(57)【要約】【課題】複数の光学部材が非接着で固定されている集光ユニットを提供すること。【解決手段】保持フレーム１４，１５により偏光変換部材２と伝搬部材４と合波部材５とを一体的に組合わせた光学部材群２〜５の両端側部が全周にわたって囲繞されて保持固定されるので、従来の光学部材間に塗布していた接着剤は不要となり、光学部材群２〜５の非接着固定の安定性および光学部材２〜５同士の密着性を高めた集光ユニット１を構成することができる。よって、従来の接着剤により光学部材群を固定していたときに散乱光により発生するおそれがある光学部材等の熱膨張による位置ズレや熱損傷を防止することができる。【選択図】図１
2012123249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射される所定幅の第１偏光方向の光を入射し、入射した光を幅方向に集光して出射する集光ユニットであって、
前記光源から出射される光を入射して前記第１偏光方向とは異なる偏光方向である第２偏光方向の光に変換して出射する偏光変換部材と、
該偏光変換部材に対し前記光の幅方向に並列配置され、前記光源から出射される光を入射して前記第１偏光方向のまま出射する伝搬部材と、
前記第１偏光方向の光を透過すると共に前記第２偏光方向の光を反射する選択反射面および前記第２偏光方向の光を前記選択反射面に向かって全反射する全反射面が形成され、前記偏光変換部材および前記伝搬部材から出射される光を入射可能に配置され、前記偏光変換部材から出射される前記第２偏光方向の光を入射して前記全反射面にて全反射すると共に、前記伝搬部材から出射される前記第１偏光方向の光を前記選択反射面から入射し、全反射した前記第２偏光方向の光と入射した前記第１偏光方向の光とを前記選択反射面にて幅方向に集光して出射する合波部材と、
一体的に組合わされた前記偏光変換部材と前記伝搬部材と前記合波部材とでなる光学部材群における前記光源からの光の出射方向および前記光の幅方向と直交する方向の両端側部に嵌め込まれることにより、該両端側部を全周にわたって囲繞して保持固定する保持フレームと、を備えたことを特徴とする集光ユニット。
【請求項２】
請求項１において、
前記光学部材群における前記光の入射面および出射面以外の面の少なくとも一部と密接して前記光学部材群を保持する保持部材を備え、前記保持フレームは、前記保持部材を含む前記光学部材群の前記両端側部に嵌め込まれることにより、該両端側部を全周にわたって囲繞して保持固定することを特徴とする集光ユニット。
【請求項３】
請求項２において、
前記保持部材は、前記光源からの光の出射方向と平行な前記光学部材群における面と密接する保持プレートであることを特徴とする集光ユニット。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記保持部材は、前記全反射面と密接する保持ブロックであることを特徴とする集光ユニット。
【請求項５】
請求項２〜４の何れか一項において、
前記保持部材は、前記光を遮光する機能を有することを特徴とする集光ユニット。
【請求項６】
請求項２〜５の何れか一項において、
前記保持部材は、前記光による発熱を冷却する機能を有することを特徴とする集光ユニット。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項において、
前記全反射面は、前記光の入射角が４５°以下となるように形成されていることを特徴とする集光ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した光を集光して出射する複数の光学部材でなる集光ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１および２には、光変調したＲＧＢの各色の光を合成する集光ユニット（プリズムユニット）が開示されている。特許文献１に記載の集光ユニットは、ダイクロイックプリズムと、ＬＣＤと、ＬＣＤプレートと、調整プレートと、下部ホルダと、上部ホルダとを備えている。ＬＣＤはＬＣＤプレートに固定され、下部ホルダおよび上部ホルダは接着剤を介した接着によりダイクロイックプリズムに固定されている。そして、調整プレートは下部ホルダおよび上部ホルダに固定され、ＬＣＤが固定されたＬＣＤプレートは調整プレートに接着剤を介した接着により固定されている。また、特許文献２に記載の集光ユニットは、プリズム型素子と、パネル型素子と、支持部材とを備えている。支持部材は接着剤を介した接着によりプリズム型素子に固定され、パネル型素子は支持部材に固定されている。
【０００３】
