(57)【要約】【課題】アナモルフィックプリズムにおいて、入射光の波長が微妙に変動しても、出射光の方向がほとんど変化しないようにする。【解決手段】アナモルフィックプリズムは、入射光をその光束断面における特定方向に縮小または拡大して出射する第１プリズム１４と、第１プリズム１４の出射光をその光束断面における前記と同一方向に縮小または拡大して出射する第２プリズム１５とからなる。第１プリズム１４と第２プリズム１５とを共に屈折率ｎの同一の硝材で形成し、第１プリズム１４の頂角δ１、第２プリズム１５の頂角δ２、第１プリズム１４への入射光の入射角θ１、第２プリズム１５への入射光の入射角θ２および前記屈折率ｎが、ｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎδ１、ｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎδ２かつｔａｎθ２／ｔａｎδ１＝ｎの関係を満足するように構成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光をその光束断面における特定方向に縮小または拡大して出射する第１プリズムと、前記第１プリズムの出射光をその光束断面における前記と同一方向に縮小または拡大して出射する第２プリズムとを備えたアナモルフィックプリズムにおいて、
前記第１プリズムと前記第２プリズムとを共に屈折率ｎの同一の硝材で形成し、前記第１プリズムの頂角δ１、前記第２プリズムの頂角δ２、前記第１プリズムへの入射光の入射角θ１、前記第２プリズムへの入射光の入射角θ２および前記屈折率ｎが、ｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎδ１、ｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎδ２かつｔａｎθ２／ｔａｎδ１＝ｎの関係を満足するように構成したことを特徴とするアナモルフィックプリズム。
【請求項２】
前記請求項１に記載したアナモルフィックプリズムの前段に、回転位置に応じて前記第１プリズムへの入射光の入射角を所定角に設定するためのミラーを配置した光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１および第２プリズムからなって入射光をその光束断面における特定方向に縮小または拡大して出射するアナモルフィックプリズム、および同アナモルフィックプリズムを用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクに情報を記録しまたは光ディスクの情報を再生するために、光ディスクに光ビームを照射する半導体レーザを用いた光ピックアップはよく知られている。この種の光ピックアップにおいては、半導体レーザより射出されるレーザ光の光束断面が楕円形であるため、このレーザ光をその光束断面における特定方向に所定倍率で縮小または拡大して、同レーザ光の光束断面を略円形にする第１および第２プリズムからなるアナモルフィックプリズムが使用されことが多い。しかし、半導体レーザの発振波長は、出力の大きさや、周囲温度により微妙に変化する。また、硝材の屈折率は光の波長により異なるため、半導体レーザの出力の大きさや周囲温度が変化すると、第１プリズムでのレーザ光の屈折角および出射角が変化するとともに、第２プリズムでの入射角、屈折角および出射角が変化してしまう。その結果、アナモルフィックプリズムからの出射光の方向が変化して、光ディスクの記録面上に形成される光スポットが所定の位置から外れてしまい、記録または再生における信号の精度が劣化することがある。
【０００３】
この問題を解決するために、例えば、下記特許文献１には、２種の異なる硝材でアナモルフィックプリズムを構成し、光の入射角、プリズムの頂角、２つの硝材の屈折率を適切な値に設定することにより、アナモルフィックプリズムに入射する光の波長が微妙に変動しても、出射光の方向がほとんど変化しないようにすることが示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２６８１１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、この種の分野では、光ディスクの記録密度を高くするために、波長の短かな青色レーザ光（例えば、４０５ｎｍ程度の波長のレーザ光）を用いることが考えられてきている。しかしながら、プリズムを構成する硝材の内部透過率は、レーザ光の波長が短くなるに従って低下する傾向にあり、内部透過率の高い硝材の種類が限定される。したがって、上記従来技術で説明した異なる種類の硝材を用いたアナモルフィックプリズムにあっては、アナモルフィックプリズムに必要な倍率、硝材の価格、硝材の加工のし易さなどを考慮すると、適当な屈折率を有する２種の硝材を選択することが難しいという問題がある。
