JP2003232968A - 集光装置及び発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザアレイの複数の発光部から出射
された各レーザ光を、より効率良く光ファイバに集光で
き、且つ容易に実現できる集光装置及び発光装置を提供
する。 【解決手段】 第１のレンズ４０（ｓｌｏｗ軸幅均一化
レンズ４０）は、入射側と出射側にそれぞれ単一の曲面
を有し、入射された光を屈折させる所定方向を有し、複
数の発光部１２から第１のレンズ４０のほぼ焦点距離の
位置に、各発光部１２から出射された光が入射されるよ
うに配置される。そして、各発光部１２から出射された
光をそれぞれ所定方向に対してほぼ均一の幅に変換す
る。第２のレンズ５０（ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０）
は、第１のレンズ４０により所定方向に対してほぼ均一
の幅に変換されたそれぞれの光を各発光部１２に対応す
る所定方向のグループ毎の領域に集光し、複数のグルー
プに分けられた複数の発光部１２から出射された光を各
グループ毎に集光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体レ
ーザ光を集光する集光装置及び当該集光装置を用いた発
光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２に示すように、半導体レーザ（レー
ザダイオード等）の活性層１４の発光部１２から出射さ
れる半導体レーザ光（以下、「レーザ光」と記載する）
は、レーザ光１００の進行方向に対して垂直な面におい
てほぼ楕円状であり、当該楕円状のレーザ光１００は、
長軸方向のｆａｓｔ軸方向と、短軸方向のｓｌｏｗ軸方
向とを有する。また、当該楕円は、発光部１２からの距
離が長くなるほど大きくなる。そして、半導体レーザを
ｆａｓｔ軸方向とｓｌｏｗ軸方向に２次元的に配列して
複数の発光部を持つ半導体レーザアレイから出射される
レーザ光を、光ファイバに集光してレーザ光の出力を増
大させる半導体レーザ集光装置が知られている。例え
ば、半導体レーザをレーザ加工装置の光源として用いる
場合、加工に用いるレーザ光の高出力化が必要である
が、単一の発光部から出射されるレーザ光では、出力強
度に限界がある。そこで、レンズ群を用いて複数の発光
部から出射されるレーザ光を集光して、レーザ光の出力
を増大させている。従来の半導体レーザ集光装置の技術
として、例えば、特開２０００−９８１９１号公報で
は、レンズ群と光ファイバを備え、レーザ光の発光部か
ら光ファイバまでの間に、長軸方向コリメートレンズ、
長軸方向集光レンズ、短軸方向集光レンズ、の順にレン
ズを配置してレーザ光を光ファイバに集光し、レーザ光
の出力を増大させることを提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】半導体レーザの発光部
から出射されるレーザ光を効率良く光ファイバに集光し
てレーザ光の出力を増大させるには、より細い光ファイ
バに、より多くの発光部からのレーザ光を入射して密度
を高めることと、より小さな入射角で入射端面に入射す
る（入射端面に対して、より直角に近い角度で入射す
る）ことが必要である。発光部１２から出射されたレー
ザ光は、ｆａｓｔ軸方向及びｓｌｏｗ軸方向に拡がりな
がら進行する。拡がりながら進行するレーザ光を集光す
る場合、いきなりレンズで集光すると、集光位置（光フ
ァイバへの入射位置）を正確に設定することが困難であ
り、効率的に集光できない可能性がある。そこで、一
旦、レーザ光の拡がりを抑制して平行光（ほぼ均一の
幅）に変換し、その後に集光すると、集光位置の設定が
容易であり、効率良く光ファイバに入射することができ
る。従来の半導体レーザ集光装置（例えば、特開２００
０−９８１９１号公報）は、発光部の間隔が比較的広い
ｆａｓｔ軸方向においては、一旦、平行光に変換してか
ら集光しているが、発光部の間隔が比較的狭いｓｌｏｗ
軸方向においては、レンズの配置が困難であるため、平
行光にしてから集光することをせず、集光のみを行って
いる。

【０００４】従来の半導体レーザ集光装置（例えば、特
開２０００−９８１９１号公報）では、図８に示すよう
に、半導体レーザアレイ１０の各発光部１２（ｍ、ｎ）
から出射されるレーザ光を、ｆａｓｔ軸（長軸方向）コ
リメートレンズ２０を通過させ、ｆａｓｔ軸（長軸方
向）集光レンズ３０を通過させ、更に、ｓｌｏｗ軸（短
軸方向）集光レンズ７０を通過させて光ファイバ８０
（ｓ、ｔ）に入射している。なお、図１〜図１０におい
て、座標軸は、レーザ光の進行方向をＺ軸、ｆａｓｔ軸
方向（長軸方向）をＸ軸、ｓｌｏｗ軸方向（短軸方向）
をＹ軸としている。なお、全ての図面は、説明を容易に
するため、あるいは比較等を容易にするために、実際の
寸法とは異なる寸法で記載している部分を含んでいる。

【０００５】また、図８の構成における、各レンズ及び
レーザ光の様子を図９に示す。図９は、ｓｌｏｗ軸方向
に並んだ２個の発光部から出射される２本のレーザ光
と、ｆａｓｔ軸方向に並んだ４個の発光部から出射され
る４本のレーザ光の合計８本のレーザ光を、１本の光フ
ァイバに集光している。図９（Ａ）は、図８をＸ軸方向
から見た図（上から見た図）であり、図９（Ｂ）は、図
８をＹ軸方向から見た図（横から見た図）である。一般
的によく用いられる半導体レーザアレイでは、ｓｌｏｗ
軸方向においては、各発光部１２の幅（図９（Ａ）中の
Ｄｗ）は約０．２ｍｍであり、発光部と発光部の間隔
（図９（Ａ）中のＤｐ）は約０．２ｍｍである。よっ
て、ｓｌｏｗ軸方向において隣り合う２個の発光部をグ
ループとした場合の幅（図９（Ａ）中のＤｉｎ）は約
０．６ｍｍである。また、各発光部から出射されるレー
ザ光のｓｌｏｗ軸方向の拡がり角（図９（Ａ）中のθｉ
ｎｙ）は約３．５°である。また、ｆａｓｔ軸方向にお
いて隣り合う発光部の間隔（図９（Ｂ）中のＤｈ）は約
１．７５ｍｍであり、各発光部から出射されるレーザ光
のｆａｓｔ軸方向の拡がり角（図９（Ｂ）中のθｉｎ
ｘ）は約４０°である。

【０００６】例えば、このレーザ光を、光ファイバ８０
に、ｓｌｏｗ軸方向において２本のレーザ光を集光し、
ｆａｓｔ軸方向において４本のレーザ光を集光する。ま
た、ｓｌｏｗ軸方向の入射角（図９（Ａ）中のθｏｕｔ
ｙ）が約１０°以下になるように（より小さな入射角
で）集光する。この場合、最も効率良く集光するために
は、図９（Ａ）において、ｓｌｏｗ軸方向に隣り合う発
光部１２から出射されるレーザ光が重なる前にｓｌｏｗ
軸集光レンズ７０を配置する必要がある。レーザ光が重
なる位置は、発光部１２から約１．６ｍｍの位置であ
る。また、ｆａｓｔ軸方向は、拡がり角が大きいので、
発光部１２により近い位置で平行光にすることが好まし
い（距離を大きくして幅がより大きくなったレーザ光を
集光すると、光ファイバへの入射角（θｏｕｔｘ）が大
きくなるため）。よって、発光部１２にほぼ隣接してｆ
ａｓｔ軸コリメートレンズ２０を配置する。

【０００７】以上より、発光部１２から約１．６ｍｍま
での距離の間に、ｆａｓｔ軸コリメートレンズ２０とｓ
ｌｏｗ軸集光レンズ７０を配置する必要があり、事実
上、実現は非常に困難である。なお、ｆａｓｔ軸集光レ
ンズ３０は、図９（Ａ）、（Ｂ）においては、ｆａｓｔ
軸コリメートレンズ２０とｓｌｏｗ軸集光レンズ７０の
間に配置したが、ｓｌｏｗ軸集光レンズ７０と光ファイ
バ８０の間に配置してもよい。ただし、この場合は、ｆ
ａｓｔ軸集光レンズ３０と光ファイバ８０までの距離が
より短くなるので、光ファイバ８０へのｆａｓｔ軸方向
の入射角（図９（Ｂ）中のθｏｕｔｘ）が大きくなり、
集光の効率が低下する可能性がある。

