(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が１次元または２次元に配列された発光素子アレイチップと、
前記発光素子アレイチップが複数個張り付けられた基板と、
前記発光素子アレイチップの発光点からの光を伝達するロッドレンズが配列されたロッドレンズアレイとを備え、
前記ロッドレンズは、当該ロッドレンズの中心軸と前記発光点の垂線とが一致し、当該ロッドレンズの発光素子アレイチップ側の表面は、当該発光点からの光が反射したときに、反射光が前記チップの表面に入射しないように、ロッドレンズの中心軸に対し斜めに形成され、
前記ロッドレンズの中心軸と、前記ロッドレンズの表面に対し垂直な線とのなす角をθとすると、
【数１】
０．５θｂｅｓｔ＜θ＜２θｂｅｓｔ
θｂｅｓｔ＝ｔａｎ−１（ｒ／ｄ）
但し、ｒはロッドレンズの半径、ｄはロッドレンズの表面から発光点までの距離であることを特徴とする発光素子アレイを用いた光学装置。
【請求項２】
前記発光素子アレイチップは、前記発光素子が配列する側の表面に金属配線を有し、
前記ロッドレンズは、前記反射光が前記金属配線に照射させないために当該発光素子アレイチップ側の表面が当該ロッドレンズの中心軸に対し斜めに形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子アレイを用いた光学装置。
【請求項３】
光プリンタヘッドである、請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光プリンタヘッドを備える光プリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置、特に発光素子アレイを用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子アレイを用いた光学装置の一例である光プリンタヘッドを備える光プリンタの原理図を図１に示す。円筒形の感光ドラム２の表面に、アモルファスＳｉ等の光導電性を持つ材料（感光体）が作られている。このドラムはプリントの速度で回転している。回転しているドラムの感光体表面を、帯電器４で一様に帯電させる。そして、光プリンタヘッド６で、印字するドットイメージの光を感光体上に照射し、光の当たったところの帯電を中和する。続いて、現像器８で感光体上の帯電状態にしたがって、トナーを感光体上につける。そして、転写器１０でカセット１２中から送られてきた用紙１４上に、トナーを転写する。用紙は、定着器１６にて熱等を加えられ定着され、スタッカ１８に送られる。一方、転写の終了したドラムは、消去ランプ２０で帯電が全面にわたって中和され、清掃器２２で残ったトナーが除去される。
【０００３】
光プリンタヘッド６の構造を図２に示す。光プリンタヘッドは、基板２３上に張り付けられた複数個の発光素子アレイチップ（発光素子は線状に配列）２４とロッドレンズ２６のアレイ（以降、参照番号２６は、ロッドレンズアレイに対しても用いることがある）で構成され、発光素子アレイの発光点２５からの出力光は、ロッドレンズ２６を介して感光ドラム２上に結ぶようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発光素子アレイチップが、線状に配列された発光素子よりなる場合、各発光素子の発光光量が同じならば、光プリンタにより得られる、発光素子の配列方向の画像濃度分布にムラは生じないはずである。しかし、発光素子アレイチップの構造によっては、ムラを生じることがある。
【０００５】
本出願の発明者は、その原因を究明したところ、次のことが判明した。すなわち、発光素子アレイチップ２４からの光をロッドレンズアレイ２６を介して取り出そうとするとき、ロッドレンズの伝達効率は高々数％〜数十％であり、図２に示すように、多くの光はレンズ表面で全反射され、レンズ反射光としてチップ表面を照射する。さらに、チップ表面で反射した光の一部はロッドレンズアレイ２６を介して感光ドラム２上に結像する。このため、チップ表面の反射率分布に対応した像が感光ドラム上にでき、画像濃度のムラとなることがわかった。特に、チップ表面の金属配線は反射率が高く、画像濃度ムラを生じる原因の一つである。