【０００６】
【発明の概略】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、１種類の硝材を用いるのみで、入射光の波長が微妙に変動しても、出射光の方向がほとんど変化しないアナモルフィックプリズムを提供することにある。また、本発明の他の目的は、前記アナモルフィックプリズムを使用した光学装置を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、入射光をその光束断面における特定方向に縮小または拡大して出射する第１プリズムと、第１プリズムの出射光をその光束断面における前記と同一方向に縮小または拡大して出射する第２プリズムとを備えたアナモルフィックプリズムにおいて、第１プリズムと第２プリズムとを共に屈折率ｎの同一の硝材で形成し、第１プリズムの頂角δ１、第２プリズムの頂角δ２、第１プリズムへの入射光の入射角θ１、第２プリズムへの入射光の入射角θ２および前記屈折率ｎが、ｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎδ１、ｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎδ２かつｔａｎθ２／ｔａｎδ１＝ｎの関係を満足するように構成したことにある。
【０００８】
このように構成したアナモルフィックプリズムにおいては、詳しくは後述するように、入射光の波長が変化し、屈折率が微妙に変化しても、プリズムよりの出射光の方向をほとんど変化しないようにすることができる。しかも、１種類の硝材を用いているのみであるので、アナモルフィックプリズムに必要な倍率、硝材の価格、硝材の加工のし易さなどを考慮しても、適当な屈折率を有する硝材を選択し易くなる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、前記のように構成したアナモルフィックプリズムの前段に、回転位置に応じて第１プリズムへの入射光の入射角を所定角に設定するためのミラーを配置した光学装置にある。
【００１０】
このように構成した光学装置においては、ミラーの回転位置の調整により第１プリズムへの光の入射角を簡単に調整できる。また、このミラーの回転位置の変更は、アナモルフィックプリズムの倍率の変更に伴う第１プリズムへの光の入射角の変化に対応させ得ることを意味する。したがって、前記光学装置によれば、倍率の異なるアナモルフィックプリズムを構成する場合も、同一の筐体を利用できるようになる。
【００１１】
【実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明すると、図１は、光ディスクの光ピックアップに用いられる光学装置を概略的に示している。この光学装置は、図示しない筐体に固定された半導体レーザ１１、コリメータ１２、ミラー１３、第１プリズム１４および第２プリズム１５からなる。
【００１２】
半導体レーザ１１は、紙面に垂直な面内であって光軸ＬＬに直交する方向を長軸とするとともに、紙面内であって光軸ＬＬに直交する方向を短軸とする楕円状の光束断面を有するレーザ光を出射する。コリメータ１２は、半導体レーザ１１から出射されたレーザ光を平行光束に変換する。ミラー１３は、図示矢印方向に回転調整可能に筐体に組み付けられ、コリメータ１２からのレーザ光を反射して、同レーザ光を第１プリズム１４の入射面１４ａに入射角θ１で入射させる。第１プリズム１４は、屈折率ｎの硝材で頂角δ１に形成されており、入射したレーザ光を紙面内であって光軸ＬＬに直交する方向に倍率β１で拡大する。そして、第１プリズム１４は、前記拡大したレーザ光を出射面１４ｂから垂直に出射して、同レーザ光を第２プリズム１５の入射面１５ａに入射角θ２で入射させる。第２プリズム１５は、第１プリズム１４と同一の屈折率ｎの硝材で頂角δ２に形成されており、入射したレーザ光を紙面内であって光軸ＬＬに直交する方向に倍率β２で拡大して、前記拡大したレーザ光を出射面１５ｂから垂直に出射する。なお、これらの第１および第２プリズム１４，１５が、アナモルフィックプリズムを構成する。
【００１３】
