(57)【要約】【課題】より多くの光を収束させることができる光源装置を提供する。【解決手段】コリメータ（２）によって平行光となった平行ビーム（Ｌ）のそれぞれの光軸上に配置され、それぞれの平行ビーム（Ｌ）の列間隔を狭めることにより、コリメータ（２）からの平行ビーム（Ｌ）を行方向に縮小して反射する第１階段ミラー（３）と、各平行ビーム（Ｌ）の光軸上に配置され、それぞれの平行ビーム（Ｌ）の行間隔を狭めることにより、コリメータ（２）からの平行ビーム（Ｌ）を列方向に縮小して反射する第２階段ミラー（４）と、を備え、第１階段ミラー（３）の段数（Ｎ１）と第２階段ミラー（４）の段数（Ｎ２）と、が互いに異なり、第１階段ミラー（３）のミラー面の幅（Ｗ１）と第２階段ミラー（４）のミラー面の幅（Ｗ２）とが互いに異なる、光源装置。【選択図】図２Ａ
2020204734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行方向及び行方向に交差する列方向にそれぞれ配列された複数のレーザダイオードを含む光源部と、
それぞれの前記レーザダイオードから照射されるビームが平行光になるように配置された、前記レーザダイオードと同数のコリメータレンズを含むコリメータと、
前記コリメータによって平行光となった平行ビームのそれぞれの光軸上に配置され、それぞれの前記平行ビームの列間隔を狭めることにより、前記コリメータからの前記平行ビームを前記行方向に縮小して反射する第１階段ミラーと、
前記各平行ビームの光軸上に配置され、それぞれの前記平行ビームの行間隔を狭めることにより、前記コリメータからの前記平行ビームを列方向に縮小して反射する第２階段ミラーと、
前記第１階段ミラー及び前記第２階段ミラーによって行方向及び列方向に縮小されたビームを集光させる集光レンズと、
前記集光レンズによって集光されるビームを取り出すために、前記集光レンズの焦点に一方の端部を配置した光ファイバと、を備え、
前記第１階段ミラーの段数と、前記第２階段ミラーの段数とが互いに異なり、
前記第１階段ミラーのミラー面の幅と、前記第２階段ミラーのミラー面の幅とが互いに異なる、
光源装置。
【請求項２】
前記第１階段ミラー及び前記第２階段ミラーのミラー面の高さが互いに異なる、
請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１階段ミラー及び前記第２階段ミラーのそれぞれのミラー面の配列間隔が互いに異なる、
請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１階段ミラーの段数は、前記レーザダイオードの行方向の配列数以上であり、
前記第２階段ミラーの段数は、前記レーザダイオードの列方向の配列数以上である、
請求項１から３のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１階段ミラーのミラー面の配列間隔は、前記レーザダイオードの行方向の配列間隔と同一であり、
前記第２階段ミラーのミラー面の配列間隔は、前記レーザダイオードの列方向の配列間隔と同一である、
請求項１から４のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１階段ミラーのミラー面の高さは、前記レーザダイオードの列方向の配列数から１減らした数と、配列間隔との積に平行ビームの列方向の半値ビーム径を加えた数値以上である、
請求項１から５のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項７】
前記第２階段ミラーのミラー面の高さは、前記レーザダイオードの行方向の配列数と、第１階段ミラーのミラー面の幅との積の数値以上である、
請求項１から６のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項８】
前記第１階段ミラー及び第２階段ミラーのミラー面の幅は、それぞれ前記レーザダイオードの行方向と列方向の平行ビームの半値ビーム径の５０％以上１４０％以下である、
