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技術 光源装置

出願人 ノーリツ鋼機株式会社
発明者 石井智之横尾雅一眞野晃造
出願日 2004年4月8日 (15年4ヶ月経過) 出願番号 2004-113733
公開日 2005年10月27日 (13年9ヶ月経過) 公開番号 2005-300699
状態 未査定
技術分野 ライトガイドの光学的結合 ライトガイドの光学的結合 光偏向、復調、非線型光学、光学的論理素子 半導体レーザ 半導体レーザ
主要キーワード メモリーリーダ 封止エリア 熱電冷却装置 赤外吸収フィルタ 搬送列 取付け溝 レーザ筐体 変調対象
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

光源装置の動作をより一層安定化させる。

解決手段

半導体レーザ素子31と、その半導体レーザ素子31の出射レーザ光の第2高調波を生成する第2高調波発生素子41と、その第2高調波発生素子41の出射光コリメート又は集光する第1レンズ43と、半導体レーザ素子31の駆動電流調整用光センサと、前記第1レンズ43の通過光の一部を前記光センサに向けて分岐させるビームスプリッタ52と、そのビームスプリッタ52を通過した光を集光する第2レンズ61とが設けられている光源装置において、前記半導体レーザ素子31、前記第2高調波発生素子41、前記第1レンズ43、前記光センサ及び前記ビームスプリッタ52を収納する筐体CSが設けられ、前記筐体CSの側壁に、光線通過用の開口を封止する状態で前記第2レンズ61が取付けられている。

概要

背景

かかる光源装置は、半導体レーザ素子出射レーザ光波長の1/2の波長の第2高調波を第2高調波発生素子にて生成して取り出す装置である。
第2高調波発生素子による入射レーザ光から第2高調波への変換効率は、入射レーザ光の波長及び第2高調波発生素子の温度に大きく依存し、又、半導体レーザ素子の発光波長動作温度に大きく依存する。
このため、一般的に、半導体レーザ素子及び第2高調波発生素子の双方を温度制御して使用することで、第2高調波発生素子の不安定な出力変動を抑制している。
更に、下記特許文献1に記載のように、半導体レーザ素子や第2高調波発生素子等を気密封止して、雰囲気温度の安定化や湿気侵入防止を図って、光源装置の動作を安定化させることが考えられている。
特開2001−318396号公報

概要

光源装置の動作をより一層安定化させる。半導体レーザ素子31と、その半導体レーザ素子31の出射レーザ光の第2高調波を生成する第2高調波発生素子41と、その第2高調波発生素子41の出射光コリメート又は集光する第1レンズ43と、半導体レーザ素子31の駆動電流調整用光センサと、前記第1レンズ43の通過光の一部を前記光センサに向けて分岐させるビームスプリッタ52と、そのビームスプリッタ52を通過した光を集光する第2レンズ61とが設けられている光源装置において、前記半導体レーザ素子31、前記第2高調波発生素子41、前記第1レンズ43、前記光センサ及び前記ビームスプリッタ52を収納する筐体CSが設けられ、前記筐体CSの側壁に、光線通過用の開口を封止する状態で前記第2レンズ61が取付けられている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

半導体レーザ素子と、その半導体レーザ素子の出射レーザ光の第2高調波を生成する第2高調波発生素子と、その第2高調波発生素子の出射光コリメート又は集光する第1レンズと、半導体レーザ素子の駆動電流調整用光センサと、前記第1レンズの通過光の一部を前記光センサに向けて分岐させるビームスプリッタと、そのビームスプリッタを通過した光を集光する第2レンズとが設けられている光源装置であって、前記半導体レーザ素子、前記第2高調波発生素子、前記第1レンズ、前記光センサ及び前記ビームスプリッタを収納する筐体が設けられ、前記筐体の側壁に、光線通過用の開口を封止する状態で前記第2レンズが取付けられて構成されている光源装置。

請求項2

前記第2レンズの出射光を音響光学変調素子入射させるように構成されている請求項1記載の光源装置。

請求項3

前記筐体は、前記半導体レーザ素子、前記第2高調波発生素子、前記第1レンズ、前記光センサ及び前記ビームスプリッタを支持するベース板と、封止状態でそれらを覆うカバー体とによって構成され、前記カバー体の側壁に前記第2レンズが取付けられて構成されている請求項1又は2記載の光源装置。

