特許 7600530 光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置

(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】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20241210BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20241210BHJP

   G02B 6/32 20060101ALI20241210BHJP

   H01S 5/02212 20210101ALI20241210BHJP

   H01S 5/02257 20210101ALI20241210BHJP

   H01S 5/02315 20210101ALI20241210BHJP

   H01S 5/0239 20210101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

G02B6/42

G02B3/00 A

G02B6/32

H01S5/02212

H01S5/02257

H01S5/02315

H01S5/0239

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020052235

(22)【出願日】2020-03-24

(65)【公開番号】P2021152567

(43)【公開日】2021-09-30

【審査請求日】2022-07-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100179969

【弁理士】

【氏名又は名称】駒井 慎二

(74)【代理人】

【識別番号】100173532

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 彰文

(72)【発明者】

【氏名】若林 直樹

【審査官】野口 晃一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１８９９８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１６１７４０３（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１１９１１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０７２９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２５７３８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０２４２４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／２６－６／２７

６／３０－６／３４

６／４２－６／４３

ＪＤｒｅａｍＩＩＩ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のレーザダイオード素子および該各レーザダイオード素子を収納するパッケージを有する光源と、
前記各レーザダイオード素子から発せられるレーザ光の光路に配置されたコリメータと、
前記コリメータに対して、前記各レーザダイオード素子の光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置された導光体と、
前記コリメータを通過した前記レーザ光のＳＬＯＷ軸方向のビーム径がＦＡＳＴ軸方向のビーム径に近づくように、前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置された拡大光学系と、を備える光源装置において、
前記パッケージを前記ＳＬＯＷ軸及び前記ＦＡＳＴ軸方向に密に配置した光源装置。

【請求項2】

隣り合う前記レーザダイオード素子同士の中心間距離は、前記ＦＡＳＴ軸方向と前記ＳＬＯＷ軸方向において互いに等しく、
前記拡大光学系は、前記コリメータ透過後の前記ＦＡＳＴ軸方向のビーム径が、前記パッケージの外径と等しいか、または、前記中心間距離と等しくなるように配置された請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記拡大光学系は、前記拡大光学系透過後の前記ＳＬＯＷ軸方向のビーム径を、前記拡大光学系透過前の前記ＳＬＯＷ軸方向のビーム径の１．５～６．０倍の範囲で拡大する請求項１または２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記拡大光学系は、前記レーザ光が入射する入射面が凹面を有し、前記レーザ光が出射する出射面が平面で構成された第１レンズと、
前記第１レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光が入射する入射面が平面で構成され、前記レーザ光が出射する出射面が凸面を有する第２レンズと、を備える請求項１～３のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項5】

前記第１レンズは、前記ＦＡＳＴ軸方向よりも前記ＳＬＯＷ軸方向にパワーを有するレンズであり、
前記第２レンズは、前記レーザ光を平行光となるように整形するレンズである請求項４に記載の光源装置。

【請求項6】

前記第２レンズは、該第２レンズを透過後の前記レーザ光の拡がり角を１ｍｍ ｒａｄ以下に設定する請求項５に記載の光源装置。

【請求項7】

前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置され、前記コリメータ透過後の前記ＦＡＳＴ軸方向のビーム径を縮小する縮小光学系を備える請求項１～６のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項8】

前記縮小光学系は、前記レーザ光が入射する入射面が凸面で構成され、前記レーザ光が出射する出射面が平面で構成された縮小用第１レンズと、
前記縮小用第１レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光が入射する入射面が凹面で構成され、前記レーザ光が出射する出射面が平面で構成された縮小用第２レンズとを有する請求項７に記載の光源装置。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１項に記載の光源装置を備えるプロジェクタ。

【請求項10】

請求項１～８のいずれか１項に記載の光源装置を備える機械加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の半導体レーザ光源から出射された各レーザビームを光ファイバに入射させて１本に合波する合波光学系が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の合波光学系（以下「従来例１の合波光学系」と言う）は、行列状に配置された複数の半導体レーザ光源と、各半導体レーザ光源から出射したレーザビームを平行光とする複数のコリメータレンズと、コリメータレンズを通過したレーザビームを、ＳＬＯＷ軸方向を含む面内およびＦＡＳＴ軸方向を含む面内の一方のみで集光する第１集光レンズ（シリンドリカルレンズ）と、第１集光レンズを通過したレーザビームを、第１集光レンズとともに前記２つの面内の双方で集光する第２集光レンズ（アナモルフィックレンズ）と、第２集光レンズを通過した各レーザビームが入射する光ファイバとで構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－１６３９４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

