JPH0798402A - リニアアレイレーザダイオードに用いる光路変換器及びそれを用いたレーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ装置の焦点に於けるエネルギ
ー密度を高くした半導体レーザ装置及びリニアアレイ半
導体レーザ装置の焦点を極めて小さくしてエネルギー密
度を高くすることが可能な光路変換器及び上記半導体レ
ーザ装置を用いた強力な半導体レーザ励起固体レーザ装
置を提供する。 【構成】 点線状のレーザビーム群を放射するリニア
アレイレーザ素子の前面に配設されて、その点線の向き
に対してほぼ垂直に方向に屈折してコリメートされたレ
ーザビーム群を受光し、各エミッタまたは各エミッタ群
からのレーザビームの向きを直角に旋回して放射するこ
とにより、実質的な梯子状レーザビーム群に変換し、こ
の実質的梯子状レーザビーム群を２つの方向に独立的に
コリメートして焦点に収斂し焦点に於けるレーザエネル
ギの密度を向上し、これを半導体レーザ励起固体レーザ
装置の励起源とすることで、上記目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リニアアレイレーザダ
イオードに用いる光路変換器、及び光路変換器を用いた
レーザ装置に関するものである。本発明は更に、半導体
レーザ光を微小スポットに集光する半導体レーザ集光
器、半導体レーザ光で固体レーザ素子を光励起する半導
体レーザ励起固体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工や医用目的に使用するレーザ
として、ＹＡＧ（yetrium alumineergornet）が用いら
れてきた。しかし、固体レーザであるＹＡＧレーザは電
気→光の変換効率が低い。これは、従来型のＹＡＧレー
ザは固体レーザの励起に用いられるＸｅランプやフラッ
シュランプの発光効率が低く、またその発光のスペクト
ル帯域も広いため、発光エネルギーのうち小さな部分し
か固体レーザの励起に使用できないことによる。このた
め、大きな装置と、冷却水とが通常必要となる。

【０００３】一方、半導体レーザ（ＬＤ）は変換効率が
高くコンパクトで冷却装置も大がかりな装置を必要とし
ない。最近、高出力半導体レーザのコストが顕著に下が
り始めた。レーザ加工分野に於ても、このような半導体
レーザを利用することが好ましい。しかしながら、半導
体レーザは、そのビーム品質が一般的に悪く、しかも単
一ストライプ半導体レーザの高出力化には限りがあり、
レーザ加工にそのまま用いることは困難である。

【０００４】レーザ光を放射する活性層ストライプを１
０本〜１００本直線的に配列し、破線状の光源を与える
マルチストライプアレイ半導体レーザは高出力レーザと
して知られている。

【０００５】半導体レーザの活性層ストライプが一次元
的に配列したリニアアレイの半導体レーザとしてＣＷ
（連続発振）出力２０Ｗのものまで入手することができ
る。マルチストライプアレイ半導体レーザは、例えば図
１に示すように、幅が約１００μｍ〜２００μｍの端部
がエミッタとなっているストライプ１０本〜数１０本が
全幅約１cmの平面内に一定間隔で配列している。

【０００６】このように１個の半導体レーザ素子からは
１０本〜数１０本のレーザ光が出射する破線状に線分が
直列した光源を与える。

【０００７】レーザ加工や医用目的にマルチストライプ
アレイ半導体レーザを利用するためには狭い領域に高水
準のエネルギーを集中する工夫が必要である。各ストラ
イプ光は各々偏平な光源から発したものであり、ビーム
発散角は活性層に対し垂直成分φが大きく約４０゜〜５
０゜であり、平行成分θは小さく約１０゜である。発光
源の幅は垂直成分が狭く１μｍ以下であり、平行成分は
広く上述のように１００μｍ〜２００μｍである。

【０００８】以上のような半導体レーザの特性から、半
導体レーザからの出射光をレンズを用いて集光して絞り
込む場合、垂直成分は容易に絞ることができるが、平行
成分は光源の全幅が広く発散角が垂直成分より狭いた
め、微小スポットに絞ることが困難である。

【０００９】Ｄ．Ｃ Ｓｈａｎｎｏｎ ｅｔ．ａｌがＯ
ｕｔ Ｌｅｔｔ．， １６， ３１８（１９９１）でこ
のようなアレイ半導体レーザを非球面レンズを用いて一
括して絞り込み、固体レーザを励起する装置を開示して
いる。しかし、当ファイバのカップリング損失が大き
く、またＬＤ光の平行成分については数ｍｍ程度にしか
絞ることができないため、逆に固体レーザ共振器の法を
歪ませて励起空間にマッチングさせる等の工夫が必要で
ある。

【００１０】一方、図２に示すように、ストライプに対
して１対１にマイクロレンズを対応させて配列し、各々
のストライプ光を集光しコリメートした後、集束レンズ
で絞り複数ビームを重畳させる方法により比較的効率よ
く集束可能としたことが山口外により、特願平４−０７
８１７９号公報（本願と同一出願人による米国特許出願
第０７／８２８，３４７号に対応する）に開示されてい
る。しかしながら、絞り込んだビームスポット径は集束
レンズとビームスポットとの間の距離（つまり集束レン
ズの焦点距離ｆ2）と半導体レーザストライプとマイク
ロレンズ間距離（つまりマイクロレンズの焦点距離ｆ
1）の比で決まる倍率（ｆ2／ｆ1）を光源の幅に掛けた
値になる。従って、ビームスポットの長径ω1（水平部
分）はストライプの幅（ω0：１００μｍ〜２００μ
ｍ）に上記倍率を掛けた値（ω0ｆ2／ｆ1）となる。垂
直成分は光源の幅が非常に小さい（１ｎｍ以下）ので同
じ倍率（ｆ2／ｆ1）を掛けても大きなスポット径にはな
らない。従って、ストライプの幅方向の集束を考えると
ビームスポットを小さくして光の強度を大きくするため
にマイクロレンズはストライプからなるべく離して配置
した方が良い。しかし、ストライプ光の垂直成分の発散
角が大きいためレンズ開口外に漏れる放射エネルギーが
大きくなることを考えるとこれは難しい。そこで、垂直
成分と水平成分とを別々のシリンドリカルレンズで集光
し、垂直成分と水平成分を別々のシリンドリカルレンズ
で集光し、垂直成分集光用のレンズはストライプから至
近距離に、平行成分集光用の各ストライプに１対１で対
応するマイクロシリンドリカルレンズは離して配置する
ことが考えられる。

【００１１】市販されている代表的なＬＤストライプと
して、厚さ１μｍ、幅２００μｍのもの１２本がピッチ
８００μｍで配列したものがある。ストライプ光の平行
成分はビーム発散角１０゜を有するので、ストライプの
出射端から約３．４mmのところで隣同士のストライプ光
が重なり合う。その重合の後にレンズを置いたときは、
一部の光はレンズの軸と角度を持つ光線となり、フォー
カシングレンズの焦点と異なる点に集束するため、シス
テムの効率を低下させる。このため、マイクロシリンド
リカルレンズアレイを用いて各ストライプ光を各々コリ
メートするためには、３．４mm以内の接近した位置にレ
ンズ（焦点距離ｆ1≦３．４mm）を置く必要がある。コ
リメート光を集束する集束レンズの焦点距離Ｆ2との組
合せで決まる倍率（ｆ2／ｆ1）をストライプの幅に掛け
て集束スポット径を求めると大きくならざるを得ない。

【００１２】このように従来、破線状に出射するリニア
アレイＬＤの出射レーザ光を小さい面積に高密度に集中
させることは困難であった。

【００１３】また、半導体レーザ励起固体レーザに於け
る固体レーザの光軸方向から光励起する端面励起方式に
よると、固体レーザ発振のモード空間に半導体レーザ出
力光による励起空間をマッチングさせることによって高
効率な単一基本横モード発振を実現し得る。

【００１４】半導体レーザの活性層を一次元的に配列し
たマルチストライプアレイ半導体レーザ発生素子は、１
０Ｗ以上の出力が得られ、レーザマイクロ加工用として
十分に使用できる出力を有している。このマルチストラ
イプレーザ光を光学系を用いて直接集光し、十分に細い
スポットに絞ることができれば、半導体レーザ出力をレ
ーザ加工に用いることができるはずである。

【００１５】ところが、マルチストライプアレイ半導体
レーザ発生素子は、上述の通り半導体レーザ発生素子か
らの出射光をレンズを用いて集光して絞り込む場合、垂
直成分は容易に絞る得るが、平行成分は光源の全幅が広
いために微小スポットに絞ることが困難である。

【００１６】このようなアレイ半導体レーザを励起光源
として用いようとすると、上記したようにアレイの幅は
長さ１cm程に亘るので、通常のレンズ系を用いて複数ビ
ームを１つのスポット状に絞り込めず、励起効率の良い
端面励起方式が採用できないことから側面励起方式にし
か適用できなかった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述した問題に鑑み、
本発明の目的は、リニアアレイ半導体レーザを用いた半
導体レーザ装置の焦点に於けるエネルギー密度を高くし
た半導体レーザ装置を提供することにある。

【００１８】本発明の別の目的は、リニアアレイ半導体
レーザを用いた半導体レーザ装置に用いて、半導体レー
ザ装置の焦点を極めて小さくしてエネルギー密度を高く
することを可能にするための新規な光路変換器を提供す
ることにある。

【００１９】本発明の更に別の目的は、上記半導体レー
ザ装置を用いた、強力な半導体レーザ励起固体レーザ装
置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体レーザ装置は、レーザビームを
放射する細長いエミッタが複数、その長軸方向に直線的
に並んだリニアアレイレーザダイオードと、各エミッ
タ、若しくは複数のエミッタからなるエミッタ群から放
射されたレーザビームをエミッタの長軸方向に対して垂
直の方向に平行化（コリメート）する第１のコリメート
素子と、１方向にのみ平行化されたレーザビームの各々
のエミッタ長軸方向をほぼ直角に旋回して出力する光路
変換器と、光路変換器から出力されるレーザビームを前
記エミッタ長軸に対応する方向に平行化する第２のコリ
メート素子と、２方向に平行化されたレーザビームを焦
点に集光するフォーカシング素子とを備えることを特徴
とする。

【００２１】上記別の目的を達成するため、本発明の光
路変換器は、スリット状に放射される光線を受光して該
光線の断面中の該スリットの方向を光軸に沿ってほぼ直
角に旋回させて出射する光学素子を、複数、各光学素子
の受光面と出射面をそれぞれ隣接してリニアに配列し、
リニアアレイレーザダイオードの放射面に対応させたこ
とを特徴とする。即ち、本発明の光路変換器は、リニア
アレイ半導体レーザのライン状をした各エミッタ、若し
くは各エミッタ群から放射されるレーザビームのエミッ
タに対応する方向を光軸に沿ってほぼ直角に旋回させる
ように構成されている。

【００２２】更に、上記更に別の目的を達成するため、
本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、上記の半
導体レーザ装置から出力される該レーザビームの焦点に
固体レーザ装置の励起光を入射させる端面を配置した。

【００２３】

【作用】リニアアレイレーザダイオードの点線状に配列
された細長いエミッタからのレーザビームは、エミッタ
の長手方向に放射角が小さく、垂直な方向に放射角が大
きいため、両方向について異なる収束力を与えなければ
小さい領域にエネルギーを集中することができない。ま
た、上に述べたように幅方向の放射角が小さい上、リニ
アアレイレーザダイオードから放射されるレーザビーム
の全体幅はリニアアレイレーザダイオードの幅に対応し
て大きいので、小さい領域にエネルギーを集中すること
が困難である。ところが、本発明の半導体レーザ装置
は、リニアアレイレーザダイオードの点線状に配列され
た細長いエミッタからのレーザビームを第１のコリメー
ト素子で受光してエミッタに垂直な方向に屈折してエミ
ッタに垂直な断面についてほぼ平行な光線にし、これを
上記光路変換器に入力してレーザビームの方向を変える
と共にそのエミッタ軸に対応する方向をほぼ直角まで旋
回させ、この光線を第２のコリメート素子でエミッタ軸
と垂直な方向に異なる収束力で屈折して、異方的に放射
したレーザビームをほぼ平行光線に変化させてから、フ
ォーカシング素子で１点に収束させる。このため本発明
の半導体レーザ装置は、リニアアレイレーザダイオード
が発生するレーザエネルギーは極めて小さな面積に収束
させることができることから、十分にレーザ加工や医療
用に用いることができる。

【００２４】本発明の光路変換器をリニアアレイ半導体
レーザの前面に設置すると、各光学素子がリニアアレイ
半導体レーザのライン状をした各エミッタ、或いは複数
のエミッタからなるエミッタ群から放射されるレーザビ
ームを受光して、そのレーザレーザビームのエミッタ長
軸に対応する方向を、光軸に沿ってほぼ直角に旋回させ
る。従って、該光路変換器から出力されるレーザビーム
はエミッタ長軸大応方向が直角に旋回した各光学素子毎
の部分的なビームが光学素子の数だけ並列的に梯子状に
並ぶことになり、リニアアレイ半導体レーザのエミッタ
を梯子状に配列したと実質的に同じように扱うことがで
きる。エミッタの垂直方向にフォーカシングすることは
容易であり、かつ平行に梯子状に並んだエミッタからの
光線を極めて狭い領域に収束させることも容易であるの
で、本発明の光路変換器を使用してリニアアレイ半導体
レーザのエミッタを実質的に梯子状に配列する効果をも
たらした半導体レーザ装置は極めて小さい焦点にリニア
アレイ半導体レーザのエネルギーを集中することが可能
になる。

【００２５】また、上記集中させたレーザ光を固体レー
ザに励起光として入射する本発明の半導体レーザ励起固
体レーザ装置は強力な半導体レーザを活用した端面励起
が可能となり効率が高くビームの質が良い固体レーザ出
力を得ることができる。

