(57)【要約】【課題】  半導体レーザの波長の長短にかかわらず、色収差による結合効率の低下が発生しない半導体レーザ装置の提供。【解決手段】  半導体レーザ装置において、半導体レーザの発光部から出射されたレーザ光は、凹ミラーの反射面により反射かつ集光されて光ファイバの入射端面に入射される。凹ミラーの反射面は、（１）式の表す非球面の一部を成し、該半導体レーザの発光部は（ｚ，ｒ）＝（−（a２−ｂ２）０．５＋a，０）、該光ファイバの入射端面は（ｚ，ｒ）＝（（a２−ｂ２）０．５＋a，０）に、ほぼそれぞれ位置している。2005099401.tif 000007【選択図】  図１
2005099401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する発光部を有する半導体レーザと、該レーザ光が入射する入射端面を有する光ファイバとを備えた半導体レーザ装置において、
該半導体レーザの該発光部から出射されたレーザ光を反射かつ集光して該光ファイバの入射端面に入射させる反射面を有する凹ミラーを更に備え、
該反射面は（１）式に示す非球面の一部を成し、該半導体レーザの発光部は（ｚ，ｒ）＝（−（a２−ｂ２）０．５＋a，０）、該光ファイバの入射端面は（ｚ，ｒ）＝（（a２−ｂ２）０．５＋a，０）に、ほぼそれぞれ位置していることを特徴とする半導体レーザ装置。
2005099401.tif 000006
【請求項２】
前記非球面を示す（１）式のｂとａとの比ｂ／ａが０．７５以上０．９９以下であり、かつ、前記半導体レーザの発光部から出射され前記凹ミラーの反射面に入射するレーザ光の光軸と該非球面のｚ軸とのなす角度が５°以上５０°以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記半導体レーザは活性層面を有し、該活性層面が前記半導体レーザの発光部から出射され前記凹ミラーの反射面に入射するレーザ光の光軸と該凹ミラーの反射面で反射して前記光ファイバの入射端面に入射するレーザ光の光軸とを含む面に一致するように、該半導体レーザが設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記凹ミラーは所定の透過率を有し、レーザ光が光軸に沿って該凹ミラーに入射する方向をレーザ光入射方向とし、該凹ミラーに対して該レーザ光入射方向下流側に、該凹ミラーを透過するレーザ光の出力を検出するフォトディテクタを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記所定の透過率が４％以上２０％以下であることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記凹ミラーの前記レーザ光入射方向下流側の面が凸レンズとなるように形成されていることを特徴とする請求項４又は５記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記凹ミラーの前記レーザ光入射方向下流側の面に、反射を防止するための無反射コーティングが施されていることを特徴とする請求項４乃至６の何れか一記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記半導体レーザと、前記光ファイバと、前記凹ミラーとが、モジュールとして一体化して構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一記載の半導体レーザ装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ装置に関し、特に半導体レーザから出射されるレーザ光を光ファイバに入射させる半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置は、光ファイバから出射されるレーザ光により光記録を行う光記録装置などに使用されている。従来の半導体レーザ装置としては、半導体レーザから出射されるレーザ光を直接光ファイバに入射させるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
また、別の例として、半導体レーザから出射されるレーザ光をレンズにより集光して光ファイバに入射させる半導体レーザ装置も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
