JP2005114977A - 光パワー合成用光学系および光源モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の光源からの光を１個の受光器に効率良く結合させて高出力を得ることができ、光学系を短光路長にできる構成の光パワー合成用光学系を実現する。
【解決手段】Ｍ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）に配置された複数の光源（ＬＤ）１からの光を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光パワー合成用光学系において、結合手段を、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、集光用光学素子４で構成し、Ｍ個の配列方向の倍率がＮ個の配列方向の倍率よりも大きくなるようにアナモフィック光学素子３を配置する。そしてアナモフィック光学素子３により水平方向の光束を垂直方向と同等に小さくするようにすることにより、集光レンズＬ２の口径を小さくでき、焦点距離も短くできるので、垂直方向の倍率が小さくなり、光束の集光径も小さくなり、受光器への結合効率が向上し、高出力の出射光が得られる。
【選択図】図１
【解決手段】Ｍ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）に配置された複数の光源（ＬＤ）１からの光を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光パワー合成用光学系において、結合手段を、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、集光用光学素子４で構成し、Ｍ個の配列方向の倍率がＮ個の配列方向の倍率よりも大きくなるようにアナモフィック光学素子３を配置する。そしてアナモフィック光学素子３により水平方向の光束を垂直方向と同等に小さくするようにすることにより、集光レンズＬ２の口径を小さくでき、焦点距離も短くできるので、垂直方向の倍率が小さくなり、光束の集光径も小さくなり、受光器への結合効率が向上し、高出力の出射光が得られる。
【選択図】図１
Description
本発明は、複数の光源からの光を効率良く受光器に結合する光パワー合成用光学系および、その光パワー合成用光学系を備えた光源モジュールに関する。
複数の光源からの光を１箇所に集光して光ファイバ等の受光器に結合する光パワー合成用光学系として、複数の光源（例えば半導体レーザまたは発光ダイオード）からの光を、それぞれに対応するコリメートレンズで略平行光とした後、その複数の光束を一つの大口径の集光レンズで１箇所に集光して光ファイバ等に結合する光学系が提案されている（特許文献１〜３参照）。
上述のような合成用光学系の小型化の手段として薄型化を考える場合、垂直方向の光源配置数を少なくすることが有効であるが、この場合には逆に水平方向の配置数を増やさなければならなくなる（例えば長方形的に配置）。
また、合成光を光ファイバのように開口数（ＮＡ）の制限がある受光器に効率良く取り込むためには、集光レンズで集光される合成光のＮＡを受光器のＮＡよりも小さくする必要があるが、配置数の多い水平方向の光束に対してＮＡを最適化しなければならないため、集光レンズの口径が大きくなり、また焦点距離も長くなってしまうため、光学系の光路長が長くなるので、光学系が大型になってしまう。さらに、集光レンズの焦点距離が長くなると光学系の倍率が大きくなり、光束の集光径も大きくなってしまうため、受光器の受光エリア（例えば光ファイバのコア径等）が小さい場合には受光エリアに入りきらないこともあり、結合効率が低下するという問題がある。
また、合成光を光ファイバのように開口数（ＮＡ）の制限がある受光器に効率良く取り込むためには、集光レンズで集光される合成光のＮＡを受光器のＮＡよりも小さくする必要があるが、配置数の多い水平方向の光束に対してＮＡを最適化しなければならないため、集光レンズの口径が大きくなり、また焦点距離も長くなってしまうため、光学系の光路長が長くなるので、光学系が大型になってしまう。さらに、集光レンズの焦点距離が長くなると光学系の倍率が大きくなり、光束の集光径も大きくなってしまうため、受光器の受光エリア（例えば光ファイバのコア径等）が小さい場合には受光エリアに入りきらないこともあり、結合効率が低下するという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、複数の光源からの光を１個の受光器に効率良く結合させて高出力を得ることができ、かつ、光学系を薄型、短光路長にできる構成の光パワー合成用光学系を提供することを目的とする。
また、本発明は、その光パワー合成用光学系を備え、高出力で小型、コンパクトな光源モジュールを提供することを目的とする。
また、本発明は、その光パワー合成用光学系を備え、高出力で小型、コンパクトな光源モジュールを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための手段として、本発明では以下のような構成を採用する。
本発明の第１の構成は、Ｍ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）（Ｍ，Ｎは１以上の整数）に配置された複数の光源からの光を、結合手段を用いて１個の受光器に結合させる光パワー合成用光学系において、前記結合手段は、コリメータ光学素子、アナモフィック光学素子、集光用光学素子で構成され、Ｍ個の配列方向の倍率がＮ個の配列方向の倍率よりも大きくなるように前記アナモフィック光学素子が配置されていることを特徴とする。
また、第２の構成は、第１の構成の光パワー合成用光学系において、前記アナモフィック光学素子と前記集光用光学素子の間に、折り返し用の反射光学素子を配置したことを特徴とする。
本発明の第１の構成は、Ｍ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）（Ｍ，Ｎは１以上の整数）に配置された複数の光源からの光を、結合手段を用いて１個の受光器に結合させる光パワー合成用光学系において、前記結合手段は、コリメータ光学素子、アナモフィック光学素子、集光用光学素子で構成され、Ｍ個の配列方向の倍率がＮ個の配列方向の倍率よりも大きくなるように前記アナモフィック光学素子が配置されていることを特徴とする。
また、第２の構成は、第１の構成の光パワー合成用光学系において、前記アナモフィック光学素子と前記集光用光学素子の間に、折り返し用の反射光学素子を配置したことを特徴とする。
第３の構成は、第１または第２の構成の光パワー合成用光学系において、前記集光用光学素子として、集光レンズ（屈折率差と連続的な曲面形状によってレンズ効果を持つ一般的なレンズ）、屈折率分布レンズ、フレネルレンズ、回折光学素子、ホログラム素子のうちのいずれかを使用したことを特徴とする。
また、第４の構成は、第３の構成の光パワー合成用光学系において、前記集光用光学素子として、研磨によるガラスレンズ、またはガラスモールドレンズ、または樹脂成形レンズ、またはエッチングによって加工されたレンズを使用したことを特徴とする。
また、第４の構成は、第３の構成の光パワー合成用光学系において、前記集光用光学素子として、研磨によるガラスレンズ、またはガラスモールドレンズ、または樹脂成形レンズ、またはエッチングによって加工されたレンズを使用したことを特徴とする。
第５の構成は、第２の構成の光パワー合成用光学系において、前記集光用光学素子と反射光学素子の機能が一体化された反射集光光学素子を使用したことを特徴とする。
また、第６の構成は、第５の構成の光パワー合成用光学系において、前記反射集光光学素子として、凹面ミラーまたはホログラム素子を使用したことを特徴とする。
また、第６の構成は、第５の構成の光パワー合成用光学系において、前記反射集光光学素子として、凹面ミラーまたはホログラム素子を使用したことを特徴とする。
第７の構成は、第１〜６のいずれか一つの構成の光パワー合成用光学系において、前記光源として半導体レーザ（ＬＤ）、前記受光器として光ファイバを使用することを特徴とする光パワー合成用光学系。
また、第８の構成は、第７の構成の光パワー合成用光学系において、前記半導体レーザ（ＬＤ）のエミッションエリアの幅の大きい方向を光学系の倍率の小さい方向に、エミッションエリアの幅の小さい方向を光学系の倍率の大きい方向になるように、半導体レーザ（ＬＤ）の向きを配置したことを特徴とする。
さらに、第９の構成は、第７または８の構成の光パワー合成用光学系において、前記光ファイバとして、コア径が１００μｍ以下、開口数（ＮＡ）が０．３５以下である光ファイバを使用したことを特徴とする。
また、第８の構成は、第７の構成の光パワー合成用光学系において、前記半導体レーザ（ＬＤ）のエミッションエリアの幅の大きい方向を光学系の倍率の小さい方向に、エミッションエリアの幅の小さい方向を光学系の倍率の大きい方向になるように、半導体レーザ（ＬＤ）の向きを配置したことを特徴とする。
さらに、第９の構成は、第７または８の構成の光パワー合成用光学系において、前記光ファイバとして、コア径が１００μｍ以下、開口数（ＮＡ）が０．３５以下である光ファイバを使用したことを特徴とする。
