JP5493556B2 - レーザ光源ユニット - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光源ユニットに関する。

レーザビームプリンタ等の光源として、特許文献１および２に記載されているように、複数の発光点を有するマルチビームレーザ半導体素子を用いたレーザ光源ユニットが使用されるようになっている。そのようなマルチビームレーザ半導体素子を用いる場合、発光点の配列されている発行面をレンズ等を保持する光源ホルダの光軸に対して厳密に直交させることが重要である。

特許文献２に記載されているように、多数の発光点を有するレーザ半導体素子は、モールドパッケージ化された半導体チップからなる。このようなレーザ半導体素子は、パッケージの発光面側の周縁部が、位置決めのための基準面となっているのが普通である。

従って、特許文献２に記載されているように、光源ホルダにレーザ半導体素子の基準面に当接する突起を設け、弾性部材によって、光源ホルダにレーザ半導体素子を実装した回路基板を押圧することで、レーザ半導体素子の基準面を光源ホルダの突起に押し付け、これによって、レーザ半導体素子を光源ホルダの光軸に直交するように取り付ける。

レーザ半導体素子の駆動は、多数のレーザダイオードの電流を制御する必要があるため、パッケージ化された集積回路からなる駆動用ＩＣを、レーザ半導体素子とともに、回路基板上に実装することが合理的である。

しかしながら、駆動用ＩＣは、発熱を伴うため、レーザ光源ユニットの使用によって、回路基板を熱膨張させることになる。レーザ半導体素子の基準面と光源ホルダの突起とは、圧接されているだけで互いに固定される訳ではないので、回路基板が熱膨張すると、レーザ半導体素子の発光面が光軸に直交する方向に移動してしまう問題がある。

特開２０００−１６２５３５号公報 特開２００４−６５９２号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、回路基板の熱膨張によってレーザ半導体素子が移動しないレーザ光源ユニットを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明によるレーザ光源ユニットは、複数の発光点を有するレーザ半導体素子が実装された回路基板と、前記レーザ半導体素子の前面に当接する３つの突起部を備える光源ホルダと、弾性力によって、３つの押圧点において、前記回路基板を前記光源ホルダに向かって押圧する弾性部材とを有し、前記３つの押圧点は、各押圧点に対して近い側の２つの前記突起部までの距離が等しいものとする。

この構成によれば、押圧点から２つの突起部までの距離が等しいので、回路基板が全体的に均等に熱膨張したとき、押圧点を支点として、３つの突起部に対して作用するスライド圧力が均等になる。これにより、各突起部において、回路基板の熱膨張によってレーザ半導体素子に作用するスライド圧力が相殺され、レーザ半導体素子の滑り移動が防止できる。

また、本発明のレーザ光源ユニットにおいて、前記回路基板は、前記レーザ半導体素子を駆動するための集積回路パッケージがさらに実装され、前記押圧点のいずれかは、前記レーザ半導体素子の中心と前記集積回路パッケージの中心とを結ぶ直線の上に位置してもよい。

この構成によれば、発熱体である集積回路パッケージの近傍だけが熱膨張したとき、集積回路パッケージに最も近い押圧点は、回路基板の熱膨張によっても、レーザ半導体素子の中心方向に直交する方向にずれることがなく、位置ずれが小さい。また、他の２つの押圧点は、集積回路パッケージから遠く、回路基板の熱膨張が小さくなるので、位置ずれが小さい。これによって、集積回路パッケージの発熱による３つの押圧点の位置ずれが小さくて済み、レーザ半導体素子の移動を抑制できる。

また、本発明のレーザ光源ユニットにおいて、前記３つの押圧点は、前記レーザ半導体素子の外側にあってもよい。

この構成によれば、回路基板に形成した穴を貫通するネジによって回路基板を押圧するような簡単な構造にできる。

また、本発明のレーザ光源ユニットにおいて、前記弾性部材は、前記光源ホルダに対して３点で固定されてもよい。

この構成によれば、３つの押圧点に作用する弾性部材の弾性力を均等にすることができ、レーザ半導体素子を３つの突起部に対して均等な力で押圧してレーザ半導体素子を安定して固定できる。

本発明によれば、押圧点から２つの突起部までの距離が等しいので、各突起部に対する回路基板の熱膨張による各押圧点を支点としたスライド圧力の変化が均等になる。また、集積回路パッケージに最も近い押圧点が、発光中心に向かう方向に直交する方向にずれることがないので、レーザ半導体素子の位置ずれを抑制できる。

本発明の光源ユニットを用いるレーザ露光器の構成図である。 本発明の第１実施形態の光源ユニットの分解斜視図である。 図２の光源ユニットの断面図である。 図２の光源ユニットのレーザ半導体素子の正面図である。 図２の光源ユニットの回路基板の背面図である。 本発明の第２実施形態の光源ユニットの回路基板の背面図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の光源ユニットを用いる画像形成装置用レーザ露光器の光学系の構成を示す。レーザ露光器は、複数のレーザダイオードが平面上に配列して形成されたレーザ半導体素子１と、レーザダイオード１が射出したレーザ光を平行光線に整形するコリメータレンズ２と、レーザ光線を集光させる集光レンズ３と、レーザ光を反射して主走査方向に走査するように偏向させる回転体である偏向器４と、レーザ光を合焦させる第１走査レンズ５および第２走査レンズ６と、レーザ光を折り返す反射鏡７とからなる。レーザ露光器は、帯電した感光体８にレーザ光を照射して、感光体８上に静電潜像を形成する。

図２および図３に、本発明の第１実施形態のレーザ光源ユニット９を示す。このレーザ光源ユニット９は、図１のレーザ半導体素子１およびコリメータレンズ２を一体に保持するものである。具体的には、レーザ光源ユニット９は、コリメータレンズ２を保持する光源ホルダ１０に、弾性部材１１を介して、レーザ半導体素子１を実装した回路基板１２を取り付けてなる。