レーザ光をレンズにより集光して光ファイバに入射させる半導体レーザ装置２０１について、図１４を参照して説明する。半導体レーザ装置２０１は、半導体レーザ２２０およびレンズ２６０、２６１を備え、これらがＬＤホルダ２１０に固定されている。更に、光ファイバ２５０の入射端が挿入かつ固定された金属性のフェルール２４０、そのフェルール２４０が挿入かつ固定されたフェルールホルダ２３０が、ＬＤホルダ２１０に固定されている。半導体レーザ装置２０１では、半導体レーザ２２０から出射されるレーザ光をレンズ２６０、２６１により集光し、光ファイバ２５０の入射端面２５１に入射させている。
【０００４】
図１５には、別の半導体レーザ装置３０１が示されている。半導体レーザ装置３０１は、半導体レーザ装置２０１の構成に加え、ビームスプリッタ２８０およびフォトディテクタ２７０を備えている。なお、ビームスプリッタ２８０は、ハーフミラ等でもよい。半導体レーザ装置３０１では、半導体レーザ２２０から出射されたレーザ光をビームスプリッタ２８０により分岐してフォトディテクタ２７０で検出する。内部フォトディテクタを内蔵していない半導体レーザを用いる場合には、かかる構成により、レーザ光出力の制御を行うことができる。
【特許文献１】特開２００２−３４１１９４号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、半導体レーザから出射されるレーザ光を直接光ファイバに入射させる従来の半導体レーザ装置では、レーザ光のビーム径を最適な大きさにして光ファイバに入射させることが困難である。一方、レーザ光をレンズにより集光して光ファイバに入射させる従来の半導体レーザ装置を用いれば、レーザ光のビーム径を最適な大きさにすることは可能である。しかし、レンズを用いると色収差により結合効率が低下してしまうという問題がある。この問題は、短波長の半導体レーザを用いた場合に特に深刻となる。なぜなら、短波長のレーザ光は、長波長のレーザ光に比べて、波長変化に対するレンズの屈折率変化の割合がより大きいからである。そのため、短波長の半導体レーザでは、色収差による光ファイバへの結合効率の低下が大きくなる。この関係が、図１６に示されている。図１６は、レンズの一般的な材質である石英ガラスの屈折率（縦軸）と光の波長（横軸）との関係を示すグラフである。波長が短くなるにしたがって曲線の傾きが急になっている。すなわち屈折率の変化量が大きくなっていることがわかる。
【０００６】
また、レーザ光出力を制御するためにビームスプリッタ等を備えた従来の半導体レーザ装置では、部品数が増え、構成が複雑になっていた。そのため、作動の安定性が低く、コストが高いという問題を抱えていた。
【０００７】
そこで本発明は、半導体レーザの波長の長短にかかわらず、色収差による結合効率の低下が発生しない半導体レーザ装置を提供することを目的とする。更に、簡単な構成によりレーザ光を分離し、レーザ光の出力制御を行うことのできる半導体レーザ装置を提供することを別の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、レーザ光を出射する発光部を有する半導体レーザと、該レーザ光が入射する入射端面を有する光ファイバとを備えた半導体レーザ装置において、該半導体レーザの該発光部から出射されたレーザ光を反射かつ集光して該光ファイバの入射端面に入射させる反射面を有する凹ミラーを更に備え、該反射面は（１）式に示す非球面の一部を成し、該半導体レーザの発光部は（ｚ，ｒ）＝（−（a２−ｂ２）０．５＋a，０）、該光ファイバの入射端面は（ｚ，ｒ）＝（（a２−ｂ２）０．５＋a，０）に、ほぼそれぞれ位置している半導体レーザ装置を提供している。
【数１】
2005099401.tif 000003
【０００９】
ここで、前記非球面を表す（１）式のｂとａとの比ｂ／ａが０．７５以上０．９９以下であり、かつ、前記半導体レーザの発光部から出射され前記凹ミラーの反射面に入射するレーザ光の光軸と該非球面のｚ軸とのなす角度が５°以上５０°以下であることが好ましい。
【００１０】
また、前記半導体レーザは活性層面を有し、該活性層面が前記半導体レーザの発光部から出射され前記凹ミラーの反射面に入射するレーザ光の光軸と該凹ミラーの反射面で反射して前記光ファイバの入射端面に入射するレーザ光の光軸とを含む面に一致するように、該半導体レーザが設けられていることが好ましい。
