JPH1178116A

JPH1178116A - 発光ダイオードアレイおよび光書込装置

Info

Publication number: JPH1178116A
Application number: JP25227497A
Authority: JP
Inventors: Seizo Suzuki; 清三鈴木; Koji Masuda; 浩二増田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 1999-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】発光ダイオードアレイにおける発光部の等間隔
配列に基づく問題の有効な解決を図る。【解決手段】レンズアレイ１２における任意のレンズＬ
_i に対応する複数の発光部の間隔が、上記レンズにおけ
る歪曲収差を補正するように変化している。

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」ていた。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個々のレ
ンズに歪曲収差があると、各発光部が書き込むドットの
間隔が発光部の配列方向に等間隔にならず、文字フォン
ト等に歪みを生じ、記録画像の画質を低下させる。ま
た、上記各レンズに像面湾曲があると、発光部の結像点
が感光体の感光面からずれ、記録画像の解像度に「む
ら」が生じ、やはり記録画像の像質低下の原因となる。
出願人は先に、このような問題を解決するため、書込ヘ
ッドに用いる発光ダイオードアレイの複数の発光部を、
レンズアレイにおける個々のレンズの歪曲収差と像面湾
曲とを良好に補正するように「曲線に沿って配列する」
ことを提案した（特開平９−１３５０４１号）。この方
法は像面湾曲の補正に関しては有効であるが、発光部の
配列ピッチが一定であるため、歪曲収差の補正に関して
は必ずしも十分でない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、光書込装
置のレンズアレイにおける個々のレンズの歪曲収差に起
因する文字フォント等の歪みを有効に解消・軽減するこ
とを課題とする。この発明はまた、上記文字フォント等
の歪みを解消し、さらに、記録画像の解像度のむらを有
効に解消もしくは軽減することを課題とする。

【０００４】

【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光書込装置において、書込ヘッドに
用いられる発光ダイオードアレイ」であって、以下の如
き特徴を有する（請求項１）。即ち、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、レンズアレイにおける任意のレンズに
対応する複数の発光部の間隔が、上記レンズにおける歪
曲収差を補正するように変化している。「レンズアレイ
における任意のレンズに複数の発光部が対応する」と
は、レンズアレイにおける個々のレンズに、このレンズ
に対応する複数の発光部が存在することを意味し、これ
ら複数の発光部は、これらの全てが発光したとすれば、
対応するレンズにより感光体上に発光部数に等しいスポ
ット像を結像することになる。なお、レンズアレイは
「同一の光学特性を持つものとして設計されたレンズの
アレイ配列」であるので、個々のレンズは互いに同じ収
差を持つ。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。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、公知のものを用いること
ができる。

【０００５】上記請求項１記載の発光ダイオードアレイ
において、レンズアレイの像面において該レンズアレイ
における任意のレンズに応じて設定される書込みドット
の理想の像高：Ｉdeに対し、上記レンズを介して、像
高：Ｉdeと共役と成る発光部の物体高：Ｏbjが、条件：｜（Ｏbj／Ｉde）−１｜≦０．０１（１）を満足するように、上記任意のレンズに対応する複数の
発光部の間隔を定めることができる（請求項２）。即
ち、感光体の表面（レンズの像面）上で「理想のドット
配列」を考えると、このドット配列は「発光部の配列方
向に等間隔的」でなければならない。レンズアレイにお
ける任意のレンズを考えたとき、該レンズが結像するド
ット群の個々が理想的な像高を有するためには、これら
ドットの任意のものの像高として理想の像高：Ｉdeを考
えたとき、このドットと共役関係にある発光部の物体
高：Ｏbjは、上記レンズの歪曲収差をＤist(％)とすれ
ば、Ｏbj＝Ｉde×｛１−（Ｄist／１００）｝（２）で与えられるから、各発光部の像高を、その発光部に対
応するドットの理想の像高に対して（２）式を満足する
ように決定すれば、感光体上におけるドット配列は理想
的に等間隔化されることになる。しかし、実際的見地か
らすれば、Ｏbj≠Ｉdeなる前提のもとで、上記条件式：
（１）が満足されるように、個々の発光部の物体高：Ｏ
bjを対応するレンズに対して定めれば、ドットを「フォ
ント等の歪みを防止するのに十分な精度」で等間隔化で
きる。

