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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のビームを同時に走査するマルチビーム走査装置の光源装置に関し、たとえば、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】
従来のデジタル複写機やレーザプリンタにおいては、感光体上を単数の光ビームで走査し、画像を形成する方式が一般的であったが、感光体上を複数の光ビームで走査して高速に画像を形成するマルチビーム走査装置が実用化されている。この種のマルチビーム走査装置では、副走査方向に複数の半導体レーザを配置し、これらの半導体レーザから出射された光ビームの各々の光軸を近接させるように合成して一方向に出射する光源装置が使用される。
【０００３】
半導体レーザを用いた光源装置においては、その光学特性として、光源装置より射出されるレーザビームの方向性（光軸特性）と、光束の平行性（コリメート特性）が要求される。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。したがって、半導体レーザとコリメータレンズとを有する光源装置においては、上記３軸方向の位置調整および調整された位置での固定が可能な構造でなければならない。
【０００４】
コリメータレンズを接着剤で固定する場合、硬化時に接着剤の収縮が発生するので、収縮による光学特性への悪影響をなるべく少なくすることが理想である。特に、光源装置では、ｚ軸方向（光軸方向）の要求精度が高いため、その収縮方向がｚ軸方向に発生しないように構成することが望ましい。そのため、接着層は光軸（ｚ軸）とほぼ平行な方向に設定するのが普通であり、他の軸（ｘ，ｙ軸）方向についても、調整を容易にするために、なるべく収縮方向がｘ軸又はｙ軸の１方向となるように構成することが望ましい。
【０００５】
さらに、デジタル複写機やレーザプリンタにおいて、印字の高速化や画素密度切り替えの目的で複数行を同時に走査する光源装置では当然のことながら、複数個の半導体レーザやコリメータレンズにより複数本のレーザビームを発生し、その方向性のビームピッチ精度（行方向、又は、ｙ方向の光軸特性ピッチ精度）が要求される。したがって、接着層の収縮がｙ方向に発生しないように構成することが望ましい。
【０００６】
図３０は、特開平５−８８０６１号に記載されている従来例で、１本のレーザビームを発生させる光源装置の断面図である。同図において、半導体レーザを保持するベース１０１には、段付き孔１０２が形成されており、ここに半導体レーザ１０３が圧入固定されている。２本のねじ１０４，１０４によってベース１０１に取り付けられたフランジ１０５には、段付き孔１０２と相対する位置に嵌合孔１０６が形成されており、この嵌合孔１０６の左端部には、嵌合孔１０６よりも０．１ｍｍ程度大径の入口部１０６ａが形成されている。上記嵌合孔１０６には、嵌合孔１０６と０．０１〜０．０３ｍｍ程度のクリアランスを有して筒状のレンズホルダ１０７が嵌入されており、このレンズホルダ７内にレーザビームを平行光束に変換するためのコリメータレンズ１０８が保持されている。
【０００７】
一方、プリント基板１０９に穿設された位置決め孔１１０には、上記ベース１の端面から突出されたガイドピン１１１が嵌入され、このガイドピン１１１の先端部分を熱溶融して仮想線１１１′で示すようにつぶすことにより、ベース１０１とプリント基板１０９とを固定している。半導体レーザ１０３のリード線１１２はプリント基板１０９に形成されたリード線挿通孔に通され、プリント基板裏面側において配線用の導電パターンに半田付けされる。
【０００８】
上記フランジ１０５は、半導体レーザ１０３の発光点がコリメータレンズ１０８の光軸上に一致するようにｘ，ｙ方向に位置調整した後、ねじ１０４によってベース１０１に固定される。
【０００９】
ベース１０１に取り付けられたフランジ１０５には、入口部１０６ａにつながる切欠部１１３が形成されており、半導体レーザ１０３の光源位置がコリメータレンズ１０８の焦点位置と一致するようにレンズホルダ１０７をｚ軸方向に位置調整した後、この切欠部１１３から接着剤を注入して内部に浸透させることにより、レンズホルダ１０７をフランジ１０５に固定している。
【００１０】
アパーチャ形成部材１１４は、コリメータレンズ１０８を透過した光束中の中央部付近の平行光束を取り出して成形するための遮蔽キャップであって、光束選択用の孔からなるアパーチャとフランジ１０５に嵌着するための突起１１４ｂとを有しており、この突起１１４ｂをフランジ１０５の切欠部１１３に嵌着することにより、アパーチャ形成部材１１４をフランジ１０５に固定している。
【００１１】
以上の構成により、半導体レーザ１０３から射出されたレーザビームは、コリメータレンズ１０８により平行光束となり、その中央部付近の光束がアパーチャ１１４ａを通過して外部に射出される。外部に射出されたレーザビームは、図示しないポリゴンミラー等の光偏向器とｆθレンズ等の光学系を経由して感光体上に走査され、画像を形成することになる。
【００１２】
図３１は、特開平７−１８１４１０号に記載されたレーザビームが複数本（２本）の光源装置の分解斜視図である。同図に示すように、２つのベース２０１，２０１には、図３０のベース１と同様の段付き孔が設けられ、レーザビームを射出する半導体レーザ２０３，２０３が圧入固定される。ベース２０１は、４本のねじ２０４によってフランジ２０５に取り付けられる。フランジ２０５には、半導体レーザ２０３，２０３の各々に相対する位置に嵌合孔２０６，２０６が形成されている。これらの嵌合孔２０６，２０６には、嵌合孔と０．０１〜０．０３ｍｍ程度のクリアランスを有する筒状のレンズホルダ２０７，２０７が嵌入され、このレンズホルダ２０７内にレーザビームを平行光束に変換するためのコリメータレンズ２０８，２０８が保持されている。
【００１３】
ベース２０１，２０１は、半導体レーザ２０３，２０３の各々の発光点が相対するコリメータレンズ２０８，２０８の光軸上に一致するようにｘ，ｙ方向の位置を調整した後、各々２本のねじ２０４，２０４によってフランジ２０５に固定されることとなる。
【００１４】
フランジ２０５の嵌合孔２０６，２０６には、切欠部２０６ａ，２０６ａが形成されており、半導体レーザ２０３の発光点がコリメータレンズ２０８の焦点位置と一致するようにレンズホルダ２０７，２０７をおのおのｚ方向に位置調整した後、この切欠部２０６ａから接着剤を注入して、内部に浸透させることにより、レンズホルダ２０７，２０７をフランジ２０５に固定する。
【００１５】
アパーチャ形成部材２０９は、コリメータレンズ２０８，２０８の中央付近の平行光束を取り出して成形するための部材であって、光束選択用の孔からなるアパーチャ２０９ａ，２０９ａが設けてあり、各々のコリメータレンズの光軸とアパーチャ２０９ａ，２０９ａの中心とが一致するように設定される。アパーチャから出射される平行光束は、プリズムからなるビーム合成用光学素子２１０によりほぼ同軸上の２本のビーム２１１，２１１に合成され、その後に設置されている画像書き込みのための走査光学系へと導かれる。この際、２本のビーム２１１，２１１のビームピッチ（ｙ軸方向の距離）は、画像書き込み面上の副走査方向（ｙ軸方向）のピッチが所望の間隔になるように出射光軸の角度が微調整される。この方法は、ベース２０１のｙ軸方向の位置調整に相当する。
【００１６】
アパーチャ形成部材２０９及びビーム合成用光学素子２１０は、ケース２１２の内部に保持される。ケース２１２は、フランジ２０５の位置決め凸部２０５ａとケース２１２の図示しない位置決め凹部とで位置合わせされ、フランジ２０５の各角部に形成された４個のねじ孔によりフランジ２０５に固定される。ここで、フランジ２０５の材質は、半導体レーザの放熱性と調整されたビームピッチの変動を極力抑えるために金属（特にアルミ）が用いられる。一方ケース２１２は樹脂成形部品を用いるのが安価な方法である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の複数本のレーザビームを出射する光源装置には、次の問題があった。
【００１８】
このような光源装置では、副走査方向（ｙ軸方向、または、画像書き込み上の列方向、つまり、２行同時書き込みの場合の行ピッチ方向）のビームピッチ精度は、非常に高精度が要求される。すなわち、光源装置からの２本のレーザビーム２１１，２１１の出射位置及び出射角度（これら出射位置と出射角度とで光軸特性となる）が非常に高精度を要求される。加えて、半導体レーザを用いた光源装置の場合、一般的にコリメータレンズを使用した拡大光学系となるため、半導体レーザとコリメータレンズの相対位置の精度はさらに厳しく、その値は、概ねサブミクロンオーダで要求される。
【００１９】
このような要請に対し、半導体レーザ２０３は、ベース２０１に対して正確に位置決めされて固定される必要がある。もし、ベースの嵌合孔の中心と半導体レーザの中心とがずれていると、このずれが即ビームピッチのずれに表れるからである。
【００２０】
これに対し、従来の光源装置では、半導体レーザをベース２０１の嵌合孔に圧入しているが、圧入時に嵌合孔が拡げられるので、この拡大がどの方向にも均等とは限られず、半導体レーザの中心と嵌合孔の中心とがずれることがある。
【００２１】
本発明は、このような問題を解決することを目的としたもので、半導体レーザをベースに固定するばあい、ビームピッチ方向の距離を正確に保って固定することができる光源装置を提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、複数の半導体レーザと、これらの半導体レーザを固定する嵌合孔を備えたベースと、該ベースに固定され各半導体レーザの前面に設けられたコリメータレンズと、上記コリメータレンズから出射されるレーザビームを近接したビームにするビーム合成用光学素子と、これらコリメータレンズとビーム合成用光学素子を覆うために上記ベースに取り付けられるケースとを有する光源装置において、上記ベースの嵌合孔の裏面に半導体レーザを保持する円筒状のリブを形成し、各リブのビームピッチ方向中心線上に割り溝を穿設したことを特徴としている。
【００２３】
また、上記割り溝が複数のリブのビームピッチ方向中心線の一方側に偏って各１カ所に穿設されている構成とすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の光源装置を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の光源装置の分解斜視図で、図２はコリメータレンズを接着する場合のレンズ支持部を含むベースの正面図である。これらの図に示すベース１は、そのほぼ中央にｙ軸方向に並んだ２つの嵌合孔１ａ，１ａを有し、これらの嵌合孔１ａ，１ａの裏面にはレーザビームを射出する２つの半導体レーザ２，２が圧入固定される。また、ベース１には、コリメータレンズ３，３を直接固定するために、嵌合孔１ａ，１ａの前面に位置してコリメータレンズ３，３の外周円よりわずかに径の大きな（たとえば、０．２ｍｍ程度）断面円弧状のレンズ支持部１ｂ、１ｂが半導体レーザ２，２の各々の光軸と同心に一体成形されている。このレンズ支持部１ｂの光軸（ｚ軸）方向の長さは、コリメータレンズ３との間に接着剤が余分に充填された場合でも他の部分に付着することがないように、コリメータレンズ３，３の光軸（ｚ軸）方向の厚さ（レンズの厚さ）よりも長くなっている。また、正面から見た形状は、各々半円以下の断面円弧状とされている。
【００２５】
なお、この正面から見たときの形状は、位置調整と接着作業の容易性から、図２に示すように６０゜程度開いた左右対称な形状とするのが望ましい。さらに、レンズ支持部１ｂ、１ｂの断面円弧の中心線Ｃ，Ｃは、コリメータレンズ３，３による出射された２本のビームの副走査ピッチ方向（ｙ軸方向）に対してほぼ直角に設定されるのが望ましい。
【００２６】
