JP7066163B2

JP7066163B2 - レーザラインジェネレータ

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Publication number: JP7066163B2
Application number: JP2017228910A
Authority: JP
Inventors: 勝佐々木; 勝竹内
Original assignee: Adamant Namiki Precision Jewel Co Ltd
Current assignee: Adamant Namiki Precision Jewel Co Ltd
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: JP2019100743A

Description

本発明は、レーザラインジェネレータに関する。

測定対象物を非接触式で３次元計測したい場合、計測法の１つとして光切断法が挙げられる。光切断法は、対象物に直線状（ライン状）の光を投影し、投影された光の形状から対象物の３次元形状を求める計測法である。

このような光切断法で用いられるライン状の光を生成して出射するデバイスとして、例えば特許文献１記載のレーザラインジェネレータが挙げられる。

特許文献１記載のレーザラインジェネレータは、取り込んだ光を集光又は平行光にする入射面と、光を直線状に照射する楔状の出射面とを有する。更に、楔状の出射面の先端は円形の面取り形状に形成され、ガラス又は樹脂によりモールド成型で作製される。

特開２００８－０５８２９５号公報

しかし特許文献１記載のレーザラインジェネレータでは、レーザ光源から直接コリメータや出射用レンズに光を入射させていた為、コリメータや出射用レンズと云った光学部品の直径によりレーザラインジェネレータの外径寸法が決定されてしまう。この様なコリメータや出射用レンズの外径は、６ｍｍ程度である。従って、３次元計測の対象物が小さく（例えば外形寸法が数ｍｍ程度の対象物）、且つレーザラインジェネレータを内視鏡用途等の小径（数ｍｍ程度）の装置に使用する場合、装置のチューブにレーザラインジェネレータを挿入する事が出来なかった。よって小形の対象物を光切断法で計測する事が不可能であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光切断法により小形の対象物の３次元計測を可能とする、レーザラインジェネレータの提供を目的とする。

前記課題は、以下の本発明により解決される。即ち本発明のレーザラインジェネレータは、構成部品が少なくとも、GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバと、光ファイバと、レーザ光透過体又はコアレス光ファイバであり、光ファイバがシングルモードファイバであり、GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバの出射端側に、レーザ光透過体又はコアレス光ファイバが配置され、構成部品の光学面どうしが接合されており、光ファイバを除く構成部品の外径が全て同一であり、レーザ光が光ファイバの内部を伝搬され、光ファイバから伝搬された光がGRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバで平行光に変換され、レーザ光透過体又はコアレス光ファイバに、GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバから平行光が入射され、平行光が入射されるレーザ光透過体又はコアレス光ファイバの端部と反対側の端部が楔形状の平面部を有し、更に楔形状の先端が曲面形状に成形されており、反対側の端部から平行光が直線状に、且つレーザ光透過体又はコアレス光ファイバの光軸方向へと出射される事を特徴とする。

本発明のレーザラインジェネレータに依れば、レーザ光の伝搬用光学部品に光ファイバを用いる事で、小形化が可能となる。従って、本出願のレーザラインジェネレータを用いる事で小形の対象物を光切断法で計測可能となる。

