(57)【要約】【課題】  半導体レーザ素子の発振波長及び波長変換素子の整合波長を一致させ、高効率の変換効率を実現すると共に歩留まりの向上を図ることができるレーザ光源及びレーザ露光装置を提供する。【解決手段】  レーザ光源１３は、基準波長のレーザ光を出射するＬＤ１３０と、ＬＤ１３０から出射されたレーザ光から所定の高調波のレーザ光を生成して出力するＰＰＬＮ素子１３１と、ＬＤ１３０の出射端とＰＰＬＮ素子１３１の入射端との間に介設された所定波長を透過波長として有するＦＢＧ１３３と、ＦＢＧ１３３の温度調整を行うペルチェ素子３５と、ＦＢＧ１３３の温度を検出するサーミスタ３６と、ＦＢＧ１３３の透過波長をＰＰＬＮ素子１３１の整合波長に一致させるべく、ＦＢＧ１３３を温度調整する温度制御部４０とを備える。【選択図】      図４ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準波長を有する半導体レーザ素子と、特定波長のレーザ光が出力されるべく構成され、入射されるレーザ光の波長を所定の変換効率で前記特定波長に変換して出力する波長変換素子と、前記半導体レーザ素子と前記波長変換素子との間に介設され、所定の波長を透過波長として有する光ファイバグレーティングとを備えたレーザ光源において、
前記光ファイバグレーティングに対して温度調整を行う熱源と、
前記光ファイバグレーティングの温度を検出する温度検出手段と、
前記光ファイバグレーティングの透過波長を前記波長変換素子の整合波長に調整するべく、前記光ファイバグレーティングを温度調整する温度制御手段とを備えたことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
印画紙上に所定の画像を形成する写真処理装置におけるレーザ露光装置であって、
請求項１記載のレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されるレーザ光の強度を画像データに対応する光変調データを用いて変調する光変調手段と、
印画紙に対し前記光変調手段により変調されたレーザ光を走査し、露光を行なう走査機構とを備えたことを特徴とするレーザ露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成に用いられるレーザ光源、及びそのレーザ光源を用いたレーザ露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディジタルカメラで撮像した画像データやスキャナで読み込んだ画像データ等を用いて感光材（印画紙）上に画像を形成する写真処理装置が実用化されている。このような写真処理装置の露光装置では、青色、緑色の可視光を得るためのレーザ光源として、赤外光を出射する半導体レーザ素子（Ｓemiconductor Laser Diode：ＬＤ）と、ＬＤの出射光の波長変換を行い、第２高調波として可視光を出力する光導波路型のＰＰＬＮ（Ｐeriodically-poled LiNbO3 ）素子とを備えたものが用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＬＤの発振波長は温度特性を有し、ＬＤの発振波長がＰＰＬＮ素子の位相整合波長（第２高調波変換効率がピークになるときの入力波長）からずれると、第２高調波の変換効率が低下し、所望する光出力強度が得られない。そのため、ＬＤの温度を１／１００℃程度の高精度で制御する必要がある。
【０００４】
