JP3868780B2 - 光書き込みヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プリンタに搭載されて、発光素子アレイからの出射光をレンズアレイにより集光して感光体に投影する光書き込みヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プリンタ装置などの結像光学系には、従来、屈折率分布型ロッドレンズアレイがしばしば用いられてきた。電子写真プリンタに使用される従来の光書き込みヘッドの一例を図１に示す。図１は、従来の光書き込みヘッドのヘッド長手方向に直交する方向の断面図である。従来の光書き込みヘッドでは、基板５３上に、発光素子を列状に配置した発光素子アレイチップ５４が、走査方向に実装され、この発光素子の出射光の光軸上には、等倍率の正立像を結像させるロッドレンズをヘッドの長手方向に列状に配置したロッドレンズアレイ５１が樹脂ハウジング５２により固定されている。ロッドレンズの光軸上には、感光ドラム５５が設けられ、発光素子の光を正立等倍のロッドレンズを介して感光ドラムに照射する。
【０００３】
電子写真プリンタ装置による印刷は、次のようにして行われる。まず、感光ドラムの表面に、予めコロナ放電等の手段により帯電電位を与え、発光素子の光をロッドレンズを介して感光ドラムに照射し、その照射部分の電位を減衰させて、潜像を形成する。次に、帯電されたトナーを、感光ドラムの潜像部分に静電吸着力により付着させ、現像されたトナーを紙等に転写し、紙等に転写されたトナーを熱等により定着させる。
【０００４】
上述したレンズアレイによれば、正立等倍結像光学系が極めてコンパクトに実現できる。しかし、このレンズアレイは、多数のロッドレンズ素子を配列し、樹脂で固定して製造するため、レンズ素子の配列むら等が発生しやすい。このような配列むらは、レンズアレイの解像度に影響を与え、最近の高解像度化（例えば、解像度１２００ｄｐｉ）した機器において画像むら等を発生する原因となっている。
【０００５】
このような配列むらの発生を抑えるために、上記ロッドレンズアレイの代わりに樹脂正立レンズアレイを用いることが考えられている。樹脂正立レンズアレイは、透明基板上に多数の単レンズが形成された平板型のレンズアレイ板を２枚以上積層することにより、正立等倍結像光学系を実現するものであり、多数の単レンズが形成されたレンズアレイ板を、樹脂を型に注入することによって製造するため、レンズに配列むらが発生する恐れがない。
【０００６】
この樹脂レンズアレイを搭載した電子写真式のＬＥＤプリンタに用いられる光書き込みヘッドが、特開２０００−２２１４４５号公報にて開示されている。これは、樹脂成形されたレンズアレイプレートを複数枚積層させ、解像度を向上させた正立等倍の光学系の構成に関するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特開２０００−２２１４４５号公報にて開示されている光書き込みヘッドにおいては、以下のような問題点がある。
【０００８】
樹脂レンズアレイを複数枚積層させる場合は、レンズの頂点位置同士の位置ズレ量を少なくするように位置合わせをする必要があるが、レンズアレイを高解像度の光書き込みヘッドに使用するには、レンズの大きさを極力小さくする必要があり、例えば、１２００ｄｐｉの解像度を有する光書き込みヘッドに使用するレンズアレイでは、シミュレーションによると単レンズの径は０．４ｍｍ以下に設定する必要があり、自ずとレンズ位置合わせの精度もμｍオーダーで調整しなければならない。したがって、レンズの位置合わせには高い精度が要求され、樹脂レンズアレイを複数枚積層する構成において、その位置合わせは非常に困難である。
【０００９】
また、樹脂レンズアレイの出射面付近には、トナーを排出する現像ローラーが位置しているため、トナー等の異物が浮遊しており、異物が樹脂レンズアレイの出射面に付着して光書き込みヘッドの性能低下を招くため、定期的に、柔らかい布で拭き取る等の方法で付着物の除去を行っている。しかしながら、凸レンズを用いた樹脂レンズアレイにおいては、表面が凹凸形状であるため、清掃が困難である。また、光学レンズに一般的に用いられる樹脂は、鉛筆硬度でＢ〜ＨＢ（ＪＩＳ Ｋ５４０１）であり、比較的柔らかいため、付着物の除去時に樹脂レンズアレイ表面に傷を発生させ易く、光学性能を低下させてしまう恐れがある。
