JP3318171B2 - 発光ダイオードアレイおよび光書込装置 - Google Patents

発光ダイオードアレイおよび光書込装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は発光ダイオードア
レイおよび光書込装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、発光ダイオードアレイの発光部は
直線上に等間隔的に配備されており、このため以下の如
き問題があった。
【０００３】例えば、発光ダイオードアレイを書込ヘッ
ドに用い、発光ダイオードアレイに表示された発光部の
パターンをレンズアレイにより感光体上に結像する場合
に、レンズアレイにおける隣接するレンズ間部分で像の
光量が低下したり、レンズアレイ内の各レンズ単位でフ
レア光の発生により感光体上に均一な径の光スポットを
得難かったりするのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑み、発光ダイオードアレイにおける発光部の直線
配列に基づく種々の問題の有効な解決を課題とする。
【０００５】この発明はまた、発光ダイオードアレイを
書込ヘッドとして用いる光書込装置において、レンズア
レイに起因する種々の書込上の問題の有効な解決を課題
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の発光ダイオー
ドアレイは「発光ダイオードの発光部を同一チップ内で
アレイ配列してなり、複数の発光部が所望の曲線上に配
列され」ている。
【０００７】所望の曲線は、発光ダイオードの使用目的
や発光ダイオードアレイと組み合わせて用いられる光学
系の特性等に応じて決定される。
【０００８】発光ダイオードアレイにおける各発光ダイ
オードは「端面発光型」であってもよいし、「面発光
型」であってもよい。
【０００９】この発明の光書込装置は「発光ダイオード
アレイを有する書込ヘッドを用い、発光ダイオードアレ
イにおける各発光部を画像信号に従って点滅させ、発光
ダイオードアレイにおける発光した発光部のパターン
を、レンズアレイにより感光体表面に結像させ、発光ダ
イオードアレイおよびレンズアレイに相対的に感光体表
面を移動させつつ画像パターンの書込みを行なう」装置
であって以下の点を特徴とする（請求項１）。
【００１０】即ち、書込ヘッドにおける発光ダイオード
アレイは「発光ダイオードの発光部を同一チップ内でア
レイ配列してなり、複数の発光部が曲線上に配列され」
ている。発光ダイオードアレイにおける各発光ダイオー
ドは「レンズアレイにおける個々のレンズ単位の歪曲収
差およびメリディオナル像面湾曲を良好に補正するよう
に、上記曲線に沿って配列され」ている。
【００１１】「レンズ単位」は、レンズアレイにおいて
アレイ配列された１単位のレンズ、即ちアレイ配列の
「１つのアレイ要素をなすレンズ系」を言う。
【００１２】また「レンズアレイにおける個々のレンズ
単位に応じて複数の発光ダイオードがグループ分けさ
れ、同一グループ内の各発光ダイオードは、その発光面
の向きが該グループに対応するレンズ単位の中央近傍を
向く」ように定められている。
【００１３】請求項１記載の光書込装置において用いら
れるレンズアレイは、ロッドレンズアレイやルーフミラ
ーレンズアレイ等の公知のレンズアレイを用いることが
できるが、「両面が凸非球面の単レンズをレンズ単位と
するアレイ」を用いることも出来るし（請求項２）、レ
ンズアレイにおける個々のレンズ単位を２枚のレンズで
構成し、これら２枚のレンズのうち、発光ダイオードア
レイ側のレンズを「平凹の非球面レンズ」、感光体側の
レンズを「平凸の非球面レンズ」とすることも出来る
（請求項３）。この発明の発光ダイオードは、請求項１
または２または３記載の光書込装置に用いられる発光ダ
イオードアレイである（請求項４）。この発光ダイオー
ドアレイにおける個々の発光ダイオードは、上述の如
く、発光ダイオードが端面発光型でもよいし（請求項
５）、発光ダイオードが面発光型でもよい（請求項
