JP2828726B2 - 光学装置 - Google Patents
光学装置Info
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- JP2828726B2 JP2828726B2 JP6599390A JP6599390A JP2828726B2 JP 2828726 B2 JP2828726 B2 JP 2828726B2 JP 6599390 A JP6599390 A JP 6599390A JP 6599390 A JP6599390 A JP 6599390A JP 2828726 B2 JP2828726 B2 JP 2828726B2
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- semiconductor laser
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- optical device
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば光磁気ディスクに対向させるヘッド
等に設けられる微小変位測定用の光学装置に関する。
等に設けられる微小変位測定用の光学装置に関する。
一般にこの種の光学装置としては従来第３図に示す如
き装置が提案されている。第３図は従来の微小変位測定
用の光学装置の模式図であり、図中11,12は共振器長方
向に適正長ずらして配置させた半導体レーザチップを示
している。両半導体レーザチップ11,12はその後方出射
光路中に臨ませた光ガイド13及び該光ガイド13で分離さ
れた光を夫々検出する受光素子14,15と共にパッケージ1
6内に配設されている。パッケージ16の前方には、半導
体レーザチップ11,12の前方出射光路中に臨ませて集光
レンズ17が配設され、該集光レンズ17の光軸を被検対象
物体Ｍの反射面18に対向せしめてある。
き装置が提案されている。第３図は従来の微小変位測定
用の光学装置の模式図であり、図中11,12は共振器長方
向に適正長ずらして配置させた半導体レーザチップを示
している。両半導体レーザチップ11,12はその後方出射
光路中に臨ませた光ガイド13及び該光ガイド13で分離さ
れた光を夫々検出する受光素子14,15と共にパッケージ1
6内に配設されている。パッケージ16の前方には、半導
体レーザチップ11,12の前方出射光路中に臨ませて集光
レンズ17が配設され、該集光レンズ17の光軸を被検対象
物体Ｍの反射面18に対向せしめてある。
而してこのような装置にあっては、両半導体レーザチ
ップ11,12からレーザビームを発振させ、集光レンズ17
を通して反射面18に入射させ、これから反射した光を再
び集光レンズ17を通して両半導体レーザチップ11,12に
入射させ、反射光量の変化を各半導体レーザチップ11,1
2の後方出射光の出力の変化として各受光素子14,15にて
検出するようになっている。反射面18が例えば第４図に
示す如くa,b（焦点位置）,c位置に移動したとすると、
両受光素子14,15にて捉えられる後方出射光出力Prは第
５図に示す如く変化する。第５図は横軸に反射面の位置
を、また縦軸に一方の受光素子14（又は15）で捉えられ
た後方出射光出力（Pr）をとって示すグラフである。
ップ11,12からレーザビームを発振させ、集光レンズ17
を通して反射面18に入射させ、これから反射した光を再
び集光レンズ17を通して両半導体レーザチップ11,12に
入射させ、反射光量の変化を各半導体レーザチップ11,1
2の後方出射光の出力の変化として各受光素子14,15にて
検出するようになっている。反射面18が例えば第４図に
示す如くa,b（焦点位置）,c位置に移動したとすると、
両受光素子14,15にて捉えられる後方出射光出力Prは第
５図に示す如く変化する。第５図は横軸に反射面の位置
を、また縦軸に一方の受光素子14（又は15）で捉えられ
た後方出射光出力（Pr）をとって示すグラフである。
このグラフから明らかな如く、反射面18が第４図に示
す如く集光レンズ17の焦点位置ｂ上にあるときは光出力
Prが最も大きく、この位置から前，後方向に離れるに従
って低下することが解る。これは反射面18が焦点位置に
近い程、反射光が半導体レーザチップ11,12に戻り易
く、半導体レーザチップ11,12内における発振特性に及
ぼす影響がそれだけより大きいからである。
す如く集光レンズ17の焦点位置ｂ上にあるときは光出力
Prが最も大きく、この位置から前，後方向に離れるに従
って低下することが解る。これは反射面18が焦点位置に
近い程、反射光が半導体レーザチップ11,12に戻り易
く、半導体レーザチップ11,12内における発振特性に及
ぼす影響がそれだけより大きいからである。
従って各半導体レーザチップ11,12の後方出射出力を
