(57)【要約】【課題】光ピックアップや、光ビーム走査装置において用いられる半導体レーザは、戻り光等の影響を受けてシングルモードから多重モードに変化し、発振レベルが乱され、出射光量が不安定になりやすい。直流に高周波電流を重畳させて、光量出力の安定化を求めた方式の提案があるが、単に両者を重畳するだけではまだ不十分であることが分かった。【解決手段】半導体レーザ１は、駆動回路２において、直流電流源３からの出力と、交流電流源４からの出力を、重畳回路５で重ね合わせられた出力で駆動される。各電流源３、４、もしくは重畳回路５のいずれかに調整回路を備え、直流レベルと交流振幅のいずれか一方、もしくは双方を調整して、半導体レーザの光出力の半値幅である光のパルス幅が２ｎｓｅｃ以下になるよう調整することによって、半導体レーザは常時多重モードで発振するようになり、長期に安定した光出力が得られるようになる。【選択図】図２
2006303332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個の半導体レーザと、少なくとも直流電流源と、交流電流源と、直流電流に交流電流を重畳させる重畳回路とを有する前記半導体レーザの駆動回路と、を有する光源装置において、前記半導体レーザの光のパルス幅が２ｎｓｅｃ以下となるように前記直流電流のレベル、および前記交流電流の振幅を選択したことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、前記駆動回路は、前記直流電流のレベルを一定のままで、前記交流電流の振幅を変え得る調整機能を有することを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光源装置において、前記駆動回路は、前記交流電流の振幅を一定のままで、前記直流電流のレベルを変え得る調整機能を有することを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光源装置において、前記駆動回路は、前記交流電流の振幅と、前記直流電流のレベルをともに変え得る調整機能を有することを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか１つに記載の光源装置において、前記調整機能は、前記重畳回路に備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項２に記載の光源装置において、前記調整機能は、前記交流電流源に備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項３に記載の光源装置において、前記調整機能は、前記直流電流源に備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項４に記載の光源装置において、前記調整機能は、前記直流電流源、および前記交流電源に備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項９】
少なくとも１個の半導体レーザと、矩形波パルス発生回路を有する前記半導体レーザの駆動回路と、を有する光源装置において、前記半導体レーザの光のパルス幅が２ｎｓｅｃ以下となるように前記矩形波パルス発生回路から出力する矩形波のレベル、前記矩形波の周波数、およびデューティー比を選択したことを特徴とする光源装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の光源装置において、前記光のパルス幅を２ｎｓｅｃ以下に制御する半導体レーザは、赤色の波長の光を出力する半導体レーザであることを特徴とする光源装置。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の光源装置において、前記光のパルス幅を２ｎｓｅｃ以下に制御する半導体レーザは、赤色の波長の光を出力する半導体レーザと、青色の波長の光を出力する半導体レーザであることを特徴とする光源装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の光源装置を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の光源装置を用いたことを特徴とする光ビーム走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ、光ビーム走査装置などに用いられる半導体レーザの駆動方法に関し、特に、光出力を長時間にわたって安定化できる駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は光ピックアップの概要を示す模式図である。
同図において符号４０は光ピックアップ、４１は光源としての半導体レーザ、４２は受光素子、４３は偏光分離素子、４４はコリメータレンズ、４５は４分の１波長板、４６は集光レンズ、４７は回折格子、４８は光ディスク、４９は光束をそれぞれ示す。
光源４１から出た直線偏光の光束は、回折格子４７によって０次光４９ｉの他に、±１次光に分離される。±１次光はトラッキング制御に用いるので以下は省略する。光束４９ｉは偏光分離素子４３に入射するが、何の作用も受けずに通過し、コリメータレンズ４４で光軸に対してほぼ平行光束になる。光束はさらに、４分の１波長板４５を経由することで円偏光に変換され、集光レンズ４６で光ディスク４８上に微小スポットを形成する。
光ディスク４８からの反射光束４９ｒは、集光レンズ４６で再び平行光束になり、４分の１波長板４５によって入射光束４９ｉと直交する方向の直線偏光になる。平行になった光束４９ｒは、コリメータレンズ４４に逆方向から入射することによって収束光となり、偏光分離素子４３に入射すると、今度は屈折されて受光素子４２に入射する。受光素子４２は焦点検出、トラッキング検出などの機能と、情報読み取りの機能を併せ持っている。
【０００３】
図６は光ビーム走査装置の一例を示す概要図である。
同図において符号５１は光源としての半導体レーザを含む光源装置、５２は光変調装置、５３は変調後の光束、５５は偏向器、５７は面倒れ補正光学系、５８はポリゴンミラー、５９はｆθ光学系、６０は結像面をそれぞれ示す。また、符号ａ、ｂ、ｃはそれぞれの色別を示す。
