(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体レーザ（LD）、LED、ランプ等の発光源、およびレンズ、ファイバ等の伝送、転写、集光等の光学部品を備えた光源装置において、装置内における硫酸イオン量を低水準に保つことにより、硫酸アンモニウムの光学部品への付着を防ぐことのできる光源装置を提供する。【解決手段】光を出射する光源１と、光源から出射された光２を処理する光学部品３と、光学部品を収納する、または光学部品が取り付けられる筐体とを備え、筐体は、硫黄成分を含まない材料を切削することにより形成され、前記材料が表面に露出している。【選択図】図１
2011066394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を処理する光学部品と、
前記光学部品を収納する、または前記光学部品が取り付けられる筐体と
を備え、
前記筐体は、硫黄成分を含まない材料を切削することにより形成され、前記材料が表面に露出していることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記硫黄成分を含まない材料は、黄銅、アルミニウム、チタン、セラミックス、または樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記光学部品を保持する保持部をさらに備え、
前記光学部品及び前記保持部のうち、照射される光の平均エネルギー密度が100W/cm2以上であるものは、硫黄成分を含まない材料で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記筐体は、硫黄成分を含まない切削油を用いて切削加工されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記筐体は、塩素系または臭素系の溶剤で洗浄された後、アセトン、アルコール溶液、または純水で洗浄されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記筐体に付着する硫酸イオン量は2.3ng/cm2以下であり、アンモニアイオン量は4.7ng/cm2以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を処理する光学部品と、
前記光学部品を収納する、または前記光学部品が取り付けられる筐体と
を備え、
前記筐体は、硫黄成分を含まない材料を用いたダイキャストにより形成され、
前記ダイキャストにおいて使用される金型から前記筐体を離型させる離型剤は、硫黄成分を含まないことを特徴とする光源装置。
【請求項８】
光を出射する光源と、
前記光源から出射した光を平行光にする平行光化部と、
前記平行光を集光する集光部と、
前記集光された光が入射し、入射した光を伝送する光ファイバと、
前記集光部を収納すると共に、前記光ファイバが取り付けられる鏡筒と
を備え、
前記鏡筒は、硫黄成分を含まない材料を切削することにより形成され、前記材料が表面に露出していることを特徴とする光源装置。
【請求項９】
前記光源から出射する光の波長は400nmから780nmの領域にあることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１０】
光源から出射された光を処理する光学部品を収納する、または前記光学部品が取り付けられる筐体の製造方法であって、
硫黄成分を含まない材料から前記筐体を削り出すステップと、
削り出した前記筐体を塩素系または臭素系の溶剤で洗浄した後、アセトン、アルコール溶液、または純水で洗浄するステップと
を有する光源装置の製造方法。
【請求項１１】
光源から出射された光を処理する光学部品を収納する、または前記光学部品が取り付けられる筐体の製造方法であって、
硫黄成分を含まない材料を用いたダイキャストにより前記筐体を形成するステップと、
硫黄成分を含まない離型剤により、前記ダイキャストにおいて使用される金型から前記筐体を離型させるステップと
を有する光源装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光学部品の白濁を防止した光源装置、及び光源装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光源装置として、半導体レーザ素子から出射したレーザ光を光ファイバで伝送するものがある。半導体レーザ素子から出射したレーザ光を光ファイバに導光するために、半導体レーザ素子から出射したレーザ光をまず光学レンズにより平行光とし、この平行光を光ファイバの特性（ファイバ径、NA（開口数））に合わせた適切な焦点距離を有する集光レンズにより集光することによって光ファイバに入射させる。ここにおいて、特に紫外線の波長領域（400nm以下）では、1光子あたりのエネルギーが一般的な化学結合に相当する程のオーダ（3eV以上）となる。このような短波長の光は空気中の不純物を励起、解離させやすいので、光によって励起、解離された不純物は周辺の光学部品に付着し透過率を低下させ、光学部品に入射したレーザ光の光学波面を乱す等の悪影響を与える。このような課題が工業的に最初に大きくクローズアップされたのはいわゆる大規模集積回路（超LSI）の製造工程において導入された、シリコン基板上に微細な回路パターンを転写する露光装置である。同装置では回路パターンの微細化に対応して、順次水銀ランプのi線（波長365nm）、KrFレーザ（同248nm）、ArFレーザ（同193nm）と波長の短い光源が適用されてきた。ここにおいて代表的な生成物として、空気中に極微量存在する二酸化硫黄（SO2）、アンモニア（NH3）等の物質が空気中の酸素（O2）、および水蒸気（H2O）と反応して以下の反応式のように硫酸アンモニウム((NH4)2SO4)を形成することが知られている。形成された硫酸アンモニウムは、光学部品に付着することで光学部品の透過率を減少させる。
