JP6390920B2 - 半導体レーザ光源装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体レーザ光源装置に関する。

従来、流体の流れや速度を計測する方法として、ＰＩＶ（Particle Image Velocimetry）と呼ばれる技術が知られている。ＰＩＶとは、流体にトレーサ粒子と呼ばれる微小粒子を混入し、当該トレーサ粒子にシート状のレーザ光を照射して得られる散乱光を撮影することで、流体の流動を可視化して計測する技術である。

例えば特許文献１には、ＰＩＶの光源にＮｄ：ＹＡＧレーザを使用し、レーザ光をシート状に変換することが記載されている。また特許文献２には、ＰＩＶの光源にアルゴンレーザを使用し、レーザ光を回転するポリゴンミラーに入射することでシート状に走査することが記載されている。

特開２００７−０８５７８４号公報 特開２０１０−１１７１９０号公報

ところで、本発明者の鋭意研究によれば、従来のＰＩＶには次のような問題が生じることが分かった。以下、図１４を参照して具体的に説明する。

図１４は、従来のＰＩＶにおける光源装置２００が生成するシート状のレーザ光Ｌ’を示す模式図である。図１４（ａ）は光源装置２００を−ｘ方向にみたときの図であり、図１４（ｂ）は光源装置２００を−ｙ方向にみたときの図である。シート状のレーザ光Ｌ’は、トレーサ粒子１２を照射する。シート状のレーザ光Ｌ’は、図１４（ａ）に示すように、ｙ方向に拡がりつつ進行する。またシート状のレーザ光Ｌ’は、図１４（ｂ）に示すように、ｘ方向に拡がることなく一定の幅を有する。

ここで、トレーサ粒子１２が照射されると、当該粒子１２により影１３が生じる（図１４（ａ）及び図１４（ｂ）参照）。そのため従来のＰＩＶでは、影１３の領域に浮遊するトレーサ粒子１２ａを観測することができず、計測結果の精度が低下するという問題があった。

本発明は、ＰＩＶにおいて、トレーサ粒子の影に起因して計測結果の精度が低下することを抑制可能な技術を提供することを目的とする。

本発明の半導体レーザ光源装置は、
第一の方向に拡がり、且つ、前記第一の方向に直交する第二の方向に所定の幅を有して進行するレーザシートを射出する半導体レーザ光源装置であって、
前記第一の方向に並ぶ複数のエミッタを含む光源部と、
複数の前記エミッタから射出されたレーザ光を、前記第二の方向において平行に変換するレンズと、を有し、
前記レーザシートは、前記レンズから射出された平行光が重なり合うことによって形成され、
前記レンズは、複数の前記エミッタごとに、それぞれの前記エミッタから射出された前記レーザ光を前記第二の方向において平行に変換する複数のレンズ領域を含み、
複数の前記エミッタのうちの少なくとも二つの前記エミッタと、二つの前記エミッタに対応する二つの前記レンズ領域と、において、それぞれの前記エミッタの前記第二の方向における位置を基準としたとき、前記エミッタに対応する前記レンズ領域の前記第二の方向における位置が異なることを特徴とする。

上記構成によれば、複数のエミッタのうち少なくとも二つのエミッタと、二つのエミッタに対応する二つのレンズ領域と、において、エミッタと、エミッタに対応するレンズ領域との、第二の方向に関する相対的な位置関係が相違する。これにより、少なくとも二つのエミッタから射出されたレーザ光は、レンズ領域により平行光に変換されると、同一方向に進行することなく所定の角度をなして進行する。その結果、トレーサ粒子による影の領域を低減することができ、ＰＩＶの計測結果の精度が低下することを抑制できる。

また、上記構成において、
複数の前記レンズ領域のうち少なくとも二つの前記レンズ領域において、
一方の前記レンズ領域の光軸は、前記第一の方向と前記第二の方向との双方に直交する第三の方向からみたとき、一方の前記レンズ領域に対応する前記エミッタよりも前記第二の方向にずれており、
他方の前記レンズ領域の光軸は、前記第三の方向からみたとき、他方の前記レンズ領域に対応する前記エミッタよりも前記第二の方向と反対方向にずれているものとしても構わない。

上記構成によれば、少なくとも二つのエミッタから射出されたレーザ光は、レンズ領域により平行光に変換されると、光軸に対して逆向きに傾いて進行する。これにより、トレーサ粒子による影の領域をより低減することができ、ＰＩＶの計測結果の精度の低下をより抑制できる。

また、上記構成において、
前記光源部は、複数の前記エミッタが前記第一の方向に並び、前記第一の方向を遅軸方向とし、前記第二の方向を速軸方向とする半導体レーザアレイを含み、
前記半導体レーザアレイは、前記第一の方向と前記第二の方向との双方に直交する第三の方向からみたとき、前記第二の方向と反対方向に突き出すように湾曲しているものとしても構わない。

上記構成によれば、少なくとも二つのエミッタと、二つのエミッタに対応する二つのレンズ領域とにおいて、エミッタと、エミッタに対応するレンズ領域との、第二の方向に関する相対的な位置関係が相違する形態を、半導体レーザアレイが湾曲することによって実現できる。

また、上記構成において、
前記光源部は、１つの前記エミッタを含む複数の半導体レーザ素子を有してなり、
複数の前記半導体レーザ素子のうち少なくとも二つの前記半導体レーザ素子において、前記第二の方向における位置が互いに異なるものとしても構わない。

上記構成によれば、少なくとも二つのエミッタと、二つのエミッタに対応する二つのレンズ領域とにおいて、エミッタと、エミッタに対応するレンズ領域との、第二の方向に関する相対的な位置関係が相違する形態を、少なくとも二つの半導体レーザ素子の第二の方向における位置をずらすことによって実現できる。

