JPWO2016163216A1 - 赤外線投光器および赤外線観察システム - Google Patents

Abstract

投光パターン内における波長のムラが低減された赤外線投光器および赤外線観察システムを提供する。赤外線投光器（１００）は、近赤外レーザ光（Ｌ１ａ・Ｌ１ｂ・Ｌ１ｃ・Ｌ１ｄ）を発する赤外半導体レーザ素子（１１ａ〜１１ｄ）と、近赤外レーザ光を受光し、拡散させる拡散部材（５１）と、拡散部材によって拡散された近赤外レーザ光を投光する投光部材（６１）と、を備える。

Description

本発明は、投光器および当該投光器を用いた観察システムに関し、特に赤外線を用いた投光器および当該投光器を用いた観察システムに関する。

赤外線を投光する投光器として、特許文献１には、監視カメラのレンズの両側に複数の光源としてのＬＥＤを配置し、当該ＬＥＤからの赤外線で被写体を照射する暗所監視装置が記載されている。

日本国公開特許公報「特開２００１−３３３４２３号（２００１年１１月３０日公開）」

しかしながら、特許文献１に記載されている暗所監視装置において、複数のＬＥＤを独立に点灯させた場合、複数の光源間の傾きの違いなどにより、複数の光源による投光パターンが重ならず、ズレが生じるという問題がある。投光パターンのズレは、光源からの拡がり角度が小さい光を用いて、遠方に投光する場合に顕著である。

上記の問題は、可視光を投光する場合にも発生し得る。しかし、赤外光を投光する場合、投光パターンを肉眼で確認することができず、赤外線カメラなどの装置を用いる必要があるため、投光パターンのズレを検知しにくい。そのため、上述の問題は、より深刻になる。

本発明は、上述した問題に鑑み、均一な投光パターンが得られる赤外線投光器および赤外線観察システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る赤外線投光器は、近赤外レーザ光を発する複数のレーザ光源と、上記複数のレーザ光源から出射された複数の上記近赤外レーザ光を受光し、受光した近赤外レーザ光を拡散させる拡散部材と、上記拡散部材によって拡散された上記近赤外レーザ光を投光する投光部材と、を備えている。

本発明の一態様に係る赤外線投光器によれば、均一な投光パターンが得られる赤外線投光器を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る赤外線投光器の概略図であって、（ａ）は＋ｚ方向から見た図、（ｂ）は＋ｘ方向から見た図である。 図１に示した赤外線投光器が備える拡散部材の表面に形成される集光スポットを示す図である。 図２に示した拡散部材における近赤外レーザ光の拡散の状態を示す図である。 投光部材を移動させる移動機構の一例を示す図であり、（ａ）は透視斜視図、（ｂ）は断面図である。 投光部材を移動させる移動機構の別の例を示す図であり、（ａ）は透視斜視図、（ｂ）は断面図である。 本発明の実施形態２に係る赤外線投光器の概略図である。 図６に示した赤外線投光器が備える拡散部材に形成される集光スポットを示す図である。 図７に示した近赤外レーザ光の拡散の状態を示す図である。 本発明の実施形態２に係る赤外線投光器が備える投光部材を移動させる移動機構の一例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態３に係る赤外線投光器の概略図であり、（ｂ）は当該赤外線投光器が備える導光部材の出射端の形状を示す図である。 図１０の（ｂ）に示した導光部材の出射端における、近赤外レーザ光の拡散の状態を示す図である。 本発明の実施形態４に係る赤外線投光器の概略図である。 （ａ）は、図１２に示した赤外線投光器が備える投光部材の斜視図であり、（ｂ）は、図１２に示した赤外線投光器が備える折り返しミラーを移動させる移動機構の一例を示す図である。 本発明の実施形態５に係る赤外線投光器の概略図である。 図１４に示した赤外線投光器が備える拡散部材に形成される集光スポットを示す図である。 図１５に示した赤外線投光器が備える拡散部材における近赤外レーザ光の拡散の状態を示す図である。 本発明の実施形態６に係る赤外線投光器の概略図である。 図１７に示した赤外線投光器が備える導光部材を示す図である。 本発明の実施形態７に係る赤外線観察システムの概略図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて詳細に説明する。それぞれの図において、ｘ方向は、図２に記載されている拡散部材５１の一辺の方向であり、当該一片の方向を左右方向とした場合の左方向を正方向とする。なお、当該一辺の方向を左右方向とした場合の右方向を正方向としてもよい。

一方、ｙ方向は、図２に記載されている拡散部材５１の辺のうち、ｘ方向に垂直な辺の方向であり、当該辺の方向を上下方向とした場合の上方向を正方向とする。なお、当該辺の方向を上下方向とした場合の下方向を正方向としてもよい。

さらに、ｚ方向は、ｘ方向およびｙ方向の両方に対して垂直な方向であり、図１の（ｂ）において投光Ｌ１２が投光される方向を正方向とする。

（赤外線投光器１００の概略）
図１は、本実施形態に係る赤外線投光器１００の概略を示す図であって、（ａ）は＋ｚ方向から見た図、（ｂ）は＋ｘ方向から見た図である。図１の（ａ），（ｂ）に示すように、赤外線投光器１００は、４個の赤外半導体レーザ素子１１ａ・１１ｂ・１１ｃ・１１ｄと、４個の集光レンズ２１ａ・２１ｂ・２１ｃ・２１ｄと、支持台３１と、光吸収性材料４と、拡散部材５１と、投光部材６１とを備える。

なお、赤外半導体レーザ素子１１ｂ・１１ｄおよび集光レンズ２１ｂ・２１ｄは、図１の（ｂ）においては省略されている。

赤外半導体レーザ素子１１ａ〜１１ｄは、近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄを出射するレーザ光源である。赤外半導体レーザ素子１１ａ〜１１ｄは、それぞれ放熱用のヒートシンク（不図示）に取り付けられ、駆動用の電源回路（不図示）に接続される。

本実施形態では、赤外半導体レーザ素子１１ａ〜１１ｄの出力はそれぞれ１Ｗである。また、赤外半導体レーザ素子１１ａ〜１１ｄの、近赤外レーザ光が出射される出射端面における近赤外レーザ光の出射スポットの形状は、例えば短径１〜２μｍ、長径２〜５０μｍの楕円形である。このとき、上記出射スポットの面積は、０．５π〜２５πμｍ^２である。

近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄのピーク波長は、７４０ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下であってよい。本実施形態では、近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄのピーク波長は、それぞれ７８０ｎｍ、８００ｎｍ、８２０ｎｍ、８４０ｎｍである。

ただし、「７４０ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下」という数値範囲は、近赤外光の波長範囲を例示する値である。したがって、近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄのピーク波長は、近赤外光の波長範囲内にあればよく、必ずしも７４０ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下に限定されない。

集光レンズ２１ａ〜２１ｄは、近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄを集光する部材である。具体的には、集光レンズ２１ａが近赤外レーザ光Ｌ１ａを、集光レンズ２１ｂが近赤外レーザ光Ｌ１ｂを、集光レンズ２１ｃが近赤外レーザ光Ｌ１ｃを、集光レンズ２１ｄが近赤外レーザ光Ｌ１ｄを、それぞれ集光する。本実施形態では、集光レンズ２１ａ〜２１ｄは、ガラス製の凸レンズである。

支持台３１は、後述する光吸収性材料４および拡散部材５１を支持する台である。本実施形態では、支持台３１は、アルミニウム製である。なお、支持台３１は、他の材料、例えば他の金属または高熱伝導性セラミックスなどにより構成されていてもよい。

また、支持台３１により支持される拡散部材５１は、後述するように近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄが入射することで、高温になる虞がある。拡散部材５１の冷却効率を向上させるため、支持台３１を放熱フィンとしてもよい。

光吸収性材料４は、後述する拡散部材５１に入射した光以外の光が拡散されることを抑制する。本実施形態では、光吸収性材料４は、支持台３１に塗布されたカーボン粒子である。

