JP4899543B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、一の方向に長い発光部が、その長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子から出射される扁平なパターンの光を、等方的な形状に整形する光路変換装置、光路変換装置の製造方法及びこの光路変換装置を備えたレーザモジュールに関する。詳しくは、発光素子から出射される扁平した光を、複数回の反射によって欠くことなく長手方向に分割すると共に、分割したそれぞれの光を、光軸を中心に所定の角度回転させて再配置することで、集光効率を向上させることができるようにしたものである。

近年、高出力の半導体レーザが多く開発されている。高出力半導体レーザは、主としてレーザ加工や医療目的に使用されるが、その構造としては、レーザ光を出射する発光部（活性層ストライプ）が１０本〜１００本程度直線的に配列されたものからなり、ＣＷ（Continuous Wave）で数十ワットの出力が得られるものまで実現されている。

発光部が直線的に連続する半導体レーザはバーレーザと呼ばれており、各発光部からレーザ光が出射されることで、バーレーザの端面からは各発光部に対応して破線状に幅広いレーザ光が出射されることになる。

このようなバーレーザを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、バーレーザから出射された光を狭い領域に集光する必要がある。例えば、現在多く用いられているバーレーザは幅が約１０ｍｍであり、ここから幅（水平成分）が１００μｍ〜３００μｍ、縦（垂直成分）が１μｍ以下の極端に扁平した出射パターンでレーザ光が複数本出射される。

このような扁平したレーザ光を幅方向に分割して縦方向に重ね合わせることで、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光を回転させる技術（例えば、特許文献１参照）、レーザ光毎に反射回数を異ならせて光路を重ね合わせる技術（例えば、特許文献２参照）、２回の反射でレーザ光の分割と再配置を行う技術（例えば、特許文献３参照）、レーザ光毎に反射方向を異ならせて光路を重ね合わせる技術（例えば、特許文献４参照）が開示されている。

特許第３０７１３６０号明細書 特許第３５８９２９９号明細書 特許第２９９１９６８号明細書 特許第３０９８２００号明細書

しかし、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。

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有効入射面に導くには、各発光部から出射した光の特にSlow（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Slow方向に重なり合った光束を入射する場合、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。このため、集光効率が低下するという問題があった。

また、特許文献２に記載された技術では、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。

更に、複数の発光部から出射し、互いにSlow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る。このような発光位置のずれは、効率の良い集光の妨げとなるという問題があった。

特許文献３及び特許文献４に記載された技術でも、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があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、集光効率を向上させた光路変換装置、この光路変換装置を備えたレーザモジュール及び光路変換装置の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の光路変換装置は、一の方向に長い扁平した出射パターンを有し、かつ長手方向に沿って２本以上が並列して進行する光を分割し、分割されたそれぞれの光を回転させて再配置する光路変換装置であって、入射した光を反射することで、扁平した出射パターンの光を長手方向に分割し、分割したそれぞれの光を、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、第１の反射面群は、第１の方向に進行する光を、第１の方向と異なる２つの方向である第２の方向か第３の方向へと交互に反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の入射反射面を備え、第２の反射面群は、第１の反射面群で反射して第２の方向に進行する光と第３の方向に進行する光を、同一の方向である第４の方向へと反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の出射反射面を備えたことを特徴とする。

本発明の光路変換装置では、第１の方向に進行する扁平した出射パターンの光が第１の反射面群に入射する。第１の反射面群では、所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の入射反射面の交線が境界線となって、第１の方向に進行する光を、各入射反射面において異なる２つの方向である第２の方向か第３の方向へと欠くこと無く交互に反射して、扁平した出射パターンの光を長手方向に分割する。

第１の反射面群で分割されたそれぞれの光は、第２の反射面群に入射する。第２の反射面群では、所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の出射反射面に、第２の方向に進行する光と第３の方向に進行する光が欠くこと無く交互に入射する。

そして、第２の反射面群では、第２の方向に進行する光と第３の方向に進行する光を、同一の方向である第４の方向へと欠くこと無く反射して、分割されたそれぞれの光を、扁平したパターンの長手方向に対して交する向きへと光軸を中心に回転させて再配置する。

本発明のレーザモジュールは、一の方向に長い発光部が、その長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子と、発光素子から出射された光を分割し、分割されたそれぞれの光を回転させて再配置する光路変換装置とを備えたレーザモジュールであって、光路変換装置は、発光素子から出射された光を反射することで、扁平した出射パターンの光を長手方向に分割し、分割したそれぞれの光を、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、第１の反射面群は、第１の方向に進行する光を、第１の方向と異なる２つの方向である第２の方向か第３の方向へと交互に反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の入射反射面を備え、第２の反射面群は、第１の反射面群で反射して第２の方向に進行する光と第３の方向に進行する光を、同一の方向である第４の方向へと反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の出射反射面を備えたことを特徴とする。

本発明のレーザモジュールでは、発光素子から出射され、第１の方向に進行する扁平した出射パターンの光が、光路変換装置の第１の反射面群に入射する。光路変換装置では、第１の反射面群において所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の入射反射面の交線が境界線となって、第１の方向に進行する光を、各入射反射面において異なる２つの方向である第２の方向か第３の方向へと欠くこと無く交互に反射して、扁平した出射パターンの光を長手方向に分割する。

光路変換装置では、第１の反射面群で分割されたそれぞれの光が第２の反射面群に入射する。第２の反射面群では、所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の出射反射面に、第２の方向に進行する光と第３の方向に進行する光が欠くこと無く交互に入射する。

そして、第２の反射面群では、第２の方向に進行する光と第３の方向に進行する光を、同一の方向である第４の方向へと欠くこと無く反射して、分割されたそれぞれの光を、扁平したパターンの長手方向に対して交する向きへと光軸を中心に回転させて再配置して、光路変換装置から出射する。

本発明の光路変換装置の製造方法は、金属板材の一の面に、Ｖ字形状の反射面形成溝を少なくとも１本作成し、反射面形成溝が作成された金属板材を、反射面形成溝の延在方向に対して直交し、かつ、一の面に対して所定の角度で切断して接合面を作成し、一対の金属板材を、反射面形成溝を向かい合わせて接合面で接合して、接合された一方の金属板材の反射面形成溝で、第１の方向に進行する光を、第１の方向と異なる２つの方向である第２の方向か第３の方向へと交互に反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の入射反射面を形成して第１の反射面群を作成し、接合された他方の金属板材の反射面形成溝で、第２の方向に進行する光と第３の方向に進行する光を、同一の方向である第４の方向へと反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の出射反射面を形成して第２の反射面群を作成することを特徴とする。

本発明の光路変換装置の製造方法では、金属板材の一の面に、Ｖ字形状の反射面形成溝が少なくとも１本作成される。反射面形成溝が作成された金属板材は、反射面形成溝の延在方向に対して直交し、かつ、一の面に対して所定の角度で切断されて接合面が作成される。

そして、一対の金属板材が、反射面形成溝を向かい合わせて接合面で接合されることで、接合された一方の金属板材の反射面形成溝で、第１の方向に進行する光を、第１の方向と異なる２つの方向である第２の方向か第３の方向へと交互に反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の入射反射面が形成されて第１の反射面群が作成される。

また、接合された他方の金属板材の反射面形成溝で、第２の方向に進行する光と第３の方向に進行する光を、同一の方向である第４の方向へと反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の出射反射面が形成されて第２の反射面群が作成される。

本発明の光路変換装置によれば、複数の入射反射面及び複数の出射反射面を、それぞれ所定の角度で交差させて隙間無く配列し、交線を挟んだ両側の入射反射面及び出射反射面での反射を利用して光の分割及び再配置を行うことで、扁平した出射パターンの光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％にすることができる。

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発光点のずれを抑制することができる。

これにより、本発明のレーザモジュールによれば、上述した光路変換装置を備えることで、発光素子から出射される扁平したパターンの光を、効率良く集光することができる。

また、本発明の光路変換装置の製造方法によれば、各反射面の交線が形状不良となることを防ぐことができるので、反射面で反射する光の損失を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の光路変換装置、光路変換装置の製造方法及びこの光路変換装置を備えたレーザモジュールの実施の形態について説明する。

＜第１の実施の形態の光路変換装置の構成例＞
図１は第１の実施の形態の光路変換装置の一例を示す全体斜視図である。第１の実施の形態の光路変換装置１Ａは、一の方向に長い発光部がその長手方向に沿って２つ以上並ぶバーレーザ等の図示しない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ある。

バーレーザからは、一の方向に扁平なパターンで光が出射され、光路変換装置１Ａは、バーレーザから出射される扁平な光を、一の方向に沿った長手方向（幅方向）に例えば発光部毎に分割し、分割した各光を短手方向（縦方向）に回転させる光路変換機能を有する。

すなわち、光路変換装置１Ａは、図示しない発光部から出射される光であるレーザビームを複数回反射させることで、扁平したレーザビーム束を長手方向に分割し、分割した各レーザビームを所定角度回転させて再配置する第１の反射面群Ｓ１０Ａ及び第２の反射面群Ｓ２０Ａを備える。

ここで、図１に示す光路変換装置１Ａでは、隣接した２つの発光部から出射されるレーザビームＡとレーザビームＢについての光路変換を１つの組として説明する。

光路変換装置１Ａにおいて、第１の反射面群Ｓ１０Ａと第２の反射面群Ｓ２０Ａで実現する機能の概要を説明すると、第１の反射面群Ｓ１０Ａは、隣接して入射する２つのレーザビームＡ，Ｂを、異なる２つの方向へと反射することで分割する。

また、第１の反射面群Ｓ１０Ａと第２の反射面群Ｓ２０Ａは、入射するレーザビームＡ，Ｂに対して所定の角度で傾斜していることで、反射したレーザビームＡ，Ｂを各々の光軸を中心として約９０度回転させて再配置する。

次に、光路変換装置１Ａの構成の詳細について説明する。ここで、以下の説明では、方向をベクトル表記する。表記の方法として３つの成分を持つベクトルを（ｘ，ｙ，ｚ）として示す。本例では、ｘ軸をレーザビームＡ，Ｂの出射パターンの長手方向、ｙ軸をレーザビームＡ，Ｂの短手方向、ｚ軸をレーザビームＡ，Ｂの出射方向とする。そして、例えば＋ｘ方向は（１，０，０）方向、＋ｙ方向は（０，１，０）方向、＋ｚ方向は（０，０，１）方向として表す。

光路変換装置１Ａは、点１０１，点１０２，点１０３，点１０４を頂点としたほぼ正方形からなる四角形１０１−１０２−１０３−１０４を底面とし、点１０５を頂点とした四角錐形状の４内側面の中の隣接した一方の２面で第１の反射面群Ｓ１０Ａが構成され、他方の２面で第２の反射面群Ｓ２０Ａが構成される。

第１の反射面群Ｓ１０Ａは、隙間無く配列した２面の反射面からなる入射反射面Ｓ１１Ａと入射反射面Ｓ１２Ａを備える。入射反射面Ｓ１１Ａと入射反射面Ｓ１２Ａは、直線である辺１０１−１０５を交線として両面が所定の角度で交差する。また、入射反射面Ｓ１１Ａと入射反射面Ｓ１２Ａの交線である辺１０１−１０５の射影は、第１の反射面群Ｓ１０Ａに入射するレーザビームＡ，Ｂの短手方向とほぼ平行である。

