JPH01178914A - マルチ半導体レーザ光源装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は光走査装置内において用いられる、複数の半導
体レーザを有するマルチ半導体レーザ光源装置に関し、
特に詳細には各半導体レーザから発せられるレーザビー
ムを走査位置において正確に合波させることのできるマ
ルチ半導体レーザ光源装置に関するものである。

（従来の技術） 周知のように、レーザ光源から発せられたレーザビーム
を光偏向器により偏向して偏向方向に垂直な方向に相対
的に搬送される（副走査される）被走査面上を走査させ
る光走査装置は、各種画像読取装置、画像記録装置とし
て広く用いられている。

また上記光走査装置におけるレーザ光源としては、半導
体レーザを用いることが知られている。

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画像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。

しかしながら、半導体レーザは上記のような長所を有す
る反面、連続発振させる場合には現状では出力がたかだ
か２０〜３０＋ｎｖと小さく、従って高エネルギーの走
査光を必要とする光走査装置、例えば感度の低い記録材
料（金属膜、アモルファス膜等のＤＲＡＷ材料等）に記
録する画像記録装置等に用いるのは極めて困難である。

また、ある種の蛍光体に放射線（Ｘ線、α線。

β線、γ線、電子線、紫外線等）を照射すると、この放
射線エネルギーの一部が蛍光体中に蓄積され、この蛍光
体に可視光等の励起光を照射すると、蓄積されたエネル
ギーに応じて蛍光体が輝尽発光を示すことが知られてお
り、このような蓄積性蛍光体を利用して、人体等の被写
体の放射線画像情報を一旦蓄積性蛍光体からなる層を有
する蓄積性蛍光体シートに記録し、この蓄積性蛍光体シ
ートをレーザ光等の励起光で走査して輝尽発光光を生ぜ
しめ、得られた輝尽発光光を光電的に読み取って画像信
号を得、この画像信号に基づき被写体の放射線画像を写
真感光材料等の記録材料、ＣＲＴ等に可視像として出力
させる放射線画像情報記録再生システムが本出願人によ
り既に提案されている（特開昭５５−１２４２９号、同
５５−１１６３４０号、同５５−１６３４７２号、同５
Ｂ−１１３９５号、同５Ｂ−１０４８４５号など）。

このシステムにおいて放射線画像情報が蓄積記録された
蓄積性蛍光体シートを走査して画像情報の読取りを行な
うのに、半導体レーザを用いた光走査装置の使用が考え
られているが、蓄積性蛍光体を輝尽発光させるためには
十分に高エネルギーの励起光を該蛍光体に照射する必要
があり、従って前記半導体レーザを用いた光走査装置を
、この放射線画像情報記録再生システムにおいて画像情
報読取りのために使用することは極めて難しい。

そこで上記の通り光出力が低い半導体レーザから十分高
エネルギーの走査ビームを得るためには複数の半導体レ
ーザを使用し、これらの半導体レーザから射出されたレ
ーザビームを１本に合波することが考えられる。

複数の半導体レーザから発せられたレーザビームを上記
のように１本のレーザビームに合波して走査光として用
いる場合には、通常各半導体レーザから発せられたレー
ザビームをそれぞれコリメータレンズにより平行光とし
た後、互いに近接した平行な光路をとるように光路調整
を行ない、回転多面鏡やガルバノメータミラーといった
反射型光偏向器の同一偏向面に入射させて反射偏向せし
め、偏向後の各レーザビームの光路上に配設された集束
レンズにより同一の集束位置に集束させて合波を行ない
、この集束位置（合波位置）において走査を行なうよう
になっている。従ってレーザビームの合波を高精度に行
なうためには、各レーザビームについて所定の集束位置
に正しく集束するようにその位置制御を精密に行なう必
要がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、半導体レーザはレーザ素子のｐｎ接合面
と同一平面内に発散される光成分の発光位置と、レーザ
射出軸を含みｐｎ接合面と垂直な面内に発散される光成
分の発光位置が異なる、いわゆる非点隔差が生じるため
、上記コリメータレンズ、集束レンズといった球面レン
ズによっては完全に一点に集束させることができないと
いう問題がある。この非点隔差に起因する問題点につい
て第３図を参照して説明する。

