JPH07281062A

JPH07281062A - 半導体レーザモジュール

Info

Publication number: JPH07281062A
Application number: JP9804994A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Matsubara; 孝宏松原; Yasuyuki Watanabe; 泰之渡辺
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】出射ビームサイズを積極的に制御し、半導体
レーザの出射光特性のばらつきに関わり無く、異なる複
数の出射距離に対してビームサイズが規格範囲内に収ま
るようにする。またレンズ外側の収差の影響を除去で
き、部品点数も増加せず、ねじ加工も不要とし、信頼性
を向上させる。【構成】半導体レーザ２０と、その出射光を集光する
レンズ２４と、それらの保持部と光ビームが通過する貫
通穴２５を有するホルダからなる。ホルダは、半導体レ
ーザを保持するレーザホルダ２２と、レンズを保持する
レンズホルダ２６とに分けて嵌め合い構造とするのが好
ましい。レンズを保持しているホルダは、その出射側端
面にビームサイズを制限するスリット２８を設ける。そ
して各部品を互いにレーザ溶接、接着、半田付けなどの
手法により固着して一体化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザからの出
射光をレンズで集光して、所望の距離だけ離れた位置で
所望のサイズのビームを得ることができる半導体レーザ
モジュールに関するものである。この半導体レーザモジ
ュールは、主にハンドヘルド型のバーコード読み取り装
置等の光源として有用である。

【０００２】

【従来の技術】バーコード読み取り装置やレーザポイン
タ等の光源として使用される半導体レーザモジュール
は、可視光で発光する半導体レーザ（例えば波長０．６
７μｍ）の出射光を、レンズを用いて集光し、所望の距
離だけ離れた位置で所望のサイズ（ビームサイズが指定
値以下）のビームが得られるように設計している。

【０００３】従来、このような用途の半導体レーザモジ
ュールは、例えば図５に示すような構造であった。半導
体レーザ１０を円筒状のレーザホルダ１２に、レンズ１
４をレンズホルダ１６に、それぞれ接着剤などを用いて
固着する。レーザホルダ１２の内周面とレンズホルダ１
６の外周面には、それぞれ雌ねじと雄ねじを設けておい
て、互いに螺合させる。半導体レーザ１０の出射光をレ
ンズ１４で集光し、前記ねじによる回転で半導体レーザ
１０とレンズ１４との間隔を調整することによって、所
望のレーザビームを得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来構造では、レ
ーザホルダとレンズホルダにそれぞれ雄ねじと雌ねじを
形成しなければならず、しかも調整の精度を上げるため
には、非常に精密なねじとすることが必要である。その
ため部品のコスト高を招く。また、ねじの螺合により半
導体レーザとレンズとの間隔調整を行うため、ねじのガ
タの分はどうしても調整が狂うことになり調整精度が低
い。更に、半導体レーザの出射光をレンズで集光しただ
けであるため、ビームサイズ（形状）が半導体レーザの
出射光特性に依存し、ばらつきが大きい。

【０００５】特にハンドヘルド型のバーコード読み取り
装置に適用する場合には、半導体レーザモジュールから
一定距離はなれた地点でのビームサイズではなく、異な
る複数の出射距離におけるビームサイズの規格値（許容
範囲）が仕様によって決められているため、その仕様を
満足させるのが困難な場合がしばしば生じる。その様子
を図６に示す。例えばビームサイズの規格が、距離ｄ₁
ではＳ₁、距離ｄ₂ではＳ₂、距離ｄ₃ではＳ₃である
とする。光学系の設計は、半導体レーザからレンズまで
の距離Ｘ₀の調整、及び使用するレンズの焦点距離ｆの
選択によって行う。同じ半導体レーザとレンズを用いて
Ｘ₀及びｆを変更した時のビームサイズ変化は図６のよ
うになる。そこで、このような特性曲線の中からビーム
サイズ仕様に合致するように、即ち図６ではのような
特性曲線が得られるように、Ｘ₀とｆを決定する。しか
し、実際には半導体レーザの放射角やスポットサイズな
どの特性のばらつき、使用するレンズの特性のばらつき
（例えば比較的安価な屈折率分布型ロッドレンズを使用
する場合には、屈折率分布定数やレンズ長のばらつ
き）、更には組立調整における調整誤差などのために、
Ｘ₀とｆが一定であっても図６のやの特性曲線のよ
うに仕様を満足できない不良品が生じる場合がある。