また、本発明のベース１は、ほぼ矩形であり、嵌合孔１ａ，１ａ及びレンズ支持部１ｂ，１ｂを含む全体の構成がベースの中心線Ｏに対して線対称なっている。これは、次の理由によるものである。
【００２７】
コリメータレンズ３，３はベース１から突出したレンズ支持部１ｂの先端にとりつけられており、ベース１自身が取り付けの際の締め付け力や温度変化で変形した場合、その変形は直接コリメータレンズ３，３の位置変化として表れる。そのため、もし、レンズ支持部１ｂ，１ｂや嵌合孔１ａ，１ａが非対称位置に配置されていると、ベースの変形によるコリメータレンズ３，３の位置変化も非対称に生じることになる。すると、ベース１の変形前後において、コリメータレンズ３，３の位置関係が不規則に崩れ、これが光学特性の変動に大きく影響し、画像不良の原因となる。これに対し、線対称に配置すれば、両側のコリメータレンズの位置のずれは同等となり、光学特性（特に光軸ピッチ方向）の変動を小さくすることができ、外力に対して安定した高精度の光源装置を提供することができる。
【００２８】
アパーチャ形成部材４には、光束選択用の孔からなるアパーチャ４ａ，４ａが設けてある。このアパーチャ形成部材４は、ケース９の内部に保持される。
ビーム合成用光学素子５は、アパーチャ４ａ，４ａから出射された２本のビーム１０，１０をほぼ同軸のビームに合成する部品であって、プリズムが使用され、これもケース９内にアパーチャ形成部材４と共に保持される。ビーム合成用光学素子５としては、プリズム以外に、ミラーとハーフミラーとを組み合わせた構成としてもよい。
【００２９】
コリメータレンズ３は、その組立に際し、図２に示すように、３軸（ｘ，ｙ，ｚ軸）方向に位置調整可能なチャック７で把持され、レンズ支持部１ｂ，１ｂ上に半導体レーザ２，２の各々の光軸と同心に配置される。そして、レンズ支持部１ｂとコリメータレンズ３の外周面との間に形成される隙間に紫外線硬化型の接着剤を充填して接着層６を形成した後、図示しない検査装置によって光学特性を検査しながらコリメータレンズ３の位置を微調整し、目的の光学特性が得られる位置が決定したら当該チャック７，７を固定し、図２に示すようにコリメータレンズ３，３の上方から接着層６に向けて紫外線照射器８，８より紫外線を照射する。紫外線はコリメータレンズ３を透過して接着層６に達し、接着層６の全体を均等に硬化させる。この接着剤硬化は、２つあるコリメータレンズ３，３に対して各々に実施される。したがって、レンズ支持部１ｂ，１ｂとコリメータレンズ３，３との間にはその隙間寸法（約０．２ｍｍ）からなる厚さ均一で左右対称で厚さ方向が副走査ピッチ方向（ｙ方向）とほぼ直角な接着層６，６が形成され、コリメータレンズ３，３はこの接着層６，６によってレンズ支持部１ｂ，１ｂ上に所定の光学特性を維持した状態で固定される。
【００３０】
接着層６，６の光軸方向の長さはレンズ支持部１ｂの光軸方向の長さより短く、接着層６とベース１の表面とは隙間を保つようにしている。光源装置を使用していて温度が上昇してくると、接着層６が膨張する。このとき、接着層６とベース１の表面とが密着していると、コリメータレンズ３，３は接着層６の膨張により光軸方向に動いてしまう。しかし、接着層とベース１表面との間に隙間があると、接着層６はコリメータレンズの両側に自由に膨張できるので、レンズを動かすことがなく、位置精度を高精度に保つことができることになる。
【００３１】
ケース９はベース１の位置決め凸部１ｃと、ケース９の位置決め凹部（図示せず）で位置合わせされ、ケース９に設けられた４つのねじ孔９ａとベース１の４つの孔１ｄとを重ね合わせ、４本のねじ１１を締め付けることによって結合される。
【００３２】
本発明の実施例では、ケース９の材料の線膨張係数はベース１の材料の線膨張率とほぼ同一に設定されていることに特徴がある。線膨張率を合わせるのは、まず、両者を同一の素材で形成することが考えられる。また、ベース１をアルミ材料で形成した場合、ケース９の線膨張率をアルミ材料とほぼ同じ２〜２．３×１０-5（１／℃）にすることが望ましい。このような線膨張率を有する樹脂材料としては、たとえば、ガラス繊維入りの不飽和ポリエステル樹脂がある。また、ガラス繊維入りの樹脂でガラスの繊維方向が発生する場合には、繊維方向をビームピッチ方向（ｙ方向）にし、ベース１の線膨張係数と同等にすることが考えられる。
【００３３】
ケース９より射出されたほぼ同軸の２本のビーム１０，１０は、その後に設置されている画像書き込みのための走査光学系へと導かれる。この際、２本のビームのピッチは、画像書き込み面上の副走査方向のピッチが所望の間隔になるように出射光軸の角度が微調整される。この方法は、前述したコリメータレンズの位置調整におけるｙ方向の位置調整に相当する。
【００３４】
図３及び図４は、ベースのレンズ支持部を連結した実施例である。図３１に示す光源装置では、組立当初に要求される光学特性を満たしたとしても、デジタル複写機やレーザプリンタに搭載すると、取り付けによる内部応力や、機内温度の変化による膨張や収縮力に起因する変形が生じ、図３２に示すように、フランジ２０５を湾曲させてしまう。本発明が対象とする光源装置は、一般に拡大光学系となるため、湾曲などの変形による各部品の位置に変化が生じると、たとえそれが僅かであっても、感光体の書き込み位置に達すると拡大されて大きなずれとなり、光学特性に大きな影響を及ぼす。特に、ｙ方向の湾曲は、ビーム２１１，２１１の平行度を損なうので、その影響が大きい。
【００３５】
この図３、図４の例は、この問題を解決するもので、光源装置自体を変形しにくい構造にしたものである。実際に光源装置を組み込む本体側の設定を変更すると、他にも数多くの部分に影響を及ぼし、多大なコストが発生するおそれもある。そのため、図３、図４のように変形しにくい構造にすることは、実用上他への影響が少なく、有利である。
【００３６】
図３に示すベース２１は、図１のベース１と同様に半導体レーザ２，２を取りつける嵌合孔２１ａを有しており、ただ、コリメータレンズ３のレンズ支持部１ｂ，１ｂがつながって連結支持部２１ｂとなっている点が特徴である。連結支持部２１ｂは、図１のレンズ支持部１ｂ，１ｂと同じレンズ支持部２１ｂ１，２１ｂ１を直線的な連結部２１ｂ２で接続して一体化したものである。この直線形状の連結部２１ｂ２は、ビームピッチ方向（ｙ方向）とほぼ平行で、ピッチ方向の厚さを均一にしており、また、レンズ支持部２１ｂ１と連結部２１ｂ２との間には、光軸方向に延びる溝状の逃げ部２１ｂ３を形成している。この逃げ部は、コリメータレンズ３を固定する際に充填される接着剤が連結部２１ｂ２に達するのを防止するために形成されたものである。レンズ支持部の形状（接着剤が塗布される面の形状）は、上記逃げ部２１ｂ３を境にして同一形状をしている。
【００３７】
連結部２１ｂ２がｙ方向に形成されているので、図３２で示したようなｙ軸に沿って湾曲する変形を防ぎ、図１に示す２本のビーム１０，１０の間隔や角度の狂いを効果的に防止することができる。
【００３８】
図４のベース２２は、２つのコリメータレンズ３，３の光軸を結ぶ線がｙ軸に対して傾斜している例である。図３に示す２つのコリメータレンズ３，３がｙ軸と平行に配置されたベース２１と、図４のようなベース２２との違いは、詳しい説明は省略するが、これらの光源装置を使用する書き込み光学系の構造の相違によるものである。このようなベース２２では、連結支持部２２ｂも傾斜して配置されることになる。そして、この連結支持部２２ｂは、図１のレンズ支持部１ｂに対応するレンズ支持部２２ｂ１，２２ｂ１を直線的な連結部２２ｂ２で結合して一体化したものとなっている。この実施例では、連結部２２ｂ２は若干肉厚が薄く、逃げ部２２ｂ３は段差状に形成されている。連結部はｙ軸と平行に形成するのが最も効果的ではあるが、図４のように若干傾斜しても差し支えない。
【００３９】
図５は、ベース１とケース９とを一カ所の固定部で結合した実施例を示す。ほとんどが図１に示した光源装置と共通しており、同一符号を付して説明を省略する。図３１に示すフランジ２０５とケース２１２とは、フランジ２０５の四隅に穿設された孔２０５ｂにねじを挿通してケース２１２に固定する。そのため、光源装置の温度が上昇し、フランジ２０５やケース２１２が膨張した場合、双方の線膨張率に差があると、フランジ２０５に図３２に示すような湾曲ひずみが発生し、２本の光束２１１の間隔や平行度（ビームピッチ精度）が狂ってしまう。
【００４０】
これに対し、図５の実施例では、ベース１の中央付近に１つだけ孔１ｄが開けられ、ケース９にはこの孔１ｄに対応する雌ねじ孔９ａを形成した構成となっている。そして、取付部材としてのねじ１１が孔１ｄを挿通してケースの雌ねじにねじ込まれ、結合する構成となっている。
【００４１】
このようにベース１とケース９とは一カ所で固定されるので、ベースとケースとの間に線膨張率の相違があっても、両者はそれぞれ自由に膨張・収縮することができ、ベースに湾曲ひずみが発生することがなく、２本のビーム１０，１０のビームピッチ精度を高精度に維持することができる。また、ケースやベースのそれぞれをどのような材質にしてもよくなるので、安価な樹脂成型品を採用し、製造コストを下げることができる。また、取付部材１１の孔１ｄを、半導体レーザ２，２のｙ方向の中心線Ｃ，Ｃの中心を通る中央線Ｃ′上に配置すれば、ベースを変形させることがなく、かつ、取り付け時にベース側とケース側の相対位置の安定性が向上し、ビームピッチを高精度に保つことができる。
【００４２】
図６、図７、図８はレンズ支持部１ｂから光学素子支持部２３を延設し、ベース１と一体的にビーム合成用のビーム合成用光学素子５を取り付けられるようにした実施例である。
【００４３】
図３１に示す従来の光源装置では、ビーム合成用の光学素子２１０がケース２１２に保持された後、フランジ２０５に取り付けられていた。そのため、ビーム合成用の光学素子２１０の位置決め誤差がビーム（光束２１１）のピッチ精度に影響を与えてしまうという問題があった。また、ケース２１２は、コスト上からは安価な樹脂成形品で構成することが望ましいが、一般的に樹脂成型品は温度変動による変形が大きく、環境温度の変動に伴う膨張・収縮での位置ずれ（特にビームピッチ方向の変動）が特に大きく影響してしまう問題があった。図６の実施例は、このような問題を解決するものである。
【００４４】
図６に示すように、この実施例では、両側のレンズ支持部１ｂ、１ｂを延長して光学素子支持部２３をベース１と一体的に形成している。アパーチャ形成部材１４は、ビーム合成用光学素子５の後方に取り付けられるので、アパーチャ１４ａは１つだけである。
【００４５】
ビーム合成用光学素子５は光学素子支持部２３の突き当て基準面２３ａで位置決めされ、面２３ｂ上に固定される。このときビーム合成用光学素子５は光学素子支持部２３の面２３ｂ上に接着層２４を介して接着される。このようにすることによって、温度変化により接着層２４が伸縮しても、ｙ方向（２本のビーム１０，１０のピッチ方向）に変化を起こさないようにすることができる。接着剤としては、信頼性に優れた光硬化型接着剤が望ましく、製造工程の容易さからはコリメータレンズ３を固定する接着剤と同一のものが望ましい。この後、図２で説明したのと同様にしてコリメータレンズ３，３を位置決めし、接着固定する。
【００４６】
この結果、位置精度の要求が高い光学部品である半導体レーザ２，２、コリメータレンズ３，３及びビーム合成用光学素子５は全てベース１により保持されることとなる。したがって、要求される組立精度を達成し易く、かつその精度を維持し易い。また、この光学素子支持部２３は、ｙ方向に形成されることとなるので、ｙ方向に沿って生じる湾曲ひずみ（図３２参照）を効果的に防止でき、ケースが温度変化による収縮してもビームピッチ精度に影響を受けないようになる。なお、図示の実施例では光学素子支持部２３をレンズ支持部１ｂと一体的に形成したが、別個のものとしてベース１から独立した状態で立設してもよい。
【００４７】
図９、図１０、図１１は、アパーチャ形成部材を弾性部材としてベース１側に取り付けられるようにした実施例である。図９は光源装置の分解斜視図、図１０はベース１周辺の組立状態を示す斜視図、図１１は図１０の正面図である。
【００４８】
