(57)【要約】光線（７，１７）の断面（８，３０）を形成するための装置であって、光線分割手段と光線偏向手段と光線結合手段を備えた少なくとも１つの光線形成ユニットを含み、前記光線分割手段は前記光線形成ユニットに当たる光線（７，１７）を２つの分割光線（７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ，７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）に分割でき、また前記光線偏向手段は前記分割光線（７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）の少なくとも一方を前記光線結合手段へ偏向でき、さらに前記光線結合手段は、前記光線形成ユニットから出る光線（７，１７）の断面（１４，３１）が光線形成ユニットに入る光線（７，１７）に比べて少なくとも１つの方向（Ｘ）に縮小されるように、前記両分割光線（７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ，７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）を合成できる光線断面を形成するための装置において、前記光線結合手段は偏光選択性光線分割・光線結合ユニット（１）として構成されており、該ユニットはそれらの間に配置された境界面（６）を持つ少なくとも２つの部分（４，５）を含み、分割された両分割光線（７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ；７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）がそれぞれ異なる方向から前記境界面に当たることができることを特徴とする装置。
2004523803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線（７，１７）の断面（８，３０）を形成するための装置であって、光線分割手段と光線偏向手段と光線結合手段を備えた少なくとも１つの光線形成ユニットを含み、前記光線分割手段は前記光線形成ユニットに当たる光線（７，１７）を２つの分割光線（７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ，７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）に分割でき、また前記光線偏向手段は前記分割光線（７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）の少なくとも一方を前記光線結合手段へ偏向でき、さらに前記光線結合手段は、前記光線形成ユニットから出る光線（７，１７）の断面（１４，３１）が光線形成ユニットに入る光線（７，１７）に比べて少なくとも１つの方向（Ｘ）に縮小されるように、前記両分割光線（７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ，７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）を合成できる光線断面を形成するための装置において、前記光線結合手段は偏光選択性光線分割・光線結合ユニット（１）として構成され、該ユニットはそれらの間に配置された境界面（６）を持つ少なくとも２つの部分（４，５）を含み、分割された両分割光線（７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ；７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）がそれぞれ異なる方向から前記境界面に当たる際に、それらの直線偏光に応じて、該分割光線（７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ）の一方は阻害されずに境界面を通過し、他方の分割光線（７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）は境界面（６）において反射されるため、両分割光線（７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ；７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）は境界面（６）区域で合成され、光線分割・光線結合ユニット（１）の基本的に同じ個所から同一方向へ出て行くことを特徴とする光線断面を形成するための装置。
【請求項２】
前記光線分割・光線結合ユニット（１）は少なくとも部分的に複屈折材料からなることを特徴とする請求項１記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項３】
