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JP4479357B2 - Light emitting element with lens, light emitting element array with lens, self-scanning light emitting element array, writing head and optical printer - Google Patents

Light emitting element with lens, light emitting element array with lens, self-scanning light emitting element array, writing head and optical printer Download PDF

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JP4479357B2 JP2004166560A JP2004166560A JP4479357B2 JP 4479357 B2 JP4479357 B2 JP 4479357B2 JP 2004166560 A JP2004166560 A JP 2004166560A JP 2004166560 A JP2004166560 A JP 2004166560A JP 4479357 B2 JP4479357 B2 JP 4479357B2
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秀史 永田
誠治 大野
功 村口
信幸 駒場
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Fujifilm Business Innovation Corp
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Description

本発明は、レンズ付き発光素子、特に光利用効率の向上に寄与するレンズ付き発光素子およびレンズ付き発光素子を用いた結像装置に関する。   The present invention relates to a light emitting element with a lens, in particular, a light emitting element with a lens that contributes to an improvement in light utilization efficiency, and an imaging apparatus using the light emitting element with a lens.

光プリンタの書込みヘッドの光学系は、LEDアレイを構成する各LED素子の光点の像を結像装置であるレンズアレイにより感光ドラム上に結像させるように設計されている。レンズアレイには、屈折率分布型ロッドレンズアレイが用いられる場合が多い。   The optical system of the write head of the optical printer is designed to form an image of the light spot of each LED element constituting the LED array on a photosensitive drum by a lens array which is an imaging device. In many cases, a gradient index rod lens array is used as the lens array.

従来の光プリンタに用いられるLEDアレイ,屈折率分布型ロッドレンズアレイ,感光ドラムの代表的な構成例を図1に示す。10はLED、12はロッドレンズアレイ、14は感光ドラムである。   FIG. 1 shows a typical configuration example of an LED array, a gradient index rod lens array, and a photosensitive drum used in a conventional optical printer. Reference numeral 10 denotes an LED, 12 denotes a rod lens array, and 14 denotes a photosensitive drum.

ロッドレンズアレイ12の実効的な口径角θが半角として17〜20゜であるのに対し、LED10は基本的にランバーシアン分布で発光しており、光利用効率は極めて低い。ランバーシアン分布で発光しているLEDの発光のうち、ロッドレンズアレイ12を介して感光ドラム14に伝達する光量は、およそ3〜5%に過ぎない。すなわち、LEDの発光量の95〜97%は利用できず、光利用効率が低いという問題があった。   While the effective aperture angle θ of the rod lens array 12 is 17 to 20 ° as a half angle, the LED 10 basically emits light with a Lambertian distribution, and the light utilization efficiency is extremely low. Of the light emitted from the LEDs emitting light with a Lambertian distribution, the amount of light transmitted to the photosensitive drum 14 via the rod lens array 12 is only about 3 to 5%. That is, there is a problem that 95 to 97% of the light emission amount of the LED cannot be used and the light use efficiency is low.

光利用効率を高めるために、LED発光部の直上にマイクロレンズアレイを配置して、LED発光の指向性を少しでも狭めることによって、ロッドレンズアレイの口径角内に入射する光線を増やそうとすることが考えられる。しかしながら、一般に、光プリンタに使用されるLEDアレイの発光部は、図2に示されるように、電極20が発光部22の領域に突き出て、中央付近を塞いでしまっており、その結果、図2に示されるように、発光部22の領域の形状は略U字形の形状をしている。これを、図3に示すような一般的なマイクロレンズアレイ18で指向性を狭めようとする場合、破線24で示すレンズの光軸近傍の光線を利用するのが望ましいが、レンズの光軸近傍は、ちょうど電極20の位置に対応してしまい、その結果、十分に光利用効率を向上できないという問題点がある。なお、図3において、16は、略U字形の発光部領域を有する発光素子を示している。   In order to increase the light utilization efficiency, a microlens array is arranged immediately above the LED light emitting section, and the directivity of the LED light emission is narrowed as much as possible, thereby increasing the light incident on the aperture angle of the rod lens array. Can be considered. However, in general, as shown in FIG. 2, the light emitting portion of the LED array used in the optical printer has the electrode 20 protruding into the region of the light emitting portion 22 so as to block the vicinity of the center. As shown in FIG. 2, the shape of the region of the light emitting portion 22 is substantially U-shaped. When it is intended to narrow the directivity with a general microlens array 18 as shown in FIG. 3, it is desirable to use a light beam in the vicinity of the optical axis of the lens indicated by a broken line 24, but in the vicinity of the optical axis of the lens. Corresponds to the position of the electrode 20, and as a result, there is a problem that the light utilization efficiency cannot be sufficiently improved. In FIG. 3, reference numeral 16 denotes a light emitting element having a substantially U-shaped light emitting portion region.

