JP2011153982A - ビーム照射装置および半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザチップの後面側から出射されるレーザ光を簡素な構成にて効果的に排除できるビーム照射装置および半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】ビーム照射装置は、半導体レーザ４０１と、半導体レーザ４０１から出射されたレーザ光が入射するレンズ４０２と、レンズ４０２を透過したレーザ光を目標領域においてを走査させる走査部とを備える。半導体レーザ４０１は、レーザチップ４０１ｃと、レーザチップ４０１を収容するキャップ４０ａと、キャップに形成されレーザチップ４０１ｃから出射されたレーザ光が通過する出射口４０１ｂとを備える。出射口４０１ｂに、レンズ４０２に対するレーザ光の入射領域を制限するためのアパーチャの機能を持たせる。
【選択図】図６

Description

本発明は、レーザ光を目標領域に照射するビーム照射装置およびビーム照射装置に搭載される半導体レーザ装置に関する。

近年、走行時の安全性を高めるために、レーザレーダが、家庭用乗用車等に搭載されている。一般に、レーザレーダは、レーザ光を目標領域内でスキャンさせ、各スキャン位置における反射光の有無から、各スキャン位置における障害物の有無を検出する。さらに、各スキャン位置におけるレーザ光の照射タイミングから反射光の受光タイミングまでの所要時間をもとに、障害物までの距離が検出される。

レーザレーダには、目標領域にレーザ光を照射するために、ビーム照射装置が搭載されている。一般に、ビーム照射装置は、レーザ光を所定の形状に整形して目標領域に照射する（特許文献１）。ビームの整形は、アパーチャとビーム整形用のレンズによって行われる。

特開２００７−２４０１５４号公報

上記レーザレーダでは、レーザ光源として半導体レーザが用いられ得る。半導体レーザからは、レーザチップの出射面（前面）と反対側の面（後面）からもレーザ光が出射される。後面側から出射されたレーザ光は、前面側から出射されたレーザ光のパワー制御等に用いられ得る。しかし、このようにパワー制御等に用いられない場合、後面側からのレーザ光は、レーザチップを収容するキャップ（ＣＡＮ）内で反射された後、キャップの出射口から出射される。このため、後面側からのレーザ光もまた目標領域に照射される。

しかしながら、後面側からのレーザ光は、キャップ内で反射された後に出射口から出射されるため、前面側から出射されたレーザ光とは異なる方向に進み得る。このため、目標領域において、前面（出射面）から出射されたレーザ光からややずれた位置に、後面側からのレーザ光（迷光）が照射されることが起こり得る。このように、不要なレーザ光（迷光）が目標領域に照射されると、このレーザ光（迷光）により誤検出が生じ、レーザレーダの検出精度が低下する惧れがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、レーザチップの後面側から出射されるレーザ光を簡素な構成にて効果的に排除できるビーム照射装置および半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、ビーム照射装置に関する。本態様に係るビーム照射装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光が入射するレンズと、前記レンズを透過した前記レーザ光を目標領域においてを走査させる走査部とを備える。ここで、前記半導体レーザは、レーザチップと、前記レーザチップを収容するキャップと、前記キャップに形成され前記レーザチップから出射されたレーザ光が通過する出射口とを備える。前記出射口に、前記レンズに対する前記レーザ光の入射領域を制限するためのアパーチ
ャが配されている。

本発明の第２の態様は、半導体レーザ装置に関する。本態様に係る半導体レーザ装置は、レーザチップと、前記レーザチップを収容するキャップと、前記キャップに形成され前記レーザチップから出射されたレーザ光が通過する出射口とを備える。前記出射口に、前記レーザ光の外側部分を遮光するためのアパーチャが配される。前記アパーチャは、ビーム長軸上における前記レーザ光の強度がピーク強度の１／ｅ^２よりも小さいレーザ光の範囲を遮光する。

本発明によれば、レーザチップの後面側から出射されるレーザ光を簡素な構成にて効果的に排除できるビーム照射装置および半導体レーザ装置を提供することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

実施の形態に係るミラーアクチュエータの分解斜視図である。 実施の形態に係るミラーアクチュエータの組立過程を示す図である。 実施の形態に係るミラーアクチュエータの組立過程を示す図である。 実施の形態に係るビーム照射装置の光学系を示す図である。 実施の形態に係るビーム照射装置の光学系を示す図である。 実施の形態に係る出射口とレンズの関係を説明する図である。 実施の形態に係る出射口の設定方法を説明する図である。 実施の形態の効果を模式的に示す図である。 実施の形態の変更例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係るビーム照射装置について説明する。本実施の形態に係るビーム照射装置は、車載用のレーザレーダに搭載されるものである。まず、ビーム照射装置に装着されるミラーアクチュエータについて説明する。

