JP4084116B2

JP4084116B2 - Light source module and light source device

Info

Publication number: JP4084116B2
Application number: JP2002218136A
Authority: JP
Inventors: 高橋　　彰; 信一小菅; 雅春小田嶋; 博明高橋
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: JP2004061727A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光源用モジュールおよび光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｎ（≧２）個のＬＤ（半導体レーザ）を、各発光部がその長手方向に連なるようにして、１列に配列一体化してなるＬＤバーからの光を、１本の光ファイバに結合させる光源用モジュールの開発が、各種の光照射装置の光源部に関連して意図されている。
【０００３】
このような光源用モジュールにおいて「光源としての出力」を大きくするため、ＬＤバーを構成するＬＤの数：Ｎを増大させると、光結合の横倍率が大きくなり、集光スポット径が光ファイバのコア径より大きくなって光結合効率が低下し、出力を大きくするという目的を達成できなくなったり、あるいは「ＬＤバー、光源用モジュール、光ファイバ相互の位置関係のずれ」により集束スポット位置が大きく変動するので上記位置関係に高精度が必要となり、上記位置関係の僅かな誤差により光結合効率が大きく低下してしまったりする問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、ＬＤバーにおけるＬＤの数を有効に増大させて、光源としての出力を増大させることができ、なおかつ、ＬＤバー・光源用モジュール・光ファイバ相互の位置関係の誤差に影響され難い、新規な光源用モジュールの実現を課題とする。
【０００５】
この発明はまた、上記光源用モジュールとＬＤバーとを組合せた新規な光源装置の実現を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の光源用モジュールは「Ｎ（≧２）個のＬＤを、各発光部がその長手方向に連なるようにして、１列に配列一体化してなるＬＤバーからの光を、１本の光ファイバに結合させる光源用モジュール」であって、光結合手段として、共軸コリメートレンズアレイと、集光用共軸レンズと、光束配列重層化手段と、光束配列幅圧縮手段とを有する（請求項１）。
「光結合手段」は、光源用モジュールを構成する光学系である。
【０００７】
「共軸コリメートレンズアレイ」は、Ｎ個のコリメートレンズを、ＬＤバーにおけるＬＤの配列に応じて配列一体化してなり、ＬＤバーのＮ個のＬＤから放射される発散光束をそれぞれ平行光束化する。
【０００８】
「集光用共軸レンズ」は、共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化された各光束を、１本の光ファイバの入射端面に集光するレンズである。
【０００９】
「光束配列重層化手段」は、共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化され、ＬＤ配列方向に配列する平行光束群を、配列方向にｎ（≧２）分割し、上記配列方向に直交する方向へ、互いに近接するｎ層、即ち、上記配列方向に直交する方向に、互いに接してもしくは微小な間隙を隔して重層化する手段である。
【００１０】
「光結合手段の横倍率」は、有効に小さく設定される。
即ち、上記分割数：ｎは、ＬＤバーにおけるＬＤ数：Ｎに応じて「光結合手段の横倍率が有効に小さく設定できる」ように定められる。なお、平行光束群のｎ分割は「等分割」である必要は無い。
「光束配列幅圧縮手段」については後述する。
【００１１】
請求項１記載の光源用モジュールにおける「光束配列重層化手段」は、共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化されてＬＤ配列方向に配列する平行光束群を配列方向にｎ分割し、分割されたｎ−１の平行光束群を、上記配列方向に直交する方向へ所定距離だけ平行移動的にずらすためのｎ−１対の「第１鏡面対」と、これら第１鏡面対によりずらされたｎ−１の平行光束群を、上記配列方向へ所定の距離だけ平行移動的にずらして、全平行光束をｎ層に重層化させるｎ−１対の「第２鏡面対」とによるｎ−１個の「鏡面対手段」として構成することができる（請求項２）。
【００１２】
即ち、ｎ−１個の鏡面対手段の個々は、第１鏡面対とこれに対応する第２鏡面対により構成される。これらｎ−１個の鏡面対手段は、これを構成する第１鏡面対とこれに対応する第２鏡面対とを「プリズムとして一体化」することができる（請求項３）。この場合、ｎ−１個の鏡面対手段の個々をプリズムとして一体化しても良いし、複数の鏡面対手段をプリズムとして一体化しても良く、ｎ−１個の鏡面対手段全体を１個のプリズムとして一体化しても良い。
【００１３】
このようにする代わりに、個々の第１鏡面対、第２鏡面対を別体のプリズムとして構成し（この場合も、第１鏡面対、第２鏡面対は、それぞれ２以上をプリズムとして一体化することもできる）、これらプリズムを組合せて鏡面対手段とすることもできるし、第１および／または第２鏡面対をそれぞれ「平面鏡の対」として構成しても良く、さらには、第１・第２鏡面対の「一方を平面鏡の対、他方をプリズム」として組合せることもできる。
【００１４】
請求項１または２または３記載の光源用モジュールにおいて用いられる上記「光束配列幅圧縮手段」は、「共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化されてＬＤ配列方向に配列する平行光束群の配列幅を、配列方向における光束間隔を狭めることにより、配列方向に圧縮する手段」である。そして、請求項１記載の光源用モジュールは、上記光束配列重層化手段による重層化と、上記光束配列幅圧縮手段による配列幅の圧縮により、上記光結合手段の横倍率を有効に小さく設定し、上記Ｎ個のＬＤの発光部の像が１本の光ファイバのコア面積内に結像するように構成される。
【００１５】
請求項１または２または３記載の光源用モジュールの光束配列幅圧縮手段は「共軸コリメートレンズアレイの各コリメートレンズにより平行光束化された光束をそれぞれ２回反射させ、ＬＤ配列方向における光束間隔を減少させる反射手段」であることができる（請求項４）。
【００１６】
上記共軸コリメートレンズアレイは「ＬＤバーにおける個々のＬＤから放射される発散光束における発散角比に応じて、互いに直交する２方向におけるレンズ径を設定されたコリメートレンズを、レンズ径の小さい方向を配列方向にして、ＬＤバーにおけるＬＤの配列ピッチと同ピッチでアレイ化し、ＬＤバーにおける個々のＬＤから放射される発散光束を、上記配列方向に相互に密接もしくは近接する平行光束とする機能を持たせる」ことができる。
【００１７】
上記「共軸コリメートレンズアレイ」は、「配列方向のレンズ径が小さいガラス研磨レンズによるコリメートレンズをＮ個接合したもの」もしくは「配列方向のレンズ径が小さいＮ個のコリメートレンズを、エッチング加工もしくはモールドにより一体に形成されたガラスレンズアレイ」もしくは「配列方向のレンズ径が小さいＮ個のコリメートレンズを、樹脂成形により一体に形成された樹脂レンズアレイ」もしくは「配列方向のレンズ径が小さく、回折によるコリメート作用を有するＮ個のコリメートレンズを一体とした回折光学素子レンズアレイ」もしくは「配列方向のレンズ径が小さく、屈折率分布によるコリメート作用を有するＮ個のコリメートレンズを一体とした屈折率分布型レンズアレイ」の何れかであることができる。
【００１８】
また、上記請求項１〜４の任意の１に記載の光源用モジュールにおける「集光用共軸レンズ」は、「研磨によるガラスレンズ」もしくは「ガラスモールドレンズ」もしくは「樹脂成形レンズ」もしくは「回折光学素子レンズ」もしくは「屈折率分布レンズ」の何れかであることができる（請求項５）。
【００１９】
上記請求項１〜５の任意の１に記載の光源用モジュールにおける「光結合手段の横倍率」は１０倍以下であることが好ましい（請求項６）。
【００２０】
この発明の光源装置は、上記請求項１〜６の任意の１に記載の光源用モジュールとＬＤバーとを組合せてなる（請求項７）。
【００２１】
発明の実施の形態を説明するに先立って「光結合手段の横倍率」と、その低減方法を説明する。
【００２２】
図１は、共軸コリメートレンズアレイと、集光用共軸レンズとにより、ＬＤバーの各ＬＤからの光束を光ファイバの入射端面に結合させる状態を模式的に示している。図１の上の図は、水平方向図で（Ｘ−Ｚ面）での結合の様子を示し、下の図は垂直方向図で（Ｙ−Ｚ面）での結合の様子を示す。
【００２３】
周知の如く、ＬＤ（半導体レーザ）の発光部は長方形形状を有し、ＬＤバーは「Ｎ（≧２）個のＬＤを、各発光部がその長手方向に連なるようにして、１列に配列一体化」した構成となっている。このような構成で、ＬＤの配列方向、即ち「個々のＬＤにおける発光部の長手方向」がＸ方向であり、各ＬＤから放射される発散性レーザ光束の主光線の方向がＺ方向である。そして、これらＸ、Ｚ方向に直交する方向がＹ方向である。
【００２４】
図１において、符号Ｐ０は、ＬＤバーにおける「発光部の配列している面」を示している。周知の如く、ＬＤの発光部から放射される発散性の光束は、その発散角が一様でなく、上記発光部の長手方向に平行な面内、即ち水平方向（Ｘ−Ｚ面）において発散角は最小の値：θ_Ｈ（以下「最小発散角」という）をとり、発光部の長手方向に直交する面内、即ち、垂直方向（Ｙ−Ｚ面）において発散角は最大の値：θ_Ｖ（以下「最大発散角」という）をとる。
【００２５】
図１には、θ_Ｈ：θ_Ｖ＝１：３の場合が示されている。
図１は、共軸コリメートレンズアレイにおける、個々の共軸コリメートレンズＬ１が円形状で「有効径の周辺部」で互いに接し、ピッチ：Ｐで配列されている場合を示している。図中の符号Ｐ１は、個々の共軸コリメートレンズ（薄いレンズ）の「主平面」を示している。
【００２６】
個々の共軸コリメートレンズＬ１の有効径は、図１の下図のように、最大発散角：θ_Ｖの光束をコリメートできる大きさに定められている。従って、個々の共軸コリメートレンズＬ１によりコリメートされた光束は、図１下図のように、垂直方向には「有効径：Ｄ_Ｖに等しい光束径」を持った平行光束となる。
