特許 7490697 発光モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-17

(45)【発行日】2024-05-27

(54)【発明の名称】発光モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02255 20210101AFI20240520BHJP

   H01S 5/024 20060101ALI20240520BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20240520BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20240520BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02255

H01S5/024

H01S5/022

G02B26/08 D

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022046313

(22)【出願日】2022-03-23

(65)【公開番号】P2023140462

(43)【公開日】2023-10-05

【審査請求日】2023-01-16

(73)【特許権者】

【識別番号】592163734

【氏名又は名称】京セラＳＯＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100175042

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 秀明

(72)【発明者】

【氏名】羽鳥 正美

(72)【発明者】

【氏名】中尾 理史

(72)【発明者】

【氏名】増川 勲

【審査官】右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２４１４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１７８１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１９７３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０８６４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１５３５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４７－０３７６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１６８７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３２３６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／２０９２７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第１０２９８３２５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】中国特許出願公開第１１４０７７０４８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

Ｇ０２Ｂ ２６／００ － ２６／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体レーザと、この半導体レーザから発散光状態で発せられた光ビームを平行光にするコリメートレンズとを備えてなる発光モジュールにおいて、
概略三角板状とされ、１つの頂角を挟む２つの端面間で光ビームを通過させて該光ビームを屈折させるプリズムが２つ、前記平行光化された光ビームの光路に前記頂角の向きを互いに反対にして順次配されてなるプリズムペアと、
前記プリズムペアを保持し、プリズム厚さ方向に延びる回転軸を中心として、前記光路の上流側のプリズムに対する前記平行光化された光ビームの入射角を変えるように回転可能とされた回転ステージと、
前記平行光を通過させる円孔が形成された光遮断部材からなり、前記半導体レーザから出射した後に外部で反射して該半導体レーザに向かって進む戻り光の、少なくとも一部を前記光遮断部材によって遮断する、該戻り光の進行方向の位置を互いに変えて配された２つのアパーチャ板と、
が設けられたことを特徴とする発光モジュール。

【請求項2】

前記プリズムペアから出射した光ビームを収束させる収束レンズを備えている請求項１に記載の発光モジュール。

【請求項3】

前記プリズムペアから出射した光ビームを減衰させるアッテネータを備えている請求項１または２に記載の発光モジュール。

【請求項4】

前記半導体レーザの発振波長を変化させる半導体レーザ用温度調整手段を備えている請求項１から３のいずれか１項に記載の発光モジュール。

【請求項5】

前記半導体レーザの光出力を検出する光検出器が設けられ、
前記２つのプリズムのいずれかの光ビーム通過端面が、該端面で反射した光ビームを前記光検出器に導く反射面として用いられている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の発光モジュール。

【請求項6】

前記プリズムペアおよび該プリズムペアを保持した回転ステージの組が、前記平行光化された光ビームの光路に沿って２組配置され、
一方の回転ステージの回転軸が、他方の回転ステージの回転軸と平行な方向に対して垂直とされている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の発光モジュール。

【請求項7】

前記一方の回転ステージの回転軸が、前記プリズムペアに入射する光ビームのファスト軸またはスロー軸と平行とされている請求項６に記載の発光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光ビームを発する発光モジュールに関し、特に詳細には、光源として半導体レーザが用いられた発光モジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、細胞や細菌等の微小検体に光ビームを照射し、それにより生じた散乱光や蛍光を光検出器で検出して、検体の構造、性状、個数等を測定、分析する分析装置や計測器が種々知られている。この種の分析装置等においては、光源や、そこから発せられた光ビームを収束させるレンズ等の光学要素をまとめてモジュール化したものが用いられることが多い。特許文献１には、そのように構成された発光モジュールの例が示されている。

【0003】

上記の発光モジュールにおいて小型化が望まれる場合等は、光源として半導体レーザ（レーザダイオード）が多く適用されている。また、この種の発光モジュールから発せられた光ビームは多くの場合、小さなスポットに収束させて使用されるが、上述したような分析装置等においてはその収束位置、つまり光ビームの進行方向と交わる方向の収束位置を高精度に制御する必要がある。

【0004】

そのような要求を満足するために、特許文献２に示されるように、進行する光ビームをその進行方向と交わるＸ方向に、さらにはＸ方向に垂直なＹ方向にも移動させる移動手段を備えた光学系が従来提案されている。この特許文献２に示された移動手段は、光ビームが通過するレンズを光軸方向Ｚに垂直なＸ、Ｙ方向に移動させて光ビームの進行方向（ビーム方位）を変化させるものである。上記レンズをＸ、Ｙ方向に移動させる手段として具体的には、ムービングコイルが提案されている。

【0005】

上記要求を満足するための機構として、さらに特許文献３に示された焦点・光軸方向調整部および光軸調整部も知られている。この焦点・光軸方向調整部は、半導体レーザ等の光源から発せられた光ビームを略平行光化（コリメート）するレンズを、光軸方向およびそれに垂直な面内の少なくとも１方向に移動させるものであり、一方光軸調整部は、コリメートされた光ビームが透過するプレート型の誘電体板等を光軸と交わる面内で回転させるものである。つまり、上記レンズを光軸方向に動かすことにより光ビームのスポット位置（焦点）を調整し、そして上記誘電体板等を回転させることにより光ビームの方位をシフトさせることができる、とされている。

【0006】

なお上記特許文献３に示された焦点・光軸方向調整部および光軸調整部は、光走査型画像表示装置に適用されたものであり、また特許文献２に示された移動手段は光記録／再生用光学装置に適用されたものであるが、どちらも特許文献１に示されたような発光モジュールに組み込むことも可能と考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０２０－４２０６１号公報