これにより、第１の反射面群Ｓ１０Ａは、入射反射面Ｓ１１Ａと入射反射面Ｓ１２Ａが、交線となる辺１０１−１０５を挟んで対称形状となり、第１の反射面群Ｓ１０Ａに含まれる複数の反射面である入射反射面Ｓ１１Ａ，Ｓ１２Ａは、光源からの距離が実質的に等しく配置される。

そして、入射反射面Ｓ１１Ａは、第１の方向である（０，１，０）方向に進行するレーザビームＡを、第２の方向である（１，０，１）方向に反射する角度で傾斜し、入射反射面Ｓ１２Ａは、レーザビームＡに並列して第１の方向である（０，１，０）方向に進行するレーザビームＢを、第２の方向と交差する第３の方向である（−１，０，１）方向に反射する角度で傾斜する。

以上の構成によって、光路変換装置１Ａは、第１の方向である（０，１，０）方向に進行するレーザビームＡ，Ｂを、第１の反射面群Ｓ１０Ａにおいて、辺１０１−１０５で分割する。

すなわち、光路変換装置１Ａでは、第１の反射面群Ｓ１０Ａに入射したレーザビームＡは、入射反射面Ｓ１１Ａで第２の方向である（１，０，１）方向に反射し、第１の反射面群Ｓ１０Ａに入射したレーザビームＢは、入射反射面Ｓ１２Ａで第３の方向である（−１，０，１）方向に反射することで、並列して第１の方向に進行するレーザビームＡ，Ｂが、異なる２つの方向へ反射して分割される。

第２の反射面群Ｓ２０Ａは、隙間無く配列した２面の反射面からなる出射反射面Ｓ２１Ａと出射反射面Ｓ２２Ａを備える。出射反射面Ｓ２１Ａと出射反射面Ｓ２２Ａは、入射反射面Ｓ１１Ａ，Ｓ１２Ａの交線である辺１０１−１０５と所定の角度で交差する直線である辺１０３−１０５を交線として両面が所定の角度で交差する。

また、第２の反射面群Ｓ２０Ａと第１の反射面群Ｓ１０Ａは、出射反射面Ｓ２１Ａと入射反射面Ｓ１１Ａが、辺１０２−１０５を交線として所定の角度で交差し、出射反射面Ｓ２２Ａと入射反射面Ｓ１２Ａが、辺１０４−１０５を交線として所定の角度で交差する。

ここで、出射反射面Ｓ２１Ａと出射反射面Ｓ２２Ａの交線である辺１０３−１０５の射影は、第１の反射面群Ｓ１０Ａに入射したレーザビームＡ，Ｂを再配置して、第２の反射面群Ｓ２０Ａから出射したレーザビームＡ′，Ｂ′の長手方向とほぼ平行である。

また、出射反射面Ｓ２１Ａと入射反射面Ｓ１１Ａの交線である辺１０２−１０５の射影及び出射反射面Ｓ２２Ａと入射反射面Ｓ１２Ａの交線である辺１０４−１０５の射影は、第１の反射面群Ｓ１０Ａに入射するレーザビームＡ，Ｂの長手方向及び第２の反射面群Ｓ２０Ａから出射するレーザビームＡ′，Ｂ′の短手方向とほぼ平行である。

これにより、第２の反射面群Ｓ２０Ａは、出射反射面Ｓ２１Ａと出射反射面Ｓ２２Ａが、交線となる辺１０３−１０５を挟んで対称形状となる。また、第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２２Ａは、対角線上に配列される第１の反射面群Ｓ１０Ａの入射反射面Ｓ１１Ａと対向し、入射反射面Ｓ１１Ａで反射して第２の方向に進行するレーザビームＡが入射する。更に、第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２１Ａは、対角線上に配列される第１の反射面群Ｓ１０Ａの入射反射面Ｓ１２Ａと対向し、入射反射面Ｓ１２Ａで反射して第３の方向に進行するレーザビームＢが入射する。よって、第２の反射面群Ｓ２０Ａに含まれる複数の反射面である出射反射面Ｓ２１Ａ，Ｓ２２Ａは、光源からの距離が実質的に等しく配置される。

そして、出射反射面Ｓ２２Ａは、第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡを、第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する角度で傾斜し、出射反射面Ｓ２１Ａは、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢを、第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する角度で傾斜する。

以上の構成によって、光路変換装置１Ａは、第１の反射面群Ｓ１０Ａで分割されて第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡと、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢを、第２の反射面群Ｓ２０Ａで同一の第４の方向である（０，−１，０）方向に沿って再配置する。

すなわち、光路変換装置１Ａでは、第１の反射面群Ｓ１０Ａの入射反射面Ｓ１１Ａで反射して、第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡは、第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２２Ａで第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する。

また、第１の反射面群Ｓ１０Ａの入射反射面Ｓ１２Ａで反射して、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢは、第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２１Ａで第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する。

これにより、異なる２つの方向である第２の方向に進行するレーザビームＡと第３の方向に進行するレーザビームＢが、それぞれ所定の角度回転して、同一の第４の方向に並列したレーザビームＡ′とレーザビームＢ′に再配置されて、第２の反射面群Ｓ２０Ａから出射する。

光路変換装置１Ａは、反射プリズム３００を介してレーザビームの入出射が行われる。すなわち、反射プリズム３００は、発光部から出射され、（０，０，１）方向に進行するレーザビームＡ，Ｂを、（０，１，０）方向に反射して光路変換装置１Ａに入射し、また、光路変換装置１Ａから出射したレーザビームＡ′，Ｂ′を、再び（０，０，１）方向に反射する機能を有する。

光路変換装置１Ａでは、入射するレーザビームの進行方向と出射するレーザビームの進行方向が、反対向きでかつほぼ平行であるので、光路変換装置１Ａと反射プリズム３００を組み合わせることで、入射するレーザビームの進行方向と出射するレーザビームの進行方向を、同一方向でかつほぼ平行として、光の出射形態が利用に適したものとなるようにしている。

図２は光路変換装置の詳細を示す説明図で、次に、第１の反射面群Ｓ１０Ａを構成する入射反射面Ｓ１１Ａ，Ｓ１２Ａと、第２の反射面群Ｓ２０Ａを構成する出射反射面Ｓ２１Ａ，Ｓ２２Ａの幾何学的配置について説明する。

入射反射面Ｓ１１Ａ，Ｓ１２Ａと、出射反射面Ｓ２１Ａ，Ｓ２２Ａは、それぞれ点１０５を共有しており、入射反射面Ｓ１１Ａの法線ベクトルの向きは（１，−√２，１）、入射反射面Ｓ１２Ａの法線ベクトルの向きは（−１，−√２，１）である。また、出射反射面Ｓ２１Ａの法線ベクトルの向きは（１，−√２，−１）、出射反射面Ｓ２２Ａの法線ベクトルの向きは（−１，−√２，−１）である。

つまり、入射反射面Ｓ１１Ａと出射反射面Ｓ２２Ａ、入射反射面Ｓ１２Ａと出射反射面Ｓ２１Ａは、互いに直交する配置にある。

すなわち、光路変換装置１Ａを（１，０，−１）方向から矢視すると、図２（ｂ）に示すように、三角形１０２−１０５−１０３は直角二等辺三角形であり、入射反射面Ｓ１１Ａと出射反射面Ｓ２２Ａは、点１０５で直交する。

また、光路変換装置１Ａを（１，０，１）方向から矢視すると、図２（ｃ）に示すように、三角形１０１−１０５−１０２は直角二等辺三角形であり、入射反射面Ｓ１２Ａと出射反射面Ｓ２１Ａは、点１０５で直交する。

＜第１の実施の形態の光路変換装置の動作例＞
次に、図１及び図２を参照して、第１の実施の形態の光路変換装置１Ａの動作の一例について説明する。

光路変換装置１Ａに入射するレーザビームＡ及びレーザビームＢは、図示しない発光素子の各発光部から出射されて、（０，０，１）方向にほぼ平行に進行する構成である。

レーザビームＡ，Ｂは、それぞれ一の方向に扁平した出射パターンを有し、長手方向が（１，０，０）方向に沿った向き、短手方向が（０，１，０）方向に沿った向きであり、長手方向に並列して進行するレーザビームＡ及びレーザビームＢが通る点４０１，点４０３，点４０６，点４０４を頂点とした長方形の範囲を入射開口４００とする。

入射開口４００は、短手方向の２つの辺である辺４０１−４０４と辺４０３−４０６が、レーザビームＡ，Ｂの短手方向、すなわち（０，１，０）方向と平行であり、長手方向の２つの辺である辺４０１−４０３と辺４０４−４０６が、レーザビームＡ，Ｂの長手方向、すなわち（１，０，０）方向と平行である。

レーザビームＡは、入射開口４００の中で、点４０１，点４０２，点４０５，点４０４を頂点としたほぼ正方形の範囲からなる第１の入射開口４００Ａ内を通る。また、レーザビームＢは、入射開口４００の中で第１の入射開口４００Ａと隣接し、点４０２，点４０３，点４０６，点４０５を頂点としたほぼ正方形の範囲からなる第２の入射開口４００Ｂ内を通る。

図示しない発光素子の各発光部から出射されて、（０，０，１）方向に進行するレーザビームＡ及びレーザビームＢは、反射プリズム３００の反射面Ｓ３１で、それぞれ（０，１，０）方向に反射する。

反射プリズム３００の反射面Ｓ３１における入射開口４００の射影を入射開口射影４５１として示す。反射プリズム３００においては、入射開口４００の長手方向の辺である辺４０１−４０３の反射面Ｓ３１への射影が辺３０１−３０２となる。これにより、点４０１，点４０３，点４０６，点４０４からなる入射開口４００の内部を通るレーザビームＡ，Ｂは、欠けること無く反射面Ｓ３１で反射する。

反射プリズム３００の反射面Ｓ３１で反射して、第１の方向である（０，１，０）方向に進行するレーザビームＡ，Ｂは、光路変換装置１Ａの第１の反射面群Ｓ１０Ａに入射する。

光路変換装置１Ａにおいて光が入出射する面である点１０１，点１０２，点１０３，点１０４を頂点とした光路変換装置１Ａの底面における入射開口４００の射影を、入射開口射影４５２として示す。

光路変換装置１Ａの第１の反射面群Ｓ１０Ａにおいては、第１の入射開口４００Ａと第２の入射開口４００Ｂの境界となる辺４０２−４０５が、入射反射面Ｓ１１Ａと入射反射面Ｓ１２Ａの交線である辺１０１−１０５に射影される。これは、レーザビームＡとレーザビームＢの分割が、出射パターンの短手方向とほぼ平行に行われることを示す。

また、第１の入射開口４００Ａの辺４０１−４０２と、第２の入射開口４００Ｂの辺４０２−４０３は、それぞれ光路変換装置１Ａの辺１０２−１０５と辺１０５−１０４に射影される。

