JP2006072244A - 光学装置、光学素子 - Google Patents
光学装置、光学素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006072244A JP2006072244A JP2004258764A JP2004258764A JP2006072244A JP 2006072244 A JP2006072244 A JP 2006072244A JP 2004258764 A JP2004258764 A JP 2004258764A JP 2004258764 A JP2004258764 A JP 2004258764A JP 2006072244 A JP2006072244 A JP 2006072244A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- reflecting surface
- optical
- light source
- optical path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
【課題】 半導体レーザアレイ等の複数の光源からの出射光を、高い効率で結合させることを可能とする光学装置を提供する。
【解決手段】 同一軸方向に並ぶ複数の光源から成る光源部1と、この光源部1の各光源のそれぞれからの出射光の光路を調整する光路調整部13とを少なくとも備え、この光路調整部13が第1反射面21と第2反射面22とを有し、これら第1反射面21及び第2反射面22は、複数の光源のそれぞれに1つずつ対応し、互いに向きの異なる複数の面から構成され、光路調整部13の第1反射面21及び第2反射面22によって、各光源のそれぞれからの出射光が、軸方向及び光の進行方向zに対して略垂直な方向yにスタックされる光学装置を構成する。
【選択図】 図1
【解決手段】 同一軸方向に並ぶ複数の光源から成る光源部1と、この光源部1の各光源のそれぞれからの出射光の光路を調整する光路調整部13とを少なくとも備え、この光路調整部13が第1反射面21と第2反射面22とを有し、これら第1反射面21及び第2反射面22は、複数の光源のそれぞれに1つずつ対応し、互いに向きの異なる複数の面から構成され、光路調整部13の第1反射面21及び第2反射面22によって、各光源のそれぞれからの出射光が、軸方向及び光の進行方向zに対して略垂直な方向yにスタックされる光学装置を構成する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、レーザ等の光源を複数同一軸方向に並べた光源部と、この光源部からの光を反射する反射面を有する光路調整部とを備えた、光学装置、並びにこの光学装置に用いられる、反射面を備えた光学素子に係わる。
放射光の波長が赤外域である半導体レーザを用いて、半導体レーザアレイを構成することにより、数十Wという高出力を得ることができるため、固体レーザの励起光源や直接溶接の光源として、その応用が期待されている。
そして、固体レーザの励起光源に用いる場合、パワーだけでなく高輝度なビームが必要となるため、光ファイバーに高輝度に集光されたビームが求められている。
また、溶接の光源として用いる場合、高輝度、ハンドリングの良さという観点からも、出力数十Wのレーザ光ができるだけ小さい径の光ファイバーへ結合されているモジュールが望まれている。
ここで、半導体レーザアレイの斜視図を図7に示す。
図7に示すように、半導体レーザアレイ51は、光源として、横方向に100μm程度(縦方向は数μm程度)に広がる半導体レーザから成るエミッタ52が、横方向にアレイ状に並んで構成されている。
図7に示すように、半導体レーザアレイ51は、光源として、横方向に100μm程度(縦方向は数μm程度)に広がる半導体レーザから成るエミッタ52が、横方向にアレイ状に並んで構成されている。
しかしながら、この半導体レーザアレイ51に対して、図8に示すように、コリメートレンズ61,62や通常の集光レンズ63等を用いて、光ファイバー64に結像させる光学系を構成した場合には、エミッタ像やレーザアレイ51の全体像が横に長いものとなるため、円形状の光ファイバー64等に効率良く結合させることができなかった。
即ち、図9に示すように、光ファイバー64等の円形断面71に対して、エミッタ像72が横にはみ出してしまう、という問題を生じる。
即ち、図9に示すように、光ファイバー64等の円形断面71に対して、エミッタ像72が横にはみ出してしまう、という問題を生じる。
この課題に対して、レーザアレイから出射されたレーザ光を効率良く、即ち高輝度で、光ファイバーに結合させる方法として、各エミッタ52のエミッタ像を、光学系内で90°回転させることにより、縦長のエミッタ像に変換し、集光させるという方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
この方法によれば、レーザ出力の60%を、光ファイバーへ結合させることができるとされている。
特開平7−98402号公報
