JP2005203087A - ビーム整形プリズム及びそれを採用した光ピックアップ - Google Patents

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Abstract

【課題】ビーム整形プリズム及びそれを採用した光ピックアップを提供する。
【解決手段】入射面33を持つ第1プリズム31と、傾斜面37を持つ第2プリズム35とを具備し、ビーム整形プリズム30に入射される光線と、ビーム整形プリズム30から出る光線とが垂直をなすので、光学的配置及び組立を容易にするビーム整形プリズム30及びそれを採用した光ピックアップ。
【選択図】 図3

Description

本発明は、垂直に光路を作ることができるビーム整形プリズム及びそれを採用した光ピックアップに関する。
モバイル用記録機器についての関心が高まりつつ低コストの媒体を利用する光記録機器の活用性が高まっている。また、このような期待に応じるようにモバイル用光ピックアップの開発が活発に進んでいる。
モバイル用光ピックアップの場合、記録のためには光源として使われるレーザーダイオード(LD)の出力パワーが高まらねばならないが、そのために電力消耗が多くなり発熱量も多くなって問題が発生する恐れがある。
したがって、このような問題を解決する一方案は、レーザー光ビームをビーム整形プリズムによりビーム整形して使用することによって光利用効率を高めて、低い出力パワーでも記録に使用できるシステムを具現することである。
記録用光ピックアップに一般的にビーム整形プリズムを使用する理由は、LDの発光形態に起因する。
図1は、側面にレーザー光ビームを出射する一般的なLDを概略的に示す。図1を参照するに、一般的にLD 1はその活性層3から出射されるレーザー光ビームの形態が楕円形を保持する。すなわち、LD 1は、その断面形状が楕円形であるレーザー光ビームを出射する。これは、活性層3の厚さ(垂直方向大きさ)と幅(水平方向大きさ)とが相異なるためである。
活性層3の構造的な特性により、LD 1から出射される光ビームの垂直方向及び水平方向回折角は相異なって、それにより光ビームが水平方向に広がる角度
Figure 2005203087

と垂直方向に広がる角度
Figure 2005203087

とが相異なって、水平方向に広がる光は垂直方向に広がる光に比べてΔZほど内側の位置から出射されたように現れる。このような広がり程度の差による垂直方向に広がる光と水平方向に広がる光との始発点の距離差ΔZは、非点隔差という。
この時、一般的なLD 1から出射される光ビームの主偏光ビーム方向は、光ビームの短軸方向、すなわち、水平方向となる。
したがって、前記のような非点隔差によって、光ピックアップで一般的に光源として使われるLDからは、光ビームの短軸方向に偏光された楕円形光ビームが出射される。
一方、光ピックアップでの対物レンズはそのレンズ口径が円形であるため、光利用効率を高めるためには円形の光ビームが要求される。
したがって、記録用として使われる光ピックアップでは、光利用効率を高めるためにLDから出射される楕円形光ビームを円形光ビームに変えるためのビーム整形プリズムを使用することが一般的である。
図2は、従来の光ピックアップの一例を示す。図2を参照するに、従来の光ピックアップは、LD 11と、LD 11から出射された楕円形光ビームを円形光ビームにビーム整形しつつ光ビームの進行経路を変換するようになっているビーム整形プリズム20と、入射光ビームを集束して光ディスク10上に光スポットとして結ばせる対物レンズ19と、光ディスク10から反射された光ビームを受光する光検出器29とを含んで構成される。
LD 11から出射される光ビームは、コリメートレンズ13により平行光ビームに変わる。この平行光ビームは、回折格子15を過ぎてビーム整形プリズム20に入射される。
ビーム整形プリズム20は、入射される楕円形光ビームを円形光ビームにビーム整形する第1及び第2プリズム21、23と、光ディスク10で反射され、かつ第1及び第2プリズム21、23間の鏡面で反射された光ビームを反射させる第3プリズム25とよりなる。
第1及び第2プリズム21、23を通過した光ビームは整形されて円形光ビームとなる。この光ビームは反射ミラー17で反射されて対物レンズ19に入射され、対物レンズ19により集光されて光ディスク10に照射される。
光ディスク10で反射された光ビームは、対物レンズ19及び反射ミラー17を経て第2プリズム23に入射され、第1及び第2プリズム21、23間の鏡面で反射されて第3プリズム25に入射される。第3プリズム25に入射された光ビームは、その傾斜面で内部反射されて光検出器29側に進む。
第3プリズム25で内部反射されて光検出器29側に進む光ビームはコリメートレンズ27を過ぎて収斂光ビームとなり、受光レンズ28を通じて光検出器に集光される。
前記のような従来の光ピックアップによれば、LD 11からビーム整形プリズム20に入射される光線の光軸と対物レンズ19に向かう光線の光軸との間が垂直以外の角度を持つ。したがって、光部品を所定角度に配置せねばならない。
このように、所定角度に部品を固定することは、対物レンズ19を除外した残りの光ピックアップ光学系が配置及び組立てられるベースの製作精密度を落として、部品を精密に組立て難くなる。すなわち、光軸が直交するか、または一直線である場合よりベース製作公差管理が難しくて製作に難しさがあり、光部品組立整列も困難である。
本発明は前記のような点を鑑みてなされたものであり、ビーム整形プリズムに入射される光線とビーム整形プリズムから出る光線とが垂直をなすようになっているビーム整形プリズム及び、それを使用してベース製作時に製作公差管理及び光部品組立整列が容易な光ピックアップを提供するところにその目的がある。
前記目的を達成するための本発明によるビーム整形プリズムは、入射面を持つ第1プリズムと、傾斜面を持つ第2プリズムとを具備し、入射角がθ1である入射光ビームに対して前記入射面がなす角度をα1、前記第1プリズムから前記第2プリズムに入射され、前記傾斜面により反射されて出射される光ビームに対して前記傾斜面がなす角度をα2とする時、次の式(1)を満足するように形成されて、入射光を垂直方向に出射可能になっていることを特徴とする。
Figure 2005203087

