JP2003103389A - 半導体レーザ集光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数のエミッタをもつ半導体レーザ光源から
のレーザ光を小さく集光することができる半導体レーザ
集光装置を提供する。 【解決手段】 複数のエミッタ（１１ａ〜１１ｈ）から
レーザ光を放射する半導体レーザ光源（１０）と、レー
ザ光をコリメートするコリメータレンズ（３０，３１）
と、コリメートされたレーザ光を分割集光する複数の集
光レンズ（４０）と、複数の集光レンズ（４０）で集光
されたレーザ光を合波する合波手段（６２）と、により
半導体レーザ集光装置を構成する。複数のエミッタから
のレーザ光を複数の集光レンズで分割集光すると共に合
波手段で合波するので、集光ビームサイズを小さくする
ことができる。

Description

【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
もつ半導体レーザの集光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、半導体レーザは発振効率が〜50％
と高いことから、固体レーザの励起光源として、或いは
直接加工光源として利用するニーズが高まっている。そ
こで、複数のエミッタを一次元に配置した半導体レーザ
バー(ＬＤバー)や、ＬＤバーを積層した半導体レーザス
タック（ＬＤスタック）が半導体レーザメーカから商品
化された。例えば、ＬＤバーは、長さ１０ｍｍ、厚さ0.
2ｍｍ、幅１ｍｍの外形寸法の半導体レーザチップをヒ
ートシンクにマウントしたもので、この中に縦１μm、
横１５０μmのエミッタがピッチ500μmで１９個集積化
されている。１エミッタから約２Ｗの出力のレーザ光が
放射され、１ＬＤバーからは約４０Ｗの出力のレーザ光
が放射される。このＬＤバーを１０個積層したＬＤスタ
ックからは400Ｗの出力のレーザ光が放射されることに
なる。したがって、これらを集光してパワー密度を高く
することができれば、金属の溶接や穴あけ、切断などの
加工を直接行なうことができる。

【０００３】しかし、一般的な半導体レーザは端面放射
タイプで、放射光の広がりが大きく、縦方向(ファース
ト軸方向)広がり角θVは数１０度、横方向(スロー軸方
向)広がり角θHは数度〜１０数度である。また、上述の
ように、レーザ光を放射するエミッタの寸法は縦が相対
的に狭く１μｍ程度であり、横は相対的に広く100〜200
μmである。レーザ光の集光性は、ビームプロダクト
（ビーム径×広がり角）に依存する。上述のような半導
体レーザの場合、ビームプロダクトは、縦方向が0.2mm・
mrad程度であり、横方向が200mm・mradである。このた
め、LDバーやLDスタックからの放射光をレンズを用いて
集光する場合、縦方向は容易に小さく集光できるが、横
方向はビームプロダクトが大きいために小さく集光する
ことが容易でない。

【０００４】従来の最も一般的なレンズ系を用いた半導
体レーザ集光装置を図６に示す。半導体レーザ光源１０
０は、複数のエミッタ１１０をもち、各エミッタ１１０
から放射されたレーザ光のファースト軸（y軸）方向が
ｙ−ｚ面でレンズ作用をもつｙ−ｚ円柱レンズ２００で
コリメートされる。レーザ光のスロー軸（ｘ軸）方向は
y‐ｚ円柱レンズ２００をそのまま通過し、つぎのｘ−
ｚ面でレンズ作用をもつｘ−ｚ円柱レンズアレイ３００
でコリメートされ、集光レンズ４００に入射し集光さ
れ、集光スポット５００を形成する。ｙ−ｚ円柱レンズ
２００でコリメートされたファースト軸方向は、ｘ−ｚ
円柱レンズアレイ３００をそのまま通過し、集光レンズ
４００に入射して集光され集光スポット５００を形成す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、集光スポ
ット５００を小さくするためには、集光レンズ４００に
入射するスロー軸方向のレーザ光の広がりを小さくする
(コリメートを十分に行う)必要があるが、そのために
は、ｘ−ｚ円柱レンズアレイ３００の焦点距離ｆHを長
くして、エミッタ１１０からｆH離れた位置にｘ−ｚ円
柱レンズアレイ３００を配置する必要がある。しかし、
ｆHが大きくなると、エミッタ１１０と円柱レンズアレ
イ３００が１対１に対応しなくなり、隣のエミッタから
の放射光が回りこむクロストークが起こる。したがっ
て、図６に示す従来の集光装置では集光スポット５００
を小さくすることができない。