【００２７】
一方、最小発散角：θ_Ｈは、最大発散角：θ_Ｖの１／３であるから、個々の共軸コリメートレンズＬ１によりコリメートされた光束が水平方向において持つ光束径：Ｄ_Ｈは前記有効径：Ｄ_Ｖの１／３になる。
【００２８】
このようにして、共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化されたＮ本の平行光束群は、集光用共軸レンズＬ２（薄いレンズとし、その主平面を符号Ｐ２により示す）により集光され、１本の光ファイバの入射端面Ｐ３上に結像する。
【００２９】
上に述べたところを「近軸理論」で説明する。
共軸コリメートレンズアレイにおける個々の共軸コリメートレンズＬ１の焦点距離をｆ_１、集光用共軸レンズＬ２の焦点距離をｆ_２とする。
共軸コリメートレンズＬ１における水平方向のＮＡ（開口数）をａとすると、
ａ＝Ｄ_Ｈ／２ｆ_１
で、これから
Ｄ_Ｈ＝ａ・２ｆ_１（１）
が得られる。
【００３０】
最大発散角：θ_Ｖ＝３θ_Ｈであるから、垂直方向のＮＡは、
３ａ＝Ｄ_Ｖ／２ｆ_１
であり、これから
Ｄ_Ｖ＝３ａ・２ｆ_１（２）
となる。即ち、
Ｄ_Ｖ＝３Ｄ_Ｈ
である。また共軸コリメートレンズＬ１は円形レンズであるので、
Ｄ_Ｖ＝３Ｄ_Ｈ＝Ｐ（３）
となる。
【００３１】
これらＮ本の光束を集光用共軸レンズＬ２により、１本の光ファイバの入射端面に集光することになるが、光ファイバのＮＡをｂとすると、水平方向に関しては、本来、光源側の「ＮＡ＝ａの光束をＮ本」取り込めればよいはずであるが、共軸コリメートレンズＬ１が円形レンズであるため、垂直方向と同様に「光源側のＮＡ＝３ａ、光ファイバ側：ＮＡ＝ｂ／Ｎ」の光束をＮ本取り込めるようにする必要がある。
【００３２】
即ち、集光用共軸レンズＬ２は、水平方向に関しては、図１上図における幅：Ｄ_Ｎの光束をＮＡ＝ｂの光ファイバに集光させねばならない。
【００３３】
一般的な関係式：ＮＡ＝Ｄ／２ｆ（Ｄ：光束径、ｆ：焦点距離）により、
光源側では、３ａ＝Ｄ_Ｖ／２ｆ_１から、
ｆ_１＝Ｄ_Ｖ／６ａ（４）
であり、光ファイバ側では、ｂ＝Ｄ_Ｎ／２ｆ_２＝ＮＤ_Ｖ／２ｆ_２により、
ｆ_２＝ＮＤ_Ｖ／２ｂ（５）
となる。
【００３４】
共軸コリメートレンズＬ１と集光用共軸レンズＬ２との合成系、即ち「光結合手段」の横倍率：βは、
β＝ｆ_２／ｆ_１＝（ＮＤ_Ｖ／２ｂ）／（Ｄ_Ｖ／６ａ）＝３ａＮ／ｂ（６）
で与えられる。
【００３５】
図１の如き光結合形態の場合につき、具体的な計算を行ってみる。
１例として、光源側のＮＡが水平方向につきａ＝０．１５、垂直方向につき３ａ＝０．４５で、光ファイバのＮＡ＝ｂ＝０．２、ＬＤの配列数：Ｎ＝１６であるとすると、横倍率：β＝３ａＮ／ｂ＝３×０．１５×１６／０．２＝３６となる。
【００３６】
ＬＤバーにおける個々のＬＤの発光部（エミッション・エリア）のサイズを、水平方向：２μｍ、垂直方向：１μｍとすると、上記の光結合手段により光ファイバの入射端面に結像する発光部像の大きさは、７２μｍ×３６μｍとなる。光ファイバのコア径が５０μｍであるとすると、上記発光部像はコア径内に納まらず、光結合効率が低下することになる。
【００３７】
また、横倍率：βが３６倍と大きいため、例えば、光結合手段に対してＬＤバーが僅かにずれても発光部像は大きく変位してしまうため、ＬＤバー、光結合手段、光ファイバの位置関係誤差の影響を受けやすい。
【００３８】
上に述べたところから、ＬＤバーにおけるＬＤの配列数：Ｎを増大させて光出力を増大しつつ光結合効率の低下を防ぎ、なおかつ、位置関係の誤差に影響され難くするには、光結合手段の横倍率：βを小さくするのが有効であり、この発明においては、光結合手段の横倍率：βを小さく設定する。
【００３９】
「光結合手段」の横倍率：βは、β＝ｆ_２／ｆ_１であるから、横倍率：βを小さくするには、焦点距離：ｆ_２を小さくするか、焦点距離：ｆ_１を大きくすればよい。しかし、ＬＤからの放射レーザ光束が発散性であることを考えると、共軸コリメートレンズの焦点距離：ｆ_１を大きくすることは、共軸コリメートレンズの有効径が大きくなることを意味し、光源用モジュールのコンパクト化の面から好ましくない。
【００４０】
一方、集光用共軸レンズの焦点距離：ｆ_２を小さくすることは、光源用モジュールのコンパクト化に有利である。
なお、上において、式（１）〜（６）は、θ_Ｈ：θ_Ｖ＝１：３の場合を例にとって説明したが、式（１）〜（６）を、θ_Ｈ：θ_Ｖ＝１：ｍの場合に一般化することは容易であり、結果を示せば以下の如くになる。
【００４１】
Ｄ_Ｈ＝ａ・２ｆ_１（１１）
Ｄ_Ｖ＝ｍａ・２ｆ_１（１２）
Ｄ_Ｖ＝ｍＤ_Ｈ＝Ｐ（１３）
ｆ_１＝Ｄ_Ｖ／２ｍａ（１４）
ｆ_２＝ＮＤ_Ｖ／２ｂ（１５）
β＝ｆ_２／ｆ_１＝ｍａＮ／ｂ（１６）
式（１１）〜（１６）が式（１）〜（６）に対応する。
【００４２】
横倍率：βを低減するのに有効な方法として、共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化された平行光束群の配列方向（上の説明における水平方向）における平行光束群の配列幅を「水平方向に圧縮」する方法がある。
【００４３】
今１つ、横倍率の低減に有効な方法として、集光用共軸レンズにおける「垂直方向におけるＮＡ（開口数）の余裕を利用する」ことが考えられる。図１の場合を例に取ると、集光用共軸レンズＬ２は、水平方向にはＮＡ：ｂを必要とするのに対し、垂直方向にはその１／Ｎでよく、垂直方向のＮＡに大きな余裕がある。
【００４４】
この発明においては、第１に集光用共軸レンズにおける垂直方向のＮＡの余裕を利用し、平行光束群を光束配列方向である水平方向に分割し、分割された各平行光束群を垂直方向（光束配列方向に直交する方向）に重層させることにより、集光用共軸レンズの「水平方向のＮＡの低減」を図る。
【００４５】
第２に、上記平行光束群の重層化と共に平行光束群の水平方向の配列幅を圧縮することにより更に開口数の低減を図る。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図２は、この発明の実施の１形態の特徴部分の一端を図１に倣って示している。
【００４７】
図２上図の「水平方向図」に示すように、ＬＤバーは１６個の発光部（図では光源）を水平方向へ配列されている。これら１６個の発光部から放射された各光束は共軸コリメートレンズＬ１のアレイ（共軸コリメートレンズアレイ）により平行光束化され「１６本の平行光束群が水平方向に互いに平行に配列する」ようになる。
【００４８】
これら１６本の平行光束群のうち、水平方向図における下半分の８本の平行光束による平行光束群は、図２下図の「垂直方向図」のように「第１鏡面対」を構成する、互いに平行でＹ方向に４５度傾いたミラー面Ｍ１１、Ｍ１２により順次反射されることにより、垂直方向へ「この方向の光束幅：Ｄ_Ｖだけ」ずれる。
【００４９】
そして、このようにずれた８本の平行光束群は、図２上図の「水平方向図」に示すように「第２鏡面対」を構成するミラー面Ｍ２１、Ｍ２２（互いに平行でＺ方向に４５度傾いている）により順次反射される。
【００５０】
第２鏡面対Ｍ２１、Ｍ２２により反射された８本の平行光束群は、図２の水平方向図における「上半分の８本の平行光束群」とＸ方向において互いに重なり合い（水平方向図参照）、垂直方向であるＹ方向には「光束幅：Ｄ_Ｖだけずれ」て重なり合う（垂直方向図参照）。
【００５１】
図２においては、図の繁雑を避けるために、水平方向図においては第１鏡面対が図示されず、垂直方向図においては第２鏡面対が図示されていない。
図３（ａ）は、図２に示した実施の形態を概念的に斜視図として示している。
符号１０は「ＬＤバーにおける発光部を連ねた直線（光源部という）」を示し、簡単のため「光源部から、Ｘ方向に一連なりになった光束が放射される」ものとしている。この光束は、共軸コリメートレンズ１２の作用で、一連なりの平行光束（図２に対応させると、１６本の平行光束群）になる。
【００５２】
この平行光束群におけるＸ方向の半分は、第１鏡面対をなすミラー面Ｍ１１、Ｍ１２により順次反射され、垂直方向（Ｙ方向）の光束幅分（図２に示す光束幅：Ｄ_Ｖ）だけＹ方向にずらされる。このようにずらされた平行光束部分は、第２鏡面対をなし互いに平行でＸ方向に対して４５度傾いたミラー面Ｍ２１、Ｍ２２より順次反射される。
【００５３】
このようにして結局、共軸コリメートレンズアレイで平行光束とされた平行光束群は「Ｘ方向に２分割され、Ｙ方向には２重に重層化され」る。
【００５４】
第１鏡面対をなすミラー面Ｍ１１、Ｍ１２と、第２鏡面対を成すミラー面Ｍ２１、Ｍ２２は、例えば、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように「一体」のプリズム１４として構成できる。図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）は平面図である。
【００５５】
即ち、図２、図３に即して説明した実施の形態では、Ｎ（＝１６）個のＬＤを、各発光部がその長手方向（Ｘ方向）に連なるようにして１列に配列一体化してなるＬＤバーからの光を、１本の光ファイバに結合させる光源用モジュールにおいて、光結合手段として、共軸コリメートレンズアレイ（共軸コリメートレンズＬ１のアレイ）と、集光用共軸レンズＬ２’と、光束配列重層化手段（ミラー面Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２により構成される）とを有し、共軸コリメートレンズアレイは、Ｎ（＝１６）個の共軸コリメートレンズＬ１を、ＬＤバーにおけるＬＤの配列に応じて配列一体化してなり、Ｎ個のＬＤから放射される発散光束をそれぞれ平行光束化するものであり、集光用共軸レンズＬ２’（その焦点距離を「ｆ_２’」とし、主平面を符号Ｐ２で示す）は、共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化された各光束を、１本の光ファイバの入射端面Ｐ３に集光するレンズであり、光束配列重層化手段は、共軸コリメートレンズアレイＬ１により平行光束化されてＬＤ配列方向に配列する平行光束群を配列方向（Ｘ方向）にｎ（＝２）分割し、配列方向に直交する方向（Ｙ方向）へ互いに近接するｎ層に重層化する手段である。
