JP2021152567A - 光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、各ミラー70は、SLOW軸方向に沿って間隔を置いて配置される。従来例2の合波光学系の場合、各ミラー70の大きさによっては、その大きさの影響を受けて、SLOW軸側に隣り合う半導体レーザ光源20同士の間隔が広がってしまう。なお、合波光学系の使用用途によっては、半導体レーザ光源20同士の間隔は、広いよりも、狭い方が好ましい場合がある。
前記各レーザダイオード素子から発せられるレーザ光の光路に配置されたコリメータと、
前記コリメータに対して、前記各レーザダイオード素子の光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置された導光体と、
前記コリメータを透過した前記レーザ光のSLOW軸方向のビーム径がFAST軸方向のビーム径に近づくように、前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置された拡大光学系と、を備える光源装置に関する。
本発明の態様は、上記の光源装置を備える機械加工装置に関する。
<第1実施形態>
図1〜図5を参照して、本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置の第1実施形態について説明する。なお、図1の上側の構成図は、レーザ光のFAST軸方向α1と平行な平面視における光源装置の各部の配置構成を示し、図1の下側の構成図は、レーザ光のSLOW軸方向α2と平行な平面視における光源装置の各部の配置構成を示す。また、以下では、説明の都合上、図1、図4および図5中の左側を「光軸方向上流側(または左側)」、右側を「光軸方向下流側(または右側)」と言う。また、光軸方向上流側については、単に「上流側」、光軸方向下流側については、単に「下流側」と言うことがある。
図2に示すように、LDパッケージ21は、レーザダイオード素子(LD素子)22と、フォトダイオード23と、パッケージ24とを有する。
ベース241は、円盤状をなし、フォトダイオード23が支持される円盤状部244と、円盤状部244から突出して形成され、レーザダイオード素子22が支持される支持部245とを有する。また、円盤状部244は、パッケージ24において、外径が最大に拡径したフランジ部となる。そして、LDパッケージ21を光源装置1での所定箇所に固定する際、円盤状部244でLDパッケージ21を安定して固定することができる。
ベース241およびキャップ242の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。
カバーガラス243は、キャップ242の内側から貫通孔246を覆うガラス板である。レーザ光LBは、カバーガラス243を透過することができる。なお、パッケージ24は、カバーガラス243が省略されていてもよい。
各レンズ31は、レーザ光LBが入射する入射面311と、レーザ光LBが出射する出射面312とを有する。入射面311は、平面で構成されている。出射面312は、湾曲した凸面で構成されている。一般的に出射面312は、非球面形状となり、入射面311は、出射面312の形状に合わせて凸面、凹面等になる場合もある。なお、レンズ31の有効径は、外径φD244よりも大きいのが好ましい。
集光レンズ5は、各レーザ光LBを導光体6に向けて集光するレンズである。集光レンズ5は、レーザ光LBが入射する入射面51と、レーザ光LBが出射する出射面52とを有する。入射面51は、湾曲した凸面で構成されている。出射面52は、平面で構成されている。なお、集光レンズ5によって集光されたレーザ光LB同士は、図1に示す状態と異なり、互いに重なり合っていてもよい。
図1に示すように、光源装置1は、拡大光学系4を備える。
拡大光学系4の前後では、レーザ光LBは、FAST軸方向α1のビーム径(ビーム幅)が一定に維持され、SLOW軸方向α2のビーム径(ビーム幅)が拡大される。なお、各ビーム径としては、レーザ光LBの強度がピーク値の1/e2になる二点間で測定された測定値を用いることができる。
拡大光学系4の具体的構成としては、本実施形態では、拡大光学系4は、第1レンズ41と、第2レンズ42とを有する構成となっている。第1レンズ41および第2レンズ42は、それぞれ、SLOW軸方向α2にのみパワーを有するシリンドリカルレンズである。また、第1レンズ41と、第2レンズ42とは、光軸方向上流側から下流側に向かって順に配置されている。
これにより、光源2では、LDパッケージ21をFAST軸方向α1にできる限り詰めて、すなわち、隙間なく密に(稠密に)配置することができる。また、SLOW軸方向α2でも同様に、密に配置することができる。
