JPH06123851A - 半導体レーザ光源ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ光源ユニットにおいて回折型レ
ンズを用いるようにし、回折型レンズを用いた時に発生
していた種々の問題点、特にノイズ光の発生やレンズと
ビーム整形用のスリットとの位置調整の面倒等の問題点
を解消させる。 【構成】 画像情報に応じて半導体レーザ素子から放射
されたレーザビームにより偏向器及び光学素子を介して
記録媒体上を走査するレーザビーム走査光学系に用いら
れる半導体レーザ光源ユニットである。レーザビームを
放射する半導体レーザ素子３３と、半導体レーザ素子３
３から放射された発散出射光を略平行光に変換するため
の、輪郭が小判状をした同心円状の格子パターン３９か
らなる回折型レンズ３５と、前記レンズ３５により変換
された略平行光を通過させるための透光領域３６を有す
る遮光部３７とを一体的に組み立てる。前記遮光部３７
と前記レンズ３５とが、当該レンズ３５の焦点距離以上
の距離離して配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ光源ユニ
ットに関する。具体的にいうと、本発明は、半導体レー
ザ素子（ＬＤ）を用いたレーザビームプリンタ（ＬＢ
Ｐ）やファクシミリ等の光学系に用いられる半導体レー
ザ光源ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】図８はレーザビームプリンタ等において
感光体面上に露光走査を行わせるための光走査装置の従
来例を示す概略平面図である。このような光走査装置に
おいては、半導体レーザ光源１から発射されたレーザビ
ームをビーム整形板２の開口に通過させてビーム整形し
た後、適宜配置された反射ミラー３等の光学系を介して
光変調器４へ送り、そこで外部から送られてくる電気的
な画像情報ＢＳに応じた光変調を行わせ、その画像情報
がのせられた光信号をアナモフィック光学系５を介して
回転多面鏡６等の偏向器に送り、そこで副走査方向Ｙ
（主走査方向Ｘと垂直な方向）に回転する感光体ドラム
８（記録媒体）上にｆθレンズ７を通して結像されるス
ポットを主走査方向Ｘに偏向させながら順次露光を行わ
せることにより光記録を行うことができるように構成さ
れている。

【０００３】なお、図中９は各主走査ラインにおける光
記録の同期をとるために設けられた光センサを示すもの
で、各主走査ラインの前走査（光記録を行わせる前のレ
ーザビームの走査領域）の段階でレーザビームを検知さ
せ、そのセンサ出力を制御回路１０に送ってそこで光変
調器における光変調のタイミングを適宜とらせるように
している。また、図中１１はナイフエッジを示してい
る。

【０００４】図９は上記半導体レーザ光源の一例を示す
断面図である。この従来例の半導体レーザ光源１ａは、
半導体レーザ素子１２と、半導体レーザ素子１２から放
射された発散光を略コリメート光（コリメート光、ある
いは、コリメート光に近い発散光または集束光）に変換
するための屈折型レンズ１３と、半導体レーザ素子１２
及びレンズ１３を一体化して固定保持するための保持部
材１４と、レンズ押さえ１５とから構成されている。

【０００５】また、図１０は上記半導体レーザ光源の他
例（例えば、特開平２−１８９５１１号公報など）を示
す断面図である。この半導体レーザ光源１ｂは、保持部
材１６の一端に半導体レーザ素子１２を嵌合固定し、他
端にフレネルレンズ等の回折型レンズ１７を取り付けた
ものであり、半導体レーザ素子１２から放射されたレー
ザビームは回折型レンズ１７によって略コリメート光と
して出射される。

【０００６】図８のような光走査装置にあっては、例え
ばレーザビームプリンタの印字品質に応じて感光体ドラ
ム上に露光されるビームスポットが適切ビーム形状とな
るように設定する必要があり、そのため印字品質に応じ
て開口寸法の異なるビーム整形板と取り替え、レーザビ
ーム形状を調整している。

【０００７】しかしながら、図８の光走査装置のように
半導体レーザ光源１とビーム整形板２とが別々の部品と
なっていると、図８で破線により囲まれた光源部分の実
装スペースが大きくなり、また、半導体レーザ光源１と
遮光板２をレーザビームプリンタ等へ組み込む際にこれ
ら相互の位置調整が必要になる。このため、屈折型レン
ズ１３を用いたものでは、図１１（ａ）（ｂ）に示すよ
うに保持部材１４にスリット１８を有するビーム整形板
２を一体に取り付けたり、図１２（ａ）（ｂ）に示すよ
うにレンズ押さえ１５にスリット１８を設けてビーム整
形の機能を持たせたりすることにより、光源部分をコン
パクトにすると共にレーザビームプリンタ等への組込み
時における半導体レーザ素子とビーム整形板の調整を不
要にしたものがある。

【０００８】一方、回折型レンズは２Ｐ法（photo poly
marization processの略）などで成形されるので、容易
に量産でき、屈折型レンズよりも低コストである。この
ため、回折型レンズを用いた半導体レーザ光源のコンパ
クト化及び調整作業の省力化が望まれる。

【０００９】図１３は、フレネルレンズ等の回折型レン
ズにビーム整形機能を持たせたものである（特開平２−
１６５０１号）。すなわち、図１３（ａ）（ｂ）に示す
ように、同心円状の格子パターン１９の両側部を除去し
て輪郭が小判状をした格子パターン１９を有する回折型
レンズ２０とすることによりビーム整形機能を持たせて
いる。

【００１０】しかしながら、この回折型レンズ２０は透
明基板２１の表面に格子パターン１９を形成したもので
あって、レーザビームを遮光することができないので、
略コリメート光α以外にも、図１４に示すように、レン
ズ有効径（格子パターン１９）外を通過する漏れ光βに
よるノイズや、高次回折光γによるノイズをカットする
ことができないという問題があった。

