(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面楕円形の中空部を有すると共に、前記断面楕円形の左半分側に第１焦点、右半分側
に第２焦点を有する合波体と、
前記合波体の外部の左半分側に配置された複数の第１レーザ光源と、
前記合波体の外部の右半分側に配置された複数の第２レーザ光源と、を備え、
前記合波体は、
前記第１レーザ光源からのレーザ光線を前記中空部の第１焦点方向へ導く複数の第１光入射孔と、
前記第２レーザ光源からのレーザ光線を前記中空部の第２焦点方向へ導く複数の第２光入射孔と、
前記第１光入射孔および前記第２光入射孔に設けられ、前記中空部に入射されるレーザ光線をコリメートする第１レンズと、
前記中空部の壁面に設けられ、入射した複数のレーザ光線を反射しつつ合波する反射層と、
前記反射層により合波されたレーザ光線を外部に導く光出射孔とを有し、
前記第１光入射孔および第２光入射孔は、前記レーザ光線が当該レーザ光線の入射した側の半分領域で反射するような位置に形成されている
レーザ光線合波装置。
【請求項２】
前記中空部の形状は回転楕円体である
請求項１に記載のレーザ光線合波装置。
【請求項３】
前記中空部の形状は楕円柱である
請求項１に記載のレーザ光線合波装置。
【請求項４】
前記複数の光入射孔は、前記楕円形の長軸および短軸に直交する軸を中心にした周方向に互いに離間して形成されている
請求項１記載のレーザ光線合波装置。
【請求項５】
前記複数の光入射孔は、前記楕円形の長軸を中心にした周方向に互いに離間して形成されている  請求項１に記載のレーザ光線合波装置。
【請求項６】
前記光出射孔は、前記楕円形の長軸が前記合波体の壁に交差する２つの位置のうちの一方の位置に設けられている
請求項１に記載のレーザ光線合波装置。
【請求項７】
前記光出射孔に対して光学的に結合された光ファイバ
を有する請求項１に記載のレーザ光線合波装置。
【請求項８】
前記光出射孔に合波されたレーザ光線をコリメートするための第２レンズが設けられた
請求項１に記載のレーザ光線合波装置。
【請求項９】
前記光出射孔に集光レンズが設けられると共に、前記集光レンズの焦点位置に光ファイバの端部が配置された
請求項１に記載のレーザ光線合波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザ光線を合波するためのレーザ光線合波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザなどのレーザから出力されるレーザ光線は、波長が単一で、位相が揃っているコヒーレントな光であることから、ディスプレイ、各種加工装置などさまざまな分野に利用されているが、これらの分野においては、最近、より高出力のものが望まれている。
【０００３】
その方法の１つとして、複数のレーザ光線を合波させてその光強度を増やす方法がある。このような複数のレーザ光線の合波方法としては、従来、例えばレンズで重ね合わせる方法、ｐ偏光とｓ偏光のレーザ光線を合波（ＰＳ合波）する方法、あるいは波長の異なるレーザ光線を合波する方法がある（非特許文献１）。
【０００４】
レンズで重ね合わせる方法は、図９に示したように、複数のレーザ光源１０１を並列に配置し、これらレーザ光源１０１から出射されたレーザ光線をレンズ１０２により集光し合波させるものである。
【０００５】
ＰＳ合波方法は、図１０に示したように、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０３に対向させて偏光の異なるレーザ光源１０１ａ，１０１ｂを配置しておき、一方のレーザ光源１０１ａから出射されたｐ偏光のレーザ光線をＰＢＳ１０３で透過させ、他方のレーザ光源１０１ｂから出射されたｓ偏光のレーザ光線をＰＢＳ１０３で反射させて、これら透過光と反射光とを合成させる。これにより偏光の異なった（直交した）レーザ光線が１本の光線に合波される。なお、ＰＢＳ１０３に変えて偏光プリズムを用いることもできる。
【０００６】