図１は、ミラーアクチュエータ１００の分解斜視図である。

ミラーアクチュエータ１００は、チルトユニット１１０と、パンユニット１２０と、マグネットユニット１３０と、ヨークユニット１４０と、ミラー１５０と、透過板２００とを備えている。

チルトユニット１１０は、支軸１１１と、チルトフレーム１１２と、２つのチルトコイル１１３とを備えている。支軸１１１には、中央に、上下方向に貫通する孔１１ａと、前から孔１１１ａに貫通するネジ穴１１１ｂが形成されている。また、支軸１１１には、前後に貫通する２つのネジ穴１１１ｃが形成され、さらに両端部近傍に２つの溝１１１ｄが形成されている。

チルトフレーム１１２には、左右に、チルトコイル１１３を装着するためのコイル装着部１１２ａが形成されている。また、チルトフレーム１１２には、支軸１１１のネジ穴１１１ｃに対応する位置に、前後に貫通する２つのネジ穴１１２ｂが形成されている。

支軸１１１側に配された２つのネジ穴１１１ｃをチルトフレーム１１２側の２つのネジ
穴１１２ｂに対向させた状態で、これらネジ穴に、後方から、２つのネジ１１５を螺着することにより、支軸１１１がチルトフレーム１１２に装着される。さらに、チルトフレーム１１２のコイル装着部１１２ａに、左右から、チルトコイル１１３を装着することにより、図２（ａ）に示すように、チルトユニット１１０が完成する。なお、図２（ａ）には、支軸１１１に、軸受け１１６ａ、１１６ｂと、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂと、３つのポリスライダーワッシャ１１８が装着された状態が示されている。

完成したチルトユニット１１０には、後述の如くして、パンユニット１２０が装着される。その後、チルトユニット１１０は、軸受け１１６ａ、１１６ｂと、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂと、ポリスライダーワッシャ１１８と、軸固定部材１４２を用いて、後述の如く、ヨーク１４１に取り付けられる。

図１に戻り、パンユニット１２０は、パンフレーム１２１と、支軸１２２と、パンコイル１２３を備えている。パンフレーム１２１には、凹部１２１ａを挟んで上板部１２１ｂと下板部１２１ｃが形成されている。これら上板部１２１ｂと下板部１２１ｃには、支軸１２２を通すための孔１２１ｄが上下に並ぶように形成されている。また、上板部１２１ｂと下板部１２１ｃの前面には、ミラー１５０を嵌め込むための段部１２１ｅが形成されている。さらに、下板部１２１ｃからは、下方向に足部１２１ｆが形成され、この足部１２１ｆに、透過板２００を嵌め込むための凹部１２１ｇが形成されている。なお、パンフレーム１２１の背面には、パンコイル１２３を装着するためのコイル装着部（図示せず）が形成されている。

支軸１２２には、前後に貫通するネジ穴１２２ａが形成され、このネジ穴１２２ａの上下に溝１１２ｂが形成されている。支軸１２２の上端には、バランサ１２２ｄが装着されている。２つの溝１１２ｂ間の距離は、パンフレーム１２１の上板部１２１ｂの内側面と下板部１２１ｃの内側面との間の距離よりも小さくなっている。

マグネットユニット１３０は、フレーム１３１と、２つのパンマグネット１３３と、８つのチルトマグネット１３２とを備えている。フレーム１３１は、前側に凹部１３１ａを有する形状となっている。フレーム１３１の上板部１３１ｂには、前後方向に、２つの切り欠き１３１ｃが形成され、さらに、中央に、ネジ穴１３１ｄが形成されている。８つのマグネット１３２は、フレーム１３１の左右の内側面に、上下２段に分けて装着されている。また、２つのマグネット１３３は、図示の如く、フレーム１３１の内側面に、前後方向に傾くように装着されている。

ヨークユニット１４０は、ヨーク１４１と、軸固定部材１４２を備えている。ヨーク１４１は、磁性部材からなっている。ヨーク１４１には、左右に壁部１４１ａが形成され、これら壁部１４１ａの下端には、チルトユニット１１０の支軸１１１を装着するための凹部１４１ｂが形成されている。ヨーク１４１の上部には上下に貫通する２つのネジ穴１４１ｃが形成され、さらに、マグネットユニット１３３のネジ穴１３１ｄに対応する位置に、ネジ穴１４１ｄが形成されている。２つの壁部１４１ａの内側面間の距離は、支軸１１１の２つの溝１１１ｄ間の距離よりも大きくなっている。