前記光線分割・光線結合ユニット（１）はグラン−トンプソン・プリズムとして構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項４】
前記光線分割・光線結合ユニット（１）は偏光キューブとして構成されており、該偏光キューブは基本的に同一の２つのプリズム状部分（４，５）を含み、両部分は相互にキューブの対角面に沿った境界面（６）を形成することを特徴とする請求項１記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項５】
前記両部分（４，５）の少なくとも一方は境界面（６）区域には偏光選択性被膜が形成されていることを特徴とする請求項４記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項６】
前記光線形成ユニットは両分割光線（７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）の一方の直線偏光を特に９０度の角度だけ回転可能な偏光回転要素（３；プリズム１６）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項７】
前記偏光回転要素（３）は半波長プレートとして構成されていることを特徴とする請求項６記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項８】
前記偏光回転要素はプリズム（１６）として構成されており、該プリズムは当該分割光線（７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）の断面（３０，３１）がプリズム（１６）透過時に特に９０度だけ回転し、それによりこの分割光線（７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）の直線偏光の対応回転も行われるように配置されることを特徴とする請求項６記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項９】
第１の分割光線（７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ）が光線分割・光線結合ユニット（１）の第１の入射面（１０，１８）に直接当たるが、第２の分割光線（７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）は前記第１の入射面（１０，１８）に当たらず光線偏向手段により第２の入射面（１１，２５）へ偏向可能であることにより、前記光線分割・光線結合ユニット（１）がそれに当たる光線（７，１７）の光路において、光線分割手段および光線結合手段として機能するように、配置可能であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項１０】
前記光線偏向手段は両分割光線の第２光線（７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）において好ましくは４５度の角度で配置されるミラー（２，１５）を具備することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項１１】
前記光線偏向手段はプリズム（１６）を含み、該プリズム内で対応分割光線（７ｃ，７ｄ，１７ｃ，１７ｄ）が反射されること、特に２回反射され得ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項１２】
前記プリズム（１６）は同時に偏光回転要素および光線偏向手段として機能することを特徴とする請求項１１記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項１３】
前記のプリズム（１６）、ミラー（１５）ならびに光線分割・光線結合ユニット（１）は、分割光線（１７ａ，１７ｂ）が光線分割・光線結合ユニット（１）の第１入射面（１８）に直接当たるが、第２分割光線（１７ｃ，１７ｄ）はミラー（１５）によりプリズム（１６）へ反射されるように配置されており、前記プリズムでは分割光線（１７ｃ，１７ｄ）の光線断面（３０）が９０度だけ回転され、さらに該分割光線（１７ｃ，１７ｄ）は光線分割・光線結合ユニット（１）の第２入射面（２５）に入ることが可能であるように、配置されていることを特徴とする請求項１２記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項１４】
