JP5082316B2 - Condensing block - Google Patents
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Description
本発明は、種々の光を集光可能な集光ブロックに関する。 The present invention relates to a light collecting block capable of collecting various kinds of light.
近年、半導体レーザは発振効率が高い(〜50%)ことから、固体レーザの励起光として、あるいは直接加工光源として利用するニーズが高まっている。また、半導体レーザメーカからは、複数のエミッタ(発光部)を一次元状に配置した半導体レーザアレイや、半導体レーザアレイを積層して複数のエミッタ(発光部)を二次元状に配置した半導体レーザスタックが商品化されている。
例えば一般的な半導体レーザアレイは、長さ約10mm、厚さ約0.2mm、幅約1mmの外形寸法の半導体レーザチップをヒートシンクにマウントしたもので、この中に厚さ方向に約1μm、長さ方向に約150μmの発光部がピッチ約500μmで10数個集積化されている。そして1個の発光部からは約2Wの出力のレーザ光が出射される。これらを集光してパワー密度を高くして励起光として用いたり、直接加工光源として用いたりすれば、金属の溶接や穴あけ、切断等を行うことができる。
In recent years, semiconductor lasers have a high oscillation efficiency (˜50%), and therefore there is an increasing need for using them as excitation light for solid-state lasers or as direct processing light sources. Also, semiconductor laser manufacturers have provided a semiconductor laser array in which a plurality of emitters (light emitting portions) are arranged one-dimensionally, or a semiconductor laser in which a plurality of emitters (light emitting portions) are arranged in a two-dimensional manner by stacking semiconductor laser arrays. The stack is commercialized.
For example, a general semiconductor laser array is obtained by mounting a semiconductor laser chip having an external dimension of about 10 mm in length, about 0.2 mm in thickness, and about 1 mm in width to a heat sink, and about 1 μm in length in the thickness direction. In the vertical direction, about 10 light emitting portions having a pitch of about 500 μm are integrated. Then, a laser beam with an output of about 2 W is emitted from one light emitting unit. If these are condensed to increase the power density and used as excitation light or directly as a processing light source, metal welding, drilling, cutting, etc. can be performed.
一般的な半導体レーザアレイ(発光部が一次元配置)において、図1(A)の例に示すように、発光部(31a〜31h)から出射されるレーザ光L1は長軸方向及び短軸方向にほぼ楕円状に広がりながら進行する。また、図1(B)の例に示すように、長軸方向の広がり角θfは数10度(例えば30度〜40度)程度あり、短軸方向の広がり角θsは数度(例えば3度〜4度)程度である。また各発光部(31a〜31h)の寸法は、上述したように、一般的な半導体レーザアレイでは長軸方向が1μm程度、短軸方向が100〜200μm程度である。また、出射された時点のレーザ光は、偏光方向が所定の方向(例えば長軸方向)に揃っている。以下の説明では、半導体レーザアレイの各発光部(この場合、31a〜31h)から出射されるレーザ光をまとめた光(発光部31aから出射されるレーザ光L1と、発光部31bから出射されるレーザ光L1と・・発光部31hから出射されるレーザ光L1とをまとめた光)を「光束」と記載する。
レーザ光の集光性は「ビーム径*広がり角」で示されるビームパラメータプロダクトに依存し、上述のような半導体レーザアレイの場合、長軸方向のビームパラメータプロダクトは0.2mm・mrad程度で、短軸方向のビームパラメータプロダクトは200mm・mradである。このため、集光する場合、長軸方向には比較的容易に小さく集光できるが、短軸方向に小さく集光することは比較的困難である。
In a general semiconductor laser array (light emitting portions are one-dimensionally arranged), as shown in the example of FIG. 1A, the laser light L1 emitted from the light emitting portions (31a to 31h) is in the major axis direction and the minor axis direction. It progresses while spreading in an almost elliptical shape. As shown in the example of FIG. 1B, the major axis direction spread angle θf is about several tens of degrees (for example, 30 to 40 degrees), and the minor axis direction spread angle θs is several degrees (for example, 3 degrees). ~ 4 degrees). In addition, as described above, the dimensions of the light emitting units (31a to 31h) are about 1 μm in the major axis direction and about 100 to 200 μm in the minor axis direction in a general semiconductor laser array. Further, the laser light at the time of emission has the polarization direction aligned in a predetermined direction (for example, the major axis direction). In the following description, light (laser light L1 emitted from the light emitting part 31a and light emitted from the light emitting part 31b) is a combination of laser lights emitted from the respective light emitting parts (in this case, 31a to 31h) of the semiconductor laser array. The light that combines the laser light L1 and the laser light L1 emitted from the light emitting section 31h) will be referred to as “light beam”.
The condensing property of the laser light depends on the beam parameter product indicated by “beam diameter * divergence angle”. In the case of the semiconductor laser array as described above, the beam parameter product in the major axis direction is about 0.2 mm · mrad, The beam parameter product in the short axis direction is 200 mm · mrad. For this reason, when condensing, it is relatively easy to condense in the long axis direction, but it is relatively difficult to condense in the short axis direction.
例えば、特許文献1に記載された従来技術では、特許文献1の図1に示されているように、リニアアレイLD(半導体レーザアレイに相当)から出射される複数のレーザ光を、シリンドリカルレンズ(長軸方向コリメートレンズに相当)及びシリンドリカルレンズアレイ(短軸方向コリメートレンズに相当)にて長軸方向及び短軸方向において平行光に変換した後、3個のプリズムを通過させて短軸方向の幅を小さくし、短軸方向の幅を長軸方向の幅とほぼ同サイズになるまで小さくして、(球面)レンズ(集光レンズに相当)を用いてレーザロッド(固体レーザ)の端面に集光し、固体レーザの励起光として利用している。
また、特許文献2及び特許文献3に記載された従来技術では、半導体レーザスタックまたは半導体レーザアレイから出射される光束を短軸方向に2分割し、分割した光束を長軸方向の間隔が小さくなるように並べて光束の密度を高くしている。
In the prior art described in Patent Document 2 and Patent Document 3, the light beam emitted from the semiconductor laser stack or the semiconductor laser array is divided into two in the short axis direction, and the divided light beam has a small interval in the long axis direction. In this way, the density of the light flux is increased.
特許文献1〜特許文献3に記載された従来技術では、半導体レーザアレイ(または半導体レーザスタック)から出射される光束を複数のプリズムで集光しているが、これら複数のプリズムを空間に配置しているため、各々のプリズムの位置調整が必要であり、調整に非常に手間がかかる。
また、空間からプリズムに光束が入射される面には、表面での反射を考慮する場合、反射防止膜を施す必要があり、反射防止膜を施す面の数が増えるとコストも高くなる。
また、半導体レーザアレイ(または半導体レーザスタック)から出射された光束を短軸方向に平行光に変換しない場合、出射されてから集光されるまでの経路において、空間を伝送する距離が長いと、短軸方向への広がり角θsの影響で短軸方向への広がりが大きくなり、集光の効率が低下する可能性があり、好ましくない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、半導体レーザアレイ等から出射される光束について、空間での伝送距離をより短くし、プリズム内に閉じ込めて伝送する伝送距離をより長くすることで、長軸方向及び短軸方向への拡散を抑制し、前記光束を集光する効率をより向上させることができる集光ブロックを提供することを課題とする。
In the prior art described in Patent Documents 1 to 3, light beams emitted from the semiconductor laser array (or semiconductor laser stack) are collected by a plurality of prisms. Therefore, it is necessary to adjust the position of each prism, and it takes much time to adjust.
Further, when considering reflection on the surface from which light is incident on the prism, it is necessary to provide an antireflection film, and the cost increases as the number of surfaces on which the antireflection film is applied increases.
In addition, when the light beam emitted from the semiconductor laser array (or semiconductor laser stack) is not converted into parallel light in the short axis direction, when the distance to be transmitted through the space is long in the path from the emitted light to the condensed light, The spread in the minor axis direction increases due to the effect of the spread angle θs in the minor axis direction, which may reduce the light collection efficiency, which is not preferable.
The present invention was devised in view of the above points, and for a light beam emitted from a semiconductor laser array or the like, the transmission distance in the space is shortened and the transmission distance confined in the prism is transmitted. It is an object of the present invention to provide a condensing block capable of suppressing the diffusion in the major axis direction and the minor axis direction by increasing the length and further improving the efficiency of condensing the luminous flux.
上記課題を解決するための手段として、本発明の第1発明は、請求項1に記載されたとおりの集光ブロックである。
請求項1に記載の集光ブロックは、入射された光を入射方向に直交する幅方向に2分割した第1分割光と第2分割光とに分ける分割反射面を有する分割プリズムと、複数のプリズムで構成されて前記第1分割光を内部に閉じ込めて伝送する第1プリズム群と、複数のプリズムで構成されて前記第2分割光を内部に閉じ込めて伝送する第2プリズム群と、で構成され、前記入射された光を集光する集光ブロックである。
前記分割プリズムは、底面が直角二等辺三角形の三角柱状の形状を有し、底面の直角二等辺三角形の直角を形成している2つの側面である自身の2つの直角形成側面が前記光の入射方向に向くように配置され、自身の2つの直角形成側面である前記分割反射面にて前記入射された光を前記幅方向に2分割し、当該光の入射方向に直交する方向であり且つ互いに反対となる方向に進行する第1分割光と第2分割光とに分割し、前記第1分割光を前記第1プリズム群に入射するとともに、前記第2分割光を前記第2プリズム群に入射する。
前記第1プリズム群は、前記第1分割光が入射されると、当該第1分割光の進行方向を、前記入射方向に直交する任意の方向に変換するように反射しながら、当該第1プリズム群の第1出射面へと前記第1分割光をプリズム内で伝送する第1伝送経路を構成している。
そして、前記第1プリズム群は、底面が直角二等辺三角形の三角柱状の形状を有する第1方向変換プリズム及び第2方向変換プリズムにて構成されており、前記第1方向変換プリズム及び前記第2方向変換プリズムは、前記分割プリズムに入射された光の入射方向に底面が直交するように配置されており、前記第1方向変換プリズムは、底面の直角二等辺三角形の斜辺を形成している側面である自身の斜辺形成側面が、前記分割プリズムにて分割された第1分割光に直交するように向けられて配置されており、自身の斜辺形成側面から入射された第1分割光を、底面の直角二等辺三角形の直角を形成している自身の2つの直角形成側面における一方の直角形成側面から他方の直角形成側面に向けて反射し、反射された第1分割光を、さらに他方の直角形成側面から自身の斜辺形成側面に向けて反射して自身の斜辺形成側面から第1分割光を出射させることで、自身の斜辺形成側面に直交する方向から入射された第1分割光を、自身の斜辺形成側面において前記第1分割光が入射された位置とは異なる位置から、入射時とは反対方向に出射し、前記第2方向変換プリズムは、自身の2つの直角形成側面における一方の直角形成側面が、前記第1方向変換プリズムから出射された第1分割光と直交するように配置され、一方の直角形成側面から入射された第1分割光を、自身の斜辺形成側面にて他方の直角形成側面である第1出射面に向けて反射し、反射された第1分割光を前記第1出射面から出射する。
前記第2プリズム群は、前記第2分割光が入射されると、当該第2分割光の進行方向を、前記入射方向に直交する任意の方向に変換するように反射しながら、当該第2プリズム群の第2出射面へと前記第2分割光をプリズム内で伝送する第2伝送経路を構成している。
そして、前記第2プリズム群は、底面が直角二等辺三角形の三角柱状の形状を有する第3方向変換プリズム及び第4方向変換プリズムにて構成されており、前記第3方向変換プリズム及び前記第4方向変換プリズムは、前記分割プリズムに入射された光の入射方向に底面が直交するように配置されており、前記第3方向変換プリズムは、底面の直角二等辺三角形の斜辺を形成している側面である自身の斜辺形成側面が、前記分割プリズムにて分割された第2分割光に直交するように向けられて配置されており、自身の斜辺形成側面から入射された第2分割光を、底面の直角二等辺三角形の直角を形成している自身の2つの直角形成側面における一方の直角形成側面から他方の直角形成側面に向けて反射し、反射された第2分割光を、さらに他方の直角形成側面から自身の斜辺形成側面に向けて反射して自身の斜辺形成側面から第2分割光を出射させることで、自身の斜辺形成側面に直交する方向から入射された第2分割光を、自身の斜辺形成側面において前記第2分割光が入射された位置とは異なる位置から、入射時とは反対方向に出射し、前記第4方向変換プリズムは、自身の2つの直角形成側面における一方の直角形成側面が、前記第3方向変換プリズムから出射された第2分割光と直交するように配置され、一方の直角形成側面から入射された第2分割光を、自身の斜辺形成側面にて他方の直角形成側面である第2出射面に向けて反射し、反射された第2分割光を前記第2出射面から出射する。
また、前記第1方向変換プリズムは前記分割プリズムと隣り合わせに配置され、前記第2方向変換プリズムは前記第1方向変換プリズムと隣り合わせに配置され、前記第3方向変換プリズムは前記分割プリズムと隣り合わせに配置され、前記第4方向変換プリズムは前記第3方向変換プリズムと隣り合わせに配置され、前記第2方向変換プリズムと前記第4方向変換プリズムは隣り合わせに配置されている。
そして、前記第1出射面と前記第2出射面とを前記入射方向に直交する方向に沿って隣り合うように並べて配置し、前記第1出射面から出射される前記第1分割光と、前記第2出射面から出射される前記第2分割光とを、前記第1分割光と前記第2分割光の前記幅方向と進行方向とに直交する厚さ方向に隣り合うように並べて出射することで、前記入射された光を集光する。
また、前記入射された光は、進行方向に直交する厚さ方向に対しては平行光であり且つ進行方向と厚さ方向とに直交する幅方向に対しては所定角度で広がりながら進行する光であり、前記第1プリズム群は、前記第1分割光の幅方向の長さに対応するプリズム幅を有する前記第1方向変換プリズム及び前記第2方向変換プリズムにて構成されており、伝送する前記第1分割光の幅を前記プリズム幅に維持して伝送し、前記第2プリズム群は、前記第2分割光の幅方向の長さに対応するプリズム幅を有する前記第3方向変換プリズム及び前記第4方向変換プリズムにて構成されており、伝送する前記第2分割光の幅を前記プリズム幅に維持して伝送する。
As means for solving the above-mentioned problems, a first invention of the present invention is a light collecting block as described in claim 1.
