JP2004209703A - Optical writing head - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光プリンタに用いられる光書き込みヘッドに関し、特に、正立変倍レンズアレイを用いた光書き込みヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
光プリンタでは、光書き込みヘッドの基板上に直線的に配置された発光素子からの光を、正立等倍のレンズアレイを介して感光ドラムに照射して潜像を形成し、この潜像をトナーによって現像し、このトナーを紙に転写し、熱等によってトナーを紙に定着させることによって印字を行っている。
【0003】
図1は、従来の光プリンタに搭載される光書き込みヘッドの主走査方向に対して直交する方向(以下、副走査方向という)の断面図である。チップ実装基板30上に、発光素子を列状に配置した複数個の発光素子アレイチップ31が、主走査方向に実装され、この発光素子アレイチップ31の発光素子が発光する光の光路上には、主走査方向に長尺な正立等倍のロッドレンズアレイ32が、樹脂ハウジング33により固定されている。ロッドレンズアレイ32上には、感光ドラム34が設けられる。また、チップ実装基板30の下地には発光素子アレイチップ31の熱を放出するためのヒートシンク35が設けられ、ハウジング33とヒートシンク35は、チップ実装基板30を間に挟んで止め金具36により固定されている。
【0004】
上述の発光素子アレイチップには、自己走査型発光素子アレイチップが用いられる。自己走査型発光素子アレイチップとは、自己走査回路を内蔵し、発光点を順次転送していく機能を有する発光素子アレイチップである。
【0005】
自己走査型発光素子アレイチップについては、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4等により、プリンタヘッド用光源として実装上簡便となること、発光素子間隔を細かくできること、コンパクトなプリンタヘッドを作製できること等が示されている。また、特許文献5では、転送素子アレイをシフト部として、発光部である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チップを提案している。
【0006】
図2に、シフト部と発光部とを分離した構造の自己走査型発光素子アレイチップの等価回路図を示す。シフト部は、転送素子T1 ,T2 ,T3 ,…を有し、発光部は、書込み用発光素子L1 ,L2 ,L3 ,…を有している。これら転送素子および発光素子は、3端子発光サイリスタにより構成される。シフト部の構成は、転送素子のゲートを互いに電気的に接続するのにダイオードD1 ,D2 ,D3 ,…を用いている。VGKは電源(通常5V)であり、負荷抵抗RL を経て各転送素子のゲート電極G1 ,G2 ,G3 ,…に接続されている。また、転送素子のゲート電極G1 ,G2 ,G3 ,…は、書込み用発光素子のゲート電極にも接続される。転送素子T1 のゲート電極にはスタートパルスφS が加えられ、転送素子のアノード電極には、交互に転送用クロックパルスφ1,φ2が加えられ、書込み用発光素子のアノード電極には、書込み信号φI が加えられている。
【0007】
動作を簡単に説明する。まず転送用クロックパルスφ1の電圧が、Hレベルで、転送素子T2 がオン状態であるとする。このとき、ゲート電極G2 の電位はVGKの5Vからほぼ零Vにまで低下する。この電位降下の影響はダイオードD2 によってゲート電極G3 に伝えられ、その電位を約1Vに(ダイオードD2 の順方向立上り電圧(拡散電位に等しい))に設定する。しかし、ダイオードD1 は逆バイアス状態であるためゲート電極G1 への電位の接続は行われず、ゲート電極G1 の電位は5Vのままとなる。発光サイリスタのオン電圧は、ゲート電極電位+pn接合の拡散電位(約1V)で近似されるから、次の転送用クロックパルスφ2のHレベル電圧は約2V(転送素子T3 をオンさせるために必要な電圧)以上でありかつ約4V(転送素子T5 をオンさせるために必要な電圧)以下に設定しておけば転送素子T3 のみがオンし、これ以外の転送素子はオフのままにすることができる。従って2本の転送用クロックパルスでオン状態が転送されることになる。
【0008】
スタートパルスφS は、このような転送動作を開始させるためのパルスであり、スタートパルスφS をHレベル(約0V)にすると同時に転送用クロックパルスφ2をHレベル(約2〜約4V)とし、転送素子T1 をオンさせる。その後すぐ、スタートパルスφS はHレベルに戻される。
【0009】
いま、転送素子T2 がオン状態にあるとすると、ゲート電極G2 の電位は、ほぼ0Vとなる。したがって、書込み信号φI の電圧が、pn接合の拡散電位(約1V)以上であれば、発光素子L2 を発光状態とすることができる。
【0010】
これに対し、ゲート電極G1 は約5Vであり、ゲート電極G3 は約1Vとなる。したがって、発光素子L1 の書込み電圧は約6V、発光素子L3 の書込み電圧は約2Vとなる。これから、発光素子L2 のみに書込める書込み信号φI の電圧は、1〜2Vの範囲となる。発光素子L2 がオン、すなわち発光状態に入ると、発光強度は書込み信号φI に流す電流量で決められ、任意の強度にて画像書込みが可能となる。また、発光状態を次の発光素子に転送するためには、書込み信号φI ラインの電圧を一度0V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。
【0011】
自己走査型発光素子アレイを光書き込みヘッドなどへ応用する場合は、複数の発光素子アレイチップを一方向に配列し、画像を出力する場合は、メモリ上の画像データを所望のタイミングに同期させて、発光素子アレイチップ上の対応する発光素子に転送して発光素子を発光させる。
【0012】
このような自己走査型発光素子アレイは、通常の発光素子アレイに比べてボンディングパッドが少なくてよいという特徴がある。この特徴によりチップ面積が小さくでき、低コストを実現できる。さらに、ボンディングパッドを矩形状のチップ両端に配すれば、ほぼボンディングパッド自体が必要とする幅までチップ幅は小さくできる。しかし、光書き込みヘッドに応用する場合、複数のチップを一方向に配列すると、チップ端で発光点(発光素子)の間隔を一定にできない。これを避けるためにチップの一部を重ねて配列するいわゆる千鳥配列の方法がある(特許文献6参照)。
【0013】
図3は、この千鳥配列の方法を示す図である。説明の便宜上、図示のようにxy座標軸を定めるものとする。すなわち、x軸方向は、チップの配列方向(主走査方向)であり、y軸方向は、チップの配列方向に直交する方向(副走査方向)である。自己走査型発光素子アレイチップ39は、両端にボンディングパッド40が設けられており、その間に発光素子からなる発光点41が直線状に設けられている。
【0014】
このような発光素子アレイチップ39をy軸方向にずらしてチップの両端を重ねて、千鳥状にx軸方向に配列し、チップの最端部の発光点と隣接するチップの最端部の発光点との間隔x1 ,x2 ,x3 をすべてpに等しくすることで、複数個のチップ全部を通して、発光点のx軸方向の間隔を一定値pにしている。
