(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）を形成するための装置であって、
入射面（２）および出射面（３）を有する構成要素（１）と、
レーザビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）を偏向させるための、および／または結像させるための、および／またはコリメートさせるための入射面（２）上の第１レンズアレイ（４）であって、第１方向（Ｘ）に互いに相並んで配設された複数のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）を含む第１レンズアレイ（４）と、
レーザビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）を偏向させるための、および／または結像させるための、および／またはコリメートさせるための、出射面（３）上の第２レンズアレイ（６）であって、第１方向（Ｘ）に垂直な第２方向（Ｙ）に互いに相並んで配設された複数のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）を含む第２レンズアレイ（６）と、
を含み、
第１レンズアレイ（４）は、第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちの第１レンズによって、レーザビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ）が、第１方向（Ｘ）に関して、および／または第２方向（Ｙ）に関して、第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちの第２レンズによる偏向とは異なる角度で偏向されるように構成されてなり、第１レンズアレイ（４）の異なる各レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）は、第２方向（Ｙ）に関して、それぞれ異なる楔形構造を有する、
および／または、
第２レンズアレイ（６）は、第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちの第１レンズによって、レーザビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ）が、第１方向（Ｘ）に関して、および／または第２方向（Ｙ）に関して、第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちの第２レンズによる偏向とは異なる角度で偏向されるように構成されてなり、第２レンズアレイ（６）の異なる各レンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）は、第１方向（Ｘ）に関して、それぞれ異なる楔形構造を有し、
第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）、および／または第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）は、シリンダレンズ、またはシリンダ状レンズとして形成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
第１レンズアレイ（４）および／または第２レンズアレイ（６）は、第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）を通過したレーザビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ）が第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）に入射するように、そして、第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）の数は、第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）の数に合致するように構成することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１方向（Ｘ）における入射面（２）の方が、出射面（３）より広い、および／または第２方向（Ｙ）における出射面（３）が入射面（２）よりも広いことを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）は、第２方向（Ｙ）に互いにずれて配設され、および／または第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）は、第１方向（Ｘ）に互いにずれて配設されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
第１レンズアレイ（４）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のシリンダ軸の少なくとも１つは、第２レンズアレイ（６）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のシリンダ軸の少なくとも１つに垂直であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
第１レンズアレイ（４）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のシリンダ軸は、第１方向（Ｘ）に対して平行、または第１方向（Ｘ）と４５°未満の角度を形成する、および／または
第２レンズアレイ（６）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のシリンダ軸は、第２方向（Ｙ）に対して平行、または第２方向（Ｙ）と４５°未満の角度を形成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
第１レンズアレイ（４）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のシリンダ軸は、第１方向（Ｘ）に対して平行、または第１方向（Ｘ）と３５°未満の角度を形成する、および／または
