JP6211912B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置に関する。

従来、筐体内のイオン化ガスにレーザ光を照射し、プラズマ状態を維持して紫外線を発生させる光源装置がある。例えば特許文献１に記載の光源では、ガラス製の筐体内に配置した対向電極間に給電することで電極間の放電によるプラズマを発生させており、当該プラズマにレーザ光を継続して照射させることでプラズマ発光であるレーザ支持光を点灯・維持している。

特表２００９−５３２８２９号公報

しかしながら、上述した従来の光源装置では、レーザが集光する微小範囲がレーザ支持光の発光領域となるため、レーザ支持光は、輝度が十分に得られるが、照度が得られにくいという問題があった。レーザ支持光の照度を確保するには発光領域を拡大する必要があるが、単純に発光領域を拡大すると、レーザ支持光の点灯・維持のためにレーザの高出力化が必要となることが考えられる。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、レーザ支持光の照度を十分に確保できる光源装置を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る光源装置は、レーザ光を出射するレーザ部と、内部空間に発光ガスが封入された発光封体を備えた光源と、レーザ光を発光封体内に集光させる光学系と、光学系によるレーザ光の集光領域をレーザ光の光軸方向又は光軸方向に交差する面内方向に拡張する集光拡張部と、を備えたことを特徴としている。

この光源装置では、集光拡張部により、発光封体内で集光するレーザ光の集光領域がレーザの光軸方向又は光軸方向に交差する面内方向に拡張する。これにより、光源となる発光封体内で点灯・維持されるレーザ支持光の発光領域を拡張することが可能となり、レーザ部を高出力化させることなくレーザ支持光の照度を十分に確保できる。

また、集光拡張部は、レーザ光の集光領域に複数の集光位置を形成する集光位置形成部を有していることが好ましい。この場合、複数の集光位置の形成によりレーザ光の集光領域を十分に拡張でき、レーザ支持光の照度を一層確保できる。

また、集光位置形成部は、レーザ光の一部分の光路長を他部分の集光位置に対してレーザ光の光軸方向に変化させる光路長調整板によって構成されていることが好ましい。このような光路長調整板を用いることにより、簡単な構成でレーザ光の集光領域に複数の集光位置を形成できる。

また、集光位置形成部は、光路長調整板を複数有し、複数の光路長調整板は、レーザ光に対する進出位置が互いに異なるようにレーザ光の光軸方向に配置されていることが好ましい。この場合、簡単な構成でレーザ光の集光領域に複数の集光位置を形成できる。

また、光路長調整板をレーザ光に対して駆動させる駆動部を有していることが好ましい。この場合、レーザ光の集光領域の拡張状態を可変にできる。

また、集光位置形成部は、レーザ光の光路長を光軸方向の軸回りに変化させる光路長調整板によって構成されていることが好ましい。このような光路長調整板を用いることにより、簡単な構成でレーザ光の集光領域に複数の集光位置を形成できる。

また、集光位置形成部は、レーザ光の光路長を光軸の径方向に変化させる光路長調整板によって構成されていることが好ましい。このような光路長調整板を用いることにより、簡単な構成でレーザ光の集光領域に複数の集光位置を形成できる。

また、集光位置形成部は、レンズアレイによって構成されていることが好ましい。この場合、レンズアレイによって容易にレーザ光の集光領域を拡大できる。

また、集光位置形成部は、光変調素子によって構成されていることが好ましい。この場合、光変調素子によって容易にレーザ光の集光領域を拡大できる。

また、集光拡張部は、レーザ光の集光領域における集光形状を光軸方向に交差する面内方向に延在させる集光形状調整部を有していることが好ましい。この場合、集光形状の延在によりレーザ光の集光領域を十分に拡張でき、レーザ支持光の照度を一層確保できる。

また、集光形状調整部は、シリンドリカルレンズによって構成されていることが好ましい。この場合、シリンドリカルレンズによって容易にレーザ光の集光形状を延在させることができる。

