(57)【要約】  パワーコンバイナを用いずに複数のレーザ光を合わせてパワー密度の大きなレーザビームの照射スポットを形成することが可能な集光装置を提供する。複数の光ファイバの束からなる光ファイババンドルであって、一端が個々の光ファイバの光入射端が配列された入射側バンドル端を構成し、他端が個々の光ファイバの光出射端が配列された出射側バンドル端を構成する。この光ファイババンドルは、前記複数の光ファイバのうち少なくとも２つの光ファイバの光出射端からそれぞれ出射した少なくとも２つの光ビームが、前記出射側バンドル端の光路上後方となる少なくとも１つの断面上で重なり合い、その後離散するように、該少なくとも２つの光ビームをそれぞれ異なる方向に偏向させる光偏向手段を、該出射側バンドル端に備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバの束からなる光ファイババンドルであって、一端が個々の光ファイバの光入射端が配列された入射側バンドル端を構成し、他端が個々の光ファイバの光出射端が配列された出射側バンドル端を構成し、前記複数の光ファイバのうちの少なくとも２つの光ファイバの光出射端からそれぞれ出射した少なくとも２つの光ビームが、前記出射側バンドル端の光路上後方となる少なくとも１つの断面上で重なり合い、その後離散するように、該少なくとも２つの光ビームをそれぞれ異なる方向に偏向させる光偏向手段を前記出射側バンドル端に備えたことを特徴とする光ファイババンドル。
【請求項２】
前記少なくとも２つの光ビームが前記断面上で重なり合った領域の輝度が、前記光出射端における該少なくとも２つの光ビームの個々のパワー密度より大きくなるように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の光ファイババンドル。
【請求項３】
前記複数の光ファイバの束が中心の光ファイバとそれに隣接する少なくとも１つの周辺の光ファイバとを含み、該中心の光ファイバから出射された光ビームは、該中心の光ファイバの光軸に沿って直進し、該周辺の光ファイバから出射された光ビームは該中心の光ファイバから出射された光ビームに向かって偏向されるように構成されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の光ファイババンドル。
【請求項４】
前記周辺の光ファイバから出射した光ビームが該光ビームの広がり角よりも大きい角度で前記光軸方向に偏向されるように構成されたことを特徴とする、請求項３に記載の光ファイババンドル。
【請求項５】
前記少なくとも２つの光ビームが互いにインコヒーレントとなるように構成されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイババンドル。
【請求項６】
前記光偏向手段は、該光ファイババンドルを包含するサイズの断面を有する光ファイバの先端が球状ないしレンズないしプリズム状に形成されたものにより構成されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイババンドル。
【請求項７】
前記光偏向手段が微小プリズムにより構成されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイババンドル。
【請求項８】
前記光偏向手段が回折光学素子により構成されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイババンドル。
【請求項９】
前記光偏向手段は、前記少なくとも２つの光ファイバの各光出射面がそれぞれ異なる方向を向くことにより構成されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイババンドル。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ファイババンドルと、該光ファイババンドルの光路上後方に配された２つのレンズを有し、前記少なくとも２つの光ビーム同士が前記出射側バンドル端の光路上後方となる少なくとも２つの断面上で重なり合うように構成されたことを特徴とする光ビーム照射光学系。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ファイババンドルと、該光ファイババンドルの入射端側に配された複数の半導体レーザ素子を有し、該複数の半導体レーザ素子が発生したレーザ光が該光ファイババンドルの前記少なくとも２つの光ファイバにそれぞれ個別に入射するように構成されたレーザ照射装置。
