JP4504001B2 - Light source unit, optical scanning device, image reading device, and image forming device - Google Patents
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Description
本発明は、光源から出射した光束を光学系に導いて利用する光源装置に関するものである。特にホルダに対する光源の中心合わせを行った後、心ずれを生じさせない光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device that guides and uses a light beam emitted from a light source to an optical system. In particular, the present invention relates to a light source device that does not cause misalignment after centering the light source with respect to the holder.
図8は走査光学系の一例を示す図である。
同図において符号1は光源装置、2は光変調装置、5は偏向装置、7は面倒れ補正光学系、8は回転多面鏡、9はfθレンズ、10は被走査面をそれぞれ示す。
光源装置1から出た光束は、光変調装置2において画像情報によって変調され、偏向装置5によって向きを変えられ、回転多面鏡8により連続的に反射方向を変えられ、fθレンズ9で被走査面10上で等速走査される。被走査面10が紙面に垂直方向に走査されることによって、画像情報を読み取ったり、あるいは、画像情報に対応した潜像が形成される。このような装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ、デジタルラボ等、画像形成装置に用いられる。光変調装置を用いず、被走査面からの反射光を受光することで読み取り装置として用いることもできる。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a scanning optical system.
In the figure, reference numeral 1 denotes a light source device, 2 denotes a light modulation device, 5 denotes a deflection device, 7 denotes a surface tilt correction optical system, 8 denotes a rotating polygon mirror, 9 denotes an fθ lens, and 10 denotes a surface to be scanned.
The light beam emitted from the light source device 1 is modulated by the image information in the
図9は光源装置の構成の一例を示す図である。
同図において符号11は半導体レーザ(以下LDと称す)、12はLDホルダ、13は断熱部材、14はコリメートレンズ、15はコリメートレンズセル、16はレンズセルホルダ、17はコンプレッサレンズ鏡胴、18は鏡胴ホルダ、Cはリング形状の補助部材、U1は第1ユニット、U2は第2ユニットをそれぞれ示す。
第1ユニットU1は、コリメートレンズ14を保持するコリメートレンズセル15がレンズセルホルダ16の片側からねじ込まれている。レンズセルホルダ16の他側には、断熱部材13を介してLDホルダ12が取り付けられている。LDホルダ12は中央部付近に座ぐり部を有する貫通穴12aが開いていて、その座ぐり部に落とし込んだ補助部材Cを介してLD11が取り付けられ、押さえ板12bで押しつけられて止められている。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the configuration of the light source device.
In the figure, reference numeral 11 is a semiconductor laser (hereinafter referred to as LD), 12 is an LD holder, 13 is a heat insulating member, 14 is a collimating lens, 15 is a collimating lens cell, 16 is a lens cell holder, 17 is a compressor lens barrel, 18 is A lens barrel holder, C is a ring-shaped auxiliary member, U1 is a first unit, and U2 is a second unit.
In the first unit U <b> 1, a collimating lens cell 15 that holds the
LD11が直接LDホルダ12に取り付けられないのは、放熱のためLDホルダ12を金属材料、例えばクロム銅のように比較的熱伝導率の高い材料で構成されるが、LD11自身はLDホルダ12に対し、電気的に絶縁したいからである。そのため、補助部材Cとして、絶縁性のセラミックが選ばれる。セラミックはその組成により、熱伝導率は小さい値から非常に大きい値まで各種のものが得られるので、ここでは放熱のため比較的熱伝導率の高いものを用いている。一方、LDホルダ12は図示しないペルチエ素子等を接触させて冷却を行う。表1に各種材料の熱伝導率を示す。この表では純銅が極めて高い数値を示しているが、純銅は機械的強度に難があるためあまり使われない。
第2ユニットU2はコンプレッサレンズ鏡胴17が鏡胴ホルダ18に載せられ、図示しない保持部材で固定されている。
第1ユニットU1と第2ユニットU2は、コリメートレンズセル15の一部とレンズセルホルダ16の一部を鏡胴ホルダ18にはめ込むように合わせて図示しないネジ等で固定されて光源装置1が完成する。
The reason why the LD 11 cannot be directly attached to the LD holder 12 is that the LD holder 12 is made of a metal material, for example, a material having a relatively high thermal conductivity, such as chromium copper, for heat dissipation. This is because they want to be electrically insulated. Therefore, an insulating ceramic is selected as the auxiliary member C. Depending on the composition of the ceramic, various types of ceramics having a thermal conductivity ranging from a small value to a very large value can be obtained. Therefore, a ceramic having a relatively high thermal conductivity is used here for heat dissipation. On the other hand, the LD holder 12 performs cooling by bringing a Peltier element or the like (not shown) into contact therewith. Table 1 shows the thermal conductivity of various materials. In this table, pure copper shows extremely high values, but pure copper is not used much because of its mechanical strength.
In the second unit U2, a compressor lens barrel 17 is placed on a barrel holder 18, and is fixed by a holding member (not shown).
The first unit U1 and the second unit U2 are fixed so as to fit a part of the collimating lens cell 15 and a part of the lens cell holder 16 into the lens barrel holder 18 and are fixed by screws or the like (not shown) to complete the light source device 1. .
