JP2007017925A - 合波レーザ光源 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで高輝度の合波レーザ光源を得る。
【解決手段】 発光素子が個別に気密封止された複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ４と、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ４から出射した複数のビームをそれぞれ平行光化するコリメートレンズＣ１〜Ｃ４と、複数のビームを集光合波する集光レンズ２０からなる集光光学系とを備えた合波レーザ光源において、偏向部材Ｐ１〜Ｐ３により、複数のビームのうち、集光光学系の光軸と異なる方向に出射されたビームを光軸の方向に偏向して集光光学系に入射させて、集光光学系により集光されたビームをファイバ３０に入射させて合波する。
【選択図】 図１

Description

本発明は合波レーザ光源に関し、特に詳細には、複数の半導体レーザから発せられたビームを集光光学系を利用して合波する合波レーザ光源に関するものである。

従来、露光装置等に使用可能な高出力のレーザ光源として、複数のレーザ光源から出射したビームを集光光学系を用いて集光合波する合波レーザ光源が知られている。この光源は、図２５に示すように、ヒートブロック１０上に１列に配列固定された７個のチップ状態の半導体レーザＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６およびＬ７から出射したビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６およびＢ７を、それぞれコリメートレンズ１１、１２、１３、１４、１５、１６および１７によって平行光化し、その後、集光レンズ２１により集光してファイバ３０のコア３０ａの入射端面上で合波するように構成したものである（特許文献１参照）。

また、その他の構成としては、ヒートブロック上に複数のチップ状態の半導体レーザを共通の円周上となるように配設し、これらの半導体レーザから出射したビームを、コリメートレンズにより平行光化し、その後、集光レンズにより集光してファイバの入射端面上で合波するように構成した合波レーザ光源が知られている（特許文献２参照）。

上記のような合波レーザ光源が画像露光装置に適用される際には、露光時間の短縮のため、さらなる高輝度化が要求されるようになっている。
特開２００２−２０２４４２号公報 特開２００４−７７７７９号公報

光源の高輝度化を進めるには、単位面積当りの光量を増大させればよく、そのためには、集光されたビームが入射するファイバのコア径を極力小さくする、または、合波する半導体レーザの数である合波本数を増加させるように構成すればよい。

半導体レーザが列設された上記光源において、合波本数を増やすためには、ファイバのＮＡ（開口数）を大きくすることが考えられる。しかしながら、ファイバのＮＡを大きくすると、焦点深度が小さくなる。合波レーザ光源が搭載される画像露光装置では、装置側の公差を緩くするために焦点深度を大きくしたいという要望があるため、ファイバのＮＡを大きくすることはできない。

そこで、ファイバのＮＡを維持したまま合波本数を増やすには、集光レンズの焦点距離を長くすればよい。しかしながら、集光レンズの焦点距離を長くすると、光学倍率が大きくなる。半導体レーザの発光点は倍率分拡大されてファイバ端面に結像されるため、光学倍率が大きくなると、ファイバの集光位置における発光点の像の大きさが大きくなる。これは、ファイバのコア径を小さくしたいという上記高輝度化のための要求と相反することになり、好ましくない。

特に、シングルモードの半導体レーザは発光点が小さいが、発光幅の広いブロードの半導体レーザを適用する場合は、上記光学倍率は無視できない要素となってくる。

また、光学倍率が大きくなることにより、半導体レーザとコリメートレンズとの位置調整の精度がより厳密になる。位置調整が正しく行われずにファイバのコアからビームがはみ出した場合には光量損失となり、高輝度化を実現できない。さらに、この位置調整作業は合波本数分必要であり、厳しい調整精度は大きなコストアップの要因となる。

なお、上記の半導体レーザが列設された構成においては、高輝度化のために、半導体レーザ同士およびコリメートレンズ同士の間隔を極力小さくして高密度に配置することが有効である。しかし、あまりに高密度に配置すると、半導体レーザやコリメートレンズを実装するための空間を十分にとれず、構成部品や調整にとって大きな制約となり、部品コストや調整装置、調整工数にとって不利となり、コストアップにつながる。

上記調整工数低減のため、複数の半導体レーザや複数のコリメートレンズを一体化してアレイ状にした半導体レーザアレイやコリメートレンズアレイを作製し、これらの組み合わせで調整する方法が考案されている。しかし、チップ実装に伴う品質保証工数が付加されることに加え、一品一様のカスタム仕様となるために高精度実装機が高価になる上にその償却負担も大きく、コストダウンの効果はほとんど得られない。

さらに、従来のようにチップ状態の半導体レーザをヒートブロック上に多数配列する構成では、合波レーザ光源モジュール全体の封止が必要な上、多数のチップのうちの１つが不良となっても全体が不良品となるため、歩留まりが悪く、コストアップの要因となっていた。

チップ状態の半導体レーザの代わりに一般的な気密パッケージに実装された半導体レーザを用いれば、上記の封止や歩留まりの問題は解決されるが、このような半導体レーザはパッケージサイズが大きいため、各半導体レーザの発光点の間隔が広くなり、集光レンズの面内において単位面積当たりの光量が低下してしまう。また、そのような間隔が広い多数のビームを集光してファイバに入射させるには、ファイバのＮＡを大きくとることが必要となり、上記のファイバのＮＡを小さくする要望と相反してしまう。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、低コストで高輝度の合波レーザ光源を提供することを目的とする。

本発明による合波レーザ光源は、発光素子が個別に気密封止された複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザから出射した複数のビームをそれぞれ平行光化するコリメートレンズと、前記複数のビームを集光合波する集光光学系とを備えた合波レーザ光源において、前記複数のビームのうち、前記集光光学系の光軸と異なる方向に出射されたビームを前記光軸の方向に偏向して前記集光光学系に入射させる偏向部材を備えたことを特徴とするものである。

ここで、集光光学系に入射する前記複数のビームが互いに近接し、集光光学系内の前記光軸に垂直な面内における前記複数の半導体レーザのビームパターンが略放射状、列状、行列状のいずれかに形成されていることが望ましい。

上記構成において、前記複数の半導体レーザのいくつかは、該半導体レーザから出射されるビームのビームスポットの長軸方向が異なるように配置され、前記偏向部材の位置および形状が、他の偏向部材により偏向されるビームを遮光しないように設定され、前記集光光学系内の前記光軸に垂直な面内における前記複数の半導体レーザのビームパターンが、略放射状に形成されているようにしてもよい。

または上記構成において、複数の半導体レーザは、各々２つ以上の半導体レーザからなる複数の半導体レーザ組からなり、該複数の半導体レーザ組は互いに前記光軸の方向および／またはそれと直交する方向に偏位して配置されており、前記集光光学系内の前記光軸に垂直な面内における前記複数の半導体レーザのビームパターンが、行列状に形成されているようにしてもよい。

または上記構成において、複数の半導体レーザは、各々２つ以上の半導体レーザからなる複数の半導体レーザ組からなり、該複数の半導体レーザ組は前記光軸を挟んで対向配置されており、前記集光光学系内の前記光軸に垂直な面内における前記複数の半導体レーザのビームパターンが行列状に形成されているようにしてもよい。

あるいは上記構成において、複数の半導体レーザは、各々２つ以上の半導体レーザからなる複数の半導体レーザ組からなり、該複数の半導体レーザ組は互いに前記光軸を挟んだ対向位置から前記光軸の方向および／またはそれと直交する方向に偏位して配置されており、前記集光光学系内の前記光軸に垂直な面内における前記複数の半導体レーザのビームパターンが行列状に形成されているようにしてもよい。

なお、平行光化されたビームそれぞれの前記コリメートレンズから前記集光光学系までの光路長が等しいことが望ましい。また、偏向部材による偏向角は９０度としてもよい。偏向部材としては、プリズムやミラー等を用いることができ、例えば４５度の傾斜角を有する直角プリズムを採用してもよい。なお、上記の偏向角の９０度および傾斜角の４５度は、厳密なものではなく、実質的にその値となっていればよい。

そして、偏向部材は、該偏向部材が偏向するビーム以外のビームを遮光する率が、該ビームのピーク強度の１／ｅ^２における径の面積の２０％以下であることが望ましい。

半導体レーザは、頂部に出射窓が配設された略円筒型のキャップにより前記発光素子が被包され、気密封止されたパッケージ構造を有することが望ましく、その発振波長が３６０ｎｍ〜４９０ｎｍであることが望ましい。

上記構成の光源において、集光光学系により集光合波されたビームが入射されるファイバをさらに備え、前記ファイバのＮＡが０．３以下であることが望ましい。

なお、「ビームスポット」とは半導体レーザから出射されたビームの断面を意味し、「ビームパターン」とはある面内におけるビームスポットの配列の状態を意味する。半導体レーザは活性層に平行な方向と垂直な方向では出射光の広がり角度が異なるため、一般に、ビームスポットの形状は非対称となり、多くは楕円形となる。「ビームパターンが列状」または「ビームパターンが行列状」とは、複数のビームスポットがそれぞれの長軸方向あるいは短軸方向を揃えて配列された状態を意味し、「ビームパターンが略放射状」とは、複数のビームスポットがそれぞれの長軸方向が径方向となるように略放射状に配列された状態を意味する。