第２レンズアレイ（６）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のシリンダ軸は、第２方向（Ｙ）に対して平行、または第２方向（Ｙ）と４５°未満の角度を形成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
第１レンズアレイ（４）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のシリンダ軸は、第１方向（Ｘ）に対して平行、または第１方向（Ｘ）と２５°未満の角度を形成する、および／または
第２レンズアレイ（６）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のシリンダ軸は、第２方向（Ｙ）に対して平行、または第２方向（Ｙ）と２５°未満の角度を形成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
第１レンズアレイ（４）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちの少なくとも２つのレンズのシリンダ軸は、互いに、０°より大きく２５°より小さい角度を形成する、および／または
第２レンズアレイ（６）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちの少なくとも２つのレンズのシリンダ軸は、互いに、０°より大きく２５°より小さい角度を形成することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
第１レンズアレイ（４）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちの少なくとも２つのレンズのシリンダ軸は、互いに、０°より大きく１５°より小さい角度を形成する、および／または
第２レンズアレイ（６）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちの少なくとも２つのレンズのシリンダ軸は、互いに、０°より大きく１５°より小さい角度を形成することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
第１レンズアレイ（４）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちの少なくとも２つのレンズのシリンダ軸は、互いに、０°より大きく１０°より小さい角度を形成する、および／または
第２レンズアレイ（６）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちの少なくとも２つのレンズのシリンダ軸は、互いに、０°より大きく１０°より小さい角度を形成することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバー積層体から出射したレーザビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ）を成形するための装置が利用され、遅軸の第１方向（Ｘ）と速軸の第２方向（Ｙ）とが対応していることを特徴する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
第１レンズアレイ（４）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちの少なくとも１つは、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバー積層体のエミッタから出射されたレーザビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ）が、第２方向（Ｙ）に関して、光ファイバの入射面上に結像することが可能であるように、または第２方向（Ｙ）に関してコリメートすることが可能であるように構成する、および／または、
第２レンズアレイ（６）のシリンダレンズまたはシリンダ状レンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちの少なくとも１つは、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバー積層体のエミッタから出射されたレーザビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ）が、第１方向（Ｘ）に関して、光ファイバの入射面上に結像することが可能であるように、または第１方向（Ｘ）に関してコリメートすることが可能であるように構成することを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちの少なくとも１つ、および／または第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちの少なくとも１つは、第１方向（Ｘ）および第２方向（Ｙ）において湾曲していることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちのすべて、および／または第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちのすべては、第１方向（Ｘ）および第２方向（Ｙ）において湾曲していることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちの少なくとも１つ、および／または第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちの少なくとも１つは、自由曲面として形成されていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちのすべて、および／または第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちのすべては、自由曲面として形成されていることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちの少なくとも１つは、第１方向（Ｘ）において、第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちの少なくとも１つよりも広いことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちの少なくとも１つは、第１方向（Ｘ）において、第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちの少なくとも１つの２倍よりも広いことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
