(57)【要約】【課題】  取付基準面に対する光学特性のバラツキを除いたレーザ光源およびその製造方法、並びにレーザ光源の不具合時にレーザ光源のみを無調整で交換できる光走査装置の提供。【解決手段】レーザ素子をパッケージに実装し、前記パッケージの光ビーム出射側を封止ガラスで封止したレーザ光源であって、前記パッケージの表面に、製造時および光走査装置への装着時において位置決めの基準になる位置決め基準が設けられてなることを特徴とするレーザ光源、前記レーザ光源の製造方法、前記レーザ光源が装着される光走査装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ素子をパッケージに実装し、前記パッケージの光ビーム出射側を封止ガラスで封止したレーザ光源であって、前記パッケージの表面に、製造時および光走査装置への装着時において位置決めの基準になる位置決め基準が設けられてなることを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
前記位置決め基準は、前記レーザ素子から出射する光ビームの光軸と直交する第１の基準面と、前記第１の基準面と直交するとともに、互いに直交する第２の基準面および第３の基準面とで構成されてなり、前記第１の基準面が光ビームの出射側に設けられてなることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項３】
前記第２の基準面および第３の基準面は、前記第１の基準面上に形成された１組の凹部または凸部によって形成される請求項２に記載のレーザ光源。
【請求項４】
前記封止ガラスの厚さを調整することにより、前記第１の基準面から前記レーザ素子においてレーザ光が発光していると見なされる仮想発光点までの距離を所定の値に補正してなることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ光源。
【請求項５】
前記レーザ素子は面発光型半導体レーザである請求項１〜４の何れか１項に記載のレーザ光源。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のレーザ光源と、前記レーザ光源からの光ビームを光学的に走査する走査光学系と、前記レーザ光源と前記走査光学系とが、相対位置を調整した状態で締結される筐体とを備える光走査装置であって、前記レーザ光源と前記筐体との相対位置を調整するアライメント調整部材を、前記レーザ光源と筐体との間に設けてなることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
前記レーザ光源を駆動するレーザ駆動ＩＣを有し、前記レーザ光源は、前記レーザ駆動ＩＣを実装した基板上に設けられたＩＣソケットに装着されてなることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
面発光型半導体レーザをパッケージ実装し、前記パッケージの光ビーム出射側を封止ガラスで封止してなるとともに、前記パッケージの表面に光軸方向の位置決め基準を設けたレーザ光源の製造方法であって、
前記位置決め基準から前記レーザ素子においてレーザ光が発光していると見なされる仮想発光点までの距離が所定の値になるように前記封止ガラスの厚さを補正することを特徴とするレーザ光源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源、光走査装置、およびレーザ光源の製造方法に関し、特に、取付基準面に対する光学特性のバラツキを除いたレーザ光源およびこのレーザ光源の製造方法、並びに前記レーザ光源が装着可能な光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザビームを走査して画像の記録を行なうレーザビームプリンタやデジタル複写機などの画像形成装置は、近年広く使用されるようになってきた。
【０００３】
前記画像記録装置においては、光走査装置は、半導体レーザユニットと第１結像光学系と回転多面鏡と第２結像光学系とを有し、半導体レーザユニットから出射されたレーザビームが第１結像光学系を介して回転多面鏡の反射面近傍に結像するとともに、回転多面鏡の反射面によって反射されたレーザビームが、第２結像光学系を介して感光体の被走査面に走査露光するように構成されている。
【０００４】
しかしながら、従来の光走査装置には、
(1)光源として用いられている半導体レーザが静電気や過電流等に非常に弱く、光走査装置の他の部品よりも故障率や劣化率が高い
(2)半導体レーザを交換する際、光学箱内において半導体レーザと他の光学部品との光軸合わせや焦点位置合せを再度行なう必要があり、通常は、光走査装置全体が交換される
