JP2008064994A - 光源装置および光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光源ユニットと光束配列圧縮光学系と集光光学系と光ファイバとを有する光源装置において、光ファイバから射出される光の、光強度のプロファイルの中抜け状態を有効に軽減する。
【解決手段】複数の光源ユニットを複数の平面上に配置して、各光源ユニットから放射される平行光束が、互いに重複しないように光束配列圧縮光学系３０に入射するようにすることにより、光束間の間隔を小さくして、集光レンズ４０に入射する光を光軸中心に集めて、光ファイバ５０から射出される光のプロファイルにおける中抜け状態を改善する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複数の光源からの光を効率良く光ファイバに入射し射出させる小型の光源装置と、この光源装置を使用した光学装置に関する。

複数の光源からの光を集めて、光ファイバに入射させる光源装置として、図２に示す如きものが提案されている（特許文献１）。
図２（ａ）は、光源装置を短手方向（Ｙ方向）から、（ｂ）は長手方向（Ｘ方向）から見た図であり、（ｃ）は光源ユニットを配置した平面をＺ方向から見た図である。
光源部は、複数の半導体レーザと、これら半導体レーザの個々と１：１に対応するコリメートレンズにより構成される光源ユニットを２次元的に配列して構成されている。
光源ユニットを説明すると、図２（ａ）に示すように、光源ユニットは、半導体レーザ１０と、この半導体レーザ１０から放射される発散光束をコリメートして平行光束とするコリメートレンズ２０を１単位（ユニット）として構成される。図２（ａ）において、光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ５は、何れも同じ構成のものである。

図２に説明図として示す例では、光源部として１０個の光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ１０が２列に配列されている。即ち、光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ５は、図２（ａ）に示すように等間隔１列に配列され、光源ユニットＬＵ６〜ＬＵ１０は、光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ１０の配列と同一配列で、Ｙ方向に離れて配置されている。図２（ａ）では、光源ユニットＬＵ６〜ＬＵ１０は、光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ５の配列に図面に直交する方向に重なり合い、従って、光源ユニットＬＵ６〜ＬＵ１０は、図２（ａ）には図示されていない。

図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態をＸ方向から見ているので、光源ユニットの２列の配列における光源ユニットＬＵ５とＬＵ１０とが示されている。図２（ｂ）においては、光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ４は光源ユニットＬＵ５に重なり合い、光源ユニットＬＵ６〜ＬＵ９は光源ユニットＬＵ１０に重なり合って隠れている。

図２（ｃ）は上述の光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ１０の配列をＺ方向から見た状態を示しており、符号１００は、これら光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ１０が配置される平面である。即ち、光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ１０（丸印で示す）は同一平面１００上に配列される。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、１０個の光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ１０からは平行光束が放射されるが、これら１０本の平行光束はＺ方向に平行で「相互に平行」である。

これら１０本の平行光束は光束配列圧縮光学系３０の入射面に入射する。光束配列圧縮光学系３０は、Ｙ方向を厚み方向とする三角プリズムであり、上記１０本の平行光束の入射する面はＸＹ面に平行な面であり、射出面はＸ方向とＺ方向に対して傾く斜面である。

射出面から射出する１０本の平行光束は、射出面での屈折により、入射状態におけるＸ方向に対応する方向の光束配列間隔を圧縮される。
このように配列間隔を圧縮された１０本の光束は集光レンズ４０に、レンズ光軸に平行に入射する。集光レンズ４０に入射する１０本の平行光束はそれぞれが平行光束であり、かつ、互いに平行であるので、全光束が集光レンズ４０の焦点位置に集光する。集光レンズ４０の焦点位置には、光ファイバ５０の入射側端面が、端面中心の法線（光ファイバの光軸という。）を集光レンズ４０のレンズ光軸に合致させて配置されており、従って、１０本の光束は光ファイバ５０の入射側端面から光ファイバ５０内に入射し、光ファイバ５０内を伝播して光ファイバ５０の射出側端面から射出する。