本発明による合波レーザ光源によれば、偏向部材を用いて、複数の半導体レーザから出射された複数のビームを、集光光学系の光軸と異なる方向に出射されたビームも含めて、集光光学系に入射させているため、合波本数を増大させることが可能であり、高輝度化を実現できる。

集光光学系で集光したビームをファイバに入射させる際には、ファイバのＮＡや集光レンズの焦点深度を変更する必要はなく、従来同様に構成できる。よって、本発明による合波レーザ光源を画像露光装置に適用したときには、従来通り鮮鋭度の高い画像を露光可能であり、光学倍率も維持可能である。

本発明による合波レーザ光源では、発光素子であるチップを個別に気密封止した半導体レーザを用いており、例えば市販の標準品の半導体レーザを採用可能である。また、偏向部材により集光光学系の光軸と異なる方向に出射されたビームも集光されるため、半導体レーザやコリメートレンズ等の実装における自由度も高く、例えば実装に必要な間隔を十分にとることができる。したがって、本発明の合波レーザ光源によれば、部品自体のコストを安価にできるだけでなく、既存の調芯装置により従来と同様の実装精度で実装できるので、製造コストも安価にすることができる。

また、従来の複数のチップ状態の素子を用いた光源では必要とされていたモジュール全体の封止構造や加工時の性能保証工数を削減できるため、大きなコストダウンを図ることができるとともに信頼性の高いモジュールを提供できる。特に、半導体レーザの発振波長が３６０ｎｍ〜４９０ｎｍである場合には、特に大気汚染の影響を受けやすいため、発光素子が個別に気密封止された半導体レーザを用いる本発明を適用することは有効である。

さらに、従来の複数のチップ状態の素子を用いた光源では、複数のチップのうちの１つが劣化するとモジュール全体が不良となってしまうが、本発明の合波レーザ光源によれば、チップの１つが劣化した場合はその１つの半導体レーザを交換すればよいため、歩留まりを大きく向上させることができ、大幅なコストダウンを図ることができる。

上述したように本発明による合波レーザ光源によれば、高輝度化およびコストダウンの両方を実現することができる。

集光光学系に入射する複数のビームが互いに近接し、集光光学系内の光軸に垂直な面内における複数の半導体レーザのビームパターンが略放射状、列状、行列状のいずれかに形成されている場合には、高密度なビームパターンとなる。ビームパターンの設定によっては、集光光学系の利用効率を極限まで高めることができるため、単位面積当たりの光量を増大させることが可能であり、高輝度化を実現することができる。

複数の半導体レーザが、各々２つ以上の半導体レーザからなる複数の半導体レーザ組からなり、複数の半導体レーザ組を互いに光軸の方向および／またはそれと直交する方向に偏位した位置、または対向した位置に配置するように構成した場合は、２つ以上の半導体レーザを一括して組単位で配置できるため、実装が容易になりコストダウンに貢献できる。

平行光化されたビームそれぞれのコリメートレンズから集光光学系までの光路長を等しくしておけば、平行光の平行度が十分高くない場合でも、集光光学系内の光軸に垂直な面内において形成されるビームパターンの誤差を小さくすることができる。

偏向部材を４５度の傾斜角を有する直角プリズムとした場合には、標準品を使用できるため、安価に構成できる。

集光光学系により集光合波されたビームが入射されるファイバをさらに備え、ファイバのＮＡが０．３以下である場合には、高精細な画像を露光する上で十分な焦点深度が確保され、鮮鋭度の高い画像を露光可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。まず、本発明の第１の実施形態による合波レーザ光源について説明する。図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）はそれぞれ、本実施形態による合波レーザ光源の斜視図、平面図、側面図である。ただし、図２（Ｂ）においては、半導体レーザとコリメートレンズの図示を省略している。図３は図２（ａ）のＡ−Ａ線の位置から見た状態を示す部分正面図である。

なお、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）および以下の説明では、集光レンズ２０の光軸方向をｚ方向として、ｚ方向に垂直な２つの方向をｘ方向およびｙ方向とし、図２（Ａ）をｙ方向に垂直な面内の図、図２（Ｂ）をｘ方向に垂直な面内の図とする。

合波レーザ光源は、気密封止された４個の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４と、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４に対して設けられたコリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４と、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３に対して設けられた偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と、１つの集光レンズ２０と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。

集光レンズ２０の光軸に垂直な面内には、４つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４それぞれから出射されたビームにより、図１に示すような近接した４つの略楕円形状のビームスポットＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４からなるビームパターンＢＰ１が形成されている。各ビームスポットＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、その長軸方向および中心位置が互いに異なり、互いに重なることなく近接している。

なお、図１においては、集光レンズ２０の形状は概念的に示してあり、各コリメートレンズから集光レンズ２０までの光路の光軸を一点鎖線で示し、上記ビームスポットからファイバ３０までのビームの一部を実線および破線で示している。また、図１および図２（Ｂ）では、各偏向部材の面上におけるビームスポットの形状を模式的に示している。

半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４は全て、発振波長が４０５ｎｍ、出力５０ｍＷであり、発光素子が個別に気密封止されたφ５．６ｍｍのｃａｎ型のパッケージ構造を有する。このパッケージ構造は、図４に示すように、頂部に出射窓１が設けられた略円筒型のキャップ２により台座３上に固定された発光素子であるチップ４が被包され、キャップ２のフランジ部５がステム６とハーメチックシールされることにより気密封止されたものである。

一般に、半導体レーザのチップ４から出射されるビームＢは、活性層に平行な方向では小さな広がり角、活性層に垂直な方向では大きな広がり角をもつため、図４に示すように、ビームＢの断面であるビームスポットの形状は楕円形となる。

４つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４は、図１に示すパターンを形成可能なように、出射ビームの光軸周りの角度が互いに異なるように配置されており、図５（１）、（２）、（３）、（４）にそれぞれの向きを示す。なお、図５では、チップ４と台座３のみ示し、紙面に垂直な方向を出射ビームの方向としている。このような光軸周りの角度の回転は、既知の調整部材を用いてｃａｎ型パッケージのステム６を回転させて調整することで容易に可能である。

３つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３は、集光レンズ２０の光軸から所定距離離れた位置にビームの出射方向がｘ方向に平行になるように、ｚ方向に１０ｍｍの間隔をもって配置され、そのｙ方向の高さはそれぞれビームスポットＳ１、Ｓ２、Ｓ３の中心の高さと同じである。

本実施形態においては、３つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３のｚ方向の間隔は１０ｍｍであるが、これに限定するものではなく、半導体レーザおよびコリメートレンズの実装および調整作業が十分な値となるように間隔を決めることが望ましい。

半導体レーザＬＤ４は、集光レンズ２０との間に偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を挟んだ位置に、集光レンズ２０と対向してビームの出射方向がｚ方向となるように配置されており、そのｙ方向の高さはビームスポットＳ４の中心の高さと同じである。

コリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は全て、焦点距離が３ｍｍ、光軸に垂直な面内の一方向の有効径が３．６ｍｍ、ＮＡが０．６であり、それに垂直な方向の有効径が１．２ｍｍ、ＮＡが０．２であり、非球面レンズにより構成してもよい。上記仕様は限定的なものではないが、半導体レーザの広がり角に合わせて設計され、開口率を十分とれる設計とすることが望ましい。

なお、図ではコリメートレンズの形状は概念的に示してある。コリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４はそれぞれ半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４の出射端近傍に配置され、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４から発散光状態で出射されたビームをそれぞれ平行光化する。

偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は全て４５度の傾斜角を有する直角プリズムからなり、等辺となる一辺は５ｍｍであり、傾斜面である４５度面には誘電体ＨＲ（高反射）コートを施されて反射面が形成され、４５度先端はナイフエッジ加工されている。

偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、半導体レーザから出射されたビームのうち、集光レンズ２０の光軸と異なる方向に出射されたビームを光軸の方向に偏向して互いに近接させるためのものである。偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれ、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３から出射されたｘ方向に平行なビームを、偏向角が９０度となるようにｚ方向に偏向すべく、ビームスポットＳ１、Ｓ２、Ｓ３の中心を通りｚ方向に平行な直線上に、その反射面がｚ方向と４５度の角度をなすように配置され、そのｚ方向の間隔は１０ｍｍである。

集光レンズ２０は、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４から出射されたビームを集光する集光光学系の機能を果たし、例えば焦点距離が２４ｍｍ、有効径がφ１０ｍｍ、ＮＡが０．２のものを採用できる。上記仕様は限定的なものではないが、集光レンズは、集光レンズ上のビームスポットがすべてレンズの有効径内に入るように、集光したビームを入射させるファイバのＮＡに合わせて焦点距離の値が設計され、光学倍率が出来る限り小さくなるような設計とすることが好ましい。