2SO2＋2H2O＋O2  →  2H2SO4  ・・・（1）
2NH3＋H2SO4     →  (NH4)2SO4  ・・・（2）
紫外光線では上記（1）に示される反応系においてSO2を活性化し、反応を促進すると考えられており、波長が短い光源ほど形成物の光学部品への付着速度に及ぼす影響が顕著である。
【０００３】
この改善策として次のようなものがある。光学レンズの温度を硫酸アンモニウムの昇華温度（分解温度）である120℃以上に設定し、硫酸アンモニウムの付着を抑制する（例えば、特許文献1参照。）。また、二酸化硫黄を活性化させる光に対する反射率を小さくした反射部材を用いて、二酸化硫黄の活性化を抑制する（例えば、特許文献2参照）。また、例えばドライエアー、不活性ガス（N2、He、Ne、Ar等）を光学部品の前面に流してエアーカーテンを形成し、反応系を構成するガス成分である二酸化硫黄、アンモニア、水蒸気を除去する（例えば、特許文献3参照）。また、前記特許文献3の改善策に対して、ガスの流し方を工夫し、効果的に不純物ガスを光学部品周辺から除去する（例えば、特許文献4参照）。また、レーザ光を光ファイバに入射させる光学系において、半導体レーザ素子、およびそれを平行化する光学レンズを気密封止することにより、不純物ガスから半導体レーザ素子、および光学部品を隔離する（例えば、特許文献5参照）。また、散乱光を抑制するために鏡筒に施される黒メッキ処理に関し、メッキ液に含まれる硫酸イオンを抑制するため、硫酸イオンをモニターしつつ湯洗時間を管理し、硫酸イオンを規定量以下に抑える（例えば、特許文献6参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第3266156号公報（第4頁、第1図）
【特許文献２】特許第3309867号公報（第8頁、第1図）
【特許文献３】特許第3448670号公報（第11頁、第1図）
【特許文献４】特開2004−259786号広報（第9頁、第1図）
【特許文献５】特開2004−253783号広報（第13頁、第1図）
【特許文献６】特開2003−306798号広報（第9頁、第1図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献1〜6においては、光学部品の白濁を防止するために様々な方法が採られているが、光源装置を構成する部品内に成分として含まれる硫黄成分に対する対策はなされていなかった。しかし、後述する試験で示すように、部品内に成分として含まれる硫黄成分は部品外に出てくる。そのため、先行文献1〜6の装置では、部品から出てきた硫黄成分によって装置内における硫酸イオン量が増加し、光学部品に硫酸アンモニウムが付着しやすくなってしまうことについて考慮されていない。
【０００６】
そこで、本願発明は、装置内における硫酸イオン量を低水準に保つことにより、硫酸アンモニウムの光学部品への付着を防ぐことの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】
本願発明に係る光源装置は、光を出射する光源と、前記光源から出射された光を処理する光学部品と、前記光学部品を収納する、または前記光学部品が取り付けられる筐体とを備え、前記筐体は、硫黄成分を含まない材料を切削することにより形成され、前記材料が表面に露出するようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明は、装置内における硫酸イオン量を低水準に保つことにより、硫酸アンモニウムの光学部品への付着を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態1に係る光源装置を示す構成図である。
【図２】材料によってレセプタクルに付着しているイオン量の違いを説明する図である。
【図３】材料によってフェルールに付着しているイオン量の違いを説明する図である。
【図４】材料によって第２の鏡筒内面に付着しているイオン量の違いを説明する図である。
【図５】各洗浄工程においてフェルールに付着しているイオン量を説明する図である。
