JPH06273687A

JPH06273687A - ビーム整形プリズムおよび光学系

Info

Publication number: JPH06273687A
Application number: JP5084166A
Authority: JP
Inventors: Hirotsuyo Fujii; 大剛藤井; Hiroshi Nishikawa; 博西川; Yasushi Suzuki; 康史鈴木
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明のビーム整形プリズム４は、所定の頂
角をなして対向する入射面４１および反射面４２を有し
ており、その構成材料の屈折率と頂角との組み合わせに
よって、入射面４１から入射し、反射面４２で反射され
て再び入射面４１より出射した出射光２２の横断面形状
がほぼ円形に整形されるように設定されている。ビーム
整形プリズム４の反射面４２は、例えば光学薄膜の積層
体で構成され、ビーム整形プリズム４内における反射前
後の光軸２１と光軸２３とが一致しないように配置され
ている。【効果】ビーム整形プリズムを含む光学系の構成を簡
素化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビーム整形プリズムお
よびこれを用いた光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置は、光ディスクや光磁気
ディスク（これらを総称して光ディスクという）に対
し、光学ヘッドにより、レーザー光を照射して情報を書
き込み、あるいは、照射されたレーザー光の反射光の強
度を検出して記録された情報を読み取ることができる装
置である。

【０００３】例えば、従来の光磁気ディスク装置の光学
系は、図５に示すように、半導体レーザー２から出射さ
れたレーザー光束をコリメートレンズ３により平行光束
とし、２つのビーム整形プリズム（アナモフィックプリ
ズム）３０および３１にて光束の横断面形状を円形に整
形した後、ミラー３２で反射されてその光路がほぼ直角
に屈曲される。そして、このミラー３２で反射されたレ
ーザー光の光束２９は、２つのハーフミラー面６１、６
２を有するビームスプリッター６に入射し、両ハーフミ
ラー面６１、６２を透過した光束を、ミラー７および対
物レンズ８で構成され、光磁気ディスク１９の半径方向
に移動し得る対物光学系を介して光磁気ディスク１９の
磁性薄膜（信号記録面）１９１上に収束させる。

【０００４】磁性薄膜１９１からの反射光は、対物レン
ズ８およびミラー７を介してビームスプリッタ６へ戻
り、ハーフミラー面６２で反射された反射光２５の光束
は、１／２波長板１１を通過して偏光方向が４５°回転
され、集光レンズ１２を経て偏光ビームスプリッタ１３
に入射し、その偏光分離面１３１を通過する際にＳ偏光
成分とＰ偏光成分とに分離され、これらの成分は、２つ
の受光素子１４および１５にそれぞれ受光される。そし
て、両受光素子１４、１５での検出信号の強度の差を求
めることにより、光磁気ディスク１９に記録された信号
の読み取りが可能となる。

【０００５】また、磁性薄膜１９１からの反射光のう
ち、ビームスプリッター６のハーフミラー面６２を透過
し、ハーフミラー面６１で反射された反射光２８の光束
は、集光レンズ１６およびシリンドリカルレンズ１７を
経て、複数の受光領域に分割された分割受光素子１８に
照射され、プッシュプル法および非点収差法によりそれ
ぞれトラックエラー信号およびフォーカスエラー信号が
検出される。

【０００６】しかしながら、このような光ディスク装置
の光学系では、ビームスプリッタ６へ入射する前の光学
系（光源装置）として、複数のビーム整形プリズム３
０、３１と、ミラー３２とを有するため、部品点数が多
く、そのため、光学系の構成が複雑化するとともに、各
光学部品の設置に広いスペースが必要となる。さらに
は、光路の調整のために、ビーム整形プリズム３０、３
１と、ミラー３２のそれぞれの取り付け位置を微調整す
る必要があり、調整に手間と時間がかかるという欠点が
ある。

【０００７】なお、前記ビーム整形プリズム３０および
３１を一体化した１つのビーム整形プリズム（図示せ
ず）を用いた構成の光ディスク装置の光学系もあるが、
この場合でも、ビーム整形プリズムと、ミラーとは別部
材であり、それぞれの取り付け位置を微調整することに
は変わりはなく、依然として前記と同様の欠点を有して
いた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光学
系の構成を簡素化し、光学部品の設置スペースをより小
さくし、また光路調整が容易なビーム整形プリズムおよ
び光学系を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（５）の本発明により達成される。

