JP6189638B2

JP6189638B2 - Optical system

Info

Publication number: JP6189638B2
Application number: JP2013110276A
Authority: JP
Inventors: 高橋　幸司; 幸司高橋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: JP2014228797A

Description

本発明は、複数の光源から出射された光を導光部材に入射させる光学系に関するものである。 The present invention relates to an optical system that allows light emitted from a plurality of light sources to enter a light guide member.

一般的に、レーザ光を用いた加工用途(溶接,切断など)、あるいは青色または紫外レーザ光を用いて蛍光物質を励起するレーザ照明用途などにおいては、大出力のレーザ光を得ることが必要である。また、レーザ光を導光する光学部材として、光ファイバが用いられることが多い。光ファイバは、可撓性を有しており、その出射口の配置に関して自由度が高いためである。 In general, it is necessary to obtain high-power laser light in processing applications using laser light (welding, cutting, etc.) or laser illumination applications that excite fluorescent materials using blue or ultraviolet laser light. is there. An optical fiber is often used as an optical member that guides laser light. This is because the optical fiber is flexible and has a high degree of freedom with respect to the arrangement of its emission ports.

大出力のレーザ光を得る手段として、従来、複数の半導体レーザから出射したレーザビームをレンズ系で集光して１箇所に収束させ、その収束位置に光ファイバの入射端面が位置するように当該光ファイバを配し、複数のレーザビームを１本に合波する合波光学系が知られている。 As means for obtaining high-power laser light, conventionally, laser beams emitted from a plurality of semiconductor lasers are condensed by a lens system and converged at one location, and the incident end face of the optical fiber is positioned at the convergence position. A multiplexing optical system is known in which an optical fiber is arranged and a plurality of laser beams are combined into one.

特許文献１に記載の半導体レーザモジュールでは、複数個の半導体レーザアレイを階段状に配置し、各半導体レーザアレイからのレーザ光を集光レンズ用いて光ファイバアレイに光結合している。 In the semiconductor laser module described in Patent Document 1, a plurality of semiconductor laser arrays are arranged stepwise, and laser light from each semiconductor laser array is optically coupled to an optical fiber array using a condenser lens.

特許文献２に記載の合波光学系では、複数の半導体レーザから出射したレーザビームを複数のコリメーターレンズによってそれぞれ平行光化した後、シリンドリカルレンズおよびアナモルフィックレンズを用いて光ファイバに入射させている。 In the multiplexing optical system described in Patent Document 2, laser beams emitted from a plurality of semiconductor lasers are collimated by a plurality of collimator lenses, and then incident on an optical fiber using a cylindrical lens and an anamorphic lens. ing.

特開２０１１−２４３７１７号公報（２０１１年１２月１日公開）JP 2011-243717 A (released on December 1, 2011) 特開２００７−１６３９４７号公報（２００７年６月２８日公開）JP 2007-163947 A (released on June 28, 2007)

しかしながら、大出力のレーザ光を得るためには、出来るだけ多くの半導体レーザからの光を効率良く一本の光ファイバに入射させることが好ましい。光ファイバに光学的に結合可能な半導体レーザの最大個数Ｎは、用いる光ファイバの受入角をθ、コア径をＤとし、結合させる半導体レーザの波長をλ、ビーム品質値をＭ^２とすると、半導体レーザのＢＰＰ（ＢｅａｍＰａｒａｍｅｔｅｒＰｒｏｄｕｃｔｓ、Ｍ^２・λ／π）と光ファイバの受入特性値(D・θ)との比で決まる。この半導体レーザの最大個数Ｎは、次の（１）式で表される。 However, in order to obtain a high-power laser beam, it is preferable that light from as many semiconductor lasers as possible be efficiently incident on one optical fiber. The maximum number N of semiconductor lasers that can be optically coupled to the optical fiber is defined as follows. The acceptance angle of the optical fiber to be used is θ, the core diameter is D, the wavelength of the semiconductor laser to be coupled is λ, and the beam quality value is M ² . It is determined by the ratio between the BPP (Beam Parameter Products, M ² · λ / π) of the semiconductor laser and the acceptance characteristic value (D · θ) of the optical fiber. The maximum number N of semiconductor lasers is expressed by the following equation (1).

Ｎ＝（π・γ・Ｄ・θ）／（λ・Ｍ^２）・・・（１）
ここでγはレーザ光の充填率を示しており、束ねられたＮ本のコリメート光がどれだけ密であるかを示している。上記（１）式から分かることは、一本の光ファイバに出来るだけ多くの半導体レーザを効率的に結合させるためには、光ファイバおよび半導体レーザの特性値（Ｄ、θ、Ｍ^２）を変えることが出来ないのであれば、レーザ光の充填率γを高くするしかないということである。 N = (π · γ · D · θ) / (λ · M ² ) (1)
Here, γ indicates the filling rate of the laser beam, and indicates how dense the N collimated beams bundled are. As can be seen from the above equation (1), in order to efficiently couple as many semiconductor lasers as possible to one optical fiber, the characteristic values (D, θ, M ² ) of the optical fiber and the semiconductor laser are changed. If this is not possible, then the laser beam filling rate γ must be increased.

特許文献１の発明においては、複数の半導体レーザを階段状に配置することにより、複数の半導体レーザの発光点の位置を近づけることが出来るために、γが高くなる。しかし、個々の半導体レーザ素子にはパッケージ自体のサイズおよびヒートシンクに起因する一定のサイズが必要であり、一定レベル以上には複数のレーザ光を近づけることが出来ない。そのため、特許文献１の発明のように半導体レーザを階段状に配置してもγの向上には限界がある。 In the invention of Patent Document 1, by arranging a plurality of semiconductor lasers in a stepped manner, the positions of the light emitting points of the plurality of semiconductor lasers can be made closer, so that γ is increased. However, each semiconductor laser element requires a certain size due to the size of the package itself and the heat sink, and a plurality of laser beams cannot be brought close to a certain level or more. Therefore, there is a limit to improving γ even if the semiconductor lasers are arranged stepwise as in the invention of Patent Document 1.

特許文献２の発明においては、複数の半導体レーザ素子を配置する間隔によりγが決まり、γを大きくすることが出来ない。特に複数の半導体レーザ素子のそれぞれからの発熱を考慮すると複数の半導体レーザ素子を極端に近接させることは好ましくなく、その点もγを大きく出来ない原因となる。 In the invention of Patent Document 2, γ is determined by the interval at which a plurality of semiconductor laser elements are arranged, and γ cannot be increased. In particular, considering the heat generated from each of the plurality of semiconductor laser elements, it is not preferable to make the plurality of semiconductor laser elements extremely close to each other, and this also causes γ to not be increased.

また、上述のような従来技術は、複数の半導体レーザの出力光を充填率γの実質的に幅の広い平行光にし、それを大きなレンズで集光する構成である。しかし、集光レンズでの収差の観点からも、配列することが出来る複数の半導体レーザの個数の制限があり、複数のレーザ光からなる実質的に幅の広い平行光の幅を極端には大きくすることは出来ない。そのために、光ファイバ出力端から得ることが出来る最大出力の上限が低いという問題がある。 Further, the conventional technology as described above has a configuration in which the output light of a plurality of semiconductor lasers is made into parallel light having a substantially wide filling rate γ and is condensed by a large lens. However, from the viewpoint of aberration in the condenser lens, there is a limit on the number of semiconductor lasers that can be arranged, and the width of substantially wide parallel light composed of a plurality of laser beams is extremely large. I can't do it. Therefore, there is a problem that the upper limit of the maximum output that can be obtained from the optical fiber output end is low.

本願発明は、１つの導光部材に対して配置することが出来る光源の個数の制限を小さくし、その結果、導光部材の出射端部から得られる光の出力を高めることを目的とする。 An object of the present invention is to reduce the limit on the number of light sources that can be arranged with respect to one light guide member, and as a result, to increase the output of light obtained from the emission end of the light guide member.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光学系は、
導光部材へ光を集光する光学系であって、
第１光学部材と、第２光学部材とを備え、上記第１光学部材は、複数の光源から出射された光の進行方向をそれぞれ変化させることにより当該光を上記第２光学部材へ導き、上記第２光学部材は、上記第１光学部材によって進行方向が変更された光を集光し、上記導光部材へ入射させ、上記複数の光源は、共通の基材に配置されており、上記複数の光源から出射された光を反射することにより当該光を上記第１光学部材へ導く複数の第３光学部材をさらに備える。
In order to solve the above problems, an optical system according to one embodiment of the present invention includes:
An optical system for condensing light onto a light guide member,
A first optical member, and a second optical member, wherein the first optical member guides the light to the second optical member by changing a traveling direction of light emitted from a plurality of light sources, and The second optical member condenses light whose traveling direction has been changed by the first optical member and causes the light to enter the light guide member, and the plurality of light sources are disposed on a common base, the light by reflecting the light emitted from the light source Ru further comprising a plurality of third optical member for guiding to said first optical member.

