JPH052122A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＬＥＤアレイを搭載した基板とレンズアレイ
とをハウジングに組み付けた光学装置の、(1) レンズ
アレイの上下左右の反りと基板の反りとを矯正し、(2)
レンズアレイの高さ方向の中心とＬＥＤアレイの表面
との距離を共役長Ｔｃの１／２に揃える。 【構成】 レンズアレイ２０の下端面２８を、ハウジン
グ２の第１基準面６に高さ調節部材２８を介して当接さ
せ、レンズアレイ２０の上下の反りを矯正する。レンズ
アレイ２０の高さＺｏのばらつきを高さ調節部材２８で
補正し、高さの中心位置Ａをハウジング２に対し一定の
位置に位置決めする。また第３基準面１０でレンズアレ
イ２０の左右の反りを矯正する。第２基準面８を用いて
基板４６の反りを矯正し、高さ調節部材４８で基板の厚
さばらつきを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明は、ＬＥＤプリンタヘッド
や密着型イメージセンサ、液晶シャッタアレイ等の光学
装置に関する。

【０００２】

【従来技術】ハウジングに、レンズアレイと受発光体を
搭載した基板とを組み付けた光学装置は、ＬＥＤプリン
タヘッドや密着型イメージセンサ、あるいは液晶シャッ
タアレイ等として、用いられている。この場合の位置決
めに関する条件は、レンズアレイの光軸方向の高さの中
心（光軸方向に沿っての中心位置）と、受発光体との間
隔を正しく保つことである。同様に、レンズアレイの高
さの中心と、結像面や読み取り面との間隔を正しく保つ
ことも必要である。この場合の条件は、レンズアレイの
高さの中心と受発光体との間隔と、レンズアレイの高さ
の中心と結像面あるいは読み取り面との間隔を等しく
し、かつ受発光体と結像面や読み取り面との間隔をレン
ズアレイの共役長Ｔｃに一致させることである。即ち、
(1) 受発光体と結像面や読み取り面との間隔を共役長
Ｔｃに一致させ、(2) 受発光体とレンズアレイの高さ
の中心との間隔を１／２Ｔｃとし、結像面や読み取り面
とレンズアレイの高さの中心との間隔を１／２Ｔｃとす
ることが必要である。

【０００３】これらの間隔の精度については、例えば誤
差を±５０μｍ以下とすることが必要である。しかしな
がら、(1) レンズアレイの高さＺｏ（光軸方向の長
さ）には、±４００μｍ程度のばらつきが有り、(2)
更にレンズアレイには反りが有り、(3) 受発光体の厚
さにも、±１００μｍ程度のばらつきが有り、(4) 受
発光体を搭載した基板には、±１００μｍ程度の厚さば
らつきが有り、(5) 基板には±１００μｍ程度の反り
が有る。これらのため、レンズアレイの中心と受発光体
との間隔を、±５０μｍ以下の誤差で、共役長Ｔｃの１
／２に保つことは困難である。

【０００４】従来の光学装置では、基板の反りの解消を
優先し、第１に基板をハウジング等に固定し基板を位置
決めする。基板の位置を固定すると、レンズアレイの位
置を共役長Ｔｃの１／２に応じ上下動させる必要が生じ
る。そこでネジ等でレンズアレイの両端を上下させ、位
置決めを行う。しかしこの組立手法では、レンズアレイ
の反りを解消できない。これはレンズアレイの両端をネ
ジ等で上下させ、最も重要なレンズアレイの中央部の高
さを制御することが難しいからである。

【０００５】

【発明の課題】この発明の課題は、簡単にかつ高精度に
組立得る光学装置を提供することにあり、具体的には、
(1) レンズアレイの上下の反りを解消すると共に、(2)
レンズアレイの高さの中心と受発光体との間隔を、容
易に共役長Ｔｃの１／２に一致させ得るようにする、こ
とに有る。