これにより、点４０１，点４０２，点４０５，点４０４からなる第１の入射開口４００Ａの内部を通るレーザビームＡは、第１の反射面群Ｓ１０Ａの入射反射面Ｓ１１Ａで、欠けること無く第２の方向である（１，０，１）方向に反射する。また、点４０２，点４０３，点４０６，点４０５からなる第２の入射開口４００Ｂの内部を通るレーザビームＢは、第１の反射面群Ｓ１０Ａの入射反射面Ｓ１２Ａで、欠けること無く第３の方向である（−１，０，１）方向に反射する。

従って、第１の方向である（０，１，０）方向に並列して進行するレーザビームＡとレーザビームＢは、光路変換装置１Ａの第１の反射面群Ｓ１０Ａで、第２の方向である（１，０，１）方向と、第３の方向である（−１，０，１）方向にそれぞれ欠けること無く反射されて、レーザビームＡとレーザビームＢに分割される。

第１の反射面群Ｓ１０Ａの入射反射面Ｓ１１Ａで反射して分割されたレーザビームＡは、第２の方向である（１，０，１）方向に進行することで、第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２２Ａに入射する。

光路変換装置１Ａの第２の反射面群Ｓ２０Ａにおいては、入射反射面Ｓ１１Ａの辺１０２−１０５が出射反射面Ｓ２２Ａの辺１０３−１０５に射影し、入射反射面Ｓ１１Ａの辺１０１−１０５が出射反射面Ｓ２２Ａの辺１０４−１０５に射影する。

これにより、第１の反射面群Ｓ１０Ａの入射反射面Ｓ１１Ａで反射して第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡは、第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２２Ａで、欠けることなく第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する。

同様に、第１の反射面群Ｓ１０Ａの入射反射面Ｓ１２Ａで反射して分割されたレーザビームＢは、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行することで、第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２１Ａに入射する。

光路変換装置１Ａの第２の反射面群Ｓ２０Ａにおいては、入射反射面Ｓ１２Ａの辺１０４−１０５が出射反射面Ｓ２１Ａの辺１０３−１０５に射影し、入射反射面Ｓ１２Ａの辺１０１−１０５が出射反射面Ｓ２１Ａの辺１０２−１０５に射影する。

これにより、第１の反射面群Ｓ１０Ａの入射反射面Ｓ１２Ａで反射して第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢは、第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２１Ａで、欠けることなく第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する。

光路変換装置１Ａにおいて光が入出射する光路変換装置１Ａの底面における再配置後の入射開口４００の射影を、入射開口射影４５３として示す。第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡと、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢは、光路変換装置１Ａの第２の反射面群Ｓ２０Ａで、それぞれ同一の第４の方向である（０，−１，０）方向に欠けること無く反射され、所定の角度回転したレーザビームＡ′とレーザビームＢ′として再配置される。

第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２２Ａで反射されて、（０，−１，０）方向に進行するレーザビームＡ′、及び第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２１Ａで反射されて、レーザビームＡ′の進行方向と同一方向である（０，−１，０）方向に進行するレーザビームＢ′は、反射プリズム３００の反射面Ｓ３２で、それぞれ（０，０，１）方向に反射する。

反射プリズム３００の反射面Ｓ３２における再配置後の入射開口４００の射影を入射開口射影４５４として示す。反射プリズム３００においては、出射反射面Ｓ２１Ａの辺１０２−１０５及び出射反射面Ｓ２２Ａの辺１０５−１０４が、反射面Ｓ３２の辺３０１−３０２に射影される。

これにより、第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２２Ａで反射して再配置されたレーザビームＡ′及び出射反射面Ｓ２１Ａで反射して再配置されたレーザビームＢ′は、欠けること無く反射プリズム３００の反射面Ｓ３２に入射し、反射面Ｓ３２で欠けること無く反射する。

反射プリズム３００の反射面Ｓ３２で反射したレーザビームＡ′及びレーザビームＢ′が通る点５０１，点５０３，点５０６，点５０４を頂点とした長方形の範囲を出射開口５００とする。

レーザビームＡ′は、出射開口５００の中で、点５０２，点５０３，点５０６，点５０５を頂点としたほぼ正方形の範囲からなる第１の出射開口５００Ａ内を通る。また、レーザビームＢ′は、出射開口５００の中で第１の出射開口５００Ａと隣接し、点５０１，点５０２，点５０５，点５０４を頂点としたほぼ正方形の範囲からなる第２の出射開口５００Ｂ内を通る。

そして、点５０１，点５０３，点５０６，点５０４で構成される長方形の出射開口５００は、点４０１，点４０３，点４０６，点４０４で構成される長方形の入射開口４００が欠けること無く、分割及び再配置されたものとなり、入射開口４００と出射開口５００の形状は等しい。

従って、光路変換装置１Ａから出射されるレーザビームＡ′，Ｂ′が通る出射開口５００は、光路変換装置１Ａに入射するレーザビームＡ，Ｂが通る入射開口４００に対応し、欠けることが無いので、有効開口１００％がほぼ実現できる。

すなわち、光路変換装置１Ａ更には反射プリズム３００の各反射面では、上述したように、各反射面の幾何学的配置等に起因して伝播が妨げられることが無く、入射開口４００を通るレーザビームＡ，Ｂは、各反射面でほとんど損失が発生せずに実質的に全て反射されることになって、出射開口５００内に伝播される。

なお、若干の損失の原因になるのは、光路変換装置１Ａの入射反射面Ｓ１１Ａ，Ｓ１２Ａと、出射反射面Ｓ２１Ａ、Ｓ２２Ａの交線となる辺１０１−１０５、辺１０２−１０５、辺１０３−１０５、辺１０４−１０５の形状不良、あるいは反射プリズム３００の反射面Ｓ３１，Ｓ３２の交線となる辺３０１−３０２の形状不良と、図示しない前段の光学系でコリメートされたレーザビームＡ，Ｂがもつ広がりである発散角（divergence）である。

ここで、光路変換装置１Ａを、上述したようにほぼ正方形からなる四角形１０１−１０２−１０３−１０４を底面とし、点１０５を頂点とした四角錐形状で構成する場合、四角錐形状の底面を構成する辺１０１−１０２と辺１０２−１０３の長さはほぼ等しく構成し、更に、レーザビームを欠け無く反射するために、辺１０１−１０２と辺１０２−１０３は、入射開口４００の辺４０１−４０４の２√２倍以上の長さとする。

さて、光路変換装置１Ａの第１の反射面群Ｓ１０Ａを構成する入射反射面Ｓ１１Ａ，Ｓ１２Ａと、第２の反射面群Ｓ２０Ａを構成する出射反射面Ｓ２１Ａ，Ｓ２２Ａは、入射したレーザビームＡ，Ｂを所定の角度回転させて出射する傾斜を有している。

これにより、レーザビームＡは、光路変換装置１Ａに入射して、第１の反射面群Ｓ１０Ａの入射反射面Ｓ１１Ａと、第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２２Ａで反射することで、光軸を回転軸として時計廻りに−９０度回転して、長手方向と短手方向が入れ替わったレーザビームＡ′となる。

同様に、レーザビームＢは、光路変換装置１Ａに入射して、第１の反射面群Ｓ１０Ａの入射反射面Ｓ１２Ａと、第２の反射面群Ｓ２０Ａの出射反射面Ｓ２１Ａで反射することで、光軸を回転軸として時計廻りに９０度回転して、長手方向と短手方向が入れ替わったレーザビームＢ′となる。

そして、変換前では、出射パターンの長手方向に沿って（１，０，０）方向に順に配置されていたレーザビームＡとレーザビームＢは、光路変換装置１Ａによる光路の変換後では、レーザビームＢ′、レーザビームＡ′の順に配置が入れ替わり、かつ短手方向に並んで再配置される。

このように、光路変換装置１Ａでは、第１の反射面群Ｓ１０Ａを構成する入射反射面Ｓ１１Ａ，Ｓ１２Ａと、第２の反射面群Ｓ２０Ａを構成する出射反射面Ｓ２１Ａ，Ｓ２２Ａで、レーザビームＡ，Ｂを１回ずつ反射させることで、分割された各レーザビームＡ，Ｂは、光軸を中心としてほぼ９０度回転する。

従って、複数の発光部が長手方向に並ぶ発光素子から出射される扁平したレーザビームを分割して、分割した光ごと、扁平の方向を変換できるようになる。また、光路変換装置１Ａにおいて、並列して進行するレーザビームを異なる２つの方向に反射して分割する第１の反射面群Ｓ１０Ａでは、反射させる方向を交互に変えているため、互いの光路が干渉することなく、かつ、光路長がほぼ等しくなって、発光点のずれを抑制することができる。

＜第２の実施の形態の光路変換装置の構成例＞
図３は第２の実施の形態の光路変換装置の一例を示す全体斜視図である。第２の実施の形態の光路変換装置１Ｂは、一の方向に長い発光部をその長手方向に沿って多数並べてアレイ化した発光素子に対応するため、発光部の並びに沿ったｘ軸方向の幅を、入射及び出射開口を遮ることなく最小化するものである。

ここで、図３に示す光路変換装置１Ｂでは、隣接した２つの発光部から出射されるレーザビームＡとレーザビームＢについての光路変換を１つの組として説明する。また、図３の説明においても、図１等の説明と同様に方向をベクトル表記する。

光路変換装置１Ｂは、図示しない発光部から出射されて並列して進行するレーザビームＡ，Ｂを複数回反射させることで、扁平したレーザビーム束を長手方向に分割し、分割した各レーザビームＡ，Ｂを所定角度回転させて再配置する第１の反射面群Ｓ１０Ｂ及び第２の反射面群Ｓ２０Ｂを備える。

第１の反射面群Ｓ１０Ｂは、隙間無く配列した２面の反射面からなる入射反射面Ｓ１１Ｂと入射反射面Ｓ１２Ｂを備える。入射反射面Ｓ１１Ｂと入射反射面Ｓ１２Ｂは、直線である辺１０１−１０５を交線として両面が所定の角度で交差する。また、入射反射面Ｓ１１Ｂと入射反射面Ｓ１２Ｂの交線である辺１０１−１０５の射影は、第１の反射面群Ｓ１０Ｂに入射するレーザビームＡ，Ｂの短手方向とほぼ平行である。

更に、入射反射面Ｓ１１Ｂは、入射反射面Ｓ１２Ｂとの交線である辺１０１−１０５と対向する側が、辺１０１−１０５と平行な辺１０６−１０７で区切られる形状とし、入射反射面Ｓ１２Ｂは、入射反射面Ｓ１１Ｂとの交線である辺１０１−１０５と対向する側が、辺１０１−１０５と平行な辺１０９−１１０で区切られる形状とすることで、第１の反射面群Ｓ１０Ｂの幅が、第１の実施の形態の光路変換装置１Ａにおける第１の反射面群Ｓ１０Ａの幅より狭まる形状としている。

これにより、第１の反射面群Ｓ１０Ｂは、入射反射面Ｓ１１Ｂと入射反射面Ｓ１２Ｂが、交線となる辺１０１−１０５を挟んで対称形状となり、第１の反射面群Ｓ１０Ｂに含まれる複数の反射面である入射反射面Ｓ１１Ｂ，Ｓ１２Ｂは、光源からの距離が実質的に等しく配置される。