【０００６】上記請求項１または２記載の発光ダイオー
ドアレイにおいて、レンズアレイにおける任意のレンズ
に対応する複数の発光部を「上記レンズにおけるサジタ
ル方向もしくはメリディオナル方向の像面湾曲を補正す
るように、曲線に沿って配列する」ことができる（請求
項３）。サジタルとメリディオナルのどちらの像面湾曲
を補正するかは適宜であるが、書込みのドットの配列方
向の解像度のむらを改善する見地からすると、メリディ
オナル方向の像面湾曲を補正するようにするのが望まし
い。

【０００７】上記請求項１または２または３記載の発光
ダイオードアレイにおいて、レンズアレイにおける任意
のレンズに対応する複数の発光部の、発光強度の各強度
中心方向が、上記レンズの中心近傍を向くようにするこ
とができる（請求項４）。発光ダイオードアレイの各発
光部から放射される光束は、発光部の端面に直交する方
向を最大強度として、上記方向から離れるに従い強度の
減衰する光束である。この場合において上記「発光部の
端面に直交する方向」が「発光部の強度中心方向」であ
る。このようにすると、レンズアレイにおける個々のレ
ンズに対応する複数の発光部からの光は全て、対応する
レンズのみに入射し、別のレンズへ入射することがない
ので、レンズ周辺部に位置する発光部の光が隣接するレ
ンズに入射してフレア光となったり、あるいはレンズ周
辺部で「ケラれ」たりすることがない。

【０００８】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光書込
装置」であって、書込ヘッドにおける発光ダイオードア
レイとして、上記請求項１または２または３または４記
載のものを用いることを特徴とする（請求項５）。この
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（アレイ配列の単位となるレ
ンズ）とするアレイ」とすることができる（請求項
６）。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１において、符号１０は「発光
ダイオードアレイ」、符号１２は「レンズアレイ」、符
号１４は「像面」を示している。レンズアレイ１２は、
複数のレンズを図の上下方向に所定ピッチで配列して成
る。符号Ｌ_i-1，Ｌ_i，Ｌ_i+1は、相互に連接したレンズ
を示す。これらのレンズ．．．，Ｌ_i-1，Ｌ_i，
Ｌ_i+1，．．．は、同一の光学特性を有するものであ
る。符号Ｔは隣接するレンズの「つなぎ目部分」を示
す。発光ダイオードアレイ１０は「端面発光型」のもの
であって、発光ダイオードがアレイ配列されている。図
１には、レンズアレイ１２におけるレンズＬiに対応す
るＮ個の発光ダイオード（その発光端面が発光部であ
る）ＬＤ_i1，．．．，ＬＤ_iK，．．ＬＤ_iN-1，ＬＤ_iNが
描かれている。他の各レンズに対しても、これらと同
様、Ｎ個の発光ダイオードが配備されている。Ｎの大き
さは、通常「数１０のオーダー」である。

【００１０】発光ダイオードＬＤ_i1〜ＬＤ_iNの発光部
は、直線１１上に配列しているが、各発光部の発光端面
（各発光部は、図１に符号ＤＴで示す如き「発光強度の
分布」を有し、「強度中心方向（発光強度最大の方
向）」は発光端面に直交する方向である）を、対応する
レンズＬi の中心部近傍に向けている。

【００１１】図１において符号Ｉde１は、発光ダイオー
ドＬＤ_i1に対応するドットの理想像高を示している。発
光ダイオードＬＤ_i1のレンズＬ_iに対する物体高：Ｏbj1
は、レンズＬ_i の歪曲収差を考慮して、前記の式（１）
または（２）を満足するように設定される。他の発光ダ
イオードＬＤ_i2〜ＬＤ_iNについても同様である。このよ
うにすると、隣接する発光ダイオードの発光部の間隔：
Δξ₁〜Δξ_N-1は一様にならず、像面１２上におけるド
ットが（図の上下方向で）等間隔となるような値とな
る。像面１２は実体的には（通常、光導電性の）感光体
の感光面であり、発光ダイオードアレイ１０およびレン
ズアレイ１２に対して相対的に、図面に直交する方向へ
変位する。