【０００６】

【発明の構成】この発明の光学装置は、ハウジングに、
受発光体を搭載した基板とレンズアレイとを組み付けた
光学装置において、ハウジングにはレンズアレイの下端
面側に突出した第１基準面を設け、この第１基準面によ
り前記レンズアレイの高さ位置を定めると共に、第１基
準面にレンズアレイの下端面を直接または間接に当接さ
せることにより、レンズアレイの反りを解消し、ハウジ
ングには第２基準面を設けて、第２基準面により前記基
板の上面の高さ位置を定めたことを特徴とする。

【０００７】

【発明の作用】この発明では、ハウジングにはレンズア
レイの下端面側に突出した第１基準面を設け、直接ある
いは間接にレンズアレイの下端面を第１基準面に当接さ
せる。この結果、レンズアレイの下端面は第１基準面に
平行となり、レンズアレイの反りが解消する。また第１
基準面によりレンズアレイの高さ位置が定まる。レンズ
アレイの下端面を直接第１基準面に当接させる場合、レ
ンズアレイの下端面高さが位置決めされる。一方レンズ
アレイの下端面を第１基準面に間接的に当接させる場
合、レンズアレイの下端面と第１基準面との間に、レン
ズアレイの高さ調節部材等を設ける。レンズアレイの高
さのばらつきを△Ｚｏとすると、高さ調節部材で−１／
２△Ｚｏだけレンズアレイの下端面位置を修正し、レン
ズアレイの中心高さをハウジングに対し一定とする。

【０００８】基板の側では、ハウジングの第２基準面に
より基板の上面位置を位置決めする。このためには例え
ば、基板の底面と第２基準面との間に基板の高さ調節部
材を設け、基板の高さ調節部材を介して基板の底面を間
接的に第２基準面に当接させる。この結果、基板の反り
が解消されると共に、基板の高さ調節部材により基板の
上面位置を調節できる。基板の上面位置の調節は、受発
光体とレンズアレイの高さ中心との間隔が１／２Ｔｃと
なるようにする。あるいはまた基板をハウジングとは別
体のベースカバー等に当接させて取り付け、ベースカバ
ーを基板の高さの調節部材を介してハウジングの第２基
準面に取り付けても良い。なおこの明細書では、ベース
カバーに基板を取り付け、このベースカバーをハウジン
グに取り付けることも、基板をハウジングに組み付ける
ことに含めるものとする。このようにすれば基板をベー
スカバーに当接させることで基板の反りを解消し、高さ
調節部材により基板の上面位置を調節できる。そして基
板の上面位置の調節は、受発光体とレンズアレイの中心
との間隔が共役長Ｔｃの１／２に合致するように行う。

【０００９】レンズアレイの下端面位置や中心位置の高
さを揃え、基板の上面位置を調節すれば、残る問題は受
発光体の高さのばらつきである。そこで例えば受発光体
を高さ毎に選別して用いれば、レンズアレイの高さの中
心と受発光体との間隔を共役長Ｔｃの１／２に揃えるこ
とができる。あるいはまた受発光体は接着剤等により基
板に固着することとし、受発光体の高さに応じて接着剤
等の厚さを変えても良い。

【００１０】レンズアレイの下端面と第１基準面との間
に、レンズアレイの高さ調節部材を設ける場合、レンズ
アレイの中心高さがハウジングに対して位置決めされ
る。そこで感光ドラム等の結像面や原稿等の読み取り面
と、ハウジングとの間隔を一定にすれば良い。これによ
ってレンズアレイの高さの中心と、結像面や読み取り面
との間隔を共役長Ｔｃの１／２にできる。一方レンズア
レイの下端面をハウジングの第１基準面に直接当接させ
る場合には、レンズアレイの中心高さはハウジングに対
し一定ではなくなる。そこでこの場合には、ハウジング
と結像面や読み取り面との間隔を光学装置の取り付け時
に調整し、レンズアレイの高さの中心と結像面や読み取
り面との間隔を共役長Ｔｃの１／２とする。

【００１１】以下にＬＥＤプリンタヘッドを例に実施例
を示すが、ＬＥＤアレイをａ−Ｓｉ等の受光素子に変え
れば、密着型イメージセンサが得られる。また受発光体
を液晶シャッタにすれば液晶シャッタアレイが得られ
る。

