JPH0693044B2 - プリズム光学系及びそれを用いた情報装置 - Google Patents
プリズム光学系及びそれを用いた情報装置Info
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- JPH0693044B2 JPH0693044B2 JP60055830A JP5583085A JPH0693044B2 JP H0693044 B2 JPH0693044 B2 JP H0693044B2 JP 60055830 A JP60055830 A JP 60055830A JP 5583085 A JP5583085 A JP 5583085A JP H0693044 B2 JPH0693044 B2 JP H0693044B2
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- light beam
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はプリズム光学系およびそれを用いた情報装置に
関し、特に二次元分布を有する光束の形状を変更するに
好適な複合プリズム光学系およびそれを用いた光学的情
報処理装置に関するものである。
関し、特に二次元分布を有する光束の形状を変更するに
好適な複合プリズム光学系およびそれを用いた光学的情
報処理装置に関するものである。
従来、光束の形状を変更するための光学系としては、２
個のレンズを共焦点に配置しその焦点距離の比によつて
倍率を調整する光学系と、三角プリズムの屈折による入
・出射角度の差を用いる光学系との２つが知られてい
る。本発明は上記２つの光学系のうち、後者の光学系を
改良したものに相当するものである。
個のレンズを共焦点に配置しその焦点距離の比によつて
倍率を調整する光学系と、三角プリズムの屈折による入
・出射角度の差を用いる光学系との２つが知られてい
る。本発明は上記２つの光学系のうち、後者の光学系を
改良したものに相当するものである。
第１図は上記三角プリズムによる屈折の状況を示すもの
で、三角プリズム１の一面に光束を斜入射させた状況を
示している。境界における入・出射角度をそれぞれ、θ
１，θ２とすると、 sinθ１＝nsinθ２ なる関係（Snellの法則）がある。ここで、ｎは三角プ
リズムを構成する材質の屈折率である。
で、三角プリズム１の一面に光束を斜入射させた状況を
示している。境界における入・出射角度をそれぞれ、θ
１，θ２とすると、 sinθ１＝nsinθ２ なる関係（Snellの法則）がある。ここで、ｎは三角プ
リズムを構成する材質の屈折率である。
また、上記屈折による光束の径の変化については、入・
出射光束の径をそれぞれ、D1，D2とした場合、 D2／D1＝cosθ２/cosθ１ なる関係があり、この関係を利用して上記形状変更を行
うものである。なお、プリズムのもう１つの面は光束を
垂直に入出射させて、他面で生じた光束径比を保つよう
にしている。詳細は例えば特開昭56−41参照 上記関係は、光束の波長が一定であれば不変であるが、
波長が変化した場合や温度が変化した場合には上記三角
プリズムを構成する材質の屈折率が変化するため、上記
θ２が変化し、これを組込んだ装置に大きな影響を与え
るという問題がある。上記波長の変化は、例えば、光源
として用いる半導体レーザの個々の発光波長のばらつ
き、あるいはその経時変化，発光出力変化，半導体レー
ザ素子の温度変化等によつて生ずるものである。温度変
化による屈折率変化は、半導体レーザ素子の温度変化に
よる波長変化がもたらす屈折率変化（波長分散）と、三
角プリズム自体の温度変化による屈折率変化とがある。
出射光束の径をそれぞれ、D1，D2とした場合、 D2／D1＝cosθ２/cosθ１ なる関係があり、この関係を利用して上記形状変更を行
うものである。なお、プリズムのもう１つの面は光束を
垂直に入出射させて、他面で生じた光束径比を保つよう
にしている。詳細は例えば特開昭56−41参照 上記関係は、光束の波長が一定であれば不変であるが、
波長が変化した場合や温度が変化した場合には上記三角
プリズムを構成する材質の屈折率が変化するため、上記
θ２が変化し、これを組込んだ装置に大きな影響を与え
るという問題がある。上記波長の変化は、例えば、光源
として用いる半導体レーザの個々の発光波長のばらつ
き、あるいはその経時変化，発光出力変化，半導体レー
ザ素子の温度変化等によつて生ずるものである。温度変
化による屈折率変化は、半導体レーザ素子の温度変化に
よる波長変化がもたらす屈折率変化（波長分散）と、三
角プリズム自体の温度変化による屈折率変化とがある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、従来のプリズム光学系あるいはこれを用
いる装置における上述の如き問題を解消し、光束の波長
変化および温度変化に対して幾何光学的性質の変化しな
いプリズム光学系およびそれを用いる光学的情報処理装
