JP3791996B2 - Optical writing head for printer - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プリンタ用光書込みヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のプリンタ用光書込みヘッドとしては、文献（沖電気研究開発、１５７、Ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．１，ＪＡＮ．１９９３，ｐ．４５〜４８）に開示されているものがある。
【０００３】
この光書込みヘッドは、配線基板上に一直線に並べられた複数の発光素子（発光ダイオード（ＬＥＤ））からなるＬＥＤアレイとＬＥＤアレイに平行に対向させて設けられた複数のドライバＩＣチップと、ＬＥＤの上方に設けられた集光レンズ（ロッドレンズ）とにより構成されている。そして、ＬＥＤとドライバＩＣとは、ボンディングワイヤにより接続されている。
【０００４】
また、ロッドレンズは、ＬＥＤからの出射光を集光させるための集光レンズであり、このロッドレンズにより集光されたＬＥＤの出射光は、感光ドラムに結像され光書き込みがなされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した光書き込みヘッドは、ＬＥＤの上方に集光レンズ（ロッドレンズ）を固定するためのホルダが設けられている。このホルダを用いてロッドレンズを固定したとき、このロッドレンズに反りを生じる場合がある。以下、図１１の（Ａ）および（Ｂ）を参照して、従来のロッドレンズを固定したときの反りにつき説明する。なお、図１１の（Ａ）および（Ｂ）は、ホルダにロッドレンズを固定したときの反りを説明するための図である。
【０００６】
ロッドレンズ５０は、ホルダ５２の基準面５２ａに搭載した後、ホルダ５２の上面から押圧手段、例えばネジを用いて押圧固定する。このとき、ロッドレンズ５０は、上部からの押圧により、中央部が押圧されない正常時のラインより下方にｘの距離だけ湾曲して縦方向の反りを生じる。
【０００７】
また、ロッドレンズ５０の両側面には、ロッドレンズ５０を固定するため、樹脂が充填されている。このため樹脂を充填する際に、樹脂の熱膨張率の違い、又は樹脂の硬化速度の違いにより、ロッドレンズ５０の側面側からも荷重が加わり、ＬＥＤの基準線（Ｌ）に対して距離ｙだけ直角方向に横方向の反りを生じてしまうという問題があった。
【０００８】
ロッドレンズ５０にこのような縦方向および横方向の反りが生じると、ＬＥＤの光軸とロッドレンズの光軸とがずれるため、感光ドラム上に結像する像がぼけたり、歪みを生じたりしてしまうため印刷品質が劣化してしまう。
【０００９】
そこで、集光レンズの反りをなくし、高品質の印刷が可能なプリンタ用光書込みヘッドの出現が望まれていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明のプリンタ用光書込みヘッドによれば、複数の発光素子と、これらの発光素子の各々に対応した集光レンズを含む集光部とを具えるプリンタ用光書込みヘッドにおいて、集光部は、第１平凸レンズと、中間層と、第２平凸レンズとを有することを特徴とする。そして、第１平凸レンズは、平坦面と凸面とを具え、平坦面が発光素子の発光面に接して設けられている。また、中間層は、下面と上面とを具え、下面が第１平凸レンズの凸面を覆いかつ接して設けられている。また、第２平凸レンズは、平坦面と凸面とを具え、平坦面が中間層の上面の第１平凸レンズと対向する位置に接して設けられ、かつ、凸面により形成されるレンズ径が第１平凸レンズのレンズ径よりも大きく構成されている。
【００１１】
このように、この発明では、集光部は、集光レンズとなる第１平凸レンズの平坦面を発光素子の発光面に接して設けてあるので、従来のようなホルダ等を用いて集光レンズを固定する必要がなくなる。したがって、集光レンズには、何ら荷重が加わらないため、発光素子の光軸と集光レンズの光軸とは実質的に一致させることができる。このため、発光素子の出射光により集光されて結像する像がぼけたり、歪んだりしてしまうのを回避できる。
【００１２】
また、この発明では、第１平凸レンズの平坦面を発光面上に接して設けてあるので、発光面からの出射光は第１平凸レンズにより屈折されて所定の焦点距離に集光する。このため、従来に比べ、レンズに反りが生じない分、良好な印刷品質を得ることができる。
【００１４】
また、この発明では、中間層は、下面が第１平凸レンズの凸面を覆いかつ接して設けられており、第２平凸レンズは、平坦面が中間層の上面の第１平凸レンズと対向する位置に接して設けられている。そのため、発光面から発光した光（出射光）は、第１平凸レンズにより屈折され、中間層をリレーして、さらに第２平凸レンズにより屈折されて所定の焦点距離に集光する。この場合、第１平凸レンズおよび第２平凸レンズには従来のような荷重が加わらないので、第１平凸レンズおよび第２平凸レンズに反りを生じることはない。このため、従来に比べ、レンズに反りが生じない分、良好な印刷品質を得ることができる。また、焦点ぼけ或いは歪みのない良好な像を得ることができる。
【００１５】
また、この発明では、好ましくは、集光レンズをフレネルレンズとするのが良い。このように集光レンズをフレネルレンズにすることにより、レンズ厚さを小さくすることができるので、光書込みヘッドの小型化が可能となる。
【００１８】
また、この発明では、好ましくは、第１平凸レンズと中間層とを、また、中間層と第２平凸レンズとを同一材料で形成してあるのが良い。
【００１９】
このように第１平凸レンズと中間層とを同一材料で形成することにより、第１平凸レンズを形成するときの工程が低減し、作業性が向上する。同様に、中間層と第２平凸レンズとを同一材料で形成することにより、第２平凸レンズを形成するときの工程が低減し、作業性が向上する。
【００２２】
また、この発明では、好ましくは、第１平凸レンズおよび第２平凸レンズの領域を開口しかつその他の中間層の上面領域を遮光膜で覆ってあるのが良い。
【００２３】
このように、この発明では、第１平凸レンズおよび第２平凸レンズ以外の中間層の上面を遮光膜により覆ってあるため、発光面から発散した光は、遮光膜で遮蔽されることになる。したがって、発光面からの出射光は、第１平凸レンズおよび第２平凸レンズからのみ出射されることになるため、発光素子の結像分解能がさらに向上する。
【００２４】
また、この発明では、好ましくは、第１平凸レンズを窒化シリコン又はアルミナとし、第２平凸レンズを酸化シリコンとするのが良い。また、好ましくは、第１平凸レンズをポリカーボネート又はポリスチレンとし、第２平凸レンズをポリメタクリル酸メチルとするのが良い。
【００２５】
