(57)【要約】【課題】集光効率を向上させた光路変換装置及び光モジュールを提供すること。【解決手段】光路変換装置３０は、直交する対称な２つの反射平面をもつプリズム１３、１４、直交する対称な２つの反射平面を２組もつ九面体プリズムが連接されたプリズム１５ａ、１５ｂにより構成され、プリズム１３、１４は連接され共通の対称面、九面体プリズムはｘｙ面、ｘｚ面に平行な対称面を有している。レーザモジュールにおいてスタックされたバーレーザ１０ａ、１０ｂから出射されたｘ方向の直線状のレーザはＦＡＣレンズ１１ａ、１１ｂ、ＳＡＣレンズ１２ａ、１２ｂにより集光され、プリズム１３により分岐され光路変換装置に入射され、ｘ方向で複数に分割され光軸回りに９０度回転され出射され、シリンドリカルレンズ１６、フォーカスレンズ１７により集光され光ファイバ１８に導光される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交する対称な２つの反射平面を具備し、対称面をもった第１、第２の反射体と、
直交する対称な第１、第３の反射平面と、直交する対称な第２、第４の反射平面とを
具備し、第１及び第２の対称面をもった反射基本単位のＮ（Ｎは２以上の整数）個が第
１の方向に配列してなる第１、第２の反射素子と
を有し、
前記第１の反射体の対称面と前記第２の反射体の対称面とが一平面に配置され、前記第１の反射素子の前記第１〜第４の反射平面が前記一平面の一方の側で前記一平面に対向され、前記第１の反射素子の前記第１〜第４の反射平面が前記一平面の他方の側で前記一平面に対向され、前記第１、第２の反射素子の前記第１の対称面が、前記第１の方向とこれに直交する第２の方向とのなす平面に平行に配置され、前記第１、第１の反射素子の前記第２の対称面が、前記第１及び第２の方向に直交する第３の方向と前記第２の方向とのなす平面に平行に配置されており、前記第３の方向に沿う光軸と直交した断面における光ビームの光束パターンが前記第１の方向に細長く、この光束パターンが前記第２の方向に少なくとも２つ形成されるように構成され、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行するそれぞれの光ビームが、
（Ａ）前記第１の反射体、前記第１の反射平面、第３の反射平面、及び、前記第２の反射体によって反射されると共に、（Ｂ）前記第１の反射体、前記第２の反射平面、第４の反射平面、及び、前記第２の反射体によって反射され、
前記第１の方向で前記第１、第２の反射素子によって２Ｎ個に分割され、
この分割された光ビームが前記第３の方向に平行な軸の周りに９０度回転されるように構成された、
光路変換装置。
【請求項２】
前記第１の反射体の前記反射平面の面積をＳ１、前記第２の反射体の前記反射平面の面積Ｓ２とするとき、Ｓ２＜Ｓ１である、請求項１に記載の光路変換装置。
【請求項３】
前記第１の反射体と前記第２の反射体とが連接され、前記第１の反射体と前記第２の反射体との連接面が前記第１の対称面に一致するように配置される、請求項１に記載の光路変換装置。
【請求項４】
前記第１の反射平面と前記第４の反射平面との交線、及び、前記第２の反射平面と前記第３の反射平面との交線が、前記第１及び第２の方向のなす平面に平行であり、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面との交線、及び、前記第３の反射平面と前記第４の反射平面との交線が、前記第２及び第３の方向のなす平面に平行である、請求項１に記載の光路変換装置。
【請求項５】
前記第１の反射素子と前記第２の反射素子は、前記一平面に関して面対称な位置に配置された、請求項１に記載の光路変換装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の反射体の前記反射平面、前記反射基本単位の前記第１〜第４の反射平面は、入射光の波長に関して所望の反射率を有するミラー面によって構成された、請求項１に記載の光路変換装置。
【請求項７】
前記光ビームがレーザ光である、請求項１に記載の光路変換装置。
【請求項８】
第１の方向に複数の光出射端が配列された少なくとも２個の光源が、前記第１の方向
に直交する第２の方向に積層され、前記第１及び第２の方向に直交する第３の方向に沿
う光軸と直交した断面における光ビームの光束パターンが前記第１の方向に細長く、こ
の光束パターンが前記第２の方向に少なくとも２つ形成されるように構成され、前記第
２の方向に並列して前記第３の方向に進行するそれぞれの光ビームが出射されるスタッ
ク型光源と、
直交する対称な２つの反射平面を具備し、対称面をもった第１、第２の反射体と、
直交する対称な第１、第３の反射平面と、直交する対称な第２、第４の反射平面とを
具備し、第１及び第２の対称面をもった反射基本単位のＮ（Ｎは２以上の整数）個が前
記第１の方向に配列してなる第１、第２の反射素子と
を有し、
前記第１の反射体の対称面と前記第２の反射体の対称面とが一平面に配置され、前記第１の反射素子の前記第１〜第４の反射平面が前記一平面の一方の側で前記一平面に対向され、前記第２の反射素子の前記第１〜第４の反射平面が前記一平面の他方の側で前記一平面に対向され、前記第１、第２の反射素子の前記第１の対称面が、前記第１及び第２の方向とのなす平面に平行に配置され、前記第１、第２の反射素子の前記第２の対称面が、前記第３及び記第２の方向とのなす平面に平行に配置されており、前記第３の方向に沿う光軸と直交した断面における光ビームの光束パターンが、前記第１の方向に細長く、この光束パターンが前記第２の方向に少なくとも２つ形成されるように構成され、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行するそれぞれの光ビームが、
（Ａ）前記第１の反射体、前記第１の反射平面、第３の反射平面、及び、前記第２の反射体によって反射されると共に、（Ｂ）前記第１の反射体、前記第２の反射平面、第４の反射平面、及び、前記第２の反射体によって反射され、
前記第１の方向で前記第１、第２の反射素子によって２Ｎ個に分割され、
この分割された光ビームが前記第３の方向に平行な軸の周りに９０度回転されるように構成された、
光モジュール。
【請求項９】
前記第１の反射体の前記反射平面の面積をＳ１、前記第２の反射体の前記反射平面の面積Ｓ２とするとき、Ｓ２＜Ｓ１である、請求項８に記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記第１の反射体と前記第２の反射体とが連接され、前記第１の反射体と前記第２の反射体との連接面が前記第１の対称面に一致するように配置される、請求項８に記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記第１の反射平面と前記第４の反射平面との交線、及び、前記第２の反射平面と前記第３の反射平面との交線が、前記第１及び第２の方向のなす平面に平行であり、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面との交線、及び、前記第３の反射平面と前記第４の反射平面との交線が、前記第２及び第３の方向のなす平面に平行である、請求項８に記載の光モジュール。
【請求項１２】
前記第１の反射素子と前記第２の反射素子は、前記一平面に関して面対称な位置に配置された、請求項８に記載の光モジュール。
【請求項１３】
前記第１及び第２の反射体の前記反射平面、前記反射基本単位の前記第１〜第４の反射平面は、入射光の波長に関して所望の反射率を有するミラー面によって構成された、請求項８に記載の光モジュール。
【請求項１４】
前記スタック型光源から出射された光ビームを集光する第１の集光レンズ系を有する、請求項８に記載の光モジュール。
【請求項１５】
前記光路変換装置から出射された光ビームを集光する第２の集光レンズ系と、この集光レンズ系によって集光された光ビームが入射される光ファイバを有する、請求項８に記載の光モジュール。
【請求項１６】
前記光ビームがレーザ光である、請求項８に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次元配列された光源アレイを積層して形成されたスタック型光源から出射される光ビームの光路変換を行う光路変換装置及びこれを用いた光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、主としてレーザ加工（金属等の各種材料の切断、溶接、マーキング加工等）や医療目的に使用される高出力レーザモジュールが開発されている。高出力レーザモジュールは、半導体レーザが１次元配列されて形成された半導体レーザアレイ（リニアアレイ半導体レーザ、マルチストライプアレイ半導体レーザ、バーレーザ、レーザバーのように種々に表現されているが、本発明では主としてバーレーザの表現を使用することにする。）、或いは、この半導体レーザアレイの積層体（半導体レーザアレイスタック、スタックアレイ半導体レーザ、スタック型レーザ、レーザスタック、スタックレーザのように種々に表現されているが、本発明では主としてスタック型レーザの表現を使用することにする。）によるレーザ出射系とレーザ集光系から構成されている。
【０００３】
バーレーザは、半導体レーザ素子の発光層（活性層ストライプ）が１０本〜１００本程度１次元に直線的に配列されて構成された半導体レーザアレイであり、各半導体レーザのレーザ出射端からレーザが出射され、バーレーザのレーザ出射端面からは各レーザ出射端に対応して破線状に幅広いレーザが出射され、各レーザ出射端から出射されたレーザは集光系によって集光され、ＣＷ（Continuous Wave）で数十ワットの出力が得られるようになっている。また、スタック型レーザでは、更に、高出力を得ることができる。
【０００４】
バーレーザを構成する半導体レーザは、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＡｌＡｓ等の半導体によって構成され、８００ｎｍ帯、９００ｎｍ帯の発振波長を有し、半導体レーザのレーザ出射端（発光領域）は、例えば、横(幅)１００μｍ〜３００μｍ、縦１μｍ以下であり、バーレーザの幅は約１０ｍｍであり、放射されるレーザの放射角は縦方向で３０度〜４０度程度、横方向で１０度程度である。バーレーザから、幅（水平）方向が１００μｍ〜３００μｍ、縦（垂直）方向が１μｍ以下である、極端に扁平な形状の出射パターンを有するレーザが複数本出射される。
【０００５】
また、バーレーザは、例えば、１．５ｍｍ〜２ｍｍの発光ピッチ（積層方向における発光点の間隔、スタックピッチ）で積層され、スタック型レーザが構成される。
【０００６】
バーレーザ又はスタック型レーザ用いて高輝度の半導体レーザモジュールを実現するには、バーレーザ又はスタック型レーザを構成する各半導体レーザのレーザ出射端から出射された光を狭い領域に集光する必要がある。
【０００７】
バーレーザ又はスタック型レーザを構成する各半導体レーザのレーザ出射端から出射された光を集光する従来技術について、以下説明する。
【０００８】
「リニアアレイレーザダイオードに用いる光路変換器及びそれを用いたレーザ装置及びその製造方法」と題する特許文献１には、スリット状に放射される光線を受光して該光線の断面中の該スリットの方向を光軸に沿ってほぼ直角に旋回させて出射する光学素子を、複数、各光学素子の受光面と出射面をそれぞれ隣接してリニアに配列し、リニアアレイレーザダイオードの放射面に対応させた光路変換器、即ち、リニアアレイ半導体レーザのライン状をした各エミッタ、若しくは各エミッタ群から放射されるレーザビームのエミッタに対応する方向を光軸に沿ってほぼ直角に旋回させるように構成されている光路変換器の記載がある。
【０００９】
「ビーム整形装置」と題する特許文献２には、ビーム整形装置を通る複数の異なる伝搬経路を形成する複数の実質的に平行な反射面であって、各経路が前記反射面の間でそれぞれ異なる回数の反射を伴うところの反射面と、前記レーザ装置からのビームを受容し、そのビームを前記反射面に向けるための集光用光学機器と、前記反射面からの出力ビームを受容するための伝送用光学機器とを具備した、ビーム整形装置の記載がある。
【００１０】
「マイクロ光学装置」と題する特許文献３には、ビーム平行化光学系が第１のレーザビーム束の座標系のｚ方向に発散するストリップ状断面を有する個別レーザビームを平行化し、続いて偏向鏡装置が平行化されたストリップ状の個別レーザビームからなるレーザビーム束を第２のレーザビーム束に変換するマイクロ光学装置の記載がある。
【００１１】
「レーザビームの補正方法及び装置」と題する特許文献４には、並設した複数の導光板を備えた光路分割素子と光路変換素子を用いて、レーザビームの長手方向成分を一旦分割した状態にした後に集光するレーザビームの補正方法及び装置の記載がある。
【００１２】
「光路変換装置、光路変換装置の製造方法及びレーザモジュール」と題する特許文献５には、扁平な出射パターンのレーザビームを長手方向に分割し、分割したそれぞれのレーザビームを、光軸を中心に所定の角度回転させて再配置する第１の反射面群及び第２の反射面群を備える光路変換装置の記載がある。
【００１３】
「光路変換装置及びレーザモジュール」特許文献６と題する特許文献６には、一方向に長い発光部が長手方向に沿って２つ以上並ぶバーレーザ等の発光素子から出射された光を各々の発光部毎に光軸を中心として所定角度回転させるもので、バーレーザから出射される扁平な光を長手方向（幅方向）に分割し、分割した光を毎に短手方向（縦方向）に回転させる光路変換機能を有する光路変換装置の記載がある。
【００１４】
「半導体レーザ加工装置及び半導体レーザ加工方法」と題する特許文献７には、半導体レーザアレイスタックと、コリメータ光学系と、レーザビームを分割し且つ分割された各々のレーザビームを９０度回転させる機能を有しファーストアクシスとスローアクシスのレーザビームの拡がり角が入れ替わるマルチビームサーキュレータと、集光光学系とを備えた半導体レーザ加工装置の記載がある。
【００１５】
「半導体レーザ装置及びそれを用いた固体レーザ装置」と題する特許文献８には、レーザビームを放射する細長いエミッタが、複数、その長軸方向に直線的に並び、更に２次元的に配列したスタックアレイレーザダイオードと、各エミッタ、若しくは複数のエミッタからなるエミッタ群から放射されたレーザビームを、各スタック層毎にエミッタの長軸方向に対して垂直の方向に平行化（コリメート）する第１のコリメート素子と、１方向にのみ平行化されたレーザビームの各々のエミッタ若しくはエミッタ群の長軸方向をほぼ直角に旋回し、各層毎に梯子状に並列したレーザビームに変換して出力する第１のビーム変換器と、梯子状に並列したレーザビームの梯子の間隔を短縮し、各層毎に圧縮されたレーザビーム群に変換するビーム圧縮器と、圧縮された各レーザビーム群毎にその長軸方向をほぼ直角に旋回し、全てのレーザビームが梯子状に１列に並列したレーザビーム群に変換して出力する第２のビーム変換器と、第２のビーム変換器から出力されるレーザビームを前記エミッタ長軸に対応する方向に平行化する第２のコリメート素子と、２方向に平行化されたレーザビームを焦点に集光するフォーカシング素子とを備える半導体レーザ装置の記載がある。
