JP2012103318A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化が生じても、光源がコリメータレンズに対してずれることを抑制できる光源装置を提供することである。
【解決手段】光源１２は、ビームを放射する。ホルダ１４は、光源１２がｘ軸方向の正方向側から圧入されることにより、光源１２を保持している。ホルダ１６は、ホルダ１４を保持しており、光源１２に対してｘ軸方向の正方向側から接触している基準面Ｓ６を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置に関し、特に、光走査装置に用いられる光源装置に関する。

従来の光源装置としては、例えば、特許文献１に記載の光源装置が知られている。図７は、特許文献１に記載の光源装置５００の断面構造図である。

図７に示す光源装置５００は、半導体レーザ光源５０２及び基体５０４を備えている。半導体レーザ光源５０２は、ビームを放射する。基体５０４は、半導体レーザ光源５０２を保持する。より詳細には、基体５０４には、円形の孔Ｈが設けられている。半導体レーザ光源５０２は、基体５０４の孔Ｈに圧入されている。

ところで、特許文献１に記載の光源装置５００は、温度変化によって、半導体レーザ光源５０２がコリメータレンズに対してずれてしまうという問題を有している。以下に図面を参照しながらかかる問題について説明する。図８（ａ）は、温度上昇が発生する前の光源装置５００の断面構造図であり、図８（ｂ）は、温度上昇が発生した後の光源装置５００の断面構造図である。なお、一例として、半導体レーザ光源５０２の線膨張係数が、基体５０４の線膨張係数よりも大きいものとして説明する。

半導体レーザ光源５０２が基体５０４の孔Ｈに圧入されると、半導体レーザ光源５０２により孔Ｈが押し広げられるので、孔Ｈの内周面は、図８（ａ）に示すように、圧入方向の反対方向に行くにしたがって広がった形状をなしている。そして、温度上昇が発生する前では、半導体レーザ光源５０２が孔Ｈの内周面から受ける垂直抗力Ｆ８'の合力Ｆ８と、半導体レーザ光源５０２と孔Ｈの内周面との間に働く摩擦力Ｍ８'の合力Ｍ８とが釣り合っている。そのため、半導体レーザ光源５０２は、静止状態を保っている。

ここで、温度上昇が発生すると、半導体レーザ光源５０２及び基体５０４が膨張する。ただし、半導体レーザ光源５０２の線膨張係数が、基体５０４の線膨張係数よりも大きいので、半導体レーザ光源５０２の方が基体５０４よりも大きく膨張する。そのため、孔Ｈの内周面は、図８（ｂ）に示すように、温度上昇前よりも更に押し広げられる。すなわち、図８（ｂ）における孔Ｈの内周面の圧入方向に対する傾きは、図８（ａ）における孔Ｈの内周面の圧入方向に対する傾きよりも大きくなる。これにより、垂直抗力Ｆ９'が圧入方向となす角度は、垂直抗力Ｆ８'が圧入方向となす角度よりも小さくなる。その結果、垂直抗力Ｆ９'の合力Ｆ９は、垂直抗力Ｆ８'の合力Ｆ８よりも大きくなる。一方、摩擦力Ｍ９'が圧入方向となす角度は、摩擦力Ｍ８'が圧入方向となす角度よりも大きくなる。その結果、摩擦力Ｍ９'の合力Ｍ９は、摩擦力Ｍ８'の合力Ｍ８よりも小さくなる。よって、合力Ｆ９が合力Ｍ９よりも大きくなってしまい、半導体レーザ光源５０２が圧入方向の反対方向に移動してしまう。すなわち、特許文献１に記載の光源装置５００では、温度変化によって、半導体レーザ光源５０２がコリメータレンズに対してずれてしまう。

特開２００３−９８４６４号公報（図１５）

そこで、本発明の目的は、温度変化が生じても、光源がコリメータレンズに対してずれることを抑制できる光源装置を提供することである。

本発明の一形態に係る光源装置は、ビームを放射する光源と、前記光源が所定方向側から圧入されることにより、該光源を保持する第１のホルダと、前記第１のホルダを保持している第２のホルダであって、前記光源に対して前記所定方向側から接触している基準面を有している第２のホルダと、を備えていること、を特徴とする。

本発明によれば、ビームの進行方向（すなわち、光軸方向）において、光源部がホルダに対してずれることを抑制できる。

本発明の一実施形態に係る光源装置の断面構造図である。 図１に示す光源装置１０の光源の拡大断面構造図である。 光源、ホルダの分解斜視図である。 温度上昇が発生した場合における、図１に示す光源装置の光源の拡大断面構造図である。 第１の変形例に係る光源装置の光源の拡大断面構造図である。 図６は、第１の変形例に係る光源装置の光源の拡大断面構造図である。 特許文献１に記載の光源装置の断面構造図である。 図８（ａ）は、温度上昇が発生する前の光源装置の断面構造図であり、図８（ｂ）は、温度上昇が発生した後の光源装置の断面構造図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る光源装置について図面を参照しながら説明する。