【０００６】従って、本発明は、上記の状況に鑑みてな
されたもので、多数のエミッタをもつ半導体レーザ光源
からのレーザ光を小さく集光することができる半導体レ
ーザ集光装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明者らは小さく集光することが容易でないスロ
ー軸方向の集光モデル式を導出し、考察を行った。図１
がモデル式導出のためのｘ−ｚ平面図で、スロー軸は紙
面に平行で、ファースト軸は紙面に垂直である。図示し
ないLDバーは、複数のエミッタ１１が紙面に平行方向に
配列されており、各エミッタのスロー軸方向の大きさを
ｄ１、エミッタとエミッタのピッチ（間隔）をｐとす
る。エミッタ１１から放射されたスロー軸方向にθ１の
広がりをもつビームが、スロー軸用コリメータレンズ３
１にすべて入射するように、焦点距離ｆ０、開口ｄ２の
レンズ３１はエミッタ１１からｆ０の位置に配置されて
いる。このような構成にすると、コリメータレンズ３１
でコリメートされたビームは、コリーメータレンズ３１
の後側焦平面(レンズ３１からｆ０の位置)で最小のｄ３
となり、その後θ２の広がりもつビームとなり、集光レ
ンズ４０に入射する。集光レンズ４０に入射したビーム
は、集光レンズ４０からｆ隔たった位置に集光される。
なお、集光レンズ４０は焦点距離ｆをもち、コリメータ
レンズ３１からｆ０＋ｆ隔たった位置に配置されてい
る。

【０００８】集光レンズ４０に入射するすべてのエミッ
タからのビーム全体の大きさをDin、集光位置でのビー
ムサイズをDout、集光レンズ４０の開口数をsinθ3とす
ると、集光モデル式はつぎのように導出される。

【数１】 であり、（１），（２），（４）式から ｄ3＝ｄ2−ｄ１＝ｐ−ｄ１・・…（５） となる。エミッタ１１の数をｎとすると、 Din＝ｐ（ｎ−１）＋ｄ３……（６） となる。一方、 Dout＝２ｆtanθ2＝（tanθ2／tanθ3）Din・……・（７） であり、

【数２】 であるので、これを（７）式に代入すると、

【数３】 となる。この式から集光ビームサイズDoutを小さくする
ためには、スロー軸方向の広がりθ１を小さく、エ
ミッタ寸法ｄ１を小さく、集光レンズ４０の開口数を
大きく(θ３を大きく)、集光レンズ４０への入射ビー
ムサイズDinを小さく(ｎｐを小さく、すなわち複数のエ
ミッタを分割)すればよいことがわかる。このうちと
は半導体レーザ自身の技術の進歩を待つ必要があり、
についてはこれまでも試みられてきた。そこで、発明
者らは、の方策に着目して本発明に到達した。

【０００９】上述した課題を解決するため、請求項１に
記載の半導体レーザ集光装置は、複数のエミッタをもち
該複数のエミッタからレーザ光を放射する半導体レーザ
光源と、該レーザ光を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
スロー軸方向の幅が１／２以下になるように変換する手
段と、この変換手段により変換されレーザ光を集光する
集光レンズと、を有することを特徴とする。請求項１に
記載の発明によれば、コリメートされたレーザ光をその
スロー軸方向の幅が１／２以下になるように変換して集
光レンズに入射するようにしたので、集光レンズにより
集光される集光ビームの幅を１／２以下にすることがで
きる。