また、特許文献３および４には、入射した偏向方向の異なる２つの光を重ね合わせて出射する複数のプリズム等の光学素子でなる集光ユニット（分割合波ユニット、レーザ集光プリズム）が開示されている。特許文献３に記載の集光ユニットは、位相差部と、伝搬部材と、合波部材とを備えている。位相差部は伝搬部材と接着剤を介した接着により固定され、合波部材は伝搬部材と接着剤を介した接着により固定されている。また、特許文献４に記載の集光ユニットは、偏光変換板と、第１プリズムと、第２プリズムとを備えている。偏光変換板は第１プリズムとスペーサ部材を介して接着剤による接着により固定され、第１プリズムは第２プリズムと別のスペーサ部材を介して接着剤による接着により固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３６０８０４号公報（段落０００４，０００５，００１０〜００１３、図１）
【特許文献２】特開２００３‐１５６６０７号公報（段落００１０〜００１３，００１５、図１）
【特許文献３】特開２００７‐２８６４８１号公報（段落００３１、図２）
【特許文献４】特開２００９‐２９４３９６号公報（段落００３５、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の各集光ユニットでは、複数の光学部材を接着剤による接着により固定しているため、接着ミス等により接着剤が光学部材からはみ出して硬化するおそれがある。そして、光源等からの光が光学部材からはみ出して硬化した接着剤に当たって散乱等した場合、該散乱光に照射された光学部材や周辺部材が発熱して熱膨張により位置ズレを起こしたり熱損傷してしまうおそれがある。また、光が集光ユニットから漏れた場合、その漏れ光が集光ユニット外部材等に照射され、熱損傷等してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、複数の光学部材が非接着で固定されている集光ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔集光ユニット〕
（請求項１）本発明の集光ユニットは、光源から出射される所定幅の第１偏光方向の光を入射し、入射した光を幅方向に集光して出射する集光ユニットであって、前記光源から出射される光を入射して前記第１偏光方向とは異なる偏光方向である第２偏光方向の光に変換して出射する偏光変換部材と、該偏光変換部材に対し前記光の幅方向に並列配置され、前記光源から出射される光を入射して前記第１偏光方向のまま出射する伝搬部材と、前記第１偏光方向の光を透過すると共に前記第２偏光方向の光を反射する選択反射面および前記第２偏光方向の光を前記選択反射面に向かって全反射する全反射面が形成され、前記偏光変換部材および前記伝搬部材から出射される光を入射可能に配置され、前記偏光変換部材から出射される前記第２偏光方向の光を入射して前記全反射面にて全反射すると共に、前記伝搬部材から出射される前記第１偏光方向の光を前記選択反射面から入射し、全反射した前記第２偏光方向の光と入射した前記第１偏光方向の光とを前記選択反射面にて幅方向に集光して出射する合波部材と、一体的に組合わされた前記偏光変換部材と前記伝搬部材と前記合波部材とでなる光学部材群における前記光源からの光の出射方向および前記光の幅方向と直交する方向の両端側部に嵌め込まれることにより、該両端側部を全周にわたって囲繞して保持固定する保持フレームと、を備える。
【０００８】
（請求項２）集光ユニットは、前記光学部材群における前記光の入射面および出射面以外の面の少なくとも一部と密接して前記光学部材群を保持する保持部材を備え、前記保持フレームは、前記保持部材を含む前記光学部材群の前記両端側部に嵌め込まれることにより、該両端側部を全周にわたって囲繞して保持固定するとよい。
【０００９】
（請求項３）前記保持部材は、前記光源からの光の出射方向と平行な前記光学部材群における面と密接する保持プレートであるとよい。
【００１０】
（請求項４）前記保持部材は、前記全反射面と密接する保持ブロックであるとよい。
【００１１】
（請求項５）前記保持部材は、前記光を遮光する機能を有するとよい。
【００１２】
（請求項６）前記保持部材は、前記光による発熱を冷却する機能を有するとよい。
【００１３】
（請求項７）前記全反射面は、前記光の入射角が４５°以下となるように形成されているとよい。
【発明の効果】
【００１４】
（請求項１）本発明によると、保持フレームにより偏光変換部材と伝搬部材と合波部材とを一体的に組合わせた光学部材群の両端側部が全周にわたって囲繞されて保持固定される。このため、従来の光学部材間に塗布していた接着剤は不要となり、光学部材群の非接着固定の安定性および光学部材同士の密着性を高めた集光ユニットを構成することができる。よって、従来の接着剤により光学部材群を固定していたときに散乱光により発生するおそれがある光学部材等の熱膨張による位置ズレや熱損傷を防止することができる。また、保持フレームを光学部材群の両端側部に嵌め込むことにより光学部材群を保持固定することができる。よって、光学部材の位置決めが容易となり高精度な位置決め精度を得ることができ、また集光ユニットの組立作業工数を大幅に低減することができる。
