(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子と、
前記複数の発光素子それぞれからの出射光を拡散し、前記出射光ごとに拡散光を出力する光拡散素子と、
前記拡散光を受光し、前記複数の発光素子の前記拡散光を結合した出力光を出力する光結合素子と
を備え、
前記光拡散素子が、前記光結合素子の光軸方向を含む範囲に前記出射光を拡散し、
前記拡散光の最外縁の進行方向と前記光軸方向とのなす最大の角度である最大拡散角度θｄと、前記光結合素子の開口数ＮＡとが、前記拡散光の少なくとも一部において、
θｄ＞ｓｉｎ-1（ＮＡ）
の関係を満たす
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記出射光のビーム幅を変更するビーム幅変更素子を更に備え、
前記複数の発光素子が、前記出射光のファースト軸方向に沿って一次元配列され、
前記光拡散素子が、前記ビーム幅変更素子によって前記ビーム幅が変更された前記出射光を、スロー軸方向について、前記光結合素子の開口数との関係で入射が許容される最大の角度に拡散す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】
前記複数の発光素子のうちで前記出射光の入射角度が最も大きい発光素子については、前記拡散光の最外縁の進行方向と前記光軸方向とのなす最大の角度である最大拡散角度が入射角度よりも大きくなるように、且つ、
前記出射光の入射角度が最も大きい発光素子を除いた前記発光素子については、前記最大拡散角度が入射角度以下であるように、
前記光拡散素子が前記出射光を拡散することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記光拡散素子と前記光結合素子の入射面との距離が０．１ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記光結合素子がマルチモードファイバであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項６】
前記複数の発光素子からの前記出射光のそれぞれについてコリメート光を生成するコリメート素子を更に備え、
前記光拡散素子に、前記出射光の前記コリメート光が入射されることを特徴とする請求項１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、複数の発光素子からの出射光を結合して出力する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）を発光素子とし、複数の発光素子からの出射光を結合して出力するレーザコンバインモジュールが使用されている。レーザコンバインモジュールの効率を向上するために、種々の技術が開発されている。例えば、光ファイバの開口数の制限によって、集光されたレーザ光の外側のレーザ光を遮断して、高次の歪みを除去する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】
光ファイバなどの光結合素子では、入射角度依存性のために、光結合素子から出力される出力光のビームプロファイルが、光軸方向に垂直な面で強度分布が不均一になる。即ち、発光素子からの出射光が光結合素子の光軸方向に対して角度を持って入射する場合に、出力光の強度分布は、中心領域で強度が低く周辺領域で強度が高いドーナツ形状になる。そして、出射光の入射する角度が大きくなるにつれて、同一断面でのビームプロファイルにおいて強度の低い中心領域の面積が大きくなる。【０００４】
このため、モードスクランブラを用いて光結合素子の光出力を各導波モード間に安定して分布させ、ビームプロファイルに生じる強度分布の不均一性を抑制する手法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２２８０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、入射角度依存性に起因する強度分布の不均一性をモードスクランブラによって抑制するには、光ファイバを大きく湾曲させるなど、光結合素子に大きな負荷をかける必要がある。このため、光結合素子が破損するおそれがある。また、レーザコンバインモジュールのスペースが大きくなったり、製造コストが増大したりするなどの問題がある。