JPH0758821B2 - 半導体レーザ光学系 - Google Patents

半導体レーザ光学系

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JPH0758821B2
JPH0758821B2 JP61196352A JP19635286A JPH0758821B2 JP H0758821 B2 JPH0758821 B2 JP H0758821B2 JP 61196352 A JP61196352 A JP 61196352A JP 19635286 A JP19635286 A JP 19635286A JP H0758821 B2 JPH0758821 B2 JP H0758821B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の分野) 本発明は半導体レーザを備えた半導体レーザ光学系に関
し、特に詳細には発振された光を広い出力範囲に亘って
小さなスポット径に集束させることの可能な半導体レー
ザ光学系に関するものである。
(従来の技術) 従来より半導体レーザは、各種走査記録装置および走査
読取装置における走査光発生手段等として用いられてい
る。この半導体レーザは、ガスレーザ等に比べて小型、
安価で消費電力も少なく、また駆動電流をコントロール
することによって出力を変化させる、いわゆるアナログ
直接変調が可能である等、種々の長所を有している。特
にこの半導体レーザを前記走査記録装置において用いた
場合には画像情報に応じて発せられる信号により上記直
接変調を行なえばよいので、極めて便利である。
ところで、上記半導体レーザから発せられる光には、レ
ーザ発振光と自然発光領域の光の2つがあることが知ら
れている。以下第6図を参照して半導体レーザに印加さ
れる電流とレーザ発振光および自然発光領域の光の関係
について説明する。
図示のグラフのうち、線aは駆動電流と自然発光領域の
光(以下、自然発光光と称する)の出力の関係を示し、
線bは駆動電流とレーザ発振光の出力の関係を示すもの
である。グラフに示されるように、半導体レーザに電流
を印加した場合に、電流が閾値電流I0を越えるまではレ
ーザ発振光は出力されず、自然発光光のみが出力する。
自然発光光は駆動電流が増加するにつれて少しずつその
出力を増していくが、電流の閾値I0を越えてレーザ発振
光が出力され、レーザ発振光の出力が大きくなると発光
光全体に占める割合はわずかとなり、実質的にレーザ発
振光のみが出力されるようになる。自然発光光とレーザ
発振光を合わせた、半導体レーザから発せられる総光量
と電流の量の関係は曲線cで表わされる。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、本出願人により既に提案されている、蓄積性
蛍光体シートを利用して放射線画像情報の記録、読取
り、再生を行なう放射線画像情報記録再生システム(特
開昭55−12429号,同55−116340号,同55−163472号,
同56−11395号,同56−104645号など)においては、再
生すべき画像情報の濃度の高低の幅が広いため、この画
像情報を記録材料に再生する記録光は1:100〜1000とい
う広いダイナミックレンジで変調される必要がある。こ
のため、上記放射線画像を再生する記録装置の上記記録
光の光源等として半導体レーザをアナログ直接変調して
用いる場合には、自然発光光の影響の大きい低出力領域
の光も使用する必要が生じる。しかしながら、上記自然
発光光はレーザ発振光に比べ種々の角度成分が混在して
おり、また例えば縦マルチモードの半導体レーザの場合
でレーザ発振光がそのスペクトル成分が役2nmの範囲で
あるのに対し、約40nmに亘るスペクトル成分を有してい
るため、集束レンズにより集束した際に、レーザ発振光
ほど小さなスポット径に集束させることができないとい
う不都合がある。このためレーザ発振光が支配的な高出
力領域の光とともに、自然発光光が支配的な低出力領域
の光も用いた場合には、走査の空間分解能が損われてし
まうといった問題が生じる。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、半導体レーザを備
えてなる光学系において、自然発光光についても小さな
スポット径に集束させることにより、低出力領域におい
ても光のスポット径を小さくすることのできる半導体レ
ーザ光学系を提供することを目的とするものである。
(問題点を解決するための手段) 本出願人は上記目的を達成するべく鋭意研究を重ねた結
果、半導体レーザから射出された後に平行光とされた光
の光路上に、該光(レーザ発振光および自然発光光)の
中央部分の光のみを通過させる開口を有する光量調整板
を設ければ自然発光光についてもその集束スポット径を