【0015】
各自己走査型発光素子アレイチップ上の発光点は、最も左側の発光点から1点ずつ順にシフトして点灯する。このシフトしたタイミングで各発光点が点灯することで画像の書き込みが行われる。
【0016】
【特許文献1】
特開平1−238962号公報
【特許文献2】
特開平2−14584号公報
【特許文献3】
特開平2−92650号公報
【特許文献4】
特開平2−92651号公報
【特許文献5】
特開平2−263668号公報
【特許文献6】
特開平8−216448号公報
【特許文献7】
特開2000−284217号公報
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光素子アレイチップを千鳥配列した光書き込みヘッドを用いて感光ドラムに発光点列像を投影すると、各チップをy軸方向にずらして配列した分、感光ドラム面上の発光点列像に、y軸方向にずれ(段差)を生じ、その結果、出力される画像にもチップのずれ幅に相当する段差を生じる。
【0018】
そのため、千鳥配列された発光素子アレイチップにおいては、チップ毎に画像メモリから画像データを呼び出し、チップ上の対応する発光素子に画像データを転送するタイミングを調整することによって、感光ドラム面上に作られる発光点列像のy軸方向のズレを補正している。
【0019】
従って、発光素子アレイチップを千鳥配列した光書き込みヘッドでは、このズレ分を補償するための余分なメモリが必要となる。
【0020】
また、ロッドレンズアレイは、副走査方向の端部付近において光量分布のバラツキが多く、副走査方向の中央部付近において光量分布のバラツキが少なくなっている。したがって、光量分布のバラツキの少ないエリアを使うために、チップを副走査方向にあまり大きくずらすことができない。
【0021】
チップを副走査方向に大きくずれないようにするためには、図3に示すように、チップ両端を重ねて、対向して配置された発光素子アレイチップの一方の発光点列の中心線と他方の発光点列の中心線との間隔Lをできるだけ狭くしなけれならず、そのためには、多数個の発光素子アレイチップが形成されている半導体ウエハからチップをダイシングする際に、発光点列に極めて近い場所を切断する必要がある。しかし、発光点列に極めて近い場所を切断している時に切断チップにチッピングが発生した場合、チッピングが発光点にまで及び、発光点を損傷してしまうことがある。その結果、チップ製造の歩留まりを落としてしまう。また、チッピングを抑制するために、切断速度を低速にする方法もあるが、一方で、切断時間を多分に要するという問題がある。
【0022】
また、発光点列を副走査方向のチップ端部に、主走査方向に沿って設けなければならないため、チップデザインに制約がある。
【0023】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、余分なメモリを必要とする千鳥配列の方法を用いることなく、感光ドラム面上に発光点列像を直線状に形成できる正立変倍レンズアレイを用いた光書き込みヘッドを提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直線状に配列された複数個の発光点からなる発光点列を有する複数個の発光素子アレイチップと、発光素子アレイチップの光出射側に発光素子アレイチップから作動距離で配置された正立変倍レンズアレイを備える光書き込みヘッドであって、発光素子アレイチップは、発光点の配列方向が主走査方向となるようにして一定間隔で配置され、正立変倍レンズアレイは、正立等倍レンズアレイと複数個の凹レンズとからなり、各凹レンズは、正立等倍レンズアレイの光出射側に設けられ、発光点列から出射された光を主走査方向に拡大するようにして主走査方向に直線状に配置されていることを特徴とする。
【0025】
凹レンズの主走査方向の配置間隔は、発光素子アレイチップ上に備える1チップ分の発光点列が感光ドラム面上に作る発光点列像の長さに等しいことが好ましく、この場合、発光点列の中央と凹レンズのレンズ面の中心線は、主走査方向にずれて配置されていても良い。
【0026】
また、凹レンズの主走査方向の配置間隔が、発光素子アレイチップ上に備える1チップ分の発光点列が感光ドラム面上に作る発光点列像の長さよりも短いために、発光点列像の端部が、並置された発光素子アレイチップの発光点列が感光ドラム面上に作る発光点列像の端部と重なった場合には、重なった不要な部分の発光点像を投影する発光点を点灯させないことが好ましい。
【0027】
また、本発明は、直線状に配列された複数個の発光点からなる発光点列を有する複数個の発光素子アレイチップと、発光素子アレイチップの光出射側に発光素子アレイチップから作動距離で配置された正立変倍レンズアレイを備える光書き込みヘッドであって、発光素子アレイチップは、発光点の配列方向が主走査方向となるようにして一定間隔で配置され、正立変倍レンズアレイは、一方の面と他方の面とでレンズピッチが異なる微小な球面レンズからなる球面レンズ群を両面に備え、さらに球面レンズ群を主走査方向に一定の配置間隔で配置する樹脂レンズアレイを複数枚重ねて構成され、発光点列から出射された光を主走査方向に拡大するようにして配置されていることを特徴とする。
【0028】
球面レンズ群の主走査方向の配置間隔は、発光素子アレイチップ上に備える1チップ分の発光点列が感光ドラム面上に作る発光点列像の長さに等しいことが好ましく、また、球面レンズ群の主走査方向の配置間隔が、発光素子アレイチップ上に備える1チップ分の発光点列が感光ドラム面上に作る発光点列像の長さよりも短いために、発光点列像の端部が、並置された発光素子アレイチップの発光点列が感光ドラム面上に作る発光点列像の端部と重なった場合には、重なった不要な部分の発光点像を投影する発光点を点灯させないことが好ましい。
【0029】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0030】
図4は、本発明の第1の実施の形態に係る光書き込みヘッドの光学系を示す斜視図である。図4に示す光書き込みヘッドは、ヘッド基板(図示せず)上に一定間隔で主走査方向に直線状に配置された複数個の自己走査型発光素子アレイチップ1と、自己走査型発光素子アレイチップ1の光出射側に、長手方向が主走査方向になるようにしてチップから作動距離で配置された正立変倍レンズアレイ2を備えている。正立変倍レンズアレイ2の光出射側には、レンズの焦点位置に感光ドラムが配置される。
【0031】
自己走査型発光素子アレイチップ1は、チップ上に一定間隔で直線状に配列された複数個の発光点(発光素子)からなる発光点列11を備えており、発光点の配列方向は、主走査方向となっている。また、チップの主走査方向の一方の端部に複数個のボンディングパッド12を備えている。ボンディングパッド12には、ボンディングワイヤ10が接続されている。このボンディングワイヤ10を介して、自己走査型発光素子アレイチップ1に、書き込み信号(φI 信号)、転送用クロック信号(φ1,φ2信号)、電源が供給される。
