(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光のレーザ光を放射するエミッタがスロー軸方向に直線に並べられた複数の半導体レーザチップを備える光源と、該レーザ光を前記スロー軸方向と直角なファースト軸方向にのみ屈曲してコリメートするコリメータレンズと、該コリメータレンズでコリメートされたレーザ光をスロー軸方向に２分割して二分の一レーザ光とする分割手段と、該二分の一レーザ光を２つの四分の一レーザ光に分割した後に、該２つの四分の一レーザ光の一方を半波長板でＳ偏光およびＰ偏光の一方から他方に変換する偏光分割手段と、該偏光分割手段によって分割された偏光方向が互いに異なる四分の一レーザ光を偏光ビームスプリッタにより重ね合わせて合成し光の単位面積あたりの出力を高めて射出する偏光合波手段と、各偏光合波手段によって合波された各四分の一レーザ光を前記スロー軸方向に直交するファースト軸方向に互いに反対方向に変位させ、前記ファースト軸方向に並列させる変位並列手段と、この並列された分割レーザ光を集光する集光レンズとを備え、前記分割手段、偏光分割手段、偏光合波手段および変位並列手段は、前記光源から集光レンズまでの前記各分割レーザ光の光路長が互いに等しくなるように配置されていることを特徴とする半導体レーザ光集光装置。
【請求項２】
直線偏光のレーザ光を放射するエミッタがスロー軸方向に直線に並べられた複数の半導体レーザチップを備える光源と、該レーザ光を前記スロー軸方向と直角なファースト軸方向にのみ屈曲してコリメートするコリメータレンズと、該コリメータレンズでコリメートされたレーザ光をスロー軸方向に２分割し、これら分割した二分の一レーザ光を前記スロー軸方向に直交するファースト軸方向に互いに反対方向に変位させる分割変位手段と、該二分の一レーザ光を２つの四分の一レーザ光に分割した後に、該２つの四分の一レーザ光の一方を半波長板でＳ偏光およびＰ偏光の一方から他方に変換する偏光分割手段と、該偏光分割手段によって分割された偏光方向が互いに異なる四分の一レーザ光を偏光ビームスプリッタにより重ね合わせて合成し光の単位面積あたりの出力を高めて射出する偏光合波手段と、各偏光合波手段によって合波された各四分の一レーザ光を前記ファースト軸方向に並列させる並列手段と、この並列された分割レーザ光を集光する集光レンズとを備え、前記分割変位手段、偏光分割手段、偏光合波手段および並列手段は、前記光源から集光レンズまでの前記各分割レーザ光の光路長が互いに等しくなるように配置されていることを特徴とする半導体レーザ光集光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のエミッタを有する半導体レーザから放射されたレーザ光の集光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、この種の集光装置として、特開２００１−１１１１４７号公報に示されるように、レーザビームを放射する第１の方向に長い複数のエミッタを同第１の方向に直線的に並ぶように前側面に設けてなり該前側面に対してほぼ垂直な第２の方向にレーザビーム群を放射する半導体レーザと、この半導体レーザの前方に配置してレーザビーム群をスロー軸方向に対してほぼ垂直なファースト軸方向に屈折させてコリメートするコリメータレンズと、このコリメータレンズの前方に配置してファースト軸方向にコリメートされたレーザビーム群を入射しスロー軸方向に複数に分割し、これらスロー軸方向に長い分割レーザビームのうち少なくとも１つをレーザビーム群が進行した平面の上方または下方に変位させて、各分割レーザビームをファースト軸方向に平行に並べて射出する並列手段と、この並列手段から射出された並列レーザビーム群を集光する集光レンズとを備えたものが知られている。
【０００３】
このように構成された集光装置においては、半導体レーザから射出されたレーザビームは、スロー軸方向およびファースト軸方向に所定の発散角にて進行し、コリメータレンズによってファースト軸方向にコリメートされて、スロー軸方向に横長のレーザビームとなる。このレーザビームは、第１のプリズムによって２つのレーザビームに分割され互いに正反対の方向に射出される。第１のレーザビームは集光レンズに直接到達して集光（収束）され、第２のレーザビームは第２のプリズムにて反射して折り返し、第１のレーザビームとファースト軸方向に平行に隣接し集光レンズに到達して集光（収束）される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術においては、第２のレーザビームは、折り返し分だけ第１のレーザビームより光路長が長くなっている。一方第１および第２のレーザビームは、スロー軸方向にはコリメートしておらず、すなわち球面波であるので、光路長が長くなるにしたがってスロー軸方向に広がって断面積は大きくなる。したがって、集光レンズに到達した第２のレーザビームの断面積は集光手段に到達した第１のレーザビームの断面積より大きくなるので、集光レンズから所定距離だけ離れた位置における集光された第２のレーザビームの断面積も集光された第１のレーザビームの断面積より大きくなるため、集光装置の集光効率の低下を招くという問題があった。