【０００８】また、この場合、ｓｌｏｗ軸集光レンズ７
０の焦点距離（ｆ７０）を、発光部１２からｓｌｏｗ軸
集光レンズ７０までの距離（この場合、約１．６ｍｍ）
に設定すると、ｓｌｏｗ軸方向における集光の効率が最
適になるが、光ファイバ８０の位置がｓｌｏｗ軸集光レ
ンズ７０から焦点距離（ｆ７０）の位置に自動的に決ま
る。つまり、発光部１２から光ファイバ８０までの距離
（図９（Ａ）中のＬ）は、約３．２ｍｍとなる。上記の
説明より、以下の課題を解決する必要がある。ｓｌｏｗ
軸集光レンズ７０と発光部１２との間の距離が短い。こ
のため、所定距離の間に、ｆａｓｔ軸コリメートレンズ
２０とｓｌｏｗ軸集光７０を適切に配置することが困難
である。また、光ファイバ８０の位置も発光部１２から
短い距離になり、ｆａｓｔ軸方向の入射角（θｏｕｔ
ｘ）を小さくすると、ｆａｓｔ軸方向に集光できるレー
ザ光の本数が少なくなる。本発明は、このような点に鑑
みて創案されたものであり、半導体レーザアレイの複数
の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く光
ファイバに集光でき、且つ容易に実現できる集光装置及
び発光装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの
集光装置である。請求項１に記載の集光装置では、例え
ば、ｆａｓｔ軸方向及びｓｌｏｗ軸方向に拡がりながら
進行するそれぞれのレーザ光を所定方向（例えば、ｓｌ
ｏｗ軸方向）に対してほぼ均一の幅に変換してからそれ
ぞれのレーザ光を集光する。このため、レーザ光の重な
りの有無に影響されず、各レーザ光を個々に変換して集
光できる。例えば、第１のレンズと第２のレンズをｓｌ
ｏｗ軸方向において使用すれば、ｓｌｏｗ軸方向に関す
るレンズを、レーザ光がｓｌｏｗ軸方向において重なる
前に配置する必要がなくなり、ｓｌｏｗ軸方向に関する
レンズと発光部１２との間の距離を充分に確保すること
ができる。また、第１のレンズは、複数の発光部から出
射された（全部の）光が入射される単体（単一）のレン
ズであるため、大きな径に設定でき、実現が容易であ
る。また、第２のレンズも同様に単体のレンズで構成で
きるので、実現が容易である。また、それぞれのレーザ
光を各発光部に対応する所定方向のグループ毎（例え
ば、ｓｌｏｗ軸方向のグループ毎）の領域に集光するの
で、適切に集光することができる。このため、例えば、
半導体レーザアレイの複数の発光部から出射された各レ
ーザ光を、より効率良く集光でき、且つ容易に実現でき
る。

【００１０】また、本発明の第２発明は、請求項２に記
載されたとおりの集光装置である。請求項２に記載の集
光装置では、第１のレンズの焦点距離と、第２のレンズ
の焦点距離との比に応じて、所定方向（例えば、ｓｌｏ
ｗ軸方向）において光（レーザ光等）を所定方向のグル
ープ毎に集光できる。このため、例えば、半導体レーザ
アレイの複数の発光部から出射された各レーザ光を、よ
り効率良く集光でき、目標とするレーザ光の出力を容易
に得ることができる。

【００１１】また、本発明の第３発明は、請求項３に記
載されたとおりの発光装置である。請求項３に記載の発
光装置では、例えば、ｆａｓｔ軸方向及びｓｌｏｗ軸方
向に拡がりながら進行するレーザ光を適切に集光するた
めに、短軸方向（ｓｌｏｗ軸方向）において、第１発明
または第２発明の第１のレンズと第２のレンズを用い
る。これにより、レーザ光がｓｌｏｗ軸方向において重
なる前に配置する必要がなくなり、ｓｌｏｗ軸方向に関
するレンズと発光部１２との間の距離を充分に確保する
ことができるとともに、レーザ光を各発光部に対応する
所定方向のグループ毎に適切に集光できる。このため、
例えば、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射さ
れた各レーザ光を、より効率良く集光でき、且つ容易に
実現できる。

【００１２】また、本発明の第４発明は、請求項４に記
載されたとおりの発光装置である。請求項４に記載の発
光装置では、長軸方向（ｆａｓｔ軸方向）において、従
来と同様に、一旦、第３のレンズで平行光（幅はほぼ均
一）に変換してから、第４のレンズで集光する。また、
このとき、ｓｌｏｗ軸方向に集光する第２のレンズと、
ｆａｓｔ軸方向に集光する第４のレンズを兼用した単一
レンズ（ｓｌｏｗ軸及びｆａｓｔ軸の双方向に集光する
レンズ）を用いる。これにより、レンズの数を削減でき
るので、レンズを配置可能な範囲が物理的に拡大する。
また、発光装置をより簡素化することができる。

【００１３】また、本発明の第５発明は、請求項５に記
載されたとおりの発光装置である。請求項５に記載の発
光装置では、第３のレンズの焦点距離と、第２のレンズ
と第４のレンズを兼用した単一レンズの焦点距離との比
に応じて、長軸方向（ｆａｓｔ軸方向）において光（レ
ーザ光等）を長軸方向のグループ毎に集光できる。ま
た、第１のレンズの焦点距離と、第２のレンズと第４の
レンズを兼用した単一レンズの焦点距離との比に応じ
て、短軸方向（ｓｌｏｗ軸方向）において光（レーザ光
等）を短軸方向のグループ毎に集光できる。このため、
例えば、半導体レーザアレイの複数の発光部から出射さ
れた各レーザ光を、ｆａｓｔ軸方向及びｓｌｏｗ軸方向
の双方向から適切に、より効率良く集光することがで
き、目標とするレーザ光の出力を、更に容易に得ること
ができる。

【００１４】また、本発明の第６発明は、請求項６に記
載されたとおりの発光装置である。請求項６に記載の発
光装置では、複数の発光部から出射される半導体レーザ
光を、各グループ毎の領域に配置した光ファイバの入射
端面に集光する。このため、半導体レーザアレイの複数
の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良く光
ファイバに集光でき、目標とするレーザ光の出力を、容
易に得ることができる集光装置及び発光装置を容易に実
現できる。

【００１５】また、本発明の第７発明は、請求項７に記
載されたとおりの発光装置である。請求項７に記載の発
光装置では、半導体レーザアレイに配置された複数のレ
ーザ発光部から出射されるレーザ光を、光学集光系（レ
ンズ群等）を用いて集光することで、より細く、より少
ない数の光ファイバに集光して入射することができる。
そして、当該光ファイバから出射されるレーザ光を、更
に集光レンズで集光するため、レーザ光をより小径化し
て集光することができ、より効率良く集光でき、レーザ
光の出力を増大させることができる。

【００１６】また、本発明の第８発明は、請求項８に記
載されたとおりの発光装置である。請求項８に記載の発
光装置では、複数の光ファイバの各出射面を、任意の形
状に束ねる。任意の形状に束ねることで、集光レンズを
通過させたレーザ光を、より小さい集光スポット（より
小さい集光面積）に、所望の形状（任意の形状）で集光
することができる。