波長の異なるレーザ光線を合波する方法は、図１１に示したように、ダイクロイックミラー１０４に対向させて波長の異なるレーザ光源１０１ｃ，１０１ｄを配置しておき、一方のレーザ光源１０１ｃから出射された波長λ１のレーザ光線をダイクロイックミラー１０４で透過させ、他方のレーザ光源１０１ｄから出射された波長λ２のレーザ光線をダイクロイックミラー１０４で反射させて、これら透過光と反射光とを合成させるものである。
【非特許文献１】Roland Diehl(Ed.) “High-Power Diode Lasets: fundamentals, Technology, Applications”, p310, (2000) Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、従来、いくつかの方法があり、光強度を増大させるには有効であるものの、それぞれ以下のような問題があった。まず、複数のレーザ光線をレンズで合波する方法は、重ね合わせが１点に制限されるので、１本の狭い光線束としては形成し難いという問題がある。なお、複数のレーザ光源を隣接して配設し、平行光線を放射させて光線束を得る方法もあるが、レーザ光線の重ね合わせができないので、総合光強度は上がるものの輝度は上がらない。
【０００８】
また、ＰＳ合波方法は、ｐ偏光とｓ偏光の合計２本のレーザ光線のみしか重ね合わせに使うことができないので、重ね合わされたレーザ光線の強度の増大は限られることになってしまう。波長の異なるレーザ光線を合波する方法については、複数のダイクロイックミラーを用いることにより光強度をより高めることができる。すなわち、この方法は、レーザ光線の波長を変えておけば、ダイクロイックミラーでいくらでも合成できる利点がある。しかしながら、この方法では、重ね合わされたレーザ光線の波長が単一でなく、ばらばらになってしまうという問題がある。
【０００９】
このように従来のレーザ光線の合波手法は、光強度を増大させるには有効であるものの、それぞれ問題があり、欠点が少なく、簡便で、かつ有効な手段がないのが現状である。また、合成したレーザ光線を遠方に伝送するには光ファイバに結合することが有効であるが、従来手法ではこの光ファイバに結合させることも容易ではない。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、複数のレーザ光線を簡便に合波することができ、光ファイバへも容易に結合可能なレーザ光線合波装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によるレーザ光線合波装置は、断面楕円形の中空部を有すると共に、断面楕円形
の左半分側に第１焦点、右半分側に第２焦点を有する合波体と、合波体の外部の左半分側
に配置された複数の第１レーザ光源と、合波体の外部の右半分側に配置された複数の第２
レーザ光源と、を備えたものであり、合波体は、第１レーザ光源からのレーザ光線を中空
部の第１焦点方向へ導く複数の第１光入射孔と、第２レーザ光源からのレーザ光線を中空
部の第２焦点方向へ導く複数の第２光入射孔と、第１光入射孔および第２光入射孔に設け
られ、中空部に入射されるレーザ光線をコリメートする第１レンズと、中空部の壁
面に設けられ、入射した複数のレーザ光線を反射しつつ合波する反射層と、反射層により
合波されたレーザ光線を外部に導く光出射孔とを有し、第１光入射孔および第２光入射孔
は、レーザ光線が当該レーザ光線の入射した側の半分領域で反射するような位置に形成さ
れている。
【００１２】
このレーザ光線合波装置では、光入射孔から合波体内に入射した複数のレーザ光線は、中空部の２つの焦点のうち一方の焦点を通過したのち、反射層で反射され、更に、他方の焦点を通過して再度反射層で反射される。反射されたレーザ光線は、このような反射を繰り返しつつ、楕円形の長軸に略平行になると共に互いに重ね合わせられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレーザ光線合波装置によれば、断面楕円形の中空部を有する合波体を用い、その内面に反射層を形成すると共に、２つの焦点のうちいずれか一方を通過するよう複数のレーザ光線を導入させるようにしたので、これら複数のレーザ光線を楕円形の長軸に略平行にすると共に、互いに重ね合わせることができ、これを合波光として外部に導出することができる。