(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに、複数個のレンズをレンズプレートで支持したレンズ部材と、多数の画像素子アレイを有する画像素子部材とを併設固定させた画像装置であって、
前記画像素子部材は共通電極配線を有し、前記レンズプレートと同じ材質で形成された第１基板と、個別電極配線及び窓部を有する第２基板との間に、複数個の画像素子アレイを、該画像素子アレイの受発光部が窓部と対向するように配するとともに各画像素子アレイの共通電極を第１基板の共通電極配線に接続し、個別電極を第２基板の個別電極配線にフリップチップ接続により接続させて形成され、且つ前記ハウジングに設けた前記第１基板及び第２基板の厚み方向を挿通する位置決め部材で位置合わせされてハウジング内に配置されていることを特徴とする画像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光プリンタヘッド等の画像形成装置やイメージセンサ等の画像読み取り装置等に使用される画像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像装置、例えば光プリンタヘッド等の画像形成装置に使用される画像装置は通常、複数個のレンズを所定の間隔で直線状に配列支持したポリカーボネート等の樹脂から成るレンズプレートと、多数の発光ダイオード素子アレイが直線状に配列実装されたポリカーボネート等の樹脂から成るベースプレートとをハウジングに各レンズと各発光ダイオード素子アレイとが１対１に対応するように併設固定させた構造を有しており、各発光ダイオード素子アレイの各発光ダイオード素子を外部電気信号に対応させて個々に選択的に発光させるとともに、該発光ダイオード素子が発光した光をレンズを介して外部の感光体に結像させ、感光体に潜像を形成させることによって画像形成装置として機能する。
【０００３】
尚、前記ベースプレート上に直線状に配列実装される発光ダイオード素子アレイは一般にその内部に６４個の発光ダイオード素子が直線状に配列されて構成されており、Ｂ４サイズの画像形成装置に使用する場合には前記発光ダイオード素子アレイはその３２個が各々を各レンズに１対１に対応するようにしてベースペレート上に実装されることとなる。
【０００４】
また前記各発光ダイオード素子アレイはその下面に共通電極を有しており、該共通電極をベースプレートの上面に予め被着形成させておいた共通電極配線に例えば、エポキシ樹脂に銀粉末等を添加した導電性樹脂接着剤を介し接着することによって共通電極を共通電極配線に電気的接続させつつベースプレート上に実装される。
【０００５】
更に前記ベースプレートの上面に実装されている各発光ダイオード素子アレイはその個別電極がベースプレートの上面に被着形成されている個別電極配線にボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、ベースプレート上面の共通電極配線及び個別電極配線を外部電気回路に接続することによって発光ダイオード素子アレイの各発光ダイオード素子は外部電気回路と電気的に接続されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の画像装置においては、発光ダイオード素子アレイに設けた個別電極がベースプレートの個別電極配線にボンディングワイヤを介して接続されており、発光ダイオード素子アレイの個別電極は数千と極めて多いことから発光ダイオード素子アレイの個別電極をベースプレートの個別電極配線に電気的接続するのに長時間が必要で、画像装置の製造作業性が悪く、製品としての画像装置を高価とする欠点を有していた。
【０００７】
尚、上述の実施例においては光プリンタヘッド等の画像形成装置に使用される画像装置を例に採って説明したが、固体撮像素子アレイを用いたイメージセンサ等の画像読み取り装置等に使用される画像装置においても同様の欠点を有する。
【０００８】
そこで上記欠点を解消するために本願出願人は先に画像素子アレイを、共通電極配線を有する第１基板と、個別電極配線及び窓部を有する第２基板との間に、各画像素子アレイの受発光部が窓部と対向するように配置させ、各画像素子アレイの共通電極を第１基板の共通電極配線に接続するとともに個別電極を第２基板の個別電極配線にフリップチップ接続により接続させた画像装置を提案した。
【０００９】