【請求項１２】
前記複数の半導体レーザ素子は、前記少なくとも２つの光ビームのスペクトル広がりの半値幅以上互いに離れたピーク波長を有するレーザ光を発生することを特徴とする、請求項１１に記載のレーザ照射装置。
【請求項１３】
前記少なくとも２つの光ファイバは、それらの光入射端から光出射端までの長さが、前記複数の半導体レーザ素子が発生するレーザ光の波長に対して十分に大きい差をもって、互いに異なることを特徴とする、請求項１１または１２に記載のレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個々の光ファイバの末端から出射したビームが重なるように構成された光ファイババンドルに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイババンドルとは、複数の光ファイバが１本に束ねられたものをいう。特許文献１には、高出力パルスレーザ照射装置であって、高出力パルスレーザをレーザ照射ヘッドに伝送するのにバンドル型光ファイバ（光ファイババンドル）を用いたものが記載されている。この装置は、高出力パルスレーザの伝送に、１本の光ファイバではなく光ファイババンドルを用いているため、入射する高出力パルスレーザの出力が各素線に分散されて各素線あたりの負荷を小さくでき、各素線が破壊されて断線する等の問題が低減されるとされている。【０００３】
特許文献２には、多数本の光ファイバを束ねたバンドル光ファイバ（光ファイババンドル）の出射端における各ファイバの向き（すなわち光の出射方向）を変えられるようにして、光ファイババンドルから出射するレーザ光の広がり角度を調整できるようにした光照射装置が記載されている。この装置は、光化学反応診断治療系の光照射装置に用いられることを想定しており、たとえば癌の診断時において、癌細胞の大きさに合わせてレーザ照射面積を変えたり、広がり角度を大きくして広範囲を照射するようにしたりすることができるようになっている。【０００４】
特許文献３には、複数の半導体レーザ素子からの出射光が基板上に形成された光導波路を介して集光され、その光導波路の出力端から高出力のレーザ光となって出射するように構成された半導体レーザ集光装置が記載されている。半導体レーザは、高品質なビームで安定した出力が得られることから、情報や通信の分野では広く用いられているが、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザなどに比べて一般に出力が小さいため、高出力が要求されるレーザ加工の用途に用いられる機会は少なかった。特許文献３の半導体レーザ集光装置は、複数の半導体レーザ素子からの出射光を合成することにより、レーザ加工に用いられる高出力のレーザビームが得られるようにしたものである。【０００５】
特許文献４には、複数の半導体レーザから出射したレーザ光をそれぞれ個別に伝送する複数の光ファイバを束ねて光ファイババンドルを形成し、これをアダプタ（レーザ光集光手段）の入射口に結合したレーザ光発生装置が記載されている。ここで用いられているレーザ光集光手段は、断面形状が入射口から出射口に向かってテーパ状に徐々に細径となる空洞からなる光伝送路を有しており、複数の光ファイバからレーザ光集光手段に入射した全てのレーザ光は、空洞のテーパ状内壁面で反射しながら集光され（絞られ）て、パワー密度の大きいレーザビームとして出射口から出射するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１３１５８８号公報
【特許文献２】特開平３−１３０７０３号公報
【特許文献３】特開平７−１６８０４０号公報
