JP6658025B2 - 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及び特許文献２には、トレーサ粒子を混入した三次元空間にシート状のレーザ光を照射し、微小な時間間隔で複数の画像を撮影し、得られた画像を解析することによって、流体の速度の２成分を算出することが記載されている。このように、流体を二次元的に計測するＰＩＶが知られている。

ところで、流体の流動をより正確に計測するべく、流体の速度の３成分を算出したいという要望がある。そのため、流体を三次元的に計測するＰＩＶが検討されてきている。なお、以下では流体を三次元的に計測するＰＩＶを「三次元的なＰＩＶ」と呼ぶことがある。

例えば特許文献３には、シート状のレーザ光によって照射されるトレーサ粒子を、複数台のカメラを用いて異なる方向から撮影し、得られた画像を解析することによって流体の速度の３成分を算出することが記載されている。

また非特許文献１には、シート状のレーザ光を回転するミラーに入射することで、当該シート状のレーザ光を空間的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 特開２００４−２８６７３３号公報

可視化情報学会編、「ＰＩＶハンドブック」森北出版株式会社、２００２年７月２０日発行、ｐ．２４

しかしながら、従来の三次元的なＰＩＶでは、次のような問題があった。

例えば特許文献３の技術では、ＣＣＤカメラ等の撮影装置を複数台準備する必要がある。ＰＩＶによる計測システムの低コスト化及び小型化を図るためには、撮影装置の台数を比較的少なくすることが望ましい。

また、非特許文献１の技術では、回転するミラーによってシート状のレーザ光を走査する。そのため、ミラーを可動する機構に故障等の不具合が生じた場合、シート状のレーザ光を走査することができない。即ち、非特許文献１の技術はミラーの可動機構の影響を大きく受け、ＰＩＶによる計測システムの信頼性に欠けるという問題があった。

そのため、従来の三次元的なＰＩＶでは利用者の要望を満たすことができず、三次元的なＰＩＶを実現可能な新規な技術を求められていた。

本発明は、流体を三次元的に計測する三次元的なＰＩＶを実現可能な新規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、
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各レーザ光を、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に変換するレンズと、を有し、
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レーザシート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少なくとも二つの前記エミッタから射出された前記レーザ光において、前記レーザ光の前記レンズ領域における入射位置が、前記第二の方向において互いに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から射出されたレーザ光は、対応するレンズ領域に、第二の方向において互いに異なる位置から入射する。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、レンズ領域によりレーザシートに変換されると、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、異なる方向に進行する複数のレーザシートを形成可能となり、三次元的なＰＩＶを実現できる。

また、上記構成において、
複数の前記エミッタのうち、一部の前記エミッタが前記レーザ光を射出し、一部の前記エミッタ以外の他の前記エミッタが前記レーザ光を射出しないように前記光源部を制御する制御部をさらに有し、
一部の前記エミッタから射出された前記レーザ光と、一部の前記エミッタ以外の他の前記エミッタから射出された前記レーザ光とにおいて、前記レーザ光の前記レンズ領域における入射位置が、前記第二の方向において互いに異なるものとしても構わない。

上記構成によれば、複数のエミッタを個別に点灯することが可能となる。また、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レーザシートが、個別に形成される。これにより、三次元的なＰＩＶを実現できる。

また、上記構成において、
前記制御部は、
複数の前記エミッタのなかから前記レーザ光を射出する特定の前記エミッタを決定する点灯エミッタ決定部と、
前記点灯エミッタ決定部により決定された特定の前記エミッタに電流を供給し、特定の前記エミッタ以外の他の前記エミッタに電流を供給しない電流供給部と、を有する
ものとしても構わない。

上記構成によれば、点灯エミッタ決定部及び電流供給部によって複数のエミッタを個別に点灯することを実現できる。

また、上記構成において、
前記制御部は、
前記レーザシートによって照射される被照射物を前記第二の方向から撮影する撮影装置が露光を開始するための同期信号を受信する同期信号受信部をさらに有し、
前記点灯エミッタ決定部は、
前記同期信号を受信した場合に、複数の前記エミッタのなかから前記レーザ光を射出する特定の前記エミッタを決定し、
前記同期信号を受信しない場合に、前記レーザ光を射出する特定の前記エミッタを決定しないものとしても構わない。

上記構成によれば、撮影装置の露光及びエミッタの点灯の二つの処理を同期信号によって同期することができる。これにより、エミッタ点灯時に撮影装置が露光を行うことが可能になる。

また、上記構成において、
複数の前記エミッタは、前記第一の方向に並び、
前記レーザ光は、前記第一の方向及び前記第二の方向に拡がって進行し、
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ものとしても構わない。

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において、エミッタと、当該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、レンズ領域によりレーザシートに変換されると、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、異なる方向に進行する複数のレーザシートを形成可能となり、三次元的なＰＩＶを実現できる。

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、レンズ領域によりレーザシートに変換されると、光軸に対して逆向きに傾いて進行する。これにより、観測対象の流体が存在する三次元空間を広範囲に照射することが可能となり、流体を広範囲に計測できる。

また、上記構成において、複数の前記エミッタのうち少なくとも二つの前記エミッタから射出された前記レーザ光において、前記レーザ光の前記レンズ領域における前記入射位置が、前記第二の方向において一致し、
少なくとも二つの前記エミッタから射出された前記レーザ光は、対応する前記レンズ領域により、互いに平行に進行する前記レーザシートに変換されるものとしても構わない。

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によるレーザシートは、互い平行に進行する。これにより、複数のレーザシートが重なり合って一層のレーザシートを形成可能となり、レーザの出力低下を抑制できる。

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、複数のエミッタのうち少なくとも二つのエミッタから射出されたレーザ光において、レーザ光のレンズ領域における入射位置が、第二の方向において互いに異なる形態を、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。

また、上記構成において、
前記レンズは、シリンドリカルレンズであり、
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、
一方の端部に位置する前記エミッタから他方の端部に位置する前記エミッタまでの距離をｄ、前記レンズの焦点距離をｆ、前記レンズの前記第二の方向における幅をｈ、前記レンズが前記第一の方向から傾斜する角度をθ、前記複数の前記エミッタから射出された前記レーザ光の前記第二の方向における発散角をφ、としたとき、下記の式、
（ｄ／２）ｔａｎθ＋ｆ・ｔａｎ（φ／２）＜ｈ／２
を満たしているものとしても構わない。