(a) 本発明の実施形態及び実施例に係るレーザラインジェネレータを模式的に示す正面図である。(b) 図１(a)の左側面図である。(c) 図１(b)を上方から見た時の平面図である。 (a) 図１のレーザラインジェネレータに於けるレーザ光出射部を示す正面図である。(b) 図１(b)内の円Ａ部分の部分拡大側面図である。(c) 図１(c)内の円Ｂ部分の部分拡大平面図である。図１に示すレーザラインジェネレータに装着する割りスリーブを模式的に示す斜視図である。図１(c)に示すレーザラインジェネレータに、割りスリーブを装着した状態を示す平面図である。図１のレーザラインジェネレータに於ける、レーザ光出射部端部からの直線状レーザ光の出射原理図である。 (a) 図１(b)のレーザラインジェネレータからの直線状レーザ光の出射状況を、巨視的且つ模式的に示す説明図である。(b) 図６(a)を上方から見た時の平面図である。図１のレーザラインジェネレータから出射された直線状のレーザ光に於ける、光強度分布を模式的に示す説明図である。本発明の実施例に係るレーザラインジェネレータから出射された直線状のレーザ光を示す画像である。本発明の実施例に係るレーザラインジェネレータから出射された直線状のレーザ光の光強度分布グラフである。 (a) 本発明の別の実施形態に係るレーザラインジェネレータを模式的に示す正面図である。(b) 図１０(a)の左側面図である。(c) 図１０(b)を上方から見た時の平面図である。 (a) 図１０のレーザラインジェネレータに於けるレーザ光出射部を示す正面図である。(b) 図１０(b)内の円Ｃ部分の部分拡大側面図である。(c) 図１０(c)内の円Ｄ部分の部分拡大平面図である。

本実施の形態の第一の特徴は、レーザラインジェネレータの構成部品が少なくとも、GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバと、光ファイバと、レーザ光透過体又はコアレス光ファイバであり、光ファイバがシングルモードファイバであり、GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバの出射端側に、レーザ光透過体又はコアレス光ファイバが配置され、構成部品の光学面どうしが接合されており、光ファイバを除く構成部品の外径が全て同一であり、レーザ光が光ファイバの内部を伝搬され、光ファイバから伝搬されたレーザ光がGRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバで平行光に変換され、レーザ光透過体又はコアレス光ファイバに、GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバから平行光が入射され、平行光が入射されるレーザ光透過体又はコアレス光ファイバの端部と反対側の端部が楔形状の平面部を有し、更に楔形状の先端が曲面形状に成形されており、反対側の端部から平行光が直線状に、且つレーザ光透過体又はコアレス光ファイバの光軸方向へと出射される点である。

この構成に依れば、レーザ光の伝搬用光学部品に光ファイバを用いる事で、小形化が可能となる。従って、本実施形態のレーザラインジェネレータを用いる事で小形の対象物を光切断法で計測可能となる。

更に、レーザラインジェネレータの構成部品を増加させる事で構成部品どうしの接合部分を多くし、レーザ光の伝搬方向に於ける１つの構成部品当たりの長手寸法を短縮する事が出来る。従って、光切断法による３次元計測の対象物が小形（例えば外形寸法が数ｍｍ程度の対象物）で、レーザラインジェネレータを内視鏡用途等の小径（数ｍｍ程度）の装置に使用する場合に、構成部品の折れや破損が防止可能なレーザラインジェネレータを実現する事が出来る。

本実施の形態の第二の特徴は、レーザ光の伝搬方向に対して垂直な方向に於ける構成部品の断面形状が円形で、外径が125μｍ以上2.0ｍｍ以下の点である。

これら構成に依れば、レーザラインジェネレータの細径化が可能となるので、小形の対象物の光切断法計測により好適なレーザラインジェネレータを実現する事が出来る。

本実施の形態の第三の特徴は、構成部品に於けるレーザ光が伝搬する部分の屈折率に整合した接着剤によって、構成部品間の光学面どうしが接合されている点である。

この構成に依れば、構成部品間の光学面に於けるフレネル反射が防止され、戻り光及び迷光の発生を防止する事が出来る。

なお本発明に於いて「光学面」とは、構成部品間の境界面を指し、光学表面とも云う。

本実施の形態の第四の特徴は、構成部品がスリーブで保持される点である。

この構成に依れば、レーザラインジェネレータの構成部品を保持する事が可能となり、小径な装置のチューブの中にレーザラインジェネレータを挿入する際の、チューブとレーザラインジェネレータの構成部品との接触が防止され、構成部品の破損も防止出来る。更に、レーザラインジェネレータの構成部品がスリーブで保持される事で、構成部品どうしの光軸を一致させる事が可能となり、レーザラインジェネレータの組み立てが容易となる。

