(57)【要約】【課題】クロストークを発生させず、実質的な発光定位置のずれを少なくできる光路変換装置を提供すること。【解決手段】本発明は、一方向に長い発光部がその発光部の長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子から出射された光を各々の光軸を中心として所定角度回転させる光路変換装置１であり、発光部から出射される光を複数回反射させることで光を所定角度回転させる反射素子群１０、２０を備えており、隣接する発光部に対応して設けられる隣接する反射素子群１０、２０では、各々反射回数が同じで、かつ各々反射させる方向の順番が異なっているものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に長い発光部がその発光部の長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子から出射された光を各々の光軸を中心として所定角度回転させる光路変換装置において、
前記発光部から出射される光を複数回反射させることで前記光を前記所定角度回転させる反射素子群を備えており、
隣接する前記発光部に対応して設けられる隣接する前記反射素子群では、各々反射回数が同じで、かつ各々反射させる方向の順番が異なっている
ことを特徴とする光路変換装置。
【請求項２】
一方向に長い発光部がその発光部の長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子から出射された光を各々の光軸を中心として所定角度回転させる光路変換装置において、
前記発光部から出射される光を相異なる３軸の方向へ各１回ずつ反射させることで前記光を前記所定角度回転させる反射素子群を備えており、
隣接する前記発光部に対応して設けられる隣接する前記反射素子群では、前記３軸の方向へ反射させる順番が各々異なっている
ことを特徴とする光路変換装置。
【請求項３】
前記３軸として、前記光軸に沿った方向を第１の軸方向、前記第１の軸方向と略垂直な方向を第２の軸方向、前記第１の軸方向および前記第２の軸方向の両方と略垂直な方向を第３の軸方向とした場合、前記隣接する第１の反射素子群と第２の反射素子群において、
前記第１の反射素子群は、対応する前記発光部から出射される光を前記第２の軸方向、前記第３の軸方向、前記第１の軸方向の順に反射させ、
前記第２の反射素子群は、対応する前記発光部から出射される光を前記第３の軸方向、前記第２の軸方向、前記第１の軸方向の順に反射させる
ことを特徴とする請求項２記載の光路変換装置。
【請求項４】
前記第１の反射素子群における一番目と二番目の反射素子と、前記第２の反射素子群における一番目の反射素子とが第１の平面上に配置され、
前記第１の反射素子群における三番目の反射素子と、前記第２の反射素子群における二番目と三番目の反射素子とが第２の平面上に配置されている
ことを特徴とする請求項２記載の光路変換装置。
【請求項５】
前記３軸の方向へ反射させる順番が各々異なっている隣接の前記反射素子群を反射素子群ペアとして、この反射素子群ペアが前記発光部の並ぶ方向に連続して設けられている
ことを特徴とする請求項２記載の光路変換装置。
【請求項６】
前記３軸の方向へ反射させる順番が各々異なっている隣接の前記反射素子群を反射素子群ペアとして、この反射素子群ペアが前記発光部の並ぶ方向に連続して設けられるとともに、隣接する反射素子群ペアが鏡面対称型になっている
ことを特徴とする請求項２記載の光路変換装置。
【請求項７】
前記３軸の方向へ反射させる順番が各々異なっている隣接の前記反射素子群を反射素子群ペアとして、この反射素子群ペアが前記発光部の並ぶ方向に連続して設けられるとともに、隣接する反射素子群ペアが鏡面対称型になっており、さらに前記隣接する反射素子群ペアで隣接する反射素子が一体的に構成されている
ことを特徴とする請求項２記載の光路変換装置。
【請求項８】
一方向に長い発光部がその発光部の長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子と、前記発光素子から出射された光を各々の光軸を中心として所定角度回転させる光路変換装置と、前記光路変換装置を介して前記所定角度回転された光を集光するフォーカスレンズとを備えるレーザモジュールにおいて、
前記光路変換装置は、前記発光部から出射される光を複数回反射させることで前記光を前記所定角度回転させる反射素子群を備えており、隣接する前記発光部に対応して設けられる隣接する前記反射素子群では、各々反射回数が同じで、かつ各々反射させる方向の順番が異なっている
