JPH09243962A - 光源装置におけるコリメータレンズの接着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光硬化型の接着剤を用いてコリメータレンズ
をレンズ支持部上に位置ずれを生じることなく正確に接
着固定することのできるコリメータレンズの接着方法を
提供すること。 【解決手段】 コリメータレンズ４の外周円よりもわず
かに径の大きな断面円弧状のレンズ支持部３ｄを半導体
レーザの光軸と同心となるようにベースに一体形成し、
該断面円弧状のレンズ支持部３ｄ上に前記コリメータレ
ンズ４を光硬化型の接着剤８を用いて接着固定した光源
装置のためのコリメータレンズの接着方法であって、前
記コリメータレンズ４の上方から紫外線を照射し、コリ
メータレンズ側面の円筒レンズとしての集光作用を利用
して接着剤８を所定の狭い幅だけ光軸方向全幅にわたっ
て硬化した後、コリメータレンズ側面の円筒レンズとし
ての光拡散作用を利用して接着剤８の全面を硬化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル複写機や
レーザプリンタなどに使用される半導体レーザを用いた
光源装置におけるコリメータレンズの接着方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザを用いた光源装置において
は、その光学特性として、光源装置より射出されるレー
ザ光の方向性（光軸特性）と光束の平行性（コリメート
特性）が要求される。このような理由により、光源装置
は、半導体レーザの発光点とコリメータレンズの相対位
置を３軸（ｘ，ｙ，ｚ）方向に調整するのが通常であ
り、その位置精度はミクロン以下が要求されている。し
たがって、半導体レーザとコリメータレンズを有する光
源装置においては、３軸方向の位置調整および調整され
た位置での固定が可能な構造でなければならない。

【０００３】コリメータレンズを接着剤で固定する場
合、硬化時に接着剤の収縮が発生するので、収縮による
光学特性への悪影響をなるべく少なくすることが理想で
ある。特に、光源装置ではｚ方向（光軸方向）の要求精
度が高いため、その収縮方向がｚ軸方向に発生しないよ
うに構成することが望ましい。そのため、接着層は光軸
とほぼ平行な方向（ｚ軸に平行な方向）に設定するのが
普通であり、他の軸方向（ｘ，ｙ方向）についても、調
整を容易とするために、なるべく収縮方向がｘ軸または
ｙ軸方向の１方向となるように構成することが望まし
い。

【０００４】図８に、従来の光源装置（特開平５−８８
０６１号）の一例を示す。この光源装置は、本出願人が
先に出願したものであって、図示するように、保持部材
たるベース１０１に設けられた段付き孔１０２に、レー
ザ光を照射する半導体レーザ１０３が圧入固定されてい
る。２本のねじ１０４，１０４によってベース１０１に
取り付けられたフランジ１０５には、段付き孔１０２と
相対する位置に嵌合孔１０６が形成されており、この嵌
合孔１０６の左端部には、嵌合孔１０６よりも０．１ｍ
ｍ程度大径の入口部１０６ａが形成されている。

【０００５】前記嵌合孔１０６には、嵌合孔１０６と
０．０１〜０．０３ｍｍ程度のクリアランスを有して筒
状のレンズホルダ１０７が嵌入されており、このレンズ
ホルダ１０７内に、レーザ光を平行光束に変換するため
のコリメータレンズ１０８が保持されている。

【０００６】一方、プリント基板１０９に穿設された位
置決め孔１１０には、前記ベース１０１の端面から突出
されたガイドピン１１１が嵌入され、このガイドピン１
１１の先端部分を熱溶融して仮想線で示すように潰すこ
とにより、ベース１０１とプリント基板１０９を固定し
ている。半導体レーザ１０３のリード線１１２は、プリ
ント基板１０９に形成されたリード線挿通孔に通され、
プリント基板裏面側において配線用の導電パターンにハ
ンダ付けされている。