The condensing block according to claim 1 includes a splitting prism having a split reflecting surface that splits incident light into a first split light and a second split light that are split into two in the width direction orthogonal to the incident direction; A first prism group configured by a prism and confined to transmit the first divided light, and a second prism group configured by a plurality of prisms and confined to transmit the second divided light. And a condensing block for condensing the incident light.
The split prism has a triangular prism shape whose bottom surface is a right isosceles triangle, and its two right-angle forming side surfaces, which are two side surfaces forming a right angle of a right angled isosceles triangle, are incident on the light. The incident light is divided into two in the width direction by the divided reflection surfaces which are two right-angle-forming side surfaces thereof, and are perpendicular to the incident direction of the light and mutually The first split light and the second split light traveling in opposite directions are split, the first split light is incident on the first prism group, and the second split light is incident on the second prism group To do.
When the first split light is incident, the first prism group reflects the first split light so that the traveling direction of the first split light is converted to an arbitrary direction orthogonal to the incident direction. A first transmission path is configured to transmit the first split light within the prism to the first emission surface of the group .
The first prism group includes a first direction conversion prism and a second direction conversion prism having a triangular prism shape whose bottom surface is a right-angled isosceles triangle, and the first direction conversion prism and the second direction prism. The direction conversion prism is arranged so that the bottom surface is orthogonal to the incident direction of the light incident on the split prism, and the first direction conversion prism is a side surface forming an oblique side of a right-angled isosceles triangle. The oblique side forming side surface is arranged so as to be orthogonal to the first divided light divided by the dividing prism, and the first divided light incident from the oblique side forming side surface is converted into the bottom surface. The first split light reflected from one right-angled side surface of the two right-angled side surfaces forming the right angle of the right-angled isosceles triangle to the other right-angled side surface and the other The first divided light incident from the direction orthogonal to its own hypotenuse-forming side surface is reflected from the right-angle forming side surface toward the own hypotenuse-forming side surface and emitted from the own hypotenuse-forming side surface. The second direction conversion prism emits light from the position different from the position where the first split light is incident on its oblique side forming side surface, and the second direction changing prism is one of the two right angle forming side surfaces. Are arranged so that the first split light emitted from the first direction changing prism is perpendicular to the first split light, and the first split light incident from one of the right-angle-formed side faces The light is reflected toward the first emission surface which is the other right-angle forming side surface, and the reflected first divided light is emitted from the first emission surface.
When the second split light is incident, the second prism group reflects the second prism light so as to convert the traveling direction of the second split light into an arbitrary direction orthogonal to the incident direction. A second transmission path is configured to transmit the second divided light within the prism to the second emission surface of the group .
The second prism group is composed of a third direction conversion prism and a fourth direction conversion prism having a triangular prism shape whose bottom surface is a right isosceles triangle, and the third direction conversion prism and the fourth direction prism. The direction conversion prism is arranged so that the bottom surface is orthogonal to the incident direction of the light incident on the split prism, and the third direction conversion prism is a side surface forming a hypotenuse of a right-angled isosceles triangle. The side of the hypotenuse forming side is arranged so as to be orthogonal to the second split light divided by the split prism, and the second split light incident from the side of the hypotenuse forming side is converted into the bottom surface. Of the right-angled isosceles triangle of the two right-angled side surfaces of one of the two right-angled side surfaces reflected from the right-angled side surface toward the other right-angled side surface, The second split light incident from the direction orthogonal to the hypotenuse-forming side surface is reflected by reflecting from the right-angle forming side surface toward the own hypotenuse-forming side surface and emitting the second split light from the hypotenuse-forming side surface. The fourth direction conversion prism emits light in a direction opposite to the incident direction from a position different from the position where the second divided light is incident on its oblique side forming side surface. Of the right-angle forming side is arranged to be orthogonal to the second divided light emitted from the third direction conversion prism, and the second divided light incident from one of the right-angle forming side faces The light is reflected toward the second emission surface which is the other right-angle forming side surface, and the reflected second split light is emitted from the second emission surface.
The first direction conversion prism is disposed adjacent to the split prism, the second direction conversion prism is disposed adjacent to the first direction conversion prism, and the third direction conversion prism is adjacent to the split prism. The fourth direction conversion prism is disposed adjacent to the third direction conversion prism, and the second direction conversion prism and the fourth direction conversion prism are disposed adjacent to each other.
The first emission surface and the second emission surface are arranged side by side along a direction orthogonal to the incident direction, the first split light emitted from the first emission surface, The second divided light emitted from the second emission surface is emitted side by side so as to be adjacent to each other in the thickness direction orthogonal to the width direction and the traveling direction of the first divided light and the second divided light. Then, the incident light is condensed.
The incident light is parallel light with respect to the thickness direction orthogonal to the traveling direction and travels while spreading at a predetermined angle with respect to the width direction orthogonal to the traveling direction and the thickness direction. The first prism group includes the first direction conversion prism and the second direction conversion prism having a prism width corresponding to the length in the width direction of the first split light, and transmits the prism. The width of the first divided light is transmitted while maintaining the width of the prism, and the second prism group has a prism width corresponding to a length in the width direction of the second divided light, The fourth direction conversion prism is configured to transmit the second divided light to be transmitted while maintaining the width of the second split light at the prism width.
また、参考例として記載の集光ブロックでは、前記入射された光の偏光方向は、所定の偏光方向を示す第1偏光方向であり、前記第2伝送経路中に、入射された第1偏光方向を有する光の偏光方向を、第1偏光方向と直交する第2偏光方向に変換する位相差部材を備え、前記第1偏光方向の光を透過するとともに前記第2偏光方向の光を反射する選択反射面を内部に備え、第1入射面から入射された前記第1偏光方向の光を透過して第3出射面から出射するとともに、第2入射面から入射された前記第2偏光方向の光を前記選択反射面にて反射して前記第3出射面から出射する合波プリズムを備える。
前記第1プリズム群の第1出射面と前記第2プリズム群の第2出射面とを隣り合うように並べて配置する代わりに、前記第1出射面が前記合波プリズムの第1入射面と一致するように第1伝送経路を構成し、前記第2出射面が前記合波プリズムの第2入射面と一致するように第2伝送経路を構成し、前記第1プリズム群は、第1偏光方向を有する前記第1分割光を、前記第1伝送経路にて前記合波プリズムの前記第1入射面に伝送し、前記第2プリズム群は、第1偏光方向を有する前記第2分割光を、前記第2伝送経路にて前記位相差部材を通過させて偏光方向を第2偏光方向に変換した後、前記合波プリズムの前記第2入射面に伝送する。
そして、前記合波プリズムは、前記第1入射面及び前記第2入射面から入射された前記第1分割光と前記第2分割光とを重ね合わせて前記第3出射面から出射することで、前記入射された光を集光する。
In the condensing block described as a reference example, the polarization direction of the incident light is a first polarization direction indicating a predetermined polarization direction, and the first polarization direction incident on the second transmission path. A phase difference member that converts a polarization direction of light having a second polarization direction orthogonal to the first polarization direction, and transmits light in the first polarization direction and reflects light in the second polarization direction A reflection surface is provided inside, the light having the first polarization direction incident from the first incident surface is transmitted and emitted from the third emission surface, and the light having the second polarization direction incident from the second incident surface. Is provided on the selective reflection surface and is output from the third emission surface.
Instead of arranging the first exit surface of the first prism group and the second exit surface of the second prism group side by side, the first exit surface coincides with the first entrance surface of the combining prism. The first transmission path is configured such that the second transmission path is configured such that the second emission surface coincides with the second incident surface of the combining prism, and the first prism group has a first polarization direction. The first split light having a first transmission path is transmitted to the first incident surface of the combining prism through the first transmission path, and the second prism group transmits the second split light having a first polarization direction. After passing through the phase difference member through the second transmission path and converting the polarization direction to the second polarization direction, the light is transmitted to the second incident surface of the combining prism.
The multiplexing prism is configured to superimpose the first divided light and the second divided light incident from the first incident surface and the second incident surface and emit the superimposed light from the third emission surface, The incident light is collected.
また、参考例として記載の集光ブロックでは、前記入射された光は、進行方向に直交する厚さ方向に対しては平行光であり且つ進行方向と厚さ方向とに直交する幅方向に対しては所定角度で広がりながら進行する光である。
そして、前記第1プリズム群は、前記第1分割光の幅方向の長さに対応するプリズム幅を有する複数のプリズムで構成されており、伝送する前記第1分割光の幅を前記プリズム幅に維持して伝送する。
また、前記第2プリズム群は、前記第2分割光の幅方向の長さに対応するプリズム幅を有する複数のプリズムで構成されており、伝送する前記第2分割光の幅を前記プリズム幅に維持して伝送する。
In the light collecting block described as the reference example, the incident light is parallel light to the thickness direction orthogonal to the traveling direction and to the width direction orthogonal to the traveling direction and the thickness direction. The light travels while spreading at a predetermined angle.
The first prism group includes a plurality of prisms having a prism width corresponding to a length in the width direction of the first divided light, and the width of the first divided light to be transmitted is set to the prism width. Maintain and transmit.
The second prism group is composed of a plurality of prisms having a prism width corresponding to a length in the width direction of the second divided light, and the width of the second divided light to be transmitted is set to the prism width. Maintain and transmit.
また、参考例として記載の集光ブロックでは、略直方体の形状を有し、入射された光を閉じ込めて長手方向に伝送して前記長手方向の端部に位置する第4出射面から前記光を出射し、前記長手方向に直交するプリズム幅と、前記長手方向とプリズム幅の方向とに直交するプリズム厚さを有する複数のプリズムで構成された集光ブロックである。
前記集光ブロックに、前記プリズム幅以下の第1幅と前記プリズム厚さ以下の第1厚さと所定の偏光方向を示す第1偏光方向とを有する第1光と、前記プリズム幅以下の第2幅と前記プリズム厚さ以下の第2厚さと前記第1偏光方向を有する第2光とを、前記集光ブロックにおける側面の異なる位置に設けられた第3入射面と第4入射面とから入射する。
前記第4入射面は、前記第3入射面よりも前記4出射面から遠い位置に設けられており、前記第3入射面から入射された第1光が到達する位置には、当該第3入射面から入射された第1光が第1偏光方向である場合に、入射された光の進行方向を前記第4出射面の方向に変換し、前記第1偏光方向に直交する第2偏光方向の光を透過する選択反射面が設けられており、前記第4入射面から入射された第2光が到達する位置には、当該第4入射面から入射された第2光の進行方向を前記第4出射面の方向に変換する反射面が設けられており、前記第4入射面から前記選択反射面に至る第2光の経路には、第1偏光方向の光を、第1偏光方向に直交する第2偏光方向の光に変換する位相差部材が設けられている。
そして、前記第4入射面から入射された前記第2光を、前記反射面にて進行方向を変換し、前記選択反射面を透過させて前記第4出射面に到達させる経路にて伝送し、前記第3入射面から入射された前記第1光を、前記選択反射面にて進行方向を変換し、前記第4出射面に到達させる経路にて伝送し、前記第1光と前記第2光とを重ね合わせて前記第4出射面から出射することで集光する。
In the light collecting block described as a reference example, the light collecting block has a substantially rectangular parallelepiped shape, confines incident light, transmits the light in the longitudinal direction, and transmits the light from the fourth emission surface located at the end in the longitudinal direction. The light collecting block includes a plurality of prisms that are emitted and have a prism width orthogonal to the longitudinal direction and a prism thickness orthogonal to the longitudinal direction and the prism width direction.
The condensing block has a first light having a first width not more than the prism width, a first thickness not more than the prism thickness, and a first polarization direction indicating a predetermined polarization direction, and a second light not more than the prism width. The second light having a width, a second thickness equal to or less than the prism thickness, and the second light having the first polarization direction are incident from a third incident surface and a fourth incident surface provided at different positions on the side surface of the condensing block. To do.
