(57)【要約】【課題】  レンズにより集光した場合に光のライン幅を更に狭くすることができる光源装置を提供する。【解決手段】  光源装置１０は、半導体レーザ素子１１、レンズ１２および光ファイバ１３を備える。半導体レーザ素子１１から出力されるレーザ光のＮＦＰにおいて、ｘ方向の半値全幅はｙ方向の半値全幅より大きい。レンズ１２は、半導体レーザ素子１１から出力されたレーザ光を光ファイバ１３の入射端１３Ａに集光する。光ファイバ１３の入射端１３Ａにおいて、レンズ１２により集光されたレーザ光の強度分布のｘ方向の幅はｙ方向の幅より大きい。光ファイバ１３は、入射端１３Ａに入射したレーザ光を出射端１３Ｂへ導光して出射端１３Ｂから外部へ出射する。光ファイバ１３のｘｙ断面において、コア部１３ａのｘ方向の幅が最大であって、コア部１３ａのｙ方向の幅が最小である。【選択図】  図１
2006301023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出力する発光素子と、
前記発光素子から出力された光を集光するレンズと、
前記レンズにより集光された光が入射端に入射され、その入射した光を前記入射端から出射端へ導光し、その導光した光を前記出射端から外部へ出射する光ファイバと、
を備え、
前記光ファイバの長手方向に垂直な断面において、第１方向のコア部の幅が最大であり、第２方向の該コア部の幅が最小である、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記発光素子が半導体レーザ素子であり、
前記光ファイバの前記入射端において、前記レンズにより集光された光の強度分布の前記第１方向の半値全幅が前記第２方向の半値全幅より大きい、
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記光ファイバの前記入射端において、前記コア部の前記第１方向の幅が前記強度分布の前記第１方向の半値全幅より大きく、前記コア部の前記第２方向の幅が前記強度分布の前記第２方向の半値全幅より大きい、ことを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の光源装置を複数組備え、
これら複数組の光源装置それぞれに含まれる光ファイバが、各々の出射端における第１方向が一致するようにライン状に配列されている、
ことを特徴とするライン光源装置。
【請求項５】
前記複数の光ファイバそれぞれの出射端から出射される光を入力して、この入力した光をライン状に集光するシリンドリカルレンズを更に備えることを特徴とする請求項４記載のライン光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置およびライン光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ライン光源装置は、光をライン状に集光照射するものであって、例えば、半導体ウェハや液晶パネルなどの表面上の傷や異物を光学的に検査する際の光源として用いられる。このような検査を高精度に行うには、検査面において照射光のライン幅が狭く光強度が高いことが望まれる。
【０００３】
このような光をライン状に集光することを意図したライン光源装置としては、特許文献１に開示されたものが知られている。この文献に開示されたライン光源装置は、ライン状に配列された複数の面発光型のＬＥＤ（発光ダイオード）を使用している。
【特許文献１】特開２００４−６５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されたライン光源装置では、ＬＥＤから出力される光の空間的コヒーレンスが低いことから、その光をレンズにより集光しても、その集光された光のライン幅を数十μｍより狭くすることが困難である。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、レンズにより集光した場合に光のライン幅を更に狭くすることができ、光ファイバを使用した空間的自由度の高い光源装置およびライン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】