【００２６】

【実施例】本発明の実施例を図を用いて以下に説明す
る。

【００２７】（実施例１）図３は、本発明の半導体レー
ザ装置の平面図、図４はその立面図である。

【００２８】マルチストライプアレイ半導体レーザ１０
は、一般的に入手できるもので幅約１０mmの間にレーザ
ビームを放射する１０個〜１００個（例えば１２個、図
では便宜上６個表示される）の活性層ストライプ１２を
一列に配列したものである。各活性層ストライプ１２の
断面は、例えば幅１００μｍ〜２００μｍ、厚み０．１
μｍ〜１μｍで、活性層ストライプの端面から放射され
るレーザ光は厚み方向の放射角が４０゜〜５０゜、幅方
向の放射角が約１０゜で、マルチストライプアレイ半導
体レーザ１０の発光源となっている。活性層ストライプ
はマルチストライプアレイ半導体レーザ１０の端部に一
列に並んでいるため、半導体レーザの発光は一列の点線
状になっている。

【００２９】第１の柱状レンズ２０がマルチストライプ
アレイ半導体レーザ１０が放射されるレーザ光を活性層
ストライプの厚み方向に収束力を有し、活性層ストライ
プに垂直な成分の発散光を平行光にする。第１の柱状レ
ンズ２０は幅方向には等しい厚みを有して光はほぼ直進
するため、レーザビームの幅方向の放射角は約１０°と
変わらない。

【００３０】光路変換器３０が、第１柱状レンズ２０か
ら出力されるレーザビームの断面を入射光に対してほぼ
９０°回転させる。光路変換器３０はマルチストライプ
アレイ半導体レーザ１０の各活性層ストライプ１２に１
対１に対応する光学素子を各活性層ストライプに対応す
るように直線的に配列したものである。第１の柱状レン
ズ２０によって幅方向に約１０°の角をもって放散し厚
み方向に平行光となったレーザビーム（図３参照）は、
光路変換器３０によって、各活性層ストライプ毎に約９
０°回転させられるので、幅方向に放射角約１０°、厚
み方向に平行な光に変換される（図４参照）。尚、上記
光学素子は複数の活性層ストライプを含むストライプ群
に対応するようにしたものであっても良い。

【００３１】このように約９０°光路変換器変換された
レーザビームが活性層ストライプ、若しくはストライプ
群の数だけ平行に並ぶので、マルチストライプアレイ半
導体レーザ１０の放射光は活性層ストライプが梯子状に
並列したと実質的に同じものとなる。

【００３２】第２の柱状レンズ４０がマルチストライプ
アレイ半導体１０の幅方向に平行に設けられている。マ
ルチストライプアレイ半導体レーザ１０から放射され第
１の柱状レンズ２０と光路変換器３０を通過したレーザ
光は、活性層ストライプ毎に活性層ストライプに垂直な
成分が平行光、幅方向の放射角は約１０°になっている
がこれらが梯子状に並んでいるから、レーザビーム全体
は半導体レーザの発光面軸に沿った方向に於ける放射角
が約１０°程度となる。第２の柱状レンズ４０はこのレ
ーザ光を受容して幅方向について平行光にするため、レ
ーザ光はいずれの方向についても平行な光になる。

【００３３】集束レンズ５０が第２の柱状レンズを通過
して完全な平行光となったレーザビームを小さなビーム
スポットに収束する。

【００３４】ここで、第１の柱状レンズ２０の焦点距離
をｆ1、第２の柱状レンズ４０の焦点距離をｆ3、集束レ
ンズ５０の焦点距離をｆ2、活性ストライプの幅をω0、
厚みをｄ0とすると、一個の活性層ストライプからのレ
ーザのビームスポットの幅ω1、厚みｄ1は、次のように
して求められる。

【００３５】ｄ1＝ｄ0・ｆ2／ｆ1 ω1＝ω0・ｆ2／ｆ3 従って、鋭いスポットを得るためにはｆ1及びｆ3は大き
いほど良い。ここでω0が１００μｍ〜２００μｍ、ｄ0
が０．１μｍ〜１μｍであることを考慮すればｆ1の大
きさはｆ3と比較して問題にならない。ω0が２００μ
ｍ、ピッチが８００μｍ、活性層ストライプ長軸方向の
放射角１０°の例では、隣のストライプからのレーザは
ストライプ表面から３．４mmの距離で長軸方向に重な
る。従って、本発明の光路変換器を使用しないときは、
出力エネルギーを効率良く利用するためには、第１及び
第２の柱状レンズは共にストライプ表面から３．４mm以
下の距離に設ける必要があり、レーザビームを平行化す
るためには、ｆ1とｆ3とは最長でも３．４mmでなければ
ならないことになる。しかし、ｆ1が３．４mm以下の適
当な値を持つ第１の柱状レンズをストライプ表面から
３．４mm以下の距離に置き、本発明の光路変換器でレー
ザビームを回転させると、各活性ストライプに対応する
レーザの並列する方法については平行光となり相互に重
畳することがない。そして、図４の紙面に平行な方向に
約１０°の広がりを有するようになる。この放射光を第
２の柱状レンズで平行光にするためには焦点距離ｆ3を
十分大きな値に取ることができる。即ちｆ3は３．４mm
に制約されることなく適当な値を選択することができ、
例えば収束レンズの焦点距離ｆ2と同じ値を選んだとき
はビームスポットの幅ω1は２００μｍとなる。このよ
うに、本発明のレーザ装置によればビームスポットの幅
ω1と厚みｄ1を十分小さな値にすることが可能になり、
リニアアレイレーザダイオードの出力を効率的に利用し
た強力なレーザを得ることができる。従って、本発明の
レーザ装置はレーザ加工やレーザメス等として医療用に
用いることができる。

【００３６】図５は、リニアアレイレーザダイオードと
して発光部分の密度が高い疑似連続発振レーザダイオー
ドＱＣＷＬＤ等を用いる場合の本発明の半導体レーザ装
置の平面図である。リニアアレイレーザダイオード１０
には多数の活性層ストライプ１２が高密度に設けられて
いて、実質的に区切りのない直線状発光部を形成してい
る。光路変換器３０は、活性層ストライプのサイズと関
係なく、或いは所定数のストライプに対応する寸法を有
する光学素子を適当数直線的に配列したものである。第
１柱状レンズ２０、光路変換器３０、第２柱状レンズ４
０、集束レンズ５０の位置や作用は図３に説明したもの
と同じである。このように活性層ストライプの幅が短い
かその間隔が狭いレーザダイオードを用いるときには、
光路変換器の光学素子を活性層ストライプと１対１に対
応させると光路変換器の製作が困難になる。本態様は、
その代わりに適当な数の活性層ストライプを群にまとめ
てこれに対応させたものである。また、レーザダイオー
ドの発光部を点線状と見る代わりに１本のストライプと
見なして、これを光学素子で適当に区分して旋回させて
実質的に梯子状に発光するレーザダイオードに変化させ
たものと考えることもできる。

【００３７】図６は、光ファイバ６０を用いた本発明に
係るレーザ装置の平面図、図７はその立面図である。上
記レーザ装置が形成するレーザスポットの位置に光ファ
イバ６０の受光面を配置し、レーザ１０から放射される
レーザエネルギーを受容して光ファイバ６０の他端面側
に伝達するようにしたものである。光ファイバ６０の長
さと可撓性とにより簡単に、目的の場所に発光部を持ち
込んで作業ができるような、使いやすいレーザ装置を得
ることができる。尚、１０Ｗの出力を有するリニアアレ
イレーザダイオード１０を光源とし、コア径４００μｍ
の光ファイバ６０の入射面上に、コアの断面より小さい
レーザスポットを形成するように構成したレーザ装置は
６０％の効率を達成している。

【００３８】（実施例２）図８は本発明の光路変換器を
説明するブロック図、図９は光の構成要素としての光学
素子の機能を説明するブロック図である。光路変換器３
０は、図８にあるように長手方向に光学素子３２を適当
な数だけ連結して横長に形成されている。光路変換器の
長さはリニアアレイレーザダイオードの発光面に対応さ
せる。光学素子３２は、図９にあるように光路変換器の
長手方向に活性層ストライプの軸方向を有するレーザビ
ーム３７を面に垂直に受光する受光面３４と、光学素子
内部で光軸に沿って光路を捻る処理を受けて光路を変換
されたレーザビーム３８を面から垂直に出力する出力面
３６とを有する。光学素子３２は、例えば繰り返し間隔
８００μｍで並んでいる活性層ストライプから放射され
る水平にストライプ長軸方向を有するレーザビーム３７
を受容し、受容したレーザビームの断面の向きをほぼ９
０°旋回してストライプ軸方向が垂直になるような変換
をする。受光面と出力面との角度関係は任意であって良
いが、両面が平行になっていて入射光の光軸方向を維持
したまま出力されることが装置の設計上最も好ましい。
また、受光面と出力面とが平行でない場合に入射方向に
対して一定の角度を有する出射光を更に反射して光軸の
方向を変換し、装置の構造上好ましい方向に向けること
は容易である。

【００３９】光路変換器３０に用いる光学素子３２は、
一般には光路変換器を組み込むレーザ装置に使用するリ
ニアアレイレーザダイオード１０の活性層ストライプ１
２に１対１で対応するようにする。従って、例えば繰り
返し間隔８００μｍで活性層ストライプが１２個並ぶリ
ニアアレイレーザダイオードを使用する場合には、光路
変換器は、繰り返し間隔８００μｍで光学素子を１２個
並べたものとなる。

【００４０】しかし、図５に示した実施例にあるように
活性層ストライプが高密度に並んでいる場合には、レー
ザビームを１本の連続線から放射されたものと見なし
て、光路変換器に受光するレーザを適当な間隔で区切っ
てその部分毎に約９０°レーザビームを旋回して用いる
ことにより、実質的にその間隔を幅として有する梯子状
発光部をもったリニアアレイレーザダイオードとして扱
うことができる。このような目的には、活性層ストライ
プの数によらず、適当数の光学素子を並列配置すれば足
りる。

【００４１】リニアアレイレーザダイオードの放射面が
平面であることに対応して光路変換器３０の入射面３４
と出射面３６とは光路変換器の全体に亘ってそれぞれ１
つの平面上にあるように配置することがレーザ装置の構
造上好都合である。尚、１つの入射光に対して光学素子
の中で２つの光路に分割して２つの出射面から放射する
ようにすることが可能であるが、この場合にも出射面の
それぞれについて１つの平面上にあるように配置する。

【００４２】上記光学素子３２は、いろいろな原理に基
づいて形成することができる。

【００４３】図１０は、２枚の反射面の組合せで光路変
換をする場合の原理を説明する図面である。入射光が垂
直に入射する入射面と出射光が垂直に出射する出射面と
を有する光学素子の内部に、単位ベクトルＮ1を有する
第１の反射面σ1、と単位法線ベクトルＮ2を有する第２
の反射面σ2が設けられている。光軸の単位ベクトル
Ａ、レーザダイオードの長軸方向を表す単位ベクトルＡ
ｐを有する入射光は第１の反射面σ1に入射し、この面
で反射して光軸の単位ベクトルＢ、レーザダイオードの
長軸方向を表す単位ベクトルＢｐを有する反射光とな
り、続いて第２の反射面σ2に入射し、この面で反射し
て光軸の単位ベクトルＣ、レーザダイオードの長軸方向
を表す単位ベクトルＣｐを有する出射光となって、光学
素子から出力される。２枚の反射面の角度を所定の関係
が成立するように設置することにより、入射光Ａを２枚
の反射面で２回反射して光軸の方向を角度θだけ変化さ
せると共に、レーザビームのレーザダイオードの長軸に
対応する方向を光軸の回りに旋回させて入射したときと
比較して約９０°変わるようにする。

【００４４】図１１は、反射面に於ける反射の条件を説
明する図面である。図１１から、入射光Ａが法線Ｎ1の
反射面σ1で反射して反射光Ｂとなるとき、これらの間
に成立する関係は、 Ｂ＝Ａ−２(Ａ・Ｎ1)Ｎ1 …（１） であることは明らかである。ここでＡ・Ｎは単位ベクト
ルＡと単位ベクトルＮの内積を示す。また、反射光Ｂが
法線Ｎ2の反射面σ2で反射して出射光Ｃとなるとき、こ
れらの間に成立する関係は、 Ｃ＝Ｂ−２(Ｂ・Ｎ2)Ｎ2 …（２） であることも明らかである。また、同様の関係がＡｐ、
Ｂｐ、Ｃｐの間にも成立する。即ち、 Ｂｐ＝Ａｐ−２(Ａｐ・Ｎ1)Ｎ1 …（３） Ｃｐ＝Ｂｐ−２(Ｂｐ・Ｎ2)Ｎ2 …（４） また、入射光の光軸とレーザダイオードの長軸は直交す
るから、 Ａ・Ａｐ＝０ …（５） 入射光Ａと出射光Ｃとのなす角をθとすると、 Ａ・Ｃ＝ｃｏｓθ …（６） 更に、入射光のレーザダイオード長軸方向に対応する単
位ベクトルＡｐと出射光のものＣｐとが直交関係にある
ことが本発明の光路変換器の条件であるから、 Ａｐ・Ｃｐ＝０ …（７） （１）、（２）、（６）から、 (Ｎ1・Ａ)²＋(Ｎ2・Ａ)²−２(Ｎ1・Ａ)(Ｎ2・Ａ)(Ｎ1・Ｎ2) ＝(１−ｃｏｓθ)／２ …（８） （３）、（４）、（７）から、 (Ｎ1・Ａｐ)²＋(Ｎ2・Ａｐ)²−２(Ｎ1・Ａｐ)(Ｎ2・Ａｐ)(Ｎ1・Ｎ2) ＝１／２ …（９） が成立しなければならない。

【００４５】尚、入射光は入射面に垂直に入射するか
ら、入射面の法線ベクトルはＡとなり、また出射光は出
射面から垂直に出射するから、出射面の法線ベクトルは
Ｃとなる。従って、本発明の光路変換器入射面と出射面
と入射光との間には式（５）、（８）、（９）により規
制されることとなる。

