(57)【要約】【課題】光源モジュールを取付板に取り付ける際に、光源モジュールからの光の出射位置および出射角度を精度良く決定する。【解決手段】光源モジュール１は、光ビームを出射する半導体レーザ１１、半導体レーザ１１からの光ビームが入射するレンズ部１２、並びに、半導体レーザ１１およびレンズ部１２を保持するプラットフォーム１３を備え、レンズ部１２には取付板に対する相対的な光ビームの出射位置を決定する位置基準面１２２ａが設けられ、プラットフォーム１３には取付板に対する相対的な光ビームの出射角度を決定する角度基準面１３１が設けられる。光源モジュール１では、位置基準面１２２ａが取付板の位置決め開口に挿入され、角度基準面１３１が取付板に当接することにより、取付板に対する相対的な光ビームの出射位置および出射角度を精度良く決定することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の取付板の開口に取り付けられる光源モジュールであって、
光源と、
前記光源からの光が入射するとともに前記取付板の前記開口に挿入されるレンズ部と、
前記光源および前記レンズ部を保持する構造体と、
を備え、
前記レンズ部が、光軸に平行であって前記開口に挿入される外側面を、嵌め合いにより前記取付板に対する相対的な光の出射位置を決定する位置基準面として備え、
前記構造体が、前記レンズ部の周囲に設けられた前記光軸におよそ垂直な面を、前記取付板の主面に当接することにより前記取付板に対する相対的な光の出射角度を決定する角度基準面として備えることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光源モジュールであって、
前記構造体が、前記光源の前記レンズ部とは反対側において前記光軸にほぼ平行であって前記角度基準面へと向かう方向に押圧される被押圧部をさらに備えることを特徴とする光源モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の光源モジュールであって、
前記被押圧部が、電力供給源に接続された電気プローブにより押圧されるとともに前記光源に接続された電気端子であることを特徴とする光源モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の光源モジュールであって、
前記取付板が前記電力供給源に接続されており、
前記位置基準面または前記角度基準面が、前記光源に接続されたもう１つの電気端子であることを特徴とする光源モジュール。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の光源モジュールであって、
前記光源が半導体レーザであることを特徴とする光源モジュール。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の光源モジュールであって、
前記レンズ部がコリメータレンズを備えることを特徴とする光源モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを出射する光源モジュールに関し、この光源モジュールは、例えば、半導体やガラスの基板、刷版等への光ビームによる描画に使用される。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体やガラスの基板、刷版等への描画に用いられる光源モジュールとして、ＣＡＮパッケージの半導体レーザとコリメータレンズとが組み合わせたものが知られており、例えば、ＣＡＮパッケージの光ビームの出射口のガラス窓の代わりにコリメータレンズが設けられた構造の光源モジュールが取付用の部材に取り付けられて利用されている。このような光源モジュールでは、ＣＡＮパッケージのホルダの位置決め穴に取付用の部材に立設された位置決め用のピンを挿入して光源モジュールの位置決めを行い、また、ホルダの基準面を取付用の部材に当接させて出射する光ビームの方向が決定される。
【０００３】
また、特許文献１では、光源ユニットの一部を構成する光源取付用のステーに形成された孔の片側にＣＡＮパッケージの半導体レーザが設けられ、孔の内部にコリメータレンズが配置された構造が開示されている。特許文献１では、このような構造の光源モジュールが複数配列された光源ユニットが提案されている。