この問題に対処するために、第１のレーザビームと第２のレーザビームが到達する集光レンズの各部分の曲率を変更して、集光レンズから所定距離だけ離れた位置に集光（収束）された各レーザビームの断面積を同一にすることも考えられる。しかし、これを実現するためには、集光レンズを特殊な形状、例えば第１および第２のレーザビームがそれぞれ当たる部分を曲率を異ならせた形状としなければならず、その形状に製造するのは難しく、また製造できたとしてもコスト高なものとなってしまう。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、集光装置において、光源からの細長いレーザビームを長手方向に分割した分割レーザビームをその各光路長が互いに等しくなるように並び替えることにより、コストの上昇を招くことなく簡単かつ効率よく集光することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、直線偏光のレーザ光を放射するエミッタがスロー軸方向に直線に並べられた複数の半導体レーザチップを備える光源と、該レーザ光を前記スロー軸方向と直角なファースト軸方向にのみ屈曲してコリメートするコリメータレンズと、該コリメータレンズでコリメートされたレーザ光をスロー軸方向に２分割して二分の一レーザ光とする分割手段と、該二分の一レーザ光を２つの四分の一レーザ光に分割した後に、該２つの四分の一レーザ光の一方を半波長板でＳ偏光およびＰ偏光の一方から他方に変換する偏光分割手段と、該偏光分割手段によって分割された偏光方向が互いに異なる四分の一レーザ光を偏光ビームスプリッタにより重ね合わせて合成し光の単位面積あたりの出力を高めて射出する偏光合波手段と、各偏光合波手段によって合波された各四分の一レーザ光を前記スロー軸方向に直交するファースト軸方向に互いに反対方向に変位させ、前記ファースト軸方向に並列させる変位並列手段と、この並列された分割レーザ光を集光する集光レンズとを備え、前記分割手段、偏光分割手段、偏光合波手段および変位並列手段は、前記光源から集光レンズまでの前記各分割レーザ光の光路長が互いに等しくなるように配置されていることにある。
【０００７】
また、請求項２に係る発明の構成上の特徴は、直線偏光のレーザ光を放射するエミッタがスロー軸方向に直線に並べられた複数の半導体レーザチップを備える光源と、該レーザ光を前記スロー軸方向と直角なファースト軸方向にのみ屈曲してコリメートするコリメータレンズと、該コリメータレンズでコリメートされたレーザ光をスロー軸方向に２分割し、これら分割した二分の一レーザ光を前記スロー軸方向に直交するファースト軸方向に互いに反対方向に変位させる分割変位手段と、該二分の一レーザ光を２つの四分の一レーザ光に分割した後に、該２つの四分の一レーザ光の一方を半波長板でＳ偏光およびＰ偏光の一方から他方に変換する偏光分割手段と、該偏光分割手段によって分割された偏光方向が互いに異なる四分の一レーザ光を偏光ビームスプリッタにより重ね合わせて合成し光の単位面積あたりの出力を高めて射出する偏光合波手段と、各偏光合波手段によって合波された各四分の一レーザ光を前記ファースト軸方向に並列させる並列手段と、この並列された分割レーザ光を集光する集光レンズとを備え、前記分割変位手段、偏光分割手段、偏光合波手段および並列手段は、前記光源から集光レンズまでの前記各分割レーザ光の光路長が互いに等しくなるように配置されていることにある。
【０００８】
【発明の作用・効果】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、半導体レーザから放射されてコリメータレンズによってコリメートされたスロー軸方向に細長いレーザ光群は、分割手段によってスロー軸方向に２分割され、これら長手方向に短くなった二分の一レーザ光は、各偏光分割手段によって偏光方向が互いに異なる四分の一レーザ光にそれぞれ２分割される。そして、これら四分の一レーザ光は各偏光合波手段によって再び四分の一レーザ光に合波され光の密度が高められる。これら合波された各四分の一レーザ光は、変位並列手段によってファースト軸方向に変位され長手方向に垂直な方向に並び替えられて、集光レンズに到達する。これら到達した各分割レーザ光は、光路長が同一であるので、長手方向への広がりは同一となり、集光レンズに到達した各レーザ光の断面は同一なものとなる。したがって、並び替えた各レーザ光を集光レンズによって効率よく集光することができる。
