JPH02273256A - 光プリントヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本願発明はＬＥＤプリントヘッド等の光プリントヘッド
に関する。

【従来の技術】

光プリントヘッドは、電子写真プロセスにおいて、帯電
して回転する感光体の表面に、ヘッド基板状に一列に並
ぶ複数の発光素子から放射される露光出力を結像させる
ことにより露光を行うものである。 たとえば、光源としてＬＥＤ発光素子を備えるＬＥＤプ
リントヘッドにおいては、上記各ＬＥＤ発光素子が、６
４個あるいは１２８個の列状に配置された単位発光ドツ
ト有し、上記各発光ドツトが駆動用ＩＣによって駆動さ
せられる０通常、上記各発光ドツトから放射される点状
の露光出力を、上記感光体表面に再び点として集束させ
るために、上記ヘッド基板と上記感光体との間に光学レ
ンズ系が付設されている。 上記光学レンズ系は、上記各発光素子に対応する凸レン
ズ要素を上記光学素子の配置にそのまま対応させたレン
ズアレイ等が一船的に用いられることが多く、上記各発
光ドツトから放射される点状の光が上記レンズ要素によ
って集束されることにより、感光体上に上記発光ドツト
から投影されたドツト列像が形成される。

【発明が解決しようとする課題】

上記のような構成のＬＥＤプリントヘッドにより品質の
良い印字を得るには、各ＬＥＤ発光素子ごとの露光出力
のばらつきをなくすことはもちろん、各発光素子におけ
る各発光ドツトの上記感光体表面上における露光出力も
同一でなければならない。 しかしながら、一つの発光素子は、−船釣に、６４個あ
るいは１２８個の多数の発光ドツトをもち、それらが上
記発光素子に対応する一つのレンズ要素と所定距離を隔
ててほぼ平行な直線状に配置されている。このために、
上記各発光ドツトから放射される光束は、上記レンズ要
素に対して、その発光ドツトが配置された位置に応じて
上記レンズ要素に所定の角度をもって入射することから
、発光ドツトの配列位置によって、上記感光体上の結像
の照度が異なる現象が生じる。すなわち、各発光ドツト
の光の出力が同じであっても、上記レンズ要素の軸上に
位置する発光ドツトから放射されて上記レンズ要素に入
射する光量と、上記レンズ要素の軸から離れて位置する
発光ドツトから放射されて上記レンズ要素に入射する光
量との間にはかなりの差が発生する。このため、上記レ
ンズ要素によって集束される感光体上の露光量にもかな
りの差が生じ、印字を構成する各ドツトによる露光量に
差異か生じて印字品質の低下を招くという問題がある。 また、一般に、−点から出た光がレンズ要素の軸に沿っ
てレンズ要素に入射した場合には、レンズ要素を出た光
束は一点に集束するが、上記レンズ要素の軸と傾斜して
レンズ要素に入射した場合には、レンズ要素を出た光束
は再び一点に集束せず、上記傾斜の度合に応じて拡がり
をもって像面に散らばり像がぼけた状態となる。上記現
象は、−殿に収差と呼ばれるもので、光源がレンズ要素
の軸から離れるにしたがって、すなわち、光源から放射
された光束とレンズ要素の光軸との角度が大きくなるほ
どその影響が大きくなる。 光プリンタにおいては、上述のように、レンズ要素の軸
に近い部分に配置された発光ドツトから出た光はレンズ
要素の軸上に集束して像を結ぶが、レンズ要素の軸から
離れた部分に配置される発光ドツトから放射される光は
、感光体上である拡がりをもって感光体上に散らばるこ
とになる。このため、各発光ドツトの上記感光体上の像
の大きさが、各発光ドツトの配列位置によって異なると
いう現象が生じる。すなわち、上記レンズ要素の軸から
遠い位置にある発光ドツトによって上記感光体上に形成
される像の大きさは、上記レンズ軸上に位置する発光ド
ツトによって形成された像より大きくなる。このため、
各レンズ要素の軸から離れるに従い結像がひずみ、ある
いは、結像がぼやけて、解像度が低下し印字品質に悪影
響を及ぼすという問題が生じる。 とくに、装置を小型化するために、発光素子およびレン
ズ系を小さくするとともにレンズ要素の拡大倍率を大き
くとり、上記感光体上の結像を、発光素子の発光ドツト
より大きく投影する場合には、上記の問題によって印字
品質が大きく低下する恐れがある。 本願の請求項１に記載した発明は、上述の事情のもとで
考え出されたものであって、上記の従来の問題を解決し
、感光体上の各発光ドツトによる結像の照度を一定にす
ることができ、印字品質を向上させることのできる光プ
リントヘッドを提供することをその課題とする。 また、請求項２に記載した発明は、感光体上の像の照度
を一定にできることに加え、上記感光体上の結像の大き
さをも一定にすることができ、さらに印字品質を向上さ
せることのできる、光プリントヘッドを提供することを
その課題とする。