【００１１】
また、前記凹ミラーは所定の透過率を有し、レーザ光が光軸に沿って該凹ミラーに入射する方向をレーザ光入射方向とし、該凹ミラーに対して該レーザ光入射方向下流側に、該凹ミラーを透過するレーザ光の出力を検出するフォトディテクタを更に備えていることが好ましい。ここで、前記所定の透過率は４％以上２０％以下であることが好ましい。
【００１２】
また、前記凹ミラーの前記レーザ光入射方向下流側の面が凸レンズとなるように形成されていることが好ましい。または、前記凹ミラーの前記レーザ光入射方向下流側の面に、反射を防止するための無反射コーティングが施されていることが好ましい。
【００１３】
更には、前記半導体レーザと、前記光ファイバと、前記凹ミラーとが、モジュールとして一体化して構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザの発光部から出射されたレーザ光が、凹ミラーにより反射かつ集光されて光ファイバの入射端面に入射する。したがって、レンズを用いた場合に生じる色収差による結合効率の低下を防ぐことができる。また、凹ミラーの反射面は（１）式に示す非球面の一部を成し、該半導体レーザの発光部は（ｚ，ｒ）＝（−（a２−ｂ２）０．５＋a，０）、該光ファイバの入射端面は（ｚ，ｒ）＝（（a２−ｂ２）０．５＋a，０）にほぼそれぞれ位置しているので、レーザ光を光ファイバ入射端面に確実に入射させ、結合効率を高めることができる。更には、反射結像系という構成を用いているため、半導体レーザ装置の長さが短くなり、小型化が可能となる。
【数１】
2005099401.tif 000004
【００１５】
請求項２記載の半導体レーザ装置によれば、非球面を表す（１）式のｂとａが０．７５以上０．９９以下であり、かつ、前記半導体レーザの発光部から出射され前記凹ミラーの反射面に入射するレーザ光の光軸と該非球面のｚ軸とのなす角度が５°以上５０°以下である。従って、半導体レーザが凹ミラーで反射したレーザ光を遮ってしまうことを防ぎつつ、軸はずし角度が大きいが故にレーザ光の光ファイバへの結合効率が低下することを防ぐことができる。また、半導体レーザ光を倍率約５倍以下で集光して、光ファイバのコアに確実に入射させることができる。
【００１６】
請求項３記載の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザの活性層面が、凹ミラーに入射するレーザ光軸と該凹ミラーで反射したレーザ光軸とを含む面に一致している。半導体レーザは、活性層面方向におけるレーザ光放射角度が小さく、活性層面に垂直な方向のレーザ光放射角度が大きいという特性を有するが、かかる構成によれば、軸を外したことによる集光特性の非対称性の影響を低減することができる。
【００１７】
請求項４記載の半導体レーザ装置によれば、凹ミラーに対してレーザ光軸入射方向下流側に設けられたフォトディテクタにより、該凹ミラーを透過するレーザ光の出力を検出することができる。よって、内部フォトディテクタを備えていない半導体レーザを使用する場合でも、簡単な構成によりレーザ光を分離し、半導体レーザの光出力制御を行うことが可能である。
【００１８】
請求項５記載の半導体レーザ装置によれば、凹ミラーの透過率が４％以上２０％以下であるので、光出力制御を行うための光出力を確保しつつ、光ファイバへ入射する光出力を大きくし、光利用効率を向上させることができる。
【００１９】
請求項６記載の半導体レーザ装置によれば、凹ミラーのレーザ光軸入射方向下流側の面が凸レンズとなるように形成されているため、フォトディテクタにレーザ光を効果的に入射させることができる。
【００２０】
請求項７記載の半導体レーザ装置によれば、凹ミラーのレーザ光軸入射方向下流側の面に、無反射コーティングが施されている。従って、凹ミラーのレーザ光軸入射方向下流側の面での反射損がなくなる分だけ凹ミラーの反射率を上げることができ、光ファイバに入射させるレーザ光の光利用効率を向上させることができる。
【００２１】
