JP2004177633A - レーザ発生装置及び写真処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザ素子と波長変換素子とを所定距離離間させて配設させても、困難な位置調整を行うことなくカップリング効率の向上を図る。
【解決手段】所定波長のレーザ光を射出する半導体レーザ素子１０６３と射出されたレーザ光から所定の高調波のレーザ光を生成する光導波路ＳＨＧ素子１０６６との間に偏波保持ファイバ１０６ａを介設させる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成用に用いられるレーザ発生装置、及びそのレーザ発生装置を用いた写真処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、写真フィルムに写されたコマ画像をイメージスキャナで読み取って得られた画像データや、撮像素子を備えたデジタルカメラで撮像し、ＩＣカード（メモリカード）に保存された画像データを感光材に転写するレーザ露光装置が知られている。このレーザ露光装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色のレーザ光を発生し、特定方向に射出するレーザ発生装置と、レーザ発生部からのＲ、Ｇ、Ｂ各色のレーザ光をＲ、Ｇ、Ｂ各色の画像データのレベルに対応させて変調するレーザ強度変調素子と、変調されたレーザ光を感光材面上で走査するポリゴンミラーを含む光学系とを備える。そして、レーザ露光装置によるレーザ光の走査方向と交差する方向に感光材を定速搬送することで、感光材面上に２次元のカラー画像を形成している。
【０００３】
レーザ発生装置のうち、Ｇ、Ｂ色用のレーザ発生装置、例えばＧ色用の場合、半導体レーザ素子から射出される波長１０６０ｎｍのレーザ光からそのレーザ光の第２高調波を生成する光導波路型ＳＨＧ素子（波長変換素子）を採用し、この光導波路型ＳＨＧ素子を通過した第２高調波のレーザ光をＧ色用の露光光源とすることでＧ色のレーザ光を得、また同様な構成でＢ色用のレーザ光を得ている。
【０００４】
このようなレーザ発生装置では、光導波路型ＳＨＧ素子に入射されたレーザ光の強度の減衰量を抑制し、強度の高い第２高調波を得ること、すなわち、半導体レーザ素子と光導波路型ＳＨＧ素子とのカップリング効率の向上を図ることが課題となっている。半導体レーザ素子から空間に向けて射出されたレーザ光は、進行するにつれてビーム径が増大していくことから、半導体レーザ素子と光導波路型ＳＨＧ素子との間隔が大きいと、射出されたレーザ光のビーム径が光導波路のサイズよりも大きくなり、カップリング効率が低下してしまう。そのため、これら両素子は近接配置することが好ましい。
【０００５】
一方、半導体レーザ素子及び光導波路型ＳＨＧ素子は駆動効率に関してそれぞれ温度特性を有しており、半導体レーザ素子及び光導波路ＳＨＧ素子に対して、温度調整制御を行わなければならないが、両素子の温度特性は必ずしも一致していないため、互いに熱的に影響を及ぼしあい、両素子を近接配置すると、両素子を高効率で駆動させることができなくなる。したがって、両素子を熱的に遮断して配置する必要がある。
【０００６】
そこで、従来は、図５に示すように、半導体レーザ素子と光導波路型ＳＨＧ素子とを互いに離間させるとともに、その間にレンズを介設させて、半導体レーザ素子から射出されたレーザ光のビーム径を維持して、光導波路ＳＨＧ素子に導くようにして、熱的な遮断とカップリング効率の向上を図っている（従来技術１）。
【０００７】
また、図６に示すように、半導体レーザ素子と光導波路型ＳＨＧ素子との間にシングルモードの光ファイバを介設し、この光ファイバを介して半導体レーザ素子からの射出レーザ光を光導波路型ＳＨＧ素子に導くようにしたものが知られている（従来技術２）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１においては、レーザ光を光導波路に正確に導く必要があるため、複数のレンズを使用しなければならないとともに、これらのレンズの位置調整を正確に行わなければならないが、このレンズの位置調整は、取り扱うレーザ光の波長がナノメートルオーダーであることから、同じレベルでの調整が要求され、容易な作業ではない上、精度上も一定の限界がある。
【０００９】
ところで、光導波路型ＳＨＧ素子は、結晶軸の方向との関係からその偏向方向が予め定められており、高効率の波長変換を行うためには、レーザ光の偏波面が光導波路型ＳＨＧ素子の偏向方向と一致するように導かなければならない。
