JP2002529918A - 放射加算器 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、目標領域および／または少なくとも部分的な反射手段を照射できるとともに、一方で輝度と出力密度が高く、他方で光路上でのエネルギ損失が低減された発光加算器を提供することにある。
【構成】 本発明は主に複数のレーザダイオードに基づく光放射源の分野に関する。本発明の放射加算器は、ストライプ形状の光放射領域を含む複数の光源（1）、ならびにコリメーション手段（6, 8）、光線搬送手段（7）ならびにフォーカシング手段（4）を含む放射線発生システム（3）を備えている。光線搬送手段（7）は、複数の光源からの放射線を複合可能である。光源（1）は、焦点領域に対して、一定距離をおいて配列されている。この距離は光路長Lに相当し、偏差ΔLは10％を越えない。焦点領域(4）はさらに少なくとも部分的な反射手段（9）をさらに含むことができる。このようにして、出力パワーとともに輝度を増大させることができる。
Description
【０００１】
本発明は輝度が高く出力密度の高い光源に関し、特にレーザダイオードを用い
た光源に関する。
た光源に関する。
【０００２】
レーザ工学において極めて重要な問題の１つは、たとえば直径が50mμの光フ
ァイバに適用されるような高輝度で高出力密度のコーヒレント（可干渉）光源を
提供することにある。
ァイバに適用されるような高輝度で高出力密度のコーヒレント（可干渉）光源を
提供することにある。
【０００３】 レーザダイオードを含むものをはじめとして高輝度発光加算器は様々な構造の
ものが知られている（W092/02844A1, 1992, G02B 27/00, H01S 3/094やUS005319
528A, 1994, F21V 7/04, 362/32を参照のこと）。こうしたシステムでは、個々
の光源の光軸に垂直な横断面にストライプ状の放射領域がある。光エネルギを光
ファイバなどに適切に送り込むには、目標領域にほぼ円形の点を確保して、それ
によりエネルギ損失を低下させる必要がある。従来の構造ならびにT.Y. Fanおよ
びANTONIO Sanchezによる量子エレクトロニクスの電子電気技術者学会機関紙（I
EEE Journal of Quantum Electronics (1990),） Vol. 26, No.2, pp.311-316に
記載の構造においては、歪像（アナモフィック）、照準（コリメーション）およ
び成形といった方法を用いることにより、目標領域の準全照射を確保するととも
に、フォーカシング手段から前記目標領域が位置する焦点帯域への各光源の光線
の伝播を許容角度内に保持している。
ものが知られている（W092/02844A1, 1992, G02B 27/00, H01S 3/094やUS005319
528A, 1994, F21V 7/04, 362/32を参照のこと）。こうしたシステムでは、個々
の光源の光軸に垂直な横断面にストライプ状の放射領域がある。光エネルギを光
ファイバなどに適切に送り込むには、目標領域にほぼ円形の点を確保して、それ
によりエネルギ損失を低下させる必要がある。従来の構造ならびにT.Y. Fanおよ
びANTONIO Sanchezによる量子エレクトロニクスの電子電気技術者学会機関紙（I
EEE Journal of Quantum Electronics (1990),） Vol. 26, No.2, pp.311-316に
記載の構造においては、歪像（アナモフィック）、照準（コリメーション）およ
び成形といった方法を用いることにより、目標領域の準全照射を確保するととも
に、フォーカシング手段から前記目標領域が位置する焦点帯域への各光源の光線
の伝播を許容角度内に保持している。
【０００４】 US005463534A, 1995, F04V, 7/04, 362/32に開示された他の発光加算器は、少
なくとも２つの光源を含み、どちらの放射領域も同一のストライプ状である。出
力端の発光ストライプは互いに垂直の辺を備え、これらの辺の光源の光軸に垂直
な横断面は長寸および短寸を有する。前記光源は、光線路に沿った媒体の屈折率
を考慮して計算された各光源から焦点帯域までの光路長に等しい距離だけ焦点帯
域から離れている。（概略物理学ハンドブック（Handbook of General Physics)
, Vol.3, G.S. Landberg, 「光学」（Optics）、光学および理論文献の国立出版
部（State Publishing House for Engineering and Theoretical Literature）
、Moscow, 1952, p.84を参照のこと）上記の周知のシステムでは、光路長L, mμ
は光源ごとに異なっている。
なくとも２つの光源を含み、どちらの放射領域も同一のストライプ状である。出
力端の発光ストライプは互いに垂直の辺を備え、これらの辺の光源の光軸に垂直
な横断面は長寸および短寸を有する。前記光源は、光線路に沿った媒体の屈折率
を考慮して計算された各光源から焦点帯域までの光路長に等しい距離だけ焦点帯
域から離れている。（概略物理学ハンドブック（Handbook of General Physics)
, Vol.3, G.S. Landberg, 「光学」（Optics）、光学および理論文献の国立出版
部（State Publishing House for Engineering and Theoretical Literature）
、Moscow, 1952, p.84を参照のこと）上記の周知のシステムでは、光路長L, mμ
は光源ごとに異なっている。
【０００５】 発光ストライプの辺に平行で互いに垂直方向に光線をコリメートすることがで
きる光線成形手段と、目標領域を包含する焦点帯域にコリメートされた光線の焦
点を合わせるフォーカシング手段とを含む結像手段が光源と焦点帯域の間に備え
られている。
きる光線成形手段と、目標領域を包含する焦点帯域にコリメートされた光線の焦
点を合わせるフォーカシング手段とを含む結像手段が光源と焦点帯域の間に備え
られている。
【０００６】 こうした発光加算器では、円筒形の望遠鏡ならびに前記結像手段に含まれたコ
リメーション手段およびフォーカシング手段の助けをかりて目標領域で必要な照
射が確保できる。前記フォーカシング手段はx軸およびy軸方向にほぼ等しい焦点
距離を有する。フォーカシング手段と目標領域の間の許容角度内で、各光源が放
射する光線は、それぞれ明確に異なる空間を占有し、隣接する領域を伝播するこ
とがないことを、発明者は強調した。その結果得られる光線は、そのスペクトル
パラメータおよび波長に関しては、個々の光源が全体に分布した特性を有する。
特にレーザダイオードの場合には、使用されている最少数の原光源で最高の出力
輝度を達成する際に問題が発生する。こうした問題は、光エネルギを光ファイバ
に送る必要があるときに特に深刻なものとなる。
リメーション手段およびフォーカシング手段の助けをかりて目標領域で必要な照
射が確保できる。前記フォーカシング手段はx軸およびy軸方向にほぼ等しい焦点
距離を有する。フォーカシング手段と目標領域の間の許容角度内で、各光源が放
射する光線は、それぞれ明確に異なる空間を占有し、隣接する領域を伝播するこ
とがないことを、発明者は強調した。その結果得られる光線は、そのスペクトル
パラメータおよび波長に関しては、個々の光源が全体に分布した特性を有する。
特にレーザダイオードの場合には、使用されている最少数の原光源で最高の出力
輝度を達成する際に問題が発生する。こうした問題は、光エネルギを光ファイバ
に送る必要があるときに特に深刻なものとなる。
【０００７】
本発明の目的は、目標領域および／または少なくとも部分的な反射手段を照射
できるとともに、一方で輝度と出力密度が高く、他方で光路上でのエネルギ損失
が低減された発光加算器を提供することにある。さらに、自己調節、様々な波長
での高効率化、光線の位置決定および製造過程の容易化、ならびに実施の容易化
の可能性を備えた発光加算器を提供することにある。
できるとともに、一方で輝度と出力密度が高く、他方で光路上でのエネルギ損失
が低減された発光加算器を提供することにある。さらに、自己調節、様々な波長
での高効率化、光線の位置決定および製造過程の容易化、ならびに実施の容易化
の可能性を備えた発光加算器を提供することにある。
【０００８】
本発明の第1実施例では、（少なくとも２つの光源であって、該光源の）光軸
に垂直な断面にストライプ形状の放射領域を有し、（前記光源の）出力端におけ
る発光ストライプの互いに垂直な辺には長寸および短寸のものがある少なくとも
２つの光源と、前記光源と焦点帯域の間に配置され（た結像手段であって）、前