軸固定部材１４２は、可撓性を有する金属性の薄板部材である。軸固定部材１４２の前側には、板ばね部１４２ａ、１４２ｂが形成され、これら板ばね部１４２ａ、１４２ｂの下端には、それぞれ、チルトユニット１１０の軸受け１１６ａ、１１６ｂの脱落を規制するための受け部１４２ｃ、１４２ｄが形成されている。また、軸固定部材１４２の上板部には、ヨーク１４１側の２つのネジ穴１４１ｃに対応する位置にそれぞれ孔１４２ｅが形成され、さらに、ヨーク１４１側の２つのネジ穴１４１ｄに対応する位置に孔１４２ｆが形成されている。

ミラーアクチュエータ１００の組み立て時には、上記の如くして、図２（ａ）に示すチルトユニット１１０が組み立てられた後、以下のようにして、パンユニット１２０がチルトユニット１１０の支軸１１１に装着される。

まず、パンフレーム１２１の上板部１２１ｂと下板部１２１ｃにそれぞれ形成された孔１２１ｄに、凹部１２１ａ側から軸受け１２４ａ、１２４ｂを嵌め込んで固着する。次に、パンフレーム１２１の背面にパンコイル１２３を装着する。さらに、パンフレーム１２１の凹部１２１ｇに透過板２００を嵌め込み、透過板固定金具２０１で透過板２００をパンフレーム１２１の足部１２１ｆに固定する。

その後、パンフレーム１２１の凹部１２１ａに、チルトフレーム１１２と支軸１１１を挿入し、支軸１１１の孔１１２ａとパンフレーム１２１側の軸受け１２４ａ、１２４ｂを上下に並べる。この状態で、上側から支軸１２２を孔１１２ａと軸受け１２４ａ、１２４ｂに通す。このとき、３つのポリスライダーワッシャを、凹部１２１ａ内において、支軸１２２に通しておく。さらに、支軸１１１のネジ穴１１１ｂと支軸１２２のネジ穴１２２ａとを合わせて、これら２つのネジ穴１１１ｂ、１２２ａに、前方からネジ１１４を螺着する。これにより、支軸１２２が支軸１１１に固定される。

その後、３つのポリスライダーワッシャ１２５が支軸１２２の下側の溝１２２ｃよりも下の位置となるようにパンフレーム１２１をスライドさせ、下側の溝１２２ｃにＥリング１２６ｂを嵌め込む。さらに、支軸１２２の上側の溝１２２ｂを凹部１２１ａ内に位置づけて、この溝１２２ｂにＥリング１２６ａを嵌め込む。これにより、図２（ｂ）に示すように、パンユニット１２０がチルトユニット１１０に装着される。この状態で、パンフレーム１２１は、支軸１２２の周りに回動可能となり、また、支軸１２２に沿って上下に僅かに移動可能となる。

こうしてパンユニット１２０が装着された後、パンフレーム１２１の段部１２１ｅにミラー１５０が嵌め込まれて固定される。その後、チルトユニット１１０の支軸１１１の両端に装着された軸受け１１６ａ、１１６ｂを、図１に示すヨーク１４１の凹部１４１ａ、１４１ｂに嵌め込む。そして、この状態で、軸受け１１６ａ、１１６ｂが凹部１４１ａ、１４１ｂから脱落しないように、軸固定部材１４２をヨーク１４１に装着する。すなわち、受け部１４２ｃが軸受け１１６を下から支え、且つ、受け部１４２ｄが軸受け１１６を前方から挟むようにして軸固定部材１４２をヨーク１４２に装着する。この状態で、軸固定部材１４２の２つの孔１４２ａを介して２つのネジ１４３をヨーク１４１のネジ穴１４１ｃに螺着する。これにより、図２（ｂ）に示す構成体がヨークユニット１４０に装着される。

こうして、図３（ａ）に示す構成体が完成する。この状態で、チルトフレーム１１２は、パンフレーム１２１と一体的に、支軸１１１の周りに回動可能となり、また、支軸１１１に沿って左右に僅かに移動可能となる。

