(57)【要約】【課題】出力が高いレーザ発振器用の半導体レーザモジュールにプラスチックレンズを使用することが可能であり、且つ、レーザ出力が変化しても光ファイバへの結合効率が低下しにくいレーザ発振器を提供する。【解決手段】複数の半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３を有する半導体レーザモジュール１０を備えるレーザ発振器であって、半導体レーザモジュール１０に設けられ、半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３からのレーザ光が透過する複数の第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）と、複数の第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）を透過した透過光の全てが透過する第２群のレンズ６００（６１０）と、を備え、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）はプラスチックレンズであり、且つ、第２群のレンズ６００（６１０）はガラスレンズであるレーザ発振器。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体レーザ素子を有する半導体レーザモジュールを備えるレーザ発振器であって、
前記半導体レーザモジュールに設けられ、前記半導体レーザ素子からのレーザ光が透過する複数の第１群のレンズと、
複数の前記第１群のレンズを透過した透過光の全てが透過する第２群のレンズと、を備え、
前記第１群のレンズはプラスチックレンズであり、且つ、前記第２群のレンズはガラスレンズである、
レーザ発振器。
【請求項２】
前記半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザ素子からのレーザ光を反射するミラーを更に有し、
前記第１群のレンズと前記ミラーとは一体化されている、
請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記半導体レーザ素子の温度調節を行う半導体レーザ素子用温度調節部と、前記第１群のレンズ及び／又は前記第２群のレンズの温度調整を行うレンズ用温度調節部とを備え、
前記レンズ用温度調節部は、前記半導体レーザ素子用温度調節部とは独立に、前記半導体レーザ素子の出力に応じてレンズの温度制御を行う、
請求項１又は２に記載のレーザ発振器。
【請求項４】
複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれを個別に駆動するモジュール駆動部を備え、
前記モジュール駆動部は、定格出力を出力させるように前記半導体レーザモジュールを駆動する定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれに対して選択的に適用して実行する、
請求項１から３の何れか一項に記載のレーザ発振器。
【請求項５】
複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれを個別に駆動するモジュール駆動部を備え、
前記モジュール駆動部は、定格出力の近傍の出力が出力されるように前記半導体レーザモジュールを駆動する準定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれに対して選択的に適用して実行する、
請求項１から３の何れか一項に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
複数の前記半導体レーザモジュールは、定格出力が異なるものを含む半導体レーザモジュール群を構成している
請求項４又は５記載のレーザ発振器。
【請求項７】
前記半導体レーザモジュールは、複数の半導体レーザ素子と、前記複数の半導体レーザ素子を個別に駆動する半導体レーザ素子駆動部とを備え、
前記半導体レーザ素子駆動部は、定格出力を出力させるように前記複数の半導体レーザ素子を駆動する定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、前記半導体レーザ素子に対して選択的に適用して実行する、
請求項１から３の何れか一項に記載のレーザ発振器。
【請求項８】
前記半導体レーザモジュールは、自己に搭載された前記半導体レーザ素子とこれに対応する前記第１群のレンズとの相対位置が、当該半導体レーザモジュールにおける定格出力時に結合効率が最大となるように、設定されている、
請求項１から７の何れか一項に記載のレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザモジュールを備えるレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属やプラスチック材料などの切断や、溶接などに使用されるレーザ発振器は、光源もしくは励起用の光源として、半導体レーザモジュールを搭載している。半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子が放射するレーザ光を光ファイバに結合（光結合）させ、又は空間を伝搬させて、共振器などにレーザを供給している。
【０００３】
半導体レーザ素子を光ファイバに結合する光学系には、レンズやミラーが使用される。レンズの材質は一般的にガラスである。その理由は、ガラス製のレンズが、耐熱性が高い、及び温度変化に対する光学特性の変化が小さいという要求を満たすからである。
一方、プラスチック製のレンズは、成形が比較的容易である。このため、レンズの形状をほぼ自由に設計することができる。例えば、曲率が縦方向と横方向とで異なる非球面形状も可能である。他にも、取り付け部材や放熱機構をも一体的に成形することが可能である。
【０００４】
半導体レーザモジュールの半導体レーザ素子を光ファイバに結合させる構造については、従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ミラーの材質をガラスとし、半導体レーザモジュールの壁部材もガラスにすることで、接着性を高くする技術が提案されている。
