JP6147031B2 - 光学デバイス - Google Patents
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Description
具体的には、光ファイバの出射端部が波長変換部材に対して離間するとともに、出射端部と波長変換部材とこれらの離間部分との周囲にテーパ型のリフレクタが配設されている。出射端部とリフレクタと波長変換部材とのために、出射端部を含む光ファイバを保持するフェルールと、テーパ形状の貫通口を有し、テーパ形状の内周面にリフレクタが配設されているホルダとが配設されている。また波長変換部材を内部に保持し、貫通口と略同一のテーパ形状を有し、テーパ形状の側面がホルダの内周面に当接するように貫通口に配設される光透過部材とがさら配設されている。
図1Aと図1Bと図1Cと図1Dと図2Aと図2Bと図2Cとを参照して第1の実施形態について説明する。なお一部の図面では、図示の明瞭化のために、部材の図示を省略している。
また以下において、1次光出射部21aが出射する1次光の中心軸を光軸11と称する。
また1次光の中心軸方向を、光軸11方向と称する。また光軸11方向において、光ファイバ21側を後方と称し、光変換部材43側を前方と称する。
また光軸11方向に直交する方向を、径方向と称する。
また光軸11方向に傾斜する方向を、傾斜方向と称する。
図1Aに示すように、光学デバイス10は、1次光を導光する導光ユニット20と、導光ユニット20によって導光された1次光を基に1次光とは異なる2次光を生成し、2次光を照明光として観察対象物に照明する照明ユニット40と、導光ユニット20と照明ユニット40とを保持する保持部60とを有している。
導光ユニット20が導光する1次光において、1次光は、半導体レーザ等の図示しない光源部から出射される。1次光は、例えば、波長が例えば400nm付近の青紫色のレーザ光である。
図1Aと図1Bとに示すように、照明ユニット40は、1次光出射部21aと光学的に接続し、導光ユニット20によって導光されて1次光出射部21aから出射された1次光が入射する1次光入射部41と、1次光入射部41から離間して配設され、1次光入射部41から入射された1次光を照射されることによって、1次光の光学特性を変換し、1次光とは異なる照明光としての2次光を生成する生成部材である光変換部材43と、2次光を照明ユニット40の外部に出射する2次光出射部45とを有している。
また図1Aと図1Bとに示すように、照明ユニット40は、1次光入射部41を有し、1次光と2次光とが透過するように、1次光入射部41と光変換部材43との間に配設され、さらに1次光入射部41から2次光出射部45の側方まで少なくとも一部が連続して配設されている光透過部材47をさらに有している。
照明ユニット40に含まれるこれら部材は、光軸11を中心軸として同心円状の形状を有し、光軸11を中心に回転対称に配設されている。
図1Aに示すように、1次光入射部41は、1次光出射部21aが当接する光透過部材47の後面47aの一部分に形成される。より詳細には、光透過部材47において、1次光出射部21aが光学的に接続した後面47aの一部分が1次光入射部41として形成される。この後面47aは、光軸11方向において、例えば光透過部材47の最も後方に配設されている平面を示す。1次光入射部41と後面47aとは、光軸11に対して直交して配設される。1次光入射部41の中心軸は、光軸11上に配設され、光透過部材47の中心軸上に形成される。1次光入射部41は、1次光出射部21aと略同一の形状と面積とを有している。1次光入射部41は、2次光出射部45よりも小さい。
光変換部材43は、例えば、1次光の波長を変えずに1次光の配光特性を所望に変換して、1次光の配光特性とは異なる配光特性を有する光である2次光を生成する。このように光変換部材43は、1次光の配光特性を所望に変換する配光変換部材であり、2次光を生成する生成部材であり、1次光を照射されることで機能する光学部材である。
なお光変換部材43は、1次光の波長を所望に変換し、1次光の波長とは異なる波長を有する光である2次光を生成する波長変換部材として機能してもよい。
図1Aと図1Bとに示すように、2次光出射部45は、光変換部材43の前面43bとして機能する。2次光出射部45は、例えば、円形状を有している。2次光出射部45は、2次光を照明光として出射する。