このように、第１平凸レンズの材料および第２平凸レンズの材料を選定することにより、第１平凸レンズおよび第２平凸レンズの屈折率を任意に変えることができるので、発光素子の出射光を所定の焦点距離に集光させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、この発明のプリンタ用光書込みヘッドの実施の形態につき説明する。なお、図１〜図１０は、プリンタ用光書込みヘッドの構成が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるにすぎない。
【００２７】
［第１の実施の形態］
図１および図６を参照して、この発明の第１の実施の形態のプリンタ用光書込みヘッド構造およびこのヘッドを含む装置の構造につき説明する。なお、図１は、この発明のプリンタ用光書込みヘッドの要部、特に集光レンズを含む集光部を有する発光素子の部分の第１の構造例を説明するための断面図であり、図６は、この光書込みヘッドを含む装置の全体構成を説明するための斜視図である。なお、図１では、発光素子（ここではＬＥＤ）を２個設けた例を示しているが、実際には複数個のＬＥＤが所定の等間隔ピッチで配設されている。
【００２８】
この発明のプリンタ用光書込み装置は、従来のような集光レンズを、ＬＥＤアレイと感光ドラムの中間部に設けるのではなく、ＬＥＤの発光面に、それぞれ対応させた集光レンズを含む集光部を接して設けてある。このように、ＬＥＤと集光部とを一体化して組み合わせた発光素子１０１を、ここでは集光レンズを有するＬＥＤと称する。以下、集光レンズを有するＬＥＤ１０１に注目してその構造につき詳細に説明する。
【００２９】
この発明の光書込み装置は、大別すると、光書込みヘッド１００と現像により像を印刷するための感光ドラム２００とにより構成されている（図６）。
【００３０】
また、光書き込みヘッド１００は、配線基板（Ｓ）上に、複数の集光レンズを有するＬＥＤ１０１と複数のドライバＩＣ１０３とを平行かつ並列に搭載してある。ここでは、集光レンズを有するＬＥＤ１０１を一直線に複数個並べたものを集光レンズを有するＬＥＤアレイ１０２と称する。
【００３１】
また、集光レンズを有するＬＥＤ１０１の発光面１４ａに設けられた電極（図示せず）とドライバＩＣ１０３とはボンディングワイヤ（図示せず）によって接続されている。
【００３２】
第１の実施の形態では、集光レンズを有するＬＥＤ１０１は、ＬＥＤ１０の発光面１４ａ上に、第１平凸レンズ２０、中間層２２および当該中間層２２の上面に連続されて一体的に設けられた第２レンズ２５を含む集光部３０を備えて構成してある（図１）。そして、第２レンズ２５を平凸レンズ状に形成してある。したがって、ここでは、第２レンズ２５を第２平凸レンズと称する。
【００３３】
この第１の実施の形態のＬＥＤ１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板１２と、当該ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に形成されたｎ型ＧａＡｓＰ層１４と、当該ｎ型ＧａＡｓＰ層１４上に形成されたｐ型ＧａＡｓＰ拡散領域１６とにより構成してある。
【００３４】
第１平凸レンズ２０は、ＬＥＤ１０の発光面１４ａの上面に接して設けてある。なお、ここでは、第１平凸レンズ２０の材質を、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ2 ）とする。
【００３５】
また、中間層２２は、第１平凸レンズ２０を含むＬＥＤ１０の上面を覆って設けられ当該中間層２２の上面２２ａには、第２平凸レンズ２５が連続されて一体的に設けられている。この中間層２２とこの中間層２２上の第２平凸レンズ２５とは同一材料で形成されかつ第２平凸レンズ２５は、中間層２２の第１平凸レンズ２０とは反対側の平坦面（中間層２２の上面）２２ａ上に接して設けられている。当然ながら、この中間層２２と第２平凸レンズ２５とを個別に設けておいて、互いに両者を接合しても良い。
【００３６】
第２平凸レンズ２５は、第１平凸レンズ２０の上側に当該第１平凸レンズ２０と対向させて設けてある。なお、ここでは、中間層２２および第２平凸レンズ２５の材質を、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）とする。
【００３７】
上述したように、第１の実施の形態では、ＬＥＤ１０の発光面１４ａの上面に接して第１平凸レンズ２０を設け、および中間層の上面２２ａに接して第２平凸レンズ２５を設けることにより、従来のようにレンズには荷重が加わらないため、レンズ反りがなくなる。このため、ＬＥＤからの出射光が第１平凸レンズおよび第２平凸レンズにより屈折されて集光した像は、焦点ぼけ或いは歪みが生じたりすることはなくなるので、良好な印刷品質を得ることができる。また、従来のようなロッドレンズを必要としない分、部品点数を削減することができる。
【００３８】
［第２の実施の形態］
次に、図２を参照して、この発明のプリンタ用光書込みヘッドの第２の実施の形態につき説明する。なお、図２は、第２の実施の形態のプリンタ用光書込みヘッドの要部である集光レンズを有するＬＥＤの構造を説明するための断面図である。この例では、ヘッドを構成する集光レンズを有するＬＥＤの構造が上述した第１の実施の形態と異なっている。
【００３９】
第２の実施の形態では、主として、ＬＥＤ１０の発光面１４ａ上に設けられた集光部は、集光レンズとして第１平凸レンズ２０を設けただけの構造となっていて中間層や第２平凸レンズを具えていない（図２）。ＬＥＤ１０の構成は上記の第１の実施の形態と同様なので、ここでは詳細を省略する。なお、ここでは第１平凸レンズ２０の材質を窒化シリコン（ＳｉＮ2 ）とする。
【００４０】
上述したように、第１平凸レンズ２０を発光面１４ａ上に接して設けてあるので、発光面１４ａからの出射光は、第１平凸レンズ２０により屈折され所定の焦点距離に集光する。このため、従来のようなレンズの反りが生じない分、良好な印刷品質を得ることができる。
【００４１】
［第３の実施の形態］
次に、図３を参照して、この発明のプリンタ用光書込みヘッドの第３の実施の形態につき説明する。なお、図３は、第３の実施の形態のプリンタ用光書込みヘッドの要部である集光レンズを有するＬＥＤの構造を説明するための断面図である。この例では、ヘッドを構成する集光レンズを有するＬＥＤの構造が上述した第１および第２の実施の形態とは異なっている。
【００４２】
第３の実施の形態では、ＬＥＤ１０上に、中間層２２および当該中間層２２の上面（平坦面）２２ａに連続させて一体的に設けられた第１レンズ２３を含む集光部３０を備えて構成してある。また、中間層２２と発光面１４ａとの間には別のレンズを設けておらず、中間層２２の平坦な下面２２ｂをＬＥＤ１０の発光面１４ａに直接接して設けてある（図３）。第３の実施の形態のＬＥＤ１０も第１の実施の形態のＬＥＤ構成と同様である。なお、ここでは、第１レンズ２３をいわゆる両凸レンズとする。したがって、中間層２２の上面２２ａは、両凸レンズ（第１レンズ）２３の球面と接する部分は、この球面と同一の曲率面を有する凹部となっている。この場合にも、中間層２２と第１レンズ２３とを個別に設けて一体的に接合しても良いし、或いは同一の材料を用いて最初から一体的に形成しても良い。
