(57)【要約】【課題】ＬＤを用いる光源装置では、温度制御が必要であり、発熱を吸収するためペルチエ素子を用いている。ペルチエ素子は従来接着によって固定する方法が用いられていたが、接着方式は設備の問題と、工程時間の問題でコスト高になる。接着をしないで取り付けるには或る程度の加圧力が必要になるが、ペルチエ素子は寸法のばらつきが比較的大きいので、通常の取付では寸法誤差による加圧力のばらつきが大きくなり過ぎる。【解決手段】光学系ホルダ１２に載せられた光源ユニット１１の、後端のＬＤホルダ１１ｃにペルチエ素子１６の一面を密着させる。光学系ホルダ１２の端部の立ち上がり部１２ｃにペルチエ素子１６の他面を当接させ、光学系ホルダ１２の水平面部に設けた板ばね２１によって、光源ユニット１１の大径部１１ｂをペルチエ素子側に押圧する。ペルチエ素子の厚さ、および板ばねの弾力のばらつきを含めて所定範囲の加圧力が得られる。【選択図】図３
2005115257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源ホルダに取り付けられた光源と、該光源からの光束径を変形させる光学系と、を有する光源ユニットと、該光源ユニットを保持する光学系ホルダと、を有する光源装置において、前記光源から発する熱を吸収するためのペルチエ素子の一面を、前記光源ホルダに対向させ、前記ペルチエ素子の他面を前記光学系ホルダの一部に対向させ、前記ペルチエ素子をはさんで両ホルダを互いに所定範囲の加圧力で押圧することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源ユニットにおいて、前記光源ユニットは、前記光学系ホルダに対し、前記光源ユニットの光軸方向に移動可能に構成され、該光源ユニットの光軸方向の移動によって前記所定範囲の加圧力を発生させることを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光源装置において、前記光源ユニットと、前記光学系ホルダの接触部はスベリ摩擦抵抗を小さくしたことを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光源装置において、前記両ホルダの少なくとも一方と前記ペルチエ素子との間に放熱手段を介在させることを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光源装置において、前記放熱手段は放熱シートであることを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項４に記載の光源装置において、前記放熱手段は放熱グリスであることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
光源ホルダに取り付けられた光源と、該光源からの光束径を変形させる光学系と、を有する光源ユニットと、該光源ユニットを保持する光学系ホルダと、前記光源ユニットに対し近接離間可能な押圧スライダとを有する光源装置において、前記光源から発する熱を吸収するためのペルチエ素子の一面を、前記光源ホルダに対向させ、前記ペルチエ素子の他面を前記押圧スライダに対向させ、該押圧スライダを前記ペルチエ素子に対して所定範囲の加圧力で押圧することを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光源ユニットにおいて、前記押圧スライダは、前記光源ユニットの光軸方向に移動可能に構成され、該押圧スライダの光軸方向の移動によって前記所定範囲の加圧力を発生させることを特徴とする光源装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の光源装置において、前記押圧スライダおよび前記光源ホルダの少なくとも一方と前記ペルチエ素子との間に放熱手段を介在させることを特徴とする光源装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光源装置において、前記放熱手段は放熱シートであることを特徴とする光源装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の光源装置において、前記放熱手段は放熱グリスであることを特徴とする光源装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の光源装置において、前記所定の範囲の加圧力は、前記光学系ホルダに設けた付勢部材によって発生させることを特徴とする光源装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の光源装置において、前記所定の範囲の加圧力は、前記光源装置を取り付けるべき光学装置に設けた付勢部材によって発生させることを特徴とする光源装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光源装置において、前記所定の範囲の加圧力が与えられた光源ユニットを、前記光学系ホルダに固定させたことを特徴とする光源装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の光源装置において、前記所定の範囲の加圧力は、前記光源装置を取り付け可能に構成した治具に設けた付勢部材によって発生させ、その状態で前記光源ユニットを前記光学系ホルダに固定させたことを特徴とする光源装置。
