JP2682641B2 - 半導体レーザー光源装置 - Google Patents

半導体レーザー光源装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体レーザー光源装置に関する。
[従来の技術] 半導体レーザーは従来から広く、レーザープリンター
や光ピックアップ等の光源として利用されている。
半導体レーザーから放射されるレーザー光は周知の如
く発散性の光束であるので、通常はコリメートレンズを
半導体レーザーと組合せ、平行光束を取り出し得るよう
にした半導体レーザー光源装置として使用されている。
[発明が解決しようとする課題] 従来の半導体レーザー光源装置に於いては半導体レー
ザーのユニットとコリメートレンズのユニットとを別体
に構成し、これらを互いに組合せて半導体レーザー光源
装置を構成していた。コリメートレンズは、一般に球面
レンズを複数枚組合わせたものであり、半導体レーザー
のユニットとコリメートレンズのユニットとを組合わせ
る際に、コリメートレンズと半導体レーザーとの位置関
係に極めて高精度が要求される所から、上記組合せの作
業性が悪く、半導体レーザー光源装置の安価な量産が困
難であった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とする所は構成が簡素で製造上の作業性に
優れた半導体レーザー光源装置の提供にある。
[課題を解決するための手段] 以下、本発明を説明する。
本発明の半導体レーザー光源装置は、半導体レーザー
チップの保護カバーの、レーザービーム射出用窓に、非
球面単玉の集光用ガラスレンズを上記保護カバーと一体
的に設けたことを特徴とする。ここに集光用ガラスレン
ズとは、ガラスレンズであって、半導体レーザーからの
発散性のレーザー光束を平行ビームもしくは集束性のビ
ームに変換し得る機能を持つものを言う。近来は、レー
ザープリンターに於いて集束性のビームを対象とした新
規なfθレンズが提案されたり、あるいは光ピックアッ
プ等でも半導体レーザーからの発散性の光束を集光レン
ズにより直接に光ディスク上に集光させる方式のものが
提案されており、上記集光用ガラスレンズとして半導体
レーザーからの光を集光性のビームに変える機能を持っ
たものを使用することにより本発明の半導体レーザー光
源装置は、上記新規なfθレンズや光ピックアップの光
源装置として使用できる。
なお、集光用ガラスレンズは上記の如く保護カバーの
レーザービーム射出用窓に設けられるが、この射出用窓
にはカバーガラスを設けても良く、あるいは集光用ガラ
スレンズがカバーガラスを兼ねるようにしても良い。
また、集光用ガラスレンズは光軸対称であって、保護
カバーとは別体に形成され、保護カバーに取付け固定さ
れることにより保護カバーと一体化される。
保護カバーは、ヒートシンクに、集光用ガラスレンズ
の光軸方向へ摺動可能に嵌合し、半導体レーザーは、ヒ
ートシンクに、上記光軸方向に嵌合するステムに設けら
れる。
従って、集光用ガラスレンズと半導体レーザーの光軸
方向の位置合わせは、集光用レンズを取付け固定された
保護カバーとヒートシンクの嵌合状態および/または上
記ステムとヒートシンクとの嵌合状態の調整により行う
ことができる。
[作用] 本発明の半導体レーザー光源装置は、上記の如く集光
用ガラスレンズとして非球面単玉のものを用いる。集光
用レンズに球面レンズを用いると、単玉レンズでは所望
の集光性能を実現することが難しく、そのため球面レン
ズで集光用レンズを構成するとどうしても複数枚構成に
なってしまい、そのため光源たる半導体レーザーとの位
置合わせに極めて高い精度を要請される。
しかるに本発明の半導体レーザー光源装置に用いる集
光用ガラスレンズはレンズ面して非球面を採用している
ので、所望の集光性能を単玉レンズで実現できる。そし
て単玉レンズであるので半導体レーザーに対する光軸直
交方向の位置合わせの精度が大幅に緩和される。
[実施例] 以下、具体的な実施例に即して説明する。
第1図は、本発明の1実施例を示している。
図中、符号10は半導体レーザーチップ、符号20は保護
カバー、符号30は集光用ガラスレンズを示している。半
導体レーザーチップ10は、ステム12に組付けられてい
る。このステム12はヒートシンク14の嵌合孔に圧入嵌合