図４（ｃ）は、集光レンズ４０により集光されて光ファイバ５０内に入射し、光ファイバ５０内を伝搬する光を説明図的に示している。光ファイバ５０に入射した光は、ファイバ内部で反射しつつ光ファイバ５０内を伝搬して射出側端面から射出する。このとき、射出側端面から射出する光の射出角は、入射側端面に入射するときの入射角に等しくなる。光ファイバ５０の入射側端面に入射する各光束は、集光レンズ４０により集光されているので、光ファイバ５０対する入射角は、全部の光束に対して等しくはならず、射出側端面から射出する光の射出角も区々となる。

光ファイバ５０の射出側端部から射出する光は「加工や照明」に用いることができるが、光ファイバ５０から射出する光の「光強度のプロファイル」に「中抜け状態」が発生する場合があることが発明者らの研究を通じて明らかになった。

図４（ｂ）は、中抜け状態の発生したときの光強度を、光ファイバ５０の射出側端面部位の光強度分布として説明図的に示している。図では、光強度を濃淡で表しており、濃淡における濃度の濃い方が「光強度が大き」い。従って、図４（ｂ）の状態では、中心部の「濃度の淡い部分」で光強度が小さくなっている。図３は「光強度のプロファイル」を示している。図のように、光強度が光軸Ａｘの部分（中心部）で最大にならず、光軸Ａｘに対称的に２つの山形の分布を持ち、分布の最大値と光軸Ａｘ上での光強度の差が「上記最大値の２０％以上」となるような状態を「光強度のプロファイルの中抜け状態」と言う。

光強度のプロファイルに中抜け状態のある光は、加工装置の加工用光としてはエネルギの集光効率が悪く、加工の高速化を困難にし、照明光として使う場合には「中心が暗く周辺が明るいリング状の照明」となって均一な照明を実現できない。光を散乱もしくは分散させるディフューザを使用して均一化を図ることができるが照明光強度は小さくなる。

特開２００５−１１４９７７

この発明は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、光強度のプロファイルの中抜け状態を有効に軽減できる光源装置の実現と、この光源装置を用いる光学装置の実現を課題とする。

この発明の光源装置は「１個の半導体光源とこの半導体光源から放射される光束をコリメートするコリメートレンズとを１ユニットとする光源ユニットを複数ユニット、各光源ユニットからの平行光束が互いに平行になるように配置した光源部と、この光源部からの複数の平行光束の間隔を、少なくとも１方向において圧縮する光束配列圧縮光学系と、この光束配列圧縮光学系からの平行光束群を集光する集光光学系と、この集光光学系により集光された光束を入射側端面から入射され、射出側端面から射出させる光ファイバとを有する光源装置」であって、光源部、光束配列圧縮光学系、集光光学系の少なくとも１つが、光ファイバから射出する光の光強度のプロファイルにおける中抜け状態を軽減するように構成されていることを特徴とする（請求項１）。

光源ユニットは「半導体レーザなどの半導体光源」と、この半導体光源から放射される光束をコリメートするコリメートレンズとを１ユニットとして構成される。

光束配列圧縮光学系は、プリズム、プリズムアレイ、シリンドリカルレンズ、シリンドリカルミラー、回折光学素子などとして構成され、光源部からの複数の平行光束の間隔を、少なくとも１方向において圧縮する。
集光光学系としては、屈折率分布レンズ、フレネルレンズ、回折光学素子、ホログラム素子、ガラスレンズ、樹脂成型レンズなどで集光作用を有するものを適宜用いることができる。

上記の如く、光ファイバの射出側端面から射出する光の射出角（光ファイバの光軸に対する射出光の角）は、光ファイバの入射側端面に入射する光の入射角に等しい。光強度のプロファイルの中抜け状態の発生する原因は、射出側端面から射出する光のうちで、射出角の大きな光の成分が、光ファイバの光軸に平行に射出する光の成分に対して相対的に大きいことに起因する。即ち、光ファイバから射出する光のうちで「射出角の大きいものの割合」が大きいと、光強度のプロファイルの光軸から離れた部分の光強度が高くなって、光強度のプロファイルの中抜け状態を招来しやすい。

