JP6636062B2

JP6636062B2 - レーザ合成光学装置

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Publication number: JP6636062B2
Application number: JP2018002458A
Authority: JP
Inventors: 俊秀関
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2020-01-29
Anticipated expiration: 2034-02-14
Also published as: JP2018056598A

Description

本発明はレーザ合成光学装置に関し、特に複数の発光点を有するマルチエミッタ型レーザの出力光を複数合成するレーザ合成光学装置に関する。

従来、プロジェクタ等の投射型表示装置には光源として高圧水銀ランプ等が利用されてきた。ランプの発光スペクトルは、ランプ内部に封入された物質の性質により、略連続した可視光域を含む。ランプの発光スペクトルは、表示装置に最適な色を作り出すために、赤、緑、青の３色に分離される。そして、各色光で小型表示装置を照明して、スクリーン上で各色光を再合成することでフルカラーの映像を形成する。

近年、高圧水銀ランプ等のランプに代わってレーザ光を光源とした投射型表示装置の開発が盛んに行われている。レーザ光を光源とする投射型表示装置は単色のレーザ光を光源とするため、色の再現範囲が広い。また、レーザ光は発光点が小さいため、光学系全体の小型化を実現できる。また、例えば、赤、緑、青の単色光が赤、緑、青の各レーザから出力されるため、光源としてランプを用いた場合のように色分離のための光学系を必要としない。

しかしながら、単一のレーザ素子を投射型画像表示装置の光源として利用する場合、現在の技術水準ではレーザ素子の出力が不足する。特に、大画面の画像光を投射する用途に投射型画像表示装置を用いる場合には、十分な光量を得ることができない。このため、例えば特許文献１に示されるような、１つの発光点を有するシングルエミッタレーザを複数備える構成とし、その出力を合成して高出力を実現させる手段が提案されている。

また、特許文献２では、複数の発光点を有するマルチエミッタ型レーザ（半導体レーザアレイとも呼ぶ）１つを集光し、ファイバ結合する方法が提案されている。

また、特許文献３では、偏光部材を用いて複数のレーザの光束を整列させ、集光レンズにてファイバへ集光入射させる手法も提案されている。

特開２０００−２４１６５９号公報特開２００２−２０２４４２号公報特開２００７−１７９２５号公報

しかしながら、上述の特許文献１では、各レーザ素子からコンデンサレンズに至るまでのレーザ光束の距離が異なるため、コンデンサレンズ位置での光束径が異なる。よって、十分に小さな集光点を得ることが困難である。

また、特許文献２では、単一のマルチエミッタ型レーザを集光する構成が示されているが、この構成にて複数のマルチエミッタ型レーザの出力を合成することは困難である。

また、特許文献３では、集光光学系は合波の機能しか有しておらず、収差補正が困難であり、集光スポットの小径化が困難である。また、良好に収差補正を行うには、コリメートレンズの形状および配置に高い精度が要求され、コスト、生産性の面で課題を有する。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で複数のレーザからのレーザ光を合成することが可能なレーザ合成光学装置の提供を目的とする。

本発明に係るレーザ合成光学装置は、複数の半導体レーザアレイと、複数の半導体レーザアレイの少なくとも２つの半導体レーザアレイから射出されるレーザ光束を反射する少なくとも２つの反射素子と、を備え、複数の半導体レーザアレイの各々から射出されるレーザ光束が１つの集光点に集光されるに際して、少なくとも１つの半導体レーザアレイから射出されるレーザ光束は反射素子で反射された後、集光点に集光され、反射素子と集光点の間に、複数の半導体レーザアレイの各々から射出されるレーザ光束を集光点に集光する集光部をさらに備え、複数の半導体レーザアレイの各々から集光点までのレーザ光束の光軸に沿った距離が互いに等しく、複数の半導体レーザアレイは同一の平面上に配置され、複数の半導体レーザアレイの各々において、当該半導体レーザアレイのアレイ配列方向は同一の平面に垂直な方向であり、複数の半導体レーザアレイの各々から射出されるレーザ光束の集光部の入射面における断面が互いにほぼ等しい面積および形状となり、かつ、集光部の入射面における各レーザ光束が相互に重ならないように、各半導体レーザアレイにおけるレーザ光束の出射角度と、複数の半導体レーザアレイの各々から集光部の入射面までのレーザ光束の光軸に沿った距離とが決められ、集光部において集光を行う際に生じる収差を抑制し、前記複数の半導体レーザアレイは、互いに隣接せず、少なくとも２つの前記反射素子は、前記複数の半導体レーザアレイのうちの少なくとも２つの前記半導体レーザアレイから射出されるレーザ光束を各々反射し、各々の前記反射素子は、前記半導体レーザアレイから射出されるレーザ光束の反射角度が互いに異なるように配置されることを特徴とする。