夫々PA,PBとすると、両半導体レーザチップ11,12の前方
出射光の焦点位置がずれているため、被検対象物体Ｍを
半導体レーザチップ11,12に対して前，後方向に位置を
ずらすと、PA,PBのピーク位置は第６図に示す如くに変
化する。第６図は両半導体チップPA,PB及びその差信号P
A−PBと被検対象物体の位置との関係を示す原理説明図
であり、差信号PA−PBの中間点の光出力を0Vとすると、
この0V点から両側に被検対象物体の移動距離に対応して
高くなる信号が得られ、微小変位測定が行えることとな
る。
夫々PA,PBとすると、両半導体レーザチップ11,12の前方
出射光の焦点位置がずれているため、被検対象物体Ｍを
半導体レーザチップ11,12に対して前，後方向に位置を
ずらすと、PA,PBのピーク位置は第６図に示す如くに変
化する。第６図は両半導体チップPA,PB及びその差信号P
A−PBと被検対象物体の位置との関係を示す原理説明図
であり、差信号PA−PBの中間点の光出力を0Vとすると、
この0V点から両側に被検対象物体の移動距離に対応して
高くなる信号が得られ、微小変位測定が行えることとな
る。
ところでこのような従来装置にあっては、半導体レー
ザチップ11,12を組み立てる場合、２つのレーザチップ1
1,12の位置ずれ量を高い精度で設定して組立てねばなら
ず、組立に時間を要し、しかも歩留りが悪いという問題
があった。
ザチップ11,12を組み立てる場合、２つのレーザチップ1
1,12の位置ずれ量を高い精度で設定して組立てねばなら
ず、組立に時間を要し、しかも歩留りが悪いという問題
があった。
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、そ
の目的とするところは半導体レーザチップを高い精度で
ずらして組み立てる必要がなく、製作が容易となり、歩
留りの高い光学装置を提供するにある。
の目的とするところは半導体レーザチップを高い精度で
ずらして組み立てる必要がなく、製作が容易となり、歩
留りの高い光学装置を提供するにある。
本発明に係る光学装置は、発振波長の異なる少なくと
も２本のレーザビームを出射する半導体レーザ手段と、
上記複数本のレーザビームを集光して対象物体表面に入
射させるフレネルレンズと、対象物体からの反射光の変
化を前記半導体レーザ手段の後方出射光出力の変化とし
て捉える受光素子とを具備することを特徴とする。
も２本のレーザビームを出射する半導体レーザ手段と、
上記複数本のレーザビームを集光して対象物体表面に入
射させるフレネルレンズと、対象物体からの反射光の変
化を前記半導体レーザ手段の後方出射光出力の変化とし
て捉える受光素子とを具備することを特徴とする。
〔作用〕 本発明にあってはこれによって、半導体レーザ手段か
ら出射された波長の異なるレーザビームはグレーティン
グを有するレンズによって異なる位置に結像することと
なり、対象物体がこの結像位置間で変位するときは結像
位置からの距離に応じた反射光がグレーティングを有す
るレンズを経て半導体レーザ手段に入射し、反射光の変
化が半導体レーザ手段からの各後方出射光出力の変化と
して捉えられ、その差信号は対象物体位置に相応した値
となるから、格別に対象物体に対する半導体レーザチッ
プ位置をずらせることによってその結像位置を異ならせ
る必要性が解消されることとなる。
ら出射された波長の異なるレーザビームはグレーティン
グを有するレンズによって異なる位置に結像することと
なり、対象物体がこの結像位置間で変位するときは結像
位置からの距離に応じた反射光がグレーティングを有す
るレンズを経て半導体レーザ手段に入射し、反射光の変
化が半導体レーザ手段からの各後方出射光出力の変化と
して捉えられ、その差信号は対象物体位置に相応した値
となるから、格別に対象物体に対する半導体レーザチッ
プ位置をずらせることによってその結像位置を異ならせ
る必要性が解消されることとなる。
以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に
説明する。第１図は本発明に係る光学装置の模式図であ
り、図中1,2は異なる発振波長を有する半導体レーザチ
ップを示している。半導体レーザチップ1,2は図示しな
いSi基板上の端部にレーザ出射光端面を合わせた状態で
配設されており、その後方出射光の光路中に臨ませた光
ガイド３及びこの光ガイド３によって分光された各光の
光路中に臨ませた各受光素子4,5と共にパッケージ６内
に配置されている。一方半導体レーザチップ1,2の前方
出射光の光路中にはフレネルレンズ７が配設され、フレ
ネルレンズ７の光軸を被検対象物体Ｍの反射面８に向け
て対向せしめてある。
説明する。第１図は本発明に係る光学装置の模式図であ
り、図中1,2は異なる発振波長を有する半導体レーザチ