【０００６】
このような画像濃度ムラは、金属配線の繰り返し周期が発光点の繰り返し周期と一致する場合は、目立ちにくいが、発光点の繰り返し周期と異なる場合は、ムラが目立つということもわかった。
【０００７】
金属配線の繰り返し周期が発光点の繰り返し周期と一致する場合の例としては、例えば１個の発光点に対しこれを駆動する外部駆動回路への接続のためのボンディングパッドが１個対応して設けられているような発光素子アレイがある。
【０００８】
また、金属配線の繰り返し周期が発光点の繰り返し周期と異なる場合の例としては、本出願人が既に提案している自己走査型発光素子アレイ装置がある（特開平２−２６３６６８号公報参照）。この自己走査型発光素子アレイ装置は、スイッチ素子アレイをシフトレジスタとして、発光素子アレイと分離した構造の自己走査型発光素子アレイ装置である。
【０００９】
図３に、この自己走査型発光素子アレイ装置の等価回路図を示す。この自己走査型発光素子アレイ装置は、シフトレジスタを構成するスイッチ素子アレイＴ（−１）〜Ｔ（２）、書き込み用発光素子アレイＬ（−１）〜Ｌ（２）からなる。隣接するスイッチ素子のゲート電極間は、ダイオードを用いて接続している。スイッチ素子の各アノード電極は交互に転送クロックラインφ1 ，φ2 に接続されている。スイッチ素子のゲート電極Ｇ-1〜Ｇ1 は、書き込み用発光素子のゲートにも接続される。書き込み用発光素子のアノード電極には、書き込み信号Ｓinが加えられている。初段のスイッチ素子のゲート電極には、スタートパルスφs が印加され、スイッチ素子がオン状態にされる。
【００１０】
いま、スイッチ素子Ｔ（０）がオン状態にあるとすると、ゲート電極Ｇ0 の電圧は、電源電圧ＶGK（ここでは５ボルトとする）より低下し、ほぼ零ボルトとなる。したがって、書き込み信号Ｓinの電圧が、ＰＮ接合の拡散電位（約１ボルト）以上であれば、発光素子Ｌ（０）の発光状態とすることができる。
【００１１】
これに対し、ゲート電極Ｇ-1は約５ボルトであり、ゲート電極Ｇ1 は約１ボルト（ダイオードＤ０の順方向立上り電圧）となる。したがって、発光素子Ｌ（−１）の書き込み電圧は約６ボルト、発光素子Ｌ（１）の書き込み電圧は約２ボルトとなる。これから、発光素子Ｌ（０）のみに書き込める書き込み信号Ｓinの電圧は、１〜２ボルトの範囲となる。発光素子Ｌ（０）がオン、すなわち発光状態に入ると、書き込み信号Ｓinラインの電圧は約１ボルトに固定されてしまうので、他の発光素子が選択されてしまう、というエラーは防ぐことができる。
【００１２】
発光強度は書き込み信号Ｓinに流す電流量で決められ、任意の強度にて画像書き込みが可能となる。また、発光状態を次の発光素子に転送するためには、書き込み信号Ｓinラインの電圧を一度零ボルトまでおとし、発光している発光素子をいったんオフにしておく必要がある。
【００１３】
このような発光素子アレイ装置を光プリンタ等に応用する場合、ある一定数のスイッチ素子および発光素子を集積した１つの半導体チップの形として発光素子アレイ装置を構成し、この半導体チップを例えば一列に配列し、所定のサイズの線状光源を形成する。
【００１４】
発光チップの全体像を図４に示す。１チップの中には、１２８個のスイッチ素子アレイＴ（１）〜Ｔ（１２８）と、１２８個の発光素子アレイＬ（１）〜Ｌ（１２８）とが配列され、スイッチ素子アレイ中に、φs ，φ1 ，φ2 ，ＶGK，Ｓin用のボンディングパッドが配列されている。
【００１５】
図５は、図４の発光チップの具体的な配線パターンのレイアウト図を示す。図中、２８はボンディングパッドを示す。このようなボンディングパッドを含む金属配線は、発光点２５の繰り返し周期と異なるため、画像濃度のムラが目立つ。