【0032】
チップ上の発光点列11は、正立変倍レンズアレイ2を介して感光ドラム面Aに投影され、感光ドラム面Aに主走査方向に拡大された発光点列像23を形成する。
【0033】
正立変倍レンズアレイ2は、正立等倍レンズアレイ20と複数個の凹レンズ21からなり、各凹レンズ21は、正立等倍レンズアレイ20の光出射側に、発光点列11から出射された光を主走査方向に拡大するようにして互いに接して配置され、さらに正立等倍レンズアレイ20に接して設けられている。
【0034】
なお、正立等倍レンズアレイ20は、凹レンズ21と同様に、正立等倍の複数個のレンズで構成しても良い。また、図4では、凹レンズ21の主走査方向の長さを凹レンズ21の配置間隔(繰り返しピッチ)と等しくしたため、凹レンズ21を互いに接して配置したが、凹レンズ21は、必ずしも互いに接して配置する必要はなく、隙間が空いていても良い。正立変倍レンズアレイは、発光点列から出射される光を主走査方向に拡大するために用いているので、少なくとも正立変倍レンズアレイの発光点列からの光が入射する領域に、光を拡大する機能を有する凹レンズおよび正立等倍レンズが備えてあれば良い。また、凹レンズ21は、正立等倍レンズアレイ20に必ずしも接して設ける必要はなく、光学的に調整が可能であれば、隙間が空いていても良い。
【0035】
正立等倍レンズアレイ20には、ロッドレンズアレイまたは正立等倍樹脂レンズアレイが用いられる。ロッドレンズアレイは、屈折率が中心軸から周辺に向かって減少していく、多数の屈折分布型ロッドレンズを平行に2次元に配列させたものであり、正立等倍像を結像させることができる。正立等倍樹脂レンズアレイは、同一の焦点距離と口径を有する微小な球面レンズが両面または片面に形成された樹脂レンズアレイを2枚以上重ねたものであり、正立等倍像を結像させることができる。
【0036】
凹レンズ21は、円柱側面の一部であり、正立等倍レンズアレイ20から出射された光を主走査方向に拡大するように屈折させて光の方向を変えることができる。凹レンズ21の主走査方向の配置間隔(繰り返しピッチ)は、自己走査型発光素子アレイチップ1の1チップ分の発光点列11が感光ドラム面Aの上に作る発光点列像23の長さに等しいように選ばれる。
【0037】
自己走査型発光素子アレイチップ1上の発光点の間隔、発光点の大きさ、および凹レンズの倍率は、感光ドラム面Aの上に作られる発光点像が所望の間隔および大きさになるように選ばれる。
【0038】
また、自己走査型発光素子アレイチップ1は、チップ上の発光点列11の中央(発光点の数が256個の場合、128番目と129番目の発光点の間)が、凹レンズ21のレンズ面の中心線Bに一致するように配置される。図5は、発光点列の中央と凹レンズ面の中心線Bが一致するように配置されている状態を示す図である。図中のC,Dは、凹レンズ境界線である。このように配置することで、ボンディングパッドのように発光しない部分があるチップを一列に並べても、感光ドラム面上には、発光点列像23を隙間無く並べることができる。すなわち、感光ドラム面上に形成される発光点像を全て直線状に等間隔に並べることができる。
【0039】
なお、ここでは、チップ上の発光点列11の中央と、凹レンズ21のレンズ面の中心線Bが一致するように配置する場合について述べたが、凹レンズの主走査方向の配置間隔(繰り返しピッチ)が、自己走査型発光素子アレイチップ1の1チップ分の発光点列11が感光ドラム面上に作る発光点列像23の長さに等しいように選ばれており、チップ並びの間隔がこの凹レンズの配置間隔(繰り返しピッチ)に等しいならば、発光点列11の中央と凹レンズ21のレンズ面の中心線Bとに主走査方向に多少のずれがあっても、感光ドラム面上に発光点列像23を隙間なく並べることができる。図6は、発光点列の中央と凹レンズ面の中心線Bが主走査方向にずれて配置されいる状態を示す図である。すなわち、チップとレンズとのアライメント精度は、凹レンズによる拡大率に応じて緩和される。したがって、チップとレンズは、ヘッドに機械的に組み込むだけで十分なアライメント精度を確保できる。
【0040】
なお、凹レンズを用いて主走査方向にだけ拡大するため、焦点面に作られる発光点像は歪む。しかし、ボンディングパッド部分の長さを0.45mmとし、チップ上5.0mmの長さの発光点列を5.461mmに拡大することを想定すると、拡大率は、9.2%にすぎず、焦点面に作られる発光点像の湾曲はあまり問題とならない。
【0041】
本実施の形態による光学系によれば、発光素子アレイチップの長さが約10%短くなり、さらに、発光点列に極めて近い部分を切断する必要が無くなるため、チップの製造プロセスにおいて、歩留まりが向上した。
【0042】
次に、本発明の光書き込みヘッドの第2の実施の形態について説明する。図7は、本発明の第2の実施の形態に係る光書き込みヘッドの光学系を説明する図である。
【0043】
第2の実施の形態では、感光ドラム面上に投影された発光点列像の端部がお互いに重なるようにした。例えば、チップ上5.0mmの長さの発光点列中に、132個の発光点を作り込み、これを感光ドラム面上で42.3μm(600dpi)×132=5.5836mmとなるように、拡大投影する。しかし、凹レンズの配置間隔(繰り返しピッチ)は、128個の発光点分の5.461mmであるため、132個の発光点を全部点灯すると、端部で各2発光点像が重なってしまう。そこで、重なった不要な部分の発光点像を投影する発光点は点灯させないことにより、感光ドラム面上に隙間無く発光点列像を並べることができる。
【0044】
このような構成により、チップとレンズとの主走査方向のアライメント精度を確保できなくても発光点の主走査方向のズレを電気的に補正できる。すなわち、チップ上の132個の発光点の内、1〜128番目の発光点を選ぶか、5〜132番目の発光点を選ぶか、その間の128個の発光点を選ぶかによって画像データに対応する発光点列像を感光ドラム面上で平行に移動できる。
【0045】
次に、本発明の光書き込みヘッドの第3の実施の形態について説明する。第1および第2の実施の形態では、正立変倍光学系を正立等倍レンズアレイと凹レンズで実現したが、正立変倍光学系は、一方の面と他方の面で球面レンズのピッチを変化させた樹脂レンズアレイを何層かに積層した構造の正立変倍レンズアレイを用いていも良い。
【0046】
図8は、本発明の第3の実施の形態に係る光書き込みヘッドの光学系を示す主走査方向に沿う断面図である。図8に示す光書き込みヘッドの光学系は、ヘッド基板(図示せず)上に一定間隔で主走査方向に直線状に配置された複数個の自己走査型発光素子アレイチップ1と、自己走査型発光素子アレイチップ1の光出射側に、長手方向が主走査方向になるようにしてチップから作動距離で配置された正立変倍レンズアレイ3からなる。
【0047】
正立変倍レンズアレイ3は、一方の面と他方の面とでレンズピッチが異なる微小な球面レンズからなる球面レンズ群を両面に備え、さらに球面レンズ群を主走査方向に一定の配置間隔で配置する樹脂レンズアレイを複数枚重ねて構成される。さらに、正立変倍レンズアレイ3は、発光素子アレイチップ1上の発光点列から出射された光を主走査方向に拡大するようにして配置される。球面レンズ群の主走査方向の配置間隔は、発光素子アレイチップ1の1チップ分の発光点列が感光ドラム面上に作る発光点列像の長さに等しいように選ばれる。