The fourth incident surface is provided at a position farther from the fourth exit surface than the third incident surface, and the third incident surface is located at a position where the first light incident from the third incident surface reaches. When the first light incident from the surface has the first polarization direction, the traveling direction of the incident light is converted to the direction of the fourth emission surface, and the second polarization direction orthogonal to the first polarization direction is converted. A selective reflection surface that transmits light is provided, and a traveling direction of the second light incident from the fourth incident surface is set at a position where the second light incident from the fourth incident surface reaches the first light. A reflection surface for converting the direction of the four emission surfaces is provided, and light in the first polarization direction is orthogonal to the first polarization direction in the second light path from the fourth incidence surface to the selective reflection surface. A phase difference member that converts light into the second polarization direction is provided.
Then, the second light incident from the fourth incident surface is transmitted through a path that changes the traveling direction at the reflecting surface, passes through the selective reflecting surface, and reaches the fourth emitting surface, The first light incident from the third incident surface is transmitted through a path that changes the traveling direction at the selective reflection surface and reaches the fourth emission surface, and the first light and the second light are transmitted. Are superimposed and emitted from the fourth emission surface to collect light.
請求項1に記載の集光ブロックを用いれば、半導体レーザアレイ等から出射された光束を、分割プリズムで第1分割光と第2分割光とに分割し、それぞれを第1プリズム群と第2プリズム群に入射した後は、第1伝送経路及び第2伝送経路にて、プリズム内に閉じ込めて伝送し、第1分割光と第2分割光とを第1出射面及び第2出射面から厚さ方向に並べて出射することで幅方向に集光する(第1の実施の形態及び第1の参考例を参照)。
第1分割光と第2分割光とをプリズム内に閉じ込めて伝送するため、長軸方向及び短軸方向への拡散を抑制することが可能であり、光束を集光する効率をより向上させることができる。
If the condensing block according to claim 1 is used, a light beam emitted from a semiconductor laser array or the like is divided into a first divided light and a second divided light by a dividing prism, and each is divided into a first prism group and a second prism. After entering the prism group, the first transmission path and the second transmission path are confined in the prism and transmitted, and the first split light and the second split light are thickened from the first output surface and the second output surface. The light is condensed in the width direction by being aligned in the vertical direction (see the first embodiment and the first reference example ).
Since the first split light and the second split light are confined and transmitted in the prism, it is possible to suppress diffusion in the major axis direction and the minor axis direction, and to further improve the efficiency of collecting the light flux. Can do.
また、参考例として記載の集光ブロックは、第1分割光と第2分割光とを厚さ方向に並べて出射することで幅方向に集光する請求項1に対して、第1分割光と第2分割光とを重ね合わせて(一致させて)集光する(第2の参考例を参照)。
このように、重ね合わせることで、光束の密度を更に高くすることができる。また、第1分割光と第2分割光とをプリズム内に閉じ込めて伝送するため、長軸方向及び短軸方向への拡散を抑制することが可能であり、光束を集光する効率をより向上させることができる。
Moreover, the condensing block described as a reference example has the first divided light and the first divided light that are condensed in the width direction by emitting the first divided light and the second divided light side by side in the thickness direction. The second split light is superimposed (matched) and collected (see the second reference example ).
In this way, the density of the light flux can be further increased by superimposing. In addition, since the first split light and the second split light are confined and transmitted in the prism, diffusion in the major axis direction and the minor axis direction can be suppressed, and the efficiency of condensing the light beam is further improved. Can be made.
また、請求項1に記載の集光ブロックは、入射された光束が厚さ方向には平行光で、幅方向には所定角度で広がる光であっても、幅方向の長さに対応したプリズム幅を有するプリズム内に閉じ込めて伝送するため、幅方向への広がりを抑制することができる。
これにより、光束を集光する効率をより向上させることができる。
Further, the condensing block according to claim 1 is a prism corresponding to the length in the width direction even when the incident light beam is parallel light in the thickness direction and spreads at a predetermined angle in the width direction. Since transmission is confined in a prism having a width, the spread in the width direction can be suppressed.
Thereby, the efficiency which condenses a light beam can be improved more.
また、参考例として記載の集光ブロックは、1つの光束を分割して並べ替える(請求項1)または重ね合わせる集光方法に対し、異なる2つの光を重ね合わせることで集光する(第3の参考例を参照)。
また、集光ブロックの構造が非常に単純であり、偏光方向が揃った異なる2つの光が有る場合、容易に重ね合わせて集光することができる。
Further, the condensing block described as the reference example collects light by superimposing two different lights on a condensing method that divides and rearranges one light beam (Claim 1) or superimposes ( third). See the reference example ).
Moreover, when the structure of the condensing block is very simple and there are two different lights with the same polarization direction, they can be easily superimposed and condensed.
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
図2は、本発明の集光ブロック10を用いたレーザ発生装置100の一実施の形態における概略構成図の例を示している。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 2 shows an example of a schematic configuration diagram in an embodiment of a laser generator 100 using the condensing block 10 of the present invention.
●[レーザ発生装置100の全体構成(図2)とレーザ集光装置68の構成(図3)]
図2に示す本実施の形態にて説明するレーザ発生装置100は、ファイバレーザ用光ファイバ70に出力レーザ光Loutを発生させる励起光束Linを入射し、発生した出力レーザ光Loutを伝送用光ファイバ90に入射して、伝送用光ファイバ90の出射面から出射される出力レーザ光Loutをレーザ加工等に利用するものである。
励起光束Linには、例えば図1に示す半導体レーザアレイ31から出射されるレーザ光L1を用いる。図2の例に示すレーザ発生装置100は、出力レーザ光Loutの出力を高出力化するために、複数の半導体レーザアレイ31から出射されるレーザ光L1(図1参照)を集光してファイバレーザ用光ファイバ70に入射している。
ファイバレーザ用光ファイバ70の入射面の径は数mm程度(あるいは数100μm程度)であり、この入射面に励起光束Linを集光する場合、前記したように、ビームパラメータプロダクトが小さな長軸方向には比較的容易に集光可能であるが、ビームパラメータプロダクトが大きな短軸方向に集光することは非常に困難である。
そこで、本実施の形態にて説明する集光ブロック10を用い、励起光束Linの短軸方向におけるビームパラメータプロダクトをより小さくし、励起光束Linをより適切にファイバレーザ用光ファイバ70の入射面に集光可能とする。
[[Overall Configuration of Laser Generator 100 (FIG. 2) and Configuration of Laser Condenser 68 (FIG. 3)])
The laser generator 100 described in the present embodiment shown in FIG. 2 makes an excitation light beam Lin that generates an output laser beam Lout incident on a fiber laser optical fiber 70 and transmits the generated output laser beam Lout to an optical fiber for transmission. The output laser beam Lout incident on the beam 90 and emitted from the emission surface of the transmission optical fiber 90 is used for laser processing or the like.
For the excitation light beam Lin, for example, laser light L1 emitted from the semiconductor laser array 31 shown in FIG. 1 is used. The laser generator 100 shown in the example of FIG. 2 condenses the laser light L1 (see FIG. 1) emitted from the plurality of semiconductor laser arrays 31 in order to increase the output of the output laser light Lout. The light is incident on the laser optical fiber 70.
The diameter of the incident surface of the optical fiber 70 for the fiber laser is about several mm (or about several hundred μm). When the excitation light beam Lin is condensed on this incident surface, the beam parameter product has a small long axis direction as described above. However, it is very difficult for the beam parameter product to collect light in a large minor axis direction.
Therefore, by using the condensing block 10 described in the present embodiment, the beam parameter product in the minor axis direction of the excitation light beam Lin is made smaller, and the excitation light beam Lin is more appropriately applied to the incident surface of the optical fiber 70 for fiber laser. It can be condensed.
次に、図2に示すレーザ発生装置100を構成する各構成要素について説明する。
励起光束Linには、半導体レーザアレイ31から出射されるレーザ光を用いる。
図1(D)に示すように、レーザユニット36は、互いに直交する短軸方向と長軸方向に広がりながら進行する励起レーザ光L1を出射する複数の発光部(この場合、31a〜31h)が短軸方向に一列に配置された半導体レーザアレイ31と、発光部に対向する位置に設けられて励起レーザ光L1を長軸方向に対して平行光に変換する長軸方向コリメートレンズ35とで構成されている。
図1(D)の概略図に示すように、レーザユニット36から出射される光束Lkは、長軸方向については平行光に変換されており、短軸方向については、広がり角θsを有している。この光束Lkを空間で伝送すると、距離が長くなるにつれて短軸方向への広がりが大きくなるため、集光ダクト65(図3(A)参照)を用いて、集光ダクト65内で全反射させながら伝播させて拡散させることなく伝播させる。なお、光束Lkは複数の励起レーザ光L1にて構成されているが、図1(D)では模式的に箱状として記載している。
Next, each component which comprises the laser generator 100 shown in FIG. 2 is demonstrated.
As the excitation light beam Lin, laser light emitted from the semiconductor laser array 31 is used.
As shown in FIG. 1D, the laser unit 36 includes a plurality of light emitting units (in this case, 31a to 31h) that emit excitation laser light L1 that travels while spreading in a short axis direction and a long axis direction orthogonal to each other. A semiconductor laser array 31 arranged in a line in the short axis direction and a long axis collimating lens 35 provided at a position facing the light emitting portion and converting the excitation laser light L1 into parallel light with respect to the long axis direction. Has been.
As shown in the schematic diagram of FIG. 1D, the light beam Lk emitted from the laser unit 36 is converted into parallel light in the major axis direction and has a spread angle θs in the minor axis direction. Yes. When the light beam Lk is transmitted in space, the spread in the short axis direction increases as the distance becomes longer. Therefore, the light flux Lk is totally reflected in the light collecting duct 65 using the light collecting duct 65 (see FIG. 3A). Propagating without spreading while spreading. The light beam Lk is composed of a plurality of excitation laser beams L1, but is schematically illustrated as a box shape in FIG.
図3(A)に示すように、集光ダクト65は、レーザユニット36から出射される光束Lkの短軸方向の長さに対応するダクト幅Wgと、光束Lkの長軸方向の長さに対応するダクト厚さTgと、が各々一定となるように形成されている。また、ダクト幅方向とダクト厚さ方向とに直交するダクト長手方向の長さLgは、任意の長さに設定されている。
そして、ダクト幅方向とダクト長手方向とを含む面をダクト上面MU(対向する面も同様)、ダクト厚さ方向とダクト長手方向とを含む面をダクト側面MS(対向する面も同様)として、長手方向の一方の端面を端面MM、長手方向の他方の端面を端面MRとする。
一方の端面MMは、ダクト上面MUに対して所定角度θを有するとともにダクト側面MSに対して直交するように設けられた反射面であり、光束Lkを反射可能である(以下、一方の端面MMを反射面MMと記載する)。
As shown in FIG. 3A, the condensing duct 65 has a duct width Wg corresponding to the length in the minor axis direction of the light beam Lk emitted from the laser unit 36 and the length in the major axis direction of the light beam Lk. The corresponding duct thicknesses Tg are formed to be constant. The length Lg in the duct longitudinal direction perpendicular to the duct width direction and the duct thickness direction is set to an arbitrary length.
Then, the surface including the duct width direction and the duct longitudinal direction is defined as the duct upper surface MU (the opposite surface is the same), and the surface including the duct thickness direction and the duct longitudinal direction is defined as the duct side surface MS (the opposite surface is also the same). One end surface in the longitudinal direction is defined as an end surface MM, and the other end surface in the longitudinal direction is defined as an end surface MR.
One end surface MM is a reflecting surface provided at a predetermined angle θ with respect to the duct upper surface MU and orthogonal to the duct side surface MS, and can reflect the light beam Lk (hereinafter, one end surface MM). Is described as a reflective surface MM).
集光ユニット67は、レーザユニット36と集光ダクト65とで構成されている(図3(B)参照)。
次に、集光ユニット67において、レーザユニット36と集光ダクト65の位置について説明する。図3(B)に示すように、レーザユニット36の短軸方向に対して集光ダクト65のダクト幅方向とが一致するようにレーザユニット36の発光部と集光ダクト65のダクト上面MUとを対向させる。且つ、レーザユニット36から出射される光束Lkを、集光ダクト65の内側から反射面MMに当て、当該反射面MMにて反射した光束Lkが集光ダクト65内をダクト長手方向に導光されるように、集光ダクト65に対してレーザユニット36を配置する。
本実施の形態では所定角度θを45度に設定しているので、レーザユニット36から出射される光束Lkの進行方向に対して、ダクト上面MUは垂直となる。
なお、集光ダクト65の材質は、石英ガラス等である。
The condensing unit 67 includes a laser unit 36 and a condensing duct 65 (see FIG. 3B).
Next, the positions of the laser unit 36 and the light collecting duct 65 in the light collecting unit 67 will be described. As shown in FIG. 3B, the light emitting portion of the laser unit 36 and the duct upper surface MU of the light collecting duct 65 are arranged so that the short axis direction of the laser unit 36 matches the duct width direction of the light collecting duct 65. Face each other. Further, the light beam Lk emitted from the laser unit 36 is applied to the reflection surface MM from the inside of the light collection duct 65, and the light beam Lk reflected by the reflection surface MM is guided in the light collection duct 65 in the longitudinal direction of the duct. Thus, the laser unit 36 is arranged with respect to the light collecting duct 65.
