JP2023140463A - Light-emitting module and method for driving light-emitting module - Google Patents

Light-emitting module and method for driving light-emitting module Download PDF

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Abstract

To obtain a light-emitting module that can change the oscillation wavelength and optical output of a laser beam with a relatively simple configuration.SOLUTION: A light-emitting module 100 comprises a semiconductor laser 11, and a collimator lens 12 collimating a light beam L emitted in a state of divergent light from the semiconductor laser 11, and the light-emitting module is provided with temperature adjustment means 10, 30 that can set the temperature of the semiconductor laser 11 to a temperature higher than room temperature, a semiconductor laser driving circuit 31 that can change the driving current of the semiconductor laser 11 to change the optical output of the semiconductor laser 11; and an attenuator 5 that can attenuate the light beam L emitted from the semiconductor laser 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は光ビームを発する発光モジュールに関し、特に詳細には、光源として半導体レーザが用いられた発光モジュールに関するものである。さらに本発明は、そのような発光モジュールを駆動する方法に関するものである。 The present invention relates to a light emitting module that emits a light beam, and particularly relates to a light emitting module that uses a semiconductor laser as a light source. Furthermore, the invention relates to a method of driving such a light emitting module.

従来、細胞や細菌等の微小検体に光ビームを照射し、それにより生じた散乱光や蛍光を光検出器で検出して、検体の構造、性状、個数等を測定、分析する分析装置や計測器が種々知られている。この種の分析装置等においては、光源や、そこから発せられた光ビームを収束させるレンズ等の光学要素をまとめてモジュール化したものが用いられることが多い。特許文献1には、そのように構成された発光モジュールの例が示されている。 Conventionally, analytical devices and instruments that measure and analyze the structure, properties, number, etc. of a specimen by irradiating a light beam onto a microscopic specimen such as cells or bacteria, and detecting the scattered light and fluorescence generated by the light beam with a photodetector. Various types of vessels are known. In this type of analysis device, a module is often used in which optical elements such as a light source and a lens for converging a light beam emitted from the light source are assembled into a module. Patent Document 1 shows an example of a light emitting module configured in this way.

上記の発光モジュールにおいて小型化が望まれる場合等は、光源として半導体レーザ(レーザダイオード)が多く適用されている。また、この種の発光モジュールから発せられた光ビームは多くの場合、所望の波長や光波長に設定して使用される。そのような要求を満足する半導体レーザ装置として従来、特許文献2に示された半導体レーザ装置が知られている。 When miniaturization is desired in the above-mentioned light emitting module, a semiconductor laser (laser diode) is often used as a light source. Further, in many cases, the light beam emitted from this type of light emitting module is set to a desired wavelength or optical wavelength. A semiconductor laser device disclosed in Patent Document 2 has been known as a semiconductor laser device that satisfies such requirements.

この特許文献2に示された半導体レーザ装置は、半導体レーザの光出力および発振波長を検出する手段と、光出力および発振波長の検出手段による出力を基準として半導体レーザの光出力および発振波長を制御する手段とを有することを特徴とするものである。 The semiconductor laser device disclosed in Patent Document 2 includes means for detecting the optical output and oscillation wavelength of the semiconductor laser, and controlling the optical output and oscillation wavelength of the semiconductor laser based on the outputs of the optical output and oscillation wavelength detection means. The invention is characterized in that it has means for.

特開2020-42061号公報JP2020-42061A 特開平7-15078号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-15078

特許文献2に示された半導体レーザ装置は一見構成が簡単なものであるが、実用する場合は結露を招き易く、また十分な領域に亘って発振波長を制御することが困難である等の問題が認められるものである。なお、これらの問題については、後に本発明の実施形態を説明する際に、実施形態と対比しながら詳述する。
そこで本発明は、レーザビームの発振波長および光出力を広い領域に亘って変化させることができる発光モジュール、およびその駆動方法を提供することを目的とする。
The semiconductor laser device shown in Patent Document 2 has a simple structure at first glance, but when put into practical use, it tends to cause dew condensation and has problems such as difficulty in controlling the oscillation wavelength over a sufficient area. is recognized. Note that these problems will be explained in detail in comparison with the embodiments of the present invention later when the embodiments of the present invention are described.
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a light emitting module that can change the oscillation wavelength of a laser beam and optical output over a wide range, and a method for driving the same.

本発明による発光モジュールは、
半導体レーザと、この半導体レーザから発散光状態で発せられた光ビームを平行光にするコリメートレンズとを備えてなる発光モジュールにおいて、
前記半導体レーザを室温よりも高い温度に設定し得る温度調節手段と、
前記半導体レーザの駆動電流を変えることにより、該半導体レーザの光出力を変更できる半導体レーザ駆動回路と、
前記半導体レーザから発せられた光ビームを減衰し得るアッテネータと、
が設けられたことを特徴とするものである。
なお、上記の「室温」とは、半導体レーザが設置されている場所の温度で、温度調節による影響が無い場合の温度を意味するものである。具体的には、一例として20℃~25℃程度の温度が相当する場合が多い。
The light emitting module according to the present invention includes:
A light emitting module comprising a semiconductor laser and a collimating lens that converts a light beam emitted from the semiconductor laser in a diverging state into parallel light,
temperature control means capable of setting the semiconductor laser to a temperature higher than room temperature;
a semiconductor laser drive circuit that can change the optical output of the semiconductor laser by changing the drive current of the semiconductor laser;
an attenuator capable of attenuating the light beam emitted from the semiconductor laser;
It is characterized by the provision of.
Note that the above-mentioned "room temperature" refers to the temperature of the place where the semiconductor laser is installed, and means the temperature when there is no influence from temperature adjustment. Specifically, as an example, the temperature is often about 20°C to 25°C.

上記構成を有する本発明の発光モジュールにおいては、半導体レーザから出射した後に外部で反射して該半導体レーザに向かって進む戻り光の、少なくとも一部を遮断するアパーチャ板が設けられていることが望ましい。なお上記の「外部」とは、半導体レーザの外という意味であり、必ずしも発光モジュールの外を意味するものではない。 In the light emitting module of the present invention having the above configuration, it is preferable that an aperture plate is provided that blocks at least a portion of the return light that is emitted from the semiconductor laser and then reflected outside and travels toward the semiconductor laser. . Note that the above-mentioned "external" means outside the semiconductor laser, and does not necessarily mean outside the light emitting module.

また上記温度調節手段は、半導体レーザの近傍の温度を検出する温度検出素子と、この温度検出素子が検出した温度に応じて前記半導体レーザの温度を上げる加温素子とから構成されることが望ましい。 Further, it is preferable that the temperature adjustment means is composed of a temperature detection element that detects the temperature in the vicinity of the semiconductor laser, and a heating element that increases the temperature of the semiconductor laser according to the temperature detected by the temperature detection element. .

また、上記構成を有する本発明の発光モジュールにおいては、半導体レーザから出射された光ビームの一部を分岐させる光ビーム分岐手段および、分岐された光ビームの光出力を検出する光検出器が設けられ、
半導体レーザ駆動回路が、上記光検出器の出力に基づいて半導体レーザの駆動電流を変えるように構成されている、
ことが望ましい。
Furthermore, the light emitting module of the present invention having the above configuration is provided with a light beam branching means for branching a part of the light beam emitted from the semiconductor laser, and a photodetector for detecting the optical output of the branched light beam. is,
a semiconductor laser drive circuit configured to change the drive current of the semiconductor laser based on the output of the photodetector;
This is desirable.

一方、本発明による発光モジュールの駆動方法は、
半導体レーザと、この半導体レーザから発散光状態で発せられた光ビームを平行光にするコリメートレンズとを備えてなる発光モジュールを駆動する方法であって、
半導体レーザを室温よりも高い温度に設定し、
半導体レーザの駆動電流を変えることにより、該半導体レーザの光出力を変更し、
半導体レーザから発せられた光ビームをアッテネータにより所定の光出力まで減衰させる、
ことを特徴とするものである。
On the other hand, the method for driving a light emitting module according to the present invention is as follows:
A method for driving a light emitting module comprising a semiconductor laser and a collimating lens that converts a light beam emitted from the semiconductor laser in a diverging state into parallel light, the method comprising:
Set the semiconductor laser to a temperature higher than room temperature,
Changing the optical output of the semiconductor laser by changing the drive current of the semiconductor laser,
Attenuates the light beam emitted from the semiconductor laser to a predetermined optical output using an attenuator.
It is characterized by this.

本発明による発光モジュールの駆動方法は、
半導体レーザを室温よりも高い温度に設定し、
半導体レーザの駆動電流を変えることにより、該半導体レーザの光出力を変更し、
半導体レーザから発せられた光ビームをアッテネータにより所定の光出力まで減衰させるようにしているので、半導体レーザを室温よりも高い温度に設定することで発振波長を長波長側にシフトさせ、半導体レーザの光出力を下げることで発振波長を短波長側にシフトさせて、発振波長を広い領域に亘って変えることができる。
The method for driving a light emitting module according to the present invention includes:
Set the semiconductor laser to a temperature higher than room temperature,
Changing the optical output of the semiconductor laser by changing the drive current of the semiconductor laser,
The light beam emitted from the semiconductor laser is attenuated to a predetermined optical output by an attenuator, so by setting the semiconductor laser to a temperature higher than room temperature, the oscillation wavelength is shifted to the longer wavelength side, and the semiconductor laser is By lowering the optical output, the oscillation wavelength can be shifted to the shorter wavelength side, and the oscillation wavelength can be changed over a wide range.

本発明による発光モジュールの駆動方法は、特に、発振波長が狭い範囲に限定されて、発振波長の安定性が求められるシステムに好適である。すなわち、従来の半導体レーザモジュールでは発振波長が温度や出力により変化し、また、戻り光により発振波長が不安定になってしまう。ラマン散乱計測器等の精密測定では、励起波長によりラマン強度が変化する等、波長に対して非常に敏感な面があり、結果として、測定システムの感度が大きく変化してしまう。そこで、このようなシステムからは波長が一定値で、かつ、その波長が揺らがないことが求められる。従来の半導体レーザモジュールでは、上述した要因で信号強度が揺ぎ、システムのS/Nが悪化していたが、本発明によればそれが解消されてS/Nが良くなり、信頼性の高いシステムを構築可能となる。 The method for driving a light emitting module according to the present invention is particularly suitable for a system where the oscillation wavelength is limited to a narrow range and stability of the oscillation wavelength is required. That is, in conventional semiconductor laser modules, the oscillation wavelength changes depending on temperature and output, and the oscillation wavelength becomes unstable due to return light. Precision measurements using Raman scattering instruments and the like are very sensitive to wavelengths, such as the Raman intensity changing depending on the excitation wavelength, and as a result, the sensitivity of the measurement system changes significantly. Therefore, such a system requires that the wavelength be a constant value and that the wavelength does not fluctuate. In conventional semiconductor laser modules, the signal strength fluctuated due to the factors mentioned above, deteriorating the S/N of the system, but according to the present invention, this problem has been resolved and the S/N has improved, resulting in high reliability. It becomes possible to build a system.

そして、長波長側へのシフトと、短波長側へのシフトとを相殺させて発振波長を所望の値に維持させると共に、光出力や半導体レーザの温度を所望値に設定することも可能である。さらに、半導体レーザから発せられた光ビームをアッテネータにより所定の光出力まで減衰させるようにしているので、この点からも光出力を広い領域に亘って変えることが可能となる。 Then, it is possible to maintain the oscillation wavelength at a desired value by canceling out the shift to the long wavelength side and the shift to the short wavelength side, and also to set the optical output and the temperature of the semiconductor laser to the desired values. . Furthermore, since the light beam emitted from the semiconductor laser is attenuated to a predetermined light output by the attenuator, the light output can be varied over a wide range from this point as well.

一方、本発明による発光モジュールは、
半導体レーザを室温よりも高い温度に設定し得る温度調節手段と、
半導体レーザの駆動電流を変えることにより、該半導体レーザの光出力を変更できる半導体レーザ駆動回路と、
半導体レーザから発せられた光ビームを減衰し得るアッテネータと、
を備えているので、上述した本発明による発光モジュールの駆動方法を実施できるものとなる。
On the other hand, the light emitting module according to the present invention is
temperature control means capable of setting the semiconductor laser at a temperature higher than room temperature;
a semiconductor laser drive circuit that can change the optical output of the semiconductor laser by changing the drive current of the semiconductor laser;
an attenuator capable of attenuating the light beam emitted from the semiconductor laser;
, the light emitting module driving method according to the present invention described above can be carried out.

