JP4010950B2 - レーザ光源から発射された光線を平行光とするための装置および該装置のための光線変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光源から発射された光線を平行光とするための装置であって、少なくとも１つの列において並置された、基本的に線状の多数の放射源を有するレーザ光源と、いくつかのコリメーション素子を有するコリメーション手段とを含み、前記コリメーション素子は前記放射源から発射された光線を前記列方向に対応した方向に平行光とすることが可能である装置に関する。さらに本発明は、かかる装置のための光線変換装置に関する。

上記の形式の装置は、レーザダイオード・バーから発射された光線を平行光とすることに適している。その際に、例えばレーザダイオード・バーから発射された光線の速波軸ダイバージェンスを平行光とするために、レーザダイオード・バーの並置された放射源の列方向にその円筒軸が延びる円筒レンズを用いることが可能である。レーザダイオード・バーから発射された光線の遅波軸ダイバージェンスを平行光とするためには、それらの円筒軸が放射源の列方向に垂直に設定されているコリメーション素子として機能する各円筒レンズ部を有する円筒レンズアレイを用いることが可能である。レーザダイオード・バーの各放射源は通常は互いに等間隔に配置されており、同時に当該形式の円筒レンズアレイの各コリメーション素子も互いに等間隔に配置されているため、従来技術では放射源の１つから発射された光線がコリメーション素子の１つにより遅波軸に関して平行光とされる。レーザダイオード・バーの各放射源間の間隔が極めて小さい場合には、それに応じて各コリメーション素子の間隔も比較的小さく選択しなければならないので、製造技術上の諸問題が生じる。

本発明が対象とする問題は、冒頭に述べた形式の装置、すなわちレーザ光源の各放射源相互の間隔を等しくして、コリメーション素子相互の間隔を大きく可能である装置を提供することである。

この目的は、本発明に従った装置が、少なくとも２つの放射源から発射された光線を、これらの少なくとも２つの放射源から発射された光線が１つのコリメーション素子に当たって平行光となるように、変換可能である光線変換装置を含むことにより達成される。特に、それぞれ厳密に２つの放射源から発射された光線が１つのコリメーション素子に当たり、また該素子により平行光とされる。したがって本発明に基づく光線変換装置により、各コリメーション素子の間隔は従来技術の装置の２倍の大きさに選定可能であるため、本発明に基づく装置に対する製造費用が著しく低減される。

本発明に従えば、コリメーション手段は少なくとも１つの速波軸ダイバージェンスのコリメーション用レンズと遅波軸ダイバージェンスのコリメーション用コリメーション素子とを含み、その際に光線変換装置を前記の少なくとも１つの速波軸ダイバージェンスのコリメーション用レンズと遅波軸ダイバージェンスのコリメーション用コリメーション素子との間に配置してもよい。

本発明に従えば、前記コリメーション手段は、その円筒軸が特に前記列方向および光線の平均伝播方向に垂直に設定された方向に延びるコリメーション素子として機能する円筒レンズ部を有する円筒レンズアレイを備えてもよい。このような形式のコリメーション手段は、それに当たる光線の遅波軸ダイバージェンスを平行光とするための機能を果たす。

本発明の好ましい実施形態に従えば、前記光線変換装置は凸凹の入射面と凸凹の出射面とを含み、それらは隣接する放射源から発射された光線が光線変換装置においてそれぞれ対をなして相互に接近するように構成されている。本発明に基づく光線変換装置の実施形態の変更に応じて、相互に接近した光線変換装置の光線は交差し得る、あるいは予め交差せずに相互に近接して出射面から出て行くことが可能である。

本発明に従えば、入射面および／または出射面はそれぞれ互いに隣接して配置され、構造の異なる円筒レンズ部および／または平坦部を備えた構造とされ、それらの円筒軸は特に前記列方向および光線の平均伝播方向に垂直に設定された方向に延びる構成とすることが可能である。

