JPH0675188A - 一列或いは多数列に配置された多数の光源を結像させる方法及び装置 - Google Patents

一列或いは多数列に配置された多数の光源を結像させる方法及び装置

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JPH0675188A
JPH0675188A JP3286679A JP28667991A JPH0675188A JP H0675188 A JPH0675188 A JP H0675188A JP 3286679 A JP3286679 A JP 3286679A JP 28667991 A JP28667991 A JP 28667991A JP H0675188 A JPH0675188 A JP H0675188A
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ランゲンバッハ エクハルト
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ハイムベック ハンス−イェルク
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FISBA OPT AG
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、一列或いは多数列に配置された非
回転対称の出射強度分布を有する市販の光源を光学的に
良好に結像させることのできる一列或いは多数列に配置
された多数の光源を結像させる方法及び装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】 本発明の一列或いは多数列に配置された多数
の光源を結像させる方法及び装置によれば、回転対称で
ない出射強度分布を有する一列に配置された多数の光源
（１）が第１の非中心的に結像を行う機能素子（５）に
よって結像され、それから各光束（９）が光線回転素子
（７）によって回転される。そして、第１の機能素子
（５）によって結像されなかった回転された光束（９）
の光線成分は、第２の非中心的に結像を行う機能素子
（11）によって結像される。機能素子（５,11)及びその
位置は、平行な光束（９）が発生され、それが球面レン
ズ（15）によって空間領域（３）内に合焦されるように
選択される。このように、本発明によれば、多数の個別
光線について良好な合焦可能性が簡単に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一列或いは多数列に配置
された多数の光源を結像させる方法及び装置に関し、特
に、一列或いは多数列に配置され, 出射強度分布が回転
対称でない多数の光源を空間領域内に結像させる方法、
及び、一列或いは多数列に配置され,回転対称でない出
射強度分布を有する光源を空間領域内に結像させる少な
くとも２つの結像を行う機能素子を備えた装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一列或いは多数列に配置された多数の光
源を結像させる方法及び装置は、T.Y.Fan et al の"Sca
lable, end-pumped, diode-laser-pumped laser", Opt.
Lett., １９８９年１０月１日, 第１４巻第１９号、第
１０５７〜１０５９頁に記載されている。この公知の方
法及び装置において、ｐ−ｎ平面に対して垂直に重ねて
配置された３つのダイオードレーザアレイの出力光線の
前側は、それぞれ１つの球面レンズとその後に順次配置
された３つの円筒レンズを用いてＮＤ：ＹＡＧレーザク
リスタル内に合焦され、これを光学的に励起する。焦点
距離０.4ｃｍと数値的アパーチャ０.47 を有する球面レ
ンズによって、ｐ−ｎ平面に対して垂直の平面にあるダ
イオードレーザの光束の光線成分は平行にされ、そし
て、ｐ−ｎ平面に対して平行にされたものが偏向され
て、次に円筒レンズによって平行にされる。さらに、平
行にされた光線の前側は、次の２つの円筒レンズによっ
てＮＤ：ＹＡＧ結晶内に合焦される。
【０００３】円筒レンズは、非中心的に結像させる機能
