JP2022112520A - 光源装置および光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つまたは複数の光ビームを傾斜するように出射できる光源装置および光学装置を提供する。【解決手段】光源装置３０は、互いに平行な複数の光ビームを発生する光源２０と、複数の光ビームに対応して設けられた複数のコア１０とを備える。各コア１０は、光源２０から入射面１１ａに入射した光ビームを伝送し出射面１１ｂから出射する。各コア１０は、長手方向ＤＬ、および手方向ＤＬに対して直交する横断方向ＤＴを有し、長手方向ＤＬに沿って延在するとともに入射面１１ａ及び出射面１１ｂと交差する光軸ＯＡから横断方向ＤＴに離れるに従って屈折率が低下する屈折率分布を有する。各光ビームは、入射面１１ａにおいて光軸ＯＡから横断方向ＤＴにシフトした位置に入射する。【選択図】図１

Description

本発明は、１つまたは複数の光ビームを出射できる光源装置、およびこうした光源装置を用いた光学装置に関する。

従来、クラッド内に２つのコアを有する光通信用マルチコア光ファイバが開示されている（例えば、特許文献１）。光は、光ファイバの長手方向に沿って各コアに入射し、各コアの中心を進行し、光ファイバの長手方向に沿って出射される。

特許第６２５８６１８号公報 特表２０１５－５３１８６１号公報 国際公開第２０１８／１５９７０６号公報 特開２０１２－１３７６８８号公報

特許文献１の手法では、光は光ファイバの長手方向に沿って出射されるに過ぎず、光の出射方向については何ら言及していない。
本発明の目的は、１つまたは複数の光ビームを傾斜するように出射できる光源装置を提供することである。また本発明の目的は、こうした光源装置を用いた光学装置を提供することである。

本発明の一態様に係る光源装置は、光ビームを発生する光源と、
前記光源から入射面に入射した光ビームを伝送し出射面から出射する光学素子とを備え、
前記光学素子は、長手方向、および該長手方向に対して直交する横断方向を有し、前記長手方向に沿って延在するとともに前記入射面及び前記出射面と交差する光軸から前記横断方向に離れるに従って屈折率が低下する屈折率分布を有し、
前記光源は、前記光ビームが、前記入射面において前記光軸から前記横断方向にシフトした位置に入射する位置に配置される。

本発明の他の態様に係る光源装置は、互いに平行な複数の光ビームを発生する光源と、
複数の光ビームに対応して設けられた複数の光学素子であって、各光学素子は、前記光源から入射面に入射した光ビームを伝送し出射面から出射する、複数の光学素子と、
を備え、
各光学素子は、長手方向、および該長手方向に対して直交する横断方向を有し、前記長手方向に沿って延在するとともに前記入射面及び前記出射面と交差する光軸から前記横断方向に離れるに従って屈折率が低下する屈折率分布を有し、
前記光源は、各光ビームが、前記入射面において前記光軸から前記横断方向にシフトした位置に入射する位置に配置される。

本発明の他の態様に係る光学装置は、上記の光源装置と、前記光源装置から出射される光ビームが照射されるサンプルを保持するホルダとを備える。

本発明に係る光源装置によれば、１つまたは複数の光ビームを傾斜するように出射させることが可能になる。

図１（Ａ）は、本発明の実施形態１に係る光源装置の一例を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中のＸ－Ｘ線に沿った断面図であり、光ビーム経路の一態様を示す。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）中のＸ－Ｘ線に沿った断面図であり、光ビーム経路の他の態様を示す。 図２（Ａ）は、ＧＩ型の屈折率分布を有するコア内での光線の経路を示す説明図である。図２（Ｂ）は、屈折率分布を示すグラフである。 光源において複数の発光部が２×２のマトリクス状に配列した様子を示す説明図であり、図３（Ａ）は発光部のＸＹ座標テーブルを示し、図３（Ｂ）は概略斜視図を示す。 図４（Ａ）は、コアおよびクラッドの寸法の一例を示す側面図であり、図４（Ｂ）は、入射面側から見た斜視図であり、図４（Ｃ）は、出射面側から見た斜視図である。 図５（Ａ）は、各コアの出射面から出射される光ビームの出射方向の一例を示す斜視図である。図５（Ｂ）は、ターゲットでの光ビームスポットを示す説明図である。図５（Ｃ）は、コアおよびクラッドの屈折率を示すグラフである。 光学ユニットの製造方法の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態２に係る光源装置の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る光源装置の他の例を示す斜視図である。 図９（Ａ）は、屈折素子を出射面の上に一体的に設けたときの光ビームの出射方向の一例を示す斜視図である。図９（Ｂ）は、ターゲットでの光ビームスポットを示す説明図である。 図１０（Ａ）は、屈折素子を出射面から離間して設けたときの光ビームの出射方向の一例を示す斜視図である。図１０（Ｂ）は、ターゲットでの光ビームスポットを示す説明図である。 図１１（Ａ）は、本発明の実施形態３に係る光学装置を示す構成図であり、図１１（Ｂ）は、その斜視図である。