よって、レーザ光線の合波を、簡単な構成で実現でき、高出力が要求されるレーザディスプレイ等への適用が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、具体的な実施の形態の前に、本発明の基本原理について図７を参照しつつ説明する。後述（図１等参照）のように、本発明のレーザ光線合波装置は、中空部１０の断面が楕円形状であると共に内壁に反射層を有する合波体１０を備え、その楕円形状による光の反射を利用し、複数のレーザ光線の合波を行うものである。
【００１６】
ここで、図７（Ａ）は楕円３０の外部から内部へ入射し、焦点Ｆ１，Ｆ２を通過した光線が反射する様子、図７（Ｂ）は同図（Ａ）に示した光線を逆行させたときの光線の反射の様子をそれぞれ表したものである。このような楕円形の内部に光が入射して反射するときの光線の性質は以下のようになる。
【００１７】
図７（Ａ）に示したように、楕円３０の外部から内部に入射した光Ｐinは、一方の焦点Ｆ１を通ると、楕円３０の内面で反射した後に他方の焦点Ｆ２を通過する。これは楕円の特徴によるものである。他方の焦点Ｆ２を通過した光は、楕円３０の内面での反射を数回繰り返した後、楕円３０の長軸（Ｘ軸）に略平行な光Ｐｘになる。
【００１８】
光は逆行できるので、図７（Ｂ）に示したように、上記Ｘ軸に略平行になった光Ｐｘ１が逆行すれば、数回の反射で短軸（Ｙ軸）に沿うような光Ｐｙに変化することになる。ここで、このようなＹ軸に略平行になる光Ｐｙは、１つの特徴を持っている。すなわち、Ｙ軸を基準にして楕円３０を左半分と右半部に分割すると、光Ｐｙは、楕円３０の左半分または右半分の領域の内面で２度の反射Ｒ１，Ｒ２を繰り返すことができる。図７（Ｂ）では、Ｙ軸に略平行になる光Ｐｙは、楕円３０の左半分の領域の内面で、連続して２度の反射をしている（反射光Ｒ１，Ｒ２）。このように楕円３０のいずれか一方の半分領域において連続して反射をした光は、その後、互いに反対側の半分領域で反射を繰り返しながら、再度Ｘ軸に略平行な光Ｐｘ２になる。
【００１９】
このことから、内面で光反射が可能な楕円体に、どちらか一方の焦点Ｆ１，Ｆ２を通るように光が入射された場合には、その光Ｐinは数回の反射の後に長軸方向にかなり近づいた光Ｐｘになるという性質があることが分かる。本発明は、このような楕円内で反射を繰り返す光線の性質を利用したものである。以下、具体的な実施の形態を説明する。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ光線合波装置１を表すものである。このレーザ光線合波装置１は合波体１０の周囲に複数（ここでは２個）のレーザ光源１６を備えたものである。なお、これらレーザ光源１６は合波体１０と一体化されていてもよく，あるいは合波体１０とは別体に構成してもよい。
【００２１】
合波体１０は、楕円形を長軸（Ｘ軸）回りに回転させた回転楕円体の形状を有するものであり、その内部は空洞（中空部１１）となっている。中空部１１の壁面全面には反射層１２が形成されており、外部のレーザ光源１６から出射されたレーザ光線を反射するようになっている。なお、合波体１０は、少なくとも中空部１１の断面形状が楕円形状であればよく、外形は特に制限されるものではない。
【００２２】
合波体１０の壁には複数（ここでは２つ）の光入射孔１３が設けられており、これら光入射孔１３を通じてレーザ光源１６から出射されたレーザ光線Ｐinが入射されるようになっている。光入射孔１３の径は、中空部１１の壁面（反射層１２）で反射した光が外部へ漏れることを防止するために、レーザ光線Ｐinが通過できる最小限の大きさであればよい。光入射孔１３には、コリメータレンズ１４が設けられ、中空部１１に入射されるレーザ光線Ｐinを細くコリメート（平行光線化）している。
【００２３】