【0048】
図9は、正立変倍レンズアレイの一部断面図である。本実施の形態では、正立変倍レンズアレイ3は、一方の面と他方の面とでレンズピッチが異なる微小な球面レンズからなる球面レンズ群を両面に備えた樹脂レンズアレイ22を3枚重ねて構成されている。隣接する樹脂レンズアレイ同士の対向する球面レンズのピッチは同一である。
【0049】
本実施の形態では、上述のように樹脂レンズアレイを3枚重ねることによって正立変倍レンズアレイを構成しており、1つの光軸上には6個の球面レンズが配列されている。しかし、正立変倍像を形成するためには、少なくとも3個の球面レンズが1つの光軸上にあればよい。この正立変倍レンズアレイでは、3個以上の球面レンズで形成される光軸が同一点(交軸点)で結ばれるように、球面レンズの配列ピッチを合わせる。
【0050】
樹脂レンズアレイ22は、アクリル系樹脂などの樹脂材料を成型加工(例えば、樹脂成形、2P成型、射出成型など)することにより作製できるものであり、両面に微小な球面レンズがX−Yマトリックス状に多数個配列されている。
【0051】
図10は、1枚の樹脂レンズアレイの平面図(a)およびY方向の断面図(b)である。長尺矩形状のアクリル樹脂板の一方の面に球面レンズ28が所定のピッチでX−Yマトリックス状に配列され、他方の面に球面レンズ29が球面レンズ28のピッチとは異なる所定のピッチでX−Yマトリックス状に配列されている。
【0052】
自己走査型発光素子アレイチップ1は、第1および第2の実施の形態と同様の構成のものであり、チップ上に一定間隔で直線状に配列された複数個の発光点(発光素子)からなる発光点列を備えており、また、チップの主走査方向の一方の端部に複数個のボンディングパッドを備えている。チップ上の発光点列が、正立変倍レンズアレイ3を介して感光ドラム(図示せず)に投影され、感光ドラム面に主走査方向に拡大された発光点列像を形成することも第1および第2の実施の形態と同様である。
【0053】
上述した実施の形態では、球面レンズ群の主走査方向の配置間隔を、発光素子アレイチップ1の1チップ分の発光点列が感光ドラム面上に作る発光点列像の長さに等しいように選んだが、球面レンズ群の主走査方向の配置間隔を、発光素子アレイチップ1の1チップ分の発光点列が感光ドラム面上に作る発光点列像の長さよりも短くして、発光点列像の端部が、並置された発光素子アレイチップの発光点列が感光ドラム面上に作る発光点列像の端部と重なるようにしても良い。第2の実施の形態と同様に、重なった不要な部分の発光点像を投影する発光点を点灯させないことにより、感光ドラム面上に隙間無く発光点列像を並べることができる。
【0054】
また、上述した実施の形態では、樹脂レンズアレイは、両面に、一定の配置間隔で配置された球面レンズ群を備えているが、主走査方向に間を空けることなく、両面に、一方の面と他方の面とでレンズピッチが異なる球面レンズを主走査方向に連続して備えるようにしても良い。
【0055】
第1、第2および第3の実施の形態で説明したように、光学系に正立変倍レンズアレイを用いた光書き込みヘッドは、発光素子アレイチップの長さを短くすることができるため、余分なメモリを必要とする千鳥配列によらなくても感光ドラム面上に発光点列像を直線状に形成でき、さらに、発光点列の直ぐ近くを切断する必要が無くなるため、発光素子アレイチップの製造プロセスにおいて、歩留まりを向上させることができる。
【0056】
また、チップの歩留まりが改善することから、第1、第2および第3の実施の形態に係る光書き込みヘッドを光プリンタに応用することによって光プリンタのコストを削減することができる。
【0057】
なお、上述した実施の形態では、発光素子アレイチップに自己走査型発光素子アレイチップを用いたが、本発明は、自己走査型発光素子アレイチップに限るものではなく、通常の発光素子アレイチップにも適用できるものである。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、発光素子アレイチップの長さを短くすることができるため、余分なメモリを必要とする千鳥配列の方法を用いることなく、感光ドラム面上に発光点列像を直線状に形成でき、さらに、発光点列の直ぐ近くを切断する必要が無くなるため、チップの製造プロセスにおいて、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光プリンタに搭載される光書き込みヘッドの副走査方向の断面図である。
【図2】シフト部と発光部とを分離した構造の自己走査型発光素子アレイチップの等価回路図である。
【図3】千鳥配列の方法を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係る光書き込みヘッドの光学系を示す斜視図である。
【図5】発光点列の中央と凹レンズ面の中心線Bが一致するように配置されている状態を示す図である。
【図6】発光点列の中央と凹レンズ面の中心線Bがずれて配置されいる状態を示す図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態に係る光書き込みヘッドの光学系を説明する図である。
【図8】本発明の第3の実施の形態に係る光書き込みヘッドの光学系を説明する図である。
【図9】正立変倍レンズアレイを示す一部断面図である。
【図10】1枚の樹脂レンズアレイの平面図および断面図である。
【符号の説明】
1,39 自己走査型発光素子アレイチップ
2,3 正立変倍レンズアレイ
10 ボンディングワイヤ
11 発光点列
12,40 ボンディングパッド
20 正立等倍レンズアレイ
21 凹レンズ
22 樹脂レンズアレイ
23 発光点列像
28,29 球面レンズ
30 チップ実装基板
31 発光素子アレイチップ
32 ロッドレンズアレイ
33 樹脂ハウジング
34 感光ドラム
35 ヒートシンク
36 止め金具
41 発光点
A 感光ドラム面
B 凹レンズ中心線
C,D 凹レンズ境界線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical writing head used in an optical printer, and more particularly, to an optical writing head using an erecting zoom lens array.
[0002]
[Prior art]
In an optical printer, a latent image is formed by irradiating light from a light emitting element linearly arranged on a substrate of an optical writing head to a photosensitive drum through an erecting equal-magnification lens array, and forming the latent image. Printing is performed by developing with toner, transferring the toner to paper, and fixing the toner to paper by heat or the like.
