(57)【要約】【課題】半導体レーザアレイの活性層が近接していても、活性層から出射する光束が交差しにくい集光装置を提供する。【解決手段】集光装置は、光源１０および２０と合光素子３０を備えている。光源１０、２０は、それぞれ半導体レーザアレイ１２、２２と、コリメートレンズ１６、２６と、光路変換素子１８、２８とを備えている。合光素子３０は、光源１０および２０からの光束を合成する。活性層１４、２４の配列方向と垂直な面内での光束の拡がりは、コリメートレンズ１６、２６の屈折作用によって抑えられる。光路変換素子１８、２８によって光束の横断面がほぼ９０°回転させられると、光束の拡がりは活性層の配列方向において抑えられる。従って、隣接する光束同士が交差しにくくなる。【選択図】　図１
2004070072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光源と、第２の光源と、前記第１の光源からの光束と前記第２の光源からの光束とを合成する第１の合光素子と、を備える集光装置であって、
前記第１の光源は、第１の方向に沿って並列に配列された複数の活性層を有する第１の半導体レーザアレイと、前記複数の活性層から出射した複数の光束を前記第１の方向と垂直な面内で屈折させる第１のコリメートレンズと、前記第１のコリメートレンズによって屈折された光束を受光し、その光束の横断面をほぼ９０°回転させる第１の光路変換素子とを備えており、
前記第２の光源は、第２の方向に沿って並列に配列された複数の活性層を有する第２の半導体レーザアレイと、前記複数の活性層から出射した複数の光束を前記第２の方向と垂直な面内で屈折させる第２のコリメートレンズと、前記第２のコリメートレンズによって屈折された光束を受光し、その光束の横断面をほぼ９０°回転させる第２の光路変換素子とを備えており、
前記第１の合光素子は、前記第１の光路変換素子から出射した光束を受光する光透過部を有しており、
前記第１の合光素子は、前記第２の光路変換素子から出射した光束を受光する光反射部を有しており、
前記第１の合光素子は、前記光透過部を透過した光束と前記光反射部で反射された光束とを合成する
集光装置。
【請求項２】
前記複数の活性層は、５００μｍ以下の間隔で配置されている、請求項１に記載の集光装置。
【請求項３】
前記第１の合光素子は、前記第１の光源の活性層に１対１に対応した複数の前記光透過部と、前記第２の光源の活性層に１対１に対応した複数の前記光反射部と、を有しており、
前記光透過部および前記光反射部は、ともに帯状であり、
前記第１の合光素子は、前記光透過部と前記光反射部とが交互に配置された平板である
請求項１に記載の集光装置。
【請求項４】
前記第１の合光素子は、第１および第２の光源の活性層からそれぞれ出射する光束の中心軸に対して４５°の角度で傾斜しており、
前記第１の合光素子の表面は、前記第１の光源と対向しており、
前記第１の合光素子の裏面は、前記第２の光源と対向している
請求項３に記載の集光装置。
【請求項５】
第３の光源と、第２の合光素子と、をさらに備える請求項１に記載の集光装置であって、
前記第３の光源は、第３の方向に沿って並列に配列された複数の活性層を有する第３の半導体レーザアレイと、前記複数の活性層から出射した複数の光束を前記第３の方向と垂直な面内で屈折させる第３のコリメートレンズと、前記第３のコリメートレンズによって屈折された光束を受光し、その光束の横断面をほぼ９０°回転させる第３の光路変換素子とを備えており、
前記第２の合光素子は、前記第１の合光素子によって合成された光束を受光する光透過部を有しており、
前記第２の合光素子は、前記第３の光路変換素子から出射した光束を受光する光反射部を有しており、
前記第２の合光素子は、前記光透過部を透過した光束と前記光反射部で反射された光束とを合成する
請求項１に記載の集光装置。
【請求項６】
前記第２の合光素子は、第３の光源の活性層に１対１に対応した複数の前記光反射部を有しており、
前記光透過部および前記光反射部は、ともに帯状であり、
前記第２の合光素子は、前記光透過部と前記光反射部とが交互に並列配置された平板である
請求項５に記載の集光装置。
【請求項７】
第３の光源と、第２の合光素子と、をさらに備える請求項１に記載の集光装置であって、