マイクロレンズアレイを備えたLEDアレイは、下記特許文献1,2,3に記載されているが、これら問題点は検討されておらず、したがってマイクロレンズの形状に関するものではない。   The LED array provided with the microlens array is described in the following Patent Documents 1, 2, and 3. However, these problems have not been studied, and thus are not related to the shape of the microlens.

以上のような問題は、LEDのみならず、その他の発光素子にもあてはまることである。
特開平9−109455号公報 特開2000−347317号公報 特開2001−36144号公報
The above problems apply not only to LEDs but also to other light emitting elements.
JP-A-9-109455 JP 2000-347317 A JP 2001-36144 A

本発明の目的は、レンズアレイを用いて感光ドラム上に発光素子アレイの発光部の像を結像させる、いわゆる光プリンタに使用する発光素子アレイの光利用効率を向上させることにある。   An object of the present invention is to improve the light use efficiency of a light emitting element array used in a so-called optical printer, in which an image of a light emitting portion of a light emitting element array is formed on a photosensitive drum using a lens array.

本発明の他の目的は、光利用効率を向上させたレンズ付き発光素子を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a light-emitting element with a lens with improved light utilization efficiency.

本発明のさらに他の目的は、光利用効率を向上させたレンズ付き発光素子アレイを提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a light emitting element array with a lens with improved light utilization efficiency.

本発明のさらに他の目的は、レンズ付発光素子またはレンズ付発光素子アレイを有する結像装置を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide an imaging apparatus having a light emitting element with lens or a light emitting element array with lens.

本発明のさらに他の目的は、このようなレンズ付き発光素子アレイあるいは結像装置を用いた書込みヘッドを提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a writing head using such a lens-equipped light emitting element array or an imaging apparatus.

本発明のさらに他の目的は、このような書込みヘッドを備える光プリンタを提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide an optical printer having such a write head.

本発明のレンズ付き発光素子は、半導体基板上に発光部領域を有する発光素子と、前記発光部領域を覆う反射防止膜と、前記発光素子上の前記反射防止膜表面に設けられたレンズとを備えている。前記反射防止膜は単層膜であり、その屈折率は前記発光部領域の屈折率と前記レンズを構成する樹脂の屈折率との中間の値を有している。   The light emitting element with a lens of the present invention includes a light emitting element having a light emitting part region on a semiconductor substrate, an antireflection film covering the light emitting part region, and a lens provided on the surface of the antireflection film on the light emitting element. I have. The antireflection film is a single layer film, and its refractive index has an intermediate value between the refractive index of the light emitting portion region and the refractive index of the resin constituting the lens.

なお、比較的屈折率の大きな樹脂を用いてレンズを形成すれば、発光部上に直接レンズを形成して使用することもできる。   If the lens is formed using a resin having a relatively large refractive index, the lens can be formed directly on the light emitting portion.

本発明のレンズ付き発光素子のレンズは、単一の球面レンズではなく、複数の球面レンズ、または複数の球面レンズおよびシリンドリカルレンズを組合せた複合レンズである。   The lens of the light-emitting element with a lens of the present invention is not a single spherical lens but a multiple spherical lens or a composite lens in which a plurality of spherical lenses and a cylindrical lens are combined.

このような複合レンズの設計は、以下のようにして行う。   Such a compound lens is designed as follows.

(1)発光素子の発光強度の極大位置を結ぶ曲線あるいは折れ線上にまたはその線に隣接した位置にレンズの中心が位置する複数の球面レンズの一部分を隣接配置した複合レンズ、または、その線に沿った軸を持った曲線状または折れ線状シリンドリカルレンズの一部分を隣接配置した複合レンズ、または、球面レンズの一部分およびシリンドリカルレンズの一部分を組合せた複合レンズである。   (1) A compound lens in which a part of a plurality of spherical lenses having the center of the lens located adjacent to a curve or a broken line connecting the maximum positions of light emission intensity of the light emitting element or adjacent to the line, or to the line It is a compound lens in which a part of a curved or polygonal cylindrical lens having an axis along the axis is adjacently arranged, or a compound lens in which a part of a spherical lens and a part of a cylindrical lens are combined.