光源装置５１から出た光束は光変調装置５２によって、画像情報に対応した変調を受け変調光束５３となる。光束５３は偏向器５５で向きを変えられ、面倒れ補正光学系５７を経由してポリゴンミラー５８に到る。ポリゴンミラー５８は一方向に高速回転しており、入射光束５３の反射方向を連続的に変えていき、ｆθレンズ５９を経由後、結像面６０に移動する微小スポットを形成し、いわゆる主走査を行う。
【０００４】
図７は光源装置の一例を示す図である
同図において符号６１は光源としての半導体レーザ、６２は光源ホルダ、６３はコリメートレンズ、６４はコリメートレンズセル、６５はコリメートレンズホルダをそれぞれ示す。
光源６１は、熱伝導率の高い材質からなる光源ホルダ６２に取り付けられ、光源ホルダ６２は、スペーサを介してコリメートレンズホルダ６５に取り付けられている。コリメートレンズホルダ６５は、コリメートレンズ６３を取り付けたコリメートレンズセル６４を内蔵している。
光源６１から出た光束は、コリメートレンズ６３で平行光束に変えられ、図示しないコンプレッサレンズユニットによって所望のビーム径に変換されて出ていく。
【０００５】
光ピックアップによる音声情報や画像情報の読み取りの場合も、光ビーム走査装置による画像情報書き込みの場合も、光源としての半導体レーザの出力が安定していることを前提としている。しかしながら、光ピックアップの場合で言えば、反射光束は半導体レーザに比較的近い位置で分離しているため、光源自身にも若干ながら戻り光が入射して、帰還増幅の現象が発生してしまう。この戻り光は強度が一定でなく、光ディスクの有する情報によって変化するため、半導体レーザの発振レベルが乱され出射光量の不安定化を招く。
光ビーム走査装置においては、光源装置に含まれる光学系等によって、光ピックアップと類似の問題が発生する。
光ピックアップの光量変動は発振モードの変化によるものであることが分かっている。すなわち、シングルモードで発振している半導体レーザに戻り光が入ると、一時的に多重モードに変化し、エネルギーが分散して光量変動となって現れる。これを改善するためには、半導体レーザをはじめから多重モードで使用すればよいのだが、使用目的にあった多重モード用半導体レーザが手に入らないこともある。シングルモード用半導体レーザも、発振開始時点では過渡的に多重モードになることが知られている。この性質を利用して、直流と交流を重畳させた電流で半導体レーザを駆動して、常に発振開始状態になるようにし、安定的な多重モード発振をさせる提案がある（例えば、特許文献１  参照。）。しかしながら、半導体レーザを、単に直流と交流を重畳させた電流で駆動するだけでは、十分な光量安定化を実現できないことが分かってきた。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５６−０３７８３４号公報（第３、４頁、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、光ピックアップ、あるいは、光ビーム走査装置、に用いる半導体レーザを、多重モードで駆動するに当たり、より安定した光量出力が得られる駆動方法を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、少なくとも１個の半導体レーザと、少なくとも直流電流源と、交流電流源と、直流電流に交流電流を重畳させる重畳回路とを有する前記半導体レーザの駆動回路と、を有する光源装置において、前記半導体レーザの光のパルス幅が２ｎｓｅｃ以下となるように前記直流電流のレベル、および前記交流電流の振幅を選択したことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光源装置において、前記駆動回路は、前記直流電流のレベルを一定のままで、前記交流電流の振幅を変え得る調整機能を有することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光源装置において、前記駆動回路は、前記交流電流の振幅を一定のままで、前記直流電流のレベルを変え得る調整機能を有することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光源装置において、前記駆動回路は、前記交流電流の振幅と、前記直流電流のレベルをともに変え得る調整機能を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれか１つに記載の光源装置において、前記調整機能は、前記重畳回路に備えたことを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の光源装置において、前記調整機能は、前記交流電流源に備えたことを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項３に記載の光源装置において、前記調整機能は、前記直流電流源に備えたことを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項４に記載の光源装置において、前記調整機能は、前記直流電流源、および前記交流電源に備えたことを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、少なくとも１個の半導体レーザと、矩形波パルス発生回路を有する前記半導体レーザの駆動回路と、を有する光源装置において、前記半導体レーザの光のパルス幅が２ｎｓｅｃ以下となるように前記矩形波パルス発生回路から出力する矩形波のレベル、前記矩形波の周波数、およびデューティー比を選択したことを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の光源装置において、前記光のパルス幅を２ｎｓｅｃ以下に制御する半導体レーザは、赤色の波長の光を出力する半導体レーザであることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の光源装置において、前記光のパルス幅を２ｎｓｅｃ以下に制御する半導体レーザは、赤色の波長の光を出力する半導体レーザと、青色の波長の光を出力する半導体レーザであることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の光源装置を用いた光ピックアップ装置を特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の光源装置を用いた光ビーム走査装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、不所望な戻り光が光源としての半導体レーザに入射しても、その影響が表れず、安定した出力光が得られるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の１実施形態を示すブロック図である。