上記構成によれば、各エミッタから射出されるレーザ光をより確実にレンズ領域に入射させることができる。詳細は、発明を実施するための形態で説明する。

本発明の半導体レーザ光源装置によれば、流体を三次元的に計測する三次元的なＰＩＶを新規な手法によって実現できる。

ＰＩＶシステムの概要を説明するための模式図である。 同期信号の出力、撮影装置の露光、及びレーザシートの射出のタイミングを示すタイミングチャートである。 第一実施形態の半導体レーザ光源装置の構成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の構成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の制御部を説明するためのブロック図である。 第一実施形態の半導体レーザ光源装置の制御部が行う点灯回路切替処理のフローチャートである。 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。 別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。 別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。

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及び図２を参照してＰＩＶシステムの概要について説明する。

図１は、流体を三次元的に計測するＰＩＶシステムの概要を示す模式図である。図１に示すようにＰＩＶシステム１００は、半導体レーザ光源装置１、同期信号発生器３、撮影装置５、及び画像処理装置７を備える。以下、半導体レーザ光源装置１、同期信号発生器３、撮影装置５、及び画像処理装置７について、適宜図２を参照しながら説明する。

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。図１では一例として、半導体レーザ光源装置１が９層のレーザシートＬＳ（１〜９）を射出する場合を示しているが、レーザシートＬＳの数はこれに限られない。

レーザシートＬＳは、ｘ方向に一定の幅を有し、ｙ方向に拡がりつつ進行する光である。なお、ｘ方向とは後述する半導体レーザアレイの短手方向であり、「第二の方向」に対応する。また、ｙ方向とは後述する半導体レーザアレイの長手方向であり、「第一の方向」に対応する。また、ｚ方向とはｘ方向及びｙ方向に直交する方向であり、「第三の方向」に対応する。なお図１では、各レーザシートＬＳ（１〜９）のｘ方向の幅の図示を省略している。一例としてレーザシートＬＳのｘ方向の幅は、１〜２ｍｍである。また、レーザシートＬＳのｙ方向の幅は、半導体レーザ光源装置１からｚ方向に少なくとも１〜２ｍ離れた領域において、１２０〜２４０ｍｍである。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。

また、各レーザシートＬＳ（１〜９）は、互いに異なる方向に進行する。例えばレーザシートＬＳ５は、半導体レーザ光源装置１の上面１１に平行である。即ち、レーザシートＬＳ５は、ｙ−ｚ平面に平行である。またレーザシートＬＳ（１〜４）は、半導体レーザ光源装置１の上面１１から上方（即ち、ｘ方向）に所定の角度傾いている。またレーザシートＬＳ（６〜９）は、半導体レーザ光源装置１の上面１１から下方（即ち、−ｘ方向）に所定の角度傾いている。

なお半導体レーザ光源装置１は、レーザシートＬＳ（１〜９）を、レーザシートＬＳ１から順番に、一層ずつ射出する。図２を参照して具体的に説明する。図２は、同期信号発生器３による同期信号Ｓ（詳細は後述）の出力、撮影装置５の露光、及び各レーザシートＬＳ（１〜９）の射出のタイミングを示すタイミングチャートである。なお詳細は後述するが、半導体レーザ光源装置１及び撮影装置５は、同期信号発生器３から同期信号Sを受信する。

図２に示すように、半導体レーザ光源装置１は同期信号Ｓを受信すると、まず初めにレーザシートＬＳ１を時間Ｔ１（例えば１０ｍｓ）だけ射出する。なお、レーザシートＬＳ１が射出されている間、他のレーザシートＬＳ（２〜９）は射出されていない。半導体レーザ光源装置１は、レーザシートＬＳ１を時間Ｔ１だけ射出すると、レーザシートＬＳ１の射出を終了し、次の同期信号Ｓの受信を待つ。続いて半導体レーザ光源装置１は、次の同期信号Ｓを受信すると、レーザシートＬＳ２を射出する。そして、半導体レーザ光源装置１は、レーザシートＬＳ２を時間Ｔ１だけ射出すると、レーザシートＬＳ２の射出を終了し、次の同期信号Ｓの受信を待つ。続いて、半導体レーザ光源装置１は、次の同期信号Ｓを受信すると、レーザシートＬＳ３を射出する（図示略）。このように半導体レーザ光源装置１は、レーザシートＬＳ（１〜９）を、同期信号Ｓを受信する度に、レーザシートＬＳ１、ＬＳ２・・・ＬＳ９の順に一層ずつ射出する。なお図２では、便宜的にレーザシート（ＬＳ１、ＬＳ２）の射出のみ図示している。また図２では、半導体レーザ光源装置１がレーザシートＬＳを射出している状態を「ＯＮ」とし、射出していない状態を「ＯＦＦ」としている。

なお図１では、説明の都合上、半導体レーザ光源装置１が９層のレーザシートＬＳ（１〜９）を射出している状態を示したが、上述のように、半導体レーザ光源装置１はレーザシートＬＳ（１〜９）を一層ずつ射出する。

半導体レーザ光源装置１の構成、及び、半導体レーザ光源装置１がレーザシートＬＳ（１〜９）を一層ずつ射出するための制御については後述する。

図１に戻って説明を続ける。計測対象の流体には、トレーサ粒子９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９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９の一部のみが図示されている。トレーサ粒子９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９に照射されると、散乱光が生成される。

同期信号発生器３は、同期信号Ｓを生成し、当該同期信号Ｓを半導体レーザ光源装置１及び撮影装置５に出力する。図２に示すように、同期信号発生器３は、一定の時間間隔Ｔ２（例えば１２ｍｓ）で同期信号Ｓを出力する。なお詳細は後述するが、同期信号Ｓとは、半導体レーザ光源装置１が各レーザシートＬＳ（１〜９）を射出するタイミングと、撮影装置５が露光を行うタイミングとを同期するための信号である。