【００１０】
また、光学レンズに一般的に用いられる樹脂の透過率は、９０〜９３％（ＡＳＴＭ Ｄｌ００３）であり、高速印刷には極力明るいレンズアレイが必要とされるため、樹脂レンズアレイは、極力薄型とすることが望ましいが、薄肉化すると、樹脂レンズアレイ自体の形状保持カの著しい低下を招く。形状保持力の弱い樹脂レンズアレイを、位置精度良くヘッドに実装するためには、レンズアレイ支持部材の構造の複雑化と高精度化を招き、部品コストを上昇させるという問題がある。
【００１１】
また、光学レンズに用いられる樹脂の線膨張係数は５〜９×１０^-5である。主として使われている屈折率分布型ロツドレンズアレイは、サイド板にガラス繊維強化樹脂板が採用されており、比較的自己形状保持性が高いため、樹脂ハウジングに載置固定するのが一般的であった。しかしながら、樹脂製のレンズアレイは、自己形状保持強度が非常に低いため樹脂ハウジングに載置すると、樹脂ハウジング自体が比較的形状保持性能が低いために、作動距離（発光点とレンズ入射面間距離）精度を確保することが困難である。したがって 、ハウジングは、形状保持強度の高い鉄材料および非鉄金属により構成されることが考えられるが、プリンタの内部温度は２０〜６０℃の範囲で可変することにより、樹脂レンズアレイと金属または非鉄金属で構成されるハウジングに、線膨張係数差に起因する歪みが発生し、樹脂レンズアレイの変形を招き、樹脂レンズアレイの位置精度を低下させてしまうという問題がある。
【００１２】
また、光線は、屈折率の異なる透明な媒体との境界面に達すると、光線の一部分は境界面から反射され、残りの部分は境界面を通り抜けて次の媒体の中に入っていく。光学樹脂レンズと空気層間での、入射角０°時の反射光量は、４％前後である。すなわち、１枚のレンズアレイを光線が透過する際の透過率は、
（１−０．０４×２）×１００＝０．９２×１００＝９２（％）
となる。ｎ枚のレンズアレイを積層させた光学系においては、ｎ枚のレンズアレイを光線が透過するため、全透過率は、（０．９２ⁿ ×１００）％となり、レンズアレイを複層化することで全透過光量が減少する。例えば、樹脂レンズアレイを３層とし、保護カバーを一層用いた構成においての全透過率は、０．９２⁴ ×１００＝７２％となり、２８％の光量低下を招いてしまう。
【００１３】
本発明の目的は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、樹脂レンズアレイを搭載したヘッドの構成を提案し、低価格および高品位の印字化を可能にする光書き込みヘッドを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発光素子を列状に配置した発光素子アレイチップからの出射光を、球面あるいは非球面の微小レンズが所定のピッチで平板上に規則的に配列された樹脂レンズプレートを複数枚積み重ねて形成される樹脂レンズアレイにより集光して感光体に投影する光書き込みヘッドにおいて、
ヒートシンクと、
前記ヒートシンク上に固定された、前記発光素子アレイチップが実装された基板と、
前記基板上面に固定された、前記樹脂レンズアレイを保持するレンズホルダと、
前記樹脂レンズアレイの出射面の上部に配置された透明カバーと、
前記樹脂レンズアレイに常時押し圧力がかかるように、前記透明カバーに取り付けられる金属製の板バネを備え、
前記樹脂レンズプレートは、一方の面のレンズ形成領域外に凸部が形成されており、他方の面のレンズ形成領域外に前記凸部と嵌合する凹部が形成されており、
前記樹脂レンズプレートの表面に光の反射を低減する反射防止膜が形成されており、
前記樹脂レンズアレイは、前記樹脂レンズプレートに形成された前記凸部と凹部とを嵌合させて樹脂レンズプレートを積み重ねて形成されており、
前記レンズホルダと前記ヒートシンクとの間に上下方向に隙間が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
