JPH0699613A - 光プリントヘッド - Google Patents

光プリントヘッド

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JPH0699613A
JPH0699613A JP25161392A JP25161392A JPH0699613A JP H0699613 A JPH0699613 A JP H0699613A JP 25161392 A JP25161392 A JP 25161392A JP 25161392 A JP25161392 A JP 25161392A JP H0699613 A JPH0699613 A JP H0699613A
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optical
print head
light
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Katsunori Moritoki
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Masaki Muto
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光ダイオードアレイチップの発光波長であ
る近赤外領域においても光ファイバアレイ基板を貫通し
て感光体に光が到達しないようにすることにより、感光
体への高品位な書き込みを可能とする光プリントヘッド
を提供することを目的とする。 【構成】 複数の回路導体層13を表面に形成したベー
スガラス11の一部に、その厚み方向に複数の光ファイ
バ12を貫通させて埋め込むと共に、前記ベースガラス
11の前記光ファイバ12端面が露光する位置の上方
に、複数の発光素子15を配列した光プリントヘッドに
おいて、前記光ファイバ12の他の端面が露光する前記
ベースガラス11の裏面であって、少なくとも前記発光
素子15が対向する位置を除く部分に光吸収層18を形
成したことを特徴とする光プリントヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式のプリン
タやディジタル複写機等で使用される、1次元の光学画
像伝達用の光ファイバアレイ基板を用いて電気信号を光
学画像に変換する光プリントヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ノンインパクトプリンタの書き込
み光源として用いられる光プリントヘッドの開発が進
み、普及し始めてきている。光プリントヘッドは、一次
元イメージ情報を電気信号から光学画像に変換するもの
であり、気体レーザまたは半導体レーザの発する1本の
光ビームを光変調素子により変調し、これを回転多面鏡
で電子写真感光体上に照射するヘッドと、複数の発光ダ
イオードアレイチップを直線状に実装した長尺の発光ダ
イオードアレイとセルフォックレンズアレイを用いたヘ
ッドが商品化されている。発光ダイオードアレイを用い
た後者の光プリントヘッドは、光量が多く、並列書き込
みが可能であり、しかも光学系が小さく設計できるとい
う特徴を有しており、高速プリンタや、パーソナルファ
クシミリ等に応用されている。
【0003】また、この発光ダイオードアレイを用いた
ヘッドには、等倍光学レンズである集束性ロッドレンズ
アレイを用いたものや、光ファイバアレイ基板を用い、
光学レンズを用いない光プリントヘッドが提案されてい
る(特開昭55−98879号公報参照のこと)。光フ
ァイバアレイ基板を用いた光プリントヘッドは、集束性
ロッドレンズアレイが不要であることから、装置の小型
化が容易であり、また安価に製作できる利点がある。
【0004】図6は、従来の光ファイバアレイ基板及び
光ファイバを示す図であり、(a)はその斜視図、
(b)はその拡大断面図、(c)は光ファイバの断面図
である。従来、光ファイバアレイはイメージ情報を伝達
する手段として用いられている。そこで、伝達する光画
像情報のクロストークを防止するため、その開口数(N
A)に相当する入射角より大きな角度の光を除去する手
段として、(c)に示すように、光ファイバのコア64
