JP2793711B2

JP2793711B2 - 半導体レーザ用集光装置

Info

Publication number: JP2793711B2
Application number: JP27957690A
Authority: JP
Inventors: 芳治高杉
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-10-18
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH04153618A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体レーザから出射されるレーザ光を半
導体ファイバーに効率良く入射させるための半導体レー
ザ用集光装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体レーザは小型、軽量、低電力で動作し、また、
エネルギー変換効率が高い等の特徴があり、光通信やコ
ンパクトディスクプレーヤー等の光源として広く使われ
ている。従来、半導体レーザは低出力であったが、最近
では数Ｗ（ワット）オーダーの高出力のものも製品化さ
れてきており、レーザ励起光源の代用として、また、各
種医療分野への応用等に注目され開めている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、通常半導体レーザの発光部は線状であり、
また、その拡がり角はその接合面に対して平行な方向と
垂直な方向では大きく異なっている。接合面に対して垂
直な方向では、光の回折作用によりその拡がり角が大き
く、特に、高出力型のものではこの拡がり角が開口数
（NA）で0.5以上と非常に大きくなっている。

このように、半導体レーザはその接合面に対する方向
によって発光部の大きさもレーザ光の拡がり角も大きく
異なるため、特に高出力、高NAの半導体レーザからの出
射光を効率良く導光用ファイバーに入射させることは非
常に難しくなり、その結果、多大な光量損失が生じてし
まい、高出力半導体レーザの特徴を生かし切れなくなっ
てしまう。

このような半導体レーザからのレーザ光を光ファイバ
ーに効率良く結合するのに、母線が接合面方向に向いた
単一のシリンドリカルと球面レンズを組み合わせて用い
ることは知られているが、結合効率を充分に検討して、
そのパワー配分等を決定することは行われていなかっ
た。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、高出力、高NAの半導体レーザを用いた
場合においても、レーザ導光用ファイバーに効率良くレ
ーザ光を入射できる、簡単な構成で全長がコンパクトな
集光光学系を備えた半導体レーザ用集光装置を提供する
ことである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体レーザ用集光装置は、以下に述べるこ
とを特徴としている。すなわち、半導体レーザから出射
されるレーザ光を単数あるいは複数の光ファイバーから
構成された導光用ファイバーに集光させるためのアナモ
フィック光学系を含んだ半導体レーザ用集光装置であっ
て、該アナモフィック光学系は、半導体レーザ発光部の
接合面に対して垂直方向断面においては、半導体レーザ
側から順に、正のパワー成分と負のパワー成分の２成分
光学系から構成され、また、前記接合面に対して平行方
向断面においては、半導体レーザ側から順に、正のパワ
ー成分、負のパワー成分、及び、正のパワー成分の３成
分光学系から構成されていることを特徴とする半導体レ
ーザ用集光装置である。

なお、ここで、例えば正のパワー成分というのは、１
枚以上のレンズから構成され、全体として正のパワーを
有するレンズ群をさすものとし、負のパワー成分につい
ても同様に考えるものとする。

〔作用〕

以下、以上のような構成を採用する理由を具体例をあ
げながら説明する。

第11図に半導体レーザから出射されるレーザ光の様子
を示す。ここで、半導体レーザ１の接合面に対して垂直
方向をｙ軸方向、平行方向をｘ軸方向と定義し、半導体
レーザ１の発光部２から出射されるレーザ光のｘ軸方向
の拡がり角をθ_ｘ、ｙ軸方向の拡がり角をθ_ｙ（ただ
し、θ_ｘ、θ_ｙともに半角とする。）、発光部２の形状
をx_o、y_oとすると、発光部２はx_o≫y_oであるが、拡がり
角はθ_ｘ＜θ_ｙであるため、第11図に示したように、出
射されるレーザ光の近視野像と遠視野像は大きく異なっ
たものになる。

そこで、以下に半導体レーザ１の接合部に対して垂直
なｙ軸方向断面と平行なｘ軸方向断面について別々に考
えるものとする。

レーザ導光用ファイバーのコア径をφ、開口数をNAと
すると、ｘ方向、ｙ方向それぞれについて、用いる集光
光学系の倍率β_ｘ、β_ｙは以下の条件式を満足すること
が必要である。

φ/x_o≧β_ｘ≧NA_x/NA …（１） φ/y_o≧β_ｙ≧NA_y/NA …（２）ここで、NA_x及びNA_yは、各々、NA_x＝sinθ_ｘ、NA_y＝sin
θ_ｙで表わされる。なお、倍率β_ｘ、β_ｙはその大きさ
を表すものとし、符号は考慮しないものとして、以下同
様に考えるものとする。

