WO2017029874A1 - 発光装置 - Google Patents

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WO2017029874A1
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light
optical system
emitting device
condensing
laser
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俊宏 菊池
博史 亀田
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アルプス電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device having a plurality of laser light sources.
  • Patent Document 1 discloses a laser module that collimates divergent light emitted from a plurality of semiconductor laser elements with a collimator lens and collects the parallel light with a condenser lens.
  • Patent Document 2 discloses a semiconductor laser device in which light emitted from a plurality of laser diodes is converted into parallel light by a collimator lens, and the parallel light is collected on an optical fiber by a condenser lens.
  • CAN lasers in which a laser diode is inserted into a can-shaped metal to form a package, a configuration in which a plurality of laser diodes are inserted is being adopted for higher power.
  • the optical axes of a plurality of semiconductor laser elements and laser diodes are arranged in parallel to the optical axis of the condenser lens. Therefore, even if the laser light emitted from these light sources is condensed by the condenser lens, there are a plurality of spots, or even if there is only one spot, the diameter is large and not sufficiently narrowed down. It was difficult to give a desired high intensity light to a small irradiation target.
  • the present invention has an object to provide a light emitting device that can condense laser light emitted from a plurality of light sources into a spot having a predetermined diameter or less, thereby increasing the light intensity per unit area.
  • a light emitting device of the present invention includes a light source unit having a plurality of laser light sources, a refractive optical system that refracts light incident from each of the plurality of laser light sources, and a light incident from the refractive optical system.
  • a condensing optical system that condenses each of the plurality of refracted lights, and the refracting optical system includes a condensing optical system in which traveling directions of a plurality of central rays emitted along respective optical axes of the plurality of laser light sources are It is characterized by being refracted so that it goes away from the optical axis of a condensing optical system, so that it goes to the side.
  • the refractive optical system has a plurality of inclined surfaces each having an inclination angle corresponding to each of the plurality of laser light sources.
  • the refracted light can be emitted from the refractive optical system to the condensing optical system at a desired angle on an inclined surface corresponding to the arrangement of the plurality of laser light sources with respect to the optical axis of the condensing optical system. It can be focused on a small spot.
  • the plurality of inclined surfaces are provided on at least one of the entrance surface and the exit surface of the refractive optical system.
  • the refractive optical system is preferably a single optical component having a plurality of inclined surfaces.
  • the plurality of inclined surfaces are provided on both the entrance surface and the exit surface of the refractive optical system, and the entrance surface and the exit surface from which light incident from the entrance surface exits are condensed. It is preferable to incline each other so that the distance from each other increases as the distance from the optical axis of the optical system increases.
  • the optical axes of the plurality of laser light sources are parallel to the optical axis of the condensing optical system. Therefore, it becomes possible to arrange a plurality of laser light sources with the existing technology.
  • the condensing optical system is preferably composed of a single condensing lens. Therefore, since the area
  • the laser light emitted from a plurality of light sources can be condensed on a spot having a predetermined diameter or less, thereby increasing the light intensity per unit area.
  • FIG. 1 It is a top view which shows the structure of the light-emitting device which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a front view which shows the structure of the light source part of the light-emitting device shown in FIG. It is a perspective view which shows the structure of the prism of the light-emitting device shown in FIG. It is a figure which shows the simulation model about the light-emitting device which concerns on Example 1 of 1st Embodiment. It is a figure which shows the simulation model about the light-emitting device which concerns on a comparative example.
  • (A) is a diagram showing the simulation result at the model position P11 shown in FIG. 4
  • (B) is a diagram showing the simulation result at the model position P12 shown in FIG.
  • FIG. 4 is the model position P13 shown in FIG. It is a figure which shows the simulation result in.
  • 5A is a diagram showing a simulation result at the model position P21 shown in FIG. 5
  • FIG. 5B is a diagram showing a simulation result at the model position P22 shown in FIG. 5
  • FIG. 5C is a model position P23 shown in FIG. It is a figure which shows the simulation result in.
  • It is a front view which shows the structure of the light source part of the light-emitting device which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • (A) is a perspective view which shows the structure of the prism of the light-emitting device which concerns on 2nd Embodiment
  • (B) is a top view of the prism shown to (A).
  • FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a light emitting device 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a front view illustrating the configuration of the light source unit 20 of the light emitting device 10.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of the prism 40 of the light emitting device 10.
  • XYZ coordinates are shown as reference coordinates.
  • the X1-X2 direction is a direction along the optical axis 30c of the condenser lens 30, and the YZ plane is a plane orthogonal to the X1-X2 direction.
  • the light emitting device 10 includes a light source unit 20, a condensing lens 30 as a condensing optical system, and a prism 40 as a refractive optical system.
  • the light source unit 20 two laser diodes 22 and 23 as laser light sources are joined to the stem 21.
  • the stem 21 further includes a semiconductor chip (not shown) for driving the laser diodes 22 and 23 and a lead frame (not shown) for supporting the semiconductor chip, and a plurality of pieces connected to the lead frame.
  • the terminal 24 extends outside through the stem 21 in the X2 direction.
  • a hollow metal cap 25 is fixed to the stem 21 so as to cover the lead frame, the semiconductor chip, and the laser diodes 22 and 23. Resin is filled in the cap 25, thereby fixing the positions of the laser diodes 22 and 23.
  • emission surfaces 22e and 23e are arranged on the surface of the cap 25 (tip surface in the X1 direction).
  • the laser diodes 22 and 23 are arranged so that the respective optical axes 22 c and 23 c are parallel to the optical axis 30 c of the condenser lens 30.
  • the condensing lens 30 as the condensing optical system is a biconvex positive lens.
  • the condensing optical system is not limited to the biconvex positive lens as shown in FIG. 1, and may be a lens having any other shape as long as it has a positive refractive power.
  • the optical system is not limited to a single lens, and may be an optical system having a light collecting performance by combining a plurality of lenses.
  • the prism 40 has two refracting portions 44 and 45 arranged vertically in the Y1-Y2 direction.
  • the refracting portions 44 and 45 have a shape that is symmetric with respect to the XZ plane.
  • glass or plastic is used, and two refracting portions 44 and 45 are integrally formed.
  • the first refracting portion 44 on the Y1 direction side has a trapezoidal shape that is symmetric when viewed from the Z1-Z2 direction, and includes two side surfaces 44c corresponding to the upper and lower bases of the trapezoid, respectively.
  • Reference numerals 44d denote planes parallel to each other and extend in the XZ plane.
  • the entrance surface 44a and the exit surface 44b, which correspond to the remaining two sides of the trapezoid, are planes having an inclination angle such that the distance from each other increases as the distance from the optical axis 30c of the condenser lens 30 increases. They are arranged in order from the light source unit 20 side in the X2 direction.
