レーザ集光プリズム
【課題】一体的に形成して位置決めが比較的容易なレーザ集光プリズムにおいて、比較的高出力なレーザ光を集光する場合であっても、よりシンプルな構造で、発熱をより低減することができるレーザ集光プリズムを提供する。
【解決手段】第１直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第１プリズム３１と、第１直角二等辺三角形と同一形状の第２直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第２プリズム３２と、第１直角二等辺三角形の斜辺の長さと、第２直角二等辺三角形の斜辺の長さとで、直角を挟む２辺を構成した第３直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第３プリズム３３と、板状形状を有し、入射されたレーザ光を入射方向に向けて反射するとともに反射光の偏光方向を変換する偏光反射領域３４ａと、入射されたレーザ光を透過する透過領域３４ｂと、を有する反射透過板３４と、を一体的に組み付けて構成されたレーザ集光プリズム３０。
【解決手段】第１直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第１プリズム３１と、第１直角二等辺三角形と同一形状の第２直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第２プリズム３２と、第１直角二等辺三角形の斜辺の長さと、第２直角二等辺三角形の斜辺の長さとで、直角を挟む２辺を構成した第３直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第３プリズム３３と、板状形状を有し、入射されたレーザ光を入射方向に向けて反射するとともに反射光の偏光方向を変換する偏光反射領域３４ａと、入射されたレーザ光を透過する透過領域３４ｂと、を有する反射透過板３４と、を一体的に組み付けて構成されたレーザ集光プリズム３０。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力が比較的高いレーザ光を集光するためのレーザ集光プリズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば楕円状に広がりながら進行するレーザ光を出射する発光部が前記楕円の短軸方向に所定間隔で複数並べられた半導体レーザ光源からのレーザ光を集光して高出力レーザを得ることができる種々のレーザ発振器が提案されている。
半導体レーザは発振効率が高い（〜５０％）ことから、固体レーザの励起光として、あるいは直接加工光源として利用するニーズが高まっている。また、半導体レーザメーカからは、複数のエミッタ（発光部）を一次元状に配置した半導体レーザバーや、半導体レーザバーを積層して複数のエミッタ（発光部）を二次元状に配置した半導体レーザスタックが商品化されている。
例えば一般的な半導体レーザバーは、長さ約１０ｍｍ、厚さ約０．２ｍｍ、幅約１ｍｍの外形寸法の半導体レーザチップをヒートシンクにマウントしたもので、この中に厚さ方向に約１μｍ、長さ方向に約１５０μｍの発光部がピッチ約５００μｍで１０数個集積化されている。そして１個の発光部からは約２Ｗの出力のレーザ光が出射される。これらを集光してパワー密度を高くして励起光として用いたり、直接加工光源として用いたりすれば、金属の溶接や穴あけ、切断等を行うことができる。
なお、本明細書では、半導体レーザバーも半導体レーザスタックもまとめて半導体レーザ光源と呼ぶ。
【０００３】
一般的な半導体レーザ光源において、図５（Ａ）の例（発光部が一次元配置の例）に示すように、発光部（１２ａ〜１２ｈ）から出射されるレーザ光Ｌ１は長軸方向及び短軸方向にほぼ楕円状に広がりながら進行する。また、図５（Ｂ）の例に示すように、長軸方向の広がり角θｆは数１０度（例えば３０度〜４０度）程度あり、短軸方向の広がり角θｓは数度（例えば３度〜４度）程度である。また各発光部（１２ａ〜１２ｈ）の寸法は、上述したように、一般的な半導体レーザ光源では長軸方向が１μｍ程度、短軸方向が１００〜２００μｍ程度である。また、出射された時点のレーザ光は、偏光方向が所定の方向（例えば長軸方向）に揃っている。
レーザ光の集光性は「ビーム径＊広がり角」で示されるビームパラメータプロダクトに依存し、上述のような半導体レーザアレイの場合、長軸方向のビームパラメータプロダクトは０．２ｍｍ・ｍｒａｄ程度で、短軸方向のビームパラメータプロダクトは２００ｍｍ・ｍｒａｄである。このため、集光する場合、長軸方向には比較的容易に小さく集光できるが、短軸方向に小さく集光することは比較的困難である。
【０００４】
なお、ビームの集光については、図５（Ｄ）に示すように、出射側部材Ｂ１から幅（あるいは径）Ｄ１、角度θ１の広がり角を有するビームを出射し、集光レンズＳＬにて集光し、集光側部材Ｂ２に幅Ｄ２、角度θ２の入射角となるように集光した場合、以下の式が成立する。
Ｄ２＝（ｔａｎθ１／ｔａｎθ２）＊Ｄ１
より小さく集光するためには、上記Ｄ２がより小さくなるように、出射側の広がり角θ１を小さくするか、集光側の入射角θ２を大きくするか、出射側の幅Ｄ１を小さくすればよい。なお、集光側部材Ｂ２に光ファイバを用いた場合、集光側の入射角θ２は、開口数ＮＡによる限界があるため、集光側の入射角θ２を大きくすることは好ましくない。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載された従来技術では、図６（Ａ）に示すように、発光部１２ａ〜１２ｈが短軸方向（Ｘ軸方向）に複数並べられた半導体レーザ光源１０からのレーザ光束Ｌ１（Ｐ）、Ｌ２（Ｐ）を、長軸方向コリメートレンズ２０を用いて長軸方向（Ｙ軸方向）に対して平行光に変換した後、レーザ光の偏光方向を変換する偏光変換板１３２と、ある偏光方向の光を透過して別の偏光方向の光を反射する合波プリズム１３１と、前記合波プリズム１３１に向けてレーザ光を反射する全反射面１３３ａを備えたプリズム１３３との３つの光学部材を一体的に組み付けた分割合波ユニット１３０（レーザ集光プリズムに相当）を用いて、レーザ光束の短軸方向の幅ＬＷｉｎが半分となるように集光している。これにより、図５（Ｄ）における出射側の幅ＬＷｏｕｔを１／２にしており、より小さな径の光ファイバに集光することができる。なお、図６（Ｂ）は、分割合波ユニット１３０を各光学部材に分離した状態を示している。
また、特許文献２に記載された従来技術では、図７に示すように、発光部１２ａ〜１２ｈが短軸方向に複数並べられた半導体レーザ光源１０からのレーザ光束Ｌ１（Ｐ）、Ｌ２（Ｐ）を、長軸方向コリメートレンズ２０を用いて長軸方向に対して平行光に変換した後、短軸方向コリメートレンズ１４０を用いて短軸方向に対して平行光に変換し、前記偏光変換板１３２と、前記合波プリズム１３１と、全反射面１３３ａを備えたプリズム１３３とを用いて、レーザ光束の短軸方向の幅ＬＷｉｎが半分となるように集光している。これにより、図５（Ｄ）における出射側の幅ＬＷｏｕｔを１／２にしており、より小さな径の光ファイバに集光することができる。
【特許文献１】特開２００７−２８６４８１号公報
【特許文献２】特開２００３−１０３３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載された従来技術では、長軸方向コリメートレンズ、短軸方向コリメートレンズ、位相差部、合波部材、伝播部材（全反射面）が一体的に形成されていないため、それぞれを位置決めしなければならないので、位置決めが非常に困難である。
これに対して特許文献１に記載された従来技術では、一体的に組み付けたレーザ集光プリズム内（分割合波ユニット１３０内）にレーザ光を導光することで、広がり角が比較的小さな短軸方向に対してレーザ光を閉じ込めており、短軸方向コリメートレンズを省略し、長軸方向コリメートレンズとレーザ集光プリズムとを位置決めすればよいので、位置決めが容易である。しかし、位相差部と合波部材と伝播部材とを一体的に組み付けてレーザ集光プリズムを形成するには、各光学部材を接着剤で固定することになる。この場合、図４（Ａ）に示すように境界部Ｋｃでは、比較的長い距離の接着剤層をレーザ光が伝播することになり、接着剤がレーザ光を吸収して発熱する可能性があるため、高出力レーザの集光にはあまり適していない。なお、レーザ光が接着剤層を厚さ方向に横切る場合は、接着剤の層を透過する距離が短いため、問題となるような発熱は発生しない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、一体的に形成して位置決めが比較的容易なレーザ集光プリズムにおいて、比較的高出力なレーザ光を集光する場合であっても、よりシンプルな構造で、発熱をより低減することができるレーザ集光プリズムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項１に記載のレーザ集光プリズムは、第１直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第１プリズムと、前記第１直角二等辺三角形と同一形状の第２直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第２プリズムと、前記第１直角二等辺三角形における斜辺の長さと、前記第２直角二等辺三角形における斜辺の長さとで、直角を挟む２辺を構成した第３直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第３プリズムと、板状形状を有し、板状の面に直交する方向から入射されたレーザ光を入射方向に向けて反射するとともに第１偏光方向のレーザ光が入射されると反射光を前記第１偏光方向とは異なる偏光方向である第２偏光方向に変換する偏光反射領域と、前記板状の面に直交する方向から入射されたレーザ光を透過する透過領域と、を有する反射透過板と、を一体的に組み付けて構成されたレーザ集光プリズムである。
前記第３プリズムにおける前記第３直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第３Ａ入射面、及び前記第３直角二等辺三角形の直角を挟む他方の辺を含む側面である第３Ｂ入射面は、前記第１偏光方向のレーザ光を透過するとともに前記第２偏光方向のレーザ光を反射する選択反射面に形成されている。
前記第１プリズムにおける前記第１直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第１出射面は前記第３Ａ入射面と対向させて固定されており、更に前記第２プリズムにおける前記第２直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第２出射面は前記第３Ｂ入射面と対向させて固定されていることで、前記第１プリズムにおける前記第１直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第１入射面と、前記第２プリズムにおける前記第２直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第２入射面と、が同一方向を向いて隣り合わせて密着して並んでいる。
前記反射透過板は、前記第３プリズムにおける前記第３直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第３出射面を覆うように固定されており、前記第３プリズムの底面に直交する方向に沿って２等分された一方の面が前記偏光反射領域に形成され、他方の面が前記透過領域に形成されている。
そして、前記第１入射面及び前記第２入射面に直交する方向から、前記第１入射面に入射された前記第１偏光方向のレーザ光と、前記第２入射面に入射された前記第１偏光方向のレーザ光とを、前記第１入射面と前記第２入射面とが並んでいる方向に重ね合わせて、前記反射透過板における前記透過領域から出射する。
【０００８】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項２に記載のレーザ集光プリズムは、請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、前記レーザ光を透過する接着剤にて、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板とが接着されている。
【０００９】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項３に記載のレーザ集光プリズムは、請求項２に記載のレーザ集光プリズムであって、前記第１入射面と、前記第２入射面と、前記反射透過板の前記透過領域における前記第３プリズムと対向している面に対して反対側の面に、レーザ光の反射光を減衰する無反射コーティングが施されている。