また、上記構成において、
複数の前記レンズ領域のうち、少なくとも二つの前記レンズ領域の光軸は、前記第二の方向における位置が互いに異なるように配置されているものとしても構わない。

上記構成によれば、少なくとも二つのエミッタと、二つのエミッタに対応する二つのレンズ領域とにおいて、エミッタと、エミッタに対応するレンズ領域との、第二の方向に関する相対的な位置関係が相違する形態を、少なくとも二つのレンズ領域の光軸の第二の方向における位置をずらすことによって実現できる。

また、上記構成において、
複数の前記レンズ領域の光軸は、前記第一の方向と前記第二の方向との双方に直交する第三の方向からみたとき、直線状に並び、
前記レンズは、前記第三の方向からみたとき、前記第一の方向から所定の角度だけ傾斜しているものとしても構わない。

上記構成によれば、少なくとも二つのエミッタと、二つのエミッタに対応する二つのレンズ領域とにおいて、エミッタと、エミッタに対応するレンズ領域との、第二の方向に関する相対的な位置関係が相違する形態を、レンズを第一の方向から所定の角度だけ傾斜させることによって実現できる。

本発明の半導体レーザ光源装置によれば、ＰＩＶにおいてトレーサ粒子の影に起因して計測結果の精度が低下することを抑制することができる。

ＰＩＶの概要を説明するための模式図である。 第一実施形態の半導体レーザ光源装置を説明するための模式図である。 半導体レーザアレイから射出されるレーザ光を説明するための模式図である。 第一実施形態の半導体レーザ光源装置を説明するための模式図である。 第一実施形態の半導体レーザ光源装置を説明するための模式図である。 第一実施形態の半導体レーザ光源装置を説明するための模式図である。 第一実施形態の半導体レーザ光源装置による作用効果を説明するための模式図である。 第二実施形態の半導体レーザ光源装置を説明するための模式図である。 第二実施形態の半導体レーザ光源装置を説明するための模式図である。 第三実施形態の半導体レーザ光源装置を説明するための模式図である。 第三実施形態の半導体レーザ光源装置を説明するための模式図である。 第四実施形態の半導体レーザ光源装置を説明するための模式図である。 第四実施形態の半導体レーザ光源装置を説明するための模式図である。 従来の光源装置を説明するための模式図である。

実施形態の半導体レーザ光源装置につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

（第一実施形態）
［ＰＩＶの概要］
第一実施形態における半導体レーザ光源装置１について説明する。半導体レーザ光源装置１は、ＰＩＶ（Particle Image Velocimetry）の光源に使用される。まず初めに図１を参照してＰＩＶの概要について説明する。

図１に示すように、半導体レーザ光源装置１は半導体レーザアレイ３を含む。図１では半導体レーザアレイ３の長手方向をｙ方向とし、半導体レーザアレイ３の短手方向をｚ方向とし、ｙ方向及びｚ方向に直交する方向をｘ方向としている。なお、ｘ方向が「第二の方向」に対応し、ｙ方向が「第一の方向」に対応し、ｚ方向が「第三の方向」に対応する。

半導体レーザ光源装置１は、シート状のレーザ光ＬＳを射出する。以下、シート状のレーザ光ＬＳを「レーザシートＬＳ」と呼ぶ。レーザシートＬＳは、ｘ方向に比較的小さい幅を有し、ｙ方向に拡がりつつ進行する光である。一例として、レーザシートＬＳのｘ方向の幅は、半導体レーザアレイ３からｚ方向に少なくとも１〜２ｍ離れた領域において、１．８〜２．５ｍｍ以下である。なお、レーザシートＬＳは、半導体レーザアレイ３からｚ方向に少なくとも１〜２ｍ離れた領域において、ｙ方向に１ｍ程度の幅を有している。すなわち、この領域においては、ｘ方向の幅はｙ方向の幅と比較して極めて小さい。

詳細は後述するが、半導体レーザ光源装置１は、レーザ光Ｌを射出するエミッタを複数含み、各エミッタから射出されるレーザ光Ｌを、特定の方向に平行な平行光ＬＰに変換する（図１参照）。本明細書において「平行光」とは、ｘ方向に一定の幅（一例として、１．５ｍｍ）を有し、ｙ方向に拡がりつつ進行する光である。なお、図１では便宜的に、４つのエミッタから射出されるレーザ光Ｌ、及び当該レーザ光が変換された後の光である平行光ＬＰを示している。また、１つのエミッタから射出され、平行光に変換される前のレーザ光Ｌには右斜線を付し、変換された後の平行光ＬＰには左斜線を付している。

図１に示すように、各エミッタからの平行光ＬＰは、互いに重なり合うことによりレーザシートＬＳを形成する。なお、レーザシートＬＳは、全てのエミッタから射出された光が必ずしも重なり合う必要はなく、少なくとも複数のエミッタから射出された光が重なり合うことで形成されるものであればよい。

計測対象の流体には、トレーサ粒子１２が混入されている。なお、図１では、流体自体は図示していないが、所定の流体内に多数のトレーサ粒子１２が混入されており、この流体に対してレーザシートＬＳが照射された状況において、当該レーザシートＬＳが照射された領域内に位置しているトレーサ粒子１２の一部のみが図示されている。トレーサ粒子１２は、一例として、ポリスチレン等の樹脂からなる微小粒子、水及びオイルを噴霧化した微小な液滴、プラスチック製の微小粒子、煙等である。半導体レーザ光源装置１から射出されたレーザシートＬＳが、流体内のトレーサ粒子１２に照射されると、散乱光が生成される。

