JP4127533B2 - 発光素子アレイ、その発光素子アレイを備えた光書込ユニット及び画像形成装置、並びに、その発光素子アレイの作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真式光プリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等の光書込ユニットやスキャナ等の光読み取りユニットに用いられる発光素子アレイ、その発光素子アレイを備えた光書込ユニット及び画像形成装置、並びに、その発光素子アレイの作製方法に関する。

現在、デジタル複写機、プリンタ、デジタルファクシミリ等のデジタル光書込方式としては、大きく分けて以下の２つに分類することができる。１つは、半導体レーザ等の光源から出射された光束を光偏向器によって光走査し、走査結像レンズによって像担持体上に光スポットを形成する光走査方式である。また、もう１つは、ＬＥＤアレイや有機ＥＬアレイ等の発光素子アレイから出射された光束を、結像素子アレイによって像担持体上に光スポットを形成する固体光書込方式である。

近年において、デジタル複写機、プリンタ、デジタルファクシミリ等のデジタル画像出力機器の小型化の要求が強くなっており、その要求に対して、上記光偏向器によって光束を走査させる光走査方式の光書込ユニットでは光路長が長く、光書込ユニット自体が大きくなってしまうのに対し、固体光書込方式の光書込ユニットは光路長を非常に小さくすることができるので、光書込ユニットをコンパクトに構成することができる。

固体光書込方式の光書込ユニットは、光路長を短くする為に、出力する画像の各ドットに対応する複数の発光素子を有する発光素子アレイと、各発光素子から出射光を像面上に結像するための結像光学系とで構成される。

固体光書込方式の光書込ユニットの結像光学系としては、図７（ａ）、（ｂ）に示すような屈折率分布を有するロッドレンズを束ねたロッドレンズアレイが知られている。ロッドレンズアレイは、ロッドレンズを２列千鳥配列状に束ねたものが一般的であり、その周囲は側板で保持する構成である。また、ロッドレンズ間は不透明な部材を充填、硬化することで、ロッドレンズ間を漏れるフレア光を抑えている。

また、ロッドレンズアレイ以外の固体光書込方式の結像光学系としては、一体成形法で作られるルーフプリズムレンズアレイが知られている。ロッドレンズアレイが、ロッドレンズが倒れることで画像へ悪影響を及ぼすというような問題を有しているのと比べて、このルーフプリズムレンズアレイは、該問題のない結像光学系である。

図８に示すように、ルーフプリズムレンズアレイは、複数の入射側レンズ面を配列方向に一列に並べた第１レンズアレイ部と、複数の出射側レンズ面を配列方向に一列に並べた第２レンズアレイ部と、前記第１レンズアレイ部と前記第２レンズアレイ部との中間に、複数のルーフプリズムを配列方向に一列に並べたルーフプリズムアレイ部と、を有するものである。

第１レンズアレイ部の任意のレンズのレンズ中心と、ルーフプリズムアレイ部の任意のルーフプリズムの稜線部と、第２レンズアレイ部の任意のレンズのレンズ中心とは、配列方向と直交する同一平面内に配置している。

なお、上述したロッドレンズアレイ、または、ルーフプリズムアレイのいずれの結像光学系も、ひとつの光源から出射した光を複数のロッドレンズや、複数のレンズ面で受け、相対する側の面から光を出射し、再び像面上の一点に集める構成をなす、正立等倍系の結像光学系である。

また、固体書込方式の光書込ユニットの発光素子アレイとしては、発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を所定の配列ピッチで配列したＬＥＤアレイが用いられている。このＬＥＤアレイは、同一基板上に、数百程度のＬＥＤを所定の間隔で配列するＬＥＤアレイチップと、ＬＥＤの発光を制御する複数のＩＣチップ等で構成される。

各ＬＥＤアレイチップは、隣り合うチップ端同士にあるＬＥＤの間隔が、ＬＥＤアレイチップ内の所定の間隔と等しくなるように配列されている。例えば、Ａ３幅を満足できるＬＥＤアレイであれば、解像度１２００ｄｐｉのとき、約２１．２μｍの間隔で２５６個のＬＥＤを配列するＬＥＤアレイチップ６０個で構成できる。発光素子アレイには、ＬＥＤを用いた発光素子アレイ以外にも、有機ＥＬ等を発光素子に用いたＥＬアレイ、半導体レーザを発光素子に用いたＬＤアレイなどが知られている。

