特許 7490698 発光モジュールおよび発光モジュールの駆動方法

(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】発光モジュールおよび発光モジュールの駆動方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/0683 20060101AFI20240520BHJP

   H01S 5/02253 20210101ALI20240520BHJP

   H01S 5/042 20060101ALI20240520BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20240520BHJP

【ＦＩ】

H01S5/0683

H01S5/02253

H01S5/042

H01S5/022

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022046314

(22)【出願日】2022-03-23

(65)【公開番号】P2023140463

(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２００２－０６４２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３０３９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５５５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１５３５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１８９２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１３９３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１９５８３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０７２９３９３９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

(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、
前記半導体レーザを室温よりも高い温度に設定し得る温度調節手段と、
前記半導体レーザの駆動電流を変えることにより、該半導体レーザの光出力を変更できる半導体レーザ駆動回路と、
前記半導体レーザから発せられた光ビームを減衰し得るアッテネータと、
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２つのアパーチャ板が、前記アッテネータに対して前記戻り光の進行方向上流側と下流側にそれぞれ配されている請求項１に記載の発光モジュール。

【請求項3】

前記温度調節手段が、前記半導体レーザの近傍の温度を検出する温度検出素子と、この温度検出素子が検出した温度に応じて前記半導体レーザの温度を上げる加温素子とから構成されている請求項１または２に記載の発光モジュール。

【請求項4】

前記半導体レーザから出射された光ビームの一部を分岐させる光ビーム分岐手段および、分岐された光ビームの光出力を検出する光検出器が設けられ、
前記半導体レーザ駆動回路が、前記光検出器の出力に基づいて前記駆動電流を変えるように構成されている、
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】

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を駆動する方法であって、
前記半導体レーザを室温よりも高い温度に設定し、
前記半導体レーザの駆動電流を変えることにより、該半導体レーザの光出力を変更し、
前記半導体レーザから発せられた光ビームをアッテネータにより所定の光出力まで減衰させ、
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、該戻り光の進行方向の位置を互いに変えて配された２つのアパーチャ板によって遮断する、
ことを特徴とする発光モジュールの駆動方法。

【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。さらに本発明は、そのような発光モジュールを駆動する方法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、所望の波長や光波長に設定して使用される。そのような要求を満足する半導体レーザ装置として従来、特許文献２に示された半導体レーザ装置が知られている。

【0004】

この特許文献２に示された半導体レーザ装置は、半導体レーザの光出力および発振波長を検出する手段と、光出力および発振波長の検出手段による出力を基準として半導体レーザの光出力および発振波長を制御する手段とを有することを特徴とするものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－４２０６１号公報

【文献】特開平７－１５０７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献２に示された半導体レーザ装置は一見構成が簡単なものであるが、実用する場合は結露を招き易く、また十分な領域に亘って発振波長を制御することが困難である等の問題が認められるものである。なお、これらの問題については、後に本発明の実施形態を説明する際に、実施形態と対比しながら詳述する。
そこで本発明は、レーザビームの発振波長および光出力を広い領域に亘って変化させることができる発光モジュール、およびその駆動方法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】

【0007】

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、
前記半導体レーザを室温よりも高い温度に設定し得る温度調節手段と、
前記半導体レーザの駆動電流を変えることにより、該半導体レーザの光出力を変更できる半導体レーザ駆動回路と、
前記半導体レーザから発せられた光ビームを減衰し得るアッテネータと、
が設けられたことを特徴とするものである。
なお、上記の「室温」とは、半導体レーザが設置されている場所の温度で、温度調節による影響が無い場合の温度を意味するものである。具体的には、一例として２０℃～２５℃程度の温度が相当する場合が多い。

【0008】

上記構成を有する本発明の発光モジュールにおいては、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、少なくとも一部を遮断するアパーチャ板が設けられていることが望ましい。なお上記の「外部」とは、半導体レーザの外という意味であり、必ずしも発光モジュールの外を意味するものではない。

【0009】

また上記温度調節手段は、半導体レーザの近傍の温度を検出する温度検出素子と、この温度検出素子が検出した温度に応じて前記半導体レーザの温度を上げる加温素子とから構成されることが望ましい。

【0010】

また、上記構成を有する本発明の発光モジュールにおいては、半導体レーザから出射された光ビームの一部を分岐させる光ビーム分岐手段および、分岐された光ビームの光出力を検出する光検出器が設けられ、
半導体レーザ駆動回路が、上記光検出器の出力に基づいて半導体レーザの駆動電流を変えるように構成されている、
ことが望ましい。