技術分野

0001

本発明は、半導体レーザ素子と、その半導体レーザ素子の出射レーザ光の第2高調波を生成する第2高調波発生素子と、その第2高調波発生素子の出射光コリメート又は集光する第1レンズと、半導体レーザ素子の駆動電流調整用光センサと、前記第1レンズの通過光の一部を前記光センサに向けて分岐させるビームスプリッタと、そのビームスプリッタを通過した光を集光する第2レンズとが設けられている光源装置に関する。

背景技術

0002

かかる光源装置は、半導体レーザ素子の出射レーザ光の波長の1/2の波長の第2高調波を第2高調波発生素子にて生成して取り出す装置である。
第2高調波発生素子による入射レーザ光から第2高調波への変換効率は、入射レーザ光の波長及び第2高調波発生素子の温度に大きく依存し、又、半導体レーザ素子の発光波長動作温度に大きく依存する。
このため、一般的に、半導体レーザ素子及び第2高調波発生素子の双方を温度制御して使用することで、第2高調波発生素子の不安定な出力変動を抑制している。
更に、下記特許文献1に記載のように、半導体レーザ素子や第2高調波発生素子等を気密封止して、雰囲気温度の安定化や湿気侵入防止を図って、光源装置の動作を安定化させることが考えられている。
特開2001−318396号公報

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、光源装置の用途によっては、さらに高精度に光源装置の動作を安定化させることを要求されるようになって来た。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、光源装置の動作をより一層安定化させる点にある。

課題を解決するための手段

0004

本出願の第1の発明は、半導体レーザ素子と、その半導体レーザ素子の出射レーザ光の第2高調波を生成する第2高調波発生素子と、その第2高調波発生素子の出射光をコリメート又は集光する第1レンズと、半導体レーザ素子の駆動電流調整用の光センサと、前記第1レンズの通過光の一部を前記光センサに向けて分岐させるビームスプリッタと、そのビームスプリッタを通過した光を集光する第2レンズとが設けられている光源装置において、前記半導体レーザ素子、前記第2高調波発生素子、前記第1レンズ、前記光センサ及び前記ビームスプリッタを収納する筐体が設けられ、前記筐体の側壁に、光線通過用の開口を封止する状態で前記第2レンズが取付けられて構成されている。

0005

すなわち、筐体にて封止するエリアを、半導体レーザ素子の駆動電流を調整するために備えられる光センサとその光センサに向けて光線を分岐するためのビームスプリッタにまで拡げて、半導体レーザ素子の駆動電流の調整のために使用する光センサも含めて安定した共通の雰囲気温度環境に置くことで、半導体レーザ素子の出射光強度設定の基となる部分についても安定化している。
しかも、単に筐体による封止エリアを拡げるだけでは光源装置の装置構成が複雑化してしまうところを、後段光学系の事情により集光レンズが必要となる場合において、その集光レンズ(前記第2レンズ)を、筐体の側壁に、光線通過用の開口を封止する状態で取付けることで、筐体を前記第2レンズの支持構成に兼用して可及的に構成の簡素化を図っている。

0006

又、本出願の第2の発明は、上記第1の発明の構成に加えて、前記第2レンズの出射光を音響光学変調素子入射させるように構成されている。
音響光学変調素子は一般に受光開口が小さく、集光レンズにて集光して変調対象光ビームを入射させる。
この音響光学変調素子に向けて光ビームを集光する集光レンズとして、光源装置の前記第2レンズを使用しているのである。

0007

又、本出願の第3の発明は、上記第1又は第2の発明の構成に加えて、前記筐体は、前記半導体レーザ素子、前記第2高調波発生素子、前記第1レンズ、前記光センサ及び前記ビームスプリッタを支持するベース板と、封止状態でそれらを覆うカバー体とによって構成され、前記カバー体の側壁に前記第2レンズが取付けられて構成されている。
すなわち、ベース板上に各部品を配置し、それをカバー体で覆う形態として、光学系の組み立て配置を容易に行えるようにしながら、そのカバー体を前記第2レンズの支持部材として兼用するのである。

発明の効果

0008

上記第1の発明によれば、筐体を前記第2レンズの支持構成に兼用して可及的に構成の簡素化を図りながら、前記第2レンズの半導体レーザ素子の駆動電流の調整のために使用する光センサも含めて安定した共通の雰囲気温度環境に置くことで、半導体レーザ素子の出射光強度設定の基となる部分についても安定化して、光源装置の動作をより一層安定化させることができる。
又、上記第2の発明によれば、音響光学変調素子へ供給するための光ビームを整形する集光レンズ(前記第2レンズ)を、簡素な構成で光源装置に備えることができる。
又、上記第3の発明によれば、光学系の組み立て配置を容易に行えるようにしながら、装置構成の簡素化を図ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0009