拡散部材５１は、赤外半導体レーザ素子１１ａ〜１１ｄから出射された近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄを受光し、受光した近赤外レーザ光を拡散させる部材である。拡散部材５１は、近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄが入射する面である、表面５１ａを有する。

本実施形態では、拡散部材５１は、入射した近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄを等方的に拡散させるための所定の粗さの面を有する部材である。具体的には、拡散部材５１は、表面５１ａの粗さがＲａ＝１μｍである。また、本実施形態では、拡散部材５１は、金属製である。具体的には、拡散部材５１の材質は、アルミニウムである。

なお、拡散部材５１の形態は、本実施形態に示したような、表面に凹凸を有するアルミニウム、すなわち表面散乱を生じさせる部材に限定されない。拡散部材５１として、体積散乱を生じさせる部材を用いることもできる。体積散乱を生じさせる部材としては、例えば、ガラスなど赤外線に対して透明な部材の中に、当該ガラスとは屈折率が異なる散乱物質（フィラー等）が分散された拡散部材等を用いることができる。

投光部材６１は、拡散部材５１によって拡散された近赤外レーザ光を投光する部材である。本実施形態では、投光部材６１は、レンズである。より具体的には、投光部材６１は、ガラス製の片凸レンズである。片凸レンズとは、片面が球面、もう片面が平面であるレンズである。投光部材６１の光軸は、拡散部材５１の表面５１ａに垂直である。換言すれば、上述のｚ軸は、投光部材６１の光軸の方向を示す軸であると理解されてよい。

投光部材６１は、自由曲面などの任意の曲面を有するレンズであってもよい。また、投光部材６１の材質は、石英、サファイア、樹脂などであってもよい。

投光部材６１は、拡散部材５１上の近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄの集光スポットＩＡの像を、投光部材６１から所定の距離離れた位置において結像させる。

また、赤外線投光器１００は、ｚ方向について、投光部材６１と、上記拡散部材５１との相対位置を調整する移動機構（例えば、図４の移動機構７１または図５の移動機構７２）をさらに備える。本実施形態では、拡散部材５１に対する投光部材６１の相対位置は、投光部材６１から投光される近赤外レーザ光の拡がり角度が最小となるように調整される。

（赤外線投光器１００の動作）
赤外線投光器１００においては、拡散部材５１の表面（所定の面）５１ａに近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄが入射し、表面５１ａの側に拡散される拡散光Ｌ１１を投光部材６１により投光する構成である。以降、この構成を反射型の構成と称する。以下に、赤外線投光器１００の動作を説明する。

図１の（ａ）に示すように、赤外半導体レーザ素子１１ａ〜１１ｄは、近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄを、＋ｚ方向から見た場合に直交する４つの方向から拡散部材５１に向けて出射する。近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄは、集光レンズ２１ａ〜２１ｄにより、拡散部材５１の表面５１ａに集光される。

図２は、拡散部材５１の表面５１ａに集光された近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄ（図１の（ａ）参照）により形成される集光スポットＩＡを示す図である。図２に示すように、集光レンズ２１ａ〜２１ｄにより集光された近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄは、表面５１ａにおいて集光スポットＩＡを形成する。本実施形態では、集光スポットＩＡの形状は、直径１ｍｍの円形である。

図３は、拡散部材５１の表面５１ａによる、近赤外レーザ光の拡散の状態を示す図である。ただし、図３は図１の（ｂ）と同様の角度の図であるため、近赤外レーザ光Ｌ１ｂ・Ｌ１ｄは省略されている。

拡散部材５１の表面５１ａに集光された近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄは、表面５１ａが有する微小な凹凸により、入射方向に関わらず、表面５１ａの側に拡散光Ｌ１１として等方的に拡散される。

拡散部材５１の表面５１ａによって拡散される拡散光Ｌ１１の強度分布は、ランバート分布に従う。すなわち、表面５１ａに垂直な方向に拡散する拡散光Ｌ１１の強度をＩとした場合、表面５１ａに垂直な方向から角度θ１だけ傾いた方向に拡散する拡散光Ｌ１１の強度はＩ×ｃｏｓθ１となる。

図１の（ｂ）に示すように、投光部材６１は、拡散部材５１により拡散された拡散光Ｌ１１を、拡散光Ｌ１１が入射した側とは逆の側に投光Ｌ１２として投光する。

（移動機構の構成）
図４は、投光部材６１を移動させる移動機構の一例である移動機構７１を示す図であり、（ａ）は透視斜視図、（ｂ）は断面図である。図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、移動機構は、筐体７１ａと、レンズホルダー７１ｂとを備える。

筐体７１ａは、支持台３、光吸収性材料４および拡散部材５１を収容する筒状の部材である。レンズホルダー７１ｂは、一端に投光部材６１が固定されている筒状の部材である。投光部材６１の光軸は、筐体７１ａの中心軸およびレンズホルダー７１ｂの中心軸Ａｘと一致している。また、筐体７１ａまたはレンズホルダー７１ｂには、近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜ｄを通過させるための孔またはスリットが設けられている。

レンズホルダー７１ｂは、筐体７１ａの外側を滑動可能に構成されている。レンズホルダー７１ｂを滑動させることで、投光部材６１を、筐体７１ａに収容されている拡散部材５１に対して移動させることができる。

なお、上記の例では、筐体７１ａおよびレンズホルダー７１ｂは円筒である。しかし、筐体７１ａおよびレンズホルダー７１ｂの形状は、円筒以外、例えば角型の筒などであっても構わない。

図５は、投光部材６１を移動させる移動機構の、図４に示した移動機構７１とは別の例である移動機構７２を示す図であり、（ａ）は透視斜視図、（ｂ）は断面図である。図５の（ａ）および（ｂ）に示すように、移動機構は、筐体７２ａと、レンズホルダー７２ｂとを備える。

筐体７２ａは、内部に支持台３１、光吸収性材料４および拡散部材５１を収容する筒状の部材である。筐体７２ａの外面には、ネジ溝７２ｃが形成されている。

レンズホルダー７２ｂは、一端に投光部材６１が固定されている筒状の部材である。レンズホルダー７２ｂの内面には、ネジ山７２ｄが形成されている。

筐体７２ａおよびレンズホルダー７２ｂは、ネジ溝７２ｃおよびネジ山７２ｄにより係合している。レンズホルダー７２ｂを回転させることで、レンズホルダー７２ｂの一端に固定されている投光部材６１を、ｚ方向について、筐体７２ａに収容されている拡散部材５１に対して移動させることができる。また、筐体７２ａまたはレンズホルダー７２ｂには、近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜ｄを通過させるための孔またはスリットが設けられている。

本実施形態では、投光部材６１の、拡散部材５１に対する位置は、投光部材６１からの投光の拡がりが最小となるように調整される。

（赤外線投光器１００の効果）
赤外線投光器１００においては、赤外半導体レーザ素子１１ａ〜１１ｄから出射された近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄは、拡散部材５１の表面５１ａにおいて重なるように集光され、拡散光Ｌ１１として等方的に拡散する。拡散光Ｌ１１は、ピーク波長が異なる複数の近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄが混合された光である。

このとき、拡散部材５１の表面５１ａに形成された集光スポットＩＡは、ピーク波長が異なる複数の近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄが混合された拡散光Ｌ１１を出射する、擬似的な光源として機能する。当該擬似的な光源からの拡散光Ｌ１１が、凸レンズである投光部材６１により投光Ｌ１２として外部へ投光される。

したがって、赤外線投光器１００の投光パターンは、単一の擬似的な光源からの投光により構成されるため、赤外線投光器１００は、投光パターン内における複数の近赤外レーザ光ごとの投光パターンのズレが生じない赤外線投光器となる。さらに、複数の近赤外光の波長が異なる場合には、投光パターンにおける波長のムラが生じない赤外線投光器となる。

