JPH0293501A

JPH0293501A - 光情報処理装置

Info

Publication number: JPH0293501A
Application number: JP24631388A
Authority: JP
Inventors: Osamu Koyama; 理小山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-04
Anticipated expiration: 2013-12-02
Also published as: JP2832017B2

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】〔発明の分野〕本弁明はプリズム光学系及びそれを用いた光情報処理装
置に関し、特に半導体レーザから出射した光束の形状を
変換するのに好適なプリズム光学系及びそれを用いた光
情報処理装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、光ヘッドにより光情報記録媒体上に情報の記録・
再生を行う光情報処理装置では、該媒体上に１μｍ程度
のスポットを結像させるための単色光源として、半導体
レーザが広く使用されている。

半導体レーザよりの光束は、一般的に縦横比がｌ：２程
度の楕円形の断面形状を有している。特に、記録・再生
を行う光ヘッドでは記録時に高出力が必要となるために
レーザからの光束を有効に利用する必要がある。

このためには、半導体レーザからスポットを集光するレ
ンズの間に三角プリズムを配置し、ビーム形状を整形す
ることが従来より知られている（特開昭５６−４１号公
報）。第８図を用いてこれを説明する。第８図において
、１０は半導体レーザ、１１は半導体レーザからの光束
を平行とするコリメータレンズ、１８はビーム整形プリ
ズムである。ビーム整形プリズム１８により（Ｂ）に示
す様な楕円形状の光束（断面Ｂ−Ｂ’　）は（Ｃ）に示
す様なほぼ真円形状の光束（断面ｃ−ｃ’　）に整形さ
れる。

ところで、半導体レーザは、発振波長が温度や出力に依
存するという問題点がある。例えば一般的な半導体レー
ザでは、１０℃温度が上昇すると３ｎｍ程度波長が長い
方に移動し、出力を３ｍＷから３０　ｍ　Ｗに増加させ
るとやはり３〜４ｎｍ波長が長い方に移動する。

第９図を用いてその問題点を説明する。第９図において
、１８はビーム整形プリズム、１２は対物レンズ、１３
は光情報記録媒体である光ディスクである。例えば情報
再生時に波長λ。の半導体レーザからの光束は、ビーム
整形プリズム１８でビーム整形された後対物レンズ１２
によりディスク１３の情報トラック上に正確に結像され
ていたとする（図面実線）。ここで、記録時にレーザの
出力を切り換えると波長はλ。＋Δλ□ｎｍ（Δλ。＝
３〜４ｎｍ）に変化するので、ビーム整形プリズム１８
のガラスの分散により屈折角が変わり、ディスクの情報
トラック上のスポットが０．３〜０．４μｍ１デイスク
半径方向にはずれてしまう。この波長変化はナノセカン
ドオーダーで起こるので、トラッキングサーボの追従は
不可能であり、情報の記録・再生に重大な支障をきたす
。また、温度変化による波長変動でもサーボ信号にオフ
セットが生ずるなど同様に情報の記録・再生に影響がで
る。この問題点を解決するため、従来よりビーム整形プ
リズム１８を分散の異なる２種のガラスよりなる接合プ
リズムとすることが知られている（特開昭６０−２３４
２４７号公報）。その接合プリズムを用いた光情報処理
装置の構成を第１０図に示す。第１Ｏ図において、三角
プリズム１９に材質Ｌａ５Ｆ−１６を用い、三角プリズ
ム２０に材質５ＦＩＩの直角二等辺三角形のものを用い
、さらにプリズム２０の斜辺２１にはハーフミラ−とし
ての機能を有する蒸着層を形成している。

これら２つの材質の異なるプリズム１９．２０を貼り合
せることにより色消しプリズムとすることができ、かつ
、楕円形状の強度分布を有する半導体レーザ１０からの
光束をコリメータレンズ１１により平行光に変換後、プ
リズム１９に所定角度θ。