【００１５】
（請求項２）光学部材群における光の入射面および出射面以外の面の少なくとも一部が保持部材と密接されて保持される。よって、光学部材群をより安定に非接着固定することができる。また、光学部材群における光の入射面および出射面以外の面の少なくとも一部は保持部材により保護されることになる。よって、保持フレームにより保持部材を含む光学部材群の両端側部が保持固定される際に発生するおそれがある上記面の傷付けを防止することができる。
【００１６】
（請求項３）光源からの光の出射方向と平行な光学部材群における面が保持プレートと密接される。よって、該面からの光の漏れを低減することができ、該漏れ光による光学部材等の発熱を抑えることができる。
【００１７】
（請求項４）全反射面が保持ブロックと密接されるので、全反射面における光の反射効率を高めて全反射面からの光の漏れを低減することができ、該漏れ光による光学部材等の発熱を抑えることができる。
【００１８】
（請求項５）保持部材により光学部材群における光の入射面および出射面以外の面の少なくとも一部が略完全に遮光される。よって、該面における光の漏れにより発生するおそれがある光学部材等の熱膨張による位置ズレや熱損傷を略完全に防止することができる。
【００１９】
（請求項６）保持部材により光学部材群における光による発熱を冷却することができるので、光学部材群の発熱により発生するおそれがある熱膨張による位置ズレおよび熱損傷を略完全に防止することができる。
【００２０】
（請求項７）全反射面の光の入射角が４５°以下となるように形成されているので、全反射膜の厚さを薄くしても略完全に光を全反射することができる。よって、全反射膜の製作が容易となりコストの削減を図ることができると共に、全反射面における光の漏れにより発生するおそれがある光学部材等の熱膨張による位置ズレや熱損傷を略完全に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る集光ユニットの全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１の集光ユニットの分解斜視図である。
【図３】図１の集光ユニットを有する半導体レーザ集光装置をＹ軸方向から見た平面図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の第２から第４の実施の形態に係る集光ユニットをＹ軸方向から見た平面図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第５および第６の実施の形態に係る集光ユニットをＹ軸方向から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第１実施形態＞
（集光ユニットの詳細構成）
第１の実施の形態に係る集光ユニットの詳細構成について、図１〜３を参照して説明する。図１〜３に示すように、集光ユニット１は、扁平の直方体状に形成された偏光変換板２（本発明の「偏光変換部材」に相当する）と、扁平の直方体状に形成された透過板３と、三角柱状に形成された第１プリズム４（本発明の「伝搬部材」に相当する）と、六角柱状に形成された第２プリズム５（本発明の「合波部材」に相当する）との４つの光学部材２〜５が非接着で一体的に組合わされ、さらに一体的に組合わされた光学部材２〜５（以下、光学部材群２〜５という）が、後述する５つの部材でなる保持固定部材１０により非接着で保持固定された構成となっている。
【００２３】
この集光ユニット１は、詳細は後述するが図３に示すように、半導体レーザアレイ７（本発明の「光源」に相当する）から出射される所定幅Ｗの第１偏光方向（本例ではＰ偏光）のレーザ光Ｌｐを入射し、入射したレーザ光ＬｐのうちＷ／２の幅のレーザ光Ｌｐをそのまま透過する。そして、残りのＷ／２の幅のレーザ光Ｌｐは第２偏光方向（本例ではＳ偏光）のレーザ光Ｌｓに変換し、各レーザ光Ｌｐ，Ｌｓを集光してＷ／２の幅のレーザ光Ｌとして出射するレーザ集光プリズムである。なお、図における直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のＸ軸方向は集光ユニット１に入射されるレーザ光Ｌｐの短軸方向（幅方向）を示し、Ｙ軸方向は集光ユニット１に入射されるレーザ光Ｌｐの長軸方向を示し、Ｚ軸方向は集光ユニット１に入射されるレーザ光Ｌｐの入射方向を示している。
【００２４】
（光学部材群の詳細構成）