【０００６】
本発明に係る光源装置は、(1) 光を出力する発光素子と、(2) 発光素子から出力された光を集光するレンズと、(3) レンズにより集光された光が入射端に入射され、その入射した光を入射端から出射端へ導光し、その導光した光を出射端から外部へ出射する光ファイバと、を備えることを特徴とする。さらに、光ファイバの長手方向に垂直な断面において、第１方向のコア部の幅が最大であり、第２方向の該コア部の幅が最小であることを特徴とする。さらに、第１方向と第２方向とは互いに直交していることがより好適である。
【０００７】
この光源装置では、発光素子から出力された光は、レンズにより光ファイバの入射端に集光される。レンズにより集光された光が光ファイバの入射端に入射すると、その入射した光は、入射端から出射端へ導光されて、出射端から外部へ出射される。ここで、光ファイバの長手方向に垂直な断面において、第１方向のコア部の幅が最大であり、第２方向の該コア部の幅が最小である。このことから、光ファイバ内に入射して出射端まで到達した光が出射端から外部へ出射される際には、その出射光のニアフィールドパターン（Near Field Pattern、以下「ＮＦＰ」という。）も第２方向の幅が最小となる。
【０００８】
本発明に係る光源装置は、発光素子が半導体レーザ素子であり、光ファイバの入射端において、レンズにより集光された光の強度分布の第１方向の半値全幅が第２方向の半値全幅より大きいのが好適である。また、本発明に係る光源装置は、光ファイバの入射端において、コア部の第１方向の幅が強度分布の第１方向の半値全幅より大きく、コア部の第２方向の幅が強度分布の第２方向の半値全幅より大きいのが好適である。この場合には、光ファイバの入射端に到達した光は、効率よく光ファイバ内に入射することができる。
【０００９】
本発明に係るライン光源装置は、上記の本発明に係る光源装置を複数組備え、これら複数組の光源装置それぞれに含まれる光ファイバが、各々の出射端における第１方向が一致するようにライン状に配列されていることを特徴とする。また、本発明に係るライン光源装置は、複数の光ファイバそれぞれの出射端から出射される光を入力して、この入力した光をライン状に集光するシリンドリカルレンズを更に備えるのが好適である。
【００１０】
このライン光源装置では、各組の発光素子から出力された光は、レンズにより光ファイバの入射端に集光される。レンズにより集光された光が光ファイバの入射端に入射すると、その入射した光は、入射端から出射端へ導光されて、出射端から外部へ出射される。各組の光ファイバそれぞれの出射端から出射された光は、シリンドリカルレンズにより、第２方向について収斂されて、第１方向に延びるライン状に集光される。ここで、各光ファイバの断面において、コア部の第１方向の幅が最大であって、コア部の第２方向の幅が最小である。このことから、各光ファイバ内に入射して出射端まで到達した光が出射端から外部へ出射される際には、その出射光のＮＦＰも第２方向の幅が最小となる。したがって、各光ファイバの出射端から出射される光は、シリンドリカルレンズにより、幅が狭いライン状に集光され得る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レンズにより集光した場合に光のライン幅を更に狭くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、説明の便宜の為にｘｙｚ直交座標系を設定して、これを図中に示す。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る光源装置１０の説明図である。光源装置１０は、半導体レーザ素子１１、レンズ１２および光ファイバ１３を備える。同図（ａ）は、光源装置１０の構成を示し、同図（ｂ）は、光ファイバ１３の入射端におけるレーザ光の強度分布を示し、同図（ｃ）は、光ファイバ１３の入射端におけるファイバ構造を示す。光軸をｚ方向とする。
【００１４】