【０００９】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、半導体レーザから放射されてコリメータレンズによってコリメートされたスロー軸方向に細長いレーザ光群は、分割変位手段によってスロー軸方向に２分割されこれら分割した二分の一レーザ光をスロー軸方向に直交するファースト軸方向に互いに変位され、２分割された各二分の一レーザ光は、偏光分割手段によって偏光方向が互いに異なる四分の一レーザ光にそれぞれ２分割される。そして、これら四分の一レーザ光は各偏光合波手段によって再び四分の一レーザ光に合波され光の密度が高められる。これら合波された各四分の一レーザ光は、並列手段によって長手方向に垂直な方向に並び替えられて、集光レンズに到達する。これら到達した各分割レーザ光は、光路長が同一であるので、長手方向への広がりは同一となり、集光レンズに到達した各レーザ光の断面は同一なものとなる。したがって、並び替えた各レーザ光を集光レンズによって効率よく集光することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、第１半導体レーザ光集光装置を図面を参照して説明する。図１はこの集光装置を示す斜視図である。なお、半導体レーザチップ１１（後述する）の前側面（射出面）に向かって右方向および上方向をそれぞれｘ軸正方向およびｙ軸正方向とし、半導体レーザチップ１１の前側面の垂直手前方向をｚ軸正方向とする。また、レーザビームの光路を矢印にて示している。
【００１１】
この集光装置は、光源１０、コリメータレンズ１２、分割光学系２０、変位光学系３０、並列光学系４０および集光レンズ５０から構成されている。
【００１２】
光源１０は、ｘ軸方向に横長のエミッタ１１ａをｘ軸方向に一直線に並べて設けた半導体レーザチップ１１を備えたものである。この半導体レーザチップ１１は、外形寸法が１０ｍｍ×０．２ｍｍ×１ｍｍ（ｘ軸方向×ｙ軸方向×ｚ軸方向）であり、半導体レーザチップ１１の前側面には、１５０μｍ×１μｍ（ｘ軸方向×ｙ軸方向）に形成されたエミッタ１１ａが５００μｍのピッチでｘ軸方向に設けられている。これらエミッタ１１ａからはそれぞれＳ偏光のレーザビームＬＢがｚ軸正方向（射出面に垂直方向）に射出される。これら射出されたレーザビームＬＢはスロー軸方向（ｘ軸方向）およびファースト軸方向（ｙ軸方向）に所定の発散角度をもって広がっている。なお本明細書中、スロー軸方向およびファースト方向とはそれぞれレーザビームの断面長手方向およびこの長手方向と直交する方向のことをいう。
【００１３】
半導体レーザチップ１１の前方には、半導体レーザチップ１１の前側面に対向してコリメータレンズ１２が配置されている。コリメータレンズ１２はエミッタ１１ａから射出されたレーザビームＬＢをｙ軸方向にのみ屈折してコリメート（平行化）するものである。一方、各レーザビームＬＢはｘ軸方向には平行化されておらず所定の発散角にてｘ軸方向に広がりながら進行する。
【００１４】
コリメータレンズ１２の前方には、分割光学系２０が配置されている。この分割光学系２０は、上面および底面が直角二等辺三角形であり各側面が全反射面である直角プリズム２１から構成されている。この直角プリズム２１は、直角を挟む一組の一の側面に入射したレーザビームＬＢ群の半分（第１のレーザビームＬＢ１）をｘ軸正方向に反射し、他の側面に入射したレーザビームＬＢ群の残りの半分（第２のレーザビームＬＢ２）をｘ軸負方向に反射するように配置されている。これにより、コリメータレンズ１２によってコリメートされたレーザビームＬＢ群はｘ軸方向に２分割されて、互いに異なる方向にすなわちｘ軸正方向およびｘ軸負方向に射出される。このとき、第１および第２レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の各スロー軸はｚ軸方向に変換される。なお、光源１０から直角プリズムまでの両レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路長は互いに等しくなるようになっている。
【００１５】
変位光学系３０は、分割光学系２０から入射した各レーザビームＬＢ１，ＬＢ２を、それぞれ立体的に折り曲げることにより半導体レーザチップ１１に設けたエミッタ１１ａからなる一列を含むｘ−ｚ平面（半導体レーザチップ１１に設けたエミッタ１１ａから放射されたレーザビームＬＢ群が進行したｘ−ｚ平面）の上方または下方に光路変更するものであり、第１および第２変位光学系３１，３２から構成されている。両変位光学系３１，３２の光路長は互いに等しくなるように設定されている。
【００１６】
第１変位光学系３１は、反射手段としての複数（例えば４つ）の直角プリズム３１ａ〜３１ｄから構成されている。各直角プリズム３１ａ〜３１ｄは、上述した直角プリズム２１と同様に上面および底面が直角二等辺三角形であり各側面が全反射面となっている。この第１変位光学系３１においては側面（例えば直角に対向した側面）を使用してレーザビームＬＢを反射している。これら４つの直角プリズム３１ａ〜３１ｄのうち第１および第２の直角プリズム３１ａ，３１ｂは、上述したエミッタ１１ａからなる一列を含むｘ−ｚ平面に沿ってそれぞれ配置されている。
【００１７】
第１の直角プリズム３１ａは分割光学系２０からｘ軸正方向へ進行する第１のレーザビームＬＢ１を入射してｚ軸正方向に反射する。このとき、第１レーザビームＬＢ１のスロー軸はｘ軸方向に変換される。第２の直角プリズム３１ｂは第１の直角プリズム３１ａからｚ軸正方向へ進行するレーザビームＬＢ１を入射してｙ軸正方向に反射する。このとき、第１レーザビームＬＢ１のファースト軸はｚ軸方向に変換される。
【００１８】