本実施の形態の第五の特徴は、直線状に出射される平行光のファンアングルが60°±30°であり、光強度が中央部と端部で異なると共に、中央部の光強度が最大光強度値の70％以上100％未満の点である。

この構成に依れば、小形の対象物の光切断法計測により好適なファンアングルを設定する事が可能である。更にそのファンアングルに於けるレーザ光の光強度に、バラツキの発生を許容する事も出来る。従って、レーザラインジェネレータの製造の容易化と量産性の向上、及び歩留まりの改善を達成する事が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図１～図７を参照して説明する。本実施形態のレーザラインジェネレータ１は、図１に示す様に少なくとも、GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバ３と、光ファイバ２の構成部品から成る。更に図１の形態では、構成部品として更にフェルール４及びレーザ光出射部５を有する。更に、各構成部品の光学面どうしは、接着剤又は融着により接合されている。なお本実施形態に於いて「光学面」とは、構成部品間の境界面を指し、光学表面とも云う。

図１より、光ファイバ２のレーザ光入射側端部（図１(b)又は(c)の左側）には、図示しない光源が配置され、その光源からレーザ光が入射される。光源はレーザダイオード（LD：Laser Diode）と云った半導体レーザ素子であり、波長としては光切断法による３次元計測用として405ｎｍ～1620ｎｍ等が挙げられる。

光ファイバ２は、コア及びコアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドから成り、クラッドがコアの周囲を囲む事で構成される。更に光ファイバ２は、シングルモード（SM：Single Mode）型の光ファイバであり、例えば石英系光ファイバを用いる事が出来る。光源から光ファイバ２のレーザ光入射側端部にレーザ光が入射され、入射されたレーザ光が光ファイバ２の図示しないコア内部を伝搬していく。なおクラッドの外径は125μｍであり、更にクラッドの周囲には被覆が施されている。図１に示す光ファイバ２の光軸oa方向の長さL2は、任意の長さに設定可能である。また光ファイバ２としては、クラッド外径が80μｍのシングルモード型光ファイバを使用しても良い。

フェルール４は、中心軸（即ち光軸oa）上に貫通孔が設けられた円筒部品であり、ジルコニア（ZrO₂）やアルミナを主成分とするセラミックス、ステンレス（SUS）等の金属、石英、又は液晶ポリマ（LCP）等のプラスチック等から成る。その貫通孔に被覆が除去された光ファイバ２部分が挿入されている。従って、前記光ファイバ２の長さL2とは、光ファイバ２の一端側からフェルール４に挿入される端部までの長さと云える。

フェルール４の光軸oa方向の長さL4は、約6.0ｍｍ等に設定可能である。更にフェルール４の外径は、1.0ｍｍ以上2.0ｍｍ以下に設定される。

更に、フェルール４の端部及びフェルール４内部に挿入されている光ファイバの端部に、GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバ３が接合されている。光ファイバ２を伝搬したレーザ光は、GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバ３に入射され、GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバ３の内部で平行光に変換される。GRINレンズ３は、その屈折率が中央部（光軸oa）に近づくにつれて高くなる様に連続的に異なる、円筒形状のラジアル屈折率分布型（GRIN：GRadient INdex）のレンズである。また、その外径は1.0ｍｍ以上2.0ｍｍ以下に設定される。

GRINレンズのレンズ長（即ち、光軸oa方向の長さL3）を0.25Pとした場合（P：GRINレンズのピッチ）、又は0.25Pの奇数倍に設定した場合、光ファイバ２から入射されたレーザ光は平行光に変換されて、レーザ光出射部５に入射される。よって、レーザ光が広がることなくレーザ光出射部５に光学的に結合されるので、光伝搬効率の低下を抑制することが可能となる。なお前記L3は一例として、約2.6ｍｍに設定可能である。また、GRINレンズからレーザ光出射部５に入射される際のレーザ光のビームウエスト（Beam Waist）直径2ω（図５参照）は約0.1ｍｍに設定される。