しかしながら、上述の方法では、エミッタ像の変換が複雑なプリズム等によって行われるため、80%程度の高い効率は得られていない。
上述した問題の解決のために、本発明においては、半導体レーザアレイ等の複数の光源からの出射光を、高い効率で結合させることを可能とする光学装置、及びこの光学装置を構成する光学素子を提供するものである。
本発明の光学装置は、同一軸方向に並ぶ複数の光源から成る光源部と、この光源部の各光源のそれぞれからの出射光の光路を調整する光路調整部とを少なくとも備え、この光路調整部が第1反射面と第2反射面とを有し、これら第1反射面及び第2反射面は、複数の光源のそれぞれに1つずつ対応し、互いに向きの異なる複数の面から構成され、光路調整部の第1反射面及び第2反射面によって、各光源のそれぞれからの出射光が、軸方向及び光の進行方向に対して略垂直な方向にスタックされるものである。
本発明の光学素子は、それぞれ互いに向きの異なる複数の面から構成された、第1反射面と第2反射面とを有し、第1反射面及び第2反射面は、同一軸方向に並ぶ複数の入射光から、軸方向及び進行方向に対して略垂直な方向にスタックされた複数の出射光を生成するように、それぞれ複数の面の各面の向きが選定され、第1反射面と第2反射面との間に透過材が充填されて成るものである。
上述の本発明の光学装置の構成によれば、光路調整部の第1反射面及び第2反射面が、複数の光源のそれぞれに1つずつ対応し、互いに向きの異なる複数の面から構成され、これら第1反射面及び第2反射面によって、各光源のそれぞれからの出射光が、軸方向及び光の進行方向に対して略垂直な方向にスタックされることにより、同一軸方向に並ぶ複数の光源からの光を光路調整部の第1反射面及び第2反射面によって反射させて、前記軸方向及び光の進行方向に対して略垂直な方向にスタックさせることができる。このとき、各光源からの光の間隔を、光路調整部を経ることにより、短くすることも可能になる。
これにより、各光源が前記軸方向に長手方向を有する形状であっても、光路調整部の第1反射面及び第2反射面によって、光を前記軸方向に対して略垂直な方向にスタックして、集光レンズやその後段の光ファイバーの端面等におけるエミッタ像を、前記軸方向即ち長手方向に対して略垂直な方向に、高密度にスタックすることが可能になる。
これにより、各光源が前記軸方向に長手方向を有する形状であっても、光路調整部の第1反射面及び第2反射面によって、光を前記軸方向に対して略垂直な方向にスタックして、集光レンズやその後段の光ファイバーの端面等におけるエミッタ像を、前記軸方向即ち長手方向に対して略垂直な方向に、高密度にスタックすることが可能になる。
上述の本発明の光学素子の構成によれば、それぞれ互いに向きの異なる複数の面から構成された、第1反射面と第2反射面とを有し、第1反射面及び第2反射面は、同一軸方向に並ぶ複数の入射光から、軸方向及び進行方向に対して略垂直な方向にスタックされた複数の出射光を生成するように、それぞれ複数の面の各面の向きが選定されていることにより、同一軸方向に並ぶ複数の光源からの光を光路調整部の第1反射面及び第2反射面によって反射させて、前記軸方向及び光の進行方向に対して略垂直な方向にスタックさせることが可能になる。
また、光学素子が、第1反射面と第2反射面との間に透過材が充填されて成ることにより、例えば、透過材の表面を第1反射面及び第2反射面の各面に対応するように加工した後、表面に反射膜を形成することにより、比較的容易に光学素子を製造することができる。
また、光学素子が、第1反射面と第2反射面との間に透過材が充填されて成ることにより、例えば、透過材の表面を第1反射面及び第2反射面の各面に対応するように加工した後、表面に反射膜を形成することにより、比較的容易に光学素子を製造することができる。
上述の本発明の光学装置及び光学素子によれば、各光源が前記軸方向に長手方向を有する形状であっても、光路調整部の第1反射面及び第2反射面によって、光を前記軸方向に対して略垂直な方向にスタックして、集光レンズやその後段の光ファイバーの端面等におけるエミッタ像を、前記軸方向即ち長手方向に対して略垂直な方向に、高密度にスタックすることが可能になる。
従って、光ファイバーへ、高輝度の光を導くことが可能になる。
従って、光ファイバーへ、高輝度の光を導くことが可能になる。
さらに、第1反射面及び第2反射面により反射して、光路を調整する構成であるため、レンズを用いた場合に問題になる縦方向と横方向の収差や回折を生じない。
従って、レンズ系によるエミッタ像の変換に比べ、より損失の少ない状態で光ファイバー等へ集光させることができることから、高効率な結合が実現される。
従って、レンズ系によるエミッタ像の変換に比べ、より損失の少ない状態で光ファイバー等へ集光させることができることから、高効率な結合が実現される。
また、本発明の光学装置及び光学素子によれば、エミッタ像を90度回転させなくても、同じ軸方向の向きのままでスタックさせることが可能である。