第３および第４の直角プリズム３１ｃ，３１ｄは、エミッタ１１ａからなる一列を含むｘ−ｚ平面の上方に配置されており、第３の直角プリズム３１ｃは第２の直角プリズム３１ｂからｙ軸正方向へ進行するレーザビームＬＢ１を入射してｘ軸負方向に反射する。このとき、第１レーザビームＬＢ１のスロー軸はｙ軸方向に変換される。第４の直角プリズム３１ｄは第３の直角プリズム３１ｃからｘ軸負方向へ進行するレーザビームＬＢ１を入射してｙ軸負方向に反射する。このとき、第１レーザビームＬＢ１のスロー軸はｘ軸方向に変換される。なお、前述した各直角プリズム３１ａ〜３１ｄは、分割光学系２０から第１の直角プリズム３１ａまでの光路長と第３の直角プリズム３１ｃから第４の直角プリズム３１ｄまでの光路長が互いに等しくなるように配置されている。
【００１９】
また、第２変位光学系３２も、第１変位光学系３１と同様に反射手段としての複数（例えば４つ）の直角プリズム３２ａ〜３２ｄから構成されている。これら直角プリズム３２ａ〜３２ｄは、第１変位光学系３１と同様な直角プリズムである。これら４つの直角プリズム３２ａ〜３２ｄのうち第１および第２の直角プリズム３２ａ，３２ｂは、上述したエミッタ１１ａからなる一列を含むｘ−ｚ平面に沿ってそれぞれ配置されており、第１の直角プリズム３２ａは分割光学系２０からｘ軸負方向へ進行する第２のレーザビームＬＢ２を入射してｚ軸正方向に反射する。このとき、第２のレーザビームＬＢ２のスロー軸はｘ軸方向に変換される。第２の直角プリズム３２ｂは第１の直角プリズム３２ａからｚ軸正方向へ進行するレーザビームＬＢ２を入射してｙ軸負方向に反射する。このとき、第２のレーザビームＬＢ２のファースト軸はｚ軸方向に変換される。
【００２０】
第３および第４の直角プリズム３２ｃ，３２ｄは、エミッタ１１ａからなる一列を含むｘ−ｚ平面の下方に配置されており、第３の直角プリズム３２ｃは第２の直角プリズム３２ｂからｙ軸負方向へ進行するレーザビームＬＢ２を入射してｘ軸正方向に反射する。このとき、第２のレーザビームＬＢ２のスロー軸はｙ軸方向に変換される。第４の直角プリズム３２ｄは第３の直角プリズム３２ｃからｘ軸正方向へ進行するレーザビームＬＢ２を入射してｙ軸正方向に反射する。このとき、第２のレーザビームＬＢ２のスロー軸はｘ軸方向に変換される。
【００２１】
なお、前述した各直角プリズム３２ａ〜３２ｄは、分割光学系２０から第１の直角プリズム３２ａまでの光路長と第３の直角プリズム３２ｃから第４の直角プリズム３２ｄまでの光路長が互いに等しく、かつこれらの光路長が分割光学系２０から第１変位光学系３１を構成する第１の直角プリズム３１ａまでの光路長と等しくなるように配置されている。また、第１の直角プリズム３２ａから第２の直角プリズム３２ｂまでの光路長が第１変位光学系３１を構成する第１の直角プリズム３１ａから第２の直角プリズム３１ｂまでの光路長と等しくなるように配置されている。さらに、第２の直角プリズム３２ｂから第３の直角プリズム３２ｃまでの光路長が第１変位光学系３１を構成する第２の直角プリズム３１ｂから第３の直角プリズム３１ｃまでの光路長と等しくなるように配置されている。
【００２２】
第１および第２変位光学系３１，３２を構成する第４の直角プリズム３１ｄ，３２ｄの中間には、並列光学系４０が配置されており、この並列光学系４０は、第１および第２変位光学系３１，３２からそれぞれ入射した各レーザビームＬＢ１，ＬＢ２を同一方向に光路変更して断面長手方向に垂直な方向（ｙ軸方向）に平行に並べて射出するものである。並列光学系４０は、分割光学系２０を構成する直角プリズム２１と同様な直角プリズムで構成されており、すなわち上面および底面が直角二等辺三角形であり各側面が全反射面である直角プリズム４１から構成されている。この直角プリズム４１は、直角を挟む一組の一の側面および他の側面にそれぞれ入射した第１および第２のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２をｚ軸正方向に反射するように配置されている。これにより、ｙ軸正方向から入射した第１のレーザビームＬＢ１およびｙ軸負方向から入射した第２のレーザビームＬＢ２はそれぞれｙ軸方向に平行に並べられて並列レーザビームＬＢ群としてｚ軸正方向に射出される。このとき、第１および第２レーザビームＬＢ１，ＬＢ２のスロー軸およびファースト軸はそれぞれｘ軸およびｙ軸方向である。なお、第１および第２変位光学系３１，３２を構成する第４の直角プリズム３１ｄ，３２ｄから並列光学系４０を構成する直角プリズム４１までの両レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路長は互いに等しくなるようになっている。
【００２３】
並列光学系４０から射出された並列レーザビームＬＢ群の光軸上には、集光レンズ５０（収束レンズ）がｘ−ｙ平面に対して平行に配置されている。集光レンズ５０は凸レンズであり、入射したレーザビームＬＢ群を焦点に結ばせるものである。
【００２４】