偏光変換板２は、水晶等でなる所謂半波長板（λ／２板）であり、対向する入射面２１および出射面２２がＺ軸方向と直交するように配置されている。入射面２１および出射面２２には、レーザ光Ｌｐ，Ｌｓの反射光を減衰する反射防止膜が被覆されている。この偏光変換板２は、半導体レーザアレイ７から出射されるレーザ光Ｌｐを入射して第１偏光方向と直交する第２偏光方向のレーザ光Ｌｓに変換して出射する機能を有している。
【００２５】
透過板３は、偏光変換板２と略同一形状に形成された石英ガラス等でなり、対向する入射面３１および出射面３２がＺ軸方向と直交するようにして偏光変換板２に対しＸ軸方向に並列に配置されＺ軸方向に平行な側面同士が密接されている。入射面３１および出射面３２には、レーザ光Ｌｐの反射光を減衰する反射防止膜が被覆されている。この透過板３は、半導体レーザアレイ７から出射されるレーザ光Ｌｐを入射して第１偏光方向のまま出射する機能を有している。なお、透過板３を省略した構成としてもよい。
【００２６】
第１プリズム４は、石英ガラス等でなり、直交する２側面のうち一側面が透過板３の出射面３２と同一形状で入射面４１として形成され、斜辺を含む側面が入射面４１に対して所定角度θ°傾斜した出射面４２として形成され、入射面４１と直交する一側面がＺ軸方向と平行な平行側面４３として形成されている。入射面４１および出射面４２には、レーザ光Ｌｐの反射光を減衰する反射防止膜が被覆されている。そして、第１プリズム４は、入射面４１がＺ軸方向と直交するようにして透過板３に対しＺ軸方向に直列に配置され、入射面４１と透過板３の出射面３２とが密接されている。この第１プリズム４は、透過板３を透過してくるレーザ光Ｌｐを入射して第１偏光方向のまま出射する機能を有している。
【００２７】
第２プリズム５は、石英ガラス等でなり、一側面が偏光変換板２の出射面２２と同一形状で入射面５１として形成され、該入射面５１と平行な一側面が出射面５２として形成されている。さらに、入射面５１と直交する一側面が、Ｚ軸方向と平行な平行側面５３として形成され、出射面５２と直交する一側面が、Ｚ軸方向と平行な平行側面５４として形成されている。そして、入射面５１に隣接する一側面が、第１プリズム４の出射面４２と同一形状で入射面５１に対して１８０°−θ°傾斜した選択反射面５５として形成され、出射面５２に隣接する一側面が、選択反射面５５と平行、すなわち出射面５２に対して１８０°−θ°傾斜した全反射面５６として形成されている。
【００２８】
選択反射面５５は、ＰＳ分離膜が被覆され第１偏光方向のレーザ光Ｌｐを透過すると共に第２偏光方向のレーザ光Ｌｓを反射する機能を有している。全反射面５６は、全反射膜が被覆され第２偏光方向のレーザ光Ｌｓを選択反射面５５に向かって全反射する機能を有している。そして、全反射面５６は、第２偏光方向のレーザ光Ｌｓの入射角θ°が４５°以下となるように形成されている。これにより、全反射膜の厚さを薄くしても略完全に第２偏光方向のレーザ光Ｌｓを全反射することができる。よって、全反射膜の製作が容易となりコストの削減を図ることができると共に、全反射面５６における第２偏光方向のレーザ光Ｌｓの漏れにより発生するおそれがある光学部材２〜５等の熱膨張による位置ズレや熱損傷を略完全に防止することができる。
【００２９】
入射面５１および出射面５２には、レーザ光Ｌｓ，Ｌの反射光を減衰する反射防止膜が被覆されている。そして、第２プリズム５は、入射面５１がＺ軸方向と直交するようにして偏光変換板２に対しＺ軸方向に直列に配置され、入射面５１と偏光変換板２の出射面２２とが密接されていると共に選択反射面５５と第１プリズム４の出射面４２とが密接されている。この第２プリズム５は、偏光変換板２を透過してくるレーザ光Ｌｓを入射すると共に、透過板３を透過してくるレーザ光Ｌｐ入射し、レーザ光Ｌｓとレーザ光Ｌｐとを幅方向に集光して出射する機能を有している。
【００３０】
（保持固定部材の詳細構成）
保持固定部材１０は、三角柱状に形成された保持ブロック１１（本発明の「保持部材」に相当する）と、扁平の略四角柱状に形成された２枚の保持プレート１２，１３（本発明の「保持部材」に相当する）と、矩形枠状に形成された２枚の保持フレーム１４，１５とから構成されている。この保持固定部材１０は、光学部材群２〜５を非接着で保持固定する機能を有している。
【００３１】
保持ブロック１１は、アルミニウムや銅等の金属やアルミナ等のセラミックスもしくは樹脂等の材料でなる。そして、斜辺を含む側面１１１が、第２プリズム５の全反射面５６と同一形状で形成され、直交する２側面１１２，１１３が、Ｚ軸方向と平行および直交となるようにして第２プリズム５に対しＺ軸方向に直列に配置され、側面１１１と第２プリズム５の全反射面５６とが密接されている。このように、全反射面５６が保持ブロック１１と密接されるので、第２プリズム５の全反射面５６におけるレーザ光Ｌｓの反射効率を高めて全反射面５６からのレーザ光Ｌｓの漏れを低減することができ、該漏れ光による光学部材群２〜５等の発熱を抑えることができる。