特に、光源が半導体レーザである構成とした場合には、半導体レーザはその活性層に平行な方向と垂直な方向とで、出射光の広がり方や特性が異なるため、縦方向と横方向の収差や回折があると、収差や回折の影響を受けてエミッタ像を良好に結像させることが難しくなる。
本発明の光学装置及び光学素子の構成によれば、縦方向と横方向の収差や回折を生じないことから、特に光源部が半導体レーザである構成において、効果が大きい。
また、半導体レーザは、他の光源と比較して、エミッタ像の縦横比が大きくなることから、軸方向と略垂直な方向にスタックさせることにより、エミッタ像を高密度に集めることが可能になる。これにより、集光レンズや光ファイバーの端面に効率良く出射光を集めることができる。
本発明の光学装置及び光学素子の構成によれば、縦方向と横方向の収差や回折を生じないことから、特に光源部が半導体レーザである構成において、効果が大きい。
また、半導体レーザは、他の光源と比較して、エミッタ像の縦横比が大きくなることから、軸方向と略垂直な方向にスタックさせることにより、エミッタ像を高密度に集めることが可能になる。これにより、集光レンズや光ファイバーの端面に効率良く出射光を集めることができる。
本発明の一実施の形態として、光学装置の概略構成図を図1に示す。
この光学装置は、図8に示した光学系と同様に、半導体レーザアレイ1からの放射光を光ファイバー15の端面に入力するものであり、半導体レーザアレイ1と光ファイバー15との間に、縦方向コリメートレンズ11、横方向コリメートレンズ12、集光レンズ14の各レンズを備えている。
この光学装置は、図8に示した光学系と同様に、半導体レーザアレイ1からの放射光を光ファイバー15の端面に入力するものであり、半導体レーザアレイ1と光ファイバー15との間に、縦方向コリメートレンズ11、横方向コリメートレンズ12、集光レンズ14の各レンズを備えている。
半導体レーザアレイ1は、図7に示した半導体レーザアレイ51と同様に、光源として、半導体レーザから成るエミッタ2が、横方向にアレイ状に並んで構成されている。
各エミッタ2は、例えば、横方向に100μm程度、縦方向に数μm程度の横長の形状となっている。
各エミッタ2は、例えば、横方向に100μm程度、縦方向に数μm程度の横長の形状となっている。
本実施の形態では、特に、両主面にそれぞれ第1反射面21と第2反射面22とが形成された光学素子13を、コリメートレンズ11,12と集光レンズ14との間に設けて、光学装置を構成している。
この光学素子13は、光源部である半導体レーザアレイ1からの光3の光路を調整する光路調整部となるものである。
この光学素子13は、光源部である半導体レーザアレイ1からの光3の光路を調整する光路調整部となるものである。
光学素子13は、第1反射面21と第2反射面22との間に、レーザアレイ1からの放射光を透過する透過材23が充填されて成る。
この透過材23としては、例えば、ガラス、樹脂等の材料を使用することができる。
第1反射面21及び第2反射面22としては、金属等の反射率の高い材料を用いることができる。このように反射率の高い材料から成る反射材が透過材23の外側に取り付けられて第1反射面21及び第2反射面22が構成される。
この透過材23としては、例えば、ガラス、樹脂等の材料を使用することができる。
第1反射面21及び第2反射面22としては、金属等の反射率の高い材料を用いることができる。このように反射率の高い材料から成る反射材が透過材23の外側に取り付けられて第1反射面21及び第2反射面22が構成される。
そして、光学素子13は、コリメートレンズ11,12を通過した光が、光学素子13の第1の反射面21及び第2の反射面22でそれぞれ反射して、集光レンズ14に入射するように、配置されている。
図1に示す光学装置において、レーザアレイ1から水平方向(図1中z方向)に放射された光3は、縦方向コリメートレンズ11及び横方向コリメートレンズ12により、縦方向及び横方向についてそれぞれ平行光とされる。
即ち、縦方向コリメートレンズ11により、例えば、横方向に100μm程度、縦方向に数μm程度のエミッタ2からの光3が、数百μm程度の縦方向のエミッタ幅を有する平行光となるように調整される。
次に、横方向コリメートレンズ12により、各エミッタが、横方向に隙間なく並ぶ程度(例えば300μm程度)のエミッタ幅を持つ平行光になるように調整される。この横方向コリメートレンズ12は、各エミッタをコリメートするようにピッチを設けたシリンドリカルレンズにより構成する。
即ち、縦方向コリメートレンズ11により、例えば、横方向に100μm程度、縦方向に数μm程度のエミッタ2からの光3が、数百μm程度の縦方向のエミッタ幅を有する平行光となるように調整される。
次に、横方向コリメートレンズ12により、各エミッタが、横方向に隙間なく並ぶ程度(例えば300μm程度)のエミッタ幅を持つ平行光になるように調整される。この横方向コリメートレンズ12は、各エミッタをコリメートするようにピッチを設けたシリンドリカルレンズにより構成する。
次に、光3が、光学素子13の第1反射面21により、例えば上方(図1中y軸に近い方向)に反射され、光学素子13の第2反射面22により、元の光軸と平行な水平方向(図1中z方向)に反射される。
