JP5780472B2

JP5780472B2 - レーザ光源装置

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Publication number: JP5780472B2
Application number: JP2013193865A
Authority: JP
Inventors: 蕪木　清幸; 清幸蕪木; 理大澤; 寛之高田
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2033-09-19
Also published as: WO2015041087A1; JP2015060084A

Description

本発明は、複数の導光板を備える導光体に関し、また、その導光体を備えるレーザ光源装置に関する。

従来、導光体として、複数の導光板を備える導光体が知られている（例えば、特許文献１）。斯かる導光体においては、各導光板の一端部から光が入射され、入射された光が各導光板の他端部から出射する。

ところで、特許文献１に係る導光体においては、複数の導光板の他端部は、厚み方向で重なる一方、複数の導光板の一端部は、幅方向でお互いに離間している。したがって、各導光板を複雑な形状、例えば、導光板の一部を湾曲形状にする必要があるため、構造が複雑になる。これにより、導光板から導光体を組み立てる作業が煩雑となったり、導光体が大型化したりするという問題を生じさせていた。

特表平７−５０４０４９号公報

よって、本発明は、斯かる事情に鑑み、構造の簡素化が図れる導光体を提供することを課題とする。

本発明に係る導光体は、長尺な平板状に形成される複数の導光板を備え、前記各導光板は、幅方向の端面から入射される光を長手方向の端部に向けて反射させる反射部を備え、前記複数の導光板は、厚み方向で重なるように配置される。

本発明に係る導光体によれば、長尺な平板状に形成される複数の導光板は、厚み方向で重なるように配置されている。これにより、構造の簡素化が図れている。また、各導光板に設けられる反射部は、導光板の幅方向の端面から導光板に入射される光を、導光板の長手方向の端部に向けて反射させている。これにより、導光板の幅方向の端面から導光板に入射された光は、導光板の長手方向の端部から出射される。

また、本発明に係る導光体においては、前記複数の反射部は、前記導光板の長手方向において互いに離間するように、配置される、という構成でもよい。

斯かる構成によれば、複数の反射部が、導光板の長手方向において互いに離間している。これにより、例えば、レーザ光を出射する複数のレーザ発光部を、導光板の長手方向において互いに離間するように配置できるため、導光板の厚み方向において、装置を小型化することができる。

また、本発明に係る導光体においては、前記反射部は、前記導光板の長手方向の端部に配置される端面であり、前記端面は、前記導光板の側部から入射される光が臨界角よりも大きい入射角で該端面に入射するように配置される、という構成でもよい。

斯かる構成によれば、導光板の側部から入射される光は、導光板の長手方向の端部に配置される端面に、臨界角よりも大きい入射角で入射するため、端面に入射された光は、臨界反射する。これにより、端面が反射部として機能する。したがって、例えば、導光板の端部を切断及び研磨することにより、反射部として機能する端面を形成することができるため、反射部の構成を簡素化することができる。

また、本発明に係るレーザ光源装置は、レーザ光を出射する複数のレーザ発光部と、前記レーザ発光部から出射されるレーザ光が入射される第１の光学系と、前記第１の光学系から出射されるレーザ光が入射される前記の導光体と、前記導光体から出射されるレーザ光が入射させる第２の光学系と、を備える。

以上の如く、本発明は、構造の簡素化が図れるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るレーザ光源装置の全体概要平面図である。同実施形態に係るレーザ光源装置の要部概要側面図である。同実施形態に係る導光体の全体斜視図である。同実施形態に係る導光体の図３におけるIV−IV線の要部拡大断面図である。同実施形態に係るレーザ光源装置の要部概要正面図である。本発明の他の実施形態に係る導光体の要部縦断面図である。本発明のさらに他の実施形態に係る導光体の要部縦断面図である。

以下、本発明に係る導光体及びレーザ光源装置における一実施形態について、図１〜図５を参酌して説明する。なお、各図において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致していない。

図１に示すように、本実施形態に係るレーザ光源装置１は、レーザ光を出射する光源部２と、光源部２から出射されるレーザ光が入射される第１の光学系（「入射側の光学系」ともいう）３と、第１の光学系３から出射されるレーザ光が入射される長尺な導光体４とを備えている。また、レーザ光源装置１は、導光体４から出射されるレーザ光が入射される第２の光学系（「出射側の光学系」ともいう）５と、第２の光学系５から出射されるレーザ光が入射されるファイバ６とを備えている。