本発明の第1実施形態による発光モジュールの全体形状を示す一部破断側面図A partially cutaway side view showing the overall shape of the light emitting module according to the first embodiment of the present invention 図1の発光モジュールに用いられた半導体レーザを示す概略斜視図(a)と縦断面図(b)A schematic perspective view (a) and a vertical cross-sectional view (b) showing the semiconductor laser used in the light emitting module of FIG. 図1の発光モジュールに用いられたビーム変換ユニットの作用を説明する概略図Schematic diagram explaining the action of the beam conversion unit used in the light emitting module of FIG. 1 半導体レーザの設定温度と発振波長との関係の一例を示すグラフGraph showing an example of the relationship between the set temperature and oscillation wavelength of a semiconductor laser 半導体レーザの光出力と発振波長との関係の一例を示すグラフGraph showing an example of the relationship between optical output and oscillation wavelength of a semiconductor laser 半導体レーザの設定温度と光出力と発振波長との関係の一例を示す概略図Schematic diagram showing an example of the relationship between the set temperature, optical output, and oscillation wavelength of a semiconductor laser 半導体レーザおよびコリメートレンズを保持する機構を示す断面図Cross-sectional view showing the mechanism that holds the semiconductor laser and collimating lens 図7の保持機構が温度によって状態を変える様子を説明する概略図A schematic diagram illustrating how the holding mechanism in Figure 7 changes its state depending on temperature. レーザビームの伝搬距離とビーム径との関係を複数の設定温度毎に示すグラフGraph showing the relationship between laser beam propagation distance and beam diameter for multiple set temperatures 図9が示す関係を、異なる半導体レーザを用いた場合について示すグラフA graph showing the relationship shown in FIG. 9 when different semiconductor lasers are used. 図7の保持機構が温度によって状態を変える様子を説明する概略図A schematic diagram illustrating how the holding mechanism in Figure 7 changes its state depending on temperature. 本発明の第2実施形態による発光モジュールの要部を示す概略側面図(a)と概略平面図(b)A schematic side view (a) and a schematic plan view (b) showing the main parts of a light emitting module according to a second embodiment of the present invention 図4の発光モジュールに用いられたレーザダイオードチップを示す概略斜視図A schematic perspective view showing a laser diode chip used in the light emitting module of FIG. 4 半導体レーザが発するレーザビームのファスト軸方向のビームプロファイルを4例示す概略図Schematic diagram showing four examples of beam profiles in the fast axis direction of laser beams emitted by semiconductor lasers 本発明の第3実施形態による発光モジュールの作用を説明する概略図Schematic diagram illustrating the operation of the light emitting module according to the third embodiment of the present invention 本発明の第4実施形態による発光モジュールの作用を説明する概略図Schematic diagram explaining the operation of the light emitting module according to the fourth embodiment of the present invention

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態による発光モジュール100を一部破断して示す側面面である。この発光モジュール100は図示の通り、ベース板1、その上に温度調節用ペルチェ素子2を介して取り付けられた筐体3、この筐体3を覆うカバー4、筐体3から図中右方に出射したレーザビーム(光ビーム)Lを減衰させると共に一部を図中上方に反射させるアッテネータ5、このアッテネータ5で反射したレーザビームLを吸収する終端器6を有している。終端器6はカバー4の内面に取り付けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<First embodiment>
FIG. 1 is a partially cutaway side view of a light emitting module 100 according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, this light emitting module 100 includes a base plate 1, a casing 3 mounted on the base plate 1 via a Peltier element 2 for temperature adjustment, a cover 4 covering the casing 3, and a cover 4 extending from the casing 3 to the right in the figure. It has an attenuator 5 that attenuates the emitted laser beam (light beam) L and reflects a part of it upward in the figure, and a terminator 6 that absorbs the laser beam L reflected by the attenuator 5. A terminator 6 is attached to the inner surface of the cover 4.

カバー4から矢印A方向に出射したレーザビームLは、何らかの部材で反射して、後述する光源としての半導体レーザ11側に戻ろうとする反射光LR(図中1点鎖線表示)を生じることがある。カバー4の外面には、この反射光LRを遮断するアパーチャ板(絞り板)7が取り付けられている。また筐体3の外面にも同様のアパーチャ板8が取り付けられている。これらのアパーチャ板7、8はいずれも、図中右方に進行するレーザビームLを良好に通過させる開口を有する光遮断性板材からなるものである。このレーザビームLと比べると上記反射光LRは、光強度分布がビーム中心から外側までより広く弱く拡がっているので、アパーチャ板7、8の開口周囲部分で効果的に遮断され得る。 The laser beam L emitted from the cover 4 in the direction of arrow A may be reflected by some member and generate reflected light LR (indicated by a dashed-dotted line in the figure) that attempts to return to the semiconductor laser 11 side as a light source, which will be described later. . An aperture plate (diaphragm plate) 7 is attached to the outer surface of the cover 4 to block this reflected light LR. A similar aperture plate 8 is also attached to the outer surface of the housing 3. Both of these aperture plates 7 and 8 are made of light-blocking plates having openings that allow the laser beam L traveling rightward in the figure to pass through well. Compared to the laser beam L, the reflected light LR has a light intensity distribution that is wider and weaker extending from the beam center to the outside, so that it can be effectively blocked by the portions around the openings of the aperture plates 7 and 8.

次に筐体3内の構成について説明する。筐体3内には、光源としての半導体レーザ11と、この半導体レーザ11から発散光状態で発せられたレーザビーム(光ビーム)Lを平行光にするコリメートレンズ12と、平行光化されたレーザビームLの光路に順次配された第1プリズム13および第2プリズム14と、これらのプリズム13、14を固定した回転ステージ15とが配されている。 Next, the configuration inside the housing 3 will be explained. Inside the housing 3, there is a semiconductor laser 11 as a light source, a collimating lens 12 that converts a laser beam (light beam) L emitted from the semiconductor laser 11 in a diverging state into a parallel beam, and a laser beam that has been converted into a parallel beam. A first prism 13 and a second prism 14 are arranged in sequence on the optical path of the beam L, and a rotation stage 15 on which these prisms 13 and 14 are fixed are arranged.

図1中で半導体レーザ11は概略的に示されているが、その詳しい外形形状、縦断面形状を図2の(1)、(2)にそれぞれ示している。図示の通り半導体レーザ11は基本的に、底部が概略円板状とされた金属ステム11a、この金属ステム11aの上に配された概略円筒状の金属キャップ11b、およびこの金属キャップ11bで保護された状態にして金属ステム11aの上部に固定されたレーザダイオードチップ11cから構成されている。 Although the semiconductor laser 11 is shown schematically in FIG. 1, its detailed external shape and vertical cross-sectional shape are shown in FIGS. 2(1) and 2(2), respectively. As shown in the figure, the semiconductor laser 11 is basically protected by a metal stem 11a whose bottom portion is roughly disk-shaped, a roughly cylindrical metal cap 11b disposed on the metal stem 11a, and this metal cap 11b. The laser diode chip 11c is fixed to the upper part of a metal stem 11a in a state where the laser diode chip 11c is fixed to the top of a metal stem 11a.

レーザダイオードチップ11cから出射したレーザビームLは、金属キャップ11bの上部に固定された円板状のカバーガラス11dを透過し、その上に配された円環状低融点ガラス11eの中央円孔および、金属キャップ11bの上底部に形成された中央円孔11fを通過して金属キャップ11bの外に出射する。また金属ステム11aには、レーザダイオードチップ11cへの給電等を果たす複数のリード11g、およびレーザダイオードチップ11cから出射するレーザビーム(前方出射光)Lの光出力を制御するためにその後方出射光を検出するフォトダイオード11hが取り付けられている。 The laser beam L emitted from the laser diode chip 11c passes through a disc-shaped cover glass 11d fixed to the upper part of the metal cap 11b, and passes through the central circular hole of the annular low-melting glass 11e disposed thereon. The light passes through a central circular hole 11f formed at the upper bottom of the metal cap 11b and is emitted to the outside of the metal cap 11b. Further, the metal stem 11a includes a plurality of leads 11g for feeding power to the laser diode chip 11c, and a rear emitted light beam for controlling the optical output of the laser beam (front emitted light) L emitted from the laser diode chip 11c. A photodiode 11h is attached to detect the .

図1に戻って説明を続ける。第1プリズム13および第2プリズム14はいずれも、光学ガラスを用いて概略三角板状に形成されたいわゆる三角プリズムであり、1つの頂角を挟む2つの端面間でレーザビームLを通過させて屈折させる。プリズムペアを構成しているこれらのプリズム13、14は、平行光化されたレーザビームLの光路に上記頂角の向きを互いに反対にして順次配されている。 Returning to FIG. 1, the explanation will be continued. Both the first prism 13 and the second prism 14 are so-called triangular prisms formed in a roughly triangular plate shape using optical glass, and the laser beam L is passed through and refracted between two end faces sandwiching one apex angle. let These prisms 13 and 14 constituting the prism pair are sequentially arranged in the optical path of the collimated laser beam L with the directions of the apex angles being opposite to each other.

つまり、一方のプリズムである第1プリズム13は、上記のような1つの頂角がレーザビームLの光路に対して図中下側に位置するのに対し、他方の第2プリズム14は、同様の1つの頂角がレーザビームLの光路に対して図中上側に位置している。換言すれば第2プリズム14では、レーザビームLの光路に対して図中下側に位置するのは、上記1つの頂角と向かい合う底辺である。なお、以上の構成とは反対に、第1プリズム13では上記1つの頂角がレーザビームLの光路に対して図中上側に位置し、第2プリズム14では上記1つの頂角がレーザビームLの光路に対して図中下側に位置する状態としてもよい。 In other words, one prism, the first prism 13, has one apex angle located at the lower side in the figure with respect to the optical path of the laser beam L, whereas the other second prism 14 has the same apex angle as described above. One apex angle of is located at the upper side in the figure with respect to the optical path of the laser beam L. In other words, in the second prism 14, the bottom side facing the one apex angle is located on the lower side in the figure with respect to the optical path of the laser beam L. Note that, contrary to the above configuration, in the first prism 13, the one apex angle is located on the upper side in the figure with respect to the optical path of the laser beam L, and in the second prism 14, the one apex angle is located in the upper side of the figure with respect to the optical path of the laser beam L. The optical path may be located at the lower side in the figure with respect to the optical path.

上記プリズムペアを固定している回転ステージ15は、回転軸Cを中心として図中のR方向に回転可能とされている。回転軸Cは、一例としてプリズム13、14の間において、図の表示面(印刷した場合は紙面:以下同様)と垂直な方向に延びる軸である。この回転ステージ15は、例えば図示外の回転ツマミや歯車と機械的に連結されており、回転ツマミを手動操作で回転させることにより上記R方向に正逆回転させることができる。なお、回転ステージ15を回転させるために、上記以外の公知の機構が用いられても構わない。また本実施形態において、回転ステージ15の形状は4つの隅部が丸められた矩形板状とされているが、その形状は特に限定されるものではなく例えば円板状等とされてもよい。 The rotation stage 15 on which the prism pair is fixed is rotatable in the direction R in the figure around the rotation axis C. The rotation axis C is, for example, an axis that extends between the prisms 13 and 14 in a direction perpendicular to the display surface of the figure (or the paper surface if printed; the same applies hereinafter). The rotation stage 15 is mechanically connected to, for example, a rotation knob or a gear (not shown), and can be rotated forward or backward in the R direction by manually rotating the rotation knob. Note that in order to rotate the rotation stage 15, a known mechanism other than the above may be used. Further, in this embodiment, the shape of the rotation stage 15 is a rectangular plate shape with four rounded corners, but the shape is not particularly limited and may be, for example, a disk shape.

回転ステージ15を回転可能に保持する機構として具体的には、回転ステージ15の一表面(プリズム13、14を固定した表面とは反対側の表面)から図中の回転軸Cの表記点と同心状に円柱状の保持軸を突設し、その保持軸を筐体3側に固定した軸受けで保持する機構や、あるいは回転ステージ15に図中の回転軸Cの表記点と同心状にして円筒状の貫通孔を形成し、その貫通孔に円柱状の保持軸を通してその保持軸を筐体3側で保持する機構等、公知の機構が種々適用可能である。 Specifically, the mechanism for rotatably holding the rotary stage 15 is to move from one surface of the rotary stage 15 (the surface opposite to the surface on which the prisms 13 and 14 are fixed) concentrically with the notation point of the rotation axis C in the figure. A mechanism in which a cylindrical holding shaft is protruded in the shape of a cylinder and held by a bearing fixed to the housing 3 side, or a mechanism in which a cylindrical holding shaft is provided concentrically with the notation point of the rotational axis C in the figure on the rotation stage 15 is used. Various known mechanisms can be applied, such as a mechanism in which a cylindrical holding shaft is formed through the through hole and the holding shaft is held on the housing 3 side.

第1プリズム13および第2プリズム14は、回転ステージ15の上で互いに所定の角度位置関係を保って固定されている。なお、第1プリズム13および第2プリズム14を回転ステージ15に固定しないで、各々自身の向きを調整可能にして回転ステージ15に取り付けても構わない。そうした場合は、第1プリズム13および第2プリズム14を取り付けた後に、両者を所定の角度位置関係に調整することができる。なお以下では、プリズム13、14および回転ステージ15からなる機構を「ビーム変換ユニット」と称することもある。 The first prism 13 and the second prism 14 are fixed on a rotation stage 15 while maintaining a predetermined angular positional relationship with each other. Note that the first prism 13 and the second prism 14 may not be fixed to the rotation stage 15, but may be attached to the rotation stage 15 with their respective orientations adjustable. In such a case, after the first prism 13 and the second prism 14 are attached, they can be adjusted to have a predetermined angular positional relationship. Note that hereinafter, the mechanism consisting of the prisms 13 and 14 and the rotation stage 15 may be referred to as a "beam conversion unit."

