(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の光源から被集光部材への光入射効率を向上し得る光学ユニットを提供する。【解決手段】各半導体レーザー２０は、出射光の光軸Ｌ１が光ファイバー入射面１１の法線Ｚに対してそれぞれ傾斜するように設けられている。プリズム３０Ａは、光出射面３２からの出射光の光軸Ｌ２と光ファイバー入射面１１の法線Ｚとのなす光ファイバー入射角度θ２が、光入射面３１Ａへの半導体レーザー２０から発せられた光の光軸Ｌ１と光ファイバー入射面１１の法線Ｚとのなす入射光傾斜角度θ１よりも小さくなるように形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被集光部材と、複数の光源と、上記被集光部材と複数の光源との間に位置し、各光源から発せられた光を光入射面から入射して屈折により進行方向を変化させて光出射面から出射させて上記被集光部材の被集光部材入射面に導く光学部材とを備えた光学ユニットにおいて、
上記各光源は、該各光源における出射光の光軸が上記被集光部材における被集光部材入射面の法線に対してそれぞれ傾斜するように設けられていると共に、
上記光学部材は、該光学部材の光出射面からの出射光の光軸と上記被集光部材における被集光部材入射面の法線とのなす角度である被集光部材入射角度が、該光学部材の光入射面への上記各光源から発せられた光の光軸と上記被集光部材における被集光部材入射面の法線とのなす入射光傾斜角度よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記光学部材は、前記光入射面と光出射面とのいずれか一方が凸形状となっており、かつ１つの光源に対して１つの該凸形状が対応していることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記光学部材は、前記光入射面が凸形状となっており、かつ前記光出射面が平面状となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記各光源から発せられる光は、前記光学部材の光出射面に対してｐ波偏光であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記各光源から発せられた光における、前記光学部材の光入射面に入射した後の光軸の方向は、上記光学部材の光出射面に対してブリュースター角をなしていることを特徴とする請求項４に記載の光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバー等の被集光部材に複数の光源から光を入射させる光学ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバー等の被集光部材にレーザー光を効率よく入射させるには、光を入射する面に対して垂直に近い角度で入射させる必要がある。しかし、複数のレーザー光源を単純に光ファイバー等の被集光部材における光入射面に垂直な方向に配置しようとすると、レーザー光源同士や光路が重なってしまい、干渉することによって上手く配置できないという問題がある。
【０００３】
これらの問題を解決する方法として、例えば、特許文献１に開示されたハーフミラーによる方法が最も一般的である。上記特許文献１に開示されている光モジュール１００では、図７に示すように、筐体１０１に第１発光素子１０２と第２発光素子１０３とが直交して設けられ、第１発光素子１０２と第２発光素子１０３とから出射されたそれぞれの光が、ハーフミラー１０４・１０５を介して１つの光ファイバー１０６に入射されるようになっている。
【０００４】
しかしながら、この入射方法では、ハーフミラー１０４・１０５による光損失により、光効率が低下してしまう。また、２つの光源を互いに９０°曲げた方向に向けて配置するので、全体として装置が大型化してしまう傾向がある。
【０００５】
一方、他の入射方法として、例えば、特許文献２に開示されたレーザーモジュール２００では、図８に示すように、同一の平面上に２次元に配置されて複数のレーザービームをそれぞれ発する複数のレーザー光源２０１…と、複数のレーザービームを受ける光ファイバー２０２と、複数のレーザー光源２０１…に対応してそれぞれ設けられて、対応するレーザー光源から受けるレーザービームを集光して光ファイバー２０２の端面に結合させる複数のレンズ２０３…とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−４５０９２号公報（２０１３年３月４日公開）
