JPH10297020A - 光プリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】感光体に照射されるビームの強度、大きさにバ
ラツキを生じて印画の濃度むらが形成されていた。 【解決手段】透明基板１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２をその発光面が前記
透明基板１と対面するようにして複数個、列状に配置さ
せるとともに、該透明基板１の上方に前記発光素子アレ
イと１対１に対応する複数個の非球面レンズを配設して
成る光プリンタヘッドであって、前記透明基板１は上面
もしくは下面に、前記発光素子アレイ２の発光素子の光
を非球面レンズ側に導くための窓部４ａを有する遮光膜
４が被着されており、かつ該遮光膜４の窓部４ａの幅が
各発光素子アレイの両端域では広く（幅：Ｗ１）、中央
域では狭く（幅：Ｗ２）なるように構成する。

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
の露光装置として組み込まれるＬＥＤ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、電子写真プリンタ等の露光装置と
して組み込まれる光プリンタヘッドは、例えば、ガラス
やセラミック等から成る基板上に、多数の発光素子が一
定のピッチで配列された発光素子アレイを複数個、直線
状に配列実装させるとともに、これら複数個の発光素子
アレイ上に複数個の非球面レンズを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の各発
光素子を外部からの印画信号に対応させて個々に選択的
に発光させるとともに、該発光した光（ビーム）を対応
する非球面レンズを介して外部の感光体に結像させ、感
光体面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、このような光プリンタヘッドの発光素
子アレイとしては、例えば６４個の発光ダイオード素子
を直線状に配列させて成るＬＥＤアレイ等が用いられて
おり、かかるＬＥＤアレイを用いてＡ４サイズ、３００
ｄｐｉの光プリンタヘッドを構成する場合には、５０８
ｄｐｉのＬＥＤアレイを４０個、基板上に１列に配列さ
せ、該各ＬＥＤアレイ上に所定倍率（1.692 倍）の非球
面レンズを１対１に対応させて配置させることによって
光プリンタヘッドが構成される。この場合、非球面レン
ズの焦点距離は２３．２８ｍｍに設定され、各非球面レ
ンズはＬＥＤアレイのほぼ中央に光軸が位置するよう配
されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来の
光プリンタヘッドによれば、非球面レンズを通過する光
の光量が該レンズの光軸に対する光の入射角θの大きさ
に応じて変化することが知られている。この現象はレン
ズを通過する光の光量がｃｏｓ⁴ θに比例して低下する
こと（一般にｃｏｓ４乗則と呼ばれている）によるもの
で、非球面レンズの光軸から遠い位置に配されている発
光素子の光、即ち、各発光素子アレイの両端域に位置す
る発光素子の光は中央域に位置する発光素子の光に比べ
て光量の低下が大きく、このため、感光体に照射される
ビームの強度、大きさにバラツキを生じて印画の濃度む
らが形成される欠点を有していた。

【０００５】また一方、前述のような従来の光プリンタ
ヘッドにおいて非球面レンズの近傍に板状の光量絞り部
材を配置することが提案されている。

【０００６】しかしながら、この光量絞り部材は、隣接
する発光素子アレイからの光の散乱による不要な印画の
形成等を防止する目的で設けられたものであり、このよ
うな光量絞り部材には非球面レンズに対応する複数の孔
がただ単に設けられているだけである。従って、隣接す
る発光素子アレイからの光を遮断するのには利用するこ
とができても、前述のようなｃｏｓ４乗則に起因する光
量低下の問題を解決するものではない。

【０００７】

【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、透明基板の下面に、多数の発光素子
が直線状に配列された発光素子アレイをその発光面が前
記透明基板と対面するようにして複数個、列状に配置さ
せるとともに、該透明基板の上方に前記発光素子アレイ
と１対１に対応する複数個の非球面レンズを配設して成
る光プリンタヘッドであって、前記透明基板は上面もし
くは下面に、前記発光素子アレイの発光素子の光を非球
面レンズ側に導くための窓部を有する遮光膜が被着され
ており、かつ該遮光膜の窓部の幅が各発光素子アレイの
両端域で広く、中央域で狭くなしてあることを特徴とす
るものである。

【０００８】

【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。図１は本発明の光プリンタヘッドの
一形態を示す縦断面図、図２は図１の光プリンタヘッド
の横断面図、図３は図１の光プリンタヘッドを上から見
た平面図であり、１は透明基板、２は発光素子アレイ、
２Ａは発光素子、３は非球面レンズ、４は遮光膜、４ａ
は窓部である。尚、図３では図面の簡略化のために非球
面レンズ３を省略して図示している。

【０００９】前記透明基板１は透光性を有した絶縁材
料、例えばホウケイ酸ガラスや石英，サファイア，結晶
化ガラス等から成り、その下面には複数個の発光素子ア
レイ２やこれら発光素子アレイ２に外部電源からの電力
を供給するための配線パターン（図示せず）等が取着さ
れている。