なお、発光素子アレイから出射される光のうち、結像光学系の視野半角よりも大きい角度成分の光は利用することが出来ない。そのため、発光素子アレイとして、発光パターンがランバート分布に近いＬＥＤアレイ光源を用い、結像光学系として、ロッドレンズアレイを用いた場合の光利用効率は、ＬＥＤアレイ光源の総発光量の数〜十数％程度である。

ところで、マイクロレンズを固体光書込方式の光学系に用いることは、公知である。例えば、特許文献１では、ＬＥＤアレイの直上にマイクロレンズアレイを設け、各マイクロレンズからの出射光で直接露光することで、ロッドレンズアレイ等の結像光学系を用いる場合よりも明るい光書込ユニットを得ることを目的とした技術が開示されている。

該技術においては、１つのマイクロレンズからの出射光でスポットを照射するため（ロッドレンズアレイ等の場合には、複数のロッドレンズからの出射光でスポットを照射する。）、個々のマイクロレンズの位置精度のばらつきが、そのままスポットのばらつきとして反映される。そのため、作製されるマイクロレンズに求められる位置精度は非常に厳しいものと予想される。

また、特許文献２では、マイクロレンズを結像光学系として用いるのではなく、光利用効率を向上させる目的に用いる技術が開示されている。該技術は、マイクロレンズを透明基板上に形成し、その透明基板とＬＥＤ基板を各マイクロレンズとＬＥＤの位置合わせをして、張り合わせるというものである。該技術は、ＬＥＤから出射された光を対応するマイクロレンズで集光させることで、結像光学系が利用できる光量を増加させることを目的としたものである。
特開平９−１８７９９１号公報 特開平１１−１７０６０５号公報 特許第３１１４１６６号公報

しかし、特許文献２に開示される技術においては、数十μｍの透明基板と、ＬＥＤアレイチップとの接着は、マイクロレンズとＬＥＤと、数百個同士を位置調整しなくてはならず、マイクロレンズとＬＥＤとの相対位置がずれることによる光量のむらが懸念される。

また、隣接するマイクロレンズ間においては、表面上で遮光する手段を持っているため、レンズ間のレンズ部以外を通って、像担持体面上に光が照射されることはないが、反射した光が、マイクロレンズを通って出射してしまう可能性がある。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、各発光素子とそれに対応するマイクロレンズとの相対位置精度を向上させると共に、フレア光を抑制した発光素子アレイ、その発光素子アレイを備えた光書込ユニット及び画像形成装置、並びに、その発光素子アレイの作製方法を提供することを目的とするものである。

かかる目的を達成するために、本発明は以下の特徴を有することとする。

本発明にかかる発光素子アレイは、
複数の発光素子が配列された発光素子アレイであって、
各々の発光素子に１対１で対応し、発光素子上に直接形成されたマイクロレンズを複数有し、
前記マイクロレンズの屈折率をＮ、前記発光素子の発光面と直交する方向の該マイクロレンズの高さをＨ、及び、前記発光素子の前記発光面上に直接形成される該マイクロレンズにおける、前記発光素子の発光面との接合面である該マイクロレンズの略円状の底面の直径をＤとしたときに、Ｎ・Ｈ＞０．２３Ｄを満足することを特徴とする。

また、本発明にかかる発光素子アレイは、
複数の発光素子が配列された発光素子アレイであって、
各々の発光素子に１対１で対応し、発光素子上に直接形成されたマイクロレンズを複数有し、
前記発光素子アレイの有する前記複数の発光素子が一列に配列されており、該配列方向における、前記発光素子の発光面においての、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、前記配列と直交する方向における、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、のいずれか長いほうの長さをＬとし、前記発光素子の前記発光面上に直接形成されるマイクロレンズにおける、前記発光素子の発光面との接合面である該マイクロレンズの略円状の底面の直径をＤ、該マイクロレンズの屈折率をＮ、前記発光素子の発光面と垂直方向の該マイクロレンズの高さをＨとしたときに、
Ｄ／Ｌ≦２．５の場合において、
１＜｛α・Ｌｏｇ _e （Ｄ／Ｌ）＋β｝・（Ｎ・Ｈ／Ｄ） ² 、α＝２．７１、β＝−０．１４３を、
Ｄ／Ｌ＞２．５の場合において、
０．１＜Ａ・（Ｎ・Ｈ／Ｄ） ² 、Ａ＝２．３４を、満足することを特徴とする。