合波体１０には１つの光出射孔１５が設けられ、この光出射孔１５を通じてレーザ光線が外部へ出射されるようになっている。この光出射孔１５の位置は、回転楕円体の長軸Ｘ軸が合波体１０の壁に交差する２つの位置のうちの一方の位置である。光出射孔１５の径もまた、楕円の長軸方向に近くなったレーザ光線Ｐｘが通過できる程度の最小限の大きさとする。中空部１１の壁面（反射層１２）で反射しているレーザ光線が外部に漏れるのを防止するためである。
【００２４】
レーザ光源１６は２つの光入射孔１３の近傍位置にそれぞれ配置されている。これらレーザ光源１６の向きは、出射したレーザ光線が光入射孔１３を経て中空部１１に入ったのち、断面楕円形の２つの焦点Ｆ１，Ｆ２のうちのいずれか一方を通るような向き（焦点方向）にそれぞれ調整されている。
【００２５】
好ましくは、レーザ光源１６は、楕円形の長軸Ｘ軸に対して略直交するような大きな角度を持って、レーザ光線を中空部１１に入射できる向きに設定する。中空部１１内で反射を繰り返すレーザ光線がＸ軸に略平行になるまでの反射の回数を少なくでき、光入射孔１３が中空部１１の壁面（反射層１２）で反射している他のレーザ光線の反射を邪魔することを防止できるからである。すなわち、レーザ光源１６は、これから出射したレーザ光線が光入射孔１３と、この光入射孔１３に近い側の焦点（図１ではＦ１）とを通過した後、この焦点Ｆ１が含まれる領域の反射層１２で最初に反射するように向きが調整されていれば、レーザ光線Ｐinは、Ｘ軸に略垂直な角度、すなわちＹＺ平面に略沿った角度を持つことになる。
【００２６】
このようなレーザ光線合波装置１は、例えば、次のようにして作製することができる。まず、合波体１０を２分割した形状の半合波体を鋳物等によって形成した後、その内面に反射層１２を形成する。この反射層１２は、レーザ光線を反射できるものであればよく、例えば、蒸着やスパッタ等の成膜法によりＡｕ（金）を成膜することにより、または高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層して誘電体多層膜とすることにより形成される。次いで、複数の光入射孔１３および光出射孔１５を半合波体および反射層１２を貫通するように形成する。光入射孔１３の位置は、レイトレースシミュレーションを予め行ってレーザ光線が反射される位置を特定し、この位置を避けるようにすればよい。すなわち、光入射孔１３の形成位置は、レーザ光線の反射を邪魔しないように、幾何学的に容易に決めることができる。次に、複数の光入射孔１３にそれぞれコリメータレンズ１４を固着する。
【００２７】
続いて、２つの半合成体を対向させて接合することにより合波体１０を得ることができる。最後に、合波体１０の周囲の各光入射孔１３の近傍に、複数のレーザ光源１６をそれぞれ配置して、レーザ光線が光入射孔１３と焦点Ｆ１、Ｆ２とを通る方向にレーザ光源１６の姿勢を調整すれば、図１に示したレーザ光線合波装置１となる。
【００２８】
本実施の形態のレーザ光線合波装置１では、レーザ光源１６からレーザ光線が出射されると、これらレーザ光線は、光入射孔１３に設けたコリメータレンズ１４によってコリメートされたのち、合波体１０の内部（中空部１１）に入射する。内部に入ったレーザ光線Ｐinは、図１に示したように、一方の焦点Ｆ１を通った後、反射層１２で反射される。焦点Ｆ１は、ＹＺ平面で分割される中空部１１の左半分にあるので、この左半分領域において、焦点Ｆ１を通った光が最初に反射すると、レーザ光線はＹ軸に略平行になって中空部１１に入射したことになる。この後、レーザ光線Ｐinは、他方の焦点Ｆ２を通過し、さらに中空部１１の右半分での反射および左半分での反射を繰り返して、Ｘ軸に近いレーザ光線Ｐｘとなる。
【００２９】
このような過程は、もう一方のレーザ光源１６から、焦点Ｆ１を通るように入射した他のレーザ光線も同様であるので、Ｘ軸に近い２つのレーザ光線Ｐｘが互いに重なり合う。従って、中空部１１に入射されるレーザ光線Ｐinの数を増やすと、Ｘ軸に近いレーザ光線Ｐｘの重なり合いが多くなり、光線の密度が高まる。なお、ここでの複数のレーザ光線Ｐｘの重なりは、厳密には完全な重なりではないが、実用上有効な重ね合わせになっている。そして、これら複数のレーザ光線が重なり合った光束は、光出射孔１５を通って合波体１０の外部に出力される。
【００３０】