そして、入射反射面Ｓ１１Ｂは、第１の方向である（０，１，０）方向に進行するレーザビームＡを、第２の方向である（１，０，１）方向に反射する角度で傾斜し、入射反射面Ｓ１２Ｂは、レーザビームＡに並列して第１の方向である（０，１，０）方向に進行するレーザビームＢを、第２の方向と交差する第３の方向である（−１，０，１）方向に反射する角度で傾斜する。

以上の構成によって、光路変換装置１Ｂは、第１の方向である（０，１，０）方向に進行するレーザビームＡ，Ｂを、第１の反射面群Ｓ１０Ｂにおいて、辺１０１−１０５で分割する。

すなわち、光路変換装置１Ｂでは、第１の反射面群Ｓ１０Ｂに入射したレーザビームＡは、入射反射面Ｓ１１Ｂで第２の方向である（１，０，１）方向に反射し、第１の反射面群Ｓ１０Ｂに入射したレーザビームＢは、入射反射面Ｓ１２Ｂで第３の方向である（−１，０，１）方向に反射することで、並列して第１の方向に進行するレーザビームＡ，Ｂが、異なる２つの方向へ反射して分割される。

第２の反射面群Ｓ２０Ｂは、隙間無く配列した２面の反射面からなる出射反射面Ｓ２１Ｂと出射反射面Ｓ２２Ｂを備える。出射反射面Ｓ２１Ｂと出射反射面Ｓ２２Ｂは、入射反射面Ｓ１１Ｂ，Ｓ１２Ｂの交線である辺１０１−１０５と所定の角度で交差する直線である辺１０３−１０５を交線として両面が所定の角度で交差する。

また、第２の反射面群Ｓ２０Ｂと第１の反射面群Ｓ１０Ｂは、出射反射面Ｓ２１Ｂと入射反射面Ｓ１１Ｂが、辺１０７−１０５を交線として所定の角度で交差し、出射反射面Ｓ２２Ｂと入射反射面Ｓ１２Ｂが、辺１１０−１０５を交線として所定の角度で交差する。

そして、出射反射面Ｓ２１Ｂは、出射反射面Ｓ２２Ｂとの交線である辺１０３−１０５と対向する側が、辺１０３−１０５と平行な辺１０８−１０７で区切られる形状となり、出射反射面Ｓ２２Ｂは、出射反射面Ｓ２１Ｂとの交線である辺１０３−１０５と対向する側が、辺１０３−１０５と平行な辺１１１−１１０で区切られる形状となって、第２の反射面群Ｓ２０Ｂの幅が、第１の実施の形態の光路変換装置１Ａにおける第２の反射面群Ｓ２０Ａの幅より狭まる形状としている。

ここで、出射反射面Ｓ２１Ｂと出射反射面Ｓ２２Ｂの交線である辺１０３−１０５の射影は、第１の反射面群Ｓ１０Ｂに入射したレーザビームＡ，Ｂを再配置して、第２の反射面群Ｓ２０Ｂから出射したレーザビームＡ′，Ｂ′の長手方向とほぼ平行である。

また、出射反射面Ｓ２１Ｂと入射反射面Ｓ１１Ｂの交線である辺１０７−１０５の射影及び出射反射面Ｓ２２Ｂと入射反射面Ｓ１２Ｂの交線である辺１１０−１０５の射影は、第１の反射面群Ｓ１０Ｂに入射するレーザビームＡ，Ｂの長手方向及び第２の反射面群Ｓ２０Ｂから出射するレーザビームＡ′，Ｂ′の短手方向とほぼ平行である。

これにより、第２の反射面群Ｓ２０Ｂは、出射反射面Ｓ２１Ｂと出射反射面Ｓ２２Ｂが、交線となる辺１０３−１０５を挟んで対称形状となる。また、第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２２Ｂは、対角線上に配列される第１の反射面群Ｓ１０Ｂの入射反射面Ｓ１１Ｂと対向し、入射反射面Ｓ１１Ｂで反射して第２の方向に進行するレーザビームＡが入射する。更に、第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２１Ｂは、対角線上に配列される第１の反射面群Ｓ１０Ｂの入射反射面Ｓ１２Ｂと対向し、入射反射面Ｓ１２Ｂで反射して第３の方向に進行するレーザビームＢが入射する。よって、第２の反射面群Ｓ２０Ｂに含まれる複数の反射面である出射反射面Ｓ２１Ｂ，Ｓ２２Ｂは、光源からの距離が実質的に等しく配置される。

そして、出射反射面Ｓ２２Ｂは、入射反射面Ｓ１１Ｂに対して直交し、第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡを、第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する角度で傾斜し、出射反射面Ｓ２１Ｂは、入射反射面Ｓ１２Ｂに対して直交し、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢを、第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する角度で傾斜する。

以上の構成によって、光路変換装置１Ｂは、第１の反射面群Ｓ１０Ｂで分割されて第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡと、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢを、第２の反射面群Ｓ２０Ｂで同一の第４の方向である（０，−１，０）方向に沿って再配置する。

すなわち、光路変換装置１Ｂでは、第１の反射面群Ｓ１０Ｂの入射反射面Ｓ１１Ｂで反射して、第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡは、第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２２Ｂで第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する。

また、第１の反射面群Ｓ１０Ｂの入射反射面Ｓ１２Ｂで反射して、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢは、第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２１Ｂで第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する。

これにより、異なる２つの方向である第２の方向に進行するレーザビームＡと第３の方向に進行するレーザビームＢが、それぞれ所定の角度回転して、同一の第４の方向に並列したレーザビームＡ′とレーザビームＢ′に再配置されて、第２の反射面群Ｓ２０Ｂから出射する。

光路変換装置１Ｂでも、反射プリズム３００を介してレーザビームの入出射が行われる。すなわち、反射プリズム３００は、発光部から出射され、（０，０，１）方向に進行するレーザビームＡ，Ｂを、（０，１，０）方向に反射して光路変換装置１Ｂに入射し、また、光路変換装置１Ｂから出射したレーザビームＡ′，Ｂ′を、再び（０，０，１）方向に反射する機能を有する。

光路変換装置１Ｂでも、入射するレーザビームの進行方向と出射するレーザビームの進行方向が、反対向きでかつほぼ平行であるので、光路変換装置１Ｂと反射プリズム３００を組み合わせることで、入射するレーザビームの進行方向と出射するレーザビームの進行方向を、同一方向でかつほぼ平行として、光の出射形態が利用に適したものとなるようにしている。

＜第２の実施の形態の光路変換装置の動作例＞
次に、図３を参照して、第２の実施の形態の光路変換装置１Ｂの動作の一例について説明する。

光路変換装置１Ｂに入射するレーザビームＡ及びレーザビームＢは、図示しない発光素子の各発光部から出射されて、（０，０，１）方向にほぼ平行に進行する。

レーザビームＡ，Ｂは、それぞれ一の方向に扁平した出射パターンを有し、長手方向が（１，０，０）方向に沿った向き、短手方向が（０，１，０）方向に沿った向きであり、長手方向に並列して進行するレーザビームＡ及びレーザビームＢが、点４０１，点４０３，点４０６，点４０４を頂点とした長方形からなる入射開口４００を通る。

入射開口４００は、短手方向の２つの辺である辺４０１−４０４と辺４０３−４０６が、レーザビームＡ，Ｂの短手方向、すなわち（０，１，０）方向と平行であり、長手方向の２つの辺である辺４０１−４０３と辺４０４−４０６が、レーザビームＡ，Ｂの長手方向、すなわち（１，０，０）方向と平行である。

レーザビームＡは、入射開口４００の中で、点４０１，点４０２，点４０５，点４０４を頂点としたほぼ正方形の範囲からなる第１の入射開口４００Ａ内を通る。また、レーザビームＢは、入射開口４００の中で第１の入射開口４００Ａと隣接し、点４０２，点４０３，点４０６，点４０５を頂点としたほぼ正方形の範囲からなる第２の入射開口４００Ｂ内を通る。

図示しない発光素子の各発光部から出射されて、（０，０，１）方向に進行するレーザビームＡ及びレーザビームＢは、反射プリズム３００の反射面Ｓ３１で、それぞれ（０，１，０）方向に反射する。

反射プリズム３００の反射面Ｓ３１における入射開口４００の射影を入射開口射影４５１として示す。反射プリズム３００においては、入射開口４００の長手方向の辺である辺４０１−４０３の反射面Ｓ３１への射影が辺３０１−３０２となる。これにより、点４０１，点４０３，点４０６，点４０４からなる入射開口４００の内部を通るレーザビームＡ，Ｂは、欠けること無く反射面Ｓ３１で反射する。

反射プリズム３００の反射面Ｓ３１で反射して、第１の方向である（０，１，０）方向に進行するレーザビームＡ，Ｂは、光路変換装置１Ｂの第１の反射面群Ｓ１０Ｂに入射する。

光路変換装置１Ｂにおいて光が入出射する面である点１０１，点１０６，点１０８，点１０３，点１１１，点１０９を頂点とした光路変換装置１Ｂの底面における入射開口４００の射影を、入射開口射影４５２として示す。

光路変換装置１Ｂの第１の反射面群Ｓ１０Ｂにおいては、第１の入射開口４００Ａと第２の入射開口４００Ｂの境界となる辺４０２−４０５が、入射反射面Ｓ１１Ｂと入射反射面Ｓ１２Ｂの交線である辺１０１−１０５に射影される。これは、レーザビームＡとレーザビームＢの分割が、出射パターンの短手方向とほぼ平行に行われることを示す。

また、第１の入射開口４００Ａの辺４０１−４０２と、第２の入射開口４００Ｂの辺４０２−４０３は、それぞれ光路変換装置１Ｂの辺１０７−１０５と辺１０５−１１０に射影される。

更に、第１の入射開口４００Ａの辺４０１−４０４は、光路変換装置１Ｂの辺１０７−１０６に射影され、第２の入射開口４００Ｂの辺４０３−４０６は、光路変換装置１Ｂの辺１１０−１０９に射影される。

これにより、点４０１，点４０２，点４０５，点４０４からなる第１の入射開口４００Ａの内部を通るレーザビームＡは、第１の反射面群Ｓ１０Ｂの入射反射面Ｓ１１Ｂで、欠けること無く第２の方向である（１，０，１）方向に反射する。また、点４０２，点４０３，点４０６，点４０５からなる第２の入射開口４００Ｂの内部を通るレーザビームＢは、第１の反射面群Ｓ１０Ｂの入射反射面Ｓ１２Ｂで、欠けること無く第３の方向である（−１，０，１）方向に反射する。

従って、第１の方向である（０，１，０）方向に並列して進行するレーザビームＡとレーザビームＢは、光路変換装置１Ｂの第１の反射面群Ｓ１０Ｂで、第２の方向である（１，０，１）方向と、第３の方向である（−１，０，１）方向にそれぞれ欠けること無く反射されて、レーザビームＡとレーザビームＢに分割される。

第１の反射面群Ｓ１０Ｂの入射反射面Ｓ１１Ｂで反射して分割されたレーザビームＡは、第２の方向である（１，０，１）方向に進行することで、第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２２Ｂに入射する。