【００１０】（１）レーザー光束の横断面形状を整形
するビーム整形プリズムであって、レーザー光束の入射
面と、該入射面より入射したレーザー光束を反射する反
射面とを有し、前記反射面へのレーザー光束の入射光お
よびその反射光のそれぞれの光軸が一致しないように用
いられることを特徴とするビーム整形プリズム。

【００１１】（２）レーザー光束の横断面形状をほぼ
円形に整形する上記（１）に記載のビーム整形プリズ
ム。

【００１２】（３）前記反射面は、複数の薄膜の積層
体により形成されている上記（１）または（２）に記載
のビーム整形プリズム。

【００１３】（４）前記反射面での反射光におけるＳ
偏光成分とＰ偏光成分との位相差が実質的にない上記
（１）ないし（３）のいずれかに記載のビーム整形プリ
ズム。

【００１４】（５）レーザー光源と、該レーザー光源
から出射された光束を平行光束にするコリメートレンズ
と、前記平行光束の横断面形状を整形する上記（１）な
いし（４）のいずれかに記載のビーム整形プリズムと、
該ビーム整形プリズムからの出射光を記録媒体上に収束
させて照射する対物光学系と、前記記録媒体に照射され
たレーザー光の反射光が入射する少なくとも１つのビー
ムスプリッタとを有することを特徴とする光学系。

【００１５】

【発明の構成】以下、本発明のビーム整形プリズムおよ
びこれを用いた光学系を、添付図面に示す好適実施例に
基づき詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の光学系を光磁気ディスク
装置の信号検出系に適用した場合の構成例を模式的に示
す斜視図である。同図に示すように、光磁気ディスク装
置の信号検出系における本発明の光学系１は、レーザー
光源である半導体レーザー２と、コリメートレンズ３
と、本発明のビーム整形プリズム（アナモフィックプリ
ズム）４とで構成される光源装置５を有する。

【００１７】半導体レーザー２から出射された発散光束
は、コリメートレンズ３により平行光束とされ、さらに
ビーム整形プリズム４により横断面形状がほぼ円形とな
るように整形され、光強度分布が均一となる。ビーム整
形プリズム４へ入射した入射光２０は、反射面４２で反
射されて屈曲し、その反射光がビーム整形プリズム４か
ら出射して出射光２２を形成する。

【００１８】ビーム整形プリズム４からの出射光２２の
光軸方向後方には、ビームスプリッタ６が設置され、さ
らにその後方には、ミラー７と該ミラー７の上方に位置
する対物レンズ８とが設置されている。ビームスプリッ
タ６は、３つのプリズムを接合し、その２つの接合面に
それぞれハーフミラー面６１および６２が形成されたも
のである。なお、ハーフミラー面６１および６２での反
射率（透過率）は、任意に設定可能である。

【００１９】ビーム整形プリズム４から出射した光束
は、ビームスプリッタ６に入射し、ハーフミラー面６１
および６２を順次透過した光束は、ミラー７で反射さ
れ、さらに、対物レンズ８により光磁気ディスク１９の
信号記録面である磁性薄膜１９１上に収束され、スポッ
ト状に照射される。

【００２０】この場合、ミラー７および対物レンズ８を
有する対物光学系は、光磁気ディスク１９の半径方向、
すなわち光軸２１方向に移動し得るキャリッジ（図示せ
ず）に搭載されており、また、対物レンズ８は、キャリ
ッジに設けられたアクチュエータ（図示せず）上に設置
されている。後述するフォーカスエラー信号およびトラ
ックエラー信号に基づいてこのアクチュエータが作動
し、対物レンズ８がその軸線方向および光磁気ディスク
１９の半径方向に移動して、フォーカシングおよびトラ
ッキングを行う。