請求項１から７のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項９】
前記平行ビームの長軸方向を行方向に、短軸方向を列方向に配列している、
請求項１から８のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第１階段ミラー及び第２階段ミラーの反射角度が４５°である、
請求項１から９のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第１階段ミラー及び第２階段ミラーのそれぞれのミラー面とミラー面の間の平坦部の表面が前記ミラー面よりも粗い粗面である、
請求項１から１０のいずれか１つに記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光源装置に関するものであり、より詳細には複数のレーザダイオード（ＬＤ）を光源として用いるレーザ発振器等の光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光源装置は、例えば、特許文献１に記載されているように、より多くの光を集積させるために、行方向及び列方向に配列された光源光束を階段状のミラーで行方向に縮小させている。図５は、特許文献１に記載の光源装置の概略図である。
【０００３】
図５において、光源７１のそれぞれから射出された光線は、光源７１のそれぞれに対応して配置されているコリメータレンズ７３によって平行ビームとなる。平行ビームとなった光源群７２のそれぞれの光源光束の列間隔を狭めるために、反射ミラー７５は、各光源７１の光軸上に配置されている。反射ミラー７５は、前記光源群７２から射出された光線束を行方向に縮小するために階段状のミラー保持体により保持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−７６７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、１つの階段形状のミラーを用いて光源光束を行方向に集積させているが、より多くの光を集光させるためには、列方向にも集積させる必要がある。しかしながら、レーザダイオードを光源とした場合、ビームは楕円形状をしているため、単純に同一形状の階段ミラーを２個用いて行方向及び列方向に収束させると、一方の階段ミラーにおいて、ビームに対しミラー面の幅が小さくビームがはみ出る、もしくは、ビームに対しミラー面の幅が大きく、収束が不十分となるという課題がある。
【０００６】
従って、本開示は、より多くの光を収束させることができる光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本開示の態様にかかる光源装置は、
行方向及び行方向に交差する列方向にそれぞれ配列された複数のレーザダイオードを含む光源部と、
それぞれの前記レーザダイオードから照射されるビームが平行光になるように配置された、前記レーザダイオードと同数のコリメータレンズを含むコリメータと、
前記コリメータによって平行光となった平行ビームのそれぞれの光軸上に配置され、それぞれの前記平行ビームの列間隔を狭めることにより、前記コリメータからの前記平行ビームを前記行方向に縮小して反射する第１階段ミラーと、
前記各平行ビームの光軸上に配置され、それぞれの前記平行ビームの行間隔を狭めることにより、前記コリメータからの前記平行ビームを列方向に縮小して反射する第２階段ミラーと、
前記第１階段ミラー及び前記第２階段ミラーによって行方向及び列方向に縮小されたビームを集光させる集光レンズと、
前記集光レンズによって集光されるビームを取り出すために、前記集光レンズの焦点に一方の端部を配置した光ファイバと、を備え、