また、集光形状調整部は、光変調素子によって構成されていることが好ましい。この場合、光変調素子によって容易にレーザ光の集光形状を延在させることができる。

本発明に係る光源装置によれば、レーザ支持光の照度を十分に確保できる。

本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略を示す図である。 図１に示した光源装置におけるレーザ光の集光領域を示す図であり、（ａ）は単一の集光領域が形成される場合を示し、（ｂ）は複数の集光領域が形成される場合を示す。 本発明の第２実施形態に係る光源装置の概略を示す図である。 光路長調整板の変形例を示す図であり、（ａ）は光路長調整板の構成を示し、（ｂ）はレーザ光の集光領域を示す。 光路長調整板の別の変形例を示す図であり、（ａ）は光路長調整板の構成を示し、（ｂ）はレーザ光の集光領域を示す。 本発明の第３実施形態に係る光源装置の概略を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る光源装置の概略を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る光源装置の概略を示す図であり、（ａ）は正面側から見た図を示し、（ｂ）は側面側から見た図を示す。 本発明の第６実施形態に係る光源装置の概略を示す図であり、（ａ）は回折光学素子が集光形状調整部として用いられる場合を示し、（ｂ）は回折光学素子が集光位置形成部として用いられる場合を示す。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
［第１実施形態］

図１は、本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略を示す図である。同図に示すように、光源装置１は、レーザ光Ｌを発生させるレーザ部２と、レーザ部２からのレーザ光Ｌを導光する光学系３と、互いに対向する対向電極１３，１３を収容する発光封体１１（光源７）とを含んで構成されている。この光源装置１では、対向電極１３，１３の間に放電を発生させ、その放電経路が発生する確率の高い領域である放電領域にレーザ光Ｌを照射することで、光源７である発光封体１１内において、連続レーザ光Ｌの集光位置Ｆを含む所定の発光領域を有するプラズマ発光である高輝度のレーザ支持光を発生させることができる。発光封体１１から取り出されたレーザ支持光は、例えば半導体検査用の光源や分光計測用の光として使用される。

レーザ部２は、例えばレーザダイオードである。レーザ部２は、連続レーザ及びパルスレーザのいずれであってもよいが、本実施形態では連続レーザが用いられている。レーザ部２からは、発光ガスＧの吸収スペクトルに合わせ、例えば波長９８０ｎｍのレーザ光Ｌが連続波で出射する。レーザ光Ｌの出力は、各種光学条件を踏まえて十分な強度が選択され、例えば３０Ｗ程度となっている。レーザ部２から出射したレーザ光Ｌは、光ファイバ４によって光学系３に導光される。光学系３は、レーザ部２からのレーザ光Ｌを発光封体１１に向けて集光する光学系である。光学系３は、例えば２つのレンズ５，６によって構成されている。光ファイバ４のヘッド４ａから出射したレーザ光Ｌは、レンズ５によって平行光化した後、レンズ６によって光軸ＬＡをもって発光封体１１に向けて集光する。

発光封体１１は、より具体的には、内部空間Ｓに発光ガスＧが高圧に封入されたバルブ１２と、内部空間Ｓ内で互いに対向する対向電極１３，１３とを含んで構成されている。バルブ１２は、例えばガラスによって中空の球状に形成されている。バルブ１２の内部空間Ｓには、発光ガスＧとして例えばキセノンガスが高圧で封入されている。対向電極１３，１３は、例えばタングステン等の高融点金属によって棒状に形成されており、その先端側で互いに対向している。

対向電極１３の基端側は、バルブ１２の壁部を貫通してバルブ１２の外部に引き出され、図示しない電源部に接続された給電部材１４にそれぞれ接続されることで、電極間放電のための電力が対向電極１３，１３に供給されている。なお、対向電極１３，１３が直接バルブ１２の壁部を貫通するのではなく、対向電極１３，１３と電気的に接続された導電部材がバルブ１２の壁部を貫通してバルブ１２の外部に引き出され、給電部材１４にそれぞれ接続されていてもよい。

