JPH04360117A - アナモフィックプリズム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光によって情報を記録
、または再生する光学情報記録装置などに用いるプリズ
ムアナモフィックに関する。

【０００２】

【従来の技術】光を利用して情報の記録や再生を行う場
合、その光源として近年特に小型，高出力，低消費電力
等を特徴とする半導体レーザが多用されており、さらに
その特性の改良進歩にともない今後ますますその利用分
野や利用技術が高まっていくことが予想される。ところ
で、半導体レーザ光は一般に球面波を発生しているため
光学システムではこれを平行光束に一たん変換して使用
する場合が多い。またその光束の断面形状は楕円形をし
ている。これを円形の断面形状として利用できた方が、
光学システムとして利用しやすいのは結像などをおこな
う場合明らかだといえる。その場合、円形のアパーチャ
ーを用いることにより円形断面光束を得ることができる
。図４を用いてその機能を説明する。同図の光源である
ところの半導体レーザ４１から射出された楕円光束４２
はコリメータレンズ４３によって平行光４４に変換され
る。平行光化された光束の断面形状も半導体レーザの射
出光のそれと相似形の楕円形をしている。この光束から
直接円形断面光束を得るため、楕円長径方向外周部の光
束を円形のアパーチャー４５を用いて取り除く。アパー
チャー以降の光束はアパーチャーの径と同一のものが得
られる。また、ビームコンバージョンプリズムを利用し
た方法が広く実施されている。図５および図６にその構
成を示すとともにその作用を説明する。図５は１ブロッ
クによる方法を示す。同図で、入射光束５１が入射面５
２に対して任意の角度で入射するとき光束５３はその境
界面でスネルの法則に従い屈折してプリズム５４内に入
射する。またそのときの光束は変倍率は透過角度の入射
角度に対するそれぞれのコサインの比で与えられる。 光束はその光束と直角かつ入射位置での入射面に対する
法線と光束により規定される面の方向に広がり平行度は
そのまま保たれる。プリズムの媒質と適当な入射角度を
選べば任意の倍率に光束を広げることができるが、但し
媒質内の光束の入射面に対する角度がいわゆる臨界角を
越えた場合はその限りではない。また上記方向と直角方
向の光束はその広がり，平行度共に入射光の状態が保た
れる。

【０００３】図６は２ブロックによる方法を示す。ビー
ムコンバージョンに対する原理考え方は、同じである。 光束の拡大倍率をさらに大きくとりたい場合や、射出光
束の方向を入射光のそれと合わせたいときに有効な手段
である。拡大倍率はそれぞれのプリズムの倍率の積で与
えられ、最終射出方向も容易に入射光のそれと一致させ
ることができ光学システムを実現する上で非常に便利で
あるといえる。

【０００４】さて、さらに別な方法として凹凸のシリン
ドリカルレンズの組合せによる方法を図７に示す。凹シ
リンドリカルレンズ７１の母線方向を楕円光束７２の長
径方向と一致する向きに合わせさらにその先に凸シリン
ドリカルレンズ７３も同様に母線方向を凹シリンドリカ
ルレンズのそれと一致させ、適当なレンズの組合せとレ
ンズ間の距離を決めてやれば円形断面の光束を得ること
ができる。略横方向からみればアフォーカル光学系を組
んだのと等価の関係となる。もちろん光束の上記方向と
直角方向から見れば光束には変化はみられない。また二
組の凸シリンドリカルレンズを利用したケプラータイプ
のものでも実現可能である。これらの方法では、入射光
の光軸と射出光のそれとを一致させることができる利点
がある。また倍率も比較的自由に設定することができる
。

【０００５】以上説明したように、楕円光束を円形光束
に変換する方法として、アパーチャーによる方法，プリ
ズムによる方法，シリンドリカルレンズによる三つの方
法が従来一般的によく利用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の方法によって楕円断面を持つ平行光束を
円形光束に変換しようとした場合、アパーチャーによる
方法では光束の一部を遮断して円形断面の光束を得るよ
うにするため利用効率の面からみれば不利にならざるを
得ない。また楕円光束の短径方向が最大光束径となるた
めに比較的小径なビームしか得られないことになる。さ
らに、得られた円形光束の略二方向の断面強度分布がそ
れぞれ異なったものになる可能性が大きく、光学システ
ムを組む上で非常に不利であるといえる。また、ビーム
コンバージョンプリズムによる方法では利用効率の面で
効率が大きく落ちることもなく、得られる円形光束径が
楕円光束の長径と同じ程度にとれ、さらにアパーチャー
の場合と異なり得られた円形光束の略二方向の強度分布
もほぼ同じものとなる。しかしながら、１ブロックの場
合その得られる射出光の光軸方向は入射光のそれと傾い
て得られ、光学システムの設計，レイアウトをする上で
不利にならざるを得ない。さらに２ブロックの場合光軸
方向は合わせることも可能となり、この点では１ブロッ
クと比較して改善されているが光軸の偏心を除くことは
できない。さらに２つの部材から構成されていることか
ら調整が１ブロックと比較して煩雑になってしまうとい
う問題点を生じてしまう。最後に、シリンドリカルレン
ズによる方法であるが入射光の利用効率，光束の傾き，
偏心等の点では問題ないがビームコンバージョンプリズ
ム２ブロックタイプと同様に２つの部材から構成されて
おりその調整は前記プリズムのものよりさらに煩雑にな
る。さらに光記録用光学系に組み込まれているような精
密に制御された光束の波面を必要とする光学部材として
は適当ではないといえる。

