特許 6677073 レーザシート光源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6677073

(24)【登録日】2020年3月17日

(45)【発行日】2020年4月8日

(54)【発明の名称】レーザシート光源装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/40 20060101AFI20200330BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20200330BHJP

   G02B 13/00 20060101ALI20200330BHJP

   G01P 5/20 20060101ALI20200330BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/40

   H01S5/022

   G02B13/00

   G01P5/20 E

【請求項の数】8

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-98042(P2016-98042)

(22)【出願日】2016年5月16日

(65)【公開番号】特開2017-208384(P2017-208384A)

(43)【公開日】2017年11月24日

【審査請求日】2019年3月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森本 俊一

【審査官】 小濱 健太

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１８００２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−２８５６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１５３８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−６４０６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

Ｇ０１Ｐ ５／００−５／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＣＡＮタイプの複数の半導体レーザ素子と、
複数の前記半導体レーザ素子から射出された各レーザ光を、少なくとも第一の方向に一定の幅を有する平行光に変換する第一光学系と、
前記平行光が入射される入射面を含み、前記平行光の、前記第一の方向に直交する第二の方向における幅を拡大する第二光学系と、を有し、
前記平行光は、前記第二の方向に関して互いに異なる位置から前記第二光学系の前記入射面に向かって進行し、
前記第二の方向に隣り合う前記平行光は、前記第二光学系の前記入射面で重なり合うことを特徴とするレーザシート光源装置。

【請求項2】

前記第二の方向に隣り合う前記平行光において、前記第二光学系の前記入射面に向かうほど前記平行光の各主光線が近付くように、一方の前記平行光の主光線が他方の前記平行光の主光線に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のレーザシート光源装置。

【請求項3】

前記平行光のうち少なくとも一部の前記平行光の主光線は、前記第二光学系の前記入射面に向かうほど前記第二光学系の光軸に近付くように、前記光軸に対して傾斜し、
前記平行光が前記第二の方向に関して前記光軸から離れるほど、前記平行光の主光線が前記光軸に対して傾斜する角度が大きいことを特徴とする請求項２に記載のレーザシート光源装置。

【請求項4】

前記半導体レーザ素子は、前記第二の方向に関して互いに異なる位置に配置され、
前記第二の方向に隣り合う前記半導体レーザ素子において、一方の前記半導体レーザ素子の光射出面が他方の前記半導体レーザ素子の光射出面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザシート光源装置。

【請求項5】

前記第一光学系は、
前記半導体レーザ素子から射出された前記レーザ光を、前記第一の方向に一定の幅を有するように変換する第一凸型シリンドリカルレンズと、
前記凸型シリンドリカルレンズから射出された前記レーザ光を、前記第二の方向に一定の幅を有するように変換する第二凸型シリンドリカルレンズと、を含み、
前記第二凸型シリンドリカルレンズは、前記第二の方向に関して互いに異なる位置から前記レーザ光を入射され、入射された前記レーザ光を変換後、前記第二光学系の前記入射面に向かって集光することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザシート光源装置。

【請求項6】

前記第一光学系は、
前記半導体レーザ素子から射出された前記レーザ光を、前記平行光に変換するコリメータレンズと、
複数の前記半導体レーザ素子に対応して配置され、前記コリメータレンズにより変換後の前記平行光を反射して前記第二光学系の前記入射面に入射させる複数の反射ミラーと、を含み、
前記反射ミラーは前記第二の方向に関して互いに異なる位置に配置され、
前記第二の方向に隣り合う前記反射ミラーにおいて、一方の前記反射ミラーの反射面が他方の前記反射ミラーの反射面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザシート光源装置。

【請求項7】

前記第二光学系は、平凹シリンドリカルレンズ又は両凹シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレーザシート光源装置。

【請求項8】

前記第一の方向は、前記半導体レーザ素子から射出される前記レーザ光の速軸方向と光学的に等価な方向であり、
前記第二の方向は、前記半導体レーザ素子から射出される前記レーザ光の遅軸方向と光学的に等価な方向であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のレーザシート光源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザシート光源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、流体の流れや速度を計測する方法として、ＰＩＶ（Particle Image Velocimetry）と呼ばれる技術が知られている。ＰＩＶとは、流体にトレーサ粒子と呼ばれる微小粒子を混入し、当該トレーサ粒子にシート状のレーザ光（以下、レーザシート）を照射して得られる散乱光を撮影することで、流体の流動を二次元的に計測する技術である。

【0003】

上記のＰＩＶにおいて、従来、光源として高出力を得られる固体レーザやガスレーザが用いられていた。例えば特許文献１には、ＰＩＶの光源にＮｄ：ＹＡＧレーザを使用することが記載されている。また特許文献２には、ＰＩＶの光源にアルゴンレーザを使用することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−０８５７８４号公報

【特許文献2】特開２０１０−１１７１９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、固体光源技術の進歩に伴い、ＰＩＶの光源として固体レーザやガスレーザに代わり半導体レーザを利用することが検討されてきている。特に、高出力を実現する観点から、ＣＡＮパッケージに取り付けられた半導体レーザ素子（即ち、ＣＡＮタイプの半導体レーザ素子）を複数並べて利用することが検討されてきている。

【0006】

ところで、本発明者の鋭意研究によれば、ＰＩＶの光源として、ＣＡＮタイプの半導体レーザ素子を複数並べて利用すると、レーザシートの幅が十分に拡がらず、多数のトレーサ粒子を照射することができないことが分かった。

【0007】

そのため、本発明者は、各半導体レーザ素子からのレーザ光を拡大可能なレンズを用いて、レーザシートの幅を拡げることを検討した。すると、レーザシートの強度が均一とならず、バラつきが生じることが分かった。

【0008】

レーザシートの強度にバラつきが生じると、各トレーサ粒子が、異なる強度のレーザ光によって照射される虞がある。即ち、比較的高い強度のレーザ光によって照射されるトレーサ粒子や、比較的低い強度のレーザ光によって照射されるトレーサ粒子が混在する。その結果、トレーサ粒子からの散乱光の強度が変動し、計測結果の精度が低下するという問題があった。そのため、レーザシートの強度を不均一にすることなく、当該レーザシートの幅を拡大可能な技術が求められる。

【0009】

上記の要望は、ＰＩＶに限らず、ＣＡＮタイプの半導体レーザ素子を複数並べた光源を使用してレーザシートを形成する場合に共通する。例えば、レーザシートを照射する照明装置や、レーザシートを利用して物体の形状等を計測する計測装置においても同様に求められる。

【0010】

本発明は、ＣＡＮタイプの半導体レーザ素子を複数並べた光源を使用してレーザシートを形成する場合において、レーザシートの強度が不均一となることを抑制しつつ、当該レーザシートの幅を拡大可能な技術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】