前記第１階段ミラーの段数と、前記第２階段ミラーの段数とが互いに異なり、前記第１階段ミラーのミラー面の幅と、前記第２階段ミラーのミラー面の幅とが互いに異なる。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本開示の光源装置によれば、より多くの光を収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における、光源装置の概略図
【図２Ａ】本発明の実施の形態１における、光源装置の寸法概略図
【図２Ｂ】本発明の実施の形態１における、光源装置の寸法概略図
【図３】本発明の平行レーザ光の断面図
【図４Ａ】本発明の実施の形態１における、階段ミラー角度に対する概略図
【図４Ｂ】本発明の比較例における、階段ミラー角度に対する概略図
【図４Ｃ】本発明の比較例における、階段ミラー角度に対する概略図
【図５】先行文献１記載の光源装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。各図において、ＸＹＺ座標系は、光源装置ＬＡにおける直交座標系の一例を示す。また、ｍａ、ｍｂ座標系は、行方向及び列方向に配列された平行ビームＬの座標系の一例を示す。例えば、ｍａ方向は行方向であり、ｍｂは列方向を示す。また、行方向及び列方向は光源部１におけるレーザダイオード１ａの配置方向を基準としており、行方向とは行が延びる方向（横方向）であり、列方向とは列が延びる方向である。なお、第１階段ミラー３、第２階段ミラー４における反射により、平行ビームＬの行方向、列方向は、ＸＹＺ座標系に対して変わる。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光源装置ＬＡの概略図である。光源装置ＬＡは、光源部１と、コリメータ２と、第１階段ミラー３と、第２階段ミラー４と、集光レンズ５と、光ファイバ６と、を備える。
【００１２】
図１に示すように、光源部１は、行方向及び行方向に交差する列方向にそれぞれ配列された複数のレーザダイオード（ＬＤ）１ａを含む。
【００１３】
コリメータ２は、複数のレーザダイオード１ａと行方向及び列方向に同一の数だけ行方向及び列方向に配列された個々のコリメータレンズ２ａを含む。コリメータレンズ２ａは、それぞれのレーザダイオード１ａから照射されるビームが平行光となるように配置されている。
【００１４】
平行ビームＬはそれぞれのレーザダイオード１ａから照射され、対応する個々のコリメータレンズ２ａを通過して形成された個々の平行ビームである。
【００１５】
行方向及び列方向に配列された個々のコリメータレンズ２ａを通過した平行ビームＬは、第１階段ミラー３によって行方向に縮小され、さらに第２階段ミラー４によって列方向に縮小される。行方向及び列方向に縮小された平行ビームＬは、集光レンズ５によって、集光レンズ５の焦点５ａに集光される。光ファイバ６の一方の端部６ａは、集光レンズ５によって集光されるビームを取り出すために、集光レンズ５の焦点５ａに配置されている。これにより、平行ビームＬは、光ファイバ６の端部６ａに集光され、光ファイバ６内を伝搬していく。
【００１６】
第１階段ミラー３及び第２階段ミラー４は、階段状にミラー面が配置されるように、アルミ等の部材を加工して形成されている。
【００１７】
図２Ａ及び図２Ｂは、実施の形態１における、光源装置ＬＡの寸法概略図である。図２において、平行ビームＬは、図３に示すように、平行ビームＬの行方向の半値ビーム径Ｄｘと、平行ビームＬの列方向の半値ビーム径Ｄｙとを有する。レーザダイオード１ａ及びコリメータレンズ２ａは、配列間隔Ｐｘで行方向に配列され、配列間隔Ｐｙで列方向に配列されている。
【００１８】
図２Ａにおいて、符号Ｎｘはレーザダイオード１ａ及びコリメータレンズ２ａの行方向の配列数であり、符号Ｎｙはレーザダイオード１ａ及びコリメータレンズ２ａの列方向の配列数である。また、図２Ａでは、一例として図１における配置を簡略化して、レーザダイオード１ａ及びコリメータレンズ２ａが６行４列のマトリックス状に配置されている。また、例えば、１行１列目に配置されたレーザダイオード１ａから平行ビームＬ１１が、６行１列目に配置されたレーザダイオード１ａから平行ビームＬ６１が、１行４列目に配置されたレーザダイオード１ａから平行ビームＬ１４が、６行４列目に配置されたレーザダイオード１ａから平行ビームＬ６４が出射されている。