この式（１）、（２）は、導光用ファイバーに効率良
くレーザ光を集光させるために必要な条件である。つま
り、なるべく細いコア径のファイバーに集光させようと
すると、レーザ光がファイバー端面へ入射するときの入
射角が大きくなってしまい、ファイバーの開口数を越
え、光量損失を生じてしまう。逆に、ファイバー開口数
に余裕をもたせすぎると、コア径内にレーザ光を集光さ
せることができなくなり、光量損失を生じてしまう。

つまり、ファイバーのコア径及び開口数により光学系
の倍率範囲が決まってしまい、これら条件式の上限値又
は下限値を越えると、レーザ光の集光効率が悪くなる。

これから、通常の対称形のレンズ系（球面レンズ系）
で集光光学系を構成しようとすると、条件（１）、
（２）を同時に満たすβ_ｘ＝β_ｙなる倍率で使用しなけ
ればならないことが分かる。

次に、数値を用いて具体的に示す。例えば、x_o＝160
μｍ、y_o＝２μｍ、NA_x＝0.2、NA_y＝0.5なる特性を持っ
た半導体レーザを用いて、コア系φ0.3、NA0.35の導光
用ファイバーにレーザ光を集光させるとする。すると、
前記条件（１）、（２）より、ｘ、ｙ各方向について次
の各条件が導かれる。

0.57≦β_ｘ≦1.88 … 1.43≦β_ｙ≦150 … これから、β_ｘ、β_ｙの共通範囲βは、 1.43≦β≦1.88 … となる。したがって、この共通範囲内に倍率を設定すれ
ば、ｘ方向、ｙ方向にとらわれず、通常の対称光学系で
集光装置を構成することが可能となる。例えば、β＝1.
5の場合の具体的な光学系を、ｘ方向断面については第1
3図Ａ、ｙ方向断面については第13図Ｂに示す（以下、
図面中においてＡ、Ｂはそれぞれｘ方向断面、ｙ方向断
面に関することを示すものとする。）。この集光装置は
対称光学系なので、レンズ構成は両断面において全く同
じである。ここでは接合レンズを用いて球面収差を補正
しており、最初にレーザ光をコリメートした後、導光用
ファイバーに集光させるという構成をとっており、コリ
メーターレンズと集光レンズははほぼ同じ構成としてい
る。ところで、半導体レーザにおいては、y_oはせいぜい
数μｍオーダーであるが、NA_yは光の回折の影響を受け
て約0.5〜0.8程度と大きな値になっている。また逆に、
x_oは約0.1mm〜10mmと範囲が大きいものの、NA_xは約0.15
〜0.2程度とあまり代わらないのが普通である。したが
って、以上の点を考慮すると、対称な光学系を用いた場
合、その光学系の倍率βは、前記条件（１）、（２）よ
り、次の条件（３）を満たすことが必要である。

φ/x_o≧β≧NA_y/NA …（３）また、（３）式より、次の（４）式が導かれる。

φ≧（NA_y/NA）×x_o …（４）すなわち、x_o、NA_yは半導体レーザの特性として一義的
に決まってしまうので、導光用ファイバーのNAに応じて
必要なコア径φが求まる。

ここで、導光用ファイバーは、通常マルチモードファ
イバーを用いることを考えると、せいぜい大きくてもNA
0.35程度であるから、条件（４）より、導光用ファイバ
ーのコア径φと発光部の大きさx_oの関係は次のようにな
る。

φ≧1.4x_o ……（５）つまり、ある半導体レーザを用いる場合、少なくとも
条件（５）を満たす太さの導光用ファイバーを用いない
と、レーザ光の光量損失を生じてしまう。このことは、
例えば円形でないコアを持ったファイバーや複数のファ
イバーにより断面線状に構成したもの等を用いる場合に
は、そのファイバーのｘ方向の大きさをφ_ｘとすれば、
前記条件（５）と同様に、次の条件（５）′を満たすこ
とが必要である。

φ_ｘ≧1.4x_o …（５）′ 以上述べたように、半導体レーザからのレーザ光を効
率良く集光させるために必要な対称光学系からなる集光
光学系は、拡大系でなければならず、例えば前記例で
は、元々のビーム形状（発光部）の約1.4倍以上に拡大
するような仕様でないと、構成することができない。そ
のため、高出力、高NAの半導体レーザを用いようとす
る、当然のことながら、非常にコア径の大きなファイバ
ーを用いるか、細いファイバーを断面線状に数百本並べ
たようなものを使用するか、又は、細いファイバーを用
いてレーザ光の光量損失を覚悟するしかない。

したがって、半導体レーザ用集光装置を対称な光学系
で構成することができない場合、例えばｘ方向に関して
縮小したい場合等では、ｘ、ｙ方向がそれぞれ異なる倍
率であり、各方向について、それぞれ前記条件（１）、
（２）を独自に満足するようなアナモフィックな光学系
を採用するしかない。最も簡単には、シリンドカルレン
ズを用いて任意の方向に任意の大きさにレーザ光を拡
大、縮小することである。また、プリズムを用いたビー
ムエクスパンダーを使うことも考えられるが、これで光
軸が曲がってしまうため、全体構成が行ない難くなって
しまう。