前記板バネは２枚であり、各板バネの一方の端部は前記レンズホルダの側面に設けられた溝に差し込まれ、他方の端部は前記樹脂レンズアレイのレンズ形成領域外となるように前記透明カバーの表面周縁部に押し当てられていることが望ましい。あるいは、前記板バネは１枚であり、前記ヒートシンクの外周を覆っていることが望ましい。
【００１６】
前記凸部の形状は、所定の間隔で設けられた円錐状の凸形状であることが望ましく、前記凸部と嵌合する凹部には、前記凸部と凹部とを接着固定する際に、接着剤を逃がすための穴が形成されていることが望ましい。
【００１７】
あるいは、前記凸部の形状は、三角形状断面の、連続する凸形状または間隔を有して連続する凸形状であることが望ましく、前記凸部と嵌合する凹部には、前記凸部と凹部とを接着固定する際に、接着剤を逃がすための溝が形成されていることが望ましい。
【００１８】
また、前記樹脂レンズアレイは、前記レンズホルダに形成された嵌合凹部に載置されて前記発光素子アレイチップの発光素子の光軸上に取り付けられており、
前記嵌合凹部の長手方向の長さは、前記樹脂レンズアレイと前記レンズホルダの間に熱膨張差が発生した場合に、熱膨張差による歪みを吸収できるように前記樹脂レンズアレイより長手方向に長いことが望ましい。
【００２０】
また、前記樹脂レンズアレイは、３枚の前記樹脂レンズプレートにより構成されていることが望ましい。
【００２１】
また、前記発光素子アレイチップは、自己走査型発光素子アレイチップであることが望ましい。
【００２２】
また、電子写真プリンタに上記の光書き込みヘッドを用いることが望ましい。
【００２６】
【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。
【００２７】
本発明に係る光書き込みヘッドに搭載される樹脂レンズアレイは、両面あるいは片面に多数のレンズが形成された樹脂レンズプレートを、レンズアレイ面が少なくとも３面以上となるように密着積層して形成される。図２は、本発明に係る光書き込みヘッドに搭載される樹脂レンズアレイの平面図と側面図であり、図３は、樹脂レンズアレイの拡大した側面図である。樹脂レンズアレイ１０は、３枚の樹脂レンズプレート１２により構成されている。樹脂レンズプレート１２は、細長い長方形状であり、中央部のレンズ形成領域１８には、微小凸レンズが配列されている。微小凸レンズは、樹脂レンズプレート１２の両面に形成されている。なお、樹脂レンズプレート１２に形成される微小凸レンズは、球面レンズあるいは非球面レンズのいずれでもよい。
【００２８】
また、樹脂レンズプレート１２の一方の面には、レンズ形成領域１８の外側に樹脂レンズプレート１２を積層する際に位置合わせをするための円錐状の凸部１４が設けられ、他方の面には、この円錐状の凸部１４と嵌合する凹部１６が設けられている。樹脂レンズアレイ１０は、この凸部１４と凹部１６を嵌合させて樹脂レンズプレート１２を積層して形成される。
【００２９】
位置合わせ用の凸部１４および凹部１６は、図２に示すように、樹脂レンズプレート１２のレンズ形成領域１８の周囲に長手方向について１５〜６０ｍｍのピッチで配置することが望ましい。
【００３０】
樹脂レンズプレートに設けられたこれらの凸部および凹部は、樹脂の射出成形により形成する。樹脂レンズプレートの射出成形は、上金型および下金型を閉じた状態で、押し出し機により、樹脂を金型内部に挿入後、徐冷させ、金型内部の樹脂を硬化させた上で、上金型と下金型を開いて樹脂レンズプレートを取り出すので、金型から抜き取る方向に凸部の側面が設けられていると、この側面が金型と樹脂レンズプレートとの離型抵抗となり、離型の際に偏荷重を与えてしまい、樹脂レンズプレートを変形させてしまう恐れがある。そのため、凸部および凹部は、３°以上の勾配を持たせた順テーパの形状であことが望ましい。
【００３１】
図４は、樹脂レンズアレイの他の例を示す平面図と側面図である。樹脂レンズアレイを構成する樹脂レンズプレート１２ａのレンズ形成領域１８ａの周囲に連続した断面が三角形状の凸部１４ａとこれと嵌合する連続した凹部１６ａが形成されている。
【００３２】