【００３２】
この保持ブロック１１は、後述する固定ネジ１６の締付力により光学部材群２〜５を保持フレーム１４，１５に押付けて保持固定する機能を備えており、光学部材群２〜５をより安定に非接着固定することができる。また、保持ブロック１１が特に金属等の遮光性材料で形成されている場合は、第２プリズム５の全反射面５６を略完全に遮光する機能を備えている。これにより、全反射面５６におけるレーザ光Ｌｓの漏れにより発生するおそれがある光学部材群２〜５等の熱膨張による位置ズレや熱損傷を略完全に防止することができると共に、高出力なレーザ光Ｌｓを集光して出射することができる。
【００３３】
また、保持ブロック１１が特に金属等の熱容量の大きい材料で形成されている場合は、全反射面５６におけるレーザ光Ｌｓによる発熱を吸熱・放熱して冷却する機能を備えている。これにより、光学部材群２〜５の発熱により発生するおそれがある熱膨張による位置ズレおよび熱損傷を略完全に防止することができる。さらに、保持ブロック１１の内部に水や油等の冷却液を通す管路を形成した構成としてもよく、これにより冷却機能を向上させることができる。また、側面１１１に黒色の塗料等を塗布した構成としてもよく、これにより吸熱効果を高めて冷却機能を向上させることができる。
【００３４】
保持プレート１２，１３は、アルミニウムや銅等の金属やアルミナ等のセラミックスもしくは樹脂等の材料でなる。そして、一方の保持プレート１２の一側面１２１は、組合わされた状態の透過板３、第１プリズム４および第２プリズム５のＺ軸方向と平行な側面３３，４３，５４と同一形状で形成され、他方の保持プレート１３の一側面１３１は、組合わされた状態の偏光変換板２、第２プリズム５および保持ブロック１１のＺ軸方向と平行な側面２３，５３，１１２と同一形状で形成されている。また、保持プレート１２，１３の側面１２１，１３１と対向する側面１２２，１３２のＹ軸方向の両端部には、保持フレーム１４，１５が嵌め込まれるＺ軸方向に延在するＬ字状の溝１２３，１３３が設けられている。
【００３５】
保持プレート１２，１３は、側面１２１，１３１がＺ軸方向と平行となるようにして上記側面３３，４３，５４および側面２３，５３，１１２に夫々密接されている。なお、保持プレート１３と保持ブロック１１とを１つの材料により一体成形してもよい。このように、半導体レーザアレイ７からのレーザ光Ｌｐの出射方向と平行な光学部材群２〜５における側面３３，４３，５４，２３，５３が保持プレート１２，１３と密接されるので、上記側面３３，４３，５４，２３，５３からのレーザ光Ｌｓ，Ｌｐの漏れを低減することができ、該漏れ光による光学部材群２〜５等の発熱を抑えることができる。また、該漏れ光による周辺部材等の発熱を抑えることができる。
【００３６】
これらの保持プレート１２，１３は、後述する固定ネジ１７の締付力により光学部材群２〜５を保持フレーム１４，１５に押付けて保持固定する機能を備えている。これにより、光学部材群２〜５をより安定に非接着固定することができる。また、保持プレート１２，１３が特に金属等の遮光性材料で形成されている場合は、透過板３、第１プリズム４および第２プリズム５の各側面３３，４３，５４および偏光変換板２および第２プリズム５の各側面２３，５３から外側にレーザ光Ｌｓ，Ｌｐが漏れないように遮光する機能を備えている。これにより、上記各側面３３，４３，５４，２３，５３におけるレーザ光Ｌｓ，Ｌｐの漏れにより発生するおそれがある光学部材群２〜５等の熱膨張による位置ズレや熱損傷を略完全に防止することができると共に、高出力なレーザ光Ｌｓ，Ｌｐを集光して出射することができる。
【００３７】
また、保持プレート１２，１３が特に金属等の熱容量の大きい材料で形成されている場合は、上記各側面３３，４３，５４，２３，５３におけるレーザ光Ｌｓ，Ｌｐによる発熱を吸熱・放熱して冷却する機能を備えている。これにより、光学部材群２〜５の発熱により発生するおそれがある熱膨張による位置ズレおよび熱損傷を略完全に防止することができる。さらに、保持プレート１２，１３の内部に水や油等の冷却液を通す管路を形成した構成としてもよく、これにより冷却機能を向上させることができる。また、側面１２１，１３１に黒色の塗料等を塗布した構成としてもよく、これにより吸熱効果を高めて冷却機能を向上させることができる。
【００３８】