【００１０】請求項２に記載の半導体レーザ集光装置
は、複数のエミッタをもち該複数のエミッタからレーザ
光を放射する半導体レーザ光源と、該レーザ光をコリメ
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分割集光する複数の集光レン
ズと、該複数の集光レンズで集光されたレーザ光を合波
する合波手段と、を有することを特徴とする。

【００１１】複数のエミッタからのレーザ光を複数の集
光レンズで分割集光して合波することで、各集光レンズ
に入射するビームサイズが小さくなり集光ビームサイズ
を小さくすることができる。合波手段としては、光路を
曲げることができればよく、例えば、プリズムやミラー
を使用することができる。

【００１２】請求項３に記載の半導体レーザ集光装置
は、複数のエミッタをもち該複数のエミッタからレーザ
光を放射する半導体レーザ光源と、該レーザ光をコリメ
ートするコリメータレンズと、該レーザ光を互いに直交
する偏波面をもつレーザ光に分割する偏光分割手段と、
該互いに直交する偏波面をもつレーザ光を合波する偏光
合波手段と、該偏光合波手段により合波されたレーザ光
を集光する集光レンズと、を有することを特徴とする。

【００１３】複数のエミッタを偏光制御手段で異なる偏
光をもつ例えば2群に分割し、集光レンズに入射するビ
ームサイズを小さくしてそれぞれを集光レンズで集光す
ると共に、偏光合波手段で合波するので、集光ビームサ
イズを小さくするすることができる。

【００１４】半導体レーザ光源が表面放射型の場合は、
一般に無偏光で広がり角に異方性のないレーザ光が放射
されるので、偏光分割手段として偏光軸が互いに直交す
る２種類の偏光子を用いて分割され、コリメータレンズ
として通常の球面レンズを使用してコリメートされる。
偏光合波手段は、例えば、偏光ビームスプリッタや薄膜
偏光子などとビームベンダを組合せたものであるが、合
波効率の点で偏光ビームスプリッタとビームベンダを組
合せたものが好ましい。ビームベンダとしては、全反射
ミラーやプリズムが適している。

【００１５】請求項４に記載の半導体レーザ集光装置
は、請求項３の装置において、前記半導体レーザ光源が
前記エミッタのファースト軸方向に偏光したレーザ光を
放射し、前記偏光分割手段が該レーザ光の一部の偏光方
向を該エミッタのスロー軸方向に回転させる半波長板で
あることを特徴とする。

【００１６】半導体レーザ光源が端面放射型の場合、フ
ァースト軸方向に偏光したレーザ光が放射されるので、
例えば2群に分割すべきレーザ光のどちらか一方の偏光
方向を変えればよく、偏光分割手段が少なくてよい。

【００１７】コリメータレンズは、端面放射型の場合フ
ァースト軸方向とスロー軸(ファースト軸と直交する)方
向で広がり角が異なるので、ファースト軸用とスロー軸
用の２種類必要になる。

【００１８】請求項５に記載の半導体レーザ集光装置
は、 複数のエミッタをもち該複数のエミッタから異な
る波長(λ１，λ２，λ3，・・・)のレーザ光を放射す
る半導体レーザ光源と、該レーザ光をコリメートするコ
リメータレンズと、該コリメータレンズでコリメートさ
れたレーザ光を集光する集光レンズと、該異なる波長の
レーザ光を合波する波長合波手段と、を有することを特
徴とする。

【００１９】複数のエミッタを波長毎に分割して、集光
レンズに入射するビームサイズを小さくして、それぞれ
を集光すると共に、波長合波手段で合波するので、集光
ビームサイズを小さくできる。

【００２０】異なる波長のレーザ光を放射するレーザ光
源は、GaAlAsやInGaAsなどの化合物半導体にドープする
不純物濃度をエミッタによって変えたものや、同じ波長
のレーザ光を放射する半導体レーザに、例えばラマンシ
フト型の波長シフタ等を実装したものである。波長合波
手段には、通常ダイクロイックミラーとビームベンダを
組合せたものが使用される。１枚のダイクロイックミラ
ーで２波長を合波でき、２枚のダイクロイックミラーで
は３波長を合波できる。