本発明の一態様に係る光学素子は、光ビームを発生する光源と、
前記光源から入射面に入射した前記光ビームを光軸に沿って伝送し出射面から出射する光学素子とを備え、
前記光学素子は、前記光軸に沿った長手方向、および該長手方向に対して直交する横断方向を有し、前記長手方向に沿って延在するとともに前記入射面及び前記出射面と交差する光軸から前記横断方向に離れるに従って屈折率が低下する屈折率分布を有し、
前記光源は、前記光ビームが、前記入射面において前記光軸から前記横断方向にシフトした位置に入射する位置に配置される。

この構成によれば、光学素子は、光軸から横断方向に離れるに従って屈折率が低下する屈折率分布を有するため、光学素子を通過する光ビームの軌跡は、光軸からの距離が変化する曲線を示す。光ビームは、入射面において光軸から横断方向にシフトした位置に入射する。これにより光学素子は、光ビームを光軸に対して傾斜するように出射することが可能になる。

本発明の他の態様に係る光学素子は、互いに平行な複数の光ビームを発生する光源と、
複数の光ビームに対応して設けられた複数の光学素子であって、各光学素子は、前記光源から入射面に入射した光ビームを伝送し出射面から出射する、複数の光学素子と、
を備え、
各光学素子は、長手方向、および該長手方向に対して直交する横断方向を有し、前記長手方向に沿って延在するとともに前記入射面及び前記出射面と交差する光軸から前記横断方向に離れるに従って屈折率が低下する屈折率分布を有し、
前記光源は、各光ビームが、前記入射面において前記光軸から前記横断方向にシフトした位置に入射する位置に配置される。

この構成によれば、各光学素子は、光軸から横断方向に離れるに従って屈折率が低下する屈折率分布を有するため、光学素子を通過する光ビームの軌跡は、光軸からの距離が変化する曲線を示す。各光ビームは、入射面において光軸から横断方向にシフトした位置に入射する。これにより光源装置は、複数の光ビームを光軸に対して傾斜するように出射させることが可能になる。

各光ビームは、前記入射面において前記光軸から前記横断方向に沿って互いに接近するようにシフトした位置に入射してもよい。

この構成によれば、各光ビームは、出射面から出射する際、光軸から遠ざかるように発散するようになる。

各光ビームは、前記入射面において前記光軸から前記横断方向に沿って互いに遠ざかるようにシフトした位置に入射してもよい。

この構成によれば、各光ビームは、出射面から出射する際、いったん光軸に接近するように集束し、続いて光軸と交差した後、光軸から遠ざかるように発散するようになる。

光源装置は、前記複数の光学素子を保持する保持部をさらに備えてもよい。

この構成によれば、保持部は、複数の光学素子を安定に位置決めできる。

前記保持部は、前記複数の光学素子の外周に設けられ、前記光学素子の屈折率より低い屈折率を有するクラッドでもよい。

この構成によれば、光学素子の外周が保護されるため、光ビームはコア内を安定に進行できるようになる。

前記光源は、前記クラッドに埋設されてもよい。

この構成によれば、光源と光学素子との位置決め精度を向上させることができる。

前記光学素子を通過する光ビームの軌跡は、前記光軸からの距離が変化する曲線を示し、該曲線は、その接線が前記光軸に対して平行な腹と、その接線が前記光軸に対して傾斜する傾斜領域とを含み、
前記出射面は、前記傾斜領域内に設けてもよい。

