(57)【要約】      （修正有）【課題】良好な精度を有して検出する波長検出器を備えるレーザ装置およびレーザ装置から出射される出力光ビームの波長を検出する方法を提供する。【解決手段】レーザ装置１０は、波長検出器１５を備えて構成される。ビームスプリッタ１６は出力光ビーム２５の一部を検出光ビーム２６として分離する。色収差を有する合成レンズを形成する集光レンズ１７と円筒レンズ１８は、Ｚ軸を含むＸＺ面およびＹＺ面における集光特性を検出光ビーム２６の波長に応じて異ならせる。４分割フォトディテクタ１９の４個のフォトディテクタの各々は集光された光ビームを受光するように同一平面上に配されている。制御部３０は波長演算器３１からの検出波長信号に基づいて、モータ４１ａを制御して出力光ビーム２５を所定波長に設定する。【選択図】図１
2008004805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチモードで発振する特性を有するレーザ・ダイオードと、
前記レーザ・ダイオードから出射されるレーザ光を受光して、回折光を前記レーザ・ダイオードに戻すグレーティングと、
前記レーザ・ダイオードに戻る前記回折光の波長を変化させる機構部と、
前記レーザ・ダイオードに戻る前記回折光の波長と同一波長の出力光ビームの波長を検出する波長検出器と、
前記波長検出器から検出される波長信号に基づいて、前記機構部を制御して前記出力光ビームが所定波長を有して出力可能となるように設定する制御部と、を備え、
前記波長検出器は、
前記出力光ビームと同一の波長を有する光ビームの一部を検出光ビームとして分離する光学素子と、
前記検出光ビームの進行する方向の軸を共に含み角度を有して交わる第１の面および第２の面における集光特性を前記検出光ビームの波長に応じて異ならせるような色収差を有する波長検出レンズと、
前記第１の面と前記第２の面とで４つに分離される平面の各々に配され、前記波長検出レンズによって集光される前記検出光ビームを各々受光する４個のフォトディテクタと、
第１の対角方向に配置された２個のフォトディテクタの両方で受光する光量に応じた電気信号である第１の加算信号および第２の対角方向に配置された他の２個のフォトディテクタの両方で受光する光量に応じた電気信号である第２の加算信号を得て、前記第１の加算信号と前記第２の加算信号との差を前記波長信号として得る波長演算器と、を有する、
レーザ装置。
【請求項２】
前記波長検出レンズは、
前記検出光ビームを集光する集光レンズと、
前記第１の面と前記第２の面とでは前記検出光ビームの波長に応じて焦点の位置を異ならせる円筒レンズと、を有してなることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記波長検出レンズは、
色収差を有する前記検出光ビームを集光する集光レンズと、
前集光レンズの光軸に対して、前記第１の面と前記第２の面では異なる角度を有して配置されるガラス板と、を有してなることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記波長検出レンズは、
前記検出光ビームが入射する側の面は集光レンズとして機能するような曲面形状とされ、
前記前記検出光ビームが出射する側の面は前記第１の面または前記第２の面のいずれかと平行する１次元の回折格子が形成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項５】
レーザ装置から出射される出力光ビームの波長を検出するレーザ装置の波長検出方法であって、
前記出力光ビームと同一の波長を有する光ビームの一部を検出光ビームとして分離し、
前記検出光ビームの進行する方向の軸を含み角度を有して交わる第１の面と第２の面とにおける集光特性を前記検出光ビームの波長に応じて異ならせ、
前記第１の面と前記第２の面とで第１の対角方向に分離される前記検出光ビームの光量の和に応じた大きさの第１の加算信号と、前記第１の面と前記第２の面とで第２の対角方向に分離される前記検出光ビームの光量の和に応じた大きさの第２の加算信号と、の差を得る、
レーザ装置の波長検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ装置に関し、特に、出射されるレーザ光の波長を検出する波長検出器を備えるレーザ装置およびレーザ装置から出射されるレーザ光の波長を検出するレーザ装置の波長検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレント光を発生する光源として、半導体レーザが広範囲な産業分野で使用されている。例えば、光データストレージデバイスにおいて半導体レーザが多量に用いられている。このような産業状況の中で、コヒーレント光の波長を変化させることができる光源への要望が段々と大きなものとなって来ている。コヒーレント光の波長を変化させることができる光源が要望される分野としては、例えば、光データストレージの分野においては、次世代の記録再生装置としてのホログラム記録再生装置がある。
【０００３】
ホログラム記録再生装置では、ページ単位に構成された記録すべき情報（記録データ）によって変調された信号光と、その信号光を生成する同一のレーザ光源からの参照光とを発生させ、ホログラム記録媒体に照射する。それによって、ホログラム記録媒体上で信号光と参照光とが干渉してホログラム記録媒体中に干渉縞が形成され、その干渉縞をホログラム記録媒体の屈折率または透過率の変化による回折格子（ホログラム）として形状化して記録データが記録される。また、このようにして記録された回折格子から記録データを再生するホログラム再生装置では、記録済みの記録媒体に形成された回折格子に参照光を照射して発生された回折光(再生光)を受光素子で検出して記録データを再生できる。
【０００４】
このようなホログラム記録再生装置に用いるレーザ光源としては、シングルモードにちかいレーザ光源が望ましく、さらに、ホログラム記録再生装置の温度の変化が生じた場合において、レーザからの光ビームの波長を変化させることによって、記録再生特性を改善する手法が提案されており（非特許文献１を参照）、このような用途にコヒーレント光の波長を変化させることができる可変波長レーザ光源の提供が要望されている。