一方では、入射面および出射面に設けられた円筒レンズ部および／または平坦部は光線を相互に接近させる機能を果たし、またこの接近は平坦部および／または円筒レンズ部の隣接面の異なる傾きにより、あるいは追加的に特に隣接した円筒レンズ部の異なる曲率半径によっても達成可能である。このような構成により、光線変換装置の本発明に基づく長所が容易に実現可能な手段を以て達成されるのであり、該装置は特に２本の光線をそれらがコリメーション素子によりさらに平行光とされ得るように互いに接近させ、あるいは統合させる。

さらに光線変換装置の入射面および／または出射面における前記円筒レンズ部の使用により、光線変換装置を透過する光線の一定の予備コリメーションが行われるため、光線方向において通常は前記装置の後方に設置されるコリメーション素子は最終的なコリメーションのみを実行することとなる。当然ながら、以後のコリメーション素子は光線変換装置に設けられた円筒レンズ部に対して調整しておく必要がある。

本発明の詳細な特徴および長所は、下記の添付図面を参照した好適な複数の実施例に関する以下の説明により明らかとなる。

図面においては、概観性を高めるために、デカルト座標系の座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。

図１には線状の放射源１が示されており、該放射源は一列に配置されており、また全体としては図示された４個以上の放射源１、つまりレーザ光源特にレーザダイオード・バーを含む。さらに図１には第１の光線変換装置２が示されているが、該装置は概略的に図示されているにすぎず、図１の上方および下方へさらに延伸し得る。光線変換装置２は凸凹の入射面３と凸凹の出射面４とを含む。入射面３は各円筒レンズ部５，６を含むが、該レンズ部はそれぞれ並置されており、またそれらの表面の曲率半径によっても、さらに放射源１から発射された光線７，８の平均入射方向Ｚに対するそれらの表面の傾きによっても区別される。図示された実施例では、円筒レンズ部５，６の円筒軸はＹ方向へ延びており、そのため図１の図平面から手前に出て来る。円筒レンズ部６はＸ方向に対して全くまたはほとんど傾斜していないため、円筒レンズ部６を透過して光線変換装置２に入る光線８は方向Ｚに対応した基本的にそれらの原方向を維持する。それに対して、それぞれ円筒レンズ部６の横に配置された円筒レンズ部５はＸ方向に対して傾斜しているため、この円筒レンズ部５を透過して光線変換装置２に入る光線７は入射面３において図１でのマイナスＸ方向に転向される。

入射面３に基本的に対置される出射面４は、ＸＹ平面において平坦に延びる平坦部９と該平坦部９に対して角度αをなして配置された平坦部１０を有する。図示された実施例では、両平坦部９，１０間の角度αは１３５度である。図１から判るように、それぞれ平坦部９に角度αをなして平坦部１０が接続するが、該平坦部１０は平坦部９から光線変換装置２内へ進入する。平坦部１０の前記平坦部９とは逆の端には、出射面４においてＺ方向へ延びる段差１１が形成されており、該段差は平坦部１０から次の平坦部９へと外側に向かっている。

さらに図１から判るように、それぞれ円筒レンズ部５を通過して光線変換装置２へ入る光線７は２つの平坦部９，１０間の結合区域のそれぞれ下側で出射面４から出て行くが、円筒レンズ部６を通過する光線８は２つの平坦部９，１０間の結合区域のそれぞれ上側で出射面から出て行く。その際に、光線７は光線変換装置２内で光線８と交差する。光線７はそれぞれ平坦部１０から出て行くが、光線８はそれぞれ隣接した平坦部１０に対して１３５度の角度だけ傾倒した平坦部９から出て行くので、光線７は出射面４において光線８が生じる屈折とは異なる屈折を生じる。図１から判るのは、２つの隣接した平滑平坦部９，１０の結合区域のそれぞれ上側および下側から出て行く光線７，８が、一方では基本的に同じ空間区域において出射面４から出て行き、他方では基本的に同じ方向、つまりほぼＺ方向へ出射面４から出て行くことである。