【図６】ファイバの入射端面に付着した硫黄（S）、および窒素（N）の相対量を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態2に係る光源装置を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態3に係る光源装置を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態3に係る光源装置の他の実施例を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態5に係る光源装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態6に係る光源装置を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態7に係る光源装置を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態8に係る光源装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態1．
図1はこの発明の実施の形態1に係る光源装置を示す構成図である。光源である半導体レーザ素子（以下、LD）1は出射口1aからレーザ光2を出射する。平行光化部である第１のレンズ3はレーザ光2を平行化する。保持部である第１のホルダ4は第１のレンズ3を保持する。第１の鏡筒5はLD1、第１のレンズ3等を収納する。集光部である第２のレンズ6はレーザ光を集光する。保持部である第２のホルダ7は第２のレンズ6を保持する。第２の鏡筒8は第２のレンズ6を収納する。光ファイバ9はコア部9a及びクラッド部9bから構成され、入射端面9cから入射したレーザ光を導光する。レセプタクル10は光ファイバ9の受光位置を固定する。フェルール11は光ファイバ9の先端部に装着され、レセプタクル10に挿入されることで光ファイバ9を固定する。第２のレンズ6により集光されたレーザ光の一部は、入射端面9c、レセプタクル10等により反射及び散乱され、反射・散乱光12となる。第２の鏡筒8が、光学部品を収納する筐体である。なお、筐体としては、光学部品が取り付けられるものでもよい。
【００１１】
上記の構成において、少なくとも第２の鏡筒8はその構成成分として硫黄成分を含まない素材部品（アルミニウム、黄銅、もしくはチタン等の金属材料、セラミックス、またはABS樹脂、ナイロン、ポリカーボネイト、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニール等の樹脂材料で不純物として硫黄成分を含まないもの）で構成されている。なお、ここで硫黄成分を含まないとは、その素材部品における硫黄成分の含有量が重量比において30ppm以下であることをいう。その素材部品における硫黄成分の含有量が重量比において30ppm以下であるかどうかは、例えば、その素材部品を0.2Mpaの加圧下純水中120℃で４時間煮込んだ後に、イオンクロマトグラフィで分析することによって確認することができる。
【００１２】
次に光源装置の動作について説明する。LD1から出射されたレーザ光2は、第１のレンズ3の焦点距離位置にLD1の出射口1aを設置することによりほぼ平行化されたレーザ光に変換される。平行化されたレーザ光2は第２のレンズ6により集光される。光ファイバ9の入射端面9cを第２のレンズ6の焦点近傍に設置することにより、レーザ光2は光ファイバ9に導光される。光ファイバ9に入射したレーザ光は、クラッド9bとの境界面にて全反射を受けながらコア部9a中を伝播する。ここにおいてレセプタクル10は第２の鏡筒8に固定されており、光ファイバ9はフェルール11をレセプタクル10に挿入・固定することにより、その入射端面が第２のレンズ6の焦点近傍位置にくるように固定されている。
【００１３】
上記のような光源装置においては、レーザ光2は入射端面9c近傍で集光するが、入射端面9cよりも広く広がったレーザ光は漏れ光として、レセプタクル10およびフェルール11等に直接照射されることになる。また、レセプタクル10およびフェルール11等からの比較的強い反射・散乱光が入射端面9ｃ周辺に位置する部材の表面に照射されることになる。
【００１４】
レーザ光が照射されるこのような部材の表面に、硫酸イオン（SO42-）及びアンモニアイオン（NH4+）等が付着していると、これらイオンが周辺に存在する水分に溶け込んだ状態で照射された光によって活性化されることで、入射端面9ｃ近傍において硫酸アンモニウム（（NH4）2SO4）が形成される。形成された硫酸アンモニウムが入射端面9ｃに付着し、それを核としてその上に硫酸アンモニウムの結晶が成長していくと考えられる。入射端面9ｃに硫酸アンモニウムが付着すると光ファイバ9に対するレーザ光の入射が妨げられ、結果として光ファイバ9での伝送効率が低下し、光ファイバ9から出射するレーザ光が抑制される。
【００１５】
図2〜図4に、レセプタクル10、フェルール11、及び第２の鏡筒8に対する硫酸イオン、アンモニアイオンの付着量（μg/個）を示す。同データは、光源装置に適用する前の各部品を個々に純水中で4時間に渡り煮沸し、その液をクロマトグラフィー法により定量分析したものである。各図中には、本実施の形態に対応する実施例との比較対象として比較例も合わせて示している。
【００１６】