半導体レーザ素子１１は、上クラッド層１１ｂと下クラッド層１１ｃとに挟まれた活性層１１ａからレーザ光を出力する発光素子である。出射端における活性層１１ａの断面形状は、略長方形であって、ｘ方向に長辺を有する。半導体レーザ素子１１から出力されるレーザ光のＮＦＰにおいて、ｘ方向の半値全幅はｙ方向の半値全幅より大きい。一般に、半導体レーザ素子の出射光のＮＦＰは楕円形であって、そのアスペクト比（＝長径／短径）は３〜１０であり、出力パワーが大きいほどアスペクト比は大きい。
【００１５】
レンズ１２は、半導体レーザ素子１１から出力されたレーザ光を入力し、そのレーザ光を光ファイバ１３の入射端１３Ａに集光する。このとき、光ファイバ１３の入射端１３Ａにおいて、レンズ１２により集光されたレーザ光の強度分布のｘ方向の幅は、これに直交するｙ方向の幅より大きい（同図（ｂ））。
【００１６】
光ファイバ１３は、レンズ１２により集光されたレーザ光が入射端１３Ａに入射され、その入射したレーザ光を入射端１３Ａから出射端１３Ｂへ導光し、その導光したレーザ光を出射端１３Ｂから外部へ出射する。光ファイバ１３は、コア部１３ａと、これを取り囲むクラッド部１３ｂとを有する。この光ファイバ１３の長手方向に垂直なｘｙ断面において、コア部１３ａのｘ方向の幅が最大であって、コア部１３ａのｙ方向の幅が最小である（同図（ｃ））。
【００１７】
光ファイバ１３の入射端１３Ａにおいて、コア部１３ａのｘ方向の幅は光の強度分布のｘ方向の半値全幅より大きく、また、コア部１３ａのｙ方向の幅は光の強度分布のｙ方向の半値全幅より大きいのが好ましい。このようにすることで、光ファイバ１３の入射端１３ａに到達した光は、効率よく光ファイバ１３内に入射することができる。光ファイバ１３のコア部１３ａの断面形状は、楕円形であってもよし、長方形であってもよい。
【００１８】
この光源装置１０では、半導体レーザ素子１１の活性層１１ａから出力された光は、レンズ１２により光ファイバ１３の入射端１３ａに集光される。レンズ１２により集光されたレーザ光が光ファイバ１３の入射端１３Ａに入射すると、その入射したレーザ光は、入射端１３Ａから出射端１３Ｂへ導光されて、出射端１３Ｂから外部へ出射される。
【００１９】
ここで、本実施形態では、光ファイバ１３の入射端１３Ａにおいて、レンズ１２により集光されたレーザ光の強度分布のｘ方向の幅はｙ方向の幅より大きく（同図（ｂ））、また、コア部１３ａのｘ方向の幅が最大であって、コア部１３ａのｙ方向の幅が最小である（同図（ｃ））。このことから、光ファイバ１３の入射端１３ａに到達した光は、効率よく光ファイバ１３内に入射することができる。また、光ファイバ１３内に入射して出射端１３Ｂまで到達した光が出射端１３Ｂから外部へ出射される際には、その出射光のＮＦＰもｙ方向の幅が最小となる。したがって、光ファイバ１３の出射端１３Ｂから出射される光は、レンズにより集光することで、ライン幅を狭くすることができる。
【００２０】
図２は、本実施形態に係るライン光源装置２０の説明図である。ライン光源装置２０は、４個の半導体レーザ素子１１１〜１１４、４個のレンズ１２１〜１２４、４本の光ファイバ１３１〜１３４およびシリンドリカルレンズ２１を備える。同図（ａ）は、ライン光源装置２０の構成を示し、同図（ｂ）は、４本の光ファイバ１３１〜１３４それぞれの出射端におけるファイバ構造を示す。
【００２１】
第１の組の半導体レーザ素子１１１，レンズ１２１および光ファイバ１３１、第２の組の半導体レーザ素子１１２，レンズ１２２および光ファイバ１３２、第３の組の半導体レーザ素子１１３，レンズ１２３および光ファイバ１３３、ならびに、第４の組の半導体レーザ素子１１４，レンズ１２４および光ファイバ１３４、それぞれは、上述した光源装置１０と同様の構成を有している。
【００２２】
これら４組の光源装置それぞれに含まれる光ファイバ１３１〜１３４は、各々の出射端におけるｘ方向（すなわち、出射端におけるコア部１３ｂの幅が最大である方向）が一致するようにライン状に配列されている（同図（ｂ））。また、４本の光ファイバ１３１〜１３４それぞれは、各々の出射端を含む一定範囲において、一定間隔で配置されて固定されているのが好ましい。
【００２３】