前記装置は複数の光線形成ユニットを含み、該ユニットはそれらの各々における光線（７，１７）の断面（８，３０）が変化する、特に一方向に減少可能であるように、前後に配置されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項１５】
前記装置は複数の光線形成ユニットを含み、該ユニットは並置された光源から発せられた光線が並置された光線形成ユニットにおいて変化する、特に一方向に減少可能であるように、並置されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項１６】
並置された前記光線形成ユニットはプリズム（１６）のアレイ（３２）を含み、アレイ（３２）の個別プリズム（１６）のそれぞれは同時に個別光線形成ユニットのそれぞれに対する偏光回転要素および偏向手段として機能することを特徴とする請求項１５記載の光線断面を形成するための装置。
【請求項１７】
細長いレーザ光源から発せられる縦長の横断面を持つ光線を導光ファイバへ結合するための構成であって、レーザ光源と、前記レーザ光源から発せられる光線をコリメートするための少なくとも１つのコリメートユニットと、さらに光線の焦点を導光ファイバに合わせるための少なくとも１つの焦点ユニットとを含む構成において、前記構成がさらに光線の光路内に配置された前記請求項１〜１６のいずれか１項に記載の装置を含むことを特徴とする、細長いレーザ光源から発せられる縦長の横断面を持つ光線を導光ファイバへ結合するための構成。
【請求項１８】
少なくとも１つのプリズム（１６）を含み、前記少なくとも１つのプリズム（１６）は、それを透過する光線（７，１７）の断面（３０，３１）が少なくとも２つの反射により回転でき、しかも特に９０度の回転が行われるように、少なくとも１つの光線（７，１７）の光路に配置可能なユニットにおいて、少なくとも１つのプリズム（１６）は二等辺直角三角形として構成される２つの基礎面（２０）と３つの長方形のプリズム面（２１，２２，２３）を有しており、しかも少なくとも１つのプリズム（１６）を透過する光線（１７）は前記基礎面（２０）の挟辺間に延びる両プリズム面（２２，２３）出反射可能であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光線断面を形成するための装置用あるいは請求項１７記載の構成用光線回転ユニット。
【請求項１９】
前記光線形成ユニットはアレイ（３２）に統合されている多数のプリズム（１６）を含み、したがって並置された光源から発せられる光線の断面が回転可能であることを特徴とする請求項１８記載の光線断面を形成するための装置用光線回転ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、光線断面を形成するための装置であって、光線分割手段と光線偏向手段と光線結合手段を備えた少なくとも１つの光線形成ユニットを含み、前記光線分割手段は前記光線形成ユニットに当たる光線を２つの分割光線に分割でき、また前記光線偏向手段は前記分割光線の少なくとも一方を前記光線結合手段へ偏向でき、さらに前記光線結合手段は、前記光線形成ユニットから出る光線の断面が光線形成ユニットに入る光線に比べて少なくとも１つの方向に縮小されるように、前記両分割光線を合成可能である、ことを特徴とする光線断面を形成するための装置に関する。
【０００２】
さらに本発明は、細長いレーザ光源から発せられる縦長の横断面を持つ光線を導光ファイバへ結合するための構成であって、レーザ光源と、前記レーザ光源から発せられる光線をコリメートするための少なくとも１つのコリメートユニットと、さらに光線の焦点を導光ファイバに合わせるための少なくとも１つの焦点ユニットとを含む光線を導光ファイバへ結合するための構成に関する。
【０００３】
さらに、本発明は前記装置用光線回転ユニットに関するものであり、該光線回転ユニットは少なくとも１つのプリズムを含むが、前記プリズムは、少なくとも１つのプリズムを透過する光線の断面が少なくとも２つの反射により回転でき、しかも特に９０度の回転が行われるように、少なくとも１つの光線の光路に配置可能であることを特徴とする。
【０００４】
上記の形式の装置および上記の形式の構成は、ドイツ国特許第１９５  ３７２６５号明細書から公知である。そこに記載された光線形成ユニットの実施形態では、光線分割手段として菱形プリズム対が使用されるが、該プリズム対は入射光を２つの分割光線束に分離する。光線偏向手段としては当該光路に組み込まれた２つの半キューブ・プリズムが機能するが、前記分割光線束が前記光線形成ユニットにおいて進む距離が比較的長いため、菱形プリズム対と半キューブ・プリズムとの間に別のレンズが配置されている。光線結合手段として機能する第五のプリズムは、それに当たる分割光線束を偏向させて再結合する。
【０００５】
