JPS63767B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は半導体レーザ光学系、特に複数個の半
導体レーザからの複数光束を偏光ビームスプリツ
ターで重ね合せた光源装置を有する半導体レーザ
光学系に関するものである。 １個の半導体レーザによつて十分な光量が得ら
れない場合、複数個の半導体レーザからの光束を
ビームスプリツターによつて重ね合せ必要な光量
を得る方法が考えられる。この際、重ね合せによ
る光量ロス、及び半導体レーザからの光が偏光し
た光である点を考慮した場合、ビームスプリツタ
ーは偏光ビームスプリツターであることが望まれ
る。この場合、複数個の半導体レーザはその発光
面が偏光ビームスプリツターに対して光学的に直
交した関係に配置されなければならない。 しかしながら、この場合、半導体レーザの発光
特性によつて次の様な問題が生じる。 まず、半導体レーザの発光特性を第１図を使用
して説明する。 第１図に示す如く一般に半導体レーザー１の発
光面２は細長い形状を成す。従つてこれにより光
の配向特性は発光面２の長辺方向と短辺方向とで
異なる。座標系を図の如く構成すれば、短辺方向
の配向角（θy）の方が長辺方向の配向角（θx）
よりも一般的に大きい（θy＞θx）。従つてこれに
よるFar Field Pattern（Ｚ軸の遠方に立てたつ
いたてに出来るパターン）は一様な円形状とはな
らずｙ方向に伸びたスリツト状のパターンを呈
す。 従つて偏光ビームスプリツターに対して夫々の
発光面が直交した関係にある半導体レーザからの
光をコリメータレンズによりコリメートし偏光ビ
ームスプリツターへ入射させ合成した場合、合成
された光ビームの断面のパターンは第２図に示さ
れる様なものとなり、重なり合つた部分３は面積
的に少い。 この様な場合全光束を偏向器、結像レンズへ入
射させ、結像された像は回折の影響により広がつ
たスポツトとなる。即ち２個の半導体レーザより
出た光は、インコヒーレント的に加え合わせら
れ、しかも個々の半導体レーザから出た光の結像
レンズへ入射するフアーフイールドパターンがス
リツト状の断面を示す強度分布を成すためスリツ
ト状の短辺に相当する方向の回折の影響が大きく
出て、その方向の結像レンズによる結像パターン
は広がつたものとなつてしまう。 従つて２個の半導体レーザからの光をインコヒ
ーレントに合成した場合、その結果得られる結像
パターンは両方向（ｘ、ｙの両方向）共、広がつ
たスポツトとなりこの光源をレーザプリンターに
使用した場合記録表示での解像力の低下をもたら
す。 この解像力の低下を防止するには、夫々の半導
体レーザの発光面の狭い配向特性方向のビーム径
を拡大する必要が有る。しかしながら、この場
合、偏光ビームスプリツター以後の光路中に半導
体レーザの発光面の狭い配向特性方向のビーム径
を拡大する光学系を配することは不能である。何
故なら、一方の光束の断面形状を好ましい断面形
状に変換した場合、他方の光束の断面形状が更に
好ましくない形状になつてしまうからである。 従つて、本発明の半導体レーザ光学系に於いて
は半導体レーザと偏光ビームスプリツターの間に
半導体レーザの発光面の狭い配向特性方向のビー
ム径を拡大するアナモフイツクアフオーカル光学
系が配置されている。 以下本発明の実施例をレーザビームプリンター
に適用した例を使用して説明する。 第３図はレーザビームプリンターの光学配置図
でコンピユーターからの変調信号によつて制御さ
れている半導体レーザ４，５より出た光をコリメ
ータレンズ６，７によりコリメートし、シリンド
リカルビームエクスパンダー８，９によりビーム
の一方向の巾を広げる。図中半導体レーザ５の発
光面の長辺方向（ｐ−ｎ junctionと平行方向）
は紙面に平行な方向（ｘ軸方向）にあり、シリン
ドリカル・ビームエクスパンダー９はその母線方