また前記GRINレンズに換えてグレーデッドインデックス（GI：Graded Index）光ファイバに置き換えても良い。グレーデッドインデックス光ファイバは、クラッド、及び中心の屈折率が高く、外側に向かって緩やかに低くなるように屈折率分布を調整したコアから構成される。グレーデッドインデックス光ファイバ３を用いる場合の前記長さL3は、グレーデッドインデックス光ファイバのコア内を伝搬するレーザ光の蛇行周期の４分の１、或いは４分の１の奇数倍に設定すれば良い。一例として、コア径105μｍ、クラッド外径が125μｍのグレーデッドインデックス光ファイバの場合、L3は0.63ｍｍに設定される。また、グレーデッドインデックス光ファイバの外径は125μｍである。以降、必要に応じてグレーデッドインデックス光ファイバを、GIFと記載する。

更にGRINレンズ又はGIF３の出射端側（図１(b)又は(c)での、GRINレンズ又はGIF３の右側端部）には、円柱状の前記レーザ光出射部５が接合されて配置される。レーザ光出射部５は、屈折率が均一（屈折率分布が平坦）なガラスから成る、レーザ光透過体又はコアレス光ファイバで構成される。またレーザ光出射部５の外径は、125μｍ以上2.0ｍｍ以下に設定される。

前記GRINレンズ又はGIF３から、レーザ光出射部５であるレーザ光透過体又はコアレス光ファイバに平行光が入射される。平行光が入射されるレーザ光透過体又はコアレス光ファイバの端部と反対側の端部に、図２及び図５に示す様に、光軸oaに対して線対称に２つの平面部5a、5aが形成され、２つの平面部5a、5aによってレーザ光出射部５の端部が楔形状に成形されている。更に楔形状の先端（２つの平面部5a、5aどうしで形成される峰部分）が、任意の曲率半径R5bで以て曲面形状に成形されて、曲面部5bが２つの平面部5a、5aとそれぞれ面続きに形成されている。

図２(b)及び(c)より曲面部5bは、図２(c)の奥行き方向で見た時に、曲率半径R5bにより形成されている。更に図２(b)の奥行き方向（即ち図２(c)での図示方向）で見た時には曲面部5bの先端は、光軸oaに対して垂直方向に直線状に形成されている。従って曲面部5bは部分的な円柱形状で、且つ２つの平面部5a、5aと面続きに成形されている。

２つの平面部5a、5a及び曲面部5bは、研磨加工又はCO₂レーザ等による加工で形成される。また、２つの平面部5a、5aの形成角度θ5a（図２(b)参照）は、GRINレンズ又はGIF３から出射されるレーザ光及び所望のライン拡がり角に応じて、約60°～110°、曲率半径R5bは約5.0μｍ～1.0ｍｍに、それぞれ設定される。

GRINレンズ又はGIF３の内部を伝搬し、レーザ光出射部５に入射された平行光は、図５及び図６に示す様にレーザ光出射部５の端部から直線状のレーザ光として出射される。GRINレンズ又はGIF３から入射した平行光は、レーザ光出射部５を透過する際に直線状に拡がって出射される。なお図５では、GRINレンズ又はGIF３から入射した平行光を説明の便宜上、６つの光路7a、7b、7c、7d、7e、7fに代表して図示している。また図６では、レーザ光出射部５に伝搬した後からのレーザ光のみ図示している。

図５より、平面部5a、5aに入射したレーザ光7a、7b、7e、7fは、平面部5a、5a上でスネルの法則に従って屈折されて、照射面８に照射される。同様に、曲面部5bに入射したレーザ光7c、7dは、曲面部5b上で屈折してそれぞれ照射面８に照射される。この場合、平面部5a、5aと曲面部5bとの境目で出射されるレーザ光（図５の場合、7bと7e）が、直線状に出射されるレーザ光の照射面８上での幅WLを決める要因となる。更に幅WLを決める要因として、図５に示す様にレーザ光出射部５の先端から照射面８までの距離ZLも挙げられる。