【請求項１６】
請求項１２ないし１５のいずれか１つに記載の光源装置において、前記付勢部材はコイル型の圧縮ばねであることを特徴とする光源装置。
【請求項１７】
請求項１２ないし１５のいずれか１つに記載の光源装置において、前記付勢部材は板ばねであることを特徴とする光源装置。
【請求項１８】
請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の光源装置において、前記光源は半導体レーザであることを特徴とする光源装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれか１つに記載の光源装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１８のいずれか１つに記載の光源装置を用いたことを特徴とする画像読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置、画像読み取り装置、測定器などの走査光学系に用いられる光源装置に関するものである。特に光源ユニットと冷却素子の組み付け方法を工夫した装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は光学装置の一例としての走査光学系の例を示す図である。
同図において符号１は光源装置、２は光変調装置、５は折り返しミラー、７は面倒れ補正用結像レンズ、８はポリゴンミラー、９はｆθレンズ系、１０は被走査面をそれぞれ示す。
光源装置１から出た光束は、光変調装置２において画像情報による変調を受け、折り返しミラー５を経由して面倒れ補正用結像レンズ７による補正を受けポリゴンミラー８に入射する。光束は、ポリゴンミラー８の回転により反射方向を連続的に変えられながらｆθレンズ系９に入射し、感光体等からなる被走査面１０に到って潜像を形成する。光源ユニット１には光源として半導体レーザ等が用いられる。
【０００３】
半導体レーザ（以下ＬＤと略称する）を用いる光源は、温度変化により光出力が変化するため、温度制御には特に注意を払っている。実際にはＬＤ光源自身から発熱するので、冷却を行うのが普通である。そのため、光源からの熱をなるべく素早く外部に伝播させて、ペルチエ素子などの冷却素子を用いて冷却を行っている（例えば、特許文献１  参照。）。したがって、ＬＤを取り付ける部材、すなわちＬＤホルダは熱伝導率の高い材料を用い、その部材にＬＤと冷却素子を密着させる方法が採られている。
熱伝導率の高い材料として一般に銅系の材料が用いられる。中でも純銅が最も熱伝導率が高いが、純銅は機械的強度が弱いため銅合金として用いられる。クロム銅は機械的強度に優れていてしかも熱伝導率が或る程度高いのでＬＤホルダとして好適である。
【０００４】
図７は従来の光源装置の一例を示す図である。
同図において符号１１は光学系調整済みの光源ユニット、１２は光学系ホルダ、１３はＬＤ、１４はコリメートレンズ、１５はコリメートレンズホルダ、１６はペルチエ素子、１７は放熱部材としての放熱シート、１８は放熱部材、Ｈは熱の伝達経路をそれぞれ示す。
従来ペルチエ素子１６は放熱したい面に密着させて接着剤で固定する方法が用いられていた。しかし、接着工程は手間が掛かり、設備費が高くなったりする。同図において光源ユニット１１は光学系ホルダ１２に取り付けられて光源装置１を形成している。光源ユニット１１は、ＬＤ１３がＬＤホルダ１１ｃに取り付けられ、ＬＤホルダ１１ｃは断熱部材１１ｄを介して大径部１１ｂに取り付けられている。ＬＤから生ずる熱は断熱シートが有るため、大径部１１ｂの方へはほとんど伝わらない。ＬＤホルダ１１ｃの背面側下部にはペルチエ素子１６が密着しており、放熱シート１７を介して放熱部材１８に圧接されている。放熱部材１８はさらに光学系ホルダ１２に取り付けられるので、ペルチエ素子１６から最終放熱部材である光学系ホルダ１２までの伝熱経路がかなり長くなっていて、放熱の効率があまり高くない。
この例ではペルチエ素子の取付は部品の精度管理によって接触圧力が決められており、寸法誤差はゴムのような弾力性のある材料からなる放熱シート１７の変形で逃がしている。実際には、放熱シート１７の取付は、ペルチエ素子１６のどちらの面に取り付けてもよい。必要があれば両方につけても構わない。
このように、接着による固定をしないとすると、ペルチエ素子は被冷却部材、および放熱部材に対し、光学系の位置精度を狂わせない或る程度の加圧力、たとえばほぼ１５ｍｍ角のペルチエ素子の場合、数十ないし数百グラム重程度の力量をもって密着させる必要がある。
【０００５】
