JPS589110A - 発光ダイオ−ドアレイ用の光集束器を製造する方法 - 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】 本発明は発光ダイオードアレイ用の光集束器全製造する
方法に関する。

基体に多数の発光ダイオード（発光エレメント）を設け
て成る発光ダイオードアレイは従来より周知であり、か
かるアレイは、プリンタ、ディスプレイ等における発光
源装置として広く利用可能である。ところで、一般に発
光ダイオード（以下、ＬＥＤ（！：略称する）の発光面
から出る′ｙｔｆｄ　、四方六方に広がった無指向に近
い拡散状態にあり、従ってＬＥＤかちの出方光を・、結
像レンズ、元ファイバ（集束性ｊｆ：（ｉ絆を含む）等
の光学素子に入射させたとき、該素子の特定の開口角内
に入射する光量は極めて少なく、高い光結合効率を期待
するこさばできない。また、ＬＥＤがらの出方光の強度
自体もそれ程大きくはならない。このため、発光ダイオ
ードアレイ（以下、ＬＥＤアレイと略称する）を各種デ
ィスプレイ、又はプリンタ等の発光源装置として用いた
とき、光量不足に起因する各種の不都合を生ずる。例え
ば、ＬＥＤアレイにおける各ＬＥＤ１！−情報信号に応
じて選択的に発光ζせ、その元ヲ結像レンズ、集束性危
送体等の光学素子ケ介して露光面に至らし、め、これに
より露光面を光走査し、て情報信号に応じた画像ケ露光
面に形成するようにしたプリンタにおいては、露光面へ
到達する光量が少ないことに起因して、高速走査を行な
うことけてき々い。

上記不部会ヲ除去するために、ＬＥＤアレイにおける各
ＬＥＤの発光面に集光用レンズ等の光集束器？装置し、
ＬＥＤからの出力光ケこの光集束器によって集め、しか
る後、この元？結像レンズ等に入射せしめるようにする
ことが考えられる。

このようにすれば、結像レンズへの光結合効率を高め、
光量不足に起因する上述した不都合を低減させることが
可能となる。ところが、各ＬＥＤ自体が微小であるため
、これに適しに光集束器も極めて微小なものとなり、か
かる光集束器を製造することば甚だ困難である。しがも
微小な光集束器１ＬＥＤの発光面に対応して位置決めす
ることも容易でなく、その上、多数のＬＥＤと同数の光
集束器？製造、配置しなけれとならないため、結局、Ｌ
ＥＤアレイの製作コメトが高くならざるケ得ない０ 本発明は上記認識に基き力されたものであり、各ＬＥＤ
からの出力＋＜指向性？持ｉせることのできる光集束器
？容易且つ安価に製造し得る光集束器の製造方法？提供
し、ようとするものである。

本発明は、光重合性物質を含む光重合材にｉ：？当て、
こｔｌを光重合でせると、その屈折率が変化するという
事実に着目し、この事実を積極的に利用し、て光集束器
？製造しようとする新規な思想に基き構成ざ−Ｉｌ′ｆ
ｃものであり、以下にその有利な実施例を図面に従って
説明する。

第１図はそれ自体公知なＬＥＤアレイ１？示し−このア
レイ１は、板状の基体２と、該基体２に所定のピッチｐ
で配列さｆｌ、７’（多数のＬ　Ｅ　’Ｄ　（発光エレ
メント）３とを有している。

上述したＬＥＤプレイ用の光集束器を製造するにけ、先
ず第２図に示す如く、ＬＥＤアレイ１の表面４、即ち各
Ｌ　Ｅ　Ｄ　３の発光面３ａが位置する側のＬ　ＥＤア
レイ面に、光重合性物質ケ含むシート状の元透過性元重
合材５を固定配置する。この場伊、予めシート状に形成
し、た光重合材５？Ｌ　ＥＤアレイ表面４に接着しても
よいし、或いは光重合性物質？含む物質？溶剤で溶かし
これＦＬＥＤアレイ表面４にコーティングし、しかる後
溶剤？蒸発プせてＬＥＤアレイ表面にシート状の光重合
材５ケ形成してもよい。光重合性物質としては、光重合
によって光重合材５の屈折率が高くなるもの、或いは低
く々るもののいずれの性質を有する物質？用いてもよい
が、本例においてはさし当り、光重合、によって屈折率
が高くなる光重合性物質？含む光重合材？使用する場合
について説明する。