撮影装置５は、一例としてＣＣＤカメラによって構成される。図２を参照して撮影装置５について説明を続ける。撮影装置５は、利用者からＰＩＶの解析指示（例えば、撮影装置５の電源ＯＮ）を受けると、同期信号Ｓを受信するまで待機する。撮影装置５は、同期信号Ｓを受信すると、時間を０からＴ３（例えば１ｍｓ）までカウントする。撮影装置５は、時間Ｔ３までカウントすると、露光を開始し、時間Ｔ４（例えば８ｍｓ）だけ露光を行う。撮影装置５は、時間Ｔ４だけ露光を行うと、露光を終了し、次の同期信号を受信するまで待機する。撮影装置５は、次の同期信号Ｓを受信すると、時間Ｔ３のカウント及び時間Ｔ４の露光を行う。このように撮影装置５は、同期信号Ｓを受信するごとに、時間Ｔ３のカウント及び時間Ｔ４の露光を行う。なお図２では、撮影装置５が露光を行っている状態を「ＯＮ」とし、露光を行っていない状態を「ＯＦＦ」としている。

図２に示すように、レーザシートＬＳが射出される時間Ｔ１は、同期信号が出力される間隔Ｔ２に比べて短い（即ち、Ｔ１＜Ｔ２）。また、撮影装置５が同期信号Ｓを受信してから露光を終了するまでの時間（Ｔ３＋Ｔ４）は、レーザシートＬＳが射出される時間Ｔ１に比べて短い（即ち、Ｔ３＋Ｔ４＜Ｔ１＜Ｔ２）。そのため、撮影装置５は、レーザシートＬＳ（１〜９）が射出されるごとに、トレーサ粒子９の散乱光を撮影する。具体的には、撮影装置５は、レーザシートＬＳ１によるトレーサ粒子９の散乱光を１つの画像として撮影し、レーザシートＬＳ２によるトレーサ粒子９の散乱光を別の画像として撮影する。このように撮影装置５は、レーザシートＬＳの数（本実施形態では９個）だけ画像を記録する。撮影装置５は、撮影した画像を画像処理装置７に出力する。

画像処理装置７は、入力された画像を基に、流体の速度を算出する。上述のように、半導体レーザ光源装置１は互いに異なる方向に進行するレーザシートＬＳ（１〜９）を射出する。そのため画像処理装置７は、撮影装置５から入力された画像を解析することによって、流体の速度の３成分（ｘ、ｙ、及びｚ成分）を算出できる。なお、流体の速度の算出方法は既知の技術であるため、本明細書では説明を省略する。

［構成］
続いて、第一実施形態の半導体レーザ光源装置１の構成について図３を参照して説明する。図３は、図１の半導体レーザ光源装置１の上面１１を上方（即ち、−ｘ方向）から見たときの模式図である。なお図３では、半導体レーザ光源装置１が、上面１１に平行（即ち、ｙ−ｚ平面に平行）なレーザシートＬＳ５を射出した状態を示している。

図３に示すように、半導体レーザ光源装置１は、光源部１３、シリンドリカルレンズ１５、制御部１９を含む。なお、シリンドリカルレンズ１５が「レンズ」に対応する。

以下、光源部１３、シリンドリカルレンズ１５、及び制御部１９について、詳細に説明する。

［光源部１３］
図３に示すように、光源部１３は、半導体レーザアレイ２１、サブマウント２３、及びヒートシンク２５を備える。なお図３には示されていないが、光源部１３は、半導体レーザアレイ２１及びサブマウント２３の間、及び、サブマウント２３及びヒートシンク２５の間にハンダ層を含む。以下、図４及び図５を参照して、光源部１３について説明する。図４は、図３の半導体レーザ光源装置１の光源部１３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４では説明の都合上、シリンドリカルレンズ１５の外縁を示した。

半導体レーザアレイ２１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２１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２２を含み、この側面２２からレーザ光を射出する。

半導体レーザアレイ２１は、側面２２上にｙ方向に複数配置されたエミッタ２７を含む。図４に示される半導体レーザアレイ２１では、エミッタ２７の配置方向であるｙ方向が、半導体レーザアレイ２１の長手方向に対応している。エミッタ２７ａは、ｙ方向に関して側面２２の中央に位置するエミッタである。エミッタ２７ｂは、ｙ方向に関して側面２２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２７ｃは、ｙ方向に関して側面２２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２１は、２００μｍのピッチで並ぶ２０個のエミッタ２７を含む。なお、図２では、便宜的に９個のエミッタ２７を図示している。

以下では、エミッタ２７ａを「中央のエミッタ２７ａ」と呼び、エミッタ２７ｂ、２７ｃをそれぞれ「端部のエミッタ２７ｂ」、「端部のエミッタ２７ｃ」と呼ぶことがある。

各エミッタ２７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５に、半導体レーザアレイ２１の中央のエミッタ２７ａから射出されるレーザ光Ｌを示す。図５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。他のエミッタ２７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。なお図５では、レーザ光Ｌのｘ方向における発散角をφとしている。

図４に戻って説明を続ける。半導体レーザアレイ２１は、ハンダ層２９によりサブマウント２３と接合されている。ハンダ層２９は、サブマウント２３の上面に載置されている。なお、光源部１３はサブマウント２３を備えないものとしても構わない。

半導体レーザアレイ２１の温度は、レーザ光の射出に伴い上昇する。サブマウント２３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２１から生じる熱をヒートシンク２５へ伝導する。

ハンダ層３１は、ヒートシンク２５の上面に載置されており、サブマウント２３及びヒートシンク２５を接合する。

ヒートシンク２５は、サブマウント２３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２５は、熱伝導率の高い金属によって構成されている。なお、光源部１３はヒートシンク２５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］
図４に示すように、シリンドリカルレンズ１５は、ｙ方向から角度θ（一例として、０．１〜０．５度）だけ傾いて配置されている。なお、角度θが「所定の角度」に対応する。以下、シリンドリカルレンズ１５について図６〜図８を参照して詳細に説明する。

図６は、シリンドリカルレンズ１５を−ｚ方向（図３参照）にみたときの模式的な図である。なお、図６では説明の都合上、シリンドリカルレンズ１５の後方（即ち、−ｚ方向側）に位置するエミッタ２７を破線で示している。