の周囲に屈折率の小さなクラッド65を形成した後、さ
らに周囲に光吸収体層66を形成した光ファイバが従来
より用いられていた。このような構造の光ファイバを多
数ガラス基板に埋め込んだ光ファイバアレイ基板を得る
には、多数の光ファイバ63を個々にベースガラス61
等の基材に挟むか、あるいは(b)に示すように、複数
の光ファイバ63を一旦束ねた後一体化した光ファイバ
束62を形成し、これを3列に積み重ねてベースガラス
61等の基材で挟み、加圧、加熱し、溶融することによ
って(a)に示すような光ファイバアレイ基板を形成し
ていた。
【0005】次に、従来の光プリントヘッドの構造及び
動作について説明をする。図4は従来の光プリントヘッ
ドの構造を示す断面図である。図4において、41はベ
ースガラス、42は光ファイバであり、回路導体層43
がベースガラス41の表面に、図で示すように形成され
ている。44は発光ダイオードアレイチップ、45は発
光素子、また46は電極であって、透光性絶縁樹脂47
を介して回路導体層43の所定の位置に配置されてい
る。
【0006】図5は従来の光プリントヘッドユニットの
動作を説明するための説明図である。なお、51はシャ
ーシであって、従来の光プリントヘッドが組み込まれて
おり、これに近接して電子写真感光体52が配置されて
いる。また、この電子写真感光体52としては、有機光
導電体(OPC)やアモルファスシリコン感光体等が用
いられている。
【0007】光プリントヘッドでは、回路導体層43を
通じて流れ込んだ信号電流により発光素子45が、その
エネルギーギャップに相当する波長の光を輻射し、これ
が光ファイバ42に入射される。ここで、光ファイバ4
2の開口数NAに相当する入射角度iより小さい角度で
入射した光53については、その光ファイバ42中を完
全反射を繰り返して伝達され、光ファイバアレイ基板の
他の端面から出射され、電子写真感光体52上の所定の
位置に照射され、電子写真プロセスにおける潜像を描画
する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな光ファイバアレイ基板では、光ファイバの開口数N
Aに相当した入射角度iより大きな角度で入射してきた
光54については、単一の光ファイバ42内を伝達せず
に、図6(c)に示したコア64からクラッド65、そ
して光吸収体層66へと到達する。ここで、光吸収体層
66は、吸収波長領域が短波長域にあるため、短波長の
光に対しては、有効にイメージ情報を伝達することがで
きるが、発光ダイオードアレイの発光波長である660
nmや720nmといった近赤外領域での吸収率は低い
ため、光吸収体層66では充分吸収されずに、単一の光
ファイバ42から漏れてしまう。更に、漏れた光は次々
と他の光ファイバ42を横切り、やがてはファイバアレ
イ基板を貫通して感光体52に照射されてしまう。この
ため、感光体52上では光電荷が発生して露光面以外の
場所に疑似潜像を描き、解像度や輝度に影響して印字品
質を著しく劣化させてしまう不具合を招く。
【0009】そこで、かかる印字品質の劣化を防ぐため
には、光ファイバ42に被覆される光吸収体層66を著
しく厚くしたり、厚みの大きなファイバアレイ基板を用
いたりする必要がでてくる。また、光吸収体層66の材
料については、ガラスとの密着性の関係でファイバ製造
上任意の発光波長に対して容易に対応できない。このた
め、結局種々の波長の光源に容易に対応できないという
問題となる。従って、このような手段でもって低コスト
の光プリントヘッドを提供することは甚だ困難であると
言わざるを得ない。
【0010】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、発光ダイオードアレイチップの発光波長である
近赤外領域においても光ファイバアレイ基板を貫通して
感光体に光が到達しないようにすることにより、感光体
への高品位な書き込みを可能とする光プリントヘッドを
提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、複数の回路導体層を表面に形成したベース
ガラスの一部に、その厚み方向に複数の光ファイバを貫
通させて埋め込むと共に、前記ベースガラスの前記光フ
