JP2004209703A - 光書き込みヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】千鳥配列によらずに、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。
【解決手段】光書き込みヘッドは、直線状に配列された複数個の発光点からなる発光点列１１を有する複数個の自己走査型発光素子アレイチップ１と、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を備える。自己走査型発光素子アレイチップ１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列され、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、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、正立等倍レンズアレイ２０に接して設けられる。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に主走査方向に拡大された発光点列像２３を形成する。
【選択図】 図４
【解決手段】光書き込みヘッドは、直線状に配列された複数個の発光点からなる発光点列１１を有する複数個の自己走査型発光素子アレイチップ１と、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を備える。自己走査型発光素子アレイチップ１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列され、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、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、正立等倍レンズアレイ２０に接して設けられる。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に主走査方向に拡大された発光点列像２３を形成する。
【選択図】 図４
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
【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
Claims (11)
- 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、
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。 - 前記凹レンズは、前記正立等倍レンズアレイの光出射側に正立等倍レンズアレイに接して設けられ、主走査方向に直線状に互いに接して配置さ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。
- 前記凹レンズの主走査方向の配置間隔は、前記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を特徴とする請求項１または２に記載の光書き込みヘッド。
- 前記発光点列の中央と前記凹レンズのレンズ面の中心線が主走査方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光書き込みヘッド。
- 前記凹レンズの主走査方向の配置間隔は、前記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く、前記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、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を特徴とする請求項１または２に記載の光書き込みヘッド。
- 前記正立等倍レンズアレイは、ロッドレンズアレイまたは正立等倍樹脂レンズアレイであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光書き込みヘッド。
- 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、
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。 - 前記球面レンズ群の主走査方向の配置間隔は、前記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を特徴とする請求項７に記載の光書き込みヘッド。
- 前記球面レンズ群の主走査方向の配置間隔は、前記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く、前記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、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を特徴とする請求項７に記載の光書き込みヘッド。
- 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。
- 請求項１〜１０のいずれかに記載の光書き込みヘッドを備える光プリンタ。
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