ことを特徴とするレーザモジュール。
【請求項９】
一方向に長い発光部がその発光部の長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子と、前記発光素子から出射された光を各々の光軸を中心として所定角度回転させる光路変換装置と、前記光路変換装置を介して前記所定角度回転された光を集光するフォーカスレンズとを備えるレーザモジュールにおいて、
前記光路変換装置は、前記発光部から出射される光を相異なる３軸の方向へ各１回ずつ反射させることで前記光を前記所定角度回転させる反射素子群を備えており、
隣接する前記発光部に対応して設けられる隣接する前記反射素子群では、前記３軸の方向へ反射させる順番が各々異なっている
ことを特徴とするレーザモジュール。
【請求項１０】
前記３軸として、前記光軸に沿った方向を第１の軸方向、前記第１の軸方向と略垂直な方向を第２の軸方向、前記第１の軸方向および前記第２の軸方向の両方と略垂直な方向を第３の軸方向とした場合、前記隣接する第１の反射素子群と第２の反射素子群において、
前記第１の反射素子群は、対応する前記発光部から出射される光を前記第２の軸方向、前記第３の軸方向、前記第１の軸方向の順に反射させ、
前記第２の反射素子群は、対応する前記発光部から出射される光を前記第３の軸方向、前記第２の軸方向、前記第１の軸方向の順に反射させる
ことを特徴とする請求項９記載のレーザモジュール。
【請求項１１】
一方向に長い発光部がその発光部の長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子と、前記発光素子から出射された光を略平行にするコリメートレンズと、前記コリメートレンズを介して略平行となった光を各々の光軸を中心として所定角度回転させる光路変換装置と、前記光路変換装置を介して前記所定角度回転された光を集光するフォーカスレンズと、前記フォーカスレンズを介して集光された光を導く光ファイバとを備えるレーザモジュールにおいて、
前記光路変換装置は、前記発光部から出射される光を複数回反射させることで前記光を前記所定角度回転させる反射素子群を備えており、隣接する前記発光部に対応して設けられる隣接する前記反射素子群では、各々反射回数が同じで、かつ各々反射させる方向の順番が異なっている
ことを特徴とするレーザモジュール。
【請求項１２】
一方向に長い発光部がその発光部の長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子と、前記発光素子から出射された光を略平行にするコリメートレンズと、前記コリメートレンズを介して略平行となった光を各々の光軸を中心として所定角度回転させる光路変換装置と、前記光路変換装置を介して前記所定角度回転された光を集光するフォーカスレンズと、前記フォーカスレンズを介して集光された光を導く光ファイバとを備えるレーザモジュールにおいて、
前記光路変換装置は、前記発光部から出射される光を相異なる３軸の方向へ各１回ずつ反射させることで前記光を前記所定角度回転させる反射素子群を備えており、
隣接する前記発光部に対応して設けられる隣接する前記反射素子群では、前記３軸の方向へ反射させる順番が各々異なっている
ことを特徴とするレーザモジュール。
【請求項１３】
前記３軸として、前記光軸に沿った方向を第１の軸方向、前記第１の軸方向と略垂直な方向を第２の軸方向、前記第１の軸方向および前記第２の軸方向の両方と略垂直な方向を第３の軸方向とした場合、前記隣接する第１の反射素子群と第２の反射素子群において、
前記第１の反射素子群は、対応する前記発光部から出射される光を前記第２の軸方向、前記第３の軸方向、前記第１の軸方向の順に反射させ、
前記第２の反射素子群は、対応する前記発光部から出射される光を前記第３の軸方向、前記第２の軸方向、前記第１の軸方向の順に反射させる
ことを特徴とする請求項１２記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方向に長い発光部がその発光部の長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子から出射される光を各々の光軸を中心として所定角度回転させる光路変換装置およびレーザモジュールに関し、より詳しくは、いわゆるバーレーザから出射される扁平のレーザビームを分割した単位で回転し、集光効率を高めることができる光路変換装置およびレーザモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高出力の半導体レーザが多く開発されている。この高出力半導体レーザは、主としてレーザ加工や医療目的に使用されるが、その構造としては、レーザ光を出射する発光部（活性層ストライプ）が１０本〜１００本程度直線的に配列されたものからなり、ＣＷ（Continuous Wave）で数十ワットのものまで実現されている。