【０００５】
このような可変波長レーザ光源の例として非特許文献２に開示されている可変波長レーザ装置を図１３に示す。図１３に示す可変波長レーザ装置１００では、マルチモードで発振するレーザ・ダイオード１０１からの光ビームをレンズ１０２で平行光として、グレーティング１０３に照射する。支点１０５を中心としてグレーティング１０３をモータ１０４によって矢印で示す方向に回転させて、グレーティング１０３とレーザ・ダイオード１０１との相対位置関係を調整して、レーザ・ダイオード１０１から出射され、グレーティング１０３で回折して、再びレーザ・ダイオード１０１に戻る１次光の波長を調整する。このようにして、グレーティング１０３とレーザ・ダイオード１０１とで共振器が構成され、この１次光の波長と等しい波長の光ビームをレーザ・ダイオード１０１が発振する。そして、この波長の０次光を出力光ビーム１１０として得ることができるリトロウ型レーザ装置についての提案がなされている。ここで、ミラー１０６とグレーティング１０３とは固着されており、両者が共に移動することによって、出力光ビーム１１０の出射方向を波長によらず常に一定の方向となるようにしている。
【０００６】
また、コヒーレント光の波長を変化させる別の構成としては、グレーティングとレーザ・ダイオードとの相対位置関係を固定して、ミラーを用いて異なる波長の回折光をレーザ・ダイオードに戻し、これによって出力光ビームの波長を可変とするリットマン型レーザ装置も知られている。
【０００７】
コヒーレント光の波長を変化させることができる可変波長レーザ光源が開発されるにつれて、一方では、このような可変波長レーザ光源から出射される出力光ビームの波長を正確に検出する波長検出の技術が必要となってくる。非特許文献２に記載されたレーザ装置においては、以下のようにして出力光ビーム１１０の波長が検出される。
【０００８】
ミラー１０６は透過型のミラーとされており、ミラー１０６に照射された光ビームの一部はミラー１０６を透過し、プリズム１０７を通過して２分割フォトディテクタ１０８に照射される。２分割フォトディテクタ１０８に照射される光スポットの照射態様は、いわゆる、光テコ、の原理によってグレーティング１０３の角度に応じたものとなる。したがって、２分割フォトディテクタ１０８からの信号を検出してこの信号を演算することによって、出力光ビーム１１０の波長を検出できることとなる。具体的には、２分割フォトディテクタ１０８からの信号を演算した演算波長信号によって、グレーティング１０３とレーザ・ダイオード１０１との相対角度を検出して、さらに、出力光ビーム１１０の波長の検出をおこなうようにしている。ここで、出力光ビーム１１０の波長とこの相対角度との関係は、演算波長信号を介して、予め、大型の装置である光スペクトラムアナライザによって計測されて、対応がつけられている。かくして演算波長信号を検出することによって、結果として、出力光ビーム１１０の波長を検出することができるようになされている。
【非特許文献１】Mitsuru.Toishi, et al. 「Temperature tolerance improvement with wavelength tuning laser source in holographic data storage」, Technical digest of Optical Data Storage/International Symposium on Optical Memory 2005 ThE5
【非特許文献２】Tomiji.Tanaka, et al. 「Tunable blue laser for holographic data storage」,Conference Proceedings of Optical Data Storage 2006 WC3 p215
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、背景技術に示す可変波長のレーザ装置では、そのレーザ装置から出射されるレーザ光の波長を検出するに際しては、グレーティングとレーザ・ダイオードおよびミラーとの相対位置関係を、２分割フォトディテクタからの演算波長信号を介して検出するものであるので、出力光ビームの波長に応じて相対的な位置が変化するグレーティングとレーザ・ダイオードとの初期の設定位置がずれ、また、出力光ビームの波長に応じて相対的な位置が変化するミラーと２分割フォトディテクタとの相対位置が初期の設定範囲からずれた場合には、波長検出の精度が低下した。また、２分割フォトディテクタで検出する演算波長信号は、レーザ・ダイオードから出射される光ビームのビームプロファイルによって変化し、その結果として良好なるＳ／Ｎ（信号対雑音比）特性を得ることが困難であった。このような理由から、背景技術に開示された技術によって得られる波長の検出精度よりも、さらに、良好な検出精度を得る技術が求められていた。
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決し、可変波長のレーザ装置から出射される出力光ビームの波長を、従来に較べて、より良好な精度を有して検出する波長検出器を備えるレーザ装置の提供およびレーザ装置から出射される出力光ビームの波長を検出するレーザ装置の波長検出方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のレーザ装置は、マルチモードで発振する特性を有するレーザ・ダイオードと、前記レーザ・ダイオードから出射されるレーザ光を受光して、回折光を前記レーザ・ダイオードに戻すグレーティングと、前記レーザ・ダイオードに戻る前記回折光の波長を変化させる機構部と、前記レーザ・ダイオードに戻る前記回折光の波長と同一波長の出力光ビームの波長を検出する波長検出器と、前記波長検出器から検出される波長信号に基づいて、前記機構部を制御して前記出力光ビームが所定波長を有して出力可能となるように設定する制御部と、を備え、前記波長検出器は、前記出力光ビームと同一の波長を有する光ビームの一部を検出光ビームとして分離する光学素子と、前記検出光ビームの進行する方向の軸を共に含み角度を有して交わる第１の面および第２の面における集光特性を前記検出光ビームの波長に応じて異ならせるような色収差を有する波長検出レンズと、前記第１の面と前記第２の面とで４つに分離される平面の各々に配され、前記波長検出レンズによって集光される前記検出光ビームを各々受光する４個のフォトディテクタと、第１の対角方向に配置された２個のフォトディテクタの両方で受光する光量に応じた電気信号である第１の加算信号および第２の対角方向に配置された他の２個のフォトディテクタの両方で受光する光量に応じた電気信号である第２の加算信号を得て、前記第１の加算信号と前記第２の加算信号との差を前記波長信号として得る波長演算器と、を有する。