そこで、本発明においては、円筒面を有するアナモフ
ィック光学系を用いて、高出力、高NAの半導体レーザか
らのレーザ光をレーザ導光用ファイバーに効率良く入射
させることにする。以下、そのための検討をｘ方向とｙ
方向に分けて行う。

まず、ｘ方向については、半導体レーザからのビーム
径x_oが大きいので、より細いファイバーにレーザ光を入
射させるために縮小光学系となるように構成する。しか
し、倍率をあまり小さくすると、ファイバー入射時のレ
ーザ光の拡がり角が大きくなりすぎ、ファイバーの開口
数を越えるため、光量損失が起こってしまう。そのた
め、アナモフィック光学系のｘ方向の倍率βは前記条件
（１）を満たすので、これからの次のような関係が得ら
れる。

φ_ｘ≧NA_x/NA）×x_o …（６）この式は、具体的にはおよそ次のようになる。

φ_ｘ≧0.25x_o …（７）つまり、倍率を小さくするといっても、せいぜい元のビ
ーム径の0.25倍程度にしかできないことが分かる。無
論、導光用ファイバーの特性によっては、ここまで倍率
を小さくすることができないことは言うまでもない。

したがって、ｘ方向に関するレーザビーム形状x_oと導
光用ファイバー径φ_ｘの関係はおよそ次のように決める
ことができる。

３≧φ_x/x_o≧0.25 …（８）これは、同様にｘ方向の倍率β_ｘを用いて、次のよう
に示される。

３≧β_ｘ≧0.25 …（８）′ すなわち、ｘ方向の倍率に関しては、前記条件
（８）′の上限値を越えて大きくなると、通常の場合、
対称な光学系で集光装置を構成できるようになり、アナ
モフィック光学系をわざわざ採用する必要がなくなって
しまう。さらに、ｘ方向のファイバー径も大きなものに
なってしまい、好ましくない。また、前記条件（８）′
の下限値より小さくなると、レーザ光のファイバー入射
角がファイバーの開口数を越えることになり、光量損失
が発生することになるため、好ましくない。つまり、使
用するファイバー等の仕様により、ｘ方向の倍率β_ｘが
とり得る範囲は変わってくるが、通常の場合は、前記条
件（８）′の範囲内であれば全く問題ない。

例えば、高出力半導体レーザでx_o＝10mmであれば、最
小でも2.5mmにしかビーム径を縮小することができず、
これ以上小さくすると、レーザの拡がり角が大きくなり
過ぎてしまう。また、当然ながら、この場合、少なくと
も2.5mm以上の大きさのファイバーを使用しなければな
らないことは言うまでもない。

さらに、このとき、ファイバーの開口数に対して、入
射レーザ光の拡がり角の余裕があまりない場合、ファイ
バーへの入射角が傾いていると、周辺のレーザ光は開口
数を越えるため、光量損失となってしまう。そのため、
ファイバー端面に対して垂直になるようにレーザ光を入
射させることが必要である。

以上のような条件（８）′を満たす最も簡単な光学系
は、正、正のパワー成分の２群で構成したアフォーカル
光学系である。ところで、元々x_oが大きく、レンズへの
入射光線高が大きくなること、また、NA_xの値も約0.15
以上と大きいのでレーザ光の光束径も大きくなるため、
このような光学系では収差が発生してしまい、好ましく
ない。

したがって、ほぼアフォーカルな状態で全体としては
縮小系とするには、縮小系とは言え前述のようにほぼ等
倍系に近いものであることを考慮すると、レンズタイプ
は全く別であるが、例えばガウス型光学系のように、
正、負、正のパワー成分で構成した方が、収差補正の意
味からも非常に都合がよいことは容易に理解できる。こ
のような構成にすることで、コマ収差や球面収差の補正
及びペッツバール和を小さくすることができるため、フ
ァイバーへの集光効率を向上させることができる。

次に、ｙ方向については、元々ビーム径y_oが小さく、
レーザの拡がり角が大きいため、拡大光学系を用いたほ
ぼ軸上物点の結像系とすればよい。これは、物点として
は非常に小さいので、多少拡大（例えば数10倍程度）し
ても像高としてはせいぜい数10μｍオーダーにしかなら
ず、通常のファイバーに導光するのに全く問題ない大き
さであるし、また、開口数的にも拡大光学系でないと、
レーザ光の入射角をファイバーの開口数以下にすること
ができないためである。すなわち、ファイバーに入射す
るレーザ光のNAは、半導体レーザから出射する光束のNA
に対してなるべく小さくしなければならず、光学系の主
点位置を物体側（半導体レーザ側）にずらすようにする
光学系がよい。また、拡がり角が大きいため、光学系に
入射する光線高が大きくなって球面収差が発生しやす
い。このため、正レンズだけでは収差が抑えられないた
め、負レンズを含むようにする必要がある。以上の観点
から、ｙ方向については、正、負のパワー構成にするの
が望ましい。