記発光ストライプの辺に平行な方向で互いに垂直な方向に光線をコリメートする
手段、ならびに各光源の出力端から光路長L,mμに等しい距離分隔置され前記焦
点帯域上に焦点を合わせるためのフォーカシング手段を備えた光線成形手段を含
む結像手段と、目標領域とを含む発光加算器であって、前記光源は少なくとも１
つの波長λ,mμで発光できるように選択されて前記発光ストライプの長寸に垂直
な平面に配置され、光路長の値はL-ΔLないしL+ΔLの範囲内で選択され、光路長
の偏差ΔL,mμは前記光路長L,mμの10%を超えないように取られ、前記結像手段
の一部を形成する前記光線成形手段は、前記光源のそれぞれの端において各スト
ライプの短寸に平行な方向に光線をコリメートする手段を備え、さらに少なくと
もその延在部の一部において光線を混合することができる光線搬送手段が少なく
とも1つ備えられており、前記光線成形手段内の前記光線搬送手段の下流には前
記ストライプの長寸に平行な方向に光線をコリメートする手段が配置されている
ことを特徴とする発光加算器において上記の目的は達成される。
に垂直な断面にストライプ形状の放射領域を有し、（前記光源の）出力端におけ
る発光ストライプの互いに垂直な辺には長寸および短寸のものがある少なくとも
２つの光源と、前記光源と焦点帯域の間に配置され（た結像手段であって）、前
記発光ストライプの辺に平行な方向で互いに垂直な方向に光線をコリメートする
手段、ならびに各光源の出力端から光路長L,mμに等しい距離分隔置され前記焦
点帯域上に焦点を合わせるためのフォーカシング手段を備えた光線成形手段を含
む結像手段と、目標領域とを含む発光加算器であって、前記光源は少なくとも１
つの波長λ,mμで発光できるように選択されて前記発光ストライプの長寸に垂直
な平面に配置され、光路長の値はL-ΔLないしL+ΔLの範囲内で選択され、光路長
の偏差ΔL,mμは前記光路長L,mμの10%を超えないように取られ、前記結像手段
の一部を形成する前記光線成形手段は、前記光源のそれぞれの端において各スト
ライプの短寸に平行な方向に光線をコリメートする手段を備え、さらに少なくと
もその延在部の一部において光線を混合することができる光線搬送手段が少なく
とも1つ備えられており、前記光線成形手段内の前記光線搬送手段の下流には前
記ストライプの長寸に平行な方向に光線をコリメートする手段が配置されている
ことを特徴とする発光加算器において上記の目的は達成される。
【０００９】 こうした発光加算器は、ストライプ形状のレーザダイオードまたはストライプ
形状の超発光ダイオードで形成された光源を含んでいる場合がある。
形状の超発光ダイオードで形成された光源を含んでいる場合がある。
【００１０】 提案された発光加算器の特色は、発光ストライプの長寸に垂直で加算器の光軸
を通過する同一面に配置されたレーザダイオードなどの主要構造上の特性にある
。また、隔置手段をもつ光線成形手段を備えることで、前記光線搬送手段を間に
挟んだ前記ストライプの各辺に平行な様々な軸に添ってコリメートできるように
なっている。さらに、前記特色は、光源の種類に応じて所定の偏差±ΔL, mμ分
、互いに異なっているほぼ等しい光路長L, mμが選択できることにもある。こう
した特色は、組み合わせると、輝度や出力密度の増加などの発光加算器の新しい
性能や出力特性が生み出され、同時に、光源の数を減らせ、製造過程と光線の位
置決定を容易化でき、エネルギ損失を抑えることができる。
を通過する同一面に配置されたレーザダイオードなどの主要構造上の特性にある
。また、隔置手段をもつ光線成形手段を備えることで、前記光線搬送手段を間に
挟んだ前記ストライプの各辺に平行な様々な軸に添ってコリメートできるように
なっている。さらに、前記特色は、光源の種類に応じて所定の偏差±ΔL, mμ分
、互いに異なっているほぼ等しい光路長L, mμが選択できることにもある。こう
した特色は、組み合わせると、輝度や出力密度の増加などの発光加算器の新しい
性能や出力特性が生み出され、同時に、光源の数を減らせ、製造過程と光線の位
置決定を容易化でき、エネルギ損失を抑えることができる。
【００１１】 上記解法の１つによれば、様々な光源の光路長が前記光路長L, mμの2ないし8
％の範囲内の値ΔL, mμに満たない距離分、互いに異なっており、輝度および出
力密度の増加が達成されることにより、本発明の目的は実現される。
％の範囲内の値ΔL, mμに満たない距離分、互いに異なっており、輝度および出
力密度の増加が達成されることにより、本発明の目的は実現される。
【００１２】 他の解法によれば、複数のレーザダイオードで形成された光源において、コー
ヒレンス条件、すなわち、ΔL≦π・λ2/8・δλ（Kolomiytsevによる「干渉計（I
nterferometers）」および「Mashinostroyeniye」出版社、Leningard Division,
1979, p.85の論文を参照）を満たすように加算器の光軸に左右対称に配置され
たレーザダイオードの少なくとも１対に対して光路長の偏差ΔL, mμと波長の偏
差δλ, mμの組合せが取られることにより、再び、輝度や出力密度が増加して
、同目的が達成される。
ヒレンス条件、すなわち、ΔL≦π・λ2/8・δλ（Kolomiytsevによる「干渉計（I
nterferometers）」および「Mashinostroyeniye」出版社、Leningard Division,
1979, p.85の論文を参照）を満たすように加算器の光軸に左右対称に配置され
たレーザダイオードの少なくとも１対に対して光路長の偏差ΔL, mμと波長の偏
差δλ, mμの組合せが取られることにより、再び、輝度や出力密度が増加して
、同目的が達成される。
【００１３】 実験の過程において、適用した光路長L-ΔLないしL+ΔL, mμの範囲内で、ま
た波長λ, mμのレーザダイオードに関連して、異なる光源からの光線を部分的
に混合可能な光線搬送手段を備えた光線成形手段の特定の設計が、焦点帯域内に
配置された目標領域への規則的な照明を可能にすることが分かった。こうしたシ
ステムでは、スポットの中心の輝度はその周縁の輝度とほぼ同じであり、たとえ
ば光ファイバの場合には、必要な放射パワーはすべて全径に渡って送られること
になる。
た波長λ, mμのレーザダイオードに関連して、異なる光源からの光線を部分的
に混合可能な光線搬送手段を備えた光線成形手段の特定の設計が、焦点帯域内に
配置された目標領域への規則的な照明を可能にすることが分かった。こうしたシ
ステムでは、スポットの中心の輝度はその周縁の輝度とほぼ同じであり、たとえ
ば光ファイバの場合には、必要な放射パワーはすべて全径に渡って送られること
になる。
【００１４】 本発明の第２実施例によると、（少なくとも２つの光源であって、該光源の）
光軸に垂直な断面にストライプ形状の放射領域を有し、（前記光源の）出力端に
おける発光ストライプの互いに垂直な辺には長寸および短寸のものがある少なく
とも２つの光源と、前記光源と焦点帯域の間に配置され（た結像手段であって）
、前記発光ストライプの辺に平行な方向で互いに垂直な方向に光線をコリメート
する手段、ならびに各光源の出力端から光路長L,mμに等しい距離分隔置され前
記焦点帯域上に焦点を合わせるためのフォーカシング手段を備えた光線成形手段
を含む結像手段と、目標領域とを含む発光加算器であって、レーザダイオードで
形成された前記光源は少なくとも１つの波長λ,mμで発光できるように選択され
て前記発光ストライプの長寸に垂直な平面に配置され、前記光線成形手段は前記
レーザダイオードのそれぞれの端において各ストライプの短寸に平行な方向に光
線をコリメートする手段を備え、また少なくともその延在部の一部において光線
を混合することができる光線搬送手段が少なくとも1つ備えられており、前記光
線成形手段内の前記光線搬送手段の下流には前記ストライプの長寸に平行な方向
に光線をコリメートするコリメーション手段が配置されており、さらに前記焦点
帯域には少なくとも部分的な反射手段が備えられており、ΔL,mμを前記光路長L
,mμの偏差としたとき光路長L,mμの値はL-ΔLないしL+ΔLの範囲内で選択され
、光路長の偏差ΔL,mμと波長の偏差δλ,mμとの組合せは、前記加算器の光軸
について左右対称に配置されたレーザダイオードの少なくとも1対に対してコー
ヒレンス条件、すなわちΔL≦π・λ2/8・δλを満たすように取られており、残り
のレーザダイオードに対しては光路長の偏差ΔL,mμが前記光路長L,mμの10%を
超えないように取られていることを特徴とする発光加算器において、上記の目的
は達成される。
光軸に垂直な断面にストライプ形状の放射領域を有し、（前記光源の）出力端に
おける発光ストライプの互いに垂直な辺には長寸および短寸のものがある少なく
とも２つの光源と、前記光源と焦点帯域の間に配置され（た結像手段であって）