【００１２】即ち、図１の実施の形態は、「光書込装
置」としては、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１２により感光体表面１４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１２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」であり（請求項５）、発光ダイオードアレイ
１０は、発光ダイオードＬＤ_i1，ＬＤ_i2，．．の発光部
を同一チップ内でアレイ配列してなり、レンズアレイ１
２における任意のレンズＬ_i に対応する複数の発光部の
間隔：Δξ₁，Δξ₂，．．が、レンズＬ_i における歪曲
収差を補正するように変化している（請求項１，２）。
また、レンズアレイ１２における任意のレンズＬ_i に対
応する複数の発光部の発光強度ＤＴの各強度中心方向
は、レンズＬi の中心近傍を向くように定められている
（請求項４）。

【００１３】図２において、符号１０’は「発光ダイオ
ードアレイ」、符号１２はレンズアレイ、符号１４は像
面（実体的には感光体表面）を示している。この実施の
形態においても、レンズアレイ１２における任意のレン
ズＬ_i に対してＮ個の発光ダイオードＬＤ_i1，．．ＬＤ
_iK，．．ＬＤ_iN-1，ＬＤ_iNが配備され、各発光ダイオー
ドの発光部は「曲線ＬＮに沿う」ように配備され、各発
光部における「発光部の発光強度ＤＴの各強度中心方
向」は、レンズＬi の中心近傍を向くように定められて
いる（請求項４）。発光ダイオードＬＤ_i1に関する物体
高：Ｏbj1は、その理想像高：Ｉde1との関係において、
レンズＬ_i の歪曲収差を考慮して前記の式（１）または
（２）を満足するように設定され、他の発光ダイオード
ＬＤ_i2〜ＬＤ_iNについても同様である。従って「隣接す
る発光ダイオードの発光部の間隔」は一様にならず、歪
曲収差の影響を補正して像面１２上におけるドットが
（図の上下方向で）等間隔となるような値となる（請求
項１，２）。前記曲線ＬＮは、レンズＬ_i におけるサジ
タル方向もしくはメリディオナル方向の像面湾曲を補正
するような曲線である（請求項３）。図１，２に示す発
光ダイオードアレイ１０は「端面発光型」であり、ＬＰ
Ｅ(Liquid Phase Epitaxial)法やＭＯＣＶＤ(Metal Org
anized Chemical Vaper Deposite）法等の半導体プロセ
スにより作製される。端面発光型の発光ダイオードアレ
イは、発光光束の強度中心方向が、半導体材料の積層方
向ではなく、これに直交する方向であるので、作製の際
のレジストパターンの調整により発光部の向き（強度中
心方向の向き）を所望の方向に向けたり、発光部の配列
を容易に曲線ＬＮに沿ったものとすることができる。

【００１４】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げる。

【００１５】レンズアレイ１２として、最大物体高が略
２．５ｍｍ（入射瞳径：略５ｍｍ）のレンズを５ｍｍピ
ッチでアレイ配列したものを用いた。レンズアレイ１２
を構成する個々のレンズは、両面とも凸の「非球面形
状」である。即ち、実施例で用いるレンズアレイは「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（請求項６）。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・ｈ
¹⁰＋．．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。

【００１６】レンズＬ_iの、発光ダイオードアレイ側の
レンズ面の形状：ｒ＝２２．７１１，ｋ＝−２３．５２３，ａ＝−０．５
５４８Ｅ−３，ｂ＝−０．２７５９Ｅ−４，ｃ＝０．１
４２１Ｅ−５，ｄ＝−０．３１０３Ｅ−６レンズＬ_iの、感光体側のレンズ面の形状：ｒ＝−７．８４２，ｋ＝０．１８１２，ａ＝−０７２９
７Ｅ−４，ｂ＝−０．１１２５Ｅ−４，ｃ＝−０．２５
１６Ｅ−５，ｄ＝０．２０６３Ｅ−６レンズＬ_iの光軸上の面間隔：２０、屈折率：１．５７
２１。