【０００３】
発光部が直線的に連続する半導体レーザはバーレーザと呼ばれており、各発光部からレーザ光が出射されることでバーレーザの端面からは各発光部に対応して破線状に幅広いレーザ光が出射されることになる。
【０００４】
このようなバーレーザを用いて高出力の半導体レーザモジュールを実現するには、バーレーザから出射された光を狭い領域に集光する必要がある。例えば、現在多く用いられているバーレーザは幅が約１０ｍｍであり、ここから幅（平行成分）が１００μｍ〜３００μｍ、縦（垂直成分）が１μｍ以下の極端に扁平したレーザ光が出射される。特許文献１〜４では、このような扁平したレーザ光を幅方向に分割して縦方向に重ね合わせることで狭い領域へのエネルギー集中を行う技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３０７１３６０号明細書
【特許文献２】特許第３５８９２９９号明細書
【特許文献３】特許第２９９１９６８号明細書
【特許文献４】特許第３０９８２００号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、分割したレーザ光を９０度回転させる要素をエミッタに対向して整列させる構成となっており、この要素の有効入射面の面積に制限があり、バーレーザの各エミッタから出射した全光束をこの有効入射面に導くには、特に各エミッタから出射した光束のSlow方向の幅を有効入射面の幅以下に必要がある。複数のエミッタから出射し、互いにSlow方向に重なり合った（以下クロストーク）光束をひとつの要素に入射する場合、要素の有効入射面を外れる成分が発生し、これがロスとなる。このロスは効率の点で問題となる。
【０００７】
また、特許文献２に記載の技術では、バーレーザの光束の伝播距離が、ミラー内反射が多いほど長くなる。このことは光路変換器入射面、光路変換器内でクロストークがない場合、反射回数に応じて光路変換後のビームの発光点位置が遠くなる。一方、クロストークがある場合、実質的な発光点位置はビームの分割位置であり、この場合、ミラーが光軸に対してα傾いているので発光点位置が順次光軸方向にずれることになる。このような発光点位置のずれは、効率の良い集光の妨げとなってしまう。特許文献３、４に記載の技術でも同様に、仮想発光位置、伝播距離が異なることによる問題が生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、一方向に長い発光部がその発光部の長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子から出射された光を各々の光軸を中心として所定角度回転させる光路変換装置であり、発光部から出射される光を複数回反射させることで光を所定角度回転させる反射素子群を備えており、隣接する発光部に対応して設けられる隣接する反射素子群では、各々反射回数が同じで、かつ各々反射させる方向の順番が異なっているものである。
【０００９】
この光路変換装置における反射素子群によって光を反射する方向は相異なる３軸であり、各方向へ１回ずつ反射させる。この３軸としては各々直交する３方向の軸であり、光軸に沿った方向を第１の軸方向、第１の軸方向と略垂直な方向を第２の軸方向、第１の軸方向および第２の軸方向の両方と略垂直な方向を第３の軸方向とした場合、隣接する第１の反射素子群と第２の反射素子群においては次のような方向に光を反射させる。
【００１０】
すなわち、第１の反射素子群では、対応する発光部から出射される光を第２の軸方向、第３の軸方向、第１の軸方向の順に反射させ、第２の反射素子群では、対応する発光部から出射される光を第３の軸方向、第２の軸方向、第１の軸方向の順に反射させる。
【００１１】
このように、隣接する第１の反射素子群と第２の反射素子群とで、光を各々異なる３軸へ１回ずつ反射させることにより、発光部から出射された光は光軸を中心として９０度回転した状態となり、複数の発光部が長手方向に並ぶ発光素子から出射される扁平の光を分割して、分割した光ごと扁平の方向を変換できるようになる。また、第１の反射素子群と第２の反射素子群とで各々反射させる方向の順番を変えているため、互いの光路が干渉することなく、しかも発光点のずれを抑制できるようになる。
【００１２】