隣接した放射源１から出て行くそれぞれ２本の光線７，８の統合のゆえに、部分的にコリメーション手段として機能する光線変換装置２により統合されたこれらの両光線７，８を、レーザダイオード・バーから発射された光線の遅波軸ダイバージェンスのコリメーションのための以下に詳述するレンズアレイの別のコリメーション手段として機能するコリメーション素子へ当てる方法が可能となる。

図２から判るのは、別の形態の光線変換装置１２を含む本発明に基づく別の装置である。この光線変換装置１２も、入射面１３とそれに対置される出射面１４を有する。入射面１３は同様にそれぞれ並置された円筒レンズ部１５，１６を含むが、それらの円筒軸はＹ方向に、つまり図２の図平面から外へ延びる。図２に示された実施例では、円筒レンズ部１５，１６は基本的に等しい湾曲を有しており、また等しい絶対角度だけＸ方向に傾倒しているが、むろん前符号は異なる。Ｘ方向に対する円筒レンズ部１５，１６のこの異なる傾倒のゆえに、円筒レンズ部１５を通過して入る光線１７は図２の光線変換装置１２において下方へ転向されるが、円筒レンズ部１６を通過して入る光線１８は光線変換装置１２において上方へ転向される。前記の両光線１７，１８は、光線変換装置１２において出射面１４に達する直前に互いに交差する。

出射面１４は、図１に示された出射面４と同様に、それぞれ１３５度の角度βを互いになす平坦部１９，２０を含む。図２から判るように、光線１７はそれぞれ平坦部１９，２０の結合区域の真下で平坦部２０に当たるが、光線１８はそれぞれ平坦部１９，２０の結合区域の真上で平坦部１９に当たる。平坦部１９，２０が例えば１３５度の角度βを互いになすので、光線１７，１８は平坦部１９，２０において屈折が異なり、そのため両光線は一方では基本的に同じ空間範囲において、他方では基本的に同じ方向へ、つまり平均してＺ方向に対応した方向に向かって光線変換装置１２から出て行くことになる。

図１に示された実施例との関連において述べたように、図２に基づく実施例でも２本の隣接した光線１７，１８は、部分的にコリメーション手段として機能する光線変換装置１２により、それらが以下に説明される別のコリメーション手段として機能するコリメーション素子に当たることが可能であるように統合される。

図３には本発明に基づく装置の第３の実施形態が示されているが、該装置ではコリメーション手段として機能する速波軸ダイバージェンスのコリメーション用レンズ２１が放射源１と本発明に基づく光線変換装置２２の第３の実施例との間に配置されている。レンズ２１は図示された実施例において平凸円筒レンズとして形成されており、その円筒軸はＸ方向つまり並置された放射源１の列方向へ延びる。このレンズ２１により、レーザダイオード・バーにおいて現れる速波軸ダイバージェンスのコリメーションが行われる。

