JP2006301023A - Light source and linear light source apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置およびライン光源装置に関するものである。 The present invention relates to a light source device and a line light source device.
ライン光源装置は、光をライン状に集光照射するものであって、例えば、半導体ウェハや液晶パネルなどの表面上の傷や異物を光学的に検査する際の光源として用いられる。このような検査を高精度に行うには、検査面において照射光のライン幅が狭く光強度が高いことが望まれる。 The line light source device condenses and irradiates light in a line shape, and is used as a light source when optically inspecting scratches or foreign matters on the surface of a semiconductor wafer, a liquid crystal panel, or the like. In order to perform such an inspection with high accuracy, it is desired that the line width of the irradiation light is narrow and the light intensity is high on the inspection surface.
このような光をライン状に集光することを意図したライン光源装置としては、特許文献1に開示されたものが知られている。この文献に開示されたライン光源装置は、ライン状に配列された複数の面発光型のLED(発光ダイオード)を使用している。
しかしながら、特許文献1に開示されたライン光源装置では、LEDから出力される光の空間的コヒーレンスが低いことから、その光をレンズにより集光しても、その集光された光のライン幅を数十μmより狭くすることが困難である。
However, in the line light source device disclosed in
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、レンズにより集光した場合に光のライン幅を更に狭くすることができ、光ファイバを使用した空間的自由度の高い光源装置およびライン光源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can further reduce the line width of light when condensed by a lens, and has a high degree of spatial freedom using an optical fiber. And it aims at providing a line light source device.
本発明に係る光源装置は、(1) 光を出力する発光素子と、(2) 発光素子から出力された光を集光するレンズと、(3) レンズにより集光された光が入射端に入射され、その入射した光を入射端から出射端へ導光し、その導光した光を出射端から外部へ出射する光ファイバと、を備えることを特徴とする。さらに、光ファイバの長手方向に垂直な断面において、第1方向のコア部の幅が最大であり、第2方向の該コア部の幅が最小であることを特徴とする。さらに、第1方向と第2方向とは互いに直交していることがより好適である。 The light source device according to the present invention includes (1) a light emitting element that outputs light, (2) a lens that condenses the light output from the light emitting element, and (3) light collected by the lens is incident on the incident end. And an optical fiber that guides the incident light from the incident end to the exit end and emits the guided light from the exit end to the outside. Furthermore, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber, the width of the core portion in the first direction is the maximum, and the width of the core portion in the second direction is the minimum. Furthermore, it is more preferable that the first direction and the second direction are orthogonal to each other.
この光源装置では、発光素子から出力された光は、レンズにより光ファイバの入射端に集光される。レンズにより集光された光が光ファイバの入射端に入射すると、その入射した光は、入射端から出射端へ導光されて、出射端から外部へ出射される。ここで、光ファイバの長手方向に垂直な断面において、第1方向のコア部の幅が最大であり、第2方向の該コア部の幅が最小である。このことから、光ファイバ内に入射して出射端まで到達した光が出射端から外部へ出射される際には、その出射光のニアフィールドパターン(Near Field Pattern、以下「NFP」という。)も第2方向の幅が最小となる。 In this light source device, the light output from the light emitting element is condensed on the incident end of the optical fiber by the lens. When the light condensed by the lens is incident on the incident end of the optical fiber, the incident light is guided from the incident end to the exit end and is emitted to the outside from the exit end. Here, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber, the width of the core portion in the first direction is the maximum, and the width of the core portion in the second direction is the minimum. For this reason, when light that has entered the optical fiber and has reached the exit end is emitted from the exit end to the outside, the near field pattern (hereinafter referred to as “NFP”) of the exit light is also generated. The width in the second direction is minimized.
本発明に係る光源装置は、発光素子が半導体レーザ素子であり、光ファイバの入射端において、レンズにより集光された光の強度分布の第1方向の半値全幅が第2方向の半値全幅より大きいのが好適である。また、本発明に係る光源装置は、光ファイバの入射端において、コア部の第1方向の幅が強度分布の第1方向の半値全幅より大きく、コア部の第2方向の幅が強度分布の第2方向の半値全幅より大きいのが好適である。この場合には、光ファイバの入射端に到達した光は、効率よく光ファイバ内に入射することができる。 In the light source device according to the present invention, the light emitting element is a semiconductor laser element, and at the incident end of the optical fiber, the full width at half maximum in the first direction of the intensity distribution of the light collected by the lens is larger than the full width at half maximum in the second direction. Is preferred. In the light source device according to the present invention, at the incident end of the optical fiber, the width in the first direction of the core portion is larger than the full width at half maximum in the first direction of the intensity distribution, and the width in the second direction of the core portion is the intensity distribution. It is preferably larger than the full width at half maximum in the second direction. In this case, the light reaching the incident end of the optical fiber can efficiently enter the optical fiber.