本発明の一態様によれば、１つの導光部材に対して配置することが出来る光源の個数の制限を小さくし、その結果、導光部材の出射端部から得られる光の出力を高めることができる光学系を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, the limitation on the number of light sources that can be arranged with respect to one light guide member is reduced, and as a result, the output of light obtained from the exit end of the light guide member is increased. It is possible to provide an optical system that can

本発明の実施形態に係る光学系の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る光学系の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical system which concerns on other embodiment of this invention. 上記他の実施形態に係る光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system which concerns on the said other embodiment. 本発明のさらに別の実施形態に係る光学系の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical system which concerns on another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態に係る光学系の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical system which concerns on another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態に係る光学系で使用する光源ユニットを示す図である。It is a figure which shows the light source unit used with the optical system which concerns on another embodiment of this invention. 上記光源ユニットの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the said light source unit.

〔実施形態１〕
本発明の実施の一形態について、図１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。 Embodiment 1
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

本実施形態に係る光学系は、複数の光源から出射された光の進行方向を変化させて当該光を集光レンズへ導き、当該集光レンズによって上記光を集光し、導光部材へ入射させるものである。これにより、１つの導光部材に対して配置することが出来る光源の個数の制限が小さくなり、導光部材の出射端部より得ることが出来る光の出力を高めることができる光学系を提供するものである。 The optical system according to the present embodiment changes the traveling direction of light emitted from a plurality of light sources, guides the light to a condensing lens, condenses the light by the condensing lens, and enters the light guide member It is something to be made. Accordingly, there is provided an optical system in which the limit of the number of light sources that can be arranged with respect to one light guide member is reduced, and the output of light that can be obtained from the emission end portion of the light guide member can be increased. Is.

本発明の光学系によって配光制御された光を入射させる導光部材の一例として光ファイバを挙げることができる。光ファイバのように、光の入射端部の断面積が比較的小さい導光部材に対して光を入射する場合に、本発明の光学系の利用価値が高まる。ただし、上記導光部材は、光ファイバに限定されず、ロッド形状の導光部材など、その他の種類の導光部材であってもよい。 An example of the light guide member that makes the light whose light distribution is controlled by the optical system of the present invention incident is an optical fiber. The utility value of the optical system of the present invention increases when light is incident on a light guide member having a relatively small cross-sectional area at the light incident end, such as an optical fiber. However, the light guide member is not limited to an optical fiber, and may be another type of light guide member such as a rod-shaped light guide member.

また、本発明の光学系によって配光制御される光（換言すれば、導光部材から出射される光）の種類は特に限定されない。例えば、上記光は、照明光として利用される可視光であってもよく、切断、溶接などの加工用の光として利用されるレーザ光であってもよい。換言すれば、上記光を出射する光源の種類は特に限定されず、当該光源は、半導体レーザ素子であっても、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。 Moreover, the kind of light (in other words, light emitted from the light guide member) whose light distribution is controlled by the optical system of the present invention is not particularly limited. For example, the light may be visible light used as illumination light, or may be laser light used as light for processing such as cutting and welding. In other words, the type of the light source that emits the light is not particularly limited, and the light source may be a semiconductor laser element or a light emitting diode (LED).

本実施形態では、上記導光部材としての光ファイバ９へレーザ光（励起光）を集光する光学系１００について説明する。この光学系１００は、照明装置の一部を構成し、光学系１００によって集光されたレーザ光は、後述する光ファイバ９を介して導光され、照明光あるいはプロジェクタ等の画像表示装置に対する光源として利用される。例えば、光ファイバ９の先端からの照明光を、内視鏡などに用いられる微小な照明光源として利用出来る。 In the present embodiment, an optical system 100 that focuses laser light (excitation light) onto the optical fiber 9 serving as the light guide member will be described. This optical system 100 constitutes a part of an illumination device, and laser light condensed by the optical system 100 is guided through an optical fiber 9 described later, and is a light source for an image display device such as illumination light or a projector. Used as For example, illumination light from the tip of the optical fiber 9 can be used as a minute illumination light source used for an endoscope or the like.

図１は、光学系１００の構成の一例を示す概略図であり、図１の（ａ）は、ｙ軸方向から見たときの図であり、図１の（ｂ）は、ｚ軸方向から見たときの図である。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the optical system 100. FIG. 1A is a diagram when viewed from the y-axis direction, and FIG. 1B is a diagram from the z-axis direction. It is a figure when it sees.

（光学系１００の概略構成）
図１の（ａ）に示すように、光学系１００は、発光装置（光源）１、反射ミラー（第１光学部材）３、集光レンズ（第２光学部材）４及びコリメートレンズ８を備えている。この光学系１００は、複数の発光装置１から出射された複数の光を反射ミラー３と集光レンズ４とを経由して光ファイバ（導光部材）９に入射させる。具体的には、光学系１００は、発光装置１に含まれる半導体レーザ２からのレーザ光を反射ミラー３で反射させ、集光レンズ４を通して光ファイバ９の入射端部９ａに集光させる。 (Schematic configuration of the optical system 100)
As shown in FIG. 1A, the optical system 100 includes a light emitting device (light source) 1, a reflecting mirror (first optical member) 3, a condenser lens (second optical member) 4, and a collimating lens 8. Yes. The optical system 100 causes a plurality of lights emitted from a plurality of light emitting devices 1 to enter an optical fiber (light guide member) 9 via a reflection mirror 3 and a condenser lens 4. Specifically, the optical system 100 reflects the laser light from the semiconductor laser 2 included in the light emitting device 1 by the reflection mirror 3 and condenses the incident light on the incident end 9 a of the optical fiber 9 through the condenser lens 4.

以下、光学系１００が備える各部材の構成について説明する。 Hereinafter, the configuration of each member included in the optical system 100 will be described.

（発光装置１）
発光装置１は、反射ミラー３へ向けてレーザ光を出射する装置である。図１の（ａ）に示すように、発光装置１は、半導体レーザ（光源）２及び放熱部５を備えている。 (Light-emitting device 1)
The light emitting device 1 is a device that emits laser light toward the reflection mirror 3. As shown to (a) of FIG. 1, the light-emitting device 1 is provided with the semiconductor laser (light source) 2 and the thermal radiation part 5. As shown in FIG.

（半導体レーザ２）
半導体レーザ２は、励起光を出射する光源である。図１（ｂ）に示すように、本実施形態では、半導体レーザ２として、赤、青及び緑色で発振する半導体３つのレーザ２ａ〜ｃを用いている。３色のレーザ光を１つの光ファイバ９に効率的に入射させることにより、光ファイバ９の出射端部９ｂでは均一に混ざった白色のレーザ光を得ることが出来る。半導体レーザ２の数は、所望の励起光の出力に応じて適宜定められればよい。 (Semiconductor laser 2)
The semiconductor laser 2 is a light source that emits excitation light. As shown in FIG. 1B, in the present embodiment, as the semiconductor laser 2, three semiconductor lasers 2a to 2c that oscillate in red, blue, and green are used. By making the laser beams of the three colors efficiently enter one optical fiber 9, white laser light that is uniformly mixed can be obtained at the output end 9b of the optical fiber 9. The number of semiconductor lasers 2 may be determined as appropriate according to the desired output of excitation light.

（放熱部５）
放熱部５は、ヒートシンク６と放熱フィン７とを備えている。放熱部５は、半導体レーザ２が発する熱を外部に放熱するものである。これにより、高出力の励起光を得る場合であっても、それぞれの半導体レーザ２が発生させた熱を適切に放熱することができるため、半導体レーザ２の寿命および発光効率の低下を抑制することができる。 (Heat dissipation part 5)
The heat dissipating part 5 includes a heat sink 6 and heat dissipating fins 7. The heat radiating unit 5 radiates heat generated by the semiconductor laser 2 to the outside. As a result, even when high-power excitation light is obtained, the heat generated by each semiconductor laser 2 can be appropriately dissipated, so that the lifetime and emission efficiency of the semiconductor laser 2 can be suppressed. Can do.