請求項８記載の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザと、光ファイバと、凹ミラーとが、モジュールとして一体化して構成されているので、半導体レーザと、光ファイバと、凹ミラーとが、正確に位置決めされている。よって、半導体レーザから出射されるレーザ光を凹ミラーにより集光し、光ファイバの入射端面に正確に入射させることにより、色収差による結合効率の低下をなくすことができる。また、反射結像系という構成を用いているので、長さが短く、小型の半導体レーザモジュールを提供することができる。
【００２２】
請求項９記載の画像形成装置によれば、露光装置において、半導体レーザから出射されるレーザ光を凹ミラーにより反射かつ集光して、光ファイバに入射させることによって、色収差による結合効率の低下を防ぐことができる。よって、精度の高い露光を行うことができるので、高品質な画像を形成することができる。また、反射結像系という構成の半導体レーザ装置を搭載しているため、半導体レーザ装置が小型化され、したがって、小型、省スペースの画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の第１の実施の形態による半導体レーザ装置について図１乃至図９に基づき説明する。
【００２４】
最初に、半導体レーザ装置がモジュール化されて構成された半導体レーザモジュール１の全体的な構成について、図１を参照して説明する。半導体レーザモジュール１は、ＬＤホルダ１０、半導体レーザ２０、フェルールホルダ３０、フェルール４０、光ファイバ５０、凹ミラー６０を備えている。
【００２５】
ＬＤホルダ１０は、大径部１１と小径部１２を有する長尺状のホルダである。その内部には、大径部１１に対応する大径部内部室１１ａと小径部１２に対応する小径部内部室１２ａとが互いに連通するように形成されている。
【００２６】
半導体レーザ２０は、小径部１２に近い大径部１１の端部において、発光部２１が大径部内部室１１ａを介して凹ミラー６０の反射面６１と対向するようにＬＤホルダ１０に設けられている。発光部２１は、半導体レーザ光を発生する部分であり、後述する活性層２２を有している。なお、半導体レーザ２０は、レーザ溶接によりＬＤホルダ１０に固定されている。
【００２７】
凹ミラー６０は、反射面６１が大径部内部室１１ａを介して半導体レーザ２０と対向するように、かつ、大径部内部室１１ａ及び小径部内部室１２ａを介して光ファイバ５０の入射端面５１と対向するように、ＬＤホルダ１０の大径部１１側の長手方向端部に設けられている。凹ミラー６０のより正確な位置及び形状については後述する。反射面６１は、入射光のうち略１００％の光を反射する特性を有している。なお、凹ミラー６０は、ＬＤホルダ１０に熱硬化性樹脂により接着されている。
【００２８】
フェルールホルダ３０は、ＬＤホルダ１０の小径部１２側の長手方向端部に設けられ、フェルール４０を挿入するための貫通穴が形成された略リング形状をしている。
【００２９】
フェルール４０は、金属性で、フェルール端面４１を有する略円柱形状をしており、円柱の軸方向に光ファイバ５０を挿入するための貫通穴が形成されている。また、フェルール４０は、フェルール端面４１が小径部内部室１２ａおよび大径部内部室１１ａを介して凹ミラー６０の反射面６１と対向するように、フェルールホルダ３０の貫通穴に挿入されている。フェルール端面４１は、フェルール４０の軸に直交する平面に対して約８°の角度をなすように形成されている。フェルール端面４１で反射した光が凹ミラー６０で反射されて、半導体レーザ２０へ戻ることを防止するためである。
【００３０】
光ファイバ５０は、短波長レーザ光用の単一モード光ファイバである。光ファイバ５０は、入射端面５１がフェルール端面４１と同一面上となるように、フェルール４０の貫通穴に挿入され、熱硬化性樹脂により接着固定されている。したがって、光ファイバ５０の入射端面５１は、フェルール端面４１と同様に、フェルール４０の軸に直交する平面に対して約８°の角度をなすように形成されている。
【００３１】
なお、フェルールホルダ３０、フェルール４０、およびＬＤホルダ１０を固定する際には、レーザ光の光ファイバ５０の入射面５１への結合効率が最大になるように調心された後、フェルール４０とフェルールホルダ３０、フェルールホルダ３０とＬＤホルダ１０とがレーザ溶接される。
【００３２】
次に、半導体レーザモジュール１における半導体レーザ２０の発光部２１と光ファイバ５０の入射端面５１と凹ミラー６０の反射面６１の位置関係、及び凹ミラー６０の反射面６１の形状について、図２を参照して説明する。
【００３３】