図1Aと図1Bとに示すように、光透過部材47は、1次光出射部21aと光学的に接続し、1次光出射部21aから出射された1次光が入射する1次光入射部41を有する後面47aと、2次光を出射する2次光出射部45が配設される前面47bとを有している。1次光入射部41を含む後面47aと、2次光出射部45が配設される前面47bとは、光透過部材47の中心軸(光軸11)に対して直交して配設されている平面である。
このため、光軸11方向において、1次光入射部41を有する後面47aから後面43aまでの距離が所望の範囲内に収まる必要がある。この距離は、例えば、光ファイバ21の開口数や、光源部の開口数や、光透過部材47の屈折率や、光ファイバ21のコアの直径や、光変換部材43の直径などによって、設定される。
このように本実施形態では、図1Bに示すように、1次光出射部21aから出射される1次光が光変換部材43を照射する際に、光軸11方向において、光透過部材47は、少なくとも1次光の高強度成分が光変換部材43に進入するような長さL1を有している。
よって本実施形態では、図1Bに示すように、1次光が所望の広がり角度で1次光出射部21aから出射されて光変換部材43を照射する際に、光軸11方向において、光変換部材43における1次光の強度分布が2次光を生成する際の光変換部材43の耐熱温度を超えないような長さL1を、光透過部材47は有している。
図1Aと図1Bとに示すように、光透過部材47は、例えば、三角フラスコのような形状を有している。よって光透過部材47は、1次光入射部41を含む後面47aを有し、光透過部材47の一部に配設され、光透過部材47の後方に配設される本体部471と、本体部471と同軸上に配設されるように本体部471と一体化しており、生成部材である光変換部材43と光学的に接続するように光透過部材47の他部に配設され、さらに光透過部材47の前方に配設されている挿入部473とを有している。
図1Aと図1Bとに示すように、本体部471は、保持部60の後述する本体嵌合部651に嵌合する。本体部471は、例えば円柱形状を有している。
図1Aと図1Bとに示すように、挿入部473は、保持部60の後述する挿入収容部653である挿入収容部653に挿入される。本体部471は、光軸11方向において、本体部471から光変換部材43に向かって、言い換えると後方から前方に向かって拡径する円錐台形状を有している。挿入部473には、光変換部材43が配設されている。
下面473bは、係合凹部47dを有している。
外周面473cは、本体部471の外周面と連なっている。
図1Aと図1Cとに示すように、保持部60は、1次光出射部21aと1次光入射部41とが互いに光学的に接続するように、導光ユニット20と照明ユニット40とを保持する。保持部60は、例えばセラミックやステンレスや真鍮やニッケルなどによって形成されている。
図1Aと図1Cとに示すように、導光嵌合部61は、光ファイバ21が嵌め込まれる例えば円柱形状を有する孔であり、光ファイバ21が嵌め込まれる例えば円柱形状の中空部である。導光嵌合部61の直径は、光ファイバ21の直径と略同一、またはこれによりも微小に大きい。導光嵌合部61は、径方向と傾斜方向とにおいて光ファイバ21を位置決めする。このように導光嵌合部61は、保持部60が1次光出射部21aを含む光ファイバ21を位置決め及び保持するために配設されている。
図1Aに示すように、ガイド口部63は、保持部60の一端部から導光嵌合部61に向かって縮径している円錐台形状を有しており、傾斜しているテーパとして形成されている。なお前述した被覆層23は、ガイド口部63付近にまで配設されているのみであり、導光嵌合部61には挿入されない。このため光ファイバ21の他端部は、被覆層23から露出している。
また図1Aと図1Cとに示すように、保持部60は、光軸方向制御部材として機能する光透過部材47を収容する収容部65をさらに有している。収容部65は、光透過部材47が挿入及び嵌め込まれる孔であり、光透過部材47が挿入及び嵌め込まれる中空部である。収容部65は、導光嵌合部61と連通しており、導光嵌合部61と同一の保持部60に配設されている。つまり保持部60は、光ファイバ21と照明ユニット40とを一体で保持している。