合波光学系としては、従来例１の合波光学系の他に、例えば、図７に示すような合波光学系（以下「従来例２の合波光学系」と言う）も考えられる。従来例２の合波光学系は、複数の半導体レーザ光源２０と、コリメータレンズ３０と、ＦＡＳＴ軸側の各レーザビームの幅を縮小する縮小光学系４０と、ＳＬＯＷ軸側の各レーザビームの間隔を狭める、すなわち、各レーザビームを光ファイバ６０の光軸側に寄せる複数のミラー７０と、集光レンズ５０と、光ファイバ６０とを備える。

【0005】

縮小光学系４０は、平凸レンズ４０１と平凹レンズ４０２とで構成される。
また、各ミラー７０は、ＳＬＯＷ軸方向に沿って間隔を置いて配置される。従来例２の合波光学系の場合、各ミラー７０の大きさによっては、その大きさの影響を受けて、ＳＬＯＷ軸側に隣り合う半導体レーザ光源２０同士の間隔が広がってしまう。なお、合波光学系の使用用途によっては、半導体レーザ光源２０同士の間隔は、広いよりも、狭い方が好ましい場合がある。

【0006】

また、ＳＬＯＷ軸側では、コリメータを通過した後のビーム径（幅）がＦＡＳＴ軸側よりも小さいので、コリメートビームの拡がり角がＦＡＳＴ軸側よりも大きくなる。従って、ＳＬＯＷ軸側では、光ファイバへの入射が不十分（困難）となる。その結果、光ファイバでの出力が低下する。

【0007】

本発明の目的は、レーザダイオード素子同士の間隔をできる限り小さくことができるとともに、ＳＬＯＷ軸方向でのレーザ光の導光体への入射を十分に行うことができる光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の態様は、複数のレーザダイオード素子および該各レーザダイオード素子を収納するパッケージを有する光源と、
前記各レーザダイオード素子から発せられるレーザ光の光路に配置されたコリメータと、
前記コリメータに対して、前記各レーザダイオード素子の光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置された導光体と、
前記コリメータを透過した前記レーザ光のＳＬＯＷ軸方向のビーム径がＦＡＳＴ軸方向のビーム径に近づくように、前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置された拡大光学系と、を備える光源装置に関する。

【0009】

本発明の態様は、上記の光源装置を備えるプロジェクタに関する。
本発明の態様は、上記の光源装置を備える機械加工装置に関する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、レーザダイオード素子をできる限り詰めて、すなわち、隙間なく密に配置することができる。これにより、レーザダイオード素子同士の間隔をできる限り小さくことができ、導光体に対する各レーザダイオード素子のレーザ光の入射角を小さく抑えることができる。これにより、各レーザダイオード素子の位置に関わらず、当該レーザダイオード素子から発せられるレーザ光は、導光体に入射し易くなる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の光源装置の第１実施形態を示す概略構成図である。

【図2】図１に示す光源装置が備える光源の縦断面図である。

【図3】図２中の光源を矢印Ａ方向から見た図である。

【図4】図１に示す光源装置のＳＬＯＷ軸側におけるレーザ光の広がり状態を示す図である。

【図5】拡大光学系を省略した場合のＳＬＯＷ軸側におけるレーザ光の広がり状態を示す図である。

【図6】本発明の光源装置の第２実施形態を示す概略構成図である。

【図7】従来例２の合波光学系の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１～図５を参照して、本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置の第１実施形態について説明する。なお、図１の上側の構成図は、レーザ光のＦＡＳＴ軸方向α１と平行な平面視における光源装置の各部の配置構成を示し、図１の下側の構成図は、レーザ光のＳＬＯＷ軸方向α２と平行な平面視における光源装置の各部の配置構成を示す。また、以下では、説明の都合上、図１、図４および図５中の左側を「光軸方向上流側（または左側）」、右側を「光軸方向下流側（または右側）」と言う。また、光軸方向上流側については、単に「上流側」、光軸方向下流側については、単に「下流側」と言うことがある。

【0013】

図１に示す光源装置１は、光軸方向上流側から下流側に向かって順に配置された、光源２と、コリメータ３と、拡大光学系４と、集光レンズ５と、導光体６とを備えている。後述するように、光源装置１は、例えば、プロジェクタや機械加工装置に適用することができる。以下、各部の構成について説明する。

