(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の板形状を有するケーシングと、
コリメータレンズを保持する貫通孔が形成された金属ブロックからなるとともに、前記ケーシング上に面接触した状態で固定されたコリメータレンズ保持部材と、
半導体レーザ素子と、
前記コリメータレンズ保持部材に面接触した状態で固定された金属部材からなる第１部材と、この第１部材に面接触し且つその接触面の方向に回転調整可能な状態で固定されている金属部材からなる第２部材とからなる光源保持部材と、
吸熱を行う吸熱面と放熱を行う放熱面とを有するとともに、前記第２部材に前記放熱面を面接触させるとともに前記吸熱面を前記半導体レーザ素子に面接触させた状態で固定された電子冷却装置と
を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
内部に前記コリメータレンズが固定されているとともに、前記コリメータレンズ保持部材の貫通孔内においてこの貫通孔の軸方向に移動可能に設置されたレンズ枠を
更に備えることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１部材は、前記コリメータレンズ保持部材における前記貫通孔が開口した面に面接触した状態で固定された第１板片部と、この第１板片部に対して９０度の角度をなすとともに前記第２部材が固定されている第２板片部とを、一体構成してなる
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１部材の前記第１板片部は、前記コリメータレンズ保持部材に対して、接触面の方向に相対移動調整及び相対回転調整可能に固定されている
ことを特徴とする請求項３記載の光源装置。
【請求項５】
前記ケーシング，コリメータレンズ保持部材及び光源保持部材が熱伝導性のある部材からなる
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、レーザダイオードアレイから同時に発振された複数本の平行レーザビームを出射することができる光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザプリンター等の描画速度を向上させるために、夫々個別にＯＮ／ＯＦＦ変調された複数本のビームを同時に走査するいわゆるマルチビームの走査光学系が、実用化されている。このようなマルチビームを実現する走査光学系を組み込んだ光学装置の例として、光源としてレーザダイオードアレイを用いるタイプがある。このタイプでは、感光体ドラム上に形成された各ビームスポットの位置，それらの相対間隔，及び、それらの並び方向を調整可能とするために、レーザダイオードアレイとコリメータレンズとが相対位置調整可能且つ相対角度調整可能に保持されていた。
【０００３】
ところで、レーザダイオードアレイは、複数のレーザダイオードが互いに隣接した構造であるので、各レーザダイオードは自己が発する熱に加えて隣接するレーザダイオードの熱の影響をも受けるので、単独のレーザダイオードよりも高熱になり易い。このようにレーザダイオードアレイが高熱になると、レーザ発振モードが変化して、本来中心波長のみのシングルモードで発光すべきレーザビームの発光波長が複数のピーク波長を有するようになったり、発光波長の幅が広がってしまう。このようにレーザ発振モードがシングルモードでなくなると、感光体ドラム上に形成されるビームスポットの径が拡大して、所望の解像度が得られなくなってしまう。
【０００４】
このような理由に因り、レーザダイオードアレイを使用する場合には、このレーザダイオードアレイを十分に冷却して温度制御を行うことが不可欠となっている。レーザダイオードアレイを冷却するための構成としては、例えば、電子冷却装置（ペルチェ素子）をレーザダイオードアレイに接触させる構成，冷却ファンによって強制空冷する構成，ヒートパイプに冷却用の流体を流す構成，これらを組み合わせた構成，等が考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ペルチェ素子は、省スペースで冷却が可能であるという利点を有する反面、冷却可能な熱量に比べて自身が発生する熱量が大幅に上回るという欠点を有している。従って、ペルチェ素子自身から発生する熱が光源装置外に効率良く放熱されなければ、ペルチェ素子自身から発生する熱がレーザダイオードアレイに伝わってしまい、レーザダイオードアレイが却って熱せられてしまう結果となる。従って、ペルチェ素子単独で冷却する構成は、殆ど実用性がない。
【０００６】
また、冷却ファンによってレーザダイオードアレイ（又は、ペルチェ素子）を強制空冷する構成を採用した場合には、光源装置内の各光学部品の表面にゴミが付着してしまうといった問題や、振動が生じてしまうという問題や、光路を通過する熱風の影響でレーザビームに揺らぎが生じてしまうという問題が派生する。従って、高精度の描写をしなければならない光源装置には、この構成の採用は困難であると言わざるを得ない。
【０００７】
