JPS63197902A - 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６図に示すような構成である。尚第６図
の）は第６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１．１５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７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より
の書き込み読み出し用ビームは、コリメ−トレンズ１３
を通り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１７にて反射されてＳ
偏光成分の直線偏光になシ、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によシ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、７波長
板１８によシ直線偏光になシ偏光ビームスプリッタ１７
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１７を通過したビームは、ダイクロイックミ
ラー２０にて反射され集光レンズｚ１とシリンドリカル
レンズ２２によ＃）４分割ディティフタ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しンズ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１２よシの光ビームは
、コリメートレンズ１４によりコリメートされダイクロ
イックミラー２０を通過して偏光ビームスプリッタ１７
にＰ偏光で入射し半導体レーザ１１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。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
による変化はぐ約０．２５　”％ｅｇ、ガラスの屈折率
の波長依存性は約−２Ｘ　１０−”／ｎｍ　（但しλ＝
７ｏｏ〜９ｏ。

ｎｍ）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　１
０−’／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＋２．７Ｘ１
０２゜Ｊ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−’／ｄｅｇ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．
ｌＸ１０づｄｅｇ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　１
０−’ｄｅｇである。これは対物レンズの焦点距離を４
鴎とすると、ディスク上のスポットは１°Ｃ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７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書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。

〔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ビームの射出角が変動しないよ
うにし、光ディ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。

〔問題点を解決するための手段〕

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ｎｌ　＋　ｎ２の異種の材質よ
りなる第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ｎｏ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Ｏ０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。

化による波長の変動をも含めての媒質の屈折率変化を示
している。つまり温度変化による半導体レーザの波長の
変化妊が一定であるとした時の温度変化のために生ずる
波長の変動にもとづく媒質の屈折率変化と温度変化によ
る媒質自体の屈折率変化との全体の変化を示している。

したがって、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　＋　ｎｔ　ｌ　ｎ２　ｒ　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　、　ｔ２　、　Ａｓ　、　
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ｔ、が境界面Ｓ１で屈折してｔ、のように進
む時、スネルの法則から次の関係が成立つ。

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

られる。

邸θｄθ”　ｓｉｎφ・ｄｎ＋’＋１’部φｄφ　　　
　・・・・・・・・・（１）同様にして境界面Ｓ２　、
　Ｓｓでの屈折に関して、夫々ｎ＋ｓｉｎα＝ｎｚｓｉ
ｎβおよびｎ２ｓｉｎγ＝ｎ３ｓ’ｍεの関係から次の
式（２）　、　（３）が求められる。

ｓｉｎα＊　ｄｎ＋’　＋　ｎｌ’ｃｏｓα＊　ｄα”
　ｓｉｎβｄｎｚ’　＋　ｎ２’　ｃｏｓβ・ｄβ　　
　　　−、・・・・・（２）廁γｄｎ２’　＋　ｎ２’
　ｃｏｓ７０ｄγ＝　ｓｉｎεｄｎｓ’　＋　ｎｓ’　
ａｙｓｔ　ｄ　ｔ　　　　　　　　−−−（３）ただし
ｎｔ　　　　ｒ　ｎ３−一である。

ｎｏ　　　　　　　　　　ｎ。

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

ｄｎ＋’ ｄα＝　ｔａｎφ・＝°°°゛°°゛°（４）ｎｌ 文武（３）は、ｄγ＝−ｄβから次の式（５）のように
な式（４）　、　（５）を式（２）に代入すれば次の条
件式（６）が導かれる。

（５ｉｒＩａ　＋　ｃａ；ａ・ｔａｎφ）ｄｎｌ’・・
・−・・・・・（６） この条件式（６）が屈折率が変化した時、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ｎ３＝ｎ
ｏであるからｄｎｓ’　＝　Ｏである。したがってこの
場合は式（６）は次のようになる。

（ｓｉｎα＋ｃｍαｔａｎφ）　ｄｎ＋’　＝　（＝β
十菌β・ｔａｎγ）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Ａｔはｉ面での入射角、Ｂｉはｉ面での屈折角で
ある。

第３の媒質（ｎ２）から第４の媒質（ｎｓ　＝　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１２＞　ｎａ
　＝ｎｏになることが多いので、その時はε〉γとなり
補正率を小さくすることになるので一般にγ＝ε＝０８
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。

（ｍα＋ｃｏｓα・ｔａｎφ）　ｄｎ、’　＝　ｇｔｎ
βｄｎｚ’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ｄｎｔ’　ｌ　ｔｉｎ２’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。

