JP3181381B2 - Semiconductor laser module - Google Patents
Semiconductor laser moduleInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、レーザビームを射出
して走査するためのレーザビーム走査装置に用いられる
半導体レーザモジュールに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION This invention is used in the laser beam scanning device for scanning by emitting a laser beam
The present invention relates to a semiconductor laser module .
【0002】レーザビーム走査装置は、バーコードリー
ダやレーザプリンタなどに広く用いられているが、レー
ザビームの焦点深度を確保するためには、垂直振動方向
のビームウェストと水平振動方向のビームウェストとを
独立して各々自由に設定できるようにする必要がある。[0002] Laser beam scanning devices are widely used in bar code readers, laser printers, and the like. To secure the depth of focus of a laser beam, a beam waist in a vertical vibration direction and a beam waist in a horizontal vibration direction are used. Must be set independently and freely.
【0003】[0003]
【従来の技術】レーザビーム走査装置に用いられるレー
ザ光源は、近年He−Neレーザ装置から半導体レーザ
に置き換わって、小型化と低コスト化がすすんだが、射
出ビームの整形は半導体レーザの方が困難である。2. Description of the Related Art In recent years, a laser light source used in a laser beam scanning device has been replaced with a semiconductor laser from a He-Ne laser device, and has been reduced in size and cost. However, it is more difficult to shape an emission beam with a semiconductor laser. It is.
【0004】従来、半導体レーザから射出されたレーザ
ビームの整形は、ピンホールアパーチャを用いて最大径
の規制を行うと共に、半導体レーザからの射出ビームを
コリメータレンズで受け、垂直振動方向と水平振動方向
の各々のビームウェスト位置を所望の位置にするための
複数のシリンドリカルレンズ又はプリズムを配置してい
た。Conventionally, in shaping a laser beam emitted from a semiconductor laser, a maximum diameter is regulated by using a pinhole aperture, and a beam emitted from the semiconductor laser is received by a collimator lens, and a vertical vibration direction and a horizontal vibration direction are controlled. A plurality of cylindrical lenses or prisms are arranged to make each beam waist position of a desired position.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体レーザ
の射出端にコリメータレンズの他に複数のシリンドリカ
ルレンズやプリズムを設けると、部品数が多くて装置が
複雑になり、またビームウェストの調整作業も簡単では
ないので、部品と組立調整とに相当のコストがかかる欠
点がある。However, if a plurality of cylindrical lenses and prisms are provided at the emitting end of the semiconductor laser in addition to the collimator lens, the number of components is large and the apparatus becomes complicated, and the adjustment work of the beam waist is also required. The disadvantage is that it is not easy, so that the parts and assembly adjustments are very costly.
【0006】そこで本発明は、垂直振動方向と水平振動
方向のビームウェストの調整を簡単な構成で簡単に行う
ことができるレーザビーム走査装置に用いられる半導体
レーザモジュールを提供することを目的とする。Accordingly, the present invention provides a semiconductor device used in a laser beam scanning device capable of easily adjusting a beam waist in a vertical vibration direction and a horizontal vibration direction with a simple configuration.
An object is to provide a laser module .
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のレーザビーム走査装置に用いられる半導体
レーザモジュールは、実施例を説明するための図1に示
されるように、レーザビームを射出する半導体レーザ1
1と、上記レーザビームを収束させ、且つ垂直振動方向
のビームウェスト位置と水平振動方向のビームウェスト
位置とを独立して制御するために、上記レーザビームの
光軸に対して傾けて、上記半導体レーザ11のレーザビ
ーム射出端の近傍に配置された収束レンズ12と、上記
収束レンズ12を通過したレーザビームの進行方向を継
続的に規則的に変化させるためのビーム走査手段20と
を設けたことを特徴とする。In order to achieve the above object, a semiconductor used in a laser beam scanning device according to the present invention is provided.
A laser module includes a semiconductor laser 1 for emitting a laser beam as shown in FIG.
The semiconductor laser tilted with respect to the optical axis of the laser beam to converge the laser beam and independently control the beam waist position in the vertical vibration direction and the beam waist position in the horizontal vibration direction A converging lens 12 disposed near a laser beam emitting end of the laser 11; and a beam scanning unit 20 for continuously and regularly changing the traveling direction of the laser beam passing through the converging lens 12. It is characterized by.
