JP3787835B2 - 複数波長合成素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して光学素子に関し、さらに詳細には、波長の異なる２つの光線を１つの光線に合成する素子とこれを用いた光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置に用いられる光ピックアップは、種類の異なる光ディスクに対応するため、波長の異なる複数のレーザ光が使用できる構造となっている。
図１０に、異なる波長の光源を２つ使用する光ピックアップの一般的な構成例を示す。図１０において、１は波長６５０ｎｍのＬＤ（レーザダイオード），２は波長７８０ｎｍのＬＤ、３は２波長を合成するダイクロイックプリズムである。
このように構成した２波長の光を合成する光学系において、波長６５０ｎｍのＬＤ１の光は、ほぼ９０％以上がダイクロイックプリズム３を透過する。また、波長７８０ｎｍのＬＤ２の光は、ほぼ９０％以上がダイクロイックプリズム３で９０°反射して、ＬＤ１からの透過光と同じ光路に入る。それぞれの光を同じ方向に反射および透過させる事で２波長を合成する事が一般的であった。
しかしながら、このような従来の方法では、ＬＤの配置が２方向になるため光ピックアップのコンパクト化が困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、隣接して配置された複数の光源からの平行な光線を１つに合成する複数波長合成素子を提供することを課題とする。
このような複数波長合成素子を用いたコンパクトな光ピックアップを提供することも別の課題である。
また、複数波長の光を１つの半導体チップで発光出射可能な発光源において、複数波長の光線を１つの光線に合成する機能を持ったデバイスをパッケージの蓋もしくは発光源と一体化する事で、複数波長の光線を１つに合成する機能を持った発光源を提供することを課題とする。
さらに、本発光源を用いたさらにコンパクト且つ低コストの光ピックアップを提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題は、以下の波長の異なる複数のレーザ光線を単一光線にする方法および光学系、光ピックアップ、およびこれらを用いた波長の異なる複数のレーザ光線を用いる装置によって達成される。
請求項１の波長の異なる複数のレーザ光線を単一光線にする方法は、波長の異なる複数のレーザ光線を発する複数の光源を、前記複数のレーザ光線が同一平面上で平行となるように配置するステップと、対向する面に対し４５度の光学軸を有する一軸結晶の板からなる複数波長合成素子を前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置するステップと、前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して共に異常光線となるように設定するステップと、前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するように前記複数の光源の間隔を調節するステップとを含むことを特徴とする。
請求項２記載の波長の異なる複数のレーザ光線を単一光線にする光学系は、波長の異なる複数のレーザ光線を同一平面内で平行に発するように配置された複数の光源と、対向する面に対し４５度の光学軸を有する一軸結晶の板からなり且つ前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置された複数波長合成素子とを備え、前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して共に異常光線となるように設定されており、且つ前記複数の光源の間隔が、前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するように調節されたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２記載の光学系において、前記複数の光源が、前記複数のレーザ光線を単独で発する多波長レーザダイオードであることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２又は３記載の光学系を備えたことを特徴とする光ピックアップである。
請求項５の発明は、請求項２又は３記載の光学系を備えたことを特徴とする波長の異なる複数のレーザ光線を用いる装置である。
請求項６の発明は、波長の異なる３以上のレーザ光線を発する３以上の光源を、前記３以上のレーザ光線が同一平面上で平行になるように配置するステップと、対向する面に対し４５度の光学軸を有する一軸結晶の板からなる複数波長合成素子を前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置するステップと、前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して常光線または異常光線となるように設定するステップと、前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するように前記３以上の光源の間隔を調節するステップとを含むことを特徴とする。
請求項７の発明は、波長の異なる２つのレーザ光線を発する２つの光源を、前記２つのレーザ光線が同一平面上で平行となるように配置するステップと、対向する面に対し角度ψの光学軸を有する一軸結晶の板からなる複数波長合成素子を前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置するステップと、前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して共に異常光線となるように設定するステップと、前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するために、前記板の常光線屈折率ｎｏの逆数をａ、異常光線屈折率ｎｅの逆数をｂ、前記板厚をｅ、前記ａ、ｂ、ψとの関係をｃ＝ａ2×ｓｉｎ2ψ十ｂ2×ｃｏｓ2ψとし、前記板の主面に入射する２つのレーザ光線の光線間距離をＳとした際に、