向が紙面に垂直な方向（ｙ軸方向）にある。即ち
そのパワー（屈折力）が半導体レーザの矩形の発
光面の長辺方向のみ有する如く配置されている。
一方半導体レーザ４の発光面は長辺方向が紙面に
垂直な方向（ｙ軸方向）にあり、シリンドリカ
ル・ビームエクスパンダー８はその母線方向が紙
面と同一平面内（ｚ方向）にある。 こうして出てきた各光ビームは偏光ビームスプ
リツター１０により合成される。 一般に半導体レーザの偏光方向は発光面の長辺
方向（Junction方向）に電場ベクトルが向いてい
る。 従つて、偏光ビーム・スプリツター１０へ入射
する光ビームは半導体レーザ５より出たものは、
紙面に平行方向（ｘ方向）、半導体レーザ４より
出たものは紙面に垂直な方向（ｙ方向）に偏光し
ている。従つて偏光ビームスプリツター１０の作
用は、第２図の如き構成では半導体レーザ５の光
ビームを完全に透過させ、半導体レーザ４の光ビ
ームを完全に反射させる様なものが要求される。
これは偏光ビームスプリツターの接合面をＳ成分
反射・Ｐ成分透過となる様な膜構成をすれば、ほ
ぼ実現される。 この様にして合成された光ビームＡは、例えば
ガルバーミラーやポリゴン・ミラー等より成る偏
向器１１へ入射する事により偏向され、結像レン
ズ１２により記録画１３上に結像され走査され
る。 以上の如くして２ケの半導体レーザの強度を重
ね合わせる事が出来るわけであるが有効な重ね合
わせを行うためのシリンドリカル・ビームエクス
パンダー８，９の作用を以下に示す。 シリンドリカル・ビーム・エクスパンダー、
８，９は半導体レーザの発光面の長辺方向に対す
る狭い配向特性方向（第１図のθx）に作用して
光ビームをエクスパンドする事により第２図の重
り合つた部分３を第４図の様に重なり合つた部分
３の大きな光ビームとして得る事ができる。この
様にして得られた光ビームは直接そのまま偏向器
や結像レンズに入れてもよく、更に、ビーム・エ
クスパンダーでビーム径を拡大して（適当なビー
ム径に直して）偏向器や結像レンズへ入れてもよ
い。いずれにせよ、有効な重なり部分は増大し、
エネルギーを有効に用いる事ができる。 シリンドリカル・ビーム・エクスパンダーを用
いる利点の第２点は光学系の結像倍率の点にもあ
る。 即ち、全系の光学系の構成を見た場合、半導体
レーザの発光面と記録画とは途中の光学系に関し
て、共役関係を成す。 そこで、半導体レーザの発光がマルチモード
で、発光面の長辺方向に対して、インコヒーレン
トな発光である場合、発光面の形状をそのまま記
録画上に像として作る事になり、記録画上での光
スポツトとしては、細長いスポツトと成る。これ
は円形のスポツトで走査せねばならない場合には
大きな障害となる。 シリンドリカル・ビーム・エクスパンダーはこ
の発光面の形状をｘ、ｙ方向で独立に結像倍率を
取る事により、半導体レーザの発光面の長辺方向
に対しては、短辺方向の結像倍率よりも小さいた
め円形に近くなる。半導体レーザがマルチ・モー
ド発振をした場合にも有利である。 以上の構成により２ケの半導体レーザの強度の
効果的な重ね合わせが出来たものである。シリン
ドリカル・ビーム・エクスパンダーとしては、例
えば第５図に示される如く、凹レンズと凸レンズ
より構成されたもので凹レンズの焦点距離をf₁凸
レンズの焦点距離をf₂とし、間隔をｄとするとf₂
＝ｄ−f₁（f₁＜ｏ）をみたすものでよい。 尚第３図中レンズ１４及び光検出器１５は合成
された光ビームが完全に同軸になつたか否かのモ
ニターに関するものである。即ち偏光ビームスプ
リツター１０は100％完全なものは出来ず大低0.1
％〜10％位のもれを生ずるのが普通である。且つ
半導体レーザの偏光度も我々の測定では30：１位
で約３％位のもれの光を生ずる。その様なもれの
光をレンズ１４により結像し検出器１５でモニタ
ーする事により軸合わせが可能である。検出器１
５は、例えばITVカメラでもよいし、ポジシヨ
