JP3483638B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、デジタル複写機やレー
ザプリンタ等に使用される半導体レーザを用いた光源装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザを用いた光源装置において
は、その装置より出射されるレーザ光の方向性（光軸特
性）と光束の平行性（コリメート特性）がその光学特性
として要求される。このような理由により、光源装置
は、半導体レーザの発光点とコリメータレンズの相対位
置を３軸（ｘ，ｙ，ｚ方向）に調整するのが通常であ
り、その位置精度はミクロン以下が要求されている。

【０００３】従って、半導体レーザとコリメータレンズ
を有する光源においては、３軸方向の調整及び調整され
た位置での固定が可能な構成としなければならない。コ
リメータレンズを接着剤で固定する場合は、特にｚ方向
（光軸方向）の要求位置精度が高いため、その収縮方向
がｚ方向に発生しないような構成にすることが望まし
い。そのため、接着層は光軸とほぼ平行な方向（ｚ軸に
平行な方向）に設定するのが通常である。

【０００４】従来例の光源装置（特開平５−８８０６１
号公報参照）の概要を図３の縦断面図に基づいて説明す
る。図３に示すように、ベース１に設けられた段付き孔
２にレーザ光を照射する半導体レーザ３が圧入，固定さ
れる。２本のねじ４によりベース１に取り付けられるフ
ランジ５には、段付き孔２に相対する嵌合孔６が設けら
れ、嵌合孔６の左側部分には、嵌合孔６よりも０．１mm
程度大径の入口部６ａが形成される。

【０００５】嵌合孔６にはクリアランスが０．０１〜
０．０３mmになる筒状のレンズホルダ７が嵌入し、レン
ズホルダ７内に、レーザ光をほぼ平行な光束にするコリ
メータレンズ８が保持される。プリント基板９に設けら
れた位置決め孔１０に、ベース１の端面から突出するガ
イドピン１１が嵌入し、ガイドピン１１の先端部分を熱
変形してプリント基板９をベース１に固定する。半導体
レーザ３のリード線１２がプリント基板９の導電パター
ン部にハンダ付けされる。

【０００６】フランジ５には、入口部６ａにつながる切
欠き１３を設け、コリメータレンズ８の焦点位置に半導
体レーザ３の光源が一致するように調整（ｚ軸方向の調
整）した後に、切欠き１３から流入する接着剤を入口部
６ａに浸透させてレンズホルダ７を固定する。なお、レ
ンズホルダ７を固定する前にねじ４を緩めておき、半導
体レーザ３の発光点がコリメータレンズ８の光軸上に一
致するように調整（ｘ，ｙ軸方向の調整）した後にねじ
４を緊締してフランジ５をベース１に固定する。

【０００７】アパチャー形成部材１４は、コリメータレ
ンズ８を透過し、略平行な光束となったレーザ光を成形
するためのアパーチャ１４ａと、フランジ５の切欠１３
に対応する突起１４ｂを形成し、突起１４ｂを切欠き１
３に嵌入させアパチャー形成部材１４を固定している。
この光源装置をデジタル複写機やレーザープリンタ本体
に取り付ける場合の基準面はフランジ５の光軸に垂直な
平面５ａであり、光学特性の調整も平面５ａを基準に行
う。

【０００８】図４の光源装置は、コリメータレンズ８が
固定された鏡筒２６がホルダー２３に挿入され、半導体
レーザ３が装着された基板２５が固定された基台２４が
ホルダー２３の爪状突起２３ｄに保持され、ホルダー２
３の溝２３ａ，２３ｂ及び穴２３ｃから接着材が注入さ
れて基台２４と鏡筒２６がホルダー２３に固定されてい
る。この種の光源装置は、特開平５−１３６９５２号，
特開平５−２７３４８３号公報に記載された光源装置で
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の光
源装置には、次のような課題があった。 (1) ｘ，ｙ方向の調整（光軸特性の調整）部とｚ方向の
調整（コリメート特性すなわち焦点方向の調整）部が別
々の機構となっているため、光源装置の構成部品点数が
多く、製品がコスト高になる欠点がある。また、レンズ
ホルダ７の外径寸法とフランジ５の嵌合孔６の内径寸法
の嵌合要求精度が高くなるため、両部品の製作コストも
高くなる問題がある。

【００１０】(2) ｘ，ｙ方向の調整後にねじ４を緊締し
てフランジ５をベース１に固定する方式を採用している
ため、ねじ４の緊締時に、ベース１の端面のねじ座とフ
ランジ５の噛み付きによりｘ，ｙ方向の位置ずれを発生
する場合があり、レーザの方向性（光軸特性）の精度が
低い場合がある。