さらに、光3が集光レンズ14によって集光されて、光ファイバー15の端面15Aへ像を結ぶ。
さらに、光3が集光レンズ14によって集光されて、光ファイバー15の端面15Aへ像を結ぶ。
本実施の形態においては、さらに、光学素子13の第1反射面21及び第2反射面22を、半導体レーザアレイ1の各エミッタ2に対応して設けられた、それぞれ向きの異なる面から構成する。
そして、第1反射面21及び第2反射面22の、それぞれ向きの異なる各面は、各エミッタ2に対応して面の向きが設定される。
そして、第1反射面21及び第2反射面22の、それぞれ向きの異なる各面は、各エミッタ2に対応して面の向きが設定される。
本実施の形態の光学装置を構成する光学素子13を、図1の太い矢印4の方向から見た模式図を図3に示す。図3では、光3の反射の様子がわかるように、第1反射面21及び第2反射面22を光3が反射する部分の断面図で示している。また、光3は、第1反射面21への入射光を太い幅で表示し、第1反射面21による反射光を実線で表示し、第2反射面22による反射光を鎖線で表示しているが、これらは各光線の軌跡を明確にするための表示であり、線の太さで光量の違いを表すものではない。
第1反射面21は、互いに向きの異なる9つの面21A,21B,21C,21D,21E,21F,21G,21H,21Iから構成された集合体となっている。真ん中の面21Eはx軸と平行であり、下の4つの面21A,21B,21C,21Dはx軸方向から右回りに傾いており、上の4つの面21F,21G,21H,21Iはx軸方向から左回りに傾いている。面21A及び面21Iが最もx軸に対する角度が大きくなっており、真ん中に近づくにつれてx軸に対する角度が小さくなっている。
第2反射面22も、互いに向きの異なる9つの面22A,22B,22C,22D,22E,22F,22G,22H,22Iから構成された集合体となっている。真ん中の面22Eはx軸と平行であり、4つの面22A,22B,22C,22Dはx軸方向から右回りに傾いており、4つの面22F,22G,22H,22Iはx軸方向から左回りに傾いている。面22A及び面22Iが最もx軸に対する角度が大きくなっており、真ん中に近づくにつれてx軸に対する角度が小さくなっている。
第1反射面21及び第2反射面22の9つの面は、それぞれ光源部の半導体レーザアレイの各エミッタからの9つの入射光3A,3B,3C,3D,3E,3F,3G,3H,3Iに対応して面の向きが設定されている。
第1反射面21は、互いに向きの異なる9つの面21A,21B,21C,21D,21E,21F,21G,21H,21Iから構成された集合体となっている。真ん中の面21Eはx軸と平行であり、下の4つの面21A,21B,21C,21Dはx軸方向から右回りに傾いており、上の4つの面21F,21G,21H,21Iはx軸方向から左回りに傾いている。面21A及び面21Iが最もx軸に対する角度が大きくなっており、真ん中に近づくにつれてx軸に対する角度が小さくなっている。
第2反射面22も、互いに向きの異なる9つの面22A,22B,22C,22D,22E,22F,22G,22H,22Iから構成された集合体となっている。真ん中の面22Eはx軸と平行であり、4つの面22A,22B,22C,22Dはx軸方向から右回りに傾いており、4つの面22F,22G,22H,22Iはx軸方向から左回りに傾いている。面22A及び面22Iが最もx軸に対する角度が大きくなっており、真ん中に近づくにつれてx軸に対する角度が小さくなっている。
第1反射面21及び第2反射面22の9つの面は、それぞれ光源部の半導体レーザアレイの各エミッタからの9つの入射光3A,3B,3C,3D,3E,3F,3G,3H,3Iに対応して面の向きが設定されている。
同様に、光学素子13を、x軸に平行な方向から見た模式図を図4に示す。図4でも、光3の反射の様子がわかるように、第1反射面21及び第2反射面22を光3が反射する部分の断面図で示している。図4では、入射光3A及び第1反射面21の面21Aが手前側にある。図4では、入射光3A及び第1反射面21の面21Aが手前側にある。また、光3は、第1反射面21への入射光を太い幅で表示し、第1反射面21による反射光を実線で表示し、第2反射面22による反射光を太い幅の矢印で表示しているが、これらは各光線の軌跡を明確にするための表示であり、線の太さで光量の違いを表すものではない。
第1反射面21の真ん中の面21Eは、y軸及びz軸に対して45°をなしており、これにより真ん中の光3Eがほぼy軸の方向に反射されている。4つの面21A,21B,21C,21Dは真ん中の面21Eから左回りに傾いており、4つの面21F,21G,21H,21Iは真ん中の面21Eから右回りに傾いている。面21A及び面21Iが真ん中の面21Eに対する傾斜角度が最も大きくなっており、真ん中に近づくにつれて傾斜角度が小さくなっている。