第１０の構成は、第１〜６のいずれか一つの構成の光パワー合成用光学系において、前記光源として、発光エリアに幅の大きい方向と幅の小さい方向を持つ光源を使用し、発光エリアの幅の大きい方向を光学系の倍率の小さい方向に、発光エリアの幅の小さい方向を光学系の倍率の大きい方向になるように、光源の向きを配置したことを特徴とする。
また、第１１の構成は、第１〜６，１０のいずれか一つの構成の光パワー合成用光学系において、前記光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）または面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）またはランプを使用したことを特徴とする。
また、第１１の構成は、第１〜６，１０のいずれか一つの構成の光パワー合成用光学系において、前記光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）または面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）またはランプを使用したことを特徴とする。
第１２の構成は、第１〜６のいずれか一つの構成の光パワー合成用光学系において、半導体レーザ（ＬＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）またはエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）または面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）またはランプからの光を一度光ファイバまたは光導波路に取り込み、その光ファイバまたは光導波路からの出射光を光源としたことを特徴とする。
また、第１３の構成は、第１〜６，１０〜１２のいずれか一つの構成の光パワー合成用光学系において、前記受光器として、光ファイバまたは光導波路またはライトトンネルまたはピンホール等の開口部を使用したことを特徴とする。
また、第１３の構成は、第１〜６，１０〜１２のいずれか一つの構成の光パワー合成用光学系において、前記受光器として、光ファイバまたは光導波路またはライトトンネルまたはピンホール等の開口部を使用したことを特徴とする。
第１４の構成は、第１〜１３のいずれか一つの構成の光パワー合成用光学系において、前記アナモフィック光学素子として、プリズムを使用したことを特徴とする。
また、第１５の構成は、第１４の構成の光パワー合成用光学系において、前記プリズムとして、一体型の大型プリズムを使用したことを特徴とする。
さらに、第１６の構成は、第１４の構成の光パワー合成用光学系において、前記プリズムとして、個々の小型プリズムを整列したもの、または、小型プリズム整列品の形状を一体型として加工したものを使用したことを特徴とする。
また、第１５の構成は、第１４の構成の光パワー合成用光学系において、前記プリズムとして、一体型の大型プリズムを使用したことを特徴とする。
さらに、第１６の構成は、第１４の構成の光パワー合成用光学系において、前記プリズムとして、個々の小型プリズムを整列したもの、または、小型プリズム整列品の形状を一体型として加工したものを使用したことを特徴とする。
第１７の構成は、第１〜１３のいずれか一つの構成のパワー合成用光学系において、前記アナモフィック光学素子として、シリンドリカルレンズまたはシリンドリカルミラーまたは回折光学素子を使用したことを特徴とする。
また、第１８の構成は、第１〜１７のいずれか一つの構成の光パワー合成用光学系において、前記コリメータ光学素子として、コリメータレンズ（屈折率差と連続的な曲面形状によってレンズ効果を持つ一般的なレンズ）、屈折率分布レンズ、フレネルレンズ、回折光学素子、ホログラム素子のうちのいずれかを使用したことを特徴とする。
さらに、第１９の構成は、第１８の構成の光パワー合成用光学系において、前記コリメータレンズとして、研磨によるガラスレンズ、またはガラスモールドレンズ、または樹脂成形レンズ、またはエッチングによって加工されたレンズを使用したことを特徴とする。
さらにまた、第２０の構成は、第１８または１９の構成の光パワー合成用光学系において、前記コリメータレンズは、単体レンズの集合体、または一体化されたレンズアレイであることを特徴とする。
また、第１８の構成は、第１〜１７のいずれか一つの構成の光パワー合成用光学系において、前記コリメータ光学素子として、コリメータレンズ（屈折率差と連続的な曲面形状によってレンズ効果を持つ一般的なレンズ）、屈折率分布レンズ、フレネルレンズ、回折光学素子、ホログラム素子のうちのいずれかを使用したことを特徴とする。
さらに、第１９の構成は、第１８の構成の光パワー合成用光学系において、前記コリメータレンズとして、研磨によるガラスレンズ、またはガラスモールドレンズ、または樹脂成形レンズ、またはエッチングによって加工されたレンズを使用したことを特徴とする。
さらにまた、第２０の構成は、第１８または１９の構成の光パワー合成用光学系において、前記コリメータレンズは、単体レンズの集合体、または一体化されたレンズアレイであることを特徴とする。
第２１の構成は、光源モジュールであって、第１〜２０のいずれか一つの構成の光パワー合成用光学系を備えたことを特徴とする。
また、第２２の構成は、第２１の構成の光源モジュールにおいて、合成光の出射部に出射部用光学素子を取り付けたことを特徴とする。
また、第２２の構成は、第２１の構成の光源モジュールにおいて、合成光の出射部に出射部用光学素子を取り付けたことを特徴とする。
第２３の構成は、第２２の構成の光源モジュールにおいて、前記出射部用光学素子として集光用共軸光学素子または集光用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が集光されることを特徴とする。
また、第２４の構成は、第２２の構成の光源モジュールにおいて、前記出射部用光学素子としてコリメート用共軸光学素子またはコリメート用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が平行光にされることを特徴とする。
さらに、第２５の構成は、第２２の構成の光源モジュールにおいて、前記出射部用光学素子として発散用共軸光学素子または発散用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が発散されることを特徴とする。
さらにまた、第２６の構成は、第２１〜２５のいずれか一つの構成の光源モジュールにおいて、合成光の出射部または出射部用光学素子の出射部に照度（光量）分布均一化光学素子を取り付け、該照度（光量）分布均一化光学素子により照度（光量）分布が均一な出射光が出射されることを特徴とする。
また、第２４の構成は、第２２の構成の光源モジュールにおいて、前記出射部用光学素子としてコリメート用共軸光学素子またはコリメート用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が平行光にされることを特徴とする。
さらに、第２５の構成は、第２２の構成の光源モジュールにおいて、前記出射部用光学素子として発散用共軸光学素子または発散用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が発散されることを特徴とする。
さらにまた、第２６の構成は、第２１〜２５のいずれか一つの構成の光源モジュールにおいて、合成光の出射部または出射部用光学素子の出射部に照度（光量）分布均一化光学素子を取り付け、該照度（光量）分布均一化光学素子により照度（光量）分布が均一な出射光が出射されることを特徴とする。
本発明の光パワー合成用光学系では、Ｍ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）に配置された複数の光源からの光を、結合手段を用いて１個の受光器に結合させる光パワー合成用光学系において、前記結合手段は、コリメータ光学素子、アナモフィック光学素子、集光用光学素子で構成され、Ｍ個の配列方向の倍率がＮ個の配列方向の倍率よりも大きくなるように前記アナモフィック光学素子が配置されていることを特徴としており、プリズムやプリズムアレイ等のアナモフィック光学素子により水平方向の光束を垂直方向と同等に小さくする（もしくは近づける）ようにすることにより、集光レンズの口径を従来の光学系に比べて小さくでき、焦点距離も短くできる（光路長が短くなる）ので、光学系が小型になる。また、焦点距離が短くなったので垂直方向の倍率は小さくなり、光束の集光径も小さくなり、受光器への結合効率が向上し、高出力の出射光が得られる。
また、開口数（ＮＡ）、倍率に対して、光源のＭ×Ｎの配列数とアナモフィック光学素子のアナモフィック性をバランス良く構成すると良く、具体的には、アナモフィック光学系は水平方向と垂直方向の倍率が異なるので、例えば半導体レーザ（ＬＤ）のような非対称な発光エリアを持つ光源を使用する場合には、発光エリア径の小さい方向をアナモフィック光学系の倍率の大きい方向に、発光エリア径の大きい方向をアナモフィック光学系の倍率の小さい方向になるように設置することで、光束の集光径をバランス良く小さくすることができ、光ファイバや光導波路等の受光器に効率良く結合することができる。