されている。一方、保護カバー20は中空シリンダー状で
あり、一方の端部にはフランジ状部分を形成され、他端
部は蓋状に形成され、この蓋状部分にレーザービーム射
出用窓22が円形状に穿設されている。
保護カバー20は、フランジ状部分の形成された基部
を、ヒートシンク14の上記嵌合孔の回りに突設された嵌
合部14Aに嵌合させることによりヒートシング14に固定
されている。
第1図の実施例は、集光用ガラスレンズ30がカバーガ
ラスを兼ねた例であって、集光用ガラスレンズ30は保護
カバー20の上記レーザービーム射出用窓22を塞ぐように
して保護カバー20に固定されている。固定手段は、この
例では接着である。勿論、保護カバー20に集光用ガラス
レンズ30を固定するにあたっては半導体レーザーチップ
10の発光部に対する位置合わせが行われることは言うま
でもない。集光用ガラスレンズ30は単玉なので光軸直交
方向の位置精度は比較的緩やかである。また、光軸方向
の位置合わせは保護カバー20とヒートシンク14との嵌合
状態及び/又はステム12とヒートシンク14との嵌合状態
を調整することにより行われる。
なお、第1図に於いて符号11は、半導体レーザーチッ
プ10からのバックビームを検出するためのPINチップを
示す。
第2図は、第1図の実施例の側面図である。この図に
示す長さL1は保護カバー20の径で略14mm程度、距離L2は
集光用ガラスレンズのバツクフォーカスで10mm程度、ヒ
ートシンク14の厚みL3は4mm程度、大きさL4は40mm程度
である。これから半導体レーザー光源装置の大体の大き
さが了解されるであろう。
以下に、集光用ガラスレンズの具体例を4例あげる。
これら4例の集光用ガラスレンズは、いずれもその機能
としての集光機能は、半導体レーザーからの光を平行光
束化するものである。
第1例と第2例とは、保護カバーのレーザー射出用窓
にカバーガラスが設けられた場合の例であり、従ってこ
れらの例では集光用ガラスレンズはカバーガラスを考慮
して設計されている。第3例と第4例とは集光用ガラス
レンズがカバーガラスを兼ねた例である。
各例に於いて、Riは曲率半径でR1がレーザービーム射
出側レンズ面の曲率半径であり、R2が半導体レーザーに
面した側のレンズ面の曲率半径であるまた、第1、第2
例ではR3,R4がカバーガラスの両面の曲率半径を示す。
また、Diは面間距離であってD1が集光用ガラスレンズの
肉厚を表し、第1、第2例ではD2がカバーガラスの厚み
を表す。さらにNjは屈折率を示し、N1が集光用ガラスレ
ンズの硝材の屈折率、第1例及び第2例ではN2がカバー
ガラスの屈折率を表す。また、BFはバックフォーカスを
表し、第1、第2例ではこのBFはカバーガラスの半導体
レーザー側の面から半導体レーザーの発光部が位置すべ
き位置までの距離であり、第3例、第4例では集光用ガ
ラスレンズの半導体レーザー側のレンズ面から半導体レ
ーザーの発光部が位置すべき位置までの距離である。
非球面は、公知の非球面の式により表され、各例に於
いてはその円錐定数Kおよび高次の係数A2,A4で特定さ
れる。なお半導体レーザーからのレーザービームの波長
は、何れの例でも780nmである。
第1例 第1例の集光用ガラスレンズの形状を第3図に示す。
この例ではR1面が非球面である。
焦点距離f=10mm,NA=0.25,BF=8.116138 i Ri Di j Nj 1 6.270800 2.958200 1 1.57221 2 −54.054390 0.0 3 ∞ 0.2500 2 1.51118 4 ∞ 非球面係数 i k A2 A4 1 −0.679826 0.0 −2.140202・10-5 この第1例に関する収差図、即ち球面収差SA、正弦条
件SC、非点収差DS,DM、コマ収差COMAを第4図に示す。
第2例 第2例の集光用ガラスレンズの形状を第5図に示す。
この例ではR1及びR2面が非球面である。
焦点距離f=10mm,NA=0.25,BF=8.108513 i Ri Di j Nj 1 6.269000 2.973090 1 1.57221 2 −54.269980 0.0 3 ∞ 0.2500 2 1.51118 4 ∞ 非球面係数 i k A2 A4 1 −0.677970 0.0 −1.779174・10-5 2 −2.671982 0.0 3.225297・10-6 この第2例に関する収差図を第6図に示す。