ァイバ端面が露出する位置の上方に、複数の発光素子を
配列した光プリントヘッドにおいて、前記光ファイバの
他の端面が露出する前記ベースガラスの裏面であって、
少なくとも前記発光素子が対向する位置を除く部分に、
光吸収層を形成したことを特徴としている。
【0012】また、本発明は、前記光ファイバの他の端
面が露出する前記ベースガラスの裏面であって、少なく
とも前記発光素子が対向する位置を除く部分に金属膜を
形成し、更に該金属膜上に絶縁層を形成したことを特徴
としている。また、本発明は、前記光ファイバと前記ベ
ースガラスが接する界面部分に光吸収層を形成したこと
を特徴としている。更に、前記光ファイバの開口数(N
A)と、光ファイバ束の幅(W)と、光ファイバのコア
の屈折率(n1)と、前記ベースガラスの厚み(d)と
が、W/d<[(n1/NA)2 −1)]−0.5 の関係
にあることを特徴としている。
【0013】
【作用】上記構成によれば、光プリントヘッドは、複数
の回路導体層が表面に形成されたベースガラスの一部
に、その厚み方向に貫通して複数の光ファイバが埋め込
まれ、更に、ベースガラス表面の光ファイバの端面が露
出する上方位置に、複数の発光素子が配列されて形成さ
れている。また、光ファイバの他の端面が露出するベー
スガラスの裏面には、ベースガラスの上方に配列された
前記複数の発光素子と対向する位置を除いて、光吸収層
が形成されている。
【0014】ここで、発光素子が発光した光のうち、光
ファイバの開口数(NA)に対応した入射角より小さな
角度で入射した光については、ベースガラスに埋め込ま
れた光ファイバ中を完全反射を繰り返して伝達され、入
射側とは反対の光ファイバ端面から効率よく電子写真感
光体に対して射出される。また、かかる入射角以上の角
度で入射した光については、光ファイバ中を伝達される
ことなく、光ファイバを横切る形でベースガラス中を減
衰されながら伝達され、光吸収層に吸収される。
【0015】また、かかる光吸収層に代えて、金属膜を
設けることもでき、更に、この金属膜は絶縁層で被覆さ
れる。この場合は、発送素子が発光した光のうち、光フ
ァイバの開口数に対応した入射角以上の角度で入射した
光については、同じく光ファイバ中を伝達されることな
く、光ファイバを横切る形でベースガラス中を減衰され
ながら伝達され、金属膜で鏡面反射される。ここで、こ
の金属膜は絶縁層で被覆されているので、近接する電子
写真感光体に対し、電気力線を曲げることはない。
【0016】また、ベースガラス内に埋め込まれた複数
の光ファイバとベースガラスが接する界面部分に光吸収
層を設けることもできる。この場合は、発送素子が発光
した光のうち、光ファイバの開口数に対応した入射角以
上の角度で入射した光については、減衰されながら光フ
ァイバ中を伝達されるが、界面に設けられた光吸収層に
よって吸収されるため、ベースガラス中に入射されるこ
とはない。
【0017】ここで、光ファイバの開口数(NA)と光
ファイバ束の幅(W)とベースガラスの厚み(d)と光
ファイバのコアの屈折率(n1)の関係を、W/d<
[(n1/NA)2 −1)]−0.5 とすれば、NAに相
当する入射角以上で光ファイバに入射した光はすべて光
吸収層に吸収される。従って、光プリントヘッドが近接
される電子写真感光体に対しては、発光素子が発光した
光が、漏れることなく、光ファイバを通して効率良く正
確に照射される。
【0018】
【実施例】以下、本発明にかかる光プリントヘッドの一
実施例を図面に基づいて具体的に説明する。図1(a)
は本発明にかかる光プリントヘッドの第1の実施例を示
す斜視図、(b)は(a)におけるA−A’断面図を示
したものある。図1(a)において、11はベースガラ
スで、光ファイバ12が厚み方向に貫通するように埋め
込まれている。13は回路導体層である。また、(b)
において、14は発光ダイオードアレイチップで、15
は発光素子、16は電極、17は透光性絶縁樹脂で、1
8は光吸収層である。
【0019】以上のように構成された光プリントヘッド
の動作は次のとおりである。まず、ベースガラス11上
に形成された回路導体層13を通じて、発光ダイオード
アレイチップ14上の各々の発光ダイオード15に、オ
