(57)【要約】【課題】半導体レーザ素子と光出射側に配置されるレンズとを具備する光ビーム発生装置に関し、半導体レーザ素子とレンズとの相対的な位置調整が精度良く実装された光ビーム発生装置を提供する。【解決手段】ＬＤからなる光源と、光源を保持するＬＤホルダと、光源から出される光ビームの出射側光軸上に配置されるレンズと、レンズを保持するレンズベースと、ＬＤホルダをレンズベースに固定するＬＤホルダ固定板とを有しており、ＬＤホルダは、ＬＤホルダ固定板によって、レンズベースに固定される。また、レンズは有底円筒状のレンズホルダ内に保持された状態でレンズベースに保持されており、レンズホルダをレンズベースに固定するレンズホルダ固定板を備え、レンズホルダ固定板がレンズホルダを挟んだ配置でレンズベースに固定される。【選択図】  図９
2004241438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子からなる光源と、前記光源を保持するＬＤホルダと、前記光源から出される光ビームの出射側光軸上に配置されるレンズと、前記レンズを保持するレンズベースと、前記ＬＤホルダを前記レンズベースに固定するＬＤホルダ固定板とを有することを特徴とする光ビーム発生装置。
【請求項２】
前記ＬＤホルダ固定板は、ＬＤホルダを挟んだ配置でレンズベースにねじにより固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光ビーム発生装置。
【請求項３】
前記ＬＤホルダは、光ビームの出射側に第１の主面と、その反対側に段差が設けられた第２の主面とを有し、前記第１の主面はレンズベースと接し、前記第２の主面は段差下面でＬＤホルダ固定板と接していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ビーム発生装置。
【請求項４】
前記ＬＤホルダ固定板は、レンズベースと固定するねじが貫通するための第１の孔と、前記レンズベースに備えるピンが貫通する第２の孔を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光ビーム発生装置。
【請求項５】
前記ＬＤホルダ固定板は、少なくとも２つの第２の孔を有すると共に、第２の孔よりも多い第１の孔を有することを特徴とする請求項４に記載の光ビーム発生装置。
【請求項６】
前記ＬＤホルダ固定板は、主面に段差が設けられており、前記段差下面側に第１の孔が、段差上面側に第２の孔が設けられていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光ビーム発生装置。
【請求項７】
前記光ビーム発生装置は、前記レンズは有底円筒状のレンズホルダ内に保持された状態でレンズベースに保持されており、前記レンズホルダを前記レンズベースに固定するレンズホルダ固定板を備え、前記レンズホルダ固定板がレンズホルダを挟んだ配置でレンズベースにねじにより固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光ビーム発生装置。
【請求項８】
レンズホルダ固定板の外形は、底面が台形の四角柱であり、前記底面の対向する平行な辺のそれぞれを構成辺とする２つの側面をレンズベースに固定する前記ねじが貫通するとともに、前記平行な辺と隣接する一方の辺を構成辺とする側面が前記レンズベースに接し、前記平行な辺と隣接する他方の辺を構成辺とする側面が前記レンズホルダに接していることを特徴とする請求項７に記載の光ビーム発生装置。
【請求項９】
前記ねじの円柱状側面は、ねじの据え付け側にねじ山を有し、頭部側にねじ山を有しないことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の光ビーム発生装置。
【請求項１０】
前記ＬＤホルダ固定板は光軸方向にのみ摺動可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の光ビーム発生装置。
【請求項１１】
前記レンズホルダは光軸方向にのみ摺動可能であることを特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれかに記載の光ビーム発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体レーザ素子と光出射側に配置されるレンズとを具備する光ビーム発生装置に関し、特に半導体レーザ素子とレンズとの相対的な位置調整が精度良く実装された光ビーム発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ビーム発生装置の光源として、半導体レーザ素子（以下、ＬＤと略記する）を使用する場合には、ＬＤの出射光を平行光線に変換するためのコリメータレンズのようなレンズ系が設けられている。このとき、ＬＤとレンズとの相対的な位置の調整と、その調整の結果得られる最適位置を維持することは、非常に重要な設計要素である。ＬＤとレンズとの調整としては以下のような従来技術による固定手段がある。
【０００３】
特許文献１によると、貫通孔を有する保持体と、保持体の貫通孔の前部に設けたレンズと、保持体の貫通孔の後部に設けた半導体レーザ素子とを備えており、前記半導体レーザ素子は保持体に直接接着固定されている半導体レーザ保持装置が記載されている。
【０００４】
また図１５は、特許文献２に記載されている例を示す概略の断面図である。特許文献２によると、レーザビームを出射する半導体レーザ、半導体レーザを保持する半導体レーザホルダ、半導体レーザからの発散光を平行光にするコリメータレンズ、コリメータレンズを保持するコリメータレンズホルダであり、半導体レーザは３つのねじを用いて半導体レーザホルダに取り付けられる固定金具を介して、半導体レーザホルダに固定されている半導体レーザ装置が、さらに半導体レーザホルダとコリメータレンズホルダとはねじを用いて取り付けるようにしてもよいが、接着剤を用いてもよいとの半導体レーザ装置が記載されており、また半導体レーザホルダはコリメータレンズホルダに対して光軸と直交する方向に移動可能に設けられている。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１５６５８７号公報（第１頁〜第２頁、図１）