図３１の従来の光源装置では、アパーチャ形成部材２０９はケース２１２に保持された状態でフランジ２０５に取り付けられるため、アパーチャ２０９ａの位置決め誤差が出射位置誤差につながるという問題があった。また、ベース２０１に半導体レーザ２０３を取り付け、フランジ２０５にコリメータレンズのレンズホルダ２０７及びコリメータレンズ３を固定し、光学特性を調整した後、アパーチャ形成部材２０９を取り付けるため、２つのアパーチャ２０９ａのピッチにばらつきがあると、アパーチャ形成部材２０９を取り付け後、光学特性に誤差が生じることになり、ビームピッチ精度にも影響を与えてしまうという問題もあった。
【００４９】
そこで、図９、図１０、図１１に示す実施例では、上記の問題を解決するために、アパーチャ形成部材２５をプラスチックの成型品などで製造し、弾性に富んだ断面がコ字形にし、ベース１の光学素子支持部２３に取り付けられたビーム合成用の光学素子５の外側から挟むようにして取り付けるようにしている。アパーチャ形成部材２５のアパーチャ２５ａは、ビームが合成された後の位置に配置されるため、１つだけでよい。また、アパーチャ２５ａの両側の対向する挟持片には、内側に突出したリブ状の突起２５ｂ，２５ｂが形成され、光学素子支持部２３にもこの突起が嵌合する溝２３ｃが形成されていて、簡単に外れることがないようにすると同時に、挟持力の増加を図っている。
【００５０】
以上の構成とすれば、アパーチャ形成部材２５は光学特性を調整した後のベース１に取り付けられるので、取り付け時にセットされた位置を保持でき、出射位置を高精度に保ち、ビームピッチへの影響も生じないようになる。
また、アパーチャ形成部材の位置決めを、部品点数を増加することなく、容易に決めることができ、ケースの温度変化による変形がアパーチャのピッチに影響しないので、ビームピッチ精度も影響を受けず、ケースを安価な樹脂成形品で構成することができ、光源装置を安価に提供することができる。
【００５１】
図１２、図１３、図１４はアパーチャ形成部材２６をベース１と一体的に形成した実施例である。図１２は光源装置の分解斜視図、図１３はベース１周辺の組立状態を示す斜視図、図１４は図１３の正面図である。この実施例では、アパーチャ形成部材２６を光学素子支持部２３に一体的に形成し、コリメータレンズ３の中央に位置するように２つのアパーチャ２６ａ，２６ａを開けている。
【００５２】
アパーチャ形成部材２６は、ベース１に直接立設してもよく、あるいは、板状の素材からアパーチャ２６ａが穿設されたアパーチャ形成部材２６を別個に形成し、接着剤などで光学素子支持部２３に接着固定する構成としてもよい。
上記の構成とすれば、アパーチャ形成部材がベースと一体構造であり、アパーチャを通過し整形された光束による光学特性を調整するので、アパーチャの精度誤差及び位置誤差を吸収した状態で光学特性を保証でき、高精度の光源装置を提供できる。
【００５３】
また、アパーチャ形成部材を独立した部品から削除できるので部品点数が減少できるとともに、ケース側の精度を必要とせず、安価な樹脂でケースを作ることができ、全体として光源装置を安価に製造することができる。
【００５４】
図１５は、ビーム合成用の光学素子５の位置を調整できる機構を付加し、ビーム１０，１０の間隔（ビームピッチ）を微調整できるようにした実施例で、組み立てた光源装置の断面図である。
【００５５】
本発明の光源装置は、前述したように、その光学特性として光源装置より射出されるレーザビーム方向性（光軸特性）と光束の平行性（コリメート特性）が要求される。
【００５６】
しかしながら、実際に接着固定する場合には、コリメータレンズを所望する位置に持ってくることができたとしても、接着層の硬化収縮やねじの締め付けによる変形等によりレンズの位置が不確定的に変動するため、接着固定後の光学特性は非常に不安定にならざるを得ない。
【００５７】
図１５の実施例は、このような問題を解決するためのもので、ケース９の右端にはベース１がはめ込まれ、ベース１には、半導体レーザ２，２とコリメータレンズ３，３とが固定され、アパーチャ形成部材２７にはアパーチャ２７ａ，２７ａが穿設されている。アパーチャ形成部材２７は、弾性のある素材でできた薄板形状であり、中央に突起２７ｂを有している。
【００５８】
前述したようにプリズムを用いたビーム合成用光学素子５は、ケース９内にあって、図の左下を支持座９ａに当接し、右側中央はアパーチャ形成部材２７の中央に形成された突起２７ｂの先端に弾性支持され、左上はケース９を貫通したねじからなる調整手段２８の先端に当接している。このうち、支持座９ａは固定された支点であり、回転中心となる。調整手段２８は、ビーム合成用光学素子の回転角を微調整する調整手段としての機能があればよく、ねじに限定されない。
【００５９】
ここで、ケース９の支持座９ａは平面形状となっているため、ビーム合成用光学素子５はここで線接触するとともに、ここを中心としてｙ−ｚ平面内で（又は、ｘ軸を中心として）回転可能となる。
【００６０】
調整手段２８を回転すると、調整手段２８のケース９内に突出する長さが変化し、ビーム合成用光学素子５が、支持座９ａに当接している角部を中心にｙ−ｚ面内で微小な角度で回転する。この回転によって、ビーム合成用光学素子５の第１反射面５ａと第２反射面５ｂ間のｙ方向の距離が変化するため、２つの光束２１０，２１０のｙ方向の距離（副走査方向のピッチ）が変化する。そこで、調整手段２８としてのねじを左右に回転して光束２１０，２１０間の距離を所望の値になるように調整することができる。
【００６１】
この回転によって変化するのはビームのピッチ方向の間隔（ｙ方向の間隔）だけであり、ｘ方向や光束の平行性（コリメート性）には影響しない。したがって、ビーム合成用光学素子の回転機構により、他の光学特性に影響を与えずにビームピッチのみを調整することができる。以上の調整は、２本のビームの場合のみに限定されるものではなく、３本以上のビームについても同様に調整可能である。
【００６２】
また、調整手段２８のねじの代わりに弾性部材を設け、突起２７ｂに調整ねじを設ける構成としても同じ目的を達成できる。この場合、アパーチャ形成部材２７は弾性変形しにくい構成とすることが望ましい。また、突起２７ｂの位置にある調整ねじを光源装置の外部から回転させるため、たとえば、ベース１に貫通孔を形成し、そこからドライバを差し込んで調整手段２８としてのねじを回転できるようにするとよい。
【００６３】
図１６から図１９に示すのは、ベースの形状を工夫することで、温度変化によるベースの変形を小さく抑えることができる実施例である。
図３１に示す従来の光源装置では、金属製のフランジ２０５と樹脂性のケース２１１とを４本のねじ２０４で固定するため、光源装置に温度上昇が発生した場合、図３２に示すように、材料の線膨張係数の違いによりフランジ２０５を湾曲状に変形させてしまう。特に、湾曲がビームピッチ方向（ｙ方向）に発生すると、ビームの平行度が狂い、拡大光学系であるから、わずかな狂いが大きく拡大されてしまう。
【００６４】
また、上記の変形の原因となる応力は、ｘ方向とｙ方向とでは、大きさが異なり、これらの合成された力によりフランジが変形するので、フランジ２０５はより複雑な変形をすることになる。また、フランジの剛性によっても変化量が異なる。その結果、ビームピッチが複雑に変化し、不良画像の原因となるという問題があった。
【００６５】
図１６から図１９に示すのは、この問題を解決するための実施例である。図１６は、光源装置の分解斜視図、図１７はベースの拡大斜視図、１８はベースの正面図、図１９は図１７の一部破断した下面図である。
これらの図に示すベース３０は、両側の固定部３０ａ，３０ａと、中央の半導体レーザ２，２とコリメータレンズ３，３を固定した光源部３０ｂとを剛性の低い狭小部３０ｃ，３０ｃで接続した構成となっているが、換言すれば、図１のベース１に狭小部３０ｃを形成した構成で、他の構成は図１のベースと同じである。また、光源装置のベース３０以外の部分も図１の実施例と変わりはない。
【００６６】
狭小部３０ｃは、固定部３０ａの上下両側に穿設された取り付けねじの孔３０ｄ，３０ｄの中心であり、ｘ軸方向と一致している。狭小部３０ｃの厚さは固定部３０ａや光源部３０ｂと同じ厚さになっているが、薄くしてもよい。固定部３０ａが、図示の実施例では上下対称な形状であるが、非対称形状の場合も、狭小部３０ｃは、上下両側の孔３０ｄ，３０ｄの中心に形成するとよい。
【００６７】
ベース３０よりもケース９の線膨張係数の方が大きい場合、周囲の温度が上昇すると、図１８に示すようにベース３０の表面側からｘ，ｙ方向にベース３０を伸ばす力ｆ１，ｆ２が作用するが、中央の光源部３０ｂには、狭小部３０ｃを介してｆ３の引っ張り力が作用するのみである。
【００６８】
したがって、この場合には従来のように複雑な反りは発生せず、狭小部３０ｃが局部的に変形するだけで、光源部３０ｂの反りはｘ，ｙいずれの方向ともに防止できるか、著しく低減できることになる。特に、ｙ方向の変形は、ビームピッチに与える影響が大きいが、この実施例によればｙ方向の変形はほとんど無くなるので、ビームピッチを高精度に保つことができる。
【００６９】
上記の実施例では狭小部３０ｃは左右に１カ所づつであったが、装置の制約や必要性などを考慮して左右いずれか１方のみとしたり、左右合わせて３カ所以上にするなど、種々の変更が可能である。
【００７０】
図２０は、ベース１の裏側にバックプレートを設け、このバックプレートとケースの線膨張率を等しくした実施例である。
上述したように、ベース１はアルミ材料で形成され、ケース９は合成樹脂の成型品を使用するので、線膨張率が異なる。また、ベース１とケース９は、四隅をねじ１１で固定している。そのため、雰囲気温度が上昇すると、図３２で説明したのと同様にベース１が湾曲することになり、ビームピッチが狂って画像不良の原因となる。
【００７１】
これに対し図２０の実施例は、ベース１のケース９と反対側にバックプレート３１を設けている。バックプレート３１は、ケース９とほぼ同じ線膨張率を有する素材、たとえば、同一の素材から形成されたもので、ベース１と同じ大きさの四角な板状で、四隅にはねじ１１の挿通される孔３１ａが穿設され、中央には半導体レーザ２，２を避けるための２つの孔３１ｂが穿設されている。
【００７２】
ベース１は、ｘ、ｙ方向の大きさがほぼ等しいケース９とバックプレート３１とにサンドイッチ状に挟まれ、四隅をねじ１１で締め付け結合される。光源装置の周囲の温度が上昇した場合、樹脂製のケース９とアルミ系の金属製のベース１とではケースの方が膨張し易いので、従来はベース１が湾曲してしまった。ところが、図２０の実施例では、ベース１は線膨張率が同じケース９とバックプレート３１とに挟まれているので、ベース１の両側のケース９とバックプレート３１とは同一の膨張をすることとなり、ベース１の両側の変形がベース１の変形を相殺してベース１は湾曲することがなくなる。したがって、ビームピッチが狂うことが無くなり、ビームピッチを高精度に保つことが可能となる。
【００７３】
なお、ケース９とバックプレート３１との曲げ剛性が大きく相違すると、ベース１に湾曲歪みが生じる場合もあり得る。そのような場合を考慮して、バックプレートの曲げ剛性をケースの曲げ剛性とほぼ同程度にしておくことが望ましい。
【００７４】
図２１はベースに半導体レーザを圧入する際に、ビームピッチ方向（ｙ方向）のずれが生じにくい圧入構造を示す実施例で、ベース１を裏側（半導体レーザを挿入する側）から見た図である。
【００７５】
ベース１の中央には、２つの嵌合孔１ａ，１ａが穿設されているが、この嵌合孔の裏面には、半導体レーザ２の金属製の鍔部が嵌入するための円筒状のリブ１ｅが形成されている。本発明の実施例は、このリブ１ｅのビームピッチ方向中心線Ｙ上に割り溝１ｆを円筒の高さ方向に形成したものである。図示の実施例では、１つのリブ１ｅに対し、中心線Ｙ上（ｙ方向）に２つの割り溝１ｆを形成している。
【００７６】
円筒状のリブ１ｅの内径を半導体レーザ２の外形より若干小さめにし、割り溝１ｆが広がることで半導体レーザと嵌合するようになる。そして、嵌合された後は、割り溝１ｆが元に戻ろうとするので、半導体レーザはより強い力で把持され、取付位置を高精度に保持できるようになる。
