TWI259811B - Optical write head - Google Patents

Description

1259811 敦、::發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於搭載於電子照相印表機上，藉由透鏡陣列 將發光元件陣列的出射光集光而投影於感光體上的光寫 頭。 【先前技術】 電子照相印表機，係藉由寫入頭曝光感光磁鼓以形成潛 像’藉由增色劑^彳該潛像予以顯像，並將該增色劑轉寫於 紙上’藉由熱等將增色劑固定在紙上以執行印刷。 藉由寫入頭曝光感光磁鼓的步驟，被分爲LED光學系及 雷射光學系。LED光學系的寫入頭係通過正像等倍棒狀透 鏡陣列將LED的發光能曝光於感光磁鼓。 圖1爲搭載於習知電子照相印表機的寫入頭（光寫頭）的 與頭長度方向垂直的方向的剖面圖。在該光寫頭中，發光 元件組裝基板4 0上，沿著掃描方向組裝著行狀配置發光元 件的多個LED晶片（發光元件陣列晶片）42，在該LED晶片 的發光元件所發光的光軸上，藉由殼體（樹脂蓋）46固定 著正像等倍棒狀透鏡陣列44。正像等倍棒狀透鏡陣列44 的上方設有感光磁鼓48。此外，發光元件組裝基板40周 圍的角部係繫合著殼體46的腳部前端。又，發光元件組裝 基板40的襯底上設有散發LED晶片42的熱用的散熱片 5 〇，殻體4 6及散熱片5 0間夾著發光元件組裝基板4 0且藉 由固定件5 2固定。 正像等倍棒狀透鏡陣列44係將LED晶片42的發光元件 5 312/發明說明書(補件)/92-06/92105870 1259811 的光予以集光’曝光感光磁鼓4 8而於感光磁鼓4 8的表面 形成潛像。 該正像等倍棒狀透鏡陣列44的析像度，無法充分滿足 高析像度的光寫頭的使用。爲此，如日本專利特開 2 0 00-22 1 445號公報所揭示，提出使用正像等倍的積層樹 脂透鏡陣列來取代正像等倍棒狀透鏡陣列，以提升析像度 的光寫頭的方案。 但是’用於高析像度的光寫頭的正像等倍透鏡陣列，其 作動距離（發光點與透鏡入射面間的距離）非常短，現在所 使用的透鏡的允許作動距離，考慮到其誤差而在1 00 // m 以下。爲此’光寫頭具有提高發光位置及透鏡間的距離精 度’以防止成像位置上的焦點模糊引起的印字品質的下降 的必要。此外，還有防止感光磁鼓上的成像焦點模糊引起 的印字品質的下降的必要。 據此，使用積層樹脂透鏡陣列的習知光寫頭，爲了要求 以高平坦度配置透鏡陣列及發光元件，且，以高距離精度 配置透鏡陣列及發光元件，有以非常高的精度加工散熱片 的發光元件組裝基板搭載面及殼體的透鏡陣列搭載面的必 要。此外，有進行發光點及透鏡陣列的位置定位的步驟的 必要，因而招致構成零件數的進一步增加，使得頭的製造 成本上升。 【發明內容】 本發明之目的在於，提供搭載可低價格高品位的印字的 透鏡陣列的光寫頭。 6 312/發明說明書(補件)/92-06/92105870 1259811 本發明之光寫頭，其特徵爲：具備基板，組裝著發光元 件陣列；透鏡陣列，配置在發光元件陣列的發光元件所發 出光的光軸上；及支持機構，支持著基板及透鏡陣列；其 中支持機構係沿著光寫頭長度方向形成凹部’在凹部之長 度方向兩側面沿著長度方向形成突出部，又，在凹部的底 面，在基板的發光元件陣列的正下方部分的位置，沿著光 寫頭長度方向形成突起部，基板係在突起部的上端面及形 成在凹部的兩側面的突出部的下端面而被支持於支持機 構。 