JP3542065B2 - 光ディスク装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ディスクに信号を記録、または光ディスクの信号を再生するために使われる光ディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術を、図８に基づいて説明する。図８は従来例における光ディスク装置の断面構成を示しており、半導体レーザー等の放射光源１を出射するレーザー光はコリメートレンズ２によりｚ軸に沿った平行光に変換され、この光３は立ち上げミラー１０の反射面１０Ａに入射して反射光６となり、光６は対物レンズ７により収束光８となり、光ディスク基材９の表面９Ｂを透過して信号面９Ａ上に集光する。この収束光８により信号面９Ａ上に信号を記録、または信号面上の信号を再生できる。
【０００３】
この光ディスク装置において、その厚さｔ（光ディスク基材下面９Ｂから立ち上げミラー１０の底面までの距離）はｔ１＋ｔ２で決まる。ｔ１は対物レンズ７の厚さに上下の可動幅を加えた値、ｔ２は立ち上げ前のビーム径ｄに立ち上げミラー１０の下面先端部の欠け幅余裕分（ミラー１０の下部において加工の面精度が保証されずレーザー光３の反射に寄与しない領域の厚さ）を含めた値である。立ち上げ前のビーム径ｄは、対物レンズ７の位置調整誤差の余裕も考慮して（ｚ軸が光ディスクの径方向にある場合は対物レンズ７のトラッキング時の最大可動幅も考慮して）、対物レンズ７の口径より大きい値となる。口径は２×ＮＡ×ｆで与えられ、ここでＮＡ、ｆは対物レンズの開口数、焦点距離である。ＮＡはＤＶＤの場合で０．６が採用されており、光ディスク装置の解像力がＮＡの二乗に比例することから、この採用値より小さくすることはできない。また、ｆも対物レンズ７が基材表面９Ｂとぶつからないようにするために少なくとも１．３ｍｍ以上のワーキングディスタンス（基材表面９Ｂと対物レンズ表面との最短距離）が必要なことから、一般にはＤＶＤで２．４ｍｍ以上の大きさになる。従って、ＤＶＤでは少なくとも２×ＮＡ×ｆ＝２．８８ｍｍの口径が必要で、０．４ｍｍの調整余裕をみてビーム径ｄは３．３ｍｍ程度の大きさとなり、これに立ち上げミラーの欠け幅余裕０．３ｍｍを加えて、ｔ２＝３．６ｍｍとなる。さらに、ｆ＝２．４ｍｍの場合、設計的にｔ１＝４．０ｍｍとなり、光ディスク装置の厚さはｔ＝７．６ｍｍとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の光ディスク装置において、ワーキングディスタンスや開口数を変更しない限り、光ディスク装置の厚さｔを７．６ｍｍ未満にすることは物理的に不可能であるという問題点があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑み、ワーキングディスタンスや開口数を変更せずに、物理的な限界を越えた薄型の光ディスク装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、以下の手段を用いる。
【０００８】
即ち、本発明の光ディスク装置は、放射光源と、コリメートレンズと、少なくともＡ面、Ｂ面、Ｃ面の３つの研磨された平面を持つプリズムと、対物レンズからなり、前記放射光源を出射する光は前記コリメートレンズにより集光され、前記プリズムのＡ面に入射してこれを屈折し（入射角φ、屈折角ψ）、前記Ｂ面に入射してこれを反射し、前記Ｃ面に入射してこれを反射し、再度前記Ｂ面に入射してこれを屈折し（入射角φ′、屈折角ψ′）、前記対物レンズを経て光ディスク信号面上に収束することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