また、本発明にかかる発光素子アレイは、
前記発光素子アレイの有する前記複数の発光素子が一列に配列されており、該配列方向における、前記発光素子の発光面においての、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、前記配列と直交する方向における、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、のいずれか長いほうの長さをＬとし、前記発光素子の前記発光面上に直接形成されるマイクロレンズにおける、前記発光素子の発光面との接合面である該マイクロレンズの略円状の底面の直径をＤとしたときに、Ｌ≦Ｄを満足することを特徴とする。

また、本発明にかかる発光素子アレイは、
前記発光素子アレイの有する前記複数の発光素子が一列に配列されており、該配列方向における、前記発光素子の発光面においての、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、前記配列と直交する方向における、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、のいずれか長いほうの長さをＬとし、前記発光素子の前記発光面上に直接形成されるマイクロレンズにおける、前記発光素子の発光面との接合面である該マイクロレンズの略円状の底面の直径をＤとしたときに、１．１５Ｌ≦Ｄを満足することを特徴とする。

また、本発明にかかる発光素子アレイにおいて、
前記発光素子は、略ランバート分布となる発光パターンを持つＬＥＤであることを特徴とする。

また、本発明にかかる発光素子アレイにおいて、
前記マイクロレンズは、ウエハ状態の発光素子上に直接形成することを特徴とする。

また、本発明にかかる発光素子アレイにおいて、
前記マイクロレンズは、前記発光素子から出射される光の波長に対して、透過性を有するフォトレジスト材料で形成されることを特徴とする。

また、本発明にかかる光書込ユニットは、
複数の結像素子を有する結像素子アレイと、
上記記載の発光素子アレイと、を具備することを特徴とする。

また、本発明にかかる画像形成装置は、
上記記載の光書込ユニットを備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる発光素子アレイの作製方法は、
複数の発光素子が配列された発光素子アレイにおいて、前記発光素子の各々に１対１で対応させて、前記発光素子上に直接、マイクロレンズを形成した場合に、
前記マイクロレンズの屈折率をＮ、前記発光素子の発光面と直交する方向の該マイクロレンズの高さをＨ、及び、前記発光素子の前記発光面上に直接形成される該マイクロレンズにおける、前記発光素子の発光面との接合面である該マイクロレンズの略円状の底面の直径をＤとしたときに、Ｎ・Ｈ＞０．２３Ｄを満足することを特徴とする。

また、本発明にかかる発光素子アレイの作製方法は、
複数の発光素子が配列された発光素子アレイにおいて、前記発光素子の各々に１対１で対応させて、前記発光素子上に直接、マイクロレンズを形成した場合に、
前記発光素子アレイの有する前記複数の発光素子が一列に配列されており、該配列方向における、前記発光素子の発光面においての、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、前記配列と直交する方向における、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、のいずれか長いほうの長さをＬとし、前記発光素子の前記発光面上に直接形成されるマイクロレンズにおける、前記発光素子の発光面との接合面である該マイクロレンズの略円状の底面の直径をＤ、該マイクロレンズの屈折率をＮ、前記発光素子の発光面と垂直方向の該マイクロレンズの高さをＨとしたときに、
Ｄ／Ｌ≦２．５の場合において、
１＜｛α・Ｌｏｇ _e （Ｄ／Ｌ）＋β｝・（Ｎ・Ｈ／Ｄ） ² 、α＝２．７１、β＝−０．１４３を、
Ｄ／Ｌ＞２．５の場合において、
０．１＜Ａ・（Ｎ・Ｈ／Ｄ） ² 、Ａ＝２．３４を、満足することを特徴とする。