表1
Table 1
図10は温度変化におけるLDとLDホルダの穴との関係を説明する模式図である。同図(a)は常温で組み付けたときの状態を示す図、同図(b)は特に低温になったときの状態を示す図である。同図において隙間の変化は誇張してある。
同図において符号Aは補助部材Cの移動方向を示す矢印を示す。
LD11は補助部材Cにほぼいっぱいに収まっているとする。LDホルダ12の穴12aに対し補助部材Cの大きさは余裕を持たせてある。
LDのはめ込まれた補助部材Cを、LDホルダ12の穴12aに組み付けて両者が同図(a)のように偏心した状態であったとする。それでも、コリメートレンズ14に対しLDホルダの位置を調整することによって光軸合わせはできる。
この状態で光軸合わせが完了した場合、装置が放置されているときに温度低下が生じたとする。クロム銅は線膨張係数がセラミックに比べてかなり大きいので、両者の収縮の度合いが大きく異なる。同図(b)において実線は収縮後の形状、一点鎖線および破線は組み付け時の穴12aと補助部材Cのそれぞれの位置を示す。すなわち、LDホルダ12の穴12aが収縮することによって、補助部材Cを矢印Aのように一方に押し、その結果、LD11を当初の位置からずらしてしまう。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the relationship between the LD and the hole of the LD holder in the temperature change. The figure (a) is a figure which shows a state when assembled | attached at normal temperature, and the figure (b) is a figure which shows a state when it becomes low temperature especially. In the figure, the change in the gap is exaggerated.
In the figure, symbol A indicates an arrow indicating the moving direction of the auxiliary member C.
It is assumed that the LD 11 is almost fully accommodated in the auxiliary member C. The size of the auxiliary member C is given a margin with respect to the
Assume that the auxiliary member C in which the LD is fitted is assembled in the
If the optical axis alignment is completed in this state, it is assumed that a temperature drop occurs when the apparatus is left unattended. Since chrome copper has a considerably larger linear expansion coefficient than ceramic, the degree of contraction between the two is greatly different. In FIG. 2B, the solid line indicates the shape after contraction, and the alternate long and short dash line and the broken line indicate the positions of the
LDの光軸ずれではないが、温度変化によるコリメートレンズの光軸ずれを防ぐ構成が提案されている(例えば、特許文献1 参照。)。この構成はコリメートレンズホルダを円錐状または角錐状に形成して、円錐状の内周面を有する内鏡筒にはめ込んで用いている。この構成によれば、温度変化によるレンズの光軸ずれを防ぐことができるが、LDは金属製の外鏡筒に直接触れており、電気的絶縁の問題は考慮されていない。LDとLDホルダを電気的絶縁にすることによる、LDの光軸ずれの防止については、特許文献1にも触れられていない。 Although not the optical axis deviation of LD, the structure which prevents the optical axis deviation of the collimating lens by a temperature change is proposed (for example, refer patent document 1). In this configuration, the collimating lens holder is formed in a conical shape or a pyramid shape and is used by being fitted into an inner barrel having a conical inner peripheral surface. According to this configuration, the optical axis shift of the lens due to a temperature change can be prevented, but the LD is in direct contact with the metal outer barrel, and the problem of electrical insulation is not considered. Patent Document 1 does not touch on prevention of optical axis misalignment of the LD by electrically insulating the LD and the LD holder.
解決しようとする問題点は、ユニット完成時点においてLDホルダとLDの中心合わせが完了していれば、以後環境温度変化があっても両者の中心ずれが生じないようにすることである。 The problem to be solved is that if the centering of the LD holder and the LD is completed at the time of completion of the unit, the center deviation between the two will not occur even if the environmental temperature changes thereafter.
請求項1に記載の発明は、半導体レーザもしくは発光ダイオードを光源とする光源ユニ
ットであって、光源ホルダと、補助部材と、押さえ板と、を有する。
光源ホルダは、貫通穴を有し、平面状部分に、貫通穴と同心、即ち中心軸が共通で、貫
通穴より大径の座ぐり部を有する。座ぐり部の底面は、貫通穴の貫通方向(上記中心軸)
に対して直交する。
補助部材は、平板状であって、平板面の中心部に光源が取り付けられ、光源ホルダの座
ぐり部に、常温において隙間をもって落とし込める嵌合部を有し、電気絶縁性材料により
構成される。
光源ホルダと補助部材とは、線膨張係数が互いに異なる。
押さえ板は、光源ホルダの平面部に取り付けられ、ばね性を有し、補助部材と光源とを
複数の部位で光源ホルダに押圧し、補助部材を座ぐり部の底面に圧接させる。
The invention described in claim 1 is a light source unit using a semiconductor laser or a light emitting diode as a light source, and includes a light source holder, an auxiliary member, and a pressing plate.
The light source holder has a through hole, and has a counterbore portion concentric with the through hole, that is, has a common central axis and has a diameter larger than that of the through hole. The bottom face of the counterbore part is the through direction of the through hole (the central axis above)
Orthogonal to
The auxiliary member has a flat plate shape, and a light source is attached to the central portion of the flat plate surface. The light source holder has a fitting portion that can be dropped with a gap at room temperature, and is made of an electrically insulating material. .
The light source holder and the auxiliary member have different linear expansion coefficients.