で入射させることによりほぼ円形の強度分布をもつ光束
に変換できる。対物レンズ１２によって光情報記録媒体
１３上に微小光スポットとして集光された光束は、該媒
体１３によって反射され、対物レンズ１２を再び経てプ
リズム２０のハーフミラ−面２１で反射され検出光学系
に向う。１４は光検出器１５に光束を集光させるレンズ
、１６は１５の出力を増幅する増幅器であり所望の信号
（ＲＦ倍信号サーボ信号）１７を得る。第１０図ではプ
リズム１９．２０の組み合せにより、例えば人出射光束
の拡大率を２とする場合には、プリズム１９の頂角をα
＝　７６．１６７゜プリズム１９への入射光角度をθ。

＝６３．３１５°　とすれば、半導体レーザの発振波長
λ＝８３０ｎｍが３〜４ｎｍ変化してもプリズム２０か
らの出射光ずれは０．４秒程度に抑えられる。これは対
物レンズ１２により光情報記録媒体１３上に集光される
光スポットのずれに換算して０．０１μｍ以下であり、
情報の記録・再生にほとんど影響を与えない。

ところが、このように材質の異なるプリズムを貼り合せ
、しかもその接合面にハーフミラ−や偏光ビームスプリ
ッタとして機能する蒸着層を形成した場合、温度変化が
生ずると２つのガラスの膨張係数の違いにより接合面が
歪み、その面を透過したり反射したりする光束の波面に
収差が生ずる。この波面収差により記録媒体上のスポッ
ト形状が変化しＲＦ倍信号品質が低下したり、或いは光
検出器１５上のスポット形状が変化し、サーボ信号にオ
フセットが生じたりして、情報の正確な記録・再生に支
障をきたす。接合面の歪みが波面収差に与える影響は、
その面（蒸着層）を光束が透過する場合より反射する場
合の方がはるかに大きい。よって第１０図の例では、ハ
ーフミラ−面２１で反射された波面に収差が発生し、光
検出器上のスポット形状が温度変化に伴い変化してサー
ボ信号にオフセットを生ずる。

上記問題点を解決するには、膨張係数の等しい材質の異
なるガラスを選択すれば良いが、実際にはプリズムから
の出射光の角度ずれを緩和する様な分散のガラスを選び
かつそれらの膨張係数を等しくするのは非常に困難であ
る。

また、プリズム２０を必ずしも直角二等辺三角形とする
ことができないので、その場合には光ヘッドの検出光学
系の構成の自由度が制限される。

〔発明の概要〕

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種類の硝材からなる３つのプリズムを貼り合わせて
形成した点、および、これを光情報処理装置に用いるよ
うにした点にある。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

本発明のプリズム光学系の第１実施例を第１図に示す。

第１図において、１は第１のプリズム、２は第２のプリ
ズム、３は第３のプリズムである。４は光源である半導
体レーザ（図示せず）からの光束を光束平行化光学系で
あるコリメータレンズ（図示せず）によって平行光束と
したものである。５は第２のプリズムと第３のプリズム
の接合面であり、ハーフミラ−又は偏光ビームスプリッ
タの機能をもつ蒸着層が設けられている。１のプリズム
と２のプリズムは硝材が異なっていて、ｌ及び２のプリ
ズムにより半導体レーザからの楕円状光束をほぼビーム
整形の比率２で円形の光束に整形しく断面Ｂ−Ｂ’　→
ｃ−ｃ’　）かつ半導体レーザ波長変化時の第３のプリ
ズムから光束集光光学系である対物レンズ（図示せず）
への射出光束の角度ずれをほぼＯとしている。３のプリ
ズムは２のプリズムと同じ硝材であり、２と３の接合面
５の面は温度変化による歪み等を受けにくい構成となっ
ている。ここで、半導体レーザ（不図示）の偏光面は紙
面に平行（Ｐ偏光方向）としている。