、前記発光ストライプの辺に平行な方向で互いに垂直な方向に光線をコリメート
する手段、ならびに各光源の出力端から光路長L,mμに等しい距離分隔置され前
記焦点帯域上に焦点を合わせるためのフォーカシング手段を備えた光線成形手段
を含む結像手段と、目標領域とを含む発光加算器であって、レーザダイオードで
形成された前記光源は少なくとも１つの波長λ,mμで発光できるように選択され
て前記発光ストライプの長寸に垂直な平面に配置され、前記光線成形手段は前記
レーザダイオードのそれぞれの端において各ストライプの短寸に平行な方向に光
線をコリメートする手段を備え、また少なくともその延在部の一部において光線
を混合することができる光線搬送手段が少なくとも1つ備えられており、前記光
線成形手段内の前記光線搬送手段の下流には前記ストライプの長寸に平行な方向
に光線をコリメートするコリメーション手段が配置されており、さらに前記焦点
帯域には少なくとも部分的な反射手段が備えられており、ΔL,mμを前記光路長L
,mμの偏差としたとき光路長L,mμの値はL-ΔLないしL+ΔLの範囲内で選択され
、光路長の偏差ΔL,mμと波長の偏差δλ,mμとの組合せは、前記加算器の光軸
について左右対称に配置されたレーザダイオードの少なくとも1対に対してコー
ヒレンス条件、すなわちΔL≦π・λ2/8・δλを満たすように取られており、残り
のレーザダイオードに対しては光路長の偏差ΔL,mμが前記光路長L,mμの10%を
超えないように取られていることを特徴とする発光加算器において、上記の目的
は達成される。
【００１５】 発光加算器の第２実施例は第１実施例と同じ主要な特色をもつが、レーザダイ
オードが光源として選択される点と、少なくとも２つのレーザダイオードに対し
てコーヒレンス状態を満たすように取られた光路長と波長のδλ, mμの偏差ΔL
とにおいて前記第１実施例とは異なっており、また少なくとも部分的な反射手段
を備えることにより、相互的な影響による左右対称エミッタの特性を改良するこ
とができるので、提案された光線成形手段と組み合わせて、発光加算器全体の自
己調整、さらにはレーザダイオードの全体の自己調整を可能にすることができる
点においても前記第１実施例とは異なっている。その結果として、発光加算器に
以下に示す新しい性能と出力特性が得られる。
オードが光源として選択される点と、少なくとも２つのレーザダイオードに対し
てコーヒレンス状態を満たすように取られた光路長と波長のδλ, mμの偏差ΔL
とにおいて前記第１実施例とは異なっており、また少なくとも部分的な反射手段
を備えることにより、相互的な影響による左右対称エミッタの特性を改良するこ
とができるので、提案された光線成形手段と組み合わせて、発光加算器全体の自
己調整、さらにはレーザダイオードの全体の自己調整を可能にすることができる
点においても前記第１実施例とは異なっている。その結果として、発光加算器に
以下に示す新しい性能と出力特性が得られる。
【００１６】 コーヒレンス条件を満たすように決められるレーザダイオードの波長と光路長
の差として提示された範囲、ならびに適用される構造的の配列により、必要な直
径と輝度をもつ統合された、ほぼ平行（コーヒレント）な光線が得られる。各光
源が発光する個々のコリメートされたコーヒレント光線が、前記光線搬送手段内
の光路の少なくとも一部において隣接する光線を少なくとも部分的に混合するこ
とで特徴づけられる集積光線にされるのは、光線搬送手段、すなわち、発光スト
ライプの長寸に垂直な面においてである。その結果発生する集積光線は前記光線
搬送手段を通過した後、垂直面でコリメートされ、横断面全体にわたってほぼ等
しい光路長を有する。提案された固有の構造から発生したこのような集積光線は
、極めて小さい近似値により、単一光線とみなすことができる。さらに、少なく
とも部分的な反射手段を備えると、横断面全体にわたって集積光線の干渉性（コ
ーヒレンス）が増加する。したがって、発光加算器の上記の自明でない新規な特
色のおかげで、焦点帯域中心における光線の輝度および集積度を高めることがで
き、またその結果、スポットの周縁での逸脱を極めて小さくすることができる。
の差として提示された範囲、ならびに適用される構造的の配列により、必要な直
径と輝度をもつ統合された、ほぼ平行（コーヒレント）な光線が得られる。各光
源が発光する個々のコリメートされたコーヒレント光線が、前記光線搬送手段内
の光路の少なくとも一部において隣接する光線を少なくとも部分的に混合するこ
とで特徴づけられる集積光線にされるのは、光線搬送手段、すなわち、発光スト
ライプの長寸に垂直な面においてである。その結果発生する集積光線は前記光線
搬送手段を通過した後、垂直面でコリメートされ、横断面全体にわたってほぼ等
しい光路長を有する。提案された固有の構造から発生したこのような集積光線は
、極めて小さい近似値により、単一光線とみなすことができる。さらに、少なく
とも部分的な反射手段を備えると、横断面全体にわたって集積光線の干渉性（コ
ーヒレンス）が増加する。したがって、発光加算器の上記の自明でない新規な特
色のおかげで、焦点帯域中心における光線の輝度および集積度を高めることがで
き、またその結果、スポットの周縁での逸脱を極めて小さくすることができる。
【００１７】 本発明の第３実施例によると、（少なくとも２つの光源であって、該光源の）
光軸に垂直な断面にストライプ形状の放射領域を有し、（前記光源の）出力端に
おける発光ストライプの互いに垂直な辺には長寸および短寸のものがある少なく
とも２つの光源と、前記光源と焦点帯域の間に配置され（た結像手段であって）
、前記発光ストライプの辺に平行な方向で互いに垂直な方向に光線をコリメート
する手段、ならびに各光源の出力端から光路長L,mμに等しい距離分隔置され前
記焦点帯域上に焦点を合わせるためのフォーカシング手段を備えた光線成形手段
を含む結像手段と、目標領域とを含む発光加算器であって、少なくとも２つの追
加光源が備えられており、すべての光源はレーザダイオードで形成され、少なく
とも１つの波長λ,mμで発光できるように選択され、また互いに垂直でそれぞれ
前記各発光ストライプの長寸に垂直な２つの平面のそれぞれに少なくとも２つの
光源を有するように配置されており、前記結像手段は前記第１の光線成形手段に
加えて第２の光線成形手段を含み、該光線成形手段の両方は少なくとも２つの光
源に接続され、前記各光源のそれぞれの端に前記発光ストライプの短寸に平行な
方向に光線をコリメートする手段を備えており、前記第１の光線成形手段はさら
に少なくともその延在部の一部において光線を混合することができる光線搬送手
段を少なくとも1つ備えており、前記第２の光線成形手段もまた少なくともその
延在部の一部において光線を混合することができる光線搬送手段を少なくとも1
つ備えており、前記各光線成形手段内の前記光線搬送手段の下流には前記ストラ
イプの長寸に平行な方向に光線をコリメートするコリメーション手段が配置され
ており、前記光線成形手段の各光軸は互いに垂直であり、さらに前記光線成形手
段下流の前記各光軸の交点には偏光子が備えられおり、装置作動中に前記光線成
形手段の一方からコリメート光線を送って前記光線成形手段の他方から該コリメ
ート光線の内部全反射を起こし、その結果前記偏光子下流において光軸上に前記
フォーカシング手段が配置された光線が得られるようになっており、前記焦点帯
域には少なくとも部分的な反射手段が備えられており、ΔL,mμを前記光路長L,m
μの偏差としたとき光路長L,mμの値はL-ΔLないしL+ΔLの範囲内で選択され、
光路長の偏差ΔL,mμと波長の偏差δλ,mμとの組合せは、前記加算器の光軸に
ついて左右対称に配置されたレーザダイオードの少なくとも1対に対してコーヒ
レンス条件、すなわちΔL≦π・λ2/8・δλを満たすように取られており、残りの
レーザダイオードに対しては光路長の偏差ΔL,mμが前記光路長L,mμの10%を超
えないように取られていることを特徴とする発光加算器において、上記の目的は
達成される。
光軸に垂直な断面にストライプ形状の放射領域を有し、（前記光源の）出力端に
おける発光ストライプの互いに垂直な辺には長寸および短寸のものがある少なく
とも２つの光源と、前記光源と焦点帯域の間に配置され（た結像手段であって）
、前記発光ストライプの辺に平行な方向で互いに垂直な方向に光線をコリメート
する手段、ならびに各光源の出力端から光路長L,mμに等しい距離分隔置され前
記焦点帯域上に焦点を合わせるためのフォーカシング手段を備えた光線成形手段
を含む結像手段と、目標領域とを含む発光加算器であって、少なくとも２つの追
加光源が備えられており、すべての光源はレーザダイオードで形成され、少なく
とも１つの波長λ,mμで発光できるように選択され、また互いに垂直でそれぞれ