【課題を解決するための手段】

上述の課題を解決するために、本願発明では次の技術的
手段を講じている。 すなわち、本願の請求項１に記載した発明は、列状に形
成された多数の発光ドツトをもつ複数の発光素子がヘッ
ド基板上に配室されるとともに、上記ヘッド基板と感光
体との間に上記各発光素子に対応するレンズ要素をもつ
光学レンズ系を配置し、上記各発光素子の発光ドツトを
感光体に結像させるようになした光プリントヘッドにお
いて、上記各発光ドツトの上記感光体上における結像の
照度がほぼ同一になるように、上記各発光素子における
各発光ドツトの発光出力を、上記レンズ要素の軸から遠
ざかるに従って増加させたことを特徴とする。 また、本願の請求項２に記載した発明は、請求項１に記
載した光プリントヘッドにおいて、上記各発光ドツトの
上記感光体上における結像の大きさがほぼ同一になるよ
うに、上記各発光素子における各発光ドツトの発光面を
、上記レンズ要素の軸から遠ざかるに従って縮小したこ
とを特徴とする。

【発明の作用および効果】

本願の請求項１に記載した発明は、発光素子の各発光ド
ツトのレンズ要素に対する配置位置に応じて、その発光
出力を変化させることにより、感光体上に投影された像
の照度を一定化しようとするものである。 凸レンズによって投影像を形成する場合、−ＩＩに、レ
ンズに入射する光束のレンズの軸に対する角度をθとす
ると、投影面に形成される像の照度は、レンズの軸に沿
って光束が入射する場合に比べてｃｏｓ　’θに比例し
て減少する。上記現象は、レンズ軸から光源が遠ざかる
に従い、上記光源から放射された光のレンズに入射しう
る立体角が減少するために生じるものであり、一般にｃ
ｏｓ４乗則とよばれている。 本願発明は、上記法則を勘案して、上記発光ドツトが投
影される感光体上の結像が一定の照度をもつように、レ
ンズ要素の軸から遠ざかるに従って、発光ドツトの発光
出力を増加させたものである。 ＬＥＤ発光素子の場合には、発光面である、たとえばＺ
ｎ拡散層の面積を縮小して、光変換効率を上げることに
より、単位面積当たりの発光出力を増加させることがで
きる。 感光体上の各発光ドツトの結像の照度をほぼ同一にする
ことができるため、各発光ドツトに対応する感光体上の
露光量が均一化され、結像の露光量のばらつきにより印
字品質が低下するということがな（なる。 本願の請求項２に記載した発明は、請求項Ｉに記載した
発明によって上記感光体上の結像の照度をほぼ同一にす
ることに加え、発光素子の各発光ドツトのレンズ要素に
対する配列位置に応じて、その発光面の大きさを変化さ
せることにより、感光体上の結像の大きさをも一定化し
ようとするものである。 通常、レンズ要素の軸から離れた位置に配置される発光
ドツトから出た光は、レンズ要素の収差によって感光体
上で一点に集束せず、光源である発光ドツトより大きな
拡がりをもって投影される。 このため、印字品質の低下につながるという問題があっ
た。 本発明は、レンズ要素の軸から離れて配置される発光ド
ツトはど、その発光出力を増加させるとともに、その発
光面を縮小するように形成し、感光体上の結像の照度お
よび大きさをほぼ一定にするものである。 感光体上の各発光ドツトに対応する結像の大きさをほぼ
一定にすることができ、印字を構成するドア）のむらを
なくして鮮明度を飛躍的に向上させることができる。 本発明によって、発光素子の各発光ドツトの発光出力が
、感光体上に正確に露光出力として伝達され、解像度が
向上して鮮明な印字を行うことが可能となる。とくに、
ＬＥＤプリントへンドにおいては、請求項１に記載した
発明によって、発光面の発光出力を増加させるために、
発光面となるＺｎ拡散層の面積を必然的に減少させる必
要があるため好都合である。 また、レンズ要素による拡大倍率を上げて感光体上の結
像を大きくしても、結像の照度および大きさにばらつき
がなくなることから、発光素子およびレンズ要素を小型
化することが可能となり、装置の小型化を大きく推進す
ることが可能となる。