【特許文献１】特開平６−４７９５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に示されるような複数の光源モジュールを有する光源ユニットでは、複数の光ビームの出射位置および出射角度を精度良く揃えて決定する必要がある。また、ＣＡＮパッケージの半導体レーザを光源に利用する場合には、ＣＡＮパッケージから突出する電気端子に配線を直接はんだ付けする等して半導体レーザに電力を供給するため、この過程において既に決定されていた光ビームの出射位置および出射角度がずれてしまう可能性もある。
【０００５】
さらには、光源ユニットを使用する際の振動や熱等の影響により、光ビームの出射位置および出射角度が経時変化により光源ユニットの製作時の位置および角度からずれる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、取付板に対する光源モジュールからの光の出射位置および出射角度を精度良く決定することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、所定の取付板の開口に取り付けられる光源モジュールであって、光源と、前記光源からの光が入射するとともに前記取付板の前記開口に挿入されるレンズ部と、前記光源および前記レンズ部を保持する構造体とを備え、前記レンズ部が、光軸に平行であって前記開口に挿入される外側面を、嵌め合いにより前記取付板に対する相対的な光の出射位置を決定する位置基準面として備え、前記構造体が、前記レンズ部の周囲に設けられた前記光軸におよそ垂直な面を、前記取付板の主面に当接することにより前記取付板に対する相対的な光の出射角度を決定する角度基準面として備える。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光源モジュールであって、前記構造体が、前記光源の前記レンズ部とは反対側において前記光軸にほぼ平行であって前記角度基準面へと向かう方向に押圧される被押圧部をさらに備える。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光源モジュールであって、前記被押圧部が、電力供給源に接続された電気プローブにより押圧されるとともに前記光源に接続された電気端子である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光源モジュールであって、前記取付板が前記電力供給源に接続されており、前記位置基準面または前記角度基準面が、前記光源に接続されたもう１つの電気端子である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の光源モジュールであって、前記光源が半導体レーザである。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の光源モジュールであって、前記レンズ部がコリメータレンズを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、取付板に対する光源モジュールからの光の出射位置および出射角度を精度良く決定することができる。
【００１４】
請求項２の発明では、光源モジュールからの光の出射位置および出射角度の経時変化を防止することができる。
【００１５】
請求項３および４の発明では、光源モジュールへの電力の供給構造を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る光源モジュール１の構成を示す斜視図であり、図２ないし図５はそれぞれ、光源モジュール１の平面図、図１中の（＋Ｘ）側からの正面図、左側面図および右側面図である。図１に示すように、光源モジュール１は、光ビームを出射する光源である半導体レーザのベアチップ（以下、単に「半導体レーザ」という。）１１、半導体レーザ１１からの光ビームが入射するレンズ部１２、並びに、半導体レーザ１１およびレンズ部１２を保持する構造体（以下、「プラットフォーム」という。）１３を備える。
【００１７】
半導体レーザ１１は、図２および図３に示すように、サブマウント１１２に取り付けられた上で、例えば、はんだ付け等の方法によりプラットフォーム１３の内部に実装される。
【００１８】