Ｓ＝（ｂ2−ａ2／（２ｃ2））×ｓｉｎ（２ψ）×ｅ
を満足するように前記２つの光源の間隔を調節するステップとを含むことを特徴とする波長の異なる２つのレーザ光線を単一光線にする方法である。
請求項８の発明は、波長の異なる２つのレーザ光線を同一平面内で平行に発するように配置された２つの光源と、対向する面に対し角度ψの光学軸を有する一軸結晶の板からなり且つ前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置された複数波長合成素子とを備え、前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して共に異常光線となるように設定されており、且つ前記２つの光源の間隔が、前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するために、前記板の常光線屈折率ｎｏの逆数をａ、異常光線屈折率ｎｅの逆数をｂ、前記板厚をｅ、前記ａ、ｂ、ψとの関係をｃ＝ａ2×ｓｉｎ2ψ十ｂ2×ｃｏｓ2ψとし、前記板の主面に入射する２つのレーザ光線の光線間距離をＳとした際に、
Ｓ＝（ｂ2−ａ2／（２ｃ2））×ｓｉｎ（２ψ）×ｅを満足するように調節されたことを特徴とする波長の異なる２つのレーザ光線を単一光線にする光学系である。
請求項９の発明は、前記２つの光源が、前記２つのレーザ光線を単独で発する多波長レーザダイオードであることを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項８又は９記載の光学系を備えたことを特徴とする光ピックアップである。
請求項１１の発明は、請求項８又は９記載の光学系を備えたことを特徴とする波長の異なる複数のレーザ光線を用いる装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例と添付図面により本発明を詳細に説明する。なお、複数の図面に同じ要素を示す場合には同一の参照符号を付ける。図面に描かれた各部の寸法は、分かり易くするために部分的に拡大または縮小することがあるので、縮尺は寸法間で必ずしも一定ではない。
（実施の形態１）図１は、本発明の複数波長合成素子の斜視図である。図１において、本発明の複数波長合成素子１は、複屈折性を有する一軸結晶の材料を光学軸Ａｏが表面と４５°の角度（これは、一般的にサバール板と呼ばれるデバイスと同じ切断角度である）を成すように薄切りにしたものである。複数波長合成素子１の光学軸Ａｏと合成しようとする複数の光線（例えば、Ｌ１とＬ２）との配置は、複数の光線Ｌ１およびＬ２を含む平面と光学軸Ａｏとが平行となるようにする。図２は、発光波長の異なる２つの光源から平行な方向に出射されるそれぞれの光線を図１の本発明の複数波長合成素子１が１つに合成する光学系を示す図である。図２は、図１の複数波長合成素子１をＶの方向から見た図である。図２の光学系１００において、２は波長６５０ｎｍのレーザ光Ｌ１を発するＬＤ（レーザダイオード）、３はＬＤ２と並列に配置され光線Ｌ１と平行な波長７８０ｎｍのレーザ光Ｌ２を発するＬＤである。光線Ｌ１とＬ２との間隔はＳとする。レーザ光源ＬＤ２および３からそれぞれ出射した光線Ｌ１およびＬ２は、複数波長合成素子１に垂直に入射する。この時、ＬＤ２から出射する光線Ｌ１は、複数波長合成素子１に入射したときの常光線Ｌ１ｏと同じ偏波面となるようにする。また、ＬＤ３から出射する光線Ｌ２は、複数波長合成素子１に入射したときの異常光線Ｌ２ｅと同じ偏波面となるようにする。即ち、光線Ｌ２の磁気ベクトルの振動方向が主断面（ＸＹ平面）に平行となり（上下方向の矢印で示す）、光線Ｌ１の磁気ベクトルの振動方向が主断面に垂直となる（中に点を有する小円で示す）ように、ＬＤ１とＬＤ２とを出射光軸を中心として回転させながら調整を行う。
【０００６】
図１および２に示した複数波長合成素子１による２波長の合成においては、次ぎの式が成立する。
Ｓ＝（ｂ2−ａ2／２Ｃ2）sin２ψ・ｅ （１）
ただし、Ｓ：光線間距離
ψ：光学軸と基板法線との角度
ｅ：基板の板厚
ａ＝１／ｎｅ ｎｅ：異常光線屈折率
ｂ＝１／ｎｏ ｎｏ：常光線屈折率
ｃ＝ａ2sin2ψ十ｂ2cos2ψ
ここで、材料としてＬＮ（ニオブ酸リチウム）を用いて複数波長合成素子１を構成した場合、波長６５０ｎｍの光線のＬＮに対する常光線屈折率ｎｏは２．２８２、波長７８０ｎｍの光線のＬＮに対する異常光線屈折率ｎｅは２．１７８である。複数波長合成素子１の厚さｅをｅ＝２．１５ｍｍとすると、式（１）から、Ｌ１とＬ２との間隔Ｓは、０．１０ｍｍとなる。したがって、ＬＤ２およびＬＤ３は、それぞれの光線Ｌ１およびＬ２の間隔Ｓが０．１０ｍｍとなるような間隔で配置すればよい。
なお、複数波長合成素子１の材料としては、ＬＮの他に、方解石やルチル（金紅石）も利用可能である。
このように、本発明では、屈折率の波長依存性を用いて複数波長の光を合成する。因みに、光ディスクで使用される波長のＬＮに対する屈折率は、次のとおりである。
【０００７】
（実施の形態２）
図３は、発光波長の異なる３つの光源から平行な方向に出射されるそれぞれの光線を本発明の複数波長合成素子が１つに合成する光学系を示す図である。図３の光学系２００において、１は上述の本発明の複数波長合成素子、２は上述の波長６５０ｎｍのＬＤ、３は上述の波長７８０ｎｍのＬＤ、４は波長４１０ｎｍのＬＤである。即ち、図３の光学系２００は図２の光学系１００に波長４１０ｎｍのＬＤ４を追加したものである。光学系２００の要素１〜３およびこれらの配置は、光学系１００と全く同じである。
ＬＤ４は、ＬＤ１およびＬＤ２と並列に配置され、光線Ｌ１およびＬ２と同一平面上にあり且つ平行な光線Ｌ３を４１０ｎｍの波長で出射する。ＬＤ４から出射した光線Ｌ３も、複数波長合成素子１に垂直に入射する。この時も、前述のようにＬＤ４から出射する光線Ｌ３が複数波長合成素子１に入射したときの異常光線Ｌ３ｅと同じ偏波面となるように、ＬＤ４を出射光軸を中心に回転させて調整する。