【0011】

一方、本発明による発光モジュールの駆動方法は、
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を駆動する方法であって、
半導体レーザを室温よりも高い温度に設定し、
半導体レーザの駆動電流を変えることにより、該半導体レーザの光出力を変更し、
半導体レーザから発せられた光ビームをアッテネータにより所定の光出力まで減衰させる、
ことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明による発光モジュールの駆動方法は、
半導体レーザを室温よりも高い温度に設定し、
半導体レーザの駆動電流を変えることにより、該半導体レーザの光出力を変更し、
半導体レーザから発せられた光ビームをアッテネータにより所定の光出力まで減衰させるようにしているので、半導体レーザを室温よりも高い温度に設定することで発振波長を長波長側にシフトさせ、半導体レーザの光出力を下げることで発振波長を短波長側にシフトさせて、発振波長を広い領域に亘って変えることができる。

【0013】

本発明による発光モジュールの駆動方法は、特に、発振波長が狭い範囲に限定されて、発振波長の安定性が求められるシステムに好適である。すなわち、従来の半導体レーザモジュールでは発振波長が温度や出力により変化し、また、戻り光により発振波長が不安定になってしまう。ラマン散乱計測器等の精密測定では、励起波長によりラマン強度が変化する等、波長に対して非常に敏感な面があり、結果として、測定システムの感度が大きく変化してしまう。そこで、このようなシステムからは波長が一定値で、かつ、その波長が揺らがないことが求められる。従来の半導体レーザモジュールでは、上述した要因で信号強度が揺ぎ、システムのＳ／Ｎが悪化していたが、本発明によればそれが解消されてＳ／Ｎが良くなり、信頼性の高いシステムを構築可能となる。

【0014】

そして、長波長側へのシフトと、短波長側へのシフトとを相殺させて発振波長を所望の値に維持させると共に、光出力や半導体レーザの温度を所望値に設定することも可能である。さらに、半導体レーザから発せられた光ビームをアッテネータにより所定の光出力まで減衰させるようにしているので、この点からも光出力を広い領域に亘って変えることが可能となる。

【0015】

一方、本発明による発光モジュールは、
半導体レーザを室温よりも高い温度に設定し得る温度調節手段と、
半導体レーザの駆動電流を変えることにより、該半導体レーザの光出力を変更できる半導体レーザ駆動回路と、
半導体レーザから発せられた光ビームを減衰し得るアッテネータと、
を備えているので、上述した本発明による発光モジュールの駆動方法を実施できるものとなる。

【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】半導体レーザの設定温度と発振波長との関係の一例を示すグラフ

【図5】半導体レーザの光出力と発振波長との関係の一例を示すグラフ

【図6】半導体レーザの設定温度と光出力と発振波長との関係の一例を示す概略図

【図7】半導体レーザおよびコリメートレンズを保持する機構を示す断面図

【図8】図７の保持機構が温度によって状態を変える様子を説明する概略図

【図9】レーザビームの伝搬距離とビーム径との関係を複数の設定温度毎に示すグラフ

【図10】図９が示す関係を、異なる半導体レーザを用いた場合について示すグラフ

【図11】図７の保持機構が温度によって状態を変える様子を説明する概略図

【図12】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13】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14】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15】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16】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、カバー４の外に配置された温度調節回路３０に入力される。また、上記光検出器９が検出した半導体レーザの光出力を示す信号は、同じくカバー４の外に配置された半導体レーザ駆動回路３１に入力される。なお温度検出素子としてはサーミスタ１０の他に熱電対等も利用可能である。また、ペルチェ素子２以外の温度調節素子が用いられてもよいが、この素子は加温だけができればよく、よってヒータ等も適用可能である。

【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の発振波長について、図１を参照して説明する。本実施形態の発光モジュール１００は基本的に、半導体レーザ１１をその定格光出力よりも低い光出力で駆動し、そのために見込まれる発振波長の短波長側へのシフトを、半導体レーザ１１の温度上昇による長波長側へのシフトで補償して、結果的に発振波長を略一定に維持するようにしている。なお、半導体レーザ１１をその定格光出力よりも低い光出力で駆動するのは、主に半導体レーザ１１の製品寿命を担保するためである。また、上記の補償は行わないようにして、発振波長を短波長側あるいは長波長側へ大きくシフトさせてもよい。