の光ディスク装置は、放射光源と、コリメートレンズと、少なくともα面、β面、γ面の３つの研磨された平面を持つ第一のプリズムと、少なくともＡ面、Ｂ面、Ｃ面の３つの研磨された平面を持つ第二のプリズムと、対物レンズからなり、前記第一のプリズムと第二のプリズムは同一の屈折率を有し、それらはγ面とＡ面の間で接合されており、前記放射光源を出射する光は前記コリメートレンズにより集光され、前記第一のプリズムのα面に入射してこれを屈折し（入射角φ、屈折角ψ）、前記β面に入射してこれを反射し、γ面すなわち第二のプリズムのＡ面に入射してこれを透過し、前記Ｂ面に入射してこれを反射し、前記Ｃ面に入射してこれを反射し、再度前記Ｂ面に入射してこれを屈折し（入射角φ”、屈折角ψ”）、前記対物レンズを経て光ディスク信号面上に収束することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の光ディスク装置は、放射光源と、コリメートレンズと、少なくともα面、β面、γ面の３つの研磨された平面を持つ第一のプリズムと、少なくともＡ面、Ｂ面、Ｃ面の３つの研磨された平面を持つ第二のプリズムと、対物レンズからなり、前記第一のプリズムと第二のプリズムは互いに異なる屈折率を有し、それらはγ面とＡ面の間で接合されており、前記放射光源を出射する光は前記コリメートレンズにより集光され、前記第一のプリズムのα面に入射してこれを屈折し（入射角φ、屈折角ψ）、前記β面に入射してこれを反射し、γ面すなわち第二のプリズムのＡ面に入射してこれを屈折し（入射角φ′、屈折角ψ′）、前記Ｂ面に入射してこれを反射し、前記Ｃ面に入射してこれを反射し、再度前記Ｂ面に入射してこれを屈折し（入射角φ”、屈折角ψ”）、前記対物レンズを経て光ディスク信号面上に収束することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の光ディスク装置は、放射光源と、コリメートレンズと、少なくともα面、β面の２つの研磨された平面を持つ第一のプリズムと、少なくともＡ面、Ｂ面、Ｃ面の３つの研磨された平面を持つ第二のプリズムと、対物レンズからなり、前記第一のプリズムと第二のプリズムは互いに異なる屈折率を有し、それらはβ面とＡ面の間で接合されており、前記放射光源を出射する光は前記コリメートレンズにより集光され、前記第一のプリズムのα面に入射してこれを屈折し（入射角φ、屈折角ψ）、β面すなわち第二のプリズムのＡ面に入射してこれを屈折し（入射角φ′、屈折角ψ′）、前記Ｂ面に入射してこれを反射し、前記Ｃ面に入射してこれを反射し、再度前記Ｂ面に入射してこれを屈折し（入射角φ”、屈折角ψ”）、前記対物レンズを経て光ディスク信号面上に収束することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、上記の構成により、プリズムのＡ面または第１のプリズムのα面を屈折する光が薄いプリズムの内部で反射を繰り返して対物レンズに導かれるので、対物レンズの真下の領域を薄くでき、光ディスク装置の厚さを物理的な限界を越えて薄くできる。
【００１３】
さらに、入射面での屈折を出射面での屈折が打ち消す関係を持たせれば、光学的にはコリメートレンズと対物レンズとの間に平行平板を配置した関係にすることができるので、波長変化による出射光軸の変化がなく、平行光以外の光をプリズムに入射しても、放射光源とコリメートレンズの間に平行平板を傾斜して挟むか、コリメートレンズを光軸に対して傾斜させる等の方法で収差を容易に補正できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１〜図７に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態における光ディスク装置の概略構成図であり、プリズム４は４Ａ，４Ｂ，４Ｃの３つの紙面に直交した研磨面で構成されている。