ざて上述の如くシート状の光重合材５？ＬＥＤアレイ表
面に配置したならば、ＬＥＤ３の配列ピッチｐと等しい
ピッチｐで配列さｒ大多数の元ファイバ６から成る充フ
ァイバアレイ７？−用意し、その一端８４光重合材５の
表面に密着して配置し、第２図に示す如く各光ファイバ
６の各一端９を各Ｌ　Ｅ　Ｄ　３の発光面３ａに対向し
て配置させる。その際、この光フアイバアレイ７ケ、光
重合材５に一体的に固着り、てこカケ密着させてもよい
し、或いＦ！光ファイバアレイ７？九重合材５に対し、
て固着せずに単に当接でせて、これ？密着ζせてもよい
。

尚、元ファイバアレイ７における各光ファイバ６は、第
２図及び第３図から明らかなように、中心に位置するコ
ア部１０と、これケ取り囲むクラッド部１１とから成り
、これらファイバ６″′は結合材１２によって互いに一
体的に連結されている。また、第４図に示す如くコア部
】Ｏと、クラッド部とり、ての用ケなす結合材１２のみ
から成る光フアイバアレイ７を用いることもできる（尚
、第２図乃至第４図においては、図ケ判りやすくするた
め、コア部ＩＯ、クラッド部］１、結合材１２と？明確
に識別できるよう示し、であるが、実際の元ファイバア
レイは、このように明確に識別できないものもあること
は周知の通りである）。

次に元ファイバアレイ、７１ｒ第２図に示す状態に保持
しておき、光重合性物質を光重合させ得る光重合Ｎ＆元
波長の光、例えば、紫外線Ｉｆ、各党ファイバ６の他端
９Ｂ７ｊｓらその各コア部１０に入射させる。この場合
、この光全発する発光源としては、例えばＮ２レーザ発
振器、又は水銀灯等のそｊ自体公知なものケ適宜使用で
き、かかる発光源からの−Ｎ？図示していないレンズ系
ケ介１：て、各光ファイバ６のコア部１０に導びく。こ
のようにして各党ファイバのコア部】０に入射しり光は
、その端部９側から出射ｌ、て光重合材５に通過シ１、
各元ファイバ６の端部９にそｊぞれ対向し大各ＬＥＤ３
の発光面３ａに至る。このとき、光重合材５に含まハ六
光重合性物質が光重合し、これによって元？照射きれ穴
光重合材の屈折率が高められる。そして所望するところ
まで屈折率が変化し、たときに、光重合材５を公知の形
態で定着し、その屈折率？固定する。

上述の如く光重合が行なわれる際、各党ファイバ６の一
端９にてコア部１０から出射した光束は、第２図及びｗ
ＬＳ図に符号１３ケ付し、且つ破線で示すように拡がっ
た状態で光重合材５′ｌ！″通過する。このため、光重
合材５を通る各光束１３の光強度は、その中心Ｃが一番
強く、この中心Ｃから光束１３０半径方向に離れるに従
い弱くなる。従って、四重合材；５け、この光強度に応
じ六度合で光重合さね、且つこれに応じてその屈折率が
変化する。即ち、光重合材５における中心０７通ね、且
つこれに直交する３つの位置ｘ、ｎ、ｍｒ−例として考
え左とき（第５図参照）、光魚合後の各位置１．ｎ。