【００１９】
第１階段ミラー３は、ミラー短手方向の長さ（幅）Ｗ１と、ミラー長手方向の長さ（高さ）Ｈ１と、を有する。符号Ｐ１は第１階段ミラー３のミラー面の配列間隔であり、符号Ｐ３は第１階段ミラー３のミラーの段間隔であり、符号Ｎ１は第１階段ミラー３のミラーの段数である。第１階段ミラー３は、コリメータ２によって平行光となった平行ビームＬのそれぞれの光軸上に配置され、それぞれの平行ビームＬの列間隔を狭めることにより、コリメータ２からの平行ビームＬを行方向に縮小して反射する。
【００２０】
図２Ｂにおいて、第２階段ミラー４は、ミラー短手方向の長さ（幅）Ｗ２と、ミラー長手方向の長さ（高さ）Ｈ２と、を有する。符号Ｐ２は第２階段ミラー４のミラー面の配列間隔であり、符号Ｐ４は第２階段ミラー４のミラーの段間隔であり、符号Ｎ２は第２階段ミラー４のミラーの段数である。第２階段ミラー４は、各平行ビームＬの光軸上に配置され、それぞれの平行ビームＬの行間隔を狭めることにより、第１階段ミラー３を介してコリメータ２からの平行ビームＬを列方向に縮小して反射する。
【００２１】
このとき、平行ビームＬの集積が不十分とならないために複数の関係式が成り立つ必要がある。例えば、第１階段ミラー３のミラー面の幅Ｗ１及び第２階段ミラー４のミラー面の幅Ｗ２は、それぞれ、平行ビームＬの横方向（行方向）及び縦方向（列方向）の幅Ｄｘ、Ｄｙに依存する。また、第１階段ミラー３のミラーの段数Ｎ１及び第２階段ミラー４のミラーの段数Ｎ２は、レーザダイオード１ａの配列数に依存する。また、第１階段ミラー３のミラー面の高さＨ１及び第２階段ミラー４のミラー面の高さＨ２は、レーザダイオード１ａの配列間隔、配列数、及び平行ビームＬの横及び縦方向の幅Ｄｘ、Ｄｙに依存する。以下に、それぞれの関係式を説明する。
【００２２】
第１階段ミラー３のミラーの段数Ｎ１は、レーザダイオード１ａ及びコリメータレンズ２ａの行方向の配列数Ｎｘとの間に、以下の関係式が成り立つ必要がある。
Ｎ１  ≧  Ｎｘ    ・・・（１）式
【００２３】
この(１)式を満たさなければ、第１階段ミラー３のミラーの段数Ｎ１は不足し、行方向に配列された平行ビームＬを全て第１階段ミラー３によって反射し、第２階段ミラー４に向かわせることができない。
【００２４】
第１階段ミラー３のミラー面の配列間隔Ｐ１は、レーザダイオード１ａ及びコリメータレンズ２ａの行方向の配列間隔Ｐｘとの間に、以下の関係式が成り立つ必要がある。
Ｐ１  ＝  Ｐｘ    ・・・（２）式
すなわち、第１階段ミラー３のミラー面の配列間隔Ｐ１は、レーザダイオード１ａの行方向の配列間隔Ｐｘと同一である。
【００２５】
この（２）式を満たさなければ、行方向に配列された各平行ビームＬの光軸中心に対して、第１階段ミラー３の各ミラー面の幅方向の中心で反射させることができなくなり、反射できない成分が増加する。
【００２６】
第１階段ミラー３のミラー面の幅Ｗ１は、平行ビームＬの行方向の半値ビーム径Ｄｘと、以下の関係式が成り立つ必要がある。
Ｄｘ×０．５  ≦  Ｗ１  ≦  Ｄｘ×１．４    ・・・（３）式
すなわち、第１階段ミラー３のミラー面の幅Ｗ１は、レーザダイオード１ａの行方向の平行ビームＬの半値ビーム径Ｄｘの５０％以上１４０％以下である。
【００２７】
レーザダイオード１ａから照射されるビームは、ガウスビームである。幅Ｗ１の値を大きくすると、反射できるレーザダイオード一個当たりの平行ビーム出力は大きくなるが、その分、行方向に配列されたビームの縮小度は小さくなるため、集光レンズ５の有効径内に収まらず、目標とする集光出力を得ることが難しくなる。
【００２８】
一方、幅Ｗ１を小さくすると、縮小度は大きくなり集光レンズ５の有効径内には収まるが、ミラー面で反射できない外周のビームの割合が増加するので、目標とする集光出力を得ることが難しくなる。（３）式が成り立つ必要のある理由についてさらに説明する。