【００１０】
しかしながら、従来技術２のように、光ファイバを用いる方式では、レーザ光は、光ファイバ内で生じる乱反射や光ファイバの曲げ、ねじれによって、光ファイバ内を進行するにつれて、偏波面が回転したり、楕円の偏波面に変形するため、光ファイバを曲げ、ねじれなく配設したり、その寸法を短くしたりしなければならない。
【００１１】
しかし、レーザ半導体素子と光導波路型ＳＨＧ素子との間に、光ファイバを直線状に敷設することは、ナノメートルオーダーでの正確なカッティング処理及び介設作業を強いられることとなり、高度な加工技術及び位置決め技術が要求され、現実的ではない。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、半導体レーザ素子と波長変換素子とを所定距離離間させて配設させても、困難な位置調整を行うことなくカップリング効率を向上させることができるレーザ発生装置及び写真現像処理装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザ発生装置は、所定波長のレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、射出されたレーザ光の高調波を生成する波長変換素子とを備えるレーザ発生装置において、前記半導体レーザ素子の射出端部と前記波長変換素子の入射端部との間に偏波保持ファイバを介設したことを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、半導体レーザ素子の射出端部から射出されたレーザ光は、偏波保持ファイバを通って、波長変換素子の入射端部に導かれる。レーザ光は偏波保持ファイバ内を進行する過程で、その曲げやねじれによって、偏波面が変形されることがないため、偏波面を一定に保持した状態で波長変換素子へと導かれる。したがって、半導体レーザ素子と波長変換素子とをそれぞれ熱的に遮断するべく所定距離離間して配置しても、レーザ光は波長変換素子により高効率で波長変換される。その結果、困難な位置調整を行うことなく、両素子のカップリング効率の向上が図られる。
【００１５】
また、前記偏波保持ファイバの長尺方向の寸法を前記半導体レーザ素子と前記波長変換素子との間の距離よりも長くしたことが好ましい。この場合、偏波保持ファイバを撓ませた状態で半導体レーザ素子と波長変換素子とを接続することが可能となり、半導体レーザ素子及び波長変換素子との位置決め調整、光ファイバの取り付け作業が容易となる。
【００１６】
本発明に係る写真現像処理装置は、請求項１又は２記載のレーザ発生装置からのレーザ光を画像データで変調し、所定方向に走査させるレーザ露光装置と、レーザ光の走査上で該走査方向と交差する方向に感光材を搬送する搬送手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、請求項１又は２記載のレーザ発生装置を備えているため、半導体レーザ素子と波長変換素子とを所定距離離間させて配設させても、困難な位置調整を行うことなく、両素子のカップリング効率が向上され、高画質の写真が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るレーザ発生装置が適用される写真処理装置の一構成例を示す外観斜視図である。写真処理装置１はフィルム（ネガ、ポジ）からイメージスキャナで読み取られた画像データや、デジタルカメラで撮影された画像データ、パソコンで作成された画像データを感光材（印画紙）に露光するレーザ光走査装置１００と、ロール状に巻回された印画紙をレーザ光走査装置１００に向けて送り出し可能に収納する感光材収納部２００と、露光後の印画紙を現像、漂白定着及び安定処理する現像部３００、安定処理された印画紙を乾燥する乾燥部４００、及びこれら部材間に亘る印画紙搬送系（図略）等から構成されている。
【００１９】