撮影装置１４は、トレーサ粒子１２からの散乱光を撮影し、撮影した画像を画像処理装置１５に出力する。なお、一例として撮影装置１４は１秒間に１０００フレームの画像を撮影する。画像処理装置１５は、入力された画像を基に、流体の速度を算出する。なお、流体の速度の算出方法は既知の技術であるため（例えば上記の特許文献１及び特許文献２を参照）、本明細書では説明を省略する。

［構成］
続いて、半導体レーザ光源装置１の構成について説明する。図１に示すように、半導体レーザ光源装置１は、半導体レーザアレイ３、サブマウント５、ヒートシンク７、及びシリンドリカルレンズ９を備える。図１は、ヒートシンク７の上方にサブマウント５が配置され、サブマウント５の上方に半導体レーザアレイ３が配置されてなる半導体レーザ光源装置１を、上方から見たときの模式的な平面図として図示されている。なお図１には示されていないが、半導体レーザ光源装置１は、半導体レーザアレイ３及びサブマウント５の間、及び、サブマウント５及びヒートシンク７の間にハンダ層を含む。なお、半導体レーザアレイ３が「光源部」に対応し、シリンドリカルレンズ９が「レンズ」に対応する。

以下、図２を参照して半導体レーザ光源装置１の構成について具体的に説明する。

図２は、図１の半導体レーザ光源装置１を紙面左方向、即ち−ｚ方向にみたときの模式的な図である。なお図２において、説明の便宜上、シリンドリカルレンズ９については外縁を示している。

半導体レーザアレイ３は、端面発光型の半導体レーザ素子がアレイ状に複数配置されて構成されている。半導体レーザアレイ３は、ｚ方向に垂直な面（図面上はｘｙ平面に対応する）である側面３０を含み、この側面３０からレーザ光を射出する。

半導体レーザアレイ３は、側面３０上にｙ方向に複数配置されたエミッタ３１を含む。図２に示される半導体レーザアレイ３では、エミッタ３１の配置方向であるｙ方向が、半導体レーザアレイ３の長手方向に対応している。エミッタ３１ａは、ｙ方向に関して側面３０の中央に位置するエミッタである。エミッタ３１ｂは、ｙ方向に関して側面３０の一方の端部（即ち、＋ｙ方向側の端部）に位置するエミッタであり、エミッタ３１ｃは、ｙ方向に関して側面３０の他方の端部（即ち、−ｙ方向側の端部）に位置するエミッタである。一例として、半導体レーザアレイ３は、２００μｍのピッチで並ぶ２０個のエミッタ３１を含む。なお、図２では、便宜的に９個のエミッタ３１を図示している。

以下では、エミッタ３１ａを「中央のエミッタ３１ａ」と呼び、エミッタ３１ｂ、３１ｃをそれぞれ「端部のエミッタ３１ｂ」、「端部のエミッタ３１ｃ」と呼ぶことがある。

各エミッタ３１は、ｘ方向及びｙ方向の双方に拡がりつつ進行するレーザ光を射出する。図３に、半導体レーザアレイ３の中央のエミッタ３１ａから射出されるレーザ光Ｌを示す。図３に示すように、レーザ光Ｌは、ｘ方向及びｙ方向の双方に発散する。またレーザ光Ｌは、ｙ方向に比べてｘ方向に大きく発散する。即ち、レーザー光Ｌのｘ方向における発散角は、ｙ方向における発散角に比べて大きい。つまり、ｘ方向が「速軸方向」に対応し、ｙ方向が「遅軸方向」に対応する。なお、他のエミッタ３１から射出されるレーザ光もレーザ光Ｌと同様に進行する。

図２に戻って説明を続ける。半導体レーザアレイ３は、ハンダ層４によりサブマウント５と接合されている。ハンダ層４は、サブマウント５の上面に載置されている。なお、半導体レーザ光源装置１はサブマウント５を備えないものとしても構わない。

図２に示すように、半導体レーザアレイ３は、端部から中央に向かうほどサブマウント５に接近するように湾曲している。換言すると、半導体レーザアレイ３は、サブマウント５に向かう方向（即ち、−ｘ方向）に突き出すように湾曲している。半導体レーザアレイ３がこのように湾曲する理由については後述する。

半導体レーザアレイ３の温度は、レーザ光の射出に伴い上昇する。サブマウント５は、熱伝導率の高い材料により構成されており、半導体レーザアレイ３から生じる熱をヒートシンク７へ伝導する。

ハンダ層６は、ヒートシンク７の上面に載置されており、サブマウント５及びヒートシンク７を接合する。

ヒートシンク７は、サブマウント５から伝導された熱を半導体レーザ光源装置１の外部へ放出する。ヒートシンク７は、熱伝導率の高い金属によって構成されている。なお、半導体レーザ光源装置１はヒートシンク７を備えないものとしても構わない。

シリンドリカルレンズ９は、ｘ方向に光をコリメートするように配置されている。以下、シリンドリカルレンズ９について図４〜図６を参照して説明する。

［シリンドリカルレンズ］
図４は、シリンドリカルレンズ９を−ｚ方向（図１参照）にみたときの模式的な図である。なお、図４では説明の都合上、シリンドリカルレンズ９の後方（即ち、−ｚ方向側）に位置するエミッタ３１を破線で示している。

図４に示すように、シリンドリカルレンズ９は、ｙ方向に並ぶ複数のレンズ領域９１からなる。本実施形態において、シリンドリカルレンズ９は、エミッタ３１と同数のレンズ領域９１を含む。各レンズ領域９１は、各エミッタ３１に対向している。即ち、各エミッタ３１から射出されるレーザ光は、対向するレンズ領域９１に入射する。

