專利名稱：樹脂透鏡陣列和光學(xué)寫入頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安裝在電子照拍印刷機上，利用樹脂透鏡陣列來對聚集發(fā)光元件陣列的射出光進行聚光并將其投影到感光體上的光學(xué)寫入頭。
背景技術(shù)：
電子照拍印刷機使光敏鼓曝光形成潛像，用墨粉對潛像進行顯影，把該墨粉轉(zhuǎn)印到紙上，利用熱等使墨粉附著到紙上，以此進行印刷。
形成潛像的曝光工藝分為LED光學(xué)系統(tǒng)和激光光學(xué)系統(tǒng)兩種。LED光學(xué)系統(tǒng)的寫入頭(以下稱為光學(xué)寫入頭)，從LED射出的光通過正像等倍棒狀透鏡陣列而照射到光敏鼓上。
圖1是安裝在過去的電子照拍印刷機上的光學(xué)寫入頭在與其縱長方向相垂直的方向的剖面圖。該光學(xué)寫入頭，在基板63上，把發(fā)光元件排列成行的許多個發(fā)光元件陣列芯片64沿掃描方向進行安裝，在該發(fā)光元件陣列芯片64的發(fā)光元件射出的光的光程上的位置上，在掃描方向上長的正像等倍棒狀透鏡陣列61由樹脂制的罩子62進行固定。并且，與基板63的縱長方向相垂直的方向的外緣部與罩子62的腳部前端相結(jié)合。再者，在基板63的基材上設(shè)置一種散熱片60，用于使發(fā)光元件陣列芯片64散熱，罩子62和散熱片60把基板63夾在中間用緊固件66進行固定。
在棒狀透鏡陣列61的上方設(shè)置光敏鼓65。棒狀透鏡陣列61使發(fā)光元件陣列芯片64的發(fā)光元件的光進行聚集，使光敏鼓曝光，在光敏鼓的表面上形成潛像。
若采用上述光學(xué)寫入頭，則能使正像等倍成像光學(xué)系統(tǒng)體積很小。但是，棒狀透鏡陣列由于布置許多個棒狀透鏡元件，用樹脂進行固定，故棒狀透鏡元件上容易產(chǎn)生排列不均勻等現(xiàn)象。這樣的排列不均勻，將影響棒狀透鏡陣列的分辨率，在最近的高分辨率(例如分辨率1200dpi)的設(shè)備中將造成圖像不均勻。
為了防止產(chǎn)生這種排列不均勻，可以采用樹脂透鏡陣列來代替上述棒狀透鏡陣列。樹脂透鏡陣列是在透明的基板上放置2塊以上的形成了多個單透鏡的平板型透鏡陣列板，形成積層狀，這樣來實現(xiàn)正像等倍成像光學(xué)系統(tǒng)，形成了多個單透鏡的透鏡陣列板是把樹脂注入到模具內(nèi)而制成的，所以，透鏡不會產(chǎn)生排列不均勻。
安裝了該樹脂透鏡陣列的電子照拍印刷機中所使用的光學(xué)寫入頭已在特開2002-221445號公報中公開。該公報中所公開的光學(xué)寫入頭是一種正像等倍的光學(xué)系統(tǒng)的頭，其中是對多塊樹脂成形的透鏡陣列板進行積層，提高了分辨率。
但是，該特開2002-221445號公報中公開的光學(xué)寫入頭存在以下問題。
在對多塊透鏡陣列板進行積層的情況下，必須進行位置對準(zhǔn)，以便減小透鏡頂點位置之間的位置偏差量。把樹脂透鏡陣列用于高分辨率的光學(xué)寫入頭內(nèi)，必須盡量減小單透鏡的大小。例如，具有1200dpi分辨率的光學(xué)寫入頭中所使用的樹脂透鏡陣列，根據(jù)模擬，單透鏡的直徑必須設(shè)定為0.4mm以下。透鏡對位精度自然地也應(yīng)當(dāng)按μm數(shù)量級來進行調(diào)整。所以，透鏡對位需要高精度，在對多塊透鏡陣列板進行積層的結(jié)構(gòu)中，其對位非常困難。
并且，在樹脂透鏡陣列的出射面附近，具有排出墨粉的顯影滾轉(zhuǎn)，所以，墨粉等異物進行浮游，異物附著到樹脂透鏡陣列的出射面上，造成光學(xué)寫入頭性能降低。所以，要定期地用軟布擦拭等方法來清除附著物。但是，在采用凸透鏡的樹脂透鏡陣列中，由于表面是凹凸形狀，所以很難清掃。并且，光學(xué)透鏡一般采用的樹脂，按照鉛筆的硬度相當(dāng)于B～HB(JIS K5401)，比較柔軟，所以，清除附著物時，容易造成樹脂透鏡陣列表面損傷，有可能使光學(xué)性能降低。
并且，光學(xué)透鏡中一般采用的樹脂的透射率為90～93％(ASTMD1003)，高速印刷需要很亮的透鏡陣列。所以，樹脂透鏡陣列希望盡可能是薄型的，但若減小厚度，將會造成樹脂透鏡陣列本身的形狀保持力顯著降低。為了把形狀保持力弱的樹脂透鏡陣列準(zhǔn)確地安裝到光學(xué)寫入頭內(nèi)并保證其位置精度很高，結(jié)果造成對樹脂透鏡陣列進行支承的零件的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜并且精度要求很高，于是零件成本提高。
并且，光學(xué)透鏡所用的樹脂，一般熱膨脹系數(shù)較大，所以，在把樹脂透鏡陣列固定到用具有一定剛性的材料制成的罩子上的情況下，由于溫度變化，在樹脂透鏡陣列和罩子之間因熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力，造成樹脂透鏡陣列變形，使樹脂透鏡陣列的位置精度下降。并且，樹脂透鏡陣列在透鏡陣列板之間進行固定，一般采用粘接劑，所以，透鏡陣列板之間的粘接界面產(chǎn)生剝離，造成積層位置偏移，使圖像質(zhì)量顯著下降。