ここで、θ1は入射角、n1は第1プリズムの屈折率、n2は第2プリズムの屈折率、θ2は第1プリズムの入射面を屈折透過した光ビームの屈折角、θ3は第1プリズム側から第2プリズム側に入射される光ビームの入射角、θ4は第1プリズム側から第2プリズム側に屈折透過した光ビームの屈折角、θ5は第1プリズム側に進む光ビームが第2プリズムの傾斜面に入射する角度である。
この時、入射光ビームの幅と出射光ビームの幅との比率であるビーム整形比率Mは次の式(2)を満足する。
Figure 2005203087

前記第1及び第2プリズムは、次の式(3)を満足する屈折率及び分散係数を持つ媒質よりなり、色収差補償が可能になっていることが望ましい。
Figure 2005203087

ここで、n1’、n2’は波長が変わった時のn1、n2に対応する屈折率であり、θ2’は波長が変わった時のθ2に対応する角度である。
前記入射面は、S偏光に対する透過率を高めるようにコーティングされうる。
前記第1及び第2プリズム間に、入射光ビーム偏光を直交偏光に変える半波長板をさらに具備する。
前記第2プリズムの傾斜面に隣接するように第3プリズムをさらに具備し、偏光分割器を兼用するようになっていることが望ましい。
前記目的を達成するために本発明は、ビーム整形プリズムを具備して光源から出射された光ビームを整形し、その整形された光ビームを対物レンズを用いて光情報保存媒体にフォーカシングし、光情報保存媒体で反射された光ビームを光検出器に受光するようになっている光ピックアップにおいて、前記ビーム整形プリズムは、入射面を持つ第1プリズムと、前記第1プリズムとの境界面に対して傾いた傾斜面を持つ第2プリズムとを具備し、入射角がθ1である入射光ビームに対して前記入射面がなす角度をα1、前記第1プリズムから前記第2プリズムに入射されて前記傾斜面により反射されて出射される光ビームに対して前記傾斜面がなす角度をα2とする時、次の式(1)を満足するように形成され、入射光を垂直方向に出射させるようになっている。
Figure 2005203087
ここで、θ1は入射角、n1は第1プリズムの屈折率、n2は第2プリズムの屈折率、θ2は第1プリズムの入射面を屈折透過した光ビームの屈折角、θ3は第1プリズム側から第2プリズム側に入射される光ビームの入射角、θ4は第1プリズム側から第2プリズム側に屈折透過した光ビームの屈折角、θ5は第1プリズム側に進む光ビームが第2プリズムの傾斜面に入射する角度である。
前記ビーム整形プリズムと対物レンズとの間に、光ビームの偏光を変える1/4波長板をさらに具備できる。
本発明によるビーム整形プリズムは、ビーム整形プリズムに入射される光線と、ビーム整形プリズムから出る光線とが垂直をなすので、光学的配置及び組立を容易にする。
したがって、このようなビーム整形プリズムを具備した光ピックアップは、ベース製作時に製作公差管理が簡単で光部品組立整列が容易である。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
図3は、本発明の一実施例によるビーム整形プリズム30を概略的に示す。図を参照するに、本発明の一実施例によるビーム整形プリズム30は、入射面33を持つ第1プリズム31と、第1プリズム31との境界面に対して傾いた傾斜面37を持つ第2プリズム35とを具備する。
第1及び第2プリズム31、35は入射される楕円形光ビームを円形光ビームに整形し、入射光ビームをその入射方向に対して垂直した方向に出射させるように設けられる。また、第1及び第2プリズム31、35は、色収差を補償できるように分散係数及び屈折率が異なる媒質よりなる。第2プリズム35の傾斜面37が光ビーム出射方向になす角度α2は、入射光線及び出射光線の光路が90°をなすように決定される。
図4を参照するに、入射光ビームを垂直方向に出射させるように、入射角がθ1である入射光ビームに対して第1プリズム31の入射面33がなす角度をα1、入射光ビームに対して垂直方向に出射される出射光ビームに対して第2プリズム35の傾斜面37がなす角度をα2とする時、本発明によるビーム整形プリズム30は、式(1)を満足するように形成されたことが望ましい。
Figure 2005203087

式(1)でθ1は入射角、n1は第1プリズム31の屈折率、n2は第2プリズム35の屈折率、θ2は第1プリズム31の入射面33を屈折透過した光ビームの屈折角、θ3は第1プリズム31から第2プリズム35に入射される光ビームの入射角、θ4は第1プリズム31から第2プリズム35に屈折透過した光ビームの屈折角、θ5は第1プリズム31から進む光ビームが第2プリズム35の傾斜面37に入射する角度である。
この時、ビーム整形比率は次のように決定される。図5では、ビーム整形比率を説明するために、図3のビーム整形プリズムを変形して示す。
図5を参照するに、第1プリズム31に入射される光ビームの幅をA、光ビームが第1プリズム31の入射面33と出合う幅をB、第1プリズム31の入射面33で屈折されて進む光ビームの幅をC、光ビームが第1及び第2プリズム31、35の境界面と出合う幅をD、この境界面で屈折されて第2プリズム35内に進む光ビームの幅をEとする時、B、C、D、Eは次の式(2)のように表される。式(1)を満足するビーム整形プリズム30では、前記光ビームの幅Eが整形された出射光ビームの幅となる。
Figure 2005203087