【文献】特開２００６－９９９０２号公報

【文献】特許第５２９２４６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、特許文献３に示された焦点・光軸方向調整部および光軸調整部は、コリメートレンズを移動させる手段と誘電体板等を回転させる手段とを別々に有することから、構造が複雑で高いコストを要するものとなっている。また特許文献２に示された移動手段も、光ビームが通過するレンズを移動させるためにムービングコイルを用いているために、構造が複雑なものとなっている。光ビームの方位を変える機構として、光ビームを反射させるミラーや光ビームを屈折させるプリズム等を回転させる機構も考えられるが、そのような機構で光ビームの方位を変えると、それと共に光ビームのビーム径も変わってしまう。このビーム径は、前述したような収束スポットのサイズを所定値に設定する等の要求が有る場合はその要求を満たすために所定径に設定されるが、上述のようにして変わってしまうと、その要求を満足することができない。
そこで本発明は、光ビームの方位（進行方向）を比較的簡単な構成で変化させることができ、光ビームのビーム径を所定径に設定可能で、そのビーム径が方位変更に伴って変わってしまうことことがない発光モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明による発光モジュールは、
半導体レーザと、この半導体レーザから発散光状態で発せられた光ビームを平行光にするコリメートレンズとを備えてなる発光モジュールにおいて、
概略三角板状とされ、１つの頂角を挟む２つの端面間で光ビームを通過させて該光ビームを屈折させるプリズムが２つ、上記平行光化された光ビームの光路に上記頂角の向きを互いに反対にして順次配されてなるプリズムペアと、
このプリズムペアを保持し、プリズム厚さ方向に延びる回転軸を中心として、上記光路の上流側のプリズムに対する前記平行光化された光ビームの入射角を変えるように回転可能とされた回転ステージと、
が設けられたことを特徴とするものである。

【0010】

なお上記「頂角の向きを互いに反対にして」とは、プリズムペアを通過する光ビームの光路に対する各プリズムの頂角と底辺の位置を考えたとき、一方のプリズムでは光路に対して頂角が位置する側に、他方のプリズムでは底辺が位置している状態を指すものである。また以下では、上述のようなプリズムペアおよび回転ステージを備えたものを「ビーム変換ユニット」と言うこともある。

【0011】

ここで、本発明による発光モジュールにおいては、プリズムペアから出射した光ビームを収束させる収束レンズを備えていることが望ましい。また、プリズムペアから出射した光ビームを減衰させるアッテネータを備えていることも望ましい。また本発明による発光モジュールにおいては、半導体レーザの発振波長を変化させる半導体レーザ用温度調整手段を備えていることが望ましい。

【0012】

さらに、本発明による発光モジュールにおいては、
半導体レーザの光出力を検出する光検出器が設けられ、
前記２つのプリズムのいずれかの光ビーム通過端面が、該端面で反射した光ビームを前記光検出器に導く反射面として用いられている、
ことが望ましい。

【0013】

さらに、本発明による発光モジュールにおいては、
プリズムペアおよび該プリズムペアを保持した回転ステージの組が、平行光化された光ビームの光路に沿って２組配置され、
一方の回転ステージの回転軸が、他方の回転ステージの回転軸と平行な方向に対して垂直とされている、
ことが望ましい。
そのような構成とされる場合は、上記一方の回転ステージの回転軸が、プリズムペアに入射する光ビームのファスト軸またはスロー軸と平行とされていることが特に望ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明の発光モジュールは、前述した通りのプリズムペアおよび回転ステージを備えているので、回転軸を中心として回転ステージを回転することにより、上記光路の上流側のプリズムに対する光ビームの入射角を変え、ひいては該光路の下流側のプリズムに対する光ビームの入射角を変えて、プリズムペアから出射する光ビームの方位を変えることができる。そして、上述の通りのプリズムペアおよび回転ステージは比較的簡単なものであるから、本発明の発光モジュールは比較的低コストで形成することができる。

【0015】

また、プリズムペアを構成する２つのプリズムの相対角度関係次第で、プリズムペアから出射する光ビームのビーム径を所定径に設定可能である。さらに、本発明の発光モジュールにおいて、上述の通りにしてプリズムペアから出射する光ビームの方位を変えても、それに伴ってこの出射する光ビームの径が変化してしまうことはない。その理由は、後述する実施の形態に即して詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態による発光モジュールの全体形状を示す一部破断側面図

【図2】図１の発光モジュールに用いられた半導体レーザを示す概略斜視図（ａ）と縦断面図（ｂ）

【図3】図１の発光モジュールに用いられたビーム変換ユニットの作用を説明する概略図

【図4】本発明の第２実施形態による発光モジュールの要部を示す概略側面図（ａ）と概略平面図（ｂ）

【図5】図４の発光モジュールに用いられたレーザダイオードチップを示す概略斜視図

【図6】半導体レーザが発するレーザビームのファスト軸方向のビームプロファイルを４例示す概略図

【図7】本発明の第３実施形態による発光モジュールの作用を説明する概略図

【図8】本発明の第４実施形態による発光モジュールの作用を説明する概略図

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態による発光モジュール１００を一部破断して示す側面面である。この発光モジュール１００は図示の通り、ベース板１、その上に温度調節用ペルチェ素子２を介して取り付けられた筐体３、この筐体３を覆うカバー４、筐体３から図中右方に出射したレーザビーム（光ビーム）Ｌを減衰させると共に一部を図中上方に反射させるアッテネータ５、このアッテネータ５で反射したレーザビームＬを吸収する終端器６を有している。終端器６はカバー４の内面に取り付けられている。

【0018】

カバー４から矢印Ａ方向に出射したレーザビームＬは、何らかの部材で反射して、後述する光源としての半導体レーザ１１側に戻ろうとする反射光ＬＲ（図中１点鎖線表示）を生じることがある。カバー４の外面には、この反射光ＬＲを遮断するアパーチャ板（絞り板）７が取り付けられている。また筐体３の外面にも同様のアパーチャ板８が取り付けられている。これらのアパーチャ板７、８はいずれも、図中右方に進行するレーザビームＬを良好に通過させる開口を有する光遮断性板材からなるものである。このレーザビームＬと比べると上記反射光ＬＲは、光強度分布がビーム中心から外側までより広く弱く拡がっているので、アパーチャ板７、８の開口周囲部分で効果的に遮断され得る。