【0042】

図１に示す半導体レーザ１１は一例として、室温範囲内の温度２５℃下での定格光出力が８０ｍＷ、発振波長がセンター波長λｃで５０５.０ｎｍ（半値の波長幅Δλ_ＦＷＨＭの最大波長をλMAX、最小波長をλMINとすると、センター波長λｃ＝（λMAX＋λMIN）／２である。以下同様）のものである。そこでこの半導体レーザ１１を、先ず設定温度を４５℃にして駆動する。図１の温度調節回路３０は、サーミスタ１０から入力された温度検出信号に基づいて、設定温度になるようにペルチェ素子２の駆動電流値を変えるものである。具体的に本例における温度調節回路３０は、設定温度４５℃になるまで駆動電流値を上げ、その後、その温度を維持するためにオートコントロールで駆動電流値を微小増減して、ペルチェ素子２の温度つまりは半導体レーザ１１の温度を４５℃に一定化する。

【0043】

ここで、半導体レーザ１１の発振波長の温度係数つまり温度依存性は、＋０.０３ｎｍ／℃なので、半導体レーザ１１を温度４５℃にして駆動すると、発振波長は室温例えば２５℃で駆動する場合と比較して０.６ｎｍ{＝（４５－２５）℃×０.０３ｎｍ／℃}長波長側にシフトする（図４参照）。このシフトと補償し合うために半導体レーザ１１は、光出力を５０ｍＷに下げて使用される。下げる目的は、前述した通り半導体レーザ１１の寿命を担保するためと、発振波長を調整するための２つである。

【0044】

図１に示す半導体レーザ駆動回路３１は、光検出器９が検出した半導体レーザ１１の光出力を示す信号を受けて、この光出力が所望値になるように半導体レーザ１１の駆動電流値を制御する。なお半導体レーザ１１の光出力は該半導体レーザ１１の温度によって変化する。そこで本例では、半導体レーザ１１の温度が４５℃のとき、半導体レーザ１１の光出力が所望値となるようにその駆動電流値が制御される。

【0045】

発振波長の光出力依存性は＋０.０２ｎｍ／ｍＷなので（図５参照）、半導体レーザ１１を光出力５０ｍＷで駆動すると、発振波長は光出力８０ｍＷで駆動する場合と比較して０.６ｎｍ{＝（８０－５０）ｍＷ×０.０２ｎｍ／ｍＷ}短長波長側にシフトする。なお、定格光出力８０ｍＷが得られる状態で半導体レーザ１１を駆動し続ければ、その寿命が短くなってしまう。

【0046】

以上説明した通り本実施形態における発光モジュールの駆動方法によれば、半導体レーザ１１をその定格光出力よりも低い光出力で駆動し、そのために見込まれる発振波長の短波長側へのシフトを、半導体レーザ１１の温度上昇による長波長側へのシフトで補償して、結果的に発振波長をシフト無し、つまり略一定の５０５.０ｎｍに維持可能となっている。

【0047】

ちなみに、前記特許文献２に示された半導体レーザ装置では、温度設定を変えることで発振波長と光出力の調整を行う場合、設定温度を変えると結露が生じる場合があり問題となる。通常の製品では、例えば温度と湿度の動作条件が４５℃、８０％のような過酷な条件でも、動作可能であることが多い。そのため、温度を下げて調整する幅は殆どない。設定温度が４１℃以下になると結露が始まり、光学系が機能しなくからである。一方、４５℃以上に調整する場合は、半導体レーザは高温になると製品寿命が短くなるので、一般的な製品では、温度によって発振波長制御をすることが実質的に不可能である。例えば、温度２５℃、発振波長５０５±２ｎｍ、光出力８０ｍＷの仕様の半導体レーザ製品では、光出力２０ｍＷで使用する場合、８０ｍＷから２０ｍＷに光出力を下げるため、発振波長が１.２ｎｍ短くなる。

【0048】

そこで、下限の波長５０３ｎｍの半導体レーザが入荷した場合、半導体レーザを使用するシステムの波長仕様が半導体レーザと同じ５０５±２ｎｍであったとき、発振波長は５０１.８ｎｍとなり、システムの波長仕様下限値５０３ｎｍを下回ってしまう（図５参照）。つまり発振波長５０３ｎｍの半導体レーザは使用できないということになる。その結果、半導体レーザの歩留まりが悪くなり、結果として半導体レーザを用いる発光モジュールの価格が高くなるという問題が生じる。