したがって、ビーム整形比率Mは、入射光ビーム幅と出射光ビームの幅との比率(E/A)であるため、式(1)、(2)を利用すれば、ビーム整形比率Mは式(3)のように表される。
Figure 2005203087
前記のように式(1)の条件を満足するようにビーム整形プリズム30を構成すれば、入射光線と出射光線とが互いに垂直となるので、それを光ピックアップに適用時、光ピックアップの光ビーム経路構成を90゜にすることができる。また、この場合、式(3)のビーム整形割合で入射光ビーム幅を変更できる。
この時、本発明によるビーム整形プリズム30では、入射角θ1、第1プリズム31の屈折率n1、第2プリズム35の屈折率n2の変数として、第1プリズム31の幅L1、第2プリズム35の長さL2及び第2プリズム35の幅L3、第1及び第2プリズム31、35の角度α1、α2、そしてビーム整形比率が決定される。
したがって、本発明によるビーム整形プリズム30に楕円光ビームを入射させれば、この楕円光ビームが円形光ビームに整形されて出射される。
一方、図6A及び図6Bから分かるように、一般的に、屈折率の小さな媒質から屈折率の大きい媒質に光ビームが進む時、P偏光された光ビームの透過率がS偏光された光ビームの透過率より大きい。逆に言えば、P偏光された光ビームの反射率がS偏光された光ビームの反射率より小さい。この時の反射を外部反射という。
図6A及び図6Bは、空気中で空気より大きい屈折率を持つ所定光学媒質に光ビームが進む時、入射角による反射率及び透過率を示す。図6A及び図6Bは、空気の屈折率を1とする時、所定光学媒質の屈折率が1.5である場合の入射角による光ビームの透過率及び反射率を示したものであり、T及びRは、入射平面に垂直に偏光された光ビーム、すなわち、S偏光の光ビームに対する透過率及び反射率を表し、
Figure 2005203087

及び
Figure 2005203087

は、入射平面に平行に偏光された光ビーム、すなわち、P偏光についての透過率及び反射率を表す。図6A及び図6Bのグラフは、OPTICS by Eugene Hecht,Second Edition,page 103,Figure 4.29(Addison−Wesley Publishing Company)に出ている。
一方、屈折率の大きい媒質から屈折率の小さな媒質に進む光ビームの反射、すなわち、内部反射時にはS偏光の光ビームの反射率がP偏光の光ビームの反射率より大きい。このような偏光による内部反射率差については、OPTICS by Eugene Hecht,Second Edition,page 98,Figure 4.23(Addison−Wesley Publishing Company)に出ている。反射率は反射係数振幅の自乗である。
通常的に光ピックアップで光源として使われるLDは、楕円形光ビームを出射し、その楕円形光ビームの短軸方向に主に線偏光されたレーザー光ビームを出射する。また、ビーム整形は主に、楕円形光ビームの短軸直径を拡大して長軸直径と同じ直径の円形光ビームにするようになっている。
したがって、本発明によるビーム整形プリズム30には、LDから出射された光ビームの偏光を変更するための光学素子を配置するか、またはLD自体が長軸方向に線偏光されたレーザー光ビームを出射するようになっていない限り、入射平面に対して平行した偏光を持つ光ビーム、すなわち、P偏光の光ビームが入射される。
ところが、光利用効率を高めるためには本発明によるビーム整形プリズム30で、光源から入射されて第2プリズム35の傾斜面37で反射される光量を最大化せねばならず、そのためには、第2プリズム35内にS偏光の光ビームが入射されねばならない。それは内部反射時、S偏光の光ビームの反射率がP偏光の反射率より大きいためである。
したがって、本発明によるビーム整形プリズム30を、S偏光の光ビームをビーム整形プリズム30に入射させる光学システムに適用する時には、本発明によるビーム整形プリズム30は、その第1プリズム31の入射面33を、S偏光の透過率を高めるためにコーティングすることが望ましい。
入射面33は、35゜ないし70゜範囲内の入射角度で90%以上、さらに望ましくは、約99%以上の透過率を表すようにコーティングされることが望ましい。図7は、入射面33のコーティング例示であって、S偏光された405nm波長の光ビームが入射される時、入射角度35゜ないし70゜範囲内で約99%以上の透過率を持つように、入射面33がコーティングされた場合の入射角度に対する透過率を示したグラフである。
前記のように入射面33がコーティングされた場合、入射されるS偏光の光ビーム大部分が入射面33を透過できる。
ここで、本発明によるビーム整形プリズム30にS偏光の光ビームを入射させるためには、LD自体を、半導体工程により特別に楕円形光ビームの長軸方向が偏光方向になるように、すなわち、S偏光の光ビームを出射するように製作するか、一般的なLDの出射面にP偏光の光ビームをS偏光の光ビームに変える所定の光学部材を具備するか、後述する図9の光ピックアップの場合のように、ビーム整形プリズム30の第1プリズム31の前方に半波長板を配置して、本発明によるビーム整形プリズム30にS偏光の光ビームを入射させうる。
代案として、本発明によるビーム整形プリズム30を光学システムに適用時、本発明によるビーム整形プリズム30にP偏光の光ビームを入射させ、図8に示されたように、第1及び第2プリズム31、35間に入射されるP偏光の光ビームをS偏光の光ビームに変える半波長板34をさらに具備することもある。この場合、P偏光の光ビームの透過率はS偏光の場合に比べて高いために、入射面33’を特別にコーティングしなくてもよい。もちろん、P偏光の光ビームに対する透過率をさらに高めるために、入射面33’をコーティングすることもある。
第1プリズム31の入射面33にS偏光の光ビームを入射させ、S偏光に対する透過率を高めるようにその入射面33をコーティングしても、第1プリズム31の入射面33’にP偏光の光ビームを入射させ、第1及び第2プリズム31、35の間にS偏光をP偏光に変える半波長板34を配置しても、第2プリズム35の傾斜面37にはS偏光の光ビームが入射されるために、その内部反射率を最大化できる。
したがって、第1プリズム31から第2プリズム35に入射された光量大部分は、第2プリズム35の傾斜面37で反射されて、ビーム整形プリズム30に入射される光ビームに対して垂直方向に出射される。
前記のように、本発明によるビーム整形プリズム30は、入射光ビームを垂直方向に出射させるように構成される。
また、本発明によるビーム整形プリズム30は、第1プリズム31の入射面33を、S偏光に対して透過率を高めるようにコーティングすることによって、S偏光の光ビームをビーム整形プリズム30に入射させるようになっている光学システムに適用できる。また、本発明によるビーム整形プリズム30は、第1及び第2プリズム31、35の間に半波長板34をさらに具備してP偏光の光ビームをS偏光の光ビームに変えることにより、P偏光の光ビームをビーム整形プリズム30に入射させるようになっている光学システムに適用することもできる。
一方、本発明によるビーム整形プリズム30は、ビーム整形だけでなく、色収差補償可能に構成されたことが望ましい。
そのために、第1及び第2プリズム31、35は噴射係数及び屈折率が異なる媒質を使用する。
式(1)で使われた角度及び屈折率に対して、波長が変わった時の角度及び屈折率に’を付けて表示すると、式(4)のように表すことができる。
Figure 2005203087