従って、光強度のプロファイルの中抜け状態を軽減させるには、光ファイバの入射側端面に入射する光の入射角を小さくすればよい。これは、光源部、光束配列圧縮光学系、集光レンズを工夫することにより可能である。

光源部から放出される互いに平行な平行光束の相互の間隔を小さくして平行光束群の配列密度を高めると、平行光束群の配列密度が光束配列圧縮光学系で更に圧縮され、集光光学系の光軸に近い平行光束群として集光光学系に入射するので、光ファイバの入射側端面における入射光の入射角を光束全体として小さくすることができ、光強度のプロファイルの中抜け状態を軽減できる。

また、光束配列圧縮光学系における圧縮率を強くすることによっても、集光光学系の光軸に近い光束群を実現でき、光ファイバへ入射する光束群全体として入射角を小さくでき、光強度のプロファイルの中抜け状態を軽減できる。

さらに、集光光学系の焦点距離を長くすることによっても、光ファイバへ入射する光束群全体として入射角を小さくでき、光強度のプロファイルの中抜け状態を軽減できる。

このような工夫を単独で、あるいは互いに組合せることにより光強度のプロファイルの中抜け状態を軽減もしくは防止するのである。

光ファイバから射出する光の光強度のプロファイルが中抜け状態でなく、光強度が均等であるか光軸で強い状態となるような光を光ファイバから射出させることができる光源装置は「効率の良い」光源装置であるが、この発明では、光源部、光束配列圧縮光学系、集光光学系の少なくとも１つの構成により、中抜け状態を軽減した効率のよい光源装置を実現できる。

請求項２に記載の光源装置は、請求項１記載の光源装置において、複数の光源ユニットが複数の平面上に配置され、各光源ユニットから放射される平行光束が、互いに重複しないように光束配列圧縮光学系に入射することを特徴とする。

個々の光源ユニットは、現実には光源保持部材により保持された状態で配列されるので、光源ユニットを配置する平面が１つであると、光源保持部材の大きさにより光源ユニット間の配列間隔が制限され、ある大きさより小さい配列間隔は実現できない。

この点を図２（ｃ）、（ｄ）を参照して説明する。
図２（ｃ）は、１０個の光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ１０（丸印で示す）が、同一平面１００上に２×５の配列形態で配列されている状態を表している。個々の光源ユニットは、図２（ｄ）に示すように、半導体レーザ１０とこれに対応するコリメートレンズ２０とを光源保持部材１２により保持した構成となっており、光源保持部材１２の大きさが１個の光源ユニットの寸法を規定する。

従って、図２（ｃ）の場合のように、光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ１０を同一面１００上に配列する場合には、隣接する光源ユニット間の間隔は、光源保持部材１２のサイズにより規定され、光源保持部材同士が触れ合う状態が「光源ユニット配列の最大配列数」を規定してしまう。

請求項２記載のように、光源ユニットを配置する平面を複数にし「一方の平面上の光源ユニットからの平行光束の光路と、他の平面上の光源ユニットからの平行光束の光路とが互いに重複しない」ように、光源ユニットの配置を各平面上で調整することにより「隣接する平行光束の間隔」を小さくでき、光束配列圧縮光学系に入射する光束群の密度を高めることができ、集光光学系に入射する「集光光学系光軸に近い平行光束群」を実現できるので、光ファイバへの入射角を光束群全体として小さくすることができ、光ファイバから射出される光の「光強度のプロァイルの中抜け状態」を軽減できる。また、光源保持部材の大きさを変えずに「光源部を構成する光源ユニット数」を増すことができる。

請求項３に記載の光源装置は、請求項２記載の光源装置において「光源部を構成する複数の光源ユニット」のうち１つの光源ユニットからの平行光束が、光束配列圧縮光学系と集光光学系を介して、光ファイバの光軸に実質的に一致するように入射することを特徴とする。