光源部２は、レーザ光を出射する複数のレーザ発光部２１を備えている。本実施形態においては、光源部２は、複数の半導体レーザを備えており、各半導体レーザは、一つのレーザ発光部２１を備えている。例えば、各半導体レーザは、外径が９ｍｍのＣＡＮ型の青色半導体レーザ（ＬＤ）であり、発光サイズは、（Ｘ方向）１５μｍ×（Ｚ方向）１μｍである。複数のレーザ発光部２１は、導光体４の側方側に配置され、そして、導光体４の長手方向Ｘに沿って並列されている。

図１及び図２に示すように、第１の光学系３は、各レーザ発光部２１から出射された光を平行な光にする複数の平行光レンズ３１と、平行光レンズ３１から出射された光を、導光体４の厚み方向Ｚで集中する複数の集光レンズ３２とを備えている。なお、第１の光学系３は、一つのレーザ発光部２１に対して、平行光レンズ３１と集光レンズ３２とをそれぞれ一つずつ配置されている。本実施形態においては、平行光レンズ３１は、光軸対象のレンズであり、集光レンズ３２は、シリンドリカル状のレンズである。

図１、図３及び図４に示すように、導光体４は、長尺な平板状に形成される反射材からなる基板４１と、長尺な平板状に形成され、基板４１の一方側の面に厚み方向Ｚで重なるようにして配置される複数の導光板４２とを備えている。また、導光体４は、所定の導光板４２に入射された光が隣接する導光板４２に向けて透過することを防止する透過防止部４３と、導光板４２，４２の間に配置され、導光板４２，４２同士を接着する接着部４４とを備えている。

導光板４２は、幅方向（短手方向）Ｙの一方側の端面から入射される光を長手方向Ｘの他端部に向けて反射させる反射部４２ａを、長手方向Ｘの一端部に備えている。また、複数の導光板４２は、幅方向Ｙの寸法が全て同じとなるように、形成されている一方、基板４１から離れるに従って、長手方向Ｘの寸法が短くなるように、形成されている。

そして、複数の導光板４２は、幅方向Ｙの各端面が略面一となるように、配置されていると共に、長手方向Ｘの他端面が略面一となるように、配置されている。これにより、各導光板４２は、基板４１側（下方側）で隣接する導光板４２に対して、全体が厚み方向Ｚで重なるように配置されている。

なお、導光板４２は、一つのレーザ発光部２１に対して、一つ配置されている。本実施形態においては、導光板４２は、ガラスで形成されている。具体的には、導光板４２は、幅寸法が５ｍｍであり、厚み寸法が５μｍであり、屈折率が１．５２であるフロートガラスリボンからなる。

反射部４２ａは、導光板４２の長手方向Ｘの一端部に配置される平坦な端面である。そして、端面（反射部４２ａ）は、導光板４２の一方側の端部を切断及び研磨して形成されている。また、端面（反射部４２ａ）は、導光板４２の側部から入射される光が臨界角よりも大きい入射角で端面（反射部４２ａ）に入射するように配置されている。本実施形態においては、導光板４２から空気に入る際の臨界角が４２°であり、端面（反射部４２ａ）に対する光の入射角が４５°である。

複数の反射部４２ａは、導光板４２の長手方向Ｘにおいて互いに離間するように、配置されている。具体的には、複数の反射部４２ａは、基板４１から離れるに従って、長手方向Ｘの他端部に近くなるように、配置されている。本実施形態においては、複数の反射部４２ａは、導光板４２長手方向Ｘにおいて、１２ｍｍの間隔でそれぞれ配置されている。

図４に示すように、透過防止部４３は、導光板４２，４２の間に配置されている。また、透過防止部４３は、反射部４２ａが配置されている部分、即ち、導光板４２の長手方向Ｘの一端部に、少なくとも配置されている。そして、透過防止部４３は、導光板４２よりも低い屈折率に形成されている。本実施形態においては、透過防止部４３は、屈折率が１．４６であるＳｉＯ_２を導光板４２の表面にコーティングして形成されている。

これにより、透過防止部４３は、導光板４２に入射された光が反射部４２ａで反射される前に隣接する導光板４２に向けて透過することを防止している。なお、本実施形態においては、透過防止部４３は、導光板４２の長手方向Ｘに亘って配置されている。したがって、透過防止部４３は、導光板４２に入射された光が反射部４２ａで反射される前だけでなく後も隣接する導光板４２に向けて透過することを防止している。

図１及び図５に示すように、第２の光学系５は、導光体４から出射され且つ導光体４の厚み方向Ｚで広がる光を、導光体４の厚み方向Ｚで平行な光にするシリンドリカル状の平行光レンズ５１と、平行光レンズ５１から出射された光を集中する集光レンズ５２とを備えている。