【0049】

次に、レーザビームＬの損失も見込んだ光出力について、図６も参照して説明する。前述したようにして波長が５０５.０ｎｍに維持された光出力５０ｍＷのレーザビームＬは、図６の上段の矢印で示すように、設定温度が２５℃から４５℃に上げられることにより、前述した通り発振波長が０.６ｎｍ長波長側にシフトする。このとき光出力は８０ｍＷとされるが、この状態から次に半導体レーザ１１が、同図中下段の矢印で示すように光出力５０ｍＷで駆動されたとすると、発振波長は０.６ｎｍ短波長側にシフトする。

【0050】

次いでレーザビームＬが透過率５０％のアッテネータ５（図６ではＡＴＴと表記）を透過すると、光出力は２５ｍＷに低下する。さらに、第１プリズム１３で光検出器９のために分岐したことによる損失、ＡＲコートによる損失、およびアパーチャ板７、８による損失の合計が２０％程度有る。その結果、光出力は上記２５ｍＷの８０％程度である２０ｍＷ程度となる。こうして、所望している比較的低出力である２０ｍＷのレーザビームＬを得ることができる。

【0051】

すなわち、図６中下段の矢印で示す光出力の変化をまとめると、設定温度２５℃、光出力８０ｍＷ、発振波長５０５.０ｎｍの半導体レーザを、温度４５℃で光出力５０ｍＷの設定とした上で、透過率５０％のアッテネータを挿入し、光学系による損失を２０％とすることで、所望している光出力２０ｍＷで発振波長５０５.０ｎｍの発光モジュールを得ることができる。

【0052】

次に、半導体レーザ１１を保持する構造について説明する。半導体レーザ１１のレーザダイオードチップ１１ｃを金属ステム１１ａ上に実装する構造は、先に図２の（２）を参照して説明した通りである。このような半導体レーザ１１を、図１に示す発光モジュール１００において、コリメートレンズ１２と共に筐体３内に保持している代表的な構造を図７に断面図で示す。なお同図において半導体レーザ１１は、そのレーザダイオードチップ１１ｃ、金属ステム１１ａおよびサブマウント１１ｓだけを以て簡略的に示している（図８および図１１も同様）。また図７以下の図では、先に説明した図１～６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（以下、同様）。

【0053】

図７に示す構造において、半導体レーザの金属ステム１１ａはＬＤホルダー５０の基準面に固定され、このＬＤホルダー５０はリング５１と一体化されている。そしてこのリング５１に、コリメートレンズ１２を保持しているレンズホルダー５２が取り付けられている。またレーザダイオードチップ１１ｃはサブマウント１１ｓに溶接され、サブマウント１１ｓは金属ステム１１aに溶接されている。

【0054】

図７に示す構造の従来例では多くの場合、金属ステム１１aが金メッキを施した鉄、ＬＤホルダー５０が真鍮、リング５１およびレンズホルダー５２がＳＵＳ（ステンレス鋼）から形成されていた。このような従来例において生じていた問題を、図８を参照して説明する。同図の（１）に示すように、例えば室温２３℃で広がったレーザビームＬでコリメートレンズ１２とレーザダイオードチップ１１ｃとの間の距離を調整・固定した場合、筐体３内の温度を３６℃、４５℃と上げると、レーザダイオードチップ１１ｃが載っている金属ステム１１ａの熱膨張による伸び量に対して、コリメートレンズ１２を保持しているリング５１およびレンズホルダー５２の伸び量が大きくなり、レーザダイオードチップ１１ｃとコリメートレンズ１２との間の距離が増大する（同図の（２）、（３）参照）。こうして、初期の温度２３℃では広がっていたレーザビームＬが、温度３６℃では平行ビームになり、温度４５℃では収束ビーム状となるように変化して行く。

【0055】

このときの具体的なビーム伝搬データを図９に例示する。横軸はレーザビームＬのコリメートレンズ１２からの伝搬距離（先端をゼロとして１００ｍｍ刻みで示す）であり、縦軸は各伝搬距離におけるビーム径を示す。そして（１）に半導体レーザ１１のスロー（Slow）軸方向のビーム径を、（２）にファスト（Fast）軸方向のビーム径を示す。半導体レーザ１１のファスト軸方向のビーム径は、レーザダイオードチップ１１ｃの特性に起因して温度依存性が大きく、変化が大きい。つまり、半導体レーザ１１からの出射光は、ファスト軸方向には拡がり角が大きく、上記伝搬距離の変化に対するビーム径の変化が、スロー軸方向と比べてより敏感だからである。そのため、半導体レーザ１１の設定温度を４５℃にした場合は、ビーム径が一方向に大きく変化してしまい、良好なコリメートビームが得られないという問題が認められる。