(2)発光素子の発光強度の極大位置を結ぶ曲線あるいは折れ線が、略U字形状である場合、略U字の3つの線分の各両端またはその近傍に球面レンズの一部分を設け、その中間部分にシリンドリカルレンズを設け、それらを互いに隣接配置した複合レンズである。
なお、ここに略U字形状とは、発光素子の発光強度の極大位置を結ぶ曲線あるいは折れ線が、全体として略U字形をなしていることを単に表している。
(2) When the curve or broken line connecting the maximum positions of the light emission intensity of the light emitting element is substantially U-shaped, a part of the spherical lens is provided at each end of the substantially U-shaped three line segments or in the vicinity thereof. This is a compound lens in which a cylindrical lens is provided in a portion and these are arranged adjacent to each other.
Here, the substantially U-shape simply represents that a curve or a broken line connecting the maximum positions of the light emission intensity of the light-emitting element is substantially U-shaped as a whole.

(3)上記(2)と同様の発光素子の場合、略U字形状をなす3つの線分の中間位置近傍に中心が位置する3つの球面レンズの一部分を設け、それらを互いに隣接配置した複合レンズである。   (3) In the case of a light emitting device similar to (2) above, a composite is provided in which a part of three spherical lenses whose centers are located in the vicinity of the middle position of three substantially U-shaped line segments are arranged adjacent to each other. It is a lens.

したがって、本発明のレンズ付き発光素子は、発光部領域を有する発光素子と、前記発光素子上に設けられ、前記発光部領域での発光強度の極大位置を結ぶ線上にまたはその線に隣接した位置に、レンズの中心が位置する複数の球面レンズの一部分が隣接配置された、または前記線に沿った軸を有する複数のシリンドリカルレンズの一部分が隣接配置された、または前記球面レンズの一部分およびシリンドリカルレンズの一部分が隣接配置された複合レンズとを備えている。   Therefore, the lens-equipped light emitting device of the present invention is located on or adjacent to a line connecting a light emitting element having a light emitting part region and a maximum position of light emission intensity in the light emitting part region. In addition, a part of a plurality of spherical lenses in which the center of the lens is located are arranged adjacent to each other, or a part of a plurality of cylindrical lenses having an axis along the line is arranged adjacent to each other, or a part of the spherical lenses and the cylindrical lens A part of which is adjacently disposed.

前記発光部領域での発光強度の極大位置を結ぶ線が、3つの線分よりなる略U字形である場合には、前記複合レンズは、各線分の両端またはその近傍に中心が位置する4つの球面レンズの一部分と、各線分の中間部において、前記線に平行な軸を有する3つのシリンドリカルレンズの一部分とが隣接配置されている。   In the case where the line connecting the maximum positions of the light emission intensity in the light emitting part region is substantially U-shaped consisting of three line segments, the compound lens has four centers whose centers are located at or near both ends of each line segment. A part of the spherical lens and a part of three cylindrical lenses having an axis parallel to the line are arranged adjacent to each other in the middle of each line segment.

また、前記発光部領域での発光強度の極大位置を結ぶ線が、3つの線分よりなる略U字形である場合には、前記複合レンズは、各線分の中間位置近傍に中心が位置する3つの球面レンズの一部分が隣接配置されている。   Further, when the line connecting the maximum positions of the light emission intensity in the light emitting portion area is substantially U-shaped consisting of three line segments, the center of the compound lens is located near the middle position of each line segment. A part of two spherical lenses are arranged adjacent to each other.

また、本発明は、発光素子の発光部領域の形状を、発光パターン形状変換素子および結像素子を介して、被結像面上に結像する結像装置であって、前記発光部領域の形状は、略U字形であり、前記被結像面上に形成された、前記発光部領域に対応する像の形状は、略単峰形状になっていることを特徴とする。   The present invention also relates to an imaging apparatus that forms an image on the imaging surface of the light emitting part region of the light emitting element via the light emitting pattern shape converting element and the imaging element. The shape is substantially U-shaped, and the shape of the image corresponding to the light emitting portion region formed on the imaging surface is substantially unimodal.

発光パターン形状変換素子には、上述した複合レンズを利用することができる。   The above-described compound lens can be used for the light emitting pattern shape conversion element.

本発明のレンズ付き発光素子によれば、反射防止膜を備えているので、光透過率は大きくなり、光の取り出し効率は増大する。また、レンズを複合レンズにすることにより、ランバーシアン分布で発光する光の利用効率を高めることができる。また、本発明のレンズアレイ付き発光素子アレイを用いる結像装置によれば、発光光線を有効に結像素子に導くことができて、光利用効率を大幅に向上させることができる。   According to the light emitting element with a lens of the present invention, since the antireflection film is provided, the light transmittance is increased, and the light extraction efficiency is increased. In addition, by using a compound lens as the lens, it is possible to improve the utilization efficiency of light emitted with a Lambertian distribution. Moreover, according to the imaging apparatus using the light emitting element array with the lens array of the present invention, the emitted light can be effectively guided to the imaging element, and the light utilization efficiency can be greatly improved.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明のレンズ付き発光素子は、図4(A)に示すように、LEDの略U字形の発光部22に対して、その上に、発光パターン変換素子である複合レンズ30を設ける。   As shown in FIG. 4A, the light-emitting element with a lens of the present invention is provided with a compound lens 30 that is a light-emitting pattern conversion element on the light-emitting portion 22 of the substantially U-shaped LED.