【特許文献２】特開２００７−２４８５８１号公報（２００７年９月２７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の特許文献２に開示されたレーザーモジュール２００では、垂直方向に向けた複数のレーザー光源２０１…を横方向にずらして並べて配置している。このため、屈折により進行方向を光ファイバー２０２の方向に導く方法を採用しているものの、光ファイバー２０２への入射角度が大きい状態にて光ファイバー２０２に斜めに光が入射する。この結果、光ファイバー２０２に光が入射する表面での光損失により、光効率が低下してしまうという問題を有している。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、複数の光源から被集光部材への光入射効率を向上し得る光学ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様における光学ユニットは、上記課題を解決するために、被集光部材と、複数の光源と、上記被集光部材と複数の光源との間に位置し、各光源から発せられた光を光入射面から入射して屈折により進行方向を変化させて光出射面から出射させて上記被集光部材の被集光部材入射面に導く光学部材とを備えた光学ユニットにおいて、上記各光源は、該各光源における出射光の光軸が上記被集光部材における被集光部材入射面の法線に対してそれぞれ傾斜するように設けられていると共に、上記光学部材は、該光学部材の光出射面からの出射光の光軸と上記被集光部材における被集光部材入射面の法線とのなす角度である被集光部材入射角度が、該光学部材の光入射面への上記各光源から発せられた光の光軸と上記被集光部材における被集光部材入射面の法線とのなす入射光傾斜角度よりも小さくなるように形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、複数の光源から被集光部材への光入射効率を向上し得る光学ユニットを提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１における光学ユニットの構成を示す正面図である。
【図２】上記光学ユニットの半導体レーザーからの出射光のビーム形状を示す斜視図である。
【図３】上記光学ユニットにおいて、レーザー光が屈折率の高い物資から屈折率の低い物資へ透過するときのｐ波偏光とｓ波偏光との関係を示す断面図である。
【図４】上記レーザー光が屈折率の高い物資から屈折率の低い物資へ透過する場合のｐ波偏光及びｓ波偏光における入射角と反射率との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態２における光学ユニットの構成を示す正面図である。
【図６】本発明の実施形態３における光学ユニットの構成を示す斜視図である。
【図７】従来の光モジュールの構成を示す断面図である。
【図８】従来のレーザーモジュールの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００１３】
本実施の形態の光学ユニットの構成について、図１及び図２に基づいて説明する。図１は、光学ユニットの構成を示す正面図である。図２は半導体レーザーからの出射光のビーム形状を示す斜視図である。
【００１４】
本実施の形態の光学ユニット１Ａは、図１に示すように、被集光部材としての光ファイバー１０と、複数の光源としての半導体レーザー２０…と、光ファイバー１０と複数の半導体レーザー２０…との間に位置し、各半導体レーザー２０…から発せられた光を光入射面３１Ａから入射して屈折により進行方向を変化させて光出射面３２から出射させて光ファイバー１０の被集光部材入射面としての光ファイバー入射面１１に導く光学部材としてのプリズム３０Ａとを備えている。
【００１５】
上記光ファイバー１０は、離れた場所に光を伝える伝送路であり、コア（core）１２と呼ばれる芯とその外側のクラッド（clad）１３と呼ばれる部分との２重構造になっている。尚、クラッド（clad）１３を覆う図示しない被覆が設けられていてもよい。上記コア１２の屈折率はクラッド１３の屈折率よりも高くなっており、これによって、全反射や屈折によりできるだけ光を中心部のコア１２にだけ伝播させる構造になっている。上記コア１２とクラッド１３とは、いずれも光に対して透過率が非常に高い石英ガラス又はプラスチックにてなっている。尚、本実施の形態では、被集光部材としての光ファイバー１０への適用例について説明しているが、本発明の被集光部材は、必ずしもこれに限らず、例えばレンズ又は他の受光体であってもよい。
【００１６】
上記半導体レーザー２０は、本実施の形態では、複数としての例えば２個設けられている。ただし、本発明では、必ずしもこれに限らず、複数としての例えば３個以上設けることも可能である。このように、半導体レーザー２０の個数を増加すればする程、大きな出力を光ファイバー１０に集光させることができる。
【００１７】
本実施の形態では、各半導体レーザー２０は、該各半導体レーザー２０における出射光の光軸Ｌ１・Ｌ１が光ファイバー１０における光ファイバー入射面１１の法線Ｚに対してそれぞれ傾斜するように設けられている。
【００１８】
これにより、各半導体レーザー２０を配設するときに、各半導体レーザー２０を、該各半導体レーザー２０における出射光の光軸Ｌ１・Ｌ１が光ファイバー入射面１１の法線Ｚに対して平行となるように設ける場合に比べて、横方向への距離が長くなることを抑制することができる。また、光ファイバー１０への入射効率の低下を防止することができる。