再者，由于樹脂透鏡陣列，剛性差，自身形狀保持力弱，所以，為了使其具有較高的平面度而對樹脂透鏡陣列進行固定時，必須沿著平整度高的其他零件的基準(zhǔn)面來固定位置。這時，把樹脂透鏡陣列例如安裝到罩子的基準(zhǔn)面上，可以采用粘接劑來固定罩子和樹脂透鏡陣列的方法。但是，安裝到罩子內(nèi)的樹脂透鏡陣列，在為了沿基準(zhǔn)面固定而使粘接劑固化之前必須把樹脂透鏡陣列整體按入到罩子一側(cè)，這在制造工藝上需要很多時間。
并且，光線到達與折射率不同的透明媒體的邊界面上時，光線的一部分從邊界面上反射，其余部分穿過邊界需進入下面的媒體中。光學(xué)樹脂透鏡和空氣層之間的、入射角為0°時的反射光量為4％左右。也就是說，光線透過1塊透鏡陣列板時的透射率為(1-0.04×2)×100＝0.92×100＝92(％)在對n塊透鏡陣列板進行積層的光學(xué)系統(tǒng)中，光線透過n塊透鏡陣列板，所以，總透射率為(0.92n×100)％，由于多透鏡陣列板進行復(fù)合，所以總透射光量減少。例如，在透鏡陣列板采用3層，保護蓋采用1層的結(jié)構(gòu)中，總透射率為0.924×100＝72％，造成光量降低28％。
發(fā)明的公開本發(fā)明是針對這種過去的問題而提出的，其目的在于提供一種采用了能降低價格并提高印刷質(zhì)量的樹脂透鏡陣列的光學(xué)寫入頭。
采用本發(fā)明第1樣式的樹脂透鏡陣列，是球面或非球面的微小透鏡按規(guī)定間距在平板上有規(guī)律地進行排列，這樣形成的樹脂透鏡板以多塊互相重疊積層而形成樹脂透鏡陣列。該樹脂透鏡板在一個面的透鏡形成區(qū)域外按規(guī)定間隔形成圓錐形狀的凸部；在另一面的透鏡形成區(qū)域外，形成與該凸部相嵌合的凹部，樹脂透鏡陣列是使該凸部和凹部進行嵌合，對樹脂透鏡板進行積層重疊而形成。
或者，樹脂透鏡板是一在一個面的透鏡形成區(qū)域外，形成為3角形狀斷面的、連續(xù)的凸形狀或有間隔而連續(xù)的凸形狀的凸部，在另一面的透鏡形成區(qū)域外，形成與該凸部相嵌合的凹部，樹脂透鏡陣列是使該凸部和凹部進行嵌合，對樹脂透鏡板進行積層重疊而形成。
并且，采用本發(fā)明的第2樣式的光學(xué)寫入頭，利用下述樹脂透鏡陣列來使把發(fā)光元件布置成行列狀的發(fā)光元件陣列芯片的出射光進行會聚，然后投影到感光體上，該樹脂透鏡陣列是球面或非球面的微小透鏡按規(guī)定間距在平板上有規(guī)律地進行排列，這樣形成的樹脂透鏡板以多塊互相重疊積層而形成樹脂透鏡陣列。該樹脂透鏡板在一個面的透鏡形成區(qū)域外形成凸部；在另一面的透鏡形成區(qū)域外，形成與該凸部相嵌合的凹部，樹脂透鏡陣列是使該凸部和凹部進行嵌合，對樹脂透鏡板進行積層重疊而形成。
再有，采用本發(fā)明的第3樣式的光學(xué)寫入頭，利用下述樹脂透鏡陣列來使把發(fā)光元件布置成行列狀的發(fā)光元件陣列芯片的出射光進行會聚，然后投影到感光體上，該樹脂透鏡陣列是球面或非球面的微小透鏡按規(guī)定間距在平板上有規(guī)律地進行排列，這樣形成的樹脂透鏡板以多塊互相重疊積層而形成樹脂透鏡陣列。
該樹脂透鏡陣列被安裝在用于支承樹脂透鏡陣列的支承裝置上所形成的開口部內(nèi)，借助于設(shè)置在開口部的周圍的、在開口側(cè)部具有凸起的結(jié)合部由支承裝置進行支承。


圖1是安裝在過去的電子照拍印刷機上的光學(xué)寫入頭在頭縱長方向上垂直相交的方向的剖面圖。
圖2A是涉及第1實施方式的樹脂透鏡陣列的平面圖。
圖2B是涉及第1實施方式的樹脂透鏡陣列的側(cè)面圖。
圖3是樹脂透鏡陣列的放大側(cè)面圖。
圖4A是表示樹脂透鏡陣列的另一例的平面圖。
圖4B是表示樹脂透鏡陣列的另一例的側(cè)面圖。
圖5表示當(dāng)對AR涂覆膜的透射率進行模擬時膜的種類，膜的厚度和積層數(shù)的條件。
圖6是表示當(dāng)形成2層AR涂覆膜時透射率和波長的關(guān)系的圖。
圖7是表示當(dāng)形成3層AR涂覆膜時透射率和波長的關(guān)系的圖。
圖8是表示當(dāng)形成4層AR涂覆膜時透射率和波長的關(guān)系的圖。
圖9是表示當(dāng)形成5層AR涂覆膜時透射率和波長的關(guān)系的圖。
圖10A是涉及第2實施方式的光學(xué)寫入頭的平面圖。
圖10B是涉及第2實施方式的光學(xué)寫入頭的局部剖斷正面圖。
圖10C是涉及第2實施方式的光學(xué)寫入頭的與頭部縱向方向相垂直的方向的剖面圖。
圖11是光學(xué)寫入頭的放大剖面圖。
圖12是散熱片和基板的斜視圖。
圖13是表示光學(xué)寫入頭的變形例的放大剖面圖。
圖14A是涉及第3實施方式的光學(xué)寫入頭的、與頭部縱長方向中央部縱長方向相垂直的方向的剖面圖。
圖14B是涉及第3實施方式的光學(xué)寫入頭的局部正面圖。
圖15是透鏡支架和樹脂透鏡陣列的斜視圖。
圖16是透鏡支架和樹脂透鏡陣列的縱長方向端部中的沿縱長方向的剖面圖。
圖17是沿圖14的B-B′線的剖面圖。
圖18是表示自掃描型發(fā)光元件陣列的等效電路的圖。
最佳實施方式以下參照附圖，詳細說明本發(fā)明第1實施方式。
涉及本發(fā)明第1實施方式的樹脂透鏡陣列，是把在雙面或單面上形成許多透鏡的樹脂透鏡板貼合積層在一起而形成，透鏡形成面至少有3個以上。圖2A是安裝到光學(xué)寫入頭上的涉及第1實施方式的樹脂透鏡陣列的平面圖，圖2B是樹脂透鏡陣列的側(cè)面圖，圖3是樹脂透鏡陣列的放大側(cè)面圖。