樹脂レンズプレートの位置決め形状は、図４に示すような連続した三角形凸形状とこれと嵌合する凹形状でも良く、また一定間隔で連続する間欠の三角形凸形状とこれと嵌合する凹形状でも良い。
【００３３】
また、上述した樹脂レンズアレイを構成する樹脂レンズプレートの両面には、ＡＲ（Ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コート膜（反射防止膜）が形成されている。樹脂レンズプレートには、反射光を低減するために、両面にＡＲコート膜を形成することが望ましい。このＡＲコート膜は、蒸着法およびスパック法などで形成する。本実施の形態では、樹脂レンズプレートの両面に順にＡｌ₂ Ｏ₃ 膜（厚さ１２１ｎｍ）とＳｉＯ₂ 膜（厚さ１３４ｎｍ）とを蒸着法で積層させてＡＲコート膜を形成した。発光素子の一般的な発光波長である７５０ｎｍでの樹脂レンズプレート１枚当たりの透過率は、ＡＲコート膜なしでは９２％であったが、このＡＲコート膜により９７．５％に向上できた。樹脂レンズプレートをｎ枚積層した際は、全透過率は０．９２ⁿ ×１００％から０．９７５ⁿ ×１００％に向上させることが可能となった。
【００３４】
ＡＲコート膜の構成は、２層に限定されることはなく、光透過率を高くするために、他の膜厚および層数でも良く、膜種についても他の構成を用いても良い。ＡＲコート膜の膜種、膜厚および積層数などにより透過率をさらに向上させることができる。膜種、膜厚および積層数をパラメータとして図５に示す条件で、ＡＲコート膜による透過率をシュミレーションした結果を図６〜図９に示す。
【００３５】
図６は、樹脂レンズプレートの両面に順にＡｌ₂ Ｏ₃ 膜およびＳｉＯ₂ 膜の２層を積層してＡＲコート膜を形成したときの透過率と波長の関係を示す図であり、図７は、樹脂レンズプレートの両面に順にＡｌ₂ Ｏ₃ 膜、ＴｉＯ₂ （またはＴａ₂ Ｏ₅ ）膜およびＳｉＯ₂ 膜の３層を積層してＡＲコート膜を形成したときの透過率と波長の関係を示す図であり、図８は、樹脂レンズプレートの両面に順にＴｉＯ₂ （またはＴａ₂ Ｏ₅ ）膜、ＳｉＯ₂ 膜、ＴｉＯ₂ （またはＴａ₂ Ｏ₅ ）膜およびＳｉＯ₂ 膜の４層を積層してＡＲコート膜を形成したときの透過率と波長の関係を示す図であり、図９は、樹脂レンズプレートの両面に順にＳｉＯ₂ 膜、ＴｉＯ₂ （またはＴａ₂ Ｏ₅ ）膜、ＳｉＯ₂ 膜、ＴｉＯ₂ （またはＴａ₂ Ｏ₅ ）膜およびＳｉＯ₂ 膜の５層を積層してＡＲコート膜を形成したときの透過率と波長の関係を示す図である。
【００３６】
例えば、樹脂レンズプレートの両面に順にＴｉＯ₂ 膜、ＳｉＯ₂ 膜、ＴｉＯ₂ 膜およびＳｉＯ₂ 膜を積層した図５の４層ＡＲコート膜を用いると、波長６２０ｎｍから１μｍ以上の範囲にわたって、樹脂レンズプレート１枚当たりの透過率を９９％以上にすることができる。
【００３７】
樹脂レンズプレートを積層固定する際は、位置決め用の凹部にＵＶ硬化接着剤を塗布した後、位置決め用の凸部をこの凹部に嵌合し、この凸部および凹部付近をＵＶ照射し、接着剤を硬化させ、位置決め固定を図る。
【００３８】
このとき、凹部の底面には、図３に示すように、樹脂レンズプレートの凸部１４と凹部１６とを接着固定する際の、接着剤逃がし用の穴２０を形成しても良い。このようにすると、凹部１６からの接着剤のはみ出しを抑制できる。なお、凹部が、図４に示すように連続して形成されているときは、凹部に接着逃がし用の溝を形成する。
【００３９】
上述のように樹脂レンズプレートを複数枚積層させる際には、この凹形状と凸形状とを嵌合させることにより、各レンズの位置決めを簡単な作業で、高精度に行うことができる。
【００４０】
図１０は、上述した樹脂レンズアレイを搭載した本発明の光書き込みヘッドの平面図および一部破断した正面図およびヘッド長手方向に直交する方向の断面図であり、図１１は、光書き込みヘッドの拡大した断面図である。
【００４１】
ヒートシンク２８上には、発光素子アレイチップ２６が実装された基板２４が固定されており、基板２４のチップ走査方向に直交する方向の端部上面には、レンズホルダ３０の脚部底面の一部分が係合している。また、レンズホルダ３０の脚部先端に設けられた突起状部分は、ヒートシンク２８とレンズホルダ３０との間に隙間３８を設けながら、接着剤３２によりヒートシンク２８の側面に固定されている。