【００１７】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。また、長さの次元を持つ量の
単位は「ｍｍ」である。

【００１８】このように形成されたレンズアレイを以下
のように配備した。先ず、レンズアレイの射出側レンズ
面から感光体表面（図１の像面１４）に至る距離を２０
ｍｍに設定した。また、物体距離（図１における直線１
１とレンズアレイ１２の入射側レンズ面までの距離）を
２０ｍｍに設定した。即ち、レンズアレイは、個々のレ
ンズの結像倍率を１として使用される。レンズアレイに
おける個々のレンズには、発光ダイオードアレイにおけ
る２１個の発光部が対応するようにした。これら２１個
の発光部の中央の１個を、対応するレンズの光軸上に配
備し、残りの２０個の発光部は上記光軸の両側に対称的
に振り分けて配備させた。

【００１９】先ず、上記２１個の発光部を、図１におけ
る直線１１上に等間隔（０．２５ｍｍ間隔）で配列さ
せ、これら２１個の発光部を同時に発光させた。このと
き、レンズアレイの各レンズの球面収差・像面湾曲・歪
曲収差を図３に示す。

【００２０】実施例１図３（ｃ）の歪曲収差に基づき、２１個の発光部の配列
間隔を変化させた。発光部の配列はレンズの光軸に対し
て対称であるので、光軸上とその片側に配備された１１
個の発光部の物体高（前述のＯbj）及び発光部の間隔を
以下に示す。ｎ（発光部番号）歪曲収差（％）発光部の物体高（ｍｍ）間隔１（光軸上）０．０００００．０００００．２５２ −０．００１１０．２５０００．２５３ −０．００４４０．５００００．２５０１４ −０．００９９０．７５０１０．２５０１５ −０．０１７６１．０００２０．２５０１６ −０．０２７５１．２５０３０．２５０３７ −０．０３９６１．５００６０．２５０３８ −０．０５３９１．７５０９０．２５０５９ −０．０７０５２．００１４０．２５０６１０ −０．０８９２２．２５２００．２５０７１１ −０．１１０１２．５０２７即ち、図３に示す歪曲収差は、像高が大きくなるに従い
「次第に負の向きに大きく」なっており、このことは、
発光部の間隔を等間隔とした場合、ドットの間隔は「像
高が大きくなるに従い狭まる傾向」であることが分か
る。従って、このような歪曲収差を補正するには、隣接
する発光部の間隔を、レンズの光軸を離れるに従い漸次
増大させればよく、実施例１示すように、発光部の配置
を定めることにより、像面湾曲や球面収差は図３に示し
たものに保ったまま、歪曲収差を完全に補正し、像面上
のドット間隔を等間隔化できた。

【００２１】次に、２１個の発光部をレンズＬ_i の光軸
に関して対称的、且つ、配列間隔を等間隔として、図２
に示すように曲線ＬＮに沿って配列するようにした。曲
線ＬＮは、図３に示す「メリディオナル方向の像面湾
曲」が補正されるように設定した。このときの発光部配
列の曲線ＬＮの曲率半径：Ｒ₀は、Ｒ₀＝４．５とした。

【００２２】その結果、全発光部を同時発光させたとき
の球面収差・像面湾曲・歪曲収差は図４に示す如きもの
となった。図４から分かるように、球面収差は変化せ
ず、像面湾曲はメリディオナル方向の像面湾曲が略完全
に補正されたが、歪曲収差は正の側に大きく発生した。
この歪曲収差は「等間隔に配備された発光部の像」であ
るドットの間隔が、像高が高くなるにつれて拡大する傾
向にあることを示している。従ってこの場合、歪曲収差
を補正するには、発光部の間隔をレンズＬ_i の光軸を離
れるに従い小さくなるようにすればよい。