式(4)でθ2’、θ3’、θ4’、θ5’、n1’、n2’、α2は各々式(1)でのθ2、θ3、θ4、θ5、n1、n2、αに対応する。
色収差が補償されるということは、波長が変っても、ビーム整形プリズム30から出力される光線がビーム整形プリズム30に入射される光線と垂直をなすということであるので、θ5=θ5’の条件を満足せねばならない。θ5=θ5’を満足すれば、式(1)及び式(4)から分かるように、θ4=θ4’を満足する。したがって、式(1)でのθ4値及び式(4)でのθ4’を利用すれば、式(5)のような関係式が得られる。
Figure 2005203087

そして、式(5)の式から式(6)の関係式が得られる。
Figure 2005203087

式(6)で、θ3、θ3’の代りに式(1)及び式(4)のθ1−θ2、θ1−θ2’の値を各々代入して整理すれば、式(7)の関係式が得られる。
Figure 2005203087

したがって、式(7)の条件を満足する屈折率及び分散係数を持つ媒質で第1及び第2プリズム31、35を形成すれば、色収差補償が可能なビーム整形プリズム30を得られる。
例えば、第1プリズム31をn1=1.6808であるBaCED5で形成し、第2プリズム35をn2=1.68236であるE−FD2で形成し、入射角を70゜とすれば、ビーム整形比率は2.425となり、入射面33での透過率は99%程度となり、色収差が補償され、入射光ビームに対して垂直に整形された光ビームを出射させうる。
一方、本発明によるビーム整形プリズム30は、第2プリズム35の傾斜面37に隣接して、第2プリズム35と実質的に同じ媒質、すなわち、屈折率及び分散係数が同じ媒質よりなる第3プリズム39をさらに具備して、偏光分割器の役割を行えるものが望ましい。この場合、傾斜面37が偏光による光ビーム分離面として機能する。
このように、第2プリズム35の傾斜面37と隣接するように第2プリズム35と同一媒質よりなる第3プリズム39をさらに具備する場合、本発明によるビーム整形プリズム30は、第2及び第3プリズム35、39が偏光分離器(Polarization Beam Splitter:PBS)の役割をして、色収差が補償されてビーム整形がなされ、かつ偏光分離器の役割をするビーム整形プリズムとなる。
この時、本発明によるビーム整形プリズム30は、ビーム整形プリズムと偏光分離器とが一部品となっている単一ブロックとなる。このような本発明によるビーム整形プリズム30は、光軸を90゜に整列して光部品組立整列を容易にし、かつその部品を組立てるためのベースの製作も容易にする。
前記のような本発明によるビーム整形プリズム30は光ピックアップに適用できる。
図9及び図10は、本発明によるビーム整形プリズム30を具備した光ピックアップの実施例を概略的に示す。
図を参照するに、本発明による光ピックアップは、光源51と、光源51から入射される光ビームをコリメートするコリメートレンズ53と、光源51から出射されてコリメートレンズ53を経由した楕円形光ビームを円形光ビームに整形するビーム整形プリズム30と、入射光ビームを集束させて光ビーム情報保存媒体、すなわち、光ディスク50の情報保存面に光スポットを結ばせる対物レンズ59と、光ディスク50の情報保存面で反射された光ビームを受光して情報再生信号及び/またはサーボ具現のための誤差信号を検出する光検出器65と、を含んで構成される。ここで、ビーム整形プリズム30については前記と同じ参照符号で表し、反復的な説明は省略する。
光源51としては、所定波長のレーザー光ビームを出射するLDを具備する。光源51はCDに適した赤外線波長領域、例えば、780nm波長の光ビーム、DVDに適した赤色波長領域、例えば、650nm波長の光ビーム及びAOD(Advanced Optical Disc)やBD(Blu−ray Disc)に適した青色波長領域、例えば、405nm波長の光ビームのうち少なくともいずれか一つを出射するように、単一光源51または複数光源51の形で備えられる。ここで、AODは波長405nmの光及び開口数0.65の対物レンズを使用し、0.6mmの厚さを持つように規格が定められた状態であり、BDは波長が405nmの光及び開口数0.85の対物レンズを使用して、0.1mmの厚さを持つように規格が定められた状態である。
本発明による光ピックアップが、フォーマット及び使用波長の相異なる複数種類の光ディスク50を互換採用するようになっている場合、光源51としては、例えば、前記3つの波長のうち2つの波長の光ビームを出射するようになっているTWIN−LDを具備できる。また、光源51としては、前記3つの波長の光ビームを出射するようになっている多重波長光源が使われうる。また、本発明による光ピックアップは、光源51としては、単一波長の光ビームを出射する光源を具備し、この光源51と異なる波長の光ビームを出射する別途の光源及びそれによる光学素子をさらに具備する構成を持つこともある。
コリメートレンズ53は、光源51から発散光ビームの形で出射された光ビームを平行光ビームに変える。
光源51とビーム整形プリズム30との間には、光源51から出射された光ビームを少なくとも3本の光ビームに分割するための回折格子55をさらに具備できる。
回折格子55は、例えば、トラッキングエラー信号検出方法のうち3ビーム法及び差動プッシュプル(DPP:Differential Push−Pull)法のうち少なくともいずれか一つまたはそれを応用した方法を適用するために使われるものであって、トラッキングエラー信号検出に他の方法が適用されるならば、この回折格子55は排除できる。
また、光源51とビーム整形プリズム30との間には図9に図示されたように、光ビームの偏光状態を変えるための半波長板34をさらに具備できる。また、図10に示されたように、半波長板34は、ビーム整形プリズム30の第1及び第2プリズム31、35の間に位置することもある。
半波長板34は、ビーム整形プリズム30の第2プリズム35の傾斜面37で光ビームをS偏光形態に反射させるために使用するものである。
半波長板34は、光源51から出射された光ビームの偏光を直交偏光に変える。例えば、光源51からP偏光の光ビームが出射される時、半波長板34はP偏光の光ビームをS偏光の光ビームに変える。
光源51が、S偏光の光ビームを出射するように形成されるならば、半波長板は必要でない。