また、ヒートパイプに冷却用の流体を流す構成は、機構を複雑且つ大規模にしてしまうとともにコストを上昇させてしまうので、やはり、採用は困難である。本発明は、このような問題に鑑み、電子冷却装置から発生した熱を熱伝導によって外部に放熱することで、この電子冷却装置によって確実にレーザダイオードアレイを冷却することができる光源装置の提供を、課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、請求項１記載の光源装置は、金属製の板形状を有するケーシングと、コリメータレンズを保持する貫通孔が形成された金属ブロックからなるとともに、前記ケーシング上に面接触した状態で固定されたコリメータレンズ保持部材と、半導体レーザ素子と、前記コリメータレンズ保持部材に面接触した状態で固定された金属部材からなる第１部材と、この第１部材に面接触し且つその接触面の方向に回転調整可能な状態で固定されている金属部材からなる第２部材とからなる光源保持部材と、吸熱を行う吸熱面と放熱を行う放熱面とを有するとともに、前記第２部材に前記放熱面を面接触させるとともに前記吸熱面を前記半導体レーザ素子に面接触させた状態で固定された電子冷却装置とを、備えたことを特徴とする。
【０００９】
このように構成されると、半導体レーザ素子は、電子冷却装置の吸熱面に接触しているので、この電子冷却装置によって冷却される。この電子冷却装置の放熱面から発生した熱は、この放熱面に面接触している光源保持部材を伝わり、さらに、この光源保持部材に固定されたコリメータレンズ保持部材に伝わり、ついに、このコリメータレンズ保持部材に固定されているケーシングに伝わる。このケーシングは板形状を有しているので、伝わってきた熱はその全面から空気中に放熱される。このように、電子冷却装置の放熱面から発生した熱は効率良く放熱されるので、この電子冷却装置の冷却能力が低下することはなく、半導体レーザ素子は確実に冷却される。
【００１０】
なお、ここでいう半導体レーザ素子には、モノリシックレーザダイオードアレイのような半導体レーザアレイを含む。但し、半導体レーザ素子とは、半導体チップそのものを指しているのではなく、半導体チップが封入された半導体パッケージを指している。また、電子冷却装置としてはペルチェ素子を用いることができる。
【００１１】
請求項２記載の光源装置は、請求項１において、内部に前記コリメータレンズが固定されているとともに、前記コリメータレンズ保持部材の貫通孔内においてこの貫通孔の軸方向に移動可能に設置されたレンズ枠を更に備えたことで、特定したものである。
【００１３】
請求項３記載の光源装置は、請求項１の第１部材が、前記コリメータレンズ保持部材における前記貫通孔が開口した面に面接触した状態で固定された第１板片部と、この第１板片部に対して９０度の角度をなすとともに前記第２部材が固定されている第２板片部とを、一体構成してなることで、特定したものである。
【００１４】
請求項４記載の光源装置は、請求項３の第１部材の第１板片部が、前記コリメータレンズ保持部材に対して、接触面の方向に相対移動調整及び相対回転調整可能に固定されていることで、特定したものである。
【００１５】
請求項５記載の光源装置は、請求項１のケーシング，コリメータレンズ保持部材及び光源保持部材が熱伝導性のある部材からなることで、特定したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。ここで説明する本発明の実施の形態は、本発明による光源装置を、レーザプリンタ，レーザコピー，レーザフォトプロッタ，又はレーザファクシミリ等の印刷装置に使用可能なレーザスキャニングユニットとして実施した例である。
〔走査光学装置の全体構成〕
最初に、本実施形態に係るレーザスキャニングユニットの全体構成を、図７乃至図９に基づいて説明する。図７は、このレーザスキャニングユニットからカバー２（図８及び図９参照）を外した状態を示す平面図であり、図８は、図７のVIII-VIII線に沿った縦断面を示す断面図であり、図９は、図７のIX-IX線に沿った縦断面を示す断面図である。これら各図に示されるように、このレーザスキャニングユニットは、全体として扁平な略直方体形状を有している。そして、図示せぬ印刷装置に装着され、この印刷装置から供給される変調信号（イメージ信号）に基づいてレーザビームをＯＮ／ＯＦＦ変調するとともに主走査方向に走査して、この印字装置内に設置された感光体ドラム表面上に変調信号（イメージ信号）に応じた画像を描画する。
【００１７】
このレーザスキャニングユニットの外観をなす筐体は、上面が開放した箱型のケーシング１と、このケーシング１の開放上面を閉じる蓋２とから、構成される。このケーシング１は、アルミのダイキャスト成形品であり、板形状を有する底壁１ａと、この底壁１ａの周囲に立設された側壁１ｂとを有している。このケーシング１の底壁１ｂ上面（底面）はほぼ平坦面であるが、後述するポリゴンミラーユニット１１を固着する部位（ポリゴンミラーユニット装着部１ｃ）のみが略円筒状に突出し、その内部が開口している。また、この底壁１ａには、走査されたレーザビームを図示せぬ印刷装置の感光体ドラムへ向けて通過させるための描画用スリット１ｄが、図７の右側の側壁１ｂの近傍においてこれと平行に穿たれている。この描画用スリット１ｄには、防塵用のカバーガラス板１６がはめ込まれている。さらに、描画用スリット１ｄの近傍の側壁１ｂには、この描画用スリット１ｄと平行に、光学調整用スリット１ｅが穿たれている。この光学調整用スリット１ｅは、出荷前において、ケーシング１内に組み込まれた光学系の調整をするものに用いられるものであるために、この調整が完了した後においては、蓋板１７によって閉じられる。
【００１８】
ケーシング１内に組み込まれた光学系は、レーザビームの進行方向に沿って順番に並ぶコリメータ光源ユニット３，ビーム整形プリズムユニット４，第１直角反射ミラーユニット５，リレーレンズユニット６，平面ミラーユニット７，ＡＰＣ（オートパワーコントロール）信号検出ユニット８，ダイナミックプリズムユニット９，シリンドリカルレンズユニット１０，ポリゴンミラーユニット１１，ｆθレンズユニット１２，及び、折り返しミラーユニット１３と、ｆθレンズユニット１２の像側の片隅においてレーザビームを分岐させる第２直角反射ミラーユニット１４と、この第２直角反射ミラーユニット１４によって分岐されたレーザビームの収束点に配置されたＳＯＳ（スタート・オブ・スキャン）センサユニット１５とから、構成されている。