図６に示すように、シリンドリカルレンズ１５は、複数のレンズ領域３３からなる。本実施形態において、シリンドリカルレンズ１５は、エミッタ２７と同数（即ち９個）のレンズ領域３３を含む。各レンズ領域３３は、各エミッタ２７に対向している。即ち、各エミッタ２７から射出されるレーザ光は、対向するレンズ領域３３に入射する。

各レンズ領域３３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３３の中心及び各レンズ領域３３の焦点を結んだ直線である。

上述のように、シリンドリカルレンズ１５は、ｙ方向から角度θだけ傾いて配置されている（図４参照）。そのため、エミッタ２７のｘ方向における位置と、当該エミッタ２７に対応するレンズ領域３３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６に示すように、端部のエミッタ２７ｂは、対応するレンズ領域３３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２７ｃは、対応するレンズ領域３３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２７ａと、端部のエミッタ（２７ｂ、２７ｃ）との間に位置するエミッタ２７は、対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡからｘ方向または−ｘ方向に小さくずれる。中央のエミッタ２７ａは、対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡと、ｘ方向において同じ位置に存在する。なお、端部のエミッタ２７ｂに対応するレンズ領域３３が「一方のレンズ領域」に対応し、端部のエミッタ２７ｃに対応するレンズ領域３３が「他方のレンズ領域」に対応する。

なお本実施形態では、端部のエミッタ（２７ｂ、２７ｃ）は、対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡから同じ距離Ｈだけずれる。即ち、端部のエミッタ２７ｂは、対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡから距離Ｈだけ−ｘ方向にずれる。また、端部のエミッタ２７ｃは、対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡから距離Ｈだけｘ方向にずれる。

レンズ領域３３は、対向するエミッタ２７から射出されるレーザ光Ｌを、レーザシートＬＳに変換する。以下、図７及び図８を参照して具体的に説明する。

図７は、図３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２１の端部のエミッタ２７ｂ（図４参照）を通過する。

図７に示すように、レーザ光Ｌは、レンズ領域３３に入射前においてｘ方向に拡がって進行する。なお上述のように、レーザ光Ｌのｘ方向における発散角はφである（図５参照）。レンズ領域３３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３３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３３は、レーザ光Ｌのｙ方向における発散を保持する（図１及び図３参照）。即ちレンズ領域３３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３３は、対向するエミッタ２７ｂ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レーザシートＬＳ１に変換する。

上述のように、端部のエミッタ２７ｂは、対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡから−ｘ方向にずれた位置に存在する（図６参照）。そのため、端部のエミッタ２７ｂから射出されたレーザ光Ｌが変換されたレーザシートＬＳ１は、レンズ領域３３の光軸ＯＡに対し角度αをなして進行する。より具体的には、レーザシートＬＳ１は、レンズ領域３３の光軸ＯＡに対しｘ方向に傾いて進行する。

図８は、図３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２１の端部のエミッタ２７ｃ（図４参照）を通過する。

図８に示すように、レンズ領域３３は、対向するエミッタ２７ｃ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レーザシートＬＳ９に変換する。上述のように、端部のエミッタ２７ｃは、対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡからｘ方向にずれた位置に存在する（図６参照）。そのため、端部のエミッタ２７ｃから射出されたレーザ光Ｌが変換されたレーザシートＬＳ９は、レンズ領域３３の光軸ＯＡに対し角度αをなして進行する。より具体的には、レーザシートＬＳ９は、レンズ領域３３の光軸ＯＡに対し−ｘ方向に傾いて進行する。

図示を省略するが、中央のエミッタ２７ａと、端部のエミッタ（２７ｂ、２７ｃ）との間に位置するエミッタ２７によるレーザシートＬＳ（２〜４、６〜８）について同様に、対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡに対し、所定の角度をなして進行する。

なお、端部のエミッタ（２７ｂ、２７ｃ）は、対応するレンズ領域３３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、変換後のレーザシート（ＬＳ１、ＬＳ９）は、光軸ＯＡに対して比較的大きい角度αをなして進行する（図７及び図８参照）。これに対し、中央のエミッタ２７ａと、端部のエミッタ（２７ｂ、２７ｃ）との間に位置するエミッタ２７は、対応するレンズ領域３３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、変換後のレーザシートＬＳ（２〜４、６〜８）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２７の位置と、対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡの位置との間の距離が大きいほど、レーザシートＬＳは光軸ＯＡに対して大きく傾いて進行する。

中央のエミッタ２７ａによるレーザシートＬＳ５は、上述のようにｙ−ｚ平面に平行である（図３参照）。図示を省略するが、中央のエミッタ２７ａによるレーザシートＬＳ５は、ｙ方向からみたとき、対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡに平行である。

［シリンドリカルレンズの傾斜］
続いて、シリンドリカルレンズ１５の傾斜について図９を参照して説明する。上述のように、シリンドリカルレンズ１５は、ｙ方向から角度θだけ傾いて配置されている（図４参照）。

図９（ａ）は、シリンドリカルレンズ１５を−ｚ方向（図３参照）にみたときの模式的な図である。なお図９（ａ）では、説明の都合上、シリンドリカルレンズ１５の後方（即ち、−ｚ方向側）に位置するエミッタ２７を破線で示している。図９（ｂ）は、図９（ａ）のシリンドリカルレンズ１５をＣ−Ｃ線で切断したときの模式的な断面図である。なお、Ｃ−Ｃ線はｘ方向に平行であり、半導体レーザアレイ２１の端部のエミッタ２７ｂ（図４参照）を通過する。また図９（ｂ）では、説明の都合上、端部のエミッタ２７ｂ、及び当該エミッタ２７ｂから射出されたレーザ光Ｌ、及び当該レーザ光Ｌの変換後のレーザシートＬＳ１も示している。

図９（ａ）に示すように、端部のエミッタ２７ｂから端部のエミッタ２７ｃまでの距離をｄとし、シリンドリカルレンズ１５のｘ方向における幅をｈとする。また図９（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ１５の焦点距離をｆとする。また上述のように、レーザ光Ｌのｘ方向における発散角はφである。このとき、角度θは以下の式を満たしている。
（ｄ／２）ｔａｎθ＋ｆ・ｔａｎ（φ／２）＜ｈ／２