【００７７】
ところで、リブ１ｅの内径が半導体レーザ２の外形より若干小さい場合、半導体レーザ２がリブ１ｅ内に進入したとき、前述したとおり割り溝１ｆが広がることで半導体レーザ２との嵌合が行われる。このとき割り溝１ｆの広がりが左右均等に行われれば問題無いが、この広がり量が溝の左右で等しいとは限らず、等しくなければ、割り溝１ｆの幅の中心位置がずれ、直接半導体レーザの位置がずれることになる。また、このずれ量は個々のケースで異なり、予め予測することができない性格のものである。もし、このずれがｙ方向に生じると、ビームピッチの誤差となり、画像不良に結びつく。しかし、このずれがｘ方向に生じた場合は、読みとりや書き込み等のタイミングを修正すればよいので、画像不良の問題は生じない。したがって、このずれがｘ方向に生じるようにしたい。
【００７８】
そこで、割り溝１ｆが１つのリブ１ｅの対向する位置に２つ形成される場合は、図２１のようにビームピッチ方向中心線Ｙ（ｙ方向）上に配置した。このようにすると、ずれはｘ方向に生じ、ｙ方向、すなわち、ビームピッチへの影響を排除できることになる。
【００７９】
図２２（ａ），（ｂ）のように、割り溝１ｆがリブ１ｅ１つに１カ所の場合は、割り溝１ｆが広がると、リブ１ｅの変形は、主として、図の矢印のように、割り溝１ｆと反対方向で、割り溝１ｆの幅方向と直交する方向に発生する。このような場合は、図２２（ａ）のようにリブ１ｅのビームピッチ方向中心線Ｙの一方側（（ａ）では上方）に揃えて形成するとよい。（ａ）とは逆に下方に揃えてもよい。このようにすれば、ｙ方向のずれが上下のリブで同じ方向に発生するので、相殺され、ビームピッチ（ｙ方向）のずれは小さくなるからである。
しかし、図２２（ｂ）のように、一方の割り溝１ｆはリブ１ｅの上に、他方は下にというように形成すると、ｙ方向のずれが逆方向に生じ、ずれが加算されて大きくなり、ビームピッチに影響を与えることになる。
【００８０】
図２３は、円弧状の接触面を有するレンズ支持部１ｂの中心をコリメータレンズ３，３の中心から外側に若干量（δ）ずらした実施例である。図２４は図２３のＡ−Ａ断面図、図２５（ａ）は接着層の拡大図、（ｂ）は膨張量の分解図、（ｃ）はコリメータレンズのビームピッチ方向の膨張による移動を説明する図である。
【００８１】
図２で説明したように、レンズ支持部１ｂとコリメータレンズ３とは、紫外線硬化型の接着層６により接着されている。ところが、硬化後の接着層６の線膨張係数はベース１の線膨張係数よりかなり大きい。
【００８２】
一方、図２４及び図２５により説明すると、ベース１の温度が上昇した場合、ベース１は膨張し、コリメータレンズ３，３間の距離Ｌがベース１の外側方向に片側でΔＬ／２膨張する。これに対し、図２５（ａ）に示すように、接着層６も仮想線６′に示すように膨張するが、接着層６はレンズ支持部１ｂによって外側への膨張を制限されるので、コリメータレンズ３の中心に向かって膨張する。言い換えると、接着層６の厚さがΔＳだけ内側に厚くなる。このとき、接着層６の中心がコリメータレンズ３の中心から図示のようにδだけ外側にずれていると、接着層６の膨張による厚さの増加ΔＳは、図２５（ｂ）に示すように、ベース１の中心に向かう成分ΔＳ′を持つことになる。すなわち、接着層６はビームピッチ方向の内側に向かって膨張する。
【００８３】
図２４及び図２５（ｃ）で示すように、コリメータレンズ３，３間の距離ＬがΔＬ（片側ではΔＬ／２）伸びる方向と、接着層６の膨張によりレンズをｙ方向にΔＳ′移動させる方向とは、逆向き、つまり相殺する方向となる。
【００８４】
言い換えると、接着層６の中心をベースの外側に適当な量（例えば、δ）ずらすことで、温度変化によるコリメータレンズ３，３間の距離の変化は本来の伸び（ΔＬ／２）から接着層６の伸びのｙ方向成分ΔＳ′を引いたものとなり、温度上昇による膨張を補償してビームピッチ精度が要求される範囲内に保ったり、あるいは、全く変化しないようにしたりすることも可能となる。
【００８５】
図２６及び図２７は、ケースにスリットを形成してケースの剛性を下げ、膨張の際にベースを湾曲させるのを防止できるようにした実施例である。
図３２で説明したように、ベース１がアルミ系の金属製で、ケース９が樹脂成型品の場合、線膨張率の相違から、光源装置が高温下に置かれると、ケース９が大きく膨張し、ベース１を湾曲させ、これによって、ビームピッチが狂い、画像不良になるという問題があった。
【００８６】
この実施例は、ケース３３の両側にスリット３３ａを形成したものである。このような構成によって、ケース３３の曲げ剛性は低下し、図２７に示すようにケース３３が膨張しても、ケース３３の変形はベース１を湾曲させるまでには至らず、ベース１は真っ直ぐな状態を保つことができる。特に、スリット３３ａをケース３３のビームピッチ方向（ｙ方向）に延びる両辺に形成すれば、ｙ方向の湾曲を効果的に防ぐことができる。したがって、ビームピッチが狂うこともなく、画像不良を起こさないようにすることができる。
【００８７】
図２８はベース１とケース９との結合部に逃げを持たせてケース９が膨張する際の熱応力がベース１に伝わらないようにした実施例である。
図３０の従来例で説明したように、フランジ２０５とケース２１２とは、四隅をねじで締め付け固定されている。そのため、ケース２１２の熱応力がフランジ２０５に伝達されてフランジ２０５が湾曲するという問題があった。
【００８８】
これに対し、図２８（ａ）の実施例は、ベース１に穿設されるねじ１１用の孔１ｄの４つのうち３つを長孔からなる長径孔１ｆとし、この長径孔１ｆに挿通されるねじ１１とベース１との間に、ゴムなどの弾性材３２を挟持させ、光軸方向のガタツキを抑えている。
【００８９】
このような構成にすると、ケース９とベース１とは、一点のみで固定され、他のねじ１１とはｘ−ｙ平面内で長径孔１ｆとの隙間の範囲内で、移動が自由にできる状態となる。したがって、ケースとベースとの素材が相違して熱膨張率の異なり、光源装置の温度が上昇して、一方（ケース９）が膨張しても、長径孔とねじとの隙間がある間は、ベース１の湾曲を防止することができる。実施例の長径孔１ｆを、１ｄより大きな丸孔とすることも可能である。
【００９０】
なお、前述したように、ビームピッチの精度はｙ方向には非常に厳しいが、ｘ方向はそれほど厳しくない。そこで、図２８（ｂ）のように、ｘ方向に並んだ２組の孔の一方の組の２つの孔を上側に示すように従来どおりの孔１ｄとし、ｘ方向に並んだ他方の２つの孔を下側に示す長径孔１ｆとしてもよい。
【００９１】
図２９はねじ１１の代わりに樹脂製の弾性突起３４を使用した例である。弾性突起３４は、ケース９の雌ねじが形成された位置にケースと一体的に成形され、ケース９の端面から垂直に、かつ、環状に配置された複数（図では４個）の柱部３４ａと、これら柱部の各先端に形成された係止部３４ｂと、係止部３４ｂの先端に形成された案内斜面３４ｃとからなっている。他方のベース１には（ａ）と同様の長径孔１ｆが開けられている。また、複数の柱部３４ａで形成する弾性突起３４の胴部の径は長径孔１ｆの長径より小さいが、係止部３４ｂの外径は長径孔１ｆの短径より大きくしている。
【００９２】
ベース１をケース９に取り付けるには、ベース１をケース９に重ね合わせて各長径孔１ｆに各弾性突起３４の先端を挿入し、ベース１をケース９に押しつけると、弾性突起３４の案内斜面３４ｃにより複数の柱部３４ａが一斉に内側に撓み、弾性突起３４は長径孔１ｆを通過し、頭部の係止部３４ｂがベース１を貫通して反対側に突き出す。これと同時に、柱部３４ａは内側に撓んだ状態から真っ直ぐな状態に復帰する。係止部３４ｂの径が長径孔１ｆの径より大きいので、ベース１はケース９から外れることはない。また、係止部３４ａ自身の弾性によりベース１はケース９にばね付勢された状態で光軸方向に押しつけられる。
【００９３】
ベースとケースは４カ所全てでこの弾性突起３４により係止することとしてもよく、一本ないし２本はねじ１１で止めてもよい。ただし、２本の場合は、ｘ方向に並んだ２本とすることが望ましい。
【００９４】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、上記ベースの嵌合孔の裏面に半導体レーザを保持する円筒状のリブを形成し、各リブに割り溝を穿設し、半導体レーザを圧入した場合に割り溝が拡がる量をビームピッチ方向には無関係にしたので、複数の半導体レーザのビームピッチ方向の位置を高精度に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光源装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】ベースにコリメータレンズを固定する方法を説明する正面図である。
【図３】レンズ支持部が結合したベースの図で（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図４】レンズ支持部がｙ軸に対して傾斜しているベースの正面図である。
【図５】光源装置のベースとケースとを１箇所の取付部で結合する実施例の分解斜視図である。
【図６】レンズ支持部にビーム合成用のビーム合成用光学素子を固定する保持部を形成した実施例の分解斜視図である。
【図７】図６の実施例のベース部分の斜視図である。
【図８】図７の正面図である。
【図９】アパーチャ形成部材を弾性部材とし、ビーム合成用光学素子に取り付ける実施例の分解斜視図である。
【図１０】図９のベース部分の斜視図である。
【図１１】図１０の正面図である。
【図１２】アパーチャ形成部材を、ベースと一体に形成した実施例の分解斜視図である。
【図１３】図１２のベース部分の斜視図である。
【図１４】図１３の正面図である。
【図１５】ビーム合成用光学素子の回転調整装置を設けた光学装置の縦断面図である。
【図１６】ベースに狭小部を形成した実施例の分解斜視図である。
【図１７】図１６のベースの斜視図である。
【図１８】図１７のベースの正面図である。
【図１９】図１７の一部破断した下面図である。
【図２０】ベースにバックプレートを張り合わせる実施例の分解斜視図である。
【図２１】半導体レーザを圧入するリブに溝を形成したベースの裏面から見た斜視図である。
【図２２】溝の配置を説明する図である。
【図２３】コリメータレンズの接着部の中心をビームピッチ方向の外側にずらしたベースの正面図である。
【図２４】図２３のＡ−Ａ断面図である。
【図２５】（ａ）は接着層の拡大正面図、（ｂ）は接着層の膨張の方向を説明する図、（ｃ）は、熱膨張によるベースと接着層の膨張が相殺されてコリメータレンズ間の距離に表れることを説明する図である。
【図２６】スリットを設けたケースの斜視図である。
【図２７】図２６のケースを使用した光源装置において、温度が上昇した場合のベースの横断面図である。
【図２８】ベースのねじを挿通する孔を長径孔にした実施例を示す図で、（ａ）は光源装置の断面図、（ｂ）ベースの正面図である。
【図２９】ベースとケースの固定に樹脂製の弾性突起を使用した例を示す図である。
【図３０】半導体レーザが１つの従来の光源装置の断面図である。
【図３１】半導体レーザが２つの従来の光源装置の分解斜視図である。
【図３２】熱膨張によりベースが湾曲した状態を示すベースの側面図である。
【符号の説明】
１ ベース
１ａ 嵌合孔
１ｅ リブ
１ｆ 割り溝
２ 半導体レーザ
３ コリメータレンズ
１０ ビーム
Ｙ ビームピッチ方向の中心線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light source device of a multi-beam scanning device that simultaneously scans a plurality of beams, for example, a light source device using a semiconductor laser used in a digital copying machine, a laser printer, or the like.
