JPH04107895A - Semiconductor laser condensing device - Google Patents
Semiconductor laser condensing deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は、半導体レーザ素子とフレネルレンズを備えた
半導体集光装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor light condensing device equipped with a semiconductor laser element and a Fresnel lens.
［背景技術とその問題点コ
半導体レーザ素子からの出射光は、光センサやレーザビ
ームプリンタ等の光源として一般的に使用されているが
、半導体レーザ素子は、発光点に非点隔差を有している
。[Background Art and Problems] Light emitted from a semiconductor laser device is generally used as a light source for optical sensors, laser beam printers, etc., but semiconductor laser devices have an astigmatic difference in the light emitting point. ing.
つまり、半導体レーザ素子（チップ）２は、第６図に示
すように、その活性層５に対し垂直に広がる出射光αと
、水平に広がる出射光βとで、見掛は上の発光位置がわ
ずかに異なり、この２つの見掛けの発光点間の距離Δ２
を非点隔差という。In other words, as shown in FIG. 6, the semiconductor laser element (chip) 2 has an emitted light α that spreads perpendicularly to the active layer 5 and an emitted light β that spreads horizontally, and the apparent upper light emitting position is Slightly different, the distance between these two apparent light emitting points Δ2
is called astigmatism.
このように半導体レーザ素子２には、非点隔差Δ２が存
在するため、第７図に示すように、通常の真円状のレン
ズ２２を用いて半導体レーザ素子２から出射された光線
を集光させた場合、活性層５と垂直な面内の出射光α（
実線で示す）と、活性層５と平行な面内の出射光β（−
点鎖線で示す）とでは、集光位置ａ、ｂがわずかに異な
り、集光点においても非点収差が生じ、このため集光ビ
ームスポットがぼやけて大きくなるという欠点があった
。Since the semiconductor laser element 2 has the astigmatism difference Δ2 in this way, as shown in FIG. In this case, the emitted light α(
) and the emitted light β (-
(shown by the dotted chain line), the focusing positions a and b are slightly different, and astigmatism also occurs at the focusing point, which has the disadvantage that the focused beam spot becomes blurred and large.
この結果、光センサの光源として半導体レーザ素子を用
いた場合には分解能の低下をきたし、レーザビームプリ
ンタの光源として用いた場合には解像度の低下を招いて
いた。As a result, when a semiconductor laser element is used as a light source for an optical sensor, the resolution is reduced, and when used as a light source for a laser beam printer, the resolution is reduced.
半導体レーザ素子２の非点隔差Δ２に起因する集光点の
非点収差を除去して重点Ｃに集光させるため、高級な光
学系では、第８図に示すように、集光用のレンズ２２と
補正用のシリンドリカルレンズ２３を併用していた。し
かし、このように収差補正用のシリンドリカルレンズ２
３を付加した光学系では、光学系の寸法が大きくなると
共に重量も増し、また、部品点数が多くなるために、光
学系の組立て及び調整作業も手間がかかり、価格も高価
になるという問題があった。In order to remove the astigmatism of the focusing point caused by the astigmatic difference Δ2 of the semiconductor laser element 2 and focus the light on the focal point C, a high-grade optical system uses a focusing lens as shown in FIG. 22 and a cylindrical lens 23 for correction were used together. However, in this way, the cylindrical lens 2 for aberration correction
In the optical system with 3 added, the size and weight of the optical system increase, and the number of parts increases, so the assembly and adjustment work of the optical system becomes labor-intensive and the price becomes high. there were.
［発明が解決しようとする課題］
本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、光学素子の部品点数を増
加させることなく、半導体レーザ素子の非点隔差による
集光ビームスポットのぼやけを小さくすることにある。[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the drawbacks of the conventional examples described above, and its purpose is to improve the number of parts of a semiconductor laser device without increasing the number of parts of the optical device. The objective is to reduce blurring of a focused beam spot due to astigmatism difference.