略U字形の発光部の発光強度の極大位置を結ぶと、折れ線32が形成される。この折れ線32の3つの線分の各両端またはその近傍に中心が位置する4つの球面レンズの一部分を設け、その中間部分に3つの各線分に平行な軸を有する3つのシリンドリカルレンズの一部分を設け、それらを互いに隣接配置して複合レンズ30が形成される。   A polygonal line 32 is formed by connecting the maximum light emission intensity positions of the substantially U-shaped light emitting portion. A part of four spherical lenses whose centers are located at or near both ends of the three line segments of the broken line 32 are provided, and a part of three cylindrical lenses having axes parallel to the three line segments are provided at the middle part thereof. The compound lens 30 is formed by arranging them adjacent to each other.

このような複合レンズの材料には、エポキシ系またはアクリル系の樹脂が用いられる。   Epoxy or acrylic resins are used as materials for such compound lenses.

図4(B)は、複合レンズ30の構造を示す平面図である。図中、点33,34,35,36は、図4(A)に示す略U字形折れ線32の3つの線分32a,32b,32cの各両端を示す。複合レンズ30は、点33を中心とする球面レンズの一部分43と、点34を中心とする球面レンズの一部分44と、点35を中心とする球面レンズの一部分45と、点36を中心とする球面レンズの一部分46とを有している。複合レンズ30は、さらに、線分32aに平行な軸を有するシリンドリカルレンズ48の一部分と、線分32bに平行な軸を有するシリンドリカルレンズ50の一部分と、線分32cに平行な軸を有するシリンドリカルレンズ52の一部分とを有している。これら4つの球面レンズの一部分と、3つのシリンドリカルレンズの一部分とは、図示のように隣接配置されている。   FIG. 4B is a plan view showing the structure of the compound lens 30. In the figure, points 33, 34, 35, and 36 indicate the respective ends of the three line segments 32a, 32b, and 32c of the substantially U-shaped broken line 32 shown in FIG. The compound lens 30 is centered on a portion 43 of a spherical lens centered on a point 33, a portion 44 of a spherical lens centered on a point 34, a portion 45 of a spherical lens centered on a point 35, and a point 36. A portion 46 of a spherical lens. The compound lens 30 further includes a part of the cylindrical lens 48 having an axis parallel to the line segment 32a, a part of the cylindrical lens 50 having an axis parallel to the line segment 32b, and a cylindrical lens having an axis parallel to the line segment 32c. 52. A part of these four spherical lenses and a part of the three cylindrical lenses are arranged adjacent to each other as shown.

図4(B)には、複合レンズの形状を理解させるために、X−X′線断面図およびY−Y′線断面図も示している。   FIG. 4B also shows an XX ′ line cross-sectional view and a YY ′ line cross-sectional view for understanding the shape of the compound lens.

このように複合レンズ30は、略U字形発光部22の各部に球面レンズの光軸中心、または、シリンドリカルレンズの軸を一致させ、その球面レンズの一部分と、シリンドリカルレンズとを複合した特殊な形状のレンズである。   As described above, the compound lens 30 has a special shape in which each part of the substantially U-shaped light-emitting portion 22 is aligned with the center of the optical axis of the spherical lens or the axis of the cylindrical lens, and a part of the spherical lens is combined with the cylindrical lens. The lens.

このような、略U字形の発光部形状に合わせた複合レンズを用いた結像装置を図5に示す。この結像装置は、発光素子16と、発光パターン変換素子(複合レンズ)30と、結像素子(ロッドレンズアイ)12とを備えている。   FIG. 5 shows an image forming apparatus using such a compound lens having a substantially U-shaped light emitting portion shape. The image forming apparatus includes a light emitting element 16, a light emitting pattern conversion element (compound lens) 30, and an image forming element (rod lens eye) 12.

略U字形発光部の各部分ごとに、複合レンズの各部分を用いて、発光光線を光軸方向、すなわち、結像素子であるロッドレンズの方向に屈折させることができて、ロッドレンズの方向にランバーシアン発光の指向性を狭めることが可能になる。   For each part of the substantially U-shaped light emitting part, each part of the compound lens can be used to refract the emitted light beam in the optical axis direction, that is, in the direction of the rod lens that is the imaging element. In addition, the directivity of Lambertian emission can be reduced.

