JP2003091848A

JP2003091848A - 光学素子

Info

Publication number: JP2003091848A
Application number: JP2001282328A
Authority: JP
Inventors: Satoru Sugawara; 悟菅原
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2003-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の半導体レーザの発光点間隔を反射面を
利用して擬似的に近接させることが可能な光学素子を低
コストで提供する。【解決手段】二つの並列した半導体レーザ（レーザダ
イオード２、３）の発光点に近接して配置される光学素
子１において、半導体レーザの光軸６、７に対して垂直
及び平行でなく、且つ互いに平行に対向している一対の
反射面を二組有し、前記一対の反射面は半導体レーザの
出射光が最初にあたる第一の反射面１ａと、第一の反射
面１ａで反射した半導体レーザの光が再度反射する第二
の反射面１ｂからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＶＤやＳ−ＤＶ
Ｄ等の高密度光ディスク装置に使用する光学素子に関
し、特に、複数の半導体レーザと組み合わせて使用する
光学素子の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年ＣＤ−Ｒや、ＤＶＤ等さまざまな光
ディスクが普及しはじめているが、理想的には１つの記
録再生装置で複数種類のディスクを記録再生できること
が望ましい。しかしながらＣＤやＣＤ−Ｒで使用されて
いる波長７８０ｎｍのレーザ光では、光スポットをＤＶ
Ｄのディスク上のピットの大きさまで絞り込むことがで
きない。一方、ＣＤ−Ｒのディスクに用いられる色素は
ＤＶＤで使用されている波長６５０ｎｍのレーザ光では
反射せず透過してしまい、読み取りをすることができな
い。

【０００３】従って、ＣＤ−ＲとＤＶＤを１つの記録再
生装置で記録再生できるようにするためには、波長７８
０ｎｍと波長６５０ｎｍの二つの半導体レーザ装置を用
いなければならない。そこで、波長６５０ｎｍの半導体
レーザチップと波長７８０ｎｍの半導体レーザチップを
１つのパッケージ上に並列して取り付けた半導体レーザ
装置が提案されているが、これではレーザチップ自身の
幅やサブマウント幅の影響を受け、二つのレーザチップ
の発光点位置間隔が３００〜４００μｍと大きくなって
しまうため、ピックアップの光学系を設計するのが非常
に難しくなってしまう。

【０００４】そこで、反射面を利用して擬似的に発光点
を近接させる技術が提案されている。特開平１１−３９
６８４号公報には、断面三角形の形状を有するサブマウ
ントにより、発光点を近接させる技術が開示されてい
る。図４は上記公報の図２を引用した図である。図４に
示すように支持体３２に形成された断面三角形の形状を
有するサブマウント３２Ａにより、半導体レーザ３４、
３６からの出力Ｂ１、Ｂ２は近接した反射面３２Ｂ、３
２Ｃで折り曲げられるので、発光点を擬似的に近接させ
ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造を実現するためには断面三角形の形状としなけ
ればならない。しかしそれは容易ではない。特に４５度
の角度を持つ断面三角形の傾斜面を精度よく作ることは
容易ではなく、これまで何通りかの作製技術が提案され
てはいるが、実際に量産に適用できるほど安定して作製
できるわけではなかった。

【０００６】また、マイクロプリズムを用いて断面三角
形の形状を付加することも可能であるが、実装が非常に
難しくなる上にコスト的に非常に高価になってしまい、
光ピックアップへの搭載が現実的ではなくなってしま
う。

【０００７】また、このように従来開示された反射面を
利用して発光点を擬似的に近接させる技術は、量産に適
した簡便なものとは言えず、しかもそれを低コストで提
供することは困難であった。

【０００８】本発明は、複数の半導体レーザの発光点間
隔を反射面を利用して擬似的に近接させることが可能な
光学素子を低コストで提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、二つの並列した半導体レー
ザの発光点に近接して配置される光学素子において、半
導体レーザの光軸に対して垂直及び平行でなく、且つ互
いに平行に対向している一対の反射面を二組有し、前記
一対の反射面は半導体レーザの出射光が最初にあたる第
一の反射面と、第一の反射面で反射した半導体レーザの
光が再度反射する第二の反射面からなることを最も主要
な特徴とする。

【００１０】また、請求項２記載の発明は、第二の反射
面で反射した半導体レーザの光を遮らないように第一の
反射面の半導体レーザ光が出射する側の一部に切り欠き
部を設けた請求項１記載の光学素子を主要な特徴とす
る。

【００１１】また、請求項３記載の発明は、二つの並列
に配置された半導体レーザからの出射光の光軸は光学素
子の第一の反射面にて他の半導体レーザ側に折り曲げら
れる請求項１記載の光学素子を主要な特徴とする。