このような光線形成ユニットの欠陥として判明しているのは全体として７個もの機器を使用していることであり、しかも各分割光線のそれぞれは光学機器の８つの部分吸収性表面を通過すると共に、前記機器のさらに２つの１００％までは反射しない表面において反射される。このように多数の表面において伝達および反射されなければならないために、これらの表面を伝達および反射に関して適切に補正するために高い費用が必要となる。殊に該光線形成ユニットのいくつかを縦列配置した場合には、そのような光線形成装置の効率が低下するであろう。さらに、多数の機器を使用すること、ならびに高い補正費用のために、そのような光線形成ユニットのコストは多大となるであろう。
【０００６】
冒頭に述べた形式の構成が通常に使用されるのは、たとえばレーザダイオード・バーから発せられた光線の焦点を導光ファイバへ合わせる場合である。特にライン長さにわたってそれぞれ間を置いて配置された放射中心を有するほぼ直線状のレーザ光源ならびに遅波軸および速波軸の方向の異なるダイバージェンスのゆえに有効であるのは、冒頭に述べた形式の光線形成装置を用いて、レーザダイオード・バーから発せられた、ほぼ直線状の断面を持つレーザ光を多重に形成および／または合成することによりほぼ正方形断面を持つレーザ光線束を得ることであり、その場合には該光線束の焦点を導光ファイバに対して容易に合わせることができる。そのような形式の構成の効率性および経済性は、もちろんその中で使用される光線形成装置の効率性および経済性による。
【０００７】
冒頭に述べた形式の光線回転ユニットは、米国特許第５５１３２０１号明細書から公知である。そこに記載された光線回転ユニットを用いることにより、レーザダイオード・バーから発せられたレーザ光線の焦点が導光ファイバへ合わせられる。レーザダイオード・バーから発せられたレーザ光線の既述の遅波軸および速波軸の方向の異なるダイバージェンスにおいては、各光線の回転が有効となる、というのはそれにより遅波軸および速波軸の方向の異なるダイバージェンスが交換できるからである。上記の米国特許に記載された光線回転ユニットでは、光線回転のためにプリズムが用いられる。しかし、このプリズムの構造は極めて複雑であり、多大の製造コストを要する。
【０００８】
本発明が対象とする問題は、冒頭に述べた形式の光線形成装置と、光線回転ユニットと、さらに冒頭に述べた構成とを効率的かつ有利なコストで製作することである。
【０００９】
これは、光線形成装置については請求項１の特徴により、構成については請求項１〜１６のいずれかの特徴を有する特許請求項１７において記載された光線形成装置の採用により、さらに光線回転ユニットについては請求項１８の特徴により達成される。
【００１０】
請求項１に基づいて、光線結合手段は偏光選択性光線分割・光線結合ユニットとして構成され、該ユニットはそれらの間に配置された境界面を持つ少なくとも２つの部分を含み、分割された両分割光線がそれぞれ異なる方向から前記境界面に当たる際に、それらの直線偏光に応じて、該分割光線の一方は阻害されずに境界面を通過し、他方の分割光線は境界面において反射されるため、両分割光線は境界面区域で合成され、光線分割・光線結合ユニットの基本的に同じ個所から同一方向へ出て行く。そのような偏光選択性光線分割・光線結合ユニットにより光線形成ユニットが構成されており、該ユニットでは光線の一方は基本的に反射せずに前記境界面を通過するが、他方の光線は境界面で完全反射されるため、損失はほとんど生じない。特にその際に、第１の分割光線が光線分割・光線結合ユニットの第１入射面に直接当たるが、第２の分割光線は前記第１入射面に当たらず光線偏向手段により第２入射面へ偏向可能であることにより、前記光線分割・光線結合ユニットがそれに当たる光線の光路において、光線分割手段および光線結合手段として機能するように、配置可能である。このようにして、反射および伝達の数がさらに低減される。
【００１１】
本発明に基づく光線分割・光線結合ユニットは少なくとも部分的に複屈折材料からなり、たとえばグラン−トンプソン・プリズムとして構成できる。
【００１２】
上記の変更形態として、光線分割・光線結合ユニットはいわゆる偏光キューブとして構成できるが、そこで偏光キューブは基本的に同一の２つのプリズム状部分からなり、該部分は相互にキューブの対角面に沿った境界面を形成する。両プリズム状部分の少なくとも一方は、境界面区域には偏光選択性被膜を形成できる。この被覆により、一定角度で境界面に当たる第１の直線偏光方向の光線が全反射されるが、第１直線偏光方向に垂直な第２の方向の光線は境界面を透過するように、この形式の偏光キューブを構成することができる。互いに９０度の角度をなす種々の方向からの両分割光線が偏光キューブに入り、また境界面は両分割光線の入射方向間の角度の二等分線が境界面平面に位置するならば、分割光線は境界面における上述の偏光選択性反射および伝達のゆえに合成されて、光線分割・光線結合ユニットの基本的に同じ個所から同一方向へ移動する。