JPH05113545A - 光源ユニツト,その調整方法及び調整装置 - Google Patents

光源ユニツト,その調整方法及び調整装置

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JPH05113545A
JPH05113545A JP3302279A JP30227991A JPH05113545A JP H05113545 A JPH05113545 A JP H05113545A JP 3302279 A JP3302279 A JP 3302279A JP 30227991 A JP30227991 A JP 30227991A JP H05113545 A JPH05113545 A JP H05113545A
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JP
Japan
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optical system
package
jig
source unit
light source
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Application number
JP3302279A
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English (en)
Inventor
Naotaro Nakada
直太郎 中田
Tadashi Aoki
直史 青木
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH05113545A publication Critical patent/JPH05113545A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】マルチビーム放射用の光源ユニットの光学系の
位置の調整を容易にする。 【構成】レーザーダイオード1及び光学系8を固定する
取付け部分19,20及びその間に溝9を有するバーボ
ディ2を設ける。溝9側又はその反対側から光学系8と
接し開口32を有する光学系用治具30をバーボディ2
に設ける。制御手段33は、光学系8から発せられたビ
ームの焦点位置を検知するビーム焦点位置検知手段6の
出力に基づき光学系駆動手段36で光学系用治具30を
光軸に沿って移動させ、光学系8からのビーム方向を検
知するビーム方向検知手段5の出力に基づきLD駆動手
段35でレーザーダイオード1を把持するLD用治具3
1を光軸に対する垂直な面に沿って移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザービームプリン
タ,複写機,ファクシミリ,写真植字機,バーコードリ
ーダー,センサ等に用いられる光源ユニット,その調整
方法及び調整装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザー(例えば、レーザーダイ
オード)等から成る光源ユニットは、上記のような様々
な装置の発光源として用いられている。例えば、レーザ
ービームプリンタ,複写機,ファクシミリ等の画像形成
装置においては、感光体ドラム上に文字等の画像を高速
で形成するためのレーザービーム放射用の装置として用
いられている。写真植字機においては、フィルム上に高
速印字するためのレーザービーム放射用の装置として用
いられている。バーコードリーダーや各種センサにおい
ては、バーコードや物体からの反射光により情報を得る
ためのレーザービーム放射用の装置として用いられてい
る。
【0003】上記光源ユニットを用いた一般的な構成と
しては、半導体レーザー1個とコリメータを構成する1
個のレンズとのペアで1本のレザービームを形成し、そ
のレーザービームをポリゴンスキャナーで反射して所定
の面上に画像を形成するものが知られている。
【0004】このような1個の半導体レーザーを用いた
構成では、スキャニングの速度で処理速度が決まってし
まうため、高速化に限界があるといった問題がある。
【0005】このような点から、処理速度の高速化を図
るために、1つのパッケージ内にモノリシックでレーザ
ーストライプを2本又は3本形成し、2個又は3個の発