第2反射面22の真ん中の面22Eは、y軸及びz軸に対して45°をなしている。下の4つの面22A,22B,22C,22Dは真ん中の面22Eから左回りに傾いており、上の4つの面22F,22G,22H,22Iは真ん中の面22Eから右回りに傾いている。面22A及び面22Iはx軸に対する角度が最も大きくなっており、真ん中に近づくにつれて傾斜角度が小さくなっている。
第1反射面21の真ん中の面21Eは、y軸及びz軸に対して45°をなしており、これにより真ん中の光3Eがほぼy軸の方向に反射されている。4つの面21A,21B,21C,21Dは真ん中の面21Eから左回りに傾いており、4つの面21F,21G,21H,21Iは真ん中の面21Eから右回りに傾いている。面21A及び面21Iが真ん中の面21Eに対する傾斜角度が最も大きくなっており、真ん中に近づくにつれて傾斜角度が小さくなっている。
第2反射面22の真ん中の面22Eは、y軸及びz軸に対して45°をなしている。下の4つの面22A,22B,22C,22Dは真ん中の面22Eから左回りに傾いており、上の4つの面22F,22G,22H,22Iは真ん中の面22Eから右回りに傾いている。面22A及び面22Iはx軸に対する角度が最も大きくなっており、真ん中に近づくにつれて傾斜角度が小さくなっている。
そして、本形態では、図3及び図4に示すように、z軸方向の入射光3A,3B,3C,3D,3E,3F,3G,3H,3Iが、第1反射面21の9つの面21A,21B,21C,21D,21E,21F,21G,21H,21Iにより反射されて、第2反射面22において略同一のx座標位置に集められ、縦方向に並ぶ。第2反射面22の中心線は、第1反射面21によって反射された光線が集まるこのx座標位置に合わせるように配置する。
さらに、第2反射面22の9つの面22A,22B,22C,22D,22E,22F,22G,22H,22Iにより反射されて、方向がz軸方向にほぼ揃えられ、上下(y軸方向に)並ぶ9つの光3A,3B,3C,3D,3E,3F,3G,3H,3Iから成る光3となる。このとき、第2反射面22において、9本の光線3A〜3Iのy軸方向の間隔が、エミッタ2の縦方向の幅程度で並ぶことになり、第2反射面22による反射光が縦方向に並ぶことになる。
さらに、第2反射面22の9つの面22A,22B,22C,22D,22E,22F,22G,22H,22Iにより反射されて、方向がz軸方向にほぼ揃えられ、上下(y軸方向に)並ぶ9つの光3A,3B,3C,3D,3E,3F,3G,3H,3Iから成る光3となる。このとき、第2反射面22において、9本の光線3A〜3Iのy軸方向の間隔が、エミッタ2の縦方向の幅程度で並ぶことになり、第2反射面22による反射光が縦方向に並ぶことになる。
また、本実施の形態では、第1反射面21への入射光と、第2反射面22からの反射光とが、ともにz軸方向で平行となるようにするため、第1反射面21及び第2反射面22の対応する各面(面21Aと面22A等)は平行とする。
これにより、集光レンズ14を経た後段の光ファイバー15の端面15Aにおいて、図5に示すように、9つのエミッタ像42が縦にスタックされ、これら9つのエミッタ像42が光ファイバー15の円形断面41内に照射されるようにすることが可能になる。
従って、高出力・高輝度での光ファイバーとの結合を実現することができる。
従って、高出力・高輝度での光ファイバーとの結合を実現することができる。
上述の構成の光学素子13を製造するには、例えば金属板に対して、1μm程度の精度を持つレーザ加工等を行うことにより、第1反射面21及び第2反射面22の向きの異なる各面を形成することができる。
また、透過材23を構成する材料(ガラス等のクリスタル)へ微細加工を行って、表面に向きの異なる各面を形成した後に、HRコート(高反射率の塗膜)を施しても、同様に、第1反射面21及び第2反射面22の各面を形成することが可能である。
また、透過材23を構成する材料(ガラス等のクリスタル)へ微細加工を行って、表面に向きの異なる各面を形成した後に、HRコート(高反射率の塗膜)を施しても、同様に、第1反射面21及び第2反射面22の各面を形成することが可能である。
上述の本実施の形態の光学装置の構成によれば、光学素子13の第1反射面21及び第2反射面22が、それぞれ互いに向きの異なる9つの面21A〜21I及び22A〜22Iにより構成され、半導体レーザアレイ1の複数のエミッタ2からのx軸方向に並ぶ光3(3A〜3I)を、光学素子13の第1反射面21及び第2反射面22により反射させて、x軸方向及び光3の進行方向(z軸方向)に垂直な縦方向(y軸方向)に並べるように、第1反射面21及び第2反射面22の各面21A〜21I及び22A〜22Iの向きが設定されている。
これにより、半導体レーザアレイ1の複数のエミッタ2からのx軸方向に並ぶ光3(3A〜3I)を、x軸方向及び光3の進行方向(z軸方向)に垂直な縦方向(y軸方向)に並べて、後段の例えば集光レンズ14や光ファイバー15の端面15Aにおいて、エミッタ像41をx軸方向に垂直な縦方向(y軸方向)にスタックさせることができる。
このとき、各エミッタ2からの光の間隔を、光学素子13の第1反射面21及び第2反射面22を経ることにより、短くすることも可能になる。