第２レンズアレイ（６）のレンズ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）のうちのすべては、第１方向（Ｘ）において、第１レンズアレイ（４）のレンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ）のうちのすべてよりも広いことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
構成要素（１）がモノリシック部品であることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に従ったレーザビームを成形するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
定義  レーザビームの伝播方向とは、特に、レーザビームが平面波ではない、または少なくとも部分的に発散している場合には、レーザビームの中間伝播方向を意味する。レーザビーム、光ビーム、部分ビームまたはビームについては、明確に別段の記載がない場合には、幾何光学の理想的ビームを意味するのではなく、現実の光ビーム、たとえば、無限小ではなく、拡大するビーム断面を有する、たとえば、ガウスプロファイルを有する、またはトップハットプロファイルを有するレーザビームである。光は、可視スペクトル領域だけでなく、赤外線や紫外線スペクトル領域も意味している。楔形形状とは、平らな面が存在していることを意味するものではなく、楔形形状構造体の大きさが、延びる方向に垂直または傾斜した、１つまたは２つの方向において、小さくなるまたは大きくなることを意味している。また、楔形形状とは、たとえば、楔やピラミッドの一部の面のような平らな面を含むだけではなく、たとえば球の一部の面のような湾曲した面も含む。
【０００３】
冒頭で挙げたタイプの装置は、たとえば、ＥＰ２３０９３０９Ａ２から知られている。この装置は、特に、固体レーザのポンピングの場合に有利である、ファイバ出力部における均一な近接場の生成に特に適している。ＥＰ２３０９３０９Ａ２に記載のモノリシックファイバカプラは、いくつかの適用においては、理論的に可能な輝度が、レーザダイオードバーから必要とされるわけではなく、より小さな輝度で十分であるということを利用している。したがって、レーザダイオードバーの個々のエミッタは、光学系によって、光ファイバ上に結像可能である。しかしながら、その場合、光ファイバは、遅軸における全レーザダイオードバーのビームパラメータ積を伝送可能でなければならない。
【発明の概要】
【０００４】
本発明が基礎とする課題は、より高い輝度が達成され、および／またはより効率的に構成されてなる、冒頭で挙げたタイプの装置であって、特に、光ファイバのコア径と開口数との積が、おおよそ、遅軸におけるレーザダイオードバーの各エミッタのビームパラメータ積にのみ対応しなければならない装置を提供することである。
【０００５】
これは、発明に従えば、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する、冒頭で挙げたタイプの装置によって達成される。下位の請求項は、発明の好ましい実施形態に関する。
【０００６】
請求項１に従えば、第１レンズアレイは、第１レンズアレイのレンズのうちの第１レンズによって、レーザビームが、第１方向に関して、および／または第２方向に関して、第１レンズアレイのレンズのうちの第２レンズによる偏向とは異なる角度で偏向されるように、および／または、第２レンズアレイは、第２レンズアレイのレンズのうちの第１レンズによって、レーザビームが、第１方向に関して、および／または第２方向に関して、第２レンズアレイのレンズのうちの第２レンズによる偏向とは異なる角度で偏向されるように、構成されてなる。
第１レンズアレイのレンズのうちの１または複数のレンズは、レーザダイオードバーの各エミッタから出射するレーザビームを、第２方向に関して偏向させ、特に、第１レンズアレイの各レンズから出射するレーザビームを、第２レンズアレイの第２方向において互いに離間された各レンズ上に入射させるように偏向させる。
【０００７】
その場合、第１レンズアレイおよび／または第２レンズアレイは、第１レンズアレイのレンズを通過したレーザビームが第２レンズアレイのレンズに入射するように、そして、第１レンズアレイのレンズの数は、第２レンズアレイのレンズの数に合致するように構成することが可能である。レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバー積層体から出射したレーザビームを成形するための装置が利用される場合には、遅軸の第１方向と速軸の第２方向とが対応している。かかる形態の場合、入射面上のレーザダイオードバーの各エミッタから出射したレーザビームは、対応のレンズにぶつかり、その対応のレンズは、コリメーションまたは結像のみならず、速軸方向および遅軸方向においてある角度でレーザビームのポインティングベクトル上に刻印を押す。構成要素の入射面上では、遅軸に沿って互いに相並んで配設されたレンズの数は、レーザダイオードバーのエミッタの数に対応している。速軸方向および遅軸方向において、レーザビームのポインティングベクトル上に刻印される角度は、特に、前記構成要素の出射面上のエミッタのレーザビームが、速軸方向において、異なる各レンズに衝突するように選択することが可能である。したがって、前記構成要素の出射面上においても、速軸に沿って互いに相並んで配設されたレンズの数は、レーザダイオードバーのエミッタの数に対応している。
【０００８】
第１方向における入射面の方が、出射面より広く、および／または第２方向における出射面が入射面よりも広くすることも可能である。この方法では、レンズは、入射面上および出射面上に、異なる各方向において互いに相並んで配設される。
【０００９】
