JPWO2018186384A1 - 光源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2017年4月3日に日本に出願された特願2017−073954号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
図38は、レーザ光用のライトガイドの第2の例の断面図である。このライトガイド110は、複数の光ファイバ111がガラス管112内で溶融一体化された構造を有する。
図39は、レーザ光用のライトガイドの第3の例の断面図である。このライトガイド120は、複数の光ファイバ121と、光ファイバ121より細いロッド材122と、を備えている(例えば、特許文献1を参照)。ライトガイド120では、ロッド材122によって光ファイバ121の非円化変形を抑制できる。
図38に示すライトガイド110は、光ファイバ111が溶融により変形し、ビームプロファイルが非円形(例えば楕円形状)となることがあった。
図39に示すライトガイド120は、ロッド材122によって光ファイバ111の変形を小さくできるが、光ファイバ111の非円化を完全に防ぐことはできなかった。そのため、図38のライトガイド110と同様に、ビームプロファイルが非円形となることがあった。
前記固定部材は、少なくとも前記光ファイバの前記先端部分の前記全周を囲むように接していてもよい。
前記固定部材は、前記光ファイバの前記先端部分と融着していてもよい。
前記固定部材は、前記光ファイバの前記先端部分の前記全周と融着していてもよい。
前記固定部材の基端における前記光ファイバのコア径と、前記固定部材の先端における前記光ファイバのコア径との差は、前記固定部材の前記基端における前記光ファイバの前記コア径に対して10%以下であってもよい。
前記光学部品は、少なくとも前記光ファイバの前記先端面に当接するように固着されていてもよい。
少なくとも前記光ファイバの前記先端面は、光散乱構造を有し、前記光学部品は、蛍光材料から構成される蛍光体であり、前記蛍光体は、少なくとも前記光ファイバの前記先端面に当接するように固着されてもよい。
前記光学部品は、蛍光材料から構成される蛍光体と、中継コアおよび前記中継コアを囲む中継クラッドを有し、かつ、第一端面と第二端面を有する中継用ファイバを有し、前記中継用ファイバの前記第一端面は、少なくとも前記光ファイバの前記先端面に当接するように固着され、前記蛍光体は、前記中継用ファイバの前記第二端面に固着されてもよい。
前記中継用ファイバの前記第二端面は、光散乱構造を有していてもよい。
前記光源を含む複数の光源と、前記光ファイバを含む複数の光ファイバと、を備えていてもよい。
少なくとも前記複数の光ファイバの先端面は、光散乱構造を有し、前記光学部品は、蛍光材料から構成される蛍光体であり、前記蛍光体は、少なくとも前記複数の光ファイバの前記先端面 に当接するように固着されていてもよい。
前記光学部品は、蛍光材料から構成される蛍光体と、中継コアおよび前記中継コアを囲む中継クラッドを有し、かつ、第一端面と第二端面とを有する中継用ファイバを有し、前記中継用ファイバの前記第一端面は、少なくとも前記複数の光ファイバの前記先端面に当接するように固着され、前記蛍光体は、前記中継用ファイバの前記第二端面に固着され、前記中継コアの外形は、前記中継用ファイバの長さ方向から見て、前記中継コアの内側に、前記固定部材が保持するすべての前記複数の前記光ファイバの前記先端面が一括的に配置されるように定められていてもよい。
前記中継用ファイバの第二端面は、光散乱構造を有していてもよい。
前記複数の前記光源は、赤色光の光源と、緑色光の光源と、青色光の光源とを含んでいてもよい。
前記複数の前記光源は、赤色光の光源と、緑色光の光源と、青色光の光源とを含み、少なくとも前記複数の前記光ファイバの前記先端は、光散乱構造を有していてもよい。
前記光学部品は、中継コアおよび前記中継コアを囲む中継クラッドを有し、かつ、第一端面と第二端面とを有する中継用ファイバを有し、前記中継用ファイバの前記第一端面は、少なくとも前記複数の光ファイバの前記先端面に当接するように固着され、前記中継コアの外形は、前記中継用ファイバの長さ方向から見て、前記中継コアの内側に、前記固定部材が保持するすべての前記複数の前記光ファイバの前記先端面が一括的に配置されるように定められていてもよい。
前記中継用ファイバの前記第二端面は、光散乱構造を有していてもよい。
前記複数の前記光ファイバの先端部分は、前記固定部材によって互いに隔てられていてもよい。
前記固定部材は、保持部材に挿通され、少なくとも前記光ファイバの前記先端部分が前記保持部材に無機系接着剤またはシリコーン系接着剤で固定されていてもよい。
前記固定部材は、少なくとも前記複数の前記光ファイバの先端を含む先端部分のそれぞれを、全周を囲むように接して固定されている。