【特許文献２】特開平２−１６２７８７号公報（第２頁、図１）
【発明が解決しようとする課題】
ＬＤホルダを接着剤を用いて固定した場合、接着剤の硬化時に接着剤自体の収縮が発生するため、最適調整位置に固定することが困難になる。また温度変化にて接着剤の体積変化が発生するので、光ビーム発生装置の保存環境または輸送環境にてＬＤとレンズとの相対位置にずれが生じてしまうことがある。さらには、接着剤による固定はＬＤの交換性を困難にする。装置の保存環境や輸送環境は、温度変化と湿度変化による条件が大きい。
【０００６】
またＬＤを光軸と直交する方向に移動可能とし、最適位置でねじ止めする場合、調整時は最適位置となっていたものも、ねじ締め付け時に回転トルクが発生する。これにより、ＬＤホルダをねじ止めする際にＬＤホルダとの間で回転モーメントが発生し、最適位置からずれてしまう。また最適調整位置に固定できたとしても、ホルダに残留応力があるため、光ビーム発生装置の保存環境または輸送環境にてＬＤとレンズとの相対位置にずれが生じることがある。
【０００７】
この相対位置によるずれは、次に示すように、非常に問題となる。
図１は波長４０５ｎｍのＬＤとその波長で専用設計されたコリメータレンズ（ＮＡ０．３）の三次元相対配置と波面収差の関係を示すものである。ここで光軸方向をＺ方向、光軸に垂直な方向をＸ方向とＹ方向（光軸に垂直な平面をＸ方向とＹ方向とが直交するようなＸ−Ｙ平面としている）とし、光線追跡シミュレータ（光線追跡手法を用いた計算）によって計算された結果である。回折限界性能を満足するため、波面収差のスペックはＲＭＳ７０ｍλ（ミリラムダ）以下とし、ＬＤの非点隔差は０μｍ（マイクロメートル）として計算している。その結果、Ｚ方向に４．０μｍｐ−ｐ、Ｙ方向に２３０μｍｐ−ｐと、きわめて高精度に調整する必要があることがわかる。（ここでたとえば４．０μｍｐ−ｐとは、固定位置に許容度が４．０μｍあることを示す。）また図２には、コリメータレンズ（ＮＡ０．５）の三次元相対配置と波面収差の関係であるが、Ｚ方向に１．６μｍｐ−ｐ、Ｙ方向に１０６μｍｐ−ｐと、開口数（ＮＡ）が大きくなることで、さらに高精度に調整する必要がある。当然のことながら、ＮＡを大きくすることは、ＬＤの出射光をより効率よく活用するために重要である。
【０００８】
また、ＬＤホルダをレンズホルダにねじの締め付けにより固定する方法において、ねじとは別に位置決めピンを設け、位置を固定した状態でねじで固定する方法も考えられるが、位置決めピンは孔に通す必要があるので、あそびを有する。そのあそびは一般に１８μｍあり、Ｘ方向とＹ方向の両方に作用するので、２５．５μｍ程度のシフト量になってしまう。よって、最適位置での固定は困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、半導体レーザ素子とレンズとの相対的な位置調整が精度良く実装できる光ビーム発生装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光ビーム発生装置は、半導体レーザ素子からなる光源と、前記光源を保持するＬＤホルダと、前記光源から出される光ビームの出射側光軸上に配置されるレンズと、前記レンズを保持するレンズベースと、前記ＬＤホルダを前記レンズベースに固定するＬＤホルダ固定板とを有することを特徴とする。このため、ＬＤホルダは、ＬＤホルダ固定板によって、レンズベースに固定されることとなる。したがって、固定の際に局所的な荷重がかかることがなく、位置ずれがほとんど生じず固定することができる。またＬＤホルダにＸ方向とＹ方向の残留応力もかからないので、保存環境、輸送環境においても位置ずれが発生しない。
【００１１】
また、本発明の光ビーム発生装置は、前記ＬＤホルダ固定板は、ＬＤホルダを挟んだ配置でレンズベースにねじで固定されていることを特徴とする。このため、ねじ固定の際に、レーザホルダに回転モーメントが発生することなく、レンズベースとＬＤホルダとを強固に固定することができる。
【００１２】
また、本発明の光ビーム発生装置は、前記ＬＤホルダは、光ビームの出射側に第１の主面と、その反対側に段差が設けられた第２の主面とを有し、前記第１の主面はレンズベースと接し、前記第２の主面は段差下面でＬＤホルダ固定板と接していることを特徴とする。このため、レーザホルダに回転モーメントが発生することなく、レンズベースとＬＤホルダとの接触面を大きく取ることができる。また、ＬＤホルダの段差下面がＬＤホルダと接しているので、ＬＤホルダ固定板を設けても装置全体が大きくなることはない。
【００１３】
また、本発明の光ビーム発生装置は、前記ＬＤホルダ固定板は、レンズベースと固定するねじが貫通するための第１の孔と、前記レンズベースに備えるピンが貫通する第２の孔を有することを特徴とする。第２の孔にレンズベースからのピンが嵌合し貫通することで、ＬＤホルダ固定板は、レンズベースに対して光軸方向のみに摺動可能となる。またさらに第１の孔にねじを据え付け、レンズベースに螺合することで、ＬＤホルダ固定板はレンズベースと完全に固定することができる。
【００１４】