【００１９】
これらのうちポリゴンミラーユニット１１は、その中心と描画用スリット１ｄの垂直二等分線とがほぼ一致する位置関係で、ケーシング１の中央よりもやや描画用スリット１ｄから離れた位置に、設置されている。このポリゴンミラーユニット１１は、ケーシング１のポリゴンミラーユニット装着部１ｃに嵌合する略筒状のポリゴンカバー２０，このポリゴンカバー２０内に固定されたポリゴンモータ２１，このポリゴンモータ２１の駆動軸に取り付けられたポリゴンミラー２２，及び、このポリゴンミラー２２をポリゴンカバー２０内に封ずるためにこのポリゴンカバー２０の下開口端を閉じる蓋２３から、構成されている。ポリゴンモータ２１の駆動軸，即ち、ポリゴンミラー２２の回転軸とポリゴンミラー２２の周囲に形成された各鏡面とは、このポリゴンミラーユニット１１をケーシング１のポリゴンミラーユニット１ｃに固定した状態において、ケーシング１の底面に対して垂直となる。そして、このポリゴンモータ２１は、このポリゴンミラー２２を、図７における時計方向へ回転させる。また、ポリゴンカバー２０の側壁には、ポリゴンミラーの各鏡面へレーザビームを入射させるとともに各鏡面からの反射光を通過させるための光路孔２０ａが、穿たれている。この光路孔２０ａには、ポリゴンカバー２０内への塵の侵入を防止するために、カバーガラス２４が填め込まれている。以下の説明においては、この光路孔２０ａを通ってポリゴンミラー２２の各鏡面に入射した光がこれら各鏡面によって偏向・走査される方向（折り返しミラーユニット１３よりも上流側においては図７の紙面と平行な方向）を「主走査方向」と言い、この面に直交する方向（折り返しミラーユニット１３よりも上流側においては図７の紙面に直交する方向）を「副走査方向」と言うものとする。
【００２０】
コリメータ光源ユニット３は、ポリゴンミラーユニット１１を挟んで描画用スリット１ｄと反対側においてこの描画用スリット１ｄと平行に設置されており、レーザダイオードアレイパッケージ１８及びコリメータレンズ群１９を内蔵している。このコリメータレンズユニット３内においてこれらレーザダイオードアレイパッケージ１８及びコリメータレンズ群１９を保持するための構造については後で詳しく説明するので、ここでは、これらレーザダイオードアレイパッケージ１８及びコリメータレンズ群１９の機能のみを説明する。
【００２１】
半導体レーザ素子であるレーザダイオードアレイパッケージ１８は、モノリシックレーザダイオードアレイチップ１８ａを内蔵している。このモノリシックレーザダイオードアレイチップ１８ａは、同一面内にビーム軸を揃えた状態で１２本のレーザビームを100μｍ程度のピッチで出射させる様に、複数のレーザダイオードを一体化した半導体である。このモノリシックレーザダイオードアレイチップ１８ａは、各レーザビームの発散の中心がコリメータレンズ群１９の焦点と一致するように配置される。
【００２２】
また、コリメータレンズ群１９は、レーザダイオードアレイパッケージ１８から出射された各レーザビームを夫々平行光にするとともに、各レーザビームのビーム軸をその出射側瞳面にて交差させる。なお、このコリメータレンズ群１９は、色収差や温度変化が小さく、且つ、高い像高まで解像度がある様に、設計されている。このようなコリメータレンズ群１９から出射された状態において、コリメータ端部のスリット４１により、各レーザビームのビーム形状は楕円形となる。
【００２３】
ビーム整形プリズムユニット４は、図５に示すように、二つのプリズム４ａ，４ｂを内蔵している。そして、これら二つのプリズム４ａ，４ｂを組み合わせることによって、各レーザビームのビーム形状を、副走査方向において半分に絞る。
【００２４】
第１直角反射ミラーユニット５は、ビーム整形プリズムユニット４から出射された各レーザビームをケーシング１の底面と平行な面内において１８０度折り返すために、互いに９０度の角度で向き合う２枚一組の反射鏡５ａ，５ｂを、ケーシング１の底面に対して垂直に支持している。
【００２５】
リレーレンズユニット６は、ＡＰＣ信号検出ユニット８内の第２リレーレンズ２５とともにアフォーカル光学系を構成する第１リレーレンズ６ａを内蔵しており、コリメータレンズ群１９の出射側瞳から出射された各レーザビームを夫々収束させるとともに、これら各レーザビームのビーム軸を相互に平行且つ光軸に対して平行にする。
【００２６】
平面ミラーユニット７は、リレーレンズユニット６から出射された各レーザビームを、ポリゴンミラーユニット１１及びｆθレンズユニット１２を回避させつつ、ケーシング１の底面と平行な面内において描写スリット１ｄ側に向けて９０度折り曲げるために、平面ミラー７ａをケーシング１の底面に対して垂直に支持している。
【００２７】
ＡＰＣ（オートパワーコントロール）信号検出ユニット８は、レーザビームの進行方向に沿って順番に並ぶ第２リレーレンズ２５，ハーフミラー２６，コンデンサーレンズ２７，及び、偏光ビームスプリッタ２８と、この偏光ビームスプリッタ２８によって分割された各光路上に夫々配置された二つの受光素子２９，３０とを、内蔵している。
【００２８】
この第２リレーレンズ２５は、第１リレーレンズ６ａから出射して一旦収束した後に拡散する各レーザビームを平行光にするとともに、これら各レーザビームのビーム軸をポリゴンミラー２２の各反射面上又はその近傍にて交差させる。即ち、第２リレーレンズ２５は、第１リレーレンズ６ａとともに、コリメータレンズ群１９の出射側瞳とポリゴンミラー２２の各反射面とを光学的に共役にする。