ここで、一方向に長い発光部としては、例えば半導体レーザの活性層ストライプの発光端面が対応し、発光部がその長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子としては例えば半導体バーレーザが対応する。また、反射素子群を構成する各反射素子は入射光を所定角度反射させる反射面を備えたプリズムやミラーが用いられる。
【００１３】
また、本発明は、このような光路変換装置を用いるレーザモジュールでもある。すなわち、一方向に長い発光部がその発光部の長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子と、発光素子から出射された光を各々の光軸を中心として所定角度回転させる光路変換装置と、光路変換装置を介して所定角度回転された光を集光するフォーカスレンズとを備えるレーザモジュールにおいて、光路変換装置が、発光部から出射される光を複数回反射させることで光を所定角度回転させる反射素子群を備えており、隣接する発光部に対応して設けられる隣接する反射素子群において、各々反射回数が同じで、かつ各々反射させる方向の順番が異なっているものを用いている。
【００１４】
このレーザモジュールにおける反射素子群によって光を反射する方向は相異なる３軸であり、各方向へ１回ずつ反射させる。この３軸としては各々直交する３方向の軸であり、光軸に沿った方向を第１の軸方向、第１の軸方向と略垂直な方向を第２の軸方向、第１の軸方向および第２の軸方向の両方と略垂直な方向を第３の軸方向とした場合、隣接する第１の反射素子群と第２の反射素子群においては次のような方向に光を反射させる。
【００１５】
また、本発明は、発光素子から出射された光を略平行にするコリメートレンズと、コリメートレンズを介して略平行となった光を各々の光軸を中心として所定角度回転させる上記の光路変換装置と、光路変換装置を介して所定角度回転された光を集光するフォーカスレンズと、フォーカスレンズを介して集光された光を導く光ファイバとを備える半導体レーザ装置でもある。
【００１６】
このレーザモジュールにおける反射素子群によって光を反射する方向は相異なる３軸であり、各方向へ１回ずつ反射させる。この３軸としては各々直交する３方向の軸であり、光軸に沿った方向を第１の軸方向、第１の軸方向と略垂直な方向を第２の軸方向、第１の軸方向および第２の軸方向の両方と略垂直な方向を第３の軸方向とした場合、隣接する第１の反射素子群と第２の反射素子群においては次のような方向に光を反射させる。
【００１７】
このような本発明のレーザモジュールでは、例えば半導体バーレーザから成る発光素子より出射した扁平の光をコリメートレンズによって略平行にし、光路変換装置によって分割して、分割した光ごと扁平の方向を変換しているため、フォーカスレンズによって効率良く集光して光ファイバに導くことができるようになる。特に本発明では、光路変換装置によって分割して回転した各光の発光点のずれを抑制できるため、フォーカスレンズによって狭い範囲に焦点を合わせることができ、高効率で光ファイバへ送り込むことができるようになる。
【発明の効果】
【００１８】
したがって、本発明によれば、クロストークを発生させずに光路を変換できるとともに、実質的な発光点位置のずれを非常に少なくすることができるため、発光素子から出射される扁平の光を効率良く集光することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、第１実施形態に係る光路変換装置を説明する模式斜視図である。すなわち、この光路変換装置１は、一方向に長い発光部が長手方向に沿って２つ以上並ぶバーレーザ等の発光素子から出射された光を各々の発光部毎に光軸を中心として所定角度回転させるもので、バーレーザから出射される扁平な光を長手方向（幅方向）に分割し、分割した光を毎に短手方向（縦方向）に回転させる光路変換機能を有する。
【００２０】
図１に示す例では、２つの発光部に対応したＡ、Ｂのレーザビームについての光路変換を一つの組みとして説明する。この光路変換装置１では、隣接するレーザビームＡ、Ｂに対応して設けられる反射素子群１０、２０においてレーザビームＡ、Ｂを各々の光軸を中心として９０度回転させるにあたり、各々の反射回数は同じであるものの、各々反射させる方向の順番が異なっているものである。
【００２１】
特に、図１に示す光路変換装置１では、Ａ、Ｂのレーザビームとも各々３つの反射素子（１１、１２、１３）、（２１、２２、２３）から反射素子群１０、２０を構成し、各反射素子（１１、１２、１３）、（２１、２２、２３）によって異なる３方向の軸へ各１回ずつ反射させることにより各レーザビームＡ、Ｂを光軸中心で９０度回転させている。ここで、以下の説明では、光軸方向をＺ方向（第１の軸方向）、光軸に対して垂直でレーザビームの長手方向をＸ方向（第２の軸方向）、光軸に対して垂直でレーザビームの短手方向をＹ方向（第３の軸方向）と定義する。