素子に属する（Heinz Haferkorn, "Optik" VEB Deutsch
er Verlag der Wissenschaften, ベルリン, １９８０年
第２４４頁参照）。結像させる機能素子は、具体的に
は、全体としてモデルにより決定された環境において与
えられる光学的な入力量を所定の光学的な出力量に変換
する構造となっている。開放角度というのは、放射する
面に垂直な平面において、平面と放射する面との交線か
ら径方向の等距離にある２つの測定点の間の角度であっ
て、一方の測定点は中心の上方に位置し、他方の測定点
は出射された強度がこの平面で測定された最大の強度に
対して１／ｅ2 に低下した箇所に位置している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の一列或いは多数列に配置された多数の光源を結像させ
る技術においては、光源とレンズを入念に整合させるこ
とが不可欠である。本発明は、この従来の一列或いは多
数列に配置された多数の光源を結像させる技術が有する
課題に鑑み、一列或いは多数列に配置された非回転対称
の出射強度分布を有する市販の光源を光学的に良好に結
像させることのできる一列或いは多数列に配置された多
数の光源を結像させる方法及び装置を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、一列或
いは多数列に配置され、出射強度分布が回転対称でない
多数の光源を空間領域内に結像させる方法であって、前
記光源から出射する光束を空間的に所定角度回転したこ
とを特徴とする一列或いは多数列に配置された多数の光
源を結像させる方法が提供される。
【０００６】さらに、本発明によれば、一列或いは多数
列に配置され、回転対称でない出射強度分布を有する光
源を空間領域内に結像させる少なくとも２つの結像を行
う機能素子を備えた装置であって、前記光源の光路内
に、該光源の光束を空間的に回転させる光線回転素子を
設けたことを特徴とする一列或いは多数列に配置された
多数の光源を結像させる装置が提供される。
【０００７】
【作用】本発明の一列或いは多数列に配置された多数の
光源を結像させる方法によれば、光源から出射する光束
は、空間的に所定角度回転されるようになっている。さ
らに、本発明の一列或いは多数列に配置された多数の光
源を結像させる装置によれば、光源の光路内に、光源の
光束を空間的に回転させる光線回転素子が設けられるよ
うになっている。
【０００８】
【実施例】以下、本発明に係る一列或いは多数列に配置
された多数の光源を結像させる方法及び装置の実施例を
図面を参照して詳細に説明する。図１及び図２は、一列
に配置された５つのダイオードレーザ１の光線が空間領
域３内に合焦される様子を示している。各ダイオードレ
ーザ１は、互いに平行に一列に配置され, 集積され, そ
して, 位相結合され、光線を放出する４０の細片から形
成される。空間領域３としては、例えば、ダイオードレ
ーザ１の照射によって光学的に励起しようとする図示し
ないレーザの前面、或いは、ダイオードレーザ１の照射
をその中に導入しようとする図示しない光学的繊維の前
面が用いられる。
【０００９】図１の上面図において、ダイオードレーザ
１のｐ−ｎ平面は図面シートの平面にあって、図２にお
いてはそれに垂直の平面にある。図１及び図２から明ら
かなように、ダイオードレーザ１の光線はほぼ鏡面対称
であるが、回転対称ではない。また、全てのダイオード
レーザ１の光線の出射特性は互いに類似している。ダイ
オードレーザ１の各光束９の開放角度は、ｐ−ｎ平面に
対して平行な平面において最も小さく、垂直な平面にお
いて最も大きくなっている。
【００１０】ダイオードレーザ１の前には、円筒レンズ
として作用する非中心的に結像を行う機能素子５が配置
されており、その円筒軸はｐ−ｎ平面にある。さらに、
機能素子５に続いて、後述する光線回転素子７が設けら
れ回転素子は、各ダイオードレーザ１の光束９を９０°
回転させるようになっている。また、光線回転素子７の
次には、円筒レンズとして作用する非中心的に結像させ
る機能素子１１が設けられ、その円筒軸もｐ−ｎ平面に