【００１０】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項４に記載のレーザ集光プリズムは、請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、更に、前記反射透過板における前記第３プリズムと対向している面に対して反対側の面を覆うように、前記レーザ光を透過する板状形状の透過板が設けられており、前記レーザ光を透過する接着剤にて、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板、及び前記反射透過板と前記透過板とが接着されている。
そして、前記第１入射面と、前記第２入射面と、前記透過板における前記反射透過板と対向している面に対して反対側の面の少なくとも前記透過領域を覆う領域に、レーザ光の反射光を減衰する無反射コーティングが施されている。
【００１１】
また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項５に記載のレーザ集光プリズムは、請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、前記第１プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第３プリズムと前記反射透過板との境界部、に空気層が形成されるように、所定の微小間隔を開けて前記第１プリズムと前記第２プリズムと前記第３プリズムと前記反射透過板とが配置されている。
そして、保持部材にて、前記第１プリズムと前記第２プリズムと前記第３プリズムと前記反射透過板と、が前記第１入射面及び前記第２入射面の側から入射されるレーザ光の進行方向に直交する方向、且つ前記第１入射面と前記第２入射面とが並んでいる方向に直交する方向から、接着剤を用いることなく挟み込まれて保持されて固定されている。
【００１２】
また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項６に記載のレーザ集光プリズムは、請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、所定厚さのスペーサ部材が、前記第１プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第３プリズムと前記反射透過板との境界部、且つ前記レーザ光の導光経路を外れた個所に、接着剤にて接着されていることで、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板と、の各々の境界部に空気層が形成されて固定されている。
【００１３】
また、本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項７に記載のレーザ集光プリズムは、請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、所定厚さに塗付された接着剤にて、前記第１プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第３プリズムと前記反射透過板との境界部、且つ前記レーザ光の導光経路を外れた個所に、接着剤にて接着されていることで、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板と、の各々の境界部に空気層が形成されて固定されている。
【００１４】
また、本発明の第８発明は、請求項８に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項８に記載のレーザ集光プリズムは、請求項５〜７のいずれかに記載のレーザ集光プリズムであって、前記第１プリズムにおける前記第１入射面と前記第１出射面、前記第２プリズムにおける前記第２入射面と前記第２出射面、前記第３プリズムにおける前記第３出射面、前記反射透過板における前記第３出射面と対向している面、前記反射透過板の前記透過領域における前記第３プリズムと対向している面に対して反対側の面に、レーザ光の反射光を減衰する無反射コーティングが施されている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載のレーザ集光プリズムによれば、例えば図１（Ａ）、図３（Ａ）、図４（Ａ）に示すように、各光学部材（第１プリズム、第２プリズム、第３プリズム、反射透過板）を一体的に形成したレーザ集光プリズムにおいて、当該レーザ集光プリズム内に導光したレーザ光を種々の方向に反射あるいは透過させる導光経路に対して、各光学部材の境界部が導光経路に沿う方向にならないように構成することができる。
これにより、各光学部材を接着しても、レーザ光の導光経路に沿うような比較的長い距離の接着剤層が形成されることがないため、高出力レーザの集光に用いても、従来よりも発熱を低減することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載のレーザ集光プリズムによれば、各光学部材を接着剤で接着してレーザ集光プリズムを形成するが、レーザ光の入射方向に沿う比較的長い距離の接着剤の層が形成されることがないため、高出力レーザの集光に用いても、従来よりも接着剤の層の発熱を低減することができる。
【００１７】
また、請求項３に記載のレーザ集光プリズムによれば、レーザ光の入射面と出射面に無反射コーティングを施すことで、集光効率をより向上させることができる。
【００１８】
また、請求項４に記載のレーザ集光プリズムによれば、透過板を追加することで、反射透過板の出射面の側に、全反射コーティングと無反射コーティングとを施す必要がなくなり、反射透過板については出射面の偏光反射領域に全反射コーティングを施すだけでよく、透過板については出射面における（反射透過板の）透過領域を覆う領域に無反射コーティングを施すだけでよい。
従って、コーティングの処理を単純化することができるので、実現が容易である。
【００１９】
また、請求項５に記載のレーザ集光プリズムによれば、各光学部材（第１プリズム、第２プリズム、第３プリズム、反射透過板）を一体的に形成する際、接着剤で固定するのでなく、保持部材にて各光学部材を挟み込んで固定する。これにより、接着剤層が存在しないので、高出力レーザの集光に用いても、発熱を低減することができる。
【００２０】
また、請求項６に記載のレーザ集光プリズムによれば、各光学部材（第１プリズム、第２プリズム、第３プリズム、反射透過板）の境界部（において導光経路を外れた個所）にスペーサ部材を挟み込み、スペーサ部材を接着剤で接着する。これにより、導光経路において接着剤層が存在しないので、高出力レーザの集光に用いても、発熱を低減することができる。
【００２１】
また、請求項７に記載のレーザ集光プリズムによれば、各光学部材の境界部（において導光経路を外れた個所）にスペーサ部材の代わりに接着剤を所定厚さに塗付し、各光学部材を接着して固定する。これにより、導光経路において接着剤層が存在しないので、高出力レーザの集光に用いても、発熱を低減することができる。
【００２２】
また、請求項８に記載のレーザ集光プリズムによれば、空気層と接している面であって何もコーティングが施されていない面に無反射コーティングを施すことで、レーザ光の入射時または出射時の反射光を減衰させ、レーザ光の集光効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１（Ａ）は、本発明のレーザ集光プリズム３０を用いて半導体レーザ光源１０の発光部１２ａ〜１２ｈから出射されるレーザ光束の短軸方向（この場合、Ｘ軸方向）の幅ＬＷｉｎを１／２にして集光するレーザ集光装置１の概略外観図の例を示している。また、図１（Ｂ）は、レーザ集光プリズム３０を、各光学部材に分離した状態を示している。以下、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されている図において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は直交しており、Ｚ軸方向はレーザ集光プリズム３０に入射されるレーザ光束の入射方向を示しており、Ｘ軸方向はレーザ集光プリズム３０に入射されるレーザ光束の短軸方向を示しており、Ｙ軸方向はレーザ集光プリズム３０に入射されるレーザ光束の長軸方向を示している。なお、Ｙ軸方向はいわゆる縦方向を示しており、Ｘ軸方向はいわゆる横方向を示している。
【００２４】
●［レーザ集光プリズム３０の構造と集光動作（図１）］
次に、図１（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、半導体レーザ光源１０の発光部１２ａ〜１２ｈから出射されるレーザ光束の短軸方向（この場合、Ｘ軸方向）の幅を、レーザ集光プリズム３０にて１／２にして集光する動作と、レーザ集光プリズム３０の構成（構造）について説明する。
図１（Ｂ）に示すように、レーザ集光プリズム３０は、略三角柱形状の第１プリズム３１、第２プリズム３２、第３プリズム３３、及び平板形状の反射透過板３４、透過板３５、を一体的に組み付けて構成されている。なお、透過板３５は省略してもよいが、本実施の形態では省略しない例で説明する。
第１プリズム３１は直角二等辺三角形（第１直角二等辺三角形に相当）を底面とする略三角柱形状であり、第２プリズム３２は第１プリズム３１の底面と同じ直角二等辺三角形（第２直角二等辺三角形に相当）を底面とする略三角柱形状である。
第３プリズム３３は、第１プリズム３１における底面の前記直角二等辺三角形の斜辺の長さと、第２プリズム３２における底面の前記直角二等辺三角形の斜辺の長さとで、直角を挟む２辺を構成した第３直角二等辺三角形を底面とする略三角柱形状である。また、第１プリズム３１の底面、第２プリズム３２の底面、第３プリズム３３の底面は、どれも直角二等辺三角形であるので、角度θｂ＝４５度である。
なお、各光学部材の境界は、図２（Ａ）のハッチング部に示すように接着剤で充填されており、接着の詳細については後述する。
【００２５】
次に、各光学部材（第１プリズム３１、第２プリズム３２、第３プリズム３３、反射透過板３４、透過板３５）の各々における特殊な面、及び各光学部材の組み付けについて説明する。
第３プリズム３３における底面の直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第３Ａ入射面３３Ａｉｎ（図１（Ｂ）参照）、及び前記直角二等辺三角形の直角を挟む他方の辺を含む側面である第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎ（図１（Ｂ）参照）は、第１偏光方向（この場合、Ｐ偏光）のレーザ光を透過するとともに第２偏光方向（この場合、Ｓ偏光）のレーザ光を反射する選択反射面に構成されている（ＰＳ分離コーティング３３ａ、３３ｂが施されている）。
また、反射透過板３４は、第３プリズム３３における底面の直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第３出射面３３ｏｕｔ（図１（Ｂ）参照）を覆うように固定されており、第３プリズム３３の底面に直交する方向に沿って２等分された一方の面が偏光反射領域３４ａに形成されており、他方の面が透過領域３４ｂに形成されている。例えば反射透過板３４は１／４波長板であり、偏光反射領域３４ａにおける入射面の反対側には全反射コーティング３４ｃ（図３参照）が施されており、反射透過板３４の入射面３４ｉｎに直交する方向から入射されたレーザ光を入射方向に向けて反射するとともに、反射光の偏光方向を変換する。例えば第１偏光方向（または第２偏光方向）のレーザ光が入射されると反射光を第２偏光方向（または第１偏光方向）のレーザ光とする。この場合、Ｐ偏光のレーザ光が入射されると反射光はＳ偏光のレーザ光となる。また、透過領域３４ｂでは、入射面３４ｉｎに直交する方向から入射されたレーザ光を出射面３４ｏｕｔに導光する。
【００２６】
そして図１（Ｂ）に示すように、第３プリズム３３の第３Ａ入射面３３Ａｉｎには、第１プリズム３１における底面の直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第１出射面３１ｏｕｔが重ね合わされて固定されており、第３プリズム３３の第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎには、第２プリズム３２における底面の直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第２出射面３２ｏｕｔが重ね合わされて固定されている。そして、同一方向を向いて隣り合わせて密着して並んだ第１プリズム３１の側面と第２プリズム３２の側面は、それぞれ第１入射面３１ｉｎ、第２入射面３２ｉｎとなる。
また、反射透過板３４は、上述したように第３プリズム３３の第３出射面３３ｏｕｔを覆うように入射面３４ｉｎが対向配置されて固定されており、反射透過板３４の出射面３４ｏｕｔを覆うように入射面３５ｉｎが対向配置された透過板３５が固定されている。