【０００５】
一方、樹脂モールド体により封止したパッケージを備えた光モジュールで、半導体光素子の光軸上に、樹脂と気体との界面に集光機能を持たせたレンズ面を少なくとも２箇所に形成し、ガラスレンズを用いず、光結合度を高くする技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、半導体レーザモジュールにおいて、温度変化に対する光学特性の変化に対応するために、微小球レンズ及びプラスチックレンズの２枚構成を採用し、温度変化による結合効率の変化を小さくするため、摂氏２５度以上の温度で、レンズ等の光軸調整を行う技術も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２３５９４３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６１２０４号公報
【特許文献３】特開２００７−０４７４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された技術では、光学部材の材質は全てガラスであり、半導体レーザモジュールの壁部材もガラスにすることで、接着性を高くするが、プラスチック製のレンズやミラーを用いた場合については言及されていない。
【０００９】
特許文献２に記載された技術は、光通信の送受信を行う半導体レーザモジュールに関するものであり、レーザ出力としては数ｍＷである。これに対し、金属やプラスチック材料などの切断や、溶接などに使用されるレーザ発振器用の半導体レーザモジュールは、レーザ出力が数十から数百Ｗであることから、光通信用のものとは要求仕様が全く異なり、具体的な構成も異なる。即ち、特許文献２の光通信用の技術は、レーザ出力が低い領域で用いることが前提である。このため、プラスチック製のレンズの応用が検討されている。具体的には、レンズを２枚構成とすることで、プラスチックの低屈折率性を補うというものである。一方、高い出力のレーザにおいて問題となる、耐熱性や温度変化に対する光学特性の変化に対しては言及されていない。
【００１０】
特許文献３に記載された技術では、摂氏２５度以上の温度で、レンズ等の光軸調整を行う。しかし、この技術も、高い出力のレーザにおいて問題となる、耐熱性や温度変化に対する光学特性の変化に対しては十分な解決手段が示されていない。
【００１１】
特許文献１から３の技術は、上述のとおり、何れも低出力のレーザ発振器に適合するものである。従って、金属やプラスチック材料などの切断や溶接用途等の、出力が数十Ｗから数百Ｗと高いレーザ発振器用の半導体レーザモジュールにプラスチックレンズを使用する方法は、何等開示されていない。即ち、高出力のレーザ発振器に従来のようにプラスチックレンズを適用すると、レーザ出力に応じて、温度が変化するため光学特性が変化し、光ファイバへの結合効率が落ちるが、この技術課題への解決方法は見出されていない。
【００１２】
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、出力が高いレーザ発振器用の半導体レーザモジュールにプラスチックレンズを使用することが可能であり、且つ、レーザ出力が変化しても光ファイバへの結合効率が低下しにくいレーザ発振器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のレーザ発振器（例えば、後述するレーザ発振器１）は、複数の半導体レーザ素子（例えば、後述する半導体レーザ素子３（３０１，３０２，３０３））を有する半導体レーザモジュール（例えば、後述する半導体レーザモジュール１０（１１〜１３；１１〜１５））を備えるレーザ発振器であって、前記半導体レーザモジュールに設けられ、前記半導体レーザ素子からのレーザ光が透過する複数の第１群のレンズ（例えば、後述する第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３））と、複数の前記第１群のレンズを透過した透過光の全てが透過する第２群のレンズ（例えば、後述する第２群のレンズ６００（６１０））と、を備え、前記第１群のレンズはプラスチックレンズであり、且つ、前記第２群のレンズはガラスレンズである。
【００１４】
本発明のレーザ発振器は、その一態様において、前記半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザ素子からのレーザ光を反射するミラー（例えば、後述するミラー５００（５０１，５０２，５０３））を更に有し、前記第１群のレンズと前記ミラーとは一体化されている。
【００１５】
本発明のレーザ発振器は、その一態様において、前記半導体レーザ素子の温度調節を行う半導体レーザ素子用温度調節部（例えば、後述する半導体レーザ素子用温度調節部６１）と、前記第１群のレンズ及び／又は前記第２群のレンズの温度調整を行うレンズ用温度調節部（例えば、後述するレンズ用温度調節部６２）とを備え、前記レンズ用温度調節部は、前記半導体レーザ素子用温度調節部とは独立に、前記半導体レーザ素子の出力に応じてレンズの温度制御を行う。
【００１６】
本発明のレーザ発振器は、その一態様において、複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれを個別に駆動するモジュール駆動部（例えば、後述するモジュール駆動部１１０）を備え、前記モジュール駆動部は、定格出力を出力させるように前記半導体レーザモジュールを駆動する定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれに対して選択的に適用して実行する。
【００１７】
本発明のレーザ発振器は、その一態様において、複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれを個別に駆動するモジュール駆動部を備え、前記モジュール駆動部は、定格出力の近傍の出力が出力されるように前記半導体レーザモジュールを駆動する準定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれに対して選択的に適用して実行する。