【0011】

本発明のレーザシート光源装置は、
ＣＡＮタイプの複数の半導体レーザ素子と、
複数の前記半導体レーザ素子から射出された各レーザ光を、少なくとも第一の方向に一定の幅を有する平行光に変換する第一光学系と、
前記平行光が入射される入射面を含み、前記平行光の、前記第一の方向に直交する第二の方向における幅を拡大する第二光学系と、を有し、
前記平行光は、前記第二の方向に関して互いに異なる位置から前記第二光学系の前記入射面に向かって進行し、
前記第二の方向に隣り合う前記平行光は、前記第二光学系の前記入射面で重なり合うことを特徴とする。

【0012】

上記構成によれば、各半導体レーザ素子から射出されたレーザ光は、少なくとも第一の方向に一定の幅を有する平行光に変換される。また、平行光の、第一の方向に直交する第二の方向における幅が、第二光学系によって拡大される。これにより、レーザシートの第二の方向における幅を拡大できる。

【0013】

また、上記構成によれば、第二の方向に隣り合う平行光は、互いに重なり合って第二光学系の入射面に入射する。これにより、第二光学系に入射する光の強度のバラつきを抑制できるため、第二光学系から射出される光の強度のバラつきも抑制できる。

【0014】

以上のように、上記構成によれば、レーザシートの幅を拡大可能であるとともに、レーザシートの強度が不均一になることを抑制できる。

【0015】

上記構成において、
前記第二の方向に隣り合う前記平行光において、前記第二光学系の前記入射面に向かうほど前記平行光の各主光線が近付くように、一方の前記平行光の主光線が他方の前記平行光の主光線に対して傾斜しているものとしても構わない。

【0016】

上記構成によれば、第二の方向に隣り合う平行光の各主光線が近付くように、一方の平行光の主光線を、他方の平行光の主光線に対して傾斜させることにより、隣り合う二つの平行光を第二光学系の入射面で重ねることが可能となる。

【0017】

上記構成において、
前記平行光のうち少なくとも一部の前記平行光の主光線は、前記第二光学系の前記入射面に向かうほど前記第二光学系の光軸に近付くように、前記光軸に対して傾斜し、
前記平行光が前記第二の方向に関して前記光軸から離れるほど、前記平行光の主光線が前記光軸に対して傾斜する角度が大きいものとしても構わない。

【0018】

上記構成によれば、第二光学系の光軸から離れた平行光であっても、第二の方向に隣り合う平行光と第二光学系の入射面で重ねることが可能となる。

【0019】

上記構成において、
前記半導体レーザ素子は、前記第二の方向に関して互いに異なる位置に配置され、
前記第二の方向に隣り合う前記半導体レーザ素子において、一方の前記半導体レーザ素子の光射出面が他方の前記半導体レーザ素子の光射出面に対して傾斜しているものとしても構わない。

【0020】

上記構成によれば、第二の方向に隣り合う半導体レーザ素子において、一方の半導体レーザ素子の光射出面を、他方の半導体レーザ素子の光射出面に対して傾斜させることにより、隣り合う二つの平行光を、第二光学系の入射面で重ねることが可能となる。

【0021】

上記構成において、
前記第一光学系は、
前記半導体レーザ素子から射出された前記レーザ光を、前記第一の方向に一定の幅を有するように変換する第一凸型シリンドリカルレンズと、
前記凸型シリンドリカルレンズから射出された前記レーザ光を、前記第二の方向に一定の幅を有するように変換する第二凸型シリンドリカルレンズと、を含み、
前記二凸型シリンドリカルレンズは、前記第二の方向に関して互いに異なる位置から前記レーザ光を入射され、入射された前記レーザ光を変換後、前記第二光学系の前記入射面に向かって集光するものとしても構わない。

【0022】

上記構成によれば、半導体レーザ素子の光射出面を傾斜させることなく、凸型シリンドリカルレンズ及び凸レンズを利用することで、隣り合う二つの平行光を、第二光学系の入射面で重ねることが可能となる。

【0023】

上記構成において、
前記第一光学系は、
前記半導体レーザ素子から射出された前記レーザ光を、前記平行光に変換するコリメータレンズと、
複数の前記半導体レーザ素子に対応して配置され、前記コリメータレンズにより変換後の前記平行光を反射して前記第二光学系の前記入射面に入射させる複数の反射ミラーと、を含み、
前記反射ミラーは前記第二の方向に関して互いに異なる位置に配置され、
前記第二の方向に隣り合う前記反射ミラーにおいて、一方の前記反射ミラーの反射面が他方の前記反射ミラーの反射面に対して傾斜しているものとしても構わない。

【0024】

上記構成によれば、半導体レーザ素子の光射出面を傾斜させることなく、第二の方向に隣り合う反射ミラーにおいて、一方の反射ミラーの反射面を、他方の反射ミラーの反射面に対して傾斜させることで、隣り合う二つの平行光を、第二光学系の入射面で重ねることが可能となる。

【0025】

上記構成において、
前記第二光学系は、平凹シリンドリカルレンズ又は両凹シリンドリカルレンズであるものとしても構わない。

【0026】

上記構成において、
前記第一の方向は、前記半導体レーザ素子から射出される前記レーザ光の速軸方向と光学的に等価な方向であり、
前記第二の方向は、前記半導体レーザ素子から射出される前記レーザ光の遅軸方向と光学的に等価な方向であるものとしても構わない。

【発明の効果】

【0027】

本発明のレーザシート光源装置によれば、ＣＡＮタイプの半導体レーザ素子を複数並べた光源を使用してレーザシートを形成する場合において、レーザシートの強度が不均一となることを抑制しつつ、当該レーザシートの幅を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】ＰＩＶの概要を説明するための模式図である。

【図2】第一実施形態のレーザシート光源装置の構成を示す模式図である。

【図3】半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を示す模式図である。

【図4】第一実施形態の半導体レーザ素子、平凸シリンドリカルレンズ、及び平凹シリンドリカルレンズを−ｙ方向にみたときの模式図である。

【図5】第一実施形態の各半導体レーザ素子の光射出面の傾斜について説明するための模式図である。

【図6】参考例のレーザシート光源装置を説明するための模式図である。

【図7】第一実施形態のレーザシート光源装置の作用効果を説明するための図である。

【図8】第二実施形態のレーザシート光源装置の構成を示す模式図である。

【図9】第二実施形態の各半導体レーザ素子の光射出面の傾斜について説明するための模式図である。

【図10】第三実施形態のレーザシート光源装置の構成を示す模式図である。

【図11】第三実施形態の半導体レーザ素子、２つの平凸シリンドリカルレンズ、及び平凹シリンドリカルレンズを−ｙ方向にみたときの模式図である。

【図12】第三実施形態の各平行光の傾斜について説明するための模式図である。

【図13】第四実施形態のレーザシート光源装置の構成を示す模式図である。

【図14】第四実施形態の各平行光の傾斜について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】

【0029】

実施形態のレーザシート光源装置につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。また、各実施形態で図示している半導体レーザ素子や光学系の数はあくまで一例である。