【００４６】尚、光路変換器が２枚の反射面で画定した
空間からなる場合には、入射面と出射面とは実体のない
単なる仮想面となる。

【００４７】３枚以上の反射面の組合せで構成する光路
変換器では、反射面の自由度が大きいため上記のような
比較的簡単な関係式で表現することは困難である。

【００４８】例えば、３枚の反射面の場合の式（８）と
式（９）の類似の式として、 (Ａ・Ｎ1)²＋(Ａ・Ｎ2)²＋(Ａ・Ｎ3)² −２(Ａ・Ｎ1)(Ｎ1・Ｎ2)(Ｎ2・Ａ) −２(Ａ・Ｎ2)(Ｎ2・Ｎ3)(Ｎ3・Ａ) −２(Ａ・Ｎ3)(Ｎ3・Ｎ1)(Ｎ1・Ａ) ＋４(Ａ・Ｎ1)(Ｎ1・Ｎ2)(Ｎ2・Ｎ3)(Ｎ3・Ａ) ＝(１−ｃｏｓθ)／２ …（８）′ (Ａｐ・Ｎ1)²＋(Ａｐ・Ｎ2)²＋(Ａｐ・Ｎ3)² −２(Ａｐ・Ｎ1)(Ｎ1・Ｎ2)(Ｎ2・Ａｐ) −２(Ａｐ・Ｎ2)(Ｎ3・Ｎ1)(Ｎ1・Ａｐ) −２(Ａｐ・Ｎ3)(Ｎ3・Ｎ1)(Ｎ1・Ａｐ) ＋４(Ａｐ・Ｎ1)(Ｎ1・Ｎ2)(Ｎ2・Ｎ3)(Ｎ3・Ａｐ) ＝１／２ …（９）′ と表される。

【００４９】しかし、より実際的な方法として次のよう
に考えると良い。つまり、初めの２枚の反射面によって
入射光線を２回反射させた反射光線は、上記関係式
（８）に基づいて初めの入射光線に対して光軸が角度θ
だけ異なっている。従って、第３の反射面をこの角度θ
との関係で定まる適当な向きに設置すると、上記反射光
線はこの第３の反射面で反射して入射光線と同じ方向に
出射するようにできる。このとき、出射される光線のレ
ーザビームの活性層ストライプに対応する方向が入射光
のものに対して９０°旋回するように反射面の位置と姿
勢を決めるように構成する。このような光学素子を多数
集積して構成した光路変換器は、リニアアレイレーザダ
イオードの活性層ストライプを実質的に梯子状に分布さ
せるのと同じになり本発明の目的を達成することができ
る。このようにして３枚の反射面の組合せで構成する光
路変換器の代表的なものを得ることができる。

【００５０】光路変換器はプリズムで構成することがで
きる。この場合、上記反射面はプリズムの内部反射面が
対応することになる。プリズムで構成される光路変換器
のうちで最も簡単なものとして、光学素子が三角錐であ
るものがある。図１２は、反射面を２枚持った最も単純
な三角錐の形状をした光学素子を示す斜視図である。

【００５１】図１２の三角錐プリズムＡＢＣＤは立方体
ＡＢＥＣＤＥＦＧ内の太線で表される。即ち光学素子は
入射面ＡＢＣ、出射面ＡＣＤ、第１の反射面ＡＢＤ、第
２の反射面ＢＣＤで画定された三角錐プリズムである。
入射面ＡＢＣは、立方体の前面ＡＢＥＣの一部であっ
て、法線が入射光線の光軸と平行に、即ち入射光線と直
交するように配置される。第１の反射面ＡＢＤは立方体
を２分する面ＡＢＧＤの一部で構成され、面は鉛直でか
つ入射光の光軸に対して４５°斜交している。第２の反
射面ＢＣＤは立方体を２分する別の面ＢＣＤＦの一部で
構成され、面は水平面に対して４５°傾斜しかつ入射光
の光軸に平行になっている。出射面ＡＣＤは立方体上面
ＡＣＤＥの一部である。

【００５２】入射光線はリニアアレイレーザダイオード
の１つの活性層ストライプから放射されたレーザビーム
であり、水平方向が活性層ストライプの方向に対応す
る。入射光線は入射面ＡＢＣに垂直に照射し、放射エネ
ルギーのほぼ全量が入射面を通過し、次いで第１の反射
面ＡＢＤに入射する。第１の反射面は鉛直で、入射光線
に対して４５°の傾きを有するので、入射光線の光軸は
水平を保持したまま、光学素子の入射面に平行に伝搬し
て第２の反射面ＢＣＤに入射する。第２の反射面は水平
方向に対して４５°傾斜しているので、上記入射光線は
第２の反射面で反射して鉛直上方に進む。第２の反射面
で反射した反射光線は射出面ＡＣＤに垂直に入射するの
で方向を変えることなく出射して垂直上方に進む。

【００５３】このとき、入射光線の活性層ストライプに
対応する方向は、第１の反射面で光軸に対し反対方向に
変化するが同じ水平面内に収まっている。反射光線が第
２の反射面で反射するときに活性層ストライプに対応す
る方向は９０°変化して、鉛直面内にあるようになる。

【００５４】三角錐プリズムＡＢＣＤの形状を更に詳し
く述べれば、三角形ＡＢＣと三角形ＣＤＡは直角二等辺
三角形であり、辺ＡＢ、ＡＣ、ＣＤは長さが等しく、角
ＢＡＣ及び角ＤＣＡは直角である。面ＡＢＣと面ＣＤＡ
は直交しており、面ＡＢＣと面ＡＢＤのなす角、面ＣＤ
Ａと面ＣＤＢのなす角は４５°である。光の入射面は面
ＡＢＣであり、出射面が面ＣＤＡである。図８に示す通
り、面ＡＢＣに入射した光線は面ＡＢＤ続いて面ＣＤＢ
で全反射し、面ＣＤＡから出射する。即ち、線状光線か
ら出射した光線が面ＡＢＣに入射するのを線分α1β2と
すると、面ＡＢＤの線分α2β2、面ＣＤＢの線分α3β3
で全反射し、面ＣＤＡの線分α4β4となって出射する。

【００５５】半導体レーザ活性層ストライプが一次元的
に配列したマルチストライプアレイ半導体レーザは、通
常、幅が約１００μｍ〜２００μｍのストライプ１０本
〜１００本が全幅約１cmの平面内に一定間隔で配列して
いる。従って、１つの半導体レーザ素子から１０本〜１
００本のレーザ光が出射する点線状の光源を与える。各
ストライプ光は各々偏平な光源から発したものであり、
ビーム放射角は活性層に対し垂直成分が大きく約４０°
〜５０°であり、水平成分は小さく約１０°である。発
光源の幅は垂直成分が狭く０．１μｍ〜１μｍであり、
水平成分は広く上述のように１００μｍ〜２００μｍで
ある。このため、半導体レーザからの出射光をレンズを
用いて集光し、絞り込む場合、垂直成分は容易に絞るこ
とができるが、水平成分は光源の全幅が広いため微小ス
ポットに絞ることが困難である。このため、ストライプ
に対して１対１でマイクロレンズを対応させて配列し各
々のストライプ光を集光しコリメートした後レンズで絞
ることが考えられるが、絞り込んだビームスポット径は
マイクロレンズ〜ビームスポット間距離とストライプ〜
マイクロレンズ間距離との比で決まる倍率をストライプ
の幅に掛けたスポット径となる。

【００５６】このため、マイクロレンズはストライプか
らなるべく離して配置した方が良いが、ストライプ光の
垂直成分の放射角が大きいことを考えるとこれは難し
い。そこで、垂直成分と水平成分とを別々のレンズで集
光し、垂直成分集光用のレンズはストライプから至近距
離に、水平成分の集光用のレンズは離して配置すること
が考えられるが、水平成分についても１０°という放射
角があるためにある一定の距離以上では隣同士のストラ
イプ光が重なってしまうことから離す距離には限りがあ
る。

【００５７】活性層ストライプから遠いところで集光す
るためには、ストライプ光同士が重ならない工夫が必要
である。

【００５８】そこで、隣通しのストライプ光が重ならな
いようにするために、破線状に配列したストライプを各
々９０°回転し、恰も梯子状に配列しているかのように
プリズムを用いて変換する。即ち、図１２のようなプリ
ズムを各ストライプに１対１で対応させ配列する。スト
ライプ光α1β2はプリズム内での２回の全反射でα4β4
のように変換される。つまり、ストライプが多数ある場
合、その配列は見かけ上梯子上に変換される。活性層に
対してストライプ光の垂直成分はストライプに至近距離
に配置したシリンドリカルレンズや円柱レンズ２０を用
いて集光し、水平成分は三角錐プリズムからの出射光を
直角プリズムにより反射してその光軸を半導体レーザの
光軸と平行にした後直角プリズムからの出射光を集光す
るようにシリンドリカルレンズ４０を配置すればストラ
イプ〜シリンドリカルレンズ間の光学距離を長く取って
も隣同士のストライプ光が重なることもない。こうし
て、フォーカシングレンズ〜ビームスポット間距離とス
トライプ〜シリンドリカルレンズ間距離との比を小さく
とれるので径の小さい集光されたビームスポットが得ら
れる。尚、垂直成分については、フォーカシングレンズ
〜ビームスポット間距離とストライプ〜シリンドリカル
レンズ間距離との比が大きくなるものの、光源の量が小
さいために絞られたビームスポットは大きくならない。

【００５９】図１３は、図１２の光学素子を適当数、好
ましくはリニアアレイレーザダイオードの活性層ストラ
イプと同じ数、隣接して並行配置した光路変換器の斜視
図である。光学素子は入射面ＡＢＣ同士、及び出射面Ａ
ＣＤ同士がそれぞれ同じ平面になるように配置されてい
る。光学素子同士の間隔は、リニアアレイレーザダイオ
ードに於ける活性層ストライプの間隔と同じにされてい
て、各光学素子がそれぞれ活性層ストライプと１対１に
対応するように配置されている。

【００６０】リニアアレイレーザダイオードの発光面に
対応して設置された光路変換器により、各活性層ストラ
イプから放射されるレーザビームは相互の間隔を変え
ず、その姿勢が水平から鉛直に変えられる。従って、光
路変換器により処理されてその上面から放射されるレー
ザビームは丁度梯子状に活性層ストリングが並んだリニ
アアレイレーザダイオードから放射されると等価になっ
ている。

【００６１】しかしながら、光軸はＬＤからの出射時に
比べて９０°だけ向きを変えるため、取扱いが難しくな
る。変換光は同一方向を向いている方が望ましい。この
ためには、プリズムアレイからの出射光を直角プリズム
を用いててさらに直角に反射すれば良い。図１４は、図
１３のプリズムアレイの出射面に断面が直角二等辺三角
形である直角プリズム３３を接合した光路変換器を示
す。この光路変換器により得られるレーザビームは実質
的に梯子状並列であることには変わらず、従って隣同士
のストライプ光が重なることもない。この方法により元
の光軸を平行移動した光軸が得られる。

【００６２】図１５は、図１２の光学素子ＡＢＣＤの頂
点Ａの部分を底面ＢＣＤと平行な面で切った形をした三
角錐台の光学素子を示す図である。図１６は図１５の光
学素子を並列配置して得る光路変換器を示す図、図１７
はこれにさらに直角プリズム３３を付加した光路変換器
を示す図である。

【００６３】図１２の三角錐プリズムを配列した図１
３、図１４のような光路変換器を用いると、うまくプリ
ズムに入射した光線は変換することができるが、プリズ
ムから外れたＬＤ光は変換することができない。そこ
で、三角錐ＡＢＣＤの第２の反射面ＢＣＤと平行な面で
切った三角錘台ＢＣＤＨＩＪを光学素子として、底面Ｂ
ＣＤと隣の光学素子の頂面ＨＩＪを密着させて並列配置
すれば（図１６）、プリズム間の隙間を埋めることがで
き、無駄なくＬＤ光を取り込むことができる。

【００６４】図１６の光路変換器では出射光線の光軸の
方向が入射光線のものと直交しているため、レーザ装置
全体を構成するには便利でない。図１７の光路変換器で
は、出射光線の光軸の方向が入射光線のものと同じであ
るため、レーザ装置全体の構成が簡単になる利点があ
る。このことは、図１４の光路変換器が図１３の光路変
換器に対して有利であることと同じである。

【００６５】図１８は、図１４あるいは図１７の光学素
子と同じ３個の反射面を有する斜角柱プリズムを示す図
面である。即ち、この斜角柱プリズムは、図１９に示す
直角プリズム３個の組合せに於ける各斜面が反射面とな
るようなプリズムであって、複数のプリズムを連続配列
することが可能な形状をしている。第１９図に於て、第
１の反射面σ1は、水平に入射する入射光線に対して鉛
直線を軸として４５°傾いていて、入射光線を水平面
上、入射面に平行になるように反射する。第２の反射面
σ2は、水平面に対して４５°傾いていて、第１の反射
面σ1で反射して水平に走る反射光線を鉛直上方に反射
する。第３の反射面σ3は、斜面が水平面に対して４５
°傾斜していて、鉛直に入射して来る光線を水平に偏向
して出射する。また、入射面は入射光線に対してほぼ垂
直な面であり、出射面は入射面と平行な面である。

【００６６】図１８の斜角柱プリズムＡＢＣＤＥＦＧＨ
の形状を説明するため立方体ＡＩＪＫＬＢＭＮと断面が
直角２等辺三角形である三角柱ＢＭＮＬＱＰとを想定す
る。立方体の前面ＡＩＢＬを入射面とすると、第１の反
射面σ1は立方体の対偶頂点を結んでできるＡＪＭＬが
相当し、第２の反射面σ2は対偶頂点を結んでできる面
ＡＢＭＫが相当し、また第３の反射面σ3は三角柱の斜
面ＢＰＱＬが相当し、出射面は面ＪＰＱＫが相当する。
また、点Ａと点Ｍとは面ＢＰＱＬから等しい距離にある
から、立方体対角線ＡＭは三角柱の斜面ＢＰＱＬと平行
である。

【００６７】斜角柱プリズムＡＢＣＤＥＦＧＨに於て、
点Ｄは立方体の対角線ＡＭ上の任意の位置に、また点Ｅ
は辺ＡＬ上の任意の位置に選択される。面ＡＤＨＥは第
１の反射面σ1に属する線分ＡＤと線分ＡＥとの張る平
行四辺形であるから、第１の反射面σ1内にある。面Ａ
ＢＣＤは対角線ＡＢと線分ＡＤを２辺とする平行四辺形
であって第２の反射面σ2内にある。また線分ＢＣは対
角線ＡＭと平行であるから、三角柱の斜面ＢＰＱＬ内に
存在し、従って、面ＢＣＧＦは第３の反射面σ3内にあ
る。更に出射面ＣＤＨＧの各辺は入射面ＡＢＥＦの対応
する辺とそれぞれ平行であるから、入射面ＡＢＥＦと平
行である。また、上面ＥＦＧＨは底面ＡＢＣＤと平行で
ある。