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態に基づいて、光線形成ユニットは両分割光線の一方の直線偏光を特に９０度の角度だけ回転可能な偏光回転要素を含む。このようにして、両分割光線の一方が境界面で反射され、また両分割光線の他方が伝達されることが保証される。ここで前提とされるのは、２つの分割光線に分割される入射光線が、レーザ光線において一般に与えられるように、基本的に直線偏光されることである。入射光線が全く、あるいは僅かしか直線偏光されない場合には、直線偏光装置を前段に設置して、光線分割・光線結合ユニットにおける本発明に基づく分割光線の合成を保証すべきである。
【００１４】
偏光回転要素は半波長プレートとして構成できる。それは、偏光回転要素の簡便かつ実証済みの実施形態である。
【００１５】
上記の変更態様として、偏光回転要素はプリズムとして構成可能であるが、該プリズムは、当該分割光線の断面がプリズム透過時に特に９０度だけ回転し、それによりこの分割光線の直線偏光の対応回転も行われるように、配置されている。このように配置されたプリズムはその他の機能も発揮できるので、偏光回転要素の極めて優れた実施形態である。たとえば、該プリズムは同時に光線偏向手段として機能できるが、そこでは当該分割光線がプリズム内で特に２回反射され得る。このようにして、伝達および反射の数も低減される。
【００１６】
上記の追加または変更形態として、前記光線偏向手段は両分割光線の第２光線において好ましくは４５度の角度で配置され得るミラーを備えてもよい。特にプリズム、ミラーならびに光線分割・光線結合ユニットは、分割光線が光線分割・光線結合ユニットの第１入射面に直接当たるが、第２分割光線はミラーによりプリズムへ反射されるように配置されており、プリズムでは分割光線の光線断面が９０度だけ回転され、さらに該分割光線は光線分割・光線結合ユニットの第２入射面に入ることが可能である。このようにして、両分割光線に対する反射および伝達の数が最少化されると共に、プリズムにより極めて優れた光線偏向および偏光回転が達成される。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態に基づいて、該装置は複数の光線形成ユニットを含み、該ユニットはそれらの各々における光線断面が変化する、特に一方向に減少可能であるように、前後に配置されている。このようにして、特にレーザダイオード・バーから出るレーザ光線は、本発明に基づく構成が導光ファイバへの結合に対して最適化できるように、一方向において多重に縮小される。
【００１８】
本発明のさらに好ましい実施形態に基づいて、該装置は複数の光線形成ユニットを含み、該ユニットは並置された光源から発せられた光線が並置された光線形成ユニットにおいて変化する、特に一方向に減少可能であるように、並置されている。このようにして、たとえば請求項１７に基づく構成では、レーザダイオード・バーの各放射中心から発せられる光線が並置された光線形成ユニットにおいて、それらの光線断面に関して同時に変化することができる。
【００１９】
その際に並置された光線形成ユニットはプリズム・アレイから構成できるが、アレイの個別プリズムのそれぞれは同時に個別光線形成ユニットのそれぞれに対する偏光回転要素および偏向手段として機能する。個別プリズムを１つのアレイに統合することにより、並置された光線形成ユニットの製造コストの有利な実施形態が得られる。しかも、そのようなアレイは、個別プリズム相互の間隔ならびに個別プリズム相互の配置が製造工程により確定できるため、取り扱いが容易である。場合によっては、光線形成ユニットのその他の要素を該アレイに統合すること、あるいは工場においてアレイに取り付けることが可能である。
【００２０】
さらに、複数のアレイを、あるいはこれらのアレイから形成された複数の光線形成ユニットを前後に配置して、個別光線の断面を前後に配置されたユニットにおいて徐々に変化させることも可能である。
【００２１】
請求項１８に基づく光線形成ユニットでは、少なくとも１つのプリズムは二等辺直角三角形として構成される２つの基礎面と３つの長方形のプリズム面を有しており、少なくとも１つのプリズムを透過する光線は前記基礎面の挟辺間に延びる両プリズム面において反射できることが提供される。そのような二等辺直角プリズムとしてのプリズム構造は、極めて簡略かつコストの有利な製造方法を実現している。
【００２２】
特に可能なのは、光線形成ユニットがアレイに統合されている多数のプリズムを含み、したがって並置された光源から発せられる光線の断面が回転できることである。そのようなプリズム・アレイはたとえば請求項１７に基づく構成に統合されて、レーザダイオード・バーの個別放射中心から発せられる光線を回転できるため、速波軸ダイバージェンスと遅波軸ダイバージェンスの交換が行われる。そのような円筒レンズのアレイは、従来技術から公知の光線形成ユニットと比べて、より容易に製造することができる。