【0030】

（第一実施形態）
［ＰＩＶの概要］
第一実施形態におけるレーザシート光源装置１は、ＰＩＶ（Particle Image Velocimetry）の光源に使用される。まず初めに図１を参照してＰＩＶの概要について説明する。

【0031】

図１に示すように、レーザシート光源装置１は、シート状のレーザ光ＬＳを射出する。以下、シート状のレーザ光ＬＳを「レーザシートＬＳ」と呼ぶ。

【0032】

図１では、レーザシート光源装置１に含まれる複数の半導体レーザ素子（詳細は後述）が並ぶ方向をｙ方向とし、レーザシート光源装置１に含まれる平凹シリンドリカルレンズ（詳細は後述）の光軸と平行な方向をｚ方向とし、ｙ方向及びｚ方向に直交する方向をｘ方向としている。なお、ｘ方向が「第一の方向」に対応し、ｙ方向が「第二の方向」に対応する。

【0033】

レーザシートＬＳは、ｘ方向に一定の幅を有し、ｙ方向に拡がりつつ進行する光である。なお図１では、レーザシートＬＳのｘ方向の幅の図示を省略している。一例として、レーザシートＬＳのｘ方向の幅は、１ｍｍである。またレーザシートＬＳは、レーザシート光源装置１からｚ方向に少なくとも１〜２ｍ離れた領域において、ｙ方向に０．５ｍ〜２ｍ程度の幅を有している。すなわち、この領域においては、レーザシートＬＳのｙ方向の幅はｘ方向の幅と比較して極めて大きい。

【0034】

計測対象の流体には、トレーサ粒子１２が混入されている。なお、図１では、流体自体は図示していないが、所定の流体内に多数のトレーサ粒子１２が混入されており、この流体に対してレーザシートＬＳが照射された状況において、当該レーザシートＬＳが照射された領域内に位置しているトレーサ粒子１２の一部のみが図示されている。トレーサ粒子１２は、一例として、ポリスチレン等の樹脂からなる微小粒子、水及びオイルを噴霧化した微小な液滴、プラスチック製の微小粒子、煙等である。レーザシート光源装置１から射出されたレーザシートＬＳが、流体内のトレーサ粒子１２を照射すると、散乱光が生成される。

【0035】

撮影装置１４は、トレーサ粒子１２からの散乱光を撮影し、撮影した画像を画像処理装置１６に出力する。なお、一例として撮影装置１４は１秒間に１０００フレームの画像を撮影する。画像処理装置１６は、入力された画像を基に、流体の速度を算出する。なお、流体の速度の算出方法は既知の技術であるため（例えば上記の特許文献１及び特許文献２を参照）、本明細書では説明を省略する。

【0036】

［構成］
続いて、レーザシート光源装置１の構成について説明する。図２は、第一実施形態のレーザシート光源装置１を−ｘ方向にみたときの模式図である。なお図２では、レーザシート光源装置１の内部の構成を示している。

【0037】

レーザシート光源装置１は、複数の半導体レーザ素子３、複数の平凸シリンドリカルレンズ５、及び平凹シリンドリカルレンズ７を有する。

【0038】

半導体レーザ素子３は、ＣＡＮパッケージ（一例として、金属製のパッケージ）に取り付けられた半導体レーザ素子である。即ち、半導体レーザ素子３は、ＣＡＮタイプの半導体レーザ素子である。図３は、一つの半導体レーザ素子３から射出されるレーザ光Ｌを示す模式図である。

【0039】

図３に示すように、半導体レーザ素子３は、ｘ方向及びｙ方向の双方に拡がりつつ進行するレーザ光Ｌを射出する。即ち、レーザ光Ｌは、ｘ方向及びｙ方向の双方に発散する。またレーザ光Ｌは、ｙ方向に比べてｘ方向に大きく発散する。即ち、レーザ光Ｌのｘ方向における発散角は、ｙ方向における発散角に比べて大きい。つまり、ｘ方向が「速軸方向」に対応し、ｙ方向が「遅軸方向」に対応する。なお図３では、レーザ光Ｌのｙ方向における発散角を角度θとしている。

【0040】

図２に戻って、半導体レーザ素子３について説明を続ける。半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）は、ｙ方向に関して互いに異なる位置に配置されている。半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）は、光射出面（３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ）が後述の平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂに対して傾斜するように配置されている。より具体的には、各半導体レーザ素子３は、レーザ光Ｌの主光線（例えばＬ１、Ｌ４）が後述の平凹シリンドリカルレンズ７に向かって進行するほど平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに近付くように配置されている。なお、以下では、半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）を総称して「半導体レーザ素子３」と記載することがある。

【0041】

なお、本明細書において、「主光線」とは、レーザ光Ｌのうち最も光強度の高い光線を指す。また、「半導体レーザ素子３の光射出面」とは、半導体レーザ素子３がレーザ光Ｌを射出する面であり、主光線に垂直な面を指す。

【0042】

また、図２では便宜的に半導体レーザ素子３１から射出されたレーザ光Ｌの主光線Ｌ１、及び、半導体レーザ素子３４から射出されたレーザ光Ｌの主光線Ｌ４のみを一点鎖線で示し、半導体レーザ素子（３２、３３）から射出されたレーザ光Ｌの主光線の図示を省略している。

【0043】

続いて、図２及び図４を参照して、平凸シリンドリカルレンズ５及び平凹シリンドリカルレンズ７について説明する。図４は、半導体レーザ素子３１、半導体レーザ素子３１に対応する平凸シリンドリカルレンズ５、及び平凹シリンドリカルレンズ７を−ｙ方向にみたときの模式図である。

【0044】

平凸シリンドリカルレンズ５は、円柱の側面の一部を切り出した形状を有するレンズである。上述したように、レーザシート光源装置１は、複数の平凸シリンドリカルレンズ５を有し、各平凸シリンドリカルレンズ５は各半導体レーザ素子３に対応して配置されている。各平凸シリンドリカルレンズ５は、対応する半導体レーザ素子３から射出されたレーザ光Ｌを、平行光ＬＰに変換する。なお、本明細書において、「平行光」とは、特定の方向（本実施形態では、ｘ方向）に一定の幅を有して進行する光である。即ち、「平行光」とは、特定の平面（本実施形態では、ｙｚ平面）に平行に進行する光である。

【0045】

図４に示すように、平凸シリンドリカルレンズ５は、レーザ光Ｌを、ｘ方向に一定の幅（一例として、１ｍｍ）を有するように変換する。なお、図示を省略するが、他の半導体レーザ素子（３２、３３、３４）から射出されたレーザ光Ｌも、対応する平凸シリンドリカルレンズ５により、ｘ方向に一定の幅（一例として、１ｍｍ）を有するように変換される。