【００６８】尚、このプリズム形状は第１の反射面σ1
と第２の反射面σ2の交差角と第２の反射面σ2と第３の
反射面σ3との交差角がいずれも６０°になるため、断
面が正三角形の角柱を加工して目的のプリズムを容易に
得ることができる。つまり、角柱の底辺に平行に１個の
稜線を裁断してできる四角柱を斜めに裁断すれば良いか
ら、簡単な工作により精度の高いプリズムが得られる。
斜角柱プリズムの入射面ＡＢＥＦは入射光線がほぼ垂直
に入射するように配置される。第１の反射面ＡＤＨＥは
入射面ＡＢＥＦと垂直に交わり、交角はほぼ４５°で入
射光線を水平方向に偏向する。第２の反射面ＡＢＣＤは
水平面に対して４５°の傾きを有するから、水平に入射
する光線を垂直に偏向する。第３の反射面ＢＣＧＦは垂
直面に対して４５°傾斜角を有するから垂直に入射する
光線を水平方向に偏向する。最後にこの水平に偏向され
た光線が出射面ＣＤＨＧにほぼ垂直に入射して透過し、
光線の光軸に垂直な断面の向きをほぼ９０°変換した光
線として出射される。

【００６９】図２０は、図１８の光学素子を複数並列配
置して得られる光路変換器を示す図面である。必要数の
光学素子を並べてその入射面と第３の反射面とがそれぞ
れ同じ面内に整合するようにして、光学素子の底面を隣
接の光学素子の上面と接合することにより、光路変換器
を構成することができる。図には説明のため入射光線の
軌跡が描かれている。点線状に並んだレーザビームが光
路変換器を通過することにより梯子状のレーザビームに
変換する様子が見られる。

【００７０】図２１は、３個の反射面を有する斜角柱プ
リズムの別の例を示す図面である。この斜角柱プリズム
も、図１８に示す斜角柱プリズムと同じく直角プリズム
３個の各斜面が反射面となるようなプリズムであって、
複数のプリズムを連続配列することが可能な形状をして
いる。

【００７１】図２１の斜角柱プリズムＡＢＣＤＥＦＧＨ
の形状を説明するため、立方体ＡＩＪＫＬＭＮＤと断面
が直角２等辺三角形である三角柱ＤＬＭＮＱＰとを想定
する。立方体の前面ＡＩＬＤを入射面とすると、第１の
反射面σ1は面ＡＪＰＤが相当し、第２の反射面σ2は面
ＡＬＭＫが相当し、また第３の反射面σ3は三角柱の斜
面ＬＰＱＤが相当する。立方体の対角線ＡＭは三角柱の
斜面ＬＰＱＤと平行である。

【００７２】斜角柱プリズムＡＢＣＤＥＦＧＨに於て、
点Ｂは対角線ＡＬ上、入射光線が反射するのに十分な第
２の反射面の面積を確保できるような任意の位置に選択
される。点Ｆは点Ｂから対角線ＡＭと平行に引いた線上
の任意の点で、点Ｅは対角線ＡＭ上、頂点Ａから線分Ｂ
Ｆと同じ長さを隔てた位置にある。面ＡＢＦＥは第２の
反射面上にある線分ＡＢと線分ＡＥを２辺とする平行四
辺形であるから第２の反射面σ2内にある。線分ＡＥは
第１の反射面にも属する。線分ＥＨは稜線ＡＤと平行、
線分ＤＨは線分ＡＥと平行である。従って、面ＡＤＨＥ
は第１の反射面σ1に属する平行四辺形であるから第２
の反射面σ2内にある。線分ＡＥは第１の反射面にも属
する。線分ＥＨは稜線ＡＤと平行、線分ＤＨは線分ＡＥ
と平行である。従って、面ＡＤＨＥは第１の反射面σ1
に属する平行四辺形である。点Ｈは第３の反射面の対角
線ＤＰの上にある。また線分ＢＣは稜線ＡＤと平行、線
分ＦＧは対角線ＡＭと平行、線分ＦＧは稜線ＢＣと平
行、線分ＣＧは線分ＤＨと平行であるから、面ＢＣＧＦ
は第１の反射面と平行となる。また、点Ｄ、Ｃ、Ｇ、Ｈ
は第３の反射面に属するから、面ＤＣＧＨは第３の反射
面に属する。また、辺ＥＦ、ＦＧ、ＧＨ、ＨＥはそれぞ
れ入射面の対応する辺に対して平行である。従って、面
ＥＦＧＨは入射面ＡＢＣＤと平行である。

【００７３】第２１図の斜角柱ＡＤＨＥは入射光線がほ
ぼ垂直に入射するように配置される。第１の反射面ＡＤ
ＨＥは入射面ＡＢＣＤと鉛直線で交わり、交角はほぼ４
５°で入射光線を水平方向に偏向する。第２の反射面Ａ
ＢＦＥは水平面に対して４５°の傾きを有するから、水
平に入射する光線を垂直上方に偏向する。第３の反射面
ＤＣＧＨは垂直に対して４５°傾斜角を有するから、垂
直に入射する光線を水平方向に偏向する。最後にこの水
平に偏向された光線が出射面ＥＦＧＨにほぼ垂直に入射
して透過し、光線の光軸に垂直な断面の向きをほぼ９０
°変換した光線として出射される。

【００７４】図２２は、図２１の光学素子を複数並列配
置して得られる光路変換器を示す図面である。必要数の
光学素子を並べて、その入射面とと第３の反射面がそれ
ぞれ同じ面内に整合するようにして、光学素子の底面を
隣接光学素子の上面と接合することにより、光路変換器
を構成することができる。図には説明のため入射光線の
軌跡を描いてある。点線状に並んだレーザビームが光路
変換器を通過することにより梯子状のレーザビームに変
換する様子が見られる。

【００７５】図２３は、ユニットとしての光学素子を複
数接合する代わりに角柱状の透明材料から適当な部分を
切除して一体的に形成した、図２２のものと等価の光路
変換器３０を示した図である。光路変換器は、金型を用
いた大量生産が可能である。また、シリコン半導体製造
プロセスを応用することにより、このように微細な構造
の光路変換器を製造することが可能である。

【００７６】この光路変換器３０は、互いに平行な入射
面３４及び出射面３６と、入射面３４とが１３５°の挟
角Ａをもって交わり、かつ出射面３６と４５°の挟角Ｂ
をもって交わる第３の反射面σ3と、入射面３４に対し
てｔａｎ−１（１／√２）の角度で交差する方向にその
稜線並びに谷線が延在する折れ曲がり角が６０°をなす
山と谷とが洗濯板状に連続形成された周期的屈曲面から
なり、かつ各稜線並びに各谷線が第３の反射面σ3と平
行する面３９とを有している。図２４は、図２３の光路
変換器を製造する方法を説明する図である。

【００７７】図２４に示すように、板材３００は表裏両
面が互いに平行をなし、その一方の面（図２４に於ける
上面）が折れ曲がり角（山の頂角α1及び谷の底角α2）
がそれぞれ６０°の三角波形断面の周期的屈曲面をなす
透光性材料（ガラス、石英等）からなる。光路変換器３
２は、この板材３００から、他方の面（図２４に於ける
底面）とのなす角度Ｄ（またはＥ）が１３５°（または
４５°）であり、かつ三角波形の稜線または谷線との他
方の面上でなす角度Ｆがｔａｎ^-1√２である平行な２平
面に沿って切断することによって得られる。

【００７８】次に上記実施例の光路変換原理について図
２５を参照して説明する。この光路変換器３０は、洗濯
板状の周期的屈曲面をなす第４の面３９に於ける６０゜
の挟角をもって対向する各谷の面のうち、入射面３４と
４５°の挟角をもって交わる第１の反射面σ1と、入射
面３４並びに出射面３６と９０°の角度をもって交わる
第２の反射面σ2と、これに対向する第３の反射面σ3と
を内部反射面とするものであり、入射光は各反射面で全
反射する。

【００７９】入射面３４に入射した光線は、第４の面３
９の第１の反射面σ1に続いて第２の反射面σ2で反射
し、更に第３の反射面σ3で反射して出射面３６から出
射する。ここで、スリット状の線状光源から出射した偏
平な光線を線分Ｐ1Ｑ1で表すと、これが入射面３４に直
交する向きから入射すると、第１の反射面σ1内の線分
Ｐ2Ｑ2は、第２の反射面σ2内の線分Ｐ3Ｑ3で反射し、
更に第３の反射面σ3内の線分Ｐ4Ｑ4で反射するので、
出射面３６からの出射光は、線分Ｐ5Ｑ5で表されること
となる。つまり、本実施例により、出射光の光軸は、入
射光の光軸に比べて図２５に於ける上方へ平行移動して
ずれるものの、光線の偏平の向きを入射前に比して９０
°だけ回転させることができる。

【００８０】本発明に於ては、光源からの出射時には破
線状に直列したストライプ光を各々９０°回転させ、あ
たかも梯子状に並列しているかのようにプリズム要素を
用いて変換するものとしている。即ち、図２５に示した
プリズム要素を各ストライプ光に１対１に対応して配列
すると、上記したようにストライプ光Ｐ1Ｑ1は、その向
きがＰ5Ｑ5のように変換される。つまり、図２６に示し
たように、一直線上に破線状に直列した多数のストライ
プ光Ｌiは、光路変換器３０により、見かけ上梯子状に
並列したストライプ光Ｌoに変換される。

【００８１】上記の構成に於ては、一つのストライプ光
に対して一対の反射面σ1，σ2を対応させている。従っ
て、幅寸法が小さな活性層を多数配列したものに対して
は、プリズム要素として極めて小さなものを用意しなけ
ればならないことになる。しかしながら実用上は複数の
ストライプ光に対して一対の反射面を対応させても良
い。この場合は、隣接するプリズム要素のピッチと同一
幅に多数のストライプを分割し、分割した要素毎に９０
°回転させることになるが、この場合でも、プリズム要
素の幅と同程度にレーザ光を絞ることができる。

【００８２】しかしながら、ストライプ光と１対１にプ
リズム要素を配列することがより細くレーザ光を絞る上
で好ましいことは言うまでもなく、実際のところ、活性
層ストライプの配列ピッチや幅が１００μｍ以下になっ
た場合でも、シリコン半導体プロセスやＬＩＧＡプロセ
スを用いれば、これらの活性層と１対１で対応する反射
面を持つ光路変換器を製作することは可能である。

【００８３】図２７は、光学素子３２として用いる図１
２の三角錐プリズムを軸対称に組み合わせた複合プリズ
ムを示す図である。この複合プリズムは、２つの三角錐
プリズムの入射面を揃え、例えばアルミニウムや銀のミ
ラーコーティングを施して反射し易くした第２の反射面
同士を接合して図２４のようにしたプリズムである。複
合プリズムの入射面に入射する入射光線は上側の三角錐
プリズムで上側に反射して出射するか下側の三角錐プリ
ズムで下側に反射して出射する。従って、入射光線の入
射位置の許容範囲が大きく、有効に光路変換できるエネ
ルギーが大きい。単独の三角錐プリズムを用いる場合に
は入射面以外の部分に照射する光のエネルギーは無効に
なるのと比較して、この複合プリズムが有利である。

【００８４】図２８は図２７に表された複合プリズムを
並列配置して得られる光路変換器を示す図である。複合
プリズムの上面と下面のそれぞれは光路変換器の全長に
亘る長い三角錐プリズム３３が貼り合わされている。当
該光路変換器で光路変換した光線（図中には簡単のため
４つのビームのみ示されている）は反射鏡やプリズムに
より反射されて同じ方向に指向するようにされる。

【００８５】図２９は光学素子３２として用いるダブプ
リズム（ｄｏｖｅ ｐｒｉｚｍ）を示す図である。ダブ
プリズムは像回転プリズムとも言い、断面が台形をした
プリズムで、底面に平行に入射する光線が入射面で屈折
し、次いで底面で反射して、最後に出射面から屈折して
底面と平行に出射するように、光学ガラスの屈折率を考
慮して面の角度を選択してある。ダブプリズムは、入射
した像をプリズム内で回転して出射する。そこで、入射
光線を底面に対して４５°傾けて入射させると、ビーム
に於ける活性層ストライプの向きはダブプリズム内で９
０°回転して初めの向きと垂直な向きとなってもう一方
の面から出射するようになる。光学素子としては像回転
をする例えばペチャンプリズム（Ｐｅｃｈａｎ ｐｒｉ
ｚｍ）等も利用することができる。

【００８６】図３０は図２９に示されたダブプリズムを
並列配置して得られる光路変換器を示す図である。ダブ
プリズムにレーザビームを約４５°傾けて入射させるた
め、各ダブプリズムはそれぞれレーザビームアレイの向
きに対してほぼ４５°傾いている。ダブプリズムそれぞ
れに入射したレーザビームは活性層ストライプの向きを
ほぼ９０°回転させられるため、リニアアレイレーザダ
イオードからのレーザビームは実質的に梯子状の集合と
なる。

【００８７】反射面を用いる光学素子はプリズムでなく
て適当に配置した反射鏡であってもよい。図３１は図１
２のプリズムと同じ働きをする光学素子である。立方体
の一部を切り欠いて、入射光線を水平面内で垂直に反射
するように４５°傾斜させた第１の反射鏡面σ1と、水
平に対して４５°傾斜し、第１の反射鏡面でσ1反射し
た光線を垂直上方に反射する第２の反射鏡面σ2とを形
成する。第１の反射鏡面σ1と第２の反射鏡面σ2とは６
０°の交角をもって交わる。材料として、金属、金属メ
ッキしたガラス、プラスチック、シリコン等が利用でき
る。

