JPS636890A - 半導体レ−ザ光学系 - Google Patents

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】 （発明の分野） 本発明は半導体レーザを備えた半導体レーザ光源装置に
関し、特に詳細には発振された光を広い出力範囲に亘っ
て小さなスポット径に集束させることの可能な半導体レ
ーザ光学系に関するものである。

（発明の技術的昔日および先行技術） 従来より半導体チップを有してなる半導体レーザは、各
種走査記録装置および走査読取装置における走査光発生
手段等として用いられている。この半導体レーザは、ガ
スレーザ等に比べて小型、安価で消費電力も少なく、ま
た駆動電流をコントロールすることによって出力を変化
させる、いわゆるアナログ直接変調が可能である等、種
々の長所を有している。特にこの半導体レーザを前記走
査記録装置において用いた場合には画像情報に応じて発
せられる信号により上記直接変調を行なえばよいので、
極めて便利である。

ところで、上記半導体レーザから発せられる光には、レ
ーザ発振光と自然発光ｆｉ域の光の２つがあることが知
られている。以下第５図を参照して半導体レーザに印加
される電流とレーザ発振光および自然発光領域の光の関
係について説明する。

図示のグラフのうち、線ａは駆動電流と自然発光＃Ａ域
の光（以下、自然発光光と称する）の出力の関係を示し
、線すは駆動電流とレーザ発振光の出力の関係を示すも
のである。グラフに不されるように、半導体レーザに電
流を印加した場合に、電流が閾値電流ＩＯを越えるまで
はレーザ発振光は出力されず、自然発光光のみが出力す
る。自然発光光は駆動電流が増加するにつれて少しずつ
その出力を増していくが、電流が閾値Ｉ。を越えてレー
ザ発振光が出力され、レーザ発振光の出力が大きくなる
と発光光全体に占める割合はわずかとなり、実質的にレ
ーザ発振光のみが出力されるようになる。自然発光光と
レーザ発振光を合わせた、半導体レーザから発せられる
総光岱と電流の量の関係は曲線Ｃで表わされる。

ところで、本出願人により既に提案されている、蓄積性
蛍光体シートを利用して放射線画像情報の記録、読取り
、再生を行なう放射線画像情報記録再生システム（特開
昭５５−１２４２９号、同５５−１１６３４０号、同５
５−１６３４７２号、同　５６−１１３９５号、同５６
−１０４６４５号など）においては、再生すべき画像情
報の濃度の高低の幅が広いため、この画像情報を記録材
料に再生する記録光はｉ：１００〜１０００という広い
ダイナミックレンジで変調される必要がある。

このため、上記放射線画像を再生する記録装置の上記記
録光の光源等として半導体レーザをアナログ直接変調し
て用いる場合には、自然発光光の影響の大きい低出力領
域の光も使用する必要が生じる。しかしながら、上記自
然発光光はレーザ発振光に比べ種々の角度成分が混在し
ている等の問題もあるため、集束レンズにより集束した
際に、レーザ発振光はど小さなスポット径に集束させる
ことができないという不都合がある。このためレーザ発
振光が支配的な高出力領域の光とともに、自然発光光が
支配的な低出力領域の光も用いた場合には、走査の空間
分解能が損われてしまうといつた問題が生じる。

また、上記半導体レーザを備えてなる半導体レーザ光ｌ
Ｉ！装置には、通常コリメータレンズや集束レンズ等の
レンズが設けられているが、例え（Ｊ縦マルチモードの
半導体レーザの場合でレーザ発振光がそのスペクトル成
分が２ｒｖの範囲であるのに対し、自然発光光は約４Ｑ
ｎｍに亘るスペクトル成分を有していることにより、上
記レンズの色収差の影響を受は易く、高精度に色収差補
正された高価なレンズを用いない場合には小さなスポッ
ト径に集束させることが一層困難になるという問題もあ
る。

（発明の目的） 本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであ
り、半導体レーザを備えてなる光学系において、自然発
光光の影響を低減させて、レーザ発振光の影響の大きい
光出力領域を広げ、またレンズの色収差の影響を回避し
て、低出力領域においても集束された光のスポット径を
小さくすることのできる半導体レーザ発振光ｉＩ！装買
を提供することを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明の半導体レーザ光源装置は、レーザ発振光および
自然発光光を発する半導体レーザと、該半導体レーザか
ら射出された光の光路上に設けられた集束レンズ、およ
びレーザ発振光の波長領域を含む該波長領域近辺の波長
の光のみを選択的に透過させる干渉フィルタからなるこ
とを特徴とするものである。