（光源装置）
本発明の一実施形態に係る光源装置は、例えば、画像形成装置に搭載される光走査装置に用いられる。図１は、本発明の一実施形態に係る光源装置１０の断面構造図である。図２は、図１に示す光源装置１０の光源１２の拡大断面構造図である。図３は、光源１２、ホルダ１４，１６の分解斜視図である。

光源装置１０は、図１に示すように、光源１２、ホルダ１４，１６、ユニットホルダ１８、コリメータレンズ２０及びレンズホルダ２２を備えている。光源１２は、所定方向に向かってビームを放射するレーザダイオードである。以下では、ビームが放射される方向をｘ軸方向と定義する。また、鉛直方向をｚ軸方向と定義し、ｘ軸方向とｚ軸方向とに直交する方向をｙ軸方向と定義する。

また、光源１２は、真鍮製の容器内に半導体素子が収容されて構成されており、図２に示すように、円形のベース１２ａ及び円柱１２ｂにより構成されている。ベース１２ａの直径は、円柱１２ｂの直径よりも大きい。そして、ベース１２ａ及び円柱１２ｂは、ｚ軸方向から平面視したときに、これらの中心が一致するように接合されている。また、ベース１２ａは、円柱１２ｂよりもｘ軸方向の負方向側に設けられている。以下では、図２に示すように、ベース１２ａの外周面を外周面Ｓ１と称し、ｘ軸方向の正方向側から平面視したときに、ベース１２ａが円柱１２ｂからはみ出している部分を面Ｓ２と称す。

ホルダ１４は、図２に示すように、光源１２を保持するための円環状の部材であり、樹脂やアルミニウム等により構成されている。すなわち、ホルダ１４は、光源１２の容器とは異なる材料により構成されている。本実施形態に係る光源装置１０では、ホルダ１４を構成している材料の線膨張係数は、光源１２を構成している材料の線膨張係数よりも小さいものとする。

ホルダ１４には、図３に示すように、ｘ軸方向に貫通している孔ｈ１が設けられている。以下では、ホルダ１４の外周面を外周面Ｓ３と称し、孔ｈ１の内周面を内周面Ｓ４と称す。孔ｈ１の直径は、光源１２のベース１２ａの直径よりもわずかに小さい。そして、ホルダ１４は、光源１２が孔ｈ１にｘ軸方向の正方向側から圧入されることにより、光源１２を保持している。すなわち、光源１２が孔ｈ１にｘ軸方向の正方向側から押し込まれることにより、図２に示すように、孔ｈ１の内周面Ｓ４が、ｘ軸方向の正方向側に行くにしたがって広がるようになる。そして、孔ｈ１の内周面Ｓ４は、ベース１２ａの外周面Ｓ１（より詳細には、外周面Ｓ１のｘ軸方向の負方向側の端部）に対して圧接している。

ホルダ１６は、図１及び図２に示すように、ホルダ１４を保持している長方形状の部材であり、樹脂やアルミニウム等のホルダ１４と同じ材料により構成されている。よって、ホルダ１４を構成している材料の線膨張係数とホルダ１６を構成している材料の線膨張係数とは同じである。ホルダ１６には、図２及び図３に示すように、直径の異なる２つの孔ｈ２，ｈ３が設けられている。より詳細には、孔ｈ２の直径は、孔ｈ３の直径よりも大きい。そして、孔ｈ２，ｈ３は、これらの中心がｚ軸方向から平面視したときに一致した状態でつながっている。また、孔ｈ３は、孔ｈ２よりもｘ軸方向の正方向側に設けられている。以下では、図２に示すように、孔ｈ２の内周面を内周面Ｓ５と称す。

また、孔ｈ２の直径は、ホルダ１４の直径よりもわずかに小さい。そして、ホルダ１６は、ホルダ１４が孔ｈ２にｘ軸方向の負方向側から圧入されることにより、ホルダ１６を保持している。すなわち、ホルダ１６が孔ｈ２にｘ軸方向の負方向側から押し込まれることにより、図２に示すように、孔ｈ２の内周面Ｓ５が、ｘ軸方向の負方向側に行くにしたがって広がるようになる。そして、孔ｈ２の内周面Ｓ５は、ホルダ１４の外周面Ｓ３（より詳細には、外周面Ｓ３の正方向側の端部）に対して圧接している。