前記各発光ストライプの長寸に垂直な２つの平面のそれぞれに少なくとも２つの
光源を有するように配置されており、前記結像手段は前記第１の光線成形手段に
加えて第２の光線成形手段を含み、該光線成形手段の両方は少なくとも２つの光
源に接続され、前記各光源のそれぞれの端に前記発光ストライプの短寸に平行な
方向に光線をコリメートする手段を備えており、前記第１の光線成形手段はさら
に少なくともその延在部の一部において光線を混合することができる光線搬送手
段を少なくとも1つ備えており、前記第２の光線成形手段もまた少なくともその
延在部の一部において光線を混合することができる光線搬送手段を少なくとも1
つ備えており、前記各光線成形手段内の前記光線搬送手段の下流には前記ストラ
イプの長寸に平行な方向に光線をコリメートするコリメーション手段が配置され
ており、前記光線成形手段の各光軸は互いに垂直であり、さらに前記光線成形手
段下流の前記各光軸の交点には偏光子が備えられおり、装置作動中に前記光線成
形手段の一方からコリメート光線を送って前記光線成形手段の他方から該コリメ
ート光線の内部全反射を起こし、その結果前記偏光子下流において光軸上に前記
フォーカシング手段が配置された光線が得られるようになっており、前記焦点帯
域には少なくとも部分的な反射手段が備えられており、ΔL,mμを前記光路長L,m
μの偏差としたとき光路長L,mμの値はL-ΔLないしL+ΔLの範囲内で選択され、
光路長の偏差ΔL,mμと波長の偏差δλ,mμとの組合せは、前記加算器の光軸に
ついて左右対称に配置されたレーザダイオードの少なくとも1対に対してコーヒ
レンス条件、すなわちΔL≦π・λ2/8・δλを満たすように取られており、残りの
レーザダイオードに対しては光路長の偏差ΔL,mμが前記光路長L,mμの10%を超
えないように取られていることを特徴とする発光加算器において、上記の目的は
達成される。
【００１８】 第２実施例と同じ特色をもつ発光加算器の上記第３実施例は、指定の目的のた
めに偏光子の使用を示した構造上の新規性により第２実施例とは異なっている。
しかし、これは、システムの以下に示す主要な特色によってのみ可能になる。レ
ーザダイオードの適切な選択、レーザダイオードの各面での装備および各面の適
切な相対的な位置決定、コーヒレンス条件を満たす偏差ΔL, mμおよびδλを考
慮した上でほぼ同じ光路長L, mμが得られるような光線成形手段の適切な設計、
光線搬送手段を備えた光線成形手段での２つのほぼコーヒレントな集積光線の発
成、および焦点帯域内に配置された少なくとも部分的な反射手段の装備、である
。本発明に要求された特色の１つでも満たされない場合には、対応する光線成形
手段3から発せられる光線の偏光度がかなり低下するので、偏光子の使用が効果
がほとんど無くなる。
めに偏光子の使用を示した構造上の新規性により第２実施例とは異なっている。
しかし、これは、システムの以下に示す主要な特色によってのみ可能になる。レ
ーザダイオードの適切な選択、レーザダイオードの各面での装備および各面の適
切な相対的な位置決定、コーヒレンス条件を満たす偏差ΔL, mμおよびδλを考
慮した上でほぼ同じ光路長L, mμが得られるような光線成形手段の適切な設計、
光線搬送手段を備えた光線成形手段での２つのほぼコーヒレントな集積光線の発
成、および焦点帯域内に配置された少なくとも部分的な反射手段の装備、である
。本発明に要求された特色の１つでも満たされない場合には、対応する光線成形
手段3から発せられる光線の偏光度がかなり低下するので、偏光子の使用が効果
がほとんど無くなる。
【００１９】 上記の目的を達成するために、本発明の上記３つの実施例ではさらに、前記光
線搬送手段は10%ないし40%の範囲の混合度を有するように設計されて、輝度およ
び出力密度が増加するようになっている。
線搬送手段は10%ないし40%の範囲の混合度を有するように設計されて、輝度およ
び出力密度が増加するようになっている。
【００２０】 さらに、上記３つの実施例では、光線搬送手段は各光線の軌道上に備えられて
おり、ここでも再び、加算器の自己調整が可能となるため輝度および出力密度が
増加し、また結合要因の増加、ならびに光線の位置決定および製造過程の容易化
がもたらされるようになっている。
おり、ここでも再び、加算器の自己調整が可能となるため輝度および出力密度が
増加し、また結合要因の増加、ならびに光線の位置決定および製造過程の容易化
がもたらされるようになっている。
【００２１】 光線搬送手段での混合度が10％ないし40％に等しいと、複数の光源から発せら
れた光線は、フォーカシング手段の下流では、許容角度内でかなりの程度重なり
、焦点帯域の近くでは完全に重なる。本発明の第２および第３実施例によれば、
焦点帯域は各光源によりほぼ完全に照射されるので、この帯域でのほぼ均一な照
射が得られ、したがって、少なくとも部分的な反射手段9のほぼ均一な照射を得
ることができる。
れた光線は、フォーカシング手段の下流では、許容角度内でかなりの程度重なり
、焦点帯域の近くでは完全に重なる。本発明の第２および第３実施例によれば、
焦点帯域は各光源によりほぼ完全に照射されるので、この帯域でのほぼ均一な照
射が得られ、したがって、少なくとも部分的な反射手段9のほぼ均一な照射を得
ることができる。
【００２２】 さらに、３つの実施例すべてにおいて、前記光線搬送手段は、発光ストライプ
の長寸に垂直な面において、また少なくとも１方向で、所定範囲の混合度で形成
可能であり、また３つの実施例すべてに有効な解決手段の１つとして、前記光線
搬送手段を所定範囲の屈折率で形成することもできる。結果として、光路上での
エネルギ損失、ならびに目標領域および／または少なくとも部分的な反射手段を
照射する際のエネルギ損失を低下させ、また光線の位置決定を容易化することが
可能である。
の長寸に垂直な面において、また少なくとも１方向で、所定範囲の混合度で形成
可能であり、また３つの実施例すべてに有効な解決手段の１つとして、前記光線
搬送手段を所定範囲の屈折率で形成することもできる。結果として、光路上での
エネルギ損失、ならびに目標領域および／または少なくとも部分的な反射手段を
照射する際のエネルギ損失を低下させ、また光線の位置決定を容易化することが
可能である。
【００２３】 さらに、前記光線搬送手段を備えると、個々のエミッタの調整についての要件
を緩和することができるので、製造過程を容易化することができる。その結果生
成された加算器は、輝度や出力密度などの主な特性を改良しながら、総寸法が短
縮されたコンパクトな外観をしている。
を緩和することができるので、製造過程を容易化することができる。その結果生
成された加算器は、輝度や出力密度などの主な特性を改良しながら、総寸法が短
縮されたコンパクトな外観をしている。
【００２４】 aおよびbをそれぞれ長辺および短辺に対する光源のストライプ形状の放射領域
の寸法とし、またθaおよびθbをそれぞれ長寸と短寸の方向の発散角度としたと
き、光源についての数Nを、0.5Nないし1.5Nの許容範囲内で、 N = [b sin(θb/2)] / [a sin(θa/2)] の条件にに従う積分置として取ることにより、本発明の目的は達成される。
の寸法とし、またθaおよびθbをそれぞれ長寸と短寸の方向の発散角度としたと
き、光源についての数Nを、0.5Nないし1.5Nの許容範囲内で、 N = [b sin(θb/2)] / [a sin(θa/2)] の条件にに従う積分置として取ることにより、本発明の目的は達成される。
【００２５】 このようなシステムでは、光路上におけるエネルギ損失、ならびに目標領域お
よび／または前記少なくとも部分的な反射手段を照射する際のエネルギ損失が低
減し、使用する光源の数も減らすことができる。
よび／または前記少なくとも部分的な反射手段を照射する際のエネルギ損失が低
減し、使用する光源の数も減らすことができる。
【００２６】 上記３つの実施例すべてにおいて、発光ストライプの中心が前記ストライプの
長寸に垂直な面に配置されるよう光源を配列している。さらに、目標領域は焦点
帯域内に配置してもよい。上記の装備すべてをもって最高の輝度が達成可能にな
る。
長寸に垂直な面に配置されるよう光源を配列している。さらに、目標領域は焦点
帯域内に配置してもよい。上記の装備すべてをもって最高の輝度が達成可能にな
る。
【００２７】 本発明の第２および第３の実施例によれば、前記目標領域の面と前記少なくと
も部分的な反射手段が互いに同一であるので、製造過程が容易化され、発光加算
器の実施が一層容易になる。
も部分的な反射手段が互いに同一であるので、製造過程が容易化され、発光加算
器の実施が一層容易になる。
【００２８】 上記３つの実施例すべてにおいて、レーザダイオードは、加算器の光軸につい