ところで、ペルチエ素子は一般に外形精度があまり高く作れないと言う問題がある。特にその厚さに関して寸法のばらつきが有ると、押さえ方次第では密着させる圧力に大きなばらつきが発生し、所望の冷却効果が得られない場合が生じたり、ペルチエ素子を破壊する危険が生じたり、あるいは光学系の精度を狂わせたりする。具体的な寸法例で言えば、ほぼ１５ｍｍ角で厚さ約５ｍｍのペルチエ素子の場合、厚さのばらつきはおよそ±０．２ｍｍほどにもなる。したがって、放熱シートもあまり薄いものは、変形率が大きくなり過ぎるので、或る程度厚いものを用いる必要がある。
特許文献１においては、ペルチエ素子をはさむ二つの基板の間にスペーサをはさんで間隔を調整している。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２８１９０６号公報（第７頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点はペルチエ素子の厚さの製造誤差があっても、ペルチエ素子のＬＤホルダへの圧接力が大きく変化しない構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、光源ホルダに取り付けられた光源と、該光源からの光束径を変形させる光学系と、を有する光源ユニットと、該光源ユニットを保持する光学系ホルダと、を有する光源装置において、前記光源から発する熱を吸収するためのペルチエ素子の一面を、前記光源ホルダに対向させ、前記ペルチエ素子の他面を前記光学系ホルダの一部に対向させ、前記ペルチエ素子をはさんで両ホルダを互いに所定範囲の加圧力で押圧することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光源ユニットにおいて、前記光源ユニットは、前記光学系ホルダに対し、前記光源ユニットの光軸方向に移動可能に構成され、該光源ユニットの光軸方向の移動によって前記所定範囲の加圧力を発生させることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光源装置において、前記光源ユニットと、前記光学系ホルダの接触部はスベリ摩擦抵抗を小さくしたことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光源装置において、前記両ホルダの少なくとも一方と前記ペルチエ素子との間に放熱手段を介在させることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光源装置において、前記放熱手段は放熱シートであることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の光源装置において、前記放熱手段は放熱グリスであることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、光源ホルダに取り付けられた光源と、該光源からの光束径を変形させる光学系と、を有する光源ユニットと、該光源ユニットを保持する光学系ホルダと、前記光源ユニットに対し近接離間可能な押圧スライダとを有する光源装置において、前記光源から発する熱を吸収するためのペルチエ素子の一面を、前記光源ホルダに対向させ、前記ペルチエ素子の他面を前記押圧スライダに対向させ、該押圧スライダを前記ペルチエ素子に対して所定範囲の加圧力で押圧することを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の光源ユニットにおいて、前記押圧スライダは、前記光源ユニットの光軸方向に移動可能に構成され、該押圧スライダの光軸方向の移動によって前記所定範囲の加圧力を発生させることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の光源装置において、前記押圧スライダおよび前記光源ホルダの少なくとも一方と前記ペルチエ素子との間に放熱手段を介在させることを特徴とする。
【００１０】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の光源装置において、前記放熱手段は放熱シートであることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の光源装置において、前記放熱手段は放熱グリスであることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の光源装置において、前記所定の範囲の加圧力は、前記光学系ホルダに設けた付勢部材によって発生させることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の光源装置において、前記所定の範囲の加圧力は、前記光源装置を取り付けるべき光学装置に設けた付勢部材によって発生させることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の光源装置において、前記所定の範囲の加圧力が与えられた光源ユニットを、前記光学系ホルダに固定させたことを特徴とする。
請求項１５に記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の光源装置において、前記所定の範囲の加圧力は、前記光源装置を取り付け可能に構成した治具に設けた付勢部材によって発生させ、その状態で前記光源ユニットを前記光学系ホルダに固定させたことを特徴とする。