第１レンズアレイの異なる各レンズは、特に第２方向に関して、それぞれ異なる楔形構造を有し、および／または第２レンズアレイの異なる各レンズは、特に第１方向に関して、それぞれ異なる楔形構造を有してなることが可能である。第１レンズアレイのレンズの第２方向に関するそれぞれ異なる楔形構造によって、これらのレンズから出射するレーザビームが、第２方向において互いに相並んで配設された、第２レンズアレイのレンズのそれぞれの上に衝突することが達成される。さらにまた、第２レンズアレイのレンズの第１方向に関して異なる楔形構造とすることによって、これらのレンズ上に衝突するレーザビームが、再度、装置の光学軸に対して屈折されることが達成される。
【００１０】
さらにまた、第１レンズアレイのレンズは、第２方向に互いにずれて配設されてもよく、および／または第２レンズアレイのレンズは、第１方向に互いにずれて配設されてもよい。これらのずれは、楔形構造と似た働きをし、レーザビームの偏向を可能にする。
【００１１】
特に、第１レンズアレイのレンズ、および／または第２レンズアレイのレンズは、シリンダレンズ、またはシリンダ状レンズとして形成されている。この方法では、結像またはコリメーションに関して、第１レンズアレイのレンズは、レーザダイオードバーのレーザビームの速軸上にのみ、そして、第２レンズアレイのレンズは、レーザダイオードバーのレーザビームの遅軸上にのみ作用することを達成することが可能である。
【００１２】
その場合、特に、第１レンズアレイのシリンダレンズまたはシリンダ状レンズのシリンダ軸の少なくとも１つは、第２レンズアレイのシリンダレンズまたはシリンダ状レンズのシリンダ軸の少なくとも１つに垂直であることが可能である。
【００１３】
さらにまた、第１レンズアレイのシリンダレンズまたはシリンダ状レンズのシリンダ軸は、第１方向に対して平行、または第１方向と、４５°未満、好ましくは３５°未満、特に２５°未満の角度を形成する、および／または第２レンズアレイのシリンダレンズまたはシリンダ状レンズのシリンダ軸は、第２方向に対して平行、第２方向と４５°未満、好ましくは３５°未満、特に２５°未満の角度を形成する構成とすることが可能である。
【００１４】
第１レンズアレイのシリンダレンズまたはシリンダ状レンズのうちの少なくとも２つのレンズのシリンダ軸は、互いに、０°より大きく２５°より小さい角度、好ましくは０°より大きく１５°より小さい角度、特に０°より大きく１０°より小さい角度を形成する、および／または第２レンズアレイのシリンダレンズまたはシリンダ状レンズのうちの少なくとも２つのレンズのシリンダ軸は、互いに、０°より大きく２５°より小さい角度、好ましくは０°より大きく１５°より小さい角度、特に０°より大きく１０°より小さい角度を形成する構成とすることが可能である。
【００１５】
これらの手段によって、レーザダイオードバーの、遅軸において互いに相並んで配設された各エミッタから出射されたレーザビームは、第１方向において、または遅軸方向において、光学軸の方に偏向する。この偏向は、たとえば、第１レンズアレイの各レンズの異なる楔形構造によって可能にされる。
【００１６】
特に、第１レンズアレイのシリンダレンズまたはシリンダ状レンズのうちの少なくとも１つは、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバー積層体のエミッタから出射されたレーザビームが、第２方向に関して、光ファイバの入射面上に結像することが可能であるように、または第２方向に関してコリメートすることが可能であるように構成することが可能であり、および／または、第２レンズアレイのシリンダレンズまたはシリンダ状レンズのうちの少なくとも１つは、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバー積層体のエミッタから出射されたレーザビームが、第１方向に関して、光ファイバの入射面上に結像することが可能であるように、または第１方向に関してコリメートすることが可能であるように構成することが可能である。特に、速軸および遅軸に関する結像によって、レーザダイオードバーのレーザビームは、各構成要素と共に、光ファイバ中により高い輝度でカップリングされることが可能である。
【００１７】
その場合特に、その構成要素がモノリシック部品であれば有利である。
【００１８】
第１レンズアレイのレンズおよび／または第２レンズアレイのレンズは、実質的に第１方向に関してのみ、または第２方向に関してのみそれぞれレーザビームを形成するように構成されてなる。しかしながら、第１レンズアレイのレンズおよび／または第２レンズアレイのレンズが、第１方向に関しても、また第２方向に関してもレーザビームを形成するということも可能である。
【００１９】
特に、第１レンズアレイのレンズは、レーザビームを、たとえば速軸に対応してもよい、第２方向に関して、コリメートし、第２レンズアレイのレンズは、第２方向に関してレーザビームを集束させて、たとえば遅軸に対応してもよい第１方向に関して該レーザビームを結像するように構成されてなることが可能である。その場合、第２レンズアレイのレンズそれぞれにおいて、第１方向および第２方向に関して、異なる別々の曲率で構成されてなることが可能である。
【００２０】
その代わりに、またはさらにまた、第１レンズアレイおよび／または第２レンズアレイのレンズは、それぞれ、１つの軸において、たとえば、ガリレオ望遠鏡またはケプラー式望遠鏡のような、または肉厚レンズのような望遠鏡として、機能することも可能である。
【００２１】
さらに別の実施形態では、光学系は上記のように動作することが可能であるが、しかしながら、第２レンズアレイのレンズから、コリメートされて区分される光が出射することが可能である。そしてこの光は、たとえば、特に、安価で品質もよいラウンドレンズを介して集束される。
【００２２】
コリメートする実施例において、特に好ましいのは、速軸において、望遠鏡を各エミッタのために設け、遅軸においてのみコリメートさせることである。  したがって、各エミッタと光学系間の距離が等しくなければならない一方で、他方では両軸に関する光学系の厚さが等しくなければならないという境界条件を、光源のビームの質が、両軸において維持されているようにすることで満足させることが可能である。ビームの質またはビームパラメータ積（ＳＰＰ）とは、光源側では、くびれ部のビーム半径と半分の遠視野角との積を意味している。したがって、ファイバ入口部側では、ファイバポイントにおけるビーム半径と半分の遠視野角との積を意味している。技術水準においてよくあるように、光学パラメータの選択が悪い場合には、両軸においてのファイバポイントにおけるこの積が、光源におけるビームパラメータ積に対応している。