このように構成した第１半導体レーザ光集光装置においては、半導体レーザチップ１１の前側面に設けた各エミッタ１１ａからレーザビームＬＢが放射されると、放射されたレーザビームＬＢ群はコリメータレンズ１２によってｙ軸方向にのみコリメートされ、ｘ軸方向（スロー軸方向）に細長いレーザビームＬＢ群として放射される。この細長いレーザビームＬＢ群は分割光学系２０によってｘ軸方向に２分割され、これら長手方向（スロー軸方向）に短くなった各分割レーザビームＬＢ（第１および第２のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２）は変位光学系３０によってｙ軸正方向およびｙ軸負方向にそれぞれ変位され、これら変位された両レーザビームＬＢ１，ＬＢ２は並列光学系４０によって長手方向に垂直な方向（ファースト軸方向）に並び替えられて、集光レンズ５０に到達することになる。このとき、第１および第２のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、両レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路長が同一であるので、集光レンズ５０に到達した両レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の長手方向（スロー軸方向）への広がりは同一となり、すなわち集光レンズ５０にて両レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の断面は同一なものとなる。したがって、並び替えられた各レーザビームＬＢ１，ＬＢ２を集光レンズ５０によって効率よく集光することができる。
【００２５】
なお、上述した第１半導体レーザ光集光装置においては、第１および第２変位光学系３１，３２を構成する複数の直角プリズムの配置を次の例のように変更してもよい。このとき、両変位光学系３１，３２の光路長が互いに等しくなるように設定しなければならない。例えば、第１変位光学系３１を構成する第２の直角プリズム３１ｂを、第３および第４の直角プリズム３１ｃ，３１ｄが配置された平面に配置すればよい。このとき、第１の直角プリズム３１ａは分割光学系２０からｘ軸正方向へ進行する第１のレーザビームＬＢ１を入射してｙ軸正方向に反射し、第２の直角プリズム３１ｂは第１の直角プリズム３１ａからｙ軸正方向へ進行するレーザビームＬＢ１を入射してｚ軸正方向に反射し、第３の直角プリズム３１ｃは第２の直角プリズム３１ｂからｚ軸正方向へ進行するレーザビームＬＢ１を入射してｘ軸負方向に反射するように設定すればよい。また第２変位光学系３２を構成する第２の直角プリズム３２ｂを第３および第４の直角プリズム３２ｃ，３２ｄが配置された平面に配置すればよい。このとき、第１の直角プリズム３２ａは分割光学系２０からｘ軸負方向へ進行する第２のレーザビームＬＢ２を入射してｙ軸負方向に反射し、第２の直角プリズム３２ｂは第１の直角プリズム３２ａからｙ軸負方向へ進行するレーザビームＬＢ２を入射してｚ軸正方向に反射し、第３の直角プリズム３２ｃは第２の直角プリズム３２ｂからｚ軸正方向へ進行するレーザビームＬＢ２を入射してｘ軸正方向に反射するように設定すればよい。
【００２６】
次に、第２半導体レーザ光集光装置について図２を参照して説明する。第２集光装は、分割光学系２０、第１および第２変位光学系３１，３２を構成する複数の直角プリズムの配置を変更した点で第１の実施の形態と異なる。このとき、分割光学系２０、第１および第２変位光学系３１，３２から形成される第１および第２のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路長が互いに等しくなるように設定しなければならない。なお、上述した第１半導体レーザ光集光装置と同一の構成要件については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２７】
分割光学系２０は、それぞれ上述した直角プリズム２１と同様に上面および底面が直角二等辺三角形であり各側面が全反射面である一対の直角プリズム２２，２３から構成されている。これら直角プリズム２２，２３においては側面（例えば直角に対向した側面）を使用してレーザビームＬＢを反射している。そして、第１の直角プリズム２２は、レーザビームＬＢ群の半分（第１のレーザビームＬＢ１）を直角に対向した側面に入射してｙ軸正方向に反射し、また第２の直角プリズム２３は、レーザビームＬＢの残りの半分（第２のレーザビームＬＢ２）を直角に対向した側面に入射してｙ軸負方向に反射するようにそれぞれ配置する。これにより、第１および第２のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の各ファースト軸はｚ軸方向に変換される。
【００２８】
また、第１変位光学系３１を構成する第１から第４の直角プリズム３１ａ〜３１ｄは、エミッタ１１ａからなる一列を含むｘ−ｚ平面の上方に配置する。このとき、第１の直角プリズム３１ａは分割光学系２０の第１の直角プリズム２２からｙ軸正方向へ進行する第１のレーザビームＬＢ１を入射してｘ軸正方向に反射し（スロー軸はｙ軸方向に変換され）、第２の直角プリズム３１ｂは第１の直角プリズム３１ａからｘ軸正方向へ進行するレーザビームＬＢ１を入射してｚ軸正方向に反射し（ファースト軸はｘ軸方向に変換され）、第３の直角プリズム３１ｃは第２の直角プリズム３１ｂからｚ軸正方向へ進行するレーザビームＬＢ１を入射してｘ軸負方向に反射する（ファースト軸はｚ軸方向に変換される）ように設定する。