In the present embodiment, since the predetermined angle θ is set to 45 degrees, the duct upper surface MU is perpendicular to the traveling direction of the light beam Lk emitted from the laser unit 36.
The material of the light collecting duct 65 is quartz glass or the like.
そして、図3(C)に示すように、複数の集光ユニットを用意して(図3(C)の例では2組の集光ユニットを使用)、各集光ユニットの集光ダクト65を、ダクト長手方向が一致するようにダクト厚さ方向に重ね合わせるとともに、各集光ダクト65の他方の端面MRとなる出射面(以下、他方の端面MRを出射面MRと記載する)が同一平面上に位置するように重ね合わせてレーザ集光装置68を構成する。
レーザ集光装置68の出射面MRから出射される光束Lkの間隔Dkは非常に小さく、半導体レーザアレイ31を長軸方向に積層した半導体レーザスタックの長軸方向の間隔よりも小さくすることが可能であり、光束の密度を非常に高くすることができる。
また、集光ダクト65内で光束を閉じ込めて伝送するため、長い距離を伝送しても、光束が短軸方向に広がることを防止することができるため、半導体レーザアレイ31の間隔Daを任意の距離に設定することが可能である。このため、半導体レーザアレイ31を密集させることなく放熱に適した間隔とすることができるため、空冷の冷却機構で充分に冷却することが可能である。
図2の例は、4組の集光ユニット67にてレーザ集光装置68を構成し、このレーザ集光装置68を2組用いて集光された励起光束Linをファイバレーザ用光ファイバ70に入射している。各レーザ集光装置68の出射面には各々進路変換プリズム66が設けられており、出射された光束の進行方向を同一の方向にするとともに、各々光束の間隔がより小さくなるように進路変換プリズム66が配置されており、一方のレーザ集光装置68からの光束と、他方のレーザ集光装置68からの光束との間隔を小さくし、励起光束Linの密度を高めている。なお、進路変換プリズム66のY軸方向の長さは、集光ダクト65のダクト幅方向の長さWg(図2では集光ダクト65のY軸方向の長さ)と同一である。
Then, as shown in FIG. 3C, a plurality of light collecting units are prepared (in the example of FIG. 3C, two sets of light collecting units are used), and the light collecting duct 65 of each light collecting unit is provided. In addition, the ducts are overlapped in the duct thickness direction so that the longitudinal directions of the ducts coincide with each other, and the exit surface to be the other end face MR of each condensing duct 65 (hereinafter, the other end face MR is referred to as the exit face MR) is the same plane. The laser condensing device 68 is configured so as to be positioned above.
The interval Dk of the light beam Lk emitted from the emission surface MR of the laser condensing device 68 is very small and can be made smaller than the interval in the major axis direction of the semiconductor laser stack in which the semiconductor laser arrays 31 are stacked in the major axis direction. Therefore, the density of the luminous flux can be made very high.
Further, since the light flux is confined and transmitted in the condensing duct 65, it is possible to prevent the light flux from spreading in the minor axis direction even when transmitted over a long distance. Therefore, the interval Da of the semiconductor laser array 31 can be set to an arbitrary value. It is possible to set the distance. For this reason, since it can be set as the space | interval suitable for heat radiation, without concentrating the semiconductor laser array 31, it can fully cool with an air-cooling cooling mechanism.
In the example of FIG. 2, the laser condensing device 68 is configured by four sets of condensing units 67, and the excitation light beam Lin condensed using the two sets of the laser condensing devices 68 is applied to the optical fiber 70 for the fiber laser. Incident. A path conversion prism 66 is provided on the exit surface of each laser condensing device 68. The path conversion prism 66 is configured so that the traveling direction of the emitted light beam is the same and the interval between the light beams is further reduced. 66 is arranged, and the interval between the light beam from one laser condensing device 68 and the light beam from the other laser condensing device 68 is reduced to increase the density of the excitation light beam Lin. The length in the Y-axis direction of the path conversion prism 66 is the same as the length Wg of the light collecting duct 65 in the duct width direction (the length of the light collecting duct 65 in the Y-axis direction in FIG. 2).
そして、進路変換プリズム66から出射された励起光束Linを、本発明の集光ブロック10を用いて、例えば短軸方向の長さ(図2の場合、Y軸方向の長さ)が約半分となる第1分割光と第2分割光に分割し、第1分割光と第2分割光とを長軸方向(図2の場合X軸方向)に隣り合わせて出射して集光する。
集光ブロック10にて集光された励起光束Linは、長軸方向(図2の場合、半導体レーザアレイ31から出射された時点ではX軸方向)には平行光であるが、短軸方向(図2の場合、半導体レーザアレイ31から出射された時点ではY軸方向)には広がっているため、短軸方向コリメートレンズ61(第1レンズ)を通過させて短軸方向について平行光に変換し、長軸方向にも短軸方向にも平行光とする。そして、平行光の励起光束Linを、長軸方向集光レンズ64aを通過させて長軸方向に絞り(集光し)、短軸方向集光レンズ64bを通過させて短軸方向に絞り(集光し)、ファイバレーザ用光ファイバ70の入射面に入射する。
The excitation light beam Lin emitted from the path conversion prism 66 is, for example, about half the length in the short axis direction (in the case of FIG. 2, the length in the Y axis direction) using the light collecting block 10 of the present invention. The first split light and the second split light are divided, and the first split light and the second split light are emitted adjacent to each other in the major axis direction (X-axis direction in the case of FIG. 2) and collected.
The excitation light beam Lin condensed by the condensing block 10 is parallel light in the long axis direction (in the case of FIG. 2, the X axis direction when it is emitted from the semiconductor laser array 31), but the short axis direction ( In the case of FIG. 2, since it is spread in the Y-axis direction when it is emitted from the semiconductor laser array 31, it passes through the short-axis direction collimating lens 61 (first lens) and is converted into parallel light in the short-axis direction. Parallel light is used both in the long axis direction and in the short axis direction. Then, the parallel excitation light beam Lin passes through the long-axis direction condensing lens 64a and stops (condenses) in the long-axis direction, and passes through the short-axis direction condensing lens 64b and stops (collects) in the short-axis direction. Light) and enters the incident surface of the optical fiber 70 for fiber laser.
ファイバレーザ用光ファイバ70は、レーザ活性物質を含むコア72を有し、コア72の周囲をクラッド部材73で覆った光ファイバであり、入射された励起レーザ光を内部に閉じ込め、励起レーザ光がコア72に当たるとコア72の内部に出力レーザ光が励起され、出力レーザ光はコア72内で伝送される。また、ファイバレーザ用光ファイバ70には、励起レーザ光が入射される端面とは反対側の端面に、励起レーザ光及び出力レーザ光を反射するFBG(ファイバブラッググレーティング)が設けられており、励起レーザ光の入射面側から出力レーザ光を取り出す構成としている。
ファイバレーザ用光ファイバ70のコア72内で励起されて発生した出力レーザ光Loutは、励起光束Linの入射面から出力され、第2レンズ64にてほぼ平行光に変換され、ダイクロイックミラー63にて進行方向を変えられる。ダイクロイックミラー63は、励起光束Linの波長の光を透過させて、出力レーザ光Loutの波長の光を反射するものである。そして、進行方向を変えられた出力レーザ光Loutは、第3レンズ81にて集光されて伝送用光ファイバ90の入射面に入射される。
The optical fiber for a fiber laser 70 is an optical fiber having a core 72 containing a laser active substance, and the periphery of the core 72 is covered with a clad member 73. The incident excitation laser light is confined inside, and the excitation laser light is When hitting the core 72, the output laser light is excited inside the core 72, and the output laser light is transmitted in the core 72. The fiber laser optical fiber 70 is provided with an FBG (fiber Bragg grating) that reflects the pump laser light and the output laser light on the end surface opposite to the end surface on which the pump laser light is incident. The output laser light is extracted from the laser light incident surface side.
The output laser light Lout generated by being excited in the core 72 of the fiber laser optical fiber 70 is output from the incident surface of the excitation light beam Lin, is converted into substantially parallel light by the second lens 64, and is converted by the dichroic mirror 63. You can change the direction of travel. The dichroic mirror 63 transmits light having the wavelength of the excitation light beam Lin and reflects light having the wavelength of the output laser light Lout. Then, the output laser light Lout whose traveling direction is changed is condensed by the third lens 81 and is incident on the incident surface of the transmission optical fiber 90.
各集光ダクト65の長手方向(図2の場合、X軸方向)の長さは任意の長さにすることが可能であり、各半導体レーザアレイ31を発熱量に応じた間隔でベース放熱板32に固定することができる。図2の例では、更に各半導体レーザアレイ31に放熱板34を追加している。そして、ベース放熱板32に半導体レーザ放熱フィン33を設け、半導体レーザ放熱フィン33に対向させて冷却ファン20を設け、各半導体レーザアレイ31を充分に冷却可能な冷却機構を空冷式にて実現しており、装置の小型化と低コスト化を実現している。
以下にて、本発明の集光ブロック10における第1の実施の形態、第1の参考例、第2の参考例、及び進路変換プリズム66に代わる集光ブロック18(第3の参考例)について説明する。
The length of each condensing duct 65 in the longitudinal direction (X-axis direction in the case of FIG. 2) can be set to an arbitrary length, and each semiconductor laser array 31 is separated from the base heat sink at intervals corresponding to the amount of heat generated. 32 can be fixed. In the example of FIG. 2, a heat radiating plate 34 is further added to each semiconductor laser array 31. Then, a semiconductor laser radiation fin 33 is provided on the base radiation plate 32, a cooling fan 20 is provided opposite to the semiconductor laser radiation fin 33, and a cooling mechanism capable of sufficiently cooling each semiconductor laser array 31 is realized by air cooling. Therefore, downsizing and cost reduction of the device are realized.
Hereinafter , the first embodiment , the first reference example, the second reference example, and the light collection block 18 ( third reference example ) in place of the path conversion prism 66 in the light collection block 10 of the present invention will be described. explain.
●[集光ブロックの第1の実施の形態(図4、図5)]
次に図4及び図5を用いて、第1の実施の形態における集光ブロック10の構造について説明する。図4(A)は、集光ブロック10の外観と集光動作を示しており、図4(B)は、集光ブロック10内の第1伝送経路と第2伝送経路を示しており、図5(A)は、集光ブロック10を構成する各プリズムの概略形状を示している。
図4(A)に示すように、第1の実施の形態における集光ブロック10は、直角二等辺三角形の底面を持つ複数の三角柱形状のプリズム(分割プリズム10A、プリズム10B〜10E)にて構成されている。
分割プリズム10Aは、底面を形成している直角二等辺三角形の斜辺の長さが、入射される励起光束Linの短軸方向(図4の場合、Y軸方向)の幅Wgに相当する長さに設定されている。例えば、実際の斜辺の長さは、誤差及び励起光束Linの広がり角θsを考慮した微小距離αを用い、Wg+αに設定されている。また、直角二等辺三角形の直角を形成する面10ARと面10ALには、励起光束Linを全反射する反射コーティング等を施し、面10ARと面10ALにて分割反射面を構成する。この分割反射面は、入射された光(図4の例では、励起光束Lin)を、入射方向に直交する幅方向(図4の例ではY軸方向)に2分割した第1分割光と第2分割光に分ける。なお、分割した第1分割光と第2分割光の進行方向は、入射された励起光束Linの進行方向(入射方向)と直交する方向であり、互いに重ならない反対方向となるように分割している。
[First embodiment of condensing block (FIGS. 4 and 5)]
Next, the structure of the condensing block 10 in 1st Embodiment is demonstrated using FIG.4 and FIG.5. FIG. 4A shows the appearance and the light collecting operation of the light collecting block 10, and FIG. 4B shows the first transmission path and the second transmission path in the light collecting block 10. 5 (A) shows a schematic shape of each prism constituting the condensing block 10.
As shown in FIG. 4A, the condensing block 10 according to the first embodiment is configured by a plurality of triangular prisms (divided prisms 10A, prisms 10B to 10E) having a bottom surface of a right isosceles triangle. Has been.
In the split prism 10A, the length of the hypotenuse of the right-angled isosceles triangle forming the bottom surface corresponds to the width Wg in the minor axis direction (Y-axis direction in the case of FIG. 4) of the incident excitation light beam Lin. Is set to For example, the actual length of the hypotenuse is set to Wg + α using a minute distance α in consideration of the error and the spread angle θs of the excitation light beam Lin. Further, the surface 10AR and the surface 10AL forming the right angle of the right isosceles triangle are provided with a reflective coating or the like that totally reflects the excitation light beam Lin, and the surface 10AR and the surface 10AL constitute a split reflection surface. This split reflecting surface is formed by dividing the incident light (excitation light beam Lin in the example of FIG. 4) into two in the width direction (Y-axis direction in the example of FIG. 4) perpendicular to the incident direction. Divide into two split lights. The traveling directions of the divided first divided light and the second divided light are orthogonal to the traveling direction (incident direction) of the incident excitation light beam Lin, and are divided so as to be opposite directions that do not overlap each other. Yes.