【００１１】また、図１５に示すように、同心円状の格
子パターン２２を設けられた回折型レンズ２３の透明基
板２４にスリット２５を有するビーム整形板２６を貼り
つける方法も考えることができるが、この方法では、漏
れ光βによるノイズはカットできても、高次光γによる
ノイズをカットすることができないという欠点がある。
さらに、ビーム整形板２６を透明基板２４に接着する際
に格子パターン２２とスリット２５との位置合せを精密
に行なわなければならなかった。

【００１２】さらに、半導体レーザ素子や回折型レンズ
を保持している保持部材にビーム整形板を取り付けるこ
とも可能であるが、ビーム整形板を保持部材に固定する
際にビーム整形板のスリットと回折型レンズとの位置調
整を精密に行なわなければならず、ビーム形状の調整も
困難であった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、半導体レーザ光源ユニットにおいて回折型レン
ズを用いるようにし、回折型レンズを用いた時に発生し
ていた種々の問題点、特にノイズ光の発生やレンズとビ
ーム整形用のスリットとの位置調整の面倒等の問題点を
解消させることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ光
源ユニットは、画像情報に応じて半導体レーザ素子から
放射されたレーザビームにより偏向器及び光学素子を介
して記録媒体上を走査するレーザビーム走査光学系に用
いられる半導体レーザ光源ユニットにおいて、レーザビ
ームを放射する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子
から放射された発散出射光を略平行光に変換するため
の、輪郭が小判状をした同心円状の格子パターンからな
る回折型レンズと、前記レンズにより変換された略平行
光を通過させるための透光領域を有する遮光部とを一体
的に組み立てられ、前記遮光部と前記レンズとが、当該
レンズの焦点距離以上の距離離れて配置されていること
を特徴としている。

【００１５】また、本発明の半導体レーザ光源ユニット
においては、回折型レンズの短軸方向を、半導体レーザ
素子の発散出射光の拡がり角の狭い方向と一致させると
よい。

【００１６】また、本発明の半導体レーザ光源ユニット
においては、回折型レンズの短軸方向を、偏向器による
レーザビームの走査方向と垂直な方向に一致させるとよ
い。

【００１７】さらに、本発明の半導体レーザ光源ユニッ
トにおいては、半導体レーザ素子の発散出射光の拡がり
の狭い方向での拡がり角をθとし、半導体レーザ素子の
発光点から前記レンズの短軸方向の有効径への角度を２
ｕとするとき、典型的には、当該拡がり角θと角度２ｕ
とが、 ０．５≦２ｕ／θ≦２ となる。

【００１８】さらに、前記遮光部の透光領域の形状は円
形であってもよい。

【００１９】

【作用】本発明の半導体レーザ光源ユニットは、回折型
レンズを用いているので、２Ｐ法等によってレンズを成
形することができ、量産性が良好で、製造コストが安価
になる。

【００２０】また、回折型レンズの格子パターンを小判
状に形成しているので、格子パターンの輪郭寸法によっ
て記録媒体上におけるビームスポットの大きさを調整す
ることができる。すなわち、回折型レンズはレーザビー
ムを略コリメート光に変換する機能に加え、レーザビー
ムプリンタ等の印字品質に応じて記録媒体上におけるビ
ームスポット形状を所望形状に整える機能を兼ね備えて
おり、従来のビーム整形板を不要にして半導体レーザ光
源ユニットをコンパクトに構成することができる。しか
も、互いに別体となったレンズとビーム整形板を組み合
わせる場合のようにレンズとビーム整形機能との位置調
整の必要もなく、半導体レーザ光源ユニットの組み立て
や調整を容易にすることができる。

【００２１】また、レンズと遮光部を、レンズの焦点距
離以上の離しているので、格子パターン外を通過する漏
れ光によるノイズや、格子パターンの部分で発生する高
次光によるノイズを遮光部によってカットすることがで
きる。

【００２２】さらに、半導体レーザ素子と回折型レンズ
と遮光部とを一体に構成してあるので、レーザビームプ
リンタ等に組み込まれる光源部分をコンパクトに構成す
ることができ、レーザビームプリンタ等への組み込み時
における調整作業も容易にすることができる。

【００２３】なお、半導体レーザ素子は、発光点の非点
隔差のため水平方向と垂直方向とで発散出射光の拡がり
角が異なっており、レンズの短軸方向はこの拡がり角の
狭い方向と一致させ、また、レーザビームの副走差方向
と一致させることが好ましい。

【００２４】また、遮光部の透光領域の形状を円形とす
れば、遮光部を取り付ける際、遮光部の取り付け角度を
問題にする必要がなく、遮光部の取り付けが容易にな
る。

【００２５】

【実施例】図１は本発明の一実施例による半導体レーザ
光源ユニット３１を示す断面図である。素子保持部材３
２は略円筒状をしており、素子保持部材３２の一端部中
央には半導体レーザ素子３３が嵌合固定されており、素
子保持部材３２の他端には略円筒状をしたレンズ保持部
材３４が取り付けられている。レンズ保持部材３４の端
部には、半導体レーザ素子３３と対向させるようにして
フレネルレンズのような回折型レンズ３５が固定されて
おり、レンズ保持部材３４の他端には中央部に透光領域
３６を開口された不透明材料からなる遮光部３７が取り
付けられている。

【００２６】回折型レンズ３５は、図２に示すように、
透明基板３８の表面に同心円状の格子パターン３９を成
形されたものであり、両側部が切除されて小判状の輪郭
を有している。また、遮光部３７には、図３（ａ）に示
すようなスリット状の透光領域３６、同（ｂ）に示すよ
うな小判形の透光領域３６、あるいは同（ｃ）に示すよ
うな円形の透光領域３６などが開口されている。また、
透光領域は必ずしも開口されている必要はなく、透明な
ガラス板の外周領域に金属蒸着膜を蒸着させて不透明化
し、中央部の蒸着膜を形成されていない領域を透孔領域
３６とした遮光部３７を用いてもよい。このような開口
されていない遮光部３７を用いれば、遮光部３７によっ
て回折型レンズ３５を密閉して回折型レンズ３５を湿気
から保護することができる。