【００４２】
レンズホルダ３０には、発光素子アレイチップ２６の発光素子の光軸上に、平滑な受け座面を有する嵌合凹部が形成されており、レンズホルダ３０の嵌合凹部には、樹脂レンズアレイ１０が載置されている。樹脂レンズアレイ１０の出射面の上部には、平滑なプレートで構成される透明カバー３４が配置され、透明カバー３４には、樹脂レンズアレイ１０に常時押し圧力がかかるようにカバー押さえ金具３６が取り付けられている。
【００４３】
ヒートシンク２８は、アルミニウム製であり、引き抜き製法による材料を用いることがコストを低減するためには好適である。ヒートシンク２８に用いる材料は、アルミニウム以外の非鉄金属および金属材料を用いても良い。
【００４４】
図１２は、ヒートシンクと基板の斜視図である。ヒートシンク２８には、複数本の位置決めピン４０が設けられ、発光素子設置用の基板２４側にも、位置決めピン４０に対応する位置に位置決めピン挿入用穴４２が設けられている。位置決めピン挿入用穴４２に位置決めピン４０を嵌め合わせることにより、基板２４とヒートシンク２８との位置決めを行う。図１２に示すように、基板２４の長手方向の両端部分に設けられる位置決めピン挿入用穴４２は、チップ走査方向に長さを持たせた長穴としても良い。両端部分の位置決めピン挿入用穴４２を長穴形状とすることにより、基板２４とヒートシンク２８の熱膨張差による歪みを防止することができる。
【００４５】
この基板２４の材料は、ヒ−トシンク２８と同じ材料であるアルミニウムが好適であるが、ガラスエポキシ基板、金属基板、非鉄金属基板のいずれでも良い。
【００４６】
レンズホルダ３０には、射出成形の樹脂部材を用いるのが良く、材料にヒートシンク２８の線膨張係数に近い材料を用いることにより、ヒートシンク２８とレンズホルダ３０の熱膨張差による歪みを防止することができるため、本実施の形態では、樹脂中にカーボンファイバを混入させた比較的低膨張の樹脂材料を用いた。レンズホルダ３０には、ガラス短繊維を混入させた樹脂を用いても良い。
【００４７】
図１１に示すように、レンズホルダ３０へのヒートシンク２８の取り付けは、ヒートシンク２８とレンズホルダ３０との間に隙間３８を設けて、レンズホルダ３０の脚部先端に設けられた突起状部分を、接着剤３２によりヒートシンク２８の側面に固定して行う。
【００４８】
ヒートシンク２８とレンズホルダ３０との間に隙間３８を設けるのは、レンズホルダ３０の高さを、ヒートシンク２８の基板取り付け面ではなく、基板２４の上面に追従するようにして、基板２４上に実装された発光素子アレイチップ２６の発光点と、レンズホルダ３０に支持されている樹脂レンズアレイ１０の入射面との間の距離である作動距離を高精度に確保するためである。
【００４９】
レンズホルダ３０の嵌合凹部には、複数枚の樹脂レンズプレートからなる樹脂レンズアレイ１０を載置する。樹脂レンズアレイ１０を載置するレンズホルダ３０の嵌合凹部の形状は、材料間の線膨張係数差を勘案して、樹脂レンズアレイ１０よりも長手方向に長めの形状とすることが必要となる。
【００５０】
例えば、レンズホルダの線膨張係数を２．２×１０^-5／℃、樹脂レンズアレイの線膨張係数を８．０×１０^-5／℃、温度変化を４０℃とすると、Ａ３サイズの光書き込みヘッドにおいては、露光幅（樹脂レンズアレイの長さ）は３２０ｍｍ前後であるため、樹脂レンズアレイの膨張歪みは、０．７４ｍｍ（５．８×１０^-5×４０×３２０＝０．７４）となり、この膨張歪みを吸収するために、樹脂レンズアレイを載置する嵌合凹部の形状は、樹脂レンズアレイよりも０．８ｍｍ以上長めにする必要がある。
【００５１】
また、レンズホルダ３０の嵌合凹部の長手方向両端に、位置決めピンを設け、樹脂レンズアレイ１０のレンズホルダ接合面に、位置決めピンに対応する位置に位置決めピン挿入用穴を設け、位置決めピン挿入用穴に位置決めピンを嵌め合わせることにより、樹脂レンズアレイ１０とレンズホルダ３０との位置決めを行っても良い。その場合に、位置決めピン挿入用穴の形状を、一方は丸穴とし、他方はチップ走査方向に長さを持たせた長穴とすると、レンズホルダ３０と樹脂レンズアレイ１０との間に熱膨張差による歪みが発生した場合に、樹脂レンズアレイ１０の長穴部分で歪みを吸収できる。