第3例 第3例の集光用ガラスレンズの形状を第7図に示す。
この例ではR1及びR2面が非球面である。
焦点距離f=10mm,NA=0.25,BF=9.0563 i Ri Di j Nj 1 6.894300 1.5000 1 1.7661 2 62.419300 非球面係数 i k A2 A4 1 −0.5896 0.0 2.5875・10-5 2 −11.2291 0.0 −3.8610・10-6 この第3例に関する収差図を第8図(I)に、また画
角に対するRMS波面収差の図を第8図(II)に示す。
第4例 第4例の集光用ガラスレンズの形状を第9図に示す。
この例ではR1面が非球面である。
焦点距離f=10mm,NA=0.25,BF=9.0553 i Ri Di j Nj 1 6.887400 1.5000 1 1.7661 2 61.805900 非球面係数 i k A2 A4 1 −0.5448 0.0 1.5864・10-5 この第4例に関する収差図を第10図(I)に、また画
角に対するRMS波面収差の図を第10図(II)に示す。
各例とも収差良好である。
第3、第4例で図に示した画角とRMS波面収差との関
係は、集光用レンズの特性を示すものであり、第8図
(II)、第10図(II)から分かるように第3例、第4例
の集光用ガラスレンズは画角が広く取れる。このことは
非球面の採用に伴うものであり、図示していないが第
1、第2例のレンズも同様に広画角である。画角が広い
ことはレンズの傾きに対する波面収差の許容度が高いこ
とを意味し、このことから集光用ガラスレンズの取り付
け精度が緩やかにできるのである。
[発明の効果] 以上、本発明のよれば新規な半導体レーザー光源装置
を提供できる。この光源装置は、上記の如き構成となっ
ているので、構成が簡素でしかも製作上の作業性に優
れ、また光源装置としてユニット化できるので取り扱い
性も良い。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の1実施例を説明するための一部破断
斜視図、第2図は、第1図の実施例の側面図、第3図
は、集光用ガラスレンズの1例を示す図、第4図は、第
3図のレンズの収差図、第5図は、集光用ガラスレンズ
の別例を示す図、第6図は、第5図のレンズの収差図、
第7図は、集光用ガラスレンズの他の例を示す図、第8
図は、第7図のレンズの収差図、第9図は、集光用ガラ
スレンズの更に他の例を示す図、第10図は、第9図のレ
ンズの収差図である。 10……半導体レーザーチップ、20……保護カバー、22…
…レーザービーム射出用窓、30……集光用ガラスレンズ
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 清三 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 山口 勝己 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭62−283687(JP,A) 特開 平1−227484(JP,A) 特開 平1−226189(JP,A) 実開 昭55−9501(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザーチップの保護カバーの、レ
    ーザービーム射出用窓に、非球面単玉の集光用ガラスレ
    ンズを上記保護カバーと一体的に設けて成り、 上記集光用ガラスレンズは光軸対称であって、上記保護
    カバーと別体に形成され、上記保護カバーに取付け固定
    され、 上記保護カバーは、ヒートシンクに、上記集光用ガラス
    レンズの光軸方向へ摺動可能に嵌合し、 上記半導体レーザーは、上記ヒートシンクに上記光軸方
    向に嵌合するステムに設けられ、 上記集光用ガラスレンズと半導体レーザーの、上記光軸
    方向の位置合わせを、集光用レンズを取付け固定された
    保護カバーとヒートシンクの嵌合状態および/または上
    記ステムとヒートシンクとの嵌合状態の調整により行い
    うるようにしたことを特徴とする半導体レーザー光源装
    置。
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