また、複数の近赤外レーザ光の波長が互いに異なっている場合、近赤外レーザ光が混合されると、混合された近赤外レーザ光の、全体としての時間的なコヒーレンシーは低下する。そのため、複数の近赤外レーザ光が互いに干渉することによるモアレ状の投光像の発生が抑えられ、より均一な投光パターンを得ることが出来る。この点については、以降の他の実施例についても同様である。

また、拡散光Ｌ１１を出射する擬似的な光源として機能する集光スポットＩＡの面積は、近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄが出射される出射端面における出射スポットの面積より拡大されている。具体的には、上記出射スポットの面積は、上述した通り、０．５π〜２５πμｍ^２である。一方、集光スポットＩＡの面積は０．２５πｍｍ^２である。

このため、上記出射スポットの面積と集光スポットＩＡの面積とから計算すると、拡散光Ｌ１１のエネルギー密度は、赤外半導体レーザ素子１１ａ〜１１ｄから出射された近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄのエネルギー密度の２×１０^−６倍〜１×１０^−４倍である。

したがって、赤外線投光器１００から投光された投光Ｌ１２を、赤外線投光器１００の外部において、レンズなどにより再度集光させた場合に、エネルギー密度が高くなりにくい。それゆえ、赤外線投光器１００からの投光を、人間が目視またはレンズを通して見た場合の危険性が低減される。

また、赤外線投光器１００においては、投光部材６１の位置を、移動機構により、投光部材６１から投光される光の拡がり角度が最小となるように調整する。したがって、赤外線投光器１００は、赤外光を遠方に投光することができる。

また、赤外線投光器１００において、複数あるいは一つの波長の近赤外レーザ光を強度変調することにより、赤外線通信を行うことが出来る。この場合、赤外線を受光する側においては、赤外光が届いている受光面の任意の位置で信号を検出することが出来ることが好ましい。赤外線通信時の受光面上に照明されている赤外光と信号が乗せられている赤外光とに位置のズレがあると、正確な信号の検出が難しくなり、通信エラーが発生する（通信品質を落とす）原因となる。本照明装置によって通信を行うことにより、通信エラーが低減された高品質の通信を行うことが出来るようになる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図６〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態に係る赤外線投光器２００においては、赤外線に対して透明な拡散部材５２の裏面５２ｂが、複数のピーク波長を有する近赤外レーザ光の擬似的な光源として機能する。また、投光部材として、凹面鏡を備える。

（赤外線投光器２００の概略）
図６は、赤外線投光器２００の概略を示す図である。図６に示すように、赤外線投光器２００は、３個の赤外半導体レーザ素子１２ａ・１２ｂ・１２ｃと、３個の集光レンズ２２ａ・２２ｂ・２２ｃと、光伝導路２０１と、固定部材２０２と、集光レンズ２０３と、反射ミラー２０４と、拡散部材５２と、投光部材６２と、筐体３２と、支持部材２０５と、移動機構７３とを備える。

赤外半導体レーザ素子１２ａ〜１２ｃは、近赤外レーザ光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃを出射するレーザ光源である。赤外半導体レーザ素子１２ａ〜１２ｃは、それぞれ放熱用のヒートシンク（不図示）に取り付けられ、駆動用の電源回路（不図示）に接続される。

本実施形態では、赤外半導体レーザ素子１２ａ〜１２ｃの出力は、それぞれ０．５Ｗである。また、本実施形態では、近赤外レーザ光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃのピーク波長は、それぞれ８００ｎｍ、９００ｎｍ、１０００ｎｍである。

集光レンズ２２ａ〜２２ｃは、近赤外レーザ光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃを集光する部材である。本実施形態では、集光レンズ２２ａ〜２２ｃは、ガラス製の凸レンズである。

光伝導路２０１は、近赤外レーザ光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃを混合しつつ伝導する部材である。本実施形態では、光伝導路２０１は、円形のコアを有するマルチモードファイバである。また、光伝導路２０１は、３つの入射端２０１ａ・２０１ｂ・２０１ｃと、１つの出射端２０１ｄとを有する。

固定部材２０２は、光伝導路２０１を固定するための部材である。集光レンズ２０３は、光伝導路２０１の出射端２０１ｄから出射された近赤外レーザ光Ｌ２０を集光する部材である。本実施形態では、集光レンズ２０３は、ガラス製の凸レンズである。

反射ミラー２０４は、集光レンズ２０３により集光された近赤外レーザ光Ｌ２０を反射する部材である。反射ミラー２０４は、アルミニウム等の金属で被覆された板材または金属製のミラーであってよい。または、誘電体で被覆された多層膜反射鏡であってもよい。

拡散部材５２は、近赤外レーザ光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃに対し、透明性を有する部材である。拡散部材５２の材料としては、ガラス、サファイア、石英などを用いることができる。

拡散部材５２は、近赤外レーザ光Ｌ２０が入射する表面５２ａおよび表面５２ａと対向する裏面５２ｂを有する。拡散部材５２は、表面５２ａまたは裏面５２ｂのうち少なくとも一方が粗面である、赤外線に対して透明の部材であり、所謂スリガラス状の部材となっている。

投光部材６２は、拡散部材５２により拡散された拡散光Ｌ２１を、所定の方向に向けて投光する部材である。本実施形態では、投光部材６２は、凹面鏡である。より具体的には、投光部材６２は、回転放物面の一部を切り取った形状を有する凹面鏡である。また、投光部材６２は、自由曲面などの任意の曲面を有する凹面鏡であってもよい。

筐体３２は、集光レンズ２０３および反射ミラー２０４を内部に収容するとともに、拡散部材５２を当該拡散部材５２の周囲で保持する部材である。本実施形態では、筐体３２の材質は、金属である。

支持部材２０５は、投光部材６２を支持する部材である。また、移動機構７３は、投光部材６２を移動させるための移動機構である。移動機構７３の具体的な構成については後述する。

（赤外線投光器２００の動作）
赤外線投光器２００においては、拡散部材５２の表面（所定の面）５２ａに近赤外レーザ光Ｌ２０を入射させ、表面５２ａに対向する裏面５２ｂ側に拡散される拡散光Ｌ２１を投光部材６２により投光する構成である。以降、この構成を、透過型の構成と称する。以下に、赤外線投光器２００の動作を説明する。

図６に示すように、赤外半導体レーザ素子１２ａ〜１２ｃは、近赤外レーザ光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃを、光伝導路２０１の入射端２０１ａ〜２０１ｃに向けて出射する。近赤外レーザ光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃは、集光レンズ２２ａ〜２２ｃを経由して、光伝導路２０１の入射端２０１ａ〜２０１ｃから光伝導路２０１内へ入射する。光伝導路２０１内へ入射した近赤外レーザ光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃは、光伝導路２０１内で混合され、光伝導路２０１の出射端２０１ｄから近赤外レーザ光Ｌ２０として出射される。近赤外レーザ光Ｌ２０は、集光レンズ２０３および反射ミラー２０４により、拡散部材５２の表面５２ａに集光される。

図７は、拡散部材５２に集光された近赤外レーザ光Ｌ２０（図６参照）により形成される集光スポットＩＢを示す図である。図７に示すように、集光レンズ２０３により集光された近赤外レーザ光Ｌ２０は、拡散部材５２の裏面５２ｂにおいて集光スポットＩＢを形成する。本実施形態では、集光スポットＩＢの形状は、直径１．２ｍｍの円形である。

図８は、拡散部材５２により拡散される近赤外レーザ光の拡散の状態を示す図である。拡散部材５２の表面５２ａに集光された近赤外レーザ光Ｌ２０は、表面５２ａおよび裏面５２ｂの少なくとも一方が有する微小な凹凸により、裏面５２ｂの側に拡散光Ｌ２１として等方的に拡散する。拡散光Ｌ２１の強度分布は、おおよそランバート分布に従う。

ここで、再び図６を参照すると、拡散部材５２により拡散された拡散光Ｌ２１は、投光部材６２に入射する。投光部材６２は、入射した拡散光Ｌ２１を、投光Ｌ２２として投光する。