【００１１】(3) 光源装置で使用する半導体レーザのレ
ーザ光は一定の広がり角を有し、全てのレーザ光がコリ
メータレンズ８に入射するとは限らない。半導体レーザ
は人体に対する安全性から法的な基準があり、半導体レ
ーザのレーザ光が光軸方向以外の外部に漏れないことが
望ましい。これは使用中に限らず製造工程における調整
時においても同様であり、フランジ５やベース１はレー
ザ光が外部に漏れない材質であることが必要であり、約
７８０ｎｍの赤外光より短い波長の光は透過させないよ
うにしなければならない。因に、現在の半導体レーザは
低コストである赤外線及び赤色光のものが主流であ
る）。

【００１２】一方、コリメータレンズ８の固定に使用す
る接着剤は、短時間で任意に硬化させることができる紫
外線硬化型の接着剤が、生産タクト短縮に有利であり、
信頼性にも優れている。然し、特開平５−８８０６１
号，特開平５−１３６９５２号，特開平５−２７３４８
３号の公報記載の構成では、フランジ或いはホルダーを
紫外線が通過しない材質とした場合に、紫外線硬化型の
接着剤を充填した隙間を通して紫外線を照射しても接着
剤全体をまんべんなく照射できず、硬化むらや未硬化部
が生じ、未硬化部の硬化が遅れるので固定物の位置ずれ
や割れなどの不具合を生じる。

【００１３】赤外線及び赤色光を透過させない材質は、
通常それ以下の波長の光も透過しないので、紫外線も透
過しない。紫外線領域のみを透過させようとすると、特
殊のフィルタを付加するか、フランジ自体に特殊なコー
ティングを施さなければならないのでコストが大幅に高
くなる問題がある。従って、コリメータレンズを固定す
る接着剤には、紫外線硬化型の接着剤が使用できない。

【００１４】(4) 光源装置におけるコリメータレンズ８
の焦点位置調整（ｚ方向の調整）は、アパーチャ１４ａ
により形成し、出射されたレーザ光束の平行性（コリメ
ート特性）を検出し、調整される。一般に、アパーチャ
１４ａを通過した光束は、光の回折現象により広がる傾
向を有するため、アパーチャ１４ａがある場合とない場
合では、光束の平行性が変化する。この変化は半導体レ
ーザ３の個々の特性の違いにより、変化の度合いも個々
に差が生じる。

【００１５】また、光源装置で必要なレーザ光束の平行
性はアパーチャ１４ａより出射された範囲の光束の特性
であり、コリメータレンズ８の外周近辺を通過した光は
不要となる。コリメータレンズ８の外周付近は収差の影
響が大きく、コリメータレンズ８のレンズ性能にばらつ
きが大きい部分である。従って、光束全体の特性でその
平行性を検出し、要求精度を満足した場合でも、その中
心付近の光束だけみると、満足しない場合がある。

【００１６】以上の理由により、コリメータレンズの焦
点位置調整はアパーチャ形成部材１４を取り付けた状態
で行うのが理想であるが、特開平５−８８０６１号公報
に記載された構成では、コリメータレンズ８をアパーチ
ャ形成部材１４が覆うため、アパーチャ１４ａを取付た
状態でコリメータレンズ８の位置調整ができず、アパー
チャ１４ａを取り付けた後に、レーザ光束の平行性にば
らつきが発生する。

【００１７】(5) 光源装置を複写機やプリンター本体に
取り付ける場合、フランジの基準面をねじ止め固定する
のが一般であるが、本体の要求により、上方よりねじ締
め固定する場合や、側面よりねじ締め固定する場合があ
る。

【００１８】特開平５−８８０６１号公報に記載された
構成では、フランジ５の基準面が出射光軸に対し垂直方
向にあるので、側面からのみ取り付ける構成であり、上
方よりの取り付けを要求された場合は、中間取り付け部
材が必要となり、コスト高になるとともに、中間取り付
け部材の精度の分、光軸特性精度が不利となり、汎用性
に乏しくなる問題がある。

【００１９】特開平５─１３６９５２号公報及び特開平
５−２７３４８３号公報に記載の構成では、上方からの
み取り付ける構成であり、同様に、コスト、光軸特性精
度が不利が生じ、汎用性に乏しくなる問題がある。