ファイバ３０は、ＮＡが０．３のマルチモードファイバである。ファイバ３０としては、ステップインデックス型のもの、グレーデッドインデックス型のもの、およびそれらの複合型のものが全て適用可能である
上記構成を有する合波レーザ光源において、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３からｘ方向に平行な方向に出射したビームはそれぞれコリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３により平行光化された後、偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３により９０度光路を偏向されてｚ方向に進行し、集光レンズ２０に入射する。半導体レーザＬＤ４からｚ方向に出射されたビームはコリメートレンズＣ４により平行光化された後、そのまま直進し、集光レンズ２０に入射する。

半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４から出射されたビームは、集光レンズ２０の光軸に垂直な面内において図１に示すような近接したビームスポットＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４からなるビームパターンＢＰ１を形成し、集光レンズ２０により集光されて、ファイバ３０の入射端面で収束し、合波されて、ファイバ３０を伝搬する。

本実施形態の合波レーザ光源によれば、φ５．６ｍｍのパッケージに実装された半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４およびコリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は容易に実装、調整できる間隔を保つとともに、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４からのビームを近接して集光レンズ２０に入射させており、低コストで高輝度化を実現したものとなっている。

また、各半導体レーザは個々に気密封止されているため、その１つが劣化したとしても容易に交換可能である。従来の複数のチップ状態の素子を用いた光源では、複数のチップのうちの１つが劣化するとモジュール全体が不良となってしまうが、本実施形態の光源では、劣化した１つの半導体レーザを交換すればよいため、歩留まりを大幅に向上させることができる。

なお、上記構成において、半導体レーザとコリメートレンズをユニット化して、ユニットごとに交換可能にすれば、１つの半導体レーザが劣化した場合でも、そのユニットを交換すればよく、光源全体が不良になることはないため、歩留まりを向上させることができる。

ここで、各偏向部材は、図３に示すように、反射するビームが有効範囲に入り、且つ後方から進行するビームを遮らないような形状、大きさ、配置とするように決めることが望ましい。例えば、本実施形態では図３に示すように、偏向部材Ｐ１は、半導体レーザＬＤ１からのビームは反射するが偏向部材Ｐ２で反射されたビームは遮光しないように、ビームスポットの向きに合わせてその上端が斜めに切断された形状となっている。また、偏向部材Ｐ２の高さは、半導体レーザＬＤ２からのビームを反射可能な高さであり、半導体レーザＬＤ４からのビームを遮光しない高さとなっている。

本実施形態のように、偏向部材として直角プリズムを用い９０度の偏向角をもって偏向する場合には、図６（ａ）に示すように、前方のプリズムＰ５が後方のプリズムＰ６からのビームを遮ることないため、プリズムＰ５、Ｐ６で反射されたビームにより隣接する２つの楕円形状のビームスポットＳ５、Ｓ６を形成することが容易である。

一方、図６（ｂ）に示すように、角部がナイフエッジ化されていない長方形のプリズムを用いて、図６（ａ）と同様に隣接する２つのビームスポットを形成しようとすると、前方のプリズムＰ７によるビームスポットＳ７は楕円形状となるが、プリズムＰ８によるビームスポットＳ８は、前方のプリズムＰ７の角部が後方のプリズムＰ８からのビームの一部を遮光するため、楕円の一部が欠けた形状となる。

このような遮光を防止するためには、遮光に関与するプリズムの角部をナイフエッジ化して、この角部を有効反射範囲とする。例えば、上記のように偏向角が９０度の場合は、その１／２である４５度以下に先端を加工しておけば、ビーム同士の間隔が狭くても遮光は発生せず、本実施形態においては標準的な５ｍｍ角のもので構成可能である。

なお、やむをえず偏向部材が、それ自身で反射するビーム以外のビームを遮光してしまう場合には、その遮光率が遮光されるビームのピーク強度の１／ｅ^２における径の面積の２０％以下であることが望ましい。

実際に上記光源を作製する際の調整工程では、各部材を配置した後、半導体レーザのｃａｎ型パッケージをビームの光軸の周りに回転させてビームスポットの長軸方向を決定した後、各コリメートレンズをそれぞれビームの光軸方向に調整して平行光化し、ビームが偏向部材の有効範囲に入り、且つビームが遮光されることがないことを確認し、集光レンズ２０の面上で所定のビームパターンＢＰ１が形成され、最終的には４つのビームが集光レンズで１点に集まるように、各軸の方向を合わせるべくコリメートレンズｘｙ位置を調整して固定する。この調整は偏向部材を調整することによって行ってもよい。

なお、半導体レーザから偏向部材までの距離、偏向部材から集光レンズまでの距離、出射ビームの光軸周りの角度、偏向部材による偏向角は任意に設定することができ、これにより、任意のビームパターンを形成可能である。以下、これらについて別の実施形態を用いて例示する。なお、以下の実施形態の説明および図面においては、第１の実施形態における要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。

次に、本発明の第２の実施形態による合波レーザ光源について説明する。図７、図８（Ａ）、図８（Ｂ）はそれぞれ、本実施形態による合波レーザ光源の斜視図、平面図、側面図である。ただし、図８（Ｂ）においては、半導体レーザとコリメートレンズの図示を省略している。なお、図７、図８（Ａ）、図８（Ｂ）および以下の説明では、集光レンズ２０の光軸方向をｚ方向として、ｚ方向に垂直な２つの方向をｘ方向およびｙ方向とし、図８（Ａ）をｙ方向に垂直な面内の図、図８（Ｂ）をｘ方向に垂直な面内の図としている。

本実施形態における合波レーザ光源は、８個の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８と、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８に対してそれぞれの出射端近傍に配設されたコリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８と、各半導体ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８からのビームを偏向するために各半導体に対してそれぞれ設けられた偏向部材Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５、Ｐ２６、Ｐ２７、Ｐ２８と、１つの集光レンズ２０と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。

本実施形態では、上記８つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８それぞれから出射されたビームに対応する８つのビームスポットにより、図７に示すように、集光レンズ２０の光軸に垂直な面内で近接した放射状のビームパターンＢＰ２が形成されている。各ビームスポットは略楕円形状を有し、その長軸方向が集光レンズ２０の径方向に向かい、８つのビームスポットが周方向に配列されて菊の花状のビームパターンＢＰ２を形成している。

各ビームスポットを上記のように配置させることにより、８つの略楕円形のビームスポットを用いてビームパターンを形成する場合において、ビームパターンＢＰ２の中心からビームパターンＢＰ２の周辺までの距離を最も短くすることができる。よって、一定のファイバ３０のＮＡに対して、光学倍率をより小さく設計可能となる。

なお、図７においては、集光レンズ２０の形状は概念的に示してあり、各コリメートレンズから集光レンズ２０までの光路の光軸を一点鎖線で示し、上記ビームスポットからファイバ３０までのビームの一部を実線および破線で示している。また、図７および図８（Ｂ）では、各偏向部材の面上におけるビームスポットの形状を模式的に示している。

半導体レーザＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８は第１の実施形態の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４と同様の構成を有するものであり、コリメートレンズＣ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８は第１の実施形態のコリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４と同様の構成を有するものである。

半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８は、その出射方向がｘ方向となるように集光レンズ２０の光軸の一側に調整可能な間隔をもって並列配置され、その発光点のｙ方向の高さは集光レンズ２０の光軸に垂直な面内に投影される各ビームスポットの中心位置に合わせた高さとなるように配置されている。また、各半導体レーザは、図７に示すビームパターンＢＰ２を形成可能なように、出射ビームの光軸周りの角度を設定されて配置されており、そのいくつかは出射するビームのビームスポットの長軸方向が異なる。

偏向部材Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５、Ｐ２６、Ｐ２７、Ｐ２８は第１の実施形態の偏向部材Ｐ２、Ｐ３と同様の機能を果たすものであり、これらと同様に４５度の傾斜角を有する直角プリズムからなり、傾斜面に誘電体ＨＲコートが施されて反射面が形成され、４５度先端はナイフエッジ加工されているが、その反射面内に反射するビームのビームスポットが入る大きさとなっている。

第１の実施形態の偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と同様に、本実施形態の偏向部材Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５、Ｐ２６、Ｐ２７、Ｐ２８も光路をｘ方向からｚ方向に９０度折り曲げて所定のビームパターンを形成すべく、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８から出射されたビームと集光レンズ２０の有効径を通りｚ方向に平行な直線との交点に配置され、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８から出射されたビームを集光レンズ２０に入射させるようにその反射面はｚ方向と４５度の角度をなす。また、偏向部材Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５、Ｐ２６、Ｐ２７、Ｐ２８は、反射するビームが有効範囲に入り、且つ他の偏向部材により偏向されるビームを遮光しない形状、大きさ、配置となるよう設定されている。