ある。そして、機能素子１１の出射光線は、中心的に結
像させる機能素子としての球面レンズ１３によって空間
領域３内に合焦されるようになっている。
【００１１】機能素子５のダイオードレーザ１の前面か
らの距離は、その焦点距離に対応している。さらに、機
能素子５の焦点距離とアパーチャは、結像される光束９
が光線回転素子７のアパーチャにぴったり適合するよう
に選択されている。ここで、機能素子１１のダイオード
レーザ１の前面からの距離は、光線回転素子７を通る光
学的な距離を考慮して、許容誤差分だけその焦点距離よ
り大きくなっている。さらに、光線回転素子７は、２つ
の機能素子５と１１の間に配置され、また、球面レンズ
１３の空間領域３からの距離は、その焦点距離に対応し
ている。
【００１２】ダイオードレーザ１から放出される光束９
は、機能素子５を通過し、該機能素子は、ダイオードレ
ーザ１のｐ−ｎ平面に対して垂直な平面に在る全ての光
線成分を、図２に示すように平行に整合する。ここで、
ダイオードレーザ１から出射される光束９の最大開放角
度は、ｐ−ｎ平面に対して垂直であり、ダイオードレー
ザ１のｐ−ｎ平面に対して平行な面に在る全ての光線成
分は、図１に示すように元の方向に機能素子５を通過す
る。そして、機能素子５の屈折率が空気より大きいこと
によって、光線が光学軸方向にわずかにずれる。
【００１３】ダイオードレーザ１から出射する光束９の
最小の開放角度は、ｐ−ｎ平面に対して平行であり、光
線回転素子７によって、各光束９は９０°回転される。
すなわち、平行な光線成分は図１に示す光線回転素子７
の後方で見られ、且つ、図２に示す光線回転素子７の後
方で変わらぬ光線成分が見られる。尚、図では、区別す
るために、回転された光束９には異なるハッチングが選
択されている。また、機能素子１１によってまだ変化さ
れていない光線成分も平行に整合される。
【００１４】上述の装置（その結像させる機能素子５と
光線回転素子７については後述する）によって、多数の
個別光線について良好な合焦可能性が得られる。この良
好な合焦可能性は、光学的機能素子によって改良すべき
でない悪い光線パラメータの積が光軸に対して垂直な平
面に維持され、光束９の最良の光線パラメータの積のみ
が重畳によって低下されるように、多数のダイオードレ
ーザ１の光束９が重畳されることによって得られる。
【００１５】光束９の合焦可能性の尺度としては、光線
パラメータの積（英語では”beam quality product”）
が用いられる。光線パラメータの積は、数値的なアパー
チャに照射面の半径をかけた積である。そして、この積
が小さくなるほど、合焦可能性が良くなることになる。
数値の例としては、照射する面がそれぞれ４００μｍ×
１μｍである５つのダイオードレーザ１が考えられる。
ここで、４００μｍの面の最大幅は、ｐ−ｎ平面に在
り、１μｍの高さは、ｐ−ｎ平面に対して垂直である。
【００１６】４００μｍは、約５°の開放角度、すなわ
ち、約０.1の数値的アパーチャを有し、１μｍは２０°
から３０°の開放角度、すなわち、約０.4の数値的アパ
ーチャを有する。ダイオードレーザ１のｐ−ｎ平面全体
は１つの平面に在り、或いは、互いに平行になってい
る。そして、個々のダイオードレーザ１は、互いに２ｍ
ｍ離れている。
【００１７】上述の光線パラメータの積によって、１つ
の個別ダイオード（４０の細片が線形に集積されて配置
されている）のみが照射された場合には、個別ダイオー
ドのｐ−ｎ平面における２０μｍの値とそれに対して垂
直に０.2μｍの値が得られる。すなわち、この簡略化さ
れた考え方においては、合焦可能性は、ｐ−ｎ平面にお
いては、ｐ−ｎ平面に対して垂直の場合よりも１００倍
程低下していることになる。
【００１８】上述した装置の結像によって、２０〜３０
°の開放角度については、上述の光線パラメータの積は
変化しないが、約５°の開放角度について０.2μｍの光
線パラメータの積により結像する場合（それぞれ２つの
光束９の間の光線のない間隙は光束９と同じ幅であり、
すなわち、光学的なマーク・スペース比は２である場
合）には、５つのダイオードレーザ１については、０.2
μｍ×５×２＝２.0μｍとなる。すなわち、理論的に