【0019】

次に筐体３内の構成について説明する。筐体３内には、光源としての半導体レーザ１１と、この半導体レーザ１１から発散光状態で発せられたレーザビーム（光ビーム）Ｌを平行光にするコリメートレンズ１２と、平行光化されたレーザビームＬの光路に順次配された第１プリズム１３および第２プリズム１４と、これらのプリズム１３、１４を固定した回転ステージ１５とが配されている。

【0020】

図１中で半導体レーザ１１は概略的に示されているが、その詳しい外形形状、縦断面形状を図２の（１）、（２）にそれぞれ示している。図示の通り半導体レーザ１１は基本的に、底部が概略円板状とされた金属ステム１１ａ、この金属ステム１１ａの上に配された概略円筒状の金属キャップ１１ｂ、およびこの金属キャップ１１ｂで保護された状態にして金属ステム１１ａの上部に固定されたレーザダイオードチップ１１ｃから構成されている。

【0021】

レーザダイオードチップ１１ｃから出射したレーザビームＬは、金属キャップ１１ｂの上部に固定された円板状のカバーガラス１１ｄを透過し、その上に配された円環状低融点ガラス１１ｅの中央円孔および、金属キャップ１１ｂの上底部に形成された中央円孔１１ｆを通過して金属キャップ１１ｂの外に出射する。また金属ステム１１ａには、レーザダイオードチップ１１ｃへの給電等を果たす複数のリード１１ｇ、およびレーザダイオードチップ１１ｃから出射するレーザビーム（前方出射光）Ｌの光出力を制御するためにその後方出射光を検出するフォトダイオード１１ｈが取り付けられている。

【0022】

図１に戻って説明を続ける。第１プリズム１３および第２プリズム１４はいずれも、光学ガラスを用いて概略三角板状に形成されたいわゆる三角プリズムであり、１つの頂角を挟む２つの端面間でレーザビームＬを通過させて屈折させる。プリズムペアを構成しているこれらのプリズム１３、１４は、平行光化されたレーザビームＬの光路に上記頂角の向きを互いに反対にして順次配されている。

【0023】

つまり、一方のプリズムである第１プリズム１３は、上記のような１つの頂角がレーザビームＬの光路に対して図中下側に位置するのに対し、他方の第２プリズム１４は、同様の１つの頂角がレーザビームＬの光路に対して図中上側に位置している。換言すれば第２プリズム１４では、レーザビームＬの光路に対して図中下側に位置するのは、上記１つの頂角と向かい合う底辺である。なお、以上の構成とは反対に、第１プリズム１３では上記１つの頂角がレーザビームＬの光路に対して図中上側に位置し、第２プリズム１４では上記１つの頂角がレーザビームＬの光路に対して図中下側に位置する状態としてもよい。

【0024】

上記プリズムペアを固定している回転ステージ１５は、回転軸Ｃを中心として図中のＲ方向に回転可能とされている。回転軸Ｃは、一例としてプリズム１３、１４の間において、図の表示面（印刷した場合は紙面：以下同様）と垂直な方向に延びる軸である。この回転ステージ１５は、例えば図示外の回転ツマミや歯車と機械的に連結されており、回転ツマミを手動操作で回転させることにより上記Ｒ方向に正逆回転させることができる。なお、回転ステージ１５を回転させるために、上記以外の公知の機構が用いられても構わない。また本実施形態において、回転ステージ１５の形状は４つの隅部が丸められた矩形板状とされているが、その形状は特に限定されるものではなく例えば円板状等とされてもよい。

【0025】

回転ステージ１５を回転可能に保持する機構として具体的には、回転ステージ１５の一表面（プリズム１３、１４を固定した表面とは反対側の表面）から図中の回転軸Ｃの表記点と同心状に円柱状の保持軸を突設し、その保持軸を筐体３側に固定した軸受けで保持する機構や、あるいは回転ステージ１５に図中の回転軸Ｃの表記点と同心状にして円筒状の貫通孔を形成し、その貫通孔に円柱状の保持軸を通してその保持軸を筐体３側で保持する機構等、公知の機構が種々適用可能である。

【0026】

第１プリズム１３および第２プリズム１４は、回転ステージ１５の上で互いに所定の角度位置関係を保って固定されている。なお、第１プリズム１３および第２プリズム１４を回転ステージ１５に固定しないで、各々自身の向きを調整可能にして回転ステージ１５に取り付けても構わない。そうした場合は、第１プリズム１３および第２プリズム１４を取り付けた後に、両者を所定の角度位置関係に調整することができる。なお以下では、プリズム１３、１４および回転ステージ１５からなる機構を「ビーム変換ユニット」と称することもある。

【0027】

また筐体３の内部には、半導体レーザの光出力を検出するフォトダイオード等の光検出器９が取り付けられている。そして第１プリズム１３の一つの光ビーム通過端面、つまりレーザビームＬの通過方向下流側の通過端面は、該端面で反射したレーザビームＬを上記光検出器９に導く反射面として利用されている。さらに筐体３には、その内部の温度を検出するサーミスタ１０が取り付けられている。サーミスタ１０が検出した温度を示す信号は、信号線１０ａを介して外部に出力される。

【0028】

次に、本実施形態の発光モジュール１００による作用について説明する。回転ステージ１５を前記Ｒ方向のいずれか一方に回転させると、その回転に伴なって第１プリズム１３へのレーザビームＬの入射角が漸次変化する。この入射角が漸次拡大するか漸次低下するかは、回転ステージ１５の回転方向によって決まる。こうして第１プリズム１３へのレーザビームＬの入射角が変化すると、第１プリズム１３からのレーザビームＬの出射角が変化するので、第２プリズム１４へのレーザビームＬの入射角が変化し、結局は第２プリズム１４からのレーザビームＬの出射角が変化する。以上の様子を図３に概略的に示す。第１プリズム１３からの出射角が変化する前のレーザビームＬを図中実線で示し、出射角が変化したレーザビームＬを図中破線で示している。なお図３では、回転ステージ１５を概略円板状のものとして示している。