【００２１】また、ビームスプリッタ６に入射した光束
のうち、ハーフミラー面６１を透過し、ハーフミラー面
６２で反射された光束２４は、集光レンズ９により収束
され、受光素子１０にて受光される。この受光素子１０
にて得られた信号は、半導体レーザー２の出力のモニタ
ー用として利用される。

【００２２】光磁気ディスク１９の磁性薄膜１９１に照
射された光（照射スポット）の反射光光束は、対物レン
ズ８およびミラー７を順次経た後、前記出射光２２の光
路とほぼ等しい光路でビームスプリッタ６に戻り、その
一部はハーフミラー面６２で反射される。この反射光２
５の光軸方向後方には、１／２波長板１１と、集光レン
ズ１２と、偏光ビームスプリッタ１３とがこの順に設置
されている。偏光ビームスプリッタ１３は、２つのプリ
ズムを接合し、その接合面に偏光分離面（多層薄膜）１
３１が形成されたものである。偏光分離面１３１で分離
された光束のうちの一方の光軸２６上には、受光素子１
４が設置され、他方の光軸２７上には、受光素子１５が
設置されている。

【００２３】ビームスプリッタ６のハーフミラー面６２
にて反射された反射光２５の光束は、１／２波長板１１
を通過する際に偏光方向が４５°回転され、さらに集光
レンズ１２にて収束されて偏光ビームスプリッタ１３に
入射する。この偏光ビームスプリッタ１３に入射した光
束は、その偏光分離面１３１を通過する際にＳ偏光成分
とＰ偏光成分とに分離され、これらの成分は、それぞ
れ、受光素子１４および１５に受光される。

【００２４】光磁気ディスク１９の磁性薄膜１９１に照
射されたレーザー光の反射光は、その偏光方向がレーザ
ー光の照射スポットの位置における磁性薄膜１９１の磁
化方向に対応して磁気カー効果によりわずかに回転する
ため、これを４５°回転させ、偏光ビームスプリッタ１
３によりＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離し、これらの
強度をそれぞれ別個の受光素子１４および１５により電
気信号として検出し、さらにその差を演算して求めるこ
とにより、光磁気ディスク１９に記録された信号の再生
が可能となる。

【００２５】光磁気ディスク１９の磁性薄膜１９１で反
射され、対物レンズ８およびミラー７を順次経てビーム
スプリッタ６に戻ってきた光束の一部は、ハーフミラー
面６２を透過し、さらにその一部はハーフミラー面６１
で反射される。この反射光２８の光軸方向後方には、エ
ラー信号検出系として、集光レンズ１６と、シリンドリ
カルレンズ１７と、複数の受光領域に分割された分割受
光素子１８とがこの順に設置されている。

【００２６】ビームスプリッタ６のハーフミラー面６１
で反射された反射光２８の光束は、集光レンズ１６およ
びシリンドリカルレンズ１７を経て分割受光素子１８に
照射され、プッシュプル法および非点収差法によりそれ
ぞれトラックエラー信号およびフォーカスエラー信号が
検出される。

【００２７】なお、本発明の光学系においては、図示と
異なり、受光素子１４および１５として、複数の受光領
域に分割された分割受光素子を用い、各受光領域からの
信号を所定に組み合せて演算して検出することにより、
光磁気ディスク１９に記録された信号の再生とともに、
フォーカスエラー信号（スポットサイズ法）と、トラッ
クエラー信号（プッシュプル法）とを得るような構成と
することもできる（特開昭６１−２０６９４４号公報、
特願平３−２８８２２５号参照）。この場合には、ビー
ムスプリッタ６として１つのハーフミラー面６２を有す
るものを用い、集光レンズ１６、シリンドリカルレンズ
１７および分割受光素子１８を省略することができる。

【００２８】図２は、本発明のビーム整形プリズム４の
構成例を示す平面図である。同図に示すように、ビーム
整形プリズム４は、所定の頂角をなして対向するレーザ
ー光束の入射面４１および反射面４２を有している。こ
の場合、ビーム整形プリズム４は、その構成材料の屈折
率と頂角との組み合わせによって、入射面４１から入射
し、反斜面４２にて反射され、再び入射面４１より出射
した出射光２２の横断面形状が実質的に円形に整形され
るように設定されている。