また、例えば導光用ファイバーコア径φ0.3とする
と、数100倍（≦300）程度まで拡大できることになる
が、実際上は次の条件を満足することが望ましい。

1.0＜β_ｙ≦20 …（９）上記条件（９）の下限値よりも小さいと、レーザ光の
拡がり角がファイバーの開口数を越えるので、光量損失
が発生してしまう。そのために、少なくとも前記下限値
以上でなければならない。また、その上限値を越えて倍
率を大きくすると、負のパワーが強くなり過ぎてバック
フォーカスが長くなり、光学系全体がコンパクトでなく
なってしまう。

以上述べたように、本発明のアナモフィックな光学系
は、ｘ方向断面に関しては、物体側から順に、正、負、
正のパワー成分で構成した光学系であり、また、ｙ方向
断面に関しては、同様に、正及び負のパワー成分で構成
した光学系とする。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例について説明する。

実施例１のｘ方向断面のレンズ構成を第１図Ａに、ｙ
方向断面のレンズ構成を第１図Ｂに示す。ｘ方向は、正
レンズ３枚からなる正群、負のメニスカスレンズと負の
シリンドカルレンズからなる負群、及び、正のシリンド
カルレンズ２枚からなる正群という正、負、正のパワー
構成をとっている。

ｙ方向は、正のシリンドカルレンズを含め４枚の正レ
ンズからなる正群で徐々に光線を曲げている。その後の
負のメニスカスレンズからなる負群により、主点位置の
物体側への移動と球面収差の除去を行なっている。

次に、実施例２、実施例３とも実施例１の物体の正群
のレンズ枚数を１枚減らしたものである。

第２実施例のｘ方向断面のレンズ構成を第２図Ａに、
ｙ方向断面のレンズ構成を第２図Ｂに示す。これは、正
のメニスカスレンズを１枚減らしたもので、２枚の両凸
レンズと正のシリンドカルレンズで最初の正パワー群を
構成している。

実施例３のｘ方向断面のレンズ構成を第３図Ａに、ｙ
方向断面のレンズ構成を第３図Ｂに示す。実施例３は、
実施例２同様に、２枚の正のメニスカスレンズと正のシ
リンドカルレンズで最初の正パワー群を構成している。

実施例４のｘ方向断面のレンズ構成を第４図Ａに、ｙ
方向断面のレンズ構成を第４図Ｂに示す。実施例４は負
のパワー群の構成を負のメニスカスレンズのみとしたも
のである。ここでは、収差除去、特にコマ収差をとるた
めに、像側に配置された正のシリンドカルレンズを非球
面レンズとしている。さらに、他の例よりも光学系の全
長を短くしてコンパクト化を図っている。また、非球面
レンズは、収差補正のために本実施例のようにｘ方向に
設けるのがよい。ここで、非球面形状は、次式にて表わ
されるのものとする（以下、同じ）。

Ｚ＝（X²/r）／［１＋｛１−Ｐ（X²/r²）^1/2］＋A₂X²
＋A₄X⁴ ＋A₆X⁶＋A₈X⁸＋… ただし、光軸をＺとして像方向に正にとり、光軸に直交
してＸ断面内にＸ軸をとり、面と光軸の交点を原点とす
る。ｒは光軸近傍でこの非球面と接する円の曲率半径、
Ｐは非球面の形状を表わす円錐係数、A₂、A₄、A₆、A₈…
はそれぞれ２次、４次、６次、８次…の非球面係数であ
る。なお、Ｐ＝１で非球面係数A₂、A₄、A₆、A₈…が全て
０の場合は、上記式は球面を表す。

実施例５のｘ方向断面のレンズ構成を第５図Ａに、ｙ
方向断面のレンズ構成を第５図Ｂに示す。実施例５は、
以上の実施例と異なり、負のパワー成分を負のメニスカ
スレンズを用いずに構成したものである。ここでは、物
体側に曲率半径の小さい両凹レンズを配置し、その後に
負のシリンドカルレンズを配置した構成である。また、
この例でも、コマ収差等の収差除去のために、像側に配
置された正のシリンドカルレンズを非球面レンズとして
いる。

次に、上記実施例１から５のレンズデータを示す。な
お、記号は、上記の外、f_x、f_yはそれぞれｘ方向断面、
ｙ方向断面における焦点距離、s₁は第１面からの物体距
離、r₁、r₂…は各レンズ面の曲率半径、d₁、d₂…は各レ
ンズ面間の間隔、n₈₁₀ ₁、n₇₉₀ ₁、n₈₃₀ ₁、n₈₁₀ ₂、n
₇₉₀ ₂、n₈₃₀ ₂…は各レンズの波長810nm、790nm、830nm
における屈折率を表す。