【００１２】また、請求項４記載の発明は、二組の反射
面の配置は光学素子の中心に対して左右対称である請求
項１記載の光学素子を主要な特徴とする。

【００１３】また、請求項５記載の発明は、光学素子の
材質は単結晶シリコンからなる請求項１から４のいずれ
か１項記載の光学素子を主要な特徴とする。

【００１４】また、請求項６記載の発明は、反射面はシ
リコンの（１１１）面からなる請求項５記載の光学素子
を主要な特徴とする。

【００１５】また、請求項７記載の発明は、半導体レー
ザの実装面と平行な面はシリコンの（１１０）面からな
る請求項５記載の光学素子を主要な特徴とする。

【００１６】また、請求項８記載の発明は、実装面はシ
リコンの（１００）面からなる請求項５記載の光学素子
を主要な特徴とする。

【００１７】また、請求項９記載の発明は、並列に配置
され、発光波長がそれぞれ異なる半導体レーザの発光点
に近接して設置した請求項１から８のいずれか１項記載
の光学素子を主要な特徴とする。

【００１８】また、請求項１０記載の発明は、反射面に
Ａｕを蒸着した請求項１から９のいずれか１項記載の光
学素子を主要な特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき説明する。図１は本発明の実施の形態に係る光学
素子を用いた半導体レーザ装置の構成図である。図１の
（ａ）は半導体レーザ装置の正面図、（ｂ）は斜視図で
ある。図１に示すレーザダイオード２は波長６５０ｎｍ
の半導体レーザ、レーザダイオード３は波長７８０ｎｍ
の半導体レーザである。レーザダイオード２、３はサブ
マウント４に並列して実装してあり、サブマウント４と
光学素子１はステム５の異なる面に実装されている。

【００２０】レーザダイオード２、３の発光点から出た
出射光の光軸６、７は、光学素子１の平行で対向した二
組の反射面でそれぞれ２回反射して折り返した後、図１
の上方向に向かって出射される。

【００２１】光学素子１は単結晶シリコンより形成され
ており、反射面は（１１１）面の結晶面で左右対称の形
に形成されている。この反射面にはＴｉ／Ａｕからなる
反射膜が形成されている。また、光学素子１のレーザダ
イオード２、３の実装面に垂直な面は（１１０）面に、
実装面は（１００）面の結晶面になっている。ここでレ
ーザダイオード２、３の発光点の間隔に比べて、光学素
子１を通過後の擬似的な発光点間隔（光軸間隔）は大幅
に小さくなっており、これが本発明の特徴となってい
る。

【００２２】反射面を利用して擬似的な発光点間隔を近
接させる方法を利用する場合、最も重要なのは反射後の
二つの半導体レーザの光軸６、７をそろえなければなら
ない点である。従来技術で述べたような４５度の角度を
持つ反射面が必要な理由も、対向して配置した半導体レ
ーザの光軸を反射後同じ方向にそろえるためである。こ
のように単一の反射面では反射後の光軸方向が変わって
しまうため、４５度等の特定の角度の反射面しか利用す
ることができなかった。

【００２３】しかしながら二つの平行で対向した反射面
を利用すれば、このような制限をなくすことができる。
つまり二つの平行で対向した反射面に入射した光軸６、
７は、２回反射後は再び最初の光軸６、７と完全に平行
になる。この原理を利用すれば任意の角度を持つ反射面
を利用しても、反射面に入射前の二つの半導体レーザの
光軸６、７を平行にしておけば、反射後の光軸６、７も
平行にすることができる。

【００２４】図２は図１の要部の説明図である。図２に
示すようにレーザダイオード２、レーザダイオード３は
並列に配置されているため、光学素子１の第一の反射面
１ａに入射する前のそれぞれの光軸６、７は平行になっ
ている。その後光学素子１の第一の反射面１ａ及び第二
の反射面１ｂで２回反射されたレーザダイオード２、３
の光軸６、７は光学素子１に入射する前と平行になるた
め、光学素子１で反射後のレーザダイオード２、３の光
軸６、７同士もやはり平行となる。

【００２５】ここで光学素子１の反射面の角度は、レー
ザダイオード２、３の光軸６、７に対して垂直及び平行
以外の任意の角度が可能である。また、光学素子１の位
置精度に関しても、レーザダイオード２、３に対する光
学素子１の相対位置が多少ずれても、光学素子１を通過
後の発光点間隔（光軸間隔）には影響しない。

【００２６】ただし、レーザダイオード２、３のビーム
は光軸６、７を中心として広がるため、光学素子１では
このビーム広がり８を考慮した方が、レーザダイオード
２、３の出力を有効に利用できる。そのため、図２に示
すようにレーザダイオード２、３のビーム広がり８を遮
らないように、点線で示している第一の反射面１ａのレ
ーザダイオード光出射側の一部に切り欠き部９を設け
た。