【０００７】本発明は上記従来の課題を解決するもので
、平行楕円光束の円光束に変換する際その変換効率，光
軸の傾き，偏心，調整、さらには光束の波面の面でも問
題の無い１つの部材からなる変換手段を提供することを
目的にしている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のプリズムアナモ
フィックは上記目的を達成するために、光源から得られ
る略平行光束が入射する入射面と少なくとも３面の内部
反射面および射出面を持ち、入射面または射出面でそれ
ぞれ入射光または射出光に対してアナモフィックな作用
を行い、かつ入射光の光軸と射出光のそれとが一致する
ように１つのプリズムによって構成したものである。

【０００９】

【作用】本発明は上記した構成により、前記光源からの
略平行光束に光軸の傾き，偏心を与えることなくその光
軸と直角をなす略２方向の１方向のみ変倍された射出光
を得ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図１ないし
図３を参照しながらその構成と動作を説明する。

【００１１】図１は、本発明の第１の実施例を示すもの
で、図中光源である半導体レーザ１１から射出された光
束１２はコリメータレンズ１３によって平行光束１４と
される。半導体レーザ１１から射出された光束１２はそ
の光軸と直角をなす断面での形状は楕円形をしており、
コリメータレンズ１３で平行化された平行光束１４の同
断面形状もほぼ相似の楕円形をしている。この形状のま
ま光学システムに利用することははなはだ不都合である
。そこで第１のプリズム１５により楕円光束を円光束に
変換した後対物レンズ１６方向へ光束を導く。対物レン
ズ１６により光束を集光し情報記録媒体面１７上に情報
を記録し、または記録された情報の再生を行う。前記楕
円光束を円光束に変換する場合に、上記の図５のように
プリズムによるアナモフィックなビームコンバートをお
こなうのが一般的な手法として知られており、また多く
具体的に実施されている。しかしながらこの手法ではス
ネルの法則を利用して光束を屈折させているために射出
光軸が入射光軸に対して傾いてしまい光学システムを構
成する場合不都合な点が多い。またこの傾きをとるため
に上記の図６のように２つのプリズムを組み合わせてそ
の角度ずれを相殺するように構成して、射出光の向きを
入射光のそれと合わせる方法があるが、光軸に偏心が生
じてしまう。図１中に示した第１のプリズム１５は射出
光の入射光に対する光軸の傾き，偏心を生じさせること
なく光学システムに導くことができるもので１つの部材
で構成されている。

【００１２】つぎにこの第１のプリズム１５の機能につ
いて詳しく説明する。同プリズム１５の入射面１８へコ
リメートされた楕円光束をある角度θで入射させる。こ
の場合楕円の長径方向を入射光軸と入射位置の入射面の
法線とで規定される面と直角になるようにする。円光束
にするためには光束の波長，楕円率または変倍率，プリ
ズム媒質の屈折率、これらによって規定される所の入射
角度を求めて楕円光束をプリズム内に入射させればよい
。第１の実施例では、波長７８０ｎｍ、プリズム媒質屈
折率１．５１、変倍率２倍、入射角度６６．６度とおい
た場合の状態を示す。これらのパラメータの設定によっ
てプリズム媒質内に入射した光束はほぼ円光束となる。 しかしながら光束の向きは入射光のそれと２９．２度傾
きを生じておりこのままプリズムの外へ射出させてしま
えば通常のプリズムアナモフィックと何等違いが無いこ
とになる。光軸の傾きと偏心を補正するためにさらに内
部で光束を繰り返し反射させ調整することによって射出
光束を入射光束に対して傾き、偏心をとるようにする。 図中、入射光１４は入射光に対して２３．４度、入射面
に対して３７．４度の傾きをもってプリズム媒質内を伝
播して第１の反射面１５ａで１６９．６度折り曲げられ
、前記入射面１８（第２の反射面１５ｂ）へ４７．８度
の角度を持って再び戻りさらに反射され第３の反射面１
５ｃに対して９．４度の角度を持って入射および反射も
され再度、前記入射面（第４の反射面１５ｄ）に対して
６６．６度の角度を持って入射及び反射され射出面１９
へ向かう。このとき、この射出面１９へ向かう光束は入
射光のそれに対して方向のずれおよび偏心のない状態に
なっている。さらに射出面１９に対して０度の角度を持
って入射するように調整されているため、射出直前のプ
リズム内の光束の状態はそのまま保持された状態でプリ
ズム媒質の外部へと伝播する。よってプリズムアナモフ
ィックの前後で光束はその断面の１方向のみ変倍され、
楕円光束であったものが円光束になり、その方向に変化
がなく、また偏心することなく、またエネルギーの伝播
効率を大きく落とすことなく変換することができるもの
である。また内部反射面１５ａ，１５ｃは銀などを蒸着
または塗布したミラー面、第２および第４の反射面１５
ｂ，１５ｄ（入射面１８に同じ）は全反射面である。こ
のプリズムアナモフィックに、たとえば画像情報などを
含んだ光束を入射させた場合、その射出光の像は反転，
回転することなく、光学システムを組む上で甚だ有利で
ある。ただし入射光の光束が変倍方向へａだけシフトし
たとすると、射出光２１の光束は同じ方向に２ａだけシ
フトすることになる。もちろん前方向と直角をなす方向
へは入射光のシフト量に対し、反射光のそれは同じ量だ
けシフトすることになる。　　つぎに第２の実施例につ
いて図２を用いて説明する。入射光束２１がプリズム２
２の入射面２３に対して第１の実施例と同様に６６．６
度の角度を持って入射し、アナモフィックな作用を受け
、プリズム媒質内を入射面２３に対して３７．４度の角
度を持って進行して第１の反射面２２ａに２９．２度の
角度で入射し、さらに反射される。それから順次第２の
反射面２２ｂ、第３の反射面２２ｃ、第４の反射面２２
ｄで内部反射され射出面からプリズムの外部へ光束は射
出される。この際、射出光は入射光に対してその方向，
偏心ともに入射光のままで、光束の略１方向のみ２倍に
変倍され円光束となって、射出面から射出される。また
、第１の反射面２２ａは射出面２４と、第４の反射面２
２ｄは入射面２３とそれぞれ同一面で構成されている。 ただし、第１の反射面２２ａの部分はミラー面、射出面
２４の部分は透過面である。内部反射面は第１の反射面
２２ａがミラーである他はすべて全反射面となっている
。この第２の実施例も第１の実施例と同様に像回転のな
い射出光が得られる。全反射面が多いため効率のよい射
出光が得られる。