【0014】

光源２は、複数のＬＤパッケージ２１を有する。各ＬＤパッケージ２１の構成は、同じであるため、１つのＬＤパッケージ２１の構成について代表的に説明する。
図２に示すように、ＬＤパッケージ２１は、レーザダイオード素子（ＬＤ素子）２２と、フォトダイオード２３と、パッケージ２４とを有する。

【0015】

レーザダイオード素子２２は、レーザ光（半導体レーザ）ＬＢを照射することができる。レーザダイオード素子２２は、例えば、活性層（発光層）と、活性層を介して配置されたｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層とを有する積層体で構成される。活性層の両端面は、それぞれ、反射面となっている。レーザダイオード素子２２に順方向に電圧を印加した際、ｎ型クラッド層から活性層に電子が流入するとともに、ｐ型クラッド層から活性層にホールが流入して、活性層内で再結合して発光する。各クラッド層の屈折率が活性層より低いため、光は、活性層内で前記両端面の間で増幅されながら往復する。そして、誘導放出が生じることにより、当該光は、レーザ光ＬＢとして照射される。

【0016】

レーザダイオード素子２２（活性層）が発せられたレーザ光ＬＢは、完全な直線光ではなく、回折することにより広がりながら進行していく。また、積層体であるレーザダイオード素子２２は、幅方向が厚さ方向よりも大きく形成される。これにより、図３に示すように、レーザ光ＬＢの強度分布（ファーフィールドパターン）は、レーザ光ＬＢのＦＡＳＴ軸方向α１がＳＬＯＷ軸方向α２よりも大きくなる。

【0017】

パッケージ２４は、レーザダイオード素子２２とフォトダイオード２３とを一括して収納する。パッケージ２４は、いわゆるＣＡＮ型パッケージであり、ベース２４１と、キャップ２４２と、カバーガラス２４３とを有する。
ベース２４１は、円盤状をなし、フォトダイオード２３が支持される円盤状部２４４と、円盤状部２４４から突出して形成され、レーザダイオード素子２２が支持される支持部２４５とを有する。また、円盤状部２４４は、パッケージ２４において、外径が最大に拡径したフランジ部となる。そして、ＬＤパッケージ２１を光源装置１での所定箇所に固定する際、円盤状部２４４でＬＤパッケージ２１を安定して固定することができる。

【0018】

ベース２４１には、キャップ２４２が固定されている。キャップ２４２は、ベース２４１に支持されたレーザダイオード素子２２およびフォトダイオード２３を覆う部材である。また、キャップ２４２には、レーザ光ＬＢが通過する貫通孔２４６が形成されている。
ベース２４１およびキャップ２４２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。
カバーガラス２４３は、キャップ２４２の内側から貫通孔２４６を覆うガラス板である。レーザ光ＬＢは、カバーガラス２４３を透過することができる。なお、パッケージ２４は、カバーガラス２４３が省略されていてもよい。

【0019】

以上のような構成のＬＤパッケージ２１は、レーザ光ＬＢのＦＡＳＴ軸方向α１に沿って複数行、ＳＬＯＷ軸方向α２に沿って複数列に行列状に配置されている。図１に示すように、本実施形態では、ＦＡＳＴ軸方向α１のＬＤパッケージ２１の配置数は３つであり、ＳＬＯＷ軸方向α２のＬＤパッケージ２１の配置数も３つであるが、各方向の配置数については、これに限定されない。また、ＦＡＳＴ軸方向α１のＬＤパッケージ２１の配置数と、ＳＬＯＷ軸方向α２のＬＤパッケージ２１の配置数とは、同じに限定されず、異なっていてもよい。

【0020】

また、ＦＡＳＴ軸方向α１に隣り合うレーザダイオード素子２２同士の中心間距離（ピッチ）Ｐ１と、ＳＬＯＷ軸方向α２に隣り合うレーザダイオード素子２２同士の中心間距離（ピッチ）Ｐ２とは、互いに等しい。図１に示す構成では、ＦＡＳＴ軸方向α１に隣り合うレーザダイオード素子２２同士、ＳＬＯＷ軸方向α２に隣り合うレーザダイオード素子２２同士は、いずれも、互いに接している。この場合、中心間距離Ｐ１および中心間距離Ｐ２は、前記フランジ部となる円盤状部２４４の外径φＤ２４４に等しくなる。なお、レーザダイオード素子２２同士は、互いに離間していてもよい。