以下、本発明の光源装置を写真プリントシステムにおける露光用光源として備えた場合の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態で例示する写真プリントシステムDPは、いわゆるデジタルミニラボ機として知られているものであり、図7ブロック構成図に示すように、各種の画像データ入力機器から写真プリントを作製するための画像データを入力する画像入力装置IRと、画像入力装置IRにて入力した画像データに基づいて印画紙2に露光処理する露光現像装置EPとから構成されている。

0010

〔画像入力装置IRの概略構成
画像入力装置IRには、図7に概略的に示すように、写真フィルム駒画像を読み取ってデジタル画像データとして出力するフィルムスキャナ3と、メモリーリーダMOドライブ及びCD−Rドライブ等の画像データ入力機器を備えた外部入出力装置4と、パーソナルコンピュータにて構成されてフィルムスキャナ3や外部入出力装置4の制御のほか写真プリントシステムDP全体の管理を実行する主制御装置5とが備えられ、更に、主制御装置5には、仕上がりプリント画像をシミュレートしたシミュレート画像や各種の制御用の情報を表示するモニタ5aと、露光条件手動設定等や制御情報入力操作をするための操作卓5bとが接続されている。

0011

〔露光・現像装置EPの全体構成〕
露光・現像装置EPは、筐体内部に、画像露光装置EXと、画像露光装置EXにて露光された印画紙2を現像処理する現像処理装置PPと、印画紙マガジン6から引き出された印画紙2を多数の搬送ローラ9等にて現像処理装置PPへ搬送する印画紙搬送系PTとが設けられている。
図示を省略するが、露光・現像装置EPの筐体外部には、現像処理装置PPにて現像処理及び乾燥処理された印画紙2をオーダ毎分類するためのソータが備えられ、現像処理装置PPの印画紙排出口から排出された印画紙2をこのソータへ搬送するコンベア10が筐体上面に備えられている。
更に、印画紙搬送系PTの搬送経路の途中には、印画紙マガジン6から引き出された長尺の印画紙2を設定プリントサイズに切断するカッタ11と、印画紙2の搬送列を複数の搬送列に振り分けるための振り分け装置12とが備えられている。

0012

〔画像露光装置EXの構成〕
画像露光装置EXは、印画紙2に画像を露光形成する露光ユニット13と、露光ユニット13を制御する露光制御装置14とを主要部として構成されている。
〔露光ユニット13の構成〕
露光ユニット13は、強度変調された光ビームを印画紙2上で走査して、印画紙2上に画像を露光形成するいわゆるレーザビーム露光式を採用しており、その概略構成を図6のブロック構成図に示す。
露光ユニット13には、赤色光源装置21と、緑色光源装置22と、青色光源装置23と、緑色光源装置22及び青色光源装置23から出射した光ビームを強度変調するための音響光学変調素子24(以下、「AOM素子24」と略記する)と、光ビームの光路屈曲させるミラー25と、球面レンズ26と、シリンドリカルレンズ27と、図示を省略するモータにて回転駆動されるポリゴンミラー28と、f−θ特性と面倒れ補正機能とを有するレンズ群29とが備えられている。

0013

〔光源装置21,22,23の構成〕
赤色光源装置21は、図示を省略するが、赤色半導体レーザ素子と赤色半導体レーザ素子の出射光を集光する集光レンズとが備えられ、緑色光源装置22及び青色光源装置23と異なり、半導体レーザ素子の駆動電流を直接変調することによって出射レーザビームを強度変調している。
緑色光源装置22と青色光源装置23とは基本的な構成は共通であり、これらの構成を緑色光源装置22によって代表して説明する。
緑色光源装置22は、図1の側面図並びに図4及び図5の斜視図に示すように、ベース板66とカバー体67とにより構成される筐体CS内に、近赤外半導体レーザ装置22aと、近赤外半導体レーザ装置22aの出射レーザ光の第2高調波を生成する第2高調波発生装置22bと、第2高調波発生装置22bの出射光から基本波の波長成分を吸収除去すると共にビームスプリッタとしての機能を有するフィルタユニット22cとが備えられている。
筐体CSの側壁(より具体的には、カバー体67の側壁)には、フィルタユニット22cを通過した第2高調波をAOM素子24の入射開口に向けて集光するレンズユニット22dが取付けられている。