樹脂透鏡陣列10由3塊樹脂透鏡板12構(gòu)成。樹脂透鏡板12是細長方形狀，在中央部的透鏡形成區(qū)18內(nèi)排列許多個微小凸透鏡。微小凸透鏡形成在樹脂透鏡板12的兩面上。而且，形成在樹脂透鏡板12上的微小凸透鏡可以是球面透鏡或非球面透鏡中的任一種。
并且，在樹脂透鏡板12的一個面上，設(shè)置一種圓錐狀凸部14，用于在透鏡形成區(qū)18的外側(cè)當(dāng)樹脂透鏡板12積層時進行位置對準(zhǔn)；在另一個面上設(shè)置一種與該圓錐狀凸部14相嵌合的凹部16。樹脂透鏡陣列10使該凸部14和凹部16相嵌合，對樹脂透鏡板12進行積層而形成。
對準(zhǔn)位置用的凸部14和凹部16如圖2A和圖2B所示，在樹脂透鏡板12的透鏡形成區(qū)18的周圍，最好在縱長方向按照15～60mm的間距進行布置。
設(shè)置在樹脂透鏡板上的這些凸部和凹部通過用樹脂注射成形而形成。注射成形，是在上模和下模閉合的狀態(tài)下利用擠壓機把樹脂擠入到模具內(nèi)部后，再慢慢冷卻，使模內(nèi)部的樹脂固化，然后，打開上模和下模，從模具中取出樹脂透鏡板。若沿著從模具中拔出的方向，設(shè)置具有凸部的側(cè)面，則該側(cè)面造成模具和樹脂透鏡板的脫模阻力，使脫模時產(chǎn)生偏荷重，可能使樹脂透鏡板變形。因此，凸部和凹部最好是具有3°以上的傾斜度的順向錐體形狀。
圖4A是表示樹脂透鏡陣列的另一例的平面圖，圖4B是樹脂透鏡陣列的側(cè)面圖。在構(gòu)成樹脂透鏡陣列的樹脂透鏡板12a的透鏡形成區(qū)18a的周圍，形成了斷面為3角形的連續(xù)的凸部14a以及用于與其相嵌合的連續(xù)的凹部16a。
對樹脂透鏡板進行定位的部分的形狀既可以是斷面形狀為3角形的連續(xù)的凸起形狀以及用于與其相嵌合的凹陷形狀；也可以是斷面為3角形的按一定間隔進行連續(xù)的凸起形狀以及與其嵌合的凹陷形狀。
并且，在構(gòu)成上述樹脂透鏡陣列的樹脂透鏡板的兩面上形成了AR(Anti-reflection)涂覆膜(防止反射擊膜)。在樹脂透鏡板上，為了減少反射光，最好在兩面上形成AR涂覆膜。該AT涂覆膜是利用蒸發(fā)淀積法或濺射法等來形成。本實施方式是在樹脂透鏡板的兩面上用蒸發(fā)法依次淀積Al2O3膜(厚為121nm)和SiO2膜(厚度134nm)而形成了AR涂覆膜。發(fā)光元件的一般發(fā)光波長為750nm的樹脂透鏡板，每1塊的透射率在沒有AR涂覆膜的情況下為92％。但通過AR涂覆膜后可提高到97.5％。在對n塊樹脂透鏡板進行積層時，總透射率能從0.92n×100％提高到0.975n×100％。
AR涂覆膜的構(gòu)成并非僅限于A2O3膜(厚度121nm)和SiO2膜(厚度134nm)2層，為了提高光透射率，也可以采用其他膜厚和層數(shù)，也可以用其他種類的膜的構(gòu)成。利用不同的AR涂覆膜的種類、厚度和層數(shù)等，能進一步提高透射率。
圖5表示采用AR涂覆膜對透射率進行模擬時膜的種類，厚度和積層數(shù)的條件。以膜的種類、厚度和積層數(shù)為參數(shù)，按照圖5所示的條件，構(gòu)成AR涂覆膜時的透射率和波長的關(guān)系示于圖6～圖9。
圖6表示在樹脂透鏡陣列的兩面上依次淀積Al2O3膜和SiO2膜這2層，形成AR涂覆膜時的透射率和波長的關(guān)系。圖7表示在樹脂透鏡板的兩面上依次淀積Al2O3膜、TiO2(或Ta2O5)膜和SiO2膜這3層膜，形成AR涂覆膜時的透射率和波長的關(guān)系。圖8表示在樹脂透鏡板的兩面上依次淀積TiO2(或Ta2O5)膜、TiO2(或Ta2O5)膜以及SiO2膜這4層膜，形成AR涂覆膜時的透射率和波長的關(guān)系。圖9表示在樹脂透鏡板的兩面上依次淀積SiO2膜、TiO2(或Ta2O5)膜、SiO2膜、TiO2(或Ta2O5)膜以及SiO2膜這5層膜，形成AR涂覆膜時的透射率和波長的關(guān)系。
例如，在樹脂透鏡板的兩面上若采用依次淀積TiO2、SiO2膜、TiO2和SiO2膜的圖5的4層AR涂覆膜，則在波長從620nm到1μm以上的范圍內(nèi)，每一塊樹脂透鏡板的透射率能達到99％以上。
在對樹脂透鏡板進行積層固定時，在定位用的凹部上涂敷UV(紫外線)的固化粘接劑之后，使定位用的凸部嵌合到該凹部內(nèi)，用紫外線光照射該凸部和凹部附近，使粘接劑固化，對樹脂透鏡板之間進行定位和固定。
這時，在凹部16的底面上，如圖3所示，也可以形成一種孔20，以便在使樹脂透鏡板的凸部14和凹部16嵌合時多余的粘接劑溢出。若形成這種孔20，則能阻止粘接劑從凹部16中溢出。在凹部如圖4A和圖4B所示連續(xù)形成時，在凹部16a的底面上形成用于排出粘接劑的溝槽(未圖示)。
如上所述，在對多塊樹脂透鏡板進行積層時，利用使該凹形狀和凸形狀相嵌合的方法，能使各透鏡的定位作業(yè)簡單化，并提高其精度。
以下參照附圖，詳細說明本發(fā)明的第2實施方式。
圖10A是涉及第2實施方式的光學(xué)寫入頭的平面圖。圖10B是光學(xué)寫入頭局部剖斷的正面圖。圖10C是光學(xué)寫入頭的與頭部縱長方向(掃描方向)相垂直的方向的剖面圖。圖11是光學(xué)寫入頭的放大剖面圖。
在散熱片28上固定了基板24，在基板24上在掃描方向上安裝了把發(fā)光元件布置成行列狀的許多個發(fā)光元件陣列芯片26。在與基板24的芯片掃描方向相垂直的方向的端部上面，與透鏡支架(支承裝置)30的腳部底面的一部分相結(jié)合。并且，設(shè)置在透鏡支架30的腳部前端上的凸起狀部分，在散熱片28和透鏡支架30之間設(shè)定間隙38，利用粘接劑固定到散熱片28的側(cè)面上。