The holding plate is attached to the flat surface portion of the light source holder, has a spring property, presses the auxiliary member and the light source against the light source holder at a plurality of portions, and presses the auxiliary member against the bottom surface of the spot facing portion.
座ぐり部の形状と、嵌合部の外周部の、前記貫通方向に直交する断面形状は円形である。座ぐり部の外周部は円筒面である。補助部材の勘合部の外周部も円筒面である。
座ぐり部と嵌合部とは、前記円筒面同士が対向し、両円筒面の間が、円筒面同士が接触しないように「一定幅のリング状の隙間」となるように組み合わせられる。
柔軟性を有する充填材が、リング状の隙間に注入量が均等になるよう注入される。
温度変化に伴う光源ホルダおよび保持部材の熱変形に伴う前記リング状の隙間の隙間幅が充填材の弾性変形により吸収され、座ぐり部の中心に対して光源がずれない。即ち、光源は、座ぐり部の半径方向へずれない。
請求項1に記載の光源ユニットにおける充填材は、弾性接着剤であることができる(請求項2)、充填材はまた、注入時は低粘度で、時間経過によって所定以上の粘度に変化するゲル状の材料であることができる(請求項3)。
請求項1〜3の任意の1に記載の光源ユニットにおける光源ホルダの材料は、クロム銅であることができる(請求項4)。
The cross-sectional shape orthogonal to the penetration direction of the shape of the spot facing portion and the outer peripheral portion of the fitting portion is circular. The outer periphery of the spot facing is a cylindrical surface. The outer peripheral part of the fitting part of an auxiliary member is also a cylindrical surface.
The counterbore portion and the fitting portion, the cylindrical faces are opposed, between the two cylindrical surfaces are combined as such cylindrical faces does not contact the "ring-shaped gap of a constant width".
A flexible filler is injected into the ring-shaped gap so that the injection amount is uniform.
The gap width of the ring-shaped gap due to thermal deformation of the light source holder and holding member accompanying temperature change is absorbed by elastic deformation of the filler, and the light source does not shift with respect to the center of the spot facing. That is, the light source does not shift in the radial direction of the spot facing.
The filler in the light source unit according to claim 1 can be an elastic adhesive (Claim 2), and the filler is also a gel that has a low viscosity when injected and changes to a predetermined viscosity or more over time. (Claim 3).
The material of the light source holder in the light source unit according to any one of claims 1 to 3 can be chrome copper (claim 4).
請求項1〜4の任意の1に記載の光源ユニットにおける補助部材の材料はセラミックであることができる(請求項5)。また、請求項1〜5の任意の1に記載の光源ユニットにおける補助部材は、電気絶縁性材料からなることができる(請求項6)。
この発明の光源装置は、光走査用であって、請求項1〜6の任意の1に記載の光源ユニットを用いたことを特徴とする(請求項7)。
この発明の光走査装置は、請求項7記載の光源装置を用いた光走査装置であり(請求項8)。この発明の画像読取装置は、請求項8記載の光走査装置を用いた画像読み取り装置である(請求項9)。
そして、この発明の画像形成装置は、請求項8記載の光走査装置を用いた画像形成装置である(請求項10)。 The material of the auxiliary member in the light source unit according to any one of claims 1 to 4 may be ceramic (claim 5). Moreover, the auxiliary member in the light source unit according to any one of claims 1 to 5 can be made of an electrically insulating material (claim 6).
A light source device of the present invention is a for optical scanning, characterized by using the light source unit according to any one of claims 1-6 (Claim 7).
An optical scanning device of the present invention is an optical scanning device using the light source device according to claim 7 (claim 8). The image reading device of the present invention is an image reading device using the optical scanning device according to claim 8 (claim 9).
The image forming apparatus of the present invention is an image forming apparatus using the optical scanning device according to claim 8 (claim 10).
光源装置に用いられる光源ユニットの光源ホルダの貫通穴と光源との中心合わせを行った状態で、光源と一体化された補助部材と光源ホルダとの間に、柔軟性を有する接着剤等を注入量が均等になるように注入することで、以後は実使用状態においても温度変化による心ずれが発生しなくなる。 In a state where the through hole of the light source holder of the light source unit used in the light source device and the light source are aligned , a flexible adhesive or the like is injected between the auxiliary member integrated with the light source and the light source holder. By injecting so that the amount becomes equal, the center deviation due to temperature change does not occur even in actual use.
光源ユニットの主要部は、クロム銅からなり、貫通穴を有するLDホルダと、LDが一体的に取り付けられ、前記穴部に常温において隙間をもって落とし込める外形を有するセラミックからなるリング状の補助部材と、前記LDホルダに取り付けられ前記補助部材を押圧するばね性を有する押さえ板と、を有し、前記貫通穴と同心の座ぐり部の形状と、前記補助部材外形の形状が共に円形で、両者を同心になるよう組み付けてLDユニットとした後、前記補助部材の周囲に接着剤を、注入量が均等になるよう注入する構成となっている。 The main part of the light source unit is made of chrome copper and has an LD holder having a through hole, and a ring-shaped auxiliary member made of ceramic having an outer shape in which the LD is integrally attached and can be dropped into the hole part at room temperature. A holding plate attached to the LD holder and having a spring property to press the auxiliary member, and the shape of the counterbore part concentric with the through hole and the shape of the auxiliary member outer shape are both circular, Are assembled so as to be concentric to form an LD unit, and then an adhesive is injected around the auxiliary member so that the injection amount becomes equal .