以上のような光源装置１では、給電部材１４を介して対向電極１３，１３の間に高電圧を付加することにより、対向電極１３，１３の間に放電領域が形成され、放電によって内部空間Ｓ内の発光ガスＧがイオン化及びプラズマ化される。この放電領域にレーザ光Ｌが照射されることで、高輝度のレーザ支持光が点灯し、レーザ支持光へのレーザ光Ｌの照射を継続させることで、対向電極１３，１３への電力供給が停止されても、レーザ光Ｌによるエネルギー供給を受けてレーザ支持光が維持される。なお、予めレーザ光Ｌを放電領域に集光させておき、その後、対向電極１３，１３間で放電領域を形成してもよい。さらに、レーザ支持光の点灯後は、対向電極１３，１３への給電を停止してもよく、給電を継続してもよい。

ここで、光源装置１では、光学系３によるレーザ光Ｌの集光領域を拡張する集光拡張部Ｋが設けられている。本実施形態では、集光拡張部Ｋは、レーザ光Ｌの集光領域に複数の集光位置を形成する集光位置形成部２２となっている。より具体的には、集光位置形成部２２は、図１に示すように、レーザ光Ｌに対して透過性を有する光路長調整板２３と、光路長調整板２３をレーザ光Ｌのレーザ光路に対して進退させるアクチュエータ（駆動部）２４とによって構成されている。

光路長調整板２３は、例えば合成石英ガラス等からなる厚さ１ｍｍ〜２ｍｍ程度の一律な厚みを有する平板状部材であって、発光封体１１の外部におけるレーザ光路の雰囲気とは異なる光屈折率を有すると共に、レーザ光Ｌに対して十分な透過性を備えた透明媒体によって形成されている。光路長調整板２３の基端側は、アクチュエータ２４に固定されており、光路長調整板２３は、アクチュエータ２４の駆動によってレーザ光Ｌの光軸ＬＡに略直交する方向に駆動するようになっている。アクチュエータ２４は、レーザ光Ｌによってレーザ支持光の点灯を行う際、図１に示すように、光学系３、より詳細には、レンズ６と発光封体１１との間のレーザ光路上において、レーザ光Ｌの略半分のみが光路長調整板２３を通るように、つまり、レーザ光Ｌの光軸ＬＡと垂直な方向におけるレーザ光Ｌの断面において、当該断面の略半分の領域を覆うように、光路長調整板２３の先端側をレーザ光Ｌに対して進出させる。

光路長調整板２３の進出により、レーザ光Ｌには、光路長調整板２３を通過する成分と通過しない成分とが存在することになり、それぞれの成分において焦点位置が変化する。これにより、レーザ光Ｌは、光軸ＬＡ上において発光封体１１内で２つの集光位置Ｆａ，Ｆｂを有する。光路長調整板２３を通る成分の集光位置Ｆａは、光路長調整板２３を通らない成分の集光位置Ｆｂに比べて、レーザ光Ｌの光軸ＬＡ方向の前方側（図１における下方側）に位置する。したがって、図２（ａ）に示すように、２つの集光位置Ｆａ，Ｆｂによってレーザ光Ｌの集光領域が光軸ＬＡ方向に拡張され、発光封体１１内で点灯・維持されるレーザ支持光の発光領域Ｍを光軸ＬＡ方向に拡張することが可能となるので、レーザ部２を高出力化させることなくレーザ支持光の照度を十分に確保できる。

また、光路長調整板２３の厚さを更に大きくした場合、集光位置Ｆａと集光位置Ｆｂとの間隔を更に大きくすることができる。この場合、図２（ｂ）に示すように、発光封体１１内で点灯・維持されるレーザ支持光の発光領域Ｍを分離することができる。この場合もレーザ支持光の照度を十分に確保できるほか、発光領域Ｍ，Ｍを輝点とするレーザ支持光をそれぞれ別々に用いることにより、検査対象物等の多点同時測定を実施することも可能となる。