【００２７】また、この半導体レーザ光源ユニット３１
は、素子保持部材３２に取り付けられたキャップ４０に
よって全体を覆ってあり、キャップ４０の出射窓４１に
はガラス板４２を取り付けて内部を密閉しており、回折
型レンズ３５を湿気から保護している。あるいは、出射
窓４１の開口されていない、全体が透明なキャップ４０
を用いて密閉構造としてもよい。

【００２８】また、この半導体レーザ光源ユニット３１
においては、図４に示すように半導体レーザ素子３３の
発光点と回折型レンズ３５との距離はほぼ回折型レンズ
３５の焦点距離ｆと等しくなっており、回折型レンズ３
５と遮光部３７との距離ｓは回折型レンズ３５の焦点距
離ｆと等しいか、もしくは焦点距離ｆよりも長くなって
いる。すなわち、ｓ≧ｆとなっている。

【００２９】しかして、半導体レーザ素子３３から放射
されたレーザビームは、回折型レンズ３５の格子パター
ン３９よりも広い領域に照射され、格子パターン３９を
透過することによって略コリメート光に変換され、遮光
部３７の透光領域３６を通過して出射される。このと
き、レーザビームは、回折型レンズ３５の格子パターン
３９によってビーム径を制限される。したがって、格子
パターン３９の短軸方向の幅を調整することによってレ
ーザビームの当該方向（後述のように、副走査方向）の
ビーム幅を調整でき、回折型レンズ３５を格子パターン
３９の短軸方向の幅が異なるものと取り替えることによ
り感光体ドラム上におけるレーザビーム形状を印字品質
（例えば、２４０ｄｐｉ〜４００ｄｐｉなど）に合わせ
て制御することができる。また、格子パターン３９を通
過した略コリメート光αは遮光部３７の透光領域３６を
通過して外部へ出射されるが、回折型レンズ３５の格子
パターン３９外を通過した漏れ光βや高次光γは遮光部
３７によってカットされ、遮光部３７によってノイズ光
が除去される。なお、この遮光部３７の透光領域３６の
寸法は、略コリメート光αを通過させ、漏れ光βや高次
光γをカットできるようになっていればよいので、格子
パターンと寸法と同じか少し大きければよく、したがっ
て、回折型レンズ３７との位置精度もビーム整形板のよ
うに高い精度を要求されるものではなく、半導体レーザ
光源ユニット３１の組み立ても比較的簡単に行なえる。

【００３０】図５は半導体レーザ素子（チップ）３３と
格子パターン３９と透光領域３６と走査方向との関係を
示している。半導体レーザ素子３３は、発光点に非点隔
差を有している。つまり、半導体レーザ素子３３は、レ
ーザチップの活性層に対し垂直に広がる出射光と、水平
に広がる出射光とで、見掛け上の発光位置がわずかに異
なっている。このような非点隔差が存在するため、垂直
方向における半導体レーザ素子３３の発散出射光α２の
拡がり角θ２は大きく、水平方向における発散出射光α
１の拡がり角θ１は小さくなっており、半導体レーザ素
子３３から放射されるレーザビームは楕円状をしてい
る。このような半導体レーザ素子３３を用いる場合、図
５のように、拡がり角の最も大きな方向を偏向器によっ
て走査される主走査方向とし、広がり角の最も小さな方
向が主走査方向と垂直な副走査方向となるように配置さ
れる。さらに、回折型レンズ３５は、格子パターン３９
の長軸方向が拡がり角の大きな方向（主走査方向）と一
致し、格子パターン３９の短軸方向が拡がり角の小さな
方向（副走査方向）と一致するよう配置される。さら
に、遮光部３７の透光領域３６もスリット状や小判形の
場合には、格子パターンと長軸方向及び短軸方向を一致
させて配置させるのが望ましい。

【００３１】面倒れ補正系を有する走査光学系では、拡
がり角の広い方向θ２を主走査方向とし、拡がり角の狭
い方向θ１を副走査方向に選ぶのが普通であり、本光学
系でもこのように選択している。これは、像面上ビーム
径を決定するのが、ｆθレンズに入射するビームの主走
査方向の光束幅と、副走査側の放射角であることによ
る。即ち、主走査側のｆθレンズへの入射光を太くする
には、拡がり角を広くするか、あるいは（同じＦナンバ
ーの場合には）回折型レンズの焦点距離を長くすればよ
く、小型化するためには回折型レンズの焦点距離を長く
するよりも、拡がり角を広くする方が有利である。一
方、副走査側に関しては、ｆθレンズへ入射するビーム
の放射角を大きくとるには、回折型レンズからの射出ビ
ームが細い場合も、アナモフィック光学系の焦点距離を
短くすることによって容易に実現でき、小型化に関して
もこの方が有利である。

【００３２】表１は、市販の半導体レーザ素子（シャー
プ製ＬＴ０２２ＭＳ）の接合面に平行な方向の拡がり角
θ１と接合面に垂直な方向の拡がり角θ２の値（平均
値、最小値、最大値）を示している。このように半導体
レーザ素子の拡がり角θ１及びθ２の値は大きなバラツ
キを示している。

【００３３】

【表１】

【００３４】また、半導体レーザ素子３３の発光点は、
回折型レンズ３５の焦点に位置しているので、図６に示
すように、回折型レンズの短軸方向の幅２Ｒは、半導体
レーザ素子３３の発光点から回折型レンズの短軸方向の
有効幅を見込む角度を２ｕとし、回折型レンズの焦点距
離をｆとしたとき、 Ｒ＝ｆsinｕ もしくは、 Ｒ＝ｆtanｕ で表わされる。ここで、角度２ｕはレーザビームプリン
タの印字品質を指定すれば決まるので、この式によって
印字品質に対応する回折型レンズ３５の短軸方向の幅２
Ｒを決めることができる。

