JP4211837B2 - 光導波路、光導波路アレイ及びレーザ集光装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を集光する光導波路、光導波路アレイ及びレーザ集光装置に関する。

図１４に、従来の半導体レーザ集光装置の概略構成の例を示す。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２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２は、長軸方向（fast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。そして、長軸方向と短軸方向に２次元的に配列した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、レンズ群等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、図１４に示すように、レンズ群と光ファイバ３０を備え、レーザ光の発光部１２から光ファイバ３０までの間に、長軸方向コリメートレンズアレイ７０、長軸方向集光レンズ８０、短軸方向集光レンズアレイ９０、の順にレンズを配置してレーザ光を光ファイバ３０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。

特開２０００−９８１９１号公報

半導体レーザの発光部１２から出射されるレーザ光を効率良く光ファイバ３０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して、入射したレーザ光を外部に反射させることなく、効率よく光ファイバに入射する（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。
ここで、発光部１２から出射されたレーザ光は、長軸方向及び短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、レンズ自身に非常に高い精度が要求され、そのレンズの配置位置も、非常に高い精度が要求される。
従来の半導体レーザ集光装置（例えば、特開２０００−９８１９１号公報）は、発光部の間隔が比較的広い長軸方向においては、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短軸方向においては、レンズの径が非常に小さく、配置も困難であるため、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。

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１４に示すように、半導体レーザアレイ１０の各発光部１２（ｍ、ｎ）（ｍ行ｎ列、図１４の例では、５行１６列）から出射されるレーザ光を、長軸方向コリメートレンズアレイ７０を通過させ、長軸方向集光レンズ８０を通過させ、更に、短軸方向集光レンズアレイ９０を通過させて光ファイバ３０（ｓ、ｔ）（ｓ行ｔ列、図１４の例では、１行８列）に入射している。
なお、全ての図面において、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。

また、図１４（従来の半導体レーザ集光装置）の構成における、各レンズ及びレーザ光の様子を図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示す。図１５（Ａ）は、短軸方向に配列された２個の発光部から出射される２本のレーザ光と、長軸方向に配列された５個の発光部から出射される５本のレーザ光の合計１０本のレーザ光を、１本の光ファイバに集光している。図１５（Ａ）は、図１４をＸ軸方向から見た図（上から見た図）であり、図１５（Ｂ）は、図１４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、短軸方向においては、各発光部１２の幅（図１５（Ａ）中のＤw）は約０．２ｍｍであり、発光部と発光部の間隔（図１５（Ａ）中のＤp）は約０．２ｍｍである。よって、短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１５（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短軸方向の拡がり角（図１５（Ａ）中のθiny）は約３．５°である。
また、長軸方向において隣り合う発光部の間隔（図１５（Ｂ）中のＤh）は約１．７５ｍｍであり、各発光部の厚さ（図１５（Ｂ）中のＤt）は約０．００２ｍｍである。また、各発光部から出射されるレーザ光の長軸方向の拡がり角（図１５（Ｂ）中のθinx）は約４０°である。

例えば、このレーザ光を、光ファイバ３０に、短軸方向において２本のレーザ光を集光し、長軸方向において５本のレーザ光を集光する。また、短軸方向の入射角（図１５（Ａ）中のθouty）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１５（Ａ）において、短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短軸方向集光レンズアレイ９０を配置する必要がある。レーザ光が重なる位置は、上記の数値の場合は、発光部１２から約１．６ｍｍの位置である。また、長軸方向は、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にほぼ隣接して長軸方向コリメートレンズアレイ７０を配置している。

以上より、発光部１２から約１．６ｍｍまでの距離の間に、長軸方向コリメートレンズアレイ７０と短軸方向集光レンズアレイ９０を配置する必要があり、事実上、配置は非常に困難である。なお、長軸方向集光レンズ８０は、図１５（Ａ、（Ｂ）においては、長軸方向コリメートレンズアレイ７０と短軸方向集光レンズアレイ９０の間に配置したが、短軸方向集光レンズアレイ９０と光ファイバ３０の間に配置してもよい。ただし、この場合は、長軸方向集光レンズ８０と光ファイバ３０までの距離がより短くなるので、光ファイバ３０への長軸方向の入射角（図１５（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。

また、この場合、短軸方向集光レンズアレイ９０の焦点距離（ｆ９０）を、発光部１２から短軸方向集光レンズアレイ９０までの距離（この場合、約１．６ｍｍ）に設定すると、短軸方向における集光の効率がほぼ最適になるので、光ファイバ３０の位置が短軸方向集光レンズアレイ９０から焦点距離（ｆ９０）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３０までの距離（図１５（Ａ）中のＬ）は、約３．２ｍｍとなる。
しかし、例えば長軸方向に１．７５ｍｍ間隔で配列された５個の発光部から出射されるレーザ光を、長軸方向の入射角を１０°未満とするためには、約１９．８５ｍｍ以上の距離が必要であり、必要な数のレーザ光を集光することが非常に困難である。

従って、以下の課題を解決する必要がある。
短軸方向集光レンズアレイ９０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、長軸方向コリメートレンズアレイ７０と短軸方向集光レンズアレイ９０を適切に配置することが困難である。また、光ファイバ３０の位置も発光部１２から短い距離になり、長軸方向の入射角（θoutx）を小さく設定すると、長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、より効率良く集光でき、且つより容易に実現できる光導波路、レンズアレイ及びレーザ集光装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの光導波路である。
請求項１に記載の光導波路を用いれば、レーザ光の入射面における長軸方向の寸法よりも、レーザ光の出射面における長軸方向の寸法の方が小さいので、長軸方向に配列された複数の発光部からのレーザ光を入射すれば、入射されたレーザ光を光導波路内で反射させながら長軸方向に集めることができる。
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、効率良く集光できる。また、当該光導波路は、容易に実現できる。

また、本発明の第２または第３発明は、請求項２または３に記載されたとおりの光導波路である。
請求項２または３に記載の光導波路を用いれば、各レーザ光は、対応する第１レンズに入射される。そして、各第１レンズの光軸が、各々光導波路の出射面側に傾斜しているため、各レーザ光毎に、長軸方向において出射面側に集めることができる。また、光軸の傾斜だけでなく、各第１レンズの位置を、対応するレーザ発光部に対して進行方向の距離及び長軸方向の距離を適切に設定することで、レーザ光を更に適切に長軸方向において出射面側に集めることができる。
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、長軸方向において、光導波路内で反射させることなく、あるいはより反射角を小さくすることで、より効率良く集光できる。また、当該複数の第１レンズを備えた光導波路は、容易に実現できる。

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光導波路である。
請求項４に記載の光導波路では、第３発明に対して、各第１レンズの光軸は、各々光導波路の出射面側に傾斜させることなく、レーザ光の進行方向とほぼ平行である。しかし、各第１レンズの位置を、対応するレーザ発光部に対して進行方向の距離及び長軸方向の距離を適切に設定する（第３発明とは異なる距離に設定する）ことで、レーザ光を適切に長軸方向において出射面側に集めることができる。
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、長軸方向において、光導波路内で反射させることなく、あるいはより反射角を小さくすることで、より効率良く集光できる。また、当該複数の第１レンズを備えた光導波路は、容易に実現できる。

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光導波路アレイである。
請求項８に記載の光導波路アレイを用いれば、長軸方向及び短軸方向に複数配列されたレーザ発光部から出射された複数のレーザ光を、長軸方向毎の長軸グループ毎に複数配列した光導波路アレイを用いて、より効率良く集光することができる。例えば、長軸方向及び短軸方向に、５行（長軸方向）、４列（短軸方向）の合計２０個のレーザ発光部が有る場合は、５行１列毎に、合計４個の光導波路を並列に配列して集光する。また、各光導波路を短軸方向に配列されたレーザ発光部のほぼ中心間の距離より小さく、且つレーザ発光部の短軸方向の長さよりも大きく構成することは容易である。

また、本発明の第９発明は、請求項９に記載されたとおりの光導波路アレイである。
請求項９に記載の光導波路アレイでは、第８発明に対して、各光導波路の短軸方向の寸法を更に小さくして、各長軸グループ毎に複数の光導波路を配列する。例えば、長軸方向及び短軸方向に、５行（長軸方向）、４列（短軸方向）の合計２０個のレーザ発光部が有る場合は、５行１列毎に、１列当たりに２個ずつの光導波路を並列して配置し、合計８個の光導波路を並列に配列して集光する。
このため、各光導波路の出射面を小さくできる（短軸方向に更に小さくできる）ので、より細いレーザ光として集めることができる。

また、本発明の第１０発明は、請求項１０に記載されたとおりの光導波路アレイである。
請求項１０に記載の光導波路アレイを用いれば、各光導波路内に入射されたレーザ光が、当該光導波路内で全反射し易くし、効率良く集光することができる。また、光導波路と当該光導波路の屈折率よりも小さな屈折率を有する低屈折率部材を交互に配列した一体構造とすることで、各光導波路を長軸グループ毎の発光部に対応させて、１個ずつ配置させる必要がなく、光導波路の配置の調整が容易となる。

また、本発明の第１４発明は、請求項１４に記載されたとおりのレーザ集光装置である。
請求項１４に記載のレーザ集光装置を用いれば、長軸方向及び短軸方向に複数配列されたレーザ発光部から出射される複数のレーザ光を、まず光導波路アレイを用いて長軸方向に集光して複数の光ファイバに入射し、更に、複数の光ファイバから出射されたレーザ光を集光レンズで集光して加工等に用いることができる。
このように、発光部から出射されたレーザ光を光ファイバに入射するまでの経路中に、複数のレンズ群の代わりに、光導波路アレイを用いる。
複数のレンズ群の個々の加工精度及び配置位置の精度を調整等するよりも、光導波路（単体）の加工精度及び配置位置の精度を調整等する方が、誤差等をより小さくできるので、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、レーザ光の出力を増大させることができる。