光線変換装置２２は同様に入射面２３と出射面２４を有するが、この光線変換装置２２においてもちろん出射面２４は円筒レンズ部２５，２６を含み、また入射面２３は光線２７，２８の屈折のためにそれぞれ互いに角度γをなす平坦部２９，３０を有する。図示された実施例では、前記角度はおよそ１５７．５度である。同時に、両平坦部２９，３０はＸ方向とおよそ１２．５度ないしはおよそ−１２．５度の角度をなす。図３ａから判るように本発明に基づく装置では、それぞれ隣接した放射源１から発射される光線２７，２８が隣接した平坦部２９，３０に当たる。これらの光線相互の傾きおよびＸ方向に対するそれらの傾きのゆえに、光線２７，２８は入射面２３において、それらが光線変換装置２２内で互いに近付くように屈折する。しかし、平坦部２９，３０間の角度はそのように構成されており、また同時に光線変換装置は伝播方向つまりＺ方向に短いため、隣接した放射源１の光線２７，２８は光線変換装置２２において交差しない。むしろ光線２７は２つの隣接した円筒レンズ部２５，２６の結合区域のそれぞれ上側で円筒レンズ部２５に当たるが、光線２８は円筒レンズ部２５，２６の結合区域の下側で円筒レンズ部２６に当たる。円筒レンズ部２５，２６はそれぞれ等しい焦点距離を有しており、それらの円筒軸はＹ方向へ、つまり図３ａの図平面から外へ延びる。円筒レンズ部２５，２６は相互にそれぞれ軽度に、またＸ方向に対して傾いているため、該レンズ部を透過する光線２７，２８は出射面２４から出た後に互いに近接してほぼ同じ方向へ、つまりＺ方向へ出るが、両光線２７，２８は光線変換装置２２から出た後も僅かに接近的に進行する。相互に対向しかつ共同作用をなす平坦部２９，３０と円筒レンズ部２５，２６は、出射面２４から出る光線２７，２８が共通の焦点、つまりＺ方向において以下に詳述するレンズアレイ３１のはるか背後に設定されている焦点に結像するように、互いに調整されている。こうして光線変換装置２２は、部分的に光線２７，２８に対するコリメーション手段として、両光線がＺ方向に十分離れた焦点に結像するように機能する。なぜならば、光線変換装置２２を透過した後に遅波軸ダイバージェンスはなくなるからである。

図３にはさらに別のコリメーション手段として機能するレンズアレイ３１が示されているが、該アレイはＺ方向において光線変換装置２２の後方に配置されており、またその光線変換装置２２に面した側にはＹ方向に設定された円筒軸を有する同じ焦点距離の円筒レンズ部３２をそれぞれ備えている。これらの円筒レンズ部３２は、光線変換装置２２の並置された円筒レンズ部２５，２６から出て来る上述の焦点に集光された２本の光線２７，２８に対するコリメーション素子をそれぞれ形成する。ここで円筒レンズ部３２は凹面仕様であるため、軽度に焦点の合った光線２７，２８が再び拡がる。レンズアレイ３１の対置される出射面には、さらに図３ａにも示されている凸面円筒レンズ部３３を設けることが可能である。

図３ａから判るのは、このような円筒レンズ部３２，３３によりそれぞれ形成されたコリメーション素子はそれらを透過する光線２７，２８を光線変換装置２２と共に遅波軸ダイバージェンスに関して、光線２７，２８がレンズアレイ３１から出た後にＸ方向に関して基本的に互いに平行に進行するように、平行光とすることである。

上記の各実施例において述べた円筒レンズ部５，６，１５，１６，２５，２６の代わりに、例えば非球面輪郭を有する円筒レンズ類似形状のレンズ部を用いることもむろん可能である。さらに図１および図２に示された本発明に基づく装置においても、放射源１と各光線変換装置２，１２との間に速波軸ダイバージェンスのコリメーション用レンズを配置することが可能である。さらに、光線変換装置２，１２から出て来る光線が同様に遅波軸ダイバージェンス用コリメーション素子に入ることが可能である。

該当コリメーション素子から出て来る光線は、従来技術から公知の手段により、例えば導光ファイバの入射端に集光可能である。

本発明に基づく装置の第１の実施形態の概略側面図である。 本発明に基づく装置の第２の実施形態の概略側面図である。 本発明に基づく装置の第３の実施形態の概略側面図である。 図３ａにおける矢印ＩＩＩｂに基づく正面図である。

Claims (15)