この構成によれば、出射面は、光軸に対して傾斜した方向に光ビームを出射することが可能になる。

光源装置は、前記出射面の上または前記出射面から離間して設けられ、光ビームの進行方向を変更する屈折素子をさらに備えてもよい。

この構成によれば、屈折素子は、光ビームの進行方向を変更して、光ビームを光軸からより発散するように出射させることが可能になる。

光源装置は、前記出射面に一体的に設けられ、光ビームの進行方向を変更する屈折素子をさらに備えてもよい。

この構成によれば、屈折素子は、光ビームの進行方向を変更して、光ビームを光軸からより発散するように出射させることが可能になる。

前記光源は、前記光学素子の前記入射面に接して設けてもよい。

この構成によれば、光学装置の小型化、光利用効率の向上が図られる。

前記光源は、マルチエミッタ面発光レーザでもよい。

この構成によれば、光学装置の小型化が図られる。

前記屈折率分布は、前記光軸からの距離に関して屈折率が２次曲線的に変化するグレーデッド型でもよい。

この構成によれば、光学素子を通過する光ビームの軌跡は、正弦波状に変化するようになる。

本発明の他の態様に係る光学装置は、上記の光源装置と、前記光源装置から出射される光ビームが照射されるサンプルを保持するホルダとを備える。

この構成によれば、複数の光ビームを光軸から発散するように出射させて、サンプルに照射することが可能になる。

（実施形態１）
図１（Ａ）は、本発明の実施形態１に係る光源装置３０の一例を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中のＸ－Ｘ線に沿った断面図であり、光ビーム経路の一態様を示す。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）中のＸ－Ｘ線に沿った断面図であり、光ビーム経路の他の態様を示す。

光源装置３０は、複数のコア１１およびクラッド１２を含む光学ユニット１０と、光源２０とを備える。コア１１は、光ビームを伝送する光学素子として機能する。ここでは、４つのコア１１が２×２のマトリクス状に配置された場合を例示する。

クラッド１２は、各コア１１の外周に中実に充填されるように設けられ、各コア１１を保持する保持部として機能する。コア１１およびクラッド１２は、一般の光ファイバと同様に、光に対して透明な材料、例えば、ガラス、石英などの無機材料、または合成樹脂などの有機材料などで製作できる。コア１１の屈折率は、一般にクラッド１２の屈折率より大きくなるように設計される。クラッド１２は、コア１１の外周を保護して、光がコア１１内を安定に進行するのに寄与するが、必要に応じて省略することも可能である。

各コア１１は、長手方向ＤＬ、および長手方向ＤＬに対して直交する横断方向ＤＴを有する。各コア１１は、光が入射する入射面１１ａと、光が出射する出射面１１ｂを有する。入射面１１ａおよび出射面１１ｂは、長手方向ＤＬに互いに対向するように配置されている。実施形態１において、入射面１１ａおよび出射面１１ｂは、横断方向ＤＴに対して平行である。各コア１１は、長手方向ＤＬに沿って延在するとともに入射面１１ａ及び出射面１１ｂと交差（例えば、直交）するように、光軸ＯＡを有している。実施形態１において、光軸ＯＡは、入射面１１ａの中心および出射面１１の中心を通る軸である。

入射面１１ａの前方には、互いに平行な複数の光ビームを発生する光源２０が配置される。光源２０は、複数の発光部が２次元状に配列したマルチエミッタ面発光レーザ、例えば、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光型レーザ: Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などが使用できる。ここでは、２×２のマトリクス状に配置された４つのコア１１に対応して、光源２０の発光部が２×２のマトリクス状に配置され、４つの光ビームを発生する場合を例示する。

光源２０は、コア１１の入射面１１ａから離間して設けてもよいが、入射面１１ａに接して設けてもよい。これにより光源２０とコア１１との間の位置決め精度の向上、光源装置３０の小型化が図られる。

光源２０は、プリント配線基板などの基板ＳＢの上に固定され、駆動回路（不図示）と電気的に接続される。クラッド１２の下方には、光源２０の外形と嵌合するスカート部１２ａが基板ＳＢまで延出するように設けられ、光源２０はスカート部１２ａの内部に埋設される。これにより光源２０とコア１１との間の位置決め精度がさらに向上する。また、光源装置３０の気密性、水密性も改善できる。

図２（Ａ）は、ＧＩ（グレーデッドインデックス: Graded Index）型の屈折率分布を有するコア１１内での光線の経路を示す説明図である。図２（Ｂ）は、屈折率分布を示すグラフである。ＧＩ型の屈折率分布を有する光学素子は、ＧＲＩＮレンズとも称される。コア１１は、光軸ＯＡから横断方向ＤＴに離れるに従って低下する屈折率分布を有する。即ち、コア１１内の屈折率は、光軸ＯＡからの半径ｒに関して２次曲線的、例えば、放物線状に分布しており、光軸ＯＡ上で最も高くなり、半径ｒの増加とともに低下する。具体的には、コア１１内の屈折率ｎ（ｒ）は、下記の式（１）で表される。ここで、ｎ１は光軸ＯＡでの屈折率、√Ａは勾配係数、ｒは光軸ＯＡからの半径位置である。