【0008】なお、上記収束レンズ12は、上記レーザ
ビームの垂直振動方向に傾けて配置してもよく、上記収
束レンズ12の傾き角度を変化させるための傾き角度制
御手段18を設けてもよい。The converging lens 12 may be arranged so as to be inclined in the vertical oscillation direction of the laser beam, and may be provided with an inclination angle control means 18 for changing the inclination angle of the converging lens 12.
【0009】また、上記収束レンズ12を球面又は非球
面のレンズによって形成すると共に、上記収束レンズ1
2を通過したレーザビームの外径を規制するためのピン
ホールアパーチャ13を配置して、上記収束レンズ12
と上記ピンホールアパーチャ13とによって上記レーザ
ビームのビーム整形を行うようにしてもよい。The converging lens 12 is formed by a spherical or aspherical lens, and the converging lens 1 is
2 is provided with a pinhole aperture 13 for regulating the outer diameter of the laser beam passing through the converging lens 12.
The beam shaping of the laser beam may be performed by the pinhole aperture 13 and the pinhole aperture 13.
【0010】[0010]
【作用】図5に示されるように、半導体レーザ91にお
いては、垂直振動方向の光波と水平振動方向の光波とで
発光点が異なり、一般に、垂直振動方向の発光点92の
方が水平振動方向の発光点93より5μm〜10数μm
だけ外方に位置するような非点隔差がある。As shown in FIG. 5, in the semiconductor laser 91, the light emitting point differs between the light wave in the vertical vibration direction and the light wave in the horizontal vibration direction. 5 μm to several tens μm from the emission point 93 of
There is an astigmatic difference located only outside.
【0011】したがって、図6に示されるように、半導
体レーザ91から射出されたレーザビームを1枚の凸レ
ンズ94で収束させた場合には、垂直振動方向のビーム
ウェスト95が水平振動方向のビームウェスト96より
も遠くに形成される。Therefore, as shown in FIG. 6, when the laser beam emitted from the semiconductor laser 91 is converged by one convex lens 94, the beam waist 95 in the vertical vibration direction becomes the beam waist in the horizontal vibration direction. It is formed farther than 96.
【0012】しかし、使用目的によっては、垂直振動方
向のビームウェスト95の位置を水平振動方向のビーム
ウェスト96の位置より近くしたり、両ビームウェスト
95,96を同じ位置にしなければならない場合があ
る。However, depending on the purpose of use, the position of the beam waist 95 in the vertical vibration direction may be closer to the position of the beam waist 96 in the horizontal vibration direction, or both beam waists 95 and 96 may have to be at the same position. .
【0013】そこで図7に示されるように、凸レンズ9
4を垂直振動方向の平面内で光軸に対して傾けると、垂
直振動方向のビームウェスト95の位置だけが凸レンズ
94側に近づく。Therefore, as shown in FIG.
When 4 is tilted with respect to the optical axis in the plane in the vertical vibration direction, only the position of the beam waist 95 in the vertical vibration direction approaches the convex lens 94 side.
【0014】この現象は、凸レンズ94が光軸に対して
角度をもつことによって発生するコマ収差によるもので
あり、凸レンズ94を大きく傾斜させるほど傾斜させた
方向のビームウェスト位置が凸レンズ94側に近づく。This phenomenon is caused by coma aberration generated when the convex lens 94 has an angle with respect to the optical axis. As the convex lens 94 is more greatly inclined, the beam waist position in the inclined direction becomes closer to the convex lens 94 side. .
【0015】本発明はこの現像を利用したものであり、
収束レンズ12をレーザビームの光軸に対して傾けて配
置することにより、その傾かせた方向のビームウェスト
が収束レンズ12側に近づくので、収束レンズ12の傾
き方向と傾き角度を変えることにより、任意の方向のビ
ームウェストを任意の位置に設定することができる。The present invention utilizes this development.
By arranging the converging lens 12 at an angle with respect to the optical axis of the laser beam, the beam waist in the tilted direction approaches the converging lens 12 side. By changing the inclination direction and the inclination angle of the converging lens 12, The beam waist in any direction can be set at any position.