【実施例の説明】

以下、本願発明の実施例を第１図ないし第７図に基づい
て具体的に説明する。 第１図は、本願発明を適用したＬＥＤ光プリントヘッド
を用いて光プリンタを構成したときの概略構成図である
。 ＬＥＤ光プリントヘッドｌは、感光体としての感光ドラ
ム２の表面に対して平行に配置される。 ＬＥＤ光プリントへソド１の支持体３に固定されたヘッ
ド基板４上には、複数個のＬＥＤ発光素子５ａ、５ｂ・
・・が、一定間隔で長手方向−列に接着固定されている
。各ＬＥＤ発光素子５ａ、５ｂ・・・は、矩形の断面を
した短冊状の基板にＮ個（−船釣に、６４個または１２
８個）の発光ドツト６が等間隔−列に形成されたもので
あって、−枚のウェハに多数の発光素子５を一括形成し
た後、これらをダイシングによって単位発光素子５ごと
に分割することによって得られる。 上記ＬＥＤ発光素子５ａ、５ｂ・・・と感光ドラム２と
の間には、上記各ＬＥＤ発光素子から放射された光束を
感光ドラム２上に集束させて発光ドツト列像を結像させ
るための光学レンズ系７が配置される。この光学レンズ
系７は、上記各Ｌ　Ｅ　Ｄ発光素子５ａ、５ｂ・・・と
対応して対向し、かつ上記ＬＥＤ発光素子５ａ、５ｂ・
・・と同数の凸レンズ要素８ａ、８ｂ・・・を列状に集
合させたものであって、本実施例においては、これら各
凸レンズ要素８ａ８ｂ・・・を所定のレンズホルダ９に
保持させて構成されている。なお、本実施例においては
、レンズホルダ９の裏面に、第１図に示すように、各レ
ンズ保持溝１０ａ、ｌＯｂ・・・の中間部位から上記Ｌ
ＥＤ発光素子どうしのすきまに向けて延びる遮光板１１
を設けるとともに、第２図に示すように、レンズホルダ
９の輻方向両端部において裏面下方に延びる補強リブ１
２が一体形成されている。上記遮光板１１および補強リ
ブ１２によって、上記各ＬＥＤ発光素子５ａ、５ｂ・・
・から上記凸レンズ要素８ａ、８ｂ・・・までの空間が
ボックス状に囲まれることとなり、各ＬＥＤ発光素子５
ａ、５ｂ・・・からの光が隣の空間あるいはレンズホル
ダ９の外部に漏れ出て印字品質を低下させることがない
ように構成されている。 さて、上記の各発光素子５における発光ドツト６から放
射される光の状態を第３図に示す、この図中実線で示す
ように、レンズ要素８の軸１３上の発光ドツト６ａから
放射される光は、感光ドラム２の表面上において、上記
レンズ要素８の軸１３上に結像する。一方、上記レンズ
要素８の軸１３から離れた位置に配置された発光ドツト
６ｂから放射される光は、破線で示すように、その光の
中心軸１４が上記レンズ要素８の軸１３とθの角度をも
ってレンズ要素８に入射するとともに、感光体２の表面
上において、レンズ要素８の軸１３から離れた位置で結
像する。 このため、上記レンズ要素８の軸１３から離れた位置に
配置された発光ドツト６ｂによって感光体２の表面上に
形成される結像は、ｃｏｓ’θに比例してその照度が減
少することになる。 第４図は本願発明を適用したＬＥＤ発光素子５の概略斜
視図であり、第５図は第４図における■−■線に沿う拡
大断面図である。これらの図に示すようにＬＥＤ発光素
子５は、裏面にＡｕ等の裏メタル１５を有するＧａＡｓ
からなる基板１１６と、上記基板層１６の上に積層され