各レンズ領域９１は、ｚ方向に平行な光軸ＯＡを有する。光軸ＯＡとは、各レンズ領域９１の中心及び各レンズ領域９１の焦点を結んだ直線である。

上述のように、半導体レーザアレイ３はサブマウント５に向かう方向（即ち、−ｘ方向）に突き出すように湾曲している。そのため、各エミッタ３１のｘ方向における位置と、当該エミッタ３１に対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡのｘ方向における位置とが相違する。具体的には図４に示すように、中央のエミッタ３１ａは、対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡから−ｘ方向に大きくずれる。また、端部のエミッタ３１ｂ、３１ｃは、対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡからｘ方向に大きくずれる。また、中央のエミッタ３１ａ及び端部のエミッタ３１ｂ、３１ｃの間に位置するエミッタ３１は、対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡからｘ方向または−ｘ方向に小さくずれる。一例として、中央のエミッタ３１ａと、端部のエミッタ３１ｂ、３１ｃとは、ｘ方向に０．５〜１．５μｍ離れている。なお、中央のエミッタ３１ａに対応するレンズ領域９１が「一方のレンズ領域」に対応し、端部のエミッタ３１ｂ、３１ｃに対応するレンズ領域９１が「他方のレンズ領域」に対応する。

レンズ領域９１は、対向するエミッタ３１から射出されるレーザ光Ｌを、平行光ＬＰに変換する。図５及び図６を参照して具体的に説明する。

図５は、図１の半導体レーザ光源装置１をＡ−Ａ線で切断したときの模式的な断面図である。なお、Ａ−Ａ線はｚ方向に平行であり、半導体レーザアレイ３の中央のエミッタ３１ａ（図２参照）を通過する。

図５に示すように、レーザ光Ｌは、レンズ領域９１に入射前においてｘ方向に拡がって進行する。レンズ領域９１は、レーザ光Ｌをｘ方向に一定の幅を有するよう変換する。換言すると、レンズ領域９１は、レーザ光Ｌのｘ方向への発散を抑制する。またレンズ領域９１は、図１に示すように、レーザ光Ｌのｙ方向における発散を保持する。即ちレンズ領域９１は、レーザ光Ｌのｙ方向における発散角を保持する。このようにレンズ領域９１は、対向するエミッタ３１ａから射出されるレーザ光Ｌを、ｘ方向に一定の幅を有し、ｙ方向に拡がりつつ進行する平行光ＬＰに変換する（図１及び図５参照）。

なお、上述したように、レーザ光をｘ方向に発散せずに一定の幅を有するように変換することを、本明細書では「ｘ方向において平行に変換する」と表現している。

図４を参照して上述したように、中央のエミッタ３１ａは、対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡに対し、−ｘ方向に位置する。そのため、中央のエミッタ３１ａから射出された光が変換された平行光ＬＰは、レンズ領域９１の光軸ＯＡに対し角度θ１（一例として０．１７〜０．５ｍｒａｄ）をなして進行する。より具体的には、この平行光ＬＰは、レンズ領域９１の光軸ＯＡに対しｘ方向に傾いて進行する。

図６は、図１の半導体レーザ光源装置１をＢ−Ｂ線で切断したときの模式的な断面図である。なお、Ｂ−Ｂ線はｚ方向に平行であり、半導体レーザアレイ３の端部のエミッタ３１ｃ（図２参照）を通過する。

図６に示すように、レンズ領域９１は、対向するエミッタ３１ｃから射出されるレーザ光Ｌを、ｘ方向に一定の幅を有し、ｙ方向に拡がりつつ進行する平行光ＬＰに変換する。上述のように、端部のエミッタ３１ｃは、対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡに対し、ｘ方向に位置する（図４参照）。そのため、端部のエミッタ３１ｃから射出された光が変換された平行光ＬＰは、レンズ領域９１の光軸ＯＡに対し角度θ２（一例として０．１７〜０．５ｍｒａｄ）をなして進行する。より具体的には、この平行光ＬＰは、レンズ領域９１の光軸ＯＡに対し−ｘ方向に傾いて進行する。

図５及び図６を参照して、中央のエミッタ３１ａ及び端部のエミッタ３１ｃによる平行光ＬＰについて説明したが、他のエミッタ３１による平行光ＬＰも同様に、レンズ領域９１の光軸ＯＡに対し、所定の角度をなして進行する。

上述のように中央のエミッタ３１ａ、及び、端部のエミッタ３１ｂ、３１ｃは、対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡからｘ方向または−ｘ方向に大きくずれる。そのため、変換後の平行光ＬＰは、光軸ＯＡに対して比較的大きい角度（θ１、θ２）をなして進行する（図５及び図６参照）。これに対し、中央のエミッタ３１ａ及び端部のエミッタ３１ｂ、３１ｃの間に位置するエミッタ３１は、対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡからｘ方向または−ｘ方向に小さくずれる。そのため、変換後の平行光ＬＰは、光軸ＯＡに対して比較的小さい角度をなして進行する。このように、エミッタ３１の位置と、対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡの位置との間のずれが大きいほど、平行光ＬＰは光軸ＯＡに対して大きく傾いて進行する。

［半導体レーザアレイが湾曲する理由］
続いて、半導体レーザアレイ３が図２に示すように湾曲する理由について説明する。

半導体レーザアレイ３及びサブマウント５は、加熱により溶融されたハンダ層４を介して重ね合わされた後、溶融されたハンダ層４が冷却により硬化することで接合される。ここで、ハンダ層４の加熱／冷却に伴い半導体レーザアレイ３及びサブマウント５も併せて加熱／冷却される。このとき、半導体レーザアレイ３及びサブマウント５は、加熱により膨張し、冷却により収縮する。