なお、上記構成では、光軸の一側に半導体レーザを並列配置したが、これに限定するものではなく、光軸の一側および他側の両方に半導体レーザを配置するようにしてもよい。

次に、本発明の第３の実施形態による合波レーザ光源について説明する。図９、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）はそれぞれ、本実施形態による合波レーザ光源の斜視図、平面図、側面図である。ただし、図１０（Ｂ）においては、半導体レーザとコリメートレンズの図示を省略している。なお、図９、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）および以下の説明では、集光レンズ２０の光軸方向をｚ方向として、ｚ方向に垂直な２つの方向をｘ方向およびｙ方向とし、図１０（Ａ）をｙ方向に垂直な面内の図、図１０（Ｂ）ｘ方向に垂直な面内の図としている。

本実施形態における合波レーザ光源は、７個の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７と、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７に対してそれぞれの出射端近傍に配設されたコリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７と、各半導体ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７からのビームを偏向するために各半導体に対してそれぞれ設けられた偏向部材Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ３４、Ｐ３５、Ｐ３６、Ｐ３７と、１つの集光レンズ２０と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。

本実施形態では、上記７つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７それぞれから出射されたビームに対応する７つのビームスポットが、図９に示すように、集光レンズ２０の光軸に垂直な面内で隣接して直線上に配列されて、列状のビームパターンＢＰ３が形成されている。各ビームスポットは略楕円形状を有し、その長軸方向は列方向と直交している。本実施形態におけるビームパターンＢＰ３は図２５に示す従来の光源における集光レンズ面上でのビームパターンと同様に列状であるが、従来のものよりもさらに高密度なものとなる。

なお、図９においては、集光レンズ２０の形状は概念的に示してあり、各コリメートレンズから集光レンズ２０までの光路の光軸を一点鎖線で示し、上記ビームスポットからファイバ３０までのビームの一部を実線および破線で示している。また、図９および図１０（Ｂ）では、各偏向部材の面上におけるビームスポットの形状を模式的に示している。

上記ビームパターンＢＰ３を形成するために、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７は活性層がｚ方向に平行になるように図１１に示すように出射ビームの光軸周りの角度を調整されている。なお、図１１は代表的に半導体レーザＬＤ１とコリメートレンズＣ１を示し、図１０（Ａ）と同じくｙ方向に垂直な面内の図であり、内部を示すためキャップ２を切開した状態を示す図である。

半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７は、その出射方向がｘ方向となるように集光レンズ２０の光軸の一側に調整可能な間隔をもって並列配置され、その発光点のｙ方向の高さは集光レンズ２０の光軸に垂直な面内に投影される各ビームスポットの中心位置に合わせた高さとなるように配置されている。

偏向部材Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ３４、Ｐ３５、Ｐ３６、Ｐ３７は第１の実施形態の偏向部材Ｐ２、Ｐ３と同様の機能を果たすものであり、これらと同様に４５度の傾斜角を有する直角プリズムからなり、傾斜面に誘電体ＨＲコートが施されて反射面が形成され、４５度先端はナイフエッジ加工されているが、その反射面内に反射するビームのビームスポットが入る大きさとなっている。

第１の実施形態の偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と同様に、本実施形態の偏向部材Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ３４、Ｐ３５、Ｐ３６、Ｐ３７も光路をｘ方向からｚ方向に９０度折り曲げて所定のビームパターンを形成すべく、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７から出射されたビームと集光レンズ２０の有効径を通りｚ方向に平行な直線との交点に配置され、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７から出射されたビームを集光レンズ２０に入射させるようにその反射面はｚ方向と４５度の角度をなす。また、偏向部材Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ３４、Ｐ３５、Ｐ３６、Ｐ３７は、反射するビームが有効範囲に入り、且つ後方から進行するビームを遮らないような形状、大きさ、配置となっている。

次に、本発明の第４の実施形態による合波レーザ光源について説明する。図１２、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）はそれぞれ、本実施形態による合波レーザ光源の斜視図、平面図、側面図である。ただし、図１３（Ｂ）においては、半導体レーザとコリメートレンズの図示を省略している。なお、図１２、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）および以下の説明では、集光レンズ２０の光軸方向をｚ方向として、ｚ方向に垂直な２つの方向をｘ方向およびｙ方向とし、図１３（Ａ）をｙ方向に垂直な面内の図、図１３（Ｂ）をｘ方向に垂直な面内の図としている。

本実施形態における合波レーザ光源は、８個の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８と、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８に対してそれぞれの出射端近傍に配設されたコリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８と、各半導体ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８からのビームを偏向するために各半導体に対してそれぞれ設けられた偏向部材Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ４４、Ｐ４５、Ｐ４６、Ｐ４７、Ｐ４８と、１つの集光レンズ２０と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。

本実施形態では、上記８つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８それぞれから出射されたビームに対応する８つのビームスポットにより、図１２に示すように、集光レンズ２０の光軸に垂直な面内で２×４の行列状のビームパターンＢＰ４が形成されている。各ビームスポットは略楕円形状を有し、その長軸方向は行方向であるｘ方向とほぼ平行であり、隣接して配列されている。

なお、図１２においては、集光レンズ２０の形状は概念的に示してあり、各コリメートレンズから集光レンズ２０までの光路の光軸を一点鎖線で示し、上記ビームスポットからファイバ３０までのビームの一部を実線および破線で示している。また、図１２および図１３（Ｂ）では、各偏向部材の面上におけるビームスポットの形状を模式的に示している。

上記ビームパターンを形成するために、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８は活性層がｙ方向に平行になるように図１４に示すように出射ビームの光軸周りの角度を調整されている。なお、図１４は代表的に半導体レーザＬＤ１とコリメートレンズＣ１を示し、図１２（Ａ）と同じくｙ方向に垂直な面内の図であり、内部を示すためキャップ２を切開した状態を示す図である。

半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８は、その出射方向がｘ方向となるように集光レンズ２０の光軸の一側に調整可能な間隔をもって並列配置され、その発光点のｙ方向の高さは集光レンズ２０の光軸に垂直な面内に投影される各ビームスポットの中心位置に合わせた高さとなるように配置されている。

４つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ３、ＬＤ５、ＬＤ７は第１の半導体レーザ組を構成し、４つの半導体レーザＬＤ２、ＬＤ４、ＬＤ６、ＬＤ８は第２の半導体レーザ組を構成する。第２の半導体レーザ組は、第１の半導体レーザ組からｙ方向およびｚ方向に偏位した位置に配置された第１の半導体レーザ組と同数の半導体レーザからなるものと考えられる。このように構成して、第１の半導体レーザ組と同じものをユニットとして複数作製しておき、このユニットを所定位置およびそれから偏位させた位置に配置すれば、実装が容易になる。

偏向部材Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ４４、Ｐ４５、Ｐ４６、Ｐ４７、Ｐ４８は第１の実施形態の偏向部材Ｐ２、Ｐ３と同様の機能を果たすものであり、これらと同様に４５度の傾斜角を有する直角プリズムからなり、傾斜面に誘電体ＨＲコートが施されて反射面が形成され、４５度先端はナイフエッジ加工されているが、その反射面内に反射するビームのビームスポットが入る大きさとなっている。

第１の実施形態の偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と同様に、本実施形態の偏向部材Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ４４、Ｐ４５、Ｐ４６、Ｐ４７、Ｐ４８も光路をｘ方向からｚ方向に９０度折り曲げて所定のビームパターンを形成すべく、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８から出射されたビームと集光レンズ２０の有効径を通りｚ方向に平行な直線との交点に配置され、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８から出射されたビームを集光レンズ２０に入射させるようにその反射面はｚ方向と４５度の角度をなす。また、偏向部材Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ４４、Ｐ４５、Ｐ４６、Ｐ４７、Ｐ４８は、反射するビームが有効範囲に入り、且つ後方から進行するビームを遮らないような形状、大きさ、配置となっている。

次に、本発明の第５の実施形態による合波レーザ光源について説明する。図１５、図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）はそれぞれ、本実施形態による合波レーザ光源の斜視図、平面図、側面図である。ただし、図１６（Ｂ）においては、半導体レーザとコリメートレンズの図示を省略している。なお、図１５、図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）および以下の説明では、集光レンズ２０の光軸方向をｚ方向として、ｚ方向に垂直な２つの方向をｘ方向およびｙ方向とし、図１６（Ａ）をｙ方向に垂直な面内の図、図１６（Ｂ）をｘ方向に垂直な面内の図としている。

本実施形態における合波レーザ光源は、８個の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８と、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８に対してそれぞれの出射端近傍に配設されたコリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８と、各半導体ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８からのビームを偏向するために各半導体に対してそれぞれ設けられた偏向部材Ｐ５１、Ｐ５２、Ｐ５３、Ｐ５４、Ｐ５５、Ｐ５６、Ｐ５７、Ｐ５８と、１つの集光レンズ２０と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。

本実施形態では、上記８つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８それぞれから出射されたビームに対応する８つのビームスポットにより、図１５に示すように、集光レンズ２０の光軸に垂直な面内で４×２の行列状のビームパターンＢＰ５が形成されている。各ビームスポットは略楕円形状を有し、その長軸方向は列方向であるｙ方向とほぼ平行であり、隣接して配列されている。