図2にレセプタクル10として、ニッケルメッキを施した黄銅削り出し材（比較例１）、ニッケルメッキを施していない黄銅削り出し材（実施例１）、SUS303削り出し材（比較例２）、SUS304削り出し材（比較例３）をそれぞれ使用した場合のデータを示す。ニッケルメッキを施した比較例１では、硫酸イオン0.38〜0.46μg/個、アンモニアイオン0.23〜0.30μg/個の分析値が得られた。実施例１では、0.05μg/個未満、アンモニアイオン0.06〜0.10μg/個の分析値が得られた。比較例２のSUS303では硫酸イオン62〜87μg/個、アンモニアイオン0.05未満〜0.17μg/個の分析値が得られた。比較例３のSUS304では硫酸イオン1.8〜1.9μg/個、アンモニアイオン0.12〜0.16μg/個の分析値が得られた。
【００１７】
SUS材料で硫酸イオンの値が大きくなった理由は、その素材中に含まれている硫黄成分が、その素材表面から純水に溶け込んだためと考えられる。JIS規格によれば、SUS303には0.15%（1500ppm）以下程度の硫黄成分が含まれており、SUS304には0.03%（300ppm）以下程度の硫黄成分が含まれていることから、これらの硫黄成分の含有量の違いが、硫酸イオン量の相違となって現れたと考えられる。素材を構成する一部の成分としてとして硫黄成分を含有しているだけで、付着物として検出されるという事実は従来知られていない内容と考えられる。従来知られていなかった根拠としては、例えばWO2000/042639のような、硫酸アンモニウム抑制の観点からSUS材料を使うことを規定した文献が挙げられる。以上より、光源装置の駆動時間を3000時間確保するためには、上記のように、基本的素材における硫黄成分の含有量はSUS304よりもさらに1桁少ない30ppm（0.003%）以下とすることが必要要件であると考えられ、光源装置の駆動時間を3万時間確保するためには、5ppm以下とすることが必要要件であると考えられる。なお、レセプタクル10においてもニッケルメッキを施さない黄銅の削り出し材を使用した場合には、硫酸イオン量で0.05μg/個が検出されるに留まっている。なお、図2に実施例１として示す黄銅削り出しのレセプタクル10は、後述する洗浄方法により、塩素及びアセトンによって洗浄が行われたものである。また、ニッケルメッキを施した比較例１は、素材部品中に含まれている硫黄成分は少ないものの、硫酸イオンの分析値は高い水準となった。このことから、実施例１のように、黄銅素材そのものを使い、かつ、ニッケルメッキなどの表面処理を行わず表面を露出させることが必要であることが分かった。
【００１８】
図3から明らかなように、ニッケルメッキされた黄銅削りだしのフェルール11（比較例４）の分析データでは、硫酸イオン0.12〜12μg/個、アンモニアイオン0.05未満〜4.6μg/個とばらつきの大きなデータとなっている。これはニッケルメッキを行う工程において硫酸ニッケル、およびアンモニアイオンが入った溶液が使われており、そのメッキ液が洗浄しきれず残留するためにある。ここで使用しているフェルール11が取り付けられる光ファイバ9のコア部9ａ、クラッド部9ｂの寸法は数百μｍ〜1mmオーダであるため、超音波等を使ってフェルール11を洗浄してもメッキ液が十分に洗浄できない場合があり、ばらついた値になったものと考えられる。フェルール11の光ファイバ9を透過させる穴、もしくは凹凸形状が形成された側面部に対してはメッキ液等の処理剤が残る可能性があり、全ての部品に対して処理剤を除去し、除去できたことを確認することは、コスト的な面も含め現実的には困難である。なお、比較例４において付着した硫酸イオン量の最小値が0.12と比較例１に対し減少しているのは、フェルール11の表面積がレセプタクル10よりも小さいためである。一方、ニッケルメッキをすることなく、黄銅素材そのものを使った実施例２は、硫酸イオン量は0.05未満〜0.07μg/個、アンモニアイオン量は0.06〜0.12μg/個であり、いずれのイオン量もニッケルメッキを行ったものよりも低い水準となった。
【００１９】
図4は第２の鏡筒8として、アルミダイキャストADC12（JIS規格）を使用した比較例５と、アルミ素材A5052（JIS規格）の削り出し材を使用した実施例３における分析結果である。第２の鏡筒8の材料としてアルミダイキャストを使用した比較例５の結果では硫酸イオン量は0.28〜0.60μg/個、アンモニアイオン量は0.58〜0.80μg/個の値が検出されている。強い反射・散乱光が当る部分の面積は全体の面積の約1/3であるので、強い反射・散乱光が当る部分についてだけ考えるとこの1/3の値である硫酸イオン0.1〜0.2μg/個、アンモニアイオン0.2〜0.3μg/個のオーダにあると考えられる。ダイキャスト部品において硫酸イオンが検出されるのは、その製造工程において部品を鋳造型から離すための離型剤に硫酸イオンが入っているためであることが今回判明した。逆に、離型剤、およびダイキャスト構成材料に硫酸イオンが入っていなければ、量産においてコスト的に有利なダイキャスト製法を適用できることがわかった。
【００２０】
図4において、アルミダイキャストに代わる材料としてアルミの削り出し材を適用した実施例３の場合には硫酸イオン量は0.1μg/個未満となっている。また、アンモニアイオン量は0.42〜0.64μg/個となっている。強い反射・散乱光が当る部分についてだけ考えるとこの1/3の値である硫酸0.03μg/個、アンモニアイオン0.14〜0.21μg/個程度のオーダになると考えられる。第２の鏡筒8はレセプタクル10等に比べて表面積が相対的に大きいにも係わらずその値が小さな値となっているのは、その表面形状において突起等がなく、硫酸イオン等が付着した場合においても洗浄により比較的容易に洗い落とすことができるためと考えられる。