て対称に配置されたレーザダイオードの任意の１対において光路長の偏差ΔL, m
μと波長の偏差δλ, mμの組合せがコーヒレンス条件、すなわち、ΔL≦π・λ2 /8・δλを満たすような波長λ, mμおよび光路長L, mμを有するように形成され
ている。
て対称に配置されたレーザダイオードの任意の１対において光路長の偏差ΔL, m
μと波長の偏差δλ, mμの組合せがコーヒレンス条件、すなわち、ΔL≦π・λ2 /8・δλを満たすような波長λ, mμおよび光路長L, mμを有するように形成され
ている。
【００２９】 上記の条件では、前記少なくとも部分的な反射手段を備えると、高密度の光線
を生成する光線成形手段の提案どおりの設計とレーザダイオードの上記で採用さ
れた構成が可能になるので、前記光線成形手段から発せられる集積された、ほぼ
コーヒレントな光線が得られ、左右対称なレーザダイオードが互いに影響し、さ
らに、加算器全体の自己調整に影響するようになるので、焦点帯域の中心におい
て光線エネルギの輝度、出力密度、集積度が増大することになる。
を生成する光線成形手段の提案どおりの設計とレーザダイオードの上記で採用さ
れた構成が可能になるので、前記光線成形手段から発せられる集積された、ほぼ
コーヒレントな光線が得られ、左右対称なレーザダイオードが互いに影響し、さ
らに、加算器全体の自己調整に影響するようになるので、焦点帯域の中心におい
て光線エネルギの輝度、出力密度、集積度が増大することになる。
【００３０】 上記の問題を解決するための追加手段として、レーザダイオードの少なくとも
１つを最小の発散角度θaおよびθbと半値幅のスペクトルで形成することが提示
されている。さらに、前記レーザダイオードは加算器の光軸上に配置され、他の
ダイオードは光軸に対して左右対称に並べられている。
１つを最小の発散角度θaおよびθbと半値幅のスペクトルで形成することが提示
されている。さらに、前記レーザダイオードは加算器の光軸上に配置され、他の
ダイオードは光軸に対して左右対称に並べられている。
【００３１】 こうした解決手段により輝度および出力密度を増加させ加算器の自己調整機能
を確保するだけでなく、製造過程を容易化することができる。
を確保するだけでなく、製造過程を容易化することができる。
【００３２】 考慮中の解決手段の枠組みの範囲内で、最小の発散角度θaおよびθbと半値幅
のスペクトルをもつ前記レーザダイオードは単一モードで有用であり、加算器の
自己調整機能のおかげで、輝度および出力密度が増加することになる。
のスペクトルをもつ前記レーザダイオードは単一モードで有用であり、加算器の
自己調整機能のおかげで、輝度および出力密度が増加することになる。
【００３３】 本発明の３つの実施例すべてにおいて、少なくとも２つの値の波長を有するレ
ーザダイオードを形成するのが有益である。こうしたシステムでは、少なくとも
１つの光線成形手段が奇数、少なくとも３つ、のレーザダイオードに接続され、
同じ波長をもつダイオードが加算器の光軸に対して左右対称に配置されているよ
うな構成が可能である。
ーザダイオードを形成するのが有益である。こうしたシステムでは、少なくとも
１つの光線成形手段が奇数、少なくとも３つ、のレーザダイオードに接続され、
同じ波長をもつダイオードが加算器の光軸に対して左右対称に配置されているよ
うな構成が可能である。
【００３４】 提案された構造では、異なる波長で動作するレーザダイオード源を使用するこ
とにより、得られた輝度を損失させることなく様々な波長を含む光線を得ること
ができるので、コンパクトで軽量な構成を維持しながら様々な波長で動作してい
るときに加算器の効率を増加させることができる。同じ光軸に沿って集中した様
々な波長でほぼコーヒレントな、または完全にコーヒレントな光線を発生するこ
うした高輝度エミッタはTV装置や診断システムなどに適用できる。
とにより、得られた輝度を損失させることなく様々な波長を含む光線を得ること
ができるので、コンパクトで軽量な構成を維持しながら様々な波長で動作してい
るときに加算器の効率を増加させることができる。同じ光軸に沿って集中した様
々な波長でほぼコーヒレントな、または完全にコーヒレントな光線を発生するこ
うした高輝度エミッタはTV装置や診断システムなどに適用できる。
【００３５】 本発明の本質は、コリメート光線を両方向に形成する前に得られる所定の混合
度を有する光線搬送手段と、光線成形手段における構成要素の特定の配列と、各
光源の発光表面および光学システム全体に対して厳密に方向付けられた同一平面
にある光源の、狭く定義された範囲では異なるがほぼ等しい値の光路長および波
長とを有するような設計の発光加算器を提供することにある。さらに、以下に示
す効果が達成される。個々のエミッタから焦点帯域に光線を転送するとき光線の
エネルギの散逸がかなり減少すること、少なくとも焦点帯域に隣接する主要部内
において許容角度内で光線をほぼ完全に混合するので、焦点帯域内において、ま
た適切な光学素子を用いた場合には、さらに光軸遠方において、目標領域を均一
に照らすことが可能になること、様々な波長の光源を使用する場合を含めて輝度
や出力密度が飛躍的に増加すること、である。さらに、複数のレーザダイオード
と少なくとも部分的な反射手段を備えた加算器を使用する場合、光路長L, mμお
よび波長λ, mμの変動範囲に対してコーヒレンス条件が課されていれば、輝度
の高いほぼコーヒレントな光線または完全にコーヒレントな光線ならびに単一モ
ード光線を成形することができる。偏光子の装備については、採用される光線成
形手段の設計に密接に関連する、要求されたレーザダイオードの構成およびパラ
メータの適切な選択と、少なくとも部分的な反射手段の装備とによってのみ必要
とされるシステムの偏光子が確保されて、そのような解決手段が可能となる。し
たがって、これらの本質的な顕著な特色すべてを組み合わせると、特許請求され
た加算器の主な利点を達成することができる。
度を有する光線搬送手段と、光線成形手段における構成要素の特定の配列と、各
光源の発光表面および光学システム全体に対して厳密に方向付けられた同一平面
にある光源の、狭く定義された範囲では異なるがほぼ等しい値の光路長および波
長とを有するような設計の発光加算器を提供することにある。さらに、以下に示
す効果が達成される。個々のエミッタから焦点帯域に光線を転送するとき光線の
エネルギの散逸がかなり減少すること、少なくとも焦点帯域に隣接する主要部内
において許容角度内で光線をほぼ完全に混合するので、焦点帯域内において、ま
た適切な光学素子を用いた場合には、さらに光軸遠方において、目標領域を均一
に照らすことが可能になること、様々な波長の光源を使用する場合を含めて輝度
や出力密度が飛躍的に増加すること、である。さらに、複数のレーザダイオード
と少なくとも部分的な反射手段を備えた加算器を使用する場合、光路長L, mμお
よび波長λ, mμの変動範囲に対してコーヒレンス条件が課されていれば、輝度
の高いほぼコーヒレントな光線または完全にコーヒレントな光線ならびに単一モ
ード光線を成形することができる。偏光子の装備については、採用される光線成
形手段の設計に密接に関連する、要求されたレーザダイオードの構成およびパラ
メータの適切な選択と、少なくとも部分的な反射手段の装備とによってのみ必要
とされるシステムの偏光子が確保されて、そのような解決手段が可能となる。し
たがって、これらの本質的な顕著な特色すべてを組み合わせると、特許請求され
た加算器の主な利点を達成することができる。
【００３６】 提案された発光加算器は周知の基礎処理を用いれば技術的に実施可能である。
周知の基礎処理は今日まで十分に開発されておりレーザや様々な光学システムを
製造する際に利用されている。
周知の基礎処理は今日まで十分に開発されておりレーザや様々な光学システムを
製造する際に利用されている。
【００３７】 本発明は、図１ないし図３の添付図面に示された特定の実施例を参照しながら
より詳細に以下に説明される。ただし、これらの図面は単に例示に過ぎず、発光
加算器の他の様々の修正例も添付された特許請求の範囲の請求項により定義され
た技術的思想および範囲において想到し得るものである。
より詳細に以下に説明される。ただし、これらの図面は単に例示に過ぎず、発光
加算器の他の様々の修正例も添付された特許請求の範囲の請求項により定義され
た技術的思想および範囲において想到し得るものである。
【００３８】 （実施例） 図１を参照すると、第１実施例による提案された発光加算器（以後「加算器」
と呼ぶ）は、光源1と、成形手段3とフォーカシング手段4から成る結像手段2と、
焦点帯域5とから成る。第１および第２実施例を説明する際に、ｘ軸はストライ
プの長手寸法に沿っており、ｙ軸は短手寸法に沿っていると仮定する。本件に最
も近い従来技術の解決手段（US005463534A, 1995, F04V 7/04, 362/32）の場合