【００２９】
また、第２変位光学系３２を構成する第１から第４の直角プリズム３２ａ〜３２ｄは、エミッタ１１ａからなる一列を含むｘ−ｚ平面の下方に配置する。このとき、第１の直角プリズム３２ａは分割光学系２０の第２の直角プリズム２３からｙ軸負方向へ進行する第２のレーザビームＬＢ２を入射してｘ軸負方向に反射し（スロー軸はｙ軸方向に変換され）、第２の直角プリズム３２ｂは第１の直角プリズム３２ａからｘ軸負方向へ進行するレーザビームＬＢ２を入射してｚ軸正方向に反射し（ファースト軸はｘ軸方向に変換され）、第３の直角プリズム３２ｃは第２の直角プリズム３２ｂからｚ軸正方向へ進行するレーザビームＬＢ２を入射してｘ軸正方向に反射する（ファースト軸はｚ軸方向に変換される）ように設定する。このように構成した第２半導体レーザ光集光装置においても、上述した第１半導体レーザ光集光装置と同様な作用および効果を得ることができる。
【００３０】
さらに、第３半導体レーザ光集光装置について図３を参照して説明する。第３半導体レーザ光集光装置は、第１および第２変位光学系３１，３２をそれぞれ反射手段としての直角プリズムを３個用いて構成した点で、直角プリズムを４個用いて構成した第１半導体レーザ光集光装置と異なる。このとき、両変位光学系３１，３２の光路長が互いに等しくなるように設定しなければならない。また、第２変位光学系３２には像回転器８１が設けられている。なお、上述した第１半導体レーザ光集光装置と同一の構成要件については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
具体的には、分割光学系２０は、上述した直角プリズム２１と同様に上面および底面が直角二等辺三角形であり各側面が全反射面である直角プリズムから構成し、この直角プリズム２１は、光源１０から入射したレーザビームＬＢ群の半分（第１のレーザビームＬＢ１）をそのままｚ軸正方向に通過させ、レーザビームＬＢ群の残りの半分（第２のレーザビームＬＢ２）を直角に対向した側面に入射してｘ軸正方向に反射するように配置する。これにより、第１および第２のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２のスロー軸はｘ軸およびｚ軸方向となる。
【００３２】
第１変位光学系３１を構成する各直角プリズム３１ａ〜３１ｃは、上述した直角プリズム２１と同様に上面および底面が直角二等辺三角形であり各側面が全反射面となっている。これら３つの直角プリズム３１ａ〜３１ｃのうち第１の直角プリズム３１ａは、上述したエミッタ１１ａからなる一列を含むｘ−ｚ平面に沿って配置され、第１の直角プリズム３１ａは光源１０からｚ軸正方向へ進行する第１のレーザビームＬＢ１を入射してｙ軸正方向に反射する。このとき、第１のレーザビームＬＢ１のファースト軸はｚ軸方向に変換される。第２および第３の直角プリズム３１ｂ，３１ｃは、エミッタ１１ａからなる一列を含むｘ−ｚ平面の上方に配置され、第２の直角プリズム３１ｂは第１の直角プリズム３１ａからｙ軸正方向へ進行するレーザビームＬＢ１を入射してｘ軸負方向に反射し（第１のレーザビームＬＢ１のスロー軸はｙ軸方向に変換され）、第３の直角プリズム３１ｃは第２の直角プリズム３１ｂからｘ軸負方向へ進行するレーザビームＬＢ１を入射してｙ軸負方向に反射する。このとき、第１のレーザビームＬＢ１のスロー軸はｘ軸方向に変換される。
【００３３】
第２変位光学系３２を構成する各直角プリズム３２ａ〜３２ｃも、上述した直角プリズム２１と同様に上面および底面が直角二等辺三角形であり各側面が全反射面となっている。これら３つの直角プリズム３２ａ〜３２ｃのうち第１の直角プリズム３２ａは、上述したエミッタ１１ａからなる一列を含むｘ−ｚ平面に沿って配置され、第１の直角プリズム３２ａは第２分割光学系２０からｘ軸負方向へ進行する第２のレーザビームＬＢ２を入射してｙ軸負方向に反射する。このとき、第２のレーザビームＬＢ２のファースト軸はｘ軸方向に変換される。
【００３４】
第２および第３の直角プリズム３２ｂ，３２ｃは、エミッタ１１ａからなる一列を含むｘ−ｚ平面の下方に配置され、第２の直角プリズム３２ｂは第１の直角プリズム３２ａからｙ軸負方向へ進行するレーザビームＬＢ２を入射してｚ軸正方向に反射する。このとき、第２のレーザビームＬＢ２のファースト軸はｚ軸方向に変換される。
【００３５】
第２および第３の直角プリズム３２ｂ，３２ｃの間の光軸上には、像回転器８１（例えば像回転プリズム）が設置されている。この像回転器８１は入射したレーザビームを光軸まわりに９０度時計まわりに回転させて出射するものであり、これにより、第２のレーザビームＬＢ２のスロー軸およびファースト軸はそれぞれｘ軸方向およびｙ軸方向に変換される。
【００３６】
