特表 2024-538294 レーザ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-18

(54)【発明の名称】レーザ装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02253 20210101AFI20241010BHJP

   H01S 5/42 20060101ALI20241010BHJP

   H01S 5/0225 20210101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02253

H01S5/42

H01S5/0225

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024525552

(86)(22)【出願日】2022-10-26

(85)【翻訳文提出日】2024-04-26

(86)【国際出願番号】 EP2022079855

(87)【国際公開番号】W WO2023072979

(87)【国際公開日】2023-05-04

(31)【優先権主張番号】102021128379.5

(32)【優先日】2021-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520344981

【氏名又は名称】トルンプフ フォトニック コンポーネンツ ゲー・エム・ベー・ハー

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ホルガー ヨアヒム メンヒ

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン グローネンボルン

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173MA10

5F173MC15

5F173MD65

5F173MF03

5F173MF39

5F173MF40

(57)【要約】

レーザ装置１０は、複数の半導体レーザ１３を有する半導体レーザアセンブリ１２と、半導体レーザ１３の絞り部１１と光学素子２４とをそれぞれ有する複数の接眼レンズユニット２２を含む接眼レンズアセンブリ２１とを備え、各半導体レーザ１３に、個別の接眼レンズユニット２２が割り当てられ、それによって各半導体レーザ１３から放射され、絞り部１１によって制限されたレーザ光１６が、それぞれ割り当てられた接眼レンズユニット２２の光学素子２４を介して伝搬し、第１の接眼レンズユニット２２１の光学素子２４に対する絞り部１１の相対位置は、少なくとも１つの第２の接眼レンズユニット２２２の光学素子２４に対する絞り部１１の相対位置とは異なり、及び／又は、第１の接眼レンズユニット２２１の絞り部１１の絞り部形状は、少なくとも１つの第２の接眼レンズユニット２２２の絞り部１１の絞り部形状とは異なる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ装置（１０）であって、
複数の半導体レーザ（１３）を有する半導体レーザアセンブリ（１２）と、
半導体レーザ（１３）の絞り部（１１）と光学素子（２４）とをそれぞれ有する複数の接眼レンズユニット（２２）を含む接眼レンズアセンブリ（２１）と、を備え、
それぞれの前記半導体レーザ（１３）に個別の接眼レンズユニット（２２）が割り当てられており、それによって、それぞれの前記半導体レーザ（１３）から放射され、前記絞り部（１１）によって制限されたレーザ光（１６）が、それぞれ割り当てられた接眼レンズユニット（２２）の前記光学素子（２４）を介して伝搬し、
第１の接眼レンズユニット（２２１）の前記光学素子（２４）に対する前記絞り部（１１）の相対位置は、少なくとも１つの第２の接眼レンズユニット（２２２）の前記光学素子（２４）に対する前記絞り部（１１）の相対位置とは異なり、及び／又は、
前記第１の接眼レンズユニット（２２１）の前記絞り部（１１）の絞り部形状は、少なくとも１つの前記第２の接眼レンズユニット（２２２）の前記絞り部（１１）の絞り部形状とは異なる、レーザ装置（１０）。

【請求項2】

前記絞り部（１１）は絞り対称軸（３２）を有し、前記光学素子（２４）は光軸（３１）を有し、
前記絞り対称軸（３２）と接眼レンズユニット（２２）の前記光軸（３１）とは、互いに重なる、又は、相対的に互いに軸間距離（３３）を有して、ほぼ平行に互いに位置付けられていることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項3】

異なる接眼レンズユニット（２２）の光学素子（２４）の光軸（３１）は、ほぼ平行に互いに配列されており、
第１の光軸（３１１）と２つの直接隣接する第２の光軸（３１２）との軸間距離（３４１、３４２）は、異なる大きさであり、及び／又は、異なって配列されていることを特徴とする、請求項２に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項4】

前記光軸（３１；３１１、３１２）は、前記光学素子（２４）の配置面に対して垂直に配列されており、
少なくとも１つの配置方向に沿ったそれぞれの第１及び第２の光軸（３１１、３１２）間の第１の軸間距離（３４１）及び第２の軸間距離（３４２）は、異なる大きさであり、及び／又は、異なって配列されており、
好ましくは、同一数の第１及び第２の軸間距離（３４１、３４２）が存在することを特徴とする、請求項２又は３に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項5】

前記光学素子（２４）は、好ましくは一体型レンズアセンブリ（２５）として形成されるアレイアセンブリ内に配置され、
第１の光軸（３１１）から直接隣接する第２の光軸（３１２）までの間の軸間距離（３４１、３４２）が、前記アレイアセンブリに沿って周期的に繰り返され、
好ましくは、第１の光軸（３１１）と第２の光軸（３１２）との間の各第２の軸間距離（３４２）は、少なくとも１つの配置方向に沿って同一の大きさである、及び／又は、同一に配列されていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項6】

隣接する接眼レンズユニット（２２）の絞り部（１１）の絞り対称軸（３２）間の軸間距離は、異なる大きさである、及び／又は、異なって配列されていることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項7】

各半導体レーザ（１３）は、レーザ動作のために機能する層からなる積層を有し、
それぞれの前記絞り部（１１）は、前記積層内に組み入れられていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項8】

第１及び第２の絞り部（１１）は、絞り対称軸（３２）が垂直に配列される絞りアセンブリ（２６）において想定上の絞り面に沿って配列され、
第１及び第２の絞り部の数は、好ましくは等しいことを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項9】

前記第１及び第２の絞り部は、絞り開口部の絞り部形状の断面積及び／又は断面輪郭に関して異なることを特徴とする、請求項８に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項10】