におけるように、発光ストライプの長辺「a」と短辺「b」の各サイズは光源1す
べてにおいて同一とする。光源は、ストライプの長寸に垂直であって、好ましく
はその中心を通って延在する同一平面に配置されている。成形手段3は、ｙ軸に
沿ってコリメートする手段6と、光線搬送手段7と、ｘ軸に沿ってコリメートする
手段8とから構成される。焦点帯域5には少なくとも部分的な反射手段9と、本実
施例では、目標領域10とが装備されている。光源1は、光路長Lに対応するほぼ等
しい距離で焦点帯域5から隔置されている。光路長Lは、各光源について光路長L,
mμの2％ないし8％−−ただし10％を越えることはない−−の値ΔL, mμ未満の
値分、互いに異なるように選択される。目標領域10は焦点帯域5内に配置しても
よく、または光軸上遠方でも配置可能である。両方の場合（後者の場合、適切な
光学装置を使用すれば）、目標領域10は光源1から発光する光線すべてにより完
全に占有されることになる。
と呼ぶ）は、光源1と、成形手段3とフォーカシング手段4から成る結像手段2と、
焦点帯域5とから成る。第１および第２実施例を説明する際に、ｘ軸はストライ
プの長手寸法に沿っており、ｙ軸は短手寸法に沿っていると仮定する。本件に最
も近い従来技術の解決手段（US005463534A, 1995, F04V 7/04, 362/32）の場合
におけるように、発光ストライプの長辺「a」と短辺「b」の各サイズは光源1す
べてにおいて同一とする。光源は、ストライプの長寸に垂直であって、好ましく
はその中心を通って延在する同一平面に配置されている。成形手段3は、ｙ軸に
沿ってコリメートする手段6と、光線搬送手段7と、ｘ軸に沿ってコリメートする
手段8とから構成される。焦点帯域5には少なくとも部分的な反射手段9と、本実
施例では、目標領域10とが装備されている。光源1は、光路長Lに対応するほぼ等
しい距離で焦点帯域5から隔置されている。光路長Lは、各光源について光路長L,
mμの2％ないし8％−−ただし10％を越えることはない−−の値ΔL, mμ未満の
値分、互いに異なるように選択される。目標領域10は焦点帯域5内に配置しても
よく、または光軸上遠方でも配置可能である。両方の場合（後者の場合、適切な
光学装置を使用すれば）、目標領域10は光源1から発光する光線すべてにより完
全に占有されることになる。
【００３９】 第２実施例（図２）によると、特許請求された発光加算器は以下のように指定
される。光源として使用されるのは、発光ストリップの長寸に垂直で、好ましく
はその中心を通って延在する面上に並べられている複数のレーザダイオード1で
ある。本例では、13個のレーザダイオード1を用いる。レーザダイオード1の発光
要素はレーザ波長がλ=670±2 nmであるヘテロ接合構造GaAs-InGaAsから製造さ
れ、ダイオード間の間隔は±3 nm範囲内である。各ダイオード1の光軸に垂直な
横断面では、発光ストライプのサイズは(100 x 1) mμ2である。長辺はｘ軸と同
線上にあり、短辺はｙ軸と同線上にある。両辺は、各ストライプの中心を通って
延在する面ｙ−ｚに配置されている。加算器の光軸について左右対称に配置され
ているレーザダイオード１のうち、中央から見て二番目のレーザダイオード1の
１対について、光路長の偏差ΔL, mμと波長の偏差δλ, mμの組合せを、コー
ヒレンス条件、すなわちΔL≦π・λ2/8・δλが満たされるように選択した。他の
レーザダイオードに関連する光路長L, mμに関しては、対応する光路L, mμの4
±1％の幅により特徴づけられる。
される。光源として使用されるのは、発光ストリップの長寸に垂直で、好ましく
はその中心を通って延在する面上に並べられている複数のレーザダイオード1で
ある。本例では、13個のレーザダイオード1を用いる。レーザダイオード1の発光
要素はレーザ波長がλ=670±2 nmであるヘテロ接合構造GaAs-InGaAsから製造さ
れ、ダイオード間の間隔は±3 nm範囲内である。各ダイオード1の光軸に垂直な
横断面では、発光ストライプのサイズは(100 x 1) mμ2である。長辺はｘ軸と同
線上にあり、短辺はｙ軸と同線上にある。両辺は、各ストライプの中心を通って
延在する面ｙ−ｚに配置されている。加算器の光軸について左右対称に配置され
ているレーザダイオード１のうち、中央から見て二番目のレーザダイオード1の
１対について、光路長の偏差ΔL, mμと波長の偏差δλ, mμの組合せを、コー
ヒレンス条件、すなわちΔL≦π・λ2/8・δλが満たされるように選択した。他の
レーザダイオードに関連する光路長L, mμに関しては、対応する光路L, mμの4
±1％の幅により特徴づけられる。
【００４０】 上記のように、結像手段2は、成形手段3とフォーカシング手段4から構成され
ている。成形手段3は、レーザダイオード1から見ると、複数の円筒形レンズ6か
ら成る系を備えている。この系はｙ軸に添って視準を可能にし、レーザダイオー
ド1の各光軸上に配置され、0.26±0.02 cmの焦点距離をもつ。成形手段3は、さ
らに、ガラス製の入力回転プリズム11を備えた光線搬送手段7と、焦点距離4.6±
0.2 cmでｘ軸に沿って光線を視準する円筒形レンズ8とを備えている。続いて、
フォーカシング手段が、ｘ軸およびｙ軸に沿って2.5±0.03 cmに相当する同一の
（±1mμ）焦点距離をもつフォーカシングレンズ4により形成されている。光軸
上にはさらに、導光器12が備えられている。導光器の端部は焦点帯域5内に配置
され、約7±0.5％の反射係数Rを有する部分的な反射被膜9で被覆されている。
ている。成形手段3は、レーザダイオード1から見ると、複数の円筒形レンズ6か
ら成る系を備えている。この系はｙ軸に添って視準を可能にし、レーザダイオー
ド1の各光軸上に配置され、0.26±0.02 cmの焦点距離をもつ。成形手段3は、さ
らに、ガラス製の入力回転プリズム11を備えた光線搬送手段7と、焦点距離4.6±
0.2 cmでｘ軸に沿って光線を視準する円筒形レンズ8とを備えている。続いて、
フォーカシング手段が、ｘ軸およびｙ軸に沿って2.5±0.03 cmに相当する同一の
（±1mμ）焦点距離をもつフォーカシングレンズ4により形成されている。光軸
上にはさらに、導光器12が備えられている。導光器の端部は焦点帯域5内に配置
され、約7±0.5％の反射係数Rを有する部分的な反射被膜9で被覆されている。
【００４１】 動作では、レーザダイオード1に動作電流を供給すると、所定の１波長または
複数の波長のコーヒレント光と、それに対応する半値幅のスペクトルが放射され
る。図1において、光源1から焦点帯域5への矢印により示された光路に沿って通
過すると、光源1のそれぞれが発光した光は前記帯域5内にある目標領域10に到達
する。この移動において、光の一部は、目標領域10を被覆する被膜9として形成
された上記の少なくとも部分的な反射手段9から反射されて、結像手段2に戻るが
、図１において逆方向の矢印により示された他の光路に従う。図１で、実線は、
図１において上記から見て２番目の光源1から出て、少なくとも部分的な反射手
段9から反射されて、最後に、図１において下から見て２番目の光源1に戻る光を
示している。破線は中央の光源1が発光した光の経路を示し、網線部分は光線が
重なっている例を示している。
複数の波長のコーヒレント光と、それに対応する半値幅のスペクトルが放射され
る。図1において、光源1から焦点帯域5への矢印により示された光路に沿って通
過すると、光源1のそれぞれが発光した光は前記帯域5内にある目標領域10に到達
する。この移動において、光の一部は、目標領域10を被覆する被膜9として形成
された上記の少なくとも部分的な反射手段9から反射されて、結像手段2に戻るが
、図１において逆方向の矢印により示された他の光路に従う。図１で、実線は、
図１において上記から見て２番目の光源1から出て、少なくとも部分的な反射手
段9から反射されて、最後に、図１において下から見て２番目の光源1に戻る光を
示している。破線は中央の光源1が発光した光の経路を示し、網線部分は光線が
重なっている例を示している。
【００４２】 光線搬送手段7では、光線が部分的に（約25±5％の値分）混合される。互いに
垂直な２つの面で視準された光が、ｘ軸およびｙ軸に沿って2.5±0.03 cmに相当
する同一の（± mμ）焦点距離をもつフォーカシングレンズ4により形成すされ
たフォーカシング手段に到達する。前記フォーカシングレンズ4を通過すると、
これらの光線は、ｘ軸およびｙ軸に沿って目標領域10の許容角度内でほぼ完全に
混合されるので、光の元来の部分で、完全に目標領域10全体、すなわち、40 x 4
0 mμ2の矩形点を照らすようになる。このとき相互に垂直な方向の分散は14±0.