【００２９】なお、ビーム整形プリズム４の構成材料と
しては、光学部品用の各種硝材や、プラスチック（例え
ば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレ
ン）等が挙げられ、その屈折率も特に限定されない。

【００３０】ここで、反射面４２におけるレーザー光の
反射率は特に限定されないが、通常は７５％以上、特に
９５％以上のものであるのが好ましい。さらには、入射
光２０の中の一方の偏光成分（Ｐ偏光成分）の反射率が
７５％以上、特に９５％以上のものであるのが好まし
い。

【００３１】この反射面４２は、入射光２０のビーム整
形プリズム４内での光軸２１と、反射面４２の垂線４４
とが一致しないように、すなわち光軸２１と、反射面４
２での反射光の光軸２３とが一致しないように配置され
ている。これにより、図１に示すように、光源装置５を
構成する半導体レーザー２、コリメートレンズ３および
ビーム整形プリズム４を出射光２２の光路に対し所定角
度（例えば４５〜１２０°）隔てた方向に沿って配列す
ることができ、これらの光学部品を小さなスペースに収
納することができる。

【００３２】なお、光軸２１と光軸２３とのなす角度α
は特に限定されず、例えば５〜１６５°程度の範囲の値
とすることができる。

【００３３】このような反射面４２は、図３に示すよう
に、複数の薄膜（光学薄膜）４５の積層体４６により形
成されているのが好ましい。この場合、各薄膜４５の組
成、すなわち屈折率は異なっており、各薄膜４５の組成
（屈折率）および膜厚、薄膜４５の積層数、積層順序等
の組み合わせによって、所望の光学的特性（特に反射
率）を得ることができる。

【００３４】各薄膜４５の組成としては、例えば、Ｍｇ
Ｆ₂ 、ＣａＦ₂ 、ＳｉＯ₂ 、ＴｈＦ₄ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｃ
ｅＦ₃ 、ＰｂＦ₂ 、Ｙｂ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 、ＴａＯ₂ 、
Ｔａ₂ Ｏ₃ 、Ｐｒ₆ Ｏ₁₁、ＨｆＯ₂ 、Ｎｄ₂ Ｏ₃ 、Ｃｅ
Ｏ₂ 、ＴｉＯ₂ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃、ＺｎＳのような各種酸化
物、フッ化物、硫化物を主成分とするもの、あるいはこ
れらのうちの任意のものの混合物が挙げられ、これらを
適宜選択して用いることができる。

【００３５】なお、反射面４２の特性として、反射光に
おけるＳ偏光成分とＰ偏光成分との位相差が実質的にな
いこと（無位相差）、換言すれば直線偏光となることが
好ましい。

【００３６】以上のような反射率（特にＰ偏光成分の反
射率）や、反射光におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分との
無位相差は、前述した各薄膜４５の組成（屈折率）、膜
厚、薄膜４５の積層数、積層順序等の組み合わせによっ
て得ることができる。

【００３７】例えば、反射面４２を構成する積層体４６
として、特願平４−４６１０８号の明細書に記載の多層
反射増加膜を適用することができ、これにより、比較的
少ない層数で、Ｓ偏光成分、Ｐ偏光成分共に反射率が大
きく、かつ広い波長域でＳ偏光成分、Ｐ偏光成分の無位
相差を可能とすることができる。

【００３８】なお、各薄膜４５の形成は、例えば、真空
蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の気相
成膜法により行うことができ、成膜条件の設定により、
上記膜組成および膜厚を得ることができる。

【００３９】図４は、本発明のビーム整形プリズムの他
の構成例を示す平面図である。同図の示すビーム整形プ
リズム４’は、レーザー光束の入射面４１と、前記と同
様の反射面４２と、入射面４１とは異なる出射面４３と
を有している。

【００４０】このビーム整形プリズム４’においては、
入射光２０は、入射面４１よりビーム整形プリズム４’
内に入り、反射面４２にて反射され、この反射光はさら
にビーム整形プリズム４’内を透過して、ビーム整形プ
リズム４’の出射面４３より出射される。この場合、入
射光２０のビーム整形プリズム４’内における光軸２１
と、反射面４２での反射光（出射光２２）のビーム整形
プリズム４’内における光軸２３とは一致していない。