[0002]
[Prior art]
In conventional digital copying machines and laser printers, a method is generally used in which a photoconductor is scanned with a single light beam to form an image, but the photoconductor is scanned with a plurality of light beams at high speed. A multi-beam scanning device for forming an image has been put into practical use. In this type of multi-beam scanning device, a plurality of semiconductor lasers are arranged in the sub-scanning direction, and light sources emitted from these semiconductor lasers are combined so that the optical axes of the light beams are close to each other and emitted in one direction. The device is used.
[0003]
In a light source device using a semiconductor laser, the optical characteristics are required to be the directionality (optical axis characteristics) of a laser beam emitted from the light source apparatus and the parallelism (collimating characteristics) of a light beam. For this reason, the light source device normally adjusts the relative position of the light emitting point of the semiconductor laser and the collimator lens in the triaxial (x, y, z) directions, and the positional accuracy is required to be less than a micron. ing. Therefore, a light source device having a semiconductor laser and a collimator lens must have a structure capable of adjusting the position in the three axial directions and fixing at the adjusted position.
[0004]
When the collimator lens is fixed with an adhesive, shrinkage of the adhesive occurs at the time of curing. Therefore, it is ideal to minimize the adverse effect on the optical characteristics due to the shrinkage. In particular, since the required accuracy of the light source device in the z-axis direction (optical axis direction) is high, it is desirable that the contraction direction does not occur in the z-axis direction. For this reason, the adhesive layer is usually set in a direction substantially parallel to the optical axis (z-axis). In order to facilitate the adjustment of the other axes (x, y-axis) directions, the contraction direction is preferably as much as possible. It is desirable to configure so as to be in one direction of the x axis or the y axis.
[0005]
Furthermore, in digital copying machines and laser printers, as a matter of course, a light source device that scans multiple lines at the same time for the purpose of speeding up printing and switching pixel density, a plurality of laser beams are emitted by a plurality of semiconductor lasers and collimator lenses. The beam pitch accuracy (the optical axis characteristic pitch accuracy in the row direction or y direction) is required. Therefore, it is desirable to configure so that the shrinkage of the adhesive layer does not occur in the y direction.
[0006]
FIG. 30 is a sectional view of a light source device for generating one laser beam in the conventional example described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-88061. In the figure, a stepped hole 102 is formed in a base 101 for holding a semiconductor laser, and a semiconductor laser 103 is press-fitted and fixed therein. A flange 105 attached to the base 101 by two screws 104 and 104 is formed with a fitting hole 106 at a position facing the stepped hole 102, and a fitting hole 106 is fitted at the left end of the fitting hole 106. An inlet portion 106 a having a diameter of about 0.1 mm larger than the joint hole 106 is formed. A cylindrical lens holder 107 having a clearance of about 0.01 to 0.03 mm from the fitting hole 106 is fitted into the fitting hole 106, and a laser beam is collimated into the lens holder 7. A collimator lens 108 for converting to is held.
[0007]
On the other hand, a guide pin 111 protruding from the end face of the base 1 is fitted into the positioning hole 110 formed in the printed circuit board 109, and the tip end portion of the guide pin 111 is melted by heat and indicated by a virtual line 111 '. By crushing in this manner, the base 101 and the printed circuit board 109 are fixed. The lead wire 112 of the semiconductor laser 103 is passed through a lead wire insertion hole formed in the printed circuit board 109 and soldered to a conductive pattern for wiring on the back surface side of the printed circuit board.
[0008]
The flange 105 is fixed to the base 101 by a screw 104 after adjusting the position in the x and y directions so that the light emitting point of the semiconductor laser 103 coincides with the optical axis of the collimator lens 108.
[0009]
The flange 105 attached to the base 101 is formed with a notch 113 connected to the inlet 106a. The lens holder 107 is moved in the z-axis direction so that the light source position of the semiconductor laser 103 coincides with the focal position of the collimator lens 108. After the position adjustment, the lens holder 107 is fixed to the flange 105 by injecting an adhesive from the notch 113 and allowing the adhesive to penetrate inside.
[0010]
The aperture forming member 114 is a shielding cap for taking out and shaping a parallel light beam in the vicinity of the central portion of the light beam that has passed through the collimator lens 108, and is to be fitted to the aperture 105 and the flange 105 made up of a light beam selection hole. The aperture forming member 114 is fixed to the flange 105 by fitting the projection 114b into the notch 113 of the flange 105.
[0011]
With the above configuration, the laser beam emitted from the semiconductor laser 103 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 108, and the light beam near the center passes through the aperture 114a and is emitted to the outside. The laser beam emitted to the outside is scanned on the photoconductor via an optical deflector such as a polygon mirror (not shown) and an optical system such as an fθ lens to form an image.
[0012]
FIG. 31 is an exploded perspective view of a light source device having a plurality (two) of laser beams described in JP-A-7-181410. As shown in the figure, the two bases 201 and 201 are provided with stepped holes similar to those of the base 1 of FIG. 30, and semiconductor lasers 203 and 203 for emitting a laser beam are press-fitted and fixed. The base 201 is attached to the flange 205 with four screws 204. Fitting holes 206 and 206 are formed in the flange 205 at positions facing the semiconductor lasers 203 and 203, respectively. In these fitting holes 206 and 206, cylindrical lens holders 207 and 207 having a fitting hole and a clearance of about 0.01 to 0.03 mm are fitted, and a laser beam is collimated into the lens holder 207. Collimator lenses 208 and 208 for converting to are held.
[0013]
The bases 201 and 201 are adjusted in the x and y directions so that the respective light emitting points of the semiconductor lasers 203 and 203 coincide with the optical axes of the collimator lenses 208 and 208 facing each other, and then each of the two screws 204. , 204 is fixed to the flange 205.
[0014]
Notches 206a and 206a are formed in the fitting holes 206 and 206 of the flange 205, and the lens holders 207 and 207 are moved in the z direction so that the light emitting point of the semiconductor laser 203 coincides with the focal position of the collimator lens 208. Then, the lens holders 207 and 207 are fixed to the flange 205 by injecting an adhesive from the notch 206a and allowing the adhesive to penetrate inside.
[0015]
The aperture forming member 209 is a member for taking out and shaping a parallel light beam in the vicinity of the center of the collimator lenses 208 and 208. The aperture forming member 209 is provided with apertures 209a and 209a each having a hole for selecting a light beam. The optical axis is set so that the centers of the apertures 209a and 209a coincide. The parallel luminous flux emitted from the aperture is synthesized into two beams 211 and 211 that are substantially coaxial by the beam synthesizing optical element 210 formed of a prism, and thereafter, is supplied to a scanning optical system for image writing installed. Led. At this time, the beam pitch (distance in the y-axis direction) of the two beams 211 and 211 is the angle of the outgoing optical axis so that the pitch in the sub-scanning direction (y-axis direction) on the image writing surface is a desired interval. Is fine-tuned. This method corresponds to the position adjustment of the base 201 in the y-axis direction.
[0016]
The aperture forming member 209 and the beam combining optical element 210 are held inside the case 212. The case 212 is aligned by a positioning convex portion 205a of the flange 205 and a positioning concave portion (not shown) of the case 212, and is fixed to the flange 205 by four screw holes formed at each corner of the flange 205. Here, the material of the flange 205 is made of metal (particularly aluminum) in order to suppress the heat dissipation of the semiconductor laser and the fluctuation of the adjusted beam pitch as much as possible. On the other hand, it is an inexpensive method to use a resin molded part for the case 212.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional light source device that emits a plurality of laser beams has the following problems.
[0018]
In such a light source device, the beam pitch accuracy in the sub-scanning direction (the y-axis direction or the column direction in image writing, that is, the row pitch direction in the case of simultaneous writing of two rows) is required to be very high. The That is, the exit positions and exit angles of the two laser beams 211 and 211 from the light source device (the optical axis characteristics are determined by these exit positions and exit angles) are required to have very high accuracy. In addition, in the case of a light source device using a semiconductor laser, since the magnifying optical system generally uses a collimator lens, the accuracy of the relative position between the semiconductor laser and the collimator lens is even stricter, and the value is approximately on the order of submicron. As required.
[0019]
In response to such a request, the semiconductor laser 203 needs to be accurately positioned and fixed with respect to the base 201. This is because if the center of the fitting hole of the base is shifted from the center of the semiconductor laser, this shift immediately appears in the shift of the beam pitch.
[0020]
On the other hand, in the conventional light source device, the semiconductor laser is press-fitted into the fitting hole of the base 201. However, since the fitting hole is expanded at the time of the press-fitting, this expansion is not limited in any direction, and the semiconductor The center of the laser and the center of the fitting hole may shift.
[0021]
The present invention aims to solve such problems, and provides a light source device capable of accurately maintaining and fixing a distance in the beam pitch direction when a semiconductor laser is fixed to a base. It is an object.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides a plurality of semiconductor lasers, a base having a fitting hole for fixing these semiconductor lasers, and a collimator lens fixed to the base and provided in front of each semiconductor laser. And a light source device having a beam combining optical element that makes a laser beam emitted from the collimator lens close to each other, and a case attached to the base to cover the collimator lens and the beam combining optical element. A cylindrical rib for holding a semiconductor laser is formed on the back surface of the fitting hole of the base, and a split groove is formed on the center line in the beam pitch direction of each rib.
[0023]
In addition, the split groove may be formed at one location in each of the ribs so as to be biased toward one side of the center line in the beam pitch direction.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The light source device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view of a light source device of the present invention, and FIG. 2 is a front view of a base including a lens support portion when a collimator lens is bonded. The base 1 shown in these drawings has two fitting holes 1a and 1a arranged in the y-axis direction at substantially the center thereof, and two laser beams are emitted to the back surfaces of these fitting holes 1a and 1a. The semiconductor lasers 2 and 2 are press-fitted and fixed. Further, in order to directly fix the collimator lenses 3, 3 to the base 1, the diameter is slightly larger than the outer circumference circle of the collimator lenses 3, 3 located in front of the fitting holes 1 a, 1 a (for example, 0. The lens support portions 1b and 1b having an arcuate cross section are integrally formed concentrically with the optical axes of the semiconductor lasers 2 and 2, respectively. The length of the lens support portion 1b in the optical axis (z-axis) direction is such that the collimator lens 3 does not adhere to other portions even when the adhesive is excessively filled with the collimator lens 3. , 3 is longer than the thickness (lens thickness) in the optical axis (z-axis) direction. Moreover, the shape seen from the front is made into the circular arc shape of a semicircle or less each.
[0025]
The shape when viewed from the front is preferably a symmetrical shape that is opened by about 60 ° as shown in FIG. 2 in view of easy position adjustment and bonding work. Furthermore, the center lines C and C of the cross-section arcs of the lens support portions 1b and 1b are set substantially perpendicular to the sub-scanning pitch direction (y-axis direction) of the two beams emitted by the collimator lenses 3 and 3. Is desirable.
[0026]
The base 1 of the present invention is substantially rectangular, and the entire configuration including the fitting holes 1a and 1a and the lens support portions 1b and 1b is symmetrical with respect to the center line O of the base. This is due to the following reason.
[0027]
The collimator lenses 3 and 3 are attached to the tip of the lens support portion 1b protruding from the base 1, and when the base 1 itself is deformed by a tightening force or a temperature change at the time of attachment, the deformation is directly applied to the collimator lenses 3 and 3. Appears as a change in position. Therefore, if the lens support portions 1b and 1b and the fitting holes 1a and 1a are disposed at asymmetric positions, the position changes of the collimator lenses 3 and 3 due to deformation of the base also occur asymmetrically. Then, before and after the deformation of the base 1, the positional relationship between the collimator lenses 3 and 3 is irregularly broken, which greatly affects the fluctuation of the optical characteristics and causes image defects. On the other hand, if they are arranged symmetrically, the displacement of the collimator lenses on both sides will be equal, and fluctuations in optical characteristics (especially in the optical axis pitch direction) can be reduced, and stable and highly accurate against external forces. A light source device can be provided.