【００１２】

【実施例】図１〜図７に、最初の実施例とその変形例と
を示す。図１において、２はハウジングで加工精度が得
られるように、材質には金属Ａｌやステンレス、エンジ
ニアリングプラスチック等を用いる。４はレンズアレイ
の下端面側に突出した突起で、６は突起４の上面を面出
した第１基準面である。第１基準面６はレンズアレイの
全長に沿って直線的に設けたが、これに限るものではな
い。例えばレンズアレイの長さ方向に沿って、間隔を置
いて数カ所に突起４を設け、この上面を第１基準面６と
しても良い。第１基準面６に関する条件は、レンズアレ
イを局所的に位置決めし反りを矯正するのではなく、レ
ンズアレイ全体に対して反りを矯正し、レンズアレイの
高さを定めることである。なおこの明細書において、上
下や高さは図の上下方向を基準に示し、左右は図の左右
方向を基準に示す。８は第２基準面、１０は第３基準
面、１２は第４基準面で、これらはいずれもハウジング
２の表面を面出して設けた。第３基準面１０はレンズア
レイの右側面に当接させ、第４基準面１２は基板の右側
面等に当接させ、ＬＥＤアレイの発光面とレンズアレイ
の光軸とを揃える。なおハウジング２の長手方向（図で
の奥行き方向）の両端には図示しないカバーを設け、ハ
ウジング２の両端の開口面を塞ぎ、トナーやほこり等の
侵入を防止するのが好ましい。

【００１３】２０はレンズアレイで、例えば棒状レンズ
２２，２４を２列直線状に配置した、セルフフォーカシ
ングレンズアレイである。セルフフォーカシングレンズ
アレイ２０の種類は任意で、棒状レンズは１列あるいは
３列以上でも良い。２６は、セルフフォーカシングレン
ズアレイ２０（以下単にレンズアレイ２０）の高さ調節
部材で、レンズアレイ２０の下端面２８と第１基準面６
との間に挿入する。高さ調節部材２６は、上下両面を精
密研磨し面出した金属Ａｌやステンレス等の板である。

【００１４】３０はヘッドカバー、３２はレンズアレイ
２０の加圧板で、例えばバネ性のものを用いてレンズア
レイ２０を左側から均一に加圧し、３４はネジで、加圧
板３２を加圧する。この結果、レンズアレイ２０の右側
面が第３基準面１０に当接する。

【００１５】４０はＬＥＤアレイ、４２はその発光面、
４４は導電性接着剤、４６はＬＥＤアレイ４０の搭載用
の基板で、例えばガラス基板やセラミック基板を用い
る。４８は基板の高さ調節部材で、上下両面を精密研磨
し面出した金属Ａｌやステンレス等の板である。基板４
６と高さ調節部材４８の右側面を面出して基準面とし、
第４基準面１２に当接させる。基板４６の右側面の基準
面を第５基準面５０、基板の高さ調節部材４８の右側面
の基準面を第６基準面５２とする。５８はフレキシブル
プリント基板、６０は外部基板、６２は外部基板６０に
搭載したＬＥＤアレイ４０の駆動回路である。６４は、
ヘッドカバー３０の固定ネジである。

【００１６】実施例において重要なことは、反りや種々
のばらつきの影響無しに、(1) レンズアレイ２０の高
さの中心位置Ａと、ＬＥＤアレイ４０の表面高さ位置Ｂ
との間隔を、共役長Ｔｃの１／２に保つこと、(2) レ
ンズアレイ２０の光軸の中心線と、ＬＥＤアレイ４０の
発光面４２とを、直線Ｃ上に揃えることである。これら
の点を図２〜図７により説明する。