【００２１】
以上、図2〜4に示す試験結果から、各素材部品に対する硫酸イオン、アンモニアイオンの付着量は、現実的に量産レベルで確実に達成可能な値、すなわち、硫酸イオン量0.1μg/個以下、アンモニアイオン量0.2μg/個以下を目標とすることした。なお、第２の鏡筒8についてのこの目標値は、第２の鏡筒8の半径が1.46cmの円筒でその高さが3.94cmであり、円筒内表面積は円筒断面積と円筒部表面積との和から42.84cmとなるため、硫酸イオン量及びアンモニアイオン量をそれぞれ円筒内表面積で割った硫酸イオン規定量2.3ng/cm2以下、アンモニアイオン規定量4.7ng/cm2以下として表すことができる。
【００２２】
図5は黄銅を削り出して（切削して）形成したフェルール11の洗浄工程を検討した結果であり、切削直後（比較例６）、塩素系溶剤により洗浄した後（比較例７）、およびアセトン洗浄を行った後（実施例４）の、フェルール11に付着している硫酸イオンの量およびアンモニアイオンの量について示している。
【００２３】
塩素系溶剤としては、ジクロロメタン（CH2Cl2）、トリクロエタン（C2HCl3）等を用いる。塩素系溶剤による洗浄は３層洗浄法により行う。例えば、溶剤蒸気中に冷やした洗浄物を設置し表面で液化する蒸気槽と、蒸気槽で蒸留された液が流れ込む冷浴槽と、冷浴槽からオーバーフローした液が流れ込む前洗浄槽とを用意する。そして、前洗浄槽（１槽目）で上下振動による洗浄を30秒〜60秒（例えば40秒）行い、15±10℃に保った冷浴槽（２槽目）で45kHz超音波洗浄を30秒〜60秒（例えば40秒）行い、43℃以下に保った蒸気槽（３槽目）で蒸留された液による洗浄を30秒〜60秒（例えば40秒）行う。特に蒸気槽では、蒸気中には不純物を含まないため、常にきれいな液で部品の表面を洗浄できる。なお、各槽の温度は上記の温度に限られるものではなく、使用する溶剤によって変更することができる。アセトン洗浄は、洗浄する部品をアセトンの入ったビーカ中を沈め、22〜50kHz程度の周波数で5分〜30分超音波洗浄することにより行う。
【００２４】
切削直後の比較例６では、硫酸イオン量2.2〜2.8μg/個、アンモニアイオン量0.12〜0.14μg/個が検出された。この時点において硫酸イオン量が高いのは、切削油中に含まれる硫黄成分がフェルール11に付着しているためである。この硫黄成分を取り除くために塩素系溶剤で洗浄した結果、比較例７では硫酸イオン量を0.11〜0.15μg/個と1桁下げることができているが、アンモニアイオン量はほとんど変わっていない。図5において塩素系溶剤での洗浄の後、さらにアセトンによる洗浄を実施することにより各イオン量は半減しているので、アセトンによる洗浄を追加して実施することが有効であるとわかる。このように、望ましい洗浄レベルとして硫酸イオン0.1μg/個以下、アンモニアイオン0.2μg/個を設定する時、追加洗浄が有効である。
【００２５】
なお、上記の洗浄工程では塩素系溶剤による結果を示しているが、塩素系溶剤の代りに臭素系溶剤を使った時にも同様の効果がある。また、追加洗浄剤としてアセトンに限らずメタノールやエタノールなどのいわゆるアルコールや、純水で洗浄することも有効である。
【００２６】
また、上記の洗浄工程を検討した試験結果から、硫黄成分を含有しない素材部品を使った場合に、硫酸イオンが付着する主因は素材部品の加工工程における切削油、研磨剤等の付着によるものであることが明らかになった。これら加工工程において硫黄成分を含まない処理剤を使用するのであれば、切削直後の結果において硫酸イオン量を1桁小さくすることができる。この際は追加の洗浄を行わなくても確実に目標とする硫酸イオン量0.1μg/個以下、アンモニアイオン量0.2μg/個を達成することができる。
【００２７】
次に、ニッケルメッキを施したフェルール11およびレセプタクル10とアルミダイキャストを使った第２の鏡筒8とを有する光源装置（従来品）と、フェルール11およびレセプタクル10に黄銅削り出し材を用い、第２の鏡筒8にアルミ削り出し材を用いた光源装置（改善品）とに対し、入射端面9ｃへの硫酸イオンおよびアンモニアイオンの付着を抑制する観点から行った比較試験の結果を示す。試験は、LD1として波長430-450nmの青色領域で発光する光源を用い、240時間に渡りレーザ平均出力約1W、集光径約150μm、で照射する条件で行った（平均エネルギー密度は約5.6kW/cm2）。図6の（Ａ）及び（Ｂ）は、従来品および改善品の入射端面9ｃに付着した硫黄成分、及びアンモニア成分を蛍光X線分析により分析し、光ファイバ9の表面から検出されるシリコン（Si）に対する相対強度として表した結果である。
【００２８】
図6（Ａ）及び図6（Ｂ）に示す結果から明らかなように、ニッケルメッキおよびダイキャストを使った従来品は、硫黄成分、アンモニア成分の相対値が各々0.1付近またはそれ以上のレベルで検出されているのに対し、付着量が管理された削り出し素材を使った改善品では各々0.01以下であり、実質検出限界以下の値が得られた。