【００５６】
また「光束配列重層化手段」は、共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化されてＬＤ配列方向に配列する平行光束群を配列方向にｎ（＝２）分割し、分割されたｎ−１の平行光束群を、配列方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）へ所定距離だけ平行移動的にずらすためのｎ−１対の第１鏡面対Ｍ１１、Ｍ１２と、これら第１鏡面対によりずらされたｎ−１の平行光束群を、配列方向へ所定の距離だけ平行移動的にずらして、全平行光束をｎ層に重層化させるｎ−１対の第２鏡面対Ｍ２１、Ｍ２２とによる、ｎ−１個の「鏡面対手段」により構成されている（請求項２）。
【００５７】
そして、各鏡面対手段における第１鏡面対およびこれに対応する第２鏡面対とが、プリズム１４として一体化されている（請求項３）。
【００５８】
また、このような構成により「光結合手段の横倍率を有効に小さく設定」している（請求項１）。
【００５９】
実際に、θ_Ｖ＝３θ_Ｈ、即ち、発散角比：ｍ＝３として計算を行ってみる。Ｎ＝１６であるから、上述の式（１４）〜（１６）により、ｆ_１＝Ｄ_Ｖ／２ｍａ＝Ｄ_Ｖ／６ａ、ｆ_２’＝ＮＤ_Ｖ／４ｂ、β＝ｆ_２’／ｆ_１＝６ａＮ／４ｂ＝６ａ・１６／４ｂ＝２４ａ／ｂとなる。なお「重層化された平行光束群」の垂直方向の光束径は「２Ｄ_Ｖ」であり、集光用共軸レンズＬ２は、８Ｄ_Ｖだけの光束幅を光ファイバの開口数：ｂに適合させるから、垂直方向のＮＡの余裕は十分である。
【００６０】
上記の「β＝２４ａ／ｂ」を、先に説明した「平行光束群の分割・重層化を行わない」場合の「β＝ｆ_２／ｆ_１＝ｍａＮ／ｂ＝３ａ・１６／ｂ＝４８ａ／ｂ」と比較すれば明らかなように、平行光束群の分割・重層化を行ったことにより、横倍率：βは１／２に低減化されている。
【００６１】
先の具体例である、光源側のＮＡが水平方向につきａ＝０．１５、垂直方向につき３ａ＝０．４５で、光ファイバのＮＡ＝ｂ＝０．２、ＬＤの配列数：Ｎ＝１６の場合については、横倍率：β＝１８となる。
【００６２】
ＬＤバーにおける個々のＬＤの発光部（エミッション・エリア）のサイズが、水平方向：２μｍ、垂直方向：１μｍであれば、上の実施の形態における光結合手段により光ファイバの入射端面に結像する発光部像の大きさは、３６μｍ×１８μｍ（対角線長：４０．１４μｍ）となり、コア径：５０μｍの光ファイバを用いても、発光部像はコア径内に十分に納まり、光結合効率の低下がない。
【００６３】
また、横倍率：βが１８倍と小さくなったことに伴ない、ＬＤバー・光結合手段・光ファイバの位置関係誤差の影響も低減される。
【００６４】
次ぎに、請求項１記載の光源用モジュールにおける「光束配列幅圧縮手段による光束配列幅の圧縮による横倍率の低減化」を説明する。
ＬＤバーにおけるＬＤ配列方向である「水平方向」の横倍率：βを小さくするには、図１上図の「Ｎ本の平行光束の配列幅：Ｄ_Ｎ」を小さくすればよい。光ファイバに結合させるべきＮ本の平行光束は、個々には水平方向に幅：Ｄ_Ｈを有するが、ピッチ：Ｐ＝ｍＤ_Ｈ（図１ではｍ＝３）で配列しているため、隣接する平行光束間に（ｍ−１）Ｄ_Ｈの「隙間」がある。
【００６５】
従って、水平方向におけるＮ本の平行光束の配列幅（上記：Ｄ_Ｎ）を小さくするには、上記「隙間」を小さくするか無くせば良い。「光束配列幅圧縮手段」は、この目的のために用いられる。即ち、光束配列幅圧縮は「光束間の間隔を狭める」ようにして配列方向に光束幅の圧縮を行う。
【００６６】
図４は「請求項１記載の光源用モジュール」の実施の１形態を特徴部分のみ模式的に示している。符号ＬＤＢはＬＤバー（の発光部の配列面）を示す。図の簡単化のために、ＬＤの配列数：Ｎを３としている。各ＬＤから放射される発散光束の最小発散角：θ_Ｈ、最大発散角：θ_Ｖは、θ_Ｈ：θ_Ｖ＝１：３を満足する（発散角比：ｍ＝３）ものとしている。符号Ｐ１は、共軸コリメートレンズアレイにおける各共軸コリメートレンズ（薄いレンズ）の「主面」を示している。
【００６７】
この実施の形態においては、光束配列幅圧縮手段２０は、共軸コリメートレンズアレイＣＬＡの各コリメートレンズにより平行光束化された光束ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３をそれぞれ２回反射させ、ＬＤ配列方向における光束間隔を減少させる反射手段である。
【００６８】
即ち、平行光束ＦＬ１は反射面２０１１、２０１２により順次反射され、平行光束ＦＬ２は反射面２０２１、２０２２により順次反射され、平行光束ＦＬ３は反射面２０３１、２０３２により順次反射される。
【００６９】
図４に示すように、反射面２０１１、２０１２、２０２１、２０２２、２０３１、２０３２の位置関係により、これら反射面により２回反射された平行光束ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３は、配列幅が、反射前における配列幅：Ｄ_ＮからＤ_Ｎ／３に圧縮されている。このようにすると、光結合手段の横倍率：βを、光束配列幅圧縮手段を用いない場合（図１の場合）に比して1／３に小さくできる。
【００７０】
図４における反射面２０１１、２０１２、２０２１、２０２２、２０３１、２０３２はミラー面として形成しても良いしプリズム面としてもよい。プリズム面とする場合には、反射面２０１１、２０１２、２０２１、２０２２、２０３１、２０３２を持つ「単体のプリズム部材」として光束配列幅圧縮手段２０を構成することができる。
【００７１】
図４に示すような光束配列幅圧縮手段は、共軸コリメートレンズアレイと、光束配列重層化手段との間に配置することができる。
【００７２】
図５を参照して、共軸コリメートレンズアレイを説明する。図５（ａ）に示す各共軸コリメートレンズＬ１は「円形レンズ」であって、その有効径：Ｄ_Ｖは「ＬＤから放射される発散性の光束の最大発散角：θ_Ｖの光束を取り込める大きさ」に設定されている。
【００７３】
しかしながら、円形レンズを用いた場合、図５（ａ）に示すように、垂直方向には幅：Ｄ_Ｖの光束を取り込む必要があっても、水平方向に関しては「幅：Ｄ_Ｈの光束を取り込むだけの幅」があればよく、実際に必要なレンズ面は図５（ａ）において「斜線を施した部分のみ」である。
【００７４】
そこで図５（ｂ）に示すように、共軸コリメートレンズアレイＣＬＡとして、ＬＤバーにおける個々のＬＤから放射される発散光束における発散角比：ｍ（＝θ_Ｖ：θ_Ｈ）に応じて「互いに直交する２方向におけるレンズ径を設定」されたコリメートレンズＣＬ（図５（ａ）に示す「斜線を施した部分」の形状を持つ）を、レンズ径の小さい方向を配列方向（図５（ｂ）で左右方向）にしてアレイ化したものを「配列方向がＬＤバーのＬＤ配列方向に対応する」ようにして用いれば、共軸コリメートレンズアレイＣＬＡ自体「上記発散光束を、上記配列方向に相互に密接もしくは近接する平行光束群とする機能」を有する。
【００７５】
図５（ｂ）において、Ｄ_Ｖは「コリメートレンズＣＬの垂直方向の有効径」である。Ｄ_Ｈは「コリメートレンズＣＬの水平方向の有効径」であって、図の例ではＬＤバーにおけるＬＤの配列ピッチ：Ｐに等しい。
【００７６】
先の説明した図２の実施の形態において、上の計算例では、共軸コリメートレンズアレイの各共軸コリメートレンズＬ１を円形レンズとし、共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化された平行光束群は水平方向にＮ・Ｄ_Ｖの幅を持つとしたが、図２の実施の形態において、共軸コリメートレンズアレイが図５（ｂ）に即して説明したようなものを用いると、平行光束化された各光束は水平方向においてはＤ_Ｈ（＝Ｄ_Ｖ／３）となる。
【００７７】
このような「共軸コリメートレンズアレイ」を用いたことにより、図２の実施の形態では、共軸コリメートレンズアレイで形成された平行光束群は既に、水平方向に１／３に圧縮されており、上記光束配列重層化手段により水平方向にさらに１／２にされるから、水平方向に配列した光束幅は、図１の例の場合に比して１／６になる。
【００７８】
従ってこの場合の横倍率：βは３６／６＝６倍でよいことになる。上述した例の場合のように、ＬＤバーにおける個々のＬＤの発光部が水平方向：２μｍ、垂直方向：１μｍのサイズであれば、ファイバの入射端面に結像する発光部像の大きさは１２μｍ×６μｍで、コア径：５０μｍの光ファイバを用いても発光部像はコア径内に十分に納まり、光結合効率の低下がなく、ＬＤバー・光結合手段・光ファイバの位置関係誤差の影響も一段と低減される。
【００７９】
上には、共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化された平行光束群を、光束配列重層化手段により「水平方向に２分割して、垂直方向に２重に重層化する場合」を説明したが、分割数：ｎ、重層化数：ｎは２に限らず「光結合手段の横倍率を有効に小さくする」ために、適正な値に設定される。
【００８０】
前述の如く、共軸コリメートレンズにおける水平方向のＮＡ（これはＬＤバーにおける各ＬＤ発光部の水平方向のＮＡでもある）を「ａ」、垂直方向のＮＡを「ｍａ」、光ファイバのＮＡを「ｂ」、ＬＤバーにおける発光部数を「Ｎ」、水平方向に分割された平行光束群の光束数を「ｘ（説明の簡単のため、等分割の場合を考える）」、重層化された平行光束群の層数を「ｙ」、光結合手段の横倍率を「β」とすると、これらの間には、光束配列重層化手段による重層化と、光束配列幅圧縮手段による配列幅圧縮とを行った場合、以下の関係がなりたつ。
【００８１】
ａ・ｘ／β＝ｂ（２１）
ｍ・ａ・ｙ／β＝ｂ（２２）
ｘｙ＝Ｎ（２３）
β＝ａｘ／ｂ＝ｍ・ａ・ｙ／ｂ（２４）
ｘ＝ｍｙ（２５）
これら（２１）〜（２５）を満足させつつ、横倍率：βが好適に小さくなる組合せを求めれば良い。
【００８２】
ａ＝０．１５、ｍ＝３、ｂ＝０．２の場合につき、具体的な例を２例挙げる。
上記（２１）、（２２）は、
０．１５ｘ／β＝０．２、０．４５ｙ／β＝０．２
となり、（２４）、（２５）は、
β＝０．１５ｘ／０．２＝０．４５ｙ／０．２
ｘ＝３ｙ
となる。
【００８３】
Ｎの値として、Ｎ＝１２の場合とＮ＝２７の場合とを考えて見ると、（２３）を満足するｘ、ｙは、Ｎ＝１２に対してはｘ＝６、ｙ＝２、Ｎ＝２７の場合には、ｘ＝９、ｙ＝３となり横倍率との関係は以下のようになる。
【００８４】