【００１２】
このレーザ装置は、波長検出器を備えて構成されている。出力光ビームと同一の波長を有する光ビームの一部を検出光ビームとして分離する光学素子を有しており、波長検出のための光ビームを得る。波長検出レンズは、色収差を有して、第１の面および第２の面における集光特性を検出光ビームの波長に応じて異ならせる。ここで、第１の面と第２の面とは、この両面が検出光ビームの進行する方向の軸を各々の面が共に含み、角度を有して交わる面である。４個のフォトディテクタが、同一平面上に配されており、その各々が波長検出レンズによって集光される検出光ビームを受光する。この４個のフォトディテクタは第１の面および第２の面で分離されている。波長演算器は第１の対角方向に配置された２個のフォトディテクタの両方で受光する光量に応じた電気信号である第１の加算信号を得、また、波長演算器は第２の対角方向に配置された２個のフォトディテクタの両方で受光する光量に応じた電気信号である第２の加算信号を得、第１の加算信号と第２の加算信号との差を波長信号として得る。かくして、出力光ビームの波長を検出することができる。そして、制御部はこの検出波長信号に基づいて、機構部を制御して出力光ビームが所定波長を有して出力可能となるように設定することができる。
【００１３】
本発明のレーザ装置の波長検出方法は、レーザ装置から出射される出力光ビームの波長を検出するレーザ装置の波長検出方法であって、前記出力光ビームと同一の波長を有する光ビームの一部を検出光ビームとして分離し、前記検出光ビームの進行する方向の軸を含み角度を有して交わる第１の面と第２の面とにおける集光特性を前記検出光ビームの波長に応じて異ならせ、前記第１の面と前記第２の面とで第１の対角方向に分離される前記検出光ビームの光量の和に応じた大きさの第１の加算信号と、前記第１の面と前記第２の面とで第２の対角方向に分離される前記検出光ビームの光量の和に応じた大きさの第２の加算信号と、の差を得る。
【００１４】
このレーザ装置の波長検出方法では、光ビームの一部を検出光ビームとして分離する。検出光ビームの進行する方向の軸を含み角度を有して交わる第１の面および第２の面における集光特性を、色収差を有する波長検出レンズよって検出光ビームの波長に応じて異ならせる。第１の面および第２の面で第１の対角方向に分離される検出光ビームの光量の和に応じた大きさの第１の加算信号と、第２の対角方向に分離される検出光ビームの光量の和に応じた大きさの第２の加算信号と、の差を得る。かくして、レーザ装置から出射される光ビームの波長を検出できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザ装置から出射される出力光ビームの波長を、高精度に検出する波長検出器を備えるレーザ装置の提供、および、レーザ装置から出射される出力光ビームの波長を高精度に検出するレーザ装置の波長検出方法の提供ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１を参照して、実施形態のレーザ装置１０について、説明する。レーザ装置１０は、レーザ・ダイオード１１、コリメートレンズ１２、グレーティング１３、ミラー１４、波長検出器１５を主要な構成部分として備えるものである。
【００１７】
レーザ・ダイオード１１は、いわゆる、マルチモードのレーザ・ダイオードである。また、このレーザ装置１０は、いわゆる、外部共振型レーザ装置であり、ミラー１４とグレーティング１３を外部共振器として有して、レーザ・ダイオード１１とグレーティング１３との相対位置関係を変化させて可変波長の出力光ビーム２５を得るリトロウ型レーザ装置を構成している。
【００１８】
ミラー１４とグレーティング１３とは固着され、回転軸２７を中心に紙面内の矢印で示す両方の回転方向に両者が一体として回転することが可能とされている。ここで、グレーティング表面１３ａとミラー表面１４ａとの延長線が交わる線の交点に回転軸２７を配置している。レーザ装置１０は、この回転軸２７を中心として、ミラー１４とグレーティング１３とを回転をさせるための回転機構として、歯車機構４１ｂ、歯車機構４１ｃおよびモータ４１ａを備えている。すなわち、歯車機構４１ｂがミラー１４とグレーティング１３とに固着され、この歯車機構４１ｂと噛み合うように、歯車機構４１ｃが配されており、歯車機構４１ｃはモータ４１ａの回転軸に連結されている。これによって、モータ４１ａの回転に応じて、グレーティング表面１３ａとミラー表面１４ａとのなす角度を一定に、例えば、９０°の一定の角度に保ちながら、ミラー１４とグレーティング１３とを回転軸２７を中心として回転させることができる。
【００１９】
このような機構部を有することによって、レーザ・ダイオード１１に戻るグレーティング１３からの回折光の波長を変化させることができ、この結果として、最終的に出力光ビーム２５の波長を可変として、この出力光ビーム２５を種々の電子装置において利用できるようになされている。
【００２０】