第３図は合波を行なうためのマルチ半導体レーザ光源装
置から１つの半導体レーザを例として取り出し、この半
導体レーザから発せられるレーザビームの光路を展開し
て示したものである。なお、第３図においては反射ミラ
ー、偏向器等レンズ作用を行なわない光学素子は省略し
て示してあり、偏向器の偏向面のみ一点鎖線りで示す。

半導体レーザ１０１から発せられるレーザビーム１０２
は、コリメータレンズ１０３により略平行なビームとさ
れた後、集束レンズ１０５を通過して集束せしめられる
。第３図（ａ）は上記レーザビーム１０２の光路を半導
体レーザ１０１内のレーザ素子１０１ａのｐｎ接合面１
ｏｔｂと垂直な方向から見た平面図であり、第３図（ｂ
）は上記光路を上記ｐｎ接合面ｔｏｔｂと平行な方向か
ら見た側面図である。

半導体レーザｌｏｔは第３図（ａ）に示す方向と第３図
（ｂ）に示す方向とでレーザビーム１０２を射出する発
光点が異なっている。このため、上記コリメータレンズ
ｌＯ３が、−例として第３図（ａ）に示す面内において
レーザビーム１０２を平行ビームにするように配される
と、このコリメータレンズ１０３は第３図（ｂ）に示す
面内においてはレーザビーム１０２を完全に平行ビーム
とすることができず、コリメータレンズ１０３を通過し
たレーザビームは例えば図示のようにやや内方に集束し
たビームとなり、偏向面にもやや内方に集束したビーム
として入射する。したがって、平行ビームが上記集束レ
ンズ１０５により集束せしめられる位置が所定の集束位
置であるとすると、第３図（ａ）に示す方向におけるレ
ーザビームの集束位置Ｐは所定の集束位置となるが、第
３図（ｂ）に示す方向においてはやや内方に集束したレ
ーザビームが集束レンズ１０５に入射するため、レーザ
ビームの集束位置Ｐ′は所定の集束位置からΔ２だけず
れてしまう。

このように互いに垂直な２つの方向においてレーザビー
ムの集束位置が異なり、レーザビームが所定の一点にお
いて正確に集束しない場合には、所定の集束位置におい
てレーザビームを正しく合波することができなくなる。

また上記非点隔差の程度は各半導体レーザ毎に異なって
いるため、各レーザビームの合波は一層不正確なものと
なる。

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、光走査装置内において上記非点隔差の影響を回避し
てレーザビームの正確な合波を行なうことができ、走査
光発生手段として好適に用いることのできるマルチ半導
体レーザ光源装置を提供することを目的とするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 上述したような反射型光偏向器を備えてなる光走査装置
においては、偏向器に軸ぶれが発生しやすく、このため
偏向された被走査面上を走査する走査線は副走査方向に
ゆがみをもったものになり易いという問題がある。また
、特に偏向器として回転多面鏡を用いた場合には、回転
多面鏡のレーザビームが入射する各偏向面をそれぞれ回
転軸に対して完全に平行にすることは技術的に難しく、
この回転多面鏡の面倒れにより走査線のピッチにむらが
生じてしまうという問題がある。

そこでこの面倒れ等を補正するためにシリンドリカルレ
ンズ等の光学素子をレーザ光源と偏向器の間に設けて、
レーザビームを偏向器の偏向面上に該偏向器の駆動軸に
垂直な線像として入射させる方法が知られている。この
ように偏向面にレーザビームを線状に入射させれば、面
倒れ等が生じる面内において、偏向器により反射偏向さ
れたレーザビームは面倒れ等の有無にかかわらず所定の
一点から発せられる光となるので、反射偏向後の光路に
設けられた共通の光学系により所定の位置に集束せしめ
られるようになる。上述したように走査光発生手段とし
てマルチ半導体レーザ光源装置を用いる場合にも、上記
の面倒れ補正用の光学素子を各レーザビームの光路上に
設けることが望ましい。またその場合には複数のレーザ
ビームが同一の偏向面に入射するので、各レーザビーム
による偏向面上における線像は、光偏向器の駆動軸に垂
直な共通な直線上に形成される必要がある。