図1Aと図1Cとに示すように、本体嵌合部651は、収容部65の後方に配設されており、光軸11方向において導光嵌合部61と連通しており、円柱形状を有しており、本体部471が嵌合し、挿入部473よりも小さい。このため、本体嵌合部651の直径は、本体部471の直径と略同一、またはこれによりも微小に大きい。また本体嵌合部651は、光軸11方向において、導光嵌合部61と挿入収容部653とに挟持され、導光嵌合部61と挿入収容部653とに連通している。本体嵌合部651の直径は、導光嵌合部61の直径よりも大きい。
図1Aと図1Cとに示すように、挿入収容部653は、収容部65の前方に配設されており、挿入部473よりも大きく、挿入部473が挿入される。挿入収容部653は、光軸11方向において、本体嵌合部651が配設される収容部65の先端部から前方を示す収容部65の基端部に向かって拡径する円錐台形状を有している。
テーパ角度θ1は、例えば光軸11と挿入収容部653の内周面との間に形成される角度を示す。
テーパ角度θ2は、例えば光軸11と挿入部473の外周面473cとの間に形成される角度を示す。
図1Aに示すように、収容部65は、挿入収容部653の内周面に配設されており、2次光を反射する反射部材67を有している。反射部材67は、光変換部材43の後面43a及び周面43cと、挿入部473の外周面473cとを覆うように配設されている。このため、反射部材67は、光透過部材47によって、光変換部材43に対して離間して配設される。反射部材67は、光変換部材43の後面43aと周面43cとから反射部材67に向かって出射された2次光を前方である前面47bに向かって反射する。これにより反射部材67は、2次光の放射角を制御することとなる。
また図1Aと図1Bと図1Cとに示すように、光学デバイス10は、1次光出射部21aと、生成部材である光変換部材43との相対位置を制御する位置制御手段80をさらに有している。位置制御手段80は、光軸11方向において相対位置を制御する光軸方向制御手段81と、径方向において相対位置を制御する径方向制御手段83と、傾斜方向において相対位置を制御する傾斜方向制御手段85とを有している。
図1Aと図1Bとに示すように、光軸方向制御手段81は、1次光入射部41を有するように光軸11方向において1次光入射部41と光変換部材43との間に配設されており、光軸11方向における相対位置を所望に制御する光軸方向制御部材として機能する光透過部材47を有している。光透過部材47は、例えば、光軸11方向における1次光入射部41と後面43aとの間の光透過部材47の長さL1を調節することによって、相対位置を所望に制御する。
図1Aと図1Bと図1Cとに示すように、径方向制御手段83と傾斜方向制御手段85とは、1次光出射部21aと、光軸方向制御部材として機能する光透過部材47において、1次光出射部21aと、光透過部材47の一部である本体部471と、保持部60に配設されている導光嵌合部61と本体嵌合部651とを有している。
図2Aに示すように、1次光出射部21aが本体嵌合部651の底面部と同一平面上に配設されるように、光ファイバ21が導光嵌合部61に嵌合する。図1Aに示すように、光ファイバ21は、ガイド口部63において、接着部材63aによって保持部60に接着される。
このとき、本体部471と挿入部473とは、挿入収容部653よりも小さい。また、挿入収容部653のテーパ角度θ1は、挿入部473のテーパ角度θ2よりも大きい。このため、本体部471が前記したように本体嵌合部651に進行する際、挿入部473のテーパ状の外周面473cが挿入収容部653のテーパ状の内周面を摺動することが防止される。
しかしながら本実施形態では、本体部471が本体嵌合部651に嵌合することによって、アイセーフが確保されるように、径方向における1次光出射部21aと光変換部材43との相対位置は制御される。
また本体部471が本体嵌合部651に嵌合することによって、アイセーフが確保されるように、傾斜方向における1次光出射部21aと光変換部材43との相対位置は制御される。
このように本実施形態では、光軸方向制御手段81と径方向制御手段83と傾斜方向制御手段85とを含む位置制御手段80によって、1次光出射部21aと1次光入射部41と光変換部材43とが互いに安定的且つ高精度に位置決めされ、光学デバイスが量産される際において光学デバイス10の品質のばらつきを低減でき、光学デバイス10において所望の光学特性を得ることができる。