【００１８】
本発明のレーザ発振器は、その一態様において、複数の前記半導体レーザモジュールは、定格出力が異なるものを含む半導体レーザモジュール群を構成している。
【００１９】
本発明のレーザ発振器は、その一態様において、前記半導体レーザモジュールは、複数の半導体レーザ素子（例えば、後述する半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３）と、前記複数の半導体レーザ素子を個別に駆動する半導体レーザ素子駆動部（例えば、後述する半導体レーザ素子駆動部３１０）とを備え、前記半導体レーザ素子駆動部は、定格出力を出力させるように前記複数の半導体レーザ素子を駆動する定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の前記半導体レーザ素子に対して選択的に適用して実行する。
【００２０】
本発明のレーザ発振器は、その一態様において、前記半導体レーザモジュールは、自己に搭載された前記半導体レーザ素子とこれに対応する前記第１群のレンズとの相対位置が、当該半導体レーザモジュールにおける定格出力時に結合効率が最大となるように、設定されている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、出力が高いレーザ発振器用の半導体レーザモジュールにプラスチックレンズを使用することが可能であり、且つ、レーザ出力が変化しても光ファイバへの結合効率が低下しにくいレーザ発振器を提供することを具現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態としてのレーザ発振器を示す概略構成図である。
【図２】図１のレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略側断面図である。
【図３】半導体レーザモジュールの結合効率の悪化を説明する図である。
【図４】図１のレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態としてのレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略平面図である
【図６】本発明の更に他の実施形態としてのレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略側断面図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態としてのレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略側断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態としてのレーザ発振器を示す概略構成図である。
【図９】本発明の他の実施形態としてのレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略構成図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態としてのレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の一実施形態としてのレーザ発振器について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態としてのレーザ発振器を示す概略構成図である。
本実施形態のレーザ発振器１は、複数個（図示の例では３個）の半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３）を有する。これらの半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３）から光ファイバ２０（２１，２２，２３）を通して、共振器もしくはコンバイナ３０（共振器３１，コンバイナ３２）にレーザ光が供給される。共振器３１を備える場合には、半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３）からのレーザ光は、共振器３１の励起光として使用される。コンバイナ３２のみを備える場合には、複数の半導体レーザモジュール１１，１２，１３からのレーザ光をコンバイナ３２でひとつに集光して、使用する。共振器３１及びコンバイナ３２の両方を備える場合もある。何れかの方式で、レーザ発振器１は、出力用光ファイバ４０を通してレーザ光を放射する。
【００２４】
図２は、図１のレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略側断面図である。
半導体レーザモジュール１０は、その筐体２の中に、半導体レーザ素子３とレンズ４とを備える。筐体２から、光ファイバ２０が導出される。半導体レーザ素子３から放出されたレーザ光は、レンズ４で光ファイバ２０に結合される。
【００２５】
ここで、図３は半導体レーザモジュールの結合効率の悪化を説明する図である。半導体レーザ素子３が通常の温度範囲内にあるときには、図３（ａ）に示すように、半導体レーザ素子３によるレーザ光は、光ファイバ２０の端面２０ａから光ファイバ２０内に入射して、伝搬する。
一方、半導体レーザ素子３の出力が上昇すると、レンズ４の発熱が大きくなり、形状の変化及び屈折率の変化から、焦点距離は変化する。従って、図３（ｂ）に示すように、レンズ４は、レーザ光を光ファイバ２０の端面２０ａからずれた位置に集光することになり、半導体レーザ素子３によるレーザ光の光ファイバ２０への結合効率は低下する。この現象は、ガラスレンズよりもプラスチックレンズの方が顕著である。
【００２６】
図４は、図１のレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略平面図である。