【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、光結合素子の出力光のビームプロファイルに生じる強度分布の不均一性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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、複数の発光素子と、複数の発光素子それぞれからの出射光を拡散し、出射光ごとに拡散光を出力する光拡散素子と、拡散光を受光し、複数の発光素子の拡散光を結合した出力光を出力する光結合素子とを備え、光拡散素子が、光結合素子の光軸方向を含む範囲に出射光を拡散し、拡散光の最外縁の進行方向と光軸方向とのなす最大の角度である最大拡散角度θｄと、光結合素子の開口数ＮＡとが、拡散光の少なくとも一部において、θｄ＞ｓｉｎ-1（ＮＡ）の関係を満たす発光装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光結合素子の出力光のビームプロファイルに生じる強度分布の不均一性を抑制する発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１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】本発明の第１の実施形態に係る発光装置における拡散角度の例を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る発光装置における拡散角度の他の例を説明するための模式図である。
【図４】比較例の発光装置からの出力光の強度分布を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る発光装置からの出力光の強度分布を示すグラフである。
【図６】本発明の第２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７】発光素子のビーム幅を説明するための模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る発光装置によるビーム幅の変更を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る発光装置は、図１に示すように、発光素子１１、１２、・・・、１ｎと、コリメート素子２０と、集光素子３０と、光拡散素子４０と、光結合素子５０とを備える（ｎ：２以上の整数）。
【００１３】
発光素子１１、１２、・・・、１ｎは、出射光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎをそれぞれ出射する半導体レーザやＬＥＤなどである。発光素子１１、１２、・・・、１ｎは同一の発光素子であってもよいし、出射光の波長や光出力などが異なる発光素子であってもよい。
【００１４】
コリメート素子２０は、発光素子１１、１２、・・・、１ｎからの出射光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎのそれぞれをコリメートしたコリメート光を生成する。コリメート素子２０は、例えば、出射光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎのそれぞれについて用意されたコリメートレンズの集合である。
【００１５】
集光素子３０は、発光素子１１、１２、・・・、１ｎからの出射光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎのコリメート光を集光し、光拡散素子４０に入射させる。集光素子３０には、集光レンズなどを使用可能である。
【００１６】
光拡散素子４０は、集光素子３０によって集光された出射光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎのコリメート光をそれぞれ拡散して、出射光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎごとに拡散光Ｌ２１、Ｌ２２、・・・、Ｌ２ｎを出力する。光拡散素子４０には、例えば石英からなる光拡散板などを使用できる。拡散光Ｌ２１、Ｌ２２、・・・、Ｌ２ｎは、光結合素子５０の入射面５１に入射される。
【００１７】
拡散光Ｌ２１、Ｌ２２、・・・、Ｌ２ｎを受光した光結合素子５０の出射面５２から、拡散光Ｌ２１、Ｌ２２、・・・、Ｌ２ｎを結合した出力光Ｌ３が出力される。光結合素子５０は、例えば、拡散光Ｌ２１、Ｌ２２、・・・、Ｌ２ｎを導光するマルチモードファイバである。
【００１８】
以下において、発光素子１１、１２、・・・、１ｎを総称して「発光素子１０」、出射光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎを総称して「出射光Ｌ１」、拡散光Ｌ２１、Ｌ２２、・・・、Ｌ２ｎを総称して「拡散光Ｌ２」という。