【００２３】
発明に従った装置は、レーザダイオードバーから出射した光ではなく、任意の他のレーザ光源から出射した光を形成することできるという可能性がある。たとえば、任意に並んだレーザ、またはレーザ光が出射する、互いに相並んで配設されたファイバ出口、または量子カスケードレーザが設けられてもよい。
【００２４】
また、レンズは、傾斜したおよび／または偏心したシリンダレンズとして形成してもよく、または任意形状の面を有してもよい。
【００２５】
さらにまた、第１レンズアレイの各レンズのレンズ中心の、それらに対して割り当てられた光源に対する距離はそれぞれ異なっていてもよい。このことは有利な点であって、なぜなら、たとえば、レーザダイオードバーの各エミッタから装置の背面側までの光路も異なってもよいからである。しかしながら、これは、第２方向に関する、または遅軸に関する結像の形成をより困難にすると思われる。
【００２６】
また、レンズの表面は、たとえば拡張多項式（Extended Polynomial）によって記載することが可能である。たとえば、第１方向および第２方向における線形項は、ウエッジ機能のために利用することが可能である。さらにまた、第１方向における偶数の指数を有する項は、第１方向に関する曲率のために、そして第２方向における偶数の指数を有する項は、第２方向に関する曲率のために利用することが可能である。第１方向と第２方向とに関して混合された項によって、表面の形状をさらに改良するように構成してもよい。
【００２７】
適切なソフトウェアによって、レンズ素子は、任意形状要素として最適化することが可能である。
【００２８】
本発明を、添付の図面を参照してより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に従った装置の第１実施形態の斜視図である。
【図２】図１に従った装置の正面図である。
【図３】概略的に示されたレーザビームを伴った装置の図１に対応する図である。
【図４】概略的に示されたレーザビームを伴った、図１に従った装置の平面図である。
【図５】概略的に示されたレーザビームを伴った、図１に従った装置の側面図である。
【図６】各レンズの機能が明確にされている、概略的に示されたレーザビームを伴った、図１に従った装置の斜視図である。
【図７】概略的に示されたレーザビームを伴った、図６に従った正面模式図である。
【図８】概略的に示されたレーザビームを伴った、図６に従った概略平面である。
【図９】概略的に示されたレーザビームを伴った、図６に従った概略側面図である。
【図１０】本発明に従った装置の第２実施形態の正面斜視図である。
【図１１】図１０に従った装置の入射面の拡大詳細図である。
【図１２】図１０に従った装置の背面斜視図である。
【図１３】図１０に従った装置の出射面の領域の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図において、同一または機能的に同一の部品または光ビームは、同一の符号が付されている。さらに、図においては、方向を分かりやすくするためにデカルト座標系が示されている。さらにまた、図４および図５においては明瞭化のために光軸１１が示されている。
【００３１】
図６〜図９は、光学的に機能するレンズ表面を単に概略的に示すものであって、これらレンズ表面を別個の構成要素として示している。しかしながら、発明に従った装置は、以下に詳細に説明されているように、各レンズ表面が統合された基板またはモノリシック構成要素を備えてなる。
【００３２】
図１〜図５に示された装置は、入射面２と出射面３とを有するモノリシック透明構成部材１として構成されてなる。その場合、図示された座標系のＺ方向における入射面２と出射面３とは、互いに対向して配設されている（図１参照）。Ｚ方向は、形成されるべきレーザビームの伝播方向にも対応している。
【００３３】
入射面２上には、第１レンズアレイ４が配設され、この第１レンズアレイ４は、第１方向において、すなわち、図示された座標系のＸ方向に対応する方向において、互いに相並んで配設された複数のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅを含む。図においては、説明の単純化のために、５つだけのレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅを示した。しかしながら、５つのレンズよりも、もっと多くまたはもっと少なくてもよい。
【００３４】
レンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅは、第２方向において、すなわち、図示された座標系のＹ方向に対応する方向において、たとえばずれて配設されている（図２参照）。その場合、図２において左端に配設されたレンズ５ａは、Ｙ方向に関して入射面２の下端に配設され、それに対して、右端に配設されたレンズ５ｅは、Ｙ方向に関して入射面２の上端に配設されている。中間レンズ５ｃは、Ｙ方向に関してもほぼ中央に配設されている。２つのレンズ５ｂおよび５ｄは、Ｙ方向に関してそれぞれ、外方のレンズ５ａ，５ｅと中間レンズ５ｃとの間の中間位置をとっている。
【００３５】
さらにまた、第１レンズアレイ４のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅは、それぞれ異なる楔形構造によって、Ｙ方向において互いにそれぞれ異なる。図１は、左に配設されたレンズ５ａは、そのＹ方向に関して上端では、その下端におけるよりもＺ方向により延びている。右に配設されたレンズ５ｅは、そのＹ方向に関して上端では、その下端におけるほどはＺ方向に延びていない。残りのレンズ５ｂ，５ｃ，５ｄは、中間値をとっている。
【００３６】
第１レンズアレイ４のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅは、シリンダレンズまたはシリンダ状レンズとして形成され、それらのシリンダ軸は少なくとも部分的にＸ方向に延びる。中間レンズ５ｃのシリンダ軸はＸ方向に対して平行であり、それに対して、他のレンズ５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｅは、Ｘ方向と０°より大きい角度を形成する。