従って図６の様に巨視的に見た場合、図６(b)に示す様にレーザ光は望ましくは一定の幅で、且つ直交する方向では図６(a)に示す様に拡がり角（ファンアングル：Fan angle）θで以て、直線状に出射される。出射されて照射面８上に直線状のレーザ光が照射される事で、対象物に直線状のレーザ光が投影され、光切断法による３次元計測が可能となる。なお、図５では照射面８を平面としているが、３次元計測の対象物の外形形状に応じた凹凸面や曲面等種々の面にも直線状のレーザ光は照射可能である。

レーザラインジェネレータ１を、外形寸法が数ｍｍ程度の小形対象物の光切断法計測に用いる場合、前記ZLを20ｍｍ～50ｍｍに設定した時にはファンアングルθを60°±30°に設定する事が、小形の対象物全体の光切断法計測により好適なファンアングルが設定可能となる。その理由として、ZLが20ｍｍ～50ｍｍの時、ファンアングルθを60°±30°に設定する事で、外形寸法が数ｍｍ程度の小形対象物の全幅を直線状のレーザ光で照射可能となる為である。

更に図７に、レーザラインジェネレータ１から出射された直線状のレーザ光に於ける前記幅WLでの、光強度分布を模式的に示す。図７に示す様に、光強度の分布が中央部と端部で異なると共に、レーザラインジェネレータ１の設計によっては中央部の光強度が最大光強度値の70％以上100％未満である事を、本実施形態では許容している。本実施形態では、どちらかの端部又は両端部での光強度が最大光強度値となる。その最大光強度値に対して、中央部の光強度が相対的に低下する事を、本出願人は検証の上、確認した。

幅WLに亘って一様な光強度値となる光強度分布が、光切断法による３次元計測への使用を考えると望ましい。しかし、実際にはレーザラインジェネレータ１の製造の段階で、２つの平面部5aどうしの線対称度合いや、曲面部5aの曲率半径R5bにバラツキが発生してしまう。そこで本出願人は、外形寸法が数ｍｍ程度の小形対象物をファンアングルθ＝60°±30°で照射した際の光切断法による３次元計測を実測し、測定された対象物の形状と実際の対象物の形状を比較した。その結果、光強度が中央部と端部で異なったとしても、中央部の光強度が最大光強度値の70％以上100％未満の範囲内であれば、外形寸法が数ｍｍ程度の小形対象物ならば外形形状の変化が正確に求められる事を見出した。

従って、中央部の光強度が最大光強度値の70％以上100％未満の範囲内であれば、測定対象物の外形寸法が数ｍｍ程度の時、ファンアングルθ＝60°±30°に於けるレーザ光の光強度に、バラツキの発生を許容出来る事を、本出願人は検証の上見出した。従って、レーザラインジェネレータ１の製造の容易化と量産性の向上、及び歩留まりの改善を達成する事が可能となる。

一方、中央部の光強度が最大光強度値の70％未満まで光強度のバラツキが大きくなると、外形寸法が数ｍｍ程度の光切断３次元計測では、読み取ったパターン形状と実際の測定物の外形形状に差異が生じてしまい、対象物の外形形状の変化が正確に求められなくなる事も、本出願人は検証の上確認した。

レーザ光出射部５の光軸oa方向の長さL5は、約0.5～3.0ｍｍ等に設定可能である。なおL5とは、GRINレンズ又はGIF３に接合されている端部から、曲面部5bの先端（即ち、前記レーザ光出射部５の先端）までの光軸oa方向の長さを指すものとする。

レーザラインジェネレータ１では、レーザ光の伝搬方向（光軸oaに平行な方向）に対して垂直な方向に於ける各構成部品の断面形状が円形で、且つ外径が125μｍ以上2.0ｍｍ以下の範囲内に収まる様に設定する事とする。更に光ファイバ２を除く各構成部品の外径は全て同一の値に設定する事が、より好ましい。この様に外径を設定する事で、レーザラインジェネレータの細径化が可能となり、前記小形の対象物の光切断法計測に、より好適なレーザラインジェネレータを実現する事が出来る。特に前記外径の上限を2.0ｍｍ以下に設定する事により、小径の装置のチューブにレーザラインジェネレータ１を容易に挿入可能となり、好ましい。