【０００７】前記フランジ１０５は、半導体レーザ１０
３の発光点がコリメータレンズ１０８の光軸上に一致す
るようにｘ，ｙ方向に位置調整した後、ねじ１０４によ
ってベース１０１に固定される。

【０００８】ベース１０１に取り付けられたフランジ１
０５には、入口部１０６ａにつながる切欠部１１３が形
成されており、半導体レーザ１０３の光源位置がコリメ
ータレンズ１０８の焦点位置と一致するようにレンズホ
ルダ１０７をｚ方向に位置調整した後、この切欠部１１
３から接着剤を注入して内部に浸透させることにより、
レンズホルダ１０７をフランジ１０５に固定している。

【０００９】アパーチャ形成部材１１４は、コリメータ
レンズ１０８を透過した光束中の中央部付近の平行光束
を取り出して整形するための遮蔽キャップであって、光
束選択用の孔からなるアパーチャ１１４ａと、フランジ
１０５に嵌着するための突起１１４ｂを有しており、こ
の突起１１４ｂをフランジ１０５の切欠部１１３に嵌着
することにより、アパーチャ形成部材１１４をフランジ
１０５に固定している。

【００１０】なお、前記光源装置をデジタル複写機やレ
ーザプリンタ本体に取り付ける場合、フランジ１０５の
光軸に垂直な平面１０５ａが基準面となり、光学特性の
調整もこの平面１０５ａを基準に行なわれる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光源装置にも次のような問題があった。 (1) ｘ，ｙ方向の調整後にねじ１０４を緊締してフラン
ジ１０５をベース１０１に固定する方式を採用している
ため、ねじ１０４の緊締時に、ベース１０１の端面のね
じ座とフランジ１０５の噛み付きにより、ｘ，ｙ方向の
位置ずれを発生する場合があり、レーザの方向性（光軸
特性）の精度が低くなる場合がある。

【００１２】(2) 光源装置で使用する半導体レーザ１０
３のレーザ光は一定の広がりを有し、すべてのレーザ光
がコリメータレンズ１０８に入射するとは限らない。半
導体レーザは人体に対する安全性から法的な基準があ
り、レーザ光が光軸方向以外の外部に漏れないことが望
ましい。これは、使用中に限らず、製造工程における調
整時においても同様であって、フランジ１０５やベース
１０１はレーザ光が外部に漏れない材質であることが必
要である。

【００１３】一方、レンズホルダ１０７の固定に使用す
る接着剤は、短時間で任意に硬化させることのできる紫
外線硬化型の接着剤が生産タクト短縮に有利であり、信
頼性にも優れている。しかしながら、前記先願の光源装
置のようにベース１０１やフランジ１０５を紫外線が通
過しない材質とした場合には、紫外線硬化型の接着剤を
充填した隙間を通して紫外線を照射しても、充填した接
着剤全体をまんべんなく照射することができず、硬化む
らや未硬化部が生じる。このため、硬化収縮による歪み
が不均等に作用し、レンズホルダ１０７の位置ずれや構
成部材の割れなどの不具合を生じる。

【００１４】レーザ光源１０３から射出される赤外線や
赤色光などのレーザ光を透過させない材質は、それより
も波長の短い紫外線も透過させない。このため、紫外線
のみを透過させようとすると、特殊なフィルタを付加す
るか、あるいはフランジ１０５自体に特殊なコーテング
を施さなければならず、コストが大幅に高くなるという
問題がある。したがって、コリメータレンズ１０８を固
定するための接着剤として、紫外線硬化型の接着剤を使
用することができなかった。

【００１５】(3) 接着層がレンズホルダ１０７の全周
面、すなわちｘ，ｙの全方向に存在するので、ｘ，ｙ方
向における接着剤の硬化収縮方向が定まらず、ｘ，ｙ方
向の位置精度にばらつきが発生する。接着後の位置精度
の確保にはある程度の収縮量を見込んで初期位置をオフ
セットすることも必要となるが、接着層の収縮方向が一
定でないと、オフセットを与えることが困難であり、レ
ーザの方向性（光軸特性）の精度が低下する場合があ
る。