本発明に係るライン光源装置は、上記の本発明に係る光源装置を複数組備え、これら複数組の光源装置それぞれに含まれる光ファイバが、各々の出射端における第1方向が一致するようにライン状に配列されていることを特徴とする。また、本発明に係るライン光源装置は、複数の光ファイバそれぞれの出射端から出射される光を入力して、この入力した光をライン状に集光するシリンドリカルレンズを更に備えるのが好適である。 The line light source device according to the present invention includes a plurality of sets of the above-described light source devices according to the present invention, and the optical fibers included in each of the plurality of sets of light source devices are lined so that the first directions at the respective emission ends coincide with each other. It is characterized by being arranged in a shape. The line light source device according to the present invention preferably further includes a cylindrical lens that inputs light emitted from the emission ends of the plurality of optical fibers and collects the input light in a line shape. .
このライン光源装置では、各組の発光素子から出力された光は、レンズにより光ファイバの入射端に集光される。レンズにより集光された光が光ファイバの入射端に入射すると、その入射した光は、入射端から出射端へ導光されて、出射端から外部へ出射される。各組の光ファイバそれぞれの出射端から出射された光は、シリンドリカルレンズにより、第2方向について収斂されて、第1方向に延びるライン状に集光される。ここで、各光ファイバの断面において、コア部の第1方向の幅が最大であって、コア部の第2方向の幅が最小である。このことから、各光ファイバ内に入射して出射端まで到達した光が出射端から外部へ出射される際には、その出射光のNFPも第2方向の幅が最小となる。したがって、各光ファイバの出射端から出射される光は、シリンドリカルレンズにより、幅が狭いライン状に集光され得る。 In this line light source device, the light output from each set of light emitting elements is condensed on the incident end of the optical fiber by a lens. When the light condensed by the lens is incident on the incident end of the optical fiber, the incident light is guided from the incident end to the exit end and is emitted to the outside from the exit end. The light emitted from the emission end of each pair of optical fibers is converged in the second direction by the cylindrical lens and condensed into a line extending in the first direction. Here, in the cross section of each optical fiber, the width of the core portion in the first direction is the largest, and the width of the core portion in the second direction is the smallest. Therefore, when light that has entered each optical fiber and has reached the output end is output from the output end to the outside, the NFP of the output light also has a minimum width in the second direction. Therefore, the light emitted from the emission end of each optical fiber can be condensed into a narrow line shape by the cylindrical lens.
本発明によれば、レンズにより集光した場合に光のライン幅を更に狭くすることができる。 According to the present invention, the light line width can be further reduced when the light is collected by the lens.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、説明の便宜の為にxyz直交座標系を設定して、これを図中に示す。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. For convenience of explanation, an xyz rectangular coordinate system is set and shown in the figure.