[0028]
The aperture forming member 4 is provided with apertures 4a and 4a made up of light beam selection holes. The aperture forming member 4 is held inside the case 9.
The beam combining optical element 5 is a component that combines the two beams 10 and 10 emitted from the apertures 4 a and 4 a into a substantially coaxial beam, and a prism is used, and this is also an aperture forming member in the case 9. 4 is held together. The beam combining optical element 5 may have a configuration in which a mirror and a half mirror are combined in addition to the prism.
[0029]
When the collimator lens 3 is assembled, as shown in FIG. 2, the collimator lens 3 is held by a chuck 7 whose position can be adjusted in the three-axis (x, y, z-axis) directions, and the semiconductor laser 2 is mounted on the lens support portions 1b and 1b. 2 are arranged concentrically with each optical axis. Then, after filling the gap formed between the lens support portion 1b and the outer peripheral surface of the collimator lens 3 with an ultraviolet curable adhesive to form the adhesive layer 6, the optical characteristics are inspected by an inspection device (not shown). While finely adjusting the position of the collimator lens 3 and determining the position where the desired optical characteristics can be obtained, the chucks 7 and 7 are fixed, and as shown in FIG. Then, ultraviolet rays are irradiated from the ultraviolet irradiators 8 and 8. The ultraviolet rays pass through the collimator lens 3 and reach the adhesive layer 6, and the entire adhesive layer 6 is uniformly cured. This adhesive curing is performed on each of the two collimator lenses 3 and 3. Therefore, between the lens support portions 1b and 1b and the collimator lenses 3 and 3, the thickness of the gap (approximately 0.2 mm) is uniform and symmetrical, and the thickness direction is the sub-scanning pitch direction (y direction). The substantially right-angled adhesive layers 6 and 6 are formed, and the collimator lenses 3 and 3 are fixed on the lens supporting portions 1b and 1b by the adhesive layers 6 and 6 while maintaining predetermined optical characteristics.
[0030]
The length of the adhesive layers 6 and 6 in the optical axis direction is shorter than the length of the lens support portion 1b in the optical axis direction, so that a gap is maintained between the adhesive layer 6 and the surface of the base 1. When the temperature rises using the light source device, the adhesive layer 6 expands. At this time, if the adhesive layer 6 and the surface of the base 1 are in close contact with each other, the collimator lenses 3 and 3 move in the optical axis direction due to the expansion of the adhesive layer 6. However, if there is a gap between the adhesive layer and the surface of the base 1, the adhesive layer 6 can freely expand on both sides of the collimator lens, so that the positional accuracy can be kept high without moving the lens. Become.
[0031]
The case 9 is aligned with the positioning convex portion 1c of the base 1 and the positioning concave portion (not shown) of the case 9, and the four screw holes 9a provided in the case 9 and the four holes 1d of the base 1 are overlapped. The four screws 11 are connected by tightening.
[0032]
The embodiment of the present invention is characterized in that the linear expansion coefficient of the material of the case 9 is set to be substantially the same as the linear expansion coefficient of the material of the base 1. In order to match the linear expansion coefficients, it is conceivable that both are formed of the same material. Further, when the base 1 is formed of an aluminum material, it is desirable that the linear expansion coefficient of the case 9 is 2 to 2.3 × 10 −5 (1 / ° C.) which is substantially the same as that of the aluminum material. As a resin material having such a linear expansion coefficient, for example, there is an unsaturated polyester resin containing glass fiber. Further, when the glass fiber direction is generated with a resin containing glass fiber, it is conceivable that the fiber direction is set to the beam pitch direction (y direction) and equal to the linear expansion coefficient of the base 1.
[0033]
The two substantially coaxial beams 10 and 10 emitted from the case 9 are guided to a scanning optical system for image writing installed thereafter. At this time, the pitch of the two beams is finely adjusted so that the pitch in the sub-scanning direction on the image writing surface is a desired interval. This method corresponds to the position adjustment in the y direction in the position adjustment of the collimator lens described above.
[0034]
3 and 4 show an embodiment in which a lens support portion of the base is connected. In the light source device shown in FIG. 31, even if the optical characteristics required at the beginning of assembly are satisfied, when mounted on a digital copying machine or a laser printer, the light source device is caused by internal stress due to mounting or expansion or contraction force due to changes in internal temperature. Deformation occurs and the flange 205 is bent as shown in FIG. Since the light source device targeted by the present invention is generally a magnifying optical system, if a change occurs in the position of each component due to deformation such as bending, even if it is slight, it reaches the writing position of the photoconductor. Enlarged to have a large shift, greatly affecting the optical characteristics. In particular, the curvature in the y direction has a large influence because the parallelism of the beams 211 and 211 is impaired.
[0035]
The examples of FIGS. 3 and 4 solve this problem, and the light source device itself has a structure that is difficult to deform. If the setting on the main body side in which the light source device is actually incorporated is changed, many other parts are affected and there is a possibility that a great cost is generated. Therefore, it is advantageous to make the structure difficult to be deformed as shown in FIGS. 3 and 4 with little influence on others in practice.
[0036]
The base 21 shown in FIG. 3 has fitting holes 21a for attaching the semiconductor lasers 2 and 2 in the same manner as the base 1 in FIG. 1, but the lens support portions 1b and 1b of the collimator lens 3 are connected and connected. The point is the portion 21b. The connection support portion 21b is formed by connecting the same lens support portions 21b1 and 21b1 as the lens support portions 1b and 1b in FIG. 1 through a linear connection portion 21b2. The linear connecting portion 21b2 is substantially parallel to the beam pitch direction (y direction) and has a uniform thickness in the pitch direction, and an optical axis is provided between the lens support portion 21b1 and the connecting portion 21b2. A groove-like relief portion 21b3 extending in the direction is formed. This relief portion is formed to prevent the adhesive filled when the collimator lens 3 is fixed from reaching the connecting portion 21b2. The shape of the lens support portion (the shape of the surface to which the adhesive is applied) has the same shape with the relief portion 21b3 as a boundary.
[0037]
Since the connecting portion 21b2 is formed in the y direction, deformation that curves along the y-axis as shown in FIG. 32 is prevented, and the gap between the two beams 10 and 10 shown in FIG. Can be prevented.
[0038]
The base 22 in FIG. 4 is an example in which the line connecting the optical axes of the two collimator lenses 3 and 3 is inclined with respect to the y-axis. The difference between the base 21 in which the two collimator lenses 3 and 3 shown in FIG. 3 are arranged in parallel to the y-axis and the base 22 as shown in FIG. 4 is omitted, but these light source devices are used. This is due to the difference in the structure of the writing optical system. In such a base 22, the connection support part 22b is also inclined and arranged. The connection support portion 22b is formed by integrating lens support portions 22b1 and 22b1 corresponding to the lens support portion 1b of FIG. 1 with a linear connection portion 22b2. In this embodiment, the connecting portion 22b2 is slightly thin and the escape portion 22b3 is formed in a step shape. Although it is most effective to form the connecting portion parallel to the y-axis, it may be slightly inclined as shown in FIG.
[0039]
FIG. 5 shows an embodiment in which the base 1 and the case 9 are coupled by a single fixing portion. Most of them are the same as those of the light source device shown in FIG. The flange 205 and the case 212 shown in FIG. 31 are fixed to the case 212 by inserting screws into holes 205 b drilled at the four corners of the flange 205. Therefore, when the temperature of the light source device rises and the flange 205 or the case 212 expands, if there is a difference between the linear expansion coefficients of the two, a bending distortion as shown in FIG. The interval 211 and parallelism (beam pitch accuracy) will be incorrect.
[0040]
On the other hand, in the embodiment of FIG. 5, only one hole 1d is formed near the center of the base 1, and the case 9 has a female screw hole 9a corresponding to the hole 1d. And the screw 11 as an attachment member is inserted into the hole 1d, screwed into the female screw of the case, and coupled.
[0041]
Since the base 1 and the case 9 are fixed in one place in this way, even if there is a difference in linear expansion coefficient between the base and the case, both can freely expand and contract, No bending distortion occurs, and the beam pitch accuracy of the two beams 10 and 10 can be maintained with high accuracy. In addition, since any material may be used for the case and the base, an inexpensive resin molded product can be employed to reduce the manufacturing cost. Further, if the hole 1d of the mounting member 11 is arranged on the center line C 'passing through the center lines C and C in the y direction of the semiconductor lasers 2 and 2, the base is not deformed and at the time of mounting. The stability of the relative position between the base side and the case side is improved, and the beam pitch can be maintained with high accuracy.
[0042]
6, 7, and 8 are embodiments in which an optical element support portion 23 is extended from the lens support portion 1 b, and a beam combining optical element 5 for beam synthesis can be attached integrally with the base 1. .
[0043]
In the conventional light source device shown in FIG. 31, the beam combining optical element 210 is held by the case 212 and then attached to the flange 205. Therefore, there is a problem that the positioning error of the optical element 210 for beam synthesis affects the pitch accuracy of the beam (light beam 211). In addition, it is desirable that the case 212 is composed of an inexpensive resin molded product from the viewpoint of cost, but in general, the resin molded product is greatly deformed due to temperature fluctuations, and the position shift due to expansion / contraction due to environmental temperature fluctuations. There has been a problem that (especially fluctuation in the beam pitch direction) has a particularly large influence. The embodiment of FIG. 6 solves such a problem.
[0044]
As shown in FIG. 6, in this embodiment, the lens support portions 1 b and 1 b on both sides are extended to form the optical element support portion 23 integrally with the base 1. Since the aperture forming member 14 is attached to the rear side of the beam combining optical element 5, there is only one aperture 14a.
[0045]
The beam combining optical element 5 is positioned on the abutting reference surface 23a of the optical element support 23 and fixed on the surface 23b. At this time, the beam synthesizing optical element 5 is bonded onto the surface 23 b of the optical element supporting portion 23 via the adhesive layer 24. By doing in this way, even if the adhesive layer 24 expands and contracts due to a temperature change, it is possible to prevent a change in the y direction (the pitch direction of the two beams 10 and 10). As the adhesive, a photo-curing adhesive excellent in reliability is desirable, and the same adhesive as that for fixing the collimator lens 3 is desirable from the viewpoint of ease of the manufacturing process. Thereafter, the collimator lenses 3 and 3 are positioned and bonded and fixed in the same manner as described with reference to FIG.
[0046]
As a result, the semiconductor lasers 2 and 2, the collimator lenses 3 and 3, and the beam combining optical element 5, which are optical components requiring high positional accuracy, are all held by the base 1. Therefore, it is easy to achieve the required assembly accuracy and maintain the accuracy. Further, since the optical element support portion 23 is formed in the y direction, it is possible to effectively prevent bending distortion (see FIG. 32) that occurs along the y direction, and even if the case contracts due to a temperature change. The beam pitch accuracy is not affected. In the illustrated embodiment, the optical element support portion 23 is formed integrally with the lens support portion 1b. However, the optical element support portion 23 may be provided separately from the base 1 as a separate member.
[0047]
FIGS. 9, 10, and 11 show an embodiment in which the aperture forming member is attached to the base 1 side as an elastic member. 9 is an exploded perspective view of the light source device, FIG. 10 is a perspective view showing an assembled state around the base 1, and FIG. 11 is a front view of FIG.
[0048]
In the conventional light source device of FIG. 31, since the aperture forming member 209 is attached to the flange 205 while being held by the case 212, there is a problem that the positioning error of the aperture 209a leads to the emission position error. In addition, the semiconductor laser 203 is attached to the base 201, the lens holder 207 and the collimator lens 3 of the collimator lens are fixed to the flange 205, the optical characteristics are adjusted, and then the aperture forming member 209 is attached to the pitch of the two apertures 209a. If there is a variation, there is a problem in that an error occurs in the optical characteristics after the aperture forming member 209 is attached, which also affects the beam pitch accuracy.