前記固定部材は、前記複数の前記光ファイバの前記先端部分と融着されている。
前記固定部材は、前記複数の前記光ファイバの前記先端部分の全周と融着されている。
また、光ファイバの先端部分が固定部材で囲まれるため、製造時に先端部分の変形が起こりにくく、先端部分の断面の非円率を低くできる。よって、ビームプロファイルの乱れは生じにくい。
したがって、入射される光の出力が高い場合でも光ファイバ先端部が焼損しにくく、かつビームプロファイルの乱れが生じにくい光源装置を提供できる。
本発明の第1実施形態に係る光源装置は、レーザ光を出力する光源と、基端と、先端を含む先端部分と、前記先端における先端面と、を有し、前記レーザ光が前記基端から入射する光ファイバと、少なくとも前記光ファイバの前記先端部分の全周を囲むことにより前記光ファイバを固定する固定部材と、前記光ファイバの前記先端における前記光ファイバの延長線が通る位置に設置された光学部品とを備える。
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る光源装置の概略図である。図2は、前記光源装置の光源装置用光ファイバユニットの基端部分の断面図である。図3は、前記光源装置用光ファイバユニットの第1固定部材の斜視図である。図4は、前記光源装置の光源装置用光ファイバユニットの先端部分の断面図である。図2および図4は、光ファイバの長さ方向に垂直な断面を示す図である。図5は、前記光源装置用光ファイバユニットの第2固定部材の斜視図である。
図2に示すように、光ファイバ6は、例えば、マルチモードファイバである。光ファイバ6は、コア6cおよびコア6cを囲むクラッド6dを有する。コア6cは、例えば実質的にドーパントを含まない純粋石英ガラスから構成される。クラッド6dは、例えばフッ素添加石英ガラスから構成される。
図1に示すように、光ファイバ6の基端6aには、光源1からのレーザ光Lが入射する。基端6aは入射端ともいう。先端6bは、基端6aとは反対の端であり、レーザ光Lが出射する出射端である。光ファイバ6の長さ方向を「X方向」ということがある。
図1に示すように、第1固定部材7の挿通孔7dには、光ファイバ6の基端6aを含む部分(基端部分6e)が挿通している。基端部分6eは、光ファイバ6における長さ方向の一部の部位である。基端部分6eにおけるコア6cの長さ方向(X方向)に直交する断面の形状は円形状である。基端部分6eの断面のコア6cの非円率は、例えば1%以下である。非円率は、例えば次の式(1)に基づいて算出できる。
基端7aの端面は基端6aの端面(基端面)と同一平面上に位置することが好ましい。
図1に示すように、第2固定部材8の挿通孔8dには、光ファイバ6の先端6bを含む部分(先端部分6g)が挿通している。先端部分6gは、光ファイバ6の長さ方向の一部である。先端部分6gにおけるコア6cの長さ方向(X方向)に直交する断面の形状は円形状である。先端部分6gの断面のコア6cの非円率は、例えば1%以下である。
第2固定部材8の内周面8cは、外周面6fに融着していることが好ましい。第2固定部材8は、先端部分6gの外周面6fの全周と融着していることが好ましい。第2固定部材8の、長さ方向(X方向)に直交する断面の形状(外形)は円形状である。
先端8bの端面(先端面)は先端6bの端面(先端面)と同一平面上に位置することが好ましい。
前記第2コア径差が前記第2基端コア径に対して10%以下であると、光ファイバ6の基端6aにおけるNAと、先端6bにおけるNAとの差を小さく抑えることができる。
固定部材の穴は、光ファイバ1本に対して1個であることが好ましい。例えば7本の光ファイバを用いる場合、固定部材の穴は7個で、同心円状に均等に配置されていることが好ましい。
換言すれば、複数の前記光ファイバの先端部分は、前記固定部材によって互いに隔てられていることが好ましい。
このように構成することで、光ファイバと固定部材との融着後に、光ファイバのコアの非円化変形を抑えることができる。
光学部品4は、例えば蛍光体である。蛍光体は、例えばYAG系の結晶材料で形成されている。光源1から光ファイバ6を経て光学部品4に照射された青色光の一部は、光学部品4で蛍光に変換される。変換された蛍光と未変換光とは、合成されて白色光となる。光学部品4は、例えば板状とされ、延長線E1に対して垂直に設置される。
ここで焼損とは、例えば、光ファイバの先端が光学部品からの輻射熱、反射光(蛍光およびレーザ光)を吸収して発熱することにより損傷を受けることである。例えば、光ファイバがエポキシ系等の接着剤で固定された光ファイバユニットでは、光ファイバ先端の接着剤が焼損すると、接着剤が蒸散して光ファイバ端面に付着し、当該端面が、反射光より強い出射光を吸収してしまい、出射光のパワー低下、周囲の部品の破損などが起きる可能性がある。