【００３５】次に、ビーム径を表わす式を示す。半導体
レーザ素子の波長をλ、回折型レンズの焦点距離をｆc
o、アナモフィック光学系の焦点距離をｆcy、ｆθレン
ズの主走査方向における焦点距離をｆH、ｆθレンズの
副走査方向における横倍率をβとし、主走査方向におけ
る半導体レーザ素子の拡がり角と回折型レンズの開口数
ＮＡの関係から求まる係数をΔＤHとし、副走査方向に
おける半導体レーザ素子の拡がり角と回折型レンズの開
口数ＮＡの関係から求まる係数をΔＤVとすると、主走
査方向のビーム径ＤHは数式１で表わされ、副走査方向
のビーム径ＤVは数式２で表わされる。

【００３６】いま、主走査方向は拡がり角の大きいθ２
方向に設定しているため、回折型レンズの鏡筒でケラレ
が生じるが、副走査方向は拡がり角の小さいθ１方向に
設定しているため、規制しておく方が、副走査方向のビ
ーム径のバラツキを小さくするために有利である。ここ
では、印字品質に関係する副走査方向について考える。
表１のθ１の値を用いて印字品質２４０ｄｐｉ〜４００
ｄｐｉの範囲をカバーするようレーザビームプリンタの
光学系に当てはめて計算すると、角度２ｕは、 ２ｕ＝９°〜１６° となる。一方、半導体レーザ素子の拡がり角θ１は、
８．５°〜１６°であるので、この２ｕの値と拡がり角
との比を求めると、 ０．５≦２ｕ／θ１≦２ という関係があることがわかる。

【００３７】表２は、ｆco＝４６mm、ｆcy＝３５mm、β
＝−３．０、ｆH＝１６０mm、回折型レンズからその像
点までの距離が５６０mm、回折型レンズとアナモルフィ
ック光学系までの距離が２００ミリ、回折型レンズと偏
向器の距離が１００mmの場合の各印字品質に対する透光
領域の寸法を示している。

【００３８】

【表２】

【００３９】図７は本発明の別な実施例による半導体レ
ーザ光源ユニットを示す断面図である。この実施例のよ
うに、遮光部３７は、不透明材料によってレンズ保持部
材３４と一体成形しても差し支えない。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、２Ｐ法等によってレン
ズを成形することができ、量産性が良好で、製造コスト
が安価な回折型レンズを用いることができる。

【００４１】しかも、格子型レンズがレーザビームを略
コリメート光に変換する機能と、レーザビームプリンタ
等の印字品質に応じて記録媒体上におけるビームスポッ
トの大きさや形状を整える機能とを兼備しているので、
半導体レーザ光源ユニットをコンパクトにできる。しか
も、レンズと別体のビーム整形板を用いる場合のように
レンズとビーム整形機能との位置調整の必要もなく、半
導体レーザ光源ユニットの組み立てや調整を容易にする
ことができる。

【００４２】また、レンズからレンズの焦点距離よりも
大きな距離離して略平行光を通過させるための遮光部を
配置しているので、格子パターン外を通過する漏れ光に
よるノイズや、格子パターンの部分で発生する高次光に
よるノイズを遮光部によってカットすることができ、ノ
イズの少ないレーザビームを出射させることができる。

【００４３】さらに、半導体レーザ素子と回折型レンズ
と遮光部とを一体に構成してあるので、レーザビームプ
リンタ等に組み込まれる光源部分をコンパクトに構成す
ることができ、レーザビームプリンタ等への組み込み時
における調整作業も容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】回折型レンズの正面図である。

【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は透光部形状の異なる各遮
光部を示す正面図である。

【図４】同上の半導体レーザ光源ユニットの各構成部品
の配置とその作用を説明する図である。

【図５】半導体レーザ素子、格子パターン、遮光部の透
光部及び走査方向の関係を示す図である。

【図６】格子パターンの幅２Ｒと角度ｕとの関係を示す
図である。

【図７】本発明の別な実施例による半導体レーザ光源ユ
ニットの断面図である。

【図８】光走査装置の構成を示す概略平面図である。

【図９】従来の半導体レーザ光源を示す断面図である。

【図１０】従来の半導体レーザ光源の他例を示す断面図
である。

【図１１】（ａ）（ｂ）従来の半導体レーザ光源ユニッ
トを示す断面図及び正面図である。

【図１２】（ａ）（ｂ）従来の異なる半導体レーザ光源
ユニットを示す断面図及び正面図である。

【図１３】（ａ）はさらに異なる従来の半導体レーザ光
源ユニットの断面図、（ｂ）はその回折型レンズの正面
図である。

【図１４】同上の従来例の欠点を説明する図である。

【図１５】さらに別な従来例とその欠点を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

３３ 半導体レーザ素子 ３５ 回折型レンズ ３６ 遮光部の透光部 ３７ 遮光部 ３９ 格子パターン

【表１】

【数２】

【表１】

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１２月１６日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ光源ユニ
ットに関する。具体的にいうと、本発明は、半導体レー
ザ素子（ＬＤ）を用いたレーザビームプリンタ（ＬＢ
Ｐ）やファクシミリ等の光学系に用いられる半導体レー
ザ光源ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】図８はレーザビームプリンタ等において
感光体面上に露光走査を行わせるための光走査装置の従
来例を示す概略平面図である。このような光走査装置に
おいては、半導体レーザ光源１から発射されたレーザビ
ームをビーム整形板２の開口に通過させてビーム整形し
た後、適宜配置された反射ミラー３等の光学系を介して
光変調器４へ送り、そこで外部から送られてくる電気的
な画像情報ＢＳに応じた光変調を行わせ、その画像情報
がのせられた光信号をアナモフィック光学系５を介して
回転多面鏡６等の偏向器に送り、そこで副走査方向Ｙ
（主走査方向Ｘと垂直な方向）に回転する感光体ドラム
８（記録媒体）上にｆθレンズ７を通して結像されるス
ポットを主走査方向Ｘに偏向させながら順次露光を行わ
せることにより光記録を行うことができるように構成さ
れている。