更にレーザラインジェネレータ１では、各構成部品に於けるレーザ光が伝搬する部分の屈折率に整合した接着剤（光学接着剤）によって、構成部品間の光学面どうしを接合している。詳述すると、レーザ光が伝搬する部分である、光ファイバ２のコアの屈折率、GRINレンズ又はGIF３のレーザ光伝搬部分、及びレーザ光出射部５の屈折率が整合する場合、そのレーザ光が伝搬する部分の屈折率と整合する屈折率を有する接着剤によって、各光学面どうしを接合している。従って、構成部品間の光学面に於けるフレネル反射が防止され、戻り光及び迷光の発生を防止する事が出来る。

接着剤としては、紫外線や赤外線と云った光を照射することにより、その場で重合硬化するような光硬化性樹脂から成る接着剤を使用する事が好ましい。その理由として光硬化性樹脂から成る接着剤を使用する事により、フェルール４の貫通孔内部で光ファイバ２の位置を調芯しながら光を照射して、光硬化性樹脂を硬化させて光ファイバ２を固定する事が可能となる為である。従って、光ファイバ２の光学的な調芯作業が簡略化可能であり、より短時間で作業を完了させる事が出来る。なお光硬化性樹脂が硬化する光とは、波長範囲が200ｎｍ以上1400ｎｍ以下の範囲内である光を指すものとする。

また光学接着剤を使用する際、構成部品のレーザ光伝搬部分の屈折率が、光学接着剤の屈折率と整合しない場合、構成部品の光学面に光学接着剤等の屈折率に整合した反射防止膜を形成すれば良い。

なお前記接着剤による接合に代えて、融着により構成部品間の光学面どうしを接合しても良い。接着剤又は融着と云った接合方法を問わず、各構成部品を順次接合後に所望の長さ（L3、L4、L5）で切断すれば良い。

好ましくは、レーザラインジェネレータ１の各構成部品の外径は、光ファイバ２を伝搬する際のレーザ光の、ビームウエスト径の２倍以上が望ましい。その理由として、ビームウエストの２倍以上の外径がないと、レーザ光のガウス分布の裾野部分が伝搬されずに落とされてしまい、回折の影響によりレーザ光の形状が、ガウス分布から崩れてしまう為である。

更に、光ファイバ２を除くレーザラインジェネレータ１の構成部品は、スリーブで保持される。スリーブとしては、図３に示す様に外形形状が円筒形で、更に周側面の一部が切り欠かれている、割りスリーブ６がより好ましい。更に割りスリーブ６の外径D6は5.0ｍｍ以下に設定するものとする。前記構成部品をスリーブで保持する事により、レーザラインジェネレータ１の構成部品を保持する事が可能となり、小径な装置のチューブの中にレーザラインジェネレータ１を挿入する際の、チューブとレーザラインジェネレータ１の構成部品との接触が防止され、構成部品の破損も防止出来る。

更に、レーザラインジェネレータ１の構成部品をスリーブで保持する事で、自動的に構成部品どうしの光軸を一致させる事が可能となる。従って、レーザラインジェネレータ１の組み立てが容易となる。

スリーブはジルコニアやアルミナを主成分とするセラミックスやその他材料等から形成され、更に割りスリーブ６で形成される事で、スリーブに弾性を持たせて径方向への膨らみ変形が可能となる。従って、割りスリーブ６の貫通孔に前記構成部品を挿入すると、各構成部品の外径寸法に従って拡がり、各構成部品の外周に密着しながら装着されていく。

更に外径D6を5.0ｍｍ以下に設定する事で、スリーブを含めたレーザラインジェネレータ１の外径を小形化出来るので、小径な装置のチューブの中にスリーブを装着したレーザラインジェネレータ１を挿入する事が出来る。更にスリーブ外径を5.0ｍｍ以下に細径化する事により、小形の対象物の光切断法計測により好適なレーザラインジェネレータを実現する事が出来る。

