(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズ部材と、
前記レンズ部材と対応した数の半導体レーザチップと、
前記各半導体レーザチップと前記各レンズ部材とを互いに位置決めし保持する複数の保持部材と、
その内径が前記レンズ部材の外形とほぼ同一の寸法となる複数の孔部が所定の配列で形成され、前記複数のレンズ部材を位置決めして配置するための位置決め部材と、
を備え、
前記保持部材に固定された前記レンズ部材を前記位置決め部材の孔部内に挿入することにより、前記複数の半導体レーザチップから出射されるレーザビームが前記所定の配列を維持するように、前記半導体レーザチップおよび前記レンズ部材を位置決めすることを特徴とする光源。
【請求項２】
前記レンズ部材は、前記保持部材に形成された孔部内を貫通した状態で保持部材に対して固定される請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記レンズ部材は、レンズを筒状体中に収納して芯出ししたものである請求項１または請求項２に記載の光源。
【請求項４】
前記各半導体レーザチップは、前記保持部材を介して接続された共通の配線基板を利用して放熱を行う請求項１乃至請求項３いずれかに記載の光源。
【請求項５】
前記レンズ部材は、前記保持部材の前端面部から突出した状態で前記保持部材に固定され、前記保持部材の前端面部からの突出部が前記位置決め部材の孔部内に挿入される請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のレーザビームを出力するための光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような光源は、例えば、走査型の画像記録装置やその他の露光装置等に使用される。
【０００３】
このような光源においては、従来、複数のレーザ光源を高い放熱効果が得られるように互いに離隔した状態で配置し、各レーザ光源から出射されるレーザビームを各々光ファイバーに入射させ、これらの光ファイバーの出射端を束ねることにより、比較的小さな開口を有する光源を作成していた。
【０００４】
しかしながら、このような構成を有する光源においては、複数のレーザ光源部分が極めて大きくなることから装置全体が大型化し、また、光ファイバーに対するカップリング精度の問題から、光出力の安定性に欠けるという問題が生ずることになる。
【０００５】
このため、缶タイプの半導体レーザとコリメータレンズとを組み合わせた光源ユニットを、所定の放熱効果が得られるだけの距離だけ離隔させてベース部材上に列設した構成の光源も提案されている（特開平１０−３３９８３６号公報）。ここで、缶タイプの半導体レーザとは、半導体レーザチップがパッケージの内部に収納された構成を有するものであり、ステムタイプの半導体レーザとも呼称されるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、缶タイプの半導体レーザとコリメータレンズとを組み合わせた光源ユニットをベース部材上に列設した光源を使用した場合には、光源ユニットの数が増えるに従って極めて大きな開口を有する光学系が必要となる。このため、装置が大型化し、また、光学系を含む装置全体の価格が高額化するばかりではなく、高縮小率光学系により光学系の光路長が長くなり安定性に欠けるという問題をも生ずる。
【０００７】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、レーザビームの出射精度および配列精度を高精度に維持しながら、半導体レーザチップを高密度に配置して光源自体を小型化することが可能な光源を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、複数のレンズ部材と、前記レンズ部材と対応した数の半導体レーザチップと、前記各半導体レーザチップと前記各レンズ部材とを互いに位置決めし保持する複数の保持部材と、その内径が前記レンズ部材の外形とほぼ同一の寸法となる複数の孔部が所定の配列で形成され、前記複数のレンズ部材を位置決めして配置するための位置決め部材と、を備え、前記保持部材に固定された前記レンズ部材を前記位置決め部材の孔部内に挿入することにより、前記複数の半導体レーザチップから出射されるレーザビームが前記所定の配列を維持するように、前記半導体レーザチップおよび前記レンズ部材を位置決めすることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記レンズ部材は、前記保持部材に形成された孔部内を貫通した状態で保持部材に対して固定される。