【００２１】請求項６に記載の半導体レーザ集光装置
は、請求項３又は４の装置において、前記半導体レーザ
光源は、前記複数のエミッタから異なる波長のレーザ光
を放射し、該異なる波長のレーザ光を合波する波長合波
手段をさらに有することを特徴とする。

【００２２】複数のエミッタを偏光の違いと、波長の違
いの両方で分割して集光レンズに入射するビームサイズ
をより小さくしてそれぞれを集光すると共に、合波手段
で合波するので、集光ビームサイズをより一層小さくす
ることができる。

【００２３】請求項７に記載の半導体レーザ集光装置
は、請求項５又は６のいずれかの装置において、前記半
導体レーザ光源は、複数の温度制御手段をもち該温度制
御手段の設定温度を変えることで前記複数のエミッタか
ら前記異なる波長のレーザ光を放射することを特徴とす
る。

【００２４】半導体レーザは、通常温度制御手段で温度
制御されるので、その設定温度を変えることで波長を変
えるので、エミッタの不純物濃度を変えたり、別途波長
可変手段を用意する必要がなく、小型化、低コスト化が
図れる。

【００２５】請求項８に記載の半導体レーザ集光装置
は、請求項３〜７のいずれかの装置において、前記波長
合波手段を移動可能として、合波と非合波を選択可能と
したことを特徴とする。

【００２６】合波することでパワー密度の高い一つの小
さい集光ビームが得られ、非合波にすることで、二つ以
上の小さい集光ビームが得られる。二つ以上の集光ビー
ムが得られると共に２ヶ所以上を加熱することができ
る。偏光合波手段の移動は、偏光合波手段全体を移動す
るよりも偏光合波手段を構成するビームベンダだけを移
動することが好ましい。その方が移動手段を小型化でき
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の半導体レーザ集光装置の
実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得ら
れるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。 ［実施の形態１］本発明の実施の形態1を図2に示す。図
２は、ｘ−ｚ面すなわちスロー軸方向が紙面に平行にな
るように示したものである。レーザ光を放射する半導体
レーザ光源１０は、温度制御手段であるぺルチェ素子１
２に、エミッタ１１ａ〜１１ｈがスロー軸（ｘ軸）方向
に並んだ半導体レーザチップ１１が固着されたものであ
る。半導体レーザ光源１０の後にコリメータレンズ３
０、３１が配置され、その後に集光レンズ４０と合波手
段６２が配置されている。集光レンズ４０は、上側に配
置された集光レンズ４１ａと下側に配置された集光レン
ズ４１ｂとかなり、合波手段６２は上側に配置されたプ
リズム６２ａと下側に配置されたプリズム６２ｂとから
なる。

【００２８】このように構成される実施の形態１の集光
装置においては、各エミッタ１１ａ〜１１ｈからファー
スト軸方向に大きな広がり（広がり角数10度）をもつレ
ーザ光が放射されとき、このレーザ光は、後続のファー
スト軸コリメータレンズ３０でファースト軸方向がコリ
メートされる。ファースト軸コリメータレンズ３０はフ
ァースト軸（ｙ軸）方向でレンズ作用をもつ円柱レンズ
であるので、レーザ光はファースト軸コリメータレンズ
３０でファースト軸方向がコリメートされる。つまり、
ｙ−ｚ平面内でｚ軸と平行にされる。このようにコリメ
ートされたレーザ光は、次のスロー軸コリメータレンズ
アレイ３１でスロー軸方向がコリメートされ、このため
レーザ光はｘ−ｚ平面内でｚ軸と平行にされる。