こうして組み立てられた図３（ａ）の構成体は、ヨーク１４１の２つの壁部１４１ａが、それぞれ、マグネットユニット１３０側のフレーム１３１の切り欠き１３１ｃに挿入されるようにして、マグネットユニット１３０に装着される。そして、この状態で、軸固定部材１４２の孔１４２ｆを介して、ネジ１４４が、ヨーク１４１のネジ穴１４１ｄとマグネットユニット１３０のネジ穴１３１ｄに螺着される。これにより、図３（ａ）に示す構成体が、マグネットユニット１３０に固着される。こうして、図３（ｂ）に示すように、ミラーアクチュエータ１００の組み立てが完了する。

図３（ｂ）に示す組み立て状態において、パンフレーム１２１が支軸１２２を軸として回動すると、これに伴ってミラー１５０が回動する。また、チルトフレーム１１２が支軸１１１を軸として回動すると、これに伴ってパンユニット１２０が回動し、パンユニット１２０と一体的にミラー１５０が回動する。このように、ミラー１５０は、互いに直交する支軸１１１、１２２によって回動可能に支持され、チルトコイル１１３およびパンコイル１２３への通電によって、支軸１１１、１２２の周りに回動する。このとき、パンユニット１２０に装着された透明体２００も、ミラー１５０の回動に伴って回動する。

なお、バランサ１２２ｄは、図２（ｂ）に示す構成体が、支軸１１１を軸として回動するとき、かかる回動がバランス良く行われるよう調整するためのものである。かかる回動のバランスは、バランサ１２２の重さによって調整される。この他、バランサ１２２が上下に変位可能であれば、上下方向の位置を微調整することにより、回動のバランスを調整可能である。

図３（ｂ）に示すアセンブル状態において、８個のマグネット１３２は、チルトコイル１１３に電流を印加することにより、チルトフレーム１１２に支軸１１１を軸とする回動力が生じるよう、配置および極性が調整されている。したがって、コイル１１３に電流を印加すると、コイル１１３に生じる電磁駆動力によって、チルトフレーム１１２が、支軸１１１を軸として回動し、これに伴って、ミラー１５０と透明体２００が回動する。

また、図３（ｂ）に示すアセンブル状態において、２個のマグネット１３３は、パンコイル１２３に電流を印加することにより、パンフレーム１２１に支軸１２２を軸とする回動力が生じるよう、配置および極性が調整されている。したがって、パンコイル１２３に電流を印加すると、パンコイル１２３に生じる電磁駆動力によって、パンフレーム１２１が、支軸１２２を軸として回動し、これに伴って、ミラー１５０と透明体２００が回動する。

図４および図５は、上記ミラーアクチュエータ１００が配されたビーム照射装置の構成を示す図である。

図４は、ビーム照射装置の走査光学系を示す図である。図中、５００は、ベースである。同図では、ベース５００の上面が水平になっている。ベース５００には、ミラーアクチュエータ１００の設置位置に開口５０３ａが形成され、この開口５０３ａに透明体２００が挿入されるようにして、ミラーアクチュエータ１００がベース５００上に装着されている。ミラーアクチュエータ１００は、図１に示す上下方向が、図４に示す鉛直方向となるように、ベース５００に装着される。

ベース５００の上面には、レーザ光源４０１と、ビーム整形用のレンズ４０２が配置されている。レーザ光源４０１は、ベース５００の上面に配されたレーザ光源用の基板４０４に装着されている。また、レンズ４０２は、レンズホルダ４０３に保持された状態で、ベース５００の上面に設置される。

レーザ光源４０１から出射されたレーザ光は、レンズ４０２によって、水平方向および鉛直方向の収束作用を受ける。レンズ４０２は、目標領域（たとえば、ビーム照射装置のビーム出射口から前方１００ｍ程度の位置に設定される）におけるビーム形状が、所定の大きさ（たとえば、縦２ｍ、横１ｍ程度の大きさ）になるよう設計されている。

レンズ４０２を透過したレーザ光は、ミラーアクチュエータ１００のミラー１５０に入射し、ミラー１５０によって目標領域に向かって反射される。ミラーアクチュエータ１００によってミラー１５０が二軸駆動されることにより、レーザ光が目標領域内においてス
キャンされる。

ミラーアクチュエータ１００は、ミラー１５０が中立位置にあるときに、レンズ４０３からのレーザ光がミラー１５０のミラー面に対し水平方向において４５度の入射角で入射するよう配置されている。なお、「中立位置」とは、ミラー面が鉛直方向に対し平行で、且つ、レーザ光がミラー面に対し水平方向において４５度の入射角で入射するときのミラー１５０の位置をいう。