【００８８】図３２は、図３１の光学素子をリニアアレ
イレーザダイオードの活性層ストライプに対応するよう
に配列したミラーアレイとして構成される光路変換器を
示す図である。活性層ストライプから照射されるレーザ
ビームはその向きが９０°偏光すると共にストライプに
対応する方向が９０°変化して、リニアアレイレーザダ
イオードのレーザビームは実質上梯子状配列を有するよ
うになる。リニアアレイレーザダイオードの活性層スト
ライプに対応するような微細な光学素子は、精密金型に
よる製造或いは例えばシリコン半導体製造プロセスやＬ
ＩＧＡプロセスを応用することにより製造可能である。
シリコン結晶を利用する場合には、その壁開面を反射鏡
面とすると加工も容易になる。また、光学素子を接合さ
せる代わりに角柱の１つの稜をシリコン半導体プロセス
等を利用して切除して図３２のような光路変換器を形成
することも可能である。この場合は、堅牢で正確な光路
変換器を比較的簡単な製造方法で得ることができる。

【００８９】図３３は図３２のものと同じ作用、機能を
有する別の光路変換器３０を示す図である。

【００９０】光学素子３２は、一方の対角Ａ1Ａ2Ｎ2、
Ａ1Ｎ1Ｎ2、Ｌ1Ｍ1Ｍ2、Ｌ1Ｍ1Ｍ2が４５°である平行
四辺形を上底Ａ1Ａ2Ｎ2Ｎ1及び下底Ｌ1Ｌ2Ｍ2Ｍ1とする
角柱に於ける上底及び前面Ａ1Ｌ1Ｌ2Ａ2から、それぞれ
直角二等辺三角形Ａ2Ａ1Ｂ1、Ａ1Ａ2Ｃ1を２面とする三
角錐Ａ1Ｃ1Ａ2Ｂ1を切除して形成される。或いは光学素
子３２は、頂点Ａ1と稜Ａ2Ｎ2上の点Ｂ1と頂点Ａ2とを
結ぶ角度が４５°になるような線Ａ1Ｂ1を含み、水平面
に対して４５°傾いた面Ａ1Ｂ1Ｃ1で上記角柱を切除し
たものである。

【００９１】光学素子３２を複数個並列させ、切除した
三角錐状空隙部を囲む光学素子３２の面Ａ1Ｃ1Ｂ1及び
隣接する光学素子の面の一部Ａ2Ｂ1Ｃ1に鏡面加工が施
されている。このようにして構成された図３３の光路変
換器３０は、図３２の光路変換器と同じ機能を有し、第
１の反射面σ1に対する入射光が９０°回転して第２の
反射面σ2から出射する。

【００９２】図３４は、図３３の光路変換器に於ける切
り欠きを深くした光路変換器３０を示す図である。光学
素子３２は、図１５のプリズムと同じ機能を有し、図３
３では平行四辺形を底とする角柱の頂点Ａ1が残るよう
に切り欠いているのに対し、頂点Ａ1を含んで切り欠い
て台形の反射面Ｓ1Ｒ1Ｂ1Ｃ1を第２の反射鏡面σ2とし
て有する形状をなしている。光学素子の面Ｌ1Ｍ1Ｎ1Ｒ1
Ｓ1が第１の反射鏡面σ1である。第１の反射鏡面σ1に
水平に入射した光線は２回反射して第２の反射鏡面σ2
から垂直上方に出射する。本光路変換器は、図３３の光
路変換器と比較して入射光線の入射位置の許容範囲が大
きく、光路変換できるエネルギーが大きい。

【００９３】図３５は、ユニットとしての光学素子を接
合する代わりに断面が長方形の角柱を所定の間隔で切り
欠いて形成した一体的な光路変換器を示す図である。前
面ＤＥＩＲと上面ＤＧＫＨは直交しており、稜線ＤＨの
部分にリニアアレイレーザダイオードの活性層ストライ
プに対応した間隔で前面ＤＥＩＨと４５°で交わる鉛直
面Ｃ2Ｂ1Ｒ2Ｓ3と前面に垂直で上面ＤＧＫＨと４５°で
交わる面Ｃ2Ｂ1Ｒ1Ｓ2とからなる切り欠きＢ1Ｒ1Ｓ2Ｃ2
Ｓ3Ｒ2等を形成してある。例えばシリコン半導体製造プ
ロセスを応用することにより、このように微細な構造の
光路変換器を製造することが可能である。

【００９４】図３６は、図３５の光路変換器の上面に更
に直角プリズム３３を接合して図３５の光路変換器で垂
直上方に出射するレーザビームの方向を９０°偏向させ
て入射の方向と同じ方向に出射させるようにした光路変
換器を示す図である。反射鏡で囲まれた空間で反射して
上方に向けて垂直に走る光線はプリズムの下面に入射し
て斜面で９０°方向を変えて入射光線の光軸と同じ方向
に放射される。

【００９５】図３６の実施例では直角プリズムにより光
路を変えたが、直角プリズムの代わりに反射鏡を用いる
ことができる。図３７は、図３５の光路変換器の上面に
第３の反射鏡面σ3を形成して図３５の光路変換器で垂
直上方に出射するレーザビームの方向を９０°偏向させ
て入射の方向と同じ方向に出射させるようにした光路変
換器を示す図である。鏡面加工を施した反射鏡σ1とσ2
とで反射して上方に向けて垂直に走る光線は鏡面加工を
施した第３の反射鏡面σ3の下面に入射角４５°で入射
して入射光線の光軸と同じ方向に放射される。本実施例
の場合鏡面加工を施すことが可能であれば、その材質を
選ばないという利点がある。

【００９６】図３８は、複数の光学素子３２を透明円板
３９に取り付け、扱い易くした光路変換器３０である。
円板は、厚さ３mm、直径３０mmのものを用いた。光学素
子及び円板の材料と屈折率が等しい接着剤とを用いて光
学素子の出射面を円板に接合してある。個々の光学素子
を一定の位置に固定化する基板となり、また一体化した
光路変換器３０が円板の所定の位置に存在するようにし
てあるから、適度の大きさを有する円板を扱うことによ
り所望の位置に制御することができる。

【００９７】図３９は、図３８の円板の代わりにコリメ
ート用の柱状レンズ４０に光路変換器３０を接合したも
のを示す図である。コリメート用レンズの断面は入射面
が平面で出射面が円弧をなしている。レンズ厚みを大き
くして、焦点距離を長くするのが好ましい。複数の光学
素子が並列配置されてレンズの平面上に適当な屈折率を
有する接着剤により接合され、光路変換器３０を形成し
ている。このように構成されたコリメータと光路変換器
とにより、半導体レーザ装置全体の構成部品を省いて組
み立て工数を省略する効果がある。

【００９８】光学素子が一次元分布屈折率レンズである
光路変換器であっても良い。

【００９９】図４０は一次元分布屈折率レンズの作用を
説明する図、図４１は一次元分布屈折率レンズを用いた
光学素子の斜視図である。

【０１００】先ず、本実施例の光路変換器の光路変換原
理について説明する。図４０は、本発明で用いる０．５
ピッチ（ピッチはレンズ内に於ける光線の回転周期を表
す）の光軸長Ｌを有する一次元分布屈折率レンズ要素３
２の断面図を示している。この一次元分布屈折率レンズ
要素３２は、平板状の光学ガラス体からなり、幅方向に
ついての屈折率の一次元的な分布が、太い二点鎖線で示
した中央部で最も高い屈折率ｎ0を示し、幅方向の端面
側へ進むにつれて屈折率値が次第に小さくなっている。
例えば、最大屈折率値ｎ0は約１．６程度であり、両端
面部との屈折率差は約０．０５である。また、このとき
の０．５ピッチを与えるレンズ長Ｌはおよそ１０mmであ
る。なお、０．５ピッチを与えるためのレンズ長Ｌは、
屈折率分布特性との相関に応じて適宜に設定し得る。

【０１０１】ここで図４０に於ける上方の入射面から入
射した光線ａ・ｂ・ｄ・ｅは、それぞれが通る部分の屈
折率の差に応じた曲線を描いてレンズ内を進み、ａ′・
ｂ′・ｃ′・ｅ′となって下方の出射面から出射する。
また中央に入射した光線ｃは、レンズ内を中央面に沿っ
て直進し、ｃ′となって出射する。

【０１０２】尚、従来の分布屈折率レンズとしては、屈
折率分布が、中心軸上で最も高く、放射方向の周辺部に
向かって減少している円柱状の光学ガラス体からなるも
のが一般的である。これは、ガラスを溶融塩中に浸し、
ガラスに予めドープした銀イオン（Ａｇ⁺）などの一価
イオンをアルカリイオンと交換し、イオン拡散分布を利
用して屈折率分布を形成したものである。また、レンズ
の球面収差を補正するために、光軸方向に屈折率変化を
付したものも知られている。円柱ガラスに代えて本実施
例のような平板ガラスを用いれば、イオン拡散の時間を
適宜に設定して中央の面で高く、端面側で低くなるよう
な屈折率分布を付与することができる。

【０１０３】このような一次元分布屈折率レンズ要素３
２を、図４１に示すように、入射光線の光軸に平行な平
面が水平面に対して４５゜の傾斜角度をなすように配置
し、水平方向に偏平な線状光源からの光線を手前側の入
射面３４に入射すると、入射面３４での線分をＰ1Ｑ1で
表すと、Ｐ1Ｑ1間の各光線はそれぞれ別々の曲線を描い
てレンズ内を進む。そしてレンズ内での光路の中間点で
ある０．２５ピッチの位置での線分Ｐ2Ｑ2は、入射時に
比して４５°傾いて屈折率が最も高いｎ０の位置、即ち
中央面に沿って横たわる。そして後方の出射面３６に於
てはさらに４５°傾き、垂直方向を向いた線分Ｐ3Ｑ3と
なって出射する。つまり、面状光線の偏平の向きがレン
ズ内で９０°だけ回転することとなる。

【０１０４】図４２は一次元分布屈折率レンズの光学素
子を並列配置した光路変換器を表す図面である。本発明
の光路変換器は、光源からの出射時には破線状に直列し
たストライプ光を、一次元分布の屈折レンズ要素３２を
用いて各々９０°回転させ、あたかも梯子状に並列して
いるかのように変換するものとしている。即ち、図４１
に示した一次元分布屈折率レンズ要素３２を、図４２に
示すように、各ストライプ光に１対１に対応させて複数
個アレイ状に配列した光路変換器３０を用いれば、半導
体レーザ発生素子が発する破線状に直列した各々が偏平
な複数のストライプ光は、それぞれ対応する一次元分布
屈折率レンズ要素３２に向かって入射する。そして出射
光は、各々その偏平の向きが入射時に比して９０°回転
しており、ストライプ光の配列は梯子状になる。

【０１０５】このようにして、一直線上に破線状に直列
した多数のストライプ光Ｌiは、光路変換器３０によ
り、見かけ上梯子状に並列したストライプ光Ｌoに変換
される。

【０１０６】上記の構成に於ては、一つのストライプ光
に対しての一つの一次元屈折率レンズ要素３２を対応さ
せている。従って、幅寸法が小さな活性層を多数配列し
たものに対しては、一次元分布屈折率レンズ要素として
極めて小さなものを用意しなければならないことにな
る。しかしながら実用上は、複数のストライプ光に対し
て一つの一次元分布屈折率レンズ要素を対応させても良
い。この場合は、隣接する一次元分布屈折率レンズ要素
の配列ピッチと同一幅に多数のストライプを分割し、分
割した要素毎に９０°回転することになるが、この場合
でも、一次元分布屈折率レンズ要素の配列ピッチと同程
度にレーザ光を絞ることができる。

【０１０７】図４３は別の一次元分布屈折率レンズを用
いた光学素子の斜視図である。

【０１０８】この光学素子３２は平板状の光学ガラス体
からなり、幅方向の一次元分布屈折率分布が単調減少的
になっている。偏平なレーザ光線が光学素子の面に対し
て適当に傾いて入射すると、光線は屈折率の分布に伴っ
て屈折率の高い方に屈折し、端面で全反射したのち、対
称的に屈折して出射面から傾いて出射する。屈折率分布
と光学素子の長さを適当に選択することにより、光線が
偏平の向きを４５°傾けて入射すると出射時には偏平の
向きが９０°旋回して出射するようにすることができ
る。このように設計された光学素子を４５°傾けた状態
で並列配置すると本願発明の光路変換器を得ることがで
きる。この光学素子は屈折率が平板の一方の端面から単
調に変化するため、所定の屈折率分布を与えることが容
易で、製造が簡単であるという利点がある。

【０１０９】図４４は、光学ガラス板の両面の対応する
位置に同心円状に屈折率を漸減させた半円柱部分を形成
させた光路変換器を示す図である。このような半円柱状
の屈折率分布は、例えば、予め銀イオンなどの一価イオ
ンをドープした所定の厚みを有する光学ガラスの入射面
と出射面とに４５°傾いた複数の斜線状の開口を有する
マスクを当てて溶融塩中に浸漬し、上記一価イオンをア
ルカリイオンと交換することにより形成することができ
る。入射面に水平に入射する偏平な光線は、４５°傾い
た半円柱部分で入射位置により異なる屈折力を受けて偏
平軸が旋回し、光路変換器の中心で半円柱の軸に平行に
なる。光線は出射面の半円柱部分に達しここで更に偏平
軸が旋回して、入射時と比較すると偏平軸の方向がほぼ
９０°異なる状態で出射面から出射する。このようにし
て、リニアアレイレーザダイオードからのストライプ光
は実質的に梯子状に変化する。

【０１１０】図４４の光路変換器は、個々に製造した光
学素子を複数集積して接合する必要がなく、平板ガラス
にイオン拡散処理を施すことにより容易に製造できると
いう利点を有する。

【０１１１】図４５は、シリンドリカルレンズを並列配
置した光路変換器を表す図である。この光路変換器は、
断面が直線と円弧と囲まれた弓形のシリンドリカルレン
ズの軸を４５°傾けて並列配置したものを適当な距離を
有する空間を挟んで対向配置したものである。入射面に
水平に入射する偏平な光線は、４５°傾いたシリンドリ
カルレンズで入射位置により異なる屈折力を受けて偏平
軸が旋回し、更に出射面から４５°傾いたシリンドリカ
ルレンズで偏平軸が合計ほぼ９０°旋回して出射面から
出射する。本光路変換器を使用することにより、リニア
アレイレーザダイオードからのストライプ光は実質的に
梯子状に変化する。

