JP2894808B2 - 偏光を有する光学系 - Google Patents
偏光を有する光学系Info
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- G11B2007/13727—Compound lenses, i.e. two or more lenses co-operating to perform a function, e.g. compound objective lens including a solid immersion lens, positive and negative lenses either bonded together or with adjustable spacing
Description
この発明は、偏光光束を発する光源部を用いつつ、光
学系の複屈折に影響を受けずにこの偏光を利用すること
ができる光学系に関するものである。
学系の複屈折に影響を受けずにこの偏光を利用すること
ができる光学系に関するものである。
偏光光束を用いる装置としては、例えば従来から光磁
気ディスク装置が使用されている。 光磁気ディスク装置の光学系は、レーザー光がディス
ク面で反射するときの磁気カー効果による偏光面の僅か
な回転を光強度として検出することにより、信号の読み
出しを行っている。使用されるレーザー光は、偏光面の
回転が最も検出し易い直線偏光である。 従って、レンズ等の光学系がレーザー光の偏光状態を
変化させてしまうような因子を持つ場合、反射光が直線
偏光から楕円偏光に変換されてしまい、信号の強度が弱
くなり、信号の読み出しを誤る虞がある。 一般にプラスチックは、結晶体と同様に複屈折を持つ
ため、レーザー光の偏光状態を変化させてしまう。従っ
て、光磁気ディスク装置の対物レンズには、一般的にガ
ラスレンズが用いられている。
気ディスク装置が使用されている。 光磁気ディスク装置の光学系は、レーザー光がディス
ク面で反射するときの磁気カー効果による偏光面の僅か
な回転を光強度として検出することにより、信号の読み
出しを行っている。使用されるレーザー光は、偏光面の
回転が最も検出し易い直線偏光である。 従って、レンズ等の光学系がレーザー光の偏光状態を
変化させてしまうような因子を持つ場合、反射光が直線
偏光から楕円偏光に変換されてしまい、信号の強度が弱
くなり、信号の読み出しを誤る虞がある。 一般にプラスチックは、結晶体と同様に複屈折を持つ
ため、レーザー光の偏光状態を変化させてしまう。従っ
て、光磁気ディスク装置の対物レンズには、一般的にガ
ラスレンズが用いられている。
しかしながら、ガラスレンズはプラスチックレンズと
比較して重量が大きく、また、非球面加工が困難である
ため諸収差を補正するためには構成枚数が多くなり勝ち
であり、可動機構（アクチュエータ）への負荷が大きい
という課題があった。 光ディスク用の対物レンズは、フォーカシング、トラ
ッキングのために高い周波数で移動されるため、アクチ
ュエータの負担軽減のために小型化、軽量化が強く要求
されている。
比較して重量が大きく、また、非球面加工が困難である
ため諸収差を補正するためには構成枚数が多くなり勝ち
であり、可動機構（アクチュエータ）への負荷が大きい
という課題があった。 光ディスク用の対物レンズは、フォーカシング、トラ
ッキングのために高い周波数で移動されるため、アクチ
ュエータの負担軽減のために小型化、軽量化が強く要求
されている。
この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであ
り、プラスチックレンズ等の複屈折を有する光学素子を
用いながら、光源から発した光束の偏光状態を変化させ
ずに用いることができる光学系を提供することを目的と
する。
り、プラスチックレンズ等の複屈折を有する光学素子を
用いながら、光源から発した光束の偏光状態を変化させ
ずに用いることができる光学系を提供することを目的と
する。
請求項１に記載の発明は、上記の目的を達成させるた
め、偏光光束を発する光源部と、光学的異方性の空間分
布をもつ光学素子を含み、光源部からの光束を用いる光
学系とを備え、光源部から出射されて光学系に入射する
光束の偏光を光学系の固有偏光に一致させたことを特徴
