビーム径むら
   が等しくなるように、前記調整を行ったことを特徴とす
   る請求項１に記載のＬＥＤプリントヘッド。
3. 【請求項３】 複数の発光源が所定方向に配列された発
   光源基板と、発光源から出射された光を所定の位置に結
   像する複数の屈折率分布レンズからなるレンズアレイと
   を備え、かつ複数の前記発光源基板が前記所定方向に沿
   って相対的に前記所定方向と直交する方向にずらして千
   鳥状に配置されるＬＥＤプリントヘッドの調整方法であ
   って、 前記発光源より出射され、前記屈折率分布レンズアレイ
   を介して得られる光のビーム径を測定し、前記屈折率分
   布レンズアレイのレンズ径周期で発生する変動量が所定
   の範囲内になるように前記発光源と前記屈折率分布レン
   ズの位置関係を調整することを特徴とするＬＥＤプリン
   トヘッドの調整方法。
4. 【請求項４】 前記所定方向に沿って同一ライン上に配
   列された前記発光源基板の前記発光源より出射される光
   のビーム径のむらと、他のライン上に配列された前記発
   光源基板の前記発光源より出射される光のビーム径むら
   が等しくなるように、前記調整を行なうことを特徴とす
   る請求項３に記載のＬＥＤプリントヘッドの調整方法。