【００２０】(6) 光源装置に使用される半導体レーザ
は、静電気等の電気的ノイズで劣化や破壊を起こし易い
部品である。従って、光源の組立、調整は人体からの静
電気の影響をなくすために、全自動で行うのが理想であ
る。光源装置の組立、調整を自動化した場合は、人件費
削減によるコストメリットとともに、品質の向上、歩留
りの向上が期待できる。

【００２１】自動化した場合の自動機のワークセット基
準面は、光源装置に限らず、水平方向に設定するのが、
ワークのローディング、アンローディングに有利な構造
である。特開平５−８８０６１号公報に記載された光源
装置を自動化した場合は、光源装置の基準面が光軸に垂
直な平面５ａであるため、光源装置を下向き（レーザ光
の出射が下向き）にセットするのが自動化し易い自動機
構成となる。この場合、コリメータレンズ８の焦点位置
自動調整後の接着剤注入は、下方向又は横方向より実施
することになり、接着剤のたれを考えると注入し難い構
成である。また、その後工程となるアパーチャの嵌入も
下方向からの嵌入になり、複雑な自動機にするか、或い
は別工程を考えざるを得ない。

【００２２】本発明は、上述のような課題に鑑みなされ
たものであり、構成部品が少なく、製作時に位置ずれを
生じるおそれがなく、組立調整の自動化が容易であり、
紫外線硬化型の接着剤が利用できる、安価にして高精度
であり、且つ、汎用性の高い光源装置を提供することを
目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１発明は、半導体レーザを保持する第１保持部
と、レンズを保持する第２保持部と、該半導体レーザの
レーザ光を調整するアパーチャとを有する光源装置にお
いて、前記第１保持部を光軸に対して垂直に設け、前記
第１保持部の前方に前記レンズを下方より支持する前記
第２保持部を設け、前記第２保持部に前記アパーチャを
下方より支持する第３保持部を設けることを特徴とする
光源装置である。

【００２４】また、第２発明は、第１発明に於いて、上
位ユニット取付位置出しのための、前記半導体レーザに
対する垂直面に設けられた前記第１保持部の第２基準面
と、前記上位ユニット取付位置出しのための、前記半導
体レーザに対する平行面に設けられた第２保持部の第１
基準面とを備えていることを特徴とする光源装置であ
る。また、第３発明は、第１又は第２発明に於いて、前
記レンズを支持する支持面を凹面とすることを特徴とす
る光源装置である。また、第４発明は、第１発明に於い
て、前記アパーチャに設けられた弾性機能により前記第
３保持部にアパーチャを支持することを特徴とする光源
装置である。また、第５発明は、第１発明に於いて、前
記第１乃至第３の保持部が一体であることを特徴とする
光源装置である。

【００２５】また、上記第１保持部は赤外線（約７８０
ｎｍ）以下の波長が透過しない材質とし、上記レンズは
紫外線が透過可能な材質が好ましい。また、上記レンズ
は光軸と平行に設定して紫外線硬化型の接着剤で第３保
持部に固定するのが好ましい。

【００２６】

【作用】上記のように構成された本発明の光源装置は、
半導体レーザを保持する保持部が光軸に対して垂直面を
備え、レンズを保持する第２保持部に光軸に対して平行
面を具備しており、光源装置を上方や側面から装着した
としても光源装置のコリメート特性が損なわれることな
く確実に本体や上位ユニットに装着できるものである。
また、保持部を一体に形成することができるので部品数
の削減ができる。また、コリメータンズやアパーチャが
垂直方向から組み込みができるので自動化が容易とな
る。

【００２７】また、紫外線透過型のレンズを用いて、位
置決めされたレンズと保持部材の表面との隙間に充填さ
れる接着剤は、レンズを通過する紫外線に照射されるの
で、接着剤の全体が均一に硬化される。更に、半導体レ
ーザを保持する部材が赤外線（約７８０ｎｍ）以下の波
長が透過しない材質であるので、光軸方向以外には赤外
線レーザが漏洩することはなく、光源装置の組み立て作
業時や光源装置の装着時、或いは光源装置を使用すると
きの安全が保証される。