レンズ部１２は、図２および図３中に一点鎖線にて示す光軸１２１を有するコリメータレンズ１２３（例えば、セルフォック（登録商標）レンズ）、および、コリメータレンズ１２３を内部に有する円筒形のレンズホルダ１２２を備え、レンズホルダ１２２の光軸１２１に平行なレンズ部外側面１２２ａの中心軸は光軸１２１と高精度に一致する。すなわち、レンズ部１２では、光軸１２１に垂直な面で切断した場合の断面の中心が光軸１２１と高精度に一致する。なお、レンズ部１２はコリメータレンズ１２３そのもの（または側面がメタライズされたレンズ）でもよく、この場合、コリメータレンズ１２３の側面がレンズ部外側面１２２ａとなる。
【００１９】
レンズ部１２は、光軸１２１と半導体レーザ１１から出射される光ビームの主光線とが高精度に一致するようにアライメント（位置決め）され、はんだ、ガラスパウダ、ＵＶ接着剤等を用いて、あるいはＹＡＧレーザによる溶接によりプラットフォーム１３に固定される。このとき、レンズ部１２（の一部）はプラットフォーム１３の外部に突出するよう固定され、光源モジュール１の取り付け位置を決定するための突起部となる。
【００２０】
プラットフォーム１３は、熱伝導率が高く熱膨張率が低い材料、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ）等で形成され、レンズ部１２の周囲の３方向（図５中のレンズ部１２の（＋Ｘ）側、（−Ｘ）側および（−Ｙ）側）を囲むように略Ｕ字状に設けられた面１３１、および、半導体レーザ１１の一方の電極（本実施の形態ではアノード）にワイヤ１１４を介してワイヤボンディング法により接続されたモジュール電極１４を有し、面１３１は光軸１２１に垂直とされる。
【００２１】
モジュール電極１４は、図３に示すように、半導体レーザ１１のレンズ部１２とは反対側であって面１３１の中央部近傍と対向する位置（すなわち、（＋Ｚ）へと延長した光軸１２１近傍）に配置され、モジュール電極１４、半導体レーザ１１、面１３１の中央部およびレンズ部１２は光軸１２１に沿う方向にほぼ一直線状に並ぶ。図４に示すようにモジュール電極１４は絶縁材１５を介してプラットフォーム１３から絶縁された状態で接合される。また、モジュール電極１４および絶縁材１５を除いたプラットフォーム１３の表面には金メッキが施され、図２および図３に示すように、半導体レーザ１１のもう一方の電極（本実施の形態ではカソード）にワイヤ１１３を介して接続される。
【００２２】
光源モジュール１では、電力供給源からプラットフォーム１３の表面およびモジュール電極１４を介して供給される電力により半導体レーザ１１から光ビームが出射され、この光ビームがレンズ部１２に入射し、光軸１２１に平行な平行光とされてレンズ部１２から出射される。
【００２３】
図６は、複数（本実施の形態では９個）の光源モジュール１を備える光学ユニット２の構造を示す分解斜視図である。図６では、図示の便宜上、光源モジュール１を３個だけ描いている。
【００２４】
光学ユニット２は、複数の光源モジュール１の光ビームの出射側に、光源モジュール１が挿入される複数の取付開口２０１が形成された取付板２０（後述の２つの板２２，２３からなる。）、および、複数の取付開口２０１に対応する複数の開口２１１が形成されたユニット基部２１を備える。取付板２０は、複数の光源モジュール１がそれぞれ挿入される複数の位置決め開口２２１がエッチングにより所定の位置に精度良く形成された薄膜状の位置決め板２２、および、位置決め開口２２１に対応する位置に位置決め開口２２１より僅かに大きい開口２３１が形成された角度決め板２３を有する。取付開口２０１は位置決め開口２２１および開口２３１を重ね合わせたものであり、角度決め板２３の（＋Ｚ）側の面は複数の光源モジュール１が配置される平面である配置面２３２となっている。
【００２５】
光学ユニット２は、配置面２３２との間で複数の光源モジュール１を挟み込んで複数の光源モジュール１を配置面２３２側へと押圧する押圧部３０をさらに備え、押圧部３０は、複数の光源モジュール１と当接する部位に設けられて複数の光源モジュール１にそれぞれ電力を供給する電気端子である複数の電気プローブ２４（３つのみ図示）、電気プローブ２４が挿入される複数の開口２５１が形成された放熱シート２５、開口２５１に対応する複数の開口２６１が形成されるとともに開口２６１に挿入される電気プローブ２４を保持するプローブ保持板２６、複数の電気プローブ２４が当接する配線基板２７、および、放熱器２８（例えば、水冷ジャケットや空冷ファン、ペルチェ素子等）を備える。電気プローブ２４は略円柱状であって内部にバネを有し、長手方向から圧縮するように力を加えることにより弾性収縮する。
