JPH08201723A - 集光光学器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ光の発散角が大きい半導体レーザ等の
場合のレーザ光の集光性の向上を可能とする。 【構成】 光源１より順次配設された第１，第２，第３
のレンズ４，５，６により形成された集光光学器におい
て、第１のレンズ４と第２のレンズ５の間に配設された
ピンホール９を備えたことによって、ピンホール９通過
前のレーザ光２に含まれるサイドローブはピンホール９
により除去され、ピンホール９通過後のレーザ光２は回
折光を含まないため、第３のレンズ６による集光性を向
上させることができ、レーザ光２の発散角が大きい半導
体レーザ等を集光性が要求される場合にも活用すること
が可能となり、光源の小型化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ等に適用
される集光光学器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体レーザに適用される集光光
学器においては、図３に示すように半導体レーザ１より
発射するレーザ光２を平行ビーム化し、かつ、集光前の
ビーム径を拡大するための第１，第２の集光レンズ４，
５が設けられ、最後にレーザ光２を集光点７で集光させ
るための第３の集光レンズ５が配設されていた。

【０００３】この集光点７での集光スポット径ｄは、レ
ーザ光２のビーム特性に依存するものである。例えば、
レーザ光２の近軸光線における光線追跡では、集光スポ
ット径ｄに対してｄ＝ｆθ（ｆ：レンズの焦点距離、
θ：レーザの発散角）なる関係式が成立し、レーザ光２
の発散角が小さいほど（平行ビームに近いほど）集光性
がよい。

【０００４】また、ガウシアンモードビームのレンズの
集光においては、集光スポット径ｄに対してｄ＝ｃ・λ
ｆ／Ｄ（ｃ：定数、λ：波長、ｆ：レンズの焦点距離、
Ｄ：入射光のビーム径）なる関係式が成立し、入射光の
ビーム径Ｄが大きいほど、またレンズの焦点距離ｆが小
さいほど、集光点７でのスポット径ｄは小さく絞ること
ができる。従って、従来、集光光学系を形成する場合に
は、平行ビーム化と入射光のビーム径の拡大を考慮して
設計がなされていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】半導体レーザは、通常
のレーザ、例えば計測等によく使用されるＨｅ−Ｎｅレ
ーザと比較した場合、以下の特長がある。

【０００６】１点目は、半導体レーザのビームの発散角
が２０°であるのに対して、Ｈｅ−Ｎｅレーザのビーム
のそれは９×１０^-2°であり、発散角が大きいため、集
光性が悪く、ビーム品質が悪い点である。

【０００７】２点目は、半導体レーザが縦１０×横１０
×高さ１０であるのに対して、Ｈｅ−Ｎｅレーザは直径
４０×長さ２５０であり、コンパクトなため、光源とし
ての小型化が図りうる点である。

【０００８】上記半導体レーザは上記の特長を有するこ
とから、近年、光源の小型化のためにＨｅ−Ｎｅレーザ
等からの置換が期待されているが、ビーム品質が悪いと
いう欠点がある。

【０００９】また、半導体レーザはビームの発散角が大
きいために、レンズの有効径内に入射させることができ
ず、レーザ光の一部のみをレンズ系から取り出す必要が
あるため、回折光の影響が発生する。

【００１０】図４は集光スポットでのビームプロフィル
を示しており、実線は回折光の影響がある場合、破線は
回折光の影響がない場合である。破線ではガウシアンビ
ームとなっているが、実線では主ローブ１１の他にサイ
ドローブ１２が発生したり、主ローブ１１の径も拡大す
ることがわかる。このため、半導体レーザの場合には、
集光スポットでの径が大きくなり、集光性が悪化するこ
とになる。

【００１１】従来の半導体レーザに適用される集光光学
器においては、前記のように半導体レーザの発散角が大
きいこと、および回折光の影響が発生することにより、
良好な集光性を得ることができなかった。本発明は上記
の課題を解決しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の集光光学器は、
光源側より第１，第２，第３のレンズが順次配設されて
形成された集光光学器において、第１のレンズと第２の
レンズの間に配設されたピンホールを備えたことを特徴
としている。