ップを示している。半導体レーザチップ1,2は図示しな
いSi基板上の端部にレーザ出射光端面を合わせた状態で
配設されており、その後方出射光の光路中に臨ませた光
ガイド３及びこの光ガイド３によって分光された各光の
光路中に臨ませた各受光素子4,5と共にパッケージ６内
に配置されている。一方半導体レーザチップ1,2の前方
出射光の光路中にはフレネルレンズ７が配設され、フレ
ネルレンズ７の光軸を被検対象物体Ｍの反射面８に向け
て対向せしめてある。
而してこのような本発明装置にあっては、両半導体レ
ーザチップ1,2から夫々異なる波長のレーザビームを発
振させ、フレネルレンズ７を通して被検対象物体Ｍの反
対面８に入射させ、ここからの反射光を再びフレネルレ
ンズ７を通して半導体レーザチップ1,2に入射させ、そ
の後方出射光出力を光ガイド３で分けて夫々受光素子4,
5にて検出する。
ーザチップ1,2から夫々異なる波長のレーザビームを発
振させ、フレネルレンズ７を通して被検対象物体Ｍの反
対面８に入射させ、ここからの反射光を再びフレネルレ
ンズ７を通して半導体レーザチップ1,2に入射させ、そ
の後方出射光出力を光ガイド３で分けて夫々受光素子4,
5にて検出する。
検出した光出力と変位距離との間には既述した第5,6
図に示したのと同様の関係があり、変位距離Δf2を算出
することが出来ることとなる。
図に示したのと同様の関係があり、変位距離Δf2を算出
することが出来ることとなる。
第２図はフレネルレンズ７と集光特性，波長依存性を
示す説明図であり、レーザビームの発光点Ｐ、フレネル
レンズ７に依る集光焦点Ｑがｚ軸上の原点を挾んで夫々
フレネルレンズ７に対しf1,f2の距離を隔てて位置する
ものとする。またフレネルレンズ７は同心円状のグレー
ティングとし、その中心Ｏを原点としてｚ軸と直交する
方向をｘ軸、更にｘ軸と直交する方向をｙ軸とする。
示す説明図であり、レーザビームの発光点Ｐ、フレネル
レンズ７に依る集光焦点Ｑがｚ軸上の原点を挾んで夫々
フレネルレンズ７に対しf1,f2の距離を隔てて位置する
ものとする。またフレネルレンズ７は同心円状のグレー
ティングとし、その中心Ｏを原点としてｚ軸と直交する
方向をｘ軸、更にｘ軸と直交する方向をｙ軸とする。
いまxy平面上のＳ点（x,y）から原点Ｏ迄の距離ｒを
ｒ＝x2＋y2として表すものとするとフレネルレンズの位
相シフト関数Φ（ｒ）は下記（１）式の如くに表せる。
ｒ＝x2＋y2として表すものとするとフレネルレンズの位
相シフト関数Φ（ｒ）は下記（１）式の如くに表せる。
但し、λ：レーザビーム光の波長 （１）式中の右辺は２πのｍ（整数）倍とするｍ番目
のゾーンと（ｍ＋１）番目のゾーンの境界の半径rmは下
記（２）式で与えられる。
のゾーンと（ｍ＋１）番目のゾーンの境界の半径rmは下
記（２）式で与えられる。
同一フレネルレンズに異なる波長の光を入射したとき
の焦点距離の変化量Δf2は、（２）式においてrm,波長
λ′、焦点距離f2が変化してもrmは不変であるとの条件
から次の如くに得られる。即ち波長λの光が入射したと
きの焦点距離f2、また波長λ′の光が入射したときの焦
点距離f2′とするとrmは等しいことから下記（３）式が
成立する。
の焦点距離の変化量Δf2は、（２）式においてrm,波長
λ′、焦点距離f2が変化してもrmは不変であるとの条件
から次の如くに得られる。即ち波長λの光が入射したと
きの焦点距離f2、また波長λ′の光が入射したときの焦
点距離f2′とするとrmは等しいことから下記（３）式が
成立する。
λf1f2/（f1＋f2）＝λ′f1f2′／（f1＋f2′） …（３） 従って（３）式から下記（４）式が得られる。
Δf2＝f2−f2′ ＝f2−λf1f2/｛λ′f1＋（λ′−λ）f2｝ …（４） （４）式を用いて、例えば波長λ:800mmの光に対して
入射距離f1:5mmで焦点距離f2:20mmとなるフレネルレン
ズに対し、波長λ′＝790mmの光が入射したときの焦点
距離f2′の位置変位量Δf2（＝f2−f2′）を求めてみる
と1.33mm程度となる。
入射距離f1:5mmで焦点距離f2:20mmとなるフレネルレン
ズに対し、波長λ′＝790mmの光が入射したときの焦点
距離f2′の位置変位量Δf2（＝f2−f2′）を求めてみる
と1.33mm程度となる。
なおフレネルレンズは通常の凸型レンズと変わらぬ量
産性が得られ、また半導体レーザチップ1,2は共にシリ
コン基板上にレーザ出射端面を合わせてマウントするだ
けでよく、組立てが容易に行い得、高い歩留りが得られ
る。
産性が得られ、また半導体レーザチップ1,2は共にシリ
コン基板上にレーザ出射端面を合わせてマウントするだ
けでよく、組立てが容易に行い得、高い歩留りが得られ
る。
更に上記した実施例では１箇のフレネルレンズを用い
たが２箇以上のフレネルレンズを組み合わせてもよい。
またフレネルレンズと凸型レンズと組み合わせてもよ