（移動機構７３の構成）
図９は、投光部材６２を移動させる移動機構７３の一例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。図９の（ａ）および（ｂ）に示すように、移動機構７３は、ガイド部材７３ａと、スライド部材７３ｂとを備える。

ガイド部材７３ａは、断面が略Ｉ字形状の部材であり、筐体３２に固定されている。スライド部材７３ｂは、断面に、略Ｃ字形状の部分と、当該略Ｃ字形状の開口部から延びる直線状の部分とを有する部材である。上記直線状の部分は、ガイド部材７３ａの略Ｉ字形状の凹部に嵌合する。スライド部材７３ｂに、支持部材２０５（図６参照）が固定されている。

スライド部材７３ｂは、ガイド部材７３ａに沿って滑動可能に構成されている。スライド部材７３ｂを滑動させることで、スライド部材７３ｂに固定されている支持部材２０５により支持されている投光部材６２を、筐体３２に固定されている拡散部材５２に対して移動させることができる。

投光部材６２の、拡散部材５２に対する位置は、投光部材６２からの投光の拡がりが最小となるように調整される。

（赤外線投光器２００の効果）
赤外線投光器２００においては、拡散部材５２として赤外線に対して透明な部材を用い、近赤外レーザ光Ｌ２０の入射面である表面５２ａと、拡散された拡散光Ｌ２１の出射面である裏面５２ｂとが対向している。

このとき、拡散部材５２の裏面５２ｂが、ピーク波長が異なる複数の近赤外レーザ光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃが混合された拡散光Ｌ２１を出射する、擬似的な光源として機能する。

したがって、赤外線投光器２００の投光パターンは、単一の擬似的な光源からの投光により構成されるため、赤外線投光器２００は、投光パターン内における複数の近赤外レーザ光毎の投光パターンのズレが生じない赤外線投光器となる。さらに、複数の近赤外光の波長が異なる場合には、投光パターンにおける波長のムラが生じない赤外線投光器となる。

赤外線投光器１００においては、拡散部材５１は赤外線に対して不透明な部材であり、近赤外レーザ光の入射側と拡散側とが一致している。一方、赤外線投光器２００においては、上記した通り、拡散部材５２は赤外線に対して透明であり、近赤外レーザ光の入射側と拡散側とが対向している。赤外線投光器の構成としては、赤外線投光器１００と赤外線投光器２００とのいずれの構成もとることができる。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図１０および図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態に係る赤外線投光器３００においては、矩形の断面を有するロッドレンズである導光部材５３の出射端５３ｂが、複数のピーク波長を有する近赤外レーザ光の擬似的な光源として機能する。

（赤外線投光器３００の概略）
図１０の（ａ）は、赤外線投光器３００の概略を示す図である。図１０の（ａ）に示すように、赤外線投光器３００は、光源３０１と、導光部材５３と、投光部材６１とを備える。光源３０１は、２個の赤外半導体レーザ素子１３ａ・１３ｂと、２個の集光レンズ２３ａ・２３ｂと、集光レンズ３０２とを備える。

赤外半導体レーザ素子１３ａ・１３ｂは、近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂを出射するレーザ光源である。赤外半導体レーザ素子１３ａ・１３ｂは、それぞれ放熱用のヒートシンク（不図示）に取り付けられ、駆動用の電源回路（不図示）に接続される。

本実施形態では、赤外半導体レーザ素子１３ａ・１３ｂの出力は、それぞれ１Ｗである。また、本実施形態では、近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂのピーク波長は、それぞれ７９０ｎｍ、８１０ｎｍである。

集光レンズ２３ａ・２３ｂは、近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂを集光する部材である。本実施形態では、集光レンズ２３ａ・２３ｂは、ガラス製の凸レンズである。

集光レンズ３０２は、集光レンズ２３ａ・２３ｂにより集光された近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂをさらに集光する部材である。本実施形態では、集光レンズ３０２は、ガラス製の凸レンズである。

導光部材５３は、近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂを導光する部材である。導光部材５３は、近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂが入射する入射端（一端）５３ａと、近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂが混合された拡散光Ｌ３１が出射する出射端（他端）５３ｂを有する。

本実施形態では、導光部材５３は、ロッドレンズである。より具体的には、導光部材５３は、内部がガラスで満たされた、断面が矩形の部材である。近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂは、ガラスと空気との屈折率差による全反射により、導光部材５３の内壁で反射されながら導光される。導光部材５３の材質として、他に樹脂、サファイア、水晶などの、近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂの波長に対して透明な材質を用いてもよい。

また、導光部材５３に替えて、近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂの波長に対して透明な薄い材料による壁で囲まれた、内部が中空である導光部材を用いてもよい。この場合、上記透明な薄い材料としては、導光部材５３と同様にガラス、樹脂、サファイア、水晶などを用いることができる。さらに、近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂに対して高い反射率を有する材料による壁で囲まれた、内部が中空である導光部材を用いてもよい。

（赤外線投光器３００の動作）
赤外線投光器３００においては、導光部材５３の入射端５３ａに近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂを入射させ、出射端５３ｂから出射される拡散光Ｌ３１を投光部材６１により投光する。以下に、赤外線投光器３００の動作を説明する。

図１０の（ａ）に示すように、赤外半導体レーザ素子１３ａ・１３ｂは、近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂを集光レンズ３０２に向けて出射する。近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂは、集光レンズ２３ａ・２３ｂを経由して、集光レンズ３０２に入射する。集光レンズ３０２に入射した近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂは、導光部材５３の入射端５３ａに集光され、導光部材５３に入射する。

図１０の（ｂ）は、導光部材５３の出射端５３ｂの形状を示す図である。導光部材５３では、入射端５３ａから入射した近赤外レーザ光Ｌ３ａ・Ｌ３ｂが混合され、出射端５３ｂから拡散光Ｌ３１として出射される。

図１１は、拡散光Ｌ３１の拡散の状態を示す図である。図１１に示すように、拡散光Ｌ３１は、所定の放射角度θ２の範囲に放射される。ここで、放射角度θ２は、ｚ軸を含む平面における、拡散光Ｌ３１の拡がりの角度である。本実施形態では、θ２＝６０°である。

ここで、再び図１０の（ａ）を参照して、導光部材５３の出射端５３ｂから放射された拡散光Ｌ３１は、投光部材６１に入射する。投光部材６１は、入射した拡散光Ｌ３１を、投光Ｌ３２として投光する。

（赤外線投光器３００の効果）
赤外線投光器３００においては、近赤外レーザ光を等方的に拡散させる拡散部材ではなく、導光部材５３の出射端５３ｂが、擬似的な光源として機能する。このような構成によっても、複数の近赤外レーザ光を混合し、投光パターン内における複数の近赤外レーザ光毎の投光パターンのズレが生じない赤外線投光器を実現することができる。さらに、複数の近赤外光の波長が異なる場合には、投光パターンにおける波長のムラが生じない赤外線投光器となる。

〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図１２および図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態に係る赤外線投光器４００においては、マルチモードファイバである導光部材５４の出射端５４ｂが、複数のピーク波長を有する近赤外レーザ光の擬似的な光源として機能する。また、投光部材として、パラボラミラーである投光部材６３を備える。

（赤外線投光器４００の概略）
図１２は、本実施形態に係る赤外線投光器４００の概略を示す図である。図１２に示すように、赤外線投光器４００は、光源４０１と、導光部材５４と、折り返しミラー４０３と、投光部材６３とを備える。光源４０１は、５個の赤外半導体レーザ素子１４ａ・１４ｂ・１４ｃ・１４ｄ・１４ｅと、５個の集光レンズ２４ａ・２４ｂ・２４ｃ・２４ｄ・２４ｅと、集光レンズ３０２とを備える。

赤外半導体レーザ素子１４ａ〜１４ｅは、近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅを出射するレーザ光源である。赤外半導体レーザ素子１４ａ〜１４ｅは、それぞれ放熱用のヒートシンク（不図示）に取り付けられ、駆動用の電源回路（不図示）に接続される。