図3に示すように、本変形例において、保持部60は、複数に分かれており、光ファイバ21が固定されるアダプタ部601と、導光嵌合部61を有する導光保持部603と、収容部65を有する収容保持部605と、1次光出射部21aと1次光入射部41とが互いに光学的に接続するように、導光保持部603と収容保持部605とを位置決め及び固定するかしめ部607とを有している。
アダプタ部601は、導光保持部603の端部が圧入されている圧入孔部601aと、被覆層23を含む光ファイバ21が挿通する挿通孔601bと、ガイド口部63と同様のガイド口部601cとを有する。ガイド口部601cを含む挿通孔601bには、被覆層23を含む光ファイバ21をアダプタ部601に固定する接着部材63aが配設される。
導光保持部603は、かしめ部607に圧入される。
収容保持部605は、段付き形状に形成されており、このため例えば凸形状の外形を有している。このような収容保持部605は、一端部605aと、一端部605aと一体であり、一端部605aよりも大きい(太い)他端部605bとから構成されている。一端部605aと他端部605bとは、例えば円柱形状を有している。この場合、一端部605aは細径部として形成され、他端部605bは太径部として形成されている。
かしめ部607は、例えば、ジルコニアやニッケルやリン青銅などのバネ材によって形成されており、弾性変形するための弾性力を有している。
このように本変形例では、部品点数が増えるが、導光保持部603と収容保持部605とかしめ部607とが高い寸法精度を有することによって、より安定的且つより高精度に、径方向と傾斜方向とにおける相対位置を位置決めできる。
Claims (19)
- 1次光を出射する出射部を有しており、前記1次光を導光する導光ユニットと、
前記導光ユニットによって導光されて前記出射部から出射された前記1次光が入射する入射部と、前記入射部から離間して配設され、前記入射部から入射された前記1次光を照射されることによって、前記1次光とは異なる2次光を生成する生成部材とを有しており、前記2次光を照明光として観察対象物に照明する照明ユニットと、
前記出射部と前記入射部とが互いに光学的に接続するように、前記導光ユニットと前記照明ユニットとを保持する保持部と、
前記出射部と前記生成部材との相対位置を制御する位置制御手段と、
を具備し、
前記出射部が出射する前記1次光の中心軸方向を光軸方向と称し、
前記光軸方向に直交する方向を径方向と称し、
前記光軸方向に傾斜する方向を傾斜方向と称し、
前記位置制御手段は、
前記光軸方向において前記相対位置を制御する光軸方向制御手段と、
前記径方向において前記相対位置を制御する径方向制御手段と、
前記傾斜方向において前記相対位置を制御する傾斜方向制御手段と、
を有し、
前記光軸方向制御手段は、前記入射部を有するように前記光軸方向において前記入射部と前記生成部材との間に配設されており、前記光軸方向における前記相対位置を所望に制御する光軸方向制御部材を有し、
前記径方向制御手段と前記傾斜方向制御手段とは、
前記導光ユニットの前記出射部と、
前記保持部に配設され、少なくとも前記導光ユニットの前記出射部が嵌合する導光嵌合部と、
前記光軸方向制御部材の一部と、
前記保持部に配設され、前記光軸方向制御部材の前記一部が嵌合する本体嵌合部を有する収容部と、
を有することを特徴とする光学デバイス。 - 前記光軸方向制御部材は、前記光軸方向において前記出射部と前記生成部材とに光学的に接続し前記出射部と前記生成部材とによって挟持されるように、前記光軸方向において前記出射部と前記生成部材との間に介在していることを特徴とする請求項1に記載の光学デバイス。
- 前記出射部から出射される前記1次光が前記生成部材を照射する際に、前記光軸方向において、前記光軸方向制御部材は、少なくとも前記1次光の高強度成分が前記生成部材に進入するような長さL1を有していることを特徴とする請求項2に記載の光学デバイス。
- 前記1次光が所望の広がり角度で前記出射部から出射されて前記生成部材を照射する際に、前記光軸方向において、前記光軸方向制御部材は、前記生成部材における前記1次光の強度分布が前記2次光を生成する際の前記生成部材の耐熱温度を超えないような長さL1を有していることを特徴とする請求項2に記載の光学デバイス。