【００１７】また、本発明の第９〜第１０発明は、請求
項９〜１０に記載されたとおりの発光装置である。請求
項９〜１０に記載の発光装置では、長軸方向及び短軸方
向に配列された複数のレーザ発光部から出射される、複
数のレーザ光のうち、２個以上のレーザ発光部（長軸方
向に並んだ２個以上のレーザ発光部）、あるいは４個以
上のレーザ発光部（長軸方向に並んだ２個以上のレーザ
発光部と、更に短軸方向に並んだ２個以上のレーザ発光
部）から出射されたレーザ光を、各光ファイバに集光し
て入射する。そして、当該光ファイバから出射されるレ
ーザ光を、更に集光レンズで集光するため、より多くの
レーザ光を、より小径化して集光することができ、レー
ザ光の出力を増大させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は、本発明の発光装置の一実施
の形態の概略構成図を示している。半導体レーザアレイ
１０は、複数の発光部１２を有し、単一の発光部を有す
る半導体レーザを２次元的に配列して、あるいは一列に
複数の発光部を有するアレイ型半導体レーザを積層また
は配列して、あるいは２次元配列されたスタック型半導
体レーザで、構成されている。本実施の形態では、スタ
ック型レーザダイオードを用いている。この半導体レー
ザアレイ１０の各発光部１２（ｍ、ｎ）から出射された
レーザ光を、効率良く光ファイバ８０（ｓ、ｔ）に集光
及び入射する。図２に示すように、半導体レーザアレイ
１０の活性層１４中の発光部１２から出射されるレーザ
光は、レーザ光１００の進行方向に対して垂直な面にお
いてほぼ楕円状であり、当該楕円は、長軸方向（ｆａｓ
ｔ軸方向）と短軸方向（ｓｌｏｗ軸方向）とを有する。
また、当該楕円は、発光部１２からの距離が長くなるほ
ど大きくなる。なお、図１〜図１０において、座標軸
は、発光部１２から出射されるレーザ光の進行方向をＺ
軸、ｆａｓｔ軸方向をＸ軸、ｓｌｏｗ軸方向をＹ軸とし
ている。また、全ての図面は、説明を容易にするため、
あるいは比較等を容易にするために、実際の寸法とは異
なる寸法で記載している部分を含んでいる。

【００１９】◆［第１の実施の形態］ 図１を用いて、第１の実施の形態について説明する。半
導体レーザアレイ１０の各発光部１２から出射された各
レーザ光を、ｆａｓｔ軸コリメートレンズ２０と、ｆａ
ｓｔ軸集光レンズ３０と、ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ４
０と、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０とを通過させ、発光部
１２（ｍ、ｎ）から出射されるレーザ光を光ファイバ８
０（ｓ、ｔ）に集光する。このとき、複数の発光部を複
数のグループに分け、各グループ毎に光ファイバに集光
する。例えば、４行２列ずつのグループに分けた場合、
図１中の「ＳＧ」に示すグループ（第１番目グループ）
のレーザ光は、光ファイバ８０（１、８）に集光され
る。また、図１中の「ＦＳＧ」は第２番目のグループに
おけるｆａｓｔ軸方向のグループであり、図１中の「Ｓ
ＳＧ」は、第３番目のグループにおけるｓｌｏｗ軸方向
のグループである。なお、２番目のグループのレーザ光
は、光ファイバ８０（１、７）に集光される。

【００２０】ｆａｓｔ軸コリメートレンズ２０（第３の
レンズ）は、積層された各半導体レーザアレイ毎（Ｙ軸
方向に並んだ、発光部の各「行」毎）に、中心軸方向が
ｓｌｏｗ軸方向である複数（この場合、「４行」の発光
部に対して「４つ」）のシリンドリカルレンズを、ｆａ
ｓｔ軸方向に配列した構造を有している。そして、ｆａ
ｓｔ軸コリメートレンズ２０は、各発光部１２から出射
された各レーザ光を、ｆａｓｔ軸方向において幅をほぼ
均一にする。この場合、各発光部１２から出射され、ｆ
ａｓｔ軸方向において幅をほぼ均一にされた各レーザ光
は、全て、出射された時点のレーザ光の進行方向（Ｚ軸
方向）に対して、ｓｌｏｗ軸方向から見て平行である。
なお、詳細については後述する。

【００２１】ｆａｓｔ軸集光レンズ３０（第４のレン
ズ）は、中心軸方向がｓｌｏｗ軸方向であるシリンドリ
カルレンズであり、ｆａｓｔ軸方向において幅をほぼ均
一にされた各レーザ光をｆａｓｔ軸方向に集光する。集
光する先は、各光ファイバ８０の入射端面である。この
例では、光ファイバ８０（ｓ、ｔ）がｓｌｏｗ軸方向に
は１「行」であるので、ｆａｓｔ軸集光レンズも１個と
している。複数の光ファイバ８０がｓｌｏｗ軸方向に２
「行」の場合は、ｆａｓｔ軸集光レンズ３０を、シリン
ドリカルレンズを２個ｆａｓｔ軸方向に配列させた構造
とすればよい。

【００２２】ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ４０（第１のレ
ンズ）は、中心軸方向がｆａｓｔ軸方向であるシリンド
リカルレンズであり、入射側と出射側にそれぞれ継ぎ目
のない単一の曲面を有し（複数のレンズで構成されるこ
となく、単体（単一）のレンズであり）、発光部１２
（ｍ、ｎ）から出射された各レーザ光を、ｓｌｏｗ軸方
向において幅をほぼ均一にする。この場合、各発光部１
２から出射され、ｓｌｏｗ軸方向において幅をほぼ均一
にされた各レーザ光は、出射された時点のレーザ光の進
行方向（Ｚ軸方向）に対して、ｆａｓｔ軸方向から見て
各々異なる角度を有している。なお、詳細については後
述する。

【００２３】ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０（第２のレン
ズ）は、中心軸方向がｆａｓｔ軸方向であるシリンドリ
カルレンズであり、ｓｌｏｗ軸方向において幅をほぼ均
一にされた各レーザ光をｓｌｏｗ軸方向に集光する。集
光する先は、光ファイバ８０（ｓ、ｔ）の入射端面であ
る。また、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０も、ｓｌｏｗ軸幅
均一化レンズ４０と同様に、入射側と出射側にそれぞれ
継ぎ目のない単一の曲面を有している（複数のレンズで
構成されることなく、単体（単一）のレンズである）。
なお、図１において、ｆａｓｔ軸コリメートレンズ２０
（第３のレンズ）とｆａｓｔ軸集光レンズ３０（第４の
レンズ）は長軸方向集光装置を構成しており、ｓｌｏｗ
軸幅均一化レンズ４０（第１のレンズ）とｓｌｏｗ軸集
光レンズ５０（第２のレンズ）は短軸方向集光装置を構
成している。

【００２４】次に、図３を用いて、各レンズを通過させ
たレーザ光を、光ファイバ８０（ｓ、ｔ）に集光する様
子を説明する。図３（Ａ）は、ｆａｓｔ軸方向から見た
図であり、レーザ光をｓｌｏｗ軸方向に屈折及び集光さ
せる様子を示している。また、図３（Ｂ）は、ｓｌｏｗ
軸方向から見た図であり、レーザ光をｆａｓｔ軸方向に
屈折及び集光させる様子を示している。また、図３
（Ａ）中において発光部１２（ｍ、ｎ）を、上端の発光
部から、発光部１２（１、１）〜発光部１２（１、１
６）とする。また、図３（Ａ）中において光ファイバ８
０（ｓ、ｔ）を、下端の光ファイバから、光ファイバ８
０（１、１）〜光ファイバ８０（１、８）とする。ここ
で、半導体レーザアレイ１０の各発光部１２（ｍ、ｎ）
は、ｓｌｏｗ軸方向の幅（図３（Ａ）中のＤｗ）が約
０．２ｍｍであり、ｓｌｏｗ軸方向の間隔（図３（Ａ）
中のＤｐ）が約０．２ｍｍである。このため、ｓｌｏｗ
軸方向において隣り合う２つの発光部から出射されるレ
ーザ光を１本の光ファイバに集光させるためには、出射
の時点でＤｉｎ（約０．６ｍｍ）の幅を有するレーザ光
を、Ｄｏｕｔ（例えば、０．２ｍｍ）の径の光ファイバ
８０（ｓ、ｔ）に集光する必要がある。