拡散板は、光を拡散させる機能を有する。拡散板は、光を散乱させる表面凹凸を有する構造、光散乱粒子を含む構造などが可能である。
光学部品4は、蛍光体、レンズ、大口径光ファイバ、ミラー、拡散板、ロッドおよびパネルのうち2以上を組み合わせて構成してもよい。例えば、光学部品4は、レンズと蛍光体の組み合わせでもよいし、拡散板と蛍光体の組み合わせでもよい。
蛍光体の原材料は、例えば、Ce:YAG、Ce:LuAGなどが挙げられる。Ce:YAGは、Ceを含むYAG系の結晶材料である。Ce:LuAGは、Ceを含むLuAGである。
無機系バインダは、例えば、Al2O3、SiO2、TiO2、BaO、Y2O3のうち1または2以上を含む。
図7は、光ファイバユニット3の先端の端面(先端面)に、光学部品4Aを当接させた状態で固定した構造の第2の例の概略図である。光学部品4Aは、拡散板4Bと蛍光体4Cとを積層した構造である。拡散板4Bは光ファイバユニット3の先端面に設けられている。蛍光体4Cは、拡散板4Bの外面(光ファイバユニット3側とは反対の面)に設けられている。
光ファイバユニット3の先端面には、拡散板に代わり、微細な表面凹凸構造を形成したり、散乱粒子を直接付着させたりしてもよい。微細な表面凹凸構造または散乱粒子の付着などにより光を散乱させることができれば、均一な出射光が得られる。
図6および図7に示すように、光学部品4,4Aを光ファイバユニット3の先端に当接させて取り付けた構造を採用することによって、光ファイバユニット3の先端部分の小型化が可能となる。
図1に示すように、第1固定部材7および第2固定部材8(図3および図5参照)となる一対の筒状体(図示略)を用意する。筒状体は、例えばガラスから構成される。筒状体の内径は、光ファイバ6の基端部分6eおよび先端部分6gの外径よりやや大きい。
前記一対の筒状体に、光ファイバ6の基端部分6eおよび先端部分6gをそれぞれ挿入し、前記筒状体を全周にて基端部分6eおよび先端部分6gに接合させる。例えば、前記筒状体の挿通孔内面を、加熱溶融により光ファイバ6の基端部分6eおよび先端部分6gに一体化させる。これにより、光ファイバユニット3を得る。
光源装置10では、光ファイバ6の先端部分6gが第2固定部材8で囲まれるため、製造時に先端部分6gの変形が起こりにくく、先端部分6gの断面の非円率を低くできる。よって、ビームプロファイルの乱れは生じにくい。
したがって、入射される光の出力が高い場合でも光ファイバ6の先端6bが焼損しにくく、かつビームプロファイルの乱れが生じにくい光源装置10を提供できる。
また、光源装置10では、光ファイバ6の先端部分6gが第2固定部材8で囲まれているため、清掃等の際に光ファイバ6が破損しにくい。よって、光源装置10は、取扱い性の点で優れている。
第2固定部材8は、先端部分6gと融着されていると、焼損防止および固定強度向上の点で好適である。特に、第2固定部材8が先端部分6gの全周と融着されていると、焼損防止および固定強度向上の点でさらに好ましい。
そのため、光源1の出力が高い場合、集光レンズ2による集光により光強度が高くなる場合などにおいて、光ファイバユニット3の基端に焼損が起こりにくい。
光ファイバユニット3では、光ファイバ6の先端部分6gが第2固定部材8で囲まれるため、製造時に先端部分6gの変形が起こりにくく、先端部分6gの断面の非円率を低くできる。よって、ビームプロファイルの乱れは生じにくい。
したがって、入射される光の出力が高い場合でも光ファイバ6の先端6bが焼損しにくく、かつビームプロファイルの乱れが生じにくい。
光ファイバユニット3では、光ファイバ6の先端部分6gが第2固定部材8で囲まれているため、清掃等の際に光ファイバ6が破損しにくい。よって、光ファイバユニット3は、取扱い性の点で優れている。
以下、本発明の第2実施形態について、図8A〜図10を用いて説明する。なお、既出の実施形態との共通部分については同じ符号を付して説明を省略する場合がある。
図8Aは、本発明に係る光源装置の第2実施形態の概略図である。図8Bは、前記光源装置の一部の概略図である。図9は、前記光源装置の光ファイバユニットの先端部分の断面図である。図9は、光ファイバの長さ方向に垂直な断面を示す図である。図10は、第2固定部材の斜視図である。
光源21は、例えば図1に示す光源1と同様とすることができる。
集光レンズ22は、例えば図1に示す集光レンズ2と同様とすることができる。
光ファイバユニット23は、複数の光ファイバ6と、複数の第1固定部材7と、第2固定部材28(先端固定部材)とを備えている。