置を提供することにある。
するところは、従来のプリズム光学系あるいはこれを用
いる装置における上述の如き問題を解消し、光束の波長
変化および温度変化に対して幾何光学的性質の変化しな
いプリズム光学系およびそれを用いる光学的情報処理装
置を提供することにある。
本発明の要点は、プリズム光学系を構成するプリズム
を、２種類の屈折率の波長分散および温度変化による屈
折率変化の異なる材質を貼り合わせて形成した点、およ
び、これを光学的情報処理装置に用いるようにした点に
ある。
を、２種類の屈折率の波長分散および温度変化による屈
折率変化の異なる材質を貼り合わせて形成した点、およ
び、これを光学的情報処理装置に用いるようにした点に
ある。
以下、本発明の原理を説明した後、実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
第２図は本発明の原理を説明するための図である。図に
おいて、２は屈折率がn1である第１の材質で構成される
第１のプリズム2Aと、屈折率がn2である第２の材質で構
成される第２のプリズム2Bとを、面Ｍにおいて貼り合わ
せた複合プリズムである。
おいて、２は屈折率がn1である第１の材質で構成される
第１のプリズム2Aと、屈折率がn2である第２の材質で構
成される第２のプリズム2Bとを、面Ｍにおいて貼り合わ
せた複合プリズムである。
なお、以下の説明においては、前述の如く、空気層から
角度θ１で複合プリズム２に入射した光束が、該複合プ
リズム２からはその出射面に垂直に出射する場合を考え
る。
角度θ１で複合プリズム２に入射した光束が、該複合プ
リズム２からはその出射面に垂直に出射する場合を考え
る。
まず、波長が変化した場合について述べる。出射光が上
記複合プリズム２の出射面から垂直に出射するために
は、図にα２で示される角度が、波長の変化に対して変
化のないようにすれば良いことになる。
記複合プリズム２の出射面から垂直に出射するために
は、図にα２で示される角度が、波長の変化に対して変
化のないようにすれば良いことになる。
前記Snellの法則より、 sinθ１＝n1sinθ２ ………（１） n1sinα１＝n2sinα２ ………（２） が成立し、かつ、 θ２＋α１＝Ｃ（一定） ………（３） である。
入射光束の波長変化に対する屈折率n1，n2；角度α１，
α２，θ２等の変化を、それぞれΔn1，Δn2；Δα１，
Δα２，Δθ２等と表わすものとする（角度θ１は不変
とする）と、（１）式より また、（２）式より Δn1sinα１＋n1cosα１Δα１−Δn2sinα２＝n2cosα
２Δα２ …（５） が得られる。
α２，θ２等の変化を、それぞれΔn1，Δn2；Δα１，
Δα２，Δθ２等と表わすものとする（角度θ１は不変
とする）と、（１）式より また、（２）式より Δn1sinα１＋n1cosα１Δα１−Δn2sinα２＝n2cosα
２Δα２ …（５） が得られる。
波長変化に対してΔα２＝０となることが必要であるか
ら、（５）式より Δn1sinα１＋n1cosα１Δα１−Δn2sinα２＝０ ……
（６） が成立することが必要となる。
ら、（５）式より Δn1sinα１＋n1cosα１Δα１−Δn2sinα２＝０ ……
（６） が成立することが必要となる。
また、（３）式の両辺を微分して Δθ２＝−Δα１ …………（７） 従つて、（２）式と（６）式とから、 が得られる。（８）式に（７）式で示される関係を代入
して整理すると、 となる。ここで、（９）式に（４）式で示される関係を
代入してΔθ２を消去すると、 が得られ、更に整理すると が、波長変化に対して出射角度の変化しない条件とな
る。
して整理すると、 となる。ここで、（９）式に（４）式で示される関係を
代入してΔθ２を消去すると、 が得られ、更に整理すると が、波長変化に対して出射角度の変化しない条件とな
る。
なお、上記条件を満足する値の屈折率および波長分散を
有する材質は下記の如く、存在可能なものである。
有する材質は下記の如く、存在可能なものである。
例えば、θ２＝α１とし、かつ、n1≒n2であることを考
えると、 ２Δn1≒Δn2 である。（株）小原光学ガラス製造所の光学ガラス一覧
表によれば、Δn1／Δn2の値は 程度に取れるので、現実の系が構成可能である。
えると、 ２Δn1≒Δn2 である。（株）小原光学ガラス製造所の光学ガラス一覧
表によれば、Δn1／Δn2の値は 程度に取れるので、現実の系が構成可能である。
次に、三角プリズムの温度が変化した場合について述べ
る。（11）式中のΔn1とΔn2のかわりに、温度変化によ
る屈折率変化ΔnT1とΔnT2に置き換えれば、（11）式は
そのまま、温度変化に対して出射角の変化しない条件と
なる。（11）式は、 に書きかえられるので、光束の波長変化と三角プリズム
の温度変化の両方に対して出射角の変化しない条件は、 即ち、波長変化による屈折率変化（波長分散）の比と温
度変化による屈折率変化の比が等しい材質の組み合わせ
を選択すれば良い。