【0046】

一方、図２に示すように、平凸シリンドリカルレンズ５は、レーザ光Ｌのｙ方向における発散を保持する。即ち、平凸シリンドリカルレンズ５は、レーザ光Ｌのｙ方向における発散角θ（図２、図３参照）を保持する。

【0047】

このように、平凸シリンドリカルレンズ５は、各半導体レーザ素子３から射出されるレーザ光Ｌを、ｘ方向に一定の幅（一例として、１ｍｍ）を有し、ｙ方向に拡がりつつ進行する光に変換する。なお、平凸シリンドリカルレンズ５が「第一光学系」に対応する。

【0048】

平凹シリンドリカルレンズ７は、図２に示すように、平凸シリンドリカルレンズ５から射出された平行光ＬＰのｙ方向における幅を拡大する。即ち、平凹シリンドリカルレンズ７は、入射された平行光ＬＰのｙ方向における発散角を拡大する。一方、平凹シリンドリカルレンズ７は、図４に示すように、平行光ＬＰのｘ方向における幅（一例として、１ｍｍ）を保持する。即ち、平凹シリンドリカルレンズ７は、平行光ＬＰのｘ方向における発散角（本実施形態では、０度）を拡大しない。

【0049】

このように、平凹シリンドリカルレンズ７は、入射された各平行光ＬＰに対し、ｘ方向における幅を維持しつつ、ｙ方向における幅を拡大する。なお、平凹シリンドリカルレンズ７が「第二光学系」に対応する。

【0050】

平凹シリンドリカルレンズ７は、平凸シリンドリカルレンズ５から射出された平行光ＬＰが入射する入射面７Ａ、変換後の平行光ＬＰを射出する射出面７Ｂを含む。図２に示すように、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰは、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで重なり合っている。

【0051】

平行光ＬＰは、平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂから射出された後、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰと重なり合って、レーザシートＬＳを形成する。レーザシートＬＳは、レーザシート光源装置１の外側へと射出される。

【0052】

［半導体レーザ素子の傾斜］
続いて、図５を参照して、半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）の光射出面（３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ）の傾斜について説明する。なお、説明の都合上、図５では、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰが平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで初めて重なり合う場合を図示している。また、図５において、各レーザ光Ｌの主光線を一点鎖線で示している。

【0053】

図５に示すように、半導体レーザ素子３から平凹シリンドリカルレンズ７までの距離をＤ₁、半導体レーザ素子３の間隔をＰ₁とする。なお、距離Ｄ₁は、半導体レーザ素子３がレーザ光Ｌを射出する射出点Ｑと、平凹シリンドリカルレンズ７の中心Ｏとがｚ方向に離間する距離を表している。このとき、半導体レーザ素子（３１、３２）の光射出面（３１Ａ、３２Ａ）が平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂ（即ち、平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに対して直交する平面）に対して傾斜する角度（α₁、α₂）は、以下の式（１）を満たす。

Ｄ₁・ｔａｎ｛（θ／２）＋α₁｝＋Ｄ₁・ｔａｎ｛（θ／２）−α₂｝＞Ｐ₁ ・・・式（１）

【0054】

式（１）の左辺において、第一項は、半導体レーザ素子３１に対応するレーザ光Ｌ及び平行光ＬＰがｚ方向に距離Ｄ₁だけ進行したとき、平行光ＬＰのうち最もｙ方向側（即ち、紙面下側）を進行する光と、半導体レーザ素子３１とがｙ方向に離間する距離を表している。また、第二項は、半導体レーザ素子３２に対応するレーザ光Ｌ及び平行光ＬＰがｚ方向に距離Ｄ₁だけ進行したとき、平行光ＬＰのうち最も−ｙ方向側（即ち、紙面上側）を進行する光と、半導体レーザ素子３２とがｙ方向に離間する距離を表している。

【0055】

仮に角度（α₁、α₂）が式（１）を満たさない場合、半導体レーザ素子（３１、３２）から射出されたレーザ光Ｌが平凹シリンドリカルレンズ５によって変換された後の平行光（ＬＰ、ＬＰ）は、半導体レーザ素子３からｚ方向に距離Ｄ₁だけ離れた地点で初めて重なり合い、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａでは重ならない。

【0056】

同様に、半導体レーザ素子（３２、３３）の光射出面（３２Ａ、３３Ａ）が平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂに対して傾斜する角度（α₂、α₃）は、以下の式（２）を満たす。

Ｄ₁・ｔａｎ｛（θ／２）＋α₂｝＋Ｄ₁・ｔａｎ｛（θ／２）＋α₃｝＞Ｐ₁ ・・・式（２）

【0057】

同様に、半導体レーザ素子（３３、３４）の光射出面（３３Ａ、３４Ａ）が平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂに対して傾斜する角度（α₃、α₄）は、以下の式（３）を満たす。

Ｄ₁・ｔａｎ｛（θ／２）−α₃｝＋Ｄ₁・ｔａｎ｛（θ／２）＋α₄｝＞Ｐ₁ ・・・式（３）

【0058】

なお、図５を参照して式（１）から（３）について説明したが、図２の場合（即ち、平行光ＬＰが平凹シリンドリカルレンズ７に入射する前に、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰと重なり合う場合）においても、当該式（１）から（３）を満たす。

【0059】

なお、図５に示すように、半導体レーザ素子（３１、３２）の光射出面（３１Ａ、３２Ａ）が平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂに対して傾斜する角度（α₁、α₂）を比較すると、角度α₁は角度α₂よりも大きい。また、半導体レーザ素子（３３、３４）の光射出面（３３Ａ、３４Ａ）が平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂに対して傾斜する角度（α₃、α₄）を比較すると、角度α₄は角度α₃よりも大きい。即ち、半導体レーザ素子３が凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡからｙ方向または−ｙ方向に離れるほど、光射出面は、平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂに対して大きく傾斜する。

【0060】

［作用効果］
続いて、図６及び図７を参照して、本実施形態のレーザシート光源装置１による作用効果について説明する。説明の都合上、初めに参考例のレーザシート光源装置について図６を参照して説明する。

【0061】

図６（ａ）は、参考例のレーザシート光源装置の構成を示す模式図である。参考例のレーザシート光源装置は、半導体レーザ素子３、及び平凹シリンドリカルレンズ７を有する。なお、図６（ａ）では図示を省略しているが、参考例のレーザシート光源装置は、半導体レーザ素子３と平凹シリンドリカルレンズ７との間に、半導体レーザ素子３から射出されたレーザ光Ｌを平行光ＬＰに変換する平凸シリンドリカルレンズ（例えば、図２の平凸シリンドリカルレンズ５）を有する。