光点を設ける構成が提案されている。これによって、ス
キャニングに用いるレーザービームを2本又は3本形成
することができるので、1個の半導体レーザーを用いた
場合の2倍又は3倍の処理速度の高速化を図ることが可
能となる。
【0006】しかし、上記のようにモノリシックでレー
ザーストライプを複数本形成する構成では、すべてのレ
ーザーストライプについて同等の強さにレーザー発光さ
せるのが困難であるといった問題がある。この問題を解
決するために、例えば各半導体レーザーの後端面からの
レーザー光をそれぞれに対応するフォトダイオードでモ
ニタすることによりレーザー発光の制御を行おうとして
も、モニタレーザー光に重なりが生じてしまい、各モニ
タレーザー光ごとの分離は困難である。
【0007】また、このようにモノリシックでレーザー
ストライプを複数本形成する構成では、それに応じてリ
ード数も多くしなければならない。従って、1パッケー
ジ内に入れられる発光点の数が制限され、前記高速化を
数倍程度にしか向上させることができないといった問題
もある。
【0008】そこで、上記のようなビームを用いた装置
における処理の高速化を図るための複数本のビームを放
射する構成として、図5に示すマルチビーム放射用の光
源ユニット40が考えられる。この光源ユニット40
は、主としてバーボディ42,光学系48及びレーザー
ダイオード49から成っている。バーボディ42には所
定の間隔で複数の穴47が形成されている。レーザーダ
イオード49は1本のビームを発するレーザーダイオー
ドチップを備えている。光学系48はレーザーダイオー
ド49から発せられたビームを平行光にするレンズ43
と鏡枠44とから成っている。穴47の一方の側からは
前記レーザーダイオード49が一部挿通され、他方の側
からはレンズ43を内部に有する鏡枠44が一部挿通さ
れている。同図においては一部分についてのみ内部構造
を示すとともに、一部図示省略しているが、バーボディ
42における各々の光学系48及びレーザーダイオード
49の取付け構造はいずれについても同様である。
【0009】上記光源ユニット40において、レーザー
ダイオード49からのレーザービームの焦点位置を調整
するためには、光学系48を光軸AX方向(Z方向)に沿
って移動させる必要がある。そのためには光路を遮らな
いように鏡枠44を把持し、調整を行う必要がある。こ
のような場合、同図に示すような光学系用治具41で鏡
枠44を両側から挟持(チャック)し(矢印m1,m2)、
穴47から引き出したり押し込んだりするのが、一般的
な方法である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
法で光学系48の焦点位置を調整しようとすると、光学
系用治具41で光学系48を挟持したときに光学系48
の光軸が偏心してしまうといった問題が生じる。これ
は、光学系用治具41によって光学系48を挟持する力
が、光学系48をX−Y方向に移動させる方向に作用す
るからである。光軸に偏心が生じると、その偏心を修正
するためにX−Y方向についても調整を行う必要が生じ
る。その結果、操作が煩雑化し、調整に長時間を要して
しまうことになる。
【0011】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、光学系の位置の調整が容易なマルチビーム放
射用の光源ユニット,その調整方法及び調整装置を提供
することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の光源ユニットは、1本のビームを発する発光チ
ップを備えたパッケージと,該パッケージから発せられ
たビームを平行光にする光学系と,複数の前記パッケー
ジを所定の配列で一体に固定するパッケージ取付け部分
及び複数の前記光学系を所定の配列で一体に固定する光
学系取付け部分を備え、かつ、該パッケージ取付け部分
と光学系取付け部分との間に溝等の空隙部を有する固定
部材とから構成されている。
【0013】本発明の光源ユニットの調整方法は、前記
光学系の前記空隙部側又はその反対側から該光学系と接
する治具手段を設け、該治具手段を光学系の光軸に沿っ
て移動させることを特徴としている。
【0014】本発明の光源ユニット用の調整装置は、前
記光学系から発せられたビームの焦点位置を検知するビ
ーム焦点位置検知手段と,前記光学系の前記空隙部側又