従って、例えば集光レンズ14や光ファイバー15の端面15Aにおいて、エミッタ像41を高密度にスタックさせることができ、光ファイバーへ高輝度の光を導くことが可能になる。
これにより、半導体レーザアレイ1の複数のエミッタ2からのx軸方向に並ぶ光3(3A〜3I)を、x軸方向及び光3の進行方向(z軸方向)に垂直な縦方向(y軸方向)に並べて、後段の例えば集光レンズ14や光ファイバー15の端面15Aにおいて、エミッタ像41をx軸方向に垂直な縦方向(y軸方向)にスタックさせることができる。
このとき、各エミッタ2からの光の間隔を、光学素子13の第1反射面21及び第2反射面22を経ることにより、短くすることも可能になる。
従って、例えば集光レンズ14や光ファイバー15の端面15Aにおいて、エミッタ像41を高密度にスタックさせることができ、光ファイバーへ高輝度の光を導くことが可能になる。
さらに、本実施の形態の光学装置は、複数のエミッタ2からの出射光を、光学素子13の第1反射面21及び第2反射面22により反射して、光路を調整する構成であるため、レンズを用いた場合に問題になる縦方向と横方向の収差や回折を生じない。
従って、レンズ系によるエミッタ像の変換に比べ、より損失の少ない状態で光ファイバー等へ集光させることができることから、高効率な結合が実現される。
従って、レンズ系によるエミッタ像の変換に比べ、より損失の少ない状態で光ファイバー等へ集光させることができることから、高効率な結合が実現される。
また、本実施の形態の光学装置及び光学素子13によれば、エミッタ像42を90度回転させなくても、同じx軸方向の向きのままで、縦方向(y軸方向)にエミッタ像42をスタックさせることが可能である。
次に、本発明の他の実施の形態として、光学素子の第1反射面及び第2反射面における入射光線及び出射光線の軌跡を、模式的に図6に示す。
図6では、半導体レーザアレイのエミッタからA〜Gの合計7本の光線を出射させて、光学素子に入射させた場合の、第1反射面及び第2反射面における入射光線及び出射光線の軌跡を矢印で示し、それぞれxz面・yz面・xy面で軌跡を示している。
図6では、半導体レーザアレイのエミッタからA〜Gの合計7本の光線を出射させて、光学素子に入射させた場合の、第1反射面及び第2反射面における入射光線及び出射光線の軌跡を矢印で示し、それぞれxz面・yz面・xy面で軌跡を示している。
本実施の形態の光学素子は、第1反射面からの反射光の向きや第1反射面における各光線の反射位置の関係が、先の形態の光学素子とは異なっている。
先の実施の形態の光学素子13は、図3及び図4に示したように、第1反射面21における各光線3(3A〜3I)の反射位置のz座標がほぼ等しくなっていて、真ん中の光3Eは第1反射面21によって上方向(y軸方向)に反射されていた。
一方、本実施の形態の光学素子では、第1反射面における各光線A〜Gの反射位置のz座標が異なっていて、真ん中の光線Dは一番奥で反射しており、両外側の光線A,Gは一番手前で反射している。また、真ん中の光線Dは、第1反射面により、斜め上方に反射されている。
なお、第2反射面からの反射光の向きや第2反射面における各光線の反射位置の関係は、先の実施の形態の光学素子13と、ほぼ同様となっている。これにより、本実施の形態の光学素子においても、光学素子への入射光と、光学素子からの出射光とが、共にz軸方向の光線で平行になっている。
先の実施の形態の光学素子13は、図3及び図4に示したように、第1反射面21における各光線3(3A〜3I)の反射位置のz座標がほぼ等しくなっていて、真ん中の光3Eは第1反射面21によって上方向(y軸方向)に反射されていた。
一方、本実施の形態の光学素子では、第1反射面における各光線A〜Gの反射位置のz座標が異なっていて、真ん中の光線Dは一番奥で反射しており、両外側の光線A,Gは一番手前で反射している。また、真ん中の光線Dは、第1反射面により、斜め上方に反射されている。
なお、第2反射面からの反射光の向きや第2反射面における各光線の反射位置の関係は、先の実施の形態の光学素子13と、ほぼ同様となっている。これにより、本実施の形態の光学素子においても、光学素子への入射光と、光学素子からの出射光とが、共にz軸方向の光線で平行になっている。
本実施の形態の光学素子においても、図6からわかるように、光学素子からの出射光A〜Gを、縦方向(y軸方向)にスタックさせることができる。
また、図6の左側のレーザアレイからの出射光の間隔と比較して、右側の光学素子からの出射光の間隔を狭くすることができることから、先の実施の形態と同様に、縦方向にスタックされたエミッタ像を光ファイバーの端面等に形成することが可能になる。
また、図6の左側のレーザアレイからの出射光の間隔と比較して、右側の光学素子からの出射光の間隔を狭くすることができることから、先の実施の形態と同様に、縦方向にスタックされたエミッタ像を光ファイバーの端面等に形成することが可能になる。
なお、上述の各実施の形態では、光学素子の第1反射面における反射によって、第2反射面において各エミッタ像のx座標をほぼ同一に揃えるようにしているが、本発明ではそのような構成に限定されるものではない。