保持フレーム１４，１５は、アルミニウムや銅等の金属やアルミナ等のセラミックスもしくは樹脂等の材料でなる。そして、矩形内側のＺ軸方向の一辺の長さは保持プレート１２，１３の溝１２３，１３３の長さより僅かに長くなるように形成されている。また、矩形内側の一方（半導体レーザアレイ７側）のＸ軸方向の一辺の長さは、保持プレート１２，１３の側面１２１，１３１と直交する側面１２４，１３４の溝１２３，１３３が形成された部分のＸ軸方向の長さと偏光変換板２の入射面２１のＸ軸方向の長さと透過板３の入射面３１のＸ軸方向の長さとの和より僅かに長くなるように形成されている。また、矩形内側の他方のＸ軸方向の一辺の長さは、保持プレート１２，１３の側面１２４，１３４と対向する側面１２５，１３５の溝１２３，１３３が形成された部分のＸ軸方向の長さと保持ブロック１１の側面１１３のＸ軸方向の長さと第２プリズム５の出射面５２のＸ軸方向の長さとの和より僅かに長くなるように形成されている。
【００３９】
そして、保持フレーム１４，１５における保持ブロック１１の側面１１３と当接する部分には、Ｚ軸方向に貫通して固定ネジ１６が螺合されるネジ穴１４ａ，１５ａが穿設され、保持フレーム１４，１５における保持プレート１２の側面１２１と当接する部分には、Ｘ軸方向に貫通して固定ネジ１７が螺合されるネジ穴１４ｂ，１５ｂが穿設されている。
【００４０】
これらの保持フレーム１４，１５は、保持ブロック１１および保持プレート１２，１３が組合わせられた光学部材群２〜５におけるＹ軸方向の両端側部に嵌め込まれることにより、該両端側部を全周にわたって囲繞して保持固定することが可能に形成されている。これにより、従来の光学部材間に塗布していた接着剤は不要となり、光学部材群２〜５の非接着固定の安定性および光学部材２〜５同士の密着性を高めた集光ユニット１を構成することができる。よって、従来の接着剤により光学部材群を固定していたときに散乱光により発生するおそれがある光学部材等の熱膨張による位置ズレや熱損傷を防止することができる。また、保持フレーム１４，１５を光学部材群２〜５の両端側部に嵌め込むことにより光学部材群２〜５を保持固定することができるため、光学部材２〜５の位置決めが容易となり高精度な位置決め精度を得ることができ、また集光ユニット１の組立作業工数を大幅に低減することができる。
【００４１】
保持フレーム１４，１５をアルミナ等のセラミックスもしくは樹脂等の絶縁性の材料により形成する場合、保持フレーム１４，１５の両端を半導体レーザアレイ７側に突出させ、該突出部分に半導体レーザアレイ７および長軸方向コリメートレンズ８を取付けるように構成してもよい。これにより、従来必要であった半導体レーザアレイ７および長軸方向コリメートレンズ８の位置決め用のスペーサが不要となり、半導体レーザアレイ７および長軸方向コリメートレンズ８の集光ユニット１に対する位置決めが容易となり、位置決め精度を向上させることができる。
【００４２】
（集光ユニットの組立手順）
次に、上述の光学部材２〜５を一体的に組合わせ保持固定部材１０により保持固定する手順について説明する。第２プリズム５の選択反射面５５と第１プリズム４の出射面４２とを密接させ、第２プリズム５の入射面５１と偏光変換板２の出射面２２とを密接させ、第１プリズム４の入射面４１と透過板３の出射面３２とを密接させる。これにより、光学部材群２〜５が完成する。そして、第２プリズム５の全反射面５６と保持ブロック１１の側面１１１とを密接させ、保持プレート１２の側面１２１と透過板３、第１プリズム４および第２プリズム５の各側面３３，４３，５４とを密接させ、保持プレート１３の側面１３１と偏光変換板２、第２プリズム５および保持ブロック１１の各側面２３，５３，１１２と密接させる。
【００４３】
そして、保持プレート１２，１３の側面１２２，１３２の両端部に設けられている溝１２３，１３３に保持フレーム１４，１５を夫々嵌め込み、固定ネジ１６，１７をネジ穴１４ａ，１５ａに夫々螺合して固定ネジ１６の先端で保持ブロック１１の側面１１３を押圧すると共に固定ネジ１７の先端で保持プレート１２の側面１２１を押圧する。これにより、各光学部材群２〜５および保持プレート１２，１３は、保持フレーム１４，１５のネジ穴１４ａ，１５ａが穿設されていない直交する矩形内側面に押付けられることになる。よって、各光学部材群２〜５を高精度に位置決めすることができると共に、各光学部材群２〜５および保持プレート１２，１３を保持フレーム１４，１５に強固に固定保持させることができる。
【００４４】
このとき、全反射面５６は保持ブロック１１により保護され、また、透過板３、第１プリズム４および第２プリズム５の各側面３３，４３，５４は保持プレート１２により保護され、偏光変換板２および第２プリズム５の各側面２３，５３は保持プレート１３により保護されることになるので、全反射面５６および各側面３３，４３，５４，２３，５３の傷付けを防止することができる。
【００４５】
（半導体レーザ集光装置の動作）