■の屈折率け、例えば第６図の（Ｉ）　、　（ＩＩ）　
、　ｌｌ１１に示す如き分布を描く。第６図は縦軸に屈
折率ケとり、横軸に光重合材５の、第２図における上下
方向の位置をとって示したグラフであり、第６図におけ
る符号Ｃは第５図に示しに光束１３の中心Ｃに一致対応
する。ｎ、け、光の照射？受ける前の光重合材５の屈折
率を示す。光ファイバ６のコア部先端から出射する元の
強度に応じて、光重合材５の屈折率が変化りそのいす名
の位置ｘ、ｎ、ｍにおいても、光束１３の中心Ｃにてそ
の屈折率”２　＋　０２　’　ｅ　”ｔ“が最大となっ
ていることがＷＬＧ図からよく判る。

このように光重合ｆｌ　５の屈折率は、元ファイバ６≠
・らのＷ射光の強度分布に応じて空間的な分布をなし、
この屈折率分布ｕ、ｘ’ｆｉＪ３の中心Ｃに対して回転
対称形をなしている。尚、元ファイバ６とし１　ｉｉ　
ｓ　ｊｔ　ｋ集束させる機能を有する集束性光ファイバ
（即ち集束性光伝送体）に用いてもよいし、或いｉｄこ
の機能のない元ファイバを用いてもよいチー、集束性大
ファイバを用いたときには、光束１３Ｃ）横断面方向（
でおける光強度分布のプロファイルケはぼ放物線状にす
ることができ、従って、光重合材５の屈折本分布（第６
図参照）も、放物線に近似し穴形態に形成することがで
き特に有利である（屈折率分布ケこのような形態にでき
ね、げ、完５マし、穴光集束器の光集束性ケ高めるこ（
！：ができる）。

上述Ｃ）如き所望する屈折率分布が得られた時点で！■
述のように光重合材５？定着すれば、光集束器Ａ（況２
図及び第７図）が完成する。尚、ここに言う定着と（寸
、光重合材５から光重合性物質？抜き出１．て、光重合
により変化した屈折率ケ固定す゛ろことケ意味Ｌ＝、こ
の定着け、公知の如く例えげ光重金材ケ熱処理すること
によって行；Ａｆｎる。

上述の如くシ、て製造した光集束ＭＡ？有するＬＥＤア
レイ１？使用する際には、元年束器Ａ？作るときに用゛
ハ／′ｒ元ファイバアレイ７ケそのまま光伝送体として
使用することもできるし７、このアレイアケ光集束器Ａ
から取外して、院元ファイバアレイケ元伝送用（ては用
いないようにすることもできる。

第７図は、上記光フチ゛イバアレイ７？取゛外してＬＥ
Ｄアレイ１？使用する際の例を示す。第７図において、
ＬＥＤ３７５に発光すると、この元は、光集束器Ａにお
ける各ＬＢＤ３に対向した部分の屈折率が既述の如き分
布（第６図）？なしているので、この屈折率分布に従っ
て集束しながら光集束器Ａ中？進む。即ち、各ＬＥＤ３
から出て力集束器Ａに入射した光は、該集束器Ａ？製作
する際にこれ全通過した光束１３（第５図）と全く逆方
向に進むことができる。換言すれば、光集束器Ａにおけ
る各ＬＥＤ３に対向する部分には、既述の光束１３に対
応した光集束性導波路が形ＩＩｔざねる。このため、第
７図に示す如く各Ｌ　Ｅ　Ｄ　３が発光し穴ときその拡
散光に指向性全持た。せることができる。

従って、光を有効に利用し、ＬＥＤの低い出力光強度ケ
補ってｉ：量不足に起因する既述の不都合？低減せしめ
ることが可能きなる。即ち、このＬＥＤアレイ３を発光
源装置として用いたとき、各ＬＢＤ３からの党？図示し
５ていないレンズ、又は元ファイバへの元結合率？著Ｌ
＝　（高めることができる。これ全開らかにするため、
第８図には元集束器Ａ？有するときのＬＥＤ３からの発
光束Ｌ＋？実線で示し、光集束器Ａが無いときの同発光
束Ｌ２に破線で示しておく。同様に第９図には、光集束
器Ａによる光集束領域？実線り、により、該集束器Ａの
無いときの光発散領域？破線Ｌ２で示しておく。

