JP2782699B2

JP2782699B2 - 光源ユニット

Info

Publication number: JP2782699B2
Application number: JP4055812A
Authority: JP
Inventors: 直太郎中田; 直史青木
Original assignee: Rohm Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: US5477438A; JPH05259580A; DE4307940A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザービームプリン
タ，レーザーファクシミリ，レーザー植字機，バーコー
ドリーダー，複写機，センサ等に用いられる光源ユニッ
トに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザー等から成る光源ユニット
は、上記のような様々な装置の発光源として用いられて
いる。例えば、レーザービームプリンタ，複写機，ファ
クシミリ等の画像形成装置においては、感光体ドラム上
に文字等の画像を高速で形成するためのレーザービーム
放射用の装置として用いられている。写真植字機におい
ては、フィルム上に高速印字するためのレーザービーム
放射用の装置として用いられている。バーコードリーダ
ーや各種センサにおいては、バーコードや物体からの反
射光により情報を得るためのレーザービーム放射用の装
置として用いられている。

【０００３】上記光源ユニットを用いた一般的な構成と
しては、半導体レーザー１個とコリメータを構成する１
個のレンズとのペアで１本のレーザービームを形成し、
そのレーザービームをポリゴンスキャナーで反射して所
定の面上に画像を形成するものが知られている。

【０００４】このような１個の半導体レーザーを用いた
構成では、スキャニングの速度で処理速度が決まってし
まうため、高速化に限界があるといった問題がある。

【０００５】このような点から、処理速度の高速化を図
るために、１本のビームを発する発光チップを備えたパ
ッケージ及びそのパッケージから発せられたビームを平
行光にする光学系から成る複数の発光手段と，その複数
の発光手段を所定の配列で一体に固定する固定部材とを
有する光源ユニットが提案されている。しかし、この光
源ユニットを作製するに際し、平行光束が等間隔に並ぶ
ように発光手段の位置調整を行うのは容易ではない。

【０００６】また、従来よりHe-Neレーザー，Arレーザ
ーを用い、回転する記録用真空シリンダ型ローラ又は平
面状の記録部材にＡＯ(Acoustic Optical)光変調機を用
いてレーザービームをＯＮ−ＯＦＦすることにより記録
する装置も知られているが、かかる装置において多チャ
ンネル化を図ろうとすると、１本のビームを複数のビー
ムに分割するための高い精度のビームスプリッタを必要
とし、かつ、複数ビームそれぞれを独立して変調する多
チャンネルのＡＯ変調器を必要とし、コストが高くなる
といった問題も生じる。

【０００７】そこで、かかる問題点を解消するため、複
数の発光手段と対応するように等間隔でピンホールが配
された板を用い、これでピンホールを通過する光以外を
遮光することによって、平行光束を等間隔に並べる光源
ユニットが提案されている。この光源ユニットで、平行
光束を等間隔で並べることができるのは、発光手段を等
間隔で固定するよりも板に等間隔でピンホールを開ける
方が容易だからである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
ピンホールを用いた場合には、各レーザービームの光量
を均一にするのが難しいといった問題がある。以下、こ
の点について図４〜図６に基づいて説明する。

【０００９】半導体レーザーから出射されるレーザービ
ームの光束断面は、円形ではなく楕円形になっており、
ピンホールが設けられた板上に、レーザーチップのＰＮ
接合面(以下「チップ接合面」ともいう)に対して垂直方
向に長い遠視野像(Far FieldPattern，以下「ＦＦＰ」
という)が形成される。

【００１０】従って、ピンホールとＦＦＰとの位置関係
は、ピンホールの中心にＦＦＰの中心が一致している場
合と，ピンホールに対してＦＦＰが偏心している場合と
に分けることができる。このＦＦＰの偏心は、更に、図
４に示すようにピンホール２５の中心からＦＦＰ１０が
ＰＮ接合面に対して平行方向(楕円の短軸方向)にずれて
いる場合と，ピンホール２５の中心からＦＦＰ１０がＰ
Ｎ接合面に対して垂直方向(楕円の長軸方向)にずれてい
る場合とに大別される。

【００１１】上記ピンホール２５に対するＦＦＰの偏心
によって、ピンホール２５を通過したビーム(以下「ピ
ンホール出射光」という)の光量がどの程度変化するか
を、図５に示す測定系を用い、以下の方法により調べ
た。