【００２５】次に、図３（Ａ）を用いて、各発光部１２
（ｍ、ｎ）から出射された各レーザ光を、ｓｌｏｗ軸方
向において光ファイバ８０（ｓ、ｔ）の入射端面に集光
することを説明する。図３（Ａ）において、ｓｌｏｗ軸
幅均一化レンズ４０の焦点距離をｆ４０（例えば、１５
ｍｍ）、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０の焦点距離をｆ５０
（例えば、５ｍｍ）とする。そして、ｓｌｏｗ軸幅均一
化レンズ４０を「発光部１２（ｍ、ｎ）からｆ４０の距
離の位置」に配置し、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０を「発
光部１２（ｍ、ｎ）からｆ４０＋ｆ４０＋ｆ５０の距離
の位置」に配置し、光ファイバ８０（ｓ、ｔ）を「発光
部１２（ｍ、ｎ）からｆ４０＋ｆ４０＋ｆ５０＋ｆ５０
の距離の位置」に配置する。このとき、各位置は誤差に
より微妙に位置が修正される。また、発光部１２（ｍ、
ｎ）から出射された各レーザ光において、ｓｌｏｗ軸方
向の拡がり角度をθｉｎｙ（例えば、３．５°）とす
る。また、光ファイバ８０（ｓ、ｔ）に入射されるレー
ザ光において、ｓｌｏｗ軸方向の入射角をθｏｕｔｙ
（例えば、１０°）とする。

【００２６】ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ４０及びｓｌｏ
ｗ軸集光レンズ５０を選定するには、発光部１２（ｍ、
ｎ）における、Ｄｉｎ、Ｄｐ、Ｄｗ、θｉｎｙから、目
標とする光ファイバ８０（ｓ、ｔ）のｓｌｏｗ軸方向の
本数（ｔ）及び径（Ｄｏｕｔ）とθｏｕｔｙを満足する
ｆ４０、ｆ５０の焦点距離を有する、ｓｌｏｗ軸幅均一
化レンズ４０及びｓｌｏｗ軸集光レンズ５０を選定すれ
ばよい。なお、この場合、ｆａｓｔ軸コリメートレンズ
２０とｆａｓｔ軸集光レンズ３０は、ｓｌｏｗ軸方向に
おいて何ら影響を及ぼさないので説明を省略する。

【００２７】各発光部１２（ｍ、ｎ）から出射された各
レーザ光は、Ｚ軸方向に対してθｉｎｙの角度（例え
ば、３．５°の角度）を持ち、徐々に拡がり、やがて重
なる。ｓｌｏｗ軸方向に重なったレーザ光は、ｓｌｏｗ
軸幅均一化レンズ４０を通過すると、ｓｌｏｗ軸幅均一
化レンズ４０が焦点距離（ｆ４０）の位置に配置されて
いるため、ｓｌｏｗ軸方向において幅がほぼ均一にな
る。この時、ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ４０を通過した
各レーザ光は、各々Ｚ軸方向に対して異なる角度を有す
るが、各レーザ光の幅はほぼ均一であり、また、幅がほ
ぼ均一化された各レーザ光の幅の中心は、ｓｌｏｗ軸幅
均一化レンズ４０の焦点の位置（図３（Ａ）中のＦ４
０）を通る。そして、ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ４０を
通過した各レーザ光は、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０を通
過すると、各レーザ光がほぼ均一の幅であるため、ｓｌ
ｏｗ軸集光レンズ５０からｆ５０の距離（ｓｌｏｗ軸集
光レンズ５０の焦点距離）に集光される。そして、各レ
ーザ光がｓｌｏｗ軸集光レンズ５０で集光される位置
（ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０からｆ５０の距離の位置）
に、光ファイバ８０（ｓ、ｔ）を配置して集光されたレ
ーザ光を入射する。このとき、ｓｌｏｗ軸方向のグルー
プ毎のレーザ光が、各グループ毎に集光される。例え
ば、光ファイバ（１、１）には、発光部１２（１、１）
と発光部１２（１、２）のレーザ光が集光される。

【００２８】また、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０の焦点距
離をｆ５０よりも短いｆ５０ｓのレンズとし、このレン
ズ５０を発光部１２（ｍ、ｎ）からｆ４０＋ｆ４０＋ｆ
５０ｓの位置に配置した場合、このｓｌｏｗ軸集光レン
ズ５０を通過後、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０の後方のｆ
５０ｓの距離の位置に集光されるレーザ光は、ｓｌｏｗ
軸方向において密になる。（図４（Ａ）に示す。） 逆に、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０の焦点距離をｆ５０よ
りも長いｆ５０ｅのレンズとし、このレンズ５０を発光
部１２（ｍ、ｎ）からｆ４０＋ｆ４０＋ｆ５０ｅの位置
に配置した場合、このｓｌｏｗ軸集光レンズ５０を通過
後、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０の後方のｆ５０ｅの距離
の位置に集光されるレーザ光は、ｓｌｏｗ軸方向におい
て疎になる。（図４（Ｂ）に示す。）

【００２９】次に、図３（Ｂ）を用いて、発光部１２
（ｍ、ｎ）から出射された各レーザ光を、ｆａｓｔ軸方
向において光ファイバ８０（ｓ、ｔ）の入射端面に集光
することを説明する。図３（Ｂ）において、ｆａｓｔ軸
コリメートレンズ２０の焦点距離をｆ２０、ｆａｓｔ軸
集光レンズ３０の焦点距離をｆ３０とする。また、発光
部１２（ｍ、ｎ）から出射された各レーザ光において、
ｆａｓｔ軸方向の拡がり角度をθｉｎｘ（例えば、４０
°）とする。また、光ファイバ８０（ｓ、ｔ）に入射さ
れるレーザ光において、ｆａｓｔ軸方向の入射角をθｏ
ｕｔｘ（例えば、１０°）とする。また、発光部１２
（ｍ、ｎ）のｆａｓｔ軸方向における間隔をＤｈ（例え
ば、１．７５ｍｍ）とする。ｆａｓｔ軸コリメートレン
ズ２０及びｆａｓｔ軸集光レンズ３０を選定するには、
発光部１２（ｍ、ｎ）における、Ｄｈ、θｉｎｘから、
目標とする光ファイバ８０（ｓ、ｔ）のｆａｓｔ軸方向
の本数（ｓ）及び径（Ｄｏｕｔ）とθｏｕｔｘを満足す
るｆ２０、ｆ３０の焦点距離を有する、ｆａｓｔ軸コリ
メートレンズ２０及びｆａｓｔ軸集光レンズ３０を選定
すればよい。なお、この場合、ｓｌｏｗ軸幅均一化レン
ズ４０とｓｌｏｗ軸集光レンズ５０は、ｆａｓｔ軸方向
において何ら影響を及ぼさないので説明を省略する。

【００３０】各発光部１２（ｍ、ｎ）から出射された各
レーザ光は、Ｚ軸方向に対してθｉｎｘの角度を持ち、
徐々に拡がり、ｆａｓｔ軸コリメートレンズ２０を通過
すると、ｆａｓｔ軸コリメートレンズ２０が焦点距離
（ｆ２０）の位置にあるため、ｆａｓｔ軸方向において
幅がほぼ均一になる。この時、ｆａｓｔ軸コリメートレ
ンズ２０を通過した各レーザ光は、全てＺ軸方向に対し
てほぼ平行になり、各レーザ光の幅はほぼ均一である。
そして、ｆａｓｔ軸コリメートレンズ２０を通過した各
レーザ光は、ｆａｓｔ軸集光レンズ３０を通過すると、
ｆａｓｔ軸集光レンズ３０からｆ３０の距離（ｆａｓｔ
軸集光レンズ３０の焦点距離）に集光される。そして、
各レーザ光がｆａｓｔ軸集光レンズ３０で集光される位
置（ｆａｓｔ軸集光レンズ３０からｆ３０の距離の位置
であり、この位置は、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０からｆ
５０の距離の位置でもある）に、光ファイバ８０（ｓ、
ｔ）を配置して集光されたレーザ光を入射する。このと
き、ｆａｓｔ軸方向のグループ毎のレーザ光が、各グル
ープ毎に集光される。例えば、光ファイバ８０（１、
１）には、発光部１２（１、１）、発光部１２（２、
１）、発光部１２（３、１）、発光部１２（４、１）の
レーザ光が集光される。