更に、ホルダ１６は、図２及び図３に示すように、孔ｈ２と孔ｈ３との間の段差面において、ｘ軸方向の負方向側に突出する突起１６ａを有している。突起１６ａは、孔ｈ２の周囲を囲むように円環状をなしており、基準面Ｓ６を有している。基準面Ｓ６は、突起１６ａのｘ軸方向の負方向側の端面であり、図３に示すように、光源１２の面Ｓ２に対してｘ軸方向の正方向側から接触している。これにより、基準面Ｓ６は、光源１２のｘ軸方向における位置決めを行っている。

ユニットホルダ１８は、樹脂やアルミニウム等により構成されており、図１に示すように、取り付け面１８ａ，１８ｂを有している。取り付け面１８ａは、ｘｙ平面に平行な面である。取り付け面１８ｂは、ｙｚ平面に平行な面である。そして、ユニットホルダ１８は、取り付け面１８ａ，１８ｂが組み合わされることにより、ｙ軸方向から平面視したときに、Ｌ字型をなしている。

また、取り付け面１８ｂには、ｘ軸方向に貫通する孔ｈ４が設けられている。そして、ホルダ１６は、光源１２が放射したビームが孔ｈ４を通過するように、図示しないねじ等により、取り付け面１８ｂのｘ軸方向の負方向側の面に取り付けられている。

コリメータレンズ２０は、光源が放射したビームを略平行な光に整形する。レンズホルダ２２は、コリメータレンズ２０を保持するための部材であり、円筒形状をなしている。レンズホルダ２２は、取り付け面１８ａのｚ軸方向の正方向側の面に取り付けられている。

（効果）
本実施形態に係る光源装置１０によれば、以下に説明するように、温度変化が生じても、光源１２がコリメータレンズ２０に対してずれることを抑制できる。図４は、温度上昇が発生した場合における、図１に示す光源装置１０の光源１２の拡大断面構造図である。

まず、温度上昇が発生する前における光源装置１０における力の釣り合いについて図２を参照しながら説明する。光源１２がホルダ１４の孔ｈ１にｘ軸方向の正方向側から圧入されると、ホルダ１４の孔ｈ１が光源１２により押し広げられる。このとき、光源１２の外周面Ｓ１が孔ｈ１の内周面Ｓ４から受ける垂直抗力Ｆ２'の合力Ｆ２と、光源１２の外周面Ｓ１と孔ｈ１の内周面Ｓ４との間に働く摩擦力Ｍ２'の合力Ｍ２とが釣り合っている。そのため、光源１２は、ホルダ１４に対して静止状態を保っている。

また、図２に示すように、ホルダ１４がホルダ１６の孔ｈ２にｘ軸方向の負方向側から圧入されると、ホルダ１６の孔ｈ２がホルダ１４により押し広げられる。このとき、ホルダ１４の外周面Ｓ３が孔ｈ２の内周面Ｓ５から受ける垂直抗力Ｆ３'の合力Ｆ３と、ホルダ１４の外周面Ｓ３と孔ｈ２の内周面Ｓ５との間に働く摩擦力Ｍ３'の合力Ｍ３とが釣り合っている。そのため、ホルダ１４は、ホルダ１６に対して静止状態を保っている。以上のように、温度上昇が発生するまでは、光源装置１０内において力が釣り合っており、光源１２及びホルダ１４，１６が所定の位置関係を保っている。

次に、温度上昇が発生したときにおける光源装置１０における力の釣り合いについて図４を参照しながら説明する。温度上昇が発生すると、光源１２、ホルダ１４が膨張する。ただし、光源１２の線膨張係数が、ホルダ１４の線膨張係数よりも大きいので、光源１２の方がホルダ１４よりも大きく膨張する。そのため、孔ｈ１の内周面Ｓ４は、図４に示すように、温度上昇前よりも更に押し広げられる。すなわち、図４における孔ｈ１の内周面Ｓ４のｘ軸方向に対する傾きは、図３における孔ｈ１の内周面Ｓ４のｘ軸方向に対する傾きよりも大きくなる。これにより、垂直抗力Ｆ４'がｘ軸方向となす角度は、垂直抗力Ｆ３'がｘ軸方向となす角度よりも小さくなる。その結果、垂直抗力Ｆ４'の合力Ｆ４は、垂直抗力Ｆ２'の合力Ｆ２よりも大きくなる。一方、摩擦力Ｍ４'がｘ軸方向となす角度は、摩擦力Ｍ２'がｘ軸方向となす角度よりも大きくなる。その結果、摩擦力Ｍ４'の合力Ｍ４は、摩擦力Ｍ２'の合力Ｍ２よりも小さくなる。よって、合力Ｆ４が合力Ｍ４よりも大きくなってしまう。すなわち、光源１２は、ホルダ１４によりｘ軸方向の正方向側に向かって力を受ける。