図２は、レーザ光走査装置１００の構造を説明する斜視図である。なお、図２では、筐体１０２の上部を省略して図示しているが、筐体１０２は暗室構造にされると共に塵の入り込みを防止するべく密閉構造とされている。筐体１０２内の所定位置には、それぞれビーム状のレーザ光を射出する３個のレーザ発生装置１０４、１０６、１０８が配設されている。レーザ発生装置１０４は、例えば波長６８５ｎｍのＲ（赤）色のレーザ光を発生する半導体レーザ素子１０４１を備えている。レーザ発生装置１０６は、例えば波長１０６０ｎｍのレーザ光を発生するレーザ発光ユニット１０６１と、レーザ発光ユニット１０６１から射出されたレーザ光を、その第２高調波である波長５３０ｎｍのＧ（緑）色のレーザ光に変換して出力するＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）ユニット１０６２とを備えている。同様に、レーザ発生装置１０８は、例えば波長９４６ｎｍのレーザ光を発生するレーザ発光ユニット１０８１と、レーザ発光ユニット１０８１から射出されたレーザ光を、その第２高調波である波長４７３ｎｍのＢ（青）のレーザ光に変換して出力するＳＨＧユニット１０８２とを備えている。
【００２０】
レーザ発生装置１０４、１０６、１０８のレーザ射出側には、コリメータレンズ１１０、レーザ強度変調部材として機能する音響光学変調素子（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ；以下、ＡＯＭという）１１２、レーザ整形開口１１４、ミラー１１６が順に配置されており、該ミラー１１６の反射側には、球面レンズ１１８、シリンドリカルレンズ１２０及びポリゴンミラー１２２が順に配置されている。
【００２１】
ポリゴンミラー１２２の反射側には、ｆθレンズ１２４、レンズ１２６、ミラー１２８，１３０が順に配置されている。そして、矢印Ｃ方向から搬送されてきた印画紙２はミラー１３０で反射されたＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光に照射され、画像が露光される。なお、前記レーザ整形開口１１４からミラー１３０までの部材によって光学系が構成されている。
【００２２】
ＡＯＭ１１２は、超音波光学効果の作用によって入射レーザ光に対して回折を生じさせることで出力強度を変更可能にする音響光学媒質を内蔵するもので、レーザ発生装置１０４、１０６、１０８からのレーザ光の光軸上に音響光学媒質の位置を一致させるべく筐体１０２の所定位置にそれぞれ配置されるとともに、それぞれＡＯＭドライバ（図略）に接続されている。図略の画像メモリから処理対象の画像データ（Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の濃度データ）がＡＯＭドライバを介して各ＡＯＭ１１２に入力されると、ＡＯＭ１１２の音響光学媒質はＡＯＭドライバの出力に応じた超音波光学効果が作用して回折が生じ、ＡＯＭ１１２に入射されたレーザ光を濃度データに応じた強度に変換（光変調）する。
【００２３】
つぎに、上記の構成のレーザ光走査装置の動作について説明する。レーザ発生装置１０４から射出されたレーザ光はコリメータレンズ１１０を介してＡＯＭ１１２に入射する。画像データのＲ、Ｇ、Ｂ各色の濃度データに応じた信号がＡＯＭ１１２に入力されることで、ＡＯＭ１１２に入射したレーザビームが画像の濃度に対応した強度に変調されて出力される。ＡＯＭ１１２から出力されたレーザ光は、矢印の向きに一定速度で回転するポリゴンミラー１２２によって主走査方向に走査された後、印画紙２に照射される。印画紙２は、主走査方向と直交する矢印Ｃの向きに図略の印画紙搬送系により搬送され、これによって印画紙２上に２次元のカラー画像が形成される。
【００２４】
図３は、第１実施形態のレーザ発生装置１０６、１０８の外観斜視図を示している。以下、レーザ発生装置１０６、１０８は同一構成を有しているため、レーザ発生装置１０６のみ説明する。レーザ発生装置１０６は、直方体状の筐体（図略）によって覆われており、筐体の内部には、半導体レーザ素子１０６３を含むレーザ発光ユニット１０６１と、レーザ発光ユニット１０６１の射出側に配設されたＳＨＧユニット１０６２とを備えている。レーザ発光ユニット１０６１は、半導体レーザ素子１０６３の温度調整が可能な部材、例えばペルチェ素子により構成され、筐体の底面に取り付けられた略直方体形状のベース部材１０６４と、ベース部材１０６４の上面に取り付けられ、半導体レーザ素子１０６３を支持するレーザ支持部材１０６５とを備え、半導体レーザ素子１０６３は、レーザ支持部材１０６５のほぼ中心部に一部が露出するように埋設されている。
【００２５】
ＳＨＧユニット１０６２は、光導波路型ＳＨＧ素子１０６６の温度調整が可能な素子、例えばペルチェ素子からなり、筐体の底面に取り付けられた略直方体状のベース部材１０６７と、ベース部材１０６７の上面に取り付けられたＳＨＧ支持部材１０６８とを備えており、光導波路型ＳＨＧ素子１０６６は、ＳＨＧ支持部材１０６８の上面に取り付けられている。
【００２６】