【００１６】
図１において半導体レーザー等の放射光源１を出射し、コリメートレンズ２により平行光に変換された光３は、屈折率ｎの硝材で形成されるプリズム４の表面４Ａに入射角φ（表面４Ａの法線４ａに対する入射光３のなす角）で入射し、屈折角ψ（法線４ａに対する屈折光５ａのなす角）で屈折する光５ａとなる。この屈折光５ａはプリズム４の面４Ｂに入射してこの面を全反射し、反射光５ｂはプリズム４の面４Ｃに入射してこの面を反射し、反射光５ｃは再びプリズム４の面４Ｂに入射してこの面を透過する。この透過光６は対物レンズ７により収束光８となり、光ディスク基材９の表面９Ｂを透過して信号面９Ａ上に集光する。この収束光８により信号面９Ａ上に信号を記録、または信号面上の信号を再生できる。
【００１７】
ここで面４Ｂが光３と平行で、かつ光５ｃと直交し、面４Ａが光５ｂと平行である場合を例にとる。面４Ｂが光３と平行であることから、面４Ａと面４Ｂのなす角はπ／２−φであり、面４Ｂが光５ｃと直交することから、面４Ｃと面４Ｂのなす角β＝π／４−（φ−ψ）／２となる。また、面４Ａが光５ｂと平行であることから、
【００１８】
【数１】
φ−ψ＝π／２−φ ・・・（式１）
【００１９】
が成り立つ。
一方、面４Ａでのスネルの法則により
【００２０】
【数２】
ｓｉｎφ＝ｎ×ｓｉｎψ ・・・（式２）
【００２１】
が成り立つ。一方、面４Ａでの屈折によるビーム拡大率は次式に従う。
【００２２】
【数３】
ｍ＝ｃｏｓψ／ｃｏｓφ ・・・（式３）
【００２３】
ｎ＝１．５とすると（式１）、（式２）よりφ＝６３．３度、ψ＝３６．５度、β＝３１．６度、（式３）よりｍ＝１．７９となる。従ってプリズム出射後の光６のビーム径ｄは入射前の光３のビーム径ｄ１の１．７９倍となる。ｄ＝３．３ｍｍとするとｄ１＝１．８４ｍｍとなる。プリズム４の厚さｔ２は（ｄ＋０．３）×ｔａｎβの値（０．３の値はプリズム上右端の欠け幅余裕分）にプリズム最下部の欠け幅（０．３ｍｍ）を加えて、ｔ２＝２．５ｍｍである。従って、ｔ１＝４．０ｍｍとすると、光ディスク装置の厚さｔ＝６．５ｍｍとなり、同一条件の従来例に比べて１．１ｍｍも薄くできる。
【００２４】
この第１実施形態は光が薄いプリズムの内部で反射を繰り返す中で垂直に立ち上げられて対物レンズに導かれるだけでなく、半導体レーザー１から出射する楕円状の広がりの光を円形状に近い広がりに整形できる長所も合わせ持つ。
【００２５】
本実施形態のように、面４Ａでの入射光３と面４Ｂでの透過光６とを直交させることにより、放射光源１とプリズム４との距離が長くなった場合であっても、放射光源１とコリメートレンズ２を含めた光ディスク装置全体の厚みが上記ｔより厚くなることがなく、薄型の光ディスク装置とすることができる。
【００２６】
なお、本実施形態では面４Ａ，４Ｂ，４Ｃが紙面に直交するとして説明したが、他の位置関係にあってもよい。また、面４Ｂが光３と平行で、かつ光５ｃと直交し、面４Ａが光５ｂと平行である場合を例にとって説明したが、他の条件下でも同様の効果が得られる。その例を以下に示す。
【００２７】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態における光ディスク装置の概略構成図である。図２において、放射光源１及びコリメートレンズ２等の構成要素は第１実施形態と同じなので省略しており、プリズム４は基本的には紙面に垂直な４Ａ，４Ｂ，４Ｃの３つの研磨面で構成され、その他の面は単なる切り出し面で研磨は必要としない。