とする。 請求項２に記載の発明は、偏光光束を発する光源部
と、光学的異方性の空間分布をもつ光学素子を含み光源
部からの光束を用いる光学系と、光源部と光学系との間
に設けられ、光学系に入射する光束の偏光と光学系の固
有偏光とを一致させる偏光素子とを有することを特徴と
する偏光を有する光学系。 請求項３に記載の発明は、光学的異方性の空間分布を
もつ光学素子は、プラスチックからなる光学素子である
ことを特徴とする。
め、偏光光束を発する光源部と、光学的異方性の空間分
布をもつ光学素子を含み、光源部からの光束を用いる光
学系とを備え、光源部から出射されて光学系に入射する
光束の偏光を光学系の固有偏光に一致させたことを特徴
とする。 請求項２に記載の発明は、偏光光束を発する光源部
と、光学的異方性の空間分布をもつ光学素子を含み光源
部からの光束を用いる光学系と、光源部と光学系との間
に設けられ、光学系に入射する光束の偏光と光学系の固
有偏光とを一致させる偏光素子とを有することを特徴と
する偏光を有する光学系。 請求項３に記載の発明は、光学的異方性の空間分布を
もつ光学素子は、プラスチックからなる光学素子である
ことを特徴とする。
上記構成によれば、光源から発した偏光光束は、複屈
折を有する光学素子に入射する際に、その固有偏光にほ
ぼ一致するような状態となるため、この光学素子により
複屈折の影響を受けずに結像される。
折を有する光学素子に入射する際に、その固有偏光にほ
ぼ一致するような状態となるため、この光学素子により
複屈折の影響を受けずに結像される。
以下、この発明を図面に基づいて説明する。 まず、発明の原理を説明する。 光学素子の偏光作用をマトリックスとして記述する
と、ガラス製の光学素子は複屈折がないため、平行平面
の場合には単位マトリックスとして捉えることができ
る。但し、曲面形状を持つレンズであれば座標によって
光束に対する角度が異なるため、偏光に変化が生じる。
プラスチックの光学素子は、プラスチック自身が複屈折
を持つため、平行平面であっても単位マトリックスとし
て捉えることができない。更に、プラスチックレンズの
場合には、この変化に加えて形状による影響が加わる。 光束の進行方向をｚ軸とし、このｚ軸と垂直なｘ−ｙ
座標を設定する。光はマクスウェルの方程式を満たす電
磁波であるため、その電気ベクトルをx,yの直交２成分
に分解すると、 Px＝ax・exp｛ｉ（ωｔ−２πz/λ＋δｘ）｝ Py＝ay・exp｛ｉ（ωｔ−２πz/λ＋δｙ）｝ と記述できる。なお、ωは角振動数、λは波長、δｘ、
δｙは初期位相である。 上記の式の２成分を複素表示し、これを要素とした下
記のベクトルＰはジョーンズベクトルと呼ばれる。 一連の光学素子による偏光状態の変化は、入射ベクト
ルをジョーンズベクトルで表示し、これに各素子の作用
を示すジョーンズマトリックスを順に積算することによ
り求められる。ここで、ある特定の光学素子の作用を示
すマトリックスＢ、入射光Piを以下のとおりに定義す
る。 入射光が完全偏光の場合には、射出光Poは上記の式で
表すことができる。 瞳座標（u,v）を通った光に対するジョーンズマトリ
ックスを とすると、結像点での光束の偏光状態は、 となる。ここで、 ∫bmn（u,v）dudv＝Cmn とすると、上記の式は、以下のとおりに表すことができ
る。 すなわち、結像点においても光学素子の偏光への影響
をジョーンズマトリックスで表現することができる。 偏光特性が正方マトリックスで表される光学素子に
は、少なくとも一組の固有値、固有ベクトルが存在す
る。Ｃの固有値をｋ、対応する固有ベクトルαを以下の
とおりに定義すると、Ｃα＝ｋαの関係が成り立つ。 上記の関係から、偏光状態がαの光束を入射させれ
ば、出力される光束の結像点での偏光状態は入射時から
変化しないこととなる。これが、複屈折を持つ光学素子
に固有の固有偏光である。 従って、入射偏光を光学素子の固有偏光に一致させる
ことにより、少なくとも結像点での偏光状態の変化を防
ぐことができる。 次に、上記の原理に従って入射偏光と光学系の固有偏
光とを合わせるための手段を示す実施例を説明する。 第１図は、この発明を光磁気ディスクの情報記録再生
装置に適用した第１実施例を示したものである。 この装置の光学系は、光源部10、対物光学系20、プリ
ズムブロック30、信号検出光学系40とを備えている。光