【００１９】
すなわち、各半導体レーザー２０を、該各半導体レーザー２０における出射光の光軸Ｌ１・Ｌ１が光ファイバー入射面１１の法線Ｚに対して平行となるように設けるということは、各半導体レーザー２０を平行方向にずらして配置することになる。その結果、光ファイバー入射面１１の法線から遠い位置に存在する半導体レーザー２０から発せられた光における、プリズム３０Ａを通した光ファイバー入射面１１への入射角度が大きくなり、光ファイバー１０の開口数ＮＡよりも大きくなる。このため、光ファイバー１０への入射効率を低下させることになる。また、この問題を解消しようとすると、複数の半導体レーザー２０を互いに重ねて配置する必要があり、その結果、一部の光路が他の半導体レーザー２０によって塞がれることになるので、光利用効率が低下することになる。尚、光ファイバー１０の開口数ＮＡとは、入射光線がコア１２内で内部全反射するために持てる最大角の正弦として定義されるものである。
【００２０】
また、本実施の形態では、上述したように、半導体レーザー２０を斜めに配置しているので、光学ユニット１Ａの装置長さを短くすることができ、光学ユニット１Ａのコンパクト化を図ることができる。例えば、本実施の形態では、光学ユニット１Ａの大きさを例えば直径１５ｍｍ×高さ１３ｍｍ内に抑えることができる。尚、高さ１３ｍｍとは、半導体レーザー２０の後端から、光ファイバー入射面１１までの寸法である。
【００２１】
また、後述するように、半導体レーザー２０のビーム形状は、長軸と短軸とが異なる非対称の楕円となる。これに対して、各半導体レーザー２０を光ファイバー入射面１１の法線Ｚに対して傾斜して配置することにより、ビーム形状を非対称である楕円から対称である真円に近づけることができる。この結果、光ファイバー１０への入射効率を高めることができる。
【００２２】
ここで、半導体レーザー２０は、直線偏光の光を出力するが、拡がり角が直交方向において互いに異なっている。例えば、半導体レーザー２０として、光が通過する経路の両端に結晶の劈開等で形成した２枚の反射面を対向させた一般的なファブリペロー共振器を備えたファブリペロー型半導体レーザーを用いた場合には、拡がり角は通常３０°程度と１０°程度となっている。その結果、半導体レーザー２０のビーム形状は、図２に示すように、楕円形状になる。尚、偏光方向は、図２において矢印で示す直線偏光である。また、楕円形状の長軸を照射平面に対して傾斜させて半導体レーザー２０を配置することによって、ビーム形状を新円に近づける補正が可能となる。
【００２３】
次に、本実施の形態のプリズム３０Ａは、図１に示すように、該プリズム３０Ａの光出射面３２からの出射光の光軸Ｌ２・Ｌ２と光ファイバー１０における光ファイバー入射面１１の法線Ｚとのなす角度である被集光部材入射角度としての光ファイバー入射角度θ２が、該プリズム３０Ａの光入射面３１Ａへの各半導体レーザー２０から発せられた光の光軸Ｌ１・Ｌ１と光ファイバー入射面１１の法線Ｚとのなす入射光傾斜角度θ１よりも小さくなるように形成されている。尚、本実施の形態のプリズム３０Ａは、一体に形成されているが、本発明においては、必ずしもこれに限らず、それぞれの半導体レーザー２０毎に別体に形成されていてもよい。
【００２４】
これにより、光ファイバー入射面１１の法線Ｚに対して斜めに向けられた半導体レーザー２０・２０からの光の光軸Ｌ１・Ｌ１をプリズム３０Ａにて該法線Ｚに近い方向に曲げて、効率よく光ファイバー１０に光を入射させることができる。
【００２５】
また、本実施の形態の光学ユニット１Ａでは、プリズム３０Ａの光入射面３１Ａが平面状となっている。これにより、半導体レーザー２０から平行光が出射された場合に、その平行光を維持して光入射面３１Ａからプリズム３０Ａに入射させることができる。
【００２６】
さらに、本実施の形態の光学ユニット１Ａでは、プリズム３０Ａの光出射面３２が平面状となっている。これにより、後述するように、プリズム３０Ａの光出射面３２での光損失を低減することができる。
【００２７】
さらに、本実施の形態の光学ユニット１Ａでは、各半導体レーザー２０・２０から発せられる光は、プリズム３０Ａの光出射面３２に対してｐ波偏光となっている。このｐ波偏光について、図３及び図４に基づいて説明する。図３は、レーザー光が屈折率の高い物資から屈折率の低い物資へ透過するときのｐ波偏光とｓ波偏光との関係を示す断面図である。また、図４は、レーザー光が屈折率の高い物資から屈折率の低い物資へ透過する場合のｐ波偏光及びｓ波偏光における入射角と反射率との関係を示すグラフである。具体的には、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）の入射角と反射率との関係を示すものである。
【００２８】