【００２８】
半導体レーザー等の放射光源１を出射し、コリメートレンズ２により紙面上のｚ軸に沿った平行光に変換された光３は、プリズム４の表面４Ａ（ｚ軸に対する傾斜角γ）に入射角φ（表面４Ａの法線４ａに対する入射光３のなす角、φ＝γ−π／２）で入射し、屈折角ψ（法線４ａに対する屈折光５ａのなす角）で屈折する光５ａとなる。この屈折光５ａは面４Ｂ（ｚ軸に対する傾斜角α）に入射してこの面を全反射し、反射光５ｂは面４Ｃ（ｚ軸に対する傾斜角β）に入射してこの面を反射し、反射光５ｃは再び面４Ｂに入射角φ′（表面４Ｂの法線４ｂに対する入射光５ｃのなす角）で入射し、屈折角ψ′（法線４ｂに対する屈折光６のなす角）で屈折する光６となる。この透過屈折光６は対物レンズ７を透過して収束光８となり、光ディスク基材９の表面９Ｂを透過して信号面９Ａ上に集光する。この収束光８により信号面９Ａ上に信号を記録、または信号面上の信号を再生できる。
【００２９】
ここでプリズムの屈折率＝１．５、α＝２４度、β＝１２度、γ＝１１９度とすると、各屈折面でのスネルの式と反射面の反射式を連立させて解いた結果としてほぼψ′＝αが成り立つので、光６を光３、すなわちｚ軸に対して直交させることができる。光６のビーム径ｄ＝３．３ｍｍとすると、プリズム４の対物レンズの真下での厚さｔ２は０．３ｍｍのプリズムの欠け幅を分を考慮して、ｔ２＝２．０ｍｍ程度である。従って、ｔ１＝４．０ｍｍとすると、光ディスク装置の厚さｔ＝６．０ｍｍとなり、同一条件の従来例に比べて１．６ｍｍも薄くできる。
【００３０】
一般に対物レンズ７と干渉しない限り、ディスク基材表面９Ｂからワーキングディスタンス分だけ離れた位置までは自由に使用できる領域である。従来例では光学系全体が対物レンズ７の下に構成されるため、図８の領域１１に相当する部分が未活用領域となっていたが、本実施形態ではこの領域を効果的に活用するものである。
【００３１】
ところで、本実施形態では面４Ａ，４Ｂ，４Ｃが紙面に直交するとして説明したが、他の位置関係にあってもよい。
【００３２】
本実施形態のように、面４Ａでの入射光３と面４Ｂでの屈折光６とを直交させることにより、放射光源１とプリズム４との距離が長くなった場合であっても、放射光源１とコリメートレンズ２を含めた光ディスク装置全体の厚みが上記ｔより厚くなることがなく、薄型の光ディスク装置とすることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、入射面４Ａでの屈折と出射面４Ｂでの屈折が互いにキャンセルする関係になく、いわば楔状のプリズムを光が透過する関係にあり、光３の波長が変動すると硝材の屈折率が変わり、屈折光６の伝搬方位が変わり、結果として収束光８が変位し、サブミクロンの位置制御が要求される光ディスクシステムの特性を損なうことになる。このことを考慮して、波長が変化しても屈折光６の伝搬方位が変わらない例を次の第３実施形態に示す。
【００３４】
（第３実施形態）
第３図は本発明の第３実施形態における光ディスク装置の概略構成図である。図３において、放射光源１及びコリメートレンズ２等の構成要素は第１実施形態と同じなので省略している。
【００３５】
本実施形態は、上記第２実施形態のプリズム４の表面４Ａに材質の異なった楔状のプリズム４’を貼り合わせたもので、その他の構成は第２実施形態と同一である。
【００３６】
プリズム４’は基本的には紙面に垂直な４’Ａ，４’Ｂの２つの研磨面（４’Ｂはプリズム４の表面４Ａに貼り合わされている）で構成され、その他の面は単なる切り出し面で研磨は必要としない。