また、本実施の形態に記載のレンズアレイを用いれば、各レーザ光は、対応する第２レンズに入射される。そして、各第２レンズの光軸が、複数のレーザ発光部を含む発光面から所定の距離の面上の所定の直線上、且つ短軸方向にほぼ平行な所定の直線上をレーザ集光位置として、当該レーザ集光位置の方向に傾斜しているため、各レーザ光毎に、長軸方向において当該レーザ集光位置に集光することができる。また、光軸の傾斜だけでなく、各第２レンズの位置を、対応するレーザ発光部に対して進行方向の距離及び長軸方向の距離を適切に設定することで、レーザ光を更に適切に長軸方向においてレーザ集光位置に集めることができる。
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、長軸方向において、当該レンズアレイを用いれば、長軸方向コリメートレンズアレイと長軸方向集光レンズを用いることなく、効率良く集光できる。また、当該複数の第２レンズを備えたレンズアレイは、容易に実現できる。

また、本実施の形態に記載のレンズアレイでは、各第２レンズの光軸は、各々レーザ集光位置の方向に傾斜させることなく、レーザ光の進行方向とほぼ平行である。しかし、各第２レンズの位置を、対応するレーザ発光部に対して進行方向の距離及び長軸方向の距離を適切に設定することで、レーザ光を適切に長軸方向においてレーザ集光位置に集めることができる。
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、長軸方向において、当該レンズアレイを用いれば、長軸方向コリメートレンズアレイと長軸方向集光レンズを用いることなく、効率良く集光できる。また、当該複数の第２レンズを備えたレンズアレイは、容易に実現できる。

また、本実施の形態に記載のレンズアレイでは、レーザ光の入射面側が凸部であるため、入射面側がほぼ平坦な凸レンズよりも、入射されたレーザ光の拡散が大きくなる前に、入射面で大きく屈折させることができるので、レーザ光の拡散をより抑制することができる。

また、本実施の形態に記載のレンズアレイでは、レンズ凸部の曲面の曲率を部分的に変更することで、収差の影響をより少なくすることができ、レーザ光をより効率良く集光できる。また、当該レンズアレイの実現は容易である。

また、本実施の形態に記載のレーザ集光装置を用いれば、長軸方向及び短軸方向に複数配列されたレーザ発光部から出射される複数のレーザ光を、まずレンズアレイを用いて長軸方向に集光し、その長軸方向の集光経路において、短軸方向集光レンズを用いて短軸方向に集光することで、より効率良く集光できる。

また、本実施の形態に記載のレーザ集光装置では、更に短軸方向幅均一化レンズ（入射された拡散するレーザ光を、短軸方向に対して幅をほぼ均一化するレンズ）を追加する。そして、長軸方向及び短軸方向に複数配列されたレーザ発光部から出射される複数のレーザ光を、まずレンズアレイを用いて長軸方向に集光し、その長軸方向の集光経路において、短軸方向幅均一化レンズで短軸方向の幅をほぼ均一化し、更に長軸方向の集光経路において、短軸方向集光レンズを用いて短軸方向に集光することで、より効率良く集光できる。

また、本実施の形態に記載のレーザ集光装置では、更に光ファイバと集光レンズを用いる。レンズアレイと短軸方向集光レンズ、あるいはレンズアレイと短軸方向幅均一化レンズと短軸方向集光レンズとで、長軸方向及び短軸方向に集光したレーザ光を、複数の光ファイバ（レーザ発光部の数より少ない数の光ファイバ）に入射し、更に、複数の光ファイバから出射されたレーザ光を集光レンズで集光することで、より効率良く集光でき、且つより容易に実現でき、レーザ光の出力を増大させることができる。

また、本発明の第６または第７発明は、請求項６または７に記載されたとおりの光導波路であり、第１１または第１２発明は、請求項１１または１２に記載されたとおりの光導波路アレイである。
請求項６または７に記載の光導波路、または請求項１１または１２に記載の光導波路アレイを用いれば、全反射部材で所定の面を覆う（蒸着、貼り付け等）ことにより、全反射部材で覆った面からのレーザ光の漏れ量を抑制することができるので、レーザ光の集光効率をより向上させることができる。

また、本発明の第１３発明は、請求項１３に記載されたとおりの光導波路アレイである。
請求項１３に記載の光導波路アレイを用いれば、短軸方向に配列した一体構造の光導波路アレイについて、各光導波路において、全反射部材の層を形成した面からのレーザ光の漏れ量を抑制することができるので、各光導波路におけるレーザ光の集光効率をより向上させることができる。

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光導波路である。
請求項５に記載の光導波路を用いれば、光導波路のレーザ光の光伝搬層と、光ファイバ３０の入射面にて発生する屈折の角度を適切に調節することができるので、光ファイバに入射されたレーザ光の漏れ量を抑制することができ、レーザ光の集光効率をより向上させることができる。

また、本発明の第１５発明は、請求項１５に記載されたとおりのレーザ集光装置である。
請求項１５に記載のレーザ集光装置を用いれば、請求項１４に記載のレーザ集光装置よりも集光効率をより向上させることができる光導波路を用いることで、レーザ光を更に効率良く集光でき、且つより容易に実現でき、レーザ光の出力を、より増大させることができる。

以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。以下、［第１の実施の形態］〜［第３の実施の形態］について、順に説明する。
◆［第１の実施の形態］
図１は、本発明のレンズアレイを用いたレーザ集光装置の第１の実施の形態の概略構成図を示している。
図１に示す第１の実施の形態では、図１４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３０との距離を非常に大きくできる（従来では約３．２ｍｍのところを、第１の実施の形態では短軸方向幅均一化レンズ５０と短軸方向集光レンズ６０の各焦点距離に応じて、数ｃｍ以上（本実施の形態の例では、約２０ｃｍ）に設定することも可能）。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３０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集光することができる。

［全体構成］
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。
レンズアレイ４０は、発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向毎の各第２グループ毎に対応するレンズ（第２レンズ）が、長軸方向に複数配列されて構成されている。レンズアレイ４０は、半導体レーザアレイ１０の各発光部１２から入射された複数のレーザ光を、長軸方向に対して各光ファイバ３０の入射面に集まるように、長軸方向に集光（束ね、あるいは集約）する。
なお、以下、「束ねる」とは、各レーザ光の径をほぼ縮めることなく複数のレーザ光を集めることをいい、「集約する」とは、各レーザ光の径を縮めるあるいは径を縮めるとともに複数のレーザ光を集めることをいう。また、「集光する」とは、「束ねる」あるいは「集約する」方法を用いて、レーザ光の出力を高めることをいう。

短軸方向幅均一化レンズ５０は、レンズアレイ４０から入射された複数のレーザ光を、各レーザ光毎に、短軸方向に対してほぼ幅が均一なレーザ光に変換する。図１に示す例では、短軸方向幅均一化レンズ５０は、複数のレンズで構成されることなく、単体（単一）のレンズで構成されている。
短軸方向集光レンズ６０は、短軸方向幅均一化レンズ５０から入射されたレーザ光を、各光ファイバ３０の入射面に集まるように、短軸方向に集光する（この場合は集約する）。光ファイバ３０の入射面は、半導体レーザアレイ１０の複数のレーザ発光部１２を含む発光面から所定の距離の面上の所定の直線上、且つ短軸方向にほぼ平行な所定の直線上（レーザ集光位置）に配置されている。図１に示す例では、短軸方向集光レンズ６０は、複数のレンズで構成されることなく、単体（単一）のレンズで構成されている。
光ファイバ３０には、長軸方向及び短軸方向に集光されたレーザ光が入射される。そして、集光レンズ１００は、任意の形状に束ねられた光ファイバ３０の出射面から出射されたレーザ光を、各々所定の位置に集光する。これにより、半導体レーザアレイ１０の複数の発光部から出射された複数のレーザ光は、所定の位置に集光され、加工等に用いることができるように、レーザ光の出力を増大させることができる。

［レンズアレイの概略構造］
次に、図２を用いてレンズアレイ４０の概略構造について説明する。レンズアレイ４０は、短軸方向毎に用意された複数のレンズ（例えば、ほぼ短軸方向に中心軸を有するシリンドリカル状のレンズ（第２レンズ））を長軸方向に複数配列して構成されている。
図２（Ａ）に示すレンズアレイ４０ａでは、１枚のレンズ基板に複数のレンズ４２ａ〜４２ｅ（第２レンズ）を形成した例を示している。
図２（Ｂ）に示すレンズアレイ４０ｂでは、各レンズ４４ａ〜４４ｅ（第２レンズ）を積層して形成した例を示している。レンズアレイ４０の構成は、種々の構成方法がある。

［各構成要素の配置と、レーザ光の集光状態（概略）］
次に、図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、発光部１２、レンズアレイ４０、短軸方向幅均一化レンズ５０、短軸方向集光レンズ６０、光ファイバ３０の配置位置と、レーザ光の集光状態について説明する。図３（Ａ）は、長軸（fast軸）方向から見た図であり、レーザ光を短軸（slow軸）方向に屈折及び集光する様子を示している。また、図３（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。
ここで、半導体レーザアレイ１０の各発光部１２（ｍ、ｎ）は、短軸方向の幅（図３（Ａ）中のＤw）が約０．２ｍｍであり、短軸方向の間隔（図３（Ａ）中のＤp）が約０．２ｍｍである。
このため、短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。