このときコア１１内の光線は、ピッチＰで周期的に変化する正弦波状曲線を示し、長さＰ／２ごとに、光軸ＯＡに接近して光軸ＯＡからの距離が最小になる節と、光軸ＯＡから遠ざかって光軸ＯＡからの距離が最大になる腹とが繰り返し現れる。なお、コア１１の長さＬＣを用いて、２πＰ＝ＬＣ×√Ａの関係が成立する。

こうした屈折率分布は、光軸ＯＡからの半径ｒに関して２次以上の高次の関数に拡張してもよい。この場合の屈折率分布は、下記の式（２）で表される。ここで、ｎ_ｒｎ（ｎ＝０，２，４，…，１２）は係数である。

光源２０の個々の発光部は、個々のコア１１に一対一で対応するように対向配置されている。これにより、光源２０の個々の発光部から放出された光ビームは、対応するコア１１の光軸ＯＡに対して平行に維持され、そのまま入射面１１ａに入射する。コア１１の内部において光ビームが入射面１１ａから出射面１１ｂに向けて進行すると、光ビームの主光線は、光軸ＯＡからの距離がピッチＰで周期的に変化する経路を示す。ここで光ビームの経路は、２つの領域、即ち、１）節Ｑ１から腹Ｑ２に至る発散領域ＲＤと、２）腹Ｑ２から節Ｑ１に至る集束領域ＲＣとに区分できる。

こうした光ビームの経路は、光ビームが入射面１１ａに入射する位置に応じて一義的に決定される。一例として、図２（Ａ）に示すように、単一の光ビームＯＢ１に着目すると、光ビームＯＢ１は、入射面１１ａにおいて光軸ＯＡから横断方向ＤＴに沿って距離ΔＤだけシフトした位置に入射している。光ビームＯＢ１は、入射面１１ａに相当する腹Ｑ２を通過した後、集束領域ＲＣにおいて光軸ＯＡに接近するように傾斜し、節Ｑ１において光軸ＯＡと交差する。続いて発散領域ＲＤに入ると、光ビームＯＢ１は、光軸ＯＡを通過し光軸ＯＡから遠ざかるように傾斜し、続いて腹Ｑ２に接近すると、光軸ＯＡに対して徐々に平行になり、腹Ｑ２を通過する際は平行になる。以下同様に、光ビームＯＢ１は、正弦波状曲線に沿って周期的に進行する。こうした曲線の振幅および傾斜角は、距離ΔＤに応じて変化するが、節Ｑ１および腹Ｑ２の位置は変化しない。

図２（Ａ）に示す例では、コア１１の出射面１１ｂは、集束領域ＲＣの範囲に設定されている。この場合、光ビームＯＢ１が出射面１１ｂを出射する際、光軸ＯＡに対して下向きに傾斜して出射し、空気中ではそのまま直進し、光軸ＯＡに接近して交差した後、光軸ＯＡから遠ざかるように発散する。

次に、コア１１の出射面１１ｂを発散領域ＲＤの範囲（例えば、図２（Ａ）中の位置ＺＡ）に設定した場合を説明する。この場合、光ビームＯＢ１が出射面１１ｂを出射する際、光軸ＯＡに対して上向きに傾斜して出射し、空気中ではそのまま直進し、光軸ＯＡから遠ざかるように発散する。

次に、コア１１の出射面１１ｂを節Ｑ１の近傍に設定した場合を説明する。この場合も、光ビームＯＢ１が出射面１１ｂを出射する際、光軸ＯＡに対して上向きまたは下向きに傾斜して出射し、空気中ではそのまま直進し、光軸ＯＡから遠ざかるように発散する。

一方、コア１１の出射面１１ｂを腹Ｑ２またはその近傍に設定した場合を説明する。この場合、光ビームＯＢ１が出射面１１ｂを出射する際、光軸ＯＡに対して平行または略平行に出射し、空気中では光軸ＯＡに対して平行または略平行に直進する。

従って、コア１１の出射面１１ｂを、集束領域ＲＣ、発散領域ＲＤおよび節Ｑ１の近傍のいずれか、即ち、光ビームの経路が光軸ＯＡに対して傾斜した傾斜領域内に設定することによって、光ビームＯＢ１が出射面１１ｂを出射する際、光軸ＯＡに対して傾斜して出射し、光軸ＯＡから遠ざかるように発散するようになる。