以上のような構成の集光ユニット１を半導体レーザ集光装置に適用した場合の動作について説明する。図３に示すように、半導体レーザ集光装置６は、半導体レーザアレイ７と、長軸方向コリメートレンズ８と、集光ユニット１とがこの順で配置された構成となっている。半導体レーザアレイ７から出射される所定幅Ｗの第１偏光方向のレーザ光Ｌｐは、長軸方向コリメートレンズ８に入射され長軸方向（Ｙ軸方向）において平行な第１偏光方向のレーザ光Ｌｐに変換される。なお、本例では省略しているが、長軸方向コリメートレンズ８と集光ユニット１との間に短軸方向コリメートレンズを配置し、レーザ光Ｌｐを短軸方向においても平行光に変換するように構成してもよい。
【００４６】
長軸方向コリメートレンズ８から出射される所定幅Ｗの第１偏光方向のレーザ光ＬｐのうちＷ／２の幅のレーザ光Ｌｐは、透過板３の入射面３１に入射され、偏光方向が変換されることなく第１偏光方向のまま透過される。一方、残りのＷ／２の幅のレーザ光Ｌｐは、偏光変換板２の入射面２１に入射され、第１偏光方向と直交する第２偏光方向のレーザ光Ｌｓに変換される。このとき、光学部材群２，３における側面３３，２３が保持プレート１２，１３と密接されているので、上記側面３３，２３からのレーザ光Ｌｓ，Ｌｐの漏れを低減することができ、該漏れ光による光学部材群２〜５等の発熱を抑えることができる。また、該漏れ光による周辺部材等の発熱を抑えることができる。
【００４７】
透過板３の出射面３２から出射される第１偏光方向のレーザ光Ｌｐは、第１プリズム４の入射面４１に入射され、偏光方向が変換されることなく第１偏光方向のまま透過される。一方、偏光変換板２の出射面２２から出射される第２偏光方向のレーザ光Ｌｓは、第２プリズム５の入射面５１に入射され、全反射面５６にて選択反射面５５に向けて全反射される。このとき、光学部材群４，５における側面４３，５３が保持プレート１２，１３と密接されているので、上記側面４３，５３からのレーザ光Ｌｓ，Ｌｐの漏れを低減することができ、該漏れ光による光学部材群２〜５等の発熱を抑えることができる。また、全反射面５６が保持ブロック１１と密接されているので、第２プリズム５の全反射面５６におけるレーザ光Ｌｓの反射効率を高めて全反射面５６からのレーザ光Ｌｓの漏れを低減することができ、該漏れ光による光学部材群２〜５等の発熱を抑えることができる。さらに、該漏れ光による周辺部材等の発熱を抑えることができる。
【００４８】
第１プリズム４の出射面４２から出射される第１偏光方向のレーザ光Ｌｐは、第２プリズム５の選択反射面５５に入射される。このとき、第１プリズム４の出射面４２が所定角度θ°で傾斜しているので、出射面４２から出射される第１偏光方向のレーザ光Ｌｐは屈折するが、次の入射面である第２プリズム５の選択反射面５５も所定角度θ°で傾斜しているので、選択反射面５５に入射される第１偏光方向のレーザ光Ｌｐは再度屈折してＺ軸方向に戻る。
【００４９】
そして、第２プリズム５の全反射面５６にて全反射される第２偏光方向のレーザ光Ｌｓは、選択反射面５５にて出射面５２に向けて反射される。一方、選択反射面５５に入射される第１偏光方向のレーザ光Ｌｐは、選択反射面５５から出射面５２に向けて透過される。このとき、第２偏光方向のレーザ光Ｌｓと第１偏光方向のレーザ光Ｌｐとは、選択反射面５５にて集光されＷ／２の幅のレーザ光Ｌとして出射面５２から出射される。このとき、光学部材群５における側面５４が保持プレート１２と密接されているので、上記側面５４からのレーザ光Ｌｓ，Ｌｐの漏れを低減することができ、該漏れ光による光学部材群２〜５等の発熱を抑えることができる。また、該漏れ光による光学部材等の発熱等を抑えることができる。
【００５０】
上述の第１の実施形態の集光ユニット１は、偏光変換板２、透過板３、第１プリズム４および第２プリズム５の４つの光学部材でなる光学部材群２〜５と、保持ブロック１１、保持プレート１２，１３および保持フレーム１４，１５の５つの部材でなる保持固定部材１０とが組合わされて構成されており、保持ブロック１１および保持プレート１２，１３により直方体状の形状となっている。よって、保持フレーム１４，１５の形状は矩形枠状となり、光学部材群２〜５を安定して保持固定することができ、また、特に保持フレーム１４，１５を低コストで作製することができる。
【００５１】
＜第２実施形態＞
図４（Ａ）に示す第２の実施形態の集光ユニット６０は、偏光変換板２、第１プリズム４および第２プリズム５の３つの光学部材でなる光学部材群２，４，５と、保持フレーム６１，６２の２つの部材でなる保持固定部材６３とが組合わされて構成されており、透過板３、保持ブロック１１および保持プレート１２，１３が省略されている分、第１の実施形態の集光ユニット１よりも小型とすることができる。このような構成の集光ユニット６０においても、第１の実施形態の集光ユニット１と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
＜第３実施形態＞