本実施例の複合レンズアレイ30を用いて、ロッドレンズアレイ12を介して、被結像面である感光ドラム14上に形成した、光スポットであるLEDの画素像の光量分布を図6(A)に示す。複合レンズのない場合の光量分布(図6(B))に対して、画素中心部分の光量の低部分が消失し、良好な略単峰形状の分布となった。このときの光量を測定したところ、複合レンズのない場合に比べて、1.7倍の明るさとなった。   FIG. 6A shows a light amount distribution of a pixel image of an LED, which is a light spot, formed on the photosensitive drum 14 that is the imaging surface via the rod lens array 12 using the compound lens array 30 of the present embodiment. ). Compared to the light amount distribution without the compound lens (FIG. 6B), the low light amount portion at the center of the pixel disappears, and the distribution has a good substantially single peak shape. When the amount of light at this time was measured, it was 1.7 times as bright as the case without the compound lens.

また、光パターン変換素子を有することによって焦点深度が深くなり、結像素子と被結像面の位置合わせ精度が緩和できた。   Further, by having the light pattern conversion element, the depth of focus becomes deep, and the alignment accuracy between the imaging element and the imaging surface can be relaxed.

以上、本発明の実施例によって、本発明のレンズ付き発光素子の光利用効率向上効果が確認できた。また、本発明の結像装置の光利用効率および実装精度の緩和向上効果が確認できた。   As described above, according to the example of the present invention, the light use efficiency improvement effect of the light emitting element with a lens of the present invention was confirmed. In addition, the light utilization efficiency and the mounting accuracy improvement effect of the imaging apparatus of the present invention were confirmed.

なお、本発明の複合レンズは、例えば、図7に示されるような、略U字形発光部22の上に、各々中心を位置させた3つの球面レンズの一部分を、「三つ葉のクローバ」のような形状に組合せたような形状であっても、同様な効果が得られる。   In the compound lens of the present invention, for example, as shown in FIG. 7, a part of three spherical lenses each centered on a substantially U-shaped light-emitting portion 22 is like a “three-leaf clover”. The same effect can be obtained even if the shape is combined with any other shape.

このような複合レンズは、次のようにして設計される。略U字形のLED発光部の発光強度の極大位置を結ぶと、折れ線32が形成される。この折れ線32の3つの線分の中間位置近傍に中心53,54,56が位置する3つの球面レンズ63,64,66の一部分を設け、それらを互いに隣接配置する。   Such a compound lens is designed as follows. A polygonal line 32 is formed by connecting the maximum light emission intensity positions of the substantially U-shaped LED light emitting section. A part of three spherical lenses 63, 64, and 66 having centers 53, 54, and 56 positioned near the middle position of the three line segments of the broken line 32 are provided adjacent to each other.

一般に、光半導体素子の発光部の屈折率は3.2〜3.7であり、特にLEDプリンタに使用されるLEDのGaAs系半導体の屈折率は3.3〜3.6である。この半導体から発光する光をそのまま空気中に出すと、空気との界面での反射により光の取り出し効率が著しく減少する。また、複合レンズの樹脂の屈折率も半導体の屈折率に比べて一般に小さいので、半導体と樹脂の界面で反射が生じる。   In general, the refractive index of the light emitting portion of the optical semiconductor element is 3.2 to 3.7, and in particular, the refractive index of the GaAs semiconductor of the LED used in the LED printer is 3.3 to 3.6. If the light emitted from the semiconductor is taken out into the air as it is, the light extraction efficiency is significantly reduced due to reflection at the interface with the air. Further, since the refractive index of the resin of the compound lens is generally smaller than the refractive index of the semiconductor, reflection occurs at the interface between the semiconductor and the resin.

本発明においては光の利用効率を高める目的で樹脂レンズを設けているので、界面の反射によって光の取り出し効率が減少しては、その効果が失われてしまう。そこで、樹脂レンズの屈折率を考慮し、光の取り出し効率が低下しないような手段を施す必要がある。本発明では、発光部と樹脂レンズとの界面での反射を小さくするため、発光部表面に透明誘電体よりなる反射防止膜を設ける。   In the present invention, since the resin lens is provided for the purpose of increasing the light utilization efficiency, the effect is lost if the light extraction efficiency decreases due to reflection at the interface. Therefore, in consideration of the refractive index of the resin lens, it is necessary to provide means for preventing the light extraction efficiency from decreasing. In the present invention, in order to reduce reflection at the interface between the light emitting part and the resin lens, an antireflection film made of a transparent dielectric is provided on the surface of the light emitting part.