前記第３の光源は、第３の方向に沿って並列に配列された複数の活性層を有する第３の半導体レーザアレイと、前記複数の活性層から出射した複数の光束を前記第３の方向と垂直な面内で屈折させる第３のコリメートレンズと、前記第３のコリメートレンズによって屈折された光束を受光し、その光束の横断面をほぼ９０°回転させる第３の光路変換素子とを備えており、
前記第２の合光素子は、前記第３の光路変換素子から出射した光束を受光する光透過部を有しており、
前記第２の合光素子は、前記第１の合光素子によって合成された光束を受光する光反射部を有しており、
前記第２の合光素子は、前記光透過部を透過した光束と前記光反射部で反射された光束とを合成する
請求項１に記載の集光装置。
【請求項８】
前記第２の合光素子は、第３の光源の活性層に１対１に対応した複数の前記光透過部を有しており、
前記光透過部および前記光反射部は、ともに帯状であり、
前記第２の合光素子は、前記光透過部と前記光反射部とが交互に並列配置された平板である
請求項７に記載の集光装置。
【請求項９】
前記第２の合光素子は、第１の合光素子によって合成される光束および第３の光源の活性層から出射する光束の中心軸に対して４５°の角度で傾斜しており、
前記第２の合光素子の表面は、前記第１の合光素子と対向しており、
前記第２の合光素子の裏面は、前記第３の光源と対向している
請求項６又は８に記載の集光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザアレイから出射する光束の光密度を増加する集光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高出力のレーザ素子として、半導体レーザアレイが知られている。図１１は、半導体レーザアレイの一例を示す斜視図である。図１１に示されるように、半導体レーザアレイ１２は、複数の活性層１４が並列に配置された構造を有している。
【０００３】
各活性層１４から出射する光束の拡がり角を図１２に示す。ここで、図１２（ａ）は、光束の拡がり角を示す側面図であり、図１２（ｂ）は、光束の拡がり角を示す平面図である。なお、半導体レーザアレイの縦方向をｘ軸、水平方向をｙ軸、垂直方向をｚ軸とする。各活性層から出射した光束の垂直方向の拡がり角は、３０度であり（図１２（ａ））、水平方向の拡がり角は８度である（図１２（ｂ））。
【０００４】
半導体レーザアレイから出射した光束をレンズ等を用いて光ファイバ等に集光する場合を考慮すると、光束の垂直方向及び水平方向それぞれの成分の拡がりを抑えることが望ましい。このうち、光束の垂直方向の成分は、コリメートレンズを使用すれば容易に平行化することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、光束の水平方向の拡がりを抑えることは容易ではない。活性層１４が近接配置されていると、活性層１４から出射した光束がすぐに交差してしまうからである。光束の交差を防ぐため、活性層の間隔を拡大する手法も考えられる。しかし、この場合は、光密度を高くすることは望めない。
【０００６】
そこで、本発明は、半導体レーザアレイの活性層が近接していても、活性層から出射する光束が交差しにくい集光装置の提供を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る集光装置は、第１の光源と、第２の光源と、第１の合光素子とを備えている。第１の光源は、第１の方向に沿って並列に配列された複数の活性層を有する第１の半導体レーザアレイと、複数の活性層から出射した複数の光束を第１の方向と垂直な面内で屈折させる第１のコリメートレンズと、第１のコリメートレンズによって屈折された光束を受光し、その光束の横断面をほぼ９０°回転させる第１の光路変換素子とを備えている。第２の光源は、第２の方向に沿って並列に配列された複数の活性層を有する第２の半導体レーザアレイと、複数の活性層から出射した複数の光束を第２の方向と垂直な面内で屈折させる第２のコリメートレンズと、第２のコリメートレンズによって屈折された光束を受光し、その光束の横断面をほぼ９０°回転させる第２の光路変換素子とを備えている。ここで、光束の横断面とは、その光束の中心軸に実質的に垂直な断面をいう。第１の合光素子は、第１の光源からの光束と第２の光源からの光束とを合成する。第１の合光素子は、第１の光路変換素子から出射した光束を受光する光透過部と、第２の光路変換素子から出射した光束を受光する光反射部を有している。第１の合光素子は、光透過部を透過した光束と光反射部で反射した光束とを合成する。