半導体レーザ素子１０６３は、例えば二重へテロ構造を有する、ＡｌＧａＡｓレーザあるいはＩｎＧａＡｓＰレーザなどのレーザダイオードが用いられ、所定波長、例えば１０６３ｎｍのレーザビームを射出する。また、半導体レーザ素子１０８３は、半導体レーザ素子１０６３と同一構成を有し、所定波長、例えば９４６ｎｍのレーザ光を射出する。
【００２７】
光導波路型ＳＨＧ素子１０６６は、ＬｉＮｂＯ_３からなり、分極反転層がレーザ光の進行方向に向かって周期的に配列形成された構造を有している。光導波路型ＳＨＧ素子１０６６の上面であって、分極反転層の配列方向と直交する方向には、レーザ光を透過するための光導波路１０６９が形成されている。
【００２８】
半導体レーザ素子１０６３と光導波路型ＳＨＧ素子１０６６とは、それぞれ固有の温度特性を有しており、両素子を高効率に駆動させるためには、それぞれに設定された温度を保持するように温度調節する必要がある。そのため、ペルチェ素子からなるベース部材１０６５及び１０６７を用いて両素子の温度がそれぞれ所定値となるように温度調整を行っている。しかしながら、レーザ発光ユニット１０６１とＳＨＧユニット１０６２とを近接させると、半導体レーザ素子１０６３と光導波路型ＳＨＧ素子１０６６との温度が互いに影響を及ぼしあうため、両素子の温度を一定に保つことができなくなる。そこで、本実施形態では、半導体レーザ素子１０６３と光導波路型ＳＨＧ素子１０６６との温度が互いに影響を及ぼしあわないように（熱的に遮断するべく）、レーザ発光ユニット１０６１とＳＨＧユニット１０６２とを一定距離以上隔てて配設している。
【００２９】
レーザ発生装置１０６のレーザ光の射出点Ｐ１と光導波路型ＳＨＧ素子１０６６のレーザ発生装置側の端部Ｐ２との間には、偏波保持ファイバ１０６ａが接続されている。この偏波保持ファイバ１０６ａは、Ｐ１点及びＰ２点間の距離よりも大きな長尺寸法を有し、撓わんだ状態となっている。
【００３０】
図４は、偏波保持ファイバの構造を示した図である。偏波保持ファイバは、ＰＡＮＤＡ型と楕円クラッド型などが存在するが、図４は、ＰＡＮＤＡ型の偏波保持断ファイバを示している。また、図４において、偏波保持ファイバの断面の水平方向にｘ軸を設定するとともに、断面の上下方向にｙ軸を設定している。偏波保持ファイバは、例えば、ＧｅＯ_２添加石英からなり、断面中央部に配設されたコアＦ１と、例えば、純粋石英からなり、そのコアＦ１を覆うクラッドＦ１を備え、ｘ軸上であってコアＦ１の両側の位置には、例えば、Ｂ_２Ｏ_３添加石英からなる応力付与部Ｆ３が形成されている。この応力付与部Ｆ３を形成することにより、コアＦ１は、ｘ軸方向から応力が印加された状態となり、コアＦ１のｘ軸方向の屈折率とｙ軸方向の屈折率とが異なることとなる。その結果、レーザ光の偏波面をｘ軸方向（又はｙ軸方向）に一致させて入射させると、レーザ光は、その偏波面がｘ軸方向（又はｙ軸方向）に保持された状態で、ファイバ内を伝搬され、その状態で、出射端から取り出される。
【００３１】
光導波路型ＳＨＧ素子１０６６は、結晶軸の方向との関係から偏光方向が予め定められており、また、半導体レーザ素子１０６３の射出点Ｐ１でのレーザ光の偏波面の方向も予め特定することができる。したがって、光導波路型ＳＨＧ素子１０６６に高効率の波長変換を行わせるためには、偏波保持ファイバ１０６ａの偏波保持方向（図４で示したｘ軸方向又はｙ軸方向）が、射出点Ｐ１でのレーザ光の偏波面と一致するように、偏波保持ファイバ１０６ａと半導体レーザ素子１０６３とを接続するとともに、偏波保持ファイバ１０６ａの偏波保持方向が、光導波路型ＳＨＧ素子１０６６の偏光方向と一致するように、偏波保持ファイバ１０６ａと光導波路型ＳＨＧ素子１０６６とを接続すればよい。
【００３２】
以上の構成により、半導体レーザ素子１０６３から射出された波長が１０６０ｎｍのレーザ光は、偏波保持ファイバ１０６ａ内を伝搬して、射出時における偏波面が保持された状態で光導波路１０６９に入射される。そして、光導波路型ＳＨＧ素子１０６６によって、波長が１／２である５３０ｎｍの緑色レーザ光に変換される。変換された緑色レーザ光は、光導波路型ＳＨＧ素子１０６６の終端Ｐ３から射出される。また、半導体レーザ素子１０８３から射出された波長９４６ｎｍのレーザ光は、光導波路型ＳＨＧ素子１０８６によって、波長が１／２である４７３ｎｍの青色のレーザ光に変換され、終端Ｐ３から射出される。
【００３３】
