JP2001143296A

JP2001143296A - 光源装置および光偏向走査装置

Info

Publication number: JP2001143296A
Application number: JP32044099A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kamimura; 秀明上村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2001-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ光を発生するレーザチップとコリメー
タレンズを有する光源装置の構成を簡略化する。【解決手段】レーザ光を発生するレーザチップ１１
は、サブマウント１２によって基台１０に搭載される。
基台１０は、フォトダイオード１３、レーザドライバチ
ップ１４、制御回路１５等が実装された基板であり、コ
リメータレンズ２１を保持するレンズホルダ２０は、封
止樹脂２２によって直接基台１０に封止固定される。コ
リメータレンズ２１とレンズホルダ２０は、レーザチッ
プ１１の酸化防止等のための密封手段を兼ねており、レ
ーザキャップやレーザホルダ等の部品を削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームプリ
ンタ、レーザファクシミリあるいは複写機等の画像記録
装置等に用いられる光源装置および光偏向走査装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームプリンタ、レーザファクシ
ミリ等の画像記録装置に搭載される光偏向走査装置に用
いられる光源装置は、半導体レーザと、これから発生さ
れたレーザ光を平行化して所定の断面形状のレーザ光を
得るためのコリメータレンズと、半導体レーザの駆動用
ＩＣ等を搭載した基板等を結合し、ユニット化したもの
である。

【０００３】光偏向走査装置においては、ユニット化さ
れた光源装置から発生されたレーザ光をシリンドリカル
レンズを経て回転多面鏡に照射し、得られた走査光を、
結像レンズや折り返しミラーを経て回転ドラム上の感光
体に結像させる。感光体に結像されるレーザ光は、回転
多面鏡の回転による主走査および回転ドラムの回転によ
る副走査に伴なって静電潜像を形成する。

【０００４】上記の光源装置、回転多面鏡、結像レン
ズ、折り返しミラー等は光学箱等の筐体に取り付けら
れ、筐体の上部開口はふたによって閉じられる。

【０００５】図６は一従来例による光源装置Ｅ₀ を示す
もので、レーザ光を発生させる光源である半導体レーザ
５１０と、その駆動用ＩＣ等を搭載する回路基板５１１
と、半導体レーザ５１０を保持するレーザホルダ５２０
と、その鏡筒部５２１に嵌着されたレンズホルダ５３０
を有し、これらをユニット化したうえで光学箱に組み付
ける。

【０００６】回路基板５１１は、半導体レーザ５１０の
リードピン５１０ａを貫通させる穴を有し、ビス止め等
の方法でレーザホルダ５２０に固着される。

【０００７】レンズホルダ５３０は、コリメータレンズ
５３１とアパーチャ５３２を保持するもので、これらに
よって、前記レーザ光を所定の断面形状の平行光束に整
える。

【０００８】半導体レーザ５１０を保持するレーザホル
ダ５２０と、コリメータレンズ５３１等を保持するレン
ズホルダ５３０は、該レンズホルダ５３０の内周部とレ
ーザホルダ５２０の鏡筒部５２１の隙間範囲内で径方向
に相対移動され、このようにして半導体レーザ５１０と
コリメータレンズ５３１との間の光軸合わせ、すなわち
レーザ光の照射位置調整を行なう。また、レンズホルダ
５３０を光軸方向に摺動させることで、コリメータレン
ズ５３１の焦点合わせ、すなわちピント調整を行なう。

【０００９】このような調整を完了したうえで、レンズ
ホルダ５３０とレーザホルダ５２０を接着等の公知の方
法で固着し、一体化して光源装置Ｅ₀ となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、コリメータレンズ５３１とアパーチャ
５３２を予めレンズホルダ５３０に固定する予備組立
が、ピント調整等の前に必要であった。

【００１１】また、半導体レーザ５１０の内部では、図
７に示すように、ステム５１２と実際の発光点であるレ
ーザチップ５１３は、マウント５１４、サブマウント５
１５を介して取り付けられており、発光量の制御を行な
うフォトダイオード５１６とともに、ガラス板５１７ａ
を有するレーザキャップ５１７内に密閉された複雑な構
成となっている。また、レーザチップ５１３のステム５
１２に対する位置は、部品としての半導体レーザごと
に、略数十μｍ程度のばらつきがある。