そして、第1分割光LRが入射される第1プリズム群と、第2分割光LLが入射される第2プリズム群を構成する。
第1プリズム群は、図4の例では、プリズム10Bとプリズム10Cとで構成されている。プリズム10B及びプリズム10Cは、第1分割光LRの幅方向の長さ(Wg/2)に対応した長さのプリズム幅((Wg+α)/2)を有している。
プリズム10Bは、分割プリズム10Aから入力された第1分割光LRの進行方向(1)を、励起光束Linの入射方向(図4の場合、Z軸方向)と直交する方向(2)及び(3)に変換し、プリズム10Cに第1分割光LRを入射する。
プリズム10Cは、プリズム10Bから入射された第1分割光LRの進行方向(3)を、励起光束Linの入射方向と直交する方向(4)に変換し、励起光束Linの入射方向に直交する方向を向いた第1出射面10CUから第1分割光LRを出射する。
なお、第1分割光LRを反射する面10BD、面10BU、面10CDには、反射コーティング等を施しておく。
このように、第1プリズム群は、分割プリズム10Aから入射された第1分割光LRを内部に閉じ込めて、入射された第1分割光LRの幅を維持して、励起光束Linの入射方向と直交する任意の方向に進行方向を変換するように反射しながら第1出射面10CUへと第1分割光LRを第1プリズム群内で伝送する第1伝送経路を構成している。
A first prism group to which the first split light LR is incident and a second prism group to which the second split light LL is incident are configured.
In the example of FIG. 4, the first prism group includes a prism 10B and a prism 10C. The prism 10B and the prism 10C have a prism width ((Wg + α) / 2) having a length corresponding to the length (Wg / 2) in the width direction of the first split light LR.
In the prism 10B, the traveling direction (1) of the first split light LR input from the split prism 10A is perpendicular to the incident direction of the excitation light beam Lin (Z-axis direction in FIG. 4) (2) and (3 ) And the first split light LR is incident on the prism 10C.
The prism 10C converts the traveling direction (3) of the first split light LR incident from the prism 10B into a direction (4) orthogonal to the incident direction of the excitation light beam Lin, and a direction orthogonal to the incident direction of the excitation light beam Lin. The first split light LR is emitted from the first emission surface 10CU facing the.
A reflective coating or the like is applied to the surface 10BD, the surface 10BU, and the surface 10CD that reflect the first split light LR.
As described above, the first prism group confines the first split light LR incident from the split prism 10A inside, maintains the width of the incident first split light LR, and the incident direction of the excitation light beam Lin. A first transmission path is configured to transmit the first split light LR within the first prism group to the first emission surface 10CU while reflecting the traveling direction in an arbitrary orthogonal direction.
第2プリズム群は、図4の例では、プリズム10Dとプリズム10Eとで構成されている。プリズム10D及びプリズム10Eは、第2分割光LLの幅方向の長さ(Wg/2)に対応した長さのプリズム幅((Wg+α)/2)を有しており、上記の説明と同様に、第2プリズム群は、分割プリズム10Aから入射された第2分割光LLを内部に閉じ込めて、入射された第2分割光LLの幅を維持して、励起光束Linの入射方向と直交する任意の方向に進行方向を変換するように反射しながら第2出射面10EUへと第2分割光LLを第2プリズム群内で伝送する第2伝送経路を構成している。 In the example of FIG. 4, the second prism group includes a prism 10D and a prism 10E. The prism 10D and the prism 10E have a prism width ((Wg + α) / 2) corresponding to the length (Wg / 2) in the width direction of the second split light LL, and are the same as described above. The second prism group confines the second split light LL incident from the split prism 10A inside, maintains the width of the incident second split light LL, and is an arbitrary orthogonal to the incident direction of the excitation light beam Lin The second transmission path is configured to transmit the second split light LL within the second prism group to the second exit surface 10EU while being reflected so as to change the traveling direction to the second direction.
また、第1出射面10CUと第2出射面10EUは、励起光束Linの入射方向に直交する方向に沿って隣り合うように並べて配置されている。これにより、第1出射面10CUから出射される第1分割光LRと、第2出射面10EUから出射される第2分割光LLとは、厚さ方向(出射時点における第1分割光LR及び第2分割光LLの長軸方向)に並べられ(再配置され)、短軸方向の幅(Wg)が約半分になるように集光される。
以上の説明では、第1プリズム群及び第2プリズム群のプリズム幅を、第1分割光LR及び第2分割光LLの幅に対応する(Wg+α)/2に設定し、プリズムで伝送中において幅方向への広がりをより適切に抑制できる例を説明したが、それよりも大きなプリズム幅に設定してもよい(幅方向に広がったとしても、第1プリズム群及び第2プリズム群内に、第1分割光LR及び第2分割光LLを閉じ込めることが可能であるため)。
Further, the first emission surface 10CU and the second emission surface 10EU are arranged side by side so as to be adjacent to each other along a direction orthogonal to the incident direction of the excitation light beam Lin. Thereby, the first split light LR emitted from the first emission surface 10CU and the second divided light LL emitted from the second emission surface 10EU are in the thickness direction (the first divided light LR and the first division light LR at the emission time). The light beams are arranged (rearranged) in the major axis direction of the two-split light LL and condensed so that the width (Wg) in the minor axis direction is about half.
In the above description, the prism widths of the first prism group and the second prism group are set to (Wg + α) / 2 corresponding to the widths of the first split light LR and the second split light LL, and the width during transmission by the prism is set. Although an example in which the spread in the direction can be more appropriately suppressed has been described, a larger prism width may be set (even if the width in the width direction is widened, the first prism group and the second prism group have the first This is because the first split light LR and the second split light LL can be confined).
なお、集光ブロック10は、同一平面上に配置されているため、図5(A)に示すように平面部材10Hを用いて、この平面部材10H上にて位置決め及び固定(接着等)することで、一体的に構成することが可能である。集光ブロック10を一体的に構成することで、レーザ発生装置100における位置調整が容易となる。なお、図2の例に示すレーザ発生装置100に、図4に示す集光ブロック10を用いる場合、集光ブロック10への励起光束Linの入射方向と、集光ブロック10から出射される第1及び第2分割光の出射方向とが異なるため、第1レンズ62等で構成されたブロック91(図2参照)の位置を第1及び第2分割光の出射方向に合わせて変更する。なお、集光ブロック10に入射された励起光束と出射された励起光束の長軸方向と短軸方向も異なるため、第1レンズ62と第2レンズ64の向きも変更される。 In addition, since the condensing block 10 is arrange | positioned on the same plane, as shown to FIG. 5 (A), positioning and fixing (adhesion etc.) on this plane member 10H using the plane member 10H. Therefore, it is possible to configure integrally. By integrally configuring the condensing block 10, the position adjustment in the laser generator 100 is facilitated. When the condensing block 10 shown in FIG. 4 is used for the laser generator 100 shown in the example of FIG. Since the emission direction of the second divided light is different, the position of the block 91 (see FIG. 2) constituted by the first lens 62 and the like is changed according to the emission directions of the first and second divided lights. Since the major axis direction and minor axis direction of the excitation light beam incident on the condensing block 10 and the emitted excitation light beam are different, the directions of the first lens 62 and the second lens 64 are also changed.
また、図5(B)に示すように、図4(A)に示す集光ブロック10にプリズム10A1、10A2を追加して、分割プリズム10Aの分割反射面からプリズム10Bまたはプリズム10Dまでの空間をプリズム10A1及び10A2にて埋めるようにしてもよい。
この図5(B)に示す集光ブロック10は、励起光束Linが入射される入射面10AINを、図2に示す進路変換プリズム66の出射面に接触するように配置することが可能である。この場合、励起光束Linが進路変換プリズム66から出射されてから、集光ブロック10に入射されて集光ブロック10から出射されるまでの経路にて空間を伝送する経路がなくなり、励起光束Linを幅方向に(短軸方向に)より確実に閉じ込めることができる。
なお、図5(B)に示す集光ブロック10は、平面部材10Hを用いることなく一体的に構成(接着等)することができる。
Further, as shown in FIG. 5B, prisms 10A1 and 10A2 are added to the condensing block 10 shown in FIG. 4A, and a space from the divided reflecting surface of the divided prism 10A to the prism 10B or prism 10D is provided. You may make it fill with prism 10A1 and 10A2.
The condensing block 10 shown in FIG. 5B can be arranged such that the incident surface 10AIN on which the excitation light beam Lin is incident is in contact with the exit surface of the path conversion prism 66 shown in FIG. In this case, there is no path for transmitting space in the path from when the excitation light beam Lin is emitted from the path conversion prism 66 to when it is incident on the light collection block 10 and is emitted from the light collection block 10, and the excitation light beam Lin is reduced. It is possible to confine more reliably in the width direction (in the minor axis direction).
In addition, the condensing block 10 shown to FIG. 5 (B) can be integrally comprised (adhesion etc.), without using the planar member 10H.
●[集光ブロックの第1の参考例(図6、図7)]
次に図6及び図7を用いて、第1の参考例における集光ブロック10の構造について説明する。
図6(B)は、集光ブロック10の平面図(上図)、正面図(左下)、右側面図(右図)を示しており、図6(A)は図6(B)に示す集光ブロック10を構成する各プリズムの外観斜視図を示している。第1の参考例に使用する分割プリズム11A、プリズム11B〜11Gは、いずれの角度も直角または45度または135度(直角+45度)である。
分割プリズム11Aは、底面を形成している直角二等辺三角形の斜辺の長さが、入射される励起光束Linの短軸方向(図6の場合、Y軸方向)の幅Wgに相当する長さに設定されている。例えば、第1の実施の形態と同様に、Wg+αに設定されている。また、直角二等辺三角形の直角を形成する面11ARと面11ALには、励起光束Linを全反射する反射コーティング等を施し、面11ARと面11ALにて分割反射面を構成する。この分割反射面は、入射された光(図6の例では、励起光束Lin)を、幅方向(図6の例ではY軸方向)に2分割した第1分割光と第2分割光に分ける。なお、分割した第1分割光と第2分割光の進行方向は、入射された励起光束Linの進行方向と直交する方向であり、互いに重ならない反対方向となるように分割している。
● [ First reference example of condensing block (Figs. 6 and 7)]
Next, the structure of the light collecting block 10 in the first reference example will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
FIG. 6B shows a plan view (upper view), a front view (lower left), and a right side view (right view) of the light collecting block 10, and FIG. 6 (A) is shown in FIG. 6 (B). An external perspective view of each prism constituting the light condensing block 10 is shown. The split prism 11A and the prisms 11B to 11G used in the first reference example are all at right angles or 45 degrees or 135 degrees (right angle +45 degrees).
In the split prism 11A, the length of the hypotenuse of the right-angled isosceles triangle forming the bottom surface corresponds to the width Wg in the minor axis direction (Y-axis direction in the case of FIG. 6) of the incident excitation light beam Lin. Is set to For example, as in the first embodiment, Wg + α is set. Further, the surface 11AR and the surface 11AL that form a right angle of a right-angled isosceles triangle are provided with a reflection coating that totally reflects the excitation light beam Lin, and the surface 11AR and the surface 11AL constitute a split reflection surface. This split reflection surface divides incident light (excitation light beam Lin in the example of FIG. 6) into a first split light and a second split light that are split into two in the width direction (Y-axis direction in the example of FIG. 6). . The traveling directions of the divided first divided light and the second divided light are directions orthogonal to the traveling direction of the incident excitation light beam Lin, and are divided so as to be opposite directions that do not overlap each other.
そして、第1分割光LRが入射される第1プリズム群と、第2分割光LLが入射される第2プリズム群を構成する。
第1プリズム群は、図6の例では、プリズム11Bとプリズム11Cとプリズム11Dとで構成されている。
プリズム11Bは、底面の形状が等脚台形(直角二等辺三角形の直角部分を切り取った形状)であり、分割プリズム11Aから入力された第1分割光LRの進行方向(1)を、励起光束Linの入射方向(図6の場合、Z軸方向)と直交する方向(2)及び(3)に変換し、プリズム11Cに第1分割光LRを入射する。
プリズム11Cは、底面の形状が直角二等辺三角形であり、プリズム11Bから入射された第1分割光LRの進行方向(3)を、励起光束Linの入射方向と同じ方向(4)に変換し、プリズム11Dに第1分割光LRを入射する。
プリズム11Dは、底面の形状が直角二等辺三角形を2つ並べた平行四辺形(図7のプリズム11Dを参照)であり、プリズム11Cから入射された第1分割光LRの進行方向(4)を、励起光束Linの入射方向と直交する方向(5)に変換し、更に、励起光束Linの入射方向と同じ方向(6)に変換し、励起光束Linの入射方向と同じ方向を向いた第1出射面11DLから第1分割光LRを出射する。
なお、第1分割光LRを反射する各面には、反射コーティング等を施しておく。
A first prism group to which the first split light LR is incident and a second prism group to which the second split light LL is incident are configured.
In the example of FIG. 6, the first prism group includes a prism 11B, a prism 11C, and a prism 11D.