また、本発明の光ビーム発生装置は、前記ＬＤホルダ固定板は、主面に段差が設けられており、前記段差下面側に第１の孔が、段差上面側に第２の孔が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光ビーム発生装置は、さらに前記レンズは有底円筒状のレンズホルダ内に保持された状態でレンズベースに保持されており、前記レンズホルダを前記レンズベースに固定するレンズホルダ固定板を備え、前記レンズホルダ固定板がレンズホルダを挟んだ配置でレンズベースにねじで固定されていることを特徴とする。これにより、ＬＤホルダ固定板がＬＤホルダを挟んだ配置でレンズベースにねじで固定され、ＬＤホルダにねじ止めの際の回転モーメントがかからないようにしたことと同様に、レンズホルダにもねじ固定の際の直接的な回転モーメントが発生せず、位置ずれがほとんど生じず固定することができる。またレンズホルダにＺ方向の残留応力もかからないので、保存環境、輸送環境においても位置ずれが発生しない。ここでレンズホルダはレンズが内部に搭載されてなるものである。
【００１６】
また、本発明の光ビーム発生装置は、レンズホルダ固定板の外形は、底面が台形の四角柱であり、前記底面の対向する平行な辺のそれぞれを構成辺とする２つの側面をレンズベースに固定する前記ねじが貫通するとともに、前記平行な辺と隣接する一方の辺を構成辺とする側面が前記レンズベースに接し、前記平行な辺と隣接する他方の辺を構成辺とする側面が前記レンズホルダに接していることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の光ビーム発生装置は、レンズベースに固定する前記ねじの円柱状側面は、ねじの据え付け側にねじ山を有し、頭部側にねじ山を有しないことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の光ビーム発生装置は、前記ＬＤホルダ固定板は光軸方向にのみ摺動可能であることを特徴とする。これにより、ＬＤホルダ固定板を、レンズベースのＬＤホルダが接する面に対して、平行を維持しながらＬＤホルダを押さえつけることができる。したがって、レンズベースとＬＤホルダの接触面、およびＬＤホルダとＬＤホルダ固定板との接触面のそれぞれに、偏荷重がかかることなく、面内均一に荷重がかかった状態で固定できる。またＬＤホルダ固定板は、ねじをはずして摺動させるだけでＬＤホルダを取りはずしＬＤの交換ができるので、ＬＤ交換性においても優れている。
【００１９】
また、本発明の光ビーム発生装置は、前記レンズホルダは光軸方向にのみ摺動可能であることを特徴とする。これにより、レンズベースに固定されるＬＤホルダに対して、レンズは光軸方向に垂直な方向に動くことがないので、ＬＤとレンズとの相対位置の調整を容易に行うことができる。さらに、レンズベースとＬＤホルダの接触面もずれることがないので、光軸方向はレンズホルダを摺動することのみで調整することができ、ＬＤとレンズとの相対位置を三次元的な調整が容易に且つ精度良くできる。本発明において、光軸方向をＺ軸方向、光軸と垂直な面を直交するＸ軸とＹ軸とからなるＸ−Ｙ平面というように、Ｘ−Ｙ−Ｚで三次元的に定義する。そして以下、光軸方向をＺ方向、光軸と垂直な方向をＸ−Ｙ方向と称することがある。
【００２０】
また、本発明の光ビーム発生装置は、レンズベースを基準とし、レンズを備えるレンズホルダをレンズベースに固定する際に光軸方向（Ｚ方向）を調整し、ＬＤを備えるＬＤホルダをレンズベースに固定する際に光軸に垂直な方向（Ｘ−Ｙ方向）を調整する構成であるのでそれぞれの調整を独立して行うことができ、精度良く調整できると共に、交換性にも優れている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づいて本発明の実施形態について説明する。本発明において、光ビーム発生装置の光ビームの出射側を前面とし、その反対を後面と定義し、図の説明に用いることがある。本発明の基本的な構成は、半導体レーザ素子（ＬＤ）からなる光源と、前記光源を保持するＬＤホルダと、前記光源から出される光ビームの出射側光軸上に配置されるレンズと、前記レンズを保持するレンズベースと、前記ＬＤホルダを前記レンズベースに固定するＬＤホルダ固定板とを有し、ＬＤホルダは、ＬＤホルダ固定板によって、レンズベースに固定されることで位置ずれが発生することがない。またさらに、前記レンズは有底円筒状のレンズホルダ内に保持された状態でレンズベースに保持されており、前記レンズホルダを前記レンズベースに固定するレンズホルダ固定板を備え、前記レンズホルダ固定板がレンズホルダを挟んだ配置でレンズベースに固定されることで位置ずれが発生することがない。
（ＬＤホルダ１０５）
図３はＬＤが保持されてなるＬＤホルダ１０５を示す概略図であり、図３（ａ）はＬＤホルダを前面から見た図、図３（ｂ）はＬＤホルダの断面図、図３（ｃ）は後面から見た図である。このようにＬＤホルダ１０５は、ＬＤ１０４を差し込むための孔を中心付近に貫通した状態で形成されており、半導体レーザ素子はこの貫通孔に嵌挿することでＬＤホルダに固定される。さらに光ビームの出射側に第１の主面１０１を有し、この面がレンズベースと接する。よってレンズベースと密接に接することができると共に、ＬＤホルダをレンズベースに接する際の光軸方向（Ｚ方向）への位置ずれはこの接触面において発生しない。また、光ビームの出射側と反対の側に段差が設けられた第２の主面を有し、第２の主面は段差下面１０２でＬＤホルダ固定板と接する。よって、ＬＤホルダ固定板と密接に接することができる。また、段差下面１０２が段差上面１０３を包囲するように形成されており、ＬＤホルダ固定板からかかる荷重によって、ＬＤホルダが傾いてレンズベースと接することはない。
【００２２】
また、ＬＤホルダ１０５の第２の主面の段差上面１０３には、ＬＤとレンズとの相対位置のＸ−Ｙ方向を調整するための調整孔を有し、これに治具を挿入し微調整することができる。
【００２３】