［課題を解決するための手段］
本発明の半導体レーザ集光装置は、半導体レーザ素子と
、レンズパターンが楕円状をした集光用フレネルレンズ
とからなり、前記フレネルレンズによって半導体レーザ
素子の非点隔差を補正させるようにしたことを特徴とし
ている。[Means for Solving the Problems] A semiconductor laser focusing device of the present invention includes a semiconductor laser element and a focusing Fresnel lens having an elliptical lens pattern, and the Fresnel lens focuses astigmatism on the semiconductor laser element. The feature is that the distance difference is corrected.
［作用コ
レンズパターンが楕円状をしたフレネルレンズは非点収
差を有しているので、このフレネルレンズの非点収差を
利用して半導体レーザ素子の非点隔差を補正させること
ができる。すなわち、レンズパターンが楕円状をしたフ
レネルレンズは、集光機能と収差補正機能を併有してい
るので、部品点数を増加させることなく、半導体レーザ
素子の非点隔差に起因する集光点の非点収差を除去する
ことができる。[Since a Fresnel lens with an elliptical working lens pattern has astigmatism, the astigmatism of the Fresnel lens can be used to correct the astigmatism difference of the semiconductor laser element. In other words, a Fresnel lens with an elliptical lens pattern has both a light focusing function and an aberration correction function, so it can reduce the focus point caused by the astigmatism difference of the semiconductor laser element without increasing the number of parts. Astigmatism can be removed.
［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。[Example] Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
第１図に本発明の一実施例の基本的構成を示す。FIG. 1 shows the basic configuration of an embodiment of the present invention.
この集光装置ｌは、半導体レーザ素子２と、フレネルレ
ンズ３を設けられたレンズ基板４とか、ら構成されてい
る。This condensing device 1 is composed of a semiconductor laser element 2, a lens substrate 4 provided with a Fresnel lens 3, and the like.
レンズ基板４に設けられたフレネルレンズ３は、第２図
（ａ）に示すように楕円状のレンズパターンを有してお
り、短径方向Ｘでは第２図（ｂ）に示すように焦点距離
がｆ８で、長径方向ｙでは第２図（ｃ）に示すように焦
点距離がｆア（〉ｆ８）となっており、非点収差を含ん
でいる。詳しくいうと、フレネルレンズ３を構成してい
る各輪帯レンズ間のｍ番目の境界線は、レーザ光波長を
λとして、短径Ｘヨ及び長径ｙ、が、
Ｘ Ｉｌｌ −（丁石ゴ７−
ｙ、＝１丁石ズゴ］
の楕円となるように決定されている。The Fresnel lens 3 provided on the lens substrate 4 has an elliptical lens pattern as shown in FIG. 2(a), and has a focal length in the minor axis direction X as shown in FIG. 2(b). is f8, and as shown in FIG. 2(c) in the major axis direction y, the focal length is fa (> f8), which includes astigmatism. To be more specific, the m-th boundary line between each of the annular lenses constituting the Fresnel lens 3 has a short axis X y and a long axis y, where the laser light wavelength is λ. - y, = 1 block] is determined to be an ellipse.
しかして、半導体レーザ素子２の発光点の非点隔差Δ２
を補正するには、半導体レーザ素子２の活性層６と垂直
方向及び平行方向にそれぞれ短径方向Ｘ及び長径方向ｙ
を合わせて半導体レーザ素子２の前方の所定位置にフレ
ネルレンズ３を配置し、半導体レーザ素子２の発光点の
非点隔差Δ２によって生じる集光点の非点収差とフレネ
ルレンズ３による非点収差とが互いに逆向ぎとなって打
ち消し合うようにフレネルレンズ３を設計する。Therefore, the astigmatism difference Δ2 of the light emitting point of the semiconductor laser device 2
To correct this, the short axis direction X and the long axis direction y should be
The Fresnel lens 3 is placed at a predetermined position in front of the semiconductor laser element 2, and the astigmatism of the light converging point caused by the astigmatism difference Δ2 of the light emitting point of the semiconductor laser element 2 and the astigmatism caused by the Fresnel lens 3 are combined. The Fresnel lens 3 is designed so that these are in opposite directions and cancel each other out.