本発明によれば、各発光素子とそれに対応するマイクロレンズとの相対位置精度を向上させると共に、フレア光を抑制することができる。

本発明に係る発光素子アレイの一の実施形態は、複数の発光素子が配列された発光素子アレイにおいて、各々の発光素子に１対１で対応するように、各々の発光素子上に直接マイクロレンズを形成する。本実施形態によれば、各発光素子とそれに対応するマイクロレンズとの相対位置精度を向上させると共に、フレア光を抑制することができる。

本実施例は、電子写真式光プリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等の光書込ユニットやスキャナ等の光読み取りユニットに用いられる発光素子アレイが有するＬＥＤ発光素子から出射された光を集光させ、結像光学系が利用できる光量を増加させることを目的として設けられるマイクロレンズに関するものである。

図２（ａ）は、ＬＥＤの発光面中心から空気中に直接出射した場合における出射光の、任意強度以上の出射角の範囲を示唆するものである。一般的にＬＥＤの出射光の強度分布は、出射角に対して、発光面の直交方向を基準とするランバートの余弦則に倣う強度分布（ランバート分布と呼ぶ）となる。また、図２（ｂ）は、ＬＥＤの発光面に直接半球状のマイクロレンズを形成した場合における出射光の、図２（ａ）に示した任意の強度以上の出射角の範囲と同等の範囲を示唆するものである。この図２（ａ）、（ｂ）に示唆した範囲からわかるように半球状のマイクロレンズを形成した場合の方が、マイクロレンズの屈折率に応じてその範囲を狭くすることができ、単位面積当りの光密度を高くすることが可能となる。なお、図２（ｂ）は、半球状のマイクロレンズによる効果を示唆したものであるが、図２（ｂ）には図示しないが、発光面に直交する方向のマイクロレンズの高さが半球状のマイクロレンズよりも低いものの場合には、発光面中心からの出射光であっても、図２（ｂ）のようにレンズ面で屈折せずに直進するのではなく、レンズ面で範囲が広くなる方向に屈折してしまうため、半球状のマイクロレンズの場合よりも単位面積当りの光密度は低くなってしまう。しかしながら、図２（ａ）に示したＬＥＤの発光面から直接空気中に出射する場合と比べると範囲は狭くできるので光密度を高くすることは可能となる。なお、発光面に直交する方向のマイクロレンズの高さが半球状のマイクロレンズよりも低いものの場合におけるマイクロレンズの最適形状については後述することにする。

なお、本実施例は、発光素子アレイに設ける複数のマイクロレンズを、各発光素子に対して１対１で配置するように形成することを特徴とする。そのため、従来のように、マイクロレンズアレイと発光素子アレイとの位置合わせをする必要がない。従って、マイクロレンズアレイの有する各マイクロレンズと発光素子アレイの有する各発光素子との相対位置精度を高精度にすることができる。

また、本実施例は、隣接するマイクロレンズを、物理的に分離させて形成することを特徴とする。そのため、発光素子から出射した光が隣のマイクロレンズから出射することはなく、フレア光などの余分な光の発生を抑制することができる。

また、本実施例は、マイクロレンズの高さを、マイクロレンズの半径よりも小さくすることを特徴とする。このような形状を有するマイクロレンズは、その製作において特別の困難性を伴うものではないため、容易に製作することが可能である。

また、本実施例では、このマイクロレンズの最適形状を提案する。実際の発光部にある面積を持つ面発光型のＬＥＤを想定して、シミュレーションを用いた計算を実施した結果、マイクロレンズの形状の最適条件を導いたので添付図面に基いて以下に説明する。図１（ａ）は、本実施例のマイクロレンズアレイの概略上面図、図１（ｂ）は、本実施例のマイクロレンズアレイの概略断面図（マイクロレンズの配列方向）である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すようにＬＥＤ２（発光素子）上に直接、球面状のマイクロレンズ３を設け、また、結像素子アレイとしてロッドレンズアレイを用いた場合を想定して、マイクロレンズ３の高さと像面上の明るさの関係に関して計算した結果を図３に示す。マイクロレンズ３の高さＨを横軸、明るさの比Ｉ_ratio（マイクロレンズ３がＬＥＤ２上に設けられている場合の像面上の明るさ÷マイクロレンズ３がＬＥＤ上に設けられていない場合の像面上の明るさ）を縦軸に取り、マイクロレンズ３の直径ＤとＬＥＤ２の一辺の長さをＬ（Ｌ＝Ｌｘ、Ｌｙのどちらか長い方の長さ）との比Ｄ／Ｌをパラメータとしている。本計算結果より、マイクロレンズの高さＨが大きいほど、Ｉ_ratioが増加しているので、マイクロレンズの高さＨが高くなるのに応じて、像面上の明るさが明るくなることが分る。