【００１７】図２に、レンズアレイ２０の高さの調整や
反りの解消等の機構を示す。レンズアレイ２０の高さＺ
ｏは±４００μｍ程度ばらつくが、±２０μｍ程度毎に
選別することが可能である。そこでレンズアレイ２０の
高さＺｏを±２０μｍ程度の範囲に選別したものを用
い、下端面２８が高さ調節部材２６を介して第１基準面
６に当接するように、接着剤等で固着する。この時、高
さ調節部材２６の厚さＸは、レンズアレイ２０のグルー
プ毎に定め、高さＺｏのばらつき△Ｚｏの１／２ずつ変
化させる。第１基準面６に対するレンズアレイ２０の中
心高さ位置は１／２・△Ｚｏずつばらつくので、これを
高さ調節部材２６の厚さＸで補正する。このようにして
高さＺｏで選別したレンズアレイ２０を、グループ毎に
ハウジング２に組み付ける。またネジ３４で加圧板３２
を加圧し、レンズアレイ２０の左側面を均一に加圧し、
右側面を第３基準面１０に当接させる。これらの結果、
レンズアレイ２０の高さの中心位置Ａは、ハウジング２
に対して、±２０μｍ程度の精度で均一となる。またレ
ンズアレイ２０は面出した高さ調節部材２６を介して第
１基準面６に当接させたので、レンズアレイ２０の反り
も解消する。一方レンズアレイ２０の右側面を加圧板３
２により第３基準面１０に当接させたので、ハウジング
２に対するレンズアレイ２０の左右の中心位置が定ま
る。これと同時にレンズアレイ２０の図での左右の反り
も、第３基準面１０により矯正される。

【００１８】図３に、変形例を示す。この変形例では、
レンズアレイ２０の下端面２８を、第１基準面６に直接
当接させる。この結果、ハウジング２に対する下端面２
８の高さが一定となり、高さの中心位置Ａは変化する。
高さの中心位置Ａの変化は、基板の高さ調節部材４８の
厚さを変えることで補正し、ＬＥＤアレイの表面高さ位
置Ｂとレンズアレイ２０の高さの中心位置Ａとの間隔を
共役長Ｔｃの１／２に保つ。この場合にも、レンズアレ
イ２０は高さＺｏを±２０μｍ程度に選別してグループ
化し、調節部材４８の厚さをグループ毎に変更する。更
に図３の変形例では、ＬＥＤプリンタヘッドの感光ドラ
ム等への取り付け時に、レンズアレイ２０の高さばらつ
き△Ｚｏの１／２ずつ、ハウジング２と感光ドラムとの
取り付け距離を変更する。このようにして、感光ドラム
等とレンズアレイ２０の高さの中心との間隔を、共役長
Ｔｃの１／２に合致させる。他の点では、図１の実施例
と同様にして、レンズアレイ２０の上下の反りを第１基
準面６で矯正し、第３基準面１０でレンズアレイ２０の
左右の反りを矯正すると共に、レンズアレイ２０とＬＥ
Ｄアレイ４０との左右の光軸合わせを行う。

【００１９】図４に加圧板３２の構造を示す。７０は燐
青銅等を波板状にしたバネ板、７２，７４は両面の板
で、レンズアレイ２０の長手方向（図の奥行き方向）に
沿って数カ所にネジ３４を設け、ネジ３４からの圧力を
バネ板７０で均一に板７２の全面に伝え、板７２からレ
ンズアレイ２０を加圧する。この結果、レンズアレイ２
０は均一な圧力で第３基準面１０に押圧され、レンズア
レイ２０の右側面の位置が第３基準面１０で定まると共
に、レンズアレイ２０の左右の反りが矯正される。なお
加圧板３２は設けなくても良く、直接ヘッドカバー３０
で押圧しても良く、また加圧板３２の構造はレンズアレ
イ２０を均一に加圧できるものであれば良い。