図9では、回折格子55及び半波長板34がコリメートレンズ53とビーム整形プリズム30との間に配置された例を示すが、この回折格子55及び/または半波長板34は、光源51とコリメートレンズ53との間に配置されることもある。また、図9では、回折格子55及び半波長板34が一体に形成された例を示すが、この回折格子55及び半波長板34は互いに離隔して配置されることもある。
ビーム整形プリズム30は前述したように、式(1)を満足するように形成されて、入射光ビームを整形して光入射方向と垂直の方向に出射させうる。
また、ビーム整形プリズム30は式(1)を満足すると同時に式(7)を満足するように形成されて、ビーム整形だけでなく、色収差も補償可能になっていることが望ましい。
ビーム整形プリズム30は、次のような場合に色収差補償可能に形成されうる。
例えば、本発明による光ピックアップがBDまたはAODを記録及び/または再生用として使用して、光源51が青色光(例えば、405nm波長の光)を出射するようになっている場合、記録/再生モードの転換の間に光出力パワー差に起因した波長変化の発生時にも、ビーム整形プリズム30は色収差が補償されて、光入射方向に対して垂直に整形された光ビームを出射させるように形成されうる。ここで、405nm程度の青色光に対しては、記録/再生モードの転換時に1〜2nm程度の波長変化が発生する。
また、本発明による光ピックアップがCD及び/またはDVDを記録及び/または再生用として使用する場合にも、記録/再生モードの転換の間に光出力パワー差に起因して波長変化が発生するが、この場合に、ビーム整形プリズム30は、記録/再生モードの転換による波長差に対する色収差が補償されて、光入射方向に対して垂直に整形された光ビームを出射させるように形成されうる。
また、本発明による光ピックアップが、光源51としてTWIN LDを具備するか、または付加的に他の波長の光を出射する光源及び光部品をさらに具備し、その付加された光源から出射された光も光源51から出射された光と同じく、ビーム整形プリズム30によりビーム整形されるようになっている場合、ビーム整形プリズム30は、2波長差に対する色収差が補償されて、2波長についていずれも光入射方向に対して垂直に整形された光ビームを出射させるように形成されうる。
図9は、図3を参照として説明した本発明の一実施例によるビーム整形プリズム30を具備した例を示す。
すなわち、本発明の一実施例による光ピックアップにおいて、ビーム整形プリズム30は、S偏光に対する透過率を高めるようにコーティングされた入射面33を持つ第1プリズム31と、傾斜面37を持つ第2プリズム35と、を具備する。
代案として、本発明による光ピックアップは、図10に図示されたように、図8を参照として説明した本発明の他の実施例によるビーム整形プリズム30を具備することもある。
この場合、ビーム整形プリズム30は、入射面33’を持つ第1プリズム31と、傾斜面37を持つ第2プリズム35と、この第1及び第2プリズム31、35の間にP偏光の光ビームをS偏光の光ビームに変えるための半波長板34と、を具備する。この時、第1プリズム31の入射面33’にP偏光の光ビームが入射されるが、P偏光の光ビームの透過率がS偏光の光ビームの透過率に比べて高いために、入射面33’に付加的なコーティングをしなくてもよい。また、P偏光の光ビームの透過率をさらに高めるために入射面33’にコーティングをすることもあるが、この時のコーティング条件は、S偏光の光ビームに対する透過率を高めるために入射面33にコーティングをする場合のコーティング条件よりは大きく緩和されうる。
一方、本発明による光ピックアップに適用されるビーム整形プリズム30は、図3及び図8に示されたように、第2プリズム35に隣接した第3プリズム39をさらに具備できる。この場合、ビーム整形プリズム30は、偏光分割器の役割を行えるので、別途の偏光分割器をさらに具備する必要がない利点がある。
前記のように、ビーム整形プリズム30が偏光分割器の役割をする場合、光ディスク50で反射されてビーム整形プリズム30側に進む光ビームが、第2プリズム35の傾斜面37で反射されて光ディスク50側に進む光ビームと直交偏光されるように、ビーム整形プリズム30と対物レンズ59との間の光路上に1/4波長板57:(quater wave plate)をさらに具備することが望ましい。
前記のように1/4波長板57を具備すれば、第2プリズム35の傾斜面37で反射されて光ディスク50側に進む光ビームがS偏光である時、光ディスク50で反射されて第2プリズム35に入射される光ビームがP偏光となるので、このP偏光の入射光ビームは、第2及び第3プリズム35、39間の境界、すなわち、傾斜面37を直進透過するようになる。
対物レンズ59は、光ディスク50の情報保存面に適正サイズの光スポットを形成するためのものであり、光ディスク50の規格及び使用光波長に符合するように所定大きさの開口数を持つ。
光検出器65は、対物レンズ59により光ディスク50の情報保存面に集束された後に反射され、対物レンズ59、1/4波長板57及びビーム整形プリズム30の第2及び第3プリズム35、39を透過した光ビームを受光して、情報再生信号及び/またはサーボ具現のためのエラー信号燈を検出する。
図9及び図10で、参照番号58は、ビーム整形プリズム30側から進む光ビームの方向を90゜曲げて対物レンズ59側に進むようにする反射ミラーであり、参照番号61は、ビーム整形プリズム30を透過して光検出器65側に進む光ビームを集束して、適正サイズの光スポットが光検出器65に受光されるようにする受光レンズである。
受光レンズ61としては、非点収差法によりフォーカスエラー信号を検出できるように、非点収差レンズを具備することもある。
一方、本発明による光ピックアップは、光源51の光ビーム出力をモニタリングするためのモニタリング光検出器56をさらに具備することもある。図9及び図10では、ビーム整形プリズム30の第1及び第2プリズム31、35の間の境界で一部反射された光ビームを受光するようにモニタリング光検出器56を配置した例を示す。
以下では、本発明によるビーム整形プリズム30を具備した光ピックアップでの光ビームの進行過程を説明する。
光源51から出射された発散光ビームは、コリメートレンズ53により平行光ビームに変わる。