る。（11）式中のΔn1とΔn2のかわりに、温度変化によ
る屈折率変化ΔnT1とΔnT2に置き換えれば、（11）式は
そのまま、温度変化に対して出射角の変化しない条件と
なる。（11）式は、 に書きかえられるので、光束の波長変化と三角プリズム
の温度変化の両方に対して出射角の変化しない条件は、 即ち、波長変化による屈折率変化（波長分散）の比と温
度変化による屈折率変化の比が等しい材質の組み合わせ
を選択すれば良い。
なお、上述の如く構成された複合プリズム２において
は、２つのプリズム2Aおよび2Bを用いるため、屈折面が
増えることになり反射損失が増加することになる。これ
をできるだけ少なくするためには、上記２つのプリズム
を構成する材質を特定波長（中心波長）でn1＝n2となる
ように選択すれば良い。
は、２つのプリズム2Aおよび2Bを用いるため、屈折面が
増えることになり反射損失が増加することになる。これ
をできるだけ少なくするためには、上記２つのプリズム
を構成する材質を特定波長（中心波長）でn1＝n2となる
ように選択すれば良い。
上記プリズム光学系は、その入射方向と出射方向とを逆
にしても同様に作用することは言うまでもない。
にしても同様に作用することは言うまでもない。
次に、本発明を光学的情報処理装置に応用した例を説明
する。
する。
第３図は本発明の実施例である書込み可能な光デイスク
装置を示すブロツク図である。図において、11は半導体
レーザ、12はレンズ、13は第２図に示した如き構成を有
する、本実施例の特徴部分である複合プリズム、14はビ
ームスプリツタ、15,17はレンズ、１（６）は光デイス
ク、１（８）は光検出器を示している。
装置を示すブロツク図である。図において、11は半導体
レーザ、12はレンズ、13は第２図に示した如き構成を有
する、本実施例の特徴部分である複合プリズム、14はビ
ームスプリツタ、15,17はレンズ、１（６）は光デイス
ク、１（８）は光検出器を示している。
本実施例に示した光デイスク装置の動作を以下説明す
る。
る。
半導体レーザ11から出射したレーザ光はレンズ12により
平行光束となり、形状整形のためのプリズム（複合プリ
ズム）13を通過する。このプリズム13は前述の如く、レ
ーザ光の波長変化やプリズムの温度変化によるプリズム
出射後の光束の角度変化が無いという特徴を有するもの
である。この後、上記プリズム13から出射した光束はビ
ームスプリツタ14、レンズ15を通つて光デイスク16に照
射され、光デイスク16からの情報が光検出器18で受光さ
れるが、この動作については、従来の光デイスク装置と
同様であるので詳細な説明は省略する。
平行光束となり、形状整形のためのプリズム（複合プリ
ズム）13を通過する。このプリズム13は前述の如く、レ
ーザ光の波長変化やプリズムの温度変化によるプリズム
出射後の光束の角度変化が無いという特徴を有するもの
である。この後、上記プリズム13から出射した光束はビ
ームスプリツタ14、レンズ15を通つて光デイスク16に照
射され、光デイスク16からの情報が光検出器18で受光さ
れるが、この動作については、従来の光デイスク装置と
同様であるので詳細な説明は省略する。
例えば、上記プリズム13を構成する２つのプリズム（第
５図参照）のうち、第１のプリズムを前記（株）小原光
学ガラス製造所のLaSKO1（λ＝830nmにおいてn1＝1.743
58），第２のプリズムを同SF11（同n2＝1.76307），γ
＝32.14度，α２＝41.62度，またθ１＝65.92度とした
場合、θ２＝31.19度，α１＝42.57度になる。ここで、
波長が800nmから860nmに変化した場合の屈折率変化Δ
n1，Δn2は、それぞれ−0.00185および −0.00313である。また温度が０℃から50℃まで変化し
た場合の屈折率変化ΔnT1，ΔnT2は、それぞれ0.000225
および0.000380である。
５図参照）のうち、第１のプリズムを前記（株）小原光
学ガラス製造所のLaSKO1（λ＝830nmにおいてn1＝1.743
58），第２のプリズムを同SF11（同n2＝1.76307），γ
＝32.14度，α２＝41.62度，またθ１＝65.92度とした
場合、θ２＝31.19度，α１＝42.57度になる。ここで、
波長が800nmから860nmに変化した場合の屈折率変化Δ
n1，Δn2は、それぞれ−0.00185および −0.00313である。また温度が０℃から50℃まで変化し
た場合の屈折率変化ΔnT1，ΔnT2は、それぞれ0.000225
および0.000380である。
これらの値から、Δn2／Δn1＝1.69,ΔnT2／ΔnT1＝1.6
9,（n2／n1）×（tanθ２＋tanα１）/tanα１＝1.68
で、（13）式をみたしている。
9,（n2／n1）×（tanθ２＋tanα１）/tanα１＝1.68
で、（13）式をみたしている。
実際に波長が10nm変化した場合の出射角変化は0.0005
度、温度が50℃変化した場合の出射角変化は0.0001度で