請求項１６に記載の発明は、請求項１２ないし１５のいずれか１つに記載の光源装置において、前記付勢部材はコイル型の圧縮ばねであることを特徴とする。
請求項１７に記載の発明は、請求項１２ないし１５のいずれか１つに記載の光源装置において、前記付勢部材は板ばねであることを特徴とする。
請求項１８に記載の発明は、請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の光源装置において、前記光源は半導体レーザであることを特徴とする。
請求項１９に記載の発明は、請求項１ないし１８のいずれか１つに記載の光源装置を用いた画像形成装置を特徴とする。
請求項２０に記載の発明は、請求項１ないし１８のいずれか１つに記載の光源装置を用いた画像読み取り装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、厚さに一定範囲の製造誤差のあるペルチエ素子を用いても、所定範囲の加圧力で放熱部材に当接させることができ、素子の破壊を防ぎ、所望の冷却効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
光軸等の調整が完了している光源ユニットを、光学系ホルダに取り付けるに当たって、光源ユニット後端の光源ホルダにペルチエ素子の一面を密着させ、光学系ホルダの立ち上がり部にペルチエ素子の他面を接触させる。光学系ホルダに一端を固定した板ばねによって、光源ユニットを後方に押圧し、ペルチエ素子に対し、予め定めた所定の加圧力範囲になるような力で加圧する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の実施形態を説明するための図である。
同図において符号１９は押さえ部材を示す。その他の符号は図７に準ずる。
光源ユニット１１はコンプレッサレンズ等の光学系を含む小径部１１ａとコリメートレンズセル等を含む大径部１１ｂとを有しており、大径部の端面にはさらにＬＤホルダ１１ｃが密着していて、偏心や光軸の調整が完了している。光学系ホルダ１２は２個の立ち上がり部１２ａと穴部１２ｂを有しており、光源ユニットの小径部１１ａが２個の立ち上がり部１２ａの間に入り、大径部１１ｂとＬＤホルダの下部が穴部１２ｂに入るように落とし込む。このとき、ＬＤホルダの後面にペルチエ素子１４を密着させておく。この状態で光源ユニットはその光軸方向に若干移動できる程度の余裕が設けてある。光源ユニット１１と光学系ホルダ１２との接触部はなるべくスベリ摩擦抵抗を小さくしておくとよい。そのため、接触面に摩擦抵抗を小さくする表面処理を施したり、摩擦抵抗の小さい材質を用いたり、あるいは両者の間の接触面積を小さくしておくのもよい。
光学系ホルダ１２は穴１２ｂの端に立ち上がり部１２ｃが設けられており、ペルチエ素子当て面としての役割をする。
【００１４】
光源ユニット１１は、図２、３によって説明する付勢手段のいずれかを用いて、立ち上がり部１２ｃの方向に所定の力量で押され、ＬＤホルダ１１ｃを、ペルチエ素子１６を介して立ち上がり部１２ｃに所定の加圧力で密着させる。この構成により、ＬＤの点灯による発熱エネルギーは、ＬＤホルダ１１ｃ、ペルチエ素子１６、立ち上がり部１２ｃを経て光学系ホルダ１２へと流れて、ＬＤの冷却作用をする。なお、接触の安定化を図るため、ＬＤホルダ１１ｃとペルチエ素子１６の間、もしくは、ペルチエ素子１６と立ち上がり部１２ｃの間、さらにはその両方の間に放熱部材１７をはさんでも良い。特に放熱部材の弾力性を必要としない場合は、弾力性の少ない放熱シートや、放熱グリスで置き換えることもできる。
ペルチエ素子１６は立ち上がり部１２ｃの側に取り付けておいても、あるいは、手その他の方法で一時的に保持しながら押圧力を加えて後、その保持状態を解除しても効果は同じである。
【００１５】
図２は本発明の実施例１を説明するための一部断面図である。
同図において符号２０は付勢部材としての加圧ばねを示す。
圧縮ばねとも呼ばれるコイル型の加圧ばね２０は光源装置１を取り付けるべき光学装置本体にその一端を取り付けられており、光源装置１を所定の位置に取り付けるとき、加圧ばね２０を必要量圧縮して、光源装置１に設けた図示しないばね受け面に加圧ばね２０の他端を当接させる。光源ユニット１１は光学系ホルダ１２上で後方（図の左方向）に押され、ペルチエ素子１６が立ち上がり部１２ｃに所定範囲の加圧力で当接する。例えば、加圧力を２００グラム重±２０％、すなわち１６０〜２４０グラム重に設定する場合を考え概算する。加圧ばね２０自身の製造誤差が仮に±１０％あるものとすると、残りのおよそ１０％がペルチエ素子の厚さのばらつきに対して許せる誤差となる。前述のようにペルチエ素子の厚さのばらつきは±０．２ｍｍであるから、２００グラム重の加圧力を２ｍｍ以上のばねの変形量で発生させればよいことになる。実際には同じ変形量で発生する力量が１８０〜２２０グラム重と変化するため、ペルチエ素子の厚さのばらつきに許せる誤差はプラス側とマイナス側では若干比率が変わる。このことを考慮に入れると、２００グラム重の加圧力を２．２ｍｍ以上のばねの変形量で発生させればよいことになる。