ここで、半導体レーザアレイ３及びサブマウント５は、異なる材料によって構成されている。そのため、半導体レーザアレイ３を構成する材料の熱膨張係数、及び、サブマウント５を構成する材料の熱膨張係数は相違する。一例として、半導体レーザアレイ３はＧａＡｓにより構成され、サブマウント５はＡｌＮにより構成されている。また、ＧａＡｓの熱膨張係数は６．６×１０−６／Ｋであり、ＡｌＮの熱膨張係数は４．６×１０−６／Ｋである。このように、半導体レーザアレイ３の熱膨張係数は、サブマウント５の熱膨張係数に比べて大きい。そのため、半導体レーザアレイ３がサブマウント５に比べて大きく収縮する結果、図２に示すようにサブマウント５に向かう方向（即ち、−ｘ方向）に突き出すように湾曲する。

［作用効果］
続いて、半導体レーザ光源装置１による作用効果について説明する。

図７は、第一実施形態の半導体レーザ光源装置１がレーザシートＬＳを射出する状態を−ｙ方向にみたときの模式的な図である。図７では便宜的に、中央のエミッタ３１ａ及び端部のエミッタ３１ｂ（又は端部のエミッタ３１ｃ）による平行光ＬＰのみを図示し、他のエミッタ３１による平行光ＬＰの図示を省略している。また、以下では説明の都合上、中央のエミッタ３１ａによる平行光ＬＰを「平行光ＬＰ１」と呼び、端部のエミッタ３１ｂ（又は端部のエミッタ３１ｃ）による平行光ＬＰを「平行光ＬＰ２」と呼ぶ。

図７に示すように、流体（図示略）及びトレーサ粒子（１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）は、シリンドリカルレンズ９から距離ｄだけ離れた範囲内に存在する。一例として、距離ｄは１〜２ｍである。

トレーサ粒子（１２ｂ、１２ｃ）は、平行光ＬＰ１及び平行光ＬＰ２が重なり合う領域に存在する。そのため、平行光ＬＰ１によるトレーサ粒子（１２ｂ、１２ｃ）の影は、平行光ＬＰ２により削減される。また、平行光ＬＰ２によるトレーサ粒子（１２ｂ、１２ｃ）の影は、平行光ＬＰ１により削減される。その結果、図７に示すように、トレーサ粒子（１２ｂ、１２ｃ）による影１３の領域は比較的小さい。

一方、トレーサ粒子（１２ｄ、１２ｅ）は、平行光ＬＰ１及び平行光ＬＰ２が重ならない領域に存在する。より具体的には、トレーサ粒子（１２ｄ、１２ｅ）は、平行光ＬＰ１及び平行光ＬＰ２のそれぞれが、図示しない他の平行光ＬＰと重なり合う領域に存在する。例えば平行光ＬＰ１は、平行光ＬＰ２よりも緩やかに−ｘ方向に傾いて進行する平行光ＬＰと重なり合う。そのため、平行光ＬＰ１によるトレーサ粒子１２ｄの影は、−ｘ方向に緩やかに傾いて進行する当該平行光ＬＰによって削減される。同様に、平行光ＬＰ２は、平行光ＬＰ１よりも緩やかにｘ方向に傾いて進行する平行光ＬＰと重なり合う。そのため、平行光ＬＰ２によるトレーサ粒子１２ｅの影は、ｘ方向に緩やかに傾いて進行する当該平行光ＬＰによって削減される。その結果、図７に示すように、トレーサ粒子（１２ｄ、１２ｅ）による影１３の領域は比較的小さい。

このように、第一実施形態の半導体レーザ光源装置１によれば、従来の光源装置２００に比べ、トレーサ粒子１２による影１３の領域を小さくすることができる。即ち、第一実施形態の半導体レーザ光源装置１によれば、観測不能なトレーサ粒子１２を減らすことができ、ＰＩＶの測定結果の精度を向上できる。

さらに、図７に示すように、中央のエミッタ３１ａによる平行光ＬＰ１はｘ方向に傾いて進行し、端部のエミッタ３１ｂによる平行光ＬＰ２は−ｘ方向に傾いて進行する。即ち、平行光ＬＰ１及び平行光ＬＰ２は、光軸ＯＡ（図示略）に対して逆向きに傾いて進行する。そのため、平行光ＬＰ１と平行光ＬＰ２とがなす角θ（即ち、θ１＋θ２）が比較的大きくなるため、トレーサ粒子１２による影をより削減することができる。

（第二実施形態）
［構成］
続いて、第二実施形態の半導体レーザ光源装置１００について説明する。第二実施形態の半導体レーザ光源装置１００は、第一実施形態の半導体レーザ光源装置１と比較して、半導体レーザアレイ３に代わり複数の半導体レーザ素子を備える点で相違するが、他の構成は同様である。以下、第二実施形態が第一実施形態と相違する点について図８及び図９を参照して説明する。

図８は、第二実施形態の半導体レーザ光源装置１００を−ｚ方向（図１参照）にみたときの模式的な図である。なお、図８では説明の便宜上、シリンドリカルレンズ９については外縁を示している。

図８に示すように半導体レーザ光源装置１００は、半導体レーザアレイ３に代わり、複数の半導体レーザ素子１０３を備える。図８では一例として、９個の半導体レーザ素子１０３を示している。半導体レーザ素子１０３は、ｘ方向における位置が相違するように配置されている。各半導体レーザ素子１０３は、ハンダ層４によりサブマウント５に接合される。なお、複数の半導体レーザ素子１０３が「光源部」に対応する。