すなわち、本実施の形態では、光源として半導体レーザー２０を使用している。ここで、半導体レーザー２０は、一般的に直線偏光であり、該直線偏光をプリズム３０Ａの光出射面３２に対して平行か又は垂直かのいずれに向けるかによってｐ波偏光とｓ波偏光とが選択可能である。そこで、本実施の形態では、図３に示すように、レーザー光が屈折率の高いプリズム３０Ａの界面である光出射面３２に入射して屈折率の低い空気層へ出射する場合、空気層へ出射される光をｐ波偏光とし、界面である光出射面３２にて反射してプリズム３０Ａ側に戻る光をｓ波偏光とするようにしている。
【００２９】
ここで、ｓ波偏光及びｐ波偏光は、図４に示すように、プリズム３０Ａの光出射面３２への入射角度θ’によって光透過率、反射率が変化するが、基本的には、ｐ波偏光の方が広い角度範囲で透過率が高くなる。
【００３０】
この結果、本実施の形態では、各半導体レーザー２０・２０から発せられる光が、プリズム３０Ａの光出射面３２に対してｐ波偏光となるように選択する。これによって、プリズム３０Ａの光出射面３２での反射による光損失を低減し、光利用率を向上することができるものとなっている。
【００３１】
特に、本実施の形態の光学ユニット１Ａでは、各半導体レーザー２０・２０から発せられた光における、プリズム３０Ａの光入射面３１Ａに入射した後の光軸の方向は、プリズム３０Ａの光出射面３２に対してブリュースター角をなしている。すなわち、図４に示すように、各半導体レーザー２０・２０から発せられる光が、プリズム３０Ａの光出射面３２に対してｐ波偏光である場合に、プリズム３０Ａの光出射面３２への入射角度がブリュースター角度であるときに、プリズム３０Ａの光出射面３２での反射による光損失が最少となる。具体的には、ブリュースター角度は、図４から読み取れるように、光出射面３２への入射角度θ’が約３５°の場合であり、このとき、プリズム３０Ａの光出射面３２でのｐ波偏光の反射率が略０となる。
【００３２】
上記構成を備えた光学ユニット１Ａにおける各部材の作用について説明する。
【００３３】
まず、本実施の形態に光学ユニット１Ａでは、ハーフミラーを用いない構成となっているので、部品点数が少ないものとなっている。また、半導体レーザー２０・２０からの光線の光軸Ｌ１・Ｌ１が光ファイバー１０の光ファイバー入射面１１の法線Ｚに対して傾斜するように半導体レーザー２０・２０を配置しているので、光学ユニット１Ａの寸法をコンパクトにすることができるものとなっている。
【００３４】
そして、本実施の形態の光学ユニット１Ａでは、図１に示すように、一つの半導体レーザー２０からレーザー光が出射されると、楕円形状のビーム形状を有するレーザー光は、光入射面３１Ａにてプリズム３０Ａに入射される。
【００３５】
次いで、本実施の形態では、プリズム３０Ａの光出射面３２は平面になっており、かつこの平面は光ファイバー１０の光ファイバー入射面１１に対して傾斜している。具体的には、平面からなる光出射面３２の傾斜角度は、レーザー光の楕円形状のビーム形状が、真円となる傾斜角度となっている。すなわち、光出射面３２は、レーザー光の楕円形状のビーム形状の短軸を中心として長軸回りに回転させる方向に傾斜している。これにより、プリズム３０Ａの光出射面３２から出射されたレーザー光のビーム形状は、真円となって、光ファイバー１０の光ファイバー入射面１１に入射される。
【００３６】
この結果、光ファイバー１０に入射されるレーザー光は、光ファイバー１０の断面真円のコア１２の内部に収まるようになるので、全ての光が光ファイバー１０のコア１２に入射され、入射効率が高いものとなる。
【００３７】
また、レーザー光がプリズム３０Ａの光出射面３２から出射するときに、本実施の形態では、レーザー光のｐ波偏光が透過されるようになっている。さらに、レーザー光における、平面からなる光出射面３２への入射光の光軸の入射角度がブリュースター角度となっているので、光出射面３２から出射されるｐ波偏光のレーザー光の反射率は０である。したがって、プリズム３０Ａ内において、最も光損失が小さい状態でプリズム３０Ａから出射される。
【００３８】
したがって、本実施の形態における光学ユニット１Ａでは、複数の半導体レーザー２０・２０を用いて、小型、高効率かつ低コストにて光ファイバー１０に集光させることができる。
【００３９】
すなわち、光損失等について整理すると、複数の半導体レーザー２０・２０のレーザー光の波長が互いに異なる場合は、通常、ダイクロイックフィルタを用いるが、集光レンズが別途に１つ以上必要となり、部品点数が増える。また、光損失についても、ダイクロイックフィルタでの光損失に加え、集光レンズの両面での光損失が積算される。具体的には、図４から読み取れるように、反射防止膜を施していない面に垂直に入射した場合、一つの面で約４％の光損失となる。
【００４０】
また、半導体レーザー２０のように、ビーム形状が楕円として射出されるレーザー光に関しては、通常の対称のレンズを使用すると光ファイバー入射面１１でも楕円形状となるため、光ファイバー１０のコア１２の内部に入らず損失となる場合がある。 
【００４１】