従来に比べ格段に小さくすることができることを見出し
た。また上記光量調整板はその開口の大きさを小さくし
て、通過する光の光量を少なくする程、自然発光光の集
束スポット径をより小さくすることができることが分っ
た。なお開口の大きさを小さくしていくと自然発光光の
集束スポット径は小さくしていくことができるが、光量
調整板を通過する光の光量が常に少なくなるため、開口
の大きさは許容される集束スポット径の範囲と、必要な
光量に応じて決定する必要がある。
このようにして導き出された本発明の半導体レーザ光学
系は、半導体レーザから射出された光を平行光化するコ
リメータレンズと、そこを経た光を集束させる集束レン
ズとを備えるとともに、上記コリメータレンズにより略
平行光となった光の光路上に、上記のように光の中央部
分の光のみを通過させる開口を有する光量調整板を備
え、この光量調整板の開口の縦横それぞれの大きさが、
レーザ発振光の放射角度に応じた強度分布における最大
強度Lから該最大強度の1/2の強度L/2までの範囲にある
光を通過させる開口の大きさを1とした場合に0.2〜1.5
であって、自然発光領域の光の、レーザ発振光に対する
相対集束スポット径が1.6以下であることを特徴とする
ものである。
(作用) 周知のように半導体レーザから発せられる光のうちレー
ザ発振光は、所定の角度範囲に亘って広がる、ビーム形
状が楕円形の光であるため、このレーザ発振光の通過光
量値を基準とすれば光量調整板の開口の大きさを決める
ことができる。また開口の大きさが前記0.2である場合
には、後に詳述するようにレーザ発振光の光量調整板通
過率が20%となり、開口の大きさが前記1.5である場合
には、レーザ発振光の集束スポット径を1とした場合の
自然発光領域の光の相対集束スポット径は1.6となりま
たその際の上記通過率は100%に近いものとなる。従っ
て本発明の光学系によれば半導体レーザから発せられる
光の20%以上を用いて常に自然発光光のレーザ発振光に
対する相対スポット径が1.6以下となるようにすること
ができる。
(実 施 例) 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。
第1図は本発明の一実施例による半導体レーザ光学系を
示す側面図である。
半導体レーザ1は、電流を印加されることにより、この
電流量に応じた発光量の光1Aを発し、半導体レーザ1か
ら発振された光1Aは光路上に設けられたコリメータレン
ズ2に入射して平行光とされた後、中央部に開口3aを有
し、半導体レーザ1から発せられた光1Aのうち、光束の
中央部分の光1A′のみを通過させる光量調整板3に入射
する。
前記半導体レーザ1は、印加される電流に応じて前述し
たレーザ発振光と自然発光光の2種類の光を発し、この
うちレーザ発振光は、第2図に示すように所定の放射角
度範囲内において一定の強度分布を示すものであり、放
射角度範囲の中心の強度が最大強度Lとなる。なおレー
ザ発振光はその縦と横とで広がり角の異なる断面形状が
楕円形の光であり、曲線lは縦方向と横方向とで勾配が
異なったものとなる。一方、自然発光光はレーザ発振光
とは異なり、種々の角度成分を有し、レーザ発振光が射
出されない方向にも射出される。
前記光量調整板3の開口3aは、縦横共にその大きさが、
第2図に示す強度分布における最大強度Lから最大強度
の1/2の強度L/2までの範囲にあるレーザ発振光を通過さ
せる開口の大きさを1とした場合に0.2〜1.5の範囲内に
あるように形成されている。開口3aの具体的な形状は、
通過させる光束中央部の光の光量を上記範囲内にあるよ
うにすることのできるものであれば、任意に形成してよ
く、例えば第3図(a)に示すような長方形であっても
よいし、第3図(b)に示すような楕円形であってもよ
い。
上記のように光量調整板3を通過した光は光路上に設け
られた集束レンズ4に入射して所定の集束位置Pにおい
て集束せしめられる。半導体レーザ1から射出された光
の光路上に前記光量調整板3が設けられていない場合に
は、半導体レーザ1の出力と、集束スポット径との関係
は第5図に実線で示すものとなる。なお、第5図の縦軸
は、実質的にレーザ発振光のみが出力される、出力が3m
Wの際のスポット径を1とした相対集束スポット径であ
る。このように光量調整板を設けない場合には自然発光
光のみ、もしくは自然発光光が支配的な低出力領域の光
の集束スポット径は極めて大きいものとなってしまう
が、本実施例の光学系においては上記光量調整板3の作
用により、低出力領域の光のスポット径を小さくするこ
とができる。光量調整板3を用いた場合の、光量調整板
の開口3の大きさと、半導体レーザの出力が3mWである
場合の集束スポット径d0に対する自然発光光が支配的な
半導体レーザの出力が0.02mWである場合の集束スポット
径dの相対値d/d0との関係は第4図に実線で示すように