0014

カバー体67は底面側が開放した直方体形状の箱体にて構成され、図1では、カバー体67の1側面を切り欠いた状態で示しており、図4では、カバー体67(2点鎖線で示す)を取外した状態を示しており、図5では、ベース板66にカバー体67を取付けた状態を示している。
近赤外半導体レーザ装置22a,第2高調波発生装置22b及びフィルタユニット22cは、支持板65上に取り付けられ、更に、その支持板65がベース板66上に取付けられている。カバー体67をベース板66に取付けた状態で、第2高調波発生装置22b及びフィルタユニット22cの光軸と、レンズユニット22dの光軸とが一致するように設定されている。

0015

近赤外半導体レーザ装置22aには、図1に示すように、レーザ筐体32に収納した半導体レーザ素子31と、レーザ筐体32の光出射開口側に取り付けられて光ファイバ36の光入射端を支持するファイバ支持部材33と、レーザ筐体32を支持するレーザ支持台34と、半導体レーザ素子31の温度調整をするための熱電冷却装置35とが備えられ、半導体レーザ素子31の出射光は、半導体レーザ素子31の光出射位置に正確に位置決めされた光ファイバ36にて第2高調波発生装置22bへと導かれる。
この光ファイバ36は、コアの部分において光軸方向に一定周期屈折率を変化させた、いわゆるファイバブラッググレーティングを形成しており、このファイバブラッググレーティングの作用によって半導体レーザ素子31の発光波長及び光出力を安定化している。

0016

第2高調波発生装置22bには、図1及び図4の斜視図に示すように、細長薄板状の第2高調波発生素子41と、光ファイバ36の光出射端近くを保持するファイバ支持部材42と、第2高調波発生素子41の光出射端面近傍に配置されて第2高調波発生素子41の出射光をコリメートする第1レンズ43と、第1レンズ43を支持するレンズ支持部材44とが備えられ、ファイバ支持部材42,第2高調波発生素子41及びレンズ支持部材44を共通の支持台45にて支持している。
支持台45は、更に、熱電冷却装置46に支持され、その熱電冷却装置46によって、第2高調波発生素子41を設定温度に保持する。熱電冷却装置46は、通電方向によって加熱及び冷却の双方が可能であるが、通常、第2高調波発生素子41は室温より高温側に温度設定される。

0017

第2高調波発生素子41は、光導波路型の第2高調波発生素子であり、図3の斜視図に示すように、その光導波路41aに周期分極反転構造41bが形成されている。この光導波路41aの光入射端に光ファイバ36の先端がファイバ支持部材42に支持された状態で位置決めされている。尚、図3は、光導波路41a及び周期分極反転構造41bの形成状態を分り易くするために、それらを模式的に示すものであり、実際の外形形状は、より細長い薄板状に形成されている。
本実施の形態では、第2高調波発生素子41の基板としてLiNbO3を用いており、光導波路41aはプロトン交換法等により形成し、周期分極反転構造41bは、電界印加法あるいはTi拡散法等で周期的に分極反転させることにより形成する。
第1レンズ43が取り付けられるレンズ支持部材44は、光軸と直交する水平軸と、光軸と直交する垂直軸との2軸で位置調整可能とするために2部材にて構成されている。

0018

フィルタユニット22cは、第2高調波発生素子41の出射光から基本波の波長成分を吸収除去する赤外吸収フィルタ51と、赤外吸収フィルタ51を通過した第2高調波の一部をフォトダイオード55へ分岐させるビームスプリッタ52と、赤外吸収フィルタ51及びビームスプリッタ52を支持する支持台53とが備えられている。
支持台53には、赤外吸収フィルタ51を通過した第2高調波をビームスプリッタへ向けて通過させるための入射側貫通孔53aと、ビームスプリッタ52で反射された第2高調波をフォトダイオード55へ向けて通過させるための反射側貫通孔53bとが形成されている。

0019

フォトダイオード55は、半導体レーザ素子31の駆動電流調整用の光センサPSとして設けられており、具体的には、第2高調波発生素子41から出射する第2高調波の波長成分の光出力が一定値となるようにAPC制御を行うのに利用される。
緑色光源装置22の実使用時において、ビームスプリッタ52で反射された第2高調波の一部をフォトダイオード55が検出すると、その検出信号は、図示を省略するAPC回路へ入力されて、そのAPC回路の制御により半導体レーザ素子31の駆動電流が調節される。