はその反対側から該光学系と接する治具手段と,該治具
手段を前記光学系の光軸に沿って移動させる光学系駆動
手段と,該光学系駆動手段の駆動を前記ビーム焦点位置
検知手段の出力に基づいて制御する制御手段とを具備す
ることを特徴としている。更に、前記光学系の光路とな
る部分において前記治具手段に開口を有する構成とした
り、前記光学系から発せられたビームの方向を検知する
ビーム方向検知手段と,前記パッケージを把持する治具
手段と,該治具手段を前記パッケージの光軸に対する垂
直な面に沿って移動させるパッケージ駆動手段と,該パ
ッケージ駆動手段の駆動を前記ビーム方向検知手段の出
力に基づいて制御する制御手段とを具備する構成として
もよい。尚、前記垂直な面は、例えば前記パッケージ取
付け部分の一部である。
【0015】
【作用】このような構成によると、光学系を空隙部側又
はその反対側から光学系の光軸に沿って移動させること
により光学系の焦点位置が調整されると、かかる調整に
起因する光軸の偏心は生じない。従って、光源ユニット
から発せられたビームは所定の照射位置からずれない。
【0016】また、光学系の光路となる部分において治
具手段に開口を有する構成とすれば、ビームは遮られな
いので、ビームの情報を得ながら位置の固定が完了する
まで、1つの光学系についての連続的な移動による位置
の調整を行うことができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本実施例の全体構成を概略的に示す斜視図
であり、発光手段各部の位置調整が行われている状態を
示している。図2は本実施例の光学系8及びその取付け
部分20を概略的に示す断面図であり、光学系用治具3
0で光学系8の位置を調整している様子を示している。
図3は本実施例のレーザーダイオード1及びその取付け
部分19を概略的に示す断面図である。図4は本実施例
が適用されたレーザービームプリンタの要部構成を概略
的に示す図であり、本実施例から発せられたレーザービ
ームによって画像形成が行われている状態を示してい
る。
【0018】本実施例の光源ユニット10は、図1に示
すようにレーザーダイオード1及びレーザーダイオード
1から発せられたレーザービームBを平行光にする光学
系8から成る複数の発光手段と,当該複数の発光手段を
所定の配列で一体に固定する固定部材であるバーボディ
2とを有する構成となっている。尚、同図においてはレ
ーザーダイオード1及び光学系8から成る一対の発光手
段についてのみの構成を示し、アレイ状に配列される他
の発光手段については図示省略している。
【0019】前記レーザーダイオード1は、1本のレー
ザービームBを発する1つのレーザーダイオードチップ
(LDチップ)及びモニタ用フォトダイオードを備えたパ
ッケージであり、フォトダイオードによってモニタする
ことにより各レーザーダイオード1のレーザー発光の強
さが制御されている。また、前記光学系8は、図2に示
すように鏡枠4とコリメータを構成するレンズ3とから
成っている。
【0020】図1に示すように、バーボディ2には中央
に溝9が形成されている。このように溝9を設けている
のは、後述する穴18に光学系8を挿通した状態で溝9
側又は取付け部分20の外側から光学系8の鏡枠4を押
したり引いたりすることにより、レンズ3のZ方向の調
整を行うためである。
【0021】溝9を介して、一方の取付け部分19には
レーザーダイオード1を挿入するための穴17が複数個
アレイ状に形成されており、他方の取付け部分20には
光学系8を挿入するための穴18が複数個アレイ状に形
成されている。穴17と穴18とは、レーザーダイオー
ド1と光学系8とがそれぞれ挿入されたときに、光軸A
X(図2,図3)が調整されうるように対向する位置にあ
り、また、それぞれ必要とされるレーザービームBの配
列の形に配置されている。尚、穴17,穴18の代わり
に溝を形成したり、また1列だけでなく面状に広がるよ
うに多数列、アレイ状に形成してもよい。
【0022】光源ユニット10から出射される各レーザ
ービームBの発光の強さをフォトダイオードで制御する
だけでなく、レーザービームBの方向,焦点位置,間隔
(レーザービーム位置)等についても整列させるための調
整が必要である。これらの整列のための発光手段各部の
位置調整を次のようにして行う。
【0023】先ずレーザーダイオード1から出てきたラ