源部10は、発散光束を発生する半導体レーザー11と、発
散光束を平行光束とするコリメータレンズ12と、光束断
面の形状を整形する２つのアナモフィックプリズム13,1
4と、ミラー15とから構成され、断面円形の平行ビーム
を発生する。 対物光学系20は、ビームを光磁気ディスクOMDの信号
記録面に集光させる対物レンズ21と、ミラー22とを備え
ている。対物レンズ21とミラー22とは、光磁気ディスク
MODのラジアル方向ｘにスライドされる図示せぬヘッド
内に設けられている。また、対物レンズ21は、ヘッド内
に設けられたアクチュエータ上に設けられており、その
光軸方向ｚ、及びディスクの半径方向ｘに高周波駆動さ
れる。 対物レンズ21は、軽量化によるアクチュエータの負担
軽減を目的として、プラスチックレンズにより構成され
ている。 光源部10からの光束は、一部が第２のハーフミラー面
31bにより反射され、集光レンズ34により半導体レーザ
ーの自動出力調整用の受光素子35上に集光する。 一方、ディスクから反射された光束は、第２のハーフ
ミラー面31bにより反射され、λ/2板32により偏光方向
が45゜回転させられ、第２のプリズムブロック33により
P,S偏光成分に分離され、それぞれ集光レンズ41a,41bを
介して磁気記録信号検出用の受光素子42a,42b上に集光
する。 光磁気ディスクMODへ入射するレーザー光の偏光方向
は、スポットが結像される位置のディスクの磁化方向に
対応して磁気カー効果により回転するため、これを45゜
回転させてP,S成分に分離して別個の受光素子により検
出することにより、その強度差から記録信号を読み出す
ことができる。 ディスクからの反射光の一部は、第１のハーフミラー
面31aにより反射され、集光レンズ43、シリンドリカル
レンズ44を介してエラー検出用受光素子45上に集光す
る。図示せぬエラー検出回路は、受光素子45の出力から
フォーカシングエラー、トラッキングエラーの各信号を
生成し、駆動回路がこれに基づいて対物レンズ21を駆動
する。 この例では、対物レンズ21がプラスチックレンズであ
るために複屈折を有し、偏光状態を変化させる可能性が
ある。そこで、対物レンズ21の固有偏光ベクトルを予め
測定し、これを光源部10から入射する光束の偏光ベクト
ルに一致させるよう光軸廻りに回転調整する。実際の組
み付け上では、受光素子42a,42bの出力をモニターしつ
つ、差信号が最大となる位置に対物レンズ21を固定す
る。 これにより、結像点、すなわち光磁気ディスク上での
スポットは複屈折の影響を受けず、ディスク面での磁化
方向の違いによる差信号のダイナミックレンジを大きく
とることができる。 また、対物レンズのみでなく、コリメータレンズ等の
他の光学素子が複屈折を持つ場合には、これらのレンズ
を光軸廻りに回転させることにより、同様の効果を得る
ことができる。 なお、上記の実施例では、既に存在する光学素子の固
有偏光を入射偏光に一致させる構成のみを説明したが、
例えば第１図に破線で示したように、プリズム30とミラ
ー22との間の光路中に発光光束の偏光状態を変化させる
λ/2板16等の波長板、旋光子、偏光子を回転可能に設け
てもよい。これらの偏光素子を光軸廻りに回転調整する
ことにより、光束の偏光状態を複屈折を有する光学素子
の固有偏光に一致させることができる。
と、ガラス製の光学素子は複屈折がないため、平行平面
の場合には単位マトリックスとして捉えることができ
る。但し、曲面形状を持つレンズであれば座標によって
光束に対する角度が異なるため、偏光に変化が生じる。
プラスチックの光学素子は、プラスチック自身が複屈折
を持つため、平行平面であっても単位マトリックスとし
て捉えることができない。更に、プラスチックレンズの
場合には、この変化に加えて形状による影響が加わる。 光束の進行方向をｚ軸とし、このｚ軸と垂直なｘ−ｙ
座標を設定する。光はマクスウェルの方程式を満たす電
磁波であるため、その電気ベクトルをx,yの直交２成分
に分解すると、 Px＝ax・exp｛ｉ（ωｔ−２πz/λ＋δｘ）｝ Py＝ay・exp｛ｉ（ωｔ−２πz/λ＋δｙ）｝ と記述できる。なお、ωは角振動数、λは波長、δｘ、
δｙは初期位相である。 上記の式の２成分を複素表示し、これを要素とした下