本発明に係るレーザ合成光学装置によれば、複数の半導体レーザアレイから射出されるレーザ光束を集光点に集光するため、高密度かつ高出力のレーザ光を出力可能となる。また、反射素子でレーザ光束を反射させてレーザ光束の光軸の角度を変えるため、複数の半導体レーザアレイを隣接して配置する必要がなくなる。よって、半導体レーザアレイの配置において自由度が向上する。また、反射素子の角度を調整することにより、レーザ光束の光軸の角度を自由に調整可能となる。

さらに、半導体レーザアレイの配置の自由度およびレーザ素子の光軸の角度の自由度が向上するため、各半導体レーザアレイから集光部の入射面までのレーザ光束の光軸に沿った距離を互いに等しくすることが可能となる。これにより、集光部に入射する複数のレーザ光束の光束径が互いに等しくなる。よって、簡易な構成で、集光点に集光されるレーザ光束の光束径を小さくすることが可能である。

実施の形態１に係るレーザ合成光学装置の構成を示す図である。一般的なレーザ素子の発するレーザ光の広がりを示す図である。実施の形態１に係る半導体レーザアレイの斜視図である。実施の形態１に係るレーザ合成光学装置のレンズアレイの入射面におけるレーザ光束の断面図である。実施の形態２に係るレーザ合成光学装置の構成を示す図である。実施の形態２に係るレーザ合成光学装置のレンズアレイの入射面におけるレーザ光束の断面図である。実施の形態３に係るレーザ合成光学装置の構成を示す図である。

＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１は、本実施の形態におけるレーザ合成光学装置１００の構成を示す図である。以下、各構成部材の配置について図１中に示したＸＹＺ座標系を用いて説明する。

レーザ合成光学装置１００は、３つの半導体レーザアレイ（マルチエミッタ型レーザとも呼ばれる）１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備える。図１に示すように、半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは同一の平面上に配置される。ここで、同一の平面とはＸ軸に特定の値をとるＹＺ平面である。レーザ合成光学装置１００はさらに、半導体レーザアレイ１０ｂ，１０ｃのレーザ光束をそれぞれ反射する反射素子１１ｂ，１１ｃを備える。反射素子１１ｂ，１１ｃは例えばミラーである。

レーザ合成光学装置１００はさらに、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから射出されたレーザ光束を集光点１４に集光する集光部１８を備える。集光部１８は、レンズアレイ１２と集光レンズ１３から構成される。レンズアレイ１２は、半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々から射出されるレーザ光束を個別に集光する集光レンズを複数備える。レンズアレイ１２に備わる複数の集光レンズは、球面レンズあるいは非球面レンズである。

集光レンズ１３は、レンズアレイ１２の出射面側に設けられる。集光レンズ１３は、レンズアレイ１２の複数の集光レンズから射出される複数のレーザ光束を集光点１４に集光する。

図１に示す光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれから射出されるレーザ光束の光軸である。

レーザ合成光学装置１００において、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから集光部１８の入射面（即ちレンズアレイ１２の入射面）までのレーザ光束の光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃに沿った距離が互いに等しくなるように、半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃおよび反射素子１１ｂ，１１ｃの位置が決められている。ここで、集光部１８の入射面とは、レンズアレイ１２の入射面のことである。

一般的な半導体レーザ素子から発せられるレーザ光は、活性層に平行な方向と垂直な方向とでレーザ光の出射角度が異なる。図２において、ＸＺ面と平行に活性層（図示せず）が形成されているとする。この場合、一般的に、活性層と平行な方向の出射角（図２（ａ））よりも、活性層と垂直な方向の出射角（図２（ｂ））の方がより大きくなる。