【００２９】
集光レンズ５の有効径をＤｌとし、
Ｄｌ＝Ｄｘ×Ｎｘ        ・・・（４）式
Ｗ１  ＝Ｄｘ      ・・・（５）式
（４）式及び（５）式が成立するときに、レーザダイオード１ａからの出射光に対する、光ファイバ６の出射光の効率が７０％以上得られれば、目標とする出力を光ファイバ６によって得ることができるとする。
【００３０】
このとき、第１階段ミラー３のミラーの幅Ｗ１の値を行方向の半値ビーム径Ｄｘより大きくすると、ミラーでケラレの発生する成分は減少するが、集積後のビーム径が大きくなり、Ｄｌをオーバーするので、集光レンズ５を通過する際の損失が大きくなる。
Ｗ１＝Ｄｘ×１．４    ・・・（６）式
（６）式が成立するとき、損失が２４％増加する。
【００３１】
また、幅Ｗ１の値を行方向の半値ビーム径Ｄｘより小さくすると、ミラーでケラレの発生する成分が増加するため、第１階段ミラー３を通過する際の損失が大きくなる。
Ｗ１＝Ｄｘ×０．５    ・・・（７）式
（７）式が成立するとき、損失が２７％増加する。
【００３２】
実際には、レーザダイオード１ａから照射されたビームは、コリメータレンズ２ａの表裏面、集光レンズ５の表裏面でそれぞれ１％程度の反射ロスが発生する。また、第１階段ミラー３、第２階段ミラー４のそれぞれのミラー面において、それぞれ１％程度の透過ロスが発生する。さらに、光ファイバ６の端面でも１％以上の反射ロスが発生する。
【００３３】
上記より、（６）式及び（７）式が成り立つとき、合計の損失が３０％を超えてしまうので、実際に上述した７０％の出力効率の目標値を得るのは現実的に困難である。そのため、（３）式が成り立つ必要がある。
【００３４】
今回、（４）式が成り立つときに目標出力を得るために光ファイバ６の前後で必要な効率を７０％となるような構成としたが、同様の考え方をするのであれば必ずしも（４）式の成立や集光効率７０％という数字は必要ではなく、その設計事項に合わせて（３）式の行方向の半値ビーム径Ｄｘに係る係数も変化しうる。
【００３５】
第１階段ミラー３のミラーの高さＨ１は、平行ビームＬの列方向の半値ビーム径Ｄｙ、列方向の配列間隔Ｐｙ、配列数Ｎｙと、以下の関係式が成り立つ必要がある。
Ｈ１  ≧  Ｐｙ  ×（Ｎｙ‐１）＋  Ｄｙ    ・・・（８）式
この（８）式を満たさなければ、列方向に配列された平行ビームＬをすべて反射させ、第２階段ミラー４に向かわせることができない。すなわち、第１階段ミラー３のミラー面の高さＨ１は、レーザダイオード１ａの列方向の配列数Ｎｙから１減らした数と配列間隔Ｐｙとの積に平行ビームＬの列方向の半値ビーム径Ｄｙを加えた数値以上である。
第１階段ミラー３のミラーの段間隔Ｐ３は、第１階段ミラー３のミラー面の配列間隔Ｐ１と、以下の関係式が成り立つ必要がある。
Ｐ３  ＜  Ｐ１    ・・・（８．５）式
この（８．５）式を満たすことで、平行ビームＬは、第１階段ミラー３に反射する際に行方向に集積されて第２階段ミラー４に向かう。
【００３６】
第２階段ミラー４のミラーの段数Ｎ２は、レーザダイオード１ａ及びコリメータレンズ２ａの列方向の配列数Ｎｙとの間に、以下の関係式が成り立つ必要がある。
Ｎ２  ≧  Ｎｙ    ・・・（９）式
【００３７】
この（９）式を満たさなければ、第２階段ミラー４のミラーの段数Ｎ２は不足し、列方向に配列された平行ビームＬをすべて第２階段ミラー４によって反射し、集光レンズ５に向かわせることができない。したがって、第１階段ミラー３のミラーの段数Ｎ１は、光源部１のレーザダイオード１ａの行方向の配列数Ｎｘ以上であり、第２階段ミラー４のミラーの段数Ｎ２は、光源部１のレーザダイオード１ａ列方向の配列数Ｎｙ以上である。また、平行ビームＬの行方向の半値ビーム径Ｄｘと列方向の半値ビーム径Ｄｙとが異なるので、第１階段ミラー３および第２階段ミラー４のそれぞれのミラーの配列数を行方向と列方向とで変えることで、第２階段ミラー４で集積した後の集積ビームの行方向および列方向の半値ビーム径Ｄｘ、Ｄｙをそれぞれ揃えることができる。このために、第１階段ミラーの段数Ｎ１と第２階段ミラーの段数Ｎ２とが異なる。集光ビームの行方向の半値ビーム径Ｄｘと列方向の半値ビーム径Ｄｙとを等しくすると、集積ビームを円形である集光レンズ５で光ファイバ６に集光させやすくなる。なお、図２ｂにおいて、平行ビームＬの縦横の向きを理解しやすくするために、行方向の半値ビーム径Ｄｘと列方向の半値ビーム径Ｄｙとを異なって示している。