【００１９】
発光素子１０の位置に応じて、出射光Ｌ１の入射角度が異なる。ここで、「入射角度」は、光拡散素子４０に入射する出射光Ｌ１の進行方向と、入射面５１での光結合素子５０の光軸が延伸する方向（以下において、「光軸方向」という。）とのなす角度である。図１に示した発光装置では、互いに異なる入射角度で光拡散素子４０に入射してくる出射光Ｌ１がそれぞれ拡散され、光拡散素子４０から拡散光Ｌ２が出力される。光結合素子５０で結合される出射光Ｌ１は、コリメート光であることが好ましい。このため、発光素子１０からコリメート光が出射されない場合は、コリメート素子２０を使用して出射光Ｌ１のコリメート光を生成することが好ましい。
【００２０】
光拡散素子４０は、出射光Ｌ１のそれぞれについて、光軸方向を少なくとも含む範囲に拡散する拡散光Ｌ２を出力する。以下に、光拡散素子４０の機能について説明する。なお、光拡散素子４０から出力される拡散光Ｌ２の拡散する方向の範囲を、以下において「拡散範囲」という。拡散範囲は、光拡散素子４０を調整することによって設定される。また、拡散範囲における拡散光Ｌ２の拡散角度について、光軸方向とのなす角の最大のものを「最大拡散角度θｄ」とする。即ち、最大拡散角度θｄは、拡散光Ｌ２の最外縁の進行方向と光軸方向とのなす角度である。
【００２１】
例えば、図２に示すように、出射光Ｌ１が光軸方向に沿って光拡散素子４０に入射した場合、光拡散素子４０から拡散角度θ２で拡散する拡散光Ｌ２の拡散範囲は、光軸方向について対称に広がる。一方、図３に示すように、出射光Ｌ１が入射角度θ１で光拡散素子４０に入射した場合は、拡散範囲は、入射方向を延長した方向について対称に広がる。このため、最大拡散角度θｄは、入射角度θ１よりも大きい。
【００２２】
出射光Ｌ１が直接に光結合素子５０に入射した場合には、光結合素子５０の入射角度依存性のために、光結合素子５０から出力される出力光Ｌ３のビームプロファイルは、光軸方向に垂直な面の強度分布（以下において、単に「強度分布」という。）がドーナツ形状になる。図１に示したように複数の発光素子１０からの出射光Ｌ１を結合する場合、入射角度を有して入射する出射光Ｌ１が多いため、強度分布がドーナツ形状になり易い。特に、相対的に入射角度の大きい出射光Ｌ１が多いと、強度分布における強度の差が大きくなる。
【００２３】
しかし、図１に示した発光装置では、いずれの出射光Ｌ１に由来する拡散光Ｌ２も、光拡散素子４０によって、光軸方向を含む方向に出力される。このため、強度分布の中心領域の強度が増大し、周辺領域の強度が減少する。したがって、図１に示した発光装置によれば、均一な強度分布の出力光Ｌ３が得られる。例えば、入射角度θ１の分布を勘案して、出力光Ｌ３の強度分布が均一になるように、光拡散素子４０による拡散光Ｌ２の拡散角度θ２を設定する。
【００２４】
ところで、光結合素子５０の開口数ＮＡの制限によって、拡散光Ｌ２のうちの、光結合素子５０の最大受光角度よりも大きい角度で光結合素子５０の入射面５１に達した成分は、入射面５１で反射される。光結合素子５０の開口数ＮＡと最大受光角度θｍとは、以下の式（１）の関係がある：
ＮＡ＝ｓｉｎ（θｍ）  ・・・（１）
【００２５】
光結合素子５０で結合される出射光Ｌ１が入射面５１から入射可能な角度の範囲は、図２及び図３に破線で示すように、最大受光角度θｍの２倍である。拡散光Ｌ２の光軸方向となす角度が最大受光角度θｍよりも大きい成分は、入射面５１で反射されたり、光結合素子５０がマルチモードファイバである場合にコアを伝播できなかったりするなど、光結合素子５０の内部を正常に伝播できない。
【００２６】
したがって、図２に示した出射光Ｌ１については、拡散光Ｌ２の拡散角度θ２が最大受光角度θｍの２倍以下である場合、即ち、最大拡散角度θｄが最大受光角度θｍ以下である場合は、拡散光Ｌ２の全部が光結合素子５０に入射される。一方、拡散光Ｌ２の拡散角度θ２が最大受光角度θｍの２倍よりも大きくなるように出射光Ｌ１が拡散された場合には、拡散光Ｌ２の最大受光角度θｍよりも大きい成分が光結合素子５０内部を正常に伝播できない。このため、入射角度θ１が０度である出射光Ｌ１の一部を光結合素子５０で結合させない場合には、θ２＞２×θｍになるように光拡散素子４０を調整する。
【００２７】
一方、図３に示した出射光Ｌ１については、拡散光Ｌ２の最大拡散角度θｄが最大受光角度θｍ以下である場合に、拡散光Ｌ２の全部が光結合素子５０に入射される。一方、拡散光Ｌ２の最大拡散角度θｄが最大受光角度θｍよりも大きくなるように出射光Ｌ１が拡散された場合は、拡散光Ｌ２の一部が光結合素子５０で結合されない。
【００２８】