【0021】

レーザ光ＬＢの光路上、すなわち、レーザダイオード素子２２の光軸上には、光源２から離間してコリメータ３が配置されている。コリメータ３は、複数の円形のレンズ（平凸レンズ）３１で構成されている。
各レンズ３１は、レーザ光ＬＢが入射する入射面３１１と、レーザ光ＬＢが出射する出射面３１２とを有する。入射面３１１は、平面で構成されている。出射面３１２は、湾曲した凸面で構成されている。一般的に出射面３１２は、非球面形状となり、入射面３１１は、出射面３１２の形状に合わせて凸面、凹面等になる場合もある。なお、レンズ３１の有効径は、外径φＤ２４４よりも大きいのが好ましい。

【0022】

また、各レンズ３１は、１つずつ、レーザダイオード素子２２に臨んで配置されている。また、各レンズ３１は、レーザダイオード素子２２の光軸が当該レンズ３１の中心をとおる位置に配置されている。これにより、各レーザダイオード素子２２から発せられたレーザ光ＬＢを、ＦＡＳＴ軸方向α１、ＳＬＯＷ軸方向α２のいずれの方向にも平行光とすることができる。なお、コリメータ３は、組み合わせレンズで構成されていてもよい。

【0023】

レーザ光ＬＢの光路上であって、コリメータ３に対して下流側には、集光レンズ５が配置されている。コリメータ３と集光レンズ５とは、互いに離間しており、コリメータ３と集光レンズ５との間に拡大光学系４が配置されている。
集光レンズ５は、各レーザ光ＬＢを導光体６に向けて集光するレンズである。集光レンズ５は、レーザ光ＬＢが入射する入射面５１と、レーザ光ＬＢが出射する出射面５２とを有する。入射面５１は、湾曲した凸面で構成されている。出射面５２は、平面で構成されている。なお、集光レンズ５によって集光されたレーザ光ＬＢ同士は、図１に示す状態と異なり、互いに重なり合っていてもよい。

【0024】

レーザ光ＬＢの光路上であって、集光レンズ５に対して下流側には、導光体６が配置されている。導光体６は、長尺状をなし、入射面６１となる上流側の端面と、出射面６２となる下流側の端面とを有する。入射面６１には、集光レンズ５でされた複数のレーザ光ＬＢが一括して入射される。このレーザ光ＬＢは、導光体６内を通過して出射面６２まで導かれ、当該出射面６２から出射することができる。導光体６としては、特に限定されず、例えば、光ファイバ、光導波路等を用いることができる。

【0025】

前述したように、従来例２の合波光学系では、ＳＬＯＷ軸側に隣り合う半導体レーザ光源同士の間隔が広がってしまう。この場合、半導体レーザ光源は、光ファイバの光軸から外側に位置すれば位置するほど、すなわち、光ファイバの光軸から離れれば離れるほど、光ファイバの入射面に対するレーザビームの入射角が大きくなる。そして、その入射角の大きさによっては、レーザビームは、光ファイバの入射面で反射され易くなり、当該入射面に入射することができないことがある。結果、光ファイバの出力が低下する。

【0026】

そこで、光源装置１では、このような不具合が解消されるよう構成されている。以下、この構成および作用について説明する。
図１に示すように、光源装置１は、拡大光学系４を備える。
拡大光学系４の前後では、レーザ光ＬＢは、ＦＡＳＴ軸方向α１のビーム径（ビーム幅）が一定に維持され、ＳＬＯＷ軸方向α２のビーム径（ビーム幅）が拡大される。なお、各ビーム径としては、レーザ光ＬＢの強度がピーク値の１／ｅ^２になる二点間で測定された測定値を用いることができる。

【0027】

すなわち、ＦＡＳＴ軸方向α１では、拡大光学系４を透過する前のビーム径Ｗα１－１は、拡大光学系４を透過した後のビーム径Ｗα１－２と等しい。一方、ＳＬＯＷ軸方向α２では、拡大光学系４を透過する前のビーム径Ｗα２－１は、拡大光学系４を透過した後のビーム径Ｗα２－２となり、当該ビーム径Ｗα２－２は、ビーム径Ｗα２－１よりも大きい。また、ビーム径Ｗα２－２は、ビーム径Ｗα１－２と等しいのが好ましい。

