(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の波長依存性を有する第１の材料から構成されている第１の部分と、
該第１の材料とは異なる屈折率の波長依存性を有する第２の材料から構成されている第２の部分と、
が、隣接して配置されて構成されているプリズムであって、
該第１の部分及び該第２の部分は、該第１の部分における屈折率の波長依存性と該第２の部分における屈折率の波長依存性とが、実質的にお互いに打ち消し合う形状を有する構成であって、外部入射光から出射光までの光路において反射箇所を含む反射型プリズムであり、
該反射型プリズムの該光路は、前記第１の部分への該外部入射光の入射面をＡ面とし、該第１の部分と前記第２の部分との間の接合面をＢ面とし、該第２の部分の該Ｂ面の対面をＣ面とするときに、該外部入射光は該Ａ面に入射して屈折し、該Ａ面を屈折する光は該Ｂ面に入射して屈折し、該Ｂ面を屈折する光は該Ｃ面に入射して反射し、該Ｃ面を反射する光は該Ｂ面に再び入射して屈折し、該Ｂ面を屈折する光は再び該Ａ面に入射して屈折し、該出射光として外部に供給され、
前記第２の材料が前記第１の材料よりも大きな屈折率の波長依存性を有しており、
該プリズムによって外部入射光に対して出射光が空間的に拡大される場合に、前記Ａ面への該外部入射光の入射方向に対して該Ａ面、前記Ｂ面、及び前記Ｃ面の各々の法線がなす角をそれぞれπ／２−α1、π／２−α2、及びπ／２−α3とすると、α2＞α3＞α1なる関係が成立する（但し、α1、α2、及びα3は、該外部入射光の入射方向に対して該Ａ面、該Ｂ面、及び該Ｃ面がそれぞれなす角である）、プリズム。
【請求項２】
前記第１の部分と前記第２の部分とは、直接にお互いに貼り合わされている、請求項１に記載のプリズム。
【請求項３】
外部入射光と出射光とでは、空間的な光強度分布がお互いに変化している、請求項１に記載のプリズム。
【請求項４】
屈折率の波長依存性を有する第１の材料から構成されている第１の部分と、
該第１の材料とは異なる屈折率の波長依存性を有する第２の材料から構成されている第２の部分と、
が、隣接して配置されて構成されているプリズムであって、
該第１の部分及び該第２の部分は、該第１の部分における屈折率の波長依存性と該第２の部分における屈折率の波長依存性とが、実質的にお互いに打ち消し合う形状を有する構成であって、外部入射光から出射光までの光路において反射箇所を含む反射型プリズムであり、
該反射型プリズムの該光路は、前記第１の部分への該外部入射光の入射面をＡ面とし、該第１の部分と前記第２の部分との間の接合面をＢ面とし、該第２の部分の該Ｂ面の対面をＣ面とするときに、該外部入射光は該Ａ面に入射して屈折し、該Ａ面を屈折する光は該Ｂ面に入射して屈折し、該Ｂ面を屈折する光は該Ｃ面に入射して反射し、該Ｃ面を反射する光は該Ｂ面に再び入射して屈折し、該Ｂ面を屈折する光は再び該Ａ面に入射して屈折し、該出射光として外部に供給され、
前記第２の材料が前記第１の材料よりも大きな屈折率の波長依存性を有しており、
該プリズムによって外部入射光に対して出射光が空間的に縮小される場合に、前記Ａ面への該外部入射光の入射方向に対して該Ａ面、前記Ｂ面、及び前記Ｃ面の各々の法線がなす角をそれぞれπ／２−α1、π／２−α2、及びπ／２−α3とすると、α2＜α3＜α1なる関係が成立する（但し、α1、α2、及びα3は、該外部入射光の入射方向に対して該Ａ面、該Ｂ面、及び該Ｃ面がそれぞれなす角である）、プリズム。
【請求項５】
前記第１の部分と前記第２の部分とは、直接にお互いに貼り合わされている、請求項４に記載のプリズム。
【請求項６】
外部入射光と出射光とでは、空間的な光強度分布がお互いに変化している、請求項４に記載のプリズム。
【請求項７】
請求項１に記載のプリズムに外部入射光を与え、該外部入射光とは異なる空間的な光強度分布を有する出射光を得ることを特徴とする光ビームの整形方法。
【請求項８】
前記プリズムは、前記第１の部分と前記第２の部分とは、直接にお互いに貼り合わされている、請求項７に記載の光ビームの整形方法。
【請求項９】
請求項４に記載のプリズムに外部入射光を与え、該外部入射光とは異なる空間的な光強度分布を有する出射光を得ることを特徴とする光ビームの整形方法。
【請求項１０】
前記プリズムは、前記第１の部分と前記第２の部分とは、直接にお互いに貼り合わされている、請求項９に記載の光ビームの整形方法。
【請求項１１】
光源と、
該光源から出射された光を平行光に変換するコリメートレンズと、
該コリメートレンズによって変換された該平行光を外部入射光として得て、出射光を供給するプリズムと、
を備えており、