図４の半導体レーザモジュール１０ｂは、複数（図示の例では３個）の半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３を有する。更に、これら複数個の半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３によるレーザ光をそれぞれ透過させる第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）と、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）の透過光の光軸をそれぞれ直角に屈曲させるミラー５００（５０１，５０２，５０３）と、ミラー５０１，５０２，５０３の反射光が全て透過する第２群のレンズ６００（６１０）が設けられている。半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３によるレーザ光は、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）、及び、ミラー５０１，５０２，５０３により個々に第２群のレンズ６００（６１０）に導光された後、第２群のレンズ６００（６１０）で集光されて光ファイバ２０に結合される。本例では、第２群のレンズ６００（６１０）は単一のレンズである。
【００２７】
上記のとおり、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）には、それぞれ１個の半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３のレーザ光のみが透過する。これに対し、第２群のレンズ６００（６１０）には、本実施形態の場合、全ての半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３のレーザ光が透過する（集まる）。従って、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）は相対的に低いエネルギーに晒されるのに対し、第２群のレンズ６００（６１０）は相対的に高いエネルギーに晒される。従って、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）は相対的に温度の上昇が少なく、第２群のレンズ６００（６１０）は相対的に温度の上昇が顕著である。
【００２８】
そこで、本発明の実施形態においては、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）としてプラスチックレンズを適用し、且つ、第２群のレンズ６００（６１０）としてガラスレンズを適用している。プラスチックレンズの材料としては、例えば、シリコンを添加した樹脂や、ポリエステルが挙げられる。
このように、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）はプラスチックレンズであるため、形状を自由に設計でき、非球面形状などで最適化することが可能となる。焦点位置の変化による結合効率の悪化を上回る効果があるため、全体としての結合効率を上げることができる。
【００２９】
図５は、本発明の他の実施形態としてのレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略平面図である
図５において図４との対応部は同一の符号によって示されている。図５の実施形態における図４の実施形態との相違点は、図５の半導体レーザモジュール１０ａが複合光学素子４５１，４５２，４５３を有している点である。複合光学素子４５１，４５２，４５３は、それぞれ、図４を参照して既述の半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３のレーザ光が入射する第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）としての機能部と、半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３からのレーザ光を反射するミラー５０１，５０２，５０３としての機能部とが、それぞれ対応するもの同士で一体化されたものである。本実施形態では、これらの複合光学素子４５１，４５２，４５３もプラスチック製である。
【００３０】
第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）としての機能部とミラー５００（５０１，５０２，５０３）としての機能部とが一体化されているため、部品点数が削減される。また、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）としての機能部とミラー５００（５０１，５０２，５０３）としての機能部とを同時に位置調整できるため、調整工数の削減につながる。
【００３１】
図６は、本発明の更に他の実施形態としてのレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略側断面図である。
図６の実施形態では、半導体レーザ素子３とレンズ４が別々の温度調節部である冷却機構の上に配置されている。即ち、図６の実施形態は、半導体レーザ素子３の温度調節を行う半導体レーザ素子用温度調節部６１と、レンズ４（第１群のレンズ４００及び／又は第２群のレンズ６００）の温度調整を行うレンズ用温度調節部６２とを備える。
レンズ用温度調節部６２は、半導体レーザ素子用温度調節部６１とは独立に、半導体レーザ素子３の出力に応じてレンズの温度制御を行う。
【００３２】
半導体レーザ素子用温度調節部６１及びレンズ用温度調節部６２における冷却機構としては、ペルチェ素子などを使用することができる。これらのペルチェ素子は筐体２のベース部２ａに設けられる。これらの冷却機構を制御部（不図示）から駆動することにより、半導体レーザ素子用温度調節部６１及びレンズ用温度調節部６２は、個々に温度制御されることが可能である。半導体レーザ素子３のレーザ光の出力が高いときには、レンズ４（第１群のレンズ４００及び／又は第２群のレンズ６００）の温度を下げるように制御し、半導体レーザ素子３によるレーザ光の光ファイバ２０への結合効率の悪化を防ぐ。
【００３３】
図７は、本発明の更に他の実施形態としてのレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略側断面図である。