ン・デイテクターでもよい。ITVカメラの場合
は、撮像管上にスポツトを結ばせモニターで見
て、２つのスポツトが一致する様に一方の半導体
レーザを回転するか、偏光ビームスプリツターを
回転させる事が必要である。ポジシヨンデイテク
ターの場合は２個の半導体レーザを時間的に分割
して発光させ個々の出力を同じになる様に同様の
調整を行えばよい。 次に偏光ビームスプリツターとしては偏光のＰ
成分を通過させ、ｓ成分を反射させるものの構成
を第一表に示す。ZnSとMgF₂の交互層で７層で
構成したもので両側をガラスで挾み45゜で入射せ
る様に設計されている。 第６図はこの偏光ビームスプリツターの計算上
の特性を示すものである。

【表】 半導体レーザが近赤外光の発光をするためその
波長に合わせてある。 第７図は偏光ビームスプリツターの１例として
ウオラストンプリズムを用いた例である。 ウオラストン・プリズムとは自然光を入射させ
ると、異つた角度に互いに直交する偏光成分に分
離して出射する作用を有す。従つて異つた特定の
角度から互いに直交する偏光成分の光を２つ入射
させると、それらは合成された強度で同一の方向
へ出射する。 これを具体的に説明すると、半導体レーザ４，
５とは互いに直交する偏光方向となる様に配置さ
れコリメータ・レンズ６，７により各々コリメー
トされた後、シリンドリカル・ビーム・エクスパ
ンダー８，９により、前述の如く一方向にビーム
径を広げ、ウオラストンプリズム１６へ入射す
る。この２つの光のウオラストンプリズムへの入
射角が適当な角度であれば、ウオラストンプリズ
ムからの出射角は両者ともに一致し、共軸となり
光の強度の合成が行なわれる。 かかる効果は、ウオラストン・プリズム以外の
プリズム、例えば、ニコルのプリズム、トンプソ
ン・グレーズブルクプリズム・ロツシヨンプリズ
ム、サバール板等でも有効である。 本発明は以上の様にして偏光を用いて強度の効
率的な合成を可能としたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体レーザの発光特性を説明する
図、第２図は偏光ビームスプリツターで２つの半
導体レーザからの光を重ね合わせた状態を示す
図、第３図は本発明の半導体レーザ光学系をレー
ザビームプリンターに適用した光学配置図、第４
図は第３図の光学系に於ける２つの半導体レーザ
からの光を偏光ビームスプリツターで重ね合せた
状態を示す図、第５図は第３図のアナモフイツク
アフオーカル光学系の１例を示す図、第６図は第
１表の偏光ビームスプリツターの波長透過率分布
を示す図、第７図はウオーラストンプリズムを適
用した例を示す図である。 図中、４，５は半導体レーザ、６，７はコリメ
ータレンズ、８，９はアナモフイツクアフオーカ
ルコンバーター、１０は偏光ビームスプリツタ
ー、１１は走査器、１２は結像レンズ、１３は感
光材である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の半導体レーザからの光束と第２の半導
   体レーザからの光束をビームスプリツターにより
   合成して前記両光束を同一方向に導く光源装置
   と、該光源装置からの光束を集光する結像光学系
   を備えた半導体レーザ光学系に於いて、 前記ビームスプリツターは偏光ビームスプリツ
   タであり、前記第１の半導体レーザと第２の半導
   体レーザは偏光ビームスプリツターに関してそれ
   等の発光面が光学的に直交の関係になるように配
   され、更に前記各々の半導体レーザと偏光ビーム
   スプリツターとの間には、半導体レーザの発光面
   の狭い配向特性方向のビーム径を拡大するアナモ
   フイツクアフオーカル光学系が配されており、前
   記合成された第１の半導体レーザからの光束と第
   ２の半導体レーザからの光束の重なり度を増たこ
   とを特徴とする半導体レーザ光学系。