図３に、半導体レーザアレイ１０ａの斜視図を示す。活性層（図示せず）に沿って等間隔でＸ方向に発光点が並んでおり、各発光点からの出射光は、活性層に垂直な方向（Ｙ方向）に細長い楕円形状となる。つまり、半導体レーザアレイ１０ａは、アレイ配列方向（即ち発光点の配列方向）がＹＺ面と垂直になるように配置される。また、半導体レーザアレイ１０ｂ，１０ｃも同様に、アレイ配列方向がＹＺ面と垂直になるように配置される。

本実施の形態では、各レーザ光束の光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃが互いに平行の状態で集光部１８に入射するように、半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０および反射素子１１ｂ，１１ｃが配置される。

図４に、レーザ合成光学装置１００のレンズアレイ１２の入射面におけるレーザ光束の断面を示す。各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから射出されるレーザ光束の断面１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、互いにほぼ等しい面積および形状となる。これは、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃからレンズアレイ１２の入射面までのレーザ光束の光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃに沿った距離が互いに等しいからである。

また、図４において、各レーザ光束の断面１６ａ，１６ｂ，１６ｃがＸ軸方向に細長い形状となるのは、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおいて、アレイ配列方向（発光点の配列方向）がＸ軸方向だからである。

図４に示すように、複数のレーザ光束は、Ｙ軸方向に並んだ状態でレンズアレイ１２に入射する。レンズアレイ１２によって各レーザ光束を効率良く集光するためには、レンズアレイ１２の入射面において各レーザ光束が相互に重ならないことが望ましい。本実施の形態では、レンズアレイ１２の入射面において各レーザ光束が相互に重ならないように、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおけるレーザ光束の出射角度を考慮して、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃからレンズアレイ１２までのレーザ光束の光軸に沿った距離が決められている。

＜動作＞
半導体レーザアレイ１０ａの複数の発光点から射出されたレーザ光束（光軸１５ａに対応）は、集光部１８のレンズアレイ１２に入射する。半導体レーザアレイ１０ｂの複数の発光点から射出されたレーザ光束は、反射素子１１ｂで反射して光軸１５ｂの角度が変えられ、集光部１８のレンズアレイ１２に入射する。半導体レーザアレイ１０ｃの複数の発光点から射出されたレーザ光束は、反射素子１１ｃで反射して光軸１５ｃの角度が変えられ、集光部１８のレンズアレイ１２に入射する。このとき、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから射出されたレーザ光束の断面はＸ軸方向（図１の紙面奥行き方向）に細長い楕円形状である。また、レンズアレイ１２に入射する各レーザ光束の光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃは互いに平行である。

レンズアレイ１２において、各レーザ光束はＸ軸方向に個別に集光される。レンズアレイ１２から出射した各レーザ光束は、集光レンズ１３に入射する。集光レンズ１３に入射した各レーザ光束は、集光点１４に集光される。

なお、本実施例のレンズアレイ１２は、光の出射面のみに集光レンズを備えるが、入射面および出射面の両面に集光レンズを配置することでさらに集光性能を向上させることが可能となる。またさらに、ＹＺ面内に曲率を有するシリンドリカルレンズをレンズアレイ１２の手前に配置して組み合わせることにより、各レーザ光束の断面１６ａ，１６ｂ，１６ｃの形状を円に近づけて、収差補正を行うことも可能である。

＜効果＞
本実施の形態におけるレーザ合成光学装置１００は、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの少なくとも１つの半導体レーザアレイ１０ｂ，１０ｃから射出されるレーザ光束を反射する反射素子１１ｂ，１１ｃと、を備え、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々から射出されるレーザ光束が１つの集光点１４に集光されるに際して、少なくとも１つの半導体レーザアレイ１０ｂ，１０ｃから射出されるレーザ光束は反射素子１１ｂ，１１ｃで反射された後、集光点１４に集光されることを特徴とする。

従って、本実施の形態におけるレーザ合成光学装置１００は、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから射出されるレーザ光束を集光点１４に集光するため、高密度かつ高出力のレーザ光を出力可能となる。また、反射素子１１ｂ，１１ｃでレーザ光束を反射させて光軸の角度を変えるため、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを隣接して配置する必要がなくなる。よって、半導体レーザアレイの配置において自由度が向上する。また、反射素子１１ｂ，１１ｃの角度を調整することにより、レーザ光束の光軸の角度を自由に調整可能となる。