６）。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は発光ダイオードアレイを説
明するための図である。図１（ａ）に示すように、発光
ダイオードアレイ３の基板部分の一方の面に、複数の発
光ダイオード２が直線ではなく「曲線をなす」ように配
列形成されている。
【００１５】即ち図１に示すように直交３方向：Ｘ，
Ｙ，Ｚを設定すると、発光ダイオード２はＹＺ面におい
て「Ｙ方向に沿う曲線」上に配列されている。発光ダイ
オード２の「発光部の配列を規制する曲線」の形状は、
発光ダイオードアレイの使用目的に応じて設定される。
発光ダイオード２の配列密度は１ｍｍあたり数個〜数十
個である。
【００１６】図１に示す発光ダイオードアレイ３は「端
面発光型」であり、図１（ｂ）に示すように、発光部２
Ａは発光ダイオード２の側端面にある。発光ダイオード
アレイは一般にＬＰＥ(Liquid Phase Epitaxial)法やＭ
ＯＣＶＤ(Metal Organized Chemical Vaper Deposite）
法等の半導体プロセスにより作製される。
【００１７】端面発光型の発光ダイオードアレイは、図
１（ａ）に示すように角度分布を持つ光の主たる射出方
向（光強度最大の方向）が、半導体材料の積層方向（図
のＸ方向）ではなく、これに直交するＺ方向であるの
で、作製の際のレジストパターンの調整により、発光部
の配列を容易に「所望の曲線」に沿ったものとすること
ができる。
【００１８】図２は発光ダイオードアレイの別の例を説
明するための図である。
【００１９】この例において、発光ダイオードアレイ
３’の発光ダイオード２’は図２（ａ）に示すように
「面発光型」であり、基板部分の一方の面に形成された
複数の発光ダイオード２’の発光部（発光端面）は基板
部分からの高さが直線ではなく「曲線をなす」ように配
列形成されている。
【００２０】即ち、図２に示すように直交３方向Ｘ，
Ｙ，Ｚを設定すると、発光ダイオード２’はＸＹ面にお
いては図２（ｂ）に示すようにＹ方向の直線上に配列さ
れているが、その発光面の高さはＹＺ面において「Ｙ方
向に沿う曲線上」にあるように変化している。
【００２１】発光ダイオード２’の「発光部の配列を規
制する曲線」の形状は、発光ダイオードアレイの使用目
的に応じて設定される。発光ダイオード２の配列密度は
１ｍｍあたり数個〜数十個である。
【００２２】図２に示す例のように、面発光型の発光ダ
イオード２’の発光部の高さを所望の曲線に沿って変化
させるには、基板の発光ダイオード列形成面に予め上記
曲線に従う段差を形成しておくとか、エッチング処理を
工夫するなどすればよい。
【００２３】作製面からすると、端面発光型の発光ダイ
オードアレイの方が作製が容易である。
【００２４】図１の発光ダイオードアレイ３、図２の発
光ダイオードアレイ３’とも、図示されてはいないが、
「各発光部を発光させるための電極列」が電極パターン
として形成されていることは言うまでもない。
【００２５】図３は請求項１記載の発明の光走査装置の
実施の１形態を示している。この光走査装置は、発光ダ
イオードアレイ１０を有する書込ヘッドを用い、発光ダ
イオードアレイ１０における各発光部を画像信号に従っ
て点滅させ、発光ダイオードアレイ１０における発光し
た発光部のパターンを、レンズアレイ４により図示され
ない感光体表面に結像させ、発光ダイオードアレイ１０
およびレンズアレイ４に相対的に、感光体表面を図面に
直交する方向へ移動させつつ画像パターンの書込みを行
なう光書込装置であり、発光ダイオード１０とレンズア
レイ４の一部分が説明図的に図示されている。
【００２６】レンズアレイ４は単レンズ４１，４２等を
レンズ単位として直線上に１列にアレイ配列したもので
ある。
【００２７】発光ダイオードアレイ１０は「端面発光
型」のものであり、各発光ダイオード２０は、レンズア
レイ４における各レンズ単位の「歪曲収差およびメリデ
ィオナル像面湾曲」を良好に補正するように曲線に沿っ
て配列されている。
【００２８】レンズアレイ４における個々のレンズ単位
４１，４２，．．等に応じて複数の発光ダイオードがグ
ループ５１，５２，．．等にグループ分けされ、同一グ
ループ内の各発光ダイオードは「発光面の向き」が該グ