かかる画像装置によれば画像素子アレイに設けた個別電極が第２基板の個別電極配線にフリップチップ接続により接続されることから個別電極の数が数千あるとしてもその全てが第２基板の個別電極配線に一度に、且つ強固に電気的接続されることとなり、その結果、画像装置の生産性及び信頼性が極めて優れたものとなる。
【００１０】
しかしながら、この画像装置においては画像素子アレイに設けた個別電極を第２基板の個別電極配線にフリップチップ接続により接続させる際、個別電極の数が数千と多く、個々の個別電極の形状が極めて小さいため各個別電極を所定の個別電極配線に正確に当接させるのが困難で誤接続を生じやすく、誤接続を生じると画像形成装置として使用する場合には感光体に所望の潜像を形成することができず、また画像読み取り装置として使用する場合には外部画像情報を正確に読み取ることが不可となる欠点を誘発した。
【００１１】
【発明の目的】
本発明は上記諸欠点に鑑み案出されたもので、その目的は発光ダイオード素子が発する光をレンズを介して感光体面に照射し、感光体に画像品質の高い潜像を正確に形成することができる、或いは外部画像情報をレンズを介して固体撮像素子アレイに正確に結像させ、固体撮像素子アレイに外部画像情報に対応する正確な電気信号を発生させることができる生産性の良い、安価な画像装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハウジングに、複数個のレンズをレンズプレートで支持したレンズ部材と、多数の画像素子アレイを有する画像素子部材とを併設固定させた画像装置であって、前記画像素子部材は共通電極配線を有し、前記レンズプレートと同じ材質で形成された第１基板と、個別電極配線及び窓部を有する第２基板との間に、複数個の画像素子アレイを、該画像素子アレイの受発光部が窓部と対向するように配するとともに各画像素子アレイの共通電極を第１基板の共通電極配線に接続し、個別電極を第２基板の個別電極配線にフリップチップ接続により接続させて形成され、且つ前記ハウジングに設けた前記第１基板及び第２基板の厚み方向を挿通する位置決め部材で位置合わせされてハウジング内に配置されているものである。
【００１３】
【作用】
本発明の画像装置によれば、ハウジングに位置決め部材を設け、該位置決め部材で共通電極配線に画像素子アレイが実装されている第１基板と、個別電極配線及び窓部を有する第２基板とを位置合わせするようにしたことから、各画像素子アレイはその個別電極が数千あるとしてもその全てを第２基板の所定個別電極配線に一度に簡単に、正確に当接させることができ、その結果、画像素子アレイの各電極を所定の個別電極配線に正確、且つ強固に電気的接続するのを可能として画像装置の生産性及び信頼性を極めて優れたものとする。
更に本発明の画像装置によれば、前記第１基板と、ハウジングに取着されるレンズ部材のレンズプレートとを同じ材質で形成するようにしたことから、画像装置の使用に際し、レンズプレートと第１基板の両者に熱が印加されてもレンズプレートと第１基板とは略同一の量だけ熱膨張してレンズプレートに支持されている各レンズと第１基板に実装されている各画像素子アレイとの間に位置ズレが発生することはなく、この画像装置を光プリンタヘッド等の画像形成装置に使用した場合は、発光ダイオード素子が発する光をレンズを介して感光体面に正確、且つ鮮明に結像させ、感光体により高品質の潜像を形成することが可能となる。また一方、この画像装置をイメージセンサ等の画像読み取り装置に使用した場合は、外部からの画像情報をレンズを介して固体撮像素子アレイに正確に結像させることができ、画像情報に対応した正確な電気信号を発生させることが可能となる。
【００１４】
【実施例】
次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１及び図２は本発明の画像装置を画像形成装置としての光プリンタヘッドに採用した場合の一実施例を示し、１  は画像素子部材、５  はレンズ部材、８  はハウジングである。
【００１５】
前記画像素子部材１は第１基板２  と、複数個の発光ダイオード素子アレイ３  と、中央部に窓部４ａを有する第２基板４  とから構成されている。
【００１６】
前記画像素子部材１  の第１基板２  は発光ダイオード素子アレイ３  を支持する支持部材として作用し、その上面には複数個の発光ダイオード素子アレイ３  が直線状に配列実装されている。
【００１７】