第１図示のプリズム光学系を半導体レーザを光源とする
光情報処理装置に用いた場合には次のような構成となる
。

半導体レーザと、該レーザからの光ビームを平行化する
レンズと、該平行化された光ビームの形状を補正しかつ
光情報記録媒体からの反射ビームを取り出すビームスプ
リッタ−として機能するプリズム光学系と、該プリズム
光学系から出力される光ビームを光情報記録媒体に集束
させる対物レンズと、上記プリズム光学系で取り出され
た上記反射ビームを受光する光検出器とを有する光情報
処理装置において、前記プリズム光学系は、硝材の異な
る第１と第２のプリズムを貼り合わせ、かつ、硝材の同
じ第２と第３のプリズムを貼り合わせて構成され、前記
第１のプリズムは、前記平行化された光ビームが入射さ
れる入射端面と該光ビームが出力される出射端面とを有
し、該入射端面が前記レーザからの光ビームの偏光方向
に垂直な方向に平行となり、かつ該出射端面が該プリズ
ムで屈折された光ビームに対し垂直でないように配設さ
れ、前記第２と第３のプリズムはハーフミラ−又は偏光
ビームスプリッタとして機能する蒸着膜を介して貼り合
わせて構成されている。

第１図について更に詳細に説明する。プリズム１に対す
る光束の入射角をθ。、プリズム１の頂角をα、光源で
ある半導体レーザの波長をλとする。λ＝λ、の場合の
プリズム１の硝材の屈折率をｎ　１１、プリズム２の′
硝材の屈折率をｎ２１（最初の添字はプリズム番号、後
の添字は波長番号）とし、プリズムの各面での屈折角を
各々θ１１、θ２１　％θ１．（最初の添字は屈折角の
番号、後の一字は波長番号）とする。同様にして半導体
レーザの波長がλ＝λ２（λ１≠λ２）と変化した場合
のプリズムｌの硝材の屈折率をｎ１２、プリズム２の硝
材の屈折率をｎ２２、プリズムの各面での屈折角を各々
θ、２、θヤ、θおとする。

まず、λ＝λ、の場合、スネルの法則により各面では、ｓｉｎθ（、：ｉｌ、、　ｓｉｎθ１、　　　・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・■ｎＨｓｉｎθ２＋
　＝ｎ２１　Ｓｉｎθ３１＋０８８０９０．０９．００
１１．、■λ＝λ２の場合では同様にして、ｓｉｎ　ｅ　Ｏ＝ｎ１２　ｓｉｎθ１２　　　　……凹
曲−・…曲■ｎ１２ｓｆｎθ２２　＝ｎ２２　ｓｉｎθ
ｆｉ　　　１．””””０．”、０．■一方幾何的な関
係より θ１１＋θ２１＝θ、２＋θ４＝α　・・・・・・・・
・・・・・・・・・■ここで波長変化によるプリズムか
らの射出光束の角度ずれをＯとするためには、 θｓｔ　”θｎ　　　　　　　　　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・■とすれば良いから、■および■、
■を用いて、ｎＨｓｉｎ（α−θｔｔ　）　＝　ｎａ１
ｓｉｎθ、１　　　・・・■Ｈ，２ｓｉｎ（α−θ１２
　）　＝　ｎ２２　ｓｉｎθａｚ　　　”・■■、■お
よび■を用いて、ｎｌｌ　　　　　　　　　　　　　　ｎ１２−　ｓｉｎ
　（α−θｏ　）　＝　　　　５ｉｎ（α−θ１□）ｎ
ｌｌｌ　　　　　　　　　　　　　　　ｎ２２・・・・
・・・・・・■ ■、■を用いて整理して、ｎ２２　　　ｎ２１・・・・・・・・・・・・・・・　０［相］式をみたす様な屈折率をもつ硝材とプリズム１の
頂角α、プリズムｌに対する光束の入射角θ。を選んで
やれば良い。