【０００３】なお、図中９は各主走査ラインにおける光
記録の同期をとるために設けられた光センサを示すもの
で、各主走査ラインの前走査（光記録を行わせる前のレ
ーザビームの走査領域）の段階でレーザビームを検知さ
せ、そのセンサ出力を制御回路１０に送ってそこで光変
調器における光変調のタイミングを適宜とらせるように
している。また、図中１１はナイフエッジを示してい
る。

【０００４】図９は上記半導体レーザ光源の一例を示す
断面図である。この従来例の半導体レーザ光源１ａは、
半導体レーザ素子１２と、半導体レーザ素子１２から放
射された発散光を略コリメート光（コリメート光、ある
いは、コリメート光に近い発散光または集束光）に変換
するための屈折型レンズ１３と、半導体レーザ素子１２
及びレンズ１３を一体化して固定保持するための保持部
材１４と、レンズ押さえ１５とから構成されている。

【０００５】また、図１０は上記半導体レーザ光源の他
例（例えば、特開平２−１８９５１１号公報など）を示
す断面図である。この半導体レーザ光源１ｂは、保持部
材１６の一端に半導体レーザ素子１２を嵌合固定し、他
端にフレネルレンズ等の回折型レンズ１７を取り付けた
ものであり、半導体レーザ素子１２から放射されたレー
ザビームは回折型レンズ１７によって略コリメート光と
して出射される。

【０００６】図８のような光走査装置にあっては、例え
ばレーザビームプリンタの印字品質に応じて感光体ドラ
ム上に露光されるビームスポットが適切ビーム形状とな
るように設定する必要があり、そのため印字品質に応じ
て開口寸法の異なるビーム整形板と取り替え、レーザビ
ーム形状を調整している。

【０００７】しかしながら、図８の光走査装置のように
半導体レーザ光源１とビーム整形板２とが別々の部品と
なっていると、図８で破線により囲まれた光源部分の実
装スペースが大きくなり、また、半導体レーザ光源１と
遮光板２をレーザビームプリンタ等へ組み込む際にこれ
ら相互の位置調整が必要になる。このため、屈折型レン
ズ１３を用いたものでは、図１１（ａ）（ｂ）に示すよ
うに保持部材１４にスリット１８を有するビーム整形板
２を一体に取り付けたり、図１２（ａ）（ｂ）に示すよ
うにレンズ押さえ１５にスリット１８を設けてビーム整
形の機能を持たせたりすることにより、光源部分をコン
パクトにすると共にレーザビームプリンタ等への組込み
時における半導体レーザ素子とビーム整形板の調整を不
要にしたものがある。

【０００８】一方、回折型レンズは２Ｐ法（photo poly
marization processの略）などで成形されるので、容易
に量産でき、屈折型レンズよりも低コストである。この
ため、回折型レンズを用いた半導体レーザ光源のコンパ
クト化及び調整作業の省力化が望まれる。

【０００９】図１３は、フレネルレンズ等の回折型レン
ズにビーム整形機能を持たせたものである（特開平２−
１６５０１号）。すなわち、図１３（ａ）（ｂ）に示す
ように、同心円状の格子パターン１９の両側部を除去し
て輪郭が小判状をした格子パターン１９を有する回折型
レンズ２０とすることによりビーム整形機能を持たせて
いる。

【００１０】しかしながら、この回折型レンズ２０は透
明基板２１の表面に格子パターン１９を形成したもので
あって、レーザビームを遮光することができないので、
略コリメート光α以外にも、図１４に示すように、レン
ズ有効径（格子パターン１９）外を通過する漏れ光βに
よるノイズや、高次回折光γによるノイズをカットする
ことができないという問題があった。

【００１１】また、図１５に示すように、同心円状の格
子パターン２２を設けられた回折型レンズ２３の透明基
板２４にスリット２５を有するビーム整形板２６を貼り
つける方法も考えることができるが、この方法では、漏
れ光βによるノイズはカットできても、高次光γによる
ノイズをカットすることができないという欠点がある。
さらに、ビーム整形板２６を透明基板２４に接着する際
に格子パターン２２とスリット２５との位置合せを精密
に行なわなければならなかった。

【００１２】さらに、半導体レーザ素子や回折型レンズ
を保持している保持部材にビーム整形板を取り付けるこ
とも可能であるが、ビーム整形板を保持部材に固定する
際にビーム整形板のスリットと回折型レンズとの位置調
整を精密に行なわなければならず、ビーム形状の調整も
困難であった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、半導体レーザ光源ユニットにおいて回折型レン
ズを用いるようにし、回折型レンズを用いた時に発生し
ていた種々の問題点、特にノイズ光の発生やレンズとビ
ーム整形用のスリットとの位置調整の面倒等の問題点を
解消させることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ光
源ユニットは、画像情報に応じて半導体レーザ素子から
放射されたレーザビームにより偏向器及び光学素子を介
して記録媒体上を走査するレーザビーム走査光学系に用
いられる半導体レーザ光源ユニットにおいて、レーザビ
ームを放射する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子
から放射された発散出射光を略平行光に変換するため
の、輪郭が小判状をした同心円状の格子パターンからな
る回折型レンズと、前記レンズにより変換された略平行
光を通過させるための透光領域を有する遮光部とを一体
的に組み立てられ、前記遮光部と前記レンズとが、当該
レンズの焦点距離以上の距離離れて配置されていること
を特徴としている。