光ファイバの光軸に実質的に一致するように、１つの光源ユニットを配置することで、該光源ユニットからの光は光ファイバに入射角：０で入射し、光ファイバの光軸に合致して射出するため、光のプロファイルにおける「光軸部分の光強度」を有効に高めることができ、プロファイルの中抜け状態を効果的に軽減できる。

光ファイバの光軸と実質的に一致する光束を、他の光源ユニットからの光束の配列の配列中心に配置すると、光のプロファイルの光軸対称性が良い「効率のよい光源」となる。

請求項２記載の光源装置において「１つの平面上に配置された光源ユニットからの平光光束の間に、他の平面に配置された光源ユニットからの平行光束が位置する」ように光源ユニット相互の位置関係を設定することにより、光束配列圧縮光学系に入射する複数平行光束の間隔を狭めることができる（請求項４）。

ひとつの平面上における光源ユニット間を、他の平面上の光源ユニットからの光束が進行するように各光源ユニットを各平面上に配置することにより、光束配列圧縮光学系に入射する平行光束の間隔を小さくする。

光源ユニット同士の間に「他の光源ユニットからの光の光路を位置させる」には、光束配列圧縮光学系から「より遠い平面」上の光源ユニットが射出した光を、光束配列圧縮光学系に近い平面上の光源ユニット間に通すようにすればよい。

請求項２または３または４記載の光源装置において、光源ユニットが配置される複数の平面は、光束配列圧縮光学系の光軸に対して直交する平面としてもよい（請求項５）し、光束配列圧縮光学系の光軸に平行な平面を「各平面からの平行光束群が、互いに直交する平反射面を持つ反射部材により合成されて光束配列圧縮光学系に入射する」ように構成してもよい（請求項６）。

光源ユニットが配置される平面が「光束配列圧縮光学系の光軸に平行な平面」である場合、光源ユニットから射出された光束は、反射部材により反射されて光束配列圧縮光学系に入射する。反射部材は、ミラーなど平反射面を持つ部材である。

光源を配置する平面を「反射部材を中心として対向する」ように光束配列圧縮光学系の光軸に平行にすると、それぞれの平面の光源ユニットからの光束が、他の平面における光源保持部材に遮断されないため、複数の光源ユニットが重複しないように平面上に配設することが容易になる。反射部材を中心に対向する平面をそれぞれの側で複数にし、光源ユニットからの光束が重複しないように各光源ユニットを配置すると、さらに光源ユニット数を増やすことができ光束間隔を圧縮できる。

請求項７に記載の光源装置は、請求項１〜６の任意の１に記載の光源装置において、光束配列圧縮光学系に入射する平行光束群における平行光束の配列が、１方向に長い配列であることを特徴とする。

１方向に長い配列で他方向に短い配列であると、光源ユニットの配列方向に直交する方向における寸法を薄型にした光源装置を実現できる。長手方向の光束の間隔を圧縮することにより、光束を集光光学系の光軸に近づけ、光強度のプロファイルの中抜け状態を改善できる。

請求項１〜７の任意の１に記載の光源装置において、光束配列圧縮光学系はプリズムであることができる（請求項８）。

請求項９に記載の光源装置は、請求項１〜８の任意の１に記載の光源装置において、光束配列圧縮光学系が、互いに直交する方向において圧縮率の異なるアナモフィック光学系であることを特徴とする。このように、光源部からの平行光束群の配列を「互いに直交する２方向」において圧縮することにより、集光光学系に入射する光束群を互いに直交する２方向で光軸に近づけることができ、光のプロファイルの中抜け状態を２次元的に有効に軽減できる。

請求項１〜９の任意の１に記載の光源装置において、複数の光源ユニットを１以上の平面に配置し、各平面に配置される光源ユニットの配列をハニカム状の最稠密配置とすることができ（請求項１０）、このようにすることにより、光源ユニット相互の間隔を小さくでき、光源ユニットからの光束の間隔も小さくなり、光ファイバから射出される光の光強度のプロファイルの中抜け状態を軽減できる。