また、ビーム整形の拡大率をβとすれば、各面の屈折率
を用いて以下の様にあられせる。

ビーム整形の拡大率を■で選びかつ［相］を満足する様
ならば、λ、→λ２の波長変化において、プリズムから
の射出光束の角度ずれをほぼ０とするビーム整形プリズ
ムが得られる。以下に第１実施例におけるプリズムの硝
材の例を２つ示す。また、第２図（ａ）、　　（ｂ）に
その具体例の概略図を示す。

（例１）ｌのプリズムの硝材は５ＦＩＩ　（ｎ　（λ＝　８３５
　ｎ　ｍ　）＝１．７６２８１．ｎ　（λ＝８２０ｎｍ
）＝１．７６３５９゜ｎ（λ＝８５０ｎｍ）＝１．７６
２０６１．頂角ａ＝１８．６６６２のプリズムの硝材は
５Ｋ１５　［ｎ　（λ＝　８３５　ｎ　ｍ　）＝１．６
１４３９．ｎ　（λ＝８２０ｎｍ）＝１．６１４７４゜
ｎ（λ＝８５０ｎｍ）　＝１．６１４０６）、プリズム
１に対する光束の入射角θ。＝６９．０°である。３の
プリズムは２のプリズムと同じ硝材である。

（例２）１のプリズムの硝材は５ＦＳＩ　ｉｎ　（λ＝８３５ｎ
ｍ）＝１．８９１９６．ｎ　（λ＝８２０ｎｍ）＝１．
８９３０４゜ｎ（λ＝８５０ｎｍ）＝１．８９０９４）
、頂角ａ　＝　１０．４８゜２のプリズムの硝材はＢＫ
７　［ｎ　（λ＝８３５ｎｍ）＝１．５０９６５．　ｎ
　（λ＝８２０ｎｍ）＝１．５０９９３゜ｎ（λ＝８５
０ｎｍ）　＝　１．５０９３８］、プリズムｌに対する
光束の入射角θ。＝７０．６°である。３のプリズムは
２のプリズムと同じ硝材である。

以上説明した実施例においては、ビーム拡大率β＝２、
半導体レーザの波長をλ＝８３５ｎｍとして、これより
±１５ｎｍの波長変動が生じても、プリズムからの射出
光束の角度ずれはほぼＯである。

第３図に第１図のプリズム光学系の実施例を発展させた
例を示す。第３図は、プリズム３の後に直角プリズム７
．８を接合し、７．８接合面にはミラー９を蒸着して光
束を９０°折り曲げている。これは光ヘツド全体を薄型
にするためである。更に、ｌ。

２、３．　７．８の５個のプリズムを一体とすることに
より光ヘッドへのアセンブリの工程を著しく短縮できる
。

第４図は第３図のプリズム光学系を用いた光情報処理装
置の光ヘッドの構成を示す図である。半導体レーザ１０
からの光束は、コリメータレンズ１１により平行光束と
される。楕円形状の強度分布をもつコリメータレンズ１
１からの光束４をビーム整形プリズム１及び２でほぼ円
形の強度分布をもつ光束へと変換する。もちろんプリズ
ム１．２は上述した実施例に示した様な異なる硝材及び
適当な頂角。

光束の入射角を有していて、半導体レーザ１０からの光
の波長が温度変化やパワー切り換えによって多少変動し
てもビーム射出角の変化は発生しない。

プリズム２．３の接合面はハーフミラ−或いは偏光ビー
ムスプリッタなどの蒸着膜５が設けられており、プリズ
ム２．３が同一の硝材よりなるため温度変化などによる
面の歪みに起因する波面収差の発生を低減している。プ
リズム３を通過した光束は、プリズム７．８の接合面の
ミラー９によって光路を直角に折り曲げられ対物レンズ
１２へと入射する。対物レンズ１２により光情報記録媒
体１３上に微小なスポットとして集光された光束は、媒
体からＲＦ情報及びサーボ情報（フォーカス、トラッキ
ング）を得て反射され再び対物レンズ１２へ入射する。