- 前記光軸方向制御部材は、ガラスを有することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の光学デバイス。
- 前記出射部と前記入射部とが互いに光学的に接続するように、前記導光嵌合部と前記収容部と前記出射部と前記入射部と前記光軸方向制御部材とは互いに同軸上に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の光学デバイス。
- 前記光軸方向制御部材の前記一部が前記本体嵌合部と嵌合することによって、前記径方向制御手段は前記径方向において前記相対位置を位置決めし、前記傾斜方向制御手段は前記傾斜方向において前記相対位置を位置決めすることを特徴とする請求項6に記載の光学デバイス。
- 前記本体嵌合部は、前記収容部の一部に配設されており、
前記収容部は、前記収容部の他部に配設されており、前記光軸方向において、前記本体嵌合部と連通している挿入収容部をさらに有し、
前記光軸方向制御部材は、
前記入射部を有し、前記光軸方向制御部材の前記一部に配設され、前記本体嵌合部に嵌合する本体部と、
前記本体部と同軸上に配設されるように前記本体部と一体化しており、前記生成部材と光学的に接続するように前記光軸方向制御部材の他部に配設されており、前記挿入収容部に挿入される挿入部と、
を有することを特徴とする請求項7に記載の光学デバイス。 - 前記本体部は、円柱形状を有し、
前記挿入部は、前記光軸方向において前記本体部から前記生成部材に向かって拡径する円錐台形状を有することを特徴とする請求項8に記載の光学デバイス。 - 前記本体嵌合部は、前記導光嵌合部と連通し、前記挿入部よりも小さく、
前記挿入収容部は、前記挿入部よりも大きいことを特徴とする請求項9に記載の光学デバイス。 - 前記本体嵌合部は、円柱形状を有し、
前記挿入収容部は、前記光軸方向において、前記本体嵌合部が配設される前記収容部の先端部から前記収容部の基端部に向かって拡径する円錐台形状を有することを特徴とする請求項10に記載の光学デバイス。 - 前記収容部は、前記挿入収容部の内周面に配設されており、前記2次光を反射する反射部材を有することを特徴とする請求項11に記載の光学デバイス。
- 前記光軸方向制御部材は、前記挿入部に配設されており、前記生成部材が係合する係合凹部を有し、
前記係合凹部の中心軸は、前記生成部材の中心軸が前記光軸方向制御部材の中心軸上に配設されるように、前記光軸方向制御部材の中心軸上に配設されていることを特徴とする請求項12に記載の光学デバイス。 - 前記光軸方向制御部材が前記収容部に挿入された際に、円柱形状の前記本体部は、前記生成部材の中心軸が前記光軸上に配設されるように、前記収容部の円柱形状の前記本体嵌合部と嵌合することを特徴とする請求項13に記載の光学デバイス。
- 前記本体部の直径は、前記出射部の直径よりも大きく、前記生成部材の直径よりも小さいことを特徴とする請求項14に記載の光学デバイス。
- 円錐台形状の前記挿入部と、前記挿入部よりも大きく、前記挿入部が挿入される円錐台形状の前記挿入収容部とにおいて、
前記挿入収容部の内周面と前記挿入部の外周面との間に隙間部が形成されるように、前記挿入収容部のテーパ角度θ1は前記挿入部のテーパ角度θ2よりも大きいことを特徴とする請求項14に記載の光学デバイス。 - 前記生成部材は、1次光の配光を変換する配光変換部材と、1次光の波長を変換する波長変換部材と、前記配光変換部材と前記波長変換部材とが互いに混合することによって成形される混合物と、前記配光変換部材と前記波長変換部材との一方が他方に積層することによって成形される積層物との少なくとも1つを有することを特徴とする請求項6に記載の光学デバイス。
- 前記保持部は、前記導光ユニットに含まれる導光部材を保持する第1保持部と、前記照明ユニットを保持する第2保持部とを有することを特徴とする請求項1に記載の光学デバイス。
- 前記保持部は、前記第1保持部と前記第2保持部とを位置決め及び固定する第3保持部を有することを特徴とする請求項18に記載の光学デバイス。
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