【0029】

本実施形態の発光モジュール１００は、図１においてカバー４から矢印Ａ方向に出射したレーザビームＬを例えば記録光として利用する光走査記録装置や、読取光として利用する光走査読取装置や、加工光として利用する加工装置や、分析用の光として利用する分析装置等に適用され得るものである。光走査記録装置や光走査読取装置に適用される場合は、発光モジュール１００が走査機構に搭載される。そして、発光モジュール１００から出射したレーザビームＬは多くの場合、小さなスポットに収束させる収束レンズ（図１および図３では図示せず）に通される。

【0030】

上記スポットの収束位置は、例えば光走査や加工の精度向上を図って、所定位置に精度良く設定されることが望まれる。そのような収束位置の制御が図１や図３中の上下方向に関して望まれる場合は、回転ステージ１５を前述した通りに回転させることにより、発光モジュール１００から出射するレーザビームＬの方位（進行方向）を変化させて、その収束位置を精度良く設定可能となる。なお、上述のようにスポットの収束位置を制御する場合に限らず、発光モジュール１００から出射するレーザビームＬの方位を変化させること自体が最終的な要求である場合にも、本実施形態の発光モジュール１００は勿論対応可能である。

【0031】

ここで、収束されるスポットに関しては、収束位置を所定位置に制御する他に、スポット径を所定値に設定、維持したいという要求も存在する。このスポット径はすなわち、上記収束レンズで絞られたレーザビームＬのビームウエスト径であり、収束レンズに入射する前のレーザビームＬのビーム径に依存する。したがって、上述のようにしてレーザビームＬの方位を変化させても、それに応じてレーザビームＬのビーム径が変化してしまうと、上記ビームウエスト径つまりスポット径も変化する。そうであると、スポット径を所定値に設定、維持するための調整が煩雑になるので、それを防ぐためには、レーザビームＬの方位を変化させても、そのビーム径は変化しないことが求められる。

【0032】

本実施形態の発光モジュール１００は、そのような要求をも満足できるものとなっている。つまりプリズムペアを構成している第１プリズム１３および第２プリズム１４は、前述した通り、それらを通過するレーザビームＬの光路に関して、一方のプリズムでは頂角が位置する側に、他方のプリズムでは底辺が位置している。そこで、回転ステージ１５の回転に伴なって第１プリズム１３から出射するレーザビームＬのビーム径が漸次低下（拡大）する場合は、第２プリズム１４から出射するレーザビームＬのビーム径が漸次拡大（低下）する。こうして、回転ステージ１５の回転に伴なうビーム径の変化が、両プリズム１３、１４の間で略相殺されるので、結局、第２プリズム１４から出射するレーザビームＬのビーム径が略一定に保たれる。なお、略一定に保たれるレーザビームＬのビーム径は、第１プリズム１３および第２プリズム１４の相対的な角度位置関係を変えることによって所望値に設定可能である。

【0033】

以下、レーザビームＬのビーム径等の細部について、具体例も示して詳しく説明する。本実施形態において、図１表示の半導体レーザ１１から出射されるレーザビームＬの発振波長は、５０５ｎｍである。このレーザビームＬは発散光であるが、コリメートレンズ１２によって平行光とされる。平行光化されたレーザビームＬの図１の表示面に平行な方向、垂直な方向のビーム径はそれぞれ１．６ｍｍ、０.６ｍｍである。なお本実施形態では、図１の表示面に平行な方向、垂直な方向はそれぞれ半導体レーザ１１のファスト軸方向、スロー軸方向である。つまり回転軸Ｃは、半導体レーザ１１のスロー軸と平行な方向に延びている。また、ここで述べるビーム径や後述するビームウエスト径は、１／e^２径で定義したものである。

【0034】

平行光化されたレーザビームＬは、次に第１プリズム１３に入射して図１の表示面内で屈折し、該第１プリズム１３から出射する。なおプリズム１３、１４の図示されている２つの頂角はそれぞれ４５°で、その母材は石英である。第１プリズム１３から出射したレーザビームＬは、第２プリズム１４に入射し再度屈折して該第２プリズム１４から出射するが、その図１の表示面に平行な方向のビーム径が第１プリズム１３に入射する前より縮小されて第２プリズム１４から出射する。具体的に、第２プリズム１４から出射したレーザビームＬの上記方向のビーム径は０.６ｍｍであり、よってビーム径倍率は０.３８（＝０.６／１．６）倍である。

【0035】

一方、レーザビームＬの図１の表示面に垂直な方向のビーム径は、縮小あるいは拡大されることなく、第１プリズム１３に入射する前のビーム径＝０.６ｍｍがそのまま維持される。つまり、第２プリズム１４を通過した後のレーザビームＬは真円ビームであり、このレーザビームＬを前述した収束レンズに通して小さなスポットに収束させれば、そのスポットは真円スポットとなる。レーザビームＬがプリズム１３、１４を通過しているとき、回転ステージ１５が回転されれば、第２プリズム１４から出射するレーザビームＬの方位が変化することは前述した通りである。

【0036】

なお、レーザビームＬの第１プリズム１３への入射角は、レーザビームＬの方位調整が完了した状態において一例として１２°である。また、第１プリズム１３のレーザビームＬが入射する端面には、透過率９９.５％以上の反射防止膜（ＡＲコート）が施されている。一方、第１プリズム１３のレーザビームＬが出射する端面はノンコート面である。そのため、この出射端面ではレーザビームＬの一部が反射率１７％で反射し、反射光は前述した通り光検出器９に導かれる。この光検出器９の出力は、半導体レーザ１１の光量モニタに使われる。