図9に示すように、複数の挿通孔29は、中央挿通孔29aと、複数の周辺挿通孔29bとを有する。中央挿通孔29aは、光ファイバ6の長さ方向(X方向)に直交する断面において、第2固定部材28の中央に形成されている。複数(この実施形態では6つ)の周辺挿通孔29bは、中央挿通孔29aの外周側の位置に、中央挿通孔29aを囲む円に沿って、周方向に等間隔に並んで形成されている。中央挿通孔29aおよび周辺挿通孔29bは、それぞれの中心を結ぶ線が三角格子状となるように配置されている。隣り合う挿通孔29の中心間距離は等しい。
図9に示すように、第2固定部材28は、光ファイバ6の先端部分6gの全周をそれぞれ囲んでいる。挿通孔29の内周面29cは、光ファイバ6の外周面6fに、全周にて直接、接して接合されている。第2固定部材28は、複数の光ファイバ6の先端部分6gのそれぞれに、全周を囲むように接している。これによって、第2固定部材28は、複数の光ファイバ6の先端部分6gを固定している。
挿通孔29の内周面29cは、外周面6fに融着していることが好ましい。第2固定部材28は、先端部分6gの外周面6fの全周と融着していることが好ましい。
前記第2コア径差が前記第2基端コア径に対して10%以下であると、光ファイバ6の基端6aにおけるNAと、先端6bにおけるNAの差を抑えることができる。
第1固定部材7(図3参照)となる筒状体(図示略)と、第2固定部材28(図10参照)となる固定部材(母材)(図示略)とを用意する。前記固定部材(母材)は、例えばガラスから構成され、挿通孔を有する。挿通孔の内径は、光ファイバ6の先端部分6gの外径よりやや大きい。
前記筒状体に、光ファイバ6の基端部分6eを挿入するとともに、前記固定部材(母材)の挿通孔に先端部分6gを挿入する。前記筒状体および前記固定部材(母材)を全周にて基端部分6eおよび先端部分6gに接合させる。例えば、前記筒状体および前記固定部材(母材)の挿通孔内面を、加熱溶融により光ファイバ6の基端部分6eおよび先端部分6gに一体化させる。これにより、光ファイバユニット23を得る。
これにより、図8Aに示す光源装置20を得る。
光源装置20では、光ファイバ6の先端部分6gが第2固定部材28で囲まれるため、製造時に先端部分6gの変形が起こりにくく、先端部分6gの断面の非円率を低くできる。よって、ビームプロファイルの乱れは生じにくい。
したがって、入射される光の出力が高い場合でも光ファイバ6の先端6bが焼損しにくく、かつビームプロファイルの乱れが生じにくい光源装置20を提供できる。
光源装置20では、光ファイバ6の先端部分6gが第2固定部材28で囲まれているため、清掃等の際に光ファイバ6が破損しにくい。よって、光源装置20は、取扱い性の点で優れている。
光ファイバユニット23では、光ファイバ6の先端部分6gが第2固定部材28で囲まれるため、製造時に先端部分6gの変形が起こりにくく、先端部分6gの断面の非円率を低くできる。よって、ビームプロファイルの乱れは生じにくい。
したがって、入射される光の出力が高い場合でも光ファイバ6の先端6bが焼損しにくく、かつビームプロファイルの乱れが生じにくい。
光ファイバユニット23では、光ファイバ6の先端部分6gが第2固定部材28で囲まれているため、清掃等の際に光ファイバ6が破損しにくい。よって、光ファイバユニット23は、取扱い性の点で優れている。
図11に示すように、第2固定部材28と光学部品4との間に、集光レンズ33を設けてもよい。この構成では、レーザ光は、光ファイバ6の先端から出射して集光レンズ33を経て光学部品4に照射され、白色光となって出射する。
本発明の第3実施形態について、図12を用いて説明する。既出の実施形態との共通部分については同じ符号を付して説明を省略する。
図12は、本発明の第3実施形態に係る光源装置の一部の概略図である。
図12に示すように、光源装置30では、光ファイバユニット23は保持部材34に挿通されている。光源装置30は、保持部材34が設けられたこと以外は、第2実施形態に係る光源装置20と同じ構成である。
前筒部35は、例えば金属(ステンレス鋼、アルミニウムなど)から構成される。前筒部35の挿通孔35aには、第2固定部材28が挿通している。
前筒部35の前端面35bには、前端凹部37が形成されている。第2固定部材28の先端部分28d(先端28bを含む部分)の少なくとも一部は、前端凹部37内に露出している。
なお、第2固定部材28は、少なくとも先端部分28dが第1接着剤38によって前筒部35に接着固定されていれば、焼損が起こりにくくなる効果は得られる。
図13は、本発明の第4実施形態に係る光源装置の一部の概略図である。なお、既出の実施形態との共通部分については同じ符号を付して説明を省略する。
図13に示すように、第4実施形態に係る光源装置40は、複数の光源41と、複数の集光レンズ42と、光ファイバユニット43と、光学部品4とを備えている。
複数の光源41のうち2以上は、出射光の波長が異なっていてもよい。例えば、複数の光源41が、赤色光(波長630〜650nm)の光源と、緑色光(520〜550nm)の光源と、青色光(440〜460nm)の光源とを含む場合には、各波長の光の出力を調整することによって、多様な色の光を照射することが可能となる。この場合には、蛍光体を用いなくとも白色光が得られる。