ヒートシンク６は、半導体レーザ２で生じた熱を発光装置１の外部へ放熱するための熱伝導部材である。ヒートシンク６は、半導体レーザ２と放熱フィン７との間に設けられており、半導体レーザ２との接合面から受け取った熱を放熱フィン７に伝える。 The heat sink 6 is a heat conducting member for radiating heat generated by the semiconductor laser 2 to the outside of the light emitting device 1. The heat sink 6 is provided between the semiconductor laser 2 and the heat radiating fins 7, and transfers heat received from the joint surface with the semiconductor laser 2 to the heat radiating fins 7.

放熱フィン７は、半導体レーザ２が発する熱を、ヒートシンク６から受け取り、大気中に放熱するものである。 The radiation fin 7 receives heat generated by the semiconductor laser 2 from the heat sink 6 and radiates it to the atmosphere.

ヒートシンク６と放熱フィン７とは、熱伝導率が高い材料からなり、例えば、熱伝導率が高い金属（例えば、Ａｌ）で構成することが好ましい。 The heat sink 6 and the heat radiating fins 7 are made of a material having high thermal conductivity, and are preferably made of a metal (for example, Al) having high thermal conductivity, for example.

（半導体レーザ２の配置）
上述のように光学系１００は、３つの半導体レーザ２ａ〜ｃを備えている。これらの半導体レーザ２ａ〜ｃから出射されるレーザ光の光路が、集光レンズ４の光軸（図１における＋Ｚ軸方向）に対してそれぞれ角度をなすように、半導体レーザ２ａ〜ｃが配置されている。 (Arrangement of semiconductor laser 2)
As described above, the optical system 100 includes the three semiconductor lasers 2a to 2c. The semiconductor lasers 2a to 2c are arranged so that the optical paths of the laser beams emitted from the semiconductor lasers 2a to 2c are at angles to the optical axis of the condenser lens 4 (+ Z axis direction in FIG. 1). ing.

なお、集光レンズ４の光軸とは、集光レンズ４の中心を通り集光レンズ４の面に垂直な直線のことである。換言すれば、集光レンズ４の光軸とは、集光レンズ４の中心と焦点とを通る直線である。 The optical axis of the condenser lens 4 is a straight line that passes through the center of the condenser lens 4 and is perpendicular to the surface of the condenser lens 4. In other words, the optical axis of the condenser lens 4 is a straight line passing through the center and the focal point of the condenser lens 4.

このように半導体レーザ２ａ〜ｃは、反射ミラー３に対して、互いに平行な光を入射させるのではなく、相対的に角度を有する複数の光を反射ミラー３に照射するように配置されている。つまり、半導体レーザ２ａ〜ｃは、図１におけるＸ-Ｙ座標平面に平行な仮想平面上に配置されているのではなく、Ｘ-Ｙ-Ｚ座標で表現できる３次元空間内に立体的に配置されている。 As described above, the semiconductor lasers 2a to 2c are arranged so as to irradiate the reflection mirror 3 with a plurality of lights having relatively angles, rather than causing the parallel light to enter the reflection mirror 3. . That is, the semiconductor lasers 2a to 2c are not arranged on a virtual plane parallel to the XY coordinate plane in FIG. 1, but three-dimensionally arranged in a three-dimensional space that can be expressed by XYZ coordinates. Has been.

そのため、半導体レーザ２ａ〜ｃの配置の自由度が高く、各半導体レーザ２を離して配置することが出来る。その結果、発熱の干渉を低減させ、１つの光ファイバ９に対して多くの半導体レーザ２を配置することが出来る。なお、発光装置１（半導体レーザ２）の個数及び配置方法は、図１に示すものに限定されない。 Therefore, the degree of freedom of arrangement of the semiconductor lasers 2a to 2c is high, and the semiconductor lasers 2 can be arranged apart from each other. As a result, it is possible to reduce the interference of heat generation and to arrange many semiconductor lasers 2 with respect to one optical fiber 9. The number of light emitting devices 1 (semiconductor lasers 2) and the arrangement method are not limited to those shown in FIG.

（反射ミラー３）
反射ミラー３は、集光レンズ４の光軸上に配置されており、発光装置１ａ〜ｃから発せられたレーザ光（互いに異なる方向から出射されたレーザ光）を反射する複数の反射面３ａ〜ｃを有している。これら反射面３ａ〜ｃによって、発光装置１ａ〜ｃからのレーザ光はそれぞれ反射され、それらの進行方向が変更されることにより集光レンズ４へ導かれる。反射ミラー３によって反射された光の光路は、+Ｚ軸及び集光レンズ４の光軸と平行である。 (Reflection mirror 3)
The reflection mirror 3 is disposed on the optical axis of the condenser lens 4 and has a plurality of reflection surfaces 3a to 3 that reflect the laser beams (laser beams emitted from different directions) emitted from the light emitting devices 1a to 1c. c. The laser beams from the light emitting devices 1a to c are reflected by the reflecting surfaces 3a to 3c, respectively, and are guided to the condenser lens 4 by changing their traveling directions. The optical path of the light reflected by the reflection mirror 3 is parallel to the + Z axis and the optical axis of the condenser lens 4.

この反射ミラー３は、三角錘であり、三角錘が有する３つの三角形の側面が、それぞれのレーザ光を反射する反射面３ａ〜ｃである。これら反射面３ａ〜ｃは、例えばアルミニウムでコーティングされているが、反射面３ａ〜ｃの形成方法はこれに限定されない。例えば、ガラス面での全反射を用いたミラーを反射面３ａ〜ｃとして用いてもよく、反射ミラー３は、レーザ光の進行方向を変えることが出来る光学部材であればよい。 The reflecting mirror 3 is a triangular pyramid, and the three triangular side surfaces of the triangular pyramid are reflecting surfaces 3a to 3c that reflect the respective laser beams. Although these reflective surfaces 3a-c are coated with aluminum, for example, the formation method of reflective surfaces 3a-c is not limited to this. For example, mirrors using total reflection on the glass surface may be used as the reflection surfaces 3a to 3c, and the reflection mirror 3 may be any optical member that can change the traveling direction of the laser light.

（集光レンズ４）
集光レンズ４は、反射ミラー３により進行方向を変えられた光を集光する光学部材である。反射ミラー３で反射した３つのレーザ光は、集光レンズ４に入射され、光ファイバ９の入射端部９ａに集光される。 (Condensing lens 4)
The condensing lens 4 is an optical member that condenses the light whose traveling direction has been changed by the reflecting mirror 3. The three laser beams reflected by the reflection mirror 3 enter the condenser lens 4 and are collected on the incident end 9 a of the optical fiber 9.

集光レンズ４として、球面平凸レンズを用いると、小さな収差で集光することが出来る。この場合、球面平凸レンズの曲面側を平行光側に、平面側を集光側に配置する。なお、集光レンズ４は、球面平凸レンズに限定されず、適宜好ましい設計のレンズを用いればよい。 When a spherical plano-convex lens is used as the condensing lens 4, it can be condensed with a small aberration. In this case, the curved plane side of the spherical plano-convex lens is arranged on the parallel light side, and the plane side is arranged on the condensing side. The condensing lens 4 is not limited to a spherical plano-convex lens, and a lens having a preferable design may be used as appropriate.

（コリメートレンズ８）
コリメートレンズ８は、屈折を用いてレーザ光が平行状態になるように光学調整を行う光学部材である。すなわち、発光装置１より照射されたレーザ光がコリメートレンズ８によって平行光に変換され、反射ミラー３へと照射される。コリメートレンズ８として、適宜最適な設計のレンズを用いればよい。なお、コリメートレンズ８を備える必要は必ずしもない。 (Collimating lens 8)
The collimating lens 8 is an optical member that performs optical adjustment using refraction so that the laser light is in a parallel state. In other words, the laser light emitted from the light emitting device 1 is converted into parallel light by the collimator lens 8 and irradiated onto the reflection mirror 3. As the collimating lens 8, a lens having an optimal design may be used as appropriate. The collimating lens 8 is not necessarily provided.

（光ファイバ９）
光ファイバ９は、集光レンズ４により集光された光を導く導光部材であり、入射端部９ａ及び出射端部９ｂを備えている。光ファイバ９として、適宜最適な設計のものを用いればよい。光ファイバ９として、例えば、コア径１００μｍの石英ファイバを用いることが出来る。 (Optical fiber 9)
The optical fiber 9 is a light guide member that guides the light collected by the condenser lens 4 and includes an incident end portion 9a and an output end portion 9b. As the optical fiber 9, one having an optimal design may be used as appropriate. For example, a quartz fiber having a core diameter of 100 μm can be used as the optical fiber 9.