該プリズムへの該外部入射光と該プリズムからの該出射光との間で、空間的な光強度分布を変化させる、光ビーム整形装置であって、
該プリズムが請求項１に記載のプリズムである、光ビーム整形装置。
【請求項１２】
光ビーム整形装置を含む光ヘッド装置であって、該光ビーム整形装置が請求項１１に記載のビーム整形装置である、光ヘッド装置。
【請求項１３】
光源と、
該光源から出射された光を平行光に変換するコリメートレンズと、
該コリメートレンズによって変換された該平行光を外部入射光として得て、出射光を供給するプリズムと、
を備えており、
該プリズムへの該外部入射光と該プリズムからの該出射光との間で、空間的な光強度分布を変化させる、光ビーム整形装置であって、
該プリズムが請求項４に記載のプリズムである、光ビーム整形装置。
【請求項１４】
光ビーム整形装置を含む光ヘッド装置であって、該光ビーム整形装置が請求項１３に記載のビーム整形装置である、光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク用光ヘッド等に含まれ得るプリズムとその製造方法、及びそれを使用してレーザ光などの光ビームの空間的光強度分布を（例えば、楕円状分布から円形状分布へ）整形する光ビーム整形装置、並びに上記のような光ビーム整形装置を用いた光ヘッド装置に関する。また、本発明は、光ビームの整形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による光ビーム整形装置の例として、図１に、特開昭６２−１８７３２１号公報による光ビーム整形装置の断面を、模式的に示す。なお、以下の説明では、空気の屈折率をｎ0＝１とする。
【０００３】
この光ビーム整形装置では、半導体レーザ１から出射されたレーザ光２が、コリメートレンズ３により平行光４に変換され、屈折率ｎ1の硝材で形成されるプリズム５の表面５Ａに、入射角ψ1(表面５Ａの法線５Ａ’に対する入射光４のなす角)で入射する。入射した光は表面５Ａで屈折し、法線５Ａ’に対する屈折角ψ1’且つ入射光４に対する角θ2（不図示）を有する屈折光４ａとなる。
【０００４】
屈折光４ａは、プリズム５の面５Ａに対向する面（以下、「裏面」と称する）５Ｂに入射角ψ2(表面５Ｂの法線５Ｂ’に対する光４ａのなす角)で入射し、これを反射して反射光４ａ’となる。なお、反射光４ａ’が入射光４に対してなす角をθ2’（不図示）とする。
【０００５】
この反射光４ａ’は、面５Ａに入射角ψ21(法線５Ａ’に対する光４ａ’のなす角)で入射し、法線５Ａ’に対する屈折角ψ21’で屈折して出射光６となる。なお、元の入射光４に対する屈折光６(出射光)のなす角を、方位角θ21’（不図示）とする。
【０００６】
プリズム５の表面５Ａが入射光４に対してα1だけ傾斜しているとすると、
ψ1＝π／２−α1                                            (式１)
が成立する。
【０００７】
さらに、面５Ａでのスネルの法則より、
sinψ1＝ｎ1sinψ1’                                        (式２)
が成立する。
【０００８】
このとき、入射光４は、屈折によって屈折面内において(cosψ1’／cosψ1)倍に拡大或いは縮小される。また、屈折光４ａの方位角θ2は、
θ2＝−π／２＋α1＋ψ1’                                  (式３)
で与えられる。
【０００９】
一方、プリズム５の裏面５Ｂが入射光４に対してα2だけ傾斜しているとすると、
ψ2＝π／２−α2＋θ2                                      (式４)
が成立する。
【００１０】
さらに、面５Ｂでの反射の法則より、
θ2’＝π／２＋α2−ψ2                                    (式５)
が成立する。
【００１１】
また、反射光４ａ’の面５Ａへの入射角ψ21は、
ψ21＝π／２＋α1−θ2’                                  (式６)
で与えられる。
【００１２】
ここで、面５Ａでのスネルの法則より、
ｎ1sinψ21＝sinψ21’                                    (式７)
が成立する。
【００１３】
さらに、このときの屈折によって、光は、屈折面内においてさらに(cosψ21’／cosψ21)倍に拡大或いは縮小される。
【００１４】
出射光６の方位角θ21’は、
θ21’＝π／２＋α1−ψ21’                              (式８)
で与えられる。
【００１５】
出射光６は、面５Ａにおける２回の屈折によって、屈折面内においてｍ倍に拡大或いは縮小される。但し、ｍは、以下の式で与えられる。