したがって、拡散光Ｌ２の少なくとも一部において、θｄ＞ｓｉｎ-1（ＮＡ）の関係を満たすように、即ち、θｄ＞θｍであるように光拡散素子４０が出射光Ｌ１を拡散することにより、出射光Ｌ１ごとに光結合素子５０で結合される成分の割合を調整できる。最大拡散角度θｄが最大受光角度θｍよりも大きいほど、拡散光Ｌ２の光結合素子５０内部を正常に伝播できない成分の割合が増大する。このため、以下に例示するように、複数の出射光Ｌ１それぞれの出力光Ｌ３の強度分布における影響を調整できる。
【００２９】
複数の出射光Ｌ１を結合した場合、入射角度依存性により、強度分布において出射光Ｌ１の入射角度θ１が大きい出射光Ｌ１の光出力の影響が強くなる。特に、相対的に入射角度θ１の大きい出射光Ｌ１の光出力が入射角度θ１の小さい出射光Ｌ１の光出力よりも大きい場合や、入射角度θ１の大きい出射光Ｌ１の数が多い場合に、周辺領域がより高いドーナツ形状の強度分布になる。このように、発光素子１０の出射光Ｌ１の光出力の分布に起因する強度分布の不均一性が生じる。この場合に、入射角度θ１が大きい出射光Ｌ１の最大拡散角度θｄを光結合素子５０の最大受光角度θｍよりも大きくなるように光拡散素子４０を調整することによって、以下のように、強度分布の不均一性を抑制することができる。
【００３０】
最大拡散角度θｄは、入射角度θ１が小さい出射光Ｌ１よりも、入射角度θ１が大きい出射光Ｌ１の方が大きい。このため、相対的に入射角度θ１が大きい出射光Ｌ１については最大拡散角度θｄが最大受光角度θｍよりも大きくなり、相対的に入射角度θ１が小さい出射光Ｌ１については最大拡散角度θｄが最大受光角度θｍ以下になるように、拡散角度θ２を設定する。これにより、入射角度θ１が大きい出射光Ｌ１の一部が光結合素子５０で結合されなくなり、強度分布の不均一性が抑制される。
【００３１】
また、波長の異なる出射光Ｌ１を結合する場合にも、拡散角度θ２の設定によって、波長成分の調整が可能である。例えば、入射角度θ１が大きい出射光Ｌ１の波長成分を減らすことにより、出力光Ｌ３における波長成分を調整できる。
【００３２】
ところで、θｄ＞θｍであるように光拡散素子４０を調整することによって、開口数ＮＡによる制限を超えた部分を含む拡散角度θ２で、拡散光Ｌ２が光結合素子５０に入射される。これにより、最大受光角度θｍと同等の広がりをもって、出力光Ｌ３が光結合素子５０の出射面５２から出力される。即ち、出力光Ｌ３の広がりを最大にすることができる。
【００３３】
ただし、θｄ＞θｍの場合には、拡散光Ｌ２のうち、最大受光角度θｍよりも大きい角度で進行する成分は、光結合素子５０内部を正常に伝播できない。即ち、出射光Ｌ１の全部が光結合素子５０で結合されずに、ロスが生じる。したがって、効率よりも出力光Ｌ３の広がりを優先する場合などに、θｄ＞θｍとすればよい。ただし、出射光Ｌ１の入射角度θ１が０度の発光素子１０は１個しか配置できないが、入射角度θ１が大きい発光素子１０ほど、配置できる個数が増大する。このため、ロスを個数によって補うことが可能である。
【００３４】
なお、相対的に入射角度θ１の大きい、即ち最大拡散角度θｄの大きい出射光Ｌ１についてのみ、θｄ＞θｍとすることにより、ロスを小さくすることができる。この場合、どの範囲の入射角度θ１までをθｄ＞θｍにするかを調整することによって、出力光Ｌ３における出射光Ｌ１の影響するバランスを調整することができる。
【００３５】
例えば、入射角度θ１が最も大きい発光素子１０について、θｄ＞θｍであるように拡散角度θ２を設定する。このために、例えば、入射角度θ１が最も大きい発光素子１０については最大拡散角度θｄが入射角度θ１よりも大きくなるように、それ以外の発光素子１０については最大拡散角度θｄが入射角度θ１以下になるように、光拡散素子４０が出射光Ｌ１を拡散する。
【００３６】
即ち、図１に示した発光装置において、発光素子１１からの出射光Ｌ１１と発光素子１ｎからの出射光Ｌ１ｎの入射角度θ１が同様であるとき、最大拡散角度θｄが最大受光角度θｍよりも大きくなるように、出射光Ｌ１１と出射光Ｌ１ｎを拡散する。一方、発光素子１１と発光素子１ｎを除いた発光素子１０については、最大拡散角度θｄが最大受光角度θｍ以下になるように、出射光Ｌ１を拡散する。
【００３７】
これにより、光結合素子５０内部を正常に伝播できずにロスになるのは、入射角度θ１が最も大きい発光素子１０の出射光Ｌ１の一部のみである。したがって、発光装置の全体でのロスを抑制することができる。なお、入射角度θ１が最も大きい発光素子１０は、光軸方向の周囲に沿って数多く配置することができる。これにより、ロスした分を補うことができる。
【００３８】