また、Ｄ／Ｌの比は、Ｄ／Ｌが大きくなるにしたがって、光量アップの効果が高くなっているが、Ｄ／Ｌの比は、１．１５より大きくすれば、１割以上の光量の向上が期待できる。この計算では、ＬＥＤ２は正方形の平板型を想定しているが、正方形ではないＬＥＤ２であっても構わない。その場合、上記のＬは、ＬＥＤ２の縦横の長さ（図１で示されるＬｘ、Ｌｙ）のうち長い方を採用すればよい。

また、図３に示すグラフの縦軸を、Ｎ・Ｈ／Ｄ（マイクロレンズ３の屈折率×マイクロレンズ３の高さ÷マイクロレンズ３の直径）を横軸にして書き直すと図４のようになる。図４に示すグラフからわかるように、ＬＥＤ２の長さＬがマイクロレンズ３の直径Ｄに比べて小さければ小さいほど光量のアップは望めることがわかる。更に、明るさ１割以上を満足する最低条件は、Ｎ×Ｈ／Ｄ＞０．２３である。ＬＥＤ２の長さＬがマイクロレンズ３の直径Ｄに比べて大きくなればなるほど、つまり、Ｄ／Ｌが小さくなるほど、必要なＮ×Ｈ／Ｄの値は大きくなる。

ここで、各Ｄ／Ｌの曲線をＩ_ratio＝Ａ〔定数〕・（Ｎ・Ｈ／Ｄ）²＋１の曲線で近似すると、Ｄ／Ｌに対する係数Ａの値は、図５のようになる。図５より、係数Ａは、Ｄ／Ｌ＝２．５のところで分けて考えることができる。つまり、係数ＡはＤ／Ｌ≦２．５の範囲内では、Ａ＝α・Ｌｏｇ_e（Ｄ／Ｌ）＋β、α＝２．７１、β＝−０．１４３で近似できる。また、Ｄ／Ｌ＞２．５では、係数Ａはほとんど変化しないと考えて、Ａ＝２．３４として構わない。これらの関係式を用いれば、適切なマイクロレンズの屈折率Ｎ_ML、直径Ｄ、高さＬと、ＬＥＤ２（発光素子）の長さＬの関係が導ける。

つまり、１割の光量の増加を得ようとするのであれば、Ｄ／Ｌ≦２．５の場合、
０．１＜｛２．７１・Ｌｏｇ_e（Ｄ／Ｌ）−０．１４３｝・（Ｎ・Ｈ／Ｄ）²となる。
例えば、Ｄ＝１８μｍ、Ｌ＝１０μｍであれば、上式より、必要なＮ・Ｈの値は、
Ｎ・Ｈ＞０．２６３×Ｄ＝４．７３となる。Ｎ＝１．４５であれば、必要なマイクロレンズの高さは、Ｈ＞３．２６μｍであれば、１割以上の光量の向上が可能となる。

また、Ｄ／Ｌ＞２．５の場合であれば、必要なＮ、Ｈ、Ｄの関係は、０．１＜２．３４・（Ｎ・Ｈ／Ｄ）²であり、Ｄ＝１８μｍ、Ｎ＝１．４５のとき、マイクロレンズの高さは、Ｈ＞２．５７μｍとなる。従って、上記関係式を用いれば、図１に示す発光素子アレイ１における必要なマイクロレンズ３の形状を求めることができるのである。

次に、本実施例のマイクロレンズを作製する方法について説明する。一般的に発光素子上にマイクロレンズを形成しようとした場合、一度、レンズとなるＳｉＯ₂ 等の透明部材を発光素子上にＣＶＤ等で積層し、更にその上にフォトレジスト層をスピンコート法などにより堆積、その後、レンズ形成部（発光素子上）のフォトレジスト層を残す様に、露光、現像し、不要な部分を除去する、そして、熱処理をかけ、残存するフォトレジスト層をマイクロレンズ形状となるようにした上で、最後に透明部材層と、フォトレジスト層を表面からエッチングして、レンズを形成する方法が知られている。