【００２９】
また、ハーフミラー２６は、第２リレーレンズ２５から出射された各レーザビームを、９０〜９５％の割合でポリゴンミラー２２に向けて反射するとともに、残りを透過させる。
【００３０】
偏光ビームスプリッタ２８は、ハーフミラー２６を透過した各レーザビームを、直交する二つの偏光成分に分離する。各受光素子２９，３０は、各偏光成分の収束点に夫々配置され、夫々の偏光成分を光電変換する。これら各受光素子２９，３０からの出力電流は、図示せぬＡＰＣ回路に入力され、レーザーダイオードアレイパッケージ１８から出射される各レーザビームの出力値を自動調整するために用いられる。
【００３１】
ダイナミックプリズムユニット９は、ケーシング１の底面と平行な軸回りに回動可能に設けられたダイナミックプリズム９ａを内蔵している。そして、このダイナミックプリズム９ａを適宜回動させることにより、各レーザビームに対する偏角作用を変化させて、ポリゴンミラー２２の面倒れ誤差や図示せぬ印刷装置内の感光体ドラムの回転ムラに起因して生じる感光体ドラム表面でのビームスポットの副走査方向（回転ドラムの周方向）の位置ズレを、補正する。
【００３２】
シリンドリカルレンズユニット１０は、副走査方向（ケーシング１の底面に直交する方向）にのみ正のパワーを有するシリンドリカルレンズ群を内蔵しており、ダイナミックプリズムユニット９から出射された各レーザビームを、ポリゴンミラー２２の各反射面上又はその近傍において、主走査方向を向いた線状に収束させる。  ｆθレンズユニット１２は、ポリゴンミラー２２によって反射・偏向された各レーザービームが入射するｆθレンズ群３１を共通の基板３２上に設置して、構成されている。このｆθレンズ群３１は、ポリゴンミラー２２側から折り返しミラーユニット１３側に向かって順番に、主走査方向及び副走査方向の両方向に関して夫々負、正，正，負のパワーを有する第１レンズ３３，第２レンズ３４，第３レンズ３５，第４レンズ３６を配列して、構成されている。
【００３３】
このｆθレンズ群３１は、主走査方向においては、平行光として入射した各レーザビームを図視せぬ印刷装置の感光体ドラムの表面上にビームスポットとして収束させるために、全体として比較的弱い正のパワーを有しており、副走査方向においては、ポリゴンミラー２２の各反射面上又はその近傍にて一旦収束した後に発散する各レーザビームを感光体ドラムの表面上にビームスポットとして収束させるために、全体として比較的強い正のパワーを有している。このようにして、副走査方向において、ポリゴンミラー２２の反射面と感光体ドラムの表面とがｆθレンズ群３１を介して共役となることにより、ポリゴンミラー２２の反射面の面倒れ誤差に起因する感光体ドラム上でのビームスポットの位置ズレが防止される。また、このｆθレンズ群３１には、図示せぬ印刷装置の感光体ドラムの表面上における走査速度がポリゴンミラー２２の回転速度に対して正比例するように、主走査方向における歪曲収差が与えられている。
【００３４】
具体的には、ｆθレンズ群３１の第１レンズ３３は、ポリゴンミラー２２側が負のパワーを持つ球面，折り返しミラーユニット１３側が副走査方向にのみ負のパワーを持つシリンダー面である負レンズであり、主走査方向に比較的弱いパワーを有するとともに、副走査方向に比較的強い負のパワーを有する。また、第２レンズ３４は、ポリゴンミラー２２側が凸の球面，折り返しミラーユニット１３側が正のトーリック面であるトーリックレンズであり、主走査方向に比較的弱い正のパワーを有するとともに、副走査方向に比較的強いのパワーを有する。第３レンズ３５は、両面が球面である正メニスカスレンズである。第４レンズ３６は、ポリゴンミラー２２側が強い正のパワーを持つ球面であり、折り返しミラーユニット１３側が弱い正のパワーを持つ球面である負メニスカスレンズである。
【００３５】
折り返しミラーユニット１３は、描画用スリット１ｄと平行に配置した短冊型の平面鏡である折り返しミラー３７と、描画用スリット１ｄと平行に設定した回転軸を中心として傾動可能にこの折り返しミラー３７の両端を保持する保持部材３８，３８とから、構成される。そして、ｆθレンズ群３１（第４レンズ３６）から出射したレーザ光を、描画用スリット１ｄを介して図示せぬ印刷装置の感光体ドラムの表面における所定露光位置に向けて反射するように、折り返しミラー３７の傾斜角が調整されている。
【００３６】
図示せぬ印刷装置の感光体ドラムの表面上においては、各レーザビームは、一直線上に均等間隔で並ぶ複数のビームスポットを形成する。これら各ビームスポットは、図１０に示すように、コリメータレンズ１９の光軸回りにおけるレーザダイオードアレイパッケージ１８の回転角が調整されることにより、主走査方向（感光体ドラムの回転軸に平行な方向）に対して傾斜した線に沿って並ぶようになっている。そして、これら各ビームスポットは、ポリゴンミラー２２による各レーザビームの走査により、感光体ドラムの表面上において主走査方向に移動する。この移動の軌跡を、以下、「走査線」という。上述したレーザダイオードアレイパッケージ１８の回転角は、各走査線同士が接するように調整される。例えば、図１０に示すように、副走査方向において、各ビームスポットの径が50μｍであって、各ビームスポットの中心同士の間隔が31.24μｍである場合には、各ビームスポットが並ぶ方向の主走査方向に対する角度が2.5°となるように、調整される。
【００３７】