第2反射面における各エミッタ像のx座標が異なっていても、第2反射面における反射によって、後段(集光レンズ等)において各エミッタ像がスタックされるように、第2反射面の各反射面を構成すれば、本発明の作用効果が得られる。
第2反射面における各エミッタ像のx座標が異なっていても、第2反射面における反射によって、後段(集光レンズ等)において各エミッタ像がスタックされるように、第2反射面の各反射面を構成すれば、本発明の作用効果が得られる。
また、上述の各実施の形態では、光学素子への入射光と、光学素子からの出射光とが、共にz軸方向で平行であったが、本発明では、光学素子への入射光と光学素子からの出射光とが平行でなくても構わない。
これら光学素子への入射光及び光学素子からの出射光が互いに平行でない場合には、第1反射面及び第2反射面の対応する面は平行ではなく、所望の向きの出射光が得られるようにそれぞれの面の角度が選定される。
本発明において、第2反射面の各面の角度は、共に第1反射面の各面の角度と対応していればよく、エミッタ数からくる制約を無視すれば何度でもよいものであり、光学素子や光学装置の構造が許す限り任意である。
これら光学素子への入射光及び光学素子からの出射光が互いに平行でない場合には、第1反射面及び第2反射面の対応する面は平行ではなく、所望の向きの出射光が得られるようにそれぞれの面の角度が選定される。
本発明において、第2反射面の各面の角度は、共に第1反射面の各面の角度と対応していればよく、エミッタ数からくる制約を無視すれば何度でもよいものであり、光学素子や光学装置の構造が許す限り任意である。
また、本発明は反射面が条件を満たすならば、光学装置や光学素子をその他の構成とすることも可能である。
図1〜図5に示した前述の実施の形態では、金属板等の反射材自体を成形した構成の光学素子や、反射面が条件を満たすように外形が成形された透過材(例えば、ガラスや樹脂、その他)の外側に反射膜を形成した構成の光学素子について説明した。
この他にも、光路調整部として、例えば、反射面の外側の部材(透明である必要はない)を成形してその内側に反射膜を形成することによって、上述の各実施の形態の光学素子と同様の作用を有する光学部品を構成することも可能である。
なお、反射材自体を成形した場合や外側の部材を成形して反射膜を形成した場合には、第1反射面と第2反射面との間を空洞とすることも可能である。
図1〜図5に示した前述の実施の形態では、金属板等の反射材自体を成形した構成の光学素子や、反射面が条件を満たすように外形が成形された透過材(例えば、ガラスや樹脂、その他)の外側に反射膜を形成した構成の光学素子について説明した。
この他にも、光路調整部として、例えば、反射面の外側の部材(透明である必要はない)を成形してその内側に反射膜を形成することによって、上述の各実施の形態の光学素子と同様の作用を有する光学部品を構成することも可能である。
なお、反射材自体を成形した場合や外側の部材を成形して反射膜を形成した場合には、第1反射面と第2反射面との間を空洞とすることも可能である。
また、上述の実施の形態では、光源部として半導体レーザアレイ1を用いた場合、即ち複数の光源を半導体レーザにより構成した場合について説明したが、本発明は、光源部の複数の光源に、その他の光源を使用した場合にも適用することが可能である。
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
1 半導体レーザアレイ、2 エミッタ、13 光学素子、14 集光レンズ、15 光ファイバー、21 第1反射面、22 第2反射面、23 透過材、42 エミッタ像
Claims (6)
- 同一軸方向に並ぶ複数の光源から成る光源部と、
前記光源部の各光源のそれぞれからの出射光の光路を調整する光路調整部とを少なくとも備え、
前記光路調整部が、第1反射面と第2反射面とを有し、
前記第1反射面及び前記第2反射面は、複数の前記光源のそれぞれに1つずつ対応し、互いに向きの異なる複数の面から構成され、
前記光路調整部の前記第1反射面及び前記第2反射面によって、各光源のそれぞれからの出射光が、前記軸方向及び光の進行方向に対して略垂直な方向にスタックされる
ことを特徴とする光学装置。 - 前記光路調整部が、前記第1反射面と前記第2反射面との間に、前記光源部の各光源からの出射光を透過する透過材が充填されて成る光学素子であることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
- 前記光源が、半導体レーザであることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
- 前記光路調整部の後段に、集光レンズが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
- 前記集光レンズの後段に光ファイバーが設けられ、前記光路調整部を通過した光が前記集光レンズにより前記光ファイバーの端面に集光されることを特徴とする請求項4に記載の光学装置。