光源装置40の光源41は、赤色光の光源41Rと、緑色光の光源41Gと、青色光の光源41Bとを有する。
光ファイバユニット43は、複数の光ファイバ6と、複数の第1固定部材7と、第2固定部材28とを備えている。
図13に示すように、光学部品4は、光ファイバユニット43の先端(光ファイバ6の先端と第2固定部材28の先端のうち少なくとも一方)から離れた位置に設置してもよい。
図14に示すように、光学部品4は、光ファイバユニット43の先端に当接する位置にあってもよい。
図15は、本発明の第5実施形態に係る光源装置の概略図である。図15では、光学部品の図示を省略する。なお、既出の実施形態との共通部分については同じ符号を付して説明を省略する。
図15に示すように、第5実施形態の光源装置50は、複数の光源51と、光ファイバユニット23と、光学部品(図示略)とを備えている。
光源51Aでは、光源21から出力されたレーザ光は、集光レンズ22、光ファイバ56を経て、図15に示す光ファイバユニット23の光ファイバ6に入射する。
光源装置50は、光源51(51A)がそれぞれ複数の光源21を有するため、出射光の出力を高めることができる。
光源51Bでは、光源21から出力されたレーザ光は、集光レンズ22、ミラー57、集光レンズ58を経て、図15に示す光ファイバユニット23の光ファイバ6に入射する。
光源装置50は、光源51(51B)がそれぞれ複数の光源21を有するため、出射光の出力を高めることができる。
図18は、本発明の第6実施形態に係る光源装置の概略図である。図19は、図18の光源装置の一部を示す断面図である。なお、既出の実施形態との共通部分については同じ符号を付して説明を省略する。
図18に示すように、第6実施形態に係る光源装置60は、複数の光源41と、複数の集光レンズ42と、光ファイバユニット43と、光学部品64とを備えている。
光学部品64は、中継用光ファイバ65と、中継用光ファイバ65の一端(第一端)に接続された第1端部光ファイバ66と、中継用光ファイバ65の他端(第二端)に接続された第2端部光ファイバ67とを備えている。
換言すれば、一端66aにおけるコア66cの外形は、X方向から見て、コア66cの内側に、第2固定部材28が保持するすべての光ファイバ6の先端6b(先端面)が一括的に配置されるように定められる。
第1端部光ファイバ66は、光ファイバ6とは異なる種類の光ファイバであってもよい。例えば、第1端部光ファイバ66のコア66cの屈折率が光ファイバ6のコアの屈折率より高いと、接続面での反射が生じ、光ファイバ6のコアへの戻り光が少なくなることが考えられる。よって、戻り光による光源41への悪影響を回避できる。
図20は、本発明の第7実施形態に係る第1の構成例の概略図である。図21は、光ファイバユニットの先端部の構造の概略図である。なお、既出の実施形態との共通部分については同じ符号を付して説明を省略する。
図20に示すように、光源装置70は、複数(例えば3つ)の光源41と、複数(例えば3つ)の集光レンズ42と、光ファイバユニット43と、光学部品4とを備えている。光ファイバユニット43は、複数(例えば3つ)の光ファイバ6と、複数(例えば3つ)の第1固定部材7と、第2固定部材28とを備えている。
融着の場合は、光ファイバユニット43の先端面43aを加熱溶融させた状態で、先端面43aに蛍光材料を付着させることによって蛍光体を先端面43aに固着させる。
蛍光材料は、蛍光体の粉末材料(原材料)とバインダ(例えば無機系バインダ、シリコーン樹脂等)との混合物であってもよいし、蛍光体の粉末材料のみであってもよい。
蛍光体の原材料は、例えば、Ce:YAG、Ce:LuAGなどが挙げられる。Ce:YAGは、Ceを含むYAG系の結晶材料である。Ce:LuAGは、Ceを含むLuAGである。
無機系バインダは、例えば、Al2O3、SiO2、TiO2、BaO、Y2O3のうち1または2以上を含む。
接着の場合は、蛍光体の粉末材料と接着剤(エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等)との混合物を先端面43aに付着させ、硬化させることによって、蛍光体を先端面43aに固着させる。
第7実施形態に係る第2の構成例の光ファイバユニットにおいては、少なくとも前記光ファイバの前記先端面は、光散乱構造を有し、前記光学部品は、蛍光材料から構成される蛍光体であり、前記蛍光体は、少なくとも前記光ファイバの前記先端面に当接するように固着されている。
第7実施形態に係る第2の構成例における図22に示す光学装置70Aは、第7実施形態に係る第1の構成例における先端面43aに代えて、光散乱構造(光を散乱させる表面凹凸を有する構造、光散乱粒子を含む構造など)を有する先端面43bを用いた点で、図21に示す光学装置70とは異なる。