光集束器Ａｉ製作する際に用いた元ファイバアレイ７を
光伝送体として用いる場合には、第１０図（（示す如く
、光フアイバアレイ７を光集束器Ａに取付けたままにし
ておけばよい。この場、金も、各ＬＥＤ３から出た元は
、光集束器Ａにおける各光集束性導波路？進み、そして
各党ファイバ６のコア部１０に集束してここ？伝送でれ
る。このように光集束器Ａは、元を確実に集束ζせるこ
とができるので、光ファイバへ九ヲ効率よく、即ち高い
結合効率？もって、入射させることができる。尚、第１
０図に示す如く元ファイバアレイ７を光伝送体として用
いるときには、光集束器Ａ？製作する際に、光ファイバ
アレイ７？光重合材５（第２図）に一体的に固着してお
くことが望ましく、またその逆に、光集束器の完成後、
光フアイバアレイ７ケ元伝送体として用いないときには
、光集束器Ａの製作時に、光フアイバアレイ７ケ元重合
材５に固着せず、単に当接させるだけにしておくことが
有利である。

第２図乃至第６図に示す実施例においては、光重合によ
り屈折率が高められる光重合性物質ケ含む光重合材を用
いたが、その逆に、光重合によって屈折率が低下する光
重合性物質？含んだ光重合材ケ使用することもできる。

ただこの場合に第２図に示す如く光重合感光波長の光（
例えばＮ２レーザビーム）？、各党ファイバ６のコア部
１０ｉ通し。

て光重合材に入射でせると、この光重合材に生ずる屈折
率分布は、第６図に示す形態とは全く逆になり（中心Ｃ
において屈折率が最も低くなる）、これ？光集束器さし
て用いることはできない。従って、光重合により屈折率
が低くなる光重合性物質ケ含む光重合材を用いて光集束
器？作るときには、第１１図に示すように、各光フアイ
バ６のコア部１０ケ、例えばファイバ後端部４にて遮蔽
部片１４によって遮蔽１例′えばＮ２レーザ発振器より
なる光源からの’ＸＬｔｒ、元ファイバ６のクラッド部
１１に入射せしめ、こＡ？ファイバ６の先端９から出射
てせて光重合材５？通過させればよい。このようにすれ
ば、光重合材５を通る各光束１３の中心Ｃにおける光強
度が、その周辺Ｐにおける光強度よりも弱くなり、該中
心Ｃにおける屈折率の方が周辺Ｐにおける屈折率よりも
大きくなって、結局第６図に示す如き屈折率分布？得る
ことができる。

上述した各実施例においては、元集束器ケ製作する際に
、シート状の光重合材５’１ＬＢＤアレイ１に固足し、
しかる後に光重合材５の屈折率を変化させるようにし穴
が、光重合材ｓ全ＬＥＤアレイ１とは別個に製作するこ
ともできる。第１２図はその一例ケ示しζシート状の光
重合材５に、光フ先に説明しｆｃ実施例の場合と峯＜同
様にして、光重合材に光重合感光波長の元り乞晶射しそ
の屈折率全変化きせる（第１２図には元ファイバ？元重
合材に予め一体的に固着させた例？示す）。その際、元
ファイバアレイ７における各党ファイバ６のピッチｐｉ
、ＬＥＤアレイ竺おける各ＬＥＤの線列ピッチｐ（第１
３図参照）に予めほぼ一致ブせておくべきことは当然で
ある。このようにして製作した光集束器ＡＶ使用するに
は、これケ、第１３図に示す如（、ＬＥＤアレイ１のＬ
ＥＤ３に直接接触させ、ないしは、図示するようにＬＥ
Ｄアレイ１に設けらｆ″Ｌｆｃ保護膜１９に接触きせる
等して配置し７、各ＬＥＤ３と各党ファイバ６のコア部
１０と？対向させる。かくすることによ５、ＬＥＤ３か
らの光？効果的に各党ファイバ６のコア部１０へ集束さ
せることかできる。また第１４図に示す如く、各ＬＥＤ
３の発光面３ａに、微小レンズ１５？予め配置しておき
、ＬＥＤ３からの光をこのレンズ］５によって大まかに
集束し、かく集束した元ケ元集束′器Ａによって更に集
束１せてこｔ１？各光ファイバ６のコーア部１０に導ひ
くようにすることもできる。第１２図に示す方法によっ
て製作し′ｆｃ光集イアＡも、その製作時に用いｆｃ光
ファイバアレイ７を取外して、こｔ１？使用してもよい
ことは当然であり、その場合にハ、光集束器の製作時に
、元ファイバアレイ？光重合材に単に当接させることが
望ましい〇尚、第２図に示す方法によって元集束器Ａ？
製作する際、５完収した光集束器の光集束性？できるだ
け高め得るように、各ＬＥＤ３と、各党ファイバ６のコ
ア部１０とを、一致対応させ大状態で対向配置でせるこ
とが有利ではあるが、場合によっては、この位置決め精
度金さほど厳格にせずとも、光集束器の機能は大幅に低
下することはない。即ち、例えば第１５図に示すように
、ＬＥＤ３に対し。