光路変換装置１Ｂの第２の反射面群Ｓ２０Ｂにおいては、第１の入射開口４００Ａの辺４０４−４０５が、出射反射面Ｓ２２Ｂの辺１１１−１１０に射影される。

これにより、第１の反射面群Ｓ１０Ｂの入射反射面Ｓ１１Ｂで反射して第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡは、第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２２Ｂで、欠けることなく第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する。

同様に、第１の反射面群Ｓ１０Ｂの入射反射面Ｓ１２Ｂで反射して分割されたレーザビームＢは、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行することで、第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２１Ｂに入射する。

光路変換装置１Ｂの第２の反射面群Ｓ２０Ｂにおいては、第２の入射開口４００Ｂの辺４０５−４０６が、出射反射面Ｓ２１Ｂの辺１０７−１０８に射影される。

これにより、第１の反射面群Ｓ１０Ｂの入射反射面Ｓ１２Ｂで反射して第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢは、第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２１Ｂで、欠けることなく第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する。

光路変換装置１Ｂにおいて光が入出射する光路変換装置１Ｂの底面における再配置後の入射開口４００の射影を入射開口射影４５３として示す。第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡと、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢは、光路変換装置１Ｂの第２の反射面群Ｓ２０Ｂで、それぞれ同一の第４の方向である（０，−１，０）方向に欠けること無く反射され、所定の角度回転したレーザビームＡ′とレーザビームＢ′として再配置される。

第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２２Ｂで反射されて、（０，−１，０）方向に進行するレーザビームＡ′、及び第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２１Ｂで反射されて、レーザビームＡ′の進行方向と同一方向である（０，−１，０）方向に進行するレーザビームＢ′は、反射プリズム３００の反射面Ｓ３２で、それぞれ（０，０，１）方向に反射する。

反射プリズム３００の反射面Ｓ３２における再配置後の入射開口４００の射影を入射開口射影４５４として示す。反射プリズム３００においては、出射反射面Ｓ２１Ｂの辺１０７−１０５及び出射反射面Ｓ２２Ｂの辺１０５−１１０が、反射面Ｓ３２の辺３０１−３０２に射影される。

これにより、第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２２Ｂで反射して再配置されたレーザビームＡ′及び出射反射面Ｓ２１Ｂで反射して再配置されたレーザビームＢ′は、欠けること無く反射プリズム３００の反射面Ｓ３２に入射し、反射面Ｓ３２で欠けること無く反射する。

反射プリズム３００の反射面Ｓ３２で反射したレーザビームＡ′及びレーザビームＢ′は、点５０１，点５０３，点５０６，点５０４を頂点とした長方形からなる出射開口５００を通る。

レーザビームＡ′は、出射開口５００の中で、点５０２，点５０３，点５０６，点５０５を頂点としたほぼ正方形の範囲からなる第１の出射開口５００Ａ内を通る。また、レーザビームＢ′は、出射開口５００の中で第１の出射開口５００Ａと隣接し、点５０１，点５０２，点５０５，点５０４を頂点としたほぼ正方形の範囲からなる第２の出射開口５００Ｂ内を通る。

そして、点５０１，点５０３，点５０６，点５０４で構成される長方形の出射開口５００は、点４０１，点４０３，点４０６，点４０４で構成される長方形の入射開口４００が欠けること無く、分割及び再配置されたものとなり、入射開口４００と出射開口５００の形状は等しい。

従って、光路変換装置１Ｂから出射されるレーザビームＡ′，Ｂ′が通る出射開口５００は、光路変換装置１Ｂに入射するレーザビームＡ，Ｂが通る入射開口４００に対応し、欠けることが無いので、有効開口１００％がほぼ実現できる。

ここで、入射及び出射開口を遮ることなく、光路変換装置１Ｂの幅を最小化するには、第１の反射面群Ｓ１０Ｂの各反射面の交線及び第２の反射面群Ｓ２０Ｂの各反射面の交線に含まれる点１０１，点１０３，点１０５で形成される平面と、各反射面の端部となる点１０６，点１０７，点１０８で形成される平面及び点１０９，点１１０，点１１１で形成される平面を互いに平行とする。かつ、点１０１，点１０３，点１０５で形成される平面と、点１０６，点１０７，点１０８で形成される平面の間隔を、入射開口４００の辺４０１−４０２の長さと等しくし、点１０１，点１０３，点１０５で形成される平面と、点１０９，点１１０，点１１１で形成される平面の間隔を、入射開口４００の辺４０２−４０３の長さと等しくする。

これにより、光路変換装置１Ｂでも、上述したように、各反射面の幾何学的配置等に起因して伝播が妨げられることが無く、入射開口４００を通るレーザビームＡ，Ｂは、各反射面でほとんど損失が発生せずに実質的に全て反射されることになって、出射開口５００内に伝播される。

また、光路変換装置１Ｂは、ｘ軸方向の幅を、レーザビームＡ，Ｂの入射開口４００の幅と等しくすることができる。

さて、光路変換装置１Ｂでも、第１の実施の形態の光路変換装置１Ａと同様に、第１の反射面群Ｓ１０Ｂを構成する入射反射面Ｓ１１Ｂ，Ｓ１２Ｂと、第２の反射面群Ｓ２０Ｂを構成する出射反射面Ｓ２１Ｂ，Ｓ２２Ｂは、入射したレーザビームＡ，Ｂを所定の角度回転させて出射する傾斜を有している。

これにより、レーザビームＡは、光路変換装置１Ｂに入射して、第１の反射面群Ｓ１０Ｂの入射反射面Ｓ１１Ｂと、第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２２Ｂで反射することで、光軸を回転軸として時計廻りに−９０度回転して、長手方向と短手方向が入れ替わったレーザビームＡ′となる。

同様に、レーザビームＢは、光路変換装置１Ｂに入射して、第１の反射面群Ｓ１０Ｂの入射反射面Ｓ１２Ｂと、第２の反射面群Ｓ２０Ｂの出射反射面Ｓ２１Ｂで反射することで、光軸を回転軸として時計廻りに９０度回転して、長手方向と短手方向が入れ替わったレーザビームＢ′となる。

そして、変換前では、出射パターンの長手方向に沿って（１，０，０）方向に順に配置されていたレーザビームＡとレーザビームＢは、光路変換装置１Ｂによる光路の変換後では、レーザビームＢ′、レーザビームＡ′の順に配置が入れ替わり、かつ短手方向に並んで再配置される。

このように、光路変換装置１Ｂでも、第１の反射面群Ｓ１０Ｂを構成する入射反射面Ｓ１１Ｂ，Ｓ１２Ｂと、第２の反射面群Ｓ２０Ｂを構成する出射反射面Ｓ２１Ｂ，Ｓ２２Ｂで、レーザビームＡ，Ｂを１回ずつ反射させることで、分割された各レーザビームＡ，Ｂは、光軸を中心としてほぼ９０度回転する。

従って、複数の発光部が長手方向に並ぶ発光素子から出射される扁平したレーザビームを分割して、分割した光ごと、扁平の方向を変換できるようになる。また、光路変換装置１Ｂにおいて、並列して進行するレーザビームを異なる２つの方向に反射して分割する第１の反射面群Ｓ１０Ｂでは、反射させる方向を交互に変えているため、互いの光路が干渉することなく、かつ、光路長がほぼ等しくなって、発光点のずれを抑制することができる。

＜第３の実施の形態の光路変換装置の構成例及び動作例＞
図４は第３の実施の形態の光路変換装置の一例を示す全体斜視図である。第３の実施の形態の光路変換装置１Ｃは、図３で説明した第２の実施の形態の光路変換装置１Ｂを複数（ｎ）個並べることで、入射したレーザビームを２ｎ分割して光路変換を行えるようにしたものである。

すなわち、光路変換装置１Ｃは、本例では４個の光路変換部１Ｃ（１）〜（４）を並列して構成される。例えば、隣接する光路変換部１Ｃ（１）と光路変換部１Ｃ（２）では、光路変換部１Ｃ（１）において第１の反射面群Ｓ１０Ｃを構成する入射反射面Ｓ１２Ｃと、光路変換部１Ｃ（２）において第１の反射面群Ｓ１０Ｃを構成する入射反射面Ｓ１３Ｃとの交線となる辺１１２−１１３は、図３で説明した辺１０６−１０７及び辺１０９−１１０である。

また、光路変換部１Ｃ（１）において第２の反射面群Ｓ２０Ｃを構成する出射反射面Ｓ２２Ｃと、光路変換部１Ｃ（２）において第２の反射面群Ｓ２０Ｃを構成する出射反射面Ｓ２３Ｃとの交線となる辺１１３−１１４は、図３で説明した辺１０７−１０８及び辺１１０−１１１である。

光路変換装置１Ｃは、同様の構成で４個の光路変換部１Ｃ（１）〜（４）が並列する。そして、本例では、８個の発光部がアレイ化された図示しない発光素子から出射されたレーザビーム束が、反射プリズム３００を介して入射する。

光路変換装置１Ｃでは、隣接した２つの発光部から出射されて並列して進行するレーザビームＡとレーザビームＢについての光路変換を１つの組として、各光路変換部１Ｃ（１）〜（４）毎にレーザビームＡ，Ｂの分割及び再配置が行われ、再配置されたレーザビームＡ′，Ｂ′が、反射プリズム３００を介して出射する。

次に、光路変換部１Ｃ（１）と光路変換部１Ｃ（２）を例に、隣接する光路変換部でのレーザビームの分割及び再配置の動作について説明する。

光路変換装置１Ｃにおいて光が入出射する面における入射開口４００の射影を入射開口射影４５２として示す。

光路変換装置１Ｃに入射するレーザビームが通る入射開口４００の中で、並列して進行する一対のレーザビームＡ，Ｂが通る隣接した入射開口４１１と入射開口４１２において、一方の入射開口４１１の第２の入射開口４１１Ｂと、他方の入射開口４１２の第１の入射開口４１２Ａとの境界となる辺４０３−４０６が、光路変換部１Ｃ（１）において第１の反射面群Ｓ１０Ｃを構成する入射反射面Ｓ１２Ｃと、光路変換部１Ｃ（２）において第１の反射面群Ｓ１０Ｃを構成する入射反射面Ｓ１３Ｃとの交線となる辺１１２−１１３に射影される。

これは、隣接する光路変換部１Ｃ（１）と光路変換部１Ｃ（２）との間でも、レーザビームＡ，Ｂの分割が、出射パターンの短手方向とほぼ平行に行われることを示す。これにより、光路変換部１Ｃ（１）の第１の反射面群Ｓ１０Ｃの入射反射面Ｓ１２Ｃに入射したレーザビームＢと、光路変換部１Ｃ（２）の第１の反射面群Ｓ１０Ｃの入射反射面Ｓ１３Ｃに入射したレーザビームＡは、それぞれ欠けることなく反射して分割される。

光路変換装置１Ｃにおいて光が入出射する面における再配置後の入射開口４００の射影を入射開口射影４５３として示す。

隣接する入射開口４１１と入射開口４１２において、一方の入射開口４１１の第１の入射開口４１１Ａの辺４０４−４０５と、他方の入射開口４１２の第２の入射開口４１２Ｂの辺４０９−４１０が、光路変換部１Ｃ（１）において第２の反射面群Ｓ２０Ｃを構成する出射反射面Ｓ２２Ｃと、光路変換部１Ｃ（２）において第２の反射面群Ｓ２０Ｃを構成する出射反射面Ｓ２３Ｃとの交線となる辺１１３−１１４に射影される。