本実施形態では、赤外半導体レーザ素子１４ａ〜１４ｅの出力は、それぞれ０．５Ｗである。また、本実施形態では、近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅのピーク波長は、それぞれ７８０ｎｍ、７９０ｎｍ、８００ｎｍ、８１０ｎｍ、８２０ｎｍである。

集光レンズ２４ａ〜２４ｅは、近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅを集光する部材である。本実施形態では、集光レンズ２４ａ〜２４ｅは、ガラス製の凸レンズである。

導光部材５４は、近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅを混合しつつ導光する部材である。導光部材５４は、近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅが入射する入射端（一端）５４ａおよび近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅが混合された拡散光Ｌ４１が出射する出射端（他端）５４ｂを有する。本実施形態では、導光部材５４は、マルチモードファイバである。より具体的には、導光部材５４は、断面が直径８００μｍの、円形のコアを有するマルチモードファイバである。

マルチモードファイバの材質としては、ガラス、石英、樹脂などを選択することができる。また、フォトニック結晶ファイバであってもよい。さらに、コアの形状は円形に限らず、矩形など、任意の形状とすることができる。

折り返しミラー４０３は、導光部材５４の出射端５４ｂから出射された、近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅが混合された拡散光Ｌ４１を折り返す部材である。

投光部材６３は、折り返しミラー４０３で折り返された拡散光Ｌ４１を外部へ投光する部材である。本実施形態では、投光部材６３は、パラボラミラー、すなわち回転放物面の形状を有する凹面鏡である。また、投光部材６３は、自由曲面などの任意の曲面を有する凹面鏡であってもよい。

（赤外線投光器４００の動作）
赤外線投光器４００においては、導光部材５４の入射端５４ａに近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅを入射させ、導光部材５４の出射端５４ｂから出射される拡散光Ｌ４１を折り返しミラー４０３により折り返し、投光部材６３により投光する。以下に、赤外線投光器４００の動作を説明する。

図１２に示すように、赤外半導体レーザ素子１４ａ〜１４ｅは、近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅを、導光部材５４の入射端５４ａに向けて出射する。近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅは、集光レンズ２４ａ〜２４ｅおよび集光レンズ３０２を経由して、導光部材５４の入射端５４ａにおいて合流し、導光部材５４へ入射する。

導光部材５４へ入射した近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅは、導光部材５４内で混合される。混合された近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅは、出射端５４ｂから拡散光Ｌ４１として、例えばＮＡ（Numerical Aperture，開口数）＝０．２で出射される。

拡散光Ｌ４１は、折り返しミラー４０３により投光部材６３に向けて折り返される。投光部材６３は、折り返しミラー４０３により折り返された拡散光Ｌ４１を、投光Ｌ４２として投光する。

（移動機構７４の構成）
図１３の（ａ）は、投光部材６３の斜視図である。図１３の（ａ）に示すように、投光部材６３には、切欠き６３ａが設けられている。切欠き６３ａは、ｚ方向に所定の長さを有する。

図１３の（ｂ）は、折り返しミラー４０３及び導光部材５４の出射端５４ｂをｚ方向に移動させる移動機構７４の一例を示す図である。図１３の（ｂ）に示すように、移動機構７４は、ガイド部材７４ａと、スライド部材７４ｂと、投光部材支持部材７４ｃ・７４ｄと、折り返しミラー支持部材７４ｅとを備える。

ガイド部材７４ａは、ｚ軸に平行に配された、棒状の部材である。スライド部材７４ｂは、ガイド部材７４ａに滑動可能に取り付けられた部材である。スライド部材７４ｂには、導光部材５４の出射端５４ｂが固定されている。

投光部材支持部材７４ｃ・７４ｄは、投光部材６３を支持する部材である。投光部材支持部材７４ｃ・７４ｄは、ガイド部材７４ａに対して固定されている。

折り返しミラー支持部材７４ｅは、折り返しミラー４０３を支持する部材である。折り返しミラー支持部材７４ｅは、スライド部材７４ｂに取り付けられている。したがって、折り返しミラー４０３の、導光部材５４の出射端５４ｂに対する位置は固定されている。

スライド部材７４ｂをガイド部材７４ａ上で滑動させることで、折り返しミラー４０３及び導光部材５４の出射端５４ｂを、投光部材６３に対して移動させることができる。スライド部材７４ｂを滑動させることができる範囲は、切欠き６３ａが有するｚ方向の長さにより決定される。

折り返しミラー４０３の、投光部材６３に対する位置は、投光部材６３による投光の拡がりが最小となるように調整される。

（赤外線投光器４００の効果）
赤外線投光器４００においては、マルチモードファイバである導光部材５４の出射端５４ｂが、拡散光Ｌ４１の擬似的な光源として機能する。赤外線投光器４００においては、異なるピーク波長を有する複数の近赤外レーザ光Ｌ４ａ〜Ｌ４ｅが、導光部材５４内を導光される過程において混合されるため、投光パターン内における複数の近赤外レーザ光毎の投光パターンのズレが生じない赤外線投光器となる。さらに、複数の近赤外光の波長が異なる場合には、投光パターンにおける波長のムラが生じない赤外線投光器となる。

〔実施形態５〕
本発明の他の実施形態について、図１４〜１６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態に係る赤外線投光器５００は、セラミックで構成されたドーム型の拡散部材５５の表面５５ａが、複数のピーク波長を有する拡散光Ｌ５１の擬似的な光源として機能する。

（赤外線投光器５００の概略）
図１４は、赤外線投光器５００の概略を示す図である。図１４に示すように、赤外線投光器５００は、光源５０１と、光伝導路５０３と、レンズ５０４と、反射ミラー５０５と、拡散部材５５と、光吸収性材料４と、支持台３５と、窓部材５０６と、枠部材５０７と、投光部材６１とを備える。光源５０１は、１０個の赤外半導体レーザ素子１５ａ・１５ｂ・１５ｃ・１５ｄ・１５ｅ・１５ｆ・１５ｇ・１５ｈ・１５ｉ・１５ｊと、１０個の集光レンズ２５ａ・２５ｂ・２５ｃ・２５ｄ・２５ｅ・２５ｆ・２５ｇ・２５ｈ・２５ｉ・２５ｊと、集光レンズ３０２とを備える。

赤外半導体レーザ素子１５ａ〜１５ｊは、近赤外レーザ光Ｌ５ａ〜Ｌ５ｊを出射するレーザ光源である。赤外半導体レーザ素子１５ａ〜１５ｊは、それぞれ放熱用のヒートシンク（不図示）に取り付けられ、駆動用の電源回路（不図示）に接続される。

本実施形態では、赤外半導体レーザ素子１５ａ〜１５ｊの出力は、それぞれ０．５Ｗである。また、本実施形態では、近赤外レーザ光Ｌ５ａ〜Ｌ５ｊのピーク波長は、それぞれ８１０ｎｍ〜９００ｎｍまで、１０ｎｍ刻みである。

集光レンズ２５ａ〜２５ｊは、近赤外レーザ光Ｌ５ａ〜Ｌ５ｊを集光する部材である。本実施形態では、集光レンズ２５ａ〜２５ｊは、ガラス製の凸レンズである。

光伝導路５０３は、近赤外レーザ光Ｌ５ａ〜Ｌ５ｊを混合しつつ伝導する部材である。光伝導路５０３は、入射端５０３ａおよび出射端５０３ｂを有する。本実施形態では、光伝導路５０３は、円形のコアを有するマルチモードファイバである。

レンズ５０４は、光伝導路５０３の出射端５０３ｂから出射される、近赤外レーザ光Ｌ５ａ〜Ｌ５ｊが混合された近赤外レーザ光Ｌ５０を集光する凸レンズである。

反射ミラー５０５は、近赤外レーザ光Ｌ５０を反射する部材である。反射ミラー５０５は、アルミニウム等の金属で被覆された板材または金属製のミラーであってよい。または、誘電体で被覆された多層膜反射鏡であってもよい。