また、光源装置１では、アクチュエータ２４によって光路長調整板２３をレーザ光Ｌに対して進退させることが可能となっており、レーザ光Ｌの集光領域の拡張状態が可変となっている。したがって、レーザ支持光の照度を必要とする場合に光路長調整板２３をレーザ光Ｌに対して進出させ、レーザ支持光の輝度を必要とする場合に光路長調整板２３をレーザ光Ｌから退避させることで、光源装置１を種々の使用態様に対応させることができる。
［第２実施形態］

図３は、本発明の第２実施形態に係る光源装置の概略を示す図である。同図に示すように、第２実施形態に係る光源装置３１は、対向電極１３，１３に代えて、易電子放射物質を含む金属構造体（電子放射構造体）３５を発光封体１１内に備えて光源７としている点で第１実施形態と異なっている。この光源装置３１では、金属構造体３５に連続レーザ光Ｌを照射すると、金属構造体３５の近傍における連続レーザ光Ｌの照射領域に、発光ガスＧによるプラズマが発生する。なお、プラズマは、連続レーザ光Ｌの照射によって金属構造体３５から放射された電子が発光ガスＧをイオン化し、イオン化された発光ガスＧに連続レーザ光Ｌが照射されることで発生していると推測される。そして、発生したプラズマに連続レーザ光Ｌを継続的に照射する（プラズマに対して継続的にレーザエネルギーを供給する）ことで、光源７である発光封体１１内において、連続レーザ光Ｌの集光位置Ｆを含む所定の発光領域を有するプラズマ発光である高輝度のレーザ支持光を点灯・維持させることができる。また、この光源装置３１は、光路長調整板２３を複数用いている点で第１実施形態と異なっている。

本実施形態では、バルブ１２は、金属構造体３５が位置すると共に球状の外径及び球状の内部空間Ｓを有する球状部分（本体部）１２ａと、球状部分１２ａの一部から円柱状に突出する突出部分（突出部）１２ｂとを有している。また、金属構造体３５は、バルブ１２の内部空間Ｓにその全体が収容されると共に、例えばタングステンといった高融点金属によって形成され、易電子放射物質として例えばバリウムを含有する電子放射部３５ａと、電子放射部３５ａを支持する支持部３５ｂとを有している。レーザ光Ｌが照射される電子放射部３５ａは、例えば細径の円柱状に形成され、レーザ光Ｌの入射部となる先端３５ｃがバルブ１２の頂部を向くようにして球状部分１２ａの内部に配置されている。なお、レーザ光Ｌのバルブ１２への入射部は、バルブ１２の上面部に限られず、バルブ１２の側面部であってもよい。また、金属構造体３５へのレーザ光Ｌの入射部も、先端３５ｃに限られず、電子放射部３５ａの側面部であってもよい。

一方、支持部３５ｂは、例えばモリブデンといった高融点金属によって円柱状に形成された棒状部材３７を有している。支持部３５ｂの先端側には、電子放射部３５ａ（先端３５ｃ）が球状部分１２ａ内の内部空間Ｓの所望の位置（ここでは後述する集光位置Ｆｄに一致する位置）に配置されるように支持されており、支持部３５ｂの基端側は、突出部分１２ｂ内の内部空間Ｓに配置されている。なお、電子放射部３５ａと支持部３５ｂとは、必ずしも構成材料を変える必要はなく、電子放射部３５ａに用いる材料で支持部３５ｂを一体に形成してもよい。また、同一の金属で基体を一体に形成し、電子放射部３５ａに相当する部分にのみ易電子放射物質を含有させてもよい。また、電子放射部３５ａや金属構造体３５の全体が易電子放射物質自体で構成されていてもよい。さらに、電子放射構造体の基体は、タングステンやモリブデンといった金属（導電物）に限られず、セラミック等の絶縁物であってもよい。

また、発光封体１１は、バルブ１２の内部空間Ｓ内における金属構造体３５の位置決め部３６として、支持部３５ｂである棒状部材３７を把持する小径部３８を有している。小径部３８は、突出部分１２ｂの内壁の一部を用いて設けられ、棒状部材３７に当接するように突出部分１２ｂの内径が他の部分よりも縮径された状態となっている。なお、小径部３８は、棒状部材３７の周面に接触しているだけであり、棒状部材３７への融着はなされていない。また、小径部３８は、図３に例示した位置よりも基端寄り（図面下側）に設けてもよく、先端側（図面上側）寄りに設けてもよい。さらに、小径部３８を複数設けてもよい。