【0062】

図６（ａ）に示すように、参考例のレーザシート光源装置では、本実施形態のレーザシート光源装置１と異なり、各平行光ＬＰは互いに重なり合うことなく平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａに入射する。即ち、各平行光ＬＰは、他の平行光ＬＰの影響を受けることなく平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａに入射する。そのため、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａに入射する光の強度は、ｙ座標に応じて大きく変動する。

【0063】

図６（ｂ）に、図６（ａ）のＡ−Ａ線で各平行光ＬＰを切断したときの各平行光ＬＰの強度を示す。なお、Ａ−Ａ線は、ｙ方向に平行であり、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａを二分する線である。図６（ｂ）に示すように、半導体レーザ素子３の個数分（図６（ａ）では、５個）、強度に鋭いピークが現れる。その結果、平凹シリンドリカルレンズ７から射出される平行光ＬＰの強度も、ｙ座標に応じて大きく変動する。

【0064】

図６（ｃ）に、図６（ａ）のＢ−Ｂ線で各平行光ＬＰを切断したときの各平行光ＬＰの強度を示す。図６（ｃ）に示すように、平行光ＬＰが平凹シリンドリカルレンズ７から射出された後においても、強度の変動は大きい。

【0065】

以上のように、参考例のレーザシート光源装置では、ｙ座標に応じて強度が大きく変動する平行光ＬＰが平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａに入射する。その結果、平凹シリンドリカルレンズ７から射出される平行光ＬＰの強度も、ｙ座標に応じて大きく変動する。そのため、ｙ座標に応じて強度にバラつきが生じたレーザシートＬＳが形成される。発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、レーザシートＬＳの強度にバラつきが生じると、ＰＩＶの測定結果の精度が低下するという問題がある。

【0066】

これに対し、本実施形態のレーザシート光源装置１によれば、各平行光ＬＰは、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰと重なり合った状態で平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａに入射する（図２参照）。そのため、本実施形態のレーザシート光源装置１では、参考例のレーザシート光源装置に比べ、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａに入射する光の強度の変動が小さい。

【0067】

図７（ａ）に、図２のＣ−Ｃ線で各平行光ＬＰを切断したときの各平行光ＬＰの強度を示す。なお、Ｃ−Ｃ線は、ｙ方向に平行であり、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａを二分する線である。また、図７（ａ）では、各平行光ＬＰが重なり合った状態の強度を実線で示し、１つの半導体レーザ素子３から射出されたレーザ光Ｌが平凸シリンドリカルレンズ５により変換された後の平行光ＬＰの強度を破線で示している。

【0068】

図７（ａ）に示すように、強度の変動は、参考例の図６（ｂ）に比べて小さい。即ち、本実施形態のレーザシート光源装置１によれば、強度の変動が比較的小さい状態で平行光ＬＰが平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａに入射する。そのため、平凹シリンドリカルレンズ７から射出される平行光ＬＰにおいても、強度の変動が小さくなる結果、レーザシートＬＳの強度のバラつきを抑制できる。

【0069】

図７（ｂ）に、図２のＤ−Ｄ線でレーザシートＬＳを切断したときのレーザシートＬＳの強度を示す。なお図７（ｂ）では、レーザシートＬＳの強度を実線で示し、１つの半導体レーザ素子３から射出されたレーザ光Ｌが平凸シリンドリカルレンズ５及び平凹シリンドリカルレンズ７により変換された後の平行光ＬＰの強度を破線で示している。図７（ｂ）に示すように、レーザシートＬＳの強度の変動は、参考例の図６（ｃ）に比べて小さい。

【0070】

以上のように、本実施形態のレーザシート光源装置１によれば、参考例に比べて強度が均一なレーザシートＬＳを形成できる。

【0071】

なお、半導体レーザ素子３の配置間隔（即ち、図５のＰ₁）を小さくすることにより、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで、ｙ方向に隣り合うレーザ光ＬＰを重ねることができる、とも思われる。しかし、本実施形態のレーザシート光源装置１は、ＣＡＮタイプの半導体レーザ素子３を複数有する。上記のようにＣＡＮタイプの半導体レーザ素子３はＣＡＮパッケージに取り付けられていることから、当該半導体レーザ素子３を小さな間隔で配置することは物理的に困難である。

【0072】

一例として、半導体レーザ素子３のｙ方向における幅は９ｍｍであり、図２の場合において、半導体レーザ素子３を隙間なく並べたとしても、半導体レーザ素子３から射出されるレーザ光Ｌには、少なくとも９ｍｍの間隔が生じてしまう。そのため、半導体レーザ素子３の配置間隔を可能な限り小さくしたとしても、レーザ光Ｌの間隔は未だ大きく、平行光ＬＰの間隔も大きくなる結果、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで、ｙ方向に隣り合うレーザ光ＬＰを重なり合わせることはできない。

【0073】

これに対し、本実施形態のレーザシート光源装置１によれば、各平行光ＬＰは、主光線が平凹シリンドリカルレンズ７に向かって進行するほど平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに近付くように傾斜する。これにより、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰの間隔を狭くすることができるため、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで隣り合う平行光ＬＰを重ねることが可能となる。即ち、本実施形態のレーザシート光源装置１によれば、平凹シリンドリカルレンズ７を用いてレーザシートＬＳの幅を拡大するにあたり、レーザシートＬＳの強度が不均一となることを抑制できる。

【0074】

（第二実施形態）
［構成］
続いて、第二実施形態のレーザシート光源装置２０について説明する。第二実施形態のレーザシート光源装置２０は、第一実施形態のレーザシート光源装置１と比較して、平凸シリンドリカルレンズ５に代わり凸レンズを有する点で異なる。以下、第二実施形態について第一実施形態と異なる点について、図８を参照して説明する。

【0075】

図８は、第二実施形態のレーザシート光源装置２０の構成を示す模式図である。レーザシート光源装置２０は、半導体レーザ素子３、凸レンズ２１、及び平凹シリンドリカルレンズ７を有する。図８に示すように、レーザシート光源装置２０は、半導体レーザ素子３と同数の凸レンズ２１を有しており、各凸レンズ２１は、各半導体レーザ素子３に対応して配置されている。

【0076】

図８に示すように、各凸レンズ２１は、各半導体レーザ素子３から射出される各レーザ光Ｌを、ｙ方向に一定の幅（一例として、３ｍｍ）を有して進行する光に変換する。また、図示を省略するが、半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）、凸レンズ２１、及び平凹シリンドリカルレンズ７を−ｙ方向にみたとき、第一実施形態の図４と同様の状態となっている。即ち、凸レンズ２１は、−ｙ方向にみたとき、第一実施形態の平凸シリンドリカルレンズ５と同様に、ｚ方向に突き出す曲面を有する。また、凸レンズ２１は、半導体レーザ素子３から射出されるレーザ光Ｌを、ｘ方向に一定の幅（一例として、１ｍｍ）を有して進行する光に変換する（第一実施形態の図４参照）。