【0016】その結果、ビーム走査手段20によって進
行方向が継続的に規則的に変化させられるレーザビーム
が、走査対象に対して最も望ましい焦点深度を得ること
ができるようにすることができる。そして、傾き角度制
御手段18を設ければ、収束レンズ12の傾き角度を自
由に変えることができる。As a result, the laser beam whose traveling direction is continuously and regularly changed by the beam scanning means 20 can obtain the most desirable depth of focus for the object to be scanned. If the inclination angle control means 18 is provided, the inclination angle of the converging lens 12 can be freely changed.
【0017】また、収束レンズ12を通過したレーザビ
ームの外径を規制するピンホールアパーチャ13を設け
て、収束レンズ12とピンホールアパーチャ13だけで
レーザビームのビーム整形を行うことができる。Further, by providing a pinhole aperture 13 for regulating the outer diameter of the laser beam passing through the converging lens 12, the beam shaping of the laser beam can be performed only by the converging lens 12 and the pinhole aperture 13.
【0018】[0018]
【実施例】図面を参照して実施例を説明する。図2は本
発明をバーコードスキャナに適用した実施例を示してい
る。An embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows an embodiment in which the present invention is applied to a barcode scanner.
【0019】図中10は、レーザビームを射出する半導
体レーザ11とその半導体レーザ11から射出されたレ
ーザビームを収束させるための収束レンズ12とを収容
した半導体レーザモジュールである。In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a semiconductor laser module containing a semiconductor laser 11 for emitting a laser beam and a converging lens 12 for converging the laser beam emitted from the semiconductor laser 11.
【0020】収束レンズ12としては、球面又は非球面
の凸レンズが用いられており、半導体レーザ11のレー
ザビーム射出端に対向してその近傍に配置されている。
半導体レーザモジュール10のレーザビーム射出部に
は、ピンホールアパーチャ13が形成されていて、レー
ザビームの外径がここで規制される。As the converging lens 12, a spherical or aspherical convex lens is used, which is disposed so as to face the laser beam emitting end of the semiconductor laser 11 and in the vicinity thereof.
The laser beam emitting portion of the semiconductor laser module 10 has a pinhole aperture 13 formed therein, and the outer diameter of the laser beam is regulated here.
【0021】半導体レーザモジュール10から射出され
たレーザビームは、平面ミラー19で反射されて走査光
学系20に入射する。そして、凹面ミラー21の中央に
形成された小さな平面ミラー部22で反射されてポリゴ
ンミラー23の反射面に向かう。The laser beam emitted from the semiconductor laser module 10 is reflected by the plane mirror 19 and enters the scanning optical system 20. Then, the light is reflected by the small flat mirror portion 22 formed at the center of the concave mirror 21 and travels toward the reflection surface of the polygon mirror 23.
【0022】ポリゴンミラー23は一定速度で回転駆動
されている。したがって、レーザビームはポリゴンミラ
ー23の反射面で継続的に規則的に向きを変えながら反
射される。そして、三面ミラー24を構成する三枚の平
面鏡のうちの一枚で底面ミラー25に向けて反射され
る。The polygon mirror 23 is driven to rotate at a constant speed. Therefore, the laser beam is reflected while continuously changing its direction on the reflecting surface of the polygon mirror 23. Then, the light is reflected toward the bottom mirror 25 by one of the three plane mirrors constituting the three-plane mirror 24.
【0023】走査光学系20の表面には、屈折率が場所
によって異なるホログラム材料が透明板に形成された屈
折率分布型のホログラムウィンド26や凹凸による回折
格子が透明板に形成されたレリーフ型のホログラムウィ
ンドが配置されており、底面ミラー25で反射されたレ
ーザビームはホログラムウィンド26を通過することに
より屈折して収束する。On the surface of the scanning optical system 20, a refractive index distribution type hologram window 26 in which a hologram material having a different refractive index is formed on a transparent plate, or a relief type hologram window in which a diffraction grating formed by irregularities is formed on a transparent plate. A hologram window is provided, and the laser beam reflected by the bottom mirror 25 is refracted and converged by passing through the hologram window 26.
【0024】そして、ポリゴンミラー23が回転してい
ることによって、レーザビームは光波の垂直振動方向を
走査方向にして高速で一方向に走査され、バーコード1
00に当たって反射される。The rotation of the polygon mirror 23 causes the laser beam to scan in one direction at a high speed with the vertical oscillation direction of the light wave as the scanning direction.
It is reflected at 00.