【００３７】
半導体レーザー等の放射光源１を出射し、コリメートレンズ２により紙面上のｚ軸に沿った平行光に変換された光３は、プリズム４’の表面４’Ａ（ｚ軸に対する傾斜角δ）に入射角φ（表面４’Ａの法線４’ａに対する入射光３のなす角、φ＝δ−π／２）で入射し、屈折角ψ（法線４’ａに対する屈折光５ａのなす角）で屈折する光５ａとなる。この屈折光５ａはプリズム４の表面４Ａ（ｚ軸に対する傾斜角γ）に入射し、これを屈折する光５ｂとなる。この屈折光５ｂは面４Ｂ（ｚ軸に対する傾斜角α）に入射してこの面を全反射し、反射光５ｃは面４Ｃ（ｚ軸に対する傾斜角β）に入射してこの面を反射し、反射光５ｄは再び面４Ｂに入射角φ’（表面４Ｂの法線４ｂに対する入射光５ｄのなす角）で入射し、屈折角ψ’（法線４ｂに対する屈折光６のなす角）で屈折する光６となる。この透過屈折光６は対物レンズ７を透過して収束光８となり、光ディスク基材９の表面９Ｂを透過して信号面９Ａ上に集光する。この収束光８により信号面９Ａ上に信号を記録、または信号面上の信号を再生できる。
【００３８】
ここでプリズム４の屈折率＝１．５、α＝１５度、β＝２３度、γ＝１３０度、プリズム４’の屈折率＝１．６、δ＝１２０度、プリズム４’の屈折率分散／プリズム４の屈折率分散＝２．１とすると、波長変化に伴う面４’Ａ、４Ｂでの屈折角変化が、面４Ａでの屈折角変化でほぼキャンセルされ、全体としては屈折光６の伝搬方位がほとんど変わらない。また本実施形態は第２実施形態とほぼ同じ形状をなすので、第２実施形態の特長である薄型化の効果も損なわれていない。
【００３９】
なお、第２実施形態では、光３が平行光の場合に限られる。また、第３実施形態の上記の条件では、同様に光３が平行光の場合に限られる。すなわち入射面４Ａ（第２実施形態）又は４’Ａ（上記条件の第３実施形態）での屈折と出射面４Ｂでの屈折が互いにキャンセルする関係になく、いわば楔状のプリズムを光が透過する関係にあり、光３が有限系（発散性、又は収束性）の光ならば、大きな非点収差が発生することになる。このことを考慮して、有限系の光でも収差を抑えられる例を次の第４実施形態に示す。
【００４０】
（第４実施形態）
図４は本発明の第４実施形態における光ディスク装置の概略構成図である。図４において、放射光源１及びコリメートレンズ２等の構成要素は第１実施形態と同じなので省略しており、プリズム４は基本的には紙面に垂直な４Ａ，４Ｂ，４Ｃの３つの研磨面で構成され、他の面は単なる切り出し面で研磨は必要としない。
【００４１】
半導体レーザー等の放射光源１を出射し、コリメートレンズ２によりｚ軸とθの角をなす平行光に変換された光３は、プリズム４の表面４Ａ（ｚ軸に対する傾斜角γ）に入射角φ（表面４Ａの法線４ａに対する入射光３のなす角）で入射し、屈折角ψ（法線４ａに対する屈折光５ａのなす角）で屈折する光５ａとなる。この屈折光５ａはプリズム４の面４Ｂ（ｚ軸に対する傾斜角α）に入射してこの面を全反射し、反射光５ｂはプリズム４の面４Ｃ（ｚ軸に対する傾斜角β）に入射してこの面を反射し、反射光５ｃは再びプリズム４の面４Ｂに入射角φ′（表面４Ｂの法線４ｂに対する入射光５ｃのなす角）で入射し、屈折角ψ′（法線４ｂに対する屈折光６のなす角）で屈折する光６となる。この透過屈折光６は対物レンズ７を透過して収束光８となり、光ディスク基材９の表面９Ｂを透過して信号面９Ａ上に集光する。この収束光８により信号面９Ａ上に信号を記録、または信号面上の信号を再生できる。
【００４２】