こうした光ビームＯＢ１の出射位置および出射角度は、ピッチＰで周期的に繰り返すことになる。そのため入射面１１ａに相当する腹Ｑ２から次の腹Ｑ２までの範囲に出射面１１ｂを設定することによって、コア１１の小型化が図られる。

図１に戻って、図１（Ｂ）に示す例では、光源２０から放出された各光ビームは、各入射面１１ａにおいて光軸ＯＡから横断方向ＤＴに沿って互いに接近するようにシフトした位置に入射している。また出射面１１ｂは、入射面１１ａから数えて第１の集束領域ＲＣから第１の発散領域ＲＤの範囲に設定される。従って、入射面１１ａを通過した光ビームは、図２（Ａ）に示すように、入射面１１ａに相当する腹Ｑ２を通過した後、第１の集束領域ＲＣにおいて光軸ＯＡに接近するように傾斜し、出射面１１ｂを出射する際、光軸ＯＡに対して傾斜して光軸ＯＡから遠ざかるように直進する。従って、図１（Ｂ）に示すように、出射面１１ｂを出射した各光ビームは、そのまま互いに遠ざかるように発散する。

図１（Ｃ）に示す例では、光源２０から放出された各光ビームは、各入射面１１ａにおいて光軸ＯＡから横断方向ＤＴに沿って互いに遠ざかるようにシフトした位置に入射している。また出射面１１ｂは、入射面１１ａから数えて第１の集束領域ＲＣから第１の発散領域ＲＤの範囲に設定される。従って、入射面１１ａを通過した光ビームは、図２（Ａ）に示すように、入射面１１ａに相当する腹Ｑ２を通過した後、第１の集束領域ＲＣにおいて光軸ＯＡに接近するように傾斜し、出射面１１ｂを出射する際、光軸ＯＡに対して傾斜して光軸ＯＡから遠ざかるように直進する。従って、図１（Ｃ）に示すように、出射面１１ｂを出射した各光ビームは、いったん接近して交差するが、その後は互いに遠ざかるように発散する。

このように本発明では、各光ビームは、入射面１１ａにおいて光軸ＯＡから横断方向ＤＴに沿ってシフトした位置に入射している。これにより複数の光ビームを光軸ＯＡから発散するように出射させることが可能になる。

図３は、光源２０において複数の発光部が２×２のマトリクス状に配列した様子を示す説明図であり、図３（Ａ）は発光部のＸＹ座標テーブルを示し、図３（Ｂ）は概略斜視図を示す。

一例として、２つのＸ座標（－０．４０ｍｍ、－０．１０ｍｍ）と、２つのＹ座標（０．１５ｍｍ、０．３５ｍｍ）との組合せにより、計４個のＸＹ座標が定義され、計４個の発光部が配列される。このとき発光部間のＸ方向ピッチは０．３ｍｍ、Ｙ方向ピッチは０．２ｍｍである。

本実施形態では、４つのコア１１が２次元状に配置された場合を例示したが、２つ、３つまたは５つ以上のコア１１が２次元状に配置された場合も本発明は適用可能である。この場合、光源２０の発光部もコア１１の数および配置に対応するように設けられる。また、発光部の配列間隔についても０．２０ｍｍ、０．３０ｍｍ以外の間隔でも構わない。

また本実施形態では、コア１１が円柱状である場合を例示したが、コア１１が角柱状、例えば、四角柱状、六角柱状、八角柱状などである場合も本発明は適用可能である。

図４（Ａ）は、コア１１およびクラッド１２の寸法の一例を示す側面図であり、図４（Ｂ）は、入射面１１ａ側から見た斜視図であり、図４（Ｃ）は、出射面１１ｂ側から見た斜視図である。円柱状のコア１１およびクラッド１２は、１．３２５ｍｍの長さを有する。コア１１は、０．４ｍｍの外径を有する。クラッド１２は、１．６ｍｍの外径を有する。コア１１は、光軸間が０．５ｍｍのピッチとなるように配置される。出射面１１ｂからターゲットＴＧまでの距離は、１．６７５ｍｍである。

図５（Ａ）は、各コア１１の出射面１１ｂから出射される光ビームの出射方向の一例を示す斜視図である。図５（Ｂ）は、ターゲットＴＧでの光ビームスポットを示す説明図である。図５（Ｃ）は、コア１１およびクラッド１２の屈折率を示すグラフである。

図１（Ｂ）と同様に、４本の光ビームは、４つのコア１１を通過して出射面１１ｂから出射し、互いに遠ざかるように発散している。このとき光軸ＯＡに対する各光ビームの傾斜角（θｘ，θｙ）は、一例として、（－５．８°，８．６°），（５．８°，８．６°），（５．８°，－８．６°），（５．８°，－８．６°）である。