ファイバ６は、第２光学系５から出射された光を入射されるコア６１と、コア６１の外側に配置されるクラッド６２とを備えている。本実施形態においては、ファイバ６は、入射端面及び出射端面にそれぞれ共振器を有するファイバレーザであり、コア６１の直径は、２０μｍである。なお、ファイバ６は、斯かる構成に限られず、例えば、コア６１内で光を伝搬する光ファイバでもよい。

本実施形態に係るレーザ光源装置１及び導光体４の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係るレーザ光源装置１及び導光体４の作用について説明する。

各レーザ発光部２１から出射されたレーザ光（各図において、破線で示している）は、第１の光学系３を透過して、導光板４２に入射する。このとき、第１の光学系３から出射されたレーザ光は、図１に示すように、導光板４２の長手方向Ｘにおいて、平行光となっている。また、第１の光学系３から出射されたレーザ光は、図２に示すように、導光板４２の厚み方向Ｚにおいて、導光板４２の幅方向Ｙの端面が焦点位置となるように、集光されている。

導光板４２の側部から入射されたレーザ光は、長手方向Ｘにおいては、平行光を維持する一方、厚み方向Ｚにおいては、集光された角度を維持して散光する。このとき、導光板４２における透過防止部４３に接する平面（下面）に対して、レーザ光は、導光板４２から透過防止部４３に入る際の臨界角よりも、大きい角度で入射するため、当該平面で臨界反射する。これにより、導光板４２に入射されたレーザ光は、反射部４２ａで反射される前に、下方側で隣接する導光板４２に向けて出射されない。

同様に、導光板４２における空気に接する平面（上面）に対して、レーザ光は、導光板４２から空気に入る際の臨界角よりも、大きい角度で入射するため、当該平面で臨界反射する。これにより、導光板４２に入射されたレーザ光は、反射部４２ａで反射される前に、空気（外部）に向けて出射されない。したがって、導光板４２に入射されたレーザ光は、全てその導光板４２の反射部４２ａにより、長手方向Ｘの他端部に向けて反射される。

そして、反射部４２ａで反射されたレーザ光は、導光板４２の他端部から出射し、第２の光学系５を透過して、ファイバ６のコア６１に入射する。このとき、第２の光学系５から出射されたレーザ光は、図１に示すように、導光板４２の幅方向Ｙにおいて、コア６１の入射面が焦点位置となるように、集光されている。同様に、第２の光学系５から出射されたレーザ光は、図５に示すように、厚み方向Ｚにおいて、コア６１の入射面が焦点位置となるように、集光されている。

以上より、本実施形態に係る導光体４によれば、長尺な平板状に形成される複数の導光板４２は、厚み方向Ｚで重なるように配置されている。これにより、構造の簡素化が図れている。しかも、各導光板４２は、基板４１側で隣接する導光板４２に対して、全体が厚み方向Ｚで重なるように配置されている。したがって、構造の剛性を備えることができる。

また、本実施形態に係る導光体４によれば、各導光板４２に設けられる反射部４２ａは、導光板４２の幅方向Ｙの端面から導光板４２に入射されるレーザ光を、導光板４２の長手方向Ｘの端部に向けて反射させている。これにより、導光板４２の幅方向Ｙの端面から導光板４２に入射された光は、導光板４２の長手方向Ｘの端部から出射される。

また、本実施形態に係る導光体４によれば、複数の反射部４２ａが、導光板４２の長手方向Ｘにおいて互いに離間している。これにより、レーザ光を出射する複数のレーザ発光部２１を、導光板４２の長手方向Ｘにおいて互いに離間するように配置できるため、導光板４２の厚み方向Ｚにおいて、レーザ光源装置１を小型化することができる。

また、本実施形態に係る導光体４によれば、導光板４２の側部から入射されるレーザ光は、導光板４２の長手方向Ｘの端部に配置される端面に、臨界角よりも大きい入射角で入射するため、端面に入射された光は、臨界反射する。これにより、端面が反射部４２ａとして機能する。したがって、導光板４２の端部を切断及び研磨することにより、反射部４２ａとして機能する端面を形成できるため、反射部４２ａの構成を簡素化することができる。

また、本実施形態に係る導光体４によれば、第１の光学系３と第２の光学系５との各種レンズの配置は、焦点距離を変えることで幅方向Ｙと厚み方向Ｚとの結像倍率を容易に変えることができる。したがって、使用するレーザの発光サイズ、個数、及び、集光するファイバのコア等のサイズにあわせた適切な光学設計を提供することができる。