【００１６】
ｍ＝(cosψ1’／cosψ1)・(cosψ21’／cosψ21)            (式９)
例えば、プリズム５の硝材としてＢＫ７を選び、半導体レーザ１の発振波長を0.64385μｍ(このとき、ｎ1＝1.51425)に設定し、さらにα1＝17.59度及びα2＝31.34度とすると、上述の(式１)から(式９)を順次計算することで、θ21’＝89.9963度、及び拡大率ｍ＝2.501が得られる。すなわち、出射光６は、入射光４に対して、その進行方向がほぼ９０度の曲げられるとともに、屈折面内で約２．５倍のビーム拡大が達成されている。
【００１７】
一般に、半導体レーザ１から出射される光２に基づいて得られる平行光４は、楕円度が約２.５である楕円状の空間的光強度分布（断面強度分布）を有している。これに対して、上記のプリズム５を用いることで、空間的な光強度分布を短軸方向に拡大させて、円形状の空間的光強度分布（断面強度分布）を有する平行光を得ることができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の光ビーム整形装置は、以下のような問題点を有している。
【００１９】
プリズム５の構成材料である硝材は、必ず屈折率の波長依存性（以下、「分散」と称する）を有しており、光の波長が長くなるほど、その光に対する屈折率は小さくなる。例えば、ＢＫ７で形成されているプリズム５の場合には、半導体レーザ１の発振波長が0.70652μｍのときには、プリズム５の屈折率ｎ1＝1.51243となる。このとき、出射光６の方位角（出射角）はθ21’＝89.9313度に変化して、上述した半導体レーザ１の発振波長が波長0.64385μｍである場合に比べて、0.065度だけ小さくなる。
【００２０】
半導体レーザ１では、一般に出力の大小によって、数ｎｍのオーダの発振波長の変動が、瞬間的に発生する。仮に、１０ｎｍの発振波長変動が発生すると、ＢＫ７で形成されているプリズム５を使用している上述の従来の光ビーム整形装置では、出射光６の方位角θ21’は0.0104度だけ変化する。
【００２１】
光ディスク用の光ヘッドのように、出射光６を対物レンズで絞って使う場合、対物レンズの焦点距離を３ｍｍとすると、0.0104度の角度変化は0.54μｍのスポット変位として作用する。特に、サブミクロンオーダの大きさの信号ピットを使用してディスク上に記録されている信号を再生することを目的とする光ヘッドの場合には、このような0.54μｍのスポット変位は無視し得ない大きなものであって、致命的な欠点となり得る。
【００２２】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、（１）構成材料である硝材の屈折率の波長依存性（分散）の影響をキャンセルすることができるプリズム及びその製造方法を提供すること、（２）上記のプリズムを使用して、光源である半導体レーザの発振波長の変動の影響を受けずに、出射光の角度変化を抑制できる光ビーム整形装置及び光ビームの整形方法を提供すること、並びに、（３）以上のような光ビーム整形装置及び光ビーム整形方法を使用した光ヘッド装置を提供すること、である。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明のプリズムは、屈折率の波長依存性を有する第１の材料から構成されている第１の部分と、該第１の材料とは異なる屈折率の波長依存性を有する第２の材料から構成されている第２の部分と、が隣接して配置されて構成されているプリズムであって、該第１の部分及び該第２の部分は、該第１の部分における屈折率の波長依存性と該第２の部分における屈折率の波長依存性とが、実質的にお互いに打ち消し合う形状を有していて、そのことによって、上記の目的が達成される。
【００２４】
前記第１の部分と前記第２の部分とは、直接にお互いに貼り合わされ得る。
【００２５】
前記プリズムは、外部入射光から出射光までの光路において反射箇所を含む反射型プリズムであり得る。その場合には、該反射型プリズムの該光路は、前記第１の部分への該外部入射光の入射面をＡ面とし、該第１の部分と前記第２の部分との間の接合面をＢ面とし、該第２の部分の該Ｂ面の対面をＣ面とするときに、該外部入射光は該Ａ面に入射して屈折し、該Ａ面を屈折する光は該Ｂ面に入射して屈折し、該Ｂ面を屈折する光は該Ｃ面に入射して反射し、該Ｃ面を反射する光は該Ｂ面に再び入射して屈折し、該Ｂ面を屈折する光は再び該Ａ面に入射して屈折し、該出射光として外部に供給されるというものである。
【００２６】
好ましくは、外部入射光と出射光とでは、空間的な光強度分布がお互いに変化されている。
【００２７】