また、レーザ装置１０は、制御部３０を備える。制御部３０は、波長検出器１５からの波長信号Ｓλを検出して、この波長信号Ｓλに応じてモータ４１ａの制御をおこなう。制御部３０は、ハードウエアとして、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、外部回路とのインターフェイス（例えば、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、電力増幅器）およびＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、並びに、ＲＯＭに記憶されたＣＰＵが処理する処理手順を記載したソフトウエアで構成される。
【００２１】
また、実施形態のレーザ装置１０は、波長検出器１５を備えるものである。波長検出器１５は、ビームスプリッタ１６、集光レンズ１７、円筒レンズ１８、４分割フォトディテクタ１９、波長演算器３１を有して構成されている。集光レンズ１７および円筒レンズ１８は、色分散を有する硝材によって形成され、色収差特性を有するようになされている。波長検出器１５を構成するこれらの光学部品については、それらの作用と併せてより詳細に後述する。
【００２２】
以下に各部の作用を順に説明する。ここで、図１の右下部に示す座標軸について説明する。以下の説明においては３次元直交座標を用いるものとして、紙面の上方に向かう方向をＺ軸の正方向、紙面の左横方向をＹ軸の正方向、紙面の表面から裏面へ向かう方向をＸ軸の正方向、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸の交わる交点を原点とする。ここで、４分割フォトディテクタ１９は４つのフォトディテクタが同一平面上に配置されており、この光ビーム受光面の中心（図３に原点として示す点）に原点は配置されている。よって、４分割フォトディテクタ１９の光ビーム受光面はＸＹ面（Ｘ軸とＹ軸を含む面）に配置されているものとして、以下の説明を行う。
【００２３】
図１に示すレーザ装置１０の外部共振型レーザ装置としての作用を説明する。レーザ・ダイオード１１から出射された光ビーム２０はコリメートレンズ１２で平行光とされる。平行光とされた光ビーム２１はグレーティング１３で、波長ごとに異なった方向へ向かう回折光である１次光を発する。回折光は、その波長ごとに異なった方向へ回折するが、それらの１次光のうち、レーザ・ダイオード１１に戻る１次光もあり、レーザ・ダイオード１１に戻る方向の１次光が該当する波長が優勢となり、レーザ・ダイオード１１は、その波長でシングルモードの発振をおこなうこととなる。ここで、グレーティング１３で回折する１次光のうちで、どの波長の１次光をレーザ・ダイオード１１に戻るようにするかは、図１に示す構成においては、グレーティング１３を形成するグレーティング表面１３ａとレーザ・ダイオード１１とのなす角度によって一義的に定められる。
【００２４】
また大半の光はグレーティング１３がミラーであるかのように反射して光ビーム（０次光）２２として出射されるので、この光ビーム２２として出射される光ビームをミラー表面１４ａで反射させて光ビーム（０次光）２４を得、さらに、ビームスプリッタ１６を通過させて、光路中を導き、出力光ビーム（０次光）２５として出力する。この出力光ビーム２５を種々の電子装置、例えばホログラム記録再生装置に使用することができる。かくして、グレーティング１３のレーザ・ダイオード１１に対する角度を変えると、レーザ光の波長を変えることができ、グレーティング１３と協調して動くミラー１４を採用することによってグレーティング１３からの光ビーム２２はミラー１４でも反射することにより、光ビーム２４の出射の方向および出力光ビーム２５の出射の方向を一定方向とすることができる。また、光ビーム２４の出射の方向および出力光ビーム２５の出射の方向がＹ軸と平行となるように、予め、レーザ・ダイオード１１の取り付け位置が定められているとして、以下の説明を進める。また、上述したように、４分割フォトディテクタ１９の光ビーム受光面はＸＹ面であり、４分割フォトディテクタ１９の光ビーム受光面の中心が原点であるものとして、以下の説明を進める。
【００２５】
ここで、上述したように光ビーム２４の出射の方向および出力光ビーム２５の出射の方向を常に一定方向となす条件は、ミラー１４を形成するミラー表面１４ａとグレーティング１３を形成するグレーティング表面１３ａの延長面の交点に回転軸２７を配置することである。すなわち、回転軸２７を中心にミラー１４およびグレーティング１３の相対関係を維持したままで、Ｘ軸と平行する軸を中心として、ＹＺ面（Ｙ軸とＺ軸とを含む平面）内で回転させることによって、所望の周波数で共振するレーザ、所謂、チューナブルレーザとして機能させることができることとなる。一方、上述したように外部共振器の共振波長はグレーティング表面１３ａとレーザ・ダイオード１１とのなす角度によって一義的に定められることとなり、レーザ・ダイオード１１がこの共振波長の範囲の光ビームを出射することができる場合には、この波長の光ビームを出力光ビーム２５として利用できることとなる。
【００２６】
所望の周波数でレーザを発振させる目的を達成するために、上述したように波長検出器１５、制御部３０、モータ４１ａ、歯車機構４１ｂおよび歯車機構４１ｃが配されている。すなわち、モータ４１ａおよび歯車機構４１ｂ、歯車機構４１ｃは、レーザ光の波長を変えるための回転機構として機能するものであり、波長検出器１５は、レーザ光の波長を検出する波長検出器としての機能を有するものであり、制御部３０は、波長検出器１５からの波長信号Ｓλに応じてモータ駆動信号Ｓｍｄを出力して回転機構を制御する機能を有するものである。
【００２７】
波長検出器１５の作用を説明する。光ビーム２４は、ビームスプリッタ１６によって検出光ビーム２６と出力光ビーム２５とに分けられる。検出光ビーム２６は集光レンズ１７を通過することによって集光されて４分割フォトディテクタ１９で検出するのに適当な光スポットサイズとされるとともに、検出光ビーム２６の波長に依存して異なる集光特性を有する。また、集光レンズ１７を通過した光ビーム２８は、円筒レンズ１８を通過してＺ軸の正方向に進行する、そして、ＸＺ面（Ｘ軸とＺ軸とを含む平面）とＹＺ面とでは、異なる集光特性を有し、さらに、波長に依存した集光特性を有する光ビーム２９となって、４分割フォトディテクタ１９に照射される。なお、ＸＺ面、ＹＺ面およびＸＹ面は相互に直交する面であるとして以下の説明をおこなうが、これらが相互に直交しない場合であっても実施は可能である。