【００２９】スロー軸コリメータレンズアレイ３１は、
スロー軸（Ｘ軸）方向でレンズ作用をもつ円柱レンズア
レイであるので、スロー軸コリメータレンズアレイ３１
でコリメートされたレーザ光のうち、上側半分すなわち
エミッタ１１ａ〜１１ｄからのレーザ光が上側に配置さ
れた集光レンズ４０ａに入射する。この集光レンズ４０
ａに入射したレーザ光は、集光レンズ４０ａで集光され
ながら、上側に配置された合波手段であるプリズム６２
ａで下側に曲げられ、集光ビーム７０を形成する。一
方、下側半分すなわちエミッタ１１ｅ〜１１ｈからのレ
ーザ光は、下側に配置された集光レンズ４０ｂで集光さ
れながら下側に配置されたプリズム６２ｂで上側に曲げ
られ、集光ビーム７０を形成する。

【００３０】本実施の形態１では、エミッタ１１ａ〜１
１ｈからの放射ビームを集光レンズ４０ａ、４０ｂで半
分づつ分割集光しながら合波手段６０を構成するプリズ
ム６２ａ，６２ｂで合波するので、分割しないで集光す
るのに比べ、スロー軸方向の集光ビームサイズを約半分
にすることができる。つまり、上述した理論解析で述べ
たように、集光ビーム７０のサイズは集光レンズの入射
ビームサイズDinに依存するので、集光レンズへの入射
ビームを２分割して集光レンズへの入射ビームサイズDi
nを半分にすることにより、スロー軸方向における集光
ビーム７０のサイズを約半分にできる。

【００３１】〔実施の形態２〕本発明の実施の形態２を
図３に示す。実施の形態１と同じ要素には同じ番号を付
し、各要素間の関連や動作の説明は省略する。図３も図
2と同様、ｘ−ｚ面すなわちスロー軸方向が紙面に平行
になるように示したもので、半導体レーザ光源１０の後
にコリメータレンズ３０，３１が配置され、その後に偏
光分割手段である半波長板５０、偏光合波手段６０、集
光レンズ４０が配置されている。偏光合波手段６０は、
偏光ビームスプリッタ６０ａと全反射ミラー６０ｂとか
らなる。各エミッタ１１ａ〜１１ｈからは、ファースト
軸方向すなわち紙面と直交する方向に偏光したレーザ光
が放射される。

【００３２】スロー軸コリメータレンズアレイ３１でコ
リメートされたレーザ光のうち、下側半分すなわちエミ
ッタ１１ｅ〜１１ｈからのレーザ光は、偏光が半波長板
５０で上側半分すなわちエミッタ１１ａ〜１１ｄからの
レーザ光の偏光と直交するように変換され、偏光合波手
段６０の偏光ビームスプリッタ６０ａに入射する。一
方、スロー軸コリメータレンズ３１でコリメートされた
レーザ光のうち、上側半分すなわちエミッタ１１ａ〜１
１ｄからのレーザ光は全反射ミラー６０ｂで９０度曲げ
られ、偏光ビームスプリッタ６０ａに入射し、下側半分
すなわちエミッタ１１ｅ〜１１ｈからのレーザ光と合波
される。偏光ビームスプリッタ６０ａで合波されたレー
ザ光は、後続の集光レンズ４０で集光され、集光ビーム
７０になる。

【００３３】本実施の形態２の半導体レーザ集光装置
は、偏光の違いを利用してエミッタ１１ａ〜１１ｈを１
１ａ〜１１ｄと１１ｅ〜１１ｈに分割して集光レンズ４
０に入射するレーザ光の大きさ、すなわち集光レンズへ
の入射ビームサイズDinを半分にすることにより、集光
ビーム７０のスロー軸方向の大きさを１／２にすること
ができる。この実施の形態２における偏光分割手段とし
ての半波長板５０及び偏光合波手段６０は、請求項１に
記載の発明におけるレーザ光をファースト軸方向の幅が
１／２以下になるように変換する手段として機能するも
のである。

