(57)【要約】【課題】スタックレーザからの出射光を効率よく微小領域に集中することのできるレーザ集光装置を提供する。【解決手段】複数の発光点が２次元に配列されたスタックレーザ１０の各層（行）毎に、その層（行）の複数の発光点からの出射光をフレキシブルなシート状の光合波器（光回路）２０ａ〜２０ｅで集光し、それら複数の光合波器の先端を重ねて光出射部とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光点が２次元的に配列されたレーザ光源部と、
前記レーザ光源部の各行の複数の発光点から出射された複数のレーザ光を１本の光導波路に集光するためのフレキシブルなシート状の複数の光回路とを備え、
前記複数の光回路の端部を、各光回路に設けられた光導光路の出射端が整列するように密接して重ね合わせたことを特徴とするレーザ集光装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ集光装置において、前記レーザ光源部はスタックレーザであることを特徴とするレーザ集光装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のレーザ集光装置において、前記複数の光回路からの出射光が導入される単芯光ファイバを備えることを特徴とするレーザ集光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のレーザ光源からの光線を合波して出力するレーザ集光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザダイオード（ＬＤ）アレイからの出射光を集光して高強度のレーザ光を得る装置として、例えば特許文献１に記載された半導体レーザ集光装置がある。この装置は、複数の発光点が２次元的に配列されたスタックレーザからの出射光を、２種類の光回路を用いて一点に集光させるものである。第１の光回路は、スタックレーザの横方向に並んでいる複数の発光点からのレーザ光を集光させるためのもので、スタックレーザの積層数と同じ数だけ光導波路を積層して構成されている。第２の光回路は、第１の光回路から出射される縦に一列に並んだレーザ光を一点に集光させるためのもので、単層の光導波路を備える。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１６８０４０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記２種類の光回路を用いるが、第１の光回路は、１枚の基板上にスタックレーザの積層数だけ光導波路が積層されているが、スタックレーザ及び第１の光回路共に精度よく積層することは極めて困難である。従ってレーザスタックと第１の光回路との間に光軸ずれが生じ、スタックレーザから出射されるレーザ光が第１の光回路へ入射する効率が悪い。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、スタックレーザからの出射光を効率よく微小領域に集中することのできるレーザ集光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、スタックレーザから出射されるレーザ光を複数のフレキシブルな光回路（光合波器）で集光し、光回路の出射端を隙間なく積層する構造を採用することにより前記目的を達成する。より具体的には、複数の発光点が２次元に配列されたスタックレーザ等のレーザ光源部の各層（行）毎に、その層（行）の複数の発光点からの出射光を扁平状かつフレキシブルな光合波器（光回路）で集光し、それら複数の光合波器の先端を重ねて光出射部となす。光出射部から出射したレーザ光は、そのまま利用してもよいし、１本の光ファイバに結合して利用してもよい。
【０００７】
本発明によれば、スタックレーザの横方向の発光点に対して一つの光回路を割り当てるため、スタックレーザの寸法精度のばらつきによって入射効率が悪化することはない。また、薄くてフレキシブルな光回路を使用しているため、光回路の出射端を隙間なく積層させることができ、複数の光回路の出射点を全て一点の近くに集中させることが出来る。そこで、全ての出射点を包括するような直径を有する単芯の光ファイバで出射光を受光すれば、２次元状に配列されたレーザ光を１本の光ファイバから出射させることが出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明によるレーザ集光装置の構成例を示す概略図である。このレーザ集光装置は、２次元的に配列された複数の発光点１１を有するスタックレーザ１０と、スタックレーザの複数の発光点のうちの一つの層（行）の発光点から出射されたレーザ光を導光し、一つに集光するための複数（図では５個）のフレキシブル光回路２０ａ〜２０ｅを備える。複数のフレキシブル光回路の出射端は密に積層させる。
【０００９】