ＧａＡＳＰからなるエピタキシャル層１７とを備え、上
記エピタキシャル層１７の表面には、発光ドツト６を構
成する矩形状のＺｎ拡散層１８が、基板層１６の長手方
向に列状に埋込み形成されている。そして、上記エピタ
キシャルｌ１ｌ１７の上に上記Ｚｎ拡散層１８の表面を
露出させるようにして、Ｓｉ３Ｎ４膜からなる絶縁層１
９が形成され、上記絶縁層１９および上記Ｚｎ拡散層１
８の上から、上記Ｚｎ拡散層１日の所定面積を露出させ
ることにより所定の発光面２２を形成するようにアルミ
ニウム電極２０が設けられている０本実施例においては
、上記アルミニウム電極２０は、発光素子５の長手方向
両側縁部から上記Ｚｎ拡散層１８の表面に覆い被さるよ
うにして形成されるとともに、上記２Ｍ拡散１１１８の
中心部を横切る接続帯２１が一体形成されている。この
ため、−の発光ドツト６は上記接続帯２１で分画される
二つの発光面２２から構成されることとなる。 上記ＬＥＤ発光素子５の裏メタルを陰極とする一方、上
記アルミニウム電極を陽極として電圧を印加することに
よって上記Ｚｎ拡散層１８が発光し、表面に露出した発
光面２２から光が放射される。一般に、上記Ｚｎ拡散層
ｌ８は、印加電力を一定とした場合、その面積を小さく
するほど、光変換効率が向上し、単位面積当たりの発光
出力が増加するという性質がある。 第６図に本願の請求項１に記載した発明に係るＬＥＤ光
プリントヘッド１の発光素子５の平面図を示す、なお、
図中符号１３で示される点は、紙面に垂直にレンズ要素
８の軸１３が通っていることを表している。本願の請求
項１に記載した発明は、上記Ｚｎ拡散１ｉ１１８の表面
積を小さくすると、光変換効率が上がり、発光出力が増
加するという上記性質を利用したものである。第６図に
示すように、上記Ｚｎ拡散層１８の面積をレンズ要素８
の軸１３から遠ざかるに従い縮小させることにより単位
面積当たりの発光出力を増加させる一方、上記アルミニ
ウム電極層２０によって覆われる面積を調整して、発光
素子５の表面に露出する上記Ｚｎ拡散層の面積、すなわ
ち、発光面２２の面積を一定としている。 上記構成によって、レンズ要素８の軸から遠い位置に配
置される発光ドツト６はど、それから放射される光の出
力がｃｏｓ４乗則を勘案して増加される結果、感光体上
の結像の照度がほぼ一定となって露光量が均一化され、
レンズ要素８の軸１３から離れた位置に投影される結像
の露光量が不足して印字品質が低下するというようなこ
ともない。 第７図に本願の請求項２に記載した発明に係るＬＥＤ光
プリントヘフドｌの発光素子５の平面図を示す。本実施
例は、上述した本願の請求項１に記載した発明によって
、発光ドツト６の発光出力を変化させることに加え、発
光ドツト６の発光面２２の面積をも変化させたものであ
る。 図に示すように、Ｚｎ拡散層１８の面積を、上述の請求
項１に記載した発明と同様に、レンズ要素８の軸１３か
ら遠ざかるに従って減少させることにより発光出力を増
加させる一方、上記アルミニウム電極２０から露出する
上記Ｚｎ拡散Ｎ１８の面積をレンズ要素８の軸１３から
遠ざかるに従い縮小させることにより、光を放射する発
光ドツト６の発光面２２が縮小されている。 上記の構成によって、感光ドラム２上の結像の照度をほ