【００５２】
樹脂レンズアレイ１０が、レンズホルダ３０に設けられた嵌合凹部に載置された後、その上部には透明カバー３４が取り付けられ、透明カバー３４には板バネのカバー押さえ金具３６が取り付けられる。カバー押さえ金具３６は、板バネからなり、板バネの一方の端部をレンズホルダ３０の側面に設けられた溝に差し込み、他方の端部を、樹脂レンズアレイ１０のレンズ形成領域外となるように透明カバー３４の表面周縁部に押し当てている。
【００５３】
樹脂レンズアレイ１０とレンズホルダ３０は、板バネ等のカバー押さえ金具により当て込む構造となっているので、両部品間のストレスを解放することができる。このカバー押さえ金具３６により、透明カバー３４および樹脂レンズアレイ１０がレンズホルダ３０に固定される。
【００５４】
なお、ヘッド内部にトナー等のダストが挿入することを防止するため、樹脂レンズアレイ１０とレンズホルダ３０との接合部にはシリコーン等の封止剤を塗布する必要があるが、上述の部品間ストレスを防止するため、封止剤は、硬度を１００（ＪＩＳ−Ａ）程度とすることが望ましい。
【００５５】
透明カバー３４は、透明な材料であれば良く、本実施の形態では、ソーダライムガラス板を用いた。透明カバー３４にもＡＲコート膜を設けても良い。
【００５６】
透明カバー３４の表面は平滑であり、ガラス板を採用すれば表面の硬度も保持できるため、トナーが付着しても、ウエス等で簡単に汚れを除去できて、樹脂レンズアレイへの傷も入りにくいため、性能劣化を起こし難い。
【００５７】
図１３は、光書き込みヘッドの他の例を示す拡大した断面図である。図１３に示す光書き込みヘッドでは、板バネであるカバー押さえ金具４４の他方の端部を延ばしてヒートシンク２８の外周を覆い、このカバー押さえ金具４４によりヒートシンク２８をレンズホルダ３０に押し当て、この状態で、レンズホルダ３０にヒートシンク２８を取り付けている。その他は図１１と同じであるので、説明は省略する。
【００５８】
図１３に示す光書き込みヘッドでは、接着剤を用いることなくレンズホルダ３０にヒートシンク２８を取り付けることができる。
【００５９】
なお、上述した実施の形態において、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を用いることができる。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。
【００６０】
自己走査型発光素子アレイについては、特開平１−２３８９６２号公報、特開平２−１４５８４号公報、特開平２−９２６５０号公報、特開平２−９２６５１号公報等により、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、特開平２−２６３６６８号公報では、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を提案している。
【００６１】
図１４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。Ｖ_GKは電源（通常５Ｖ）であり、負荷抵抗Ｒ_L 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φ_S 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φ_I が加えられている。
【００６２】
なお、図中、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ_S ，Ｒ_I は、それぞれ電流制限抵抗を示している。
【００６３】
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Ｖ_GK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。
【００６４】