[0003]
FIG. 1 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to the main scanning direction of an optical writing head mounted on a conventional optical printer (hereinafter, referred to as a sub-scanning direction). A plurality of light emitting
[0004]
As the above-described light emitting element array chip, a self-scanning light emitting element array chip is used. The self-scanning light-emitting element array chip is a light-emitting element array chip having a built-in self-scanning circuit and having a function of sequentially transferring light-emitting points.
[0005]
As for the self-scanning light emitting element array chip,
[0006]
FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of a self-scanning light emitting element array chip having a structure in which a shift section and a light emitting section are separated. The shift unit includes a transfer element T 1 , T Two , T Three , And the light-emitting section includes a light-emitting element L for writing. 1 , L Two , L Three ,…have. These transfer element and light emitting element are constituted by a three-terminal light emitting thyristor. The structure of the shift unit is such that a diode D is used to electrically connect the gates of the transfer elements to each other. 1 , D Two , D Three , ... are used. V GK Is a power supply (usually 5 V) and a load resistance R L Through the gate electrode G of each transfer element. 1 , G Two , G Three ,…It is connected to the. Also, the gate electrode G of the transfer element 1 , G Two , G Three ,... Are also connected to the gate electrode of the light emitting element for writing. Transfer element T 1 Start pulse φ S , And transfer clock pulses φ1 and φ2 are alternately applied to the anode electrode of the transfer element, and the write signal φ is applied to the anode electrode of the write light emitting element. I Has been added.
[0007]
The operation will be briefly described. First, when the voltage of the transfer clock pulse φ1 is at the H level and the transfer element T Two Is in the ON state. At this time, the gate electrode G Two Is V GK 5V to almost zero V. The effect of this potential drop is Two Gate electrode G Three To the potential of about 1 V (diode D Two Is set to the forward rising voltage (equal to the diffusion potential). However, the diode D 1 Is in a reverse-biased state, so that the gate electrode G 1 Is not connected to the gate electrode G 1 Remains at 5V. Since the ON voltage of the light emitting thyristor is approximated by the gate electrode potential + diffusion potential of the pn junction (about 1 V), the H level voltage of the next transfer clock pulse φ2 is about 2 V (the transfer element T Three ) And about 4 V (the transfer element T). Five Voltage required to turn on the transfer element). Three Only the transfer elements can be turned on, and the other transfer elements can be kept off. Therefore, the ON state is transferred by two transfer clock pulses.