ループに対応するレンズ単位の中央近傍を向くように定
められている。
【００２９】即ち例えば、グループ５１に属する発光ダ
イオードの発光面（発光端面）は、対応するレンズ単位
４１の中央近傍を向いている。
【００３０】このように複数の発光ダイオードがレンズ
アレイ４の各レンズ単位毎にグループ分けされ、各グル
ープの発光ダイオードアレイの発光面が、グループに対
応するレンズ単位の中央近傍に向いているので、レンズ
アレイの各レンズ単位におけるフレア光の発生が有効に
防止されるとともに、隣接するレンズ単位間の光量低下
の問題が有効に解決される。
【００３１】
【実施例】以下、具体的な実施例を挙げる。
【００３２】最初に挙げる実施例１は請求項２記載の発
明の１実施例である。図３に即して説明すると、レンズ
アレイ４における各レンズ単位４１，４２，．．．等
は、図示の如く両凸レンズで、両面とも「凸非球面」で
ある。
【００３３】非球面は周知の如く、光軸に合致させてｚ
軸をとり、光軸に直交させてｈ軸をとるとき、近軸曲率
半径：ｒ、円錐定数：ｋ、高次の非球面係数：ａ，ｂ，
ｃ，ｄ，．．．を用いて表される曲線： ｚ＝（ｈ２／ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｈ／ｒ）２｝］ ＋ａ・ｈ４＋ｂ・ｈ６＋ｃ・ｈ８＋ｄ・ｈ１０＋．． を光軸の回りに回転させて得られる光軸対称な曲面であ
る。
【００３４】発光ダイオードアレイにおける発光面の配
置を特徴づける曲線：Ｕは、発光面の配列方向の座標を
Ｙとし、Ｌ，Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ．．を定数として Ｕ＝（Ｙ２／Ｌ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／Ｌ）２｝］ ＋Ａ・Ｙ４＋Ｂ・Ｙ６＋Ｃ・Ｙ８＋Ｄ・Ｙ１０＋．． で表され、各レンズ単位毎に、このレンズ単位に属する
発光ダイオードのグループをこの曲線に沿って配備し、
各グループ間は、上記曲線が滑らかな繰返しとなるよう
にした。
【００３５】従って上記曲線Ｕ（Ｙ）は、レンズアレイ
における各レンズ単位に対する「物体面」を構成する。
【００３６】実施例１ 上記物体面から像面（感光体表面）に到る光学配置の、
近軸部分における曲率半径：Ｒ、光軸上の面間隔：Ｄ、
屈折率：Ｎは以下の如くである。
【００３７】 面 近軸曲率半径：Ｒ 面間隔：Ｄ 屈折率：Ｎ 物体面 １．４６９Ｅ−４ １３．０ １．０ レンズ第１面 ４．０３４ ６．４０ １．５７２１ レンズ第２面 −８３．７２９ １０．５２ １．０ 像面 ∞ 。
【００３８】レンズ面の非球面形状 第１面（発光ダイオードアレイ側の面） ｒ＝４．０３４，ｋ＝ ０．２２２４， ａ＝−１．５６５０Ｅ−３，ｂ＝−１．２６７７Ｅ−４， ｃ＝ １．３０８１Ｅ−５，ｄ＝−１．５６９５Ｅ−６ 。
【００３９】第２面（感光体表面側の面） ｒ＝−８３．７２９，ｋ＝−５８３．６９５５， ａ＝ ３．５３６３Ｅ−３，ｂ＝ ３．８８８１Ｅ−４， ｃ＝−２．３６４９Ｅ−５，ｄ＝ ５．３８８６Ｅ−６ 。
【００４０】発光ダイオードの発光面の配列曲線 Ｌ＝ １．４６９Ｅ−４，Ｋ＝−４４４．７４７０， Ａ＝−２．２６６４Ｅ−２，Ｂ＝ ５．２４７３Ｅ−３， Ｃ＝−１．３０９５Ｅ−４，Ｄ＝−３．７２７２Ｅ−５ 。
【００４１】上記数値における「Ｅとそれに続く数字」
は１０の「べき乗」を示す。例えば「Ｅ−４」とあれ
ば、これは「１０−４」を表し、この数値が、その前に
ある数値に掛かるのである。
【００４２】レンズアレイにおける各「レンズ単位」
は、焦点距離：６．９１ｍｍ、ＦＮｏ．＝３．２７、有
効径：５．３７ｍｍ、配列ピッチ：５．４７ｍｍ、横倍
率：−１．１０のものである。
【００４３】横倍率の絶対値を１以上、即ち「拡大系」
とすることにより、グループ分けされた発光ダイオード
（図３におけるグループ５１，５２間）にマージンを取
ることが可能になる。
【００４４】各レンズに対してグループ分けされた発光
ダイオードの数は書込み密度に依存する。例えば６００
ｄｐｉなら像面上でのドット間隔は２５．４ｍｍ／６０