【００１５】また、本発明の半導体レーザ光源ユニット
においては、回折型レンズの短軸方向を、半導体レーザ
素子の発散出射光の拡がり角の狭い方向と一致させると
よい。

【００１６】また、本発明の半導体レーザ光源ユニット
においては、回折型レンズの短軸方向を、偏向器による
レーザビームの走査方向と垂直な方向に一致させるとよ
い。

【００１７】さらに、本発明の半導体レーザ光源ユニッ
トにおいては、半導体レーザ素子の発散出射光の拡がり
の狭い方向での拡がり角をθとし、半導体レーザ素子の
発光点から前記レンズの短軸方向の有効径への角度を２
ｕとするとき、典型的には、当該拡がり角θと角度２ｕ
とが、 ０．５≦２ｕ／θ≦２ となる。

【００１８】さらに、前記遮光部の透光領域の形状は円
形であってもよい。

【００１９】

【作用】本発明の半導体レーザ光源ユニットは、回折型
レンズを用いているので、２Ｐ法等によってレンズを成
形することができ、量産性が良好で、製造コストが安価
になる。

【００２０】また、回折型レンズの格子パターンを小判
状に形成しているので、格子パターンの輪郭寸法によっ
て記録媒体上におけるビームスポットの大きさを調整す
ることができる。すなわち、回折型レンズはレーザビー
ムを略コリメート光に変換する機能に加え、レーザビー
ムプリンタ等の印字品質に応じて記録媒体上におけるビ
ームスポット形状を所望形状に整える機能を兼ね備えて
おり、従来のビーム整形板を不要にして半導体レーザ光
源ユニットをコンパクトに構成することができる。しか
も、互いに別体となったレンズとビーム整形板を組み合
わせる場合のようにレンズとビーム整形機能との位置調
整の必要もなく、半導体レーザ光源ユニットの組み立て
や調整を容易にすることができる。

【００２１】また、レンズと遮光部を、レンズの焦点距
離以上の離しているので、格子パターン外を通過する漏
れ光によるノイズや、格子パターンの部分で発生する高
次光によるノイズを遮光部によってカットすることがで
きる。

【００２２】さらに、半導体レーザ素子と回折型レンズ
と遮光部とを一体に構成してあるので、レーザビームプ
リンタ等に組み込まれる光源部分をコンパクトに構成す
ることができ、レーザビームプリンタ等への組み込み時
における調整作業も容易にすることができる。

【００２３】なお、半導体レーザ素子は、発光点の非点
隔差のため水平方向と垂直方向とで発散出射光の拡がり
角が異なっており、レンズの短軸方向はこの拡がり角の
狭い方向と一致させ、また、レーザビームの副走差方向
と一致させることが好ましい。

【００２４】また、遮光部の透光領域の形状を円形とす
れば、遮光部を取り付ける際、遮光部の取り付け角度を
問題にする必要がなく、遮光部の取り付けが容易にな
る。

【００２５】

【実施例】図１は本発明の一実施例による半導体レーザ
光源ユニット３１を示す断面図である。素子保持部材３
２は略円筒状をしており、素子保持部材３２の一端部中
央には半導体レーザ素子３３が嵌合固定されており、素
子保持部材３２の他端には略円筒状をしたレンズ保持部
材３４が取り付けられている。レンズ保持部材３４の端
部には、半導体レーザ素子３３と対向させるようにして
フレネルレンズのような回折型レンズ３５が固定されて
おり、レンズ保持部材３４の他端には中央部に透光領域
３６を開口された不透明材料からなる遮光部３７が取り
付けられている。

【００２６】回折型レンズ３５は、図２に示すように、
透明基板３８の表面に同心円状の格子パターン３９を成
形されたものであり、両側部が切除されて小判状の輪郭
を有している。また、遮光部３７には、図３（ａ）に示
すようなスリット状の透光領域３６、同（ｂ）に示すよ
うな小判形の透光領域３６、あるいは同（ｃ）に示すよ
うな円形の透光領域３６などが開口されている。また、
透光領域は必ずしも開口されている必要はなく、透明な
ガラス板の外周領域に金属蒸着膜を蒸着させて不透明化
し、中央部の蒸着膜を形成されていない領域を透孔領域
３６とした遮光部３７を用いてもよい。このような開口
されていない遮光部３７を用いれば、遮光部３７によっ
て回折型レンズ３５を密閉して回折型レンズ３５を湿気
から保護することができる。

【００２７】また、この半導体レーザ光源ユニット３１
は、素子保持部材３２に取り付けられたキャップ４０に
よって全体を覆ってあり、キャップ４０の出射窓４１に
はガラス板４２を取り付けて内部を密閉しており、回折
型レンズ３５を湿気から保護している。あるいは、出射
窓４１の開口されていない、全体が透明なキャップ４０
を用いて密閉構造としてもよい。

【００２８】また、この半導体レーザ光源ユニット３１
においては、図４に示すように半導体レーザ素子３３の
発光点と回折型レンズ３５との距離はほぼ回折型レンズ
３５の焦点距離ｆと等しくなっており、回折型レンズ３
５と遮光部３７との距離ｓは回折型レンズ３５の焦点距
離ｆと等しいか、もしくは焦点距離ｆよりも長くなって
いる。すなわち、ｓ≧ｆとなっている。