また、ＬＤホルダのＬＤを差し込むための中心付近に貫通して設ける孔は、ＬＤからの出射ビームのずれに応じて傾斜して設けられていても良い。通常ＬＤは、例えば発光層がＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）からなる窒化ガリウム系半導体層を積層した窒化物半導体素子をステムに実装し、金属製の容器で封止（ＣＡＮ封止）されたものであり、ＬＤ出射面に対して鉛直方向を光軸と設計し組み立てられる。しかしながら、窒化物半導体の積層構造などＬＤ内部の影響により、ＬＤは光軸ずれをもってビームが出射されることがある。図４（ａ）は光軸ずれがない場合の出射ビームの強度パタンであり、図４（ｂ）は光軸ずれが生じた場合の出射ビームの強度パタンである。図４（ｂ）のように光軸ずれをもってビームが出射されると、本発明の光ビーム発生装置から出されたビームを対物レンズや集光レンズで絞ろうとしても、理想的なスポットが得られなくなってしまう。そこで、図５（ａ）のような、ＬＤホルダ１０５の主面に垂直に孔を設けてＬＤ１０４を嵌挿するのに対して、図５（ｂ）のように、ＬＤ１０４を差し込むための孔をＬＤホルダ１０５の主面に対して、傾斜して設け、この孔にＬＤを嵌挿する。言いかえると、ＬＤホルダ１０５の光ビームが出射する面の鉛直方向が光軸となるような孔を設け、この孔にＬＤ１０４を嵌挿する。またレンズから見て、レンズの中心に光強度の最大点がくるような孔を設け、この孔にＬＤを嵌挿する。これにより、光ビーム発生装置から出されたビームを対物レンズや集光レンズで絞ったときに、理想的なスポットを得ることができる。この孔は、個々のＬＤの特性を測定し、Ｘ−Ｙ方向にそれに応じた傾斜を設けるとよい。
【００２４】
また、本発明のＬＤホルダは、熱伝導性が良い材料が用いられるのが好ましく、最も好ましくは真鍮を用いる。真鍮は、アルミニウムよりも熱伝導性が良く、摺動性にも優れ、さらには銅よりもコスト的に安価であるので好ましい。
（ＬＤホルダ固定板１１４）
図６はＬＤホルダをレンズベースに固定するＬＤホルダ固定板１１４を示す概略図であり、図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）は後面から見た図、図６（ｃ）は斜視図である。図６（ｂ）に示すように、ＬＤホルダ固定板は、中心部に大きな孔とその外部に複数の小さい孔とが設けられている。複数の小さい孔は第１の孔１１１としてレンズベースと固定するねじが貫通するための孔と、第２の孔１１２としてレンズベースに備えるピンが貫通する孔とのいずれかである。
【００２５】
さらに、ＬＤホルダ固定板の中心部においては、第３の孔１１３として、ＬＤホルダの段差上面が少なくとも通過できるように開口されており、光ビーム発生装置を組み込んだ状態でＬＤホルダの段差部側面と第３の孔の側面が対向し、かつ段差部側面を第３の孔の側面が覆うようになる。これにより、ＬＤホルダに保持されたＬＤの端子を、ＬＤホルダ固定板が妨げることなく外部電源と接続することができるとともに、このＬＤホルダ固定板がＬＤホルダの段差下面で接するようになり、ＬＤホルダ固定板を設けても装置全体が大きくなることなく組み込むことができる。
【００２６】
また、ＬＤホルダ固定板１１４は少なくとも第２の孔１１２を２つ有している。第２の孔にレンズベースに備えるピンが貫通することで、ＬＤホルダをＬＤホルダ固定板によってレンズベースに固定する際のねじ締めによる回転を規制することができる。ＬＤホルダ固定板の第１の孔１１１を貫通し、レンズベースに固定するねじをねじ締めする際に、前述のように回転モーメントが発生するが、２つの第２の孔のそれぞれにレンズベースからのピンが貫通していることで、ＬＤホルダ固定板が回転し、ＬＤとレンズとの位置ずれが起こることはない。ＬＤホルダ固定板自体の回転が規制されるので、ＬＤホルダには回転モーメントによる位置ずれは起こることはない。ここで、第２の孔が１つであると、ねじと第２の孔とのあそび分だけ、ＬＤホルダ固定板が回転可能となってしまう。第２の孔が２つあれば、２つの軸で支えられるので、回転することはない。したがって、第２の孔は、２つ以上あれば良く、多いほど信頼性は増すが、装置全体を小型化するためには、２つであることが好ましい。
【００２７】
また、ＬＤホルダ固定板１１４は、第２の孔よりも多い第１の孔を有している。第１の孔は、ＬＤホルダ固定板をレンズベースにねじで固定する際のねじを貫通させる孔であるが、第１の孔が少なくとも１つあれば固定はできる。しかしながら第１の孔が１つであると、ＬＤホルダ固定板のねじ締め付け部に最も強い荷重がかかってしまい、レンズベースとＬＤホルダの接触面、およびＬＤホルダとＬＤホルダ固定板との接触面において、均一な荷重がかからなくなってしまう。したがって、第１の孔は２つ以上とし、第１の孔の重心がＬＤホルダ固定板の重心となるように形成することが好ましい。これにより、レンズベースとＬＤホルダの接触面、およびＬＤホルダとＬＤホルダ固定板との接触面に偏荷重がかかりにくく、均一に荷重がかかりやすくなる。さらに最も好ましくは、第１の孔は第２の孔よりも多く形成する。ＬＤホルダはＬＤホルダ固定板とレンズベースとに挟まれて固定されるが、ねじ締めによるＬＤホルダ固定板がＬＤホルダを押さえつける力をある目標値に設定したとき、１つのねじ締め付け部に必要とされる力は孔の数が多いほど小さくてすむ。１つのねじ締め付け部にかかる力が強いほど、上記接触面において、均一な荷重はかかりにくい。よって、第１の孔を第２の孔より多く設けることで、さらに均一に荷重がかかりやすくなる。例えば本実施の形態の図６（ａ）に示すような長方形のＬＤホルダ固定板１１４表面に第１の孔１１１と第２の孔１１２を形成する場合、第１の孔を４つ有し、長方形の各頂点近傍に設け、さらに第２の孔を２つ有し、長方形の短辺の中心近傍に設けることで、上記効果をみたすＬＤホルダ固定板をコンパクトに設けることができる。
【００２８】
またＬＤホルダ固定板１１４は、図６（ｃ）からもわかるように、主面に段差が設けられて、段差下面側に第１の孔が、段差上面側に第２の孔が設けられている。段差上面には、第３の孔も設けられている。これにより、段差下面側でねじが螺合しているので、ねじの頭部を比較的突出させることなく固定することができ、装置全体が大きくなることを防ぐ。さらに、段差上面側にピンが嵌合し、貫通しているので、貫通する長さは、段差下面のねじの貫通する長さよりも長く、またＬＤホルダ固定板の厚みに相当するので最大限に長く設けることができる。よってピンと第２の孔との間にあそびがあっても、それによる誤差を小さく抑えることが可能となり、レンズベースとＬＤホルダとＬＤホルダ固定板との間の接触面をほぼ平行に維持し、固定することができる。
