(57)【要約】【課題】コリメートレンズの光軸に平行な方向から力が作用しても、半導体レーザの発光点とコリメートレンズとの相対位置がずれるのを防止することができる光源装置を提供する。【解決手段】  レンズホルダ１１５には、その外周にコリメートレンズ１１４の光軸と同軸のリング状の溝が形成されており、間接部材１１３には、レンズホルダ１１５の溝に接着剤を注入するための複数の切り欠き部が形成されている。そして、該接着剤によってレンズホルダ１１５を間接部材１１３に固定させている。この場合、間接部材１１３の貫通孔とレンズホルダ１１５の外周とのクリアランスが小さいことが、Ｚ軸方向に直交する方向の衝撃力に対する耐性を向上させ、レンズホルダ１１５にＺ軸方向に直交する接着剤の付着面を設けていることが、Ｚ軸方向の衝撃力に対する耐性を向上させている。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源を保持する光源ホルダと、
前記光源ホルダに取り付けられ、前記光源から射出された光が通過する貫通孔を有する間接部材と、
前記間接部材の貫通孔に挿入され、接着剤によって前記間接部材に接着されている円筒状のレンズホルダと、
前記レンズホルダに保持され、前記光源から射出された光を平行光に変換するコリメートレンズとを備え、
前記レンズホルダにおける前記接着剤の付着面は、前記コリメートレンズの光軸方向に対して傾斜した付着面を含んでいる光源装置。
【請求項２】
前記レンズホルダは、その外周に、前記傾斜した付着面となる面を有する溝が形成され、
前記間接部材は、前記溝に接着剤を注入するための複数の注入部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記複数の注入部は、前記コリメートレンズの光軸方向からみたとき、前記コリメートレンズの光軸を中心とする回転対称となる位置に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記複数の注入部は、前記コリメートレンズの光軸方向に直交する方向に関して、前記溝に隣接していることを特徴とする請求項２又は３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記注入部は、切り欠き部であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記コリメートレンズの光軸方向に対して傾斜した付着面は、前記コリメートレンズの光軸方向に直交する付着面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記レンズホルダは、樹脂成型品であり、
前記溝に、成型の際のゲートの跡があることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記レンズホルダは、樹脂成型品であり、
前記溝に、成型の際のエジェクタピンの跡があることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記間接部材の素材は、紫外光に対して透明な樹脂であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記コリメートレンズと前記レンズホルダは、一体成型されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記コリメートレンズは、前記レンズホルダに接着剤で固定されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記光源を駆動するための駆動回路の少なくとも一部が含まれる回路基板を更に備え、
該回路基板は、前記光源ホルダに取り付けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置に係り、更に詳しくは、コリメートレンズを有する光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置等に用いられる光源装置は、半導体レーザ、及び該半導体レーザから射出されたレーザ光の光路上に配置されたコリメートレンズを備えている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
この光源装置では、射出されるレーザ光の方向性（光軸特性）、及び光束の平行性（コリメート特性）が重要である。
【０００４】