【００２９】しかして、半導体レーザ素子３３から放射
されたレーザビームは、回折型レンズ３５の格子パター
ン３９よりも広い領域に照射され、格子パターン３９を
透過することによって略コリメート光に変換され、遮光
部３７の透光領域３６を通過して出射される。このと
き、レーザビームは、回折型レンズ３５の格子パターン
３９によってビーム径を制限される。したがって、格子
パターン３９の短軸方向の幅を調整することによってレ
ーザビームの当該方向（後述のように、副走査方向）の
ビーム幅を調整でき、回折型レンズ３５を格子パターン
３９の短軸方向の幅が異なるものと取り替えることによ
り感光体ドラム上におけるレーザビーム形状を印字品質
（例えば、２４０ｄｐｉ〜４００ｄｐｉなど）に合わせ
て制御することができる。また、格子パターン３９を通
過した略コリメート光αは遮光部３７の透光領域３６を
通過して外部へ出射されるが、回折型レンズ３５の格子
パターン３９外を通過した漏れ光βや高次光γは遮光部
３７によってカットされ、遮光部３７によってノイズ光
が除去される。なお、この遮光部３７の透光領域３６の
寸法は、略コリメート光αを通過させ、漏れ光βや高次
光γをカットできるようになっていればよいので、格子
パターンと寸法と同じか少し大きければよく、したがっ
て、回折型レンズ３７との位置精度もビーム整形板のよ
うに高い精度を要求されるものではなく、半導体レーザ
光源ユニット３１の組み立ても比較的簡単に行なえる。

【００３０】図５は半導体レーザ素子（チップ）３３と
格子パターン３９と透光領域３６と走査方向との関係を
示している。半導体レーザ素子３３は、発光点に非点隔
差を有している。つまり、半導体レーザ素子３３は、レ
ーザチップの活性層に対し垂直に広がる出射光と、水平
に広がる出射光とで、見掛け上の発光位置がわずかに異
なっている。このような非点隔差が存在するため、垂直
方向における半導体レーザ素子３３の発散出射光α２の
拡がり角θ２は大きく、水平方向における発散出射光α
１の拡がり角θ１は小さくなっており、半導体レーザ素
子３３から放射されるレーザビームは楕円状をしてい
る。このような半導体レーザ素子３３を用いる場合、図
５のように、拡がり角の最も大きな方向を偏向器によっ
て走査される主走査方向とし、広がり角の最も小さな方
向が主走査方向と垂直な副走査方向となるように配置さ
れる。さらに、回折型レンズ３５は、格子パターン３９
の長軸方向が拡がり角の大きな方向（主走査方向）と一
致し、格子パターン３９の短軸方向が拡がり角の小さな
方向（副走査方向）と一致するよう配置される。さら
に、遮光部３７の透光領域３６もスリット状や小判形の
場合には、格子パターンと長軸方向及び短軸方向を一致
させて配置させるのが望ましい。

【００３１】面倒れ補正系を有する走査光学系では、拡
がり角の広い方向θ２を主走査方向とし、拡がり角の狭
い方向θ１を副走査方向に選ぶのが普通であり、本光学
系でもこのように選択している。これは、像面上ビーム
径を決定するのが、ｆθレンズに入射するビームの主走
査方向の光束幅と、副走査側の放射角であることによ
る。即ち、主走査側のｆθレンズへの入射光を太くする
には、拡がり角を広くするか、あるいは（同じＦナンバ
ーの場合には）回折型レンズの焦点距離を長くすればよ
く、小型化するためには回折型レンズの焦点距離を長く
するよりも、拡がり角を広くする方が有利である。一
方、副走査側に関しては、ｆθレンズへ入射するビーム
の放射角を大きくとるには、回折型レンズからの射出ビ
ームが細い場合も、アナモフィック光学系の焦点距離を
短くすることによって容易に実現でき、小型化に関して
もこの方が有利である。

【００３２】表１は、市販の半導体レーザ素子（シャー
プ製ＬＴ０２２ＭＳ）の接合面に平行な方向の拡がり角
θ１と接合面に垂直な方向の拡がり角θ２の値（平均
値、最小値、最大値）を示している。このように半導体
レーザ素子の拡がり角θ１及びθ２の値は大きなバラツ
キを示している。

【００３３】

【表１】

【００３４】また、半導体レーザ素子３３の発光点は、
回折型レンズ３５の焦点に位置しているので、図６に示
すように、回折型レンズの短軸方向の幅２Ｒは、半導体
レーザ素子３３の発光点から回折型レンズの短軸方向の
有効幅を見込む角度を２ｕとし、回折型レンズの焦点距
離をｆとしたとき、 Ｒ＝ｆsinｕ もしくは、 Ｒ＝ｆtanｕ で表わされる。ここで、角度２ｕはレーザビームプリン
タの印字品質を指定すれば決まるので、この式によって
印字品質に対応する回折型レンズ３５の短軸方向の幅２
Ｒを決めることができる。

【００３５】次に、ビーム径を表わす式を示す。半導体
レーザ素子の波長をλ、回折型レンズの焦点距離をｆc
o、アナモフィック光学系の焦点距離をｆcy、ｆθレン
ズの主走査方向における焦点距離をｆH、ｆθレンズの
副走査方向における横倍率をβとし、主走査方向におけ
る半導体レーザ素子の拡がり角と回折型レンズの開口数
ＮＡの関係から求まる係数をΔＤHとし、副走査方向に
おける半導体レーザ素子の拡がり角と回折型レンズの開
口数ＮＡの関係から求まる係数をΔＤVとすると、主走
査方向のビーム径ＤHは数式１で表わされ、副走査方向
のビーム径ＤVは数式２で表わされる。

【００３６】

【数１】

【００３７】

【数２】

【００３８】いま、主走査方向は拡がり角の大きいθ２
方向に設定しているため、回折型レンズの鏡筒でケラレ
が生じるが、副走査方向は拡がり角の小さいθ１方向に
設定しているため、規制しておく方が、副走査方向のビ
ーム径のバラツキを小さくするために有利である。ここ
では、印字品質に関係する副走査方向について考える。
表１のθ１の値を用いて印字品質２４０ｄｐｉ〜４００
ｄｐｉの範囲をカバーするようレーザビームプリンタの
光学系に当てはめて計算すると、角度２ｕは、 ２ｕ＝９°〜１６° となる。一方、半導体レーザ素子の拡がり角θ１は、
８．５°〜１６°であるので、この２ｕの値と拡がり角
との比を求めると、 ０．５≦２ｕ／θ１≦２ という関係があることがわかる。