以上のようにレーザ集光プリズム３０を一体的に構成することで、図１（Ａ）に示すように、レーザ光束Ｌ１（Ｐ）（Ｌ１（Ｓ））、Ｌ２（Ｐ）の導光経路に沿って、各光学部材の境界部が形成されないようにしている。
【００２７】
図１（Ａ）に示すように、半導体レーザ光源１０の発光部１２ａ〜１２ｈの各々から図５（Ａ）に示すレーザ光が出射され、各レーザ光が集まったレーザ光束となって出射される。以下の説明では、発光部１２ａ〜１２ｈから出射されたレーザ光束を、第１プリズム３１の第１入射面３１ｉｎに入射されるレーザ光束Ｌ１（Ｐ）と、第２プリズム３２の第２入射面３２ｉｎに入射されるレーザ光束Ｌ２（Ｐ）に分けて説明する。
なお、半導体レーザ光源１０の発光部１２ａ〜１２ｈから出射されるレーザ光の各々の偏光方向はＰ偏光（第１偏光方向に相当）であるとする。
【００２８】
レーザ光束Ｌ１（Ｐ）は、長軸方向コリメートレンズ２０にて長軸方向（この場合、Ｙ軸方向）に対して平行光に変換されて、第１プリズム３１の第１入射面３１ｉｎに入射される。
また、レーザ光束Ｌ２（Ｐ）は、長軸方向コリメートレンズ２０にて長軸方向に対して平行光に変換されて、第２プリズム３２の第２入射面３２ｉｎに入射される。
【００２９】
第２プリズム３２は、空気よりも大きな屈折率を有するガラス材料（例えば石英）を材質としており、第２入射面３２ｉｎはレーザ光束Ｌ２（Ｐ）の進行方向に直交するように向けられている。また、第２プリズム３２における第２出射面３２ｏｕｔは、第２入射面３２ｉｎに対して所定角度θｂ（４５度）に設定されている。そして、第２プリズム３２は、第２入射面３２ｉｎから入射されたレーザ光束Ｌ２（Ｐ）を、偏光方向を変換することなく第２出射面３２ｏｕｔから出射する（レーザ光束Ｌ２（Ｐ）は偏光方向を変換されることなく第２プリズム３２を透過する。）
また、側面３２ｓはレーザ光束Ｌ２（Ｐ）の進行方向に対して平行に設定されており、第２入射面３２ｉｎから第２出射面３２ｏｕｔに向かって導光されるレーザ光束Ｌ２（Ｐ）の一部が側面３２ｓから第２プリズム３２の外部に漏れないように、第２プリズム３２内に閉じ込める（短軸方向に対して閉じ込める）役目を果たす。
【００３０】
第１プリズム３１は、空気よりも大きな屈折率を有するガラス材料（例えば石英）を材質としており、第１入射面３１ｉｎはレーザ光束Ｌ１（Ｐ）の進行方向に直交するように向けられている。また、第１プリズム３１における第１出射面３１ｏｕｔは、第１入射面３１ｉｎに対して所定角度θｂ（４５度）に設定されている。そして、第１プリズム３１は、第１入射面３１ｉｎから入射されたレーザ光束Ｌ１（Ｐ）を、偏光方向を変換することなく第１出射面３１ｏｕｔから出射する（レーザ光束Ｌ１（Ｐ）は偏光方向を変換されることなく第１プリズム３１を透過する。）
また、側面３１ｓはレーザ光束Ｌ１（Ｐ）の進行方向に対して平行に設定されており、第１入射面３１ｉｎから第１出射面３１ｏｕｔに向かって導光されるレーザ光束Ｌ１（Ｐ）の一部が側面３１ｓから第１プリズム３１の外部に漏れないように、第１プリズム３１内に閉じ込める（短軸方向に対して閉じ込める）役目を果たす。
【００３１】
第３プリズム３３は、空気よりも大きな屈折率を有するガラス材料（例えば石英）を材質としている。
第３Ｂ入射面３Ｂｉｎから入射されたレーザ光束Ｌ２（Ｐ）は、進行方向を変えることなく、第３出射面３３ｏｕｔにおける反射透過板３４の透過領域３４ｂに対向している部分に導光され、更に反射透過板３４の透過領域３４ｂを透過し、透過板３５を透過する。
第３Ａ入射面３Ａｉｎから入射されたレーザ光束Ｌ１（Ｐ）は、進行方向を変えることなく、第３出射面３３ｏｕｔにおける反射透過板３４の偏光反射領域３４ａに対向している部分に導光されるが、偏光反射領域３４ａにて反射されて進行方向が逆になり、更に偏光方向を変換されたレーザ光束Ｌ１（Ｓ）となる。そしてレーザ光束Ｌ１（Ｓ）は、第３Ａ入射面３３Ａｉｎに到達すると第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎに向けて反射され、第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎに到達すると第３出射面３３ｏｕｔに向けて反射される。第３出射面３３ｏｕｔに到達したレーザ光束Ｌ１（Ｓ）は、反射透過板３４の透過領域３４ｂを透過し、透過板３５を透過する。
以上により、半導体レーザ光源１０の発光部１２ａ〜１２ｈの短軸方向の幅ＬＷｉｎのレーザ光束（レーザ光束Ｌ１（Ｐ）とレーザ光束Ｌ２（Ｐ））を、レーザ集光プリズム３０にて、レーザ光束Ｌ１（Ｐ）とレーザ光束Ｌ２（Ｐ）とを短軸方向に重ね合わせて短軸方向の幅をほぼ半分の幅ＬＷｏｕｔにして出射することで集光する。
なお、反射透過板３４は、空気よりも大きな屈折率を有する光学用結晶材料（例えば水晶）を材質としており、透過板３５は、空気よりも大きな屈折率を有するガラス材料（例えば石英）を材質としている。
【００３２】
●［接着剤によるレーザ集光プリズム３０の一体化（図２〜図４）］
本実施の形態では、導光経路における各境界部に接着剤を充填して集光プリズム３０を一体的に構成する。この構造では、レーザ光が接着剤の層を透過するが、レーザ光が接着剤の層を透過する距離を短くすることで、接着剤の層の発熱を抑制している。
次に図２（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、本実施の形態におけるレーザ集光プリズム３０の構造について説明する。図２及び図３は本実施の形態の構造を示しており、図４は特開２００７−２８６４８１号公報に開示されている従来技術を示している。
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す従来の構造では、各光学部材に分解した図４（Ｂ）に示すように、四角柱形状（底面は台形形状）のプリズム１３３、角度θ（Ｃ）の選択反射面１３１ｂを内部に備えた四角柱形状の合波プリズム１３１、板状形状の偏光変換板１３２にてレーザ集光プリズム１３０を構成している。なお、プリズム１３３の傾斜面は全反射面１３３ａである。
図４（Ｂ）の各光学部材の境界部を接着剤で充填して一体化した状態を、図４（Ａ）に示す。図４（Ａ）においてハッチング部分が接着剤の層である。
図４（Ａ）に示す構成では、図１（Ａ）におけるレーザ光束Ｌ１（Ｐ）の導光経路、レーザ光束Ｌ２（Ｐ）の導光経路、のどちらも、プリズム１３３と偏光変換板１３２との境界部、及びプリズム１３３と合波プリズム１３１との境界部、である境界部Ｋｃにて、非常に長い距離の接着剤の層をレーザ光が透過する。このため、レーザ光束Ｌ１（Ｐ）、レーザ光束Ｌ２（Ｐ）として所定値以上の出力の高出力レーザを用いると、境界部Ｋｃにて接着剤の層の発熱量が増加し、接着剤が変質する可能性がある。
なお、１３１ｍ、１３２ｍ、１３３ｍは、無反射コーティングが施されていることを示している。
【００３３】
これに対して、図２（Ａ）に示す本実施の形態の構造では、各光学部材に分解した図２（Ｂ）に示すように、直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第１プリズム３１、第２プリズム３２、第３プリズム３３、及び板状形状の反射透過板３４、透過板３５にてレーザ集光プリズム３０を構成している。
図２（Ｂ）の各光学部材の境界部を接着剤で充填して一体化した状態を、図２（Ａ）に示す。図２（Ａ）においてハッチング部分が接着剤の層である。なお、接着剤には各光学部材の屈折率と同等の屈折率となるものを選定することが好ましい。第１プリズム３１（の第１出射面３１ｏｕｔ）と第３プリズム３３（の第３Ａ入射面３３Ａｉｎ）、第２プリズム３２（の第２出射面３２ｏｕｔ）と第３プリズム３３（の第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎ）、第３プリズム３３（の第３出射面３３ｏｕｔ）と反射透過板３４（の入射面３４ｉｎ）、反射透過板３４（の出射面３４ｏｕｔ）と透過板３５の入射面３５ｉｎ、の間（境界部）に接着剤を充填して一体化するように固定する。
【００３４】
図２（Ａ）に示す構成では、図１（Ａ）におけるレーザ光束Ｌ１（Ｐ）の入射方向、レーザ光束Ｌ２（Ｐ）の入射方向、のどちらも、接着剤の層を透過する距離は、接着剤の厚さ方向の距離であり、充分短い距離であるため、接着剤の層の発熱は問題ない程度である。このように、レーザ集光プリズム３０の内部に導光するレーザ光の導光経路（反射して進行方向を変える経路も含む）に沿う方向に境界部が形成されないように、各光学部材の形状を考慮して決定している。
なお、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部は、第３Ａ入射面３３Ａｉｎから第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎに向けて反射されたレーザ光束Ｌ１（Ｓ）に沿う方向に接着剤の層が形成されているが、レーザ光束Ｌ１（Ｓ）は、前記境界部に沿う方向に反射される前に、反射透過板３４にて反射透過板３４から離れる方向に反射されているので、当該境界部に沿う方向に透過するレーザ光が少なく、発熱は抑制されている。
また、図２（Ａ）に示すレーザ集光プリズム３０において無反射コーティングを施す面は、第１プリズム３１の第１入射面３１ｉｎ、第２プリズム３２の第２入射面３２ｉｎ、透過板３５の出射面３５ｏｕｔである。なお、出射面３５ｏｕｔについては全領域に無反射コーティングを施す必要はなく、少なくとも反射透過板３４の透過領域３４ｂを覆う領域に施してあればよい。
また、透過板３５を省略してもよい。透過板３５を省略した場合、反射透過板３４の出射面３４ｏｕｔにおいて、偏光反射領域３４ａには全反射コーティング３４ｃを施し、透過領域３４ｂには無反射コーティングを施せばよいが、コーティング処理がやや複雑になる。
【００３５】
上記に説明したレーザ集光プリズム３０は、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部において接着剤の層がレーザ光の導光経路に沿う（平行）が、これを改良した例を説明する。
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部において、レーザ光の導光領域に接着剤を含まないように構成する例を示している。図３（Ａ）に示すレーザ集光プリズム３０は、図３（Ｂ）に示すようにスペーサ部材Ｓを用いて、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部を所定距離だけ離間させて接着している（図３（Ａ）ではスペーサ部材Ｓの記載を省略している）。
また、スペーサ部材Ｓは、集光するレーザ光束の導光経路として用いる導光領域から外れた個所に設けられており、紫外線硬化樹脂等の光学系用の接着剤を用いて各光学部材と接着されている。紫外線硬化樹脂を使用する場合は、接着剤を硬化させるために、スペーサ部材Ｓは紫外線を透過する石英等の透明な部材で形成されていることが好ましいが、接着剤が紫外線硬化樹脂でない場合は、石英、ステンレス等、種々の材質でスペーサ部材Ｓを構成することができる。
図３（Ａ）に示すレーザ集光プリズム３０では、第１入射面３１ｉｎ、第２入射面３２ｉｎ、第３出射面３３ｏｕｔ、反射透過板３４の入射面３４ｉｎ、透過板３５の出射面３５ｏｕｔに無反射コーティング３１ｍ、３２ｍ、３３ｍ、３４ｍ、３５ｍを施せばよい。なお、出射面３５ｏｕｔについては全領域に無反射コーティングを施す必要はなく、少なくとも反射透過板３４の透過領域３４ｂを覆う領域に施してあればよい。
また、透過板３５を省略してもよい。透過板３５を省略した場合、反射透過板３４の出射面３４ｏｕｔにおいて、偏光反射領域３４ａには全反射コーティング３４ｃを施し、透過領域３４ｂには無反射コーティングを施せばよいが、コーティング処理がやや複雑になる。
【００３６】
また、スペーサ部材Ｓの厚さは、確実に空気層を形成できて可能な限り薄い約５０μｍ程度に設定することが好ましい。
これにより、レーザ光の導光経路に沿って接着剤の層が存在しない構造とすることができるので、接着剤の層の発熱を抑制することができる。
なお、各光学部材の境界部に間隔を設けて空気層を形成することなく密着させる（接着剤も用いない）ことも考えられるが、各光学部材の面の平面度を高くしても、拡大して見れば必ず凹凸が形成されており、光学部材同士が接する個所と、光学部材同士が接することなく空気層が形成されている個所とがランダムに存在することになる。各種のコーティングの設計は、２つの媒質（光学部材）の屈折率を基にして設計されるため、凹凸によってランダムな空気層が介入してしまうと、光学部材の接触部と非接触部とで屈折率が変化してしまい、透過効率が低下するので、あまり好ましくない。
【００３７】
以上の説明では、スペーサ部材Ｓを用いて第３プリズム３３と反射透過板３４とを接着し、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部に空気層を形成する例を説明したが、スペーサ部材Ｓの代わりに、接着剤を所定厚さに塗付して空気層を形成するようにしてもよい。