ン−オフの電気信号が伝達される。これに従い、各々の
発光ダイオード15は点灯消灯する。点灯の場合、発光
した光は、対向する光ファイバ12に入射される。ここ
で、発光ダイオード15の発光強度は角度依存性を持っ
ており、あらゆる角度で光ファイバ12に入射される。
【0020】一方、NA=n0×sin(i)(ただ
し、n0は光の入射する媒質の屈折率を、iは入射角を
夫々示す)で定義される開口数NAに対応した入射角i
より小さな角度で入射した光は、光ファイバ12中を伝
達し、入射側とは反対の光ファイバ12の端面から効率
よく出射される。これに対し、入射角i以上の角度で入
射した光は、ファイバ12中を伝達することなく、光フ
ァイバ12を横切る形で伝達し、ついには光ファイバア
レイ基板の第2の裏面側に到達する。そして、そこに形
成された光吸収層18により、漏れた光は十分に吸収さ
れ、光ファイバアレイ基板を貫通することはない。
【0021】従って、光ファイバアレイ基板の表面側に
フェースダウンで実装された発光ダイオードアレイチッ
プ14から出射された光については、入射角i以下の光
は、単一の光ファイバ12の中を完全反射を繰り返しな
がら効率よく伝達され、光ファイバアレイ基板の裏面よ
り出射されるが、入射角i以上の光は、減衰されながら
複数の光ファイバ12を横切り、光ファイバアレイ基板
の裏面に形成された光吸収層18に達して、そこで吸収
されるため、漏れた光が電子写真感光体に達することは
ない。
【0022】次に、上記のように構成された光プリント
ヘッドの製造方法について具体的に説明する。まず、半
導体製造プロセスを用いて単結晶III−V族半導体基
板(ウエハ)上に、発光ダイオード15とバンプ等の電
極16を設けたものを作る。本実施例では、発光波長が
660〜740nmの発光素子を12dot/mmで形
成したものを用いる。また、電極16については、メッ
キ法により数μm〜20μm程度ウエハ表面から突出し
た状態で形成される。その後、このウエハを高精度のダ
イシング技術によって切断し、発光ダイオードアレイチ
ップ14を作る。
【0023】また、光ファイバアレイ基板については、
まず、従来のものと同等の基板を作る。即ち、図6
(a)、(b)、(c)で示す光ファイバアレイ基板で
あって、光ファイバ63は10〜25μmのコア径を持
ち(ここでは20μmとした)、開口数は、NA=0.
57として形成した。なお、それぞれのコア64には約
2μmの厚さのクラッド65と、約2μmの厚さの光吸
収体層66が被覆されている。そして、この様な光ファ
イバ63を複数本まとめて光ファイバ束62を形成す
る。続いて光ファイバ63の熱膨張係数とほぼ同程度の
特性を有するベースガラス61の間に、光ファイバ束6
2を3列に積み重ねて挟み込むように配置した後、加熱
しながら加圧して溶融し一体化する。この結果、当初は
円形だった光ファイバ束は、変形して、5角形あるいは
6角形の形状を呈するようになる。
【0024】次に、この光ファイバアレイ基板上の発光
ダイオードアレイチップ14が配置される面に、厚膜印
刷技術あるいは蒸着とフォトエッチング技術を用いて回
路導体層13を形成する。更に、回路導体層13を形成
した反対面の、開口数NAに対応した入射角iより小さ
な角度で入射した光が出射する光ファイバ12の端面を
除く場所に光吸収層18を同様な方法で形成して光ファ
イバアレイ基板となす。ここで、光吸収層18は、66
0nm〜800nmまでの吸収効率の高いフタロシアニ
ン顔料を、エポキシ系樹脂に分散して、スクリーン印刷
により5μm程度の膜厚に印刷して形成する。
【0025】続いて、光ファイバアレイ基板に、アクリ
レート系の透光性絶縁樹脂17をスタンピング法やスク
リーン印刷法等で所定量塗布し、その上に発光ダイオー
ドアレイチップ14を電極16が回路導体層13の所定
の位置に当接するようにフェースダウンで配置する。そ
の後、この発光ダイオードアレイチップ14の上方から
圧力を加えながら、透光性絶縁樹脂17にベースガラス
11を通して紫外線照射をして硬化させ、実装を完了す
る。
【0026】このようにして得られた光プリントヘッド
では、従来のセルフォックレンズアレイを用いた光プリ
ントヘッドと同じ発光素子を用いて電子写真感光体系記