上記式について説明する。左辺の第一項「（ｄ／２）ｔａｎθ」は、端部のエミッタ２７ｂと、端部のエミッタ２７ｂに対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡとの間の距離Ｈである（図６、図９（ａ）、（ｂ）参照）。左辺の第二項「ｆ・ｔａｎ（φ／２）」は、レーザシートＬＳ１のｘ方向における幅Ｈ’の半分の長さである。

上述のように端部のエミッタ２７ｂは、他のエミッタ２７に比べて対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡから−ｘ方向に最も大きくずれる。そのため、端部のエミッタ２７ｂから射出されたレーザ光Ｌのうち、一部のレーザ光がレンズ領域３３に入射しない虞がある。具体的には、端部のエミッタ２７ｂから射出されたレーザ光Ｌのうち、−ｘ方向に最も傾いて進行するレーザ光が、レンズ領域３３に入射しない虞がある。

これに対し、本実施形態では上記の式を満たす角度θだけ、シリンドリカルレンズ１５が傾斜する。即ち、Ｈ＋（Ｈ’／２）の値が、シリンドリカルレンズ１５のｘ方向における幅ｈの半分の長さよりも短い。これにより、本実施形態によれば、エミッタ２７ｂから射出されたレーザ光Ｌは、レンズ領域３３からはみ出すことなく全てレンズ領域３３に入射する。その結果、レーザシートＬＳ１の強度が低下することを抑制できる。

なお、シリンドリカルレンズ１５の傾斜について端部のエミッタ２７ｂを例に説明したが、端部のエミッタ２７ｃについても同様である。具体的には、端部のエミッタ２７ｂは、他のエミッタ２７に比べてｘ方向に最も大きくずれる。そのため、端部のエミッタ２７ｂから射出されたレーザ光Ｌのうち、ｘ方向に最も傾いて進行するレーザ光が、レンズ領域３３に入射しない虞がある。これに対し、本実施形態では、シリンドリカルレンズ１５は上記の式を満たす角度θだけ傾斜する。これにより、端部のエミッタ２７ｃから射出されたレーザ光Ｌは、レンズ領域３３からはみ出すことなく全てレンズ領域３３に入射する。

以上のように、本実施形態によれば、端部のエミッタ（２７ｂ、２７ｃ）から射出されたレーザ光Ｌは、全て、対応するレンズ領域３３に入射する。なお、端部のエミッタ（２７ｂ、２７ｃ）以外の他のエミッタ２７から射出されたレーザ光Ｌも、全て、対応するレンズ領域３３に入射する。他のエミッタ２７は、端部のエミッタ（２７ｂ、２７ｃ）に比べ、対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡから小さくずれた位置に存在するためである。
［制御部］
続いて、図１０及び図１１を参照して制御部１９について説明する。

図１０は、制御部１９の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、制御部１９は、同期信号受信部１９１、点灯エミッタ決定部１９３、及び電流供給部１９５を備える。

同期信号受信部１９１は、同期信号発生器３に電気的に接続されている。同期信号受信部１９１は、同期信号発生器３から同期信号Ｓを受信する。

点灯エミッタ決定部１９３は、同期信号受信部１９１が同期信号Ｓを受信した場合に、複数のエミッタ２７（本実施形態では、９個のエミッタ）のなかからレーザ光Ｌを射出するエミッタ２７を決定する。

電流供給部１９５は、点灯エミッタ決定部１９３により決定されたエミッタ２７に電流を供給する。具体的には、電流供給部１９５は、各エミッタ２７への電流の供給を切り替えるスイッチ（図示略）を含む。当該スイッチは、初期状態ではＯＦＦの状態となっている。電流供給部１９５は、点灯エミッタ決定部１９３により決定されたエミッタ２７に電流を供給するためのスイッチをＯＦＦからＯＮに切り替えることより、当該エミッタ２７に電流を供給する。なお電流供給部１９５は、点灯エミッタ決定部１９３により決定されなかった他のエミッタ２７に電流を供給しない。即ち電流供給部１９５は、当該他のエミッタ２７に電流を供給するためのスイッチをＯＦＦのまま維持する。

また制御部１９は、各エミッタ２７に番号を付し、各エミッタ２７を識別できるよう管理する。本実施形態では、９個のエミッタ２７のそれぞれに１〜９までの何れかの番号Ｎを関連付ける。一例として制御部１９は、端部のエミッタ２７ｂから端部のエミッタ２７ｃに向かって順番に、１〜９の番号Ｎを関連付ける。即ち、端部のエミッタ２７ｂにはＮ＝１が関連付けられ、中央のエミッタ２７ｂにはＮ＝５が関連付けられ、端部のエミッタ２７ｃにはＮ＝９が関連付けられている。

続いて、図１１を参照して制御部１９が行う処理について説明する。以下、半導体レーザアレイ２１が９個のエミッタ２７を含む場合を例に説明する。制御部１９は、利用者によりＰＩＶの計測指示（例えば、半導体レーザ光源装置１の電源ＯＮ）を入力されると、図１１に示す点灯回路切替処理を開始する。

初めに、点灯エミッタ決定部１９３は、変数Ｎを１に設定する（Ｓ１）。続いて、同期信号受信部１９１は、同期信号Ｓを受信したかを判断し（Ｓ３）、同期信号Ｓを受信しないと判断した場合（Ｓ３：Ｎｏ）、同期信号Ｓを受信したと判断するまでＳ３の処理を繰り返す。

同期信号受信部１９１が、同期信号を受信したと判断した場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、電流供給部１９５は、Ｎ＝１が関連付けられているエミッタ２７（本実施形態では、端部のエミッタ２７ｂ）に電流を時間Ｔ１だけ供給する（Ｓ５）。具体的には、電流供給部１９５は、端部のエミッタ２７ｂに電流を供給するためのスイッチをＯＦＦからＯＮに切り替えることにより、電流の供給を開始する。電流供給部１９５は、電流の供給を開始してから時間Ｔ１だけ経過すると、上記のスイッチをＯＮからＯＦＦに切り替える。