この場合も、式（１）が成立するので、ＬＮに対する波長４１０ｎｍの異常光屈折率は２．３１９であるから、光線Ｌ１とＬ３との間隔Ｓ１＋Ｓ２は、式（１）から０．１１ｎｍと計算できる。Ｓ１＝Ｓとすると、Ｓ２＝０．１１０．１０ｎｍである。したがって、ＬＤ３は、光線Ｌ２とＬ３との間隔Ｓ２が０．０１ｎｍとなるように、配置すればよい。
【０００８】
（実施の形態３）
図４は、本発明の複数波長合成素子１を用いた光ピックアップ３００の一実施例の要部を模式的に表した図である。図４（ａ）は、光ピックアップ３００のケース１０の上面を透視した平面図であり、図４（ｂ）は、（ａ）の下方の壁を取り去って描いた側面図である。図４において、要素１〜３は、図１の光学系１００そのものである。この点を除けば、光ピックアップ３００は、複数波長合成素子１からの出射光Ｌの光路上に配置されたハーフミラー５、ハーフミラー５を透過した光の光路に配置された立上げミラー６、立上げミラー６による反射光の光路上に配置されケース１０に取り付けられた対物レンズ７、対物レンズ７を通り光ディスク９０、立上げミラー６およびハーフミラー５でそれぞれ反射された戻り光を検出する光検出器８、およびケース１０を備え、通常の光ピックアップと同じである。
動作としては、波長６５０ｎｍのＬＤ２および７８０ｎｍのＬＤ３からそれぞれ出射された平行な光線は実施の形態１で述べたように複数波長合成素子１に於いて１つの光線Ｌに合成される。以降、光線Ｌは、各要素で周知の光学作用を経て光検出器８で検出される。
光源ＬＤ２およびＬＤ３が並列に配置できることで光学系の幅方向寸法を小さくできるため光ピックアップをコンパクトにすることができる。なお、２つの光源２および３を用いる代わりに、波長の異なる光線を発する１つの光源を用いてもよい。
【０００９】
（実施の形態４）
図５は、波長６５０ｎｍおよび７８０ｎｍのレーザ光を１つの半導体チップで発光出射可能な２波長半導体レーザと本発明の複数波長合成素子１とを一体化した新奇なレーザ光源装置の一実施例を示す、２波長の光路を含む断面図である。図５において、本発明による光源装置４００は、波長６５０ｎｍと波長７８０ｎｍの光を１チップで発光する２波長ＬＤ２３、本発明により複屈折性を用いて２波長を合成する複数波長合成素子１ａ、２波長ＬＤ２３の電極（図示せず）に接続された電極端子１１、複数波長合成素子１ａと電極端子１１とを取り付け固定する絶縁体１２、およびケース１３からなる。
２波長レーザダイオード２３から出射した光線は、本発明の複数波長合成素子１ａに入射する。この時、波長６５０ｎｍのレーザ光線は、複数波長合成素子１ａに入射したときの常光線と同じ偏波面となるようにする。波長７８０ｎｍのレーザ光線は、複数波長合成素子１ａに入射したときの異常光線と同じ偏波面となるようにする。この時、２波長ＬＤ２３から発光出射される２つのレーザ光線の間隔、即ち、ＬＤ２３の発光点の間隔は、式（１）のＳで与えられる。
このように構成することにより、２波長ＬＤ２３から出射した波長６５０ｎｍと波長７８０ｎｍの光は、複数波長合成素子１ａにより１つの光線に合成される。
【００１０】
（実施の形態５）
図６は、本発明により２波長レーザダイオードと本発明の複数波長合成素子とを一体化した新奇なレーザ光源装置の第２の実施例を示す、２波長の光路を含む断面図である。図６の光源装置４００ａは、図５の２波長ＬＤ２３を２波長ＬＤ２３ａで置き換えた点を除けば、図５の光源装置４００と同じである。
図６の光源装置４００ａでは、２波長ＬＤ２３ａから出射される２つの光線Ｌ１およびＬ２を複数波長合成素子１ａ内で異常光線とし、これらの異常光線を複数波長合成素子１ａの出射面で重なり合わせて１つの合成波Ｌにする。このため、発振波長６５０ｎｍおよび７８０ｎｍの２波長ＬＤ２３ａは、平行な各波長のレーザ光線Ｌ１およびＬ２を、複数波長合成素子１ａにそれぞれ入射したときの異常光線と同じ偏波面となるように、出射する。さらに、この時、光線Ｌ１およびＬ２の間隔は、複数波長合成素子１ａに入射した時の異常光線どおしが複数波長合成素子１ａの出射面で一致するように調整する。
この場合、複数波長合成素子１ａから出射する合成光線Ｌと波長６５０ｎｍの光線Ｌ１との距離Ｓ１、および合成光線Ｌと波長７８０ｎｍの光線Ｌ２との距離Ｓ２は、共に式（１）によって計算される。したがって、光線Ｌ１とＬ２との間隔、即ち２波長ＬＤ２３ａの出射点の間隔は、Ｓ１Ｓ２とすればよい。
【００１１】
（実施の形態６）
図７は、図５又は６のレーザ光源装置４００又は４００ａを用いて更に小型化した光ピックアップの要部を模式的に、ケースを透視して、表した平面図である。図７の光ピックアップ５００は、図４の光ピックアップ３００のＬＤ２、ＬＤ３および複数波長合成素子１をレーザ光源装置４００又は４００ａで置き換え、ケース１０をケース１０ａと小型化した点を除けば、光ピックアップ３００と同じである。
このように、本発明の実施の形態６によれば、複数波長の光線を１つに合成する機能を持った光源装置を使用することで、ピックアップをコンパクトにでき、且つコスト削減が可能である。
【００１２】
（変形様態）
図８は、本発明の複数波長合成素子と波長の異なる光源を２つ用いた光ピックアップの他の実施例のケースを透視した平面図である。図８の光ピックアップ３００ａは、複数波長合成素子１を光源１および２とハーフミラー５との間ではなくハーフミラー５と受光素子８との間に配置した点を除けば、図４の光ピックアップ３００と同じである。また、全体の寸法に応じてケースも１０から１０ｂに変更した。
このように、光源を並列に配置できることで光学系の幅方向寸法を小さくでき、且つ受光素子８が１つで済むため光軸調整などが簡単にできる。
図９は、本発明の複数波長合成素子と波長の異なる光線を発する光源を１つ用いた光ピックアップの他の実施例のケースを透視した平面図である。図８の光ピックアップ３００ｂは、２つの光源２および３を波長の異なる光線を発する１つの光源２３で置き換えた点を除けば、図８の光ピックアップ３００ａと同じである。
このように、２つの光源を１つにすることで、さらに部品数を減らすことができる。