ッパ状のレーザービームの中央にレンズ3を位置させ、
レンズ3の焦点位置にLDチップを位置させることによ
り、ビームの中央部分を平行光にする。
【0024】次に、図1に示すように光源ユニット10
を構成する各発光手段から発せられたレーザービームB
をビームスプリッタ7で2本のレーザービームB1及び
B2に分離する。レーザービームB1のビーム焦点位置
をビーム焦点位置検知手段6で検知する。具体的には、
ビームB1が収束したり発散したりしていないか検知す
る。他方、レーザービームB2のビーム方向をビーム方
向検知手段5で検知する。具体的には、ビームB2の平
行度及び傾きを検知する。
【0025】レーザービームBの間隔はバーボディ2に
開けられた穴17及び穴18の位置で決定されるが、レ
ーザービームBの方向はレーザーダイオード1のX−Y
方向(図1)の調整で決まり、焦点位置はレンズ3のZ方
向(図1,図2)の調整で決まる。
【0026】従って、ビーム焦点位置検知手段6の検知
結果に基づいて、図2に示すように鏡枠4(内部にレン
ズ3が固定されている)を穴18内において光軸AX方
向(Z方向)に沿って移動させる。また、ビーム方向検知
手段5の検知結果に基づいて、図3に示すようにレーザ
ーダイオード1を光軸AXに対し垂直面に沿って移動さ
せる。つまり、レーザーダイオード1を穴17に一部挿
入された状態で光軸AXに対し垂直に形成された面Sに
当てつけ、X−Y方向(図1)に調整、位置決めした後、
その位置で後述するように固定を行う。ビーム方向検知
手段5及びビーム焦点位置検知手段6は、上述した各調
整のために必要な装置であるから、当然のことながら図
4のような実使用においては用いられない。
【0027】尚、ビーム方向検知手段5の検知に伴うレ
ーザーダイオード1の位置調整及びビーム焦点位置検知
手段6の検知に伴う鏡枠4の位置調整は、これらのビー
ム方向検知手段5及びビーム焦点位置検知手段6の検知
結果をモニタしながら手動で行ってもよいし、ビーム方
向検知手段5及びビーム焦点位置検知手段6の出力によ
り駆動される治具手段を設けて自動的に行ってもよい。
【0028】本実施例では、図1及び図2に示すよう
に、光学系8の溝9側又はその反対側から鏡枠4と接す
る光学系用治具30を設け、光学系用治具30を光学系
8の光軸AXに沿って移動させる(図1中の矢印mZ)こ
とによって、上記鏡枠4の位置調整を行っている。この
位置調整を自動的に行うため、光学系用治具30を光学
系8の光軸に沿って移動させる光学系駆動手段36と,
光学系駆動手段36の駆動を前記ビーム焦点位置検知手
段6の出力結果に基づいて制御する制御手段33とが設
けられている。
【0029】更に、レーザーダイオード1を把持するレ
ーザーダイオード用治具(以下「LD用治具」という)3
1と,LD用治具31をレーザーダイオード1の光軸に
対する垂直な面(図3中のレーザーダイオード1が当て
付けられる取付け部分19の面S)に沿って移動させる
(図1中の矢印mX,mY)レーザーダイオード駆動手段(以
下「LD駆動手段」という)35とを設け、LD駆動手
段35の駆動を前記ビーム方向検知手段5の出力に基づ
いて制御手段33で制御させることにより、レーザーダ
イオード1の位置調整を含む発光手段全体の位置調整を
可能としている。
【0030】尚、レーザーダイオード1及び鏡枠4の移
動量は、ビーム方向検知手段5及びビーム焦点位置検知
手段6の出力と予め設定されている基準値との比較結果
に基づいて決定される。
【0031】光学系8の光路となる部分において光学系
用治具30に開口32が設けられているので、レーザー
ビームは治具30で遮られない。よって、ビーム焦点位
置検知手段6やビーム方向検知手段5によって検知され
る焦点位置,ビームの傾き,平行度等のビームの情報を
得ながら、1つの発光手段についての位置の固定が完了
するまで、光学系8及びレーザーダイオード1の位置調
整を行うことができる。
【0032】このような調整方法によれば、1つのチッ
プを有するパッケージ(本実施例ではレーザーダイオー
ド1)内のレーザーチップの組立精度は、±数10μm
のオーダーとすることが可能となる。しかし、1つのチ
ップで複数本のレーザービームを放射させる場合の組立
精度は、±数μmオーダーである。つまり、ICのパタ
ーンを描くのと同様にレーザーストライプを形成する前
述した従来の方法では、レーザービームの本数は3本程
