JPS63197901A - ビ−ム成形プリズム - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光デイスク装置等で特に２ビ一ム方式のもの
に用いられる半導体レーザのビーム成形プリズムに関す
るものである。

〔従来の技術〕

一般に二つの光源を用いた２ビ一ム方式の光デイスク装
置の光学系は第５図に示すような構成である。尚第５図
（Ｂ）は第５図囚を矢印Ｂ方向よシみた図である。この
図において１１は書き込み読み出しビーム用の半導体レ
ーザ、１２は消去ビーム用の半導体レーザ、１３．１４
は夫々コリメートレンズ、１５は４分割ディティフタ、
１６はビーム成形プリズム、１７は偏光ビームスプリッ
タ、１８は一波長板、１９は対物レンズ、２０はダイク
ロイックミラー、２１は集光レンズ、２２はシリンドリ
カルレンズである。

このような光デイスク装置において一方の光源１１よシ
の書き込み読み出し用ビームは、コリメルトレンズ１３
を通シビーム成形プリズム１６にて断面が円形のビーム
に変えられ偏光ビームスプリッタ−７にて反射されてＳ
偏光酸゛分の直線偏光になり、７波長板１８を通シ円偏
光になる。その後、対物レンズ１９にてディスク２３上
に集光される。ディスク２３により反射されたビームは
、対物レンズ１９によシ平行光線となって戻され、１波
長板１８により直線偏光になシ偏光ビームスプリッタ１
７へはＰ偏光成分の直線偏光として入射する。偏光ビー
ムスプリッタ−７を通過したビームは、グイクロイック
ミラー２０にて反射され集光レンズ２１とシリンドリカ
ルレンズ２２によシ４分割デイテイクタ１５上に集光さ
れる。ディティフタ１５の出力にもとづいて既知の非点
収差法やプッシュプル法によって対物レンズ１９のフォ
ーカスやトラックの調整が行なわれる。

一方消去ビーム用の半導体レーザー２よシの光ビームは
、コリメートレンズ１４によシコリメートされグイクロ
イックミラー２０を通過して偏光ビームスプリッタ−７
にＰ偏光で入射し半導体レーザー１よシの光ビームと同
様にディスク２３上に集光される。

この光デイスク装置において半導体レーザよシの光ビー
ムの射出パターンは２〜３：１の楕円形である。そのた
め書き込み読み出し用の半導体レーザ１１は、光エネル
ギーを有効に利用するために射出パターンを軸対称（円
形）にする必要がある。

そのためにビーム成形プリズム１６が用いられる。

しかし半導体レーザは、温度や射出出力によって波長が
変化する。特にモードホップによって波長は離散的に変
動する。又プリズムの材料であ゛るガラスの屈折率は波
長によって異なシ、温度によって変化する。したがって
温度が変化すると半導体レーザよシのビームの波長の変
化と、ガラスの屈折率の変化によってビーム成形プリズ
ム１６の屈折角が変化する。例えば半導体レーザの温度
による変化は約０．２５　ｎ”／　　　ガラスの屈折率
の波ｄｅｇ　”″ 長依存性は約−２Ｘ　１０−７ｎＩＴｌ（但しλ＝７０
０〜９００ｎｍ）である。したがって半導体レーザの温
度変化による波長変化のために生ずる屈折率の変化は、
５　ｘ　１０−６／ｄｅｇとなる。又温度上昇によるガ
ラス自身の屈折率変化は、ガラスがＢＫ７の場合的＋２
．７Ｘ　１０−６／ｄｅｇである。したがって温度変化
のために生ずる屈折率の変化は、約−２，３Ｘ　１０−
’／ｄｏｇである。

従来例の光デイスク装置におけるビーム成形プリズム１
６による楕円形パターンを円形パターンにする時の補正
率を２．５、ビーム成形プリズム１６の屈折率を１．５
１とすると上記の温度変化による屈折角の変化は、７．
Ｉ　Ｘ　１００−５ｄｅとなシ、プリズムから射出する
時はｎ倍（ｎはプリズムの屈折率）され、約１．Ｉ　Ｘ
　１０−’ｄｅｇである。これは対物レンズの焦点距離
を４　ｓｒｓとすると、ディスク上のスポットは１℃の
変化で約０．００７７μｍ移動することになる。

又消去用光ビームの射出パターンは、ディスク半径方向
の長い楕円のまま対物レンズ１９に入射するので対物レ
ンズの実質ＮＡはディスク半径方向には大きく円周方向
には小さくなシ、ディスク上のスポットは、ディスク円
周方向に長い長円形になる。

ディスク上のスポットは、第６図に示すように同じグル
ープ上に消去ビームＥが書き込み読み出しビームＷＲに
先行するように調整されている。この時の消去ビームの
位置は半径方向に厳しく、この方向に０．１μｍずれて
も消去が完全でなくなる。