[0008]
Start pulse φ S Is a pulse for starting such a transfer operation, and a start pulse φ S To the H level (about 0 V) and at the same time the transfer clock pulse φ2 to the H level (about 2 to about 4 V), and the transfer element T 1 Turn on. Shortly thereafter, the start pulse φ S Is returned to the H level.
[0009]
Now, the transfer element T Two Is in the ON state, the gate electrode G Two Is almost 0V. Therefore, the write signal φ I Is equal to or higher than the diffusion potential (about 1 V) of the pn junction, the light emitting element L Two Can be in a light emitting state.
[0010]
On the other hand, the gate electrode G 1 Is about 5 V and the gate electrode G Three Is about 1V. Therefore, the light emitting element L 1 Is about 6 V, and the light emitting element L Three Is about 2V. From now on, the light emitting element L Two Write signal φ that can be written only to I Is in the range of 1-2V. Light emitting element L Two Is turned on, that is, when the light emitting state is entered, the light emission intensity becomes equal to the write signal φ. I Is determined by the amount of current flowing through the device, and an image can be written at an arbitrary intensity. In order to transfer the light emitting state to the next light emitting element, the write signal φ I It is necessary to once reduce the voltage of the line to 0 V and turn off the light emitting element that emits light.
[0011]
When applying a self-scanning light emitting element array to an optical writing head, etc., a plurality of light emitting element array chips are arranged in one direction, and when outputting an image, image data on the memory is synchronized with desired timing. Then, the light is transferred to the corresponding light emitting element on the light emitting element array chip to cause the light emitting element to emit light.
[0012]
Such a self-scanning light emitting element array is characterized in that fewer bonding pads are required as compared with a normal light emitting element array. With this feature, the chip area can be reduced, and low cost can be realized. Furthermore, if the bonding pads are arranged at both ends of the rectangular chip, the chip width can be reduced to a width almost required by the bonding pads themselves. However, when applied to an optical writing head, if a plurality of chips are arranged in one direction, the distance between light emitting points (light emitting elements) at the chip ends cannot be made constant. In order to avoid this, there is a so-called staggered arrangement method in which chips are partially overlapped and arranged (see Patent Document 6).
[0013]
FIG. 3 is a diagram showing this staggered arrangement method. For convenience of explanation, it is assumed that xy coordinate axes are determined as shown. That is, the x-axis direction is a chip arrangement direction (main scanning direction), and the y-axis direction is a direction (sub-scanning direction) orthogonal to the chip arrangement direction. The self-scanning light-emitting
[0014]
Such a light emitting
[0015]
The light emitting points on each self-scanning light emitting element array chip are turned on one by one sequentially from the leftmost light emitting point. An image is written by turning on each light emitting point at the shifted timing.
[0016]
[Patent Document 1]
JP-A-1-238962
[Patent Document 2]
JP-A-2-14584
[Patent Document 3]
JP-A-2-92650
[Patent Document 4]
JP-A-2-92651
[Patent Document 5]
JP-A-2-263668
[Patent Document 6]
JP-A-8-216448
[Patent Document 7]
JP 2000-284217 A
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a light emitting point array image is projected on the photosensitive drum using an optical writing head in which the light emitting element array chips are staggered, the light emitting point array image on the photosensitive drum surface is displaced in the y-axis direction. , A shift in the y-axis direction (step), and as a result, a step corresponding to the shift width of the chip also occurs in the output image.
[0018]
Therefore, in a staggered light-emitting element array chip, image data is called from an image memory for each chip, and the timing of transferring the image data to the corresponding light-emitting element on the chip is adjusted, so that the chip is formed on the photosensitive drum surface. The deviation of the light emitting point sequence image in the y-axis direction is corrected.
[0019]
Therefore, in an optical writing head in which the light emitting element array chips are arranged in a staggered manner, an extra memory for compensating for the deviation is required.
[0020]
Further, the rod lens array has a large variation in the light amount distribution near the end in the sub-scanning direction, and a small variation in the light amount distribution near the center in the sub-scanning direction. Therefore, in order to use an area having a small variation in the light amount distribution, the chip cannot be shifted too much in the sub-scanning direction.
[0021]
In order to prevent the chip from being largely displaced in the sub-scanning direction, as shown in FIG. The distance L from the center line of the light emitting point array must be as small as possible. For that purpose, when dicing a chip from a semiconductor wafer on which a large number of light emitting element array chips are formed, the light emitting point array has Need to cut near place. However, if chipping occurs in the cutting chip while cutting a location very close to the light emitting point sequence, the chipping may reach the light emitting point and damage the light emitting point. As a result, the yield of chip manufacturing is reduced. There is also a method of reducing the cutting speed in order to suppress chipping, but on the other hand, there is a problem that the cutting time is likely to be long.
[0022]
In addition, since the light emitting point array must be provided at the end of the chip in the sub-scanning direction along the main scanning direction, there is a restriction on the chip design.
[0023]
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and an object of the present invention is to form a light emitting point sequence image on a photosensitive drum surface without using a staggered arrangement method requiring an extra memory. An object of the present invention is to provide an optical writing head using an erecting zoom lens array that can be formed linearly.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a plurality of light emitting element array chips having a light emitting point array including a plurality of light emitting points arranged in a straight line, and a light emitting element array chip disposed on a light emitting side of the light emitting element array chip at a working distance from the light emitting element array chip. An optical writing head comprising an erecting variable-magnification lens array, wherein the light-emitting element array chips are arranged at regular intervals so that the arrangement direction of the light emitting points is the main scanning direction, and the erecting variable-magnification lens array is The erecting equal-magnification lens array and a plurality of concave lenses are provided, and each concave lens is provided on the light emission side of the erecting equal-magnification lens array so as to enlarge light emitted from the light emitting point array in the main scanning direction. And are arranged linearly in the main scanning direction.