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、短軸方向において光ファイバ３０（ｓ、ｔ）の入射面に集光することを説明する。図３（Ａ）において、短軸方向幅均一化レンズ５０の焦点距離を（ｆ５０）（例えば、７５ｍｍ）、短軸方向集光レンズ６０の焦点距離を（ｆ６０）（例えば、２５ｍｍ）とする。
そして、短軸方向幅均一化レンズ５０を「発光部１２（ｍ、ｎ）からほぼ（ｆ５０）の距離の位置」に配置し、短軸方向集光レンズ６０を「発光部１２（ｍ、ｎ）からほぼ（ｆ５０＋ｆ５０＋ｆ６０）の距離の位置」に配置し、光ファイバ３０（ｓ、ｔ）を「発光部１２（ｍ、ｎ）からほぼ（ｆ５０＋ｆ５０＋ｆ６０＋ｆ６０）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、短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３０（ｓ、ｔ）に入射されるレーザ光において、短軸方向の入射角をθouty（例えば、１０°）とする。

短軸方向幅均一化レンズ５０及び短軸方向集光レンズ６０を選定するには、発光部１２（ｍ、ｎ）における、Din、Dp、Dw、θinyから、目標とする光ファイバ３０（ｓ、ｔ）の短軸方向の本数（ｔ）及び径（Dout）とθoutyを満足するｆ５０、ｆ６０の焦点距離を有する、短軸方向幅均一化レンズ５０及び短軸方向集光レンズ６０を選定すればよい。
各光ファイバ３０（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、ｆ５０＋ｆ５０＋ｆ６０＋ｆ６０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３０（ｓ，ｔ）の入射面を並べた位置を「レーザ集光位置（図３（Ａ）中のＳＰの位置）」という。
なお、この場合、レンズアレイ４０は、短軸方向において、ほとんど影響を及ぼさないので説明を省略する。

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。短軸方向に重なったレーザ光は、短軸方向幅均一化レンズ５０を通過すると、短軸方向幅均一化レンズ５０が焦点距離（ｆ５０）の位置に配置されているため、短軸方向において幅がほぼ均一になる。この時、短軸方向幅均一化レンズ５０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、各レーザ光の幅は各々ほぼ均一であり、また、幅がほぼ均一化された各レーザ光の幅の中心は、短軸方向幅均一化レンズ５０の焦点の位置（図３（Ａ）中のＦ５０）を通る。
そして、短軸方向幅均一化レンズ５０を通過した各レーザ光は、短軸方向集光レンズ６０を通過すると、各レーザ光がほぼ均一の幅であり、且つ短軸方向集光レンズがＦ５０から焦点距離（Ｆ６０）の位置に配置されているため、短軸方向集光レンズ６０からｆ６０の距離（短軸方向集光レンズ６０の焦点距離）に各々集光される。

そして、各レーザ光が短軸方向集光レンズ６０で集光される位置（短軸方向集光レンズ６０からｆ６０の距離の位置）に、光ファイバ３０（ｓ、ｔ）の入射面を配置して集光されたレーザ光を入射する。このとき、短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）のグループのレーザ光が集光される。
なお、図３（Ａ）においては、以下の式が成立する。
Ｄout＝（ｆ６０／ｆ５０）＊Ｄin
θouty＝arctan［（ｆ５０／ｆ６０）＊tan（θiny）］
Ｄout／Ｄin＝tan（θiny）／tan（θouty）＝ｆ６０／ｆ５０
このため、短軸方向幅均一化レンズ５０の焦点距離（ｆ５０）と、短軸方向集光レンズ６０の焦点距離（ｆ６０）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。
この「各レーザ光が短軸方向集光レンズ６０で集光される位置（レーザ集光位置）」に、長軸方向においても集光する。

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、長軸方向において光ファイバ３０（ｓ、ｔ）の入射面に集光することを説明する。図３（Ｂ）において、レンズアレイ４０の各第２レンズ（例えば、４２ａ〜４２ｅ）の焦点距離を（ｆ）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、長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３０（ｓ、ｔ）に入射されるレーザ光において、長軸方向の入射角をθoutx（例えば、１０°）とする。また、発光部１２（ｍ、ｎ）の長軸方向における間隔をDh（例えば、１．７５ｍｍ）とする。また、各発光部の厚さ（図３（Ｂ）中のDt）は約０．００２ｍｍである。
レンズアレイ４０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３０（ｓ、ｔ）の長軸方向の本数（ｓ）及び径（Dout）とθoutxを満足するように形成及び配置する必要がある。
なお、この場合、短軸方向幅均一化レンズ５０と短軸方向集光レンズ６０は、長軸方向において、ほとんど影響を及ぼさないので説明を省略する。

なお、図３（Ｂ）において、レンズアレイ４０を発光部１２（ｍ、ｎ）からレンズアレイ４０の焦点距離（ｆ）の距離に配置すると、レンズアレイ４０を通過したレーザ光は、幅がほぼ均一化され、図３（Ｂ）中に２ａで示すように集光される（この場合は束ねられる）。また、レンズアレイ４０を発光部１２（ｍ、ｎ）からレンズアレイ４０の焦点距離（ｆ）よりもやや遠い（Ｓ₃）の距離に配置し、（１／Ｓ₃）＋（１／Ｔ₃）＝（１／ｆ）が成立するＳ₃及びＴ₃を設定し、発光部１２からＳ₃＋Ｔ₃の距離に光ファイバ３０（ｓ、ｔ）の入射面を配置すると、レンズアレイ４０を通過したレーザ光は、図３（Ｂ）中に２ｃ〜２ｅで示すように集光される（この場合は集約される）。

レンズアレイ４０は、各発光部１２（ｍ、ｎ）から出射された各レーザ光が、Ｚ軸方向に対してθinxの角度を持ち、徐々に拡がり、レンズアレイ４０を通過すると、長軸方向において幅がほぼ均一化されて所定の位置に束ねられる（図３（B）中２ａ）ように、あるいは所定の位置に集約される（図３（Ｂ）中２ｃ〜２ｅ）ように、レンズアレイ４０の各レンズ（第２レンズ）が形成されており、配置されている。
そして、レンズアレイ４０を通過した各レーザ光は、レンズアレイ４０を通過すると、所定の位置に集光される。
各レーザ光がレンズアレイ４０で集光される位置（複数のレーザ発光部を含む発光面から所定の距離の面上の直線上、且つ短軸方向にほぼ平行な直線の中の所定の直線（レーザ集光位置）であり、この位置は、短軸方向集光レンズ６０からｆ６０の距離の位置でもある）に、光ファイバ３０（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、長軸方向のグループ毎（図１中の「第２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３０（１、１）には、発光部１２（１、１）、（２、１）、（３、１）、（４、１）、（５、１）のレーザ光が集光される。

なお、長軸方向の拡がり角（θinx：例えば４０°）は、短軸方向の拡がり角（θiny：例えば３．５°）と比較して充分大きいので、レンズアレイ４０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）に非常に近い位置に配置している。
図３（Ａ）及び（Ｂ）の例では、１本の光ファイバ３０に、短軸方向に２本のレーザ光を、長軸方向に５本のレーザ光を集光し、合計１０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、短軸方向に２本のレーザ光を、長軸方向に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。
また、光ファイバ３０（ｓ、ｔ）の長軸方向の本数（この場合は「ｓ」本であり、これにより、長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３０（ｓ、ｔ）の径（この場合は「Dout」）、及びθoutxにより、レンズアレイ４０焦点距離（ｆ）、及びレンズアレイ４０の配置位置及び各第２レンズの形成位置について、詳細を図４で説明する。

［レンズアレイにおける、各第２レンズの構造（光軸）及び配置］
次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）、図５（Ａ）及び（Ｂ）に、レンズアレイ４０（この場合、図２（Ｂ）に示すレンズアレイ４０ｂ）における、各第２レンズ（ここでは、第２レンズ４２ｂ、４２ｃ）の構造（光軸）及び配置について、詳細を説明する。
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す図では、各第２レンズの光軸をほぼレーザ集光位置の方向に向けるとともに、各第２レンズの位置をレーザ光の進行方向（Ｚ軸方向）と長軸方向（Ｘ軸方向）に移動させて配置している（対応する発光部からの距離を第３の所定距離に設定している）。
また、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す図では、各第２レンズの光軸はレーザ光の進行方向とほぼ平行であり、各第２レンズの位置をレーザ光の進行方向（Ｚ軸方向）と長軸方向（Ｘ軸方向）に移動させて配置している（対応する発光部からの距離を第４の所定距離に設定している）。

次に、図４（Ａ）、（Ｂ）を用いて、第２レンズの光軸を傾斜させた場合の、発光部１２（２、１）に対応する第２レンズ４２ｂの配置等について詳細を説明する。図４（Ａ）は、レーザ光を「束ねる」方法を実現する配置の例であり、図４（Ｂ）は、レーザ光を「集約する」方法を実現する配置の例である。

［光軸を傾斜させるとともにレーザ光を束ねる配置（図４（Ａ））］
以下、図４（Ａ）を用いて説明する。
第２レンズ４２ｃは、発光部１２（３、１）と、レーザ集光位置（この場合、光ファイバ３０（１、１）の入射面のほぼ中心）を結んだ直線と、第２レンズ４２ｃの光軸（Kc）が一致するように配置する。また、対応する発光部１２（３、１）から第２レンズ４２ｃの中心（Cc）までの距離が、第２レンズ４２ｃの焦点距離（ｆ）となる位置に配置する。
これにより、発光部１２（３、１）から出射されたレーザ光は、第２レンズ４２ｃを通過すると、幅がほぼ均一なレーザ光となる。また、焦点距離（ｆ）の選定は、光ファイバ３０（１、１）の径を考慮して選定する（焦点距離（ｆ）を大きくすると、通過後のレーザ光の幅が大きくなるため）。