【００１３】

【作用】上記において、光源から放射されたレーザ光
は、第１のレンズにより集光された後、発散し、第２の
レンズにより平行光となった後、第３のレンズにより集
光されて集光スポットを形成する。

【００１４】上記光源が半導体レーザのように発散角が
大きいレーザ光を放射する場合、このレーザ光を第１の
レンズの有効径内に通すことは不可能であるため、第１
のレンズを通過したレーザ光は回折光を含んだレーザ光
であるが、第１のレンズの集光点にはレーザ光のサイド
ローブを除去するピンホールが設けられているため、第
２のレンズを通過したレーザ光により形成された平行光
は、回折光を含まない。

【００１５】そのため、半導体レーザのようにレーザ光
の発散角の大きい光源を用いた場合にも、第３のレンズ
により集光されたレーザ光はビーム径の小さい集光スポ
ットを形成する。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例に係る集光光学器を図１に
示す。図１に示す本実施例は、半導体レーザ１側より順
次配設された第１，第２，第３のレンズ４，５，６によ
り形成された集光光学器において、上記半導体レーザ１
と第１のレンズ４の間に配設された第４のレンズ３，第
４のレンズ３と第１のレンズ４の間に配設された開口板
１０、および上記第１のレンズ４と第２のレンズ５の間
に配設されたピンホール９を備えている。

【００１７】上記において、半導体レーザ１から放射さ
れたレーザ光２は、第４のレンズ３を通過する。このと
き、全てのレーザ光２をレンズ３に入射することは不可
能であるため、回折光が発生する。

【００１８】第４のレンズ３を通過したレーザ光２は、
開口板１０を通過してそのビーム径を調整し、第１のレ
ンズ４の有効径より小さいビーム径のレーザ光２とな
る。このレーザ光２はレンズ４により、一度ビームを集
光させ、ピンホール９を通過させる。

【００１９】このピンホール９通過前後のレーザ光２の
状況について、図２（ａ）を用いて説明する。ピンホー
ル９通過前のレーザ光２は、図２（ａ）に示すように回
折光の影響により主ローブ１１とサイドローブ１２を有
するが、サイドローブ１２をカットするような穴径のピ
ンホール９を採用しているため、主ローブ１１を通過さ
せることができる。

【００２０】また、主ローブ１１とサイドローブ１２の
間のビーム強度が０の所でサイドローブ１２を除去する
ことにより新たな回折光は発生せず、主ローブ１１のみ
を集光させることが可能となる。

【００２１】上記ピンホール９を通過したレーザ光２
は、第２のレンズ５を用いてビームの平行化と入射ビー
ム径８の拡大を行い、レンズ６を用いて再度集光させ、
集光スポット７を形成させる。

【００２２】このレーザ光２はサイドローブ１２の影響
がないために集光性がよく、図２（ｂ）に示すようによ
く絞られた小さな集光径の集光スポット７を得ることが
できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の集光光学器は、光源側より順次
配設された第１，第２，第３のレンズにより形成された
集光光学器において、第１のレンズと第２のレンズの間
に配設されたピンホールを備えたことによって、ピンホ
ール通過前のレーザ光に含まれるサイドローブはピンホ
ールにより除去され、ピンホール通過後のレーザ光は回
折光を含まないため、第３のレンズによる集光性を向上
させることができ、レーザ光の発散角が大きい半導体レ
ーザ等を集光性が要求される場合にも活用することが可
能となり、光源の小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る集光光学器の説明図で
ある。

【図２】上記一実施例に係るビームプロフィルの説明図
で、（ａ）はピンホール、（ｂ）は集光スポットにおけ
る説明図である。

【図３】従来の集光光学器の説明図である。

【図４】上記従来の集光光学器に係る回折光の影響があ
る場合とない場合の集光スポット部のビームプロフィル
の説明図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ レーザ光 ３，４，５，６ レンズ ７ 集光スポット ９ ピンホール １０ 開口板 １１ 主ローブ １２ サイドローブ １３ 主ローブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源側より第１，第２，第３のレンズが
   順次配設されて形成された集光光学器において、第１の
   レンズと第２のレンズの間に配設されたピンホールを備
   えたことを特徴とする集光光学器。