さらに、平面状に半導体レーザー２０…を配置しようとすると、光ファイバー１０の開口数ＮＡ内に入れるためには、開口数ＮＡの寸法を長くしなければならない。例えば、φ５．６ｍｍサイズの半導体レーザー２０…を複数個平面状に並べると、開口数ＮＡの寸法が短いと、光ファイバー入射面１１への入射光が開口数ＮＡの内部に収まらず、光がクラッド１３に抜けて光損失となってしまう。
【００４２】
したがって、光ファイバー１０に高効率にて結合させるためには、
（１）プリズム３０Ａの光入射面３１Ａ及び光出射面３２での損失を減らす。
（２）光ファイバー１０のコア１２のよりも小さなスポットサイズに絞る。
（３）光ファイバー１０の開口数ＮＡ内に入射させる。
ことが重要である。
【００４３】
そこで、本実施の形態では、プリズム３０Ａの光出射面３２を光軸Ｌ１・Ｌ１に対して斜めに配置している。これにより、反射の少ないｐ波偏光のブリュースター角を利用することによって、透過率の向上を図ることができる。また、非対称であるビーム形状を対称に近づけることができるので、結合効率を向上させることができる。さらに、光ファイバー１０に対する光ファイバー入射角度θ２が小さくなるので、光ファイバー１０の開口数ＮＡ外への光入射による光損失を低下することができるものとなっている。
【００４４】
以上のように、本実施の形態における光学ユニット１Ａは、光ファイバー１０と、複数の半導体レーザー２０・２０と、光ファイバー１０と複数の半導体レーザー２０・２０との間に位置し、各半導体レーザー２０・２０から発せられた光を光入射面３１Ａから入射して屈折により進行方向を変化させて光出射面３２から出射させて光ファイバー１０の光ファイバー入射面１１に導くプリズム３０Ａとを備えている。そして、各半導体レーザー２０・２０は、該各半導体レーザー２０・２０における出射光の光軸Ｌ１・Ｌ１が光ファイバー１０における光ファイバー入射面１１の法線Ｚに対してそれぞれ傾斜するように設けられていると共に、プリズム３０Ａは、該プリズム３０Ａの光出射面３２からの出射光の光軸Ｌ２・Ｌ２と光ファイバー１０における光ファイバー入射面１１の法線Ｚとのなす角度である光ファイバー入射角度θ２が、該プリズム３０Ａの光入射面３１Ａへの上記各半導体レーザー２０・２０から発せられた光の光軸Ｌ１・Ｌ１と光ファイバー１０における光ファイバー入射面１１の法線Ｚとのなす入射光傾斜角度θ１よりも小さくなるように形成されている。
【００４５】
上記の構成により、本実施の形態では、プリズム３０Ａとして屈折を利用するものとなっており、光学ユニットとしてのハーフミラーを用いないので、ハーフミラー使用時における反射光と透過光とのいずれか一方による光損失を防止することができる。また、ハーフミラーを用いないので、部品点数が少なくなり、小型化を図り得る光学ユニット１Ａを提供することができる。
【００４６】
ところで、このような光学ユニットでは、各半導体レーザー２０・２０を、該各半導体レーザー２０・２０における出射光の光軸Ｌ１・Ｌ１が光ファイバー入射面１１の法線Ｚに対して平行となるように設けたのでは、各半導体レーザー２０・２０を平行方向にずらして配置する結果、光ファイバー入射面１１の法線から遠い位置に存在する半導体レーザー２０から発せられた光における、プリズム３０Ａを通した光ファイバー入射角度θ２が大きくなり、光ファイバー１０の開口数ＮＡよりも大きくなるので、光ファイバー１０への入射効率を低下させることになる。また、この問題を解消しようとすると、複数の半導体レーザー２０・２０を互いに重ねて配置する必要があり、その結果、一部の光路が他の光源によって塞がれることになるので、光利用効率が低下することになる。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、各半導体レーザー２０・２０は、該各半導体レーザー２０・２０における出射光の光軸Ｌ１・Ｌ１が光ファイバー１０における光ファイバー入射面１１の法線Ｚに対してそれぞれ傾斜するように設けられている。
【００４８】
この結果、各半導体レーザー２０・２０を配設するときに、各半導体レーザー２０・２０を、該各半導体レーザー２０・２０における出射光の光軸Ｌ１・Ｌ１が光ファイバー入射面１１の法線Ｚに対して平行となるように設ける場合に比べて、横方向への距離が長くなることを抑制することができ、光ファイバー１０への光入射効率の低下を防止し、光利用効率の低下を防止することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、プリズム３０Ａは、該プリズム３０Ａの光出射面３２からの出射光の光軸Ｌ２・Ｌ２と光ファイバー１０における光ファイバー入射面１１の法線Ｚとのなす角度である光ファイバー入射角度θ２が、該プリズム３０Ａの光入射面３１Ａへの上記各半導体レーザー２０・２０から発せられた光の光軸Ｌ１・Ｌ１と光ファイバー１０における光ファイバー入射面１１の法線Ｚとのなす入射光傾斜角度θ１よりも小さくなるように形成されている。
【００５０】