なお、本発明は、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

上記実施形態に係るレーザ光源装置１においては、光源部２は、一つのレーザ発光部２１を有する部材（半導体レーザ）を複数備える、という構成である。しかしながら、本発明に係るレーザ光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係るレーザ光源装置においては、光源部２は、複数のレーザ発光部２１を有する部材（例えば、レーザアレイ）を備える、という構成でもよく、また、一つのレーザ発光部２１を有する部材と複数のレーザ発光部２１を有する部材とをそれぞれ備える、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る導光体４においては、透過防止部４３は、導光板４２よりも低い屈折率の材料で形成されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る導光体は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る導光体においては、透過防止部４３は、反射材で形成されている、という構成でもよく、また、透過防止部４３は、接着部４４を低屈折率の接着剤で構成することにより、接着部４４に透過防止部４３の機能を兼用させる、という構成でもよい。

さらに、例えば、図６に示すように、透過防止部４３は、導光板４２，４２間に形成される隙間（空気層）である、という構成でもよい。図６に示す導光体４は、導光板４２，４２間に配置されて導光板４２，４２同士を結合する結合材４５を備えている。斯かる結合材４５は、一方の導光板４２の端部を支持している。そして、結合材４５は、レーザ光が導光体４２から出射することを防止すべく、反射材又は低屈折率の材料で形成されている。

また、上記実施形態に係る導光体４においては、透過防止部４３は、導光板４２の長手方向Ｘの全体に亘って配置されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る導光体は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る導光体においては、図７に示すように、透過防止部４３は、反射部４２ａが配置されている導光板４２の長手方向Ｘの一端部側にのみ配置されている、という構成でもよい。

要するに、透過防止部４３は、導光板４２に入射された光が反射部４２ａで反射される前に隣接する導光板４２に向けて透過することを防止できればよい。したがって、本発明に係る導光体においては、反射部４２ａで反射されたレーザ光は、隣接する導光板４２に向けて透過する、という構成でもよい。具体的には、導光板４２の長手方向Ｘの他端部側においては、透過防止部４３が存在せず、導光板４２，４２同士は、高屈折率で透光可能な材料からなる接着部４４により、接着されている、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る導光体４においては、複数のレーザ発光部２１から出射されたレーザ光の全部は、各導光板４２における幅方向の一方側の端面から入射される、という構成である。しかしながら、本発明に係る導光体は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る導光体においては、上記実施形態に係る導光板４２と、反射部４２ａの向きを９０°変えた導光板４２とが、併せて設けられ、複数のレーザ発光部２１から出射されたレーザ光のうち、一部は、各導光板４２における幅方向の一方側の端面から入射され、残りの他部は、各導光板４２における幅方向の他方側の端面から入射される、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る導光体４においては、反射部４２ａは、導光板４２の長手方向Ｘの端部に配置される端面である、という構成である。しかしながら、本発明に係る導光体は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る導光体４においては、反射部４２ａは、導光板４２の内部に配置される（埋め込められる）反射材である、という構成でもよい。

１…レーザ光源装置、２…光源部、３…第１の光学系、４…導光体、５…第２の光学系、６…ファイバ、２１…レーザ発光部、３１…平行光レンズ、３２…集光レンズ、４１…基板、４２…導光板、４２ａ…反射部、４３…透過防止部、４４…接着部、４５…結合材、５１…平行光レンズ、５２…集光レンズ、６１…コア、６２…クラッド、Ｘ…（導光体、導光板の）長手方向、Ｙ…（導光体、導光板の）幅方向、Ｚ…（導光体、導光板の）厚み方向

Claims

レーザ光を出射する複数のレーザ発光部と、
前記レーザ発光部から出射されるレーザ光が入射される光学系と、
前記光学系から出射されるレーザ光が入射される導光体と、を備え、
前記導光体は、長尺な平板状に形成されて且つ厚み方向で重なるように配置される複数の導光板と、前記導光板の間に配置され、所定の導光板に入射された光が隣接する導光板に向けて透過することを防止すべく、前記導光板よりも低い屈折率である透過防止部と、を備え、
前記光学系は、前記導光板の厚み方向において、出射する光の焦点位置が前記導光板の幅方向の端面となるように、集光すると共に、所定の導光板に入射された光が隣接する導光板に向けて透過することを防止すべく、前記導光板に入射した後に前記透過防止部に入射する光が臨界角よりも大きい角度で入射し続けるように、集光し、
前記各導光板は、前記幅方向の端面から入射される光を長手方向の端部に向けて反射させる反射部を備えるレーザ光源装置。