ぼ一定化することができるとともに、レンズ要素８の収
差に起因して感光ドラム２上の結像の大きさが拡大され
る分、発光面２２の面積を縮小することにより上記収差
の影響を補正し、各発光ドツト６から放射される光が、
その発光ドツト６の配列位置のいかんにかかわらず、感
光ドラム２上においてほぼ一定の面積を有するようにす
ることができる。 このため、露光量が一定になることに加え、解像度が飛
躍的に向上して鮮明な印字を行うことが可能となり、印
字品質を格段に向上させることが可能となる。とくに、
ＬＥＤ光プリントヘッドにおいては、請求項１に記載し
た発明によって、レンズ要素８の軸１３から遠ざかるに
従い、発光面２２の発光出ノ〕を増加させるために発光
面積を減少させる必要があるため好都合である。 また、レンズ要素８による拡大倍率を上げて感光体２上
の結像を大きくしても、結像の照度および大きさにばら
つきがなくなることから、レンズ・要素８を小型化する
ことが可能となり、’ＢＴＩの小型化を図ることが可能
となる。 本願発明の範囲は上述の実施例に限定されることはない
。本実施例は、本願発明をＬＥＤ発光素子を有する光プ
リントヘッドに適用した例であるが、本願発明を液晶シ
ャッターを存する光プリントヘフドに適用することもで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明を適用したＬＥＤプリントヘッドおよ
びこれを用いた光プリンタの概略構成図、第２図は第１
図におけるｎ−ｎ線に沿う断面図、第３図は作用説明図
、第４図は本願発明に係る光プリントヘッドの発光素子
の外観斜視図、第５図は第４図におけるＶ−Ｖ線に沿う
拡大断面図、第６図は本願の請求項１に記載した発明に
係る光プリントヘッドの発光素子の平面図、第７図は本
願の請求項２に係る光プリントへノドの発光素子の平面
図である。 ■・・・光プリントヘッド、２・・・感光体、４・・・
ヘッド基板、５・・・発光素子、６・・・発光ドツト、
７・・・光学レンズ系、８・・・レンズ要素、１３・・
・レンズ要素の軸、２２・・・発光面。 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）列状に形成された多数の発光ドットをもつ複数の
   発光素子がヘッド基板上に配置されるとともに、上記ヘ
   ッド基板と感光体との間に上記各発光素子に対応するレ
   ンズ要素をもつ光学レンズ系を配置し、上記各発光素子
   の発光ドットを感光体に結像させるようになした光プリ
   ントヘッドにおいて、 上記各発光ドットの上記感光体上における結像の照度が
   ほぼ同一になるように、上記各発光素子における各発光
   ドットの発光出力を、上記レンズ要素の軸から遠ざかる
   に従って増加させたことを特徴とする、光プリントヘッ
   ド。
2. （２）請求項１に記載した光プリントヘッドにおいて、 上記各発光ドットの上記感光体上における結像の大きさ
   がほぼ同一になるように、上記各発光素子における各発
   光ドットの発光面を、上記レンズ要素の軸から遠ざかる
   に従って縮小したことを特徴とする、光プリントヘッド
   。