【特許文献４】特開２００５−２８６３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レーザ加工には、パワー密度の大きなレーザビームを照射する必要がある。そのため、複数のレーザ光を合わせた合成光からなるレーザビームを用いる場合、その照射スポットのパワー密度を上げるために合成光のビームをできるだけ絞ることが好ましい。しかしながら、先細テーパ状の光ファイバや光導波路を用いてビームの出射口を絞るとビームの広がり角が大きくなる（エテンデュ保存則）ことから、ビームの出射口を絞ることで却って照射スポットが広がってパワー密度が低下してしまうことがある。【０００８】
加えて、光ファイバで伝送できる光のパワー密度は当該光ファイバの耐光特性で制限されることから、複数の光ファイバで伝送されたレーザ光をパワーコンバイナで１本の光ファイバに結合することにより、大きなパワー密度を有する合成光を得ることは困難な場合がある。さらに、パワーコンバイナを用いる場合は光ファイバの融着接続箇所が多くなるためクラッド光が生じやすく、これが被覆や樹脂に吸収されると発熱が生じるという問題もある。特に、固定用に樹脂が使われるテーパ部やパワーコンバイナの周囲が発熱しやすいため、そのような箇所で発火や断線といった故障を引き起こす可能性がある。【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑み、パワーコンバイナを用いずに複数のレーザ光を合わせてパワー密度の大きなレーザビームの照射スポットを形成することが可能な集光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、複数の光ファイバの束からなる光ファイババンドルであって、一端が個々の光ファイバの光入射端が配列された入射側バンドル端を構成し、他端が個々の光ファイバの光出射端が配列された出射側バンドル端を構成し、前記複数の光ファイバのうち少なくとも２つの光ファイバの光出射端からそれぞれ出射した少なくとも２つの光ビームが、前記出射側バンドル端の光路上後方となる少なくとも１つの断面上で重なり合い、その後離散するように、該少なくとも２つの光ビームをそれぞれ異なる方向に偏向させる光偏向手段を、該出射側バンドル端に備えたことを特徴とする光ファイババンドルを提供し、これにより上記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の光ファイバの光出射端からそれぞれ出射した複数のレーザビームを重ねて、パワー密度の大きいレーザビームの照射スポットを形成することができ、その際、光ファイバに発火や断線等の故障を引き起こすリスクが小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】パワーコンバイナの概略構造を例示する模式的断面図である。
【図２】光ファイババンドルから出射するレーザ光を集光するために従来考案されたレーザ集光手段を示す模式的断面図である。
【図３Ａ】光束を絞らない場合には出射光の広がり角度が小さいことを示す模式的断面図である。
【図３Ｂ】テーパ状の光ファイバで光束を絞ると出射光の広がり角度が大きくなることを示す模式的断面図である。
【図４Ａ】従来の光ファイババンドルを用いて光照射スポットを形成する構成を示す模式的光路図である。
【図４Ｂ】従来の光ファイババンドルを用いて光照射スポットを形成する構成を示す模式的光路図である。
【図４Ｃ】本発明の光ファイババンドルの出射側バンドル端の後方にレンズを配置して光照射スポットを形成する構成を、従来の光ファイババンドルを用いた構成（図４Ａ及び図４Ｂ）と比較して示す模式的光路図である。
【図５】本発明の光ファイババンドルからの出射光の出射の向きを例示する模式的断面図である。
【図６】本発明の光ファイババンドルからの出射光が重ねあわされる様子を例示する模式的断面図である。
【図７】本発明の光ファイババンドルからの出射光の伝搬と光照射スポットの輝度との関係を例示する模式図である。