【００４３】
上述したように、第３の実施の形態では、ＬＥＤ１０の発光面１４ａに接して中間層２２を設け、当該中間層２２の上面に第１レンズ２３を設けてあるので、発光面１４ａから発光した光（出射光）は、中間層２２をリレーして第１レンズ２３により屈折され、所定の焦点距離に集光して結像する。
【００４４】
［第４の実施の形態］
次に、図４を参照して、この発明の第４の実施の形態につき説明する。なお、図４は、第４の実施の形態のプリンタ用光書込みヘッドの要部である集光レンズを有するＬＥＤの構造を説明するための断面図である。
【００４５】
この例では、ヘッドを構成する集光レンズを有するＬＥＤの構造が上述した第１、第２および第３実施の形態と異なっている。
【００４６】
第４の実施の形態では、ＬＥＤ１０上に、中間層２２および当該中間層２２の上面に連続させて一体的に設けられた第１レンズ（第１平凸レンズ）２３ａを含む集光部３０ａを備えて構成してある。なお、ここでは、中間層２２を、平行平面板状の層とし、第１レンズ２３ａを平凸レンズ（以下第１平凸レンズという）としてある。また、中間層２２の平坦な下面２２ｂをＬＥＤ１０の発光面１４ａに直接接して設けてある（図４）。なお、第４の実施の形態のＬＥＤ１０も第１の実施の形態のＬＥＤ構成と同様な構成にしてある。この場合も、中間層２２と第１平凸レンズ２３ａとを個別に設けて両者を接合しても良い。
【００４７】
なお、ここでは、第１平凸レンズ２３ａおよび中間層２２を同一材料で形成してあり、その材質を例えば窒化シリコン（ＳｉＮ2 ）とする。
【００４８】
この第４の実施の形態では、第３の実施の形態の第１レンズを第１平凸レンズ２３ａとしてあるので、第３の実施の形態のように中間層２２の上面２２ａに凹状のレンズ溝を形成する必要がない分、作業工程が簡略化される。
【００４９】
［第５の実施の形態］
次に図５を参照して、この発明のプリンタ用光書込みヘッドの第５の実施の形態につき説明する。なお、図５は、第５の実施の形態のプリンタ用光書込みヘッドの要部である集光レンズを有するＬＥＤの構造を説明するための断面図である。
【００５０】
この例では、ヘッドを構成する集光レンズを有するＬＥＤの構造が第１の実施の形態の構造と同一であり、中間層２２上に遮光膜を具えた点が異なっている。
【００５１】
第５の実施の形態では、第２平凸レンズ２５の領域を開口しその他の中間層２２の上面領域を遮光膜２６で覆ってある（図５）。
【００５２】
第５の実施の形態では、遮光膜２６として、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属膜を用いる。
【００５３】
このような、遮光膜２６を中間層２２の上面２２ａに設けることにより、ＬＥＤ１０から発光した出射光は、感光ドラム２００側へ光が漏れないため、感光ドラム２００上に結像する像は焦点ぼけや歪みのない良好な像を得ることができる。このため、第１の実施の形態に比べ、さらに良好な印刷品質を得ることができる。
【００５４】
第５の実施の形態では、第１の実施の形態の中間層２２の上面２２ａに遮光膜２６を設けた例につき説明したが、第３および第４の実施の形態の中間層２２の上面２２ａに遮光膜２６を設けても良い。その他の構成は、第１の実施の形態と同様な構成であるため、ここでは詳細を省略する。
【００５５】
［第１の実施の形態の集光レンズを有するＬＥＤの形成方法］
次に図７、図８および図９を参照して、この発明の第１の実施の形態のプリンタ用光書込みヘッドの形成方法につき簡単に説明する。なお、図７、図８および図９は、この発明のヘッドを構成する集光レンズを有するＬＥＤを形成する工程を説明するための断面図である。なお、実際には、一個のＬＥＤチップの中に複数の発光面を具えているが、ここでは、一個のＬＥＤの発光面に注目して説明することにする。
【００５６】
基板１２として、ｎ型ＧａＡｓ基板を用いる。このｎ型ＧａＡｓ基板１２上に例えばＭＢＥ法を用いてエピタキシャル成長させ、ｎ型ＧａＡｓＰ層１４を形成する。その後ｎ型ＧａＡｓＰ層１４の上面の所定の領域に、選択的に不純物元素（例えば亜鉛）を拡散させてｐ型ＧａＡｓＰ拡散領域１６を形成する（図７の（Ａ））。なお、既に述べたように、基板１２と、ｎ型ＧａＡｓＰ層１４と、ｐ型ＧａＡｓＰ拡散領域１６とを総称して発光素子（ＬＥＤ）１０と称する。
【００５７】
次にｐ型ＧａＡｓＰ拡散領域１６を含むｎ型ＧａＡｓＰ層１４上に、電流を供給するための電極（図示せず）を形成した後、ｐ型ＧａＡｓＰ拡散領域１６を含むｎ型ＧａＡｓＰ層１４上に任意好適な方法を用いて窒化シリコン（ＳｉＮ2 ）膜１８を形成する（図７の（Ｂ））。なお、ここでは、ＳｉＮ2 膜１８を用いたが、ＳｉＮ2 膜１８の代わりにアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）膜、ポリカーボネート膜又はポリスチレン膜等を用いても良い。
【００５８】
次にホトリソグラフィ技術を用いてＳｉＮ2 膜１８をエッチングしてｐ型ＧａＡｓＰ拡散領域１６の上面１４ａにＳｉＮ2 膜１８からなる第１平凸レンズ２０を形成する（図７の（Ｃ））。なお、この場合、ホトリソグラフィ工程を数回繰り返してＳｉＮ2 膜１８をエッチングして、順次第１平凸レンズ２０の形状に仕上げるのが良い。このようにして形成された第１平凸レンズ２０のレンズ径を、６０μｍとする。
【００５９】
また、第１平凸レンズ２０の屈折率は、第１平凸レンズ２０の材料により決まるので、ＳｉＮ2 を用いた場合は２．０３となる。
【００６０】
次に第１平凸レンズ２０を含むｎ型ＧａＡｓＰ層１４上に、例えばＣＶＤ法を用いて中間層（シリコン酸化（ＳｉＯ2 ）層）２２を形成する。このとき、第１平凸レンズ２０は凸状になっているので、第１平凸レンズ２０の上側に形成されるシリコン酸化層２２の上面も凸状となる（図８の（Ａ））。
【００６１】
次に、シリコン酸化層２２の上面を平坦にするため、当該シリコン酸化層２２上に平坦化膜（ここではホトレジスト膜）２４を形成する（図８の（Ｂ））。その後エッチバック法を用いてシリコン酸化層２２の上面を平坦な面２２ａにする（図８の（Ｃ））。
【００６２】
次に再度ホトリソグラフィ技術を用いて、シリコン酸化層２２上に、シリコン酸化層２２と同一材料で形成した第２レンズ２５を形成する（図９）。なお、第２レンズ２５を形成する場合も、上述した第１平凸レンズ２０を形成したときと同様にしてホトリソグラフィ工程を数回繰り返して、第２レンズを平凸レンズ形状に形成するのが良い。なお、ここでは、第２平凸レンズの材料を酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）としたが、このＳｉＯ2 の代わりにポリメタクリル酸メチルを用いても良い。
【００６３】