【００２６】
光学ユニット２が組み立てられる際には、まず、位置決め板２２が、光源モジュール１が挿入される側とは反対側の面にてユニット基部２１の基準面２１２に当接して取り付けられ、角度決め板２３が、基準面２１２との間で位置決め板２２を挟んでユニット基部２１に取り付けられる。角度決め板２３の厚さは０．１ｍｍないし０．２ｍｍであり、薄い位置決め板２２をユニット基部２１との間に挟んで補強する補強板としての機能も有する。
【００２７】
続いて、複数の光源モジュール１の複数のレンズ部１２が取付板２０の取付開口２０１に挿入される。位置決め板２２の位置決め開口２２１は、中心がレンズ部１２の光軸１２１と精度良く一致し、内径がレンズ部外側面１２２ａと精度良く嵌め合うように形成されており、位置決め開口２２１に挿入されるレンズ部外側面１２２ａは、嵌め合いにより取付板２０に対する相対的な光軸１２１の位置、すなわち、光ビームの出射位置を決定する基準面（以下、レンズ部外側面１２２ａを「位置基準面１２２ａ」という。）となっている。
【００２８】
また、取付板２０を構成する角度決め板２３の配置面２３２は平坦度の高い平面として形成されており、複数の光源モジュール１のレンズ部１２の周囲に設けられた光軸１２１に垂直な面１３１（図５参照）は、配置面２３２にそれぞれ当接することにより、取付板２０に対する相対的な光ビームの出射角度（出射方向）（取付板２０の法線に対する傾斜角度および傾斜方向を指す。）を決定する基準面（以下、面１３１を「角度基準面１３１」という。）とされる。
【００２９】
以上のように、複数の光源モジュール１が取付板２０（すなわち、位置決め板２２および角度決め板２３）に取り付けられることにより、複数の光源モジュール１のそれぞれの光学ユニット２に対する相対的な位置が、レンズ部１２（の位置基準面１２２ａ）と位置決め開口２２１との嵌め合いにより決定され、光源モジュール１から出射される光ビームの出射方向が、光源モジュール１（の角度基準面１３１）が配置面２３２に当接することにより決定される。
【００３０】
次に、放熱シート２５およびプローブ保持板２６の複数の開口２５１および開口２６１が、それぞれ光源モジュール１のモジュール電極１４と位置合わせされ、配置面２３２との間で複数の光源モジュール１を挟んでユニット基部２１に取り付けられる（取り付け用のネジ等の図示を省略している。）。複数の開口２５１および開口２６１のそれぞれに電気プローブ２４が光源モジュール１のレンズ部１２の光軸１２１にほぼ平行に挿入され、電器プローブ２４の先端が光源モジュール１のモジュール電極１４に当接する。
【００３１】
続いて、コネクタ２７１およびケーブル２９１を介して電力供給源２９と接続されている配線基板２７が、複数の電気プローブ２４のモジュール電極１４に当接する先端とは反対側の端部と当接してプローブ保持板２６に取り付けられる。電気プローブ２４と当接する配線基板２７の表面には、予め複数の電気プローブ２４に対応する配線が形成されている。複数の電気プローブ２４は、配線基板２７と複数の光源モジュール１との間で押圧されて弾性収縮し、光源モジュール１を数１０ｇ重の力で角度決め板２３の配置面２３２に向かって押圧する。より詳しくは、弾性収縮した電気プローブ２４の片側の端部に当接して直接的に押圧される被押圧部でもあるモジュール電極１４が、配線基板２７を介して電力供給源２９に接続された電気プローブ２４によりレンズ部１２の光軸１２１にほぼ平行であって角度基準面１３１へと向かう方向に押圧されることにより、角度基準面１３１が配置面２３２に対して押圧されて密着する。
【００３２】
このとき、光源モジュール１の半導体レーザ１１の一方の電極（アノード）は、モジュール電極１４、電気プローブ２４および配線基板２７を介して電力供給源２９に電気的に接続される。また、半導体レーザ１１のもう一方の電極（カソード）は、金メッキされたプラットフォーム１３の角度基準面１３１を介して取付板２０の配置面２３２に電気的に接続され、導電体である配置面２３２はコモンケーブル２９２を介して電力供給源２９と接続される。すなわち、光源モジュール１のモジュール電極１４および角度基準面１３１は、光源モジュール１の半導体レーザ１１に接続されて半導体レーザ１１に電力を供給する電気端子としての役割を担う。