前記第２の材料は、前記第１の材料よりも大きな屈折率の波長依存性を有し得る。その場合に、該プリズムによって、外部入射光に対して出射光が空間的に拡大される場合には、前記Ａ面への該外部入射光の入射方向に対して該Ａ面、前記Ｂ面、及び前記Ｃ面の各々の法線がなす角をそれぞれπ／２−α1、π／２−α2、及びπ／２−α3とすると、α2＞α3＞α1なる関係が成立する。一方、該プリズムによって、外部入射光に対して出射光が空間的に縮小される場合には、前記Ａ面への該外部入射光の入射方向に対して該Ａ面、前記Ｂ面、及び前記Ｃ面の各々の法線がなす角をそれぞれπ／２−α1、π／２−α2、及びπ／２−α3とすると、α2＜α3＜α1なる関係が成立する（但し、α1、α2、及びα3は、該外部入射光の入射方向に対して該Ａ面、該Ｂ面、及び該Ｃ面がそれぞれなす角である）。
【００２８】
或いは、前記第２の材料は、前記第１の材料よりも小さな屈折率の波長依存性を有し得る。その場合に、該プリズムによって、外部入射光に対して出射光が空間的に拡大される場合には、前記Ａ面への該外部入射光の入射方向に対して該Ａ面、前記Ｂ面、及び前記Ｃ面の各々の法線がなす角をそれぞれπ／２−α1、π／２−α2、及びπ／２−α3とすると、α3＞α1＞α2なる関係が成立する。一方、該プリズムによって、外部入射光に対して出射光が空間的に縮小される場合には、前記Ａ面への該外部入射光の入射方向に対して該Ａ面、前記Ｂ面、及び前記Ｃ面の各々の法線がなす角をそれぞれπ／２−α1、π／２−α2、及びπ／２−α3とすると、α3＜α1＜α2なる関係が成立する（但し、α1、α2、及びα3は、該外部入射光の入射方向に対して該Ａ面、該Ｂ面、及び該Ｃ面がそれぞれなす角である）。
【００２９】
本発明の他の局面によれば、光源と、該光源から出射された光を平行光に変換するコリメートレンズと、該コリメートレンズによって変換された該平行光を外部入射光として得て、出射光を供給するプリズムと、を備えており、該プリズムへの該外部入射光と該プリズムからの該出射光との間で空間的な光強度分布を変化させる光ビーム整形装置が提供される。その場合に、該プリズムが上記の特徴を有するようにすることによって、前述の目的が達成される。
【００３０】
本発明のさらに他の局面によれば、光ビーム整形装置を含む光ヘッド装置が提供される。その場合に、該光ビーム整形装置が上記の特徴を有するようにすることによって、前述の目的が達成される。
【００３１】
本発明のさらに他の局面によれば、屈折率の波長依存性を有する第１の材料から構成されている第１の部分と、該第１の材料とは異なる屈折率の波長依存性を有する第２の材料から構成されている第２の部分と、が隣接して配置され構成されているプリズムの製造方法が提供される。該方法は、該第１及び第２の材料の組合せを選択するステップと、該第１の材料の屈折率ｎ1及び該第２の材料の屈折率ｎ2を座標軸とする座標平面に、光の波長変化に伴う該屈折率ｎ1及びｎ2の変化の様子を示す線分を生成するステップと、該第１及び第２の部分の形状を決定する第１の角度α1、第２の角度α2、及び第３の角度α3をパラメータとして、該座標平面に、該屈折率ｎ1及びｎ2に対する該プリズムからの出射光の出射角の変化の様子を示す複数の等高線群を生成するステップと、該座標平面における該線分の傾きと所定の出射角における該等高線群の傾きとが実質的に一致する該第１の角度α1、該第２の角度α2、及び該第３の角度α3の組合せを見い出すステップと、該見い出された該角度の組合せにおける入射光に対する該出射光の拡大縮小率を、所定の設定値と比較するステップと、該比較の結果に基づいて、該第１の角度α1、該第２の角度α2、及び該第３の角度α3の組合せの最終選択セットを決定するステップと、該第１及び第２の部分を、該最終選択セットにおける該第１の角度α1、該第２の角度α2、及び該第３の角度α3の値に基づいて決定される各々の形状に加工するステップと、該加工された該第１及び第２の部分をお互いに隣接して配置するステップと、を包含しており、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００３２】
前記配置ステップでは、前記第１及び第２の部分を直接にお互いに貼りあわせ得る。
【００３３】
本発明のさらに他の局面によれば、プリズムに外部入射光を与え、該外部入射光とは異なる空間的な光強度分布を有する出射光を得る光ビームの整形方法が提供される。該整形方法において、屈折率の波長依存性を有する第１の材料から構成されている第１の部分と、該第１の材料とは異なる屈折率の波長依存性を有する第２の材料から構成されている第２の部分と、が隣接して配置され構成されていて、該第１の部分及び該第２の部分は、該第１の部分における屈折率の波長依存性と該第２の部分における屈折率の波長依存性とが実質的にお互いに打ち消し合う形状を有しているプリズムに、該外部入射光を入射させて、所望の空間的光強度分布を有する該出射光を得ており、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００３４】