また、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部において、スペーサ部材Ｓを用いて、当該境界部に空気層が形成されるように、第１プリズム３１と第２プリズム３２と第３プリズム３３とを接着した第１ユニットと、反射透過板３４と透過板３５とを接着した第２ユニットを、微小間隔を開けて配置して、接着剤で固定する代わりに、発光部１２ａ〜１２ｈから出射されるレーザ光束の進行方向（この場合、Ｚ軸方向）に直交する方向、且つ短軸方向（第１入射面３１ｉｎと第２入射面３２ｉｎとが並んでいる方向に相当し、この場合、Ｘ軸方向）に直交する方向から（この場合、Ｙ軸方向）、第１ユニットと第２ユニットを固定治具（保持部材に相当）によって挟み込んで固定するようにしてもよい。
【００３８】
また、第１プリズム３１と第３プリズム３３との境界部、及び第２プリズム３２と第３プリズム３３との境界部においても、上記と同様にして空気層を形成してもよい。
例えば、第１プリズム３１と第３プリズム３３との境界部、第２プリズム３２と第３プリズム３３との境界部、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部、における導光領域から外れた個所にスペーサ部材Ｓ（接着剤は用いない）を挟み込んで所定間隔の空気層を形成して各光学部材を配置する（反射透過板３４と透過板３５は接着してよい）。そして、発光部１２ａ〜１２ｈから出射されるレーザ光束の進行方向（この場合、Ｚ軸方向）に直交する方向、且つ短軸方向（第１入射面３１ｉｎと第２入射面３２ｉｎとが並んでいる方向に相当し、この場合、Ｘ軸方向）に直交する方向から（この場合、Ｙ軸方向）、各光学部材を固定治具（保持部材に相当）によって挟み込んで固定するようにしてもよい。
あるいは、スペーサ部材Ｓに接着剤を塗付しておいて、スペーサ部材Ｓにて各光学部材（第１プリズム３１、第２プリズム３２、第３プリズム３３、反射透過板３４（透過板３５が接着されている））を固定するようにしてもよい。
また、スペーサ部材Ｓの代わりに、スペーサ部材Ｓと同等の厚さとなるように接着剤を所定厚さに塗付して各光学部材を固定するようにしてもよい。
この場合、空気層と接している面であって何もコーティングが施されていない面に無反射コーティングを施すことで、レーザ光の入射時または出射時の反射光を減衰させ、レーザ光の集光効率を向上させることができる。従って、無反射コーティングを施す面は、第１入射面３１ｉｎと第１出射面３２ｏｕｔ、第２入射面３２ｉｎと第２出射面３２ｏｕｔ、第３出射面３３ｏｕｔ、反射透過板３４の入射面３４ｉｎ、透過板３５の出射面３５ｏｕｔにおける少なくとも透過領域３４ｂに対応する部分である。なお、透過板３５を省略した場合は、反射透過板３４の出射面３４ｏｕｔにおける少なくとも透過領域３４ｂに対応する部分である。
【００３９】
本発明のレーザ集光プリズム３０は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態の説明では、Ｐ偏光が第１偏光方向に相当し、Ｓ偏光が第２偏光方向に相当する、と説明したが、Ｐ偏光が第２偏光方向に相当し、Ｓ偏光が第１偏光方向に相当する、としてもよい。
また、本実施の形態の説明では、レーザ集光プリズム３０に半導体レーザ光源１０からのレーザ光束を入射しており、半導体レーザ光源１０からのレーザ光束Ｌ１（Ｐ）、Ｌ２（Ｐ）がＰ偏光である例を説明したが、レーザ集光プリズム３０に入射するレーザ光がＰ偏光でなくＳ偏光である場合は、第３Ａ入射面３３Ａｉｎと第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎを、Ｓ偏光のレーザ光を透過してＰ偏光のレーザ光を反射するように変更し、偏光反射領域３４ａを、Ｓ偏光のレーザ光が入射されるとＰ偏光に変換して反射するように変更すればよい。
また、本実施の形態にて説明したレーザ集光プリズム３０は、他の高出力レーザであるＣＯ2レーザや、ＹＡＧレーザを集光するプリズムに適用することができる。
また、出射面３５ｏｕｔにおける透過領域３４ｂ側からＰ偏光とＳ偏光が混在したレーザ光を入射すれば、ビームスプリッタとして用いることが可能であり、第１入射面３１ｉｎ及び第２入射面３２ｉｎから、分離したレーザ光を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のレーザ集光プリズム３０を用いて半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光束の短軸方向（この場合、Ｘ軸方向）の幅を１／２にして集光するレーザ集光装置１の概略外観図の例と、レーザ集光プリズム３０を各光学部材に分離した状態を示す図である。
【図２】レーザ集光プリズム３０の構造（各光学部材の組み付け状態）を説明する図である。
【図３】レーザ集光プリズム３０の構造（各光学部材の組み付け状態）を説明する図である。
【図４】従来のレーザ集光プリズム１３０の構造（各光学部材の組み付け状態）を説明する図である。
【図５】半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光を説明する図である。
【図６】従来のレーザ集光プリズム１３０を用いて半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光束の短軸方向の幅を１／２にして集光するレーザ集光装置１００の概略外観図の例と、従来のレーザ集光プリズム１３０を各光学部材に分離した状態を示す図である。
【図７】従来のレーザ集光プリズム１３０における別の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ レーザ集光装置
１０ 半導体レーザ光源
１２ａ〜１２ｈ 発光部
２０ 長軸方向コリメートレンズ
３０ レーザ集光プリズム
３１ 第１プリズム
３１ｉｎ 入射面（第１入射面）
３１ｏｕｔ 出射面（第１出射面）
３１ｓ 側面
３２ 第２プリズム
３２ｉｎ 入射面（第２入射面）
３２ｏｕｔ 出射面（第２出射面）
３２ｓ 側面
３３ 第３プリズム
３３Ａｉｎ 第３Ａ入射面
３３Ｂｉｎ 第３Ｂ入射面
３３ｏｕｔ 第３出射面
３３ａ、３３ｂ ＰＳ分離コーティング
３４ 反射透過板
３４ｉｎ 入射面
３４ｏｕｔ 出射面
３４ａ 偏光反射領域
３４ｂ 透過領域
３４ｃ 全反射コーティング
３５ 透過板
３５ｉｎ 入射面
３５ｏｕｔ 出射面
３１ｍ、３２ｍ、３３ｍ、３４ｍ、３５ｍ 無反射コーティング
Ｓ スペーサ部材
Ｋｃ 境界部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力が比較的高いレーザ光を集光するためのレーザ集光プリズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば楕円状に広がりながら進行するレーザ光を出射する発光部が前記楕円の短軸方向に所定間隔で複数並べられた半導体レーザ光源からのレーザ光を集光して高出力レーザを得ることができる種々のレーザ発振器が提案されている。
半導体レーザは発振効率が高い（〜５０％）ことから、固体レーザの励起光として、あるいは直接加工光源として利用するニーズが高まっている。また、半導体レーザメーカからは、複数のエミッタ（発光部）を一次元状に配置した半導体レーザバーや、半導体レーザバーを積層して複数のエミッタ（発光部）を二次元状に配置した半導体レーザスタックが商品化されている。
例えば一般的な半導体レーザバーは、長さ約１０ｍｍ、厚さ約０．２ｍｍ、幅約１ｍｍの外形寸法の半導体レーザチップをヒートシンクにマウントしたもので、この中に厚さ方向に約１μｍ、長さ方向に約１５０μｍの発光部がピッチ約５００μｍで１０数個集積化されている。そして１個の発光部からは約２Ｗの出力のレーザ光が出射される。これらを集光してパワー密度を高くして励起光として用いたり、直接加工光源として用いたりすれば、金属の溶接や穴あけ、切断等を行うことができる。
なお、本明細書では、半導体レーザバーも半導体レーザスタックもまとめて半導体レーザ光源と呼ぶ。
【０００３】
一般的な半導体レーザ光源において、図５（Ａ）の例（発光部が一次元配置の例）に示すように、発光部（１２ａ〜１２ｈ）から出射されるレーザ光Ｌ１は長軸方向及び短軸方向にほぼ楕円状に広がりながら進行する。また、図５（Ｂ）の例に示すように、長軸方向の広がり角θｆは数１０度（例えば３０度〜４０度）程度あり、短軸方向の広がり角θｓは数度（例えば３度〜４度）程度である。また各発光部（１２ａ〜１２ｈ）の寸法は、上述したように、一般的な半導体レーザ光源では長軸方向が１μｍ程度、短軸方向が１００〜２００μｍ程度である。また、出射された時点のレーザ光は、偏光方向が所定の方向（例えば長軸方向）に揃っている。
レーザ光の集光性は「ビーム径＊広がり角」で示されるビームパラメータプロダクトに依存し、上述のような半導体レーザアレイの場合、長軸方向のビームパラメータプロダクトは０．２ｍｍ・ｍｒａｄ程度で、短軸方向のビームパラメータプロダクトは２００ｍｍ・ｍｒａｄである。このため、集光する場合、長軸方向には比較的容易に小さく集光できるが、短軸方向に小さく集光することは比較的困難である。
【０００４】
なお、ビームの集光については、図５（Ｄ）に示すように、出射側部材Ｂ１から幅（あるいは径）Ｄ１、角度θ１の広がり角を有するビームを出射し、集光レンズＳＬにて集光し、集光側部材Ｂ２に幅Ｄ２、角度θ２の入射角となるように集光した場合、以下の式が成立する。
Ｄ２＝（ｔａｎθ１／ｔａｎθ２）＊Ｄ１
より小さく集光するためには、上記Ｄ２がより小さくなるように、出射側の広がり角θ１を小さくするか、集光側の入射角θ２を大きくするか、出射側の幅Ｄ１を小さくすればよい。なお、集光側部材Ｂ２に光ファイバを用いた場合、集光側の入射角θ２は、開口数ＮＡによる限界があるため、集光側の入射角θ２を大きくすることは好ましくない。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載された従来技術では、図６（Ａ）に示すように、発光部１２ａ〜１２ｈが短軸方向（Ｘ軸方向）に複数並べられた半導体レーザ光源１０からのレーザ光束Ｌ１（Ｐ）、Ｌ２（Ｐ）を、長軸方向コリメートレンズ２０を用いて長軸方向（Ｙ軸方向）に対して平行光に変換した後、レーザ光の偏光方向を変換する偏光変換板１３２と、ある偏光方向の光を透過して別の偏光方向の光を反射する合波プリズム１３１と、前記合波プリズム１３１に向けてレーザ光を反射する全反射面１３３ａを備えたプリズム１３３との３つの光学部材を一体的に組み付けた分割合波ユニット１３０（レーザ集光プリズムに相当）を用いて、レーザ光束の短軸方向の幅ＬＷｉｎが半分となるように集光している。これにより、図５（Ｄ）における出射側の幅ＬＷｏｕｔを１／２にしており、より小さな径の光ファイバに集光することができる。なお、図６（Ｂ）は、分割合波ユニット１３０を各光学部材に分離した状態を示している。
また、特許文献２に記載された従来技術では、図７に示すように、発光部１２ａ〜１２ｈが短軸方向に複数並べられた半導体レーザ光源１０からのレーザ光束Ｌ１（Ｐ）、Ｌ２（Ｐ）を、長軸方向コリメートレンズ２０を用いて長軸方向に対して平行光に変換した後、短軸方向コリメートレンズ１４０を用いて短軸方向に対して平行光に変換し、前記偏光変換板１３２と、前記合波プリズム１３１と、全反射面１３３ａを備えたプリズム１３３とを用いて、レーザ光束の短軸方向の幅ＬＷｉｎが半分となるように集光している。これにより、図５（Ｄ）における出射側の幅ＬＷｏｕｔを１／２にしており、より小さな径の光ファイバに集光することができる。
【特許文献１】特開２００７−２８６４８１号公報
【特許文献２】特開２００３−１０３３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載された従来技術では、長軸方向コリメートレンズ、短軸方向コリメートレンズ、位相差部、合波部材、伝播部材（全反射面）が一体的に形成されていないため、それぞれを位置決めしなければならないので、位置決めが非常に困難である。