また筐体3の内部には、半導体レーザの光出力を検出するフォトダイオード等の光検出器9が取り付けられている。そして第1プリズム13の一つの光ビーム通過端面、つまりレーザビームLの通過方向下流側の通過端面は、該端面で反射したレーザビームLを上記光検出器9に導く反射面として利用されている。さらに筐体3には、その内部の温度を検出するサーミスタ10が取り付けられている。サーミスタ10が検出した温度を示す信号は、カバー4の外に配置された温度調節回路30に入力される。また、上記光検出器9が検出した半導体レーザの光出力を示す信号は、同じくカバー4の外に配置された半導体レーザ駆動回路31に入力される。なお温度検出素子としてはサーミスタ10の他に熱電対等も利用可能である。また、ペルチェ素子2以外の温度調節素子が用いられてもよいが、この素子は加温だけができればよく、よってヒータ等も適用可能である。 Further, inside the housing 3, a photodetector 9 such as a photodiode for detecting the optical output of the semiconductor laser is attached. One light beam passing end surface of the first prism 13, that is, the passing end surface on the downstream side in the passing direction of the laser beam L is used as a reflecting surface that guides the laser beam L reflected by the end surface to the photodetector 9. . Furthermore, a thermistor 10 is attached to the casing 3 to detect the temperature inside the casing 3. A signal indicating the temperature detected by the thermistor 10 is input to a temperature adjustment circuit 30 arranged outside the cover 4. Further, a signal indicating the optical output of the semiconductor laser detected by the photodetector 9 is input to a semiconductor laser drive circuit 31 which is also arranged outside the cover 4. In addition to the thermistor 10, a thermocouple or the like can also be used as the temperature detection element. Further, a temperature regulating element other than the Peltier element 2 may be used, but this element only needs to be capable of heating, so a heater or the like can also be used.

次に、本実施形態の発光モジュール100による作用について説明する。回転ステージ15を前記R方向のいずれか一方に回転させると、その回転に伴なって第1プリズム13へのレーザビームLの入射角が漸次変化する。この入射角が漸次拡大するか漸次低下するかは、回転ステージ15の回転方向によって決まる。こうして第1プリズム13へのレーザビームLの入射角が変化すると、第1プリズム13からのレーザビームLの出射角が変化するので、第2プリズム14へのレーザビームLの入射角が変化し、結局は第2プリズム14からのレーザビームLの出射角が変化する。以上の様子を図3に概略的に示す。第1プリズム13からの出射角が変化する前のレーザビームLを図中実線で示し、出射角が変化したレーザビームLを図中破線で示している。なお図3では、回転ステージ15を概略円板状のものとして示している。 Next, the effect of the light emitting module 100 of this embodiment will be explained. When the rotation stage 15 is rotated in either of the R directions, the angle of incidence of the laser beam L on the first prism 13 gradually changes as the rotation stage 15 rotates. Whether this angle of incidence gradually increases or decreases depends on the rotation direction of the rotation stage 15. When the angle of incidence of the laser beam L on the first prism 13 changes in this way, the angle of emission of the laser beam L from the first prism 13 changes, so the angle of incidence of the laser beam L on the second prism 14 changes, Eventually, the emission angle of the laser beam L from the second prism 14 changes. The above situation is schematically shown in FIG. The laser beam L before the emission angle from the first prism 13 is changed is shown by a solid line in the figure, and the laser beam L after the emission angle is changed is shown by a broken line in the figure. Note that in FIG. 3, the rotation stage 15 is shown as having a generally disk shape.

本実施形態の発光モジュール100は、図1においてカバー4から矢印A方向に出射したレーザビームLを例えば記録光として利用する光走査記録装置や、読取光として利用する光走査読取装置や、加工光として利用する加工装置や、分析用の光として利用する分析装置等に適用され得るものである。光走査記録装置や光走査読取装置に適用される場合は、発光モジュール100が走査機構に搭載される。そして、発光モジュール100から出射したレーザビームLは多くの場合、小さなスポットに収束させる収束レンズ(図1および図3では図示せず)に通される。 The light emitting module 100 of this embodiment is used in an optical scanning recording device that uses the laser beam L emitted from the cover 4 in the direction of arrow A in FIG. It can be applied to processing equipment used as a light source, analysis equipment used as light for analysis, and the like. When applied to an optical scanning recording device or an optical scanning reading device, the light emitting module 100 is mounted on a scanning mechanism. The laser beam L emitted from the light emitting module 100 is often passed through a converging lens (not shown in FIGS. 1 and 3) to converge it into a small spot.

上記スポットの収束位置は、例えば光走査や加工の精度向上を図って、所定位置に精度良く設定されることが望まれる。そのような収束位置の制御が図1や図3中の上下方向に関して望まれる場合は、回転ステージ15を前述した通りに回転させることにより、発光モジュール100から出射するレーザビームLの方位(進行方向)を変化させて、その収束位置を精度良く設定可能となる。なお、上述のようにスポットの収束位置を制御する場合に限らず、発光モジュール100から出射するレーザビームLの方位を変化させること自体が最終的な要求である場合にも、本実施形態の発光モジュール100は勿論対応可能である。 It is desired that the convergence position of the spot is set at a predetermined position with high precision, for example, in order to improve the precision of optical scanning and processing. If such control of the convergence position is desired in the vertical direction in FIGS. ), the convergence position can be set with high precision. Note that the light emission of this embodiment can be used not only when controlling the convergence position of the spot as described above, but also when changing the direction of the laser beam L emitted from the light emitting module 100 itself is the final requirement. The module 100 is of course compatible.

ここで、収束されるスポットに関しては、収束位置を所定位置に制御する他に、スポット径を所定値に設定、維持したいという要求も存在する。このスポット径はすなわち、上記収束レンズで絞られたレーザビームLのビームウエスト径であり、収束レンズに入射する前のレーザビームLのビーム径に依存する。したがって、上述のようにしてレーザビームLの方位を変化させても、それに応じてレーザビームLのビーム径が変化してしまうと、上記ビームウエスト径つまりスポット径も変化する。そうであると、スポット径を所定値に設定、維持するための調整が煩雑になるので、それを防ぐためには、レーザビームLの方位を変化させても、そのビーム径は変化しないことが求められる。 Regarding the spot to be converged, in addition to controlling the convergence position to a predetermined position, there is also a requirement to set and maintain the spot diameter at a predetermined value. This spot diameter is, in other words, the beam waist diameter of the laser beam L focused by the converging lens, and depends on the beam diameter of the laser beam L before entering the converging lens. Therefore, even if the direction of the laser beam L is changed as described above, if the beam diameter of the laser beam L changes accordingly, the beam waist diameter, that is, the spot diameter also changes. If this is the case, the adjustment to set and maintain the spot diameter at a predetermined value becomes complicated, so in order to prevent this, it is required that the beam diameter does not change even if the direction of the laser beam L is changed. It will be done.

本実施形態の発光モジュール100は、そのような要求をも満足できるものとなっている。つまりプリズムペアを構成している第1プリズム13および第2プリズム14は、前述した通り、それらを通過するレーザビームLの光路に関して、一方のプリズムでは頂角が位置する側に、他方のプリズムでは底辺が位置している。そこで、回転ステージ15の回転に伴なって第1プリズム13から出射するレーザビームLのビーム径が漸次低下(拡大)する場合は、第2プリズム14から出射するレーザビームLのビーム径が漸次拡大(低下)する。こうして、回転ステージ15の回転に伴なうビーム径の変化が、両プリズム13、14の間で略相殺されるので、結局、第2プリズム14から出射するレーザビームLのビーム径が略一定に保たれる。なお、略一定に保たれるレーザビームLのビーム径は、第1プリズム13および第2プリズム14の相対的な角度位置関係を変えることによって所望値に設定可能である。 The light emitting module 100 of this embodiment can also satisfy such requirements. In other words, as described above, the first prism 13 and the second prism 14 constituting the prism pair are located on the side where the apex angle is located in one prism and on the side where the apex angle is located in the other prism with respect to the optical path of the laser beam L passing through them. The bottom is located. Therefore, when the beam diameter of the laser beam L emitted from the first prism 13 gradually decreases (expands) as the rotation stage 15 rotates, the beam diameter of the laser beam L emitted from the second prism 14 gradually increases. (descend. In this way, the change in beam diameter caused by the rotation of the rotary stage 15 is substantially canceled out between the two prisms 13 and 14, so that the beam diameter of the laser beam L emitted from the second prism 14 becomes substantially constant. It is maintained. Note that the beam diameter of the laser beam L, which is kept substantially constant, can be set to a desired value by changing the relative angular positional relationship between the first prism 13 and the second prism 14.

以下、レーザビームLのビーム径等の細部について、具体例も示して詳しく説明する。本実施形態において、図1表示の半導体レーザ11から出射されるレーザビームLの発振波長は、505nmである。このレーザビームLは発散光であるが、コリメートレンズ12によって平行光とされる。平行光化されたレーザビームLの図1の表示面に平行な方向、垂直な方向のビーム径はそれぞれ1.6mm、0.6mmである。なお本実施形態では、図1の表示面に平行な方向、垂直な方向はそれぞれ半導体レーザ11のファスト軸方向、スロー軸方向である。つまり回転軸Cは、半導体レーザ11のスロー軸と平行な方向に延びている。また、ここで述べるビーム径や後述するビームウエスト径は、1/e径で定義したものである。 Details such as the beam diameter of the laser beam L will be described in detail below, with specific examples also shown. In this embodiment, the oscillation wavelength of the laser beam L emitted from the semiconductor laser 11 shown in FIG. 1 is 505 nm. Although this laser beam L is a diverging light, it is made into parallel light by the collimating lens 12. The beam diameters of the collimated laser beam L in the direction parallel to and perpendicular to the display surface in FIG. 1 are 1.6 mm and 0.6 mm, respectively. In this embodiment, the directions parallel to and perpendicular to the display surface in FIG. 1 are the fast axis direction and the slow axis direction of the semiconductor laser 11, respectively. That is, the rotation axis C extends in a direction parallel to the slow axis of the semiconductor laser 11. Furthermore, the beam diameter described here and the beam waist diameter described later are defined as a 1/ e2 diameter.

平行光化されたレーザビームLは、次に第1プリズム13に入射して図1の表示面内で屈折し、該第1プリズム13から出射する。なおプリズム13、14の図示されている2つの頂角はそれぞれ45°で、その母材は石英である。第1プリズム13から出射したレーザビームLは、第2プリズム14に入射し再度屈折して該第2プリズム14から出射するが、その図1の表示面に平行な方向のビーム径が第1プリズム13に入射する前より縮小されて第2プリズム14から出射する。具体的に、第2プリズム14から出射したレーザビームLの上記方向のビーム径は0.6mmであり、よってビーム径倍率は0.38(=0.6/1.6)倍である。 The collimated laser beam L then enters the first prism 13, is refracted within the display plane of FIG. 1, and exits from the first prism 13. The two illustrated apex angles of the prisms 13 and 14 are each 45°, and their base material is quartz. The laser beam L emitted from the first prism 13 enters the second prism 14, is refracted, and exits from the second prism 14, but the beam diameter in the direction parallel to the display surface in FIG. It exits from the second prism 14 after being reduced in size compared to before it enters the second prism 13 . Specifically, the beam diameter in the above direction of the laser beam L emitted from the second prism 14 is 0.6 mm, so the beam diameter magnification is 0.38 (=0.6/1.6) times.

一方、レーザビームLの図1の表示面に垂直な方向のビーム径は、縮小あるいは拡大されることなく、第1プリズム13に入射する前のビーム径=0.6mmがそのまま維持される。つまり、第2プリズム14を通過した後のレーザビームLは真円ビームであり、このレーザビームLを前述した収束レンズに通して小さなスポットに収束させれば、そのスポットは真円スポットとなる。レーザビームLがプリズム13、14を通過しているとき、回転ステージ15が回転されれば、第2プリズム14から出射するレーザビームLの方位が変化することは前述した通りである。 On the other hand, the beam diameter of the laser beam L in the direction perpendicular to the display surface in FIG. 1 is not reduced or expanded, and is maintained at the beam diameter of 0.6 mm before entering the first prism 13. That is, the laser beam L after passing through the second prism 14 is a perfect circular beam, and if this laser beam L is passed through the aforementioned converging lens and converged to a small spot, that spot becomes a perfect circular spot. As described above, if the rotation stage 15 is rotated while the laser beam L is passing through the prisms 13 and 14, the direction of the laser beam L emitted from the second prism 14 changes.

なお、レーザビームLの第1プリズム13への入射角は、レーザビームLの方位調整が完了した状態において一例として12°である。また、第1プリズム13のレーザビームLが入射する端面には、透過率99.5%以上の反射防止膜(ARコート)が施されている。一方、第1プリズム13のレーザビームLが出射する端面はノンコート面である。そのため、この出射端面ではレーザビームLの一部が反射率17%で反射し、反射光は前述した通り光検出器9に導かれる。この光検出器9の出力は、半導体レーザ11の光量モニタに使われる。 Note that the incident angle of the laser beam L to the first prism 13 is, for example, 12° in a state in which the azimuth adjustment of the laser beam L is completed. Furthermore, an antireflection coating (AR coating) with a transmittance of 99.5% or more is applied to the end surface of the first prism 13 on which the laser beam L is incident. On the other hand, the end surface of the first prism 13 from which the laser beam L is emitted is a non-coated surface. Therefore, a part of the laser beam L is reflected at this emission end face with a reflectance of 17%, and the reflected light is guided to the photodetector 9 as described above. The output of this photodetector 9 is used to monitor the amount of light from the semiconductor laser 11.

通常、このような光量モニタを行う場合は、レーザビームLをビームスプリッタで分岐させ、分岐したレーザ光をモニタ光として用いることが多い。それに対して本実施形態では、第1プリズム13の1端面をノンコート面としてレーザビームLを分岐しているので、ビームスプリッタが無い分、低コストでコンパクトな発光モジュールを実現している。このようにして光を分岐させる場合、光ビームを分岐させる端面としては、第1プリズム13のレーザビーム入射端面を用いてもよいし、さらには、第2プリズム14の入射端面あるいは出射端面を用いてもよい。 Normally, when such light amount monitoring is performed, the laser beam L is often split by a beam splitter and the split laser light is used as monitor light. On the other hand, in this embodiment, the laser beam L is branched by using one end surface of the first prism 13 as a non-coated surface, so that a light emitting module is realized at low cost and compact because there is no beam splitter. When splitting the light in this way, the laser beam incident end face of the first prism 13 may be used as the end face for branching the light beam, or furthermore, the incident end face or the output end face of the second prism 14 may be used. It's okay.