あり、従来より１桁以上小さくなつている。なお、この
ときの光束は変化を受ける方向で2.0倍となる。従つ
て、1:2の長円比のレーザを用いた場合、2:2となり、ほ
ぼ真円になる。
度、温度が50℃変化した場合の出射角変化は0.0001度で
あり、従来より１桁以上小さくなつている。なお、この
ときの光束は変化を受ける方向で2.0倍となる。従つ
て、1:2の長円比のレーザを用いた場合、2:2となり、ほ
ぼ真円になる。
第４図は本発明の他の実施例であるレーザプリンタを示
すブロツク図である。図において、11〜13は第３図に示
したと同じ構成要素を示し、21はポリゴンミラー、22は
Ｆθレンズ、23は感光ドラムを示している。
すブロツク図である。図において、11〜13は第３図に示
したと同じ構成要素を示し、21はポリゴンミラー、22は
Ｆθレンズ、23は感光ドラムを示している。
本実施例においては、半導体レーザ11から出射したレー
ザ光がレンズ12により平行光となり、形状整形のための
プリズム13を通過した後、ポリゴンミラー21、Ｆθレン
ズ22を介して感光ドラム23上を走査する。このとき、従
来は、半導体レーザの波長が変化したり、装置内の温度
が変化することで、上記感光ドラム23面上で描くパター
ンおよび文字等に歪を生ずるという問題があつたが、上
記プリズム13を用いることにより、この問題が解消され
る。
ザ光がレンズ12により平行光となり、形状整形のための
プリズム13を通過した後、ポリゴンミラー21、Ｆθレン
ズ22を介して感光ドラム23上を走査する。このとき、従
来は、半導体レーザの波長が変化したり、装置内の温度
が変化することで、上記感光ドラム23面上で描くパター
ンおよび文字等に歪を生ずるという問題があつたが、上
記プリズム13を用いることにより、この問題が解消され
る。
以上述べた如く、本発明によれば、プリズム光学系を構
成するプリズムを、２種類の屈折率の波長分散および温
度変化による屈折率変化の異なる材質を貼り合わせて形
成したので、波長変化や温度変化に対して幾何光学的性
質の変化しないプリズム光学系を実現できるという顕著
な効果を奏するものである。また、上記プリズム光学系
を光学的情報処理装置に適用した場合には、光源の波長
が大きく変化した場合や装置の温度が大きく変化した場
合にも、その影響を受けない情報装置を実現できるとい
う顕著な効果を奏するものである。
成するプリズムを、２種類の屈折率の波長分散および温
度変化による屈折率変化の異なる材質を貼り合わせて形
成したので、波長変化や温度変化に対して幾何光学的性
質の変化しないプリズム光学系を実現できるという顕著
な効果を奏するものである。また、上記プリズム光学系
を光学的情報処理装置に適用した場合には、光源の波長
が大きく変化した場合や装置の温度が大きく変化した場
合にも、その影響を受けない情報装置を実現できるとい
う顕著な効果を奏するものである。
第１図は従来の三角プリズムの作用を示す図、第２図は
本発明の複合プリズムの一例を示す図、第３図，第４図
は上記複合プリズムを応用した光学的情報処理装置の例
を示すブロツク図、第５図は本発明による複合プリズム
の一実施例を示す図である。 ２……複合プリズム、2A,2B……プリズム、11……半導
体レーザ、12,15,17……レンズ、13……複合プリズム、
14……ビームスプリツタ、16……光デイスク、18……光
検出器、21……ポリゴンミラー、22……Ｆθレンズ、23
……感光ドラム。
本発明の複合プリズムの一例を示す図、第３図，第４図
は上記複合プリズムを応用した光学的情報処理装置の例
を示すブロツク図、第５図は本発明による複合プリズム
の一実施例を示す図である。 ２……複合プリズム、2A,2B……プリズム、11……半導
体レーザ、12,15,17……レンズ、13……複合プリズム、
14……ビームスプリツタ、16……光デイスク、18……光
検出器、21……ポリゴンミラー、22……Ｆθレンズ、23
……感光ドラム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有本 昭 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−124301（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−6820（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−143518（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】光の屈折によって光束形状を変換するプリ
ズム光学系において、屈折率の波長分散および温度変化
による屈折率変化の異なる材質で構成される２種類のプ