ベース５００の下面には、回路基板３００が配されている。さらに、ベース５００の側面にも回路基板３０１、３０２が配されている。

図５（ａ）は、ベース５００を裏面側から見たときの一部平面図である。同図（ａ）には、ベース５００の裏側に配されたサーボ光学系とその周辺の構成が示されている。

図示の如く、ベース５００の裏側周縁には、壁５０１、５０２が形成されており、壁５０１、５０２よりも中央側は、壁５０１、５０２よりも一段低い平面５０３となっている。壁５０１には、半導体レーザ３０３を装着するための開口が形成されている。この開口に半導体レーザ３０３を挿入するようにして、半導体レーザ３０３が装着された回路基板３０１が壁５０１の外側面に装着されている。他方、壁５０２の近傍には、ＰＳＤ３０８が装着された回路基板３０２が装着されている。

ベース５００裏側の平面５０３には、取り付け具３０７によって集光レンズ３０４と、アパーチャ３０５と、ＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ３０６が装着されている。さらに、この平面５０３には上記開口５０３ａが形成されており、この開口５０３ａを介して、ミラーアクチュエータ１００に装着された透明体２００がベース５００の裏側に突出している。ここで、透明体２００は、ミラーアクチュエータ１００のミラー１４０が中立位置にあるときに、２つの平面が、鉛直方向に平行で、且つ、半導体レーザ３０３の出射光軸に対し４５度傾くように位置づけられる。

半導体レーザ３０３から出射されたレーザ光（以下、「サーボ光」という）は、集光レンズ３０４を透過した後、アパーチャ３０５によってビーム径が絞られ、さらにＮＤフィルタ３０６によって減光される。その後、サーボ光は、透明体２００に入射され、透明体２００によって屈折作用を受ける。しかる後、透明体２００を透過したサーボ光は、ＰＳＤ３０８によって受光され、ＰＳＤ３０８から、受光位置に応じた位置検出信号が出力される。

図５（ｂ）は、透明体２００の回動位置とサーボ光の光路との関係を模式的に示す図である。なお、同図では、便宜上、図５（ａ）の透明体２００、半導体レーザ３０３、ＰＳＤ３０８のみが図示されている。

サーボ光は、レーザ光軸に対し傾いて配置された透明体２００によって屈折され、ＰＳＤ３０８に受光される。ここで、透明体２００が破線矢印のように回動すると、サーボ光の光路が図中の点線のように変化し、ＰＳＤ３０８上におけるサーボ光の受光位置が変化する。これにより、ＰＳＤ３０８にて検出されるサーボ光の受光位置によって、透明体２００の回動位置を検出することができる。透明体２００の回動位置は、目標領域におけるレーザ光の走査位置に対応する。よって、ＰＳＤ３０８からの信号をもとに目標領域におけるレーザ光の走査位置を検出することができる。

図６（ａ）は、半導体レーザ４０１とレンズ４０２の関係を模式的に示す図である。同図（ｂ）は、半導体レーザ４０１をＺ軸方向から見たときの一部拡大図である。同図（ｂ
）には、キャップ４０１ａと、キャップ４０１ａに形成された出射口４０１ｂと、レーザ光の関係が示されている。同図（ｂ）中の破線は、キャップ４０１ａの裏面に対するレーザ光の入射領域を模式的に示している。また、同図（ｂ）には、キャップ４０１ａの裏面に入射するレーザ光の、ビーム長軸（ＡＬ）およびビーム短軸（ＡＳ）上におけるレーザ光の強度分布図が併せて示されている。

本実施の形態では、出射口４０１ｂが、レンズ４０２に対するレーザ光の入射領域を制限するためのアパーチャとなっている。キャップ４０１ａ内に収容されたレーザチップの半導体積層方向は、同図のＹ軸方向である。したがって、レーザ光の発散角は、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向の方が大きい。このため、レーザ光は、同図（ｂ）に破線で示すように、楕円状の領域において、キャップ４０１ａの裏面に入射する。

同図（ｂ）に示す如く、出射口４０１ｂは、円形である。レーザ光の光軸が出射口４０１ｂの中心を貫くように、出射口４０１ｂが配置されている。出射口４０１ｂの径は、ビーム長軸（ＡＬ）上において、レーザ光の強度がピーク強度の１／ｅ^２以上となる範囲の幅と等しくなるよう設定されている。したがって、ビーム長軸上のレーザ光は、ピーク強度の１／ｅ^２以上の中心に近い範囲が出射口４０１ｂを通過し、ピーク強度の１／ｅ^２より小さい中心から離れた範囲がキャップ４０１の裏面によって遮光される。

