JPS61162014A

JPS61162014A - 平行レ−ザ−ビ−ム用光源装置

Info

Publication number: JPS61162014A
Application number: JP60002476A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kaneko; 豊金子
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1985-01-10
Filing date: 1985-01-10
Publication date: 1986-07-22
Also published as: US4720168A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）この発明は、平行レーザービーム用光源装置、詳しくは
、半導体レーザーを用いる、平行レーザービーム用光源
装置に関する。

（従来技術）半導体レーザーは小型で手軽なレーザー光源として知ら
れているが、半導体レーザーから放射されるレーザー光
は発散性であるので、一般に１コリメーターレンズを用
いて平行レーザービームに変換して用いられる。このた
め、半導体レーザーを用いる、平行レーザービーム用光
源装置は、一般に、半導体レーザーと、コリメーターレ
ンズと、これら両者を位置決めして保持する保持部材と
を有する。

ところで、このような平行レーザービーム用光源装置に
おいて、コリメーターレンズかう射出するレーザービー
ムの平行性を損なう２つの要因が　　・ある。

その第１は、光源装置における温度変化により、保持部
材が熱的に膨張ないし収縮することである。

保持部材は、コリメーターレンズと半導体レーザーを位
置決めするものでちるから、これが膨張したり収縮した
りすると、コリメーターレンズと半導体レーザーとの間
の距離が変化し、コリメーターレンズは、半導体レーザ
ーからのレーザー光を正しく平行光束化できなくなって
しまう。

その第２は、半導体レーザーから放射されるレーザー光
の発振波長が、温度とともに変化することである。レー
ザー光の発振波長が変化すると、コリメーターレンズの
硝材の分散性（波長に応じて屈折率が変化する性質）に
より、コリメーターレンズの焦点距離が実質的に変化す
ることＫなシ、コリメーターレンズから射出するレーザ
ービームは平行光束でなくなってしまう。

上記第１の要因に対処する方法としては、保持部材を、
互いに線膨張係数の異なる材料で複合的Ｋｍ成し、各材
料における熱変形量が互いに相殺するようにして、温度
変化に拘らず、コリメーターレンズと半導体レーザーと
の間の距離を一定に保つ方法が知られている（特開昭５
９−１５２０６号公報）。

しかし、この方法は、保持部材を複合的に構成しなけれ
ばならないため、光源装置が複雑化するという問題を有
している。

第２の要因に対処する方法としては、半導体レーザーの
温度を、常に、一定温度に制御することが考えられるが
、そのためには複雑な温度制御機構が必要となシ、光源
装置が大型化、複雑化すること罠なってしまう。

（目　　的）この発明は、上述の如き事情に鑑みてなされたものであ
って、その目的とするところは、複雑な温度制御機構を
要せず、光源装置を複雑化させることもない、新規な、
平行レーザービーム用光源装置の提供にある。

（構　成）以下、本発明を説明する。

本発明の平行レーザービーム用光源装置は、半導体レー
ザーと、コリメーターレンズと、これら両者を位置決め
して保持する保持部材とを有する。

半導体レーザーにおける発振波長の温度に対する変化率
をΔλ（ｎ？／ｃ０）、コリメーターレンズにおける分
散率をν−１、保持部材を構成する材料の線膨張係数を
αとすると、これらΔλ、ν−１．αは、α＃Δλ・ν
−１（１）なる関係を満足する。

半導体レーザーが定まれば、Δλが定まり、コリメート
レンズの硝材が定まればν−１が定まる。そこで、これ
らΔλ、ν−１について（１）を満足させるような線膨
張係数αを有する材料で保持部材を形成する。

ちるいは、半導体レーザーと、保持部材の材料とを定め
、このようにして定まるΔλ、αに対して（１）を満足
するように、コリメーターレンズの硝材を選択してもよ
く、保持部材の材料とコリメーターの硝材を定め、この
ようにして定まるν−１．αに対して（１）を満足する
ように、半導体レーザーを選択するようＫしてもよい。

第１図は、本発明の１実施例を示している。図中、符号
１０は半導体レーザー、符号１２はサブマウント、符号
１４はヒートシンク、符号１６は保持部材、符号１８は
レンズホルダー、符号２０はコリメーターレンズを、そ
れぞれ示している。図に示すようＫ、半導体レーザーｌ
Ｏは、保持部材１６の右端部に固設されたヒートシンク
１４の頂部にサブマウント１２を介して固設されている
。またコリメーターレンズ２０は、保持部材１６の左端
部に固設されたレンズホルダー１８に保持されている。