ここでプリズムの屈折率＝１．５、θ＝１４度、α＝２１度、β＝１８度、γ＝８３度とすると、各屈折面でのスネルの式と反射面の反射式を連立させて解いた結果として、ほぼψ′＝αが成り立ち、光６をｚ軸に対して直交させることができる。光６のビーム径ｄ＝３．３ｍｍとすると、プリズム４の対物レンズの真下での厚さｔ２はプリズムの欠け幅余裕分（０．３ｍｍ）を考慮して、ｔ２＝２．２ｍｍ程度である。従って、ｔ１＝４．０ｍｍとすると、光ディスク装置の厚さｔ＝６．２ｍｍとなり、同一条件の従来例に比べて１．４ｍｍも薄くできる。
【００４３】
しかも、φ＝ψ′、φ′＝ψの関係が｜ｃｏｓψｃｏｓψ′−ｃｏｓφｃｏｓφ′｜＜０．１の誤差範囲で成り立ち、入射面４Ａでの屈折が屈折面内で右周り、出射面４Ｂでの屈折が左周りの方向にある。すなわち、プリズム内の反射回数が偶数回ある場合は屈折方向の不一致が屈折力キャンセルの条件をみたすので、入射面４Ａでの屈折と出射面４Ｂでの屈折が互いにキャンセルし、いわば平行平板を光が透過する関係にある（以降、平行平板の関係と呼ぶことにする）。従って、光３が有限系（発散性、又は収束性）の光であっても、収差の発生は小さい。
【００４４】
ところで、本実施形態では面４Ａ，４Ｂ，４Ｃが紙面に直交するとして説明したが、面４Ａ、４Ｂでの各屈折面（入射光と屈折光を共に含む面）が平行であれば、他の位置関係にあってもよい。
【００４５】
なお本実施形態において、放射光源１、コリメートレンズ２をｔ＝６．２ｍｍの厚さ内に収めるには、θを小さく、できればゼロにできればよいが、θを１０度以下にすると、薄く、かつ平行平板の関係を満足させるという条件を両立できなくなる。このことを考慮して、薄く、かつ平行平板の関係にありながら、θをゼロに設定できる例を次の第５実施形態に示す。
【００４６】
（第５実施形態）
図５は本発明の第５実施形態における光ディスク装置の正面図であり、図６はその平面図（対物レンズ７、光ディスク基材９は省略してある）、図７は側面図（対物レンズ７、光ディスク基材９は省略してある）である。図５〜図７において、放射光源１及びコリメートレンズ２等の構成要素は第１実施形態と同じなので省略している。
【００４７】
プリズム４は基本的にはｙｚ面に直交する４Ａ，４Ｂ，４Ｃの３つの研磨面で構成され、他の面は単なる切り出し面で研磨は必要とせず、プリズム４′は図７のξ軸（ｘｙ面にあってｙ軸とεの角をなす）に平行な４′Ａ，４′Ｂ，４′Ｃの３つの研磨面で構成され、他の面は単なる切り出し面で研磨は必要としない。プリズム４′とプリズム４は面４′Ｃと面４Ａとの間でＵＶ樹脂等を用いて接合されている。
【００４８】
半導体レーザー等の放射光源１を出射し、コリメートレンズ２によりｘ軸（ｙ軸、ｚ軸は直交座標軸としてｘ軸に準じて定義）に沿った平行光に変換された光３は、プリズム４′の表面４′Ａ（図７においてｙ軸に対する傾斜角ε、図６においてｘ軸に対する傾斜角δ）に入射角φ（表面４′Ａの法線４′ａに対する入射光３のなす角）で入射し、屈折角ψ（法線４′ａに対する屈折光５′ａのなす角）で屈折する光５′ａとなる。この屈折光５′ａは面４′Ｂ（図６においてｘ軸に対する傾斜角γ）に入射してこの面を全反射し、反射光５′ｂは面４′Ｃ、すなわちプリズム４の面４Ａ（ｚ軸に対し直交）に入射角φ′（表面４Ａの法線４ａに対する入射光５′ｂのなす角）で入射し、屈折角ψ′（法線４ａに対する屈折光５′ｃのなす角）で屈折する光５′ｃとなる（プリズム４，４′が同じ硝材ならば、屈折せずに直進透過する）。この屈折光５′ｃは面４Ｂ（ｚ軸に対する傾斜角α）に入射してこの面を全反射し、反射光５′ｄは面４Ｃ（ｚ軸に対する傾斜角β）に入射してこの面を反射し、反射光５′ｅは再び面４Ｂに入射角φ”（表面４Ｂの法線４ｂに対する入射光５′ｅのなす角）で入射し、屈折角ψ”（法線４ｂに対する屈折光６のなす角）で屈折する光６となる。この透過屈折光６は対物レンズ７を透過して収束光８となり、光ディスク基材９の表面９Ｂを透過して信号面９Ａ上に集光する。この収束光８により信号面９Ａ上に信号を記録、または信号面上の信号を再生できる。