【００２２】
レーザビームＡに対応する反射素子群１０は、第１反射素子１１、第２反射素子１２、第３反射素子１３から構成され、第１反射素子１１は光軸方向に進むレーザビームＡをＸ方向に反射させ、第２反射素子１２はＸ方向に進むレーザビームＡをＹ方向に反射させ、第３反射素子１３はＹ方向に進むレーザビームＡをＺ方向に反射させる。つまり、レーザビームＡに対応する反射素子群１０は、Ｘ方向−Ｙ方向−Ｚ方向の順にレーザビームＡを反射させることによって横長の光を９０度回転させて縦長に変換できることになる。
【００２３】
一方、レーザビームＢに対応する反射素子群２０は、第１反射素子２１、第２反射素子２２、第３反射素子２３から構成され、第１反射素子２１は光軸方向に進むレーザビームＢをＹ方向に反射させ、第２反射素子２２はＹ方向に進むレーザビームＢをＸ方向に反射させ、第３反射素子２３はＸ方向に進むレーザビームＡをＺ方向に反射させる。つまり、レーザビームＢに対応する反射素子群２０は、Ｙ方向−Ｘ方向−Ｚ方向の順にレーザビームＢを反射させることによって横長の光を９０度回転させて縦長に変換できることになる。
【００２４】
このように、２つのレーザビームＡ、Ｂに対応した各反射素子群１０、２０によって、異なる３軸方向へ各１回ずつ反射させるとともに、各反射素子群１０、２０における反射の方向の順番が異なるようにすることで、２つのレーザビームＡ、Ｂが互いに干渉することなく、光の回転を行うことが可能となる。
【００２５】
各反射素子（１１、１２、１３）、（２１、２２、２３）はレーザビームＡ、Ｂの波長に対して十分な反射率の反射面（誘電体多層膜や金属膜）を備えたプリズムやミラーによって構成される。隣接する２つのレーザビームＡ、Ｂに対応した各反射素子群１０、２０においては、レーザビームＡに対応した反射素子群１０のうち第１反射素子１１および第２反射素子１２と、レーザビームＢに対応した反射素子群２０のうち第１反射素子２１とが第１の平面上に配置され、レーザビームＡに対応した反射素子群１０のうち第３反射素子１３と、レーザビームＢに対応した反射素子群２０のうち第２反射素子２２および第３反射素子２３とが第２の平面上に配置されている。各反射素子（１１、１２、１３）、（２１、２２、２３）は、例えばスペーサを介して平面となる基板２、３に固定されている。
【００２６】
第１の平面となる基板２に配置される反射素子１１、１２、２１においては、レーザビームＢに対応した第１反射素子２１の光軸方向後ろ側にレーザビームＡに対応した第２反射素子１２が配置され、その第２反射素子１２からＸ方向にずれたレーザビームＡの光路上に第１反射素子１１が配置されている。
【００２７】
つまり、第１の平面上では、光軸に沿って初めにレーザビームＢを第１反射素子２１でＹ方向に反射し、レーザビームＡはレーザビームＢの第１反射素子２１より光軸方向後ろ側で第１反射素子１１および第２反射素子１２でＸ方向およびＹ方向に反射させている。
【００２８】
また、第２の平面となる基板３に配置される反射素子１３、２２、２３においては、レーザビームＢに対応した第２反射素子２２の光軸方向後ろ側にレーザビームＡに対応した第３反射素子１３が配置され、レーザビームＢに対応した第２反射素子２２からＸ方向にずれた位置に第３反射素子２３が配置されている。
【００２９】
つまり、第２の平面上では、第１の平面上の第２反射素子１２でＹ方向に反射してきたレーザビームＡを第３反射素子１３でＺ方向に反射させ、第１の平面上の第１反射素子２１でＹ方向に反射してきたレーザビームＢを第２反射素子２２でＸ方向（図中手前側）に反射させ、第３反射素子２３でＺ方向に反射させている。
【００３０】
図２〜図４は、Ｙ平面での２つのレーザビームの進み方を説明する模式図である。図２に示すように、Ｙ１平面に沿って＋Ｚ方向に進行する入射ビームをレーザビームＡ、Ｂの各中心は、それぞれｘ１、ｘ２にあるとする。ｚ１にてレーザビームＢを第１反射素子によって＋Ｙ方向に偏向させる。このときＺ方向に進行するレーザビームＡの幅と、Ｙ方向に進行するレーザビームＢの幅を１：１にすることが望ましい。
【００３１】
次に、図３に示すように、ｚ２にてレーザビームＡを＋Ｘ方向に偏向させ、さらにｘ２にて＋Ｙ方向に偏向させる。この操作でＡ、Ｂ二つのレーザビームは＋Ｙ方向に伝播している。
【００３２】