さらに、半導体レーザアレイの配置の自由度およびレーザ素子の光軸の角度の自由度が向上するため、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから集光部１８の入射面までのレーザ光束の光軸に沿った距離を互いに等しくすることが可能となる。これにより、集光部１８に入射する複数のレーザ光束の光束径が互いに等しくなる。よって、簡易な構成で、集光点１４に集光されるレーザ光束の光束径を小さくすることが可能である。

また、本実施の形態におけるレーザ合成光学装置１００は、反射素子１１ｂ，１１ｃと集光点１４の間に、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々から射出されるレーザ光束を集光点１４に集光する集光部１８をさらに備え、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々から集光部１８の入射面までのレーザ光束の光軸に沿った距離が互いに等しいことを特徴とする。

従って、集光部１８の入射面において、入射する各レーザ光束の光束径（即ち、入射する各レーザ光束の断面形状）が等しくなる。よって、入射する各レーザ光束の光束径が異なる場合と比較して、集光部１８においてより簡易な構成で集光を行うことが可能である。また、集光部１８の光学系において生じる収差の抑制が可能である。さらに、集光部１８に収差を補正する機能を持たせる場合は、収差補正が行い易くなる。

また、本実施の形態におけるレーザ合成光学装置１００において、集光部１８は、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々から射出されるレーザ光束を個別に集光する集光レンズを複数備えるレンズアレイ１２と、レンズアレイ１２の出射面側に設けられ、レンズアレイ１２の複数の集光レンズから射出される複数のレーザ光束を集光点１４に集光する集光レンズ１３と、を備え、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々からレンズアレイ１２の入射面までのレーザ光束の光軸に沿った距離が互いに等しいことを特徴とする。

従って、レンズアレイ１２の入射面において、入射する各レーザ光束の光束径が等しくなる。よって、レンズアレイ１２に備わる複数の集光レンズのレンズ径を等しくすることが可能である。また、レンズアレイ１２によって各レーザ光束を個々に集光してから、集光レンズ１３によって集光点１４に集光する。よって、集光レンズ１３のみで集光を行う場合と比較して、集光レンズ１３において発生する収差を抑制することが可能である。

また、本実施の形態におけるレーザ合成光学装置１００において、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは同一の平面上に配置され、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々において、半導体レーザアレイのアレイ配列方向は同一の平面に垂直な方向であることを特徴とする。

従って、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々において、半導体レーザアレイのアレイ配列方向を同一の平面（即ち、半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが配置された平面）に垂直な方向とすることで、アレイ配列方向を同一の平面に平行な方向とした場合と比較して、各レーザ光束の間隔を狭くすることが可能である。よって、集光部１８（即ち、レンズアレイ１２および集光レンズ１３）を小型化することが可能となる。また、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々において、半導体レーザアレイのアレイ配列方向を同一の平面に垂直な方向とすることで、各レーザ光束の間隔が狭くなるため、集光レンズ１３に入射する各レーザ光束の間隔も狭くなる。よって、集光レンズ１３において集光を行う際に生じる収差を抑制することが可能となる。

＜実施の形態２＞
図５は、本実施の形態におけるレーザ合成光学装置２００の構成を示す図である。実施の形態１においては、集光部１８のレンズアレイ１２および集光レンズ１３の径および各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの配置間隔は、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから射出されるレーザ光束の光束径の制約を受ける。

本実施の形態におけるレーザ合成光学装置２００は、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの出射面側に、レーザ光束を平行光化するためのレンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃをさらに備える。その他の構成は実施の形態１と同じため、説明を省略する。

図５において、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの直後に配置されたレンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、ＹＺ面内に曲率を有するシリンドリカルレンズである。レンズ２０によりＹＺ面内で平行光化されたレーザ光は実施の形態１で説明したように、直接、または反射素子１１ｂ，１１ｃを介して、集光部１８に入射する。

図６は、本実施の形態におけるレーザ合成光学装置２００のレンズアレイ１２の入射面におけるレーザ光束の断面図である。図６に示すように、各レーザ光束の径は、Ｙ方向において小さくなる。レーザ光束の光束径がＹ軸方向に小さくなるのは、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの直後にレンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃを配置したためである。レンズアレイ１２に入射するレーザ光束の光束径がＹ軸方向に小さくなることにより、各レーザ光束の光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃの間隔をより小さくすることが可能となる。よって、実施の形態１と比較して、光学系全体を小型化することが可能である。特に、レンズアレイ１２および集光レンズ１３をＹ軸方向に小型化することが可能である。