この結果、光ファイバー入射面１１の法線Ｚに対して斜めに向けられた半導体レーザー２０・２０からの光の光軸Ｌ１・Ｌ１をプリズムの機能を有する光学部材にて該法線Ｚに近い方向つまり光ファイバー入射面１１の垂直方向に近づくように曲げて、効率よく光ファイバー１０に光を入射させることができる。
【００５１】
したがって、複数の半導体レーザー２０・２０を配置するときの重なりを防止して該光学ユニット１Ａをコンパクトにし、かつハーフミラーを用いずに光を光ファイバー入射面１１の法線Ｚに近い方向から光ファイバー１０に入射させることにより光入射効率を向上し得る光学ユニット１Ａを提供することができる。
【００５２】
また、本実施の形態の光学ユニット１Ａでは、各半導体レーザー２０・２０から発せられる光は、プリズム３０Ａの光出射面３２に対してｐ波偏光である。すなわち、半導体レーザー２０は、一般的に直線偏光であり、該直線偏光をプリズム３０Ａの光出射面３２に対して平行か又は垂直かのいずれに向けるかによってｐ波偏光とｓ波偏光とが選択可能である。この場合、ｓ波偏光及びｐ波偏光は、プリズム３０Ａの光出射面３２への入射角度によって光透過率、反射率が変化するが、基本的には、ｐ波偏光の方が広い角度範囲で透過率が高くなる。
【００５３】
この結果、本実施の形態では、各半導体レーザー２０・２０から発せられる光が、プリズム３０Ａの光出射面３２に対してｐ波偏光となるように選択することにより、プリズム３０Ａの光出射面３２での反射による光損失を低減し、光利用率を向上することができる。
【００５４】
さらに、本実施の形態における光学ユニット１Ａでは、各半導体レーザー２０・２０から発せられた光における、プリズム３０Ａの光出射面３２に入射した後の光軸の方向は、プリズム３０Ａの光出射面３２に対してブリュースター角をなしている。
【００５５】
すなわち、各半導体レーザー２０・２０から発せられる光が、プリズム３０Ａの光出射面３２に対してｐ波偏光である場合に、プリズム３０Ａの光出射面３２への入射角度がブリュースター角度であるときに、プリズム３０Ａの光出射面３２での反射による光損失が最少となる。
【００５６】
したがって、本実施の形態の構成を採用することにより、プリズム３０Ａの光出射面３２での反射による光損失を最大限に低減し、光利用率をさらに向上することができる。
【００５７】
尚、本実施の形態では、光源として半導体レーザー２０を採用しているが、必ずしもこれに限らず、他の光源でもよい。
【００５８】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
前記実施の形態１の光学ユニット１Ａでは、プリズム３０Ａは、光入射面３１Ａが平面となっていた。しかし、本実施の形態の光学ユニット１Ｂでは、プリズム３０Ｂの光入射面３１Ｂが凸形状となっている点が異なっている。
【００６０】
本実施の形態の光学ユニット１Ｂの構成について、図５に基づいて説明する。図５は本実施の形態の光学ユニット１Ｂの構成を示す正面図である。
【００６１】
本実施の形態の光学ユニット１Ｂは、図５に示すように、プリズム３０Ｂの光入射面３１Ｂが凸形状となっている。尚、これ以外の構成は、前記実施の形態１にて説明した光学ユニット１Ａの構成と同じであるので、その説明を省略する。
【００６２】
すなわち、光学ユニット１Ｂのプリズム３０Ｂは、光入射面３１Ｂと光出射面３２とのいずれか一方が凸形状となっており、かつ１つの半導体レーザー２０に対して１つの該凸形状が対応しているとすることが可能である。
【００６３】
これにより、光学部材としてのプリズム３０Ｂの光入射面３１Ｂと光出射面３２とのいずれか一方が凸形状となっているので、光学部材は、プリズムとしての機能だけでなく、凸レンズとしての機能も有している。この結果、光ファイバー１０の光ファイバー入射面１１に対して十分に小さいスポットサイズに絞って入射することができるので、光ファイバー１０への光入射効率をさらに高めることができる。
【００６４】
特に、本実施の形態の光学ユニット１Ｂでは、プリズム３０Ｂは、光入射面３１Ｂが凸形状となっている。具体的には、光入射面３１Ｂは、凸形状に突出した曲面となっている。これにより、光入射面３１Ｂが凸レンズとしての機能を有するので、プリズム３０Ｂに入射した光の光路を集中させることができ、光束を絞ることができる。このため、光ファイバー入射面１１の一点に集光させることが可能となる。したがって、半導体レーザー２０等の光源から放射状に光が出射される場合に、光を束ねつつ、光ファイバー１０の光ファイバー入射面１１に対して垂直に光を入射できるという効果がある。
【００６５】
そして、本実施の形態の光学ユニット１Ｂでは、図５に示すように、一つの半導体レーザー２０からレーザー光が出射されると、楕円形状のビーム形状を有するレーザー光は、光入射面３１Ｂにてプリズム３０Ｂに入射される。このとき、プリズム３０Ｂの光入射面３１Ｂは、断面円弧状に突出する凸形状となっているので、凸レンズの機能により、レーザー光の楕円形状のビーム形状は収束される。このため、プリズム３０Ｂ内で、レーザー光が光入射面３１Ｂから光出射面３２に推移するに伴って、レーザー光の楕円形状のビーム形状は小さくなる。