【００１２】半導体レーザ５１０の足の部分すなわちリ
ードピン５１０ａは、回路基板５１１にハンダ付けさ
れ、ステム５１２は、レーザホルダ５２０の取付穴に圧
入等で固定され、回路基板５１１は、レーザホルダ５２
０とビス等で固定されていた。

【００１３】このように、実際に発光するレーザチップ
５１３とコリメータレンズ５３１間の位置調整であるピ
ント調整や照射位置調整を行なう前に、レンズホルダや
レーザホルダ等の予備組立が必要であり、かなりの組立
工数を要していた。

【００１４】また、発光するレーザチップ５１３とコリ
メータレンズ５３１の間にいくつもの部品が介在してい
るために、各部品精度の積み上げで調整範囲が広くなっ
てしまい、調整工数も多く、コストアップの要因となっ
ていた。

【００１５】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、レーザチップを搭載
する基台（基板）に対して、レンズホルダと一体となっ
たコリメータレンズを直接位置決めするように構成する
ことで、部品点数が少なくて組立工程や調整工程におけ
る作業効率等も大幅に改善できる安価でしかも高性能な
光源装置および光偏向走査装置を提供することを目的と
するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光源装置は、レーザ光を発生するレーザチ
ップを搭載する基板と、コリメータレンズを保持するレ
ンズホルダと、該レンズホルダを前記基板に封止固定す
る固定手段を有し、前記レンズホルダ内に前記レーザチ
ップを密封するように構成されていることを特徴とす
る。

【００１７】レンズホルダが、レーザ光を整形するため
のアパーチャを有するとよい。

【００１８】基板上にレーザドライバチップが搭載さ
れ、レーザチップとともにレンズホルダ内に密封されて
いるとよい。

【００１９】固定手段が、レンズホルダを基板に接着す
る封止樹脂を有するとよい。

【００２０】

【作用】レーザチップをフォトダイオードやレーザドラ
イバチップ等とともに基板に搭載し、封止樹脂等を用い
て、コリメータレンズを保持するレンズホルダを直接基
板上に封止固定する。レンズホルダ内にレーザチップや
フォトダイオード等が密封されており、レーザチップを
封止するためのレーザキャップや、レーザチップを保持
するマウント、ステム等の部品をすべて省略できる。

【００２１】このように、レーザチップを搭載する基板
にコリメータレンズのレンズホルダを直接固定すること
で、光源装置の組立部品点数や組立工程数を大幅に削減
できるうえに、ピント調整や照射位置調整等の調整作業
も簡単で、部品の積み上げ誤差を排除して、調整時間の
短縮や、精度向上に大きく貢献できる。

【００２２】光源装置の部品コストや組立コストおよび
組立誤差等を低減し、光偏向走査装置の低価格化と高性
能化を促進できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００２４】図１は一実施の形態による光源装置Ｅ₁ を
示すもので、これは、レーザ駆動、出力モニタ等のレー
ザドライバ基板を兼ねた基板である基台１０を有し、基
台１０上には、レーザ光を発生するレーザチップ１１を
取り付けたサブマウント１２、レーザ出力をモニタする
ためのフォトダイオード１３、レーザドライバチップ１
４、制御回路１５等の電気回路部品等が設置されてい
る。

【００２５】レンズホルダ２０は、レーザ光を整形する
ためのアパーチャ２０ａを有し、先端には、コリメータ
レンズ２１が接着剤等で取り付けられている。レンズホ
ルダ２０は、基台１０に対する相対位置の調整、すなわ
ちコリメータレンズ２１のピント調整と照射位置調整を
行なったうえで、固定手段である封止樹脂２２により直
接基台１０に封止固定する。

【００２６】封止樹脂２２によってレンズホルダ２０を
基台１０に封止固定することで、基台１０上のレーザチ
ップ１１、サブマウント１２、フォトダイオード１３、
レーザドライバチップ１４等がレンズホルダ２０内に密
封される。

【００２７】従来例においては、レーザチップの酸化防
止のために、ガラス板を開口部としたレーザキャップに
より密閉していたが、この密封手段を、レンズホルダと
コリメータレンズによって構成することで、レーザチッ
プの酸化防止ができるだけでなく、必要部品点数を大幅
に削減することができる。また、レンズホルダ２０に直
接コリメータレンズ２１を接着しているため、この部分
でも部品削減とともに部品積み上げによる位置ズレを最
小にしている。