、てややずれた位置に元ファイバ６を配置して光集束器
Ａｉ製作り、てしまい、その使用時に、ＬＥＤ３からの
元が元ファイバ６０元軸よりもやや外れた位置がら光集
束器Ａに入射したとしても、ＬＥＤ３が光集束性導波路
の外端１６内に位置していれば、ＬＥＤからの元はこの
光集束性導波路全支障このことは、第１２図に示す方法
で光集束器Ａ′？を製作する場合にもあてはまり各′光
ファイバ６の配列状態にずれがおっても、これが僅かで
あれば特に不都合は生じない。マたこの方法によって製
作した光集束器？、第１３図及び第１４図に示す如くし
て使用する際にも同様なことが言え、光集束器ないしは
各党ファイバ６を、各ＬＥＤアレイ１に対して僅かに位
置をずらして配置して□しまったとしても、このずれが
特に大きくならない限り、使用上の不都合は生じない。

・以上詳述した実施例においては、光重合材５に光フア
イバアレイ７を当接ないしは固足させて、光集束器を製
作する場合につきｉ明ｔ、ｆｃが、元ファイバアレイの
代りに複数の皐−元ファイバ金用〜いてもよいことは当
然である。穴だ、元ファイバアレイ？用い六方が、製作
時の作業が簡単となり、その意味ではファイバアレイケ
イク”用することが有利であると言える。−！り、先の
説明からも判るように光重合材としては適宜な材料？用
いることができ、例えば、主成分たるポリカーボネート
Ｚ１光重会性物質としてのアクリル酸メチル、増感剤、
及びカブリ防止剤等から成る材料？用いることが可能で
ある。

最後に、本発明に係る方法により製造された元集束器Ａ
？有するＬＥＤアレイ？用いたプリンタの概略構成？説
明しておこう。第１６図はその一例？示し、各Ｌ　ＥＤ
　３からの光は、光集束器Ａによって集光てれ、かく集
光され在光は集束性光伝送体アレイ１７ケ介して露光面
（感光体）１８に導びかｊｌここで結像てれる。こハに
よって、公知の形態で、露光面１８上に所定の画像（潜
像）が形成される。この場合、上記の如（ＬＥ、Ｄ３か
らの光は光集束器３によって集められるので、ＬＥＤ自
体の発＊情は少ないが、この寒は効率よく露光面に伝達
１ｎる。従って露光量不足？生ずることなく、高速プリ
ンタケ構成することが可能である。本発明に係るＬＥＤ
アレイはプリンタ以外の各種装置にも有利に用いること
ができることは当然である。