【００３７】
したがって、特に図４は、２つの外側レンズ５ａと５ｅとのシリンダ軸が、Ｘ方向とおよそ２０°〜−２０°の角度を形成することを示している。さらにまた、図４は、レンズ５ｂおよび５ｄのシリンダ軸が、Ｘ方向とおよそ１０°〜−１０°の角度を形成することを示している。
【００３８】
第１レンズアレイ４のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅのシリンダ軸の方向付けが異なっているので、Ｘ方向において、レンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅの楔形構造をそれぞれ異なるものとすることが可能であり、このことは、たとえば、図１から明らかである。
【００３９】
出射面３上には、第２レンズアレイ６が配設され、該第２レンズアレイ６は、第２方向、すなわち図示された座標系のＹ方向に対応する方向において、互いに相並んで配設されるレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅを有する。図においては、単純化のために、それぞれ、５つのレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅだけを示している。しかしながら、もっと多いまたはもっと少ないレンズで構成されてもよい。
【００４０】
レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅは、第１方向、すなわち図示された座標系のＸ方向に対応する方向において、互いにずれて配設されている（図８参照）。その場合、図８において上端に配設されているレンズ７ａは、Ｘ方向に関して出射面３の右端に配設され、それに対して、下端に配設されたレンズ７ｅは、Ｘ方向に関して入射面２の左端に配設されている。中間レンズ７ｃは、Ｘ方向に関してもほぼ中央に配設されている。２つのレンズ７ｂおよび７ｄは、Ｘ方向に関してそれぞれ、外方のレンズ７ａ，７ｅと中間レンズ７ｃとの間の中間位置をとっている。
【００４１】
さらにまた、第１レンズアレイ６のレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅは、それぞれ異なる楔形構造によって、Ｘ方向において互いにそれぞれ異なる。図７は、上に配設されたレンズ７ａは、そのＸ方向に関して左端では、その右端におけるよりもＺ方向により延びている。下に配設されたレンズ７ｅは、そのＸＺ方向に関して左端では、その右端におけるほどはＺ方向に延びていない。残りのレンズ７ｂ，７ｃ，７ｄは、中間値をとっている。
【００４２】
第２レンズアレイ６のレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅは、シリンダレンズまたはシリンダ状レンズとして形成され、それらのシリンダ軸は少なくとも部分的にＹ方向に延びる。中間レンズ７ｃのシリンダ軸はＹ方向に対して平行であり、それに対して、他のレンズ７ａ，７ｂ，７ｄ，７ｅは、Ｙ方向と０°より大きい角度を形成する。
【００４３】
したがって、特に図５は、２つの外側レンズ７ａと７ｅとのシリンダ軸が、Ｙ方向とおよそ２０°〜−２０°の角度を形成することを示している。さらにまた、図５は、レンズ７ｂおよび７ｄのシリンダ軸が、Ｙ方向とおよそ１０°〜−１０°の角度を形成することを示している。
【００４４】
第２レンズアレイ６のレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅのシリンダ軸の方向付けが異なっているので、Ｙ方向において、レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅの楔形構造をそれぞれ異なるものとすることが可能であり、このことは、たとえば、図５から明らかである。
【００４５】
図に示す装置は、特に、図示されていないレーザダイオードバーから出射されるレーザビーム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを形成することが可能であり、該レーザダイオードバーの個々のエミッタは、それぞれ、図３〜図６、ならびに図８および図９において参照符８が付与された位置に配設されることが可能である。その場合、Ｘ方向はレーザダイオードバーの遅軸に、Ｙ方向はレーザダイオードバーの速軸に対応する。
【００４６】
さらにまた、たとえば、図示されていない光ファイバの入射面を配設可能である位置は、図３〜図６、ならびに図８および図９において参照符９が付与されている。
【００４７】
第１レンズアレイ４のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ、および第２レンズアレイ６のレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅは、それぞれ、その上にぶつかってくるレーザビーム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅの偏向のために、およびレーザビーム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅの結像またはコリメートのために用いられる。特に、図９に従った模式図から、第１レンズアレイ４のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅは、図示されていない各エミッタ（参照符８参照）から出射されるレーザビーム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを、速軸、すなわちＹ方向に関して、それぞれ、光ファイバの図示されていない入射面（参照符９参照）上に結像することが可能であることが明瞭である。
【００４８】
