(57)【要約】【課題】合波する複数のビームについてビーム間隔を縮小した後の色収差を抑制できる発光装置を提供する。【解決手段】複数の光源１０と、光源１０からそれぞれ出射される複数のビームＬが入射する第１光学素子３１、及び第１光学素子３１から出射された複数のビームＬが入射する第２光学素子３２を有し、第１光学素子３１に入射した複数のビームＬのビーム間隔よりも第２光学素子３２から出射される複数のビームＬのビーム間隔を狭くして、複数のビームＬを出射するビーム間隔縮小装置３０とを備え、第１光学素子３１と第２光学素子３２が、ビームＬが透過するときにそれぞれに生じる色収差を打ち消し合う光学特性を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、
前記光源からそれぞれ出射される複数のビームが入射する第１光学素子、及び前記第１光学素子から出射された複数の前記ビームが入射する第２光学素子を有し、前記第１光学素子に入射した複数の前記ビームのビーム間隔よりも前記第２光学素子から出射される複数の前記ビームのビーム間隔を狭くして、複数の前記ビームを出射するビーム間隔縮小装置と
を備え、
前記第１光学素子と前記第２光学素子が、前記ビームが透過するときにそれぞれに生じる色収差を打ち消し合う光学特性を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第１光学素子と前記第２光学素子の、それぞれを透過する前記ビームを分散する大きさが異なることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記第１光学素子の屈折率が前記第２光学素子よりも小さく、且つ前記第１光学素子のアッベ数が前記第２光学素子よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第１光学素子がクラウンガラスからなるプリズムであり、前記第２光学素子がフリントガラスからなるプリズムであることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記ビームの波長が４４０ｎｍ〜４５５ｎｍであって、
前記第１光学素子の屈折率が１．５１６、アッベ数が６４，１であり、
前記第２光学素子の屈折率が１．６２０、アッベ数が３６．４である
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記ビーム間隔縮小装置から出射された複数の前記ビームを集光する集光素子を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
複数の前記光源からそれぞれ出射された複数の前記ビームをそれぞれコリメートし、コリメートされた複数の前記ビームを前記第１光学素子に入射させるコリメート装置を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源からの光を合波する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力化などのために、複数の光源から出射されたビームを合波する発光装置が用いられている。複数のビームを合波する場合に、プリズムなどのアナモルフィック光学素子がビーム間隔を縮小する手段として使用されている。例えば、光源から出射される複数のビームを、アナモルフィック光学素子によってビームの相互の間隔を狭くした後に、集光レンズを用いて合波する（例えば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１４９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体レーザなどを光源とした場合に、光源の温度や光源を駆動する駆動電流の変動に起因して、光源から出射されるビームの中心波長が変化する。中心波長が変化したことにより生じる色収差のために、アナモルフィック光学素子を通過したビームの進行方向やビーム径などが変化するという問題があった。
【０００５】
上記問題点に鑑み、本発明は、合波する複数のビームについてビーム間隔を縮小した後の色収差を抑制できる発光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】
本発明の一態様によれば、複数の光源と、光源からそれぞれ出射される複数のビームが入射する第１光学素子、及び第１光学素子から出射された複数のビームが入射する第２光学素子を有し、第１光学素子に入射した複数のビームのビーム間隔よりも第２光学素子から出射される複数のビームのビーム間隔を狭くして、複数のビームを出射するビーム間隔縮小装置とを備え、第１光学素子と第２光学素子が、ビームが透過するときにそれぞれに生じる色収差を打ち消し合う光学特性を有する光学装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、合波する複数のビームについてビーム間隔を縮小した後の色収差を抑制できる発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る発光装置の構成を示す模式図である。