度が限界となるとともに厳しい組立精度が要求されるの
である。それに対して本実施例では、1つのLDチップ
で複数本のレーザービームを形成する方法と比べ、緩い
組立精度で構成することができる。
【0033】バーボディ2へのレーザーダイオード1及
び光学系8の固定は、YAGレーザーによる溶接で行う
ことができる。本実施例では、YAGレーザー(1.0
6μm)によりレーザーダイオード1(5.6φ)の当て
付いた面の2箇所で溶接し、固定している。このYAG
レーザーによる溶接においては、バーボディ2,鏡枠
4,レーザーダイオード1が同じ材料(例えば、鉄)で構
成されていると容易、かつ、安定に溶接を行うことがで
きるので好ましい。
【0034】上記のように、レーザーダイオード1,レ
ンズ3及び鏡枠4の位置を調整し、バーボディ2に固定
することによって組み立てられた光源ユニット10にお
いては、アレイ状に配列された複数の発光手段から発せ
られるレーザービームBは、互いに所定の間隔をあけて
平行に放射される。
【0035】図4に示すように、本実施例をレーザービ
ームプリンタに適用すると、平行光から成る5本のレー
ザービームBが光学用の光源ユニット10から放射され
る。レーザービームBは、軸16を中心に回転するポリ
ゴンスキャナー11で反射され、レンズ13を通った
後、軸15を中心に回転する感光体ドラム14上の帯電
部に潜像を形成する。ポリゴンスキャナー11の回転に
より、5本のレーザービームBは感光体ドラム14上を
軸15方向にスキャンするため、スキャン速度は1本の
レーザービームBでスキャンする従来の方法によるスキ
ャン速度の約5倍になる。
【0036】このように本実施例では、1つのLDチッ
プを有するレーザーダイオード1及びそれと対応する光
学系8から成る発光手段がアレイ状に複数配列されてい
るので、複数本のレーザービームBを用いたマルチビー
ムスキャニングにより、処理を高速化することが可能と
なるのである。また、光源ユニット10の規模を必要に
応じて拡大すれば、必要な高速化率を達成することもで
きる。
【0037】レーザーダイオード1はパルス駆動を行う
ためON/OFFの動作をそれぞれ独立に繰り返す。従
って、ONするレーザーダイオード1の発光の強さを積
極的に変化させることによって、階調性を変化させるこ
とも可能である。また、前述した各調整により整列した
レーザービームBの特性が揃っているので、1つの光学
系を共用することができ、かつ、ユニットとして互換性
をもたせることができる。例えば、光源ユニット10の
下流側に設けられるレンズ13(図4)を共用することが
できるので、コストが安くなり、位置調整や交換修理等
も簡単になるのである。
【0038】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、前記
固定部材が、複数の前記パッケージを所定の配列で一体
に固定するパッケージ取付け部分及び複数の前記光学系
を所定の配列で一体に固定する光学系取付け部分を備
え、かつ、該パッケージ取付け部分と光学系取付け部分
との間に空隙部を有する構成となっているので、空隙部
から光学系に力を加えることが可能になり、光学系の位
置の調整が容易なマルチビーム放射用の光源ユニットを
実現することができる。その結果、調整を短時間でスム
ーズに行うことが可能となる。
【0039】光源ユニットの調整方法として、前記光学
系の前記空隙部側又はその反対側から該光学系と接する
治具手段を設け、治具手段を光学系の光軸に沿って移動
させれば、光軸の偏心が生じないので、光学系の位置の
調整を容易に行うことができる。
【0040】光源ユニット用の調整装置として、前記光
学系から発せられたビームの焦点位置を検知するビーム
焦点位置検知手段と,前記光学系の前記空隙部側又はそ
の反対側から該光学系と接する治具手段と,該治具手段
を前記光学系の光軸に沿って移動させる光学系駆動手段
と,該光学系駆動手段の駆動を前記ビーム焦点位置検知
手段の出力に基づいて制御する制御手段とを具備する構
成としているので、光学系の位置の調整を容易、かつ、
自動的に行いうる調整装置を実現することができる。更
に、光学系の光路となる部分において前記治具手段に開
口を有する構成とすれば、ビームに影響を与えることな
く容易に光学系の位置の調整を行うことができる。
【0041】前記光源ユニット用の調整装置に、更に前