また、ＬＤ及びＰＰＬＮ素子は、それぞれ半導体製造プロセスを利用して量産されるものであるところ、量産された個々のＬＤ及びＰＰＬＮ素子には個体差が生じる可能性があり、量産されたＬＤとＰＰＬＮ素子とを任意の組み合わせの下で組み付けると、波長の整合性がとれず所望する光出力強度が得られないレーザ光源が構成され、レーザ光源の歩留まりが悪くなるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、半導体レーザ素子の発振波長及びＰＰＬＮ素子の整合波長の不一致を是正し、高効率の波長変換を実現すると共に歩留まりの向上を図ることができるレーザ光源及びレーザ露光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係るレーザ光源は、基準波長を有する半導体レーザ素子と、特定波長のレーザ光が出力されるべく構成され、入射されるレーザ光の波長を所定の変換効率で前記特定波長に変換して出力する波長変換素子と、前記半導体レーザ素子と前記波長変換素子との間に介設され、所定の波長を透過波長として有する光ファイバグレーティングとを備えたレーザ光源において、前記光ファイバグレーティングに対して温度調整を行う熱源と、前記光ファイバグレーティングの温度を検出する温度検出手段と、前記光ファイバグレーティングの透過波長を前記波長変換素子の整合波長に調整するべく、前記光ファイバグレーティングを温度調整する温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、前記光ファイバグレーティングの温度制御により前記光ファイバグレーティングを透過するレーザ光の波長を前記波長変換素子の整合波長に一致させることができ、高効率の波長変換が可能となる。これにより、半導体レーザ素子の出射光のパワーを最小限に抑えることができ、半導体レーザ素子ひいては装置の長寿命化を図ることができる。また、半導体レーザ素子及び波長変換素子の固体差に起因して生じるレーザ光源の歩留まりの悪化を回避することができる。さらに、従来のような半導体レーザ素子の高精度の温度制御が不要となり、容易な温度制御処理で高効率の波長変換を実現することができる。
【０００８】
請求項２に係るレーザ露光装置は、印画紙上に所定の画像を形成する写真処理装置におけるレーザ露光装置であって、請求項１記載のレーザ光源と、前記レーザ光源から出力されるレーザ光の強度を画像データに対応する光変調データを用いて変調する光変調手段と、印画紙に対し前記光変調手段により変調されたレーザ光を走査し、露光を行なう走査機構とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、波長変換素子の入射波長を整合波長に一致させることにより一定の光出力を得ることができるレーザ光源を備えたので、一定のパワーで露光することができ、より高画質の写真が得られる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係るレーザ光源によれば、従来から行なわれている半導体レーザ素子の温度制御に加えて光ファイバグレーティングの温度制御を行うことで、波長変換素子の入射波長を整合波長に容易に一致させることができ、高効率の波長変換を実現すると共に歩留まりの向上並びに装置の長寿命化を図ることができる。
【００１１】
請求項２に係るレーザ露光装置によれば、光ファイバグレーティングの透過波長を波長変換素子の整合波長に一致させることにより一定の光出力を得ることができるレーザ光源を備えたので、一定のパワーで露光することができ、より高画質の写真が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図1は本発明の一実施の形態によるレーザ露光装置の斜視図である。なお、図１では、レーザ露光装置１０の筐体１０ａの上部を省略して図示しているが、筐体１０ａは暗室構造にされると共に塵の入り込みを防止するべく密閉構造とされている。
【００１３】
筐体１０ａ内の所定位置には、それぞれビーム状のレーザ光を出射する３個のレーザ光源１１，１２，１３が配設されている。レーザ光源１１は、例えば波長６８５ｎｍのＲ（赤）色のレーザ光を発生する半導体レーザ素子を備えている。レーザ光源１２は、例えば波長１０６０ｎｍのレーザ光を発生する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を、その第２高調波である波長５３０ｎｍのＢ（青）色のレーザ光に変換して出力するＰＰＬＮ素子とを備えている。同様に、レーザ光源１３は、例えば波長９４６ｎｍのレーザ光を発生する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を、その第２高調波である波長４７３ｎｍのＧ（緑）色のレーザ光に変換して出力するＰＰＬＮ素子とを備えている。