これにより、隣接する光路変換部１Ｃ（１）と光路変換部１Ｃ（２）との間でも、光路変換部１Ｃ（１）の第２の反射面群Ｓ２０Ｃの出射反射面Ｓ２２Ｃに入射したレーザビームＡと、光路変換部１Ｃ（２）の第２の反射面群Ｓ２０Ｃの出射反射面Ｓ２３Ｃに入射したレーザビームＢは、それぞれ欠けることなく反射して、レーザビームＡ′とレーザビームＢ′に再配置される。

従って、光路変換装置１Ｃでも、扁平したレーザビーム束が欠けることなく長手方向に分割され、分割された各レーザビームが、欠けることなく約９０度回転して再配置される。

光路変換装置１Ｃから出射されたレーザビームは、出射開口５１１，５１２，５１３，５１４が並列した所定の形状の出射開口５００を通る。ここで、出射開口５１１は入射開口４１１が欠けること無く、分割及び再配置されたものであり、入射開口４１１と出射開口５１１の形状は等しい。

同様に、出射開口５１２は入射開口４１２が欠けること無く、分割及び再配置されたものであり、入射開口４１２と出射開口５１２の形状は等しい。また、出射開口５１３は入射開口４１３が欠けること無く、分割及び再配置されたものであり、入射開口４１３と出射開口５１３の形状は等しい。更に、出射開口５１４は入射開口４１４が欠けること無く、分割及び再配置されたものであり、入射開口４１４と出射開口５１４の形状は等しい。

従って、光路変換装置１Ｃでは、ｘ軸方向の幅を拡げること無く、有効開口をほぼ１００％とすることができる。

更に、光路変換部１Ｃ（１）に含まれる入射反射面Ｓ１１Ｃ，Ｓ１２Ｃは、光源からの距離が実質的に等しく配置され、同様に、光路変換部１Ｃ（２）〜１Ｃ（４）の入射反射面Ｓ１３Ｃ〜Ｓ１８Ｃは、光源からの距離が実質的に等しく配置される。

また、光路変換部１Ｃ（１）に含まれる出射反射面Ｓ２１Ｃ，Ｓ２２Ｃは、光源からの距離が実質的に等しく配置され、同様に、光路変換部１Ｃ（２）〜１Ｃ（４）の出射反射面Ｓ２３Ｃ〜Ｓ２８Ｃは、光源からの距離が実質的に等しく配置される。

従って、光路変換装置１Ｃでは、アレイ化した光源を使用しても、各レーザビームの光路長がほぼ等しくなって、各発光点のずれを抑制することができる。

＜第４の実施の形態の光路変換装置の構成例及び動作例＞
図５は第４の実施の形態の光路変換装置の一例を示す全体斜視図である。第４の実施の形態の光路変換装置１Ｄは、図３で説明した第２の実施の形態の光路変換装置１Ｂと同様の構成を有した複数の光路変換部を、一体に形成してアレイ化したものである。

すなわち、光路変換装置１Ｄは、複数の入射反射面Ｓ１１Ｄ〜Ｓ１８Ｄを有した第１の反射面群Ｓ１０Ｄと、複数の出射反射面Ｓ２１Ｄ〜Ｓ２８Ｄを有した第２の反射面群Ｓ２０Ｄが、入射した光の波長に対して所望の透過率を有したガラスプリズム等の透明な光学部材で一体に形成される。

ここで、光路変換装置１Ｄでは、入射反射面Ｓ１１Ｄ〜Ｓ１８Ｄと、出射反射面Ｓ２１Ｄ〜Ｓ２８Ｄにおける全反射を利用して、レーザビームを反射する。

光路変換装置１Ｄに入射する光が通る入射開口４００の射影を入射開口射影４５２として示し、再配置後の射影を入射開口射影４５３として示す。

光路変換装置１Ｄでは、隣接した２つの発光部から出射されて並列して進行するレーザビームＡとレーザビームＢについての光路変換を１つの組として、例えば入射反射面Ｓ１１Ｄ，Ｓ１２Ｄと、出射反射面Ｓ２１Ｄ，Ｓ２２Ｄで分割及び再配置が行われる。

このため、入射反射面Ｓ１１Ｄは、第１の方向である（０，１，０）方向に進行するレーザビームＡを、第２の方向である（１，０，１）方向に反射する角度で傾斜し、入射反射面Ｓ１２Ｄは、レーザビームＡに並列して第１の方向である（０，１，０）方向に進行するレーザビームＢを、第２の方向と交差する第３の方向である（−１，０，１）方向に反射する角度で傾斜する。

また、出射反射面Ｓ２２Ｄは、入射反射面Ｓ１１Ｄに対して直交し、第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡを、第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する角度で傾斜し、出射反射面Ｓ２１Ｄは、入射反射面Ｓ１２Ｄに対して直交し、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢを、第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する角度で傾斜する。

以上の構成によって、光路変換装置１Ｄでは、第１の反射面群Ｓ１０Ｄの入射反射面Ｓ１１Ｄに入射したレーザビームＡは、第２の方向である（１，０，１）方向に反射し、入射反射面Ｓ１２Ｄに入射したレーザビームＢは、第３の方向である（−１，０，１）方向に反射することで、並列して第１の方向に進行するレーザビームＡ，Ｂが、異なる２つの方向へ反射して分割される。

更に、第１の反射面群Ｓ１０Ｄで分割されて第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡは、第２の反射面群Ｓ２０Ｄの出射反射面Ｓ２２Ｄで第４の方向である（０，−１，０）方向に反射し、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢは、出射反射面Ｓ２１Ｄで第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する。

これにより、異なる２つの方向である第２の方向に進行するレーザビームＡと第３の方向に進行するレーザビームＢが、それぞれ所定の角度回転して、同一の第４の方向に並列したレーザビームＡ′とレーザビームＢ′に再配置されて、第２の反射面群Ｓ２０Ｄから出射する。

同様に、入射反射面Ｓ１３Ｄ，Ｓ１４Ｄと、出射反射面Ｓ２３Ｄ，Ｓ２４Ｄを１組の光路変換部として、レーザビームＡ，Ｂの分割及び再配置が行われる。また、入射反射面Ｓ１５Ｄ，Ｓ１６Ｄと、出射反射面Ｓ２５Ｄ，Ｓ２６Ｄを１組の光路変換部として、レーザビームＡ，Ｂの分割及び再配置が行われる。更に、入射反射面Ｓ１７Ｄ，Ｓ１８Ｄと、出射反射面Ｓ２７Ｄ，Ｓ２８Ｄを１組の光路変換部として、レーザビームＡ，Ｂの分割及び再配置が行われる。

従って、光路変換装置１Ｄでも、扁平したレーザビーム束が欠けることなく長手方向に分割され、分割された各レーザビームが、欠けることなく約９０度回転して再配置される。これにより、光路変換装置１Ｄに入射する光が通る入射開口４００と、光路変換装置１Ｄから出射した再配置後の光が通る出射開口５００の形状は等しくなり、有効開口がほぼ１００％となる。

また、第１の反射面群Ｓ１０Ｄを構成する各入射反射面Ｓ１１Ｄ〜Ｓ１８Ｄは、光源からの距離が実質的に等しく配置され、更に、第２の反射面群Ｓ２０Ｄを構成する各出射反射面Ｓ２１Ｄ〜Ｓ２８Ｄは、光源からの距離が実質的に等しく配置されることで、光路変換装置１Ｄでも、各レーザビームの光路長がほぼ等しくなって、各発光点のずれを抑制することができる。

＜第５の実施の形態の光路変換装置の構成例及び動作例＞
図６は第５の実施の形態の光路変換装置の一例を示す全体斜視図である。第５の実施の形態の光路変換装置１Ｅは、図３で説明した第２の実施の形態の光路変換装置１Ｂと同様の構成を有した複数の光路変換部を、複数の光学部品を組み合わせた構成としてアレイ化したものである。

すなわち、光路変換装置１Ｅは、複数の入射反射面Ｓ１１Ｅ〜Ｓ１８Ｅを有した第１の反射面群Ｓ１０Ｅが形成された第１の光学ブロック６１０と、複数の出射反射面Ｓ２１Ｅ〜Ｓ２８Ｅを有した第２の反射面群Ｓ２０Ｅが形成された第２の光学ブロック６２０とを備える。

第１の光学ブロック６１０と第２の光学ブロック６２０は、例えば金属板材を加工して各反射面を形成した同一形状の部材で、光路変換装置１Ｅは、第１の光学ブロック６１０と第２の光学ブロック６２０を、反射面を向かい合わせて接合して構成される。

ここで、光路変換装置１Ｅでは、反射を利用することで分割して再配置される光の波長に応じて金属膜や誘電体多層膜を形成して、入射反射面Ｓ１１Ｅ〜Ｓ１８Ｅ及び出射反射面Ｓ２１Ｅ〜Ｓ２８Ｅが構成される。

光路変換装置１Ｅに入射する光が通る入射開口４００の射影を入射開口射影４５２として示し、再配置後の射影を入射開口射影４５３として示す。

光路変換装置１Ｅでも、隣接した２つの発光部から出射されて並列して進行するレーザビームＡとレーザビームＢについての光路変換を１つの組として、例えば入射反射面Ｓ１１Ｅ，Ｓ１２Ｅと、出射反射面Ｓ２１Ｅ，Ｓ２２Ｅで分割及び再配置が行われる。

このため、入射反射面Ｓ１１Ｅは、第１の方向である（０，１，０）方向に進行するレーザビームＡを、第２の方向である（１，０，１）方向に反射する角度で傾斜し、入射反射面Ｓ１２Ｅは、レーザビームＡに並列して第１の方向である（０，１，０）方向に進行するレーザビームＢを、第２の方向と交差する第３の方向である（−１，０，１）方向に反射する角度で傾斜する。

また、出射反射面Ｓ２２Ｅは、入射反射面Ｓ１１Ｅに対して直交し、第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡを、第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する角度で傾斜し、出射反射面Ｓ２１Ｅは、入射反射面Ｓ１２Ｅに対して直交し、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢを、第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する角度で傾斜する。

以上の構成によって、光路変換装置１Ｅでは、第１の反射面群Ｓ１０Ｅの入射反射面Ｓ１１Ｅに入射したレーザビームＡは、第２の方向である（１，０，１）方向に反射し、入射反射面Ｓ１２Ｅに入射したレーザビームＢは、第３の方向である（−１，０，１）方向に反射することで、並列して第１の方向に進行するレーザビームＡ，Ｂが、異なる２つの方向へ反射して分割される。

更に、第１の反射面群Ｓ１０Ｅで分割されて第２の方向である（１，０，１）方向に進行するレーザビームＡは、第２の反射面群Ｓ２０Ｅの出射反射面Ｓ２２Ｅで第４の方向である（０，−１，０）方向に反射し、第３の方向である（−１，０，１）方向に進行するレーザビームＢは、出射反射面Ｓ２１Ｅで第４の方向である（０，−１，０）方向に反射する。