【００１０】前記複数個の発光素子アレイ２はその発光
面が前記透明基板１と対面するようにして透明基板１の
下面に配置されており、その各々が四角形状を成す多数
の発光素子２Ａを一定ピッチで直線状に配列させて成っ
ているため、これら多数の発光素子２Ａを外部からの印
画信号に基づいて個々に選択的に発光させ、該発光した
光（ビーム）を後述する非球面レンズ３を介して外部の
感光体Ｐに照射させることにより感光体面に所定の潜像
を形成するようになっている。

【００１１】このような発光素子アレイ２としては、例
えば６４個の発光ダイオード素子を直線状に配列させて
成るＬＥＤアレイ等が用いられ、該ＬＥＤアレイは、例
えば、まずＧａＡｓの基板を炉中にて高温に加熱すると
ともにＡｓＨ₃ （アルシン）とＰＨ₃ （ホスヒン）とＧ
ａ（ガリウム）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（ガリウム−砒素−リン）の
単結晶を成長させ、次にＧａＡｓＰ単結晶表面にＳｉ₃
Ｈ₄ （窒化珪素）の窓付膜を被着させるとともに該窓部
にＺｎ（亜鉛）のガスをさらし、ｎ型半導体のＧａＡｓ
Ｐ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作製される。

【００１２】尚、前記発光素子アレイ２はＡ４サイズ、
３００ｄｐｉの光プリンタヘッドを形成する場合、６４
個の発光素子２Ａを一単位とした５０８ｄｐｉの発光素
子アレイ２を４０個、その発光面が透明基板１の下面と
対面するようにして配列させ、これらを透明基板１の下
面にフリップチップ実装すること、具体的には、発光素
子アレイ２の発光面と同一面に形成される多数の端子電
極を透明基板１上の配線パターンに対し半田等のロウ材
２Ｂを介して電気的・機械的に接続させることによって
透明基板１の下面に取着される。

【００１３】また前記発光素子アレイ２を下面に取着さ
せた透明基板１の上方には、発光素子アレイ２と１対１
に対応する複数個の非球面レンズ３が配設されている。

【００１４】前記複数個の非球面レンズ３は、その光軸
が対応する発光素子アレイ２のほぼ中央に位置するよう
配され、発光素子アレイ２の各発光素子２Ａの発する光
を所定の倍率で拡大し、これを感光体面Ｐに照射・結像
させる作用を為す。尚、このような複数個の非球面レン
ズ３は、液晶ポリマー等で形成される図示しないレンズ
プレートやハウジング等によって透明基板１から所定の
距離だけ離れた位置に固定されるようになっている。

【００１５】前記非球面レンズ３は、例えば、５０８ｄ
ｐｉのＬＥＤアレイを４０個用いて光プリンタヘッドを
構成する場合、倍率１．６９２倍のものを２３．２８ｍ
ｍの焦点距離に設定して用い、またこのような非球面レ
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る。

【００１６】そして、前記透明基板１の上面には窓部４
ａを有した黒色の遮光膜４が被着されている。前記遮光
膜４の窓部４ａは、発光素子アレイ２の発光素子２Ａの
光の一部を遮蔽し所定の光量に制限した上で非球面レン
ズ３側に導くためのものであり、その形状は、各発光素
子アレイ２の両端域で広く、また中央域で狭くなしてあ
る。例えば、発光素子アレイ２の中央域の窓部４ａの幅
Ｗ１は２７５〜３１０μｍに、また両端域の窓部４ａの
幅Ｗ２は４００〜４５０μｍに設定される。

【００１７】このように透明基板１の上面に窓部４ａを
有した遮光膜４を被着させるとともに、該窓部４ａの幅
を各発光素子アレイ２の両端域で広く、中央域で狭くな
すように構成したことから、発光素子アレイ２の中央域
に位置する発光素子２Ａの光の光量をレンズのｃｏｓ４
乗則を予め補正するように制限することができる。これ
により、非球面レンズ３を介して感光体Ｐに照射される
全ての発光素子２Ａのビームの強度、大きさを実質的に
等しくなすことができるようになり、濃度むらの無い良
好な印画の形成が可能となる。

【００１８】また、このような窓付きの遮光膜４は、透
明基板１に対して直に被着されるものであることから、
遮光膜４そのもの、若しくは発光素子アレイ２が接続さ
れる透明基板下面の配線パターン等を発光素子アレイ２
を実装する際の位置合わせ用のマーカーとして好適に用
いることができ、これにより各発光素子アレイ２と遮光
膜４との位置合わせを極めて容易、かつ正確に行うこと
が可能である。

【００１９】尚、前記遮光膜４は、黒色顔料入りのガラ
スペーストやエポキシ樹脂等の前駆体ワニスを従来周知
のスクリーン印刷等によって透明基板１の上面に印刷・
塗布し、これを高温で焼き付けたり、或いは熱硬化させ
たりすることにより１０〜１５μｍの厚みに被着され
る。