【0025】図3は、走査光学系20の側面図であり、
ホログラムウィンド26の外側でバーコード100に当
たって反射されたレーザビームは、ホログラムウィンド
26を通って、底面ミラー25、三面ミラー24、ポリ
ゴンミラー23で順に反射され、つづいて凹面ミラー2
1で反射されて収束され、小さな平面ミラー27で反射
された後、凹面ミラー21によるレーザビームの収束点
に配置された光検知器28に入射し、電気信号に変換さ
れる。FIG. 3 is a side view of the scanning optical system 20.
The laser beam reflected on the bar code 100 outside the hologram window 26 passes through the hologram window 26, is reflected by the bottom mirror 25, the three-sided mirror 24, and the polygon mirror 23 in this order, and then continues to the concave mirror 2
After being reflected and converged by 1 and reflected by a small plane mirror 27, it is incident on a photodetector 28 disposed at the converging point of the laser beam by the concave mirror 21 and is converted into an electric signal.
【0026】このようにして、走査光学系20において
は、ポリゴンミラー23の回転によってレーザビームが
走査され、光検知器28からの出力信号によってバーコ
ード100を読み取ることができる。As described above, in the scanning optical system 20, the laser beam is scanned by the rotation of the polygon mirror 23, and the bar code 100 can be read by the output signal from the photodetector 28.
【0027】図1は、半導体モジュール10内の構成を
示しており、収束レンズ12はレンズホルダ14に固着
されている。そしてそのレンズホルダ14は、半導体レ
ーザ11から射出されるレーザビームの水平振動方向に
向けて配置された軸15を中心にして、レーザビームの
垂直振動方向に自由に傾けることができる。FIG. 1 shows a configuration inside the semiconductor module 10, wherein the converging lens 12 is fixed to a lens holder 14. The lens holder 14 can be freely tilted in the vertical oscillation direction of the laser beam around the axis 15 arranged in the horizontal oscillation direction of the laser beam emitted from the semiconductor laser 11.
【0028】軸15に固着された歯車16は、減速歯車
17を介してモータ18によって駆動される。18aは
モータドライバ回路、11aは半導体レーザドライバ回
路である。The gear 16 fixed to the shaft 15 is driven by a motor 18 via a reduction gear 17. 18a is a motor driver circuit, and 11a is a semiconductor laser driver circuit.
【0029】このような構成により、収束レンズ12は
レーザビームの垂直振動方向に傾けて配置されており、
図7に示されるのと同様に垂直振動方向のビームウェス
トの方が水平振動方向のビームウェストよりも収束レン
ズ12の近くに移動した状態になっている。With such a configuration, the converging lens 12 is disposed so as to be inclined in the vertical oscillation direction of the laser beam.
As shown in FIG. 7, the beam waist in the vertical vibration direction has moved closer to the converging lens 12 than the beam waist in the horizontal vibration direction.
【0030】そして、組立時あるいは必要に応じて、モ
ータ18駆動により収束レンズ12の傾き角度を変え
て、垂直振動方向のビームウェスト位置を水平振動方向
のビームウェストとは独立して調整することができる。Then, at the time of assembling or as necessary, the tilt angle of the converging lens 12 is changed by driving the motor 18 so that the beam waist position in the vertical vibration direction can be adjusted independently of the beam waist in the horizontal vibration direction. it can.
【0031】その結果、走査ビームのビーム形状を空間
的広がりをもった任意の位置で円形ビームに又は楕円ビ
ームに調整して、読み取り対象のバーコード100に対
して最も望ましい焦点深度をとることができる。As a result, it is possible to adjust the beam shape of the scanning beam to a circular beam or an elliptical beam at an arbitrary position having a spatial spread to obtain the most desirable depth of focus for the bar code 100 to be read. it can.
【0032】図4は本発明の第2の実施例を示してお
り、ホログラムディスク31を回転させてレーザビーム
を走査するようにしたレーザプリンタの走査装置に本発
明を適用した例を示しており、32は感光ドラムであ
る。FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to a scanning device of a laser printer in which a hologram disk 31 is rotated to scan a laser beam. , 32 are photosensitive drums.
【0033】この場合には、垂直振動方向及び水平振動
方向のビームウェストが同位置になって、感光ドラム3
2表面上に円形のビームが照射されるような角度に収束
レンズ12の角度を固定しておく。In this case, the beam waists in the vertical and horizontal vibration directions are at the same position, and the photosensitive drum 3
The angle of the converging lens 12 is fixed so that a circular beam is irradiated on the two surfaces.