また、光源ユニットにおけるコリメートレンズを俵形レンズとして、光学ユニットの配列間隔を俵形レンズの短手方向に近接させることができ（請求項１１）、このようにすることによっても、光源ユニット同士の間隔を小さくして、光源からの間隔を狭め、光ファイバから射出される光の光強度のプロファイルの中抜け状態を軽減できる。

この発明の光学装置は、請求項１〜１１の任意の１に記載の光源装置を用いる光学装置（請求項１２）である。この光学装置では、光ファイバから射出される光の光強度のプロファイルの中抜け状態が軽減され、光を効率よく使用できる。

この発明により、中抜け状態を有効に軽減できる光源装置を実現でき、この光源装置を使用した光利用効率の良い光学装置を実現できる。

以下、実施の形態を説明する。
図１は、この発明の実施の１形態を説明するための図である。繁雑を避けるため、混同の虞が無いと思われるものについては、図２におけると同一の符号を付する。

この実施の形態では、複数の光源ユニット（図示の場合で１２個）が互いに異なる平面に配列されている例である。

光源ユニットは、図１（ａ）に示すように、半導体レーザ１０と、この半導体レーザ１０からの発散性の光束を平行光束にコリメートするコリメートレンズ２０とを１ユニットとして構成される。

一方の平面には６個の光源ユニットＬＵＡ１〜ＬＵＡ６（図１（ａ）において、光源ユニットＬＵＡ４〜ＬＵＡ６は、光源ユニットＬＵＡ１〜ＬＵＡ３に重なり合い、従って図示されていない。）が２列に配列されている。

他方の平面には６個の光源ユニットＬＵＢ１〜ＬＵＢ６（図１（ａ）において、光源ユニットＬＵＢ４〜ＬＵＢ６は、光源ユニットＬＵＢ１〜ＬＵＢ３に重なり合い、従って図示されていない。）が２列に配列されている。

図１（ｃ）は、一方の面に配列された６個の光源ユニットＬＵＡ１〜ＬＵＡ６（白丸で示す）と、他方の面に配列された光源ユニットＬＵＢ１〜ＬＵＢ６（黒丸で示す）の配列状態をＺ方向から見た状態を示している。符号１００Ｂは光源ユニットＬＵＢ１〜ＬＵＢ６を配列した平面である。

図１（ｃ）に示すように、一方の面に配列された光源ユニットＬＵＡ１〜ＬＵ６と、他方の面に配列された光源ユニットＬＵＢ１〜ＬＵＢ６は、光源ユニットＬＵＡ１〜ＬＵ６からの光束が、光源ユニットＬＵＢ１〜ＬＵＢ６からの光束と互いに重複しないように配置を定められている。
即ち、光束配列圧縮光学系３０から遠い平面上の光源ユニットＬＵＡ１〜ＬＵＡ６からの平行光束は、光束配列圧縮光学系３０から近い平面上の光源ユニットＬＵＢ１〜ＬＵＢ６の間を通り、全体として互いに平行な１２本の平行光束となって光束配列圧縮光学系３０に入射し、光束配列圧縮光学系３０によりＸ方向の配列を圧縮されて集光レンズ４０に入射し、集光されて光ファイバ５０に入射し射出する。

このように、複数の光源ユニットを別の平面上に配列することにより、各光源ユニットからの平行光束が互いに重複しないようにして、光束配列圧縮光学系３０に入射する光束の間隔を小さくでき、集光レンズ４０に「レンズ光軸の近い平行光束群」として入射させることができ、光ファイバ５０への入射角を光束群全体として小さくできることにより、光強度のプロファイルの中抜け状態を有効に軽減できる。

以下の説明においても、混同の虞がないと思われるものについては、図２と同一の符号を付する。

図５は、図２に示す光源装置における「光強度のプロファイルの中抜け状態」をＹ方向にも改善した例であり、光束配列圧縮光学系３０Ａの光軸に対して直交する同一平面上に光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ１０による光源部を配置している。この光源部は図２に即して説明したものと同じである。
この実施の形態における光束配列圧縮光学系３０Ａはプリズムであるが、図１、図２のものとは異なる。即ち、図１、図２に示すプリズム３０では、斜面部は「Ｙ方向には傾斜を有して」いないが、図５に示すプリズム３０Ａでは、図５（ｂ）に示すように、斜面部は「Ｙ方向にも傾斜を有し」ている。