【００３１】ｆａｓｔ軸方向の拡がり角（θｉｎｘ：例
えば４０°）は、ｓｌｏｗ軸方向の拡がり角（θｉｎ
ｙ：例えば３．５°）と比較して充分大きいので、ｆａ
ｓｔ軸コリメートレンズ２０は、発光部１２（ｍ、ｎ）
により近い位置に配置することが好ましい。図３（Ａ）
及び（Ｂ）の例では、発光部１２（ｍ、ｎ）にほぼ接触
する位置に配置している。また、光ファイバ８０（ｓ、
ｔ）のｆａｓｔ軸方向の本数（この場合は「ｓ」本であ
り、これにより、ｆａｓｔ軸方向に集光するレーザ光の
数も決まる）、及び光ファイバ８０（ｓ、ｔ）の径（こ
の場合は「Ｄｏｕｔ」）、及びθｏｕｔｘにより、ｆａ
ｓｔ軸集光レンズ３０の焦点距離ｆ３０、及びｆａｓｔ
軸集光レンズ３０の配置位置が決まる。図３（Ａ）及び
（Ｂ）の例では、１本の光ファイバ８０に、ｓｌｏｗ軸
方向に２本のレーザ光を、ｆａｓｔ軸方向に４本のレー
ザ光を集光し、合計８本のレーザ光を集光している。な
お、実現した半導体レーザ集光装置では、目標とするレ
ーザ光の出力を得るために、ｓｌｏｗ軸方向に２本のレ
ーザ光を、ｆａｓｔ軸方向に１０本のレーザ光を集光
し、合計２０本のレーザ光を集光して実用可能な出力を
有するレーザ光を得た。

【００３２】次に、図５を用いて、ｓｌｏｗ軸方向にお
ける集光について、従来（Ａ）と本発明（Ｂ）の違いを
説明する。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、レーザ光をｓｌｏ
ｗ軸方向において、幅の均一化及び集光する様子を示し
ており、ｆａｓｔ軸コリメートレンズ２０とｆａｓｔ軸
集光レンズ３０の記載を省略している。従来の半導体レ
ーザ集光装置は、ｓｌｏｗ軸方向において隣り合う発光
部１２から出射され、距離が大きくなるに従いｓｌｏｗ
軸方向に拡がるレーザ光が重なる前に、ｓｌｏｗ軸方向
に集光させているので、発光部１２から光ファイバ８０
までの距離（図９（Ａ）中のＬ）に制約がある。

【００３３】図５（Ａ）に示す従来の方式では、ｓｌｏ
ｗ軸方向の幅の均一化及び集光を１つのｓｌｏｗ軸集光
レンズ７０で行っている。このため、発光部１２（１、
１）〜（１、２）から出射され、θｉｎｙの拡がり角度
を持ちＤｉｎ（約０．６ｍｍ）の距離を持つレーザ光を
効率良く集光するためには、レーザ光が重なる前の位置
にｓｌｏｗ軸集光レンズ７０を配置する必要がある。θ
ｉｎｙが約３．５°で、２つの発光部１２からのレーザ
光を集光するためには、ｓｌｏｗ軸集光レンズ７０の焦
点距離（ｆ７０）を約１．６ｍｍに設定する必要があ
り、小型化が要求され、実現が困難である。

【００３４】図５（Ａ）では、ｓｌｏｗ軸集光レンズ７
０を通過した各レーザ光は、幅がほぼ均一になるが、入
射光に対して出射光の径を小さくする集光は、なされて
いない。このように、従来はｓｌｏｗ軸方向において、
レーザ光の幅を小さくすることなく、複数のレーザ光を
集めている（束ねている）。レーザ光の幅を小さくする
には、ｓｌｏｗ軸集光レンズ７０に入射されるレーザ光
の幅が均一でないので困難である。そこで、ｓｌｏｗ軸
集光レンズ７０の焦点距離ｆ７０を少し短くして、ｓｌ
ｏｗ軸集光レンズ７０を通過したレーザ光を集光する
（レーザ光の幅を小さくする）ことも可能であるが、光
ファイバの配置が困難になる可能性がある。また、図５
（Ａ）においては、以下の式が成立する。 Ｄｏｕｔ＝２＊ｆ７０＊ｔａｎ（θｉｎｙ） θｏｕｔｙ＝ａｒｃｔａｎ［Ｄｉｎ／（２＊ｆ７０）］ Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ＝ｔａｎ（θｉｎｙ）／ｔａｎ（θｏ
ｕｔｙ） 通常、Ｄｉｎ及びθｉｎｙは予め半導体レーザアレイ１
０において決まっているので、焦点距離ｆ７０が決まる
と、Ｄｏｕｔ及びθｏｕｔｙも自動的に決まり、Ｄｏｕ
ｔ及びθｏｕｔｙを任意に設定することができない。

【００３５】図５（Ｂ）に示す本発明の方式では、ｓｌ
ｏｗ軸方向の幅の均一化及び集光を、ｓｌｏｗ軸幅均一
化レンズ４０とｓｌｏｗ軸集光レンズ５０とで、別々に
行う。このため、発光部１２（１、１）〜（１、２）か
ら出射され、θｉｎｙの拡がり角度を持ちＤｉｎ（約
０．６ｍｍ）の距離を持つレーザ光を効率良く集光でき
る。本発明では、ｓｌｏｗ軸方向において隣り合う発光
部１２から出射され、距離が大きくなるに従いｓｌｏｗ
軸方向に拡がるレーザ光がｓｌｏｗ軸方向に重なった後
であっても、各発光部１２（ｍ、ｎ）から出射された各
レーザ光を、各レーザ光毎にｓｌｏｗ軸方向に集光させ
ることができる点が大きな特徴である。また、図５
（Ｂ）においては、以下の式が成立する。 Ｄｏｕｔ＝（ｆ５０／ｆ４０）＊Ｄｉｎ θｏｕｔｙ＝ａｒｃｔａｎ［（ｆ４０／ｆ５０）ｔａｎ
（θｉｎｙ）］ Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ＝ｔａｎ（θｉｎｙ）／ｔａｎ（θｏ
ｕｔｙ）＝ｆ５０／ｆ４０ このため、ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ４０の焦点距離ｆ
４０と、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０の焦点距離ｆ５０と
の比を適切に選択することで、Ｄｏｕｔ及びθｏｕｔｙ
を任意に設定できる。

【００３６】また、ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ４０の焦
点距離ｆ４０と、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０の焦点距離
ｆ５０を適切に設定でき、ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ４
０を「発光部１２からｆ４０の距離の位置」に配置し、
ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０を「発光部１２からｆ４０＋
ｆ４０＋ｆ５０の距離の位置」に配置するので、発光部
１２（ｍ、ｎ）から光ファイバ８０（ｓ、ｔ）までの距
離を充分に確保でき、レンズ径等に制約されることなく
レンズ群を配置できる。また、ｓｌｏｗ軸幅均一化レン
ズ４０及びｓｌｏｗ軸集光レンズ５０は、各々単一のシ
リンドリカルレンズで構成できるので、（従来の）ｓｌ
ｏｗ軸集光レンズ７０程の小型化は要求されず、より実
現が容易である。また、ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ４０
を通過した各レーザ光は、幅がほぼ均一であるので、ｓ
ｌｏｗ軸集光レンズ５０を用いて、ｓｌｏｗ軸方向のグ
ループ毎に集光でき、適切に集光する（レーザ光の幅を
小さくする）ことが可能である。

【００３７】◆［第２の実施の形態］ 次に、第２の実施の形態について説明する。図６は、本
発明の発光装置の第２の実施の形態の概略構成図を示し
ている。以下、第１の実施の形態との相違点について説
明する。図６は、図１に示す第１の実施の形態の構成に
対して、ｆａｓｔ軸集光レンズ３０とｓｌｏｗ軸集光レ
ンズ５０に替えて、ｆａｓｔ軸及びｓｌｏｗ軸の双方向
に集光する双軸集光レンズ６０（例えば、球面レンズ）
を配置している。その他の構成は、図１と同様である。

【００３８】次に、図７を用いて、各レンズを通過させ
たレーザ光を、光ファイバ８０（ｓ、ｔ）に集光する様
子を説明する。図７（Ａ）は、ｆａｓｔ軸方向から見た
図であり、レーザ光をｓｌｏｗ軸方向に屈折及び集光さ
せる様子を示している。また、図７（Ｂ）は、ｓｌｏｗ
軸方向から見た図であり、レーザ光をｆａｓｔ軸方向に
屈折及び集光させる様子を示している。図７（Ａ）を用
いて、発光部１２（ｍ、ｎ）から出射された各レーザ光
を、ｓｌｏｗ軸方向において光ファイバ８０（ｓ、ｔ）
の入射端面に集光することを説明する。図７（Ａ）にお
いて、ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ４０の焦点距離をｆ４
０（例えば、４５ｍｍ）、双軸集光レンズ６０の焦点距
離をｆ６０（例えば、１５ｍｍ）とする。