在透鏡支架30上，在發(fā)光元件陣列芯片26的發(fā)光元件射出的光的光程上的位置上，形成具有平滑支承座面的嵌合凹部，在透鏡支架30的嵌合凹部上安裝涉及第1實施方式的樹脂透鏡陣列10。在樹脂透鏡陣列10的出射面的上部，布置由平滑板構(gòu)成的透明罩34，在透明罩34上，安裝緊固零件36，以便經(jīng)常往樹脂透鏡陣列10上施加按壓力。
散熱器(片)28是鋁制的，利用能沖壓的材料來制作，有利于降低成本。散熱片28所使用的材料，也可以是鋁以外的有色金屬和金屬材料。
圖12是散熱片和基板的斜視圖。在散熱片28上設(shè)置許多個銷40，用于進行定位。在安裝發(fā)光元件陣列芯片的基板24側(cè)，也在與銷40相對應(yīng)的位置上設(shè)置用于插入銷40的孔42。通過在孔42內(nèi)插入銷40，來對基板24和散熱片28進行定位。
如圖12所示，設(shè)置在基板24的縱長方向的兩端部分上的孔42也可以是長邊位于芯片掃描方向上的長孔。通過把兩端部分的孔42制成長孔形狀，能夠利用孔42來消除由于基板24和散熱片28熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力變形。
該基板24的材料最好是和散熱片28的材料相同，采用鋁，但也可以采用環(huán)氧玻璃基板、金屬基板、有色金屬基板中的任一種。
透鏡支架30最好采用能注射成形的樹脂材料。透鏡支架30若采用熱膨脹系數(shù)接近散熱片28的材料，則能防止散熱片28和透鏡支架30因熱膨脹系數(shù)不同而造成變形，所以在本實施方式中，采用了在樹脂中混入碳纖維的、熱膨脹系數(shù)小的樹脂材料。透鏡支架30也可以采用混入玻璃短纖維的樹脂材料。
如圖11所示，透鏡支架30和散熱片28的固定方法是，在散熱片28和透鏡支架30之間設(shè)定間隙38，利用粘接劑32把設(shè)置在透鏡支架30的腳部前端上的凸起狀部分固定到散熱片28的側(cè)面上。
在散熱片28和透鏡支架30之間設(shè)定間隙38，其目的在于使透鏡支架30的高度與基板24的上面相配合，而不是與散熱片28的基板安裝面相配合，以便確保動作距離能達到高精度，該動作距離是安裝在基板24上的發(fā)光元件陣列芯片26的發(fā)光點、以及由透鏡支架30進行支承的樹脂透鏡陣列10的入射面之間的距離。
在透鏡支架30的嵌合凹部上安裝由許多塊樹脂透鏡板構(gòu)成的樹脂透鏡陣列10。安裝樹脂透鏡陣列10的透鏡支架30的嵌合凹部的形狀，必須考慮材料之間的熱膨脹系數(shù)的差，使其在縱長方向上長度的形狀尺寸大于樹脂透鏡陣列10。
例如，透鏡支架的熱膨脹系數(shù)為2.2×10-5/℃，樹脂透鏡陣列的熱膨脹系數(shù)為8.0×10-5/℃，溫度變化為40℃、A3尺寸的光學(xué)寫入頭中，假定曝光寬度(樹脂透鏡陣列的長度)為320mm左右，那么，曝光長度＝320mm溫度差＝40℃熱膨脹系數(shù)差＝(8.0-2.2)×10-5/℃＝5.5×10-5/℃零件之間的位移差＝320×40×5.8×10-5＝0.74mm透鏡支架和樹脂透鏡陣列之間的熱膨脹系數(shù)差所造成的位移差為0.74mm。為了彌補該熱膨脹系數(shù)差所造成的位移差，安裝樹脂透鏡陣列的嵌合凹部的形狀尺寸必須比樹脂透鏡陣列長0.8mm以上。
并且，也可以在嵌合凹部的平滑的支承座面的縱長方向兩端部，設(shè)置一種用于進行定位的銷；在樹脂透鏡陣列10的縱長方向兩端部，在與該銷相對應(yīng)的位置上設(shè)置一種用于插入銷的孔，通過把銷插入到該孔內(nèi)，來對樹脂透鏡陣列10和透鏡支架30進行定位。在此情況下，插入定位銷的孔的形狀，一邊為圓孔，另一邊為長孔，使其在芯片掃描方向上尺寸較長。這樣一來，在透鏡支架30和樹脂透鏡陣列10之間由于熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生位移差的情況下，能在樹脂透鏡陣列10的長孔部分吸收該位移差。
在樹脂透鏡陣列10被安裝到透鏡支架30的嵌合凹部之后，其上部安裝透明罩34，在透明罩34上安裝緊固零件36。緊固零件36由板簧構(gòu)成，把板簧的一邊的端部插入到設(shè)置在透鏡支架30的側(cè)面上的溝槽內(nèi)，把另一邊的端部按壓到與樹脂透鏡陣列10的透鏡形成區(qū)域以外的位置相當(dāng)?shù)耐该髡?4的表面周緣部上。
由于在結(jié)構(gòu)上利用板簧等緊固零件36來把樹脂透鏡陣列10壓入到透鏡支架30內(nèi)，所以，能釋放兩零件之間的應(yīng)力。利用該緊固零件36來把透明罩34和樹脂透鏡陣列10固定到透鏡支架30上。
而且，為了防止墨粉等粉塵進入光學(xué)寫入頭內(nèi)部，必須在樹脂透鏡陣列10和透鏡30的接合部涂敷硅等密封劑。為了釋放上述零件間的應(yīng)力，希望把密封劑的硬度設(shè)定在100(JIS-A)左右。
透明罩34，采用透明材料即可，在本實施方式中采用了鹼石灰玻璃，在透明罩34上也可以設(shè)置AR涂覆膜。
透明罩34，若采用表面平滑的玻璃，則表面硬度也能保證，所以，上面附著墨粉時也很容易用綿紗來擦掉，也不容易對樹脂透鏡陣列造成傷痕。不容易影響性能。