図２に示されるように、紙面上にＺ軸及びＹ軸をとり、紙面と垂直な方向にＸ軸をとる。紙面上のｚ−ｙ平面上において、（１）式で描かれる曲線を示す。（１）式の第１項目は、長径ａ、短径ｂ、焦点Ｐ（ｚ，ｒ）＝（−（a２−ｂ２）０．５＋a，０）、Ｑ（ｚ，ｒ）＝（（a２−ｂ２）０．５＋a，０）の楕円面のＺ＜ａ部分を描く式であり、第２項目以降は、第１項目で記載した楕円面の形状を極微量に変化させる項である。
【数１】
2005099401.tif 000005
【００３４】
半導体レーザ２０の発光部２１と、光ファイバ５０の入射端面５１と、凹ミラー６０の反射面６１との位置関係を非球面Ｕ上で考えると次のようになる。非球面Ｕを表す（１）式の第２項目以降は、光ファイバに集光されるレーザ光の収差を制御する為に、非球面の形状を極微量に変形させる為の項であり、凹ミラーの反射集光特性を大きく変化させるものではない。したがって、半導体レーザ２０の発光部２１はＰ、光ファイバ５０の入射端面５１はＱにほぼそれぞれ位置している。更に、凹ミラー６０の反射面６１が非球面Ｕの一部を形成している。ここで、反射面６１は、紙面上のｚ−ｘ平面の両側（＋Ｙ及び−Ｙ方向）については互いに対称であるが、Ｚ−Ｙ平面上において中心線Ｃの両側は互いに対称ではない。
【００３５】
かかる構成によれば、レーザ光Ｌは半導体レーザ２０の発光部２１から出射され、広がりながら凹ミラー６０の反射面６１に入射する。そして、反射面６１で反射され、今度は集光されながら進み、光ファイバ５０の入射端面５１に略一点で入射する。このように、レーザ光Ｌが入射端面５１に略一点で入射するのは、（１）式で記載される非球面の幾何学的な性質に基づくものである。また、凹ミラーによりレーザ光を反射かつ集光して、光ファイバ上に結像させる上記のような構成を反射結像系という。
【００３６】
次に、Ｚ軸を外して凹ミラー６０を配置する理由について説明する。図３は、凹ミラー６０がＺ軸上に位置している場合を示す比較例を示している。この場合、レーザ光は、Ｚ軸に関してほぼ対称となるように半導体レーザ２０の発光部２１から出射され、凹ミラー６０の反射面６１で反射され集光されるように見える。しかし、半導体レーザ２０が反射面６１で反射されたレーザ光の進路にあたり、レーザ光を遮ってしまう。したがって、図２に示される本実施の形態のように、レーザ光軸をＺ軸から外す必要がある。
【００３７】
凹ミラー６０をどれだけの角度Ｚ軸から外せばよいか（軸外し角度）について、図４乃至図６を参照して説明する。また、（１）式で表される非球面Ｕの好ましいｂ／ａについても説明する。
【００３８】
図４における半導体レーザ２０の発光部２１と、光ファイバ５０の入射端面５１と、凹ミラー６０の反射面６１の位置関係は図２と同じであるが、それらの図示は省略し、位置のみ示している。すなわち、点Ｐが半導体レーザ２０の発光部２１、点Ｑが光ファイバ５０の入射端面５１、点Ｒが凹ミラー６０の反射面６１の略中心位置である。また、半導体レーザ２０の発光部２１から出射され凹ミラー６０の反射面６１に入射するレーザ光の光軸を線分ＰＲとし、ビームパターンの外縁部を線分ＰＲ１、ＰＲ２で表している。同様に、反射面６１で反射され光ファイバ５０の入射端面５１に入射するレーザ光の光軸を線分ＲＱとし、ビームパターンの外縁部を線分Ｒ１Ｑ、Ｒ２Ｑで表している。ここで、Ｚ軸と光軸ＰＲのなす角度を軸外し角度θとする。また、光軸ＰＲの長さをＦ１、光軸ＲＱの長さをＦ２とすると、倍率Ｎは、Ｎ＝Ｆ２／Ｆ１と表される。
【００３９】
図５は、ｂ／ａが異なる（１）式で表される複数の非球面（ｂ／ａ＝0.75〜0.99）について、半導体レーザ２０の出射光軸（ＰＲ）を焦点Ｐの回りに回転していったときの軸外し角度θと倍率Ｎとの関係を示したグラフである。図５のグラフから、軸外し角度θが0°〜90°では、軸外し角度θが大きくなるほど各曲線の傾きが急である。すなわち、倍率Ｎの変化率が大きい。これは、図６において次のように説明される。
【００４０】
図６は、軸外し角度がθ１又はθ２となるように、凹ミラー６０を配置したときのレーザ光の光路を示している。レーザ光が光軸ＰＲ、ＲＱに沿って進むとき（軸外し角度θ１）、レーザ光の下縁部はＰＲ１、Ｒ１Ｑであり、上縁部はＰＲ２、Ｒ２Ｑである。したがって、下縁部の倍率はＲ１Ｑ／ＰＲ１であり、上縁部の倍率はＲ２Ｑ／ＰＲ２である。一方、レーザ光が光軸ＰＳ、ＳＱに沿って進むとき（軸外し角度θ２）、レーザ光の下縁部はＰＳ１、Ｓ１Ｑであり、上縁部はＰＳ２、Ｓ２Ｑである。したがって、下縁部の倍率はＳ１Ｑ／ＰＳ１であり、上縁部の倍率はＳ２Ｑ／ＰＳ２である。このとき、軸外し角度がθ２のときの上縁部と下縁部の倍率の差の方が、軸外し角度がθ１のときの上縁部と下縁部の倍率の差よりも大きい。