そこで、光源装置では、予め、半導体レーザ及びコリメートレンズの少なくとも一方を、互いに直交する３軸方向に関して調整し、半導体レーザの発光点とコリメートレンズの相対位置が所望の相対位置となるようにしている。なお、該相対位置の精度は、マイクロメートル以下が要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の光源装置は、外部からの衝撃力に関しては何ら考慮されてなく、特に、コリメートレンズの光軸に平行な方向から衝撃力が作用すると、半導体レーザの発光点とコリメートレンズとの相対位置がずれるおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光源と、前記光源を保持する光源ホルダと、前記光源ホルダに取り付けられ、前記光源から射出された光が通過する貫通孔を有する間接部材と、前記間接部材の貫通孔に挿入され、接着剤によって前記間接部材に接着されている円筒状のレンズホルダと、前記レンズホルダに保持され、前記光源から射出された光を平行光に変換するコリメートレンズとを備え、前記レンズホルダにおける前記接着剤の付着面は、前記コリメートレンズの光軸方向に対して傾斜した付着面を含んでいる光源装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の光源装置によれば、コリメートレンズの光軸に平行な方向から力が作用しても、半導体レーザの発光点とコリメートレンズとの相対位置がずれるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る光源装置の斜視図である。
【図２】図１の光源装置の正面図である。
【図３】図１の光源装置のＸＺ断面図である。
【図４】光源保持部材のＸＺ断面図である。
【図５】光源保持部材に半導体レーザが保持された状態を説明するための図である。
【図６】プリント基板が光源保持部材に取り付けられた状態を説明するための図である。
【図７】間接部材のＸＺ断面図である。
【図８】間接部材が光源保持部材に取り付けられた状態を説明するための図である。
【図９】レンズホルダのＸＺ断面図である。
【図１０】コリメートレンズがレンズホルダに保持されている状態を説明するための図である。
【図１１】間接部材の貫通孔へのレンズホルダの挿入を説明するための図である。
【図１２】間接部材の貫通孔にレンズホルダが挿入された状態を説明するための図である。
【図１３】レンズホルダの溝への接着剤の注入を説明するための図である。
【図１４】レンズホルダの溝に注入された接着剤が硬化したときの状態を説明するための図である。
【図１５】レンズホルダの比較例を説明するための図である。
【図１６】レンズホルダの溝への接着剤の注入の変形例を説明するための図である。
【図１７】コリメートレンズとレンズホルダが一体成型されている場合を説明するための図である。
【図１８】図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、それぞれレンズホルダにおける溝の変形例を説明するための図である。
【図１９】レンズホルダの変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１５に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る光源装置１００の斜視図が示されている。
【００１０】
本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、光源装置１００から射出される光の進行方向に平行な軸方向をＺ軸として説明する。
【００１１】
図２は、光源装置１００の正面図であり、図３は、光源装置１００のＸＺ断面図である。
【００１２】
光源装置１００は、図１〜図３に示されるように、半導体レーザ１１１、光源保持部材１１２、間接部材１１３、コリメートレンズ１１４、レンズホルダ１１５、及びプリント基板１１７などを備えている。なお、プリント基板１１７の短手方向をＸ軸方向とし、長手方向をＹ軸方向とする。
【００１３】
ここでは、半導体レーザ１１１はレーザダイオードである。なお、半導体レーザ１１１はレーザダイオードに限定されるものではない。
【００１４】
光源保持部材１１２は、半導体レーザ１１１を保持する部材である。光源保持部材１１２は、図４及び図５に示されるように、半導体レーザ１１１が圧入される段付き孔を有している。半導体レーザ１１１は、該段付き孔に圧入されることによってＺ軸方向に関して位置決めされている。