【００２３】
本発明のその他の特徴および長所は、下記の添付図面を参照した好ましい実施例に関する以下の説明により明らかとなる。
【００２４】
図１から分かるように、そこに描かれた本発明の第１の実施形態による装置は、偏光選択性光線分割・光線結合ユニット１とミラー２と偏光回転要素３とを備えた光線形成ユニットを含む。光線分割・光線結合ユニット１は、従来技術から周知のいわゆる偏光キューブとして構成されている。そのような偏光キューブは通常は水晶ガラスまたは同等材料からなり、２つのプリズム状二分体４，５を有するが、これらの二分体はキューブの対角状境界面６に沿って互いに結合されており、特に接合されている。境界面６は特に多層の偏光選択性被膜を備えている。この被膜のおかげで、この形式の偏光キューブは、一定の角度で境界面６に当たる第１の偏光方向の光線が全反射されるが、第１偏光方向に垂直な第２の方向の光線は該境界面を通過するように、構成することができる。以下に詳述するように、本発明はこの効果を利用している。
【００２５】
図１から分かるのは、光線分割・光線結合ユニット１とミラー２と偏光回転要素３とを含む光線形成ユニットを含む本発明に基づく装置に対して左から、つまりＺ方向へ進む光線７ａ，ｂ，ｃ，ｄである。光線７ａ，ｂ，ｃ，ｄ  は、図２ａに描かれた断面８を有する。さらに図１および図２ａでは、矢印９が表しているように、光線７はＸ方向に直線偏光されている。光線７の図示された分割光線７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、例示的な分割光線を表している。
【００２６】
第１分割光線束７ａ，７ｂは光線分割・光線結合ユニット１の第１の入射面１０に垂直に当たり、さらに該入射面を通過することにより、光線７は２つの分割光線束７ａ，７ｂと７ｃ，７ｄに分割される。一方、第２分割光線束７ｃ，７ｄは図１において光線分割・光線結合ユニット１の下側を進行し、さらに図１において入射される分割光線束７ｃ，７ｄに対して４５度の角度で設置されたミラー２に当たる。該ミラー２により、分割光線束７ｃ，７ｄはＸ方向に、つまり図１では上方へ反射された後に、第１入射面１０と直交する光線分割・光線結合ユニット１の第２の入射面１１に当たる。
【００２７】
さらに光線形成ユニットを構成する偏光回転要素３は、図１に示された実施例において第２分割光線束７ｃ，７ｄがミラー２に当たる前に偏光回転要素３を通過するように、配置されている。その変更態様として、偏光回転要素３はミラー２と光線分割・光線結合ユニット１の第２入射面１１との間に配置することもできる。偏光回転要素３は、通過する光線の直線偏光を９０度だけ回転させる。偏光回転要素３は、たとえば半波長プレートとして構成することができる。
【００２８】
図１から分かるように、偏光キューブとして構成された光線分割・光線結合ユニット１は、第１入射面１０に入る第１分割光線束７ａ，７ｂが４５度の角度を以て境界面６に当たり、基本的に阻害されずに該境界面を通過した後に、第１入射面１０の反対側の出射面１２を通って、それが光線分割・光線結合ユニット１に入った方向と基本的に同じ方向へ光線分割・光線結合ユニット１から出て行くように構成されている。さらに図１から分かるように、第２分割光線束７ｃ，７ｄの直線偏光は偏光回転要素３の通過後に９０度回転されており、また紙面に進入する、および紙面から突き出る矢印１３に応じてＹ方向へ偏光されている。したがって、同様に４５度の角度を以て境界面６に当たる第２分割光線束７ｃ，７ｄは第１分割光線束７ａ，７ｂに対して９０度回転した直線偏光方向を有するので、第２分割光線束７ｃ，７ｄは境界面６において全反射される。したがって、第１分割光線束７ａ，７ｂと第２分割光線束７ｃ，７ｄは境界面６の区域において結合された後に、図１に概略的に示されたように、共に出射面１２から出て行く。図２ｂから判明するのは、光線形成ユニットから出る光線７の断面１４はＸ方向に半分だけ減少するが、光線のＹ方向の寸法は維持されていることである。その理由は、第１分割光線束７ａ，７ｂと第２分割光線束７ｃ，７ｄが光線分割・光線結合ユニットから出た後に完全に重なることに存するが、その結果として光線７は光線分割・光線結合ユニットから出た後に偏光されていない。図２ｂには、断面１４を構成する両分割光線束７ａ，７ｂの直線偏光方向９，１３が表示されている。それらは互いに垂直に偏光しているため、最終的に偏光されていない光線７が光線形成ユニットつまり本発明に基づく装置から出て行くことになる。
【００２９】