【0028】

このように、拡大光学系４は、コリメータ３を透過したレーザ光ＬＢのＳＬＯＷ軸方向α２のビーム径Ｗα２－１を拡大して、ＦＡＳＴ軸方向α１のビーム径Ｗα１－２に近づけるように、コリメータ３と集光レンズ５との間に配置されている。
拡大光学系４の具体的構成としては、本実施形態では、拡大光学系４は、第１レンズ４１と、第２レンズ４２とを有する構成となっている。第１レンズ４１および第２レンズ４２は、それぞれ、ＳＬＯＷ軸方向α２にのみパワーを有するシリンドリカルレンズである。また、第１レンズ４１と、第２レンズ４２とは、光軸方向上流側から下流側に向かって順に配置されている。

【0029】

第１レンズ４１は、コリメータ３から離間して配置されている。第１レンズ４１は、レーザ光ＬＢが入射する入射面４１１と、レーザ光ＬＢが出射する出射面４１２とを有する。入射面４１１には、ＳＬＯＷ軸方向α２に沿って連続的に深さが変化するように形成された複数の凹面４１３を有する。一方、出射面４１２は、平面で構成されている。各第１レンズ４１の光軸は、各レーザダイオード素子２２の光軸と一致するように配置されている。このような入射面４１１および出射面４１２により、第１レンズ４１は、ＦＡＳＴ軸方向α１よりもＳＬＯＷ軸方向α２にパワーを有するシリンドリカルレンズとなる。これにより、レーザ光ＬＢは、ＦＡＳＴ軸方向α１では、平行光のままとなり、ＳＬＯＷ軸方向α２では、拡大される。

【0030】

なお、第１レンズ４１は、本実施形態では入射面４１１が凹面４１３を有し、出射面４１２が平面で構成されているが、これに限定されず、例えば、出射面４１２が凹面４１３を有し、入射面４１１が平面で構成されていてもよい。

【0031】

第１レンズ４１の下流側には、第２レンズ４２が第１レンズ４１から離間して配置されている。第２レンズ４２は、レーザ光ＬＢが入射する入射面４２１と、レーザ光ＬＢが出射する出射面４２２とを有する。入射面４２１は、平面で構成されている。一方、出射面４２２は、ＳＬＯＷ軸方向α２に沿って連続的に突出高さが変化するように形成された凸面４２３を有する。各第２レンズ４２の光軸は、各レーザダイオード素子２２の光軸と一致するように配置されている。このような入射面４２１および出射面４２２により、第２レンズ４２は、シリンドリカルレンズとなり、ＳＬＯＷ軸方向α２では、レーザ光ＬＢを平行光となるように整形することができる。

【0032】

そして、第１レンズ４１および第２レンズ４２により、拡大光学系４透過後のＳＬＯＷ軸方向α２のビーム径Ｗα２－２を、拡大光学系４透過前のＳＬＯＷ軸方向α２のビーム径Ｗα２－１よりも大きく拡大することができる。この拡大範囲は、例えば、１．５倍～６．０倍の範囲であるのがより好ましい。これにより、ＳＬＯＷ軸方向α２のビーム径Ｗα２－１を、ＳＬＯＷ軸方向α２のビーム径Ｗα２－２と同等の大きさの、ＦＡＳＴ軸方向α１のビーム径Ｗα１－２に近づけることができる。

【0033】

また、拡大光学系４は、コリメータ３透過後のＦＡＳＴ軸方向α１のビーム径Ｗα１－１が、パッケージ２４の外径φＤ２４４と等しいか、または、中心間距離Ｐ１と等しくなるように配置されるのが好ましい。なお、前述したように、本実施形態では、ＦＡＳＴ軸方向α１に隣り合うレーザダイオード素子２２同士は、互いに接しているため、中心間距離Ｐ１と外径φＤ２４４とは、同じ大きさである。
これにより、光源２では、ＬＤパッケージ２１をＦＡＳＴ軸方向α１にできる限り詰めて、すなわち、隙間なく密に（稠密に）配置することができる。また、ＳＬＯＷ軸方向α２でも同様に、密に配置することができる。