透鏡陣列最好被支持在突出部的上端面，此外，突起部 的前端上面及突出部的下端面的間隔x最好爲如下大小。 (基板厚度-〇 · 5 m m) $ X S基板厚度 此外，突起部最好於光寫頭長度方向全長形成爲連續或 是不連續，突起部剖面形狀最好爲半圓形、矩形、梯形或 是楔形。 支持機構最好由鋁擠壓材料所形成。此外’支持機構具 備定位於長度方向端面位置部分的定位機構’基板最好藉 由將基板的端面頂接於定位機構以進行基板的長度方向的 定位，又，支持機構最好於長度方向端面位置部为具備備 有不干涉基板及電信號的取入機構的構造的側罩。 此外，支持機構最好於下部具有缺口’而對基板取入電 信號用的配線係從缺口取出。 又，透鏡陣列最好爲積層樹脂透鏡陣列或是棒狀透鏡陣 列，發光元件陣列最好爲自掃描型發光元件陣列。 312/發明說明書(補件)/92-06/92105870 7 1259811 【實施方式】 以下，參照圖式說明成爲本發明之實施形態。 圖2爲顯示本發明之光寫頭的實施形態的局部立體圖， ® 3 A爲在圖2所示光寫頭之長度方向中央部的相對長度 方向垂直的方向的剖面圖，圖3 B爲圖2所示光寫頭之局 部前視圖。 如圖2所示，殼體10(支持機構）具有支持積層樹脂透鏡 陣列1 2及發光元件組裝基板1 4的構造。 積層樹脂透鏡陣列1 2，係將3片表面以指定間距規則性 地排列微小的凸透鏡的透明平板狀的樹脂透鏡陣列重疊而 構成。 發光元件組裝基板1 4，係在相對於光寫頭之長度方向 (掃描方向）垂直的中央部，沿著長度方向組裝著LED晶片 1 6 °此外，發光元件組裝基板1 4具備於長度方向的一端側 取入電信號用的連結器1 8及連接連結器1 8的扁平纜線（配 線）2 0 〇 如圖3 A所示，殼體1 〇係沿著光寫頭長度方向形成凹部 1 1，在凹部1 1的長度方向兩側面，沿著長度方向形成突出 部1 3。此外，在凹部1 1的底面，在爲LED晶片1 6正下 方部分的位置，沿著長度方向形成突起部2 4。發光元件組 裝基板1 4係在該突起部2 4的前端面及形成於凹部1 1的兩 側面的突出部1 3的下端面的3點，支持於殻體1 0上。積 層樹脂透鏡陣列1 2係以使從LED晶片1 6的發光點至積層 樹脂透鏡陣列1 2的透鏡入射面爲止的距離成爲指定的距 8 312/發明說明書(補件)/92屬/921 _7〇 1259811 離的方式，而由突出部1 3的上端面的搭載面22所支持。 殻體1 〇係由鋁等的非鐵金屬所構成。本實施形態中， 殻體1 〇因爲在光寫頭長度方向爲相同剖面形狀，因此，以 使用可廉價成形形狀的鋁擠壓材料爲佳。此外，突起部24 的前端上面係以高平坦性施以切削加工。 圖4爲由端銑刀（刃物）加工頂接於殻體的發光元件組裝 基板的面時的狀態的圖。殼體1 〇對於發光元件組裝基板 1 4的頂接面，需要高平坦性。但是，如圖4所示，即使藉 由端銑刀（刃物）3 4欲以高平坦度加工頂接於殻體的發光元 件組裝基板1 4的面，仍會產生端銑刀（刃物）3 4的切削殘 留部分的下切割部3 6，事實上以高精度進型機械加工的情 況並不可能。據此，本實施形態中，在，在發光元件組裝 基板1 4的發光元件的正下方部分設置突起部，僅在其前端 部的下面施以切削加工，即可提升加工精度。 