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記レンズ部材は、レンズを筒状体中に収納して芯出ししたものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の発明において、前記各半導体レーザチップは、前記保持部材を介して接続された共通の配線基板を利用して放熱を行う。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記レンズ部材は、前記保持部材の前端面部から突出した状態で前記保持部材に固定され、前記保持部材の前端面部からの突出部が前記位置決め部材の孔部内に挿入される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
先ず、この発明に係る光源を適用する光学系について説明する。図１は、この発明に係る光源１を適用する光学系の斜視図である。
【００１５】
この光学系は、この発明に係る光源１と、この光源１を冷却するための冷却ユニット２と、光源１から出射された複数のレーザビームを縮小投影するためのフィールドレンズ３およびズームレンズ４、５とを備える。光源１から出射されフィールドレンズ３およびズームレンズ４、５により縮小投影された複数のレーザビームは、記録面上に導かれる。
【００１６】
次に、上記光源１の構成について説明する。図２はこの発明の第１実施形態に係る光源１の部分側面図であり、図３はその平面図、また、図４は第１実施形態に係る光源１の要部を示す斜視図である。
【００１７】
この光源１は、複数のコリメータレンズ１１と、これらのコリメータレンズ１１を位置決めして配置するための位置決め部材１２と、コリメータレンズ１１と対応した数の半導体レーザチップ１３と、これらの半導体レーザチップ１３をコリメータレンズ１１に各々対応させて位置決めし保持するための保持部材１４とを備えている。すなわち、コリメータレンズ１１と半導体レーザチップ１３との相対位置を調整して、それらを固定保持する構成となっている。
【００１８】
コリメータレンズ１１は、保持部材１４に形成された孔部内を貫通した状態で保持部材１４に対して固定されている。また、半導体レーザ１３は、保持部材１４に固定されたコリメータレンズ１１に対して位置決めされた状態で保持部材１４により保持されている。このため、コリメータレンズ１１と半導体レーザチップ１３とは、保持部材１４を介して互いに位置決めされた状態で固定されていることになる。
【００１９】
コリメータレンズ１１は、半導体レーザチップ１３から出射されたレーザビームをコリメートするためものであり、セルフォックレンズから構成される。但し、コリメータレンズ１１として、通常のレンズを筒状体中に収納して芯出ししたものを使用してもよい。
【００２０】
半導体レーザチップ１３は、レーザ発振する半導体であり、半導体のベアチップから構成される。この半導体レーザチップ１３はボンディングワイヤ１６を介して電極（アノード）１５と接続されており、この電極１５は配線基板２１における配線１８と接続されている。また、半導体レーザチップ１３は、保持部材１４を介して電極（カソード）１７と接続されており、この電極１７は配線基板２１における配線１９と接続されている。
【００２１】
保持部材１４は、通電性があり、かつ、熱伝導性がよいＣｕＷ（銅タングステン）等の金属から構成される。半導体レーザチップ１３と配線基板２１とはこの保持部材１４を介して接続されており、半導体レーザチップ１３はこの配線基板２１を利用して放熱を行う構成となっている。なお、配線基板２１の裏面側には、半導体レーザチップ１３の配線基板２１を利用しての放熱を促進させるための冷却ユニット２が配設されている。また、半導体レーザチップ１３と保持部材１４との間に、サブキャリアと称する部材を入れる場合がある。
【００２２】
位置決め部材１２は、図５に示すように、平板状の部材に多数の孔部２２を正確に位置決めして穿設した構成を有する。この孔部２２の内径は、コリメータレンズ１１の外形とほぼ同一の寸法となっている。なお、この図５および上述した図１においては、説明の便宜上、この孔部２２が縦横に各々５個配置された状態を図示しているが、実際の光源１においては、この孔部は縦横に各々数十個程度配置されることになる。
【００２３】