【００２８】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図１は本発明による光源装置を示す断面図であ
り、図２は正面図である。なお、従来例と同一部分には
同一符号が付与されている。図１の実施例において、レ
ーザ光を照射する半導体レーザ３とそのレーサ光を略平
行な光束にするコリメータレンズ８と、半導体レーザ３
の保持部材となるベース１５を備えている。ベース１５
は赤外線（約７８０ｍｍ）以下の波長の光は透過させな
い材質である。半導体レーザ３の保持部材となるべきベ
ース１５は、図１から明らかなように、第１保持部材
と、第２保持部材と、第３保持部材とから構成されてい
る。第１保持部材とは、図１から明らかなように、半導
体レーザ３を保持する部材であり、ベース１５の第２基
準面１５ｇを含む部材のことである。第２保持部材と
は、図１から明らかなように、ベース１５の第１基準面
１５ｆを含む部材のことである。また、第３保持部材と
は、図１から明らかなように、アパーチャ１６を保持す
るための溝１５ｄのことである。

【００２９】半導体レーザ３はベース１５の略中央に形
成した段付孔１５ａに圧入されることにより固定され
る。プリント基板９は、ベース１５に一体に設けられた
２本のスペーサ１５ｂの先端に形成されるガイドピン１
５ｃを、それに対応して、ガイドピン１５ｃの外形より
若干小さく形成したプリント基板９の位置決め穴９ａに
嵌入させ固定している。そして、このベース１５をプリ
ント基板９に固定した状態で、半導体レーザ３の各リー
ド線１２をプリント基板９の略中央にそのリード線１２
の数に対応させて開けてある穴９ｂにそれぞれ嵌入さ
れ、それをプリント基板９上の導電パターン部にハンダ
付けにより接合している。

【００３０】アパーチャ１６ａを形成するアパーチャ形
成部材１６は切り曲げ部１６ｂを有し、ベース１５に形
成された溝１５ｄに挿入され、切り曲げ部１６ｂのばね
力で固定される。ベース１５には凹面１５ｅが設けら
れ、この凹面１５ｅと略平行な外周を有するコリメータ
レンズ８が、３軸（ｘ，ｙ，ｚ）に位置調整可能なチャ
ック（図示なし）で保持され、コリメータレンズ８と凹
面１５ｅの間に０．５ｍｍ程度の間隙が形成される。こ
の隙間に接着材が注入される。

【００３１】コリメータレンズ８は紫外線が透過可能な
材質であり、プラスチック成形品やガラスプレス品が考
えられるが、光学特性に優れたガラスプレス品の方が望
ましい。コリメータレンズ８はアパーチャ形成部材１６
を固定した後に、アパーチャ１６ａを通過して出射され
るレーザ光のコリメート特性等の光特性を検査しながら
ｘ，ｙ，ｚ方向に微調整しながら間隙に接着剤２１を充
填し、紫外線照射器２２より紫外線を照射し、接着剤２
１を短時間で固化する。コリメータレンズ８が紫外線光
透過であるので、接着剤２１が均一に固化してコリメー
タレンズ８が固着される。従って、コリメータレンズ８
は保持部の凹面１５ｅに接着材２１を介してコリメータ
特性が維持された状態で固定される。

【００３２】次に、本発明による光源装置をデジタル複
写器やレーザプリンタ等の本体、または、光源装置が組
み込まれる上位ユニットに実装する場合の方法について
説明する。ベース１５はＬ字形状であり、ベース１５の
第１基準面１５ｆは出射光軸に平行な平面であり、第２
基準面１５ｇは出射光軸に対し垂直な平面である。本体
または上位ユニットに、この光源装置を上方から取り付
ける場合には、二つの位置決め孔１５ｈ、１５ｈによっ
て、回転方向（ｘ，ｚ方向）の位置決めを行い、続い
て、二つのねじ孔１５ｉ，１５ｉにより、上方よりねじ
止めされ、本体または上位ユニットの基準面に第１基準
面１５ｆを密着させて光源装置を固定する。また、本体
または上位ユニットに、この光源装置を側面から取り付
ける場合は、二つの位置決め孔１５ｊ，１５ｊにより回
転方向（ｘ，ｙ方向）の位置決めを行い、二つのねじ孔
１５ｋ、１５ｋにより側面よりねじ止めされ、本体また
は上位ユニットの基準面に第２基準面１５ｇを密着させ
て光源装置を固定する。

【００３３】次に、本発明による光源装置を自動機によ
り自動組立、調整を行う場合は、先ず、ベース１５の第
２基準面１５ｇを水平に設置し、上方より半導体レーザ
３のリード線１２をプリント基板９の導電パターン部に
ハンダ付けにより接合する。光学特性の調整は、ベース
１５の第１基準面１５ｆを水平に設置した状態で行う。
この場合、アパーチャ形成部材１６を挿入して、接着剤
２１を塗布し、コリメータレンズ８の設置及び位置調整
して、紫外線照射機２２により紫外線の照射をすべて上
方から行ってなされるので、自動組立が容易である。