  • an apex angle ⁇ is formed at the intersecting position when viewed from the Z1-Z2 direction (FIG. 1).
  • the entrance surface 44a is inclined in the X2 direction with respect to the plane S1 parallel to the YZ plane
  • the exit surface 44b is in the X1 direction with respect to the plane S2 parallel to the YZ plane. It is inclined, and each inclination angle is ⁇ .
  • This inclination angle ⁇ is set according to the arrangement of the laser diode 22 with respect to the optical axis 30c of the condensing lens 30, the refractive index of the first refracting portion 44, the refractive power of the condensing lens 30, and the like in this embodiment.
  • the angle ⁇ is 1 ⁇ 2.
  • the second refracting portion 45 on the Y2 direction side of the prism 40 has a trapezoidal shape that is symmetric when viewed from the Z1-Z2 direction, and the two side surfaces 45c and 45d corresponding to the upper and lower bases of the trapezoid are respectively
  • the planes are parallel to each other and extend in the XZ plane.
  • the incident surface 45a and the exit surface 45b, which correspond to the remaining two sides of the trapezoid, are planes having an inclination angle such that the distance from each other increases as the distance from the optical axis 30c of the condenser lens 30 increases. They are arranged in order from the light source unit 20 side in the X2 direction.
  • an apex angle ⁇ is formed at the intersecting position when viewed from the Z1-Z2 direction (FIG. 1). That is, the apex angle formed by the incident surface 45a and the exit surface 45b is the same as the apex angle formed by the incident surface 44a and the exit surface 44b.
  • the incident surface 45a is inclined in the X2 direction with respect to the plane S1
  • the exit surface 45b is inclined in the X1 direction with respect to the plane S2.
  • the angle is ⁇ .
  • inclination angles are set corresponding to the arrangement of the laser diode 23 with respect to the optical axis 30c of the condenser lens 30, the refractive index of the second refracting unit 45, the refractive power of the condenser lens 30, and the like. It is the same as the inclination angle of the entrance surface 44a and the exit surface 44b of the first refracting section 44.
  • the prism 40 has a side surface 44d of the first refracting portion 44 and a side surface 45c of the second refracting portion 45 as a common surface, and this common surface is an XZ including the optical axis 30c of the condenser lens 30 as shown in FIG. Arranged in a plane. Thereby, the 1st refractive part 44 and the 2nd refractive part 45 are arrange
  • the central ray 22a of the emitted light from the laser diode 22 is incident on the incident surface 44a in parallel with the optical axis 30c, and the central ray 23a of the emitted light from the laser diode 23 is also on the optical axis 30c.
  • the light enters the incident surface 45a in parallel.
  • the central ray 22a is refracted in the first refracting portion 44 according to the setting of the refractive index of the first refracting portion 44 and the inclination angle ⁇ of the incident surface 44a and the emitting surface 44b, and is emitted from the emitting surface 44b.
  • the refracted light 42a emitted from the emission surface 44b travels away from the optical axis 30c of the condenser lens 30 toward the condenser lens 30 side.
  • the central ray 23a is refracted in the second refracting portion 45 according to the refractive index of the second refracting portion 45 and the inclination angle ⁇ of the incident surface 45a and the emitting surface 45b and is emitted from the emitting surface 45b.
  • the refracted light 43a emitted from the emission surface 45b travels away from the optical axis 30c of the condenser lens 30 toward the condenser lens 30 side. Accordingly, the refracted light 42a and the refracted light 43a travel away from each other toward the condenser lens 30 side.
  • the refracted lights 42a and 43a emitted from the prism 40 are emitted from the condenser lens 30 as focused lights 32a and 33a, respectively.
  • the focused light beams 32a and 33a overlap each other at the light condensing position PC to form a minute spot, and then form an image at the image forming position PI. Therefore, since a spot with a small diameter where the light intensity is increased due to the overlap of the two light beams is formed at the condensing position PC, the light intensity per unit area can be increased and the power can be increased at this position. It becomes.
  • the light intensity of the spot formed at the condensing position PC is about twice that of the laser light emitted from each of the laser diodes 22 and 23.
  • the condensing position PC is located behind the condensing lens 30 at the rear focal position PF, that is, at a position advanced in the X1 direction from the focal point on the image side.
  • the light beam overlaps behind the rear focal position PF to form a spot. It will never be done. In this case, a part of the two light beams may overlap before the rear focal position PF, but the light beam at this position is not spot-like and the part where the light beams overlap. Since there is a portion that is not so, the light intensity per unit area is uneven, and the maximum value of the light intensity per unit area is about 1 to 1.5 times that when a single laser beam is used.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a simulation model for the light emitting device according to Example 1 of the first embodiment
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a simulation model for the light emitting device according to the comparative example.
  • 4 and 5 show a lens L corresponding to the condenser lens 30 in FIG. 1 and an optical path through which light emitted from two laser diodes travels from the left side to the right side.
  • a prism D corresponding to the prism 40 of FIG. 1 is shown.
  • 6A, 6B, and 6C are diagrams respectively showing simulation results at positions P11, P12, and P13 of the model of the first embodiment shown in FIG. FIGS.
  • FIG. 7A, 7B, and 7C are diagrams respectively showing simulation results at positions P21, P22, and P23 of the model of the comparative example shown in FIG.
  • the position P11 in FIG. 4 and the position P21 in FIG. 5 correspond to the rear focal position PF in FIG. 1
  • the position P12 in FIG. 4 and the position P22 in FIG. 5 correspond to the condensing position PC in FIG.
  • the position P13 in FIG. 4 and the position P23 in FIG. 5 correspond to the imaging position PI in FIG.
  • Example 1 shown in FIG. 4 light B11 and B12 are emitted from two laser diodes under the following conditions.
  • the light B21 and B22 are emitted from the two laser diodes, and the simulation is performed under the same conditions as in Example 1 except that the prism D is not provided.
  • the output of the laser diode is 1 W (watt) in both Example 1 and the Comparative Example.
  • Example 1 Each distance shown below is a distance in a direction along the axis Lc of the lens L, and an on-axis distance is a distance on the optical axis Lc.
  • Example 1 As shown in FIG. 6B, a single spot is formed at the condensing position P12, the spot diameter is 0.15 mm, and the maximum value of light intensity per unit area (hereinafter referred to as Emax). Was 40000 W / cm 2 .
  • Emax the maximum value of light intensity per unit area
  • the Emax of the two light beams at the rear focal position P11 shown in FIG. 6A was 1700 W / cm 2 .