また、開口数（ＮＡ）、倍率に対して、光源のＭ×Ｎの配列数とアナモフィック光学素子のアナモフィック性をバランス良く構成すると良く、具体的には、アナモフィック光学系は水平方向と垂直方向の倍率が異なるので、例えば半導体レーザ（ＬＤ）のような非対称な発光エリアを持つ光源を使用する場合には、発光エリア径の小さい方向をアナモフィック光学系の倍率の大きい方向に、発光エリア径の大きい方向をアナモフィック光学系の倍率の小さい方向になるように設置することで、光束の集光径をバランス良く小さくすることができ、光ファイバや光導波路等の受光器に効率良く結合することができる。
このように、本発明によれば、ＮＡを適正化でき、また、光束の集光径を水平、垂直方向でバランス良く小さくできるので、効率良く受光器に結合でき、高出力化を達成することができる光パワー合成用光学系を実現できる。また、本発明の光パワー合成用光学系を用いて光源モジュールを構成することにより、、光学系を薄型、短光路長にできるので、小型・コンパクトで高出力な光源モジュールを実現することができる。
以下、本発明の構成、動作及び作用を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、同図（ａ）は光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図、同図（ｂ）は光パワー合成用光学系の垂直方向の光学系配置を示す図である。
図１に示すように、この光パワー合成用光学系は、光源部１において水平方向にＭ個、垂直方向にＮ個のＭ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）（Ｍ，Ｎは１以上の整数）に配置された複数の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、集光用光学素子４で構成され、Ｍ個の配列方向の倍率がＮ個の配列方向の倍率よりも大きくなるように前記アナモフィック光学素子４が配置されている構成となっている。
図１は本発明の一実施形態を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、同図（ａ）は光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図、同図（ｂ）は光パワー合成用光学系の垂直方向の光学系配置を示す図である。
図１に示すように、この光パワー合成用光学系は、光源部１において水平方向にＭ個、垂直方向にＮ個のＭ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）（Ｍ，Ｎは１以上の整数）に配置された複数の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、集光用光学素子４で構成され、Ｍ個の配列方向の倍率がＮ個の配列方向の倍率よりも大きくなるように前記アナモフィック光学素子４が配置されている構成となっている。
ここで図１において、光源部１のＭ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）に配置された複数の光源としては、通常、同一の波長域の光源が用いられ、例えば半導体レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、ランプ等のいずれかを使用することができる。また、半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などをアレイ状に形成したＬＤアレイやＬＥＤアレイ等も使用することができる。
コリメータ光学素子２は、図示の例では光源部１の各光源と１対１に対応してＭ×Ｎに配置された複数のコリメータレンズＬ１で構成されている。このコリメータレンズＬ１としては、屈折率差と連続的な曲面形状によってレンズ効果を持つ一般的なレンズが使用されるが、この他、コリメータ光学素子２としては、屈折率分布レンズ、フレネルレンズ、回折光学素子、ホログラム素子のうちのいずれかを使用することができる。さらに、コリメータレンズＬ１としては、研磨によるガラスレンズ、またはガラスモールドレンズ、または樹脂成形レンズ、またはエッチングによって加工されたレンズを使用することができる。さらにまた、コリメータレンズ部は、単体レンズの集合体か、または一体化されたレンズアレイで構成される。
アナモフィック光学素子３としては、プリズムを使用することができ、より具体的には、プリズムとして、一体型の大型プリズムを使用するか、あるいは、個々の小型プリズムを整列したもの、または、小型プリズム整列品の形状を一体型として加工したものを使用することができる。また、この他、アナモフィック光学素子３としては、シリンドリカルレンズ、シリンドリカルミラー、ホログラム素子、回折光学素子等を使用することができる。
集光用光学素子４としては、図示の例では集光レンズ（屈折率差と連続的な曲面形状によってレンズ効果を持つ一般的なレンズ）が用いられるが、この他、屈折率分布レンズ、フレネルレンズ、回折光学素子、ホログラム素子のうちのいずれかを使用することができる。また、集光用光学素子４として、研磨によるガラスレンズ、またはガラスモールドレンズ、または樹脂成形レンズ、またはエッチングによって加工されたレンズ等を使用することができる。
受光器５としては、光ファイバ、光導波路、ライトトンネル、ピンホール等を使用することができる。
コリメータ光学素子２は、図示の例では光源部１の各光源と１対１に対応してＭ×Ｎに配置された複数のコリメータレンズＬ１で構成されている。このコリメータレンズＬ１としては、屈折率差と連続的な曲面形状によってレンズ効果を持つ一般的なレンズが使用されるが、この他、コリメータ光学素子２としては、屈折率分布レンズ、フレネルレンズ、回折光学素子、ホログラム素子のうちのいずれかを使用することができる。さらに、コリメータレンズＬ１としては、研磨によるガラスレンズ、またはガラスモールドレンズ、または樹脂成形レンズ、またはエッチングによって加工されたレンズを使用することができる。さらにまた、コリメータレンズ部は、単体レンズの集合体か、または一体化されたレンズアレイで構成される。
アナモフィック光学素子３としては、プリズムを使用することができ、より具体的には、プリズムとして、一体型の大型プリズムを使用するか、あるいは、個々の小型プリズムを整列したもの、または、小型プリズム整列品の形状を一体型として加工したものを使用することができる。また、この他、アナモフィック光学素子３としては、シリンドリカルレンズ、シリンドリカルミラー、ホログラム素子、回折光学素子等を使用することができる。
集光用光学素子４としては、図示の例では集光レンズ（屈折率差と連続的な曲面形状によってレンズ効果を持つ一般的なレンズ）が用いられるが、この他、屈折率分布レンズ、フレネルレンズ、回折光学素子、ホログラム素子のうちのいずれかを使用することができる。また、集光用光学素子４として、研磨によるガラスレンズ、またはガラスモールドレンズ、または樹脂成形レンズ、またはエッチングによって加工されたレンズ等を使用することができる。
受光器５としては、光ファイバ、光導波路、ライトトンネル、ピンホール等を使用することができる。
次により具体的な例として、図１に示す光学系において、光源部１はＭ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）に配置された複数の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２はＭ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）に配置された複数のコリメータレンズ（Ｌ１）、アナモフィック光学素子３はプリズム、集光用光学素子４は１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバとして、複数のＬＤからの光束（ビーム）を１本の光ファイバ５に効率良く結合させる薄型（小型）の光パワー合成用光学系について検討した。
［基本的な考え］
（効率良く結合）
・複数のＬＤからのビームトータルの開口数（ＮＡ）を光ファイバのＮＡよりも小さくする。
・倍率を小さくして、集光レンズ（Ｌ２）による集光スポット径を、光ファイバのコア径よりも小さくする。
（薄型（小型）の光学系）
・ＬＤの配置をＭ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）とする（Ｍ：水平方向の個数、Ｎ：垂直方向の個数）
・アナモフィック光学素子を使用し、水平、垂直方向の光束幅を同じにする（もしくは近づける）→集光レンズ（Ｌ２）の口径が小さくなり、焦点距離ｆ２も短くなるので光学系が小型になる。
・ＬＤのエミッションエリアの幅の大きい方向をアナモフィック光学系の倍率の小さい方向に、エミッションエリアの幅の小さい方向をアナモフィック光学系の倍率の大きい方向になるように設置することで、ビームの集光径をバランス良く小さくする。
［設計で決定する特性］
光学系の構成部材の特性を下記の表１に示す記号で表すことにする。また、光学系の設計条件として設定されている特性および設計で決定する特性は表１の通りである。
（効率良く結合）
・複数のＬＤからのビームトータルの開口数（ＮＡ）を光ファイバのＮＡよりも小さくする。
・倍率を小さくして、集光レンズ（Ｌ２）による集光スポット径を、光ファイバのコア径よりも小さくする。
（薄型（小型）の光学系）
・ＬＤの配置をＭ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）とする（Ｍ：水平方向の個数、Ｎ：垂直方向の個数）