【００１４】
レーザ光源１１、１２、１３のレーザ出射側には、コリメータレンズ１４、レーザ強度変調部材として機能する音響光学変調素子（Acousto-Optic  Modulator；以下、ＡＯＭという）１５、レーザ整形開口１６、ミラー１７が順に配置されており、該ミラー１７の反射側には、球面レンズ１８、シリンドリカルレンズ１９及びポリゴンミラー２０が順に配置されている。ポリゴンミラー２０の反射側には、ｆθレンズ２１、レンズ２２、ミラー２３，２４が順に配置されている。そして、矢印Ｃ方向から搬送されてきた印画紙Ｐにミラー２４で反射されたＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光が露光される。
【００１５】
図２は本発明の一実施の形態によるＢ色のレーザ光源１３の構成図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。Ｇ色のレーザ光源の構成は、Ｂ色のレーザ光源の構成と基本的に同じであるため説明を省略する。
【００１６】
図２において、レーザ光源１３は、ＬＤ１３０、ＰＰＬＮ素子１３１、集光レンズ１３２、光ファイバグレーティング（Fiber Bragg Grating、以下「ＦＢＧ」という）１３３、ビーム整形部１３４及びレンズ１３５を備える。
【００１７】
ＬＤ１３０は保持部材としてのベース１３０に取り付けられたステム１３００で支持されている。ＰＰＬＮ素子１３１は、ＬｉＮｂＯ3からなり、分極反転層がレーザ光の進行方向に向かって周期的に配列形成された構造を有し、その上面であって、分極反転層の配列方向と直交する方向には、レーザ光を透過するための光導波路１３１１が形成されている。ＬＤ１３０から出射される９４６ｎｍのレーザ光は、集光レンズ１３２及びＦＢＧ１３３によりＰＰＬＮ素子１３１に導かれ、レーザ光は光導路１３１１により４７３nmの第２高調波光に変換される。
【００１８】
集光レンズ１３２は、ＬＤ１３０及びＦＢＧ１３３間に介設され、ＬＤ１３０の出射光をＦＢＧ１３３に集光するものである。ＦＢＧ１３３は、光ファイバに紫外光を照射し、ファイバコア部に周期的な屈折率変化を与えることでファイバ内部にグレーティング１３３１を形成したものであり、ＬＤ１３０から出射された光から特定波長の光を反射する機能を有する。これによりＬＤ１３０自身の発振波長の中心波長（λｃ）が設定波長（１０６０ｎｍ）からずれていてもＦＢＧ１３３で設定波長に引き込まれる。
【００１９】
ＦＢＧ１３３は、例えば、アルミ等の熱伝導率の高い金属１３３２で被覆されており、被覆されたＦＢＧ１３３は、アルミ等の熱伝導率の高い金属で構成された支持部材１３３３の上面に接着固定されている。なお、ここでは、支持部材１３３３及びＦＢＧ１３３を被覆する金属１３３２としてアルミを適用したが、その他アルミ合金、銅等のような熱伝導率の高いものを適用することも可能である。
【００２０】
ビーム整形部１３４は、ＰＰＬＮ素子１３１から出射された光をレンズ１３４１にて平行光にする。レンズ１３４１によるビーム整形後、赤外光（ＩＲ）カットフィルタ１３４２を通し、赤外光（基本波）をカットする。ビームスプリッタ１３４３は、ＩＲカットフィルタ１３４２を透過したレーザ光を２方向に分離するもので、一つは出射光用としてレンズ１３５を介して外部に出射され、他はＡＰＣ（Auto Power Control）制御を行うためのモニタ用とされる。
【００２１】
ＬＤ１３０及びＰＰＬＮ素子１３１は、その下方に設置されるペルチェ素子３１，３３及びサーミスタ３２，３４によりそれぞれ個別に温度調整され、レーザ光の中心波長λｃが基本波長に対し変動するのを防止している。また、ＦＢＧ１３３は、ペルチェ素子３５及びサーミスタ３６により温度調整され、ＦＢＧ１３３の透過波長が変動するのを防止している。
【００２２】