【0034】

以上のような構成の拡大光学系４により、ＬＤパッケージ２１（レーザダイオード素子２２）同士の間隔をできる限り小さくことができる。これにより、各ＬＤパッケージ２１を導光体６の光軸にできる限り近づけて配置することができる。そして、導光体６の入射面６１に対する各ＬＤパッケージ２１のレーザ光ＬＢの入射角を、ＦＡＳＴ軸方向α１、ＳＬＯＷ軸方向α２方向のいズレの方向にも、小さく抑えることができる。これにより、各ＬＤパッケージ２１の位置に関わらず、当該ＬＤパッケージ２１から発せられるレーザ光ＬＢは、導光体６の入射面６１に入射し易くなる。そして、ＦＡＳＴ軸方向α１についてはもちろんのこと、ＳＬＯＷ軸方向α２におけるレーザ光ＬＢの導光体６への入射を十分に行うことができる（以下、この効果を「入射容易性」と言う）。また、この入射容易性は、ＬＤパッケージ２１の配置数が、図１に示す構成よりも増加した場合も同様に維持される。これにより、光源装置１の用途に応じて、導光体６での出力を十分に確保することができる。

【0035】

また、光源装置１は、従来例２の合波光学系で用いられていたミラーを省略することができる。これにより、レーザ光ＬＢの光路長を従来例２の合波光学系よりも短くすることができ、入射容易性が向上する。また、ミラーを省略した分、光源装置１の小型化を図ることができる。

【0036】

前述したように、第２レンズ４２は、レーザ光ＬＢを平行光となるように整形するレンズである。レーザ光ＬＢは、第２レンズ４２によって平行光となるのが理想であるが、厳密には、図４に示すように、僅かではあるが、拡がり角（発散角）θ１を持って、徐々に拡大していく。

【0037】

これに対し、図５に示すように、拡大光学系４が省略された場合、レーザ光ＬＢの拡がり角（発散角）θ２は、拡がり角θ１よりも大きくなり、図４に示す状態よりも大きく拡大してしまい、好ましくはない。

【0038】

第２レンズ４２は、第２レンズ４２を透過後のレーザ光ＬＢの拡がり角θ１を1ｍｍ ｒａｄ以下に設定するのが好ましい。これにより、拡がり角θ１による影響（例えば導光体６での合波率低下等）をできる限り抑えることができる。

【0039】

＜第２実施形態＞
以下、図６を参照して本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、光源装置が縮小光学系を備えること以外は前記第１実施形態と同様である。

【0040】

図６に示すように、光源装置１は、拡大光学系４（コリメータ３）と集光レンズ５との間に配置された縮小光学系７を備える。縮小光学系７は、拡大光学系４（コリメータ３）透過後のＦＡＳＴ軸方向α１のビーム径Ｗα１－２を、当該ビーム径Ｗα１－２よりも小さいビーム径Ｗα２－３に縮小する。

【0041】

光源装置では、用途に応じて、ＦＡＳＴ軸方向α１に沿ったＬＤパッケージ２１の配置数を、図６に示す構成よりも多くしたい場合がある。この場合、縮小光学系７を拡大光学系４と集光レンズ５との間に配置することにより、各ＬＤパッケージ２１からのレーザ光ＬＢを集光レンズ５に向かわせて、十分に入射させることができる。

【0042】

縮小光学系７は、縮小用第１レンズ７１と、縮小用第２レンズ７２とを有する。
縮小用第１レンズ７１は、レーザ光ＬＢが入射する入射面７１１と、レーザ光ＬＢが出射する出射面７１２とを有する。入射面７１１は、ＦＡＳＴ軸方向α１に沿って連続的に突出高さが変化するように形成された凸面７１３を有する。凸面７１３は、集光レンズ５の光軸が当該凸面７１３の中心をとおる位置に配置されている。一方、出射面７１２は、平面で構成されている。

【0043】

縮小用第１レンズ７１の下流側には、縮小用第２レンズ７２が縮小用第１レンズから離間して配置されている。縮小用第２レンズ７２は、レーザ光ＬＢが入射する入射面７２１と、レーザ光ＬＢが出射する出射面７２２とを有する。入射面７２１は、ＦＡＳＴ軸方向α１に沿って連続的に深さが変化するように形成された凹面７２３を有する。凹面７２３も、凸面７１３と同様に、集光レンズ５の光軸が当該凹面７２３の中心をとおる位置に配置されている。一方、出射面７２２は、平面で構成されている。

【0044】

なお、縮小用第２レンズ７２は、本実施形態では入射面７２１が凹面７２３を有し、出射面７２２が平面で構成されているが、これに限定されず、例えば、出射面７２２が凹面４１３を有し、入射面７２１が平面で構成されていてもよい。
このような縮小用第１レンズおよび縮小用第２レンズにより、簡単な構成で、ビーム径Ｗα１－２をビーム径Ｗα２－３に縮小することができる。