また、光源装置３１では、レーザ光Ｌの光軸ＬＡに沿って、例えば３枚の光路長調整板２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃがレーザ部２側から順に所定の間隔をもって配置されている。これらの光路長調整板２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、その先端側において、レーザ光Ｌの光軸ＬＡと垂直な方向におけるレーザ光Ｌに対する進出位置が互いに異なるように支持部材３２に取り付けられている。より具体的には、光路長調整板２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃのレーザ光Ｌに対する進出度合いは、光路長調整板２３Ａ、光路長調整板２３Ｂ、光路長調整板２３Ｃの順で大きくなっており、換言すれば、光路長調整板２３Ａ、光路長調整板２３Ｂ、光路長調整板２３Ｃの順で、その先端側とレーザ光Ｌの光軸ＬＡとの間隔が大きくなっている。

このような光路長調整板２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを用いることにより、レーザ光Ｌは、発光封体１１内で、光路長調整板２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃのいずれも通らない成分による集光位置Ｆａ、光路長調整板２３Ａのみを通る成分による集光位置Ｆｂ、光路長調整板２３Ａ，２３Ｂを通る成分による集光位置Ｆｃ、及び光路長調整板２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの全てを通る成分による集光位置Ｆｄの４つの集光位置を光軸ＬＡ方向に有する。

したがって、光源装置３１では、これら４つの集光位置Ｆａ〜Ｆｄによってレーザ光Ｌの集光領域が光軸ＬＡ方向に拡張され、発光封体１１内で点灯・維持されるレーザ支持光の発光領域Ｍを光軸ＬＡ方向に拡張することが可能となるので、レーザ部２を高出力化させることなくレーザ支持光の照度を十分に確保できる。

なお、光路長調整板２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、その先端側において、レーザ光Ｌの光軸ＬＡと垂直な方向におけるレーザ光Ｌに対する進出位置が互いに異なるように支持部材３２に取り付けられていればよく、その順番は問わないし、求められる条件に応じてその数を変更してもよい。また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に光路長調整板２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの厚さを大きくし、発光封体１１内で点灯・維持されるレーザ支持光の発光領域Ｍを分離してもよい。また、支持部材３２をアクチュエータ２４に取り付け、レーザ光Ｌの集光領域の拡張状態を可変としてもよい。
［光路長調整板の変形例］

上記実施形態では、一律な厚みを有する平板状の透明媒体からなる光路長調整板を例示したが、光路長調整板は種々の変形例をとり得る。図４（ａ）は、光路長調整板の変形例を示す図である。同図に示すように、変形例に係る光路長調整板３３は、合成石英ガラス等の透明媒体によって円板状に形成されており、その中心Ｏをレーザ光Ｌの光軸ＬＡが通過するように配置されている。この光路長調整板３３は、中心Ｏを基準として例えば９０°の位相角をもって周方向に厚さが異なる部分を有し、厚さが最大の第１の部分３３ａから時計回りに、厚さが二番目に大きい第２の部分３３ｂ、厚さが三番目に大きい第３の部分３３ｃ、及び厚さが最小の第４の部分３３ｄとなっている。光路長調整板３３は、例えばレンズ６と発光封体１１との間でレーザ光Ｌの光軸ＬＡと同軸に配置される。

このような光路長調整板３３を用いる場合、図４（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌは、発光封体１１内で、第１の部分３３ａを通る成分による集光位置Ｆａ、第２の部分３３ｂを通る成分による集光位置Ｆｂ、第３の部分３３ｃを通る成分による集光位置Ｆｃ、及び第４の部分３３ｄを通る成分による集光位置Ｆｄの４つの集光位置を光軸ＬＡ方向に有する。したがって、これら４つの集光位置Ｆａ〜Ｆｄによってレーザ光Ｌの集光領域を光軸ＬＡ方向に拡張できる。なお、光路長調整板３３において、厚さが最小の第４の部分３３ｄを形成する代わりに、当該部分を厚さのない（透明媒体が存在しない）切欠部分としてもよい。