（レンズおよびレンズベース）
図７はレンズ１２１を保持するレンズホルダ１２２を、レンズホルダ固定板１２３によってレンズベース１２４に固定した状態を示す図であり、図７（ａ）は前面から見た図、図７（ｂ）は光ビーム発生装置を上面から見た図、図７（ｃ）は後面から見た図である。また図８はレンズホルダ固定板１２３の斜視図である。図７に示されるように、レンズベース１２４は、凹部を有し、その凹部の中にレンズ１２１を保持するレンズホルダ１２２が載置されている。またレンズホルダ１２２はレンズベース１２４の直交する２つの面と、レンズベースの直交する２つの面のいずれとも直交しないレンズホルダ固定板１２３の１つの面との、３つの面によって固定されている。これを２次元的に見ると、有底円筒状のレンズホルダ１２２の円状の底面が、レンズベース１２４と２点で、レンズホルダ固定板１２３と１点で接しており、これらの３点は円の中心に点対称でないように固定されている。このようにレンズホルダがレンズベースに固定されることで、レンズホルダは光軸方向と垂直な方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動することがない。
【００２９】
また、レンズベース１２４はＬＤホルダと接する側の面に２つのピン１２５を有し、このピンがＬＤホルダ固定板を貫通することにより、ＬＤホルダをＬＤホルダ固定板によってレンズベースに固定する際のねじ締めによる回転を規制することができる。
【００３０】
また、レンズベース１２４はＬＤホルダ固定板１２３からのねじを螺合するための孔がＬＤホルダ固定板の第１の孔に対向する位置に設けられている。
【００３１】
また、レンズベース１２４は、ＬＤホルダと同様、好ましくは熱伝導性が良い材料が用いられ、最も好ましくは真鍮を用いる。真鍮は、アルミニウムよりも熱伝導性が良く、摺動性にも優れ、さらには銅よりもコスト的に安価であるので好ましい。  また、レンズホルダ固定板１２３の外形は、図８に示すように、底面が台形の四角柱であり、底面の対向する平行な辺のそれぞれを構成辺とする２つの側面に、孔が貫通しており、その孔にレンズベースに固定するねじが貫通している。つまり、レンズホルダ固定板１２３の向かい合う平行な２つの側面に、レンズベースに固定するねじが貫通していることにより、ねじ締めによるレンズベースへの荷重をレンズホルダ固定板と接する面で均一にかけることができ、偏荷重がかかることなくねじ固定ができる。また、前記底面の平行な辺と隣接する一方の辺を構成辺とする側面が前記レンズベース１２４に接し、前記平行な辺と隣接する他方の辺を構成辺とする側面が前記レンズホルダ１２２に接している。ここで、前記隣接する辺を構成辺とする側面が、レンズホルダ１２２と接することで、レンズホルダをレンズベースに効率よく固定することができる。さらに、レンズホルダ固定板は、前記底面と平行な辺と隣接する一方の辺を構成辺とする側面がレンズベースに接するだけでなく、前記底面もレンズベースと接している。つまりレンズベースはレンズホルダ固定板と２つの面で接しており、それらの面は、それぞれが四角柱のレンズホルダ固定板の底面と側面と接しているので、前記レンズホルダ固定板の２つの面は直交していることになる。このように、レンズホルダ固定板の１つの側面と１つの底面との両方がレンズベースと接していることで、レンズベースに固定するねじをねじ締めする際の回転モーメントによって、レンズホルダ固定板自体の回転が規制されるので、レンズホルダには回転モーメントによる位置ずれは起こることはない。レンズホルダ固定板自体の回転規制は、上記レンズホルダがレンズベースに接する構成だけでなく、ＬＤホルダ固定板のレンズベースへの固定と同様に、レンズベースにピンを形成してレンズホルダ固定板に嵌合し貫通することによっても、達成される。
【００３２】
また、レンズホルダ固定板とレンズベースとのねじ固定に用いるねじ１２６は、図９に示すように、円柱状側面は、ねじの据え付け側にねじ山を有し、頭部側にねじ山を有しない。ねじを螺合したときに、ねじの据え付け側のねじ山を有する側面１２７は、レンズベースの孔に接して存在し、頭部側のねじ山を有しない側面１２８はレンズホルダ固定板の孔の内部に存在する。本実施の形態において、頭部側のねじ山を有しない側面１２８はレンズホルダ固定板の孔に接していないが、接していてもよい。このねじ１２６は、ＬＤホルダ固定板とレンズベースとのねじ固定にも用いてもよい。
【００３３】
本発明のレンズ１２１としては、光源から出射された光ビームを平行光に変えるようなコリメータレンズを好ましく用いることができる。しなしながらコリメータレンズに限らず、照明用や、ファイバカップリング用にも適用でき、それらに応じたセンサを用いて二次元的、もしくは三次元的にＬＤとレンズとの位置調整をすればよい。
（その他の構成）
本発明の光ビーム発生装置において、ＬＤ、ＬＤホルダ、ＬＤホルダ固定板、レンズ、レンズホルダ、レンズホルダ固定板は、レンズベースに固定されているが、このレンズベースは断熱プレートの上部に設置されている。断熱プレートは温度変化によって変形しないので、ＬＤの設置位置を安定に保つことができる。そしてこの断熱プレートは、ＬＤからの光の出射側に配置される他の光学素子、例えばアナモルフィックプリズムなどの設置個所まで延長して配置される。
【００３４】
またアナモルフィックプリズムを用い、位置調整することのより、使用されるＬＤのアスペクト比がどのような値であっても、安定して真円にビーム成形をすることができる。
【００３５】