【００３４】〔実施の形態３〕本発明の実施の形態３を
図４に示す。実施の形態１及び２と同じ要素には同じ番
号を付し、各要素間の関連や動作の説明は省略する。レ
ーザ光を放射する半導体レーザ光源１０は、温度制御手
段であるぺルチェ素子１２に、エミッタ１１ａ〜１１ｈ
がスロー軸（ｘ軸）方向に並んだ半導体レーザチップ１
１が固着されたものである。ペルチェ素子１２は二つの
素子１２ａ、１２ｂからなり、１２ａにはエミッタ１１
ａ〜１１ｄが，１２ｂにはエミッタ１１ｅ〜１１ｈがそ
れぞれ固着されている。ペルチェ素子１２ａ，１２ｂは
それぞれ所定の温度Ｔ１，Ｔ２に保持されており、エミ
ッタ１１ａ〜１１dからは波長λ１のレーザ光が、１１
ｅ〜１１ｈからは波長λ２のレーザ光が、それぞれ放射
される。

【００３５】半導体レーザ光源１０の後にコリメータレ
ンズ３０，３１が配置され、その後に波長合波手段６
１、集光レンズ４０が配置されている。波長合波手段６
１は、ダイクロイックミラー６１ａと全反射ミラー６１
ｂとからなり、全反射ミラー６１ｂは図示しない移動手
段で矢印方向に移動できるようになっている。集光レン
ズ４０は、上側に配置された集光レンズ４０ａと下側に
配置された集光レンズ４０ｂとからなる。エミッタ１１
ａ〜１１ｈから放射されたレーザ光は、後続のファース
ト軸コリメータレンズ３０でファースト軸方向がコリメ
ートされ、スロー軸コリメータレンズアレイ３１でスロ
ー軸方向がコリメートされる。スロー軸コリメータレン
ズアレイ３１を通過したレーザ光のうち、下側半分すな
わちエミッタ１１ｅ〜１１ｈからの波長λ２のレーザ光
は、後続の波長合波手段６１のダイクロイックミラー６
１ａに入射する。

【００３６】ダイクロイックミラー６１ａは、波長λ１
の光をほぼ１００％反射し、波長λ２の光をほぼ１００
％透過するので、エミッタ１１ｅ〜１１ｈからの波長λ
２のレーザ光は、ダイクロイックミラー６１ａをほぼ１
００％透過する。一方、スロー軸コリメータレンズアレ
イ３１を通過したレーザ光のうち、上側半分すなわちエ
ミッタ１１ａ〜１１ｄからの波長λ１のレーザ光は、全
反射ミラー６１ｂで９０度曲げられ、ダイクロイックミ
ラー６１ａに入射し、下側半分すなわちエミッタ１１ｅ
〜１１ｈからのレーザ光と合波される。ダイクロイック
ミラー６１ａで合波されたレーザ光は、下側の集光レン
ズ４０ｂで集光され、集光ビーム７０ｂになる。

【００３７】全反射ミラー６１ｂが点線のように上方に
移動され、エミッタ１１ａ〜１１ｄからのレーザ光の光
路からはずれると、スロー軸コリメータレンズアレイ３
１を通過したエミッタ１１ａ〜１１ｄからのレーザ光は
点線で示したように、上側に配置された集光レンズ４０
ａで集光され、集光ビーム７０aになる。

【００３８】本実施の形態３の半導体レーザ集光装置
は、波長の違いを利用してエミッタ１１ａ〜１１ｈを１
１ａ〜１１ｄと１１ｅ〜１１ｈに分割して集光レンズ４
０ａ，４０ｂに入射するレーザ光の大きさを半分にする
ことで、集光ビーム７０ａ、７０ｂのスロー軸方向の大
きさを１／２にすることができる。また、波長合波手段
６１を構成する全反射ミラー６１bを移動させること
で、小さく集光された集光ビームを一つにしたり二つに
したリすることができる。この実施の形態３における波
長合波手段６１は、請求項１に記載の発明におけるレー
ザ光をスロー軸方向の幅が１／２以下になるように変換
する手段として機能する。