なお、光路長調整板３３において、厚さの異なる部分が並ぶ順番は問わないし、求められる条件に応じて、その数（位相角）を変更してもよい。また、光路長調整板３３において、厚さを変えるのではなく、光屈折率の異なる材料を同様に並べてもよく、厚さと材料の組み合わせによって同様の光透過条件を構成してもよい。また、所定の点を基準として位相角を設定するものであれば、その外形は円板状でなくてもよく、レーザ光Ｌの入射方向も図とは逆の方向であってもよい。

また、図５（ａ）は、光路長調整板の別の変形例を示す図である。同図に示すように、別の変形例に係る光路長調整板３４は、合成石英ガラス等の透明媒体によって円板状に形成されており、その中心Ｏをレーザ光Ｌの光軸ＬＡが通過するように配置されている。この光路長調整板３４は、中心Ｏを基準として径方向に同心円状となるように厚さの異なる部分を有し、中心側から外側に向かって順に厚さが最小の第１の部分３４ａ、二番目に厚さが大きい第２の部分３４ｂ、及び厚さが最大の第３の部分３４ｃとなっている。光路長調整板３４は、例えばレンズ６と発光封体１１との間でレーザ光Ｌの光軸ＬＡと同軸に配置される。

このような光路長調整板３４を用いる場合、図５（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌは、発光封体１１内で、第１の部分３４ａを通る部分による集光位置Ｆａ、第２の部分３４ｂを通る部分による集光位置Ｆｂ、及び第３の部分３４ｃを通る部分による集光位置Ｆｃの３つの集光位置を光軸ＬＡ方向に有する。したがって、これら４つの集光位置Ｆａ〜Ｆｃによってレーザ光Ｌの集光領域を光軸ＬＡ方向に拡張できる。なお、光路長調整板３４において、厚さが最小の第１の部分３４ａを形成する代わりに、当該部分を厚さのない（透明媒体が存在しない）切抜部分としてもよい。

なお、光路長調整板３４において、厚さの異なる部分が並ぶ順番は問わないし、求められる条件に応じて、その数を変更してもよい。また、光路長調整板３４において、厚さを変えるのではなく、光屈折率の異なる材料を同様に並べてもよく、厚さと材料の組み合わせによって同様の光透過条件を構成してもよい。また、所定の点を基準として同心円を設定するものであれば、その外形は円板状でなくてもよく、レーザ光Ｌの入射方向も図とは逆の方向であってもよい。
［第３実施形態］

図６は、本発明の第３実施形態に係る光源装置の概略を示す図である。同図に示すように、第３実施形態に係る光源装置４１は、集光拡張部Ｋである集光位置形成部４２としてレンズアレイ４３を用いている点で第１実施形態と異なっている。より具体的には、光源装置４１では、例えば片凸レンズが配列されてなるレンズアレイ４３がレンズ５，６間に配置されている。

この光源装置４１では、レーザ光Ｌがレンズアレイ４３を通ることにより、レーザ光Ｌの集光位置Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃが光軸ＬＡに直交する方向（光軸ＬＡと垂直な方向におけるレーザ光Ｌの断面の面内方向）に形成される。したがって、これらの集光位置Ｆａ〜Ｆｃによってレーザ光Ｌの集光領域を光軸ＬＡに直交する方向に拡張でき、レーザ支持光の発光領域を拡張できるので、レーザ部２を高出力化させることなくレーザ支持光の照度を十分に確保できる。
［第４実施形態］

図７は、本発明の第４実施形態に係る光源装置を示す概略図である。同図に示すように、第４実施形態に係る光源装置５１は、集光拡張部Ｋである集光位置形成部５２として光変調素子である空間光変調器５３を用いている点で第１実施形態と異なっている。