次に、第２レンズ４２ｂの配置を説明する。
まず、光ファイバ３０において、入射可能な最大受光角の正弦で表される開口数（以下、ＮＡという）より、光ファイバ３０への入射角（θ）を、以下のように設定する。
θ＜arcsin（ＮＡ）
発光部１２（２，１）と発光部１２（３，１）の長軸方向の距離を（ｄ）として、第２レンズ４２ｂの中心（Cb）が、対応する発光部１２（２、１）から、長軸方向の距離（Lx1）、レーザ光の進行方向の距離（Lz1）を、以下のように設定する。
Lx1＝ｆ＊sinθ
Lz1＝ｆ＊cosθ

そして、第２レンズ４２ｂを通過して幅がほぼ均一化されたレーザ光の幅の半分を（ｂ）として、光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離（Mz1＋Nz1）を以下のように設定する。
Mz1＝ｄ／tanθ
Nz1＝ｂ／sinθ
なお、発光部１２（３、１）から光ファイバ３０（１、１）までの距離（Ｌ）は、図３（Ａ）に示すように、短軸方向幅均一化レンズ５０の焦点距離（ｆ５０）と短軸方向集光レンズ６０の焦点距離（ｆ６０）により設定されているため、以下の式が成立するように、ｆ６０、ｆ５０、θ等を選定する。
ｄ／tanθ＋ｂ／sinθ＝ｆ６０＋ｆ６０＋ｆ５０＋ｆ５０
その他の発光部１２（ｍ，ｎ）に対しても同様に設定することができる。

［光軸を傾斜させるとともにレーザ光を集約する配置（図４（Ｂ））］
以下、図４（Ｂ）を用いて説明する。
第２レンズ４２ｃは、発光部１２（３，１）と、レーザ集光位置（この場合、光ファイバ３０（１、１）の入射面のほぼ中心）を結んだ直線と、第２レンズ４２ｃの光軸（Kc）が一致するように配置する。また、対応する発光部１２（３、１）から第２レンズ４２ｃの中心（Cc）までの距離が、第２レンズ４２ｃの焦点距離（ｆ）よりも長い距離（Ｓ）となる位置に配置する。また、第２レンズ４２ｃの中心（Cc）から光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離を（Ｔ）として、以下の式が成立するようにｆ、Ｓ、Ｔを設定する。
１／ｆ＝１／Ｓ＋１／Ｔ
また、Ｓ＋Ｔ＝Ｌであるため、Ｓ、Ｔは以下となる。
Ｓ＝［Ｌ−√（Ｌ²−４＊Ｌ＊ｆ）］／２
Ｔ＝［Ｌ＋√（Ｌ²−４＊Ｌ＊ｆ）］／２（なお、Ｓ＜Ｔとする）
これにより、発光部１２（３、１）から出射されたレーザ光は、第２レンズ４２ｃを通過すると、幅が集約されていく。

次に、第２レンズ４２ｂの配置を説明する。
まず、光ファイバ３０への入射角（θ）を、以下のように設定する。
θ＜arcsin（ＮＡ）
発光部１２（２，１）から光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離を（Ｌ₁）、発光部１２（２，１）から第２レンズ４２ｂの中心（Cb）までの距離を（Ｓ₁）、第２レンズ４２ｂの中心（Cb）から光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離を（Ｔ₁）とすると、以下の式が成立する。
Ｌ₁＝ｄ／sinθ
Ｓ₁＝［Ｌ₁−√（Ｌ₁ ²−４＊Ｌ₁＊ｆ）］／２
Ｔ₁＝［Ｌ₁＋√（Ｌ₁ ²−４＊Ｌ₁＊ｆ）］／２

また、第２レンズ４２ｂの中心（Cb）が、対応する発光部１２（２、１）から、長軸方向の距離（Lx2）、レーザ光進行方向の距離（Lz2）を、以下のように設定する。
Lx2＝Ｓ₁＊sinθ
Lz2＝Ｓ₁＊cosθ
そして、発光部１２（３，１）から光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離（Ｌ）を以下のように設定する。
Ｌ＝ｄ／tanθ
なお、発光部１２（３、１）から光ファイバ３０（１、１）までの距離（Ｌ）は、図３（Ａ）に示すように、短軸方向幅均一化レンズ５０の焦点距離（ｆ５０）と短軸方向集光レンズ６０の焦点距離（ｆ６０）により設定されているため、以下の式が成立するように、ｆ６０、ｆ５０、θ等を選定する。
ｄ／tanθ＝ｆ６０＋ｆ６０＋ｆ５０＋ｆ５０
その他の発光部１２（ｍ，ｎ）に対しても同様に設定することができる。

以上では、各第２レンズの焦点距離（ｆ）を一定として、距離（Ｓ₁）を各第２レンズ毎に設定したが、距離（Ｓ₁）を一定として、各第２レンズ毎に焦点距離（ｆ）を設定することも可能である。
この場合、距離（Ｓ₁）を一定として、焦点距離（ｆ）及び距離（Ｔ₁）を以下のように設定する。
ｆ＝Ｓ₁−（Ｓ₁）²／Ｌ₁
Ｔ₁＝Ｌ₁−Ｓ₁
この場合、各第２レンズ毎に焦点距離（ｆ）が異なるため、各第２レンズ毎に曲率が異なる。発光部が中心から離れる程（光ファイバへの入射角が大きくなる程）、距離（Ｌ₁）が大きくなり、対応する第２レンズの焦点距離（ｆ）が大きくなるため、曲率が大きくなる。従って、距離（Ｓ₁）を一定にすることによって第２レンズの有効径をほぼ一定にできるため、各第２レンズの間隔に制約がある場合等において、第２レンズの設計の自由度が増す。

以上に説明したように、図４（Ａ）及び（Ｂ）では、各第２レンズの光軸を、各第２レンズ毎に異なる角度で、ほぼ光ファイバ３０の入射面（つまり、レーザ集光位置）の方向に傾斜するように構成する。また、各第２レンズの位置を、レーザ光の進行方向における距離（Lz1、Lz2）、及びレーザ光の長軸方向における距離（Lx1、Lx2）を、各第２レンズの焦点距離（ｆ）、及び各第２レンズと光ファイバの入射面（レーザ集光位置）とを結んだ線と発光面との垂線とのなす角度（θ）に基づいて、各第２レンズ毎に、各レーザ発光部に対して所定の距離（第３の所定距離）に設定する。

次に、図５（Ａ）、（Ｂ）を用いて、第２レンズの光軸を傾斜させずにレーザ光の進行方向とほぼ平行とした場合の、発光部１２（２、１）に対応する第２レンズ４２ｂの配置等について詳細を説明する。図５（Ａ）は、レーザ光を「束ねる」方法を実現する配置の例であり、図５（Ｂ）は、レーザ光を「集約する」方法を実現する配置の例である。

［光軸を傾斜させることなくレーザ光を束ねる配置（図５（Ａ））］
以下、図５（Ａ）を用いて、図４（Ａ）との相違点について説明する。
第２レンズ４２ｃの配置位置は、図４（Ａ）の配置位置と同じであるので、説明を省略する。
次に、第２レンズ４２ｂの配置を説明する。図４（Ａ）との相違点は、光軸（Kb）を傾斜させることなく、入射されるレーザ光とほぼ平行にしている点である。
第２レンズの断面が真円である場合、第２レンズのレンズ面が、当該真円の中心まわりに回転しても、その特性は変わらない。そこで、図４（Ａ）に示した光軸を傾斜させた第２レンズにおいて、入射されるレーザ光の進行方向に対して、当該光軸がほぼ平行になるように回転させれば、光軸を傾斜させることなく、図４（Ａ）と同じ効果を実現できる。ただし、この場合、第２レンズに入射されたレーザ光が出射面に到達したとき、出射面に対する入射角が０（ゼロ）でないので、出射面においてレーザ光が屈折する。この出射面における屈折を考慮すればよい。

次に、第２レンズ４２ｂの配置を説明する。
まず、光ファイバ３０への入射角（θ）を、以下のように設定する。
θ＜arcsin（ＮＡ）
第２レンズ４２ｂの出射面における屈折より、以下の式が成立する。
ψ＝arcsin［（ｎ１／ｎ２）＊sinθ］（ｎ１：大気の屈折率、ｎ２：第２レンズ４２ｂの屈折率）
第２レンズ４２ｂの中心（Cb）から、当該第２レンズ４２ｂを含む真円の中心までの距離を（ｋ）として、第２レンズ４２ｂの中心（Cb）が、対応する発光部１２（２，１）から、長軸方向の距離（Lx3）、レーザ光の進行方向の距離（Lz3）を、以下のように設定する。
Lx3＝（ｆ＋ｋ）＊sinψ
Lz3＝（ｆ＋ｋ）＊cosψ−ｋ

発光部１２（２，１）から第２レンズ４２ｂの出射面までの距離を（ａ）として、第２レンズ４２ｂを通過して幅がほぼ均一化されたレーザ光の幅の半分を（ｂ）とする。そして、光ファイバ３０（１，１）の入射面までの距離（Mz3＋Nz3）を以下のように設定する。
Mz3＝ａ＋（ｄ−ａ／tanψ）／tanθ
Nz3＝ｂ／sinθ
なお、発光部１２（３、１）から光ファイバ３０（１、１）までの距離（Ｌ）は、図３（Ａ）に示すように、短軸方向幅均一化レンズ５０の焦点距離（ｆ５０）と短軸方向集光レンズ６０の焦点距離（ｆ６０）により設定されているため、以下の式が成立するように、ｆ６０、ｆ５０、θ等を選定する。
ａ＋（ｄ−ａ／tanψ）／tanθ＋ｂ／sinθ
＝ｆ６０＋ｆ６０＋ｆ５０＋ｆ５０
その他の発光部１２（ｍ，ｎ）に対しても同様に設定することができる。