また、最大拡散角度θｄが最大である拡散光Ｌ２について、θｄ＝ｓｉｎ-1（ＮＡ）の関係を満たすように、即ちθｄ＝θｍであるように、光拡散素子４０が出射光Ｌ１を拡散することによって、すべての出射光Ｌ１を光結合素子５０で結合させることができる。即ち、すべての拡散光Ｌ２の最大拡散角度θｄのうちで最大の角度が、開口数ＮＡとの関係で光結合素子５０に入射が許容される最大の角度であるように、出射光Ｌ１を拡散する。これにより、最大受光角度θｍと同等の大きな広がりをもって、出力光Ｌ３が光結合素子５０の出射面５２から出力される。この場合、結合されないロスをなくすことができる。例えば、入射角度θ１が最大の出射光Ｌ１を、θｄ＝θｍであるように光拡散素子４０が拡散する。
【００３９】
上記のように、出射光Ｌ１の少なくとも一部について、光結合素子５０の開口数ＮＡで入射が制限される角度と同様若しくはそれ以上の拡散角度θ２で拡散することにより、強度分布の不均一性を抑制された出力光Ｌ３が、最大の広がり角をもって光結合素子５０から出力される。
【００４０】
なお、すべての拡散光Ｌ２についてθｄ＜ｓｉｎ-1（ＮＡ）の関係を満たすように、即ちθｄ＜θｍであるように、光拡散素子４０が出射光Ｌ１を拡散するようにしてもよい。これにより、開口数ＮＡによる制限に対して余裕のある最大拡散角度θｄで拡散光Ｌ２が光結合素子５０に入射されるため、すべての出射光Ｌ１を光結合素子５０で結合させることができる。例えば、光軸から離れた外側に配置された発光素子１０の出射光Ｌ１の一部が、光学素子の特性ばらつきなど起因して光結合素子５０内部を正常に伝播できないことがなくなる。したがって、出力光Ｌ３の広がり角は最大受光角度θｍよりも狭くなるが、ロスを低減することができる。
【００４１】
上記のように、図１に示した発光装置によれば、光拡散素子４０によって拡散光Ｌ２の最大拡散角度θｄと光結合素子５０の開口数ＮＡとの関係を任意に設定できる。これにより、出力光Ｌ３の広がり角や複数の発光素子１０からの出射光Ｌ１の光出力の差に起因する強度分布における強度の差を調整できる。
【００４２】
出射光Ｌ１が、光拡散素子４０によって拡散されずに、直接に光結合素子５０に入射する比較例の発光装置における出力光Ｌ３の強度分布の例を、図４に示す。図示した強度分布の横軸は強度であり、縦軸は出力光Ｌ３の進行方向に垂直な断面に沿った位置である。図４に示すように、入射角度依存性によって、出力光Ｌ３の強度分布はドーナツ形状である。
【００４３】
しかし、多波長のレーザ光を使用するレーザセラピーやレーザ加工、照明用のマルチモードファイバに結合するレーザコンバインモジュールなどでは、入射角度によりビームプロファイルの強度分布が異なることは好ましくない。例えば、レーザ加工やレーザセラピーなどでは、高出力の同一、多波長のレーザ光を使用するが、発光素子を独立して或いは同時に発光させたときに、強度分布が不均一であることは好ましくない。
【００４４】
これに対し、図１に示した発光装置では、光拡散素子４０によって、光結合素子５０の光軸方向を含む拡散範囲に出射光Ｌ１が拡散される。このため、拡散光Ｌ２が入射される光結合素子５０からの出力光Ｌ３において、強度分布がドーナツ形状になることが防止される。図５に、図１に示した発光装置における出力光Ｌ３の強度分布の例を示す。
【００４５】
なお、拡散光Ｌ２は拡散するため、高い結合効率を維持するために、光拡散素子４０と光結合素子５０との距離は、できるだけ短いことが好ましい。光拡散素子４０と光結合素子５０とを限りなく密接させることによって、モードスクランブラを使用する場合と比較して、省スペース、低コスト化が可能である。例えば、光拡散素子４０と入射面５１との距離を０．１ｍｍ以下にすることにより、結合効率を高く維持することができる。
【００４６】
以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る発光装置は、複数の発光素子１０それぞれからの出射光Ｌ１が、光結合素子５０の光軸方向を含む範囲に拡散された後、光結合素子５０に入射される。その結果、図１に示した発光装置によれば、入射角度依存性が抑制され、光結合素子５０から出力される出力光Ｌ３の強度分布の不均一性を抑制できる。つまり、様々な位置に配置された複数の発光素子１０の出射光Ｌ１が光結合素子５０で結合されても、強度分布がドーナツ形状になることが抑制される。
【００４７】
また、光拡散素子４０という比較的小型の光学素子を用いて、ビームプロファイルを改善できる。このため、モードスクランブラを使用する場合と比べて、発光装置のサイズの増大が抑制され、省スペース化が可能である。更に、材料費及び製造工程について、低コスト化を実現できる。
【００４８】