  • FIG. 7B a single spot was not formed at the condensing position P22, and Emax of the two light beams at the condensing position P22 was 8000 W / cm 2 . .
  • the Emax of the light beam at the rear focal position P21 shown in FIG. 7A was 1800 W / cm 2 .
  • both the incident surface and the exit surface of the first refracting portion 44 and the second refracting portion 45 of the prism 40 are inclined surfaces, but a plurality of exits from the first refracting portion 44 and the second refracting portion 45 are used.
  • Only one of the entrance surface and the exit surface may be an inclined surface as long as the distance of the incident light increases toward the condenser lens 30 side.
  • the distance from each other increases as the plurality of exit lights from the first refracting unit 44 and the second refracting unit 45 move toward the condenser lens 30 side.
  • the inclination angle may be made different between the entrance surface and the exit surface as long as it can be made to increase.
  • the inclined surface may be an aspherical surface or a hemispherical curved surface instead of a flat surface, or only the incident region from the laser diodes 22 and 23 and the emission region from the prism 40 may be configured by a desired inclined surface or curved surface. Good.
  • the light emitted from each laser diode is converted into the prism 40 according to the distance from the optical axis 30c of the condenser lens 30 in the Y1-Y2 direction.
  • the angle of inclination of the inclined surface of the region incident on the light is made different so that the emitted light from the condensing lens 30 is condensed as a spot at the condensing position PC.
  • laser diodes are arranged in series in directions other than the Y1-Y2 directions.
  • the single prism 40 is used as the refractive optical system.
  • the other configuration is adopted.
  • it may be divided into an optical member into which the light emitted from the laser diode 22 is incident and an optical member into which the light emitted from the laser diode 23 is incident.
  • the two laser diodes 22 and 23 are arranged so that the optical axes are parallel to each other. However, if a desired spot can be formed by the focused light emitted from the condensing lens 30, the laser can be used.
  • the optical axes of the diodes 22 and 23 may be inclined by a certain angle with respect to the optical axis 30c of the condenser lens 30.
  • the light emitting device has the following effects. (1) Since the light emitted from the laser diodes 22 and 23 is refracted using the prism 40, a plurality of convergent lights emitted from the condenser lens 30 can be overlapped and condensed into a small spot. Light with high light intensity can be obtained. (2) Since the first refracting portion 44 and the second refracting portion 45 have a symmetrical shape with respect to the XZ plane, the spots formed by the overlapping of the focused lights 32a and 33a emitted from the condenser lens 30 are smaller and more Since it approaches a circle, the light intensity can be further increased.
  • the laser diodes 22 and 23, the condensing lens 30, and the like as in the light emitting device of the first embodiment
  • the prism 40 as a refractive optical system between them
  • a configuration in which the emitting directions of a plurality of laser diodes are inclined with respect to the optical axis 30c of the condenser lens 30 without using the refractive optical system is also conceivable.
  • the light emitting device of the first embodiment uses the prism 40, the laser diodes 22 and 23 need only be arranged in parallel with each other. It can be focused at a precise position as a small spot.
  • FIG. 8 is a front view illustrating the configuration of the light source unit 120 of the light emitting device according to the second embodiment.
  • FIG. 9A is a perspective view showing the configuration of the prism 140 of the light emitting device according to the second embodiment
  • FIG. 9B is a plan view of the prism 140 shown in FIG. In FIG. 9B, the central rays 123a and 125a and the refracted lights 143a and 145a are not shown.
  • the second embodiment four laser diodes 122, 123, and 124 as laser light sources are placed so that the optical axis is placed on a circle 120c centered on the optical axis 30c of the condenser lens 30. , 125 are arranged, and these laser diodes are bonded to the stem 21.
  • the optical axes of the laser diodes 122, 123, 124, and 125 are parallel to the optical axis 30c of the condenser lens 30 as in the first embodiment.
  • a laser diode 122 is disposed on the Y1 direction side, a laser diode 123 is disposed on the Z1 direction side, a laser diode 124 is disposed on the Y2 direction side, and a laser diode 125 is disposed on the Z2 direction side with respect to the optical axis 30c.
  • a prism 140 shown in FIGS. 9A and 9B is used as the refractive optical system in place of the prism 40 of the first embodiment.
  • the prism 140 has an overall rectangular shape when viewed from the X1-X2 direction, and corresponds to the four laser diodes 122, 123, 124, and 125, respectively.
  • Four refraction parts 142, 143, 144, and 145 are provided.
  • the refraction part 142 is located on the Y1 direction side
  • the refraction part 143 is located on the Z1 direction side
  • the refraction part 144 is located on the Y2 direction side
  • the refraction part 145 is located on the Z2 direction side, etc.
  • the four refracting portions 142, 143, 144, and 145 are integrally formed using, for example, glass or plastic.
  • the refracting parts 142, 143, 144, and 145 are arranged so that the light incident from the laser diodes 122, 123, 124, and 125 is incident on the X1-X2 direction from the light source part 120 side, and the incident light is refracted. And an exit surface that emits light.
  • the entrance surface and the exit surface in the same refracting portion are planes having an inclination angle such that the distance from each other increases as the distance from the optical axis 30c of the condenser lens 30 increases. For example, as shown in FIG.
  • the refracting portion 142 is provided with an incident surface 142b and an exit surface 142c
  • the refracting portion 144 is provided with an entrance surface 144b and an exit surface 144c.
  • the incident surface 142b is inclined to the X2 direction side with respect to the plane S3 parallel to the YZ plane
  • the exit surface 142c is inclined to the X1 direction side with respect to the plane S4 parallel to the YZ plane.
  • Each inclination angle is ⁇ .
  • the incident surface 144b is inclined in the X2 direction side with respect to the plane S3, and the exit surface 144c is inclined in the X1 direction side with respect to the plane S4. ⁇ .
  • Such a configuration is the same for the refraction portions 143 and 145.
  • the light emitted from the laser diodes 122, 123, 124, and 125 (central rays 122a, 123a, 124a, and 125a) is incident on the refraction portions 142, 143, 144, and 145, respectively.
  • the light is refracted and emitted to the condenser lens 30 side as refracted light 142a, 143a, 144a, 145a.
  • the refracted light travels away from the optical axis 30c of the condensing lens 30 toward the condensing lens 30 side, enters the condensing lens 30, and the condensed light condensed by the condensing lens 30 is The light beams overlap at the condensing position PC to form a minute spot.
  • the prism 140 has a rectangular shape when viewed from the X1-X2 direction. However, if the incident area from the laser diodes 122, 123, 124, and 125 and the exit area of the refracted light can be secured, for example, It may be circular. Other operations, effects, and modifications are the same as those in the first embodiment. Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be improved or changed within the scope of the purpose of the improvement or the idea of the present invention.