【００１６】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたもので、光硬化型の接着剤を用いてコリメ
ータレンズをレンズ支持部上に位置ずれを起こすことな
く正確に接着固定することのできるコリメータレンズの
接着方法を提供することを目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では次のような手段を採用した。すなわち、
発明は、表裏を貫通する嵌合孔を有するベースと、ベー
ス裏面側に位置して前記嵌合孔に嵌着された半導体レー
ザと、ベース表面側であって前記貫通孔の前面に位置し
て半導体レーザの光軸と同軸に保持されたコリメータレ
ンズと、該コリメータレンズより射出されるレーザ光を
整形するアパーチャ形成部材とを備え、前記コリメータ
レンズの外周円よりもわずかに径の大きな断面円弧状の
レンズ支持部を半導体レーザの光軸と同心となるように
前記嵌合孔の前面に位置して前記ベースに一体形成し、
該断面円弧状のレンズ支持部上に前記コリメータレンズ
を光硬化型の接着剤を用いて接着固定した光源装置のた
めのコリメータレンズの接着方法であって、前記コリメ
ータレンズの上方から硬化用光線を照射し、コリメータ
レンズ側面の円筒レンズとしての集光作用を利用して接
着剤を所定の狭い幅だけ光軸方向全幅にわたって硬化し
た後、コリメータレンズ側面の円筒レンズとしての光拡
散作用を利用して接着剤の全面を硬化することを特徴と
するものである。

【００１８】このような方法を採用した場合、レンズ支
持部とコリメータレンズの間に充填された接着剤は、ま
ず第１の照射工程により、光軸方向（ｚ方向）の全幅に
わたって所定の狭い幅で硬化される。したがって、コリ
メータレンズは、まず最初に歪みの最も小さい光軸方向
に沿って所定の狭い幅でレンズ支持部上に強固に固定さ
れる。そして、このように光軸方向に位置決めして接着
固定した後、第２の照射工程により接着剤の全面を硬化
する。したがって、コリメータレンズに位置ずれが発生
することがなくなり、高精度に位置調整することができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。まず、本発明方法について
説明する前に、本発明方法によって製作される光源装置
の構造について説明する。

【００２０】図５〜図７に、本発明方法によって製作さ
れる光源装置の一例を示す。図５は光源装置の縦断面
図、図６はその分解斜視図、図７はコリメータレンズと
レンズ支持部の略示正面図である。図５および図６にお
いて、１はプリント基板、２は半導体レーザ、３は半導
体レーザ２の保持部材となるベース、４はコリメータレ
ンズ、５はアパーチャ形成部材である。ベース３は、半
導体レーザ２の射出する赤外線レーザ光（例えば７８０
ｎｍ）およびこれよりも短い波長の光は透過させない材
質からなる。半導体レーザ２は、このベース３のほぼ中
央に位置して表裏を貫通して形成された段付きの嵌合孔
３ａにベース裏面側から圧入固定されている。

【００２１】ベース３の裏面側には２つのスペーサ３
ｂ，３ｂが形成されており、このスペーサ３ｂ，３ｂ部
分にプリント基板固着用のねじ穴３ｃ，３ｃが穿設され
ている。プリント基板１には、このねじ穴３ｃに対向す
る位置に２つの貫通穴１ａ，１ａが形成されており、ね
じ６をこの貫通穴１ａを介してねじ穴３ｃに螺着するこ
とにより、ベース３とプリント基板１を固着している。
なお、ねじ穴３ｃをねじ溝のない丸穴とし、ねじ６をタ
ッピンねじとしてもよい。

【００２２】半導体レーザ２の３本のリード線２ａは、
プリント基板１０９に形成された３つのリード線挿通孔
１ｂにそれぞれ挿通され、プリント基板裏面側において
配線用の導電パターンにハンダ付けされている。