図1は本発明を適用する光源ホルダ部の一部省略図である。同図(a)は側断面図、同図(b)は平面図である。
同図において符号20はLDユニット、21はLD、22は補助部材、23はLDホルダ、24は押さえ板、25は止めネジ、Gは隙間部をそれぞれ示す。
LD21は補助部材22を介してLDホルダ23の貫通穴23aの周辺に設けられた座ぐり部23bに落とし込まれ、ばね性のある押さえ板24の爪部24aによって接触され押さえられて、止めネジ25によって止められる。LD21と補助部材22はほぼ隙間のない状態で嵌合しており、以後の説明では両者は一体として扱う。
補助部材22と座ぐり部23bの間は常温において若干の隙間部Gが生ずるような大きさにそれぞれが構成されている。図1(b)に示すように、補助部材22の外周部の断面形状(図面に平行な断面上の形状)は円形状であり、座ぐり部23bの形状も円形状である。
図1(a)に示すように、座ぐり部23bの底面は、貫通穴23aの貫通方向に対して直交しており、補助部材22は平板状である。座ぐり部23bの外周部は上記貫通方向を軸とする円筒面であり、補助部材22の外周部も円筒面である。
本発明は、このような構成において、何らかの方法で補助部材22と座ぐり部23bの間の隙間部Gを均等にさせ、結果的にLD21と貫通穴23aの心合わせを行ったものについて、上記隙間部Gに充填材を均等に注入することによって、以後の温度変化等に対して心ずれが生じないようにする点に特徴がある。
図1(b)に示すように、心合わせを行なった状態では、座ぐり部22bの形状である円形状と、嵌合部の断面形状である円形状とは同心円状となり、隙間部Gは、前記円筒面同士が、互いに接触しないように対向して「一定幅のリング状の隙間」となる。
FIG. 1 is a partially omitted view of a light source holder portion to which the present invention is applied. FIG. 2A is a side sectional view, and FIG.
In the figure,
The
The
As shown in FIG. 1A, the bottom surface of the counterbore portion 23b is orthogonal to the penetration direction of the through
The present invention has the above-described configuration in which the gap portion G between the
As shown in FIG. 1B, in the centered state, the circular shape that is the shape of the spot facing portion 22b and the circular shape that is the cross-sectional shape of the fitting portion are concentric, and the gap portion G is The cylindrical surfaces face each other so as not to contact each other to form a “ring-shaped gap having a constant width”.
上記心合わせが済んだ状態で、押さえ板24の止めネジを締め、補助部材22が動かないようにする。そして、均等にされた隙間部Gに、例えば注射針のようなもので、流動性のある接着剤を周囲の注入量が均等になるよう注入する。押さえ板24の爪部24aが隙間部Gの一部を覆っているので、その部分には直接接着剤を注入できないが、接着剤の流動性によって、爪部24aの下も埋められる。接着剤は隙間部Gより盛り上がると押さえ板24に付着して、補助部材22に対して不均等な力を与えるおそれがある。
接着剤は時間経過と共に流動性が失われて硬化するタイプのものか、紫外線照射等によって硬化するタイプのものを用いるとよい。どちらの場合も、硬化した状態においても或る程度の弾力性を残しているゴム系等の弾性接着剤が本発明には適している。
接着剤の代わりにゲル状材料を用いることもできる。ゲル状材料は注入のときは或る程度の流動性を示す粘度を有し、放置した状態では流動性がほとんどない状態の粘度になることが望ましい。例えば、シリコン系のゲル剤には、放置するとアルコール分が蒸発して粘度が高くなるものがあるので、そのようなものを用いるとよい。流動性がほとんどない状態とは、ゲル剤の自重によっては流れ出さない程度の粘度のことを言う。
以下、弾性接着剤ないしゲル状材料を纏めて充填材と称す。
In the state where the alignment is completed, the set screw of the
The adhesive may be of a type that loses fluidity over time and cures, or a type that cures by ultraviolet irradiation or the like. In either case, an elastic adhesive such as a rubber that retains a certain degree of elasticity even in a cured state is suitable for the present invention.
A gel-like material can be used instead of the adhesive. It is desirable that the gel-like material has a viscosity showing a certain degree of fluidity when injected, and has a viscosity with almost no fluidity when left as it is. For example, some silicon-based gels have a higher viscosity due to evaporation of the alcohol content, so that it is preferable to use such a gel. The state having almost no fluidity means a viscosity that does not flow out due to the weight of the gel.
Hereinafter, the elastic adhesive or the gel material is collectively referred to as a filler.
