JP3817438B2 - 光学部材およびこれを用いた光学装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、2つの異なる波長のレーザ光が入射する光学部材に係り、特に互いに光軸のずれたレーザ光を受光部で受光する光学部材及びこれを用いた光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
CDとDVDの双方が使用可能なディスク装置に搭載される光ピックアップには、構造の簡略化を図るために、2つの異なる波長のレーザ光の光源が一体に設けられた発光部が搭載されている。前記発光部では、前記光源が微小間隔を置いて配置されているので、レーザ光の光軸がずれた状態で光路が形成される。光軸がずれた状態では、受光部での受光位置にずれが生じるので、受光部で双方のレーザ光の受光位置を一致させる必要がある。
【0003】
図7は、前記ずれを解消するために設けられた従来の光学部材30を示す平面図である。前記光学部材30は、板状の透明部材の一面側に凹凸形状の回折格子30aが形成され、受光部31に対向する位置に設けられている。
【0004】
前記光学部材30は、CDとDVD兼用のディスク装置に搭載され、このディスク装置にはCD用として785nmの波長(λ1)のレーザ光が、DVD用として658nmの波長(λ2)のレーザ光が発光する発光部が設けられている。図7に示すように、ディスクに反射した戻り光の光軸がずれた状態で光学部材30まで戻り、前記光学部材30の回折格子30aで双方のレーザ光が回折させられて、受光部31に到達する位置で受光位置が互いに一致するようになっている。また波長の長さに応じて回折角度が異なり、図7に示す場合ではλ1の回折角度(θ1)はλ2の回折角度(θ2)より大きくなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記レーザ光を発する発光部では温度変化によって波長が変動する特性があるため、前記従来の光学部材30では、温度変化により回折角度が変動して、その結果レーザ光の受光部での受光位置が互いに一致しなくなり、オフセットの問題が生じる。例えば、受光部での受光位置が大きくずれると、1次回折光より高次の回折光が受光部に漏れ込み、オフセットが生じることがある。
【0006】
本発明は上記課題を解決するものであり、互いにずれたレーザ光の光軸を受光部で一致させることができ、しかも温度変化による波長変動の影響を低減できる光学部材及びそれを用いた光学装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1の波長λ1のレーザ光を回折させ、第2の波長λ2のレーザ光を回折させずに透過させる回折格子が設けられた光学部材であって、
前記回折格子は、凹凸状に形成された第1の格子部と、前記第1の格子部の傾斜面に所定のステップ数からなる階段状の段差として形成された第2の格子部と、前記第2の格子部の表面に形成された微小な凹凸からなる第3の格子部とを有するものであり、
前記第2の格子部は前記第1の波長λ1のレーザ光に対しては1次回折光に対して選択性を有し且つ前記第2の波長λ2のレーザ光に対しては0次回折光に対する選択性を有する所定の格子深さ寸法(d)で形成され、前記第2の格子部の1段あたりの深さ寸法(h)は前記第2の波長λ2のレーザ光に対して(n−1)h=mλ2(ただし、nは屈折率、mは正の整数)で形成され、前記第3の格子部の周期が前記レーザ光の波長(λ1及びλ2)以下で形成されていることを特徴とするものである。
【0010】
また、前記第2の格子部の各段差部が、幅方向と深さ方向がいずれも等ピッチで形成されていることが好ましい。
【0011】
上記本発明では、一方の波長のレーザ光を回折させることがないので、他方のレーザ光の回折角度を小さくでき、温度変化による波長変動の影響を低減でき、受光部での受光位置のずれを小さくできる。
【0012】
また、前記第1の波長λ1が785nmで、前記第2の波長λ2が658nmとすることで、CDとDVDを兼用した光ピックアップに適用できる。
【0013】
また前記の場合に、前記第2の格子部の階段状のステップ数が6段となるように設計することで、双方のレーザ光に対して受光位置での効率を高く維持した設計が可能となる。
【0015】