図8は、このような反射防止膜を設けたレンズ付き発光素子の実施例の断面を示す。   FIG. 8 shows a cross section of an example of a light-emitting element with a lens provided with such an antireflection film.

LEDは、GaAs基板90上に、n−AlGaAs層91とp−AlGaAs層92とが成長され、p側電極93,n側電極94が形成されて構成されている。LEDの発光部表面上には、反射防止膜として屈折率が1.8〜2.1のSiN膜95を1層形成し、さらに樹脂レンズ96を形成した。   The LED is configured by growing an n-AlGaAs layer 91 and a p-AlGaAs layer 92 on a GaAs substrate 90 and forming a p-side electrode 93 and an n-side electrode 94. One layer of SiN film 95 having a refractive index of 1.8 to 2.1 was formed as an antireflection film on the light emitting portion surface of the LED, and a resin lens 96 was further formed.

本実施例で用いたAlGaAs発光部の屈折率は3.5〜3.6であり、SiN膜の屈折率は1.8〜2.1であり、樹脂レンズの屈折率は、1.47〜1.7である。   The refractive index of the AlGaAs light emitting part used in this example is 3.5 to 3.6, the refractive index of the SiN film is 1.8 to 2.1, and the refractive index of the resin lens is 1.47 to 1.7.

AlGaAs発光部の屈折率が3.5〜3.6の場合、発光波長780nmに対する反射防止条件に対応するSiN膜の膜厚は、96〜99nm(または470〜490nm)である。このSiN膜の形成により、光透過率は93%以上が得られた。このときの光量を測定したところ、レンズのない場合に比べて、2.2倍の明るさが得られた。   When the refractive index of the AlGaAs light emitting part is 3.5 to 3.6, the thickness of the SiN film corresponding to the antireflection condition for the emission wavelength of 780 nm is 96 to 99 nm (or 470 to 490 nm). With the formation of this SiN film, a light transmittance of 93% or more was obtained. When the amount of light at this time was measured, the brightness was 2.2 times that obtained without the lens.

上記実施例においては、反射防止膜としてSiN膜を用いたが、これに限られない。屈折率が発光部の屈折率と樹脂レンズの屈折率の中間の値をもつ透明な材料であれば使用できる。また、反射防止膜は単層膜には限られず、複数の積層膜で構成してもよい。   In the above embodiment, the SiN film is used as the antireflection film, but the present invention is not limited to this. Any transparent material having a refractive index intermediate between the refractive index of the light emitting portion and the refractive index of the resin lens can be used. The antireflection film is not limited to a single layer film, and may be composed of a plurality of laminated films.

また、比較的屈折率の大きな樹脂を用いてレンズを形成すれば、発光部からの発光を直接空気中に取り出す場合に比べて半導体表面での反射は小さくなる。したがって反射防止膜を設けず、発光部上に直接レンズを形成して使用することもできる。   In addition, if the lens is formed using a resin having a relatively large refractive index, the reflection on the semiconductor surface becomes smaller than when the light emitted from the light emitting portion is directly taken out into the air. Therefore, a lens can be directly formed on the light emitting portion without using an antireflection film.

実施例1では、発光素子アレイとして、LEDアレイの場合について説明した。   In the first embodiment, the case of the LED array as the light emitting element array has been described.

本実施例では、発光素子アレイとして、いわゆる「自己走査型発光素子アレイ」を用いた。この場合も、上記と同様の光利用効率向上効果が確認できた。   In this example, a so-called “self-scanning light-emitting element array” was used as the light-emitting element array. Also in this case, the same light use efficiency improvement effect as above was confirmed.

自己走査型発光素子アレイは、発光素子アレイの構成要素としてpnpn構造を持つ発光サイリスタを用い、発光素子の自己走査が実現できるように構成したものであり、特開平1−238962号公報、特開平2−14584号公報、特開平2−92650号公報、特開平2−92651号公報に開示されている。   The self-scanning light-emitting element array uses a light-emitting thyristor having a pnpn structure as a component of the light-emitting element array, and is configured so that self-scanning of the light-emitting element can be realized. No. 2-14584, JP-A-2-92650, and JP-A-2-92651.

また、特開平2−263668号には、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が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2-263668 discloses a self-scanning light emitting element array having a structure in which a transfer element array is used as a shift unit and separated from a light emitting element array as a light emitting unit.