スタックレーザ１０は、図示のように一直線上に形成された複数（図では４点）の発光点を有するレーザバーを複数個（図では５個）積層して構成されたものであり、それぞれの発光点は同一方向に向けてレーザ光を出射する。本発明では、スタックレーザの２次元に配列された複数の発光点のうち横方向に配列された発光点から出射される複数のレーザ光（図では４点）を、シート状のフレキシブルな光回路（光合波器）２０ａ〜２０ｅに入射させる。
【００１０】
フレキシブルな光回路には、複数のレーザ光を一点に合波集光されるように光導波路２１が形成されているため、光回路を通過することで横方向のレーザ光が、光回路の出射点一点から出射されることになる。スタックレーザ１０の積層数と同数の光回路（図では５個）２０ａ〜２０ｅを配置することで、スタックレーザから出射される全てのレーザ光を光回路に入射させることが出来る。
【００１１】
図１に例示したフレキシブル光回路（光合波器）２０ａ〜２０ｅは、薄いシートに熊手型の光導波路２１が形成されているものである。光導光路２１は、具体的には、レーザバーの発光点と同数、同間隔に配置された入射部２５と、入射部が一つに合流する合流部２６と、合流部からシートの出射端へ伝送するための出射部２７とからなる。光導光路２１はレーザバーと同様にフォトプロセスによって製造されるため、光導波路入射部の間隔をレーザバー発光点の間隔と一致させて配置させることは容易である。フレキシブル光回路の複数ある入射部を一つに合流させるための形状としては、図示した熊手型のみならず、Ｙ分岐型やテーパ型等でもよい。また、光導波路は各発光点に対応した光導波路を集合させる形態でも、光を屈折させて一点に集光させる形態（特開２００２−２３０２３号公報参照）のものでもよい。
【００１２】
このようなフレキシブル光回路は、成型法や印刷法等で容易に作製することができる。またフレキシブル光回路の材料としては、ポリイミドやＰＭＭＡやエポキシ樹脂などを使用することができる。実用的には、フレキシブル光回路２０ａ〜２０ｅのレーザ光入射部２５を固定具２８に接着等して固定した上で、スタックレーザ１０との位置調整をする方が、光回路単体で位置調整するよりも容易である。
【００１３】
フレキシブル光回路２０ａ〜２０ｅは薄いシート状のため、容易に変形させることが出来る。従って、フレキシブル光回路出射部２７の端部を、図２に示すように、光導波路２１の出射端がフレキシブル光回路２０ａ〜２０ｅの厚み方向に一直線上に並ぶよう隙間無く積層することができ、これによって複数のフレキシブル光回路のレーザ光出射点は近接して積層され、集光密度を高くすることができる。
【００１４】
本発明のレーザ集光装置の使用例としては、例えばレーザ加工機の光源部が挙げられる。最も簡単には、図１に示したレーザ集光系の出射端付近に被加工物を設置することで、表面改質や溶接等の加工が可能になる。また出射端前方に集光レンズを設置するとレーザ集光系から出射されたレーザ光を空間上の一点に集光できるので、その位置に被加工物を設置すれば、切断等の加工にも使用することができる。さらには、積層したフレキシブル光回路から出射される集光密度の高いレーザ光は、複数のフレキシブル光回路の各出射点を全て包括するような径の光ファイバ３０に容易に導入することができるので、このような光ファイバ３０にレーザ光を導入すれば、その出射端を任意の場所に自由に移動させて使用することができる。その結果、スタックレーザ１０の２次元に配列された多数の発光点からのレーザ光を被加工物上の一点に集光させることが可能となる。
【００１５】
図３は、本発明のレーザ集光装置の変形例を示す概略図である。図３において、図１と同じ機能部分には図１と同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
この変形例は、スタックレーザの代わりに発光点が横方向だけに配列された半導体レーザバーを用いる例である。複数の半導体レーザバー４０ａ〜４０ｅは、半導体レーザバーの複数の発光点の整列方向と直交する方向に重ねて用いられる。スタックレーザの代わりに半導体レーザバーを用いることで、レーザと光回路を分離独立して組付けられるため、装置化が容易になる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によると、スタックレーザなど複数の発光点が２次元的に配列されたレーザ光源部からの出射光を効率よく微小領域に集中することのできるレーザ集光装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ集光装置の構成例を示す概略図
【図２】フレキシブル光回路出射端の端面図。
【図３】本発明のレーザ集光装置の変形例を示す概略図。
【符号の説明】
１０：スタックレーザ、１１：発光点、２０ａ〜２０ｅ：フレキシブル光回路、２１：光導光路、２５：入射部、２６：合流部、２７：出射部、２８：固定具、３０：光ファイバ、４０ａ〜４０ｅ：半導体レーザバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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