隙間部Gに充填材を入れた状態において温度変化が生じた場合の状況を説明する。
LDホルダ23がクロム銅からなり、補助部材22がセラミックからなる場合を例に取り上げて説明する。
初めに温度が常温より上がった場合を考える。
図2は温度上昇時の隙間と充填材の関係を示す部分断面図である。
同図において符号26は充填材を示す。同図において隙間は誇張して示してある。
クロム銅の方がセラミックより線膨張係数が大きいので、温度上昇によって、隙間部Gは全体の形状が大きくなりながら隙間の幅も広がっていく。充填材26自身も線膨張係数がかなり大きいので膨張し、しかも、クロム銅との接着部とセラミックとの接着部はともに離れることがないので、補助部材22は周囲全体が温度上昇中常に一様な圧縮力を受ける。ただし、充填材26は柔軟性があるため、過剰な圧力は開放されている端面方向(同図における上方向)に逃げ、実際に補助部材22を中心方向に押す圧力はあまり大きくならない。
その結果、温度上昇があっても、LDホルダ23と補助部材22との間の心ずれは発生しない。したがって、LD21の心ずれも生じない。
A situation when a temperature change occurs in a state where a filler is put in the gap G will be described.
The case where the
First, consider the case where the temperature rises from room temperature.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the relationship between the gap and the filler when the temperature rises.
In the figure,
Since the coefficient of linear expansion of chrome copper is larger than that of ceramic, the gap G increases as the overall shape of the gap G increases as the temperature rises. Since the
As a result, even if the temperature rises, the misalignment between the
次に温度が常温よりも低くなった場合を考える。
図3は温度下降時の隙間と充填材の関係を示す部分断面図である。
上記とは逆に、隙間Gは全体の形状が小さくなりながら隙間の幅も小さくなっていく。充填材はクロム銅の収縮よりも収縮の度合いが早いが、クロム銅との接着部とセラミックとの接着部はともに離れることがないので、補助部材は周囲全体が温度下降中常に一様に負の圧力を受ける。実際には、充填材の開放されている端面が下降するいわゆる引けを生じて負の圧力が軽減される。
その結果、温度下降があっても、LDホルダ23と補助部材22との間の心ずれは発生しない。したがって、LD21の心ずれも生じない。
温度上昇の後常温に戻ったり、温度下降の後常温に戻ったりした場合も、LDホルダ23と補助部材22の間の位置関係は変わらず、元の状態を正しく再現する。温度サイクルによる繰り返しの実験においても、再現性は非常によいことが分かった。
Next, consider a case where the temperature is lower than room temperature.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the relationship between the gap and the filler when the temperature drops.
Contrary to the above, the width of the gap G decreases as the overall shape of the gap G decreases. The filler shrinks faster than the chrome copper shrinkage, but the chrome copper bond and the ceramic bond do not separate from each other, so the auxiliary member is always uniformly negative throughout the temperature drop. Under pressure. Actually, the negative pressure is reduced by causing a so-called shrinkage in which the open end face of the filler descends.
As a result, even if the temperature falls, the misalignment between the
Even when the temperature returns to room temperature after the temperature rises or returns to room temperature after the temperature falls, the positional relationship between the
図4、図5はLDホルダの座ぐり部の形状を説明するための部分断面図である。
図4において、座ぐり部23bの上面の周囲に面取り部23cを設けてある。接着剤26の注入は面取り部一杯にならないように控えめに注入する。こうすれば、温度上昇時の圧力によって充填材がはみ出したときも、面取り部23cによって表面積が大きくなっているので、はみ出し量があまり大きくならず、したがって、はみ出した充填材がLD押さえ板24に接触するおそれもなくなる。
図5において、座ぐり部23bの底部に切り込み部23dを設けてある。切り込み部23dが或る程度の深さをもっていると、充填材を注入したとき、切り込み部23dに空気が封じ込められて充填材が奥まで入り込まなくなる。この状態で温度上昇があると、この切り込み部が圧力の逃げ部の一つとなって、封じ込められた空気を圧縮しながら充填材の一部が切り込み部にさらに入り込む。上面への圧力の逃げと相まって、過剰な圧縮力の解消が容易になる。図4の形状と図5の形状を組み合わせればさらに効果が大きくなる。
4 and 5 are partial cross-sectional views for explaining the shape of the spot facing portion of the LD holder.
In FIG. 4, a chamfered
In FIG. 5, the
図6はLDと貫通穴の心合わせを行う方法の一例を示す図である。同図(a)は側断面図、同図(b)は平面図である。同図(b)においてLDホルダ23の外形は省略した。
同図において符号30は心合わせ治具、31は外筒、32は中筒をそれぞれ示す。
図7は心合わせ治具を示す斜視図である。本方式は隙間部Gが比較的大きい構成の場合に適用できる。
LD21と一体となった補助部材22は座ぐり部23bに落とし込まれ、押さえ部材24の爪部24aがLD21の背面を押さえるように位置決めし、図1で示した止めネジ25で仮止めし、未調整LDユニットができる。
心合わせ治具30は比較的薄い外筒31とやや厚い中筒32が密着嵌合しており、両者は互いに筒の長手方向に移動可能になっている。両者はそれぞれ筒の先端部の互いに対応する位置に爪部31a、32aを有している。爪部31a、32aは例えば円周を3等分する位置を中心に、円周に沿って互いにほぼ同じ長さに形成され、互いの密着面と反対の側は互いに同程度の傾斜角を有する傾斜面を形成している。両爪部の先端を揃えたとき、断面では爪部31aと32aの外形でほぼ2等辺三角形の2等辺部が形成される。
外筒31には長穴31bが筒の長手方向に形成されており、中筒32にはこの長穴31bに嵌合するスライドピン32bが植設されている。このため、両筒は互いに筒の長手方向は移動できるが、円周方向には回動できないように規制されている。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a method for aligning the LD and the through hole. FIG. 2A is a side sectional view, and FIG. The outer shape of the
In the figure,
FIG. 7 is a perspective view showing a centering jig. This method can be applied when the gap G is relatively large.