拡散部材５５は、反射ミラー５０５で反射された近赤外レーザ光Ｌ５０を受光し、受光した近赤外レーザ光Ｌ５０を拡散光Ｌ５１として拡散させる部材である。拡散部材５５は、近赤外レーザ光Ｌ５０が入射する面である、表面５５ａを有する。本実施形態では、拡散部材５５は、表面５５ａに微小な凹凸を有する、ドーム状のセラミック製の部材である。

より具体的には、拡散部材５５は、表面５５ａの粗さがＲａ＝１μｍのセラミック製の部材である。拡散部材５５の材料としては、例えばアルミナ、または硫酸バリウムなどを用いることができる。また、拡散部材５５の表面５５ａは、中心部分が外周部分よりｚ方向の正の方向に張り出した曲面である。

支持台３５は、光吸収性材料４および拡散部材５５を支持する台である。本実施形態では、支持台３５は、アルミニウム製である。なお、支持台３５は、他の材料、例えば他の金属または高熱伝導性セラミックスなどにより構成されていてもよい。また、本実施形態では、支持台３５は、拡散部材５５に近赤外レーザ光Ｌ５０が入射することで発生する熱を効率よく放熱するため、拡散部材５５を支持している面とは逆側の面が、放熱フィンとして加工されている。

窓部材５０６は、拡散部材５５と投光部材６１との間に設けられた、光を透過させる窓である。本実施形態では、窓部材５０６は、板状のガラスである。枠部材５０７は、窓部材５０６を支持する枠である。

（赤外線投光器５００の動作）
赤外線投光器５００においては、拡散部材５５の表面５５ａに近赤外レーザ光Ｌ５０を入射させ、拡散部材５５の表面５５ａの側に拡散される拡散光Ｌ５１を投光部材６１により投光する。以下に、赤外線投光器５００の動作を説明する。

図１４に示すように、赤外半導体レーザ素子１５ａ〜１５ｊは、近赤外レーザ光Ｌ５ａ〜Ｌ５ｊを光伝導路５０３の入射端５０３ａに向けて出射する。近赤外レーザ光Ｌ５ａ〜Ｌ５ｊは、集光レンズ２５ａ〜２５ｊおよび集光レンズ３０２を経由して、光伝導路５０３の入射端５０３ａにおいて合流し、光伝導路５０３に入射する。光伝導路５０３へ入射した近赤外レーザ光Ｌ５ａ〜Ｌ５ｊは、光伝導路５０３内で混合され、光伝導路５０３の出射端５０３ｂから近赤外レーザ光Ｌ５０として出射される。出射された近赤外レーザ光Ｌ５０は、レンズ５０４により拡がりを抑制され、反射ミラー５０５により拡散部材５５へ向けて反射される。

図１５は、拡散部材５５へ入射した近赤外レーザ光Ｌ５０（図１４参照）により拡散部材５５の表面５５ａに形成される集光スポットＩＣを示す図である。図１５に示すように、拡散部材５５へ入射した近赤外レーザ光Ｌ５０は、表面５５ａにおいて、集光スポットＩＣを形成する。本実施形態では、集光スポットＩＣの形状は、楕円形である。

図１６は、拡散部材５５による拡散光Ｌ５１の拡散の状態を示す図である。図１６に示すように、拡散部材５５の表面５５ａへ入射した近赤外レーザ光Ｌ５０は、拡散光Ｌ５１として、表面５５ａの側へ、ｇ（θ１）で示すように等方的に拡散される。

図１６において、拡散される近赤外レーザ光の強度分布がランバート分布に従う場合の角度θ１への強度は、ｆ（θ１）で示されている。一方、拡散部材５５により拡散される拡散光Ｌ５１の強度は、図１６においてｇ（θ１）で示されているように、θ１≠０°の領域において、ｆ（θ１）より大きくなる。

具体的には、ｆ（θ１）は円形であるのに対して、ｇ（θ１）は楕円形である。θ１＝０°における拡散光の強度が同じである場合、ｇ（θ１）とｆ（θ１）との差は、θ１＝４５°において、特に大きくなる。また、θ１≒９０°において、ｆ（θ１）≒０であるが、ｇ（θ１）はある程度の強度を有する。

すなわち、拡散部材５５により拡散される拡散光Ｌ５１は、ランバート分布より広い角度に分布する。

ここで、再び図１４を参照すると、投光部材６１は、拡散部材５５により拡散された拡散光Ｌ５１を、投光Ｌ５２として投光する。

（赤外線投光器５００の効果）
本実施形態に係る赤外線投光器においては、投光パターン内における複数の近赤外レーザ光毎の投光パターンのズレが生じない赤外線投光器となる。さらに、複数の近赤外光の波長が異なる場合には、投光パターンにおける波長のムラが生じない赤外線投光器となる。

本実施形態に係る赤外線投光器５００においては、ドーム状の、セラミック製の部材である拡散部材５５の表面５５ａに形成された集光スポットＩＣが、拡散光Ｌ５１の擬似的な光源として機能する。

拡散部材５５により拡散される拡散光Ｌ５１の強度分布は、ランバート分布より広い角度に分布する。また、拡散部材の形状は、拡散部材５５のようなドーム状に限定されず、例えば円錐、三角錐または四角錘などの高角錐、円錐台または四角錘台などの錘台、あるいはそれらの変形など、任意に変更してもよい。拡散部材の形状を変更することで、拡散部材により拡散される近赤外レーザ光の強度分布を任意の分布に変更することができる。

〔実施形態６〕
本発明の他の実施形態について、図１７および図１８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態に係る赤外線投光器６００においては、導光部材５６の出射面５６ｂが、複数のピーク波長を有する拡散光Ｌ６１の擬似的な光源として機能する。

（赤外線投光器６００の概略）
図１７は、赤外線投光器６００の概略を示す図である。図１７に示すように、赤外線投光器６００は、６個の赤外半導体レーザ素子１６ａ・１６ｂ・１６ｃ・１６ｄ・１６ｅ・１６ｆと、導光部材５６と、反射ミラー６０１と、投光部材６１と、筐体３６と、支持部材２０５と、移動機構７３とを備える。

赤外半導体レーザ素子１６ａ〜１６ｆは、近赤外レーザ光Ｌ６ａ〜Ｌ６ｆを出射するレーザ光源である。赤外半導体レーザ素子１６ａ〜１６ｆは、それぞれ放熱用のヒートシンク（不図示）に取り付けられ、駆動用の電源回路（不図示）に接続される。

本実施形態では、赤外半導体レーザ素子１６ａ〜１６ｆの出力は、それぞれ０．５Ｗである。また、本実施形態では、近赤外レーザ光Ｌ６ａ〜Ｌ６ｆのピーク波長は、それぞれ７８０ｎｍ、８００ｎｍ、８２０ｎｍ、８４０ｎｍ、８６０ｎｍ、８８０ｎｍである。

導光部材５６は、近赤外レーザ光Ｌ６ａ〜Ｌ６ｆを導光する部材である。図１８は、導光部材５６を示す図である。図１８に示すように、導光部材５６は、近赤外レーザ光Ｌ６ａ〜Ｌ６ｆが入射する入射面（一端）５６ａおよび近赤外レーザ光Ｌ６ａ〜Ｌ６ｆが混合された拡散光Ｌ６１が出射する出射面（他端）５６ｂを有する。

本実施形態では、導光部材５６は、入射面５６ａの面積が、出射面５６ｂの面積より大きく形成されている。また、導光部材５６の材質は、ガラス、石英、サファイア、樹脂などを選択してよい。

反射ミラー６０１は、近赤外レーザ光を反射する部材である。本実施形態では、反射ミラー６０１は、楕円ミラーである。

筐体３６は、赤外半導体レーザ素子１６ａ〜１６ｆを内部に収容するとともに、導光部材５６をその側面で保持する部材である。本実施形態では、筐体３６の材質は、金属である。