前記プリズムとしては、前記第１及び第２の部分が直接にお互いに貼りあわされているプリズムを使用し得る。
【００３５】
上記により、本発明によれば、プリズムを構成する第１及び第２の部分のうちで、第１の部分の屈折率の波長依存性（分散）によって発生する出射光の角度変化が、第２の部分の屈折率の波長依存性（分散）によって打ち消される結果、全体としては、光源の発振波長の変動による出射光の方位角（出射角）の変化が発生しない。従って、本発明のプリズムから出射する光ビーム（出射光ビーム）を対物レンズで絞っても、光源である半導体レーザの発振波長の変動に起因するビームスポットの変位は、発生しない。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のある実施形態を図２から図５に基づいて説明する。
【００３７】
図２は、本発明のある実施形態における光ビーム整形装置の断面構成を模式的に示す図である。但し、図２の構成は、図１に示した従来技術による構成に対して、プリズム１５の構造が変わっている点を除いて他の構成は同じであり、図１に示されていた光源系（例えば半導体レーザ１やコリメートレンズ３）は、図２では省略している。なお、図２においても、空気の屈折率をｎ0＝１としている。
【００３８】
本発明と従来例との相違点は、図２におけるプリズム１５が、分散の大きさが互いに異なる第１のプリズム部分５ａと第２のプリズム部分５ｂとを隣接して配置することによって（好ましくは、お互いに直接に貼り合わせて）、構成されている複合プリズム１５になっている点である。
【００３９】
図２の光ビーム整形装置では、半導体レーザから出射されたレーザ光が、コリメートレンズにより平行光４に変換され、屈折率ｎ1の硝材で形成されるプリズム１５の表面５Ａに、入射角ψ1(表面５Ａの法線５Ａ’に対する入射光４のなす角)で入射する。入射した光は表面５Ａで屈折し、法線５Ａ’に対する屈折角ψ1’且つ入射光４に対する角θ2（不図示）を有する屈折光４ａとなる。
【００４０】
屈折光４ａは、第１のプリズム部分５ａと第２のプリズム部分５ｂとの接合面５Ｂに、入射角ψ2(表面５Ｂの法線５Ｂ’に対する光４ａのなす角)で入射する。入射した光は表面５Ｂで屈折し、法線５Ｂ’に対する屈折角ψ2’且つ入射光４に対する角θ3（不図示）を有する屈折光４ｂとなる。屈折光４ｂは、第２のプリズム部分５ｂの裏面５Ｃに入射角ψ3(表面５Ｃの法線５Ｃ’に対する光４ｂのなす角)で入射し、これを反射して反射光４ｂ’となる。なお、反射光４ｂ’が入射光４に対してなす角をθ3’（不図示）とする。
【００４１】
この反射光４ｂ’は、面５Ｂに入射角ψ32(法線５Ｂ’に対する光４ｂ’のなす角)で入射し、法線５Ｂ’に対する屈折角ψ32’で屈折して屈折光４ａ’となる。なお、元の入射光４に対する屈折光４ａ’のなす角を、θ32’（不図示）とする。この屈折光４ａ’は、面５Ａに入射角ψ321(法線５Ａ’に対する光４ａ’のなす角)で入射し、法線５Ａ’に対する屈折角ψ321’で屈折して出射光６となる。なお、元の入射光４に対する屈折光６(出射光)のなす角を、方位角θ321’（不図示）とする。
【００４２】
第１のプリズム部分５ａの表面５Ａが入射光４に対してα1だけ傾斜しているとすると、前述の(式１)が成立する。さらに、面５Ａでのスネルの法則より、(式２)が成立する。このとき、入射光４は、屈折によって屈折面内において(cosψ1’／cosψ1)倍に拡大或いは縮小される。また、屈折光４ａの方位角θ2は、(式３)で与えられる。一方、第１のプリズム部分５ａの裏面（接合面）５Ｂが入射光４に対してα2だけ傾斜しているとすると、(式４)が成立する。
【００４３】
さらに、面５Ｂでのスネルの法則より、
ｎ1sinψ2＝ｎ2sinψ2’                                    (式１０)
が成立する。
【００４４】
このときの屈折によって、光は、屈折面内において(cosψ2’／cosψ2)倍に拡大或いは縮小される。また、屈折光４ｂの方位角θ3は、
θ3＝−π／２＋α2＋ψ2’                                  (式１１)
で与えられる。
【００４５】
一方、第２のプリズム部分５ｂの裏面５Ｃが入射光４に対してα3だけ傾斜しているとすると、
ψ3＝π／２−α3＋θ3                                      (式１２)