は、上述のデータを有する５０のダイオードレーザ１を
並べて配置することが可能であって、その場合に、初め
て光束９の拡散方向に対して垂直なすべての平面におい
て２０μｍの光線パラメータの積が得られることにな
る。
【００１９】次に、装置の構造の実施例を説明する。第
１の非中心的に結像させる機能素子５は、図３に示すよ
うに、ダイオードレーザ１から始まって２００μｍの直
径を有する石英ガラスからなる完全円筒１９と１.44 ｍ
ｍの厚みを有するＳＦＬ６からなる２つの同一の平凸の
円筒レンズ２１と２２を有する。ここで、円筒レンズ２
１及び２２の半径は、３.56 ｍｍであり、２つの円筒レ
ンズ２１と２２は互いに１.82 ｍｍ離れている。そし
て、円筒レンズ２１は、完全円筒１９から０.1ｍｍの距
離を有し、円筒レンズ２２は、光線回転素子７から０.1
ｍｍの距離を有している。また、機能素子５の入力側の
±３０°の開放角度については、±０.5ｍｍの光線高さ
が生じる。
【００２０】第２の非中心的に結像させる機能素子１１
は、厚み３ｍｍのＳＦＬ６からなる唯一の平凸円筒レン
ズから形成され、その軸はｐ−ｎ平面に対して平行とな
っている。ここで、円筒レンズの半径は、３５.6ｍｍで
あり、円筒レンズの平坦な面は、光線回転素子７の出力
から３２ｍｍ程離れて配置されている。光線回転素子７
として、それぞれ個々のダイオードレーザ１についてア
ッベ・ケーヒッヒプリズム２７が使用されている。ここ
で、アッベ・ケーニッヒプリズム２７は、その対称平面
を中心として、且つ、各光線９の対称平面を中心とし
て、光学軸において４５°回転されている。
【００２１】図４は本発明を説明するための図であり、
装置の光線回転素子としてのアッベ・ケーニッヒプリズ
ムにより４５°傾斜した光路を示す図であり、同図
（ａ）は図４（ｂ）のIVａ−IVａ方向に見た１つのダイ
オードレーザのアッベ・ケーニッヒプリズムに当接する
光線の入射位置を示し、同図（ｂ）はアッベ・ケーニッ
ヒプリズムを通過する光路を示し、そして、同図（ｃ）
は図４ｂのIVｃ−IVｃ方向に見たアッベ・ケーニッヒプ
リズムを出る光線の出射位置を示している。
【００２２】図示を簡略化するために、図４（ｂ）にお
いて、アッベ・ケーニッヒプリズム２７は、４５°側方
に傾斜した面で示されている。また、図４（ａ）はアッ
ベ・ケーニッヒプリズム２７上に当接する光線９を示
し、図４（ｃ）はプリズム２７を出る光線９を同様に４
５°傾斜して示している。ここで、矩形の光線９の周縁
光線は、参照符号ａ, ｂ, ｃ, ｄで示されている。
【００２３】図４（ａ）において、の光線境界ａ−ｂ及
びｃ−ｄは、既に機能素子５によって平行に整合されて
おり、それによってその距離ａ／ｄないしｂ／ｃは、プ
リズム２７を通過後も変化しない。まだ機能素子１１に
よって結像されない光線境界ａ−ｄ及びｂ−ｃは、該当
するダイオード１から出射する光線９の開放角度によっ
て、図４（ｃ）の距離ａ／ｂ及びｄ／ｃが拡大されてい
るように、互いに離れる方向へ延びている。ここで、光
線９がプリズム２７によって回転されることは、図４
（ａ）において上にある周縁光線ａが図４（ｃ）では下
になり、また、図４（ａ）において下にある周縁光線ｃ
が図４（ｃ）では上にあることによって知ることができ
る。尚、周縁光線ｂとｄは、側方に入れ替わらない。
【００２４】機能素子５と１１及び光線回転素子７によ
って、２ｍｍの格子で一列に並べられた５つのダイオー
ドレーザ１の光束９から、同一の格子で１ｍｍ幅を有す
る平行光線の５つの矩形の光束が得られる。そして、図
示しないミラーコームを通して光束間の間隙にそれぞれ
第２の装置の他の光束が導入される。
【００２５】矩形の光束９の高さは、第２の機能素子１
１の焦点距離によって任意に調節することができる。そ
れは、上述の数値例を有する本実施例では、約±４.5ｍ
ｍとされている。従って、５つのダイオードレーザの場
合には、光線の全断面は、約９ｍｍ×９ｍｍの大きさと
なる。ここで、光線断面のそれぞれの種類は、機能素子
を適当に選択することによって調節することができる。
【００２６】以上において、それぞれ特殊な用途に応じ
て、アッベ・ケーニッヒプリズム２７の代わりに、特