【００４１】なお、ビーム整形プリズム４’において、
光軸２１と光軸２３とのなす角度βは特に限定されず、
例えば、前記角度αと同程度の範囲とすることができ
る。

【００４２】このビーム整形プリズム４’を用いた光学
系では、ビーム整形プリズム４’の入射面４１への入射
光２０の光路上に前記と同様の半導体レーザー２および
コリメートレンズ３が設置され、出射面４３より出射さ
れた出射光２２の光路上に前記と同様のビームスプリッ
タ６等が設置される。

【００４３】本発明のビーム整形プリズムおよび光学系
は、各図に示す構成に限定されるものではなく、特に、
光学系を構成する光学部品の種類、設置数、配置等は、
任意のものが可能である。

【００４４】また、本発明のビーム整形プリズムおよび
光学系は、上述した光磁気ディスク装置の信号検出系に
適用した場合に限らず、その他の光ディスク装置の信号
検出系に適用すること、さらには、レーザービームプリ
ンタ、各種光学測定機器、レーザースキャン装置、レー
ザー加工機器等のレーザー応用機器に適用することがで
きる。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のビーム整形
プリズムおよびこれを含む光学系によれば、光学系を構
成する光学部品の部品点数を少なくすることができる。
これにより、光学系の構成が簡素化され、光学部品の設
置スペースをより小さくすることにより装置の小型化が
図れ、しかも、光学部品の調整箇所が減少することによ
りレーザー光の光路調整も容易となる。さらには、光学
系における光路の設計の幅が広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学系を光磁気ディスク装置の信号検
出系に適用した場合の構成例を模式的に示す斜視図であ
る。

【図２】本発明のビーム整形プリズムの構成例を示す平
面図である。

【図３】本発明のビーム整形プリズムにおける反射面の
構成例を示す拡大断面図である。

【図４】本発明のビーム整形プリズムの他の構成例を示
す平面図である。

【図５】従来の光磁気ディスク装置の信号検出系を模式
的に示す斜視図である。

【符号の説明】

１光学系２半導体レーザー３コリメートレンズ４、４’ ビーム整形プリズム４１入射面４２反射面４３出射面４４垂線４５薄膜４６積層体５光源装置６ビームスプリッタ６１、６２ハーフミラー面７ミラー８対物レンズ９集光レンズ１０受光素子１１１／２波長板１２集光レンズ１３偏光ビームスプリッタ１３１偏光分離面１４、１５受光素子１５光磁気ディスク１６集光レンズ１７シリンドリカルレンズ１８分割受光素子１９光磁気ディスク１９１磁性薄膜２０入射光２１光軸２２出射光２３光軸２４光束２５反射光２６、２７光軸２８反射光２９光束３０、３１ビーム整形プリズム３２ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光束の横断面形状を整形するビ
ーム整形プリズムであって、レーザー光束の入射面と、該入射面より入射したレーザ
ー光束を反射する反射面とを有し、前記反射面へのレーザー光束の入射光およびその反射光
のそれぞれの光軸が一致しないように用いられることを
特徴とするビーム整形プリズム。
【請求項２】レーザー光束の横断面形状をほぼ円形に
整形する請求項１に記載のビーム整形プリズム。
【請求項３】前記反射面は、複数の薄膜の積層体によ
り形成されている請求項１または２に記載のビーム整形
プリズム。
【請求項４】前記反射面での反射光におけるＳ偏光成
分とＰ偏光成分との位相差が実質的にない請求項１ない
し３のいずれかに記載のビーム整形プリズム。
【請求項５】レーザー光源と、該レーザー光源から出
射された光束を平行光束にするコリメートレンズと、前
記平行光束の横断面形状を整形する請求項１ないし４の
いずれかに記載のビーム整形プリズムと、該ビーム整形
プリズムからの出射光を記録媒体上に収束させて照射す
る対物光学系と、前記記録媒体に照射されたレーザー光
の反射光が入射する少なくとも１つのビームスプリッタ
とを有することを特徴とする光学系。