【００２８】
図２にビームスプリッタ１６からの検出光ビーム２６、集光レンズ１７からの検出光ビーム２６を集光した光ビーム２８、円筒レンズ１８からの光ビーム２８をさらに集光した光ビーム２９の様子を模式的に示すものである。ここで、ＰＤ面は、４分割フォトディテクタ１９における光ビーム受光面を示すものであり、ＸＹ面にＰＤ面は配置されている。また、図２の（Ａ）は、ＸＺ面における異なる波長を有する光ビームの集光の様子を示し、図２の（Ｂ）は、ＹＺ面における異なる波長を有する光ビームの集光の様子を示すものである。また、破線は波長λ１の光ビームの集光の様子を示し、一点鎖線は波長λ２の光ビームの集光の様子を示し、実線は波長λ３の光ビームの集光の様子を示すものである。ここで、波長λ１＜波長λ２＜波長λ３、で表される関係を有するものである。距離ＤＬは、集光レンズ１７の断面の中心から４分割フォトディテクタ１９における光ビーム受光面までの距離を表すものである。
【００２９】
図２の（Ａ）に示すように、ＸＺ面においては、波長λ１、波長λ２、波長λ３の順に短い焦点距離を有し、図２の（Ｂ）に示すように、ＹＺ面においては、波長λ３、波長λ２、波長λ１の順に短い焦点距離を有している。なお、図２の（Ａ）、図２の（Ｂ）に示すのは、焦点がどの位置に有るかの模式図であり、実際には、後述する図３に示すように、光スポットは、点になることは無く、有限のサイズの光スポットまでしか集光することはできない。この有限のサイズの光スポットの大きさは、光学系のＮＡ（開口数）と光ビームの波長に依存するものである。ここで、波長λ１と波長λ２と波長λ３の相互間の変化の割合の値は小さいので、波長λ１と波長λ２と波長λ３とで、この有限のサイズの光スポットの大きさは略同一である。
【００３０】
図３は、Ｚ軸の正方向に進行する光ビーム２９が、４分割フォトディテクタ１９の受光面であるＸＹ面に形成する光スポットの形状を示す模式図である。ここで、符号Ａ、符号Ｂ、符号Ｃ、符号Ｄを付した各々の部分は、４分割フォトディテクタ１９を構成する４個のフォトディテクタである、フォトディテクタＡ、フォトディテクタＢ、フォトディテクタＣ、フォトディテクタＤの各々のフォトディテクタを示すものである。すなわち、ＸＹ面は、ＸＺ面（第１の面）とＹＺ面（第２の面）とで、４つに分離されており、この４つに分離される平面の各々にフォトディテクタＡないしフォトディテクタＤの各々のフォトディテクタが配置されている。
【００３１】
図３の（Ａ）は、光ビーム２９の波長が波長λ１の場合を、図３の（Ｂ）は、光ビーム２９の波長が波長λ２の場合を、図３の（Ｃ）は、光ビーム２９の波長が波長λ３の場合の、４分割フォトディテクタ１９の光ビーム受光面に照射される、検出光ビームを集光した光ビーム２９によって形成される光スポットの形状を各々示すものである。すなわち、図３の（Ａ）では、光スポットの形状は、図面の上下方向（Ｙ軸方向）に長く、図面の左右方向（Ｘ軸方向）に短い、楕円状となり、図３の（Ｂ）では、光スポットの形状は、図面の上下方向（Ｙ軸方向）と、図面の左右方向（Ｘ軸方向）とが同じ長さの円形となり、図３の（Ｃ）では、光スポットの形状は、図面の上下方向（Ｙ軸方向）に短く、図面の左右方向（Ｘ軸方向）に長い、楕円状となるものである。
【００３２】
図４は、図２に示した光ビーム２９の様子を別の観点から示すものである。図４の（Ａ）は、横軸に光ビーム２９の波長、すなわち、出力光ビーム２５の波長を表し、縦軸に、集光レンズ１７の断面の中心から光ビーム２９が焦点を結ぶ点までの距離、すなわち、焦点距離を示す。ここで、縦軸に示す焦点距離は、ＸＺ面とＹＺ面では異なる特性を有し、ＸＺ面では、波長が長くなるほど焦点距離は長くなり、ＹＺ面では、波長が短くなるほど焦点距離は長くなる。また、ＸＺ面では、光ビーム２９の波長が波長λ１における焦点距離の値は距離ＤＬであり、ＹＺ面では、光ビーム２９の波長が波長λ３における焦点距離の値は距離ＤＬである。
【００３３】
そして、図４の（Ｂ）は、このときの、ＸＺ面およびＹＺ面における光スポット幅を示すものである。すなわち、この図４の（Ａ）の距離ＤＬに対応する距離を焦点距離とする場合の波長は、ＸＺ面では波長λ１が該当し、ＹＺ面では波長λ３が該当する。そして、波長λ２において、集光レンズ１７の断面の中心から距離ＤＬ離間したＸＺ面およびＹＺ面のいずれの面においても、合焦状態からの、いわゆる、ピントのぼけの量が等しくなり、結果として図３の（Ｂ）に示すように光スポットの形状は円形となるものである。
【００３４】
以上述べて来た、図２、図３、さらには、図４を引用して説明したような集光特性を有する、集光レンズ１７および円筒レンズ１８がどのような形態のものであるかについて、さらに、説明を続ける。
【００３５】
球面レンズとして構成される集光レンズ１７の焦点距離をｆ１とし、円筒レンズ１８の焦点距離をｆ２とし、この２つのレンズを合成したレンズ（以下、２つのレンズを併せ、または２つのレンズの機能を併せ持つレンズを、合成レンズと省略して用いる）のＸＺ面での焦点距離をｆｘ、ＹＺ面での焦点距離をｆｙとした場合に、合成レンズの式から下記の（数１）、（数２）が得られる。
【００３６】
【数１】
2008004805.tif 000003
【００３７】
【数２】
2008004805.tif 000004
【００３８】
次に、岸川利郎著「光学入門」オプトロニクス社  (ISBN4-900474-30-4)のP.138〜P.141に示された記述に基づいて、（数２）を屈折率ｎで微分することにより、（数３）を得る。
【００３９】
【数３】
2008004805.tif 000005
【００４０】
ここでΔfは色収差による焦点距離の差である。アッベ数をνとすると。同書の記すところにより、（数４）を得ることができる。
【００４１】
【数４】
2008004805.tif 000006
【００４２】
さらに、（数３）と（数４）とより（数５）を得る。
【００４３】