なお、図１５においては、集光レンズ２０の形状は概念的に示してあり、各コリメートレンズから集光レンズ２０までの光路の光軸を一点鎖線で示し、上記ビームスポットからファイバ３０までのビームの一部を実線および破線で示している。また、図１５および図１６（Ｂ）では、各偏向部材の面上におけるビームスポットの形状を模式的に示している。

本実施形態における８つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８の出射ビームの光軸周りの角度は、図１１に示すものと同じである。

４つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ３、ＬＤ５、ＬＤ７は第１の半導体レーザ組を構成し、その出射方向がｘ方向と平行となるように集光レンズ２０の光軸の一側に調整可能な間隔をもって並列配置され、その発光点のｙ方向の高さは集光レンズ２０の光軸に垂直な面内に投影される各ビームスポットの中心位置に合わせた高さとなるように配置されている。

４つの半導体レーザＬＤ２、Ｄ４、ＬＤ６、ＬＤ８は第２の半導体レーザ組を構成し、集光レンズ２０の光軸を挟んで第１の半導体レーザ組と対向配置され、その発光点のｙ方向の高さは集光レンズ２０の光軸に垂直な面内に投影される各ビームスポットの中心位置に合わせた高さとなるように配置されている。すなわち、第１の半導体レーザ組と第２の半導体レーザ組は光軸を含むｙｚ平面に関して対称な位置に配置されている。なお、図１６（Ａ）では、重なる位置にある半導体レーザをわずかにずらして描いている。上記配置により、本実施形態ではコンパクトな光源を実現している。

各コリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８から集光レンズ２０までの８本の平行光の光路長は等しく設計されている。これにより、平行光の平行度が十分高くない場合でも、形成されるビームパターンの誤差が発生しにくいものとなる。

偏向部材Ｐ５１、Ｐ５２、Ｐ５３、Ｐ５４、Ｐ５５、Ｐ５６、Ｐ５７、Ｐ５８は第１の実施形態の偏向部材Ｐ２、Ｐ３と同様の機能を果たすものであり、これらと同様に４５度の傾斜角を有する直角プリズムからなり、傾斜面に誘電体ＨＲコートが施されて反射面が形成され、４５度先端はナイフエッジ加工されているが、その反射面内に反射するビームのビームスポットが入る大きさとなっている。

第１の実施形態の偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と同様に、本実施形態の偏向部材Ｐ５１、Ｐ５２、Ｐ５３、Ｐ５４、Ｐ５５、Ｐ５６、Ｐ５７、Ｐ５８も光路をｘ方向からｚ方向に９０度折り曲げて所定のビームパターンを形成すべく、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８から出射されたビームと集光レンズ２０の有効径を通りｚ方向に平行な直線との交点に配置され、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８から出射されたビームを集光レンズ２０に入射させるようにその反射面はｚ方向と４５度の角度をなす。また、偏向部材Ｐ５１、Ｐ５２、Ｐ５３、Ｐ５４、Ｐ５５、Ｐ５６、Ｐ５７、Ｐ５８は、反射するビームが有効範囲に入り、且つ後方から進行するビームを遮らないような形状、大きさ、配置となっている。

次に、本発明の第６の実施形態による合波レーザ光源について説明する。図１７、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）はそれぞれ、本実施形態による合波レーザ光源の斜視図、平面図、側面図である。ただし、図１８（Ｂ）においては、半導体レーザとコリメートレンズの図示を省略している。なお、図１７、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）および以下の説明では、集光レンズ２０の光軸方向をｚ方向として、ｚ方向に垂直な２つの方向をｘ方向およびｙ方向としており、図１８（Ａ）をｙ方向に垂直な面内の図、図１８（Ｂ）をｘ方向に垂直な面内の図としている。

本実施形態における合波レーザ光源は、８個の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８と、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８に対してそれぞれの出射端近傍に配設されたコリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８と、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８からのビームを偏向するために各半導体に対してそれぞれ設けられた偏向部材Ｐ６１、Ｐ６２、Ｐ６３、Ｐ６４、Ｐ６５、Ｐ６６、Ｐ６７、Ｐ６８と、１つの集光レンズ２０と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。

本実施形態では、上記８つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８それぞれから出射されたビームに対応する８つのビームスポットにより、図１７に示すように、集光レンズ２０の光軸に垂直な面内で４×２の行列状のビームパターンＢＰ６が形成されている。各ビームスポットは略楕円形状を有し、その長軸方向は列方向であるｙ方向とほぼ平行であり、隣接して配列されている。本実施形態におけるビームパターンＢＰ６は第５の実施形態における図１５に示すビームパターンＢＰ５と同じであるが、半導体レーザの配置が本実施形態と第５の実施形態では異なる。

なお、図１７においては、集光レンズ２０の形状は概念的に示してあり、各コリメートレンズから集光レンズ２０までの光路の光軸を一点鎖線で示し、上記ビームスポットからファイバ３０までのビームの一部を実線および破線で示している。また、図１７および図１８（Ｂ）では、各偏向部材の面上におけるビームスポットの形状を模式的に示している。

４つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ３、ＬＤ５、ＬＤ７は集光レンズ２０の光軸の一側に、４つの半導体レーザＬＤ２、ＬＤ４、ＬＤ６、ＬＤ８は集光レンズ２０の光軸の他側に調整可能な間隔をもって配置され、その発光点のｙ方向の高さは集光レンズ２０の光軸に垂直な面内に投影される各ビームスポットの中心位置に合わせた高さとなるように配置されている。

２つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ３を第１の半導体レーザ組としたとき、この第１の半導体レーザ組をｙ方向およびｚ方向に偏位した位置に配置された半導体レーザからなる半導体レーザ組が半導体レーザＬＤ５、ＬＤ７である。また、この第１の半導体レーザ組の光軸を挟んだ対向位置からｙ方向およびｚ方向に偏位した位置に配置された半導体レーザからなる半導体レーザ組が半導体レーザＬＤ２、ＬＤ４およびＬＤ６、ＬＤ８である。

本実施形態においても第５の実施形態と同様に、各コリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８から集光レンズ２０までの８本の平行光の光路長は等しく設計されている。これにより、平行光の平行度が十分高くない場合でも、形成されるビームパターンの誤差が発生しにくいものとなる。

偏向部材Ｐ６１、Ｐ６２、Ｐ６３、Ｐ６４、Ｐ６５、Ｐ６６、Ｐ６７、Ｐ６８は第１の実施形態の偏向部材Ｐ２、Ｐ３と同様の機能を果たすものであり、これらと同様に４５度の傾斜角を有する直角プリズムからなり、傾斜面に誘電体ＨＲコートが施されて反射面が形成され、４５度先端はナイフエッジ加工されているが、その反射面内に反射するビームのビームスポットが入る大きさとなっている。

第１の実施形態の偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と同様に、本実施形態の偏向部材Ｐ６１、Ｐ６２、Ｐ６３、Ｐ６４、Ｐ６５、Ｐ６６、Ｐ６７、Ｐ６８も光路をｘ方向からｚ方向に９０度折り曲げて所定のビームパターンを形成すべく、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８から出射されたビームと集光レンズ２０の有効径を通りｚ方向に平行な直線との交点に配置され、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８から出射されたビームを集光レンズ２０に入射させるようにその反射面はｚ方向と４５度の角度をなす。また、偏向部材Ｐ６１、Ｐ６２、Ｐ６３、Ｐ６４、Ｐ６５、Ｐ６６、Ｐ６７、Ｐ６８は、反射するビームが有効範囲に入り、且つ後方から進行するビームを遮らないような形状、大きさ、配置となっている。

以上に説明した実施形態では偏向部材による偏向角の方向と大きさはｚｘ面内における９０度であったが、本発明はこれに限定するものではなく、任意に設定することが可能であり、以下に第７の実施形態を用いて例示する。

次に、本発明の第７の実施形態による合波レーザ光源について説明する。図１９は本実施形態による合波レーザ光源の斜視図である。本実施形態における合波レーザ光源を第１の実施形態の合波レーザ光源と比べると、集光レンズ２０面内に形成されるビームパターンは第１の実施形態のものと同じであるが、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ３の配置とその出射ビームの方向、および偏向部材Ｐ１、Ｐ３の配置が基本的に異なる点であり、以下この点に注目して説明する。

本実施形態の形態においては、３つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の出射方向は互いに異なり同一平面上にない。そして偏向部材Ｐ１、Ｐ３は第１の実施形態の配置と比べるとｙ方向の周りに回転した配置となっており、その反射面がｚ方向となす角度は４５度ではない。そして、半導体レーザＬＤ１から出射されたビームが偏向部材Ｐ１により偏向される偏向角αは鋭角となり、半導体レーザＬＤ３から出射されたビームが偏向部材Ｐ３により偏向される偏向角βは鈍角となるように構成されている。