図1は、本実施形態に係る光源装置10の説明図である。光源装置10は、半導体レーザ素子11、レンズ12および光ファイバ13を備える。同図(a)は、光源装置10の構成を示し、同図(b)は、光ファイバ13の入射端におけるレーザ光の強度分布を示し、同図(c)は、光ファイバ13の入射端におけるファイバ構造を示す。光軸をz方向とする。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a
半導体レーザ素子11は、上クラッド層11bと下クラッド層11cとに挟まれた活性層11aからレーザ光を出力する発光素子である。出射端における活性層11aの断面形状は、略長方形であって、x方向に長辺を有する。半導体レーザ素子11から出力されるレーザ光のNFPにおいて、x方向の半値全幅はy方向の半値全幅より大きい。一般に、半導体レーザ素子の出射光のNFPは楕円形であって、そのアスペクト比(=長径/短径)は3〜10であり、出力パワーが大きいほどアスペクト比は大きい。
The
レンズ12は、半導体レーザ素子11から出力されたレーザ光を入力し、そのレーザ光を光ファイバ13の入射端13Aに集光する。このとき、光ファイバ13の入射端13Aにおいて、レンズ12により集光されたレーザ光の強度分布のx方向の幅は、これに直交するy方向の幅より大きい(同図(b))。
The
光ファイバ13は、レンズ12により集光されたレーザ光が入射端13Aに入射され、その入射したレーザ光を入射端13Aから出射端13Bへ導光し、その導光したレーザ光を出射端13Bから外部へ出射する。光ファイバ13は、コア部13aと、これを取り囲むクラッド部13bとを有する。この光ファイバ13の長手方向に垂直なxy断面において、コア部13aのx方向の幅が最大であって、コア部13aのy方向の幅が最小である(同図(c))。
In the
光ファイバ13の入射端13Aにおいて、コア部13aのx方向の幅は光の強度分布のx方向の半値全幅より大きく、また、コア部13aのy方向の幅は光の強度分布のy方向の半値全幅より大きいのが好ましい。このようにすることで、光ファイバ13の入射端13aに到達した光は、効率よく光ファイバ13内に入射することができる。光ファイバ13のコア部13aの断面形状は、楕円形であってもよし、長方形であってもよい。
At the
この光源装置10では、半導体レーザ素子11の活性層11aから出力された光は、レンズ12により光ファイバ13の入射端13aに集光される。レンズ12により集光されたレーザ光が光ファイバ13の入射端13Aに入射すると、その入射したレーザ光は、入射端13Aから出射端13Bへ導光されて、出射端13Bから外部へ出射される。
In the
ここで、本実施形態では、光ファイバ13の入射端13Aにおいて、レンズ12により集光されたレーザ光の強度分布のx方向の幅はy方向の幅より大きく(同図(b))、また、コア部13aのx方向の幅が最大であって、コア部13aのy方向の幅が最小である(同図(c))。このことから、光ファイバ13の入射端13aに到達した光は、効率よく光ファイバ13内に入射することができる。また、光ファイバ13内に入射して出射端13Bまで到達した光が出射端13Bから外部へ出射される際には、その出射光のNFPもy方向の幅が最小となる。したがって、光ファイバ13の出射端13Bから出射される光は、レンズにより集光することで、ライン幅を狭くすることができる。
Here, in the present embodiment, at the
図2は、本実施形態に係るライン光源装置20の説明図である。ライン光源装置20は、4個の半導体レーザ素子111〜114、4個のレンズ121〜124、4本の光ファイバ131〜134およびシリンドリカルレンズ21を備える。同図(a)は、ライン光源装置20の構成を示し、同図(b)は、4本の光ファイバ131〜134それぞれの出射端におけるファイバ構造を示す。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the line
第1の組の半導体レーザ素子111,レンズ121および光ファイバ131、第2の組の半導体レーザ素子112,レンズ122および光ファイバ132、第3の組の半導体レーザ素子113,レンズ123および光ファイバ133、ならびに、第4の組の半導体レーザ素子114,レンズ124および光ファイバ134、それぞれは、上述した光源装置10と同様の構成を有している。
The first set of
これら4組の光源装置それぞれに含まれる光ファイバ131〜134は、各々の出射端におけるx方向(すなわち、出射端におけるコア部13bの幅が最大である方向)が一致するようにライン状に配列されている(同図(b))。また、4本の光ファイバ131〜134それぞれは、各々の出射端を含む一定範囲において、一定間隔で配置されて固定されているのが好ましい。
The
シリンドリカルレンズ21は、4本の光ファイバ131〜134それぞれの出射端から出射されるレーザ光を入力して、この入力したレーザ光をライン状に集光する。このシリンドリカルレンズ21は、yz断面形状がx方向に沿って一様なもので、4本の光ファイバ131〜134それぞれの出射端から出射されるレーザ光を、y方向について収斂させることができる。シリンドリカルレンズ21は、平凸レンズであってもよいし、両凸レンズであってもよく、また、円柱型レンズであってもよい。
The
このライン光源装置20では、各半導体レーザ素子11nから出力された光は、レンズ12nにより光ファイバ13nの入射端に集光される。レンズ12nにより集光されたレーザ光が光ファイバ13nの入射端に入射すると、その入射したレーザ光は、入射端から出射端へ導光されて、出射端から外部へ出射される。ここで、nは1以上4以下の任意の整数である。そして、4本の光ファイバ131〜134それぞれの出射端から出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ21により、y方向について収斂されて、x方向に延びるライン状に集光される。
In the line
ここで、本実施形態では、各光ファイバ13nの入射端において、レンズ12nにより集光されたレーザ光の強度分布のx方向の幅はy方向の幅より大きく、また、コア部のx方向の幅が最大であって、コア部のy方向の幅が最小である。このことから、各光ファイバ13nの入射端に到達した光は、効率よく光ファイバ13n内に入射することができる。また、各光ファイバ13n内に入射して出射端まで到達した光が出射端から外部へ出射される際には、その出射光のNFPもy方向の幅が最小となる。したがって、各光ファイバ13nの出射端から出射される光は、シリンドリカルレンズ21により、幅が狭いライン状に集光され得る。
Here, in the present embodiment, at the incident end of each