以上の説明に於いて、「波長の異なる複数の光線を複数波長合成素子により単一光線に合成する」とは、「波長の異なる複数の光線を複数波長合成素子に入射させて、複数波長合成素子から同一の光路で出射させること」を意味する。したがって、合成という語を用いているが、複数の光源は必ずしも同時に発光する必要はない。複数の何れの光源から出射した光線も、複数波長合成素子から同一の光路で出射すれば、各光源が単独で発光する場合も「合成」の意味に含まれるものとする。
以上は、本発明の説明のために実施の形態の例を掲げたに過ぎない。したがって、本発明の技術思想または原理に沿って上述の実施の形態に種々の変更、修正または追加を行うことは、当業者には容易である。故に、本発明は、以上述べた実施の形態に捕らわれることなく、ただ特許請求の範囲の記載に従って解釈するべきである。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、波長の異なる複数の平行な光線を１つの光線に合成する複数波長合成素子が得られる。この複数波長合成素子を用いることにより、複数波長の光を使用する光ピックアップを小型化することができる。
また、異なる波長の光源と本発明の複数波長合成素子とを組み合わせることにより複数波長の光を合成した単一光線を出射する光源装置を得ることができる。この光源装置を用いることにより、複数波長の光を使用する光ピックアップをさらに小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複数波長合成素子の斜視図である。
【図２】発光波長の異なる２つの光源から平行な方向に出射されるそれぞれの光線を図１の複数波長合成素子が１つに合成する光学系を示す図である。
【図３】発光波長の異なる３つの光源から平行な方向に出射されるそれぞれの光線を図１の複数波長合成素子が１つに合成する光学系を示す図である。
【図４】本発明の複数波長合成素子を用いた光ピックアップの一実施例の要部を模式的に表した図である。（ａ）は、ケースを透視した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の下方の壁を取り去って描いた側面図である。
【図５】波長の異なるレーザ光を発光出射する２波長半導体レーザと本発明の複数波長合成素子１とを一体化した新奇なレーザ光源装置の一実施例を示す、２波長の光路を含む断面図である。
【図６】２波長レーザダイオードと本発明の複数波長合成素子とを一体化した新奇なレーザ光源装置の第２の実施例を示す、２波長の光路を含む断面図である。
【図７】図５又は６のレーザ光源装置４００又は４００ａを用いて更に小型化した光ピックアップの要部を模式的に、ケースを透視して、表した平面図である。
【図８】本発明の複数波長合成素子と波長の異なる光源を２つ用いた光ピックアップの他の実施例のケースを透視した平面図である。
【図９】本発明の複数波長合成素子と波長の異なる光線を発する光源を用いた光ピックアップの他の実施例のケースを透視した平面図である。
【図１０】異なる波長の光源を２つ使用する従来の光ピックアップの一般的な構成例を示す図である。
【符号の説明】
１、１ａ：本発明の複数波長合成素子
２〜４：レーザダイオード（ＬＤ）
５：ハーフミラー
６：立上げミラー
７：対物レンズ
８：光センサ
１０：ピックアップのケース
１１：電極端子
１２：絶縁体
１３：光源装置のケース
２３、２３ａ：２波長レーザダイオード
３００、５００：本発明による光ピックアップ
４００：本発明によるレーザ光源装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して光学素子に関し、さらに詳細には、波長の異なる２つの光線を１つの光線に合成する素子とこれを用いた光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置に用いられる光ピックアップは、種類の異なる光ディスクに対応するため、波長の異なる複数のレーザ光が使用できる構造となっている。
図１０に、異なる波長の光源を２つ使用する光ピックアップの一般的な構成例を示す。図１０において、１は波長６５０ｎｍのＬＤ（レーザダイオード），２は波長７８０ｎｍのＬＤ、３は２波長を合成するダイクロイックプリズムである。
このように構成した２波長の光を合成する光学系において、波長６５０ｎｍのＬＤ１の光は、ほぼ９０％以上がダイクロイックプリズム３を透過する。また、波長７８０ｎｍのＬＤ２の光は、ほぼ９０％以上がダイクロイックプリズム３で９０°反射して、ＬＤ１からの透過光と同じ光路に入る。それぞれの光を同じ方向に反射および透過させる事で２波長を合成する事が一般的であった。
しかしながら、このような従来の方法では、ＬＤの配置が２方向になるため光ピックアップのコンパクト化が困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、隣接して配置された複数の光源からの平行な光線を１つに合成する複数波長合成素子を提供することを課題とする。
このような複数波長合成素子を用いたコンパクトな光ピックアップを提供することも別の課題である。
また、複数波長の光を１つの半導体チップで発光出射可能な発光源において、複数波長の光線を１つの光線に合成する機能を持ったデバイスをパッケージの蓋もしくは発光源と一体化する事で、複数波長の光線を１つに合成する機能を持った発光源を提供することを課題とする。
さらに、本発光源を用いたさらにコンパクト且つ低コストの光ピックアップを提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題は、以下の波長の異なる複数のレーザ光線を単一光線にする方法および光学系、光ピックアップ、およびこれらを用いた波長の異なる複数のレーザ光線を用いる装置によって達成される。