が成立する。
【００４６】
さらに、面５Ｃでの反射の法則より、
θ3’＝π／２＋α3−ψ3                                    (式１３)
が成立する。
【００４７】
また、反射光４ｂ’の面５Ｂへの入射角ψ32は、
ψ32＝π／２＋α2−θ3’                                  (式１４)
で与えられる。
【００４８】
ここで、面５Ｂでのスネルの法則より、
ｎ2sinψ32＝ｎ1sinψ32’                                  (式１５)
が成立する。
【００４９】
さらに、このときの屈折によって、光は、屈折面内においてさらに(cosψ32’／cosψ32)倍に拡大或いは縮小される。また、屈折光４ａ’の方位角θ32’は、
θ32’＝π／２＋α2−ψ32’                              (式１６)
で与えられる。
【００５０】
さらに、屈折光４ａ’の面５Ａへの入射角ψ321は、
ψ321＝π／２＋α1−θ32’                              (式１７)
で与えられる。
【００５１】
ここで、面５Ａでのスネルの法則より、
ｎ1sinψ321＝sinψ321’                                (式１８)
が成立する。
【００５２】
さらに、このときの屈折によって、光は、屈折面内においてさらに(cosψ321’／cosψ321)倍に拡大或いは縮小される。
【００５３】
出射光６の方位角θ321’は、
θ321’＝π／２＋α1−ψ321’                          (式１９)
で与えられる。
【００５４】
出射光６は、面５Ａ及び面５Ｂの各々において２回ずつ、計４回の屈折によって、屈折面内においてｍ倍に拡大或いは縮小される。但し、ｍは、以下の式で与えられる。
【００５５】
ｍ＝(cosψ1’／cosψ1)・(cosψ2’／cosψ2)
・(cosψ32’／cosψ32)・(cosψ321’／cosψ321)    (式２０)
以上の(式１)〜(式２０)を順次計算することで、複合プリズム１５を構成する各プリズム部分５ａ及び５ｂの形状を決定する各々の角度α1、α2、及びα3、並びに、各プリズム部分５ａ及び５ｂの屈折率ｎ1及びｎ2をパラメータにして、出射光６の方位角θ321’とその拡大（縮小）率ｍとが求められる。
【００５６】
図３は、α1＝１８．０度、α2＝２５．０度、及びα3＝３３．０度の場合の出射角θ321’の値を、屈折率ｎ1及びｎ2に対して等高線化して示している。例えば、図３において「１００」と示されている直線は、出射角θ321’＝１００度が得られる屈折率ｎ１及びｎ２の値の組合せを示す直線（等高線）である。
【００５７】
図３においては、各々の等高線は、負の勾配を持った直線状になっている。
【００５８】
一般に、光の波長がｄλだけ長くなると、各プリズム部分５ａ及び５ｂを構成する硝材の屈折率は、係数ｋ1及びｋ2を使用して、それぞれｎ1及びｎ2から（ｎ1−ｋ1・ｄλ）及び（ｎ2−ｋ2・ｄλ）に変化する。この変化を図３においてやや誇張して表すと、始点を点Ｐ（ｎ1、ｎ2）、終点を点Ｑ（ｎ1−ｋ1・ｄλ、ｎ2−ｋ2・ｄλ）とする線分上の動きになる。
【００５９】
例えば、図３に示される例では、点Ｐにおける出射角はθ321’＝１０１度であり、一方、点Ｑにおける出射角は、θ321’＝１００度となる。これより、波長の変化ｄλに伴って各プリズム部分５ａ及び５ｂを構成する硝材の屈折率ｎ1及びｎ2が変化することによって、出射角θ321’が１度だけ変化することを示している。
【００６０】
どのような硝材でも、上記の係数ｋ1及びｋ2が共に正の値となることから、線分ＰＱは、必ず正の勾配ｋ2／ｋ1を有する。ここで、この勾配ｋ2／ｋ1は、入射光の波長の変化に応じて出射角θ321’がどのように変化するかを示すことになる。
【００６１】
例えば、第１のプリズム部分５ａを構成する硝材としてＢＫ７を選択し、第２のプリズム部分５ｂを構成する硝材としてＳＦ６を選ぶと、波長0.64385μｍのときに、第１のプリズム部分５ａの屈折率がｎ1＝1.51425、及び第２のプリズム部分５ｂの屈折率がｎ2＝1.79750となり、波長0.70652μｍのときには、第１のプリズム部分５ａの屈折率がｎ1＝1.51243、及び第２のプリズム部分５ｂの屈折率がｎ2＝1.79118となり、これよりｋ2／ｋ1＝３．４７となる。反対に、第１のプリズム部分５ａを構成する硝材としてＳＦ６を選択し、第２のプリズム部分５ｂを構成する硝材としてＢＫ７を選択すると、ｋ2／ｋ1＝０．２８８となる。
【００６２】