【０００８】
活性層の配列方向と垂直な面内での光束の拡がりは、コリメートレンズの屈折作用によって抑えられる。光束の横断面がほぼ９０°回転させられると、光束の拡がりは活性層の配列方向において抑えられる。従って、隣接する光束同士が交差しにくくなる。このため、活性層の間隔を５００μｍ以下とした近接配置が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る集光装置を示す概略斜視図である。本実施形態に係る集光装置は、第１の光源１０、第２の光源２０および合光素子３０から構成されている。
【００１１】
第１の光源１０は、第１の半導体レーザアレイ１２と、第１のコリメートレンズ１６と、第１の光路変換素子１８とから構成されている。第１の半導体レーザアレイ１２は、複数の活性層１４を有している。第１のコリメートレンズ１６は、各活性層１４から出射した光束の垂直方向（ｚ軸方向）の成分を屈折させ、平行化させる。第１の光路変換素子１８は、この平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。
【００１２】
図２は、第１の半導体レーザアレイ１２の前端面（光出射面）を示す図である。図３は、活性層１４の前端面を示す図である。半導体レーザアレイ１２は、幅１ｃｍの間に活性層１４が、５００μｍの間隔でｙ軸方向に一列に配列された構造を有している。その活性層１４の断面は、１００μｍの幅、１μｍの厚さを有している。この活性層１４から出射する光束の拡がり角は、図１２に示されるように、活性層１４の厚み方向、すなわち垂直方向（ｚ軸方向）で３０°であり、活性層１４の幅方向、すなわち水平方向（ｙ軸方向）で８°である。
【００１３】
図４は、第１のコリメートレンズ１６の一例としてのシリンドリカルレンズを示す斜視図である。シリンドリカルレンズ１６の前後のレンズ面は、ｙ軸方向に沿った母線をもつ円柱面である。シリンドリカルレンズ１６は、母線方向を含む面内では屈折作用を有しないが、母線に垂直な面内では屈折作用を有している。図４に示すように、母線方向、すなわちｙ軸方向の長さが１２ｍｍであり、ｘ軸方向の長さが０．２ｍｍ、ｚ軸方向の長さが０．６ｍｍである。このように、シリンドリカルレンズ１６は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。このため、複数の活性層１４から出射した光束は、すべてシリンドリカルレンズ１６に入射する。
【００１４】
上述のように、活性層１４から出射する光束の垂直方向の拡がり角が大きいので、集光効率を高めるためには、屈折作用を利用して光束の拡がりを抑える必要がある。そこで、シリンドリカルレンズ１６を、その母線と半導体レーザアレイ１２の垂直方向（ｚ軸方向）とが直交するように設置する。このように設置すると、活性層１４から出射した光束をシリンドリカルレンズ１６の母線に垂直な面内で屈折させ、平行化することができる。また、この平行化を効率的に行うために、シリンドリカルレンズ１６を活性層１４と近接させて配置する。
【００１５】
図５は、第１の光路変換素子１８の一例を示す斜視図である。第１の光路変換素子１８は、ガラス、石英等の透光性材料からなる。ｘ軸方向の長さは１．５ｍｍ、ｙ軸方向の長さは１２ｍｍ、ｚ軸方向の長さは１．５ｍｍである。このように、第１の光路変換素子１８は、ｙ軸方向に沿って細長い形状をしている。このため、シリンドリカルレンズ１６から出射するすべての光束は、第１の光路変換素子１８に入射する。第１の光路変換素子１８は、互いに対向する入射面１８０と出射面１８１とを有している。この入射面１８０は、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面は、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面の数は、活性層１４の数に等しい。すなわち、これらの円柱面は活性層１４と１対１に対応している。反射面１８１も同様に、並列に配置された幅０．５ｍｍの複数の円柱面を有している。これらの円柱面も、ｙ軸方向に対して４５°の角度で延びている。これらの円柱面も、活性層１４と１対１に対応している。
【００１６】
なお、光路変換素子の他の例は、特許第３０７１３６０号公報に記載されている。