またＬＤを使用する場合には、周囲温度や内部温度の変化に伴い、ＬＤの動作特性が変動する。このため、ペルチェ素子のような温度調整素子を設けてＬＤの発生熱を放熱する。このペルチェ素子は光源の発生熱を効果的に放熱できるような位置に配置されていることが好ましい。
【００３６】
またビームスプリッタを設けて、出射光の一部を分岐させフォトダイオード（ＰＤ）で分岐光を検知する。ＰＤは光ビーム装置を収納するケースの内部に支持されており、ＰＤの光検知により光源のＡＰＣを行う。
【００３７】
本発明では光ビーム発生装置の光源として、半導体レーザ素子（ＬＤ）を用いているが、端面発光ダイオードや、その他の光源も適用することができる。とくにＬＤや端面発光ダイオードを用いる場合、発光層にＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）を好適に用いることができる。
（その他の構成：アナモルフィックプリズム２０１）
ＬＤから出射され、レンズを通過したビームは楕円形となっているため、ビーム形状を真円に成形する目的でアナモルフィックプリズムが用いられている。
【００３８】
このアナモルフィックプリズムはＬＤから出射される光ビームに対して位置合わせをして断熱プレートに固定されている。このアナモルフィックプリズムが断熱プレートに固定される際には、一つに接着剤によって固定される形態がある。しかしながら接着剤による固定では、光源のＬＤが交換されることにより調整位置からずれて、好ましい真円が成形できなかったり、アナモルフィックプリズム自体の交換性が悪いなどの問題がある。また、接着剤による固定は、上述のＬＤとレンズとの二次元相対配置および三次元相対配置の問題と同じく、光ビーム発生装置の保存環境または輸送環境にてアナモルフィックプリズムの位置ずれが発生することがある。また他の形態として、アナモルフィックプリズムを載置板に載置し、載置板をねじにより断熱プレートに固定する形態がある。しかしながら、この場合、載置板を断熱プレートにねじ固定すると、上述のＬＤとレンズとの二次元相対配置及び三次元相対配置の問題と同じく、載置板にねじ締めによる回転モーメントがかかってしまい、位置ずれが生じてしまう。
【００３９】
そこで、本発明の光ビーム発生装置における好ましい形態として、アナモルフィックプリズムを次のように形成することで、ＬＤとレンズとの相対的な位置調整が精度良く実装された光ビーム発生装置から出されるビームの形状を真円とすることができる。また、ＬＤ交換時に発生するレンズから出されたビームに対して、アナモルフィックプリズムを容易に調整できるので、容易に真円を得ることができる。本発明の光ビーム発生装置の好ましい形態を説明する。ここで図１０は断熱プレート２０２にアナモルフィックプリズムホルダ２０３と、アナモルフィックプリズムホルダ固定板２０４とをねじ２０５で固定する時の載置前の状態を示す図であり、図１１は載置したときの断面の一部を示す図であり、図１２は断熱プレート２０２上面から載置した状態を示す図である。
（１）  開口部が設けられた断熱プレートと、アナモルフィックプリズムが固定されたアナモルフィックプリズムホルダと、開口部が設けられた前記アナモルフィックプリズムホルダを前記断熱プレートに固定するアナモルフィックプリズムホルダ固定板とを有することを特徴とする。このため、アナモルフィックプリズムホルダ２０３は、アナモルフィックプリズムホルダ固定板２０４によって、断熱プレート２０２に固定されることとなり、固定の際に局所的な荷重がかかることがなく、位置ずれがほとんど生じず固定することができる。また残留応力もかからないので、保存環境、輸送環境においても位置ずれが発生しない。
（２）  前記（１）のさらに好ましくは、前記アナモルフィックプリズム固定板は、アナモルフィックプリズムホルダを挟んだ配置で断熱プレートにねじにより固定されていることを特徴とする。このため、ねじ固定の際に、アナモルフィックプリズムホルダ２０３に回転モーメントが発生することなく、アナモルフィックプリズム２０１と断熱プレート２０２とを強固に固定することができる。
（３）  前記（１）または（２）のさらに好ましくは、前記アナモルフィックプリズムホルダは、アナモルフィックプリズム載置側に段差が設けられた第１の主面と、その反対側に段差が設けられた第２に主面とを有し、前記第１の主面は段差下面でアナモルフィックプリズムホルダ固定板と接し、さらに前記第２の主面は段差下面で断熱プレートと接していることを特徴とする。ここでアナモルフィックプリズムホルダ２０３は好ましくは底面にアナモルフィックプリズム２０１が固定された、円柱形状、もしくは円柱が底面のある弦を通って側面と並行に切断されたときの円の中心を有する側の形状のようなものであり、上記構成でアナモルフィックプリズム固定板２０４、および断熱プレート２０２と接して固定されていることで、好ましい真円のビームが得られるようにアナモルフィックプリズム２０１を回転し位置調整することができる。
（４）  前記（１）〜（３）のさらに好ましくは、前記断熱プレートはアナモルフィックプリズム載置側の面に鉤型部もしくは突出部を有し、該鉤型部平面もしくは突出部側面が前記アナモルフィックプリズムホルダ固定板の端部側面と接していることを特徴とする。アナモルフィックプリズムホルダ固定板２０４を、アナモルフィックプリズムホルダ２０３を介して断熱プレート２０２にねじ固定する際、アナモルフィックプリズムホルダ固定板の端部側面２０６が、断熱プレートの鉤型部平面２０７もしくは突出部側面と接して形成される（図１１参照）ことで、断熱プレート２０２に固定するねじ２０５をねじ締めする際の回転モーメントによって、アナモルフィックプリズムホルダ固定板自体の回転が規制されるので、アナモルフィックプリズムホルダ２０３には回転モーメントによる位置ずれは起こることはない。ちなみに、アナモルフィックプリズムホルダ固定板自体の回転規制は、上記構成だけでなく、断熱プレートにピンを形成してアナモルフィックプリズムホルダ固定板に嵌合し貫通することによっても達成される。また、円柱状側面は、ねじの据え付け側にねじ山を有し、頭部側にねじ山を有しないねじ１２６を用いてもよい。