また、各レーザ光束の光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃの間隔をより小さくすることが可能となるため、実施の形態１（図１）と比較して本実施の形態（図５）では、集光点１４に集光するレーザ光束の角度がより小さくなる。よって、集光点１４以降に配置される光学系の小型化にも寄与する。

本実施の形態では各レーザ光束の光束径が小さいため、集光レンズ１３にて生じる収差を抑制することが可能である。よって、集光レンズ１３から集光点１４までの距離を実施の形態１（図１）よりも小さくした場合（即ち集光レンズ１３の焦点距離をより小さくした場合）であっても、収差の増大に起因する、集光点１４におけるレーザ光束の光束径の増大を抑制可能である。従って、本実施の形態におけるレーザ合成光学装置２００において、集光点１４に集光したレーザ光束を光ファイバに入射するなど、光ファイバ等の伝送光学部品と組み合わせた装置構成も可能となる。

なお、本実施の形態において、レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃをシリンドリカルレンズとしたが、シリンドリカルレンズと球面レンズまたは非球面レンズを組み合わせて配置することで、図６において、Ｙ軸方向だけでなくＸ軸方向にもレーザ光束の径を小さくすることが可能である。Ｘ軸方向にもレーザ光束の光束径を小さくすることにより、さらに装置全体の小型化を実現できる。また、曲率の方向が直交する２枚のシリンドリカルレンズを組み合わせて配置しても同様の効果が得られる。

また、レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれをレンズアレイ形状とすることも可能である。この場合、レンズアレイを各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃに組み込んでもよい。

＜効果＞
本実施の形態におけるレーザ合成光学装置２００は、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々の出射面側に、レーザ光束を平行光化または集光するレンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃをさらに備える。

従って、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの出射面にレーザ光束を平行光化または集光するレンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃをそれぞれ配置することで、各レーザ光束の光束径を小さくすることが可能である。レーザ光束の光束径を小さくすることで、集光部１８を小型化することが可能である。また、各レーザ光束の光軸の間隔をより小さくすることが可能なため、レーザ合成光学装置２００自体の小型化が可能である。また、各レーザ光束の光軸の間隔をより小さくすることが可能なため、集光部１８において発生する収差が抑制され、集光点１４に集光されるレーザ光束の光束径をより小さくすることが可能である。

＜実施の形態３＞
図７は、本実施の形態におけるレーザ合成光学装置３００の構成を示す図である。本実施の形態のレーザ合成光学装置３００において、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｂから射出されるレーザ光束の光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、集光点１４で交差する。

つまり、半導体レーザアレイ１０ａから射出したレーザ光束は、光軸の角度を変えずに集光点１４に到達する。また、半導体レーザアレイ１０ｂから射出したレーザ光束は、反射素子１１ｂで反射した後、光軸の角度を変えずに集光点１４に到達する。同様に、半導体レーザアレイ１０ｃから射出したレーザ光束は、反射素子１１ｃで反射した後、光軸の角度を変えずに集光点１４に到達する。

実施の形態２では、集光レンズ１３により各レーザ光束を集光点１４に集光した。一方本実施の形態では、各レーザ光束の光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃが、集光点１４において交差するように、半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｂおよび反射素子１１ｂ，１１ｃが配置されているため、集光レンズ１３を必要としない。

本実施の形態では、実施の形態２における集光レンズ１３に代えて、収差補正レンズ１７を備える。収差補正レンズ１７は、レンズアレイ１２による収差を補正するためのレンズである。その他の構成は実施の形態２（図５）と同じため、説明を省略する。

なお、集光点１４以降に配置される光学系の要求に応じて、レンズアレイ１２と収差補正レンズ１７のいずれか一方、あるいは両方を備えない構成も可能である。

＜効果＞
本実施の形態におけるレーザ合成光学装置３００において、複数の半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々から集光点１４までのレーザ光束の光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃに沿った距離が互いに等しく、反射素子１１ｂ，１１ｃで反射するレーザ光束は、反射素子１１ｂ，１１ｃで反射した後、レーザ光束の光軸１５ｂ，１５ｃの角度を変えずに集光点１４に到達し、反射素子１１ｂ，１１ｃで反射しないレーザ光束は、半導体レーザアレイ１０ａから射出された後、レーザ光束の光軸１５ａの角度を変えずに集光点１４に到達することを特徴とする。