  • the light-emitting device can obtain a spot light beam having a high light intensity at a condensing position, and thus is useful for optical processing and illumination.
  • Light-emitting device 20 Light source part 22a, 23a Center light beam 22c, 23c Optical axis 22e, 23e Output surface 22, 23 Laser diode 30 Condensing lens (condensing optical system) 30c Optical axis 32a, 33a Focused light 40 Prism (refractive optical system) 42a, 43a refracted light 44 first refracting portion 44a incident surface 44b exit surface 45 second refracting portion 45a incident surface 45b exit surface 120 light source portion 122, 123, 124, 125 laser diode 122a, 123a, 124a, 125a central ray 140 prism (Refractive optical system) 142, 143, 144, 145 refracting part 142a, 143a, 144a, 145a refracted light 142b, 144b incident surface 142c, 144c exit surface D prism (refractive optical system) L lens (condensing optical system) L

Abstract

【課題】複数の光源から出射されたレーザー光を所定の直径以下のスポットに集光することができ、これにより単位面積当たりの光強度を高めることのできる発光装置を提供する。 【解決手段】複数のレーザー光源を有する光源部と、複数のレーザー光源のそれぞれから入射した光をそれぞれ屈折させる屈折光学系と、屈折光学系から入射した複数の屈折光をそれぞれ集光させる集光光学系とを備え、屈折光学系は、複数のレーザー光源のそれぞれの光軸に沿って出射される複数の中心光線の進行方向が、集光光学系側に進むほど集光光学系の光軸から遠ざかるように、それぞれ屈折させる。

Description

発光装置
　本発明は、複数のレーザー光源を有する発光装置に関する。
　特許文献１は、複数の半導体レーザー素子から出射した発散光をコリメータレンズによって平行光化し、この平行光を集光レンズで集光するレーザーモジュールを開示している。特許文献２は、複数のレーザーダイオードから射出された光をコリメートレンズで平行光とし、この平行光を集光レンズによって光ファイバへ集光させる半導体レーザー装置を開示している。
特開２００６－６６８７５号公報 特開２０１３－２５１３９４号公報
　缶状の金属にレーザーダイオードを挿入してパッケージとした、いわゆるＣＡＮレーザーにおいては、ハイパワー化のために複数のレーザーダイオードを挿入した形態が採用されつつある。しかしながら、従来のＣＡＮレーザーでは、特許文献１のレーザーモジュールや特許文献２の半導体レーザー装置のように、複数の半導体レーザー素子やレーザーダイオードの光軸を集光レンズの光軸に平行に配置しているため、これらの光源から出射したレーザー光を集光レンズによって集光しても、スポットが複数になってしまったり、スポットが１つであっても直径が大きく十分に絞られていないために小さな照射対象に所望の高い強度の光を与えることが難しかった。
　そこで本発明は、複数の光源から出射されたレーザー光を所定の直径以下のスポットに集光することができ、これにより単位面積当たりの光強度を高めることのできる発光装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の発光装置は、複数のレーザー光源を有する光源部と、複数のレーザー光源のそれぞれから入射した光をそれぞれ屈折させる屈折光学系と、屈折光学系から入射した複数の屈折光をそれぞれ集光させる集光光学系とを備え、屈折光学系は、複数のレーザー光源のそれぞれの光軸に沿って出射される複数の中心光線の進行方向が、集光光学系側に進むほど集光光学系の光軸から遠ざかるように、それぞれ屈折させることを特徴としている。
　この構成により、集光光学系から出射する複数の集束光を重ねて小さなスポットに集光できるため、単位面積当たりの光強度の大きな光を得ることができる。
　本発明の発光装置において、屈折光学系は、複数のレーザー光源のそれぞれに対応する傾斜角度を備えた複数の傾斜面を有することが好ましい。
　これにより、集光光学系の光軸に対する複数のレーザー光源の配置等に対応した傾斜面で所望の角度で、屈折光学系から集光光学系へ屈折光を出射できるため、複数の集束光を小さなスポットに集光させることができる。
　本発明の発光装置において、複数の傾斜面は、屈折光学系の入射面及び出射面の少なくとも一方に設けられていることが好ましい。
　これにより、屈折光学系の設計の自由度を高めることができ、また、屈折光学系の製造コストを低減させることが可能となる。
　本発明の発光装置において、屈折光学系は、複数の傾斜面を有する単一の光学部品であることが好ましい。
　これにより、屈折光学系が占める領域を小さくすることができため、発光装置を小型化することが可能となる。
　本発明の発光装置において、複数の傾斜面は、屈折光学系の入射面及び出射面の両方に設けられており、入射面と、この入射面から入射した光が出射する出射面は、集光光学系の光軸から遠ざかるほど互いの距離が大きくなるようにそれぞれ傾斜していることが好ましい。
　屈折光学系の入射面及び出射面の両方に傾斜面を設けることにより、各面における屈折の負担を小さく抑えることができ、設計や製造を行いやすい形状とすることができる。
　本発明の発光装置において、複数のレーザー光源の光軸は、集光光学系の光軸とそれぞれ平行であることが好ましい。
　これにより、既存の技術で複数のレーザー光源を配置することが可能となる。
　本発明の発光装置において、集光光学系は単一の集光レンズからなることが好ましい。
　これにより、集光光学系が占める領域を小さくすることができため、発光装置を小型化することが可能となる。
　本発明によると、複数の光源から出射されたレーザー光を所定の直径以下のスポットに集光することができ、これにより単位面積当たりの光強度を高めることができる。