図６は、位置決め部材１２によりコリメータレンズ１１を介して半導体レーザチップ１３等を位置決めして配置した状態を模式的に示す斜視図である。
【００２４】
上述したように、位置決め部材１２における孔部２２は、正確に位置決めされており、また、この孔部２２の内径は、コリメータレンズ１１の外形とほぼ同一の寸法となっている。このため、位置決め部材１２における孔部２２内にコリメータレンズ１１を挿入することにより、各コリメータレンズ１１は位置決めされた状態で配置されることになる。
【００２５】
このため、図４に示すように、コリメータレンズ１１と半導体レーザチップ１３とを保持部材１４を介して互いに位置決め、すなわちレーザビームの広がり及び出射角度を高精度に維持して固定した上で、図６に示すように、位置決め部材１２における孔部２２内にコリメータレンズ１１を挿入することにより、コリメータレンズ１１および半導体レーザチップ１３が正確に、すなわちレーザビームの配列を高精度に維持するように位置決めすることが可能となる。
【００２６】
このような構成を有する光源１においては、正確に位置決めされた複数のコリメータレンズ１１に対して半導体レーザチップ１３を直接位置決めする構成であることから、レーザビームの出射精度（レーザビームの広がり及び出射角度精度）および配列精度を高精度に維持しながら、各半導体レーザチップ１３を高密度に配置して光源１自体を小型化することが可能となる。このため、光学系を含む装置全体大型化、高額化を防止することができ、また、高縮小率光学系により光路長が長くなることによる安定性の欠如を防止することが可能となる。さらに、各半導体レーザチップ１３と配線基板２１とを、保持部材１４を介して近接した状態で接続することができるので、半導体レーザチップ１３による発熱を効率的に放熱することが可能となる。
【００２７】
次に、他の実施形態に係る光源１の構成について説明する。図７はこの発明の第２実施形態に係る光源１の部分側面図であり、図８はその平面図、また、図９は第２実施形態に係る光源１の要部を示す斜視図である。なお、上述した第１実施形態に係る光源１と同一の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】
この第２実施形態に係る光源１は、平板マイクロレンズアレイ３２と、この平板マイクロレンズアレイ３２におけるレンズ部３１（図１０参照）と対応した数の半導体レーザチップ１３と、これらの半導体レーザチップ１３をマイクロレンズアレイ３２におけるレンズ部３１に各々対応させて位置決めし保持するための保持部材３４とを備えている。
【００２９】
保持部材３４は、上述した保持部材１４と同様、通電性があり、かつ、熱伝導性がよいＣｕＷ（銅タングステン）等の金属から構成される。半導体レーザチップ１３と配線基板２１とはこの保持部材３４を介して接続されており、半導体レーザチップ１３はこの配線基板２１を利用して放熱を行う構成となっている。
【００３０】
平板マイクロレンズアレイ３２は、図１０に示すように、透光性の平板状部材に多数のレンズ部３１を正確に位置決めして形成した構成を有する。そして、各レンズ部３１は、半導体レーザチップ１３から出射されたレーザビームをコリメートするコリメータレンズとして機能する。
【００３１】
図１１は、平板マイクロレンズアレイ３２におけるレンズ部３１に対し、半導体レーザチップ１３を保持部材３４を介して位置決めして配置した状態を模式的に示す斜視図である。
【００３２】
半導体レーザチップ１３を保持部材３４に固定した上で、この保持部材３４を平板マイクロレンズアレイ３２におけるレンズ部３１と半導体レーザチップ１３との位置関係が一定となる、すなわちレーザビームの広がり及び出射角度を高精度に維持するような状態で平板マイクロレンズアレイ３２に対して固定することにより、レンズ部３１および半導体レーザチップ１３が正確に、すなわちレーザビームの配列を高精度に維持するように位置決めすることが可能となる。
【００３３】