また、前記第1の格子部と前記第2の格子部はともに樹脂で一体に形成されることで、製造コストを安くできる。
【0016】
また本発明の光学装置は、第1の波長λ1のレーザ光を発する発光点と第2の波長λ2のレーザ光を発する発光点とが、光軸と直交する方向へずれて位置している発光部と、前記発光部からの光が透過する請求項1ないし5のいずれかに記載の光学部材とが設けられ、前記第1の波長λ1のレーザ光の光軸と、第2の波長λ2の光軸とが受光部が設けられた位置で交わることを特徴とするものである。
【0017】
前記本発明では、2波長のレーザ光の光源が一体に設けられた発光部と、2波長のレーザ光を独立して回折させることができる単一の光学部材とが設けられるので、部品点数を減らして構造を簡略化でき、コストダウンが可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の光学部材が搭載された光学装置の一例を示す概略図、図2は光学部材とその光軸を示す模式図、図3は光学部材を示す一部省略平面図、図4は6ステップでの格子深さに対する光の効率を示す線図、図5は5ステップでの格子深さに対する光の効率を示す線図である。
【0019】
図1に示す光学装置としての光ピックアップ10は、半導体レーザーダイオードが内蔵された発光部12と、この発光部12から発射されたレーザ光を平行光にするコリメータレンズ13と、入射するレーザ光を反射させるとともに前記反射方向から入射する光を透過するビームスプリッタ14と、対物レンズ15と、受光部16と、前記受光部16とビームスプリッタ14との間に配置された本発明の光学部材11を備えている。
【0020】
前記発光部12は、CD用として波長785nm(λ1)のレーザ光の発光点を形成する発光素子12aと、DVD用として波長658nm(λ2)のレーザ光の発光点を形成する発光素子12bとが単一の筐体内で微小間隔(S)離間した状態で配置されている。
【0021】
前記発光部12から発射した各波長λ1,λ2のレーザ光は、ビームスプリッタ14に入射すると、ビームスプリッタ14でディスクD1方向へ反射され、コリメータレンズ13により平行光とされた後に対物レンズ15に入射する。対物レンズ15により集光されたレーザ光はディスクD1にスポット光を形成し、ディスクD1に反射した戻り光は互いの光軸がずれた状態で対物レンズ15とコリメータレンズ13を通り、ビームスプリッタ14を透過することで前記光学部材11に至る。
【0022】
図2に示すように、前記光学部材11は、光透過性の樹脂部材、ガラス部材または樹脂とガラスの複合材で板状に形成されたものである。この光学部材11では、DVD用の波長λ2のレーザ光を回折させずに透過させて受光部16へ導き、CD用の波長λ1のレーザ光を回折させて受光部16へ導く。また図1に示すように、光学部材11と受光部16との間には凹レンズ17が配置されて、受光部16に形成されるレーザ光のビーム形状を拡大するようになっていてもよい。
【0023】
前記受光部16はフォトダイオードで形成されており、4分割のセンサA,B,C,Dが組み合わされた受光素子と、前記受光素子の両側部に設けられたセンサEとFからなる側部受光素子を有している。例えば、CDとDVDでのトラッキングサーボ機構として、それぞれ3ビーム法、位相差法が適用され、フォーカシングサーボ機構として非点収差法が適用される。CDとDVDのフォーカシングサーボ機構では、前記受光素子が共通の素子として使用される。
【0024】
前記受光部16では、温度変化によって波長が変化することで、センサEとセンサFとで結ばれるEF方向に直交する方向にレーザ光のスポットがずれる結果、より高次の回折光が受光素子に漏れ込むことでオフセットの問題が生じることになる。そこで、前記ずれを改善した光学部材11を以下に示す。
【0025】
前記光学部材11のレーザ光の射出面側には、複数の凸部11aが連続して形成された第1の格子部が形成され、各凸部11aの傾斜面に階段状の段差部11b(第2の格子部)が形成されている。前記凸部11aと段差部11bとで回折格子11Aが構成されている。
【0026】