【００１２】同図に示すように、Ｚステージ上にレーザ
ーダイオード３０及びレンズ３５を固定し、円形のピン
ホール２５を有する板２７をＸＹステージ上に固定し
た。そして、ピンホール２５から１ｍ前方に１００μｍ
の円形のピンホール２０を有する板２２及びフォトダイ
オード４０を配した。尚、板２２及びフォトダイオード
４０はＸステージ上に固定されており、光軸ＡＸと垂直
な方向である一方向(矢印Ａ)に移動させることができ
る。

【００１３】レーザーダイオード３０及びレンズ３５の
位置を調整した後、レーザーダイオード３０からピンホ
ール２５に向けてビーム５の照射を行う。ここで、板２
７をＸＹステージ上にてＸ方向に移動させると、例えば
ピンホール２５の中心がＦＦＰ１０の中心(光軸中心Ｃ)
にある状態(図４では二点鎖線ｌ₀で示される)から二点
鎖線ｌ₁で示される位置に偏心させることができる。同
様に、板２７をＸＹステージ上にてＹ方向に移動させる
と、例えば上記ＦＦＰ１０の中心にあるピンホール２５
を二点鎖線ｌ₂に示される位置に偏心させることができ
る。こうしてピンホール２５の位置をＦＦＰ１０の中心
からＸ方向及びＹ方向に偏心させたときに、フォトダイ
オード４０によって測定されるピンホール出射光の光量
(ピークパワー)及びフォトダイオード４０上に形成され
るビーム径をそれぞれ図６(ａ)，(ｂ)に示す。尚、図６
(ａ)はＸ方向の偏心と対応する測定結果であり、図６
(ｂ)はＹ方向の偏心と対応する測定結果である。

【００１４】図６に示す測定結果から分かるように、ビ
ーム径はいずれの場合もほとんど変化しないが、ＰＮ接
合面に対して平行方向に偏心させた場合(図６(ａ))に
は、ＰＮ接合面に対して垂直方向に偏心させた場合(図
６(ｂ))に比べて、わずかな偏心量でピークパワーが変
化した。

【００１５】上記従来例においては各発光手段のＰＮ接
合面がランダムな方向に配されているため、上記測定結
果によれば、どのような方向の偏心であっても、わずか
な偏心量でいずれかのレーザービームの光量が大きく変
化してしまうことになる。

【００１６】従って、上記従来例では、等間隔で平行光
束を並べることはできても、半導体レーザーの固定位置
の精度が低いと、各レーザービームの光量を均一にする
のが極めて困難である。

【００１７】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、光量の均一な複数の平行光束を所定の間隔で
出射することができる光源ユニットを提供することを目
的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の光源ユニットは、１本のビームを発する半導体
レーザーをそれぞれ備えた複数の発光手段と，前記半導
体レーザーの各チップ接合面が同一方向に沿うように前
記複数の発光手段を固定する固定部材と，前記発光手段
から発せられたビームの一部を通過させるピンホールが
各発光手段と対応するように所定の間隔をあけて設けら
れた光束規制部材と，を備えたことを特徴としている。

【００１９】

【作用】このような構成によると、各発光手段から発せ
られてチップ接合面に対して垂直方向に長い楕円状とな
るＦＦＰは、光束規制部材において全てのビームについ
て同一の方向に長い形となるので、ＦＦＰがその方向に
偏心しても、かかる偏心に起因するピンホール出射光の
光量変化は、いずれのピンホールを通過したビームにつ
いても極めて小さいものとなる。

【００２０】例えば、すべてのチップ接合面の方向が半
導体レーザーの並び方向に対して垂直方向である場合、
その並び方向の半導体レーザーの位置精度は緩和される
ことになる。

【００２１】従って、チップ接合面に対して平行方向の
位置決めさえ正確に行えば、均等な光量のビームがどの
位置の発光手段からも得られる。つまり、光量に影響を
与えることなく発光手段の位置精度が緩和されるのであ
る。しかも、ピンホールの位置と同じ所定の間隔をあけ
た平行光束として得られる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１及び図２は本実施例の要部構成及び全体構成
をそれぞれ概略的に示す斜視図であり、図３は１つのバ
ーボディ２００についてＰＮ接合面５５に対するＦＦＰ
１１０及びピンホール１２０の位置関係を示している。