これに対して特許文献１に記載された従来技術では、一体的に組み付けたレーザ集光プリズム内（分割合波ユニット１３０内）にレーザ光を導光することで、広がり角が比較的小さな短軸方向に対してレーザ光を閉じ込めており、短軸方向コリメートレンズを省略し、長軸方向コリメートレンズとレーザ集光プリズムとを位置決めすればよいので、位置決めが容易である。しかし、位相差部と合波部材と伝播部材とを一体的に組み付けてレーザ集光プリズムを形成するには、各光学部材を接着剤で固定することになる。この場合、図４（Ａ）に示すように境界部Ｋｃでは、比較的長い距離の接着剤層をレーザ光が伝播することになり、接着剤がレーザ光を吸収して発熱する可能性があるため、高出力レーザの集光にはあまり適していない。なお、レーザ光が接着剤層を厚さ方向に横切る場合は、接着剤の層を透過する距離が短いため、問題となるような発熱は発生しない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、一体的に形成して位置決めが比較的容易なレーザ集光プリズムにおいて、比較的高出力なレーザ光を集光する場合であっても、よりシンプルな構造で、発熱をより低減することができるレーザ集光プリズムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項１に記載のレーザ集光プリズムは、第１直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第１プリズムと、前記第１直角二等辺三角形と同一形状の第２直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第２プリズムと、前記第１直角二等辺三角形における斜辺の長さと、前記第２直角二等辺三角形における斜辺の長さとで、直角を挟む２辺を構成した第３直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第３プリズムと、板状形状を有し、板状の面に直交する方向から入射されたレーザ光を入射方向に向けて反射するとともに第１偏光方向のレーザ光が入射されると反射光を前記第１偏光方向とは異なる偏光方向である第２偏光方向に変換する偏光反射領域と、前記板状の面に直交する方向から入射されたレーザ光を透過する透過領域と、を有する反射透過板と、を一体的に組み付けて構成されたレーザ集光プリズムである。
前記第３プリズムにおける前記第３直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第３Ａ入射面、及び前記第３直角二等辺三角形の直角を挟む他方の辺を含む側面である第３Ｂ入射面は、前記第１偏光方向のレーザ光を透過するとともに前記第２偏光方向のレーザ光を反射する選択反射面に形成されている。
前記第１プリズムにおける前記第１直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第１出射面は前記第３Ａ入射面と対向させて固定されており、更に前記第２プリズムにおける前記第２直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第２出射面は前記第３Ｂ入射面と対向させて固定されていることで、前記第１プリズムにおける前記第１直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第１入射面と、前記第２プリズムにおける前記第２直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第２入射面と、が同一方向を向いて隣り合わせて密着して並んでいる。
前記反射透過板は、前記第３プリズムにおける前記第３直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第３出射面を覆うように固定されており、前記第３プリズムの底面に直交する方向に沿って２等分された一方の面が前記偏光反射領域に形成され、他方の面が前記透過領域に形成されている。
そして、前記第１入射面及び前記第２入射面に直交する方向から、前記第１入射面に入射された前記第１偏光方向のレーザ光と、前記第２入射面に入射された前記第１偏光方向のレーザ光とを、前記第１入射面と前記第２入射面とが並んでいる方向に重ね合わせて、前記反射透過板における前記透過領域から出射する。
【０００８】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項２に記載のレーザ集光プリズムは、請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、前記レーザ光を透過する接着剤にて、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板とが接着されている。
【０００９】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項３に記載のレーザ集光プリズムは、請求項２に記載のレーザ集光プリズムであって、前記第１入射面と、前記第２入射面と、前記反射透過板の前記透過領域における前記第３プリズムと対向している面に対して反対側の面に、レーザ光の反射光を減衰する無反射コーティングが施されている。
【００１０】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項４に記載のレーザ集光プリズムは、請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、更に、前記反射透過板における前記第３プリズムと対向している面に対して反対側の面を覆うように、前記レーザ光を透過する板状形状の透過板が設けられており、前記レーザ光を透過する接着剤にて、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板、及び前記反射透過板と前記透過板とが接着されている。
そして、前記第１入射面と、前記第２入射面と、前記透過板における前記反射透過板と対向している面に対して反対側の面の少なくとも前記透過領域を覆う領域に、レーザ光の反射光を減衰する無反射コーティングが施されている。
【００１１】
また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項５に記載のレーザ集光プリズムは、請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、前記第１プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第３プリズムと前記反射透過板との境界部、に空気層が形成されるように、所定の微小間隔を開けて前記第１プリズムと前記第２プリズムと前記第３プリズムと前記反射透過板とが配置されている。
そして、保持部材にて、前記第１プリズムと前記第２プリズムと前記第３プリズムと前記反射透過板と、が前記第１入射面及び前記第２入射面の側から入射されるレーザ光の進行方向に直交する方向、且つ前記第１入射面と前記第２入射面とが並んでいる方向に直交する方向から、接着剤を用いることなく挟み込まれて保持されて固定されている。
【００１２】
また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項６に記載のレーザ集光プリズムは、請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、所定厚さのスペーサ部材が、前記第１プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第３プリズムと前記反射透過板との境界部、且つ前記レーザ光の導光経路を外れた個所に、接着剤にて接着されていることで、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板と、の各々の境界部に空気層が形成されて固定されている。
【００１３】
また、本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項７に記載のレーザ集光プリズムは、請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、所定厚さに塗付された接着剤にて、前記第１プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第３プリズムと前記反射透過板との境界部、且つ前記レーザ光の導光経路を外れた個所に、接着剤にて接着されていることで、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板と、の各々の境界部に空気層が形成されて固定されている。
【００１４】
また、本発明の第８発明は、請求項８に記載されたとおりのレーザ集光プリズムである。
請求項８に記載のレーザ集光プリズムは、請求項５〜７のいずれかに記載のレーザ集光プリズムであって、前記第１プリズムにおける前記第１入射面と前記第１出射面、前記第２プリズムにおける前記第２入射面と前記第２出射面、前記第３プリズムにおける前記第３出射面、前記反射透過板における前記第３出射面と対向している面、前記反射透過板の前記透過領域における前記第３プリズムと対向している面に対して反対側の面に、レーザ光の反射光を減衰する無反射コーティングが施されている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載のレーザ集光プリズムによれば、例えば図１（Ａ）、図３（Ａ）、図４（Ａ）に示すように、各光学部材（第１プリズム、第２プリズム、第３プリズム、反射透過板）を一体的に形成したレーザ集光プリズムにおいて、当該レーザ集光プリズム内に導光したレーザ光を種々の方向に反射あるいは透過させる導光経路に対して、各光学部材の境界部が導光経路に沿う方向にならないように構成することができる。
これにより、各光学部材を接着しても、レーザ光の導光経路に沿うような比較的長い距離の接着剤層が形成されることがないため、高出力レーザの集光に用いても、従来よりも発熱を低減することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載のレーザ集光プリズムによれば、各光学部材を接着剤で接着してレーザ集光プリズムを形成するが、レーザ光の入射方向に沿う比較的長い距離の接着剤の層が形成されることがないため、高出力レーザの集光に用いても、従来よりも接着剤の層の発熱を低減することができる。
【００１７】
また、請求項３に記載のレーザ集光プリズムによれば、レーザ光の入射面と出射面に無反射コーティングを施すことで、集光効率をより向上させることができる。
【００１８】
また、請求項４に記載のレーザ集光プリズムによれば、透過板を追加することで、反射透過板の出射面の側に、全反射コーティングと無反射コーティングとを施す必要がなくなり、反射透過板については出射面の偏光反射領域に全反射コーティングを施すだけでよく、透過板については出射面における（反射透過板の）透過領域を覆う領域に無反射コーティングを施すだけでよい。
従って、コーティングの処理を単純化することができるので、実現が容易である。
【００１９】
また、請求項５に記載のレーザ集光プリズムによれば、各光学部材（第１プリズム、第２プリズム、第３プリズム、反射透過板）を一体的に形成する際、接着剤で固定するのでなく、保持部材にて各光学部材を挟み込んで固定する。これにより、接着剤層が存在しないので、高出力レーザの集光に用いても、発熱を低減することができる。
【００２０】
また、請求項６に記載のレーザ集光プリズムによれば、各光学部材（第１プリズム、第２プリズム、第３プリズム、反射透過板）の境界部（において導光経路を外れた個所）にスペーサ部材を挟み込み、スペーサ部材を接着剤で接着する。これにより、導光経路において接着剤層が存在しないので、高出力レーザの集光に用いても、発熱を低減することができる。
【００２１】
また、請求項７に記載のレーザ集光プリズムによれば、各光学部材の境界部（において導光経路を外れた個所）にスペーサ部材の代わりに接着剤を所定厚さに塗付し、各光学部材を接着して固定する。これにより、導光経路において接着剤層が存在しないので、高出力レーザの集光に用いても、発熱を低減することができる。
【００２２】
また、請求項８に記載のレーザ集光プリズムによれば、空気層と接している面であって何もコーティングが施されていない面に無反射コーティングを施すことで、レーザ光の入射時または出射時の反射光を減衰させ、レーザ光の集光効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１（Ａ）は、本発明のレーザ集光プリズム３０を用いて半導体レーザ光源１０の発光部１２ａ〜１２ｈから出射されるレーザ光束の短軸方向（この場合、Ｘ軸方向）の幅ＬＷｉｎを１／２にして集光するレーザ集光装置１の概略外観図の例を示している。また、図１（Ｂ）は、レーザ集光プリズム３０を、各光学部材に分離した状態を示している。以下、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されている図において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は直交しており、Ｚ軸方向はレーザ集光プリズム３０に入射されるレーザ光束の入射方向を示しており、Ｘ軸方向はレーザ集光プリズム３０に入射されるレーザ光束の短軸方向を示しており、Ｙ軸方向はレーザ集光プリズム３０に入射されるレーザ光束の長軸方向を示している。なお、Ｙ軸方向はいわゆる縦方向を示しており、Ｘ軸方向はいわゆる横方向を示している。
【００２４】
●［レーザ集光プリズム３０の構造と集光動作（図１）］