圖13是表示圖1所示的光學(xué)寫入頭的變形例的放大剖面圖。圖13所示的光學(xué)寫入頭中，把板簧，即緊固零件37的另一邊的端部延長，對散熱片28的外周進行覆蓋，利用該緊固零件37來把散熱片28按壓到透鏡支架31上，在此狀態(tài)下對透鏡支架31和散熱片28進行固定。其他與圖11相同，所以，其說明從略。
圖13所示的光學(xué)寫入頭，對透鏡支架31和散熱片28進行固定可以不使用粘接劑。
以下參照附圖，詳細說明本發(fā)明的第3實施方式。
圖14A是涉及第3實施方式的光學(xué)寫入頭的頭部縱長方向(掃描方向)中央部與縱長方向相垂直的方向的剖面圖，圖14B是光學(xué)寫入頭的局部正面圖。
在基板43上沿掃描方向安裝了把發(fā)光元件布置成行列的許多個發(fā)光元件陣列芯片44。在從該發(fā)光元件陣列芯片44的發(fā)光元件射出的光的光程上的位置上，涉及第1實施方式的樹脂透鏡陣列10借助于形成在透鏡支架(支承裝置)上的結(jié)合部，用透鏡支架45進行支承。樹脂透鏡陣列10是由3塊樹脂透鏡板重合而構(gòu)成，該樹脂透鏡板用于按規(guī)定間距在透明平板上有規(guī)律地布置微小凸透鏡。
并且，與基板43的縱長方向相垂直的方向的外緣部與透鏡支架45的腳部前端相結(jié)合。再者，在基板43的基材上設(shè)置了散熱片46，用于使發(fā)光元件陣列芯片44散熱，透鏡支架45和散熱片46把基板43夾持在中間，用緊固零件47進行固定。
在基板43上從設(shè)置在透鏡支架45和散熱片46之間的間隙處連接了用于送入電信號的FPC(撓性印制電路板)48。并且，在透鏡支架45的縱長方向端部，設(shè)置了一種基準(zhǔn)銷49，在把光學(xué)寫入頭組裝到電子照拍印刷機內(nèi)時，該基準(zhǔn)銷49作為光敏鼓50的位置對準(zhǔn)的基準(zhǔn)。該光敏鼓50設(shè)置在樹脂透鏡陣列10的上方。
圖15是圖14所示的透鏡支架和樹脂透鏡陣列的斜視圖。如圖15所示，在透鏡支架45的中央形成了能收入樹脂透鏡陣列10的形狀的開口部51，在開口部51的周圍，在開口部51的縱長方向側(cè)以及與縱長方向相垂直的方向側(cè)的整個區(qū)域內(nèi)按照一定的間距設(shè)置了在開口部51側(cè)具有凸起的結(jié)合部52。
結(jié)合部52利用樹脂與透鏡支架45成形為一個整體。把樹脂透鏡陣列10從上部插入到開口部51內(nèi)，使樹脂透鏡陣列10的端部與結(jié)合部52的凸起相搭接，這樣用透鏡支架45來支承樹脂透鏡陣列10。
而且，上述實施方式中，把結(jié)合部52設(shè)置在開口部51的周圍的縱長方向側(cè)以及與縱長方向相垂直的方向側(cè)這兩側(cè)上。但也可以僅設(shè)置在縱長方向側(cè)或者與縱長方向相垂直的方向側(cè)。并且，也可以連續(xù)地設(shè)置在縱長方向側(cè)和/或與縱長方向相垂直的方向側(cè)，也可以按一定間隔連續(xù)地設(shè)置。再有，不僅是按一定間隔進行設(shè)置的情況，而且也可以按不規(guī)律的間距來進行設(shè)置。
本發(fā)明的光學(xué)寫入頭，透鏡支架如上所述在開口部周圍具有用于結(jié)合樹脂透鏡陣列的結(jié)合部，只要把樹脂透鏡陣列輕輕地按入到透鏡支架上，就能很簡單地完成安裝工作。所以，能大幅度縮短樹脂透鏡陣列和透鏡支架的裝配時間，能降低制造成本。
圖16是透鏡支架和樹脂透鏡陣列的縱長方向端部沿縱長方向的剖面圖。圖16表示光學(xué)寫入頭受到溫度變化時的狀態(tài)。
若在具有上述結(jié)合部52的透鏡支架45上安裝了樹脂透鏡陣列10的狀態(tài)下受到溫度變化，則在透鏡支架45和樹脂透鏡陣列10之間因熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生長度差異。結(jié)合部52在形成時所用的材料能吸收因熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的位移差。結(jié)合部52的形狀產(chǎn)生圖16虛線所示的變化，能吸收位移差。這時，安裝在基板43上的發(fā)光元件陣列芯片44和樹脂透鏡陣列10之間的距離LO沒有變化，所以，能防止印刷質(zhì)量下降。
本發(fā)明的光學(xué)寫入頭，在溫度變化，透鏡支架和樹脂透鏡陣列之間因熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生位移差，由于樹脂透鏡陣列未固定在透鏡支架的基準(zhǔn)面上，所以，該位移差能利用結(jié)合部的位置變化而被吸收，因此，能防止透鏡支架和樹脂透鏡陣列的翹曲或樹脂透鏡陣列的破壞。
并且，利用設(shè)置在結(jié)合部52上傾斜部52a來向樹脂透鏡陣列施加一種向透鏡支架側(cè)(發(fā)光元件方向)按入的負荷F，所以，在發(fā)光元件和透鏡陣列之間沒有透鏡焦點距離方向的位置變動，因此，光學(xué)性能不發(fā)生變化，所以，能防止印刷質(zhì)量下降。
而且，該傾斜部52a最好是如圖16所示形成傾斜面。并且，若結(jié)合部52設(shè)計成在樹脂透鏡陣列10的法線方向進行延長的狀態(tài)，則因為從支點到作用點的距離增長，所以，能減小對結(jié)合部52變位移的負荷。