【００２０】図５に、基板４６の取り付け構造を示す。
高さ調節部材４８の両面を面出し、高さ調節部材４８を
介して、接着剤等で基板４６をハウジングの第２基準面
８に固着する。この時、高さ調節部材４８の厚さＹは、
基板４６の厚さのばらつきを吸収するように定める。こ
のため基板４６は厚さ毎に選別して用いる。またＬＥＤ
アレイ４０を高さ毎に選別して用いる場合、例えば選別
したＬＥＤアレイ４０の高さに応じて厚さＹを変化させ
る。更に基板４６の右側面の第５基準面５０や高さ調節
部材４８の右側面の第６基準面５２を、第４基準面１２
に当接させる。これらの結果、基板４６の反りは第２基
準面８に平行に添わせることで解消し、基板４６の厚さ
のばらつきは高さ調節部材４８の厚さＹを変えることで
補正する。またＬＥＤアレイ４０とレンズアレイ２０と
の左右方向の光軸合わせは、第４基準面１２と第５基準
面５０、第６基準面５２とを当接させることで行う。な
お図３の変形例の場合、高さ調節部材４８の厚さＹは、
基板４６の厚さのばらつきと、レンズアレイ２０の高さ
のばらつき△Ｚｏ×１／２の双方を補正するように定め
る。このようにすれば、レンズアレイ２０の高さＺｏの
選別条件を±２０μｍ、基板４６の選別条件を±２０μ
ｍとすると、レンズアレイ２０の高さの中心位置ＡとＬ
ＥＤアレイ４０の表面高さ位置Ｂとの間隔を、１／２Ｔ
ｃを基準に±５０μｍ程度の範囲に収めることができ
る。更にレンズアレイ２０の上下や左右の反り、基板４
６の反りを矯正し、反りの影響を解消できる。

【００２１】図６に、第２基準面７２を、基板４６の上
面に当接させた変形例を示す。図において、７０はハウ
ジング２に設けた突起で、基板４６の長手方向に沿って
直線状に形成し、７２は、突起７０の先端を精密研磨し
て面出した第２基準面である。なお突起７０や第２基準
面７２は直線状に設けずに、基板４６の長手方向に沿っ
て数カ所間隔を置いて設けても良い。この変形例では、
基板４６の上面を第２基準面７２で直接位置決めする。
また基板４６の厚さと高さ調節部材４８の厚さＹとの合
計が、第２基準面７２とハウジング２の対応する底面７
４との間隔に合致するように、厚さＹを定める。このよ
うにして基板４６の上面の高さを第２基準面７２で定め
ると共に、基板４６の反りを矯正する。また第４基準面
１２と第５基準面５０，第６基準面５２を用い、レンズ
アレイ２０とＬＥＤアレイ４０の左右の光軸合わせを行
う。この変形例では、第２基準面７２を得るためにハウ
ジングの構造が複雑化することを除けば図１の実施例と
同様で、他の部分は図１の実施例と同様に構成すれば良
い。

【００２２】図７に、ＬＥＤアレイ４０の高さばらつき
の補正例を示す。ＬＥＤアレイ４０は、例えば図示しな
いコレットでその上面を吸引しながら、導電性接着剤４
４にセットする。この時、導電性接着剤４４の厚さを最
小限必要な厚さよりも１００μｍ程度厚めにし、コレッ
トのストロークを一定にして、ＬＥＤアレイ４０の上面
が直線Ｄ上に揃うようにする。このようにすれば導電性
接着剤４４の最終厚さを変えることで、ＬＥＤアレイ４
０の高さばらつきを吸収でき、高さのばらつきはストロ
ークの精度（例えば±１０μｍ）で定まる。なおこのよ
うな手法に変えて、ＬＥＤアレイ４０を高さ毎に選別し
て用いても良い。この場合には、導電性接着剤４４の厚
さをＬＥＤアレイ４０の高さのグループ毎に変更する、
あるいは高さ調節部材４８の厚さＹでＬＥＤアレイ４０
の高さばらつきも吸収するのが好ましい。

【００２３】図８に第２の実施例を示す。図において、
８０は新たなハウジング、８２，８２はその両側の底面
に設けた第２基準面、８４はヘッドベースで金属Ａｌや
ステンレス、あるいはエンジニアリングプラスチック等
を用い、８６は、ヘッドベース８４の第２基準面８２と
の対向面を精密研磨して面出した、第６基準面である。
８８は金属Ａｌやステンレス等の基板の高さ調節部材
で、上下両面を精密研磨して面出しした板とする。９０
は基板４６と外部基板６０とを接続するリードである。
リード９０は例えば表面を絶縁した絶縁リードとし、ヘ
ッドベース８４に所定のピッチで間隔を置いて貫通口を
設け、この貫通口を通す。