上に説明した場合で（２３）〜（２５）が同時に満足されるのは、ｍｙ^２＝Ｎが満足される場合であり、ｍとＮとの関係によっては上記関係を同時に満足させることはできない。例えば、ｍ＝３でＮ＝１６の場合を考えて見ると、（２５）式はｙ^２＝５．３３となるから、ｙ＝２．３１となりｙは整数解を持たない。
【００８５】
この場合、分割数：ｎ（＝ｙ）を２とする場合と、３とする場合とが考えられる。分割数：ｎ＝２の場合は、１６本の平行光束群は「８本ずつの平行光束群に分割されて２層に重層化」される。また、分割数：ｎ＝３の場合は、１６本の平行光束群は「６本・５本・５本もしくは６本・６本・４本に分割されて３層に重層化」される。
【００８６】
これら２種の場合につき、横倍率：βを算出して見ると以下のようになる。
【００８７】
Ｎｘｙ β
１６８２６
１６６、５、５３６．７５
即ち、この場合、２層に重層化する場合も、３層に重層化する場合も、横倍率：βを小さくする効果があるが、２分割して２層に重層化する場合の方が横倍率を小さくする効果が大きい、このように平行光束群の光束数：Ｎ、発散角比：ｍの具体的な値に応じて横倍率：βを有効に小さく設定できるｘ、ｙを選択することが可能である。
【００８８】
以下、図５（ｂ）に即して説明した共軸コリメートレンズアレイを用いる具体的な例を説明する。
【００８９】
図６は、実施例の光源用モジュール・光源装置の構成を説明するための図である。（ａ）は「水平方向」の構成を示し、符号６０は「ＬＤバー」、符号６２は「共軸コリメートレンズアレイ」、符号６４は「第２鏡面対」、符号６６は「集光用共軸レンズ」、符号７０は「光ファイバ」を示している。図６（ｂ）は垂直方向の構成を示し、符号６３は「第１鏡面対」を示している。
【００９０】
この図は図２と同様、水平方向の構成を示す（ａ）には第１鏡面対６３が図示されず、垂直方向の構成を示す（ｂ）には第２鏡面対が図示されていない。実際の構成は図３に即して説明した如きものである。
【００９１】
光源用モジュールの「光結合手段」は、共軸コリメートレンズアレイ６２と、第１鏡面対６３と、第２鏡面対６４と、集光用共軸レンズ６６とにより構成され、これらを光結合手段として有する光源用モジュールとＬＤバー６０とは「光源装置」を構成する。
【００９２】
ＬＤバー６０は「波長：４００ｎｍの発散光束を放射する１６個のＬＤ（半導体レーザ）を、各発光部がその長手方向（Ｘ方向）に連なるようにして１列に配列一体化」したものである。
【００９３】
各ＬＤは、その発光部のサイズが、水平方向：１．７μｍ、垂直方向：０．５μｍで、１／ｅ^２強度によるＮＡは、水平方向：０．１５、垂直方向：０．４５である（即ち、θ_Ｖ＝３θ_Ｈ、ｍ＝３）。また、ＬＤの配列ピッチ：Ｐは３６０μｍである。
【００９４】
ＬＤバー６０からの光束を光結合される光ファイバ７０は、コア径：５０μｍ、ＮＡ＝０．２のものである。
【００９５】
第１鏡面対６３と第２鏡面対６４は、１６本の平行光束群を８本ずつの平光束側群に分割し（分割数：ｎ＝２）、これらを２層に重層化する。これら鏡面対は平面鏡の組合せで構成した。
【００９６】
共軸コリメートレンズアレイ６２は、ＬＤバー６０におけるＬＤの配列ピッチ：Ｐ＝３６０μｍであることに鑑み、図６（ｃ）に示すように、アレイ配列する個々の共軸コリメートレンズＣＬの有効径も水平方向に３６０μｍと設定し、水平方向におけるレンズ間隔を３６０μｍとし、これらを１６個、レンズ間隔：３６０μｍで配列したものである。
【００９７】
この条件であると、垂直方向の有効径：Ｄ_Ｖは、式（１３）において、ｍ＝３として、
Ｄ_Ｖ＝３Ｄ_Ｈ＝３×３６０＝１０８０μｍ
と算出され、焦点距離：ｆ_１は、式（１４）から、