次に、本発明の第８の実施形態による合波レーザ光源について説明する。図２０、図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）はそれぞれ、本実施形態の合波レーザ光源の構成を示す斜視図、平面図、側面図である。なお、図２１では保持部材も示し、図２１（Ｂ）では半導体レーザとコリメートレンズの図示を省略している。図２０、図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）および以下の説明では、集光レンズ２０の光軸方向をｚ方向として、ｚ方向に垂直な２つの方向をｘ方向およびｙ方向としており、図２１（Ａ）をｙ方向に垂直な面内の図、図２１（Ｂ）をｘ方向に垂直な面内の図としている。

本実施形態における合波レーザ光源は、８個の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８と、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８に対してそれぞれの出射端近傍に配設されたコリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８と、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８からのビームを偏向するために設けられた偏向部材Ｐ８１、Ｐ８２、Ｐ８３、Ｐ８４と、１つの集光レンズ２０と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。

本実施形態では、上記８つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８それぞれから出射されたビームに対応する８つのビームスポットにより、図２０に示すように、集光レンズ２０の光軸に垂直な面内で、ビームスポットの短軸方向に４つ、長軸方向に２つのビームスポットが配された４×２の行列状のビームパターンＢＰ８が形成されている。各ビームスポットは略楕円形状を有し、その長軸方向はｘ方向とほぼ平行であり、隣接して配列されている。

なお、図２０においては、集光レンズ２０の形状は概念的に示してあり、各コリメートレンズから集光レンズ２０までの光路の光軸を一点鎖線で示し、上記ビームスポットからファイバ３０までのビームの一部を実線および破線で示している。また、図２０および図２１（Ｂ）では、各偏向部材の面上におけるビームスポットの形状を模式的に示している。

４つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ３、ＬＤ５、ＬＤ７は第１の半導体レーザ組を構成し、その出射方向がｘ方向と平行となるように集光レンズ２０の光軸の一側に調整可能な間隔をもって並列配置され、その発光点のｙ方向の高さは集光レンズ２０の光軸に垂直な面内に投影される各ビームスポットの中心位置に合わせた高さとなるように配置されている。

４つの半導体レーザＬＤ２、Ｄ４、ＬＤ６、ＬＤ８は第２の半導体レーザ組を構成し、集光レンズ２０の光軸の他側に、集光レンズ２０の光軸を挟んで第１の半導体レーザ組と対向するように配置され、その発光点のｙ方向の高さは集光レンズ２０の光軸に垂直な面内に投影される各ビームスポットの中心位置に合わせた高さとなるように配置されている。

すなわち、図２１（Ａ）に示すように、第１の半導体レーザ組と第２の半導体レーザ組は集光レンズ２０の光軸を含むｙｚ平面に関して対称な位置に配置されている。このように本実施形態では、集光レンズ２０の光軸の左右両側の対称な位置からビームを入射するようにし、さらに各側における半導体レーザの並びが直線上になるように構成している。これにより、光学系を簡略、小型化でき、また組立が容易になる。

偏向部材Ｐ８１、Ｐ８２、Ｐ８３、Ｐ８４はそれぞれ、半導体レーザＬＤ１とＬＤ２、半導体レーザＬＤ３とＬＤ４、半導体レーザＬＤ５とＬＤ６、半導体レーザＬＤ７とＬＤ８からのビームを偏向するために設けられており、第１の実施形態の偏向部材Ｐ２、Ｐ３と同様の機能を果たすものである。偏向部材Ｐ８１、Ｐ８２、Ｐ８３、Ｐ８４は標準品として入手可能な４５度の傾斜角を有する直角プリズムからなるが、この傾斜面を挟む２面を反射面として、この反射面に誘電体ＨＲコートが施されている点が上述の実施形態と異なる。本実施形態では、上記のように反射面を設定することにより、１つの偏向部材で２つの半導体レーザからの光を偏向できる。本実施形態を上述の合波本数が８本の実施形態と比較すると、合波本数は同じであるが、必要とする偏向部材の数は半分の４つとなっており、部材数が減った分、コストダウンの効果が得られる。

第１の実施形態の偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と同様に、本実施形態の偏向部材Ｐ８１、Ｐ８２、Ｐ８３、Ｐ８４も光路をｘ方向からｚ方向に９０度折り曲げて所定のビームパターンを形成すべく、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８から出射されたビームと集光レンズ２０の有効径を通りｚ方向に平行な直線との交点に配置され、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８から出射されたビームを集光レンズ２０に入射させるようにその反射面はｚ方向と４５度の角度をなす。また、偏向部材Ｐ８１、Ｐ８２、Ｐ８３、Ｐ８４は、反射するビームが有効範囲に入り、且つ後方から進行するビームを遮らないような形状、大きさ、配置となっている。

ここで、図２１および図２２を参照しながら保持構造について説明する。図２２は、半導体レーザ、コリメートレンズ、偏向部材の保持部材を示す斜視図である。なお、図２１（Ａ）では図の煩雑化を避けるため一部の符号の図示を省略しており、図２２では手前側の組にのみ半導体レーザとコリメートレンズを実装した状態を示す。

図２１に示すように、この光源を構成する光学要素は、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収容され、このパッケージ４０の上記開口が不図示のパッケージ蓋によって閉じられることにより、該パッケージ４０およびパッケージ蓋が画成する閉空間内に密閉保持される。

パッケージ４０の一端には、ファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダ３１が固定されている。パッケージ４０の底面の上面には集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダ４２が固定されている。パッケージ４０の底面には図２１（Ｂ）に示すように側面形状が階段状のベース板４４が固定されている。

ベース板４２の上面の中央には集光レンズ２０の光軸方向に沿って４つの偏向部材Ｐ８１、Ｐ８２、Ｐ８３、Ｐ８４が配列され、その両側には側面形状がＬ字型のＬＤホルダＬＤＨ１、ＬＤＨ２、ＬＤＨ３、ＬＤＨ４、ＬＤＨ５、ＬＤＨ６、ＬＤＨ７、ＬＤＨ８が、Ｌ字の水平部分が内側を向くように対向配置されている。各ＬＤホルダのＬ字の垂直部分に透孔部が形成されており、この透孔部にビームスポットの長軸方向が所定の向きになるように半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８が圧入される。

各ＬＤホルダのＬ字の水平部分の上面にはそれぞれ、コリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８を保持するコリメートレンズホルダＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６、ＣＨ７、ＣＨ８が配置されている。各コリメートレンズホルダにも、上記の各ＬＤホルダの透孔部と対向する位置に透孔部が形成されており、半導体レーザを出射してコリメートレンズで平行光化された光はこの透孔部を通過して偏向部材へ向かう。

各ＬＤホルダはそれぞれ、Ｌ字型の水平部分を貫通するねじ４６により、ベース部材４４に脱着可能に固定されている。これにより、光軸調整するのが容易になるだけでなく、半導体レーザを個別に交換することが容易になり、従来に比べ合波レーザ光源の歩留まりを向上させることができる。なお、ねじ止めする位置は、図２１（Ａ）に示す半導体レーザとコリメートレンズの間の位置に限定されず、他の位置でもよく、また複数の位置でもよく、例えば、Ｌ字型の水平部分の四隅で固定してもよい。

組立の際には、先に偏向部材および半導体レーザを実装し、その後、コリメートレンズおよびレンズホルダを実装する。そして、半導体レーザを発光させて、コリメートレンズをｘ、ｙ、ｚの３方向について調整して、平行光が得られるように調整する。本実施形態では、コリメートレンズの調整だけで、他の部品の実装誤差分も調整可能である。平行光が得られたら、レンズホルダとコリメートレンズの接触面、およびレンズホルダとＬＤホルダのＬ字の水平部分との接触面を、例えば、半田、ろう、ＵＶ光硬化接着剤等を用いて固定する。

次に、本発明の第９の実施形態による合波レーザ光源について説明する。図２３、図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）はそれぞれ、本実施形態の合波レーザ光源の構成を示す斜視図、平面図、側面図である。なお、図２４では保持部材も示し、図２４（Ｂ）においては、半導体レーザとコリメートレンズの図示を省略している。図２３、図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）および以下の説明では、集光レンズ２０の光軸方向をｚ方向として、ｚ方向に垂直な２つの方向をｘ方向およびｙ方向としており、図２４（Ａ）をｙ方向に垂直な面内の図、図２４（Ｂ）をｘ方向に垂直な面内の図としている。

本実施形態における合波レーザ光源は、８個の半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８と、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８に対してそれぞれの出射端近傍に配設されたコリメートレンズＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８と、各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８からのビームを偏向するために設けられた偏向部材Ｐ９１、Ｐ９２、Ｐ９３、Ｐ９４と、２つの集光レンズ２２、２３と、集光されたビームが入射するファイバ３０とから構成される。

本実施形態では、２つの集光レンズ２２，２３を用いて合波している点が上述の実施形態と大きく異なる。集光レンズ２２は、ｘ方向とｙ方向で異なるパワーを有するアナモルフィックレンズであり、集光レンズ２３はｙ方向のみパワーを有するシリンドリカルレンズである。