図9に、分離タイプの自己走査型発光素子アレイの等価回路図を示す。この自己走査型発光素子アレイは、転送用サイリスタT1 ,T2 ,T3 ,…、書込み用発光サイリスタL1 ,L2 ,L3 ,…からなる。シフト部の構成は、ダイオード接続を用いている。VGKは電源(通常5V)であり、電源ライン72から各負荷抵抗RL を経て各転送用サイリスタのゲート電極G1 ,G2 ,G3 ,…に接続されている。また、転送用サイリスタのゲート電極G1 ,G2 ,G3 ,…は、書込み用発光サイリスタのゲート電極にも接続される。転送用サイリスタT1 のゲート電極にはスタートパルスφS が加えられ、転送用サイリスタのアノード電極には、交互に転送用クロックパルスφ1,φ2が加えられる。これらクロックパルスは、クロックパルスライン74,76を経て供給される。書込み用発光サイリスタのアノード電極には、信号ライン78を経て、書込み信号φI が加えられている。 FIG. 9 shows an equivalent circuit diagram of a separation type self-scanning light emitting element array. This self-scanning light emitting element array is composed of transfer thyristors T 1 , T 2 , T 3 ,... And write light emitting thyristors L 1 , L 2 , L 3 ,. The configuration of the shift unit uses a diode connection. V GK is a power supply (normally 5V), the gate electrode G 1 of the transfer thyristor from the power supply line 72 via respective load resistor R L, G 2, G 3 , and is connected to .... Further, the gate electrodes G 1 , G 2 , G 3 ,... Of the transfer thyristor are also connected to the gate electrode of the write light-emitting thyristor. The gate electrode of the transfer thyristor T 1 is the start pulse phi S is applied to the anode electrode of the transfer thyristor, transfer clock pulses φ1 alternately, .phi.2 is applied. These clock pulses are supplied via clock pulse lines 74 and 76. A writing signal φ I is applied to the anode electrode of the writing light-emitting thyristor via a signal line 78.

図10に、このような自己走査型発光素子アレイのチップ80を示す。チップ両端にボンディングパッド82が設けられ、発光用サイリスタの発光部(略U字形)84がチップの縁部に沿って直線状に配列されている。なお、転送用サイリスタアレイは、図示を省略してある。   FIG. 10 shows a chip 80 of such a self-scanning light emitting element array. Bonding pads 82 are provided at both ends of the chip, and light emitting portions (substantially U-shaped) 84 of the light emitting thyristor are arranged linearly along the edge of the chip. The transfer thyristor array is not shown.

本発明は、以上のような自己走査型発光素子アレイの発光用サイリスタアレイに適用できる。複合レンズアレイを設けた発光用サイリスタアレイの一部拡大図を図11に示す。この拡大部分は、図10に点線で囲った部分に相当している。図12に、図11の側面を示す。   The present invention can be applied to the light emitting thyristor array of the self-scanning light emitting element array as described above. FIG. 11 is a partially enlarged view of a light emitting thyristor array provided with a compound lens array. This enlarged portion corresponds to a portion surrounded by a dotted line in FIG. FIG. 12 shows a side view of FIG.

図11および図12から、発光用サイリスタの略U字形の発光部84のアレイ上に、実施例1で説明した複合レンズ30よりなるアレイが設けられていることがわかるであろう。   From FIG. 11 and FIG. 12, it will be understood that an array of the compound lens 30 described in the first embodiment is provided on an array of light emitting portions 84 of a substantially U-shape of the light emitting thyristor.

従来の光プリンタに用いられるLEDアレイ,屈折率分布型ロッドレンズアレイ,感光ドラムの代表的な構成例を示す図である。It is a figure which shows the typical structural example of the LED array used for the conventional optical printer, a gradient index rod lens array, and a photosensitive drum. 発光部領域の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of a light emission part area | region. 従来のレンズ付きLEDアレイを用いた場合の感光ドラムへの光線の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the light ray to the photosensitive drum at the time of using the conventional LED array with a lens. 本発明のレンズ付き発光素子の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the light emitting element with a lens of this invention. 本発明の結像装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the imaging device of this invention. 複合レンズアレイを用いて、ロッドレンズを介して感光ドラム上に形成した、LEDの画素像の光量分布を示す図である。It is a figure which shows the light quantity distribution of the pixel image of LED formed on the photosensitive drum through the rod lens using the compound lens array. 本発明のレンズ付き発光素子の他の実施例を示す図である。It is a figure which shows the other Example of the light emitting element with a lens of this invention. 反射防止膜を形成したレンズ付き発光素子の断面図である。It is sectional drawing of the light emitting element with a lens in which the antireflection film was formed. 自己走査型発光素子アレイの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of a self-scanning light emitting element array. 自己走査型発光素子アレイのチップを示す図である。It is a figure which shows the chip | tip of a self-scanning light emitting element array. 複合レンズアレイを設けた発光用サイリスタアレイの一部拡大図である。It is a partially enlarged view of a light emitting thyristor array provided with a compound lens array. 図11の側面図である。It is a side view of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 LED
12 ロッドレンズアレイ
14 感光ドラム
18 マイクロレンズアレイ
20 電極
22 発光部
30 複合レンズ
32 折れ線
43,44,45,46 球面レンズの一部分
48,50,52 シリンドリカルレンズの一部分
72 電源ライン
74,76 クロックパルスライン
78 信号ライン
80 チップ
82 ボンディングパッド
84 発光用サイリスタの発光部
90 AlGaAs基板
91 n−AlGaAs層
92 p−AlGaAs層
93 p側電極
94 n側電極
95 SiN膜
10 LED
12 Rod lens array 14 Photosensitive drum 18 Micro lens array 20 Electrode 22 Light emitting part 30 Compound lens 32 Polygonal line 43, 44, 45, 46 Part of spherical lens 48, 50, 52 Part of cylindrical lens 72 Power supply line 74, 76 Clock pulse line 78 Signal line 80 Chip 82 Bonding pad 84 Light emitting portion of light emitting thyristor 90 AlGaAs substrate 91 n-AlGaAs layer 92 p-AlGaAs layer 93 p-side electrode 94 n-side electrode 95 SiN film