【００２８】レーザチップ１１とコリメータレンズ２１
の位置関係については、図２に示すように、レーザチッ
プ１１の発光点からコリメータレンズ２１までの距離を
Ｌ、コリメータレンズ２１の直径をＲとしたときに、以
下の関係が成立するように構成するのが望ましい。Ｌ＞
４．５×Ｒ

【００２９】すなわち、レンズのｆナンバーが４．５以
上となるように配設する。これよりもレーザチップとコ
リメータレンズ間が短くなると、レンズが複数枚必要と
なり、またレーザチップからの発光領域分布（ＦＦＰ：
ファーフィールドパターン）のばらつきで、ビーム外周
部での発光強度の変動があり、焦点深度が浅くなってし
まうことがあり、ピント調整規格をきびしくする必要が
ある。

【００３０】図３は調整時の動作フローである。まず、
レンズホルダを初期位置（Ａ）へ移動させる。そしてレ
ーザチップからレーザ光を射出させ、フォトダイオード
で出力をモニタしながら一定出力値になるようレーザド
ライバを駆動する。

【００３１】一定出力値に達したら、レンズホルダをレ
ーザ光の光軸に沿って移動させる。この移動中に一定間
隔でレーザ光を測定し、その照射位置とピーク光量を検
出する。レンズホルダの移動位置が所定の移動最終位置
（Ｂ）に達したら、照射位置算出結果に基づいて、レン
ズホルダをレーザ光の光軸と直交する方向へ移動させ
て、照射位置調整を行なう。また、一定間隔で測定した
それぞれの位置でのピーク光量データ値を処理して、レ
ンズホルダ移動量とピーク光量値の関係プロファイルか
らピントズレ量を算出し、ベストピント位置を決定す
る。

【００３２】照射位置、ピント位置ともに調整が終了し
たら、レンズホルダを基台に封止樹脂で固定する。この
ように封止樹脂による固定であるため、レンズホルダを
基台に固定するだけでなく、レンズホルダの位置調整を
自在に行なうことができる。

【００３３】図４はピント位置とレンズホルダ移動位置
の関係を示すもので、レンズホルダを初期位置Ａから一
定速度でレーザ光軸方向に位置Ｂまで移動させながら光
量値を測定し、プロットすると、レンズホルダの移動位
置と光量値のグラフは図のように山形となるので、その
山の頂点（＝ピーク光量最大値）の９０％となる位置
ａ、ｂを算出し、その中間点＝（ａ＋ｂ）／２をベスト
ピント位置とする。

【００３４】このレンズホルダ移動距離Ａ〜Ｂはレーザ
チップとコリメータレンズ間の設計値からのズレを小さ
くすることで短くできる。

【００３５】従来の光源装置の構造では、レーザチップ
からコリメータレンズまでの間に介在する部品が多く、
上記設計値からのズレが大きくなることがあり、具体的
には、レンズホルダの移動距離が±１ｍｍ以上になって
おり、調整時間がかかっていた。

【００３６】詳しく説明すると、図７の半導体レーザ５
１０においてはレーザチップ５１３はサブマウント５１
５に取り付けられ、さらにそのサブマウント５１５はマ
ウント５１４に取り付けられ、このマウント５１４をス
テム５１２に設置する構成であるから、レーザホルダ５
２０に取り付けられるステム５１２に対して２個の部品
を介してレーザチップ５１３が取り付けられ、ステム５
１２に対するレーザチップ５１３の位置は±８０μｍも
ずれていることがあり、そのために調整時間が長くなる
ことがあった。

【００３７】このようにずれた状態でピント位置精度±
５μｍ程度を要求する場合、ピント位置を検出するため
には多くのスキャン距離が必要となっていた。

【００３８】本実施の形態では、基台１０に設置された
サブマウント１２にレーザチップ１１を高精度に位置決
めして取り付けることができるうえに、予めコリメータ
レンズ２１を取り付けたレンズホルダ２０を基台１０に
対してさらに調整するので、レンズホルダ２０のスキャ
ン距離は従来例の１／１０以下で済むようになった。

【００３９】なお上記実施の形態では、レンズホルダに
予めコリメータレンズを取り付けておき、レンズホルダ
を調整後に基台に固定するようにしているが、予めレン
ズホルダを基台に固定し、コリメータレンズを調整後に
固定するようにしてもよい。