【数５】
2008004805.tif 000007
また、ＸＺ面に関しても、（数４）より、（数６）を得る。
【００４４】
【数６】
2008004805.tif 000008
【００４５】
ここで、Δfは同書での定義によりC線(656nm)からF線(458nm)への変化であり、波長の“増加”に対する焦点の“増加”という考え方に適用する場合は、符号が反転して（数７）、（数８）で表されるものとなる。
【００４６】
【数７】
2008004805.tif 000009
【００４７】
【数８】
2008004805.tif 000010
【００４８】
そして、図４に示すような集光特性を得るためには、Δfx>0、Δfy < 0 であることより、（数９）、（数１０）で示す条件を得ることができる。
【００４９】
【数９】
2008004805.tif 000011
【００５０】
【数１０】
2008004805.tif 000012
【００５１】
（数９）と（数１０）が示すところから、球面レンズとして構成される集光レンズ１７は凸レンズ、円筒レンズ１８は円筒凹レンズとし、両レンズの色分散の比は大きくすることで、微小な波長差でも検知することができることが分かる。また、集光レンズ１７は色収差を有しない凸レンズとしても良いが、集光レンズ１７が色収差を有するものとすることによって、波長の検出感度をより良好なものとすることができる。
【００５２】
上述した数式の展開の過程を考慮すれば、同様な特性を得る合成レンズを構成する別の方法として、球面レンズである集光レンズ１７に替えて凹レンズを用い、凹レンズである円筒レンズ１８に替えて凸レンズを用いる方法を採用することもできる。この場合においても、同様に色分散の差を大きくすることで、微小な波長差でも良好な検出特性を得ることができる。
【００５３】
さらに別の方法として、図５に示すように波長の変化に対する焦点距離の変化が同じ方向に向かう系を採用しても波長を検出することができる。この場合、集光レンズ１７を用いるとともに、凹レンズである円筒レンズ１８に替え円筒レンズ３８として凸レンズを用いることができる。図５では、波長λ１に対する集光特性を破線で示し、波長λ２に対する集光特性を一点鎖線で示し、波長λ３に対する集光特性を実線で示すものとする。上述したように、波長λ１＜波長λ２＜波長λ３、で表される関係を有するものである。以下の説明のいずれにおいても、波長λ１と波長λ２と波長λ３との関係は同様の関係である。また、集光レンズ１７は色収差を有しない凸レンズとしても良いが、集光レンズ１７が色収差を有するものとすることによって、波長の検出感度をより良好なものとすることができる。
【００５４】
この場合の波長と焦点距離の関係は図６の（Ａ）で示すようになる。また、４分割フォトディテクタの受光面（ＰＤ面）における光スポット幅は、図６の（Ｂ）で示すようになる。ここで、微小な波長を測定する場合には、図６の（Ａ）で示す波長と焦点距離の関係を表す２つの直線の相互の傾きの差を大きくすることによって良好なる波長検出特性を得ることができるものとなる。２つの直線の相互の傾きの差を大きくするには、集光レンズ１７と円筒レンズ３８の色分散係数の比を大きくすることで実現することができる。
【００５５】
図７に示すのは、また別の構成を有する合成レンズである。この構成では、集光レンズ１７と平行平板３９とを備えており、ＸＺ面では光軸と垂直となるように平行平板３９の両方の表面を配置し、ＹＺ面では光軸と垂直ではない角度の所定角度を有して平行平板３９の表面を配置する。これによって、４分割フォトディテクタの受光面（ＰＤ面）における光スポットの形状を他の実施形態と同様なものとできる。この場合においては、ＹＺ面における平行平板３９の角度とその平板の色分散を大きくすることにより微小な波長の差を検知することができる。
【００５６】
図８に示すのは、さらに別の構成を有する合成レンズである。この構成では、ＹＺ面においては、図示するように表面の凹凸によって構成される回折格子を有し、ＸＺ面においては表面に凹凸で構成される回折格子を有しない集光レンズ４０を備えている。このような１次元の回折格子を採用することによって、ＹＺ面における集光とＸＺ面における集光とを異ならせて４分割フォトディテクタの受光面（ＰＤ面）における光スポットの形状を他の実施形態と同様なものとできる。また、一方の面が平坦である凸レンズと１次元の回折レンズを張り合わせたり、凸レンズと１次元の回折格子とを別々に用いたりしても構わない。いずれの場合も硝材と球面による焦点特性と１次元回折レンズの焦点特性により、非点収差を生じさせる。また、集光レンズ４０は色収差を有しないレンズとしても良いが、集光レンズ４０が色収差を有するものとすることによって、波長の検出感度をより良好なものとすることができる。
【００５７】
図９に示すのは、さらに、また、別の構成を有する合成レンズである。図９においては、レンズ４５の表面４５ａは点対称形状（球面もしくは非球面）とされ、表面４５ｂの表面は線対称形状(円筒型など)とされている。このような、表面の形状とし、硝材とレンズ表面による焦点特性との焦点特性により、非点収差を生じさせることによって、１個のレンズ４５によって、ＹＺ面における集光とＸＺ面における集光とを異ならせて４分割フォトディテクタの受光面（ＰＤ面）における光スポットの形状を他の実施形態と同様なものとできる。
【００５８】
図２、図５、図７、図８，図９の各々に示す実施形態の合成レンズを用いた場合における４分割フォトディテクタ１９からの波長信号Ｓλの検出方法について説明する。
【００５９】
上述したいずれの実施形態においても、ＸＺ面とＹＺ面とでは、光ビームの波長に対する焦点位置が異なることを利用して波長信号Ｓλを検出することを特徴とする。すなわち、平行光として光ビーム２６がこれらの合成レンズに入射する場合には図３に示すように波長に応じて４分割フォトディテクタ１９の受光面（ＰＤ面）における光スポットの態様が異なるものとなる。
【００６０】