請求項１の波長の異なる複数のレーザ光線を単一光線にする方法は、波長の異なる複数のレーザ光線を発する複数の光源を、前記複数のレーザ光線が同一平面上で平行となるように配置するステップと、対向する面に対し４５度の光学軸を有する一軸結晶の板からなる複数波長合成素子を前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置するステップと、前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して共に異常光線となるように設定するステップと、前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するように前記複数の光源の間隔を調節するステップとを含むことを特徴とする。
請求項２記載の波長の異なる複数のレーザ光線を単一光線にする光学系は、波長の異なる複数のレーザ光線を同一平面内で平行に発するように配置された複数の光源と、対向する面に対し４５度の光学軸を有する一軸結晶の板からなり且つ前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置された複数波長合成素子とを備え、前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して共に異常光線となるように設定されており、且つ前記複数の光源の間隔が、前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するように調節されたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２記載の光学系において、前記複数の光源が、前記複数のレーザ光線を単独で発する多波長レーザダイオードであることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２又は３記載の光学系を備えたことを特徴とする光ピックアップである。
請求項５の発明は、請求項２又は３記載の光学系を備えたことを特徴とする波長の異なる複数のレーザ光線を用いる装置である。
請求項６の発明は、波長の異なる３以上のレーザ光線を発する３以上の光源を、前記３以上のレーザ光線が同一平面上で平行になるように配置するステップと、対向する面に対し４５度の光学軸を有する一軸結晶の板からなる複数波長合成素子を前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置するステップと、前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して常光線または異常光線となるように設定するステップと、前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するように前記３以上の光源の間隔を調節するステップとを含むことを特徴とする。
請求項７の発明は、波長の異なる２つのレーザ光線を発する２つの光源を、前記２つのレーザ光線が同一平面上で平行となるように配置するステップと、対向する面に対し角度ψの光学軸を有する一軸結晶の板からなる複数波長合成素子を前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置するステップと、前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して共に異常光線となるように設定するステップと、前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するために、前記板の常光線屈折率ｎｏの逆数をａ、異常光線屈折率ｎｅの逆数をｂ、前記板厚をｅ、前記ａ、ｂ、ψとの関係をｃ＝ａ2×ｓｉｎ2ψ十ｂ2×ｃｏｓ2ψとし、前記板の主面に入射する２つのレーザ光線の光線間距離をＳとした際に、
Ｓ＝（ｂ2−ａ2／（２ｃ2））×ｓｉｎ（２ψ）×ｅ
を満足するように前記２つの光源の間隔を調節するステップとを含むことを特徴とする波長の異なる２つのレーザ光線を単一光線にする方法である。
請求項８の発明は、波長の異なる２つのレーザ光線を同一平面内で平行に発するように配置された２つの光源と、対向する面に対し角度ψの光学軸を有する一軸結晶の板からなり且つ前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置された複数波長合成素子とを備え、前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して共に異常光線となるように設定されており、且つ前記２つの光源の間隔が、前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するために、前記板の常光線屈折率ｎｏの逆数をａ、異常光線屈折率ｎｅの逆数をｂ、前記板厚をｅ、前記ａ、ｂ、ψとの関係をｃ＝ａ2×ｓｉｎ2ψ十ｂ2×ｃｏｓ2ψとし、前記板の主面に入射する２つのレーザ光線の光線間距離をＳとした際に、
Ｓ＝（ｂ2−ａ2／（２ｃ2））×ｓｉｎ（２ψ）×ｅを満足するように調節されたことを特徴とする波長の異なる２つのレーザ光線を単一光線にする光学系である。
請求項９の発明は、前記２つの光源が、前記２つのレーザ光線を単独で発する多波長レーザダイオードであることを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項８又は９記載の光学系を備えたことを特徴とする光ピックアップである。
請求項１１の発明は、請求項８又は９記載の光学系を備えたことを特徴とする波長の異なる複数のレーザ光線を用いる装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例と添付図面により本発明を詳細に説明する。なお、複数の図面に同じ要素を示す場合には同一の参照符号を付ける。図面に描かれた各部の寸法は、分かり易くするために部分的に拡大または縮小することがあるので、縮尺は寸法間で必ずしも一定ではない。