録媒体を照明した場合に、約1.4倍の光信号出力を得
ることができた。図2は本発明にかかる光プリントヘッ
ドの第2の実施例を示す断面図である。同図において、
11はベースガラス、12は光ファイバ、13は回路導
体層、14は発光ダイオードアレイチップ、15は発光
ダイオード、16は電極、17は透光性絶縁樹脂で、以
上は図1(b)で示す構成と同様なものである。図1
(b)と異なるのは、回路導体層13を形成した反対の
面の、開口数NAに対応した入射角iより小さな角度で
入射する光が出射する光ファイバ12の端面を除く位置
に金属膜21を形成し、更にこの金属膜21の上に透光
性絶縁膜22を形成した点である。本実施例では、この
金属膜21を、アルミニウムを使って真空蒸着法により
0.5μm〜1μm程度に形成した。
【0027】以上のように構成された光プリントヘッド
では、発光ダイオードアレイチップ14から出射された
光のうちで、入射角i以上の光については、減衰されな
がら複数の光ファイバ12を横切り光ファイバアレイ基
板の裏面に到達する。そして、到達光は金属膜21とベ
ースガラス11の界面で、反射の法則に従って鏡面反射
して再びベースガラス11にもどる。従って漏れた光が
電子写真感光体に達することはない。
【0028】また、光プリントヘッドは電子写真感光体
に近接させて用いるため、金属膜21が、感光体付近で
の電気力線を異常に曲げて、発生キャリアの移動を起こ
すことがないように、金属膜21は透光性絶縁膜22で
被覆している。この場合の絶縁膜のシート抵抗は、10
15Ω以上であることが望ましい。更に、絶縁膜は透明で
あるので、金属膜21上のみならず、光ファイバ12上
にも形成でき、製造が容易である。本実施例では、透光
性絶縁膜22として、二酸化シリコンを蒸着法にて形成
した。
【0029】なお、金属膜21の材料としては、アルミ
ニウムの他に、銀、金、ロジウム、銅、チタン等も使用
可能である。銀を用いる場合には、銀鏡反応を利用して
形成してもよい。また、厚膜印刷技術を用いて所望の位
置に、金或は銀−白金或は銀−パラジウム等の厚膜ペー
ストを印刷した後、焼成して形成してもよい。図3は本
発明にかかる光プリントヘッドの第3の実施例を示す断
面図である。図3において、11はベースガラスで、光
ファイバ12が厚み方向に貫通するように埋め込まれて
いる。13は回路導体層である。14は発光ダイオード
アレイチップで、15は発光ダイオード、16は電極、
17は透光性絶縁樹脂である。23は、光吸収層で、光
ファイバ12とベースガラス11の界面に形成されてい
る。
【0030】この様に構成された光プリントヘッドで
は、発光ダイオードアレイチップ14から出射された光
のうち、開口数NAに対応した入射角i以上の光につい
ては、減衰されながら複数の光ファイバ12を横切る
が、光ファイバ12とベースガラス11との界面に形成
した光吸収層23で吸収されるため、ベースガラス11
中に入射することない。ここで、光ファイバ12の開口
数(NA)と光ファイバ束の幅(W)とベースガラスの
厚み(d)とが、W/d<[(n1/NA)2 −1]−
0.5 (ただし、n1は光ファイバのコアの屈折率を示
す)の関係を満たすようにすると、開口数NAに相当す
る入射角i以上で光ファイバ12に入射した光はすべて
光吸収層23に到達することになり、高性能な光プリン
トヘッドが得られる。
【0031】上記のような光プリントヘッドを製造する
には、まず従来のものと同等の光ファイバ12を複数本
まとめて光ファイバ束62を形成する。次に光ファイバ
12の熱膨張係数とほぼ同程度の特性を有するベースガ
ラス11上の片面に光吸収層23を形成し、その上に光
ファイバ束62を3列に積み重ねて配列する。次に、更
にもう一枚のベースガラス11にも光吸収層23を形成
した後、その光吸収層23を光ファイバ束62の側方に
なるように配置し、加熱しながら加圧して溶融し一体化
する。然る後に、適度な前記条件を満たすような厚みd
に光ファイバ12と垂直な面で切り出し、研磨して形成
する。
【0032】また、本実施例では光吸収層23は、光フ
ァイバ12の吸収体層ガラスと同じもので形成し、その
厚みは660nm〜740nmで透過率が5%以下にな
