JPH05121782A - 光源ユニツト及びその調整装置 - Google Patents

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】発光チップを備えたレーザーダイオード１と，
外周面に雄ネジ２０を有する鏡枠４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を平行光にするレ
ンズ３から成る光学系８と，所定の配列で設けられた貫
通孔１８において光軸ＡＸが一致するようにレーザーダ
イオード１及び光学系８が固定され、かつ、雄ネジ２０
に螺合しうる雌ネジ２１が貫通孔１８の内周面に形成さ
れているバーボディ２とで構成する。

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及びその調
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６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】また、バーボディ４２の上面に穴４７とつ
ながる穴や溝等を設け、その穴等の内部側にある端部及
び他方の端部と接して、光軸ＡＸ方向に鏡枠４４を移動
させ、前記焦点位置の調整を行うことも可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者のような
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４
８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。

【００１２】また、後者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、バーボディ４２が大型化
するとともに構造上不安定になり、鏡枠４４を移動調整
するための構成も複雑になる。

【００１３】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で、構造が安定か
つコンパクトなマルチビーム放射用の光源ユニット及び
光学系の位置の調整を容易、かつ、自動的に行いうる調
整装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【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、発光チップを備えたパッケー
ジと，外周面にネジを有し、前記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，所定の配列で設け
られた複数の貫通孔において光軸が一致するように前記
パッケージ及び前記光学系が固定され、かつ、前記ネジ
に螺合しうるネジが前記貫通孔の内周面に形成されてい
る固定部材とから成ることを特徴としている。

【００１５】更に、前記光学系と固定部材との間で光軸
に沿って相対的に力を加える圧縮バネ等の付勢手段を設
けるのが好ましい。

【００１６】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，前記光学系と係合する治具手
段と，該治具手段を回転させることにより前記光学系を
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。

【００１７】

【作用】このような構成によると、光学系を回転させれ
ば、光学系が固定部の貫通孔内を光軸に沿って移動する
ので、焦点位置の調整が可能となる。また、光学系と固
定部材との間で光軸に沿って相対的に力を加える付勢手
段を設けると、貫通孔内のネジに対する光学系外周面の
ネジのバックラッシュが小さく抑えられるので、光学系
のがたつきがなくなる。

【００１８】

【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は本実施例の構成を概略的に示す断面図であ
り、図２は本実施例とその調整に用いる光学系用治具３
０とを併せて示す外観斜視図である。本実施例の光源ユ
ニット１０は、図１に示すように、主としてレーザーダ
イオード１，バーボディ２及び光学系８から成ってい
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。

【００２０】また、前記光学系８は、鏡枠４とレンズ３
とから成っている。レンズ３は、コリメータを構成し、
レーザーダイオード１から発せられたビームを平行光に
する。鏡枠４の外周面には雄ネジ(メートル細目ネジ)２
０が形成されている。

【００２１】前記バーボディ２には、貫通孔１８が所定
の配列で複数個アレイ状に形成されている。貫通孔１８
では、図１に示すように光軸ＡＸが一致するようにレー
ザーダイオード１及び光学系８が固定されている。図２
は、各貫通孔１８に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が、図１に示すように一部挿入
された状態を示している。このように各発光手段が１つ
の貫通孔１８に取り付けられているので、バーボディ２
がコンパクトで簡単になり、構造的にも安定になってい
る。また、貫通孔１８の内周面には、雌ネジ２１が形成
されており、前記雄ネジ２０に螺合しうるようになって
いる。

【００２２】貫通孔１８は、光学系８側とレーザーダイ
オード１側とでは内径が異なっているが、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、互
いの軸が光軸ＡＸに調整されうるように開口している。
尚、貫通孔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。

【００２３】図１に示すように、鏡枠４及びバーボディ
２にそれぞれ雄ネジ２０及び雌ネジ２１が形成されてい
るのは、貫通孔１８に鏡枠４を螺合した状態で回転させ
る(矢印ｍR方向又はその逆方向)ことにより、後述する
光学系８のＺ方向(光軸ＡＸ方向)の調整を行うためであ
る。かかる構成によれば、Ｚ方向の調整が片側からでき
るため、バーボディ２がコンパクトになる。