本出願人はこの点に鑑みて検討を重ねた結果、光走査装
置に用いられるマルチ半導体レーザ光源装置に上述した
面倒れ補正用の光学素子を組み入れれば、この光学素子
を利用して前述した非点隔差の影響も同時に解消するこ
とが可能であることを見出すに至った。かかる知見に基
づいて導き出された本発明のマルチ半導体レーザ光源装
置は、複数の半導体レーザビームを前述した反射型光偏
向器の同一偏向面に入射させる光源装置において、各レ
ーザビームの光路上に、それぞれ入射するレーザビーム
全体を屈折させる第１のレンズとこの第１のレンズの後
方に設けられたシリンドリカル光学素子とを有し、前記
各レーザビームを前記偏向面上の前記反射型光偏向器の
駆動軸に垂直な所定の一直線上に線像として入射させる
入射用光学系が設けられ、前記各半導体レーザが、それ
ぞれ射出するレーザビームのうちそのｐｎ接合面と同一
平面内に発せられる光成分と、レーザ射出軸を含み前記
ｐｎ接合面と垂直な面内に発散される光成分のいずれか
一方のみが前記入射用光学系のシリンドリカル光学素子
により屈折されるように配置されていることを特徴とす
るものである。

（作　　用） 上記マルチ半導体レーザ光源装置によれば、各レーザビ
ームは入射用光学系により、それぞれ光偏向器の駆動軸
に垂直な線像として同一偏向面に入射せしめられるので
、光偏向器に生じる軸ぶれ、面倒れ等の影響を回避する
ことができる。これとともに本装置においては、上記入
射用光学系内のシリンドリカル光学素子により非点隔差
のある２つの方向のいずれか一方の光成分のみが屈折せ
しめられるようになっているので、このシリンドリカル
光学素子の位置を各半導体レーザの非点隔差の状態に応
じて予め微調整しておくことによって他方の光成分に影
響を与えることなく一方の光成分の光路を調整して、２
つの光成分のいずれも偏向面上において所定の状態で入
射させることができる。従って偏向面に入射して反射偏
向されるレーザビームはすべて所定の位置に正しく点像
として集束せしめられるようになり、合波された高エネ
ルギーのレーザビームによって精度の高い走査が実現さ
れる。

（実　施　例） 第１図は本発明の一実施例によるマルチ半導体レーザ光
源装置を備えた光走査装置の概略斜視図である。

本実施例のマルチ半導体レーザ光源装置は、−例として
３つの半導体レーザ１，１’　、１’を備えており、こ
れらの半導体レーザは、互いにレーザ射出軸を平行に揃
えて配されている。本光源装置は上記半導体レーザ１．
　１’　、　　１’と、これらの半導体レーザから発せ
られたレーザビームの光路上にそれぞれ配された、第１
のレンズである球面レンズ３．３’、３’、シリンドリ
カルレンズ４．４’　、４’　、および反射ミラー７．
７’　。

７′からなる入射用光学系１０．１０’　、　ｔｏ’と
からなっており、この入射用光学系１０．１０’　、　
１０’は、後述するようにそれぞれレーザビーム２．　
２’　。

２′を、光走査装置の反射型光偏向器である回転多面鏡
６の同一偏向面（第１図においては偏向面８ａ）の回転
多面鏡の回転軸６ｂに垂直な一本の直線上に線像として
集束せしめるものである。回転多面鏡６は矢印Ｂ方向に
高速回転して上記レーザビーム２．２’　、２’を反射
偏向し、上記直線上において回転多面鏡６により反射偏
向されたレーザビーム２．　２’　、　２’は、光路上
に配設された走査レンズ５と長尺のシリンドリカルレン
ズ８によって所定の集束位置Ｐに集中されるとともにこ
の集束位置により集束される。従ってこの集束位置の軌
跡に沿って被走査面を配すれば、被走査面は、各半導体
レーザ１．１’　、１’が射出したレーザビームが合波
されて高エネルギーとなった走査ビームによって走査さ
れる。なお、通常上記被走査面は平面とされ、そのため
に上記走査レンズ５としてはｆθレンズが用いられる。

本装置において、前記各入射用光学系１０．１０’　。

１０′のシリンドリカルレンズ４．４’　、４’は、そ
れぞれ半導体レーザ１，１’　、１’がら回転多面鏡６
までの光路長の異なるレーザビーム２゜２’、２’をそ
れぞれ回転多面鏡上において、回転多面鏡の回転軸方向
に集束させることができるように互いに異なった焦点距
離のものが選ばれている。本光源装置では各レーザビー
ム上にこれらのシリンドリカルレンズを含む入射用光学
系１ｏ。

１０’　、　１０’を設けたことにより、回転多面鏡６
に面倒れや軸ぶれが生じても走査線のピッチむらの発生
を防止することができるとともに、半導体レーザの非点
隔差の影響を除去することができるようになっている。