図３は、ＦＢＧ１３３から出射されるレーザ光の波長及び強度の関係を示す図であり、縦軸はＦＢＧ１３３から出射されるレーザ光の強度Ｗを示し、横軸は波長λを示している。図３中、点線で示す曲線Ｇ１は、ＬＤ１３０及びＰＰＬＮ素子１３１間にＦＢＧ１３３を介設しない場合を示し、実線で示す曲線Ｇ２は、ＬＤ１３０及びＰＰＬＮ素子１３１間にＦＢＧ１３３を介設した場合を示している。図に示すように、ＬＤ１３０及びＰＰＬＮ素子１３１間にＦＢＧ１３３が介設されていない従来のレーザ光源では、複数の波長からなるレーザ光がＬＤ１３０から出射され、ＰＰＬＮ素子１３１に入射するのに対し、本発明のレーザ光源では、ＦＢＧ１３３によりＬＤ１３０の発射波長の中心波長が設定波長に引き込まれ、レーザ光の波長の狭帯域化及び高出力化がなされている。
【００２３】
図４は図２に示すレーザ光源１３の温度制御機構の構成を示すブロック図である。
【００２４】
温度制御部４０は、サーミスタ３６により検出されたＦＢＧ１３３の温度をモニタすると共に、温度制御データ記憶部４００に記憶されるＦＢＧ１３３の温度制御データに基づきペルチェ素子３５の温度を制御する。温度制御部４０は、ペルチェ素子３１、３３及びサーミスタ３２、３４にも接続され、ＬＤ１３０及びＰＰＬＮ素子１３１の温度制御も行なうが、ここでは図示及び説明を省略する。
【００２５】
ＰＤ（フォトダイオード）４１はビームスプリッタ１３４３から入射される可視光を電流に変換し、Ｉ−Ｖ変換部４２に出力する。Ｉ−Ｖ変換部４２はＰＤ４１からの供給電流を電圧に変換する。温度制御部４０は、Ｉ−Ｖ変換部４２により得られた電圧値と、リファレンス電圧記憶部４０１に記憶されるリファレンス電圧値とが一致するか否かを判断し、一致する場合は所望のパワーの光出力が得られていると判断し、一致しない場合は所望のパワーの光出力が得られていないと判断し、ＦＢＧ１３３の温度を調整する。
【００２６】
図５は温度制御部４０によるＦＢＧ１３３の温度制御方法を説明するための図であり、（ａ）はＰＰＬＮ素子１３１の入射光の波長と変換効率との関係を示す特性線であり、（ｂ）はＦＢＧ１３３の温度と透過波長との関係を示す特性線であり、（ｃ）は温度制御データ記憶部４００に記憶されるＦＢＧ１３３の温度とＰＰＬＮ素子１３１の出力光の強度との関係を表す温度制御データである。
【００２７】
特性線（ａ）に示すように、ＰＰＬＮ素子１３１により最大変換効率で波長変換される波長（整合波長）は１０６０ｎｍである。一方、特性線（ｂ）ではＦＢＧ１３３の温度が２２℃の際に、ＦＢＧ１３３の透過波長がＰＰＬＮ素子１３１の整合波長に一致するのに対し、ＦＢＧ１３３の温度が２２℃から少しでもずれると、ＦＢＧ１３３の透過波長とＰＰＬＮ素子１３１の整合波長にずれが生じる。そのため、温度制御データ記憶部４００に記憶される温度制御データは、ＦＢＧ１３３の温度が２２℃なった時にＰＰＬＮ素子１３１による最大出力が得られることを示す。そこで、ＦＢＧ１３３は２２度を設定温度としてペルチェ素子３５、サーミスタ３６及び温度制御部４０により温度制御され、この際、ＰＰＬＮ素子１３１により約１００パーセントの変換効率が得られ、ハイパワーの光出力が得られる。
【００２８】
しかし、ＰＰＬＮ素子１３１の入射光の波長とその変換効率は、各素子毎にばらつきがあり、整合波長が例えば１０６０．０６ｎｍであるＰＰＬＮ素子１３１をレーザ光源の波長変換素子として用いた場合、ＰＰＬＮ素子１３１の入射光の波長と変換効率との関係は図６（ａ'）に示すようになる。図６（ｂ）に示すＦＢＧ１３３の温度と透過波長との関係を示す特性線によれば、ＦＢＧ１３３の温度が２６．５℃の際に、ＦＢＧ１３３の透過波長がＰＰＬＮ素子１３１の整合波長に一致するため、図６（ｃ'）の温度制御データが示すように、ＦＢＧ１３３の温度が２６．５℃になった時にＰＰＬＮ素子１３１による最大の光出力が得られる。従って、ＦＢＧ１３３は２６．５度を設定温度としてペルチェ素子３５、サーミスタ３６及び温度制御部４０により温度制御される。
【００２９】