【００２７】レーザダイオード２、３の出射光は、光軸
６、７を中心にしてビーム広がり８を持っているため、
発光点から反射面までの距離が離れるほど反射面に必要
とされる面積が大きくなる。２回反射後の光軸間隔は２
回目の反射面でのビームの大きさより小さくはなれない
から、光軸間隔を近接させるためには、発光点と反射面
の距離を近づける必要がある。

【００２８】全ての反射面を発光点に近づけるために
は、光学素子１の第一の反射面１ａで光軸６、７をそれ
ぞれもう一方のレーザダイオード側に折り曲げ、第二の
反射面１ｂで再び光軸６、７を正面に向けてやる構成に
すればよい。また、最も発光点と反射面の距離を小さく
できるのは、並列に配置されたレーザダイオード２、３
と光学素子１の反射面の配置が左右対称となる場合であ
る。

【００２９】本発明の光学素子１に要求されるのは、対
向した反射面同士の平行度と、低コストで作製できると
いう点である。このような用途に最も適している材質は
単結晶シリコンである。単結晶シリコンではＫＯＨ等の
異方性エッチング液で特定の結晶面を選択的に得ること
ができるため、平行度の高い対向した反射面も容易に作
製でき、半導体プロセスにより製作コストも安くでき
る。

【００３０】シリコンの（１１１）面は、異方性エッチ
ング時の選択比が１００以上と非常に高く、高精度な反
射面を必要とする用途には特に適している。シリコンの
（１１１）面からなる光学素子１の反射面は半導体レー
ザ実装面と垂直な位置関係となっている。このような光
学素子１をできるだけ低コストで実現するためには、基
板面に垂直な（１１１）面が基板面内の２方向で得られ
る（１１０）基板を用いるのが良い。この場合基板表面
の（１１０）面は光学素子１の半導体レーザ実装面と平
行な面となる。

【００３１】シリコンの（１１０）基板面に垂直な二つ
の（１１１）面は、７０. ５２度（または１８０−７
０. ５２＝１０９. ４８度）の角度で交差している。こ
の（１１１）面を左右対称の配置で利用するためには、
光学素子１の実装面を（１１０）面にする配置と（１０
０）面にする配置とが考えられる。光学素子１の実装面
を（１１０）面にする配置では、基板面に垂直な二つの
（１１１）面は１０９.４８度で交わり、実装面を（１
００）面にする配置では、二つの（１１１）面は７０.
５２度で交わる。

【００３２】図３は本発明の光学素子をシリコンで形成
した説明図である。図３の（ａ）は光学素子の実装面を
（１１０）面にする配置、（ｂ）は光学素子のステムへ
の実装面を（１００）面にする配置である。図中の矢印
はレーザダイオード２、３の光軸６、７を示している。
図から明らかなように、図３の（ａ）の配置に比べて
（ｂ）の配置のほうが、光学素子１による光路長の増加
が少ないことがわかる。このような光路長の増加は光ピ
ックアップ等に使われるようなホログラムを用いてＰＤ
に集光する光学系では、設計自由度を低くすることがあ
るので図３の（ｂ）のようにできるだけ少ない方がよ
い。

【００３３】従来の技術でも述べたように、ＣＤ−Ｒと
ＤＶＤを１つの記録再生装置で記録再生できるようにす
るためには、波長７８０ｎｍと波長６５０ｎｍの二つの
半導体レーザ装置を用いなければならない。本発明の光
学素子１において、波長７８０ｎｍと波長６５０ｎｍの
二つの半導体レーザを用いる構成にすれば、通常の個別
半導体レーザを用いても発光点間隔が非常に小さい２波
長光源を得ることができる。もちろん二つの半導体レー
ザの波長を６５０ｎｍと４１０ｎｍのような波長にする
ことも可能である。

【００３４】また、シリコンで形成した反射面はそのま
までは反射率が低いため、反射率を高めるための反射膜
を設けることが好ましい。本実施の形態では反射面への
レーザダイオード光入射角が、レーザダイオード２、３
のビーム広がり８を含めると±１０度程度と広くなるた
め、この広い角度範囲に対して誘電体多層膜により高い
反射率を得るのは非常に難しくなる。