図７の実施形態では、半導体レーザ素子３は、筐体２の下部であるベース部２ａ側に固定され、レンズ４（第１群のレンズ４００及び／又は第２群のレンズ６００）は、筐体２の上部である蓋体２ｂ側に固定されている。半導体レーザ素子用温度調節部６１は、図６の例と同様に、筐体２のベース部２ａに設けられる。一方、レンズ用温度調節部６２ａは、レンズ４の配置に対応して蓋体２ｂ側に配置される。
この実施形態では、半導体レーザ素子３の発熱がレンズ４に伝わり難くなることで、結合効率の悪化を防ぐことができ、レンズ用温度調節部６２ａである冷却機構（例えば、ペルチェ素子）による温度制御性も向上させることができる。
【００３４】
図８は、本発明の他の実施形態としてのレーザ発振器を示す概略構成図である。
図８において、レーザ発振器１ａは、複数個（図示の例では５個）の半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３，１４，１５）を有する。これらの半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３，１４，１５）から光ファイバ２０（２１，２２，２３，２４，２５）を通して、共振器もしくはコンバイナ３０（３１，３２）にレーザ光が供給される。図１の実施形態について述べたところと同様に、共振器３１を備える場合には、半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３，１４，１５）からのレーザ光は、共振器３１の励起光として使用される。コンバイナ３２のみを備える場合には、複数の半導体レーザモジュール１１，１２，１３からのレーザ光をコンバイナ３２でひとつに集光して、使用する。共振器３１及びコンバイナ３２の両方を備える場合もある。何れかの方式で、レーザ発振器１は、出力用光ファイバ４０を通してレーザ光を放射する。
【００３５】
図８の実施形態は、複数の半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５を個別に駆動するモジュール駆動部１１０を備えている。
モジュール駆動部１１０は、電源部１００から半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５に励起電流を供給する回路中に介挿されたスイッチ部１１１，１１２，１１３，１１４，１１５と、これらスイッチ部１１１，１１２，１１３，１１４，１１５を制御する制御信号ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３，ＳＣ４，ＳＣ５を発生する制御信号発生部１１６とを含んで構成される。
【００３６】
モジュール駆動部１１０は、定格出力を出力させるように駆動する定格駆動モード（該当するスイッチ部をＯＮにする）と、駆動しない停止モード（該当するスイッチ部をＯＦＦにする）との二通りの制御モードを、複数の半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５それぞれに対して選択的に適用して実行する。
【００３７】
即ち、半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３，１４，１５）の状態は出力ＯＦＦ又は定格出力ＯＮの２通りの状態のみとなるため、定格出力のときの状態で、半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３，１４，１５）のレンズやミラーを調整すればよい。この場合には、定格の半分の出力のときには結合効率は最適化されていないが、定格出力でしか使用しないために原理的に問題がない。レーザ発振器１全体としてのレーザ出力制御としては、離散的な出力制御となるが、半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３，１４，１５）の結合効率が高いため、高効率のレーザ発振器を構成できる。
【００３８】
図８の実施形態の変形例として、次のようにレーザ発振器を構成できる。
即ち、図８の実施形態では、モジュール駆動部１１０によって、定格出力を出力させるように駆動する定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３，１４，１５）に対して選択的に適用して駆動している。これに対して、定格駆動モードに代えて、定格出力の近傍の出力が出力されるように駆動する準定格駆動モードを適用するようにしてもよい。
具体的には、準定格駆動モードにおいて、定格出力付近、例えば定格±１０％で制御する。これには、例えば、図８のモジュール駆動部１１０によって、スイッチ部１１１，１１２，１１３，１１４，１１５に対するＯＮ／ＯＦＦの制御と共に、電源部１００の出力を調節するように構成すればよい。
【００３９】
この場合も、半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３，１４，１５）が定格出力のときの状態で、半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３，１４，１５）のレンズやミラーを調整しておけば、定格±１０％程度であれば、結合効率の悪化は少ない。レーザ発振器全体としては、レーザ出力の制御をより滑らかに行うことができ、このレーザ発振器を用いたレーザ加工性能やレーザ加工品質が向上する。
【００４０】
図８の実施形態の他の変形例として、次のようにレーザ発振器を構成できる。
即ち、図８の実施形態では、半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５の駆動モードを、定格か停止かの二通りのものとして、半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５それぞれに対して選択的に適用したが、半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５の仕様（定格出力）自体は共通のものであった。
これに対し、他の変形例では、半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３，１４，１５）として、定格出力の異なるものを混在させて半導体レーザモジュール群を構成する。