なお、ポリゴンミラー２２の或る一つの反射面によって各レーザビームが反射・走査される期間内において、この反射面での反射光が折り返しミラー３７にて反射されて描画用スリット１ｄを通過する期間は、その一部でしかない。この描画用スリット１ｄを通過する期間の直前において、ｆθレンズ３１から出射された各レーザビームが入射する位置に、上記第２直角反射ミラーユニット１４が配置されている。この第２直角反射ミラーユニット１４は、入射した各レーザビームを副走査方向において１８０度の方向に折り返すとともに主走査方向において描画スリット１ｄと直交する方向に折り返すために、互いに９０度の角度で向き合う２枚一組の反射鏡１４ａ，１４ｂを保持している。
【００３８】
この第２直角反射ミラーユニット２１によって折り返された各レーザビームの収束点には、ＳＯＳ（スタート・オブ・スキャン）センサユニット１５が配置されている。このＳＯＳセンサユニット１５には、収束した各レーザビームを受光する受光素子（ＳＯＳセンサ）１５ａが内蔵されている。このＳＯＳセンサ１５ａの出力電流は、図示せぬ変調回路に入力され、レーザーダイオードアレイパッケージ１８から出射された各レーザビームをＯＮ／ＯＦＦ変調させ始めるタイミング（水平同期）をとるのに用いられる。
〔コリメータ光源ユニットの詳細構成〕
次に、上述したコリメータ光源ユニット３において、レーザダイオードアレイパッケージ１８及びコリメータレンズ群１９を保持するとともに、このレーザダイオードアレイパッケージ１８にて発生した熱を効率良く放熱するための構成を、以下に、詳しく説明する。
【００３９】
図１は、このコリメータ光源ユニット３の一部透視斜視図である。また、図２は、図１と同じ方向から見たコリメータ光源ユニット３の分解図である。また、図３は、図７と同じ方向から見たコリメータ光源ユニット３の平面図である。また、図４は、図３のIV-IV線に沿った縦断面を図３の下側から見た状態を示す断面図であり、図５は、同じ縦断面を図４とは逆の方向から（図３の下側から）見た状態を示す断面図である。また、図６は、図３の矢印VIの方向から見た状態を示す正面図である。
【００４０】
これら各図に示されるように、コリメータレンズ群１９は、金属製の円筒からなるレンズ枠４０の後端近傍に、固定されている。そして、このレンズ枠４０の後端開口には、スリット部材４１を保持するキャップ型のホルダ４２が、被せられている。このスリット部材４１には、不要な迷光を除去するとともにコリメータレンズ群１９から出射された各レーザビームのビーム径を制限するために、ホルダ４２の中心（即ち、コリメータレンズ群１９の光軸）を通るスリットが形成されている。
【００４１】
レンズ枠４０は、その外径とほぼ等しい内径を有する円筒状金属部材であるコリメータ調整枠４３の貫通孔４３ａに対して、軸方向に進退調整可能，且つ、軸回りに回転調整可能に、填め込まれている。コリメータ調整枠４３の周壁には、ネジ孔４３ｂ，４３ｂが二箇所形成されている。なお、このコリメータ調整枠４３の先端において、貫通孔４３ａの内径はそれ以外の部位よりも小径となっている。その結果形成された肉厚部分に、後述する固定ビス４５，４５が夫々ねじ込まれるネジ穴４３ｃ，４３ｃが、その軸方向に向けて形成されている。
【００４２】
このコリメータ調整枠４３は、更に、その外径とほぼ等しい内径を有するコリメータレンズ取付ブロック４６の貫通孔４６ａに、挿入されている。このコリメータレンズ取付ブロック４６は、コリメータ調整枠４３の軸方向長さよりも若干長い長軸方向長さを有するとともに、略正方形の横断面形状を有する直方体のブロックであり、銅等の熱伝導性及び放熱性に優れた金属材料から削り出されている。なお、貫通孔４６ａにコリメータ調整枠４３を挿入してその先端面同士を面一にした状態においてコリメータ調整枠４３の各ネジ孔４３ｂ，４３ｂに重なる位置には、これら各ネジ孔４３ｂ，４３ｂにねじ込まれる固定ビス４４，４４のネジ頭が嵌入する固定孔４６ｂ，４６ｂが、コリメータレンズ取付ブロック４６の外面と貫通孔４６ａ内面とを貫通して形成されている。
【００４３】
従って、これら各固定穴４６ｂ，４６ｂを通してコリメータ調整枠４３の各ネジ孔４３ｂ，４３ｂに夫々固定ビス４４，４４がねじ込まれ、そのネジ頭が夫々各固定穴４６ｂ，４６ｂに嵌入することにより、コリメータ調整枠４３は、コリメータレンズ取付ブロック４６内に固定される。そして、これら固定ビス４４，４４の先端がレンズ枠４０の外周面に当接することにより、レンズ枠４０のコリメータ調整枠４３に対する軸方向位置及び回転位置が固定される。このようにして相互に固定されたコリメータ調整枠４３及びコリメータレンズ取付ブロック４６が、コリメータレンズ保持部材を構成する。
【００４４】
なお、コリメータレンズ取付ブロック４６の左右両側面には、夫々２箇所、ケーシング１の底面にねじ込まれた固定ネジ４７，４７のネジ頭が係合する断面円弧状の固定凹部４６ｃ，４６ｃが、その上面（固定孔４６ｂ，４６ｂが穿たれている面）から底面近傍に向けて穿たれている。これら計４箇所の固定凹部４６ｃに夫々固定ネジ４７のネジ頭が係合することにより、コリメータレンズ取付ブロック４６は、ケーシング１の底面上に固定される。また、コリメータレンズ取付ブロック４６の先端面には、後述する固定ビス４８，４８が夫々ねじ込まれるネジ穴４６ｄ，４６ｄが、その軸方向に向けて形成されている。
【００４５】