【００３９】そして、ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ４０を
「発光部１２（ｍ、ｎ）からｆ４０の距離の位置」に配
置し、双軸集光レンズ６０を「発光部１２（ｍ、ｎ）か
らｆ４０＋ｆ４０＋ｆ６０の距離の位置」に配置し、光
ファイバ８０（ｓ、ｔ）を「発光部１２（ｍ、ｎ）から
ｆ４０＋ｆ４０＋ｆ６０＋ｆ６０の距離の位置」に配置
する。また、発光部１２（ｍ、ｎ）から出射された各レ
ーザ光において、ｓｌｏｗ軸方向の拡がり角度をθｉｎ
ｙ（例えば、３．５°）とする。また、ｓｌｏｗ軸方向
において光ファイバ８０（ｓ、ｔ）への入射角をθｏｕ
ｔｙ（例えば、１０°）とする。ｓｌｏｗ軸幅均一化レ
ンズ４０及び双軸集光レンズ６０を選定するには、発光
部１２（ｍ、ｎ）における、Ｄｉｎ、Ｄｐ、Ｄｗ、θｉ
ｎｙから、目標とする光ファイバ８０（ｓ、ｔ）のｓｌ
ｏｗ軸方向の本数（ｔ）及び径（Ｄｏｕｔ）とθｏｕｔ
ｙを満足するｆ４０、ｆ６０の焦点距離を有する、ｓｌ
ｏｗ軸幅均一化レンズ４０及び双軸集光レンズ６０を選
定すればよい。なお、この場合、ｆａｓｔ軸コリメート
レンズ２０は、ｓｌｏｗ軸方向において何ら影響を及ぼ
さないので説明を省略する。また、図７（Ａ）におけ
る、レーザ光の集光の様子は、図３（Ａ）と同様である
ので、説明を省略する。

【００４０】また、図７において、双軸集光レンズ６０
の焦点距離をｆ６０よりも短いｆ６０ｓのレンズとし、
このレンズ６０を発光部１２（ｍ、ｎ）からｆ４０＋ｆ
４０＋ｆ６０ｓの位置に配置した場合、この双軸集光レ
ンズ６０を通過後、双軸集光レンズ６０の後方のｆ６０
ｓの距離の位置に集光されるレーザ光は、ｓｌｏｗ軸方
向において密になる。（図４（Ａ）と同様） 逆に、双軸集光レンズ６０の焦点距離をｆ６０よりも長
いｆ６０ｅのレンズとし、このレンズ６０を発光部１２
（ｍ、ｎ）からｆ４０＋ｆ４０＋ｆ６０ｅの位置に配置
した場合、この双軸集光レンズ６０を通過後、双軸集光
レンズ６０の後方のｆ６０ｅの距離の位置に集光される
レーザ光は、ｓｌｏｗ軸方向において疎になる。（図４
（Ｂ）と同様）

【００４１】次に、図７（Ｂ）を用いて、発光部１２
（ｍ、ｎ）から出射された各レーザ光を、ｆａｓｔ軸方
向において光ファイバ８０（ｓ、ｔ）の入射端面に集光
することを説明する。図７（Ｂ）において、ｆａｓｔ軸
コリメートレンズ２０の焦点距離をｆ２０、双軸集光レ
ンズ６０の焦点距離をｆ６０とする。また、発光部１２
（ｍ、ｎ）から出射された各レーザ光において、ｆａｓ
ｔ軸方向の拡がり角度をθｉｎｘとする。また、光ファ
イバ８０（ｓ、ｔ）に入射されるレーザ光における入射
角をθｏｕｔｘ（例えば、１０°）とする。また、発光
部１２（ｍ、ｎ）のｆａｓｔ軸方向における間隔をＤｈ
（例えば、１．７５ｍｍ）とする。ｆａｓｔ軸コリメー
トレンズ２０及び双軸集光レンズ６０を選定するには、
発光部１２（ｍ、ｎ）における、Ｄｈ、θｉｎｘから、
目標とする光ファイバ８０（ｓ、ｔ）のｆａｓｔ軸方向
の本数（ｓ）及び径（Ｄｏｕｔ）とθｏｕｔｘを満足す
るｆ２０、ｆ６０の焦点距離を有する、ｆａｓｔ軸コリ
メートレンズ２０及び双軸集光レンズ６０を選定すれば
よい。なお、この場合、ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ４０
は、ｆａｓｔ軸方向において何ら影響を及ぼさないので
説明を省略する。

【００４２】ｆａｓｔ軸コリメートレンズ２０を通過し
た各レーザ光は、双軸集光レンズ６０を通過すると、双
軸集光レンズ６０からｆ６０の距離（双軸集光レンズ６
０の焦点距離）に集光される。そして、各レーザ光が双
軸集光レンズ６０で集光される位置（双軸集光レンズ６
０からｆ６０の距離の位置）に、光ファイバ８０（ｓ、
ｔ）を配置して集光されたレーザ光を入射する。このと
き、ｆａｓｔ軸方向のグループ毎のレーザ光が、各グル
ープ毎に集光される。例えば、光ファイバ８０（１、
１）には、発光部１２（１、１）、発光部１２（２、
１）、発光部１２（３、１）、発光部１２（４、１）の
レーザ光が集光される。また、光ファイバ８０（ｓ、
ｔ）のｆａｓｔ軸方向の本数（この場合は「ｓ」本であ
り、これにより、ｆａｓｔ軸方向に集光するレーザ光の
数も決まる）、及び光ファイバ８０（ｓ、ｔ）の径（こ
の場合は「Ｄｏｕｔ」）、及びθｏｕｔｘにより、双軸
集光レンズ６０の焦点距離ｆ６０、双軸集光レンズ６０
の配置位置が決まる。

【００４３】第２の実施の形態では、第１の実施の形態
に対して、レンズの個数が削減できるが、光ファイバ８
０（ｓ、ｔ）への入射されるレーザ光において、ｆａｓ
ｔ軸方向の拡がり角度θｏｕｔｘが比較的大きくなる。
このθｏｕｔｘをより小さくするには、図１０（Ａ）に
示すように、双軸集光レンズ６０をｆａｓｔ軸方向に複
数配列した構成とすることで可能となる。また、第１の
実施の形態においても、θｏｕｔｘをより小さくするに
は、図１０（Ｂ）に示すように、ｆａｓｔ軸集光レンズ
３０をｆａｓｔ軸方向に複数配列した構成とすることで
可能となる。このように、集光する光ファイバ８０
（ｓ、ｔ）の配列、光ファイバ８０（ｓ、ｔ）への入射
角（θｏｕｔｘ、θｏｕｔｙ）等に応じて、各レンズの
構成を種々変更して対応する。また、光ファイバ（ｓ、
ｔ）は、複数でも単数でもよく、任意の数及び配列を設
定できるので、目標とするレーザ光の出力を容易に得る
ことができる。

【００４４】◆［第３の実施の形態］ 第３の実施の形態は、図１１に示すように、第１の実施
の形態に対してslow軸幅均一化レンズ４０を省略してい
る。また、slow軸集光レンズ５０のサイズが大きい。図
１１に示す第３の実施の形態では、図８に示す従来のレ
ーザ集光装置に対して、半導体レーザアレイ１０と光フ
ァイバ８０との距離を非常に大きくできる（第１の実施
の形態と同様）。このため、各レンズの配置が容易であ
るとともに、光ファイバ８０への入射角を小さくできる
ので、より効率良くレーザ光を光ファイバ８０に集光し
て入射することができる。また、図１に示す第１の実施
の形態に対して、slow軸幅均一化レンズ４０を省略して
いるため、第１の実施の形態に比して構成が簡素化さ
れ、各レンズ等の位置決め、調整等をより容易にするこ
とができる。