０≒０．０４２３ｍｍとなり、レンズ単位の配列ピッチ
が５．４７ｍｍであるので、５．４７／０．０４２３≒
１２９個の間隔を取ることができ、各間隔の中央にドッ
トを打つなら１２８ドット打てる。
【００４５】つまり、６００ｄｐｉのときはグループ分
けされた発光ダイオードの数は１２８個となる。
【００４６】各レンズ単位に対する収差（球面収差・像
面湾曲・歪曲収差）の図を図４に示す。像面湾曲の図に
おける実線はメリディオナル、破線はタンジェンシアル
を表す。メリディオナル像面湾曲および歪曲収差は、発
光ダイオードの発光部の配列を曲線状にしたことにより
良好に補正されている。
【００４７】次に挙げる実施例２は請求項３記載の光書
込装置の１実施例である。図５に示すように、レンズア
レイ４’は個々のレンズ単位が２枚のレンズで構成さ
れ、レンズ単位を構成する２枚のレンズのうち発光ダイ
オードアレイ１０’側のレンズが「平凹」の非球面レン
ズ４１Ａ、感光体５０側のレンズが「平凸」の非球面レ
ンズ４１Ｂである。
【００４８】実施例２ 物体面（発光ダイオードアレイ１０’における発光ダイ
オードの発光面を連ねる曲線）から像面（感光体５０の
表面）に到る光学配置の近軸部分における曲率半径：
Ｒ、光軸上の面間隔：Ｄ、屈折率：Ｎは以下の如くであ
る。
【００４９】 面 近軸曲率半径：Ｒ 面間隔：Ｄ 屈折率：Ｎ 物体面 −１．９５８Ｅ−８ １１．００ １．０ レンズ第１面 −２９．８４７ ２．５０ １．５７２１ レンズ第２面 ∞ ２．００ １．０ レンズ第３面 ∞ ２．５０ １．５７２１ レンズ第４面 −４．６６１ ２０．００ １．０ 像面 ∞ 。
【００５０】レンズ面の非球面形状 第１面（発光ダイオードアレイ側の面） ｒ＝−２９．８４７，ｋ＝−５０４．７１６８， ａ＝−３．４３０７Ｅ−３，ｂ＝−１．８３３１Ｅ−４， ｃ＝−５．６７１５Ｅ−５，ｄ＝ １．１８４１Ｅ−５ 。
【００５１】第４面（感光体表面側の面） ｒ＝−４．６６１，ｋ＝−１．２５９２， ａ＝ ６．３７３２Ｅ−４，ｂ＝−１．６２９２Ｅ−４， ｃ＝−１．５３４０Ｅ−５，ｄ＝ ２．３３０９Ｅ−６ 。
【００５２】発光ダイオードの発光面の配列曲線 Ｌ＝−１．９５８Ｅ−８，Ｋ＝−７．１７７０Ｅ＋１２ Ａ＝ ２．６１６６Ｅ−２，Ｂ＝−１．２２５９Ｅ−２， Ｃ＝ １．２９２５Ｅ−３，Ｄ＝ ２．３８４０Ｅ−５ 。
【００５３】発光ダイオードの発光面の配列曲線に関す
る表記は実施例１の表記と同様である。
【００５４】レンズアレイにおける「レンズ単位」は、
焦点距離：８．６４ｍｍ、Ｆ／Ｎｏ．：３．６７、有効
径：５．４０ｍｍ、配列ピッチ：５．６９ｍｍ、横倍
率：−１．１０のものであり、各レンズに対応してグル
ープ分けされた発光ダイオードの数は６００ｄｐｉの場
合で１３４個である。
【００５５】各レンズ４１Ａ，４１Ｂによるレンズ単位
毎に、レンズ単位に属する発光ダイオードのグループを
上記曲線に沿って配備した。
【００５６】各レンズ単位に対する収差（球面収差・像
面湾曲・歪曲収差）の図を図６に示す。発光部を曲線に
沿って配したことにより、メリディオナル像面湾曲およ
び歪曲収差は良好に補正されている。
【００５７】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な発光ダイオードアレイおよび光書込装置を提供
できる。
【００５８】この発明の発光ダイオードアレイは、発光
部が使用目的に従って曲線的に配列されるので「発光ダ
イオードアレイにおける発光部の直線配列に基づく種々
の問題」の有効な解決が可能である。
【００５９】請求項５記載の発光ダイオードアレイは作
製が容易である。
【００６０】この発明の光書込装置は、発光ダイオード
アレイを書込ヘッドとして用いる光書込装置において、
レンズアレイに起因する種々の書込上の問題の有効な解
決が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】発光ダイオードアレイの１形態を説明するため
の図である。
【図２】発光ダイオードアレイの別形態を説明するため
の図である。
【図３】請求項１記載の発明の光書込装置の実施の１形