【００４１】
言い換えれば、軸はずし角度が大きくなるほど、レーザ光のビームパターンがｚ−ｙ面上において、レーザ光軸に関して非対称性が大きくなるため、光ファイバ５０の入射端面５１における結合効率が低下する。しかし、角度を小さくし過ぎると、半導体レーザ２０がレーザ光の一部ないし全部を遮ってしまう。そこで、軸外し角度θは、5°≦θ≦50°の範囲とするのが適当である。
【００４２】
また、本実施の形態で用いる短波長レーザ光用の単一モード光ファイバは、光通信用に使用される長波長用の単一モード光ファイバに比べてコア径が小さいため、レーザ光を倍率約４倍以下で集光する必要がある。そこで、軸外し角度θが5°≦θ≦50°のときに、倍率が約４倍以下となる（１）式で表される非球面は、図５から、ｂ／ａ＝0.80〜0.99の場合であることが分かる。したがって、凹ミラー６０の反射面６１は、ｂ／ａ＝0.80〜0.99の軸外し非球面とする。
【００４３】
なお、長波長用の単一モード光ファイバを用いる場合は、コア径が多少大きいのでレーザ光を倍率約５倍以下で集光すればよい。軸外し角度θが5°≦θ≦50°のときに、倍率が約５倍以下となる楕円面は、図５から、ｂ／ａ＝0.75〜0.99の場合である。したがって、ｂ／ａ＝0.75〜0.99の軸外し楕円面を凹ミラーの反射面に用いればよい。
【００４４】
上記のように、軸外し非球面を用いる構成においては半導体レーザ２０を設置する向きも重要であるので、図７を参照して説明する。図７は、半導体レーザ２０の発光部２１からレーザ光が出射される様子を模式的に表した図である。半導体レーザ２０の発光部２１は、活性層２２を有している。一般に、半導体レーザは、活性層面に平行な方向におけるレーザ光放射角度αが小さく、活性層面に垂直な方向におけるレーザ光放射角度βが大きいという性質を有する。すなわち、α＜βである。
【００４５】
このため、凹ミラー６０に入射するレーザ光軸と反射するレーザ光軸とを含む面（図２、４、６におけるｚ−ｙ平面）と、活性層面が一致するように半導体レーザ２０を固定する。すると、図４に示されるように、出射レーザ光のビームパターンのｚ−ｙ平面における放射角度は、∠Ｒ１ＰＲ２＝αとなる。一方、ｘ軸方向における放射角度は、βである。したがって、出射レーザ光は、ｘ軸方向に細長いビームパターンを有している。
【００４６】
このようなビームパターンの向きは、レーザ光を集光して入射端面５１に結合させる上で好都合である。すなわち、ｚ−ｙ平面上で見ると放射角度αは小さいため、レーザ光軸ＰＲに関するビームパターンの対称性が高い。これに対して、ｘ軸方向で見ると放射角度βは大きい。しかし、凹ミラー６０は、ｘ軸方向で見るとｚ−ｙ平面の両側で対称なので、レーザ光はｚ−ｙ平面に関して対称に集光される。したがって、放射角度βが大きくても問題はない。よって、軸を外して凹ミラー６０を配置したことにより集光特性が非対称となる影響を低減することができる。
【００４７】
次に、上記に説明した半導体レーザモジュール１を用いた光ファイバアレイ８０およびレーザプリンタ光学系９０について図８、図９に基づき説明する。図８には、レーザプリンタ光学系９０に使用される光ファイバアレイ８０の構成が示されている。光ファイバアレイ８０は、上記で説明した半導体レーザモジュール１を複数個（本実施の形態では４個）備えている。各半導体レーザモジュール１は、光ファイバ８５を有している。シリコン結晶で形成されたアレイ台８１には、複数のＶ字状の溝８１ａが約１５０μｍピッチでアレイ状に形成されている。各光ファイバ８５は、Ｖ字状の溝８１ａにそれぞれ固定されている。したがって、各半導体レーザモジュール１によりレーザ光が発生されると、レーザ光はそれぞれ光ファイバ８５を進み、複数のレーザビームがアレイ端面８１ｂから出射される。
【００４８】