なお上述のように各エミッタ２７に電流を供給するためのスイッチは、初期状態ではＯＦＦの状態である。そのため、電流供給部１９５が、端部のエミッタ２７ｂに電流を供給するためのスイッチをＯＦＦからＯＮに切り替えることにより（Ｓ５）、端部のエミッタ２７ｂのみがレーザ光Ｌを射出する。その結果、半導体レーザ光源装置１は、レーザシートＬＳ１のみを射出する。

電流供給部１９５がＳ５を終了すると、点灯エミッタ決定部１９３は、変数Ｎの値を１だけ増加する（Ｓ７）。即ち、変数Ｎの値が「１」から「２」に更新される。そして、点灯エミッタ決定部１９３は、Ｓ７で更新された変数Ｎの値が、エミッタ２７の総数（本実施形態では、９個）以下であるかを判断する（Ｓ９）。なお点灯エミッタ決定部１９３は、変数Ｎの値「２」は、エミッタ２７の総数以下である、と判断する（Ｓ９：Ｙｅｓ）

点灯エミッタ決定部１９３が、変数Ｎの値がエミッタ２７の総数以下であると判断した場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）、Ｓ３の処理に戻る。そして、同期信号受信部１９１が同期信号Ｓを受信すると（Ｓ３：Ｙｅｓ）、電流供給部１９５は、Ｎ＝２が関連付けられているエミッタ２７（本実施形態では、端部のエミッタ２７ｂの隣のエミッタ２７）に電流を時間Ｔ１だけ供給する（Ｓ５）。そして、Ｓ７の処理に移行する。点灯エミッタ決定部１９３がＳ７で更新された変数Ｎの値がエミッタ２７の総数以下でない（Ｓ９：Ｎｏ）、と判断するまで、制御部１９は、Ｓ３〜Ｓ９の処理を繰り返す。

このように、電流供給部１９５は、Ｎ＝１が関連付けられているエミッタ２７から順番に、電流を供給するエミッタ２７を切り替える。これにより、Ｎ＝１からＮ＝１０に向かう順番に、エミッタ２７の点灯が切り替わる。

電流供給部１９５は、Ｎ＝９が関連付けられたエミッタ２７（本実施形態では、端部のエミッタ２７ｃ）に電流を供給すると（Ｓ５）、点灯エミッタ決定部１９３は、変数Ｎの値を「９」から「１０」の更新する（Ｓ７）。そして、点灯エミッタ決定部１９３は、変数Ｎの値「１０」は、エミッタ２７の総数以下でないと判断し（Ｓ９：Ｎｏ）、点灯回路切替処理を終了する。

（作用効果）
続いて、第一実施形態の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。

上述のように、半導体レーザ光源装置１によれば、互いに異なる方向に進行するレーザシートＬＳ（１〜９）が、ＬＳ１、ＬＳ２・・・ＬＳ９の順番に、一層ずつ射出される。また、半導体レーザ光源装置１が各レーザ光ＬＳを射出するタイミングと同期して、撮影装置５は露光を開始する。これにより、レーザシートＬＳが射出されるごとに、トレーサ粒子９の散乱光が撮影される。その結果、流体の速度の三成分を算出可能な三次元的なＰＩＶを、新規な手法によって実現できる。

また、半導体レーザ光源装置１をＰＩＶの光源に使用することにより、撮影装置５を複数台使用する必要がなく、一台の撮影装置５によってＰＩＶを実現できる。これにより、ＰＩＶシステム１００の大型化やコストの上昇を抑制できる。

さらに、半導体レーザ光源装置１によれば、制御部１９が、点灯するエミッタ２７を順次切り替えることによって、異なる方向に進行するレーザシートＬＳを射出できる。即ち、従来の回転ミラーのように、機械的に可動する部材（以下、可動部材）を使用することなく、レーザシートＬＳを射出できる。これにより、光源の複雑化、大型化、及びコストの上昇を抑制できる。さらに、可動部材の不具合による影響を受けることがなく、信頼性の高いＰＩＶの光源を提供できる。

（第二実施形態）
続いて、第二実施形態の半導体レーザ光源装置２００について説明する。第一実施形態の半導体レーザ光源装置１では、１つのエミッタ２７により１つのレーザシートＬＳを形成していたが、第二実施形態の半導体レーザ光源装置２００では、複数のエミッタによって１つのレーザシートＬＳを形成する。以下、図１２及び図１３を参照して第二実施形態について第一実施形態と異なる点を重点的に説明する。

図１２は、第二実施形態の半導体レーザ光源装置２００を−ｚ方向（図３参照）にみたときの模式的な図である。図１２に示すように、半導体レーザ光源装置２００は、半導体レーザアレイ３５、サブマウント３７、ヒートシンク３９、レンズ４１、及び制御部４３を備える。なお、図１２では、説明の便宜上、レンズ４１については外縁を示している。

図１２に示すように、半導体レーザアレイ３５のエミッタ３６の個数は、第一実施形態の半導体レーザアレイ２１のエミッタ２７の個数に比べて多い。本実施形態では、半導体レーザアレイ３５は、１８個のエミッタ（３６ａ〜３６ｒ）を含む。また、サブマウント３７のｙ方向の長さは、第一実施形態のサブマウント２３に比べて長く、ヒートシンク３９のｙ方向の長さは、第一実施形態のシートシンク２５に比べて長い。

図１３を参照して第二実施形態について説明を続ける。図１３は、第二実施形態の半導体レーザ光源装置２００のレンズ４１を−ｚ方向にみたときも模式図である。なお、図１３では説明の都合上、レンズ４１の後方（即ち、−ｚ方向側）に位置するエミッタ３６を破線で示している。

図１３に示すように、レンズ４１は、複数のレンズ領域４２からなる。本実施形態では、レンズ４１は、１８個のレンズ領域（４２ａ〜４２ｒ）からなる。レンズ領域（４２ａ〜４２ｒ）は、第一実施形態と同様に、エミッタ（３６ａ〜３６ｒ）からのレーザ光ＬをレーザシートＬＳに変換する。