【００１５】
プリント基板１１７は、一例として図６に示されるように、光源保持部材１１２に固定されている。なお、プリント基板１１７の固定方法は、ネジ締結、接着固定及び溶着固定のいずれであっても良い。
【００１６】
また、プリント基板１１７には、半導体レーザ１１１におけるリード線の数と同数の孔が開けられている。各リード線は、プリント基板１１７の対応する孔に挿入され、プリント基板１１７上の導電パターン部にハンダ付けされている。
【００１７】
間接部材１１３は、一例として図７に示されるように、レンズホルダ１１５が挿入される貫通孔１１３ａを有する円筒部１１３ｂと、光源保持部材１１２にネジ締結されるフランジ部１１３ｃとから構成されている。ここでは、フランジ部１１３ｃには、３つのネジ締結部が設けられている（図２参照）。また、円筒部１１３ｂの＋Ｚ側端部近傍には、複数の切り欠き部１１３ｄが形成されている。
【００１８】
ここでは、８個の切り欠き部１１３ｄが、コリメートレンズ１１４の光軸を中心として回転対称な位置に配置されている（図２参照）。
【００１９】
また、間接部材１１３の素材は、紫外光に対して透明な樹脂である。なお、間接部材１１３の素材は、紫外光に対して透明な樹脂に限定されるものではない。
【００２０】
図８には、間接部材１１３がネジ１１９によって光源保持部材１１２にネジ締結された状態が示されている。なお、ここでは、間接部材１１３は、光源保持部材１１２に仮固定される。
【００２１】
コリメートレンズ１１４は、半導体レーザ１１１から射出された光を略平行光に変換するためのレンズである。
【００２２】
レンズホルダ１１５は、コリメートレンズ１１４を保持する保持部材である。このレンズホルダ１１５は、円筒状であり、一例として図９に示されるように、内部にコリメートレンズ１１４の突き当て面１１５ａを有している。
【００２３】
また、突き当て面１１５ａの近傍には、コリメートレンズ１１４を固定するための接着剤を注入するための開口穴１１５ｂが形成されている。ここでは、開口穴１１５ｂは、３箇所に形成されている。
【００２４】
さらに、レンズホルダ１１５の外周には、コリメートレンズ１１４の光軸と同軸のリング状の溝１１５ｃが形成されている。
【００２５】
コリメートレンズ１１４は、一例として図１０に示されるように、レンズホルダ１１５の突き当て面１１５ａに突き当てられ、開口穴１１５ｂから注入された接着剤によりレンズホルダ１１５に固定されている。なお、コリメートレンズ１１４のレンズホルダ１１５への固定は接着に限定されるものではない。
【００２６】
また、ここでは、レンズホルダ１１５の突き当て面１１５ａは、コリメートレンズ１１４の−Ｚ側の面が突き当てられるように形成されているが、これに限らず、コリメートレンズ１１４の＋Ｚ側の面が突き当てられるように形成されていても良い。
【００２７】
コリメートレンズ１１４が固定されたレンズホルダ１１５は、間接部材１１３の貫通孔に挿入される（図１１参照）。間接部材１１３の切り欠き部１１３ｄは、一例として図１２に示されるように、レンズホルダ１１５が挿入されたときに、レンズホルダ１１５の溝１１５ｃが外部に露出されるように形成されている。
【００２８】
間接部材１１３の貫通孔とレンズホルダ１１５の外周とのクリアランスは、０．０１〜０．０３ｍｍとなるように設定されている。これにより、コリメートレンズ１４のＸＹ面内での位置ずれを小さくしている。
【００２９】
そして、レンズホルダ１１５を治具でチャッキングし、半導体レーザ１１１の発光点がコリメートレンズ１１４の光軸上に位置するように、レンズホルダ１１５を介して間接部材１１３の位置をＸ軸方向及びＹ軸方向に関して微調整し、その位置でネジ１１９を本締めする。
【００３０】
それから、コリメートレンズ１１４の焦点位置と半導体レーザ１１１の発光点とが一致するように、レンズホルダ１１５のＺ軸方向に関する位置を調整する。
【００３１】
そして、間接部材１１３の切り欠き部１１３ｄを介してレンズホルダ１１５の溝１１５ｃに紫外線硬化型の接着剤を注入する（図１３参照）。この場合、切り欠き部１１３ｄが接着剤の注入部となり、該注入部は、コリメートレンズの光軸方向に直交する方向に関して、レンズホルダ１１５の溝１１５ｃに隣接している。なお、接着剤としては、紫外線硬化型の接着剤に限らず、例えば、熱硬化型の接着剤であっても良い。
【００３２】