【０１１２】図４６は、別のシリンドリカルレンズを並
列配置した光路変換器を表す図である。この光路変換器
は、断面が二つの円弧で囲まれた形をしたシリンドリカ
ルレンズの軸を４５°傾けて並列配置したものを空間を
挟んで対向配置したものである。図４５のシリンドリカ
ルレンズと比較すると設計の自由度が多いため、的確な
光路変換器をより容易に作成することができる。レンズ
の屈折率、曲率、入射面と出射面との距離等によって
は、本シリンドリカルレンズの断面は、真円であっても
良く、断面が円である場合には、光路変換器が容易に形
成できる利点がある。

【０１１３】図４７は、入射面と出射面とが円柱表面を
有し側面が平行で内部が稠密になっている光学ガラス製
光学素子を複数接合した光路変換器を示す。光学素子は
水平面に対して４５°傾斜している。入射面に水平に入
射する偏平な光線は、４５°傾いた出射面の円柱表面で
生じる異なる屈折力を受けて偏平軸が旋回し、更に出射
面の４５°傾いた円柱表面で偏平軸が合計ほぼ９０°旋
回して出射面から出射する。このようにして、リニアア
レイレーザダイオードからのストライプ光は実質的に梯
子状に変化する。ストライプ光の間隔と整合する場合
は、側面が平行面である必要はなく、断面が真円である
シリンダレンズを利用することも可能である。

【０１１４】図４８は、光学ガラスのブロックから作成
した光路変換器を示す。本光路変換器は、断面が長方形
をした光学ガラス製角柱の入射面と出射面に同じ方向に
４５°傾いた円柱表面を複数形成したもので、図４７の
光路変換器と同じ機能を有するものである。

【０１１５】光路変換器は回折を利用する光学素子を使
用したものであっても良い。

【０１１６】図４９（ａ）及び図４９（ｂ）は、バイナ
リオプティクスを利用する光学素子を示す図である。該
光学素子は透明板の軸に垂直な方向に、中心軸に対して
対称に深さが変化する多数の溝を設けたものである。溝
の深さは、回折を利用して中心から外に向かうに連れて
回折角を増すように変化する。このようなバイナリオプ
ティクスは光学ガラスやプラスチックからなり、金型を
用いて製造することも可能である。

【０１１７】図５０（ａ）及び図５０（ｂ）は、ラミナ
ー型のフレネルゾーン板を利用する光学素子を示す図で
ある。該光学素子は透明板の軸に垂直な方向に、中心軸
に対して対称に間隔が異なる多数の矩形波状の溝を設け
たものである。溝間隔は回折を利用して中心から外に向
かうに従い入射光線に対する回折角を増すように変化す
る。このような矩形波状の溝を有するフレネルゾーン板
はエッチング法やレプリカ法により作成することができ
る。

【０１１８】図５１は、マスク型のフレネルゾーン板を
利用する光学素子を示す図である。該光学素子は透明板
の軸に垂直な方向に、中心軸に対して対称に間隔が異な
る多数のスリットを設けたものである。スリット間隔は
図５０のフレネルゾーン板利用光学素子と同様中心から
外に向かうに連れて入射光線に対する回折角を増すよう
に変化する。このようなスリットを有するフレネルゾー
ン板は不透明体のマスクでスリットを形成することによ
り作成することができる。

【０１１９】図５２は、回折を利用した光学素子を入射
面と出射面とに形成し、これを図４５の場合と同様に空
間を挟んで対向させて構成した光路変換器を示す図であ
る。この光路変換器は、軸が水平に対して４５°傾いた
光学素子をリニアアレイレーザダイオードの活性層スト
ライプ毎に対応して並列的に設けたものである。水平方
向に偏平な光線を入射させると、光学素子の中心線から
離れたところほど回折角が大きいので、光線が入射面板
を透過するときに偏平軸が中心軸に近づく方向に旋回し
て、出射面板に到達した後、光逆進の法則により入射面
で更に同じ方向に同じ量だけ旋回して、結局約９０°偏
平軸を旋回させて出射する。これは図４５の機能とまっ
たく同様である。

【０１２０】（実施例３）第５３図は、本発明の半導体
レーザ励起固体レーザ装置を説明するブロック図であ
る。該半導体レーザ励起固体レーザ装置は、実施例１の
半導体レーザ装置を固体レーザ８０の励起光源として使
用する。リニアアレイレーザダイオードを利用した従来
の半導体レーザ装置は光学系でエネルギーを集中しても
横長の領域に限られ実質的なエネルギー密度は大きくな
かった。また、このエネルギーを有効に利用しようとす
ると固体レーザの側面励起しかできなかった。本実施例
の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、リニアアレイレ
ーザダイオード１０の点線状発光ストライプを短い焦点
距離ｆ1を有する第１の柱状レンズ２０によりストライ
プと垂直な方向に収束した後に光路変換器３０を用いて
梯子状レーザビームに変換し、次いで長い焦点距離ｆ3
を有する第２の柱状レンズ４０で梯子状レーザビームの
幅方向に集束した後に、集束レンズ５０で固体レーザ８
０の受光面上の小さい領域にエネルギーを収斂させる。
実施例１の半導体レーザ装置は、前述の通り、縦方向ｆ
2／ｆ1と幅方向ｆ2／ｆ3とで異なる収束力を用いて所定
の狭い範囲にエネルギーを集中することができる。この
ため実施例１の半導体レーザ装置を利用した本願の半導
体レーザ励起固体レーザ装置は、リニアアレイレーザダ
イオード１０の出力を有効に活用できると共に固体レー
ザ８０の端面励起をも可能にするものである。固体レー
ザ素子として、ＹＡＧ、ＹＬＦなど通常の固体レーザ素
子のほか、Ｑスイッチや波長変換素子を含む固体レーザ
素子も利用できる。また、固体レーザ素子への励起光源
の入射がブリュースター角をもって行われても良い。固
体レーザ素子は短吸収長レーザ結晶（ＹＶＯ₄）であっ
ても良い。本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置に
より、１０Ｗの半導体レーザ素子を用いて３ＷのＹＡＧ
レーザ出力を得ることができた。

【０１２１】図５４は、本発明の光ファイバー導光半導
体レーザ励起固体レーザ装置を説明するブロック図であ
る。該光ファイバー導光半導体レーザ励起固体レーザ装
置は、実施例１の半導体レーザ装置の出力を光ファイバ
ー６０で導光して固体レーザ８０の励起光源とする。光
ファイバーの出力部には端部から放散されるレーザビー
ムのエネルギーをコリメートして再度収斂させるための
光学系７０が設けられている。このように半導体レーザ
装置部分と固体レーザ装置部分の間に柔軟な光ファイバ
ーが介在するため、装置の自由度が飛躍的に増大し、構
成が容易になる利点がある。本発明の光ファイバー導光
半導体レーザ励起固体レーザ装置により、１０Ｗの半導
体レーザ素子を用いて２ＷのＹＡＧレーザ出力を得るこ
とができた。

【０１２２】図５５は、リニアアレイ半導体レーザ素子
を２つ用いることにより出力を倍増した半導体レーザ励
起固体レーザ装置を説明するブロック図である。該装置
は、第２柱状レンズ４０、４０′と集束レンズ５０との
間に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）９０を備えたもの
である。偏光ビームスプリッタ９０は偏光方向が互いに
直交する直線偏光光束の一方に対しては高反射膜であ
り、他方に対しては低反射膜である。二つのリニアアレ
イ半導体レーザ素子１０、１０′の出力光線を互いに直
交させ、その直交位置に偏光ビームスプリッタＰＢＳ９
０を配置し、一方の出力がＰＢＳ９０を直進し、他方の
出力がＰＢＳ９０の反射面で反射して合成されて集束レ
ンズ５０に入射し固体レーザ８０の励起面に集光され
る。二つのレーザビームの偏光方向が偏光ビームスプリ
ッタで直交するため、半導体レーザ装置は互いに直交す
る向きに設備される。このように構成することにより、
２つの半導体レーザ素子の出力を利用することができ、
レーザ装置の出力は倍増する。

【０１２３】図５６は、別の出力倍増式半導体レーザ励
起固体レーザ装置を示す図である。図５５の半導体レー
ザ励起固体レーザ装置では、偏光方向を直交させるため
に半導体レーザ装置そのものを直交的に設備したが、本
実施例では、その代わりに、一方の出力に１／２波長位
相板（λ／２板）９５を介在させている。図中、偏光ビ
ームスプリッタ９０の左側にある半導体レーザ装置から
の直線偏光光束が偏光ビームスプリッタをほぼ１００％
透過する。一方偏光ビームスプリッタ９０の上に描かれ
た半導体レーザ装置からの直線偏光光束はλ／２板９５
を透過して偏光方向が９０°回転するため、偏光ビーム
スプリッタの偏光膜で１００％に近い反射をする。この
ようにして、二つの半導体レーザ装置からの光束は偏光
ビームスプリッタで合成されて固体レーザ装置８０の励
起面に照準されて固体レーザ素子を励起する。このよう
な構造によれば、装置の幅方向の大きさが小さくなる。

【０１２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザ装置は、リニアアレイレーザダイオードが発生する
レーザエネルギーは極めて小さな面積に収束させること
ができることから、十分にレーザ加工や医療用に用いる
ことができる。また、本発明の光路変換器を使用してリ
ニアアレイ半導体レーザのエミッタを実質的に梯子状に
配列する効果をもたらした半導体レーザ装置は極めて小
さい焦点にリニアアレイ半導体レーザのエネルギーを集
中することが可能になる。更に本発明の半導体レーザ励
起固体レーザ装置は強力な半導体レーザを活用した端面
励起が可能となり効率が高くビームの質が良い固体レー
ザ出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リニアアレイレーザダイオードのレーザビーム
の指向性を説明する図。

【図２】従来技術の半導体レーザ装置を説明するブロッ
ク図。

【図３】本発明の半導体レーザ装置の平面図。

【図４】図３に示した半導体レーザ装置の立面図。

【図５】ＱＣＷＬＤ等を用いた本発明の半導体レーザ装
置の平面図。

【図６】光ファイバを用いた本発明に係る半導体レーザ
装置の平面図。

【図７】図６に示した半導体レーザ装置の立面図。

【図８】本発明の光路変換器を説明するブロック図。

【図９】光路変換器の構成要素としての光学素子の機能
を説明するブロック図。

【図１０】２枚の反射面の組合せで光路変換をする場合
の原理を説明する図。

【図１１】反射面に於ける反射の条件を説明する図。

【図１２】三角錐の形状をした光学素子を示す斜視図。

【図１３】図１２の光学素子を並列配置した本発明の光
路変換器の斜視図。

【図１４】図１３の光路変換器に更に直角プリズムを付
加した別の本発明光路変換器の斜視図。

【図１５】三角錐台の形状をした光学素子を示す斜視
図。

【図１６】図１５の光学素子を並列配置した本発明の光
路変換器の斜視図。

【図１７】図１６の光路変換器に更に直角プリズムを付
加した別の本発明光路変換器の斜視図。

【図１８】３個の反射面を有する斜角柱プリズムからな
る光学素子を示す斜視図。

【図１９】斜角柱プリズムの原理を説明する図。

【図２０】図１８の光学素子を並列配置して得られる光
学変換器の斜視図。

【図２１】３個の反射面を有する斜角柱プリズムからな
る別の光学素子を示す斜視図。

【図２２】図２１の光学素子を並列配置して得られる光
路変換器の斜視図。

【図２３】図２２の光路変換器と等価の一体的な光路変
換器の斜視図。

【図２４】図２３の光路変換器を製造する方法を説明す
る図。

【図２５】図２３の光路変換器に於ける光線の軌跡を説
明する図。

【図２６】図２３の光路変換器の作用を説明する図。

【図２７】三角錐プリズムを軸対称に組み合わせた複合
プリズムからなる光学素子を示す斜視図。

【図２８】第２７図の複合プリズムを並列配置して得た
光路変換器の斜視図。

【図２９】ダブプリズムからなる光学素子を示す斜視
図。

【図３０】ダブプリズムを並列配置して得られる光路変
換器の斜視図。

【図３１】反射鏡を利用する図１２に対応する光学素子
を示す斜視図。

【図３２】図３１の光学素子を並列配置して得られる光
路変換器の斜視図。

【図３３】反射鏡を利用する図１２に対応する光学素子
を並列配置して得られる別の光路変換器の斜視図。

【図３４】図３３の光路変換器の於ける切欠きを深くし
た光路変換器の斜視図。

【図３５】図３４の光路変換器と等価な一体的光路変換
器の斜視図。

【図３６】図３５の光路変換器に直角プリズムを接合し
て形成された光路変換器の斜視図。

【図３７】図３５の光路変換器の上面に更に第３の反射
鏡面を形成した光路変換器の部分を示す一部切欠き斜視
図。

【図３８】複数の光学素子を透明円板に取り付けた光路
変換器の斜視図。

【図３９】コリメート用の柱状レンズに光路変換器を接
合したものを示す図。

【図４０】一次元分布屈折率レンズの作用を説明する
図。

【図４１】一次元分布屈折率レンズを用いた光学素子の
斜視図。

【図４２】図４１の光学素子を並列配置した光路変換器
の斜視図。

【図４３】別の一次元分布屈折率レンズを用いた光学素
子の斜視図。

【図４４】光学ガラス板の両面に同心円状の屈折率分布
を有する半円柱部分を形成された光路変換器の斜視図。

【図４５】シリンドリカルレンズを並列配置した光路変
換器の斜視図。

【図４６】別のシリンドリカルレンズを並列配置した光
路変換器の斜視図。

【図４７】入射面と出射面とが円柱表面を有する光学素
子を並列配置した光路変換器の斜視図。

【図４８】光学ガラスのブロックから作成した光路変換
器の斜視図。

【図４９】（ａ）、（ｂ）共にバイナリオプティクスを
利用する光学素子の説明図。

【図５０】（ａ）、（ｂ）共にラミナー型のフレネルゾ
ーン板を利用する光学素子の説明図。

【図５１】マスク型のフレネルゾーン板を利用する光学
素子の説明図。

【図５２】回折を利用した光路変換器の説明図。

【図５３】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を
説明するブロック図。

【図５４】本発明の光ファイバー導光半導体レーザ励起
固体レーザ装置を説明するブロック図。

【図５５】リニアアレイ半導体レーザ素子を２つ用いた
半導体レーザ励起固体レーザ装置のブロック図。

【図５６】リニアアレイ半導体レーザ素子を２つ用いた
別の半導体レーザ励起固体レーザ装置のブロック図。

【符号の説明】

１０ マルチストライプアレイ半導体レーザ １２ 活性層ストライプ ２０ 第１の柱状レンズ ３０ 光路変換器 ３２ 光学素子 ３３ 直角プリズム ３４ 受光面 ３６ 出力面 ３７、３８ レーザビーム ３９ 第３の反射面σ3と平行する面 ４０ 第２の柱状レンズ ５０ 集束レンズ ６０ 光ファイバ ７０ 光学系 ８０ 固体レーザ ９０ 偏光ビームスプリッタ ９５ １／２波長位相板 ３００ 板材