また、本実施形態に係るライン光源装置20では、4組の光源装置が設けられていて、各組の光ファイバ131〜134それぞれの出射端から出射されたレーザ光はシリンドリカルレンズ21によりライン状に集光される。したがって、ライン光源装置20から集光されて出力される光は、x方向に長いライン状のものとなる。
Further, the line
なお、光ファイバ131〜134それぞれは、長さが任意であり、可撓性を有していることから、照射方向や照射位置の自由度が高い。また、半導体レーザ素子111〜114は、各々の配置が任意であるが、半導体レーザアレイとして一体化されていてもよい。また、シリンドリカルレンズ21に替えて、各光ファイバ13nの出射端に個別にレンズが設けられてもよい。
Note that each of the
次に、上記実施形態に係る光源装置10の具体的な実施例について説明する。ここでは、マルチモードで波長405nmのレーザ光を発振する半導体レーザ素子を用いた。図3は、実施例1〜3の各光源装置の諸元を纏めた図表である。
Next, specific examples of the
この図には、実施例1〜3それぞれについて、半導体レーザ素子11から出力されるレーザ光のNFPのx方向およびy方向それぞれの半値全幅(FWHM)、光ファイバ13の入射端に集光されたレーザ光の強度分布のx方向およびy方向それぞれの半値全幅(FWHM)、光ファイバ13のコア部13aのx方向およびy方向それぞれの幅、ならびに、光ファイバ13のクラッド部13bに対するコア部13aの比屈折率差Δn、が示されている。
In this figure, for each of Examples 1 to 3, the full width at half maximum (FWHM) of the NFP in the x direction and y direction of the NFP of the laser light output from the
何れの実施例の光源装置においても、光ファイバ13の入射端において、コア部13aのx方向の幅は光の強度分布のx方向の半値全幅より大きく、また、コア部13aのy方向の幅は光の強度分布のy方向の半値全幅より大きい。このようにすることで、光ファイバ13の入射端に到達した光は、効率よく光ファイバ13内に入射することができる。
In any light source device of any of the embodiments, the width in the x direction of the
10…光源装置、11…半導体レーザ素子、12…レンズ、13…光ファイバ、20…ライン光源装置、21…シリンドリカルレンズ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記発光素子から出力された光を集光するレンズと、
前記レンズにより集光された光が入射端に入射され、その入射した光を前記入射端から出射端へ導光し、その導光した光を前記出射端から外部へ出射する光ファイバと、
を備え、
前記光ファイバの長手方向に垂直な断面において、第1方向のコア部の幅が最大であり、第2方向の該コア部の幅が最小である、
ことを特徴とする光源装置。 A light emitting element that outputs light;
A lens for collecting the light output from the light emitting element;
The light collected by the lens is incident on the incident end, the incident light is guided from the incident end to the exit end, and the guided light is emitted from the exit end to the outside;
With
In the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber, the width of the core portion in the first direction is the maximum, and the width of the core portion in the second direction is the minimum.
A light source device characterized by that.
前記光ファイバの前記入射端において、前記レンズにより集光された光の強度分布の前記第1方向の半値全幅が前記第2方向の半値全幅より大きい、
ことを特徴とする請求項1記載の光源装置。 The light emitting element is a semiconductor laser element;
The full width at half maximum in the first direction of the intensity distribution of light collected by the lens at the incident end of the optical fiber is greater than the full width at half maximum in the second direction;
The light source device according to claim 1.
これら複数組の光源装置それぞれに含まれる光ファイバが、各々の出射端における第1方向が一致するようにライン状に配列されている、
ことを特徴とするライン光源装置。 A plurality of light source devices according to any one of claims 1 to 3,
The optical fibers included in each of the plurality of sets of light source devices are arranged in a line so that the first directions at the respective emission ends coincide.
A line light source device.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|---|
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2005
- 2005-04-15 JP JP2005118709A patent/JP2006301023A/en active Pending
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