本発明に基づく装置において図１に示された光線形成ユニットのいくつかを前後に配置することも可能であり、そのような光線形成ユニットを通過する光線の断面はそれぞれ適正に成形される、特に一方向において半減される。
【００３０】
図３には本発明に基づく装置の別の実施形態が示されているが、該装置は構造が若干異なる光線形成ユニットを含む。この光線形成ユニットも、図１の光線分割・光線結合ユニットと同様の光線分割・光線結合ユニット１を有する。さらに該ユニットは、ミラー１５およびプリズム１６を含む光線偏向手段を有する。プリズム１６は、以下の説明から明らかとなるように、偏光回転要素としても機能するように配置されている。
【００３１】
図３ａおよび図３ｂからは左側からＺ方向へ光線形成ユニットに向かって進む光線１７が見てとれるが、この光線は例示として選定された分割光線１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄにより表される。光線分割・光線結合ユニット１とミラー１５は、ミラー１５がＹ方向へ延びる光線分割・光線結合ユニット１の隅に隣接するように、Ｘ方向およびＹ方向に互いにずれて配置されているが、それは特に図３ａの平面図から明確に分かる。このようにして、図３ａにおいて左側から光線形成ユニットへ進む光線１７の、図３ａにおける上側の分割光線束１７ａ，１７ｂはミラー１５に当たらず進行して、表示された座標系ではＸ，Ｙ平面である第１の入射面１８に当たる。この分割光線束１７ａ，１７ｂは、図１の分割光線束７ａ，７ｂに対応して、基本的に阻害されずに境界面６および光線分割・光線結合ユニット１を通過して、該ユニットの反対側の出射面１９から出て行く。
【００３２】
図３ａにおける下側の分割光線束１７ｃ，１７ｄは、Ｚ方向において既に光線分割・光線結合ユニット１の前で、Ｚ方向に対して４５度の角度を以て設置されたミラー１５に当たり、次に図３ｂから分かるように、該ミラー１５により上方へＹ方向に偏向される。ミラー１５および光線分割・光線結合ユニット１の真上には、プリズム１６が設置されている。プリズム１６は図示された実施例では、二等辺直角三角形として形成された２つの基礎面２０と３つの長方形のプリズム面２１，２２，２３を有する。このプリズム１６は、ミラー１５から上方へ反射された分割光線束１７ｃ，１７ｄが基礎面２０の斜辺間に形成されたプリズム面２１を通ってプリズム１６へ入るように配置されており、該プリズム面２１は図示された座標系ではＸ，Ｚ平面であり、また偏光キューブとして構成された光線分割・光線結合ユニット１の上側に少なくとも部分的に搭載されている。さらにプリズム１６は、基礎面２０の斜辺が光線分割・光線結合ユニット１の上側キューブ面の側辺と４５度の角度をなすように、調整されている。さらに該プリズムは、プリズムの頭頂線２４のＸＺ−平面への投影が光線分割・光線結合ユニット１とミラー１５との間の結合区域と正確に交差するように調整されているが、それは図３ａに基づく平面図から明確に分かる。
【００３３】
図３からさらに分かるのは、下側からプリズム１６に入る分割光線束１６ｃ，１６ｄが両プリズム面２２，２３において反射されることである。これらのプリズム面は、そのために補助的に反射処理することができる。これらのプリズム面のうちの第２面つまり面２３により、分割光線束１７ｃ，１７ｄは下方へ反射された後に、斜辺間の結合面として形成されたプリズム面２１から下方の−Ｙ方向へ出て行き、さらに第２入射面２５として機能する光線分割・光線結合ユニット１の上側キューブ面へ入り込む。
【００３４】
プリズム１６の前述の配置により、分割光線束１７ｃ，１７ｄは両プリズム面２２，２３での複反射時に上方から光線分割・光線結合ユニット１へ偏向されるだけでなく、それ自体９０度回転させられる。この９０度の回転は、図３ａに示された両ハッチング面２６，２７により表されている。これらのハッチング面２６，２７は、光線１７ｃと光線１７ｄとの間で延びる分割光線束のＹ方向およびＹ方向への反射に基づく断面として現れる。図３ａに明確に示されているように、両ハッチング面２６，２７は９０度だけ互いに回転している。
【００３５】
図３ｂには、同様に矢印２８により、光線１７のＹ方向の直線偏光方向が示されている。図３ｂの右側に示されているように、分割光線束１７ｃ，１７ｄはプリズム１６における９０度回転により偏光方向の回転も生じるため、分割光線束１７ｃ，１７ｄはプリズム１６の通過後にＸ方向に直線偏光されるが、それは矢印２９により示されている。分割光線束１７ａ，１７ｂの偏光に垂直な分割光線束１７ｃ，１７ｄの直線偏光のために、分割光線束１７ｃ，１７ｄは境界面６で反射された後に、光線分割・光線結合ユニット１を分割光線束１７ａ，１７ｂが出たと同じ出射面１９から出て行く。
【００３６】