【００１６】
本発明の目的は、ロッドレンズ表面からチップ表面への反射光が少なくなるようにして、ロッドレンズアレイから出力される光量にムラがないようにした光学装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、ロッドレンズ表面からの反射光がチップ表面に入らないようにして、ロッドレンズアレイから出力される光量にムラがないようにした光学装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
ロッドレンズのレンズ面で反射し、さらにチップ表面で反射した光による画像濃度ムラの発生を防ぐためには、
▲１▼ロッドレンズ表面に、反射防止膜を形成する。
▲２▼ロッドレンズ端面を斜め切断し、レンズ反射光がチップ表面に入射しないようにする。または、チップ表面に入射しても、チップ反射光がロッドレンズに戻らないようにする。
▲３▼ロッドレンズとチップとの配置角度を変えて、チップ反射光がロッドレンズに戻らないようにする。
▲４▼チップの発光点の位置をレンズの中心線から平行にずらして配置し、チップ反射光がロッドレンズに入射しないようにする。
【００１９】
以上のいずれかの方法を採ることにより、チップ表面反射による画像への悪影響を減らすことができる。
【００２０】
本発明の第１の態様は、発光素子が１次元または２次元に配列された発光素子アレイチップと、前記発光素子アレイチップが複数個張り付けられた基板と、前記発光素子アレイチップの発光点からの光を伝達するロッドレンズが配列されたロッドレンズアレイとを備え、前記ロッドレンズの前記発光素子アレイチップ側の表面に反射防止膜が施されたことを特徴とする発光素子アレイを用いた光学装置である。
【００２１】
本発明の第２の態様は、発光素子が１次元または２次元に配列された発光素子アレイチップと、前記発光素子アレイチップが複数個張り付けられた基板と、前記発光素子アレイチップの発光点からの光を伝達するロッドレンズが配列されたロッドレンズアレイとを備え、前記ロッドレンズの前記発光素子アレイチップ側の表面は、前記発光点からの光が反射したときに、反射光が前記チップの表面に入射しないように、ロッドレンズの光軸に対し斜めに形成されていることを特徴とする発光素子アレイを用いた光学装置である。
【００２２】
本発明の第３の態様は、発光素子が１次元または２次元に配列された発光素子アレイチップと、前記発光素子アレイチップが複数個張り付けられた基板と、前記発光素子アレイチップの発光点からの光を伝達するロッドレンズが配列されたロッドレンズアレイとを備え、前記ロッドレンズは、その表面で前記発光点からの光が反射したときに、反射光が前記チップの表面に入射しないように、前記発光点の垂線に対し、中心軸を傾けて配置されていることを特徴とする発光素子アレイを用いた光学装置である。
【００２３】
本発明の第４の態様は、発光素子が１次元または２次元に配列された発光素子アレイチップと、前記発光素子アレイチップが複数個張り付けられた基板と、前記発光素子アレイチップの発光点からの光を伝達するロッドレンズが配列されたロッドレンズアレイとを備え、前記基板を前記ロッドレンズの中心軸に対し斜めとなるように配置して、前記発光点からの光が前記ロッドレンズの表面で反射したときに、反射光が前記チップの表面に入射しないようにしたことを特徴とする発光素子アレイを用いた光学装置である。
【００２４】
本発明の第５の態様は、発光素子が１次元または２次元に配列された発光素子アレイチップと、前記発光素子アレイチップが複数個張り付けられた基板と、前記発光素子アレイチップの発光点からの光を伝達するロッドレンズが配列されたロッドレンズアレイとを備え、前記発光素子アレイチップは、その発光点の垂線が、前記ロッドレンズの中心軸に対して、前記ロッドレンズの表面からの反射光の、前記チップの表面への戻りが少なくなるように、ずらして配置されていることを特徴とする発光素子アレイを用いた光学装置である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学装置の実施例を説明する。