【００２４】また、鏡枠４とバーボディ２との間で、光
軸ＡＸに沿って相対的に力を加える圧縮バネ５が設けら
れている。圧縮バネ５によって、連動相対的に鏡枠４を
レーザービーム出射方向に付勢し、片寄せしている。こ
れにより、バックラッシュが減り、光軸ＡＸ方向の鏡枠
４のがたつきが防止される。尚、光軸ＡＸ方向に応力を
与えるものであれば圧縮バネ５に限らず、ウェーブワッ
シャ，皿バネ等もバックラッシュ防止用に用いることが
できる。

【００２５】バーボディ２の上面には、図１及び図２に
示すようにバーボディ２内で貫通孔１８とつながってい
る穴６が形成されている。光学系８のＺ方向調整後、こ
の穴８に接着剤７が充填されることによって、鏡枠４が
バーボディ２に固定される。

【００２６】光源ユニット１０から出射される各レーザ
ービーム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。本実施例においては、ビーム焦点位置の
調整を次のようにして行う構成としている。

【００２７】先ず、光学系用治具３０を、図２に示すよ
うに鏡枠４に係合させる(矢印ｍI)。このとき、光学系
治具３０内周面に形成されている２つの突起３４を、鏡
枠４の外周面に形成されている２つの切欠き３２に嵌合
させる。鏡枠４は、光学系用治具３０の回転に伴って回
転し(矢印ｍR又はその逆回転)、光軸方向ＡＸに移動す
る。それと共に鏡枠４内に固定されているレンズ３も移
動するので、光学系８のＺ方向の調整を行うことができ
る。

【００２８】次に、図１に示すようにレーザーダイオー
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
(図示せず)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。そして、発光手段から発せられたレー
ザービームからビーム焦点位置検知用のレーザーをビー
ムスプリッタ(図示せず)で分離する。

【００２９】図３のブロック図で示すように、光学系８
から発せられたビームの焦点位置をビーム焦点位置検知
手段２６で検知する。具体的には、ビームが収束したり
発散したりしていないか検知する。レーザービームの間
隔はバーボディ２に開けられた貫通孔１８の位置で決定
されるが、焦点位置はレンズ３のＺ方向(光軸ＡＸ方向)
の位置の調整で決まる。

【００３０】ビーム焦点位置検知手段２６の検知に伴う
鏡枠４の位置調整を、ビーム焦点位置検知手段２６の検
知結果をモニタしながら手動で行ってもよいが、本実施
例は制御手段２３により自動的にビーム焦点位置の調整
を行うようにしている。制御手段２３は、ビーム焦点位
置検知手段２６の出力に基づいて光学系駆動手段２４で
光学系用治具３０を回転させることにより、光学系８を
構成する鏡枠４を光軸ＡＸ(Ｚ方向)に沿って移動させ
る。鏡枠４の移動量は、ビーム焦点位置検知手段２６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】位置調整時の鏡枠４の移動は、一方向から
行うものとする。例えば、鏡枠４を回転させて(矢印ｍR
方向)バーボディ２内に押し込んでいき(Ｚ方向)、正確
なビーム焦点位置に対応する信号のピークを越えた後、
一旦余分に戻した後で再び押し込んで調整する。これに
よって、正確な位置調整を再現性よく行うことができ
る。更に、圧縮バネ５によってＺ方向のバックラッシュ
が片側に統一されているので、Ｚ方向のがたつきがなく
なり、より正確な位置調整が可能となる。尚、ビーム焦
点位置検知手段２６や光学系用治具３０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に示すような実使用においては用いられない。

【００３２】図３に示す構成の調整装置でビーム焦点位
置の調整が完了したら、バーボディ２の上面に設けられ
た穴６に接着剤７を流し込んで、鏡枠４をバーボディ２
に接着固定する。スペースがあれば、鏡枠４とバーボデ
ィ２との境界部全面に接着剤７をつけてもよい。