このように設計された楕円フレネルレンズ３を備えたレ
ンズ基板４を、第１図に示すように半導体レーザ素子２
の前方の所定位置に所定の向きとなるように配置すれば
、非点隔差Δ２を有する半導体レーザ素子２から出射さ
れた出射光α、βは、楕円フレネルレンズ３によって非
点隔差Δ２を補正され、−点ｄに集光させられることに
なり、シャープで小さな集光ビームスポットが得られる
。A lens substrate 4 equipped with an elliptical Fresnel lens 3 designed in this way is attached to a semiconductor laser element 2 as shown in FIG.
If the semiconductor laser element 2 is placed in a predetermined position in front of the semiconductor laser element 2 in a predetermined direction, the emitted light α and β emitted from the semiconductor laser element 2 having an astigmatism difference Δ2 will have the astigmatism difference Δ2 corrected by the elliptic Fresnel lens 3. , - The light is focused on point d, and a sharp and small focused beam spot is obtained.
第３図に示すものは、本発明の集光装置１の一応用例で
あって、レーザビームプリンタやデジタル複写機等の感
光ドラム６ヘレーザビームγを照射させるための光学装
置である。集光装置１は、ステム７から突設されたヒー
トシンクブロック８に半導体レーザ素子２を搭載したも
のであり、ステム７に取着されたキャップ９に楕円フレ
ネルレンズ８を備えたレンズ基板４が取り付けられてい
る。しかして、このような光学装置に本発明の集光装置
ｌを用いれば、非点収差の小さなレーザビームγを出射
でき、感光ドラムθの表面に照射される集光ビームスポ
ットを小さくできるので、解像度を向上させることがで
き、鮮明な像を得ることができる。What is shown in FIG. 3 is an application example of the condensing device 1 of the present invention, and is an optical device for irradiating a photosensitive drum 6 of a laser beam printer, a digital copying machine, etc. with a laser beam γ. The condensing device 1 has a semiconductor laser element 2 mounted on a heat sink block 8 protruding from a stem 7, and a lens substrate 4 having an elliptical Fresnel lens 8 attached to a cap 9 attached to the stem 7. It is being Therefore, if the condensing device l of the present invention is used in such an optical device, a laser beam γ with small astigmatism can be emitted, and the condensed beam spot irradiated onto the surface of the photosensitive drum θ can be made small. Resolution can be improved and clear images can be obtained.
第４図は、本発明の集光装置１の別な応用例を示す。こ
れは、投光部に本発明の集光装置１を用いた拡散反射型
の光センサ１０であり、受光器１１は受光レンズ１２と
、受光レンズ１２で集光された光線を検出するための受
光素子１３とから構成されている。このような光センサ
１０に本発明の集光装置１を用いると、集光ビームスポ
ットを小さくできるために微小物体１４の検出が可能と
なり、検出精度が向上する。FIG. 4 shows another example of application of the light condensing device 1 of the present invention. This is a diffuse reflection type optical sensor 10 using the light condensing device 1 of the present invention in the light projecting part, and the light receiver 11 has a light receiving lens 12 and a light beam condensed by the light receiving lens 12. It is composed of a light receiving element 13. When the light condensing device 1 of the present invention is used in such an optical sensor 10, the condensed beam spot can be made small, thereby making it possible to detect minute objects 14 and improving detection accuracy.
また、第５図は、さらに別な応用例を示す。これは、発
光モジュールとして本発明の集光装置１を用いた光通信
モジュール１５であり、集光装置１に嵌合させたホルダ
ー１６によって光ファイバ１７を位置決めさせ、レーザ
ビームγの光軸と光ファイバ１７の軸心とを心合わせし
ている。このような光通信モジュール１５に用いると、
非点収差のないレーザビームγを光ファイバ１７へ集光
させることができるので、半導体レーザ素子２と光ファ
イバ１７の結合効率を向上させることができる。Moreover, FIG. 5 shows yet another example of application. This is an optical communication module 15 that uses the light concentrating device 1 of the present invention as a light emitting module, and an optical fiber 17 is positioned by a holder 16 fitted to the light concentrating device 1, and the optical axis of the laser beam γ and the light The axis of the fiber 17 is aligned. When used in such an optical communication module 15,
Since the laser beam γ without astigmatism can be focused onto the optical fiber 17, the coupling efficiency between the semiconductor laser element 2 and the optical fiber 17 can be improved.