この光ビームは、回折格子55を通過しつつ少なくとも3本の光ビームに分岐され、半波長板34により直交する偏光となる。例えば、光源51からP偏光の光ビームが出射されるならば、この光ビームは半波長板34を通過しつつS偏光となる。
図9のように、S偏光の光ビームはビーム整形プリズム30に入射される。第1プリズム31の入射面33を屈折透過したS偏光の光ビームは、第2プリズム35の傾斜面37で反射されてビーム整形プリズム30から出射される。この時、入射面33にS偏光の光ビームが入射されるようになっている場合、入射面33は、S偏光の透過率を高めるようにコーティングされているので、入射光ビームの大部分が入射面33を屈折透過するようになる。
ビーム整形プリズム30と光源51との間に半波長板34を配置する代わりに、図10に示されたように、第1及び第2プリズム31、35の間に半波長板34を配置し、ビーム整形プリズム30にP偏光の光ビームが入射されるようになっている場合には、入射されるP偏光の光ビームは大部分第1プリズム31の入射面33’を屈折透過し、半波長板34によりS偏光に変わる。このS偏光の光ビームは、第2プリズム35の傾斜面37で反射されてビーム整形プリズム30から出射される。
光源51側からビーム整形プリズム30に入射された光ビームは、ビーム整形プリズム30を通過しつつ色収差が補償されかつビーム整形されて、光入射方向と垂直の方向に出射される。
ビーム整形プリズム30から出射されたS偏光の光ビームは、1/4波長板57を通過しつつ第1円偏光に変り、反射ミラー58により反射されて経路が90°曲げられた後に対物レンズ59に入射される。入射された光ビームは、対物レンズ59により集束されて光ディスク50の情報保存面に光スポットとして結ばれる。光ビームは、光ディスク50の情報保存面で反射されつつ前記第1円偏光と直交する第2円偏光となり、対物レンズ59を経由して反射ミラー58により反射されて1/4波長板57に入射される。入射された光ビームは、1/4波長板57を通過しつつP偏光となり、ビーム整形プリズム30に入射される。入射されたP偏光の光ビームは、第2及び第3プリズム35、39の間の境界、特に傾斜面37を透過して光検出器65側に進み、受光レンズ61により集束されて光検出器65に受光される。
前記のように光ピックアップに、本発明によるビーム整形プリズム30を具備すれば、光源51からの光ビーム経路と、対物レンズ59及び光検出器65に向う光ビーム経路とが垂直をなすので、光ピックアップ光学系の配置及び組立が容易である。
すなわち、光ピックアップにおいて、対物レンズ59を除外した残りの光部品はベース上に配置及び固定するが、前記のように本発明によるビーム整形プリズム30を使用すれば、ビーム整形プリズム30に入射する光線とそれから出射する光線とが互いに垂直となるので、光部品を組立てるためのベースの製作公差管理が簡単で製作が容易である。したがって、本発明によるビーム整形プリズム30を具備した光ピックアップは、モバイル用として製作された小型光ピックアップに適用できる。
図11は、本発明による光ピックアップを採用した光記録及び/または再生機器の構成を概略的に示した図である。図11を参照するに、光記録及び/または再生機器は、光ビーム情報保存媒体、例えば、光ディスク50を回転させるためのスピンドルモータ455と、光ディスク50の半径方向に移動可能に設置されて光ディスク50に/から情報を記録/再生する光ピックアップ450と、スピンドルモータ455及び光ピックアップ450を駆動するための駆動部457と、光ピックアップ450のフォーカス、トラッキング及び/またはチルトサーボを制御するための制御部459と、を含む。ここで、参照番号452はターンテーブル、453は光ディスク50をチャッキングするためのクランプを示す。
光ピックアップ450は、本発明によるビーム整形プリズム30を具備した光学的構成を持つ。例えば、光ピックアップ450としては、図9及び図10を参照として説明した光ピックアップを具備できる。光ピックアップ450の対物レンズ59は、アクチュエータによりフォーカス、トラッキング及び/またはチルト方向に駆動する。
光ディスク50から反射された光ビームは、光ピックアップ450に備えられた光検出器65を通じて検出されて光ビーム電変換されて電気的信号に変り、この電気的信号は、駆動部457を通じて制御部459に入力される。駆動部457はスピンドルモータ455の回転速度を制御し、入力された信号を増幅させて光ピックアップ450を駆動する。制御部459は、駆動部457から入力された信号に基づいて調節されたフォーカスサーボ、トラッキングサーボ及び/またはチルトサーボ命令を再び駆動部457に送り、光ピックアップ450のフォーカシング、トラッキング及び/またはチルトサーボ動作を具現させる。
本発明によるビーム整形プリズムを具備した光ピックアップは、例えば、モバイル用記録機器に適用できる。
側面にレーザー光ビームを出射する一般的なLDを概略的に示す図である。 従来の光ピックアップの一例を示す図面である。 本発明の一実施例によるビーム整形プリズムを概略的に示す斜視図である。 図3のビーム整形プリズムでの光ビームの屈折及び反射を示す側面図である。 図3のビーム整形プリズムでのビーム整形比率を説明するための図である。 空気中で空気より大きい屈折率を持つ所定光学媒質に光ビームが進む時、入射平面に垂直に偏光された光ビームに対する入射角による反射率及び透過率を示す図である。 空気中で空気より大きい屈折率を持つ所定光学媒質に光ビームが進む時、入射平面に平行に偏光された光ビームに対する入射角による反射率及び透過率を示す図である。 図3のビーム整形プリズムの入射面の一コーティング例による透過率を示すグラフである。 本発明の他の実施例によるビーム整形プリズムを概略的に示す斜視図である。 図3及び図8のビーム整形プリズムを適用した本発明による光ピックアップの実施例を示す図である。 図3及び図8のビーム整形プリズムを適用した本発明による光ピックアップの実施例を示す図である。 本発明による光ピックアップを採用した光記録及び/または再生機器の構成を概略的に示す図である。
符号の説明
30 ビーム整形プリズム
31 第1プリズム
33 入射面
35 第2プリズム
37 傾斜面
39 第3プリズム