さて、この平行レーザービーム用光源装置において、装
置設計上の条件として定まる標準としての温度をＴｏと
し、このとき、コリメーターレンズ２０の焦点距離をｆ
ｏとする。半導体レーザー１０は、Ｔｏにおいてλ０な
る波長のレーザー光を発し、上記焦点距離ｆｏは、この
波長λ０の光に対するものである。また、保持部材１６
の線膨張係数をαとする。すると、温度Ｔｏのとき、コ
リメーターレンズ２０と半導体レーザー１０との間の距
離は１０であり、半導体レーザー１０から、波長λ０の
レーザー光を放射させれば、コリメーターレンズ２０か
ら平行光束りが射出する。

さて、温度がＴｏからδＴだけ変化した状態を考えてみ
る。この温度変化にもとづき、保持部材１６は熱変形し
、その熱変廟量δ２（コリメーターレンズ２０と半導体
レーザーｌＯとの間の長さの変形量）は、δ２＝α・ｆ
ｏ・δＴ　で与えられる。この熱変形（説明の蘭単のた
め熱膨張であるとする）δ２のために、コリメーターレ
ンズ２０と半導体レーザー】０との間の距離はｆｏから
ｆｏ＋δ２へと変化する。

一方、この温度変化δＴにより、半導体レーザー１０の
発振波長はλ０からδλだけ変化する。δＴの正の向き
を温度上昇の向きとするとδＴが正のとき、δλも正で
ある。このとき、発振波長の温度に対する変化率Δλは
、で与えられる。

また、コリメーターレンズの硝材の屈折率は、典型的な
場合を第２図に示すように、光の波長とともに変化し、
一般に波長の増加とともに、屈折率も減少する。もちろ
ん、硝材が異なれば、この曲線も異なったものとなる、
第２図の曲線は、ライト７リントガラスに関するもので
ある。

このように、コリメーターレンズにおける屈折率が、波
長に応じて変化すると、それに応じて、コリメーターレ
ンズの焦点距離も変化する。すなわち、一般に波長が長
くなると、焦点距離も長くなる。そこで、この焦点距離
の変化をａｆとする。

すると、コリメーターレンズ２０における分散率ν−１
は、で定義される。

従って、分散性による焦点距離の変化δｆは、δｆ＝ν
−１・ｆｏδλ　　　　　　　　　（３）で与えられる
。一方、保持部材１６の熱膨張による変形量δ２は、前
述の通り、δ２＝α・δＴ−ｆｏ　　である。そこでも
し、δ２＝δｆでちるならば、分散性による焦点距離の
変化が、熱膨張による、コリメーターレンズ、半導体レ
ーザー間の距離の変化で相殺されることとなり、温度変
化にも拘らず、コリメーターレンズ２０からは、常に平
行光束が射出することになる。

δｌ　＝　ａｆ　　を具体的に書くと、α・ｆｏδＴ＝
ν−１・ｆｏ・δλ　であるから、δ゛λ＝Δλ・δＴ
　（（２）式参照）を用いると α・ｆｏ・δＴ＝ν−１・ｆＯ・Δλ・δＴ（４）とな
り、これから、直ちに１ α＝ν−１・Δλ が得られる。従って、前述の（１）式を成立させるよう
にすることにより、温度変化にも拘らず、常に実質的な
平行レーザービームを得ることができる。

以下、具体的な例に即して説明する。

例として、平行レーザービーム用光源装置を、第３図に
示す如きレーザープリンターに用いる場合をとりあげて
見る。第３図において、符号１０゜２０は、第１図にお
けると同じく、それぞれ、半導体レーザーおよびコリメ
ーターレンズを示し、図示されない保持部材等とともに
、光源装置を構成する。符号２２は多面鏡を示す。この
多面鏡２２は、モーター２４により矢印方向へ等速で高
速度回転され、スキャナーとして、レーザービームを偏
向させる。多面ｆｉ！！、２２による反射光はｆθレン
ズ２６、平面鏡２９．３０を介して感光体３２上へ導か
れ、ｆθン／ズ２６の作用により感光体表面にスポット
状に集束する。モーター２Ｉ１．により多面鏡２２を回
転させると、このスポットは感光体３２上を直線的に移
動して感光体を走査する。感光体３２を回動させつつ、
半導体レーザー１００発光を画像信号で変調すれば、画
像信号に応じた潜像が感光体３２に形成される。

この潜傷を可視化し転写紙上に転写・定着することＫよ
って、画像信号に応じた記録画像が得られる。

さて、説明の具体性のために１コリメーターレンズ２０
の焦点距離を、正常な状態（設計上の値）においてｆｏ
＝９ｍｍとし、ｆθレンズ２６の焦点距離ｆｃを３００
　ｍｍとしよう。感光体３２に集束するスポットの径は
、画素密度４００ドント／インチの場合で８０μｍ程度
でちり、ビームの深度は±２ｒｒＬｍ程度である。この
場合、半導体レーザー１０とコリメーターレンズ２０と
の間の間隔精度δ２としては、とすることができる。