い。更に半導体レーザのチップ数は用途に応じて少なく
とも１箇は発振波長が異なる２箇以上を用いてもよい。
たが２箇以上のフレネルレンズを組み合わせてもよい。
またフレネルレンズと凸型レンズと組み合わせてもよ
い。更に半導体レーザのチップ数は用途に応じて少なく
とも１箇は発振波長が異なる２箇以上を用いてもよい。
以上の如く本発明装置にあっては発振波長の異なる少
なくとも２本のレーザビームを出射する半導体レーザ手
段と、発振されたレーザビームを集光して対象物体上に
入射するグレーティングを有するレンズとを組み合わせ
た構成としたから、グレーティングを有するレンズの集
光特性を利用して、半導体レーザチップを対象物体に対
して位置をレーザ出射光端面をずらす必要がなくなり、
即ち従来のように高い精度で組み立てる工程がなくなる
ので、組立てが容易となり歩留りが向上し、大幅なコス
ト低減を図れる等本発明は優れた効果を奏するものであ
る。
なくとも２本のレーザビームを出射する半導体レーザ手
段と、発振されたレーザビームを集光して対象物体上に
入射するグレーティングを有するレンズとを組み合わせ
た構成としたから、グレーティングを有するレンズの集
光特性を利用して、半導体レーザチップを対象物体に対
して位置をレーザ出射光端面をずらす必要がなくなり、
即ち従来のように高い精度で組み立てる工程がなくなる
ので、組立てが容易となり歩留りが向上し、大幅なコス
ト低減を図れる等本発明は優れた効果を奏するものであ
る。
第１図は本発明装置の模式図、第２図はフレネルレンズ
設計上の座標の設定態様を示す説明図、第３図は従来装
置の模式図、第４図は対象物体の反射面位置と半導体レ
ーザチップの後方出射光出力との関係を示す説明図、第
５図は第４図に表した関係を示すグラフ、第６図は微小
変位測定の原理説明図である。 1,2……半導体レーザチップ、３……光ガイド、4,5……
受光素子、６……パッケージ、７……フレネルレンズ、
８……反射面、Ｍ……被検対象物体
設計上の座標の設定態様を示す説明図、第３図は従来装
置の模式図、第４図は対象物体の反射面位置と半導体レ
ーザチップの後方出射光出力との関係を示す説明図、第
５図は第４図に表した関係を示すグラフ、第６図は微小
変位測定の原理説明図である。 1,2……半導体レーザチップ、３……光ガイド、4,5……
受光素子、６……パッケージ、７……フレネルレンズ、
８……反射面、Ｍ……被検対象物体
Claims (2)
- 【請求項１】発振波長の異なる少なくとも２本のレーザ
ビームを出射する半導体レーザ手段と、上記複数本のレ
ーザビームを集光して対象物体表面に入射させるグレー
ティングを有するレンズと、対象物体からの反射光の変
化を前記半導体レーザ手段の後方出射光出力の変化とし
て捉える受光素子とを具備することを特徴とする光学装
置。 - 【請求項２】前記グレーティングを有するレンズはフレ
ネルレンズであることを特徴とする請求項１記載の光学
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6599390A JP2828726B2 (ja) | 1990-03-15 | 1990-03-15 | 光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6599390A JP2828726B2 (ja) | 1990-03-15 | 1990-03-15 | 光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03264809A JPH03264809A (ja) | 1991-11-26 |
| JP2828726B2 true JP2828726B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=13303045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6599390A Expired - Fee Related JP2828726B2 (ja) | 1990-03-15 | 1990-03-15 | 光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2828726B2 (ja) |
-
1990
- 1990-03-15 JP JP6599390A patent/JP2828726B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03264809A (ja) | 1991-11-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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