本発明の第１実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である。 図１に示す発光装置の光源部の構成を示す正面図である。 図１に示す発光装置のプリズムの構成を示す斜視図である。 第１実施形態の実施例１に係る発光装置についてのシミュレーションモデルを示す図である。 比較例に係る発光装置についてのシミュレーションモデルを示す図である。 （Ａ）は図４に示すモデルの位置Ｐ１１におけるシミュレーション結果を示す図、（Ｂ）は図４に示すモデルの位置Ｐ１２におけるシミュレーション結果を示す図、（Ｃ）は図４に示すモデルの位置Ｐ１３におけるシミュレーション結果を示す図である。 （Ａ）は図５に示すモデルの位置Ｐ２１におけるシミュレーション結果を示す図、（Ｂ）は図５に示すモデルの位置Ｐ２２におけるシミュレーション結果を示す図、（Ｃ）は図５に示すモデルの位置Ｐ２３におけるシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る発光装置の光源部の構成を示す正面図である。 （Ａ）は第２実施形態に係る発光装置のプリズムの構成を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示すプリズムの平面図である。
　以下、本発明の実施形態に係る発光装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。
＜第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態に係る発光装置１０の構成を示す平面図である。図２は発光装置１０の光源部２０の構成を示す正面図である。図３は、発光装置１０のプリズム４０の構成を示す斜視図である。各図には、基準座標としてＸ－Ｙ－Ｚ座標が示されている。Ｘ１－Ｘ２方向は集光レンズ３０の光軸３０ｃに沿った方向であり、Ｙ－Ｚ面はＸ１－Ｘ２方向と直交する面である。
　図１に示すように、発光装置１０は、光源部２０と、集光光学系としての集光レンズ３０と、屈折光学系としてのプリズム４０とを備える。
　光源部２０においては、ステム２１に対して、レーザー光源としての２つのレーザーダイオード２２、２３が接合されている。ステム２１には、さらに、レーザーダイオード２２、２３の駆動のための半導体チップ（不図示）と、この半導体チップを支持するリードフレーム（不図示）とが配置され、リードフレームに接続された複数の端子２４がステム２１をＸ２方向へ貫通して外部へ延びている。ステム２１には、リードフレーム、半導体チップ、及びレーザーダイオード２２、２３を覆うように、中空で金属製のキャップ２５が固定されている。キャップ２５内には樹脂が充填され、これによりレーザーダイオード２２、２３の位置が固定される。
　図１と図２に示すように、レーザーダイオード２２、２３においては、キャップ２５の表面（Ｘ１方向の先端面）に出射面２２ｅ、２３ｅが配置されている。レーザーダイオード２２、２３は、それぞれの光軸２２ｃ、２３ｃが、集光レンズ３０の光軸３０ｃと平行になるように配置されている。
　図１に示すように、集光光学系としての集光レンズ３０は両凸正レンズである。ここで、集光光学系としては、図１に示すような両凸正レンズに限定されず、正の屈折力を有していればこれ以外の形状のレンズであってもよい。また、単独のレンズに限定されず、複数のレンズを組み合わせて集光性能を持たせた光学系としてもよい。
　図１と図３に示すように、プリズム４０は、Ｙ１－Ｙ２方向において上下に配置された、２つの屈折部４４、４５を有している。この屈折部４４、４５は、ＸＺ平面に関して対称となるような形状を有している。プリズム４０は、例えばガラスやプラスチックを用いて、２つの屈折部４４、４５が一体成形される。
　プリズム４０のうち、Ｙ１方向側の第１屈折部４４は、Ｚ１－Ｚ２方向から見て左右対称な台形状をなしており、台形の上底と下底にそれぞれ対応する、２つの側面４４ｃ、４４ｄは、互いに平行な平面であって、ＸＺ平面にそれぞれ延びている。台形の残りの２辺にそれぞれ対応する、入射面４４ａと出射面４４ｂは、集光レンズ３０の光軸３０ｃから遠ざかるほど互いの距離が大きくなるような傾斜角度を備えた平面であり、Ｘ１－Ｘ２方向において光源部２０側から順に配置されている。入射面４４ａと出射面４４ｂを仮想的にＹ２方向へ延ばすと、交わった位置において、Ｚ１－Ｚ２方向から見て頂角θが形成される（図１）。図３に示すように、入射面４４ａは、ＹＺ平面に平行な平面Ｓ１に対してＸ２方向側に傾斜しており、出射面４４ｂは、ＹＺ平面に平行な平面Ｓ２に対してＸ１方向側へ傾斜しており、それぞれの傾斜角度はαとなっている。この傾斜角度αは、集光レンズ３０の光軸３０ｃに対するレーザーダイオード２２の配置、第１屈折部４４の屈折率、集光レンズ３０の屈折力などに対応して設定され、本実施形態では頂角θの１／２となっている。
　プリズム４０のＹ２方向側の第２屈折部４５は、Ｚ１－Ｚ２方向から見て左右対称な台形状をなしており、台形の上底と下底にそれぞれ対応する、２つの側面４５ｃ、４５ｄは、互いに平行な平面であって、ＸＺ平面にそれぞれ延びている。台形の残りの２辺にそれぞれ対応する、入射面４５ａと出射面４５ｂは、集光レンズ３０の光軸３０ｃから遠ざかるほど互いの距離が大きくなるような傾斜角度を備えた平面であり、Ｘ１－Ｘ２方向において光源部２０側から順に配置されている。入射面４５ａと出射面４５ｂを仮想的にＹ１方向へ延ばすと、交わった位置において、Ｚ１－Ｚ２方向から見て頂角θが形成される（図１）。すなわち、入射面４５ａと出射面４５ｂが形成する頂角は、入射面４４ａと出射面４４ｂが形成する頂角と同一である。また、図３に示すように、入射面４５ａは、平面Ｓ１に対してＸ２方向側に傾斜しており、出射面４５ｂは、平面Ｓ２に対してＸ１方向側へ傾斜しており、それぞれの傾斜角度はαとなっている。これらの傾斜角度は、集光レンズ３０の光軸３０ｃに対するレーザーダイオード２３の配置、第２屈折部４５の屈折率、集光レンズ３０の屈折力などに対応して設定され、本実施形態では、第１屈折部４４の入射面４４ａ及び出射面４４ｂの傾斜角度と同一である。
　プリズム４０は、第１屈折部４４の側面４４ｄと第２屈折部４５の側面４５ｃを共通面としており、この共通面は、図３に示すように、集光レンズ３０の光軸３０ｃを含むＸＺ平面に配置される。これにより、第１屈折部４４と第２屈折部４５は、ＸＺ平面に関して対称になるように配置される。
　以上の構成の発光装置１０において、レーザーダイオード２２からの出射光の中心光線２２ａは光軸３０ｃに平行に入射面４４ａに入射し、レーザーダイオード２３からの出射光の中心光線２３ａも光軸３０ｃに平行に入射面４５ａに入射する。
　中心光線２２ａは、第１屈折部４４の屈折率、並びに、入射面４４ａ及び出射面４４ｂの傾斜角度αの設定にしたがって第１屈折部４４内で屈折して出射面４４ｂから出射される。このように出射面４４ｂから出射された屈折光４２ａは、集光レンズ３０側へ向かうほど集光レンズ３０の光軸３０ｃから遠ざかる方向に進行する。
　また、中心光線２３ａは、第２屈折部４５の屈折率、並びに、入射面４５ａ及び出射面４５ｂの傾斜角度αの設定にしたがって第２屈折部４５内で屈折して出射面４５ｂから出射される。出射面４５ｂから出射された屈折光４３ａは、集光レンズ３０側へ向かうほど集光レンズ３０の光軸３０ｃから遠ざかる方向に進行する。
　したがって、屈折光４２ａと屈折光４３ａは集光レンズ３０側へ向かうほど互いに遠ざかるように進行する。