なお、蛍光体4は、前述の融着、接着等により先端面43bに固定される。
なお、図21の場合と同様に、図22においても、光学部品4は、固定具を用いることなく、先端面43bに隙間なく当接した状態で固定されている。光学部品4(蛍光体)は光ファイバユニット43の先端面43bに設けられている。
先端面43bが光散乱構造(光を散乱させる表面凹凸を有する構造、光散乱粒子を含む構造など)を有するために、光源装置70Aでは、光散乱構造により光を散乱させることにより、光の密度が均等となり、均一化された出射光が得られる。
図23は、本発明の第8実施形態に係る第1の構成例の概略図である。図24は、光ファイバユニットの先端部の構造の概略図である。なお、既出の実施形態との共通部分については同じ符号を付して説明を省略する。
図23に示すように、光源装置80は、複数(例えば3つ)の光源41と、複数(例えば3つ)の集光レンズ42と、光ファイバユニット43と、光学部品81とを備えている。
換言すれば、前記光学部品は、蛍光材料から構成される蛍光体と、中継コアおよび前記中継コアを囲む中継クラッドを有し、かつ、第一端面と第二端面を有する中継用ファイバを有し、前記中継用ファイバの前記第一端面は、少なくとも前記光ファイバの前記先端面に当接するように固着され、前記蛍光体は、前記中継用ファイバの前記第二端面に固着されている。
中継用ファイバ82の端面82aにおけるコア(中継コア)の外径は、光ファイバ6の長さ方向から見て(同様に、中継用ファイバ82の長さ方向から見て)、中継用ファイバ82のコア(中継コア)が、第2固定部材28が保持するすべての光ファイバ6(複数の光ファイバ)の先端6b(複数の先端面)を一括的に包含するように定められる(図19参照)。
換言すれば、光学部品8は、中継コアおよび中継コアを囲む中継クラッドを有する中継用ファイバを有し、中継コアの外形は、中継用ファイバ82の長さ方向から見て、中継コアの内側に、第2固定部材28が保持するすべての複数の光ファイバ6の先端面(複数の先端面)が一括的に配置されるように定められる。
また、中継用ファイバ82は、例えば、中継コアが上記外径の条件を満たすシングルコアファイバである。
なお、中継用ファイバ82としての大口径ファイバとしては、中継コアが上記外径の条件を満たせばよく、例えば、通常の通信用途の光ファイバの中でもコア径が大きいファイバを用いてもよく、通常の通信用途の光ファイバよりもコア径が大きいファイバを用いてもよい。例えば、大口径ファイバとしては、コア径50〜2000μm、クラッド径80〜2200μmのファイバなどを用いてよい。
また、光ファイバ6からの光を効率よく入射させ、伝搬させるために、中継用ファイバ82の開口数(NA)は、光ファイバ6の開口数(NA)以上の値となるように構成される。
また、中継用ファイバ82の開口数(NA)が光ファイバ6の開口数(NA)より高すぎても、光ファイバ6から中継用ファイバ82に出射される光が広がってしまう。
そのため、中継用ファイバ82の開口数(NA)と光ファイバ6の開口数(NA)とは、略同等(中継用ファイバ82の開口数(NA)がわずかに高い)ことが好ましく、中継用ファイバ82の開口数(NA)と光ファイバ6の開口数(NA)とが同一であることがより好ましい。
中継用ファイバ82は、前述の融着、接着等により先端面43aに固定される。蛍光体83は、前述の融着、接着等により中継用ファイバ82の端面82bに固定される。融着を採用する場合には、接続損失が小さく、透過光率が高くなる。また、接着剤を使用しないため高出力のレーザ光にも対応できる。光ファイバユニット43と中継用ファイバ82との接続には、コネクタ接続を採用してもよい。
図25に示すように、光源装置80Aでは、光ファイバユニット43の先端面43aに、光学部品81Aが固着されている。
すなわち、蛍光体83は、中継用ファイバ82の他方の端面82c(第二端面)に固定されている。
蛍光体83は、前述の融着、接着等により中継用ファイバ82の端面82cに固定される。
光学部品81Aは、第8実施形態に係る第1の構成例における端面82bに代えて、光散乱構造(光を散乱させる表面凹凸を有する構造、光散乱粒子を含む構造など)を有する端面(第二端面)82cを用いた点で、図24に示す光学部品81と異なる。
端面82cが光散乱構造(光を散乱させる表面凹凸を有する構造、光散乱粒子を含む構造など)を有することによって、光源装置80Aでは、中継用ファイバ82と、光散乱構造を有する端面82bと、により光を散乱させることができ、さらに光の密度が均等となり、均一化された出射光が得られる。