【００３９】〔実施の形態４〕図５に示すように、前述
したダイクロイックミラー６１a及び全反射ミラー６１
ｂからなる波長合波手段６１を２組設け、図５中の上側
半数のエミッタからのレーザ光を一方の波長合波手段６
１で合波すると共に、上側半数のエミッタからのレーザ
光を他方の波長合波手段６１で合波し、他方の波長合波
手段６１からのレーザ光を偏光分割手段の半波長板５０
で上側半分からのレーザ光の偏光と直交するように変換
する。そして、一方の波長合波手段６１からのレーザ光
を全反射ミラー６０ｂで９０度曲げ、偏光ビームスプリ
ッタ６０ａに入射し、半波長板５０で変換されたレーザ
光と合波する。これにより、偏光ビームスプリッタ６０
ａで合波されたレーザ光は、後続の集光レンズ４０bで
集光され、集光ビーム７０になる。

【００４０】この実施の形態４による集光装置によれ
ば、波長と偏光の違いを利用して全エミッタを１／４に
分割して集光レンズ４０bに入射するレーザ光の大き
さ、すなわち集光レンズ４０bへの入射ビームサイズDin
を１／４にすることにより、集光ビーム７０のスロー軸
方向の大きさを１／４にすることができる。 また、この
実施の形態４における波長合波手段６１、半波長板５
０、全反射ミラー６０ｂ、及び偏光ビームスプリッタ６
０ａは、請求項１に記載の発明におけるレーザ光をスロ
ー軸方向の幅が１／２以下になるように変換する手段と
して機能する。

【００４１】 変形例として、この実施の形態４において
も、全反射ミラー６０ｂを選択的に移動可能にすると共
に、集光レンズ４０ｂに加えて集光レンズ４０ａを設
け、全反射ミラー６０bを移動させることで、小さく集
光された集光ビームを一つにしたり二つにしたリするこ
とができる。

【００４２】 同様に、前述した実施の形態２において、
全反射ミラー６０ｂを選択的に移動可能にすると共に、
集光レンズ４０に加えて別の集光レンズ（図５の４０ａ
に相当）を設け、全反射ミラー６０bを移動させること
で、小さく集光された集光ビームを一つにしたり二つに
したリすることができる。 なお、上記した実施の形態に
おいては、コリメータレンズからのレーザ光のスロー軸
方向の幅を１／２及び１／４に集光する場合について例
示したが、レーザ光のスロー軸方向の幅は１／３、１／
５或いはそれ以上の集光率の幅に集光してもよいし、こ
の集光率は必ずしも整数分の１でなくとも端数を含む分
数であってもよい。 また、上記した実施の形態において
は、１つのLDバーからの出射光を集光する場合について
例示したが、多数のLDバーを積層したLDスタックからの
出射光も同様にして集光できる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載さ
れた集光装置によれば、コリメートされたレーザ光をそ
のスロー軸方向の幅が１／２以下になるように変換して
集光レンズに入射するようにしたので、集光レンズによ
り集光される集光ビームの幅を１／２以下にすることが
できる。 また、請求項２に記載の集光装置によれば、複
数のエミッタからのレーザ光を複数の集光レンズで分割
集光すると共に合波手段で合波するようにしたので、集
光ビームサイズを小さくすることができる。

【００４４】また、請求項３及び４に記載の集光装置の
ように、複数のエミッタを偏光の違いを利用して合波手
段で合波し、集光レンズで集光するので、集光ビームサ
イズを小さくすることができる。さらに、請求項５又は
６に記載の集光装置のように、波長の違いを利用して合
波手段で合波し、集光レンズで集光するので、集光ビー
ムサイズを小さくすることができる。 特に、請求項８に
記載の集光装置のように、合波手段を移動可能にし、合
波することでパワー密度の高い一つの小さい集光ビーム
が得られ、非合波にすることで、二つの小さい集光ビー
ムが得られる。これにより同時に２ヶ所を加熱すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スロー軸方向の集光モデル式を導出するための
半導体レーザ集光装置のｘ−ｚ平面図である。