＜光学系１００の効果＞
上述のように光学系１００では、３つの半導体レーザ２ａ〜ｃから出射されたレーザ光が反射ミラー３によって反射されることによって、当該レーザ光の進行方向が変更され、集光レンズ４へ導かれる。 <Effect of optical system 100>
As described above, in the optical system 100, the laser light emitted from the three semiconductor lasers 2a to 2c is reflected by the reflection mirror 3, whereby the traveling direction of the laser light is changed and guided to the condenser lens 4. .

そのため、反射ミラー３が有する反射面の数および配置を適宜設定すれば、半導体レーザ２の数および配置を所望のものにすることができる。 Therefore, if the number and arrangement of the reflecting surfaces of the reflecting mirror 3 are appropriately set, the number and arrangement of the semiconductor lasers 2 can be made as desired.

その結果、発光装置１を立体的に配置することができ、個々の半導体レーザ２のパッケージのサイズ及びヒートシンク６のサイズに起因する制限が小さくなり、複数のレーザ光の光路を近接させることが可能となる。よって、上記（１）式におけるγを限りなく１に近づけることが出来る。そのため、多くの半導体レーザ２を配置する（Ｎを大きくする）ことが出来る。 As a result, the light emitting device 1 can be arranged three-dimensionally, the restriction due to the size of the package of each semiconductor laser 2 and the size of the heat sink 6 is reduced, and the optical paths of a plurality of laser beams can be brought close to each other. It becomes. Therefore, γ in the above equation (1) can be as close to 1 as possible. Therefore, many semiconductor lasers 2 can be arranged (N is increased).

また、複数のコリメートされたレーザ光が近接しているために、集光レンズ４での収差が小さく、効率的にレーザ光を光ファイバ９に入射することが出来る。 In addition, since a plurality of collimated laser beams are close to each other, the aberration at the condenser lens 4 is small, and the laser beams can be efficiently incident on the optical fiber 9.

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

以下、本実施形態では、異なる４つの方向から出射された平行光を、反射によって光の進行方向を変化させることにより集光レンズ４へ導き、当該光を集光レンズ４によって集光し、ロッドレンズ２７へ入射させることができる光学系１１０について説明する。 Hereinafter, in the present embodiment, parallel light emitted from four different directions is guided to the condenser lens 4 by changing the traveling direction of the light by reflection, and the light is condensed by the condenser lens 4, and the rod The optical system 110 that can be incident on the lens 27 will be described.

図２は、光学系１１０の構成の一例を示すものであり、図２の（ａ）は光学系１１０をｙ軸方向から見たときの図であり、図２の（ｂ）は光学系１１０をｚ軸方向から見たときの図である。 2 shows an example of the configuration of the optical system 110. FIG. 2A shows the optical system 110 viewed from the y-axis direction, and FIG. 2B shows the optical system 110. As shown in FIG. It is a figure when seeing from the z-axis direction.

（光学系の概要構成）
まず、図２の（ａ）に基づいて、光学系１１０の概略構成について説明する。 (Outline configuration of optical system)
First, a schematic configuration of the optical system 110 will be described with reference to FIG.

光学系１１０は、図２の（ａ）に示すように、発光装置（光源）１１、反射ミラー（第１光学部材）１３、コリメートレンズ８及び集光レンズ４を備えている。 As shown in FIG. 2A, the optical system 110 includes a light emitting device (light source) 11, a reflection mirror (first optical member) 13, a collimator lens 8, and a condenser lens 4.

光学系１１０は、発光装置１１から出射された光を反射ミラー１３にて反射させ、集光レンズ４を経由して光ファイバ９に入射させる光学系である。具体的には、光学系１１０は、発光装置１１内の半導体レーザ１２から出射されたレーザ光を、コリメートレンズ８を通して平行光にする。そして、反射ミラー１３によって当該平行光の進行方向を変化させて集光レンズ４へ導き、集光レンズ４によって上記平行光を、光ファイバ９の入力端部に集光させる。 The optical system 110 is an optical system in which the light emitted from the light emitting device 11 is reflected by the reflection mirror 13 and enters the optical fiber 9 via the condenser lens 4. Specifically, the optical system 110 converts the laser light emitted from the semiconductor laser 12 in the light emitting device 11 into parallel light through the collimator lens 8. Then, the traveling direction of the parallel light is changed by the reflection mirror 13 and guided to the condenser lens 4, and the parallel light is condensed on the input end of the optical fiber 9 by the condenser lens 4.

この光学系１１０は、照明装置の一部を構成し、光学系１１０によって集光されたレーザ光は、光ファイバ９を介して蛍光体発光部１０に照射される。蛍光体発光部１０は、レーザ光を受けることによって蛍光を発し、この蛍光が照明光として利用される。 The optical system 110 constitutes a part of the illumination device, and the laser light condensed by the optical system 110 is irradiated onto the phosphor light emitting unit 10 through the optical fiber 9. The phosphor light emitting unit 10 emits fluorescence by receiving laser light, and this fluorescence is used as illumination light.

以下、光学系１１０が備える各部材の構成について説明する。 Hereinafter, the configuration of each member included in the optical system 110 will be described.

（発光装置１１）
図２の（ａ）に示す発光装置１１は、半導体レーザ１２、放熱部５を備えている。半導体レーザ１２は、５．６ｍｍΦパッケージに実装された波長４０５ｎｍの高出力レーザを用いている。 (Light Emitting Device 11)
A light emitting device 11 shown in FIG. 2A includes a semiconductor laser 12 and a heat radiating section 5. The semiconductor laser 12 uses a high-power laser having a wavelength of 405 nm mounted in a 5.6 mmΦ package.

図２の（ｂ）に示すように、光学系１１０では、半導体レーザ１２を４個（半導体レーザ１２ａ〜ｄ）使用している。なお、図２の（ａ）では、半導体レーザ２ｂ及び２ｃの記載を省略している。 As shown in FIG. 2B, the optical system 110 uses four semiconductor lasers 12 (semiconductor lasers 12a to 12d). In FIG. 2A, descriptions of the semiconductor lasers 2b and 2c are omitted.

４個の半導体レーザ１２ａ〜ｄからのレーザ光は、互いに異なる方向(＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、−Ｙ方向)から出射され、反射ミラー１３によって、当該レーザ光の進行方向が集光レンズ４の光軸の方向（＋Ｚ方向）に曲げられる。 The laser beams from the four semiconductor lasers 12a to 12d are emitted from different directions (+ X, −X, + Y, −Y directions), and the traveling direction of the laser beams is reflected by the reflecting mirror 13 by the condenser lens 4. It is bent in the direction of the optical axis (+ Z direction).

このように発光装置１１は、発光装置１と同様に立体的に配置されている。なお、発光装置１１の配置方法はこれに限定されない。 As described above, the light emitting device 11 is three-dimensionally arranged like the light emitting device 1. In addition, the arrangement | positioning method of the light-emitting device 11 is not limited to this.

（反射ミラー１３）
反射ミラー１３は、半導体レーザ１２から出射された光の進行方向を変更させる光学部材である。この反射ミラー１３は、四角錘の形状を有しており、四角錘が有する三角形の４つの側面が、それぞれのレーザ光を反射する反射面１３ａ〜ｄである。反射面１３ａ〜ｄはアルミニウムでコーティングされているが、反射面１３ａ〜ｄの形成方法は、これに限定されるものではない。例えば、ガラス面での全反射を用いたミラー等を用いてもよく、反射ミラー１３は、レーザ光の進行方向を変えることが出来る光学部材であればよい。 (Reflection mirror 13)
The reflection mirror 13 is an optical member that changes the traveling direction of the light emitted from the semiconductor laser 12. The reflecting mirror 13 has a quadrangular pyramid shape, and four triangular side surfaces of the quadrangular pyramid are reflecting surfaces 13a to 13d that reflect the respective laser beams. Although the reflective surfaces 13a to 13d are coated with aluminum, the method of forming the reflective surfaces 13a to 13d is not limited to this. For example, a mirror using total reflection on the glass surface may be used, and the reflection mirror 13 may be an optical member that can change the traveling direction of the laser light.