【0037】

通常、このような光量モニタを行う場合は、レーザビームＬをビームスプリッタで分岐させ、分岐したレーザ光をモニタ光として用いることが多い。それに対して本実施形態では、第１プリズム１３の１端面をノンコート面としてレーザビームＬを分岐しているので、ビームスプリッタが無い分、低コストでコンパクトな発光モジュールを実現している。このようにして光を分岐させる場合、光ビームを分岐させる端面としては、第１プリズム１３のレーザビーム入射端面を用いてもよいし、さらには、第２プリズム１４の入射端面あるいは出射端面を用いてもよい。

【0038】

次に、回転ステージ１５の回転について詳述する。本実施形態では、回転ステージ１５を図３に示したＲ方向に±１°回転させると、第２プリズム１４から出射するレーザビームＬの方位を±２°変えることができる。そこで、その他に何らかの要求条件が無ければ、この±２°の範囲内でレーザビームＬの方位を変えて、この方位がベース板１と平行になる状態に調整するのが望ましい。このようにすると、その後の光学系にビーム高さが一定でレーザビームＬを伝搬させることができ、光学設計上の扱いが容易となる。あるいは、回転軸Ｃの向きを図１の表示状態とは９０°変えて設定し、回転ステージ１５の回転に伴なってレーザビームＬの方位が変わっても、それに拘わらずレーザビームＬが常にベース板１に平行に伝搬するようにしてもよい。

【0039】

第２プリズム１４から直径０.６ｍｍの真円ビームとして出射するレーザビームＬは、上述した通り方位が±２°程度変化し得るものであるが、このレーザビームＬはアパーチャ板８を通過する。レーザビームＬはアパーチャ板８を通過するが、その際にビームの外周部が若干蹴られる（損失は５～１０％程度）。このアパーチャ板８は、後述する戻り光が半導体レーザ１１まで戻ることを防止するために設けられている。

【0040】

アパーチャ板８を通過したレーザビームＬは、透過率５０％のアッテネータ５に入射し、５０％のビームは反射して、直径２ｍｍ の穴が開いた金属ブロックからなる終端器６で吸収される。アッテネータ５を透過したレーザビームＬは、カバー４に取り付けられているアパーチャ板７に入射する。このアパーチャ板７は開口径が１.０ｍｍのもので、そこでのレーザビームＬの損失は１％未満である。このアパーチャ板７もアパーチャ板８と同様に、戻り光が半導体レーザ１１まで戻ることを防止するために設けられている。

【0041】

ここで、半導体レーザ１１の発振波長と、そこへの戻り光について説明する。前述したようにして発生した反射光ＬＲ（図中１点鎖線表示）は、半導体レーザ１１から分析装置等へ向かうレーザビームＬの光路周辺に戻って来る。この反射光ＬＲはコリメートレンズ１２に前述した場合とは逆方向に入射し、半導体レーザ１１の活性層付近に集光され、活性層に再吸収されて発振に影響を及ぼす。この僅かな量の戻り光により、半導体レーザ１１の発振波長が変化することが知られている。ラマン散乱分光、蛍光分析等において、励起光源として半導体レーザを用いて精密測定する場合、半導体レーザの僅かな発振波長変化に応じて、ラマン散乱強度が変化したり、蛍光強度が変化したりする問題を招くことがある。

【0042】

アパーチャ板７、８は、この問題を防止するために配置されている。上記戻り光のうち、使用位置に向かって進行するレーザビームＬと全く同じ光路を逆向きに辿る成分は、確率的に稀であり非常に少ない量である。そこで、２枚のアパーチャ板７、８を互いに異なる２カ所に配置することで、使用位置に向かって進行するレーザビームＬとは異なる角度の周辺の戻り光成分を概ねカットすることができる。戻り光を良好に遮断するためには、１枚のアパーチャ板では不十分で、最低２カ所に配置することが必要であり、３カ所に配置されても構わない。例えば、コリメートレンズ１２の直後に１カ所を設けても良い。複数の配置箇所間の距離が離れているほど、戻り光遮断の効果は高くなる。また、アパーチャ板８の開口径は、０.８ｍｍ以外に０.５、０.６、０.７、０.９、１.０ｍｍ等であっても構わない。使用位置に向かって進行するレーザビームＬのビーム径＝０.６に対してより小さい開口径にする程レーザビームＬの損失が高くなるが、戻り光遮断効果はより高くなる。アパーチャ板７についても同様であり、その開口径は０.８ｍｍ、１.２ｍｍ等であっても構わない。

【0043】

なお本実施形態ではビーム変換ユニットにより、レーザビームＬのビーム径を一方向について縮小しているが、それとは逆に一方向について拡大してもよい。さらにはビーム径を、一方向については縮小すると共に、この一方向に垂直な他方向については拡大するようにしてもよい。また本実施形態では、レーザビームＬを真円ビーム化するためにそのビーム径を一方向について縮小しているが、レーザビームＬを楕円ビーム化するためにそのビーム径を一方向について縮小あるいは拡大してもよい。

【0044】

＜第２の実施形態＞
図４は本発明の第２実施形態による発光モジュール２００を示すものであり、そのビーム変換ユニットの部分を抜き出して（ａ）、（ｂ）にそれぞれ概略側面形状、概略平面形状を示している。本実施形態の発光モジュール２００は、レーザビームＬの方位を変えるビーム変換ユニットを２つ設け、各ビーム変換ユニットによりレーザビームＬの方位を、互いに９０°ずれた方向に変えるようにしたものである。この発光モジュール２００においても光源として、１つの半導体レーザ１１が適用されており、図５にはこの半導体レーザ１１の、より詳しくはそのレーザダイオードチップ１１ｃの概略斜視形状を示している。レーザダイオードチップ１１ｃは、一例として波長４８８ｎｍのレーザビームＬを発する出力６０ｍＷのものである。なお図４以下の図では、先に説明した図１～３中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は、特に必要の無い限り省略する。