空間光変調器５３は、光の波面を制御することによってレーザ光Ｌのパターン調整や収差補正を行う装置である。この空間光変調器５３では、例えば平行配向されたネマティック液晶層液晶によって入射したレーザ光Ｌを位相変調して反射し、光強度や偏光方向を維持した状態で光の位相のみを変調する。液晶の状態（位相変調量）は、不図示のコントローラからの信号により画素ごとに制御される。

本実施形態では、空間光変調器５３は、例えばレンズ５，６間に反射される。レンズ５，６の後段側には、更に２つのレンズ５４，５５が配置されている。光ファイバ４のヘッド４ａから出射したレーザ光Ｌは、レンズ５，６間の空間光変調器５３で反射した後、レンズ５４によって平行光化された後、レンズ５５によって発光封体１１に向けて集光する。空間光変調器５３で位相変調を受けたレーザ光Ｌは、光軸ＬＡに直交する方向（光軸ＬＡと垂直な方向におけるレーザ光Ｌの断面の面内方向）に例えば３つの集光位置Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃを形成する。したがって、これらの集光位置Ｆａ〜Ｆｃによってレーザ光Ｌの集光領域を光軸ＬＡに直交する方向に拡張でき、レーザ支持光の発光領域を拡張できるので、レーザ部２を高出力化させることなくレーザ支持光の照度を十分に確保できる。
［第５実施形態］

図８は、本発明の第５実施形態に係る光源装置を示す概略図である。同図に示すように、第５実施形態に係る光源装置６１は、集光位置形成部２２に代えて、レーザ光Ｌの集光領域における集光形状を光軸ＬＡに交差する面内方向に延在させる集光形状調整部６２を集光拡張部Ｋとして有している点で第１実施形態と異なっている。

より具体的には、集光形状調整部６２は、シリンドリカルレンズ６３によって構成されている。シリンドリカルレンズ６３は、例えばレンズ５，６間に配置されている。シリンドリカルレンズ６３は、入射するレーザ光Ｌを１軸方向のみについて変化させ、レーザ光Ｌの集光形状を光軸ＬＡに直交する方向（光軸ＬＡと垂直な方向におけるレーザ光Ｌの断面の面内方向）について線状に変化させる。これにより、レーザ光Ｌは、光軸ＬＡ方向に第１の集光位置Ｆａと第２の集光位置Ｆｂとを有し、図８（ａ）に示すように、正面側から見た場合には、第１の集光位置Ｆａで焦点を結ぶと共に第２の集光位置Ｆｂで光軸ＬＡに直交する方向に延在し、図８（ｂ）に示すように、側面側から見た場合には、第１の集光位置Ｆａで光軸ＬＡに直交する方向に延在すると共に第２の集光位置Ｆｂで焦点を結ぶ。

このような光源装置６１においても、集光形状の延在によりレーザ光Ｌの集光領域を十分に拡張でき、レーザ支持光の発光領域を拡張できるので、レーザ部２を高出力化させることなくレーザ支持光の照度を十分に確保できる。なお、本実施形態では、レーザ光Ｌの第１の集光位置Ｆａ及び第２の集光位置Ｆｂのいずれか一方が発光封体１１内に配置されるようにしてもよく、第１の集光位置Ｆａ及び第２の集光位置Ｆｂの双方が発光封体１１内に配置されるようにしてもよい。
［第６実施形態］

図９は、本発明の第６実施形態に係る光源装置の概略を示す図である。同図に示すように、第６実施形態に係る光源装置７１は、集光形状調整部７３及び集光位置形成部７４として光変調素子である回折光学素子７５を有している点で第１実施形態と異なっている。

より具体的には、回折光学素子７５は、例えばレンズ５，６間に配置されている。回折光学素子７５は、その回折パターンに応じて、入射するレーザ光Ｌを１軸方向のみについて変化させる集光形状調整部７３として機能し、図９（ａ）に示すように、レーザ光Ｌの集光形状を光軸ＬＡに直交する方向（光軸ＬＡと垂直な方向におけるレーザ光Ｌの断面の面内方向）について線状に変化させる。これにより、レーザ光Ｌが集光位置Ｆａにおいて光軸ＬＡに直交する方向に延在し、レーザ光Ｌの集光領域を十分に拡張できるので、レーザ支持光の照度を十分に確保できる。