【００４１】
具体例としては、半導体レーザモジュール群の中に、５０Ｗと１００Ｗの半導体レーザモジュールを混在させる。この場合には、１００Ｗの半導体レーザモジュールのみでは１００Ｗ刻みでしかレーザ発振器のレーザ出力は制御できないところ、５０Ｗの半導体レーザモジュールも備えることで、５０Ｗ刻みでレーザ出力を制御することができる。半導体レーザモジュール群の中に１０Ｗ以下のような半導体レーザモジュールを備えることで、更に細かいレーザ出力制御をすることができる。
【００４２】
図９は、本発明の他の実施形態としてのレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略構成図である。
図９において、既述の図４との対応部は同一の符号を付して示し、これらそれぞれの対応部の説明は省略する。
図９の実施形態は、複数の半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３を個別に駆動する半導体レーザ素子駆動部３１０を備えている。
半導体レーザ素子駆動部３１０は、電源部３００から半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３に励起電流を供給する回路中に介挿されたスイッチ部３１１，３１２，３１３と、これらスイッチ部３１１，３１２，３１３を制御する制御信号ＳＣ１１，ＳＣ１２，ＳＣ１３を発生する制御信号発生部３１４とを含んで構成される。
【００４３】
半導体レーザ素子駆動部３１０は、定格出力を出力させるように駆動する定格駆動モード（該当するスイッチ部をＯＮにする）と、駆動しない停止モード（該当するスイッチ部をＯＦＦにする）との二通りの制御モードを、複数の半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３それぞれに対して選択的に適用して実行する。半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３の定格出力は半導体レーザモジュール１０（１１，１２，１３，１４，１５）の定格出力よりも小さいため、レーザ発振器全体としてより滑らかにレーザ出力の制御が可能になる。
【００４４】
図１０は、本発明の更に他の実施形態としてのレーザ発振器の半導体レーザモジュールを示す概略構成図である。
図１０において、既述の図５及び図９との対応部は同一の符号を付して示し、これらそれぞれの対応部の説明は省略する。
図１０を既述の図５及び図９と対照して理解される通り、図１０の実施形態では、複数の半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３を半導体レーザ素子駆動部３１０によって個別に駆動する部分の構成については、図９の構成と同様である。相違点は、レンズ及びミラーが複合光学素子４５１，４５２，４５３に置き換えられている点である。複合光学素子４５１，４５２，４５３は、それぞれ、図９における第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）としての機能部と、半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３からのレーザ光を反射するミラー５０１，５０２，５０３としての機能部とが、それぞれ対応するもの同士で一体化されたものである。これらの複合光学素子４５１，４５２，４５３を有する部分の構成については、図５を参照して既述の態様と変わりがない。
図１０の実施形態においては、既述の図５及び図９の実施形態におけるそれぞれの長所を併せ持つレーザ発振器が実現される。
【００４５】
以上の図面を参照して既述の実施形態において、半導体レーザモジュール１０，１０ｂは、内部に搭載された半導体レーザ素子３とこれに対応する第１群のレンズ４００との相対位置が、当該半導体レーザモジュール１０，１０ｂにおける定格出力時に結合効率が最大となるように、調整された態様を採ることができる。
半導体レーザ素子３とこれに対応する第１群のレンズ４００との相対位置をこのように設定しておくことにより、特に、定格出力でのみ半導体レーザモジュール１０，１０ｂを使用する場合には、常に結合効率が最大になる。
【００４６】
以上、図面を参照して説明した本発明の実施形態としてのレーザ発振器の構成、作用、効果について次に要約する。
（１）本発明の実施形態としてのレーザ発振器は、複数の半導体レーザ素子３（３０１，３０２，３０３）を有する半導体レーザモジュール１０（１１〜１３；１１〜１５）を備えるレーザ発振器１であって、半導体レーザモジュール１０（１１〜１３；１１〜１５）に設けられ、半導体レーザ素子３（３０１，３０２，３０３）からのレーザ光が透過する複数の第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）と、複数の第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）を透過した透過光の全てが透過する第２群のレンズ６００（６１０）と、を備え、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）はプラスチックレンズであり、且つ、第２群のレンズ６００（６１０）はガラスレンズである。
【００４７】
上記（１）のレーザ発振器では、相対的に高いエネルギーに晒されるため温度の上昇が顕著である第２群のレンズ６００（６１０）として、ガラスレンズを用いると共に、相対的に低いエネルギーに晒されるため温度の上昇が少ない第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）として、プラスチックレンズを用いることにより、信頼性が高く価格の安いレーザ発振器を提供することができる。
また、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）としてプラスチックレンズを用いることから、レンズ４００について、形状を自由に設計でき、非球面形状などで最適化することが可能となる。焦点位置の変化による結合効率の悪化を上回る効果があるため、全体としての結合効率を上げることができる。