次に、回転ステージ15の回転について詳述する。本実施形態では、回転ステージ15を図3に示したR方向に±1°回転させると、第2プリズム14から出射するレーザビームLの方位を±2°変えることができる。そこで、その他に何らかの要求条件が無ければ、この±2°の範囲内でレーザビームLの方位を変えて、この方位がベース板1と平行になる状態に調整するのが望ましい。このようにすると、その後の光学系にビーム高さが一定でレーザビームLを伝搬させることができ、光学設計上の扱いが容易となる。あるいは、回転軸Cの向きを図1の表示状態とは90°変えて設定し、回転ステージ15の回転に伴なってレーザビームLの方位が変わっても、それに拘わらずレーザビームLが常にベース板1に平行に伝搬するようにしてもよい。 Next, the rotation of the rotation stage 15 will be explained in detail. In this embodiment, when the rotation stage 15 is rotated by ±1° in the R direction shown in FIG. 3, the direction of the laser beam L emitted from the second prism 14 can be changed by ±2°. Therefore, unless there are any other requirements, it is desirable to change the orientation of the laser beam L within this range of ±2° and adjust the orientation so that it is parallel to the base plate 1. In this way, the laser beam L can be propagated to the subsequent optical system with a constant beam height, which facilitates optical design. Alternatively, the direction of the rotation axis C can be set to be changed by 90 degrees from the display state in FIG. The light may be propagated parallel to the plate 1.

第2プリズム14から直径0.6mmの真円ビームとして出射するレーザビームLは、上述した通り方位が±2°程度変化し得るものであるが、このレーザビームLはアパーチャ板8を通過する。レーザビームLはアパーチャ板8を通過するが、その際にビームの外周部が若干蹴られる(損失は5~10%程度)。このアパーチャ板8は、後述する戻り光が半導体レーザ11まで戻ることを防止するために設けられている。 The laser beam L that is emitted from the second prism 14 as a perfect circular beam with a diameter of 0.6 mm can change its direction by about ±2° as described above, but this laser beam L passes through the aperture plate 8. The laser beam L passes through the aperture plate 8, but at this time the outer periphery of the beam is slightly kicked (the loss is about 5 to 10%). This aperture plate 8 is provided to prevent return light, which will be described later, from returning to the semiconductor laser 11.

アパーチャ板8を通過したレーザビームLは、透過率50%のアッテネータ5に入射し、50%のビームは反射して、直径2mm の穴が開いた金属ブロックからなる終端器6で吸収される。アッテネータ5を透過したレーザビームLは、カバー4に取り付けられているアパーチャ板7に入射する。このアパーチャ板7は開口径が1.0mmのもので、そこでのレーザビームLの損失は1%未満である。このアパーチャ板7もアパーチャ板8と同様に、戻り光が半導体レーザ11まで戻ることを防止するために設けられている。 The laser beam L that has passed through the aperture plate 8 is incident on the attenuator 5 with a transmittance of 50%, and 50% of the beam is reflected and absorbed by the terminator 6, which is a metal block with a hole of 2 mm in diameter. The laser beam L transmitted through the attenuator 5 enters an aperture plate 7 attached to the cover 4. This aperture plate 7 has an opening diameter of 1.0 mm, and the loss of the laser beam L there is less than 1%. Like the aperture plate 8, this aperture plate 7 is also provided to prevent the returned light from returning to the semiconductor laser 11.

ここで、半導体レーザ11の発振波長について、図1を参照して説明する。本実施形態の発光モジュール100は基本的に、半導体レーザ11をその定格光出力よりも低い光出力で駆動し、そのために見込まれる発振波長の短波長側へのシフトを、半導体レーザ11の温度上昇による長波長側へのシフトで補償して、結果的に発振波長を略一定に維持するようにしている。なお、半導体レーザ11をその定格光出力よりも低い光出力で駆動するのは、主に半導体レーザ11の製品寿命を担保するためである。また、上記の補償は行わないようにして、発振波長を短波長側あるいは長波長側へ大きくシフトさせてもよい。 Here, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 11 will be explained with reference to FIG. Basically, the light emitting module 100 of this embodiment drives the semiconductor laser 11 with an optical output lower than its rated optical output, and the expected shift of the oscillation wavelength to the shorter wavelength side is caused by the temperature increase of the semiconductor laser 11. The oscillation wavelength is compensated for by the shift to the longer wavelength side, and as a result, the oscillation wavelength is maintained approximately constant. Note that the reason why the semiconductor laser 11 is driven with an optical output lower than its rated optical output is mainly to ensure the product life of the semiconductor laser 11. Alternatively, the oscillation wavelength may be largely shifted to the shorter wavelength side or the longer wavelength side without performing the above compensation.

図1に示す半導体レーザ11は一例として、室温範囲内の温度25℃下での定格光出力が80mW、発振波長がセンター波長λcで505.0nm(半値の波長幅ΔλFWHMの最大波長をλMAX、最小波長をλMINとすると、センター波長λc=(λMAX+λMIN)/2である。以下同様)のものである。そこでこの半導体レーザ11を、先ず設定温度を45℃にして駆動する。図1の温度調節回路30は、サーミスタ10から入力された温度検出信号に基づいて、設定温度になるようにペルチェ素子2の駆動電流値を変えるものである。具体的に本例における温度調節回路30は、設定温度45℃になるまで駆動電流値を上げ、その後、その温度を維持するためにオートコントロールで駆動電流値を微小増減して、ペルチェ素子2の温度つまりは半導体レーザ11の温度を45℃に一定化する。 As an example, the semiconductor laser 11 shown in FIG. 1 has a rated optical output of 80 mW at a temperature of 25° C. within the room temperature range, an oscillation wavelength of 505.0 nm at a center wavelength λc (wavelength width at half maximum Δλ, maximum wavelength of FWHM λMAX, If the minimum wavelength is λMIN, the center wavelength λc=(λMAX+λMIN)/2 (the same applies hereinafter). Therefore, this semiconductor laser 11 is first driven at a set temperature of 45°C. The temperature adjustment circuit 30 in FIG. 1 changes the drive current value of the Peltier element 2 based on the temperature detection signal input from the thermistor 10 so that the set temperature is reached. Specifically, the temperature control circuit 30 in this example increases the drive current value until the set temperature reaches 45°C, and then uses automatic control to slightly increase or decrease the drive current value to maintain that temperature. The temperature, that is, the temperature of the semiconductor laser 11 is kept constant at 45°C.

ここで、半導体レーザ11の発振波長の温度係数つまり温度依存性は、+0.03nm/℃なので、半導体レーザ11を温度45℃にして駆動すると、発振波長は室温例えば25℃で駆動する場合と比較して0.6nm{=(45-25)℃×0.03nm/℃}長波長側にシフトする(図4参照)。このシフトと補償し合うために半導体レーザ11は、光出力を50mWに下げて使用される。下げる目的は、前述した通り半導体レーザ11の寿命を担保するためと、発振波長を調整するための2つである。 Here, the temperature coefficient, that is, temperature dependence, of the oscillation wavelength of the semiconductor laser 11 is +0.03 nm/°C, so when the semiconductor laser 11 is driven at a temperature of 45°C, the oscillation wavelength is compared to when it is driven at room temperature, for example, 25°C. and shifts to the longer wavelength side by 0.6 nm{=(45-25)°C×0.03nm/°C} (see FIG. 4). In order to compensate for this shift, the semiconductor laser 11 is used with its optical output reduced to 50 mW. The purpose of lowering the wavelength is twofold, as described above, to ensure the lifetime of the semiconductor laser 11 and to adjust the oscillation wavelength.

図1に示す半導体レーザ駆動回路31は、光検出器9が検出した半導体レーザ11の光出力を示す信号を受けて、この光出力が所望値になるように半導体レーザ11の駆動電流値を制御する。なお半導体レーザ11の光出力は該半導体レーザ11の温度によって変化する。そこで本例では、半導体レーザ11の温度が45℃のとき、半導体レーザ11の光出力が所望値となるようにその駆動電流値が制御される。 The semiconductor laser drive circuit 31 shown in FIG. 1 receives a signal indicating the optical output of the semiconductor laser 11 detected by the photodetector 9, and controls the driving current value of the semiconductor laser 11 so that this optical output becomes a desired value. do. Note that the optical output of the semiconductor laser 11 changes depending on the temperature of the semiconductor laser 11. Therefore, in this example, when the temperature of the semiconductor laser 11 is 45° C., the drive current value is controlled so that the optical output of the semiconductor laser 11 becomes a desired value.

発振波長の光出力依存性は+0.02nm/mWなので(図5参照)、半導体レーザ11を光出力50mWで駆動すると、発振波長は光出力80mWで駆動する場合と比較して0.6nm{=(80-50)mW×0.02nm/mW}短長波長側にシフトする。なお、定格光出力80mWが得られる状態で半導体レーザ11を駆動し続ければ、その寿命が短くなってしまう。 Since the optical output dependence of the oscillation wavelength is +0.02 nm/mW (see Figure 5), when the semiconductor laser 11 is driven with an optical output of 50 mW, the oscillation wavelength is 0.6 nm {= (80-50) mW×0.02 nm/mW} Shift to short and long wavelength side. Note that if the semiconductor laser 11 is continued to be driven in a state where the rated optical output of 80 mW is obtained, its lifetime will be shortened.

以上説明した通り本実施形態における発光モジュールの駆動方法によれば、半導体レーザ11をその定格光出力よりも低い光出力で駆動し、そのために見込まれる発振波長の短波長側へのシフトを、半導体レーザ11の温度上昇による長波長側へのシフトで補償して、結果的に発振波長をシフト無し、つまり略一定の505.0nmに維持可能となっている。 As explained above, according to the driving method of the light emitting module in this embodiment, the semiconductor laser 11 is driven with an optical output lower than its rated optical output, and the expected shift of the oscillation wavelength to the shorter wavelength side is caused by By compensating for the shift to the longer wavelength side due to the temperature rise of the laser 11, the oscillation wavelength can be maintained without shift, that is, at a substantially constant 505.0 nm.

ちなみに、前記特許文献2に示された半導体レーザ装置では、温度設定を変えることで発振波長と光出力の調整を行う場合、設定温度を変えると結露が生じる場合があり問題となる。通常の製品では、例えば温度と湿度の動作条件が45℃、80%のような過酷な条件でも、動作可能であることが多い。そのため、温度を下げて調整する幅は殆どない。設定温度が41℃以下になると結露が始まり、光学系が機能しなくからである。一方、45℃以上に調整する場合は、半導体レーザは高温になると製品寿命が短くなるので、一般的な製品では、温度によって発振波長制御をすることが実質的に不可能である。例えば、温度25℃、発振波長505±2nm、光出力80mWの仕様の半導体レーザ製品では、光出力20mWで使用する場合、80mWから20mWに光出力を下げるため、発振波長が1.2nm短くなる。 Incidentally, in the semiconductor laser device disclosed in Patent Document 2, when the oscillation wavelength and optical output are adjusted by changing the temperature setting, changing the temperature setting may cause condensation, which poses a problem. Typical products are often able to operate even under severe operating conditions such as temperature and humidity of 45° C. and 80%. Therefore, there is little room for adjusting the temperature by lowering it. This is because if the set temperature falls below 41°C, condensation will begin and the optical system will no longer function. On the other hand, when adjusting the temperature to 45° C. or higher, it is virtually impossible to control the oscillation wavelength by temperature in general products, since the product life of semiconductor lasers is shortened at high temperatures. For example, in a semiconductor laser product with specifications of a temperature of 25° C., an oscillation wavelength of 505±2 nm, and an optical output of 80 mW, when used at an optical output of 20 mW, the optical output is lowered from 80 mW to 20 mW, so the oscillation wavelength is shortened by 1.2 nm.

そこで、下限の波長503nmの半導体レーザが入荷した場合、半導体レーザを使用するシステムの波長仕様が半導体レーザと同じ505±2nmであったとき、発振波長は501.8nmとなり、システムの波長仕様下限値503nmを下回ってしまう(図5参照)。つまり発振波長503nmの半導体レーザは使用できないということになる。その結果、半導体レーザの歩留まりが悪くなり、結果として半導体レーザを用いる発光モジュールの価格が高くなるという問題が生じる。 Therefore, when a semiconductor laser with the lower limit wavelength of 503 nm is in stock, and the wavelength specification of the system using the semiconductor laser is 505 ± 2 nm, which is the same as the semiconductor laser, the oscillation wavelength will be 501.8 nm, which is the lower limit of the system wavelength specification. The wavelength becomes less than 503 nm (see FIG. 5). In other words, a semiconductor laser with an oscillation wavelength of 503 nm cannot be used. As a result, a problem arises in that the yield of semiconductor lasers deteriorates and, as a result, the price of light emitting modules using semiconductor lasers increases.

次に、レーザビームLの損失も見込んだ光出力について、図6も参照して説明する。前述したようにして波長が505.0nmに維持された光出力50mWのレーザビームLは、図6の上段の矢印で示すように、設定温度が25℃から45℃に上げられることにより、前述した通り発振波長が0.6nm長波長側にシフトする。このとき光出力は80mWとされるが、この状態から次に半導体レーザ11が、同図中下段の矢印で示すように光出力50mWで駆動されたとすると、発振波長は0.6nm短波長側にシフトする。 Next, the optical output considering the loss of the laser beam L will be explained with reference to FIG. 6 as well. The laser beam L with an optical output of 50 mW, whose wavelength was maintained at 505.0 nm as described above, is heated as described above by raising the set temperature from 25 °C to 45 °C, as shown by the arrow in the upper part of Fig. 6. As a result, the oscillation wavelength shifts to the longer wavelength side by 0.6 nm. At this time, the optical output is 80 mW, but if the semiconductor laser 11 is then driven from this state with an optical output of 50 mW as shown by the arrow in the lower part of the figure, the oscillation wavelength will be shifted to the shorter wavelength side by 0.6 nm. shift.