（実施の形態１）図１は、本発明の複数波長合成素子の斜視図である。図１において、本発明の複数波長合成素子１は、複屈折性を有する一軸結晶の材料を光学軸Ａｏが表面と４５°の角度（これは、一般的にサバール板と呼ばれるデバイスと同じ切断角度である）を成すように薄切りにしたものである。複数波長合成素子１の光学軸Ａｏと合成しようとする複数の光線（例えば、Ｌ１とＬ２）との配置は、複数の光線Ｌ１およびＬ２を含む平面と光学軸Ａｏとが平行となるようにする。図２は、発光波長の異なる２つの光源から平行な方向に出射されるそれぞれの光線を図１の本発明の複数波長合成素子１が１つに合成する光学系を示す図である。図２は、図１の複数波長合成素子１をＶの方向から見た図である。図２の光学系１００において、２は波長６５０ｎｍのレーザ光Ｌ１を発するＬＤ（レーザダイオード）、３はＬＤ２と並列に配置され光線Ｌ１と平行な波長７８０ｎｍのレーザ光Ｌ２を発するＬＤである。光線Ｌ１とＬ２との間隔はＳとする。レーザ光源ＬＤ２および３からそれぞれ出射した光線Ｌ１およびＬ２は、複数波長合成素子１に垂直に入射する。この時、ＬＤ２から出射する光線Ｌ１は、複数波長合成素子１に入射したときの常光線Ｌ１ｏと同じ偏波面となるようにする。また、ＬＤ３から出射する光線Ｌ２は、複数波長合成素子１に入射したときの異常光線Ｌ２ｅと同じ偏波面となるようにする。即ち、光線Ｌ２の磁気ベクトルの振動方向が主断面（ＸＹ平面）に平行となり（上下方向の矢印で示す）、光線Ｌ１の磁気ベクトルの振動方向が主断面に垂直となる（中に点を有する小円で示す）ように、ＬＤ１とＬＤ２とを出射光軸を中心として回転させながら調整を行う。
【０００６】
図１および２に示した複数波長合成素子１による２波長の合成においては、次ぎの式が成立する。
Ｓ＝（ｂ2−ａ2／２Ｃ2）sin２ψ・ｅ （１）
ただし、Ｓ：光線間距離
ψ：光学軸と基板法線との角度
ｅ：基板の板厚
ａ＝１／ｎｅ ｎｅ：異常光線屈折率
ｂ＝１／ｎｏ ｎｏ：常光線屈折率
ｃ＝ａ2sin2ψ十ｂ2cos2ψ
ここで、材料としてＬＮ（ニオブ酸リチウム）を用いて複数波長合成素子１を構成した場合、波長６５０ｎｍの光線のＬＮに対する常光線屈折率ｎｏは２．２８２、波長７８０ｎｍの光線のＬＮに対する異常光線屈折率ｎｅは２．１７８である。複数波長合成素子１の厚さｅをｅ＝２．１５ｍｍとすると、式（１）から、Ｌ１とＬ２との間隔Ｓは、０．１０ｍｍとなる。したがって、ＬＤ２およびＬＤ３は、それぞれの光線Ｌ１およびＬ２の間隔Ｓが０．１０ｍｍとなるような間隔で配置すればよい。
なお、複数波長合成素子１の材料としては、ＬＮの他に、方解石やルチル（金紅石）も利用可能である。
このように、本発明では、屈折率の波長依存性を用いて複数波長の光を合成する。因みに、光ディスクで使用される波長のＬＮに対する屈折率は、次のとおりである。
（実施の形態２）
図３は、発光波長の異なる３つの光源から平行な方向に出射されるそれぞれの光線を本発明の複数波長合成素子が１つに合成する光学系を示す図である。図３の光学系２００において、１は上述の本発明の複数波長合成素子、２は上述の波長６５０ｎｍのＬＤ、３は上述の波長７８０ｎｍのＬＤ、４は波長４１０ｎｍのＬＤである。即ち、図３の光学系２００は図２の光学系１００に波長４１０ｎｍのＬＤ４を追加したものである。光学系２００の要素１〜３およびこれらの配置は、光学系１００と全く同じである。
ＬＤ４は、ＬＤ１およびＬＤ２と並列に配置され、光線Ｌ１およびＬ２と同一平面上にあり且つ平行な光線Ｌ３を４１０ｎｍの波長で出射する。ＬＤ４から出射した光線Ｌ３も、複数波長合成素子１に垂直に入射する。この時も、前述のようにＬＤ４から出射する光線Ｌ３が複数波長合成素子１に入射したときの異常光線Ｌ３ｅと同じ偏波面となるように、ＬＤ４を出射光軸を中心に回転させて調整する。
この場合も、式（１）が成立するので、ＬＮに対する波長４１０ｎｍの異常光屈折率は２．３１９であるから、光線Ｌ１とＬ３との間隔Ｓ１＋Ｓ２は、式（１）から０．１１ｎｍと計算できる。Ｓ１＝Ｓとすると、Ｓ２＝０．１１０．１０ｎｍである。したがって、ＬＤ３は、光線Ｌ２とＬ３との間隔Ｓ２が０．０１ｎｍとなるように、配置すればよい。
【０００８】
（実施の形態３）
図４は、本発明の複数波長合成素子１を用いた光ピックアップ３００の一実施例の要部を模式的に表した図である。図４（ａ）は、光ピックアップ３００のケース１０の上面を透視した平面図であり、図４（ｂ）は、（ａ）の下方の壁を取り去って描いた側面図である。図４において、要素１〜３は、図１の光学系１００そのものである。この点を除けば、光ピックアップ３００は、複数波長合成素子１からの出射光Ｌの光路上に配置されたハーフミラー５、ハーフミラー５を透過した光の光路に配置された立上げミラー６、立上げミラー６による反射光の光路上に配置されケース１０に取り付けられた対物レンズ７、対物レンズ７を通り光ディスク９０、立上げミラー６およびハーフミラー５でそれぞれ反射された戻り光を検出する光検出器８、およびケース１０を備え、通常の光ピックアップと同じである。
動作としては、波長６５０ｎｍのＬＤ２および７８０ｎｍのＬＤ３からそれぞれ出射された平行な光線は実施の形態１で述べたように複数波長合成素子１に於いて１つの光線Ｌに合成される。以降、光線Ｌは、各要素で周知の光学作用を経て光検出器８で検出される。
光源ＬＤ２およびＬＤ３が並列に配置できることで光学系の幅方向寸法を小さくできるため光ピックアップをコンパクトにすることができる。なお、２つの光源２および３を用いる代わりに、波長の異なる光線を発する１つの光源を用いてもよい。
【０００９】
（実施の形態４）
図５は、波長６５０ｎｍおよび７８０ｎｍのレーザ光を１つの半導体チップで発光出射可能な２波長半導体レーザと本発明の複数波長合成素子１とを一体化した新奇なレーザ光源装置の一実施例を示す、２波長の光路を含む断面図である。図５において、本発明による光源装置４００は、波長６５０ｎｍと波長７８０ｎｍの光を１チップで発光する２波長ＬＤ２３、本発明により複屈折性を用いて２波長を合成する複数波長合成素子１ａ、２波長ＬＤ２３の電極（図示せず）に接続された電極端子１１、複数波長合成素子１ａと電極端子１１とを取り付け固定する絶縁体１２、およびケース１３からなる。
２波長レーザダイオード２３から出射した光線は、本発明の複数波長合成素子１ａに入射する。この時、波長６５０ｎｍのレーザ光線は、複数波長合成素子１ａに入射したときの常光線と同じ偏波面となるようにする。波長７８０ｎｍのレーザ光線は、複数波長合成素子１ａに入射したときの異常光線と同じ偏波面となるようにする。この時、２波長ＬＤ２３から発光出射される２つのレーザ光線の間隔、即ち、ＬＤ２３の発光点の間隔は、式（１）のＳで与えられる。