【００３９】表２は、ｆco＝４６mm、ｆcy＝３５mm、β
＝−３．０、ｆH＝１６０mm、回折型レンズからその像
点までの距離が５６０mm、回折型レンズとアナモルフィ
ック光学系までの距離が２００ミリ、回折型レンズと偏
向器の距離が１００mmの場合の各印字品質に対する透光
領域の寸法を示している。

【００４０】

【表２】

【００４１】図７は本発明の別な実施例による半導体レ
ーザ光源ユニットを示す断面図である。この実施例のよ
うに、遮光部３７は、不透明材料によってレンズ保持部
材３４と一体成形しても差し支えない。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、２Ｐ法等によってレン
ズを成形することができ、量産性が良好で、製造コスト
が安価な回折型レンズを用いることができる。

【００４３】しかも、格子型レンズがレーザビームを略
コリメート光に変換する機能と、レーザビームプリンタ
等の印字品質に応じて記録媒体上におけるビームスポッ
トの大きさや形状を整える機能とを兼備しているので、
半導体レーザ光源ユニットをコンパクトにできる。しか
も、レンズと別体のビーム整形板を用いる場合のように
レンズとビーム整形機能との位置調整の必要もなく、半
導体レーザ光源ユニットの組み立てや調整を容易にする
ことができる。

【００４４】また、レンズからレンズの焦点距離よりも
大きな距離離して略平行光を通過させるための遮光部を
配置しているので、格子パターン外を通過する漏れ光に
よるノイズや、格子パターンの部分で発生する高次光に
よるノイズを遮光部によってカットすることができ、ノ
イズの少ないレーザビームを出射させることができる。

【００４５】さらに、半導体レーザ素子と回折型レンズ
と遮光部とを一体に構成してあるので、レーザビームプ
リンタ等に組み込まれる光源部分をコンパクトに構成す
ることができ、レーザビームプリンタ等への組み込み時
における調整作業も容易にできる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】回折型レンズの正面図である。

【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は透光部形状の異なる各遮
光部を示す正面図である。

【図４】同上の半導体レーザ光源ユニットの各構成部品
の配置とその作用を説明する図である。

【図５】半導体レーザ素子、格子パターン、遮光部の透
光部及び走査方向の関係を示す図である。

【図６】格子パターンの幅２Ｒと角度ｕとの関係を示す
図である。

【図７】本発明の別な実施例による半導体レーザ光源ユ
ニットの断面図である。

【図８】光走査装置の構成を示す概略平面図である。

【図９】従来の半導体レーザ光源を示す断面図である。

【図１０】従来の半導体レーザ光源の他例を示す断面図
である。

【図１１】（ａ）（ｂ）は従来の半導体レーザ光源ユニ
ットを示す断面図及び正面図である。

【図１２】（ａ）（ｂ）は従来の異なる半導体レーザ光
源ユニットを示す断面図及び正面図である。

【図１３】（ａ）はさらに異なる従来の半導体レーザ光
源ユニットの断面図、（ｂ）はその回折型レンズの正面
図である。

【図１４】同上の従来例の欠点を説明する図である。

【図１５】さらに別な従来例とその欠点を示す断面図で
ある。

【符号の説明】 ３３ 半導体レーザ素子 ３５ 回折型レンズ３６ 透光領域 ３７ 遮光部 ３９ 格子パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 正典 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタカメラ株式会社 内 (72)発明者 濱田 明佳 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタカメラ株式会社 内 (72)発明者 中村 弘 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタカメラ株式会社 内 (72)発明者 内貴 俊夫 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタカメラ株式会社 内 (72)発明者 小野 理 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタカメラ株式会社 内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報に応じて半導体レーザ素子から
   放射されたレーザビームにより偏向器及び光学素子を介
   して記録媒体上を走査するレーザビーム走査光学系に用
   いられる半導体レーザ光源ユニットにおいて、 レーザビームを放射する半導体レーザ素子と、 半導体レーザ素子から放射された発散出射光を略平行光
   に変換するための、輪郭が小判状をした同心円状の格子
   パターンからなる回折型レンズと、 前記レンズにより変換された略平行光を通過させるため
   の透光領域を有する遮光部とを一体的に組み立てられ、 前記遮光部と前記レンズとが、当該レンズの焦点距離以
   上の距離離れて配置されていることを特徴とする半導体
   レーザ光源ユニット。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザ光源ユニ
   ットにおいて、前記レンズの短軸方向が、半導体レーザ
   素子の発散出射光の拡がり角の狭い方向と一致している
   ことを特徴とする半導体レーザ光源ユニット。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の半導体レーザ光
   源ユニットにおいて、前記レンズの短軸方向が、偏向器
   によるレーザビームの走査方向と垂直な方向に一致して
   いることを特徴とする半導体レーザ光源ユニット。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３に記載の半導体レー
   ザ光源ユニットにおいて、半導体レーザ素子の発散出射
   光の拡がりの狭い方向での拡がり角をθとし、半導体レ
   ーザ素子の発光点から前記レンズの短軸方向の有効径へ
   の角度を２ｕとするとき、当該拡がり角θと角度２ｕと
   が、 ０．５≦２ｕ／θ≦２ であることを特徴とする半導体レーザ光源ユニット。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３又は４に記載の半導体
   レーザ光源ユニットにおいて、前記遮光部の透光領域の
   形状が円形であることを特徴とする半導体レーザ光源ユ
   ニット。