各半導体レーザ素子１０３は、一つのエミッタ１０４を含む。エミッタ１０４は、ｘ方向及びｙ方向に拡がりつつ進行するレーザ光Ｌを射出する（図３参照）。

続いて図９を参照して、エミッタ１０４及びシリンドリカルレンズ９のｘ方向における位置について説明する。図９は、半導体レーザ光源装置１００のシリンドリカルレンズ９を−ｚ方向（図１参照）にみたときの模式的な図である。なお、図９では説明の都合上、シリンドリカルレンズ９の後方（即ち、−ｚ方向側）に位置するエミッタ１０４を破線で示している。

図９に示すように、各エミッタ１０４は、各レンズ領域９１に対向するように配置されている。即ち、各エミッタ１０４から射出されるレーザ光Ｌは、対向するレンズ領域９１に入射し、平行光ＬＰ（図５及び図６参照）に変換される。

また図９に示すように、各エミッタ１０４と、当該エミッタ１０４に対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡとにおいて、ｘ方向における位置が相違する。

具体的には、エミッタ（１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｇ、１０４ｉ）は、対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡに対してｘ方向に位置する。そのため、エミッタ（１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｇ、１０４ｉ）による平行光ＬＰは、レンズ領域９１の光軸ＯＡに対し−ｘ方向に傾いて進行する（図６参照）。なお、エミッタ（１０４ａ、１０４ｂ）は、エミッタ（１０４ｃ、１０４ｇ、１０４ｉ）に比べ、レンズ領域９１の光軸ＯＡからｘ方向に大きくずれる。そのため、エミッタ（１０４ａ、１０４ｂ）による平行光ＬＰは、エミッタ（１０４ｃ、１０４ｇ、１０４ｉ）による平行光ＬＰに比べて−ｘ方向に大きく傾いて進行する。

また、エミッタ（１０４ｄ、１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｈ）は、対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡに対して−ｘ方向に位置する。そのため、エミッタ（１０４ｄ、１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｈ）による平行光ＬＰは、レンズ領域９１の光軸ＯＡに対しｘ方向に傾いて進行する（図５参照）。なお、エミッタ（１０４ｄ、１０４ｅ）は、エミッタ（１０４ｆ、１０４ｈ）に比べ、レンズ領域９１の光軸ＯＡから−ｘ方向に大きくずれる。そのため、エミッタ（１０４ｄ、１０４ｅ）による平行光ＬＰは、エミッタ（１０４ｆ、１０４ｈ）による平行光ＬＰに比べてｘ方向に大きく傾いて進行する。

なお、半導体レーザ素子１０３は、ハンダ層４によりサブマウント５に接合される際、荷重を掛けられる。半導体レーザ素子１０３に掛ける荷重の大きさを変更することにより、半導体レーザ素子１０３のｘ方向における位置が調整される。あるいは、ハンダ層４の分量を調整することにより、半導体レーザ素子１０３のｘ方向における位置が調整される。一例として、エミッタ１０４ａ〜１０４ｉのうち最もｘ方向側に位置するエミッタ（１０４ａ、１０４ｂ）と、最も−ｘ方向側に位置するエミッタ（１０４ｄ、１０４ｅ）とは、ｘ方向に０．５〜１．５μｍ離れている。

本実施形態の半導体レーザ光源装置１００においても、第一実施形態の半導体レーザ光源装置１と同様の理由により、トレーサ粒子１２による影１３の領域を低減でき、ＰＩＶの測定結果の精度を向上できる。以下の実施形態についても同様である。

（第三実施形態）
［構成］
続いて、第三実施形態の半導体レーザ光源装置１１０について説明する。第三実施形態の半導体レーザ光源装置１１０は、第一実施形態の半導体レーザ光源装置１と比較して、、半導体レーザアレイ３が湾曲していない点、及び、シリンドリカルレンズ９に代わり後述のレンズ１１２を備える点で相違するが、他の構成は同様である。以下、第三実施形態が第一実施形態と相違する点について図１０を参照して説明する。

図１０は、第三実施形態の半導体レーザ光源装置１１０を−ｚ方向（図１参照）にみたときの模式的な図である。なお図１０において、説明の便宜上、レンズ１１２については外縁を示している。図１０に示すように半導体レーザ光源装置１１０は、シリンドリカルレンズ９（図２参照）に代わり、レンズ１１２を備える。また、半導体レーザアレイ３は湾曲しておらず、各エミッタ３１はｙ方向に直線状に並んでいる。

図１１にレンズ１１２を−ｚ方向（図１参照）にみたときの模式的な図を示す。なお、図１１では説明の都合上、レンズ１１２の後方（即ち、−ｚ方向側）に位置するエミッタ３１を破線で示している。

図１１に示すようにレンズ１１２は、複数のレンズ領域１１３からなる。各レンズ領域１１３は、光軸ＯＡのｘ方向における位置が相違するように配置されている。具体的には、レンズ領域（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ、１１３ｈ、１１３ｉ）は、対応するエミッタ３１に対して光軸ＯＡがｘ方向に位置するように配置されている。また、レンズ領域（１１３ｅ、１１３ｆ、１１３ｇ）は、対応するエミッタ３１に対して光軸ＯＡが−ｘ方向に位置するように配置されている。