このように構成することにより、２波長ＬＤ２３から出射した波長６５０ｎｍと波長７８０ｎｍの光は、複数波長合成素子１ａにより１つの光線に合成される。
【００１０】
（実施の形態５）
図６は、本発明により２波長レーザダイオードと本発明の複数波長合成素子とを一体化した新奇なレーザ光源装置の第２の実施例を示す、２波長の光路を含む断面図である。図６の光源装置４００ａは、図５の２波長ＬＤ２３を２波長ＬＤ２３ａで置き換えた点を除けば、図５の光源装置４００と同じである。
図６の光源装置４００ａでは、２波長ＬＤ２３ａから出射される２つの光線Ｌ１およびＬ２を複数波長合成素子１ａ内で異常光線とし、これらの異常光線を複数波長合成素子１ａの出射面で重なり合わせて１つの合成波Ｌにする。このため、発振波長６５０ｎｍおよび７８０ｎｍの２波長ＬＤ２３ａは、平行な各波長のレーザ光線Ｌ１およびＬ２を、複数波長合成素子１ａにそれぞれ入射したときの異常光線と同じ偏波面となるように、出射する。さらに、この時、光線Ｌ１およびＬ２の間隔は、複数波長合成素子１ａに入射した時の異常光線どおしが複数波長合成素子１ａの出射面で一致するように調整する。
この場合、複数波長合成素子１ａから出射する合成光線Ｌと波長６５０ｎｍの光線Ｌ１との距離Ｓ１、および合成光線Ｌと波長７８０ｎｍの光線Ｌ２との距離Ｓ２は、共に式（１）によって計算される。したがって、光線Ｌ１とＬ２との間隔、即ち２波長ＬＤ２３ａの出射点の間隔は、Ｓ１Ｓ２とすればよい。
【００１１】
（実施の形態６）
図７は、図５又は６のレーザ光源装置４００又は４００ａを用いて更に小型化した光ピックアップの要部を模式的に、ケースを透視して、表した平面図である。図７の光ピックアップ５００は、図４の光ピックアップ３００のＬＤ２、ＬＤ３および複数波長合成素子１をレーザ光源装置４００又は４００ａで置き換え、ケース１０をケース１０ａと小型化した点を除けば、光ピックアップ３００と同じである。
このように、本発明の実施の形態６によれば、複数波長の光線を１つに合成する機能を持った光源装置を使用することで、ピックアップをコンパクトにでき、且つコスト削減が可能である。
【００１２】
（変形様態）
図８は、本発明の複数波長合成素子と波長の異なる光源を２つ用いた光ピックアップの他の実施例のケースを透視した平面図である。図８の光ピックアップ３００ａは、複数波長合成素子１を光源１および２とハーフミラー５との間ではなくハーフミラー５と受光素子８との間に配置した点を除けば、図４の光ピックアップ３００と同じである。また、全体の寸法に応じてケースも１０から１０ｂに変更した。
このように、光源を並列に配置できることで光学系の幅方向寸法を小さくでき、且つ受光素子８が１つで済むため光軸調整などが簡単にできる。
図９は、本発明の複数波長合成素子と波長の異なる光線を発する光源を１つ用いた光ピックアップの他の実施例のケースを透視した平面図である。図８の光ピックアップ３００ｂは、２つの光源２および３を波長の異なる光線を発する１つの光源２３で置き換えた点を除けば、図８の光ピックアップ３００ａと同じである。
このように、２つの光源を１つにすることで、さらに部品数を減らすことができる。
以上の説明に於いて、「波長の異なる複数の光線を複数波長合成素子により単一光線に合成する」とは、「波長の異なる複数の光線を複数波長合成素子に入射させて、複数波長合成素子から同一の光路で出射させること」を意味する。したがって、合成という語を用いているが、複数の光源は必ずしも同時に発光する必要はない。複数の何れの光源から出射した光線も、複数波長合成素子から同一の光路で出射すれば、各光源が単独で発光する場合も「合成」の意味に含まれるものとする。
以上は、本発明の説明のために実施の形態の例を掲げたに過ぎない。したがって、本発明の技術思想または原理に沿って上述の実施の形態に種々の変更、修正または追加を行うことは、当業者には容易である。故に、本発明は、以上述べた実施の形態に捕らわれることなく、ただ特許請求の範囲の記載に従って解釈するべきである。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、波長の異なる複数の平行な光線を１つの光線に合成する複数波長合成素子が得られる。この複数波長合成素子を用いることにより、複数波長の光を使用する光ピックアップを小型化することができる。
また、異なる波長の光源と本発明の複数波長合成素子とを組み合わせることにより複数波長の光を合成した単一光線を出射する光源装置を得ることができる。この光源装置を用いることにより、複数波長の光を使用する光ピックアップをさらに小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複数波長合成素子の斜視図である。
【図２】発光波長の異なる２つの光源から平行な方向に出射されるそれぞれの光線を図１の複数波長合成素子が１つに合成する光学系を示す図である。
【図３】発光波長の異なる３つの光源から平行な方向に出射されるそれぞれの光線を図１の複数波長合成素子が１つに合成する光学系を示す図である。
【図４】本発明の複数波長合成素子を用いた光ピックアップの一実施例の要部を模式的に表した図である。（ａ）は、ケースを透視した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の下方の壁を取り去って描いた側面図である。
【図５】波長の異なるレーザ光を発光出射する２波長半導体レーザと本発明の複数波長合成素子１とを一体化した新奇なレーザ光源装置の一実施例を示す、２波長の光路を含む断面図である。
【図６】２波長レーザダイオードと本発明の複数波長合成素子とを一体化した新奇なレーザ光源装置の第２の実施例を示す、２波長の光路を含む断面図である。
【図７】図５又は６のレーザ光源装置４００又は４００ａを用いて更に小型化した光ピックアップの要部を模式的に、ケースを透視して、表した平面図である。