このように本実施の形態では、断面楕円形状の合波体１０の外部に複数のレーザ光源１６を設け、これらレーザ光源１６から焦点Ｆ１，Ｆ２に向けてレーザ光線Ｐinを入射させるようにしたので、内部で反射した複数のレーザ光線Ｐｘを長軸（Ｘ軸）に漸近させることができると共に、互いに重ね合わせることができる。これにより光線密度を高めることができ、重ね合わせ後の分離も少なくすることができる。加えて、このレーザ光線合波装置１は、構成が簡単であるので製造コストを安くできると共に、合波体１０の形状が回転楕円形状（卵形形状）であるので機械的強度も十分であり、また信頼性も高い。
【００３１】
また、従来技術では凸レンズにより光線の重ね合わせを行っていたが、本実施の形態では、光線の重ね合わせを凸レンズを用いることなく実現できるので、凸レンズで生ずる収差の影響も無い。
【００３２】
更に、このレーザ光線合波装置１では、中空部１１に入射されるレーザ光線Ｐinをコリメータレンズ１４によって平行光にするようにしたので、反射層１２での反射光の広がりを防止できる。一方、中空部１１に入射されるレーザ光線Ｐinが広がりを持っていると、反射の際に光線の広がりが拡大する。このように反射光が広がりを持つと、光出射孔１５から外部に出力されるレーザ光線Ｐout は、長軸（Ｘ軸）に略平行にはなるが、その全体広がり角が大きくなる。つまり、長軸方向に略平行で狭い発散角度の光線を得ることが難しくなってしまう。これに対して、本実施の形態では、光入射孔１３にコリメータレンズ１４が設けられているので、このような問題が生じることはない。
【００３３】
また、このレーザ光線合波装置１では、ガイド光の導入が容易である。すなわち、光入射孔１３から入射する複数のレーザ光線のうちの１つをガイド光とすれはよい。
【００３４】
以下、本発明の他の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態の説明において、第１の実施の形態と同一構成要素には、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３５】
［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態に係るレーザ光線合波装置２の構成を表すものである。このレーザ光線合波装置２は、レーザ光線合波装置１よりもさらに多くのレーザ光源１６を備えている。各レーザ光源１６は、一方の焦点Ｆ１および他方の焦点Ｆ２のいずれかに向けて、レーザ光線Ｐinを出射するようになっている。
【００３６】
具体的には、ＹＺ平面で分割される中空部１１の左半分側に設けられたレーザ光源１６は、この左半分側の光入射孔１３に設けたコリメータレンズ１４を通して、一方の焦点Ｆ１をレーザ光線が通過するように配置されている。一方、中空部１１の右半分側に設けられたレーザ光源１６は、この右半分側の光入射孔１３に設けたコリメータレンズ１４を通して、他方の焦点Ｆ２をレーザ光線が通過するように配置されている。
【００３７】
このレーザ光線合波装置２では、より多くの光入射孔１３を必要とするので、この光入射孔１３がレーザ光線の反射の邪魔をすることを防ぐ必要がある。そのためには、前述のように、各光入射孔１３は、中空部１１に入射したレーザ光線がその入射した側の半分領域で反射するような位置に形成されていればよい。
【００３８】
すなわち、このレーザ光線合波装置２では、合波体１０の左半分に設けられたレーザ光源１６から出射されたレーザ光線は、コリメータレンズ１４を通って中空部１１に入射され、一方の焦点Ｆ１を通過する。その後、このレーザ光線は、中空部１１の左半部の領域における反射層１２で反射し、他方の焦点Ｆ２を通過した後、さらに反射層１２で複数回の反射を繰り返して、長軸（Ｘ軸）に略沿う光線となる。一方、合波体１０の右半分に設けられたレーザ光源１６から出射されたレーザ光線は、コリメータレンズ１４を通って中空部１１に入射され、他方の焦点Ｆ２を通過する。その後、このレーザ光線は、中空部１１の右半部の領域における反射層１２で反射し、一方の焦点Ｆ１を通過した後、さらに反射層１２で複数回の反射を繰り返して、Ｘ軸に略沿う光線となる。従って、各レーザ光源１６から出力されたレーザ光線は、合波体１０内で長軸に略沿う光線となったときに合波される。