前記第１基板２  は酸化アルミニウム質焼結体や結晶化ガラス、石英、ガラスエポキシ樹脂等から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合は、アルミナ、シリカ、カルシア、マグネシア等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに高温（約１５００℃）で焼成することによって製作される。
【００１８】
また前記第１基板２  上に実装される発光ダイオード素子アレイ３  は複数個の発光ダイオード素子３ａから成り、該発光ダイオード素子３ａは外部電気信号に対応して個々に選択的に発光し、発光した光を感光体Ｐ表面に照射することによって感光体Ｐに画像を形成するための潜像を形成する。
【００１９】
前記発光ダイオード素子３ａはＧａＡｓＰ  系、ＧａＰ  系の発光ダイオードが使用され、例えば、ＧａＡｓＰ  系の発光ダイオードの場合には、まずＧａＡｓの基板を炉中にて高温に加熱するとともにＡｓＨ  ３  （  アルシン）  とＰＨ３  （  ホスヒン）  とＧａ（  ガリウム）  を適量に含むガスを接触させて基板表面にｎ  型半導体のＧａＡｓＰ（ガリウムー砒素ーリン）  の単結晶を成長させ、次にＧａＡｓＰ  単結晶表面にＳｉ３  Ｎ  ４  （  窒化シリコン）  の窓付膜を被着させるとともに該窓部にＺｎ（  亜鉛）  のガスをさらし、ｎ  型半導体のＧａＡｓＰ  単結晶の一部にＺｎを拡散させてｐ  型半導体を形成し、ｐｎ接合をもたすことによって形成される。
【００２０】
尚、前記発光ダイオード素子３ａはＢ４サイズの光プリンタヘッドの場合、２０４８個（１ｍｍ当たり８  個）  が直線状に配列されており、具体的には６４個の発光ダイオード素子３ａを一単位とした発光ダイオード素子アレイ３  を３２個、直線状に配列することによって２０４８個の発光ダイオード素子３ａが第１基板２  上に配列されている。
【００２１】
また前記第１基板２  上への発光ダイオード素子アレイ３  の実装は、第１基板２  の上面に予め所定パターンの共通電極配線２ａを被着形成しておくとともに該共通電極配線２ａに発光ダイオード素子アレイ３  下面の共通電極３１を半田を介し接合させることによって行われる。この場合、半田は短時間で溶融固化するとともにセルフアライメント効果、即ち、第１基板２  に被着させた共通電極配線２ａと発光ダイオード素子アレイ３  の共通電極３１とを互いに対向するように引き寄せる効果があるため発光ダイオード素子アレイ３  は第１基板２  に被着させた共通電極配線２ａの所定位置に極めて正確に実装されることとなる。
【００２２】
前記第１基板２  に被着形成されている共通電極配線２ａは第１基板２  の上面にアルミニウムや銅等の導電性材料を蒸着法やスパッタリング法等により所定厚みに被着させるとともにこれをエッチング法により所定パターンに加工し、しかる後、表面にニッケルメッキや金メッキを施すことによって第１基板２  の上面に被着形成される。
【００２３】
更に前記第１基板２  上に実装された発光ダイオード素子アレイ３  の上面には、例えば、酸化アルミニウム質焼結体や結晶化ガラス、石英、ガラスエポキシ樹脂等から成り、中央部に発光ダイオード素子アレイ３  と後述するレンズ７  との光の通路を形成するための約１００  μｍ  程度の幅の窓部４ａを有し、下面に個別電極配線４ｂが被着された第２基板４  が接合固定されている。
【００２４】
前記第２基板４  は各発光ダイオード素子３ａの個別電極３２を外部電気回路に電気的に接続する作用を為し、第２基板４  に被着させた個別電極配線４ｂに各発光ダイオード素子３ａの個別電極３２をフリップチップ接続、具体的には各発光ダイオード素子アレイ３  の上面に第２基板４  を、該発光ダイオード素子アレイ３  に設けた各発光ダイオード素子３ａの個別電極３２と第２基板４  に被着させた個別電極配線４ｂとが間に半田バンプを挟み対向するようにして載置させ、しかる後、前記半田バンプを加熱溶融させ、各発光ダイオード素子３ａの個別電極３２と第２基板４  の個別電極配線４ｂとを半田接合することによって各発光ダイオード素子３ａの個別電極３２は外部電気回路に接続される第２基板４  の個別電極配線４ｂに電気的に接続されることとなる。この場合、各発光ダイオード素子３ａの個別電極３２はその総数が数千と多いもののその全てが第２基板４  の下面に被着させた個別電極配線４ｂに一度に、且つ強固に電気的接続されることとなり、その結果、画像装置の生産性及び信頼性が極めて優れたものとなる。
【００２５】