さらに、コリメーターレンズの硝材として、波長７８０
　ｎｍ近傍の領域で分散率ν　＝　８．Ｉ　Ｘ　１０　
　のＦＤＳ　３を用いるものとし、半導体レーザー１０
として、ＧａｔＪｋｓ　／　Ｇａｐｓ　　ダブルへテロ
構造のもので発振波長７８０ｎｍのものを用いるものと
する。

第３図に示すようなレーザープリンターでは、平行レー
ザービーム用光源装置の温度は、使用環境と使用による
装置内温度上昇を考えあわせて、おおよそ０℃〜５０℃
の範囲で変動する。前述した設計上の標準の温度Ｔｏは
通常２０℃であるから、光源装置の温度変動の幅として
は±３０℃を考えればよい。

上記半導体レーザーにおけるΔλは、０．２２　ｎｍ／
’Ｃであることが知られている。

して見ると、今、半導体レーザー１０の温度が、標準の
温度から３０℃変化したとするならば、この温度変化に
より発振波長は、δλ＝　０．２２　Ｘ　３０　＝　６
．６ｘｍだけ変化する。この波長変化にもとづく、コリ
メーターレンズ２０の焦点距離の変化δｆは、（３）式
に従ッテ、８．Ｉ　Ｘ　１Ｏ−５Ｘ　９″”’Ｘ　６．
６ｘｍ＝　４．８ｔｔｍ　　トｆｚる。

一方、保持部材の熱変形量δ２は、３０℃　の温度変化
に対して、９　Ｘ　３０　Ｘα＝　２７０−α（−ｒＩ
Ｌ）である・従って、δ２＝δｆなる条件が満足される
ためには、保持部材の材料の線膨張係数αは、１．７Ｘ
１０’であればよい。

実際にけ、コリメーターレンズと半導体レーザーとの間
の間隔精度は前述の如く１．８μｍ程度であとδｆとの
差の許容範囲として δ／−Ｔδｆ≦１δ２−δｆ１≦δｆ十了δｆとすると
、αに対する許容領域として、１．２　Ｘ　１０　　≦
α≦２．７　Ｘ　１Ｏ−５（５）あるいは、分散率ν−
１を用いると０．１５ν−１≦α≦０．３３ν−１（６）を得る。

従って、保持部材を形成すべき材料は、線膨張率が上記
（５）の条件を満足するもののなかから選べばよい。条
件（５）を満足する材料をいくつかあげてみると、アル
ミニウム（α＝　２．４Ｘ１０　’　）　、黄銅（α＝
　１．８　Ｘ　１Ｏ−５）、５ｏｓ（ｔｓ−ｓ）（’α
＝　１．６Ｘ１０　’　）、アルミダイキャストＡＤＣ
１２（α＝　２ｘ　１Ｏ−５）等がある。特に、黄銅と
、５Ｏｓ（１８−８）とは、αの値が、理想値１．７Ｘ
１０　　に近い。

保持部材を、アルミダイキャストＡＤＣ１２で作製する
と、δ２の値は、９ｍｘＸ２Ｘ１０　　Ｘ３０℃＝５．
４μｍとなり、δｆとの差は０．６μｍとなる。

（効　果）以上、本発明によれば、新規な、平行レーザービーム用
光源装置を提供できる。この光源装置では、半導体レー
ザーの温度変化にもとづく発振波長変化による、コリメ
ーターレンズの焦点距離の変動と、保持部材の熱変形に
もとづく、焦点位置すれとが互いに相殺し合うので、半
導体レーザーに対し、正確な温度制御を行なわなくても
、常に実質的な平行レーザービームを得ることができる
。

また、保持部材は、これを複合的に構成する必要がない
から、光源装置が複雑化することもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を示す側面図、第２図は、
コリメーターレンズの硝材における分散性を説明するだ
めの図、第３図は、平行レーザービーム用光源装置を用
いたプリンターの１例を示す図である。１０・・・半導体レーザー、１２・・・サブマウント、
１４・・・ヒートシンク、１６・・・保持部材、１８・
・・レンズホルダー、２０・・・コリメーターレンズ。

Claims

【特許請求の範囲】半導体レーザーと、この半導体レーザーからの発散性の
レーザー光束を平行レーザービームに変換するコリメー
ターレンズと、上記半導体レーザーとコリメーターレン
ズとを、位置決めして保持する保持部材とを有し、半導体レーザーの発振波長の温度に対する変化率をΔλ
（ｎｍ／℃）、コリメーターレンズの硝材における分散
率をν＾−＾１とするとき、上記保持部材を、その線膨張係数αが、α≒Δλ−ν＾
−＾１を満足する材料で形成することを特徴とする、平
行レーザービーム用光源装置。