【００３８】
第２階段ミラー４のミラー面の配列間隔Ｐ２は、レーザダイオード１ａ及びコリメータレンズ２ａの列方向の配列間隔Ｐｙとの間に、以下の関係式が成り立つ必要がある。
Ｐ２  ＝  Ｐｙ    ・・・（１０）式
すなわち、第２階段ミラー４のミラー面の配列間隔Ｐ２は、レーザダイオード１ａの列方向の配列間隔Ｐｙと同一である。
【００３９】
この（１０）式を満たさなければ、列方向に配列された各平行ビームＬの光軸中心に対して、第２階段ミラー４の各ミラー面の幅方向の中心で反射させることができなくなり、反射できない成分が増加する。なお、第１階段ミラー３のミラー面の配列間隔Ｐ１及び第２階段ミラー４のミラー面の配列間隔Ｐ２は、隣り合うレーザダイオード１ａ同士が物理干渉しない程度に広ければ特に制約はない。レーザダイオード１ａの行方向の配列間隔Ｐｘと列方向の配列間隔Ｐｙとを揃えると光源部１を省スペース化することができるので、この場合、第１階段ミラー３のミラー面の配列間隔Ｐ１及び第２階段ミラー４のミラー面の配列間隔Ｐ２を揃える必要がある。
【００４０】
平行ビームＬの行方向の半値ビーム径Ｄｘと列方向の半値ビーム径Ｄｙとが等しくなることはほとんどないので第１階段ミラー３の幅Ｗ１と第２階段ミラー４の幅Ｗ２はほぼ異なる。第２階段ミラー４のミラー面の幅Ｗ２は、平行ビームＬの列方向の半値ビーム径Ｄｙと、以下の関係式が成り立つ必要がある。
Ｄｙ  ×０．５  ≦  Ｗ２  ≦  Ｄｙ×１．４    ・・・（１１）式
すなわち、第２階段ミラー４のミラー面の幅Ｗ２は、レーザダイオード１ａの行方向の平行ビームＬの半値ビーム径Ｄｙの５０％以上１４０％以下である。第１階段ミラー３の幅Ｗ１と第２階段ミラー４の幅Ｗ２とが異なることで、平行ビームＬの行方向の半値ビーム径Ｄｘと列方向の半値ビーム径Ｄｙのそれぞれに対して適切な幅を形成することができる。これにより、平行ビームＬに対しミラー面の幅が小さく平行ビームＬがミラー面からはみ出る、もしくは、平行ビームＬに対しミラー面の幅が大きく、平行ビームＬの収束が不十分となることを防止することができる。
【００４１】
上述のとおり、レーザダイオード１ａから照射されるビームはガウスビームである。幅Ｗ２の値を大きくすると、反射できるレーザダイオード一個当たりの平行ビーム出力は大きくなるが、その分、列方向に配列されたビームの縮小度は小さくなるため、集光レンズ５の有効径内に収まらず、目標とする集光出力を得ることが難しくなる。一方、幅Ｗ２を小さくすると、縮小度は大きくなり集光レンズ５の有効径内には収まるが、ミラー面で反射できない外周のビームの割合が増加するので、目標とする集光出力を得ることが難しくなる。
【００４２】
下記に、（１１）式が成り立つ必要のある理由について説明する。
集光レンズ５の有効径Ｄｌとすると、
Ｄｌ＝Ｄｙ×Ｎｙ        ・・・（１２）式
Ｗ２  ＝Ｄｙ      ・・・（１３）式
（１２）及び（１３）式が成立するときに、レーザダイオード１ａからの出射光に対する、光ファイバ６の出射光の効率が７０％以上得られれば、目標とする出力を光ファイバ６によって得ることができるとする。
【００４３】
このとき、第２階段ミラー４のミラーの幅Ｗ２の値をＤｙより大きくすると、ミラーでケラレの発生する成分は減少するが、集積後のビーム径が大きくなり、有効径Ｄｌをオーバーするので集光レンズ５を通過する際の損失が大きくなり、
Ｗ２＝Ｄｙ  ×１．４    ・・・（１４）式
（１４）式が成立するとき、損失が２４％増加する。
【００４４】