【００１７】
第２の光源２０は、第１の光源１０と同様に、第２の半導体レーザアレイ２２と、第２のシリンドリカルレンズ２６と、第２の光路変換素子２８とから構成されている。第２の半導体レーザアレイ２２、第２のシリンドリカルレンズ２６および第２の光路変換素子２８は、それぞれ第１の半導体レーザアレイ１２、第１のシリンドリカルレンズ１６および第１の光路変換素子１８と同一であるため、詳細な説明は省略する。但し、第２の光源２０の向きは、第１の光源１０の向きと異なっている。具体的には、第１の半導体レーザレーザアレイ１２は、ｙ軸方向に沿って並列に配列された複数の活性層１４を有しているのに対し、第２の半導体レーザアレイ２２は、ｘ軸方向に沿って並列に配列された複数の活性層２４を有している。第２のシリンドリカルレンズ２６は、活性層２４に対応してｘ軸方向に沿って配置されている。第２の光路変換素子２８も同様に、活性層２４に対応してｘ軸方向に沿って配置されている。
【００１８】
図６は、合光素子３０の平面図である。合光素子３０は、複数の光透過部３２と複数の光反射部３４とが交互に並列配置された平板からなる。光透過部３２および光反射部３４の各々は、同一寸法の帯状をしている。合光素子３０は、透過性物質を主材としたプレートからなる。光透過部３２は、第１の光路変換素子１８から出射した光束を受光する。光透過部３２には、光透過性薄膜が形成されている。一方、光反射部３４は、第２の光路変換素子２８から出射した光束を受光する。光反射部３４には、光反射性薄膜が形成されている。合光素子３０は、第１の光源１０の活性層１４から出射する光束の中心軸１５に対して、４５°の角度で傾斜している。合光素子３０は、第２の光源２０の活性層２４から出射する光束の中心軸１５に対しても同様に、４５°の角度で傾斜している。合光素子３０の表面は、第１の光源１０と対向しており、合光素子３０の裏面は、第２の光源２０と対向している。光透過部３２は、第１の光源１０の活性層１４に１対１で対応している。一方、光反射部３４は、第２の光源２０の活性層２４に１対１で対応している。
【００１９】
合光素子３０、第１の光源１０および第２の光源２０が上記のように配置されているので、第１の光源１０から出射した光束は、合光素子３０の光透過部３２を透過する。一方、第２の光源２０から出射した光束は、合光素子３０の光反射部３４によって反射される。その結果、それぞれの光束は、合光素子３０の裏面側で同一方向に進行する。これらの光束は混ざり合って、一つの合成光９１となる（図１）。
【００２０】
次に、図７および図８を参照しながら、本実施形態に係る集光装置の作用について説明する。ここで、図７（ａ）は、活性層１４、２４で発生した光の出射時の横断面（出射パターン）を示している。図７（ｂ）は、活性層１４、２４から出射した光束がシリンドリカルレンズ１６、２６を通過した後の当該光束の横断面を示している。図７（ｃ）は、シリンドリカルレンズ１６、２６を通過した光束が光路変換素子１８、２８を通過した後の当該光束の横断面を示している。図８（ａ）は、第１の光源１０から出射した光束の中心軸１５に対して垂直な横断面図である。図８（ｂ）は、第２の光源２０から出射した光束の中心軸１５に対して垂直な横断面図である。図８（ｃ）は、第１の光源１０から出射した光束と第２の光源２０から出射した光束との合成光９１の中心軸１５に対して垂直な横断面図である。
【００２１】
活性層１４，２４を出射する際、光束の断面形状は円に近い（図７（ａ））。この光束がシリンドリカルレンズ１６、２６を透過すると、シリンドリカルレンズ１６、２６の母線方向と垂直な面内で屈折される。この結果、光束の垂直方向成分が平行化される（図７（ｂ））。一方、光束の水平方向成分は、屈折作用を受けないため、水平方向の拡がり角に変化はない。
【００２２】
第１のシリンドリカルレンズ１６を透過した光束は、第１の光路変換素子１８に入射する。第１の光路変換素子１８は、その光束の横断面を光束の中心軸１５のまわりにほぼ９０°回転させる（図７（ｃ））。これにより、垂直方向で平行化された光束は、水平方向で平行化された光束へ変換される。この結果、光束は水平方向で拡がらなくなる。このため、隣接する光束の相互交差を回避できる。
【００２３】