などの問題があり、故障していない部品も含めて光走査装置全体を交換しているので、高額な交換費用が掛かっていた。
【０００５】
この問題を解決した光走査装置が提案された特許文献としては、たとえば特開平５−２１０２８４号公報（特許文献１）および特開平１１−２０２２３５号（特許文献２）などがある。
【０００６】
特許文献１に記載の光走査装置は、図９に示すように、半導体レーザユニット１２４の位置決め突起部１２６を光学箱側壁１２０に形成された位置決め孔１２２に嵌合密着させることにより、光軸合せをおこなう。そして、螺子１２８を半導体レーザユニット１２４の孔部１３０に挿通させて光学箱側壁１２０の螺子孔１３２に螺入することにより、半導体レーザユニット１２４を光学箱側壁１２０に容易に着脱できる。以上、本段落内の符号は、特許文献１の符号である。
【０００７】
特許文献２に記載の光源部は、図１０に示すように、支持部材５２の孔部６０の中心軸と半導体レーザ５０の光軸とが一致するように孔部６０を、コリメータレンズ２２の光軸方向に直交する平面内を移動調整して光学箱１２に装着することにより、半導体レーザ５０とコリメータレンズ２２の光軸とを一致させるとともに、調整部材５６を回動することにより、支持部材５２（半導体レーザ５０）のコリメータレンズ２２に対する焦点位置（Ｚ方向位置）を調整できる。したがって、予め位置関係を調整した半導体レーザが固定された支持部材５２を調整部材５４の孔部６０に出し入れするだけで、位置決め調整成しで半導体レーザユニット１４の交換ができる。以上、本段落内の符号は、特許文献２の符号である。
【特許文献１】特開平５−２１０２８４号公報
【特許文献２】特開平１１−２０２２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の光走査装置においては、被走査体の主副走査方向の位置決め（光軸合わせ）については位置決め孔で規制されるものの、光軸周りについては位置が規制されない故に、被走査面上でのスポットサイズの悪化により、画像劣化等の問題が発生する可能性がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載の光源部においては、半導体レーザユニットを交換した後、焦点位置（Ｚ方向の距離）の調整が再度必要になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、取付基準面に対する光学特性のバラツキを除いたレーザ光源およびその製造方法、並びにレーザ光源の不具合時にレーザ光源のみを無調整で交換できる光走査装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、レーザ素子をパッケージに実装し、前記パッケージの光ビーム出射側を封止ガラスで封止したレーザ光源であって、前記パッケージの表面に、製造時および光走査装置への装着時において位置決めの基準になる位置決め基準が設けられてなることを特徴とするレーザ光源に関する。
【００１２】
前記レーザ光源においては、前記位置決め基準を製造工程と光走査装置組立て工程で共用することにより、製造工程で作り込まれたレーザ光源の姿勢を光走査装置上に再現できる。
【００１３】
前記レーザ光源を光走査装置に装着するときは、前記位置決め基準によって自動的に位置決めされるから、従来のレーザ光源とは異なり、装着後の位置決めが不要である。
【００１４】
したがって、光走査装置への脱着が極めて容易である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ光源において、前記位置決め基準が、前記レーザ素子から出射する光ビームの光軸と直交する第１の基準面と、前記第１の基準面と直交するとともに、互いに直交する第２の基準面および第３の基準面とで構成されてなり、前記第１の基準面が光ビームの出射側に設けられてなるレーザ光源に関する。
【００１６】
前記レーザ光源を光走査装置に装着すると、前記第１の基準面によってＺ方向即ち光軸方法の位置決めが成され、前記第２の基準面および第３の基準面によってＺ方向に対して直交するＸ方向およびＹ方向の位置決めが成される。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のレーザ光源において、第２の基準面および第３の基準面が前記第１の基準面上に形成された１組の凹部または凸部によって形成されるレーザ光源に関する。
【００１８】