従来はＬＤ１３０とＰＰＬＮ素子１３１の固体差に起因して、ＬＤ１３０の発振波長とＰＰＬＮ素子１３１の整合波長が一致せず、その差が許容範囲を超える場合は所望の光出力が得られず歩留まりの悪化につながっていたが、その差が微差である場合は、上述したように、温度制御部４０によりＦＢＧ１３３の温度を各ＰＰＬＮ素子の整合波長に応じた最適温度に調整することでＦＢＧ１３３の透過光をＰＰＬＮ素子１３１の整合波長に一致させることができる。これにより、ＬＤ１３０，ＰＰＬＮ１３１素子の特性のばらつきに関わらず、所望の光出力が得られるようになり、しかも生産上の歩留まりを向上させることができる。
【００３０】
また、ＰＰＬＮ素子１３１の実際の整合波長が予定されていたものと異なり、温度制御部４０により設定温度にされたＦＢＧ１３３の透過波長とＰＰＬＮ素子１３１の整合波長の整合性がとれず、所望の光出力強度が得られない場合がある。そこで、温度制御部４０は、ＦＢＧ１３３が設定温度になるように温度制御を行なうと共にＩ−Ｖ変換部３３により得られた電圧値と、リファレンス電圧記憶部４０１に記憶されるリファレンス電圧値とが一致するか否かを判断し、一致しない場合はＦＢＧ１３３の温度を変化させ、ＦＢＧ１３３の透過波長を変化させる。ここで、ＦＢＧ１３３の透過波長の温度依存性は１〜１０ｐｍ／℃であるため、温度制御部４０による温度制御を設定温度から±０．５℃の範囲内で、０．１℃単位で行なうのが好ましく、これにより、ＦＢＧ１３３の透過波長を精度良くＰＰＬＮ素子１３１の整合波長に調整することができ、所望の光出力強度を得ることができる。
【００３１】
本実施形態によれば、ＬＤ１３０及びＰＰＬＮ素子１３１の固体差または温度環境により相互の波長整合性が取れていない場合でも、温度制御部４０は、ＦＢＧ１３３の温度制御によりその透過波長を変化させ、ＰＰＬＮ素子１３１の整合波長に一致させることができ、ＰＰＬＮ素子１３１による高効率の波長変換が可能となる。これにより、所望のパワーの可視光を得るためのＬＤ１３０の出射光のパワーを最小限に抑えることができ、ＬＤ１３０の長寿命化を図ることができる。また、ＬＤ１３０及びＰＰＬＮ素子１３１の固体差に起因して生じるレーザ光源１３の歩留まりの悪化を回避することができる。さらに、従来のようなＬＤ１３０に対する高精度の温度制御が不要となり、容易な温度制御処理でＰＰＬＮ素子１３１による高効率の波長変換を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態によるレーザ露光装置の斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるレーザ光源の構成図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】図２に示すＦＢＧから出射されるレーザ光の波長及び強度の関係を示す図である。
【図４】図２に示すレーザ光源の温度制御機構の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す温度制御部によるＦＢＧの温度制御方法を説明するための図である。
【図６】図４に示す温度制御部によるＦＢＧの温度制御方法の別の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  レーザ露光装置
１１，１２，１３  レーザ光源
３１，３３，３５  ペルチェ素子(熱源)
３２，３４，３６  サーミスタ（温度検出手段）
４０  温度制御部（温度制御手段）
４１  フォトダイオード（ＰＤ）
４２  Ｉ−Ｖ変換部
１３０  半導体レーザ素子（ＬＤ）
１３１  ＰＰＬＮ素子
１３２  集光レンズ
１３３  光ファイバグレーティング（ＦＢＧ）
１３４  ビーム整形部
１３５  レンズ
４００  温度制御データ記憶部
４０１  リファレンス電圧記憶部
１３１１  光導波路
１３３１  グレーティング
１３３２  金属
【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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