【0045】

＜適用例１＞
光源装置１の適用例について説明する。
光源装置１は、画像等をスクリーンに投影するプロジェクタに適用することができる。プロジェクタは、光源装置１を備える。この場合、光源装置１は、波長が互いに異なる赤系、緑系および青系のレーザ光ＬＢをそれぞれ照射するよう構成されている。これにより、光源装置１は、カラー画像を投影することができる。

【0046】

＜適用例２＞
光源装置１の他の適用例について説明する。
光源装置１は、レーザ加工を行う機械加工装置に適用することができる。機械加工装置は、光源装置１を備える。この場合、光源装置１は、波長が互いに異なる、例えば青系のレーザ光ＬＢをそれぞれ照射するよう構成されている。これにより、光源装置１は、例えば、金属板を切断するレーザ加工を行うことができる。

【0047】

以上、本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

【0048】

また、本発明の光源装置、プロジェクタおよび機械加工装置は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
また、拡大光学系４は、前記各実施形態では、第１レンズ４１および第２レンズ４２を有する構成となっているが、これに限定されず、例えば、拡大光学系４として、アナモルフィックプリズムペアを用いてもよい。

【0049】

［態様］
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0050】

（第１項）一態様に係る光源装置は、
複数のレーザダイオード素子および該各レーザダイオード素子を収納するパッケージを有する光源と、
前記各レーザダイオード素子から発せられるレーザ光の光路に配置されたコリメータと、
前記コリメータに対して、前記各レーザダイオード素子の光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置された導光体と、
前記コリメータを透過した前記レーザ光のＳＬＯＷ軸方向のビーム径がＦＡＳＴ軸方向のビーム径に近づくように、前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置された拡大光学系と、を備える。

【0051】

第１項に記載の光源装置によれば、レーザダイオード素子をできる限り詰めて、すなわち、隙間なく密に配置することができる。これにより、レーザダイオード素子同士の間隔をできる限り小さくことができ、導光体に対する各レーザダイオード素子のレーザ光の入射角を小さく抑えることができる。これにより、各レーザダイオード素子の位置に関わらず、当該レーザダイオード素子から発せられるレーザ光は、導光体に入射し易くなる。

【0052】

（第２項）第１項に記載の光源装置において、
隣り合う前記レーザダイオード素子同士の中心間距離は、前記ＦＡＳＴ軸方向と前記ＳＬＯＷ軸方向において互いに等しく、
前記拡大光学系は、前記コリメータ透過後の前記ＦＡＳＴ軸方向のビーム径が、前記パッケージの外径と等しいか、または、前記中心間距離と等しくなるように配置された。

【0053】

第２項に記載の光源装置によれば、レーザダイオード素子をできる限り詰めて、すなわち、隙間なく密に配置することができる。

【0054】

（第３項）第１項または第２項に記載の光源装置において、
前記拡大光学系は、前記コリメータ透過後の前記ＳＬＯＷ軸方向のビーム径を、前記コリメータ透過前の前記ＳＬＯＷ軸方向のビーム径の１．５～６．０倍の範囲で拡大する。

【0055】

第３項に記載の光源装置によれば、ＳＬＯＷ軸方向のビーム径Ｗを、ＦＡＳＴ軸方向のビーム径に近づけることができる。

【0056】

（第４項）第１項～第３項のいずれか１項に記載の光源装置において、
前記拡大光学系は、前記レーザ光が入射する入射面が凹面を有し、前記レーザ光が出射する出射面が平面で構成された第１レンズと、
前記第１レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光が入射する入射面が平面で構成され、前記レーザ光が出射する出射面が凸面を有する第２レンズと、を備える。

【0057】

第４項に記載の光源装置によれば、例えば、第１レンズは、ＦＡＳＴ軸方向よりもＳＬＯＷ軸方向にパワーを有するレンズとなり、第２レンズは、第１レンズから出射した光を平行光となるように整形するレンズとなる。

【0058】

（第５項）第４項に記載の光源装置において、
前記第１レンズは、前記ＦＡＳＴ軸方向よりも前記ＳＬＯＷ軸方向にパワーを有するレンズであり、
前記第２レンズは、前記第１レンズから出射した光を平行光となるように整形するレンズである。