なお、互いに波長が異なる出射光Ｌ１を出射する複数の発光素子１０を組み合わせてもよい。これにより、出力光Ｌ３をマルチカラー化することができる。
【００４９】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る発光装置は、図６に示すように、出射光Ｌ１のビーム幅を変更するビーム幅変更素子６０を更に備える。また、複数の発光素子１０は、それぞれの出射光Ｌ１のファースト軸方向に沿って一次元配列されている。図６に示した発光装置では、光拡散素子４０が、ビーム幅変更素子６０によってビーム幅が変更された出射光Ｌ１を、スロー軸方向について、光結合素子５０の開口数ＮＡとの関係で入射が許容される最大の角度に拡散する。
【００５０】
発光素子１０に半導体レーザや固体レーザなどを使用した場合、出射光Ｌ１の進行方向に垂直な断面（以下において、「進行面」という。）の形状は楕円である。例えば、端面出力型のシングルエミッタ半導体レーザの出射光Ｌ１は、発光エリアサイズ（エミッタサイズ）の小さい方向にビーム幅が広い。即ち、図７に示すように、発光エリアＡのサイズの広い方向がスロー軸方向、発光エリアサイズの狭い方向がファースト軸方向となる。図７に示したように、出射光Ｌ１の進行面の形状は、発光エリアサイズの広い方向（スロー軸方向Ｓ）にビーム幅が狭く、発光エリアサイズの狭い方向（ファースト軸方向Ｆ）にビーム幅が広い。
【００５１】
図６に示した発光装置は、ファースト軸方向Ｆに沿って一次元配列された発光素子１０からの出射光Ｌ１それぞれのビーム幅を、図８において破線で示した形状ＬＳ１を実線で示した形状ＬＳ２になるように、スロー軸方向Ｓに沿って広げる。つまり、スロー軸方向Ｓに拡張された出射光Ｌ１がファースト軸方向Ｆに積層された状態で、光拡散素子４０に入射する。
【００５２】
例えば、ビーム幅変更素子６０は、拡散光Ｌ２が光結合素子５０内部を正常に伝播できる開口数ＮＡの制限ぎりぎりの広さに拡散されるように、出射光Ｌ１のスロー軸方向Ｓのビーム幅を変更する。即ち、光拡散素子４０が、スロー軸方向の拡散角度θ２が光結合素子５０の最大受光角度θｍの２倍であるように、ビーム幅が変更された出射光Ｌ１を拡散する。これにより、出力光Ｌ３の広がり角を最大限に広くするとともに、光結合素子５０で結合されない出射光Ｌ１のロスを最小限にすることができる。
【００５３】
このため、ビーム幅の変更幅は、出射光Ｌ１ごとに調整可能とすることが好ましい。例えば、集光素子３０の受光面が円形状である場合には、入射角度θ１が０度の出射光Ｌ１の変更幅を最大とし、入射角度θ１が大きくなるほど変更幅を小さくする。これにより、出射光Ｌ１の集光素子３０に受光されない成分の割合が減少し、ロスを抑制することができる。
【００５４】
したがって、図６に示した発光装置は、θｄ＝θｍであるように出射光Ｌ１を拡散する場合に、好適に使用される。ただし、出射光Ｌ１の入射角度θ１が０度の発光素子１０を除いては、複数個の発光素子１０を配置することができる。このため、入射角度θ１が大きいことに起因して発生するロスは、発光素子１０の個数を調整することで補うことも可能である。
【００５５】
出射光Ｌ１のビーム幅を変更するために、ビーム幅変更素子６０としてシリンドリカルレンズなどが好適に使用される。また、ビーム幅を変更するには、回折格子やプリズムなどを応用可能である。
【００５６】
上記のように、第２の実施形態に係る発光装置では、スロー軸方向Ｓについて、開口数ＮＡによる制限いっぱいに拡散光Ｌ２を光結合素子５０に入射する。これにより、入射角度依存性が抑制された出力光Ｌ３の強度分布が得られる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
【００５７】
（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。
【００５８】
上記では、出射光Ｌ１をコリメートするために、コリメート素子２０を使用する場合を例示的に示した。しかし、発光素子１０がコリメート光を出射する場合には、コリメート素子２０は不要である。また、発光素子１０から光拡散素子４０に向かって出射光Ｌ１が進行する場合には、集光素子３０は使用しなくてもよい。
【００５９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の発光装置は、複数の発光素子からの出射光を結合して出力する用途に利用可能である。
【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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