同時に、レンズアレイ４の偏心したレンズ５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｅの傾いたシリンダ軸によって、これらのレンズから出射するレーザビーム１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅは、Ｘ方向において、光学軸１１に対して偏向され（図４、図６および図８参照）、第２レンズアレイ６のレンズ７ａ，７ｂ，７ｄ，７ｅ上に入射する。この場合特に、第１レンズアレイの各レンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅは、第２レンズアレイ６の正確に１つのレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅに、第１レンズアレイ４のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅのうちの１つのレンズを通過したレーザビーム１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅが、第２レンズアレイ６の正確に１つのレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅを通過するように、配設される。このことは、図６に明確に示されている。
【００４９】
さらにまた、第１レンズアレイ４の偏心したレンズ５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｅのそれぞれ異なる楔形構造によって、これらのレンズから出射されるレーザビーム１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅは、光学軸１１によって、Ｙ方向において上方に、そして下方に偏向され（図５、図６および図９参照）、第２レンズアレイ６の対応するレンズ７ａ，７ｂ，７ｄ，７ｅ上に入射する。
【００５０】
ここで注目すべきは、第１レンズアレイの中間レンズ５ｃは、傾いたシリンダ軸も、楔形構造も有しておらず、したがって、このレンズ５ｃを通過するレーザビーム１０ｃは、Ｘ方向に関しても、またＹ方向に関しても偏向しておらず、よって、第２レンズアレイ６の中間レンズ７ｃ上に入射する（図６参照）ということである。このレーザビームは、その場合、速軸に関してだけは、光ファイバの図示されていない入射面（参照符９参照）上に結像される。
【００５１】
図示された実施例においては、図６左に配設されたレンズ５ａを通過したレーザビーム１０ａは、上方に偏向されて最も上にあるレンズ７ａ上に入射し、最も近いレンズ５ｂを通過したレーザビーム１０ｂは、レンズ７ａの下方に配設されたレンズ７ｂ上に入射し、そしてその他も同様である。この順序は交換されてもよい。さらにまた、レーザビーム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅの偏向は、“一目瞭然に区分されては”ならない。たとえば、第１レンズアレイ４の２つの隣接するレンズ５ａ，５ｂから出射するレーザビーム１０ａ，１０ｂは、第２レンズアレイ６の隣接するレンズ上には入射しないことも可能である。むしろ、各ビーム路程の光路長が特に有利なように、レンズアレイ４，６を構成し、そしてそれによってレーザビームをそうなるように偏向させてもよい。
【００５２】
さらにまた、図８に従った模式図は、第２レンズアレイ６のレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅは、図示されていない各エミッタ（参照符８参照）から出射されるレーザビーム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを、遅軸、すなわちＸ方向に関して、それぞれ、光ファイバの図示されていない入射面（参照符９参照）上に結像することが可能であることを示している。
【００５３】
同時に、レンズアレイ６の偏心したレンズ７ａ，７ｂ，７ｄ，７ｅの傾いたシリンダ軸によって、第１レンズアレイ４の偏心したレンズ５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｅから出射されるレーザビーム１０ａ，１０６ｂ，１０ｄ，１０ｅは、それらのビームがＹＸ平面において延びるように、Ｘ方向において偏向される（図８参照）。
【００５４】
さらにまた、第２レンズアレイ６の偏心したレンズ７ａ，７ｂ，７ｄ，７ｅのそれぞれ異なる楔形構造によって、第１レンズアレイの偏心したレンズ５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｅから出射されるレーザビーム１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅは、Ｙ方向において、光学軸１１に対して、上方に、そして下方に偏向され（図９参照）、そして光ファイバの図示されていない入射面（参照符９参照）上に入射する。
【００５５】
ここで注目すべきは、第２レンズアレイの中間レンズ７ｃは、傾いたシリンダ軸も、楔形構造も有しておらず、したがって、このレンズ７ｃを通過するレーザビーム１０ｃは、Ｘ方向に関しても、またＹ方向に関しても偏向していない（図６参照）ということである。むしろ、このレーザビームは、遅軸に関してだけは、光ファイバの図示されていない入射面（参照符９参照）上に結像される。
【００５６】
また代わりに、第１レンズアレイ４のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅおよび／または第２レンズアレイ６のレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅは、各エミッタから出射されるレーザビームを結像するのではなくコリメートすることも可能である。遅軸および速軸に関してコリメートされたレーザビームは、続いて、安価な、球形光学装置を介して、たとえば、光ファイバの入射面上に集束させることが可能である。
【００５７】
発明に従った装置１の図１０〜図１３に示された実施例も同様に、入射面２と出射面３とを備える単体の透明な構成要素１として構成されてなる。この場合、入射面２と出射面３とは、図示された座標系のＺ方向において、互いに対向して配設されている（図１０参照）。Ｚ方向は、形成されるべきレーザビームの伝播方向にも対応している。
【００５８】