なおスリーブ全体を黒く着色して、レーザラインジェネレータ１の構成部品からの漏れ光を吸収しても良い。

以上、本実施形態に係るレーザラインジェネレータ１に依れば、レーザ光の伝搬用光学部品に光ファイバ２を用いる事で、小形化が可能となる。従って、本実施形態のレーザラインジェネレータ１を用いる事で小形の対象物を光切断法で計測可能となる。

更に、構成部品としてレーザ光透過体又はコアレス光ファイバを有する様に構成する事で、レーザラインジェネレータ１の構成部品を増加させ、構成部品どうしの接合部分を多くして、レーザ光の伝搬方向に於ける１つの構成部品当たりの長手寸法（L2、L3、L4、L5）を短縮する事が出来る。従って、光切断法による３次元計測の対象物が小形（例えば外形寸法が数ｍｍ程度の対象物）で、且つレーザラインジェネレータを内視鏡用途等の小径（数ｍｍ程度）の装置に使用する場合に、構成部品の折れや破損が防止可能なレーザラインジェネレータ１を実現する事が出来る。

なお、本実施形態は本発明の技術的思想に基づいて種々変更可能である。例えば、本発明に係る別の実施形態として、図１０及び図１１に示すレーザラインジェネレータ９が挙げられる。レーザラインジェネレータ９が前記レーザラインジェネレータ１と異なる点は、レーザ光出射部５を廃すると共に、GRINレンズ又はGIF３の端部に図１０及び図１１に示す様に２つの平面部3a、3aと、曲面部3bを形成しても良い。

２つの平面部3a、3aは、5aと同様に形成角度θ3aで光軸oaに対して線対称に形成される。従って、GRINレンズ又はGIF３の端部は楔形状に成形される。θ3aはθ5aと同様、約60°～110°に設定可能である。

更に楔形状の先端（２つの平面部3a、3aどうしで形成される峰部分）が、任意の曲率半径R3bで以て曲面形状に成形されて、曲面部3bが２つの平面部3a、3aとそれぞれ面続きに形成される。曲率半径R3bはR5bと同様、約5.0μｍ～1.0ｍｍに設定可能である。２つの平面部3a、3a及び曲面部3bも、研磨加工又はCO₂レーザ等による加工で形成される。

光ファイバ２の内部を伝搬したレーザ光は、GRINレンズ又はGIF３内部を伝搬して平行光に変換され、図５及び図６に示したと同様に、GRINレンズ又はGIF３の端部から直線状のレーザ光として出射される。レーザラインジェネレータ９から出射された直線状のレーザ光に於ける幅WLでの光強度分布も、図７のように模式的に示される。

以下に本発明に係る各実施例を説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。

本実施例では、図１に示す構成部品から成るレーザラインジェネレータ１を作製し、出射される直線状のレーザ光を観察した。各構成部品間の光学面どうしは、紫外光（波長200ｎｍ～400ｎｍ）により硬化する樹脂製の光学接着剤で接合した。また光学接着剤の屈折率は、光ファイバ２のコアの屈折率、GRINレンズ３の中心屈折率、及びレーザ光出射部５の屈折率と整合な物を用いた。なお、円筒型のスリーブをフェルール４、GRINレンズ３、及びレーザ光出射部５に装着した。

光ファイバ２は石英製のSM型光ファイバとし、更にクラッドの周囲には被覆が直径250μｍに亘って施されているものを使用した。またL2は500ｍｍに設定した。LDから入射されるレーザ光の波長は600～630ｎｍとした。なお、光ファイバ２のモードフィールド径（MFD）はφ4.0μｍである。

フェルール４はZrO₂製で、L4を6.0ｍｍに設定すると共に、外径を1.0ｍｍに設定した。

GRINレンズ３に入射したレーザ光を平行光に変換するレンズ長L3として、2.6ｍｍとした。また外径は1.0ｍｍに設定すると共に、図５に示した2ωは0.1ｍｍに設定した。