また、特許文献３に開示されるように、フォトレジスト部材自体をレンズに用いる方法がある。例えば、ウエハ状態の発光素子上に直接フォトレジスト層をスピンコート法で必要な厚さ堆積させる。ここで用いるフォトレジスト部材は、使用する波長に対して、透明な部材である。堆積したフォトレジスト層をホットプレートでプレベーク後、露光器で投影し、現像を行なった後、不要な部分を洗い流す、最後に、紫外光で硬化後、熱処理によるリフロ−によってマイクロレンズを形成するものである。

本方法であれば、上述した方法に比べ、工程が少なく、また、発光素子の基板に与える熱の影響も小さくて済む。更に、発光素子の基板をエッチングにより傷つけることなくレンズ間を容易に空けることができる。ウエハ状態で作製することで、大量生産にも優れている。

また、上述したフォトレジスト部材をレンズに用いる以外の作製方法では、インクジェットを用いたものがある。各発光素子の上だけに透明樹脂を添加し、その後、紫外光により硬化させてマイクロレンズを形成するという方法である。以上述べたマイクロレンズの作製方法のいずれにおいても、表面張力の影響で球面レンズを容易に作製することができる。よって、本発明を適用したマイクロレンズの作製方法として上述のいずれの作製方法も採用することができる。

次に、本実施例の発光素子アレイを用いた光書込ユニットを図７に示す。図７は、結像光学系にロッドレンズアレイを用いた光書込ユニットである。なお、本実施例では、アレイ光学系を例に挙げているが、アレイ光学系でなくても問題ない。本実施例の発光素子アレイにおけるマイクロレンズは、発光素子からの出射する光量の単位角度当りの光量密度を上げるが、発光素子が小さくマイクロレンズの曲率の中心であればほとんど結像の作用はなく、発光素子サイズが大きくなったとしても、それほど影響はない上、本実施例では、マイクロレンズの高さはマイクロレンズの半径よりも小さいとしているので、マイクロレンズ自体の結像作用はほとんどないと考えてよい。従って、従来と同程度の結像作用を有し、より明るい光書込ユニットを得ることができる。

次に、図６を用いて、本発明を適用した光書込ユニットを用いた電子写真技術による画像形成装置の画像形成部の概略構成及び各部の機能について説明する。図６に示した画像形成装置における画像形成部は、感光体と呼ばれる像担持体６、帯電部７、露光部８、現像部９、転写部１０、クリーナ部１１、除電部１２を備えている。

像担持体６は、一般に暗所において絶縁性を示し、光を照射されることにより導電性を示す物質で構成される。基本的に、像担持体６は、光の照射によって電荷を発生する層、電荷発生層と、その発生した電荷を像担持体６表面まで輸送する働きをする層、電荷輸送層に大別される。この像担持体６は、任意の方向に一定の速度で回転している。図６では右回りの回転をしている。そして、像担持体６周りにある帯電部７で発生した電荷を像担持体６表面に帯電させる。そして、光が照射されるまで像担持体６は一定の電荷を保持している。

続いて、露光部７から、電荷を保持した像担持体６の表面に向かって、画像のデータに応じた光束を照射することにより、光が照射された像担持体６の部分には、電荷発生層で発生した像担持体６表面の電荷と符号が逆の電荷が発生し、その電荷が像担持体６表面に送られ、像担持体６表面の電荷と結合する。これにより、像担持体６表面に画像データに応じて電荷の存在する部分としない部分ができる。これを『静電潜像』と呼んでいる。

現像部９では、この静電潜像の画像となる部分にトナーを付着させる為に、現像部９の電位と、トナーが付着する部分の電位と間に差を発生させ、その電位差を利用して帯電しているトナーを像担持体６表面に飛ばす。この像担持体６表面に付着したトナーにより形成された像を『トナー像』と呼んでいる。