また、幅Ｗ２の値をＤｙより小さくすると、ミラーでケラレの発生する成分が増加するため、第２階段ミラー４を通過する際の損失が大きくなり、
Ｗ２＝Ｄｙ×０．５    ・・・（１５）式
（１５）式が成立するとき、損失が２７％増加する。
【００４５】
先述の通り、（１４）式及び（１５）式が成り立つとき、実際に上述した７０％の出力効率の目標値を得るのは現実的に困難である。そのため、（１１）式が成り立つ必要がある。
【００４６】
今回、（１１）式が成り立つときに目標出力を得るために光ファイバ６の前後で必要な集効率を７０％となるような構成としたが、同様の考え方をするのであれば必ずしも（１２）式の成立や集光効率７０％という数字は必要ではなく、その設計事項に合わせて（１１）式のＤｘに係る係数も変化しうる。
【００４７】
第２階段ミラー４のミラー面の高さＨ２は、平行ビームＬの行方向の配列数Ｎｘと、第１階段ミラー３のミラー面の幅Ｗ１との間に、以下の関係式が成り立つ必要がある。
Ｈ２  ≧  Ｎｘ×Ｗ１    ・・・（１６）式
この（１６）式を満たさなければ、行方向に配列された平行ビームＬをすべて反射させ、集光レンズ５に向かわせることができない。すなわち、第２階段ミラー４のミラー面の高さＨ２は、レーザダイオードＤ１の行方向の配列数Ｎｘと第１階段ミラー３のミラー面の幅Ｗ１との積の数値以上である。
第１階段ミラー３には、ミラー面の高さ方向に集積されてない平行ビームＬが入射するのに対し、第２階段ミラー４にはミラー面の高さ方向に集積されたビームが入射するので、第１階段ミラー３と第２階段ミラー４の互いのミラー面の高さＨ１、Ｈ２はそれぞれ異なることが多い。すなわち、第１階段ミラー３及び第２階段ミラー４のミラー面の高さＨ１、Ｈ２が互いに異なる。なお、平行ビームＬ幅やレーザダイオード１ａの配列数に合わせてレーザダイオード１ａの配列間隔を決めることで、第１階段ミラー３と第２階段ミラー４のそれぞれのミラー面の高さを揃えることは可能である。
第２階段ミラー４のミラーの段間隔Ｐ４は、第１階段ミラー３のミラー面の配列間隔Ｐ２と、以下の関係式が成り立つ必要がある。
Ｐ４  ＜  Ｐ２    ・・・（１７）式
この（１７）式を満たすことで、平行ビームＬは、第２階段ミラー４に反射する際に列方向に集積されて集光レンズ５に向かう。
【００４８】
図２Ａでは、楕円形の平行ビームＬの長軸方向を行方向に配列し、短軸方向を列方向に配列しているが、長軸方向を列方向に配列しても構わない。しかしながら、長軸方向を列方向に配列した場合、第１階段ミラー３のミラー面の幅と高さの比率が大きくなるため、精度の保証が困難になる。そのため長軸方向を行方向に配列する方が好ましい。
【００４９】
図４Ａは、実施の形態１における階段ミラー角度の概略図である。図４Ｂ及び図４Ｃは、比較例における階段ミラー角度の概略図である。第１階段ミラー３及び第２階段ミラー４の反射角θ１は、図４Ａに示すように、４５°であることが好ましい。例えば、図４Ｂに示す様に、反射角θ２が４５°未満である場合、平行ビームＬの間隔を十分に縮小することができない。また、図４Ｃに示す様に、反射角θ３が４５°より大きい場合、平行ビームＬの間隔を過剰に縮小する。また、反射した平行ビームＬがミラー面以外の箇所にぶつかることによる出力の低下を起こす可能性もある。
【００５０】
第１階段ミラー３及び第２階段ミラー４のそれぞれのミラー面とミラー面の間の平坦部は、鏡面ではなく、ミラー面よりも粗い粗面であることが望ましい。平行ビームＬの外周の光は、上記平坦部に当たるので、平坦部が鏡面である場合、反射した戻り光がレーザダイオード１ａに悪影響を与える可能性が考えられるためである。ミラー面よりも粗面にすることで乱反射を起こし、拡散させることでレーザダイオード１ａへの悪影響を回避できる。また、粗面以外でも、吸収性のコーティングを行うなどでも戻り光の発生を回避できるが、上記コーティング加工中にミラー面に上記コーティングがかかる可能性があることから、粗面であることの方が好ましい。
【００５１】