また、第２平凸レンズ２５は、第１平凸レンズ２０と対向させかつ第１平凸レンズ２０の径よりも大きく形成するのが好適である。ここでは、第２平凸レンズ２５のレンズ径を８０μｍとする。また、第２平凸レンズの屈折率は、第２平凸レンズの材質により決まるので、ＳｉＯ 2 を用いた場合は１．４３となる。上記の工程を経て第１の実施の形態の光書込みヘッドが完成する。
【００６４】
次に上述した第１の実施の形態のヘッド、すなわち、二個のレンズを用いて第２平凸レンズの焦点距離を求めた結果を以下に述べる。なお、この実施の形態では、焦点距離を求める方法としては、光線追跡法を用いる。
【００６５】
この実施の形態では、ドット密度を３００ＤＰＩとした場合、個々のＬＥＤの発光素子が８４．６μｍのピッチで並ぶことになるため、第１平凸レンズ２０のレンズ径を６０μｍに設定する。第１平凸レンズ２０の曲率を３０μｍとし、第１平凸レンズ２０と第２平凸レンズ２５との間隔を約１００μｍとした場合、第２平凸レンズ２５のレンズ径を８０μｍ、曲率を２０〜３０μｍとするとき、第２平凸レンズ２５の焦点距離は約５００μｍ程度となる。
【００６６】
また、第１平凸レンズ２０の材料として、ポリカーボネートを用い、第２平凸レンズ２５の材料として、ポリメタクリル酸メチルを用いた場合は、第２平凸レンズの焦点距離は以下のようになる。
【００６７】
ポリカーボネートの屈折率は、１．６であり、ポリメタクリル酸メチルの屈折率は、１．４９である。
【００６８】
この場合も、個々のＬＥＤが８４．６μｍのピッチで並ぶことになるため、第１平凸レンズ２０のレンズ径を６０μｍに設定する。このとき第１平凸レンズ２０の曲率を３０μｍとすると、第１平凸レンズ２０および第２平凸レンズ２５の間隔を約２００μｍとした場合、第２平凸レンズ２５のレンズ径が８０μｍ，曲率を２０〜３０μｍとするとき、第２平凸レンズ２５の焦点距離は約５００μｍとなる。
【００６９】
次に、図６および図１０を参照して、この発明のプリンタ用光書込みヘッドの第１の実施の形態を例に取り、その動作原理およびＬＥＤの出射光が集光する様子を説明する。なお、図１０は、ＬＥＤの出射光が集光する様子を説明するための図である。
【００７０】
プリンタ用光書き込みヘッド１００のドライバＩＣ１０３には、印刷データおよびクロック信号（ＣＬＫ）等の制御信号と電源電圧（ＶDD）が供給される。ドライバＩＣ１０３から出力される制御信号および電源電圧は、ボンディングワイヤ（図示せず）を経由して集光レンズを有するＬＥＤ１０１へ供給される（図６）。
【００７１】
集光レンズを有するＬＥＤ１０１に印刷データに応じた点灯電流が供給されると、ＬＥＤ１０が発光する。このとき、ＬＥＤ１０により発光した光は、第１平凸レンズ２０により屈折され、さらに中間層２２をリレーして第２平凸レンズ２５によりさらに屈折されて、ＬＥＤの像は所定の焦点距離ｆに集光する。第１平凸レンズ２０および第２平凸レンズ２５によって集光された像を感光ドラム２００上に結像させる。
【００７２】
上述した実施の形態では、発光素子として、ＬＥＤを用いた例につき説明したが、何らＬＥＤに限定されるものではなく、例えばエレクトロルミネセンス素子（ＥＬ素子）にも適用することが可能である。
【００７３】
また、上述した実施の形態では、集光レンズとして、第１平凸レンズ或いは第２レンズを用いた例につき説明したが、これらのレンズの代わりにフレネルレンズを使用しても良い。フレネルレンズは、レンズ厚さを小さくして光を集光させるレンズであるため、発光素子面上にフレネルレンズを使用することにより光書込みヘッドを小型化できるという利点がある。
【００７４】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明のプリンタ用光書込みヘッドによれば、複数の集光レンズを含む集光部を、当該集光レンズに対応する発光素子の発光面に接して設けてあるので、個々の集光レンズには従来のように機械的な押圧荷重とか埋め込み樹脂による荷重とかが加わることがなくなるので、集光レンズに反りや歪みが生じない。このため、集光レンズにより集光された発光素子の像は、焦点ぼけとか歪みとかを生じないので、良好な印刷品質を得ることができる。
【００７５】
また、この発明では、集光レンズを開口しかつその他の中間層の上面を遮光膜で覆ってあるので、発光素子から出射された光が遮蔽され感光ドラム側へ漏れることがなくなり、したがって、発光素子の結像分解能をさらに向上することができる。
【００７６】
また、この発明では、集光レンズをフレネルレンズとすることにより、光書込みヘッドの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態のプリンタ用光書込みヘッドの構造を説明するために供する断面図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態のプリンタ用光書込みヘッドの構造を説明するために供する断面図である。
【図３】この発明の第３の実施の形態のプリンタ用光書込みヘッドの構造を説明するために供する断面図である。
【図４】この発明の第４の実施の形態のプリンタ用光書込みヘッドの構造を説明するために供する断面図である。
【図５】この発明の第５の実施の形態のプリンタ用光書込みヘッドの構造を説明するために供する断面図である。
【図６】この発明のプリンタ用光書込みヘッド装置の全体構造を説明するために供する斜視図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第１の実施の形態のプリンタ用光書込みヘッドの形成方法を説明するために供する断面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、図７に続く、プリンタ用光書込みヘッドの形成方法を説明するために供する断面図である。
【図９】図８に続く、プリンタ用光書込みヘッドの形成方法を説明するために供する断面図である。
【図１０】ＬＥＤからの出射光が第１平凸レンズおよび第２平凸レンズにより集光する様子を説明するための図である。
【図１１】従来のロッドレンズアレイに加わる荷重と反りの様子を説明するために供する側面図と平面図である。
【符号の説明】
１０１：集光レンズを有するＬＥＤ
１０：ＬＥＤ
１２：ｎ型ＧａＡｓ基板
１４：ｎ型ＧａＡｓＰ層
１６：ｐ型ＧａＡｓＰ拡散領域
２０：第１平凸レンズ
２２：中間層
２２ａ：中間層の上面
２２ｂ：中間層の下面
２３：第１レンズ
２３ａ：第１平凸レンズ
２５：第２平凸レンズ
２６：遮光膜
３０、３０ａ：集光部 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical writing head for a printer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of optical writing head for a printer is disclosed in literature (Oki Electric Research and Development, 157, Vol. 60, No. 1, JAN. 1993, p. 45-48).