發光元件組裝基板1 4，係由高精度而被加工其基板的厚 度，此外，頂接積層樹脂透鏡陣列1 2的搭載面也可以高精 度進行機械加工’因此，只要以高精度切削加工突起部24 的前端上面，將發光元件組裝基板1 4安裝於突起部24上， 即可以高精度配置LED晶片1 6及積層樹脂透鏡陣列1 2。 如上所述，殻體1 0雖在頂接積層樹脂透鏡陣列1 2的搭 載面2 2及頂接發光元件組裝基板1 4的面要求高平坦性及 距離精度’但是，藉由在擠壓成形材料的必要部分實施切 削加工即可獲得高精度化。 圖5爲圖3 A的A部放大圖。發光元件組裝基板]*的下 312/發明說明書(補件)/92-06/92105870 9 1259811 面接觸突起部2 4的前端上面，發光元件組裝基板i 4的上 面接觸突出部1 3的下端面。若突起部2 4的前端上面及突 出部1 3的下端面的間隔X小，則在將發光元件組裝基板 1 4支持固定於殼體1 0時，發光元件組裝基板1 4產生過大 的翹曲，由此於發光元件上產生應力，而會有發光不良等 的不良現象。據此，間隔X以如下條件設定爲佳。 (基板厚度- 〇.5mm) S XS基板厚度 將發光元件組裝基板1 4安裝於殼體1 〇之作業，係藉由 將搭載LED晶片1 6的發光元件組裝基板1 4，從未具有電 信號取入機構側壓入殼體1 0而進行。發光元件組裝基板 1 4也可使用玻璃環氧基板、金屬基板等。 當將發光元件組裝基板1 4插入殼體1 〇時，因爲殼體i 〇 的間隔X較發光元件組裝基板1 4的基板厚度窄，因此， 發光元件組裝基板14產生翹曲，藉由該翹曲而在發光元件 組裝基板14及殼體10的接觸部分發生荷重，藉尤其摩擦 力將發光元件組裝基板1 4固定於殻體1 〇。 據此，本發明之光寫頭在將發光元件組裝基板1 4安裝 於殻體1 〇時，不需要黏接劑等的固定機構，因而可省略製 造步驟。此外，突起部2 4的前端上面係以高精度切削加 工，發光元件組裝基板1 4上面的L E D晶片1 6的高精度， 係模仿殻體1 〇的突起部2 4的形狀，因此可提升LED晶片 1 6的發光元件的排列的平坦度。 又，在將光寫頭搭載於電子照片印表機時，電子照片印 表機的感光磁股1 5係設於積層樹脂透鏡陣列1 2的上方。 10 312/發明說明書(補件)/92-06/92105870 1259811 Η ό爲；顯、示不具有電信號取入機構側的頭的端面部分的 立體圖。發光元件組裝基板1 4的長度方向的定位，如圖6 所示’也可在不具備電信號的取入機構側的光寫頭的端面 位置部分’使定位銷（定位機構）3 8從殼體1 〇側突出，使 發光兀件組裝基板1 4的端面突頂接於定位銷3 8。 此外’在將發光元件組裝基板i 4插入殻體1 〇後，如圖 2及圖3 B的虛線所示，也可在光寫頭的端部安裝具有安裝 於殼體1 0的構造及不干涉發光元件組裝基板1 4及電信號 的取入機構的構造的側罩3 〇，藉以進行光寫頭的端部的絕 緣及封裝。 該情況’側罩3 0具有側面備有突起狀的繫止部的固定 件2 6，藉由將該固定件2 6的繫止部嵌合於殼體1 〇的側面 所設的溝2 8 ’即可將側罩3 〇安裝於光寫頭的端部。此外， 側罩3 0也可具備在將光寫頭組裝入電子照片印表機時用 作感光磁鼓的位置對準的基準的基準銷3 2。 又’殻體1 〇也可使用混入塡料以使強度提升的樹脂材 料。在殻體1 0爲樹脂等的絕緣體時，爲了減低殼體1 〇及 感光磁鼓的電位差，也可於殻體1 0的表面設置導電膜。