しかし前述のようにｉき込み読み出しビームがディスク
半径方向にずれると、この書き込み読み出しビームがグ
ループ上にサーボがかけられるので結局、消去ビームが
相対的にずれることになる。

そしてその量は、装置全体が１５°上昇するとビームは
約０．１μｍずれるので満足な消去が出来なくなる。ま
た半導体レーザは熱源であシ、プリズム等との間に温度
勾配があればビームずれは更に拡大される。また半導体
レーザの書き込み時のパワー上昇によってもビームずれ
が生じサーボにも不具合を生ずる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は、光デイスク装置に
用いられるビーム成形プリズムで、レーザ光源の温度変
化等による波長の変化やプリズムの屈折率の変化が生じ
ても前記プリズムよシのピ−ムの射出角が変動しないよ
うにし、光デイスク装置における書き込み読み出しビー
ムと消去ビームとの相対的なずれが生ずることがないよ
うにしたビーム成形プリズムを提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明のビーム成形プリズムは、前記の問題点を解決す
るために、夫々屈折率がｎｔ　ｒ　ｎ２の異種の材質よ
シなる第１のプリズムと第２のプリズムとを接合したも
のであって、空気等の屈折率がｎ。の媒質から第１のプ
リズムへ入射角θにて入射し屈折角φにて屈折し、第１
のプリズムから第２のプリズムへ入射角αにて入射し屈
折角βにて屈折し、第２のプリズムから他の媒質へ入射
角０°にて射出する時に次の条件をほぼ満足するように
構成したものである。

ただしｎ４’　＝＋　１２’　”　　１又Ｔは温度、λ
はビｎｏ　　　　　　　　　　ｎ。

一ムの波長である。

本発明のビーム成形プリズムは、前記のように構成する
ことによって半導体レーザビーム等のビーム断面形状を
補正してほぼ円形にするプリズムであって、その温度変
化によるプリズムの屈折率の変化による射出角の変動が
ないようにしたものである。

次に上記の構成の本発明のビーム成形プリズムが、発明
の目的２作用効果を奏するものであることを明らかにす
るために、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の原理を示す図である。この図に示すよ
うに、夫々面Ｓ＋　、　Ｓ２　、　Ｓｓを境界としてい
る屈折率が夫々ｎｏ　ｊ　ｎｌ　ｐ　ｎ２　＋　ｎｓの
四つの媒質中をビームが通過する場合を考える。即ち、
ビームは各境界面で屈折して４　ｒ　４　ｔ　Ａｓ　ｙ
　４のように進み、その時の各境界面での入射角および
屈折角を夫々図示するようにθ、φ；α、β；γ、εと
する。

まずビームｔＩが境界面Ｓｌで屈折してｔ２のように進
む時、スネルの法則から次の関係が成立つ。

ｎｏｍθ＝ｎ＋ｓｉｎφ この関係からｎ、ｔ　＝ｎ＋とすると次の式（１）が求
めｎ。

られる。

閑θｄθ＝ｓｉｒＩφ”　ｄｎＩ’　＋　ｎｔ’　ＣＯ
３φｄφ　　°°゛°°°°ぺ１）同様にして境界面Ｓ
２　、　Ｓｓでの屈折に関して、夫々ｎ＋ｓｉｎα＝ｎ
２ｓｉｎβおよびｎ２ｓ石γ＝　ｎ３地εの関係から次
の式（２）　、　（３）が求められる。

ｓｉｎα＃　ｄｎ＋’　＋ｎ＋’　ＣＱＳα−ｄα＝　
ｍｎβｄｎ、’＋ｎ２’魚β働ｄβ　　・・・・・・・
・・（２）ｓｉｎγｄｎ２’　＋　ｎ、′ＣＱＳγ−ｄ
γ＝癲εｄｎｓ’　＋ｎ３’邸εｄε　　　・・・・・
・・・・（３）ただしｎ２′＝工＋ｎ３’＝二である。

ｎｏ　　　　　　　　　　ｎ。

ここで入射角θが一定であり、更に屈折角εが一定であ
るとするとｄθ＝ｄε＝０であシ、又ｄφ＝−ｄαであ
るから式（１）は、次の式（４）のようになる。

ｄα＝　ｔａｎφ・旦（・・・・・・・・・（４）文武
（３）は、ｄγ＝−ｄβ　から次の式（５）のようにな
る。

式（４）　、　＜５）を式（２）に代入すれば次の条件
式（６）が導かれる。

Ｃ５ｂｎａ　＋ａｓａ−ｔａｎφ）ｄｒｏ’ｎ２′ ＝　（ｓｉｎβ十部β”　ｔａｎγ）’ｄｎ２’　　　
、・ｃｔｓβ”　ｔａｎγ”ｄｎ３’・・・・・・・・
・（６） この条件式（６）が屈折率か変化した時、θが一定でε
が一定であるための条件式である。