以下、例として半導体レーザ１から発せられたレーザビ
ーム２およびこのレーザビーム２の光路上の光学素子の
みを取り出して第２図に示し、上記入射用光学系１０の
作用について説明する。なお、第２図においてはレンズ
作用を行なわない反射ミラー７は省略し、回転多面鏡６
はその偏向面の位置のみを示し、レーザビームの光路は
平面上に展開して示す。

第２図（ａ）は上記レーザビーム２とその光路上の光学
素子の平面図であり、第２図（ｂ）はその側面図である
。

半導体レーザ１はそのレーザ素子１ａのｐｎ接合面１ｂ
が回転多面ｍ６の回転軸と垂直になるように配されてお
り、第２図（ａ）には上記ｐｎ接合面と同一平面内に発
せられる光成分が、第２図（ｂ）にはレーザ射出軸を含
み、ｐｎ接合面１ｂと垂直な面内に発せられる光成分が
それぞれ示されている。

第２図（ａ）に示す面内において半導体レーザ１の発光
点Ａ、から発せられたレーザビームはこの発光点から自
身の焦点距離ｆ３だけ離れて設けられた前記球面レンズ
３に入射して平行ビームとなる。平行ビームとなったレ
ーザビーム３は前記シリンドリカルレンズ４を通過する
が、このシリンドリカルレンズ４は上記ｐｎ接合面と平
行な方向には屈折力を有しておらず、レーザビーム２は
第２図（ａ）において平行ビームのまま回転多面鏡６の
偏向面に入射して反射偏向される。反射偏向されたレー
ザビームは光路上に配された前記走査レンズ５に入射し
、この走査レンズ５から自身の焦点距離ｆ、たけ離れた
所定の集束位置Ｐに集束する。なお、走査レンズ５と集
束位置の間にはレーザビームの主走査方向に延びたシリ
ンドリカルレンズ８が設けられているが、このシリンド
リカルレンズ８は、入射する光を前記回転多面鏡の回転
軸方向にのみ集束させるレンズとなっており、第２図（
ａ）においてはレーザビーム２をそのまま通過させる。

一方、第２図（ｂ）に示すように半導体レーザ１のレー
ザ射出軸を含みｐｎ接合面１ｂに垂直な面内における発
光位置Ａ２は上記発光位置Ａｌに比べて球面レンズ３か
ら遠くなっており、第２図（ｂ）においてレーザビーム
２は球面レンズ３を通過して平行ビームよりやや内方に
集束するビームとなる。このレーザビームは続いて前記
シリンドリカルレンズ４に入射するが、このシリンドリ
カルレンズ４はｐｎ接合面１ｂと垂直な方向においては
屈折力を有し、レーザビームを前記偏向面６ａ上で集束
せしめる。従ってレーザビームは偏向面６ａ上に、回転
多面鏡６の回転軸に垂直な線像として入射する。第２図
（ｂ）において偏向面６ａにより反射されたレーザビー
ム２は再び外方に広がり、光路上に配された前記走査レ
ンズ５に入射し該走査レンズを通過してやや内方に屈折
せしめられる。このレーザビームは該レーザビームを被
走査面上の前記集束位置Ｐにおいて集束させるのに適し
た焦点距離を有する前記シリンドリカルレンズ８に入射
して集束せしめられる。なお、この時に回転多面鏡６に
面倒れ等がなければレーザビーム２は図中の実線で示す
光路を通るが、回転多面鏡に面倒れ等があって、回転多
面鏡６の偏向面６ａが６ａ’の位置にずれた場合には、
光路は破線で示す位置に移動してしまうことになる。し
かしながら、実線で示す光路中のレーザビームも破線で
示す光路中のレーザビームも前記偏向面６ａ上の同一の
点から発せられた光であることから、走査レンズ５およ
びシリンドリカルレンズ８は実線のレーザビームも破線
のレーザビームも共に位置Ｐに集束させることができ、
従って、面倒れ等により第２図（ｂ）の上下方向にレー
ザビーム２の光路がずれてもそのずれを被走査面上にお
いて補正することが可能となる。