なる。なお、第4図に示す開口幅の値は前述した基準量
を1とした場合の値となっている。第4図から分かるよ
うに、開口幅が小さくなるほど相対集束スポット径は小
さくなり、開口幅が1.5以下であれば相対集束スポット
径は1.6以下となり、従来に比べて効果をあげることが
できる。
また、開口が小さくなるにつれて光量調整板を通過する
光の割合は減少する。開口の大きさと、レーザ発振光が
支配的な出力領域における光量調整板に入射する光全体
に対する光量調整板を通過する光の割合との関係は第4
図に一点鎖線で示すようになる。第4図から明らかなよ
うに開口幅が0.2以上であれば光量調整板の通過率は20
%以上となり用途に応じて許容できる範囲となる。な
お、開口幅の値は縦横で異なっていてもよく、縦横共に
0.2〜1.5の範囲内にあれば、使用される低出力範囲およ
び必要なビーム集束精度に応じて任意に設定してよい。
一例として前記光量調整板3の開口3aの大きさを縦横と
もに0.5とし、半導体レーザの出力と、出力3mWの場合の
集束スポット径に対する相対集束スポット径との関係を
調べたところ、第5図に破線で示す結果となり、低出力
領域においても集束スポット径を従来より格段に小さく
することができた。
なお、上記実施例においては光量調整板3はコリメータ
レンズ2と集束レンズ4の間に配されているが、光量調
整板は半導体レーザ1から集束位置Pの間の光の光路上
のどの位置に配されてもよい。また光量調整板3をコリ
メータレンズ2または集束レンズ4の内部に入れること
も可能である。また開口の大きさは、前述のように縦横
共に0.2〜1.5の範囲にある必要があるが、光量調整板の
配される位置によって上記範囲を満たす開口の大きさの
絶対値の範囲は変化するものであることは言うまでもな
い。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明の半導体レーザ光学系にお
いては、半導体レーザから射出された後に略平行光とさ
れた光の光路上に、開口を有する光量調整板を設けたこ
とにより自然発光光が支配的な低出力領域の光について
も小さなスポット径に集束させることができる。従って
従来よりも広い出力範囲に亘って、発振された光を十分
に小さいスポット径に集束させることができ、広いダイ
ナミックレンジで光を変調し、かつ高精度な走査を行な
う必要がある走査記録装置においても走査光発振手段と
して好適に用いることができる。
また光量調整板を設けることにより、光束が細くなるの
で焦点深度が深くなるという効果、およびレーザ発振光
の拡がりに若干のバラつきがある場合にもその影響を回
避して集束スポット径を常に一定にできるという効果も
奏する。さらに光量調整板は極めて容易かつ安価に製造
することが可能であり、また位置決めについても許容さ
れる範囲が比較的広いので設置が容易であるといった利
点も有しており、かかる光量調整板を備えた本発明の光
学系の実用上の価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による半導体レーザ光学系を
示す側面図、 第2図はレーザ発振光の放射角度に応じた強度分布を示
すグラフ、 第3図(a),(b)は光量調整板の開口の形状の例を
示す概略図、 第4図は光量調整板の開口幅と、相対集束スポット径お
よび光の光量調整板通過率の関係を示すグラフ、 第5図は光量調整板を設けた場合の光出力と集束スポッ
ト径の関係を、光量調整板が設けられない場合と比較し
て示すグラフ、 第6図は半導体レーザの駆動電流と、自然発光光および
レーザ発振光の出力の関係を示すグラフである。 1……半導体レーザ、2……コリメータレンズ 3……光量調整板、3a……開口 4……集束レンズ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】印加される電流に応じて自然発光領域の光
    およびレーザ発振光を発する半導体レーザと、 該半導体レーザから射出された光を平行光化するコリメ
    ータレンズ、 このコリメータレンズを経た光の光路上に設けられた集
    束レンズ、 および前記コリメータレンズにより略平行光となった光
    の中央部分の光のみを通過させる開口を有する光量調整
    板からなり、 前記開口の縦横それぞれの大きさが、前記レーザ発振光
    の放射角度に応じた強度分布における最大強度Lから該
    最大強度の1/2の強度L/2までの範囲にある光を通過させ
    る開口の大きさを1とした場合に0.2〜1.5であり、 前記自然発光領域の光の、前記レーザ発振光に対する相
    対集束スポット径が1.6以下であることを特徴とする半
    導体レーザ光学系。
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