【００４５】［全体構成］図１１は、第３の実施の形態
の概略構成図を示している。図１１では、図１に示す第
１の実施の形態と比して、slow軸幅均一化レンズ４０が
省略されていることと、slow軸集光レンズ５０のサイズ
が大きい点で構成上の相違がある（上記）。また、slow
軸集光レンズ５０の配置位置も第１の実施の形態とは異
なる。この構成上の相違、及び配置位置の相違により、
レーザ光の集光状態が、第１の実施の形態と異なる様子
を以下に説明する。なお、光ファイバ８０の本数は、sl
ow軸集光レンズ５０の焦点距離（ｆ５０）等によって、
種々変更することができる。また、光ファイバ８０の出
射面側を束ね、光ファイバ８０から出射されたレーザ光
を集光レンズ１２０で集光することも追加しているが、
この部分の説明は後述する。他は第１の実施の形態と同
様であるので説明を省略する。

【００４６】［各構成要素の配置と、レーザ光の集光状
態］次に、図１２を用いて、発光部１２、fast軸コリメ
ートレンズ２０、fast軸集光レンズ３０、slow軸集光レ
ンズ５０、光ファイバ８０の配置位置と、レーザ光の集
光状態（光ファイバ８０までの集光状態）について説明
する。図１２（Ａ）は、長軸（fast軸（図１２中のX
軸））方向から見た図であり、レーザ光を短軸（slow軸
（図１２中のＹ軸））方向に屈折及び集光する様子を示
している。また、図１２（B）は、短軸（slow軸）方向
から見た図であり、レーザ光を長軸（fast軸）方向に屈
折及び集光する様子を示している。図１２（Ｂ）では、
図３（Ｂ）に対してslow軸幅均一化レンズ４０が省略さ
れている。slow軸幅均一化レンズ４０は、長軸方向にお
いてほとんど影響を及ぼさないため、図１２（Ｂ）に示
すレーザ光の集光状態と、図３（Ｂ）に示すレーザ光の
集光状態は同じ（fast軸コリメートレンズ２０と、fast
軸集光レンズ３０の配置位置も同じ）である。このた
め、図１２（Ｂ）については説明を省略する。

【００４７】次に、図１２（Ａ）を用いて、各発光部１
２（ｍ、ｎ）から出射された各レーザ光を、slow軸方向
において光ファイバ８０（ｓ、ｔ）の入射面に集光する
ことを説明する。図１２（Ａ）において、slow軸集光レ
ンズ５０の焦点距離をｆ５０（この場合、例えば、３０
ｍｍ）とする。そして、slow軸集光レンズ５０を「発光
部１２（ｍ、ｎ）から距離（Ｓ₁）の位置」に配置し、
光ファイバ８０（ｍ，ｎ）を「slow軸集光レンズ５０か
ら距離（Ｔ₁）の位置」に配置する。なお、このとき以
下のように、Ｓ₁及びＴ₁を設定する。（図１２（Ａ）の
例では、（Ｓ₁、Ｔ₁）＝（６０ｍｍ、６０ｍｍ）） １／Ｓ₁＋１／Ｔ₁＝１／ｆ５０ このとき、各位置は誤差により微妙に位置が修正され
る。また、発光部１２（ｍ、ｎ）から出射された各レー
ザ光において、slow軸方向の拡がり角度をθiny（例え
ば、３．５°）とする。また、光ファイバ８０（ｓ、
ｔ）に入射されるレーザ光において、slow軸方向の入射
角をθouty（例えば、１０°）とする。なお、入射角
（θouty）を所定角度未満とするために、図１２（Ａ）
の光ファイバ８０（１，１）に示す点線のように、各光
ファイバ８０（ｓ，ｔ）をＹＺ平面上で、入射面を中心
として各々適切な角度で回転させてもよい。

【００４８】slow軸集光レンズ５０を選定するには、発
光部１２（ｍ、ｎ）における、Din、Dp、Dw、θinyか
ら、目標とする光ファイバ８０（ｓ、ｔ）のslow軸方向
の本数（ｔ）及び径（Dout）とθoutyを満足する焦点距
離（ｆ５０）を有する、slow軸集光レンズ５０を選定す
ればよい。各光ファイバ８０（ｓ，ｔ）の入射面は、複
数の発光部１２（ｍ，ｎ）を含む発光面から所定の距離
（この場合、Ｓ₁＋Ｔ₁の距離）の面上の直線上にあり、
且つ短軸方向にほぼ平行な直線上にある。以下、この光
ファイバ８０（ｓ，ｔ）の入射面を並べた位置を「レー
ザ集光位置」という。なお、この場合、fast軸コリメー
トレンズ２０及びfast軸集光レンズ３０は、slow軸方向
において、ほとんど影響を及ぼさないので説明を省略す
る。

【００４９】各発光部１２（ｍ、ｎ）から出射された各
レーザ光は、Ｚ軸方向に対してθinyの角度（例えば、
３．５°の角度）を持ち、徐々に拡がり、やがて重な
る。各レーザ光の進行方向が、slow軸集光レンズ５０の
光軸とほぼ平行であるため、slow軸方向に重なったレー
ザ光は、slow軸集光レンズ５０を通過すると、１／Ｓ₁
＋１／Ｔ₁＝１／ｆ５０が成立していれば、発光部１２
（ｍ，ｎ）からＳ₁＋Ｔ₁の距離に各々集光される。そし
て、各レーザ光がslow軸集光レンズ５０で集光される位
置（発光部１２（ｍ，ｎ）から距離Ｓ₁＋Ｔ₁の位置）
に、光ファイバ８０（ｓ、ｔ）の入射面を配置して、集
光されたレーザ光を各光ファイバ８０（ｓ，ｔ）に入射
する。この「各レーザ光がslow軸集光レンズ５０で集光
される位置（レーザ集光位置）」に、fast軸方向におい
ても集光する。

【００５０】●［光ファイバから出射されたレーザ光の
集光］ 次に、図１３を用いて、（第３の実施の形態（図１１）
に示すように、）光ファイバ８０（ｍ、ｎ）から出射さ
れるレーザ光が、集光レンズ１２０で所定の位置（図１
３の［位置ＳＭ］）に集光される様子について説明す
る。なお、図示していないが、第１の実施の形態（図
１）、第２の実施の形態（図６）も同様に、光ファイバ
８０（ｍ、ｎ）から出射されるレーザ光を集光レンズ１
２０で所定の位置に集光することができる。なお、光フ
ァイバ８０（ｍ、ｎ）の出射面は、図１４（Ａ）および
（Ｂ）に示すように、任意の形状に束ねられている。任
意の形状とすることで、例えば、レーザ加工の場合、所
望の形状で加工することができる。また、束ねる形状
は、円形（図１４（Ａ））、四角形（図１４（Ｂ））等
に限定されず、様々な形状とすることが可能である。ま
た、束ねる場合において光ファイバの本数も、必要に応
じて様々な本数を束ねることが可能である。

【００５１】図１３（Ａ）及び（Ｂ）において、レーザ
光を集光する所定の位置を［位置ＳＭ］、集光レンズ１
２０の焦点距離を［ｆ１２０］、［位置ＳＭ］から集光
レンズ１２０の中心までの距離（集光レンズ１２０の光
軸方向における距離）を［距離Ｔ₂］及び［距離Ｔ₃］、
集光レンズ１２０の中心から光ファイバ８０（ｍ、ｎ）
の出射面までの距離（集光レンズ１２０の光軸方向にお
ける距離）を［距離Ｓ ₂］及び［距離Ｓ₃］とする。ま
た、以下のように、（Ｓ₂、Ｔ₂）、（Ｓ₃、Ｔ₃）を設定
する。 １／Ｓ₂＋１／Ｔ₂＝１／ｆ１２０ １／Ｓ₃＋１／Ｔ₃＝１／ｆ１２０、且つＳ₃＞Ｓ₂ 上記式に基づいた図１３（Ａ）と（Ｂ）を比較すれば明
らかなように、光ファイバ８０（ｍ、ｎ）の出射面から
集光レンズ１２０の中心までの距離［距離Ｓ_X］が大き
くなるほど、集光レンズ１２０の中心から［位置ＳＭ］
までの距離［距離Ｔ_X］が小さくなる。また、［距離
Ｔ_X］が小さくなるほど、［位置ＳＭ］上の［集光スポ
ット距離Sout］が小さくなる。［集光スポット距離Sou
t］が小さいほど、単位面積当たりのレーザ出力が増大
され、レーザ加工等に有効となる。なお、本実施例で
は、集光レンズ１２０から距離Ｔ_Xの位置［位置ＳＭ］
を集光点としているが、集光レンズ１２０から距離ｆ１
２０の位置（集光レンズ１２０の焦点距離の位置）を集
光点としてもよい。