・アナモフィック光学素子を使用し、水平、垂直方向の光束幅を同じにする（もしくは近づける）→集光レンズ（Ｌ２）の口径が小さくなり、焦点距離ｆ２も短くなるので光学系が小型になる。
・ＬＤのエミッションエリアの幅の大きい方向をアナモフィック光学系の倍率の小さい方向に、エミッションエリアの幅の小さい方向をアナモフィック光学系の倍率の大きい方向になるように設置することで、ビームの集光径をバランス良く小さくする。
［設計で決定する特性］
光学系の構成部材の特性を下記の表１に示す記号で表すことにする。また、光学系の設計条件として設定されている特性および設計で決定する特性は表１の通りである。
［設計］
図１に示す光学系の基本的な設計方法は以下の通りである。
［１］半導体レーザ（ＬＤ）をＭ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）に配置する。
ＬＤの向きは、光学系の水平方向にＬＤのＶ方向、垂直方向にＬＤのＨ方向を合せ、ＬＤのエミッションエリアの幅の小さい方向（ＥＡＶ）をＭ個配列方向に、エミッションエリアの幅の大きい方向（ＥＡＨ）をＮ個配列方向になるように設置する。
［２］コリメータレンズ（Ｌ１）の焦点距離：ｆ１を求める。
光学系の厚み（Ｎ個の配列方向の光学的な有効エリア幅）の目標値をＹ０として設定し、下記の (1)式より、ＤＹを求める。
Ｙ０＝（Ｎ−１）×ＰＹ＋ＤＹ ・・・(1)
一般的な式ＮＡ＝Ｄ／２ｆにＤＹとＮＡＨを代入することでｆ１が求められる。
ｆ１＝ＤＹ／（２×ＮＡＨ） ・・・(2)
［３］アナモフィック光学素子入射前のビーム光束幅：Ｘ０を求める。
一般的な式ＮＡ＝Ｄ／２ｆにｆ１とＮＡＶを代入することでＤＸが求められる。
ＤＸ＝２ｆ１×ＮＡＶ ・・・(3)
下記の (4)式より、Ｘ０が求められる。
Ｘ０＝（Ｍ−１）×ＰＸ＋ＤＸ ・・・(4)
［４］アナモフィック光学素子のビーム縮小倍率：ＭＸを決める。
Ｘ１＝Ｙ０となるようなＭＸを求める。
ＭＸ＝Ｘ１／Ｘ０＝Ｙ０／Ｘ０ ・・・(5)
［５］集光レンズ（Ｌ２）の焦点距離：ｆ２を決める。
一般的な式ＮＡ＝Ｄ／２ｆに√２×Ｘ１とＮＡＦを代入することでｆ２が求められる。
√２×Ｘ１はビーム配列の対角方向の幅である（Ｘ１＝Ｙ０より）。
ｆ２＝（√２×Ｘ１）／（２×ＮＡＦ） ・・・(6)
［６］集光ビーム径を求める。
光学系の倍率βＸ、βＹを求める。
βＸ＝（ｆ２／ｆ１）×１／ＭＸ ・・・(7)
βＹ＝ｆ２／ｆ１ ・・・(8)
エミッションエリアと倍率より集光ビーム径を求める。
ＷＸ＝βＸ×ＥＡＶ ・・・(9)
ＷＹ＝βＹ×ＥＡＨ ・・・(10)
［７］集光ビーム径が光ファイバのコア径よりも小さいことを確認する。
ＷＸ＜ＦＤ ・・・(11)
ＷＹ＜ＦＤ ・・・(12)
図１に示す光学系の基本的な設計方法は以下の通りである。
［１］半導体レーザ（ＬＤ）をＭ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）に配置する。
ＬＤの向きは、光学系の水平方向にＬＤのＶ方向、垂直方向にＬＤのＨ方向を合せ、ＬＤのエミッションエリアの幅の小さい方向（ＥＡＶ）をＭ個配列方向に、エミッションエリアの幅の大きい方向（ＥＡＨ）をＮ個配列方向になるように設置する。
［２］コリメータレンズ（Ｌ１）の焦点距離：ｆ１を求める。
光学系の厚み（Ｎ個の配列方向の光学的な有効エリア幅）の目標値をＹ０として設定し、下記の (1)式より、ＤＹを求める。
Ｙ０＝（Ｎ−１）×ＰＹ＋ＤＹ ・・・(1)
一般的な式ＮＡ＝Ｄ／２ｆにＤＹとＮＡＨを代入することでｆ１が求められる。
ｆ１＝ＤＹ／（２×ＮＡＨ） ・・・(2)
［３］アナモフィック光学素子入射前のビーム光束幅：Ｘ０を求める。
一般的な式ＮＡ＝Ｄ／２ｆにｆ１とＮＡＶを代入することでＤＸが求められる。
ＤＸ＝２ｆ１×ＮＡＶ ・・・(3)
下記の (4)式より、Ｘ０が求められる。
Ｘ０＝（Ｍ−１）×ＰＸ＋ＤＸ ・・・(4)
［４］アナモフィック光学素子のビーム縮小倍率：ＭＸを決める。
Ｘ１＝Ｙ０となるようなＭＸを求める。
ＭＸ＝Ｘ１／Ｘ０＝Ｙ０／Ｘ０ ・・・(5)
［５］集光レンズ（Ｌ２）の焦点距離：ｆ２を決める。
一般的な式ＮＡ＝Ｄ／２ｆに√２×Ｘ１とＮＡＦを代入することでｆ２が求められる。
√２×Ｘ１はビーム配列の対角方向の幅である（Ｘ１＝Ｙ０より）。
ｆ２＝（√２×Ｘ１）／（２×ＮＡＦ） ・・・(6)
［６］集光ビーム径を求める。
光学系の倍率βＸ、βＹを求める。
βＸ＝（ｆ２／ｆ１）×１／ＭＸ ・・・(7)
βＹ＝ｆ２／ｆ１ ・・・(8)
エミッションエリアと倍率より集光ビーム径を求める。
ＷＸ＝βＸ×ＥＡＶ ・・・(9)
ＷＹ＝βＹ×ＥＡＨ ・・・(10)
［７］集光ビーム径が光ファイバのコア径よりも小さいことを確認する。
ＷＸ＜ＦＤ ・・・(11)
ＷＹ＜ＦＤ ・・・(12)
以上の設計方法により、光ファイバのＮＡ、コア径に対して効率良く結合できる薄型の光パワー合成用光学系が求められる。
尚、光源部１には複数の異なる波長域の光源を用いることもできるが、光源部１に複数の同一波長域の光源（例えば複数の同一波長域のＬＤ等）を用い、その光束を合成することにより、単一の波長域で高出力の光束を光ファイバ等の受光器５に結合でき、受光器５からは単一波長域で高出力の出射光が得られる。
尚、光源部１には複数の異なる波長域の光源を用いることもできるが、光源部１に複数の同一波長域の光源（例えば複数の同一波長域のＬＤ等）を用い、その光束を合成することにより、単一の波長域で高出力の光束を光ファイバ等の受光器５に結合でき、受光器５からは単一波長域で高出力の出射光が得られる。
以上、本発明の光パワー合成用光学系の基本的な構成および設計方法について説明したが、次に本発明のより具体的な実施例について説明する。
［実施例１］
図２は本発明の第１の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、（ａ）は光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａ方向から見たときの垂直方向の光学系配置を示す図である。
図２に示すように、この光パワー合成用光学系は、光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）、アナモフィック光学素子３は８個の小型プリズム３Ａがアレイ状に一体に配置されたプリズムアレイ、集光用光学素子４は１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。尚、光学系の具体的な条件は以下の通りである。
図２は本発明の第１の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、（ａ）は光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａ方向から見たときの垂直方向の光学系配置を示す図である。
図２に示すように、この光パワー合成用光学系は、光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）、アナモフィック光学素子３は８個の小型プリズム３Ａがアレイ状に一体に配置されたプリズムアレイ、集光用光学素子４は１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。尚、光学系の具体的な条件は以下の通りである。
（条件）
（１）光源はＬＤ（半導体レーザ）、発光パワー３０ｍＷ。
（２）ＬＤの波長λ：４０８±１０ｎｍ。
（３）ＬＤの発散角（ＦＷＨＭ）：Ｈ方向８°、Ｖ方向２４°。
（４）ＬＤのＮＡ（１／ｅ２）：Ｈ方向０．１２、Ｖ方向０．３５。
（５）ＬＤのエミッションエリア：Ｈ方向２．２μｍ、Ｖ方向０．７μｍ。
（６）ＬＤの配列数：８（水平方向）×２（垂直方向）に配列された径１６個。
（７）ＬＤの配列ピッチ：ＰＸ（水平方向）、ＰＹ（垂直方向）とも７．５ｍｍ。
（８）ＬＤの設置向き：光学系の水平方向にＬＤのＶ方向、垂直方向にＬＤのＨ方向とする。
（９）コリメータレンズＬ１：非球面レンズ、焦点距離５．５ｍｍ、有効径５．５ｍｍ。
（１０）アナモフィック光学素子：石英からなるプリズムアレイ。ビーム径縮小率：水平方向０．１８、垂直方向１．０。
（１１）集光レンズＬ２：非球面レンズ、焦点距離３５ｍｍ、有効径１５ｍｍ。
（１２）受光器：マルチモード光ファイバ、コア径５０μｍ、ＮＡ０．２。
（１３）各光学素子の入出射面に反射防止（ＡＲ）コート（反射率０．５％以下）。
（１４）光学系全体の倍率：水平方向３５．４、垂直方向６．４。
（１）光源はＬＤ（半導体レーザ）、発光パワー３０ｍＷ。
（２）ＬＤの波長λ：４０８±１０ｎｍ。
（３）ＬＤの発散角（ＦＷＨＭ）：Ｈ方向８°、Ｖ方向２４°。
（４）ＬＤのＮＡ（１／ｅ２）：Ｈ方向０．１２、Ｖ方向０．３５。
（５）ＬＤのエミッションエリア：Ｈ方向２．２μｍ、Ｖ方向０．７μｍ。
（６）ＬＤの配列数：８（水平方向）×２（垂直方向）に配列された径１６個。
（７）ＬＤの配列ピッチ：ＰＸ（水平方向）、ＰＹ（垂直方向）とも７．５ｍｍ。
（８）ＬＤの設置向き：光学系の水平方向にＬＤのＶ方向、垂直方向にＬＤのＨ方向とする。
（９）コリメータレンズＬ１：非球面レンズ、焦点距離５．５ｍｍ、有効径５．５ｍｍ。
（１０）アナモフィック光学素子：石英からなるプリズムアレイ。ビーム径縮小率：水平方向０．１８、垂直方向１．０。