［光軸を傾斜させることなくレーザ光を集約する配置（図５（Ｂ））］
以下、図５（Ｂ）を用いて、図４（Ｂ）との相違点について説明する。
第２レンズ４２ｃの配置位置は、図４（Ｂ）の配置位置と同じであるので、説明を省略する。
次に、第２レンズ４２ｂの配置を説明する。図４（Ｂ）との相違点は、光軸（Kb）を傾斜させることなく、入射されるレーザ光とほぼ平行にしている点である。
図４（Ｂ）に対して回転させれば、光軸を傾斜させることなく、図４（Ｂ）と同じ効果を実現できることは上記と同様である。また、この出射面における屈折を考慮すればよいことも同様である。

次に、第２レンズ４２ｂの配置を説明する。
光ファイバ３０への入射角（θ）より、以下のように設定する。
θ＜arcsin（ＮＡ）
また、第２レンズ４２ｂの出射面における屈折より、以下の式がが成立する。
ψ＝arcsin［（ｎ１／ｎ２）＊sinθ］
以下、図５（Ａ）及び図４（Ｂ）と同様であるので説明を省略する。
なお、図４（Ａ）及び（Ｂ）では、各第２レンズの光軸及び配置位置を各第２レンズ毎に適切に設定し、図５（Ａ）及び（Ｂ）では、各第２レンズの配置位置のみを各第２レンズ毎に適切に設定しているが、光軸のみを各第２レンズ毎に適切に設定するようにしてもよい。

また、第２レンズのレーザ光の入射面側の凸部の曲率を、出射面側より大きくしている（この例では、入射面側が凸で、出射面側はほぼ平面）ので、入射面で（入射の時点で）大きく屈折させることができ、入射されたレーザ光の拡散を抑制できる。このため、図４（Ａ）、図５（Ａ）に示すように、幅をほぼ均一にして集光する場合に、幅をより細くでき、より細い光ファイバに入射することができる。
また、収差の影響をより少なくするために、第２レンズの凸部の曲面の曲率を部分的に変更してもよい。この場合、収差を少なくして、更に効率良くレーザ光を集光できる。

以上に説明したように、図５（Ａ）及び（Ｂ）では、各第２レンズの光軸を、発光部から出射されるレーザ光の進行方向とほぼ平行に設定する。また、各第２レンズの位置を、レーザ光の進行方向における距離（Lz3、Lz4）、及びレーザ光の長軸方向における距離（Lx3、Lx4）を、各第２レンズの焦点距離（ｆ）、及び各第２レンズと光ファイバの入射面（レーザ集光位置）とを結んだ線と発光面との垂線とのなす角度（θ）に基づいて、各第２レンズ毎に、各レーザ発光部に対して所定の距離（第４の所定距離）に設定する。
なお、以上に説明した第２レンズを形成するためには、超精密加工装置が必要である。当該超精密加工装置には、特開平７−１００７５２あるいは特開平７−２９９７４６に記載の加工装置を用いることができる。

◆［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、第１の実施の形態から短軸方向幅均一化レンズ５０を省略したものである。
図６に示す第２の実施の形態では、図１４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３０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３０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集光することができる。
また、図１に示す第１の実施の形態に対して、短軸方向幅均一化レンズ５０を省略しているので、構成が簡素化され、組み付け時の調整等（各レンズ等の配置位置の微調整等）が第１の実施の形態に比して容易である。

［全体構成］
図６は、本発明のレンズアレイを用いたレーザ集光装置の第２の実施の形態の概略構成図を示している。
図６では、図１に示す第１の実施の形態と比して、短軸方向幅均一化レンズ５０が省略されていることと、光ファイバ３０の本数が異なる。ここで、光ファイバ３０の本数は、短軸方向集光レンズ６０の焦点距離（ｆ６０）等によって、種々変更することができる。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。また、［レンズアレイの概略構造］も第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

［各構成要素の配置と、レーザ光の集光状態（概略）］
次に、図７を用いて、発光部１２、レンズアレイ４０、短軸方向集光レンズ６０、光ファイバ３０の配置位置と、レーザ光の集光状態について説明する。図７（Ａ）は、長軸（fast軸）方向から見た図であり、レーザ光を短軸（slow軸）方向に屈折及び集光する様子を示している。また、図７（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。
次に、図７（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、短軸方向において光ファイバ３０（ｓ、ｔ）の入射面に集光することを説明する。図７（Ａ）において、短軸方向集光レンズ６０の焦点距離をｆ６０（この場合、例えば、３０ｍｍ）とする。
そして、短軸方向集光レンズ６０を「発光部１２（ｍ、ｎ）から距離（Ｓ₄）の位置」に配置し、光ファイバ３０（ｍ，ｎ）を「短軸方向集光レンズ６０から距離（Ｔ₄）の位置」に配置する。なお、このとき以下のように、Ｓ₄及びＴ₄を設定する。（図７の例では、（Ｓ₄、Ｔ₄）＝（６０ｍｍ、６０ｍｍ））
１／Ｓ₄＋１／Ｔ₄＝１／ｆ６０
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、短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３０（ｓ、ｔ）に入射されるレーザ光において、短軸方向の入射角をθouty（例えば、１０°）とする。

短軸方向集光レンズ６０を選定するには、発光部１２（ｍ、ｎ）における、Din、Dp、Dw、θinyから、目標とする光ファイバ３０（ｓ、ｔ）の短軸方向の本数（ｔ）及び径（Dout）とθoutyを満足する焦点距離（ｆ６０）を有する、短軸方向集光レンズ６０を選定すればよい。
各光ファイバ３０（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、Ｓ₄＋Ｔ₄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３０（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、レンズアレイ４０は、短軸方向において、ほとんど影響を及ぼさないので説明を省略する。

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当該短軸方向集光レンズ６０の光軸とほぼ平行であるため、短軸方向に重なったレーザ光は、短軸方向集光レンズ６０を通過すると、１／Ｓ₄＋１／Ｔ₄＝１／ｆ６０が成立していれば、発光部１２（ｍ，ｎ）からＳ₄＋Ｔ₄の距離に各々集光される。
そして、各レーザ光が短軸方向集光レンズ６０で集光される位置（発光部１２（ｍ，ｎ）から距離Ｓ₄＋Ｔ₄の位置）に、光ファイバ３０（ｓ、ｔ）の入射面を配置して集光されたレーザ光を入射する。
この「各レーザ光が短軸方向集光レンズ６０で集光される位置（レーザ集光位置）」に、長軸方向においても集光する。
なお、図７（Ｂ）は、図３（Ｂ）と同様であるので、説明を省略する。

また、［レンズアレイにおける、各第２レンズの構造（光軸）及び配置］
［光軸を傾斜させるとともにレーザ光を束ねる配置］
［光軸を傾斜させるとともにレーザ光を集約する配置］
［光軸を傾斜させることなくレーザ光を束ねる配置］
［光軸を傾斜させることなくレーザ光を集約する配置］
は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

◆［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、第２の実施の形態から、更にレンズアレイ４０と短軸方向集光レンズ６０とを省略して光導波路２０に置き換えたものである。
図８に示す第３の実施の形態では、図１４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３０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３０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集光することができる。
また、図６に示す第２の実施の形態に対して、レンズアレイ４０と短軸方向集光レンズ６０とを省略し、その代わりに光導波路２０を設けているので、第２の実施の形態よりも更に構成が簡素化され、組み付け時の調整等（各レンズ等の配置位置の微調整等）が第１の実施の形態及び第２の実施の形態に比して、更に容易である。

［全体構成］
図８は、本発明の光導波路２０（ｓ，ｔ）を用いたレーザ集光装置の第３の実施の形態の概略構成図を示している。
図８に示す第３の実施の形態では、発光部１２（ｍ，ｎ）を、長軸方向毎の複数の第１グループに分割し、各第１グループ毎のレーザ光を各光導波路２０（ｓ，ｔ）で集光して、各光ファイバ３０（ｓ，ｔ）に入射する。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。

［光導波路の概略構造］
次に、図９を用いて光導波路２０の概略構造について説明する。光導波路２０は、複数のレンズ（例えば、ほぼ短軸方向に中心軸を有するシリンドリカル状のレンズ２２ａ〜２２ｅ（第１レンズ））を長軸方向に複数配列して構成されている。
また、図９に示す光導波路２０の例では、第１レンズ２２ａ〜２２ｅが配置された面をレーザ光の入射面として、当該入射面と対向する面をレーザ光の出射面としている。そして、入射されたレーザ光を集光して出射面から出射するために、図９に示す例では、長軸方向（Ｘ軸方向）において、入射面の寸法よりも出射面の寸法の方が小さくなるように構成されている（テーパ形状に構成されている）。なお、本実施の形態では、入射面と出射面の短軸方向（Ｙ軸方向）における寸法はほぼ同じであるが、出射面の方が小さな寸法となるように構成してもよい。
なお、光導波路２０は、ガラス等様々な材質を用いることができる。

［各構成要素の配置と、レーザ光の集光状態（概略）］
次に、図１０（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、発光部１２、光導波路２０、光ファイバ３０の配置位置と、レーザ光の集光状態について説明する。
図１０（Ａ）は、長軸（fast軸）方向から見た図である。各発光部１２から出射されたレーザ光は、各光導波路２０の入射面に入射されると、各光導波路２０内に入射され、短軸方向においては各光導波路２０内を反射しながら当該光導波路２０からほとんど外部に漏れることなく進行し、（当該光導波路２０の出射面に到達し、）光ファイバ３０の入射面に入射される。