この光束は往路と逆に進み、プリズム２，３の接合面に
設けられた蒸着膜５で検出系の方向に折りまげられる。

この際プリズム２，３が同一の硝材よりなるため、蒸着
膜５からの反射光束は温度変化などによる面の歪みに起
因する波面収差の影響を受けにくく、集光レンズ１４に
より光検出器１５に安定して集光される。さらに、図示
しないが、公知の光情報記録媒体に応じたＲＦ信号検出
系、サーボ信号検出系（フォーカス、トラッキング）が
第４図に加わる。

光検出器１５からの光電変換された信号は増幅器１６で
増幅され、前述の所望の信号１７として取り出される。

第５図に本発明のプリズム光学系の他の実施例を示す。

上述した実施例と同様にビーム整形の拡大率を０で選び
かつ［相］を満足する構成である。以下に第５図示の実
施例におけるプリズムの硝材の例を２つ示す。また、第
６図（ａ）、　　（ｂ）にその具体例の概略図を示す。

（例３）ｌのプリズムの硝材はＦＫ５　（ｎ　（λ＝８３５ｎｍ
）＝１．４８６７０．ｎ　（λ＝８２０ｎｍ）＝１．４
８１９２゜ｎ（λ＝８５０ｎｍ）＝１．４８１４３］、
頂角（！＝８３．４１’２のプリズムの硝材はＦ１６　
［ｎ　（λ＝８３５ｎｍ）＝１．５８０１６．　ｎ　（
λ＝８２０ｎｍ）＝１．５８０６３゜ｎ（λｗ８５０ｎ
ｍ）　＝１．５７９７１］、プリズムｌに対する光束の
入射角θ。＝６５．２°である。３のプリズムは２のプ
リズムと同じ硝材である。

（例４）１のプリズムの硝材はＦＫＯＩ　（ｎ　（λ＝８３５ｎ
ｍ）＝１．４９２０５．ｎ　（λ＝８２０ｎｍ）＝１．
４９２２５゜ｎ（λ＝８５０ｎｍ）＝１．４９１８５）
、頂角ａ　＝７０．８４６２のプリズムの硝材はＦ１６
　（ｎ　（λ＝　８３５　ｎ　ｍ　）＝１．５８０１６
．　ｎ　（λ＝８２０ｎｍ）＝１．５８０６３゜ｎ（λ
＝８５０ｎｍ）　＝１．５７９７１］でプリズム１に対
する光束の入射角θ。＝６７．０’　である。３のプリ
ズムは２のプリズムと同じ硝材である。

第５図に示す実施例では、半導体レーザからの光束のプ
リズムに対する入射方向と検出器への光束の向きが第１
図に示す実施例と逆になっているので、両者から光ヘッ
ドの構成によってよりコンパクトになる方を選択するこ
とができる。

また第５図に示す実施例についてもプリズム３の後に直
角プリズム７．８を接合し、７，８の接合面にはミラー
９を蒸着して、光束を９０°折り曲げることができる。

また、第４図に示す様な薄型の光ヘッドを構成すること
もできる。

第７図（ａ）、（ｂ）は本発明のプリズム光学系（例１
）と従来の公知（特開昭６０−２３４２４７号公報）の
ビーム整形プリズムの大きさを比較している図である。

プリズムが１枚増えているにもかかわらずほぼ同程度の
大きさであることがわかる。

本発明のプリズム光学系を上述した実施例の様にコンパ
クトな形状にまとめるために必要な構成を以下に示す。

まず、第１のプリズムに入射角θ。で入射した基準波長
λ＝λ１の光束が第１面でθ、１の角度で屈折された場
合を考える。スネルの法則により前述０式が成り立つ。

第１のプリズムの頂角αと上記説明したθ１．を用いて
場合分けをすると、α≦θ、１の場合は第１図に示す構
成となり、αンθ１．の場合は第５図に示す構成となる
。

αくθ１．の場合（第１図に示す構成）αを小さくすれ
ばコンパクトな形状となることがわかる。変化後の波長
をλ＝λ２（λ２〉λ１）として、プリズムｌのガラス
の各波長における屈折率を各々ｎ１ｌＩｎ＋２、プリズ
ム２のガラスの各波長における屈折率を各々ｎ２１＋”
２２とすれば、［相］式よりαを小さ（するためには、とすれば良い。つまり、Δｎ１＞Δｎ２とすればよい。