そして、第３の直角プリズム３２ｃは第２の直角プリズム３２ｂからｚ軸正方向へ進行するレーザビームＬＢ２を入射してｙ軸正方向に反射する。このとき、第２のレーザビームＬＢ２のファースト軸はｚ軸方向に変換される。このように構成した第３半導体レーザ光集光装置においても、上述した第１半導体レーザ光集光装置と同様な作用および効果を得ることができる。なお、上述した第３半導体レーザ光集光装置においては像回転器８１を３２ｂと３２ｃの間に設置したが、これに限られず、第２のレーザビームＬＢ２の光路上であればいずれの場所に設置してもよい。
【００３７】
また、上述した各半導体レーザ光集光装置は、半導体レーザチップ１１の前側面に設けた各エミッタ１１ａから放射されたレーザビームＬＢ群を２分割しているが、レーザビームＬＢ群を３以上に分割してもよい。
【００３８】
次に、本発明の実施の形態を図４を参照して説明する。図４は半導体レーザ光集光装置を示す斜視図である。本実施の形態は、半導体レーザチップ１１の前側面に設けた各エミッタ１１ａから放射されたＳ偏光のレーザビームＬＢ群を２分割し、これら二分の一レーザビームＬＢ（第１および第２のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２）を偏光方向が互いに異なる（Ｓ偏光およびＰ偏光）四分の一レーザビームＬＢにそれぞれ分割する第１および第２偏光分割光学系６１，６２と、これら分割された偏光方向が互いに異なる四分の一レーザビームＬＢを再び合波する第１および第２偏光合波光学系７１，７２とを備えた点で上述した第１半導体レーザ光集光装置と異なる。なお、上述した第１半導体レーザ光集光装置と同一の構成要件には同一符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
具体的には、分割光学系２０と第１および第２変位光学系３１，３２との間にそれぞれ第１および第２偏光分割光学系６１，６２と第１および第２偏光合波光学系７１，７２が設けられている。第１偏光分割光学系６１は、第１および第２の直角プリズム６１ａ，６１ｂと、半波長板６１ｃから構成されている。第１の直角プリズム６１ａは、上述した直角プリズム２１と同様に上面および底面が直角二等辺三角形であり各側面が全反射面である直角プリズムから構成し、この直角プリズム６１ａは、分割光学系２０を構成する直角プリズム２１から入射した第１のレーザビームＬＢ１の半分（四分の一レーザビームＬＢ）を通過させ、残りの半分（四分の一レーザビームＬＢ）を直角に対向した側面に入射してｚ軸正方向に反射するように配置する。これにより、通過した四分の一レーザビームのスロー軸およびファースト軸はｚ軸方向およびｙ軸方向であり、反射した四分の一レーザビームのスロー軸およびファースト軸はｘ軸方向およびｙ軸方向である。
【００４０】
第２の直角プリズム６１ｂも、上述した直角プリズム２１と同様な直角プリズムから構成し、この直角プリズム６１ｂは、分割光学系２０を構成する直角プリズム２１から入射した四分の一レーザビームＬＢ（第１のレーザビームＬＢ１の半分）を直角に対向した側面に入射してｚ軸正方向に反射するように配置する。このとき、反射した四分の一レーザビームのスロー軸はｘ軸方向に変換される。半波長板６１ｃは、入射したレーザビームＬＢの偏光方向をＳ偏光からＰ偏光に変換して射出するものであり、第１の直角プリズム６１ａから入射した四分の一レーザビームＬＢ（第１のレーザビームＬＢ１の残りの半分）の光軸上に配置する。このとき、射出した四分の一レーザビームのスロー軸およびファースト軸はｘ軸方向およびｙ軸方向のままである。したがって、分割光学系２０の直角プリズム２１から入射した第１のレーザビームＬＢ１は長手方向（スロー軸方向）に２分割されて、これら分割された四分の一レーザビームＬＢは偏光方向が互いに異なる。
【００４１】
第１偏光合波光学系７１は、第１の直角プリズム７１ａと偏光ビームスプリッタ７１ｂから構成されている。第１の直角プリズム７１ａは、上述した直角プリズム２１と同様に上面および底面が直角二等辺三角形であり各側面が全反射面である直角プリズムから構成し、この直角プリズム７１ａは、第１偏光分割光学系６１を構成する第１の直角プリズム６１ａからｚ軸正方向に進行する四分の一レーザビームＬＢを直角に対向した側面に入射してｘ軸正方向に反射するように配置する。これにより、反射された四分の一レーザビームＬＢのスロー軸はｚ軸方向に変換される。偏光ビームスプリッタ７１ｂは、偏光方向が互いに異なる２つのレーザビームＬＢを入射し重ね合わせ合成し光の単位面積あたりの出力を高めて射出するものである。この偏光ビームスプリッタ７１ｂは、第１偏光分割光学系６１を構成する第２の直角プリズム６１ｂからｚ軸正方向に進行するＳ偏光の四分の一レーザビームＬＢ、および第１偏光合波光学系７１を構成する第１の直角プリズム７１ａからｘ軸正方向に進行するＰ偏光の四分の一レーザビームＬＢを入射してｚ軸正方向に射出するように配置する。これにより、射出された四分の一レーザビームＬＢのスロー軸およびファースト軸はそれぞれｘ軸方向およびｙ軸方向となる。したがって、２つの四分の一レーザビームＬＢは再合成されて、第１のレーザビームＬＢ１は長手方向（スロー軸方向）に約四分の一となり、変位光学系３１の直角プリズム３１ｂに入射される。これ以降は第１半導体レーザ光集光装置と同様である。