前記第1の格子部は、ほぼ鋸刃形状に形成されたもので、各凸部11aは、いずれも同一形状であり、垂直面と傾斜面とで形成された直角三角形状である。また前記段差部11bは、平坦面S1〜S6が段々と高さを変えてステップ数が6段となるように形成したものであり、各段のx方向の幅寸法wとy方向の深さ寸法hがいずれも等ピッチ(h=d/5,w=p/6)で形成されている。ただし、pは周期であり、この周期は凸部11aの幅寸法である。
【0027】
図3に示す光学部材11に形成された回折格子11Aでは、各段の深さ寸法をhとし、樹脂の屈折率をnとし、レーザ光の波長をλとすると、(n−1)h=mλという関係式が成り立つ。ただし、mは正の整数とする。前記関係式より、(n−1)hが波長の正の整数倍となるようにhを決めることで、前記波長λのレーザ光に対しては、回折せずに透過させることができる。
【0028】
上記式より、λ2(658nm)のレーザ光に対して(n−1)hがλ2の正の整数倍となるようにhを設定することで、回折格子11Aにλ2のレーザ光が入射したときに回折させずに0次回折光のまま透過させることができる。
【0029】
前記により、凸部11aの格子深さ寸法d(=5h)が決定され、周期pも例えば30から50μmの範囲内で予め設定されるので、残るステップ数の段数を決定することで光学部材11の形状が決まることになる。そこで、ステップ数を1段づつ変えたところ、図3に示すステップ数が6段である形状が最適であることが確認された。その理由について、図4を参照して説明する。
【0030】
図4は、波長λ1と波長λ2の各回折光に対する格子深さと効率の関係を示す線図である。ただし、周期(p)が20μmで、屈折率が1.54である。また図4の縦軸の効率とは、回折格子11Aをレーザ光が通過したときの通過前のレーザ光の光量を1としたときの通過後の0次回折光(0T)、±1次回折光(±1T)および±2次回折光(±2T)の光量の割合を示している。
【0031】
図4の(a)に示すように、回折格子の格子深さ寸法dを6μm付近に設定することで、658nm(λ2)の0次回折光と785nm(λ1)の1次回折光を高い効率で得ることができる。
【0032】
上記のように光学部材11を形成することで、λ1のレーザ光に対しては1次回折光を選択する選択性を有し、λ2のレーザ光に対しては0次回折光を選択する選択性を有するようになる。しかもλ1の1次回折光とλ2の0次回折光とをいずれも高い効率で得ることができる。
【0033】
なお、図4の(b)と(c)に示す格子深さ寸法では、785nm(λ1)の1次回折光と658nm(λ2)の0次回折光を高い効率で得ることができない。また深さ寸法dを大きくすると、波長のばらつきに対する変動が大きくなるので好ましくない。なお、(b)の深さでは785nmの2次回折光は得られるものの、効率が悪くなるので好ましくない。
【0034】
したがって、格子深さ寸法dを6μm付近(より正確には6.1μm付近)とし、段差部11bの各段の幅寸法と深さ寸法とをいずれも等ピッチで形成することで、効率を高く維持した回折格子11Aを得ることができる。
【0035】
また図5に示す線図は、図3に示す回折格子11Aのステップ数を6段から5段に変更したものである。ただし、この場合も前記のように各段の幅寸法と深さ寸法がいずれも等しいピッチで形成されている。
【0036】
図5に示すものでは、回折格子の格子深さ寸法dを5.8μm付近(e)に設定することで、658nmの−1次回折光と785nmの0次回折光を共に効率よく得ることできる。この場合は、λ1とλ2とが逆になり、658nmをλ1、785nmをλ2とすればよい。
【0037】
上記のように、回折格子の格子深さdが、図4の(a)または図5の(e)で決定される形状とすることで、658nmのレーザ光の0次回折光のみを透過させ且つ785nmのレーザ光の1次回折光のみを回折させ、または658nmの−1次回折光のみを回折させ、785nmの0次回折光のみを透過させることができるようになり、785nmの光軸と658nmの光軸とを受光部16で一致させることができるようになる。
【0038】
したがって、一方のレーザ光は回折しないので波長変動の影響を受けることがなく、他方のレーザ光は回折させられるものの回折角度が従来よりも小さくなるので、全体として波長変動による影響を低減できる。なお、上記した光学部材11において、ステップ数が6段と5段とでは、6段とした形状とすることが光の効率の点でより好ましい。
【0039】