図５（Ｂ）に示すように、４本の光ビームは、ターゲットＴＧにおいて４つのスポットを形成する。スポット間のＸ方向ピッチは、約０．７０ｍｍ、Ｙ方向ピッチは約０．８５ｍｍである。ターゲットＴＧでのスポット間ピッチは、発光部間ピッチと比較すると、Ｘ方向は約２．３倍、Ｙ方向は約４．３倍に拡大される。

図５（Ｃ）に示すように、コア１１の中心屈折率は、例えば、１．４５２５０であり、そこから２次曲線的に低下している。クラッド１２の屈折率は、例えば、１．４２８１３である。なお、図４と図５に示した数値は一例に過ぎず、他の数値も採用できる。

図６は、光学ユニット１０の製造方法の一例を示す説明図である。図６（Ａ）に示すように、容器５０の中にクラッド１２の原料５１を充填する。次に図６（Ｂ）に示すように、コア１１の原料５２を供給するための複数のノズルＮＺが原料５１の中に挿入され、ノズルＮＺの開口部を容器５０の底部付近に位置決めする。一例として、２×２のマトリクス状に配置されたコア１１を製造する場合、ノズルＮＺも２×２のマトリクス状に配置する。次に図６（Ｃ）に示すように、各ノズルＮＺを上方に引き上げながら、原料５２を送出する。このとき原料５１の中に残留する原料５２が円柱状になるように、ノズルＮＺの引き上げ速度および原料５２の送出量を調整する。

次に図６（Ｄ）に示すように、ノズルＮＺの引き上げが完了した後、所定時間だけ放置する。これにより原料５１と原料５２が互いに混合しながら、徐々に硬化する。完全に硬化すると、原料５１はクラッド材５１ａとなり、原料５２はコア材５２ａとなる。このとき原料５１，５２の混合比は、コア材５２ａの外側から内側に向かって変化しており、製造条件を適切に設定することによって、所望の屈折率分布が得られる。

原料５１，５２は、硬化していない流体、例えば、硬化前の合成樹脂が使用でき、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリノルボルネン樹脂などが使用でき、硬化後の屈折率が互いに異なるように選択される。

次に図６（Ｅ）に示すように、容器５０からクラッド材５１ａおよびコア材５２ａを取り出して、切削などの機械加工、またはエッチングなどの化学的処理などで加工することにより、図１に示す光学ユニット１０が得られる。

なお以上の説明では、屈折率分布が連続的に変化するＧＩ型のコア１１について例示したが、屈折率分布が階段状に変化するＳＩ（ステップインデックス: Step Index）型のコア１１についても本発明は同様に適用できる。

（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２に係る光源装置３０の一例を示す斜視図である。本実施形態では、コア１１の出射面の上に屈折素子１５が設けられる。

光源装置３０は、実施形態１と同様に、複数のコア１１およびクラッド１２を含む光学ユニット１０と、光源２０とを備える。光源装置３０の詳細は、実施形態１と同様であるため、重複説明を省略する。

屈折素子１５は、コア１１の出射面から出射した光ビームの進行方向を変更する機能を有する。例えば、光ビームがコア１１の出射面から光軸に対して約４０度に傾斜した角度で出射する場合、屈折素子１５を通過すると、光軸に対して約７０度に傾斜した角度で光ビームが屈折素子１５の出射面から出射されるように構成されている。屈折素子１５は、例えば、半球状の透明材料で構成されている。こうした傾斜角は、屈折素子１５の高さ、曲率半径、屈折率、コア１１と屈折素子１５の間の距離などを調整することによって所望の値に設定でき、これにより光学設計の自由度が高くなる。

図８は、本発明の実施形態２に係る光源装置３０の他の例を示す斜視図である。屈折素子１５は、例えば、円錐状の透明材料で構成され、コア１１の出射面から出射した光ビームの進行方向を変更する機能を有する。こうした屈折素子１５も、出射面での出射角度を増加させることが可能であり、これにより光学設計の自由度が高くなる。

上述した屈折素子１５は、コア１１の出射面の上に別部品として接合してもよく、コア１１の製造時に一体的に形成してもよく、コア１１の出射面から離間して別部品として設置してもよい。

また上述した屈折素子１５は、半球状、円錐状以外にも、他の形状、例えば、半楕円体状、双曲面状、放物面状、放物面状、あるいは三角錐状、四角錐状、六角錐状などの多角錐状でもよい。