【００３３】
なお、光源モジュール１の位置基準面（レンズ部外側面）１２２ａ、および、これと嵌まり合う位置決め板２２が導電体（例えば、薄膜金属板）である場合には、角度基準面１３１の代わりに位置基準面１２２ａが光源モジュール１の一方の電気端子とされてもよい。この場合、半導体レーザ１１の電極（カソード）は、光源モジュール１の金メッキされた表面を介して位置基準面１２２ａに接続されてもよく、直接位置基準面１２２ａにワイヤボンディング法等により接続されてもよい。また、位置決め板２２と電力供給源２９との接続は、角度決め板２３を介してもよいし、直接行われてもよい。
【００３４】
光学ユニット２では、さらに、配線基板２７の裏面（電気プローブ２４と当接する配線が予め形成された主面とは反対側の面）に放熱器２８が当接して取り付けられる。図７は、組み立てられた光学ユニット２の構造を示す断面図である。図示の便宜上、図７中には光源モジュール１が１個だけ描かれている。また、ユニット基部２１および取付板２０とプローブ保持部２６および配線基板２７とを連結するネジを一点鎖線にて記載している。
【００３５】
上述のように、複数の光源モジュール１を使用する光学ユニット２では、取付板２０に配置された複数の光源モジュール１が電気プローブ２４により取付板２０に押圧された上で電気プローブ２４および取付板２０を介して電力が供給され、精度良く決定された出射位置および出射角度にて複数の光ビームが出射される。このとき、複数の半導体レーザ１１から大量の熱エネルギーが放出される。放出された熱エネルギーは、熱伝導率が高い銅タングステンで形成されたプラットフォーム１３および放熱シート２５を介して効率良くプローブ保持板２６へと伝えられる。なお、既述のように銅タングステンは熱膨張率が低いため、半導体レーザ１１から放出される熱エネルギーによる光源モジュール１の変形が抑制され、光ビームの出射位置および出射角度の変動が抑制される。
【００３６】
プローブ保持板２６に伝えられた熱エネルギーは配線基板２７を介して放熱器２８へと伝えられ、放熱器２８により効率良く放熱される。プローブ保持板２６および配線基板２７を形成する材料としては、放熱性が高く、かつ、電力供給源２９（図６参照）からの電力を電気プローブ２４を介して光源モジュール１に供給するための絶縁性も兼ね備えた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックスやベリリア（酸化ベリリウム（ＢｅＯ））等が好ましい。以上のように、光学ユニット２では、発熱の著しい高出力光源である半導体レーザ１１を複数個使用した場合でも、光源から発生する熱エネルギーを光源モジュール１の後方（光ビームを出射する方向とは反対側）に配置される放熱器２８へと効率良く伝えることにより、十分な放熱量を確保することができる。
【００３７】
図８は、複数の光源モジュール１を備える光学ユニット２を利用したラスタ走査型の画像記録装置３の構造を示す図である。画像記録装置３の光学ユニット２には光源モジュール１が１６個使用されている。その他の構成は図６と同様であり同符号を付す。
【００３８】
画像記録装置３は、複数の光源モジュール１を有する光学ユニット２、アパーチャ板３１、フィールドレンズ３２、ズーム光学系３３、および、これらの構成を保持するベース部３４を備え、また、感材が塗布された版材を外側面に保持するドラム３５を備える。画像記録装置３では、光学ユニット２から出射される複数の光ビームのビーム形状がアパーチャ板３１により整形され、両側テレセントリック光学系であるフィールドレンズ３２およびズーム光学系３３によりドラム３５上の版材の描画領域９１に導かれる。版材に対する複数の光ビームの主走査はドラム３５の中心軸を中心とする回転により行われ、副走査はドラム３５の中心軸に平行な方向にベース部３４を移動することにより行われる。画像記録装置３では、光学ユニット２において、出射される複数の光ビームが所定の出射位置および出射角度にて出射されるよう複数の光源モジュール１が精度良く配置されているため、高精度な描画が実現される。
【００３９】