（蛍光体発光部１０）
蛍光体発光部１０は、レーザ光を受けることによって蛍光を発する蛍光物質を封止材によって封止したもの、または蛍光物質を固めたものである。上記蛍光物質として、例えば、酸窒化物系蛍光体（例えば、サイアロン蛍光体）またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体を用いることができる。これらの蛍光物質は、高い出力（および／または光密度）のレーザ光に対しての熱耐性が高く、レーザ照明光源に最適である。ただし、上記蛍光物質は、上述のものに限定されず、窒化物蛍光体など、その他の蛍光物質であってもよい。 (Phosphor light emitting unit 10)
The phosphor light emitting unit 10 is obtained by sealing a fluorescent material that emits fluorescence by receiving laser light with a sealing material, or by solidifying the fluorescent material. As the phosphor, for example, an oxynitride phosphor (for example, a sialon phosphor) or a III-V compound semiconductor nanoparticle phosphor can be used. These fluorescent materials have high heat resistance against high-power (and / or light density) laser light, and are optimal for laser illumination light sources. However, the fluorescent material is not limited to those described above, and may be other fluorescent materials such as a nitride fluorescent material.

＜光学系１１０の効果＞
本実施形態の光学系１１０では、同一の波長のレーザ光を出射する半導体レーザ２を４個、１本の光ファイバ９に光学的に結合させており、各半導体レーザ２を出力１Ｗにて発振させた場合に、光ファイバ９の出射端部９ｂでは３．８Ｗの出力を得ることが出来る。 <Effect of optical system 110>
In the optical system 110 of the present embodiment, four semiconductor lasers 2 that emit laser beams of the same wavelength are optically coupled to one optical fiber 9, and each semiconductor laser 2 oscillates at an output of 1W. In this case, an output of 3.8 W can be obtained at the exit end 9b of the optical fiber 9.

そのため、蛍光体発光部１０に対して高出力のレーザ光を照射することができ、高輝度の照明装置を実現することができる。 Therefore, the phosphor light emitting unit 10 can be irradiated with high-power laser light, and a high-luminance illumination device can be realized.

このように、光学系１１０では、ピーク波長が略同一（ピーク波長が所定の誤差範囲内にある）の複数のレーザ光を合成することで、単一の半導体レーザ２から出射されたレーザ光のみを用いる場合よりも放射束の大きいレーザ光を得ることができる。 As described above, in the optical system 110, only the laser light emitted from the single semiconductor laser 2 is synthesized by combining a plurality of laser lights having the same peak wavelength (the peak wavelength is within a predetermined error range). It is possible to obtain a laser beam having a larger radiant flux than in the case of using.

波長が全く異なる複数の光を混合することにより、所望の色の光を生成する光学系は、従来存在している。本発明は、所望の色の光を生成することを目的とするものではなく、光の放射束を高めることを目的としている。この点において、本発明は、従来の光学系と本質的に異なっている。 Conventionally, there is an optical system that generates light of a desired color by mixing a plurality of lights having completely different wavelengths. The present invention is not intended to generate light of a desired color, but to increase the radiant flux of light. In this respect, the present invention is essentially different from conventional optical systems.

（光学系１１０の変形例）
図３は、光学系１１０の変形例である光学系１２０を示す図である。４つの異なる方向から照射した光を反射させる光学系１１０とは異なり、図３に示すように、光学系１２０は、半導体レーザ１１を８個及び八角錐の反射ミラー１４を備えた構成となっている。すなわち、光学系１１０は、８つの異なる方向から照射した光を反射させる構成となっている。 (Modification of optical system 110)
FIG. 3 is a diagram illustrating an optical system 120 that is a modification of the optical system 110. Unlike the optical system 110 that reflects light irradiated from four different directions, as shown in FIG. 3, the optical system 120 includes eight semiconductor lasers 11 and an octagonal pyramid reflecting mirror 14. Yes. In other words, the optical system 110 is configured to reflect light irradiated from eight different directions.

光学系１２０の構成の場合、用いられる半導体レーザ１１の個数が増えた分だけ光ファイバ９からの出射エネルギーを高めることが出来ることは当然であるが、従来の光学系とは異なり、半導体レーザ１１の個数が増加しても光ファイバ９への結合効率が低下しない点に本願の特徴がある。つまり、半導体レーザ１１を１個追加した時の、上記出射エネルギーの増加量を、従来の光学系よりも高めることができる。 In the case of the configuration of the optical system 120, it is natural that the emission energy from the optical fiber 9 can be increased by an increase in the number of semiconductor lasers 11 used, but unlike the conventional optical system, the semiconductor laser 11 The feature of the present application is that the coupling efficiency to the optical fiber 9 does not decrease even if the number of optical fibers increases. That is, the amount of increase in the emission energy when one semiconductor laser 11 is added can be increased as compared with the conventional optical system.

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 3]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

以下、本実施形態では、２段階の反射によって光の進行方向を変化させ、その光を光学系１３０について説明する。なお、反射の回数はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, in this embodiment, the traveling direction of light is changed by two-stage reflection, and the light is described for the optical system 130. Note that the number of reflections is not limited to this.

図４は、光学系１３０の構成の一例を示すもので、図４の（ａ）は、光学系１３０をｙ軸方向から見たときの図であり、図４の（ｂ）は、発光装置２１をｚ軸方向から見たときの図である。 FIG. 4 shows an example of the configuration of the optical system 130. FIG. 4A shows the optical system 130 viewed from the y-axis direction, and FIG. 4B shows the light emitting device. It is a figure when 21 is seen from the z-axis direction.

（光学系１３０の概要構成）
まず、図４の（ａ）に基づいて、光学系１３０の概略構成について説明する。 (Outline configuration of optical system 130)
First, a schematic configuration of the optical system 130 will be described with reference to FIG.

光学系１３０は、図４の（ａ）に示すように、発光装置（光源）２１、反射ミラー（第３光学部材）２３、反射ミラー（第１光学部材）２４、コリメートレンズ８及び集光レンズ４を備えている。 As shown in FIG. 4A, the optical system 130 includes a light emitting device (light source) 21, a reflecting mirror (third optical member) 23, a reflecting mirror (first optical member) 24, a collimating lens 8, and a condenser lens. 4 is provided.

光学系１３０は、発光装置２１から出射されたレーザ光を反射ミラー２３及び反射ミラー２４にて反射させ、集光レンズ４を経由してロッドレンズ２７に入射させる光学系である。具体的には、光学系１３０は、発光装置２１内に実装された各半導体レーザ２２ａ〜ｂから出射されたレーザ光を、コリメートレンズ８を通して平行光にし、反射ミラー２３で当該平行光の進行方向を変化させ、反射ミラー２４へと導く。そして、反射ミラー２３に反射した光を反射ミラー２４にて再度反射させ、集光レンズ４によって当該光を、ロッドレンズ２７の入射端部２７ａに集光させる。 The optical system 130 is an optical system in which the laser light emitted from the light emitting device 21 is reflected by the reflection mirror 23 and the reflection mirror 24 and is incident on the rod lens 27 via the condenser lens 4. Specifically, the optical system 130 converts the laser light emitted from each of the semiconductor lasers 22 a and 22 b mounted in the light emitting device 21 into parallel light through the collimator lens 8, and the traveling direction of the parallel light by the reflection mirror 23. Is changed and guided to the reflection mirror 24. Then, the light reflected by the reflection mirror 23 is reflected again by the reflection mirror 24, and the light is condensed by the condenser lens 4 on the incident end portion 27 a of the rod lens 27.

以下、光学系１３０が備える各部材の構成について説明する。 Hereinafter, the configuration of each member included in the optical system 130 will be described.

（発光装置２１）
図４の（ａ）に示す発光装置２１は、半導体レーザ（光源）２２、放熱部２５を備えている。 (Light Emitting Device 21)
The light emitting device 21 shown in FIG. 4A includes a semiconductor laser (light source) 22 and a heat radiating unit 25.

発光装置２１は、図４の（ｂ）に示すように、半導体レーザ２２を６個、ヒートシンク（基材）２６の表面に備えている。半導体レーザ２２として、５．６ｍｍΦパッケージに実装された波長４５０ｎｍの高出力レーザを用いている。 As shown in FIG. 4B, the light emitting device 21 includes six semiconductor lasers 22 on the surface of a heat sink (base material) 26. As the semiconductor laser 22, a high-power laser having a wavelength of 450 nm mounted in a 5.6 mmφ package is used.

６個の半導体レーザ２２は、共通の基材であるヒートシンク２６の表面に配置されている。具体的には、６個の半導体レーザ２２は、図４の（ａ）および（ｂ）において、Ｘ−Ｙ平面と平行な仮想平面上に配列している。 The six semiconductor lasers 22 are arranged on the surface of a heat sink 26 that is a common base material. Specifically, the six semiconductor lasers 22 are arranged on a virtual plane parallel to the XY plane in FIGS. 4A and 4B.

なお、発光装置２１に備えられる光源の種類は半導体レーザに限定されない。また、上記光源の数は６個に限定されない。 The type of light source provided in the light emitting device 21 is not limited to a semiconductor laser. The number of the light sources is not limited to six.