次に、図１（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、半導体レーザ光源１０の発光部１２ａ〜１２ｈから出射されるレーザ光束の短軸方向（この場合、Ｘ軸方向）の幅を、レーザ集光プリズム３０にて１／２にして集光する動作と、レーザ集光プリズム３０の構成（構造）について説明する。
図１（Ｂ）に示すように、レーザ集光プリズム３０は、略三角柱形状の第１プリズム３１、第２プリズム３２、第３プリズム３３、及び平板形状の反射透過板３４、透過板３５、を一体的に組み付けて構成されている。なお、透過板３５は省略してもよいが、本実施の形態では省略しない例で説明する。
第１プリズム３１は直角二等辺三角形（第１直角二等辺三角形に相当）を底面とする略三角柱形状であり、第２プリズム３２は第１プリズム３１の底面と同じ直角二等辺三角形（第２直角二等辺三角形に相当）を底面とする略三角柱形状である。
第３プリズム３３は、第１プリズム３１における底面の前記直角二等辺三角形の斜辺の長さと、第２プリズム３２における底面の前記直角二等辺三角形の斜辺の長さとで、直角を挟む２辺を構成した第３直角二等辺三角形を底面とする略三角柱形状である。また、第１プリズム３１の底面、第２プリズム３２の底面、第３プリズム３３の底面は、どれも直角二等辺三角形であるので、角度θｂ＝４５度である。
なお、各光学部材の境界は、図２（Ａ）のハッチング部に示すように接着剤で充填されており、接着の詳細については後述する。
【００２５】
次に、各光学部材（第１プリズム３１、第２プリズム３２、第３プリズム３３、反射透過板３４、透過板３５）の各々における特殊な面、及び各光学部材の組み付けについて説明する。
第３プリズム３３における底面の直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第３Ａ入射面３３Ａｉｎ（図１（Ｂ）参照）、及び前記直角二等辺三角形の直角を挟む他方の辺を含む側面である第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎ（図１（Ｂ）参照）は、第１偏光方向（この場合、Ｐ偏光）のレーザ光を透過するとともに第２偏光方向（この場合、Ｓ偏光）のレーザ光を反射する選択反射面に構成されている（ＰＳ分離コーティング３３ａ、３３ｂが施されている）。
また、反射透過板３４は、第３プリズム３３における底面の直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第３出射面３３ｏｕｔ（図１（Ｂ）参照）を覆うように固定されており、第３プリズム３３の底面に直交する方向に沿って２等分された一方の面が偏光反射領域３４ａに形成されており、他方の面が透過領域３４ｂに形成されている。例えば反射透過板３４は１／４波長板であり、偏光反射領域３４ａにおける入射面の反対側には全反射コーティング３４ｃ（図３参照）が施されており、反射透過板３４の入射面３４ｉｎに直交する方向から入射されたレーザ光を入射方向に向けて反射するとともに、反射光の偏光方向を変換する。例えば第１偏光方向（または第２偏光方向）のレーザ光が入射されると反射光を第２偏光方向（または第１偏光方向）のレーザ光とする。この場合、Ｐ偏光のレーザ光が入射されると反射光はＳ偏光のレーザ光となる。また、透過領域３４ｂでは、入射面３４ｉｎに直交する方向から入射されたレーザ光を出射面３４ｏｕｔに導光する。
【００２６】
そして図１（Ｂ）に示すように、第３プリズム３３の第３Ａ入射面３３Ａｉｎには、第１プリズム３１における底面の直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第１出射面３１ｏｕｔが重ね合わされて固定されており、第３プリズム３３の第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎには、第２プリズム３２における底面の直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第２出射面３２ｏｕｔが重ね合わされて固定されている。そして、同一方向を向いて隣り合わせて密着して並んだ第１プリズム３１の側面と第２プリズム３２の側面は、それぞれ第１入射面３１ｉｎ、第２入射面３２ｉｎとなる。
また、反射透過板３４は、上述したように第３プリズム３３の第３出射面３３ｏｕｔを覆うように入射面３４ｉｎが対向配置されて固定されており、反射透過板３４の出射面３４ｏｕｔを覆うように入射面３５ｉｎが対向配置された透過板３５が固定されている。
以上のようにレーザ集光プリズム３０を一体的に構成することで、図１（Ａ）に示すように、レーザ光束Ｌ１（Ｐ）（Ｌ１（Ｓ））、Ｌ２（Ｐ）の導光経路に沿って、各光学部材の境界部が形成されないようにしている。
【００２７】
図１（Ａ）に示すように、半導体レーザ光源１０の発光部１２ａ〜１２ｈの各々から図５（Ａ）に示すレーザ光が出射され、各レーザ光が集まったレーザ光束となって出射される。以下の説明では、発光部１２ａ〜１２ｈから出射されたレーザ光束を、第１プリズム３１の第１入射面３１ｉｎに入射されるレーザ光束Ｌ１（Ｐ）と、第２プリズム３２の第２入射面３２ｉｎに入射されるレーザ光束Ｌ２（Ｐ）に分けて説明する。
なお、半導体レーザ光源１０の発光部１２ａ〜１２ｈから出射されるレーザ光の各々の偏光方向はＰ偏光（第１偏光方向に相当）であるとする。
【００２８】
レーザ光束Ｌ１（Ｐ）は、長軸方向コリメートレンズ２０にて長軸方向（この場合、Ｙ軸方向）に対して平行光に変換されて、第１プリズム３１の第１入射面３１ｉｎに入射される。
また、レーザ光束Ｌ２（Ｐ）は、長軸方向コリメートレンズ２０にて長軸方向に対して平行光に変換されて、第２プリズム３２の第２入射面３２ｉｎに入射される。
【００２９】
第２プリズム３２は、空気よりも大きな屈折率を有するガラス材料（例えば石英）を材質としており、第２入射面３２ｉｎはレーザ光束Ｌ２（Ｐ）の進行方向に直交するように向けられている。また、第２プリズム３２における第２出射面３２ｏｕｔは、第２入射面３２ｉｎに対して所定角度θｂ（４５度）に設定されている。そして、第２プリズム３２は、第２入射面３２ｉｎから入射されたレーザ光束Ｌ２（Ｐ）を、偏光方向を変換することなく第２出射面３２ｏｕｔから出射する（レーザ光束Ｌ２（Ｐ）は偏光方向を変換されることなく第２プリズム３２を透過する。）
また、側面３２ｓはレーザ光束Ｌ２（Ｐ）の進行方向に対して平行に設定されており、第２入射面３２ｉｎから第２出射面３２ｏｕｔに向かって導光されるレーザ光束Ｌ２（Ｐ）の一部が側面３２ｓから第２プリズム３２の外部に漏れないように、第２プリズム３２内に閉じ込める（短軸方向に対して閉じ込める）役目を果たす。
【００３０】
第１プリズム３１は、空気よりも大きな屈折率を有するガラス材料（例えば石英）を材質としており、第１入射面３１ｉｎはレーザ光束Ｌ１（Ｐ）の進行方向に直交するように向けられている。また、第１プリズム３１における第１出射面３１ｏｕｔは、第１入射面３１ｉｎに対して所定角度θｂ（４５度）に設定されている。そして、第１プリズム３１は、第１入射面３１ｉｎから入射されたレーザ光束Ｌ１（Ｐ）を、偏光方向を変換することなく第１出射面３１ｏｕｔから出射する（レーザ光束Ｌ１（Ｐ）は偏光方向を変換されることなく第１プリズム３１を透過する。）
また、側面３１ｓはレーザ光束Ｌ１（Ｐ）の進行方向に対して平行に設定されており、第１入射面３１ｉｎから第１出射面３１ｏｕｔに向かって導光されるレーザ光束Ｌ１（Ｐ）の一部が側面３１ｓから第１プリズム３１の外部に漏れないように、第１プリズム３１内に閉じ込める（短軸方向に対して閉じ込める）役目を果たす。
【００３１】
第３プリズム３３は、空気よりも大きな屈折率を有するガラス材料（例えば石英）を材質としている。
第３Ｂ入射面３Ｂｉｎから入射されたレーザ光束Ｌ２（Ｐ）は、進行方向を変えることなく、第３出射面３３ｏｕｔにおける反射透過板３４の透過領域３４ｂに対向している部分に導光され、更に反射透過板３４の透過領域３４ｂを透過し、透過板３５を透過する。
第３Ａ入射面３Ａｉｎから入射されたレーザ光束Ｌ１（Ｐ）は、進行方向を変えることなく、第３出射面３３ｏｕｔにおける反射透過板３４の偏光反射領域３４ａに対向している部分に導光されるが、偏光反射領域３４ａにて反射されて進行方向が逆になり、更に偏光方向を変換されたレーザ光束Ｌ１（Ｓ）となる。そしてレーザ光束Ｌ１（Ｓ）は、第３Ａ入射面３３Ａｉｎに到達すると第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎに向けて反射され、第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎに到達すると第３出射面３３ｏｕｔに向けて反射される。第３出射面３３ｏｕｔに到達したレーザ光束Ｌ１（Ｓ）は、反射透過板３４の透過領域３４ｂを透過し、透過板３５を透過する。
以上により、半導体レーザ光源１０の発光部１２ａ〜１２ｈの短軸方向の幅ＬＷｉｎのレーザ光束（レーザ光束Ｌ１（Ｐ）とレーザ光束Ｌ２（Ｐ））を、レーザ集光プリズム３０にて、レーザ光束Ｌ１（Ｐ）とレーザ光束Ｌ２（Ｐ）とを短軸方向に重ね合わせて短軸方向の幅をほぼ半分の幅ＬＷｏｕｔにして出射することで集光する。
なお、反射透過板３４は、空気よりも大きな屈折率を有する光学用結晶材料（例えば水晶）を材質としており、透過板３５は、空気よりも大きな屈折率を有するガラス材料（例えば石英）を材質としている。
【００３２】
●［接着剤によるレーザ集光プリズム３０の一体化（図２〜図４）］
本実施の形態では、導光経路における各境界部に接着剤を充填して集光プリズム３０を一体的に構成する。この構造では、レーザ光が接着剤の層を透過するが、レーザ光が接着剤の層を透過する距離を短くすることで、接着剤の層の発熱を抑制している。
次に図２（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、本実施の形態におけるレーザ集光プリズム３０の構造について説明する。図２及び図３は本実施の形態の構造を示しており、図４は特開２００７−２８６４８１号公報に開示されている従来技術を示している。
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す従来の構造では、各光学部材に分解した図４（Ｂ）に示すように、四角柱形状（底面は台形形状）のプリズム１３３、角度θ（Ｃ）の選択反射面１３１ｂを内部に備えた四角柱形状の合波プリズム１３１、板状形状の偏光変換板１３２にてレーザ集光プリズム１３０を構成している。なお、プリズム１３３の傾斜面は全反射面１３３ａである。
図４（Ｂ）の各光学部材の境界部を接着剤で充填して一体化した状態を、図４（Ａ）に示す。図４（Ａ）においてハッチング部分が接着剤の層である。
図４（Ａ）に示す構成では、図１（Ａ）におけるレーザ光束Ｌ１（Ｐ）の導光経路、レーザ光束Ｌ２（Ｐ）の導光経路、のどちらも、プリズム１３３と偏光変換板１３２との境界部、及びプリズム１３３と合波プリズム１３１との境界部、である境界部Ｋｃにて、非常に長い距離の接着剤の層をレーザ光が透過する。このため、レーザ光束Ｌ１（Ｐ）、レーザ光束Ｌ２（Ｐ）として所定値以上の出力の高出力レーザを用いると、境界部Ｋｃにて接着剤の層の発熱量が増加し、接着剤が変質する可能性がある。
なお、１３１ｍ、１３２ｍ、１３３ｍは、無反射コーティングが施されていることを示している。
【００３３】
これに対して、図２（Ａ）に示す本実施の形態の構造では、各光学部材に分解した図２（Ｂ）に示すように、直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第１プリズム３１、第２プリズム３２、第３プリズム３３、及び板状形状の反射透過板３４、透過板３５にてレーザ集光プリズム３０を構成している。
図２（Ｂ）の各光学部材の境界部を接着剤で充填して一体化した状態を、図２（Ａ）に示す。図２（Ａ）においてハッチング部分が接着剤の層である。なお、接着剤には各光学部材の屈折率と同等の屈折率となるものを選定することが好ましい。第１プリズム３１（の第１出射面３１ｏｕｔ）と第３プリズム３３（の第３Ａ入射面３３Ａｉｎ）、第２プリズム３２（の第２出射面３２ｏｕｔ）と第３プリズム３３（の第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎ）、第３プリズム３３（の第３出射面３３ｏｕｔ）と反射透過板３４（の入射面３４ｉｎ）、反射透過板３４（の出射面３４ｏｕｔ）と透過板３５の入射面３５ｉｎ、の間（境界部）に接着剤を充填して一体化するように固定する。
【００３４】
図２（Ａ）に示す構成では、図１（Ａ）におけるレーザ光束Ｌ１（Ｐ）の入射方向、レーザ光束Ｌ２（Ｐ）の入射方向、のどちらも、接着剤の層を透過する距離は、接着剤の厚さ方向の距離であり、充分短い距離であるため、接着剤の層の発熱は問題ない程度である。このように、レーザ集光プリズム３０の内部に導光するレーザ光の導光経路（反射して進行方向を変える経路も含む）に沿う方向に境界部が形成されないように、各光学部材の形状を考慮して決定している。