【００４８】
（２）本発明の実施形態としてのレーザ発振器は、その一態様において、半導体レーザモジュール１０（１１〜１３；１１〜１５）は、半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３からのレーザ光を反射するミラー５００（５０１，５０２，５０３）を更に有し、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）とミラー５００（５０１，５０２，５０３）とは一体化されている。
【００４９】
上記（２）のレーザ発振器では、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）としての機能部とミラー５００（５０１，５０２，５０３）としての機能部とが一体化されているため、部品点数が削減される。また、第１群のレンズ４００（４０１，４０２，４０３）としての機能部とミラー５００（５０１，５０２，５０３）としての機能部とを同時に位置調整できるため、調整工数の削減につながり、ひいては、コストが低減される。
【００５０】
（３）本発明の実施形態としてのレーザ発振器は、その一態様において、半導体レーザ素子３の温度調節を行う半導体レーザ素子用温度調節部６１と、レンズ４（第１群のレンズ４００及び／又は第２群のレンズ６００）の温度調整を行うレンズ用温度調節部６２とを備え、レンズ用温度調節部６２は、半導体レーザ素子用温度調節部６１とは独立に、半導体レーザ素子３の出力に応じてレンズの温度制御を行う。
【００５１】
上記（３）のレーザ発振器では、半導体レーザ素子３の出力に応じて、レンズ４（第１群のレンズ４００及び／又は第２群のレンズ６００）の温度調整を行うことで、温度変化によるレンズの焦点距離の変化をなくし、半導体レーザモジュールの結合効率を高く保つことができる。
【００５２】
（４）本発明の実施形態としてのレーザ発振器は、その一態様において、複数の半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５それぞれを個別に駆動するモジュール駆動部１１０を備え、モジュール駆動部１１０は、定格出力を出力させるように半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５を駆動する定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５それぞれに対して選択的に適用して実行する。
【００５３】
上記（４）のレーザ発振器では、半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５は一定の出力でしか駆動されないため、出力の変化による結合効率の変化がない。
【００５４】
（５）本発明の実施形態としてのレーザ発振器は、その一態様において、複数の半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５それぞれを個別に駆動するモジュール駆動部１１０を備え、モジュール駆動部１１０は、定格出力の近傍の出力が出力されるように半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５を駆動する準定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５それぞれに対して選択的に適用して実行する。
【００５５】
上記（５）のレーザ発振器では、半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５は、ほぼ一定の出力でしか駆動されないため、出力の変化による結合効率の変化がない。定格出力の近傍の範囲で出力の制御を行うため、レーザ発振器全体として、そのレーザ出力を細かく制御できる。
【００５６】
（６）本発明の実施形態としてのレーザ発振器は、その一態様において、複数の半導体レーザモジュール１１，１２，１３，１４，１５は、定格出力が異なるものを含む半導体レーザモジュール群を構成している。
【００５７】
上記（６）のレーザ発振器では、半導体レーザモジュール群の中に定格出力の異なる半導体レーザモジュールが混在していることで、出力の組合せの種類が増えるため、レーザ発振器全体として、そのレーザ出力を細かく制御することができる。
【００５８】
（７）本発明の実施形態としてのレーザ発振器は、その一態様において、半導体レーザモジュール１０ａ，１０ｂは、複数の半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３と、複数の半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３を個別に駆動する半導体レーザ素子駆動部３１０とを備え、半導体レーザ素子駆動部３１０は、定格出力を出力させるように複数の半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３を駆動する定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の半導体レーザ素子３０１，３０２，３０３それぞれに対して選択的に適用して実行する。
【００５９】
上記（７）のレーザ発振器では、半導体レーザ素子の駆動個数で出力を制御するため半導体レーザモジュールの駆動個数で制御するよりもレーザ出力を細かく制御することができる。
【００６０】
（８）本発明の実施形態としてのレーザ発振器は、その一態様において、半導体レーザモジュール１０，１０ｂは、自己に搭載された半導体レーザ素子３とこれに対応する第１群のレンズ４００との相対位置が、当該半導体レーザモジュール１０，１０ｂにおける定格出力時に結合効率が最大となるように、設定されている。
【００６１】
上記（８）のレーザ発振器では、定格出力で半導体レーザ素子３とレンズ４００との相対位置の調整をしておくことで、高い結合効率を得ることができる。
【００６２】