第１プリズム１４の頂角δ１、第２プリズム１５の頂角δ２、第１プリズム１４へのレーザ光の入射角θ１、第２プリズム１５へのレーザ光の入射角θ２、第１および第２プリズム１４，１５の屈折率ｎは、ｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎδ１、ｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎδ２かつｔａｎθ２／ｔａｎδ１＝ｎの関係を満足するように構成されている。なお、第１および第２プリズム１４，１５の入射面１４ａ，１５ａおよび出射面１４ｂ，１５ｂは、通過するレーザ光の光束断面よりも大きく設定されており、コリメータ１２から出射されたレーザ光の全部が第１および第２プリズム１４，１５を通過するようになっている。
【００１４】
このように構成した光学装置においては、紙面に垂直な面内であって光軸ＬＬに直交する方向を長軸とする楕円状の光束断面を有するレーザ光は、第１および第２プリズム１４，１５により、紙面内であって光軸ＬＬに直交する方向に倍率β１，β２でそれぞれ拡大されて出力され、すなわち同方向に倍率β（β＝β１・β２）で拡大される。その結果、倍率βをコリメータ１２の出力側におけるレーザ光束の楕円状断面の短軸に対する長軸の長さの比に設定すれば、第２プリズム１５からは略円形の光束断面を有するレーザ光が得られ、光ディスクの記録面に、レーザ光による光スポットを高精度で形成できるようになる。
【００１５】
また、詳しくは後述するように、第１プリズム１４の頂角δ１、第２プリズム１５の頂角δ２、第１プリズム１４へのレーザ光の入射角θ１、第２プリズム１５へのレーザ光の入射角θ２、第１および第２プリズム１４，１５の屈折率ｎの前記設定により、レーザ光の波長が変化し、第１および第２プリズム１４，１５の屈折率ｎが微妙に変化しても、第２プリズム１５よりの出射光の方向をほとんど変化しないようにすることができる。しかも、１種類の硝材を用いているのみであるので、第１および第２プリズム１４，１５からなるアナモルフィックプリズムに必要な倍率、硝材の価格、硝材の加工のし易さなどを考慮しても、適当な屈折率を有する硝材を選択し易くなる。
【００１６】
さらに、上記実施形態においては、ミラー１３を回転調整可能としたので、第１プリズム１４へのレーザ光の入射角θ１を可変調整できるようになる。また、このレーザ光の入射角θ１の可変調整は、アナモルフィックプリズムの倍率βの変更に伴う第１プリズム１４へのレーザ光の入射角θ１の変化に対応させ得ることを意味する。その結果、倍率の異なるアナモルフィックプリズムを構成する場合も、同一の筐体を利用できるようになる。
【００１７】
次に、第１プリズム１４の頂角δ１、第２プリズム１５の頂角δ２、第１プリズム１４へのレーザ光の入射角θ１、第２プリズム１５へのレーザ光の入射角θ２、第１および第２プリズム１４，１５の屈折率ｎの前記条件設定により、レーザ光の波長が変化し、第１および第２プリズム１４，１５の屈折率ｎが微妙に変化しても、第２プリズム１５よりの出射光の方向がほとんど変化しないようになる点について詳しく説明する。
【００１８】
図２は、屈折率ｎが変化しない状態で、第１および第２プリズム１４，１５がレーザ光をその光束断面における紙面のほぼ上下方向に拡大して出射する様子を模擬的に示している。この状態で、レーザ光が第１および第２プリズム１４、１５の出射面１４ｂ，１５ｂから垂直に出射されるようにするために、下記数１および数２の条件を設定する。この条件は、第１および第２プリズム１４、１５の入射面１４ａ，１５ａにおけるレーザ光の屈折角を、第１および第２プリズム１４、１５の頂角δ１，δ２にそれぞれ等しくする必要があることから導かれる。
【００１９】
【数１】
ｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎδ１
【００２０】
【数２】
ｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎδ２
【００２１】
ここで、レーザ光の波長が微妙に変化して、第１および第２プリズム１４，１５の屈折率が微小値Δｎだけ変化してｎ＋Δｎになったとする。図３は、この状態で、第１および第２プリズム１４，１５がレーザ光をその光束断面における紙面のほぼ上下方向に拡大して出射する様子を模擬的に示している。この屈折率の変化により、前記図２の場合に比べて、第１プリズム１４の入射面１４ａにおけるレーザ光の屈折角は微小値Δｔ１だけ変化してδ１−Δｔ１になる。したがって、第１プリズム１４の出射面１４ｂにおけるレーザ光の入射角は微小値Δｔ１になり、同出射面１４ｂにおけるレーザ光の屈折角（出射角）は微小値Δｔ２になる。また、この屈折角（出射角）Δｔ２の変化により、第２プリズム１５の入射面１５ａにおけるレーザ光の入射角は微小値Δｔ２だけ変化してθ２＋Δｔ２になるとともに、同入射面１５ａにおけるレーザ光の屈折角は微小値Δｔ３だけ変化してδ２＋Δｔ３になる。したがって、第２プリズム１５の出射面１５ｂにおけるレーザ光の入射角は微小値Δｔ３になり、同出射面１５ｂにおけるレーザ光の屈折角（出射角）は微小値Δｔ４になる。