前記第２基板４  は酸化アルミニウム質焼結体や結晶化ガラス、石英、ガラスエポキシ樹脂等から成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体等の不透明材から成る場合には中央部に開口が設けられ、該開口が発光ダイオード素子アレイ３  とレンズ７  との光の通路を形成するための窓部４ａとなり、また結晶化ガラスや石英等の透明材から成る場合にはその中央領域がそのまま発光ダイオード素子アレイ３  とレンズ７  との光の通路を形成するための窓部４ａとなる。
【００２６】
尚、前記第２基板４  が酸化アルミニウム質焼結体等の不透明材から成る場合、第２基板４  の中央部にレーザー等を用いた穴あけ加工を施すことによって各発光ダイオード素子３ａが発する光をレンズ７  側に透過させる窓部４ａとしての開口が所定形状に形成される。
【００２７】
また前記第２基板４の下面に被着形成した個別電極配線４ｂは前記第１基板２  の上面に設けた共通電極配線２ａと同じ材料、同じ方法を採用することによって第２基板４  の下面に被着形成される。
【００２８】
更に前記第１  基板２  、発光ダイオード素子アレイ３  及び第２  基板４  から成る画像素子部材１  はその上部に一定距離を隔ててレンズ部材５  が併設されている。
【００２９】
前記レンズ部材５  は複数個の穴６ａが直線状に配列形成されているレンズプレート６  と複数個のレンズ７  とから成り、レンズプレート６  に設けた穴６ａにレンズ７  当接させるとともに接着剤を介し接着固定することによって形成されている。
【００３０】
前記レンズ部材５  のレンズプレート６  は上面に複数個のレンズ７  を所定の間隔で支持する支持部材として作用し、また穴６ａは発光ダイオード素子アレイ３  の各発光ダイオード素子３ａが発する光をレンズ７  へ透過させる作用を為す。
【００３１】
前記レンズプレート６  は、例えば結晶化ガラスや石英等の発光ダイオード素子アレイ３  が実装される第１基板２  と同じ材質で形成されており、レンズプレート６  を第１基板２  と同じ材質で形成しておくと画像形成装置として使用に供した際、レンズプレート６  と第１基板２  の両者に熱が印加されてもレンズプレート６  と第１基板２  とは略同一の量だけ熱膨張してレンズプレート６  に支持されている各レンズ７  と第１基板２  に実装されている各発光ダイオード素子アレイ３  との間に位置ズレが発生することはなく、その結果、各発光ダイオード素子３ａが発する光はレンズ７  を介して感光体Ｐ  面に正確、且つ鮮明に結像し、感光体Ｐ  により高品質の潜像を形成することが可能となる。
【００３２】
また前記レンズプレート６  に支持された各レンズ７  は各発光ダイオード素子３ａが発する光を感光体Ｐ  面に照射させる作用を為し、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂、或いはガラス等の透明無機物で形成されたレンズが好適に使用される。
【００３３】
前記各レンズ７  はその外表面の一部をレンズプレート６  にエポキシ樹脂系の弾性接着剤を介し接着することによってレンズプレート６  に所定間隔で直線状に接着される。
【００３４】
更に前記画像素子部材１及びレンズ部材５  はその各々をハウジング８  に固定させることによって各発光ダイオード素子アレイ３  と各レンズ７  とが所定距離を隔てて１  対１  に対応するように併設されている。
【００３５】
前記ハウジング８  はアルミダイカストやマグネシウムダイカスト等の金属材料や液晶ポリマー等の耐熱材料から成り、その上部に第１  規準面８ａを、下部に第２  規準面８ｂを有しており、ハウジング８  の第１  基準面８ａにレンズ部材５  のレンズプレート６  を、ハウジング８  の第  ２基準面８ｂに画像素子部材１  の第２基板４  を当接固定させることによって各発光ダイオード素子アレイ３  と各レンズ７  とは間に所定距離を隔てて１  対１  に対応するようになっている。
【００３６】
また前記ハウジング８  はその下部に位置決め部材８ｃが設けられており、該位置決め部材８ｃには前記第１基板２  及び第２基板４  の両方に設けた穴２ｂ、４ｃが挿通する。
【００３７】