【００３９】
このように本実施の形態では、合波体１０の周囲（すなわち、Ｚ軸を中心にして回転する方向）に多数のレーザ光源１６を配置するようにしたので、重ね合わせるレーザ光線の数を容易に増やすことができる。加えて、このレーザ光線合波装置２では、レーザ光源１６は、互いに近接させて配置する必要がなく、拡散的に配置することができるので、排熱を考慮したシステムを容易に構成することができる。
【００４０】
［第３の実施の形態］
図３は、第３の実施の形態に係るレーザ光線合波装置３の構成を表すものであり、複数のレーザ光源１６の長軸（Ｘ軸）方向から見た配置状況を表している。すなわち、このレーザ光線合波装置３では、複数のレーザ光源１６を、合波体１０の周囲において、Ｘ軸を中心にして回転する方向に配置したものである。
【００４１】
このように本実施の形態では、合波体１０のＸ軸を中心にした周方向に複数のレーザ光源１６を配置するようにしたので、重ね合わせるレーザ光線の数を容易に増やすことができる。そして、このレーザ光源１６の配置を、本実施の形態と第２の実施の形態とを組み合わせて３次元的な配置とすることにより、重ね合わせ後のレーザ光線の密度をさらに高めることができる。その他の構成および作用効果は、第２の実施の形態のそれと同様である。
【００４２】
［第４の実施の形態］
図４は、第４の実施の形態に係るレーザ光線合波装置４の構成を表すものある。このレーザ光線合波装置４は、合波体１０の光出射孔１５に光ファイバ２０の一端を結合させたものである。この光ファイバ２０の一端は、中空部１１に入り込んでいてもよいが、光出射孔１５に近い側の焦点Ｆ２の位置までは達しないようにする。光ファイバ２０が焦点Ｆ２まで達すると、中空部１１内で反射を繰り返すレーザ光線を遮ることになるからである。
【００４３】
このレーザ光線合波装置４では、複数のレーザ光線がそれぞれ中空部１１の壁面（反射層１２）で反射を繰り返してＸ軸に略沿うと共に重ね合わされ、この合波光線が光出射孔１５を通過するときに光ファイバ２０に入射される。このように本実施の形態では、ファイバカップルを容易に行うことができる。
【００４４】
［第５の実施の形態］
図５は、第５の実施の形態に係るレーザ光線合波装置５の構成を表すものである。このレーザ光線合波装置５では、合波体１０の光出射孔１５に集光レンズ２１が配置されると共に、この集光レンズ２１の外部側の焦点Ｆに光ファイバ２０の一端が配置されている。集光レンズ２１は、光出射孔１５に近い側の焦点Ｆ２までの距離を焦点距離ｆとしており、その結果、合波体１０の外部で焦点を結ぶようになっている。
【００４５】
このレーザ光線合波装置５では、複数のレーザ光線がそれぞれ反射層１２で反射を繰り返しＸ軸に略沿うと共に重ね合わせられ、この合波光線が集光レンズ２１を通過し、合波体１０の外部で集光されて、光ファイバ２０に入射される。
【００４６】
このように本実施の形態では、集光レンズ２１によりレーザ光線を集光させるようにしたので、上記第４の実施の形態の場合よりも効率的に光ファイバ２０にレーザ光線を入射させることができる。すなわち、ファイバカップルの結合効率がより向上する。
【００４７】
［第６の実施の形態］
図６は、第６の実施の形態に係るレーザ光線合波装置６の構成を表すものである。このレーザ光線合波装置６は、合波体１０の光出射孔１５にコリメータレンズ２２を備えたものである。このコリメータレンズ２２は、光出射孔１５に近い側の焦点Ｆ２までの長さを焦点距離ｆとしている。
【００４８】
このレーザ光線合波装置６では、複数のレーザ光線がそれぞれ反射層１２で反射を繰り返しＸ軸に略沿うと共に重ね合わせられ、この合波光線がコリメータレンズ２２を通過し、コリメートされる。すなわち、合波体１０からの出力光線Ｐout は略重ね合わされた状態で平行束となって、様々な用途に使用しやすい光線になる。
【００４９】