前記光学素子（２４）は、屈折レンズとして形成されており、その屈折レンズは、それぞれ異なって位置付けられた焦点（２８）、及び、特に異なる焦点距離を有していることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項11】

同数の焦点（２８）が焦点面（３０）の中に及び外に位置し、
好ましくは、各第２の光学素子（２４）は同一の焦点面（３０）に位置することを特徴とする、請求項１０に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項12】

絞り面は、少なくとも部分的に前記焦点面（３０）と一致することを特徴とする、請求項１１に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項13】

前記半導体レーザ（１３）は、垂直共振器を有する面発光体であることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項14】

接眼レンズユニット（２２）から出射する第１のレーザ光円錐（１６１）は、特に局所的な強度極値（２９）を有し、その強度極値は、少なくとも１つの他の接眼レンズユニット（２２）の第２のレーザ光円錐（１６２）の対応する強度極値（２９）によって少なくとも部分的に補償可能であることを特徴とする、請求項１～１３のいずれか一項に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項15】

前記異なるレーザ光円錐（１６１、１６２）の前記強度極値（２９）は、前記光学素子（２４）の光軸に対して直交する方向に配列された横軸に沿って互いに相対的にオフセットされており、それによって、前記第１のレーザ光円錐（１６１）の少なくとも１つの強度最大値（２９１）が、前記第２のレーザ光円錐（１６２）の少なくとも１つの強度最小値（２９２）と重畳することを特徴とする、請求項１４に記載のレーザ装置（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の半導体レーザを有する半導体レーザアセンブリを備えたレーザ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＶＣＳＥＬアレイは、カメラによって撮影される光景を照射するために、別個の光拡散板と組み合わせて、特にスマートフォンの分野において使用される。光拡散板は、ＶＣＳＥＬアレイから放射されたレーザ光を散乱させ、それによって、ある面を照射することができる。それによって、被照射面の中央面領域の光強度は、特にスマートフォンなど、大半のカメラ用途において十分に強くなる。しかしながら、被照射面の端部領域における光強度は、中央面領域に比べて広い領域にわたって着実に減少する。このことは、被照射面の端部領域における光強度が、大半のカメラ用途に必要な光強度以下であることを意味する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の課題は、拡散板を有するレーザ装置と比較して、その光強度がレーザ光の伝搬方向に対して直交する方向の平面に沿ってより均一である、レーザ装置を提供することにあり、そのレーザ装置は、複数の個別ビームから得られるトータルビームを生成するためのものである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

そのために、複数の半導体レーザを有する半導体レーザアセンブリと、半導体レーザの絞り部と光学素子とをそれぞれ有する複数の接眼レンズユニットを含む接眼レンズアセンブリと、を備えるレーザ装置を作成することが提案される。その際、それぞれの半導体レーザに、個別の接眼レンズユニットが割り当てられており、それによって、それぞれの半導体レーザから放射され、絞り部によって制限されたレーザ光が、それぞれ割り当てられた接眼レンズユニットの光学素子を介して伝搬し、第１の接眼レンズユニットの光学素子に対する絞り部の相対位置は、少なくとも１つの第２の接眼レンズユニットの光学素子に対する絞り部の相対位置とは異なり、及び／又は、第１の接眼レンズユニットの絞り部の絞り部形状は、少なくとも１つの第２の接眼レンズユニットの絞り部の絞り部形状とは異なる。レーザ光は発散し、遠視野面を照射する。レーザ光は、レーザ光円錐として接眼レンズユニットから出射する。好ましくは、各半導体レーザは、単一のレーザ光円錐のレーザ光を放射する。少なくとも第１及び第２のレーザ光円錐は、特に遠視野において重畳する。

【0005】

一例として、第１の接眼レンズユニットと第２の接眼レンズユニットを同一の数、レーザ装置に設置することができ、その場合、接眼レンズアセンブリにおける第１の接眼レンズユニットと第２の接眼レンズユニットの構成に依存せず、その出射レーザ光は遠視野において重畳する。

【0006】

原則として、相対的な位置は、接眼レンズユニットの、光学素子の、及び／又は絞り部の配置方向と関連付けることができる。また、相対的な位置は、接眼レンズユニットの、光学素子の、及び／又は絞り部の、第１及び第２の配置方向に沿ったオフセットに起因することも考えられる。

【0007】

接眼レンズユニットは、絞り部と光学素子とからなるユニットとして解され得る。接眼レンズユニットは、好ましくは、絞り部とレンズとを用いて構成された接眼レンズの機能を有するが、接眼レンズユニットは、個別の装置ではない。接眼レンズユニットは、好ましくは、レーザ装置に一体化して組み入れられる。

【0008】

絞り部は、絞り機能を有し、レーザ光が被照射面を照射する立体角に関してレーザ光を制限することができる。特に、絞り部はアパーチャの機能を有する。

【0009】

光学素子は、好ましくは、屈折レンズ又はフォトニックメタマテリアルを含むレンズとして形成することができる。光学素子は絞り部を結像し、拡散板を備えたレーザ装置よりも、端部における照射領域をより鮮鋭に区切る。その結果、拡散板を備えたレーザ装置と比較して、被照射面の大きな割合において、大幅に均一な光強度を得ることができる。

【0010】

この効果は、複数の半導体レーザからの放射レーザ光を重畳する場合、さらに向上し、それによって、被照射面の均質に照らされた部分の光強度が増加する。このために、絞り部の結像が精密に重なり合って投影されることが好ましく、それによって、拡散板を備えたレーザ装置の場合よりも、被照射面の端領域が非照射領域からより鮮鋭に区切られる。