と算出される。
【００９８】
光ファイバ７０のＮＡは０．２であるが、余裕を見て、設計値としてＮＡ：０．１６を設定する。
【００９９】
集光用共軸レンズ６６の焦点距離：ｆ_２’は（１５）式において、ＮＤ_Ｖが光束配列重層化手段により１／２に減縮され、さらに、光束配列幅圧縮手段により（１／ｍ）に圧縮されていることから、

となり、光結合手段による水平方向の倍率：βは、
β＝ｆ_２’／ｆ_１＝９ｍｍ／１．２ｍｍ＝７．５
となる。
【０１００】
従って集光用共軸レンズ６６は、焦点距離：９ｍｍ、有効径：２．９ｍｍ（光束配列幅：０．３６ｍｍ×８＝２．８８ｍｍを取り込める有効径）の円形レンズとなる。
【０１０１】
光結合手段が光ファイバ７０の入射端面に結像させる発光部像は、水平方向に１２．８μｍ、垂直方向に３．８μｍで、光ファイバ７０のコア径：５０μｍに比して小さいので、コア径内に納まることは勿論、前記位置関係誤差の影響を受け難い。
【０１０２】
共軸コリメータレンズアレイを石英ガラスにより、集光用共軸レンズをＢＫ−７ガラス材料で作製し、光結合効率として９７．３％を設計値として得ることができた。
【０１０３】
上に説明した光源用モジュールは、ＬＤバー６０からの光を１本の光ファイバ７０に結合させる光源用モジュールにおいて、光結合手段として、共軸コリメートレンズアレイ６２と、集光用共軸レンズ６６と、光束配列重層化手段６３、６４とを有し、共軸コリメートレンズアレイ６２はＮ（＝１６）個のコリメートレンズをＬＤバー６０におけるＬＤの配列に応じて配列一体化してなり、各ＬＤから放射される発散光束を平行光束化するものであり、集光用共軸レンズ６６は、共軸コリメートレンズアレイ６２により平行光束化された各光束を１本の光ファイバ７０の入射端面に集光するレンズであり、共軸コリメートレンズアレイ６２は、ＬＤの個々からの発散光束を相互に密接する平行光束群とする。光結合手段の横倍率は有効に小さく設定した（７．５倍）ものである。
【０１０４】
また、共軸コリメートレンズアレイ６２は、ＬＤバー６０における個々のＬＤから放射される発散光束における発散角比：ｍに応じて、互いに直交する２方向におけるレンズ径を設定されたコリメートレンズＣＬを、レンズ径の小さい方向を配列方向にしてアレイ化したものであり、配列方向のレンズ径が小さいＮ（＝１６）個のコリメートレンズを、エッチング加工により一体に形成された石英ガラスによるガラスレンズアレイであり、集光用共軸レンズ６６は、ＢＫ−７ガラスによるガラスモールドレンズである。
【０１０５】
そして、光結合手段の横倍率（＝７．５倍）は１０倍以下である。図６の実施例において、上記光源用モジュールとＬＤバー６０とを組合せた部分は光源装置の１形態である。なお、ＬＤバーにおけるＬＤの配列数：Ｎの上限は３０程度である。
【０１０６】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な光源用モジュールおよび光源装置を実現できる。この光源用モジュールは、光ファイバへの光結合効率が高く、ＬＤバーと共軸コリメートレンズアレイと光ファイバとの相対的な位置関係の誤差の影響を受け難い。このような光源用モジュールとＬＤバーとの組合せによるこの発明の光源装置は、高い光結合効率を持ち、取り扱いが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】光結合手段の横倍率と、その低減方法を説明するための図である。
【図２】請求項１記載の発明の実施の１形態を特徴部分のみ示す図である。
【図３】図２の実施の形態を補足説明するための図である。
【図４】請求項４記載の発明の実施の１形態の特徴部部を説明するための図である。
【図５】請求項５記載の発明の実施の１形態の特徴部分を説明するための図である。
【図６】光源用モジュールと光源装置の１実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
６０ＬＤバー
６２共軸コリメートレンズアレイ
６３第１鏡面対
６４第２鏡面対
６６集光用共軸レンズ
７０光ファイバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light source module and a light source device.
[0002]
[Prior art]
N (≧ 2) LDs (semiconductor lasers) are combined in one row so that each light emitting part is continuous in the longitudinal direction, and light from an LD bar is coupled to one optical fiber. Development of a light source module is intended in connection with the light source portion of various light irradiation devices.
[0003]
In such a light source module, in order to increase “output as a light source”, when the number of LDs constituting the LD bar: N is increased, the lateral magnification of the optical coupling increases, and the focused spot diameter becomes smaller than that of the optical fiber. It becomes larger than the core diameter, the optical coupling efficiency decreases, and the purpose of increasing the output cannot be achieved, or the focal spot position fluctuates greatly due to the "deviation of positional relationship between LD bar, light source module and optical fiber" Therefore, there is a problem that high accuracy is required for the positional relationship, and the optical coupling efficiency is greatly lowered due to a slight error in the positional relationship.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention can effectively increase the number of LDs in the LD bar to increase the output as a light source, and is hardly affected by errors in the positional relationship between the LD bar, the light source module, and the optical fiber. The realization of a new light source module is an issue.
[0005]
Another object of the present invention is to realize a novel light source device in which the light source module and the LD bar are combined.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  The light source module according to the present invention is configured so that “N (≧ 2) LDs are arranged in one row so that each light emitting part is continuous in the longitudinal direction, and light from an LD bar is integrated into one light. A light source module to be coupled to a fiber ”, and as optical coupling means, a coaxial collimating lens array, a concentrating coaxial lens, and a light beam array layering means;, Light beam array width compression means and(Claim 1).
  “Optical coupling means” is an optical system constituting the light source module.
[0007]
The “coaxial collimating lens array” is formed by integrating N collimating lenses according to the arrangement of the LDs in the LD bar, and diverging light beams emitted from the N LDs of the LD bar are converted into parallel light beams. .
[0008]
The “condensing concentric lens” is a lens that condenses each light beam converted into a parallel light beam by the coaxial collimating lens array onto the incident end face of one optical fiber.
[0009]
The “light beam arraying means” is a parallel light beam formed by a coaxial collimating lens array, and divides a parallel light beam group arranged in the LD arrangement direction into n (≧ 2) in the arrangement direction, in a direction orthogonal to the arrangement direction. The n layers adjacent to each other, that is, means for layering in contact with each other or with a small gap in a direction perpendicular to the arrangement direction.
[0010]
  The “lateral magnification of the optical coupling means” is effectively set to be small.
  That is, the number of divisions: n is determined so that “the lateral magnification of the optical coupling means can be set effectively small” according to the number of LDs: N in the LD bar. Note that the n-division of the parallel beam group need not be “equal division”.
  The “light beam array width compression means” will be described later.
[0011]
  The "light beam array layering means" in the light source module according to claim 1 divides a parallel light beam group, which has been converted into a parallel light beam by a coaxial collimating lens array and arranged in the LD array direction, into n parts in the array direction, and divided n −1 parallel light flux groups are shifted by a predetermined distance in a direction perpendicular to the arrangement direction in a translational manner by n−1 pairs of “first mirror surface pairs” and n− shifted by these first mirror surface pairs. An n-1 pair of “1” parallel beams are shifted in a parallel distance in the arrangement direction by a predetermined distance to superimpose all the parallel light beams on n layers.Second mirror pairCan be configured as n-1 "mirror pair means".
[0012]
That is, each of the n-1 mirror surface pair means is constituted by a first mirror surface pair and a corresponding second mirror surface pair. These n-1 mirror surface pair means can "integrate as a prism" the first mirror surface pair constituting this and the second mirror surface pair corresponding thereto (Claim 3). In this case, each of the n−1 mirror surface pairing means may be integrated as a prism, or a plurality of mirror surface pairing means may be integrated as a prism. It may be integrated as a prism.
[0013]
Instead of doing this, each first mirror surface pair and second mirror surface pair are configured as separate prisms (also in this case, the first mirror surface pair and the second mirror surface pair are integrated as two or more prisms, respectively) These prisms may be combined to form a mirror pair means, and the first and / or second mirror pair may be configured as “a pair of plane mirrors”. It is also possible to combine the second mirror pair as “one pair of plane mirrors and the other as prisms”.
[0014]
  The light source module according to claim 1, 2 or 3.The “light beam arrangement width compressing means” used in“The arrangement width of the parallel light flux group that is converted into the parallel light flux by the coaxial collimating lens array and arranged in the LD arrangement direction,By narrowing the luminous flux interval in the arrangement direction,Compress in the array directionMeans. " The light source module according to claim 1 sets the lateral magnification of the optical coupling unit to be effectively small by layering by the light beam array layering unit and compression of the array width by the light beam array width compression unit, An image of the light emitting portions of the N LDs is formed within the core area of one optical fiber.
[0015]
  Claim 1 or 2 or 3The light beam arrangement width compressing means of the light source module is “reflecting means for reflecting the light beams converted into parallel light beams by the collimating lenses of the coaxial collimating lens array twice to reduce the light beam interval in the LD array direction”. (Claim 4).
[0016]
  The above coaxial collimating lens array“In accordance with the divergence angle ratio of divergent light beams emitted from individual LDs in the LD bar, collimating lenses having lens diameters in two directions orthogonal to each other are arranged in a direction in which the lens diameters are small,An array is formed at the same pitch as the LD array pitch in the LD bar, and the divergent light beams emitted from the individual LDs in the LD bar have the function of making the parallel light beams close or close to each other in the array direction.be able to.
[0017]
  Above "coaxial collimating lens array"Is a "glass in which N collimating lenses are joined by a glass polishing lens having a small lens diameter in the arrangement direction" or "N collimating lenses having a small lens diameter in the arrangement direction are integrally formed by etching or molding. “Lens array” or “resin lens array in which N collimating lenses with a small lens diameter in the arrangement direction are integrally formed by resin molding” or “N lenses having a small lens diameter in the arrangement direction and having a collimating effect due to diffraction” Either “diffractive optical element lens array with collimating lens integrated” or “refractive index distribution type lens array with N collimating lenses having a small lens diameter in the arrangement direction and collimating action by refractive index distribution” Can be.
[0018]
  Also,Claims 1 to 4 aboveThe “light-collecting coaxial lens” in the light source module according to any one of 1 is “glass lens by polishing” or “glass mold lens” or “resin-molded lens” or “diffractive optical element lens” or “refractive index”. Can be any of the "distributed lenses" (Claim 5).
[0019]
  Claims 1-5In the light source module described in any one of the above, “the lateral magnification of the optical coupling means” is preferably 10 times or less (Claim 6).
[0020]
  The light source device of this invention isClaims 1-6The light source module according to any one of 1 and an LD bar are combined (Claim 7).
[0021]
Prior to the description of the embodiment of the present invention, “lateral magnification of optical coupling means” and a reduction method thereof will be described.
[0022]
FIG. 1 schematically shows a state in which a light beam from each LD of an LD bar is coupled to an incident end face of an optical fiber by a coaxial collimating lens array and a concentrating coaxial lens. The upper diagram of FIG. 1 shows the state of coupling in the (XZ plane) in the horizontal direction, and the lower diagram shows the mode of coupling in the (YZ plane) in the vertical direction.
[0023]
As is well known, the light emitting portion of an LD (semiconductor laser) has a rectangular shape, and the LD bar has “N (≧ 2) LDs arranged in a row so that each light emitting portion is continuous in the longitudinal direction. It is an “integrated” configuration. In such a configuration, the arrangement direction of the LDs, that is, the “longitudinal direction of the light emitting part in each LD” is the X direction, and the direction of the principal ray of the divergent laser beam emitted from each LD is the Z direction. The direction orthogonal to these X and Z directions is the Y direction.
[0024]
In FIG. 1, the symbol P <b> 0 indicates “the surface where the light emitting portions are arranged” in the LD bar. As is well known, the divergent light beam emitted from the light emitting portion of the LD has a non-uniform divergence angle and diverges in a plane parallel to the longitudinal direction of the light emitting portion, that is, in the horizontal direction (XZ plane). Angle is minimum value: θ_H(Hereinafter referred to as “minimum divergence angle”), and the divergence angle is a maximum value in the plane perpendicular to the longitudinal direction of the light emitting part, that is, in the vertical direction (YZ plane): θ_V(Hereinafter referred to as “maximum divergence angle”).
[0025]
In FIG._H: Θ_VThe case of = 1: 3 is shown.
FIG. 1 shows a case where individual coaxial collimating lenses L1 in a coaxial collimating lens array are circular and are in contact with each other at the “periphery of the effective diameter” and are arranged at a pitch P. Reference sign P1 in the figure indicates the “main plane” of each coaxial collimating lens (thin lens).
[0026]
The effective diameter of each coaxial collimating lens L1 is as shown in the lower diagram of FIG._VThe size is determined so that the luminous flux can be collimated. Therefore, the light beams collimated by the individual coaxial collimating lenses L1 are “effective diameter: D in the vertical direction as shown in the lower diagram of FIG._VIs a parallel light beam having a "light beam diameter equal to".
[0027]
On the other hand, the minimum divergence angle: θ_HIs the maximum divergence angle: θ_VTherefore, the beam diameter collimated by the individual coaxial collimating lens L1 in the horizontal direction: D_HIs the effective diameter: D_V1/3 of that.
[0028]
In this way, the N parallel light flux groups converted into parallel light fluxes by the coaxial collimating lens array are condensed by the concentrating coaxial lens L2 (a thin lens, the principal plane of which is indicated by P2). An image is formed on the incident end face P3 of one optical fiber.
[0029]
I will explain what I mentioned above in “Paraxial theory”.
The focal length of each coaxial collimating lens L1 in the coaxial collimating lens array is f₁, The focal length of the concentrating coaxial lens L2 is f₂And
When the NA (numerical aperture) in the horizontal direction of the coaxial collimating lens L1 is a,
a = D_H/ 2f₁
So from now on
D_H= A ・ 2f₁            (1)
Is obtained.
[0030]
Maximum divergence angle: θ_V= 3θ_HTherefore, the vertical NA is
3a = D_V/ 2f₁
And from now on
D_V= 3a ・ 2f₁          (2)
It becomes. That is,
D_V= 3D_H
It is. Since the coaxial collimating lens L1 is a circular lens,
D_V= 3D_H= P (3)
It becomes.
[0031]
These N luminous fluxes are condensed on the incident end face of one optical fiber by the concentrating coaxial lens L2. If the NA of the optical fiber is b, the horizontal direction is essentially the light source side. However, since the coaxial collimating lens L1 is a circular lens, the light source side NA = 3a, the optical fiber side: NA = B / N "needs to be captured.
[0032]
That is, the concentrating coaxial lens L2 has a width D in the upper diagram in FIG._NMust be focused on an optical fiber with NA = b.
[0033]