なお、本実施の形態では、波長が658nmと785nmの組み合わせについて説明したが、その他の波長の組合わせであってもよい。波長の組み合わせが異なることで、最適な段差部のステップ数や深さ寸法が異なってくる。
【0040】
また、前記第1の格子部を構成する凸部11aと第2の格子部を構成する段差部11bとが樹脂で一体に形成されることで、製造コストを低くできる。
【0041】
図6に示す回折格子11Bは、前記回折格子11Aの変形例の一部分を示す平面図である。
【0042】
この回折格子11Bは、前記回折格子11Aの段差部11bの各平坦面S1〜S6にぎざぎざ形状の凹凸からなる微少回折格子(第3の格子部)11cが重ねて形成されている。この微小回折格子11cでは、凸部から隣接する凸部までを1周期としたときに、この1周期が前記レーザ光の波長λ1やλ2より短く形成されていることが好ましい。これにより、高価な反射防止膜を形成したときと同等な反射防止効果を発揮できる。
【0043】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ずれた光軸を所定の位置で一致させることができ、しかも一方の波長のレーザ光のみを回折させ、他方のレーザ光の回折角度を従来よりも小さくできるので、双方のレーザ光を回折させる場合よりも温度変化による波長変動の影響を低減できる。
【0044】
また本発明の光学装置は、2波長のレーザ光を発光する発光部と、各レーザ光の光軸を一致させる単一の光学部材とで構成されているので、部品点数を減らして構造を簡略化できるのでコストダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学部材が搭載された光学装置の一例を示す概略図、
【図2】光学部材とその光軸を示す模式図、
【図3】光学部材の一部分を示す平面図、
【図4】ステップ数が6段での格子深さに対する光の効率を示す線図、
【図5】ステップ数が5段での格子深さに対する光の効率を示す線図、
【図6】本発明の光学部材の変形例の一部分を示す平面図、
【図7】従来の光学部材とその光軸を示す模式図、
【符号の説明】
10 光ピックアップ
11 光学部材
11a 凸部(第1の格子部)
11b 段差部(第2の格子部)
11c 微小回折格子(第3の格子部)
12 発光部
12a,12b 発光素子
13 コリメータレンズ
14 ビームスプリッタ
15 対物レンズ
16 受光部
Claims (6)
- 第1の波長λ1のレーザ光を回折させ、第2の波長λ2のレーザ光を回折させずに透過させる回折格子が設けられた光学部材であって、
前記回折格子は、凹凸状に形成された第1の格子部と、前記第1の格子部の傾斜面に所定のステップ数からなる階段状の段差として形成された第2の格子部と、前記第2の格子部の表面に形成された微小な凹凸からなる第3の格子部とを有するものであり、
前記第2の格子部は前記第1の波長λ1のレーザ光に対しては1次回折光に対して選択性を有し且つ前記第2の波長λ2のレーザ光に対しては0次回折光に対する選択性を有する所定の格子深さ寸法(d)で形成され、前記第2の格子部の1段あたりの深さ寸法(h)は前記第2の波長λ2のレーザ光に対して(n−1)h=mλ2(ただし、nは屈折率、mは正の整数)で形成され、前記第3の格子部の周期が前記レーザ光の波長(λ1及びλ2)以下で形成されていることを特徴とする光学部材。 - 前記第2の格子部の各段が、幅方向と深さ方向に対していずれも等ピッチで形成されている請求項1記載の光学部材。
- 前記第1の波長λ1が785nmで、前記第2の波長λ2が658nmである請求項1または2に記載の光学部材。
- 前記第2の格子部の階段状のステップ数が6段である請求項1ないし3のいずれか一項に記載の光学部材。
- 前記第1の格子部と前記第2の格子部はともに樹脂で一体に形成されている請求項1ないし4のいずれか一項に記載の光学部材。
- 第1の波長λ1のレーザ光を発する発光点と第2の波長λ2のレーザ光を発する発光点とが、光軸と直交する方向へずれて位置している発光部と、前記発光部からの光が透過する請求項1ないし5のいずれかに記載の光学部材とが設けられ、前記第1の波長λ1のレーザ光の光軸と、第2の波長λ2の光軸とが受光部が設けられた位置で交わることを特徴とする光学装置。
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