【0059】

第５項に記載の光源装置によれば、簡単な構成で、コリメータを透過したレーザ光のＳＬＯＷ軸方向のビーム径をＦＡＳＴ軸方向のビーム径に近づくけることができる。

【0060】

（第６項）第５項に記載の光源装置において、
前記第２レンズは、該第２レンズを透過後の前記レーザ光の拡がり角１ｍｍ ｒａｄ以下に設定する。

【0061】

第６項に記載の光源装置によれば、これにより、レーザ光の拡がり角による影響（例えば導光体での合波率低下等）をできる限り抑えることができる。

【0062】

（第７項）第１項～第６項のいずれか１項に記載の光源装置において、
前記コリメータと前記集光レンズとの間に配置され、前記コリメータ透過後の前記ＦＡＳＴ軸方向のビーム径を縮小する縮小光学系を備える。

【0063】

光源装置では、用途に応じて、ＦＡＳＴ軸方向に沿ったレーザダイオード素子の配置数を増やしたい場合がある。この場合、第７項に記載の光源装置によれば、各レーザダイオード素子からのレーザ光を集光レンズに向かわせて、十分に入射させることができる。

【0064】

（第８項）第７項に記載の光源装置において、
前記縮小光学系は、前記レーザ光が入射する入射面が凸面を有し、前記レーザ光が出射する出射面が平面で構成された縮小用第１レンズと、
前記縮小用第１レンズに対して、前記光軸方向下流側に配置され、前記レーザ光が入射する入射面が凹面を有し、前記レーザ光が出射する出射面が平面で構成された縮小用第２レンズとを有する。

【0065】

第８項に記載の光源装置によれば、簡単な構成で、前記コリメータ透過後のＦＡＳＴ軸方向のビーム径を縮小することができる。

【0066】

（第９項）一態様に係るプロジェクタは、
第１項～第８項のいずれか１項に記載の光源装置を備える。

【0067】

第９項に記載のプロジェクタによれば、レーザダイオード素子をできる限り詰めて、すなわち、隙間なく密に配置することができる。これにより、レーザダイオード素子同士の間隔をできる限り小さくことができ、導光体に対する各レーザダイオード素子のレーザ光の入射角を小さく抑えることができる。これにより、各レーザダイオード素子の位置に関わらず、当該レーザダイオード素子から発せられるレーザ光は、導光体に入射し易くなる。

【0068】

（第１０項）一態様に係る機械加工装置は、
第１項～第８項のいずれか１項に記載の光源装置を備える。

【0069】

第１０項に記載の機械加工装置によれば、レーザダイオード素子をできる限り詰めて、すなわち、隙間なく密に配置することができる。これにより、レーザダイオード素子同士の間隔をできる限り小さくことができ、導光体に対する各レーザダイオード素子のレーザ光の入射角を小さく抑えることができる。これにより、各レーザダイオード素子の位置に関わらず、当該レーザダイオード素子から発せられるレーザ光は、導光体に入射し易くなる。

【符号の説明】

【0070】

１ 光源装置
２ 光源
２１ ＬＤパッケージ
２２ レーザダイオード素子（ＬＤ素子）
２３ フォトダイオード
２４ パッケージ
２４１ ベース
２４２ キャップ
２４３ カバーガラス
２４４ 円盤状部
２４５ 支持部
２４６ 貫通孔
３ コリメータ
３１ レンズ
３１１ 入射面
３１２ 出射面
４ 拡大光学系
４１ 第１レンズ
４１１ 入射面
４１２ 出射面
４２ 第２レンズ
４２１ 入射面
４２２ 出射面
４２３ 凸面
５ 集光レンズ
５１ 入射面
５２ 出射面
６ 導光体
６１ 入射面
６２ 出射面
７ 縮小光学系
７１ 縮小用第１レンズ
７１１ 入射面
７１２ 出射面
７１３ 凸面
７２ 縮小用第２レンズ
７２１ 入射面
７２２ 出射面
７２３ 凹面
２０ 半導体レーザ光源
３０ コリメータレンズ
４０ 縮小光学系
５０ 集光レンズ
６０ 光ファイバ
７０ ミラー
φＤ２４４ 外径
ＬＢ レーザ光（半導体レーザ）
Ｐ１ 中心間距離（ピッチ）
Ｐ２ 中心間距離（ピッチ）
Ｗα１－１ ビーム径
Ｗα１－２ ビーム径
Ｗα１－３ ビーム径
Ｗα２－１ ビーム径
Ｗα２－２ ビーム径
α１ ＦＡＳＴ軸方向
α２ ＳＬＯＷ軸方向
θ１ 拡がり角（発散角）
θ２ 拡がり角（発散角）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】