なお、レンズ領域（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ、１１３ｈ、１１３ｉ）に対応するエミッタ３１による平行光ＬＰは、各レンズ領域１１３（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ、１１３ｈ、１１３ｉ）の光軸ＯＡに対し、ｘ方向に傾いて進行する（図５参照）。なお、レンズ領域（１１３ａ、１１３ｂ）では、レンズ領域（１１３ｃ、１１３ｄ、１１３ｈ、１１３ｉ）に比べ、光軸ＯＡの位置とエミッタ３１の位置とのずれが大きい。そのため、レンズ領域（１１３ａ、１１３ｂ）に対応するエミッタ３１による平行光ＬＰは、レンズ領域（１１３ｃ、１１３ｄ、１１３ｈ、１１３ｉ）に対応するエミッタ３１による平行光ＬＰに比べてｘ方向に大きく傾いて進行する。

また、レンズ領域（１１３ｅ、１１３ｆ、１１３ｇ）に対応するエミッタ３１による平行光ＬＰは、レンズ領域１１３の光軸ＯＡに対し−ｘ方向に傾いて進行する（図６参照）。なお、各レンズ領域（１１３ｅ、１１３ｆ、１１３ｇ）において、光軸ＯＡ及び対応するエミッタ３１は同じだけずれている。そのため、各レンズ領域（１１３ｅ、１１３ｆ、１１３ｇ）に対応するエミッタ３１による各平行光ＬＰは、同じ角度だけ−ｘ方向に傾いて進行する。一例として、レンズ領域１１３ａ、１１３ｂの光軸ＯＡと、レンズ領域１１３ｅ、１１３ｆ、１１３ｇの光軸ＯＡとは、ｘ方向に０．５〜１．５μｍ離れている。

（第四実施形態）
［構成］
続いて、第四実施形態の半導体レーザ光源装置１２０について説明する。第四実施形態の半導体レーザ光源装置１２０は、第一実施形態の半導体レーザ光源装置１と比較して、、半導体レーザアレイ３が湾曲していない点、及び、シリンドリカルレンズ９の向きにおいて相違するが、他の構成は同様である。以下、第四実施形態が第一実施形態と相違する点について図１２を参照して説明する。

図１２は、第四実施形態の半導体レーザ光源装置１２０を−ｚ方向（図１参照）にみたときの模式的な図である。なお図１２において、説明の便宜上、シリンドリカルレンズについては外縁を示している。図１２に示すように、半導体レーザ光源装置１２０において、シリンドリカルレンズ９は、ｙ方向から角度φ（一例として０．１３〜０．３８ｍｒａｄ）だけ傾いて配置されている。また、半導体レーザアレイ３は湾曲しておらず、各エミッタ３１はｙ方向に直線状に並んでいる。なお、角度φが「所定の角度」に対応する。

図１３にシリンドリカルレンズ９を−ｚ方向（図１参照）にみたときの模式的な図を示す。なお、図１３では説明の都合上、シリンドリカルレンズ９の後方（即ち、−ｚ方向側）に位置するエミッタ３１を破線で示している。

図１３に示すように、各エミッタ３１と、当該エミッタ３１に対応するレンズ領域９１の光軸ＯＡとにおいて、ｘ方向における位置が相違する。具体的には、レンズ領域（９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ、９１ｅ）は、対応するエミッタ３１に対して光軸ＯＡがｘ方向に位置するように配置されている。また、レンズ領域（９１ｆ、９１ｇ、９１ｈ、９１ｉ）は、対応するエミッタ３１に対して光軸ＯＡが−ｘ方向に位置するように配置されている。一例として、レンズ領域９１ａの光軸ＯＡと、レンズ領域９１ｉの光軸ＯＡとは、ｘ方向に０．５〜１．５μｍ離れている。

なお、レンズ領域（９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ、９１ｅ）に対応するエミッタ３１による平行光ＬＰは、レンズ領域９１の光軸ＯＡに対しｘ方向に傾いて進行する（図５参照）。また、レンズ領域（９１ｆ、９１ｇ、９１ｈ、９１ｉ）に対応するエミッタ３１による平行光ＬＰは、レンズ領域９１の光軸ＯＡに対し−ｘ方向に傾いて進行する（図６参照）。

また、レンズ領域９１ａの光軸ＯＡは、エミッタ３１ｂからｘ方向に最も大きくずれる。そのため、エミッタ３１ｂによる平行光ＬＰは、ｘ方向に最も大きく傾いて進行する。また、レンズ領域９１ｉの光軸ＯＡは、エミッタ３１ｃから−ｘ方向に最も大きくずれる。そのため、エミッタ３１ｃによる平行光ＬＰは、−ｘ方向に最も大きく傾いて進行する。なお、レンズ領域（９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ、９１ｅ、９１ｆ、９１ｇ、９１ｈ、）に対応するエミッタ３１による平行光ＬＰは、光軸ＯＡに対して比較的小さい角度をなして進行する。

（別実施形態）
なお、半導体レーザ光源装置は、上記の実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の別実施形態に係る構成を任意に選択して、上記の実施形態に係る構成に採用してもよいことは勿論である。

〈１〉第一実施形態及び第二実施形態において、各レンズ領域９１の光軸ＯＡのｘ方向における位置が同じであるが、少なくとも二つのレンズ領域９１の光軸ＯＡのｘ方向における位置が相違しても構わない。また、第三実施形態及び第四実施形態において各エミッタ３１のｘ方向における位置が同じであるが、少なくとも二つのエミッタ３１のｘ方向における位置が相違しても構わない。

また、第一実施形態から第四実施形態の一つまたは複数のエミッタ（３１、１０４）において、エミッタ（３１、１０４）のｘ方向における位置と、当該エミッタ（３１、１０４）に対応するレンズ領域（９１、１１３）のｘ方向における位置とが、一致していても構わない。