図４ａから分かるのは、光線形成ユニットへ入る光線１７の断面３０である。光線形成ユニットの通過後に、光線１７は図４ｂに示された断面３１を有するが、該断面は基本的にＸ方向へ延びる分割光線束１７ａ，１７ｂの断面と基本的にＹ方向へ延びる分割光線束１７ｃ，１７ｄの断面との重なりを示す。したがって、断面３１は基本的に十字形である。矢印２８，２９は、光線形成ユニットから出る光線１７が同様に少なくとも部分的に偏光されていないことを示している。さらに図４ｂから再度見てとれるのは、分割光線束１７ｃ，１７ｄはプリズム１６の通過時にその断面に関して９０度回転していることである。
【００３７】
本発明に基づいて、図３に示された光線形成ユニットのいくつかを前後に配置することも可能であり、該装置を通過する光線は光線形成ユニットのそれぞれにおいて対応する断面変化を生じる。さらに本発明に基づく装置において、図１に示された形式の光線形成ユニットを図３に示された形式の光線形成ユニットと共に前後に配置することも可能である。
【００３８】
本発明に従えば、さらに図１および図３に示された偏光キューブの代わりに、同等の機能を発揮するユニットを光線分割・光線結合ユニット１として用いることも可能である。たとえば、グラン−トンプソン・プリズムも使用できるであろう。重要なのは、そのような形式の光線分割・光線結合ユニットが２つの部分からなり、それらの間に境界面が配置されているという事実である。さらに、該境界面はそれに入る少なくとも一定の波長の光線を所定の角度を以て直線偏光選択的に反射する、あるいは基本的に阻害せずに通過させなければならない。そのような効果を発揮するためには、既述のように、偏光された光線がたとえばパテにより構成された境界面においてそれらの偏光に応じて反射される、あるいは基本的に阻害されずに通過するように、その光学軸が調整された複屈折材料が適合している。
【００３９】
さらに本発明に基づいて、複数の光線形成ユニットを並置することが可能である。このようにして、並置された光源から出る光線が並置された光線形成ユニットを通過する際に、それらを同時に成形することができる。そのような並置式光源の一例がレーザダイオード・バーであるが、該バーは通常は等間隔に並置されたレーザ光の直線状放射源を具備している。
【００４０】
特に図３に示された光線形成ユニットでは、図５に示されたようなプリズム１６からなるアレイ３２を形成することが可能である。図５においては、既に図３ａに示されたハッチング面２６，２７がプリズム１６のそれぞれに描かれている。したがって、偏光キューブとして構成された光線分割・光線結合ユニット１とミラー１５とを備えた、たとえば図３ａに類似した構造において、並置された光源から発せられる光線を図３および図４に応じて形成できる多数の並置された光線形成ユニットを前記アレイ３２により実現することができる。
【００４１】
さらに、プリズム１６を光源に対して個別に適用できる光線回転ユニットとして使用し、該ユニットにより光線を９０度回転させることができる。従来技術から公知の光線回転ユニットに比べて、プリズム１６の使用はコスト的にはるかに有利な変更形態を提供できる。
【００４２】
特にプリズム１６からなるアレイ３２は、レーザダイオード・バーから発せられる並置された光源に対する光線回転ユニットとして機能する。プリズム１６のアレイ３２から出射する光線は原光線に対して平行にずれており、アレイ３２からの入射方向とは逆に進行する。これは図５から明確に分かる、すなわち、たとえばハッチング面２６は紙面から突き出る方向に動く光線の断面を表すが、アレイ３２から出射する光線に相当するハッチング面２７は紙面に入り込む光線の断面を表している。図から明確に分かるのは、図５においては断面の回転に加えて、右方および上方への光線の転移が行われていることである。たとえばレーザダイオード・バーをアレイ３２の入射面前に配置することにより、アレイ３２から出射する光線をたとえばレーザダイオード・バーの上側を通って進行させることができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に基づく装置の１つの実施形態の概略側面図である。
【図２ａ】図１に基づく装置に光線が入る前の該光線の断面図である。
【図２ｂ】図１に基づく装置を通過した後の図２ａに基づく光線の光線断面図である。
【図３ａ】本発明に基づく装置の別の実施形態の平面図である。
【図３ｂ】図３ａに基づく装置の側面図である。
【図４ａ】図３に基づく装置に光線が入る前の該光線の断面図である。
【図４ｂ】図３に基づく装置を通過した後の図４ａに基づく光線の光線断面図である。
【図５】本発明に基づく装置のさらに別の実施形態の平面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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