【００２２】
したがって、第１および第２プリズム１４，１５の屈折率がｎ＋△ｎに変化した状態では、下記数３〜６が成立する。
【００２３】
【数３】
ｓｉｎθ１＝（ｎ＋Δｎ）・ｓｉｎ（δ１−Δｔ１）
【００２４】
【数４】
ｓｉｎΔｔ２＝（ｎ＋Δｎ）・ｓｉｎΔｔ１
【００２５】
【数５】
ｓｉｎ（θ２＋Δｔ２）＝（ｎ＋Δｎ）・ｓｉｎ（δ２＋Δｔ３）
【００２６】
【数６】
ｓｉｎΔｔ４＝（ｎ＋Δｎ）・ｓｉｎΔｔ３
【００２７】
ここで、前記数１，２を用いるとともに、Δｔ１，Δｔ２，Δｔ３，Δｔ４，Δｎが微小値であるので、ｃｏｓΔｔ１＝１、ｓｉｎΔｔ１＝Δｔ１、ｃｏｓΔｔ２＝１、ｓｉｎΔｔ２＝Δｔ２、ｃｏｓΔｔ３＝１、ｓｉｎΔｔ３＝Δｔ３、ｓｉｎΔｔ４＝Δｔ４、Δｎ・Δｔ１＝０、Δｎ・Δｔ３＝０、ｎ＋Δｎ＝ｎの近似式を用いれば、前記数３〜６は、それぞれ下記数７〜１０のように変形される。
【００２８】
【数７】
Δｔ１＝（Δｎ／ｎ）・ｔａｎδ１
【００２９】
【数８】
Δｔ２＝ｎ・Δｔ１
【００３０】
【数９】
Δｔ３＝（Δｔ２・ｃｏｓθ２−Δｎ・ｓｉｎδ２）／ｎ・ｃｏｓδ２
【００３１】
【数１０】
Δｔ４＝ｎ・Δｔ３
【００３２】
ここで、前記数１０を前記数２，７〜９を用いて変形すると、下記数１１のようになる。
【００３３】
【数１１】
Δｔ４＝Δｎ・（ｔａｎδ１・ｃｏｓθ２−ｓｉｎθ２／ｎ）／ｃｏｓδ２
【００３４】
そして、前記数１１において、ｔａｎδ１・ｃｏｓθ２＝ｓｉｎθ２／ｎが成立すれば、Δｔ４は常に０になる。言い換えれば、式ｔａｎδ１・ｃｏｓθ２＝ｓｉｎθ２／ｎを変形した下記数１２が成立すれば、第２プリズム１５の出射面１５ｂにおけるレーザ光の屈折角（出射角）Δｔ４すなわち第１および第２プリズム１４，１５からなるアナモルフィックプリズムから出射されるレーザ光の方向を常にほぼ一定に保つことができる。したがって、前記数１，２，１２の条件を満たすようにアナモルフィックプリズムを構成すれば、レーザ光の波長が変化して第１および第２プリズム１４，１５の屈折率が変化しても、アナモルフィックプリズムから出射されるレーザ光の方向をほぼ一定に保つことができる。
【００３５】
【数１２】
ｔａｎθ２／ｔａｎδ１＝ｎ
【００３６】
次に、第１プリズム１４の頂角δ１、第２プリズム１５の頂角δ２、第１プリズム１４へのレーザ光の入射角θ１、第２プリズム１５へのレーザ光の入射角θ２、第１および第２プリズム１４，１５の屈折率ｎの決定手順について説明する。
【００３７】
第１ステップ：半導体レーザ１１から出射されるレーザ光の光束断面形状（楕円形状の長軸と短軸との比）からアナモルフィックプリズムの倍率βを決定するとともに、第１および第２プリズム１４，１５を形成するための適当な硝材を選択する。この硝材の選択により、第１および第２プリズム１４，１５の屈折率ｎが決まる。
【００３８】
第２ステップ：次に、下記数１３が成立する第１プリズム１４へのレーザ光の入射角θ１を決定する。
【００３９】
【数１３】
ｔａｎθ１＝ｎ・｛（β１２−１）／（ｎ２−１）｝１／２
【００４０】
なお、前記数１３中のβ１は下記数１４によって表される第１プリズム１４の倍率であり、これらの数１３，１４は、前記数１のｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎδ１、数２のｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎδ２および前記数１２のｔａｎθ２／ｔａｎδ１＝ｎの関係を用いて、下記数１５〜１７を変形することにより導き出される。ただし、β２は第２プリズム１５の倍率である。これから、アナモルフィックプリズムの倍率を変更するためには、第１プリズム１４へのレーザ光の入射角θ１を変更する必要があることが理解できる。言い換えれば、入射角θ１を変更するためのミラー１３の回転位置の調整は、アナモルフィックプリズムの倍率の変更に対応していることが理解できる。
【００４１】
【数１４】
β１＝｛（β２＋１）／２｝１／２
【００４２】
【数１５】
β１＝ｃｏｓδ１／ｃｏｓθ１
【００４３】
【数１６】
β２＝ｃｏｓδ２／ｃｏｓθ２
【００４４】
【数１７】
β＝β１・β２
【００４５】
ステップ３：次に、前記決定した入射角θ１を前記数１のｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎδ１に代入することにより、第１プリズム１４の頂角δ１を決定する。