[0025]
It is preferable that the arrangement interval of the concave lenses in the main scanning direction is equal to the length of the light emitting point sequence image formed on the photosensitive drum surface by the light emitting point sequence for one chip provided on the light emitting element array chip. And the center line of the lens surface of the concave lens may be shifted from each other in the main scanning direction.
[0026]
Further, since the arrangement interval of the concave lenses in the main scanning direction is shorter than the length of the light emitting point sequence image formed on the photosensitive drum surface for the light emitting point sequence for one chip provided on the light emitting element array chip, the light emitting point sequence image When the light emitting point array of the juxtaposed light emitting element array chips overlaps with the end of the light emitting point sequence image formed on the photosensitive drum surface, the light emitting point for projecting the light emitting point image of the overlapping unnecessary portion. Is preferably not turned on.
[0027]
Also, the present invention provides a plurality of light emitting element array chips having a light emitting point array composed of a plurality of light emitting points arranged in a straight line, and a light emitting side of the light emitting element array chip at a working distance from the light emitting element array chip. An optical writing head including an arranged erecting variable-magnification lens array, wherein the light-emitting element array chips are arranged at regular intervals such that the direction of arrangement of light-emitting points is the main scanning direction, and the erecting variable-magnification lens array is provided. Is provided with a spherical lens group composed of minute spherical lenses having different lens pitches on one surface and the other surface on both surfaces, and further includes a plurality of resin lens arrays in which the spherical lens groups are arranged at regular intervals in the main scanning direction. The light emitting device is characterized in that the light emitting points are arranged so as to be enlarged in the main scanning direction.
[0028]
The spacing between the spherical lens groups in the main scanning direction is preferably equal to the length of the light emitting point sequence image formed on the photosensitive drum surface by the light emitting point sequence for one chip provided on the light emitting element array chip. Since the arrangement interval of the groups in the main scanning direction is shorter than the length of the light emitting point sequence image formed on the photosensitive drum surface by the light emitting point sequence for one chip provided on the light emitting element array chip, the end of the light emitting point sequence image However, when the light emitting point sequence of the juxtaposed light emitting element array chip overlaps the end of the light emitting point sequence image formed on the photosensitive drum surface, the light emitting point that projects the light emitting point image of the overlapping unnecessary part is lit. It is preferred not to let it.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 4 is a perspective view showing an optical system of the optical writing head according to the first embodiment of the present invention. The optical writing head shown in FIG. 4 includes a plurality of self-scanning light emitting
[0031]
The self-scanning light-emitting
[0032]
The light emitting
[0033]
The erecting variable-
[0034]
The erecting equal-
[0035]
As the erecting equal-
[0036]
The
[0037]
The distance between the light-emitting points on the self-scanning light-emitting
[0038]
In the self-scanning light emitting
[0039]
Here, the case where the center of the light emitting
[0040]
Since the light is enlarged only in the main scanning direction using the concave lens, the light emission point image formed on the focal plane is distorted. However, assuming that the length of the bonding pad portion is 0.45 mm and the light emitting point array having a length of 5.0 mm on the chip is enlarged to 5.461 mm, the enlargement ratio is only 9.2%. The curvature of the light-emitting point image formed on the focal plane does not matter much.
[0041]
According to the optical system of the present embodiment, the length of the light-emitting element array chip is reduced by about 10%, and it is not necessary to cut off a portion very close to the light-emitting point array. Improved.
[0042]
Next, a description will be given of a second embodiment of the optical writing head according to the present invention. FIG. 7 is a diagram illustrating an optical system of an optical writing head according to a second embodiment of the present invention.
[0043]
In the second embodiment, the end portions of the light emitting point sequence images projected on the photosensitive drum surface overlap each other. For example, 132 light-emitting points are formed in a light-emitting point array having a length of 5.0 mm on the chip, and are set to 42.3 μm (600 dpi) × 132 = 5.55836 mm on the surface of the photosensitive drum. Enlarge and project. However, since the arrangement interval (repetition pitch) of the concave lenses is 5.461 mm for 128 light emitting points, when all 132 light emitting points are turned on, two light emitting point images overlap each other at the end. Therefore, by not turning on the light emitting points that project the light emitting point images of the overlapping unnecessary portions, the light emitting point sequence images can be arranged on the photosensitive drum surface without gaps.
[0044]
With such a configuration, even if the alignment accuracy between the chip and the lens in the main scanning direction cannot be ensured, the deviation of the light emitting point in the main scanning direction can be electrically corrected. That is, it corresponds to the image data depending on whether the 1st to 128th light emitting points are selected from the 132 light emitting points on the chip, the 5th to 132nd light emitting points are selected, or the 128 light emitting points between them are selected. The light emitting point sequence image can be moved in parallel on the photosensitive drum surface.
[0045]
Next, a third embodiment of the optical writing head of the present invention will be described. In the first and second embodiments, the erecting zoom optical system is realized by the erecting equal-magnification lens array and the concave lens. However, the erecting zoom optical system has a spherical lens on one surface and the other surface. An erect variable-magnification lens array having a structure in which resin lens arrays with different pitches are stacked in several layers may be used.