此 外，也可以導電性材料製作樹脂本身。 在殼體1 〇之凹部1 1的底面，突起部24的剖面形狀最好 爲半圓形、矩形、梯形或是楔形。此外，突起部也可設爲 沿著光寫頭長度方向全長形成爲連續，也可設爲不連續。 此外，上述實施形態中，係將取入電信號用的連結器 1 8，配置在LED晶片1 6的搭載側的發光元件組裝基板！ 4 11 312/發明說明書(補件)/92-06/9210587〇 1259811 的基板表面側，但是也可配置在基板的背面側。 示將連結器配置於發光元件組裝基板的基板背面 連結器的部位切斷的狀態的剖面圖。 又，如圖7所示，殼體爲在通過扁平纜線的部 口 1 9，通過缺口 i 9而可從殻體下方插入扁平纜箱 圖8爲可從殼體下插入附設扁平纜線的連結器的 體圖。也可從殼體下通過缺口 1 9插入附設扁平，纜 益（未圖不）’在發光兀件組裝基板（未圖示）的連3 部位固定連結器。 此外，上述實施形態中，說明了將積層樹脂透 於正像等倍棒狀透鏡陣列的光寫頭的情況，本發 於殻體的基板安裝固定方法，也可適用於將圖1 透鏡陣列44安裝於圖5的搭載面22的光寫頭。 可適用於掃描器等的光讀頭。 此外，上述實施形態中，也可將自掃描型發光 用於LED晶片。又，自掃描型發光元件陣列係指 描電路，具有順序傳輸發光點的功能的發光元件 關於自掃描型發光元件陣列，在日本專利特開 1 - 2 3 8 9 6 2號公報、特開平2 - 1 4 5 8 4號公報、特開2]： 號公報、特開平2 - 9 2 6 5 1號公報等，揭示有作爲 用光源而在組裝上簡便的情況、可將發光元件間 的情況及可製作小型印表機頭的情況等。此外， 開平2 - 2 6 3 6 6 8號公報中，提出有將傳輸元件陣列 部，而與發光部的發光元件陣列隔離的構造的自 312/發明說明書(補件)/92-06/92105870 圖7爲顯 側，而在 位具有缺 良的構成。 殻體的立 線的連結 吉器連接 鏡陣列用 明之安裝 所示棒狀 此外，也 元件陣列 內建自掃 〇 平 [2-92650 印表機頭 隔微細化 在日本特 作爲移動 掃描型發 12 1259811 光元件陣列。 圖9顯示將移動部及發光部隔離的構造的自掃描型發光 元件陣列晶片的等效電路圖。移動部具有傳輸元件τ ι、 Τ2、Τ3、…，發光咅Β具有寫入用發光元件L!、L2、L3、···。 此等傳輸元件及發光元件，係由3端子發光矽控整流器所 構成。移動部的構成爲使用二極體D !、D 2、D 3、…以便相 互電性連接傳輸元件的閘。V G κ爲電源（通常爲5 V )，經由 負載電阻Rl與各傳輸元件的閘極G】、G2、G3、…連接。 此外，傳輸元件的閘極G】、G2、G3、…也連接於寫入用發 光元件的閘極。傳輸元件T !的閘極上施加有起動脈衝φ s， 傳輸元件的陽極電極上施加有交錯傳輸用時脈脈衝φ 1、φ 2，寫入用發光元件的陽極電極上施加有寫入信號φ!。 又，圖中，Rl、R2、Rs、Ri分別顯示電流限制電阻。 簡單說明動作。首先，傳輸用時脈脈衝φ 1的電壓爲Η 位準，且傳輸元件Τ2爲導通狀態。此時，閘極G2的電位 從VGK的5 V降爲大致0V。該電位下降的影響係藉由二極 體D2傳輸至閘極G3，該電位約設定在1 V(二極體D2的順 方向上升電壓（等於擴散電位））。但是，因爲二極體〇!爲 反偏向狀態，因此不進行對於閘極G !的電位連接，於是閘 極G !的電位仍成爲5 V。