従って、光束配列圧縮素子３０Ａにより光源部の光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ１０からの平行光束は、光束配列圧縮光学系３０ＡによりＸ方向・Ｙ方向ともに配列を圧縮される。このため、集光レンズ４０へ入射する際の光束の「レンズ光軸に対するＹ方向の入射角」がＸ方向の入射角と共に小さくなり、光ファイバ５０から射出する光の射出角もＸ、Ｙ方向ともに小さくなる。従って、光ファイバ５０から射出される光の光軸からのずれが小さくなり、光強度のプロファイルの中抜け状態をＸ、Ｙ方向とも改善できる。

図６は、図２に示す形態例において、光ファイバ５０の光軸に実質的に一致するように入射する光束を射出する光源ユニットＬＵ０を、光束配列圧縮光学系３０の光軸に対して直交する平面に配置した形態である。

光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ８は２×４の配列で同一の平面上に配列され、光源ユニットＬＵ０は他の平面上に配置されている。光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ８のうちのＬＵ５〜ＬＵ８は、図５（ａ）において光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ４に重なり合うため、図示されていない。

光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ８の配列を図６（ｃ）に白丸の配列で示す。一方、１個の光源ユニットＬＵ０は、図６（ｃ）に黒丸で示す。光源ユニットＬＵ０はＺ方向から見て、他の平面上に配列された８個の光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ８の配列と重複しないように配置されている。

光源ユニットＬＵ０から放射される平行光束は、光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ８が放射した平行光束の間を通り、光束配列圧縮光学系３０を介して集光レンズ４０の光軸に合致して入射し、光ファイバ５０の光軸に合致して入射し、射出角：０で射出する。光ファイバ５０の光軸に合致する射出光があるので、光強度のプロファイルの光強度は光軸中心で強くなり、プロファイルの中抜け状態が有効に改善される。

図４（ａ）に示す従来例では、集光レンズ４０に入射する光束Ｌのうち、光軸Ｃに合致するものがなく、このため、図４（ｂ）に示すような「光強度のプロファイルの中抜け状態」が発生するのであるが、図６の実施の形態では「集光レンズ４０の光軸に合致して入射する光束（光源ユニットＬＵ０からの光束）が存在することにより、上記中抜け状態が有効に改善されるのである。

図７は、図６に示した実施の形態の光源部と、図５に示した光束配列圧縮光学系３０Ａとを組合せた実施の形態であり、光源ユニットＬＵ１〜ＬＵ８からの平行光束の配列をＸ・Ｙ方向とも圧縮するとともに、光源ユニットＬＵ０からの平行光束を集光レンズ４０の光軸に合致させることにより、光強度のプロファイルの中抜け状態を改善する例である。

図８は、光束配列圧縮光学系３０ＡによりＹ方向にも光束間隔を圧縮するときの計算モデルである。
Ｄｉｎは光束配列圧縮光学系３０Ａに入射する光束Ｌの幅を示し、Ｄｏｕｔは射出する光束の幅を示す。光束配列圧縮光学系３０の入射側に対する角：αにより射出する光束の角：σが定まり、入射光束と射出光束の圧縮率が定まる。

光束配列圧縮光学系３０Ａの材質を石英とし、波長：λ＝４０８ｎｍの光に対する屈折率：ｎ＝１．４６９２７５として、傾斜角：αを３７．６度とすると、光束の間隔の圧縮率は０．５６倍となる。
図９は、集光レンズ４０に入射する光束Ｌのプロファイルである。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ１６個の光源ユニットからの光束Ｌを入射されている。（ａ）は、図２に示す光源装置と同様の場合における光束のプロファイルであり、（ｂ）は図１に示す光源装置と同様の場合における光束のプロファイル、（ｃ）は（ｂ）の入射光束のうちの１つを集光レンズ４０の光軸に合致させた場合である。