本実施形態では、上記８つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８それぞれから出射されたビームに対応する８つのビームスポットにより、図２３に示すように、集光レンズ２２，２３の光軸に垂直な面内で、ビームスポットの短軸方向に２つ、長軸方向に４つのビームスポットが配された４×２の行列状のビームパターンＢＰ９が形成されている。各ビームスポットは略楕円形状を有し、その長軸方向はｙ方向とほぼ平行であり、隣接して配列されている。

なお、図２３においては、集光レンズ２２，２３の形状は概念的に示してあり、各コリメートレンズから集光レンズ２３までの光路の光軸を一点鎖線で示し、上記ビームスポットからファイバ３０までのビームの一部を実線および破線で示している。また、図２３および図２４（Ｂ）では、各偏向部材の面上におけるビームスポットの形状を模式的に示している。

４つの半導体レーザＬＤ１、ＬＤ３、ＬＤ５、ＬＤ７は第１の半導体レーザ組を構成し、その出射方向がｘ方向と平行となるように集光レンズ２２，２３の光軸の一側に調整可能な間隔をもって並列配置され、その発光点のｙ方向の高さは集光レンズ２２，２３の光軸に垂直な面内に投影される各ビームスポットの中心位置に合わせた高さとなるように配置されている。

４つの半導体レーザＬＤ２、Ｄ４、ＬＤ６、ＬＤ８は第２の半導体レーザ組を構成し、集光レンズ２０の光軸の他側に、集光レンズ２２，２３の光軸を挟んで第１の半導体レーザ組と対向するように配置され、その発光点のｙ方向の高さは集光レンズ２２，２３の光軸に垂直な面内に投影される各ビームスポットの中心位置に合わせた高さとなるように配置されている。

すなわち、図２４（Ａ）に示すように、第１の半導体レーザ組と第２の半導体レーザ組は集光レンズ２２，２３の光軸を含むｙｚ平面に関して対称な位置に配置されている。前述の第８の実施形態と同様に、本実施形態も集光レンズ２０の光軸の左右両側の対称な位置からビームを入射するようにし、さらに各側における半導体レーザの並びが直線上になるように構成している。これにより、光学系を簡略、小型化でき、また組立が容易になる。

偏向部材Ｐ９１、Ｐ９２、Ｐ９３、Ｐ９４はそれぞれ、半導体レーザＬＤ１とＬＤ２、半導体レーザＬＤ３とＬＤ４、半導体レーザＬＤ５とＬＤ６、半導体レーザＬＤ７とＬＤ８からのビームを偏向するために設けられている。偏向部材Ｐ９１、Ｐ９２、Ｐ９３、Ｐ９４は、第８の実施形態の偏向部材Ｐ８１、Ｐ８２、Ｐ８３、Ｐ８４と同様の機能を果たすものであり、これらと同様に、４５度の傾斜角を有する直角プリズムの傾斜面を挟む２面を反射面として、この反射面に誘電体ＨＲコートが施された構成を有する。このように反射面を設定することにより、第８の実施形態と同様に本実施形態においても、１つの偏向部材で２つの半導体レーザからの光を偏向でき、部材数の削減によるコストダウンの効果が得られる。

第１の実施形態の偏向部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と同様に、本実施形態の偏向部材Ｐ９１、Ｐ９２、Ｐ９３、Ｐ９４も光路をｘ方向からｚ方向に９０度折り曲げて所定のビームパターンを形成すべく、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８から出射されたビームと集光レンズ２２，２３の有効径を通りｚ方向に平行な直線との交点に配置され、半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７、ＬＤ８から出射されたビームを集光レンズ２２，２３に入射させるようにその反射面はｚ方向と４５度の角度をなす。また、偏向部材Ｐ９１、Ｐ９２、Ｐ９３、Ｐ９４は、反射するビームが有効範囲に入り、且つ後方から進行するビームを遮らないような形状、大きさ、配置となっている。

上記光源を構成する光学要素は、図２４に示すように、上方が開口した箱状のパッケージ５０内に収容され、このパッケージ５０の上記開口が不図示のパッケージ蓋によって閉じられることにより、該パッケージ５０およびパッケージ蓋が画成する閉空間内に密閉保持される。

パッケージ５０の一端には、ファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダ３１が固定されている。パッケージ５０の底面の上面にはそれぞれ集光レンズ２２，２３を保持する集光レンズホルダ５２，５３が固定されている。パッケージ５０の底面には側面形状が階段状のベース板５４が固定されている。なお、ベース板５４上の半導体レーザ、コリメートレンズ、偏向部材は、図２２を用いて説明した第８の実施形態のものと同様に保持されている。

以下に、上記第２，第８，第９の実施形態の合波レーザ光源について、位置調整の精度を比較する。上記合波レーザ光源では、各半導体レーザから出射したビームは、所定のビームパターンを形成した後、集光されてファイバのコアに入射する。そのときに、半導体レーザとコリメートレンズとの位置調整が正しくなされないと、ファイバのコアからビームがはみ出して光量損失となる。しかし、この位置調整の精度が厳密すぎると、工程でのコストアップの原因となり、実用上好ましくない。そこで、ファイバのコアからビームがはみ出さない範囲でコリメートレンズを移動可能な許容値を求め、これにより位置調整の精度を比較する。この許容値が小さいほど、精度は厳密になる。

まず、第２の実施形態について考える。コリメートレンズは前述の実施形態の仕様のものを用い、ファイバの入射ＮＡは０．２とする。ファイバのコアからビームがはみ出さないためには、集光レンズ２０の光軸に垂直な面内におけるビームパターンを形成するビーム全てをファイバに入射させる必要がある。第２の実施形態で形成されるビームパターンＢＰ２の中心から周辺までの距離は、コリメートレンズの有効径が３．６ｍｍ×１．２ｍｍであるから、３．６＋（１．２／２）＝４．２ｍｍとなる。このビームパターンＢＰ２を形成しているビーム全てをＮＡ０．２のファイバに入射させるためには、上記距離を有効半径と考えて、有効半径／ＮＡより、集光レンズの焦点距離は２１ｍｍにすればよい。このとき、光学系の倍率は、集光レンズの焦点距離／コリメートレンズの焦点距離より、７倍となる。

一方、レーザ出射端でのビーム径は７μｍ×１．５μｍであり、ファイバのコア入射端でのビーム径は上記倍率をかけて、４９μｍ×１０．５μｍとなる。以降は、精度が厳しくなる４９μｍの方について考察する。ファイバのコア径は６０μｍであるから、ビーム径との差６０−４９＝１１μｍがファイバのコア入射端での許容値となる。コリメートレンズ側での許容値は、上記倍率がかかっていることを考慮すると１１／７＝１．５７μｍとなり、これは全幅の許容値であるから、半値では、±０．７８μｍが許容値となり、これより大きな値になると、ビームがファイバからはみだして光量損失が生じる。

同様に、第８の実施形態について考える。コリメートレンズは前述の実施形態の仕様のものを用い、ファイバの入射ＮＡは０．２とする。ビームパターンＢＰ８のビームパターンの中心から最周辺までの距離、すなわち有効半径は、（３．７²＋２．６²）^1/2＝４．５２となる。なお、ここで、各０．１余裕をとっている。このビームパターンＢＰ８を形成しているビーム全てをＮＡ０．２のファイバに入射させるためには、有効半径／ＮＡより、集光レンズの焦点距離は２３．１ｍｍにすればよい。このとき、この光学系の倍率は、集光レンズの焦点距離／コリメートレンズの焦点距離より、７．７倍となる。

一方、レーザ出射端でのビーム径は７μｍ×１．５μｍであり、ファイバのコア入射端でのビーム径は上記倍率をかけて、５４μｍ×１１．６μｍとなる。以降は、精度が厳しくなる５４μｍの方について考察する。ファイバのコア径は６０μｍであるから、ビーム径との差６０−５４＝６μｍがファイバのコア入射端での許容値となる。コリメートレンズ側での許容値は、上記倍率がかかっていることを考慮すると６／７．７＝０．７８μｍとなり、これは全幅の許容値であるから、半値では、±０．３９μｍが許容値となり、これより大きな値になると、ビームがファイバからはみだして光量損失が生じる。

同様に、第９の実施形態について考える。コリメートレンズは前述の実施形態の仕様のものを用いる。第９の実施形態では、ｘ方向とｙ方向で倍率が異なるアナモルフィックレンズおよびシリンドリカルレンズを集光レンズに用いているため、各方向に分けて考える必要がある。ビームパターンＢＰ９の中心からｘ方向、ｙ方向の最周辺までの距離、すなわち有効半径はそれぞれ、１．３ｍｍ、７．４ｍｍとなる。なお、ここで、各０．１余裕をとっている。