圖17是沿圖14的B-B′線的剖面圖，圖17表示，為了防止由于墨粉等異物侵入到寫入頭內(nèi)部而造成性能下降，在樹脂透鏡陣列10和透鏡支架45之間涂敷密封材料53的狀態(tài)。
未設(shè)置結(jié)合部52的部位，在樹脂透鏡陣列10和透鏡支架45之間產(chǎn)生間隙，通過涂敷硅填縫等密封材料53，能防止墨粉等異物侵入到寫入頭內(nèi)部。
樹脂透鏡陣列10，利用結(jié)合部52而固定在透鏡支架45，所以，不需要把樹脂透鏡陣列10固定到透鏡支架45上用的夾具等，能涂敷密封材料53，所以，能提高作業(yè)效率。
本發(fā)明的光寫入頭，在安裝透鏡支架的樹脂透鏡陣列的部分設(shè)置了結(jié)合部，所以，把樹脂透鏡陣列固定到透鏡支架上很簡單，不需要夾具就可以把樹脂透鏡陣列固定到透鏡支架上。再有，當(dāng)在樹脂透鏡陣列端部涂敷密封材料時，也不需要用夾具來對兩者進行固定，所以樹脂透鏡陣列的制造很簡單。
而且，在上述實施方式中，說明了用樹脂形成的透鏡支架。但并非僅限于樹脂，只要是能吸收熱膨脹系數(shù)不同所產(chǎn)生的位移差的材料即可，也可以采用金屬等。并且，也可以用樹脂來形成結(jié)合部以外的部分，僅結(jié)合部用金屬或彈簧形成。
并且，在上述實施方式中，發(fā)光元件陣列芯片可采用自掃描型發(fā)光元件陣列芯片。而且，所謂自掃描型發(fā)光元件陣列，是指內(nèi)裝自掃描電路，具有依次傳送發(fā)光點功能的發(fā)光元件陣列芯片。
自掃描型發(fā)光元件陣列，在特開平1-238962號公報、特開平2-14584號公報、特開平2-92650號公報、特開平2-92651號公報中，表示作為印刷頭用光源，其安裝簡便；能減小發(fā)光元件間隔；能制作小型印刷機頭等。并且，在特開平2-263668號公報中提出把傳送元件陣列作為移動部，與發(fā)光部的發(fā)光元件陣列相分離的結(jié)構(gòu)的自掃描型發(fā)光元件陣列。
圖18表示移動部和發(fā)光部分離的結(jié)構(gòu)的自掃描型發(fā)光元件陣列的等效電路圖。移動部有傳送元件T1、T2、T3……；發(fā)光部有寫入用發(fā)光元件L1、L2、L3……。這些傳送元件和發(fā)光元件由3端子發(fā)光閘流管構(gòu)成。移動部的構(gòu)成采用二極管D1、D2、D3……，以便對傳送(變換)元件的柵極進行電氣互相連接。VGK是電源(通常是5V)，經(jīng)過負荷電阻RL與各傳送元件的柵電極G1、G2、G3……相連接。并且，傳送元件的柵電極G1、G2、G3……也與寫入用發(fā)光元件的柵極相連接。在傳送元件T1的柵極上加起動脈沖ΦS；在傳送元件的陽極上交替地加傳送用時鐘脈沖Φ1、Φ2；在寫入用發(fā)光元件的陽極上加寫入信號Φ1。
而且，圖中，R1、R2、RS、R1分別表示限流電阻。
其動作簡單說明如下。首先，假定傳送用時鐘脈沖Φ1的電壓為H(高)電平，傳送元件T2為導(dǎo)通狀態(tài)。這時，柵極G2的電位從VGK的5V降低到幾乎為零V。該電位降落的影響由二極管D2傳遞到柵極G3，把該電位設(shè)定到約1V(二極管D2的正向上升電壓(等于擴散電位)。但是，由于二極管D1是反向偏壓狀態(tài)，所以，不與柵極G1進行電位連接，柵極G1的電位保持5V不變。發(fā)光閘流管的導(dǎo)通電壓近似于電極電位十pn結(jié)的擴散電位(約1V)，所以，如果下一個傳送用時鐘脈沖Φ2的H電平電壓設(shè)定約為2V(使傳送元件T3導(dǎo)通所需的電壓)以上，而且，約為4V(使傳送元件T5導(dǎo)通所需的電壓)以下，那么，能僅使傳送元件T3導(dǎo)通，其他傳送元件仍保持截止?fàn)顟B(tài)不變。所以，用2個傳送用時鐘脈沖來傳送導(dǎo)通狀態(tài)。
起動脈沖ΦS是使這種傳送動作開始用的脈沖，在把起動脈沖ΦS設(shè)定為H高電平(約0V)的同時，把傳送時鐘動脈沖Φ2設(shè)定為H電平(約2～4V)，使傳送元件T1導(dǎo)通。然后立即使起動脈沖ΦS返回到H電平。
現(xiàn)假定傳送元件T2為導(dǎo)通狀態(tài)，則柵電極G2的電位大致為0V。所以，如果寫入信號Φ1的電壓與pn結(jié)的擴散電位(約1V)以上，那么，能使發(fā)光元件L2為發(fā)光狀態(tài)。
與此相對應(yīng)，柵極G1約為5V，柵極G3約為1V。所以，發(fā)光元件L1的寫入電壓約為6V，發(fā)光元件L3的寫入電壓約為2V。以后，僅寫入到發(fā)光元件L2內(nèi)的寫入信號Φ1的電壓為1～2V。若發(fā)光元件L2變導(dǎo)通，即發(fā)光狀態(tài)，則發(fā)光強度決定于流入到寫入信號Φ1內(nèi)的電流量，任意強度均能進行圖像寫入。并且，為了把發(fā)光狀態(tài)傳送到下一個發(fā)光元件內(nèi)，必須把寫入信號Φ1線的電壓暫時降到0V，把發(fā)光的發(fā)光元件暫時設(shè)定為截止?fàn)顟B(tài)。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明在構(gòu)成樹脂透鏡陣列的樹脂透鏡板上設(shè)置定位用的凸部和凹部，使凸部和凹部進行嵌合，當(dāng)裝配樹脂透鏡陣列時，不增加零件數(shù)，即可提高定位精度。