態の特徴部分を説明図的に示す図である。
【図４】実施例１に関する収差の図である。
【図５】請求項３記載の発明の光書込装置の実施の１形
態の特徴部分を説明図的に示す図である。
【図６】実施例２に関する収差の図である。
【符号の説明】
３ 発光ダイオードアレイ ２ 発光ダイオード ２Ａ 発光部
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 3/02 Ｂ４１Ｊ 3/21 Ｌ 13/18 Ｇ１１Ｂ 7/135 (56)参考文献 特開 平６−326828（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−9588（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−54386（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−296387（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−202989（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−166555（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−101638（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 B41J 2/44 B41J 2/45 B41J 2/455 G02B 3/02 G02B 13/18 G11B 7/135 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】発光ダイオードアレイを有する書込ヘッド
    を用い、上記発光ダイオードアレイにおける各発光部を
    画像信号に従って点滅させ、発光ダイオードアレイにお
    ける発光した発光部のパターンを、レンズアレイにより
    感光体表面に結像させ、発光ダイオードアレイおよびレ
    ンズアレイに相対的に感光体表面を移動させつつ画像パ
    ターンの書込みを行なう光書込装置において、書込ヘッドにおける発光ダイオードアレイが、発光ダイ
    オードの発光部を同一チップ内でアレイ配列してなり、
    複数の発光部が曲線上に配列されたものであり、上記 発
    光ダイオードアレイにおける各発光ダイオードが、レン
    ズアレイにおける個々のレンズ単位の歪曲収差およびメ
    リディオナル像面湾曲を良好に補正するように、上記曲
    線に沿って配列され、 且つ、レンズアレイにおける個々のレンズ単位に応じて
    複数の発光ダイオードがグループ分けされ、同一グルー
    プ内の各発光ダイオードは、その発光面の向きが該グル
    ープに対応するレンズ単位の中央近傍を向くように定め
    られていることを特徴とする光書込装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の光書込装置において、 レンズアレイが、両面とも凸非球面の単レンズをレンズ
    単位とするアレイであることを特徴とする光書込装置。
  3. 【請求項３】請求項１記載の光書込装置において、 レンズアレイにおける個々のレンズ単位が２枚のレンズ
    で構成され、発光ダイオードアレイ側のレンズが平凹の
    非球面レンズ、感光体側のレンズが平凸の非球面レンズ
    であることを特徴とする光書込装置。
  4. 【請求項４】請求項１または２または３記載の光書込装
    置に用いられる発光ダイオードアレイ。
  5. 【請求項５】請求項４記載の発光ダイオードアレイにお
    いて、 発光ダイオードが端面発光型であることを特徴とする発
    光ダイオードアレイ。
  6. 【請求項６】請求項４記載の発光ダイオードアレイにお
    いて、 発光ダイオードが面発光型であることを特徴とする発光
    ダイオードアレイ。
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