そして、図４に示すように、Ｙ２＞Ｙ１なるＹ２平面にてレーザビームＢを−Ｘ方向に偏向し、さらにｘ１にて＋Ｚ方向に偏向する。レーザビームＡはＹ２平面にて＋Ｚ方向に偏向する。以上の反射操作により、２つのレーザビームＡ、Ｂが光軸中心に９０度回転すると同時に、ｘ方向に沿ったレーザビームＡ−Ｂの順がレーザビームＢ−Ａに入れ替わる。
【００３３】
図５は、ビーム形状を示す模式図で、（ａ）は変換前、（ｂ）は変換後を示している。レーザビームＡ、Ｂは各々３回の反射により元の形状に対して９０度回転するとともに２つのビームの平行化操作がなされる。この反射操作の開始位置がレーザビームＡ、Ｂで異なるため、レーザビームＡ、Ｂの反射操作の際に光学部品（反射素子）が互いの光路に干渉することはない。したがって、反射操作で開口制限がなく、かつ、仮想発光点位置がほぼ等しい光路変換装置を実現できる。
【００３４】
図６は、第１実施形態に係る光路変換装置を用いたレーザモジュールの構成例を説明する模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。このレーザモジュール１００では、レーザビームＡ、Ｂを出射する例えば半導体バーレーザから成る発光素子１０１と、発光素子１０１から出射されたレーザビームＡ、Ｂを略平行にするコリメートレンズ１０２と、コリメートレンズ１０２を介して略平行となったレーザビームＡ、Ｂを各々の光軸を中心として９０度回転させる光路変換装置１と、光路変換後のレーザビームＡ、Ｂの広がりを補正するシリンドリカルレンズ１０３と、シリンドリカルレンズ１０３を介したレーザビームＡ、Ｂを光ファイバ１０５に集光するフォーカスレンズ１０４とを備えている。
【００３５】
コリメートレンズ１０２は、発光素子１０１から出射されるレーザビームＡ、Ｂのうち速軸方向について広がる成分を略平行にしたり、速軸方向および遅軸方向の両方について広がる成分を略平行にするものである。コリメートレンズ１０２によって略平行になったレーザビームＡ、Ｂは、上記説明した本実施形態に係る光路変換装置１に入射され、各々光軸を中心として９０度回転した縦長の光となって出射される（図１参照）。
【００３６】
ここで、本実施形態に係るレーザモジュール１００で光路変換装置１を適用する場合、図１に示す下側の基板２に設けられた反射素子１１、１２、２１と、上側の基板３に設けられた反射素子１３、２２、２３とを重ね合わせるようにする。具体的には、反射素子１１、１２、２１の上端と反射素子１３、２２、２３の下端とが接触するよう重ね合わせる。このように接近させても各レーザビームＡ、Ｂの光路を確保されるため、小型化を図りながらも各レーザビームＡ、Ｂの回転を行うことができる。
【００３７】
光路変換装置１から出射され、各々縦長となったレーザビームＡ、Ｂはわずかに広がりを持つことになる。この広がりを後段のシリンドリカルレンズ１０３によって略平行に補正し、その後段に配置されたフォーカスレンズ１０４によって狭小領域に集光する。フォーカスレンズ１０４では、縦長となって入射されたレーザビームＡ、Ｂを光ファイバ１０５の口径に合わせて焦点する。この際、本実施形態に係る光路変換装置１では、レーザビームＡ、Ｂの出射位置（仮想発光点位置）のずれが非常に少ないことから、フォーカスレンズ１０４によって効率良く集光できることになる。光ファイバ１０５に入射されたレーザビームＡ、Ｂは光ファイバ１０５内を伝搬して、対象物に照射されることになる。
【００３８】
レーザモジュール１００は、例えば、発光素子１０１、コリメートレンズ１０２、光路変換装置１、シリンドリカルレンズ１０３およびフォーカスレンズ１０４がパッケージ化されており、このパッケージに光ファイバ１０５が接続された構成となっている。光ファイバ１０５の先端から高出力のレーザ光が出射され、対象物に向けて処理を施すことができる。
【００３９】
上記説明した光路変換装置１およびこれを用いたレーザモジュール１００では、２つのレーザビームＡ、Ｂの光路を変換して集光する例であるが、さらに多くのレーザビームを出射するバーレーザに対応するには、図７の模式斜視図に示すような光路変換装置１を用いる。すなわち、図１に示すレーザビームＡに対応した反射素子群１０とレーザビームＢに対応した反射素子群２０とを反射素子群ペアとして、この反射素子群ペアを長手方向（Ｘ方向）に連続して並べた構成となる。
【００４０】
各反射素子群１０、２０での反射方向については図１に示すものと同様であり、レーザビームＡ、Ｂ、Ａ、Ｂ…という連続したレーザビームについて各々の光路が干渉せず、各々光軸中心に９０度回転した縦長のレーザビームとなって出力される。この光路変換装置１では、Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ…の順で入射される横長レーザビームが、Ｂ−Ａ−Ｂ−Ａ−…の順で縦長のレーザビームとなって出射されることになる。