コリメータ調整枠４３及びコリメータレンズ取付ブロック４６の先端面には、光源調整ベース４９（光源保持部材の第１部材）が、面接触した状態で、上述した各固定ビス４５，４５，４８，４８によって固定されている。光源調整ベース４９は、コリメータレンズ取付ブロック４６の横幅よりも若干幅広の板を断面Ｌ字型となるように折曲した形状を有しており、銅等の熱伝導性の良い材料から削り出されている。この光源調整ベース４９の折曲部の片側をなす第１板片部４９ａには、コリメータ調整枠４３の各ネジ穴４３ｃ，４３ｃにねじ込まれる各固定ビス４５，４５が貫通する貫通孔４９ｄ，４９ｄ，及び、コリメータレンズ取付ブロック４６の各ネジ穴４６ｄ，４６ｄにねじ込まれる各固定ビス４８，４８が貫通する貫通孔４９ｅ，４９ｅが、夫々、各ネジ穴４３ｃ，４６ｄの位置に合わせて穿たれている。なお、これら各貫通孔４９ｄ，４９ｅの内径は、それを貫通する固定ビス４５，４８の外形よりも大きく形成されている。そして、各固定ビス４５，４８は、これら各貫通孔４９ｄ，４９ｅの内径よりも十分に大径なワッシャ５０を介して、各貫通孔４９ｄ，４９ｅを貫通して、各ネジ穴４３ｃ，４６ｄにねじ込まれている。従って、光源調整ベース４９は、コリメータ調整枠４３に対して主走査方向（図３の紙面に平行な方向）及び副走査方向（図３の紙面に直交する方向）に夫々微調整可能となっているとともに、コリメータレンズ群１９の光軸を中心とした回転方向に微調整可能となっている。また、このようにしてコリメータ調整枠４３及びコリメータレンズ取付ブロック４６の先端面に固定した際に、コリメータレンズ調整枠４３の貫通孔４３ａに重なる部分には、円形の貫通孔４９ｃが打ち抜かれている。
【００４６】
光源調整ベース４９における曲折部の先の第２板片部４９ｂは、レーザーダイオードアレイパッケージ１８の取付部となっている。具体的には、この第２板片部４９ｂにおけるコリメータレンズ群１９の光軸ｌと平行な中心軸上には、この光軸ｌに向けてガイド軸５１が垂直に植設されている。また、このガイド軸５１から等距離であって上記中心軸に関して対称な二位置には、夫々、貫通孔４９ｆ、４９ｆが穿たれている。
【００４７】
この第２板片部４９ｂの上面（光軸ｌ側の面）には、この第２板片部４９ｂよりも一回り狭い矩形板である光源取付ベース５２（光源保持部の第２部材）が、重ねられている。この光源取付ベース５２も、光源調整ベース４９と同様に、銅等の熱伝導性の良い材料から削り出されている。また、この光源取付ベース５２には、ガイド軸５１が貫通する軸孔５２ａが穿たれている。従って、この光源取付ベース５２は、ガイド軸５１を中心として、第２板片部４９ｂの上面上で回転可能である。なお、この光源取付ベース５２の下面（第２板片部４９ｂに面接触する面）における各貫通孔４９ｆ，４９ｆと重なる二位置には、各貫通孔４９ｆ，４９ｆを貫通した固定ネジ５３，５３の先端がねじ込まれるネジ穴５２ｂ、５２ｂが形成されている。これら各固定ネジ５３の外径は、各貫通孔４９ｆの内径よりも十分に細い。また、各固定ネジ５３，５３は、各貫通孔４９ｆ，４９ｆの内径よりも十分に大径なワッシャ５４を介して、各貫通孔４９ｆ，４９ｆを貫通して、各ネジ穴５２ｂ，５２ｂにねじ込まれている。従って、光源取付ベース５２は、光源調整ベース４９の第２板片部４９ｂに対して、ガイド軸５１を中心とした回転方向に微調整可能となっている。
【００４８】
また、光源取付ベース５２の上面における中心点を囲む４箇所には、夫々、パイプ状のスペーサ５４が配置されている。これら４個のスペーサ５４は、矩形の金属板からなる固定板５５の四隅を夫々支持するとともに、この固定板５５の高さ（光源取付ベース５２の上面との間隔）を調整している。なお、この固定板５５は、各スペーサ５４の中心軸を貫く止めネジ５６によって、光源取付ベース５２に固定されている。
【００４９】
この固定板５５と光源取付ベース５２との隙間には、その吸熱面を固定板５５の裏面（光源取付ベース５２側の面）に面接触させるとともに、その放熱面を光源取付ベース５２の上面に面接触させた状態で、電子冷却装置としてのペルチェ素子５７が固着されている。
【００５０】
また、固定板５５の上面（光軸ｌ側の面）には、モノリシックレーザダイオードアレイチップ１８ａの位置を光軸ｌとガイド軸５１（の延長線）との交点に一致させるとともに、このモノリシックレーザダイオードアレイチップ１８ａから出射された各レーザビームがコリメータレンズ群１９に入射する位置関係で、レーザダイオードアレイパッケージ１８が固着されている。このレーザダイオードアレイパッケージ１８の左右両側面からは、夫々、７本のリード線が突出している。
【００５１】
さらに、固定板５５の上面には、レーザダイオードアレイパッケージ１８の一方側面に接合した温度センサ５８が固着されている。この温度センサ５８によって測定された温度データは、ペルチェ素子５７を駆動するための図示せぬ温度制御装置にフィードバックされ、レーザダイオードアレイパッケージ１８の温度が予め設定した所定温度を保つように、ペルチェ素子５７の駆動電流が制御される。
【００５２】
なお、光源取付ベース５２におけるレーザダイオードアレイパッケージ１８の周囲には、光軸ｌを中心とした線対称な位置に、夫々、２個一組のネジ穴５２ｃが、光軸ｌと平行に並んで形成されている。各組のネジ穴５２ｃには、二つのアングル材（アングル部５９ａ，５９ａ）をブリッジ（ブリッジ部５９ｂ）によって一体化したのと等価な形状を有する基板ステー５９の、一方のアングル部５９ａを固定する止めネジ６０，６０が、ねじ込まれている。この基板ステー５９のブリッジ部５９ｂは、レーザダイオードアレイパッケージ１８及び温度センサ５８を回避するように配置されているとともに、光源取付ベース５２の上面に対して垂直に延びている。このブリッジ部５９ｂの先端近傍の両側縁には、各アングル部５９ａにおける光源取付ベース５２の上面に対して直立したリブ５９ｃと同一平面をなすリブ５９ｄ，５９ｄが、一体に形成されている。そして、互いに同一平面をなすリブ５９ｃ，５９ｄに、夫々、レーザダイオードアレイ駆動用の回路基板６１が、固定ネジ６２によってネジ止め固定されている。なお、各回路基盤６１には、レーザダイオードアレイパッケージ１８の片側面から突出している７本のリード線を夫々貫通させて半田付けされる７個の接続孔が穿たれている。〔コリメート光源ユニットの組立及び調整〕