（赤外線投光器６００の動作）
赤外線投光器６００においては、導光部材５６の入射面５６ａに近赤外レーザ光Ｌ６ａ〜Ｌ６ｆを入射させ、導光部材５６の出射面５６ｂから出射される拡散光Ｌ６１を反射ミラー６０１および投光部材６１により投光する。以下に、赤外線投光器６００の動作を説明する。

図１７に示すように、赤外半導体レーザ素子１６ａ〜１６ｆは、近赤外レーザ光Ｌ６ａ〜Ｌ６ｆを導光部材５６の入射面５６ａに向けて出射する。導光部材５６へ入射した近赤外レーザ光Ｌ６ａ〜Ｌ６ｆは、導光部材５６内で混合され、出射面５６ｂから拡散光Ｌ６１として出射される。拡散光Ｌ６１は、反射ミラー６０１により投光部材６１へ向けて反射される。投光部材６１は、反射ミラー６０１からの拡散光Ｌ６１を、投光Ｌ６２として投光する。

反射ミラー６０１の、導光部材５６に対する位置、および、投光部材６１の、反射ミラー６０１に対する位置は、投光部材６１による投光の拡がりが最小となるように調整される。具体的には、例えば、楕円ミラーである反射ミラー６０１が有する２つの焦点のうち、一方の焦点のｚ座標が、導光部材５６の出射面５６ｂの中心のｚ座標と一致し、他方の焦点のｚ座標が、投光部材６１の焦点のｚ座標と一致するように調整される。

本実施形態に係る赤外線投光器においては、投光パターン内における複数の近赤外レーザ光毎の投光パターンのズレが生じない赤外線投光器となる。さらに、複数の近赤外光の波長が異なる場合には、投光パターンにおける波長のムラが生じない赤外線投光器となる。

赤外線投光器６００においては、先細型導光部材である導光部材５６の出射面５６ｂが、拡散光Ｌ６１の擬似的な光源として機能する。

〔実施形態７〕
本発明の他の実施形態について、図１９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１９は、本実施形態に係る赤外線観察システム１０００の概略を示す図である。図１９に示すように、赤外線観察システム１０００は、赤外線投光器１００と、赤外線投光器１００から投光された赤外線により形成された像を撮像するカメラ装置９００とを備える。なお、カメラ装置９００について、レンズ構造、撮像素子等の内部構造、および配線等は省略している。

赤外線観察システム１０００を用いて観察対象を観察する場合、赤外線投光器１００は、ピーク波長が異なる複数の近赤外レーザ光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄが混合された投光Ｌ１２を外部に向けて投光する。カメラ装置９００は、上記観察対象により反射された近赤外レーザ光ＬＲにより形成された像を撮像する。

上述した通り、赤外線投光器１００は、投光パターン内における複数の近赤外レーザ光毎の投光パターンのズレが生じない赤外線投光器である。さらに、複数の近赤外光の波長が異なる場合には、投光パターンにおける波長のムラが生じない赤外線投光器となる。このため、赤外線観察システム１０００においては、カメラ装置９００により、波長のムラに起因する波長毎の画像のズレが低減された赤外線画像を観察することができる。

また、赤外線観察システムは、赤外線投光器１００に替えて、赤外線投光器２００〜６００を備えていてもよい。

ただし、拡散部材においては、近赤外レーザ光が集光されることで大きな熱が発生する。したがって、拡散部材は、熱伝導率の高い、赤外線に対して不透明な部材とし、近赤外レーザ光の入射側と拡散側とが一致するように構成することが好ましい。そのように構成すれば、拡散部材の、近赤外レーザ光の入射側および拡散側とは逆側の面に、拡散部材の放熱を促進する機構、例えば放熱フィンなどを設けることが可能となる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る赤外線投光器（１００）は、近赤外レーザ光（Ｌ１ａ・Ｌ１ｂ・Ｌ１ｃ・Ｌ１ｄ）を発する複数のレーザ光源（赤外半導体レーザ素子１１ａ・１１ｂ・１１ｃ・１１ｄ）と、上記複数のレーザ光源から出射された複数の上記近赤外レーザ光を受光し、受光した近赤外レーザ光を拡散させる拡散部材（５１）と、上記拡散部材によって拡散された上記近赤外レーザ光を投光する投光部材（６１）と、を備えている。

上記の構成によれば、赤外線投光器が備える複数のレーザ光源は、それぞれ近赤外レーザ光を発する。拡散部材は、複数のレーザ光源から出射された複数の近赤外レーザ光を受光し、近赤外レーザ光を拡散させる（Ｌ１１）。投光部材は、拡散部材によって拡散された近赤外レーザ光を投光する（Ｌ１２）。

このとき、拡散部材は、複数の近赤外レーザ光が混合された近赤外レーザ光を拡散する。すなわち、拡散部材は、混合された近赤外レーザ光を発する、単一の擬似的な光源として機能する。したがって、投光パターン内における波長のムラが低減された赤外線投光器を提供することができるという効果を奏する。

本発明の態様２に係る赤外線投光器は、上記態様１において、上記投光部材は、上記拡散部材に形成された上記近赤外レーザ光の集光スポットの像を、当該投光部材から所定の距離離れた位置において結像させることが好ましい。

上述の構成において、近赤外レーザ光の集光スポットにおける近赤外レーザ光の強度は均一である。したがって、集光スポットの像を所定の距離離れた位置において結像させることで、投光の強度が均一な赤外線投光器とすることができるという効果を奏する。

本発明の態様３に係る赤外線投光器は、上記態様１または２において、上記投光部材と、上記拡散部材との相対位置を調整する移動機構（７１）をさらに備えることが好ましい。

上記の構成によれば、投光部材と拡散部材との相対位置を、移動機構により調整することができる。したがって、投光部材からの近赤外レーザ光の拡がり角度を調整できるという効果を奏する。

本発明の態様４に係る赤外線投光器は、上記態様１から３のいずれかにおいて、上記拡散部材は、入射した上記近赤外レーザ光を等方的に拡散させるための所定の粗さの面（表面５１ａ）を有する部材であることが好ましい。

上記の構成によれば、拡散部材が受光した近赤外レーザ光は、所定の粗さの面が有する凹凸により等方的に拡散される。したがって、拡散部材が擬似的な光源として機能するという効果を奏する。

本発明の態様５に係る赤外線投光器は、上記態様１から４のいずれかにおいて、上記拡散部材は、金属製であってもよい。

本発明の態様６に係る赤外線投光器は、上記態様１から４のいずれかにおいて、上記拡散部材は、セラミック製であってもよい。

本発明の態様７に係る赤外線投光器は、上記態様１から６のいずれかにおいて、上記拡散部材の所定の面に複数の上記近赤外レーザ光が入射し、上記所定の面の側に拡散される近赤外レーザ光を上記投光部材により投光してもよい。

上記の構成によれば、拡散部材の所定の面に複数の近赤外レーザ光が入射する。赤外線投光器は、上記所定の面の側に拡散される近赤外レーザ光を、投光部材により投光する。したがって、拡散部材の、近赤外レーザ光が入射した面が、擬似的な光源として機能するという効果を奏する。

本発明の態様８に係る赤外線投光器は、上記態様１から３のいずれかにおいて、上記拡散部材（５２）は、上記近赤外レーザ光に対し、透明性を有していてもよい。

上記の構成によれば、拡散部材は、受光した近赤外レーザ光を、受光した面と逆の面の側へ拡散させることができる。

本発明の態様９に係る赤外線投光器は、上記態様８において、上記拡散部材の所定の面（表面５２ａ）に近赤外レーザ光を入射させ、上記所定の面に対向する面（裏面５２ｂ）の側に拡散される上記近赤外レーザ光を上記投光部材により投光してもよい。

上記の構成によれば、拡散部材の所定の面に複数の近赤外レーザ光が入射する。赤外線投光器は、上記所定の面に対向する面の側に拡散される近赤外レーザ光を、投光部材により投光する。したがって、拡散部材は、近赤外レーザ光を出射する、擬似的な光源として機能する。