因爲發光矽控整流器的導通電壓 近似於閘極電位+pn接面的擴散電位（約IV)，因此’只要 將下一傳輸用時脈脈衝φ 2的Η位準電壓設定約爲2 V (導 通傳輸元件Τ3所需要的電壓）以上，且約4V(導通傳輸元 件Τ5所需要的電壓）以下，即可單單導通傳輸元件Τ3，此 13 312/發明說明書(補件)/92-06/92105870 1259811 以外的傳輸元件可就此爲截止狀態。據此，由2根傳輸用 時脈脈衝傳輸著導通狀態。 ίΕ Si Μ衝φ s係爲開始如此之傳輸動作用的脈衝，將起動 脈衝Φ S設爲Η位準（約爲〇v)，同時，將傳輸用時脈脈衝 Φ 2設爲Η位準（約爲2 ν〜4 V )，使傳輸元件Τ】導通。此後， 起動脈衝Φ s立即返回Η位準。 此時’當Μ專輸元件Τ2爲導通狀態時，閘極g2的電位約 成爲0V。據此’若寫入信號φ I的電壓爲pil接面的擴散電 壓（約爲IV)以上，即可使發光元件L2爲發光狀態。 相對於此，閘極G1約爲5 V，閘極G 3約爲1 V。據此， 發光元件h的寫入電壓約爲6V，發光元件L3的寫入電壓 約爲2 V °此後，僅寫入發光元件L2的寫入信號φ I的電壓 爲1〜2V的範圍。當發光元件L2導通，亦即進入發光狀 態時’發光強度由流動於寫入信號φ I的電流量所決定，於 任意強度即可進行畫像的寫入。此外，爲將發光狀態傳輸 給發光元件，有暫時將寫入信號φ !的在線電壓降爲〇V， 而使發光中的發光元件暫時截止的必要。 (產業上的可利用性） 如上述說明，本發明之光寫頭，係藉由減少光寫頭的構 成零件數，來實現製造成本的降低。如圖1所示，習知光 寫頭必須要有殼體、散熱片及固定件的3個零件，但是， 上述光寫頭只需以1個殼體來取代此等，因此，可大幅減 少零件數。

此外，本發明之光寫頭，因爲殼體的表面全面成爲LED 14 312/發明說明書(補件)/92-06/92105 870 1259811 晶片發熱的散熱面，因此，可降低光寫頭本身發熱引起的 L E D發光光量的哀減。 此外，本發明之光寫頭，係藉由減少光寫頭的組裝步 驟，來實現製造成本的降低。習知光寫頭有使用固定件將 發光元件組裝基板固定於散熱片的固定步驟（若不使用固 定件則爲使用黏接劑的黏接步驟）的必要’但是’本發明之 光寫頭，如圖2所示，因爲由設於殼體的突起部及基板的 上面接觸面夾著基板，因此，可削減固定步驟（或是黏接步 驟）。 又，本發明之光寫頭，因爲係由強度優良的非鐵金屬來 構成殻體，因此可提升光學零件的配置精度。此外，因爲 殻體在光寫頭的長度方向上具有相同的剖面形狀’因此可 將對於降低材料成本極佳的鋁擠壓材料用於殼體，可實現 零件成本的降低。 【圖式簡單說明】 圖1爲使用棒狀透鏡陣列之習知光寫頭的剖面圖。 圖2爲顯示本發明之光寫頭的實施形態的局部立體圖。 圖3A爲在圖2所示光寫頭之長度方向中央部的相對長 度方向垂直的方向的剖面圖。 圖3 B爲圖2所示光寫頭之局部前視圖。 圖4爲由端銑刀（刃物）加工頂接於殻體的發光元件組裝 基板的面時的狀態的圖。 圖5爲圖3A的A部放大圖。 圖6爲顯示不具有電信號取入機構側的頭的端面部分的 15 312/發明說明書(補件)/92-06/92105870 1259811 立體圖。 圖7爲顯示將連結器配置於發光元件組裝基板的基板背 面側’而在連結器的部位切斷的狀態的剖面圖。 圖8爲可從殼體下插入附設扁平纜線的連結器的殼體的 立體圖。 