このように、本レーザ発生装置によれば、半導体レーザ素子１０６３と光導波路型ＳＨＧ素子１０６６とを偏波保持ファイバ１０６ａにより接続したため、半導体レーザ素子１０６３から射出されたレーザ光は、偏波面を保持した状態で、光導波路型ＳＨＧ素子１０６６に入射することができる。その結果、光導波路型ＳＨＧ素子１０６６の波長変換の効率が高まり、両素子をそれぞれ一定の温度に保つために両素子を所定距離離間して配置しても、両素子のカップリング効率を向上させることができる。
【００３４】
なお、光導波路型ＳＨＧ素子１０６６は、略直方体形状に限らず、例えば上面視において、光ファイバ１０６ａ側の端部の形状を、光導波路１０６９をピークとする面取り形状にしてもよい。これにより、光導波路ＳＨＧ素子１０６６と光ファイバ１０６ａとの位置決め等が容易となる。
【００３５】
また、偏波保持ファイバ１０６ａは、通常の光ファイバとは異なり、カーブを持たせて敷設しても、そのカーブによって、偏波保持ファイバ１０６ａ内を伝搬するレーザ光の偏波面は崩れないため、偏波保持ファイバ１０６ａを撓ませた状態又はループ状態で敷設することができる。これにより、半導体レーザ素子１０６３と光導波路型ＳＨＧ素子１０６６の配置位置の自由度が高まることとなる。
【００３６】
また、設置時は、偏波保持ファイバ１０６ａに撓みを持たせて、半導体レーザ素子１０６３と光導波路型ＳＨＧ素子１０６６とを設置させ、その後、両素子の位置を調整することにより、両素子を正確に位置決めすることが可能となるため、両素子の設置が容易となる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、波長変換素子として、光導波路ＳＨＧ素子を用いたが、これに限定されず、入射されたレーザ光の高調波を生成することができる素子であれば、光導波路ＳＨＧ素子以外の素子を採用してもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、偏波保持ファイバを撓みを持たせて接続したが、これに限定されず、撓みを持たせることなく直線状に接続してもよい。あるいは、ループを持たせて接続してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、半導体レーザ素子と波長変換素子とを偏波保持ファイバで接続したため、両素子を所定距離離間させて配設させても、困難な位置調整を行うことなく、両素子のカップリング効率を向上させることができる。
【００４０】
請求項２記載の発明によれば、半導体レーザ素子と波長変換素子との位置決め調整を容易に行うことができる。
【００４１】
請求項３記載の発明によれば、半導体レーザ素子と波長変換素子とのカップリング効率とを高めることができるため、高画質の写真を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ発生装置が適用される写真処理装置の一構成例を示す外観斜視図である。
【図２】レーザ光走査装置の構造を説明する斜視図である。
【図３】第１実施形態のレーザ発生装置の外観斜視図である。
【図４】偏波保持ファイバの構造を示した図である。
【図５】従来のレーザ発生装置を示した図である。
【図６】従来のレーザ発生装置を示した図である。
【符号の説明】
１０６ １０８ レーザ発生装置
１０６ａ １０８ａ 偏波保持ファイバレーザ発生装置
１０６１ １０８１ レーザ発光ユニット
１０６２ １０８２ ＳＨＧユニット
１０６３ １０８３ 半導体レーザ素子
１０６４ １０８４ ベース部材
１０６５ １０８５ レーザ支持部材
１０６６ １０８６ 光導波路型ＳＨＧ素子（波長変換素子）
１０６７ １０８７ ベース部材
１０６８ １０８８ ＳＨＧ支持部材
１０６９ １０８９ 光導波路

Claims (3)

1. 所定波長のレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、射出されたレーザ光から所定の高調波のレーザ光を生成する波長変換素子とを備えるレーザ発生装置において、前記半導体レーザ素子の射出端部と前記波長変換素子の入射端部との間に偏波保持ファイバを介設したことを特徴とするレーザ発生装置。
2. 前記偏波保持ファイバの長尺方向の寸法を前記半導体レーザ素子と前記波長変換素子との間の距離よりも長くしたことを特徴とする請求項１記載のレーザ発生装置。
3. 請求項１又は２記載のレーザ発生装置からのレーザ光を画像データで変調し、所定方向に走査させるレーザ露光装置と、レーザ光の走査上で該走査方向と交差する方向に感光材を搬送する搬送手段とを備えたことを特徴とする写真処理装置。

Images