【0045】

図５に示されている通りレーザダイオードチップ１１ｃは、活性層１１Ａから出射端面１１Ｂ側にレーザビームＬを発散光状態で発する。レーザビームＬは、活性層１１Ａと平行なスロー（Slow）軸方向には発散角θ//で、活性層１１Ａに垂直な方向、つまり層の重なり方向であるファスト（Fast）軸方向には発散角θ⊥でレーザビームＬを発する。なおθ//＜θ⊥で、通常後者は前者の２～３倍程度である。図４の（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示した側面形状、平面形状は、上記出射端面１１Ｂにおけるスロー軸方向を矢印Ｓで、ファスト軸方向を矢印Ｆで示すように、各々それらの軸に対して垂直な方向から発光モジュール２００を見た状態を示している。

【0046】

本実施形態の発光モジュール２００は図４に示す通り、フローサイトメータに適用されるものである。フローサイトメータは、ガラス製キャピラリー等からなる微細な管路２０を有し、この管路２０において、検体としての複数の粒子２１を管路長さ方向に一列に整列させて流通させる。そしてフローサイトメータは、これらの粒子２１に対して流れの側方側からレーザビームＬを照射し、それにより生じた散乱光（前方散乱光や側方散乱光）または蛍光を光検出器で検出して電気信号を得、この電気信号に基づいて１つまたは集団としての粒子２１を測定、分析する。本実施形態による発光モジュール２００は、管路２０内を流れる粒子２１に上述のようにレーザビームＬを照射するために用いられたものである。

【0047】

図４に示されるように本実施形態の発光モジュール２００は、半導体レーザ１１から発散光状態で発せられたレーザビームＬを平行光にするコリメートレンズ１２と、平行光とされたレーザビームＬを順次通過させるプリズム１３、１４、１６、１７と、プリズム１７から出射したレーザビームＬを管路２０中で収束させる収束レンズ１９とを有している。なお、コリメートレンズ１２は、非球面レンズを用いている。球面レンズに比べて非球面レンズは、よりガウスビームに近いビームが得られるので、より効果的にダブルカウントを防止できる。

【0048】

プリズム１３および１４は、矢印Ｒ方向に回転され得る回転ステージ１５の上に固定されて、プリズムペアを構成している。プリズム１６および１７も同様に、矢印Ｒ方向に回転され得る回転ステージ１８の上に固定されて、プリズムペアを構成している。プリズム１３および１４からなるプリズムペアは、回転ステージ１５と共に第１ビーム変換ユニットを構成している。プリズム１６および１７からなるプリズムペアは、回転ステージ１８と共に第２ビーム変換ユニットを構成している。それらのビーム変換ユニットは、レーザビームＬを偏向する（方位を変える）機能を有する。また、プリズムペアを構成する各プリズムによってレーザビームＬのビーム径を変える機能も有するが、プリズムペアに入射する前と出射した後とで比較すれば、このビーム径は殆ど変化しないことは前述した通りである。

【0049】

より詳しく説明すれば、プリズム１３および１４からなるプリズムペアは、コリメートレンズ１２で平行光とされたレーザビームＬを、スロー軸方向のビーム径ｄｓはそのまま維持し、ファスト軸方向のビーム径ｄｆは縮小して出射させる。またプリズム１３および１４からなるプリズムペアはレーザビームＬを、ファスト軸を含む面内での進行方向（方位）を変えるように偏向して出射させる。

【0050】

一方、プリズム１６および１７からなるプリズムペアは、コリメートレンズ１２を通過した後のスロー軸方向のビーム径ｄｓがそのまま維持されてプリズム１４から出射したレーザビームＬを、スロー軸方向のビーム径を拡大し、ファスト軸方向のビーム径はそのまま維持して出射させる。またプリズム１６および１７からなるプリズムペアはレーザビームＬを、スロー軸を含む面内での進行方向（方位）を変えるように偏向して出射させる。

【0051】

プリズム１３、１４、１６および１７は、それぞれ頂角が４５°のものである。これらのプリズム１３、１４、１６および１７としては、例えば光学ガラスＢＫ７からなるものを好適に用いることができるが、溶融石英等のその他の材料からなるものも適用可能である。

【0052】

プリズム１７から出射した後、収束レンズ１９により管路２０中で収束したレーザビームＬは、管路２０において管路長さ方向に一列に整列して流れている複数の粒子２１を照射する。それにより生じた散乱光（前方散乱光や側方散乱光）あるいは蛍光は、図示外の光検出器で検出される。フローサイトメータは、このとき光検出器が出力する電気的な検出信号に基づいて、１つまたは集団としての粒子２１を測定、分析する。

【0053】

本実施形態のフローサイトメータ用レーザ発光モジュール２００において、管路２０中で収束するレーザビームＬは、図４の（ａ）に明示されるように、管路２０の長さ方向（粒子２１の流れ方向）とスロー軸とが揃う状態にして管路２０内に照射される。それによりフローサイトメータにおいては、１つの粒子２１をダブルカウントしてしまうことが防止される。以下、その点について詳しく説明する。

【0054】

管路２０の中で流れ方向に一列に整列して流通している粒子２１をダブルカウントしないためには、管路２０の中の収束位置におけるレーザビームＬのビームウエスト径が、流れ方向には十分小さいことが必要である。そうでないと、２個の粒子２１が相近接して流れて来た際に、１個としてカウントしてしまうからである。それに対して、上記流れ方向に垂直な方向のビームウエスト径は、粒子２１にレーザビームＬが当たらないでカウント漏れが生じることを防止するために、ある程度大きいことが求められる。例えば、生体微小粒子を検体とする多くのフローサイトメータにおいては、前者のビームウエスト径は１０μｍ以下程度、後者のビームウエスト径は６０～１００μｍ以上程度であることが求められる。

【0055】

他方、収束レンズ１９によりレーザビームＬを収束させる場合、上記ビームウエスト径は、収束レンズ１９に入射する前のビーム径が大であるほど小さくなる。具体的に、波長λのレーザビームを焦点距離ｆのレンズで絞ったときのビーム径２ωは、２ω＝４／π・ｆλ/Ｄとなる。