【００１６】
【特許文献１】特許第３０７１３６０号明細書（段落００２１、段落００８１〜００８１、段落０１０４〜０１０６、図２５、図２６、図４２）
【特許文献２】特許第３５８９２９９号明細書（第６頁第７行〜第７頁第２５行、図２、図３、図６、図７）
【特許文献３】特許第２９９１９６８号明細書（特許請求の範囲）
【特許文献４】特許第３０９８２００号明細書（段落００１２、段落００４５）
【特許文献５】特開２００７−２４１０９６号公報（段落００１３、図１、図３、図４、図５、図６）
【特許文献６】特開２００６−３０３１６２号公報（段落０００８、段落００１９、図１）
【特許文献７】特開２００２−２３９７７３号公報（段落００１７、段落００３０、図４、図５、図７、図１１、図１２）
【特許文献８】ＷＯ２００２／０８２１６３号公報（第７頁第４９行〜第８頁第１１行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１、５に、扁平なレーザを幅方向に分割して縦方向に重ね合わせることによって狭い領域へ集光する技術として、プリズム等を利用して反射によりレーザを回転させる技術が記載されているが、特許文献１に記載された技術では、バーレーザの複数の発光部から出射した光が、互いに遅軸（Sloe axis）方向に重なり合う前に、光学素子に入射する必要があるため、速軸（Fast axis）方向に平行化するシリンドリカルレンズを透過後、直ちに９０度回転素子に導入する必要がある。従って、実質的にエミッタ毎に遅軸方向における放射角を低減するシリンドリカルレンズアレイを挿入することが困難であった。また、特許文献１に記載された技術のように、分割したレーザ光を９０度回転させる光学要素を発光部に対向して整列させる構成では、この光学要素の有効入射面の面積に制限がある。
【００１８】
バーレーザの各発光部から出射したレーザ光の全光束をこの光学要素の有効入射面に導くには、各発光部から出射した光の特に遅軸（水平）方向の幅を有効入射面の幅以下に必要がある。複数の発光部から出射し、互いに遅軸方向に重なり合った光束を入射する場合、光学要素の有効入射面を外れる成分が発生し、この有効入射面を外れる成分が損失となるため、集光効率が低下するという問題があった。
【００１９】
また、特許文献２に、扁平なレーザを幅方向に分割して縦方向に重ね合わせることによって狭い領域へ集光する技術として、レーザ毎に反射回数を異ならせて光路を重ね合わせる技術が記載されるが、光束毎の伝播距離が、ミラー内反射が多い光束ほど長くなり、光束毎に光路長が異なるという問題があった。また光学素子の体積が大きくなるという問題があった。更に、複数の発光部から出射し、互いに遅軸方向に重なり合った光束の場合、仮想の発光位置は光束の分割位置であり、ミラーが光軸に対して傾いているので、発光位置が順次光軸方向にずれることになり、このような発光位置のずれは、効率のよい集光の妨げとなるという問題があった。
【００２０】
また、扁平なレーザを幅方向に分割して縦方向に重ね合わせることによって狭い領域へ集光する技術として、特許文献３に、２回の反射でレーザの分割と再配置を行う技術が記載され、特許文献４に、レーザ毎に反射方向を異ならせて光路を重ね合わせる技術が記載されている。
【００２１】
特許文献３、４に記載された技術においても、特許文献２に記載の技術と同様に、仮想発光位置及び伝播距離が異なることにより、集光効率が低下するという問題、また、光学素子の体積が大きくなるという問題があった。
【００２２】
近年、複数のバーを間隔０．５ｍｍ〜３ｍｍでスタックさせた高出力半導体レーザが開発されており、スタック型高出力半導体レーザに対応する光路変換装置が望まれていた。
【００２３】
本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、少ない光学部品点数で構成することができ光を効率良く集光することができる光路変換装置、この光路変換装置を備え高出力の光を得ることができる光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
即ち、本発明は、直交する対称な２つの反射平面（後述の実施の形態におけるレーザ反射平面Ｐ１Ａ、Ｐ２Ａ；レーザ反射平面Ｐ１Ｂ、Ｐ２Ｂ）を具備し、対称面をもった第１、第２の反射体（後述の実施の形態における三角柱プリズム１３、１４）と、直交する対称な第１、第３の反射平面（後述の実施の形態におけるレーザ反射平面ＳＡ１、ＳＢ１）と、直交する対称な第２、第４の反射平面（後述の実施の形態におけるレーザ反射平面ＳＡ２、ＳＢ２）とを具備し、第１及び第２の対称面をもった反射基本単位（後述の実施の形態における九面体プリズム１５、１５’；七面体プリズム３５；１０面体の反射基本単位２５；九面体の反射基本単位４５、４５’）のＮ（Ｎは２以上の整数）個が第１の方向（後述の実施の形態におけるｘ方向）に配列してなる第１、第２の反射素子（後述の実施の形態における九面体プリズムが連接されたプリズム１５ａ、１５ｂ；七面体プリズムが連接されたプリズム３５ａ；１０面体の反射基本単位が連接された反射素子２５ａ；Ｖ字形状を有する金属製の反射素子２６ｂ；九面体の反射基本単位が接合された反射素子４５ａ、４５ｂ）とを有し、前記第１の反射体の対称面と前記第２の反射体の対称面とが一平面に配置され、前記第１の反射素子の前記第１〜第４の反射平面が前記一平面の一方の側で前記一平面に対向され、前記第１の反射素子の前記第１〜第４の反射平面が前記一平面の他方の側で前記一平面に対向され、前記第１、第２の反射素子の前記第１の対称面が、前記第１の方向とこれに直交する第２の方向（後述の実施の形態におけるｙ方向）とのなす平面に平行に配置され、前記第１、第１の反射素子の前記第２の対称面が、前記第１及び第２の方向に直交する第３の方向（後述の実施の形態におけるｚ方向）と前記第２の方向とのなす平面に平行に配置されており、前記第３の方向に沿う光軸と直交した断面における光ビームの光束パターン（後述の実施の形態における光束パターン４０）が前記第１の方向に細長く、この光束パターンが前記第２の方向に少なくとも２つ形成されるように構成され、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行するそれぞれの光ビームが、（Ａ）前記第１の反射体、前記第１の反射平面、第３の反射平面、及び、前記第２の反射体によって反射されると共に、（Ｂ）前記第１の反射体、前記第２の反射平面、第４の反射平面、及び、前記第２の反射体によって反射され、前記第１の方向で前記第１、第２の反射素子によって２Ｎ個に分割され、この分割された光ビームが前記第３の方向に平行な軸の周りに９０度回転されるように構成された、光路変換装置に係るものである。
【００２５】
また、本発明は、第１の方向に複数の光出射端（後述の実施の形態におけるレーザ出射端面２１）が配列された少なくとも２個の光源（後述の実施の形態におけるバーレーザ１０、１０ａ、１０ｂ）が、前記第１の方向に直交する第２の方向に積層され、前記第１及び第２の方向に直交する第３の方向に沿う光軸と直交した断面における光ビームの光束パターンが前記第１の方向に細長く、この光束パターンが前記第２の方向に少なくとも２つ形成されるように構成され、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行するそれぞれの光ビームが出射されるスタック型光源（後述の実施の形態におけるスタック型レーザ２０）と、直交する対称な２つの反射平面を具備し、対称面をもった第１、第２の反射体と、直交する対称な第１、第３の反射平面と、直交する対称な第２、第４の反射平面とを具備し、第１及び第２の対称面をもった反射基本単位のＮ（Ｎは２以上の整数）個が前記第１の方向に配列してなる第１、第２の反射素子とを有し、前記第１の反射体の対称面と前記第２の反射体の対称面とが一平面に配置され、前記第１の反射素子の前記第１〜第４の反射平面が前記一平面の一方の側で前記一平面に対向され、前記第２の反射素子の前記第１〜第４の反射平面が前記一平面の他方の側で前記一平面に対向され、前記第１、第２の反射素子の前記第１の対称面が、前記第１及び第２の方向とのなす平面に平行に配置され、前記第１、第２の反射素子の前記第２の対称面が、前記第３及び記第２の方向とのなす平面に平行に配置されており、前記第３の方向に沿う光軸と直交した断面における光ビームの光束パターンが、前記第１の方向に細長く、この光束パターンが前記第２の方向に少なくとも２つ形成されるように構成され、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行するそれぞれの光ビームが、（Ａ）前記第１の反射体、前記第１の反射平面、第３の反射平面、及び、前記第２の反射体によって反射されると共に、（Ｂ）前記第１の反射体、前記第２の反射平面、第４の反射平面、及び、前記第２の反射体によって反射され、前記第１の方向で前記第１、第２の反射素子によって２Ｎ個に分割され、この分割された光ビームが前記第３の方向に平行な軸の周りに９０度回転されるように構成された、光モジュールに係るものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の光路変換装置によれば、直交する対称な２つの反射平面を有し対称面をもった第１、第２の反射体と、直交する対称な第１、第３の反射平面と、直交する対称な第２、第４の反射平面とを有し、第１及び第２の対称面をもった反射基本単位のＮ（Ｎは２以上の整数）個を第１の方向に隙間なく連接して配列して構成した第１、第２の反射素子とによって、光路変換装置を構成するので、少ない光学部品点数で構成することができ、前記第１、第３の反射平面、及び、前記第２、第４の反射平面での反射を利用して、光の分割及び再配置を行うことによって、前記第１の方向で直線状又は破線状をなし、前記第２の方向に並ぶ光束パターンを、欠くこと無く分割して再配置することができ、有効開口をほぼ１００％にすることができ、また、分割されたそれぞれの光の分割位置から集光位置までの距離差を少なくできるので、分割して回転したそれぞれの光の集光点のずれを抑制することができ、光を効率良く集光することができる光路変換装置を提供することができる。
【００２７】
また、本発明によれば、スタック型光源から出射された光ビームを、少ない光学部品点数で構成することができる上述の光路変換装置によって、光を効率良く集光することができ、高出力の光得ることができる光モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の光路変換装置では、前記第１の反射体（後述の実施の形態における三角柱プリズム１３）の前記反射平面（後述の実施の形態におけるレーザ反射平面Ｐ１Ａ、Ｐ２Ａ）の面積をＳ１、前記第２の反射体（後述の実施の形態における三角柱プリズム１４）の前記反射平面（後述の実施の形態におけるレーザ反射平面Ｐ１Ｂ、Ｐ２Ｂ）の面積Ｓ２とするとき、Ｓ２＜Ｓ１である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記第３の方向に沿う光軸と直交した断面における光ビームの光束パターンが前記第１の方向に細長く、この光束パターンが前記第２の方向に少なくとも２つ形成されるように構成され、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行するそれぞれの光ビームが、前記第１の反射体によって、前記第１の方向で第１の群、第２の群の２群に分岐され、分岐された第１の群の光ビームは前記第１の反射素子によって、分岐された第２の群の光ビームは前記第２の反射素子によってそれぞれ、２Ｎ個に分割され、この分割された光ビームが前記第３の方向に平行な軸の周りに９０度回転され、次いで、前記第２の反射体に入射され、光出射方向が、前記第２の反射体によって、光路変換装置への光入射方向と同じ方向とすることができ、２Ｎ個に分割され、９０度回転された第１の群、第２の群に対応する光ビームを、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行する２群の光ビームに変換することができ、この２群の光ビームの間隔を、光路変換装置に入射される第１の群、第２の群の光ビームの間隔より小さくすることができ、少ない光学部品点数で構成された光路変換装置によって、光を効率良く集光することができる。
【００２９】
また、前記第１の反射体と前記第２の反射体とが連接され、前記第１の反射体と前記第２の反射体との連接面が前記第１の対称面に一致するように配置される構成とするのがよい。このような構成によれば、前記第１の反射体と前記第２の反射体との連接面が前記反射基本単位の前記第１の対称面に一致するように配置するので、上記の連接面が前記第１の対称面に一致していない場合に比較して、上述した２群の光ビームの間隔を、光路変換装置に入射される第１の群、第２の群の光ビームの間隔より更に小さくすることができ、光をより効率良く集光することができる。
【００３０】
また、前記第１の反射平面と前記第４の反射平面との交線、及び、前記第２の反射平面と前記第３の反射平面との交線が、前記第１及び第２の方向のなす平面に平行であり、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面との交線、及び、前記第３の反射平面と前記第４の反射平面との交線が、前記第２及び第３の方向のなす平面に平行である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記第１から前記第４の反射平面が辺で連接され１点で連接されて形成された前記反射基本単位の前記第１の対称面の上に、前記第１の反射平面と前記第４の反射平面との交線、及び、前記第２の反射平面と前記第３の反射平面との交線があり、前記第１の対称面は前記第１及び第２の方向のなす平面に平行であり、前記第２の対称面の上に、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面との交線、及び、前記第３の反射平面と前記第４の反射平面との交線があり、前記第２の対称面は前記第２及び第３の方向のなす平面に平行であるので、光をより効率良く集光することができる。
【００３１】