Claims (38)

  1. 入射面を持つ第1プリズムと、傾斜面を持つ第2プリズムとを具備し、
    入射角がθ1である入射光ビームに対して前記入射面がなす角度をα1、前記第1プリズムから前記第2プリズムに入射され、前記傾斜面により反射されて出射される光ビームに対して前記傾斜面がなす角度をα2とする時、次の式(1)を満足するように形成されて、入射光を垂直方向に出射可能になっていることを特徴とするビーム整形プリズム:
    Figure 2005203087
    ここで、θ1は入射角(incident angle)、n1は第1プリズムの屈折率、n2は第2プリズムの屈折率、θ2は第1プリズムの入射面を屈折透過した光ビームの屈折角、θ3は第1プリズム側から第2プリズム側に入射される光ビームの入射角、θ4は第1プリズム側から第2プリズム側に屈折透過した光ビームの屈折角、θ5は第1プリズム側に進む光ビームが第2プリズムの傾斜面に入射する角度である。
  2. 入射光ビームの幅と出射光ビームの幅との比率であるビーム整形比率Mは、次の式(2)を満足することを特徴とする請求項1に記載のビーム整形プリズム:
    Figure 2005203087
  3. 前記第1及び第2プリズムは、次の式(3)を満足する屈折率及び分散係数を持つ媒質よりなり、色収差補償が可能になっていることを特徴とする請求項1に記載のビーム整形プリズム:
    Figure 2005203087

    ここで、n1’、n2’は波長が変わった時のn1、n2に対応する屈折率であり、θ2’は波長が変わった時のθ2に対応する角度である。
  4. 前記入射面は、S偏光に対する透過率を高めるようにコーティングされたことを特徴とする請求項3に記載のビーム整形プリズム。
  5. 前記第1及び第2プリズム間に、入射光ビーム偏光を直交偏光に変える半波長板をさらに具備することを特徴とする請求項3に記載のビーム整形プリズム。
  6. 前記入射面は、S偏光に対する透過率を高めるようにコーティングされたことを特徴とする請求項1に記載のビーム整形プリズム。
  7. 前記第1及び第2プリズム間に、入射光ビーム偏光を直交偏光に変える半波長板をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載のビーム整形プリズム。
  8. 前記第2プリズムの傾斜面に隣接するように第3プリズムをさらに具備し、偏光分割器を兼用するようになっていることを特徴とする請求項1ないし7のうちいずれか一項に記載のビーム整形プリズム。
  9. ビーム整形プリズムを具備して光源から出射された光ビームを整形し、その整形された光ビームを対物レンズを用いて光情報保存媒体にフォーカシングし、光情報保存媒体で反射された光ビームを光検出器に受光するようになっている光ピックアップにおいて、
    前記ビーム整形プリズムは、
    入射面を持つ第1プリズムと、前記第1プリズムとの境界面に対して傾いた傾斜面を持つ第2プリズムとを具備し、
    入射角がθ1である入射光ビームに対して前記入射面がなす角度をα1、前記第1プリズムから前記第2プリズムに入射されて前記傾斜面により反射されて出射される光ビームに対して前記傾斜面がなす角度をα2とする時、次の式(1)を満足するように形成され、入射光を垂直方向に出射させるようになっていることを特徴とする光ピックアップ:
    Figure 2005203087