[0046]
FIG. 8 is a cross-sectional view along the main scanning direction showing the optical system of the optical writing head according to the third embodiment of the present invention. The optical system of the optical writing head shown in FIG. 8 includes a plurality of self-scanning light-emitting
[0047]
The erecting variable-
[0048]
FIG. 9 is a partial sectional view of the erecting zoom lens array. In the present embodiment, the erect variable-
[0049]
In the present embodiment, as described above, the erecting variable-magnification lens array is formed by stacking three resin lens arrays, and six spherical lenses are arranged on one optical axis. However, in order to form an erect variable-magnification image, at least three spherical lenses need only be on one optical axis. In this erect variable power lens array, the arrangement pitch of the spherical lenses is adjusted so that the optical axes formed by three or more spherical lenses are connected at the same point (intersecting point).
[0050]
The
[0051]
FIG. 10 is a plan view (a) of one resin lens array and a cross-sectional view (b) in the Y direction.
[0052]
The self-scanning light-emitting
[0053]
In the above-described embodiment, the arrangement interval of the spherical lens groups in the main scanning direction is set so that the light emitting point array for one chip of the light emitting
[0054]
Further, in the above-described embodiment, the resin lens array includes the spherical lens groups arranged at regular intervals on both surfaces, but without any space in the main scanning direction, one surface is formed on both surfaces. A spherical lens having a different lens pitch between the and the other surface may be continuously provided in the main scanning direction.
[0055]
As described in the first, second, and third embodiments, the optical writing head using the erecting variable-magnification lens array in the optical system can shorten the length of the light-emitting element array chip. A light emitting point array image can be formed linearly on the photosensitive drum surface without using a staggered arrangement that requires an extra memory, and it is not necessary to cut the light emitting point row immediately adjacent to the light emitting element array chip. In the manufacturing process, the yield can be improved.
[0056]
Further, since the yield of the chip is improved, the cost of the optical printer can be reduced by applying the optical writing head according to the first, second, and third embodiments to the optical printer.
[0057]
In the above-described embodiment, the self-scanning light-emitting element array chip is used as the light-emitting element array chip. However, the present invention is not limited to the self-scanning light-emitting element array chip. Is also applicable.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the length of the light emitting element array chip can be shortened, the light emitting point array image can be formed on the photosensitive drum surface without using a staggered arrangement method requiring an extra memory. Can be formed in a straight line, and furthermore, it is not necessary to cut the vicinity of the light emitting point sequence, so that the yield can be improved in the chip manufacturing process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view in the sub-scanning direction of an optical writing head mounted on a conventional optical printer.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a self-scanning light-emitting element array chip having a structure in which a shift unit and a light-emitting unit are separated.
FIG. 3 is a diagram showing a staggered arrangement method.
FIG. 4 is a perspective view showing an optical system of the optical writing head according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a state in which the center of the light emitting point sequence and the center line B of the concave lens surface are arranged to coincide with each other.
FIG. 6 is a diagram showing a state in which the center of a light emitting point array and a center line B of a concave lens surface are shifted from each other.
FIG. 7 is a diagram illustrating an optical system of an optical writing head according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an optical system of an optical writing head according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing an erect variable power lens array.
FIG. 10 is a plan view and a sectional view of one resin lens array.
[Explanation of symbols]
1,39 Self-scanning light emitting element array chip
2,3 erect zoom lens array
10 Bonding wire
11 Emission point sequence
12,40 bonding pad
20 Erect equal-magnification lens array
21 concave lens
22 resin lens array
23 Emission point sequence image
28,29 spherical lens
30 chip mounting board
31 Light emitting element array chip
32 rod lens array
33 resin housing
34 Photosensitive drum
35 heat sink
36 Clasp
41 luminous point
A Photosensitive drum surface
B concave lens center line
C, D concave lens boundary
Claims (11)
前記発光素子アレイチップは、前記発光点の配列方向が主走査方向となるようにして一定間隔で配置され、
前記正立変倍レンズアレイは、正立等倍レンズアレイと複数個の凹レンズとからなり、各凹レンズは、前記正立等倍レンズアレイの光出射側に設けられ、前記発光点列から出射された光を主走査方向に拡大するようにして主走査方向に直線状に配置されていることを特徴とする光書き込みヘッド。A plurality of light-emitting element array chips having a plurality of light-emitting point arrays composed of a plurality of light-emitting points arranged in a straight line; and an erecting element disposed on the light-emitting side of the light-emitting element array chips at a working distance from the light-emitting element array chips. An optical writing head including a double lens array,
The light emitting element array chips are arranged at regular intervals such that the arrangement direction of the light emitting points is the main scanning direction,
The erecting variable-magnification lens array includes an erecting equal-magnification lens array and a plurality of concave lenses.Each concave lens is provided on the light emission side of the erecting equal-magnification lens array, and is emitted from the light emitting point array. An optical writing head, wherein the light is arranged linearly in the main scanning direction such that the light is enlarged in the main scanning direction.
前記発光素子アレイチップは、前記発光点の配列方向が主走査方向となるようにして一定間隔で配置され、
前記正立変倍レンズアレイは、一方の面と他方の面とでレンズピッチが異なる微小な球面レンズからなる球面レンズ群を両面に備え、さらに球面レンズ群を主走査方向に一定の配置間隔で配置する樹脂レンズアレイを複数枚重ねて構成され、前記発光点列から出射された光を主走査方向に拡大するようにして配置されていることを特徴とする光書き込みヘッド。A plurality of light-emitting element array chips having a plurality of light-emitting point arrays composed of a plurality of light-emitting points arranged in a straight line; and an erecting element disposed on the light-emitting side of the light-emitting element array chips at a working distance from the light-emitting element array chips. An optical writing head including a double lens array,
The light emitting element array chips are arranged at regular intervals such that the arrangement direction of the light emitting points is the main scanning direction,
The erect variable power lens array includes spherical lens groups on both sides, each of which has a minute spherical lens having a different lens pitch on one surface and the other surface, and further includes a spherical lens group at a constant arrangement interval in the main scanning direction. An optical writing head comprising a plurality of resin lens arrays to be arranged, wherein the resin lens arrays are arranged so as to expand light emitted from the light emitting point array in a main scanning direction.
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