これにより、異なる２つの方向である第２の方向に進行するレーザビームＡと第３の方向に進行するレーザビームＢが、それぞれ所定の角度回転して、同一の第４の方向に並列したレーザビームＡ′とレーザビームＢ′に再配置されて、第２の反射面群Ｓ２０Ｅから出射する。

同様に、入射反射面Ｓ１３Ｅ，Ｓ１４Ｅと、出射反射面Ｓ２３Ｅ，Ｓ２４Ｅを１組の光路変換部として、レーザビームＡ，Ｂの分割及び再配置が行われる。また、入射反射面Ｓ１５Ｅ，Ｓ１６Ｅと、出射反射面Ｓ２５Ｅ，Ｓ２６Ｅを１組の光路変換部として、レーザビームＡ，Ｂの分割及び再配置が行われる。更に、入射反射面Ｓ１７Ｅ，Ｓ１８Ｅと、出射反射面Ｓ２７Ｅ，Ｓ２８Ｅを１組の光路変換部として、レーザビームＡ，Ｂの分割及び再配置が行われる。

従って、光路変換装置１Ｅでも、扁平したレーザビーム束が欠けることなく長手方向に分割され、分割された各レーザビームが、欠けることなく約９０度回転して再配置される。これにより、光路変換装置１Ｅに入射する光が通る入射開口４００と、光路変換装置１Ｅから出射した再配置後の光が通る出射開口５００の形状は等しくなり、有効開口がほぼ１００％となる。

また、第１の反射面群Ｓ１０Ｅを構成する各入射反射面Ｓ１１Ｅ〜Ｓ１８Ｅは、光源からの距離が実質的に等しく配置され、更に、第２の反射面群Ｓ２０Ｅを構成する各出射反射面Ｓ２１Ｅ〜Ｓ２８Ｅは、光源からの距離が実質的に等しく配置されることで、光路変換装置１Ｅでも、各レーザビームの光路長がほぼ等しくなって、各発光点のずれを抑制することができる。

＜光路変換装置の製造方法例＞
図７及び図８は第５の実施の形態の光路変換装置１Ｅの製造方法の一例を示す工程説明図で、次に、光路変換装置の製造方法の実施の形態について説明する。

まず、図７（ａ）に示すように、所定の厚さを有した平板状の金属板材７００の一方の面７０１に、入射反射面Ｓ１１Ｅ〜Ｓ１８Ｅあるいは出射反射面Ｓ２１Ｅ〜Ｓ２８Ｅとなる反射面形成溝７０２を作成する。反射面形成溝７０２は、断面形状がＶ字形状で、入射反射面及び出射反射面の数に応じて、本例では４本の反射面形成溝７０２が作成される。

並列した反射面形成溝７０２のピッチＰ１は、図示しない発光部のピッチに応じて設定され、本例では約１ｍｍに設定される。また、各反射面形成溝７０２の開き角α１は、本例では約１２０度に設定される。なお、反射面形成溝７０２の開き角α１の算出方法については後述する。

次に、図７（ｂ）に示すように、反射面形成溝７０２が作成された金属板材７００を、反射面形成溝７０２の延在方向に対して直交し、かつ面７０１に対して所定の角度で傾斜した接合面７０３で切断する。接合面７０３の切断角度α２は、本例では約５４．７４度に設定される。なお、接合面７０３の切断角度α２の算出方法については後述する。

接合面７０３で切断された金属板材７００は、反射面形成溝７０２で入射反射面Ｓ１１Ｅ〜Ｓ１８Ｅを形成した第１の光学ブロック６１０か、反射面形成溝７０２で出射反射面Ｓ２１Ｅ〜Ｓ２８Ｅを形成した第２の光学ブロック６２０となる。

次に、図８に示すように、接合面７０３で切断された２つの金属板材７００を、反射面形成溝７０２を向かい合わせることで、一方を第１の光学ブロック６１０とすると共に、他方を第２の光学ブロック６２０として、接合面７０３で接合する。

これにより、入射反射面Ｓ１１Ｅ〜Ｓ１８Ｅを有した第１の反射面群Ｓ１０Ｅと、出射反射面Ｓ２１Ｅ〜Ｓ２８Ｅを有した第２の反射面群Ｓ２０Ｅが形成された光路変換装置１Ｅが作成される。

次に、反射面形成溝７０２の開き角α１の算出方法について説明する。

複数の入射反射面Ｓ１１Ｅ〜Ｓ１８Ｅの中で、１つの組である入射反射面Ｓ１１Ｅ，Ｓ１２Ｅを例に説明すると、入射反射面Ｓ１１Ｅと入射反射面Ｓ１２Ｅの法線ベクトル同士の内角は、以下の式（１）に示される。

Ｓ１１Ｅ・Ｓ１２Ｅ＝│Ｓ１１Ｅ││Ｓ１２Ｅ│ｃｏｓθ・・・（１）
式（１）から、ｃｏｓθ＝２／４で、θ＝６０度となる。従って、入射反射面Ｓ１１Ｅと入射反射面Ｓ１２Ｅの開き角は約１２０度になる。これにより、入射反射面Ｓ１１Ｅと入射反射面Ｓ１２Ｅを構成する反射面形成溝７０２の開き角α１は約１２０度となり、１つの組となる入射反射面同士及び出射反射面同士の開き角は、それぞれ約１２０度となる。

次に、接合面７０３の切断角度α２の算出方法について、入射反射面Ｓ１１Ｅと入射反射面Ｓ１２Ｅを例に説明する。

入射反射面Ｓ１１Ｅと入射反射面Ｓ１２Ｅで形成される交線の方向ベクトルａは、入射反射面Ｓ１１Ｅ，Ｓ１２Ｅの法線ベクトルと直交するので、Ｓ１１Ｅ・ａ＝０、Ｓ１２Ｅ・ａ＝０となり、ａ＝（０，１，√２）と求まる。

方向ベクトルａとｙ軸の方向ベクトルｅ_y＝（０，１，０）との内角は、以下の式（２）に示される。

ａ・ｅ_y＝│ａ││ｅ_y│ｃｏｓθ・・・（２）
式（２）から、ｃｏｓθ＝１／√３で、θ＝５４．７４度となる。従って、接合面７０３の切断角度α２は、約５４．７４度となる。

以上説明した光路変換装置１Ｅの製造方法では、反射面となるＶ字形状の反射面形成溝７０２を形成した金属板材７００を、接合面７０３において所定の角度で切断し、２つの金属板材７００を向かい合わせて接合して第１の反射面群Ｓ１０Ｅと第２の反射面群Ｓ２０Ｅを作成したので、各反射面の交線が形状不良となることを防ぐことができる。従って、反射面で反射する光の損失を抑制することができる。

＜第１の実施の形態のレーザモジュールの構成例＞
図９は第１の実施の形態のレーザモジュールの一例を示す構成図で、図９（ａ）は第１の実施の形態のレーザモジュール８００Ａの平面図、図９（ｂ）はレーザモジュール８００Ａの側面図である。

第１の実施の形態のレーザモジュール８００Ａは、アレイ化した光源に対応した例えば図６で説明した光路変換装置１Ｅと、レーザビームを出射するバーレーザ８０１と、バーレーザ８０１から出射されたレーザビームを光路変換装置１Ｅに結合させる第１の光学系８０２と、光路変換装置１Ｅで再配置されたレーザビームを光ファイバ８０３に結合させる第２の光学系８０４を備える。

バーレーザ８０１は、半導体レーザの活性層ストライプの発光端面で一の方向に長い図示しない発光部が形成され、例えば１０個程度の複数の発光部が、その長手方向に沿って一列に配置される。

第１の光学系８０２は入射光集光部材の一例で、バーレーザ８０１から出射されたレーザビームＣの垂直方向の放射角を狭めてほぼ平行にするＦＡＣ（fast axis collimating）レンズ８０２ａと、バーレーザ８０１から出射されたレーザビームＣの水平方向の放射角を狭めてほぼ平行にするＳＡＣ（slow axis collimating）レンズ８０２ｂとを備える。

第２の光学系８０４は出射光集光部材の一例で、光路変換装置１Ｅで再配置されたレーザビームＣ′をほぼ平行にするシリンドリカルレンズ８０４ａと、シリンドリカルレンズ８０４ａでほぼ平行にされたレーザビームＣ′を、光ファイバ８０３の入射端面に集光するフォーカスレンズ８０４ｂとを備える。

レーザモジュール８００Ａは、例えば、光ファイバ８０３が接続された図示しないパッケージに、バーレーザ８０１、第１の光学系８０２、光路変換装置１Ｅ、反射プリズム３００及び第２の光学系８０４が実装されてモジュール化される。

＜第１の実施の形態のレーザモジュールの動作例＞
次に、図９等を参照して、第１の実施の形態のレーザモジュール８００Ａの動作の一例について説明する。

レーザモジュール８００Ａは、バーレーザ８０１から一の方向に扁平したパターンでレーザビームＣが出射される。ここで、扁平したレーザビームＣの長手方向がｘ軸に沿った方向、レーザビームＣの出射方向がｚ軸に沿った方向とする。

バーレーザ８０１から出射されたレーザビームＣは、ＦＡＣレンズ８０２ａを透過することで垂直方向（ｙ軸方向）の放射角が狭められ、更に、ＳＡＣレンズ８０２ｂを透過することで水平方向（ｘ軸方向）の放射角が狭められて、ほぼ平行にされる。

バーレーザ８０１から出射され、ＦＡＣレンズ８０２ａ及びＳＡＣレンズ８０２ｂを透過してほぼ平行にされたレーザビームＣは、反射プリズム３００で反射して光路変換装置１Ｅの第１の反射面群Ｓ１０Ｅに入射する。

光路変換装置１Ｅの第１の反射面群Ｓ１０Ｅに入射したレーザビームＣは、図６で説明したように、入射反射面Ｓ１１Ｅ〜Ｓ１８Ｅで反射することで長手方向に分割され、更に、出射反射面Ｓ２１Ｅ〜Ｓ２８Ｅで反射することで所定の角度回転して再配置されて、第２の反射面群Ｓ２０Ｅから出射する。

再配置されて光路変換装置１Ｅから出射したレーザビームＣ′は、反射プリズム３００で反射し、シリンドリカルレンズ８０４ａを透過することでほぼ平行にされ、フォーカスレンズ８０４ｂを透過することで光ファイバ８０３の入射端面に集光されて、光ファイバ８０３に入射する。

図６等で説明した光路変換装置１Ｅで再配置されたレーザビームＣ′は、扁平した出射パターンのレーザビームを長手方向に分割し、分割した各レーザビームをそれぞれ光軸を中心に所定の角度回転させたものであり、かつ、分割して回転した各レーザビームの発光点のずれが抑制されている。

これにより、レーザモジュール８００Ａでは、バーレーザ８０１から出射された扁平したパターンのレーザビームを、光路変換装置１Ｅの後段にフォーカスレンズ８０４ｂを備えることで狭い範囲に焦点を合わせることができる。そして、光路変換装置１Ｅは、ほぼ１００％の有効開口を持つため、バーレーザ８０１から出射された扁平したレーザビームを、高効率で光ファイバ８０３に集光することができる。