プロファイルの放射密度は（ａ）よりも（ｂ）（ｃ）のほうが大きく、光軸中心に光が集まっている。

図１０に示す形態は、図１の光源部と図５の光束配列圧縮光学系３０Ａとを組合わせてＸ方向とＹ方向の両方向に光束間隔を圧縮する形態である。Ｙ方向へも光束配列を圧縮するので、光強度のプロファイルの中抜け状態を図１の場合よりも良好に軽減させることができる。
図１１は、図１の実施の形態における光源部に代えて、２つの光源部分ＬＳ１、ＬＳ２と反射部材ＭＰとの組合せを用いた例である。
光源部分ＬＳ１、ＬＳ２はそれぞれ、複数の光源ユニットを同一面に配列してなるが、これら光源ユニットを配列する平面は「光束配列圧縮光学系３０の光軸に平行な平面」であり、各光源部分ＬＳ１、ＬＳ２に配列された光源ユニットからの平行光束群が、互いに直交する平反射面を持つ反射部材ＭＰによる反射により、互いに重複しない平行光束群として合成されて光束配列圧縮光学系３０に入射する。

光源部分ＬＳ１、ＬＳ２における光源ユニットの配列を、Ｘ，Ｙ方向に配列の半ピッチずらすことにより、合成された平行光束群における各平行光束が重複しあわないようにしている。合成された平行光束群は、光束配列圧縮光学形３０により、光束の配列間隔を圧縮されて集光レンズ４０に入射し、光ファイバ５０に集光する。

図１２は、図１１の形態の変形例であって、反射部材ＭＰの両側の光源部分を２個づつにした例である。光源部分ＬＳ１１、ＬＳ１２、ＬＳ２１、ＬＳ２２はそれぞれ、複数の光源ユニットを配列されているが、配列面は「光束配列圧縮光学系３０の光軸に平行」である。

反射部材ＭＰの片側に光源ユニットを配置する平面が２つあるため、図１の実施の形態と同様に、光源部分ＬＳ１１とＬＳ１２における光源ユニットからの平行光束群における光束間隔を小さくでき、光源部分ＬＳ２１とＬＳ２２における光源ユニットからの平行光束群における光束間隔を小さくできるため、集光レンズ４０に入射する光をレンズ光軸に近づけることができる。
図１１、図１２に示した光源部に対して、図１０に示した光束配列圧縮光学系３０Ａを組合わせうることは言うまでも無い。

図１３は、複数の光源ユニットを平面に配置する場合のレイアウトを示す。
（ａ）は従来のレイアウトであり、コリメートレンズ２０を保持する保持部材２１の隙間にデッドスペース２２が生じ、光源ユニットを高密度に配置できない。
（ｂ）は、コリメート２０と保持部材２１を六角形としてハニカム形状に配置する例である。このようにすることによりデッドスペースがなくなり、効率よく光源ユニットを配置できる。

１列４個の半導体レーザを上下２列に配列する場合、コリメートレンズに外接する正方形と六角形の面積を比較する。コリメートレンズの外径または「半導体レーザのパッケージの外径」のうち大きいほうの半径をＲとすると、面積の差は（４−３√３／２）Ｒ^２＝１．４Ｒ^２となり、ハニカム形状では高さ方向の間隔が小さくなる。
（ｃ）は、コリメート２０と保持部材２１のハニカム状の組合せを工夫し、止め部材２２のスペースを拡張している。

図１４は、光源ユニットにおけるコリメートレンズ（符号２０で示す。）を「俵形レンズとし、光源ユニットの配列間隔を、俵形レンズの短手方向に近接させた例である。このようにすることによっても「光束配列圧縮光学系に入射する光束の間隔を縮める」ことができる。