前記第１の反射素子と前記第２の反射素子は、前記一平面に関して面対称な位置に配置された構成とするのがよい。このような構成によれば、前記一平面の一方の側及び他方の側において、光路変換装置を進行する光の光路長を略等しくすることができ、光をより効率良く集光することができる。
【００３２】
また、前記第１及び第２の反射体の前記反射平面、前記反射基本単位の前記第１〜第４の反射平面は、入射光の波長に関して所望の反射率を有するミラー面によって構成されるのがよい。このような構成によれば、前記第１及び第２の反射体の前記反射平面、前記反射基本単位の前記第１〜第４の反射平面の反射率を、光路変換装置で光路変換する光の波長に最も好適な反射率とすることができ、上記の各反射平面における反射ロスを小さくでき、光をより効率良く集光することができる。
【００３３】
また、前記光ビームがレーザ光である構成とするのがよい。このような構成によれば、レーザ光を効率良く集光することができる。
【００３４】
本発明の光モジュールでは、前記第１の反射体の前記反射平面の面積をＳ１、前記第２の反射体の前記反射平面の面積Ｓ２とするとき、Ｓ２＜Ｓ１である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記第３の方向に沿う光軸と直交した断面における光ビームの光束パターンが前記第１の方向に細長く、この光束パターンが前記第２の方向に少なくとも２つ形成されるように構成され、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行するそれぞれの光ビームが、前記第１の反射体によって、前記第１の方向で第１の群、第２の群の２群に分岐され、分岐された第１の群の光ビームは前記第１の反射素子によって、分岐された第２の群の光ビームは前記第２の反射素子によってそれぞれ、２Ｎ個に分割され、この分割された光ビームが前記第３の方向に平行な軸の周りに９０度回転され、次いで、前記第２の反射体に入射され、光出射方向が、前記第２の反射体によって、光路変換装置への光入射方向と同じ方向とすることができ、２Ｎ個に分割され、９０度回転された第１の群、第２の群に対応する光ビームを、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行する２群の光ビームに変換することができ、この２群の光ビームの間隔を、光路変換装置に入射される第１の群、第２の群の光ビームの間隔より小さくすることができ、スタック型光源から出射された光ビームを、少ない光学部品点数で構成することができる前記光路変換装置によって、光を効率良く集光することができ、高出力の光を得ることができる。
【００３５】
また、前記第１の反射体と前記第２の反射体とが連接され、前記第１の反射体と前記第２の反射体との連接面が前記第１の対称面に一致するように配置される構成とするのがよい。このような構成によれば、前記第１の反射体と前記第２の反射体との連接面が前記反射基本単位の前記第１の対称面に一致するように配置するので、上記の連接面が前記第１の対称面に一致していない場合に比較して、上述した２群の光ビームの間隔を、光路変換装置に入射される第１の群、第２の群の光ビームの間隔より更に小さくすることができ、スタック型光源から出射された光ビームを、光を効率良く集光することができ、高出力の光を得ることができる。
【００３６】
また、前記第１の反射平面と前記第４の反射平面との交線、及び、前記第２の反射平面と前記第３の反射平面との交線が、前記第１及び第２の方向のなす平面に平行であり、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面との交線、及び、前記第３の反射平面と前記第４の反射平面との交線が、前記第２及び第３の方向のなす平面に平行である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記第１から前記第４の反射平面が辺で連接され１点で連接されて形成された前記反射基本単位の前記第１の対称面の上に、前記第１の反射平面と前記第４の反射平面との交線、及び、前記第２の反射平面と前記第３の反射平面との交線があり、前記第１の対称面は前記第１及び第２の方向のなす平面に平行であり、前記第２の対称面の上に、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面との交線、及び、前記第３の反射平面と前記第４の反射平面との交線があり、前記第２の対称面は前記第２及び第３の方向のなす平面に平行であるので、前記スタック型光源の前記光出射端の配置の対称性に対応させて、前記光路変換装置を構成する前記第１及び第２の反射素子を配置する構成とするので、前記スタック型光源から出射された光ビームを、光を効率良く集光することができ、高出力の光を得ることができる。
【００３７】
また、前記第１の反射素子と前記第２の反射素子は、前記一平面に関して面対称な位置に配置された構成とするのがよい。このような構成によれば、前記スタック型光源の前記光出射端の配置の対称性に対応させて、前記光路変換装置を構成する前記第１及び第２の反射体、前記第１及び第２の反射素子を配置する構成とするので、前記一平面の一方の側及び他方の側において、光路変換装置を進行する光の光路長を略等しくすることができ、光をより効率良く集光することができ、高出力の光を得ることができる。
【００３８】
また、前記第１及び第２の反射体の前記反射平面、前記反射基本単位の前記第１〜第４の反射平面は、入射光の波長に関して所望の反射率を有するミラー面によって構成されるのがよい。このような構成によれば、前記光路変換装置を構成する前記第１及び第２の反射体の前記反射平面、前記反射基本単位の前記第１〜第４の反射平面の反射率を、前記光路変換装置で光路変換する光の波長に最も好適な反射率とすることができ、上記の各反射平面における反射ロスを小さくでき、光をより効率良く集光することができ、高出力の光を得ることができる。
【００３９】
また、前記スタック型光源から出射された光ビームを集光する第１の集光レンズ系（後述の実施の形態におけるＦＡＣレンズ１１ａ、１１ｂ、ＳＡＣレンズ１２ａ、１２ｂ）を有する構成とするのがよい。このような構成によれば、前記第１の集光レンズ系によって前記スタック型光源から出射された光ビームを集光するので、光をより効率良く集光することができ、高出力の光を得ることができる。
【００４０】
また、前記光路変換装置から出射された光ビームを集光する第２の集光レンズ系（後述の実施の形態におけるシリンドリカルレンズ１６、フォーカスレンズ１７）と、この集光レンズ系によって集光された光ビームが入射される光ファイバ（後述の実施の形態における光ファイバ１８）を有する構成とするのがよい。このような構成によれば、前記第２の集光レンズ系によって前記光路変換装置から出射された光ビームを集光して、前記光ファイバに導光するので、光をより効率良く集光することができ、高出力の光を得ることができる。
【００４１】
また、前記光ビームがレーザ光である構成とするのがよい。このような構成によれば、光をより効率良く集光することができ、高出力のレーザを得ることができるレーザモジュールを提供することができる。
【００４２】
また、前記第１の反射体と前記第２の反射体とが連接され、前記第１の反射体と前記第２の反射体との連接面が前記第１の対称面に一致するように配置され、前記第２の方向（後述の実施の形態におけるｙ方向）における前記光出射端面（後述の実施の形態におけるレーザ出射端面２１）の配列間隔（ピッチ）をｐ、前記第２の方向に前記光源が２個積層されそのそれぞれから出射された光ビームが、前記第１の集光レンズ系（後述の実施の形態におけるＦＡＣレンズ１１ａ、１１ｂ、ＳＡＣレンズ１２ａ、１２ｂ）によって、コリメートされた前記第２の方向における光ビームの幅をＷとするとき、前記第１の反射体（後述の実施の形態における三角柱プリズム１３）の前記第２の方向における長さをＬ１とし、前記第２の反射体（後述の実施の形態における三角柱プリズム１４）の前記第２の方向における長さをＬ２とするとき、Ｌ１＝ｐ＋Ｗ、Ｌ２＝Ｗとする構成とするのがよい。このような構成によれば、前記第３の方向に沿う光軸と直交した断面における光ビームの光束パターンが前記第１の方向に細長く、この光束パターンが前記第２の方向に２つ形成されるように構成され、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行するそれぞれの光ビームが、前記第１の反射体によって、前記第１の方向で第１の群、第２の群の２群に分岐され、分岐された第１の群の光ビームは前記第１の反射素子によって、分岐された第２の群の光ビームは前記第２の反射素子によってそれぞれ、２Ｎ個に分割され、この分割された光ビームが前記第３の方向に平行な軸の周りに９０度回転され、次いで、前記第２の反射体に入射され、光出射方向が、前記第２の反射体によって、光路変換装置への光入射方向と同じ方向とすることができ、２Ｎ個に分割され、９０度回転された第１の群、第２の群に対応する光ビームを、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行する２群の光ビームに変換することができ、この２群の光ビームの間隔をＬ２＝２Ｗとすることができ、光路変換装置に入射される第１の群、第２の群の光ビームの間隔（Ｌ１＝ｐ＋Ｗ）より小さくすることができ、スタック型光源から出射された光ビームを、少ない光学部品点数で構成することができる前記光路変換装置によって、光を効率良く集光することができ、高出力の光を得ることができる。
【００４３】
また、複数個の前記光源のうちｉ個が前記一平面の一方の側に配置され、複数個の前記光源のうち同じくｉ個が前記一平面の他方の側に配置され、前記第１の反射体と前記第２の反射体とが連接され、前記第１の反射体と前記第２の反射体との連接面が前記第１の対称面に一致するように配置され、前記第２の方向における前記光出射端面の配列間隔（ピッチ）をｐ、前記第２方向に積層された複数個の前記光源のそれぞれから出射された光ビームが、前記第１の集光レンズ系によって、コリメートされた前記第２の方向における光ビームの幅をＷとするとき、前記第１の反射体の前記第２の方向における長さをＬ１とし、前記第２の反射体の前記第２の方向における長さをＬ２とするとき、Ｌ１＝（２ｉ−１）ｐ＋Ｗ、Ｌ２＝（２ｉ−２）ｐ＋２Ｗとする構成とするのがよい。このような構成によれば、前記第３の方向に沿う光軸と直交した断面における光ビームの光束パターンが前記第１の方向に細長く、この光束パターンが前記第２の方向に（２ｉ）個形成されるように構成され、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行するそれぞれの光ビームが、前記第１の反射体によって、前記第１の方向でｉ個の光ビームからなる第１の群、ｉ個の光ビームからなる第２の群の２群に分岐され、分岐された第１の群の光ビームは前記第１の反射素子によって、分岐された第２の群の光ビームは前記第２の反射素子によってそれぞれ、２Ｎ個に分割され、この分割された光ビームが前記第３の方向に平行な軸の周りに９０度回転され、次いで、前記第２の反射体に入射され、光出射方向が、前記第２の反射体によって、光路変換装置への光入射方向と同じ方向とすることができ、２Ｎ個に分割され、９０度回転された第１の群、第２の群に対応する光ビームを、前記第２の方向に並列して前記第３の方向に進行する２群の光ビームに変換することができ、この２群の光ビームの間隔をＬ２＝（２ｉ−２）ｐ＋２Ｗとすることができ、光路変換装置に入射される第１の群、第２の群の光ビームの間隔（Ｌ１＝（２ｉ−１）ｐ＋Ｗ）より小さくすることができ、スタック型光源から出射された光ビームを、少ない光学部品点数で構成することができる前記光路変換装置によって、光を効率良く集光することができ、高出力の光を得ることができる。ただしｐ＞Ｗである。
【００４４】
本発明に係り、一方向に光出射端が配置された光源（発光素子）として、代表的には、例えば、ストライプ状の活性層の発光端面が一方向に配列された半導体レーザアレイ（バーレーザ）があり、一方向に光出射端が配置された光源が、上記の一方向と直交する方向に積層されたスタック型光源として、代表的には、上記の一方向と直交する方向にバーレーザが積層されたスタック型レーザがある。以下、スタック型光源の代表例としてスタック型レーザをとって、これを構成する各バーレーザから出射されたレーザの光路を変更する光路変換装置、及び、これを用いた光モジュールの代表例としてレーザモジュールについて、以下説明する。
【００４５】
本発明よる光路変換装置を構成する第１、第２の反射素子の各反射素子は、第１から第４の反射平面をもった複数個の反射基本単位が、１つの面で接合又は密着されて遅軸方向に配列され構成されている。反射基本単位において、第１の反射平面と第３の反射平面は直交し、第２の反射平面と第４の反射平面は直交している。
【００４６】
なお、以下の説明では、「接合又は密着」を、単に、「連接」と表わし、「１つの面で接合又は密着されて配置される」ことを「１つの面で連接され配置される」、「五角形をなす平面が接合又は密着される」ことを「五角形をなす平面が連接される」のように表わす。
【００４７】
入射角θで第１の反射平面に入射されたレーザは進行方向が２θ変更され、入射角（９０度−θ）で第３の反射平面に入射され反射され、進行方向が（１８０度−２θ）変更され、同様に、入射角θで第２の反射平面に入射されたレーザは進行方向が２θ変更され、入射角（９０度−θ）で第４の反射平面に入射され反射され、進行方向が（１８０度−２θ）変更される。このように、第１、第２の反射平面に入射されたレーザはそれぞれ、第３、第４の反射平面から出射され、第１、第２の反射平面への入射方向と同じ方向に出射されていく（再帰性反射と呼ばれる。）。
【００４８】
本発明よる光路変換装置は、直交する対称な２つの反射平面を有する第１、第２の反射体と、４つの反射平面を有する第１、第２の反射素子とから構成され、第１の反射体の反射平面と第２の反射体の反射平面、第１の反射素子の４つの反射平面と第２の反射素子の４つの反射平面はそれぞれ、同一平面に対して対称となるように配置され、この同一平面の一方及び他方の側に配置された第１、第２の反射体、第１、第２の反射素子の反射平面によって、この同一平面の一方及び他方の側で並行して光路変換を行うことができ、集光効率が良好であり、コンパクトな構成を有している。
【００４９】
本発明よるレーザモジュールは、バーレーザが積層されたスタック型レーザから放射されたレーザを、前段の集光レンズ系によって集光し、光路変換装置によって光路変化して、後段の集光レンズ系によって集光して、光ファイバに導くことができ、集光効率が良好であり、コンパクトな構成によって、高出力のレーザを得ることができる。
【００５０】