なお、レーザ光のビーム短軸ＡＳの長さは、出射口４０１ｂの径よりやや大きくなっている。よって、レーザ光は、短軸方向においても、キャップ４０１の裏面によって遮光される。これにより、レーザ光は、出射口４０１ｂによって、断面が円形となるよう整形される。

こうして整形されたレーザ光は、同図（ａ）に示すように、レンズ４０２に入射する。同図（ｃ）は、レンズ４０２をレーザ光入射側から見たときのレーザ光とレンズ４０２の関係を示す図である。同図（ｃ）中の破線は、レーザ光のうち、強度がピーク強度の１／ｅ^２以上となる領域を示す。レンズ４０２は、こうして入射したレーザ光（強度がピーク強度の１／ｅ^２以上となる範囲のレーザ光）が目標領域において所定の形状となるように、レーザ光を収束させる。

なお、本実施の形態では、同図（ｃ）のように、レーザ光がレンズ４０２の有効径に入射するため、レーザ光がレンズホルダ４０３の内周によって干渉することはない。よって、レンズホルダ４０３によって干渉したレーザ光が迷光となって目標領域に照射されるようなこともない。

図７は、Ｘ軸方向から見たときの半導体レーザ４０１の内部透視図である。図示の如く、キャップ４０１内にはレーザチップ４０１ｃが配置されている。レーザチップ４０１ｃは、サブマウント４０１ｄ上に形成され、さらに、サブマウント４０１ｄがブロック４０１ｅを介してステム４０１ｆに支持されている。

レーザチップ４０１ｃは、前面（出射面）と後面の両方からレーザ光を出射する。レーザチップ４０１ｃの前面から出射されたレーザ光は、上記の如く出射口４０１ｂおよびその周辺のキャップ４０１ａ裏面へと進み、中央部分が出射口４０１ｂを通過してレンズ４０２に入射する。レーザチップ４０１ｃの後面から出射されたレーザ光は、ステム４０１ｆによって反射される。

ここで、レーザチップ４０１ｃの前面からキャップ４０１ａの内面までの距離をＬ、出射口４０１ｂの部分におけるキャップ４０１ａの厚みをｔ、強度がピーク強度の１／ｅ^２以上となる範囲のレーザ光のビーム長軸上における全発散角をθ１とすると、出射口４０
１ｂの径ｄは、次式で求まる値に設定される。

ｄ＝２×｛（Ｌ＋ｔ）ｔａｎ（θ１／２）｝ …（１）

このように径ｄを設定することにより、上記のように、ビーム長軸上のレーザ光は、ピーク強度の１／ｅ^２以上の中心に近い範囲が出射口４０１ｂを通過し、ピーク強度の１／ｅ^２より小さい中心から離れた範囲がキャップ４０１の裏面によって遮光される。これにより、レーザ光は、レンズ４０２に対し、図６（ｃ）に示すように入射し、所望の形状で目標領域に照射される。

なお、製造公差により、レーザチップ４０１ｃの発光点がＸ−Ｙ平面方向に±Δｒ１ずれ、また、出射口４０１ｂがＸ−Ｙ平面方向に±Δｒ２ずれる場合、出射口４０１ｂの径ｄは、次式で求まる値に設定すればよい。

ｄ＝２×｛（Ｌ＋ｔ）ｔａｎ（θ１／２）＋（ｒ１＋ｒ２）｝ …（２）

また、図７に示すように、レーザチップ４０１ｃの後面から出射され、ステム４０１ｆにより反射されたレーザ光（迷光）も、出射口４０１ｂおよびその周辺のキャップ４０１ａ裏面へと進む。このレーザ光（迷光）のキャップ４０１ａ裏面におけるビーム長軸の径αは、レーザチップ４０１ｃの前面（出射面）からステム４０１ｆの内面までの距離をｂ、Ｚ軸方向におけるレーザチップ４０１ｃのサイズをａ、強度がピーク強度の１／ｅ^２以上となる範囲のレーザ光（迷光）のビーム長軸上における全発散角をθ２とすると、以下のようになる。