[0003]
The optical writing head includes an LED array composed of a plurality of light emitting elements (light emitting diodes (LEDs)) arranged in a straight line on a wiring board, a plurality of driver IC chips provided in parallel with the LED array, and an LED It is comprised with the condensing lens (rod lens) provided above. The LED and the driver IC are connected by a bonding wire.
[0004]
The rod lens is a condensing lens for condensing the light emitted from the LED, and the light emitted from the LED collected by the rod lens is imaged on the photosensitive drum and is written with light.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described optical writing head is provided with a holder for fixing the condenser lens (rod lens) above the LED. When the rod lens is fixed using this holder, the rod lens may be warped. Hereinafter, with reference to (A) and (B) of FIG. 11, warping when a conventional rod lens is fixed will be described. In addition, (A) and (B) of FIG. 11 is a figure for demonstrating the curvature when a rod lens is fixed to a holder.
[0006]
After the rod lens 50 is mounted on the reference surface 52a of the holder 52, the rod lens 50 is pressed and fixed from the upper surface of the holder 52 using a pressing means, for example, a screw. At this time, the rod lens 50 is bent by a distance of x below the normal line in which the central portion is not pressed due to the pressure from the upper portion, causing a vertical warp.
[0007]
Further, both side surfaces of the rod lens 50 are filled with resin in order to fix the rod lens 50. For this reason, when the resin is filled, a load is also applied from the side surface side of the rod lens 50 due to a difference in thermal expansion coefficient of the resin or a difference in the curing speed of the resin, and the distance y with respect to the reference line (L) of the LED. However, there is a problem that a lateral warp is generated in a perpendicular direction.
[0008]
If such vertical and horizontal warpage occurs in the rod lens 50, the optical axis of the LED and the optical axis of the rod lens are shifted, so that the image formed on the photosensitive drum is blurred or distorted. As a result, the print quality deteriorates.
[0009]
Thus, it has been desired to develop an optical writing head for a printer that eliminates the warp of the condensing lens and enables high-quality printing.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, according to the optical write head for a printer of the present invention, in the optical write head for a printer comprising a plurality of light emitting elements and a condensing unit including a condensing lens corresponding to each of the light emitting elements, HikariHas a first plano-convex lens, an intermediate layer, and a second plano-convex lens.It is characterized by that.The first plano-convex lens has a flat surface and a convex surface, and the flat surface isProvided in contact with the light emitting surface of the light emitting elementIt has been. The intermediate layer has a lower surface and an upper surface, and the lower surface covers and contacts the convex surface of the first plano-convex lens. The second plano-convex lens has a flat surface and a convex surface, the flat surface is provided in contact with the first plano-convex lens on the upper surface of the intermediate layer, and the lens diameter formed by the convex surface is the first. It is configured to be larger than the lens diameter of the plano-convex lens.
[0011]
Thus, in this invention,The condensing part is a flat surface of the first plano-convex lens that becomes a condensing lens.Is provided in contact with the light emitting surface of the light emitting element, so that there is no need to fix the condenser lens using a conventional holder or the like. Therefore, since no load is applied to the condenser lens, the optical axis of the light emitting element and the condenser lens are not affected.OfIt can be made substantially coincident with the optical axis. For this reason, it is possible to avoid blurring or distortion of an image formed by being condensed by the light emitted from the light emitting element.
[0012]
In the present invention,The second1 Plano-convex lensFlat surfaceIs provided in contact with the light emitting surface, so that the emitted light from the light emitting surface is refracted by the first plano-convex lens and condensed at a predetermined focal length. For this reason, as compared with the conventional case, a good print quality can be obtained because the lens is not warped.
[0014]
Also,In this invention,The intermediate layer is provided such that the lower surface covers and contacts the convex surface of the first plano-convex lens, and the second plano-convex lens is provided so that the flat surface is in contact with the first plano-convex lens on the upper surface of the intermediate layer. Yes. for that reason,The light emitted from the light emitting surface (emitted light) isRefracted by the first plano-convex lens,Relay the middle layer,Further, the light is refracted by the second plano-convex lens and predeterminedFocus on the focal length. in this caseThe first plano-convex lens and the second plano-convex lens haveloadButNo. 1Plano-convexlensAnd second plano-convex lensNo warping occurs. For this reason, as compared with the conventional case, a good print quality can be obtained because the lens is not warped.In addition, it is possible to obtain a good image without defocusing or distortion.
[0015]
In the present invention, preferably, the condenser lens is a Fresnel lens. By using a Fresnel lens as the condensing lens in this way, the lens thickness can be reduced, so that the optical writing head can be miniaturized.
[0018]
In the present invention, preferably, the firstPlano-convexThe lens and the intermediate layerAlso, the intermediate layer and the second plano-convex lensIt is good to form with the same material.
[0019]
In this wayPlano-convexBy forming the lens and the intermediate layer from the same material, the firstPlano-convexThe process for forming the lens is reduced and workability is improved.Similarly, by forming the intermediate layer and the second plano-convex lens with the same material, the steps for forming the second plano-convex lens are reduced and workability is improved.
[0022]
In the present invention, preferably, the firstPlano-convexlensandSecondPlano-convexIt is preferable that the lens region is opened and the upper surface region of the other intermediate layer is covered with a light shielding film.
[0023]
Thus, in the present invention, the firstPlano-convexLens and secondPlano-convexSince the upper surface of the intermediate layer other than the lens is covered with the light shielding film, the light emitted from the light emitting surface is shielded by the light shielding film. Therefore, the emitted light from the light emitting surface is the firstPlano-convexLens and secondPlano-convexSince the light is emitted only from the lens, the imaging resolution of the light emitting element is further improved.
[0024]
In the present invention, preferably, the first plano-convex lens is silicon nitride or alumina, and the secondPlano-convexThe lens is preferably made of silicon oxide. Preferably, the first plano-convex lens is polycarbonate or polystyrene, and the secondPlano-convexThe lens should be polymethyl methacrylate.
[0025]
Thus, the material of the first plano-convex lens and the secondPlano-convexBy selecting the lens material, the first plano-convex lens and the secondPlano-convexSince the refractive index of the lens can be arbitrarily changed, the light emitted from the light emitting element can be condensed at a predetermined focal length.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an optical writing head for a printer according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 10 only schematically show the shape, size, and arrangement relationship of each component so that the configuration of the optical writing head for a printer can be understood.
[0027]
[First Embodiment]
With reference to FIGS. 1 and 6, an optical writing head structure for a printer and a structure of an apparatus including the head according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a main part of the optical writing head for a printer according to the present invention, particularly a condensing lens.Condensing part includingFIG. 6 is a perspective view for explaining the overall configuration of an apparatus including the optical writing head. FIG. Although FIG. 1 shows an example in which two light emitting elements (here, LEDs) are provided, a plurality of LEDs are actually arranged at a predetermined equal pitch.
[0028]
In the optical writing device for a printer of the present invention, a conventional condensing lens is not provided in the middle part of the LED array and the photosensitive drum, but is made to correspond to the light emitting surface of the LED.TheCondenser lensCondensing part includingIt is provided in contact. In this way, LED and light collectionPartHere, the light emitting element 101 that is integrated and combined is referred to as an LED having a condenser lens. Hereinafter, focusing on the LED 101 having a condenser lens, its structure will be described in detail.