【００２３】実施例２図４（ｃ）の歪曲収差に基づき、２１個の発光部の配列
間隔を変化させた。発光部の配列はレンズの光軸に対し
て対称であるので、光軸上とその片側に配備された１１
個の発光部の物体高（前述のＯbj）および発光部の間隔
を以下に示す。ｎ（発光部番号）歪曲収差（％）発光部の物体高（ｍｍ）間隔１（光軸上）０．０００００．０００００．２４９９２０．０３１５０．２４９９０．２４９５３０．１２６５０．４９９４０．２４８５４０．２８６２０．７４７９０．２４７０５０．５１２９０．９９４９０．２４５０６０．８６９８１．２３９９０．２４２４７１．１８１４１．４８２３０．２４１８８１．６３３７１．７２１４０．２５０３９２．１７４６１．９５６５０．２３５１１０２．８１４７２．１８６６０．２２４２１１３．５６７８２．４１０８このように発光部を配列した結果、図４における球面収
差・像面湾曲をそのままに保ちつつ、歪曲収差を略完全
に補正し、ドット間隔を等間隔化できた。

【００２４】

【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。この発明の発光ダイオードアレイは、発光部の
配列間隔の調整によりレンズアレイにおける各レンズの
歪曲収差もしくは歪曲収差と像面湾曲を良好に補正する
ので、感光体を露光するドットの間隔が高度に等間隔化
できる。また像面湾曲に起因する解像度のむらを有効に
軽減もしくは解消できる。請求項４記載の発明では、レ
ンズ周辺部に位置する発光部からの光が隣接するレンズ
に入射してフレア光となったり、あるいはレンズ周辺部
で「ケラれ」たりすることがない。この発明の光書込装
置は等間隔のドット、あるいは等間隔でドット径むらの
少ないドットにより、極めて良好な画像書込を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光書込装置の実施の１形態を説明す
るための図である。

【図２】この発明の光書込装置の実施の別形態を説明す
るための図である。

【図３】発光ダイオードアレイの発光部を直線上に等間
隔で配列した場合の球面収差・像面湾曲および歪曲収差
を示す図である。

【図４】発光ダイオードアレイの発光部を像面湾曲を補
正する曲線上に等間隔で配列したときの球面収差・像面
湾曲および歪曲収差を示す図である。

【符号の説明】

１０発光ダイオードアレイＬＤ_iK 発光ダイオード１２レンズアレイ１４像面（感光体表面）

Claims

【特許請求の範囲】

【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
ドに用いられる発光ダイオードアレイであって、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、レンズアレイにおける任意のレンズに対応する
複数の発光部の間隔が、上記レンズにおける歪曲収差を
補正するように変化していることを特徴とする発光ダイ
オードアレイ。
【請求項２】請求項１記載の発光ダイオードアレイにお
いて、レンズアレイの像面において該レンズアレイにおける任
意のレンズに応じて設定される書込みドットの理想の像
高：Ｉdeに対し、上記レンズを介して、像高：Ｉdeと共
役と成る発光部の物体高：Ｏbjが、条件：｜（Ｏbj／Ｉde）−１｜≦０．０１を満足するように、上記任意のレンズに対応する複数の
発光部の間隔が定められていることを特徴とする発光ダ
イオードアレイ。
【請求項３】請求項１または２記載の発光ダイオードア
レイにおいて、レンズアレイにおける任意のレンズに対応する複数の発
光部が、上記レンズにおけるサジタル方向もしくはメリ
ディオナル方向の像面湾曲を補正するように、曲線に沿
って配列されていることを特徴とする発光ダイオードア
レイ。
【請求項４】請求項１または２または３記載の発光ダイ
オードアレイにおいて、レンズアレイにおける任意のレンズに対応する複数の発
光部の発光強度の各強度中心方向が、上記レンズの中心
近傍を向くように定められていることを特徴とする発光
ダイオードアレイ。
【請求項５】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請求項１ま
たは２または３または４記載のものであることを特徴と
する光書込装置。
【請求項６】請求項５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。