【0011】

その中央面領域は、半径方向外向きに連続的に全体的な最小値まで減少する光強度によって取り囲まれることによって、際立たせることができる。

【0012】

本発明の有利な実施形態及び更なる形態は、従属請求項に記載された措置によって可能である。

【0013】

有利には、絞り部は絞り対称軸を有することができ、光学素子は光軸を有することができる。その際、絞り対称軸と接眼レンズユニットの光軸とは、互いに重なる、又は軸間距離を伴って互いにほぼ平行に位置付けられている。軸間距離は、２つの軸の間の距離である。互いにほぼ平行な２本の軸は、横方向に配列される軸間距離を有する。

【0014】

有利な更なる一形態においては、異なる接眼レンズユニットの光学素子の光軸は、互いにほぼ平行に配列され、その際、少なくとも１つの第１の光軸と、２つの直接隣接する第２の光軸との軸間距離は、異なる大きさであり、及び／又は、異なって配列されている（ａｕｓｇｅｒｉｃｈｔｅｔ）ことが、提供され得る。少なくとも１つの軸間距離は、レーザ装置の他の全ての軸間距離と異なる。少なくともいくつかの軸間距離は同一の大きさであることが考えられ得る。特に、少なくとも１つの配置方向に沿ったそれぞれの第１及び第２の光軸間の第１の軸間距離及び第２の軸間距離は、異なる大きさであり、及び／又は、異なって配列されている。その際、好ましくは、同じ数の第１及び第２の軸間距離が存在する。さらなる一代替例においては、全ての軸間距離は異なる大きさである。

【0015】

特に好ましくは、光学素子は、好ましくは一体化したレンズアセンブリとして形成されるアレイアセンブリ内に配置され、その際、第１の光軸から直接隣接する第２の光軸までの間の軸間距離が、アレイアセンブリに沿って周期的に繰り返される。一体化レンズアセンブリは、例えば、半導体レーザのベースとなる本体のウェハ又は他の部分に形成することができる。さらに、軸間距離は、光学素子がアレイ状に配置される想定上の配置平面に沿って、規則的に繰り返される。

【0016】

放射光の特に良好な重畳を達成するために、光軸を光学素子の配置面に対して垂直に配列することができる。その際、第１の光軸と第２の光軸との間の各第２の軸間距離は、第１の配置方向に沿って同一の大きさであり得る、及び／又は、同一に配列され得る。第１及び第２の軸間距離は、第１の配置方向に沿って規則的に交互に配置することができ、それによって、好ましくは、第１の配置方向に沿った第１及び第２の軸間距離の周期的な構造が存在する。光軸はまた、第１の配置方向と共に、その配置面に位置する第２の配置方向において、上述及び後述する特徴を有する軸間距離を有することが考えられる。

【0017】

隣接する接眼レンズユニットの絞り部に割り当てられる、互いにほぼ平行な絞り対称軸の間の軸間距離を異なるように選択すること、及び／又は、それらを異なって配列することは有利であり得る。

【0018】

さらに、各半導体レーザは、レーザ動作のために機能する層からなる積層を有し、その際、それぞれの絞り部は、積層内に組み入れられ得る。特に、半導体レーザは、いわゆるＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）として形成することができ、その際、レーザ光の伝搬方向は、機能層の積層方向に対して直交する方向に向けられる。その場合、絞り部は、積層内の酸化構造として形成することができ、その際、絞り部は、レーザ光の伝搬方向に関して、半導体レーザの外側において、積層の活性光子発生層の前方に、後方に、又は内部に配置することができる。また、絞り部を、その前方に及び／又は後方に及び／又は内部に、同時に配置することも考えられる。

【0019】

絞り対称軸が垂直に配列される絞りアセンブリにおいて、第１及び第２の絞り部が想定上の絞り面に沿って配置され、その際、第１及び第２の絞り部の数が好ましくは等しいことが、提供され得る。

【0020】

第１及び第２の絞り部の形状は、絞り開口部のそれらの絞り部形状の断面積及び／又は断面輪郭に関して異なる。一例として、少なくとも２つの直接隣接する絞り部の絞り部形状は、絞り開口部の断面積及び／又は断面輪郭に関して、互いに異なり得る。断面積は、例えば、絞り部の主拡がり面に沿った絞り部の面積を含む。特に、断面積は、絞り部を通過するときにレーザ光が制限される絞り開口部の面積を含むことができる。絞り開口部は、例として、内のりの幅として解することができる。断面輪郭は、絞り開口部の境界を成す端部である。例えば、断面輪郭は、少なくとも部分的に円形又は角形であり得る。さらに、断面輪郭は絞り部ごとに変化し得るが、断面の面積は同一であり得る。例えば、絞り部の幅のような寸法は、配置方向に沿って絞り部ごとに変化させることができる。

【0021】

好ましくは、絞り部は、絞り対称軸が垂直に配列される想定上の絞り面に配置され、その際、第２の絞り部は同一に形成される。この場合、第１及び第２の絞り部は、第１及び／又は第２の配置方向に沿って交互に配置することができる。レーザ装置の絞り部は、共通の絞り面に配置することができる。絞り面は、半導体レーザのベースとなる、機能層の積層の積層方向に対して直交する方向に配列されている。好ましくは、絞り部の構成は、断面積及び／又は断面輪郭に関して、第２の絞り部ごとに繰り返され、それによって、例えば、絞り部の２つの仕様がレーザ装置に含まれる。その際、その仕様は、絞り面に沿って周期的に交互に配置され得る。代替的には、第１の絞り部からなるグループは、第２の絞り部からなるグループの隣に配置され得る。