　図１に示すように、プリズム４０から出射した屈折光４２ａ、４３ａは、集光レンズ３０から集束光３２ａ、３３ａとしてそれぞれ出射される。これらの集束光３２ａ、３３ａは、集光位置ＰＣにおいて光束が重なって微小なスポットとなり、その後、結像位置ＰＩにおいてそれぞれ結像する。したがって、集光位置ＰＣにおいて、２つの光束が重なって光強度が高まった微小な径のスポットが形成されるため、この位置においては単位面積当たりの光強度を高め、ハイパワー化することが可能となる。ここで、集光位置ＰＣにおいて形成されるスポットの光強度は、レーザーダイオード２２、２３のそれぞれから出射されたレーザー光の約２倍である。また、集光位置ＰＣは、集光レンズ３０の後側焦点位置ＰＦよりも後側、すなわち像側の焦点よりもＸ１方向に進んだ位置にある。
　これに対して、プリズム４０を用いずに、レーザーダイオード２２、２３からのレーザー光をそのまま集光レンズ３０に入射させた場合、後側焦点位置ＰＦよりも後側で光束が重なってスポットが形成されることはない。また、この場合には、後側焦点位置ＰＦよりも手前で２つの光束の一部が重なることはあるが、この位置での光束はスポット状にはなっておらず、光束が重なっている部分とそうでない部分があるため単位面積当たりの光強度にムラがあり、単位面積における光強度の最大値は単独のレーザー光を用いた場合に対して１～１．５倍程度である。
　次に、第１実施形態の実施例について説明する。
　図４は、第１実施形態の実施例１に係る発光装置についてのシミュレーションモデルを示す図であり、図５は、比較例に係る発光装置についてのシミュレーションモデルを示す図である。図４と図５は、図１の集光レンズ３０に対応するレンズＬと、２つのレーザーダイオードから出射された光が左側から右側へ進行する光路とを示している。図４においては、図１のプリズム４０に対応するプリズムＤが示されている。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図４に示す実施例１のモデルの位置Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３におけるシミュレーション結果をそれぞれ示す図である。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図５に示す比較例のモデルの位置Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３におけるシミュレーション結果をそれぞれ示す図である。ここで、図４の位置Ｐ１１と図５の位置Ｐ２１は、図１における後側焦点位置ＰＦに対応し、図４の位置Ｐ１２と図５の位置Ｐ２２は、図１における集光位置ＰＣに対応し、図４の位置Ｐ１３と図５の位置Ｐ２３は、図１における結像位置ＰＩに対応する。
　図４に示す実施例１では、以下の条件で２つのレーザーダイオードから光Ｂ１１、Ｂ１２が出射されている。図５に示す比較例では、２つのレーザーダイオードから光Ｂ２１、Ｂ２２が出射されており、プリズムＤを設けていない点を除いて、実施例１と同じ条件でシミュレーションを行っている。なお、レーザーダイオードの出力は実施例１、比較例ともに１Ｗ（ワット）である。
（実施例１）
　以下に示す各距離は、レンズＬの軸Ｌｃに沿った方向における距離であり、軸上距離は光軸Ｌｃ上における距離である。
＜レーザーダイオードの特性＞
　発光位置：レンズＬの光軸ＬｃからＹ１方向に０．２ｍｍ、及び、Ｙ２方向に０．２ｍｍ
　発光角度：レンズＬの光軸Ｌｃに対して０度
　発散角：レーザーダイオードの光軸を中心として±１０度
＜プリズムＤの特性＞
　材質：ＢＫ７（商品名、ホウケイ酸クラウンガラス、屈折率１．５１７、アッベ数６４．２）
　入射面及び出射面の傾斜角度α：１０度
　Ｚ１－Ｚ２方向の厚み（ＸＹ平面の中心部）：０．９ｍｍ
　レーザーダイオードの出射面からプリズムＤの入射面ｒ２１までの距離：０．５ｍｍ
＜レンズＬの特性＞
　焦点距離：１．６５ｍｍ
　前面ｒ１（光源側面）の曲率半径Ｒ：２．１
　後面ｒ２（像側面）の曲率半径Ｒ：１．８
　レンズ厚：２．５ｍｍ
　開口径：直径３．６ｍｍ
　プリズムＤの出射面ｒ２２からレンズＬの前面ｒ１までの軸上距離：１．４ｍｍ
　レンズＬの後面ｒ２から結像位置Ｐ１３までの軸上距離：５．０ｍｍ
　このシミュレーションにより、以下の結果が得られた。
　実施例１では、図６（Ｂ）に示すように集光位置Ｐ１２で単一のスポットが形成され、このスポット径が０．１５ｍｍ、単位面積当たりの光強度の最大値（以下Ｅｍａｘとする）は４００００Ｗ／ｃｍ２であった。一方、図６（Ａ）に示す後側焦点位置Ｐ１１における２つの光束のＥｍａｘは１７００Ｗ／ｃｍ２であった。
　これに対して、比較例では、図７（Ｂ）に示すように集光位置Ｐ２２では単一のスポットは形成されず、集光位置Ｐ２２における２つの光束のＥｍａｘは８０００Ｗ／ｃｍ２であった。また、図７（Ａ）に示す後側焦点位置Ｐ２１における光束のＥｍａｘは１８００Ｗ／ｃｍ２であった。
　以上の結果より、レーザーダイオードからの出射光が直接レンズＬに入射する比較例と比べて、レーザーダイオードとレンズＬとの間にプリズムＤを配置した実施例１では、集光位置Ｐ１２において光束が重なって小さなスポットとなり、かつ、光強度が高くなっている。この光強度は、比較例の後側焦点位置Ｐ２１における光強度よりも高くなっている。
　以下に変形例について説明する。
　上記実施形態では、プリズム４０の第１屈折部４４と第２屈折部４５の入射面及び出射面の両方を傾斜面としていたが、第１屈折部４４及び第２屈折部４５からの複数の出射光が集光レンズ３０側へ向かうほど互いの距離を大きくするように進行させることができれば、入射面及び出射面の一方のみを傾斜面としてもよい。また、入射面及び出射面の両方を傾斜面とする場合であっても、第１屈折部４４及び第２屈折部４５からの複数の出射光が集光レンズ３０側へ向かうほど互いの距離を大きくするように進行させることができれば、傾斜角度を入射面と出射面とで異なるようにしてもよい。また、傾斜面は、平面ではなく、非球面や半球面曲面としてもよいし、レーザーダイオード２２、２３からの入射領域及びプリズム４０からの出射領域のみを所望の傾斜面や曲面で構成してもよい。
　レーザーダイオードを、Ｙ１－Ｙ２方向において直列に３つ以上配置する場合は、Ｙ１－Ｙ２方向における集光レンズ３０の光軸３０ｃからの距離に応じて、それぞれのレーザーダイオードからの出射光がプリズム４０に入射する領域の傾斜面の傾斜角度を異ならせ、集光レンズ３０からの出射光が集光位置ＰＣにおいてスポットとして集光するように構成する。これは、Ｙ１－Ｙ２方向以外において、レーザーダイオードを直列に並べて配置する場合も同様である。
　上記実施形態では、屈折光学系として単一のプリズム４０を用いたが、レーザーダイオード２２、２３からの出射光をプリズム４０と同様の屈折光を生成させることができれば、これ以外の構成にすることもでき、例えば、レーザーダイオード２２からの出射光が入射する光学部材とレーザーダイオード２３からの出射光が入射する光学部材とに分けてもよい。
　上記実施形態では、光軸が互いに平行になるように２つのレーザーダイオード２２、２３を配置していたが、集光レンズ３０から出射される集束光によって所望のスポットを形成することができれば、レーザーダイオード２２、２３の光軸を集光レンズ３０の光軸３０ｃに対して一定角度ずつ傾けさせてもよい。
　以上のように構成されたことから、第１実施形態及びその変形例に係る発光装置によれば、次の効果を奏する。
（１）レーザーダイオード２２、２３からの出射光をプリズム４０を用いてそれぞれ屈折させることによって、集光レンズ３０から出射する複数の集束光を重ねて小さなスポットに集光できるため、単位面積当たりの光強度の大きな光を得ることができる。