【図８】本発明の光ファイババンドルの光偏向手段としてプリズムを用いた場合を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の光ファイババンドルは、複数の光ファイバの束からなり、その一端は個々の光ファイバの光入射端が配列された入射側バンドル端を構成し、他端は個々の光ファイバの光出射端が配列された出射側バンドル端を構成する。入射側バンドル端の各光ファイバの光入射端にそれぞれ半導体レーザ素子（のレーザ光出射端）を結合させれば、出射側バンドル端の対応する光出射端からそれぞれ伝送されたレーザ光が出射し、それらのレーザ光は、出射側バンドル端に備えられた光偏向手段により、光路上後方となる少なくとも１つの断面上で重なり合い、その後離散するように、それぞれ異なる方向に偏向させられる。従って、その重なり合う断面上に加工対象（ワーク）を置けば、高パワー密度の照射スポットを形成するレーザ照射装置となる。また、本発明の光ファイババンドルの光路上後方に２つのレンズを配置し、少なくとも２つの光ファイバの光出射端から出射した光ビームが、出射側バンドル端の光路上後方となる少なくとも２つの断面上で重なり合うようにすれば、出射側バンドル端とワークとの距離をある程度とるための光ビーム照射光学系として機能する。
【００１４】
複数の光ファイバを束ねた光ファイババンドルを用い、それぞれが半導体レーザ素子で発生したレーザ光を個別に伝送するようにすれば、１つの光ファイババンドルで当該複数の半導体レーザ素子で発生したレーザ光をまとめて伝送することができ、かつ、複数の半導体レーザ素子で発生したレーザ光のパワーは複数の光ファイバにそれぞれ分散されるので、個々の光ファイバにかかる負荷が過大になることもない。しかしながら、複数の半導体レーザ素子からのレーザ光はそれぞれ別の光ファイバの光出射端からレーザビームとして出射するため、そのままでは広い面積にパワーが分散してしまい、パワー密度が高いレーザビームは得られない。そこで、別々の光ファイバから出射した複数のレーザ光を集光してビームを絞るために、従来はパワーコンバイナと呼ばれる部材を用いていた。
【００１５】
図１は、パワーコンバイナの一種であるテーパファイババンドルの概略構造を例示する模式的断面図であり、複数の光ファイバから出射した複数のレーザ光を１本の光ファイバに結合させる様子を示している。テーパファイババンドルとは、テーパファイバと呼ばれる入口径より出口径の方が小さい光ファイバを複数束ねて構成したものである。個々のテーパファイバ５０１の入口側の末端（大口径側）は光ファイババンドルを構成する個々の光ファイバ５０２にそれぞれ融着接続され、個々のテーパファイバの出口側の末端（小口径側）はまとめて大口径光ファイバ５０３に融着接続される。このようにしてパワーコンバイナを用いれば、光ファイババンドルを構成する個々の光ファイバで別々に伝送されてきた全てのレーザ光のパワーを１本の大口径光ファイバに集中させることができる。
【００１６】
テーパファイババンドルの難点は、第１に、入口側では光ファイバ同士を個々に融着接続しなければならないことから、融着接続する箇所が非常に多くなることである。同径の光ファイバ同士の融着接続の場合、アライメントが不完全であるとコアを伝送されてきた光がクラッドにリークしてクラッド光が生じやすい。クラッド光は被覆や樹脂に吸収されて熱となるため、発熱による発火や断線等の故障を引き起こす原因となるものである。そして、テーパファイババンドルは一群のテーパファイバを配列させて樹脂で固定することにより製造されるので、図１に示されるように、テーパファイバの周囲には固定用の樹脂５０４が密着しており、これらの樹脂によりクラッド光が吸収されて発熱を生じることになる。
【００１７】
図１に示すテーパファイババンドルの上記難点を解消するものが、特許文献４に示されるレーザ光集光手段である。図２は、特許文献４に記載されたレーザ光集光手段を示す模式図である。複数の光出射部を備えた半導体レーザユニット（不図示）からのレーザ光は、光ファイババンドル６０１により個別に伝送され、光ファイババンドルの出口側（レーザ光射出側）６０１ａが、レーザ光集光手段（アダプタ）６０２の入口側６０２ａに接続される。レーザ光集光手段６０２は先細テーパ状の空洞を伝送路とする部材であり、その入口側に接続された光ファイババンドルから射出された全てのレーザ光は、先細テーパ状の空洞の内面６０２ｂで反射しながら出口側に向かって集光され、出口側に設けられた小径の開口６０２ｃから射出される。図２に示すようなレーザ光集光手段を用いれば、光ファイバ同士を個別に融着する必要はなく、固定用の樹脂を用いる必要もないので、不完全なアライメントによるクラッド光の発生や樹脂によるその吸収に伴う発熱の問題は回避される。