リズムを貼り合わせ、 但し、Δn1：第１のプリズムの屈折率の波長分散 Δn2：第２のプリズムの屈折率の波長分散 ΔnT1：第１のプリズムの温度変化による屈折率変化 ΔnT2：第２のプリズムの温度変化による屈折率変化 n1：第１のプリズムの特定波長における屈折率 n2：第２のプリズムの特定波長における屈折率 θ２：第１のプリズムと外界との境界面の法線と 第１のプリズム内の光束とがなす角 α１：第1,第２のプリズムの境界面の法線と 第１のプリズム内の光束とがなす角 なる条件を満たし、光束が第２のプリズムと外界との境
界面に対して垂直に出射または入射する如く構成された
ことを特徴とするプリズム光学系。 - 【請求項２】上記特定波長における屈折率n1，n2が等し
い材質で構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のプリズム光学系。 - 【請求項３】少なくとも書込み用光源，光束平行化光学
系，光束形状変換プリズムおよび光束集光光学系を有す
る光学的情報処理装置において、前記光束形状変換プリ
ズムとして、屈折率の波長分散および温度変化による屈
折率変化の異なる材質で構成される２種類のプリズムを
貼り合わせ 但し、Δn1：第１のプリズムの屈折率の波長分散 Δn2：第２のプリズムの屈折率の波長分散 ΔnT1：第１のプリズムの温度変化による屈折率変化 ΔnT2：第２のプリズムの温度変化による屈折率変化 n1：第１のプリズムの特定波長における屈折率 n2：第２のプリズムの特定波長における屈折率 θ２：第１のプリズムと外界との境界面の法線と 第１のプリズム内の光束とがなす角 α１：第1,第２のプリズムの境界面の法線と 第１のプリズム内の光束とがなす角 なる条件を満たし、光束が第２のプリズムと外界との境
界面に対して垂直に出射または入射する如く構成された
ことを特徴とする情報装置。 - 【請求項４】上記特定波長における屈折率n1，n2が等し
い材質で構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第
３項記載の情報装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60055830A JPH0693044B2 (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | プリズム光学系及びそれを用いた情報装置 |
| DE19863609657 DE3609657A1 (de) | 1985-03-22 | 1986-03-21 | Prismenoptik |
| US07/382,025 US5016237A (en) | 1985-03-22 | 1989-07-19 | Prism optics stable with respect to wavelength and temperature variations and optical information processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60055830A JPH0693044B2 (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | プリズム光学系及びそれを用いた情報装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61217002A JPS61217002A (ja) | 1986-09-26 |
| JPH0693044B2 true JPH0693044B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=13009885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60055830A Expired - Lifetime JPH0693044B2 (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | プリズム光学系及びそれを用いた情報装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5016237A (ja) |
| JP (1) | JPH0693044B2 (ja) |
| DE (1) | DE3609657A1 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63197901A (ja) * | 1987-02-12 | 1988-08-16 | Copal Co Ltd | ビ−ム成形プリズム |
| JPH0827401B2 (ja) * | 1987-02-12 | 1996-03-21 | 株式会社コパル | ビ−ム成形プリズム |
| JPS6449136A (en) * | 1987-08-19 | 1989-02-23 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Optical head |
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