次いでレーザビームLが透過率50%のアッテネータ5(図6ではATTと表記)を透過すると、光出力は25mWに低下する。さらに、第1プリズム13で光検出器9のために分岐したことによる損失、ARコートによる損失、およびアパーチャ板7、8による損失の合計が20%程度有る。その結果、光出力は上記25mWの80%程度である20mW程度となる。こうして、所望している比較的低出力である20mWのレーザビームLを得ることができる。 Next, when the laser beam L passes through an attenuator 5 (denoted as ATT in FIG. 6) having a transmittance of 50%, the optical output decreases to 25 mW. Furthermore, the total loss due to branching for the photodetector 9 at the first prism 13, loss due to the AR coating, and loss due to the aperture plates 7 and 8 is approximately 20%. As a result, the optical output is about 20 mW, which is about 80% of the above 25 mW. In this way, the desired relatively low output laser beam L of 20 mW can be obtained.

すなわち、図6中下段の矢印で示す光出力の変化をまとめると、設定温度25℃、光出力80mW、発振波長505.0nmの半導体レーザを、温度45℃で光出力50mWの設定とした上で、透過率50%のアッテネータを挿入し、光学系による損失を20%とすることで、所望している光出力20mWで発振波長505.0nmの発光モジュールを得ることができる。 In other words, to summarize the changes in optical output shown by the arrows in the middle lower part of Figure 6, when a semiconductor laser with a set temperature of 25°C, an optical output of 80 mW, and an oscillation wavelength of 505.0 nm is set to a temperature of 45°C and an optical output of 50 mW, By inserting an attenuator with a transmittance of 50% and reducing the loss due to the optical system to 20%, it is possible to obtain a light emitting module with a desired optical output of 20 mW and an oscillation wavelength of 505.0 nm.

次に、半導体レーザ11を保持する構造について説明する。半導体レーザ11のレーザダイオードチップ11cを金属ステム11a上に実装する構造は、先に図2の(2)を参照して説明した通りである。このような半導体レーザ11を、図1に示す発光モジュール100において、コリメートレンズ12と共に筐体3内に保持している代表的な構造を図7に断面図で示す。なお同図において半導体レーザ11は、そのレーザダイオードチップ11c、金属ステム11aおよびサブマウント11sだけを以て簡略的に示している(図8および図11も同様)。また図7以下の図では、先に説明した図1~6中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は、特に必要の無い限り省略する(以下、同様)。 Next, a structure for holding the semiconductor laser 11 will be explained. The structure in which the laser diode chip 11c of the semiconductor laser 11 is mounted on the metal stem 11a is as described above with reference to FIG. 2(2). A typical structure in which such a semiconductor laser 11 is held in the housing 3 together with the collimating lens 12 in the light emitting module 100 shown in FIG. 1 is shown in a sectional view in FIG. In this figure, the semiconductor laser 11 is simply shown with only its laser diode chip 11c, metal stem 11a, and submount 11s (the same applies to FIGS. 8 and 11). In addition, in the figures from FIG. 7 onwards, the same numbers are given to elements equivalent to those in FIGS. ).

図7に示す構造において、半導体レーザの金属ステム11aはLDホルダー50の基準面に固定され、このLDホルダー50はリング51と一体化されている。そしてこのリング51に、コリメートレンズ12を保持しているレンズホルダー52が取り付けられている。またレーザダイオードチップ11cはサブマウント11sに溶接され、サブマウント11sは金属ステム11aに溶接されている。 In the structure shown in FIG. 7, the metal stem 11a of the semiconductor laser is fixed to the reference surface of an LD holder 50, and this LD holder 50 is integrated with a ring 51. A lens holder 52 holding the collimating lens 12 is attached to this ring 51. Further, the laser diode chip 11c is welded to a submount 11s, and the submount 11s is welded to a metal stem 11a.

図7に示す構造の従来例では多くの場合、金属ステム11aが金メッキを施した鉄、LDホルダー50が真鍮、リング51およびレンズホルダー52がSUS(ステンレス鋼)から形成されていた。このような従来例において生じていた問題を、図8を参照して説明する。同図の(1)に示すように、例えば室温23℃で広がったレーザビームLでコリメートレンズ12とレーザダイオードチップ11cとの間の距離を調整・固定した場合、筐体3内の温度を36℃、45℃と上げると、レーザダイオードチップ11cが載っている金属ステム11aの熱膨張による伸び量に対して、コリメートレンズ12を保持しているリング51およびレンズホルダー52の伸び量が大きくなり、レーザダイオードチップ11cとコリメートレンズ12との間の距離が増大する(同図の(2)、(3)参照)。こうして、初期の温度23℃では広がっていたレーザビームLが、温度36℃では平行ビームになり、温度45℃では収束ビーム状となるように変化して行く。 In the conventional structure shown in FIG. 7, the metal stem 11a is often made of gold-plated iron, the LD holder 50 is made of brass, and the ring 51 and lens holder 52 are made of SUS (stainless steel). The problems occurring in such a conventional example will be explained with reference to FIG. As shown in (1) of the same figure, for example, when the distance between the collimating lens 12 and the laser diode chip 11c is adjusted and fixed with the laser beam L spread out at a room temperature of 23°C, the temperature inside the housing 3 is reduced to 36°C. When the temperature is increased to 45°C, the amount of expansion of the ring 51 holding the collimating lens 12 and the lens holder 52 becomes larger than the amount of expansion due to thermal expansion of the metal stem 11a on which the laser diode chip 11c is mounted. The distance between the laser diode chip 11c and the collimating lens 12 increases (see (2) and (3) in the figure). In this way, the laser beam L, which was spread out at an initial temperature of 23°C, changes to become a parallel beam at a temperature of 36°C, and becomes a convergent beam at a temperature of 45°C.

このときの具体的なビーム伝搬データを図9に例示する。横軸はレーザビームLのコリメートレンズ12からの伝搬距離(先端をゼロとして100mm刻みで示す)であり、縦軸は各伝搬距離におけるビーム径を示す。そして(1)に半導体レーザ11のスロー(Slow)軸方向のビーム径を、(2)にファスト(Fast)軸方向のビーム径を示す。半導体レーザ11のファスト軸方向のビーム径は、レーザダイオードチップ11cの特性に起因して温度依存性が大きく、変化が大きい。つまり、半導体レーザ11からの出射光は、ファスト軸方向には拡がり角が大きく、上記伝搬距離の変化に対するビーム径の変化が、スロー軸方向と比べてより敏感だからである。そのため、半導体レーザ11の設定温度を45℃にした場合は、ビーム径が一方向に大きく変化してしまい、良好なコリメートビームが得られないという問題が認められる。 Specific beam propagation data at this time is illustrated in FIG. The horizontal axis represents the propagation distance of the laser beam L from the collimating lens 12 (indicated in 100 mm increments with the tip as zero), and the vertical axis represents the beam diameter at each propagation distance. (1) shows the beam diameter in the slow axis direction of the semiconductor laser 11, and (2) shows the beam diameter in the fast axis direction. The beam diameter of the semiconductor laser 11 in the fast axis direction has a large temperature dependence and changes greatly due to the characteristics of the laser diode chip 11c. That is, the light emitted from the semiconductor laser 11 has a large divergence angle in the fast axis direction, and changes in the beam diameter with respect to changes in the propagation distance are more sensitive than in the slow axis direction. Therefore, when the set temperature of the semiconductor laser 11 is set to 45° C., there is a problem that the beam diameter changes greatly in one direction, making it impossible to obtain a good collimated beam.

なお、図9に示すビーム伝搬データは、一例として発振波長が505nm、光出力が80mWの半導体レーザ11を用いた場合のものである。また、α真鍮:真鍮の線膨張係数、αSUS:SUSの線膨張係数、α鉄:鉄の線膨張係、L真鍮:LDホルダー50の厚さ、L鉄:図7表示の基準面からの金属ステム11aの長さ、LSUS:リング51とレンズホルダー52の長さとすると、温度が23℃から45℃に変化したときのレーザダイオードチップ11cとコリメートレンズ12との間の距離の変化ΔLは、下記式による計算で0.7μmとなる。
ΔL=(α真鍮×L真鍮+αSUS×LSUS)-α鉄×L鉄=0.7μm
Note that the beam propagation data shown in FIG. 9 is for the case where, as an example, a semiconductor laser 11 with an oscillation wavelength of 505 nm and an optical output of 80 mW is used. Also, α brass: coefficient of linear expansion of brass, αSUS: coefficient of linear expansion of SUS, α iron: coefficient of linear expansion of iron, L brass: thickness of the LD holder 50, L iron: metal from the reference plane shown in Figure 7. Assuming that the length of the stem 11a is LSUS: the length of the ring 51 and the lens holder 52, the change ΔL in the distance between the laser diode chip 11c and the collimating lens 12 when the temperature changes from 23°C to 45°C is as follows. Calculation using the formula yields 0.7 μm.
ΔL = (α brass x L brass + α SUS x LSUS) - α iron x L iron = 0.7 μm

それに対して本実施形態では、リング51とレンズホルダー52を形状は上記従来例と同じとしたまま、材料をインバー(登録商標)に変更した。その構成として、コリメートレンズ12によりレーザビームLを平行光化したところ、温度が23℃と45℃との間で、ビーム伝搬の状態がほぼ同様となる。つまり、図10の(1)、(2)において、例えば23℃での測定点と45℃での測定点が一致する等、双方のグラフがほぼ重なっている。 On the other hand, in this embodiment, the ring 51 and lens holder 52 have the same shape as the conventional example, but the material is changed to Invar (registered trademark). As for its configuration, when the laser beam L is collimated by the collimating lens 12, the state of beam propagation becomes almost the same between temperatures of 23° C. and 45° C. That is, in (1) and (2) of FIG. 10, the two graphs almost overlap, for example, the measurement point at 23° C. and the measurement point at 45° C. match.

この場合の実際のビーム伝搬データを、図10の(1)、(2)に示す。この図10における表示の仕方は、前述した図9における表示の仕方と同じである。従来例では変化の大きかったファスト軸方向のビーム径も、本実施形態では温度23℃と45℃とでビーム径はほぼ変わらず、双方の場合とも良好に平行光化されていることが分かる。このときのレーザダイオードチップ11cとコリメートレンズ12との間の距離の変化ΔLは、下記式による計算で0.3μmとなる。なおαインバーはインバーの線膨張係数であり、0.5×10-6/Kを用いた
ΔL=(α真鍮×L真鍮+αインバー×Lインバー)-α鉄×L鉄=0.3μm
Actual beam propagation data in this case is shown in (1) and (2) of FIG. The display method in FIG. 10 is the same as the display method in FIG. 9 described above. It can be seen that the beam diameter in the fast axis direction, which had a large change in the conventional example, remains almost the same at temperatures of 23° C. and 45° C. in this embodiment, and is well collimated in both cases. At this time, the change in distance ΔL between the laser diode chip 11c and the collimating lens 12 is calculated to be 0.3 μm using the following formula. Note that α invar is the linear expansion coefficient of invar, and using 0.5 × 10 -6 /K ΔL = (α brass × L brass + α invar × L invar) - α iron × L iron = 0.3 μm

以上の結果は、図11に示すようにレーザダイオードチップ11cとコリメートレンズ12との間の距離が、温度変化が有っても変化しなかったためであると推察できる。実際のビーム伝搬データは、図10に示した通りであり、23℃と45℃におけるデータが綺麗に一致している。計算では上記の通り0.3μmの距離変化Δが有る筈であるが、この計算との差異は、レーザダイオードチップ11cの発熱により、その直下の金属ステム11aがビーム伝搬方向に伸びて、レーザダイオードチップ11cとコリメートレンズ12との間の距離が相対的に縮まったことに起因すると考えられる。 It can be inferred that the above results are due to the fact that the distance between the laser diode chip 11c and the collimating lens 12 did not change even if there was a temperature change, as shown in FIG. The actual beam propagation data is as shown in FIG. 10, and the data at 23° C. and 45° C. are in good agreement. In the calculation, there should be a distance change Δ of 0.3 μm as described above, but the difference with this calculation is that due to the heat generated by the laser diode chip 11c, the metal stem 11a directly below it extends in the beam propagation direction, causing the laser diode This is thought to be due to the relatively shortening of the distance between the chip 11c and the collimating lens 12.