【００４０】
このアナモルフィックプリズム２０１は真円のビームを得るために設けられるもので、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれが調整されるように２つ設けられる。またアナモルフィックプリズムホルダ２０３の第２の主面、つまりアナモルフィックプリズム載置面と反対の面には、真円のビームを得るように調整するための調整孔を２つ有し、その調整孔に治具を挿入することで調整することができる。また好ましくは、アナモルフィックプリズムホルダは回転可能な円状に形成されてなり、２つの調整孔において、その調整孔のうち一方は円の中心にある。円の中心の調整孔に治具を挿入しこれを回転軸とし、さらに他方の調整孔に治具を挿入し回転させることで、調整することができる。
【００４１】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
ＬＤをＬＤホルダに挿入する。ＬＤとＬＤホルダとはねじなどによって固定される。次にＬＤを保持するＬＤホルダを間に介し、ＬＤホルダ固定板の第２の孔にレンズベースのピンを通し、ＬＤホルダ固定板をレンズベースの方向に摺動させて、ＬＤホルダとレンズベースとが、またＬＤホルダとＬＤホルダ固定板とが接する位置まで摺動させる。ここでＬＤホルダ固定板とレンズベースとはねじ固定されていないので、ＬＤホルダは、光軸方向（Ｚ方向）と垂直な方向に移動可能である。またこの状態で、ＬＤホルダ固定板の第１の孔にねじを通し、レンズベースに完全にねじ締めされないように仮固定をしてもよい。本実施例ではコリメータレンズがレンズベースに直接固定されている。
【００４２】
次に光ビームの出射側にセンサを設置し、ＬＤを発振させながら、ＬＤホルダをＸ−Ｙ方向に摺動させ、センサでレンズを通過したビームを観察しながら波面収差が目標の範囲もしくは最良になるように調整した。このＸ−Ｙ方向の摺動には、ＬＤホルダの調整孔に治具を挿入して行った。これによりＸ−Ｙ方向の波面収差が最小の値となるまで微調整することができる。
【００４３】
ビームの特性が目標の範囲もしくは最良を満たされたら、ＬＤホルダ固定板をねじで完全に螺合する。このときレンズベースのピンが回転を規制し、ＬＤホルダがＸ−Ｙ方向に位置ずれすることなく固定することができた。ＮＡ０．３のとき（図１）およびＮＡ０．５のとき（図２）のＹ方向の位置ずれと波面収差の関係において、いずれにおいても、波面収差の最も最小となる位置に調整、固定することができた。これにより、ＬＤとレンズの二次元相対配置が調整された、また調整の結果得られる最適位置を動作時も維持することができた。
（実施例２）
図１３はレンズとＬＤとを組み込む前の状態を示す図であり、図１４はレンズとＬＤとが位置調整されて固定された状態を示す図である。ＬＤをＬＤホルダに挿入する。ＬＤとＬＤホルダとはねじなどによって固定される。次にＬＤを保持するＬＤホルダを間に介し、ＬＤホルダ固定板１１４の第２の孔にレンズベースのピン１２５を通し、ＬＤホルダ固定板１１４をレンズベース１２４の方向に摺動させて、ＬＤホルダ１０５とレンズベース１２４とが、またＬＤホルダ１０５とＬＤホルダ固定板１１４とが接する位置まで摺動させる。ここでＬＤホルダ固定板とレンズベースとはねじ固定されていないので、ＬＤホルダは、光軸方向と垂直な方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動可能である。またこの状態で、ＬＤホルダ固定板の第１の孔にねじを通し、レンズベースに完全にねじ締めされないように仮固定をしてもよい。
【００４４】
また一方で、コリメータレンズが保持されたレンズホルダ１２２を間に介し、レンズホルダ固定板１２３に設けられた孔に、円柱状側面がねじの据え付け側にねじ山を有し、頭部側にねじ山を有しないねじ１２６を通し、レンズベース１２４に完全にねじ締めされないように仮固定する。ここでレンズホルダ固定板とレンズベースとはねじ固定されていないので、レンズホルダは、光軸方向（Ｚ方向）に摺動可能である。
【００４５】
次に光ビームの出射側にセンサを設置し、ＬＤを発振させながら、ＬＤホルダをＸ方向Ｙ方向に摺動させ、センサでレンズを通過したビームを観察しながら波面収差が目標の範囲もしくは最良になるように調整し、レンズホルダをＺ方向に摺動させ、同様に波面収差が目標の範囲もしくは最良になるように調整した。Ｘ−Ｙ方向の摺動には、ＬＤホルダの調整孔に治具を挿入して行った。これによりＸ−Ｙ方向の波面収差が最小の値となるまで微調整することができる。
【００４６】
ビームの特性が目標の範囲もしくは最良を満たされたら、ＬＤホルダ固定板１１４をねじ１２６で完全に螺合する。このときレンズベースのピンが回転を規制し、ＬＤホルダがＸ−Ｙ方向に位置ずれすることなく固定することができた。また、レンズホルダ固定板１２３をねじ１２６で完全に螺合する。このときレンズホルダ固定板自体の回転が規制されているので、レンズホルダがＺ方向に位置ずれすることなく固定することができた。
【００４７】
これにより、ＬＤとレンズの三次元相対配置が調整された。ＮＡ０．３のとき（図１参照）およびＮＡ０．５のとき（図２参照）のＹ方向の位置ずれおよびＺ方向の位置ずれと波面収差の関係において、いずれにおいても、波面収差の最小となる位置に調整、固定することができた。また調整の結果得られる最適位置を動作時も維持することができた。
（実施例３）
ＬＤをＬＤホルダに挿入する際に、ＬＤ出射面の鉛直方向からの光軸のずれを測定し、そのずれを補正し、ＬＤホルダの光源からの光ビームが出射する面の鉛直方向に光軸がくるようにＬＤホルダに孔を設け、その孔にＬＤを挿入する。その他は実施例２と同様にして光ビーム装置を得た。これにより、ＬＤ出射面の鉛直方向からの光軸ずれを持ったＬＤを用いても、コリメータレンズの中心に光強度が最大となるようなＬＤとレンズの三次元相対配置が調整された光ビーム発生装置が得られ、装置から出された光ビームに対物レンズや集光レンズを通しても理想的なスポットを得ることができる。