弾性部材１１は、弾性のある樹脂からなり、中央がレーザ半導体素子１を受け入れられるように開口した、概略環状の部材である。弾性部材１１は、光軸Ｘの周りに均等（等距離、等間隔）に配置された３つのネジ１３によって光源ホルダ１０に取り付けられる。また、弾性部材１１には、光軸Ｘの周りに、ネジ１３の間に均等に配置されるネジ１４によって、回路基板１２が取り付けられる。

光源ホルダ１０には、レーザ光の光路となる開口の周りに、レーザ半導体素子１の前面に当接する３つの突起部１５が形成されている。また、回路基板１２には、レーザ半導体素子１を駆動するための駆動回路を備える集積回路パッケージ１６が実装されている。

図４に示すように、レーザ半導体素子１は、中央に３２個のレーザダイオード１７が配列して形成された発光面１８を有しており、発光面１８に平行に形成されたモールドパッケージの前面の外周部が、光源ホルダ１０の突起部１５に当接することでレーザ光の方向を定める基準面１９となる。

図３に示すように、弾性部材１１の厚みは、光源ホルダ９の突起部１５にレーザ半導体素子１の基準面１９を当接させたときの光源ホルダ９の本体と回路基板１２との隙間よりも僅かに小さく、弾性変形して、弾性力によって、回路基板１２を介してレーザ半導体素子１を突起部１５に対して押圧する。

図５に、回路基板１２のネジ１４が貫通するねじ穴の位置、つまり、弾性部材１１が回路基板１２を光源ホルダ９に向かって押圧する３つの押圧点２０の位置と、レーザ半導体素子１に当接する３つの突起部１５の位置と、集積回路パッケージ１６の位置との関係を示す。

図示するように、本実施形態では、各押圧点２０は、３つの突起部１５の中で近い方の２つからの距離が全て等しい。このような配置において、各押圧点２０におけるネジ１４の回路基板１２に対する押圧力が同じであれば、回路基板１２が全体的に熱膨張したとき、回路基板１２の熱膨張が、各押圧点２０を支点としてレーザ半導体素子１を発光面に平行な方向に移動させようとするスライド圧力が、各突起部１５に当接する位置で等しくなり、レーザ半導体素子１の滑り移動を生じさせない。

また、本実施形態では、１つの押圧点が、レーザ半導体素子１の中心（光軸Ｘ）と集積回路パッケージ１６の中心とを結ぶ直線の上に位置する。レーザ半導体素子１を駆動すると、集積回路パッケージ１６がジュール損によって発熱し、回路基板１２の集積回路パッケージ１６の近傍だけを大きく不均等に熱膨張させて回路基板１２を歪ませ得る。

集積回路パッケージ１６の近傍に位置する押圧点２０において、回路基板１２の熱膨張による歪みは、レーザ半導体素子１の中心の方向にのみ作用し、横方向への歪みを生じない。また、集積回路パッケージ１６から遠い２つの押圧点２０では、回路基板１２の熱膨張が小さく、殆ど歪みを受けない。従って、３つの押圧点２０には、集積回路パッケージ１６の発熱による歪みが殆ど生じず、レーザ半導体素子１の位置ずれが起こらない。

図６に、本発明の第２実施形態のレーザ光源ユニット９ａの３つの突起部１５と、３つの押圧点２０と、集積回路パッケージ１６との位置関係を示す。尚、これ以降の説明において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

本実施形態では、突起部１５が、レーザ半導体素子１の中心軸周りに不均等に配置されている。しかしながら、本実施形態においても、各押圧点２０は、近くの２つの突起部１５からの距離が全て一定である。つまり、本実施形態では、３つの押圧点２０も、レーザ半導体素子１の中心軸周りに不均等に配置されている。

本実施形態のような配置であっても、回路基板１２の熱膨張によって生じる、各押圧点２０を支点とするレーザ半導体素子１に対するスライド圧力が、各突起部１５との当接位置において相殺され、レーザ半導体素子１の滑り移動が防止される。

また、本実施形態においても、１つの押圧点２０が、レーザ半導体素子１の中心と集積回路パッケージ１６の中心とを結ぶ直線の上に位置し、集積回路パッケージ１６の発熱により、回路基板１２が部分的に熱膨張しても、レーザ半導体素子１の取り付け状態に変化を及ぼさない。

１…レーザ半導体素子
２…コリメータレンズ
９，９ａ，９ｂ，９ｃ…レーザ光源ユニット
１０…光源ホルダ
１１…弾性部材
１２…回路基板
１３…ネジ
１４…ネジ
１５…突起部
１６…集積回路パッケージ
２０…押圧点

Claims (4)

1. 複数の発光点を有するレーザ半導体素子が実装された回路基板と、
   前記レーザ半導体素子の前面に当接する３つの突起部を備える光源ホルダと、
   弾性力によって、３つの押圧点において、前記回路基板を前記光源ホルダに向かって押圧する弾性部材とを有し、
   前記３つの押圧点は、各押圧点に対して近い側の２つの前記突起部までの距離が等しいことを特徴とするレーザ光源ユニット。
2. 前記回路基板は、前記レーザ半導体素子を駆動するための集積回路パッケージがさらに実装され、
   前記押圧点のいずれかは、前記レーザ半導体素子の中心と前記集積回路パッケージの中心とを結ぶ直線の上に位置することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源ユニット。
3. 前記３つの押圧点は、前記レーザ半導体素子の外側にあることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ光源ユニット。
4. 前記弾性部材は、前記光源ホルダに対して３点で固定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ光源ユニット。

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