【0022】

有利には、光学素子は屈折レンズとして形成され、屈折レンズは、それぞれ異なる焦点、及び、特に異なる焦点距離を有し得る。その際、いくつかの焦点は共通の焦点面上に配置することができ、他の焦点はその焦点面上に位置しない。それによって、半導体レーザから放射されたそれぞれのレーザ光を重畳することができ、その際、特に、それぞれの半導体レーザのレーザ光の光強度の不均一性を均一化することができる。

【0023】

同数の焦点が焦点面の中に及び外に位置し、その際、各第２の光学素子は、好ましくは同一の焦点面に位置し得る。各第２の光学素子の焦点が同じ焦点面に位置する場合、焦点の周期的な交互配置は特に有利である。これによって、半導体レーザのレーザ光の光強度の不均一性を系統的に均一化することができる。残りの焦点は、少なくとも１つの更なる共通焦点面上にある、又は伝搬方向において焦点面の前方及び／又は後方に任意に分布することができる。

【0024】

被照射面上の絞り部の結像の鮮鋭度に関して特に効率的な一実施形態においては、絞り面は、少なくとも部分的に焦点面と一致する。さらに、活性層又は半導体レーザの別の部分が、焦点面に位置することができる。この場合、焦点は絞り面上にあり、好ましくは絞り部の真上にある。

【0025】

特別な更なる一形態において、接眼レンズユニットから出射するレーザ光円錐は、特に局所的な強度極値を有し、その強度極値は、少なくとも１つの隣接する接眼レンズユニットのレーザ光円錐の対応する強度極値によって少なくとも部分的に補償される。例えば、局所的な強度最大値及び最小値は、レーザ光円錐内において発生し得る。強度極値は、半導体レーザの寸法によって設定されるレーザ光モードに由来し得る。同一のレーザ装置の半導体レーザの寸法が同一である場合、同一のレーザ装置の異なるレーザ光円錐において、好ましくは、同一の又は同様に顕著な強度極値が発生する。そのため、異なるレーザ光円錐の強度最大値及び最小値は、相互補償のために互いに混合することができる。一例として、半導体レーザの寸法は約１５～３０マイクロメートルとすることができる。

【0026】

有利な一実施形態において、異なるレーザ光円錐の強度極値は、光学素子レーザ光の光軸に対して直交する方向に配列された横軸に沿って、互いに対してオフセットされており、それによって、第１のレーザ光円錐の少なくとも１つの強度最大値が、隣接するレーザ光円錐の少なくとも１つの強度最小値と重畳するように、提供され得る。異なるレーザ光円錐の強度最大値と強度最小値の分布が同一である場合、レーザ光円錐の１つを強度最大値又は強度最小値の幅だけ横方向にオフセットすることによって、強度最大値を強度最小値に重ねることができる。これによって、光強度の均一化が達成される。

【0027】

上記し、及び以下に説明する特徴は、それぞれの場合に示した組み合わせだけでなく、他の組み合わせにおいても使用できると解される。

【0028】

特に、異なる実施形態の絞り部及び光学素子に関する特徴は、互いに組み合わせることができる。

【0029】

放射されたレーザ光を変化させるための上記措置は、最大において約１０％、好ましくは約５％とすることができる。

【0030】

本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ規定される。

【0031】

本発明は、実施形態に関連する図面を参照しつつ、以下により詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】拡散板と半導体レーザアセンブリとを備えた、従来技術から公知のレーザ装置を示す図である。

【図2】半導体レーザアセンブリの上流に接続された接眼レンズアセンブリを備えたレーザ装置を示す図である。

【図3】放射されて面を照射するレーザ光の強度を示すグラフである。

【図4】少なくとも１つの接眼レンズユニットの光学素子に対して偏心して位置付けられた絞り部を有するレーザ装置を示す図である。

【図5】隣接する接眼レンズユニットの絞り部の形状が異なるレーザ装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図面の図形は、複数の半導体レーザ１３からなるアレイ状の半導体レーザアセンブリ１２を備えた、複数の個別ビームからなるトータルビームを生成するためのレーザ装置１０を示している。

【0034】

図１は、従来技術から公知のレーザ装置１０を示す。図１によれば、公知のように、少なくとも１つのＶＣＳＥＬアレイを有する半導体レーザアセンブリ１２は、カメラによって記録される光景を照射ために、別個の拡散板１４と組み合わせて使用される。例えば、このような拡散板は、遠視野にある光景の均一な照明を達成するために、撮影機能を有する携帯機器に使用することができる。特に、半導体レーザアセンブリ１２は、いわゆるＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）として形成された半導体レーザ１３を含む。絞り部１１は、個々の半導体レーザ１３に割り当てられている。

【0035】

拡散板を備えたレーザ装置においては、それぞれの絞り部１１が電流アパーチャとしての機能を有し、電気接点を介して活性層に伝導される電流を側方へ制限する。

【0036】

光拡散板１４は、例えば、いわゆるすりガラスの性質を有し、ＶＣＳＥＬアレイ１２によって放射されたレーザ光１６を散乱させる。それによって、拡散板１４から発せられる無差別な光の放射が発生し、光景内に位置付けられた面１８が照射されるようになる。

【0037】

拡散板１４の中心対称軸が拡散板１４の主拡がり面に対して直交していると仮定すると、光強度１５は、被照射面１８に沿って対称軸から半径方向外側に減少する。特にスマートフォンのカメラ又は他のカメラ装置による写真撮影をするために、光強度１５を中央面領域１７において十分高くすることができる。

【0038】

レーザ光１６は、半導体レーザ１３からレーザ光円錐１６０として出射する。レーザ光円錐１６０は拡散板１４において重畳され、その際、レーザ光円錐１６０がより重畳されるほど、光強度１５が強くなる。複数の重畳によって、６０°の半値角を有する、面１８の照明が生じる。中央面領域１７は、好ましくは、被照射面１８上の半値角１９に対応する半値幅によって含まれ得る。