【0056】

以上のことに鑑みれば、前述した図５から分かる通り、上記収束前のレーザビームＬを、ファスト軸が粒子流れ方向と揃う状態に配するのが、光学系を簡素化できて望ましいことになる。しかし本発明者の研究によると、レーザビームのファスト軸方向のビームプロファイルはコブ等の乱れを持ったものとなり易く、それがダブルカウント発生につながっていることが判明した。

【0057】

このファスト軸方向のビームプロファイル例を、図６に示す。同図（ａ）～（ｄ）において横軸はファスト軸方向位置を示し、縦軸はビーム強度Ｉを示す。同図の（ａ）は理想的なガウスビーム状のビームプロファイルを示している。それに対して（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、プロファイル中央部を挟んで二つのコブが生じているビームプロファイルを、プロファイル端部にショルダーが生じているビームプロファイルを、プロファイル端部に１つのコブが生じているビームプロファイルを示している。

【0058】

このように、粒子２１の流れ方向に沿ったレーザビームＬのビームプロファイルにコブ等の乱れが生じていると、前述した散乱光や蛍光を検出する検出器の検出信号が、その乱れに起因して変動してしまう。そしてその変動が、実在しない粒子２１に由来するものとして捕えられ、ダブルカウントを招いてしまうのである。例えばレーザビームＬのビームプロファイルに２つのコブが生じている場合は、１つの粒子２１を２つと判定することがある。このようなダブルカウントは、レーザビームＬの本来のビーム強度Ｉに対して１～２％程度の強度のコブが生じている場合でも発生する。

【0059】

以上の知見に基づいて本実施形態では、プリズム１３および１４からなる第１ビーム変換ユニットおよび、プリズム１６および１７からなる第２ビーム変換ユニットにより、レーザビームＬを、管路２０中で管路長さ方向（粒子流れ方向）にスロー軸方向が揃う状態にしている。そこで、ファスト軸方向のビームプロファイルがコブ等の乱れを生じていることに起因するダブルカウントを防止可能となる。

【0060】

また本実施形態では、コリメートレンズ１２によって平行光とされたレーザビームＬを、上記第１ビーム変換ユニットおよび第２ビーム変換ユニットにより、ファスト軸方向にはビーム径を縮小しスロー軸方向にはビーム径を拡大した上で、収束レンズ１９に通して管路２０中で収束させている。具体的にスロー軸方向に関しては、コリメートレンズ１２を通過後のレーザビームＬのビーム径ｄｓ＝０．５６ｍｍであり、このレーザビームＬを入射角α＝５６°でプリズム１６に入射させて、プリズム１７からビーム径３ｍｍにして出射させている（拡大率Ｍｓ＝５.４）。なお、コリメートレンズ１２を通過後のレーザビームＬは、スロー軸方向に関しては第１ビーム変換ユニットに垂直入射しているから、該第１ビーム変換ユニットにおいて上記ビーム径ｄｓ＝０．５６ｍｍは本質的にそのまま維持される。

【0061】

一方ファスト軸方向に関しては、コリメートレンズ１２を通過後のレーザビームＬのビーム径ｄｆ＝１．４ｍｍであり、このレーザビームＬを入射角β＝２３°でプリズム１３に入射させて、プリズム１４からビーム径０.５ｍｍにして出射させている（拡大率Ｍｓ＝０.３６）。なお、プリズム１４を通過後のレーザビームＬは、ファスト軸方向に関しては上記第２ビーム変換ユニットに垂直入射しているから、該第２ビーム変換ユニットにおいて上記ビーム径＝０．５ｍｍは本質的にそのまま維持される。

【0062】

つまり、焦点距離ｆ＝５０ｍｍである収束レンズ１９に入射する前のレーザビームＬは、そのビーム径がスロー軸方向には３ｍｍ、ファスト軸方向にはそれより小さい０.５ｍｍとなっている。それにより、収束レンズ１９によって絞られた後のレーザビームＬの、管路２０中の収束位置におけるビームウエスト径を、スロー軸方向には比較的小さい１０μｍとし、ファスト軸方向には比較的大きい６０μｍとしている。

【0063】

以上の通り本実施形態では、収束位置でのファスト軸方向のビームウエスト径を前述した６０～１００μｍ以上程度とし、スロー軸方向のビームウエスト径を前述した１０μｍ以下程度とすることが容易に実現されている。そして、このような効果を奏し、また前述した通りダブルカウントを防止できる第１ビーム変換ユニットおよび第２ビーム変換ユニットは、それぞれ簡単なプリズムペアからなるものであるので、本実施形態においては光学系の設計、製造および調整も容易で、そのコストも低く抑えられる。

【0064】

光源として半導体レーザ以外のガスレーザ等が適用されて、ビーム断面形状がほぼ正円のレーザビームを管路２０中で収束させる場合は、例えばシリンドリカルレンズを用いてレーザビームを絞ることにより、粒子流れ方向とそれに垂直な方向とでビームウエスト径を変えることも考えられる。しかし、シリンドリカルレンズは加工が困難で高価な上、使用に当たっては複雑な調整も必要となる。

【0065】

なお本実施形態において、第２ビーム変換ユニットとしてのプリズムペア（プリズム１６および１７）は回転ステージ１８の上に固定されているので、回転ステージ１８を回転軸Ｃ２の周りに矢印Ｒ方向に回転させることにより、この第２ビーム変換ユニットから出射するレーザビームＬをスロー軸方向に偏向可能となっている。同様に第１ビーム変換ユニットとしてのプリズムペア（プリズム１３および１４）は回転ステージ１５の上に固定されているので、回転ステージ１５を回転軸Ｃ１の周りに矢印Ｒ方向に回転させることにより、この第１ビーム変換ユニットから出射するレーザビームＬをファスト軸方向に偏向可能となっている。

【0066】

本実施形態では具体的に、回転ステージ１８を矢印Ｒ方向に±１°回転させることにより、第２ビーム変換ユニットから出射するレーザビームＬの方位が±０.２°変化するように、レーザビームＬをスロー軸方向に偏向可能である。これは、回転ステージ１５の回転量と、ファスト軸方向の偏向におけるレーザビームＬの方位に関しても同様である（第１実施形態の図３参照）。