ここで、レンズ領域４２ａの光軸ＯＡと、レンズ領域４２ｊの光軸ＯＡとにおいて、ｘ方向における位置が等しい。そのため、レンズ領域４２ａの光軸ＯＡと、エミッタ３６ａとの間の距離は、レンズ領域４２ｊの光軸ＯＡと、エミッタ３６ｊとの間の距離と等しい。その結果、レンズ領域４２ａ、４２ｊによって変換された各レーザシートＬＳは、ｙ方向からみたとき、平行に進行する。

同様に、レンズ領域（４２ｂ、４２ｋ）において、光軸ＯＡのｘ方向における位置が等しいため、エミッタ（３６ｂ、３６ｋ）（図示略）と光軸ＯＡとの間の距離も等しい。その結果、レンズ領域（４２ｂ、４２ｋ）によって変換された各レーザシートＬＳは、ｙ方向からみたとき、平行に進行する。レンズ領域（４２ｃ、４２ｌ）、レンズ領域（４２ｄ、４２ｍ）、レンズ領域（４２ｅ、４２ｎ）、レンズ領域（４２ｆ、４２ｏ）、レンズ領域（４２ｇ、４２ｐ）、レンズ領域（４２ｈ、４２ｑ）、及び、レンズ領域（４２ｉ、４２ｒ）においても同様である。

なお、エミッタ（３６ａ、３６ｊ）は、レンズ領域（４２ａ、４２ｊ）の光軸ＯＡから−ｘ方向に最も大きくずれる。そのため、エミッタ（３６ａ、３６ｊ）によるレーザシートＬＳは、ｘ方向に最も大きく傾いて進行する（図７参照）。また、エミッタ（３６ｉ、３６ｒ）（図示略）は、レンズ領域（４２ｉ、４２ｒ）の光軸ＯＡからｘ方向に最も大きくずれる。そのため、エミッタ（３６ｉ、３６ｒ）によるレーザシートＬＳは、−ｘ方向に最も大きく傾いて進行する（図８参照）。また、レンズ領域（４２ｅ、４２ｎ）によるレーザシートＬＳは、ｙ−ｚ平面に平行に進行する。

続いて制御部４３について説明する。制御部４３は、エミッタ（３６ａ、３６ｊ）に、同じ値の変数Ｎ（例えば、Ｎ＝１）を付与する。同様に、制御部４３は、エミッタ（３６ｂ、３６ｋ）に同じ変数Ｎの値（例えば、Ｎ＝２）を付与する。以下同様に、制御部４３は、エミッタ（３６ｃ、３６ｌ）、エミッタ（３６ｄ、３６ｍ）、エミッタ（３６ｅ、３６ｎ）、エミッタ（３６ｆ、３６ｏ）、エミッタ（３６ｇ、３６ｐ）、エミッタ（３６ｈ、３６ｑ）、及び、エミッタ（３６ｉ、３６ｒ）に、同じ変数Ｎの値を当該順番に１ずつ増加するよう付与する。

これにより、制御部４３は、エミッタ（３６ａ、３６ｊ）を同時に点灯し、点灯が終了すると、続いて、エミッタ（３６ｂ、３６ｋ）を点灯する。そして制御部４３は、エミッタ（３６ｂ、３６ｋ）の点灯が終了すると、続いて、エミッタ（３６ｃ、３６ｌ）を点灯する。このように制御部４３は、ｙ方向からみて平行に進行する２つのレーザシートＬＳを同時に点灯する。また制御部４３は、ｙ方向からみて異なる方向に進行するレーザシートＬＳが同時に点灯されないよう、点灯するエミッタ３６を切り替える。

以上のように、第二実施形態の半導体レーザ光源装置２００によれば、同一平面上を進行する２つのレーザシートＬＳが重なり合って一層のレーザシートを形成する。これにより、第二実施形態によれば、第一実施形態に比べ、一層のレーザシートの強度が高くなるため、トレーサ粒子９をより確実に捕捉可能となり、ＰＩＶの計測結果の精度を向上できる。

（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では、エミッタ（２７、３６）のｘ方向における位置に対し、各レンズ領域（３３、４２）の光軸ＯＡのｘ方向における位置をずらすことによって、異なる方向に進行するレーザシートＬＳを形成するが、これに限らない。例えば、各レンズ領域（３３、４２）の光軸ＯＡのｘ方向における位置が同じであり、各エミッタ（２７、３６）のｘ方向における位置をずらしても構わない。

また、第一実施形態において、エミッタ２７のｘ方向における位置と、対応するレンズ領域３３の光軸ＯＡのｘ方向における位置との相対関係を調整する形態に限らない。例えば、図１４に示す半導体レーザ光源装置３００のように、エミッタ２７（図示略）と同数のミラー４５を準備し、各ミラー４５を、各エミッタ２７（図示略）に対向させて、さらにｚ方向における位置をずらして配置しても構わない。半導体レーザ光源装置３００によれば、各エミッタ２７（図示略）から射出されたレーザ光Ｌは、それぞれ対向するミラー４５により反射し、シリンドリカルレンズ１５の入射面上の異なる位置に入射する。その結果、各エミッタ２７（図示略）によるレーザ光Ｌは、それぞれ異なる方向に進行するレーザシートＬＳに変換される。なお、図１４では便宜的に、各エミッタ２７から射出されるレーザ光Ｌのうち、ｚ方向に平行に進行するレーザ光のみを図示している。また、図の便宜上、３つのミラー４５のみを示している。なお、図１４において、ｙ方向が「第一の方向」に対応し、ｚ方向が「第二の方向」に対応する。

以上を一般的にいえば、複数のエミッタ（２７、３６）のうち少なくとも二つのエミッタ（２７、３６）から射出されたレーザ光Ｌのレンズ領域（３３、４２）における入射位置が、第二の方向（即ち、ｘ方向またはｚ方向）において互いに異なる、と表現できる。より具体的には、少なくとも二つのエミッタ（２７、３６）から射出されたレーザ光Ｌのうち、レンズ領域（３３、４２）の光軸ＯＡに平行に進行するレーザ光において、レンズ領域（３３、４２）における入射位置が、第二の方向（即ち、ｘ方向またはｚ方向）において互いに異なる、と表現できる。