次に、上述したコリメート光源ユニット３の組立及び調整の手順を説明する。
【００５３】
組立の際には、作業者は、最初に、光源取付ベース５２上の所定位置にペルチェ素子５７，レーザダイオードアレイパッケージ１８，及び、温度センサ５８を、夫々、所定機構を用いて固定する。しかる後に、作業者は、基板ステー５９を光源取付ベース５２に固定するとともに、この光源取付ベース５２に各回路基板６１，６１を固定し、レーザダイオードアレイパッケージ１８のリード線をこれら各回路基板６１，６１の接続孔に接続する。
【００５４】
次に、作業者は、光源取付ベース５２の軸孔５２ａにガイド軸５１を挿入することによって、光源調整ベース４９の第２板片部４９ｂの上面に光源取付ベース５２を重ねる。そして、各貫通孔４９ｆ，４９ｆを介して各固定ネジ５３，５３を各ネジ孔５２ｂ，５２ｂに軽くねじ込むことによって、光源取付ベース５２を光源調整ベース４９に対して仮止めする。
【００５５】
一方、作業者は、レンズ枠４０内の所定位置に、コリメータレンズ群１９を構成する各レンズを填め込んで固定する。しかる後に、作業者は、このレンズ枠４０をコリメータ調整枠４３の貫通孔４３ａ内に挿入し、さらに、このコリメータ調整枠４３をコリメータレンズ取付ブロック４６の貫通孔４６ａ内に挿入する。そして、各ネジ孔４３ｂ，４３ｂと各固定孔４６ｂ，４６ｂとを合致させ、各固定孔４６ｂ，４６ｂを介して各固定ビス４４，４４を各ネジ孔４３ｂ，４３ｂに軽くねじ込むことによってレンズ枠４０をコリメータ調整枠４３に対して仮止めする。
【００５６】
以上の後、作業者は、光源調整ベース４９の第１板片部４９ａをコリメータ調整枠４３及びコリメータ取付ブロック４６の先端面に面接触させ、光源調整ベース４９の各貫通孔４９ｄ，４９ｄをコリメータ調整枠４３の各ネジ孔４３ｃ，４３ｃに合致させるとともに、各貫通孔４９ｅ，４９ｅをコリメータ取付ブロック４６の各ネジ孔４６ｄ，４６ｄに合致させる。しかる後に、作業者は、各貫通孔４９ｄ，４９ｄを介して各固定ビス４５，４５を各ネジ孔４３ｃ，４３ｃに軽くねじ込むとともに、各貫通孔４９ｅ，４９ｅを介して各固定ビス４８，４８を各ネジ孔４６ｄ，４６ｄに軽くねじ込むことによって、光源調整ベース４９をコリメータ調整枠４３及びコリメータ取付ブロック４６に対して仮止めする。
【００５７】
作業者は、このようにして仮り組みされたコリメータ光源ユニット３をケーシング１の底面上の所定位置に載置し、４本の固定ネジ４７によって前者を後者に対して固定する。続いて、作業者は、ケーシング１にその他の光学系や回路を組み込んで、レーザスキャニングユニットを一応完成させる（この時点では、ｆθレンズ群３１から出射された各レーザビームを光学調整用スリット１ｅへ通過させるために、折り返しミラー３７は、各レーザビームの光路から退避している。また、蓋板１７は未だ取り付けられていない。）。
次に、コリメータ光源ユニット３の調整を行うために、作業者は、レーザダイオードアレイパッケージ１８に電流を流し、モノリシックレーザダイオードアレイチップ１８ａを発振させる（このとき、ポリゴンミラー２２は、シリンドリカルレンズユニット１０から出射されたレーザビームをｆθレンズ群３１の光軸に向けて反射できる角度位置に停止される）。作業者は、最初にコリメータ光源ユニット３の各部を適宜調整して、光学調整用スリット１ｅの外側の感光体ドラム表面との等価位置に立てたスクリーン上に、複数個（１２個全部でなくても良い）のビームスポットを形成させる。そして、これら複数個のビームスポットの相対間隔が設計値通りとなるように、レンズ枠４０の軸方向位置を微調整した後に、各固定ビス４４，４４を強く締め込む。次に、作業者は、１２個全てのビームスポットがスクリーン上に形成されるように、光源取付ベース５２（レーザダイオードアレイパッケージ１８）の光源調整ベース４９に対する回転位置を微調整した後に、各固定ネジ５３，５３を強くねじ込む。次に、作業者は、１２個のビームスポットがスクリーン上の所定位置にて所定角度の方向に並ぶように、光源調整ベース４９のコリメータ調整枠４３及びコリメータ取付ブロック４６に対する主走査方向位置，副走査方向位置，及び回転位置を夫々微調整した後に、各固定ビス４５，４５，４８，４８を強くねじ込む。
【００５８】
最後に、作業者は、レンズ枠４０の後開口端に、スリット部材４１を保持するホルダ４２を被せ、スクリーン上のレーザースポットの径が所定値になるように、その回転位置を調整する。また、蓋板１７によって光学調整用スリット１ｅを閉じるとともに、折り返しミラー３７の角度を調整し、ｆθレンズ群３１から出射されたレーザビームが感光体ドラムの方へ反射するようにする。
【００５９】
以上により、コリメート光源ユニット３の組立及び調整が完了する。
〔レーザスキャニンユニットの動作〕
次に、通常使用時におけるレーザスキャニングユニットの動作を説明する。
【００６０】