（１１）集光レンズＬ２：非球面レンズ、焦点距離３５ｍｍ、有効径１５ｍｍ。
（１２）受光器：マルチモード光ファイバ、コア径５０μｍ、ＮＡ０．２。
（１３）各光学素子の入出射面に反射防止（ＡＲ）コート（反射率０．５％以下）。
（１４）光学系全体の倍率：水平方向３５．４、垂直方向６．４。
図２の構成では、アナモフィック光学素子３に、小型プリズム３Ａからなるプリズムアレイを用いており、小型プリズムはビームの透過経路が短いので、内部吸収によるロスが少ないのがメリットである。
図２の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が８％あるものとした場合、４２８ｍＷ（効率８９％）である。また、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスが全くないものとした場合、４６５ｍＷ（効率９７％）である。
図２の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が８％あるものとした場合、４２８ｍＷ（効率８９％）である。また、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスが全くないものとした場合、４６５ｍＷ（効率９７％）である。
尚、実施例１の構成を前述の設計方法の［１］〜［７］に当てはめてみると以下のようなる。
［１］ＬＤを８×２に配列する。ＬＤの向きは８個配列方向にＥＡＶ＝０．７μｍ、２個配列方向にＥＡＨ＝２．２μｍとなるように設置する。
［２］光学系の厚みの目標値をＹ０＝１０ｍｍとすると前記(1)式よりＤＹ＝２．５ｍｍとなる。ＬＤのＨ方向のＮＡは１／ｅ２で０．１２だが、ここでは効率を上げるために、ＮＡＨ＝０．２３と大きくする。前記(2)式より、ｆ１＝５．４３≒５．５ｍｍとなる。
［３］ＬＤのＶ方向のＮＡは１／ｅ２で０．３５だが、ここでは効率を上げるために、ＮＡＶ＝０．５と大きくする。前記(3)式より、ＤＸ＝５．５ｍｍとなる。よって前記(4)式より、Ｘ０＝５８ｍｍとなる。
［４］ＭＸ＝１０／５８＝０．１７２≒０．１８
［５］ｆ２＝（√２×１０）／（２×０．２）＝３５．４≒３５ｍｍ
［６］βＸ＝（３５／５．５）×１／０．１８＝３５．４
βＹ＝３５／５．５＝６．４
ＷＸ＝３５．４×０．７＝２４．８μｍ
ＷＹ＝６．４×２．２＝１４．１μｍ
［７］ＷＸ、ＷＹとも光ファイバのコア径ＦＤ＝５０μｍよりも十分小さい。
従って、光ファイバのＮＡ、コア径に対して効率良く結合できる薄型の光パワー合成用光学系が得られる。
［１］ＬＤを８×２に配列する。ＬＤの向きは８個配列方向にＥＡＶ＝０．７μｍ、２個配列方向にＥＡＨ＝２．２μｍとなるように設置する。
［２］光学系の厚みの目標値をＹ０＝１０ｍｍとすると前記(1)式よりＤＹ＝２．５ｍｍとなる。ＬＤのＨ方向のＮＡは１／ｅ２で０．１２だが、ここでは効率を上げるために、ＮＡＨ＝０．２３と大きくする。前記(2)式より、ｆ１＝５．４３≒５．５ｍｍとなる。
［３］ＬＤのＶ方向のＮＡは１／ｅ２で０．３５だが、ここでは効率を上げるために、ＮＡＶ＝０．５と大きくする。前記(3)式より、ＤＸ＝５．５ｍｍとなる。よって前記(4)式より、Ｘ０＝５８ｍｍとなる。
［４］ＭＸ＝１０／５８＝０．１７２≒０．１８
［５］ｆ２＝（√２×１０）／（２×０．２）＝３５．４≒３５ｍｍ
［６］βＸ＝（３５／５．５）×１／０．１８＝３５．４
βＹ＝３５／５．５＝６．４
ＷＸ＝３５．４×０．７＝２４．８μｍ
ＷＹ＝６．４×２．２＝１４．１μｍ
［７］ＷＸ、ＷＹとも光ファイバのコア径ＦＤ＝５０μｍよりも十分小さい。
従って、光ファイバのＮＡ、コア径に対して効率良く結合できる薄型の光パワー合成用光学系が得られる。
［実施例２］
図３は本発明の第２の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図である。
図３に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）である。アナモフィック光学素子３は１個の大型プリズム３Ｂであり、集光用光学素子４は実施例１と同様に１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。
図３は本発明の第２の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図である。
図３に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）である。アナモフィック光学素子３は１個の大型プリズム３Ｂであり、集光用光学素子４は実施例１と同様に１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。
本実施例と実施例１（図２）との相違点は、アナモフィック光学素子３として、プリズムアレイに代えて大型プリズム３Ａを使用したことであり、プリズムの組み付けや調整が容易になるという利点がある。尚、その他の構成や条件は実施例１と同様である。
図３の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が９．５％あるものとした場合、４２１ｍＷ（効率８８％）である。
図３の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が９．５％あるものとした場合、４２１ｍＷ（効率８８％）である。
［実施例３］
図４は本発明の第３の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図である。
図４に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、反射光学素子６、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）、アナモフィック光学素子３は８個の小型プリズム３Ａがアレイ状に一体に配置されたプリズムアレイ、反射光学素子６は反射ミラー、集光用光学素子４は１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。
図４は本発明の第３の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図である。
図４に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、反射光学素子６、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）、アナモフィック光学素子３は８個の小型プリズム３Ａがアレイ状に一体に配置されたプリズムアレイ、反射光学素子６は反射ミラー、集光用光学素子４は１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。
本実施例と実施例１（図２）との相違点は、アナモフィック光学素子３と集光用レンズ４の間に、光路折り返し用の反射ミラー６を配置したことである。尚、その他の構成や条件は実施例１と同様である。
図４の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、反射ミラーの反射率を９９％と想定し、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が９％あるものとした場合、４２３ｍＷ（効率８８％）である。
図４の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、反射ミラーの反射率を９９％と想定し、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が９％あるものとした場合、４２３ｍＷ（効率８８％）である。
［実施例４］
図５は本発明の第４の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図である。
図５に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、反射集光光学素子７で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）、アナモフィック光学素子３は８個の小型プリズム３Ａがアレイ状に一体に配置されたプリズムアレイである。また、反射集光光学素子７は凹面ミラー、受光器５は光ファイバである。
図５は本発明の第４の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図である。
図５に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、反射集光光学素子７で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）、アナモフィック光学素子３は８個の小型プリズム３Ａがアレイ状に一体に配置されたプリズムアレイである。また、反射集光光学素子７は凹面ミラー、受光器５は光ファイバである。
本実施例と実施例３（図４）との相違点は、光路折り返し用の反射ミラーと集光レンズの機能を凹面ミラー７として一体化したことであり、これにより光学素子を一つ減らすことができ、実施例３の構成よりも小型、低コストとなる。