【００２４】この実施例では、レンズアレイ２０の下端
面２８の両側に、第１基準面６と高さ調節部材２６を設
け、レンズアレイ２０の高さの中心位置Ａを一定にする
と共に、上下の反りを矯正する。また第３基準面１０に
より、レンズアレイ２０の左右の位置を定めると共に、
左右の反りを矯正する。即ちレンズアレイ２０の高さば
らつき△Ｚｏ×１／２を高さ調節部材２６で補正し、レ
ンズアレイ２０の高さの中心位置Ａを第１基準面６から
所定の位置に揃える。またレンズアレイ２０の下端面２
８を、高さ調節部材２６を介して第１基準面６に当接さ
せ、上下の反りを矯正する。この時、レンズアレイ２０
の右側面を第３基準面１０に当接させ、レンズアレイ２
０の左右の位置を定めると共に、左右の反りも解消させ
る。なお図３の変形例と同様に、高さ調節部材２６は設
けなくても良い。基板４６の厚さのばらつきは、基板の
高さ調節部材８８の厚さを変えることで補正し、基板４
６はヘッドベース８４に当接させて反りを矯正する。な
おこの場合も、基板４６は厚さ毎に選別して用い、基板
の高さ調節部材８８の厚さは、基板４６を選別したグル
ープ毎に定める。ベースカバー８４の右側面の第６基準
面５２と基板４６の右側面の第５基準面５０を、ハウジ
ング８０の第４基準面１２に当接させることで、ＬＥＤ
アレイ４０の発光面４２の左右位置を定める。これらの
結果、レンズアレイ２０の高さの中心位置ＡとＬＥＤア
レイ４０の表面高さＢとの間隔を共役長Ｔｃの１／２に
定めることができる。更にレンズアレイ２０や基板４６
の反りを解消し、同時にレンズアレイ２０とＬＥＤアレ
イ４０との左右の光軸も一致させることができる。

【００２５】

【発明の効果】この発明では、(1) レンズアレイの上
下の反りを容易に矯正できると共に、(2) レンズアレ
イの高さの中心と受発光体との間隔を、容易に共役長Ｔ
ｃの１／２に一致させ得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の断面図

【図２】 実施例の要部断面図

【図３】 変形例の要部断面図

【図４】 実施例に用いる加圧板の部分切り欠き部付き
斜視図

【図５】 実施例の要部断面図

【図６】 他の変形例の要部断面図

【図７】 実施例のＬＥＤアレイ搭載工程を示す側面図

【図８】 第２の実施例の断面図

【符号の説明】

２，８０ ハウジング ４ 突起 ６ 第１基準面 ８，７２，８２ 第２基準面 １０ 第３基準面 １２ 第４基準面 ２０ レンズアレイ ２６ レンズアレイの高さ調節部材 ２８ レンズアレイ下端面 ３０ ヘッドカバー ３２ 加圧板 ４０ ＬＥＤアレイ ４２ 発光面 ４４ 導電性接着剤 ４６ 基板 ４８，８８ 基板の高さ調節部材 ５０ 第５基準面 ５２，８６ 第６基準面 ８４ ヘッドベース

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ハウジングに、受発光体を搭載した基板
   とレンズアレイとを組み付けた光学装置において、ハウ
   ジングにはレンズアレイの下端面側に突出した第１基準
   面を設け、この第１基準面により前記レンズアレイの高
   さ位置を定めると共に、第１基準面にレンズアレイの下
   端面を直接または間接に当接させることにより、レンズ
   アレイの反りを解消し、ハウジングには第２基準面を設
   けて、第２基準面により前記基板の上面の高さ位置を定
   めたことを特徴とする、光学装置。