図３に示す４分割フォトディテクタ１９の各々のフォトディテクタであるフォトディテクタＡからの電気信号を信号ＳＡ、フォトディテクタＢからの電気信号を信号ＳＢ、フォトディテクタＣからの電気信号を信号ＳＣ、フォトディテクタＤからの電気信号を信号ＳＤとする場合において、光ビーム２９の波長に応じた波長信号Ｓλは、（数１１）で表されるものとなることは、図３の各図より明らかである。
【００６１】
【数１１】
2008004805.tif 000013
【００６２】
すなわちＰＤ面において対角方向（第１の対角方向）に配置されたフォトディテクタＡとフォトディテクタＣとからの電気信号を加算して第１の加算信号とし、別の対角方向（第２の対角方向）に配置されたフォトディテクタＢとフォトディテクタＤとからの電気信号を加算して第２の加算信号とし、第１の加算信号と第２の加算信号との差を得ている。なお、当然ながら、加算と減算との順序によらず（数１１）で得られる結果は同じものである。例えば、減算を先におこない加算を後におこなっても同様の結果が得られる。ここで、（数１１）における割り算の、割る数は、４分割フォトディテクタ１９で受光される光量の総和に応じた信号であり、このように割り算をすることによって光ビームの強度に依存せず、波長のみに波長信号Ｓλが依存するように、光量に対して規格化した信号とすることができる。しかしながら、光ビームの光量に変化が無い場合には、この割り算は必須の操作ではない。（数１１）の演算は、図１に示す波長演算器３１によって行われる。具体的には、図示しない演算増幅器（オペレーショナルアンプリファイア）と図示しない割り算器とによって波長演算器３１は構成されている。
【００６３】
さらに、制御部３０における制御について図１を参照して説明する。波長演算器３１から出力された波長信号Ｓλは、制御部３０のＡ／Ｄ変換器によってデジタル値の波長信号Ｓλに変換される。このデジタル値の波長信号Ｓλの値に対応する波長は、予め、制御部３０のＲＯＭに記憶されているので、デジタル値の波長信号Ｓλの値をアドレス値に変換して、このアドレス値が示すＲＯＭの記憶領域の内容を参照して、光ビーム２９、すなわち出力光ビーム２５の波長λを直に得ることができるものとされている。
【００６４】
そして、所望とする光ビームの波長が、例えば、波長λｔａｇである場合には、（数１２）で表す演算をおこない、モータ４１ａを制御するためのモータ駆動信号Ｓｍｄを得る。なお、モータ駆動信号Ｓｍｄは実際には、制御部３０のＤ／Ａ変換器でアナログ信号とされ、さらに、制御部３０の電力増幅器で電力増幅された信号である。
【００６５】
【数１２】
2008004805.tif 000014
【００６６】
（数１２）において、Ｋはゲイン定数であり、Ｇは位相補償関数である。ゲイン定数および位相補償関数を掛けた信号をモータ駆動信号Ｓｍｄとしてモータ４１ａを制御することは、制御系においては通常の制御手法である。Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器の制御、（数１２）に示す数式に基づく演算は、制御部３０のＲＡＭに記憶されたプログラムの手順にしたがって制御部３０のＣＰＵが順次、実行処理をするものである。なお、上述では、制御部３０でおこなう処理は（数１２）の演算式に基づきモータ４１ａを制御するものとして説明したが、制御部３０の動作としては、波長λが波長λｔａｇとは異なるものとなったことを検知して、単に、レーザ装置１０の動作の異常を知らせるようにすることもできる。
【００６７】
背景技術に示す波長検出の技術と、実施形態の波長検出の技術とを対比して、実施形態の波長検出の技術の特徴を以下にまとめる。
【００６８】
背景技術に示す、いわゆる、光テコ方式によるビームの移動を検出して、この移動を測定する技術では、レンズやグレーティングの加工精度の誤差などにより光強度分布に高周波のノイズが載っていた。そして、背景技術の２分割フォトディテクタで光の移動を検出する技術では、各々のフォトディテクタの受光面における光強度の差を演算して移動量に応じた信号を検出することになるが、このノイズが移動を高精度に検知するのに障害となっていた。
【００６９】
しかしながら、上述の実施形態の技術では、４分割フォトディテクタ１９が合成レンズによる集光点近傍(フーリエ領域近傍)に配置されることになる。ノイズの載った光強度分布を持つ光ビーム（ビームプロファイルが、予定するガウシアン分布特性では無い種々の態様の分布を有する光ビーム）はレンズによってフーリエ変換と等価な作用がなされる。このとき、ノイズの載った光強度分布を有する光ビームの場合には、ガウシアン分布特性からずれた部分は空間周波数が高い部分に相当するので、４分割フォトディテクタ１９に生じる光スポットの外側の部分にこの空間周波数が高い部分は分散される。そして、この外周部分に対応する信号の大きさは、４分割フォトディテクタ１９の各々に略均一に分布するものであるので、結果として、４分割フォトディテクタに結像する光スポットの強度分布をガウシアン分布に近いものと考えることができる。かくして、ノイズの影響を受けにくいものとできる。すなわち、実施形態の技術によれば、レーザ・ダイオードの個体差、光路に配置される光学部品の相互の配置によるビームプロファイルの差異の影響を受けずに波長に応じた所期の信号が得られる利点がある。
【００７０】
また、背景技術では、そのレーザ装置から出射されるレーザ光の波長を検出するに際しては、グレーティングとレーザ・ダイオードおよびミラーとの相対位置関係を、２分割フォトディテクタからの演算波長信号を介して検出するものであるので、出力光ビームの波長に応じて相対的な位置が変化するグレーティングとレーザ・ダイオードとの初期の設定位置がずれ、また、出力光ビームの波長に応じて相対的な位置が変化するミラーと２分割フォトディテクタとの相対位置が初期の設定範囲からずれた場合には、波長検出の精度が低下した。しかしながら、実施形態の技術では、出力光ビームまたは出力光ビームと波長が等しい光ビームの一部を、一体構成とされた可動部を有しない波長検出器に導くことによって、光ビームの波長を検出するので、レーザ装置を構成する他の光学部品との配置関係、他の光学部品の光学特性等に一切の考慮をする必要が無く、安定した精度の高い波長検出がおこなえる。