第２の光源２０の活性層２４から出射した光束も第１の光源と同様に、第２のシリンドリカルレンズ２６を透過すると光束の垂直方向成分が平行化される。この光束は第２の光路変換素子２８を透過すると、水平方向で平行化された光束へ変換される。この結果、第２の光源２０においても、光束は水平方向で拡がらなくなるので、隣接する光束の相互交差を回避できる。
【００２４】
第１の光源１０の光路変換素子１８から出射した光束は、第１の合光素子３０の光透過部３２を透過する。各活性層１４から出射した光束は、互いに交差することなく対応する光透過部３２を透過する（図８（ａ））。一方、第２の光源２０の光路変換素子２８から出射した光束は、第１の合光素子３０の光反射部３４によって反射される。各活性層２４から出射した光束は、互いに交差することなく対応する光反射部３４で反射される（図８（ｂ））。
【００２５】
光透過部３２を透過した光束と光反射部３４によって反射された光束は、一つの合成光９１を形成する。合成光９１の光密度は、第１の光源１０から出射する光束の光密度と第２の光源２０から出射する光束の光密度とを加算したものとなる（図８（ｃ））。従って、光密度を高めることができる。
【００２６】
本実施形態に係る集光装置の効果について説明する。本実施形態に係る集光装置によれば、半導体レーザアレイから出射した光束は水平方向（ｙ軸方向）で拡がらなくなるので、隣接する光束の相互交差を回避できる。半導体レーザアレイの複数の活性層が近接した配置であっても、隣接する光束は交差しない。活性層の近接した配置が可能となるので、高い光密度を得ることができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る集光装置について説明する。図９は、本実施形態に係る集光装置の平面図である。第１の実施形態の集光装置は、２つの光源と１枚の合光素子とから構成されているのに対し、本実施形態の集光装置は、３つの光源と２枚の合光素子とから構成されている。第１の実施形態の集光装置は、２つの光源から出射した光束を合成するのに対し、本実施形態の集光装置は、３つの光源から出射した光束を合成する。
【００２８】
本実施形態に係る集光装置は、第１の光源１０、第２の光源２０、第３の光源６０、第１の合光素子３０および第２の合光素子８０から構成されている。第１の光源１０、第２の光源２０および第１の合光素子３０の構成および配置は、第１実施形態に関して説明した通りである。
【００２９】
第３の光源６０は、第３の半導体レーザアレイ６２と、第３のコリメートレンズ６６と、第３の光路変換素子６８とから構成されている。第３の半導体レーザアレイ６２は、複数の活性層６４を有している。第３のコリメートレンズ６６は、各活性層６４から出射した光束の垂直方向の成分を屈折させ、平行化させる。第３の光路変換素子６８は、この平行化された光束の横断面をほぼ９０°回転させる。第３の半導体レーザアレイ６２、第３のコリメートレンズ６６および第３の光路変換素子６８の構成は、それぞれ半導体レーザアレイ１２，２２、コリメートレンズ１６，２６および光路変換素子１８、２８と同じである。従って、重複する説明を省略する。
【００３０】
第３の光源６０の向きは、第２の光源２０の向きと同じであり、第１の光源１０の向きとは異なっている。第１の半導体レーザアレイ１２は、ｙ軸方向に沿って並列に配列された複数の活性層１４を有しているのに対し、第２および第３の半導体レーザアレイ２２、６２は、ｘ軸方向に沿って並列に配列された複数の活性層２４、６４を有している。第３のシリンドリカルレンズ６６は、活性層６４に対応してｘ軸方向に沿って配置されている。第３の光路変換素子６８も同様に、ｘ軸方向に沿って配置されている。
【００３１】
第１実施形態で説明したように、第１の光源１０から出射した光束は、第１の合光素子３０の光透過部を透過する。一方、第２の光源２０から出射した光束は、第１の合光素子３０の光反射部によって反射される。その結果、それぞれの光束は、第１の合光素子３０の裏面側で同一方向に進行する。これらの光束は混ざり合って、一つの合成光９１となる（図９）。
【００３２】