他方、前述したようにして発生した反射光LR(図1中で1点鎖線表示)は、半導体レーザ11から分析装置等へ向かうレーザビームLの光路周辺に戻って来る。この反射光LRはコリメートレンズ12に前述した場合とは逆方向に入射し、半導体レーザ11の活性層付近に集光され、活性層に再吸収されて発振に影響を及ぼす。この僅かな量の戻り光により、半導体レーザ11の発振波長が変化することが知られている。ラマン散乱分光、蛍光分析等において、励起光源として半導体レーザを用いて精密測定する場合、半導体レーザの僅かな発振波長変化に応じて、ラマン散乱強度が変化したり、蛍光強度が変化したりする問題を招くことがある。 On the other hand, the reflected light LR generated as described above (indicated by a chain line in FIG. 1) returns around the optical path of the laser beam L from the semiconductor laser 11 toward the analyzer or the like. This reflected light LR enters the collimating lens 12 in a direction opposite to that described above, is focused near the active layer of the semiconductor laser 11, is reabsorbed by the active layer, and affects oscillation. It is known that the oscillation wavelength of the semiconductor laser 11 changes due to this small amount of returned light. When performing precision measurements using a semiconductor laser as an excitation light source in Raman scattering spectroscopy, fluorescence analysis, etc., there is a problem in which the Raman scattering intensity changes or the fluorescence intensity changes depending on a slight change in the oscillation wavelength of the semiconductor laser. may invite

アパーチャ板7、8は、この問題を防止するために配置されている。上記戻り光のうち、使用位置に向かって進行するレーザビームLと全く同じ光路を逆向きに辿る成分は、確率的に稀であり非常に少ない量である。そこで、2枚のアパーチャ板7、8を互いに異なる2カ所に配置することで、使用位置に向かって進行するレーザビームLとは異なる角度の周辺の戻り光成分を概ねカットすることができる。戻り光を良好に遮断するためには、1枚のアパーチャ板では不十分で、最低2カ所に配置することが必要であり、3カ所に配置されても構わない。例えば、コリメートレンズ12の直後に1カ所を設けても良い。複数の配置箇所間の距離が離れているほど、戻り光遮断の効果は高くなる。また、アパーチャ板8の開口径は、0.8mm以外に0.5、0.6、0.7、0.9、1.0mm等であっても構わない。使用位置に向かって進行するレーザビームLのビーム径=0.6に対してより小さい開口径にする程レーザビームLの損失が高くなるが、戻り光遮断効果はより高くなる。アパーチャ板7についても同様であり、その開口径は0.8mm、1.2mm等であっても構わない。 Aperture plates 7, 8 are arranged to prevent this problem. Of the returned light, a component that follows exactly the same optical path in the opposite direction as the laser beam L traveling toward the use position is probabilistically rare and the amount thereof is very small. Therefore, by arranging the two aperture plates 7 and 8 at two different locations, it is possible to substantially cut out the peripheral return light component at a different angle from the laser beam L traveling toward the use position. In order to effectively block the return light, one aperture plate is not sufficient, and it is necessary to arrange the aperture plate in at least two places, and it is also possible to arrange the aperture plate in three places. For example, one location may be provided immediately after the collimating lens 12. The greater the distance between the plurality of arrangement locations, the higher the effect of blocking the return light. Further, the opening diameter of the aperture plate 8 may be 0.5, 0.6, 0.7, 0.9, 1.0 mm, etc. other than 0.8 mm. The loss of the laser beam L increases as the aperture diameter becomes smaller with respect to the beam diameter=0.6 of the laser beam L traveling toward the use position, but the return light blocking effect becomes higher. The same applies to the aperture plate 7, and its opening diameter may be 0.8 mm, 1.2 mm, etc.

なお本実施形態ではビーム変換ユニットにより、レーザビームLのビーム径を一方向について縮小しているが、それとは逆に一方向について拡大してもよい。さらにはビーム径を、一方向については縮小すると共に、この一方向に垂直な他方向については拡大するようにしてもよい。また本実施形態では、レーザビームLを真円ビーム化するためにそのビーム径を一方向について縮小しているが、レーザビームLを楕円ビーム化するためにそのビーム径を一方向について縮小あるいは拡大してもよい。 Note that in this embodiment, the beam diameter of the laser beam L is reduced in one direction by the beam conversion unit, but on the contrary, it may be expanded in one direction. Furthermore, the beam diameter may be reduced in one direction and enlarged in the other direction perpendicular to this one direction. Furthermore, in this embodiment, the beam diameter is reduced in one direction in order to make the laser beam L into a perfect circular beam, but in order to make the laser beam L into an elliptical beam, the beam diameter is reduced or expanded in one direction. You may.

<第2の実施形態>
図12は本発明の第2実施形態による発光モジュール200を示すものであり、そのビーム変換ユニットの部分を抜き出して(a)、(b)にそれぞれ概略側面形状、概略平面形状を示している。本実施形態の発光モジュール200は、レーザビームLの方位を変えるビーム変換ユニットを2つ設け、各ビーム変換ユニットによりレーザビームLの方位を、互いに90°ずれた方向に変えるようにしたものである。この発光モジュール200においても光源として、1つの半導体レーザ11が適用されており、図13にはこの半導体レーザ11の、より詳しくはそのレーザダイオードチップ11cの概略斜視形状を示している。レーザダイオードチップ11cは、一例として波長488nmのレーザビームLを発する出力60mWのものである。
<Second embodiment>
FIG. 12 shows a light emitting module 200 according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 12(a) and 12(b) show a schematic side and planar shape of a beam conversion unit thereof, respectively. The light emitting module 200 of this embodiment includes two beam conversion units that change the direction of the laser beam L, and each beam conversion unit changes the direction of the laser beam L in directions that are 90 degrees apart from each other. . This light emitting module 200 also uses one semiconductor laser 11 as a light source, and FIG. 13 shows a schematic perspective view of the semiconductor laser 11, more specifically, the laser diode chip 11c thereof. As an example, the laser diode chip 11c emits a laser beam L having a wavelength of 488 nm and has an output of 60 mW.

図13に示されている通りレーザダイオードチップ11cは、活性層11Aから出射端面11B側にレーザビームLを発散光状態で発する。レーザビームLは、活性層11Aと平行なスロー(Slow)軸方向には発散角θ//で、活性層11Aに垂直な方向、つまり層の重なり方向であるファスト(Fast)軸方向には発散角θ⊥でレーザビームLを発する。なおθ//<θ⊥で、通常後者は前者の2~3倍程度である。図12の(a)、(b)にそれぞれ示した側面形状、平面形状は、上記出射端面11Bにおけるスロー軸方向を矢印Sで、ファスト軸方向を矢印Fで示すように、各々それらの軸に対して垂直な方向から発光モジュール200を見た状態を示している。 As shown in FIG. 13, the laser diode chip 11c emits a laser beam L in a diverging state from the active layer 11A toward the emission end face 11B. The laser beam L has a divergence angle θ// in the slow axis direction parallel to the active layer 11A, and diverges in the fast axis direction perpendicular to the active layer 11A, that is, the direction in which the layers overlap. A laser beam L is emitted at an angle θ⊥. Note that θ//<θ⊥, and the latter is usually about 2 to 3 times the former. The side and planar shapes shown in FIGS. 12(a) and 12(b) respectively correspond to the axes of the output end surface 11B, with the slow axis direction indicated by arrow S and the fast axis direction indicated by arrow F. The state in which the light emitting module 200 is viewed from a direction perpendicular to the figure is shown.

本実施形態の発光モジュール200は図12に示す通り、フローサイトメータに適用されるものである。フローサイトメータは、ガラス製キャピラリー等からなる微細な管路20を有し、この管路20において、検体としての複数の粒子21を管路長さ方向に一列に整列させて流通させる。そしてフローサイトメータは、これらの粒子21に対して流れの側方側からレーザビームLを照射し、それにより生じた散乱光(前方散乱光や側方散乱光)または蛍光を光検出器で検出して電気信号を得、この電気信号に基づいて1つまたは集団としての粒子21を測定、分析する。本実施形態による発光モジュール200は、管路20内を流れる粒子21に上述のようにレーザビームLを照射するために用いられたものである。 As shown in FIG. 12, the light emitting module 200 of this embodiment is applied to a flow cytometer. The flow cytometer has a fine conduit 20 made of a glass capillary or the like, and in this conduit 20, a plurality of particles 21 as a specimen are arranged in a line in the length direction of the conduit and flowed therethrough. The flow cytometer then irradiates these particles 21 with a laser beam L from the side of the flow, and detects the resulting scattered light (forward scattered light or side scattered light) or fluorescence with a photodetector. An electrical signal is obtained, and based on this electrical signal, particles 21 are measured and analyzed individually or as a group. The light emitting module 200 according to this embodiment is used to irradiate the particles 21 flowing in the conduit 20 with the laser beam L as described above.

図12に示されるように本実施形態の発光モジュール200は、半導体レーザ11から発散光状態で発せられたレーザビームLを平行光にするコリメートレンズ12と、平行光とされたレーザビームLを順次通過させるプリズム13、14、16、17と、プリズム17から出射したレーザビームLを管路20中で収束させる収束レンズ19とを有している。なお、コリメートレンズ12は、非球面レンズを用いている。球面レンズに比べて非球面レンズは、よりガウスビームに近いビームが得られるので、より効果的にダブルカウントを防止できる。 As shown in FIG. 12, the light emitting module 200 of this embodiment includes a collimating lens 12 that converts the laser beam L emitted in a diverging state from the semiconductor laser 11 into parallel light, and a collimator lens 12 that sequentially converts the laser beam L that has been made into parallel light into parallel light. It has prisms 13, 14, 16, and 17 to pass through, and a converging lens 19 to converge the laser beam L emitted from the prism 17 in the conduit 20. Note that the collimating lens 12 uses an aspherical lens. Compared to a spherical lens, an aspherical lens can provide a beam that is closer to a Gaussian beam, so double counting can be more effectively prevented.

プリズム13および14は、矢印R方向に回転され得る回転ステージ15の上に固定されて、プリズムペアを構成している。プリズム16および17も同様に、矢印R方向に回転され得る回転ステージ18の上に固定されて、プリズムペアを構成している。プリズム13および14からなるプリズムペアは、回転ステージ15と共に第1ビーム変換ユニットを構成している。プリズム16および17からなるプリズムペアは、回転ステージ18と共に第2ビーム変換ユニットを構成している。それらのビーム変換ユニットは、レーザビームLを偏向する(方位を変える)機能を有する。また、プリズムペアを構成する各プリズムによってレーザビームLのビーム径を変える機能も有するが、プリズムペアに入射する前と出射した後とで比較すれば、このビーム径は殆ど変化しないことは前述した通りである。 Prisms 13 and 14 are fixed on a rotation stage 15 that can be rotated in the direction of arrow R, forming a prism pair. Prisms 16 and 17 are similarly fixed on a rotation stage 18 that can be rotated in the direction of arrow R, forming a prism pair. The prism pair consisting of prisms 13 and 14 together with the rotation stage 15 constitute a first beam conversion unit. The prism pair consisting of prisms 16 and 17 together with the rotation stage 18 constitute a second beam conversion unit. These beam conversion units have the function of deflecting (changing the direction) the laser beam L. It also has the function of changing the beam diameter of the laser beam L depending on each prism that makes up the prism pair, but as mentioned above, this beam diameter hardly changes when comparing before it enters the prism pair and after it exits. That's right.

より詳しく説明すれば、プリズム13および14からなるプリズムペアは、コリメートレンズ12で平行光とされたレーザビームLを、スロー軸方向のビーム径dsはそのまま維持し、ファスト軸方向のビーム径dfは縮小して出射させる。またプリズム13および14からなるプリズムペアはレーザビームLを、ファスト軸を含む面内での進行方向(方位)を変えるように偏向して出射させる。 To explain in more detail, the prism pair consisting of prisms 13 and 14 maintains the beam diameter ds in the slow axis direction of the laser beam L, which has been made into a parallel beam by the collimating lens 12, and the beam diameter df in the fast axis direction. Reduce it and emit it. Further, the prism pair consisting of prisms 13 and 14 deflects the laser beam L so as to change the traveling direction (azimuth) in a plane including the fast axis, and emits the laser beam L.

一方、プリズム16および17からなるプリズムペアは、コリメートレンズ12を通過した後のスロー軸方向のビーム径dsがそのまま維持されてプリズム14から出射したレーザビームLを、スロー軸方向のビーム径を拡大し、ファスト軸方向のビーム径はそのまま維持して出射させる。またプリズム16および17からなるプリズムペアはレーザビームLを、スロー軸を含む面内での進行方向(方位)を変えるように偏向して出射させる。 On the other hand, the prism pair consisting of prisms 16 and 17 expands the beam diameter in the slow axis direction of the laser beam L emitted from the prism 14 while maintaining the beam diameter ds in the slow axis direction after passing through the collimating lens 12. However, the beam diameter in the fast axis direction is maintained as it is and is emitted. Further, the prism pair consisting of prisms 16 and 17 deflects the laser beam L so as to change the traveling direction (azimuth) in a plane including the slow axis, and emits the laser beam L.

プリズム13、14、16および17は、それぞれ頂角が45°のものである。これらのプリズム13、14、16および17としては、例えば光学ガラスBK7からなるものを好適に用いることができるが、溶融石英等のその他の材料からなるものも適用可能である。 Prisms 13, 14, 16 and 17 each have an apex angle of 45°. As these prisms 13, 14, 16, and 17, for example, prisms made of optical glass BK7 can be suitably used, but prisms made of other materials such as fused silica are also applicable.

プリズム17から出射した後、収束レンズ19により管路20中で収束したレーザビームLは、管路20において管路長さ方向に一列に整列して流れている複数の粒子21を照射する。それにより生じた散乱光(前方散乱光や側方散乱光)あるいは蛍光は、図示外の光検出器で検出される。フローサイトメータは、このとき光検出器が出力する電気的な検出信号に基づいて、1つまたは集団としての粒子21を測定、分析する。 The laser beam L, which is emitted from the prism 17 and converged in the conduit 20 by the converging lens 19, irradiates a plurality of particles 21 flowing in a line in the conduit length direction in the conduit 20. The resulting scattered light (forward scattered light and side scattered light) or fluorescence is detected by a photodetector not shown. The flow cytometer measures and analyzes the particles 21 individually or as a group based on the electrical detection signal output by the photodetector.