転写部１０は、このトナー像を記録紙１４表面に転写する部分である。記録紙１４は、図示していない給紙ボックスより、搬送ローラによって運ばれ、転写部１０まで輸送されると、上記のトナーを飛ばしたときと同様に、像担持体６表面の電位と、記録紙１４の電位差を利用して記録紙１４上にトナー像を転写させる。

トナー像を転写された記録紙１４は、紙搬送路に従って定着部１３まで運ばれ、熱、圧力等を利用してトナー像が記録紙１４上に固着し、画像が形成される。一方、転写部１０を通過した像担持体６は、更に回転し、クリーナ部１１で記録紙１４上に転写されなかったトナー像が掃除される。そして、除電部１２で一旦像担持体６表面の電荷を整えた後、再び帯電部７によって一定の電荷が与えられる。電子写真では、この工程を繰り返しながら画像が形成される。

本発明を適用した光書込ユニットは、外見上従来の光書込ユニットと変わらないため、そのまま露光ユニットとして用いることが可能である。また、従来の光書込ユニットに比べ、明るさが向上している為に、より高速な画像出力を要求する画像形成装置に用いることが可能となる。また、明るさが増したことで従来の出力枚数の画像形成装置に用いた場合であれば、光書込ユニットにかかる電力を抑えることができ、省エネルギーになる。また、図６に示す画像形成装置は、像担持体が一つである例であるが、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック等の各色毎の現像部に対して、一つずつ像担持体をもつタンデム型と呼ばれる画像形成装置においても同様の効果が期待できる。

本実施例の発光素子アレイにおけるマイクロレンズを示す図である。 （ａ）は、ＬＥＤから出射する光の範囲を説明する図である。（ｂ）は、本実施例のマイクロレンズから出射する光の範囲を説明する図である。 本実施例のマイクロレンズの形状（高さＨ）と像面上の明るさの関係について、シミュレーションにより計算した結果を示すグラフである。 本実施例のマイクロレンズの形状（屈折率Ｎ×高さＨ／直径Ｄの値）と像面上の明るさとの関係について、シミュレーションにより計算した結果を示すグラフである。 本実施例のマイクロレンズの形状（直径Ｄ／発光素子の長さＬの値）と係数Ａとの関係について、シミュレーションにより計算した結果を示すグラフである。 本発明を適用した画像形成装置の概略構成図である。 本発明を適用した光書込ユニットの概略構成分解斜視図である。 従来のルーフプリズムレンズアレイを示した部分斜視図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ（発光素子）アレイ
２ ＬＥＤ（発光素子）
３ マイクロレンズ
４ ＬＥＤから出射される光の範囲
５ マイクロレンズから出射される光の範囲
６ 像担持体
７ 帯電部
８ 露光部
９ 現像部
１０ 転写部
１１ クリーナ部
１２ 除電部
１３ 定着部
１４ 記録紙
Ｄ マイクロレンズ直径
Ｈ マイクロレンズ高さ
Ｌｘ ＬＥＤ（発光素子）の長さ
Ｌｙ ＬＥＤ（発光素子）の長さ

Claims (11)