半導体レーザの発振波長は、温度変化に伴って変化する
のでこれを考慮しなければならない。つまシ媒質の屈折
率の変化は、光源の温度変化による波長の変化旦による
ものも含めて考えなけれＴ ばならない。

一般には半導体レーザは、温度の上昇によシーｄλ 定割合で長波長側ヘシフトする。したがって…が一定（
＝Ｃ）であるとすると波長の変化を含めキー た温度による屈折率変化　　は次の式（９）にて与えら
れる。

したがうて条件式（８）における屈折率の変化ｄｎ、’
即ち上記の式をほぼ満足するようにθ（したがつてφ）
、αを選べば、温度変化による光源の波長変動をも含め
て補正プリズムより射出するビームの変動をさけること
が出来る。

今、第２図に示すような第１のプリズム１と第２のプリ
ズム２とからなるビーム成形プリズムについて考える。

ここで第１のプリズム１のガラス材質としてＢＫ４、第
２のプリズム２のガラス材質としてＢＫ７を用いるとす
ると、波長λ＝８３０荘の光に対する温度２０°Ｃにお
けるＢＫ４．ＢＫ７の特性は次の通シである。

ｎｔ　　　ｄｎ７．、、　　　　ｄｎ７．λＢＫ４　１
．４９４　３．７４Ｘ１０−’　　−１，８８Ｘ１０−
’ＢＫ７　１．５１０　２．５２Ｘ１０−’　　−１，
９５Ｘ１０−’一方、半導体レーザの発振波長は、温度
の上昇によ）長波長側にシフトし、その割合は０．２５
ｎｍ／ｄｅｇである。したがって半導体レーザとガラス
材料が均等に温度変化すると、前記プリズム２（ＢＫ４
　）とプリズム３（ＢＫ７）における温度変化による屈
折率変化は、波長の変化によるものも含めて考えねばな
らず見掛は上次のようになる。

ＢＫ４　　　史短＝　−０，９６Ｘ１０＝Ｔ ＢＫ７　　　且＝　−２，３５５Ｘ１０−’Ｔ 上記の値を式（８）に代入し、θ＝７２°とするとφ＝
３９．５３８°となシ、α＝３０．’０４５°、β＝２
９．６９４゜となる。そしてこの時のビーム成形補正率
ｍは下記の通シである。

第２図にもとづく以上の説明は一例であっ′て、一般に
は２種類のガラス媒質を選びその半導体レーザの温度上
昇による波長変化と、材料自体の屈ｄｎ’　ｄｎ’ 折率変化による見掛は上の下、ｎによシ必要なビーム成
形補正率となるθ、φ、α、βを決めれば良い。

〔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３図は第２図と同じ構成のビーム成形ブリズムを第６
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。したがって半導体レーザ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４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４図［Ｆ］）は第４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図と実質上同じである。

第５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と偏光ビーム
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
射したビームは、第１のプリズム１および第２のプリズ
ム２を透過（半透過面２’ａを透過）した後ダイクロイ
ックミラー２０にて反射し、更に半透過面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。

第２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５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１ｏ
を通シ対物レンズ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を通シ、集光レンズ２１とシリンドリ
カル１／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により平行に
、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２３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′にてディティフタ１
５′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−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
り、射出するビームの射出角が温度変化により変化する
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、第２図は本発明のビーム成形プリズムの原理を
示す図、第３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４
図は本発明の第２の実施例の構成を示す図、第５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６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７
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のプリズム、
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′（ｔ）
   ／ｄＴ＝ｔａｎα／ｎ＿２′・ｄｎ＿２′（ｔ）／ｄＴ
   ただしＴは温度、又ｄｎ＿１′／ｄＴ・ｄｎ＿２′（ｔ
   ）／ｄＴは夫々ｎ＿１′＝ｎ＿１／ｎ＿０，ｎ＿２′＝
   ｎ＿２／ｎ＿０，半導体レーザの温度変化に対する波長
   変化ｄλ／ｄＴ＝Ｃとした時に、 ｄｎ＿１′（ｔ）／ｄＴ＝Ｃ×（ｄｎ＿１′／ｄλ）＋
   （ｄｎ＿１′／ｄＴ），ｄｎ＿２（ｔ）／ｄＴ＝Ｃ×（
   ｄｎ＿２′／ｄλ）＋（ｄｎ＿２′／ｄＴ）にて表わさ
   れる値である。