本実施形態のフローサイトメータ用レーザ発光モジュール200において、管路20中で収束するレーザビームLは、図12の(a)に明示されるように、管路20の長さ方向(粒子21の流れ方向)とスロー軸とが揃う状態にして管路20内に照射される。それによりフローサイトメータにおいては、1つの粒子21をダブルカウントしてしまうことが防止される。以下、その点について詳しく説明する。 In the flow cytometer laser emitting module 200 of this embodiment, the laser beam L converging in the conduit 20 is directed in the length direction of the conduit 20 (in the direction of the particle 21), as shown in FIG. 12(a). The inside of the conduit 20 is irradiated with the flow direction) aligned with the slow axis. This prevents one particle 21 from being double counted in the flow cytometer. This point will be explained in detail below.

管路20の中で流れ方向に一列に整列して流通している粒子21をダブルカウントしないためには、管路20の中の収束位置におけるレーザビームLのビームウエスト径が、流れ方向には十分小さいことが必要である。そうでないと、2個の粒子21が相近接して流れて来た際に、1個としてカウントしてしまうからである。それに対して、上記流れ方向に垂直な方向のビームウエスト径は、粒子21にレーザビームLが当たらないでカウント漏れが生じることを防止するために、ある程度大きいことが求められる。例えば、生体微小粒子を検体とする多くのフローサイトメータにおいては、前者のビームウエスト径は10μm以下程度、後者のビームウエスト径は60~100μm以上程度であることが求められる。 In order to avoid double counting of the particles 21 that are aligned and flowing in the flow direction in the pipe 20, the beam waist diameter of the laser beam L at the convergence position in the pipe 20 must be It needs to be sufficiently small. Otherwise, when two particles 21 flow close to each other, they will be counted as one particle. On the other hand, the beam waist diameter in the direction perpendicular to the flow direction is required to be large to some extent in order to prevent counting failure from occurring due to the laser beam L not hitting the particles 21. For example, in many flow cytometers that use biological microparticles as specimens, the former beam waist diameter is required to be approximately 10 μm or less, and the latter beam waist diameter is required to be approximately 60 to 100 μm or more.

他方、収束レンズ19によりレーザビームLを収束させる場合、上記ビームウエスト径は、収束レンズ19に入射する前のビーム径が大であるほど小さくなる。具体的に、波長λのレーザビームを焦点距離fのレンズで絞ったときのビーム径2ωは、2ω=4/π・fλ/Dとなる。 On the other hand, when the laser beam L is converged by the converging lens 19, the beam waist diameter becomes smaller as the beam diameter before entering the converging lens 19 increases. Specifically, when a laser beam with a wavelength λ is focused by a lens with a focal length f, the beam diameter 2ω is 2ω=4/π·fλ/D.

以上のことに鑑みれば、前述した図13から分かる通り、上記収束前のレーザビームLを、ファスト軸が粒子流れ方向と揃う状態に配するのが、光学系を簡素化できて望ましいことになる。しかし本発明者の研究によると、レーザビームのファスト軸方向のビームプロファイルはコブ等の乱れを持ったものとなり易く、それがダブルカウント発生につながっていることが判明した。 In view of the above, as can be seen from FIG. 13 described above, it is desirable to arrange the unconverged laser beam L in a state where the fast axis is aligned with the particle flow direction because it can simplify the optical system. . However, according to research conducted by the present inventors, it has been found that the beam profile of the laser beam in the fast axis direction tends to have disturbances such as bumps, which leads to the occurrence of double counting.

このファスト軸方向のビームプロファイル例を、図14に示す。同図(a)~(d)において横軸はファスト軸方向位置を示し、縦軸はビーム強度Iを示す。同図の(a)は理想的なガウスビーム状のビームプロファイルを示している。それに対して(b)、(c)、(d)はそれぞれ、プロファイル中央部を挟んで二つのコブが生じているビームプロファイルを、プロファイル端部にショルダーが生じているビームプロファイルを、プロファイル端部に1つのコブが生じているビームプロファイルを示している。 An example of the beam profile in the fast axis direction is shown in FIG. In the figures (a) to (d), the horizontal axis shows the position in the fast axis direction, and the vertical axis shows the beam intensity I. (a) of the figure shows an ideal Gaussian beam profile. On the other hand, (b), (c), and (d) respectively show a beam profile with two humps sandwiching the center of the profile, a beam profile with a shoulder at the end of the profile, and a beam profile with a shoulder at the end of the profile. This shows a beam profile with one hump.

このように、粒子21の流れ方向に沿ったレーザビームLのビームプロファイルにコブ等の乱れが生じていると、前述した散乱光や蛍光を検出する検出器の検出信号が、その乱れに起因して変動してしまう。そしてその変動が、実在しない粒子21に由来するものとして捕えられ、ダブルカウントを招いてしまうのである。例えばレーザビームLのビームプロファイルに2つのコブが生じている場合は、1つの粒子21を2つと判定することがある。このようなダブルカウントは、レーザビームLの本来のビーム強度Iに対して1~2%程度の強度のコブが生じている場合でも発生する。 In this way, if a disturbance such as a bump occurs in the beam profile of the laser beam L along the flow direction of the particles 21, the detection signal of the detector that detects the aforementioned scattered light or fluorescence will be affected by the disturbance. It will fluctuate. This variation is then interpreted as originating from non-existent particles 21, leading to double counting. For example, if two bumps occur in the beam profile of the laser beam L, one particle 21 may be determined to be two. Such double counting occurs even when there is a bump in intensity of about 1 to 2% of the original beam intensity I of the laser beam L.

以上の知見に基づいて本実施形態では、プリズム13および14からなる第1ビーム変換ユニットおよび、プリズム16および17からなる第2ビーム変換ユニットにより、レーザビームLを、管路20中で管路長さ方向(粒子流れ方向)にスロー軸方向が揃う状態にしている。そこで、ファスト軸方向のビームプロファイルがコブ等の乱れを生じていることに起因するダブルカウントを防止可能となる。 Based on the above knowledge, in this embodiment, the laser beam L is converted into a pipe length in the pipe line 20 by a first beam conversion unit including prisms 13 and 14 and a second beam conversion unit including prisms 16 and 17. The slow axis direction is aligned in the horizontal direction (particle flow direction). Therefore, it is possible to prevent double counting caused by disturbances such as bumps in the beam profile in the fast axis direction.

また本実施形態では、コリメートレンズ12によって平行光とされたレーザビームLを、上記第1ビーム変換ユニットおよび第2ビーム変換ユニットにより、ファスト軸方向にはビーム径を縮小しスロー軸方向にはビーム径を拡大した上で、収束レンズ19に通して管路20中で収束させている。具体的にスロー軸方向に関しては、コリメートレンズ12を通過後のレーザビームLのビーム径ds=0.56mmであり、このレーザビームLを入射角α=56°でプリズム16に入射させて、プリズム17からビーム径3mmにして出射させている(拡大率Ms=5.4)。なお、コリメートレンズ12を通過後のレーザビームLは、スロー軸方向に関しては第1ビーム変換ユニットに垂直入射しているから、該第1ビーム変換ユニットにおいて上記ビーム径ds=0.56mmは本質的にそのまま維持される。 Further, in this embodiment, the laser beam L that has been made into parallel light by the collimating lens 12 is reduced in beam diameter in the fast axis direction by the first beam conversion unit and the second beam conversion unit, and is converted into a parallel beam in the slow axis direction. After enlarging the diameter, it is passed through a converging lens 19 and converged in a conduit 20. Specifically, regarding the slow axis direction, the beam diameter ds of the laser beam L after passing through the collimating lens 12 is 0.56 mm, and this laser beam L is made incident on the prism 16 at an incident angle α = 56°, and the prism 17 with a beam diameter of 3 mm (magnification ratio Ms=5.4). In addition, since the laser beam L after passing through the collimating lens 12 is perpendicularly incident on the first beam conversion unit in the slow axis direction, the above beam diameter ds=0.56 mm in the first beam conversion unit is essentially will be maintained as is.

一方ファスト軸方向に関しては、コリメートレンズ12を通過後のレーザビームLのビーム径df=1.4mmであり、このレーザビームLを入射角β=23°でプリズム13に入射させて、プリズム14からビーム径0.5mmにして出射させている(拡大率Ms=0.36)。なお、プリズム14を通過後のレーザビームLは、ファスト軸方向に関しては上記第2ビーム変換ユニットに垂直入射しているから、該第2ビーム変換ユニットにおいて上記ビーム径=0.5mmは本質的にそのまま維持される。 On the other hand, regarding the fast axis direction, the beam diameter df of the laser beam L after passing through the collimating lens 12 is 1.4 mm, and this laser beam L is made incident on the prism 13 at an incident angle β = 23°, The beam is emitted with a beam diameter of 0.5 mm (magnification ratio Ms=0.36). Note that, since the laser beam L after passing through the prism 14 is perpendicularly incident on the second beam conversion unit in the fast axis direction, the beam diameter = 0.5 mm in the second beam conversion unit is essentially It will remain as is.

つまり、焦点距離f=50mmである収束レンズ19に入射する前のレーザビームLは、そのビーム径がスロー軸方向には3mm、ファスト軸方向にはそれより小さい0.5mmとなっている。それにより、収束レンズ19によって絞られた後のレーザビームLの、管路20中の収束位置におけるビームウエスト径を、スロー軸方向には比較的小さい10μmとし、ファスト軸方向には比較的大きい60μmとしている。 That is, the laser beam L before entering the converging lens 19 with a focal length f=50 mm has a beam diameter of 3 mm in the slow axis direction and a smaller 0.5 mm in the fast axis direction. As a result, the beam waist diameter of the laser beam L after being focused by the converging lens 19 at the convergence position in the conduit 20 is set to a relatively small 10 μm in the slow axis direction and a relatively large 60 μm in the fast axis direction. It is said that

以上の通り本実施形態では、収束位置でのファスト軸方向のビームウエスト径を前述した60~100μm以上程度とし、スロー軸方向のビームウエスト径を前述した10μm以下程度とすることが容易に実現されている。そして、このような効果を奏し、また前述した通りダブルカウントを防止できる第1ビーム変換ユニットおよび第2ビーム変換ユニットは、それぞれ簡単なプリズムペアからなるものであるので、本実施形態においては光学系の設計、製造および調整も容易で、そのコストも低く抑えられる。 As described above, in this embodiment, it is easily realized that the beam waist diameter in the fast axis direction at the convergence position is approximately 60 to 100 μm or more as described above, and the beam waist diameter in the slow axis direction is approximately 10 μm or less as described above. ing. The first beam conversion unit and the second beam conversion unit, which can produce such an effect and prevent double counting as described above, each consist of a simple prism pair, so in this embodiment, the optical system is It is easy to design, manufacture, and adjust, and its cost can be kept low.

光源として半導体レーザ以外のガスレーザ等が適用されて、ビーム断面形状がほぼ正円のレーザビームを管路20中で収束させる場合は、例えばシリンドリカルレンズを用いてレーザビームを絞ることにより、粒子流れ方向とそれに垂直な方向とでビームウエスト径を変えることも考えられる。しかし、シリンドリカルレンズは加工が困難で高価な上、使用に当たっては複雑な調整も必要となる。 When a gas laser or the like other than a semiconductor laser is used as a light source and a laser beam with a beam cross-sectional shape of an approximately perfect circle is converged in the conduit 20, for example, by narrowing down the laser beam using a cylindrical lens, it is possible to It is also possible to change the beam waist diameter in the direction perpendicular to the beam waist diameter. However, cylindrical lenses are difficult to process and expensive, and require complicated adjustments when used.

なお本実施形態において、第2ビーム変換ユニットとしてのプリズムペア(プリズム16および17)は回転ステージ18の上に固定されているので、回転ステージ18を回転軸C2の周りに矢印R方向に回転させることにより、この第2ビーム変換ユニットから出射するレーザビームLをスロー軸方向に偏向可能となっている。同様に第1ビーム変換ユニットとしてのプリズムペア(プリズム13および14)は回転ステージ15の上に固定されているので、回転ステージ15を回転軸C1の周りに矢印R方向に回転させることにより、この第1ビーム変換ユニットから出射するレーザビームLをファスト軸方向に偏向可能となっている。 Note that in this embodiment, since the prism pair (prisms 16 and 17) as the second beam conversion unit is fixed on the rotation stage 18, the rotation stage 18 is rotated in the direction of arrow R around the rotation axis C2. This allows the laser beam L emitted from the second beam conversion unit to be deflected in the slow axis direction. Similarly, the prism pair (prisms 13 and 14) as the first beam conversion unit is fixed on the rotation stage 15, so by rotating the rotation stage 15 in the direction of arrow R around the rotation axis C1, The laser beam L emitted from the first beam conversion unit can be deflected in the fast axis direction.

本実施形態では具体的に、回転ステージ18を矢印R方向に±1°回転させることにより、第2ビーム変換ユニットから出射するレーザビームLの方位が±0.2°変化するように、レーザビームLをスロー軸方向に偏向可能である。これは、回転ステージ15の回転量と、ファスト軸方向の偏向におけるレーザビームLの方位に関しても同様である(第1実施形態の図3参照)。 Specifically, in this embodiment, by rotating the rotation stage 18 by ±1° in the direction of the arrow R, the laser beam is L can be deflected in the slow axis direction. This also applies to the amount of rotation of the rotation stage 15 and the direction of the laser beam L in deflection in the fast axis direction (see FIG. 3 of the first embodiment).