記光学系から発せられたビームの方向を検知するビーム
方向検知手段と,前記パッケージを把持する治具手段
と,該治具手段を前記パッケージの光軸に対する垂直な
面に沿って移動させるパッケージ駆動手段と,該パッケ
ージ駆動手段の駆動を前記ビーム方向検知手段の出力に
基づいて制御する制御手段とを具備する構成とすること
によって、前記パッケージの位置調整をも容易、かつ、
自動的に行いうる調整装置を実現することが可能とな
る。
【0042】前記垂直な面としてパッケージ取付け部分
の一部を用いれば、かかる面に対するパッケージの当て
つけにより前記光軸方向へのパッケージの偏心なしに調
整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の構成を概略的に示す図。
【図2】本発明の実施例の光学系について位置の調整を
行っている様子を示す断面図。
【図3】本発明の実施例のレーザーダイオード及びその
取付け部分を示す断面図。
【図4】本発明の実施例がレーザービームプリンタに適
用され、画像形成を行っている状態を概略的に示す外観
斜視図。
【図5】本発明の目的を説明するための図。
【符号の説明】
1 …レーザーダイオード 2 …バーボディ 3 …レンズ 4 …鏡枠 5 …ビーム方向検知手段 6 …ビーム焦点位置検知手段 7 …ビームスプリッタ 8 …光学系 9 …溝 10 …光源ユニット 11 …ポリゴンスキャナー 13 …レンズ 14 …感光体ドラム 15,16 …軸 17,18 …穴 19,20 …取付け部分 30 …光学系用治具 31 …LD用治具 32 …開口 33 …制御手段 35 …LD駆動手段 36 …光学系駆動手段 40 …光源ユニット 41 …光学系用治具 42 …バーボディ 43 …レンズ 44 …鏡枠 47 …穴 48 …光学系 49 …レーザーダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 33/00 M 8934−4M H01S 3/18 9170−4M

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1本のビームを発する発光チップを備えた
    パッケージと,該パッケージから発せられたビームを平
    行光にする光学系と,複数の前記パッケージを所定の配
    列で一体に固定するパッケージ取付け部分及び複数の前
    記光学系を所定の配列で一体に固定する光学系取付け部
    分を備え、かつ、該パッケージ取付け部分と光学系取付
    け部分との間に空隙部を有する固定部材とから成る光源
    ユニット。
  2. 【請求項2】前記光学系の前記空隙部側又はその反対側
    から該光学系と接する治具手段を設け、該治具手段を光
    学系の光軸に沿って移動させることを特徴とする請求項
    1に記載の光源ユニットの調整方法。
  3. 【請求項3】前記光学系から発せられたビームの焦点位
    置を検知するビーム焦点位置検知手段と,前記光学系の
    前記空隙部側又はその反対側から該光学系と接する治具
    手段と,該治具手段を前記光学系の光軸に沿って移動さ
    せる光学系駆動手段と,該光学系駆動手段の駆動を前記
    ビーム焦点位置検知手段の出力に基づいて制御する制御
    手段とを具備することを特徴とする請求項1に記載の光
    源ユニット用の調整装置。
  4. 【請求項4】前記光学系の光路となる部分において前記
    治具手段に開口を有することを特徴とする請求項3に記
    載の光源ユニット用の調整装置。
  5. 【請求項5】更に前記光学系から発せられたビームの方
    向を検知するビーム方向検知手段と,前記パッケージを
    把持する治具手段と,該治具手段を前記パッケージの光
    軸に対する垂直な面に沿って移動させるパッケージ駆動
    手段と,該パッケージ駆動手段の駆動を前記ビーム方向
    検知手段の出力に基づいて制御する制御手段とを具備す
    ることを特徴とする請求項3に記載の光源ユニット用の
    調整装置。
  6. 【請求項6】前記垂直な面が前記パッケージ取付け部分
    の一部であることを特徴とする請求項5に記載の光源ユ
    ニット用の調整装置。
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