実施例１〔ｘ方向断面〕 f_x ＝43.74 NA_x＝0.174（θ_ｘ＝10゜） s₁ ＝−4.49 β_x ＝0.85617 x_o＝10 r₁ ＝∞ d₁ ＝5.0000 n₈₁₀ ₁＝1.79195 n₇₉₀ ₁＝1.79279 n₈₃₀ ₁＝1.79116 r₂ ＝∞ d₂ ＝1.4700 r₃ ＝−54.7000 d₃ ＝5.1400 n₈₁₀ ₂＝1.79195 n₇₉₀ ₂＝1.79279 n₈₃₀ ₂＝1.79116 r₄ ＝−20.0000 d₄ ＝1.5200 r₅ ＝45.3700 d₅ ＝2.4500 n₈₁₀ ₃＝1.79195 n₇₉₀ ₃＝1.79279 n₈₃₀ ₃＝1.79116 r₆ ＝−49.6350 d₆ ＝0.5800 r₇ ＝18.3970 d₇ ＝2.8600 n₈₁₀ ₄＝1.79195 n₇₉₀ ₄＝1.79279 n₈₃₀ ₄＝1.79116 r₈ ＝142.4530 d₈ ＝3.8800 r₉ ＝−11.8360 d₉ ＝2.5700 n₈₁₀ ₅＝1.79195 n₇₉₀ ₅＝1.79279 n₈₃₀ ₅＝1.79116 r₁₀＝−26.1580 d₁₀＝0.1000 r₁₁＝∞ d₁₁＝3.0000 n₈₁₀ ₆＝1.79195 n₇₉₀ ₆＝1.79279 n₈₃₀ ₆＝1.79116 r₁₂＝10.9000 d₁₂＝4.5000 r₁₃＝∞ d₁₃＝4.5000 n₈₁₀ ₇＝1.79195 n₇₉₀ ₇＝1.79279 n₈₃₀ ₇＝1.79116 r₁₄＝−12.7000 d₁₄＝3.5300 r₁₅＝16.0000 d₁₅＝6.0000 n₈₁₀ ₈＝1.79195 n₇₉₀ ₈＝1.79279 n₈₃₀ ₈＝1.79116 r₁₆＝∞ 〔ｙ方向断面〕 f_y ＝7.991 NA_y＝0.71（θ_ｙ＝45.3゜） s₁ ＝−4.49 β_y ＝4.11864 y_o ＝0.001 r₁ ＝∞ d₁ ＝5.0000 r₂ ＝−11.0000 d₂ ＝1.4700 r₃ ＝−54.7000 d₃ ＝5.1400 r₄ ＝−20.0000 d₄ ＝1.5200 r₅ ＝45.3700 d₅ ＝2.4500 r₆ ＝−49.6350 d₆ ＝0.5800 r₇ ＝18.3970 d₇ ＝2.8600 r₈ ＝142.4530 d₈ ＝3.8800 r₉ ＝−11.8360 d₉ ＝2.5700 r₁₀＝−26.1580 d₁₀＝0.1000 r₁₁＝∞ d₁₁＝3.0000 r₁₂＝∞ d₁₂＝4.5000 r₁₃＝∞ d₁₃＝4.5000 r₁₄＝∞ d₁₄＝3.5300 r₁₅＝∞ d₁₅＝6.0000 r₁₆＝∞ 実施例２〔ｘ方向断面〕 f_x ＝31.09 NA_x＝0.174（θ_ｘ＝10゜） s₁ ＝−4.49 β_ｘ＝0.79565 x_o ＝10 r₁ ＝∞ d₁ ＝5.0000 n₈₁₀ ₁＝1.79195 n₇₉₀ ₁＝1.79279 n₈₃₀ ₁＝1.79116 r₂ ＝∞ d₂＝5.8584 r₃ ＝45.3700 d₃ ＝2.4500 n₈₁₀ ₂＝1.79195 n₇₉₀ ₂＝1.79279 n₈₃₀ ₂＝1.79116 r₄ ＝−49.6350 d₄ ＝0.5800 r₅ ＝14.1629 d₅ ＝2.8600 n₈₁₀ ₃＝1.79195 n₇₉₀ ₃＝1.79279 n₈₃₀ ₃＝1.79116 r₆ ＝−169.7028 d₆ ＝3.38800 r₇ ＝−11.8360 d₇ ＝2.5700 n₈₁₀ ₄＝1.79195 n₇₉₀ ₄＝1.79279 n₈₃₀ ₄＝1.79116 r₈ ＝−26.1580 d₈ ＝0.1000 r₉ ＝∞ d₉ ＝3.0000 n₈₁₀ ₅＝1.79195 n₇₉₀ ₅＝1.79279 n₈₃₀ ₅＝1.79116 r₁₀＝10.9000 d₁₀＝4.5000 r₁₁＝∞ d₁₁＝4.5000 n₈₁₀ ₆＝1.79195 n₇₉₀ ₆＝1.79279 n₈₃₀ ₆＝1.79116 r₁₂＝−12.7000 d₁₂＝3.5300 r₁₃＝16.0000 d₁₃＝6.0000 n₈₁₀ ₇＝1.79195 n₇₉₀ ₇＝1.79279 n₈₃₀ ₇＝1.79116 r₁₄＝∞ 〔ｙ方向断面〕 f_y ＝8.253 NA_y＝0.71（θ_ｙ＝45.3゜） s₁ ＝−4.49 β_ｙ＝3.92710 