図９には、上述した光ファイバアレイ８０を備え、アレイ端面８１ｂから出射される複数のレーザビームを利用して光記録を行うレーザプリンタ光学系９０が示されている。レーザプリンタ光学系９０は、光ファイバアレイ８０、コリメータレンズ９１、ビーム拡大器９２、９３、円筒レンズ９４、ポリゴンミラー９５、走査レンズ９６、感光ドラム９７を備えている。光ファイバアレイ８０から出射された複数のレーザビームの各ビームはコリメータレンズ９１で平行光に変換された後、ビーム拡大器９２、９３により拡大される。次に、各ビームは円筒レンズ９４に入射する。円筒レンズ９４は、ポリゴンミラー９５が回転中に生じる歳差運動に起因する光走査線の位置変動を抑制する。そして、各ビームはポリゴンミラー９５で反射され、走査レンズ９６を介して、感光ドラム９７上を走査する。感光ドラム９７上では光スポット列９８が形成され、矢印Ａ方向に光走査される。通常、光スポットの大きさと比較して光スポットの間隔が大きいので、光スポット列９８の配列方向を走査方向Ａに対して斜めに配置して、複数のビームによる光走査線が密接したものになるようにする。
【００４９】
上記のように、本実施の形態による半導体レーザモジュール１によれば、半導体レーザ２０の発光部２１から出射されたレーザ光が、凹ミラー６０により反射かつ集光されて光ファイバ５０の入射端面５１に入射する。したがって、レンズを用いた場合に生じる色収差による結合効率の低下を防ぐことができる。また、凹ミラー６０の反射面６１は非球面Ｕの一部を成し、半導体レーザ２０の発光部２１と光ファイバ５０の入射端面５１とが非球面Ｕを表す（１）式の第１項が示す楕円面の２つの焦点位置にほぼ位置しているので、レーザ光を光ファイバ５０の入射端面５１に確実に入射させ、結合効率を高めることができる。更には、反射結像系という構成を用いているため、半導体レーザモジュール１の長さが短くなり、小型化が可能となる。更に、半導体レーザモジュール１をレーザプリンタ光学系９０に適用すれば、精度の高い露光を行うことができるので、高品質な画像を形成することができる。また、小型、省スペースのレーザプリンタを提供することができる。
【００５０】
本発明の第２の実施の形態による半導体レーザ装置について図１０乃至図１３に基づき説明する。
【００５１】
図１０には、第２の実施の形態による半導体レーザモジュール１０１が示されている。半導体レーザモジュール１０１の基本的な構成は、第１の実施の形態による半導体レーザモジュール１と同様であるので、説明を省略する。半導体レーザモジュール１０１は、入射光のうち略１００％の光を反射する凹ミラー６０の代わりに、所定の割合の光を透過する凹ミラー１６０を備えている。また、凹ミラー１６０のレーザ光入射方向下流側に、フォトディテクタ１７０が設けられている。フォトディテクタ１７０は、凹ミラー１６０を透過したレーザ光の出力を検出し、その検出信号を外部回路（図示せず）へ送信する。これにより、内部フォトディテクタの付いていない半導体レーザ２０を用いた場合でも、半導体レーザモジュール１０１の光出力制御をすることが可能となる。
【００５２】
図１１に、凹ミラー１６０の透過率と光ファイバ５０を通過した後の規格化光出力との関係が示されている。凹ミラー１６０の透過率が小さいと、フォトディテクタ１７０で検出できる光出力が小さくなるため、光出力制御が難しくなる。一方、凹ミラー１６０の透過率を大きくするとその分反射率が小さくなるため、光ファイバ５０への光出力が小さくなり光利用効率が低下する。そこで、フォトディテクタ１７０での検出光出力と光ファイバ５０への光出力の両方を考慮する必要がある。実験等により、凹ミラー１６０の透過率Ｔは約４〜２０％とするのがよいことが分かった。
【００５３】
図１２に示される半導体レーザモジュール１１１では、凹ミラー１６５のレーザ光入射方向下流側の面１６６を凸レンズ面となるように形成している。凹ミラー１６５を透過したレーザ光は凸レンズ面により内側に屈折され集光されるので、レーザ光をフォトディテクタ１７０に効果的に入射させることができる。
【００５４】
図１３に示される半導体レーザモジュール１２１では、凹ミラー１６７のレーザ光入射方向下流側の面１６８に、反射を防止するための無反射コーティングを施している。これにより、下流側の面１６８で反射して無駄になる光をなくすことができるので、この反射損が無くなる分だけ凹ミラー１６７の反射面１６１での反射率を上げることができる。したがって、光ファイバ５０へ向けてより多くの光を反射することができ、光利用効率を向上させることができる。
【００５５】