2 mradに等しくなる。前記目標領域10は、直径が50 mμの光ファイバ12の端面に
より構成されており、受信ファイバの開口率NAは0.21±0.01となる。少なくとも
部分な反射手段9は前記光ファイバ12の端面上に積層された被腹膜として形成さ
れている。
垂直な２つの面で視準された光が、ｘ軸およびｙ軸に沿って2.5±0.03 cmに相当
する同一の（± mμ）焦点距離をもつフォーカシングレンズ4により形成すされ
たフォーカシング手段に到達する。前記フォーカシングレンズ4を通過すると、
これらの光線は、ｘ軸およびｙ軸に沿って目標領域10の許容角度内でほぼ完全に
混合されるので、光の元来の部分で、完全に目標領域10全体、すなわち、40 x 4
0 mμ2の矩形点を照らすようになる。このとき相互に垂直な方向の分散は14±0.
2 mradに等しくなる。前記目標領域10は、直径が50 mμの光ファイバ12の端面に
より構成されており、受信ファイバの開口率NAは0.21±0.01となる。少なくとも
部分な反射手段9は前記光ファイバ12の端面上に積層された被腹膜として形成さ
れている。
【００４３】 各レーザダイオードの出力パワーP1の平均は約250±0.10 mWである。結果生成
する出力パワーPoutは40 x 40 mμ2の面積上で1.5 Wに到達する。そのため、少
数の光源でも、かなり大きな出力密度と高い輝度が達成されることが明らかであ
る。
する出力パワーPoutは40 x 40 mμ2の面積上で1.5 Wに到達する。そのため、少
数の光源でも、かなり大きな出力密度と高い輝度が達成されることが明らかであ
る。
【００４４】 第３実施例（図３）によると、特許請求された発光加算器は、光源の機能を果
たすレーザダイオード1の２つの系および前記レーザダイオードの系のそれぞれ
に接続されている２つの成形手段3とから構成されている。レーザダイオード1は
２つの互いに垂直な面に配置され、各面は各発光ストリップの長辺に垂直で、好
ましくはそれらの中心を通過して延在する。各成形手段3は、発光ストライプの
短寸に平行な方向に視準する複数個の手段6から構成される。第１成形手段3は、
延在部の少なくとも一部において、複数の光線を混合できる少なくとも１つの光
線搬送手段7と、ストライプの長寸に平行な方向に視準する手段8とを含む。成形
手段3の各光軸は、光線搬送手段７の光軸とストライプの長寸に平行な方向に視
準する手段８の光軸を構成し、成形手段3の下流およびフォーカシング手段4の上
流で、互いに並列で、互いに交差して、レーザダイオード1の位置に対応する面
に配置される。レーザダイオード1の位置する面は成形手段3の下流で交差する。
成形手段3の上記の光軸はレーザダイオード1の位置する面の交差線上で交差する
。追加偏光子13は、偏光14の面で、成形手段3の光軸の交差点に配置されている
。偏光子12の下流にはフォーカシング手段4が装備されており、焦点帯域5には少
なくとも部分的な反射手段9が含まれている。各レーザダイオード1の出力端面は
、光路長L, mμほぼ等しい距離分、焦点帯域5から隔置されている。本システム
では、加算器の光軸について左右対称に配置されているレーザダイオード1の少
なくとも１対に対して、コーヒレンス条件、すなわちΔL≦π・λ2/8・δλを満た
すように光路長の偏差ΔL, mμと波長の偏差δλ, mμの組合せが取られている
。それに対して、残りのレーザダイオードでは、光路長の偏差ΔL, mμは、前記
光路光L, mμの10％を越えないように取られている。
たすレーザダイオード1の２つの系および前記レーザダイオードの系のそれぞれ
に接続されている２つの成形手段3とから構成されている。レーザダイオード1は
２つの互いに垂直な面に配置され、各面は各発光ストリップの長辺に垂直で、好
ましくはそれらの中心を通過して延在する。各成形手段3は、発光ストライプの
短寸に平行な方向に視準する複数個の手段6から構成される。第１成形手段3は、
延在部の少なくとも一部において、複数の光線を混合できる少なくとも１つの光
線搬送手段7と、ストライプの長寸に平行な方向に視準する手段8とを含む。成形
手段3の各光軸は、光線搬送手段７の光軸とストライプの長寸に平行な方向に視
準する手段８の光軸を構成し、成形手段3の下流およびフォーカシング手段4の上
流で、互いに並列で、互いに交差して、レーザダイオード1の位置に対応する面
に配置される。レーザダイオード1の位置する面は成形手段3の下流で交差する。
成形手段3の上記の光軸はレーザダイオード1の位置する面の交差線上で交差する
。追加偏光子13は、偏光14の面で、成形手段3の光軸の交差点に配置されている
。偏光子12の下流にはフォーカシング手段4が装備されており、焦点帯域5には少
なくとも部分的な反射手段9が含まれている。各レーザダイオード1の出力端面は
、光路長L, mμほぼ等しい距離分、焦点帯域5から隔置されている。本システム
では、加算器の光軸について左右対称に配置されているレーザダイオード1の少
なくとも１対に対して、コーヒレンス条件、すなわちΔL≦π・λ2/8・δλを満た
すように光路長の偏差ΔL, mμと波長の偏差δλ, mμの組合せが取られている
。それに対して、残りのレーザダイオードでは、光路長の偏差ΔL, mμは、前記
光路光L, mμの10％を越えないように取られている。
【００４５】 したがって、発明者は、異なる波長で動作可能な少数の光源が生成した集積型
高密度かつほぼコーヒレントな狭い光線の出力密度をかなり高めて、その輝度を
増加させた。さらに、こうした光源における光線の位置決定ならびに部品を含む
システム全体の製造過程は一層容易になる。
高密度かつほぼコーヒレントな狭い光線の出力密度をかなり高めて、その輝度を
増加させた。さらに、こうした光源における光線の位置決定ならびに部品を含む
システム全体の製造過程は一層容易になる。
【００４６】 産業上の適用分野 発光加算器は、ソリッドステートレーザの供給、ならびにレーザ基準産業機器
、測定機器、医療機器、刻印装置、通信機器、および長距離電力およびデータ送
信システムの製造で幅広く使用可能である。
、測定機器、医療機器、刻印装置、通信機器、および長距離電力およびデータ送
信システムの製造で幅広く使用可能である。
【図１】 ２つの面ｘ−ｚおよびｙ−ｚにおいてレーザダイオードで形成され
た光源を備えた発光加算器の長手方向断面の概略図である。
た光源を備えた発光加算器の長手方向断面の概略図である。
【図２】 レーザダイオードで形成された光源を備えた発光加算器および光フ
ァイバが表す目標の、面ｘ−ｚにおける、長手方向断面の概略図である。
ァイバが表す目標の、面ｘ−ｚにおける、長手方向断面の概略図である。
【図３】 偏光子を含む発光加算器の実施例に関連した長手方向断面の概略図
である。
である。
【符号の説明】 1... 光源、 4... フォーカシング手段、 7... 光線搬送手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 ラヴロフ、アナトリー、フェドロヴィッチ ロシア連邦 117342 モスクワ、エーピー ピー． 104、ユーエル． ブトレロヴァ ストリート 30、 Ｆターム(参考） 5F073 AB27 AB28 BA09 CA07 CB02 EA18 EA22 EA24
Claims (21)
- 【請求項１】 （少なくとも２つの光源であって、該光源の）光軸に垂直な断
面にストライプ形状の放射領域を有し、（前記光源の）出力端における発光スト
ライプの互いに垂直な辺には長寸および短寸のものがある少なくとも２つの光源
と、前記光源と焦点帯域の間に配置され（た結像手段であって）、前記発光スト
ライプの辺に平行な方向で互いに垂直な方向に光線をコリメートする手段、なら
びに各光源の出力端から光路長L,mμに等しい距離分隔置され前記焦点帯域上に
焦点を合わせるためのフォーカシング手段を備えた光線成形手段を含む結像手段
と、目標領域とを含む発光加算器であって、前記光源は少なくとも１つの波長λ
,mμで発光できるように選択されて前記発光ストライプの長寸に垂直な平面に配
置され、光路長の値はL-ΔLないしL+ΔLの範囲内で選択され、光路長の偏差ΔL,
mμは前記光路長L,mμの10%を超えないように取られ、前記結像手段の一部を形
成する前記光線成形手段は、前記光源のそれぞれの端において各ストライプの短
寸に平行な方向に光線をコリメートする手段を備え、さらに少なくともその延在
部の一部において光線を混合することができる光線搬送手段が少なくとも1つ備
えられており、前記光線成形手段内の前記光線搬送手段の下流には前記ストライ
プの長寸に平行な方向に光線をコリメートする手段が配置されていることを特徴
とする発光加算器。 - 【請求項２】 前記光源はストライプ形状のレーザダイオードで形成されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の発光加算器。 - 【請求項３】 前記光源はストライプ形状の超発光ダイオードで形成されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の発光加算器。 - 【請求項４】 前記光路長L, mμの2％ないし8％に等しくなるように光路長の
偏差ΔL, mμの値が取られていることを特徴とする請求項１，２または３に記載
の発光加算器。 - 【請求項５】 光路長の偏差ΔL, mμと波長の偏差δλ, mμの組合せは、前
記加算器の光軸について左右対称に配置されたレーザダイオードの少なくとも１
対に対して、コーヒレンス条件、すなわち、ΔL≦π・λ2/8・δλを満たすように
取られていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光加算器。 - 【請求項６】 （少なくとも２つの光源であって、該光源の）光軸に垂直な断
面にストライプ形状の放射領域を有し、（前記光源の）出力端における発光スト
ライプの互いに垂直な辺には長寸および短寸のものがある少なくとも２つの光源
と、前記光源と焦点帯域の間に配置され（た結像手段であって）、前記発光スト
ライプの辺に平行な方向で互いに垂直な方向に光線をコリメートする手段、なら
びに各光源の出力端から光路長L,mμに等しい距離分隔置され前記焦点帯域上に
焦点を合わせるためのフォーカシング手段を備えた光線成形手段を含む結像手段
と、目標領域とを含む発光加算器であって、レーザダイオードで形成された前記
光源は少なくとも１つの波長λ,mμで発光できるように選択されて前記発光スト
ライプの長寸に垂直な平面に配置され、前記光線成形手段は前記レーザダイオー
ドのそれぞれの端において各ストライプの短寸に平行な方向に光線をコリメート
する手段を備え、また少なくともその延在部の一部において光線を混合すること
ができる光線搬送手段が少なくとも1つ備えられており、前記光線成形手段内の
前記光線搬送手段の下流には前記ストライプの長寸に平行な方向に光線をコリメ
ートするコリメーション手段が配置されており、さらに前記焦点帯域には少なく
とも部分的な反射手段が備えられており、ΔL,mμを前記光路長L,mμの偏差とし
たとき光路長L,mμの値はL-ΔLないしL+ΔLの範囲内で選択され、光路長の偏差
ΔL,mμと波長の偏差δλ,mμとの組合せは、前記加算器の光軸について左右対
称に配置されたレーザダイオードの少なくとも1対に対してコーヒレンス条件、
すなわちΔL≦π・λ2/8・δλを満たすように取られており、残りのレーザダイオ
ードに対しては光路長の偏差ΔL,mμが前記光路長L,mμの10%を超えないように
取られていることを特徴とする発光加算器。 - 【請求項７】 （少なくとも２つの光源であって、該光源の）光軸に垂直な断
面にストライプ形状の放射領域を有し、（前記光源の）出力端における発光スト
ライプの互いに垂直な辺には長寸および短寸のものがある少なくとも２つの光源
と、前記光源と焦点帯域の間に配置され（た結像手段であって）、前記発光スト
ライプの辺に平行な方向で互いに垂直な方向に光線をコリメートする手段、なら
びに各光源の出力端から光路長L,mμに等しい距離分隔置され前記焦点帯域上に
焦点を合わせるためのフォーカシング手段を備えた光線成形手段を含む結像手段
と、目標領域とを含む発光加算器であって、少なくとも２つの追加光源が備えら
れており、すべての光源はレーザダイオードで形成され、少なくとも１つの波長
λ,mμで発光できるように選択され、また互いに垂直でそれぞれ前記各発光スト
ライプの長寸に垂直な２つの平面のそれぞれに少なくとも２つの光源を有するよ
うに配置されており、前記結像手段は前記第１の光線成形手段に加えて第２の光
線成形手段を含み、該光線成形手段の両方は少なくとも２つの光源に接続され、
前記各光源のそれぞれの端に前記発光ストライプの短寸に平行な方向に光線をコ
リメートする手段を備えており、前記第１の光線成形手段はさらに少なくともそ
の延在部の一部において光線を混合することができる光線搬送手段を少なくとも
1つ備えており、前記第２の光線成形手段もまた少なくともその延在部の一部に
おいて光線を混合することができる光線搬送手段を少なくとも1つ備えており、
前記各光線成形手段内の前記光線搬送手段の下流には前記ストライプの長寸に平
行な方向に光線をコリメートするコリメーション手段が配置されており、前記光
線成形手段の各光軸は互いに垂直であり、さらに前記光線成形手段下流の前記各
光軸の交点には偏光子が備えられおり、装置作動中に前記光線成形手段の一方か
らコリメート光線を送って前記光線成形手段の他方から該コリメート光線の内部
全反射を起こし、その結果前記偏光子下流において光軸上に前記フォーカシング
手段が配置された光線が得られるようになっており、前記焦点帯域には少なくと
も部分的な反射手段が備えられており、ΔL,mμを前記光路長L,mμの偏差とした
とき光路長L,mμの値はL-ΔLないしL+ΔLの範囲内で選択され、光路長の偏差ΔL
,mμと波長の偏差δλ,mμとの組合せは、前記加算器の光軸について左右対称に
配置されたレーザダイオードの少なくとも1対に対してコーヒレンス条件、すな
わちΔL≦π・λ2/8・δλを満たすように取られており、残りのレーザダイオード
に対しては光路長の偏差ΔL,mμが前記光路長L,mμの10%を超えないように取ら
れていることを特徴とする発光加算器。 - 【請求項８】 前記光線搬送手段は、混合の度合いが10％ないし40％の範囲に
指定されることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の発
光加算器。 - 【請求項９】 光線搬送手段は、各光源から発せられる光線の軌道上に備えら
れていることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７または８に記載の
発光加算器。 - 【請求項１０】 前記光線搬送手段は、少なくとも発光ストライプの長寸に垂
直な面において、および少なくとも１つの方向において、混合の程度が所定の範
囲になるようにされていることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７
，８または９に記載の発光加算器。 - 【請求項１１】 前記光線搬送手段は、所定の範囲の屈折率で形成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の発光加算器。 - 【請求項１２】 光源についての数Nが、0.5Nないし1.5Nの許容範囲内で、 N = [b sin(θb/2)] / [a sin(θa/2)] の条件にに従う積分置として取られ、aおよびbはそれぞれ長辺および短辺に対す
る光源のストライプ形状の放射領域の寸法であり、θaおよびθbはそれぞれ長寸
と短寸の方向の発散角度であることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６
，７，８，９，１０または１１に記載の発光加算器。 - 【請求項１３】 前記光源は、発光ストライプの中心が前記ストライプの長寸
に垂直な面に位置するように並べられていることを特徴とする請求項１，２，３
，４，５，６，７，８，９，１０，１１または１２に記載の発光加算器。 - 【請求項１４】 前記目標領域は前記焦点帯域内に配置されていることを特徴
とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２または１
３に記載の発光加算器。 - 【請求項１５】 前記目標領域の面と前記少なくとも部分的な反射手段の面と
が互いに同一であることを特徴とする請求項６，７，８，９，１０，１１，１２
，１３または１４に記載の発光加算器。 - 【請求項１６】 前記加算器の光軸について左右対称に配置された複数のレー
ザダイオードの任意の対において、光路長の偏差ΔL, mμと波長の偏差δλ、m
μの組合せがコーヒレンス条件、すなわち、ΔL≦π・λ2/8 δλを満たすような
波長λ,mμおよび光路長L,mμを持つように前記レーザダイオードが作られてい
ることを特徴とする請求項２，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４
または１５に記載の発光加算器。 - 【請求項１７】 前記レーザダイオードの少なくとも１つは最小の発散角度θ
aとθbおよび半値幅のスペクトルをもつように形成されることを特徴とする請求
項１６に記載の発光加算器。 - 【請求項１８】 前記レーザダイオードは前記加算器の光軸上に配置され、他
のダイオードは前者に対して左右対称に並べられていることを特徴とする請求項
１７に記載の発光加算器。 - 【請求項１９】 最小発散角度θaおよびθと半値幅のスペクトルをもつ前記
レーザダイオードは単一モード型であることを特徴とする請求項１７または１８
に記載の発光加算器。 - 【請求項２０】 前記レーザダイオードは少なくとも２つの値の波長をもつよ
うにつくられていることを特徴とする請求項２，４，５，６，７，８，９，１０
，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８または１９に記載の発光加
算器。 - 【請求項２１】 少なくとも１つの光線成形手段が奇数、少なくとも３つのレ
ーザダイオードに接続され、波長が同じダイオードは前記加算器の光軸に対して
左右対称に配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の発光加算器。
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- 2001-02-14 US US09/783,475 patent/US20010017776A1/en not_active Abandoned
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004071694A (ja) * | 2002-08-02 | 2004-03-04 | Nichia Chem Ind Ltd | 高出力半導体レーザ装置 |
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