本発明による光路変換装置は、第１の反射体、第２の反射体、第１の反射素子、第２の反射素子によって構成され、スタック型レーザを構成する各バーレーザから出射された、遅軸方向（第１の方向）に線分が破線状に直列したレーザ、又は、遅軸方向にほぼ連続した直線状のレーザを、第１の反射体によって、スタック型レーザから出射されたレーザを２群のバーレーザに対応させて分岐して、分岐されたレーザを第１の反射素子、第２の反射素子によって、遅軸方向で複数に分割して、分割されたレーザをそれぞれの光軸（遅軸方向及び速軸方向（第２の方向）に直交する第３の方向）の回りに９０度回転させ、次いで、第２の反射体に入射され、第２の反射体によって、レーザの出射方向は、光路変換装置へのレーザの入射方向と同じ方向に変更される。
【００５１】
本発明による光モジュールは、スタック型レーザ、前段の集光レンズ系、光路変換装置、後段の集光レンズ系、光ファイバから構成され、スタック型レーザから出射されたレーザは、前段の集光レンズ系によってコリメートされ第３の方向に進行し、第１の反射体の２つの反射平面に分岐されて入射され反射され、第１及び第２の反射素子の第１及び第２の反射平面へ入射され、第１及び第２の反射素子へ入射されたレーザは、（１）第１の反射平面に入射されたレーザは反射され第３の反射平面へ入射され、（２）第２の反射平面に入射されたレーザは反射され第４の反射平面へと入射され、この結果、第１及び第２の反射素子へ入射されたレーザはそれぞれ、１組をなす第１から第４の反射平面によって２つに分割され、分割されたレーザはそれぞれ第２の反射体の２つの反射平面に入射され、第３の方向に出射され進行する。上述したように、光路変換装置によって分割され、９０度回転された第３の方向に進行するレーザは、後段の集光レンズ系によって集光され、光ファイバへ導光される。
【００５２】
なお、第１の反射体、第２の反射体はそれぞれ、所定の形状を有する直交する対称面を有し、第１の反射体は、直交する対称な２面の外面を反射平面として有し、第２の反射体は、直交する対称な２面の外面を反射平面として有している。第１の反射体の２つの反射平面の交線と、第２の反射体の２つの反射平面の交線が一平面に置かれるように、即ち、第１の反射体、第２の反射体のそれぞれの対称面が上記一平面に一致するように配置される。
【００５３】
第１、第２の反射体のそれぞれの２つの反射面として、反射鏡（ミラー）を使用することができ、対称となるように２つの反射鏡を直交させて連接して、第１、第２の反射体を形成することができ、また、第１、第２の反射体として、外面が反射処理され反射鏡（ミラー）とされ、断面が直角二等辺三角形をなす三角柱プリズム等を使用することができる。
【００５４】
第１、第２の反射素子は次のような構成を有している。所定の形状を有し、直交する対称な第１、第３の反射平面、及び、直交する対称な第２、第４の反射平面を有し、第１の反射平面と第３の反射平面、及び、第２の反射平面と第４の反射平面がそれぞれ直交し、第１から第４の反射平面が１点で連接され、第１の反射平面と第２の反射平面、第２の反射平面と第３の反射平面、第３の反射平面と第４の反射平面、及び、第１の反射平面と第４の反射平面がそれぞれ連接されて形成された反射基本単位が、第１の方向に連接され、第１、第２の反射素子が形成されている。
【００５５】
第１、第２の反射素子のそれぞれの４つの反射面として、反射鏡（ミラー）を使用することができ、第１の反射鏡と第３の反射鏡とが対称となるように直交させて連接し、第２の反射鏡と第４の反射鏡とが対称となるように直交させて連接し、しかも、第１の反射鏡と第２の反射鏡、第２の反射鏡と第３の反射鏡、第３の反射鏡と第４の反射鏡、第４の反射鏡と第１の反射鏡がそれぞれ一辺を共有し、更に、第１から第４の反射鏡が一点を共有するように、第１から第４の反射鏡を連接することによって、第１、第２の反射素子を構成する反射基本単位を形成することができる。この反射基本単位を一方向に連接することによって、第１、第２の反射素子を形成することができる。
【００５６】
また、レーザを透過させる一面とこれに対向する４面が反射処理され反射鏡（ミラー）とされ、レーザを透過させる一面からレーザが入射され、この一面とこれに対向する４面でレーザが反射され、再び、この一面からレーザが入射方向と平行な方向に出射されるよう構成された、即ち、対向する４面が上記の第１から第４の反射鏡の位置関係を保持するように形成された、多面体プリズム等を使用することができる。
【００５７】
なお、第１、第２の反射体、及び、第１、第２の反射素子を形成する反射平面は、バーレーザから放射されるレーザの波長に対して十分な反射率をもつ誘電体多層膜や金属膜によって、反射処理され反射鏡（ミラー）とされる。
【００５８】
以下、図面を参照しながら本発明による実施の形態について詳細に説明する。
【００５９】
第１の実施の形態
本実施の形態による光路変換装置は、２つのバーレーザが積層されてなるスタック型レーザから出射された２列のレーザ光束を、列毎にレーザ光束を分割し９０度回転させて再配置を行うことによって、再配置されたレーザ光束を隙間なく配列させる機能を有し、これによって、レーザ光密度を上げることができる。この光路変換装置を用いたレーザモジュールでは、スタック型レーザから出射された細長い扁平なパターンの光を、効率良く１つのスポットに集光することができる。
【００６０】
図１は、本発明の第１の実施の形態における、光路変換装置３０及びこれを用いたレーザモジュールの構成を説明する図であり、図１（Ａ）は斜視図、図１（Ｂ）は平面図（ｙ方向から見た図）、図１（Ｃ）は正面図（ｘ方向から見た図）である。
【００６１】
図２は、本発明の第１の実施の形態における、バーレーザ１０及びこれらを積層して構成されたスタック型レーザの構成を説明する図であり、図２（Ａ）はバーレーザの構成を説明する斜視図、図２（Ｂ）はスタック型レーザの構成を説明する図である。
【００６２】
先ず、光源の構成について説明するが、図示を簡単とするために、図２に示すバーレーザでは、５つの導体レーザ素子がｘ方向に所定のピッチで分離して配置され、出射端面２１から放射されるレーザ２２を５個の例を示している。
【００６３】
図２（Ａ）に示すように、バーレーザ１０は、ストライプ状の活性層をもつ複数の半導体レーザが１次元配列されてチップに形成されており、活性層のレーザ出射端面（発光端面、発光部とも言う。）２１は、所定のピッチで直線状に配列されている。活性層の厚さ方向、幅方向の光軸はそれぞれ、ファーストアクシス（速軸、Fast axis）、スローアクシス（遅軸、Slow Axis）と呼ばれている。
【００６４】
図２に示す例では、遅軸はｘ軸、速軸はｙ軸である。出射端面２１は、例えば、遅軸方向で幅１００μｍ、速軸方向で約１μｍの大きさを有し、２００μｍのピッチで遅軸方向に５０個配置されており、バーレーザは遅軸方向で約１０ｍｍの大きさをもち、チップからの発熱を放熱させる水冷又は空冷構造のヒートシンク（図示せず。）にチップをマウントするため、バーレーザは速軸方向で約２ｍｍである。
【００６５】
出射端面２１におけるレーザ径は、活性層の大きさに相当し、速軸方向で約１μｍ、遅軸方向で約１００μｍとなる。出射端面２１から放射されるレーザ２２の垂直方向（速軸方向）、水平方向（遅軸方向）における放射角（広がり角（全角））θV、θHはそれぞれ、例えば、約３５度、約１０度である。各出射端面から放射されたレーザ２２は、遅軸及び速軸方向に直交する軸方向（図２ではｚ軸方向）における出射端面からの距離によって、又は、出射端面２１の大きさと配列ピッチによって、隣接する出射端面から出射されたレーザと重なり合う程度が異なるので、重なりの程度によって、遅軸方向に線分が破線状に直列したレーザ、又は、遅軸方向にほぼ連続した直線状のレーザが、バーレーザから出射されることになる。例えば、出射端面からの距離が大であり、重なりの程度が大となる場合には、遅軸方向に幅約１０ｍｍを有し、ほぼ連続した直線状のレーザがバーレーザから出射されることになる。
【００６６】
図２（Ａ）に示すバーレーザ１０では、５つの導体レーザ素子がｘ方向に所定のピッチで分離して配置され、共通の半導体基板に形成されている。例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板に、ｎ型バッファ層、ｎ型クラッド層、活性層（多重量子井戸活性層）、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層が積層され、ｐ型コンタクト層にｐ型電極層が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板の背面にｎ型電極層が形成されており、活性層の構成によって定まる所定の波長の光を放射する。バーレーザ１０は、上記の半導体基板がマウントされ、発熱を放熱させる水冷又は空冷構造のヒートシンク（図示せず。）を含んでいる。
【００６７】
スタック型レーザは、複数のバーレーザが半導体レーザ素子の配列方向（ｘ方向）及びレーザの出射方向（ｚ方向）の双方に垂直な方向（ｙ方向）に積層され、半導体レーザ素子が２次元に配置された積層体として構成されたものであり、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示す例では、２つ、４つのバーレーザが積層されたスタック型レーザを示している。
【００６８】
図２（Ａ）、図２（Ｃ）に示すように、スタック型レーザ２０はバーレーザ１０が速軸方向に複数積層されたものであり、例えば、バーレーザ１０が速軸方向に積層されるスタックピッチは、上述のようにヒートシンク構造の存在のため約２ｍｍである。図２（Ｂ）、図２（Ｃ）におけるスタック（積層）数はそれぞれ、２、４である。スタック型レーザ２０からは、バーレーザ１０のスタック数だけｙ方向で並列し、ｘ方向でほぼ連続した直線状のレーザが、バーレーザ１０のスタック数だけｙ方向で並列して、ｚ方向に出射される。
【００６９】
図１に示すように、バーレーザ１０ａ、１０ｂの発光部から放射され、各発光部に対応した破線状にｘ方向で幅広いレーザは、前段の集光レンズ系によって集光され、光路変換装置３０に入射され光路変換され、光路変換されたレーザは、後段の集光レンズ系（シリンドリカルレンズ１６、フォーカスレンズ１７）によって集光され、光ファイバ１８に導光される。
【００７０】
図１に示すように、本実施の形態による光モジュールは、スタック型レーザ、前段の集光レンズ系、光路変換装置３０、後段の集光レンズ系、光ファイバ１８から構成され、各構成要素の中心を結ぶ光学軸（以下、光モジュールの光学軸という。）を含む面（ｘ方向とｚ方向のなす平面）に平行な面（以下、光モジュールの対称面という。）に関して対称に配置されている。
【００７１】
図１に示す例では、本実施の形態による光モジュールの光源であるスタック型レーザは、図２（Ｂ）に示す構成と同じように、２つのバーレーザ１０ａ、１０ｂの積層体として構成されており、バーレーザ１０ａ、１０ｂは、１０個の半導体レーザ素子が１次元配列され形成された半導体レーザである。
【００７２】
バーレーザ１０ａ、１０ｂが積層されたスタック型レーザは、一方のバーレーザ１０ａと他方のバーレーザ１０ｂが光モジュールの対称面に関して対称な配置され、２つのバーレーザ１０ａ、１０ｂの各発光部が光モジュールの対称面に対称な位置となるように配置されている。なお、奇数の場合には、スタック型レーザを構成するバーレーザの数が奇数ｎ＝２ｍ＋１（ｍ：１以上の整数とする。）の場合には、バーレーザを２群に分けて光モジュールの対称面の一方及び他方の側に配置し、ｍ個のバーレーザは光モジュールの対称面に関して対称な位置に配置される。
【００７３】
バーレーザ１０ａの各発光部から放射されたレーザは、第１のプリズム（第１の反射体）１３の一方の側の反射平面、光モジュールの対称面の一方の側に配置された第３のプリズム（第１の反射素子）１５ａ、第２のプリズム（第２の反射体）１４の一方の側の反射平面によって光路変換され、バーレーザ１０ｂの各発光部から放射されたレーザは、第１のプリズム１３の他方の側の反射平面、光モジュールの対称面の他方の側に配置された第４のプリズム（第２の反射素子）１５ｂ、第２のプリズム１４の他方の側の反射平面によって光路変換され、光モジュールの対称面の一方及び他方の側で並行して光路変換されたレーザは、後段の集光レンズ系（シリンドリカルレンズ１６、フォーカスレンズ１７）によって集光され、光ファイバ１８に導光される。第３のプリズム１５ａ、第４のプリズム１５ｂは、光モジュールの対称面に関して対称である。
【００７４】
バーレーザ１０ａ、１０ｂの発光部から放射され、前段の集光レンズ系によって集光されたレーザによる光束パターン４０は、図１（Ａ）の（Ａ１）に示すように、ｘ方向で直線状又は破線状をなし、ｙ方向での２列の光列に対応する。この光列は、光路変換装置３０に入射され、分割されそれぞれがｚ軸の回りに光軸が９０度回転され、光路変換され出射される。この出射されたレーザによる光束パターン５０は、図１（Ａ）の（Ａ２）に示すように、バーレーザ１０ａからのレーザが１０個に分割されそれぞれが９０度回転されｘ方向に並ぶ光列と、バーレーザ１０ｂからのレーザが１０個に分割されそれぞれが９０度回転されｘ方向に並ぶ光列とが、ｙ方向で非常に近接した２列の光列に対応する。この光列は、後段の集光レンズ系によって集光されたレーザの光束パターンは、図１（Ａ）の（Ａ３）に示すように、光束パターン５０がｘ方向及びｙ方向に縮小された微小にスポットとなり、光ファイバ１８に導かれる。
【００７５】
図１に示す光路変換装置３０は、直交する対称な２つの反射平面をもつ前段の三角柱プリズム（第１の反射体）１３、直交する対称な２つの反射平面をもつ後段の三角柱プリズム（第２の反射体）１４、第１から第４の反射平面をもつ九面体プリズム（反射基本単位）の５個が連接されたプリズム（第１の反射素子、第２の反射素子）１５ａ、１５ｂによって構成される。
【００７６】
三角柱プリズム１３、１４はそれぞれ、ｘ方向とｚ方向のなす平面に平行な平面に関して対称であり、三角柱プリズム１３、１４のそれぞれの対称面が一平面（即ち、光モジュールの対称面である。）に配置され、三角柱プリズム１３、１４のそれぞれの直角をなす部分の稜線の間で、三角柱プリズム１３と三角柱プリズム１４は連接されている。三角柱プリズム１３の反射平面の面積をＳ１、三角柱プリズム１４の反射平面の面積Ｓ２とするとき、Ｓ２＜Ｓ１である。
【００７７】
プリズム１５ａ、１５ｂはそれぞれ、ｘ方向とｙ方向のなす平面に平行な平面に関して対称となる対称面（第１の対称面）、及び、ｙ方向とｚ方向のなす平面に平行な平面に関して対称となる対称面（第２の対称面）を有しており、この２つの対称面は直交している。プリズム１５ａ、１５ｂの対称面（第１の対称面）は、ｘ方向とｙ方向のなす平面に平行な同じ平面に配置され、プリズム１５ａ、１５ｂの対称面（第２の対称面）は、ｙ方向とｚ方向のなす平面に平行な同じ平面に配置される。プリズム１５ａとプリズム１５ｂは、ｘ方向とｚ方向のなす平面に平行な平面（即ち、光モジュールの対称面）に関して対称な位置に配置することは必須ではないが、対称な位置に配置することによって、光路長を略等しくすることができ、集光効率より向上させることができるので、対称な位置に配置することが望ましい。