α＝２｛（２ｂ−ａ＋Ｌ＋ｔ）ｔａｎ（θ２／２）｝ …（３）

したがって、レーザチップ４０１ｃの後面から出射されたレーザ光（迷光）は、キャップ４０１ａの裏面によって、略ｄ^２／α^２の割合で遮光される。

本実施の形態によれば、キャップ４０１ａの出射口４０１ｂがレンズ４０２に対するレーザ光の入射領域を制限するためのアパーチャとなっているため、レーザチップ４０１ｃの前面（出射面）から出射されたレーザ光の略全てが通過するように出射口４０１ｂが形成されている場合に比べ、出射口４０１ｂの径が小さくなる。よって、レーザチップ４０１ｃの後面から出射されたレーザ光（迷光）が出射口４０１ｂから出射され難くなり、このレーザ光（迷光）によるビーム照射装置の特性の劣化を抑制することができる。

図８は、本実施の形態による効果を模式的に示す図である。同図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、レーザチップ４０１ｃの前面（出射面）からのレーザ光が略全て出射口４０１ｂを通過するように出射口４０１ｂの径が設定されている場合（比較例）の、目標領域におけるレーザ光の強度分布と、レーザ光の照射状態を示す図である。また、同図（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、出射口４０１ｂがレンズ４０２に対するレーザ光の入射領域を制限するためのアパーチャとなっている場合（本実施の形態）の、目標領域におけるレーザ光の強度分布と、レーザ光の照射状態を示す図である。

比較例では、出射口４０１ｂの径が大きいため、レーザチップ４０１ｃの後面から出射されたレーザ光（迷光）が、出射口４０１ｂから出射され易い。このレーザ光（迷光）は、ステム４０１ｆにより反射された後に出射口４０１ｂから出射されるため、前面から出射されたレーザ光とは異なる方向に進み得る。このため、目標領域において、前面（出射面）から出射されたレーザ光からややずれた位置に、このレーザ光（迷光）が照射されることが起こり得る。

ここで、ステム４０１ｆが部分的に鏡面になっていると、この部分によって反射されたレーザ光（迷光）の強度が大きくなる。このため、この部分のレーザ光（迷光）が出射口４０１ｂを通過して目標領域に照射されると、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザチップ４０１ｃの前面（出射面）からのレーザ光の照射位置から離れた位置に、比較的強度の高い不要なレーザ光（迷光）が照射される。この場合、目標領域からの反射光をもとに目標領域の状況を検出すると、このレーザ光（迷光）による影響によって、目標領域に対する検出精度が低下する惧れがある。

これに対し、本実施の形態によれば、出射口４０１ｂの径が小さいため、レーザチップ４０１ｃの後面から出射されたレーザ光（迷光）は、出射口４０１ｂから出射され難い。よって、同図（ａ）のＡの部分に示す大きな強度の迷光が目標領域に現れ難い。結果、同図（ｃ）、（ｄ）に示すように、レーザチップ４０１ｃの前面（出射面）からのレーザ光を目標領域に適正に照射でき、迷光による誤検出を抑制することができる。

なお、この効果は、図７における距離Ｌを小さくする程、顕著となる。すなわち、距離Ｌを小さくすると、上記式（１）から、出射口４０１ｂの径ｄが小さくなり、レーザチップ４０１ｃの後面から出射されたレーザ光（迷光）が出射口４０１ｂを、より通過し難くなる。よって、迷光による誤検出をより一層抑制することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、レーザチップ４０１の後面側から出射されるレーザ光を効果的に排除することができる。また、この効果を、キャップ４０１ａに形成された出射口４０１ｂの径ｄを調整するといった極めて簡素な構成によって達成することができる。さらに、出射口４０１ｂがレンズ４０２に対するレーザ光の入射領域を制限するためのアパーチャとして機能するため、別途、アパーチャを配する必要がなく、部品点数の削減と構成の簡素化を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態では、図９（ａ）に示すように、出射口４０１ｂが塞がれていなかったが、同図（ｂ）、（ｃ）のように、ガラス板等の透明板４０１ｇによって出射口４０１ｂを塞いでもよい。この場合、出射口４０１ｂにアパーチャの機能を持たせずに、透明板４０１ｇにアパーチャの機能を持たせるようにしてもよい。すなわち、図９（ｄ）に示すように、透明板４０１ｇのレーザ光入射面に円形の光透過部４０１ｈを配置し、その周りにレーザ光を遮光する遮光部４０１ｉを配する。ここで、光透過部４０１ｈには、表面反射を抑制するＡＲコートを配するとよい。また、透明板４０１ｇのレーザ光出射面にもＡＲコートを配するとよい。

この場合、光透過部４０１ｇの径は、上記実施の形態における出射口４０１ｂの径と同様に設定する。なお、この構成では、光透過部４０１ｇがレンズ４０２に対するレーザ光の入射領域を制限するためのアパーチャとして機能するため、出射口４０１ｂの径は、上記実施の形態の場合よりも大きく設定すれば良い。