【0039】

中央面領域１７とは対照的に、光強度１５は、被照射面１８の端領域２０においてはかなり弱い。光強度１５は、半径方向外側に向かって徐々に減少する。従って、被照射面１８の端領域２０における光強度１５は、大部分のカメラ用途に必要とされる光強度１５以下となり得る。光強度１５は、中央面領域１７から約２０°の勾配において着実に減少する。

【0040】

図２は、複数の接眼レンズユニット２２からなる少なくとも１つの接眼レンズアセンブリ２１を備えるレーザ装置を示す。各接眼レンズユニット２２は、半導体レーザ１３の絞り部１１と、半導体レーザ１３に割り当てられた光学素子２４とを有する。

【0041】

接眼レンズユニット２２は、好ましくは、図２において破線の枠で示された、半導体レーザ１３の絞り部１１と光学素子２４とからなるユニットである。レーザ光１６は、接眼レンズユニット２２からレーザ光円錐１６０として出射する。絞り部１１は接眼レンズユニット２２によって面１８上に結像される。

【0042】

それぞれの絞り部１１は、半導体レーザ１３に組み入れることができる。半導体レーザ１３は、半導体レーザ１３のレーザ動作のための機能層が積層方向２３に積層されて構成される。好ましくは、いわゆるＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）として形成された半導体レーザ１３の積層は、レーザ光１６の伝搬方向に積層される。

【0043】

それぞれの絞り部１１は、例えば酸化物絞りとしてその積層に組み入れられ、電流アパーチャ及び／又は光アパーチャとして機能する。さらに、絞り部１１は、絞り状の絞り開口部を有する。絞り部１１は、好ましくは、積層内の酸化構造として、積層の光子発生活性層の前方、後方又は内部に配置される。

【0044】

光学素子２４は、積層に組み入れられた屈折レンズとして形成され、好ましくは積層の外面に成形される。代替的又は付加的に、レンズはフォトニックメタマテリアルを含むことができる。

【0045】

接眼レンズユニット２２によって、拡散板１４を有するレーザ装置１０と比較して、被照射面上に絞り開口部がより鮮鋭に形成される。すなわち、接眼レンズユニット２２を備えたレーザ装置１０の場合の端領域２０は、拡散板１４を備えたレーザ装置１０よりも狭い領域をカバーする。その結果、接眼レンズユニット２２を備えたレーザ装置１０によって照射される面１８の中央面領域１７の光強度１５が、拡散板１４を備えたレーザ装置１０と同じである場合、光強度１５が減少する勾配が大きくなる。

【0046】

図に示す光強度１５の光強度曲線は、全く概略的なものである。好ましくは、光強度曲線は、いわゆるトップハット放射によって特徴付けられ、特に約６０°の半値角１９を伴って形成される。中央面領域１７において、光強度曲線は、面１８に沿って少なくともほぼ一定の光強度１５を有する。端領域２０は、中央面領域１７を取り囲み、且つ全体的な強度最小値まで減少する光強度曲線の部分である。

【0047】

複数の半導体レーザ１３のレーザ光円錐１６０を重畳すると、中央面領域１７の光強度１５が高まる。それによって、端領域２０の勾配がさらに大きくなり、端領域２０がさらにシャープに出現する。中央面領域１７に沿った光強度１５の均一性は、異なる接眼レンズユニット２２のレーザ光円錐１６０の重畳によって高めることができる。そのために、絞り部１１の結像は、好ましくは、精密に重なり合って投影される。

【0048】

好ましくは、複数の接眼レンズユニット２２は、接眼レンズアセンブリ２１における機能層の積層方向２３に対して直交する方向に互いに隣接して配置される。接眼レンズユニット２２の光学素子２４は、好ましくは、半導体レーザ１３を有する半導体レーザアセンブリ１２に一体的に形成される。半導体レーザ１３は、第１のウェハの一部分に形成されてもよい。光学素子２４は、その第１のウェハの同じ部分に形成されてもよい。第１のウェハの同じ部分は、半導体レーザ１３を形成する積層を含んでいてもよい。代替的には、光学素子２４は、半導体レーザ１３を有する、第１のウェハの部分に取り付けられる第２のウェハのさらなる部分に組み入れられてもよい。

【0049】

絞り部１１は、絞り開口部のそれぞれの断面輪郭が積層方向２３に対して垂直な絞り面内に配置されるように、仮定される絞り面内において互いに隣接して配置される。この場合、絞り部１１は、同じ層に配置される、又は異なる層に配置され、積層方向２３において同じ高さに配置される。代替的又は追加的に、絞り部１１を、異なる高さに配置される層に配置することもできる。絞り部１１は、絞り面に沿って延びる絞りアセンブリ２６内に配置される。

【0050】

屈折レンズとして形成される光学素子２４は、好ましくは、互いに異なる焦点２８を有し得る。焦点２８は、特にレンズの焦点距離によって特徴付けられる、いわゆる焦点とすることができる。図２においては、焦点２８を通る光路が一点鎖線によって概略的に示されている。特に、各レンズは１つの焦点を有する。好ましくは、第１の焦点２８は第１の焦点面３０上に配置され、第２の焦点２８は第１の焦点面３０上に配置されなくてもよい。このために、第１の焦点及び第２の焦点２８は、周期的に交互に第１の焦点面に沿って、第１の焦点面上に、或いその隣に位置され得る。特に、各第２の光学素子２４の焦点２８は、同じ焦点面上に位置することができる。焦点面上に位置しない焦点２８は、特に、レーザ光１６の伝搬方向に関して焦点面の前方及び／又は後方に交互に位置することができる。第２の焦点２８は、第１の焦点面３０に平行に配置された少なくとも１つの第２の焦点面上に位置することができる。