プリズム１５の設計にあたっては、光の波長の変化に伴って各プリズム部分５ａ及び５ｂを構成する各々の硝材の屈折率ｎ1及びｎ2が変化しても、全体としてその変化の影響が打ち消されて、最終的な出射光６の方位角θ321’の値に変化が生じないことが望ましい。これを、図３に示されるような等高線図で考えれば、光の波長の変化に伴う各プリズム部分５ａ及び５ｂを構成する各々の硝材の屈折率ｎ1及びｎ2の変化を示す線分ＰＱの傾きが、各等高線の傾きと一致する（お互いに平行になる）ことを意味する。そこで、本発明では、複合プリズム１５を構成する各プリズム部分５ａ及び５ｂの形状を決定する各々の角度α1、α2、及びα3を適切に設定することによって、上記のように線分ＰＱの傾きと一致する傾きを有する等高線図を得る。
【００６３】
図４は、α1＝１８．０度、α2＝３９．０度、及びα3＝３３．０度の場合の出射角θ321’の値を、屈折率ｎ1及びｎ2に対して等高線化して示している。図３の場合と同様に、図４で「１００」と示されている直線は、出射角θ321’＝１００度が得られる屈折率ｎ1及びｎ2の値の組合せを示す直線（等高線）である。
【００６４】
図４における各等高線は、ほぼ３．６の勾配を持った直線群を描いている。
【００６５】
このとき、第１のプリズム部分５ａを構成する硝材としてＢＫ７を選択し、第２のプリズム部分５ｂを構成する硝材としてＳＦ６を選択すれば、波長0.64385μｍのときの出射角はθ’321＝90.2330度となり、一方、波長0.70652μｍのときの出射角はθ’321＝90.2275度となる。また、拡大率としてはｍ＝２．３５倍が得られる。これより、十分なビーム拡大率ｍを維持しながら、波長変化に伴う出射角の変化が極めて小さい(具体的には、従来例の１／１２であるような)プリズム１５が得られている。
【００６６】
一方、図５は、α1＝１８．０度、α2＝１２．０度、及びα3＝３３．０度の場合の出射角θ321’の値を、屈折率ｎ1及びｎ2に対して等高線化して示している。図３の場合と同様に、図５で「１００」と示されている直線は、出射角θ321’＝１００度が得られる屈折率ｎ1及びｎ2の値の組合せを示す直線（等高線）である。
【００６７】
図５における各等高線は、ほぼ０．２９の勾配を持った直線群を描いている。
【００６８】
このとき、第１のプリズム部分５ａを構成する硝材としてＳＦ６を選択し、第２のプリズム部分５ｂを構成する硝材としてＢＫ７を選択すれば、波長0.64385μｍのときの出射角はθ’321＝89.6084度となり、一方、波長0.70652μｍのときの出射角はθ’321＝89.6098度となる。また、拡大率としてはｍ＝２．３０倍が得られる。これにより、十分なビーム拡大率ｍを維持しながら、波長変化に伴う出射角の変化が極めて小さい(具体的には、従来例の１／４６であるような)プリズム１５が得られている。
【００６９】
以上に示した図４及び図５の各々において、出射光６は、入射光４に対して、その進行方向がほぼ９０度だけ曲げられるとともに、屈折面内で約２．５倍のビーム拡大が達成されている。これより、本発明のプリズム１５を用いることで、プリズム１５を構成する硝材の屈折率の波長依存性（分散）の影響が打ち消されるとともに、半導体レーザの楕円状の空間的な光強度分布（断面強度分布）が短軸方向に拡大されて、円形状の空間的光強度分布（断面強度分布）を有する平行光を得ることができる。
【００７０】
ここで、各プリズム部分５ａ及び５ｂを構成している硝材の屈折率ｎ1及びｎ2の組合せに対して、図４或いは図５に示すような所望の等高線図をもたらす角度α1、α2、及びα3の組合せの決定方法（すなわち、図４或いは図５に示すような所望の設計例を得るための設計指針）は、以下のようにまとめられる。
【００７１】
（１）  光の波長変化に伴う屈折率変化を示す式における前述の係数ｋ1及びｋ2に関して、その比ｋ2／ｋ1がある範囲、例えば３以上或いは１／３以下になる硝材の組合せを列挙する。さらに、硝材の加工性や耐環境特性などの特性を選定基準として、列挙された硝材の組合せの中から好ましい組合せを絞り込む。
【００７２】
（２）  絞り込まれた組合せの中から一組を選択し（例えば、上記で説明した実施形態では、ＳＦ６とＢＫ７との組合せを選択している）、それぞれの硝材の屈折率ｎ1及びｎ2を縦軸及び横軸とする座標平面の上に、先に説明した点Ｐ（ｎ1、ｎ2）及び点Ｑ（ｎ1−ｋ1・ｄλ、ｎ2−ｋ2・ｄλ）を結ぶ線分ＰＱを描く。
【００７３】
（３）  各プリズム部分５ａ及び５ｂの形状を決定することになる各々の角度α1、α2、及びα3の組合せをパラメータとして、出射光の方位角（出射角）θ321’の値を、選択された一組の硝材の各々の屈折率ｎ1及びｎ2の組合せに対して等高線化して描いた図３〜図５のようなグラフ（等高線図）を描く。具体的には、角度α1、α2、及びα3の値の組合せを様々に変化させて、それぞれについて等高線図を描く。