いま、１２本のレーザビームの夫々に対応した駆動電流を、回路基板６１を通じてレーザダイオードアレイパッケージ１８に入力すると、レーザダイオードアレイパッケージ１８内のモノリシックレーザダイオードアレイチップ１８ａが発振して、１２本のレーザビームが発散しつつ出射される。このようにしてレーザビームを出射する際に、レーザダイオードアレイパッケージ１８は、駆動電流によって発熱する。温度センサ５８は、この発熱しているレーザダイオードアレイパッケージ１８の温度を測定し、測定した温度情報を図示せぬ温度制御装置に入力する。この温度制御装置は、入力された温度情報と設定値との差分に応じた電流をペルチェ素子５７に供給する。すると、このペルチェ素子５７は、その吸熱面を冷却することによってレーザダイオードアレイパッケージ１８の熱を放熱させ、レーザダイオードアレイパッケージ１８の温度を設定値に維持する。なお、このときペルチェ素子５７の放熱面から大量の熱が発生する。しかしながら、ペルチェ素子５７は、熱伝導性の良い材料からなる光源取付ベース５２，光源調整ベース４９，コリメータレンズ取付ブロック４６を介してケーシング１に接しているので、発生した熱を直ちにケーシング１まで伝えることができる。そして、このケーシング１は、アルミニウムから構成されているので、伝導された熱を直ちにその全域に拡散し、その全域にて効率良く放熱することができる。従って、ペルチェ素子５７の放熱面にて発生した大量の熱が、図示せぬ印刷装置内において効率良く空気中に放熱され、モノリシックレーザダイオードアレイチップ１８ａが安定して発振するのである。
【００６１】
レーザダイオードアレイパッケージ１８から出射された１２本のレーザービームは、コリメータレンズ群１９によって夫々平行ビームにされるとともに、相互に平行且つコリメータレンズ群１９の光軸に対して平行になる。次に、各レーザビームは、ビーム整形プリズムユニット４内の各プリズム４ａ，４ｂを透過することによって、そのビーム形状が所定の寸法に整形される。次に、各レーザビームは、第１直角プリズムユニット５によって１８０°折り返されて、第１リレーレンズ６ａ，平面ミラー７ａ，第２リレーレンズ２５を経てハーフミラー２６に入射する。ハーフミラー２６に入射したレーザビームの一部のエネルギーは、ＡＰＣ信号検出ユニット８内の各受光素子２９，３０によって測定されて、レーザダイオードアレイパッケージ１８に供給される電流を自動調整するためにフィードバックされる。
【００６２】
一方、ハーフミラー２６に入射したレーザビームの残りのエネルギーは、ダイナミックプリズムユニット９によってその光路を調整された後に、シリンドリカルレンズユニット１０によって、ポリゴンミラー２２の反射面上又はその近傍において副走査方向に収束される。ポリゴンミラー２２は、図７の時計方向に定速回転しているので、各反射面にて反射されたレーザビームも、図７の時計方向に偏向・走査される。このようにして偏向・走査されたレーザビームがｆθレンズ群３１に入射され始めた後、そこから出射されたレーザビームは、描画用スリット１ｄに達する直前に、第２直角反射ミラー１４ユニットによって折り返されて、ＳＯＳセンサ１５ａによって検出される。このＳ０Ｓセンサ１５ａによってレーザビームが検出されたタイミングから若干遅れて、レーザダイオードアレイパッケージ１８に供給される駆動電流の変調が、開始される。この駆動電流の変調が開始された時点では、ｆθレンズ群３１から出射された各レーザビームは、描画スリット１ｄを通過する位置に達している。そして、引き続いて、各レーザビームはこの描画スリット１ｄに沿って走査され、図示せぬ印刷装置の感光体ドラムの表面上に（夫々ＯＮ／ＯＦＦ変調された）１２本の走査線を描く。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態のレーザスキャニングユニットによると、レーザダイオードアレイパッケージ１８（モノリシックレーザダイオードアレイチップ１８ａ）とコリメータレンズ群１９との相対位置及び相対角度を自在に微調整可能な構成ながら、レーザダイオードアレイパッケージ１８を冷却するペルチェ素子の放熱面から発生した大量の熱を効率良く放熱することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明による光源装置によれば、電子冷却装置から発生した熱を熱伝導によって外部に放熱することで、この電子冷却装置によって確実にレーザダイオードアレイを冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態であるコリメータ光源ユニットの斜視図
【図２】  図１のコリメータ光源ユニットの分解図
【図３】  図１のコリメータ光源ユニットの平面図
【図４】  図３のIV-IV線に沿った縦断面図
【図５】  図３のV-V線に沿った縦断面図
【図６】  図３の矢印VI側から見たコリメータ光源ユニットの正面図
【図７】  図１のコリメータ光源ユニットが組み込まれた走査光学装置の平面図
【図８】  図７のVIII-VIII線に沿った縦断面図
【図９】  図７のIX-IX線に沿った縦断面図
【図１０】  感光体ドラム表面上におけるビームスポットの状態を示す図
【符号の説明】
１      ケーシング
１８      レーザダイオードアレイパッケージ
１８ａ    モノリシックレーザダイオードアレイチップ
１９      コリメータレンズ群
４０      レンズ枠
４３      コリメータ調整枠
４６      コリメータレンズ取付ブロック
４９      光源調整ベース
５２      光源取付ベース
５７      ペルチェ素子
【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】
0003732946.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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