以上を一般的に言えば、少なくとも二つのエミッタ（３１、１０４）と、当該エミッタ（３１、１０４）に対応する少なくとも二つのレンズ領域（９１、１１３）と、において、各エミッタ（３１、１０４）のｘ方向における位置を基準としたとき、対応するレンズ領域（９１、１１３）のｘ方向における位置が異なる、と表現できる。

〈２〉第一実施形態から第四実施形態では、レンズ領域（９１、１１３）の光軸ＯＡに対し、ｘ方向にずれるエミッタ（３１、１０４）と、−ｘ方向にずれるエミッタ（３１、１０４）とが存在するがこれに限らない。即ち、全てのエミッタ（３１、１０４）が、レンズ領域（９１、１１３）の光軸ＯＡに対しｘ方向にずれていても構わない。同様に、全てのエミッタ（３１、１０４）が、光軸ＯＡに対し−ｘ方向にずれていても構わない。換言すると、各エミッタ（３１、１０４）による全ての平行光ＬＰが、光軸ＯＡに対してｘ方向／−ｘ方向に傾いて進行しても構わない。

〈３〉また、レーザ光Ｌは、ｘ方向に大きな発散角を有し、ｙ方向に小さな発散角を有して進行すると説明したが、これに限らない。即ちレーザ光Ｌは、ｘ方向及びｙ方向に同程度の発散角を有して進行しても構わない。またレーザ光Ｌは、ｘ方向に小さな発散角を有し、ｙ方向に大きな発散角を有して進行しても構わない。

〈４〉また、実施形態の半導体レーザ光源装置では、ｘ方向（速軸方向）において平行に変換するレンズとしてシリンドリカルレンズを使用したが、これに限らない。例えば、シリンドリカルレンズの他に、フライアイレンズを利用することができる。即ち、ｘ方向（速軸方向）において平行に変換するレンズであれば何れのレンズを使用しても構わない。例えば、ｘ方向（速軸方向）のみならず、ｙ方向（遅軸方向）においても平行に変換するレンズを使用しても構わない。

〈５〉また、第三実施形態において、レンズ領域１１３が１つのレンズを構成しても構わない。即ち、レンズ１１２は、複数のレンズからなるレンズ群であっても構わない。

１ ： 第一実施形態の半導体レーザ光源装置
３ ： 半導体レーザアレイ
３０ ： 側面
３１ ： エミッタ
５ ： サブマウント
７ ： ヒートシンク
９ ： シリンドリカルレンズ
９１ ： レンズ領域
１２ ： トレーサ粒子
１３ ： 影
１００ ： 第二実施形態の半導体レーザ光源装置
１０３ ： 第二実施形態の半導体レーザ素子
１０４ ： 第二実施形態のエミッタ
１１０ ： 第三実施形態の半導体レーザ光源装置
１１２ ： 第三実施形態のレンズ
１１３ ： 第三実施形態のレンズ領域
１２０ ： 第四実施形態の半導体レーザ光源装置
Ｌ ： レーザ光
ＬＰ ： 平行光
ＬＳ ： レーザシート
ＯＡ ： 光軸

Claims (6)

1. 第一の方向に拡がり、且つ、前記第一の方向に直交する第二の方向に所定の幅を有して進行するレーザシートを射出する半導体レーザ光源装置であって、
   前記第一の方向に並ぶ複数のエミッタを含む光源部と、
   複数の前記エミッタから射出されたレーザ光を、前記第二の方向において平行に変換するレンズと、を有し、
   前記レーザシートは、前記レンズから射出された平行光が重なり合うことによって形成され、
   前記レンズは、複数の前記エミッタごとに、それぞれの前記エミッタから射出された前記レーザ光を前記第二の方向において平行に変換する複数のレンズ領域を含み、
   複数の前記エミッタのうちの少なくとも二つの前記エミッタと、二つの前記エミッタに対応する二つの前記レンズ領域と、において、それぞれの前記エミッタの前記第二の方向における位置を基準としたとき、前記エミッタに対応する前記レンズ領域の前記第二の方向における位置が異なることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
2. 複数の前記レンズ領域のうち少なくとも二つの前記レンズ領域において、
   一方の前記レンズ領域の光軸は、前記第一の方向と前記第二の方向との双方に直交する第三の方向からみたとき、一方の前記レンズ領域に対応する前記エミッタよりも前記第二の方向にずれており、
   他方の前記レンズ領域の光軸は、前記第三の方向からみたとき、他方の前記レンズ領域に対応する前記エミッタよりも前記第二の方向と反対方向にずれていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ光源装置。
3. 前記光源部は、複数の前記エミッタが前記第一の方向に並び、前記第一の方向を遅軸方向とし、前記第二の方向を速軸方向とする半導体レーザアレイを含み、
   前記半導体レーザアレイは、前記第一の方向と前記第二の方向との双方に直交する第三の方向からみたとき、前記第二の方向と反対方向に突き出すように湾曲していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ光源装置。
4. 前記光源部は、１つの前記エミッタを含む複数の半導体レーザ素子を有してなり、
   複数の前記半導体レーザ素子のうち少なくとも二つの前記半導体レーザ素子において、前記第二の方向における位置が互いに異なることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ光源装置。
5. 複数の前記レンズ領域のうち、少なくとも二つの前記レンズ領域の光軸は、前記第二の方向における位置が互いに異なるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ光源装置。
6. 複数の前記レンズ領域の光軸は、前記第一の方向と前記第二の方向との双方に直交する第三の方向からみたとき、直線状に並び、
   前記レンズは、前記第三の方向からみたとき、前記第一の方向から所定の角度だけ傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ光源装置。

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