【００２６】
【第１の実施例】
図６は、第１の実施例である光プリンタヘッド３０を示す。この光プリンタヘッドでは、基板２３上に、図４および図５で説明した発光チップ２４が線状（１次元）に配列され、発光チップのアレイの上方に、ロッドレンズ２６のアレイが設けられている。
【００２７】
図６（Ａ）は主走査方向に見た図であり、（Ｂ）は主走査方向に対し直角の方向から見た図である。
【００２８】
この光プリンタヘッドによれば、ロッドレンズ２６の発光素子アレイ側の端面（ロッドレンズの中心軸に対して直角である）に反射防止膜３２が施されている。
【００２９】
このようにロッドレンズ２６の端面に施された反射防止膜３２の反射率は、次のようにして求められる。
【００３０】
ロッドレンズ２６の中心部と周辺部との屈折率差Δｎは１．２〜１．５％程度であり、ロッドレンズの中心部の屈折率ｎは、ガラス系の場合１．６程度、プラスチック（ＰＭＭＡ）系の場合１．４９程度である。
【００３１】
発光波長λ＝７８０ｎｍに対する反射防止膜として、ＭｇＦ2 （屈折率ｎ1 ＝１．３８）を、λ／４の光学膜厚だけ設けた。このときの反射率Ｒは、空気の屈折率を１として、Ｒ＝（ｎ12−ｎ2 ）2 ／（ｎ12＋ｎ2 ）2 で表される。
【００３２】
ロッドレンズの屈折率差Δｎは１％程度と小さいので無視すると、反射率は垂直入射で、ガラス系で反射防止膜なしで５．３％の反射率が０．７５％に、プラスチック系では３．９％の反射率が１．５％に低減した。
【００３３】
これにより、ロッドレンズ端面での反射が減少し、チップ表面に戻る光が減った。このため、画像濃度ムラも低下した。さらには、反射防止膜により、ロッドレンズの伝達効率も上昇した。
【００３４】
【第２の実施例】
図７は、第２の実施例である光学装置４０を示す図である。図６（Ａ）と同様、主走査方向に見た図である。この実施例では、チップ２４の発光点２５をロッドレンズ４２の中心線４３が通るようにし、ロッドレンズ端面４４には、研磨によりθ＝ｔａｎ-1（ｒ／ｄ）＝約１０゜の角度をつけた。すなわち角度θは、端面４４に垂直な線５５と中心線４３とのなす角度である。ここで、ｒはレンズ半径（〜２８０μｍ）、ｄはレンズ面から発光点までの距離（〜１６００μｍ）である。この角度θは、図においてレンズ４２の端面４４の右端で反射した光が発光点２５自身に戻るように決めた。この角度より小さいと、チップ２４の表面に光が戻ってしまう。角度θを大きく取ると、結合効率が下がる、また、レンズ収差により像がぼけるなどの問題点が出る。以上の点を考慮して、最適条件θbest＝ｔａｎ-1（ｒ／ｄ）に対し、０．５θbest＜θ＜２θbestとするのが望ましい。
【００３５】
【第３の実施例】
図８は、第３の実施例である光学装置５０を示す図である。図６（Ａ）と同様、主走査方向に見た図である。この実施例では、中心軸に対し垂直な端面４４を有するロッドレンズ２６を、傾けて配置する。すなわち、ロッドレンズ２６の中心軸４３を発光点２５の垂線から角度θだけ傾ける。原理的には、図２の実施例と同じであり、角度θは、レンズ２６の右端で反射した光が発光点２５自身に戻るように決めた。また、θは最適条件θbest＝ｔａｎ-1（ｒ／ｄ）に対し、０．５θbest＜θ＜２θbestとするのが望ましい。これにより、図２の実施例と同じ効果が期待できる。
【００３６】
【第４の実施例】
図９は、第４の実施例である光学装置６０を示す図である。図６（Ａ）と同様、主走査方向に見た図である。この実施例では、複数個の発光チップ２４が線状に張り付けられた基板２３をロッドレンズ２６の中心線４３に対して斜めに配置し、チップ２４の反射光が再びレンズ２６に入らないようにする。チップ２４の表面がロッドレンズの中心軸４３に対し直交する方向となす角度δは、次のように設定される。
【００３７】