図５の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、凹面ミラーの反射率を９９％と想定し、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が４％あるものとした場合、４４６ｍＷ（効率９３％）である。すなわち、集光レンズを用いない分だけ光量のロスを減らすことができ、より高出力となる。
図５の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、凹面ミラーの反射率を９９％と想定し、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が４％あるものとした場合、４４６ｍＷ（効率９３％）である。すなわち、集光レンズを用いない分だけ光量のロスを減らすことができ、より高出力となる。
［実施例５］
図６は本発明の第５の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図である。
図６に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、反射集光光学素子８で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）、アナモフィック光学素子３は８個の小型プリズム３Ａがアレイ状に一体に配置されたプリズムアレイである。また、反射集光光学素子８はホログラム素子、受光器５は光ファイバである。
図６は本発明の第５の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図である。
図６に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、反射集光光学素子８で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）、アナモフィック光学素子３は８個の小型プリズム３Ａがアレイ状に一体に配置されたプリズムアレイである。また、反射集光光学素子８はホログラム素子、受光器５は光ファイバである。
本実施例と実施例３（図４）との相違点は、光路折り返し用の反射ミラーと集光レンズの機能をホログラム素子８として一体化したことであり、これにより光学素子を一つ減らすことができ、実施例３の構成よりも小型、低コストとなる。
図６の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、ホログラム素子８でのロスがほとんど無いものと想定し、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が８％あるものとした場合、４４６ｍＷ（効率９３％）である。すなわち、集光レンズを用いない分だけ光量のロスを減らすことができ、より高出力となる。
図６の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、ホログラム素子８でのロスがほとんど無いものと想定し、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が８％あるものとした場合、４４６ｍＷ（効率９３％）である。すなわち、集光レンズを用いない分だけ光量のロスを減らすことができ、より高出力となる。
［実施例６］
図７は本発明の第６の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図である。
図７に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子９、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）である。アナモフィック光学素子９は２個のシリンドリカルレンズ９ａ，９ｂで構成され、集光用光学素子４は実施例１と同様に１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。
図７は本発明の第６の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図である。
図７に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子９、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）である。アナモフィック光学素子９は２個のシリンドリカルレンズ９ａ，９ｂで構成され、集光用光学素子４は実施例１と同様に１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。
本実施例と実施例１（図２）との相違点は、アナモフィック光学素子９として、プリズムではなく２個のシリンドリカルレンズ９ａ，９ｂを使用したことである。
図７の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が１９％あるものとした場合、３７７ｍＷ（効率７９％）である。このように、アナモフィック光学素子９として、複数のシリンドリカルレンズ９ａ，９ｂを組み合せた場合は、レンズの内部吸収等によるロスが大きくなり、光の利用効率が若干低下する。
図７の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が１９％あるものとした場合、３７７ｍＷ（効率７９％）である。このように、アナモフィック光学素子９として、複数のシリンドリカルレンズ９ａ，９ｂを組み合せた場合は、レンズの内部吸収等によるロスが大きくなり、光の利用効率が若干低下する。
［実施例７］
図８は本発明の第７の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図である。
図８に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子１０、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）である。アナモフィック光学素子１０は１個の回折光学素子で構成され、集光用光学素子４は実施例１と同様に１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。
図８は本発明の第７の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図である。
図８に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子１０、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）である。アナモフィック光学素子１０は１個の回折光学素子で構成され、集光用光学素子４は実施例１と同様に１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。
本実施例と実施例１（図２）との相違点は、アナモフィック光学素子９として、プリズムではなく１個の回折光学素子１０を使用したことである。
図８の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、回折光学素子１０でのロスがほとんど無いものと想定し、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が８％あるものとした場合、４２８ｍＷ（効率８９％）である。このように、アナモフィック光学素子として、回折光学素子１０を使用した場合、プリズムやシリンドリカルレンズを使用した場合に比べて光学系の小型化、軽量化が可能となる。
図８の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、回折光学素子１０でのロスがほとんど無いものと想定し、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が８％あるものとした場合、４２８ｍＷ（効率８９％）である。このように、アナモフィック光学素子として、回折光学素子１０を使用した場合、プリズムやシリンドリカルレンズを使用した場合に比べて光学系の小型化、軽量化が可能となる。
［実施例８］
図９は本発明の第８の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、（ａ）は光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図、（ｂ）は垂直方向の光学系配置を示す図である。
図９に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子１１、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）である。アナモフィック光学素子１１は２個のシリンドリカルミラー１１ａ，１１ｂで構成され、集光用光学素子４は実施例１と同様に１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。
図９は本発明の第８の実施例を示す光パワー合成用光学系の構成説明図であり、（ａ）は光パワー合成用光学系の水平方向の光学系配置を示す図、（ｂ）は垂直方向の光学系配置を示す図である。