【0077】

このように、凸レンズ２１は、各レーザ光Ｌを、ｘ方向及びｙ方向に一定の幅を有して進行する平行光ＬＰに変換する。なお、第二実施形態において、凸レンズ２１が「第一光学系」に対応し、平凹シリンドリカルレンズ７が「第二光学系」に対応する。

【0078】

図８に示すように、第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）は、光射出面（３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ）が平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂに対して傾斜するように配置されている。また、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰは、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで重なり合っている。

【0079】

［半導体レーザ素子の傾斜］
続いて、図９を参照して、第二実施形態における半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）の光射出面（３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ）の傾斜について説明する。なお、説明の都合上、図９では、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰが平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで初めて重なり合う場合を図示している。

【0080】

図９に示すように、凸レンズ２１から平凹シリンドリカルレンズ７までの距離をＤ₂、凸レンズ２１の間隔をＰ₂、凸レンズ２１から射出される平行光ＬＰのｙ方向における幅をＳとする。このとき、半導体レーザ素子（３１、３２）の光射出面（３１Ａ、３２Ａ）が平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂに対して傾斜する角度（α₁、α₂）は、以下の式（４）を満たす。

Ｄ₂・ｔａｎα₁−Ｄ₂・ｔａｎα₂＞Ｐ₂−Ｓ ・・・式（４）

【0081】

式（４）の左辺において、第一項は、半導体レーザ素子３１に対応するレーザ光ＬＰがｚ方向に距離Ｄ₂だけ進行したとき、当該平行光ＬＰがｙ方向に進行した距離を表している。第二項は、半導体レーザ素子３２に対応するレーザ光ＬＰがｚ方向に距離Ｄ₂だけ進行したとき、当該平行光ＬＰがｙ方向に進行した距離を表している。

【0082】

仮に角度（α₁、α₂）が式（４）を満たさない場合、半導体レーザ素子（３１、３２）から射出されたレーザ光Ｌが凸レンズ２１によって変換された後の平行光（ＬＰ、ＬＰ）は、凸レンズ２１からｚ方向に距離Ｄ₂だけ離れた地点で初めて重なり合い、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａでは重ならない。

【0083】

同様に、半導体レーザ素子（３２、３３）の光射出面（３２Ａ、３３Ａ）が平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂに対して傾斜する角度（α₂、α₃）は、以下の式（５）を満たす。

Ｄ₂・ｔａｎα₂＋Ｄ₂・ｔａｎα₃＞Ｐ₂−Ｓ ・・・式（５）

【0084】

同様に、半導体レーザ素子（３３、３４）の光射出面（３３Ａ、３４Ａ）が平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂに対して傾斜する角度（α₃、α₄）は、以下の式（６）を満たす。

Ｄ₂・ｔａｎα₄−Ｄ₂・ｔａｎα₃＞Ｐ₂−Ｓ ・・・式（６）

【0085】

なお、図９を参照して式（４）から（６）について説明したが、図８の場合（即ち、平行光ＬＰが平凹シリンドリカルレンズ７に入射する前に、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰと重なり合う場合）においても、当該式（４）から（６）を満たす。よって、第二実施形態のレーザシート光源装置２０によっても、第一実施形態のレーザシート光源装置１と同様にレーザシートＬＳの強度のバラつきを抑制できる。

【0086】

また、第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、角度α₁は角度α₂よりも大きく、また、角度α₄は角度α₃よりも大きい。即ち、半導体レーザ素子３が平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡからｙ方向または−ｙ方向に離れるほど、半導体レーザ素子３の光射出面は、平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂに対して大きく傾斜する。

【0087】

（第三実施形態）
［構成］
続いて、第三実施形態のレーザシート光源装置３０について説明する。第三実施形態のレーザシート光源装置３０は、第一実施形態のレーザシート光源装置１と比較して、平凸シリンドリカルレンズ５に代わり、二つの平凸シリンドリカルレンズを有する点で異なる。以下、第三実施形態について第一実施形態と異なる点について、図１０を参照して説明する。

【0088】

図１０は、第三実施形態のレーザシート光源装置３０の構成を示す模式図である。レーザシート光源装置３０は、半導体レーザ素子３、平凸シリンドリカルレンズ３５、平凸シリンドリカルレンズ３７、平凹シリンドリカルレンズ７を有する。

【0089】

図１０に示すように、半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）の光射出面（３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ）は、平凹シリンドリカルレンズ７の射出面７Ｂと平行である。即ち、当該光射出面（３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ）は、当該射出面７Ｂに対して傾斜していない。

【0090】

平凸シリンドリカルレンズ３５及び平凸シリンドリカルレンズ３７は、第一実施形態の平凸シリンドリカルレンズ５と同様に、円柱の側面の一部を切り出した形状を有するレンズである。図１０及び図１１を参照して、平凸シリンドリカルレンズ３５及び平凸シリンドリカルレンズ３７について説明する。図１１は、半導体レーザ素子３、平凸シリンドリカルレンズ３５、平凸シリンドリカルレンズ３７、及び平凹シリンドリカルレンズ７を、−ｙ方向にみたときの模式図である。

【0091】

平凸シリンドリカルレンズ３５は、図１０に示すように、各半導体レーザ素子３から射出されるレーザ光Ｌのｙ方向における発散を保持する。また、平凸シリンドリカルレンズ３５は、図１１に示すように、各半導体レーザ素子３から射出されたレーザ光Ｌを、ｘ方向に一定の幅（一例として、１ｍｍ）を有するように変換する。このように、平凸シリンドリカルレンズ３５は、各レーザ光Ｌを、ｘ方向に発散せず、かつ、ｙ方向に発散する平行光ＬＰに変換する。

【0092】

平凸シリンドリカルレンズ３７は、図１０に示すように、平凸シリンドリカルレンズ３５から射出された各平行光ＬＰを、ｙ方向に一定の幅（一例として、３ｍｍ）を有するように変換する。また、平凸シリンドリカルレンズ３７は、変換後の各平行光ＬＰを、平凸シリンドリカルレンズ３７の焦点ｆに向かうように集光する。

【0093】

なお、図１０では、平凸シリンドリカルレンズ３７の焦点ｆを説明するために、二本の破線を図示している。仮に平凹シリンドリカルレンズ７が存在しなかった場合、半導体レーザ素子（３１、３２）から射出されたレーザ光Ｌの主光線は、当該破線で示された光路上を進行する。

【0094】

また、平凸シリンドリカルレンズ３７は、図１１に示すように、平行光ＬＰのｘ方向における幅（一例として、１ｍｍ）を保持する。即ち、平凸シリンドリカルレンズ３７は、平行光ＬＰのｘ方向における発散角（本実施形態では、０度）を拡大しない。