ここで第４の媒質を第１の媒質と同じにするとｎ、　＝
　ｎ（、であるからｄｎ３’　＝　Ｏである。　したが
ってこの場合は式（６）は次のようになる。

（加十邸αｔａｎφ）　ｄ　ｎ　Ｉ’　＝　（ｓｉｎβ
＋ａｘ、Ｂ　０ｔａｎ　７　）　ｄｎ２’・・・・・・
・・・（７） 一方断面楕円形のビームを断面円形のビームに補正する
時の補正率ｍは次のように表わされる。

ここでＡｌはｉ面での入射角、Ｂｌはｉ面での屈折角で
ある。

第３の媒質（ｎ２）から第４の媒質（ｎ３＝　ｎｏ）へ
透過する場合、つまシビームｔ３が境界面ｔ３で屈折し
てビームｔ４のように進む場合、一般にｎ２＞　ｎｓ　
＝　ｎ。

になることが多いので、その時はε〉γとなシ補正率を
小さくすることになるので一般にγ＝ε＝００にするこ
とが多い。したがって条件式（７）は次のようになる。

（ｄｎα＋ｃｏｓα・ｔａｎφ）ｄｎ＋’　＝　蜘βｄ
ｎ２’これから次の条件式（８）が導かれる。

したがって屈折率変化ｄｎ＋’　ｐ　ｄｎ２’に対して
条件式（８）が成立つようにθ（したがってφ）、αを
選べば温度や波長変動等によシ屈折率が変化してもプリ
ズムから出るビームは変動しない。

一般には、温度変化と波長変化とにて分けて次の式（９
）　、　（１０）を満足することが温度勾配等が生じて
もビームヂれが生じないために必要であることが式（８
）かられかる。

これら式（９）　、　（１０）から次の式（１１）が導
かれる。

以上のことがら式（９）と式（１１）が成立てば温度変
化によりビームずれが生じない。したがって式（１１）
をほぼ満足するガラス材料の中でｄｎシ　　とｄｎ２Ｔ
Ｔ の値が離れている２種類のガラスを選び、適当なビーム
成形補正率になるようにして、式（１１）を満足するθ
、φ、α、βを選べばよい。

しかし式（１１）を満足するガラスの組合わせはそれ程
多くなく、しかもｄｎ′／ｄＴの値が離れていて一般的
な材料を選ぶのが望ましい。このようなことから、ビー
ム成形補正率ｍがｍ中２．５で式（９）を満足するもの
の例としては、次の表に示すものがある。

第１のプリズム　第２のプリズム　θ（ｄｅｇ、　）　
　　φ（ｄｅｇ、　）６５．２７０°　３６．９７９８ α（ｄｅｇ−）　　　β（ｄｅｇ、）　　楕円率　　ｄ
ｔ／ｄλ（ＸＩＯ’）　　ｄＶ／ｄＴ（ＸＩＯつ５９．
９７４°　４９．０８６°　２．４９９　　−０．００
０１　　　＋２．９３２６このように式（９）をほぼ満
足するものでも、式（１１）は完全には満足しないので
式（１０）は満足しない。

そのため光源の波長変部がある場合は、若干のビームず
れｄｚλを生ずる。光学ヘッドの対物レンズの焦点距離
を４朋、トラックずれを０．１２ｍ１温度範囲を±３０
℃とするとｄｔＡλ０値は下記０範囲内であることが望
ましい。

ｄ７λ＜　３．５　Ｘ　１０−’　ｒＰＬζしたがって
式（１０）を満足させるにはｄｔ／ｄＴが下記の範囲内
であるのが望ましい。

〔実施例〕

次に本発明のビーム成形プリズムの実施例について述べ
る。

第２図は第１図により説明した本発明の原理にもとづく
構成のビーム成形プリズムを第５図に示す２ビ一ム方式
の光デイスク装置に適用した場合の光デイスク装置の構
成を示す図である。この図において符号１０にて示した
のが本発明のビーム成形プリズムで異なった材質の第１
のプリズム１と第２のプリズム２とを接合したものであ
る。

この実施例において半導体レーザ１１よりの書き込み読
み出し用ビームは、このビーム成形プリズムにてパター
ンが円形にされると共に前述の原理によシ、温度変化が
生じても射出角のずれが補正され常に同じ方向に射出さ
れる。したがって半導体ンーザ１２よシの消去用ビーム
とのディスク上の相対的位置ずれが生ずるおそれがない
。