【００７８】
プリズム１５ａとプリズム１５ｂが連接する面は、三角柱プリズム１３、１４のそれぞれの対称面が配置される上記の一平面（即ち、光モジュールの対称面である。）と直交しており、この連接する面、プリズム１５ａ、１５ｂの対称面（第１の対称面）の３つの面が同じ平面となるように、三角柱プリズム１３、１４、プリズム１５ａ、１５ｂがそれぞれ配置される。
【００７９】
スタック型レーザを構成する各バーレーザ１０ａ、１０ｂから出射された、ｘ方向（遅軸方向、第１の方向）に線分が破線状に直列したレーザは、ＦＡＣ（fast axis collimating）レンズ１１ａ、１１ｂ、ＳＡＣ（Slow axis collimating）レンズ１２ａ、１２ｂから構成された前段の集光レンズ系（第１の集光レンズ系）によってそれぞれ、ｙ方向、ｘ方向において略平行化し集光される。図１（Ａ）の（Ａ１）に示すように、前段の集光レンズ系によって集光された光束パターン（ｚ＝Ｚ１でＶ１の視点から見たパターンである。）４０は、バーレーザ１０ａ、バーレーザ１０ｂからそれぞれ出射されｘ方向及びｙ方向で収束された直線状のレーザからなっている。
【００８０】
前段の集光レンズ系によって集光されたレーザを、三角柱プリズム１３に入射させ、三角柱プリズム１３によって、バーレーザ１０ａ、１０ｂに対応させて２つに分岐して、分岐された２つのレーザをそれぞれプリズム１５ａ、１５ｂに入射させて、プリズム１５ａ、１５ｂによってそれぞれ、レーザをｘ方向で複数に分割して、分割されたレーザをそれぞれの光軸（ｚ方向）の回りに９０度回転させて、三角柱プリズム１４に入射させる。プリズム１５ａ、１５ｂから出射されたレーザはそれぞれ、三角柱プリズム１４によって、出射方向が光路変換装置３０へのレーザの入射方向と同じ方向とされ、光路変換装置３０から、分割され、９０度回転されたレーザが、上記の分岐された２つのレーザに対応して、スタック型レーザを構成するバーレーザのレーザ出射端面のｙ方向での配列ピッチよりも小さな間隔で出射され、図１（Ａ）の（Ａ２）に示すように、光束パターン（ｚ＝Ｚ２でＶ２の視点から見たパターンである。）５０は、バーレーザ１０ａ、１０ｂからそれぞれ出射され、光路変換装置３０によって分割され、９０度回転されたレーザの示すパターンであり、バーレーザ１０ａ、１０ｂに由来するレーザの間隔は、バーレーザ１０ａ、１０ｂのレーザ出射端面のｙ方向での配列ピッチよりも小さな間隔になっている。
【００８１】
光路変換装置３０から出射されたレーザは、シリンドリカルレンズ１６、フォーカスレンズ１７によって構成された後段の集光レンズ系（第２の集光レンズ系）によってそれぞれ、ｙ方向、ｘ及びｙ方向において集光され、図１（Ａ）の（Ａ３）に示すように、図１（Ａ）の（Ａ２）に示す光束パターン５０がｘ方向、ｙ方向で集光された光束パターン（ｚ＝Ｚ３（光ファイバ１８の光入射端の近傍の位置）でＶ３の視点から見たパターンである。）となって、光ファイバ１８に導光される。
【００８２】
光路変換装置３０は、少ない光学部品点数で構成することができ、この光路変換装置を使用することによって、光を効率良く集光することができ、高出力のレーザを得ることができるレーザモジュールを実現することができる。
【００８３】
次に、図１に示す光路変換装置について、詳細に説明する。図１に示す光路変換装置は、第１、第２の反射体、第１、第２の反射素子から構成される。五角形をなす平面を４つ有し、この五角形をなす２つの平面が平行に対向する２対を有する九面体プリズムを反射基本単位（４つの反射平面を有する。）とし、その五角形をなす平面同士を連接し複数の反射基本単位から構成された第３のプリズム１５ａ及び第４のプリズム１５ｂをそれぞれ、第１の反射素子、第２の反射素子とする。
【００８４】
直角二等辺三角形の断面を有し直交する２つの平面（反射平面である。）を有する反射プリズムである前段の三角柱プリズム（第１のプリズム）１３、後段の三角柱プリズム（第２のプリズム）１４をそれぞれ第１、第２の反射体とする。なお、図１では、５個の九面体プリズム（反射基本単位）が連接された第３、第４のプリズム１５ａ、１５ｂを示している。
【００８５】
前段の三角柱プリズム１３は後段の三角柱プリズム１４よりも大きな断面積を有しており、前段及び後段の三角柱プリズム１３、１４の最大面積を有する平面同士は、連接されていてもよく、２つの三角柱プリズム１３、１４の直角をなす部分の稜線が同一平面（即ち、光モジュールの対称面）上に置かれるように連接されている。
【００８６】
２つの三角柱プリズム１３、１４の直角をなす部分の稜線を含む面（上記の同一平面である。）は、光モジュール及び光路変換装置３０のもつ対称面に一致し、この対称面上に光路変換装置の中心光軸が置かれ、第３のプリズム１５ａ、第４のプリズム１５ｂは、対称面を挟んで配置されている。
【００８７】
図３は、本発明の第１の実施の形態における、光路変換装置の構成を説明する斜視図である。
【００８８】
図３に示すように、光路変換装置は、九面体プリズム１５が連接された第３のプリズム１５ａと、九面体プリズム１５’が連接された第４のプリズム１５ｂ、前段の三角柱プリズム１３、後段の三角柱プリズム１４から構成されている。
【００８９】
九面体プリズム１５’と九面体プリズム１５は、第１、第２の対称面を有し、第１の対称面は、ｘ方向とｙ方向のなす平面に平行な平面であり、第２の対称面は、ｙ方向とｚ方向のなす平面に平行な平面であり、九面体プリズム１５’と九面体プリズム１５はｘ方向とｚ方向のなす平面に平行な平面（光モジュールの対称面である。）に関して面対称であり、第３のプリズム１５ａと第４のプリズム１５ｂは光モジュールの対称面に関して面対称である。また、前段の三角柱プリズム１３、後段の三角柱プリズム１４における、レーザ反射面Ｐ１ＡとＰ２Ａの交線、Ｐ１ＢとＰ２Ｂの交線は光モジュールの対称面上にあり、前段の三角柱プリズム１３、後段の三角柱プリズム１４は、光モジュールの対称面に関して面対称である。前段の三角柱プリズム１３及び後段の三角柱プリズム１４の直角をなす部分の稜線に対向する面同士が連接されていてもよい。
【００９０】
図３の上段部及び下段部に実線で示すように、図１に示す第３のプリズム１５ａ、第４のプリズム１５ｂを構成する反射基本単位である九面体プリズム１５、１５’は、四角形（正方形又は長方形）をなす平面ＡＢＣＤと、この平面の一辺を共有し五角形をなす４つの平面（面ＡＥＬＫＤ、ＢＧＨＩＣ、ＡＥＦＧＢ、ＤＫＪＩＣ）であり２つの平行な平面からなる対を２つ構成する平面と、五角形をなす平面と辺を共有し平行四辺形をなす４つの平面（レーザ反射平面ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２）とを有している。
【００９１】
五角形ＡＥＬＫＤと五角形ＢＧＨＩＣは平行であり、五角形ＡＥＦＧＢと五角形ＤＫＪＩＣは平行である。平行四辺形ＥＦＭＬ、ＫＬＭＪ、ＩＪＭＨ、ＧＦＭＨは点Ｍを共有する。五角形をなす平面（ＡＥＬＫＤ、ＢＧＨＩＣ、ＡＥＦＧＢ、ＤＫＪＩＣ）は、平面ＡＢＣＤと垂直である。
【００９２】
平面ＡＢＣＤに五角形をなす平面が辺で連接し、五角形をなす平面に平行四辺形をなす平面が辺で連接し、この平行四辺形をなす平面は１つの頂点（交点、Ｍ）を有するように辺で連接され、この頂点が平面ＡＢＣＤに対向しており、この頂点と平面ＡＢＣＤの中心とを結ぶ線は平面ＡＢＣＤと垂直をなしている。
【００９３】
第３のプリズム１５ａは、図３の上段部に実線及び点線で示すように、五角形の平面が連接され、複数の反射基本単位が一方向（ｘ方向）に連接されて構成されている。
【００９４】
このように構成される第３のプリズム１５ａは、平面ＡＢＣＤと、この平面に対向する複数の頂点（この頂点の数をｍ個とする。）と、平面ＡＢＣＤに対向する反射平面（ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２）の４ｍ個と、１つの長辺とこれに対向する折れ線状をなす辺を有する平行な２つの平面（側平面）を有している。
【００９５】
三角柱プリズム（第１の反射体）１３、三角柱プリズム（第２の反射体）１４はそれぞれ、長方形の形状を有する直交する対称面（直交するＰ１ＡとＰ２Ａ、直交するＰ１ＢとＰ２Ｂ）を有し、三角柱プリズム１３は、直交する対称な面Ｐ１Ａ、Ｐ２Ａを反射平面として外側に有し、三角柱プリズム１４は、直交する対称な面Ｐ１Ｂ、Ｐ２Ｂを反射平面として外側に有している。面Ｐ１Ａと面Ｐ２Ａは直交し、面Ｐ１Ｂと面Ｐ２Ｂは直交しており、面Ｐ１Ａと面Ｐ２Ａの面積をＳ１、面Ｐ１Ｂと面Ｐ２Ｂの面積Ｓ２とするとき、Ｓ２＜Ｓ１であり、三角柱プリズム１３と三角柱プリズム１４は、それらの直角をなす部分の稜線が対向する面同士で連接されている。
【００９６】
三角柱プリズム１３の反射平面Ｐ１Ａ、Ｐ２Ａの交線である稜線と、三角柱プリズム１４の反射平面Ｐ１Ｂ、Ｐ２Ｂの交線である稜線とがｘ方向とｚ方向のなす平面に平行な一平面上（光モジュールの対称面）に置かれるように、即ち、三角柱プリズム１３、三角柱プリズム１４のそれぞれの対称面が光モジュールの対称面に一致するように配置される。
【００９７】
反射基本単位としての九面体プリズムが連接されたプリズム（第１、第２の反射素子）１５ａ、１５ｂをそれぞれ構成する九面体プリズム（反射基本単位）１５、１５’は、平行四辺形の形状を有する第１の反射平面ＳＡ１（面ＥＦＭＬ）、第２の反射平面ＳＡ２（面ＦＧＨＭ）、第３の反射平面ＳＢ１（面ＨＩＪＭ）、第４の反射平面ＳＢ２（面ＪＫＬＭ）を有している。
【００９８】
第１の反射平面ＳＡ１と第３の反射平面ＳＢ１、及び、第２の反射平面ＳＡ１と第４の反射平面ＳＢ２がそれぞれ直交し、第１から第４の反射平面が１点（点Ｍ）を共有している。第１の反射平面と第２の反射平面が一辺（辺ＦＭ）、第２の反射平面と第３の反射平面が一辺（辺ＨＭ）、第３の反射平面と第４の反射平面が一辺（辺ＪＭ）、及び、第１の反射平面と第４の反射平面が一辺（辺ＬＭ）をそれぞれ共有し、第１から第４の反射平面が連接され、九面体プリズム１５、１５’が構成されている。
【００９９】
複数の九面体プリズム１５、１５’が、ｘ方向（第１の方向）に配置され、九面体プリズム１５、１５’が連接されたプリズム（第１、第２の反射素子）１５ａ、１５ｂが構成されている。
【０１００】
プリズム１５とプリズム１５’はそれぞれ、ｘ方向とｙ方向のなす平面、ｙ方向とｚ方向のなす平面に平行な対称面（第１の対称面、第２の対称面）を有しており、第１の対称面は、３点（Ｌ、Ｍ、Ｈ）を通り、ｘ方向とｙ方向のなす平面に平行な平面であり、第２の対称面は、３点（Ｆ、Ｍ、Ｊ）を通り、ｙ方向とｚ方向のなす平面に平行な平面であり、面ＡＥＬＫＤ、面ＢＧＨＩＣＢは、第２の対称面に平行であり、面ＡＥＦＧＢ、面ＤＫＪＩＣは、第１の対称面に平行である。九面体プリズム１５、１５’の面ＡＢＣＤは、レーザに対して透明であり、上記一平面に平行である。
【０１０１】
プリズム１５ａとプリズム１５ｂは、ｘ方向とｚ方向のなす平面に平行な平面（上記一平面に一致する。）に関して対称に配置され、ｘ方向とｙ方向のなす平面に平行な平面（プリズム１５とプリズム１５’の第１の対称面、及び、三角柱プリズム１３と三角柱プリズム１４の連接面に一致する。）に配置される。
【０１０２】
反射基本単位としての九面体プリズム１５、１５’の形状を以下にまとめておく（点Ｍを通りｙ方向に平行な線と平面ＡＢＣＤとの交点をＯとする。）。
【０１０３】
辺ＥＬ＝辺ＦＭ＝辺ＧＨ＝辺ＫＬ＝辺ＪＭ＝辺ＩＨ、
辺ＥＦ＝辺ＦＧ＝辺ＬＭ＝辺ＭＨ＝辺ＫＪ＝辺ＪＩ、
辺ＡＥ＝辺ＢＧ＝辺ＣＩ＝辺ＤＫ、
辺ＡＢ＝辺ＤＣ、辺ＡＤ＝辺ＢＣ、
η＝３５．２６４度＝角ＬＥＫ＝角ＬＫＥ＝角ＭＦＪ＝角ＭＪＦ＝角ＨＧＩ＝角ＨＩＧ
＝角ＦＥＧ＝角ＦＧＥ＝角ＭＬＨ＝角ＭＨＬ＝角ＪＫＩ＝角ＪＩＫ、
γ＝１０９．４７１度＝角ＥＬＫ＝角ＦＭＪ＝角ＧＨＩ＝角ＥＦＧ＝角ＬＭＨ
＝角ＫＪＩ、
α＝５４．７３６＝角ＦＭＯ＝角ＪＭＯ＝角ＬＭＯ＝角ＨＭＯ、
６０度＝平面ＥＦＭＬ（ＳＡ１）の法線と平面ＦＧＨＭ（ＳＡ２）の法線のなす角
＝平面ＨＭＪＩ（ＳＢ１）の法線と平面ＬＭＪＫ（ＳＢ２）の法線のなす角、
１２０度＝平面ＥＦＭＬ（ＳＡ１）と平面ＦＧＨＭ（ＳＡ２）のなす角
＝平面ＨＭＪＩ（ＳＢ１）と平面ＬＭＪＫ（ＳＢ２）のなす角、
９０度＝平面ＥＦＭＬ（ＳＡ１）の法線と平面ＨＭＪＩ（ＳＢ１）の法線のなす角
＝平面ＦＧＨＭ（ＳＡ２）の法線と平面ＬＭＪＫ（ＳＢ２）の法線のなす角、
２α＝γ、α＋η＝９０度。
【０１０４】
なお、光路変換装置において、反射基本単位としての九面体プリズム１５を、後述する第４、第５、第６の実施の形態において説明する１０面体の反射基本単位２５、反射基本単位としての七面体プリズム３５、九面体の反射基本単位４５に置き換える構成とすることができる。反射基本単位２５、３５、４５における反射平面ＳＡ１（面ＥＦＭＬ）、ＳＡ２（面ＦＧＨＭ）、ＳＢ１（面ＨＭＪＩ）、ＳＢ２（面ＬＭＪＫ）の形状と４つの反射平面の相互の間の位置関係は、反射基本単位１５における形状と位置関係と同一であるので、第４、第５、第６の実施の形態における説明では、これらの形状と位置関係については、同じ説明を詳細に繰り返さないことにする。
【０１０５】
図４は、本発明の第１の実施の形態における、光路変換装置３０の構成と光路変換を説明する図であり、図４（Ａ）は光路変換装置３０の構成を説明する正面図、図４（Ｂ）はスタック型レーザから出射されたレーザビームを集光する前段の集光レンズ系を出射したレーザビーム形状を説明する図（ｚ方向から見た図）、図４（Ｃ）は光路変換装置を出射したレーザビーム形状を説明する図（ｚ方向から見た図）、図４（Ｄ）は光路変換装置を構成する第３のプリズムの構成を示す正面図（ｘ方向から見た図）、図４（Ｅ）は第３のプリズムの構成を示す平面図（ｙ方向から見た図）ある。
【０１０６】
図４（Ｄ）、図４（Ｅ）に示すように、九面体プリズムが連接されたプリズム１５ａ、１５ｂは、ｘ方向及びｙ方向に平行な対称面を有し、この対称面と、前段及び後段の三角柱プリズム１３、１４の連接された面とが同一面となり、三角柱プリズム１３、１４のそれぞれの対称面、及び、スタック型レーザの出射端面のｘ方向及びｚ方向に平行な面に平行な対称面がそれぞれ一致して、ｘ方向及びｚ方向に平行な面に一致するように配置される。
【０１０７】