なお、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部は、第３Ａ入射面３３Ａｉｎから第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎに向けて反射されたレーザ光束Ｌ１（Ｓ）に沿う方向に接着剤の層が形成されているが、レーザ光束Ｌ１（Ｓ）は、前記境界部に沿う方向に反射される前に、反射透過板３４にて反射透過板３４から離れる方向に反射されているので、当該境界部に沿う方向に透過するレーザ光が少なく、発熱は抑制されている。
また、図２（Ａ）に示すレーザ集光プリズム３０において無反射コーティングを施す面は、第１プリズム３１の第１入射面３１ｉｎ、第２プリズム３２の第２入射面３２ｉｎ、透過板３５の出射面３５ｏｕｔである。なお、出射面３５ｏｕｔについては全領域に無反射コーティングを施す必要はなく、少なくとも反射透過板３４の透過領域３４ｂを覆う領域に施してあればよい。
また、透過板３５を省略してもよい。透過板３５を省略した場合、反射透過板３４の出射面３４ｏｕｔにおいて、偏光反射領域３４ａには全反射コーティング３４ｃを施し、透過領域３４ｂには無反射コーティングを施せばよいが、コーティング処理がやや複雑になる。
【００３５】
上記に説明したレーザ集光プリズム３０は、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部において接着剤の層がレーザ光の導光経路に沿う（平行）が、これを改良した例を説明する。
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部において、レーザ光の導光領域に接着剤を含まないように構成する例を示している。図３（Ａ）に示すレーザ集光プリズム３０は、図３（Ｂ）に示すようにスペーサ部材Ｓを用いて、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部を所定距離だけ離間させて接着している（図３（Ａ）ではスペーサ部材Ｓの記載を省略している）。
また、スペーサ部材Ｓは、集光するレーザ光束の導光経路として用いる導光領域から外れた個所に設けられており、紫外線硬化樹脂等の光学系用の接着剤を用いて各光学部材と接着されている。紫外線硬化樹脂を使用する場合は、接着剤を硬化させるために、スペーサ部材Ｓは紫外線を透過する石英等の透明な部材で形成されていることが好ましいが、接着剤が紫外線硬化樹脂でない場合は、石英、ステンレス等、種々の材質でスペーサ部材Ｓを構成することができる。
図３（Ａ）に示すレーザ集光プリズム３０では、第１入射面３１ｉｎ、第２入射面３２ｉｎ、第３出射面３３ｏｕｔ、反射透過板３４の入射面３４ｉｎ、透過板３５の出射面３５ｏｕｔに無反射コーティング３１ｍ、３２ｍ、３３ｍ、３４ｍ、３５ｍを施せばよい。なお、出射面３５ｏｕｔについては全領域に無反射コーティングを施す必要はなく、少なくとも反射透過板３４の透過領域３４ｂを覆う領域に施してあればよい。
また、透過板３５を省略してもよい。透過板３５を省略した場合、反射透過板３４の出射面３４ｏｕｔにおいて、偏光反射領域３４ａには全反射コーティング３４ｃを施し、透過領域３４ｂには無反射コーティングを施せばよいが、コーティング処理がやや複雑になる。
【００３６】
また、スペーサ部材Ｓの厚さは、確実に空気層を形成できて可能な限り薄い約５０μｍ程度に設定することが好ましい。
これにより、レーザ光の導光経路に沿って接着剤の層が存在しない構造とすることができるので、接着剤の層の発熱を抑制することができる。
なお、各光学部材の境界部に間隔を設けて空気層を形成することなく密着させる（接着剤も用いない）ことも考えられるが、各光学部材の面の平面度を高くしても、拡大して見れば必ず凹凸が形成されており、光学部材同士が接する個所と、光学部材同士が接することなく空気層が形成されている個所とがランダムに存在することになる。各種のコーティングの設計は、２つの媒質（光学部材）の屈折率を基にして設計されるため、凹凸によってランダムな空気層が介入してしまうと、光学部材の接触部と非接触部とで屈折率が変化してしまい、透過効率が低下するので、あまり好ましくない。
【００３７】
以上の説明では、スペーサ部材Ｓを用いて第３プリズム３３と反射透過板３４とを接着し、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部に空気層を形成する例を説明したが、スペーサ部材Ｓの代わりに、接着剤を所定厚さに塗付して空気層を形成するようにしてもよい。
また、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部において、スペーサ部材Ｓを用いて、当該境界部に空気層が形成されるように、第１プリズム３１と第２プリズム３２と第３プリズム３３とを接着した第１ユニットと、反射透過板３４と透過板３５とを接着した第２ユニットを、微小間隔を開けて配置して、接着剤で固定する代わりに、発光部１２ａ〜１２ｈから出射されるレーザ光束の進行方向（この場合、Ｚ軸方向）に直交する方向、且つ短軸方向（第１入射面３１ｉｎと第２入射面３２ｉｎとが並んでいる方向に相当し、この場合、Ｘ軸方向）に直交する方向から（この場合、Ｙ軸方向）、第１ユニットと第２ユニットを固定治具（保持部材に相当）によって挟み込んで固定するようにしてもよい。
【００３８】
また、第１プリズム３１と第３プリズム３３との境界部、及び第２プリズム３２と第３プリズム３３との境界部においても、上記と同様にして空気層を形成してもよい。
例えば、第１プリズム３１と第３プリズム３３との境界部、第２プリズム３２と第３プリズム３３との境界部、第３プリズム３３と反射透過板３４との境界部、における導光領域から外れた個所にスペーサ部材Ｓ（接着剤は用いない）を挟み込んで所定間隔の空気層を形成して各光学部材を配置する（反射透過板３４と透過板３５は接着してよい）。そして、発光部１２ａ〜１２ｈから出射されるレーザ光束の進行方向（この場合、Ｚ軸方向）に直交する方向、且つ短軸方向（第１入射面３１ｉｎと第２入射面３２ｉｎとが並んでいる方向に相当し、この場合、Ｘ軸方向）に直交する方向から（この場合、Ｙ軸方向）、各光学部材を固定治具（保持部材に相当）によって挟み込んで固定するようにしてもよい。
あるいは、スペーサ部材Ｓに接着剤を塗付しておいて、スペーサ部材Ｓにて各光学部材（第１プリズム３１、第２プリズム３２、第３プリズム３３、反射透過板３４（透過板３５が接着されている））を固定するようにしてもよい。
また、スペーサ部材Ｓの代わりに、スペーサ部材Ｓと同等の厚さとなるように接着剤を所定厚さに塗付して各光学部材を固定するようにしてもよい。
この場合、空気層と接している面であって何もコーティングが施されていない面に無反射コーティングを施すことで、レーザ光の入射時または出射時の反射光を減衰させ、レーザ光の集光効率を向上させることができる。従って、無反射コーティングを施す面は、第１入射面３１ｉｎと第１出射面３２ｏｕｔ、第２入射面３２ｉｎと第２出射面３２ｏｕｔ、第３出射面３３ｏｕｔ、反射透過板３４の入射面３４ｉｎ、透過板３５の出射面３５ｏｕｔにおける少なくとも透過領域３４ｂに対応する部分である。なお、透過板３５を省略した場合は、反射透過板３４の出射面３４ｏｕｔにおける少なくとも透過領域３４ｂに対応する部分である。
【００３９】
本発明のレーザ集光プリズム３０は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態の説明では、Ｐ偏光が第１偏光方向に相当し、Ｓ偏光が第２偏光方向に相当する、と説明したが、Ｐ偏光が第２偏光方向に相当し、Ｓ偏光が第１偏光方向に相当する、としてもよい。
また、本実施の形態の説明では、レーザ集光プリズム３０に半導体レーザ光源１０からのレーザ光束を入射しており、半導体レーザ光源１０からのレーザ光束Ｌ１（Ｐ）、Ｌ２（Ｐ）がＰ偏光である例を説明したが、レーザ集光プリズム３０に入射するレーザ光がＰ偏光でなくＳ偏光である場合は、第３Ａ入射面３３Ａｉｎと第３Ｂ入射面３３Ｂｉｎを、Ｓ偏光のレーザ光を透過してＰ偏光のレーザ光を反射するように変更し、偏光反射領域３４ａを、Ｓ偏光のレーザ光が入射されるとＰ偏光に変換して反射するように変更すればよい。
また、本実施の形態にて説明したレーザ集光プリズム３０は、他の高出力レーザであるＣＯ2レーザや、ＹＡＧレーザを集光するプリズムに適用することができる。
また、出射面３５ｏｕｔにおける透過領域３４ｂ側からＰ偏光とＳ偏光が混在したレーザ光を入射すれば、ビームスプリッタとして用いることが可能であり、第１入射面３１ｉｎ及び第２入射面３２ｉｎから、分離したレーザ光を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のレーザ集光プリズム３０を用いて半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光束の短軸方向（この場合、Ｘ軸方向）の幅を１／２にして集光するレーザ集光装置１の概略外観図の例と、レーザ集光プリズム３０を各光学部材に分離した状態を示す図である。
【図２】レーザ集光プリズム３０の構造（各光学部材の組み付け状態）を説明する図である。
【図３】レーザ集光プリズム３０の構造（各光学部材の組み付け状態）を説明する図である。
【図４】従来のレーザ集光プリズム１３０の構造（各光学部材の組み付け状態）を説明する図である。
【図５】半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光を説明する図である。
【図６】従来のレーザ集光プリズム１３０を用いて半導体レーザ光源１０から出射されるレーザ光束の短軸方向の幅を１／２にして集光するレーザ集光装置１００の概略外観図の例と、従来のレーザ集光プリズム１３０を各光学部材に分離した状態を示す図である。
【図７】従来のレーザ集光プリズム１３０における別の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ レーザ集光装置
１０ 半導体レーザ光源
１２ａ〜１２ｈ 発光部
２０ 長軸方向コリメートレンズ
３０ レーザ集光プリズム
３１ 第１プリズム
３１ｉｎ 入射面（第１入射面）
３１ｏｕｔ 出射面（第１出射面）
３１ｓ 側面
３２ 第２プリズム
３２ｉｎ 入射面（第２入射面）
３２ｏｕｔ 出射面（第２出射面）
３２ｓ 側面
３３ 第３プリズム
３３Ａｉｎ 第３Ａ入射面
３３Ｂｉｎ 第３Ｂ入射面
３３ｏｕｔ 第３出射面
３３ａ、３３ｂ ＰＳ分離コーティング
３４ 反射透過板
３４ｉｎ 入射面
３４ｏｕｔ 出射面
３４ａ 偏光反射領域
３４ｂ 透過領域
３４ｃ 全反射コーティング
３５ 透過板
３５ｉｎ 入射面
３５ｏｕｔ 出射面
３１ｍ、３２ｍ、３３ｍ、３４ｍ、３５ｍ 無反射コーティング
Ｓ スペーサ部材
Ｋｃ 境界部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第１プリズムと、
前記第１直角二等辺三角形と同一形状の第２直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第２プリズムと、
前記第１直角二等辺三角形における斜辺の長さと、前記第２直角二等辺三角形における斜辺の長さとで、直角を挟む２辺を構成した第３直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第３プリズムと、
板状形状を有し、板状の面に直交する方向から入射されたレーザ光を入射方向に向けて反射するとともに第１偏光方向のレーザ光が入射されると反射光を前記第１偏光方向とは異なる偏光方向である第２偏光方向に変換する偏光反射領域と、前記板状の面に直交する方向から入射されたレーザ光を透過する透過領域と、を有する反射透過板と、を一体的に組み付けて構成されたレーザ集光プリズムであって、
前記第３プリズムにおける前記第３直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第３Ａ入射面、及び前記第３直角二等辺三角形の直角を挟む他方の辺を含む側面である第３Ｂ入射面は、前記第１偏光方向のレーザ光を透過するとともに前記第２偏光方向のレーザ光を反射する選択反射面に形成されており、
前記第１プリズムにおける前記第１直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第１出射面は前記第３Ａ入射面と対向させて固定されており、更に前記第２プリズムにおける前記第２直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第２出射面は前記第３Ｂ入射面と対向させて固定されていることで、前記第１プリズムにおける前記第１直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第１入射面と、前記第２プリズムにおける前記第２直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第２入射面と、が同一方向を向いて隣り合わせて密着して並んでおり、