図４の（ａ）に示すように、半導体レーザ２２からのレーザ光は、集光レンズ４の光軸（＋Ｚ方向）と同じ方向に出射される。出射されたレーザ光が、反射ミラー２３及び反射ミラー２４にて反射されることにより、当該レーザ光の進行方向は集光レンズ４の光軸の方向（＋Ｚ方向）に曲げられる。 As shown in FIG. 4A, the laser light from the semiconductor laser 22 is emitted in the same direction as the optical axis (+ Z direction) of the condenser lens 4. The emitted laser light is reflected by the reflection mirror 23 and the reflection mirror 24, so that the traveling direction of the laser light is bent in the direction of the optical axis of the condenser lens 4 (+ Z direction).

放熱部２５は、ヒートシンク２６及び放熱フィン７を備えている。図４の（ｂ）に示すように、ヒートシンク２６は円形になっており、６個の半導体レーザ２２が円形に配列されている。この構成であれば、複数の半導体レーザ２２に対して共通のヒートシンク２６を１つ設ければよく、半導体レーザ２２のアライメントを容易にすることができる。 The heat radiating portion 25 includes a heat sink 26 and heat radiating fins 7. As shown in FIG. 4B, the heat sink 26 has a circular shape, and six semiconductor lasers 22 are arranged in a circular shape. With this configuration, it is only necessary to provide one common heat sink 26 for the plurality of semiconductor lasers 22, and the alignment of the semiconductor lasers 22 can be facilitated.

なお、ヒートシンク２６の形状及び半導体レーザ２２の配列方法は、図４に示すものに限定されず、どのようなものであってもよい。 The shape of the heat sink 26 and the arrangement method of the semiconductor lasers 22 are not limited to those shown in FIG.

（反射ミラー２３）
図４の（ａ）に示すように反射ミラー２３は、複数の発光装置２１からの光を反射ミラー２４に向けて反射させる光学部材である。複数の反射ミラー２３は、ヒートシンク２６の表面に配置された複数の半導体レーザ２２に対応する位置にそれぞれ配置されている。半導体レーザ２２は６つ配置されているため、反射ミラー２３も６つ配置されている。 (Reflection mirror 23)
As shown in FIG. 4A, the reflection mirror 23 is an optical member that reflects light from the plurality of light emitting devices 21 toward the reflection mirror 24. The plurality of reflection mirrors 23 are respectively disposed at positions corresponding to the plurality of semiconductor lasers 22 disposed on the surface of the heat sink 26. Since six semiconductor lasers 22 are arranged, six reflecting mirrors 23 are also arranged.

これらの反射ミラー２３として、例えば、アルミニウム等の高反射率を有する金属反射面あるいは蒸着面を用いたミラーの他、誘電体多層膜からなるミラーや、ガラス/空気界面での全反射を用いたミラーを用いることが出来る。ただし、反射ミラー２３は、これらのミラーに限定されない。また、反射ミラー２３の数は、半導体レーザ２２の数に応じて設定されればよく、６つに限定されない。 As these reflecting mirrors 23, for example, a mirror using a metal reflecting surface having a high reflectance such as aluminum or a vapor deposition surface, a mirror made of a dielectric multilayer film, or total reflection at the glass / air interface was used. A mirror can be used. However, the reflection mirror 23 is not limited to these mirrors. Moreover, the number of the reflective mirrors 23 should just be set according to the number of the semiconductor lasers 22, and is not limited to six.

（反射ミラー２４）
反射ミラー２４は、六角錘であり、六角錘が有する６つの三角形の側面が、反射ミラー２３にて反射されたレーザ光をそれぞれ反射する反射面として機能する。 (Reflection mirror 24)
The reflection mirror 24 is a hexagonal pyramid, and the six triangular side surfaces of the hexagonal pyramid function as reflection surfaces that respectively reflect the laser beams reflected by the reflection mirror 23.

なお、反射ミラー２４は六角錘である必要はなく、６枚の鏡であってもよい。ただし六角錘のような多角錐を反射ミラー２４として用いることにより、ミラー１枚１枚の角度調節を個別に行う必要がなく、アライメントに必要な工程数やコストを減らすことが出来る。 Note that the reflection mirror 24 does not have to be a hexagonal pyramid, and may be six mirrors. However, by using a polygonal pyramid such as a hexagonal pyramid as the reflecting mirror 24, it is not necessary to individually adjust the angle of each mirror, and the number of steps and cost required for alignment can be reduced.

（ロッドレンズ２７）
ロッドレンズ２７は、入射端部２７ａから入射した光を導光し、当該光を出射端部２７ｂから出射する導光部材である。本実施形態で使用するロッドレンズ２７として、例えば、外径１ｍｍの石英ロッドを用いることができる。ただし、ロッドレンズ２７として角柱形状のロッドを用いてもよく、ロッドレンズ２７の形状、大きさ及び材質は特に限定されない。 (Rod lens 27)
The rod lens 27 is a light guide member that guides light incident from the incident end portion 27a and emits the light from the output end portion 27b. As the rod lens 27 used in the present embodiment, for example, a quartz rod having an outer diameter of 1 mm can be used. However, a prismatic rod may be used as the rod lens 27, and the shape, size and material of the rod lens 27 are not particularly limited.

＜光学系１３０の効果＞
本実施形態の光学系１３０では、半導体レーザ２をヒートシンク２６の表面において平面的に配置するために、半導体レーザ２の取り付け精度を高めることができる。 <Effect of optical system 130>
In the optical system 130 of the present embodiment, since the semiconductor laser 2 is disposed in a plane on the surface of the heat sink 26, the mounting accuracy of the semiconductor laser 2 can be increased.

さらに、複数のコリメートされたレーザ光の間隔を集光レンズ４の手前で十分に近接させることができるため、集光レンズ４での収差が小さく、効率的にレーザ光をロッドレンズ２７に入射させることが出来る。 Further, since the intervals between the plurality of collimated laser beams can be made sufficiently close in front of the condenser lens 4, the aberration at the condenser lens 4 is small, and the laser light is efficiently incident on the rod lens 27. I can do it.

〔実施形態４〕
本発明のさらに別の実施形態について、図５〜図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 4]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

以下、本実施形態では、半導体レーザと反射ミラーとが同一の基材上に実装された構成である光学系２００について説明する。 Hereinafter, in the present embodiment, an optical system 200 having a configuration in which a semiconductor laser and a reflection mirror are mounted on the same substrate will be described.

（光学系の概要構成）
まず、図５に基づいて、光学系２００の概略構成について説明する。図５は、光学系２００の構成の一例を示す概略図である。 (Outline configuration of optical system)
First, a schematic configuration of the optical system 200 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the optical system 200.

光学系２００は、光源ユニット２０１及び集光レンズ４を備えている。光学系２００は、光源ユニット２０１から出射された光を、集光レンズ４を経由して光ファイバ９に入射させる光学系である。具体的には、光学系２００は、光源ユニット２０１内に実装された複数の発光装置３１から出射されたレーザ光を、コリメートレンズ８を通して平行光にする。そして、反射ミラー（第１光学部材）３４によって当該平行光の進行方向を変化させて窓５１からレーザ光を光源ユニット２０１の外部に設けている集光レンズ４へ導き、集光レンズ４によって上記平行光を、光ファイバ９の入射端部９ａに集光させる。 The optical system 200 includes a light source unit 201 and a condenser lens 4. The optical system 200 is an optical system that causes the light emitted from the light source unit 201 to enter the optical fiber 9 via the condenser lens 4. Specifically, the optical system 200 converts the laser light emitted from the plurality of light emitting devices 31 mounted in the light source unit 201 into parallel light through the collimating lens 8. Then, the traveling direction of the parallel light is changed by the reflection mirror (first optical member) 34, and the laser light is guided from the window 51 to the condenser lens 4 provided outside the light source unit 201. The parallel light is condensed on the incident end 9 a of the optical fiber 9.

以下、光学系２００が備える各部材の構成について説明する。 Hereinafter, the configuration of each member included in the optical system 200 will be described.

（光源ユニット２０１）
光源ユニット２０１は、集光レンズ４へ向けて光を照射する装置で、光源を含む発光装置３１と反射ミラー３４とが同じ基材上に実装されている。 (Light source unit 201)
The light source unit 201 is a device that emits light toward the condenser lens 4, and the light emitting device 31 including the light source and the reflection mirror 34 are mounted on the same base material.