【０００６】この問題の解決策としては、使用する半導
体レーザを出射光特性に応じて選別することが考えられ
る。しかし、半導体レーザは同一製造ロット間でさえも
ばらつきが大きく、そのため選別作業が煩雑であるばか
りでなく、半導体レーザは高価であるためコスト高とな
り、そのような方法は到底採用できない。そこで、半導
体レーザモジュールからの出射ビームサイズを積極的に
且つ安価に制御できる新たな対策が望まれていた。更
に、比較的安価で組み込み易い屈折率分布型ロッドレン
ズを用いると、高性能の非球面レンズと比較して、開口
数（ＮＡ）が低く有効径が小さいためレンズの外側ほど
収差が大きくなる。その結果、出射ビームサイズが乱さ
れる。このような問題も同時に解決できる対策が必要と
なる。

【０００７】本発明の目的は、半導体レーザの出射光特
性のばらつきに関わり無く、従来と同一の半導体レーザ
やレンズを用いても、一定サイズで且つ安定したビーム
を得ることができ、部品点数も増加せず、ねじ加工も不
要な信頼性の高い半導体レーザモジュールを提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体レー
ザモジュールは、半導体レーザと、その出射光を集光す
るレンズと、それらの保持部と光ビームが通過する貫通
穴を有するホルダを具備している。レンズを保持してい
るホルダは、その出射側端面に、ビームサイズを制限す
るスリットを有する。そして、各部品を互いにレーザ溶
接、接着、半田付けなどの手法により固着して一体化し
た構造である。

【０００９】ここでホルダは、半導体レーザとレンズを
同時に保持する一体成形品でもよいし、半導体レーザを
保持するレーザホルダと、レンズを保持するレンズホル
ダとに分離して組み合わせる構造でもよい。後者の場合
には、レーザホルダとレンズホルダとが互いに同軸的に
スライド可能となるように嵌め合い構造とする。半導体
レーザとホルダとはレーザ溶接し、レンズとホルダとは
接着又は半田付けする構造が好ましい。

【００１０】特にレーザホルダは、円筒状で半導体レー
ザの保持部として外周薄肉の環状段部を有する構造と
し、レンズホルダは、前記レーザホルダの保持部として
外周薄肉の円形嵌合部を有する構造として、それらの薄
肉部分を使用してレーザホルダと半導体レーザとの間、
及びレンズホルダとレーザホルダとの間をそれぞれ重ね
合わせ方式でＹＡＧレーザ溶接する構成が最良である。

【００１１】

【作用】半導体レーザからの出射光はレンズで集光さ
れ、貫通穴を通って出射する。その際、ホルダの出射側
端面に形成したスリットは、ビームサイズを積極的に制
御して、使用する半導体レーザの出射光特性に依らず、
異なる複数の出射距離におけるビームサイズが規格値内
に収まるようにする機能を果たす。また安価な屈折率分
布型ロッドレンズを用いた場合に、レンズの外側を通る
光をカットし、収差の影響などを除去する機能を果た
す。半導体レーザとレンズとの間隔調整に、ねじを使用
せずにスライド嵌合を利用し、レーザ溶接や接着、半田
付けなどにより固着して一体化したことで、調整精度の
向上並びに結合の信頼性の向上を図り、またスリットを
ホルダ自身に形成することで、部品点数の削減とコスト
の低減を図っている。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に係る半導体レーザモジュール
の一実施例を示す説明図であり、Ａは断面図、Ｂは出射
側の側面図である。図２はその一部破断斜視図である。
この半導体レーザモジュールは、半導体レーザ２０と、
それを保持するレーザホルダ２２と、半導体レーザ２０
からの出射光を集光する屈折率分布型のロッドレンズ２
４と、該ロッドレンズ２４を保持するレンズホルダ２６
とからなる。