- それぞれ互いに向きの異なる複数の面から構成された、第1反射面と第2反射面とを有し、
前記第1反射面及び前記第2反射面は、同一軸方向に並ぶ複数の入射光から、前記軸方向及び進行方向に対して略垂直な方向にスタックされた複数の出射光を生成するように、それぞれ前記複数の面の各面の向きが選定され、
前記第1反射面と前記第2反射面との間に、透過材が充填されて成る
ことを特徴とする光学素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004258764A JP2006072244A (ja) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | 光学装置、光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004258764A JP2006072244A (ja) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | 光学装置、光学素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006072244A true JP2006072244A (ja) | 2006-03-16 |
Family
ID=36152909
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004258764A Pending JP2006072244A (ja) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | 光学装置、光学素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006072244A (ja) |
-
2004
- 2004-09-06 JP JP2004258764A patent/JP2006072244A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2998788B1 (en) | Laser light source, wavelength conversion light source, light combining light source, and projection system | |
CN105467736B (zh) | 光学单元、使用其的光学装置、光源装置和投影显示装置 | |
US7773653B2 (en) | Diode laser arrangement and associated beam shaping unit | |
JP6245994B2 (ja) | レーザ光源装置及びプロジェクタ | |
CN113238315B (zh) | 光源装置和抬头显示装置 | |
JP5531090B2 (ja) | ビーム整形器 | |
US20100046234A1 (en) | Illumination Systems Utilizing Wavelength Conversion Materials | |
JP2008276231A (ja) | マルチカラーレーザディスプレイ用のビーム結合器およびマルチカラーレーザディスプレイ | |
US9739450B2 (en) | Light-source optical system, fiber light source, microscope, and automotive headlight | |
JP5805719B2 (ja) | 光学システム | |
JP2002072358A (ja) | 投写型ディスプレイの照明装置及び投写型ディスプレイ装置 | |
JP2017146602A (ja) | レーザビームを成形するための装置 | |
CN1310352A (zh) | 在宽视场中动态控制光方向的设备 | |
JP2017188298A (ja) | 光源装置およびそれを利用した電子装置 | |
CN108073025B (zh) | 投影装置以及照明系统 | |
JP6476190B2 (ja) | レーザビームを成形するための装置 | |
JP2011076092A (ja) | レーザビームを形成するための装置 | |
US10386031B2 (en) | Light device with movable scanning means and optical fiber | |
JP2017188311A (ja) | 光源装置およびそれを利用した電子装置 | |
WO2014045340A1 (ja) | 光学素子、光源ユニット及びヘッドアップディスプレイ | |
US7061517B2 (en) | Exposure head | |
TWI604259B (zh) | 光源模組 | |
JP2005275325A (ja) | 画像露光装置 | |
JP2006072244A (ja) | 光学装置、光学素子 | |
CN113260899B (zh) | 光学系统 |