【0051】

アレイ状に配置された光学素子２４は、好ましくはレンズアセンブリ２５を形成するレンズである。レンズアセンブリ２５は、レンズの光軸に対して垂直な配置面に位置している。

【0052】

更なる一実施形態においては、絞り面と焦点面３０とは、少なくとも部分的に一致し得る。この場合、焦点２８は絞り面上に位置し、好ましくは絞り部１１の真上に、或いは絞り開口部内に直接位置する。また、焦点面３０は、半導体レーザアセンブリ１２の配置面上に位置することもできる。

【0053】

焦点２８の様々な実施形態は、図４及び／又は図５の実施形態と組み合わせ得る。

【0054】

図３は、面１８を照らす第１のレーザ光円錐１６１及び第２のレーザ光円錐１６２のレーザ光１６の強度グラフを示し、第１のレーザ光円錐１６１の強度曲線１５１が実線で示され、第２のレーザ光円錐１６２の強度曲線１５２が破線で示されている。第１及び第２のレーザ光円錐１６１、１６２は、図４及び図５の例示的な実施形態に示されている。

【0055】

光強度１５は、第１及び第２の強度曲線の中央面領域１７１、１７２において不均一である。それぞれの接眼レンズユニット２２から出射するレーザ光１６は、局所的な強度極値２９を有し、この強度極値２９は、好ましくは、第１及び第２の中央面領域１７１、１７２にわたって強度最大値及び最小値としてほぼ周期的に分布する。

【0056】

第１の強度曲線１５１の強度最大値２９１は、第２の強度曲線１５２の強度最小値２９２によって少なくとも部分的に補正することができる。これによって、それぞれの半導体レーザ１３のレーザ光１６の光強度１５の不均一性の体系的な均等化が達成される。

【0057】

第１及び第２の強度曲線１５１、１５２が被照射面１８に沿ってオフセットされている場合、第１及び第２のレーザ光円錐１６１、１６２の強度極値２９は、互いに重畳されることができる。このために、第１及び第２の強度曲線１５１、１５２の基礎となるレーザ光１６のレーザ光円錐は、光学素子２４の光軸３１に対して直交する方向の横軸に少なくともほぼ沿って、互いに対してオフセットされ得る。その横軸は、被照射面１８にほぼ平行に配列される。光学素子２４は光学素子２４の光軸３１内にほぼ対応し、それによって、第１のレーザ光円錐１６１の少なくとも１つの強度最大値２９１が第２のレーザ光円錐１６２の少なくとも１つの強度最小値１９２と重畳する。異なるレーザ光円錐１６１、１６２の強度最大値２９１及び強度最小値２９２の分布が同一である場合、強度最大値２９１と強度最小値１９２との重畳は、強度最大値又は強度最小値の幅の整数倍だけレーザ光円錐１６１、１６２を互いにオフセットさせるだけで達成することができる。特に、レーザ光円錐はそれぞれ、それぞれの強度曲線１５１、１５２の２つの最極端の強度最大値の間に被照射面１８に沿って形成される距離の、全体の４分の１（ｇａｎｚｚａｈｌｉｇｅ Ｖｉｅｒｔｅｌ）の量だけオフセットすることができ、その際、その全体の４分の１を、強度最大値の総数から１を引いた数によって割る。

【0058】

第１及び第２の強度曲線１５１、１５２の強度極値２９を互いにオフセットするために、例えば、図４及び図５のレーザ装置１０を提供することができる。

【0059】

図４は、光学素子２４が互いに異なる距離にあるレーザ装置１０を示す。

【0060】

第１及び第２の強度曲線１５１、１５２の強度極値２９の重畳を達成するために、接眼レンズアセンブリ２１の接眼レンズユニット２２を異なる構造にすることができる。一例として、第１の接眼レンズユニット２２１の、絞り部１１と光学素子２４との間の相対位置は、少なくとも１つの第２の接眼レンズユニット２２２のそれとは異なっていてもよい。

【0061】

絞り部１１と光学素子２４との間の相対位置は、基本的に、光軸３１と絞り対称軸３２との間の軸間距離３３によって特徴付けられる。絞り対称軸３２は、絞り面に対して垂直に配列されており、好ましくは回転対称軸である。光軸３１は、光学素子２４を伝搬するレーザ光１６の光路の光軸として解することができる。

【0062】

光軸３１と絞り対称軸３２とは、互いに平行に配列されている。軸間距離は２つの軸間の距離である。軸間距離は軸に対して垂直に配列されている。

【0063】

図４の例示的な実施形態によれば、絞り部アセンブリの隣接する絞り部１１のそれぞれの絞り対称軸３２間の軸間距離は、絞り面の配置方向に沿って同一である。隣接する光学素子２４の光軸３１間の軸間距離３４は同一ではない。この結果、接眼レンズユニット２２の少なくとも一部において、絞り対称軸３２が光軸３１からオフセットされる。例えば、接眼レンズユニット２２の別の一部において、絞り対称軸３２がほぼ光軸３１上に位置してもよい。

【0064】

例えば、少なくとも２つの直接隣接する第１の光軸３１１に対する少なくとも１つの第２の光軸３１２の軸間距離３４１、３４２は、異なり得る。

【0065】

軸間距離３４１、３４２の周期的な繰り返し構造の場合には、第１及び第２の光軸３１１、３１２間の各第２の軸間距離３４２は、配置方向に沿って同一の大きさであり得る。光軸３１１、３１２間の第２の軸間距離３４２は、その大きさ及び／又は配列に関して、第１の軸間距離３４１と異なる。配置方向に沿って、第１及び第２の軸間距離３４１、３４２は、大きさ及び／又は配列に関して規則的に交互になることができ、それによって、好ましくは、光軸３１１、３１２の配置方向に沿った第１及び第２の軸間距離３４１、３４２から成る周期的な構造が存在する。