【0095】

なお、図１０に示すように、第三実施形態においても、第一実施形態及び第二実施形態と同様に、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰは、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで重なり合っている。

【0096】

また、第三実施形態において、平凸シリンドリカルレンズ３５が「第一凸型シリンドリカルレンズ」に対応し、平凸シリンドリカルレンズ３７が「第二凸型シリンドリカルレンズ」に対応する。また、平凸シリンドリカルレンズ３５及び平凸シリンドリカルレンズ３７の双方が、「第一光学系」に対応し、平凹シリンドリカルレンズ７が「第二光学系」に対応する。

【0097】

［平行光ＬＰの傾斜］
図１０に示すように、平凸シリンドリカルレンズ３７から射出された平行光ＬＰは、主光線が平凹シリンドリカルレンズ７に向かって進行するほど当該平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに近付くように傾斜している。以下、図１２を参照して、平行光ＬＰの傾斜について説明する。なお、説明の都合上、図１２は、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰが平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで初めて重なり合う場合を図示している。

【0098】

図１２に示すように、平凸シリンドリカルレンズ３７から平凹シリンドリカルレンズ７までの距離をＤ₃、半導体レーザ素子３の間隔をＰ₁、平凸シリンドリカルレンズ３７から射出される平行光ＬＰのｙ方向における幅をＳとする。また、半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）から射出されたレーザ光Ｌが平凸シリンドリカルレンズ（３５、３７）によって変換された後の平行光ＬＰを、「半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）に対応する平行光ＬＰ」と呼ぶ。

【0099】

このとき、半導体レーザ素子（３１、３２）に対応する平行光ＬＰが、平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに対して傾斜する角度（α₁、α₂）は、以下の式（７）を満たす。

Ｄ₃・ｔａｎα₁−Ｄ₃・ｔａｎα₂＞Ｐ₁−Ｓ ・・・式（７）

【0100】

同様に、半導体レーザ素子（３２、３３）に対応する平行光ＬＰが、平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに対して傾斜する角度（α₂、α₃）は、以下の式（８）を満たす。

Ｄ₃・ｔａｎα₁＋Ｄ₃・ｔａｎα₂＞Ｐ₁−Ｓ ・・・式（８）

【0101】

同様に、半導体レーザ素子（３３、３４）に対応する平行光ＬＰが、平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに対して傾斜する角度（α₃、α₄）は、以下の式（９）を満たす。

Ｄ₃・ｔａｎα₄−Ｄ₃・ｔａｎα₃＞Ｐ₁−Ｓ ・・・式（９）

【0102】

上記式（７）、（８）、（９）は、それぞれ第二実施形態の式（４）、（５）、（６）と同等である。よって、第三実施形態のレーザシート光源装置３０によっても、第一実施形態のレーザシート光源装置１と同様にレーザシートＬＳの強度のバラつきを抑制できる。さらに、第三実施形態のレーザシート光源装置３０によれば、半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）を傾斜する必要がない。そのため、半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）を容易に固定できるとともに、レーザシート光源装置３０のパッケージを小さくすることが可能となる。なお、図１２を参照して式（７）から（９）について説明したが、図１０の場合（即ち、平行光ＬＰが平凹シリンドリカルレンズ７に入射する前に、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰと重なり合う場合）においても、当該式（７）から（９）を満たす。

【0103】

また、第三実施形態においても、第一実施形態及び第二実施形態と同様に、角度α₁は角度α₂よりも大きく、また、角度α₄は角度α₃よりも大きい。即ち、半導体レーザ素子３が平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡ（図示略）からｙ方向または−ｙ方向に離れるほど、当該半導体レーザ素子３に対応する平行光ＬＰは、平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに対して大きく傾斜する。

【0104】

（第四実施形態）
［構成］
続いて、第四実施形態のレーザシート光源装置４０について説明する。第四実施形態のレーザシート光源装置４０は、第一実施形態のレーザシート光源装置１と比較して、平凸シリンドリカルレンズ５に代わり、凸レンズ及び反射ミラーを有する点で異なる。以下、第四実施形態について第一実施形態と異なる点について、図１３を参照して説明する。なお、図１３及び次の図１４では、図示の都合上、反射ミラーに入射する光線と、反射ミラーから射出した光線の角度が必ずしも一致していないが、これらはあくまで模式的に図示されたものである。

【0105】

図１３は、第四実施形態のレーザシート光源装置４０の構成を示す模式図である。レーザシート光源装置４０は、半導体レーザ素子３、凸レンズ４１、反射ミラー９、及び平凹シリンドリカルレンズ７を有する。レーザシート光源装置４０は、半導体レーザ素子３と同数の凸レンズ４１及び反射ミラー９を有しており、各凸レンズ４１及び各反射ミラー９は、各半導体レーザ素子３に対応して配置されている。

【0106】

図１３に示すように、凸レンズ４１は、半導体レーザ素子３から射出されるレーザ光Ｌを、ｚ方向に一定の幅（一例として、３ｍｍ）を有するように変換する。また、図示を省略するが、凸レンズ４１は、各レーザ光Ｌを、ｘ方向に一定の幅（一例として、１ｍｍ）を有するように変換する。このように、凸レンズ４１は、各レーザ光Ｌを、ｘ方向及びｚ方向に発散しない平行光ＬＰに変換する。

【0107】

反射ミラー９は、凸レンズ４１から射出された平行光ＬＰを反射して平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａに入射させる。図１３に示すように、反射ミラー（９１、９２、９３、９４）は、反射面（９１Ａ、９２Ａ、９３Ａ、９４Ａ）が平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに対して互いに異なる角度をなすように配置されている。即ち、各反射ミラー９は、反射面が互いに非平行となるように配置されている。

【0108】

なお、図１３に示すように、第四実施形態においても、第一実施形態から第三実施形態と同様に、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰは、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで重なり合っている。

【0109】

また、第四実施形態において、凸レンズ４１が「コリメータレンズ」に対応し、凸レンズ４１及び反射ミラー９の双方が、「第一光学系」に対応し、平凹シリンドリカルレンズ７が「第二光学系」に対応する。また、第四実施形態において、ｘ方向が「第一の方向」に対応し、ｙ方向が「第二の方向」に対応する。ｘ方向は、半導体レーザ素子３から射出されるレーザ光Ｌの速軸方向と光学的に等価な方向である。ｙ方向は、半導体レーザ素子３から射出されるレーザ光Ｌの遅軸方向と光学的に等価な方向である。

【0110】

［平行光ＬＰの傾斜］
図１３に示すように、反射ミラー９により反射後の各平行光ＬＰは、主光線（図示略）が平凹シリンドリカルレンズ７に向かって進行するほど当該平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに近付くように傾斜している。以下、図１４を参照して、平行光ＬＰの傾斜について説明する。なお、説明の都合上、図１４では、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰが平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで初めて重なり合う場合を図示している。