シリンドリカルレンズ２１は、４本の光ファイバ１３１〜１３４それぞれの出射端から出射されるレーザ光を入力して、この入力したレーザ光をライン状に集光する。このシリンドリカルレンズ２１は、ｙｚ断面形状がｘ方向に沿って一様なもので、４本の光ファイバ１３１〜１３４それぞれの出射端から出射されるレーザ光を、ｙ方向について収斂させることができる。シリンドリカルレンズ２１は、平凸レンズであってもよいし、両凸レンズであってもよく、また、円柱型レンズであってもよい。
【００２４】
このライン光源装置２０では、各半導体レーザ素子１１ｎから出力された光は、レンズ１２ｎにより光ファイバ１３ｎの入射端に集光される。レンズ１２ｎにより集光されたレーザ光が光ファイバ１３ｎの入射端に入射すると、その入射したレーザ光は、入射端から出射端へ導光されて、出射端から外部へ出射される。ここで、ｎは１以上４以下の任意の整数である。そして、４本の光ファイバ１３１〜１３４それぞれの出射端から出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ２１により、ｙ方向について収斂されて、ｘ方向に延びるライン状に集光される。
【００２５】
ここで、本実施形態では、各光ファイバ１３ｎの入射端において、レンズ１２ｎにより集光されたレーザ光の強度分布のｘ方向の幅はｙ方向の幅より大きく、また、コア部のｘ方向の幅が最大であって、コア部のｙ方向の幅が最小である。このことから、各光ファイバ１３ｎの入射端に到達した光は、効率よく光ファイバ１３ｎ内に入射することができる。また、各光ファイバ１３ｎ内に入射して出射端まで到達した光が出射端から外部へ出射される際には、その出射光のＮＦＰもｙ方向の幅が最小となる。したがって、各光ファイバ１３ｎの出射端から出射される光は、シリンドリカルレンズ２１により、幅が狭いライン状に集光され得る。
【００２６】
また、本実施形態に係るライン光源装置２０では、４組の光源装置が設けられていて、各組の光ファイバ１３１〜１３４それぞれの出射端から出射されたレーザ光はシリンドリカルレンズ２１によりライン状に集光される。したがって、ライン光源装置２０から集光されて出力される光は、ｘ方向に長いライン状のものとなる。
【００２７】
なお、光ファイバ１３１〜１３４それぞれは、長さが任意であり、可撓性を有していることから、照射方向や照射位置の自由度が高い。また、半導体レーザ素子１１１〜１１４は、各々の配置が任意であるが、半導体レーザアレイとして一体化されていてもよい。また、シリンドリカルレンズ２１に替えて、各光ファイバ１３ｎの出射端に個別にレンズが設けられてもよい。
【実施例】
【００２８】
次に、上記実施形態に係る光源装置１０の具体的な実施例について説明する。ここでは、マルチモードで波長４０５ｎｍのレーザ光を発振する半導体レーザ素子を用いた。図３は、実施例１〜３の各光源装置の諸元を纏めた図表である。
【００２９】
この図には、実施例１〜３それぞれについて、半導体レーザ素子１１から出力されるレーザ光のＮＦＰのｘ方向およびｙ方向それぞれの半値全幅（ＦＷＨＭ）、光ファイバ１３の入射端に集光されたレーザ光の強度分布のｘ方向およびｙ方向それぞれの半値全幅（ＦＷＨＭ）、光ファイバ１３のコア部１３ａのｘ方向およびｙ方向それぞれの幅、ならびに、光ファイバ１３のクラッド部１３ｂに対するコア部１３ａの比屈折率差Δｎ、が示されている。
【００３０】
何れの実施例の光源装置においても、光ファイバ１３の入射端において、コア部１３ａのｘ方向の幅は光の強度分布のｘ方向の半値全幅より大きく、また、コア部１３ａのｙ方向の幅は光の強度分布のｙ方向の半値全幅より大きい。このようにすることで、光ファイバ１３の入射端に到達した光は、効率よく光ファイバ１３内に入射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態に係る光源装置１０の説明図である。
【図２】本実施形態に係るライン光源装置２０の説明図である。
【図３】実施例１〜３の各光源装置の諸元を纏めた図表である。
【符号の説明】
【００３２】
１０…光源装置、１１…半導体レーザ素子、１２…レンズ、１３…光ファイバ、２０…ライン光源装置、２１…シリンドリカルレンズ。
【図１】
2006301023.tif 000003
【図２】
2006301023.tif 000004
【図３】
2006301023.tif 000005