【図２】実施の形態１の半導体レーザ集光装置のｘ−ｚ
平面図である。

【図３】実施の形態２の半導体レーザ集光装置のｘ−ｚ
平面図である。

【図４】実施の形態３の半導体レーザ集光装置のｘ−ｚ
平面図である。

【図５】実施の形態４の半導体レーザ集光装置のｘ−ｚ
平面図である。

【図６】 従来の半導体レーザ集光装置の斜視図である。

【符号の説明】

１０ 半導体レーザ光源 １１ａ〜１１ｈ エミッタ １２ 温度制御手段 ３０ ファースト軸コリメータレ
ンズ ３１ スロー軸コリメータレンズ ４０，４０ａ，４０ｂ 集光レンズ ５０ 偏光分割手段 ６０ 偏光合波手段 ６１ 波長合波手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 5/02 Ｈ０１Ｓ 5/02 (72)発明者 新野 康生 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 松田 守弘 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H052 BA02 BA03 BA07 BA09 BA11 4E068 CB10 CD01 CD03 CD05 CD14 5F073 AB04 AB05 BA09 EA11

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のエミッタをもち該複数のエミッタ
   からレーザ光を放射する半導体レーザ光源と、該レーザ
   光を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の幅
   が１／２以下になるように変換する手段と、この変換手
   段により変換されレーザ光を集光する集光レンズと、を
   有することを特徴とする半導体レーザ集光装置。
2. 【請求項２】 複数のエミッタをもち該複数のエミッタ
   からレーザ光を放射する半導体レーザ光源と、該レーザ
   光を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分割集光する複数
   の集光レンズと、該複数の集光レンズで集光されたレー
   ザ光を合波する合波手段と、を有することを特徴とする
   半導体レーザ集光装置。
3. 【請求項３】 複数のエミッタをもち該複数のエミッタ
   からレーザ光を放射する半導体レーザ光源と、該レーザ
   光をコリメートするコリメータレンズと、該レーザ光を
   互いに直交する偏波面をもつレーザ光に分割する偏光分
   割手段と、該偏光分割手段により分割された互いに直交
   する偏波面をもつレーザ光を合波する偏光合波手段と、
   該偏光合波手段で合波されたレーザ光を集光する集光レ
   ンズと、を有することを特徴とする半導体レーザ集光装
   置。
4. 【請求項４】 前記半導体レーザ光源は前記エミッタの
   ファースト軸方向に偏光したレーザ光を放射し、前記偏
   光分割手段は該レーザ光の一部の偏光方向を該エミッタ
   のスロー軸方向に回転させる半波長板であることを特徴
   とする請求項３に記載の半導体レーザ集光装置。
5. 【請求項５】 複数のエミッタをもち該複数のエミッタ
   から異なる波長(λ１，λ２，λ3，・・・)のレーザ光
   を放射する半導体レーザ光源と、該レーザ光をコリメー
   トするコリメータレンズと、該コリメータレンズでコリ
   メートされた異なる波長のレーザ光を合波する波長合波
   手段と、該波長合波手段で合波されたレーザ光を集光す
   る集光レンズと、を有することを特徴とする半導体レー
   ザ集光装置。
6. 【請求項６】 前記半導体レーザ光源は前記複数のエミ
   ッタから異なる波長のレーザ光を放射し、該異なる波長
   のレーザ光を合波する波長合波手段をさらに有すること
   を特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の半導体
   レーザ集光装置。
7. 【請求項７】 前記半導体レーザ光源は、複数の温度制
   御手段をもち該温度制御手段の設定温度を変えることで
   前記複数のエミッタから前記異なる波長のレーザ光を放
   射することを特徴とする請求項５又は６のいずれかに記
   載の半導体レーザ集光装置。
8. 【請求項８】 前記波長合波手段を移動可能として、合
   波と非合波を選択可能としたことを特徴とする請求項３
   〜７のいずれかに記載の半導体レーザ集光装置。