【0034】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、収束レンズ12はレーザビームの
垂直振動方向にのみ角度を変えるのではなく、水平振動
方向にも角度を変えられるようにしてもよい。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the angle of the converging lens 12 can be changed not only in the vertical oscillation direction of the laser beam but also in the horizontal oscillation direction. It may be.
【0035】[0035]
【発明の効果】本発明によれば、収束レンズをレーザビ
ームの光軸に対して傾けて配置するだけで垂直振動方向
のビームウェスト位置と水平振動方向のビームウェスト
位置を互いに独立して任意に設定することができ、その
結果、最も望ましい焦点深度やビーム形状を容易に得る
ことができる。According to the onset light according to the present invention, optionally convergent lens laser beam simply arranged to be inclined with respect to the optical axis independently of each other the beam waist position and beam waist position in the horizontal direction of vibration of the vertical vibration direction , And as a result, the most desirable depth of focus and beam shape can be easily obtained.
【0036】そして、レーザビームの整形を収束レンズ
とピンホールアパーチャだけで行うことができるので、
装置の構成を非常に簡素にすることができて、部品コス
ト及び組立調整コストを大幅に低減させることができ
る。Since the laser beam can be shaped only by the converging lens and the pinhole aperture,
The configuration of the device can be made very simple, and the cost of parts and the cost of assembly and adjustment can be greatly reduced.
【図1】第1の実施例の半導体レーザモジュールの構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor laser module according to a first embodiment.
【図2】第1の実施例のレーザビーム走査装置の斜視図
である。FIG. 2 is a perspective view of the laser beam scanning device according to the first embodiment.
【図3】第1の実施例の走査光学系の側面図である。FIG. 3 is a side view of the scanning optical system according to the first embodiment.
【図4】第2の実施例のレーザビーム走査装置の斜視図
である。FIG. 4 is a perspective view of a laser beam scanning device according to a second embodiment.
【図5】半導体レーザの特性説明図である。FIG. 5 is a diagram illustrating characteristics of a semiconductor laser.
【図6】半導体レーザの特性説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of characteristics of a semiconductor laser.
【図7】半導体レーザの特性説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of characteristics of a semiconductor laser.
11 半導体レーザ 12 収束レンズ 13 ピンホールアパーチャ 20 走査光学系(ビーム走査手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Semiconductor laser 12 Convergent lens 13 Pinhole aperture 20 Scanning optical system (beam scanning means)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大川 正徳 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 高島 裕一郎 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−316819(JP,A) 特開 昭61−175617(JP,A) 特開 平3−15808(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 26/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masanori Okawa 1015 Uedanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Inventor Yuichiro Takashima 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Fujitsu Limited ( 56) References JP-A-63-316819 (JP, A) JP-A-61-175617 (JP, A) JP-A-3-15808 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , (DB name) G02B 26/10
Claims (1)
ムウェスト位置と水平振動方向のビームウェスト位置と
を独立して制御するために、上記レーザビームの水平振
動方向に向けて配置された軸を中心にして上記レーザビ
ームの垂直振動方向に傾き自在に、上記半導体レーザの
レーザビーム射出端の近傍に配置された収束レンズと、 上記収束レンズを駆動して上記収束レンズの傾き角度を
調節する駆動源と、 上記収束レンズを通過したレーザビームの外径を規制し
て整形するアパーチャとを備えたことを特徴とする半導
体レーザモジュール。A semiconductor laser for emitting a laser beam; and a laser beam for converging the laser beam and independently controlling a beam waist position in a vertical vibration direction and a beam waist position in a horizontal vibration direction. Driving the converging lens disposed near the laser beam emitting end of the semiconductor laser so as to be tiltable in the vertical vibration direction of the laser beam about an axis disposed toward the horizontal vibration direction of the laser beam; A drive source for adjusting the inclination angle of the convergent lens, and regulating the outer diameter of the laser beam passing through the convergent lens.
Semiconductors, characterized in that it comprises an aperture for shaping Te
Body laser module .
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JP18424992A JP3181381B2 (en) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | Semiconductor laser module |
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JP18424992A JP3181381B2 (en) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | Semiconductor laser module |
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