【００３３】本実施例では、圧縮バネ５によってバーボ
ディ２と鏡枠４との間にテンションがかかっているの
で、接着剤７が完全に硬化するまで待つ必要がない。ま
た、光学系用治具３０による調整後、レンズ３の位置ズ
レ等の不具合が生じても、接着剤を除去すればバーボデ
ィ２や光学系８の再生が可能である。バーボディ２への
鏡枠４の固定は、ＹＡＧレーザーによる溶接で行うこと
もできるが、上記バーボディ２等の再生は困難である。

【００３４】光学系用治具３０は鏡枠４に対し外側から
係合するので、レーザービームが光学系用治具３０で遮
られることはない。よって、ビーム焦点位置検知手段２
６によって検知される焦点位置情報を得ながら、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の位置調整を行うことができる。

【００３５】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。

【００３６】ところで、前記ビームスプリッタで分離さ
れた他方のビームを用いることにより、ビーム方向検知
手段でレーザービームのビーム方向を検知することがで
きる。具体的には、そのビームの平行度及び傾きを検知
する。また、レーザービームの方向はレーザーダイオー
ド１のＸ−Ｙ方向の調整で決まる。従って、ビーム方向
検知手段の検知結果に基づいて、前記制御手段２３でレ
ーザーダイオード１を光軸ＡＸに対し垂直な面に沿って
移動させればよい。つまり、図１に示すようにレーザー
ダイオード１を貫通孔１８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
向に調整し位置決めした後、その位置で鏡枠４と同様に
固定すればよい。

【００３７】上記のように、各部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は、互いに所定の間
隔をあけて平行に放射される。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】図５に示す実施例は、圧縮バネ５の代わり
にスプリングワッシャ９を取り付け、その取り付け部分
に接着剤７を塗布することにより、鏡枠４とバーボディ
２ａとの固定を行っているほかは、図１に示す実施例と
同一の構成になっている。よって、同一の効果を得るこ
とができる。尚、図１に示す実施例と同一部分には同一
の符号を付して説明を省略する。

【００４３】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、発光
チップを備えたパッケージと，外周面にネジを有し、前
記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，所定の配列で設けられた複数の貫通孔において光
軸が一致するように前記パッケージ及び前記光学系が固
定され、かつ、前記ネジに螺合しうるネジが前記貫通孔
の内周面に形成されている固定部材とから成っているの
で、光学系の位置の調整が容易で、構造が安定かつコン
パクト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。

【００４４】更に、前記光学系と固定部材との間で光軸
に沿って相対的に力を加える圧縮バネ等の付勢手段を設
けることにより、前記光軸方向のネジのがたつきが抑え
られるので、より高精度の光学系位置の調整が可能とな
る。

【００４５】また、本発明では、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，前記光学系と
係合する治具手段と，該治具手段を回転させることによ
り前記光学系を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。

【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断面図。

【図２】本発明の実施例の要部及びそれに用いる光学系
用治具を示す斜視図。

【図３】本発明に係る光源ユニット用の調整装置の実施
例を示すブロック図。

【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】本発明の他の実施例の断面図。

【図６】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 ２，２ａ …バーボディ ３ …レンズ ４ …鏡枠 ５ …圧縮バネ ６ …穴 ７ …接着剤 ８ …光学系 ９ …ウェーブワッシャ 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 １８ …貫通孔 ２０ …雄ネジ ２１ …雌ネジ ２３ …制御手段 ２４ …光学系駆動手段 ２６ …ビーム焦点位置検知手段 ３０ …光学系用治具 ３２ …切欠き ３４ …突起 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光チップを備えたパッケージと，外周面
   にネジを有し、前記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，所定の配列で設けられた複数の
   貫通孔において光軸が一致するように前記パッケージ及
   び前記光学系が固定され、かつ、前記ネジに螺合しうる
   ネジが前記貫通孔の内周面に形成されている固定部材と
   から成ることを特徴とする光源ユニット。
2. 【請求項２】更に、前記光学系と固定部材との間で光軸
   に沿って相対的に力を加える付勢手段を設けたことを特
   徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
3. 【請求項３】前記付勢手段が圧縮バネであることを特徴
   とする請求項２に記載の光源ユニット。
4. 【請求項４】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，前記光学系と
   係合する治具手段と，該治具手段を回転させることによ
   り前記光学系を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。