図26は、本発明の第9実施形態に係る光源装置の第1の構成例の概略図である。図27は、光ファイバユニット93の先端部の構造の概略図である。なお、既出の実施形態との共通部分については同じ符号を付して説明を省略する。
図26に示すように、光源装置90は、複数(例えば3つ)の光源41と、複数(例えば3つ)の集光レンズ42と、光ファイバユニット93と、光学部品91とを備えている。3つの光源41は、それぞれ、赤色光の光源41Rと、緑色光の光源41Gと、青色光の光源41Bである。
光ファイバユニット93の先端面93a(第2固定部材28および光ファイバ6の先端面)は、光散乱構造(光を散乱させる表面凹凸を有する構造、光散乱粒子を含む構造など)を有する。3つの光源41から光ファイバ6を通して出射される光は互いに異なる色であるが(図26参照)、先端面93aにおいて、表面凹凸や散乱粒子により散乱することにより均一化される。そのため、色ムラが少ない出射光が得られる。
光源装置90は、赤色光の光源41Rと、緑色光の光源41Gと、青色光の光源41Bとを備えているため、蛍光体を使用せずに白色光が得られる。光源装置90では、蛍光体が不要であるため構造が簡略であり、小型化を図ることができる。
図29に示すように、光源装置90Aでは、光ファイバユニット43の先端面43aに、光学部品91Aが設けられている。光学部品91Aは、中継用ファイバ82(大口径ファイバ)と、レンズ94とを備える。中継用ファイバ82の一方の端面82a(第一端面)は、光ファイバユニット43の先端面43aに固定されている。中継用ファイバ82は、固定具を用いることなく、先端面43aに隙間なく当接した状態で固定されている。
光源装置90Aでは、赤色光の光源41Rと、緑色光の光源41Gと、青色光の光源41Bとを備えているため、蛍光体を使用せずに白色光が得られる。
図30に示すように、光源装置90Bでは、光ファイバユニット43の先端面43aに、光学部品91Bが設けられている。光学部品91Bは、中継用ファイバ82Bの端面82Bbが、光散乱構造(光を散乱させる表面凹凸を有する構造、光散乱粒子を含む構造など)を有する点で、図29に示す光学部品91Aと異なる。
なお、中継用ファイバ82Bにおけるその他の構造、構成においては、上記第8実施形態に係る第1の構成例における中継用ファイバ82と同様であるため、以下省略する。
例えば、図1および図8Aに示すように、上記第1実施形態および第2実施形態に係る光源装置10,20では、光ファイバ6の基端部分に第1固定部材7が設けられている。上記実施形態に係る光源装置は、光ファイバユニットの基端における焼損防止等の点で、第1固定部材を備えていることが好ましいが、第1固定部材がない構成も可能である。
図32に示す第1変形例の光ファイバユニットは、複数の光ファイバ6と第2固定部材78とを有する。光ファイバ6は、一列に直線状に並ぶ配置とされる。第2固定部材78の断面形状は円形である。
図33に示す第2変形例の光ファイバユニットでは、複数の光ファイバ6は、三角格子状の配置とされる。
図34に示す第3変形例の光ファイバユニットでは、複数の光ファイバ6は、第2固定部材78の中心軸を軸とする6回対称の回転対称位置にある。
図35に示す第4変形例の光ファイバユニットは、第2固定部材88の断面形状が矩形である点で第2変形例(図33参照)と異なる。なお、固定部材の断面形状は特に限定されず、多角形状、楕円状などであってもよい。
図36に示す第5変形例の光ファイバユニットでは、複数の光ファイバ6A〜6Cは、互いに外径が異なる。
なお、上記実施形態に係る光ファイバ6は、複数であっても、単数であってもよい。
3,23,43,93・・・光ファイバユニット(光源装置用光ファイバユニット)
4,4A,64,81,81A,91,91A,91B・・・光学部品
4C・・・蛍光体
6・・・光ファイバ
6a・・・基端
6b・・・先端
6g・・・先端部分
7・・・第1固定部材
8,28,78,88・・・第2固定部材
10,20,30,40,50,60,70,70A,80,80A,90,90A,90B・・・光源装置
28b・・・先端
34・・・保持部材
66c・・・コア
66d・・・クラッド
82,82B・・・中継用ファイバ
E1・・・延長線。
Claims (22)
- 光源装置であって、
レーザ光を出力する光源と、
基端と、先端を含む先端部分と、前記先端における先端面と、を有し、前記レーザ光が前記基端から入射する光ファイバと、
少なくとも前記光ファイバの前記先端部分の全周を囲むことにより前記光ファイバを固定する固定部材と、
前記光ファイバの前記先端における前記光ファイバの延長線が通る位置に設置された光学部品とを備える、
光源装置。 - 前記固定部材は、少なくとも前記光ファイバの前記先端部分の前記全周を囲むように接している、請求項1に記載の光源装置。
- 前記固定部材は、前記光ファイバの前記先端部分と融着している、請求項1または2に記載の光源装置。