間接部材１１３の切り欠き部１１３ｄを介してレンズホルダ１１５の溝１１５ｃに注入された接着剤は、溝１１５ｃの形状に合わせて溝全体に浸透する。そして、紫外光を照射して接着剤を硬化させる。図１４には、接着剤が硬化した状態が示されている。該接着剤によってレンズホルダ１１５を間接部材１１３に固定させている。
【００３３】
ところで、接着剤は、硬化の際に硬化収縮を生じるが、Ｚ軸に直交する方向に関しては、間接部材１１３の貫通孔とレンズホルダ１１５の外周とのクリアランスが小さいため、Ｚ軸に直交する方向に関するレンズホルダ１１５の位置の変化は極めて小さい。また、Ｚ軸方向に関しては、間接部材１１３とレンズホルダ１１５が治具によってチャッキングされているため、Ｚ軸方向に関するレンズホルダ１１５の位置の変化は極めて小さい。
【００３４】
また、接着剤の接着力は、接着剤の付着面に平行な方向の衝撃力に対して弱い。本実施形態では、図１４に示されるように、レンズホルダ１１５と接着剤の付着面として、Ｚ軸方向に平行な付着面と、Ｚ軸方向に直交する付着面とが存在しているため、Ｚ軸方向の力に対してＺ軸方向に直交する付着面が高い耐性を有し、衝撃によるＺ軸方向の力に対して、高い接着力を確保することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、レンズホルダ１１５の外周にリング状に接着剤を塗布しているため、間接部材１１３との接着における接着面積が広くなり、強固な接着力を得ることが可能となる。
【００３６】
すなわち、本実施形態では、Ｚ軸に直交する方向の衝撃力に対しては、間接部材１１３の貫通孔とレンズホルダ１１５の外周とのクリアランスを小さくすることによって耐性を向上させ、Ｚ軸方向の衝撃力に対しては、レンズホルダ１１５に溝１１５ｃを形成し、Ｚ軸方向に直交する接着剤の付着面を設けることによって耐性を向上させている。このように、光源装置１００は、衝撃による接着剥がれに対するロバスト性が向上しており、光軸特性及びコリメート特性の安定した光を射出することができる。
【００３７】
ところで、図１５には、比較例として、前記レンズホルダ１１５に代えて、溝１１５ｃが形成されていないレンズホルダ１１５’を用いた光源装置１００Ａが示されている。
【００３８】
この場合、レンズホルダ１１５’を間接部材１１３に固定するための接着剤のレンズホルダ１１５における付着面は、Ｚ軸方向に平行な付着面のみとなる。そこで、Ｚ軸方向の衝撃力が作用すると、該接着剤のはがれが生じやすくなる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態に係る光源装置１００によると、半導体レーザ１１１、該半導体レーザ１１１を保持する光源保持部材１１２、間接部材１１３、コリメートレンズ１１４、該コリメートレンズ１１４を保持するレンズホルダ１１５、プリント基板１１７を備えている。
【００４０】
間接部材１１３は、光源保持部材１１２に取り付けられ、半導体レーザ１１１から射出された光が通過する貫通孔１１３ａを有している。レンズホルダ１１５は、間接部材１１３の貫通孔１１３ａに挿入される円筒状である。間接部材１１３の貫通孔とレンズホルダ１１５の外周とのクリアランスは、０．０１〜０．０３ｍｍとなるように設定されている。
【００４１】
また、レンズホルダ１１５には、その外周にコリメートレンズ１１４の光軸と同軸のリング状の溝１１５ｃが形成されており、間接部材１１３には、レンズホルダ１１５の溝１１５ｃに接着剤を注入するための複数の切り欠き部１１３ｄが形成されている。そして、該接着剤によってレンズホルダ１１５を間接部材１１３に固定させている。この接着剤は、レンズホルダ１１５に対して、Ｚ軸方向に平行な付着面とＺ軸方向に直交する付着面とを有している。
【００４２】
この場合、間接部材１１３の貫通孔とレンズホルダ１１５の外周とのクリアランスが小さいことが、Ｚ軸に直交する方向の衝撃力に対する耐性を向上させ、レンズホルダ１１５に溝１１５ｃを形成し、接着剤に対してＺ軸方向に直交する付着面を設けていることが、Ｚ軸方向の衝撃力に対する耐性を向上させている。このように、光源装置１００は、衝撃による接着剥がれに対するロバスト性が向上し、光軸特性及びコリメート特性の安定した光を射出することができる。
【００４３】