レーザ光出射部５には、外径1.0ｍｍの石英ガラス製円柱ガラス体を用いた。GRINレンズが接合された端部と反対側の端部には、光軸oaに対して線対称にθ5a＝90°で以て、２つの平面部5a、5aを楔状に形成した。更に曲面部5bをR5b＝30μｍで以て、２つの平面部5a、5aとそれぞれ面続きに形成した。また、L5を3.0ｍｍに設定した。

照射面８として、幅490ｍｍ（49ｃｍ）の平板状の板材を用意し、その平面上に直線状のレーザ光をレーザラインジェネレータ１から出射させて観察した。なお、ZL＝200ｍｍ、ファンアングルθ＝60°とした。

図８に本実施例に係るレーザラインジェネレータから出射されて観察された、直線状のレーザ光を写した画像を示す。図８よりWL＝約485ｍｍ（48.5ｃｍ）の直線状レーザ光が出射されている事を確認した。更に図９には、図８に示したレーザ光の幅WLに亘る光強度分布グラフを示す。図９より、図８中の両端部寄りでの光強度が最大光強度値に成ると共に、中央部の光強度が最大光強度値の約82％である事が確認された。

１、９レーザラインジェネレータ
２光ファイバ
３ GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバ
3a、5a 平面部
3b、5b 曲面部
４フェルール
５レーザ光出射部
６割りスリーブ
7a、7b、7c、7d、7e、7 レーザ光
８照射面
D6 割りスリーブの外径
L2 光ファイバの長さ
L3 GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバの長さ
L4 フェルールの長さ
L5 レーザ光出射部の長さ
oa 光軸
R3b、R5b 曲面部の曲率半径
WL 直線状に出射されたレーザ光の距離ZLに於ける幅
ZL レーザ光出射部の先端から照射面までの距離
θ ファンアングル
θ3a、θ5a 平面部の形成角度
2ω ビームウエスト直径

Claims

レーザラインジェネレータの構成部品が少なくとも、GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバと、光ファイバと、レーザ光透過体又はコアレス光ファイバであり、
前記光ファイバがシングルモードファイバであり、
前記GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバの出射端側に、前記レーザ光透過体又は前記コアレス光ファイバが配置され、
前記構成部品の光学面どうしが接合されており、
前記光ファイバを除く前記構成部品の前記外径が全て同一であり、
レーザ光が前記光ファイバの内部を伝搬され、
前記光ファイバから伝搬された前記レーザ光が前記GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバで平行光に変換され、
前記レーザ光透過体又は前記コアレス光ファイバに、前記GRINレンズ又はグレーデッドインデックス光ファイバから前記平行光が入射され、
前記平行光が入射される前記レーザ光透過体又は前記コアレス光ファイバの端部と反対側の端部が楔形状の平面部を有し、更に前記楔形状の先端が曲面形状に成形されており、
前記反対側の端部から前記平行光が前記直線状に、且つ前記レーザ光透過体又は前記コアレス光ファイバの光軸方向へと出射されるレーザラインジェネレータ。
前記レーザ光の伝搬方向に対して垂直な方向に於ける前記構成部品の断面形状が円形で、外径が125μｍ以上2.0ｍｍ以下である請求項１に記載のレーザラインジェネレータ。
前記構成部品に於ける前記レーザ光が伝搬する部分の屈折率に整合した接着剤によって、前記構成部品間の光学面どうしが接合されている請求項１又は２に記載のレーザラインジェネレータ。
前記構成部品がスリーブで保持される請求項１～３の何れかに記載のレーザラインジェネレータ。
前記直線状に出射される前記平行光のファンアングルが60°±30°であり、光強度が中央部と端部で異なると共に、中央部の前記光強度が最大光強度値の70％以上100％未満である請求項１～４の何れかに記載のレーザラインジェネレータ。