【0056】

なお、図９に示すビーム伝搬データは、一例として発振波長が５０５ｎｍ、光出力が８０ｍＷの半導体レーザ１１を用いた場合のものである。また、α真鍮：真鍮の線膨張係数、αSUS：ＳＵＳの線膨張係数、α鉄：鉄の線膨張係、Ｌ真鍮：ＬＤホルダー５０の厚さ、Ｌ鉄：図７表示の基準面からの金属ステム１１ａの長さ、ＬSUS：リング５１とレンズホルダー５２の長さとすると、温度が２３℃から４５℃に変化したときのレーザダイオードチップ１１ｃとコリメートレンズ１２との間の距離の変化ΔＬは、下記式による計算で０.７μｍとなる。
ΔＬ＝（α真鍮×Ｌ真鍮＋αSUS×ＬSUS）－α鉄×Ｌ鉄＝０.７μｍ

【0057】

それに対して本実施形態では、リング５１とレンズホルダー５２を形状は上記従来例と同じとしたまま、材料をインバー（登録商標）に変更した。その構成として、コリメートレンズ１２によりレーザビームＬを平行光化したところ、温度が２３℃と４５℃との間で、ビーム伝搬の状態がほぼ同様となる。つまり、図１０の（１）、（２）において、例えば２３℃での測定点と４５℃での測定点が一致する等、双方のグラフがほぼ重なっている。

【0058】

この場合の実際のビーム伝搬データを、図１０の（１）、（２）に示す。この図１０における表示の仕方は、前述した図９における表示の仕方と同じである。従来例では変化の大きかったファスト軸方向のビーム径も、本実施形態では温度２３℃と４５℃とでビーム径はほぼ変わらず、双方の場合とも良好に平行光化されていることが分かる。このときのレーザダイオードチップ１１ｃとコリメートレンズ１２との間の距離の変化ΔＬは、下記式による計算で０.３μｍとなる。なおαインバーはインバーの線膨張係数であり、０.５×１０^－６／Ｋを用いた
ΔＬ＝（α真鍮×Ｌ真鍮＋αインバー×Ｌインバー）－α鉄×Ｌ鉄＝０.３μｍ

【0059】

以上の結果は、図１１に示すようにレーザダイオードチップ１１ｃとコリメートレンズ１２との間の距離が、温度変化が有っても変化しなかったためであると推察できる。実際のビーム伝搬データは、図１０に示した通りであり、２３℃と４５℃におけるデータが綺麗に一致している。計算では上記の通り０.３μｍの距離変化Δが有る筈であるが、この計算との差異は、レーザダイオードチップ１１ｃの発熱により、その直下の金属ステム１１ａがビーム伝搬方向に伸びて、レーザダイオードチップ１１ｃとコリメートレンズ１２との間の距離が相対的に縮まったことに起因すると考えられる。

【0060】

他方、前述したようにして発生した反射光ＬＲ（図１中で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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

＜第２の実施形態＞
図１２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１３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。

【0064】

図１３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１２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。

【0065】

本実施形態の発光モジュール２００は図１２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。

【0066】

図１２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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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１２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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

以上のことに鑑みれば、前述した図１３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。

【0076】

このファスト軸方向のビームプロファイル例を、図１４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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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）。

【0086】

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。

【0087】

また、この第２実施形態による発光モジュール２００においても、第１実施形態で採用した半導体レーザ１１の発振波長を制御する駆動方法を実施可能である。その点は、以下で説明する第３実施形態および第４実施形態においても同様である。

【0088】

＜第３の実施形態＞
次に図１５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１２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１２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。

【0089】

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１５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。

【0090】

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。

【0091】

そこで本実施形態においては、図１２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。

【0092】

＜第４の実施形態＞
次に図１６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１２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１２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。

【0093】

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１６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。

【0094】

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。

【0095】

そこで本実施形態においては、図１２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】

【0096】

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
３０ 温度調節回路
３１ 半導体レーザ駆動回路
５０ ＬＤホルダー
５１ リング
５２ レンズホルダー
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】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】