本発明の態様１０に係る赤外線投光器は、上記態様１から３のいずれかにおいて、上記拡散部材は、上記近赤外レーザ光を導光する導光部材（５３）であってもよい。

上記の構成によれば、複数の近赤外レーザ光を、拡散部材を用いることなく混合することができる。

本発明の態様１１に係る赤外線投光器は、上記態様１０において、上記導光部材の一端に複数の上記近赤外レーザ光を入射させ、他端から出射される近赤外レーザ光を投光部材により投光してもよい。

上記の構成によれば、導光部材の一端に複数の近赤外レーザ光が入射する。赤外線投光器は、他端から出射される近赤外レーザ光を、投光部材により投光する。したがって、導光部材の他端が、近赤外レーザ光を出射する擬似的な光源として機能するという効果を奏する。

本発明の態様１２に係る赤外線投光器は、上記態様１０または１１において、上記導光部材は、ロッドレンズ（導光部材５３）であってもよい。

本発明の態様１３に係る赤外線投光器は、上記態様１０または１１において、上記導光部材は、マルチモードファイバ（導光部材５４）であってもよい。

本発明の態様１４に係る赤外線投光器は、上記態様１１において、上記導光部材は、上記一端の面積が、上記他端の面積より大きく構成されていてもよい。

上記の構成によれば、複数の近赤外レーザ光を混合させるために、レンズなどで集光する必要がなくなるため、赤外線投光器の部品点数を減らすことができるという効果を奏する。

本発明の態様１５に係る赤外線投光器は、上記態様１から１４のいずれかにおいて、上記投光部材は、レンズ（投光部材６１）であってもよい。

本発明の態様１６に係る赤外線投光器は、上記態様１から１４のいずれかにおいて、上記投光部材は、凹面鏡（投光部材６２）であってもよい。

本発明の態様１７に係る赤外線投光器は、上記態様１から１６のいずれかにおいて、上記近赤外レーザ光のピーク波長は、７４０ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明の態様１８に係る赤外線観察システム（１０００）は、上記態様１から１７のいずれか１つの態様に係る赤外線投光器（１００）と、上記赤外線投光器から投光された赤外線により形成された像を撮像するカメラ装置（９００）とを備えることが好ましい。

上記の構成によれば、赤外線観察システムにおいて、撮像装置は、本発明の一態様に係る赤外線投光器から投光された赤外線による像を撮像する。

したがって、投光パターン内における波長のムラに起因するモアレが低減された投光像を撮像することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
〔本発明の別の表現〕
なお、本発明は、以下のようにも表現できる。

すなわち、本発明の一態様に係る投光器は、異なる波長を有する複数の近赤外レーザ光を発するレーザ光源と、そのレーザ光を集光した後に拡散させる拡散部材と、拡散部材によって拡散されたレーザ光を投光する投光部材とを有する。

また、本発明の一態様に係る投光器において、投光部材は、上記拡散部材で拡散されたレーザ光の、拡散部材上での光分布を所望の距離に結像させるものである。

また、本発明の一態様に係る投光器は、投光部材と拡散部材との相対位置を変化させることが可能な構成である。

また、本発明の一態様に係る投光器は、投光器からの投光の拡がり角度θを最小にするように拡散部材と投光部材との相対位置が調節される。

また、本発明の一態様に係る投光器において、レーザ光源の波長は、７４０ｎｍから１０００ｎｍの波長帯の何れかである。

また、本発明の一態様に係る投光器において、拡散部材は、表面に凹凸を有する金属製の部材である。

また、本発明の一態様に係る投光器は、上記の拡散部材の所定の面にレーザ光を入射し、入射した面と同じ面側に放出される拡散光を投光部材により投光する。

また、本発明の一態様に係る投光器において、拡散部材は、レーザ光を透過しつつ拡散する透明な部材である。

また、本発明の一態様に係る投光器は、上記の拡散部材の所定の面にレーザ光を入射し、入射した面に対向する面側に放出される拡散光を投光部材により投光する。

また、本発明の一態様に係る投光器において、拡散部材は、レーザ光を導波する導波部材である。

また、本発明の一態様に係る投光器は、上記の拡散部材の一端にレーザ光を入射し、他端から放出されるレーザ光を投光部材により投光する。

また、本発明の一態様に係る投光器において、拡散部材はマルチモードファイバである。

また、本発明の一態様に係る投光器において、拡散部材はロッドレンズである。

また、本発明の一態様に係る投光器において、拡散部材はスラブ導波路である。

また、本発明の一態様に係る投光器において、投光部材はレンズである。

また、本発明の一態様に係る投光器において、投光部材は凹面鏡である。

また、本発明の一態様に係る観察システムは、上記の投光器と、そこから投光された投光像を観察する為のカメラ装置を備える。

本発明は、赤外線を投光する投光器、および投光器から投光した赤外線の反射による像を観察するシステムに利用することができる。

１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ
赤外半導体レーザ素子（レーザ光源）
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ 集光レンズ
５１、５２、５５ 拡散部材
５３、５４、５６ 導光部材
６１、６２、６３ 投光部材
７１、７２、７３、７４ 移動機構
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 赤外線投光器
９００ カメラ装置
１０００ 赤外線観察システム
Ｌ１ａ・Ｌ１ｂ・Ｌ１ｃ・Ｌ１ｄ 近赤外レーザ光
ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ 集光スポット

Claims (18)

1. 近赤外レーザ光を発する複数のレーザ光源と、
   上記複数のレーザ光源から出射された複数の上記近赤外レーザ光を受光し、受光した近赤外レーザ光を拡散させる拡散部材と、
   上記拡散部材によって拡散された上記近赤外レーザ光を投光する投光部材と、を備えていることを特徴とする赤外線投光器。
2. 上記投光部材は、上記拡散部材に形成された上記近赤外レーザ光の集光スポットの像を、当該投光部材から所定の距離離れた位置において結像させることを特徴とする請求項１に記載の赤外線投光器。
3. 上記投光部材と、上記拡散部材との相対位置を調整する移動機構をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線投光器。
4. 上記拡散部材は、入射した上記近赤外レーザ光を等方的に拡散させるための所定の粗さの面を有する部材であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の赤外線投光器。
5. 上記拡散部材は、金属製であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の赤外線投光器。
6. 上記拡散部材は、セラミック製であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の赤外線投光器。
7. 上記拡散部材の所定の面に複数の上記近赤外レーザ光が入射し、上記所定の面の側に拡散される近赤外レーザ光を上記投光部材により投光することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の赤外線投光器。
8. 上記拡散部材は、上記近赤外レーザ光に対し、透明性を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の赤外線投光器。
9. 上記拡散部材の所定の面に近赤外レーザ光を入射させ、上記所定の面に対向する面の側に拡散される上記近赤外レーザ光を上記投光部材により投光することを特徴とする請求項８に記載の赤外線投光器。
10. 上記拡散部材は、上記近赤外レーザ光を導光する導光部材であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の赤外線投光器。
11. 上記導光部材の一端に複数の上記近赤外レーザ光を入射させ、他端から出射される近赤外レーザ光を上記投光部材により投光することを特徴とする請求項１０に記載の赤外線投光器。
12. 上記導光部材は、ロッドレンズであることを特徴とする請求項１０または１１に記載の赤外線投光器。
13. 上記導光部材は、マルチモードファイバであることを特徴とする請求項１０または１１に記載の赤外線投光器。
14. 上記導光部材は、上記一端の面積が、上記他端の面積より大きく形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の赤外線投光器。
15. 上記投光部材は、レンズであることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の赤外線投光器。
16. 上記投光部材は、凹面鏡であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の赤外線投光器。
17. 上記近赤外レーザ光のピーク波長は、７４０ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の赤外線投光器。
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の赤外線投光器と、上記赤外線投光器から投光された赤外線により形成された像を撮像するカメラ装置とを備えることを特徴とする赤外線観察システム。

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