前記レーザ光源が装着される光走査装置に前記第２の基準面および第３の基準面に対応する凸部または凹部を設け、前記レーザ光源の前記凹部または凸部を嵌合することにより、Ｘ方向およびＹ方向の位置決めが自動的に成される。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のレーザ光源において、前記封止ガラスの厚さを調整することにより、前記第１の基準面から前記レーザ素子においてレーザ光が発光していると見なされる仮想発光点までの距離を所定の値に補正してなることを特徴とするレーザ光源に関する。
【００２０】
レーザ光源においては第１の基準面から発光点までの距離に製造誤差があることが多いが、前記レーザ光源においては、パッケージに設けられた位置決め基準を削ることなく第１の基準面から仮想発光点までの距離を一定の値に補正でき、言いかえればＺ軸方向の誤差を補正できる。したがって、少なくともＸ方向およびＹ方向については、製造時に作り込まれたレーザ光源の位置を光走査装置上に再現できる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のレーザ光源において前記レーザ素子が面発光型半導体レーザであるレーザ光源に関する。
【００２２】
面発光型半導体レーザは、表面から発光するのでＩＣパッケージへの装着が極めて容易である。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載のレーザ光源と、前記レーザ光源からの光ビームを光学的に走査する走査光学系と、前記レーザ光源と前記走査光学系とが、相対位置を調整した状態で締結される筐体とを備える光走査装置であって、前記レーザ光源と前記筐体との相対位置を調整するアライメント調整部材を、前記レーザ光源と筐体との間に設けてなることを特徴とする光走査装置に関する。
【００２４】
前記光走査装置においては、レーザ光源と光走査装置との間に調整誤差を吸収するアライメント調整部材を設けているから、前記アライメント調整部材を調整後に光走査装置に残す構成にすれば、無調整でレーザ光源を交換できる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光走査装置において、前記レーザ光源を駆動するレーザ駆動ＩＣを有し、前記レーザ光源は、前記レーザ駆動ＩＣを実装した基板上に設けられたＩＣソケットに装着されてなることを特徴とする光走査装置に関する。
【００２６】
前記光走査装置においては、ＩＣソケットにレーザ光源を装着しているから、最小単位のレーザ光源のみを交換できる。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、面発光型半導体レーザをパッケージ実装し、前記パッケージの光ビーム出射側を封止ガラスで封止してなるとともに、前記パッケージの表面に光軸方向の位置決め基準を設けたレーザ光源の製造方法であって、前記位置決め基準から前記レーザ素子においてレーザ光が発光していると見なされる仮想発光点までの距離が所定の値になるように前記封止ガラスの厚さを補正することを特徴とするレーザ光源の製造方法に関する。
【００２８】
前記レーザ光源の製造方法においては、製造工程で位置決め基準から発光点までの距離に誤差が生じた場合においても位置決め基準を削るなどする必要がないから、少なくともＸ方向およびＹ方向については、製造時に作り込まれたレーザ光源の位置を光走査装置上に再現できる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、取付基準面に対する光学特性のバラツキを除いたレーザ光源およびその製造方法、並びにレーザ光源の不具合時にレーザ光源のみを無調整で交換できる光走査装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
１．実施形態１
本発明のレーザ光源の一例について以下に説明する。
【００３１】
図１において、実施形態１にかかるレーザ光源１を光ビームが出射する側から見た平面形状を（Ａ）に示し、（Ａ）における平面Ａ−Ａに向かって見た側面形状を（Ｂ）に、平面Ａ−Ａに沿って切断した断面を（Ｃ）に示す。
【００３２】
図１に示すように、レーザ光源１においては、セラミック製のパッケージ１１に面発光型半導体レーザ１２が実装されている。面発光型半導体レーザ１２は、ＩＣパッケージの光ビームが出射する側の面に取り付けられた封止ガラス１４が取りつけられている。
【００３３】
パッケージ１１の光ビーム出射側に設けられた表面１５は高精度な平面状に仕上げられ、図１の（Ａ）における上端部と下端部とに１つづつ、計２つの凹部１３が設けられている。なお、表面１５および凹部１３は本発明における位置決め基準に相当し、とくに表面１５は第１の基準面に、凹部１３は第２および第３の基準面に相当する。なお、位置決め基準として凹部１３を設ける代りに、凸部を設けてもよい。