に、シュミット・ペッヒアンプリズム, レマン・シュプ
リンガープリズム等を使用することも可能である。ま
た、球面レンズ１５の代わりに、互いに垂直に配置され
た不図示の２つの円筒レンズを使用することもできる。
【００２７】さらに、結像を行う機能素子の選択は、ダ
イオードレーザ１の開放角度に従う。そのため、光源と
してのダイオードレーザ１から出発して、非中心的な結
像、光線の回転, さらに, 非中心的な結像による結像を
行うことは必ずしも必要ではない。尚、ダイオードレー
ザ１から出発して、最初に光線の回転を行うことも可能
である。
【００２８】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、光源から出射する光束を空間的に所定角度回転する
ことによって、或いは、光源の光路内に光源の光束を空
間的に回転させる光線回転素子を設けることによって、
多数の個別光線について良好な合焦可能性が簡単に得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置を示す図であり、５つのダイ
オードレーザを１つの空間領域に結像させる装置の概略
を示す上面図である。
【図２】図１に示す装置の側面図である。
【図３】本発明の装置を説明するための１つのダイオー
ドレーザ直前に配置された非中心的に結像させる機能素
子の側面図である。
【図４】本発明を説明するための図であり、装置の光線
回転素子としてのアッベ・ケーニッヒプリズムにより４
５°傾斜した光路を示す図であり、同図（ａ）は同図
（ｂ）のIVａ−IVａ方向に見た１つのダイオードレーザ
のアッベ・ケーニッヒプリズムに当接する光線の入射位
置を示し、同図（ｂ）はアッベ・ケーニッヒプリズムを
通過する光路を示し、同図（ｃ）は同図（ｂ）のIVｃ−
IVｃ方向に見たアッベ・ケーニッヒプリズムを出る光線
の出射位置を示している。
【符号の説明】
１…光源 ３…空間領域 ５, １１, １５…機能素子 ７…光線回転素子 ９…光束
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター アルベルス スイス国，ツェーハー−1005 ローザン ヌ，リュ ドゥ ローロレ ３ (72)発明者 エクハルト ランゲンバッハ スイス国，ツェーハー−9014 サン ガラ ン，ウルマンシュトラーセ 39 セ (72)発明者 ハンス−イェルク ハイムベック スイス国，ツェーハー−9435 ヘルブル ク，シュラットシュトラーセ ５

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一列或いは多数列に配置され、出射強度
    分布が回転対称でない多数の光源（１）を空間領域
    （３）内に結像させる方法であって、 前記光源（１）から出射する光束（９）を空間的に所定
    角度回転したことを特徴とする一列或いは多数列に配置
    された多数の光源を結像させる方法。
  2. 【請求項２】 前記光源（１）が出射する光束（９）
    を、その最大と最小の光線パラメータ積の間で少なくと
    もほぼ空間的な角度回転したことを特徴とする請求項１
    に記載の一列或いは多数列に配置された多数の光源を結
    像させる方法。
  3. 【請求項３】 少なくとも１つの第１の結像工程を、前
    記出射した光束（９）の回転前に非中心的に行うように
    したことを特徴とする請求項１または２に記載の一列或
    いは多数列に配置された多数の光源を結像させる方法。
  4. 【請求項４】 少なくとも１つのダイオードアレイ
    （１）の光線（９）を結像させる方法であって、前記ダ
    イオード光束（９）を第１の結像工程において出射強度
    分布の最大開放角度が存在する平面に対して平行に向
    け、座標軸方向において平行に向けられた光束（９）を
    ダイオード出力光線の最大と最小の開放角度の角度差だ
    け回転し、そして、該回転された光束（９）を平行に向
    けられた光線境界に対して垂直になるように平行に向
    け、空間領域（３）内に合焦するようにしたことを特徴