[0049]
Therefore, in the embodiments shown in FIGS. 9, 10, and 11, in order to solve the above-described problem, the aperture forming member 25 is manufactured by a plastic molded product, and the elastic cross section is formed into a U shape. The optical element 5 for beam synthesis attached to one optical element support 23 is attached so as to be sandwiched from the outside. The aperture forming member 25 has only one aperture 25a because it is arranged at a position after the beams are combined. In addition, rib-like projections 25b and 25b projecting inward are formed on the opposing clamping pieces on both sides of the aperture 25a, and a groove 23c into which the projection is fitted is formed in the optical element support portion 23. At the same time as making sure that it does not come off easily, the clamping force is increased.
[0050]
With the above configuration, since the aperture forming member 25 is attached to the base 1 after adjusting the optical characteristics, the position set at the time of attachment can be maintained, the exit position can be maintained with high accuracy, and the influence on the beam pitch can also be maintained. It will not occur.
In addition, the positioning of the aperture forming member can be easily determined without increasing the number of parts, and deformation due to temperature change of the case does not affect the pitch of the aperture, so the beam pitch accuracy is not affected and the case is An inexpensive resin molded product can be used, and the light source device can be provided at low cost.
[0051]
12, 13, and 14 show an embodiment in which the aperture forming member 26 is formed integrally with the base 1. 12 is an exploded perspective view of the light source device, FIG. 13 is a perspective view showing an assembled state around the base 1, and FIG. 14 is a front view of FIG. In this embodiment, the aperture forming member 26 is formed integrally with the optical element support portion 23, and the two apertures 26a and 26a are opened so as to be positioned at the center of the collimator lens 3.
[0052]
The aperture forming member 26 may be erected directly on the base 1, or the aperture forming member 26 in which the aperture 26 a is perforated is formed separately from a plate-shaped material, and the optical element support portion 23 is formed with an adhesive or the like. It is good also as a structure which adheres and fixes to.
With the above configuration, the aperture forming member is integrated with the base, and adjusts the optical characteristics of the shaped light beam that passes through the aperture, so the optical characteristics are guaranteed while absorbing the accuracy error and position error of the aperture. And a highly accurate light source device can be provided.
[0053]
In addition, since the aperture forming member can be removed from independent parts, the number of parts can be reduced, the case side accuracy is not required, the case can be made of inexpensive resin, and the light source device as a whole is manufactured at low cost. Can do.
[0054]
FIG. 15 is an embodiment in which a mechanism capable of adjusting the position of the beam synthesizing optical element 5 is added so that the distance between the beams 10 and 10 (beam pitch) can be finely adjusted. is there.
[0055]
As described above, the light source device of the present invention is required to have the directionality of the laser beam (optical axis property) emitted from the light source device and the parallelism of the light beam (collimation property) as its optical characteristics.
[0056]
However, when actually bonding and fixing, even if the collimator lens can be brought to the desired position, the lens position fluctuates indefinitely due to hardening shrinkage of the adhesive layer or deformation due to screw tightening. For this reason, the optical characteristics after bonding and fixing must be very unstable.
[0057]
The embodiment of FIG. 15 is for solving such a problem. The base 1 is fitted to the right end of the case 9, and the semiconductor lasers 2 and 2 and the collimator lenses 3 and 3 are fixed to the base 1. The aperture forming member 27 is provided with apertures 27a and 27a. The aperture forming member 27 has a thin plate shape made of an elastic material, and has a protrusion 27b at the center.
[0058]
As described above, the beam combining optical element 5 using the prism is in the case 9, the lower left of the figure is in contact with the support seat 9 a, and the center on the right is the projection 27 b formed at the center of the aperture forming member 27. It is elastically supported at the tip, and the upper left is in contact with the tip of the adjusting means 28 made of a screw that penetrates the case 9. Among these, the support seat 9a is a fixed fulcrum and serves as a rotation center. The adjusting means 28 only needs to have a function as an adjusting means for finely adjusting the rotation angle of the beam combining optical element, and is not limited to a screw.
[0059]
Here, since the support seat 9a of the case 9 has a planar shape, the beam-combining optical element 5 is in line contact here and is centered in the yz plane (or centered on the x-axis). ) Can be rotated.
[0060]
When the adjusting means 28 is rotated, the length of the adjusting means 28 protruding into the case 9 changes, and the beam combining optical element 5 is located in the yz plane with the corner contacting the support seat 9a as the center. It rotates at a minute angle. This rotation changes the distance in the y direction between the first reflecting surface 5a and the second reflecting surface 5b of the beam combining optical element 5, and therefore the distance between the two light beams 210 and 210 in the y direction (pitch in the sub-scanning direction). ) Will change. Therefore, it is possible to adjust the distance between the luminous fluxes 210 and 210 to a desired value by rotating the screw as the adjusting means 28 left and right.
[0061]
Only the interval in the pitch direction of the beam (interval in the y direction) changes due to this rotation, and does not affect the x direction or the parallelism (collimating property) of the light beam. Therefore, only the beam pitch can be adjusted without affecting other optical characteristics by the rotating mechanism of the beam combining optical element. The above adjustment is not limited to the case of two beams, and the same adjustment is possible for three or more beams.
[0062]
The same object can be achieved by providing an elastic member instead of the screw of the adjusting means 28 and providing an adjusting screw on the protrusion 27b. In this case, it is desirable that the aperture forming member 27 is configured to be difficult to elastically deform. Further, in order to rotate the adjustment screw at the position of the projection 27b from the outside of the light source device, for example, a through hole is formed in the base 1, and a screw as the adjustment means 28 can be rotated by inserting a driver from there. .
[0063]
FIG. 16 to FIG. 19 show an embodiment in which deformation of the base due to temperature change can be suppressed to a small extent by devising the shape of the base.
In the conventional light source device shown in FIG. 31, since the metal flange 205 and the resin case 211 are fixed with four screws 204, when the temperature rise occurs in the light source device, as shown in FIG. The flange 205 is deformed into a curved shape due to the difference in the coefficient of linear expansion of the material. In particular, when the curvature occurs in the beam pitch direction (y direction), the parallelism of the beam is out of order, and since the optical system is an enlargement optical system, a slight deviation is greatly enlarged.
[0064]
Further, the stress causing the above deformation is different in the x direction and the y direction, and the flange is deformed by these combined forces. Therefore, the flange 205 undergoes more complicated deformation. . Further, the amount of change varies depending on the rigidity of the flange. As a result, there has been a problem that the beam pitch changes in a complicated manner and causes defective images.
[0065]
FIGS. 16 to 19 show an embodiment for solving this problem. 16 is an exploded perspective view of the light source device, FIG. 17 is an enlarged perspective view of the base, 18 is a front view of the base, and FIG. 19 is a partially broken bottom view of FIG.
In the base 30 shown in these drawings, the fixed portions 30a and 30a on both sides and the light source portion 30b to which the central semiconductor lasers 2 and 2 and the collimator lenses 3 and 3 are fixed are connected by narrow portions 30c and 30c having low rigidity. In other words, the narrow portion 30c is formed in the base 1 of FIG. 1, and other configurations are the same as the base of FIG. Further, parts other than the base 30 of the light source device are the same as the embodiment of FIG.
[0066]
The narrow portion 30c is the center of the mounting screw holes 30d and 30d drilled on the upper and lower sides of the fixed portion 30a, and coincides with the x-axis direction. The thickness of the narrow portion 30c is the same as that of the fixed portion 30a and the light source portion 30b, but may be reduced. Although the fixed portion 30a has a vertically symmetric shape in the illustrated embodiment, the narrow portion 30c may be formed at the center of the holes 30d and 30d on both the upper and lower sides even in the asymmetric shape.
[0067]
When the linear expansion coefficient of the case 9 is larger than that of the base 30, when the ambient temperature rises, forces f1 and f2 that extend the base 30 in the x and y directions from the surface side of the base 30 act as shown in FIG. However, only the pulling force of f3 acts on the central light source unit 30b via the narrow portion 30c.
[0068]
Therefore, in this case, the complicated warp does not occur as in the conventional case, and the warp of the light source part 30b can be prevented in both the x and y directions or can be significantly reduced only by the local deformation of the narrow part 30c. become. In particular, the deformation in the y direction has a great influence on the beam pitch, but according to this embodiment, the deformation in the y direction is almost eliminated, so that the beam pitch can be maintained with high accuracy.
[0069]
In the above-described embodiment, the narrow portion 30c is provided in one place on the left and right, but in consideration of the restrictions and necessity of the device, only one of the left and right is used, or the number of the narrow portions 30c is three or more in total. Can be changed.
[0070]
FIG. 20 shows an embodiment in which a back plate is provided on the back side of the base 1 and the linear expansion coefficients of the back plate and the case are equal.
As described above, since the base 1 is formed of an aluminum material and the case 9 uses a synthetic resin molded product, the linear expansion coefficient is different. Further, the base 1 and the case 9 are fixed with screws 11 at the four corners. For this reason, when the ambient temperature rises, the base 1 is curved in the same manner as described with reference to FIG. 32, and the beam pitch is deviated, causing image defects.
[0071]
On the other hand, in the embodiment of FIG. 20, the back plate 31 is provided on the side of the base 1 opposite to the case 9. The back plate 31 is formed of a material having substantially the same linear expansion coefficient as the case 9, for example, the same material, and is a square plate having the same size as the base 1, and screws 11 are inserted into the four corners. A hole 31a is formed, and two holes 31b for avoiding the semiconductor lasers 2 and 2 are formed in the center.
[0072]
The base 1 is sandwiched between a case 9 and a back plate 31 having substantially the same size in the x and y directions, and is fastened with screws 11 at four corners. When the temperature around the light source device rises, the base 1 is curved because the case tends to expand between the resin case 9 and the aluminum-based metal base 1. However, in the embodiment of FIG. 20, since the base 1 is sandwiched between the case 9 and the back plate 31 having the same linear expansion coefficient, the case 9 on both sides of the base 1 and the back plate 31 have the same expansion. Thus, the deformation on both sides of the base 1 cancels the deformation of the base 1 so that the base 1 is not curved. Therefore, the beam pitch is not changed and the beam pitch can be maintained with high accuracy.
[0073]
Note that if the bending rigidity of the case 9 and the back plate 31 is greatly different, bending distortion may occur in the base 1. In consideration of such a case, it is desirable that the bending rigidity of the back plate be approximately the same as the bending rigidity of the case.
[0074]
FIG. 21 is an embodiment showing a press-fit structure in which a shift in the beam pitch direction (y direction) is unlikely to occur when a semiconductor laser is press-fitted into the base, and is a view of the base 1 as seen from the back side (side where the semiconductor laser is inserted). is there.
[0075]
Two fitting holes 1a and 1a are formed in the center of the base 1, and a cylindrical rib for fitting a metal collar portion of the semiconductor laser 2 on the back surface of the fitting hole. 1e is formed. In the embodiment of the present invention, the split groove 1f is formed in the height direction of the cylinder on the center line Y in the beam pitch direction of the rib 1e. In the illustrated embodiment, two split grooves 1f are formed on the center line Y (y direction) for one rib 1e.
[0076]
The inner diameter of the cylindrical rib 1e is made slightly smaller than the outer shape of the semiconductor laser 2, and the split groove 1f is widened to be fitted with the semiconductor laser. After the fitting, the split groove 1f tries to return to the original position, so that the semiconductor laser is gripped with a stronger force and the mounting position can be held with high accuracy.
[0077]
By the way, when the inner diameter of the rib 1e is slightly smaller than the outer shape of the semiconductor laser 2, when the semiconductor laser 2 enters the rib 1e, the split groove 1f expands as described above, and the semiconductor laser 2 is fitted. At this time, there is no problem if the split groove 1f is spread evenly on the left and right sides, but this spread amount is not necessarily the same on the left and right sides of the groove. Will be displaced. Further, this deviation amount is different in each case and has a character that cannot be predicted in advance. If this deviation occurs in the y direction, an error occurs in the beam pitch, leading to an image defect. However, when this shift occurs in the x direction, the timing of reading or writing may be corrected, so that the problem of image failure does not occur. Therefore, it is desired that this shift occurs in the x direction.