【００６６】
このように、本実施の形態の光学ユニット１Ｂでは、プリズム３０Ｂは、光入射面３１Ｂと光出射面３２とのいずれか一方が凸形状となっており、かつ１つの半導体レーザー２０に対して１つの該凸形状が対応している。
【００６７】
これにより、光学部材としてのプリズム３０Ｂの光入射面３１Ｂと光出射面３２とのいずれか一方が凸形状となっているので、光学部材は、プリズムとしての機能だけでなく、凸レンズとしての機能も有している。この結果、光ファイバー１０の光ファイバー入射面１１に対して十分に小さいスポットサイズに絞って入射することができるので、光ファイバー１０への光入射効率をさらに高めることができる。
【００６８】
また、本実施の形態における光入射面３１Ｂでは、プリズム３０Ｂは、光入射面３１Ｂが凸形状となっているので、プリズム３０Ｂに入射した光の光路を集中させることができる。また、プリズム３０Ｂの光出射面３２が平面状となっているので、該光出射面３２での光損失を低減することができる。
【００６９】
尚、本実施の形態では、プリズム３０Ｂには、光入射面３１Ｂが凸形状となっている場合について説明したが、本発明においては、必ずしもこれに限らず、プリズム３０Ｂの光出射面３２が凸形状となっている構成であってもよい。
【００７０】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７１】
前記実施の形態１の光学ユニット１Ａ及び実施の形態２の光学ユニット１Ｂでは、光源は複数としての２個の半導体レーザー２０・２０からなっていた。この点、本実施の形態の光学ユニット１Ｃでは、光源は複数としての４個の半導体レーザー２０・２０からなっている点が異なっている。
【００７２】
本実施の形態の光学ユニット１Ｃの構成を図６に基づいて説明する。図６は、本実施の形態の光学ユニット１Ｃの構成を示す斜視図である。
【００７３】
本実施の形態の光学ユニット１Ｃは、図６に示すように、複数としての４個の半導体レーザー２０・２０・２０・２０を備えている。そして、プリズム３０Ｃには、上記４個の半導体レーザー２０・２０・２０・２０に対応して、４個の光入射面３１Ｂと４個の光出射面３２とが備えられている。
【００７４】
したがって、本実施の形態のプリズム３０Ｃの形状は、上から見ると四角錐状となっている。
【００７５】
この構成により、本実施の形態の光学ユニット１Ｃでは、４個の半導体レーザー２０・２０・２０・２０からのレーザー光を光ファイバー１０の光ファイバー入射面１１に入射させるので、高出力の光を光ファイバー１０に入射させることができるものとなっている。
【００７６】
尚、その他の構成は、実施の形態１及び実施の形態２にて説明したことと同じであるので、その説明を省略する。
【００７７】
〔まとめ〕
本発明の態様１における光学ユニット１Ａ・１Ｂ・１Ｃは、被集光部材（光ファイバー１０）と、複数の光源（半導体レーザー２０）と、上記被集光部材（光ファイバー１０）と複数の光源（半導体レーザー２０）との間に位置し、各光源（半導体レーザー２０）から発せられた光を光入射面３１Ａ・３１Ｂから入射して屈折により進行方向を変化させて光出射面３２から出射させて上記被集光部材（光ファイバー１０）の被集光部材入射面（光ファイバー入射面１１）に導く光学部材（プリズム３０Ａ・３０Ｂ・３０Ｃ）とを備えた光学ユニットにおいて、上記各光源（半導体レーザー２０）は、該各光源（半導体レーザー２０）における出射光の光軸Ｌ１が上記被集光部材（光ファイバー１０）における被集光部材入射面（光ファイバー入射面１１）の法線Ｚに対してそれぞれ傾斜するように設けられていると共に、上記光学部材（プリズム３０Ａ・３０Ｂ・３０Ｃ）は、該光学部材（プリズム３０Ａ・３０Ｂ・３０Ｃ）の光出射面３２からの出射光の光軸Ｌ２と上記被集光部材（光ファイバー１０）における被集光部材入射面（光ファイバー入射面１１）の法線Ｚとのなす角度である被集光部材入射角度（光ファイバー入射角度θ２）が、該光学部材（プリズム３０Ａ・３０Ｂ・３０Ｃ）の光入射面３１Ａ・３１Ｂへの上記各光源（半導体レーザー２０）から発せられた光の光軸Ｌ１と上記被集光部材（光ファイバー１０）における被集光部材入射面（光ファイバー入射面１１）の法線Ｚとのなす入射光傾斜角度（入射光傾斜角度θ１）よりも小さくなるように形成されていることを特徴としている。
【００７８】
上記の発明によれば、光学部材として屈折を利用するものとなっており、光学部材としてのハーフミラーを用いないので、ハーフミラー使用時における反射光と透過光とのいずれか一方による光損失を防止することができる。
【００７９】
また、本発明では、各光源は、該各光源における出射光の光軸が上記被集光部材における被集光部材入射面の法線に対してそれぞれ傾斜するように設けられている。
【００８０】