The
In the centering
A long hole 31 b is formed in the
未調整LDユニットの止めネジを緩め、心合わせ治具30の外筒31を爪部31aの方向にずらして、補助部材22と座ぐり部23bの隙間に3個の爪部31aを均等に挿入する。爪部31aの斜面部は座ぐり部23bの内径に一致する位置まで挿入されて止まる。この時点で外筒31の内周は座ぐり部23bと同心になる。
3個の爪部31aが形成する仮想の円は、爪部先端においては座ぐり部23bの許容誤差範囲の最小径より小さく、爪部根元においては同範囲の最大径より大きく設定されている。
次に中筒32を外筒31にスライドさせて、爪部32aを上記隙間に挿入する。このとき、補助部材22が座ぐり部23bに対して同心でない場合は、爪部32aのどこかが先に当たって補助部材22を中心方向に押す力が発生する。そして、3個の爪部32aがすべて均等に当たる状態になると、爪部32aはそれ以上挿入できなくなり、中筒32もそれ以上移動できなくなる。このとき補助部材22は中筒32の外周と同心になる。外筒31と中筒32の間に遊びがないものとすれば、結果的に補助部材22と座ぐり部23bが同心になったことになる。
爪部31a、32aは隙間部Gに挿入されるため非常に薄く形成されているが、円筒の円周部に沿って若干の長さがあるため、爪の先端は直線ではなく僅かな曲率をもった円弧になっている。したがって爪部31aが座ぐり部23bに当たったとき爪部31aが変形することなく3本の爪が均等に当たるようになる。爪部32aについても同様である。
両爪部が最大の深さに挿入されたときでも、心合わせ治具30の、爪部以外の円筒端面部分が押さえ部材の爪部24aに当接しないように構成されている。図示はしないが、必要があれば、円筒端面部分に爪部24aが当たらないように逃げ部を形成しておいてもよい。
Loosen the set screw of the unadjusted LD unit, shift the
The virtual circle formed by the three
Next, the
The
Even when both the claw portions are inserted to the maximum depth, the cylindrical end surface portion other than the claw portion of the centering
次に補助部材とLDホルダの心合わせを行う他の例を説明する。
この方法は両者の線膨張係数の違いを利用する方法である。この方法は隙間部Gが比較的小さい場合に適用できる。
説明を簡単にするために、補助部材22はセラミック、LDホルダ23はクロム銅からなるものとする。
前述のように、クロム銅は線膨張係数が非常に大きいのに対し、セラミックの線膨張係数はそれほど大きくないので、温度変化が生ずると補助部材22とLDホルダ23の間の隙間Gの大きさが変化する。
LDユニット20を組み付けるに当たって、LD21のLDホルダ23に対する位置、すなわち、貫通穴23aとの同心度については全く気にしないで構わない。
LDユニット20が完成したら、次の工程として断熱材を介してレンズセルホルダに取り付け、コリメートレンズとの心合わせ等を行うのであるが、本発明ではその前にLD21と貫通穴23aとの中心合わせ(単に心合わせとも言う)を行う。
Next, another example in which the auxiliary member and the LD holder are aligned will be described.
This method uses the difference between the linear expansion coefficients of the two. This method can be applied when the gap G is relatively small.