（２）第１屈折部４４と第２屈折部４５をＸＺ平面に関して対称な形状にしたため、集光レンズ３０から出射される集束光３２ａ、３３ａが重なって形成されるスポットが、より小さく、より円形に近づくため、さらに光強度を高めることができる。
（３）集光レンズ３０に対して、互いに離間していくように進む複数の光線を入射させるには、第１実施形態の発光装置のように、レーザーダイオード２２、２３と集光レンズ３０との間に屈折光学系としてのプリズム４０を配置するほかに、屈折光学系は用いずに、複数のレーザーダイオードの出射方向を集光レンズ３０の光軸３０ｃに対してそれぞれ傾斜させる構成も考えられる。しかし、集光レンズ３０からの複数の出射光を小さなスポットに集光させることができる程度に、すべてのレーザーダイオードの傾斜角度を精度よく設定することは非常に困難であった。これに対して、第１実施形態の発光装置では、プリズム４０を用いているため、レーザーダイオード２２、２３は互いに平行に配置すればよいため、集光レンズ３０からの複数の出射光を所望の位置に精度よく、小さなスポットとして集光させることができる。
　＜第２実施形態＞
　つづいて、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態においては、レーザー光源としてのレーザーダイオードの数を４つとしている。以下の説明において、第１実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。
　図８は、第２実施形態に係る発光装置の光源部１２０の構成を示す正面図である。図９（Ａ）は、第２実施形態に係る発光装置のプリズム１４０の構成を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示すプリズム１４０の平面図である。図９（Ｂ）においては、中心光線１２３ａ、１２５ａ、屈折光１４３ａ、１４５ａの図示を省略している。
　図８に示すように、第２実施形態においては、集光レンズ３０の光軸３０ｃを中心とする円１２０ｃ上に光軸が載るように、レーザー光源としての４つのレーザーダイオード１２２、１２３、１２４、１２５がそれぞれ配置され、これらのレーザーダイオードはステム２１に対して接合されている。レーザーダイオード１２２、１２３、１２４、１２５のそれぞれの光軸は、第１実施形態と同様に、集光レンズ３０の光軸３０ｃと平行である。光軸３０ｃに対して、Ｙ１方向側にレーザーダイオード１２２が、Ｚ１方向側にレーザーダイオード１２３が、Ｙ２方向側にレーザーダイオード１２４が、Ｚ２方向側にレーザーダイオード１２５がそれぞれ配置されている。
　第２実施形態においては、屈折光学系として、第１実施形態のプリズム４０に代えて図９（Ａ）、（Ｂ）に示すプリズム１４０を用いている。このプリズム１４０は、図９（Ａ）に示すように、Ｘ１－Ｘ２方向から見て矩形状の全体形状を有しており、４つのレーザーダイオード１２２、１２３、１２４、１２５にそれぞれ対応するように、４つの屈折部１４２、１４３、１４４、１４５が設けられている。より具体的には、光軸３０ｃに対して、Ｙ１方向側に屈折部１４２が、Ｚ１方向側に屈折部１４３が、Ｙ２方向側に屈折部１４４が、Ｚ２方向側に屈折部１４５が、等角度間隔でそれぞれ配置されており、例えばガラスやプラスチックを用いて、４つの屈折部１４２、１４３、１４４、１４５が一体成形される。
　屈折部１４２、１４３、１４４、１４５は、Ｘ１－Ｘ２方向において光源部１２０側から順に、レーザーダイオード１２２、１２３、１２４、１２５からの出射光が入射する入射面と、入射した光が屈折して出射する出射面とを有する。同一の屈折部における入射面と出射面は、集光レンズ３０の光軸３０ｃから遠ざかるほど互いの距離が大きくなるような傾斜角度を備えた平面である。例えば図９（Ｂ）に示すように、屈折部１４２においては入射面１４２ｂと出射面１４２ｃが設けられ、屈折部１４４においては入射面１４４ｂと出射面１４４ｃが設けられている。屈折部１４２において、入射面１４２ｂは、ＹＺ平面に平行な平面Ｓ３に対してＸ２方向側に傾斜しており、出射面１４２ｃは、ＹＺ平面に平行な平面Ｓ４に対してＸ１方向側へ傾斜しており、それぞれの傾斜角度はαとなっている。また、屈折部１４４において、入射面１４４ｂは、平面Ｓ３に対してＸ２方向側に傾斜しており、出射面１４４ｃは、平面Ｓ４に対してＸ１方向側へ傾斜しており、それぞれの傾斜角度はαとなっている。このような構成は、屈折部１４３、１４５についても同様である。
　以上の構成のプリズム１４０において、レーザーダイオード１２２、１２３、１２４、１２５からの出射光（中心光線１２２ａ、１２３ａ、１２４ａ、１２５ａ）は、屈折部１４２、１４３、１４４、１４５にそれぞれ入射し、それぞれが屈折されて屈折光１４２ａ、１４３ａ、１４４ａ、１４５ａとして集光レンズ３０側へ出射する。これらの屈折光は、集光レンズ３０側へ向かうほど集光レンズ３０の光軸３０ｃから遠ざかるように進行して集光レンズ３０へ入射し、集光レンズ３０で集光された集束光は、集光位置ＰＣにおいて光束が重なって微小なスポットとなる。
　なお、プリズム１４０は、Ｘ１－Ｘ２方向からみた平面形状を矩形形状としていたが、レーザーダイオード１２２、１２３、１２４、１２５からの入射領域と屈折光の出射領域を確保できれば、矩形以外の形状、例えば円形状としてもよい。
　なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。
　本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
　以上のように、本発明に係る発光装置は、集光位置において光強度の高いスポット光束を得ることが可能であるため、光加工や照明に有用である。
　１０　　発光装置
　２０　　光源部
　２２ａ、２３ａ　中心光線
　２２ｃ、２３ｃ　光軸
　２２ｅ、２３ｅ　出射面
　２２、２３　　レーザーダイオード
　３０　　集光レンズ（集光光学系）
　３０ｃ　光軸
　３２ａ、３３ａ　集束光
　４０　　プリズム（屈折光学系）
　４２ａ、４３ａ　屈折光
　４４　　第１屈折部
　４４ａ　入射面
　４４ｂ　出射面
　４５　　第２屈折部
　４５ａ　入射面
　４５ｂ　出射面
　１２０　光源部
　１２２、１２３、１２４、１２５　レーザーダイオード
　１２２ａ、１２３ａ、１２４ａ、１２５ａ　中心光線
　１４０　プリズム（屈折光学系）
　１４２、１４３、１４４、１４５　屈折部
　１４２ａ、１４３ａ、１４４ａ、１４５ａ　屈折光
　１４２ｂ、１４４ｂ　入射面
　１４２ｃ、１４４ｃ　出射面
　Ｄ　　　プリズム（屈折光学系）
　Ｌ　　　レンズ（集光光学系）
　Ｌｃ　　光軸
　ＰＦ、Ｐ１１、Ｐ２１　後側焦点位置
　ＰＣ、Ｐ１２、Ｐ２２　集光位置
　ＰＩ、Ｐ１３、Ｐ２３　結像位置
　ｒ１　　前面
　ｒ２１　入射面
　ｒ２　　後面
　ｒ２２　出射面

Claims (7)

  1. 　複数のレーザー光源を有する光源部と、
    　前記複数のレーザー光源のそれぞれから入射した光をそれぞれ屈折させる屈折光学系と、
    　前記屈折光学系から入射した複数の屈折光をそれぞれ集光させる集光光学系とを備え、
    　前記屈折光学系は、前記複数のレーザー光源のそれぞれの光軸に沿って出射される複数の中心光線の進行方向が、前記集光光学系側に進むほど前記集光光学系の光軸から遠ざかるように、それぞれ屈折させることを特徴とする発光装置。