【００４０】図５は光偏向走査装置を示すもので、これ
は、前述の光源装置Ｅ₁ から発生された光ビーム（レー
ザビーム）を偏向走査手段である回転多面鏡１０３の反
射面に線状に集光させるシリンドリカルレンズ１０２を
有し、前記光ビームを回転多面鏡１０３の回転によって
偏向走査し、結像レンズ系１０４を経て回転ドラム１０
５上の感光体に結像させる。結像レンズ系１０４は球面
レンズ１０４ａ、トーリックレンズ１０４ｂ等を有し、
感光体に結像する点像の走査速度等を補正するいわゆる
ｆθ機能を有する。

【００４１】モータ１０３ａによって回転多面鏡１０３
が回転すると、その反射面は、回転多面鏡１０３の軸線
まわりに矢印で示すように等速で回転する。前述のよう
にシリンドリカルレンズ１０２によって集光される光ビ
ームの光路と回転多面鏡１０３の反射面の法線とがなす
角、すなわち該反射面に対する光ビームの入射角は、回
転多面鏡１０３の回転とともに経時的に変化し、同様に
反射角も変化するため、感光体上で光ビームが集光され
てできる点像は主走査方向に移動する。

【００４２】結像レンズ系１０４は、回転多面鏡１０３
において反射された光ビーム（走査光）を感光体上で所
定のスポット形状の点像に集光するとともに、該点像の
主走査方向への走査速度を等速に保つように設計され
る。

【００４３】感光体に結像する点像は、回転多面鏡１０
３の回転による主走査と、感光体を有する回転ドラム１
０５がその軸線まわりに回転することによる副走査に伴
なって、静電潜像を形成する。

【００４４】なお、図示しないが感光体の周辺には、感
光体の表面を一様に帯電するための帯電装置、感光体の
表面に形成される静電潜像をトナー像に顕像化するため
の現像装置、前記トナー像を記録紙等に転写する転写装
置等（不図示）が配置されており、光源装置Ｅ₁ から発
生する光ビームによる記録情報が記録紙等にプリントさ
れる。回転多面鏡１０３や結像レンズ系１０４は、図示
しない光学箱の底部に固定され、光源装置Ｅ₁ は、光学
箱の側壁に組み付けられる。

【００４５】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。

【００４６】レーザ光を発生する光源装置の構成を大幅
に簡略化し、組立部品点数や組立工程数の低減と、ピン
ト調整や照射位置調整等の精度と作業効率の向上に貢献
できる。このような光源装置を用いることで、光偏向走
査装置の低価格化と高性能化を促進できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態による光源装置を示す模式断面図
である。

【図２】レーザチップとコリメータレンズの離間距離と
コリメータレンズの直径の関係を説明する図である。

【図３】レンズホルダの調整手順を説明するフローチャ
ートである。

【図４】ベストピント位置を決定する方法を説明するグ
ラフである。

【図５】光偏向走査装置の説明図である。

【図６】一従来例による光源装置を示す模式断面図であ
る。

【図７】図６の装置の半導体レーザの構造を説明する図
である。

【符号の説明】

１０基台１１レーザチップ１２サブマウント１３フォトダイオード１４レーザドライバチップ２０レンズホルダ２１コリメータレンズ２２封止樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を発生するレーザチップを搭載
する基板と、コリメータレンズを保持するレンズホルダ
と、該レンズホルダを前記基板に封止固定する固定手段
を有し、前記レンズホルダ内に前記レーザチップを密封
するように構成されていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】レンズホルダが、レーザ光を整形するた
めのアパーチャを有することを特徴とする請求項１記載
の光源装置。
【請求項３】基板上にレーザドライバチップが搭載さ
れ、レーザチップとともにレンズホルダ内に密封されて
いることを特徴とする請求項１または２記載の光源装
置。
【請求項４】固定手段が、レンズホルダを基板に接着
する封止樹脂を有することを特徴とする請求項１ないし
３いずれか１項記載の光源装置。
【請求項５】基板上にフォトダイオードとレーザチッ
プの制御回路が搭載されていることを特徴とする請求項
１ないし４いずれか１項記載の光源装置。
【請求項６】基板に対するレンズホルダまたはコリメ
ータレンズの相対位置を調整することで、ピント調整と
照射位置調整を行なうように構成されていることを特徴
とする請求項１ないし５いずれか１項記載の光源装置。
【請求項７】請求項１ないし６いずれか１項記載の光
源装置と、該光源装置から発生されたレーザ光を偏向走
査する偏向走査手段を有する光偏向走査装置。