なお、上に説明した実施の各形態において、光源ユニットの数や配列の形態は、上記各実施の形態のものに限定されるもので無いことは言うまでもない

発明の実施の１形態を説明する図である。 従来の光源装置を説明する図である。 光強度のプロファイルの中抜け状態を説明する図である。 光強度のプロファイルの中抜け状態を説明する図である。 発明の実施の別形態を説明する図である。 発明の実施の他の形態を説明する図である。 発明の実施のさらに他の形態を説明する図である。 光束配列圧縮光学系を説明する図である。 光のプロファイルを説明する図である。 発明の実施のさらに他の形態を説明する図である。 発明の実施のさらに他の形態を説明する図である。 発明の実施のさらに他の形態を説明する図である。 コリメートレンズの配置を説明する図である。 俵形状コリメートレンズを説明する図である。

符号の説明

１０ 半導体レーザ
２０ コリメートレンズ
３０ 光束配列圧縮光学系
４０ 集光レンズ
５０ 光ファイバ

Claims (12)

1. １個の半導体光源とこの半導体光源から放射される光束をコリメートするコリメートレンズとを１ユニットとする光源ユニットを複数ユニット、各光源ユニットからの平行光束が互いに平行になるように配置した光源部と、
   この光源部からの複数の平行光束の間隔を、少なくとも１方向において圧縮する光束配列圧縮光学系と、
   この光束配列圧縮光学系からの平行光束群を集光する集光光学系と、
   この集光光学系により集光された光束を入射側端面から入射され、射出側端面から射出させる光ファイバとを有する光源装置であって、
   上記光源部、光束配列圧縮光学系、集光光学系の少なくとも１つが、上記光ファイバから射出する光の光強度のプロファイルにおける中抜け状態を軽減するように構成されていることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１記載の光源装置において、
   複数の光源ユニットが複数の平面上に配置され、各光源ユニットから放射される平行光束が互いに重複しないように光束配列圧縮光学系に入射することを特徴とする光源装置。
3. 請求項２記載の光源装置において、
   １つの光源ユニットからの平行光束が、光束配列圧縮光学系と集光光学系を介して、光ファイバの光軸に実質的に一致するように入射することを特徴とする光源装置。
4. 請求項２記載の光源装置において、
   １つの平面上に配置された光源ユニットからの平光光束の間に、他の平面に配置された光源ユニットからの平行光束が位置するように光源ユニット相互の位置関係が設定されることにより、光束配列圧縮光学系に入射する複数平行光束の間隔が狭められていることを特徴とする光源装置。
5. 請求項２または３または４記載の光源装置において、
   光源ユニットを配置される複数の平面が、光束配列圧縮光学系の光軸に対して直交する平面であることを特徴とする光源装置。
6. 請求項２または３または４記載の光源装置において、
   光源ニットを配置される複数の平面が、光束配列圧縮光学系の光軸に平行な平面であって、各平面からの平行光束群が、互いに直交する平反射面を持つ反射部材により合成されて光束配列圧縮光学系に入射することを特徴とする光源装置。
7. 請求項１〜６の任意の１に記載の光源装置において、
   光束配列圧縮光学系に入射する平行光束群における平行光束の配列が、１方向に長い配列であることを特徴とする光源装置。
8. 請求項１〜７の任意の１に記載の光源装置において、
   光束配列圧縮光学系がプリズムであることを特徴とする光源装置。
9. 請求項１〜８の任意の１に記載の光源装置において、
   光束配列圧縮光学系が、互いに直交する方向において圧縮率の異なるアナモフィック光学系であることを特徴とする光源装置。
10. 請求項１〜９の任意の１に記載の光源装置において、
    複数の光源ユニットが１以上の平面に配置され、各平面に配置される光源ユニットが、ハニカム状の最稠密配置であることを特徴とする光源装置。
11. 請求項１〜９の任意の１に記載の光源配置において、
    光源ユニットにおけるコリメートレンズを俵形レンズとすることにより、光学ユニットの配列間隔を、俵形レンズの短手方向に近接させたことを特徴とする光源装置。
12. 請求項１〜１１の任意の１に記載の光源装置を用いる光学装置。
    

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