図４（Ｂ）に示す第３の実施形態の集光ユニット６４は、偏光変換板２、透過板３、第１プリズム４および第２プリズム５の４つの光学部材でなる光学部材群２〜５と、保持フレーム６５，６６の２つの部材でなる保持固定部材６７とが組合わされて構成されており、保持フレーム６５，６６の形状が第２の実施形態の保持フレーム６１，６２の形状と比べて単純である分、第２の実施形態の集光ユニット６０よりも低コストで製作でき、また、保持ブロック１１および保持プレート１２，１３が省略されている分、第１の実施形態の集光ユニット１よりも小型とすることができる。このような構成の集光ユニット６４においても、第１の実施形態の集光ユニット１と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
＜第４実施形態＞
図４（Ｃ）に示す第４の実施形態の集光ユニット６８は、偏光変換板２、透過板３、第１プリズム４および第２プリズム５の４つの光学部材でなる光学部材群２〜５と、保持プレート１２および保持フレーム６９，７０の３つの部材でなる保持固定部材７１とが組合わされて構成されており、保持プレート１２を備えている分、第２，３の実施形態の集光ユニット６０，６４よりも保持安定性、遮光性および吸熱性等に優れている。また、保持フレーム６９，７０の形状が第２の実施形態の保持フレーム６１，６２の形状と比べて単純である分、第２の実施形態の集光ユニット６０よりも低コストで製作でき、また、保持ブロック１１および保持プレート１３が省略されている分、第１の実施形態の集光ユニット１よりも小型とすることができる。このような構成の集光ユニット６８においても、第１の実施形態の集光ユニット１と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
＜第５実施形態＞
図５（Ａ）に示す第５の実施形態の集光ユニット７２は、偏光変換板２、透過板３、第１プリズム４および第２プリズム５の４つの光学部材でなる光学部材群２〜５と、保持プレート７３および保持フレーム７４，７５の３つの部材でなる保持固定部材７６とが組合わされて構成されており、保持プレート７３を備えている分、第２，３の実施形態の集光ユニット６０，６４よりも保持安定性、遮光性および吸熱性等に優れている。また、保持フレーム７４，７５の形状が第２の実施形態の保持フレーム６１，６２の形状と比べて単純である分、第２の実施形態の集光ユニット６０よりも低コストで製作でき、また、保持ブロック１１および保持プレート１２が省略されている分、第１の実施形態の集光ユニット１よりも小型とすることができる。このような構成の集光ユニット７２においても、第１の実施形態の集光ユニット１と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
＜第６実施形態＞
図５（Ｂ）に示すの第６の実施形態の集光ユニット７７は、偏光変換板２、透過板３、第１プリズム４および第２プリズム５の４つの光学部材でなる光学部材群２〜５と、保持ブロック７８、保持プレート１２，７９および保持フレーム８０，８１の５つの部材でなる保持固定部材８２とが組合わされて構成されており、保持プレート１２，７９を備えている分、第２，３，４，５の実施形態の集光ユニット６０，６４，６８，７２よりも保持安定性、遮光性および吸熱性等に優れている。また、保持ブロック７８および保持プレート７９の形状が第１の実施形態の保持ブロック１１および保持プレート１３の形状よりも小さくなる分、第１の実施形態の集光ユニット１よりも低コストで製作できる。このような構成の集光ユニット７７においても、第１の実施形態の集光ユニット１と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
＜第１〜第６実施形態の変形態様＞
なお、上述した実施形態では、第１偏光方向をＰ偏光、第２偏光方向をＳ偏光として説明したが、第１偏光方向をＳ偏光、第２偏光方向をＰ偏光としても同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１，６０，６４，６８，７２，７７：集光ユニット、  ２：偏光変換板（偏光変換部材）、  ３：透過板、  ４：第１プリズム（伝搬部材）、  ５：第２プリズム（合波部材）、  ７：半導体レーザアレイ（光源）
１０，６３，６７，７１，７６，８２：保持固定部材、  １１，７８：保持ブロック（保持部材）、  １２，１３，７３，７９：保持プレート（保持部材）、  １４，１５，６１，６２，６５，６６，６９，７０，７４，７５，８０，８１：保持フレーム
５５：選択反射面、  ５６：全反射面
【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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