上記のようにレーザビームLをファスト軸方向に偏向させることにより、レーザビームLを、管路20の中心位置で収束するように調整することができる。また、レーザビームLをスロー軸方向に偏向させることにより、レーザビームLの粒子流れ方向の収束位置を調整することができる。以上の通りレーザビームLの収束位置を、粒子21の流れ方向についても、また、この方向を横切る方向についても調整可能とすることにより、粒子21に由来する散乱光や蛍光を高強度のものとすることができる。そこで、それらの光を検出する光検出器からの検出信号も高強度化できるので、フローサイトメータの個体間の信号バラツキも無くして、信頼性の高い検出信号を得ることが可能となる。なおレーザビームLを、スロー軸方向とファスト軸方向のいずれか一方向だけに偏向可能としてもよい。 By deflecting the laser beam L in the fast axis direction as described above, the laser beam L can be adjusted to converge at the center position of the conduit 20. Furthermore, by deflecting the laser beam L in the slow axis direction, the convergence position of the laser beam L in the particle flow direction can be adjusted. As described above, by making the convergence position of the laser beam L adjustable both in the flow direction of the particles 21 and in the direction crossing this direction, the scattered light and fluorescence originating from the particles 21 can be made to have high intensity. can do. Therefore, since the intensity of the detection signal from the photodetector that detects these lights can also be increased, it is possible to eliminate signal variations between individual flow cytometers and obtain a highly reliable detection signal. Note that the laser beam L may be deflectable in only one direction, either the slow axis direction or the fast axis direction.

また、この第2実施形態による発光モジュール200においても、第1実施形態で採用した半導体レーザ11の発振波長を制御する駆動方法を実施可能である。その点は、以下で説明する第3実施形態および第4実施形態においても同様である。 Further, also in the light emitting module 200 according to the second embodiment, the driving method for controlling the oscillation wavelength of the semiconductor laser 11 adopted in the first embodiment can be implemented. The same applies to the third and fourth embodiments described below.

<第3の実施形態>
次に図15を参照して、本発明の第3実施形態による発光モジュールについて説明する。この第3の実施形態の発光モジュールは、レーザ加工装置において加工用光源として用いられるものである。この発光モジュールの構成は、図12に示したフローサイトメータ用レーザ発光モジュール200の構成と同じであるが、レーザビームLを照射する対象は図12に示した管路20ではなく、微細加工をするレーザ加工装置の加工部分である。
<Third embodiment>
Next, referring to FIG. 15, a light emitting module according to a third embodiment of the present invention will be described. The light emitting module of this third embodiment is used as a processing light source in a laser processing device. The configuration of this light emitting module is the same as the configuration of the laser light emitting module 200 for flow cytometer shown in FIG. 12, but the target to be irradiated with the laser beam L is not the conduit 20 shown in FIG. This is the processing part of the laser processing equipment.

このレーザ加工装置は、加工部分に対してレーザビームLを2次元走査させて微細加工を施す。図15には加工部分の中の部分的な加工領域をApとして示すが、この加工領域Apに対してレーザビームLが、各々太い矢印X、Yで示す主走査方向および副走査方向に走査される。なお同図ではレーザビームLを、そのビームプロファイルによって概略的に示している。また同図の(a)、(b)に示す矢印F、SはそれぞれレーザビームLのファスト軸方向、スロー軸方向を示している。 This laser processing device performs fine processing by two-dimensionally scanning a laser beam L over a processing portion. In FIG. 15, a partial processing area in the processing part is shown as Ap, and the laser beam L is scanned with respect to this processing area Ap in the main scanning direction and the sub-scanning direction shown by thick arrows X and Y, respectively. Ru. In addition, in the figure, the laser beam L is schematically shown by its beam profile. Further, arrows F and S shown in (a) and (b) of the figure indicate the fast axis direction and slow axis direction of the laser beam L, respectively.

ある種のレーザ加工装置においては、同図(a)に示すようにファスト軸が主走査方向Xと揃う状態にして微細加工を行うと、副走査方向Yの走査の開始時に加工領域Apの一辺にダレが生じることがある。このダレは副走査の進行に伴って、図中Gで示すような線状の誤加工部となる。以上の不具合は、本発明者の研究によると、レーザビームLのファスト軸方向のビームプロファイルに前述のコブが有ることに起因すると考えられる。なぜなら、同図(b)に示すようにスロー軸が主走査方向Xと揃う状態にして微細加工を行えば、その不具合は発生しないからである。 In some types of laser processing equipment, when micromachining is performed with the fast axis aligned with the main scanning direction X as shown in FIG. sagging may occur. As the sub-scanning progresses, this sag becomes a linear erroneously processed portion as shown by G in the figure. According to the research conducted by the present inventor, the above-mentioned problems are considered to be caused by the above-mentioned hump in the beam profile of the laser beam L in the fast axis direction. This is because, if micromachining is performed with the slow axis aligned with the main scanning direction X, as shown in FIG. 4B, this problem will not occur.

そこで本実施形態においては、図12に示したプリズム13および14からなるプリズムペアを含む第1ビーム変換ユニット、および、プリズム16および17からなるプリズムペアを含む第2ビーム変換ユニットにより、スロー軸が主走査方向Xと揃う状態になり、かつ照射ビーム径が主走査方向Xに十分小となるように(つまり収束レンズ19に入射する前のビーム径が十分大となるように)レーザビームLの向きとビーム径を設定する。それにより、上述した不具合の発生を防止可能となる。 Therefore, in this embodiment, the slow axis is controlled by a first beam conversion unit including a prism pair made up of prisms 13 and 14 shown in FIG. 12, and a second beam conversion unit including a prism pair made up of prisms 16 and 17. The laser beam L is aligned with the main scanning direction X, and the irradiation beam diameter is sufficiently small in the main scanning direction Set the direction and beam diameter. This makes it possible to prevent the above-mentioned problems from occurring.

<第4の実施形態>
次に図16を参照して、本発明の第4実施形態による発光モジュールについて説明する。この第4の実施形態の発光モジュールは、記録装置において記録用光源として用いられるものである。この発光モジュールの構成は、図12に示したフローサイトメータ用レーザ発光モジュール200の構成と同じであるが、レーザビームLを照射する対象は図12に示した管路20ではなく、情報を担持させるためのピットが形成される光ディスク等の記録媒体である。
<Fourth embodiment>
Next, with reference to FIG. 16, a light emitting module according to a fourth embodiment of the present invention will be described. The light emitting module of this fourth embodiment is used as a recording light source in a recording apparatus. The configuration of this light emitting module is the same as that of the laser light emitting module 200 for flow cytometer shown in FIG. 12, but the target to be irradiated with the laser beam L is not the conduit 20 shown in FIG. This is a recording medium, such as an optical disk, in which pits are formed for the purpose of recording.

この記録媒体にピットを形成する記録装置は、発光モジュールから発せられたレーザビームLを記録媒体表面に2次元走査させてピットを形成する。すなわち図16に概略的に示すように記録媒体表面に対してレーザビームLが、各々太い矢印X、Yで示す主走査方向および副走査方向に走査される。なお同図ではレーザビームLを、そのビームプロファイルによって概略的に示している。また同図に示す矢印Fは、レーザビームLのファスト軸方向を示している。 A recording device that forms pits on a recording medium forms pits by two-dimensionally scanning the surface of the recording medium with a laser beam L emitted from a light emitting module. That is, as schematically shown in FIG. 16, the laser beam L scans the surface of the recording medium in the main scanning direction and the sub-scanning direction indicated by thick arrows X and Y, respectively. In addition, in the figure, the laser beam L is schematically shown by its beam profile. Further, an arrow F shown in the figure indicates the fast axis direction of the laser beam L.

ある種の記録媒体においては、同図に示すようにファスト軸が主走査方向Xと揃う状態にしてピットPを形成すると、ピットPに対して走査方向の後方側に余計な部分的ピットPfが形成されることがある。この部分的ピットPfは、記録媒体から正しいピットPを読み取る際に読取りエラーを招くこともある。本発明者の研究によると、部分的ピットPfの形成は、レーザビームLのファスト軸方向のビームプロファイルに前述のコブが有ることに起因すると考えられる。なぜなら、スロー軸が主走査方向Xと揃う状態にしてピットPを形成すれば、部分的ピットPfは形成されないからである。 In some types of recording media, when pits P are formed with the fast axis aligned with the main scanning direction may be formed. This partial pit Pf may lead to a reading error when reading the correct pit P from the recording medium. According to the research conducted by the present inventors, it is believed that the formation of the partial pits Pf is caused by the presence of the above-described hump in the beam profile of the laser beam L in the fast axis direction. This is because if the pits P are formed with the slow axis aligned with the main scanning direction X, no partial pits Pf will be formed.

そこで本実施形態においては、図12に示したプリズム13および14からなるプリズムペアを含む第1ビーム変換ユニット、および、プリズム16および17からなるプリズムペアを含む第2ビーム変換ユニットにより、スロー軸が主走査方向Xと揃う状態になり、かつ照射ビーム径が主走査方向Xに十分小となるように(つまり収束レンズ19に入射する前のビーム径が十分大となるように)レーザビームLの向きとビーム径を設定する。それにより、上述した部分的ピットPfの発生を防止可能となる。 Therefore, in this embodiment, the slow axis is controlled by a first beam conversion unit including a prism pair made up of prisms 13 and 14 shown in FIG. 12, and a second beam conversion unit including a prism pair made up of prisms 16 and 17. The laser beam L is aligned with the main scanning direction X, and the irradiation beam diameter is sufficiently small in the main scanning direction Set the direction and beam diameter. This makes it possible to prevent the above-mentioned partial pits Pf from occurring.

1 ベース板
2 ペルチェ素子
3 筐体
4 カバー
5 アッテネータ
6 終端器
7、8 アパーチャ板
9 光検出器
10 サーミスタ
11 半導体レーザ
12 コリメートレンズ
13、16 第1プリズム
14、17 第2プリズム
15、18 回転ステージ
19 収束レンズ
20 管路
21 粒子
30 温度調節回路
31 半導体レーザ駆動回路
50 LDホルダー
51 リング
52 レンズホルダー
L レーザビーム
LR 反射光
100、200 発光モジュール
1 Base plate 2 Peltier element 3 Housing 4 Cover 5 Attenuator 6 Terminator 7, 8 Aperture plate 9 Photodetector 10 Thermistor 11 Semiconductor laser 12 Collimating lens 13, 16 First prism 14, 17 Second prism 15, 18 Rotation stage 19 Converging lens 20 Conduit 21 Particle 30 Temperature control circuit 31 Semiconductor laser drive circuit 50 LD holder 51 Ring 52 Lens holder L Laser beam LR Reflected light 100, 200 Light emitting module

Claims (5)

半導体レーザと、この半導体レーザから発散光状態で発せられた光ビームを平行光にするコリメートレンズとを備えてなる発光モジュールにおいて、
前記半導体レーザを室温よりも高い温度に設定し得る温度調節手段と、
前記半導体レーザの駆動電流を変えることにより、該半導体レーザの光出力を変更できる半導体レーザ駆動回路と、
前記半導体レーザから発せられた光ビームを減衰し得るアッテネータと、
が設けられたことを特徴とする発光モジュール。
A light emitting module comprising a semiconductor laser and a collimating lens that converts a light beam emitted from the semiconductor laser in a diverging state into parallel light,
temperature control means capable of setting the semiconductor laser to a temperature higher than room temperature;
a semiconductor laser drive circuit that can change the optical output of the semiconductor laser by changing the drive current of the semiconductor laser;
an attenuator capable of attenuating the light beam emitted from the semiconductor laser;
A light emitting module characterized by being provided with.
前記半導体レーザから出射した後に外部で反射して該半導体レーザに向かって進む戻り光の、少なくとも一部を遮断するアパーチャ板が設けられている請求項1に記載の発光モジュール。 2. The light emitting module according to claim 1, further comprising an aperture plate that blocks at least a portion of return light that is reflected from the outside and travels toward the semiconductor laser after being emitted from the semiconductor laser. 前記温度調節手段が、前記半導体レーザの近傍の温度を検出する温度検出素子と、この温度検出素子が検出した温度に応じて前記半導体レーザの温度を上げる加温素子とから構成されている請求項1または2に記載の発光モジュール。 2. The temperature adjusting means includes a temperature detection element that detects a temperature near the semiconductor laser, and a heating element that increases the temperature of the semiconductor laser in accordance with the temperature detected by the temperature detection element. 3. The light emitting module according to 1 or 2. 前記半導体レーザから出射された光ビームの一部を分岐させる光ビーム分岐手段および、分岐された光ビームの光出力を検出する光検出器が設けられ、
前記半導体レーザ駆動回路が、前記光検出器の出力に基づいて前記駆動電流を変えるように構成されている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の発光モジュール。
A light beam branching means for branching a part of the light beam emitted from the semiconductor laser and a photodetector for detecting the optical output of the branched light beam are provided,
the semiconductor laser drive circuit is configured to change the drive current based on the output of the photodetector;
The light emitting module according to any one of claims 1 to 3.
半導体レーザと、この半導体レーザから発散光状態で発せられた光ビームを平行光にするコリメートレンズとを備えてなる発光モジュールを駆動する方法であって、
前記半導体レーザを室温よりも高い温度に設定し、
前記半導体レーザの駆動電流を変えることにより、該半導体レーザの光出力を変更し、
前記半導体レーザから発せられた光ビームをアッテネータにより所定の光出力まで減衰させる、
ことを特徴とする発光モジュールの駆動方法。
A method for driving a light emitting module comprising a semiconductor laser and a collimating lens that converts a light beam emitted from the semiconductor laser in a diverging state into parallel light, the method comprising:
setting the semiconductor laser at a temperature higher than room temperature;
Changing the optical output of the semiconductor laser by changing the driving current of the semiconductor laser,
Attenuating the light beam emitted from the semiconductor laser to a predetermined optical output using an attenuator;
A method for driving a light emitting module, characterized in that:
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