図９（Ａ）は、屈折素子１５を出射面の上に一体的に設けたときの光ビームの出射方向の一例を示す斜視図である。図９（Ｂ）は、ターゲットＴＧでの光ビームスポットを示す説明図である。コア１１およびクラッド１２の寸法は、図４と図５で説明したものと同じである。コア１１と屈折素子１５の間の距離はゼロである。

４本の光ビームは、４つのコア１１を通過して出射面から出射し、屈折素子１５によってさらに互いに遠ざかるように発散している。このとき光軸ＯＡに対する各光ビームの傾斜角（θｘ，θｙ）は、一例として、（－１３．０°，１９．５°）、（１３．０°，１９．５°）、（－１３．０°，－１９．５）、（１３．０°，－１９．５°）である。従って、屈折素子１５による角倍率は、約２．２５（＝１３．０°／５．８°）になる。

図９（Ｂ）に示すように、４本の光ビームは、ターゲットＴＧにおいて４つのスポットを形成する。スポット間のＸ方向ピッチは、約１．１６ｍｍ、Ｙ方向ピッチは約１．５０ｍｍである。ターゲットＴＧでのスポット間ピッチは、発光部間ピッチと比較すると、Ｘ方向ピッチは約３．９倍、Ｙ方向ピッチは約７．５倍に拡大される。

図１０（Ａ）は、屈折素子１５を出射面から離間して設けたときの光ビームの出射方向の一例を示す斜視図である。図１０（Ｂ）は、ターゲットＴＧでの光ビームスポットを示す説明図である。コア１１およびクラッド１２の寸法は、図４と図５で説明したものと同じである。コア１１と屈折素子１５の間の距離は０．２ｍｍである。

４本の光ビームは、４つのコア１１を通過して出射面から出射し、屈折素子１５によってさらに互いに遠ざかるように発散している。このとき光軸ＯＡに対する各光ビームの傾斜角（θｘ，θｙ）は、一例として、（－１４．０°，１９．５°）、（１４．０°，１９．５°）、（－１４．０°，－１９．５°）、（１４．０°，－１９．５°）である。従って、屈折素子１５による角倍率は、約２．４（＝１４．０°／５．８°）になる。

図１０（Ｂ）に示すように、４本の光ビームは、ターゲットＴＧにおいて４つのスポットを形成する。スポット間のＸ方向ピッチは、約１．２ｍｍ、Ｙ方向ピッチは約１．４ｍｍである。ターゲットＴＧでのスポット間ピッチは、発光部間ピッチと比較すると、Ｘ方向ピッチは約４．０倍、Ｙ方向ピッチは約７．０倍に拡大される。

なお、屈折素子１５を出射面から離間して設けたとき、図９（Ａ）に示した各光ビームの傾斜角（θｘ，θｙ）と同じにする場合、各屈折素子１５を、互い遠ざかるようにＸ方向に０．０３ｍｍ、Ｙ方向に０．０３ｍｍだけシフトさせる。

（実施形態３）
図１１（Ａ）は、本発明の実施形態３に係る光学装置１００を示す構成図であり、図１１（Ｂ）は、その斜視図である。本実施形態に係る光学装置１００は、サンプルＳＡを観察する観察装置として動作する。

光学装置１００は、上述した光学ユニット１０および光源２０を含む光源装置３０と、サンプルＳＡを保持するホルダ１１０と、サンプルＳＡを光学的に検出する検出素子１２０などを備える。ホルダ１０１は、光が通過できる透明材料で形成され、液体を保持できるウェルＷＬが多数形成された基板として構成される。検出素子１２０は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）などの撮像センサで構成される。検出素子１２０の前方には、集光レンズ１２１が密着して設けられる。

ホルダ１１０の表面には、例えば、Ａｕ蒸着薄膜が設けられ、光ビームが照射されるとプラズモン効果によって局所的に温度が上昇する光熱変換が起こる。サンプルＳＡは、プラスチック製のビーズが多数分散している液体である。光ビームの照射により、液体が局所的に気化してマイクロバブルが発生し、これによりビーズの集積が可能になる。集積した様子は検出素子１２０によって検出される。

本実施形態では、各光ビームは、コア１１の入射面において光軸から横断方向にシフトした位置に入射する。これにより光源装置３０は、複数の光ビームを光軸から発散するように出射させて、サンプルＳＡに照射することが可能になる。