【００４６】
ステップ４：次に、前記決定した頂角δ１を前記数１２のｔａｎθ２／ｔａｎδ１＝ｎに代入することにより、第２プリズム１５へのレーザ光の入射角θ２を決定する。
【００４７】
ステップ５：次に、前記決定した入射角θ２を前記数２のｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎδ２に代入することにより、第２プリズム１５の頂角δ２を決定する。
【００４８】
前記ステップ１〜５の手順に従えば、アナモルフィックプリズムの構造が自動的に決まる。波長４０５ｎｍのレーザ光のためのアナモルフィックプリズムを、前記ステップ１〜５の手順に従って決めた一実施例を示しておく。この実施例においては、アナモルフィックプリズムの倍率βをβ＝２．３４８６とし、第１および第２プリズム１４，１５の硝材として（株）オハラのＳ−ＢＳＬ７を選定した。波長４０５ｎｍの光に対する前記硝材の屈折率ｎはｎ＝１．５２９７である。そして、第１プリズム１４へのレーザ光の入射角θ１、第１プリズム１４の頂角δ１、第２プリズム１５へのレーザ光の入射角θ２および第２プリズム１５の頂角δ２を、前記ステップ２〜５の手順に従って計算し、それぞれθ１＝６３．２７度、δ１＝３５．７２度、θ２＝４７．７３度およびδ２＝２８．９３度と決定した。
【００４９】
次に、前記のように構成した実施例に係るアナモルフィックプリズムの特性について検討する。下記表１は、前記実施例においてレーザ光の波長が４０５ｎｍを基準として±１０ｎｍの範囲で変動し、屈折率ｎが前記波長の変動に起因して変化した場合における第１プリズム１４の入射面１４ａにおける入射角θ１と、同入射面１４ａにおける屈折角の変化分Δｔ１と、第１プリズム１４の出射面１４ｂにおける屈折角の変化分Δｔ２（第１プリズム１４の出射角の変化分Δｔ２）と、第２プリズム１５の入射面１５ａにおける入射角θ２、同入射面１５ａにおける屈折角の変化分Δｔ３と、第２プリズム１５の出射面１５ｂにおける屈折角の変化分Δｔ４（第２プリズム１５の出射角の変化分Δｔ４）との計算例である。なお、レーザ光の波長の変動による硝材の屈折率の変化は硝子製造者（（株）オハラ）の試料を参考にした。
【００５０】
【表１】
2004094141.tif 000003
【００５１】
また、この表１の計算例の比較のために、前記数１のｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎδ１および数２のｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎδ２の条件を満足するが、前記数１２のｔａｎθ２／ｔａｎδ１＝ｎの条件を満たさないで、入射光と出射光の方向を同一にするため、第１および第２プリズム１４，１５の頂角δ１，δ２、ならびに第１および第２プリズム１４，１５へのレーザ光の波長が変動しないことを前提とした設計上のレーザ光の入射角θ１，θ２を互いに等しくしたアナモルフィックプリズム（従来から存在する一般的なアナモルフィックプリズム）について計算した前記パラメータθ１，Δｔ１，Δｔ２，θ２，Δｔ３，Δｔ４の計算例を下記表２に示す。なお、この場合においても、アナモルフィックプリズムの倍率βはβ＝２．３４８６であり、第１および第２プリズムを構成する硝材は、波長４０５ｎｍの光に対する屈折率ｎがｎ＝１．５２９７の（株）オハラのＳ−ＢＳＬ７である。
【００５２】
【表２】
2004094141.tif 000004
【００５３】
これらの表１，２の計算例からも分かるように、前記実施例に係るアナモルフィックプリズムにおいては、屈折率ｎが変化しても、第２プリズム１４の出射角（第２プリズム１５の出射面における屈折角）は、ほぼ一定に保たれる。
【００５４】
以上、本発明の一実施形態について詳しく説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学装置の概略図である。
【図２】屈折率が変化しない状態で、アナモルフィックプリズムがレーザ光をその光束断面における紙面のほぼ上下方向に拡大して出射する様子を示す模式図である。
【図３】屈折率が変化した状態で、アナモルフィックプリズムがレーザ光をその光束断面における紙面のほぼ上下方向に拡大して出射する様子を示す模式図である。
【符号の説明】
１１…半導体レーザ、１２…コリメータ、１３…ミラー、１４…第１プリズム、１５…第２プリズム。
【図１】
2004094141.tif 000005
【図２】
2004094141.tif 000006
【図３】
2004094141.tif 000007