【００４１】
各レーザビームＡ、Ｂでは、各々対応する反射素子群１０、２０で構成される光路を用いるため、隣接のレーザビームに対して干渉することがない。したがって、反射素子群ペアを連続して配置しても、各々のレーザビームＡ、Ｂは独立した光路を進むことになり、確実に回転できるようになる。
【００４２】
図８、図９は、第２実施形態に係る光路変換装置を説明する模式斜視図である。紙面の関係上、図８は第２実施形態に係る光路変換装置の下側半分、図９は第２実施形態に係る光路変換装置の上側半分を示しており、実際にはこれらが組み合わされた構成となっている。
【００４３】
すなわち、第２実施形態に係る光路変換装置は、Ｘ方向に隣接する２つのレーザビームＡ、Ｂに対応した各反射素子群１０、２０の構成は図１に示す第１実施形態と同様であるが、２つのレーザビームＡ、Ｂを組みとして、隣りの組みを構成する２つのレーザビームＡ’、Ｂ’に対応した各反射素子群１０’、２０’が、レーザビームＡ、Ｂに対応した各反射素子群１０、２０に対して鏡面対称型となって設けられたものである。しかも、鏡面対称となる２組みのなかで、隣接する反射素子が一体的に構成されている点も特徴の１つである。
【００４４】
つまり、図８、図９に示す例では、２つのレーザビームＡ、Ｂに対応した２つの反射素子群１０、２０を１組の反射素子群ペア、その隣りとなる２つのレーザビームＡ’、Ｂ’に対応した２つの反射素子群１０’、２０’を他の１組の反射素子群ペアとして、これらの反射素子群ペアが鏡面対称の関係となっている。また、これらの反射素子群ペアにおいて隣接するレーザビームＢおよびレーザビームＢ’に対応した反射素子が一体的に構成され、レーザビームＡおよびレーザビームＡ’に対応した反射素子が一体的に構成されている。
【００４５】
このように、隣接する反射素子群ペアを鏡面対称にすることで、隣接する２つの反射素子を背中合わせすることができ、これらを一体的に構成できるようになる。したがって、複数の発光部を備えたバーレーザ等の発光素子に対応した光路変換装置１を構成する場合、各発光部から出射されるレーザビームに対応した反射素子群を構成する反射素子の個数を削減することができ、部品点数の削減および反射素子の配置を容易にすることが可能となる。
【００４６】
２組の反射素子群ペアを鏡面対称型にしていることから、この光路変換装置１では、レーザビームＡ、Ｂについての反射と、レーザビームＡ’、Ｂ’についての反射も鏡面対称となる。すなわち、レーザビームＡは、第１反射素子でＸ方向に反射され、第２反射素子でＹ方向に反射され、第３反射素子でＺ方向に反射される。また、レーザビームＢは、第１反射素子でＹ方向に反射され、第２反射素子でＸ方向に反射され、第３反射素子でＺ方向に反射される。
【００４７】
一方、レーザビームＢ’は、第１反射素子でＹ方向に反射され、第２反射素子でＸ方向（第２反射素子による反射とは反対方向）に反射され、第３反射素子でＺ方向に反射される。また、レーザビームＡ’は、第１反射素子でＸ方向（第１反射素子による反射とは反対方向）に反射され、第２反射素子でＹ方向に反射され、第３反射素子でＺ方向に反射される。これらの反射によって、例えばＡ−Ｂ−Ｂ’Ａ’の順に並ぶレーザビームを光軸中心に９０度回転させ、Ｂ−Ａ−Ａ’−Ｂ’に順に並べることが可能となる。この光路変換装置では、いずれの反射も他のレーザビームとは干渉しないため、開口制限がなくかつ、仮想発光点位置がほぼ等しい光路変換器を実現できる。
【００４８】
また、さらに多くのレーザビームに対応する場合には、このような２組みの反射素子群ペアを発光部の長手方向に連続して設けるようにすればよい。図１０は、第２実施形態に係る光路変換装置を用いたレーザモジュールの構成例を説明する模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。このレーザモジュール１００では、レーザビームＡ、Ｂ、Ｂ’、Ａ’の順にこれを３つ繰り返した状態で出射する例えば半導体バーレーザから成る発光素子１０１と、発光素子１０１から出射されたレーザビームを略平行にするコリメートレンズ１０２と、コリメートレンズ１０２を介して略平行となったレーザビームを各々の光軸を中心として９０度回転させる光路変換装置１と、光路変換後のレーザビームの広がりを補正するシリンドリカルレンズ１０３と、シリンドリカルレンズ１０３を介したレーザビームを光ファイバ１０５に集光するフォーカスレンズ１０４とを備えている。