【００３４】
面発光型半導体レーザ１２は、図２に示すように、６×６の発光アレイ２２と、発光アレイ２２の周囲に配設され、発光アレイ２２の夫々と導体２３によって接続された電極パッド２１とを備える。
【００３５】
レーザ光源を光走査装置に実装するときは、表面１５と凹部１３とにより位置決めして実装作業を行なうことができる。光走査装置において凹部１３に嵌合する相手部材は、凸形である。なお、位置決め基準として凸部を設けた場合には、光走査装置において前記位置決め基準に嵌合する相手部材は凹形である。このようにして光軸に対して直角なＸ軸およびＹ軸方向の位置決めを行なうことができる。
【００３６】
Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置は実装装置の精度により追い込めるが、パッケージ１１から面発光型半導体レーザ１２の発光点までの光軸方向、即ちＺ軸方向の距離については、面発光型半導体レーザ１２の部品精度に由来する誤差を有する。
【００３７】
前記Ｚ軸方向の誤差を、封止ガラスの厚みを変更して補正する手順について以下に説明する。
【００３８】
図３に示すように理想の発光点３１から射出された光ビームは、厚さｄ１の封止ガラス１４によって屈折されて発散しながら進み、Ａに至る。
【００３９】
これに対し、発光点の位置にΔ0の誤差があると、前記発光点から射出された光ビームは、Ａ´に至るから、仮想の物点即ち仮想発光点が封止ガラス１４に対して奥方向にずれた状態になる。
【００４０】
発光点即ち物点は、光走査装置の光学系により感光体上に像を結ぶので、発光点がずれると結像点もずれる。ここで、発光点のズレをΔ0とし、光走査装置の走査光学系の横倍率をβとすると、感光体上でのズレの大きさはΔ0×β2になる。ここで、走査光学系は拡大系（β＞１）であることが多いので、発光点の誤差Δ0は感光体上で拡大される。この誤差により、ビーム径の太りなどが生じる。
【００４１】
ここで、封止ガラス１４の厚さがｄのときの、封止ガラス１４の有無による仮想発光点位置の変動Δは、封止ガラスの屈折率をｎとすると
Δ＝（１−１／ｎ）×ｄ
で表される。
【００４２】
ここで、ｄ＝１ｍｍのときΔが０．３３３ｍｍであり、ｄ＝１．５ｍｍのときΔが０．５００ｍｍとすると、Δ／ｄ＝０．３３４になり、厚さｄが０．１ｍｍ差のカバーガラスを選択することにより、３３μｍの誤差を補正できる。
【００４３】
発光点誤差の補正をするには、図４に示すように、レーザ光源１を調整冶具４０の取付基準面４３に取り付け、レンズ４１によって結像させて結像位置をフォーカス結像手段４２で検出する。結像位置に誤差があるときは、その誤差量と感度（Δ／ｄ）とから封止ガラス１４の厚さを求め、前記厚さの封止ガラス１４に交換する。
【００４４】
以下、レーザ光源１が装着される光走査装置５０について説明する。
【００４５】
レーザ光源１が取外された状態の光走査装置５０を図５に示し、後述するアライメント調整部材５２の詳細について図６および図７に示す。
【００４６】
図５に示すように、光走査装置５０は、筐体５１と、筐体５１の壁面に固定され、レーザ光源１が装着されるアライメント調整部材５２と、筐体５１の内部においてレーザ光源１から照射されたレーザ光を偏向させるポリゴンミラー５４とを備える。
【００４７】
図６および図７に示すように、アライメント調整部材５２の略中央部には、レーザ光源１から光ビームが出射される光ビーム出射孔５６が設けられ、レーザ光源１が装着される側の面には、レーザ光源１の表面１５が当接する突起５３が、光ビーム出射孔５６を囲むように３個設けられている。突起５３は、頂部が平らに形成されている。突起５３の外側には、更に、レーザ光源１の凹部１３に嵌合する凸部６３が１対設けられている。レーザ光源１が装着される部分の外側には、レーザ光源１が実装される基板７１を固定する基板締結孔５７が１対設けられ、更にその外側には、アライメント調整部材５２を筐体５１に固定するアライメント調整部材固定孔５８が１対設けられている。
【００４８】
レーザ光源１は、図６に示すように基板７１に実装される。基板７１のレーザ光源１が実装される側の面には、レーザ光源１が装着されるＩＣソケット７２が設けられている。基板７１のＩＣソケット７２が設けられた側とは反対側の面には、図６および図８に示すように、レーザ光源１の面発光型半導体レーザ１２を駆動するレーザ駆動ＩＣ１０が装着されるＩＣソケット７３が設けられている。レーザ光源１をＩＣソケット７２に装着すると、レーザ光源１の電極パッド２１がＩＣソケット７２内部の電極と接触する。そして、レーザ駆動ＩＣ１０をＩＣソケット７３に装着すると、レーザ駆動ＩＣ１０も基板７１に電気的に接続される。したがって、レーザ光源１の面発光型半導体レーザ１２は、基板７１を介してレーザ駆動ＩＣ１０に電気的に接続される。