図４（Ａ）は、光路変換装置を使用したレーザモジュールの主要部の構成を示す図であり、２つのバーレーザ１０ａ、１０ｂをスタックしたスタック型レーザから出射されたレーザは、各バーレーザに対応して配置されたシリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂ（ＦＡＣレンズ、速軸コリメータ）によってレーザの速軸方向（ｙ方向）を平行化し、シリンドリカルレンズアレイ１２ａ、１２ｂ（ＳＡＣレンズ、遅軸コリメータ）によって遅軸方向（ｘ方向）の放射角を小さくする。次いで、光路変換装置３０によってそれぞれのバーレーザから出射されたレーザ分割し、再配置を行う。この後、図１に示すシリンドリカルレンズ１６によって遅軸方向をコリメートし、フォーカスレンズ１７で光ファイバ１８に集光する。ｚ＝Ｚ１、Ｚ２におけるビーム形状はそれぞれ、後述するように、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示すパターンとなる。
【０１０８】
図４（Ａ）に示すように、バーレーザ１０ａの出射端面から出射されるレーザの中心軸は、ＦＡＣレンズ１１ａ、ＳＡＣレンズ１２ａの光軸と一致するように配置され、バーレーザ１０ｂの出射端面から出射されるレーザの中心軸は、ＦＡＣレンズ１１ｂ、ＳＡＣレンズ１２ｂの光軸と一致するように配置される。
【０１０９】
図４（Ａ）に示すように、スタック型レーザを構成するバーレーザ１０ａ、１０ｂそれぞれの出射端面のｙ方向における間隔（ピッチ）をｐとし、バーレーザ１０ａ、１０ｂそれぞれの出射端面から出射されたレーザが、前段の集光レンズ系（ＦＡＣレンズ１１ａ、１１ｂ、ＳＡＣレンズ１２ａ、１２ｂ）によってコリメートされ、三角柱プリズム１３に入射される。
【０１１０】
集光レンズ系によってコリメートされたｙ方向における幅をＷとすると、図４（Ｂ）に示すように、前段の集光レンズ系を出射した後の位置ｚ＝Ｚ１における、レーザによる光束パターン４０のｙ方向における幅はＬ１＝ｐ＋Ｗとなるので、三角柱プリズム１３のレーザ反射面Ｐ１Ａ、Ｐ２Ａが幅Ｌ１のレーザを受け入れるために、三角柱プリズム１３のｙ方向の高さは幅Ｌ１に等しくする。
【０１１１】
三角柱プリズム１３によって反射されたレーザは、プリズム１５ａ、１５ｂによってｘ方向で分割され、分割されたレーザはそれぞれｚ軸方向の回りに９０度回転され、三角柱プリズム１４に入射される。プリズム１５ａ、１５ｂによって反射されたレーザを受け入れるために、三角柱プリズム１４のｙ方向の高さはＬ２＝２Ｗに等しくする。
【０１１２】
従って、プリズム１５ａ、１５ｂのｚ方向における光学的に有効な長さはそれぞれ、これらプリズムの対称面を挟んで、Ｗ、Ｗであり、プリズム１５ａ、１５ｂによるｚ方向での全長を２Ｗ以上とする。
【０１１３】
以上のように、プリズム１３、１４、１５ａ、１５ｂを配置するので、図４（Ｃ）に示すように、光路変換装置３０を出射した後の位置ｚ＝Ｚ２における、レーザによる光束パターン５０のｙ方向における幅はＬ２＝２Ｗとなる。
【０１１４】
図１、図４に示す例では、プリズム１５ａ、１５ｂはそれぞれ１０個の九面体プリズム１５（反射基本単位）を使用しているので、バーレーザ１０ａ、１０ｂそれぞれの出射端面から出射されたレーザは、光路変換装置によって、ｘ方向で１０個に分割され、９０度回転された光束パターン５０が出射される。
【０１１５】
図１、図４において、バーレーザ１０ａ、１０ｂのレーザ出射端面の間隔をｐ（例えば、１．９ｍｍ）とし、バーレーザに対して配置されたシリンドリカルレンズ（速軸コリメータ）１１ａ、１１ｂによって、レーザを速軸方向（ｙ軸方向）を平行化し、シリンドリカルレンズアレイ（遅軸コリメータ）１２ａ、１２ｂによって遅軸方向（ｘ方向）の放射角を小さくする。このときの速軸方向の実質的なビーム幅をＷ（例えば、１ｍｍ）で表す。このとき幅（ｘ方向）１０ｍｍのバーを使用していれば、遅軸方向でのレーザの幅は約１０ｍｍである。
【０１１６】
２つのバーレーザ１０ａ、１０ｂから出射される２つのレーザはそれぞれに対して配置されたシリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂ、シリンドリカルレンズアレイ１２ａ、１２ｂによって、レーザがｚ方向に進行するよう調整されており、次いで、バーレーザ１０ａから出射されたレーザ（一方のレーザという。）は、プリズム１３の一方の反射平面Ｐ１Ａで＋ｙ方向に、バーレーザ１０ｂから出射されたレーザ（他方のビームという。）はプリズム１３の他方の反射平面Ｐ２Ａで−Ｙ方向に反射される。即ち、一方及び他方のビームはそれらが進行してきたｚ軸方向から９０度向きを変え、それぞれ互いに平行であり反対の方向に進行方向を変える。
【０１１７】
進行方向が変更された一方及び他方のビームはそれぞれ、プリズム１５ａ、１５ｂに入射する。一方のビームが入射するプリズム１５ａでは、入射した光をプリズム内部で反射することで、バーレーザ１０ａから出射され遅軸方向に細長い扁平な光束パターンの光を長手方向（遅軸方向）に分割し、分割したそれぞれの光を、光軸を中心に９０度回転させ、再配置する。再配置された光はその進行方向を−Ｙ方向に変えてプリズム１５ａから出射する。再配置されたビームは、プリズム１４の一方の反射平面Ｐ１Ｂによって再びｚ軸方向に向きを変えられ、進行する。
【０１１８】
他方のビームが入射するプリズム１５ｂは、プリズム１５ａと同じ形状であり、入射した光をプリズム内部で反射することで、バーレーザ１０ｂから出射され遅軸方向に細長い扁平な光束パターンの光を長手方向（遅軸方向）に分割し、分割したそれぞれの光を、光軸を中心に９０度回転させ、再配置する。再配置されたビームは、その進行方向を＋Ｙ方向に変えてプリズム１５ｂから出射する。再配置されたビームはプリズム１４の他方の反射平面Ｐ２Ｂによって再びＺ軸方向に向きを変えられ、進行する。
【０１１９】
このように、バーレーザ１０ａ、１０ｂから出射される２つのレーザはそれぞれ、コリメートされ、分割され９０度回転され再配置されて、再び平行化されてｚ方向に進行していく。
【０１２０】
プリズム１５ａ、１５ｂは、ビームの速軸方向の実質的な幅がＷであるとき、遅軸方向の分割幅はＷであり、即ち、遅軸方向の幅１０ｍｍをビーム幅Ｗで分割再配置する。例えば、Ｗ＝１ｍｍのとき１０分割され、分割されたビーム毎に光軸を中心に９０度回転させ、再配置する。従って、分割され再配置された後のビームの幅はＷと同じとなり、例えば、１ｍｍである。
【０１２１】
更に、光路変換装置３０から出射する光の単位面積あたりの光強度を上げるためには、
プリズム１５ａから出射される光束と、プリズム１５ｂから出射される光束とを可能な限り近接させて、隙間をなくすことがより好ましい。そのためには、プリズム１４の高さＬ２をＷの２倍、即ち、Ｌ２＝２Ｗにすることが望ましい。また、プリズム１５ａ、１５ｂにおける光損失をなくすためには、プリズム１３の高さＬ１は、Ｌ１＝Ｐ＋Ｗにすること、プリズム１３とプリズム１４は、例えば、図３、図４（Ａ）に示すように、連接されていることが望ましい。
【０１２２】
図５は、本発明の第１の実施の形態における、光路変換装置の構成と光路変換を説明する図であり、図５（Ａ）は光路変換装置の第３のプリズム１５ａ（第１の反射素子）を構成する反射基本単位である九面体プリズム１５の構成とこれによる光路変換を説明する斜視図、図５（Ｂ）は九面体プリズム１５、第１のプリズム１３、第２のプリズム１４による光路変換を説明する斜視図、図５（Ｃ）は九面体プリズム１５が連接された第３のプリズム１５ａ、第１のプリズム１３、第２のプリズム１４による光路変換を説明する斜視図である。なお、図５では、光モジュールの対称面に関して反射素子１５ａと対称である反射素子は図示していない。
【０１２３】
以下、バーレーザ１０ａのｘ方向で隣接するレーザ出射端面Ａ、Ｂからそれぞれ出射された２つのレーザ２２（レーザビームＡ（以下、ビームＡという。）、レーザビームＢ（以下、ビームＢという。））について説明する。
【０１２４】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）に、前段の集光レンズ系を出射した後のレーザによる光束パターン４０、プリズム１３の反射面Ｐ１Ａに投影された光束パターン４０ａ、九面体プリズム１５に入射する前の光束パターン４０ｂ、九面体プリズム１５の頂点Ｍに対向する平面ＡＢＣＤに投影された光束パターン４０ｃ、反射平面ＳＡ１、ＳＢ１、ＳＡ２、ＳＢ２によって反射され九面体プリズム１５の頂点Ｍに対向する平面に投影された光束パターン５０ａ、九面体プリズム１５を出射しプリズム１４の反射面Ｐ１Ｂに入射する前の光束パターン５０ｂ、プリズム１４の反射面Ｐ１Ｂに投影された光束パターン５０ｃ、プリズム１４を出射した光束パターン５０を示す。レーザは平面ＡＢＣＤに入射された後、ビームＡは反射平面ＳＡ１、ＳＡ２によって反射されビームＡ’に変換され、ビームＢは反射平面ＳＢ１、ＳＢ２によって反射されビームＢ’に変換される。
【０１２５】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、プリズム１５の頂点Ｍに対向する平面（図３に示す透明な平面ＡＢＣＤ）に投影された光束パターン４０ｃにおける直線状又は破線状のレーザビーム（Ａ＋Ｂ）は、反射平面ＳＡ１（面ＥＦＭＬ）と反射平面ＳＡ２（面ＦＧＨＭ）なす交線（ＦＭ）によって、ｘ方向で２つに分割され、ビームＡは、反射平面ＳＡ１次いで反射平面ＳＢ１（面ＨＭＪＩ）によって反射され、ｚ方向の光軸の回りに反時計回りに９０度回転され、速軸方向と遅軸方向とが入れ替わったビームＡ’となり、ビームＢは、反射平面ＳＡ２次いで反射平面ＳＢ２（面ＬＭＪＫ）によって反射され、ｚ方向の光軸の回りに時計回りに９０度回転され、速軸方向と遅軸方向とが入れ替わったビームＢ’となり、ｘ方向でＡ、Ｂの順に並ぶビームＡ、Ｂは、分割され、９０度回転され、ビームＡ’、Ｂ’がプリズム１４から出射されていく。但し、プリズム１４から出射されるビームのｘ方向での並びの順はＢ’、Ａ’となり、光路変換装置に入射したレーザビームのｘ方向での並びの順Ａ、Ｂと入れ替わる。
【０１２６】
プリズム１５ａを構成する複数の反射平面ＳＡ１（面ＥＦＭＬ）及び反射平面ＳＡ２（面ＦＧＨＭ）に入射されるレーザビームは、反射平面ＳＡ１（面ＥＦＭＬ）と反射平面ＳＡ２（面ＦＧＨＭ）のなす交線（図３に示す、ＦＭ、線分ＥLとＧＨとが一致する線分、線分ＬＫＢとＨＩとが一致する線分）によって分割され、分割されたレーザが反射される方向が交互に変化して、反射平面ＳＢ１（面ＨＭＪＩ）、反射平面ＳＢ２（面ＬＭＪＫ）に入射されていき、互いの光路が干渉することなく、しかも、光路長が略等しく、分割されたそれぞれのレーザの分割位置から集光位置までの距離差を少なくできるので、分割されて９０度回転されたそれぞれのレーザの集光点のずれを抑制することができ、効率良く集光することができる。
【０１２７】
図５（Ｃ）に示す、九面体プリズム１５が連接された第３のプリズム１５ａが使用される場合も、図５（Ａ）、図５（Ｂ）における反射基本単位である九面体プリズム１５の場合と同じようにして光路変換され、レーザビームＡ、Ｂ、Ａ、Ｂ、…に対して、ｘ方向での並びの順Ａ、Ｂが入れ替わって、レーザビームＢ’、Ａ’、Ｂ’、Ａ’、…がプリズム１４から出射されていく。
【０１２８】
以上の説明では、光路変換装置の対称面の一方の側に配置された第３のプリズム１５ａが関与した光路変換について説明したが、光路変換装置の対称面の他方の側に配置された第３のプリズム１５ａに対称なプリズム（図示せず。）が関与した光路変換についても、同様になされるので、説明は省略する（以下に説明する、各実施例においても同様である。）
また、以上の説明では、反射基本単位である九面体プリズム１５を使用した光路変換装置によって、バーレーザ１０ａから出射されたｘ方向で直線状又は破線状をなすレーザビームを、ｘ方向で各レーザ出射端面毎に分割し、バーレーザ１０ａの隣接するレーザ出射端面Ａ、Ｂから出射された２つのレーザビームＡ、Ｂについての光路変換を説明したが、反射基本単位である九面体プリズム１５の１個を、ｘ方向に並ぶレーザ出射端面Ａ、ＢからのレーザビームＡ、Ｂに対応させることは必須ではなく、例えば、九面体プリズム１５の１個に、ｘ方向に並ぶレーザ出射端面Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤからのレーザビームＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを対応させて、レーザビームＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを２分割し９０度回転させる光路変化をしたり、また、例えば、九面体プリズム１５の複数個、例えば、２個に、出射端面ＡからのレーザビームＡを入射させて、レーザビームＡを４分割し９０度回転させる光路変化をしたりすることもできる。これと同様のことは、以下に説明する各実施の形態における第１、第２の反射素子についてもいえる。
【０１２９】
また、１つの九面体プリズム１５によって、これに入射されたｘ方向で直線状又は破線状であるレーザがｘ方向で２分割され、９０度回転されるので、ｘ方向で２分割されたレーザの長さ（レーザ分割長）は、１つの九面体プリズム１５のｘ方向の長さの半分（１／２）によって定まるので、１つの九面体プリズム１５のｘ方向の長さの異なるものを使用することによって、レーザ分割長は、目的に応じて適宜変更することができる。これと同様のことは、以下に説明する各実施の形態における第１、第２の反射素子についてもいえる。
【０１３０】
以上説明したように、本実施の形態によるレーザモジュールでは、スタック型レーザから出射したレーザをコリメートレンズによって略平行にし、少ない部品点数で構成することができる光路変換装置によって、レーザを遅軸方向において分割し、分割されたそれぞれのレーザを光軸の回りに９０度回転させ方向を変換し、次いで、光路変換装置へのレーザの入射方向と同じ方向にレーザを出射させる構成としているので、フォーカスレンズによって効率良く集光して光ファイバに導くことができ、高効率で光ファイバへ導光することができ、高出力のレーザモジュールを実現することができる。
【０１３１】
以上説明した光路変換装置３０のプリズム１５ａ、１５ｂ（第１、第２の反射素子）を、後述する第４、第５の実施の形態において説明する反射素子２５ａ、２５ｂ、３５ａ、４５ａ、４５ｂ等に置き換えることができ、上述の作用効果を達成することは言うまでもない。
【０１３２】
また、第１、第２の反射素子は、先に説明した反射基本単位１５、２５、３５、４５を、一方向に連接させ構成することができるが、一体で形成して複数の反射基本単位を含むように構成することができることは言うまでもない。
【０１３３】
第２の実施の形態
図６は、本発明の第２の実施の形態における、光路変換装置３０及びこれを用いたレーザモジュールの構成を説明する図であり、図６（Ａ）は斜視図、図６（Ｂ）は平面図（ｙ方向から見た図）、図６（Ｃ）は正面図（ｘ方向から見た図）である。