以下、図6を参照して本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置の第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、光源装置が縮小光学系を備えること以外は前記第1実施形態と同様である。
縮小用第1レンズ71は、レーザ光LBが入射する入射面711と、レーザ光LBが出射する出射面712とを有する。入射面711は、FAST軸方向α1に沿って連続的に突出高さが変化するように形成された凸面713を有する。凸面713は、集光レンズ5の光軸が当該凸面713の中心をとおる位置に配置されている。一方、出射面712は、平面で構成されている。
このような縮小用第1レンズおよび縮小用第2レンズにより、簡単な構成で、ビーム径Wα1−2をビーム径Wα2−3に縮小することができる。
光源装置1の適用例について説明する。
光源装置1は、画像等をスクリーンに投影するプロジェクタに適用することができる。プロジェクタは、光源装置1を備える。この場合、光源装置1は、波長が互いに異なる赤系、緑系および青系のレーザ光LBをそれぞれ照射するよう構成されている。これにより、光源装置1は、カラー画像を投影することができる。
光源装置1の他の適用例について説明する。
光源装置1は、レーザ加工を行う機械加工装置に適用することができる。機械加工装置は、光源装置1を備える。この場合、光源装置1は、波長が互いに異なる、例えば青系のレーザ光LBをそれぞれ照射するよう構成されている。これにより、光源装置1は、例えば、金属板を切断するレーザ加工を行うことができる。
また、拡大光学系4は、前記各実施形態では、第1レンズ41および第2レンズ42を有する構成となっているが、これに限定されず、例えば、拡大光学系4として、アナモルフィックプリズムペアを用いてもよい。
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
複数のレーザダイオード素子および該各レーザダイオード素子を収納するパッケージを有する光源と、
前記各レーザダイオード素子から発せられるレーザ光の光路に配置されたコリメータと、
前記コリメータに対して、前記各レーザダイオード素子の光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置された導光体と、
前記コリメータを透過した前記レーザ光のSLOW軸方向のビーム径がFAST軸方向のビーム径に近づくように、前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置された拡大光学系と、を備える。
隣り合う前記レーザダイオード素子同士の中心間距離は、前記FAST軸方向と前記SLOW軸方向において互いに等しく、
前記拡大光学系は、前記コリメータ透過後の前記FAST軸方向のビーム径が、前記パッケージの外径と等しいか、または、前記中心間距離と等しくなるように配置された。
前記拡大光学系は、前記コリメータ透過後の前記SLOW軸方向のビーム径を、前記コリメータ透過前の前記SLOW軸方向のビーム径の1.5〜6.0倍の範囲で拡大する。
前記拡大光学系は、前記レーザ光が入射する入射面が凹面を有し、前記レーザ光が出射する出射面が平面で構成された第1レンズと、
前記第1レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光が入射する入射面が平面で構成され、前記レーザ光が出射する出射面が凸面を有する第2レンズと、を備える。
前記第1レンズは、前記FAST軸方向よりも前記SLOW軸方向にパワーを有するレンズであり、
前記第2レンズは、前記第1レンズから出射した光を平行光となるように整形するレンズである。
前記第2レンズは、該第2レンズを透過後の前記レーザ光の拡がり角1mm rad以下に設定する。
前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置され、前記コリメータ透過後の前記FAST軸方向のビーム径を縮小する縮小光学系を備える。
前記縮小光学系は、前記レーザ光が入射する入射面が凸面を有し、前記レーザ光が出射する出射面が平面で構成された縮小用第1レンズと、
前記縮小用第1レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光が入射する入射面が凹面を有し、前記レーザ光が出射する出射面が平面で構成された縮小用第2レンズとを有する。
第1項〜第8項のいずれか1項に記載の光源装置を備える。