【００１８】
しかしながら、図２に示すレーザ光集光手段を用いると光束の断面積を大きく絞ることになるため、エテンデュ保存則により出口側の開口から出射する光の広がり角が大きくなる、という問題がある。図３Ａ及び３Ｂは、テーパ状の光ファイバで光束を絞ると出射光の広がり角度が大きくなることを示す模式的断面図である。図３Ａは光束の断面積を絞らない場合を示し、図３Ｂは光束の断面積を１／４に（口径を半分に）絞る場合を示す。エテンデュ保存則によれば、開口数（広がり角の正弦）の二乗と光束の断面積との積は一定であるとされる。すなわち、エテンデュＥは次式で定義される。
【数１】
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上式において、πは円周率、Ａは光束の断面積、ＮＡは開口数、θは出射後の光束の広がり角（立体角）である。図３Ｂでは、図３Ａに比べて光束の断面積Ａが１／４に絞られているので、広がり角の正弦ｓｉｎθは図３Ａに比べて２倍になる。
【００１９】
これに対し、本発明の光ファイババンドルでは、個々の光ファイバで伝送されてきた光束は絞られていないから、出射後の光ビームの広がり角の拡大は小さい。すなわち、図３Ａの場合と同じである。一方、本発明の光ファイババンドルの出射側バンドル端には光偏向手段が設けられており、複数の光ファイバのうち少なくとも２つの光ファイバの光出射端からそれぞれ平行に出射した光ビームは、出射側バンドル端の光路上後方となる少なくとも１つの断面上で重なり合い、その後離散するように、それぞれ異なる方向に偏向させられる。
【００２０】
図４Ａ−４Ｃは、本発明の光ファイババンドルの出射側バンドル端の後方にレンズ５を配置して重なり合った光照射スポット４を形成する構成（図４Ｃ）を、従来の光ファイババンドルを用いた構成（図４Ａ及び図４Ｂ）と比較して示す模式的光路図である。図４Ａは、従来の光ファイババンドルの出射側バンドル端の光路上後方に１枚の集光レンズを配置して、２つの光出射端からそれぞれ平行に出射した２つの光ビームを重ねる場合を示す。この場合は１レンズ変換になるため、重なり合った光ビームのサイズは出射時のサイズと集光レンズの焦点距離ｆで一意的に決まることになる。そのため、出射側バンドル端から光ビームが重なる位置（そこに加工対象のワークを置く）までの距離をある程度（１０ｍｍ以上）とろうとすると、十分なフルエンス（パワー密度ないしエネルギー密度）を稼ぐことができない。例えば、出射時にそれぞれ直径６０μｍであった２つの平行な光ビームをｆ＝１０ｍｍのレンズで集光すると、それらの光ビームのスポットが重なる断面（焦点位置）での個々の光ビームの直径は２４０００μｍになり、フルエンスは大きく低下してしまう。
【００２１】
図４Ｂは、１枚ではなく２枚の集光レンズを配置して２つの平行な光ビームを重ねる場合を示す。この場合は、出射時の像が２段目のレンズの焦点位置で再現されるため、スポットを絞ることはできるが、スポットを重ねることはできない。
【００２２】
これに対し、本発明の光ファイババンドルでは、出射側バンドル端に光偏向手段３が設けられているため、図４Ｃに示すように、出射側バンドル端の光路上後方の直近となる位置（以下、その位置で光軸に垂直に交差する平面を想定して「断面」ともいう。）で最初にスポットを重ねることができる。従って、等倍２レンズ系で出射時相当の伝搬を再現することで光ビームの広がりを抑えながら、レーザ加工対象物の表面上で再度スポットを重ねることができる（スポット４）。このように、本発明の光ファイババンドルの光路上後方に２つのレンズ５を配置し、複数の（少なくとも２つの）光ビームが出射側バンドル端の後方において少なくとも２つの断面上で重なり合うようにすれば、レーザ加工の対象物（ワーク）表面までの距離をある程度とるための光ビーム照射光学系が構成できる。そして、最も輝度（スポットのパワー密度すなわちビームパワー／スポットサイズ）が高くなった最初の断面上のスポットを、等倍２レンズ系でレーザ加工の対象物（ワーク）上に再現するようにすれば、複数の半導体レーザ素子からのレーザビームのパワーがワーク上の小さな断面積に凝縮され、十分なフルエンスで対象物のレーザ加工を行うことができる。