スタートパルスφ_S 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φ_S 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φ_S はＨレベルに戻される。
【００６５】
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φ_I 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。
【００６６】
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φ_I 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φ_I 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φ_I 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。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、樹脂レンズアレイを構成する樹脂レンズプレートに位置決め用の凸部および凹部を設け、凸部と凹部とを嵌合させることにより、樹脂レンズアレイを組み立てる際に、部品点数を増大させることなく、高精度の位置決めが可能となる。
【００６８】
また、本発明は、樹脂レンズアレイを構成する樹脂レンズプレートにＡＲコート膜を設けることにより、光量減衰を抑制できるので、光量の高い光書き込みヘッドを得ることが可能となる。
【００６９】
また、本発明は、樹脂レンズアレイを載置するレンズホルダの嵌合凹部の形状を、両者部品間の線膨張係数差に起因する歪みが発生しても歪みを吸収できるように長手方向が樹脂レンズアレイよりも長い構造としているため、周囲温度が変化しても、両部品間に応力を発生させることを防止できる。
【００７０】
また、本発明は、樹脂レンズアレイの光出射面に透明カバーを設けたことにより、光出射面を平らにできたので清掃が簡便であり、また、透明カバーで保護されているので清掃などを行う際に樹脂レンズアレイヘの傷の発生を防止できる。
【００７１】
さらに、本発明は、樹脂レンズアレイを、平滑な受け座面を有するレンズホルダに載置し、カバー押さえ金具により、常時押し圧力がかかるように設置しているので、樹脂レンズアレイの形状が保持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光書き込みヘッドのヘッド長手方向に直交する方向の断面図である。
【図２】本発明に係る光書き込みヘッドに搭載される樹脂レンズアレイの平面図と側面図である。
【図３】樹脂レンズアレイの拡大した側面図である。
【図４】樹脂レンズアレイの他の例を示す平面図と側面図である。
【図５】ＡＲコート膜による透過率をシュミレーションするときの膜種、膜厚および積層数の条件を示す図である。
【図６】２層ＡＲコート膜を形成したときの透過率と波長の関係を示す図である。
【図７】３層ＡＲコート膜を形成したときの透過率と波長の関係を示す図である。
【図８】４層ＡＲコート膜を形成したときの透過率と波長の関係を示す図である。
【図９】５層ＡＲコート膜を形成したときの透過率と波長の関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る光書き込みヘッドの平面図および一部破断した正面図およびヘッド長手方向に直交する方向の断面図である。
【図１１】光書き込みヘッドの拡大した断面図である。
【図１２】ヒートシンクと基板の斜視図である。
【図１３】光書き込みヘッドの他の例を示す拡大した断面図である。
【図１４】自己走査型発光素子アレイの等価回路を示す図である。
【符号の説明】
１０ 樹脂レンズアレイ
１２，１２ａ 樹脂レンズプレート
１４，１４ａ 凸部
１６，１６ａ 凹部
１８，１８ａ レンズ形成領域
２０ 穴
２４ 基板
２６，５４ 発光素子アレイチップ
２８ ヒートシンク
３０ レンズホルダ
３２ 接着剤
３４ 透明カバー
３６，４４ カバー押さえ金具
３８ 隙間