【００３５】Ａｕ（金）は６５０ｎｍ〜近赤外の波長に
対してはＡＬ（アルミニウム）等よりも高い反射率を持
っており、光学反射面に形成する反射膜としては、非常
に適した材質である。金はシリコンへの密着力が低いた
め、金を反射膜とする場合には、Ｔｉ（チタン）やＣＲ
（クロム）の下地層を設けた多層構造で用いるのがよ
い。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、半導体レ
ーザの光軸に対して垂直及び平行でなく、且つ互いに平
行に対向している一対の反射面を二組有し、前記一対の
反射面は半導体レーザの出射光が最初にあたる第一の反
射面と、第一の反射面で反射した半導体レーザの光が再
度反射する第二の反射面からなることにより、半導体レ
ーザの光軸を擬似的に近接することが可能な光学素子が
実現できる。この光学素子は半導体レーザの光軸に対す
る反射面の角度は任意の角度でよく、光学素子の低コス
ト化を図ることができる。

【００３７】請求項２の発明によれば、第二の反射面で
反射した半導体レーザの光を遮らないように第一の反射
面の半導体レーザ光が出射する側の一部に切り欠き部を
設けたことにより、レーザダイオードのビームを遮るこ
とがなく、この光学素子を用いてもレーザダイオードの
光利用効率の低下を防止することができる。

【００３８】請求項３の発明によれば、二つの並列に配
置された半導体レーザからの出射光の光軸は光学素子の
第一の反射面にて他の半導体レーザ側に折り曲げられる
ことにより、発光点間隔をより小さくすることが可能な
光学素子を実現することができる。

【００３９】請求項４の発明によれば、二組の反射面の
配置は光学素子の中心に対して左右対称であることによ
り、発光点間隔を最も小さくすることが可能な光学素子
を実現することができる。

【００４０】請求項５の発明によれば、光学素子の材質
は単結晶シリコンからなることにより、高精度な平行反
射面を持つ光学素子を低コストで容易に作製することが
できる。

【００４１】請求項６の発明によれば、反射面はシリコ
ンの（１１１）面からなることにより、特に高精度な平
行反射面を持つ光学素子を低コストで容易に作製するこ
とができる。

【００４２】請求項７の発明によれば、半導体レーザの
実装面と平行な面はシリコンの（１１０）面からなるこ
とにより光学素子を低コストで容易に作製することがで
きる。

【００４３】請求項８の発明によれば、実装面はシリコ
ンの（１００）面からなることにより、光路長増加の少
ない光学素子を低コストで容易に作製することができ
る。

【００４４】請求項９の発明によれば、並列に配置さ
れ、発光波長がそれぞれ異なる半導体レーザの発光点に
近接して設置したことにより、通常の個別半導体レーザ
を用いても発光点間隔が非常に小さい２波長光源を簡単
に得ることができる。

【００４５】請求項１０の発明によれば、反射面にＡｕ
を蒸着したことにより、シリコンで形成した光学反射面
に、６５０ｎｍ〜近赤外の波長に対して反射率の高い反
射膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子を用いた半導体レーザ装置の
構成図である。

【図２】図１の要部の説明図である。

【図３】本発明の光学素子をシリコンで形成した説明図
である。

【図４】従来技術の引用例を示した図である。

【符号の説明】

１光学素子１ａ第一の反射面１ｂ第二の反射面２レーザダイオード３レーザダイオード４サブマウント５ステム６光軸７光軸８ビーム広がり９切り欠き部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二つの並列した半導体レーザの発光点に
近接して配置される光学素子において、半導体レーザの
光軸に対して垂直及び平行でなく、且つ互いに平行に対
向している一対の反射面を二組有し、前記一対の反射面
は半導体レーザの出射光が最初にあたる第一の反射面
と、第一の反射面で反射した半導体レーザの光が再度反
射する第二の反射面からなることを特徴とする光学素
子。
【請求項２】第二の反射面で反射した半導体レーザの
光を遮らないように第一の反射面の半導体レーザ光が出
射する側の一部に切り欠き部を設けたことを特徴とする
請求項１記載の光学素子。
【請求項３】二つの並列に配置された半導体レーザか
らの出射光の光軸は光学素子の第一の反射面にて他の半
導体レーザ側に折り曲げられることを特徴とする請求項
１記載の光学素子。
【請求項４】二組の反射面の配置は光学素子の中心に
対して左右対称であることを特徴とする請求項１記載の
光学素子。
【請求項５】単結晶シリコンからなることを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれか１項記載の光学素子。
【請求項６】反射面はシリコンの（１１１）面からな
ることを特徴とする請求項５記載の光学素子。
【請求項７】半導体レーザの実装面と平行な面はシリ
コンの（１１０）面からなることを特徴とする請求項５
記載の光学素子。
【請求項８】実装面はシリコンの（１００）面からな
ることを特徴とする請求項５記載の光学素子。
【請求項９】並列に配置され、発光波長がそれぞれ異
なる半導体レーザの発光点に近接して設置したことを特
徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の光学素
子。
【請求項１０】反射面にＡｕを蒸着したことを特徴と
する請求項１から９のいずれか１項記載の光学素子。