従って、本実施の形態におけるレーザ合成光学装置３００は、各レーザ光束の光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃが集光点１４で交差するように、各半導体レーザアレイ１０ａ，１０ｂ，１０ｂおよび反射素子１１ｂ，１１ｃが配置されているため、集光レンズ１３が不要となる。よって、部品点数の削減により、レーザ合成光学装置３００の構成を簡素化することが可能である。また、集光レンズ１３を用いずに集光を行うため、収差が生じにくい。よって、集光レンズ１３を用いる場合と比較して、集光点１４に集光されたレーザ光束の径をより小さくすることが可能である。

また、本実施の形態におけるレーザ合成光学装置３００は、集光点１４の前段に、レーザ光束の収差を補正する収差補正レンズ１７をさらに備える。

従って、収差補正レンズ１７により、レンズアレイ１２において生じた収差を補正することにより、集光点１４に集光されたレーザ光束の径をより小さくすることが可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ半導体レーザアレイ、１１ｂ，１１ｃ反射素子、１２レンズアレイ、１３集光レンズ、１４集光点、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ光軸、１６ａ，１６ｂ，１６ｃレーザ光束の断面、１７収差補正レンズ、１８集光部、２０ａ，２０ｂ，２０ｃレンズ、１００，２００，３００レーザ合成光学装置。

Claims

複数の半導体レーザアレイと、
前記複数の半導体レーザアレイの少なくとも２つの前記半導体レーザアレイから射出されるレーザ光束を反射する少なくとも２つの反射素子と、
を備え、
前記複数の半導体レーザアレイの各々から射出されるレーザ光束が１つの集光点に集光されるに際して、前記少なくとも１つの半導体レーザアレイから射出されるレーザ光束は前記反射素子で反射された後、前記集光点に集光され、
前記反射素子と前記集光点の間に、前記複数の半導体レーザアレイの各々から射出されるレーザ光束を前記集光点に集光する集光部をさらに備え、
前記複数の半導体レーザアレイの各々から前記集光点までのレーザ光束の光軸に沿った距離が互いに等しく、
前記複数の半導体レーザアレイは同一の平面上に配置され、
前記複数の半導体レーザアレイの各々において、当該半導体レーザアレイのアレイ配列方向は前記同一の平面に垂直な方向であり、
前記複数の半導体レーザアレイの各々から射出されるレーザ光束の前記集光部の入射面における断面が互いにほぼ等しい面積および形状となり、かつ、前記集光部の入射面における前記各レーザ光束が相互に重ならないように、前記各半導体レーザアレイにおけるレーザ光束の出射角度と、前記複数の半導体レーザアレイの各々から前記集光部の入射面までのレーザ光束の光軸に沿った距離とが決められ、前記集光部において集光を行う際に生じる収差を抑制し、
前記複数の半導体レーザアレイは、互いに隣接せず、
少なくとも２つの前記反射素子は、前記複数の半導体レーザアレイのうちの少なくとも２つの前記半導体レーザアレイから射出されるレーザ光束を各々反射し、
各々の前記反射素子は、前記半導体レーザアレイから射出されるレーザ光束の反射角度が互いに異なるように配置されることを特徴とする、
レーザ合成光学装置。
前記集光部は、
前記複数の半導体レーザアレイの各々から射出されるレーザ光束を個別に集光する集光レンズを複数備えるレンズアレイと、
前記レンズアレイの出射面側に設けられ、前記レンズアレイの複数の前記集光レンズから射出される複数の前記レーザ光束を前記集光点に集光する集光レンズと、
を備え、
前記複数の半導体レーザアレイの各々から前記レンズアレイの入射面までのレーザ光束の光軸に沿った距離が互いに等しいことを特徴とする、
請求項１に記載のレーザ合成光学装置。
前記複数の半導体レーザアレイの各々の出射面側に、レーザ光束を平行光化または集光するレンズをさらに備える、
請求項１または請求項２に記載のレーザ合成光学装置。