[发明专利]光源单元、光学扫描装置和成像设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种光源单元、光学扫描装置和成像设备，并尤其是涉及用于照射多个激光束的光源单元、包括该光源单元的光学扫描装置和包括该光学扫描装置的成像设备。

背景技术

垂直腔表面发射激光器(以下也称为VCSEL)是用于在与衬底的表面垂直的方向上输出光线。VCSEL优于在平行于衬底表面的方向上发射光线的端面发光型激光器，这是由于VCSEL成本低且性能高，并且用VCSEL可以容易形成阵列。

此外，对利用VCSEL作为光源而应用于如光学互连的光学通信、用于光学拾取的光源以及用于诸如激光打印机的成像设备的光源方面存在很高的期望。因此，积极地进行对VCSEL的研发，并且一些R&D的结果已经投入实际使用。

通常，在利用VCSEL作为光源的光学系统中，从光源发出的光线被光学系统中的透镜和镜子反射，并且可能返回到光源。由于已经返回到光源的光线(返回光线)，在VCSEL中的激光振荡变得不稳定，并且从光源发射的光量随时间以不规律的方式变化。光量可能以纳秒等级或者微秒等级变化。

当VCSEL应用于成像和光学通信时，从光源发出的光量的稳定性是重要特性。

取决于成像设备，甚至光量中很小比例的变化会导致严重问题。从而，用发出不稳定光量的光源无法形成高质量图像。在通信应用中，如果光源发出不稳定的光量，信号传输特性变差，并且光学通信不能以高性能执行。

因此，已经提出各种方法，如增加对返回光线的阻抗的方法(例如，见专利文件1)或者减少返回光线的方法(例如，见专利文件2和3)。

专利文件1公开了一种表面发射激光器元件，其中，通过下部多层膜发射镜和上部多层膜反射镜形成振荡器。有源层放置在下部多层膜反射镜和上部多层膜反射镜之间。在振荡器中，在偏置点处的驰豫振荡频率(relaxation oscillation frequency)被设定成超过调制从表面发射激光器元件输出的激光束的光学通信频率。

专利文件2公开了一种表面发射半导体激光器，其包括半导体衬底、设置在半导体衬底之上的有源层、设置在有源层之上用于沿着垂直于半导体衬底的方向发射在有源层处产生的激光束的发射表面、以及设置在发射表面之上用于吸收一部分激光束的吸收层。

专利文件3公开了一种表面发射激光器模块，其具有至少表面发射激光器芯片和安装到晶体管外形头(TO header)上的监控光电探测器。表面发射激光器模块具有盖，盖带有窗口，该窗口用具有预定透射率(小于或等于40％)的薄膜涂敷。

但是，当表面发射激光器阵列和孔径板(apertured plate)组合使用时，专利文件1到3中公开的方法可能会具有如下问题。具体地说，从表面发射激光器阵列发出并然后穿过孔径板的光量不能稳定化。

本发明的发明人对如下的装置作出各种研究，该装置包括表面发射激光器阵列作为光源和光学系统，该表面发射激光器阵列具有多个发光单元，并且光学系统包括具有孔径的孔径板，用于调节从光源发出的光束。于是，发现穿过孔径的光量的变化不仅受到从发光单元发出然后返回到相同发光单元的光线的影响，如传统上已知的。还发现光量的变化还受到从其他发光单元的返回的光线的影响。

由从其他发光单元返回的光线造成的穿过孔径的光的量的变化仅在表面发射激光器阵列和孔径板组合使用时才产生。因此，过去没有过多注意这个因素。

包括发光单元的阵列和孔径板的组合的结构应用于作为近年来的研究目标并且持续研究的各个领域，所述发光单元作为VCSEL的特征，所述孔径板是光学系统中的基本元件。

专利文件1：日本未审公开专利申请公开说明书第2005-252032号

专利文件2：日本未审公开专利申请公开说明书第2005-86027号

专利文件3：日本未审公开专利申请公开说明书第2007-103576号

发明内容

本发明提供了一种光源单元、光学扫描装置和成像设备，其中消除了一个或多个上述缺点。

根据本发明的一个方面，提供了一种光源单元，该光源单元包括：表面发射激光器阵列，该表面发射激光器阵列包括发光单元；以及孔径元件，该孔径元件设置在从表面发射激光器阵列发出的光束的光路上，所述孔径元件包括孔径，其中，在至少一个方向上，穿过所述孔径的光束所造成的干涉图案的强度分布包括相等数量的波峰和波谷。