すなわち、半導体レーザから発せられた光の光路上に上
記のような特性を有する干渉フィルタを設けたことによ
り、レーザ発振光はほぼ全て透過されるが、自然発光光
はその多くがカットされる。

このため、干渉フィルタにレーザ発振光と自然発光光の
両方が入射した場合には、干渉フィルタを通過すること
により自然発光光の多くがカットされ、レーザ発振光の
相対的な割合が増加する。従って従来よりより低い光出
力領域までレーザ発振光が支配的となり、低出力領域の
光を用いてもスポット径を十分小さくすることができる
ようになる。

さらに干渉フィルタを通過した自然発光光はその波長が
レーザ発振光の波長領域近辺にある光のみとなるので、
集束レンズの色収差の影響をほとんど受けなくなり、特
別な色収差補正のなされていない比較的安価なレンズを
用いても、集束位置におけるスポット径を十分小さくす
ることができる。

（実　施　態　様） 以下、図面を参照して本発明の実施態様について説明す
る。

第１図は本発明の一実施態様による半導体レーザ光学系
を示す側面図である。

半導体レーザ１は、電流を印加されることにより、この
電流量に応じた発光量の光を発し、半導体レーザ１から
発振された光は光路上に設けられたコリメータレンズ２
に入射して平行光とされた後、特定の波長の光のみを選
択的に透過させる干渉フィルタ３に入射する。

前記半導体レーザ１は、印加される電流に応じて前述し
たレーザ発振光と自然発光光の２種項の光を発し、これ
らの光の発光スペクトルは第２図に示すようになってい
る。すなわら、レーザ発振光は、線ｄで示されるように
その発光スペクトルが７８５　ｎｌｌｌ前後の約２０ｒ
Ｑの範囲にあるが、前記自然発光光は、曲線ｅで示され
るようにその発光スペクトルが約４０ｎｍの範囲に亘っ
ている。上記のような波長特性を有するレーザ発振光お
よび自然発光光が入射する前記干渉フィルタ３の分光透
過率特性は、第２図中−点鎖線で示すようになっている
。すなわち、干渉フィルタ３はレーザ発振光の波長領域
を含む該波長領域近辺の光を選択的に透過させるものと
なっており、レーザ発振光はこの干渉フィルタ３をほぼ
１００％透過する。−方自然発光光はレーザ発振光の波
長に近い波長領域の光のみが干渉フィルタ３を透過する
が、その他の波長の光は干渉フィルタ３によりカットさ
れる。

従って干渉フィルタ３に入射する前の光の光量ＰＯと、
干渉フィルタを通過した後の光の光量Ｐとの関係はＰａ
＞Ｐとなる。半導体レーザに印加される電流量と光ｍ　
Ｐ　ａおよび光ＩＰの関係は第３図のグラフに示すとお
りである。

図中実線は光量Ｐａ、図中−点鎖線は光量Ｐの電流値に
応じた変化を示す。干渉フィルタ３は前述のように自然
発光光を選択的にカットする作用をするものであるため
、駆動電流がレーザ発振光発掘の閾値電流１ｏを下回る
間はＰの値はＰａを大きく下回る。また、電流値がＩｏ
を越えてレーザ発振光が出力を開始してから自然発光光
の影響がほとんどなくなる発光正に至る間（第３図中円
で囲む範囲内）はレーザ発振光の自然発光光に対する相
対的な割合が増加する。従って干渉フィルタを通過した
後の光を用いた場合には、干渉フィルタを通さない光を
用いた場合に比べ、レーザ発振光が支配的な発光領域が
より低発光領域にまで及ぶことになる。干渉フィルタ３
を通過した光は、第１図に示すように集束レンズ４に入
射して集束位置Ｐにおいて集束せしめられる。本実施態
様の光源装置においては、上記のように干渉フィルタ３
により自然発光光の影響を低減させたことにより、従来
は集束位置Ｐにおいて十分に集束したビームスポットを
得られなかった低発光領域の光についても収束位置Ａに
おいて十分に集束させることができる。