一例として、４つのコア１１が２×２のマトリクス状に配置された光学ユニット１０を使用する場合、１つの光源２０を使用して、４本の光ビームを、２×２のマトリクス状に配置された４つのウェルＷＬ内にある複数のサンプルＳＡに同時に照射して検出することが可能になる。

本実施形態では、４つのコア１１が２次元状に配置された場合を例示したが、２つ、３つまたは５つ以上のコア１１が２次元状に配置された場合も本発明は適用可能である。この場合、光源２０の発光部およびホルダ１０１のウェルＷＬもコア１１の数および配置に対応するように設けられる。

こうして本発明に係る光源装置３０を使用することによって、複数のサンプルＳＡを同時に照射することが可能になる。その結果、光学装置１００の小型化、部品点数の削減が図られる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されている
が、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形
や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に
含まれると理解されるべきである。

本発明は、１つまたは複数の光ビームを傾斜するように出射させることが可能な光源装置が実現できるため、産業上極めて有用である。

１０ 光学ユニット
１１ コア
１１ａ 入射面
１１ｂ 出射面
１２ クラッド
１２ａ スカート部
１５ 屈折素子
２０ 光源
ＤＬ 長手方向
ＤＴ 横断方向
ＯＡ 光軸
Ｑ１ 節
Ｑ２ 腹
ＲＣ 集束領域
ＲＤ 発散領域
３０ 光源装置
１００ 光学装置
１１０ ホルダ
１２０ 検出素子

Claims (15)

1. 光ビームを発生する光源と、
   前記光源から入射面に入射した光ビームを伝送し出射面から出射する光学素子とを備え、
   前記光学素子は、長手方向、および該長手方向に対して直交する横断方向を有し、前記長手方向に沿って延在するとともに前記入射面及び前記出射面と交差する光軸から前記横断方向に離れるに従って屈折率が低下する屈折率分布を有し、
   前記光源は、前記光ビームが、前記入射面において前記光軸から前記横断方向にシフトした位置に入射する位置に配置される、光源装置。
2. 互いに平行な複数の光ビームを発生する光源と、
   前記複数の光ビームに対応して設けられた複数の光学素子であって、各光学素子は、前記光源から入射面に入射した前記光ビームを伝送し出射面から出射する、複数の光学素子と、を備え、
   各光学素子は、長手方向、および該長手方向に対して直交する横断方向を有し、前記長手方向に沿って延在するとともに前記入射面及び前記出射面と交差する光軸から前記横断方向に離れるに従って屈折率が低下する屈折率分布を有し、
   前記光源は、各光ビームが、前記入射面において前記光軸から前記横断方向にシフトした位置に入射する位置に配置される、光源装置。
3. 各光ビームは、前記入射面において前記光軸から前記横断方向に沿って互いに接近するようにシフトした位置に入射する、請求項２に記載の光源装置。
4. 各光ビームは、前記入射面において前記光軸から前記横断方向に沿って互いに遠ざかるようにシフトした位置に入射する、請求項２に記載の光源装置。
5. 前記複数の光学素子を保持する保持部をさらに備える、請求項２に記載の光源装置。
6. 前記保持部は、前記複数の光学素子の外周に設けられ、前記光学素子の屈折率より低い屈折率を有するクラッドである、請求項５に記載の光源装置。
7. 前記光源は、前記クラッドに埋設されている請求項６に記載の光源装置。
8. 前記光学素子を通過する光ビームの軌跡は、前記光軸からの距離が変化する曲線を示し、該曲線は、その接線が前記光軸に対して平行な腹と、その接線が前記光軸に対して傾斜する傾斜領域とを含み、
   前記出射面は、前記傾斜領域内に設けられる、請求項１または２に記載の光源装置。
9. 前記出射面の上または前記出射面から離間して設けられ、光ビームの進行方向を変更する屈折素子をさらに備える、請求項１または２に記載の光源装置。
10. 前記出射面に一体的に設けられ、光ビームの進行方向を変更する屈折素子をさらに備える、請求項１または２に記載の光源装置。
11. 前記光源は、前記光学素子の前記入射面に接して設けられる、請求項１または２に記載の光源装置。
12. 前記光源は、マルチエミッタ面発光レーザである、請求項１または２に記載の光源装置。
13. 前記屈折率分布は、前記光軸からの距離に関して屈折率が２次曲線的に変化するグレーデッド型である、請求項１または２に記載の光源装置。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載の光源装置と、
    前記光源装置から出射される光ビームが照射されるサンプルを保持するホルダとを備える、光学装置。
15. 前記サンプルを光学的に検出する検出素子をさらに備える、請求項１４に記載の光学装置。

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