【0111】

図１４に示すように、反射ミラー（９１、９２、９３、９４）から平凹シリンドリカルレンズ７までの距離を（Ｄ₄、Ｄ₅、Ｄ₆、Ｄ₇）、反射ミラー９のｙ方向における間隔をＰ₃、平行光ＬＰのｚ方向における幅をＳとする。また、半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）から射出されたレーザ光Ｌがレンズ４１により変換後、反射ミラー９により反射された後の平行光ＬＰを、「半導体レーザ素子（３１、３２、３３、３４）に対応する平行光ＬＰ」と呼ぶ。

【0112】

このとき、半導体レーザ素子（３１、３２）に対応する平行光ＬＰが、平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに対して傾斜する角度（α₁、α₂）は、以下の式（１０）を満たす。

Ｄ₄・ｔａｎα₁−Ｄ₅・ｔａｎα₂＞Ｐ₃−Ｓ ・・・式（１０）

【0113】

同様に、半導体レーザ素子（３２、３３）に対応する平行光ＬＰが、平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに対して傾斜する角度（α₂、α₃）は、以下の式（１１）を満たす。

Ｄ₅・ｔａｎα₂＋Ｄ₆・ｔａｎα₃＞Ｐ₃−Ｓ ・・・式（１１）

【0114】

同様に、半導体レーザ素子（３３、３４）に対応する平行光ＬＰが、平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに対して傾斜する角度（α₃、α₄）は、以下の式（１２）を満たす。

Ｄ₇・ｔａｎα₄−Ｄ₆・ｔａｎα₃＞Ｐ₃−Ｓ ・・・式（１２）

【0115】

上記式（１０）、（１１）、（１２）は、それぞれ第二実施形態の式（４）、（５）、（６）と同等である。よって、第四実施形態のレーザシート光源装置４０によっても、第一実施形態のレーザシート光源装置１と同様にレーザシートＬＳの強度のバラつきを抑制できる。さらに、第四実施形態のレーザシート光源装置４０によれば、第三実施形態と同様に、半導体レーザ素子３を傾斜する必要がないため、半導体レーザ素子３を容易に固定できるとともに、レーザシート光源装置４０のパッケージを小さくすることが可能となる。なお、図１４を参照して式（１０）から（１２）について説明したが、図１３の場合（即ち、平行光ＬＰが平凹シリンドリカルレンズ７に入射する前に、ｙ方向に隣り合う平行光ＬＰと重なり合う場合）においても、当該式（１０）から（１２）を満たす。

【0116】

また、第四実施形態においても、第一実施形態及から第三実施形態と同様に、角度α₁は角度α₂よりも大きく、また、角度α₄は角度α₃よりも大きい。即ち、反射ミラー９が平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡからｙ方向または−ｙ方向に離れて位置するほど、当該反射ミラー９により反射された平行光ＬＰは、平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに対して大きく傾斜する。

【0117】

第四実施形態のレーザシート光源装置４０によれば、反射ミラー９の間隔Ｐ₃を小さくすることにより、反射後の平行光ＬＰの間隔（即ち、反射ミラー９の間隔Ｐ₃）を、反射前の平行光ＬＰの間隔（即ち、半導体レーザ素子３の間隔）に比べて小さくすることができる。これにより、反射ミラー（９１、９２、９３、９４）の反射面（９１Ａ、９２Ａ、９３Ａ、９４Ａ）が平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡとなす角（α₁、α₂、α₃、α₄）を第一実施形態から第三実施形態における（α₁、α₂、α₃、α₄）に比べて小さくすることができる。

【0118】

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

【0119】

〈１〉上述した各実施形態のレーザシート光源装置（１、２０、３０、４０）では、各平行光ＬＰは、主光線が平凹シリンドリカルレンズ７に向かって進行するほど当該平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡに近付くように傾斜している（図２、図６、図８、図１１参照）。しかし、これは一例であり、一部の平行光ＬＰにおいて、主光線が平凹シリンドリカルレンズ７に向かって進行するほど当該平凹シリンドリカルレンズ７の光軸ＯＡから離れるように傾斜しても構わない。より一般的には、隣り合う平行光ＬＰが平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで重なり合うように、一方の平行光ＬＰの主光線が他方の平行光ＬＰの主光線に対して傾斜していれば構わない。

【0120】

〈２〉各実施形態のレーザシート光源装置（１、２０、３０、４０）では、ｙ方向に隣り合う平行光（ＬＰ、ＬＰ）が平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで重なり合うが、これに限らない。即ち、ｙ方向に隣り合う平行光（ＬＰ、ＬＰ）のうちの一部の平行光（ＬＰ、ＬＰ）において、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで重なり合っていなくても構わない。換言すると、ｙ方向に隣り合う平行光（ＬＰ、ＬＰ）のうち、少なくとも一部の平行光（ＬＰ、ＬＰ）において、平凹シリンドリカルレンズ７の入射面７Ａで重なり合っていれば構わない。

【0121】

〈３〉各実施形態のレーザシート光源装置（１、２０、３０、４０）では、平行光ＬＰのｙ方向における発散角を拡大するレンズとして、平凹シリンドリカルレンズ７を使用したが、両凹シリンドリカルレンズを使用しても構わない。また、複数の平凹シリンドリカルレンズからなる平凹シリンドリカルレンズアレイを使用しても構わない。また、ｚ方向に平凹シリンドリカルレンズ７を複数配置しても構わない。即ち、平行光ＬＰのｙ方向における発散角を拡大可能なレンズであれば、何れのレンズを使用しても構わない。

【0122】

〈４〉第一実施形態及び第三実施形態において、半導体レーザ素子３から射出されたレーザ光Ｌを平行光ＬＰに変換するレンズとして平凸シリンドリカルレンズ（５、３５）を使用したが、これに限らない。即ち、平行光ＬＰに変換可能なレンズであれば、何れのレンズを使用しても構わない。

【0123】

〈５〉各実施形態のレーザシート光源装置（１、２０、３０、４０）は、ＰＩＶの光源に使用されると説明したが、これに限らず、例えばレーザシートＬＳを照射する照明装置や、レーザシートＬＳを利用して物体の形状等を計測する計測装置にも使用可能である。

【符号の説明】

【0124】

１ ： レーザシート光源装置
３（３１、３２、３３、３４）：半導体レーザ素子
３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ：光射出面
５ ： 平凸シリンドリカルレンズ
７ ： 平凹シリンドリカルレンズ
２１ ： 凸レンズ
３５、３７ ： 平凸シリンドリカルレンズ
９（９１、９２、９３、９４）：反射ミラー
９１Ａ、９２Ａ、９３Ａ、９４Ａ：反射面
Ｌ ： レーザ光
Ｌ１、Ｌ４ ： 主光線
ＬＰ ： 平行光
ＬＳ ： レーザシート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】