【0066】

更なる例示的な一実施形態によれば、光軸３１間の多数の第１の軸間距離と、場合によっては他の光軸３１間の多数の第２の軸間距離とは、同一の大きさとすることができ、その場合、第１及び第２の軸間距離は周期的に繰り返す必要はない。ほぼ同数の軸間距離を有する、第１の軸間距離の少なくとも１つのグループと第２の軸間距離の少なくとも１つのグループがレーザ装置内に存在すれば、遠視野におけるレーザ光円錐の重畳には十分である。

【0067】

さらに、それぞれの接眼レンズユニット２２の光軸３１は、それぞれの接眼レンズユニット２２に割り当てられた絞り対称軸３２の異なった側に、光軸３１に対して垂直方向である配置方向に沿ってオフセットされ得る。その結果、接眼レンズユニット２２と関連する絞り対称軸３２との間の軸間距離は、それぞれの軸間距離３３の大きさが異なるだけでなく、光軸３１に垂直な配置方向に関連する、軸間距離の配列に関しても異なる。

【0068】

特に、軸間距離３３の大きさ及び／又は配列は、配置方向に沿って繰り返される。好ましくは、大きさ及び／又は配列は、配置方向に沿って第２の軸間距離３３２ごとに繰り返される。

【0069】

絞り対称軸３２に対する光軸３１のオフセットによって、好ましくは、配置面に対して垂直方向である光伝播方向からの、光伝播方向の偏向を達成することができる。光伝播方向の、垂直からの偏向は、図３に示すように、光強度曲線の近似的なオフセットをもたらす。

【0070】

図５は、光強度曲線のオフセットをもたらす更なる一実施形態を示す。図５の実施形態は、図４の実施形態と組み合わせることができる。

【0071】

レーザ装置１０は、光学素子２４のアレイ状のアセンブリを有し、その際、光軸３１は、直接隣接する光軸３１に対して好ましくは同一の軸間距離を有する。好ましくは、それぞれ、接眼レンズユニット２２の絞り対称軸３２は、接眼レンズユニット２２に割り当てられる光軸３１上に位置する。特に、絞り対称軸３２は、直接隣接する絞り対称軸３２に対して同一の軸間距離を有する。

【0072】

第１の接眼レンズユニット２２１のそれぞれの絞り部１１の絞り部形状は、少なくとも１つの第２の接眼レンズユニット２２２の絞り部１１の絞り部形状と異なる。

【0073】

少なくとも２つの直接隣接する絞り部１１の絞り部形状は、絞り開口部の断面積及び／又は断面輪郭に関して異なり得る。断面積は、例えば、それぞれの絞り部１１の主拡がり面に沿った、又は絞り面に沿った絞り部１１、或いは絞り開口部の面積を含む。特に、断面積は、レーザ光１６が絞り部１１を通過する際に制限される絞り開口部を含み得る。

【0074】

絞り開口部の断面輪郭は、絞り開口部の端部によって提供される。例えば、断面輪郭は、少なくとも部分的に円形であり得、直線部又は角部を有することができる。さらに、断面輪郭は絞り部１１ごとに変化し得るが、断面の面積は依然として同一であり得る。

【0075】

一例として、絞り部１１の幅のような寸法は、第１の絞り部１１１から第２の絞り部１１２まで配置方向に沿って変化させることができる。この場合、第１の絞り部１１１は第２の絞り部１１２よりも大きくすることができ、その際、第２の絞り部１１２の幅は、第１の絞り部１１１の幅よりも、全体の半分（ｇａｎｚｚａｈｌｉｇｅ Ｈａｅｌｆｔｅ）だけ小さくすることができる。その際、その全体の半分を、強度最大値の総数によって割る。

【0076】

絞り部１１から形成される絞りアセンブリにおいて、各第２の絞り部１１２は、絞り面に位置する配置方向に沿って同一に形成され得る。

【0077】

絞り部１１１、１１２の構成は、すべての第２の絞り部１１２ごとに、断面積及び／又は断面輪郭に関して繰り返され、それによって、２つの異なる絞り部１１１、１１２が絞りアセンブリ２６に含まれることとなる。その際、異なる絞り部１１１、１１２は、絞り面の少なくとも１つの配置方向に沿って周期的に交互に配置される。好ましくは、異なる絞り部１１１、１１２は、第１及び第２の配置方向に沿って配置され得る。

【0078】

さらなる実施形態においては、第１のグループは、第２のグループが第２の絞り部を有するのと同じ数の第１の絞り部を有し得る。それによって生成されるレーザ光円錐のオフセットは、遠視野における重畳を生成する。

【符号の説明】

【0079】

１０ レーザ装置
１１ 絞り部
１１１ 第１の絞り部
１１２ 第２の絞り部
１２ 半導体レーザアセンブリ
１３ 半導体レーザ
１４ 拡散板
１５ 光強度
１５１ 第１の強度曲線
１５２ 第２の強度曲線
１６ レーザ光
１６０ レーザ光円錐
１６１ 第１のレーザ光円錐
１６２ 第２のレーザ光円錐
１７ 面領域
１７１ 中央面領域
１７２ 中央面領域
１８ 被照射面
１９ 半値角
２０ 端領域
２１ 接眼レンズアセンブリ
２２ 接眼レンズユニット
２２１ 第１の接眼レンズユニット
２２２ 第２の接眼レンズユニット
２３ 積層方向
２４ 光学素子
２５ レンズアセンブリ
２６ 絞りアセンブリ
２８ 焦点
２９ 強度極値
２９１ 強度最大値
２９２ 強度最小値
３０ 焦点面
３１ 光軸
３１１ 第１の光軸
３１２ 第２の光軸
３２ 絞り対称軸
３３ 軸間距離
３３１ 第１の軸間距離
３３２ 第２の軸間距離
３４ 軸間距離
３４１ 第１の軸間距離
３４２ 第２の軸間距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-26