【図８】本発明の複数波長合成素子と波長の異なる光源を２つ用いた光ピックアップの他の実施例のケースを透視した平面図である。
【図９】本発明の複数波長合成素子と波長の異なる光線を発する光源を用いた光ピックアップの他の実施例のケースを透視した平面図である。
【図１０】異なる波長の光源を２つ使用する従来の光ピックアップの一般的な構成例を示す図である。
【符号の説明】
１、１ａ：本発明の複数波長合成素子
２〜４：レーザダイオード（ＬＤ）
５：ハーフミラー
６：立上げミラー
７：対物レンズ
８：光センサ
１０：ピックアップのケース
１１：電極端子
１２：絶縁体
１３：光源装置のケース
２３、２３ａ：２波長レーザダイオード
３００、５００：本発明による光ピックアップ
４００：本発明によるレーザ光源装置
Claims (11)
- 波長の異なる複数のレーザ光線を発する複数の光源を、前記複数のレーザ光線が同一平面上で平行となるように配置するステップと、
対向する面に対し４５度の光学軸を有する一軸結晶の板からなる複数波長合成素子を前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置するステップと、
前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して共に異常光線となるように設定するステップと、
前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するように前記複数の光源の間隔を調節するステップとを含むことを特徴とする波長の異なる複数のレーザ光線を単一光線にする方法。 - 波長の異なる複数のレーザ光線を同一平面内で平行に発するように配置された複数の光源と、
対向する面に対し４５度の光学軸を有する一軸結晶の板からなり且つ前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置された複数波長合成素子とを備え、
前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して共に異常光線となるように設定されており、且つ前記複数の光源の間隔が、前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するように調節されたことを特徴とする波長の異なる複数のレーザ光線を単一光線にする光学系。 - 前記複数の光源が、前記複数のレーザ光線を単独で発する多波長レーザダイオードであることを特徴とする請求項２記載の光学系。
- 請求項２又は３記載の光学系を備えたことを特徴とする光ピックアップ。
- 請求項２又は３記載の光学系を備えたことを特徴とする波長の異なる複数のレーザ光線を用いる装置。
- 波長の異なる３以上のレーザ光線を発する３以上の光源を、前記３以上のレーザ光線が同一平面上で平行となるように配置するステップと、
対向する面に対し４５度の光学軸を有する一軸結晶の板からなる複数波長合成素子を前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置するステップと、
前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して常光線または異常光線となるように設定するステップと、
前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するように前記３以上の光源の間隔を調節するステップとを含むことを特徴とする波長の異なる３以上のレーザ光線を単一光線にする方法。 - 波長の異なる２つのレーザ光線を発する２つの光源を、前記２つのレーザ光線が同一平面上で平行となるように配置するステップと、
対向する面に対し角度ψの光学軸を有する一軸結晶の板からなる複数波長合成素子を前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置するステップと、
前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して共に異常光線となるように設定するステップと、
前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するために、
前記板の常光線屈折率ｎｏの逆数をａ、異常光線屈折率ｎｅの逆数をｂ、前記板厚をｅ、前記ａ、ｂ、ψとの関係をｃ＝ａ2×ｓｉｎ2ψ十ｂ2×ｃｏｓ2ψとし、
前記板の主面に入射する２つのレーザ光線の光線間距離をＳとした際に、
Ｓ＝（ｂ2−ａ2／（２ｃ2））×ｓｉｎ（２ψ）×ｅ
を満足するように前記２つの光源の間隔を調節するステップとを含むことを特徴とする波長の異なる２つのレーザ光線を単一光線にする方法。 - 波長の異なる２つのレーザ光線を同一平面内で平行に発するように配置された２つの光源と、
対向する面に対し角度ψの光学軸を有する一軸結晶の板からなり且つ前記光学軸が前記同一平面と平行になるように前記レーザ光線の光路上に前記レーザ光線と直角に配置された複数波長合成素子とを備え、
前記レーザ光線の偏波面が前記複数波長合成素子に対して共に異常光線となるように設定されており、且つ前記２つの光源の間隔が、前記複数波長合成素子に入射した前記レーザ光線が前記複数波長合成素子から同一の光路で出射するために、
前記板の常光線屈折率ｎｏの逆数をａ、異常光線屈折率ｎｅの逆数をｂ、前記板厚をｅ、前記ａ、ｂ、ψとの関係をｃ＝ａ2×ｓｉｎ2ψ十ｂ2×ｃｏｓ2ψとし、
前記板の主面に入射する２つのレーザ光線の光線間距離をＳとした際に、
Ｓ＝（ｂ2−ａ2／（２ｃ2））×ｓｉｎ（２ψ）×ｅ
を満足するように調節されたことを特徴とする波長の異なる２つのレーザ光線を単一光線にする光学系。 - 前記２つの光源が、前記２つのレーザ光線を単独で発する多波長レーザダイオードであることを特徴とする請求項８記載の光学系。
- 請求項８又は９記載の光学系を備えたことを特徴とする光ピックアップ。
- 請求項８又は９記載の光学系を備えたことを特徴とする波長の異なる２つのレーザ光線を用いる装置。
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