【００４９】
基板７１のＩＣソケット７２が設けられた部分よりも外側には、基板７１をアライメント調整部材５２に固定する固定孔７４が１対設けられている。
【００５０】
レーザ光源１を光走査装置５０に装着する手順についていかに説明する。
【００５１】
図６に示すように、先ず、レーザ光源１を基板７１のＩＣソケット７２に実装し、レーザ光源１の表面１５をアライメント調整部材５２の突起５３に当接される。そして、螺子３２を基板７１の固定孔７４に挿通させ、基板締結孔５７と螺合させることにより、基板７１をアライメント調整部材５２に締結する。
【００５２】
基板７１が締結されたアライメント調整部材５２を、螺子３４で筐体５１に取り付け、レーザ光源１から射出される光ビームの光軸に直交する面内におけるアライメント調整部材５２と筐体５１との相対位置を調整することにより、光軸を調整する。そして、アライメント調整部材５２の先端に嵌合されたコリメータレンズアッセイ５５を前後調整することにより、焦点を調整する。
【００５３】
レーザ光源１において面発光型半導体レーザ１２が故障したときは、螺子３４を外してアライメント調整部材５２と基板７１との締結を解除する。そして、レーザ光源１を基板７１のＩＣソケット７２から外して新しいものに交換する。そして、新しいレーザ光源１を再びＩＣソケット７２に装着する。そして、レーザ光源１を装着した基板７１を螺子３２でアライメント調整部材５２に螺着する。
【００５４】
ここで、ＸＹ方向の位置調整の結果はアライメント調整部材５２と筐体５１との相対的な位置関係として保存され、焦点調整の結果はアライメント調整部材５２におけるコリメータレンズアッセイ５５の調整位置として保存されている。一方、レーザ光源そのものは、位置決め基準として設けられた凹部１３と封止ガラス１４の選択的取付とによって取り付け基準面に対する発光点誤差は除かれているから、レーザ光源１を新たなものに交換しても新たな位置誤差が生じることはない。
【００５５】
したがって、細かな調整作業無しにレーザ光源１の交換を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、実施形態１に係るレーザ光源の構成を示す正面図、側面図、および断面図である。
【図２】図２は、図１に示すレーザ光源の備える面発光型半導体レーザの構成の詳細を示す正面図である。
【図３】図３は、図１に示すレーザ光源において発光点誤差を補正する手順を示す説明図である。
【図４】図４は、図１に示すレーザ光源において発光点誤差を補正する手順を示す説明図である。
【図５】図５は、図１に示すレーザ光源が装着される光走査装置の構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、図１に示すレーザ光源を図５に示す光走査装置に取り付ける取付要領を示す説明図である。
【図７】図７は、図１に示すレーザ光源を図５に示す光走査装置に取り付けるアライメント調整部材の構成を示す正面図である。
【図８】図８は、図１に示すレーザ光源の備える面発光型半導体レーザを駆動するレーザ駆動ＩＣを基板に装着する要領を示す斜視図である。
【図９】図９は、従来の光源の取付部の一例を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、従来の光源の取付部の別の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    レーザ光源
１１  パッケージ
１２  面発光型半導体レーザ
１３  凹部
１４  封止ガラス
１５  表面
２１  電極パッド
２２  発光アレイ
３１  発光点
３２  螺子
３４  螺子
４０  調整冶具
４１  レンズ
４２  フォーカス結像手段
４３  取付基準面
５０  光走査装置
５１  筐体
５２  アライメント調整部材
５３  突起
５４  ポリゴンミラー
５５  コリメータレンズアッセイ
５６  光ビーム出射孔
５７  基板締結孔
５８  アライメント調整部材固定孔
６３  凸部
７１  基板
７２  ＩＣソケット
７３  ＩＣソケット
７４  固定孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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９】
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【図１０】
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