［発明の効果］
本発明によれば、楕円フレネルレンズによって半導体レ
ーザ素子からの出射光の集光と非点隔差の補正を行わせ
ることができる。したがって、部品点数を増加させるこ
となく、半導体レーザ素子からの出射光の集光ビームス
ポットを小さくすることができ、シャープな集光ビーム
スポットを得ることができる。[Effects of the Invention] According to the present invention, the elliptical Fresnel lens can condense the light emitted from the semiconductor laser element and correct the astigmatism difference. Therefore, the focused beam spot of the light emitted from the semiconductor laser element can be made small without increasing the number of parts, and a sharp focused beam spot can be obtained.
しかも、部品点数が増加することがないので、光学系の
寸法や重量も増加せず、また、光学系の組立て及び調整
作業も繁雑とならず、コストも安価に抑えることができ
るMoreover, since the number of parts does not increase, the dimensions and weight of the optical system do not increase, and the assembly and adjustment work of the optical system does not become complicated, and costs can be kept low.
第１図は本発明の一実施例を示す側面図、第２図（ａ）
（ｂ） （ｃ）は楕円フレネルレンズのレンズパター
ンと直交２方向における焦点位置を示す図、第３図は本
発明の応用例を示す概略断面図、第４図は本発明の別な
応用例を示す概略断面図、第５図は本発明のさらに別な
応用例を示す概略断面図、第６図は半導体レーザ素子の
非点隔差の説明図、第７図は半導体レーザ素子の非点隔
差による集光点の非点収差を示す図、第８図は従来例の
集光装置を示す側面図である。
１・・・集光装置
２・・・半導体レーザ素子
３・・・フレネルレンズFig. 1 is a side view showing one embodiment of the present invention, Fig. 2(a)
(b) and (c) are diagrams showing the focal position in two directions orthogonal to the lens pattern of an elliptical Fresnel lens, Fig. 3 is a schematic cross-sectional view showing an application example of the present invention, and Fig. 4 is another application example of the invention. 5 is a schematic sectional view showing still another application example of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of the astigmatism difference of a semiconductor laser device. FIG. 7 is a schematic sectional view showing the astigmatism difference of a semiconductor laser device. FIG. 8 is a side view showing a conventional light focusing device. 1... Focusing device 2... Semiconductor laser element 3... Fresnel lens
Claims (1)
した集光用フレネルレンズとからなり、前記フレネルレ
ンズによって半導体レーザ素子の非点隔差を補正させる
ようにした半導体レーザ集光装置。(1) A semiconductor laser focusing device comprising a semiconductor laser element and a focusing Fresnel lens having an elliptical lens pattern, the Fresnel lens correcting the astigmatism difference of the semiconductor laser element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22693590A JPH04107895A (en) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | Semiconductor laser condensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22693590A JPH04107895A (en) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | Semiconductor laser condensing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04107895A true JPH04107895A (en) | 1992-04-09 |
Family
ID=16852914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22693590A Pending JPH04107895A (en) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | Semiconductor laser condensing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04107895A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100034072A1 (en) * | 2008-08-07 | 2010-02-11 | Panasonic Corporation | Fresnel member having variable sag for multiple wavelength optical system |
| US20140217267A1 (en) * | 2011-09-06 | 2014-08-07 | Koninklijke Philips N.V. | Method and device for coupling a light beam into a foil |
-
1990
- 1990-08-28 JP JP22693590A patent/JPH04107895A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100034072A1 (en) * | 2008-08-07 | 2010-02-11 | Panasonic Corporation | Fresnel member having variable sag for multiple wavelength optical system |
| US20140217267A1 (en) * | 2011-09-06 | 2014-08-07 | Koninklijke Philips N.V. | Method and device for coupling a light beam into a foil |
| JP2014525592A (en) * | 2011-09-06 | 2014-09-29 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Method and device for combining light beams in a foil |
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