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ装置（１０）であって、
複数の半導体レーザ（１３）を有する半導体レーザアセンブリ（１２）と、
半導体レーザ（１３）の絞り部（１１）と光学素子（２４）とをそれぞれ有する複数の接眼レンズユニット（２２）を含む接眼レンズアセンブリ（２１）と、を備え、
それぞれの前記半導体レーザ（１３）に個別の接眼レンズユニット（２２）が割り当てられており、それによって、それぞれの前記半導体レーザ（１３）から放射され、前記絞り部（１１）によって制限されたレーザ光（１６）が、それぞれ割り当てられた接眼レンズユニット（２２）の前記光学素子（２４）を介して伝搬し、
第１の接眼レンズユニット（２２１）の前記光学素子（２４）に対する前記絞り部（１１）の相対位置は、少なくとも１つの第２の接眼レンズユニット（２２２）の前記光学素子（２４）に対する前記絞り部（１１）の相対位置とは異なり、及び／又は、
前記第１の接眼レンズユニット（２２１）の前記絞り部（１１）の絞り部形状は、少なくとも１つの前記第２の接眼レンズユニット（２２２）の前記絞り部（１１）の絞り部形状とは異なる、レーザ装置（１０）。

【請求項2】

前記絞り部（１１）は絞り対称軸（３２）を有し、前記光学素子（２４）は光軸（３１）を有し、
前記絞り対称軸（３２）と接眼レンズユニット（２２）の前記光軸（３１）とは、互いに重なる、又は、相対的に互いに軸間距離（３３）を有して、ほぼ平行に互いに位置付けられていることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項3】

異なる接眼レンズユニット（２２）の光学素子（２４）の光軸（３１）は、ほぼ平行に互いに配列されており、
第１の光軸（３１１）と２つの直接隣接する第２の光軸（３１２）との軸間距離（３４１、３４２）は、異なる大きさであり、及び／又は、異なって配列されていることを特徴とする、請求項２に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項4】

前記光軸（３１；３１１、３１２）は、前記光学素子（２４）の配置面に対して垂直に配列されており、
少なくとも１つの配置方向に沿ったそれぞれの第１及び第２の光軸（３１１、３１２）間の第１の軸間距離（３４１）及び第２の軸間距離（３４２）は、異なる大きさであり、及び／又は、異なって配列されており、
好ましくは、同一数の第１及び第２の軸間距離（３４１、３４２）が存在することを特徴とする、請求項２又は３に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項5】

前記光学素子（２４）は、好ましくは一体型レンズアセンブリ（２５）として形成されるアレイアセンブリ内に配置され、
第１の光軸（３１１）から直接隣接する第２の光軸（３１２）までの間の軸間距離（３４１、３４２）が、前記アレイアセンブリに沿って周期的に繰り返され、
好ましくは、第１の光軸（３１１）と第２の光軸（３１２）との間の各第２の軸間距離（３４２）は、少なくとも１つの配置方向に沿って同一の大きさである、及び／又は、同一に配列されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項6】

隣接する接眼レンズユニット（２２）の絞り部（１１）の絞り対称軸（３２）間の軸間距離は、異なる大きさである、及び／又は、異なって配列されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項7】

各半導体レーザ（１３）は、レーザ動作のために機能する層からなる積層を有し、
それぞれの前記絞り部（１１）は、前記積層内に組み入れられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項8】

第１及び第２の絞り部（１１）は、絞り対称軸（３２）が垂直に配列される絞りアセンブリ（２６）において想定上の絞り面に沿って配列され、
第１及び第２の絞り部の数は、好ましくは等しいことを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項9】

前記第１及び第２の絞り部は、絞り開口部の絞り部形状の断面積及び／又は断面輪郭に関して異なることを特徴とする、請求項８に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項10】

前記光学素子（２４）は、屈折レンズとして形成されており、その屈折レンズは、それぞれ異なって位置付けられた焦点（２８）、及び、特に異なる焦点距離を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項11】

同数の焦点（２８）が焦点面（３０）の中に及び外に位置し、
好ましくは、各第２の光学素子（２４）は同一の焦点面（３０）に位置することを特徴とする、請求項１０に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項12】

絞り面は、少なくとも部分的に前記焦点面（３０）と一致することを特徴とする、請求項１１に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項13】

前記半導体レーザ（１３）は、垂直共振器を有する面発光体であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項14】

接眼レンズユニット（２２）から出射する第１のレーザ光円錐（１６１）は、特に局所的な強度極値（２９）を有し、その強度極値は、少なくとも１つの他の接眼レンズユニット（２２）の第２のレーザ光円錐（１６２）の対応する強度極値（２９）によって少なくとも部分的に補償可能であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ装置（１０）。

【請求項15】

前記異なるレーザ光円錐（１６１、１６２）の前記強度極値（２９）は、前記光学素子（２４）の光軸に対して直交する方向に配列された横軸に沿って互いに相対的にオフセットされており、それによって、前記第１のレーザ光円錐（１６１）の少なくとも１つの強度最大値（２９１）が、前記第２のレーザ光円錐（１６２）の少なくとも１つの強度最小値（２９２）と重畳することを特徴とする、請求項１４に記載のレーザ装置（１０）。

【国際調査報告】