0020

レンズユニット22dは、図1に示すように、第2レンズ61と、第2レンズ61を支持するレンズホルダ62とによって構成されている。
レンズユニット22dの取付け箇所付近を側面視の部分断面図で示す図2のように、第2レンズ61は、レンズホルダ62の出射側開口62aを封止するように、接着剤にて固定されている。
レンズホルダ62は、カバー体67の側壁に形成される光線通過用の開口67aを覆うように、図示を省略するネジ等により固定されており、カバー体67とレンズホルダ62との間は、接着剤あるいはOリング等にて封止されている。
従って、光線通過用の開口67aを封止する状態で第2レンズ61が取付けられている。

0021

カバー体67の光線通過用の開口67aは、カバー体67の下端をベース板66の取付け溝66a(図4等を参照)にセットした状態で、フィルタユニット22cのビームスプリッタ52を通過した光の通過を妨げない位置及び大きさの円形開口として形成されている。
カバー体67とベース板66との間も、接着剤あるいは各種のシール材にて封止されている。
ベース板66及びカバー体67にて構成される筐体CSの内部には、窒素あるいは乾燥空気充填することが好ましい。

0022

以上、緑色光源装置22の構成として説明したが、上述のように、青色光源装置23の構成要素は緑色光源装置22の構成要素と共通であり、使用する半導体レーザ素子の発振波長や、第2高調波発生素子の周期分極反転構造の周期等の、光の波長に関する部分が異なる。

0023

〔露光制御装置14の構成〕
露光制御装置14には、図6に概略的に示すように、上記構成の露光ユニット13を制御するために、画像入力装置IRから入力される赤色,緑色及び青色夫々の露光用画像データを露光ユニット13の露光特性を考慮した画像データに補正するルックアップテーブル71と、ルックアップテーブル71にて補正された画像データを赤色,緑色及び青色の各色毎に記憶する画像データメモリ72と、赤色,緑色及び青色の各色毎に備えられて画像データメモリ72の出力データをD/A変換するD/Aコンバータ73と、緑色及び青色についてD/Aコンバータ73からの入力信号に応じて変調されたAOM素子24の駆動信号を生成するAOM制御回路74と、赤色についてD/Aコンバータ73からの入力信号に応じて赤色光源装置21の半導体レーザ素子の駆動電流を変調するLD駆動回路75とが備えられている。

0024

オペレータが、フィルムスキャナ3あるいは外部入出力装置4からプリント対象の画像データを入力すると、適宜に画像処理等が施され、画像処理後の露光用画像データがルックアップテーブル71へ送信される。
画像入力装置IRから入力された赤色,緑色及び青色の露光用画像データに基づいて、AOM素子24及びLD駆動回路75にて強度変調された赤色,緑色及び青色の光ビームは、各光学部品を通過してポリゴンミラー28の反射面に照射され、回転駆動されているポリゴンミラー28の反射面で反射された光ビームは、レンズ群29によって印画紙2上に集光される。光ビームの走査方向(主走査方向)は印画紙2の搬送方向(副走査方向)と直交しており、光ビームの走査と印画紙2の搬送移動によって、印画紙2上にプリントする写真画像潜像として露光形成される。これが現像処理装置PPで現像処理されて写真プリントとして仕上がる。

0025

〔別実施形態〕
以下、本発明の別実施形態を列記する。
(1)上記実施の形態では、第2高調波発生素子41の次段に位置する第1レンズ43をコリメートレンズとした場合を例示しているが、この第1レンズを、第2高調波発生素子41の出射光を集光する集光レンズとして構成しても良い。
(2)上記実施の形態では、光源装置22,23の出射光をAOM素子24へ入射させて、写真画像を露光形成するための光ビームの強度変調を行う場合を例示しているが、AOM素子24に限らず、集光された短波長ビーム光を必要とする種々の用途に本発明を適用できる。

図面の簡単な説明

0026

本発明の実施の形態にかかる光源装置の側面図
本発明の実施の形態にかかる光源装置の側面視による部分断面図
本発明の実施の形態にかかる第2高調波発生素子の斜視図
本発明の実施の形態にかかる光源装置の斜視図(カバー体を取付ける前の状態)
本発明の実施の形態にかかる光源装置の斜視図(カバー体を取付けた状態)
本発明の実施の形態にかかる画像露光装置の概略構成図
本発明の実施の形態にかかる写真プリントシステムの概略構成図

符号の説明

0027

CS筐体
PS光センサ
24音響光学変調素子
31半導体レーザ素子
41 第2高調波発生素子
43 第1レンズ
52ビームスプリッタ
61 第2レンズ
66ベース板
67 カバー体

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