図９において、レンズ４２の中心線４３は、チップ２４の発光点２５を通るものとする。δが小さいという条件で、チップの発光点２５からチップ右端までの距離をＷ、レンズ表面からチップの発光点までの距離をｄ、レンズ半径をｒとする。
【００３８】
チップ表面での反射光がレンズに入らない条件は、
【００３９】
【数５】
0004625996.tif 000002
【００４０】
である。いま、Ｗ＝３００μｍ、ｄ＝１６００μｍでは、約１２．６゜以上となる。δは、Ｗに依存し、Ｗが小さくなると小さくなる。Ｗ＝１００μｍでは、７．６゜以上となる。
【００４１】
なお、チップ２４の左端では、反射光はレンズ外に振られる。
【００４２】
以上のように基板を斜め配置し、かつ、角度δを上記のように設定することによって、チップ表面に反射光が戻らないので画像濃度ムラを生じることがない。
【００４３】
【第５の実施例】
図１０は、第５の実施例である光学装置７０を示す図である。図６（Ａ）と同様、主走査方向に見た図である。この実施例は、第１の実施例と同様に、ロッドレンズ２６の表面４４とチップ２４の表面とが平行になるように配置されている。そして、ロッドレンズ２６の中心線４３と発光素子アレイチップ２４の発光点２５の垂線５７とが平行にずれるようにして（ずらし量をΔで示す）、ロッドレンズアレイと発光素子アレイチップとを配置する。
【００４４】
ロッドレンズ２６の反射光がチップ２４に戻ってこないためには、Δ＞ｒである必要がある。Δを大きくとると、結合効率が下がる。また、レンズ収差により像がぼけるなどの問題点が出る。一方、Δがｒより小さいと、チップに光が戻るが、発光点付近は発光点周期の構造を持っているため、多少チップに光が当たっても影響は少ない。以上の点を考慮して、２ｒ＞Δ＞ｒ／２とするのが望ましい。
【００４５】
以上の各実施例では、発光素子が１次元に配列されたチップについて説明したが、発光素子が１次元あるいは２次元に配列されたチップについても適用できることは明らかである。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、ロッドレンズ表面での反射光が小さくなるようにする、あるいはロッドレンズ表面からの反射光がチップ表面に入らないようにするので、チップ表面反射による画像への悪影響を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光プリンタヘッドを備える光プリンタの原理を示す図である。
【図２】光プリンタヘッドの構造を示す図である。
【図３】自己走査型発光素子アレイ装置の等価回路を示す図である。
【図４】発光チップの全体像を示す図である。
【図５】発光チップの具体的なレイアウトを示す図である。
【図６】第１の実施例である光学装置を示す図である。
【図７】第２の実施例である光学装置を示す図である。
【図８】第３の実施例である光学装置を示す図である。
【図９】第４の実施例である光学装置を示す図である。
【図１０】第５の実施例である光学装置を示す図である。
【符号の説明】
２３  基板
２４  発光素子アレイチップ
２５  発光点
２６，４２  ロッドレンズまたはロッドレンズアレイ
３０，４０，５０，６０，７０  光学装置
３２  反射防止膜
４３  ロッドレンズの中心線
４４  ロッドレンズ端面
５５  ロッドレンズ端面の垂線
５７  発光点垂線
【図１】
0004625996.tif 000003
【図２】
0004625996.tif 000004
【図３】
0004625996.tif 000005
【図４】
0004625996.tif 000006
【図５】
0004625996.tif 000007
【図６】
0004625996.tif 000008
【図７】
0004625996.tif 000009
【図８】
0004625996.tif 000010
【図９】
0004625996.tif 000011
【図１０】
0004625996.tif 000012