圖9爲自掃描型發光元件陣列的等效電路圖。 (元件符號說明） 10 殼體（支持機構） 11 凹部 12 積層樹脂透鏡陣列 13 突出部 1 4 發光元件組裝基板 16 LED晶片 18 連結器 19 缺口 20 扁平纜線（配線） 2 2 搭載面 2 4 突起部 26 固定件 2 8 溝 30 側罩 32 基準銷 34 端銑刀（刃物） 36 下切割部 312/發明說明書(補件)/92-06/92105870 16 1259811 38 定位銷（定位機構） 40 發光元件組裝基板 42 LED晶片（發光元件陣列晶片） 44 正像等倍棒狀透鏡陣列 46 殼體（樹脂蓋） 4 8 感光磁鼓 50 散熱片 5 2 固定件 X 間隔 T】、τ2、τ3、… 傳輸元件 L!、L2、L3、… 寫入用發光元件

Di、D2、D3、… 二極體 V G K 電源

Rl 負載電阻

Gi、 G2、 G3、… 鬧極 Φ S 起動脈衝 Φ 1 傳輸用時脈脈衝 Φ 2 傳輸用時脈脈衝 Φ 1 寫入信號 R 1 電流限制電阻 R2 電流限制電阻 R s 電流限制電阻

Ri 電流限制電阻 17

312/發明說明書(補件)/92-06/92105870

Claims (1)

1259811 拾、申請專利範圍 1 . 一種光寫頭，其特徵爲具備： 基板，組裝著發光元件陣列； 透鏡陣列，配置在上述發光元件陣列的發光元件所發出 光的光軸上；及 支持機構，支持著上述基板及透鏡陣列； 上述支持機構係沿著光寫頭長度方向形成凹部，上述凹 部之長度方向兩側面沿著長度方向形成突出部’又，在上 述凹部的底面，在上述基板的發光元件陣列的正下方部分 的位置沿著光寫頭長度方向形成突起部’ 上述基板係在上述突起部的上端面及形成在上述凹部 的兩側面的上述突出部的下端面而被支持於上述支持機 構。 2 .如申請專利範圍第1項之光寫頭，其中’上述透鏡陣 列係支持在上述突出部的上端面。 3 .如申請專利範圍第1項之光寫頭’其中’上述突起部 的前端上面及上述突出部的下端面的間隔X爲 (基板厚度- 〇.5mm)S 基板厚度 的大小。 4 ·如申請專利範圍第1項之光寫頭，其中’上述突起部 於光寫頭長度方向形成爲連續或是不連續° 5 .如申請專利範圍第1項之光寫頭，其中’上述突起部 的剖面形狀爲半圓形、矩形、梯形或是楔形。 6 ·如申請專利範圍第1項之光寫頭，其中’上述支持機 18 312/發明說明書(補件)/92-06/92105870 1259811 構係由鋁擠壓材料所形成。 7 .如申請專利範圍第1項之光寫頭，其中，上述支持機 構具備定位於長度方向端面位置部分的定位機構，上述基 板藉由將基板的端面頂接於上述定位機構以進行上述基板 的長度方向的定位。 8 .如申請專利範圍第1項之光寫頭，其中，上述支持機 構係於長度方向端面位置部分具備側罩，該側罩備有不干 涉上述基板及電信號的取入機構的構造。 9 .如申請專利範圍第1項之光寫頭，其中，上述支持機 構於下部具有缺口，而對上述基板取入電信號用的配線係 從上述缺口取出。 1 〇.如申請專利範圍第1項之光寫頭，其中，上述透鏡陣 列爲積層樹脂透鏡陣列或是棒狀透鏡陣列。 U .如申請專利範圍第1至1 0項中任一項之光寫頭，其 中，上述發光元件陣列爲自掃描型發光元件陣列。 19 312/發明說明書(補件)/92-06/92105 870