[0029]
The optical writing apparatus of the present invention is roughly divided into an optical writing head 100 and a photosensitive drum 200 for printing an image by development (FIG. 6).
[0030]
In addition, the optical writing head 100 includes LEDs 101 having a plurality of condenser lenses and a plurality of driver ICs 103 mounted in parallel and in parallel on the wiring board (S). Here, a plurality of LEDs 101 having a condensing lens arranged in a straight line is referred to as an LED array 102 having a condensing lens.
[0031]
Further, an electrode (not shown) provided on the light emitting surface 14a of the LED 101 having a condensing lens and the driver IC 103 are connected by a bonding wire (not shown).
[0032]
In the first embodiment, the LED 101 having a condensing lens is integrally provided continuously on the light emitting surface 14a of the LED 10 with the first plano-convex lens 20, the intermediate layer 22, and the upper surface of the intermediate layer 22. The second lens 25Including a light collecting unit 30 including(FIG. 1). The second lens 25 is formed into a plano-convex lens shape. Therefore, here, the second lens 25 is referred to as a second plano-convex lens.
[0033]
The LED 10 of the first embodiment includes an n-type GaAs substrate 12, an n-type GaAsP layer 14 formed on the n-type GaAs substrate 12, and a p-type GaAsP formed on the n-type GaAsP layer 14. A diffusion region 16 is included.
[0034]
The first plano-convex lens 20 is provided in contact with the upper surface of the light emitting surface 14 a of the LED 10. Here, the material of the first plano-convex lens 20 is, for example, silicon nitride (SiN2 ).
[0035]
Further, the intermediate layer 22 is provided so as to cover the upper surface of the LED 10 including the first plano-convex lens 20, and the second plano-convex lens 25 is provided continuously and integrally on the upper surface 22 a of the intermediate layer 22. The intermediate layer 22 and the second plano-convex lens 25 on the intermediate layer 22 are formed of the same material, and the second plano-convex lens 25 is a flat surface (intermediate layer) on the opposite side of the intermediate layer 22 from the first plano-convex lens 20. 22 on the upper surface 22a. Of course, the intermediate layer 22 and the second plano-convex lens 25 may be provided separately and joined together.
[0036]
The second plano-convex lens 25 is provided on the upper side of the first plano-convex lens 20 so as to face the first plano-convex lens 20. Here, the material of the intermediate layer 22 and the second plano-convex lens 25 is made of silicon oxide (SiO 22 ).
[0037]
As described above, in the first embodiment, the first plano-convex lens 20 is provided in contact with the upper surface of the light emitting surface 14a of the LED 10, and the second plano-convex lens 25 is provided in contact with the upper surface 22a of the intermediate layer. Since no load is applied to the lens as in the prior art, lens warpage is eliminated. For this reason, the emitted light from the LED is converted into the first plano-convex lens and the secondPlano-convexSince the image refracted by the lens and collected is not defocused or distorted, good print quality can be obtained. In addition, the number of parts can be reduced by the amount that does not require a conventional rod lens.
[0038]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the optical writing head for a printer according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the structure of an LED having a condensing lens, which is a main part of the optical writing head for a printer according to the second embodiment. In this example, the structure of an LED having a condensing lens constituting a head is different from that of the first embodiment described above.
[0039]
In the second embodiment, mainly on the light emitting surface 14a of the LED 10.The condensing part provided in theThe structure is such that only the first plano-convex lens 20 is provided, and no intermediate layer or second plano-convex lens is provided (FIG. 2). Since the configuration of the LED 10 is the same as that of the first embodiment, the details are omitted here. Here, the material of the first plano-convex lens 20 is silicon nitride (SiN).2 ).
[0040]
As described above, since the first plano-convex lens 20 is provided in contact with the light emitting surface 14a, the emitted light from the light emitting surface 14a is refracted by the first plano-convex lens 20 and condensed at a predetermined focal length. Therefore, good print quality can be obtained as long as the conventional lens does not warp.
[0041]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the optical write head for a printer according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the structure of an LED having a condensing lens, which is a main part of the optical writing head for a printer according to the third embodiment. In this example, the structure of an LED having a condensing lens constituting a head is different from that of the first and second embodiments described above.
[0042]
In the third embodiment, the intermediate layer 22 is formed on the LED 10.andThe first lens 23 provided integrally and continuously with the upper surface (flat surface) 22a of the intermediate layer 22.A light collecting unit 30 includingIt is configured. Further, another lens is not provided between the intermediate layer 22 and the light emitting surface 14a, and the flat lower surface 22b of the intermediate layer 22 is provided in direct contact with the light emitting surface 14a of the LED 10 (FIG. 3). The LED 10 of the third embodiment has the same LED configuration as that of the first embodiment. Here, the first lens 23 is a so-called biconvex lens. Therefore, the upper surface 22a of the intermediate layer 22 is a concave portion having the same curvature surface as that of the spherical surface at the portion in contact with the spherical surface of the biconvex lens (first lens) 23. Also in this case, the intermediate layer 22 and the first lens 23 may be individually provided and integrally joined, or may be integrally formed from the beginning using the same material.
[0043]
As described above, in the third embodiment, since the intermediate layer 22 is provided in contact with the light emitting surface 14a of the LED 10 and the first lens 23 is provided on the upper surface of the intermediate layer 22, light is emitted from the light emitting surface 14a. The light (emitted light) is refracted by the first lens 23 through the intermediate layer 22, condensed at a predetermined focal length, and imaged.
[0044]
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the structure of an LED having a condensing lens, which is a main part of the optical writing head for a printer according to the fourth embodiment.
[0045]
In this example, the structure of the LED having a condensing lens constituting the head is different from that of the first, second and third embodiments described above.
[0046]
In the fourth embodiment, on the LED 10,Intermediate layer 22andA first lens (first plano-convex lens) 23a provided integrally with the upper surface of the intermediate layer 22 is provided.Including a condensing part 30a includingIt is configured. Here, the intermediate layer 22 is a plane-parallel plate-like layer, and the first lens 23a is a plano-convex lens (hereinafter referred to as a first plano-convex lens). Further, the flat lower surface 22b of the intermediate layer 22 is provided in direct contact with the light emitting surface 14a of the LED 10 (FIG. 4). Note that the LED 10 of the fourth embodiment has the same configuration as the LED configuration of the first embodiment. Also in this case, the intermediate layer 22 and the first plano-convex lens 23a may be provided separately and joined together.
[0047]
Here, the first plano-convex lens 23a and the intermediate layer 22 are formed of the same material, and the material is, for example, silicon nitride (SiN).2 ).
[0048]
In the fourth embodiment, since the first lens of the third embodiment is the first plano-convex lens 23a, a concave lens groove is formed on the upper surface 22a of the intermediate layer 22 as in the third embodiment. Since there is no need to form, the work process is simplified.