【００４９】
コリメートレンズ１０２は、発光素子１０１から出射されるレーザビームのうち速軸方向について広がる成分を略平行にしたり、速軸方向および遅軸方向の両方について広がる成分を略平行にするものである。コリメートレンズ１０２によって略平行になったレーザビームは、上記説明した本実施形態に係る光路変換装置１に入射され、各々光軸を中心として９０度回転した縦長の光となって出射される（図８参照）。
【００５０】
ここで、本実施形態に係るレーザモジュール１００で光路変換装置１を適用する場合、図８に示す下側の反射素子１１、１２、２１、１１’、１２’、２１’と、図９に示す上側の反射素子１３、２２、２３、１３’、２２’、２３’とを重ね合わせるようにする。具体的には、反射素子１１、１２、２１、１１’、１２’、２１’の上端と反射素子１３、２２、２３、１３’、２２’、２３’の下端とが接触するよう重ね合わせる。このように接近させても各レーザビームＡ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’の光路を確保されるため、小型化を図りながらも各レーザビームＡ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’の回転を行うことができる。
【００５１】
光路変換装置１から出射され、各々縦長となったレーザビームはわずかに広がりを持つことになる。この広がりを後段のシリンドリカルレンズ１０３によって略平行に補正し、その後段に配置されたフォーカスレンズ１０４によって狭小領域に集光する。フォーカスレンズ１０４では、縦長となって入射されたレーザビームを光ファイバ１０５の口径に合わせて焦点する。この際、本実施形態に係る光路変換装置１では、レーザビームの出射位置（仮想発光点位置）のずれが非常に少ないことから、フォーカスレンズ１０４によって効率良く集光できることになる。光ファイバ１０５に入射されたレーザビームは光ファイバ１０５内を伝搬して、対象物に照射されることになる。
【００５２】
このようなレーザモジュール１では、長手方向に多数の発光部が並ぶバーレーザ等の発光素子に対応して、少ない部品点数で光路変換装置１を構成し、効率良くレーザビームを集光して光ファイバに入射することができ、高出力のレーザモジュール１を実現することが可能となる。
【００５３】
なお、上記説明したいずれの実施形態においても、レーザビームを反射素子によって略直角に反射させてビーム形状の回転を行っているが、各ビーム毎に所定の回転角度を得ることができる構成であれば反射素子による反射角度が略直角でないものであっても適用可能である。また、同様に、所定の回転角度を得ることができるものであれば反射回数は３回以外であってもよい。特に、レーザモジュールを構成する際のレイアウトの関係から、各反射素子群によるビームの反射回数や反射角度を適宜設定すれば、レーザモジュールの小型化を図ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施形態に係る光路変換装置を説明する模式斜視図である。
【図２】Ｙ平面での２つのレーザビームの進み方を説明する模式図（その１）である。
【図３】Ｙ平面での２つのレーザビームの進み方を説明する模式図（その２）である。
【図４】Ｙ平面での２つのレーザビームの進み方を説明する模式図（その３）である。
【図５】変換前と変換後のビーム形状を示す模式図である。
【図６】第１実施形態に係る光路変換装置を用いたレーザモジュールの構成例を説明する模式図である。
【図７】多くのレーザビームを出射する発光素子に対応した光路変換装置を説明する模式斜視図である。
【図８】第２実施形態に係る光路変換装置の下側半分を示す模式斜視図である。
【図９】第２実施形態に係る光路変換装置の上側半分を示す模式斜視図である。
【図１０】第２実施形態に係る光路変換装置を用いたレーザモジュールの構成例を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…光路変換装置、２…基板、３…基板、１０…反射素子群、１１…第１反射素子、１２…第２反射素子、１３…第３反射素子、２０…反射素子群、２１…第１反射素子、２２…第２反射素子、２３…第３反射素子、１００…レーザモジュール、１０１…発光素子、１０２…コリメートレンズ、１０３…シリンドリカルレンズ、１０４…フォーカスレンズ、１０５…光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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