并且，本發(fā)明由于在構(gòu)成樹脂透鏡陣列的樹脂透鏡板上設(shè)置AR涂覆膜，故能抑制光量衰減，所以，能獲得光量大的光學(xué)寫入頭。
再者，本發(fā)明從結(jié)構(gòu)上使安裝樹脂透鏡陣列的透鏡支架的嵌合凹部的形狀在縱長方向上的尺寸大于樹脂透鏡陣列，能吸收因兩個零件之間因熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的變形，所以，即使周圍溫度變化，也能防止兩個零件之間產(chǎn)生應(yīng)力。
并且，本發(fā)明在樹脂透鏡陣列的光出射面上設(shè)置透明罩，使光出射面形成平坦?fàn)顟B(tài)，所以便于清掃，并且，由透明罩進行保護，所以在進行清掃等時，能防止樹脂透鏡陣列受損傷。
再有，本發(fā)明是把樹脂透鏡陣列安裝在具有平滑支承面的透鏡支架上，平常利用緊固零件對其施加按壓力，所以，能保持樹脂透鏡陣列的形狀。
并且，本發(fā)明利用設(shè)置在透鏡支架上的結(jié)合部，能很容易地把樹脂透鏡陣列安裝到透鏡支架上，所以，能使制造工藝簡單，制造成本降低。
再有，本發(fā)明在樹脂透鏡陣列受熱膨脹時也能利用設(shè)置在透鏡支架上的結(jié)合部來吸收變形，使樹脂透鏡陣列和發(fā)光元件陣列芯片的距離保持一定，所以，能提高印刷質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種樹脂透鏡陣列，是球面或非球面的微小透鏡按規(guī)定間距在平板上有規(guī)律地進行排列，這樣形成的樹脂透鏡板以多塊互相重疊積層而形成樹脂透鏡陣列，其特征在于上述樹脂透鏡板在一個面的透鏡形成區(qū)域外按規(guī)定間隔形成圓錐形狀的凸部；在另一面的透鏡形成區(qū)域外，形成與該凸部相嵌合的凹部，樹脂透鏡陣列是通過該凸部和凹部的嵌合，使樹脂透鏡板疊層而形成的。
2.如權(quán)利要求1所述的樹脂透鏡陣列，其特征在于在與上述凸部相嵌合的凹部上形成一種孔，以便在對上述凸部和凹部進行粘接固定時，使粘接劑排出。
3.一種樹脂透鏡陣列，是球面或非球面的微小透鏡按規(guī)定間距在平板上有規(guī)律地進行排列，這樣形成的樹脂透鏡板以多塊互相重疊積層而形成樹脂透鏡陣列，其特征在于上述樹脂透鏡板在一個面的透鏡形成區(qū)域外形成連續(xù)的凸形狀或者具有間隔的連續(xù)的凸形狀的凸部；在另一面的透鏡形成區(qū)域外，形成與該凸部相嵌合的凹部，樹脂透鏡陣列是通過該凸部和凹部的嵌合，使樹脂透鏡板疊層而形成的。
4.如權(quán)利要求3所述的樹脂透鏡陣列，其特征在于在與上述凸部相嵌合的凹部上形成一種溝槽，以便在對上述凸部和凹部進行粘接固定時能使粘接劑排出。
5.如權(quán)利要求1～4中的任一項所述的樹脂透鏡陣列，其特征在于上述樹脂透鏡板，在雙面或單面上按規(guī)定的間距有規(guī)律地排列上述微小透鏡，對上述樹脂透鏡板進行重疊，使透鏡形成面至少有3個面以上。
6.如權(quán)利要求1～4中的任一項所述的樹脂透鏡陣列，其特征在于在上述樹脂透鏡板的表面上，形成使光的反射量減少的防止反射膜。
7.一種光學(xué)寫入頭，利用下述樹脂透鏡陣列來使把發(fā)光元件布置成行列狀的發(fā)光元件陣列芯片的出射光進行會聚，然后投影到感光體上，該樹脂透鏡陣列是球面或非球面的微小透鏡按規(guī)定間距在平板上有規(guī)律地進行排列，這樣形成的樹脂透鏡板以多塊互相重疊積層而形成樹脂透鏡陣列，其特征在于該樹脂透鏡板在一個面的透鏡形成區(qū)域外形成凸部；在另一面的透鏡形成區(qū)域外，形成與該凸部相嵌合的凹部，樹脂透鏡陣列是通過該凸部和凹部的嵌合，使樹脂透鏡板疊層而形成的。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述凸部的形狀是按規(guī)定間隔設(shè)置的圓錐形凸起形狀。
9.如權(quán)利要求8所述的光寫入頭，其特征在于在與上述凸部相嵌合的凹部上形成一種孔，以便在對上述凸部和凹部進行粘接固定時能使粘接劑排出。
10.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于，上述凸部的形狀是斷面為3角形狀的、連續(xù)的凸起形狀，或者有間隔連續(xù)的凸起形狀。
11.如權(quán)利要求10所述的光寫入頭，其特征在于在與上述凸部相嵌合的凹部上形成一種溝槽，以便在對上述凸部和凹部進行粘接固定時能使粘接劑排出。
12.如權(quán)利要求7～11中的任一項所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述樹脂透鏡陣列的形成是，在雙面或單面上按規(guī)定的間距有規(guī)律地在平板上排列微小透鏡的樹脂透鏡板，進行緊密積層，使透鏡形成面至少有3個面以上。
13.如權(quán)利要求7～11中的任一項所述的光寫入頭，其特征在于在上述樹脂透鏡板的表面上，形成使光的反射量減少的防止反射膜。
14.如權(quán)利要求7～17中的任一項所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于在上述樹脂透鏡陣列的出射面的上部布置透明罩，在上述透明罩上安裝緊固零件，使樹脂透鏡陣列平時承受壓力。