【０１３４】
図６に示す例は、２組の光路変換装置を使用したレーザモジュールであり、２つのバーレーザ１０ａ、１０ｂをスタックしたスタック型レーザを２台並列に並べて使用し、合計４つのバーレーザの光を1本の光ファイバに導くモジュールである。スタック型レーザから出射されたレーザは、それぞれのバーレーザに対応して配置されたシリンドリカルレンズ（ＦＡＣレンズ、速軸コリメータ）１１ａ、１１ｂによってレーザの速軸方向（ｙ方向）を平行化し、シリンドリカルレンズアレイ（ＳＡＣレンズ、遅軸コリメータ）１２ａ、１２ｂで遅軸方向（ｘ方向）の放射角を小さくする。次いで、光路変換装置３０によってそれぞれのバーレーザから出射されたレーザを分割し、再配置を行う。２台並列に並べたスタック型レーザから出射されたレーザは、分割され光軸の向きを揃え、シリンドリカルレンズ１６ａによってレーザの遅軸方向をコリメートして、フォーカスレンズ１７ａで光ファイバ１８に集光する。なお、位置決め用の半導体レーザ３２は、可視光を発し、後段の集光レンズ系（シリンドリカルレンズ１６ａ、フォーカスレンズ１７ａ）及び光ファイバ１８に導かれ、以後の光学系のアライメントに使用する。
【０１３５】
図６に示すレーザモジュールでは、光路変換装置として、第１の実施の形態における光路変換装置を２組使用しているが、第１の実施の形態における光路変換装置としてｘ方向の長さが長く、九面体プリズム１５、１５’（反射基本単位）を図１に示す例よりも多数有するものを使用することもできる。また、図１に示す例よりも大きなシリンドリカルレンズ１６ａ、フォーカスレンズ１７ａを使用する。なお、光路変換装置として、第１の実施の形態における光路変換装置を任意の組使用することもできる。
【０１３６】
本実施の形態によれば、より高いエネルギー密度をもったレーザを得ることができるレーザモジュールを実現することができる。
【０１３７】
第３の実施の形態
図７は、本発明の第３の実施の形態における、光路変換装置３０と光路変換を説明する図であり、図７（Ａ）は光路変換装置の構成を説明する正面図（ｙ方向から見た図）、図７（Ｂ）はスタック型レーザから出射されたレーザビームを集光する前段の集光レンズ系を出射したレーザビーム形状を説明する図（ｚ方向から見た図）、図７（Ｃ）は光路変換装置を出射したレーザビーム形状を説明する図（ｚ方向から見た図）である。
【０１３８】
第１、第２の実施の形態では、スタック型レーザは、２つのバーレーザによって構成されており、光路変換装置を構成する三角柱プリズム（第１のプリズム、第２のプリズム）の各面に１つのバーレーザから出射されたレーザビームが入射されるように構成されているが、図７に示すように、本実施の形態では、光路変換装置を構成する三角柱プリズム（第１のプリズム、第２のプリズム）の各面に、図２（Ｃ）に示すスタック型レーザの２つのバーレーザから出射されたレーザビームが入射されるように構成されている。
【０１３９】
図７（Ａ）に示すように、九面体プリズムが連接されたプリズム１５ａ、１５ｂは、ｘ方向及びｙ方向に平行な対称面を有し、この対称面と、前段及び後段の三角柱プリズム１３、１４の連接された面とが同一面となり、三角柱プリズム１３、１４のそれぞれの対称面、及び、スタック型レーザの出射端面のｘ方向及びｚ方向に平行な面に平行な対称面がそれぞれ一致して、ｘ方向及びｚ方向に平行な面に一致するように配置される。
【０１４０】
図７（Ａ）に示すように、バーレーザ１０ａ１の出射端面から出射されるレーザの中心軸は、ＦＡＣレンズ１１ａ１、ＳＡＣレンズ１２ａ１の光軸と一致するように配置され、バーレーザ１０ａ２の出射端面から出射されるレーザの中心軸は、ＦＡＣレンズ１１ａ２、ＳＡＣレンズ１２ａ２の光軸と一致するように配置され、バーレーザ１０ｂ１の出射端面から出射されるレーザの中心軸は、ＦＡＣレンズ１１ｂ１、ＳＡＣレンズ１２ｂ１の光軸と一致するように配置され、バーレーザ１０ｂ２の出射端面から出射されるレーザの中心軸は、ＦＡＣレンズ１１ｂ２、ＳＡＣレンズ１２ｂ２の光軸と一致するように配置される。
【０１４１】
図７（Ａ）に示すように、スタック型レーザを構成するバーレーザ１０ａ１、１０ａ２１０ｂ１、１０ｂ２それぞれの出射端面のｙ方向における間隔（ピッチ）をｐとし、バーレーザ１０ａ１、１０ａ２１０ｂ１、１０ｂ２それぞれの出射端面から出射されたレーザが、前段の集光レンズ系（ＦＡＣレンズ１１ａ１、１１ａ２、１１ｂ１、１１ｂ２、ＳＡＣレンズ１２ａ１、１２ａ２、１２ｂ１、１２ｂ２）によってコリメートされ、三角柱プリズム１３に入射される。
【０１４２】
集光レンズ系によってコリメートされたｙ方向における幅をＷとすると、図７（Ｂ）に示すように、前段の集光レンズ系を出射した後の位置ｚ＝Ｚ１における、レーザによる光束パターン４０のｙ方向における幅はＬ１＝３ｐ＋Ｗとなるので、三角柱プリズム１３のレーザ反射面Ｐ１Ａ、Ｐ２Ａが幅Ｌ１のレーザを受け入れるために、三角柱プリズム１３のｙ方向の高さは幅Ｌ１に等しくする。
【０１４３】
三角柱プリズム１３によって反射されたレーザは、プリズム１５ａ、１５ｂによってｘ方向で分割され、分割されたレーザはそれぞれｚ軸方向の回りに９０度回転され、三角柱プリズム１４に入射される。プリズム１５ａ、１５ｂによって反射されたレーザを受け入れるために、三角柱プリズム１４のｙ方向の高さはＬ２＝２Ｗａ＝２（ｐ＋Ｗ）に等しくする。
【０１４４】
従って、プリズム１５ａ、１５ｂのｚ方向における光学的に有効な長さは、これらプリズムの対称面を挟んでＬ２／２、Ｌ２／２の長さを有し、全長をＬ２とするか、Ｌ１とする。
【０１４５】
以上のように、プリズム１３、１４、１５ａ、１５ｂを配置するので、図７（Ｃ）に示すように、光路変換装置３０を出射した後の位置ｚ＝Ｚ２における、レーザによる光束パターン５０のｙ方向における幅はＬ２＝２Ｗａ＝２（ｐ＋Ｗ）となる。
【０１４６】
図１、図４に示す例と同様に、図７に示す例では、プリズム１５ａ、１５ｂはそれぞれ５個の九面体プリズム１５（反射基本単位）を使用しているので、バーレーザ１０ａ、１０ｂそれぞれの出射端面から出射されたレーザは、光路変換装置によって、ｘ方向で１０個に分割され、９０度回転された光束パターン５０が出射される。
【０１４７】
なお、図７に示す例において、スタック型レーザを構成するバーレーザのスタック数がｎ＝２ｍ（ｍは１以上の整数である。）である場合には、Ｌ１＝（ｎ−１）ｐ＋Ｗ、Ｌ２＝２Ｗａ＝２｛（ｐ−１）ｍ＋Ｗ｝｝となり、光束パターン５０のｙ方向における幅はＬ２＝２Ｗａ＝２｛（ｐ−１）ｍ＋Ｗ｝｝となる。
【０１４８】
本実施の形態によれば、より高いエネルギー密度をもったレーザを得ることができるレーザモジュールを実現することができる。
【０１４９】
なお、図１、図４、図６に示す構成において、図２（Ｃ）に示すスタック型レーザを使用することができることは言うまでもない。
【０１５０】
第４の実施の形態
第１の実施の形態では、九面体プリズムを反射基本単位としてこれが一方向に連接されて構成されたプリズムを第１の反射素子として使用したが、プリズムの構成によらず、所定の位置関係を保持して固定された４つの反射平面（鏡）による集合群、即ち、図３に示したような、１つの頂点（交点）を有するように連接された平行四辺形（図３に示す、点Ｍを共有する平行四辺形ＥＦＭＬ、ＦＧＨＭ、ＨＭＪＩ、ＬＭＪＫ）をなす４つ平面を反射平面（鏡）とし、これらによる集合群によって第１の反射素子を構成することもできる。
【０１５１】
図８は、本発明の第４の実施の形態における、光路変換装置の構成と光路変換を説明する図であり、図８（Ａ）は光路変換装置の第１の反射素子を構成する１０面体の反射基本単位２５の構成とこれによる光路変換を説明する斜視図、図８（Ｂ）は１０面体の反射基本単位２５、第１のプリズム１３、第２のプリズム１４による光路変換を説明する斜視図、図８（Ｃ）は１０面体の反射基本単位２５が連接された反射素子（第１の反射素子）２５ａ、第１のプリズム１３、第２のプリズム１４による光路変換を説明する斜視図、図８（Ｄ）は反射素子２５ａの構成を示す正面図（ｘ方向から見た図）、図８（Ｅ）は反射素子２５ａの構成を示す平面図（ｙ方向から見た図）である。なお、図８では、光モジュールの対称面に関して反射素子２５ａと対称である反射素子は図示していない。
【０１５２】
図８に示す光路変換装置では、１０面体の反射基本単位２５が連接された反射素子（第１の反射素子）２５ａが使用され、図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）に示すように、１０面体の反射基本単位２５は、四角形（正方形又は長方形）ＡＢＣＤをなす平面（この平面は同一面にあり、四角形（正方形又は長方形）をなす２つの平面（ＡＢＳＴ、ＴＳＣＤ）からなる。）と、六角形をなす平行な２つの平面ＥＡＴＤＫＬ、ＧＢＳＣＩＨと、これらに連接された平行な五角形をなす２つの平面（ＥＡＢＧＦ、ＫＤＣＩＪ）と、第１の実施の形態と同様の反射平面ＳＡ１（面ＥＦＭＬ）、ＳＡ２（面ＦＧＨＭ）、ＳＢ１（面ＨＭＪＩ）、ＳＢ２（面ＬＭＪＫ）とから構成され、１０面体の反射基本単位２５が複数連接されて反射素子２５ａが構成されている。なお、辺ＴＬ、辺ＳＨはそれぞれ、面ＥＡＴＤＫＬ、面ＧＢＳＣＩＨと同じ面上にある。
【０１５３】
１０面体の反射基本単位２５における、反射平面ＳＡ１（面ＥＦＭＬ）、ＳＡ２（面ＦＧＨＭ）、ＳＢ１（面ＨＭＪＩ）、ＳＢ２（面ＬＭＪＫ）が共有する頂点Ｍは、平面ＡＢＣＤに対向しており、この頂点と平面ＡＢＣＤの中心とを結ぶ線は平面ＡＢＣＤと垂直をなしている。
【０１５４】
図８に示すように、反射素子２５ａは、ｙ方向にＶ字形状の溝が複数形成された形状を有しており、このＶ字形状の溝部分に４つの反射平面ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２が形成されている。図８では、Ｖ字形状の溝が複数形成された後述する部品を接合して形成された反射素子２５ａの例を示している。
【０１５５】
図８（Ｃ）、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）に示すように、反射素子２５ａは、複数の１０面体の反射基本単位２５が一方向（ｘ方向）に連接されて構成されている。このように構成される反射素子２５ａは、平面ＡＢＣＤに対向する複数の頂点（この頂点の数をｍ個とする。）と、４ｍ個の反射平面（ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２）と、１つの長辺とこれに対向する折れ線状をなす辺を有する平行な２つの平面（側平面を構成する。）を有している。
【０１５６】
本実施の形態における反射素子２５ａの反射基本単位２５は、第１の実施の形態におけるプリム１５ａの反射基本単位１５における、面ＡＢＣＤと反射平面（ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２）の位置を入れ換えた構造を有しており、本実施の形態における光路変換装置による光路変換は、前段の三角柱プリズム１３によって反射されたレーザが、図３に示すような透明な平面ＡＢＣＤを通過することなく、反射平面（ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２）に入射され、即ち、ビームＡは反射平面ＳＡ１、ＳＢ１によって反射されビームＡ’に変換され、ビームＢは反射平面ＳＡ２、ＳＢ２によって反射されビームＢ’に変換され、光路変換がなされる点を除けば、第１の実施の形態における光路変換と同様であるので説明は省略する。
【０１５７】
なお、反射素子２５ａは、図８（Ａ）示す反射基本単位を、例えば、ガラス、金属材料によって構成することもでき、レーザ入射面（面ＳＡ１、ＳＡ２）、レーザ出射面（面ＳＢ１、ＳＢ２）となる４の平面に、金属膜や誘電体多層膜を形成して構成することもできる。
【０１５８】
また、反射素子２５ａは、上述の同一面を構成しない４つの反射平面、即ち、反射平面ＳＡ１（面ＥＦＭＬ）、ＳＡ２（面ＦＧＨＭ）、ＳＢ１（面ＨＭＪＩ）、ＳＢ２（面ＬＭＪＫ）をｍ組連接させた合計４ｍ個の反射平面（ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２）を実質的に有していれば、第１、第２のプリズムと組み合わせることによって、目的とする光路変換を行うことができるので、上述の４ｍ個の反射平面が配置され構成された反射部品であれば、第１の反射素子として使用することができる。
【０１５９】
図９は、本発明の第４の実施の形態における、光路変換装置の反射素子（第１の反射素子であり、金属製のＶ字形状を有する。）２５ｂの製造方法、反射素子の構成を説明する図であり、図９（Ａ）は金属板材６０を示す斜視図、図９（Ｂ）はＶ字形状の溝が形成された金属板材６０ａの構成を示す斜視図、図９（Ｃ）はＶ字形状の溝が形成された金属板材６０ａを切断する位置６４ａ、６４ｂ、６４ｃを説明する正面図（ｘ方向から見た図）、図９（Ｄ）は第１の光学ブロック６１の構成を説明する斜視図、図９（Ｅ）は第２の光学ブロック６２の構成を説明する斜視図、図９（Ｆ）は光学ブロック６１、６２を接合して形成される反射素子（第１の反射素子）の構成を示す斜視図である。
【０１６０】
図９（Ａ）に示すように、所定の厚さをもつ平板状の金属板材６０の一方の面に、レーザ反射平面ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２となる複数（図９に示す例では５本））のＶ字状の溝６３を形成し、図９（Ｂ）に示す複数のＶ字状の溝６３が形成された金属板材６０ａを作製する。このＶ字状の溝６３は、開き角β、所定のピッチ、例えば約１ｍｍで形成される。開き角βは、平面ＥＦＭＬ（ＳＡ１）と平面ＦＧＨＭ（ＳＡ２）のなす角、平面ＨＭＪＩ（ＳＢ１）と平面ＬＭＪＫ（ＳＢ２）のなす角にそれぞれ等しく、β＝１２０度である。
【０１６１】
次に、図９（Ｃ）に示すように、複数のＶ字状の溝６３が形成された金属板材６０ａを、Ｖ字状の溝６３が形成された方向（ｚ方向）に直交し、Ｖ字状の溝６３が形成された側の面に対して角度α（この角度αは、５４．７３６度であり、辺ＦＭ、ＪＭ、ＥＬ、ＧＨがそれぞれ、ｚ軸に平行な軸となす角度である。）傾斜させた切断位置６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、…で切断して、図９（Ｄ）、図９（Ｅ）に示すような第１、第２の光学ブロック６１、６２を作製する。
【０１６２】
次に、図９（Ｆ）に示すように、第１の光学ブロック６１の切断面６５ｂと第２の光学ブロック６２の切断面６５ｄを対向させ、第１、第２の光学ブロック６１、６２のＶ字状の溝６３の断面位置が一致するようにして、第１の光学ブロック６１の切断面６５ａと第２の光学ブロック６２の切断面６５ｃとを、接合面６４で接合する。このようにして、図９に示す例では、5本のＶ字状の溝６３の内面にレーザ反射平面ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２が形成された反射素子２５ｂが得られる。