同図において符号１は光源としての半導体レーザ、２は光源を駆動するための駆動回路、３は直流電流源、４は交流電流源、５は重畳回路をそれぞれ示す。
本発明では、直流電流に対して単に交流電流を重畳するだけではなく、発光時間幅が所定のレベル以下になるように、直流レベルと交流振幅を制御する。したがって、直流電流源３には電流値を制御する機能が備えられており、交流電流源４には発振周波数とその振幅を制御する機能が備えられている。ただし、製品として部品精度が安定していれば、上記直流電流、交流周波数、交流振幅のいずれか１つまたは２つだけが調整可能になっていて、他は固定値になっていても良い。
通常の画像情報の高周波側は１０ＭＨｚぐらいにはなるので、重畳する高周波電流の周波数としてはその数倍以上必要となる。本実施形態ではその周波数を仮に１００ＭＨｚとしている。
【００１２】
重畳回路５は、直流電流源３からの電流と、交流電流源４からの電流とを重畳させる機能とを備えている。重畳回路５の最も簡単な構成は単なる結線、いわゆるワイヤードアンド回路である。重畳回路５からの変動する出力電流は半導体レーザ１（以下単にレーザ１と呼ぶ）に加えられ、レーザ１の発振しきい値電流を超えると半導体は発振し、光出力を出す。しかし、上記出力電流はそのピーク値を超えて低下すると、レーザ１の発振しきい値電流以下になって光出力は消滅し、次に再び発振しきい値電流を超えるまでは光出力は止まったままである。
【００１３】
図２は駆動回路の出力を示す図である。
図３はレーザの光出力を示す図である。
図２において符号１１は直流電流のレベル、１２は直流に重畳された交流電流の波形、１３は半導体レーザの発振しきい値電流のレベルをそれぞれ示す。
図３において符号１４は光出力の波形、１５は光出力の最大レベル、１６は最大レベルの２分の１のレベルすなわち半値レベル、ｔは半値幅、Ｔは交流の周期をそれぞれ示す。
両図を参照しながら本発明を説明する。
初めに図２において、重畳回路５の出力は、直流電流のレベル１１に対して、任意の振幅の交流電流波形を重畳して波形１２を形成している。
【００１４】
時間の経過にしたがって、レーザ１に加えられる入力電流値が増加し、レベル１３を超えるとレーザ１が発振を始め、図３に示すように光出力が得られる。光量は次第に強くなり、入力電流値のピークに対応してピーク値を示し、以後減少していく。入力電流値がレベル１３以下になるとレーザ１の発振は止まり、光出力が消滅する。以後時間の経過と共に、交流の周期Ｔによって定まるサイクルでこの繰り返しが行われる。
ここで言う光出力のデューティー比とは、図３に示すように、発光光量の半値幅の時間ｔの、周期Ｔに対する割合のことである。半値幅とは最大光量の２分の１、すなわち半値レベルを超えている幅のことであり、本発明では光のパルス幅と名付ける。
【００１５】
光のパルス幅が或る値以下になると光出力が非常に安定することを、本発明者は見いだした。交流周波数を前述のように１００ＭＨｚとして実験を重ねたところ、上記パルス幅が２ｎｓｅｃ以下になると光出力の変動がほとんどなくなることが分かった。この値は、周波数を或る範囲で変えても同様の結果が得られた。したがって、光量安定の要因は光のパルス幅のみに関係し、駆動周波数には関係がないものと思われる。ただし、連続する光のパルスの間には必ず消灯している時間が必要であることも分かった。
なお、交流周波数の１００ＭＨｚについては、その前後である程度変化させても上記結論は変わらなかった。２５０ＭＨｚを超えると光のパルス幅２ｎｓｅｃでは完全に消灯する時間がなくなり、安定した多重モード発振ができなかったが、光のパルス幅をさらに小さくすることで、例えば４５０ＭＨｚでも安定な発振が得られた。
【００１６】
図４は本発明の他の実施形態を示す図である。同図（ａ）はブロック図、同図（ｂ）は駆動回路の出力を示す図である。
同図において符号６は矩形パルス波発生回路を示す。
本実施形態は、図１における重畳回路５を含めた直流電源３と交流電源４の代わりに矩形パルス波発生回路６を接続したものである。矩形パルス波発生回路６はデューティー比と振幅が制御可能になっている。この実施形態では、波形の出力が０になる時間幅をある程度取れば、半導体レーザが完全に消灯することが保証できる。その上で、点灯時間幅を変化させて、光のパルス幅を２ｎｓｅｃ以下になるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】駆動回路の出力を示す図である。
【図３】レーザの光出力を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態の駆動波形を示す図である。
【図５】光ピックアップの概要を示す模式図である。
【図６】光ビーム走査装置の一例を示す概要図である。
【図７】光源装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１      半導体レーザ
２      半導体レーザ駆動回路
３      直流電流源
４      交流電流源
５      重畳回路
６      矩形パルス波発生回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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