【００２３】ベース３には、コリメータレンズ４をベー
ス３に直接接着固定するために、前記嵌合孔３ａの前面
側に位置して、前記コリメータレンズ４の外周円よりも
わずかに径の大きな（例えば０．３ｍｍ程度）断面円弧
状のレンズ支持部３ｄが半導体レーザ２の光軸と同心に
一体形成されている。

【００２４】このレンズ支持部３ｄの光軸方向（ｚ方
向）の寸法は、接着剤が余分に充填された場合でも他の
部分に付着することがないように、コリメータレンズ４
の光軸方向（ｚ方向）のレンズ厚よりも長くとられてい
る。また、正面側からみたときの形状は半円以下の断面
円弧状とされている。なお、この正面からみたときの形
状は、位置調整と接着作業の容易性から、図７に示すよ
うに、約６０°程度に開いた左右対称な断面円弧状とす
るのが望ましい。

【００２５】コリメータレンズ４は、紫外線を透過可能
な材質で作られている。このような材質のレンズとして
はプラスチックレンズやガラスレンズが考えられるが、
光学特性に優れたガラスレンズの方がより望ましい。コ
リメータレンズ４は、その組み立てに際し、図７に示す
ように、３軸（ｘ，ｙ，ｚ）方向に位置調整可能なチャ
ック７，７で把持され、レンズ支持部３ｄ上に半導体レ
ーザ２の光軸と同心に配置される。

【００２６】そして、レンズ支持部３ｄの接着面３ｅと
コリメータレンズ４の外周面との間に形成されるすき間
に紫外線硬化型の接着剤８を充填した後、図示にない検
査装置によって光学特性を検査しながらコリメータレン
ズ４の位置を微調整し、目的の光学特性が得られる位置
が決定したら当該位置でチャック７，７を固定し、後述
する本発明の接着方法によってコリメータレンズ４の上
方から接着剤８に向けて紫外線照射器９より紫外線Ｌを
照射する。

【００２７】紫外線照射器９より照射された紫外線Ｌ
は、コリメータレンズ４を透過して接着剤８部分に照射
され、接着剤８を硬化させる。したがって、レンズ支持
部３ｄの接着面３ｅとコリメータレンズ４との間にはそ
のすき間寸法（約０．３ｍｍ）からなる厚さ均一で左右
対称な接着層が形成され、コリメータレンズ４はこの接
着層によってレンズ支持部３ｄ上に所定の光学特性を維
持した状態で固定される。

【００２８】特に、図７に示すように、レンズ支持部３
ｄを６０°程度に開いた左右対称な断面円弧状とした場
合には、チャック７，７によるコリメータレンズ４の支
持が簡単かつ確実に行なえるとともに、後述する本発明
の接着方法から明らかになるように、紫外線照射器９か
ら照射した紫外線Ｌをコリメータレンズ４を通して接着
面３ｅの全面に照射可能であり、接着剤を効率的に硬化
させることができる。

【００２９】アパーチャ形成部材５には、アパーチャ５
ａと、ベース３への固着用の２つの突起５ｂ，５ｂと、
位置合わせ用の２つの円弧状溝３ｇ，３ｇが形成されて
いる。そして、前述のようにしてコリメータレンズ４の
接着固定が完了した後、前記アパーチャ形成部材５の２
つの円弧状突起５ｃ，５ｃを、レンズ支持部３ｄの基部
に形成された円形段部３ｈの周面の２つの円弧状溝３
ｇ，３ｇに位置合わせして対向させ、この状態でアパー
チャ形成部材５をベース３側に向かって押し込んでや
る。これにより、アパーチャ形成部材５の２つの突起５
ｂ，５ｂが円形段部３ｈの周面の２つの切欠部３ｆ，３
ｆに嵌着し、アパーチャ形成部材５は円形段部３ｈに固
定される。