図９に示す光パワー合成用光学系は、実施例１と同様に光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子１１、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は実施例１と同様に８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）である。アナモフィック光学素子１１は２個のシリンドリカルミラー１１ａ，１１ｂで構成され、集光用光学素子４は実施例１と同様に１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。
本実施例と実施例１（図２）との相違点は、アナモフィック光学素子１１として２個のシリンドリカルミラー１１ａ，１１ｂを使用したことである。
図９の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が９％あるものとした場合、４２３ｍＷ（効率８８％）である。
図９の構成の光パワー合成用光学系の受光器（光ファイバ）５からの出射光量は、光学素子のＡＲコートロスおよび内部吸収によるロスの合計が９％あるものとした場合、４２３ｍＷ（効率８８％）である。
［実施例９］
図１０は本発明の第９の実施例を示す光源モジュールの構成説明図であり、（ａ）は光源モジュールを上方から見たときの平面図、（ｂ）は側方からみた断面図である。
この光源モジュールの実施例は、光パワー合成用光学系として実施例３（図４）と同様の構成の光パワー合成用光学系を筐体１８内に組み込んだ例であり、光パワー合成用光学系は、光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、反射光学素子６、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）、アナモフィック光学素子３は８個の小型プリズム３Ａがアレイ状に一体に配置されたプリズムアレイ、反射光学素子６は反射ミラー、集光用光学素子４は１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。また、光源部１の１６個のＬＤは、ＬＤ駆動および放熱ブロック１５に固定され、１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）はＬ１固定部材１２に固定されている。また、アナモフィック光学素子３を構成するプリズムアレイはプリズム固定部材１３に固定され、反射ミラー６は反射ミラー固定部材１６に固定され、集光レンズ（Ｌ２）はＬ２固定部材１４に固定され、光ファイバ５は筐体１８の側壁に固定されている。また、各固定部材は筐体１８のベース部材１８ａに固定されている。さらに、ＬＤ駆動および放熱ブロック１５の近傍には放熱用ファン１７が設けられており、ＬＤ駆動および放熱ブロック１５を冷却するように構成されている。また、ＬＤ駆動および放熱ブロック１５や放熱用ファン１７からは制御用ケーブル１９が引出され、筐体１８に固定したコネクタ２０に接続されている。尚、このコネクタ２０には、図示しない電源や制御部からのケーブルが接続される。
図１０は本発明の第９の実施例を示す光源モジュールの構成説明図であり、（ａ）は光源モジュールを上方から見たときの平面図、（ｂ）は側方からみた断面図である。
この光源モジュールの実施例は、光パワー合成用光学系として実施例３（図４）と同様の構成の光パワー合成用光学系を筐体１８内に組み込んだ例であり、光パワー合成用光学系は、光源部１において水平方向に８個、垂直方向に２個の８×２に配置された複数の同一波長域の光源からの複数の光束を、結合手段を用いて１個の受光器５に結合させる光学系であり、結合手段は、コリメータ光学素子２、アナモフィック光学素子３、反射光学素子６、集光用光学素子４で構成されている。より具体的には、光源部１は８×２に配置された１６個の同一波長域の半導体レーザ（ＬＤ）、コリメータ光学素子２は同じく８×２に配置された１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）、アナモフィック光学素子３は８個の小型プリズム３Ａがアレイ状に一体に配置されたプリズムアレイ、反射光学素子６は反射ミラー、集光用光学素子４は１個の集光レンズ（Ｌ２）、受光器５は光ファイバである。また、光源部１の１６個のＬＤは、ＬＤ駆動および放熱ブロック１５に固定され、１６個のコリメータレンズ（Ｌ１）はＬ１固定部材１２に固定されている。また、アナモフィック光学素子３を構成するプリズムアレイはプリズム固定部材１３に固定され、反射ミラー６は反射ミラー固定部材１６に固定され、集光レンズ（Ｌ２）はＬ２固定部材１４に固定され、光ファイバ５は筐体１８の側壁に固定されている。また、各固定部材は筐体１８のベース部材１８ａに固定されている。さらに、ＬＤ駆動および放熱ブロック１５の近傍には放熱用ファン１７が設けられており、ＬＤ駆動および放熱ブロック１５を冷却するように構成されている。また、ＬＤ駆動および放熱ブロック１５や放熱用ファン１７からは制御用ケーブル１９が引出され、筐体１８に固定したコネクタ２０に接続されている。尚、このコネクタ２０には、図示しない電源や制御部からのケーブルが接続される。
本実施例では、実施例３と同様の構成の光パワー合成用光学系を用いることにより高出力の光源モジュールを実現できる。また、図１０中の筐体１８の外形寸法は、ＬＸ＝１０５ｍｍ、ＬＹ＝４０ｍｍ、ＬＺ＝１６５ｍｍであり、小型で薄型な光源モジュールを実現できる。
尚、本実施例では、実施例３と同様の構成の光パワー合成用光学系を筐体１８内に組み込んだ例を示したが、光パワー合成用光学系としてはこの他、実施例１，２，４〜８に示した構成の光パワー合成用光学系を使用することができる。
尚、本実施例では、実施例３と同様の構成の光パワー合成用光学系を筐体１８内に組み込んだ例を示したが、光パワー合成用光学系としてはこの他、実施例１，２，４〜８に示した構成の光パワー合成用光学系を使用することができる。
［実施例１０］
図１１は本発明の第１０の実施例を示す光源モジュールの斜視図である。この光源モジュール２１は例えば実施例９の光源モジュールと同様の構成であるが、合成光の出射部である光ファイバ５の先端に出射部用光学素子２２を取り付けたものである。
ここで、出射部用光学素子２２として、集光用共軸光学素子または集光用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が集光される場合の照度分布とビーム形状の例を図１２に示す。また、出射部用光学素子２２として、コリメート用共軸光学素子またはコリメート用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が平行光にされる場合の照度分布とビーム形状の例を図１３に示す。さらに、出射部用光学素子２２として、発散用共軸光学素子または発散用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が発散される場合の照度分布とビーム形状の例を図１４に示す。尚、図１２〜１４には、出射部用光学素子２２の出射部に、さらに照度（光量）分布均一化光学素子（拡散板、レンズ、ホログラム等）を取り付け、該照度（光量）分布均一化光学素子により照度（光量）分布が均一な出射光を出射する場合の照度分布とビーム形状例も合せて示してある。
これらの出射部用光学素子２２や照度（光量）分布均一化光学素子は、光源モジュールの使用用途により適宜選択されて取り付けられるものである。
図１１は本発明の第１０の実施例を示す光源モジュールの斜視図である。この光源モジュール２１は例えば実施例９の光源モジュールと同様の構成であるが、合成光の出射部である光ファイバ５の先端に出射部用光学素子２２を取り付けたものである。
ここで、出射部用光学素子２２として、集光用共軸光学素子または集光用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が集光される場合の照度分布とビーム形状の例を図１２に示す。また、出射部用光学素子２２として、コリメート用共軸光学素子またはコリメート用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が平行光にされる場合の照度分布とビーム形状の例を図１３に示す。さらに、出射部用光学素子２２として、発散用共軸光学素子または発散用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が発散される場合の照度分布とビーム形状の例を図１４に示す。尚、図１２〜１４には、出射部用光学素子２２の出射部に、さらに照度（光量）分布均一化光学素子（拡散板、レンズ、ホログラム等）を取り付け、該照度（光量）分布均一化光学素子により照度（光量）分布が均一な出射光を出射する場合の照度分布とビーム形状例も合せて示してある。
これらの出射部用光学素子２２や照度（光量）分布均一化光学素子は、光源モジュールの使用用途により適宜選択されて取り付けられるものである。
本発明の光パワー合成用光学系と、それを用いた光源モジュールは、複数の光源からの光束を合成して１つの受光器に結合することにより高出力の光束が得られるので、光通信、光コンピュータ、レーザ加工、露光、照明、画像表示、光造形、医療等の種々の分野で利用することができる。
１：光源部
２：コリメータ光学素子