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/25 (31)優先権主張番号 特願平5−197926 (32)優先日 平５(1993)７月14日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平5−201116 (32)優先日 平５(1993)７月20日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 小林 哲郎 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 斉藤 吉正 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内

Claims (56)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームを放射する第１の方向に
   長い複数のエミッタが、該第１の方向に直線的に並ぶよ
   うに設けられ、点線状のレーザビーム群を放射するリニ
   アアレイレーザダイオードと、 前記リニアアレイレーザダイオードの前面に配設され、
   前記レーザビーム群を前記第１の方向に対してほぼ垂直
   な第２の方向に屈折させてコリメートする第１の集光器
   と、 前記第１の集光器の前面に配設され、前記第２の方向に
   コリメートされたレーザビーム群を受光して前記第１の
   方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して
   放射する光路変換器と、 少なくとも１個のレーザビームの断面の軸をほぼ直角に
   曲げる光学素子を複数並列して備え、前記第２の方向に
   コリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学素
   子毎にレーザビームの断面の軸を旋回して前記第１の方
   向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射す
   る光路変換器と、 前記実質的梯子状レーザビーム群を前記第１の方向とほ
   ぼ垂直な方向にコリメートして平行化する第２の集光器
   と、 前記第２の集光器から放射されるレーザビーム群を焦点
   に集光させる第３の集光器とを備える半導体レーザ装
   置。
2. 【請求項２】 前記焦点面に有する光ファイバを備え
   ることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装
   置。
3. 【請求項３】 前記第１の集光器と前記第２の集光器
   とがそれぞれシリンドリカルレンズであることを特徴と
   する請求項１に記載の半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 光軸に垂直な断面が第１の軸を有する
   入射光線を受光するための受光部と、 前記光線断面の第１の軸をほぼ直角に旋回させる光学系
   と、 前記光学系を通過した出射光線を出射する出射部とを備
   える複数光学素子を、前記光学素子がリニアアレイレー
   ザダイオードの放射面に対応するように、該各光学素子
   の受光部と出射部とをそれぞれ同一平面上に隣接させて
   リニアに配列したことを特徴とする光路変換器。
5. 【請求項５】 前記光学素子をリニアアレイレーザダ
   イオードのエミッタの間隔と同じ間隔で配置したことを
   特徴とする請求項４に記載の光路変換器。
6. 【請求項６】 前記光学素子をリニアアレイレーザダ
   イオードの複数のエミッタに対応させたことを特徴とす
   る請求項４に記載の光路変換器。
7. 【請求項７】 前記光学素子が、前記受光部で受光し
   た前記第１の軸を有する入射光線が入射する第１の反射
   面と、該第１の反射面から入射する入射光線を反射して
   前記第１軸をほぼ直角に旋回させた出射光線を出射する
   第２の反射面とを有することを特徴とする請求項４に記
   載の光路変換器。
8. 【請求項８】 前記光学素子が、前記入射光線の光軸
   を表す単位方向ベクトルをＡ、入射光線に於ける前記第
   １の軸の方向を表す単位方向ベクトルをＡｐ、出射光線
   の光軸を表す単位方向ベクトルをＣ、出射光線に於ける
   旋回された前記第１の軸の方向を表す単位方向ベクトル
   をＣｐ、ＡとＣとがなす角をθ、第１の反射面の法線を
   表す単位方向ベクトルをＮ、第２の反射面の法線を表す
   単位方向ベクトルをＭとして、 (Ｎ・Ａ)²＋(Ｍ・Ａ)²−２(Ｎ・Ａ)(Ｍ・Ａ)(Ｎ・Ｍ)＝
   (１−ｃｏｓθ)／２ (Ｎ・Ａｐ)²＋(Ｍ・Ａｐ)²−２(Ｎ・Ａｐ)(Ｍ・Ａｐ)
   (Ｎ・Ｍ)＝１／２ の関係が成立するように入射光線の光軸と前記光学素子
   の受光部と前記第１の反射面と第２の反射面と出射部と
   を有することを特徴とする請求項７に記載の光路変換
   器。
9. 【請求項９】 前記光学素子に於て、前記入射光線の
   光軸と出射光線の光軸とのなす角θがほぼ９０°であ
   り、前記第１の反射面の法線が入射光線の光軸の方向と
   その前記第１の軸の方向とにより規定される平面内にあ
   って、該法線と入射光線とのなす角が鋭角であり、前記
   第２の反射面が前記入射光線と平行でその法線が入射光
   線の前記第１軸に対してほぼ４５°の傾きをなすことを
   特徴とする請求項７に記載の光路変換器。
10. 【請求項１０】 前記鋭角が４５°であることを特徴
    とする請求項９に記載の光路変換器。
11. 【請求項１１】 前記第１の反射面と前記第２の反射
    面とが６０°で交わることを特徴とする請求項９に記載
    の光路変換器。
12. 【請求項１２】 前記第２の反射面からの入射光線を
    入射してその光軸をほぼ直角に偏向し、光路変換器から
    出射する出射光線の光軸の向きを前記入射光線の光軸と
    ほぼ平行にする第３の反射面を更に備えることを特徴と
    する請求項７に記載の光路変換器。
13. 【請求項１３】 互いに直交する第１及び第２の平面
    を有する立体に於ける前記２つの平面が交わる部分に、
    前記第１の平面に直交し、かつ前記第２の平面と４５°
    の挟角をもって交わる第１の反射面と、前記第２の平面
    に直交しかつ前記第１の平面と４５°の挟角をもって交
    わる第２の反射面とからなる２つの反射面の対を互いに
    隣接させて複数個列設してなることを特徴とする請求項
    ７に記載の光路変換器。
14. 【請求項１４】 前記第１の平面に、直角プリズムを
    対向配置してなることを特徴とする請求項１３に記載の
    光路変換器。
15. 【請求項１５】 前記光学素子が、受光部としての入
    射面と、出射部としての出射面と、光学系として前記光
    線の断面の前記第１の軸をほぼ直角に旋回するように配
    設した複数の内部反射面とを有する透明体からなるプリ
    ズムであることを特徴とする請求項７に記載の光路変換
    器。
16. 【請求項１６】 前記第１の反射面が鉛直であり、か
    つ入射面に対してほぼ４５°傾き、前記第２反射面が入
    射面に対し垂直で水平面に対してほぼ４５°傾いている
    ことを特徴とする請求項１５に記載の光路変換器。
17. 【請求項１７】 前記光学素子が、直角二等辺三角形
    と、該直角二等辺三角形を含む平面に降ろした垂線が該
    二等辺三角形の鋭角を張る頂点を通り垂線の長さが該二
    等辺三角形の等辺の長さに等しい頂点とからなる三角錘
    の形状を有することを特徴とする三角錘プリズムである
    ことを特徴とする請求項１６に記載の光路変換器。
18. 【請求項１８】 前記光学素子が、前記三角錘プリズ
    ムの半導体レーザストライプに対向しない直角二等辺三
    角形からなる面に直角プリズムの入射面が接するような
    形状を有することを特徴とする請求項１７に記載の光路
    変換器。
19. 【請求項１９】 前記光学素子が、直角二等辺三角形
    と、該直角二等辺三角形を含む平面に降ろした垂線が該
    二等辺三角形の鋭角を張る頂点を通り垂線の長さが該二
    等辺三角形の等辺の長さに等しい頂点とからなる三角錘
    の三辺が何れも等しくない直角三角形からなる面を下底
    とし、該直角三角形と平行な平面で該三角錘を切断する
    ことにより得られる断面を上底とする形状を有する三角
    錘台プリズムであり、その光学素子の左右対照な二等辺
    台形からなる面をリニアアレイ半導体レーザの各ストラ
    イプに対向させて該光学素子をアレイ状に配設したこと
    を特徴とする請求項１６に記載の光路変換器。
20. 【請求項２０】 前記光学素子が、前記三角錘台プリ
    ズムの半導体レーザストライプに対向しない頂角に直角
    を有する台形からなる面に入射面を接するように直角プ
    リズムを配したことを特徴とする請求項１９に記載の光
    路変換器。
21. 【請求項２１】 前記光学素子が、受光部としての入
    射面と、出射部としての入射面に平行な出射面と、光学
    系として前記第１の反射面が水平な入射光線をほぼ水平
    に、かつほぼ直角に反射させるべく鉛直であり、かつ前
    記入射面に対してほぼ４５°傾けられており、前記第２
    の反射面が前記第１反射面にて反射される光線をほぼ鉛
    直に反射させるため前記入射面に対して垂直であり、か
    つ水平面に対してほぼ４５°傾けられており、前記第３
    の反射面が前記第２の反射面にて反射される光線をほぼ
    鉛直に反射させるため前記入射面と水平に交わり、かつ
    水平面に対してほぼ４５°傾けた配置を有する透明体か
    らなる斜角柱プリズムであることを特徴とする請求項１
    ２に記載の光路変換器。
22. 【請求項２２】 前記光学素子が、前記第１の反射面
    と前記第２の反射面との間、前記第２の反射面と前記第
    ３の反射面との間及び前記第３の反射面と前記第１の反
    射面との間でそれぞれ６０°の交差角を有することを特
    徴とする請求項２１に記載の光路変換器。
23. 【請求項２３】 前記光学素子が、立方体のひとつの
    頂点から引いた立方体の中心を通る対角線上に延びる所
    定の長さの線分が平行移動することによって生ずる斜角
    柱であり、線分の一方の端が立方体のひとつの面内で先
    ず正方形の対角線上を移動し次いで辺上を所定の長さだ
    け移動し、更に先に通った対角線と平行に移動し最後に
    辺上を移動して出発点に戻ることにより形成される斜角
    柱の形状を有することを特徴とする請求項２２に記載の
    光路変換器。
24. 【請求項２４】 前記光学素子が、立方体のひとつの
    面である正方形の隣合う二辺とそのうちの一辺に平行な
    直線と正方形の対角線とで囲まれる台形が平行移動して
    生ずる斜角柱であり、台形の鋭角を張る頂点が立方体の
    中心を通る対角線を所定の長さだけ移動することにより
    形成される斜角柱の形状を有することを特徴とする請求
    項２２に記載の光路変換器。
25. 【請求項２５】 互いに平行な第１及び第２の平面
    と、前記第１の平面と１３５°の挟角をもって交わる第
    ３の平面と、前記第１の平面に対してｔａｎ^-1（１／√
    ２）の角度で交差する方向にその稜線並びに谷線が延在
    する折れ曲がり角が６０°をなす山と谷とが洗濯板状に
    連続形成された周期的屈曲面からなり、かつ各稜線並び
    に各谷線が前記第３の平面と平行な第４の面とを有し、 前記第１の平面を入射面とし、前記第２の平面を出射面
    とし、前記第４の面を構成する屈曲面のうち前記第１の
    平面と４５°の挟角をもって交わる面を第１の反射面と
    し、他の面を第２の反射面とし、前記第３の平面を第３
    の反射面とすることを特徴とする請求項２２に記載の光
    路変換器。
26. 【請求項２６】 透光性材料からなり、折れ曲がり角
    が６０°の三角波形断面の洗濯板状をなす周期的屈曲面
    と、該周期的屈曲面の各稜線並びに各谷線に平行な平面
    とを有する板材を準備し、前記平面に対し４５°の傾き
    を有し、前記稜線に対してｔａｎ^-1（１／√２）で交わ
    る第１の切断面と、これと平行な第２の切断面とで切り
    出すことを特徴とする光路変換器の製造方法。
27. 【請求項２７】 前記板材の準備を、折れ曲がり角が
    ６０°の三角波形断面の洗濯板状をなす周期的屈曲面
    と、該周期的屈曲面の各稜線並びに各谷線に平行な平面
    とを有する立体を、前記第１及び第２の平面間距離に相
    応する厚さを有する板材から切除することにより行な
    い、更に、前記屈曲面と前記平面に鏡面加工を施してな
    ることを特徴とする請求項２６に記載の光路変換器の製
    造方法。
28. 【請求項２８】 前記プリズムが断面が台形をなすダ
    ブプリズムである請求項１５に記載の光路変換器。
29. 【請求項２９】 前記光学素子が、直角二等辺三角形
    と該三角形を含む平面の鋭角を張る頂点に立てた垂線の
    長さが該直角二等辺三角形の等辺の長さと等しい点を頂
    点とする三角錘の形状を有する複数の三角錘プリズムを
    軸対称に張り合わせたものであって、入射した光線が光
    路変換器の処理を受けて上と下に出射することを特徴と
    する請求項７に記載の光路変換器。
30. 【請求項３０】 前記光学素子が、前記光学素子の出
    射面に断面が直角三角形をなす透明の角柱を前記三角錘
    プリズムの出射面に更に有することを特徴とする請求項
    ２９に記載の光路変換器。
31. 【請求項３１】 前記光学素子が、反射面で画定され
    た空間であって、鉛直でかつ入射光線に対してほぼ４５
    °傾いた前記第１の反射面と、入射光線に対し平行で水
    平面に対してほぼ４５°傾いた前記第２の反射面とを供
    する空間であることを特徴とする請求項７に記載の光路
    変換器。
32. 【請求項３２】 前記光学素子が、反射面で画定され
    た空間であって、鉛直でかつ入射光線に対してほぼ４５
    °傾いた前記第１の反射面と、入射光線に対し平行で水
    平面に対してほぼ４５°傾いた前記第２の反射面と、前
    記第１の反射面と第２の反射面との交線と平行な第３の
    反射面とを供する空間であることを特徴とする請求項１
    ２に記載の光路変換器。
33. 【請求項３３】 前記光学素子が、直角二等辺三角形
    の頂点と、該直角二等辺三角形を含む平面の該直角二等
    辺三角形の鋭角を張る頂点に立てた垂線の長さが該直角
    二等辺三角形の等辺の長さに等しい点を頂点とする三角
    錘の形状を立方体から切除してなるものであることを特