図６は、光学系２００に含まれる光源ユニット２０１の構成の一例を示すものである。図６の（ａ）は、光源ユニット２０１の上面図であり、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に示すＡ−Ａ‘の断面における光源ユニット２０１の断面図である。図７の（ａ）は発光装置３１の斜視図であり、図７の（ｂ）は光源ユニット２０１の平面図である。 FIG. 6 shows an example of the configuration of the light source unit 201 included in the optical system 200. 6A is a top view of the light source unit 201, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the light source unit 201 in the cross section AA ′ shown in FIG. 6A. FIG. 7A is a perspective view of the light emitting device 31, and FIG. 7B is a plan view of the light source unit 201.

図６に示すように、光源ユニット２０１は、発光装置３１、コリメートレンズ８、反射ミラー３４、銅ブロック（基材）４１、ステム４２、リード端子４３、ワイヤ４４及びパッケージ５０を備えている。 As shown in FIG. 6, the light source unit 201 includes a light emitting device 31, a collimating lens 8, a reflecting mirror 34, a copper block (base material) 41, a stem 42, lead terminals 43, wires 44, and a package 50.

（発光装置３１）
発光装置３１は、反射ミラー３４に対して光を照射する装置である。図７の（ａ）に示すように、発光装置３１は、半導体レーザ３２及びサブマウント３３を備えている。図７の（ｂ）に示すように、１２個の発光装置３１が、銅ブロック４１の表面において円形上に配置されている。 (Light Emitting Device 31)
The light emitting device 31 is a device that irradiates light to the reflection mirror 34. As shown in FIG. 7A, the light emitting device 31 includes a semiconductor laser 32 and a submount 33. As shown in FIG. 7B, twelve light emitting devices 31 are arranged in a circle on the surface of the copper block 41.

（半導体レーザ３２）
半導体レーザ３２は、励起光を出射する光源である。半導体レーザ３２として、ＬＤチップを１２個用いている。半導体レーザ３２から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ８を通して反射ミラー３４に照射される。なお、発光装置３１（半導体レーザ３２）の個数、種類及び配置方法は上述のものに限定されない。 (Semiconductor laser 32)
The semiconductor laser 32 is a light source that emits excitation light. As the semiconductor laser 32, 12 LD chips are used. The laser light emitted from the semiconductor laser 32 is applied to the reflection mirror 34 through the collimator lens 8. The number, type, and arrangement method of the light emitting device 31 (semiconductor laser 32) are not limited to those described above.

半導体レーザ３２は、ワイヤ４４を介してリード端子４３と接続されており、リード端子４３を介して外部の電源から電力を受け取る。 The semiconductor laser 32 is connected to the lead terminal 43 through the wire 44 and receives power from an external power source through the lead terminal 43.

（サブマウント３３）
サブマウント３３は、半導体レーザ３２を固定し、半導体レーザ３２より出された熱を銅ブロック４１へと伝えるものである。サブマウント３３は、熱伝導率が高い材料からなり、例えば、熱伝導率が高い金属（例えば、Ａｌ）で構成することが好ましい。 (Submount 33)
The submount 33 fixes the semiconductor laser 32 and transfers heat generated from the semiconductor laser 32 to the copper block 41. The submount 33 is made of a material having high thermal conductivity, and is preferably made of, for example, a metal (for example, Al) having high thermal conductivity.

（反射ミラー３４）
反射ミラー３４は、発光装置３１から発せられたレーザ光の進行方向を所定の方向に変更させる光学部材であり、銅ブロック４１の表面に配置されている。すなわち、発光装置３１及び反射ミラー３４は、共通の基材である銅ブロック４１に配置されている。 (Reflection mirror 34)
The reflection mirror 34 is an optical member that changes the traveling direction of the laser light emitted from the light emitting device 31 to a predetermined direction, and is disposed on the surface of the copper block 41. That is, the light emitting device 31 and the reflection mirror 34 are disposed on the copper block 41 that is a common base material.

この反射ミラー３４は、十二角錘の形状を有しており、十二角錘が有する三角形の１２個の側面が、それぞれのレーザ光に対する反射面である。反射面はアルミニウムでコーティングされているが、反射面の形成方法は、これに限定されるものではない。例えば、ガラス面での全反射を用いたミラー等を用いてもよく、反射ミラー３４は、レーザ光の進行方向を変えることが出来る光学部材であればよい。 The reflection mirror 34 has a twelve-sided pyramid shape, and the twelve side surfaces of the triangle of the twelve-sided pyramid are reflection surfaces for the respective laser beams. The reflective surface is coated with aluminum, but the method of forming the reflective surface is not limited to this. For example, a mirror using total reflection on the glass surface may be used, and the reflection mirror 34 may be an optical member that can change the traveling direction of the laser light.

（銅ブロック４１）
銅ブロック４１は、半導体レーザ３２から放出される熱を、サブマウント３３を経由して受け取り、その熱を大気中に放出するヒートシンクである。このようなヒートシンクの材料として、本実施形態では、銅を使用しているが、銅以外の金属を使用してもよく、例えば熱伝導率が高い金属（例えばＡｌ）を使用していてもよい。 (Copper block 41)
The copper block 41 is a heat sink that receives heat emitted from the semiconductor laser 32 via the submount 33 and emits the heat to the atmosphere. In this embodiment, copper is used as the material of such a heat sink. However, a metal other than copper may be used. For example, a metal having high thermal conductivity (for example, Al) may be used. .

（ステム４２）
ステム４２は、銅ブロック４１を固定するための部材である。 (Stem 42)
The stem 42 is a member for fixing the copper block 41.

（パッケージ５０）
パッケージ５０は、光源ユニット２０１を保護する部材であり、窓５１及びキャップ５２を備えている。窓５１は、反射ミラー３４によって進行方向が変更された光を集光レンズ４へと導くための部材である。窓５１は、例えばガラス板であるが、透明で光を通すことができる部材であればよい。 (Package 50)
The package 50 is a member that protects the light source unit 201 and includes a window 51 and a cap 52. The window 51 is a member for guiding the light whose traveling direction has been changed by the reflecting mirror 34 to the condenser lens 4. The window 51 is, for example, a glass plate, but may be any member that is transparent and can transmit light.

（製造工程）
光源ユニット２０１の製造工程について説明する。図７は、光源ユニット２０１の製造工程の一部を示す図である。図７の（ａ）は発光装置３１の斜視図、図７の（ｂ）は光源ユニット２０１の平面図、図７の（ｃ）はパッケージ５０を取り付ける前の光源ユニット２０１の断面図、図７の（ｄ）は、パッケージ５０を取り付けた後の光源ユニット２０１の断面図である。 (Manufacturing process)
A manufacturing process of the light source unit 201 will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a part of the manufacturing process of the light source unit 201. 7A is a perspective view of the light emitting device 31, FIG. 7B is a plan view of the light source unit 201, FIG. 7C is a cross-sectional view of the light source unit 201 before the package 50 is attached, and FIG. (D) is a cross-sectional view of the light source unit 201 after the package 50 is attached.

まず、図７の（ａ）に示すように、半導体レーザ３２をサブマウント３３上に、はんだを使用し固定して発光装置３１を形成する。 First, as shown in FIG. 7A, the semiconductor laser 32 is fixed on the submount 33 using solder, and the light emitting device 31 is formed.

そして、図７の（ｂ）に示すように、まず銅ブロック４１の中央に反射ミラー３４を装着する。次に、反射ミラー３４の周りにコリメートレンズ８を円形に１２個装着する。さらに、コリメートレンズ８の周りに発光装置３１を円形に１２個装着する。 Then, as shown in FIG. 7B, first, the reflection mirror 34 is attached to the center of the copper block 41. Next, twelve collimating lenses 8 are mounted around the reflecting mirror 34 in a circular shape. Further, twelve light emitting devices 31 are mounted around the collimating lens 8 in a circular shape.

次に、図７の（ｃ）に示すように、各半導体レーザ３２及びリード端子４３の間、銅ブロック４１及びサブマウント３３の間にワイヤ４４を張る。 Next, as shown in FIG. 7C, wires 44 are stretched between the semiconductor lasers 32 and the lead terminals 43 and between the copper block 41 and the submount 33.

その後に、図７の（ｄ）に示すように、パッケージ５０をステム４２上に固定し、光源ユニット２０１を完成させる。 Thereafter, as shown in FIG. 7D, the package 50 is fixed on the stem 42, and the light source unit 201 is completed.