即ち、プリズム１には、分散の大きなガラス例えばＳＦ
、　Ｆ、　Ｌａ５Ｆ、　ＬａＦ、　Ｂａ５Ｆなどを選択
し、プリズム２には分散の小さなガラス例えばＦＫ。

ＢＫ、に、ＢａＫ、ＳＫ、ＬａＫなどを選択すれば良い
。これは第２図（ａ）、　　（ｂ）を参照し、例２が例
１よりコンパクト化されていることでも明らかである。

■をより詳細にあられすと以下の条件を満たすことがよ
り好ましい。

α≧θ、１の場合（第５図に示す構成）やはりαを小さ
くすればコンパクトな形状となることがわかる。［相］
式によりαを小さくするためには、とすれば良い。つまり、Δｎ１＜Δｎ２とすればよい。

即ちプリズム１には、分散の小さなガラス例えばＳＦ、
　Ｆ、　Ｌａ５Ｆ、　ＬａＦ、　Ｂａ５Ｆなどを選択し
、プリズム２には分散の大きなガラス例えばＦＫ。

ＢＫ、に、ＢａＫ、ＳＫ、ＬａＫなどを選択すれば良い
。これは第６図（ａ）、　　（ｂ）を参照し、例４が例
３よりコンパクト化されていることでも明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、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種類の硝材からなる３つのプリ
ズムを貼り合わせて形成することによって、（１）波長変化や温度変化に対して光学的性質の変化し
ないプリズム光学系を提供することができる（２）温度変化に対し安定な波面のビームスプリッタ機
能を有するプリズム光学系を提供することができる（３）色消しビーム整形プリズム（第１と第２のプリズ
ム）とビームスプリッタ（第２と第３のプリズム）と機
能分割できるので光ヘッドの自由度を大きくとることが
できる（４）従来の色消しビーム整形ビームスプリッタプリズ
ムと同程度にコンパクト化することができる等の効果を有するものである。また、上記プリズム光学
系を光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太き（変化した場合
にも、その影響を受けない装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプリズム光学系の第１実施例を示す図
、第２図（ａ）、　　（ｂ）は第１実施例の具体例を示
す図、第３図は第１実施例を発展させた例を示す図、第
４図は第３図のプリズム光学系を用いた光情報処理装置
を示す図、第５図は本発明のプリズム光学系の他の実施
例を示す図、第６図（ａ）、　　（ｂ）は第５図の実施
例の具体例を示す図、第７図（ａ）。（ｂ）は本発明のプリズム光学系と従来のビーム整形プ
リズムの大きさを比較する図、第８図はビーム整形プリ
ズムを説明する図、第９図はプリズムからの射出光束の
角度ずれを説明する図、第１０図は従来の光情報処理装
置を示す図である。１・・・第１のプリズム２・・・第２のプリズム３・・・第３のプリズム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２種類の硝材からなる３つのプリズムを貼り合わ
せて構成されたことを特徴とするプリズム光学系。
（２）前記プリズム光学系は、硝材の異なる第１と第２
のプリズムを貼り合わせ、硝材の同じ第２と第３のプリ
ズムを貼り合わせて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。
（３）前記第２と第３のプリズムはハーフミラー又は偏
光ビームスプリッタとして機能する蒸着膜を介して貼り
合わせて構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第
（２）項記載のプリズム光学系。
（４）光源、光束平行化光学系、プリズム光学系および
光束集光光学系を有する光情報処理装置において、前記
プリズム光学系として、２種類の硝材からなる３つのプ
リズムを貼り合わせて構成された複合プリズムを用いる
ことを特徴とする光情報処理装置。