【００２９】
引き続き、従来品、および本発明を適用した光源装置において6,000時間を越える連続通電を実施した。従来品では明らかに入射端面9ｃに硫酸イオン付着による曇りが観察され光ファイバ9を透過する出力が減少したのに対し、アルミ削り出しの第２の鏡筒8を用いた改善品では入射端面9ｃでの付着・曇りは観察されず、光ファイバ9の伝送特性も変化しないことが確認された。なお、光源装置を構成する光学部品への付着量の見積もりでは、光源から出力されるレーザ光の平均エネルギー密度（約5.6kW/cm2）の1/50である100W/cm2程度以上であれば付着が検出されることがわかった。
【００３０】
改善品に対し、レセプタクルのみをSUS304に変更して70時間の連続通電を実施した。この改善品では、入射端面9ｃにおける付着物・曇りが観察された。このことから、素材の構成成分として硫黄成分を含む場合は硫酸イオンが入射端面9ｃに付着することが確認された。
【００３１】
なお、特開2004−253783号公報では周囲の不純物ガスに触れないように光学系、およびファイバの入射面を希ガス、窒素、ドライエアー等の不活性ガスにより気密封止することが提案されているが、構成材料に付着するような微量なイオンによる汚染が問題になるような系ではむしろ逆効果であり、意図的に気密封止せず、気密封止しない程度の、通常の組み立てにより存在する隙間のある系が望ましい。
【００３２】
また、紫外の波長領域のレーザ光を出射する光源装置での従来の主な課題は、雰囲気中に存在するSO2、またはNH3を取り除くことであり、光学部品周囲の不純物ガスを気密封止、ガスフロー等により希ガス、N2、ドライエアー等の不活性ガスに置換する、もしくは真空引きする等の手段が取られている。しかしながら400nm〜780nmの可視領域の光は、一般的な化学結合エネルギーより小さな光子エネルギーを有しているため、平均出力がワットクラスの小出力領域では基本的に不純物ガスを解離する能力はなく、いわゆる空気中に存在する不純物ガスの影響は紫外線領域（400nm以下）に比べ圧倒的に少ないと考えられる。このような波長領域では、光学部品を構成・保持する部品、もしくはその周辺部品が含有する硫黄成分、もしくは付着する硫酸イオン、アンモニアイオンの影響が大きいと考えられる。従って、実施の形態1に係る光源装置は、可視領域の光を出射する光源の場合に特に有効である。
【００３３】
また、実施の形態１においては、レセプタクル10及びフェルール11に対してニッケルメッキをしないことにより硫酸イオン量を低減できることを説明したが、ニッケルメッキのほか、アルマイト処理や、化成処理等の表面処理も行わずに、素材が露出しむき出しになっていることが望ましい。
【００３４】
実施の形態1に係る光源装置によれば、比較的高い光密度の光が入射する光学部品、それを保持する部品および筐体、もしくは入射面からの反射光・散乱光を受ける周辺の光学部品について、硫黄成分を含まないようにし、かつ硫酸アンモニウムを構成する硫酸イオン、アンモニアイオンの付着量を規定値以下に抑制したので、光学部品に対する硫酸アンモニウム付着を抑制し、保守レスの状態で一定な光学透過特性、散乱特性を確保し、長期に渡り動作を安定させ、信頼性を高くすることができる。
【００３５】
実施の形態2．
図7は実施の形態2に係る光源装置を示す図である。実施の形態1においては、フェルール11、レセプタクル10、および第２の鏡筒8について、ニッケルメッキ、アルマイト処理、およびダイキャスト等を使用せず、黄銅等の硫黄を含まない材料により構成する例について説明したが、図7においては、第１のレンズホルダ4a、第２のレンズホルダ7a、および第１の鏡筒5aも、基本的にメッキ、アルマイト処理、ダイキャスト等は使わずアルミ、黄銅等の硫黄成分を含まない材料により構成されている。図7において、図1と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３６】
基本的には、レーザ光が集光される入射端9ｃの周辺の部材、すなわち照射されるレーザ光の光密度が高い部材に対して硫黄成分を含まない材料を使用することが必須となるが、入射端面9ｃに曇りが発生するまでに要する時間を相対的に伸ばそうとする時は、費用対効果を考えつつ、他の構成部品も硫黄成分を含まない材料で形成する必要がある。特に、LD1の出力が10Wを超えるような系では、第１のレンズ3および第２のレンズ6においても照射されるレーザ光のエネルギー密度が高い。そのため、全ての部品に対して硫黄成分を含まない材料を使うことが望ましい。
【００３７】
無論一部の部品に対しメッキ品、ダイキャスト品、アルマイト処理品使う場合にも、何らこの実施の形態2の有効性を妨げるものではなく、メッキ、アルマイト処理、ダイキャスト等は使わずアルミ、黄銅等の硫黄成分を含まない材料に従来の構成から置き換えた分だけ、硫酸イオン量、あるいはアンモニア量を抑制でき、ファイバ入射面9c、もしくは他の光学部品に対する付着までの時定数が延び、光源装置の出力を安定させ、信頼性を向上させることができる。
【００３８】
実施の形態3．