本発明による半導体レーザモジュールは上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
【００５６】
例えば、光ファイバ５０として、短波長レーザ光用の単一モード光ファイバを用いているが、長波長用の単一モード光ファイバを用いてもよい。
【００５７】
更に、半導体レーザモジュール１、１０１、１１１、１２１は、モジュールとして一体化して構成されているが、半導体レーザ２０、光ファイバ５０、凹ミラー６０等は別々に構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明による半導体レーザ装置は、レーザプリンタなどの光記録装置一般に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体レーザモジュールを示す説明図。
【図２】半導体レーザの発光部と、光ファイバの入射端面と、凹ミラーの反射面の位置関係を示す説明図。
【図３】凹ミラーが（１）式で表される非球面のｚ軸上に位置している場合を示す比較例を示した説明図。
【図４】軸外し角度θおよび倍率Ｎを説明するための説明図。
【図５】非球面を表す（１）式のパラメータであるａとｂとの比が異なる複数の非球面について、半導体レーザの出射光軸を焦点の回りに回転していったときの軸外し角度θと倍率Ｎとの関係を示したグラフ。
【図６】軸外し角度がθ１、θ２となるように凹ミラーを配置したときのレーザ光の光路を示す説明図。
【図７】半導体レーザの発光部からレーザ光が出射される様子を模式的に表した斜視図。
【図８】レーザプリンタ光学系に使用される光ファイバアレイの構成を示す斜視図。
【図９】図８の光ファイバアレイを備えたレーザプリンタ光学系を示す説明図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態による半導体レーザモジュールを示す説明図。
【図１１】凹ミラーの透過率と光ファイバを通過した後の規格化光出力との関係を示すグラフ。
【図１２】第２の実施の形態による半導体レーザモジュールの変形例を示す説明図。
【図１３】第２の実施の形態による半導体レーザモジュールの別の変形例を示す説明図。
【図１４】従来の半導体レーザ装置を示す説明図。
【図１５】別の従来の半導体レーザ装置を示す説明図。
【図１６】石英ガラスの屈折率（縦軸）と光の波長（横軸）との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６０】
１：半導体レーザモジュール、１０：ＬＤホルダ、１１：大径部、１１ａ：大径部内部室、１２：小径部、１２ａ：小径部内部室、２０：半導体レーザ、２１：発光部、２２：活性層、３０：フェルールホルダ、４０：フェルール、４１：フェルール端面、５０：光ファイバ、５１：入射端面、６０：凹ミラー、６１：反射面、８０：光ファイバアレイ、８１：アレイ台、８１ａ：Ｖ字状の溝、８１ｂ：アレイ端面、８５：光ファイバ、９０：レーザプリンタ光学系、９１：コリメータレンズ、９２、９３：ビーム拡大器、９４：円筒レンズ、９５：ポリゴンミラー、９６：走査レンズ、９７：感光ドラム、９８：光スポット列、１０１、１１１、１２１：半導体レーザモジュール、１６０：凹ミラー、１７０：フォトディテクタ、１６５：凹ミラー、１６６：下流側の面、１６７：凹ミラー、１６８：下流側の面、Ｕ：非球面、Ｃ：凹ミラー６０の中心線
【図１】
2005099401.tif 000008
【図２】
2005099401.tif 000009
【図３】
2005099401.tif 000010
【図４】
2005099401.tif 000011
【図５】
2005099401.tif 000012
【図６】
2005099401.tif 000013
【図７】
2005099401.tif 000014
【図８】
2005099401.tif 000015
【図９】
2005099401.tif 000016
【図１０】
2005099401.tif 000017
【図１１】
2005099401.tif 000018
【図１２】
2005099401.tif 000019
【図１３】
2005099401.tif 000020
【図１４】
2005099401.tif 000021
【図１５】
2005099401.tif 000022
【図１６】
2005099401.tif 000023