第２の合光素子８０は、第１の合光素子３０と同一の構成を有している。すなわち、第２の合光素子８０も、図６に示すような複数の光透過部３２と複数の光反射部３４とが交互に並列配置された平板からなる。第２の合光素子８０の光透過部３２は、第１の合光素子３０から出射した合成光９１を受光する。一方、第２の合光素子８０の光反射部３４は、第３の光路変換素子６８から出射した光束を受光する。第２の合光素子８０は、合成光９１の中心軸に対して、４５°の角度で傾斜している。第２の合光素子８０は、第３の光源６０の活性層６４から出射する光束の中心軸に対しても同様に、４５°の角度で傾斜している。第２の合光素子８０の表面は、第１の合光素子３０と対向しており、第２の合光素子８０の裏面は、第３の光源６０と対向している。第２の合光素子８０の光反射部３４は、第３の光源６０の活性層６４に１対１で対応している。
【００３３】
合成光９１は、第２の合光素子８０の光透過部を透過する。一方、第３の光源６０から出射した光束は、第２の合光素子８０の光反射部によって反射される。その結果、それぞれの光束は、第２の合光素子８０の裏側で同一方向に進行する。これらの光束は混ざり合って、一つの合成光９５となる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る集光装置の作用について説明する。ここで、図１０（ａ）は、第１の光源１０から出射した光束の中心軸に対して垂直な横断面図である。図１０（ｂ）は、第２の光源２０から出射した光束の中心軸に対して垂直な横断面図である。図１０（ｃ）は、第３の光源６０から出射した光束の中心軸に対して垂直な横断面図である。図１０（ｄ）は、第１の光源１０ら出射した光束と第２の光源２０から出射した光束との合成光９１の中心軸に対して垂直な横断面図である。図１０（ｅ）は、合成光９１と第３の光源６０から出射した光束との合成光９５の中心軸に対して垂直な横断面図である。
【００３５】
図７（ａ）に示すように、活性層１４，２４、６４を出射する際、光束の断面形状は円に近い。この光束が各シリンドリカルレンズ１６、２６、６６を通過すると、シリンドリカルレンズ１６、２６、６６の母線方向と垂直な面内で屈折される。この結果、図７（ｂ）に示すように光束の垂直方向成分が平行化される。一方、光束の水平方向成分は、屈折作用を受けないため、水平方向の拡がり角に変化はない。
【００３６】
シリンドリカルレンズ１６、２６、６６を透過した光束は、光路変換素子１８、２８、６８に入射する。光路変換素子１８、２８、６８は、その光束の横断面を光束の中心軸のまわりにほぼ９０°回転させる（図７（ｃ））。これにより、垂直方向で平行化された光束は、水平方向で平行化された光束へ変換される。この結果、光束は水平方向で拡がらなくなる。このため、隣接する光束の相互交差を回避できる。
【００３７】
第１の光源１０の光路変換素子１８から出射した光束は、第１の合光素子３０の光透過部３２を透過する。各活性層１４から出射した光束は、互いに交差することなく対応する光透過部３２を透過する（図１０（ａ））。一方、第２の光源２０の光路変換素子２８から出射した光束は、第１の合光素子３０の光反射部３４によって反射される。各活性層２４から出射した光束は、互いに交差することなく対応する光反射部３４で反射される（図１０（ｂ））。
【００３８】
光透過部３２を透過した光束と光反射部３４によって反射された光束は、一つの合成光９１を形成する。合成光の光密度は、第１の光源１０から出射する光束の光密度と第２の光源２０から出射する光束の光密度とを加算したものとなる（図１０（ｄ））。
【００３９】
第１の合光素子３０によって形成された合成光９１は、第２の合光素子８０の光透過部３２を透過する。一方、第３の光源６０の光路変換素子６８から出射した光束は、第２の合光素子８０の光反射部３４によって反射される。各活性層６４から出射した光束は、互いに交差することなく対応する光反射部３４で反射される（図１０（ｃ））。
【００４０】
光透過部３２を透過した合成光９１と光反射部３４によって反射された光束は、一つの合成光９５を形成する。合成光９５の光密度は、上述の第１の光源１０から出射する光束の光密度と第２の光源２０から出射する光束の光密度とを加算したものに、さらに第３の光源６０から出射する光束の光密度を加算したものとなる（図１０（ｅ））。従って、光密度を極めて高くすることができる。
【００４１】
本実施形態に係る集光装置の効果について説明する。本実施形態に係る集光装置によれば、各光源の半導体レーザアレイから出射する光束が水平方向（ｙ軸方向）で拡がらなくなるので、隣接する光束の相互交差を回避できる。半導体レーザアレイの複数の活性層が近接した配置であっても、隣接する光束は交差しない。３つの光源からの光束を集光すると共に、活性層の近接した配置が可能となるので、極めて高い光密度を得ることができる。