図8はこの発明の他の形態を示す構造図である。図8において図1の構成と同一または対応する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。LDホルダ13はLD1を保持している。
【００３９】
図8において、第１のレンズ3、および第１のホルダ4は第２の鏡筒8中に設置されている。また、LD1はLDホルダ13に保持されている。このように、第２のレンズ6、第１のレンズ3が同じ第２の鏡筒8に入っていても、この発明に含まれる。基本的には第２の鏡筒8、レセプタクル10、フェルール11等の、照射されるレーザ光の光密度が強い入射端9ｃ周辺の部材が少なくとも、メッキ、アルマイト処理、ダイキャスト等は使わずアルミ、黄銅等の硫黄成分を含まない材料により構成されていることがポイントとなる。
【００４０】
また、LD1はLDホルダ13に保持されている構造として記載しているが、実際にはレーザ光2の光軸を第１のレンズ3、第２のレンズ6の光軸と調整する必要がある場合があり、このような場合にはLD1をLDホルダ13に対して移動させることにより光軸を調整する光軸調整系が必要となる。さらに図8ではLD1がLDホルダ13をつき抜ける構造としているが、図9に示すようにLDホルダ13上に設置する構造とすることもできる。
【００４１】
実施の形態4．
図1、図7、図8、および図9では、第１のレンズ3、第２のレンズ6を各々1枚のレンズで構成しているが、現実の設計においては必要な光学系のパワーの確保と光学的な収差抑制の両立の観点から各レンズを2枚以上の複数のレンズを組み合わせて構成することもできる。このように構成した場合においても、レーザ光が照射されることにより入力エネルギー密度が高い部材を、メッキ、アルマイト処理、ダイキャスト等は使わずアルミ、黄銅等の硫黄成分を含まない材料により構成することにより、光学部品の曇りを抑制することができる。
【００４２】
実施の形態5．
図10はこの発明の別の実施形態に係る光源装置を示す構成図である。図10において、図1と同一または対応する構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。図10において、LD1は複数個設けられており、第１のレンズ3も各LD1に対応して複数個設置されており、複数のLD1は第１の鏡筒5bに設置されている。
【００４３】
次に、図10に示す光源装置の動作について説明する。第１の鏡筒5bには複数のLD1が設置され、各LD1から出射されるレーザ光2の光軸は第２のレンズ6、複数の第１のレンズ3に対して設計の許容値内においてほぼ平行に設置されている。このように設置された系では各LD1から出射されたレーザ光2は概ね第２のレンズ6の焦点面に集まるので、焦点近傍に光ファイバ9の入射端面9ｃを設置することにより、各LD1から出射されたレーザ光2を1本の光ファイバ9に入射させることができる。これによりｎ個のLD1を設置すればレーザ光の強度をｎ倍に増大できる。レーザ光の強度をｎ倍に増大させると、同時に入射端面9ｃ周辺の部材に照射されるレーザ光の光密度が増加することになるが、これらの部材をメッキ、アルマイト処理、ダイキャスト等は使わずアルミ、黄銅等の硫黄成分を含まない材料により構成することにより、入射光密度が高い部分における光学部品の曇りを抑制することができる。
【００４４】
実施の形態6．
図11はこの発明の他の実施の形態に係る光源装置を示す構成図である。図11において、図1と同一または対応する構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４５】
図11において、光源装置は、LD1から出射されたレーザ光2を第1のレンズ3aにより集光し光ファイバ9に入射させるよう構成されている。この構成は実施の形態1〜5に係る光源装置とはレンズ構成が異なる構成の一例であるが、この例に限らず他のレンズ構成をとることもできる。
【００４６】
実施の形態7．
図12はこの発明の他の実施の形態に係る光源装置を示す構成図である。図12において、光源装置は、ランプ光源20、ランプ光源20から出射した光を平行化しランプ光22とするための曲面鏡21、入射した光を均質化するための導波路23、導波路23を保持するための導波路ホルダ24、導波路23の出射端面23ｂを例えば液晶パネル等の表示素子に転写、もしくはリレーするための第3のレンズ25、および筐体26から構成される
【００４７】
図12のような光源装置は、いわゆるプロジェクション型表示装置の光源として適用されているものである。ここで図12の動作について説明する。
【００４８】