【００２３】
図５は、本発明の光ファイババンドルからの出射光の出射の向きを例示する模式的断面図である。本発明の光ファイババンドル１は、例えば複数の半導体レーザ素子（ＬＤ）６から出射したレーザ光を個別に当該光ファイババンドルを構成する複数の光ファイバ２に導入するための複数の光入射端（不図示）を入射側バンドル端に備えており、複数の光ファイバ２の光出射端が配列された出射側バンドル端に光偏向手段３を備えている。図５では、複数の光ファイバの束が中心にある１本の光ファイバ２ａとその周囲に隣接する少なくとも１つの周辺の光ファイバ２ｂとを含み、中心の光ファイバ２ａから出射した光ビームは直進し、周辺の光ファイバ２ｂから出射した光ビームは中心の光ファイバから出射した光ビームに向かって偏向されるように構成されている。そして、周辺の光ファイバ２ｂから出射した光ビームは、出射側バンドル端の光路上後方となる所定の位置で中心の光ファイバ２ａから出射した光ビームと重なり合ってスポット４を形成する。
【００２４】
個々の光ファイバから出射した光ビームは広がりながら重なる。図６は、本発明の光ファイババンドルからの出射光が重ねあわされる様子を例示する模式的断面図である。図６に示すように、光ビームが光ファイババンドルの径まで広がる前に完全に重なれば、個々の光ビームに比べてパワー密度が改善されることになる。すなわち、複数（少なくとも２つ）の光ビームが断面上で重なり合った領域の輝度（パワー密度）が、光出射端における個々の光ビームのパワー密度より大きくなるように構成されたことになる。従って、図５や図６に示されるように、中心の光ファイバ２ａから出射した光ビームは直進し、周辺の光ファイバ２ｂから出射した光ビームは中心の光ファイバ２ａから出射した光ビームに向かって偏向される場合には、周辺の光ファイバ２ｂから出射した光ビームがそのビームの広がり角よりも大きい角度で光軸方向に偏向されるように構成することが好ましい。
【００２５】
図７は、本発明の光ファイババンドルからの出射光の伝搬と光照射スポットの輝度（パワー密度）との関係を例示する模式図である。図７に示すように、出射側バンドル端においては、個々の光ファイバから出射した光ビームは未だ集光されておらず、従って、個々の光ビームのパワー密度も当初のままである。出射後の複数の光ビームは集光されて互いに近づいていくと同時に、各ビームはそれぞれ徐々に広がりながら伝搬するので、個々の光ビームのパワー密度は徐々に低下していく。一方、集光が進むと光ビーム同士の重なりによるパワー密度向上の効果が現れ始め、この効果がビーム広がりによる個々の光ビームのパワー密度低下の効果を上回ると、重なり合った領域の輝度が向上することになる。すなわち、全ての光ビームが重なってシングルスポットとなった位置で、個々のビームの広がりが出射側バンドル端における出射直後の複数スポットを丁度包含するサイズに達していなければ、当該シングルスポットの輝度は個々の光ビームの出射直後の輝度（パワー密度）より向上したことになる。シングルスポットが形成された後は、個々の光ビームの輝度（パワー密度）低下の効果と光ビーム同士の離散による輝度低下の効果が相乗的にはたらくため、スポットの輝度は急速に低下（劣化）する。
【００２６】
本発明の光ファイババンドルが備える光偏向手段は、複数の光ファイバからそれぞれ出射した少なくとも２つの光ビームが、出射側バンドル端の光路上後方となる少なくとも１つの断面上で重なり合い、その後離散するように、それぞれ異なる方向に偏向させるものであれば、どのようなものであってもよい。典型的には、レンズやプリズムのような屈折光学素子が上げられるが、ミラーのような反射光学素子やグレーティングのような回折光学素子であってもよい。本発明は、光束の広がりを上回る角度でビームを偏向させ、ビームが重なった領域の輝度がピークに達する断面をレーザ加工用の照射スポットとして採用するのであり、そこに本発明の本質がある。
【００２７】