＜光学系２００の効果＞
本実施形態の光学系２００では、１２個の半導体レーザ３２及び反射ミラー３４を、共通の基板である銅ブロック４１に対して固定している。そのため、光学系２００を構築するときに、複数の半導体レーザ３２と反射ミラー３４との相対位置関係を調節することが不要になり、容易に大出力の照明装置を実現できる。 <Effect of optical system 200>
In the optical system 200 of this embodiment, twelve semiconductor lasers 32 and reflecting mirrors 34 are fixed to a copper block 41 that is a common substrate. Therefore, when constructing the optical system 200, it is not necessary to adjust the relative positional relationship between the plurality of semiconductor lasers 32 and the reflection mirror 34, and a high-power illumination device can be easily realized.

また、半導体レーザ３２から反射ミラー３４までの部材を１つのパッケージの中に実装できるため、光学系２００全体のサイズを小さくできる。 Further, since the members from the semiconductor laser 32 to the reflection mirror 34 can be mounted in one package, the size of the entire optical system 200 can be reduced.

さらに、複数のコリメートされたレーザ光の間隔を集光レンズ４の手前で十分に近接できることから、光ファイバ９の直前に位置する集光レンズ４における収差を小さくでき、効率的にレーザ光を光ファイバ９に入射することができる。そのために、高輝度の照明装置を実現できる。 Further, since the intervals between the plurality of collimated laser beams can be sufficiently close to each other in front of the condenser lens 4, the aberration in the condenser lens 4 located immediately before the optical fiber 9 can be reduced, and the laser light can be efficiently emitted. The light can enter the fiber 9. Therefore, a high-luminance lighting device can be realized.

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光学系は、
導光部材へ光を集光する光学系であって、
第１光学部材（反射ミラー３、反射ミラー１３、反射ミラー２４及び反射ミラー３４）と、第２光学部材（集光レンズ４）とを備え、
上記第１光学部材は、複数の光源（半導体レーザ２、半導体レーザ１２、半導体レーザ２２及び半導体レーザ３２）から出射された光の進行方向をそれぞれ変化させることにより当該光を上記第２光学部材へ導き、上記第２光学部材は、上記第１光学部材によって進行方向が変更された光を集光し、上記導光部材へ入射させる。 [Summary]
The optical system according to aspect 1 of the present invention is:
An optical system for condensing light onto a light guide member,
A first optical member (reflection mirror 3, reflection mirror 13, reflection mirror 24 and reflection mirror 34) and a second optical member (condensing lens 4);
The first optical member changes the traveling direction of light emitted from a plurality of light sources (semiconductor laser 2, semiconductor laser 12, semiconductor laser 22, and semiconductor laser 32), respectively, to thereby transmit the light to the second optical member. Then, the second optical member condenses the light whose traveling direction is changed by the first optical member and makes the light incident on the light guide member.

上記の構成によれば、複数の光源から出射された光の進行方向は、まず第１光学部材によって変更される。これにより当該光は、第２光学部材へ向う。第２光学部材は、進行方向が変更された光を集光し、導光部材へ入射させる。 According to said structure, the advancing direction of the light radiate | emitted from the several light source is first changed by the 1st optical member. Thereby, the light is directed to the second optical member. The second optical member condenses the light whose traveling direction has been changed and causes the light to enter the light guide member.

それゆえ、導光部材の入射面の面積が小さい場合でも、複数の光源から出射された光を当該入射面に入射させることができる。また、第１光学部材によって、光の進行方向を変化させることができるため、複数の光源の配置の自由度を高めることができる。その結果、従来よりも多くの光源を用いることが可能となり、簡単な方法で従来よりも強い光を導光部材へ入射させることができる。 Therefore, even when the area of the incident surface of the light guide member is small, light emitted from a plurality of light sources can be incident on the incident surface. Moreover, since the traveling direction of light can be changed by the first optical member, the degree of freedom of arrangement of the plurality of light sources can be increased. As a result, it is possible to use more light sources than in the past, and light that is stronger than in the past can be incident on the light guide member by a simple method.

本発明の態様２に係る光学系は、上記態様１において、上記第１光学部材は、互いに異なる方向から出射された光をそれぞれ反射する複数の反射面を有していることが好ましい。 In the optical system according to aspect 2 of the present invention, in the aspect 1, it is preferable that the first optical member has a plurality of reflecting surfaces that respectively reflect light emitted from different directions.

上記の構成により、第１光学部材の反射面の数および角度を設定することにより、複数の光源の数および配置を所望のものにすることができる。 With the above configuration, the number and arrangement of the plurality of light sources can be made desired by setting the number and angle of the reflecting surfaces of the first optical member.

本発明の態様３に係る光学系は、上記態様１または２において、
上記複数の光源は、共通の基材に配置されており、
上記複数の光源から出射された光を反射することにより当該光を上記第１光学部材へ導く複数の第３光学部材（反射ミラー２３）をさらに備えることが好ましい。 An optical system according to aspect 3 of the present invention is the above aspect 1 or 2, wherein
The plurality of light sources are disposed on a common base material,
It is preferable to further include a plurality of third optical members (reflecting mirrors 23) that reflect light emitted from the plurality of light sources to guide the light to the first optical member.

上記の構成により、複数の光源を共通の基材に配置することができ、光源を放熱させるための構造を単純なものにすることができる。 With the above configuration, a plurality of light sources can be arranged on a common base material, and the structure for dissipating heat from the light sources can be simplified.

さらに、本発明の態様４に係る光学系では、上記態様１または２において、
上記複数の光源をさらに備え、
当該複数の光源および上記第１光学部材は、共通の基材に配置されていることが好ましい。 Furthermore, in the optical system which concerns on aspect 4 of this invention, in the said aspect 1 or 2,
Further comprising the plurality of light sources,
The plurality of light sources and the first optical member are preferably arranged on a common base material.

上記の構成により、複数の光源および第１光学部材を共通の基材に配置することができ、光源と第１光学部材との相対位置関係を固定することができるとともに、光源を放熱させるための構造を単純なものにすることができる。 With the above configuration, a plurality of light sources and the first optical member can be arranged on a common base material, the relative positional relationship between the light source and the first optical member can be fixed, and the light source can be dissipated. The structure can be simplified.

さらに、本発明の態様５に係る光学系では、上記態様１から４のいずれかにおいて、
上記光源から出射された光を平行光へ変換するコリメートレンズ（８）をさらに備えることが好ましい。 Furthermore, in the optical system according to Aspect 5 of the present invention, in any one of Aspects 1 to 4,
It is preferable to further include a collimating lens (8) for converting the light emitted from the light source into parallel light.

上記の構成により、高い指向性を有する光を生成することができ、配光制御の精度を高めことができる。 With the above configuration, light having high directivity can be generated, and the accuracy of light distribution control can be improved.

本発明は、各種の発光装置または照明装置において利用される光を合成する光学系として利用することができる。 The present invention can be used as an optical system for synthesizing light used in various light emitting devices or lighting devices.

２半導体レーザ（光源）
３反射ミラー（第１光学部材）
４集光レンズ（第２光学部材）
８コリメートレンズ
１２半導体レーザ（光源）
１３反射ミラー（第１光学部材）
２２半導体レーザ（光源）
２３反射ミラー（第３光学部材）
２４反射ミラー（第１光学部材）
３２半導体レーザ（光源）
３４反射ミラー（第１光学部材）
４１銅ブロック（基材）
２６ヒートシンク（基材）
１００光学系
１１０光学系
１２０光学系
１３０光学系
２００光学系 2 Semiconductor laser (light source)
3 Reflection mirror (first optical member)
4 Condensing lens (second optical member)
8 Collimating lens 12 Semiconductor laser (light source)
13 Reflection mirror (first optical member)
22 Semiconductor laser (light source)
23 Reflection mirror (third optical member)
24 reflection mirror (first optical member)
32 Semiconductor laser (light source)
34 Reflection mirror (first optical member)
41 Copper block (base material)
26 Heat sink (base material)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Optical system 110 Optical system 120 Optical system 130 Optical system 200 Optical system

Claims

An optical system for condensing light onto a light guide member,
A first optical member;
A second optical member,
The first optical member guides the light to the second optical member by changing the traveling direction of the light emitted from the plurality of light sources,
The second optical member condenses light whose traveling direction has been changed by the first optical member, and makes the light incident on the light guide member .
The plurality of light sources are disposed on a common base material,
Optical system, characterized in Rukoto further comprising a plurality of third optical member that guides the light to the first optical member by reflecting the light emitted from the plurality of light sources.

The optical system according to claim 1, wherein the first optical member has a plurality of reflecting surfaces that respectively reflect light emitted from different directions.

Optical system according to claim 1 or 2, further comprising a collimator lens for converting the light emitted from the light source to parallel light.