第1項〜第8項のいずれか1項に記載の光源装置を備える。
2 光源
21 LDパッケージ
22 レーザダイオード素子(LD素子)
23 フォトダイオード
24 パッケージ
241 ベース
242 キャップ
243 カバーガラス
244 円盤状部
245 支持部
246 貫通孔
3 コリメータ
31 レンズ
311 入射面
312 出射面
4 拡大光学系
41 第1レンズ
411 入射面
412 出射面
42 第2レンズ
421 入射面
422 出射面
423 凸面
5 集光レンズ
51 入射面
52 出射面
6 導光体
61 入射面
62 出射面
7 縮小光学系
71 縮小用第1レンズ
711 入射面
712 出射面
713 凸面
72 縮小用第2レンズ
721 入射面
722 出射面
723 凹面
20 半導体レーザ光源
30 コリメータレンズ
40 縮小光学系
50 集光レンズ
60 光ファイバ
70 ミラー
φD244 外径
LB レーザ光(半導体レーザ)
P1 中心間距離(ピッチ)
P2 中心間距離(ピッチ)
Wα1−1 ビーム径
Wα1−2 ビーム径
Wα1−3 ビーム径
Wα2−1 ビーム径
Wα2−2 ビーム径
α1 FAST軸方向
α2 SLOW軸方向
θ1 拡がり角(発散角)
θ2 拡がり角(発散角)
Claims (10)
- 複数のレーザダイオード素子および該各レーザダイオード素子を収納するパッケージを有する光源と、
前記各レーザダイオード素子から発せられるレーザ光の光路に配置されたコリメータと、
前記コリメータに対して、前記各レーザダイオード素子の光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置された導光体と、
前記コリメータを通過した前記レーザ光のSLOW軸方向のビーム径がFAST軸方向のビーム径に近づくように、前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置された拡大光学系と、を備える光源装置。 - 隣り合う前記レーザダイオード素子同士の中心間距離は、前記FAST軸方向と前記SLOW軸方向において互いに等しく、
前記拡大光学系は、前記コリメータ透過後の前記FAST軸方向のビーム径が、前記パッケージの外径と等しいか、または、前記中心間距離と等しくなるように配置された請求項1に記載の光源装置。 - 前記拡大光学系は、前記拡大光学系透過後の前記SLOW軸方向のビーム径を、前記拡大光学系透過前の前記SLOW軸方向のビーム径の1.5〜6.0倍の範囲で拡大する請求項1または2に記載の光源装置。
- 前記拡大光学系は、前記レーザ光が入射する入射面が凹面を有し、前記レーザ光が出射する出射面が平面で構成された第1レンズと、
前記第1レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光が入射する入射面が平面で構成され、前記レーザ光が出射する出射面が凸面を有する第2レンズと、を備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記第1レンズは、前記FAST軸方向よりも前記SLOW軸方向にパワーを有するレンズであり、
前記第2レンズは、前記レーザ光を平行光となるように整形するレンズである請求項4に記載の光源装置。 - 前記第2レンズは、該第2レンズを透過後の前記レーザ光の拡がり角を1mm rad以下に設定する請求項5に記載の光源装置。
- 前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置され、前記コリメータ透過後の前記FAST軸方向のビーム径を縮小する縮小光学系を備える請求項1〜6のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記縮小光学系は、前記レーザ光が入射する入射面が凸面で構成され、前記レーザ光が出射する出射面が平面で構成された縮小用第1レンズと、
前記縮小用第1レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光が入射する入射面が凹面で構成され、前記レーザ光が出射する出射面が平面で構成された縮小用第2レンズとを有する請求項7に記載の光源装置。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の光源装置を備えるプロジェクタ。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の光源装置を備える機械加工装置。
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