In order to simplify the explanation, it is assumed that the
As described above, chrome copper has a very large linear expansion coefficient, whereas ceramic has a small linear expansion coefficient. Therefore, when temperature changes, the size of the gap G between the
When assembling the
When the
LDユニット20を所定の温度の雰囲気の中にLDユニット20を放置する。所定の温度としては、装置が保証すべき設置環境温度範囲の最低の温度、例えば−25°Cよりさらに低い温度とする場合と、輸送中に生ずる可能性のある最低温度、例えば−30°Cよりさらに低い温度とする場合がある。
LDホルダ23は低温において大きく収縮する。もちろん、補助部材22も収縮はするが、その程度は前者に比べてかなり小さい。両者の収縮量の差によって、座ぐり部23bと補助部材22の間の隙間は減少する。この隙間が上記所定の温度において丁度0になるように、常温における隙間の大きさが決定されている。このとき両者の接触面はスベリが生ずるので、補助部材22とLDホルダ23との接触部は特に摩擦抵抗が小さくなるように構成しておく。摩擦抵抗を小さくする方法として、接触面積を小さくすることと、摩擦抵抗を小さくするための表面処理をすることが挙げられるが、両者を併用すればなお効果が大きくなる。
逆に、LD21と押さえ板24との間は摩擦抵抗が大きくなるよう構成しておく。
The
The
Conversely, the
図10を用いて説明したように、補助部材22が座ぐり部23bに対して偏心して取り付けられたとしても、温度が下がるにつれて、補助部材22は座ぐり部23bの内周のどこかに接触したら、それ以後はその接触点からの圧力を受け中心が一致する方向に動かされる。補助部材22とLDホルダ23の接触面は摩擦抵抗が小さくなるように構成されているので、補助部材22は上記のような圧力が加わっても大きな抵抗がなく中心方向に動かされる。このとき、LD21に対して押さえ板24の爪部24aが接触して大きい摩擦抵抗を示すが、部材の収縮による力の方が遙かに大きいので、爪部24aはLDの移動を止めることができない。
LDユニット20全体が周囲温度にほぼ等しくなれば、補助部材22の外周と座ぐり部23bの内周が一致し、したがって、この時点で両者は同心になる。
As described with reference to FIG. 10, even if the
If the
次に、LDユニット20を常温に戻す。このとき、急激に常温中に持ち込むと、結露が発生したり、LDユニット20に部分的な温度ムラが生じ、一時的にしろユニット内部に歪みが発生したりするので好ましくない。
補助部材22やLDホルダ23が前記最低温度から上昇すると、両者の間には再び隙間が生ずるようになる。このとき、両者の接触面は摩擦抵抗力が小さいが、LD21と爪部24aとの間の摩擦抵抗力は大きい。温度低下のときは座ぐり部23bの内周からLD21へ中心方向に向かう強制力が働いたため、爪部24aの摩擦抵抗力に抗してLD21の移動が生じたが、常温に戻るときはそれに匹敵するような強制力が働かない。したがって、LD21は爪部24aとの相対移動ができなくなる。
ここで言う摩擦抵抗力の大小は相対的なものであるから、それぞれを幾らにすべきかという適正値はない。ただ、常温に戻るとき、両者の力の差があまり小さいとLD21の位置を保持する保証が得られなくなるので、強いて言えば、爪部24a側の摩擦力は、LDホルダ23側の摩擦力の2倍以上は欲しいところである。
Next, the
When the
The magnitude of the frictional resistance mentioned here is relative, so there is no appropriate value for how much each should be. However, when returning to normal temperature, if the difference between the two forces is too small, there is no guarantee that the position of the
押さえ板24は円板状の外形に、止めネジ穴も爪部24aも3個ずつ有しており、円板の中心に対して全体を120°ずつ回転したとき同形になるよう構成されている。そして、押さえ板24をLDホルダ23に取り付けたとき、円板の中心が貫通穴23aの中心に一致するように構成されている。貫通穴23aと座ぐり部23bは同時加工で形成して必ず同心になるように構成されている。
このような構成では、押さえ板24がLDホルダ23に取り付けられると、温度変化が生じても、円板の中心と貫通穴23aの中心は常に一致した状態となる。これは、両者の線膨張係数が一致していない場合でも同じである。ただし、両者の線膨張係数が著しく異なると、温度変化によって止めネジ部分に大きなストレスがかかって好ましくないので、なるべく両者の線膨張係数は近い値のものを選ぶとよい。
The holding
In such a configuration, when the
押さえ板24自身も温度変化によって膨張・収縮が生ずるので、爪部24a先端も、円板中心に向かっての進退の変化が生ずる。この変化は3本の爪に均等に生ずるので、爪部24aのLD21を押さえる圧力が均等になっていれば、LD21を動かす力にはならない。なお、止めネジ25と爪部24aを、円周を3等分するような位置関係に配置しているが、これは2等分でも、4等分でも、爪部にかかる押圧力と摩擦抵抗が均等であれば構わない。要は、温度変化によって爪部24aが進退するとき、LDの中心位置をずらすような、偏った力が発生しなければよい。すなわち、各爪部24aに働く力の合力が0になるような配置にすればよい。この関係が守られれば、押さえ板24の外形は円形にこだわらなくてよくなる。例えば、正方形を含む長方形であってもよい。その代わり、複数の止めネジ25が貫通穴23aの中心に対して等距離になるようにし、互いに等角度間隔にしておく条件は変えない。
Since the
また、止めネジ25と爪部24aとが、円周方向の廻りに対して位相が一致するように示しているが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば両者を60°の位相ずれをもって構成しても効果は全く同じである。
本方法で心合わせが完成したLDユニットを常温に戻しても、LD21とLDホルダ23の貫通穴23aとは同心のままである。この状態で、さらに温度変化があっても、基本的には心ずれがほとんど生じないが、前述のように隙間Gに充填材を注入すれば、それ以後温度変化に対する光軸ずれの防止がより確実になる。
このLDユニットは、装置が保証すべき設置環境温度範囲の最低の温度、あるいは、輸送中に生ずる可能性のある最低温度、においては隙間Gがまだ0にはならないので、過剰な圧力が発生することがなく、それによる素子の破壊も発生しない。
Further, although the
The
This LD unit generates excessive pressure because the gap G is not yet zero at the lowest temperature in the installation environment temperature range that the apparatus should guarantee or the lowest temperature that may occur during transportation. And there is no destruction of the device.