記のベクトルＰはジョーンズベクトルと呼ばれる。 一連の光学素子による偏光状態の変化は、入射ベクト
ルをジョーンズベクトルで表示し、これに各素子の作用
を示すジョーンズマトリックスを順に積算することによ
り求められる。ここで、ある特定の光学素子の作用を示
すマトリックスＢ、入射光Piを以下のとおりに定義す
る。 入射光が完全偏光の場合には、射出光Poは上記の式で
表すことができる。 瞳座標（u,v）を通った光に対するジョーンズマトリ
ックスを とすると、結像点での光束の偏光状態は、 となる。ここで、 ∫bmn（u,v）dudv＝Cmn とすると、上記の式は、以下のとおりに表すことができ
る。 すなわち、結像点においても光学素子の偏光への影響
をジョーンズマトリックスで表現することができる。 偏光特性が正方マトリックスで表される光学素子に
は、少なくとも一組の固有値、固有ベクトルが存在す
る。Ｃの固有値をｋ、対応する固有ベクトルαを以下の
とおりに定義すると、Ｃα＝ｋαの関係が成り立つ。 上記の関係から、偏光状態がαの光束を入射させれ
ば、出力される光束の結像点での偏光状態は入射時から
変化しないこととなる。これが、複屈折を持つ光学素子
に固有の固有偏光である。 従って、入射偏光を光学素子の固有偏光に一致させる
ことにより、少なくとも結像点での偏光状態の変化を防
ぐことができる。 次に、上記の原理に従って入射偏光と光学系の固有偏
光とを合わせるための手段を示す実施例を説明する。 第１図は、この発明を光磁気ディスクの情報記録再生
装置に適用した第１実施例を示したものである。 この装置の光学系は、光源部10、対物光学系20、プリ
ズムブロック30、信号検出光学系40とを備えている。光
源部10は、発散光束を発生する半導体レーザー11と、発
散光束を平行光束とするコリメータレンズ12と、光束断
面の形状を整形する２つのアナモフィックプリズム13,1
4と、ミラー15とから構成され、断面円形の平行ビーム
を発生する。 対物光学系20は、ビームを光磁気ディスクOMDの信号
記録面に集光させる対物レンズ21と、ミラー22とを備え
ている。対物レンズ21とミラー22とは、光磁気ディスク
MODのラジアル方向ｘにスライドされる図示せぬヘッド
内に設けられている。また、対物レンズ21は、ヘッド内
に設けられたアクチュエータ上に設けられており、その
光軸方向ｚ、及びディスクの半径方向ｘに高周波駆動さ
れる。 対物レンズ21は、軽量化によるアクチュエータの負担
軽減を目的として、プラスチックレンズにより構成され
ている。 光源部10からの光束は、一部が第２のハーフミラー面
31bにより反射され、集光レンズ34により半導体レーザ
ーの自動出力調整用の受光素子35上に集光する。 一方、ディスクから反射された光束は、第２のハーフ
ミラー面31bにより反射され、λ/2板32により偏光方向
が45゜回転させられ、第２のプリズムブロック33により
P,S偏光成分に分離され、それぞれ集光レンズ41a,41bを
介して磁気記録信号検出用の受光素子42a,42b上に集光
する。 光磁気ディスクMODへ入射するレーザー光の偏光方向
は、スポットが結像される位置のディスクの磁化方向に
対応して磁気カー効果により回転するため、これを45゜
回転させてP,S成分に分離して別個の受光素子により検
出することにより、その強度差から記録信号を読み出す
ことができる。 ディスクからの反射光の一部は、第１のハーフミラー
面31aにより反射され、集光レンズ43、シリンドリカル
レンズ44を介してエラー検出用受光素子45上に集光す
る。図示せぬエラー検出回路は、受光素子45の出力から
フォーカシングエラー、トラッキングエラーの各信号を
生成し、駆動回路がこれに基づいて対物レンズ21を駆動
する。 この例では、対物レンズ21がプラスチックレンズであ
るために複屈折を有し、偏光状態を変化させる可能性が
ある。そこで、対物レンズ21の固有偏光ベクトルを予め
測定し、これを光源部10から入射する光束の偏光ベクト
ルに一致させるよう光軸廻りに回転調整する。実際の組
み付け上では、受光素子42a,42bの出力をモニターしつ
つ、差信号が最大となる位置に対物レンズ21を固定す
る。 これにより、結像点、すなわち光磁気ディスク上での
スポットは複屈折の影響を受けず、ディスク面での磁化