なお、このように透明板４０１ｇにアパーチャの機能を持たせる場合、同図（ｂ）のようにキャップ４０１ａの内側に透明板４０１ｇを配する方が、同図（ｃ）のようにキャップ４０１ａの外側に透明板４０１ｇを配するよりも、光透過部４０１ｈの径が小さくなる。よって、レーザチップ４０１ｃの後面から出射されるレーザ光は、同図（ｃ）の場合よりも、同図（ｂ）の場合の方がより遮光される。他方、同図（ｃ）の構成では、透明板４０１ｇがキャップ４０１ａの外側にあるため、レーザ光の光軸と光透過部４０１ｈの中心
との間の位置調整を行い易いとのメリットがある。

また、同図（ｅ）に示すように、レーザチップ４０１ｃをサブマウント４０１ｄから前方に飛び出すように形成するのが好ましい。こうすると、レーザチップ４０１ｃの出射面と出射口４０１ｂとの間の距離が小さくなるため、出射口４０１ｂの径を小さくできる。よって、レーザチップ４０１ｃの後面から出射されるレーザ光をより多く遮光できる。また、レーザチップ４０１ｃから出射されたレーザ光がサブマウント４０１ｄによって遮られにくくなる。

さらに、上記実施の形態では、出射口４０１ｂの形状が円形であったが、ビームの短軸方向においてもピーク強度の１／ｅ^２より強度が小さい範囲を遮光するように、出射口４０１ｂの形状を楕円にしても良い。同様に、透明板４０１ｇに光透過部４０１ｈを配する場合には、光透過部４０１ｈの形状を楕円にしても良い。これらの場合には、全周に亘り、強度がピーク強度の１／ｅ^２以上の範囲のレーザ光がレンズ４０２に入射する。

レーザ光を走査するためのアクチュエータは、図１に示す以外のミラーアクチュエータや、レンズを変位させることによる走査機構、あるいは、ポリゴンミラー等も用いることができる。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１００ … ミラーアクチュエータ（走査部）
４０１ … レーザ光源
４０１ａ … キャップ
４０１ｂ … 出射口
４０１ｃ … レーザチップ
４０１ｇ … 透明板（カバー部材）
４０１ｈ … 光透過部（アパーチャ）
４０２ … レンズ

Claims (6)

1. 半導体レーザと、
   前記半導体レーザから出射されたレーザ光が入射するレンズと、
   前記レンズを透過した前記レーザ光を目標領域においてを走査させる走査部と、
   を備え、
   前記半導体レーザは、
   レーザチップと、
   前記レーザチップを収容するキャップと、
   前記キャップに形成され前記レーザチップから出射されたレーザ光が通過する出射口と、を備え、
   前記出射口に、前記レンズに対する前記レーザ光の入射領域を制限するためのアパーチャが配されている、
   を有することを特徴とするビーム照射装置。
2. 請求項１に記載のビーム照射装置において、
   前記出射口が前記アパーチャとなっている、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
3. 請求項１に記載のビーム照射において、
   前記出射口を塞ぐ透明なカバー部材に、前記アパーチャが配されている、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載のビーム照射装置において、
   前記アパーチャは、ビーム長軸上における前記レーザ光の強度がピーク強度の１／ｅ^２よりも小さいレーザ光の範囲を遮光する、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
5. レーザチップと、
   前記レーザチップを収容するキャップと、
   前記キャップに形成され前記レーザチップから出射されたレーザ光が通過する出射口と、を備え、
   前記出射口に、前記レーザ光の外側部分を遮光するためのアパーチャが配され、
   前記アパーチャは、ビーム長軸上における前記レーザ光の強度がピーク強度の１／ｅ^２よりも小さいレーザ光の範囲を遮光する、
   を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
6. 請求項５に記載の半導体レーザ装置において、
   前記ビーム長軸上における前記レーザ光の強度がピーク強度の１／ｅ^２よりも大きな範囲を与える前記レーザ光の発散全角をθ、前記レーザチップの出射面から前記レーザ光の進行方向における前記キャップの内面までの距離をＬ、前記キャップの前記出射口における厚みをｔとすると、前記出射口の前記積層方向のおける寸法ｄが、
   ｄ＝２×｛（Ｌ＋ｔ）ｔａｎ（θ／２）｝
   である、
   ことを特徴とするビーム照射装置。

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