るよう、1〜1.5mmとした。このようにして得られ
た光プリントヘッドでは、感光体への漏れ光が低下し
て、印字品質の良好な光プリントヘッドを得ることがで
きた。
【0033】
【発明の効果】以上の本発明によれば、発光ダイオード
アレイを用いた光プリントヘッドにおいて、光ファイバ
に対して大きな角度で入射した任意の波長のイメージ情
報を電子写真感光体に伝達させることなく、高品位な画
像伝達をなすことができる。その結果、印字品質を格段
に向上することができる。
【0034】また、本発明にかかる光プリントヘッドは
比較的焦点深度が深く、優れた解像特性を有している。
更に、摩擦による静電気や摩耗によるきずによって画像
劣化を起こすことが回避される。しかも製造工程は簡素
であり、安価な光プリントヘッドを提供することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明にかかる光プリントヘッドの第
1の実施例を示す斜視図であり、(b)は(a)におけ
るA−A’の断面図である。
【図2】本発明にかかる光プリントヘッドの第2の実施
例を示す断面図である。
【図3】本発明にかかる光プリントヘッドの第3の実施
例を示す断面図である。
【図4】従来の光プリントヘッドの構造を示す断面図で
ある。
【図5】従来の光プリントヘッドユニットの動作を説明
するための説明図である。
【図6】従来の光ファイバアレイ基板及び光ファイバを
示す図であり、(a)はその斜視図、(b)はその拡大
断面図、(c)は光ファイバの断面図である。
【符号の説明】
11 ベースガラス 12 光ファイバ 13 回路導体層 14 発光ダイオードアレイチップ 15 発光ダイオード 16 電極 17 透光性絶縁樹脂 18 光吸収層 21 金属膜 22 透光性絶縁膜 23 光吸収層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04N 1/036 A 8721−5C

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の回路導体層を表面に形成したベー
    スガラスの一部に、その厚み方向に複数の光ファイバを
    貫通させて埋め込むと共に、前記ベースガラスの前記光
    ファイバ端面が露出する位置の上方に、複数の発光素子
    を配列した光プリントヘッドにおいて、 前記光ファイバの他の端面が露出する前記ベースガラス
    の裏面であって、少なくとも前記発光素子が対向する位
    置を除く部分に、光吸収層を形成したことを特徴とする
    光プリントヘッド。
  2. 【請求項2】 複数の回路導体層を表面に形成したベー
    スガラスの一部に、その厚み方向に複数の光ファイバを
    貫通させて埋め込むと共に、前記ベースガラスの前記光
    ファイバ端面が露出する位置の上方に、複数の発光素子
    を配列した光プリントヘッドにおいて、 前記光ファイバの他の端面が露出する前記ベースガラス
    の裏面であって、少なくとも前記発光素子が対向する位
    置を除く部分に、金属膜を形成し、更に該金属膜上に絶
    縁層を形成したことを特徴とする光プリントヘッド。
  3. 【請求項3】 複数の回路導体層を表面に形成したベー
    スガラスの一部に、その厚み方向に複数の光ファイバを
    貫通させて埋め込むと共に、前記ベースガラスの前記光
    ファイバ端面が露出する位置の上方に、複数の発光素子
    を配列した光プリントヘッドにおいて、 前記光ファイバと前記ベースガラスが接する界面部分に
    光吸収層を形成したことを特徴とする光プリントヘッ
    ド。
  4. 【請求項4】 前記光ファイバの開口数(NA)と、光
    ファイバ束の幅(W)と、光ファイバのコアの屈折率
    (n1)と、前記ベースガラスの厚み(d)とが、W/
    d<[(n1/NA)2 −1)]−0.5 の関係にあるこ
    とを特徴とする請求項3記載の光プリントヘッド。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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