ここで、ｘ方向、ｙ方向のファイバの入射ＮＡをそれぞれ、０．０９５，０．１６５とすると、このビームパターンＢＰ９の最周辺（対角方向の端）までのＮＡが０．１９となり、このビームパターンＢＰ９を形成しているビーム全てをＮＡ０．２のファイバに余裕をもって入射できるため、以下の計算では上記ＮＡを用いることにする。各方向における焦点距離は、有効半径／ＮＡより、ｘ方向では、１４．７となり、ｙ方向では４５．４となる。よって、ｘ方向、ｙ方向の倍率はそれぞれ、４．９倍、１５倍となる。

一方、レーザ出射端でのビーム径は、７μｍ×１．５μｍであるから、ファイバのコア入射端でのビーム径は上記倍率をかけて、それぞれ３４．３μｍ×２２．５μｍとなる。ファイバのコア径は６０μｍであるから、ｘ方向については、ビーム径との差６０−３４．３＝２５．７μｍがファイバのコア入射端での許容値となる。コリメートレンズ側の許容値は、上記倍率がかかっていることを考慮すると２５．７／４．９＝５．２４μｍとなり、これは全幅の許容値であるから、半値では、±２．６２μｍが許容値となる。同様にｙ方向では、±１．２５μｍが許容値となり、これより大きな値になると、ビームがファイバからはみだして光量損失が生じる。

上記の位置調整の精度はコストに大きく関係する。また、この精度以外でコストに関する懸念点としては、例えば以下の点が挙げられる。第２の実施形態では、ビームパターンＢＰ２を形成し、偏向部材が後方から進行するビームを遮らない形状にするために、標準品のプリズムを切断加工する必要があり、この分コストアップする。第９の実施形態では、集光レンズにシリンドリカルレンズやアナモルフィックレンズを用いているため、これらの部品代および複雑化する調整のためコストアップする。一方、第８の実施形態では、偏向部材は標準品をそのまま使用可能であり、偏向部材や集光レンズの特別な調整は必要ない。

なお、以上説明した実施形態における半導体レーザの発振波長、出力、気密パッケージの形状等の仕様は上記のものに限定されない。また、１つの合波レーザ光源で用いられる半導体レーザの特性、コリメートレンズ、偏向部材は必ずしも同一でなくてもよく、例えば波長の異なる半導体レーザを用いて合波してもよい。半導体レーザ組を構成する半導体レーザの数は上記例に限定されず、２以上の任意の数を選択可能である。

コリメートレンズの焦点距離、有効径、ＮＡ、形状等の仕様は上記のものに限定されない。１つの合波レーザ光源で用いられるコリメートレンズは必ずしも同一でなくてもよい。

集光レンズの焦点距離、有効径、ＮＡ、形状等の仕様は上記のものに限定されない。また、集光光学系を構成するレンズ等の要素の種類や数は、上記のものに限定されない。

また、偏向部材は上記プリズムに限定されず、反射部材であればどのようなものを使ってもよく、例えば、プリズムでなくミラー、より詳しくは、アルミ蒸着ミラー、誘電体ミラー等で構成してもよい。また、全反射や、偏光ビームスプリッタを用いた反射であってもよい。

集光光学系内の光軸に垂直な面内に形成されるビームパターンは、上記実施形態のものに限定されず、本発明は任意のビームパターンについて適用可能である。

半導体レーザ組の数は、上記実施形態のものに限定されず、任意に設定可能である。また、半導体レーザ組の互いの位置関係、例えば、偏位方向も任意に設定可能である。

本発明の第１の実施形態による合波レーザ光源の斜視図 本発明の第１の実施形態による合波レーザ光源の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ） 図２（Ａ）のＡ−Ａ線の位置から見た状態を示す部分正面図 半導体レーザの構造とビームの断面形状を示す斜視図 各半導体レーザの活性層の方向を示す図 プリズム形状とビームの遮光を説明する図 本発明の第２の実施形態による合波レーザ光源の斜視図 本発明の第２の実施形態による合波レーザ光源の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ） 本発明の第３の実施形態による合波レーザ光源の斜視図 本発明の第３の実施形態による合波レーザ光源の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ） 本発明の第３の実施形態におけるビームスポットの向きを説明するための図 本発明の第４の実施形態による合波レーザ光源の斜視図 本発明の第４の実施形態による合波レーザ光源の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ） 本発明の第４の実施形態におけるビームスポットの向きを説明するための図 本発明の第５の実施形態による合波レーザ光源の斜視図 本発明の第５の実施形態による合波レーザ光源の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ） 本発明の第６の実施形態による合波レーザ光源の斜視図 本発明の第６の実施形態による合波レーザ光源の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ） 本発明の第７の実施形態による合波レーザ光源の斜視図 本発明の第８の実施形態による合波レーザ光源の斜視図 本発明の第８の実施形態による合波レーザ光源の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ） 本発明の第８の実施形態による合波レーザ光源の保持部材の斜視図 本発明の第９の実施形態による合波レーザ光源の斜視図 本発明の第９の実施形態による合波レーザ光源の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ） 従来の合波レーザ光源の平面図

符号の説明

１ 出射窓
２ キャップ
３ 台座
４ チップ
５ フランジ部
６ ステム
２０ 集光レンズ
３０ ファイバ
４０ パッケージ
４２ 集光レンズホルダ
４４ ベース板
４６ ねじ
ＢＰ１ ビームパターン
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４ コリメートレンズ
ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６、ＣＨ７、ＣＨ８ コリメートレンズホルダ
ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４ 半導体レーザ
ＬＤＨ１、ＬＤＨ２、ＬＤＨ３、ＬＤＨ４、ＬＤＨ５、ＬＤＨ６、ＬＤＨ７、ＬＤＨ８ ＬＤホルダ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 偏向部材
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ ビームスポット

Claims (13)

1. 発光素子が個別に気密封止された複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザから出射した複数のビームをそれぞれ平行光化するコリメートレンズと、前記複数のビームを集光合波する集光光学系とを備えた合波レーザ光源において、
   前記複数のビームのうち、前記集光光学系の光軸と異なる方向に出射されたビームを前記光軸の方向に偏向して前記集光光学系に入射させる偏向部材を備えたことを特徴とする合波レーザ光源。
2. 前記集光光学系に入射する前記複数のビームが互いに近接し、
   前記集光光学系内の前記光軸に垂直な面内における前記複数の半導体レーザのビームパターンが、略放射状、列状、行列状のいずれかに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の合波レーザ光源。
3. 前記複数の半導体レーザのいくつかは、該半導体レーザから出射されるビームのビームスポットの長軸方向が異なるように配置され、
   前記偏向部材の位置および形状が、他の偏向部材により偏向されるビームを遮光しないように設定され、
   前記集光光学系内の前記光軸に垂直な面内における前記複数の半導体レーザのビームパターンが、略放射状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の合波レーザ光源。
4. 前記複数の半導体レーザは、各々２つ以上の半導体レーザからなる複数の半導体レーザ組からなり、該複数の半導体レーザ組は互いに前記光軸の方向および／またはそれと直交する方向に偏位して配置されており、
   前記集光光学系内の前記光軸に垂直な面内における前記複数の半導体レーザのビームパターンが、行列状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の合波レーザ光源。
5. 前記複数の半導体レーザは、各々２つ以上の半導体レーザからなる複数の半導体レーザ組からなり、該複数の半導体レーザ組は前記光軸を挟んで対向配置されており、
   前記集光光学系内の前記光軸に垂直な面内における前記複数の半導体レーザのビームパターンが、行列状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の合波レーザ光源。
6. 前記複数の半導体レーザは、各々２つ以上の半導体レーザからなる複数の半導体レーザ組からなり、該複数の半導体レーザ組は互いに前記光軸を挟んだ対向位置から前記光軸の方向および／またはそれと直交する方向に偏位して配置されており、
   前記集光光学系内の前記光軸に垂直な面内における前記複数の半導体レーザのビームパターンが、行列状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の合波レーザ光源。
7. 前記平行光化されたビームそれぞれの前記コリメートレンズから前記集光光学系までの光路長が等しいことを特徴とする請求項５または６に記載の合波レーザ光源。
8. 前記偏向部材による偏向角が９０度であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の合波レーザ光源。
9. 前記偏向部材が４５度の傾斜角を有する直角プリズムであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の合波レーザ光源。
10. 前記偏向部材は、該偏向部材が偏向するビーム以外のビームを遮光する率が、該ビームのピーク強度の１／ｅ^２における径の面積の２０％以下であることを特徴とする請求項１、２または４から９のいずれか１項に記載の合波レーザ光源。
11. 前記半導体レーザは、頂部に出射窓が配設された略円筒型のキャップにより前記発光素子が被包され、気密封止されたパッケージ構造を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の合波レーザ光源。
12. 前記半導体レーザの発振波長が３６０ｎｍ〜４９０ｎｍであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の合波レーザ光源。
13. 前記集光光学系により集光合波されたビームが入射されるファイバをさらに備え、前記ファイバのＮＡが０．３以下であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の合波レーザ光源。

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