しかしながら、ホルダ１６の突起１６ａの基準面Ｓ６は、ｘ軸方向の正方向側から光源１２の面Ｓ２に対して接触している。そのため、光源１２は、ホルダ１６よりｘ軸方向の負方向側に向かって抗力Ｎ４'を受ける。これにより、抗力Ｎ４'の合力Ｎ４と合力Ｆ４と合力Ｍ４とが釣り合うようになる。その結果、光源１２は、ホルダ１６に対してｘ軸方向に移動することが抑制される。すなわち、温度変化が生じても、光源１２がコリメータレンズ２０に対してずれることを抑制できる。

特に、本実施形態に係る光源装置１０では、光源１２は、ｘ軸方向の正方向側に向かってビームを放射し、ホルダ１４に対してｘ軸方向の正方向側から圧入され、かつ、ｘ軸方向の負方向側に向かってホルダ１６から合力Ｎ４を受けている。すなわち、光源装置１０では、ビームの進行方向における光源１２の移動が抑制されている。よって、光源装置１０では、光源１２とコリメータレンズ２０との距離がずれることが抑制される。

（第１の変形例）
以下に、第１の変形例に係る光源装置１０について図面を参照しながら説明する。図５は、第１の変形例に係る光源装置１０の光源１２の拡大断面構造図である。

図５に示すように、第１の変形例に係る光源装置１０のホルダ１４には、スリットＳＬが設けられている。より詳細には、スリットＳＬは、ホルダ１４において、光源１２が接触している部分（すなわち、内周面Ｓ４）とホルダ１６が接触している部分（すなわち、外周面Ｓ３）との間に、ｘ軸方向の負方向側に向かってくぼむように設けられている。これにより、温度変化により、ホルダ１４の内周面Ｓ４が光源１２により押し広げられるように力を受けたとしても、該力はホルダ１４の外周面Ｓ３に伝わりにくくなる。その結果、第１の変形例に係る光源装置１０では、温度変化が生じても、ホルダ１４，１６の力の釣り合いが崩れにくい。よって、第１の変形例に係る光源装置１０では、ホルダ１４とホルダ１６との間の位置ずれが発生しにくくなるので、ホルダ１４が保持している光源１２とコリメータレンズ２０との位置ずれも発生しにくくなる。

（第２の変形例）
以下に、第２の変形例に係る光源装置１０について図面を参照しながら説明する。図６は、第１の変形例に係る光源装置１０の光源１２の拡大断面構造図である。

図６に示すように、第２の変形例に係る光源装置１０のホルダ１４は、ホルダ１６に対して、ねじ２０ａ，２０ｂにより取り付けられている。このように、ホルダ１４をホルダ１６に対して取り付ける方法は、圧入に限らない。

（その他の実施形態）
本発明に係る光源装置は、前記実施形態及び変形例に係る光源装置１０に限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。

なお、光源装置１０の組み立て方法は、例えば、ホルダ１４に光源１２を圧入した後に、ホルダ１４をホルダ１６に圧入することが挙げられる。ただし、ホルダ１４に光源１２を圧入することと、ホルダ１４をホルダ１６に圧入することとを同時に行ってもよい。

本発明は、光源装置に有用であり、特に、温度変化が生じても、光源がコリメータレンズに対してずれることを抑制できる点において優れている。

ＳＬ スリット
１０ 光源装置
１２ 光源
１２ａ ベース
１２ｂ 円柱
１４，１６ ホルダ
１６ａ 突起
１８ ユニットホルダ
１８ａ，１８ｂ 取り付け面
２０ コリメータレンズ
２０ａ，２０ｂ ねじ

Claims (5)

1. ビームを放射する光源と、
   前記光源が所定方向側から圧入されることにより、該光源を保持する第１のホルダと、
   前記第１のホルダを保持している第２のホルダであって、前記光源に対して前記所定方向側から接触している基準面を有している第２のホルダと、
   を備えていること、
   を特徴とする光源装置。
2. 前記光源は、前記所定方向側に向かってビームを放射すること、
   を特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１のホルダを構成している材料の線膨張係数と前記第２のホルダを構成している材料の線膨張係数とは、同じであること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の光源装置。
4. 前記第１のホルダは、前記所定方向側の反対側から前記第２のホルダに対して圧入されていること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光源装置。
5. 前記第１のホルダにおいて、前記光源が接触している部分と前記第２のホルダが接触している部分との間には、スリットが設けられていること、
   を特徴とする請求項４に記載の光源装置。

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