具体的に、本発明で用いられる光偏向手段として好ましいと考えられるものには、光ファイババンドルを包含する断面サイズを有する光ファイバの先端が球状ないしレンズ状に形成されたものがある。この場合、光ファイババンドルを構成する複数の光ファイバの各光出射面と光偏向手段を構成する光ファイバの光入射面とは融着接合される。しかしながら、光偏向手段を構成する光ファイバは光ファイババンドルを包含する断面サイズを有するので、アライメントが多少不完全であってもクラッド光が生じる可能性は小さい。
【００２８】
本発明で好ましく用いられる光偏向手段としては微小プリズムも挙げられる。図８は、微小プリズムを出射側バンドル端に備えた光ファイババンドルの例を示すものである。図８は、出射側バンドル端を光出射側から見た図である。図８に示される光ファイババンドルは、中心にある１本の光ファイバの周囲に隣接して６本の光ファイバを束ねたものであり、全体としては７本の光ファイバの束からなる光ファイババンドルである。この束ね方は最密充填方式といえ、光ファイババンドル全体の断面積を小さくするために好ましい。典型的なマルチモードファイバのコア径は１０５μｍ、クラッド径は１２５μｍであるから、隣接するファイバの中心間距離は１２５μｍとなる。このような光ファイババンドルの先端に７つの異なる傾斜をもった微細プリズムを設ければよい。中心の光ファイバからの出射光は直進させればよいので、プリズムの中心部の表面は光軸に垂直でよい。周囲の６つの光ファイバからの出射光は中心の光ファイバからの出射光に向けて偏向させる必要があるので、それぞれ中心側から周辺側に向かって後退した傾斜にすればよい。なお、このようなプリズムと同様の機能を回折光学素子によって実現することも可能である。
【００２９】
また、本発明で用いられる光偏向手段は、そこからの出射光を偏向しようとする複数の（少なくとも２つの）光ファイバの光出射端がそれぞれ異なる方向を向くようにして構成してもよい。この場合には、当該光ファイバの先端を光偏向手段に融着接合する必要はなく、その光ファイバ（の先端）自体が光偏向手段を構成することになる。
【００３０】
なお、本発明の光ファイババンドルから出射する複数の光ビームは互いにインコヒーレントであることが好ましい。干渉性の光ビームを集光すると、照射スポット内に干渉縞が生じてパワー密度の一様性を損なうことになるからである。そのためには、本発明の光ファイババンドルの入射側バンドル端に接続する複数の半導体レーザ素子から入射するレーザ光のピーク波長が、それぞれ出射側バンドル端で集光される各レーザビームのスペクトルの半値幅以上離れていることが好ましい。さらに、本発明の光ファイババンドルを構成する複数の光ファイバは、光入射端から光出射端までの長さの差が、複数の半導体レーザ素子が発生するレーザ光の波長に対して十分に大きいことが好ましい。
【００３１】
この出願は２０１８年３月１２日に出願された日本国特許出願第２０１８−０４４３２３号からの優先権を主張するものであり、その内容を引用してこの出願の一部とするものである。
【符号の説明】
【００３２】
１  光ファイババンドル
２  複数の光ファイバ
２ａ  中心の光ファイバ
２ｂ  周辺の光ファイバ
３  光偏向手段
４  スポット
５  レンズ
５０１  テーパファイバ
５０２  光ファイバ
５０３  大口径光ファイバ
５０４  固定用樹脂
６０１  光ファイババンドル
６０１ａ  光ファイババンドルの出口側
６０２  レーザ光集光手段（アダプタ）
６０２ａ  アダプタの入口側
６０２ｂ  空洞の内面
６０２ｃ  小径の開口
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
2019176953.tif 000011
【図６】
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【図７】
2019176953.tif 000013
【図８】
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【国際調査報告】
2019176953.tif 000015
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