【００３４】なお、第１と第２基準面が形成される保持
部材は別体であっても、一体であってもよいことは明ら
かである。更に、アパーチャ形成部材１６とコリメータ
レンズ８が固定される部分は同一部材であっても別の部
材であってもよく、また、これらの部材が平行基準面が
形成されるベース１５の保持体と一体であっても、別体
であってもよい。無論、コリメータレンズ８が設置され
る部分が水平基準面と異なる面であったとしても、コリ
メータレンズ８のコリメート特性等の光学特性が確認さ
れた後に、接着剤２１でコリメータレンズ８を固着する
ので、コリメート特性に影響を与えることがない。

【００３５】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載されるような効果を奏する。 (1) 半導体レーザの光軸に対して垂直基準面と平行基準
面を有し、コリメータレンズはその光軸に合わせて固定
されており、光源装置を装着するのみで、コリメータ特
性が損なわれない利点がある。 (2) 保持部を一体に形成できるので、光源装置の構成部
品点数を削減することができ、安価な光源装置を提供す
ることができる。また、構成部品数が減少されたことに
より、ねじの締め付け部が排除されたので、ねじ締め付
け時の部品のずれが無くなり、高精度の光源装置を提供
することができる。

【００３６】(3) コリメータレンズを透過させた紫外線
により紫外線硬化型の接着剤を固化させるので、接着剤
を均一に照射して完全硬化することができ硬化むらや未
硬化部の発生を防止できる。また、半導体レーザ光が光
軸方向以外の外部に漏れない構造であり、接着剤の経時
的な変化を防止できる。

【００３７】(4) アパーチャを組み付けした後に、コリ
メータレンズの焦点位置調整ができるので、アパーチャ
組付後の光学特性にばらつきが発生せず、安定した光学
特性の光源装置を提供できる。 (5) 光源装置をデジタル複写機やレーザプリンターの本
体、または光源装置が組み込まれる上位ユニットに取り
付ける場合、レーザ光の出射光軸に垂直な第１基準面と
出射光軸に平行な第２基準面を有するため、上方からも
横方向も取り付けることが可能であり、汎用性の高い光
源装置を提供できる。 (6) レーザ光の出射光軸に垂直な第１基準面を有するこ
とにより、アパーチャ形成部材の挿入、接着剤の塗布、
コリメータレンズの位置調整、紫外線の照射がすべて上
方からできるので、組立、調整の自動化が簡単な光源装
置を提供できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光源装置の第１実施例を示し、図
２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図２】図１の実施例の平面図である。

【図３】従来の光源装置の断面図である。

【図４】従来の光源装置の斜視図である。

【符号の説明】

３ 半導体レーザ ８ コリメータレンズ ９ プリント基板 １１ ガイドピン １５ ベース １５ａ 段付孔 １５ｂ スペーサ １５ｃ ガイドピン １５ｄ 溝 １５ｅ 凹面 １５ｆ 第１基準面 １５ｇ 第２基準面 １５ｈ，１５ｊ 位置決め孔 １５ｉ，１５ｋ ねじ孔 １６ アパーチャ形成部材 １６ａ アパーチャ １６ｂ 切り曲げ部 ２１ 接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−154211（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 7/00 H04N 1/113

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザを保持する第１保持部と、
   レンズを保持する第２保持部と、該半導体レーザのレー
   ザ光を調整するアパーチャとを有する光源装置におい
   て、 前記第１保持部を光軸に対して垂直に設け、前記第１保
   持部の前方に前記レンズを下方より支持する前記第２保
   持部を設け、前記第２保持部に前記アパーチャを下方よ
   り支持する第３保持部を設けることを特徴とする光源装
   置。
2. 【請求項２】 上位ユニット取付位置出しのための、前
   記半導体レーザに対する垂直面に設けられた前記第１保
   持部の第２基準面と、前記上位ユニット取付位置出しの
   ための、前記半導体レーザに対する平行面に設けられた
   第２保持部の第１基準面とを備えていることを特徴とす
   る請求項１記載の光源装置。
3. 【請求項３】 前記レンズを支持する支持面を凹面とす
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の光源装置。
4. 【請求項４】 前記アパーチャに設けられた弾性機能に
   より前記第３保持部にアパーチャを支持することを特徴
   とする請求項１記載の光源装置。
5. 【請求項５】 前記第１乃至第３の保持部が一体である
   ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。