【００１３】つぎに第３の実施例について図３を用いて
説明する。第１の実施例，第２の実施例と同様に入射光
３１を入射面３３に入射させプリズム３２の媒質内で内
部反射を繰り返すことによって入射光に対して方向，偏
心ともに同様な射出光３５を射出面３４から得るように
構成されている。しかしながら、内部反射回数は３回に
抑えられており、構成がよりシンプルになっているとい
う特徴を持っている。この場合、射出光３５の像は入射
光３１のそれに対して１８０度回転する。すなわち、入
射光３１が変倍方向にシフトした場合射出光３５のそれ
は反対方向へ２倍シフトすることになる。像の回転の無
視できる光学システムの場合、よりシンプルで小型のプ
リズムアナモフィックとして有効に使用できる。

【００１４】なお、上記の各実施例で、入射面と出射面
とを逆にしても全く同等の機能を果たすのは当然であり
、その場合、出射面でアナモフィックな作用を行うこと
になり、構成によって、いずれを用いてもよいものであ
る。

【００１５】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によれば平行楕円光束を伝播効率を大きく下げること
なく、方向を変化させることなく、また偏心させること
もなく、１つの部材のみによって平行円形光束に変換す
ることができるもので、光学システムをよりシンプルに
構成することができ、小型で組立調整のしやすい光学製
品を得ることができる。特に半導体レーザを使用するシ
ステムに有用なプリズムアナモフィックを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のプリズムアナモフィッ
クを使用した光学システムの構成図

【図２】同じく第２の実施例の機能を説明する部分拡大
図

【図３】同じく第３の実施例の機能を説明する部分拡大
図

【図４】従来例のアパーチャーを用いた方法を説明する
構成図

【図５】同じく１ブロックによるプリズムアナモフィッ
クの構成図

【図６】同じく２ブロックによるプリズムアナモフィッ
クの構成図

【図７】同じく凹凸シリンドリカルレンズを用いたアナ
モフィックビームコンバータの構成図

【符号の説明】

１１　　　　半導体レーザ １２　　　　射出光束（球面波） １３　　　　コリメータレンズ １４　　　　平行光束（プリズム入射光束）１５　　　
　第１のプリズム １５ａ　　第１の反射面 １５ｂ　　第２の反射面 １５ｃ　　第３の反射面 １５ｄ　　第４の反射面 １６　　　　対物レンズ １７　　　　情報記録媒体面 １８　　　　プリズム入射面 １９　　　　プリズム射出面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　略平行光入射面と少なくとも３面の内
   部反射面および射出面を持ち、入射面または射出面でそ
   れぞれ入射光または射出光に対してアナモフィックな作
   用を行い、かつ入射光の光軸と射出光のそれとが一致し
   た関係が保てるように構成されたプリズムアナモフィッ
   ク。
2. 【請求項２】　　入射面および射出面を含むプリズム部
   分を一つの部材から構成してなる請求項１記載のプリズ
   ムアナモフィック。
3. 【請求項３】　　画像情報を含む光を入射させたとき、
   射出光の像が入射光のそれに対して回転しないように構
   成された請求項１記載のプリズムアナモフィック。