【００１３】レーザホルダ２２は、全体が円筒状で半導
体レーザ２０の保持部として一端に環状段部２２ａを有
し、その外周壁は薄肉構造である。環状段部２２ａは、
半導体レーザ２０の円板状のベース部分が丁度嵌合する
寸法に設計されている。レンズホルダ２６は、前記レー
ザホルダ２２の保持部となる円形嵌合部２６ａを有し且
つその外側も薄肉構造になっていて、該円形嵌合部２６
ａ内で前記レーザホルダ２２が同軸的にスライド可能な
嵌め合い構造となっている。更に、前記レンズホルダ２
６は、ロッドレンズ２４を保持する円形凹部２６ｂを備
え且つ中心軸に沿って光ビームが通過する円形貫通穴２
５を有し、その出射側端面にはビームサイズを制限する
スリット２８を有する構造である。このスリット２８
は、集光したレーザビームが所望の距離で所望のサイズ
となるように予め幅ｔ（前記貫通穴２５の直径よりも小
さい）が設定されており、レンズホルダ２６の前端面で
直径方向に形成されている。スリット２８を形成する向
きは、その幅方向がビームサイズの制限が必要な方向に
一致するようにする。

【００１４】半導体レーザ２０は、そのベース部分が円
筒状のレーザホルダ２２の環状段部２２ａ内に嵌め込ま
れて、その薄肉外周壁を通して重ね合わせ方式でＹＡＧ
レーザ溶接される。その円周状溶接痕を符号Ｗ₁で示
す。一方、ロッドレンズ２４はレンズホルダ２６の円形
凹部２６ｂ内に嵌め込み、接着または半田付けする。半
田付けの場合は、少なくとも半田付けが必要な箇所に予
め金めっきなどを施しておく。半導体レーザ２０を固着
したレーザホルダ２２と、ロッドレンズ２４を固着した
レンズホルダ２６とを、それぞれ専用の保持治具にセッ
トした後、レーザホルダ２２の方を光軸方向に微動する
ことによって、半導体レーザモジュールの先端面から所
望の距離だけ離れた位置で所望のビームサイズとなるよ
うに調整とする。そして重ね合わせたレンズホルダ２６
の外側から、その薄肉外周壁を利用して、レーザホルダ
２２へ向かってＹＡＧレーザ溶接を行う。この時の溶接
痕を符号Ｗ₂で示す。このようにして各構成部品は互い
に固着され、全体が一体構造となる。

【００１５】この半導体レーザモジュールでは、半導体
レーザ２０からの出射光はロッドレンズ２４で集光さ
れ、中央の貫通穴２５を通り、スリット２８から出射す
る。この際、スリット２８よりも拡がっているレーザビ
ームの周辺部分は遮光され、スリット２８から出射する
ビームサイズが規制される。これによって出射ビームサ
イズを積極的に制御でき、予め設定さている複数の異な
る出射距離でのビームサイズを、それぞれ規定範囲内に
収めることが可能となる。

【００１６】図３は本発明の他の実施例を示している。
これは前記実施例におけるレーザホルダとレンズホルダ
とを一体品で構成した例である。ロッドレンズ３４をホ
ルダ３６に嵌め込んで接着又は半田付けする。そして半
導体レーザ３０をホルダ３６に対して直接嵌め合わせて
位置調整し、外周側からＹＡＧレーザ溶接する。その溶
接痕を符号Ｗ₃で示す。半導体レーザ３０の出射光はロ
ッドレンズ３４で集光され、中心貫通穴３５を通り、ス
リット３８から出射する。この構成は、前記の実施例と
同様の機能を持つが、半導体レーザ３０を微動調整した
後、ＹＡＧレーザで溶接する際に、ホルダ３６内で該半
導体レーザ３０が傾き易いため、高精度での組立は面倒
である。