以上述べたように、実施の形態１における光源装置ＬＡは、行方向及び行方向に交差する列方向にそれぞれ配列された複数のレーザダイオード１ａを含む光源部１と、それぞれのレーザダイオード１ａから照射されるビームが平行光になるように配置された、レーザダイオード１ａと同数のコリメータレンズ２ａを含むコリメータ２と、を備える。また、光源装置ＬＡは、コリメータ２によって平行光となった平行ビーム７の光軸上に配置され、それぞれの平行ビーム７の列間隔を狭めることにより、コリメータ２からの平行ビーム７を行方向に縮小して反射する第１階段ミラー３と、各平行ビーム７の光軸上に配置され、それぞれの平行ビーム７の行間隔を狭めることにより、コリメータ２からの平行ビーム７を列方向に縮小して反射する第２階段ミラー４と、を備える。さらに、光源装置ＬＡは、第１階段ミラー３及び第２階段ミラー４によって行方向及び列方向に縮小されたビームを集光させる集光レンズ５と、集光レンズ５によって集光されるビームを取り出すために、集光レンズ５の焦点５ａに一方の端部６ａを配置した光ファイバ６と、を備える。第１階段ミラー３の段数Ｎ１と、第２階段ミラー４の段数Ｎ２とが互いに異なり、第１階段ミラー３のミラー面の幅と、第２階段ミラーのミラー面の幅とが互いに異なる。
【００５２】
実施の形態１にかかる光源装置ＬＡによれば、第１階段ミラー３の段数Ｎ１と第２階段ミラー４の段数Ｎ２とが異なり、第１階段ミラー３のミラー面の幅Ｗ１と、第２階段ミラー４のミラー面の幅Ｗ２とが異なる。これにより、光源部１から出射され、コリメータ２で平行光となったビームＬを効率よく行方向に集積させたのち、さらに列方向に集積させることができる。その結果、より多くのレーザダイオード１ａから出射された光を集光レンズ５によって光ファイバ６の端部６ａに集光させることのできる光源装置ＬＡを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の光源装置は、従来よりも多くのレーザダイオードのビームを集積させることを可能にし、ダイレクトダイオードレーザ等の高い出力を必要とする加工用レーザ発振器などの用途に適用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１    光源部
１ａ  レーザダイオード
２    コリメータ
２ａ  コリメータレンズ
３    第１階段ミラー
４    第２階段ミラー
５    集光レンズ
６    光ファイバ
７１    光源
７２    光源群
７３    コリメータレンズ
７５    反射ミラー
７６    ミラー保持体
７８    集光レンズ
７９    光源保持体
８０    伝熱部材
８１    ヒートシンク
８２    基部
８３    放熱フィン
Ｄｘ    平行ビームＬの行方向の半値ビーム径
Ｄｙ    平行ビームＬの列軸方向の半値ビーム径
Ｈ１    第１階段ミラー３のミラー長手方向の長さ（高さ）
Ｈ２    第２階段ミラー４のミラー長手方向の長さ（高さ）
ＬＡ    光源装置
Ｎｘ    レーザダイオード１ａ及びコリメータレンズ２ａの行方向の配列数
Ｎｙ    レーザダイオード１ａ及びコリメータレンズ２ａの列方向の配列数
Ｎ１    第１階段ミラー３のミラーの段数
Ｎ２    第２階段ミラー４のミラーの段数
Ｐｘ    レーザダイオード１ａ及びコリメータレンズ２ａの行方向の配列間隔
Ｐｙ    レーザダイオード１ａ及びコリメータレンズ２ａの列方向の配列間隔
Ｐ１    第１階段ミラー３のミラー面の配列間隔
Ｐ２    第２階段ミラー４のミラー面の配列間隔
Ｐ３    第１階段ミラー３のミラーの段間隔
Ｐ４    第２階段ミラー４のミラーの段間隔
Ｗ１    第１階段ミラー３のミラー短手方向の長さ（幅）
Ｗ２    第２階段ミラー４のミラー短手方向の長さ（幅）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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