〈２〉第一実施形態及び第二実施形態において、レンズ領域（３３、４２）の光軸ＯＡに対し、ｘ方向にずれるエミッタ（２７、３６）と、−ｘ方向にずれるエミッタ（２７、３６）とが存在するがこれに限らない。即ち、全てのエミッタ（２７、３６）が、レンズ領域（３３、４２）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（２７、３６）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（２７、３６）による全てのレーザシートＬＳ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。なお、第一実施形態及び第二実施形態によれば、レーザシートＬＳが広い範囲で傾いて進行するため、流体が存在する三次元空間を、広範囲に照射することができ、流体を広範囲に観測することができる。

〈３〉また、第一実施形態において、撮影装置５が同期信号Ｓを受信してから露光を終了するまでの時間（Ｔ３＋Ｔ４）は、レーザシートＬＳが射出される時間Ｔ１に比べて短い（即ち、Ｔ３＋Ｔ４＜Ｔ１）と説明したが、同期信号Ｓの時間間隔Ｔ２よりも短ければ時間Ｔ１よりも長くても構わない。また、露光時間Ｔ４は、時間Ｔ１に比べて長くても構わない。より一般的に言うと、同期信号Ｓが出力される時間間隔Ｔ２の間に、１つのレーザシートＬＳが点灯すれば構わない。また、当該間隔Ｔ２の間に、撮影装置５が露光を開始すれば構わない。また、時間Ｔ４の間に、１つのレーザシートＬＳが点灯し、複数のレーザシートＬＳが点灯されないようにすればよい。なお、時間Ｔ１の間に、撮影装置５が複数の画像を記録する形態であっても構わない。

〈４〉また、第一実施形態ではシリンドリカルレンズ１５を傾斜して配置することによって各エミッタ２７と各レンズ領域３３の光軸ＯＡとのｘ方向における位置をずらしていたが、これに限らない。例えばシリンドリカルレンズ１５に代わり、図１５に示すようなレンズ４７を使用しても構わない。なお、図１５は、レンズ４７を−ｚ方向（図３参照）からみたときの模式図であり、レンズ４７の後方（即ち、−ｚ方向側）に位置するエミッタ２７を破線で示している。

〈５〉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。

〈６〉また、第一実施形態の半導体レーザ光源装置１では、シリンドリカルレンズ１５を使用して各レーザ光ＬをレーザシートＬＳに変換したが、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）においてレーザ光Ｌの発散を抑制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）においてもレーザ光Ｌの発散を抑制するレンズを使用しても構わない。

〈７〉また、第二実施形態において、レンズ領域４２が１つのレンズを構成しても構わない。即ち、レンズ４１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
１３ ： 第一実施形態の光源部
１５ ： 第一実施形態のシリンドリカルレンズ
１９ ： 第一実施形態の制御部
２１ ： 第一実施形態半導体レーザアレイ
２７ ： 第一実施形態エミッタ
３３ ： 第一実施形態のレンズ領域
２００ ： 第二実施形態の半導体レーザ光源装置
３５ ： 第二実施形態の半導体レーザアレイ
３６ ： 第二実施形態のエミッタ
４１ ： 第二実施形態のレンズ
４２ ： 第二実施形態のレンズ領域
１９１ ： 第一実施形態の同期信号受信部
１９３ ： 第一実施形態の点灯エミッタ決定部
１９５ ： 第一実施形態の電流供給部
Ｌ ： レーザ光
ＬＳ ： レーザシート
ＯＡ ： 光軸

Claims (8)

1. 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各レーザ光を、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に変換するレンズと、を有し、
   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レーザシート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少なくとも二つの前記エミッタから射出された前記レーザ光において、前記レーザ光の前記レンズ領域における入射位置が、前記第二の方向において互いに異なり、
   複数の前記エミッタのうち、一部の前記エミッタが前記レーザ光を射出し、一部の前記エミッタ以外の他の前記エミッタが前記レーザ光を射出しないように前記光源部を制御する制御部をさらに有し、
   一部の前記エミッタから射出された前記レーザ光と、一部の前記エミッタ以外の他の前記エミッタから射出された前記レーザ光とにおいて、前記レーザ光の前記レンズ領域における入射位置が、前記第二の方向において互いに異なることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
2. 前記制御部は、
   複数の前記エミッタのなかから前記レーザ光を射出する特定の前記エミッタを決定する点灯エミッタ決定部と、
   前記点灯エミッタ決定部により決定された特定の前記エミッタに電流を供給し、特定の前記エミッタ以外の他の前記エミッタに電流を供給しない電流供給部と、を有す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. 前記制御部は、
   撮影装置の露光と同期するための同期信号を受信する同期信号受信部をさらに有し、
   前記点灯エミッタ決定部は、
   前記同期信号を受信した場合に、複数の前記エミッタのなかから前記レーザ光を射出する特定の前記エミッタを決定し、
   前記同期信号を受信しない場合に、前記レーザ光を射出する特定の前記エミッタを決定しないことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ光源装置。
4. 複数の前記エミッタは、前記第一の方向に並び、
   前記レーザ光は、前記第一の方向及び前記第二の方向に拡がって進行し、
   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請求項１〜３のいずれか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４に記載の半導体レーザ光源装置。
6. 複数の前記エミッタのうち少なくとも二つの前記エミッタから射出された前記レーザ光において、前記レーザ光の前記レンズ領域における前記入射位置が、前記第二の方向において一致し、
   少なくとも二つの前記エミッタから射出された前記レーザ光は、対応する前記レンズ領域により、互いに平行に進行する前記レーザシートに変換されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ光源装置。
7. 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１〜６のいずれかに記載の半導体レーザ光源装置。
8. 前記レンズは、シリンドリカルレンズであり、
   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、
   一方の端部に位置する前記エミッタから他方の端部に位置する前記エミッタまでの距離をｄ、前記レンズの焦点距離をｆ、前記レンズの前記第二の方向における幅をｈ、前記レンズが前記第一の方向から傾斜する角度をθ、前記複数の前記エミッタから射出された前記レーザ光の前記第二の方向における発散角をφ、としたとき、下記の式、
   （ｄ／２）ｔａｎθ＋ｆ・ｔａｎ（φ／２）＜ｈ／２
   を満たしていることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ光源装置。

Images