以上のように、光源モジュール１では、位置基準面１２２ａが取付板２０の位置決め開口２２１に挿入されて嵌め合いにより取付板２０に取り付けられることにより、取付板２０に対する相対的な光ビームの出射位置を精度良く決定することができる。また、角度基準面１３１が取付板２０の配置面２３２に当接することにより、取付板２０に対する相対的な光ビームの出射角度を精度良く決定することができる。さらに、光ビームの出射箇所（レンズ部１２の出射側の端面）、位置基準面１２２ａおよび角度基準面１３１が近接して配置されているため、光ビームの出射位置および出射角度をより精度良く決定することができ、光源モジュール１自体も容易に製作することができる。
【００４０】
また、光源モジュール１では、被押圧部であるモジュール電極１４が押圧されて角度基準面１３１が取付板２０の配置面２３２に押圧されることにより、光源モジュール１からの光ビームの出射位置および出射角度の経時変化を防止することができる。
【００４１】
さらに、光源モジュール１では、モジュール電極１４および角度基準面１３１（または位置基準面１２２ａ）が半導体レーザ１１に電力を供給する電気端子としての役割を果たすため、電力の供給構造を簡素化することができ、電気配線に拘束されずに光ビームの出射位置および出射角度を決定することができる。また、光源モジュール１の取付後に行われる電力の供給構造の接続（例えば、電気端子への配線のはんだ付け）も簡素化（もしくは省略）され、既に決定されている光ビームの出射位置および出射角度のずれを防止することができる。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、光源モジュール１の光源は半導体レーザ１１に限定されず、発光ダイオード等の他の発光素子が光源として用いられてもよく、出射される光もビーム状のものには限定されない。レンズ部１２に設けられるコリメータレンズ１２３は、ボールレンズ、ドラムレンズ等が用いられてもよい。さらに、コリメータレンズ１２３に代えて他のレンズがレンズ部１２に設けられてもよい。プラットフォーム１３も、要求される熱伝導率が満たされるのであればヘビーメタル等の他の材料で形成されてもよい。
【００４３】
光源モジュール１では、角度基準面１３１を角度決め板２３に対して押圧する際に外部から直接的に押圧される被押圧部は、半導体レーザ１１への電力の供給構造の簡素化という観点からモジュール電極１４であることが好ましいが、他の方法で電力を供給することができる場合はモジュール電極１４以外の他の部位であってもよい。
【００４４】
角度基準面１３１は、レンズ部１２の光軸１２１に対して完全に垂直である必要はなく、光ビームの所定の出射角度を決定することができるのであれば、およそ垂直に設けられるのみでよい。また、角度基準面１３１はレンズ部１２の全周にわたって設けられてもよく、レンズ部１２の周囲の複数箇所に設けられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】一の実施の形態に係る光源モジュールの構成を示す斜視図である。
【図２】光源モジュールの平面図である。
【図３】光源モジュールの正面図である。
【図４】光源モジュールの左側面図である。
【図５】光源モジュールの右側面図である。
【図６】光学ユニットの構造を示す分解斜視図である。
【図７】光学ユニットの構造を示す断面図である。
【図８】画像記録装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    光源モジュール
１１    半導体レーザ
１２    レンズ部
１３    プラットフォーム
１４    モジュール電極
２０    取付板
２４    電気プローブ
２９    電力供給源
１２１    光軸
１２２ａ    位置基準面
１２３    コリメータレンズ
１３１    角度基準面
２０１    取付開口
２３２    配置面
【図１】
2005091459.tif 000003
【図２】
2005091459.tif 000004
【図３】
2005091459.tif 000005
【図４】
2005091459.tif 000006
【図５】
2005091459.tif 000007
【図６】
2005091459.tif 000008
【図７】
2005091459.tif 000009
【図８】
2005091459.tif 000010