また、本実施例装置において、上記シリンドリカルレン
ズ４は非点隔差の生じる２つの方向の一方についてのみ
屈折力を有するものとなっているので、上記一方の光成
分の発光位置に適したシリンドリカルレンズを選択する
ことによって、他方の光成分の発光位置にかかわらず、
偏向面上において一方の光成分を集束させることができ
る。従ってレーザビームは必ず偏向面上に線像として入
射するようになり、レーザビームを線像として入射させ
ておけばその後の光路上に所定のレンズ系を配設するこ
とにより、レーザビームを一点に結像させることができ
る。また、上記非点隔差の状態は半導体レーザ毎に異な
るとともに、半導体レーザから回転多面鏡までの光路長
はレーザビーム毎に異なるので、各半導体レーザに応じ
て適切な焦点距離のシリンドリカルレンズを選択して適
切な位置に配することにより、上記３つの半導体レーザ
１，１’　、１’から発せられたレーザビーム２．２’
　、２’をすべて偏向面上の同一直線上に線像として入
射させることができ、最終的な合波位置で一点に集束さ
せることが可能となる。

なお、本発明装置においては、ｐｎ接合面と同一面内に
発せられた光成分が偏向面上で集束せしめられ、ｐｎ接
合面と垂直な面内に発せられた光成分が平行ビームとし
て入射せしめられるように、半導体レーザの向きを上述
した実施例から９０°回転させて配してもよい。その場
合には入射用光学系のシリンドリカルレンズはｐｎ接合
面と同一面内に発せられた光成分を集束させるのに適し
た特性を有するものに置き換えられることは言うまでも
ない。また、各レーザビームは偏向面上において同一直
線上にある線像として入射せしめられればよく、回転多
面鏡の回転軸と垂直な面内においてレーザビームは必ず
しも平行ビームである必要はなく、また入射する各レー
ザビームの光軸は互いに平行でなくても差し支えない。

また入射用光学系内のシリンドリカルレンズの代りに同
様の屈折力を有する凹面シリンドリカルレンズミラーを
設けてもよい。さらに入射用光学系の内に複数のシリン
ドリカル光学素子を設け、複数のシリンドリカル光学素
子により上述した補正を行なってもよい。また反射型光
偏向器はガルバノメータミラーであってもよい。

（発明の効果） 以上説明したように本発明のマルチ半導体レーザ光源装
置によれば、シリンドリカルレンズを有する入射用光学
系を各半導体レーザと偏向面の間に設け、上記シリンド
リカルレンズによる屈折方向を非点隔差の生じる２つの
方向の一方と一致させたことにより、非点隔差にかかわ
らず、各レーザビームを偏向面に線像として入射させる
ことができる。従って本光源装置を用いた走査装置にお
いては光偏向器の面倒れ等の影響を回避して走査線のピ
ッチむらを抑え、同時に所定の位置で正しく集束した合
波光を用いて精度の高い走査を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるマルチ半導体レーザ光
源装置を備えた光走査装置の斜視図、第２図（ａ）　、
　（ｂ）は上記装置におけるレーザビームの光路を示す
平面図および側面図、 第３図（ａ）　、　（ｂ）は従来の光源装置におけるレ
ーザビームの光路および光学素子の配置を示す平面図お
よび側面図である。 １．１’　、１’・・・半導体レーザ ■ｂ・・・ｐｎ接合面 ２．２’　、２’・・・レーザビーム ３、　３’　、　　３’・・・球面レンズ４．４’　、
４’・・・シリンドリカルレンズ６・・・回転多面鏡 ６ａ・・・偏向面 ７．７’　、７’・・・反射ミラー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の半導体レーザを備え、これらの半導体レーザから
   発せられた各レーザビームを反射型光偏向器の同一偏向
   面に入射させるマルチ半導体レーザ光源装置において、 前記各レーザビームの光路上に、それぞれ入射するレー
   ザビーム全体を屈折させる第１のレンズとこの第１のレ
   ンズの後方に設けられたシリンドリカル光学素子とを備
   え前記各レーザビームを前記偏向面上の前記反射型光偏
   向器の駆動軸に垂直な所定の一直線上に線像として入射
   させる入射用光学系が設けられ、前記各半導体レーザが
   、それぞれ射出するレーザビームのうちそのｐｎ接合面
   と同一平面内に発せられる光成分と、レーザ射出軸を含
   み前記ｐｎ接合面と垂直な面内に発散される光成分のい
   ずれか一方のみが前記入射用光学系の前記シリンドリカ
   ル光学素子により屈折されるように配置されていること
   を特徴とするマルチ半導体レーザ光源装置。