【００４２】
また、第１偏光分割光学系６１と第１偏光合波光学系７１は、偏光ビームスプリッタ７１ｂに入射する四分の一レーザビームＬＢの各光路長が等しくなるように配置されている。
【００４３】
第２偏光分割光学系６２も、第１偏光分割光学系６１と同様に第１および第２の直角プリズム６２ａ，６２ｂと、半波長板６２ｃから構成されている。これにより、分割光学系２０の直角プリズム２１から入射した第２のレーザビームＬＢ２は長手方向に２分割されて、これら分割された四分の一レーザビームＬＢは偏光方向が互いに異なる。また、第２偏光合波光学系７２も、第１偏光合波光学系７１と同様に第１の直角プリズム７２ａと偏光ビームスプリッタ７２ｂから構成されている。これにより、２つの四分の一レーザビームＬＢは再合成されて、第２のレーザビームＬＢ２は長手方向に約四分の一となる。また、第２偏光分割光学系６２と第２偏光合波光学系７２は、偏光ビームスプリッタ７２ｂに入射する四分の一レーザビームＬＢの各光路長が等しくなるように配置されている。
【００４４】
このように構成した実施の形態による集光装置においては、半導体レーザから放射されてコリメータレンズ１２によってコリメートされたスロー軸方向（ｘ軸方向）に細長いレーザビームＬＢ群は、分割光学系２０によって長手方向（スロー軸方向）に２分割される。そして、これら長手方向に短くなった二分の一レーザビームＬＢ（第１および第２のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２）は、第１および第２偏光分割光学系６１，６２によって偏光方向が互いに異なる四分の一レーザビームＬＢにそれぞれ２分割される。これら四分の一レーザビームＬＢは第１および第２偏光合波光学系７１，７２によって合波され、光の密度が高められる。さらに、これら合波された両四分の一レーザビームＬＢは、第１および第２変位光学系３１，３２によってファースト軸方向に変位され長手方向に垂直な方向（ファースト軸方向）に並び替えられて、集光レンズ５０に到達することになる。これら到達した両四分の一レーザビームＬＢは、光路長が同一であるので、長手方向への広がりは同一となり、集光レンズ５０に到達した各四分の一レーザビームの断面は同一なものとなる。したがって、並び替えた各四分の一レーザビームを集光レンズ５０によって効率よく集光することができる。
【００４５】
なお、上述した実施の形態においては、コリメータレンズ１２でコリメートされたレーザビームＬＢをスロー軸方向に２分割し、先に、第１および第２偏光分割光学系６１，６２によって２分割された各二分の一レーザビームＬＢを偏光方向が互いに異なる四分の一レーザビームＬＢに夫々分割し、第１および第２偏光合波光学系７１，７２によって分割された偏光方向が互いに異なる四分の一レーザビームＬＢを再び合波した後で、合波された各四分の一レーザビームＬＢをスロー軸方向に直交するファースト軸方向に互いに変位させ、ファースト軸方向に並列させるようにしたが、コリメータレンズ１２でコリメートされたレーザビームＬＢ群をスロー軸方向に２分割し、先に、これら分割した二分の一レーザビームＬＢをスロー軸方向に直交するファースト軸方向に互いに変位させ、その後第１および第２偏光分割光学系６１，６２によって２分割された各二分の一レーザビームＬＢを偏光方向が互いに異なる四分の一レーザビームＬＢに夫々分割し、第１および第２偏光合波光学系７１，７２によって分割された偏光方向が互いに異なる四分の一レーザビームＬＢを再び合波し、合波された各四分の一レーザビームＬＢをファースト軸方向に並列するようにしてもよい。
【００４６】
なお、上述した実施の形態においては、光源１０に、エミッタ１１ａを一列に設けた半導体レーザチップ１１を１つだけ備えるようにしたが、この半導体レーザチップ１１を複数積層させて備えるようにしてもよい。
【００４７】
また、上述した実施の形態においては、反射手段として直角プリズムの各側面を用いるようにしたが、これに代えて、全反射ミラーを用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１半導体レーザ光集光装置を示した斜視図である。
【図２】第２半導体レーザ光集光装置を示した斜視図である。
【図３】第２半導体レーザ光集光装置を示した斜視図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る半導体レーザ光集光装置を示した斜視図である。
【符号の説明】
１０…光源、１１…半導体レーザチップ、１１ａ…エミッタ、１２…コリメータレンズ、２０…分割光学系、３０…変位光学系、３１，３２…第１および第２変位光学系、４０…並列光学系、５０…集光レンズ。
【図１】
0003975797.tif 000002
【図２】
0003975797.tif 000003
【図３】
0003975797.tif 000004
【図４】
0003975797.tif 000005