[0049]
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the optical write head for a printer according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the structure of an LED having a condensing lens, which is a main part of the optical writing head for a printer according to the fifth embodiment.
[0050]
In this example, the structure of the LED having a condensing lens constituting the head is the same as that of the first embodiment, except that a light shielding film is provided on the intermediate layer 22.
[0051]
In the fifth embodiment, the region of the second plano-convex lens 25 is opened, and the upper surface region of the other intermediate layer 22 is covered with the light shielding film 26 (FIG. 5).
[0052]
In the fifth embodiment, a metal film such as aluminum (Al) is used as the light shielding film 26, for example.
[0053]
By providing such a light shielding film 26 on the upper surface 22a of the intermediate layer 22, the emitted light emitted from the LED 10 does not leak to the photosensitive drum 200 side, so the image formed on the photosensitive drum 200 is out of focus. And a good image without distortion can be obtained. For this reason, it is possible to obtain even better print quality as compared to the first embodiment.
[0054]
In the fifth embodiment, the example in which the light shielding film 26 is provided on the upper surface 22a of the intermediate layer 22 of the first embodiment has been described. However, the upper surface 22a of the intermediate layer 22 of the third and fourth embodiments. A light shielding film 26 may be provided. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the details are omitted here.
[0055]
[Method for Forming LED Having Condensing Lens of First Embodiment]
Next, a method for forming an optical writing head for a printer according to the first embodiment of the present invention will be briefly described with reference to FIGS. 7, 8 and 9 are cross-sectional views for explaining a process of forming an LED having a condensing lens constituting the head of the present invention. In practice, a single LED chip has a plurality of light emitting surfaces. Here, the light emitting surface of one LED will be described.
[0056]
As the substrate 12, an n-type GaAs substrate is used. An n-type GaAsP layer 14 is formed on the n-type GaAs substrate 12 by epitaxial growth using, for example, the MBE method. Thereafter, an impurity element (for example, zinc) is selectively diffused in a predetermined region on the upper surface of the n-type GaAsP layer 14 to form a p-type GaAsP diffusion region 16 (FIG. 7A). As already described, the substrate 12, the n-type GaAsP layer 14, and the p-type GaAsP diffusion region 16 are collectively referred to as a light emitting element (LED) 10.
[0057]
Next, after an electrode (not shown) for supplying current is formed on the n-type GaAsP layer 14 including the p-type GaAsP diffusion region 16, the n-type GaAsP layer 14 including the p-type GaAsP diffusion region 16 is formed. Silicon nitride (SiN) using any suitable method2 ) A film 18 is formed (FIG. 7B). Here, SiN2 Film 18 was used, but SiN2 Instead of the film 18, alumina (Al2 OThree ) A film, a polycarbonate film, a polystyrene film, or the like may be used.
[0058]
Next, SiN using photolithography technology2 The film 18 is etched to form SiN on the upper surface 14a of the p-type GaAsP diffusion region 16.2 A first plano-convex lens 20 made of the film 18 is formed (FIG. 7C). In this case, the photolithography process is repeated several times to obtain SiN.2 The film 18 may be etched to finish the first plano-convex lens 20 in order. The lens diameter of the first plano-convex lens 20 formed in this way is set to 60 μm.
[0059]
The refractive index of the first plano-convex lens 20 isOf the first plano-convex lens 20Because it depends on the material, SiN2 When using2.03.
[0060]
Next, an intermediate layer (silicon oxide (SiO 2) is formed on the n-type GaAsP layer 14 including the first plano-convex lens 20 by using, for example, a CVD method.2 ) Layer) 22 is formed. At this time, since the first plano-convex lens 20 is convex, the upper surface of the silicon oxide layer 22 formed on the upper side of the first plano-convex lens 20 is also convex ((A) in FIG. 8).
[0061]
Next, in order to flatten the upper surface of the silicon oxide layer 22, a planarization film (here, a photoresist film) 24 is formed on the silicon oxide layer 22 (FIG. 8B). Thereafter, the upper surface of the silicon oxide layer 22 is made to be a flat surface 22a by using an etch back method ((C) in FIG. 8).
[0062]
Next, the second lens 25 made of the same material as that of the silicon oxide layer 22 is formed on the silicon oxide layer 22 again using photolithography technology (FIG. 9). Even when the second lens 25 is formed, the second lens may be formed into a plano-convex lens shape by repeating the photolithography process several times in the same manner as when the first plano-convex lens 20 is formed. Here, the material of the second plano-convex lens is silicon oxide (SiO 22 ) But this SiO2 Instead of polymethyl methacrylate, it may be used.
[0063]
The second plano-convex lens 25 is preferably formed to face the first plano-convex lens 20 and to be larger than the diameter of the first plano-convex lens 20. Here, the lens diameter of the second plano-convex lens 25 is 80 μm. The refractive index of the second plano-convex lens isSecond plano-convex lensBecause it depends on the material ofSiO 2 When using1.43. The optical writing head of the first embodiment is completed through the above steps.
[0064]
Next, the result of obtaining the focal length of the second plano-convex lens using the head of the first embodiment described above, that is, two lenses will be described below. In this embodiment, the ray tracing method is used as a method for obtaining the focal length.
[0065]
In this embodiment, when the dot density is 300 DPI, the light emitting elements of the individual LEDs are arranged at a pitch of 84.6 μm, so the lens diameter of the first plano-convex lens 20 is set to 60 μm. When the curvature of the first plano-convex lens 20 is 30 μm and the distance between the first plano-convex lens 20 and the second plano-convex lens 25 is about 100 μm, the lens diameter of the second plano-convex lens 25 is 80 μm and the curvature is 20-30 μm. At this time, the focal length of the second plano-convex lens 25 is about 500 μm.
[0066]
When polycarbonate is used as the material of the first plano-convex lens 20 and polymethyl methacrylate is used as the material of the second plano-convex lens 25, the focal length of the second plano-convex lens is as follows.
[0067]
The refractive index of polycarbonate is 1.6, and the refractive index of polymethyl methacrylate is 1.49.
[0068]
Also in this case, since the individual LEDs are arranged at a pitch of 84.6 μm, the lens diameter of the first plano-convex lens 20 is set to 60 μm. At this time, assuming that the curvature of the first plano-convex lens 20 is 30 μm, when the distance between the first plano-convex lens 20 and the second plano-convex lens 25 is about 200 μm, the lens diameter of the second plano-convex lens 25 is 80 μm, and the curvature is 20-30 μm. , The focal length of the second plano-convex lens 25 is about 500 μm.
[0069]
Next, with reference to FIGS. 6 and 10, the first embodiment of the optical write head for a printer according to the present invention will be described as an example, and the operation principle and the manner in which the emitted light of the LED is collected will be described. In addition, FIG. 10 is a figure for demonstrating a mode that the emitted light of LED condenses.