The prism 11B has an isosceles trapezoidal shape (a shape obtained by cutting off a right angle portion of a right-angled isosceles triangle), and the traveling direction (1) of the first split light LR input from the split prism 11A is determined by the excitation light beam Lin. Are converted into directions (2) and (3) orthogonal to the incident direction (Z-axis direction in the case of FIG. 6), and the first split light LR is incident on the prism 11C.
The prism 11C has a shape of a right isosceles triangle at the bottom, converts the traveling direction (3) of the first split light LR incident from the prism 11B into the same direction (4) as the incident direction of the excitation light beam Lin, The first split light LR is incident on the prism 11D.
The prism 11D is a parallelogram (see prism 11D in FIG. 7) in which the shape of the bottom surface is an array of two right-angled isosceles triangles, and the traveling direction (4) of the first split light LR incident from the prism 11C. , Converted into the direction (5) orthogonal to the incident direction of the excitation light beam Lin, further converted into the same direction (6) as the incident direction of the excitation light beam Lin, and directed to the same direction as the incident direction of the excitation light beam Lin The first split light LR is emitted from the emission surface 11DL.
A reflective coating or the like is applied to each surface that reflects the first split light LR.
このように、第1プリズム群は、分割プリズム11Aから入射された第1分割光LRを内部に閉じ込めて、励起光束Linの入射方向と直交する任意の方向、及び前記入射方向と同方向に進行方向を変換するように反射しながら第1出射面11DLへと第1分割光LRを第1プリズム群内で伝送する第1伝送経路を構成している。
第2プリズム群は、図6の例では、プリズム11Eと、プリズム11Fと、プリズム11Gとで構成されている。上記の説明と同様に、第2プリズム群は、分割プリズム11Aから入射された第2分割光LLを内部に閉じ込めて、励起光束Linの入射方向と直交する任意の方向、及び前記入射方向と同方向に進行方向を変換するように反射しながら第2出射面11GLへと第2分割光LLを第2プリズム群内で伝送する第2伝送経路を構成している。
As described above, the first prism group confines the first split light LR incident from the split prism 11A and travels in an arbitrary direction orthogonal to the incident direction of the excitation light beam Lin and in the same direction as the incident direction. A first transmission path is configured to transmit the first split light LR within the first prism group to the first emission surface 11DL while reflecting so as to change the direction.
In the example of FIG. 6, the second prism group includes a prism 11E, a prism 11F, and a prism 11G. Similar to the above description, the second prism group confines the second split light LL incident from the split prism 11A inside, and has the same direction as the arbitrary direction orthogonal to the incident direction of the excitation light beam Lin. The second transmission path is configured to transmit the second split light LL within the second prism group to the second emission surface 11GL while reflecting so as to change the traveling direction to the direction.
また、第1出射面11DLと第2出射面11GLは、励起光束Linの入射方向と同じ方向を向いており、励起光束Linの入射方向に直交する方向に沿って隣り合うように並べて配置されている。これにより、第1出射面11DLから出射される第1分割光LRと、第2出射面11GLから出射される第2分割光LLとは、厚さ方向(出射時点における第1分割光LR及び第2分割光LLの長軸方向)に並べられ(再配置され)、短軸方向の幅(Wg)が半分になるように集光される。
また、図6(B)に示すように、集光ブロック10は、各プリズム同士の接触する面を接着等して固定することで、一体的に構成することが可能である。集光ブロック10を一体的に構成することで、レーザ発生装置100における位置調整が容易となる。
Further, the first emission surface 11DL and the second emission surface 11GL face the same direction as the incident direction of the excitation light beam Lin, and are arranged side by side along a direction orthogonal to the incident direction of the excitation light beam Lin. Yes. Thus, the first split light LR emitted from the first emission surface 11DL and the second divided light LL emitted from the second emission surface 11GL are in the thickness direction (the first divided light LR and the first division light LR at the emission time). The light beams are arranged (rearranged) in the major axis direction of the two-split light LL and condensed so that the width (Wg) in the minor axis direction is halved.
Further, as shown in FIG. 6B, the condensing block 10 can be integrally configured by fixing the surfaces of the prisms in contact with each other by bonding or the like. By integrally configuring the condensing block 10, the position adjustment in the laser generator 100 is facilitated.
以上の説明では、第1プリズム群及び第2プリズム群のプリズム幅を、第1分割光LR及び第2分割光LLの幅よりも大きく設定したが、図7(A)及び(B)に示すように、第1プリズム群及び第2プリズム群のプリズム幅を、第1分割光LRと第2分割光LLの幅に対応した長さとすることで、より適切に幅方向への広がりを抑制することができる。
図7(A)及び(B)は、図6に示す集光ブロック10の他の形態を示しており、底面が直角二等辺三角形のプリズムと、底面が正方形のプリズムと、平面部材11H(材質はプリズムと同じ)にて一体的に構成した集光ブロック10の例を示している。以下、図6に示す集光ブロック10との相違点について説明する。
図7に示す集光ブロック10において、分割プリズム11Aの底面の直角二等辺三角形の斜辺の長さは、図6に示す分割プリズム11Aと同様に、Wg+αに設定されている。
プリズム11Bは、底面が直角二等辺三角形のプリズム11B1及び11B3と、底面が正方形のプリズム11B2にて構成されている。
プリズム11Cは、底面が直角二等辺三角形のプリズム11C2と、底面が正方形のプリズム11C1にて構成されている。
プリズム11Dは、底面が直角二等辺三角形のプリズム11D1及び11D2にて構成されている。
なお、プリズム11E、プリズム11F、プリズム11Gも同様である。
In the above description, the prism widths of the first prism group and the second prism group are set to be larger than the widths of the first split light LR and the second split light LL, but are shown in FIGS. 7A and 7B. As described above, by setting the prism widths of the first prism group and the second prism group to lengths corresponding to the widths of the first split light LR and the second split light LL, the spread in the width direction can be suppressed more appropriately. be able to.
FIGS. 7A and 7B show another embodiment of the condensing block 10 shown in FIG. 6. The bottom surface is a right isosceles triangular prism, the bottom surface is a square prism, and a planar member 11H (material). Is the same as the prism), and shows an example of the condensing block 10 integrally formed. Hereinafter, differences from the light collecting block 10 shown in FIG. 6 will be described.
In the condensing block 10 shown in FIG. 7, the length of the hypotenuse of the right-angled isosceles triangle on the bottom surface of the split prism 11A is set to Wg + α similarly to the split prism 11A shown in FIG.
The prism 11B is composed of prisms 11B1 and 11B3 whose bottom surface is a right isosceles triangle and a prism 11B2 whose bottom surface is a square.
The prism 11C is composed of a prism 11C2 having a bottom surface with a right isosceles triangle and a prism 11C1 having a bottom surface having a square shape.
The prism 11D is composed of prisms 11D1 and 11D2 whose bottom surface is a right isosceles triangle.
The same applies to the prism 11E, the prism 11F, and the prism 11G.
また、各プリズムの正方形の底面の各辺の長さ、及び直角二等辺三角形の直角を形成する2つの面における各辺の長さは、(Wg+α)/2に設定されている。また、平面部材11Hの厚さは、必要な強度を維持できる程度に薄く形成されている。
これにより、図7(A)及び(B)に示す集光ブロック10は、第1出射面11DLから出射される第1分割光LRを伝送する第1伝送経路において、第1分割光LRの短軸方向の幅を(Wg+α)/2の幅に閉じ込めることが可能であり、第1分割光LRが短軸方向に広がることを抑制することができる。また同様に、第2出射面11GLから出射される第2分割光LLを伝送する第2伝送経路において、第2分割光LLの短軸方向の幅を(Wg+α)/2の幅に閉じ込めて、第2分割光LLが短軸方向に広がることを抑制することができる。
In addition, the length of each side of the bottom surface of the square of each prism and the length of each side in the two surfaces forming the right angle of the right isosceles triangle are set to (Wg + α) / 2. Further, the thickness of the planar member 11H is thin enough to maintain the required strength.
Accordingly, the condensing block 10 shown in FIGS. 7A and 7B has a short path of the first divided light LR in the first transmission path that transmits the first divided light LR emitted from the first emission surface 11DL. The axial width can be confined to (Wg + α) / 2, and the first split light LR can be prevented from spreading in the minor axis direction. Similarly, in the second transmission path for transmitting the second divided light LL emitted from the second emission surface 11GL, the width in the minor axis direction of the second divided light LL is confined to a width of (Wg + α) / 2, It is possible to suppress the second split light LL from spreading in the minor axis direction.
●[集光ブロックの第2の参考例(図8)]
次に図8を用いて、第2の参考例における集光ブロック10の構造について説明する。図8(A)は、集光ブロック10の外観と集光動作を説明する図であり、図8(B)は、集光ブロック10を構成している各プリズムの概略形状を説明する図であり、図8(C)は、第1分割光LR及び第2分割光LLの集光される経路(第1伝送経路と第2伝送経路)を説明する図である。
図8(A)及び(B)に示すように、第2の参考例における集光ブロック10は、直角二等辺三角形の底面を持つ複数の三角柱状のプリズム(分割プリズム12A、プリズム12A1、12A2、12B、12D)と、正方形の底面を持つ複数のプリズム(プリズム12C、12E)にて構成されている。以下、第1の実施の形態との相違点について説明する。
● [ Second reference example of condensing block (Fig. 8)]
Next, the structure of the condensing block 10 in the second reference example will be described with reference to FIG. FIG. 8A is a diagram illustrating the appearance and the light condensing operation of the condensing block 10, and FIG. 8B is a diagram illustrating the schematic shape of each prism constituting the condensing block 10. FIG. 8C is a diagram illustrating paths (first transmission path and second transmission path) on which the first split light LR and the second split light LL are collected.
As shown in FIGS. 8A and 8B, the light condensing block 10 in the second reference example includes a plurality of triangular prisms (divided prisms 12A, prisms 12A1, 12A2,. 12B, 12D) and a plurality of prisms (prisms 12C, 12E) having a square bottom surface. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.
プリズム12C(以下、プリズム12Cを合波プリズム12Cと記載する)は、第1偏光方向の光を透過するとともに第1偏光方向に直交する第2偏光方向の光を反射する選択反射面12CAを角度φ=45度にて内部に有している。これにより、合波プリズム12Cは、第1入射面12C1から入射された第1偏光方向の光を透過して第3出射面12C3から出射し、第2入射面12C2から入射された第2偏光方向の光を選択反射面12CAにて反射して第3出射面12C3から出射することで、第1入射面12C1から入射された光と第2入射面12C2から入射された光とを重ね合わせることで集光する。
ここで、励起光束Linの偏光方向は第1偏光方向であるものとする。
また、プリズム12Eは、入射された第1偏光方向の光の偏光方向を、第1偏光方向と直交する第2偏光方向に変換する位相差部材12E1を有している。なお、位相差部材12E1は、第2分割光LLが伝送される第2伝送経路((a)−(b)−(c)−(c)´−(d)の経路)のどこに配置されていてもよい。
The prism 12C (hereinafter, the prism 12C is referred to as a combining prism 12C) has an angle of the selective reflection surface 12CA that transmits light in the first polarization direction and reflects light in the second polarization direction orthogonal to the first polarization direction. It has inside at φ = 45 degrees. As a result, the combining prism 12C transmits the light in the first polarization direction incident from the first incident surface 12C1 and exits from the third output surface 12C3, and enters the second polarization direction incident from the second incident surface 12C2. Is reflected by the selective reflection surface 12CA and emitted from the third emission surface 12C3, thereby superimposing the light incident from the first incident surface 12C1 and the light incident from the second incident surface 12C2. Condensate.
Here, it is assumed that the polarization direction of the excitation light beam Lin is the first polarization direction.
In addition, the prism 12E includes a phase difference member 12E1 that converts the polarization direction of the incident light in the first polarization direction into a second polarization direction orthogonal to the first polarization direction. The phase difference member 12E1 is disposed anywhere on the second transmission path (the path (a)-(b)-(c)-(c) '-(d)) through which the second split light LL is transmitted. May be.
分割プリズム12Aは、第1の実施の形態に記載した分割プリズム10Aと同様であるので説明を省略する。なお、図8に示す集光ブロック10は、図5(B)に示す集光ブロックと同様に、分割プリズムにて分割及び反射された第1分割光LR及び第2分割光LLを伝送するプリズム12A1及び12A2を備えている。
第1プリズム群は、プリズム12A1、プリズム12Bにて構成されている。この第1プリズム群にて、第1分割光LR(偏光方向は第1偏光方向)は、入射された励起光束Linの入射方向と直交する方向(2)に反射され、第1入射面12C1へと伝送される。そして、合波プリズム12Cは、第1入射面12C1から入射された第1分割光LR(第1偏光方向)を透過して、第3出射面12C3から出射する。
また、第2プリズム群は、プリズム12A2、プリズム12D、プリズム12Eにて構成されている。この第2プリズム群にて、第2分割光LL(分割プリズム12Aにて分割及び反射された時点での偏光方向は第1偏光方向)は、入射された励起光束Linの入射方向と直交する方向(b)、(c)に反射され、第2入射面12C2へと伝送され、その伝送経路の任意の位置に配置された位相差部材12E1にて偏光方向が第2偏光方向に変換される。そして、合波プリズム12Cは、第2偏光方向に変換された第2分割光LLが第2入射面12C2から入射されると、選択反射面12CAにて反射して第3出射面12C3から出射する。
The split prism 12A is the same as the split prism 10A described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. The condensing block 10 shown in FIG. 8 is a prism that transmits the first divided light LR and the second divided light LL divided and reflected by the dividing prism, similarly to the condensing block shown in FIG. 12A1 and 12A2 are provided.