【００７１】
（レーザ装置の変形例）
また、実施形態のレーザ装置としては、上述したリトロウ型レーザ装置に限ることなく、リットマン型レーザ装置であっても良いものである。
【００７２】
図１０ないし図１２にいくつかの別の構成を有するレーザ装置を挙げる。いずれの場合にも機構部と制御部とは図示はされていないが、図１０ないし図１２に示すレーザ装置の各々は、図１に示すと同様にして、制御部を備え、波長検出器１５からの波長信号Ｓλに応じてモータ等を制御し、このモータ等の回転軸と回転中心とが連結された後述するミラー８４、ミラー８７、グレーティング８８を回転させて波長を変化させるとともに、制御部によって所定の波長に設定できるようになされている。
【００７３】
図１０、図１１は、リットマン型レーザ装置であり、図１２は、別の実施形態のリトロウ型レーザ装置である。図１０に示すリットマン型レーザ装置では、レーザ・ダイオード８１と、コリメートレンズ８２aおよびコリメートレンズ８２ｂと、レーザ・ダイオード８１との相対位置を固定された、グレーティング表面８３aを有するグレーティング８３と、回転軸２７aを中心として回転する、ミラー表面８４aを有するミラー８４と、を有しており、ミラー８４の回転角度に応じて波長が変化する記録再生に用いる光ビーム８５aを得ることができる。ここで、波長検出器１５は、光ビームの進行方向に対してコリメートレンズ８２ａの後段に配置されている。
【００７４】
図１１に示すリットマン型レーザ装置では、レーザ・ダイオード１１と、コリメートレンズ１２と、グレーティング表面８６aを有するグレーティング８６と、回転軸２７ｂを中心として回転するミラー表面８７aを有するミラー８７と、を有しており、ミラー８７の回転角度に応じて波長が変化する記録再生に用いる光ビーム８５ｂを得ることができる。ここで、波長検出器１５は、光ビームの進行方向に対してグレーティング８６の後段に配置されている。
【００７５】
図１２に示すリトロウ型レーザ装置では、レーザ・ダイオード８１と、コリメートレンズ８２aおよびコリメートレンズ８２ｂと、回転軸２７ｃを中心として回転するグレーティング表面８８aを有するグレーティング８８と、を有しており、グレーティング８８の回転角度に応じて波長が変化する記録再生に用いる光ビーム８５ｃを得ることができる。ここで、波長検出器１５は、光ビームの進行方向に対してコリメートレンズ８２ａの後段に配置されている。
【００７６】
なお、上述した波長検出器および波長検出の技術については、可変波長のレーザ装置に用いる場合のみならず、独立の波長検出器および波長検出の技術として広く採用が可能なものであり、他のレーザ光を用いるいかなる装置と組み合わせることも可能であり、組み合わせの容易性、特性の安定性、高精度性の利点は、いかなる場合においても損なわれることはない。
【００７７】
また、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、開示された技術的思想の範囲内におよぶものである。また実施形態についても、上述の実施形態に限られず、これらを様々に変形し、組み合わせた実施形態が実施可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】実施形態の波長検出器を有するレーザ装置の構成を説明する図である。
【図２】光ビームの集光の様子を模式的に示すものである。
【図３】４分割フォトディテクタの受光面に形成する光スポットの形状を示す模式図である。
【図４】波長に対する焦点距離および光スポット幅を示す図である。
【図５】光ビームの集光の様子を模式的に示すものである。
【図６】波長に対する焦点距離および光スポット幅を示す図である。
【図７】光ビームの集光の様子を模式的に示すものである。
【図８】光ビームの集光の様子を模式的に示すものである。
【図９】光ビームの集光の様子を模式的に示すものである。
【図１０】実施形態の波長検出器を有するレーザ装置の要部を説明する図である。
【図１１】実施形態の波長検出器を有するレーザ装置の要部を説明する図である。
【図１２】実施形態の波長検出器を有するレーザ装置の要部を説明する図である。
【図１３】背景技術のレーザ装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  レーザ装置、１１、８１  レーザ・ダイオード、１２、８２ａ、８２ｂ  コリメートレンズ、１３、８３、８６、８８  グレーティング、１３ａ、８３ａ、８６ａ  グレーティング表面、１４、８４、８７  ミラー、１４ａ、８４ａ、８７ａ  ミラー表面、１５  波長検出器、１６  ビームスプリッタ、１７  集光レンズ、１８  円筒レンズ、１９  ４分割フォトディテクタ、２０、２１、２２、２４、２６、２８、２９、８５ａ、８５ｂ  光ビーム、２５  出力光ビーム、２７、２７a、２７ｂ、２７ｃ  回転軸、３０  制御部、３１  波長演算器、３８  円筒レンズ、３９  平行平板、４０  集光レンズ、４１ａ  モータ、４１ｂ、４１ｃ  歯車機構、４５  レンズ、４５ａ、４５ｂ  レンズ表面、４５ｂ  レンズ表面、ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ  信号、Ｓｍｄ  モータ駆動信号、Ｓλ  波長信号
【図１】
2008004805.tif 000015
【図２】
2008004805.tif 000016
【図３】
2008004805.tif 000017
【図４】
2008004805.tif 000018
【図５】
2008004805.tif 000019
【図６】
2008004805.tif 000020
【図７】
2008004805.tif 000021
【図８】
2008004805.tif 000022
【図９】
2008004805.tif 000023
【図１０】
2008004805.tif 000024
【図１１】
2008004805.tif 000025
【図１２】
2008004805.tif 000026
【図１３】
2008004805.tif 000027