【００４２】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、コリメートレンズの一例としてシリンドリカルレンズを挙げたが、この代わりにガラスファイバレンズ、セルフォックレンズ等を使用しても良い。また、本発明は、４つ以上の光源を用いる集光装置であってもよい。
【００４４】
また、上記第２の実施形態では、合成光９１に第２の合光素子８０を透過させ、第３の光源６０から出射した光束を第２の合光素子８０で反射して合成光９５を形成している。この代わりに、第３の光源６０から出射した光束に第２の合光素子８０を透過させ、合成光９１を第２の合光素子８０で反射して合成光９５を形成しても良い。この場合、第２の合光素子８０の光透過部は、第３の光路変換素子６８から出射した光束を受光する。また、第２の合光素子８０の光反射部は、合成光９１を受光する。第２の合光素子８０の光透過部は、半導体レーザアレイ６２の活性層６４と１対１に対応する。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の集光装置は、半導体レーザアレイから出射した光束をコリメートレンズを用いて屈折させた後に、光路変換素子によって光束の横断面をほぼ９０°回転させている。これにより、活性層の配列方向での光束の拡がりを抑制できるため、隣接する光束の相互交差を回避できる。活性層の近接した配置が可能となるので、高い光密度を得ることができる。従って、本発明の集光装置は、高い光密度を要する固体レーザ励起、印刷、材料加工または医療の分野に好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る集光装置を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る集光装置で用いる半導体レーザアレイの前端面（光出射面）を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る集光装置で用いる半導体レーザアレイの活性層の前端面を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る集光装置で用いるシリンドリカルレンズの斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る集光装置で用いる光路変換素子の斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る集光装置で用いる合光素子の平面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る集光装置で光束が変換される様子を表す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る集光装置によって光が合成される様子を表す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る集光装置を示す概略斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る集光装置によって光が合成される様子を表す図である。
【図１１】半導体レーザアレイの斜視図である。
【図１２】半導体レーザアレイから出射した光束の拡がり角を示す図である。
【符号の説明】
１０…第１の光源、１２…第１の半導体レーザアレイ、１４、２４…活性層、１６…第１のシリンドリカルレンズ、１８…第１の光路変換素子、２０…第２の光源、２２…第２の半導体レーザアレイ、２６…第２のシリンドリカルレンズ、２８…第２の光路変換素子、３０…第１の合光素子、３２…光透過部、
３４…光反射部、９１…合成光。
【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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【図１１】
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【図１２】
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