y_o ＝0.001 r₁ ＝∞ d₁ ＝5.0000 r₂ ＝−9.8367 d₂ ＝5.8584 r₃ ＝45.3700 d₃ ＝2.4500 r₄ ＝−49.6350 d₄ ＝0.5800 r₅ ＝14.1629 d₅ ＝2.8600 r₆ ＝−169.7028 d₆ ＝3.8800 r₇ ＝−11.8360 d₇ ＝2.5700 r₈ ＝−26.1580 d₈ ＝0.1000 r₉ ＝∞ d₉ ＝3.0000 r₁₀＝∞ d₁₀＝4.5000 r₁₁＝∞ d₁₁＝4.5000 r₁₂＝∞ d₁₂＝3.5300 r₁₃＝∞ d₁₃＝6.0000 r₁₄＝∞ 実施例３〔ｘ方向断面〕 f_x ＝44.518 NA_x＝0.174（θ_ｘ＝10゜） s₁ ＝−4.49 β_ｘ＝0.86694 x_o ＝10 r₁ ＝∞ d₁ ＝5.0000 n₈₁₀ ₁＝1.79195 n₇₉₀ ₁＝1.79279 n₈₃₀ ₁＝1.79116 r₂ ＝∞ d₂ ＝1.4700 r₃ ＝−46.8366 d₃ ＝5.1400 n₈₁₀ ₂＝1.79195 n₇₉₀ ₂＝1.79279 n₈₃₀ ₂＝1.79116 r₄ ＝14.9633 d₄ ＝3.4672 r₅ ＝11.8020 d₅ ＝2.8600 n₈₁₀ ₃＝1.79195 n₇₉₀ ₃＝1.79279 n₈₃₀ ₃＝1.79116 r₆ ＝143.2187 d₆ ＝3.8800 r₇ ＝−11.8360 d₇ ＝2.5700 n₈₁₀ ₄＝1.79195 n₇₉₀ ₄＝1.79279 n₈₃₀ ₄＝1.79116 r₈ ＝−26.1580 d₈ ＝0.1000 r₉ ＝∞ d₉ ＝3.0000 n₈₁₀ ₅＝1.79195 n₇₉₀ ₅＝1.79279 n₈₃₀ ₅＝1.79116 r₁₀＝10.3708 d₁₀＝4.5000 r₁₁＝∞ d₁₁＝4.5000 n₈₁₀ ₆＝1.79195 n₇₉₀ ₆＝1.79279 n₈₃₀ ₆＝1.79116 r₁₂＝−12.5005 d₁₂＝3.5300 r₁₃＝16.2046 d₁₃＝6.0000 n₈₁₀ ₇＝1.79195 n₇₉₀ ₇＝1.79279 n₈₃₀ ₇＝1.79116 r₁₄＝∞ 〔ｙ方向断面〕 f_y ＝8.145 NA_y＝0.71（θ_ｙ＝45.3゜） s₁ ＝−4.49 β_ｙ＝3.98432 y_o ＝0.001 r₁ ＝∞ d₁ ＝5.0000 r₂ ＝−11.5510 d₂ ＝1.4700 r₃ ＝−46.8366 d₃ ＝5.1400 r₄ ＝−14.9633 d₄ ＝3.4623 r₅ ＝11.8020 d₅ ＝2.8600 r₆ ＝143.2187 d₆ ＝3.8800 r₇ ＝−11.8360 d₇ ＝2.5700 r₈ ＝−26.1580 d₈ ＝0.1000 r₉ ＝∞ d₉ ＝3.0000 r₁₀＝∞ d₁₀＝4.5000 r₁₁＝∞ d₁₁＝4.5000 r₁₂＝∞ d₁₂＝3.5300 r₁₃＝∞ d₁₃＝6.0000 r₁₄＝∞ 実施例４〔ｘ方向断面〕 f_x ＝19.260 NA_x＝0.174（θ_ｘ＝10゜） s₁ ＝−4.4545 β_ｘ＝0.81972 x_o ＝10 r₁ ＝∞ d₁ ＝5.000 n₈₁₀ ₁＝1.79195 n₇₉₀ ₁＝1.79279 n₈₃₀ ₁＝1.79116 r₂ ＝∞ d₂ ＝1.4700 r₃ ＝−54.7000 d₃ ＝5.1400 n₈₁₀ ₂＝1.79195 n₇₉₀ ₂＝1.79279 n₈₃₀ ₂＝1.79116 r₄ ＝−20.0000 d₄ ＝1.5200 r₅ ＝45.3700 d₅ ＝2.4500 n₈₁₀ ₃＝1.79195 n₇₉₀ ₃＝1.79279 n₈₃₀ ₃＝1.79116 r₆ ＝−49.6350 d₆ ＝0.5800 r₇ ＝18.3970 d₇ ＝2.8600 n₈₁₀ ₄＝1.79195 n₇₉₀ ₄＝1.79279 n₈₃₀ ₄＝1.79116 r₈ ＝142.4530 d₈ ＝3.8800 r₉ ＝−13.3526 d₉ ＝2.5700 n₈₁₀ ₅＝1.79195 n₇₉₀ ₅＝1.79279 n₈₃₀ ₅＝1.79116 r₁₀＝−18.6184 d₁₀＝0.0667 r₁₁＝∞ d₁₁＝3.0000 n₈₁₀ ₆＝1.79195 n₇₉₀ ₆＝1.79279 n₈₃₀ ₆＝1.79116 r₁₂＝−18.9510 