第３図は本発明のビーム成形プリズムの他の第２の実施
例で第３図の）は第３図囚を矢印Ｂ方向よシみた図であ
る。この第２の実施例は、第２のプリズム２を偏光ビー
ムスプリッタ１７に接合して一体にしたもので、第１の
プリズム１と第２のプリズム２を接合したビーム成形プ
リズム１０の構成は第２図のものと実質上同じである。

第４図は本発明のビーム成形プリズムの第３の実施例で
ある。この実施例はビーム成形のプリズムト偏光ビーム
スプリッタとを一体としたものである。即ちこの第３の
実施例における第２のプリ゛ズム２′は、途中にビーム
に対して４５°傾斜させた半透過面２’ａを設けたもの
で、これによって第２のプリズムとビームスプリッタを
兼用したものである。したがってビーム成形プリズムへ
入射した２’ａにて反射して射出面２’ｂよシ射出する
。そしてこのプリズム２′と第１のプリズム１とで第１
図にて説明した原理にもとづくように構成すれば温度変
化による影響を除去できる。

尚第４図に示す本発明の第３の実施例のビーム成形プリ
ズムを用いた光デイスク装置は、書き込み消去用の半導
体レーザ１１よシのビームはコリメートレンズ１３にて
平行光線とした後前述のようにビーム成形プリズム１０
を通り対物レンズ１９に集光される。その反射光はビー
ムスプリッタ（第２のプリズム）２′を通過しダイクロ
イックミラー２４を通り、集光レンズ２１とシリンドリ
カルレンズ２２により４分割ディティフタ１５にて検出
される。一方読み出し用の半導体レーザ１２よシのビー
ムはＮＡの小さいコリメートレンズ１４によυ平行に、
かつ円形パターンにされビームスプリッタ２′の半透過
面２’ａにて反射され対物レンズ１９によシディスク２
３上に集光される。ここで反射された光はビームスプリ
ッタ２′の面２’ａを透過しダイクロイックミラー２４
にて反射され集光レンズ２１′にてディテクタ１５′に
集光され検出される。

以上の実施例のように異なる種類の材質からなる第１の
プリズムと第２のプリズムを接合し前述の要件を満足す
るビーム成形プリズムは、いずれもビームを真円に補正
するとともに温度変化が生じてもプリズムよシの射出角
の変化がなく、したがって、ディスク上の書き込み消去
ビームと読み出しビームの相対位置ずれを生ずることが
ない。

〔発明の効果〕

本発明の光デイスク装置における半導体レーザのビーム
成形プリズムは、前述のような構成にすることによって
、温度変化による半導体レーザの波長のずれやプリズム
の屈折率の変化による射出角の変化を除去することによ
シ、射出するビームの射゛出角が温度変化によシ変化す
ることがない。

したがってこれを例えば２ビ一ム方式の光デイスク装置
に用いた場合、書き込み読み出しビームと消去ビームの
位置ずれや、書き込み消去ビームと読み出しビームの位
置すれかなく、完全な消去や読み出しが可能である等の
効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のビーム成形プリズムの原理を示す図、
第２図は本発明の第１の実施例のビーム成形プリズムを
用いた光デイスク装置の構成を示す図、第３図は本発明
の第２の実施例の構成を示す図、第４図は本発明の第３
の実施例のビーム成形プリズムを用いた光デイスク装置
の構成を示す図、第５図は従来のビーム成形プリズムを
用いた光デイスク装置の構成を示す図、第６図は光デイ
スク装置におけるディスク上の書き込み読み出しビーム
と消去ビームの相対的位置関係を示す図である。 １・・・第１のプリズム、　２・・・第２のフ“１ノズ
ム、１０・・・ビーム成形プリズム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザビームの断面形状を補正するプリズ
   ムで、夫々屈折率がｎ＿１，ｎ＿２の異種の材質よりな
   る第１および第２のプリズムを接合してなるもので、空
   気等の屈折率ｎ＿０の媒質中から第１のプリズムへ入射
   角θで入射して屈折角φで屈折し、更に第２のプリズム
   へ入射角αで入射し屈折角βで屈折し、第２のプリズム
   から別の媒質に入射角０°にて射出する時、次の関係を
   ほぼ満足するようにしたことを特徴とするビーム成形プ
   リズム。 （ｔａｎφ＋ｔａｎα）／ｎ＿１′・ｄｎ＿１′／ｄＴ
   ＝ｔａｎα／ｎ＿２′・ｄｎ＿２′／ｄＴ（ｄｎ＿１′
   ／ｄＴ）／（ｄｎ＿１′／ｄλ）＝（ｄｎ＿２′／ｄＴ
   ）／（ｄｎ＿２′／ｄλ）ただしｎ＿１′＝ｎ＿１／ｎ
   ＿０，ｎ＿２′＝ｎ＿２／ｎ＿０，又Ｔは温度、λはビ
   ームの波長である。