【００１６】
以上は、加圧ばね２０を光学装置本体にそのまま残しておく構成として説明したが、光源ユニット１１が所定の範囲の加圧力で光学系ホルダ１２に押圧された状態で、図示しない止めネジ等で両者を固定してしまう方法も可能である。固定が済めば加圧ばね２０は不要となるので取り外して構わない。したがって最終製品としては光学装置本体に加圧ばね２０が残らない。この方法であれば、光源装置は光学装置に取り付けてから加圧力を与えるのではなく、別途治具を用いて加圧力を与えて光源ユニット１１を光学系ホルダに固定してから、光学装置の方へ持ち込んでもよい。
ただし、常温でこのように光源ユニット１１と光学系ホルダ１２とを固定すると、実使用時において、光源の温度上昇による伝導熱で、ペルチエ素子を含みその両側の部材の温度上昇が起こるので、熱膨張による加圧力の変化が心配になる。その対策として、１つの方法は、関連部材の温度を実使用状態に置いて、その状態で所定の範囲の加圧力を与えて光源ユニットを固定する。常温に戻したとき、加圧力が０になるほどの収縮は生じない。他の方法は、弾力性のある放熱シートをペルチエ素子に隣接させ、温度変化によるペルチエ素子の厚み方向の変化量を吸収させる。常温と実使用温度との温度差によるペルチエ素子の厚み方向の変化はμｍオーダーのわずかな量なので、上記２つの方法はいずれを用いても問題は起こらない。
【実施例２】
【００１７】
図３は本発明の実施例２を説明するための一部破断断面図である。
同図において符号２１は付勢部材としての板ばね、２２は取り付けビスをそれぞれ示す。
板ばね２１は取り付けビス２２によって、光学系ホルダ１２の水平面部に取り付けられ、光源ユニットの大径部の縁を後方に押圧する。この構成の場合は光源装置それ自身でペルチエ素子への加圧力が働いている。
板ばね２１に持たせるべき力量は、実施例１で示した加圧ばね２０の場合と本質的には同じである。
【実施例３】
【００１８】
図４は本発明の実施例３を説明するための一部断面図である。
同図において符号２３は押圧スライダ、２４は止めネジ、２５は付勢部材としての加圧ばね、２６は押圧ユニット部をそれぞれ示す。
本実施例ではペルチエ素子１６の背面に当接する部材が光学系ホルダ１２の一部ではなく、別部材の押圧スライダ２３である点が実施例１、２と異なる。
光源ユニット１１は光学系ホルダ１２に固定される。押圧スライダ２３は長穴部で止めネジ２４に緩く止められ、加圧ばね２５で光源ユニット１１側に押され、押圧ユニット２６を構成する。押圧ユニット部２６は、その全部または一部が、光学系ホルダ１２の延長上に取り付けられるか、もしくは、光学装置本体に取り付けられる。
本実施例では、加圧ばね２５によって、ペルチエ素子に所定の加圧力が与えられた状態で止めネジ２４を締め付けることができる。止めネジ２４を締め付けた場合は、加圧ばね２５は不要になるので取り外しても構わない。
他の方法として、止めネジ２４は押圧スライダ２３の固定には用いず、図における水平方向の案内のみの役割とすることもできる。その場合は、加圧ばね２５を取り除くことはできないが、温度変化などで光学ユニットの水平方向の伸縮が生じた場合も、押圧スライダ２３がそれに応じて左右に移動し、大きな加圧力変化が生じないようになる。
【実施例４】
【００１９】
図５は本発明の実施例４を説明するための一部断面図である。
同図において符号２７は付勢部材としての板ばね、２８は取り付けビス、２９は押圧ユニット部をそれぞれ示す。
本実施例は実施例３における加圧ばね２５を、板ばね２７に換えたものであって、原理的には同じである。
なお、本発明の光源は特に図示はしていないが、半導体レーザであればマルチレーザダイオードでも同様に適用できる。あるいは、ＬＥＤのように発熱を伴う固体発光光源であれば同じく適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例１を説明するための一部断面図である。（実施例１）
【図３】本発明の実施例２を説明するための一部断面図である。（実施例２）
【図４】本発明の実施例３を説明するための一部断面図である。（実施例３）
【図５】本発明の実施例４を説明するための一部断面図である。（実施例４）
【図６】光学装置の一例としての走査光学系の例を示す図である。
【図７】従来の光源ユニットの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    光源装置
１１    光源ユニット
１２    光学系ホルダ
１３    ＬＤ
１６    ペルチエ素子
２０、２５    加圧ばね
２１、２７    板ばね
２３    押圧スライダ
【図１】
2005115257.tif 000003
【図２】
2005115257.tif 000004
【図３】
2005115257.tif 000005
【図４】
2005115257.tif 000006
【図５】
2005115257.tif 000007
【図６】
2005115257.tif 000008
【図７】
2005115257.tif 000009