【００１７】図４は本発明の更に他の実施例を示してい
る。これは、最初の実施例と同様、ホルダをレーザホル
ダとレンズホルダの二体に分けた構造である。半導体レ
ーザ４０をレーザホルダ４２にＹＡＧレーザ溶接し（溶
接痕を符号Ｗ₄で示す）、ロッドレンズ４４をレンズホ
ルダ４６に接着又は半田付けする。この実施例では、レ
ンズホルダ４６をレーザホルダ４２内に嵌入して位置調
整を行い固着する。ビームサイズを制限するスリット４
８は、レンズホルダ４６の出射側端面に形成する。半導
体レーザ４０の出射光はロッドレンズ４４で集光され、
中心貫通穴４５を通り、スリット４８から出射する。こ
の構成は、前記の両実施例と同様の機能を持つ。しかし
ロッドレンズ４４を保持したレンズホルダ４６を微動調
整する際に、ロッドレンズ４４の出射側から治工具など
で押し引きしなければならず、出射光を遮ってしまう。
そのためビームサイズをモニタしながらの組み立てがで
きず、連続量産にはあまり適していない。またＹＡＧレ
ーザ溶接を施すための薄肉部分をホルダに形成するのが
難しく、ＹＡＧレーザ溶接を実施し難い。

【００１８】以上の通り、機能的には前記各実施例は、
ほぼ同様であるが、製作のし易さという観点からは、図
１及び図２に示す構成が最良である。

【００１９】

【発明の効果】本発明は上記のように、ホルダの出射側
端面にスリットを設けたので、出射ビームサイズを積極
的に制御することができる。つまり使用する半導体レー
ザの出射光特性に依らず（特に特性の揃ったものを選別
しなくても）、異なる複数の出射距離に対してほぼ一定
の（規格範囲内の）ビームサイズが得られる。このため
特にハンドヘルド型のバーコード読み取り装置などの光
源に適用すると、例えば倉庫内など様々な距離離れた位
置にある物品のバーコードを正確に読み取ることが可能
となる。またスリットによって、レンズ外側を通る光ビ
ームをカットし、収差の影響などを取り除けるため、レ
ンズ特性のばらつきに対するビームサイズの依存度を抑
制できる。そのため高性能の非球面レンズではなく、屈
折率分布型ロッドレンズ等が使用でき、組み立て易く且
つ安価となる。更に本発明では、このスリットをホルダ
に直接形成しているため、部品点数は増加しない。また
各部品は溶接や接着、半田付けなどで結合されるため、
ねじなどを形成する必要もなく、信頼性の高いモジュー
ルとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザモジュールの一実施
例を示す説明図。

【図２】その一部破断斜視図。

【図３】本発明に係る半導体レーザモジュールの他の実
施例を示す説明図。

【図４】本発明に係る半導体レーザモジュールの更に他
の実施例を示す説明図。

【図５】従来技術の一例を示す説明図。

【図６】ビームサイズと距離の関係を示す概念図。

【符号の説明】

２０，３０，４０半導体レーザ２２，４２レーザホルダ２４，３４，４４ロッドレンズ２５，３５，４５貫通穴２６，４６レンズホルダ２８，３８，４８スリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザと、その出射光を集光する
レンズと、それらの保持部と光ビームが通過する貫通穴
を有するホルダを具備し、レンズを保持しているホルダ
の出射側端面にビームサイズを制限するスリットを形成
し、各部品を互いに固着して一体化した半導体レーザモ
ジュール。
【請求項２】ホルダは、半導体レーザを保持するレー
ザホルダと、レンズを保持するレンズホルダとの組み合
わせからなり、前記レーザホルダとレンズホルダとは嵌
め合い構造とし、半導体レーザとレーザホルダとをレー
ザ溶接し、レンズとレンズホルダとを接着又は半田付け
した請求項１記載の半導体レーザモジュール。
【請求項３】レーザホルダは、円筒状で半導体レーザ
の保持部として外周薄肉の環状段部を有し、レンズホル
ダは、前記レーザホルダの保持部として外周薄肉の円形
嵌合部を有し、それらの薄肉部分を使用してレーザホル
ダと半導体レーザとの間、及びレンズホルダとレーザホ
ルダとの間をそれぞれ重ね合わせ方式でレーザ溶接する
請求項２記載の半導体レーザモジュール。