方向の違いによる差信号のダイナミックレンジを大きく
とることができる。 また、対物レンズのみでなく、コリメータレンズ等の
他の光学素子が複屈折を持つ場合には、これらのレンズ
を光軸廻りに回転させることにより、同様の効果を得る
ことができる。 なお、上記の実施例では、既に存在する光学素子の固
有偏光を入射偏光に一致させる構成のみを説明したが、
例えば第１図に破線で示したように、プリズム30とミラ
ー22との間の光路中に発光光束の偏光状態を変化させる
λ/2板16等の波長板、旋光子、偏光子を回転可能に設け
てもよい。これらの偏光素子を光軸廻りに回転調整する
ことにより、光束の偏光状態を複屈折を有する光学素子
の固有偏光に一致させることができる。
以上説明したように、この発明によれば、複屈折のあ
るプラスチックレンズ等を使用した場合にも、集光点で
の偏光状態の異常をキャンセルすることができ、光量分
布の異常等の発生を回避することができる。
るプラスチックレンズ等を使用した場合にも、集光点で
の偏光状態の異常をキャンセルすることができ、光量分
布の異常等の発生を回避することができる。
第１図はこの発明に係る偏光を有する光学系の一実施例
として、光情報記録再生装置の光学系を示した説明図で
ある。 10……光源部 16……λ/2板 21……対物レンズ
として、光情報記録再生装置の光学系を示した説明図で
ある。 10……光源部 16……λ/2板 21……対物レンズ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 27/18 G11B 7/135
Claims (3)
- 【請求項１】偏光光束を発する光源部と、光学的異方性
の空間分布をもつ光学素子を含み該光源部からの光束を
用いる光学系とを備え、前記光源部から出射されて前記
光学系に入射する光束の偏光を前記光学系の固有偏光に
一致させたことを特徴とする偏光を有する光学系。 - 【請求項２】偏光光束を発する光源部と、光学的異方性
の空間分布をもつ光学素子を含み該光源部からの光束を
用いる光学系と、前記光源部と前記光学系との間に設け
られ、前記光学系に入射する光束の偏光と前記光学系の
固有偏光とを一致させる偏光素子とを有することを特徴
とする偏光を有する光学系。 - 【請求項３】前記光学的異方性の空間分布をもつ光学素
子は、プラスチックからなる光学素子であることを特徴
とする請求項１又は２に記載の偏光を有する光学系。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2181184A JP2894808B2 (ja) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | 偏光を有する光学系 |
| DE9117205U DE9117205U1 (de) | 1990-07-09 | 1991-07-09 | Optisches System für polarisiertes Licht |
| DE4122709A DE4122709A1 (de) | 1990-07-09 | 1991-07-09 | Optisches system fuer polarisiertes licht |
| FR9108586A FR2664394A1 (fr) | 1990-07-09 | 1991-07-09 | Systeme optique utilisant une lumiere polarisee. |
| GB9114786A GB2247099B (en) | 1990-07-09 | 1991-07-09 | Optical system for optical disk devices |
| US08/286,379 US5652745A (en) | 1990-07-09 | 1994-08-04 | Optical system using polarized light with prevention of effect of birefringence |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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