1. 複数の発光素子が配列された発光素子アレイであって、
   各々の発光素子に１対１で対応し、発光素子上に直接形成されたマイクロレンズを複数有し、
   前記マイクロレンズの屈折率をＮ、前記発光素子の発光面と直交する方向の該マイクロレンズの高さをＨ、及び、前記発光素子の前記発光面上に直接形成される該マイクロレンズにおける、前記発光素子の発光面との接合面である該マイクロレンズの略円状の底面の直径をＤとしたときに、Ｎ・Ｈ＞０．２３Ｄを満足することを特徴とする発光素子アレイ。
2. 複数の発光素子が配列された発光素子アレイであって、
   各々の発光素子に１対１で対応し、発光素子上に直接形成されたマイクロレンズを複数有し、
   前記発光素子アレイの有する前記複数の発光素子が一列に配列されており、該配列方向における、前記発光素子の発光面においての、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、前記配列と直交する方向における、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、のいずれか長いほうの長さをＬとし、前記発光素子の前記発光面上に直接形成されるマイクロレンズにおける、前記発光素子の発光面との接合面である該マイクロレンズの略円状の底面の直径をＤ、該マイクロレンズの屈折率をＮ、前記発光素子の発光面と垂直方向の該マイクロレンズの高さをＨとしたときに、
   Ｄ／Ｌ≦２．５の場合において、
   １＜｛α・Ｌｏｇ _e （Ｄ／Ｌ）＋β｝・（Ｎ・Ｈ／Ｄ） ² 、α＝２．７１、β＝−０．１４３を、
   Ｄ／Ｌ＞２．５の場合において、
   ０．１＜Ａ・（Ｎ・Ｈ／Ｄ） ² 、Ａ＝２．３４を、満足することを特徴とする発光素子アレイ。
3. 前記発光素子アレイの有する前記複数の発光素子が一列に配列されており、該配列方向における、前記発光素子の発光面においての、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、前記配列と直交する方向における、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、のいずれか長いほうの長さをＬとし、前記発光素子の前記発光面上に直接形成されるマイクロレンズにおける、前記発光素子の発光面との接合面である該マイクロレンズの略円状の底面の直径をＤとしたときに、Ｌ≦Ｄを満足することを特徴とする請求項１または２記載の発光素子アレイ。
4. 前記発光素子アレイの有する前記複数の発光素子が一列に配列されており、該配列方向における、前記発光素子の発光面においての、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、前記配列と直交する方向における、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、のいずれか長いほうの長さをＬとし、前記発光素子の前記発光面上に直接形成されるマイクロレンズにおける、前記発光素子の発光面との接合面である該マイクロレンズの略円状の底面の直径をＤとしたときに、１．１５Ｌ≦Ｄを満足することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の発光素子アレイ。
5. 前記発光素子は、略ランバート分布となる発光パターンを持つＬＥＤであることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の発光素子アレイ。
6. 前記マイクロレンズは、ウエハ状態の発光素子上に直接形成することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の発光素子アレイ。
7. 前記マイクロレンズは、前記発光素子から出射される光の波長に対して、透過性を有するフォトレジスト材料で形成されることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の発光素子アレイ。
8. 複数の結像素子を有する結像素子アレイと、
   請求項１から請求項７の何れか１項に記載の発光素子アレイと、を具備することを特徴とする光書込ユニット。
9. 請求項８記載の光書込ユニットを備えたことを特徴とする画像形成装置。
10. 複数の発光素子が配列された発光素子アレイにおいて、前記発光素子の各々に１対１で対応させて、前記発光素子上に直接、マイクロレンズを形成した場合に、
    前記マイクロレンズの屈折率をＮ、前記発光素子の発光面と直交する方向の該マイクロレンズの高さをＨ、及び、前記発光素子の前記発光面上に直接形成される該マイクロレンズにおける、前記発光素子の発光面との接合面である該マイクロレンズの略円状の底面の直径をＤとしたときに、Ｎ・Ｈ＞０．２３Ｄを満足することを特徴とする発光素子アレイの作製方法。
11. 複数の発光素子が配列された発光素子アレイにおいて、前記発光素子の各々に１対１で対応させて、前記発光素子上に直接、マイクロレンズを形成した場合に、
    前記発光素子アレイの有する前記複数の発光素子が一列に配列されており、該配列方向における、前記発光素子の発光面においての、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、前記配列と直交する方向における、前記発光素子の片端からもう一方の端部までの長さと、のいずれか長いほうの長さをＬとし、前記発光素子の前記発光面上に直接形成されるマイクロレンズにおける、前記発光素子の発光面との接合面である該マイクロレンズの略円状の底面の直径をＤ、該マイクロレンズの屈折率をＮ、前記発光素子の発光面と垂直方向の該マイクロレンズの高さをＨとしたときに、
    Ｄ／Ｌ≦２．５の場合において、
    １＜｛α・Ｌｏｇ _e （Ｄ／Ｌ）＋β｝・（Ｎ・Ｈ／Ｄ） ² 、α＝２．７１、β＝−０．１４３を、
    Ｄ／Ｌ＞２．５の場合において、
    ０．１＜Ａ・（Ｎ・Ｈ／Ｄ） ² 、Ａ＝２．３４を、満足することを特徴とする発光素子アレイの作製方法。

Images