以上の通り、本発明は、その実施形態において、レーザ発振器用にプラスチックレンズを採用している。プラスチックレンズは自由に形状を設計できるために、半導体レーザモジュールの光学設計に最適化したレンズ形状とすることができる。これにより、高い結合効率を得ることができる。また、レンズの一体化により、レンズの個数が削減でき、レーザの損失を低くすることもできる。これより、レーザ発振器の効率向上や高出力化に寄与する。
【００６３】
また、プラスチックレンズは、耐熱性の点での配慮を要し、更に、温度変化に対する光学特性の変化が大きい。このため、本発明の実施形態では、レーザ強度の低い箇所（相対的に強いエネルギーに晒されない個所）にプラスチックレンズを配し、要すれば更に、レンズを透過するレーザ強度を常に一定にするなどして用いるようにしている。換言すれば、使用条件から支障がなく、その特質を活用するに適合する箇所にプラスチックレンズを適用して、レーザ発振器としての効率向上や高出力化を実現している。
【００６４】
尚、本発明は既述の実施形態には限定されるものではなく、種々、変形変更して実施可能である。本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良も本発明に含まれる。例えば、半導体レーザモジュールは、実施形態においては、複数設けられているが、これに制限されない。１台のレーザ発振器に１個の半導体レーザモジュールが設けられる形態であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１，１ａ  レーザ発振器
３，３０１，３０２，３０３  半導体レーザ素子
１０，１０ａ，１０ｂ，１１，１２，１３，１４，１５  半導体レーザモジュール
６１  半導体レーザ素子用温度調節部
６２  レンズ用温度調節部
１１０  モジュール駆動部
３１０  半導体レーザ素子駆動部
４００，４０１，４０２，４０３  第１群のレンズ
４５１，４５２，４５３  複合光学素子
５００，５０１，５０２，５０３  ミラー
６００，６１０  第２群のレンズ
【図１】
2018067576.tif 000003
【図２】
2018067576.tif 000004
【図３】
2018067576.tif 000005
【図４】
2018067576.tif 000006
【図５】
2018067576.tif 000007
【図６】
2018067576.tif 000008
【図７】
2018067576.tif 000009
【図８】
2018067576.tif 000010
【図９】
2018067576.tif 000011
【図１０】
2018067576.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月27日(2018.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体レーザ素子を有する半導体レーザモジュールを備えるレーザ発振器であって、
前記半導体レーザモジュールに設けられ、前記半導体レーザ素子からのレーザ光が透過する複数の第１のレンズと、
複数の前記第１のレンズを透過した透過光の全てが透過する第２のレンズと、を備え、
前記第１のレンズはプラスチックレンズであり、且つ、前記第２のレンズはガラスレンズである、
レーザ発振器。
【請求項２】
前記半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザ素子からのレーザ光を反射するミラーを更に有し、
前記第１のレンズと前記ミラーとは一体化されている、
請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記半導体レーザ素子の温度調節を行う半導体レーザ素子用温度調節部と、前記第１のレンズ及び／又は前記第２のレンズの温度調整を行うレンズ用温度調節部とを備え、
前記レンズ用温度調節部は、前記半導体レーザ素子用温度調節部とは独立に、前記半導体レーザ素子の出力に応じてレンズの温度制御を行う、
請求項１又は２に記載のレーザ発振器。
【請求項４】
前記半導体レーザモジュールは複数設けられ、
複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれを個別に駆動するモジュール駆動部を備え、
前記モジュール駆動部は、定格出力を出力させるように前記半導体レーザモジュールを駆動する定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれに対して選択的に適用して実行する、
請求項１から３の何れか一項に記載のレーザ発振器。
【請求項５】
複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれを個別に駆動するモジュール駆動部を備え、
前記モジュール駆動部は、定格出力の近傍の出力が出力されるように前記半導体レーザモジュールを駆動する準定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、複数の前記半導体レーザモジュールそれぞれに対して選択的に適用して実行する、
請求項１から３の何れか一項に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
複数の前記半導体レーザモジュールは、定格出力が異なるものを含む半導体レーザモジュール群を構成している
請求項４又は５記載のレーザ発振器。
【請求項７】
前記半導体レーザモジュールは、複数の半導体レーザ素子と、前記複数の半導体レーザ素子を個別に駆動する半導体レーザ素子駆動部とを備え、
前記半導体レーザ素子駆動部は、定格出力を出力させるように前記複数の半導体レーザ素子を駆動する定格駆動モードと、駆動しない停止モードとの二通りの制御モードを、前記半導体レーザ素子に対して選択的に適用して実行する、
請求項１から３の何れか一項に記載のレーザ発振器。
【請求項８】
前記半導体レーザモジュールは、自己に搭載された前記半導体レーザ素子とこれに対応する前記第１のレンズとの相対位置が、当該半導体レーザモジュールにおける定格出力時に結合効率が最大となるように、設定されている、
請求項１から７の何れか一項に記載のレーザ発振器。