前記反射透過板は、前記第３プリズムにおける前記第３直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第３出射面を覆うように固定されており、前記第３プリズムの底面に直交する方向に沿って２等分された一方の面が前記偏光反射領域に形成され、他方の面が前記透過領域に形成されており、
前記第１入射面及び前記第２入射面に直交する方向から、前記第１入射面に入射された前記第１偏光方向のレーザ光と、前記第２入射面に入射された前記第１偏光方向のレーザ光とを、前記第１入射面と前記第２入射面とが並んでいる方向に重ね合わせて、前記反射透過板における前記透過領域から出射する、
レーザ集光プリズム。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、
前記レーザ光を透過する接着剤にて、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板とが接着されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ集光プリズムであって、
前記第１入射面と、前記第２入射面と、前記反射透過板の前記透過領域における前記第３プリズムと対向している面に対して反対側の面に、レーザ光の反射光を減衰する無反射コーティングが施されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、
更に、前記反射透過板における前記第３プリズムと対向している面に対して反対側の面を覆うように、前記レーザ光を透過する板状形状の透過板が設けられており、
前記レーザ光を透過する接着剤にて、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板、及び前記反射透過板と前記透過板とが接着されており、
前記第１入射面と、前記第２入射面と、前記透過板における前記反射透過板と対向している面に対して反対側の面の少なくとも前記透過領域を覆う領域に、レーザ光の反射光を減衰する無反射コーティングが施されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、
前記第１プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第３プリズムと前記反射透過板との境界部、に空気層が形成されるように、所定の微小間隔を開けて前記第１プリズムと前記第２プリズムと前記第３プリズムと前記反射透過板とが配置されており、
保持部材にて、前記第１プリズムと前記第２プリズムと前記第３プリズムと前記反射透過板と、が前記第１入射面及び前記第２入射面の側から入射されるレーザ光の進行方向に直交する方向、且つ前記第１入射面と前記第２入射面とが並んでいる方向に直交する方向から、接着剤を用いることなく挟み込まれて保持されて固定されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項６】
請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、
所定厚さのスペーサ部材が、前記第１プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第３プリズムと前記反射透過板との境界部、且つ前記レーザ光の導光経路を外れた個所に、接着剤にて接着されていることで、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板と、の各々の境界部に空気層が形成されて固定されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項７】
請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、
所定厚さに塗付された接着剤にて、前記第１プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第３プリズムと前記反射透過板との境界部、且つ前記レーザ光の導光経路を外れた個所に、接着剤にて接着されていることで、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板と、の各々の境界部に空気層が形成されて固定されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載のレーザ集光プリズムであって、
前記第１プリズムにおける前記第１入射面と前記第１出射面、前記第２プリズムにおける前記第２入射面と前記第２出射面、前記第３プリズムにおける前記第３出射面、前記反射透過板における前記第３出射面と対向している面、前記反射透過板の前記透過領域における前記第３プリズムと対向している面に対して反対側の面に、レーザ光の反射光を減衰する無反射コーティングが施されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項１】
第１直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第１プリズムと、
前記第１直角二等辺三角形と同一形状の第２直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第２プリズムと、
前記第１直角二等辺三角形における斜辺の長さと、前記第２直角二等辺三角形における斜辺の長さとで、直角を挟む２辺を構成した第３直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状の第３プリズムと、
板状形状を有し、板状の面に直交する方向から入射されたレーザ光を入射方向に向けて反射するとともに第１偏光方向のレーザ光が入射されると反射光を前記第１偏光方向とは異なる偏光方向である第２偏光方向に変換する偏光反射領域と、前記板状の面に直交する方向から入射されたレーザ光を透過する透過領域と、を有する反射透過板と、を一体的に組み付けて構成されたレーザ集光プリズムであって、
前記第３プリズムにおける前記第３直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第３Ａ入射面、及び前記第３直角二等辺三角形の直角を挟む他方の辺を含む側面である第３Ｂ入射面は、前記第１偏光方向のレーザ光を透過するとともに前記第２偏光方向のレーザ光を反射する選択反射面に形成されており、
前記第１プリズムにおける前記第１直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第１出射面は前記第３Ａ入射面と対向させて固定されており、更に前記第２プリズムにおける前記第２直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第２出射面は前記第３Ｂ入射面と対向させて固定されていることで、前記第１プリズムにおける前記第１直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第１入射面と、前記第２プリズムにおける前記第２直角二等辺三角形の直角を挟む一方の辺を含む側面である第２入射面と、が同一方向を向いて隣り合わせて密着して並んでおり、
前記反射透過板は、前記第３プリズムにおける前記第３直角二等辺三角形の斜辺を含む側面である第３出射面を覆うように固定されており、前記第３プリズムの底面に直交する方向に沿って２等分された一方の面が前記偏光反射領域に形成され、他方の面が前記透過領域に形成されており、
前記第１入射面及び前記第２入射面に直交する方向から、前記第１入射面に入射された前記第１偏光方向のレーザ光と、前記第２入射面に入射された前記第１偏光方向のレーザ光とを、前記第１入射面と前記第２入射面とが並んでいる方向に重ね合わせて、前記反射透過板における前記透過領域から出射する、
レーザ集光プリズム。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、
前記レーザ光を透過する接着剤にて、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板とが接着されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ集光プリズムであって、
前記第１入射面と、前記第２入射面と、前記反射透過板の前記透過領域における前記第３プリズムと対向している面に対して反対側の面に、レーザ光の反射光を減衰する無反射コーティングが施されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、
更に、前記反射透過板における前記第３プリズムと対向している面に対して反対側の面を覆うように、前記レーザ光を透過する板状形状の透過板が設けられており、
前記レーザ光を透過する接着剤にて、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板、及び前記反射透過板と前記透過板とが接着されており、
前記第１入射面と、前記第２入射面と、前記透過板における前記反射透過板と対向している面に対して反対側の面の少なくとも前記透過領域を覆う領域に、レーザ光の反射光を減衰する無反射コーティングが施されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、
前記第１プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第３プリズムと前記反射透過板との境界部、に空気層が形成されるように、所定の微小間隔を開けて前記第１プリズムと前記第２プリズムと前記第３プリズムと前記反射透過板とが配置されており、
保持部材にて、前記第１プリズムと前記第２プリズムと前記第３プリズムと前記反射透過板と、が前記第１入射面及び前記第２入射面の側から入射されるレーザ光の進行方向に直交する方向、且つ前記第１入射面と前記第２入射面とが並んでいる方向に直交する方向から、接着剤を用いることなく挟み込まれて保持されて固定されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項６】
請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、
所定厚さのスペーサ部材が、前記第１プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第３プリズムと前記反射透過板との境界部、且つ前記レーザ光の導光経路を外れた個所に、接着剤にて接着されていることで、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板と、の各々の境界部に空気層が形成されて固定されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項７】
請求項１に記載のレーザ集光プリズムであって、
所定厚さに塗付された接着剤にて、前記第１プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムとの境界部、及び前記第３プリズムと前記反射透過板との境界部、且つ前記レーザ光の導光経路を外れた個所に、接着剤にて接着されていることで、前記第１プリズムと前記第３プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズム、及び前記第３プリズムと前記反射透過板と、の各々の境界部に空気層が形成されて固定されている、
レーザ集光プリズム。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載のレーザ集光プリズムであって、
前記第１プリズムにおける前記第１入射面と前記第１出射面、前記第２プリズムにおける前記第２入射面と前記第２出射面、前記第３プリズムにおける前記第３出射面、前記反射透過板における前記第３出射面と対向している面、前記反射透過板の前記透過領域における前記第３プリズムと対向している面に対して反対側の面に、レーザ光の反射光を減衰する無反射コーティングが施されている、
レーザ集光プリズム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２９４３９７（Ｐ２００９−２９４３９７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４７２０５（Ｐ２００８−１４７２０５）
【出願日】平成２０年６月４日（２００８．６．４）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月４日（２００８．６．４）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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