d₁₂＝4.5545 r₁₃＝∞ d₁₃＝4.5000 n₈₁₀ ₇＝1.79195 n₇₉₀ ₇＝1.79279 n₈₃₀ ₇＝1.79116 r₁₄＝284.0544 （非球面）非球面係数第14面Ｐ＝１ A₂＝−0.49358×10^-1 A₄＝0.51988 ×10^-3 A₆＝−0.14491×10^-4 〔ｙ方向断面〕 f_y ＝8.477 NA_y＝0.71（θ_ｙ＝45.3゜） s₁ ＝−4.4545 β_ｙ＝2.17368 y_o ＝0.001 r₁ ＝∞ d₁ ＝5.0000 r₂ ＝−13.3262 d₂ ＝1.4700 r₃ ＝−54.7000 d₃ ＝5.1400 r₄ ＝−20.0000 d₄ ＝1.5200 r₅ ＝45.3700 d₅ ＝2.4500 r₆ ＝−49.6350 d₆ ＝0.5800 r₇ ＝13.5045 d₇ ＝2.8600 r₈ ＝79.4342 d₈ ＝3.8800 r₉ ＝−13.3526 d₉ ＝2.5700 r₁₀＝−18.6184 d₁₀＝0.0667 r₁₁＝∞ d₁₁＝3.0000 r₁₂＝∞ d₁₂＝4.5545 r₁₃＝∞ d₁₃＝4.5000 r₁₄＝∞ 実施例５〔ｘ方向断面〕 f_x ＝71.472 NA_x＝0.174（θ_ｘ＝10゜） s₁ ＝−4.0 β_ｘ＝1.00051 x_o ＝10 r₁ ＝∞ d₁ ＝5.0000 n₈₁₀ ₁＝1.79195 n₇₉₀ ₁＝1.79279 n₈₃₀ ₁＝1.79116 r₂ ＝∞ d₂ ＝1.4700 r₃ ＝−54.7000 d₃ ＝5.1400 n₈₁₀ ₂＝1.79195 n₇₉₀ ₂＝1.79279 n₈₃₀ ₂＝1.79116 r₄ ＝−20.0000 d₄ ＝1.5200 r₅ ＝46.6590 d₅ ＝2.4500 n₈₁₀ ₃＝1.79195 n₇₉₀ ₃＝1.79279 n₈₃₀ ₃＝1.79116 r₆ ＝−50.2975 d₆ ＝0.5800 r₇ ＝12.8864 d₇ ＝2.8600 n₈₁₀ ₄＝1.79195 n₇₉₀ ₄＝1.79279 n₈₃₀ ₄＝1.79116 r₈ ＝274.5099 d₈ ＝3.8800 r₉ ＝−12.2805 d₉ ＝2.5700 n₈₁₀ ₅＝1.79195 n₇₉₀ ₅＝1.79279 n₈₃₀ ₅＝1.79116 r₁₀＝−80.0000 d₁₀＝2.8650 r₁₁＝∞ d₁₁＝3.0000 n₈₁₀ ₆＝1.79195 n₇₉₀ ₆＝1.79279 n₈₃₀ ₆＝1.79116 r₁₂＝21.6254 d₁₂＝4.4837 r₁₃＝∞ d₁₃＝4.5000 n₈₁₀ ₇＝1.79195 n₇₉₀ ₇＝1.79279 n₈₃₀ ₇＝1.79116 r₁₄＝−17.1711 d₁₄＝4.2098 （非球面） r₁₅＝21.3246 d₁₅＝10.0000 n₈₁₀ ₈＝1.79195 （非球面） n₇₉₀ ₈＝1.79279 n₈₃₀ ₈＝1.79116 r₁₆＝∞ 非球面係数第14面Ｐ＝１ A₂＝0.16759 ×10^-2 A₄＝0.30705 ×10^-6 A₆＝−0.75646×10^-6 A₈＝0.47654 ×10^-8 第15面Ｐ＝１ A₂＝0.14383×10^-1 A₄＝0.41432×10^-5 〔ｘ方向断面〕 f_y ＝6.504 NA_y＝0.71（θ_ｙ＝45.3゜） s₁ ＝−4.0 β_ｙ＝5.39314 y_o ＝0.001 r₁ ＝∞ d₁ ＝5.0000 r₂ ＝−11.0432 d₂ ＝1.4700 r₃ ＝−54.7000 d₃ ＝5.1400 r₄ ＝−20.0000 d₄ ＝1.5200 r₅ ＝46.6059 d₅ ＝2.4500 r₆ ＝−50.2975 d₆ ＝0.5800 r₇ ＝12.8864 d₇ ＝2.8600 r₈ ＝274.5099 d₈ ＝3.8800 r₉ ＝−12.2805 d₉ ＝2.5700 r₁₀＝80.0000 d₁₀＝2.8650 r₁₁＝∞ d₁₁＝3.0000 r₁₂＝∞ d₁₂＝4.4837 r₁₃＝∞ d₁₃＝4.5000 r₁₄＝∞ d₁₄＝4.2098 r₁₅＝∞ d₁₅＝10.0000 r₁₆＝∞ 以上、実施例１から５のｘ方向断面の収差図をそれぞ
れ第６図Ａから第10図Ａに、また、ｙ方向断面の収差図
をそれぞれ第６図Ｂから第10図Ｂに示す。