３：アナモフィック光学素子
３Ａ：小型プリズム
３Ｂ：大型プリズム
４：集光用光学素子
５：受光器（光ファイバ等）
６：反射光学素子（反射ミラー）
７：反射集光光学素子（凹面ミラー）
８：反射集光光学素子（ホログラム素子）
９：アナモフィック光学素子
９ａ，９ｂ：シリンドリカルレンズ
１０：アナモフィック光学素子（回折光学素子）
１１：アナモフィック光学素子
１１ａ，１１ｂ：シリンドリカルミラー
１２：Ｌ１固定部材
１３：プリズム固定部材
１４：Ｌ２固定部材
１５：ＬＤ駆動および放熱ブロック
１６：反射ミラー固定部材
１７：放熱用ファン
１８：筐体
１９：制御用ケーブル
２０：コネクタ
２１：光源モジュール
２２：出射部用光学素子
Ｌ１：コリメータレンズ
Ｌ２：集光レンズ
ＬＤ：半導体レーザ
２：コリメータ光学素子
３：アナモフィック光学素子
３Ａ：小型プリズム
３Ｂ：大型プリズム
４：集光用光学素子
５：受光器（光ファイバ等）
６：反射光学素子（反射ミラー）
７：反射集光光学素子（凹面ミラー）
８：反射集光光学素子（ホログラム素子）
９：アナモフィック光学素子
９ａ，９ｂ：シリンドリカルレンズ
１０：アナモフィック光学素子（回折光学素子）
１１：アナモフィック光学素子
１１ａ，１１ｂ：シリンドリカルミラー
１２：Ｌ１固定部材
１３：プリズム固定部材
１４：Ｌ２固定部材
１５：ＬＤ駆動および放熱ブロック
１６：反射ミラー固定部材
１７：放熱用ファン
１８：筐体
１９：制御用ケーブル
２０：コネクタ
２１：光源モジュール
２２：出射部用光学素子
Ｌ１：コリメータレンズ
Ｌ２：集光レンズ
ＬＤ：半導体レーザ
Claims (26)
- Ｍ×Ｎ（Ｍ＞Ｎ）に配置された複数の光源からの光を、結合手段を用いて１個の受光器に結合させる光パワー合成用光学系において、
前記結合手段は、コリメータ光学素子、アナモフィック光学素子、集光用光学素子で構成され、Ｍ個の配列方向の倍率がＮ個の配列方向の倍率よりも大きくなるように前記アナモフィック光学素子が配置されていることを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１記載の光パワー合成用光学系において、
前記アナモフィック光学素子と前記集光用光学素子の間に、折り返し用の反射光学素子を配置したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１または２記載の光パワー合成用光学系において、
前記集光用光学素子として、集光レンズ、屈折率分布レンズ、フレネルレンズ、回折光学素子、ホログラム素子のうちのいずれかを使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項３記載の光パワー合成用光学系において、
前記集光用光学素子として、研磨によるガラスレンズ、またはガラスモールドレンズ、または樹脂成形レンズ、またはエッチングによって加工されたレンズを使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項２記載の光パワー合成用光学系において、
前記集光用光学素子と反射光学素子の機能が一体化された反射集光光学素子を使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項５記載の光パワー合成用光学系において、
前記反射集光光学素子として、凹面ミラーまたはホログラム素子を使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１〜６のいずれか一つに記載の光パワー合成用光学系において、
前記光源として半導体レーザ、前記受光器として光ファイバを使用することを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項７記載の光パワー合成用光学系において、
前記半導体レーザのエミッションエリアの幅の大きい方向を光学系の倍率の小さい方向に、エミッションエリアの幅の小さい方向を光学系の倍率の大きい方向になるように、半導体レーザの向きを配置したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項７または８記載の光パワー合成用光学系において、
前記光ファイバとして、コア径が１００μｍ以下、開口数（ＮＡ）が０．３５以下である光ファイバを使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１〜６のいずれか一つに記載の光パワー合成用光学系において、
前記光源として、発光エリアに幅の大きい方向と幅の小さい方向を持つ光源を使用し、発光エリアの幅の大きい方向を光学系の倍率の小さい方向に、発光エリアの幅の小さい方向を光学系の倍率の大きい方向になるように、光源の向きを配置したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１〜６，１０のいずれか一つに記載の光パワー合成用光学系において、
前記光源として、発光ダイオードまたはエレクトロルミネッセンスまたは面発光レーザまたはランプを使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１〜６のいずれか一つに記載の光パワー合成用光学系において、
半導体レーザまたは発光ダイオードまたはエレクトロルミネッセンスまたは面発光レーザまたはランプからの光を一度光ファイバまたは光導波路に取り込み、その光ファイバまたは光導波路からの出射光を光源としたことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１〜６，１０〜１２のいずれか一つに記載の光パワー合成用光学系において、
前記受光器として、光ファイバまたは光導波路またはライトトンネルまたはピンホール等の開口部を使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１〜１３のいずれか一つに記載の光パワー合成用光学系において、
前記アナモフィック光学素子として、プリズムを使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１４記載の光パワー合成用光学系において、
前記プリズムとして、一体型の大型プリズムを使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１４記載の光パワー合成用光学系において、
前記プリズムとして、個々の小型プリズムを整列したもの、または、小型プリズム整列品の形状を一体型として加工したものを使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１〜１３のいずれか一つに記載の光パワー合成用光学系において、
前記アナモフィック光学素子として、シリンドリカルレンズまたはシリンドリカルミラーまたは回折光学素子を使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１〜１７のいずれか一つに記載の光パワー合成用光学系において、
前記コリメータ光学素子として、コリメータレンズ、屈折率分布レンズ、フレネルレンズ、回折光学素子、ホログラム素子のうちのいずれかを使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１８記載の光パワー合成用光学系において、
前記コリメータレンズとして、研磨によるガラスレンズ、またはガラスモールドレンズ、または樹脂成形レンズ、またはエッチングによって加工されたレンズを使用したことを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１８または１９記載の光パワー合成用光学系において、
前記コリメータレンズは、単体レンズの集合体、または一体化されたレンズアレイであることを特徴とする光パワー合成用光学系。 - 請求項１〜２０のいずれか一つに記載の光パワー合成用光学系を備えたことを特徴とする光源モジュール。
- 請求項２１記載の光源モジュールにおいて、
合成光の出射部に出射部用光学素子を取り付けたことを特徴とする光源モジュール。 - 請求項２２記載の光源モジュールにおいて、
前記出射部用光学素子として集光用共軸光学素子または集光用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が集光されることを特徴とする光源モジュール。 - 請求項２２記載の光源モジュールにおいて、
前記出射部用光学素子としてコリメート用共軸光学素子またはコリメート用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が平行光にされることを特徴とする光源モジュール。 - 請求項２２記載の光源モジュールにおいて、
前記出射部用光学素子として発散用共軸光学素子または発散用アナモフィック光学素子を用い、該光学素子により出射光が発散されることを特徴とする光源モジュール。 - 請求項２１〜２５のいずれか一つに記載の光源モジュールにおいて、
合成光の出射部または出射部用光学素子の出射部に照度（光量）分布均一化光学素子を取り付け、該照度（光量）分布均一化光学素子により照度（光量）分布が均一な出射光が出射されることを特徴とする光源モジュール。
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