    徴とする請求項７に記載の光路変換器。
34. 【請求項３４】 前記光学素子が、一方の対角が４５
    °である平行四辺形を上底及び下底とする角柱に於ける
    上底の鋭角を有する頂点を含む部分を、水平面に対して
    ４５°の傾きを有し、かつ前側面の法線に平行な面で切
    除した形状を有することを特徴とする請求項７に記載の
    光路変換器。
35. 【請求項３５】 上面と該上面に直交する前面を有す
    る角柱の前記上面と前記前面とで形成される稜線上にリ
    ニアアレイ半導体レーザのエミッタに対応した間隔で前
    記前面と４５°で交わる鉛直面と前記前面に垂直で上面
    と４５°で交わる面とで形成される切り欠きを並列して
    形成し、鏡面処理を施したことを特徴とする請求項７に
    記載の光路変換器。
36. 【請求項３６】 上面と該上面に直交する前面を有す
    る角柱の前記上面と前記前面とで形成される稜線上にリ
    ニアアレイ半導体レーザのエミッタに対応した間隔で前
    記前面と４５°で交わる鉛直面と前記前面に垂直で上面
    と４５°で交わる面とで形成される切り欠きを並列して
    形成し、更に前記上面に直角プリズムを接合したことを
    特徴とする請求項１２に記載の光路変換器。
37. 【請求項３７】 所定の厚さを有する平板に、リニア
    アレイ半導体レーザのエミッタに対応した間隔で形成さ
    れ、かつ前面と４５°で交わる鉛直な第１の面と、前記
    間隔と同じ間隔で形成され、かつ前面に垂直で水平面と
    ４５°で交わる第２の面と、前記第１の面と前記第２の
    面とが交わってできる稜線と平行な第３の面と、端にあ
    る第１の面と第３の面とを結ぶ第４の面と、端にある第
    ２の面と第３の面とを結ぶ第５の面とで形成される切り
    欠きを形成し、該切り欠き面に鏡面処理を施したことを
    特徴とする請求項１２に記載の光路変換器。
38. 【請求項３８】 前記光学素子が、中心面で最も屈折
    率が高く側面に近づくほど屈折率が低くなる光学ガラス
    からなる１次元分布屈折率レンズ要素であって、前記中
    心面が水平面に対してほぼ４５°傾いた１次元分布屈折
    率レンズ要素であることを特徴とする請求項４に記載の
    光路変換器。
39. 【請求項３９】 前記光学素子が、互いに平行な２つ
    の側面を有し一方の側面で最も屈折率が高く他方の側面
    に近づくほど屈折率が低くなる光学ガラスからなる１次
    元分布屈折率レンズ要素であって、前記側面が水平面に
    対してほぼ４５°傾いた１次元分布屈折率レンズ要素で
    あることを特徴とする請求項４に記載の光路変換器。
40. 【請求項４０】 光学ガラス板の両面に、それぞれ対
    になるほぼ４５°傾いた半円柱状の分布屈折率レンズ要
    素であって、半円の中心が最も屈折率が高く、外側にな
    る程屈折率が低くなるレンズ要素を複数、リニアアレイ
    レーザダイオードの放射面に対応するように、互いに隣
    接してリニアに配列した請求項４に記載の光路変換器。
41. 【請求項４１】 前記光学素子が、軸をほぼ４５°傾
    けた凸型のシリンドリカルレンズの対を所定の距離空間
    を挟んで対向配置したものであることを特徴とする請求
    項４に記載の光路変換器。
42. 【請求項４２】 前記光学素子が、側面の両端に凸型
    のレンズ部分を有するシリンドリカルレンズであり、該
    光学素子を複数、入射光線に対してほぼ４５°傾けて接
    合させたことを特徴とする請求項４に記載の光路変換
    器。
43. 【請求項４３】 断面が長方形をなす光学ガラス製角
    柱の入射面と出射面とに同じ方向にほぼ４５°傾いた円
    柱状表面を複数形成し、各円柱状表面に入射した入射光
    線の断面がほぼ９０°旋回して出射するようにしたこと
    を特徴とする請求項４に記載の光路変換器。 【請求項４３】 断面が長方形をなす光学ガラス製角
    柱の入射面と出射面とに同じ方向にほぼ４５°傾いた円
    柱状表面を複数形成して、各円柱状表面に入射した入射
    光線の断面がほぼ９０°旋回して出射するようにしたこ
    とを特徴とする請求項４に記載の光路変換器。
44. 【請求項４４】 前記光学素子が、回折により中心軸
    に垂直な方向にのみパワーが変化する２つの光学要素を
    対向させ、中心軸をほぼ４５°傾けて配設したものであ
    ることを特徴とする請求項４に記載の光路変換器。
45. 【請求項４５】 前記光学素子が、ほぼ４５°傾いた
    中心軸に対して対象に、中心軸に垂直な方向にパワーが
    変化するように深さを変化させた多数の溝を中心軸に沿
    って設けた１組のバイナリオプティクス素子からなるこ
    とを特徴とする請求項４４に記載の光路変換器。
46. 【請求項４６】 前記光学素子が、中心軸に沿って、
    中心軸に垂直な方向にのみパワーが変化するように構成
    された同じ断面形状を有する１組の凸型のリニアなフレ
    ネルレンズであって中心軸がほぼ４５°傾いたものから
    なることを特徴とする請求項４４に記載の光路変換器。
47. 【請求項４７】 前記フレネルレンズがラミナー型の
    フレネルゾーン板であることを特徴とする請求項４６に
    記載の光路変換器。
48. 【請求項４８】 前記フレネルレンズがマスク型のフ
    レネルゾーン板であることを特徴とする請求項４６に記
    載の光路変換器。
49. 【請求項４９】 入射面と、該入射面と所定の距離を
    有した入射面と平行な出射面とを有し、前記入射面がそ
    の表面に軸が水平に対して４５°傾いた複数の光学素子
    をリニアアレイレーザダイオードの活性層ストライプ毎
    に対応させて並列的に設け、前記出射面が表面に前記入
    射面の光学素子と対称な複数の光学素子を前記入射面の
    光学素子のそれぞれに対応して並列的に設けたものから
    なることを特徴とする請求項４４に記載の光路変換器。
50. 【請求項５０】 透明の平面基板を更に備え、前記リ
    ニアに配列した光学素子を前記平面基板上に固定したこ
    とを特徴とする請求項４に記載の光路変換器。
51. 【請求項５１】 光軸に垂直な断面で第１の軸を有す
    る断面を持った入射光線を受光する入射面と、前記断面
    の第１の軸をほぼ直角に旋回する光学系と、該光学系を
    通過した出射光線を出射する出射面とを有する複数の光
    学素子と、平面の入射面と凸である出射面とを備えた柱
    状レンズとを備え、前記光学素子の出射面をそれぞれ該
    柱状レンズの入射面上に隣接させ、リニアアレイレーザ
    ダイオードの放射面に対応させてリニアに配列して固定
    したことを特徴とする集光器と光路変換器との複合体。
52. 【請求項５２】 光軸に垂直な断面で第１の軸を有す
    る断面を持った入射光線を受光する入射面と、該断面の
    第１の軸をほぼ直角に旋回する光学系と、該光学系を通
    過した出射光線を出射する出射面とを有する複数の光学
    素子と、凸である入射面と平面の出射面とを備えた柱状
    レンズとを備え、該光学素子の入射面をそれぞれ該柱状
    レンズの出射面上に隣接させ、リニアアレイレーザダイ
    オードの放射面に対応させてリニアに配列して固定した
    ことを特徴とする集光器と光路変換器の複合体。
53. 【請求項５３】 レーザビームを放射する第１の方向
    に長い複数のエミッタが該第１の方向に直線的に並ぶよ
    うに設けられ、点線状のレーザビーム群を放射するリニ
    アアレイレーザダイオードと、 前記リニアアレイレーザダイオードの前面に配設され、
    前記レーザビーム群を前記第１の方向に対してほぼ垂直
    な第２方向に屈折してコリメートする第１の集光器と、 前記第１の集光器の前面に配設され、前記第２の方向に
    コリメートされたレーザビーム群を受光して前記第１の
    方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して
    放射する光路変換器と、 少なくとも１個のレーザビームの断面の軸をほぼ直角に
    曲げる複数の光学素子を並列して備え、前記第２の方向
    にコリメートされたレーザビーム群を受光し、前記光学
    素子毎にレーザビームの断面の軸を旋回して前記第１の
    方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射
    する光路変換器と、 前記実質的梯子状レーザビーム群を前記第１の方向とほ
    ぼ垂直な方向にコリメートして平行化する第２の集光器
    と、 前記第２の集光器から放射されるレーザビーム群を焦点
    に集光する第３の集光器と、 励起光受光面を有し、かつ該励起光受光面が前記焦点の
    位置に整合された固体レーザ素子と備えることを特徴と
    する半導体レーザ励起固体レーザ装置。
54. 【請求項５４】 レーザビームを放射する第１の方向
    に長い複数のエミッタが該第１方向に直線的に並ぶよう
    に設けられ、点線状のレーザビーム群を放射するリニア
    アレイレーザダイオードと、 前記リニアアレイレーザダイオードの前面に配設され、
    前記レーザビーム群を前記第１の方向に対してほぼ垂直
    な第２の方向に屈折してコリメートする第１の集光器
    と、 前記第１の集光器の前面に配設され、前記第２の方向に
    コリメートされたレーザビーム群を受光して前記第１の
    方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して
    放射する光路変換器と、 少なくとも１個のレーザビームの断面の軸をほぼ直角に
    曲げる複数の光学素子を並列して備え、前記第２の方向
    にコリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学
    素子毎にレーザビームの断面の軸を旋回して前記第１の
    方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射
    する光路変換器と、 前記実質的梯子状レーザビーム群を前記第１の方向とほ
    ぼ垂直な方向にコリメートして平行化する第２の集光器
    と、 前記第２の集光器から放射されるレーザビーム群を第１
    の焦点に集光する第３の集光器と、 前記第１の焦点に収斂したレーザビーム群の光を伝達す
    る光ファイバーと、 前記光ファイバーから出射する光をコリメートして第２
    の焦点に収斂するコリメータと、 励起光受光面を有し、かつ該励起光受光面が前記第２の
    焦点の位置に整合された固体レーザ素子とを備えること
    を特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
55. 【請求項５５】 レーザビームを放射する第１の方向
    に長い複数のエミッタが該第１方向に直線的に並ぶよう
    に設けられ、点線状のレーザビーム群を放射する第１の
    リニアアレイレーザダイオードと、 前記第１のリニアアレイレーザダイオードの前面に配設
    され、前記レーザビーム群を前記第１の方向に対してほ
    ぼ垂直な第２の方向に屈折してコリメートする第１の集
    光器と、 前記第１の集光器の前面に配設され、前記第２の方向に
    コリメートされたレーザビーム群を受光して前記第１の
    方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して
    放射する第１の光路変換器と、 少なくとも１個のレーザビームの断面の軸をほぼ直角に
    曲げる複数の光学素子を並列して備え、前記第２の方向
    にコリメートされたレーザビーム群を受光し前記光学素
    子毎にレーザビームの断面の軸を旋回して前記第１の方
    向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射す
    る第１の光路変換器と、 前記実質的梯子状レーザビーム群を前記第１の方向とほ
    ぼ垂直の方向にコリメートして平行化する第２の集光器
    と、 レーザビームを放射する第３の方向に長い複数のエミッ
    タが該第３方向に直線的に並ぶように設けられ、点線状
    のレーザビーム群を放射する第２のリニアアレイレーザ
    ダイオードと、 前記第２のリニアアレイレーザダイオードの前面に配設
    され、前記レーザビーム群を前記第３の方向に対してほ
    ぼ垂直な第４の方向に屈折してコリメートする第３の集
    光器と、 前記第３の集光器の前面に配設され、前記第４の方向に
    コリメートされたレーザビーム群を受光して前記第３の
    方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群に変換して
    放射する第２の光路変換器と、 少なくとも１個のレーザビームの断面の軸をほぼ直角に
    曲げる複数の光学素子を並列して備え、前記第４の方向
    にコリメートされたレーザビーム群を受光して前記光学
    素子毎にレーザビームの断面の軸を旋回して前記第３の
    方向に延びる実質的な梯子状レーザビーム群として放射
    する第２の光路変換器と、 前記実質的梯子状レーザビーム群を前記第１の方向とほ
    ぼ垂直な方向にコリメートして平行化する第４の集光器
    と、 前記第２の集光器から放射されるレーザビーム群を受光
    する第１の入射面と、前記第４の集光器から放射される
    レーザビーム群を受光する第２の入射面と、レーザビー
    ム群が放射される出射面とを備え、前記第１の入射面で
    受光した第１の偏光方向を有するレーザビーム群を前記
    出射面に直進させ、第１の偏光方向と直交する第２の偏
    光方向を有する前記第４の集光器から放射されるレーザ
    ビーム群を前記第２の入射面で受光して屈折させ出射面
    に偏向させて両レーザビーム群を出射面から放射する偏
    向ビームスプリッタと、 前記偏向ビームスプリッタから放射されるレーザビーム
    群を焦点に集光する第５の集光器と、 励起光受光面を有し、かつ該励起光受光面が前記焦点の
    位置に整合された固体レーザ素子とを備えることを特徴
    とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
56. 【請求項５６】 半波長板を更に備え、前記第３の集
    光器から放射されるレーザビーム群の偏向方向が前記レ
    ーザビーム群の偏向方向と直交するようにしたことを特
    徴とする請求項５５に記載の半導体レーザ励起固体レー
    ザ装置。