また、図１０（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１０（Ｂ）において、光導波路２０（ｓ，ｔ）の各第１レンズ２２ａ〜２２ｅの焦点距離を（ｆ）とする。
なお、図１０（Ｂ）において、光導波路２０（ｓ，ｔ）を、発光部１２（ｍ、ｎ）から当該光導波路２０（ｓ，ｔ）の第１レンズの焦点距離（ｆ）の位置に配置すると、光導波路２０（ｓ，ｔ）を通過したレーザ光は、幅がほぼ均一化され、図１０（Ｂ）中に２ａで示すように集光される（この場合は束ねられる）。
また、光導波路２０（ｓ，ｔ）を発光部１２（ｍ、ｎ）から当該光導波路２０（ｓ，ｔ）の焦点距離（ｆ）よりもやや遠い（Ｓ₆）の位置に配置し、（１／Ｓ₆＋１／Ｔ₆＝１／ｆ）が成立するＳ₆及びＴ₆を設定し、発光部１２からＳ₆＋Ｔ₆の距離に光ファイバ３０（ｓ、ｔ）の入射面を配置すると、光導波路２０（ｓ，ｔ）を通過したレーザ光は、図１０（Ｂ）中に２ｃ〜２ｅで示すように集光される（この場合は集約される）。

［光導波路における、各第１レンズの構造（光軸）及び配置］
次に、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に、光導波路２０における、各第１レンズ（ここでは、第１レンズ２２ｂ、２２ｃ）の構造（光軸）及び配置について、詳細を説明する。
各第１レンズの光軸を傾斜させる場合は、各第１レンズの光軸をほぼ光導波路２０の出射面の方向に向けるとともに、各第１レンズの位置をレーザ光の進行方向（Ｚ軸方向）と長軸方向（Ｘ軸方向）に移動させる（対応する発光部からの距離を第１の所定距離に設定する）。
また、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示す図では、各第１レンズの光軸はレーザ光の進行方向とほぼ平行であり、各第１レンズの位置をレーザ光の進行方向（Ｚ軸方向）と長軸方向（Ｘ軸方向）に移動させて配置している。
図１１（Ａ）と図５（Ａ）とは、光軸（Kb）を傾斜させることなく、入射されるレーザ光とほぼ平行にしている点は同じである。また、図５（Ａ）では、入射されたレーザ光が出射される際に、出射面で屈折するが、図１１（Ａ）でも同様に、出射面で屈折する。このとき、屈折後の角度が、arcsin（ＮＡ）を越えないように設定する。また、第１レンズの断面が真円である場合、当該真円の中心まわりに回転しても、その特性は変わらないことは、既に説明したとおりである。
したがって、図１１（Ａ）は、図４（Ａ）とほぼ同様であり、図１１（Ｂ）は、図４（Ｂ）とほぼ同様である。

［光軸を傾斜させるとともにレーザ光を束ねる配置］は、図４（Ａ）とほぼ同様であり、［光軸を傾斜させるとともにレーザ光を集約する配置］は、図４（Ｂ）とほぼ同様であるので、説明を省略する。
この場合、各第１レンズの光軸を、各第１レンズ毎に異なる角度で、ほぼ光ファイバ３０の入射面（つまり、光導波路の出射面）の方向に傾斜するように構成する。また、各第１レンズの位置を、レーザ光の進行方向における距離（Lz1、Lz2）、及びレーザ光の長軸方向における距離（Lx1、Lx2）を、各第１レンズの焦点距離（ｆ）、及び各第１レンズと光ファイバの入射面（光導波路の出射面）とを結んだ線と発光面との垂線とのなす角度（出射面と各第１レンズとのなす角度を示すθ）に基づいて、各第１レンズ毎に、各レーザ発光部に対して所定の距離（第１の所定距離）に設定する。

また、［光軸を傾斜させることなくレーザ光を束ねる配置（図１１（Ａ））］は、図４（Ａ）とほぼ同様であり、［光軸を傾斜させることなくレーザ光を集約する配置（図１１（Ｂ））］は、図４（Ｂ）とほぼ同様であるので、説明を省略する。
この場合、図１１（Ａ）及び（Ｂ）では、各第１レンズの光軸を、発光部から出射されるレーザ光の進行方向とほぼ平行に設定する。また、各第１レンズの位置を、レーザ光の進行方向における距離（Lz5、Lz6）、及びレーザ光の長軸方向における距離（Lx5、Lx6）を、各第１レンズの焦点距離（ｆ）、及び各第１レンズと光ファイバの入射面（光導波路の出射面）とを結んだ線と発光面との垂線とのなす角度（出射面と各第１レンズとのなす角度を示すθ）に基づいて、各第１レンズ毎に、各レーザ発光部に対して所定の距離（第２の所定距離）に設定する。

なお、本実施の形態では、光導波路の入射面に第１レンズを設けたが、第１レンズを設けない構成としてもよい。この場合、光導波路に入射されたレーザ光は、屈折して出射面の方向に向かうのでなく、光導波路内を反射しながら出射面の方向に進行する。
この構成の場合は、反射角をより小さくして集光効率を向上させるために（各発光部からの入射角をより小さくするために）、レーザ光の進行方向において光導波路の長さを長くする。

［光導波路を用いた、その他の構成］
次に、図１２（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、図１０（Ａ）に示した各光導波路を一体化した光導波路の例について説明する。なお、図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、どちらも長軸方向から見た図であり、理解を容易にするために、図１０（Ａ）とは異なる寸法で記載している。
図１２（Ａ）では、各光導波路２０（ｓ，ｔ）の短軸方向の寸法を、発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向における中心間の距離より小さく、且つ発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向の長さよりも大きく設定している。これにより、短軸方向においては、１個の発光部１２（ｍ，ｎ）から出射されたレーザ光を、当該発光部１２（ｍ，ｎ）に対応する１個の光導波路２０（ｓ，ｔ）に適切に入射することができる。また、各光導波路２０（ｓ，ｔ）が、短軸方向において、互いに干渉することがない。

更に、各光導波路２０（ｓ，ｔ）の間の間隙を、当該光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも小さな屈折率を有する低屈折率部材２５で埋めて、短軸方向に複数配列した光導波路２０（ｓ，ｔ）を一体構造とする。これにより、光導波路のサイズを（短軸方向に）大きくすることができるので、第１レンズの加工等を行う場合の保持がより容易になり、加工等をより容易に行うことができる。また、レーザ集光装置として所定の位置に配置して、その配置位置を微調整する際、個々の光導波路毎に微調整する必要がなく、一括して微調整することができるので便利である。

また、図１２（Ｂ）では、各光導波路２０（ｓ，ｔ）の短軸方向の寸法を、発光部１２（ｍ，ｎ）の短軸方向の長さよりも小さく設定している。これにより、短軸方向においては、１個の発光部１２（ｍ，ｎ）から出射されたレーザ光を、当該発光部１２（ｍ，ｎ）に対応する２個以上（図１２（Ｂ）の例では、２個）の光導波路２０（ｓ，ｔ）に適切に入射することができる。また、各光導波路２０（ｓ，ｔ）が、短軸方向において、互いに干渉することがないように設定する。これにより、光ファイバ３０の径（ｄｎ）を、より小さくできる。
更に、各光導波路２０（ｓ，ｔ）の間の間隙を、当該光導波路２０（ｓ，ｔ）よりも小さな屈折率を有する低屈折率部材２５、２５ａで埋めて、短軸方向に複数配列した光導波路２０を一体構造とすることは、図１２（Ａ）と同様である。
なお、各光導波路２０（ｓ，ｔ）と向かい合う部分の低屈折率部材２５ａは、レーザ光を効率的に集光するために、できるだけ薄い方が好ましい。

次に、図１３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、光ファイバ３０の径を小さくした場合の、他の効果（複数の光ファイバを束ねたケーブルの小径化）について説明する。
図１３（Ａ）は、１９本の光ファイバ３０を束ねたケーブルの断面である。一般的に、光ファイバ３０の断面は円であるので、図１３（Ａ）に示すように、各光ファイバが隙間なく配列された状態で束ねられる。この例では、束ねた光ファイバの直径方向の本数は５本である。
また、図１３（Ｂ）は、複数の光ファイバを束ねた場合の、「光ファイバ総本数」と「直径方向の本数」を示すグラフである。当該グラフより、光ファイバの総本数が２倍になっても、直径方向の本数は２倍よりも小さい。従って、複数の発光部１２から出射されるレーザ光を、複数の光ファイバ３０に集光する場合、例えば図１２（Ａ）に示す方法で２００本の光ファイバを用いるよりも、図１２（Ｂ）に示す方法で４００本の光ファイバ（この場合、各光ファイバの径は約半分）を用いる方が、全光ファイバを束ねたケーブルの直径が小さくなり、ビーム半径と広がり角（半角）との積により表されるBeam Parameter Product（ビーム品質）が向上し、且つ取りまわし等が容易である。

◆［第４の実施の形態］
第４の実施の形態では、第３の実施の形態に対して、各光導波路２０の側面（短軸方向と交わる面）を、レーザ光を全反射する全反射部材１００ｙで覆う（図１６）。これにより、光導波路２０内に入射されたレーザ光は、短軸方向においては光導波路２０の外部に漏れることなく、入射された全レーザ光が出射面に到達する。このため、短軸方向における集光効率をより向上させることができる。
全反射部材１００ｙで覆う方法としては、例えば、銀等を蒸着させたり、表面を鏡面仕上げした銀等の金属板を貼り付けたりする。なお、全反射部材１００ｙはレーザ光を全反射可能であれば、どのような材質であってもよい。また、どのような厚さであってもよい（膜状、板状に限定されない）。