約1mm程度の大きさに抑えられたランプ光源20の発光点から出射された光は、平行光化部である曲面鏡21により平行光にされる。例えば曲面鏡21を楕円形状で形成した場合には、光源20の発光点を楕円形状の焦点におくことで光源20から出射する光を平行光に近付けることができる。曲面鏡21から出射したランプ光22は、第２のレンズ6で集光される。第２のレンズ6焦点近傍に導波路23の入射端面23ａを設置することで効率良くランプ光22を導波路23に導くことができる。この導波路23から出射される光は、ランプ光22の入射広がり角、および導波路23の断面形状、長さを適切に設計することにより、均質な光とすることができる。均質化された光が出射される出射端面23ｂを第3のレンズ25により液晶等の表示装置へ転写、もしくはリレーすることにより、光源装置全体としては、表示装置に対する均質化光源として機能することになる。ここにおいて、導波路ホルダ24を構成する材料として硫黄成分を含まないアルミニウム、黄銅等の材料を用い、また、硫酸イオン、アンモニアイオンの付着量を管理することにより、入射端面23ａからの散乱光による硫酸イオン、アンモニアイオン等の発生を抑制することができる。また、光源20から出射される光の光強度が高い系では、第２のレンズ6、もしくは第3のレンズ25に対しても硫酸アンモニウム等が付着する可能性がある。このような系においては、各レンズのホルダの他、光源装置を構成する筐体26などの他の構成部品を、硫黄成分を含まない材料を用いて構成し、硫酸イオン、アンモニアイオンの付着量を管理することにより、第２のレンズ6、もしくは第3のレンズ25に対しても硫酸アンモニウム等の付着を防ぐことができる。
【００４９】
実施の形態8．
図13はこの発明の他の実施の形態に係る光源装置を示す構成図である。図13の光源装置は、例えば波長808nm領域の励起LD光であるレーザ光2を発する励起用LD1、Nd:YAG、Hd:YVO4等の固体レーザ結晶30、レーザ光35を集光する結合レンズ31、結合レンズ31を保持する結合レンズホルダ32、固体レーザから発生した1064nmのレーザ光をその2倍の高調波である532nmに変換するKTP（KTiOPO4）結晶、BBO（β-BaB2O4）結晶、LBO（LiB3O5）結晶等の波長変換結晶33、波長変換結晶33を保持する波長変換結晶ホルダ34、全反射鏡36、1064nmの光を全て反射し、532nmに対して透過特性を示す取り出し鏡37、レーザ光のモードを規定するアパーチャ38および39から構成される。光源装置の取り出し鏡37からは532nmのレーザ光40が出射される。なお、各構成部品は、図示しない筐体内に収納されている。
【００５０】
図13に示す光源装置の構成は、いわゆる波長変換型のLD励起固体レーザの構成となっている。次に動作について説明する。LD1から発せられたレーザ光2を固体レーザ結晶30に照射することにより、固体結晶30にドープされたNd3+が励起され、そのエネルギーは誘導放出により1064nmのレーザ光35として取り出される。波長変換結晶33の部分では1064nmのレーザ光35は2倍光との位相整合条件を満たすように、入射角度、波長変換結晶の温度等を適切に設定することにより、効率良く532nmの緑色光に変換される。全反射鏡36、および取り出し鏡37はいわゆる光共振器を構成し、1064nmのレーザ発振を行うと共に、取り出し鏡37からは532nmのレーザ光40が基本的に取り出される。ここから出射される光は、アパーチャ38、39により、基本的には単一横モードのレーザ光となっている。
【００５１】
ここにおいて、波長変換結晶33の部分では波長変換効率を上げる観点から集光された強度の高い緑色の光が発生しているため、少なくとも波長変換結晶ホルダ34を適切な材料で構成しないと硫酸アンモニウムが波長変換結晶33の端面に析出することになる。しかし、波長変換結晶ホルダ34は、硫酸成分を基本的に含有しないアルミニウム、黄銅等を材料としているので、波長変換結晶33の端面における硫酸アンモニウムの析出を抑制し、安定した波長変換型固体レーザを実現することができる。また、結合レンズ31を保持する結合レンズホルダ32は、照射されるレーザ光の光強度が高いので、硫酸成分を基本的に含有しないアルミニウム、黄銅等を材料として形成することで、結合レンズ31に硫酸アンモニウムが付着するまでの時定数を伸ばすことができる。また、他の光学部品を保持する保持部材についても硫酸成分を基本的に含有しないアルミニウム、黄銅等を材料として形成することで、保持する光学部品に硫酸アンモニウムが付着するまでの時定数を伸ばすことができる。
【００５２】
また、その他光学部品として一般的に使われているフイルタ、分光用の光プリズムなど、照射される光の光密度が高い系に対して、硫酸成分を基本的に含有しないアルミニウム、黄銅等を材料によりその系の構成部品を形成することにより、光学部品への付着物の付着や、光学部品の曇りを防ぐことができることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５３】
1  半導体レーザ素子（LD）
1a  出射口
2  レーザ光
3、3a  第１のレンズ（平行光化部、光学部品）
4、4a  第１のホルダ
5、5a、5b  第１の鏡筒
6  第２のレンズ（集光部、光学部品）
7、7a  第２のホルダ
8  第２の鏡筒
9  光ファイバ
9a  コア部
9b  クラッド部
9c  入射端
10  レセプタクル
11  フェルール
12  反射・散乱光
20  ランプ光源
21  曲面鏡（平行光化部）
22  ランプ光
23  導波路
23ａ  入射端面
23ｂ  出射端面
24  導波路ホルダ
25  第3のレンズ
26  筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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