この結果、各光源を配設するときに、各光源を、該各光源における出射光の光軸が上記被集光部材入射面の法線に対して平行となるように設ける場合に比べて、横方向への距離が長くなることを抑制することができ、被集光部材への光入射効率の低下を防止し、光利用効率の低下を防止することができる。
【００８１】
また、本発明では、光学部材は、該光学部材の光出射面からの出射光の光軸と上記被集光部材における被集光部材入射面の法線とのなす角度である被集光部材入射角度が、該光学部材の光入射面への上記各光源から発せられた光の光軸と上記被集光部材における被集光部材入射面の法線とのなす入射光傾斜角度よりも小さくなるように形成されている。
【００８２】
この結果、被集光部材入射面の法線に対して斜めに向けられた光源からの光の光軸をプリズムの機能を有する光学部材にて該法線に近い方向つまり被集光部材入射面の垂直方向に近づくように曲げて、効率よく被集光部材に光を入射させることができる。
【００８３】
したがって、複数の光源から被集光部材への光入射効率を向上し得る光学ユニットを提供することができる。
【００８４】
本発明の態様２における光学ユニット１Ｂ・１Ｃは、態様１の光学ユニットにおいて、前記光学部材（プリズム３０Ｂ・３０Ｃ）は、前記光入射面３１Ｂと光出射面３２とのいずれか一方が凸形状となっており、かつ１つの光源（半導体レーザー２０）に対して１つの該凸形状が対応していることが好ましい。
【００８５】
これにより、光学部材は、凸レンズとしての機能をも有している。この結果、被集光部材の光入射面に対して十分に小さいスポットサイズに絞って入射することができるので、被集光部材への光入射効率をさらに高めることができる。
【００８６】
本発明の態様３における光学ユニット１Ｂ・１Ｃは、態様１又は２の光学ユニットにおいて、前記光学部材（プリズム３０Ｂ・３０Ｃ）は、前記光入射面３１Ｂが凸形状となっており、かつ前記光出射面３２が平面状となっていることが好ましい。
【００８７】
これにより、光学部材の光入射面が凸形状となっているので、光学部材に入射した光の光路を集中させることができる。また、光学部材の光出射面が平面状となっているので、後述する構成を有する場合に、特に、該光出射面での光損失を低減することができる。
【００８８】
本発明の態様４における光学ユニット１Ａ・１Ｂ・１Ｃは、態様１，２又は３の光学ユニットにおいて、前記各光源（半導体レーザー２０）から発せられる光は、前記光学部材（プリズム３０Ａ・３０Ｂ・３０Ｃ）の光出射面３２に対してｐ波偏光であることが好ましい。
【００８９】
すなわち、ｓ波偏光及びｐ波偏光は、光学部材の光出射面への入射角度によって光透過率、反射率が変化するが、基本的には、ｐ波偏光の方が広い角度範囲で透過率が高くなる。この結果、本発明では、各光源から発せられる光が、光学部材の光出射面に対してｐ波偏光となるように選択することにより、光学部材の光出射面での反射による光損失を低減し、光利用率を向上することができる。
【００９０】
本発明の態様５における光学ユニット１Ａ・１Ｂ・１Ｃは、態様４の光学ユニットにおいて、前記各光源（半導体レーザー２０）から発せられた光における、前記光学部材（プリズム３０Ａ・３０Ｂ・３０Ｃ）の光入射面３１Ａ・３１Ｂに入射した後の光軸Ｌ１の方向は、上記光学部材（プリズム３０Ａ・３０Ｂ・３０Ｃ）の光出射面３２に対してブリュースター角をなしていることが好ましい。
【００９１】
これにより、光学部材の光出射面での反射による光損失を最大限に低減し、光利用率をさらに向上することができる。
【００９２】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、光ファイバー又はレンズ等の被集光部材に複数の例えば半導体レーザー等の光源からの光を集光させる光学ユニットに利用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１Ａ        光学ユニット
１Ｂ        光学ユニット
１Ｃ        光学ユニット
１０        光ファイバー（被集光部材）
１１        光ファイバー入射面（被集光部材入射面）
１２        コア
１３        クラッド
２０        半導体レーザー（光源）
３０Ａ      プリズム（光学部材）
３０Ｂ      プリズム（光学部材）
３０Ｃ      プリズム（光学部材）
３１Ａ      光入射面
３１Ｂ      光入射面
３２        光出射面
Ｌ１        光軸（光源から発せられた光の光軸）
Ｌ２        光軸（光出射面からの出射光の光軸）
ＮＡ        開口数
Ｚ          法線
θ’        入射角度
θ１        入射光傾斜角度
θ２        光ファイバー入射角度（被集光部材入射角度）
【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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