発明に従った装置１の図１０〜図１３に示した実施例の場合、入射面２上にも、また出射面３上にも、それぞれ、第１レンズアレイ４の６つのレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ、および第２レンズアレイ６の６つのレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆが示されている。しかしながら、レンズは６よりももっと多くても、またはもっと少なくてもよい。好ましくは、３〜４９のレンズが利用可能であり、特に８〜１１のレンズが利用可能である。
【００５９】
たとえば、図示されていないミニレーザダイオードバーのレーザビームを１０のエミッタで形成可能な１０のレンズを設けることが可能である。特に、このミニレーザダイオードバーの場合、これらのエミッタは、Ｘ方向において１００μｍの幅と５００μｍの中心間距離を有することが可能である。
【００６０】
図１０〜図１３に示された実施形態の場合、６つのレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆは互いに異なり、この場合、各組のレンズ５ａ，５ｆ；５ｂ，５ｅ；５ｃ，５ｄはそれぞれ鏡面対称である。レンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆは、それぞれ、Ｘ方向に湾曲部を有し、Ｙ方向にも湾曲部を有している。さらにまた、これらのレンズは、実質的に凸形状を有しており、各エミッタのレーザビーム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆは、Ｘ方向およびＹ方向に偏向している。特に、その場合、レンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆは、図１〜図９に関連して述べた楔形構造も有している。
【００６１】
レンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの表面は、混合多項式によって表すことが可能であり、その場合、偶数項が各軸に存在しているのみならず、混合項もＸおよびＹに存在している。１次よりも高次の、ＸおよびＹにおける奇数項が必須であってもよい。
【００６２】
各レンズは、Ｘ方向に並んで配設されている。レンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの頂点が、一列に並ぶ必要はないが、レンズ開口部が、各エミッタの中心に対して対称であれば十分である。
【００６３】
出射面３上のレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆの一般的形状は、入射面２上のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの一般的形状に類似している。特に、レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆも同様に凸形状であり、軸Ｘ、Ｙに湾曲部を有し、ＸおよびＹにおける、偶数および奇数の混合多項式項で表すことが可能である。
【００６４】
Ｘ方向における幅は、典型的には、入射面２上におけるよりは明らかに大きい。たとえば、入射面２上のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの幅は、Ｘ方向において、それぞれ５００μｍよりも小さくてもよいが、それに対して、出射面３上におけるレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆの幅は、Ｘ方向において、５００μｍ〜２５００μｍとすることが可能である。入射面２上および出射面３上のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ；７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆの高さは、Ｙ方向において、典型的には、１００μｍ〜１０００μｍの範囲、特に、２００μｍと６００μｍとの間にある。
【００６５】
図１０〜図１３は、入射面２上および出射面３上のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ；７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆが、２つの軸Ｘ，Ｙにおいて、湾曲し、自由曲面として形成されていることを示している。さらにまた、構成要素１は一体型であることが明らかである。出射面３上のレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆの頂点は、入射面２上のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの頂点よりも、光学軸近くに配設されている。入射面２上のレンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆのレンズ開口部は、エミッタに対して対称に配設されているが、出射面３上のレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆのレンズ開口部は、Ｙ方向において重なっている。
【００６６】
実施例１：
図１０〜１３に示した実施例は、Ｘ方向の幅が１００μｍ、中心間距離が５００μｍ、および９７６の波長の１０個のエミッタを備えるミニレーザダイオードバーの光を、コア径が１００μｍ、開口数０．１５の光ファイバに結合することが可能である。
【００６７】
石英ガラスからなる構成要素の実施形態の結合効率は、全ミニバーに関するシミュレーションでは７６％（中間エミッタで８５％、両方の外方エミッタで６４％）である。
【００６８】
光ファイバは、たとえば、光ファイバが、ファイバレーザのためのポンプ源として働くことが可能であるように選択される。他の利用は、映画用レーザプロジェクタのための、およそ６４ｎｍの波長を有するミニバーに関する。
【００６９】
かかる構成要素として、たとえば、Ｓ−ＴＩＨ５３のような高屈折率材料が利用される場合、より高い結合効率が得られると思われる。
【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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