以上、第１〜第６の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、合波体１０（中空部１１）の形状を回転楕円体として説明したが、本発明の合波体は少なくとも１の断面が楕円形であればよい。すなわち、図８に示したレーザ光線合波装置７のように、楕円柱形状の合波体としてもよい。このレーザ光線合波装置７では、合波体４０の内部（中空部４１）の壁面に反射層４２が形成され、外部のレーザ光源４３から出射されたレーザ光線を反射するようになっている。この場合、レーザ光源４３はアレイ型やスタック型のものを用いることができ、各レーザ光源４３から出射されたレーザ光線が高さ毎に合波されるように、各レーザ光源４３の発光点４３ａを高さ毎に揃えておく。よって、このレーザ光線合波装置７では、高さ毎にレーザ光線が重ね合わせられ、合波される。
【００５０】
なお、従来では、アレイレーザ光線を重ね合わせるのに、通常スタック型が使われていたが、その光量は全体的に大きくなるものの、密度を上げることが容易ではなかった。しかし、楕円柱形状の合波体を用いると、光のスポットサイズをさほど大きくすることなく、重ね合わせることができるので、その面積をあまり拡大させることなく、光密度を上げることができる。
【００５１】
また、上記実施の形態では、１個の合波体１０を用いるようにしているが、同様の構成を有する合波体を組み合わせるようにしてもよい。すなわち、複数の合波体１０でそれぞれ得られた合波光線同士を他の合波体によって重ね合わせるものである。これにより、レーザ光線の強度を更に増すことが可能になる。
【００５２】
また、上記実施の形態では、コリメータレンズ１４を光入射孔１３に配置するようにしたが、コリメータレンズ１４は合波体１０の外部に配置するようにしてもよい。
【００５３】
以上に説明したレーザ光線合波装置１〜７は、高出力を必要とする様々な機器、レーザディスプレイやレーザ加工装置、レーザ医療装置、プリンタ、レーザ核融合装置等に利用することができる。例えば、レーザ加工装置では、合波体１０で重ね合わされたレーザ光線を光ファイバ２０により導き、回路基板上の配線パターンに照射すれば、壊れている配線パターンを修復することができる。また、レーザ医療装置に適用した場合には、合波体１０で重ね合わされたレーザ光線を光ファイバ２０で導いて疾患部位に照射することにより、その疾患部位を一瞬にして焼き切ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ光線合波装置の断面構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るレーザ光線合波装置の断面構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るレーザ光線合波装置の断面構成図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係るレーザ光線合波装置の断面構成図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係るレーザ光線合波装置の断面構成図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係るレーザ光線合波装置の断面構成図である。
【図７】楕円の内部で反射されたレーザ光線の性質を説明するための図である。
【図８】本発明の変形例を説明するための図である。
【図９】従来の合波方法の１例を説明するための図である。
【図１０】従来の他の合波方法を説明するための図である。
【図１１】従来の更に他の合波方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５５】
１〜７…レーザ光線合波装置、１０，４０…合波体、１１，４２…中空部、１２，４２…反射層、１３…光入射孔、１５…光出射孔、１６，４３…レーザ光源、２０…光ファイバ、２１…集光レンズ、２２…コリメータレンズ、３０…楕円。
【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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