前記ハウジング８  に設けた位置決め部材８ｃは第１基板２  と第２基板４  の位置合わせをする作用を為し、各発光ダイオード素子３ａの個別電極３２を第２基板４  に被着させた個別電極配線４ｂにフリップチップ接続により接続させる際、ハウジング８  に設けた位置決め部材８ｃに第２基板４  に設けた穴４ｃ及び発光ダイオード素子アレイ３  が実装された第１  基板２  に設けた穴２ｂを順次挿通させると、第２基板４  に被着させた個別電極配線４ｂが第１基板２  に実装された各発光ダイオード素子３ａの個別電極３２に簡単、且つ正確に対向当接することとなり、各発光ダイオード素子３ａの電極が数千あり、形状が極めて小さなものであるとしてもその全てを第２基板４  の所定の個別電極配線４ｂに一度に、正確に当接させることができ、その結果、各発光ダイオード素子３ａの電極と第２基板４  の個別電極配線４ｂとの間のフリップチップ接続に誤接続を生じることはなく、感光体Ｐ  に所望の潜像を形成することが可能となる。
【００３８】
尚、前記ハウジング８  は金属材料から成る場合は従来周知の金属鋳込み成形法を採用することによって、また液晶ポリマー等から成る場合は射出成形法を採用することによって所定形状に形成され、また位置決め部材８ｃはハウジング８  を形成する際に同時にハウジング８  の下部に形成される。
【００３９】
かくして、本発明の画像装置によれば画像素子部材１  の各発光ダイオード素子３ａに所定の電力を印加して各発光ダイオード素子３ａを個別に選択的に発光させ、該各発光ダイオード素子３ａが発光した光をレンズ部材５  のレンズ７  を介して外部の感光体Ｐ  面に結像させ、感光体Ｐ  に所定の潜像を形成することによって画像形成装置として機能する。
【００４０】
尚、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例ではレンズ部材５  として複数個の穴６ａが直線状に配列形成されているレンズプレート６  に複数個のレンズ７  を接着固定させたものを使用したが、これを棒状セルフフォーカシングレンズを多数配列させた、所謂、セルフォックレンズに変えてもよい。
【００４１】
さらに上述の実施例では光プリンタヘッド等の画像形成装置に使用する場合を例に採って説明したが、発光ダイオード素子アレイを個体撮像素子アレイに変えてイメージセンサ等の画像読み取り装置にも使用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の画像装置によれば、ハウジングに位置決め部材を設け、該位置決め部材で共通電極配線に画像素子アレイが実装されている第１基板と、個別電極配線及び窓部を有する第２基板とを位置合わせするようにしたことから、各画像素子アレイはその個別電極が数千あるとしてもその全てを第２基板の所定個別電極配線に一度に簡単に、正確に当接させることができ、その結果、画像素子アレイの各電極を所定の個別電極配線に正確、且つ強固に電気的接続するのを可能として画像装置の生産性及び信頼性を極めて優れたものとする。
更に本発明の画像装置によれば、前記第１基板と、ハウジングに取着されるレンズ部材のレンズプレートとを同じ材質で形成するようにしたことから、画像装置の使用に際し、レンズプレートと第１基板の両者に熱が印加されてもレンズプレートと第１基板とは略同一の量だけ熱膨張してレンズプレートに支持されている各レンズと第１基板に実装されている各画像素子アレイとの間に位置ズレが発生することはなく、この画像装置を光プリンタヘッド等の画像形成装置に使用した場合は、発光ダイオード素子が発する光をレンズを介して感光体面に正確、且つ鮮明に結像させ、感光体により高品質の潜像を形成することが可能となる。また一方、この画像装置をイメージセンサ等の画像読み取り装置に使用した場合は、外部からの画像情報をレンズを介して固体撮像素子アレイに正確に結像させることができ、画像情報に対応した正確な電気信号を発生させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像装置を画像形成装置としての光プリンタヘッドに採用した場合の一実施例を示す拡大縦断面図である。
【図２】図１の横断面図である。
【符号の説明】
１・・・・画像素子部材
２・・・・第１基板
２ａ・・・共通電極配線
３・・・・発光ダイオード素子アレイ
３ａ・・・発光ダイオード素子
４・・・・第２基板
４ａ・・・窓部
４ｂ・・・個別電極配線
５・・・・レンズ部材
７・・・・レンズ
８・・・・ハウジング
８ｃ・・・位置決め部材
３１・・・共通電極
３２・・・個別電極
【図１】
0003554022.tif 000002
【図２】
0003554022.tif 000003