【００７４】
（４）  描かれたそれぞれの等高線図において、所望の出射光の方位角（出射角）θ321’（例えばθ321’＝９０度）における等高線の傾きが、先に描いた線分ＰＱの傾きにほぼ一致するかどうかを確認する。
【００７５】
（５）  上記（４）の条件を満たす角度α1、α2、及びα3の値の組合せが見い出されれば、その条件において得られるレーザビームの拡大率ｍの値として、所望の設計値（例えばｍ＝２．５）に近い値が得られるかどうかを確認する。
【００７６】
（６）  上記（５）の条件が満たされるまで、上記の（３）〜（５）を繰り返す。
【００７７】
図４及び図５の例から分かるように、ｋ2／ｋ1の大きさの勾配を持つ等高線図を得るための必要条件として、第２のプリズム部分５ｂが第１のプリズム部分５ａより分散の大きい硝材からなる場合には、α2＞α3＞α1なる関係を満たすように各角度の値を設定して、各プリズム部分５ａ及び５ｂの形状を決定する。一方、第２のプリズム部分５ｂが第１のプリズム部分５ａより分散の小さい硝材からなる場合には、α3＞α1＞α2なる関係を満たすように各角度の値を設定して、各プリズム部分５ａ及び５ｂの形状を決定する。
【００７８】
なお、光の進行方向を図２の場合とは逆にする場合、すなわち、図２に描く出射光６の側から光をプリズム１５に入射させて入射光４の側から光を取り出す場合(すなわちビームを縮小する場合)には、α1、α2、及びα3を、それぞれπ／２−α1、π／２−α2、及びπ／２−α3に置き換えて考えればよい。この場合には、上記で説明したような所望のｋ2／ｋ1の大きさの勾配を持つ好ましい等高線図を得るための必要条件として、第２のプリズム部分５ｂが第１のプリズム部分５ａより分散の大きい硝材からなる場合には、α2＜α3＜α1なる関係を満たすように各角度の値を設定して、各プリズム部分５ａ及び５ｂの形状を決定する。一方、第２のプリズム部分５ｂが第１のプリズム部分５ａより分散の小さい硝材からなる場合には、α3＜α1＜α2なる関係を満たすように各角度の値を設定して、各プリズム部分５ａ及び５ｂの形状を決定する。
【００７９】
上記の説明では、各プリズム部分５ａ及び５ｂが直接に貼り合わされた構成になっているが、両者の間の接合面５Ｂに隙間があったり何らかの他の材料層が存在していても、その部分の光学的影響が無視し得る限りは、上記で説明したものと同等の効果が得られる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、複合プリズムを構成する第１の部分の構成材料（硝材）の屈折率の波長依存性（分散）によって発生する出射光の角度変化が、第２の部分の構成材料の屈折率の波長依存性（分散）によって打ち消されるプリズムが実現される。このプリズムを使用することによって、光源である半導体レーザの発振波長が変動しても、その影響を受けずに、出射光の出射角度の変化が抑制された光ビーム整形装置が提供される。
【００８１】
さらに、この光ビーム整形装置から出射する光ビームを対物レンズで絞っても、波長変動によるビームスポットの変位がなく、高性能の光ヘッド装置やそれを用いた光ディスク装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術における光ビーム整形装置の一例の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明のある実施形態における光ビーム整形装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明のある条件における出射角θ’321の屈折率ｎ1及びｎ2に対する等高線図である。
【図４】本発明の他の条件における出射角θ’321の屈折率ｎ1及びｎ2に対する等高線図である。
【図５】本発明のさらに他の条件における出射角θ’321の屈折率ｎ1及びｎ2に対する等高線図である。
【符号の説明】
１  半導体レーザ
２  コリメートレンズ
４  入射平行光
４ａ、４ｂ  屈折光
４ａ’、４ｂ’  反射側屈折光
５  プリズム
５ａ  第１のプリズム部分
５ｂ  第２のプリズム部分
５Ａ  プリズム表面
５Ｂ  プリズム接合面
５Ｃ  プリズム裏面
５Ａ’、５Ｂ’、５Ｃ’  各プリズム表面の法線
６  出射平行光
１５  プリズム（複合プリズム）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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