The first prism group includes a prism 12A1 and a prism 12B. In the first prism group, the first split light LR (the polarization direction is the first polarization direction) is reflected in the direction (2) orthogonal to the incident direction of the incident excitation light beam Lin, and is directed to the first incident surface 12C1. Is transmitted. The combining prism 12C transmits the first split light LR (first polarization direction) incident from the first incident surface 12C1 and emits the light from the third emitting surface 12C3.
The second prism group includes a prism 12A2, a prism 12D, and a prism 12E. In this second prism group, the second split light LL (the polarization direction when split and reflected by the split prism 12A is the first polarization direction) is a direction orthogonal to the incident direction of the incident excitation light beam Lin. The light is reflected by (b) and (c), transmitted to the second incident surface 12C2, and the polarization direction is converted into the second polarization direction by the phase difference member 12E1 disposed at an arbitrary position in the transmission path. Then, when the second split light LL converted in the second polarization direction is incident on the second incident surface 12C2, the multiplexing prism 12C is reflected by the selective reflection surface 12CA and is emitted from the third emission surface 12C3. .
なお、第1分割光LR及び第2分割光LLは、入射方向と直交する方向だけでなく、入射方向と同方向にも反射されるように、第1プリズム群及び第2プリズム群を構成することもできる。
以上の説明では、第1プリズム群及び第2プリズム群のプリズム幅を、第1分割光LR及び第2分割光LLの幅に対応する(Wg+α)/2に設定し、プリズムで伝送中において幅方向への広がりをより適切に抑制できる例を説明したが、それよりも大きなプリズム幅に設定してもよい(幅方向に広がったとしても、第1プリズム群及び第2プリズム群内に、第1分割光LR及び第2分割光LLを閉じ込めることが可能であるため)。
The first split light LR and the second split light LL constitute the first prism group and the second prism group so that they are reflected not only in the direction orthogonal to the incident direction but also in the same direction as the incident direction. You can also
In the above description, the prism widths of the first prism group and the second prism group are set to (Wg + α) / 2 corresponding to the widths of the first split light LR and the second split light LL, and the width during transmission by the prism is set. Although an example in which the spread in the direction can be more appropriately suppressed has been described, a larger prism width may be set (even if the width in the width direction is widened, the first prism group and the second prism group have the first This is because the first split light LR and the second split light LL can be confined).
以上に説明したように、第2の参考例では、集光後の第1分割光LRと第2分割光LLとが重なって一致するため、第1の実施の形態よりも光の密度を高めることが可能である。
しかし、第1の実施の形態及び第1の参考例では、偏光方向の操作も利用も行わないため、集光ブロック10を2段、3段・・と連続して集光するように利用(1段目の集光ブロック10が集光した光を、更に2段目の集光ブロック10で集光する等)することが可能であるが、第2の参考例に示す集光ブロック10は偏光方向を操作して利用しており、集光ブロック10を2段以上連続して利用することはできない。なお、第2の参考例の集光ブロック10を1段と第1の実施の形態または第1の参考例の集光ブロック10を1段以上を連続して使用することは可能である。
As described above, in the second reference example , the first divided light LR and the second divided light LL after the light collection overlap and coincide with each other, so that the light density is higher than that in the first embodiment. It is possible.
However, in the first embodiment and the first reference example , neither the operation of the polarization direction nor the use is performed. Therefore, the condensing block 10 is used so as to condense continuously in two stages, three stages, etc. ( The light collected by the first-stage condensing block 10 can be further collected by the second-stage condensing block 10), but the condensing block 10 shown in the second reference example is It is used by manipulating the polarization direction, and the condensing block 10 cannot be used continuously in two or more stages. Incidentally, it is possible to use a second reference example of the condenser block 10 one stage and a focusing block 10 of the first embodiment or the first reference example continuously over one step.
●[集光ブロックの第3の参考例(図9)]
次に図9(A)及び(B)を用いて、第3の参考例における集光ブロック18の構造について説明する。第1の実施の形態、第1の参考例、第2の参考例にて説明した集光ブロック10では、入射された1つの光束を幅方向(短軸方向)に2分割して再配置することで幅方向(短軸方向)の長さを短くし、厚さ方向(長軸方向)に並べて(第1の実施の形態または第1の参考例)、または重ね合わせて(第2の参考例)集光することに対して、第3の参考例では、異なる2つの光束を分割することなくそのまま重ね合わせて集光する。
● [ Third reference example of condensing block (Fig. 9)]
Next, the structure of the condensing block 18 in the third reference example will be described with reference to FIGS. 9 (A) and 9 (B). In the light collecting block 10 described in the first embodiment, the first reference example, and the second reference example, one incident light beam is divided into two in the width direction (short axis direction) and rearranged. Thus, the length in the width direction (minor axis direction) is shortened and arranged in the thickness direction (major axis direction) (first embodiment or first reference example ) or superimposed ( second reference) Example ) In contrast to condensing, in the third reference example , two different light beams are directly superimposed and condensed without being divided.
図9(A)は、本実施の形態における集光ブロック18を用いたレーザ発生装置100の例を示しており、図2に示すレーザ発生装置100に対して、進路変換プリズム66の代わりに集光ブロック18を用いている。なお、図2に示すブロック91は同様であるので図9では図示を省略している。
第3の参考例における集光ブロック18は、一部に傾斜面(反射面18C)を有しているが、略直方体の形状を有している。
集光ブロック18は、長手方向(図9の例では、Z軸の方向)に直交するプリズム幅Wg(レーザ集光装置68A及び68Bの集光ダクトの幅Wgと同じ)と、前記長手方向とプリズム幅とに直交するプリズム厚さTn(レーザ集光装置68A及び68Bの集光ダクトの厚さTnと同じ)とを有する複数のプリズムで構成されている。各プリズムは、底面が直角二等辺三角形のプリズム、あるいは底面が正方形または長方形のプリズム、あるいはそれらのプリズムを組み合わせた形状のプリズムである。
FIG. 9A shows an example of the laser generator 100 using the condensing block 18 in the present embodiment, and the laser generator 100 shown in FIG. An optical block 18 is used. Since the block 91 shown in FIG. 2 is the same, the illustration is omitted in FIG.
The condensing block 18 in the third reference example partially has an inclined surface (reflecting surface 18C), but has a substantially rectangular parallelepiped shape.
The condensing block 18 includes a prism width Wg (same as the width Wg of the condensing ducts of the laser condensing devices 68A and 68B) orthogonal to the longitudinal direction (in the example of FIG. 9, the Z-axis direction) and the longitudinal direction. The prism is composed of a plurality of prisms having a prism thickness Tn orthogonal to the prism width (same as the thickness Tn of the condensing ducts of the laser condensing devices 68A and 68B). Each prism is a prism having a bottom surface that is a right isosceles triangle, a prism having a bottom surface that is square or rectangular, or a prism having a combination of these prisms.
また、集光ブロック18の側面には、第3入射面18Aと第4入射面18Bとが設けられている。
第3入射面18Aは、レーザ集光装置68Bの出射面が当接する面であり、第1偏光方向の偏光方向を有する幅Wg、厚さTnの第1光が、第3入射面18Aに対して垂直に入射される。なお、第1光の幅及び厚さは、Wg以下及びTn以下であればよい。
第4入射面18Bは、第3入射面18Aよりも第4出射面18Fから遠い位置に設けられている。従って、第4出射面18Fと第4入射面18Bの間に第3入射面18Aが設けられている。
第4入射面18Bは、レーザ集光装置68Aの出射面が当接する面であり、第1偏光方向の偏光方向を有する幅Wg、厚さTnの第2光が、第4入射面18Bに対して垂直に入射される。なお、第2光の幅及び厚さは、Wg以下及びTn以下であればよい。
Further, a third incident surface 18 </ b> A and a fourth incident surface 18 </ b> B are provided on the side surface of the condensing block 18.
The third entrance surface 18A is a surface with which the exit surface of the laser condensing device 68B comes into contact, and the first light having the width Wg and the thickness Tn having the polarization direction of the first polarization direction is applied to the third entrance surface 18A. Incident vertically. In addition, the width | variety and thickness of 1st light should just be Wg or less and Tn or less.
The fourth entrance surface 18B is provided at a position farther from the fourth exit surface 18F than the third entrance surface 18A. Therefore, the third entrance surface 18A is provided between the fourth exit surface 18F and the fourth entrance surface 18B.
The fourth incident surface 18B is a surface with which the emission surface of the laser condensing device 68A abuts, and the second light having the width Wg and the thickness Tn having the polarization direction of the first polarization direction is applied to the fourth incident surface 18B. Incident vertically. In addition, the width | variety and thickness of 2nd light should just be Wg or less and Tn or less.
第3入射面18Aから入射された第1光が到達する位置には、第3入射面18Aから入射された第1偏光方向の光の進行方向を90度変換して第4出射面18Fに向いて進行するように変換するとともに、第1偏光方向に対して直交する第2偏光方向の光はそのまま透過する選択反射面18Eが角度θ2=45度にて設けられている。
また、第4入射面18Bから入射された第2光が到達する位置には、第4入射面18Bから入射された光の進行方向を第4出射面18Fに向かうように90度変換する反射面18Cが設けられている。第2光は、第4入射面18Bから反射面18Cそして選択反射面18Eを経由して第4出射面18Fに到達する経路にて伝送される。
ここで、第4入射面18Bから選択反射面18Eに至る第2光の経路中の任意の位置には、第1偏光方向の光の偏光方向を、第1偏光方向に直交する第2偏光方向に変換する位相差部材18Dが設けられている。
At the position where the first light incident from the third incident surface 18A arrives, the traveling direction of the light in the first polarization direction incident from the third incident surface 18A is converted by 90 degrees and directed to the fourth output surface 18F. And a selective reflection surface 18E through which light in the second polarization direction orthogonal to the first polarization direction is transmitted as it is is provided at an angle θ2 = 45 degrees.
Further, at the position where the second light incident from the fourth incident surface 18B arrives, a reflecting surface that converts the traveling direction of the light incident from the fourth incident surface 18B by 90 degrees toward the fourth exit surface 18F. 18C is provided. The second light is transmitted through a path that reaches the fourth exit surface 18F from the fourth entrance surface 18B via the reflection surface 18C and the selective reflection surface 18E.
Here, at an arbitrary position in the path of the second light from the fourth incident surface 18B to the selective reflection surface 18E, the polarization direction of the light having the first polarization direction is perpendicular to the first polarization direction. A phase difference member 18 </ b> D for converting into the above is provided.
集光ブロック18は、上記の構成を有することで、第3入射面18Aから入射された第1偏光方向の第1光を、選択反射面18Eにて反射して第4出射面18Fの方向に伝送する(図9(B)中の実線矢印を参照)。また、第4入射面18Bから入射された第1偏光方向の第2光を、反射面18Cにて反射して第4出射面18Fの方向に伝送し、位相差部材18Dにて第2偏光方向の光に変換し(第2偏光方向に変換してから反射面18Cにて反射してもよい)、第2偏光方向の第2光を、選択反射面18Eを透過させて、第4出射面18Fへと伝送する(図9(B)中の点線矢印を参照)。これにより、第4出射面18Fからは、第1光と第2光とが重ね合わされて出射される。
なお、集光ブロック18から出射された光は、第1の実施の形態及び第1の参考例にて説明した集光ブロック10を用いて、更に集光することが可能である。
The condensing block 18 has the above-described configuration, so that the first light having the first polarization direction incident from the third incident surface 18A is reflected by the selective reflection surface 18E in the direction of the fourth emission surface 18F. Transmit (see solid arrow in FIG. 9B). Further, the second light in the first polarization direction incident from the fourth incident surface 18B is reflected by the reflection surface 18C and transmitted in the direction of the fourth emission surface 18F, and the second polarization direction is transmitted by the phase difference member 18D. (The light may be reflected by the reflection surface 18C after being converted into the second polarization direction), the second light in the second polarization direction is transmitted through the selective reflection surface 18E, and the fourth emission surface It is transmitted to 18F (refer to the dotted line arrow in FIG. 9B). Accordingly, the first light and the second light are superimposed and emitted from the fourth emission surface 18F.
The light emitted from the condensing block 18 can be further condensed using the condensing block 10 described in the first embodiment and the first reference example .
本発明の集光ブロック10、18は、本実施の形態で説明した外観、構成、サイズ、集光動作等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、図2及び図9に示すレーザ発生装置100は、この構成に限定されるものではない。
本実施の形態にて説明した集光ブロック10、18は、半導体レーザアレイから出射される光束の集光に限定されず、種々の光を集光する用途に利用することができる。
また、本実施の形態の説明では、冷却機構として空冷式の例を説明したが、他の冷却機構(例えば、ペルチェ(電子冷却装置)や水冷式の冷却装置)を用いてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
また、以上(≧)、以下(≦)、より大きい(>)、未満(<)等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
The condensing blocks 10 and 18 of the present invention are not limited to the appearance, configuration, size, condensing operation, etc. described in the present embodiment, and various modifications, additions, and deletions can be made without changing the gist of the present invention. Is possible.