【００２３】本実施例の光源ユニット１００は、主とし
て発光手段，固定部材及び光束規制部材とから構成され
ている。

【００２４】発光手段は、１本のビーム１０５(図１)を
発するレーザーチップ５０(図３)をそれぞれ備えた複数
のレーザーダイオード１３０(図１)及びレーザーダイオ
ード１３０からのレーザービームを平行光束(ビーム１
０５)にするレンズ１３５から成っている。レーザーダ
イオード１３０は、モニタ用のフォトダイオードを備え
たパッケージであり、フォトダイオードによってモニタ
することにより各レーザーダイオード１３０のレーザー
発光の強さが制御されている。レンズ１３５は、鏡枠１
３７内に固定されており、コリメータを構成している。

【００２５】固定部材は、複数のレーザーダイオード１
３０，レンズ１３５等を穴２１０内で固定するバーボデ
ィ２００から成ってる。図１に示すようにレーザーダイ
オード１３０が１列配されたバーボディ２００を、図２
に示すようにバーボディ２００に対して垂直方向に並べ
ていくことによって、レーザーダイオード１３０を２次
元のアレイ状になしている。

【００２６】光束規制部材は、ピンホール１２０が各レ
ーザーダイオード１３０と対応するように一定間隔をあ
けて設けられた薄板１２２から成っており、各ピンホー
ル１２０はレーザーダイオード１３０から発せられた各
ビーム１０５について、その一部を通過させる。

【００２７】前記バーボディ２００には、バーボディ２
００を薄板１２２に対して間接的に固定するために位置
決め用のピン穴２０２，２０４が設けられている。つま
り、このピン穴２０２，２０４で、図２に示すように複
数のバーボディ２００が固定板３００にピン(不図示)で
固定される。そして、固定板３００及び薄板１２２は、
同図に示すように固定板３１０に接着剤やビス等で固定
されるのである。また、固定板３００，３１０及び薄板
１２２を一体の部材で構成したり、ピンホール１２０を
有するカバーでバーボディ２００を覆う構成としてもよ
い。

【００２８】尚、図１においてはレーザーダイオード１
３０及びレンズ１３５から成る一対の発光手段について
のみ、バーボディ２００内構成を示し、アレイ状に配列
される他の発光手段については図示省略している。

【００２９】図１に示すように、１本のバーボディ２０
０にはレーザーダイオード１３０がバーボディ２００の
長手方向に沿って１列に固定されている。図３はこれを
レンズ１３５側から見た状態を示している。シリコンサ
ブマウント６０に固定されたレーザーチップ５０のＰＮ
接合面５５は、いずれもバーボディ２００の長手方向に
対して垂直に位置している。その結果、前述したように
ＦＦＰ１１０はＰＮ接合面５５に対して垂直方向に長く
形成されるため、各ピンホール１２０に対してＦＦＰ１
１０の長軸が、バーボディ２００の長手方向に対して平
行に並ぶことになる。

【００３０】一方、図１に示すように、バーボディ２０
０には前記固定板３００に対するバーボディ２００の取
付けを容易にするために、ピン穴２０４がバーボディ２
００の長手方向に沿って長くなっている。従って、ピン
ホール１２０に対するレーザーダイオード１３０のバー
ボディ２００の長手方向に沿った位置精度は低下する。
また、穴２１０を機械的に形成する際の誤差は、バーボ
ディ２００の長手方向に積算されるため、前記偏心が大
きくなり易い。

【００３１】しかし、バーボディ２００の長手方向に沿
った方向の偏心は、図４に示すＹ方向の偏心であるた
め、前記したようにピンホール出射光の光量変化は極め
て小さく抑えられるのである。

【００３２】本実施例では、例えばバーボディ２００の
短手方向に±０．２ｍｍ、長手方向に±０．３ｍｍ偏心
した場合、ピンホール出射光の光量は、±１５％の範囲
内に抑えられる。この場合、レーザービームを２．５５
ｍＷ〜３．４５ｍＷに各々調整することによって、光量
の均一化を図ることができる。一方、すべてのレーザー
ダイオード１３０について、前記ＰＮ接合面５５をバー
ボディ２００の長手方向に対して平行に位置させると、
上記偏心により−３０％〜＋１０％の範囲でばらつきが
大きくなる。この場合、レーザービームを２．７ｍＷ〜
３．９ｍＷに各々調整する必要がある。特に光量ロスが
多い分、レーザーの出力を大きく上げる方法は、レーザ
ーの寿命を相対的に短くしてしまうため好ましくない。