また、紫外光に対して透明な樹脂を間接部材１１３の素材としているため、間接部材１１３とレンズホルダ１１５との間にある接着剤を硬化させることができる。これにより、接着面積の拡大を図ることが可能となる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、間接部材１１３における切り欠き部１１３ｄの数が８個の場合について説明したが、これに限定されるものではない。但し、複数の切り欠き部１１３ｄは、コリメートレンズ１１４の光軸を中心とした回転対称な位置に配置されているのが好ましい。
【００４５】
また、上記実施形態では、レンズホルダ１１５の外周にリング状に接着剤を塗布する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、レンズホルダ１１５の外周の複数位置に接着剤が塗布されても良い。この場合、接着剤が塗布される複数の位置は、コリメートレンズ１１４の光軸を中心とした回転対称な位置であることが好ましい（図１６参照）。これにより、Ｚ軸方向に直交する方向に関するレンズホルダ１１５の位置が接着剤の硬化収縮によって変化するのを抑制できる。
【００４６】
ところで、レンズホルダ１１５を樹脂の射出成型によって製造する場合、溝１１５ｃの位置に樹脂を注入する際のゲートや、成型品を型抜きする際のエジェクタピンの挿入位置とするのが好ましい。これにより、レンズホルダ１１５の外周の寸法精度を高くすることができ、間接部材１１３の貫通孔とレンズホルダ１１５の外周とのクリアランスを更に小さくすることが可能である。また、溝１１５ｃにゲート跡やエジェクタピン跡が残るため、若干の凹凸が溝１１５ｃに形成され、実質的な接着面積を増加させることができる。
【００４７】
また、上記実施形態において、コリメートレンズ１１４及びレンズホルダ１１５として樹脂成型品を用いる場合は、コリメートレンズ１１４とレンズホルダ１１５を一体成型で製造しても良い。これにより、部品点数を削減することができる。また、レンズホルダ１１５にコリメートレンズ１１４を固定する工程が不要となる。図１７には、一体成型されたコリメートレンズ１１４とレンズホルダ１１５を用いた光源装置１００Ｂが示されている。
【００４８】
また、上記実施形態において、間接部材１１３の切り欠き部１１３ｄに代えて、レンズホルダ１１５の溝１１５ｃに接着剤を注入するための開口部が設けられても良い。
【００４９】
また、上記実施形態では、レンズホルダ１１５における溝１１５ｃの壁面がＺ軸方向に直交する場合について説明したが、これに限定するものではなく、該壁面がＺ軸方向に対して傾斜していれば良い（図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）参照）。この場合、Ｚ軸方向に対して傾斜した付着面によって、従来よりもＺ軸方向の衝撃力に対する耐性を向上させることができる。
【００５０】
また、上記実施形態において、レンズホルダ１１５に溝１１５ｃを形成するのに代えて、一例として図１９に示されるように、接着剤が塗布される部分よりも＋Ｚ側の部分の外径を小さくしても良い。この場合、外径が変化する部分が、Ｚ軸方向に対して傾斜した付着面となる。
【００５１】
上記実施形態における光源装置１００は、特に屋外で使用される装置、例えばレーザレーダ装置の光源装置に好適である。
【符号の説明】
【００５２】
１００…光源装置、１１１…半導体レーザ（光源）、１１２…光源保持部材（光源ホルダ）、１１３…間接部材、１１３ａ…貫通孔、１１３ｂ…円筒部、１１３ｃ…フランジ部、１１３ｄ…切り欠き部、１１４…コリメートレンズ、１１５…レンズホルダ、１１５ａ…突き当て面、１１５ｂ…開口穴、１１５ｃ…溝、１１７…プリント基板。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５３】
【特許文献１】特許第３０７０９９６号公報
【特許文献２】特許第４１３２５９８号公報
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１】
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【図３】
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【図９】
2014006476.tif 000019
【図１５】
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【図１７】
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