Moreover, the laser generator 100 shown in FIG.2 and FIG.9 is not limited to this structure.
The condensing blocks 10 and 18 described in the present embodiment are not limited to condensing the light beam emitted from the semiconductor laser array, and can be used for condensing various lights.
In the description of the present embodiment, an example of an air cooling type is described as the cooling mechanism, but other cooling mechanisms (for example, a Peltier (electronic cooling device) or a water cooling type cooling device) may be used.
The numerical values used in the description of the present embodiment are examples, and are not limited to these numerical values.
Further, the above (≧), the following (≦), the greater (>), the less (<), etc. may or may not include an equal sign.
10、18 集光ブロック
10A、11A、12A 分割プリズム
10B〜10E プリズム
11B〜11G プリズム
12B、12D、12E プリズム
12C 合波プリズム
12CA、18E 選択反射面
12E1、18D 位相差部材
20 冷却ファン
31 半導体レーザアレイ
31a〜31h 発光部
32 ベース放熱板
33 半導体レーザ放熱フィン
35 長軸方向コリメートレンズ
65 集光ダクト
100 レーザ発生装置
Wg ダクト幅
Tg ダクト厚さ
70 ファイバレーザ用光ファイバ
90 伝送用光ファイバ
Lin 励起光束
10, 18 Condensing block 10A, 11A, 12A Split prism 10B-10E Prism 11B-11G Prism 12B, 12D, 12E Prism 12C Combined prism 12CA, 18E Selective reflecting surface 12E1, 18D Phase difference member 20 Cooling fan 31 Semiconductor laser array 31a to 31h Light emitting unit 32 Base heat radiation plate 33 Semiconductor laser radiation fin 35 Collimating lens in the long axis direction 65 Condensing duct 100 Laser generator Wg Duct width Tg Duct thickness 70 Optical fiber for fiber laser 90 Optical fiber for transmission Lin Excitation light beam
Claims (1)
複数のプリズムで構成されて前記第1分割光を内部に閉じ込めて伝送する第1プリズム群と、
複数のプリズムで構成されて前記第2分割光を内部に閉じ込めて伝送する第2プリズム群と、で構成され、前記入射された光を集光する集光ブロックであって、
前記分割プリズムは、底面が直角二等辺三角形の三角柱状の形状を有し、底面の直角二等辺三角形の直角を形成している2つの側面である自身の2つの直角形成側面が前記光の入射方向に向くように配置され、自身の2つの直角形成側面である前記分割反射面にて前記入射された光を前記幅方向に2分割し、当該光の入射方向に直交する方向であり且つ互いに反対となる方向に進行する第1分割光と第2分割光とに分割し、前記第1分割光を前記第1プリズム群に入射するとともに、前記第2分割光を前記第2プリズム群に入射し、
前記第1プリズム群は、前記第1分割光が入射されると、当該第1分割光の進行方向を、前記入射方向に直交する任意の方向に変換するように反射しながら、当該第1プリズム群の第1出射面へと前記第1分割光をプリズム内で伝送する第1伝送経路を構成し、
前記第1プリズム群は、底面が直角二等辺三角形の三角柱状の形状を有する第1方向変換プリズム及び第2方向変換プリズムにて構成されており、
前記第1方向変換プリズム及び前記第2方向変換プリズムは、前記分割プリズムに入射された光の入射方向に底面が直交するように配置されており、
前記第1方向変換プリズムは、底面の直角二等辺三角形の斜辺を形成している側面である自身の斜辺形成側面が、前記分割プリズムにて分割された第1分割光に直交するように向けられて配置されており、自身の斜辺形成側面から入射された第1分割光を、底面の直角二等辺三角形の直角を形成している自身の2つの直角形成側面における一方の直角形成側面から他方の直角形成側面に向けて反射し、反射された第1分割光を、さらに他方の直角形成側面から自身の斜辺形成側面に向けて反射して自身の斜辺形成側面から第1分割光を出射させることで、自身の斜辺形成側面に直交する方向から入射された第1分割光を、自身の斜辺形成側面において前記第1分割光が入射された位置とは異なる位置から、入射時とは反対方向に出射し、
前記第2方向変換プリズムは、自身の2つの直角形成側面における一方の直角形成側面が、前記第1方向変換プリズムから出射された第1分割光と直交するように配置され、一方の直角形成側面から入射された第1分割光を、自身の斜辺形成側面にて他方の直角形成側面である第1出射面に向けて反射し、反射された第1分割光を前記第1出射面から出射し、
前記第2プリズム群は、前記第2分割光が入射されると、当該第2分割光の進行方向を、前記入射方向に直交する任意の方向に変換するように反射しながら、当該第2プリズム群の第2出射面へと前記第2分割光をプリズム内で伝送する第2伝送経路を構成し、
前記第2プリズム群は、底面が直角二等辺三角形の三角柱状の形状を有する第3方向変換プリズム及び第4方向変換プリズムにて構成されており、
前記第3方向変換プリズム及び前記第4方向変換プリズムは、前記分割プリズムに入射された光の入射方向に底面が直交するように配置されており、
前記第3方向変換プリズムは、底面の直角二等辺三角形の斜辺を形成している側面である自身の斜辺形成側面が、前記分割プリズムにて分割された第2分割光に直交するように向けられて配置されており、自身の斜辺形成側面から入射された第2分割光を、底面の直角二等辺三角形の直角を形成している自身の2つの直角形成側面における一方の直角形成側面から他方の直角形成側面に向けて反射し、反射された第2分割光を、さらに他方の直角形成側面から自身の斜辺形成側面に向けて反射して自身の斜辺形成側面から第2分割光を出射させることで、自身の斜辺形成側面に直交する方向から入射された第2分割光を、自身の斜辺形成側面において前記第2分割光が入射された位置とは異なる位置から、入射時とは反対方向に出射し、
前記第4方向変換プリズムは、自身の2つの直角形成側面における一方の直角形成側面が、前記第3方向変換プリズムから出射された第2分割光と直交するように配置され、一方の直角形成側面から入射された第2分割光を、自身の斜辺形成側面にて他方の直角形成側面である第2出射面に向けて反射し、反射された第2分割光を前記第2出射面から出射し、
前記第1方向変換プリズムは前記分割プリズムと隣り合わせに配置され、前記第2方向変換プリズムは前記第1方向変換プリズムと隣り合わせに配置され、前記第3方向変換プリズムは前記分割プリズムと隣り合わせに配置され、前記第4方向変換プリズムは前記第3方向変換プリズムと隣り合わせに配置され、前記第2方向変換プリズムと前記第4方向変換プリズムは隣り合わせに配置されており、
前記第1出射面と前記第2出射面とを前記入射方向に直交する方向に沿って隣り合うように並べて配置し、前記第1出射面から出射される前記第1分割光と、前記第2出射面から出射される前記第2分割光とを、前記第1分割光と前記第2分割光の前記幅方向と進行方向とに直交する厚さ方向に隣り合うように並べて出射することで、前記入射された光を集光し、
前記入射された光は、進行方向に直交する厚さ方向に対しては平行光であり且つ進行方向と厚さ方向とに直交する幅方向に対しては所定角度で広がりながら進行する光であり、
前記第1プリズム群は、前記第1分割光の幅方向の長さに対応するプリズム幅を有する前記第1方向変換プリズム及び前記第2方向変換プリズムにて構成されており、伝送する前記第1分割光の幅を前記プリズム幅に維持して伝送し、
前記第2プリズム群は、前記第2分割光の幅方向の長さに対応するプリズム幅を有する前記第3方向変換プリズム及び前記第4方向変換プリズムにて構成されており、伝送する前記第2分割光の幅を前記プリズム幅に維持して伝送する、
ことを特徴とする集光ブロック。 A splitting prism having a split reflecting surface that splits incident light into a first split light and a second split light that are split into two in the width direction perpendicular to the incident direction;
A first prism group configured by a plurality of prisms for confining and transmitting the first split light;
A second prism group composed of a plurality of prisms for confining and transmitting the second split light, and a condensing block for condensing the incident light,
The split prism has a triangular prism shape whose bottom surface is a right isosceles triangle, and its two right-angle forming side surfaces, which are two side surfaces forming a right angle of a right angled isosceles triangle, are incident on the light. The incident light is divided into two in the width direction by the divided reflection surfaces which are two right-angle-forming side surfaces thereof, and are perpendicular to the incident direction of the light and mutually The first split light and the second split light traveling in opposite directions are split, the first split light is incident on the first prism group, and the second split light is incident on the second prism group And
When the first split light is incident, the first prism group reflects the first split light so that the traveling direction of the first split light is converted to an arbitrary direction orthogonal to the incident direction. Configuring a first transmission path for transmitting the first split light within the prism to the first exit surface of the group ;
The first prism group is composed of a first direction conversion prism and a second direction conversion prism having a triangular prism shape whose bottom surface is a right-angled isosceles triangle,
The first direction conversion prism and the second direction conversion prism are arranged such that the bottom surface is orthogonal to the incident direction of the light incident on the split prism,
The first direction conversion prism is directed so that its oblique side forming side surface, which is a side surface forming a hypotenuse of an isosceles right triangle on the bottom surface, is orthogonal to the first divided light divided by the dividing prism. The first split light incident from its hypotenuse side is transmitted from one right-form side to the other of the two right-form sides forming the right angle of a right-angled isosceles triangle on the bottom. Reflecting toward the right-angle-forming side surface and reflecting the reflected first split light from the other right-angle-forming side surface toward its own hypotenuse-forming side surface to emit the first split light from its own hypotenuse-forming side surface Then, the first split light incident from the direction orthogonal to its own hypotenuse side is changed from a position different from the position where the first split light was incident on its hypotenuse side to the direction opposite to the incident time. Exit,
The second direction conversion prism is disposed so that one right-angle-forming side surface of the two right-angle-forming side surfaces thereof is orthogonal to the first split light emitted from the first direction-change prism, and one right-angle-forming side surface The first split light incident from the side is reflected toward the first emission surface, which is the other right-angle formation side surface, at the oblique side forming side, and the reflected first divided light is emitted from the first emission surface. ,
When the second split light is incident, the second prism group reflects the second prism light so as to convert the traveling direction of the second split light into an arbitrary direction orthogonal to the incident direction. Configuring a second transmission path for transmitting the second split light within the prism to the second exit surface of the group ;
The second prism group is composed of a third direction conversion prism and a fourth direction conversion prism having a triangular prism shape whose bottom surface is a right isosceles triangle,
The third direction conversion prism and the fourth direction conversion prism are arranged such that the bottom surface is orthogonal to the incident direction of the light incident on the split prism,
The third direction conversion prism is directed so that its oblique side forming side surface, which is a side surface forming a hypotenuse of an isosceles right triangle on the bottom surface, is orthogonal to the second divided light divided by the dividing prism. The second split light incident from its hypotenuse-forming side is transmitted from one right-formation side of the two right-formation side forming the right angle of the right-angled isosceles triangle of the bottom to the other Reflecting the reflected second divided light toward the right-angle-formed side surface and further reflecting the reflected second divided light toward the own hypotenuse-forming side surface from the other right-angle-formed side surface and emitting the second divided light from the own hypotenuse-formed side surface Then, the second split light incident from the direction orthogonal to its own hypotenuse side is changed from a position different from the position where the second split light was incident on its hypotenuse side to the direction opposite to the incident time. Exit,
The fourth direction conversion prism is disposed such that one right-angle-forming side surface of the two right-angle-forming side surfaces thereof is orthogonal to the second divided light emitted from the third direction-change prism, and one right-angle-forming side surface The second split light incident from the side is reflected toward the second emission surface, which is the other right-angle-formed side surface, at the oblique side forming side surface, and the reflected second divided light is emitted from the second emission surface. ,
The first direction conversion prism is disposed adjacent to the division prism, the second direction conversion prism is disposed adjacent to the first direction conversion prism, and the third direction conversion prism is disposed adjacent to the division prism. The fourth direction conversion prism is disposed adjacent to the third direction conversion prism, and the second direction conversion prism and the fourth direction conversion prism are disposed adjacent to each other.
The first emission surface and the second emission surface are arranged side by side along a direction orthogonal to the incident direction, the first split light emitted from the first emission surface, and the second By emitting the second divided light emitted from the emission surface so as to be adjacent to each other in the thickness direction orthogonal to the width direction and the traveling direction of the first divided light and the second divided light, Condensing the incident light ,
The incident light is parallel light with respect to the thickness direction orthogonal to the traveling direction, and travels while spreading at a predetermined angle with respect to the width direction orthogonal to the traveling direction and the thickness direction. ,
The first prism group includes the first direction conversion prism and the second direction conversion prism having a prism width corresponding to the length in the width direction of the first split light, and transmits the first prism. Transmit the split light while maintaining the width of the prism,
The second prism group includes the third direction conversion prism and the fourth direction conversion prism having a prism width corresponding to the length in the width direction of the second divided light, and transmits the second prism. Transmit the split light while maintaining the width of the prism.
A condensing block characterized by that.
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