４０ 位置決めピン
４２ 位置決めピン挿入用穴
５１ ロッドレンズアレイ
５２ 樹脂ハウジング
５３ 基板
５５ 感光ドラム

Claims (11)

1. 発光素子を列状に配置した発光素子アレイチップからの出射光を、球面あるいは非球面の微小レンズが所定のピッチで平板上に規則的に配列された樹脂レンズプレートを複数枚積み重ねて形成される樹脂レンズアレイにより集光して感光体に投影する光書き込みヘッドにおいて、
   ヒートシンクと、
   前記ヒートシンク上に固定された、前記発光素子アレイチップが実装された基板と、
   前記基板上面に固定された、前記樹脂レンズアレイを保持するレンズホルダと、
   前記樹脂レンズアレイの出射面の上部に配置された透明カバーと、
   前記樹脂レンズアレイに常時押し圧力がかかるように、前記透明カバーに取り付けられる金属製の板バネを備え、
   前記樹脂レンズプレートは、一方の面のレンズ形成領域外に凸部が形成されており、他方の面のレンズ形成領域外に前記凸部と嵌合する凹部が形成されており、
   前記樹脂レンズプレートの表面に光の反射を低減する反射防止膜が形成されており、
   前記樹脂レンズアレイは、前記樹脂レンズプレートに形成された前記凸部と凹部とを嵌合させて樹脂レンズプレートを積み重ねて形成されており、
   前記レンズホルダと前記ヒートシンクとの間に上下方向に隙間が設けられていることを特徴とする光書き込みヘッド。
2. 前記板バネは２枚であり、各板バネの一方の端部は前記レンズホルダの側面に設けられた溝に差し込まれ、他方の端部は前記樹脂レンズアレイのレンズ形成領域外となるように前記透明カバーの表面周縁部に押し当てられていることを特徴とする請求項１に記載の光書き込みヘッド。
3. 前記板バネは１枚であり、前記ヒートシンクの外周を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の光書き込みヘッド。
4. 前記凸部の形状は、所定の間隔で設けられた円錐状の凸形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光書き込みヘッド。
5. 前記凸部と嵌合する凹部には、前記凸部と凹部とを接着固定する際に、接着剤を逃がすための穴が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光書き込みヘッド。
6. 前記凸部の形状は、三角形状断面の、連続する凸形状または間隔を有して連続する凸形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光書き込みヘッド。
7. 前記凸部と嵌合する凹部には、前記凸部と凹部とを接着固定する際に、接着剤を逃がすための溝が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光書き込みヘッド。
8. 前記樹脂レンズアレイは、前記レンズホルダに形成された嵌合凹部に載置されて前記発光素子アレイチップの発光素子の光軸上に取り付けられており、
   前記嵌合凹部の長手方向の長さは、前記樹脂レンズアレイと前記レンズホルダの間に熱膨張差が発生した場合に、熱膨張差による歪みを吸収できるように前記樹脂レンズアレイより長手方向に長いことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光書き込みヘッド。
9. 前記樹脂レンズアレイは、３枚の前記樹脂レンズプレートにより構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光書き込みヘッド。
10. 前記発光素子アレイチップは、自己走査型発光素子アレイチップであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光書き込みヘッド。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の光書き込みヘッドを用いた電子写真プリンタ。

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