【図２】比較例の発光装置での色収差の計算結果を示す表である。
【図３】本発明の実施形態に係る発光装置での色収差の計算結果を示す表である。
【図４】他の比較例の発光装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
本発明の実施形態に係る発光装置は、図１に示すように、複数の光源１０と、第１光学素子３１及び第２光学素子３２を有し、光源１０から出射されるビームＬが入射するビーム間隔縮小装置３０とを備える。ビーム間隔縮小装置３０から出射された複数のビームＬは、集光素子４０によって集光される。集光されたビームＬは、受光装置１００に入射される。
【００１１】
光源１０からそれぞれ出射された複数のビームＬは第１光学素子３１に入射し、第１光学素子３１から出射された複数のビームＬが第２光学素子３２に入射する。ビーム間隔縮小装置３０は、第１光学素子３１に入射した状態よりもビーム間隔を狭くして、複数のビームＬを集光素子４０に出射する。
【００１２】
第１光学素子３１に入射した状態よりも第２光学素子から出射された状態においてビーム間隔を狭くするために、第１光学素子３１及び第２光学素子３２の形状や配置が適宜設定される。即ち、第１光学素子３１や第２光学素子３２について、ビームＬが入射する角度や出射させる角度などを調整することにより、第１光学素子３１に入射したビームＬのビーム間隔Ｄ１よりも、第２光学素子から出射されたビームＬのビーム間隔Ｄ２を狭くする。第１光学素子３１や第２光学素子３２の形状は、ビームＬの波長などに応じて設定される。なお、ビームＬのビーム間隔が狭くなるとともに、ビームＬそれぞれのビーム径も通常は縮小される。
【００１３】
また、図１に示した光学装置は、複数の光源１０から出射されるビームＬをそれぞれコリメートし、コリメートされたビームＬをビーム間隔縮小装置３０に入射させるコリメート装置２０を更に備える。図１に示したコリメート装置２０は、光源１０から出射されるビームＬのそれぞれに用意されたコリメートレンズ２１を有する。
【００１４】
上記のように、図１に示した発光装置は、複数の光源１０からそれぞれ出射されたビームＬをコリメートした後、ビーム間隔を狭くして合波し、受光装置１００に入射させる。光源１０は、半導体レーザや固体レーザなどである。受光装置１００は例えば光ファイバであり、集光素子４０は光ファイバのコア部にビームＬを集光する。集光素子４０は、例えば集光レンズである。
【００１５】
ビーム間隔縮小装置３０によってビーム間隔を狭くすることにより、複数のビームＬを束ねたビーム束の径が縮小されて、集光素子４０に入射する。これにより、集光素子４０によりビームＬを合波した光の集光性が向上され、高輝度化される。このため、例えば受光装置１００である光ファイバのコア径を小さくできる。
【００１６】
ところで、プリズムなどの光学素子では、光学素子を透過する光の周波数が変化することにより、光学素子から出射されるビームに周波数の変化に起因する色収差が生じるものがある。色収差が生じると、ビームの進行方向やビーム径などが変化する。
【００１７】
しかし、図１に示した光学装置のビーム間隔縮小装置３０では、第１光学素子３１と第２光学素子３２が、ビームＬが透過するときにそれぞれに生じる色収差を打ち消し合う光学特性を有する。このため、ビーム間隔縮小装置３０から、色収差が抑制されたビームＬが集光素子４０に出射される。
【００１８】
ビーム間隔縮小装置３０から出射されるビームＬの色収差を抑制するために、第１光学素子３１と第２光学素子３２の、それぞれを透過するビームＬを分散する大きさが異なる。つまり、ビームＬの波長の違いによる焦点距離の差が第１光学素子３１と第２光学素子３２とで異なる。例えば、第１光学素子３１に、第２光学素子３２よりも分散の小さい硝種を使用する。即ち、第１光学素子３１の屈折率を第２光学素子３２よりも小さくし、且つ、第１光学素子３１のアッベ数を第２光学素子よりも大きくする。その結果、第１光学素子３１で生じたビームＬの色収差が、第２光学素子３２によって打ち消される。例えば、第１光学素子３１にクラウンガラスからなるプリズムを使用し、第２光学素子３２にフリントガラスからなるプリズムを使用する。
【００１９】
ビームＬの種類に応じて、ビームＬの色収差を打ち消す光学特性を有する第１光学素子３１と第２光学素子３２の組み合わせが使用される。例えば、ビームＬが中心波長を４４０ｎｍ〜４５５ｎｍ程度とする青色光である場合に、第１光学素子３１に屈折率が１．５１６、アッベ数が６４，１のクラウンガラスからなるプリズムが、第２光学素子３２に屈折率が１．６２０、アッベ数が３６．４のフリントガラスからなるプリズムが、それぞれ好適に使用される。