（実施例４）
実施例４はＬＤとコリメータレンズが固定されたレンズベースを断熱プレートに設置すると共に、アナモルフィックレンズを断熱プレートに設置した光ビーム発生装置を作成するものであり、図１０〜図１２を用いて説明する。
【００４８】
ＬＤとコリメータレンズをレンズベースに固定するまでは実施例２と同様にして作成する。
【００４９】
次に、図１０に示すように、断熱プレート２０２に、あらかじめアナモルフィックプリズム２０１が固定されたアナモルプリズムホルダ２０３と、アナモルフィックプリズムホルダ固定板２０４を順に載置する。断熱プレート２０２およびアナモルフィックプリズムホルダ固定板２０４には、アナモルフィックプリズムホルダに対向する位置に開口部が設けられている。そしてアナモルフィックプリズムホルダ２０３のプリズム載置と反対側の面の段差下面と断熱プレートの主面が接するように、またアナモルフィックプリズムホルダのプリズム載置側の面の段差下面とアナモルフィックプリズムホルダ固定板の主面が接するように載置する。このとき、アナモルフィックプリズムホルダ固定板の端部側面２０６と断熱プレートの凸部側面２０７とが接して載置される。
【００５０】
次にＬＤとコリメータレンズが固定されたレンズベース１２４をねじにより断熱プレート２０２に固定する。このとき断熱プレート２０２を上面から見ると図１２のようになる。ここで、光ビームの出射側、ＬＤから見てアナモルフィックプリズムより遠方にセンサを設置し、ＬＤを発振させながら、アナモルフィックプリズムホルダ２０３を回転させ、センサでビームを観察しながら、ビーム形状が真円（もしくは所望の形状）となるように調整した。アナモルフィックプリズムホルダ２０３の回転には、ホルダのアナモルフィックプリズム載置と反対側の面に設けられた２つの調整孔に治具を挿入し、ホルダの中心の調整孔に挿入された治具を回転軸とし、他方の調整孔に挿入された治具を動かす。
【００５１】
２つのアナモルフィックプリズム２０１を調整し、真円のビーム形状が得られたら、アナモルフィックプリズムホルダ固定板２０４を断熱プレート２０２にねじで完全に螺合する。このとき、アナモルフィックプリズムホルダ固定板の端部側面と断熱プレートの凸部側面とが接しているので、プリズムホルダ固定板の回転を規制し、アナモルフィックプリズムホルダが位置ずれすることなく固定することができた。また調整の結果得られる最適位置を動作時も維持することができた。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ＬＤからなる光源と、光源を保持するＬＤホルダと、光源から出される光ビームの出射側光軸上に配置されるレンズと、レンズを保持するレンズベースと、ＬＤホルダをレンズベースに固定するＬＤホルダ固定板とを有しており、ＬＤホルダは、ＬＤホルダ固定板によって、レンズベースに固定されることで位置ずれが発生することがない。またさらに、レンズは有底円筒状のレンズホルダ内に保持された状態でレンズベースに保持されており、レンズホルダをレンズベースに固定するレンズホルダ固定板を備え、レンズホルダ固定板がレンズホルダを挟んだ配置でレンズベースに固定されることで位置ずれが発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】レンズの三次元相対配置と波面収差の関係を示す図、
【図２】レンズの三次元相対配置と波面収差の関係を示す図、
【図３】本発明の実施形態に係る構成の概略図、
【図４】本発明の実施形態に係る構成の概略図、
【図５】本発明の実施形態に係る構成の概略図、
【図６】本発明の実施形態に係る構成の概略図、
【図７】本発明の実施形態に係る構成の概略図、
【図８】本発明の実施形態に係る構成の概略図、
【図９】本発明の実施形態に係る構成の概略図、
【図１０】本発明の実施形態に係る構成の概略図、
【図１１】本発明の実施形態に係る構成の概略図、
【図１２】本発明の実施形態に係る構成の概略図、
【図１３】本発明の実施形態に係る構成の概略図、
【図１４】本発明の実施形態に係る構成の概略図、
【図１５】従来の例を示す半導体レーザ装置の概略の断面図。
【符号の説明】
１０１・・・第１の主面、
１０２・・・第２の主面、
１０３・・・段差上面、
１０４・・・ＬＤ（半導体レーザ素子）、
１０５・・・ＬＤホルダ、
１１１・・・第１の孔、
１１２・・・第２の孔、
１１３・・・第３の孔、
１１４・・・ＬＤホルダ固定板、
１２１・・・レンズ、
１２２・・・レンズホルダ、
１２３・・・レンズホルダ固定板、
１２４・・・レンズベース、
１２５・・・ピン、
１２６・・・ねじ、
２０１・・・アナモルフィックプリズム、
２０２・・・断熱プレート、
２０３・・・アナモルフィックプリズムホルダ、
２０４・・・アナモルフィックプリズムホルダ固定板、
２０５・・・ねじ、
３０１・・・光ビーム発生装置。
【図１】
2004241438.tif 000003
【図２】
2004241438.tif 000004
【図３】
2004241438.tif 000005
【図４】
2004241438.tif 000006
【図５】
2004241438.tif 000007
【図６】
2004241438.tif 000008
【図７】
2004241438.tif 000009
【図８】
2004241438.tif 000010
【図９】
2004241438.tif 000011
【図１０】
2004241438.tif 000012
【図１１】
2004241438.tif 000013
【図１２】
2004241438.tif 000014
【図１３】
2004241438.tif 000015
【図１４】
2004241438.tif 000016
【図１５】
2004241438.tif 000017