【0067】

上記のようにレーザビームＬをファスト軸方向に偏向させることにより、レーザビームＬを、管路２０の中心位置で収束するように調整することができる。また、レーザビームＬをスロー軸方向に偏向させることにより、レーザビームＬの粒子流れ方向の収束位置を調整することができる。以上の通りレーザビームＬの収束位置を、粒子２１の流れ方向についても、また、この方向を横切る方向についても調整可能とすることにより、粒子２１に由来する散乱光や蛍光を高強度のものとすることができる。そこで、それらの光を検出する光検出器からの検出信号も高強度化できるので、フローサイトメータの個体間の信号バラツキも無くして、信頼性の高い検出信号を得ることが可能となる。なおレーザビームＬを、スロー軸方向とファスト軸方向のいずれか一方向だけに偏向可能としてもよい。

【0068】

＜第３の実施形態＞
次に図７を参照して、本発明の第３実施形態による発光モジュールについて説明する。この第３の実施形態の発光モジュールは、レーザ加工装置において加工用光源として用いられるものである。この発光モジュールの構成は、図４に示したフローサイトメータ用レーザ発光モジュール２００の構成と同じであるが、レーザビームＬを照射する対象は図４に示した管路２０ではなく、微細加工をするレーザ加工装置の加工部分である。

【0069】

このレーザ加工装置は、加工部分に対してレーザビームＬを２次元走査させて微細加工を施す。図７には加工部分の中の部分的な加工領域をＡｐとして示すが、この加工領域Ａｐに対してレーザビームＬが、各々太い矢印Ｘ、Ｙで示す主走査方向および副走査方向に走査される。なお同図ではレーザビームＬを、そのビームプロファイルによって概略的に示している。また同図の（ａ）、（ｂ）に示す矢印Ｆ、ＳはそれぞれレーザビームＬのファスト軸方向、スロー軸方向を示している。

【0070】

ある種のレーザ加工装置においては、同図（ａ）に示すようにファスト軸が主走査方向Ｘと揃う状態にして微細加工を行うと、副走査方向Ｙの走査の開始時に加工領域Ａｐの一辺にダレが生じることがある。このダレは副走査の進行に伴って、図中Ｇで示すような線状の誤加工部となる。以上の不具合は、本発明者の研究によると、レーザビームＬのファスト軸方向のビームプロファイルに前述のコブが有ることに起因すると考えられる。なぜなら、同図（ｂ）に示すようにスロー軸が主走査方向Ｘと揃う状態にして微細加工を行えば、その不具合は発生しないからである。

【0071】

そこで本実施形態においては、図４に示したプリズム１３および１４からなるプリズムペアを含む第１ビーム変換ユニット、および、プリズム１６および１７からなるプリズムペアを含む第２ビーム変換ユニットにより、スロー軸が主走査方向Ｘと揃う状態になり、かつ照射ビーム径が主走査方向Ｘに十分小となるように（つまり収束レンズ１９に入射する前のビーム径が十分大となるように）レーザビームＬの向きとビーム径を設定する。それにより、上述した不具合の発生を防止可能となる。

【0072】

＜第４の実施形態＞
次に図８を参照して、本発明の第４実施形態による発光モジュールについて説明する。この第４の実施形態の発光モジュールは、記録装置において記録用光源として用いられるものである。この発光モジュールの構成は、図４に示したフローサイトメータ用レーザ発光モジュール２００の構成と同じであるが、レーザビームＬを照射する対象は図４に示した管路２０ではなく、情報を担持させるためのピットが形成される光ディスク等の記録媒体である。

【0073】

この記録媒体にピットを形成する記録装置は、発光モジュールから発せられたレーザビームＬを記録媒体表面に２次元走査させてピットを形成する。すなわち図８に概略的に示すように記録媒体表面に対してレーザビームＬが、各々太い矢印Ｘ、Ｙで示す主走査方向および副走査方向に走査される。なお同図ではレーザビームＬを、そのビームプロファイルによって概略的に示している。また同図に示す矢印Ｆは、レーザビームＬのファスト軸方向を示している。

【0074】

ある種の記録媒体においては、同図に示すようにファスト軸が主走査方向Ｘと揃う状態にしてピットＰを形成すると、ピットＰに対して走査方向の後方側に余計な部分的ピットＰｆが形成されることがある。この部分的ピットＰｆは、記録媒体から正しいピットＰを読み取る際に読取りエラーを招くこともある。本発明者の研究によると、部分的ピットＰｆの形成は、レーザビームＬのファスト軸方向のビームプロファイルに前述のコブが有ることに起因すると考えられる。なぜなら、スロー軸が主走査方向Ｘと揃う状態にしてピットＰを形成すれば、部分的ピットＰｆは形成されないからである。

【0075】

そこで本実施形態においては、図４に示したプリズム１３および１４からなるプリズムペアを含む第１ビーム変換ユニット、および、プリズム１６および１７からなるプリズムペアを含む第２ビーム変換ユニットにより、スロー軸が主走査方向Ｘと揃う状態になり、かつ照射ビーム径が主走査方向Ｘに十分小となるように（つまり収束レンズ１９に入射する前のビーム径が十分大となるように）レーザビームＬの向きとビーム径を設定する。それにより、上述した部分的ピットＰｆの発生を防止可能となる。

【符号の説明】

【0076】

１ ベース板
２ ペルチェ素子
３ 筐体
４ カバー
５ アッテネータ
６ 終端器
７、８ アパーチャ板
９ 光検出器
１０ サーミスタ
１１ 半導体レーザ
１２ コリメートレンズ
１３、１６ 第１プリズム
１４、１７ 第２プリズム
１５、１８ 回転ステージ
１９ 収束レンズ
２０ 管路
２１ 粒子
Ｌ レーザビーム
ＬＲ 反射光
１００、２００ 発光モジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】