このような構成を有する光源１においては、正確に位置決めされた複数のレンズ部３１に対して半導体レーザチップ１３を直接位置決めする構成であることから、レーザビームの出射精度（レーザビームの広がり及び出射角度精度）および配列精度を高精度に維持しながら、各半導体レーザチップ１３を高密度に配置して光源１自体を小型化することが可能となる。このため、光学系を含む装置全体大型化、高額化を防止することができ、また、高縮小率光学系により光路長が長くなることによる安定性の欠如を防止することが可能となる。さらに、各半導体レーザチップ１３と配線基板２１とを、保持部材３４を介して近接した状態で接続することができるので、半導体レーザチップ１３による発熱を効率的に放熱することが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、複数のレンズ部材と、レンズ部材と対応した数の半導体レーザチップと、各半導体レーザチップと各レンズ部材とを互いに位置決めし保持する複数の保持部材と、その内径がレンズ部材の外形とほぼ同一の寸法となる複数の孔部が形成され、複数のレンズ部材を位置決めして配置するための位置決め部材と、を備えたことから、レーザビームの出射精度および配列精度を高精度に維持しながら、半導体レーザチップを高密度に配置して光源自体を小型化することが可能となる。また、保持部材により固定されたレンズ部材を位置決め部材の孔部内に挿入することにより、レンズ部材を位置決めすることから、各レンズ部材に対して各半導体レーザチップを正確に配置することができるので、位置決め工程を簡易なものとすることができる。
【００３５】
請求項２に記載の発明によれば、レンズ部材は、前記保持部材に形成された孔部内を貫通した状態で保持部材に対して固定されることから、位置決め工程を簡易なものとすることができる。
【００３６】
請求項３に記載の発明によれば、レンズ部材は、レンズを筒状体中に収納して芯出ししたものであることから、レーザビームの出射精度および配列精度を高精度に維持しながら、半導体レーザチップを高密度に配置して光源自体を小型化することが可能となる。
【００３７】
請求項４に記載の発明によれば、各半導体レーザチップが保持部材を介して接続された共通の配線基板を利用して放熱を行うことから、効率的な放熱が可能となる。このため、より高出力の半導体レーザチップをより高密度に配設することができる。
【００３８】
請求項５に記載の発明によれば、レンズ部材は、保持部材の前端面部から突出した状態で保持部材に固定され、保持部材の前端面部からの突出部が位置決め部材の孔部内に挿入されることから、位置決め工程を簡易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る光源１を適用する光学系の斜視図である。
【図２】  この発明の第１実施形態に係る光源１の部分側面図である。
【図３】  この発明の第１実施形態に係る光源１の部分平面図である。
【図４】  この発明の第１実施形態に係る光源１の要部を示す斜視図である。
【図５】  位置決め部材１２の斜視図である。
【図６】  位置決め部材１２によりコリメータレンズ１１を介して半導体レーザチップ１３等を位置決めして配置した状態を模式的に示す斜視図である。
【図７】  この発明の第２実施形態に係る光源１の部分側面図である。
【図８】  この発明の第２実施形態に係る光源１の部分平面図である。
【図９】  この発明の第２実施形態に係る光源１の要部を示す斜視図である。
【図１０】  平板マイクロレンズアレイ３２の斜視図である。
【図１１】  平板マイクロレンズアレイ３２におけるレンズ部３１に対し、半導体レーザチップ１３を保持部材３４を介して位置決めして配置した状態を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１        光源
２        冷却ユニット
３        フィールドレンズ
４、５    ズームレンズ
１１      コリメータレンズ
１２      位置決め部材
１３      半導体レーザチップ
１４      保持部材
１５      電極
１６      ボンディングワイヤ
１７      電極
２１      配線基板
２２      孔部
３１      レンズ部
３２      平板マイクロレンズアレイ
３４      保持部材
【図１】
0003840367.tif 000002
【図２】
0003840367.tif 000003
【図３】
0003840367.tif 000004
【図４】
0003840367.tif 000005
【図５】
0003840367.tif 000006
【図６】
0003840367.tif 000007
【図７】
0003840367.tif 000008
【図８】
0003840367.tif 000009
【図９】
0003840367.tif 000010
【図１０】
0003840367.tif 000011
【図１１】
0003840367.tif 000012