［全体構成］
全体構成は、図８に示す第３の実施の形態と同様であるので説明を省略する。以下、第３の実施の形態との相違点について説明する。
［光導波路の構成と、レーザ光の集光状態］
図１７（Ａ）に、第４の実施の形態の光導波路２０を複数配列して構成した例を示す。図１２で説明した第３の実施の形態と同様に、短軸方向におけるレーザ発光部１２毎に光導波路２０を配置し、短軸方向における各光導波路２０と光導波路２０との間隙の層は、レーザ光を全反射する全反射部材１００ｙの層を含んでいる。

図１７（Ａ）の例では、間隙の層は、全反射部材１００ｙで間隙部材１１０を挟み込んで形成されている。この場合、間隙部材１１０にはレーザ光が入射されることがないので、間隙部材１１０はどのような材質で構成されていてもよい。また、この場合、全反射部材１００ｙは、間隙部材１１０の表面に形成あるいは貼り付け等されてもよいし、光導波路２０の表面に形成あるいは貼り付け等されてもよい。
また、間隙の層は、全反射部材１００ｙのみで形成してもよいし、間隙部材１１０で全反射部材１００ｙを挟み込む構造にしてもよい。間隙部材１１０で全反射部材１００ｙを挟み込む構造にする場合、間隙部材１１０はレーザ光を通過させることができれば屈折率は問わない。
以上のように、短軸方向における光導波路２０と光導波路２０との間隙の層には、レーザ光を全反射する全反射部材１００ｙの層が少なくとも形成されていればよい。

図１７（Ｂ）に示す第３の実施の形態（光導波路２０と光導波路２０との間隙の層を低屈折率部材２５で構成）では、レーザ光の進行方向（Ｚ軸方向）に対して短軸方向（Ｙ軸方向）における角度が比較的大きなレーザ光が発生すると（図１７（Ｂ）中のレーザ光２βに示すような角度のレーザ光が発生すると）、入射された光導波路２０内から外部に漏れる可能性がある。
しかし、光導波路２０と光導波路２０との間隙の層に全反射部材１００ｙの層を形成した第４の実施の形態（図１７（Ａ））では、レーザ光の進行方向（Ｚ軸方向）に対して短軸方向（Ｙ軸方向）における角度が比較的大きなレーザ光（図１７（Ａ）中のレーザ光２β）が発生しても、入射された光導波路２０の外部に漏れることがなく、当該光導波路２０の出射面まで確実に伝搬させることができる。このため、短軸方向における集光効率をより向上させることができる。

◆［第５の実施の形態］
第５の実施の形態では、第３の実施の形態あるいは第４の実施の形態に対して、光導波路２０ａが少なくとも第１レンズ部分で構成されており、当該第１レンズ部分を通過したレーザ光が進行する光伝搬層が空洞に形成されている。なお、レーザ光が第１レンズを通過して空洞部分に達した時点で屈折するため、この屈折の角度を考慮して第１レンズの位置を調節する。
図１８（Ａ）〜（Ｃ）は、第４の実施の形態に対して光導波路２０ａの光伝搬層を空洞に形成した例を示している。空洞の形成方法は、これらに限定されず、種々の形成方法が考えられる。
また、第３の実施の形態に対する空洞の形成方法は、第４の実施の形態に対する形成方法と同様であるので説明を省略する。

［全体構成］
全体構成は、図８に示す第３の実施の形態と同様であるので説明を省略する。以下、第３の実施の形態との相違点について説明する。
［光導波路の構成と、短軸方向におけるレーザ光の集光状態］
図１８（Ｃ）に、第５の実施の形態の光導波路２０ａを複数配列して構成した例を示す。レーザ光の進行方向（Ｚ軸方向）に対して短軸方向（Ｙ軸方向）における角度が比較的大きなレーザ光（図１８（Ｃ）中のレーザ光２β）が発生しても、入射された光導波路２０ａ（この例では、第１レンズ部分の光導波路２０ａと全反射部材１００ｙで覆われている、光ファイバ３０までの空間１２０）の外部に漏れることがなく、当該光導波路２０ａから空間１２０の終端部分まで（光ファイバ３０の入射面まで）確実に伝搬させることができる。このため、短軸方向における集光効率を、第４の実施の形態と同様に、より向上させることができる。

［長軸方向におけるレーザ光の集光状態］
次に図１９を用いて第５の実施の形態について、長軸方向におけるレーザ光の集光状態について説明する。図１９（Ａ）は第５の実施の形態の、長軸方向におけるレーザ光の集光状態を説明する図であり、図１９（Ｂ）は第３の実施の形態及び第４の実施の形態の、長軸方向におけるレーザ光の集光状態を説明する図である。
まず、図１９（Ａ）について説明する。空間（空洞）１２０部分は、この例では大気であり、屈折率をｎ１とする。また、光ファイバ３０の屈折率をｎ２とすると、通常は、屈折率ｎ１＜屈折率ｎ２である。そして、空間（空洞）１２０内を進行するレーザ光の１つをレーザ光２αとして、当該レーザ光２αと光ファイバ３０の長手方向とのなす角度をθ１とする。そして、光ファイバ３０に入射したレーザ光２αの進行方向と光ファイバ３０の長手方向とのなす角度をθ２とする。

この場合、屈折率ｎ１＜屈折率ｎ２であるため、θ１＞θ２になる。このため、光ファイバ３０に入射されたレーザ光が当該光ファイバ３０から外部に漏れる漏れ量が抑制される。つまり、長軸方向（Ｘ軸方向）における集光効率をより向上させることができる。

第３の実施の形態、及び第４の実施の形態では、例えば、図１９（Ｂ）に示すように、光導波路２０と光ファイバ３０との間に間隙が設けられてしまう場合がある。（光導波路２０の出射面と、光ファイバ３０の入射面が、完全に隙間なく接している場合は、図１９（Ｂ）に示す屈折は発生しない。なお、完全に隙間なく接している場合は、屈折率ｎ３＜屈折率ｎ２に設定することが好ましい。）
間隙が設けられてしまう場合、その間隙は大気であり、その屈折率をｎ１とする。また、光導波路２０の屈折率をｎ３として、光ファイバ３０の屈折率をｎ２とすると、通常は、屈折率ｎ１＜屈折率ｎ２、且つ屈折率ｎ１＜屈折率ｎ３である。

そして、光導波路２０内を進行するレーザ光の１つをレーザ光２αとして、当該レーザ光２αと光ファイバ３０の長手方向とのなす角度を、図１９（Ａ）と同様にθ１とする。そして、光ファイバ３０に入射したレーザ光２αの進行方向と光ファイバ３０の長手方向とのなす角度をθ２０とする。また、光導波路２０の出射面から出射されたレーザ光と光ファイバ３０の長手方向とのなす角度、及び光ファイバ３０の入射面に入射されたレーザ光と光ファイバ３０の長手方向とのなす角度を、θ３とする。

この場合、屈折率ｎ１＜屈折率ｎ３であるため、θ１＜θ３になる。また、屈折率ｎ１＜屈折率ｎ２であるため、θ３＞θ２０である。
図１９（Ａ）と（Ｂ）を比較すれば、θ１＜θ３であるため、θ２＜θ２０であることが容易に理解できる。つまり、第５の実施の形態（図１９（Ａ））の方が、長軸方向（Ｘ軸方向）における集光効率をより向上させることができる。

以上、第４の実施の形態と第５の実施の形態にて、光導波路２０、２０ａにおける全反射部材１００ｙの層を短軸方向（Ｙ軸方向）と交わる面に形成したが、第３〜第５の実施の形態において、全反射部材１００ｙを光導波路２０、２０ａにおける長軸方向（Ｘ軸方向）と交わる面に形成してもよい。
光導波路２０、２０ａにおける長軸方向（Ｘ軸方向）と交わる面に全反射部材１００ｙを形成した場合は、当該光導波路２０、２０ａに入射されたレーザ光の長軸方向の漏れ量を抑制することができるので、長軸方向（Ｘ軸方向）における集光効率をより向上させることができる。

本発明の光導波路、レンズアレイ及びレーザ集光装置は、本実施の形態で説明した構成、形状、配置等に限定されず、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。
本発明の光導波路、レンズアレイ及びレーザ集光装置は、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。
本実施の形態で説明した光導波路は、長軸方向において複数の発光部から出射されるレーザ光を集光する構成としたが、短軸方向において複数の発光部から出射されるレーザ光を集光する構成とすることも可能である。
また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。

以上説明したように、請求項１〜７のいずれかに記載の光導波路、請求項８〜１３のいずれかに記載の光導波路アレイ、請求項１４または１５に記載のレーザ集光装置、本実施の形態に記載のレンズアレイ、あるいは本実施の形態に記載のレーザ集光装置を用いれば、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、より効率良く集光でき、且つより容易に実現できる光導波路を提供することができる。