General relational expression: NA = D / 2f (D: beam diameter, f: focal length)
On the light source side, 3a = D_V/ 2f₁From
f₁= D_V/ 6a (4)
On the optical fiber side, b = D_N/ 2f₂= ND_V/ 2f₂By
f₂= ND_V/ 2b (5)
It becomes.
[0034]
The composite system of the coaxial collimating lens L1 and the concentrating coaxial lens L2, that is, the lateral magnification of the “optical coupling means”: β
β = f₂/ F₁= (ND_V/ 2b) / (D_V/ 6a) = 3aN / b (6)
Given in.
[0035]
A specific calculation will be performed in the case of the optical coupling form as shown in FIG.
As an example, the NA on the light source side is a = 0.15 in the horizontal direction, 3a = 0.45 in the vertical direction, NA of the optical fiber = b = 0.2, and the number of LD arrays: N = 16. Then, the lateral magnification: β = 3aN / b = 3 × 0.15 × 16 / 0.2 = 36.
[0036]
When the size of the light emitting portion (emission area) of each LD in the LD bar is set to 2 μm in the horizontal direction and 1 μm in the vertical direction, the size of the light emitting portion image formed on the incident end face of the optical fiber by the above optical coupling means. The length is 72 μm × 36 μm. If the core diameter of the optical fiber is 50 μm, the light emitting part image does not fall within the core diameter, and the optical coupling efficiency decreases.
[0037]
Further, since the lateral magnification β is as large as 36 times, for example, even if the LD bar is slightly displaced with respect to the optical coupling means, the light emitting portion image is greatly displaced, so that the LD bar, the optical coupling means, and the optical fiber Susceptible to positional error.
[0038]
From the above, in order to prevent the decrease in optical coupling efficiency while increasing the optical output by increasing the number of LD arrays: N in the LD bar, and to make it less susceptible to positional errors, optical coupling It is effective to reduce the lateral magnification β of the means. In the present invention, the lateral magnification β of the optical coupling means is set small.
[0039]
Horizontal magnification of “optical coupling means”: β is β = f₂/ F₁Therefore, in order to reduce the lateral magnification: β, the focal length: f₂Or focal length: f₁Should be increased. However, considering that the emitted laser beam from the LD is divergent, the focal length of the coaxial collimating lens: f₁Increasing the value means that the effective diameter of the coaxial collimating lens is increased, which is not preferable from the viewpoint of making the light source module compact.
[0040]
On the other hand, the focal length of the concentrating coaxial lens: f₂It is advantageous to make the light source module compact.
In the above, the equations (1) to (6) are expressed as θ_H: Θ_V= 1: 3 has been described as an example, but Equations (1) to (6)_H: Θ_VIt is easy to generalize when = 1: m, and the result is as follows.
[0041]
D_H= A ・ 2f₁            (11)
D_V= Ma ・ 2f₁          (12)
D_V= MD_H= P (13)
f₁= D_V/ 2ma (14)
f₂= ND_V/ 2b (15)
β = f₂/ F₁= MaN / b (16)
Expressions (11) to (16) correspond to Expressions (1) to (6).
[0042]
Lateral magnification: As an effective method for reducing β, the arrangement width of the parallel light beam group in the arrangement direction (horizontal direction in the above description) of the parallel light beam group converted into the parallel light beam by the coaxial collimating lens array is expressed as “horizontal direction”. There is a way to “compress”.
[0043]
Another effective method for reducing the lateral magnification is to “use the NA (numerical aperture) margin in the vertical direction” in the concentrating coaxial lens. Taking the case of FIG. 1 as an example, the concentrating concentric lens L2 requires NA: b in the horizontal direction, but may be 1 / N in the vertical direction, and the NA in the vertical direction may be reduced. There is a big room.
[0044]
In the present invention, first, by utilizing the vertical NA margin of the concentrating condensing lens, the parallel light beam group is divided in the horizontal direction as the light beam arranging direction, and each divided parallel light beam group is divided in the vertical direction. By layering in the direction perpendicular to the light beam arrangement direction, “reducing the NA in the horizontal direction” of the concentrating coaxial lens is achieved.
[0045]
Secondly, the numerical aperture is further reduced by compressing the horizontal arrangement width of the parallel light beam group together with the layering of the parallel light beam group.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments will be described.
  FIG. 2 shows an embodiment of the present invention.One end of the characteristic partFIG.
[0047]
As shown in the “horizontal view” in the upper diagram of FIG. 2, the LD bar has 16 light emitting sections (light sources in the figure) arranged in the horizontal direction. The luminous fluxes emitted from these 16 light emitting portions are converted into parallel luminous fluxes by an array of coaxial collimating lenses L1 (coaxial collimating lens array) so that “16 parallel luminous flux groups are arranged parallel to each other in the horizontal direction”. become.
[0048]
Among these 16 parallel light flux groups, the parallel light flux group of the eight parallel light fluxes in the lower half in the horizontal view constitutes the “first mirror pair” as shown in the “vertical view” in the lower view of FIG. By being sequentially reflected by mirror surfaces M11 and M12 that are parallel to each other and inclined by 45 degrees in the Y direction, the light flux width in this direction: D_VOnly ".
[0049]
Then, the eight parallel light flux groups shifted in this way are mirror surfaces M21 and M22 (which are parallel to each other in the Z direction) that constitute the “second mirror surface pair” as shown in the “horizontal view” in the upper diagram of FIG. Are inclined sequentially.
[0050]
The eight parallel light beam groups reflected by the second mirror pair M21 and M22 overlap with each other in the X direction (see the horizontal direction diagram) with the “upper half eight parallel light beam groups” in the horizontal direction diagram of FIG. In the Y direction, which is the vertical direction, “light flux width: D_VAre “shifted” and overlap (see vertical view).
[0051]
In FIG. 2, in order to avoid complication of the drawing, the first mirror surface pair is not illustrated in the horizontal direction view, and the second mirror surface pair is not illustrated in the vertical direction view.
FIG. 3A conceptually shows the embodiment shown in FIG. 2 as a perspective view.
Reference numeral 10 indicates “a straight line connecting light emitting portions in an LD bar (referred to as a light source portion)”, and for simplicity, “a series of light fluxes are emitted from the light source portion in the X direction”. This luminous flux becomes a series of parallel luminous fluxes (16 parallel luminous flux groups corresponding to FIG. 2) by the action of the coaxial collimating lens 12.
[0052]
Half of the parallel light flux group in the X direction is sequentially reflected by the mirror surfaces M11 and M12 forming the first mirror pair, and the light flux width in the vertical direction (Y direction) (light flux width: D shown in FIG. 2)._V) Is shifted in the Y direction. The parallel light flux portions thus shifted are sequentially reflected from mirror surfaces M21 and M22 that form a second mirror surface pair and are parallel to each other and inclined by 45 degrees with respect to the X direction.
[0053]
Eventually, the parallel light beam group that has been converted into the parallel light beam by the coaxial collimating lens array is “divided into two in the X direction and doubled in the Y direction”.
[0054]
The mirror surfaces M11 and M12 forming the first mirror surface pair and the mirror surfaces M21 and M22 forming the second mirror surface pair can be configured as an “integral” prism 14 as shown in FIGS. 3B and 3C, for example. . 3B is a side view, and FIG. 3C is a plan view.
[0055]
That is, in the embodiment described with reference to FIGS. 2 and 3, N (= 16) LDs are arrayed and integrated in a row so that each light emitting portion is continuous in the longitudinal direction (X direction). In the light source module for coupling light from the LD bar to one optical fiber, a coaxial collimating lens array (an array of coaxial collimating lenses L1) and a concentrating coaxial lens L2 are used as optical coupling means. 'And a light beam arrangement layering means (configured by mirror surfaces M11, M12, M21, and M22), and the coaxial collimating lens array includes N (= 16) coaxial collimating lenses L1, LD The arrangement is integrated according to the arrangement of the LDs in the bar, and divergent light beams emitted from the N LDs are converted into parallel light beams, respectively, and a condensing coaxial lens L2 ′ (having a focal length of “f”₂"" And the principal plane is denoted by reference numeral P2) is a lens for condensing each light beam, which has been converted into a parallel light beam by the coaxial collimating lens array, onto the incident end face P3 of one optical fiber. The means divides the parallel light beam group that has been converted into a parallel light beam by the coaxial collimating lens array L1 and arranged in the LD array direction into n (= 2) in the array direction (X direction), and a direction orthogonal to the array direction (Y direction). This is a means for layering n layers adjacent to each other.
[0056]
Further, the “light beam array layering means” divides the parallel light beam group, which is converted into the parallel light beam by the coaxial collimating lens array and is arranged in the LD arrangement direction, into n (= 2) in the arrangement direction, and the divided n−1 parallel rays are divided. N-1 pairs of first mirror surfaces M11 and M12 for shifting the luminous flux group by a predetermined distance in a direction (Y direction) orthogonal to the arrangement direction (X direction) and the first mirror surface pair are shifted. The n-1 parallel light flux groups are shifted by a predetermined distance in the arrangement direction by a predetermined distance, and the n-1 second mirror pair M21, M22 that superimposes all the parallel light fluxes on the n layer are provided. It is comprised by n-1 "mirror surface pair means" (Claim 2).
[0057]
And the 1st mirror surface pair in each mirror surface pair means and the 2nd mirror surface pair corresponding to this are integrated as the prism 14 (Claim 3).
[0058]
Further, with such a configuration, “the lateral magnification of the optical coupling means is set to be effectively small” (claim 1).
[0059]
In fact, θ_V= 3θ_HThat is, the calculation is performed with the divergence angle ratio: m = 3. Since N = 16, the above-described equations (14) to (16) indicate that f₁= D_V/ 2ma = D_V/ 6a, f₂'= ND_V/ 4b, β = f₂'/ F₁= 6aN / 4b = 6a · 16 / 4b = 24a / b. The vertical beam diameter of the “multilayered parallel beam group” is “2D_VAnd the concentrating coaxial lens L2 is 8D._VSince the only beam width is adapted to the numerical aperture b of the optical fiber, the NA in the vertical direction is sufficient.
[0060]
The above-mentioned “β = 24a / b” is changed to “β = f in the case of“ no splitting / multilayering of the parallel light beam group ”described above.₂/ F₁= MaN / b = 3a · 16 / b = 48a / b ”, the lateral magnification: β is reduced to ½ by dividing and superimposing the parallel light beam group. ing.
[0061]
In the above specific example, the NA on the light source side is a = 0.15 in the horizontal direction, 3a = 0.45 in the vertical direction, NA of the optical fiber = b = 0.2, and the number of LD arrays: N = 16 In the case of, the lateral magnification: β = 18.
[0062]
If the size of the light emitting part (emission area) of each LD in the LD bar is 2 μm in the horizontal direction and 1 μm in the vertical direction, an image is formed on the incident end face of the optical fiber by the optical coupling means in the above embodiment. The size of the light-emitting portion image is 36 μm × 18 μm (diagonal length: 40.14 μm), and even when an optical fiber having a core diameter of 50 μm is used, the light-emitting portion image is sufficiently contained within the core diameter and the optical coupling efficiency is reduced. There is no.
[0063]
Further, as the lateral magnification β is reduced to 18 times, the influence of the positional error of the LD bar, the optical coupling means, and the optical fiber is also reduced.
[0064]
  Next,In the light source module according to claim 1, “reduction of lateral magnification by compression of light beam arrangement width by light beam arrangement width compression means” will be described.
  In order to reduce the horizontal magnification: β in the “horizontal direction” which is the LD arrangement direction in the LD bar, “the arrangement width of N parallel beams: D in the upper diagram of FIG._N"Should be reduced. The N parallel light beams to be coupled to the optical fiber have individual widths D:_HPitch: P = mD_H(M = 3 in FIG. 1), so (m−1) D between adjacent parallel light beams._HThere is a "gap".
[0065]
  Therefore, the array width of the N parallel light beams in the horizontal direction (above: D_N) Can be reduced by reducing or eliminating the “gap”. “Flux array width compression means” is used for this purpose.That is, in the light beam arrangement width compression, the light beam width is compressed in the arrangement direction so as to “narrow the interval between the light beams”.
[0066]
  Figure 4Claim 1Only a characteristic part is schematically shown in an embodiment of the “light source module” described. A symbol LDB indicates an LD bar (an array surface of light emitting portions thereof). In order to simplify the drawing, the number of LD arrays: N is set to 3. Minimum divergence angle of divergent light beam emitted from each LD: θ_HMaximum divergence angle: θ_VIs θ_H: Θ_V= 1: 3 is satisfied (divergence angle ratio: m = 3). Symbol P <b> 1 indicates a “main surface” of each coaxial collimating lens (thin lens) in the coaxial collimating lens array.
[0067]
In this embodiment, the luminous flux array width compression means 20 reflects the luminous fluxes FL1, FL2, and FL3, which are collimated by the collimating lenses of the coaxial collimating lens array CLA, twice, respectively, and the luminous flux interval in the LD arrangement direction. It is the reflection means which decreases.
[0068]
That is, the parallel light beam FL1 is sequentially reflected by the reflection surfaces 2011 and 2012, the parallel light beam FL2 is sequentially reflected by the reflection surfaces 2021 and 2022, and the parallel light beam FL3 is sequentially reflected by the reflection surfaces 2031 and 2032.
[0069]
As shown in FIG. 4, due to the positional relationship of the reflecting