【０１６３】
以上説明した反射素子の製造方法では、内面が反射平面となるＶ字形状の溝を形成した金属板材を、所定の角度で切断し第１、第２の光学ブロックとしてこれらを接合して、レーザ反射平面ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２を作成することができるので、各反射平面の交線が形状不良となることを防止でき、反射平面で反射する光の損失を抑制することができる。
【０１６４】
第５の実施の形態
図１０は、本発明の第５の実施の形態における、光路変換装置の構成と光路変換を説明する図であり、図１０（Ａ）は光路変換装置の第３のプリズムを構成する反射基本単位である七面体プリズム３５の構成を説明する斜視図、図１０（Ｂ）は七面体プリズム３５、第１のプリズム１３、第２のプリズム１４による光路変換を説明する斜視図である。
【０１６５】
図１１は、本発明の第５の実施の形態における、光路変換装置の構成と光路変換を説明する図であり、図１１（Ａ）は七面体プリズムが連接されたプリズム（第３のプリズム、第１の反射素子）３５ａ、第１のプリズム１３、第２のプリズム１４による光路変換を説明する斜視図、図１１（Ｂ）はプリズム３５ａの構成を示す正面図（ｘ方向から見た図）、図１１（Ｃ）はプリズム３５ａの構成を示す平面図（ｙ方向から見た図）である。なお、図１１では、光モジュールの対称面に関して反射素子３５ａと対称である反射素子は図示していない。
【０１６６】
本実施の形態では、反射基本単位である七面体プリズム（４つの反射平面を有する。）３５の複数個が連接され、プリズム３５ａが構成され、七面体プリズム３５は、図１０に示すように、二等辺三角形をなす２つの平面（ＥＬＫ、ＧＨＩ）を有し、この平面は平行である。七面体プリズム３５は、六角形をなす平面（ＦＥＫＪＩＧ）と、この平面の一辺を共有する二等辺三角形をなす２つの平面と、第１の実施の形態と同様の反射平面ＳＡ１（面ＥＦＭＬ）、ＳＡ２（面ＦＧＨＭ）、ＳＢ１（面ＨＭＪＩ）、ＳＢ２（面ＬＭＪＫ）とから構成されている。頂点（Ｍ）は平面ＦＥＫＪＩＧに対向しており、この頂点と平面ＦＥＫＪＩＧの中心とを結ぶ線は平面ＦＥＫＪＩＧと垂直をなしている。
【０１６７】
図１１に示すように、本実施の形態における光路変換装置は、図１０に示す七面体プリズム３５を４つの反射平面を有する反射基本単位とし、その二等辺三角形をなす平面を連接して、複数の反射基本単位から構成されたプリズム３５ａを第１の反射素子とし、第１の実施の形態と同様であり、直角二等辺三角形の断面を有し直交する２つの平面（反射平面である。）を有する三角柱プリズム（第１、第２のプリズム）１３、１４をそれぞれ第１、第２の反射体とする構成を有する。
【０１６８】
このように構成される第１の反射素子としてのプリズム３５ａは、平面ＦＥＫＪＩＧと、この平面に対向する複数の頂点（この頂点の数をｍ個とする。）と、平面ＦＥＫＪＩＧに対向する反射平面（ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２）の４ｍ個と、二等辺三角形をなす２ｍ個の平面が連接された側面とを有している。
【０１６９】
なお、図１０に示すプリズム３５（反射基本単位）の例は、第１の実施の形態における九面体の反射基本単位１５、１５′における平面ＡＢＣＤと平面ＥＦＩＫとを一致させた構造に相当し、二等辺三角形をなす平面ＥＬＫ、ＧＨＩと平面ＡＢＣＤが直交しているプリズムである。
【０１７０】
本実施の形態における光路変換装置による光路変換は、第１の実施の形態において九面体プリズム（反射基本単位）１５を、図１０に示す七面体プリズム（反射基本単位）３５に置き換えた構成であり、レーザは平面ＥＧＩＫに入射された後、ビームＡは反射平面ＳＡ１、ＳＡ２によって反射されビームＡ’に変換され、ビームＢは反射平面ＳＢ１、ＳＢ２によって反射されビームＢ’に変換され、第１の実施の形態の光路変換装置と同じようにして光路変換がなされるので、説明は省略する。
【０１７１】
第６の実施の形態
図１２は、本発明の第６の実施の形態における、光路変換装置の構成を説明する図であり、図１２（Ａ）は斜視図、図１２（Ｂ）は九面体の反射基本単位４５が連接された反射素子（第１の反射素子）４５ａの構成を示す正面図（ｘ方向から見た図）、図１２（Ｃ）は反射素子（第１の反射素子）４５ａの構成を示す平面図（ｙ方向から見た図）である。
【０１７２】
本実施の形態における第１の反射素子は、４つの反射平面を有する九面体の反射基本単位４５が連接され構成されている。九面体の反射基本単位４５、４５’は、図１２（Ａ）に示すように、四角形（正方形又は長方形）をなす平面ＡＢＣＤと、この平面の一辺を共有し五角形をなす４つの平面であり２つの平行な平面からなる対を２つ構成する平面と、五角形をなす平面と辺を共有し平行四辺形をなす４つの平面（第１の実施の形態と同様のレーザ反射平面ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２）とを有している。五角形ＡＥＬＫＤと五角形ＢＧＨＩＣは平行であり、五角形ＡＥＦＧＢと五角形ＤＫＪＩＣは平行である。平行四辺形ＥＦＭＬ、ＫＬＭＪ、ＩＪＭＨ、ＧＦＭＨは点Ｍを共有する。
【０１７３】
平面ＡＢＣＤに五角形をなす平面が一辺で連接し、五角形をなす平面に平行四辺形をなす平面が辺で連接し、この平行四辺形をなす平面は１つの頂点（交点、Ｍ）を有するように辺で連接され、この頂点が底平面に対向しており、この頂点と底平面の中心とを結ぶ線は底平面と垂直をなしている。
【０１７４】
反射基本単位４５が連接された反射素子４５ａ、４５ｂは、図１２（Ａ）において実線及び点線で示すように、五角形の平面が連接され、複数の反射基本単位４５、４５’が一方向（ｘ方向）に連接されて構成されている。
【０１７５】
このように構成される反射素子４５ａ、４５ｂは、長方形をなす平面と、この平面に対向する複数の頂点（この頂点の数をｍ個とする。）と、平面に対向する反射平面（ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２）の４ｍ個と、１つの長辺とこれに対向する折れ線状をなす辺を有する平行な２つの平面（側平面）を有している。
【０１７６】
図１２に示す九面体の反射基本単位４５、４５’は、第１の実施の形態による九面体プリズム（反射基本単位）１５、１５′と同様の対称性を有し、九面体の反射基本単位４５′と九面体の反射基本単位４５はｘ方向とｚ方向のなす平面に平行な平面に関して面対称であり、九面体の反射基本単位が連接された反射素子４５ａ、４５ｂはｘ方向とｚ方向のなす平面に平行な平面に関して面対称であり、光学変換装置における反射素子４５ａ、４５ｂの配置も、第１の実施の形態によるプリズム（反射素子）１５ａ、１５ｂと同様である。
【０１７７】
第４の実施の形態における反射素子２５ａの反射基本単位２５は、Ｖ字形状の溝が複数形成された部品を接合して形成されたものであるが、本実施の形態における反射素子４５ａ、４５ｂの反射基本単位４５、４５’はそれぞれ、一体で構成されており、第１の実施の形態におけるプリム１５ａの反射基本単位１５における、面ＡＢＣＤと反射平面（ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２）の位置を入れ換えた構造を有しており、図１２に示す光路変換装置における光路変換では、前段の三角柱プリズム１３によって反射されたレーザが、図３に示すような透明な平面ＡＢＣＤを通過することなく、反射平面（ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２）に入射され、即ち、ビームＡは反射平面ＳＡ１、ＳＡ２によって反射されビームＡ’に変換され、ビームＢは反射平面ＳＢ１、ＳＢ２によって反射されビームＢ’に変換され、光路変換がなされる点を除けば、第１の実施の形態における光路変換と同様であるので説明は省略する。
【０１７８】
なお、以上説明した各実施形態の形態において、第１、第２の反射体としてプリズムを使用しない、及び／又は、第１、第２の反射素子としてプリズムを使用しない構成とすることができる。この場合、第１、第２の反射体としてのプリズムの２つ反射平面、第１、第２の反射素子としてプリズムの４つ反射平面のそれぞれと同等の位置に反射平面（反射鏡面）が配置された構成とすることによって、第１、第２の反射体、第１、第２の反射素子としてプリズムを使用する光路変換装置と同等の光路変換を行うことができる。即ち、所定の位置関係を保持して固定された２つの反射平面（鏡）によって第１、第２の反射体を構成することができ、所定の位置関係を保持して固定された４つの反射平面（鏡）群によって第１、第２の反射素子を構成することもできる。
【０１７９】
以上説明したように、本発明の光モジュールでは、スタック型光源から出射した光をコリメートレンズによって略平行にし、少ない部品点数で構成することができる光路変換装置によって、光を遅軸方向において分割し、分割されたそれぞれの光を光軸の回りに９０度回転させ方向を変換し、次いで、光路変換装置への光の入射方向と同じ方向に光を出射させる構成としているので、フォーカスレンズによって効率良く集光して光ファイバに導くことができ、高効率で光ファイバへ導光することができ、高出力の光モジュールを実現することができる。
【０１８０】
本発明では、高いエネルギー密度をもったレーザを得ることができる光レーザモジュール、特に、レーザモジュールを実現することができ、例えば、半導体レーザ励起固体レーザの励起用の光源、レーザ加工、医療等の各種分野で利用することができる。
【０１８１】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１８２】
例えば、光路変換装置を構成する第１、第２の反射体の反射平面のサイズ、第１、第２の反射素子を構成する反射基本単位の数、及び、反射基本単位を構成する各反射面のサイズ等、更に、バーレーザのもつレーザ出射端面のサイズ、出射端面の配列ピッチ及び配列数、スタック型レーザにおいて積層されているバーレーザの数等は、光路変換装置の使用用途に応じて、任意に変更可能である。また、第１、第２の反射素子は、反射基本単位を連接（密着又は接合）して構成する代わりに、複数の反射基本単位を集合体として一体として形成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本発明による光路変換装置はスタック型光源、特に、スタック型レーザに好適に適用することができ、この光路変換装置を用いた光モジュール、特に、レーザモジュールは、高エネルギーのレーザを発生できるので、半導体レーザ励起固体レーザの励起用の光源、レーザ加工、医療等の各種分野で使用される光源等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における、光路変換装置及びこれを用いたレーザモジュールの構成を説明する図である。
【図２】同上、バーレーザ及びスタック型レーザの構成を説明する図である。
【図３】同上、光路変換装置の構成を説明する図である。
【図４】同上、光路変換装置の構成と光路変換を説明する図である。
【図５】同上、光路変換装置の構成と光路変換を説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における、光路変換装置及びこれを用いたレーザモジュールの構成を説明する図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における、光路変換装置と光路変換を説明する図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態における、光路変換装置の構成と光路変換を説明する図である。
【図９】同上、光路変換装置の反射素子の製造方法、反射素子の構成を説明する図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態における、光路変換装置の構成と光路変換を説明する図である。
【図１１】同上、光路変換装置の構成と光路変換を説明する図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態における、光路変換装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【０１８５】
１０、１０ａ、１０ａ１、１０ａ２、１０ｂ、１０ｂ１、１０ｂ２…バーレーザ、
１１ａ、１１ａ１、１１ａ２、１１ｂ、１１ｂ１、１１ｂ２…ＦＡＣレンズ、
１２ａ、１２ａ１、１２ａ２、１２ｂ、１２ｂ１、１２ｂ２…ＳＡＣレンズ、
１３…前段の三角柱プリズム、１４…後段の三角柱プリズム、
１５、１５’…九面体プリズム、
１５ａ、１５ｂ…九面体プリズムが連接されたプリズム、
１６、１６ａ…シリンドリカルレンズ、１７、１７ａ…フォーカスレンズ、
１８…光ファイバ、２０…スタック型レーザ、２１…レーザ出射端面、
２２…レーザ出射端面から放射されるレーザ、２５…１０面体の反射基本単位、
２５ａ…１０面体の反射基本単位が連接された反射素子、
２５ｂ…Ｖ字形状を有する金属製の反射素子、
３０…光路変換装置、３２…位置決め用の半導体レーザ、
３５…七面体プリズム、３５ａ…七面体プリズムが連接されたプリズム、
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…光束パターン、
４５、４５’…九面体の反射基本単位、
４５ａ、４５ｂ…九面体の反射基本単位が連接された反射素子、
６０…金属板材、６０ａ…Ｖ字形状の溝が形成された金属板材、
６１…第１の光学ブロック、６２…第２の光学ブロック、６３…Ｖ字形状の溝、
６４…接合面、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ…切断の位置、
６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ…切断面、
Ｐ１Ａ、Ｐ２Ａ、ＳＡ１、ＳＡ２…レーザ反射平面、
Ｐ１Ｂ、Ｐ２Ｂ、ＳＢ１、ＳＢ２…レーザ反射平面
【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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【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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