＜第２の実施の形態のレーザモジュールの構成例＞
図１０は第２の実施の形態のレーザモジュールの一例を示す構成図で、図１０（ａ）は第２の実施の形態のレーザモジュール８００Ｂの平面図、図１０（ｂ）はレーザモジュール８００Ｂの側面図である。

第２の実施の形態のレーザモジュール８００Ｂは、光源として複数のバーレーザ８０１をスタック化したものである。すなわち、レーザモジュール８００Ｂは、図示しない発光部の長手方向に対して直交する方向に、本例では５個のバーレーザ８０１が積層される。

各バーレーザ８０１から出射されたレーザビームを、光路変換装置１Ｅに結合させる入射光集光部材としての第１の光学系８０５は、各バーレーザ８０１毎にＦＡＣレンズ８０２ａとＳＡＣレンズ８０２ｂを備える。また、各バーレーザ８０１から出射され、ＦＡＣレンズ８０２ａとＳＡＣレンズ８０２ｂでほぼ平行にされたレーザビームＤを集光するシリンドリカルレンズ８０５ａと、シリンドリカルレンズ８０５ａで集光されたレーザビームＤをほぼ平行にするシリンドリカルレンズ８０５ｂを備える。

光路変換装置１Ｅで再配置されたレーザビームＤ′を光ファイバ８０３に結合させる第２の光学系８０４は、第１の実施の形態のレーザモジュール８００Ａと同様に、レーザビームＤ′をほぼ平行にするシリンドリカルレンズ８０４ａと、シリンドリカルレンズ８０４ａでほぼ平行にされたレーザビームＤ′を、光ファイバ８０３の入射端面に集光するフォーカスレンズ８０４ｂとを備える。

＜第２の実施の形態のレーザモジュールの動作例＞
次に、図１０等を参照して、第２の実施の形態のレーザモジュール８００Ｂの動作の一例について説明する。

レーザモジュール８００Ｂは、各バーレーザ８０１から一の方向に扁平したパターンでレーザビームが出射される。各バーレーザ８０１から出射されたレーザビームは、ＦＡＣレンズ８０２ａを透過することで垂直方向（ｙ軸方向）の放射角が狭められ、更に、ＳＡＣレンズ８０２ｂを透過することで水平方向（ｘ軸方向）の放射角が狭められて、ほぼ平行にされる。

各バーレーザ８０１から出射され、ＦＡＣレンズ８０２ａ及びＳＡＣレンズ８０２ｂを透過してほぼ平行にされることで、一の方向に扁平し、かつ一の方向に直交した他の方向に積層したパターンのレーザビームＤは、シリンドリカルレンズ８０５ａを透過することで集光され、シリンドリカルレンズ８０５ｂを透過することで光路変換装置１Ｅに入射する大きさとなるようにほぼ平行にされる。そして、反射プリズム３００で反射して光路変換装置１Ｅの第１の反射面群Ｓ１０Ｅに入射する。

光路変換装置１Ｅの第１の反射面群Ｓ１０Ｅに入射したレーザビームＤは、図６で説明したように、入射反射面Ｓ１１Ｅ〜Ｓ１８Ｅで反射することで長手方向に分割され、更に、出射反射面Ｓ２１Ｅ〜Ｓ２８Ｅで反射することで所定の角度回転して再配置されて、第２の反射面群Ｓ２０Ｅから出射する。

再配置されて光路変換装置１Ｅから出射したレーザビームＤ′は、反射プリズム３００で反射し、シリンドリカルレンズ８０４ａを透過することでほぼ平行にされ、フォーカスレンズ８０４ｂを透過することで光ファイバ８０３の入射端面に集光されて、光ファイバ８０３に入射する。

第２の実施の形態のレーザモジュール８００Ｂでは、光路変換装置１Ｅの前段に、２組のシリンドリカルレンズ８０５ａ，８０５ｂを備えることで、スタックされた複数のバーレーザ８０１から出射されたレーザビームを、光路変換装置１Ｅに入射することができる。

これにより、レーザモジュール８００Ｂでは、スタック化された複数のバーレーザ８０１から出射されたレーザビームを、光路変換装置１Ｅの後段に備えたフォーカスレンズ８０４ｂで狭い範囲に焦点を合わせることができ、高出力化が可能となる。

なお、上述した第１の実施の形態のレーザモジュール８００Ａ及び第２の実施の形態のレーザモジュール８００Ｂでは、レーザビームを分割して再配置する光路変換装置として、図６で説明した光路変換装置１Ｅを例に説明したが、バーレーザ８０１の図示しない発光部の数に応じて、図１で説明した光路変換装置１Ａや図３で説明した光路変換装置１Ｂでも良いし、図４で説明した光路変換装置１Ｃや図５で説明した光路変換装置１Ｄでも良い。

本発明は、固体レーザやファイバレーザ励起の光源、切削加工等の光源等に適用される。

第１の実施の形態の光路変換装置の一例を示す全体斜視図である。 光路変換装置の詳細を示す説明図である。 第２の実施の形態の光路変換装置の一例を示す全体斜視図である。 第３の実施の形態の光路変換装置の一例を示す全体斜視図である。 第４の実施の形態の光路変換装置の一例を示す全体斜視図である。 第５の実施の形態の光路変換装置の一例を示す全体斜視図である。 第５の実施の形態の光路変換装置の製造方法の一例を示す工程説明図である。 第５の実施の形態の光路変換装置の製造方法の一例を示す工程説明図である。 第１の実施の形態のレーザモジュールの一例を示す構成図である。 第２の実施の形態のレーザモジュールの一例を示す構成図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｅ・・・光路変換装置、Ｓ１０Ａ〜Ｓ１０Ｅ・・・第１の反射面群、Ｓ２０Ａ〜Ｓ２０Ｅ・・・第２の反射面群、Ｓ１１Ａ〜Ｓ１２Ａ・・・入射反射面、Ｓ１１Ｂ〜Ｓ１２Ｂ・・・入射反射面、Ｓ１１Ｃ〜Ｓ１８Ｃ・・・入射反射面、Ｓ１１Ｄ〜Ｓ１８Ｄ・・・入射反射面、Ｓ１１Ｅ〜Ｓ１８Ｅ・・・入射反射面、Ｓ２１Ａ〜Ｓ２２Ａ・・・出射反射面、Ｓ２１Ｂ〜Ｓ２２Ｂ・・・出射反射面、Ｓ２１Ｃ〜Ｓ２８Ｃ・・・出射反射面、Ｓ２１Ｄ〜Ｓ２８Ｄ・・・出射反射面、Ｓ２１Ｅ〜Ｓ２８Ｅ・・・出射反射面、Ｓ４００・・・入射開口、５００・・・出射開口、６１０・・・第１の光学ブロック、６２０・・・第２の光学ブロック、７００・・・金属板材、７０２・・・反射面形成溝、７０３・・・接合面、８００Ａ，８００Ｂ・・・レーザモジュール、８０１・・・バーレーザ、８０２ａ・・・ＦＡＣレンズ、８０２ｂ・・・ＳＡＣレンズ、８０３・・・光ファイバ、８０４ａ・・・シリンドリカルレンズ、８０４ｂ・・・フォーカスレンズ、８０５ａ・・・シリンドリカルレンズ、８０５ｂ・・・シリンドリカルレンズ

Claims (9)

1. 一の方向に長い扁平した出射パターンを有し、かつ長手方向に沿って２本以上が並列して進行する光を分割し、分割されたそれぞれの光を回転させて再配置する光路変換装置であって、
   入射した光を反射することで、扁平した出射パターンの光を長手方向に分割し、分割したそれぞれの光を、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、
   前記第１の反射面群は、第１の方向に進行する光を、第１の方向と異なる２つの方向である第２の方向か第３の方向へと交互に反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の入射反射面を備え、
   前記第２の反射面群は、前記第１の反射面群で反射して第２の方向に進行する光と第３の方向に進行する光を、同一の方向である第４の方向へと反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の出射反射面を備えた
   ことを特徴とする光路変換装置。
2. 前記入射反射面同士が交差する交線及び前記出射反射面同士が交差する交線の射影が、扁平した出射パターンの光の長手方向あるいは短手方向に対して平行な向きとして、前記第１の反射面群及び前記第２の反射面群が配置される
   ことを特徴とする請求項１記載の光路変換装置。
3. 前記第１の反射面群のそれぞれの入射反射面は、光源からの距離が等しく配置され、前記第１の反射面群で反射した光が入射する前記第２の反射面群のそれぞれの出射反射面は、光源からの距離が等しく配置される
   ことを特徴とする請求項１記載の光路変換装置。
4. 前記第１の反射面群及び前記第２の反射面群は、入射する光の波長に対して所望の透過率を有した透明な光学部材で一体に構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の光路変換装置。
5. 前記第１の反射面群及び前記第２の反射面群は、入射する光の波長に対して所望の反射率を有したミラー面で構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の光路変換装置。
6. 金属板材の一の面に、Ｖ字形状の反射面形成溝を少なくとも１本作成し、
   前記反射面形成溝が作成された前記金属板材を、前記反射面形成溝の延在方向に対して直交し、かつ、前記一の面に対して所定の角度で切断して接合面を作成し、
   一対の前記金属板材を、前記反射面形成溝を向かい合わせて前記接合面で接合して、
   接合された一方の前記金属板材の前記反射面形成溝で、第１の方向に進行する光を、第１の方向と異なる２つの方向である第２の方向か第３の方向へと交互に反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の入射反射面を形成して第１の反射面群を作成し、
   接合された他方の前記金属板材の前記反射面形成溝で、第２の方向に進行する光と第３の方向に進行する光を、同一の方向である第４の方向へと反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の出射反射面を形成して第２の反射面群を作成する
   ことを特徴とする光路変換装置の製造方法。
7. 一の方向に長い発光部が、その長手方向に沿って２つ以上並ぶ発光素子と、
   前記発光素子から出射された光を分割し、分割されたそれぞれの光を回転させて再配置する光路変換装置とを備えたレーザモジュールであって、
   前記光路変換装置は、前記発光素子から出射された光を反射することで、扁平した出射パターンの光を長手方向に分割し、分割したそれぞれの光を、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、
   前記第１の反射面群は、第１の方向に進行する光を、第１の方向と異なる２つの方向である第２の方向か第３の方向へと交互に反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の入射反射面を備え、
   前記第２の反射面群は、前記第１の反射面群で反射して第２の方向に進行する光と第３の方向に進行する光を、同一の方向である第４の方向へと反射する所定の角度で交差して隙間無く配列された複数の出射反射面を備えた
   ことを特徴とするレーザモジュール。
8. 前記光路変換装置から出射した光を集光する出射光集光部材と、
   前記出射光集光部材で集光した光が入射する光ファイバと
   を備えたことを特徴とする請求項７記載のレーザモジュール。
9. 前記発光素子を、前記発光部の長手方向と直交する方向に積層すると共に、
   それぞれの前記発光素子から出射された光を前記光路変換装置に集光する入射光集光部材を備えた
   ことを特徴とする請求項７記載のレーザモジュール。
   
   

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