【００３０】なお、ベース３の左右両端部に形成された
２つの長穴３ｉ，３ｉは、光源装置をデジタル複写機や
レーザプリンタ本体に取り付けるための取り付け穴であ
る。この取り付けに際しては、ベース３の表面側の垂直
な平面３ｊと円形段部３ｈの外周面とが位置合わせの基
準面となる。

【００３１】次に、図１〜図２を参照し、本発明による
上記接着剤８の接着方法について説明する。図１は本発
明方法の説明図であって、（Ａ）は第１の照射工程の説
明図、図（Ｂ）は第２の照射工程の説明図である。図２
は紫外線の強度分布を示す図であって、（Ａ）は第１の
照射工程で使用される紫外線の強度分布図、（Ｂ）は第
２の照射工程で使用される紫外線の強度分布図である。

【００３２】本発明の接着方法は、まず最初に、図１
（Ａ）に示すように接着剤の中央付近のみを狭い幅でコ
リメータレンズ４の光軸方向全幅にわたって硬化接着し
た後（第１の照射工程）、次に、図（Ｂ）に示すように
接着剤８の全面を硬化接着する（第２の照射工程）よう
にしたものである。以下、その詳細を説明する。

【００３３】まず、第１の照射工程について、図１
（Ａ）および図２（Ａ）を参照して説明する。第１の照
射工程では、図１（Ａ）に示すように、接着剤８を照射
する紫外線Ｌをほぼ平行光線となるように調整した後、
コリメータレンズ４の上方から接着剤８に向けて照射す
る。コリメータレンズ４は上方から光が入射すると、そ
の側面は円筒レンズとして作用する。このため、コリメ
ータレンズ４を透過した紫外線Ｌは、コリメータレンズ
４の焦点位置、すなわちコリメータレンズ４のちょう度
裏面側の角度０°付近に集光される。

【００３４】この結果、コリメーンタレンズ４の裏面側
における紫外線の強度分布は、図２（Ａ）に示すよう
に、真下の角度０°付近のみが光強度の強い峰状曲線と
なり、接着剤８はその中央の角度０°付近のみが硬化さ
れる。なお、前記紫外線は、光軸方向（ｚ方向）につい
てはコリメータレンズ４の全幅にわたって照射されてい
る。円筒状のコリメータレンズ４は、光軸方向について
は円筒レンズとして作用しない。このため、光軸方向に
ついては紫外線の強度分布は平坦である。これにより、
接着剤８は、ｘ方向には幅が狭く、かつ、光軸方向には
コリメータレンズの全幅にわたって線状に硬化する。

【００３５】したがって、この第１の照射工程では、接
着剤層の硬化収縮は上下方向（ｙ方向）のみに発生し、
光軸方向（ｚ方向）と左右方向（ｘ方向）にはほとんど
発生させずに固定することができる。ただし、この第１
の照射工程で固化しているのは接着層の中央部分だけで
あり、これだけでは接着強度として充分ではない。そこ
で、第２の照射工程により接着剤８の全面を硬化させ
る。

【００３６】すなわち、第２の照射工程では、図１
（Ｂ）に示すように、接着剤８を照射する紫外線Ｌがコ
リメータレンズ４のほぼ中心を向くように調整した後、
コリメータレンズ４の上方から接着剤８に向けて照射す
る。このような向きに照射すると、紫外線Ｌはコリメー
タレンズ４の周面に垂直に入射するので、ほぼそのまま
直進してコリメータレンズ４の裏面側から出ていく。

【００３７】この結果、コリメーンタレンズ４の裏面側
における紫外線の強度分布は、図２（Ｂ）に示すよう
に、真ん中を中心に左右約３０°の範囲にわたってほぼ
平坦となり、接着剤８の全面が均等に硬化される。コリ
メータレンズ４は、前述した第１の照射工程により既に
レンズ支持部３ｄに固定されているので、この第２の照
射工程における硬化時に大きな位置ずれを起こすおそれ
はなく、高精度に位置決めされた状態でレンズ支持部３
ｄに固定される。