また、回折光学素子７５は、その回折パターンを変更することで集光位置形成部７４として機能し、例えばレーザ光Ｌの集光位置Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃを光軸ＬＡに直交する方向に形成する。したがって、これらの集光位置Ｆａ〜Ｆｃによってレーザ光Ｌの集光領域を光軸ＬＡに直交する方向に拡張でき、レーザ部２を高出力化させることなくレーザ支持光の照度を十分に確保できる。なお、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す形態において、レーザ光Ｌの集光位置をよりレーザ部２側から遠くにするために、図７に示したレンズ５４，５５のようなレンズ群をレンズ６の後段側に配置してもよい。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、集光位置形成部（光路長調整板）の厚みの変化は、平板部間の段差部によって形成されているが、なだらかな面で平板部をつないでもよく、さらに、一面がなだらかに厚みを連続的に変化させるような傾斜面を有していてもよい。また、レーザ支持光の発光領域Ｍは、それぞれ独立した複数のレーザ光Ｌの集光位置によって形成されるのみではなく、多数の集光位置が実質的に連続して配置されることで形成されてもよい。

１，３１，４１，５１，６１，７１…光源装置、２…レーザ部、３…光学系、７…光源、１１…発光封体、２２，４２，５２，７４…集光位置形成部、２３，２３Ａ〜２３Ｃ，３３，３４…光路長調整板、２４…アクチュエータ（駆動部）、４３…レンズアレイ、５３…空間光変調器（光変調素子）、６２，７３…集光形状調整部、７５…回折光学素子（光変調素子）、Ｆａ〜Ｆｄ…集光位置、Ｇ…発光ガス、Ｋ…集光拡張部、Ｌ…レーザ光、ＬＡ…光軸、Ｓ…内部空間。

Claims (12)

1. レーザ光を出射するレーザ部と、
   内部空間に発光ガスが封入された発光封体を備えた光源と、
   前記レーザ光を前記発光封体内に集光させる光学系と、
   前記光学系による前記レーザ光の集光領域を前記レーザ光の光軸方向又は前記光軸方向に交差する面内方向に拡張する集光拡張部と、を備えたことを特徴とする光源装置。
2. 前記集光拡張部は、前記レーザ光の集光領域に複数の集光位置を形成する集光位置形成部を有していることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記集光位置形成部は、前記レーザ光の一部分の光路長を他部分の集光位置に対して前記レーザ光の光軸方向に変化させる光路長調整板によって構成されていることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
4. 前記集光位置形成部は、前記光路長調整板を複数有し、
   前記複数の光路長調整板は、前記レーザ光に対する進出位置が互いに異なるように前記レーザ光の光軸方向に配置されていることを特徴とする請求項３記載の光源装置。
5. 前記光路長調整板を前記レーザ光に対して駆動させる駆動部を有していることを特徴とする請求項３又は４記載の光源装置。
6. 前記集光位置形成部は、前記レーザ光の光路長を前記光軸方向の軸回りに変化させる光路長調整板によって構成されていることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
7. 前記集光位置形成部は、前記レーザ光の光路長を前記光軸の径方向に変化させる光路長調整板によって構成されていることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
8. 前記集光位置形成部は、レンズアレイによって構成されていることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
9. 前記集光位置形成部は、光変調素子によって構成されていることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
10. 前記集光拡張部は、前記レーザ光の集光領域における集光形状を前記光軸方向に交差する面内方向に延在させる集光形状調整部を有していることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
11. 前記集光形状調整部は、シリンドリカルレンズによって構成されていることを特徴とする請求項１０記載の光源装置。
12. 前記集光形状調整部は、光変調素子によって構成されていることを特徴とする請求項１０記載の光源装置。

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