【００３３】このように本実施例では、１本のバーボデ
ィ２００に設けられた１列のレーザーダイオード１３０
が、ＦＦＰ１１０の長軸とバーボディ２００の長手方向
とが一致するように配されているので、バーボディ２０
０に対するレーザーダイオード１３０の取り付け及び固
定板３００に対するバーボディ２００の取付けに際し、
バーボディ２００の長手方向に対する垂直方向の位置精
度のみが要求されることになる。

【００３４】尚、バーボディ２００の長手方向に関係な
く、すべてのレーザーチップ５０のＰＮ接合面５５が一
方向に沿うようにすれば、当該方向に対する垂直方向に
おいてレーザーダイオード１３０の位置精度は緩和され
る。従って、１本のバーボディ２００にレーザーダイオ
ード１３０を２列以上設けた場合でも、ＰＮ接合面に対
する垂直方向への位置精度は本実施例と同様に緩和され
るのである。

【００３５】本実施例の構成によれば、ピンホール１２
０から成る２次元ピンホールアレイを通過した複数本の
レーザービーム１０５を用いることによって、マルチビ
ームスキャニングが可能となり、処理を高速化すること
ができる。また、光源ユニット１００の規模(バーボデ
ィ２００の本数，１本のバーボディ２００に設けるレー
ザーダイオード１３０の数等)を必要に応じて変更すれ
ば、所望の高速化率を達成することができる。

【００３６】レーザーダイオード１３０はパルス駆動を
行うためＯＮ／ＯＦＦの動作をそれぞれ独立に繰り返
す。従って、ＯＮするレーザーダイオード１３０の発光
の強さを積極的に変化させることによって、階調性を変
化させることも可能である。また、ビーム１０５の特性
が揃っているので、１つの光学系を共用することがで
き、かつ、ユニットとして互換性をもたせることができ
る。例えば、光源ユニット１００の下流側に設けられる
光学系を共用することができるので、コストが安くな
り、位置調整や交換修理等を簡単にすることも可能とな
る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、１本
のビームを発する半導体レーザーをそれぞれ備えた複数
の発光手段を設け、そして前記半導体レーザーの各チッ
プ接合面が同一方向に沿うように前記複数の発光手段を
固定する固定部材を設けることにより、各ビームのＦＦ
Ｐが同一方向に沿うようになるので、前記発光手段の位
置精度を緩和して位置精度が光量に与える影響を低減さ
せることができる。更に、前記発光手段から発せられた
ビームの一部を通過させるピンホールが各発光手段と対
応するように所定の間隔をあけて設けられた光束規制部
材を設けることによって、光量の均一な複数の平行光束
を所定の間隔で出射することができる光源ユニットを実
現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の要部構成を示す外観斜視図。

【図２】本発明の実施例の外観斜視図。

【図３】本発明の実施例において１つのバーボディをレ
ンズ側から見たときのＰＮ接合面に対するＦＦＰ及びピ
ンホールの位置関係を説明するための図。

【図４】ピンホールに対するＦＦＰの偏心を説明するた
めの図。

【図５】ピンホールに対するＦＦＰの偏心方向及び偏心
量を変えたときのピンホール出射光の光量を測定するた
めの測定系の概略構成を示す図。

【図６】ピンホールに対するＦＦＰの異なる偏心方向に
ついて、偏心量とピンホール出射光の光量との関係を示
すグラフ。

【符号の説明】

５ …ビーム１０ …ＦＦＰ２０ …ピンホール２２ …板２５ …ピンホール２７ …板３０ …レーザーダイオード３５ …レンズ３７ …鏡枠４０ …フォトダイオード５０ …レーザーチップ５５ …ＰＮ接合面(チップ接合面) ６０ …シリコンサブマウント１００ …光源ユニット１０５ …ビーム１１０ …ＦＦＰ１２０ …ピンホール１２２ …薄板１３０ …レーザーダイオード１３５ …レンズ１３７ …鏡枠２００ …バーボディ２０２ …ピン穴２０４ …ピン穴２１０ …穴３００ …固定板３１０ …固定板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/18 H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】１本のビームを発する半導体レーザーをそ
れぞれ備えた複数の発光手段と，前記半導体レーザーの各チップ接合面が同一方向に沿う
ように前記複数の発光手段を固定する固定部材と，前記発光手段から発せられたビームの一部を通過させる
ピンホールが各発光手段と対応するように所定の間隔を
あけて設けられた光束規制部材と，を備えたことを特徴とする光源ユニット。