本発明のレーザ集光装置の第１の実施の形態の概略構成図である。 レンズアレイ４０の概略構造を説明する図である。 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。 レンズアレイ４０における各第２レンズの光軸を傾斜させた場合の、各第２レンズの配置位置を説明する図である。 レンズアレイ４０における各第２レンズの光軸を傾斜させない場合の、各第２レンズの配置位置を説明する図である。 本発明のレーザ集光装置の第２の実施の形態の概略構成図である。 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。 本発明のレーザ集光装置の第３の実施の形態の概略構成図である。 光導波路２０の概略構造を説明する図である。 第３の実施の形態において、光導波路２０の配置位置と、光導波路内でレーザ光が集光される様子を説明する図である。 光導波路２０における各第１レンズの光軸を傾斜させない場合の、各第１レンズの配置位置を説明する図である。 光導波路の配列、及び光導波路の屈折率よりも小さな屈折率を有する低屈折率部材を各光導波路に挟み込み、一体構造とすることを説明する図である。 光ファイバの径を小さくした場合の、他の効果を説明する図である。 従来の半導体レーザ集光装置の概略構成を説明する図である。 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。 第４の実施の形態において、光導波路２０の構成を説明する図である。 第４の実施の形態において、光導波路２０内及び全反射部材１００ｙにてレーザ光が集光される様子を説明する図である。 第５の実施の形態において、光導波路２０ａの構成と、当該光導波路２０ａ及び全反射部材１００ｙにてレーザ光が集光される様子を説明する図である。 第５の実施の形態において、光ファイバ３０に入射されたレーザ光と、当該光ファイバ３０の長手方向とのなす角度（θ２）について説明する図である。

符号の説明

１０ 半導体レーザアレイ
１２ 発光部
２０ 光導波路
２２ａ〜２２ｅ 第１レンズ
２５、２５ａ 低屈折率部材
３０ 光ファイバ
４０、４０ａ、４０ｂ レンズアレイ
４２ａ〜４２ｅ、４４ａ〜４４ｅ 第２レンズ
５０ 短軸方向幅均一化レンズ
６０ 短軸方向集光レンズ
７０ 長軸方向コリメートレンズアレイ
８０ 長軸方向集光レンズ
９０ 短軸方向集光レンズアレイ

Claims (15)

1. 楕円状に広がりながら進行する複数のレーザ光を入射面から入射して、入射された複数のレーザ光を所定の方向に集光して出射面から出射する光導波路であって、
   複数の前記レーザ光のそれぞれは、前記楕円の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、
   前記光導波路は、同一屈折率の材料にて形成され、入射面の長軸方向の寸法よりも出射面の長軸方向の寸法のほうが小さく形成されているとともに、短軸方向の寸法は短軸方向に配列されたレーザ発光部のほぼ中心間の距離より小さく、且つレーザ発光部の短軸方向の長さより大きく設定されており、
   前記光導波路の入射面の長軸方向の寸法は、長軸方向に配列された複数のレーザ発光部に対応した長さであり、
   長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が入射面から入射され、入射された複数のレーザ光を長軸方向及び短軸方向に閉じ込めて導光して出射面から出射する、
   ことを特徴とする光導波路。
2. 楕円状に広がりながら進行する複数のレーザ光を入射面から入射して、入射された複数のレーザ光を所定の方向に集光して出射面から出射する光導波路であって、
   複数の前記レーザ光のそれぞれは、前記楕円の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、
   前記光導波路は、同一屈折率の材料にて形成され、入射面の長軸方向の寸法よりも出射面の長軸方向の寸法のほうが小さく形成されているとともに、短軸方向の寸法は短軸方向に配列されたレーザ発光部のほぼ中心間の距離より小さく、且つレーザ発光部の短軸方向の長さより大きく設定されており、入射されたレーザ光を短軸方向に対して閉じ込め、
   長軸方向に配列された複数のレーザ発光部の数、及び各レーザ発光部のほぼ中心間における前記長軸方向の間隔は予め確認されており、
   レーザ光が入射される光導波路の入射面には、各レーザ発光部に対応させて、入射された各レーザ光を各々長軸方向に屈折させて長軸方向に集光する、複数の第１レンズが設けられており、
   入射されたレーザ光のそれぞれが光導波路の出射面に導光されるように、各第１レンズの光軸が第１レンズ毎に異なる角度でほぼ光導波路の出射面の方向に傾斜するように形成されている、
   ことを特徴とする光導波路。
3. 請求項２に記載の光導波路であって、
   前記光導波路における各第１レンズの位置は、前記短軸方向の側から見て、各レーザ発光部から対応する第１レンズの中心までにおける、前記レーザ光の進行方向の距離と前記長軸方向の距離とをそれぞれ所定距離とすることで位置決めされ、
   前記進行方向の距離及び前記長軸方向の距離は、各第１レンズの焦点距離、及び出射面と各第１レンズとを結んだ線と前記レーザ光の進行方向とのなす角度に基づいて、前記第１レンズ毎に設定されている、
   ことを特徴とする光導波路。
4. 請求項２に記載の光導波路であって、
   各第１レンズの光軸が第１レンズ毎に異なる角度でほぼ光導波路の出射面の方向に傾斜するように形成されている代わりに、
   各第１レンズの光軸が、入射される各レーザ光の進行方向とほぼ平行になるように形成されており、
   前記光導波路における各第１レンズの位置は、前記短軸方向の側から見て、各レーザ発光部から対応する第１レンズの中心までにおける、前記レーザ光の進行方向の距離と前記長軸方向の距離とをそれぞれ所定距離とすることで位置決めされ、
   前記進行方向の距離及び前記長軸方向の距離は、各第１レンズの焦点距離、及び出射面と各第１レンズとを結んだ線と前記レーザ光の進行方向とのなす角度に基づいて、前記第１レンズ毎に設定されている、
   ことを特徴とする光導波路。
5. 請求項２〜４のいずれかに記載の光導波路であって、
   各光導波路において、第１レンズを通過したレーザ光が進行する光伝搬層が空洞に形成されている、
   ことを特徴とする光導波路。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の光導波路であって、
   前記光導波路における、前記短軸方向と交わる面が、前記レーザ光を全反射する全反射部材で覆われている、
   ことを特徴とする光導波路。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の光導波路であって、
   前記光導波路における、前記長軸方向と交わる面が、前記レーザ光を全反射する全反射部材で覆われている、
   ことを特徴とする光導波路。
8. 請求項１〜５のいずれかに記載の光導波路を複数用いた光導波路アレイであって、
   前記楕円の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の数、及び各レーザ発光部のほぼ中心間における前記長軸方向の間隔と前記短軸方向の間隔は予め確認されており、
   複数の前記レーザ発光部を、前記長軸方向毎の複数の長軸グループに分割し、
   各光導波路の入射面が、各長軸グループのレーザ発光部に対応するように、複数の前記光導波路が前記短軸方向に並べて配置されている、
   ことを特徴とする光導波路アレイ。
9. 請求項８に記載の光導波路アレイであって、
   各光導波路の短軸方向の寸法が、短軸方向に配列されたレーザ発光部のほぼ中心間の距離より小さく、且つレーザ発光部の短軸方向の長さより大きく設定されている代わりに、
   各光導波路の短軸方向の寸法が、レーザ発光部の短軸方向の長さより小さく設定されており、各長軸グループのレーザ発光部に対して、少なくとも２つ以上の光導波路が短軸方向に配列されている、
   ことを特徴とする光導波路アレイ。
10. 請求項８または９に記載の光導波路アレイであって、
    各光導波路と光導波路との間に、当該光導波路の屈折率よりも小さな屈折率を有する低屈折率部材を挟み込み、当該低屈折率部材と光導波路とを交互に配列して一体構造とされている、
    ことを特徴とする光導波路アレイ。
11. 請求項８〜１０のいずれかに記載の光導波路アレイであって、
    前記光導波路における、前記短軸方向と交わる面が、前記レーザ光を全反射する全反射部材で覆われている、
    ことを特徴とする光導波路アレイ。
12. 請求項８〜１０のいずれかに記載の光導波路アレイであって、
    前記光導波路における、前記長軸方向と交わる面が、前記レーザ光を全反射する全反射部材で覆われている、
    ことを特徴とする光導波路アレイ。
13. 請求項８または９に記載の光導波路アレイであって、
    前記短軸方向における、各光導波路と光導波路との間隙の層に、少なくとも前記レーザ光を全反射する全反射部材の層を形成し、前記光導波路と前記間隙の層とを交互に配列して一体構造とする、
    ことを特徴とする光導波路アレイ。
14. 請求項８〜１０または１３のいずれかに記載の光導波路アレイと、光ファイバと、集光レンズとを備え、
    複数のレーザ発光部から出射されるレーザ光を集光するレーザ集光装置であって、
    各光導波路の出射面には、各々、光ファイバの入射面が配置されており、
    前記光ファイバのそれぞれの出射面は任意の形状に束ねられ、任意の形状に束ねられた前記光ファイバの出射面側に前記集光レンズが配置されており、
    複数の前記レーザ発光部から出射される複数の前記レーザ光を、前記光導波路を用いて前記長軸グループ毎に集光して前記光ファイバに入射し、前記光ファイバの出射面から出射されるレーザ光を前記集光レンズで集光する、
    ことを特徴とするレーザ集光装置。
15. 請求項６または７に記載の光導波路を複数用いた光導波路アレイと、光ファイバと、集光レンズとを備え、
    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の数、及び各レーザ発光部のほぼ中心間における前記長軸方向の間隔と前記短軸方向の間隔は予め確認されており、
    複数のレーザ発光部から出射されるレーザ光を集光するレーザ集光装置であって、
    複数のレーザ発光部を前記長軸方向毎の複数の長軸グループに分割し、
    各長軸グループのレーザ発光部に対応させて光導波路が配置されており、
    各光導波路の出射面には、各々、光ファイバの入射面が配置されており、
    前記光ファイバのそれぞれの出射面は任意の形状に束ねられ、任意の形状に束ねられた前記光ファイバの出射面側に前記集光レンズが配置されており、
    複数の前記レーザ発光部から出射される複数の前記レーザ光を、前記光導波路を用いて前記長軸グループ毎に集光して前記光ファイバに入射し、前記光ファイバの出射面から出射されるレーザ光を前記集光レンズで集光する、
    ことを特徴とするレーザ集光装置。

Images