    とする請求項３に記載の一列或いは多数列に配置された
    多数の光源を結像させる方法。
  5. 【請求項５】 一列或いは多数列に配置され、回転対称
    でない出射強度分布を有する光源（１）を空間領域
    （３）内に結像させる少なくとも２つの結像を行う機能
    素子（５, １１, １５）を備えた請求項１から４のいず
    れか１項に記載の方法を実施する装置であって、 前記光源（１）の光路（９）内に、該光源（１）の光束
    （９）を空間的に回転させる光線回転素子（７）を設け
    たことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記
    載の方法を実施する一列或いは多数列に配置された多数
    の光源を結像させる装置。
  6. 【請求項６】 前記各光源（１）の光束（９）を、前記
    光線回転素子（７）によって、少なくともほぼ光束
    （９）の最大と最小の光線パラメータ積の間の角度だ
    け、特に、９０°回転したことを特徴とする請求項５に
    記載の一列或いは多数列に配置された多数の光源を結像
    させる装置。
  7. 【請求項７】 前記光線回転素子（７）を、前記光源
    （１）毎にそれぞれ反転プリズム（２７）を備えるよう
    に構成したことを特徴とする請求項５または６に記載の
    一列或いは多数列に配置された多数の光源を結像させる
    装置。
  8. 【請求項８】 前記光源（１）と前記光線回転素子
    （７）との間に第１の非中心的に結像させる機能素子
    （５）を配置し、該第１の機能素子（５）によって前記
    光線（９）の最大の開放角度が存在する平面に対して平
    行なそれぞれの光線成分の開放角度を減少したことを特
    徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の一列或
    いは多数列に配置された多数の光源を結像させる装置。
  9. 【請求項９】 前記光線回転素子（７）と前記空間領域
    （３）との間に第２の非中心的に結像を行う機能素子
    （１１）を配置し、該第２の機能素子（１１）によって
    前記光束（９）の回転された最小の開放角度が存在する
    平面に対して平行な前記光源（１）の光束（９）の開放
    角度を減少したことを特徴とする請求項５から８のいず
    れか１項に記載の一列或いは多数列に配置された多数の
    光源を結像させる装置。
  10. 【請求項１０】 前記空間領域（３）と前記第２の機能
    素子（１１）との間に、前記光束（９）を空間領域
    （３）内に中心的に合焦させる機能素子（１５）を配置
    したことを特徴とする請求項９に記載の一列或いは多数
    列に配置された多数の光源を結像させる装置。
  11. 【請求項１１】 前記第１及び第２の非中心的に結像さ
    せる機能素子（５,１１）を円筒レンズ（５, １１）と
    し、且つ、該円筒レンズをそれぞれ或る平面に対して平
    行な光線成分をほぼ平行に向けるように、光路内に配置
    したことを特徴とする請求項５から１０のいずれか１項
    に記載の一列或いは多数列に配置された多数の光源を結
    像させる装置。
  12. 【請求項１２】 前記光線を１つの空間領域（３）に結
    像する１つ或いは多数のダイオードアレイを備えて構成
    したことを特徴とする請求項５から１１のいずれか１項
    に記載の一列或いは多数列に配置された多数の光源を結
    像させる装置。
  13. 【請求項１３】 前記一列或いは多数列に配置された多
    数の光源を結像させる装置は少なくとも２列の光源を備
    え、それぞれ２列の光源の光束を光線回転素子と非中心
    的に結像を行う機能素子の後方で組み合わせる少なくと
    も１つのミラーコームを設けたことを特徴とする請求項
    ５から１２のいずれか１項に記載の一列或いは多数列に
    配置された多数の光源を結像させる装置。
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