15.如權(quán)利要求7～11中的任一項所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述樹脂透鏡陣列安裝在支承裝置上所形成的嵌合凹部上，該支承裝置用于支承樹脂透鏡陣列，上述嵌合凹部的縱長方向的長度尺寸在大于上述樹脂透鏡陣列的長度，以便在上述樹脂透鏡陣列和支承裝置之間因熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生變形時能夠吸收因熱膨脹系數(shù)而產(chǎn)生的變形。
16.如權(quán)利要求7～11所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述樹脂透鏡陣列被安放在用于支承樹脂透鏡陣列的支承裝置上所形成的開口部內(nèi)，借助于設(shè)置在上述開口部周圍的、在開口部側(cè)有凸起的結(jié)合部，用上述支承裝置進行支承。
17.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述結(jié)合部形成在上述開口部的縱長方向側(cè)，和/或與縱長方向相垂直的方向側(cè)。
18.如權(quán)利要求17所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述結(jié)合部按一定間距或者有規(guī)律地間距進行形成。
19.如權(quán)利要求17所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述結(jié)合部連續(xù)地或按一定間隔連續(xù)地來形成。
20.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述結(jié)合部與上述支承裝置形成一個整體。
21.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述結(jié)合部用這樣的材料來形成，該材料能吸收因熱膨脹系數(shù)不同而在上述支承裝置和上述樹脂透鏡陣列之間產(chǎn)生的位移差。
22.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于在上述支承裝置和上述樹脂透鏡陣列之間涂敷密封材料。
23.一種光學(xué)寫入頭，它利用下述樹脂透鏡陣列來使把發(fā)光元件布置成行列狀的發(fā)光元件陣列芯片的出射光進行會聚，然后投影到感光體上，該樹脂透鏡陣列是球面或非球面的微小透鏡按規(guī)定間距在平板上有規(guī)律地進行排列，這樣形成的樹脂透鏡板以多塊互相重疊積層而形成樹脂透鏡陣列，其特征在于上述樹脂透鏡陣列被安放在用于支承樹脂透鏡陣列的支承裝置上所形成的開口部內(nèi)，借助于設(shè)置在上述開口部周圍的、在開口部側(cè)有凸起的結(jié)合部，用上述支承裝置進行支承。
24.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述結(jié)合部形成在上述開口部的縱長方向側(cè)，和/或與縱長方向相垂直的方向側(cè)。
25.如權(quán)利要求24所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述結(jié)合部按一定間距或者沒有規(guī)律的間距進行形成。
26.如權(quán)利要求24所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述結(jié)合部連續(xù)地或按一定間隔連續(xù)地來形成。
27.如權(quán)利要求23～26中的任一項所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述結(jié)合部與上述支承裝置形成一個整體。
28.如權(quán)利要求23～26中的任一項所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述結(jié)合部用這樣的材料來形成，該材料能吸收因熱膨脹系數(shù)不同而在上述支承裝置和上述樹脂透鏡陣列之間產(chǎn)生的位移差。
29.如權(quán)利要求23～26中的任一項所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于在上述支承裝置和上述樹脂透鏡陣列之間涂敷密封材料。
30.如權(quán)利要求7～11、23～26中的任一項所述的光學(xué)寫入頭，其特征在于上述發(fā)光元件陣列芯片是自掃描型發(fā)光元件陣列芯片。
全文摘要
樹脂透鏡陣列，在樹脂透鏡板的一個面上，在中央部的透鏡形成區(qū)的外側(cè)設(shè)置圓錐形凸部，在另一個面上，設(shè)置與該凸部相嵌合的凹部。樹脂透鏡陣列使該凸部和凹部相嵌合，對樹脂透鏡板進行積層而形成。在透鏡支架上，在發(fā)光元件陣列芯片的發(fā)光元件進行出射的光的光程上的位置上，形成具有平滑支承面的嵌合凹部，在嵌合凹部上安裝樹脂透鏡陣列。在樹脂透鏡陣列的出射面的上部，布置由平滑板構(gòu)成的透明罩，在透明罩上安裝緊固零件，使按壓力平時加到樹脂透鏡陣列上。
文檔編號G02B6/42GK1529658SQ0280272
公開日2004年9月15日 申請日期2002年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者脅坂政英 申請人:日本板硝子株式會社