- 前記固定部材は、前記光ファイバの前記先端部分の前記全周と融着している、請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記固定部材の基端における前記光ファイバのコア径と、前記固定部材の先端における前記光ファイバのコア径との差は、前記固定部材の前記基端における前記光ファイバの前記コア径に対して10%以下である、請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記光学部品は、少なくとも前記光ファイバの前記先端面に当接するように固着されている、請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の光源装置。
- 少なくとも前記光ファイバの前記先端面は、光散乱構造を有し、
前記光学部品は、蛍光材料から構成される蛍光体であり、
前記蛍光体は、少なくとも前記光ファイバの前記先端面に当接するように固着されている、
請求項6に記載の光源装置。 - 前記光学部品は、蛍光材料から構成される蛍光体と、
中継コアおよび前記中継コアを囲む中継クラッドを有し、かつ、第一端面と第二端面を有する中継用ファイバを有し、
前記中継用ファイバの前記第一端面は、少なくとも前記光ファイバの前記先端面に当接するように固着され、
前記蛍光体は、前記中継用ファイバの前記第二端面に固着されている、請求項6に記載の光源装置。 - 前記中継用ファイバの前記第二端面は、光散乱構造を有する、請求項8記載の光源装置。
- 前記光源を含む複数の光源と、
前記光ファイバを含む複数の光ファイバと、を備える、請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の光源装置。 - 少なくとも前記複数の光ファイバの先端面は、光散乱構造を有し、
前記光学部品は、蛍光材料から構成される蛍光体であり、
前記蛍光体は、少なくとも前記複数の光ファイバの前記先端面に当接するように固着されている、
請求項10に記載の光源装置。 - 前記光学部品は、蛍光材料から構成される蛍光体と、
中継コアおよび前記中継コアを囲む中継クラッドを有し、かつ、第一端面と第二端面とを有する中継用ファイバを有し、
前記中継用ファイバの前記第一端面は、少なくとも前記複数の光ファイバの前記先端面に当接するように固着され、
前記蛍光体は、前記中継用ファイバの前記第二端面に固着され、
前記中継コアの外形は、前記中継用ファイバの長さ方向から見て、前記中継コアの内側に、前記固定部材が保持するすべての前記複数の前記光ファイバの前記先端面が一括的に配置されるように定められる、請求項10に記載の光源装置。 - 前記中継用ファイバの第二端面は、光散乱構造を有する、請求項12記載の光源装置。
- 前記複数の前記光源は、赤色光の光源と、緑色光の光源と、青色光の光源とを含む、請求項10に記載の光源装置。
- 前記複数の前記光源は、赤色光の光源と、緑色光の光源と、青色光の光源とを含み、
少なくとも前記複数の前記光ファイバの前記先端は、光散乱構造を有する、請求項14に記載の光源装置。 - 前記光学部品は、中継コアおよび前記中継コアを囲む中継クラッドを有し、かつ、第一端面と第二端面とを有する中継用ファイバを有し、
前記中継用ファイバの前記第一端面は、少なくとも前記複数の光ファイバの前記先端面に当接するように固着され、
前記中継コアの外形は、前記中継用ファイバの長さ方向から見て、前記中継コアの内側に、前記固定部材が保持するすべての前記複数の前記光ファイバの前記先端面が一括的に配置されるように定められる、請求項14に記載の光源装置。 - 前記中継用ファイバの前記第二端面は、光散乱構造を有する請求項16記載の光源装置。
- 前記複数の前記光ファイバの先端部分は、前記固定部材によって互いに隔てられている、請求項10〜17のうちいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記固定部材は、保持部材に挿通され、少なくとも前記光ファイバの前記先端部分が前記保持部材に無機系接着剤またはシリコーン系接着剤で固定されている、請求項1〜17のうちいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記固定部材は、少なくとも前記複数の前記光ファイバの先端を含む先端部分のそれぞれを、全周を囲むように接して固定されている、請求項10記載の光源装置。
- 前記固定部材は、前記複数の前記光ファイバの前記先端部分と融着されている、請求項20に記載の光源装置。
- 前記固定部材は、前記複数の前記光ファイバの前記先端部分の全周と融着されている、請求項21に記載の光源装置。
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