JP2013054386A - 導光部材、レーザ導光構造体、レーザ照射装置および光源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源装置12は、入射面3aと、出射面3bと、前記入射面3aと前記出射面3bとを接続する側反射面を有する導光部材3と、前記入射面3a側に配置したレーザ素子23と、前記出射面3b側に当接または近接配置された蛍光体7とを備える。前記導光部材3は屈折率分布ない均一な内部構造である。前記レーザ素子23から出射されたレーザ光は前記入射面3a側から入射され、前記側反射面により全反射されて前記出射面3bから出射される。
【選択図】図17
Description
図1は、本発明の導光部材を用いたレーザ導光構造体の一実施の形態を示す斜視図である。図1に示すように、本実施の形態のレーザ導光構造体1は、複数の発光部を有するレーザアレイユニット2と、レーザアレイユニット2から発光された複数のレーザ光を入射面から入射して、入射された複数のレーザ光を所定の方向に導光して出射面から出射する導光部材3とを備える。
図2は、上記レーザ導光構造体に用いられるレーザアレイユニットを示す斜視図である。図2に示すように、レーザアレイユニット2は、xy面の一面(図2では紙面手前の面)に開口された金属製のパッケージ22に、半導体レーザアレイ20を内装したものである。パッケージ22の一側面(図2では紙面左側の側面)に、第1、第2電極ピン24、25が貫装されている。第1、第2電極ピン24、25は、外部の電源に接続して、直流あるいはパルス電流を半導体レーザ素子23に供給するための端子となるものである。
図6は、本発明の導光部材の一例を示す斜視図であり、図7は、その導光部材の平断面図(a)、側断面図(b)およびxy投影図(c)である。図7に示すように、導光部材3は、屈折率分布のない均一な内部構造を有し、その内部全体が導光路として機能する。このような導光部材3の材料としては、例えば、ホウケイ酸クラウン光学ガラス(BK7)や合成石英を用いることができる。
本実施の形態のレーザ導光構造体1は、上記のように構成されたレーザアレイユニット2と導光部材3が一体に組み付けられたものである。組み付け時、図1に示すように、複数の半導体レーザ素子23の発光部が導光部材3の入射面3aに対向配置される。本発明の導光部材3は、入射面3aにレンズ作用を持たせていないため、入射面3aに複数のレーザ光が確実に入射される状態を確保できる限り、導光部材3の入射面3aと各半導体レーザ素子23の発光部との精密な位置合わせが不要となる。よって、本発明の導光部材3は、組み付け時の調整が容易である。本実施の形態によると、簡便な構成で複数のレーザ光を集約して出射するレーザ導光構造体1を提供できる。
以下、上記のように構成された本実施の形態のレーザ導光構造体の動作を、特に本発明の導光部材の作用にスポットを当てて説明する。図11は、導光部材の入射面に入射された複数のレーザ光が導光路を進行し出射面に導光されるメカニズムを説明する平断面図(a)および側断面図(b)である。なお、図面の簡略化のために、半導体レーザ素子23を実際よりも大きく示し、素子の配列個数は4個にして示しているが、配列個数はレーザ導光構造体の用途などによって決まるものであり、4個に限定されないことは言うまでもない。
これまでの説明では、半導体レーザ素子23の配向は、図13(a)のように各レーザ光の光軸がすべてz軸方向に平行となるように配置したもので説明してきた。しかし、図13(a)に点線矢印で示すように、この配置では、短軸方向に拡がりながら導光路に入射するレーザ光について、導光部材3の先端側で全反射条件を満たさない光線が一部出てくるので、それが出射面3bに到達する前に外部に漏洩し導光ロスになる。
図15は、レーザ導光構造体を用いたレーザ照射装置の一例を示す斜視図であり、図16は、そのレーザ照射装置の側断面図である。このレーザ照射装置11は、図15、図16に示すように、上記のように構成されるレーザ導光構造体1を、先端に照射孔4aおよび照射孔4aに埋め込まれたレンズ5を有するペン型のハウジング4に収容し、レンズ5に導光部材3の出射面3bを付き合わせた構成である。6は電源供給用のケーブルであり、ハウジング4の後端から引き出されて外部電源(不図示)と接続するためのものである。
図17は、上記レーザ導光構造体を用いた光源装置の一例を示す概略構成断面図である。この光源装置12は、図17に示すように、上記のように構成されるレーザ導光構造体1を備え、レーザ光により励起され可視光を放出する蛍光体7を、導光部材3の出射面3bに当接または近接配置した構成である。8は、蛍光体7から放出される可視光を平行光線束として前方(図17では右方)に反射するリフレクタである。本例では、リフレクタ8としては、反射面が放物線で形成された凹面鏡を好適に使用しているが、リフレクタ8は、光源装置の用途に応じて凹面鏡以外のものも使用可能である。9は、蛍光体7から前方に放出され、リフレクタ8の反射面に向かわない可視光を、反射させる副反射鏡である。なお、副反射鏡9は蛍光体放出光の利用効率を向上させるためのものであって光源装置12として必須の要素ではない。
2 レーザアレイユニット
3 導光部材
3a 入射面
3b 出射面
3c〜3f 側反射面
11 レーザ照射装置
12 光源装置
21 半導体レーザアレイ
23 半導体レーザ素子
Claims (5)
- 入射面と、出射面と、前記入射面と前記出射面とを接続する側反射面を有する導光部材と、
前記入射面側に配置されたレーザ素子と、
前記出射面側に配置された蛍光体とを備え、
前記導光部材は屈折率分布ない均一な内部構造であり、
前記レーザ素子から出射されたレーザ光は前記入射面側から入射され、前記側反射面により全反射されて前記出射面から出射されることを特徴とする光源装置。 - 前記側反射面は平面から成ることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記蛍光体は、前記出射面に当接または近接配置されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光源装置。
- 前記側反射面のうち少なくとも短軸方向に対向する面は前記入射面から前記出射面に向かって傾斜し、
前記側反射面は、前記レーザ光の長軸方向および短軸方向にテーパ状に狭窄する平面から成り、長軸方向のテーパ角は、短軸方向よりも大きいことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光源装置。 - 投光部材をさらに備え、
前記蛍光体はレーザ光により励起され可視光を放出し、
前記投光部材は前記蛍光体より放出さえた可視光を所定の方向に投光することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光源装置。
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