【００３８】図３および図４に、前記第２の照射工程の
他の方法例を示す。図３の照射方法は、コリメータレン
ズ４の前面所定位置において紫外線Ｌに焦点を結ばせる
ことにより、コリメータレンズ４中を透過する間に平行
光束となって射出されるようにしたものである。また、
図４の照射方法は、紫外線を点光源様に所定の角度で拡
散して入射させてやることにより、コリメータレンズ４
中を透過する間に平行光束となって射出されるようにし
たものである。いずれの場合も、コリメーンタレンズ４
の裏面側における紫外線の強度分布は図２（Ｂ）と同等
のものとなり、図１（Ｂ）の照射方法の場合と同等の効
果が得られる。

【００３９】以上説明した例は、紫外線硬化型の接着剤
を用いたが、紫外線硬化型の接着剤に限らず光硬化型の
接着剤であれば使用可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明にしたように、発明によるとき
は、コリメータレンズの上方から硬化用光線を照射し、
コリメータレンズ側面の円筒レンズとしての集光作用を
利用して接着剤を所定の狭い幅だけ光軸方向全幅にわた
って硬化した後、コリメータレンズ側面の円筒レンズと
しての光拡散作用を利用して接着剤の全面を硬化するよ
うにしたので、接着時の硬化収縮方向が上下方向（ｙ方
向）の１方向に限定される。このため、オフセットを正
確に与えることができ、より高精度に位置調整すること
ができる。また、接着層の全面を完全に硬化させること
ができるので、所望の接着強度が確実に維持され、安定
で品質に優れた光源装置を製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の説明図である。

【図２】本発明方法における照射紫外線の強度分布図で
ある。

【図３】本発明方法における第２の照射工程の他の方法
例を示す図である。

【図４】本発明方法における第２の照射工程の更に他の
方法例を示す図である。

【図５】本発明方法により製作される光源装置の一例を
示す縦断面図である。

【図６】図５の光源装置の分解斜視図である。

【図７】コリメータレンズとレンズ支持部の略示正面図
である。

【図８】従来の光源装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１ プリント基板 １ｂ リード線挿通孔 ２ 半導体レーザ ２ａ リード線 ３ ベース ３ａ 嵌合孔 ３ｂ スペーサ ３ｃ ねじ穴 ３ｄ レンズ支持部 ３ｅ 接着面 ３ｆ 切欠部 ３ｇ 円弧状溝 ３ｈ 円形段部 ３ｉ 長穴 ３ｊ 垂直な平面 ４ コリメータレンズ ５ アパーチャ形成部材 ５ａ アパーチャ ５ｂ 突起 ５ｃ 円弧状突起 ６ ねじ ７ チャック ８ 紫外線硬化型の接着剤 Ｌ 紫外線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表裏を貫通する嵌合孔を有するベース
   と、ベース裏面側に位置して前記嵌合孔に嵌着された半
   導体レーザと、ベース表面側であって前記貫通孔の前面
   に位置して半導体レーザの光軸と同軸に保持されたコリ
   メータレンズと、該コリメータレンズより射出されるレ
   ーザ光を整形するアパーチャ形成部材とを備え、前記コ
   リメータレンズの外周円よりもわずかに径の大きな断面
   円弧状のレンズ支持部を半導体レーザの光軸と同心とな
   るように前記嵌合孔の前面に位置して前記ベースに一体
   形成し、該断面円弧状のレンズ支持部上に前記コリメー
   タレンズを光硬化型の接着剤を用いて接着固定した光源
   装置のためのコリメータレンズの接着方法であって、 前記コリメータレンズの上方から硬化用光線を照射し、
   コリメータレンズ側面の円筒レンズとしての集光作用を
   利用して接着剤を所定の狭い幅だけ光軸方向全幅にわた
   って硬化した後、コリメータレンズ側面の円筒レンズと
   しての光拡散作用を利用して接着剤の全面を硬化するこ
   とを特徴とする光源装置におけるコリメータレンズの接
   着方法。