ところで、以上の本発明の実施例では、全て単レンズ
で構成したが、例えば第13図に示したように、接合レン
ズを用いるようにしてもよい。接合レンズを用いること
により、球面収差及び色収差を除去することができる。
半導体レーザの波長域は、自然発光によるバックグラウ
ンド光を含めると、およそ700〜900nmとレーザ光として
は比較的広いため、このようにすると、より効率良く波
長全域にわたって導光させるために都合がよい。ただ
し、高出力、高NAの半導体レーザ用には、特に負のパワ
ーが強くなって、接合面の曲率半径が小さくなり、レン
ズの縁肉がなくなったり、レンズ外径がとれない、中心
肉厚が大きくなってしまう等の問題も発生することがあ
るため、接合型にできない場合もある。しかし、通常の
観察光学系等と比較してはずっと狭帯域なので、実際に
はさほど問題にはならない。

非球面レンズも、シリンドカルレンズのみに用いるの
ではなく、通常の球面系に用いても差しつかえない。

また、半導体レーザ光は近赤外域であり、通常の光学
ガラスを用いればよく、特殊硝材を用いる必要は必ずし
もない。また、波長選択フィルターを光学系の途中に介
在させて、特定の波長だけを選択するようにして使用し
てもよい。

レーザ光導光用ファイバーも、レーザ入射端側がテー
パ状に大きくなる円錐形のものであってもよい。また、
導光用ファイバーを複数本組み合わせたものを用いても
よい。第12図に導光用ファイバーのレーザ光入射端構造
の具体例をいくつか示す。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の半導体レーザ用集光装置
によると、特に高出力、高NAの半導体レーザを用いた場
合においても、レーザ導光用ファイバーにレーザ光を光
量損失なく効率良く集光させて入射させることができ、
かつ、構成が簡単でコンパクトな構成の半導体レーザ用
集光装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明の半導体レーザ用集光装置の
実施例１から５の直交する２つの断面における断面図、
第６図から第10図は実施例１から10の収差図、第11図は
半導体レーザから出射するレーザ光の様子を示す図、第
12図は導光用ファイバーのレーザ光入射端構造のいくつ
かの具体例を示す斜視図、第13図は軸対称光学系により
構成した半導体レーザ用集光装置の１例の直交する２つ
の断面における断面図である。１……半導体レーザ、２……発光部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザから出射されるレーザ光を単
数あるいは複数の光ファイバーから構成された導光用フ
ァイバーに集光させるためのアナモフィック光学系を含
んだ半導体レーザ用集光装置であって、該アナモフィッ
ク光学系は、半導体レーザ発光部の接合面に対して垂直
方向断面においては、半導体レーザ側から順に、正のパ
ワー成分と負のパワー成分の２成分光学系から構成さ
れ、また、前記接合面に対して平行方向断面において
は、半導体レーザ側から順に、正のパワー成分、負のパ
ワー成分、及び、正のパワー成分の３成分光学系から構
成されていることを特徴とする半導体レーザ用集光装
置。