ところで上記光学系には、前記コリメータレンズ２およ
び集束レンズ４といったレンズが用いられており、この
レンズは一般的に色収差があることが知られている。こ
のため、これらのレンズに広い波長領域の光が入射する
と、集束位置においてビームスポットが大きなものにな
ってしまうという不都合が生じるが、本実施態様の装置
においては前記干渉フィルタ３により所定の波長の光の
みを取り出したことにより、レンズの色収差の影響を回
避することができる。従って本装置によれば、特別に色
収差補正のなされた高価なレンズ系を用いることなしに
、集束位置におけるスポット径を一層小さくすることが
できる。

上述したように、自然発光光の一部をカットしてレーザ
発振光の影響を大きい出力範囲を広げ、またこのように
自然発光光の一部をカットしたことより使用される波長
＃４域を限定した本実施態様の装置を用いて、集束位置
Ｐにおいて得られた集束光のスポット径と干渉フィルタ
透過後の発光２の関係を調べたところ、第４図に実線で
示す結果が１ｑられた。また第４図中の一点鎖線は、上
記光源装置から干渉フィルタを外した場合を比較例とし
て示したものである。

第４図のグラフに示すスポット径は、干渉フィルタの有
無にかかわらず、レーザ発振光の出力が十分大きくなり
、スポット径が十分小さく集束する出力範囲のスポット
径を１．０とした相対集束スポット径を示すものであり
、上記干渉フィルタが設けられた場合には、干渉フィル
タが設けられていない場合に比べ、低発光領域の集束ス
ポット径を小さく抑えることができることがわかった。

なお、第４図に示す結果は、干渉フィルタとして第２図
に示すようにその半値幅が５ｎｓ程度のものを使用した
場合であり、このレーザ発振光の波長を中心とする半値
幅が小さい程低発光領域のスポット径を小さくすること
ができる。従って干渉フィルタの半値幅は、干渉フィル
タの製造コスト、使用される発光領域、および使用され
る光のスポット径の大小の許容範囲等に応じて適宜調整
すればよい。

なお、上述した実施態様では干渉フィルタをコリメータ
レンズと集束レンズの間に設けたが、干渉フィルタは半
導体レーザとコリメータレンズの間または集束レンズの
後に設けるようにしてもよいことは勿論である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の半導体レーザ光源装置に
よれば、干渉フィルタを設けたことにより、自然発光光
の影響を減少させ、レーザ発振光の影響の大きい出力領
域を低発光領域内に広げることができる。また上記干渉
フィルタにより、使用される自然発光光は準単色化され
たものとなるので装置内のレンズの色収差の影響をほと
んど受けないようにすることができる。従って本発明の
半導体レーザ光源装置によれば、従来よりも広い出力範
囲に亘って発振された光を十分に小さいスポットに集束
させることができ、広いダイナミックレンジで光を変調
し、かつ高精度な走査を行なう必要がある走査記録装置
においても走査光発振手段として好適に用いることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様による半導体レーザ光源装
置を示す側面図、 第２図はレーザ発振光と自然発光光の発光スペクトルお
よび干渉フィルタの分光透過率特性を示すグラフ、 第３図は干渉フィルタ通過後の光量と半導体レーザの駆
動電流の関係を干渉フィルタ通過前と比較して示すグラ
フ、 第４図は干渉フィルタを設けた場合の発光量と集束スポ
ット径の関係を干渉フィルタが設けられない場合と比較
して示すグラフ、 第５図は半導体レーザの駆動電流と、自然発光光および
レーザ発振光の出力の関係を示すグラフである。 １・・・半導体し〜ザ　　　２・・・コリメータレンズ
３・・・干渉フィルタ　　　４・・・集束レンズ第　１
　図 第２図 仮伺χ、　　７８５ｎｍ 第３図 電比（ｍ　Ａ　）−４−” 第４図 カフ７　　（ｍＷ） 第５図 電５屹−す

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 印加される電流に応じて自然発光領域の光およびレーザ
   発振光を発する半導体レーザと、該半導体レーザから射
   出された光の光路上に設けられた集束レンズ、およびレ
   ーザ発振光の波長領域を含む該波長領域近辺の波長の光
   のみを選択的に透過させる干渉フィルタからなる半導体
   レーザ光学系。