  2. 　前記屈折光学系は、前記複数のレーザー光源のそれぞれに対応する傾斜角度を備えた複数の傾斜面を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 　前記複数の傾斜面は、前記屈折光学系の入射面及び出射面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
  4. 　前記屈折光学系は、前記複数の傾斜面を有する単一の光学部品であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の発光装置。
  5. 　前記複数の傾斜面は、前記屈折光学系の入射面及び出射面の両方に設けられており、
    　前記入射面と、この入射面から入射した光が出射する前記出射面は、前記集光光学系の光軸から遠ざかるほど互いの距離が大きくなるようにそれぞれ傾斜していることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
  6. 　前記複数のレーザー光源の光軸は、前記集光光学系の光軸とそれぞれ平行であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  7. 　前記集光光学系は単一の集光レンズからなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の発光装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190018168A1 (en) * 2017-07-14 2019-01-17 LIMO GmbH Apparatus for Generating a Line-shaped Intensity Distribution of a Laser Radiation
KR20190080411A (ko) * 2017-12-28 2019-07-08 (주) 유남옵틱스 라인빔 형성장치
WO2020008656A1 (ja) * 2018-07-04 2020-01-09 ウシオ電機株式会社 光源装置、プロジェクタ

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11231569B2 (en) * 2018-06-13 2022-01-25 Panasonic Corporation Light-emitting device and illumination device
CN114859640A (zh) * 2022-05-09 2022-08-05 无锡视美乐激光显示科技有限公司 一种光整形系统、光源装置以及光源装置的设计方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001284730A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 集光レーザ装置
JP2009054325A (ja) * 2007-08-23 2009-03-12 Mitsubishi Electric Corp 照明用光源装置および画像表示装置
JP2009103529A (ja) * 2007-10-22 2009-05-14 Denso Corp レーザビーム照射装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6556352B2 (en) * 2000-08-23 2003-04-29 Apollo Instruments Inc. Optical coupling system
DE102004058044B4 (de) * 2004-12-01 2014-02-06 Friedrich-Schiller-Universität Jena Ortsfrequenzfiltervorrichtung und Verfahren zur Ortsfrequenzfilterung von Laserstrahlen
US7515346B2 (en) * 2006-07-18 2009-04-07 Coherent, Inc. High power and high brightness diode-laser array for material processing applications
US7639722B1 (en) * 2007-10-29 2009-12-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Multifaceted prism to cause the overlap of beams from a stack of diode laser bars
DE102009010693A1 (de) * 2009-02-26 2010-09-02 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserstrahlung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001284730A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 集光レーザ装置
JP2009054325A (ja) * 2007-08-23 2009-03-12 Mitsubishi Electric Corp 照明用光源装置および画像表示装置
JP2009103529A (ja) * 2007-10-22 2009-05-14 Denso Corp レーザビーム照射装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3340404A4 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190018168A1 (en) * 2017-07-14 2019-01-17 LIMO GmbH Apparatus for Generating a Line-shaped Intensity Distribution of a Laser Radiation
US11105961B2 (en) * 2017-07-14 2021-08-31 Limo Display Gmbh Apparatus for generating a line-shaped intensity distribution of a laser radiation
KR20190080411A (ko) * 2017-12-28 2019-07-08 (주) 유남옵틱스 라인빔 형성장치
KR102130645B1 (ko) * 2017-12-28 2020-07-06 (주)유남옵틱스 라인빔 형성장치
WO2020008656A1 (ja) * 2018-07-04 2020-01-09 ウシオ電機株式会社 光源装置、プロジェクタ
JP2020009843A (ja) * 2018-07-04 2020-01-16 ウシオ電機株式会社 光源装置、プロジェクタ

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