[0070]
The driver IC 103 of the optical write head 100 for printer has a control signal such as print data and a clock signal (CLK) and a power supply voltage (VDD) Is supplied. A control signal and a power supply voltage output from the driver IC 103 are supplied to the LED 101 having a condenser lens via a bonding wire (not shown) (FIG. 6).
[0071]
When the lighting current corresponding to the print data is supplied to the LED 101 having the condenser lens, the LED 10 emits light. At this time, the light emitted from the LED 10 is refracted by the first plano-convex lens 20, and further relayed through the intermediate layer 22 and further refracted by the second plano-convex lens 25, and the LED image is condensed at a predetermined focal length f. To do. An image condensed by the first plano-convex lens 20 and the second plano-convex lens 25 is formed on the photosensitive drum 200.
[0072]
In the above-described embodiment, an example in which an LED is used as a light emitting element has been described. However, the present invention is not limited to an LED, and can be applied to, for example, an electroluminescence element (EL element).
[0073]
In the above-described embodiment, an example in which the first plano-convex lens or the second lens is used as the condensing lens has been described, but a Fresnel lens may be used instead of these lenses. Since the Fresnel lens is a lens for condensing light by reducing the lens thickness, there is an advantage that the optical writing head can be miniaturized by using the Fresnel lens on the light emitting element surface.
[0074]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the optical writing head for a printer of the present invention,pluralCondenser lensCondensing part includingIs provided in contact with the light emitting surface of the light emitting element corresponding to the condensing lens, so that no mechanical pressure load or load due to the embedded resin is applied to each condensing lens as in the conventional case. , The condensing lens is not warped or distorted. For this reason, since the image of the light emitting element condensed by the condenser lens does not cause defocusing or distortion, good print quality can be obtained.
[0075]
In the present invention, since the condensing lens is opened and the upper surface of the other intermediate layer is covered with the light shielding film, the light emitted from the light emitting element is shielded and does not leak to the photosensitive drum side. The imaging resolution of the element can be further improved.
[0076]
In the present invention, the optical writing head can be miniaturized by using a Fresnel lens as the condenser lens.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the structure of an optical writing head for a printer according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view for explaining the structure of an optical writing head for a printer according to a second embodiment of the invention.
FIG. 3 is a sectional view for explaining the structure of an optical write head for a printer according to a third embodiment of the invention.
FIG. 4 is a sectional view for explaining the structure of an optical writing head for a printer according to a fourth embodiment of the invention.
FIG. 5 is a sectional view for explaining the structure of an optical writing head for a printer according to a fifth embodiment of the invention.
FIG. 6 is a perspective view for explaining the overall structure of the optical writing head device for a printer according to the present invention.
FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views for explaining a method for forming an optical writing head for a printer according to a first embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 8A to 8C are cross-sectional views for explaining a method of forming an optical writing head for a printer following FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a method for forming the optical write head for a printer following FIG. 8;
FIG. 10 is a diagram for explaining how light emitted from an LED is condensed by a first plano-convex lens and a second plano-convex lens.
FIGS. 11A and 11B are a side view and a plan view for explaining the state of load and warpage applied to a conventional rod lens array. FIGS.
[Explanation of symbols]
101: LED having a condenser lens
10: LED
12: n-type GaAs substrate
14: n-type GaAsP layer
16: p-type GaAsP diffusion region
20: First plano-convex lens
22: Intermediate layer
22a: upper surface of the intermediate layer
22b: lower surface of the intermediate layer
23: First lens
23a: first plano-convex lens
25: Second plano-convex lens
26: Light shielding film
30, 30a: Condensing part
Claims (9)
前記集光部は、The condensing part is
平坦面と凸面とを具え、該平坦面が前記発光素子の発光面に接して設けられた第１平凸レンズと、A first plano-convex lens provided with a flat surface and a convex surface, the flat surface being in contact with the light emitting surface of the light emitting element;
下面と上面とを具え、該下面が前記第１平凸レンズの凸面を覆いかつ接して設けられた中間層と、An intermediate layer provided with a lower surface and an upper surface, the lower surface covering and contacting the convex surface of the first plano-convex lens;
平坦面と凸面とを具え、該平坦面が前記中間層の上面の前記第１平凸レンズと対向する位置に接して設けられ、かつ、該凸面により形成されるレンズ径が前記第１平凸レンズのレンズ径よりも大きい第２平凸レンズとを有するA flat surface and a convex surface, the flat surface is provided in contact with a position of the upper surface of the intermediate layer facing the first plano-convex lens, and a lens diameter formed by the convex surface is that of the first plano-convex lens. A second plano-convex lens larger than the lens diameter
ことを特徴とするプリンタ用光書込みヘッド。An optical writing head for a printer.
前記中間層と前記第２平凸レンズは、同一材料で形成されていることを特徴とするプリンタ用光書込みヘッド。The optical writing head for a printer, wherein the intermediate layer and the second plano-convex lens are formed of the same material.
前記第１平凸レンズと前記第２平凸レンズは、異なる屈折率を有することを特徴とするプリンタ用光書込みヘッド。The optical writing head for a printer, wherein the first plano-convex lens and the second plano-convex lens have different refractive indexes.
前記第１平凸レンズと前記第２平凸レンズは、異なる材料で形成されていることを特徴とするプリンタ用光書込みヘッド。The optical writing head for a printer, wherein the first plano-convex lens and the second plano-convex lens are formed of different materials.
前記集光部は、さらに、前記中間層の上面の、前記第２平凸レンズが設けられた領域を除く領域を覆って設けられた遮光膜とを有することを特徴とするプリンタ用光書込みヘッド。The optical writing head for a printer, further comprising: a light shielding film provided so as to cover a region excluding a region where the second plano-convex lens is provided on the upper surface of the intermediate layer.
前記第１平凸レンズは、窒化シリコン又はアルミナにより形成され、
前記第２平凸レンズは、酸化シリコンにより形成されていることを特徴とするプリンタ用光書込みヘッド。The optical writing head according to claim 4 .
The first plano-convex lens is formed of silicon nitride or alumina ,
The second plano-convex lens, the printer optical write head, characterized in that it is formed of silicon oxide.
前記第１平凸レンズは、ポリカーボネート又はポリスチレンにより形成され、
前記第２平凸レンズは、ポリメタクリル酸メチルにより形成されていることを特徴とするプリンタ用光書込みヘッド。The optical writing head according to claim 4 .
The first plano-convex lens is formed of polycarbonate or polystyrene ,
The second plano-convex lens, the printer optical write head, characterized in that it is formed by polymethyl methacrylate.
前記第１平凸レンズの屈折率は、前記第２平凸レンズの屈折率より大きいことを特徴とするプリンタ用光書込みヘッド。 An optical writing head for a printer, wherein a refractive index of the first plano-convex lens is larger than a refractive index of the second plano-convex lens.
前記第１平凸レンズと前記第２平凸レンズは、フレネルレンズとして形成されていることを特徴とするプリンタ用光書込みヘッド。The optical writing head according to claim 1.
The first plano-convex lens and the second plano-convex lens, the printer optical write head, characterized in that it is formed as a Fresnel lens.
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