【００５２】以上説明したように、本実施の形態に示し
た発光装置を用いれば、半導体レーザアレイ１０の各発
光部１２から出射されるレーザ光を、レンズ群（光学集
光系）を用いて集光することで、より細い、より少ない
数の光ファイバに入射することができる。特に、ビーム
品質の良いfast軸方向のレーザ光を、各光ファイバによ
り多く入射することができるので、レーザ加工等に有効
である。また、より細い、より少ない数の光ファイバに
各レーザ光を入射し、当該光ファイバから出射されたレ
ーザ光を、更に集光レンズ１２０で集光するため、レー
ザ出力をより増大させることができ、レーザ加工等に非
常に有効である。

【００５３】本発明の集光装置及び発光装置は、本実施
の形態で説明した構成に限定されず、本発明の要旨を変
更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本発明の集光装置及び発光装置は、レーザ加工装置等、
レーザ光を用いた種々の装置に適用することが可能であ
る。本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、こ
の数値に限定されるものではない。また、各レンズの形
状、サイズ等は、実施の形態の説明及び図に限定される
ものではない。本発明で使用される各レンズは、一方面
が曲面であれば、他方面は平面でも曲面でもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜２のい
ずれかに記載の集光装置あるいは請求項３〜６のいずれ
かに記載の発光装置を用いれば、半導体レーザアレイの
複数の発光部から出射された各レーザ光を、より効率良
く光ファイバに集光でき、且つ容易に実現できる集光装
置及び発光装置を提供できる。また、請求項７〜１０の
いずれかに記載の発光装置を用いれば、半導体レーザア
レイの複数のレーザ発光部から出射された各レーザ光
を、より効率良く集光でき、且つより容易に実現できる
発光装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発光装置の第１の実施の形態の概略構
成図である。

【図２】半導体レーザの発光部から出射されるレーザ光
を説明する図である。

【図３】第１の実施の形態において、各レンズの配置位
置と、各レンズを通過したレーザ光が集光される様子を
説明する図である。

【図４】ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０を変更した場合にお
いて、ｓｌｏｗ軸集光レンズ５０を通過したレーザ光が
集光される様子を説明する図である。

【図５】ｓｌｏｗ軸方向における集光について、従来
（Ａ）と本発明（Ｂ）の違いを説明する図である。

【図６】本発明の発光装置の第２の実施の形態の概略構
成図である。

【図７】第２の実施の形態において、各レンズの配置位
置と、各レンズを通過したレーザ光が集光される様子を
説明する図である。

【図８】従来の半導体レーザ集光装置の概略構成図であ
る。

【図９】従来の半導体レーザ集光装置において、各レン
ズの配置位置と、各レンズを通過したレーザ光が集光さ
れる様子を説明する図である。

【図１０】本発明の発光装置の他の実施形態を説明する
図である。

【図１１】本発明の発光装置の第３の実施の形態の概略
構成図である。

【図１２】第３の実施の形態において、各レンズの配置
位置と、各レンズを通過したレーザ光が集光される様子
を説明する図である。

【図１３】光ファイバ８０（ｍ、ｎ）から出射されるレ
ーザ光が、集光レンズ１２０で所定の位置に集光される
様子について説明する図である。

【図１４】光ファイバ８０（ｍ、ｎ）の出射面を任意の
形状に束ねた状態を説明する図である。

【符号の説明】

１０ 半導体レーザアレイ １２（ｍ、ｎ） 発光部 ２０ ｆａｓｔ軸コリメートレンズ ３０ ｆａｓｔ軸集光レンズ ４０ ｓｌｏｗ軸幅均一化レンズ ５０、７０ ｓｌｏｗ軸集光レンズ ６０ 双軸集光レンズ ８０（ｓ、ｔ） 光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 喜紳 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） 2H037 AA03 BA03 BA05 CA21

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のグループに分けられた複数の発光
   部から出射された光を各グループ毎に集光する集光装置
   であって、第１のレンズと第２のレンズを備え、 第１のレンズは、入射された光を屈折させる所定方向を
   有し、複数の発光部から第１のレンズのほぼ焦点距離の
   位置に、各発光部から出射された光が入射されるように
   配置され、各発光部から出射された光をそれぞれ所定方
   向に対してほぼ均一の幅に変換し、 第２のレンズは、第１のレンズにより所定方向に対して
   ほぼ均一の幅に変換されたそれぞれの光を各発光部に対
   応する所定方向のグループ毎の領域に集光する、ことを
   特徴とする集光装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の集光装置であって、 第２のレンズを、複数の発光部から第１のレンズの焦点
   距離のほぼ２倍の距離に第２のレンズのほぼ焦点距離を
   加えた距離の位置に配置する、ことを特徴とする集光装
   置。
3. 【請求項３】 光の進行方向に対して垂直な面におい
   て、長軸と短軸を有するほぼ楕円状の光を出射し、長軸
   方向及び短軸方向に配置された複数の発光部と、各発光
   部から出射された光を長軸方向のグループ毎の領域に集
   光する長軸方向集光装置と、各発光部から出射された光
   を短軸方向のグループ毎の領域に集光する短軸方向集光
   装置とを備えた発光装置であって、 短軸方向集光装置として請求項１又は２に記載の集光装
   置を用いる、ことを特徴とする発光装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の発光装置であって、長
   軸方向集光装置は、第３のレンズと第４のレンズを備
   え、 第３のレンズは、各グループの発光部から出射された光
   をそれぞれ長軸方向に対してほぼ均一の幅に変換し、 第４のレンズは、第３のレンズにより長軸方向に対して
   ほぼ均一の幅に変換されたそれぞれの光を各発光部に対
   応する長軸方向のグループ毎の領域に集光し、 第２のレンズと第４のレンズを単一のレンズにより構成
   する、ことを特徴とする発光装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の発光装置であって、 第２のレンズと第４のレンズを兼用した単一レンズを、
   複数の発光部から第１のレンズの焦点距離のほぼ２倍の
   距離に第２のレンズと第４のレンズを兼用した単一レン
   ズのほぼ焦点距離を加えた距離の位置に配置する、こと
   を特徴とする発光装置。
6. 【請求項６】 請求項３〜５のいずれかに記載の発光装
   置であって、更に、光ファイバを備え、 発光部から出射される光は半導体レーザ光であり、各グ
   ループ毎の領域は光ファイバの入射端面である、ことを
   特徴とする発光装置。
7. 【請求項７】 半導体レーザアレイと、光学集光系と、
   光ファイバと、集光レンズとを備え、 半導体レーザアレイは、レーザ光の進行方向に対して垂
   直な面において長軸と短軸を有するほぼ楕円状の、長軸
   方向及び短軸方向に拡散しながら進行するレーザ光を出
   射する、長軸方向及び短軸方向に配列された複数のレー
   ザ発光部を有し、 光学集光系は、複数のグループに分けられた複数のレー
   ザ発光部から出射されたレーザ光を各グループ毎に集光
   するとともに、集光したレーザ光を短軸方向に配列した
   複数の光ファイバの入射面に入射し、 各光ファイバは、入射面から入射されたレーザ光を、出
   射面から出射し、 集光レンズは、各光ファイバから出射されたレーザ光を
   所定の位置に集光する、ことを特徴とする発光装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の発光装置であって、 複数の光ファイバの各出射面を、任意の形状に束ねる、
   ことを特徴とする発光装置。
9. 【請求項９】 請求項７または８に記載の発光装置であ
   って、 各光ファイバの入射面には、長軸方向における所定のグ
   ループのレーザ発光部のうちの２個以上のレーザ発光部
   から出射されるレーザ光を集光して入射する、ことを特
   徴とする発光装置。
10. 【請求項１０】 請求項９のに記載の発光装置であっ
    て、 各光ファイバの入射面には、更に、短軸方向における所
    定のグループのレーザ発光部のうちの２個以上のレーザ
    発光部から出射されるレーザ光を集光して入射する、こ
    とを特徴とする発光装置。