[0078]
Therefore, when two split grooves 1f are formed at positions where one rib 1e is opposed, they are arranged on the center line Y (y direction) in the beam pitch direction as shown in FIG. In this way, the deviation occurs in the x direction, and the influence on the y direction, that is, the beam pitch can be eliminated.
[0079]
As shown in FIGS. 22 (a) and 22 (b), when the dividing groove 1f is one in one rib 1e, if the dividing groove 1f is widened, the deformation of the rib 1e mainly occurs as shown by the arrows in the figure. It occurs in the direction opposite to the groove 1f and in the direction perpendicular to the width direction of the split groove 1f. In such a case, as shown in FIG. 22A, the ribs 1e may be formed so as to be aligned on one side of the center line Y in the beam pitch direction (upward in FIG. 22A). Contrary to (a), it may be aligned downward. By doing so, the displacement in the y direction occurs in the same direction in the upper and lower ribs, so they are canceled out and the displacement in the beam pitch (y direction) is reduced.
However, if one split groove 1f is formed on the rib 1e and the other on the bottom as shown in FIG. 22 (b), a shift in the y direction occurs in the reverse direction, and the shift is added and becomes larger. This will affect the beam pitch.
[0080]
FIG. 23 shows an embodiment in which the center of the lens support portion 1b having an arcuate contact surface is slightly shifted (δ) from the center of the collimator lenses 3 and 3 to the outside. 24 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 23, FIG. 25A is an enlarged view of the adhesive layer, FIG. 24B is an exploded view of the expansion amount, and FIG. 24C illustrates movement of the collimator lens due to expansion in the beam pitch direction. It is a figure to do.
[0081]
As described with reference to FIG. 2, the lens support portion 1 b and the collimator lens 3 are bonded by the ultraviolet curable adhesive layer 6. However, the linear expansion coefficient of the adhesive layer 6 after curing is considerably larger than that of the base 1.
[0082]
24 and 25, when the temperature of the base 1 rises, the base 1 expands, and the distance L between the collimator lenses 3 and 3 expands by ΔL / 2 on one side in the outer direction of the base 1. On the other hand, as shown in FIG. 25A, the adhesive layer 6 also expands as shown by the phantom line 6 '. However, since the adhesive layer 6 is restricted from expanding outward by the lens support portion 1b, the collimator It expands toward the center of the lens 3. In other words, the thickness of the adhesive layer 6 is increased inward by ΔS. At this time, if the center of the adhesive layer 6 is shifted outward from the center of the collimator lens 3 by δ as shown in the figure, the increase in thickness ΔS due to the expansion of the adhesive layer 6 is as shown in FIG. , It has a component ΔS ′ toward the center of the base 1. That is, the adhesive layer 6 expands inward in the beam pitch direction.
[0083]
As shown in FIGS. 24 and 25 (c), the distance L between the collimator lenses 3 and 3 extends by ΔL (ΔL / 2 on one side) and the lens is moved by ΔS ′ in the y direction due to the expansion of the adhesive layer 6. The direction is the opposite direction, that is, the direction to cancel.
[0084]
In other words, by shifting the center of the adhesive layer 6 to the outside of the base by an appropriate amount (for example, δ), the change in the distance between the collimator lenses 3 and 3 due to the temperature change is changed from the original elongation (ΔL / 2) to the adhesive layer. The y-direction component ΔS ′ of the elongation of 6 is subtracted, and it is possible to compensate for the expansion due to the temperature rise and keep the beam pitch accuracy within the required range or not to change at all. .
[0085]
26 and 27 show an embodiment in which a slit is formed in the case to reduce the rigidity of the case and prevent the base from being bent during expansion.
32, when the base 1 is made of an aluminum-based metal and the case 9 is a resin molded product, the case 9 expands greatly when the light source device is placed at a high temperature due to the difference in linear expansion coefficient. The base 1 is bent, which causes a problem that the beam pitch is deviated and the image becomes defective.
[0086]
In this embodiment, slits 33 a are formed on both sides of the case 33. With such a configuration, the bending rigidity of the case 33 is reduced, and even when the case 33 expands as shown in FIG. 27, the deformation of the case 33 does not lead to bending of the base 1, and the base 1 is straight. Can keep the state. In particular, if the slits 33a are formed on both sides of the case 33 extending in the beam pitch direction (y direction), bending in the y direction can be effectively prevented. Therefore, the beam pitch is not distorted, and image defects can be prevented from occurring.
[0087]
FIG. 28 shows an embodiment in which a thermal stress when the case 9 expands is not transmitted to the base 1 by providing relief at the joint between the base 1 and the case 9.
As described in the conventional example of FIG. 30, the flange 205 and the case 212 are fastened and fixed with screws at the four corners. Therefore, there is a problem that the thermal stress of the case 212 is transmitted to the flange 205 and the flange 205 is bent.
[0088]
On the other hand, in the embodiment of FIG. 28 (a), three of the four holes 1d for the screw 11 drilled in the base 1 are long-diameter holes 1f made of long holes, and are inserted through the long-diameter holes 1f. An elastic material 32 such as rubber is sandwiched between the screw 11 and the base 1 to suppress backlash in the optical axis direction.
[0089]
With such a configuration, the case 9 and the base 1 are fixed at only one point, and the other screws 11 can freely move within the gap between the long-diameter hole 1f in the xy plane. It becomes. Therefore, even if the material of the case and the base is different, the coefficient of thermal expansion is different, the temperature of the light source device is increased, and one (case 9) expands, while there is a gap between the long diameter hole and the screw, The base 1 can be prevented from bending. The long-diameter hole 1f of the embodiment can be a round hole larger than 1d.
[0090]
As described above, the accuracy of the beam pitch is very severe in the y direction, but not so severe in the x direction. Therefore, as shown in FIG. 28 (b), the two holes in one set of the two sets of holes arranged in the x direction are formed as conventional holes 1d as shown in the upper side, and the other two holes arranged in the x direction. It is good also as the long diameter hole 1f which shows a hole below.
[0091]
FIG. 29 shows an example in which an elastic protrusion 34 made of resin is used instead of the screw 11. The elastic protrusion 34 is formed integrally with the case at a position where the female screw of the case 9 is formed, and a plurality of (four in the figure) column portions 34a arranged vertically and annularly from the end surface of the case 9. The locking portion 34b is formed at each tip of the column portion, and the guide slope 34c is formed at the tip of the locking portion 34b. The other base 1 has a long-diameter hole 1f similar to (a). In addition, the diameter of the body portion of the elastic protrusion 34 formed by the plurality of column portions 34a is smaller than the long diameter of the long hole 1f, but the outer diameter of the locking portion 34b is larger than the short diameter of the long hole 1f.
[0092]
To attach the base 1 to the case 9, the base 1 is overlapped with the case 9, the tip of each elastic protrusion 34 is inserted into each long-diameter hole 1 f, and the base 1 is pressed against the case 9. As a result, the plurality of column portions 34a bend inward at the same time, the elastic protrusion 34 passes through the long-diameter hole 1f, and the locking portion 34b of the head penetrates the base 1 and protrudes to the opposite side. At the same time, the column part 34a returns to the straight state from the state bent inward. Since the diameter of the locking portion 34b is larger than the diameter of the long hole 1f, the base 1 does not come off the case 9. Further, the base 1 is pressed in the direction of the optical axis while being spring-biased by the case 9 due to the elasticity of the locking portion 34a itself.
[0093]
The base and the case may be locked by the elastic protrusions 34 at all four points, and one or two may be fixed by the screws 11. However, in the case of two, it is desirable to have two arranged in the x direction.
[0094]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the cylindrical rib for holding the semiconductor laser is formed on the back surface of the fitting hole of the base, the slit is formed in each rib, and the semiconductor laser is press-fitted. Since the amount of expansion of the split grooves is made independent of the beam pitch direction, the positions of the plurality of semiconductor lasers in the beam pitch direction can be maintained with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a light source device of the present invention.
FIG. 2 is a front view for explaining a method of fixing a collimator lens to a base.
3A is a perspective view, and FIG. 3B is a front view of a base to which a lens support portion is coupled.
FIG. 4 is a front view of a base in which a lens support portion is inclined with respect to a y-axis.
FIG. 5 is an exploded perspective view of an embodiment in which a base and a case of a light source device are coupled by a single attachment portion.
FIG. 6 is an exploded perspective view of an embodiment in which a holding portion for fixing a beam combining optical element for beam combining is formed on a lens support portion.
7 is a perspective view of the base portion of the embodiment of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a front view of FIG. 7;
FIG. 9 is an exploded perspective view of an embodiment in which an aperture forming member is an elastic member and is attached to a beam combining optical element.
10 is a perspective view of the base portion of FIG. 9;
FIG. 11 is a front view of FIG. 10;
FIG. 12 is an exploded perspective view of an embodiment in which an aperture forming member is formed integrally with a base.
13 is a perspective view of the base portion of FIG. 12. FIG.
14 is a front view of FIG. 13;
FIG. 15 is a longitudinal sectional view of an optical device provided with a rotation adjusting device for a beam combining optical element;
FIG. 16 is an exploded perspective view of an embodiment in which a narrow portion is formed in a base.
17 is a perspective view of the base of FIG. 16. FIG.
18 is a front view of the base of FIG.
19 is a partially cutaway bottom view of FIG.
20 is an exploded perspective view of an embodiment in which a back plate is attached to a base. FIG.
FIG. 21 is a perspective view seen from the back surface of a base in which a groove is formed in a rib for press-fitting a semiconductor laser.
FIG. 22 is a diagram illustrating the arrangement of grooves.
FIG. 23 is a front view of a base in which the center of the bonding portion of the collimator lens is shifted to the outside in the beam pitch direction.
24 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
25A is an enlarged front view of the adhesive layer, FIG. 25B is a diagram illustrating the direction of expansion of the adhesive layer, and FIG. 25C is a collimator lens in which expansion of the base and the adhesive layer due to thermal expansion is offset. It is a figure explaining what appears in the distance between.
FIG. 26 is a perspective view of a case provided with a slit.
27 is a cross-sectional view of the base when the temperature rises in the light source device using the case of FIG. 26. FIG.
FIGS. 28A and 28B are diagrams showing an embodiment in which a hole through which a screw of the base is inserted is formed as a long diameter hole. FIG. 28A is a cross-sectional view of the light source device, and FIG.
FIG. 29 is a view showing an example in which an elastic protrusion made of resin is used for fixing the base and the case.
FIG. 30 is a cross-sectional view of a conventional light source device having a semiconductor laser.
FIG. 31 is an exploded perspective view of a conventional light source device with two semiconductor lasers.
FIG. 32 is a side view of the base showing a state in which the base is bent due to thermal expansion.
[Explanation of symbols]
1 Base 1a Fitting hole 1e Rib 1f Split groove 2 Semiconductor laser 3 Collimator lens 10 Beam Y Center line in beam pitch direction

Claims (2)

複数の半導体レーザと、これらの半導体レーザを圧入固定する嵌合孔を備えたベースと、該ベースに固定され各半導体レーザの前面に設けられたコリメータレンズと、上記コリメータレンズから出射されるレーザビームを近接したビームにするビーム合成用光学素子と、これらコリメータレンズとビーム合成用光学素子を覆うために上記ベースに取り付けられるケースとを有する光源装置において、上記ベースの嵌合孔の裏面に半導体レーザを保持する円筒状のリブを形成し、各リブのビームピッチ方向中心線上に割り溝を穿設したことを特徴とする光源装置。A plurality of semiconductor lasers, a base having a fitting hole for press-fitting these semiconductor lasers, a collimator lens fixed to the base and provided in front of each semiconductor laser, and a laser beam emitted from the collimator lens In a light source device having a beam synthesizing optical element that makes a beam close to each other and a case attached to the base to cover the collimator lens and the beam synthesizing optical element, a semiconductor laser is provided on the back surface of the fitting hole of the base A light source device characterized in that a cylindrical rib for holding a slit is formed, and a split groove is formed on the center line in the beam pitch direction of each rib. 上記割り溝が複数のリブのビームピッチ方向中心線の一方側に偏って各１カ所に穿設されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。2. The light source device according to claim 1, wherein the split groove is formed at one location each offset from one side of the center line in the beam pitch direction of the plurality of ribs.
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