以上、LDホルダ23がクロム銅、補助部材22がセラミックからそれぞれなる例で説明してきたが、両者の線膨張係数が異なるものであればすべて本方法は適用できる。
ただし、LDホルダ23よりも補助部材22の方が線膨張係数が大きい場合、例えば、LDホルダをセラミック材で形成し、補助部材をクロム銅で形成したような場合は、両者の中心合わせのための雰囲気を常温よりも高温側に設定することになる。
光源としてLDの場合で説明してきたが、形状が類似であればLDに限らない。例えばLEDであっても本発明は適用できる。この場合、上記説明中のLDはすべてLED、もしくは一般に光源と置き換えて解釈すればよい。
さらに言えば、本方法は、円形穴部(座ぐり部を含む)を有する第1の部材と、該穴部に嵌め込める円形の外形を少なくとも一部に有する第2の部材とのあいだで、両部材の線膨張係数が異なる場合のユニットにおける心合わせ一般に適用することができる。この場合の第2の部材は、LDユニットにおけるLDが嵌合した補助部材に相当する。
As described above, the example in which the
However, in the case where the
Although the description has been given in the case of the LD as the light source, it is not limited to the LD as long as the shapes are similar. For example, the present invention can be applied even to an LED. In this case, all the LDs in the above description may be interpreted by replacing them with LEDs or generally light sources.
Further, the method includes a first member having a circular hole (including a counterbore) and a second member having at least a part of a circular outer shape that can be fitted into the hole. In general, the present invention can be applied to unit alignment in the case where the linear expansion coefficients of both members are different. The second member in this case corresponds to an auxiliary member in which the LD in the LD unit is fitted .
20 LDユニット
21 LD
22 補助部材
23 LDホルダ
24 押さえ板
26 充填材
20
22
Claims (10)
貫通穴を有し、平面状部分に前記貫通穴と同心で、前記貫通穴より大径で、底面部が貫
通穴の貫通方向に直交する座ぐり部を有する光源ホルダと、
平板状であって平板面の中心部に光源が取り付けられ、前記光源ホルダの座ぐり部に、
常温において隙間をもって落とし込める嵌合部を有する補助部材と、
前記光源ホルダの平面部に取り付けられ、ばね性を有し、前記補助部材と光源とを複数
の部位で押圧し、前記補助部材を前記座ぐり部の底面に圧接させる押さえ板と、を有し、
前記座ぐり部の周面部と前記嵌合部の外周部が共に円筒面であり、
前記光源ホルダと補助部材とは線膨張係数が異なり、
前記座ぐり部の前記円筒面と前記嵌合部の前記円筒面の間が、前記円筒面同士が接触し
ないように一定幅のリング状の隙間となるように組み合わせられ、
柔軟性を有する充填材を、前記リング状の隙間に注入量が均等になるよう注入され、
温度変化に伴う光源ホルダおよび補助部材の熱変形に伴う前記リング状の隙間の隙間幅
の変化が上記充填材の弾性変形により吸収され、前記座ぐり部の中心に対して光源がずれ
ないことを特徴とする光源ユニット。 A light source unit using a semiconductor laser or a light emitting diode as a light source,
A light source holder having a through hole, concentric with the through hole in a planar portion, having a diameter larger than the through hole, and a counterbore portion perpendicular to the through direction of the through hole;
A light source is attached to the center part of the flat plate surface, and a spot facing part of the light source holder,
An auxiliary member having a fitting part that can be dropped with a gap at room temperature;
A pressing plate that is attached to the flat surface portion of the light source holder, has a spring property, presses the auxiliary member and the light source at a plurality of sites, and presses the auxiliary member against the bottom surface of the counterbore portion; ,
Both the peripheral surface portion of the spot facing portion and the outer peripheral portion of the fitting portion are cylindrical surfaces,
The light source holder and the auxiliary member have different linear expansion coefficients,
The cylindrical surface of the counterbore part and the cylindrical surface of the fitting part are combined so as to form a ring-shaped gap with a constant width so that the cylindrical surfaces do not contact each other,
The filler having flexibility is injected into the ring-shaped gap so that the injection amount is uniform,
The change of the gap width of the ring-shaped gap due to the thermal deformation of the light source holder and the auxiliary member due to the temperature change is absorbed by the elastic deformation of the filler, and the light source does not shift with respect to the center of the counterbore part. A featured light source unit.
前記充填材が弾性接着剤であることを特徴とする光源ユニット。 The light source unit according to claim 1,
The light source unit, wherein the filler is an elastic adhesive.
前記充填材は注入時は低粘度で、時間経過によって所定以上の粘度に変化するゲル状の
材料であることを特徴とする光源ユニット。 The light source unit according to claim 1 or 2,
The light source unit, wherein the filler is a gel-like material that has a low viscosity when injected and changes to a predetermined viscosity or more with time.
前記光源ホルダの材料がクロム銅であることを特徴とする光源ユニット。 The light source unit according to any one of claims 1 to 3,
The light source unit is characterized in that the material of the light source holder is chromium copper.
前記補助部材の材料がセラミックであることを特徴とする光源ユニット。 The light source unit according to any one of claims 1 to 4,
A light source unit, wherein the material of the auxiliary member is ceramic.
補助部材が電気絶縁性材料からなることを特徴とする光源ユニット。 The light source unit according to any one of claims 1 to 5,
A light source unit, wherein the auxiliary member is made of an electrically insulating material.
源装置。 A light source device for optical scanning, wherein the light source unit according to any one of claims 1 to 6 is used.
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