    ここで、θ1は入射角、n1は第1プリズムの屈折率、n2は第2プリズムの屈折率、θ2は第1プリズムの入射面を屈折透過した光ビームの屈折角、θ3は第1プリズム側から第2プリズム側に入射される光ビームの入射角、θ4は第1プリズム側から第2プリズム側に屈折透過した光ビームの屈折角、θ5は第1プリズム側に進む光ビームが第2プリズムの傾斜面に入射する角度である。
  10. 前記ビーム整形プリズムは、入射光ビーム幅と出射光ビームの幅との比率であるビーム整形比率Mは次の式(2)を満足するようになっていることを特徴とする請求項9に記載の光ピックアップ:
    Figure 2005203087
  11. 前記ビーム整形プリズムは、前記第1及び第2プリズムが、次の式(3)を満足する屈折率及び分散係数を持つ媒質よりなり、色収差補償が可能になっていることを特徴とする請求項9に記載の光ピックアップ:
    Figure 2005203087
    ここで、n1’、n2’は波長が変わった時のn1、n2に対応する屈折率であり、θ2’は波長が変わった時のθ2に対応する角度である。
  12. 前記ビーム整形プリズムは、その入射面がS偏光に対する透過率を高めるようにコーティングされたことを特徴とする請求項11に記載の光ピックアップ。
  13. 前記ビーム整形プリズムと光源との間に、入射光ビームの偏光を直交偏光に変える半波長板をさらに具備することを特徴とする請求項12に記載の光ピックアップ。
  14. 前記ビーム整形プリズムは、前記第1及び第2プリズム間に、入射光ビーム偏光を直交偏光に変える半波長板をさらに具備することを特徴とする請求項11に記載の光ピックアップ。
  15. 前記ビーム整形プリズムは、その入射面がS偏光に対する透過率を高めるようにコーティングされたことを特徴とする請求項9に記載の光ピックアップ。
  16. 前記ビーム整形プリズムと光源との間に入射光ビームの偏光を直交偏光に変える半波長板をさらに具備することを特徴とする請求項15に記載の光ピックアップ。
  17. 前記ビーム整形プリズムは、前記第1及び第2プリズム間に、入射光ビーム偏光を直交偏光に変える半波長板をさらに具備することを特徴とする請求項9に記載の光ピックアップ。
  18. 前記第2プリズムの傾斜面に隣接するように第3プリズムをさらに具備し、偏光分割器を兼用するようになっていることを特徴とする請求項9ないし17のうちいずれか一項に記載の光ピックアップ。
  19. 前記ビーム整形プリズムと対物レンズとの間に、光ビームの偏光を変える1/4波長板をさらに具備することを特徴とする請求項18に記載の光ピックアップ。
  20. 鋭角の入射角で入射される楕円形光ビームを受光する入射面を持つ第1プリズムと、
    前記第1プリズム及びその第2プリズムの一部を透過した前記楕円形入射光ビームを反射させる傾斜面を持つ前記第1プリズムに隣接した第2プリズムと、を具備し、
    前記第1及び第2プリズムの間に境界となる前記第1プリズムの第1面及び前記第2プリズムの第2面が、前記楕円形入射光ビームにそれぞれ直角をなし、円形出射光ビームが前記傾斜面で反射された後に、前記境界に平行に前記第2プリズムから出射されることを特徴とするビーム整形プリズム。
  21. 前記第1及び第2プリズムの間に、前記楕円形入射光ビームの偏光を直交偏光に変える半波長板をさらに具備することを特徴とする請求項20に記載のビーム整形プリズム。
  22. 前記第1及び第2プリズムは、相異なる屈折率及び分散係数を持つ物質よりなり、前記円形光ビームで色収差を修正させることを特徴とする請求項21に記載のビーム整形プリズム。
  23. 前記第2プリズムの傾斜面に隣接して第3プリズムをさらに具備し、前記第2プリズムに前記出射円形光ビームとの逆方向に平行に入射される光ビームが、前記傾斜面を通過して前記第3プリズムに入って、偏光分割器を兼用することを特徴とする請求項22に記載のビーム整形プリズム。
  24. 前記第1及び第2プリズムは、相異なる屈折率及び分散係数を持つ物質よりなり、前記円形光ビームで色収差を修正させることを特徴とする請求項20に記載のビーム整形プリズム。
  25. 前記第3プリズムは前記第2プリズムと同一物質よりなり、前記第2プリズムの傾斜面に隣接配置されて、前記第2プリズムに前記円形出射光ビームとの逆方向に平行に入射される光ビームが、前記傾斜面を通過して前記第3プリズムに入って、偏光分割器を兼用することを特徴とする請求項24に記載のビーム整形プリズム。
  26. 前記入射面は、前記楕円形入射光ビームの透過率が少なくとも99%に改善されるようにコーティングされたことを特徴とする請求項20に記載のビーム整形プリズム。
  27. 前記鋭角の入射角は35°〜70°であることを特徴とする請求項26に記載のビーム整形プリズム。
  28. 前記入射面は、前記楕円形入射光ビーム透過率が少なくとも90%になるようにコーティングされたことを特徴とする請求項20に記載のビーム整形プリズム。
  29. 前記楕円形入射光ビームはS偏光ビームであることを特徴とする請求項28に記載のビーム整形プリズム。
  30. 前記楕円形入射光ビームは405nm波長、650nm波長及び780nm波長のうち少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項20に記載のビーム整形プリズム。
  31. 光ビームを出射する光源と、
    前記光ビームを光情報保存媒体の面上に向わせ、前記光情報保存媒体で反射された光ビームを進める対物レンズと、
    前記光源と対物レンズ間に配置され、鋭角の入射角で入射される楕円形光ビームを受光する入射面を持つ第1プリズムと、前記第1プリズム及びその第2プリズムの一部を透過した前記楕円形入射光ビームを反射させる傾斜面を持つ前記第1プリズムに隣接した第2プリズムとを具備するビーム整形プリズムと、
    前記ビーム整形プリズムを透過した前記反射光ビームを集束するセンシングレンズと、
    前記センシングレンズにより集束された反射光ビームを検出する光検出器と、を含み、
    前記第1及び第2プリズムの間に境界となる前記第1プリズムの第1面及び前記第2プリズムの第2面が前記楕円形入射光ビームにそれぞれ直角をなし、円形出射光ビームが前記傾斜面で反射された後に、前記境界に平行に前記第2プリズムから出射されることを特徴とする光ピックアップ。
  32. 前記光源とビーム整形プリズムとの間に、前記楕円形入射光ビーム偏光を直交偏光に変える半波長板をさらに具備することを特徴とする請求項31に記載の光ピックアップ。
  33. 前記第1及び第2プリズムの間に、前記楕円形入射光ビーム偏光を直交偏光に変える半波長板をさらに具備することを特徴とする請求項31に記載の光ピックアップ。
  34. 前記光源は、405nm波長、650nm波長及び780nm波長のうち少なくともいずれか一つの波長を持つ光ビームを出射することを特徴とする請求項31に記載の光ピックアップ。
  35. 前記光源と隣接配置されて、前記光ビームの偏光をS偏光に変える偏光変換器をさらに具備することを特徴とする請求項31に記載の光ピックアップ。
  36. 前記第1プリズムは、前記第2プリズムを構成する第2物質とは異なる分散係数及び屈折率を持つ第1物質よりなることを特徴とする請求項31に記載の光ピックアップ。
  37. 前記ビーム整形プリズムは、前記第2プリズムの傾斜面に隣接して第3プリズムをさらに具備し、前記第2プリズムに前記出射円形光ビームとの逆方向に平行に入射される光ビームが、前記傾斜面を通過して前記第3プリズムに入って、偏光分割器を兼用することを特徴とする請求項36に記載の光ピックアップ。
  38. 前記第3プリズムは前記第2物質よりなることを特徴とする請求項37に記載の光ピックアップ。
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