Claims (10)

半導体基板上に発光部領域を有する発光素子と、
前記発光素子上に設けられたレンズと、を備え、
前記レンズは、
前記発光素子上に設けられ、突き出て配される電極により略U字形をなす発光部領域の当該発光部領域上で略U字形をなすように結ばれる折れ線である3つの線分の両端またはその近傍に中心が位置する4つの球面レンズの一部分と、各線分の中間部において、前記線分に平行な軸を有する3つのシリンドリカルレンズの一部分とが隣接配置されている複合レンズである、
レンズ付き発光素子。
A light emitting element having a light emitting region on a semiconductor substrate;
A lens provided on the light emitting element,
The lens is
Both ends of three line segments that are broken lines connected to form a substantially U shape on the light emitting part region of the light emitting part region provided on the light emitting element and projectingly arranged to form a substantially U shape. A compound lens in which a part of four spherical lenses whose centers are located in the vicinity and a part of three cylindrical lenses having an axis parallel to the line segment are arranged adjacent to each other in the middle of each line segment .
Light emitting element with lens.
前記複合レンズは樹脂よりなる、請求項に記載のレンズ付き発光素子。 The compound lens is made of resin, the lens with the light-emitting device according to claim 1. 発光部領域を有する発光素子と、
前記発光素子上に設けられ、突き出て配される電極により略U字形をなす発光部領域の当該発光部領域上で略U字形をなすように結ばれる折れ線である3つの線分の両端またはその近傍に中心が位置する4つの球面レンズの一部分と、各線分の中間部において、前記線分に平行な軸を有する3つのシリンドリカルレンズの一部分とが隣接配置されている複合レンズと、
を備えるレンズ付き発光素子。
A light emitting element having a light emitting portion region;
Both ends of three line segments that are broken lines connected to form a substantially U shape on the light emitting part region of the light emitting part region provided on the light emitting element and projectingly arranged to form a substantially U shape. a portion of four spherical lenses centered near positioned in the intermediate portion of each line segment, a portion of three cylindrical lenses and a compound lens which is disposed adjacent with an axis parallel to the line segment,
A light-emitting element with a lens.
前記複合レンズは樹脂よりなる、請求項に記載のレンズ付き発光素子。 The light-emitting element with a lens according to claim 3 , wherein the compound lens is made of resin. 請求項1〜のいずれかに記載のレンズ付き発光素子を複数個、直線状に配列したレンズ付き発光素子アレイ。 Lens attached light-emitting element array in which a lens-attached light-emitting element described plurality, linearly to claim 1-4. 前記発光素子は発光ダイオードである、請求項に記載のレンズ付き発光素子アレイ。 The light emitting element array with a lens according to claim 5 , wherein the light emitting element is a light emitting diode. 前記発光素子は発光サイリスタである、請求項に記載のレンズ付き発光素子アレイ。 The light emitting element array with a lens according to claim 5 , wherein the light emitting element is a light emitting thyristor. 請求項に記載のレンズ付き発光素子アレイを含む、自己走査型発光素子アレイ。 A self-scanning light-emitting element array comprising the lens-equipped light-emitting element array according to claim 7 . 請求項5、6または7に記載のレンズ付き発光素子アレイを有する書込みヘッド。 A writing head comprising the light emitting element array with a lens according to claim 5, 6 or 7 . 請求項に記載の書込みヘッドを備える光プリンタ。 An optical printer comprising the write head according to claim 9 .
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