以上の説明からも判るように、本発明によれば簡単な構
成によってその所期お目的を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＬＥＤアレイの断面模式図、第２図は光集束器
？製造する状態を模式的に示す説明図、第３図及び第４
図は光フアイバアレイの断面図、第５図は第２図の一部
？取り出して示す説明図、第６図は光重合により変化し
た光重合・材の屈折率分布全例示するグラフ、第７図は
ＬＥＤアレイの使用状態の一例？示す説明図、第８図太
び第９図は光集束器による効果？説明する図式図、第１
０図けＬＥＤアレイの他の使用状態？示す説諭図、第１
１図は他の実施例を示す第５図と同様な説明図、第１２
図は更に他の実施例？示す第２図と同様な説明図、第１
３図及び第１４図は、第１２図に示す方法で製作した光
゛集束器の使用例を示す説明図、第１５図は元ファイバ
とＬＥＤとの位置が多少ずｊｋときの作用を説明する説
明図、第１６図ＦｉＬＢＤプレイをプリンタに用いたと
きの状態？模式的に示す概略説明図である。 １・・・発光ダイオードーアレイ３・・・発光ダイオー
ド４・・・表面　　　　　　　５・・・光重合材６・・
・元ファイバ　　　　９・；・一端９ａ・・・他端　　
　　　　　１０・・・コア部１１・・・クラッド部　　
　　５．Ａ−・光集束器ｐ・・・ピッチ　　　　　　　
Ｌ・・・元第６図 図　　第８図　　　第、ト１ 第′１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第、１５図 ６６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）　　複数の発光ダイオード？有する発光ダイオー
   ドアレイの表面に、光重合性物質？含む光重合材全シー
   ト状にば固定し、複数の光ファイバの一端ケ、各発光ダ
   イオードとほぼ対向はせた状態で、前記光重合材の表面
   に密着かせ、各元ファイバの他端より、元重合感元波長
   のｆｔ？入射せしめ、該光を各党ファイバの前記一端か
   ら出射させて光重合材中ケ通過させ、その際、各党ファ
   イバから出射する出射光の光強度に応じて、光重合材に
   含まれた光重１合性物質？重合シ１、次いでこの光重合
   材？足着してこれケ元集束器としたこと？特徴とする、
   発光ダイオードアレイ用の元集束器を製造する方法。 （２）前記各党ファイバのコア部に前記元？通し、該コ
   ア部から出射する元を照射された前記光重合材部分の屈
   折率を、光照射前の屈折率よりも高めること′！−特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。。 （３）　　前記各党ファイバの各クラッド部に前記光を
   通し、該クラッド部から出射する元？・照、射ざｔ１食
   前記光重合材部分の屈折率を、光照射前の屈折率よりも
   低くすることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の雪法。 （４）前記複数の元ファイバが、前記発光ダイオードの
   配列ピッチとほぼ等しいピッチで配列された元ファイバ
   アレイとして構成さねている特許請求の範囲Ｗ！、１項
   乃至第３項のうちいずｊか１つに記載の方法。 （５）　　発光ダイオードプレイにおける各発光ダイオ
   ードの配列ピッチにほぼ一致するピッチで、複数の元フ
   ァイバの一端ケ、光重合物質を含む元１合材に連結し、
   該複数の元ファイバの他端・よ、り光重令感元波長の光
   ？入射せしめ、該党？元ファイバの前記一端から出射づ
   せて死重合材中全通過させ、その際、各九ファイバから
   出射する出射光の光強度に応じて光重合材に含まｆ″Ｌ
   ｆｃ元重合性光重？重合し、次いでこの光重合材を定着
   してこれを光集束器としたこと？特徴とする、発光ダイ
   オードアレイ用の元集束器會製造する方法。 （６）　　前記各党ファイバのコア部に前記光を通し、
   該コア部から出射する元？照射された前記光重合材部分
   の屈折率ケ、光照射前の屈折率よりも高めることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項に記載の方法。 （７）　　前記各党ファイバの各クラッド部に前記元？
   通し、該クランド部から出射する九？照射シれ女前記元
   重合材部分の屈折率ケ、光照射前の屈折率よりも低くす
   ること？特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の方法
   。 （８）　　前記複数の元ファイバが、前記発光ダイオー
   ドの偏〃ピッチとほぼ等しいピッチで配列ｚｎ食ｆ：’
   ｙアイバアレイとして構成さねている特許請求の範囲第
   ５項乃至第７項のうちいずれか１つに記載の方法。