【００２０】また前記遮光膜４の窓部形状は、例えば以
下のようにして決定される。まず、遮光膜をもたない従
来の光プリンタヘッドを用いて発光素子アレイの各発光
素子を実質的に等しい印加エネルギーでもって発光さ
せ、非球面レンズを透過した各発光素子の光の光量を測
定するとともに、遮光膜によって制限すべき光量を発光
素子毎に算出する。尚、ここで基準となる光は前述の測
定の際に最も光量の少なかった発光素子の光となる。そ
して次に前述の算出結果に基づき各発光素子毎に遮光膜
で覆うべき透明基板の領域を求め、これらを線でつなぐ
ことによって遮光膜の窓部形状が決定される。

【００２１】かくして上述した光プリンタヘッドは、発
光素子アレイ２の各発光素子２Ａを外部からの印画信号
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）を透明基板１及び非球面レンズ３を介
して外部の感光体Ｐに結像させ、感光体面に所定の潜像
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。

【００２２】尚、以上のような本発明は上述の形態に限
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。例えば、上
述の形態においては遮光膜４を透明基板１の上面に被着
させたが、これに代えて遮光膜を透明基板の下面に被着
させるようにしても良い。このとき、前記遮光膜をガラ
ス等で形成し、該遮光膜で透明基板下面の配線パターン
を被覆するようになしておけば、遮光膜によって配線パ
ターンの酸化腐食等を防止することができ、遮光膜を保
護膜として機能させることもできる。

【００２３】また上述の形態においては遮光膜４を黒色
顔料入りのガラスペースト等を印刷することによって形
成したが、これに代えて、厚み０．１ｍｍ程度のＳＵＳ
板等を透明基板の上面もしくは下面に貼着してこれを遮
光膜としても構わない。

【００２４】更に上述の形態においては遮光膜４の窓部
形状を直線的に形成したが、これに代えて、図４（ａ）
に示す如く遮光膜４’の窓部形状を曲線的に形成した
り、或いは、図４（ｂ）に示す如く遮光膜４”の窓部形
状を階段状に形成しても構わない。

【００２５】尚、上述の形態においてはＬＥＤアレイを
用いたＬＥＤプリンタヘッドを例に説明したが、これ以
外の発光素子アレイを用いた光プリンタヘッド、例えば
ＥＬヘッド、プラズマドットヘッド、液晶シャッタヘッ
ド、蛍光ヘッド、ＰＬＺＴ等にも適用が可能である。

【００２６】

【発明の効果】本発明の光プリンタヘッドによれば、下
面に発光素子アレイを取着させた透明基板の上面に窓部
を有した遮光膜を被着させるとともに、該窓部の幅を各
発光素子アレイの両端域で広く、中央域で狭くなすよう
に構成したことから、発光素子アレイの中央域に位置す
る発光素子の光の光量をレンズのｃｏｓ４乗則を予め補
正するように制限することができる。これにより、非球
面レンズを介して外部の感光体に照射される全ての発光
素子のビームの強度、大きさを実質的に等しくなすこと
ができるようになり、濃度むらの無い良好な印画の形成
が可能となる。

【００２７】また本発明の光プリンタヘッドにおいて
は、前記遮光膜が透明基板に対して直に被着されること
から、遮光膜そのもの、若しくは発光素子アレイが接続
される透明基板上の配線パターン等を発光素子アレイを
実装する際の位置合わせ用のマーカーとして用いること
ができ、これにより各発光素子アレイと遮光膜との位置
合わせを極めて容易、かつ正確に行うことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光プリンタヘッドの一形態を示す縦断
面図である。

【図２】図１の光プリンタヘッドの横断面図である。

【図３】図１の光プリンタヘッドを上から見た平面図で
ある。

【図４】本発明の光プリンタヘッドの変形例を示す部分
拡大図である。

【符号の説明】

１・・・透明基板 ２・・・発光素子アレイ ２Ａ・・発光素子 ３・・・非球面レンズ ４・・・遮光膜 ４ａ・・窓部 Ｐ・・・感光体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板の下面に、多数の発光素子が直線
   状に配列された発光素子アレイをその発光面が前記透明
   基板と対面するようにして複数個、列状に配置させると
   ともに、該透明基板の上方に前記発光素子アレイと１対
   １に対応する複数個の非球面レンズを配設して成る光プ
   リンタヘッドであって、 前記透明基板は上面もしくは下面に、前記発光素子アレ
   イの発光素子の光を非球面レンズ側に導くための窓部を
   有する遮光膜が被着されており、かつ該遮光膜の窓部の
   幅が各発光素子アレイの両端域で広く、中央域で狭くな
   してあることを特徴とする光プリンタヘッド。