surfaces

2011, 2012, 2021, 2022, 2031, and 2032, the parallel light beams FL1, FL2, and FL3 reflected twice by these reflecting surfaces have an array width before reflection. Array width: D_NTo D_N/ 3. In this way, the lateral magnification β of the optical coupling means can be reduced to 1/3 compared with the case where the light beam arrangement width compression means is not used (in the case of FIG. 1).
[0070]
The reflection surfaces 2011, 2012, 2021, 2022, 2031, and 2032 in FIG. 4 may be formed as mirror surfaces or prism surfaces. In the case of a prism surface, the light beam arrangement width compressing means 20 can be configured as a “single prism member” having reflecting

surfaces

2011, 2012, 2021, 2022, 2031, and 2032.
[0071]
The light beam arrangement width compression means as shown in FIG. 4 can be disposed between the coaxial collimating lens array and the light beam arrangement layering means.
[0072]
  A coaxial collimating lens array will be described with reference to FIG. As shown in FIG.Each coaxial collimating lens L1 is a “circular lens” and has an effective diameter: D_V"Maximum divergence angle of divergent light beam emitted from LD: θ_VSet to the size that can capture the luminous flux ofHas been.
[0073]
However, when a circular lens is used, as shown in FIG._VEven if it is necessary to capture the luminous flux of “_HThe lens surface that is actually necessary is “only the shaded portion” in FIG. 5A.
[0074]
  Therefore, as shown in FIG. 5 (b), as a coaxial collimating lens array CLA, a divergence angle ratio of divergent light beams emitted from individual LDs in the LD bar: m (= θ_V: Θ_H), The collimating lens CL (having the shape of the “shaded portion” shown in FIG. 5A) in which “the lens diameter in two directions orthogonal to each other” is set is arranged in the direction in which the lens diameter is small If the array in the direction (left-right direction in FIG. 5B) is used so that “the arrangement direction corresponds to the LD arrangement direction of the LD bars”, the coaxial collimating lens array CLA itself “The function of making the divergent light beam a parallel light beam group in close proximity or close to each other in the arrangement direction ”Have.
[0075]
In FIG. 5B, D_VIs the “effective diameter of the collimating lens CL in the vertical direction”. D_HIs the “effective diameter in the horizontal direction of the collimating lens CL”, and is equal to the LD arrangement pitch P in the LD bar in the example of the figure.
[0076]
  In the embodiment of FIG. 2 described above, in the above calculation example, each coaxial collimating lens L1 of the coaxial collimating lens array is a circular lens, and the parallel luminous flux group converted into the parallel luminous flux by the coaxial collimating lens array is ND in the horizontal direction_VThe embodiment shown in FIG.In the coaxialIf the collimating lens array as described with reference to FIG. 5B is used, each of the collimated light beams is D in the horizontal direction._H(= D_V/ 3).
[0077]
  Such a "coaxial collimating lens array"In the embodiment shown in FIG. 2, the parallel light beam group formed by the coaxial collimating lens array has already been compressed to 1/3 in the horizontal direction. Therefore, the width of the light beam arranged in the horizontal direction becomes 1/6 as compared with the example of FIG.
[0078]
Therefore, the lateral magnification: β in this case may be 36/6 = 6 times. As in the case of the above-described example, if the light emitting portions of the individual LDs in the LD bar have a size of 2 μm in the horizontal direction and 1 μm in the vertical direction, the size of the light emitting portion image formed on the incident end face of the fiber is 12 μm. Even if an optical fiber with a diameter of 6 μm and a core diameter of 50 μm is used, the image of the light-emitting part is sufficiently contained within the core diameter, the optical coupling efficiency does not decrease, and the influence of positional error of the LD bar, optical coupling means, and optical fiber Is further reduced.
[0079]
In the above, a case where a parallel light beam group that has been made into a parallel light beam by the coaxial collimating lens array is divided into two in the horizontal direction and doubled in the vertical direction by the light beam array layering means has been described. The number of divisions: n and the number of layers: n are not limited to 2 and are set to appropriate values in order to “effectively reduce the lateral magnification of the optical coupling means”.
[0080]
As described above, the horizontal NA of the coaxial collimating lens (which is also the horizontal NA of each LD light emitting portion in the LD bar) is “a”, the vertical NA is “ma”, and the optical fiber NA is “B”, the number of light emitting portions in the LD bar is “N”, the number of light beams of the parallel light beam group divided in the horizontal direction is “x (for the sake of simplicity, consider the case of equal division)”, and the parallel layers that are layered Assuming that the number of layers of the light beam group is “y” and the lateral magnification of the optical coupling means is “β”, the layering by the light beam array layering means and the array width compression by the light beam array width compressing means are performed between them. If you do, the following relationship is true:
[0081]
a · x / β = b (21)
m · a · y / β = b (22)
xy = N (23)
β = ax / b = m · a · y / b (24)
x = my (25)
What is necessary is just to obtain | require the combination in which lateral magnification: (beta) becomes small suitably, satisfying these (21)-(25).
[0082]
Two specific examples are given for the case of a = 0.15, m = 3, and b = 0.2.
The above (21) and (22)
0.15x / β = 0.2, 0.45y / β = 0.2
(24) and (25) are
β = 0.15x / 0.2 = 0.45y / 0.2
x = 3y
It becomes.
[0083]
Considering the case of N = 12 and N = 27 as the value of N, x and y satisfying (23) are x = 6, y = 2, N for N = 12. In the case of = 27, x = 9 and y = 3, and the relationship with the lateral magnification is as follows.
[0084]

In the case described above, (23) to (25) are satisfied at the same time.²= N is satisfied, and depending on the relationship between m and N, the above relationship cannot be satisfied at the same time. For example, considering the case where m = 3 and N = 16, equation (25) is y²= 5.33, so y = 2.31 and y has no integer solution.
[0085]
In this case, a case where the number of divisions: n (= y) is 2 or 3 is considered. When the number of divisions is n = 2, the 16 parallel light beam groups are “divided into 8 parallel light beam groups and layered into two layers”. When the number of divisions is n = 3, the 16 parallel light flux groups are “divided into 6 layers, 5 units, 5 units, 6 units, 6 units, and 4 units, and are layered into three layers”.
[0086]
For these two cases, the lateral magnification: β is calculated and viewed as follows.
[0087]
N x y β
16 8 2 6
16 6, 5, 5 3 6.75
In other words, in this case, both the case of layering into two layers and the case of layering into three layers have the effect of reducing the lateral magnification: β, but the case of dividing into two layers and layering into two layers is more effective. The effect of reducing the magnification is great. In this way, x and y that can effectively set the lateral magnification: β according to the specific values of the number of beams of the parallel beam group: N and the divergence angle ratio: m are selected. Is possible.
[0088]
Hereinafter, a specific example using the coaxial collimating lens array described with reference to FIG.
[0089]
FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the light source module / light source device of the embodiment. (A) shows a configuration in the “horizontal direction”. Reference numeral 60 is an “LD bar”, reference numeral 62 is a “coaxial collimating lens array”, reference numeral 64 is a “second mirror surface pair”, and reference numeral 66 is a “condensing light collector”. “Axis lens”, reference numeral 70 denotes “optical fiber”. FIG. 6B shows a configuration in the vertical direction, and reference numeral 63 indicates a “first mirror surface pair”.
[0090]
As in FIG. 2, the first mirror surface pair 63 is not shown in FIG. 2A showing the configuration in the horizontal direction, and the second mirror surface pair is not shown in FIG. 2B showing the configuration in the vertical direction. The actual configuration is as described with reference to FIG.
[0091]
The “light coupling means” of the light source module includes a coaxial collimating lens array 62, a first mirror surface pair 63, a second mirror surface pair 64, and a condensing coaxial lens 66. The light source module and the LD bar 60 included as a “light source device”.
[0092]
The LD bar 60 is an "integrated array of 16 LDs (semiconductor lasers) that emit a divergent light beam having a wavelength of 400 nm arranged in a line so that each light emitting part is continuous in the longitudinal direction (X direction)". is there.
[0093]
Each LD has a light emitting portion with a horizontal direction of 1.7 μm and a vertical direction of 0.5 μm, and 1 / e²NA by intensity is 0.15 in the horizontal direction and 0.45 in the vertical direction (that is, θ_V= 3θ_HM = 3). Further, the arrangement pitch P of LD is 360 μm.
[0094]
The optical fiber 70 to which the light beam from the LD bar 60 is optically coupled has a core diameter of 50 μm and NA = 0.2.
[0095]
The first mirror surface pair 63 and the second mirror surface pair 64 divide the 16 parallel light beam groups into 8 flat light beam side groups (division number: n = 2), and stratify them into two layers. These mirror surface pairs were composed of a combination of plane mirrors.
[0096]
In view of the arrangement pitch of LDs in the LD bar 60: P = 360 μm, the coaxial collimating lens array 62 has an effective diameter of each coaxial collimating lens CL arranged in the array as shown in FIG. It is set to 360 μm in the horizontal direction, the lens interval in the horizontal direction is set to 360 μm, and 16 of these are arranged at a lens interval of 360 μm.
[0097]
Under this condition, the effective diameter in the vertical direction: D_VIn equation (13), m = 3
D_V= 3D_H= 3 × 360 = 1080 μm
And focal length: f₁From equation (14)

Is calculated.
[0098]
The NA of the optical fiber 70 is 0.2, but NA: 0.16 is set as a design value with a margin.
[0099]
Focal length of condensing coaxial lens 66: f₂′ Is ND in the equation (15)._VIs reduced to ½ by the light beam array layering means, and further compressed to (1 / m) by the light beam array width compression means.