1. レーザ光源から発射された光線を平行光とするための装置であって、少なくとも一列に並置された、線状の多数の放射源（１）を有するレーザ光源と、いくつかのコリメーション素子を有するコリメーション手段とを含み、前記コリメーション素子は前記放射源から発射された光線を前記列方向に対応する方向（Ｘ）に平行光とすることができる装置において、
   面形状および／または面方向が前記列方向に対応する方向（Ｘ）においてのみ互いに異なる複数の領域（５，６，１５，１６，２９，３０）を含む入射面（３，１３，２３）と、面形状および／または面方向が前記列方向に対応する方向（Ｘ）においてのみ互いに異なる複数の領域（９，１０，１９，２０，２５，２６）を含む出射面（４，１４，２４）とを有する透過型の光線変換装置（２，１２，２２）を備え、
   少なくとも２つの放射源から発射された光線が、入射面の異なる隣接した領域に入射して光線変換装置内を進行し、出射面の異なる隣接した領域から、入射前の光線よりも互いに接近した光線として出射して、コリメーション手段の同一のコリメーション素子に入射することを特徴とするレーザ光源から発射された光線を平行光とするための装置。
2. 前記光線変換装置の出射面の異なる領域から出射した光線が互いに平行であることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記コリメーション素子は前記列に対応する方向（Ｘ）に並置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の装置。
4. 前記レーザ光源はレーザダイオード・バーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記コリメーション手段は少なくとも１つの速波軸ダイバージェンスのコリメーション用レンズ（２１）と遅波軸ダイバージェンスのコリメーション用コリメーション素子とを含むことを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 前記光線変換装置（２，１２，２２）は前記少なくとも１つの速波軸ダイバージェンス用レンズ（２１）と遅波軸ダイバージェンス用コリメーション素子との間に配置されることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 前記コリメーション手段は、その円筒軸が前記列方向および光線（７，８，１７，１８，２７，２８）の平均伝播方向に垂直に設定された方向（Ｙ）に延びるコリメーション素子として機能する円筒レンズ部（３２，３３）を有する円筒レンズアレイ（３１）を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記入射面（３，１３，２３）および／または前記出射面（４，１４，２４）は、前記異なる領域として、それぞれ互いに隣接して配置された構造の異なる円筒レンズ部（５，６，１５，１６，２５，２６）および／または平坦部（９，１０，１９，２０，２９，３０）を有し、それらの円筒軸は前記列方向および光線（７，８，１７，１８，２７，２８）の平均伝播方向に垂直に設定された方向（Ｙ）に延びることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記入射面（３，１３）には円筒レンズ部（５，６，１５，１６）が設けられており、一方、前記出射面（４，１４）には平坦部（９，１０，１９，２０）が設けられていることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記入射面（３）のそれぞれ互いに隣接した円筒レンズ部（５，６）は、異なる曲率半径と、前記放射源（１）から発射された光線（７，８）の平均入射方向に対して異なる傾きとを有することを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 前記入射面（１３）の円筒レンズ部（１５，１６）は、等しい曲率半径と、前記放射源（１）から発射された光線（１７，１８）の平均入射方向に対して異なる傾きとを有することを特徴とする請求項９記載の装置。
12. 前記放射源（１）の列方向に対応する方向（Ｘ）においてそれぞれ互いに隣接した前記出射面（４，１４）の平坦部（９，１０，１９，２０）が互いに角度（α，β）をなし、そのため前記光線変換装置（２，１２）を透過した光線（７，８，１７，１８）の出射方向に対して異なる傾きを有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 隣接した円筒レンズ部（５，６，１５，１６）に入射した各光線（７，８，１７，１８）が前記光線変換装置（２，１２）の内部において互いに交差すること、また光線変換装置（２，１２）の出射面の互いに隣接した平坦部（９，１０，１９，２０）から出射することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記入射面（２３）には前記列方向に対応した方向（Ｘ）において隣接した平坦部（２９，３０）がそれぞれ配置されており、該平坦部は互いに角度（γ）をなすことを特徴とする請求項８記載の装置。
15. 前記光線変換装置（２２）の前記出射面（２４）には前記列方向に対応した方向（Ｘ）において円筒レンズ部（２５，２６）が並置されており、それらの曲率半径は等しくかつ互いに僅かに傾斜していることを特徴とする請求項１４記載の装置。

Images