【００２０】
図２に、第１光学素子３１と第２光学素子３２に分散の大きさが同じ光学素子を使用した比較例について、第２光学素子３２から出射されるビームのビームプロファイルを計算した結果を示す。ここで、第２光学素子３２の出射面から所定の距離におけるビームプロファイルを示した。なお、「入射角」の欄の数値は、第１光学素子３１の入射面に対するビームの入射角である。
【００２１】
図２に示したビームプロファイルにおいて、符号Ｒは波長が４５５ｎｍの光を示し、符号Ｂは波長が４４０ｎｍの光を示し、符号Ｇは波長が４４８ｎｍの光を示す。図２に示すように、いずれの入射角においても、第２光学素子３２の出射面からの距離が長くなるにつれて波長ごとに別々の方向に分離する。つまり、第２光学素子３２から出射されるビームに色収差が生じている。
【００２２】
一方、図３に、第１光学素子３１にクラウンガラスからなるプリズムを使用し、第２光学素子３２にフリントガラスからなるプリズムを使用した場合における、第２光学素子３２から出射されるビームＬのビームプロファイルを計算した結果を示す。図３に示すように、入射角の大きさに関わらず、第２光学素子３２から出射されるビームＬは、それぞれの波長の光が同一の方向に進行する。つまり、色収差が抑制されている。
【００２３】
上記のように、図１に示した光学装置によれば、ビーム間隔縮小装置３０において、ビームＬについて第１光学素子３１の色収差と第２光学素子３２の色収差が打ち消される。このため、ビーム間隔を狭くし且つ色収差が抑制されたビームＬが、集光素子４０に入射される。
【００２４】
複数のビームＬのビーム間隔を狭くして合波する比較例の光学装置を、図４に示す。図４に示した光学装置は、ビーム間隔縮小装置３０ではなく、単一のプリズムからなるアナモルフィック光学素子３０Ａを使用している。即ち、光源１０から出射されたビームＬがコリメート装置２０によってコリメートされた後、アナモルフィック光学素子３０ＡによってビームＬのビーム間隔が縮小される。そして、ビーム間隔が縮小された複数のビームＬが集光素子４０によって合波される。図４に示した比較例の光学装置では、光源１０から出射されるビームＬの中心波長が変化した場合に、色収差が生じるためアナモルフィック光学素子３０Ａを透過したビームＬの出射方向やビーム径などが変化してしまう。
【００２５】
これに対し、図１に示した光学装置では、ビームＬの波長変化に起因するビームＬの色収差がビーム間隔縮小装置３０によって抑制される。例えば、光源１０の周囲温度や光源１０を駆動する駆動電流の変動のためにビームＬの中心波長が変化しても、ビーム間隔縮小装置３０から出射されるビームＬには、色収差に起因する変化が抑制される。このため、所定の進行方向やビーム径でビームＬを集光素子４０に入射させ、複数のビームＬを合波することができる。
【００２６】
第１光学素子３１と第２光学素子３２の形状や位置は、光源１０から集光素子４０よって合成されるビームＬの所望の光路などに応じて、適宜設定される。例えば、第１光学素子３１と第２光学素子３２の位置やビームＬに対する入射面及び出射面の角度などを調整することで、第２光学素子３２から出射されるビームＬの進行方向を設定できる。このように、ビーム間隔縮小装置３０をビームＬの整形手段及び伝播経路設定手段として機能させることができる。
【００２７】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る発光装置によれば、ビーム間隔を縮小したビームＬの色収差を抑制することができる。このため、光源１０の個々の特性に差がある場合や、光源１０の周囲温度や駆動電流にばらつきがある場合、或いは、経時的に光源１０の周囲温度や駆動電流が変動した場合などにおいても、色収差が抑制されたビームＬを合波することができる。
【００２８】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００２９】
例えば、上記では、光源１０から出射されるビームＬをコリメートするコリメート装置２０を使用する例を示したが、光源１０からコリメート光が出射される場合などは、コリメート装置２０を配置しなくてもよい。
【００３０】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００３１】
１０…光源
２０…コリメート装置
２１…コリメートレンズ
３０…ビーム間隔縮小装置
３１…第１光学素子
３２…第２光学素子
４０…集光素子
１００…受光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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