The horizontal magnification by the optical coupling means: β is
β = f₂'/ F₁= 9mm / 1.2mm = 7.5
It becomes.
[0100]
Therefore, the concentrating coaxial lens 66 is a circular lens having a focal length of 9 mm and an effective diameter of 2.9 mm (light beam arrangement width: 0.36 mm × 8 = 2.88).
[0101]
The light emitting part image formed on the incident end face of the optical fiber 70 by the optical coupling means is 12.8 μm in the horizontal direction and 3.8 μm in the vertical direction, and is smaller than the core diameter of the optical fiber 70: 50 μm. Of course, it is not affected by the positional relationship error.
[0102]
The coaxial collimator lens array was made of quartz glass, and the concentrating coaxial lens was made of a BK-7 glass material, and the optical coupling efficiency of 97.3% could be obtained as a design value.
[0103]
  Module for light source explained aboveIn the light source module for coupling the light from the LD bar 60 to one optical fiber 70, a coaxial collimating lens array 62, a condensing coaxial lens 66, and a light beam array layering means are used as optical coupling means. The coaxial collimating lens array 62 is formed by integrating N (= 16) collimating lenses according to the arrangement of the LDs in the LD bar 60, and diverging light beams emitted from the respective LDs. The concentrating concentric lens 66 is a lens that condenses each light beam converted into a parallel light beam by the coaxial collimating lens array 62 onto the incident end face of one optical fiber 70.The coaxial collimating lens array 62 makes the divergent light beams from the individual LDs into parallel light beam groups that are in close contact with each other. The lateral magnification of the optical coupling means is effectively set small (7.5 times)..
[0104]
  Further, the coaxial collimating lens array 62 includes a collimating lens CL having lens diameters set in two directions orthogonal to each other according to a divergence angle ratio: m in a divergent light beam emitted from each LD in the LD bar 60. A glass lens array made of quartz glass, which is formed by arraying N (= 16) collimating lenses having a small lens diameter in the arrangement direction in an array direction with a small lens diameter in the arrangement direction.AndThe concentrating coaxial lens 66 is a glass mold lens made of BK-7 glass.It is.
[0105]
  The lateral magnification (= 7.5 times) of the optical coupling means is 10 times or less. In the embodiment of FIG. 6, the combined portion of the light source module and the LD bar 60 isIt is one form of the light source device.. The upper limit of the number of LD arrays N in the LD bar is about 30.
[0106]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a novel light source module and light source device can be realized. This light source module has high optical coupling efficiency to the optical fiber, and is not easily affected by errors in the relative positional relationship among the LD bar, the coaxial collimating lens array, and the optical fiber. The light source device of the present invention, which is a combination of such a light source module and an LD bar, has high optical coupling efficiency and is easy to handle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a lateral magnification of an optical coupling means and a reduction method thereof.
FIG. 2 is a diagram showing only a characteristic part of an embodiment of the invention described in claim 1;
FIG. 3 is a diagram for supplementary explanation of the embodiment of FIG. 2;
[Fig. 4]Claim 4It is a figure for demonstrating the characteristic part of 1 embodiment of described invention.
[Figure 5]Claim 5It is a figure for demonstrating the characteristic part of 1 embodiment of described invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining one embodiment of a light source module and a light source device.
[Explanation of symbols]
  60 LD bar
  62 Coaxial collimating lens array
  63 First mirror pair
  64 Second mirror pair
  66 Concentric lens for condensing
  70 Optical fiber

Claims

Ｎ個のＬＤを、各発光部がその長手方向に連なるようにして、１列に配列一体化してなるＬＤバーからの光を、１本の光ファイバに結合させる光源用モジュールにおいて、
光結合手段として、共軸コリメートレンズアレイと、集光用共軸レンズと、光束配列重層化手段と、光束配列幅圧縮手段とを有し、
上記共軸コリメートレンズアレイは、Ｎ個のコリメートレンズを上記ＬＤバーにおけるＬＤの配列に応じて配列一体化してなり、Ｎ個のＬＤから放射される発散光束をそれぞれ平行光束化するものであり、
上記集光用共軸レンズは、上記共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化された各光束を、上記１本の光ファイバの入射端面に集光するレンズであり、
上記光束配列重層化手段は、上記共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化されてＬＤ配列方向に配列する平行光束群を、配列方向にｎ（≧２）分割し、上記配列方向に直交する方向へ、互いに近接するｎ層に重層化する手段であり、
上記光束配列幅圧縮手段は、共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化されてＬＤ配列方向に配列する平行光束群の配列幅を、配列方向における光束間隔を狭めることにより配列方向に圧縮する手段であり、
上記光束配列重層化手段による重層化と、上記光束配列幅圧縮手段による配列幅の圧縮により、上記光結合手段の横倍率を有効に小さく設定し、上記Ｎ個のＬＤの発光部の像が１本の光ファイバのコア面積内に結像するように構成したことを特徴とする光源用モジュール。In a light source module that couples light from an LD bar, in which N LDs are arranged and integrated in a row so that each light emitting portion is continuous in the longitudinal direction thereof, in one optical fiber,
As optical coupling means, it has a coaxial collimating lens array, a concentrating concentric lens, a light beam arrangement layering means, and a light beam arrangement width compression means,
The coaxial collimating lens array is formed by integrating N collimating lenses according to the arrangement of LDs in the LD bar, and diverging light beams emitted from the N LDs are converted into parallel light beams, respectively.
The concentrating lens for condensing is a lens that condenses each light beam converted into a parallel light beam by the coaxial collimating lens array onto an incident end face of the one optical fiber,
The beam arrangement layering means divides a parallel beam group that is converted into a parallel beam by the coaxial collimating lens array and arranged in the LD arrangement direction into n (≧ 2) in the arrangement direction, and in a direction orthogonal to the arrangement direction. , Means for layering n layers close to each other,
The light beam arrangement width compression means is a means for compressing the arrangement width of the parallel light flux group that is converted into the parallel light flux by the coaxial collimating lens array and arranged in the LD arrangement direction in the arrangement direction by narrowing the light beam interval in the arrangement direction. ,
The lateral magnification of the optical coupling means is effectively set to be small by layering by the light beam array layering means and compression of the array width by the light beam array width compression means, and the image of the light emitting part of the N LDs is 1 A light source module configured to form an image within a core area of a single optical fiber.

請求項１記載の光源用モジュールにおいて、
光束配列重層化手段が、
共軸コリメートレンズアレイにより平行光束化されてＬＤ配列方向に配列する平行光束群を配列方向にｎ分割し、分割されたｎ−１の平行光束群を、上記配列方向に直交する方向へ所定距離だけ平行移動的にずらすためのｎ−１対の第１鏡面対と、
これら第１鏡面対によりずらされたｎ−１の平行光束群を、上記配列方向へ所定の距離だけ平行移動的にずらして、全平行光束を、ｎ層に重層化させるｎ−１対の第２鏡面対とによる、ｎ−１個の鏡面対手段により構成されることを特徴とする光源用モジュール。The light source module according to claim 1,
The beam array layering means
A parallel beam group that has been converted into a parallel beam by a coaxial collimating lens array and arranged in the LD array direction is divided into n in the array direction, and the divided n-1 parallel beam groups are separated by a predetermined distance in a direction orthogonal to the array direction. N-1 first mirror pairs for translational displacement by
The n-1 parallel light flux groups shifted by the first mirror pair are shifted in parallel by a predetermined distance in the arrangement direction, and the n-1th pair of n-1 pairs of the total parallel light beams are layered on the n layer. A light source module comprising n-1 mirror surface pair means with two mirror surface pairs.

請求項２記載の光源用モジュールにおいて、
各鏡面対手段における第１鏡面対およびこれに対応する第２鏡面対とが、プリズムとして一体化されていることを特徴とする光源用モジュール。The light source module according to claim 2,
A light source module, wherein a first mirror surface pair and a corresponding second mirror surface pair in each mirror surface pair means are integrated as a prism.

請求項１または２または３記載の光源用モジュールにおいて、
光束配列幅圧縮手段が、共軸コリメートレンズアレイの各コリメートレンズにより平行光束化された光束をそれぞれ２回反射させ、ＬＤ配列方向における光束間隔を減少させる反射手段であることを特徴とする光源用モジュール。The light source module according to claim 1, 2 or 3,
The light beam array width compressing means is a reflecting means for reflecting the light beams converted into parallel light beams by the collimating lenses of the coaxial collimating lens array twice to reduce the light beam interval in the LD array direction. module.

請求項１〜４の任意の１に記載の光源用モジュールにおいて、In the light source module according to any one of claims 1 to 4,
集光用共軸レンズが、  A concentric lens for condensing
研磨によるガラスレンズ、もしくは、  Glass lens by polishing, or
ガラスモールドレンズ、もしくは、  Glass mold lens or
樹脂成形レンズ、もしくは、  Resin molded lens, or
回折光学素子レンズ、もしくは、  Diffractive optical element lens, or
屈折率分布レンズ、  Gradient index lens,
の何れかであることを特徴とする光源用モジュール。A light source module, which is any one of the above.

請求項１〜５の任意の１に記載の光源用モジュールにおいて、
光結合手段の横倍率が１０倍以下であることを特徴とする光源用モジュール。 The light source module according to any one of claims 1 to 5,
A light source module, wherein the optical coupling means has a lateral magnification of 10 times or less .

請求項１〜７の任意の１に記載の光源用モジュールとＬＤバーとを組合せてなる光源装置。 A light source device comprising a combination of the light source module according to claim 1 and an LD bar.