【００４９】
ここで２つのプリズムの屈折率を共に１．５、α＝１４．６度、β＝２３度、γ＝４５．１度、δ＝９０度、ε＝１４．６度とすると、各屈折面でのスネルの式と反射面の反射式を連立させて解いた結果として、ほぼψ”＝αが成り立ち、光６をｘｚ面に対して直交させることができる。光６のビーム径ｄ＝３．３ｍｍとすると、プリズム４の対物レンズの真下での厚さｔ２はプリズムの欠け幅余裕分（０．３ｍｍ）を考慮して、ｔ２＝２．２ｍｍ程度である。従って、ｔ１＝４．０ｍｍとすると、光ディスク装置の厚さｔ＝６．２ｍｍとなり、同一条件の従来例に比べて１．４ｍｍも薄くできる。
【００５０】
しかも、φ＝ψ”、φ”＝ψの関係が｜ｃｏｓψｃｏｓψ”−ｃｏｓφｃｏｓφ”｜＜０．１の誤差範囲で成り立ち、入射面４’Ａでの屈折が屈折面内で左周り、出射面４Ｂでの屈折が左周りの方向にある。すなわち、プリズム内の反射回数が奇数回ある場合は屈折方向の一致が屈折力キャンセルの条件であることから、入射面４′Ａでの屈折と出射面４Ｂでの屈折が互いにキャンセルし、いわば平行平板を光が透過する関係にある。従って、光３が有限系（発散性、又は収束性）の光であっても、収差の発生は小さい。
【００５１】
しかも、上記実施形態では、入射光軸が出射光６と直交する面内にあり、放射光源１、コリメートレンズ２を含めた全体の薄型化が実現できる。
【００５２】
２枚のプリズムを使うというデメリットはあるが、それぞれのプリズムの研磨面は特定の一軸と平行関係にあるので（プリズム４ではｘ軸、プリズム４′では図７に示したξ軸）、棒状の硝材を３面研磨し、それを切り出す（プリズム４では直角に切り出す、プリズム４′ではπ／２−εの角で切り出す）ことで多数個取りでき、加工費を安価に抑えることができる。
【００５３】
なお、本実施形態では面４′Ｃ、面４Ａがｚ軸に直交し、面４Ａ，４Ｂ，４Ｃが紙面に直交し、面４′Ａ，４′Ｂ，４′Ｃがξ軸に平行であるとして説明したが、面４Ａ、４Ｂでの屈折面（入射光軸と屈折光軸を含む面）が平行で、面４′Ａでの屈折面の面４′Ｂに対する対称面が面４Ｂ面での屈折面と平行であれば、他の位置関係にあってもよい。また、光３をｘ軸に沿った光線としたが、その方位を変えても同様の効果が得られる。
【００５４】
なお、本実施形態では２つのプリズムの屈折率を等しくしたが、屈折率の異なる別々の硝材を用いてもよく、この時、平行平板の条件φ＝ψ”かつφ”＝ψはｃｏｓψｃｏｓψ′ｃｏｓψ”＝ｃｏｓφｃｏｓφ′ｃｏｓφ”に変化し、該関係式の誤差精度は｜ｃｏｓψｃｏｓψ′ｃｏｓψ”−ｃｏｓφｃｏｓφ′ｃｏｓφ”｜＜０．１を満足する。
【００５５】
また、プリズム４′のような３角プリズムでなくとも、第３実施形態に示したように、２面の研磨面を持つウェッヂプリズムをプリズム４に接合させ（接合された全体のプリズム形状は図２〜図４と同等）、ウェッヂプリズムの接合面での屈折が加わることにより、平行平板の関係を持たせながら、入射光軸と出射光軸を直交関係に設定することもできる。この時の平行平板の条件もφ＝ψ”かつφ”＝ψからｃｏｓψｃｏｓψ′ｃｏｓψ”＝ｃｏｓφｃｏｓφ′ｃｏｓφ”に変化し、該関係式の誤差精度は｜ｃｏｓψｃｏｓψ′ｃｏｓψ”−ｃｏｓφｃｏｓφ′ｃｏｓφ”｜＜０．１を満足する。
【００５６】
なお平行平板の条件を満たさない場合、一般には光源の波長変化による屈折率分散の影響で光軸が傾くが、プリズム４′やウェッヂプリズムをプリズム４に接合させる方式では、それぞれのプリズムに異なる硝材を用いてこれらをうまく組み合わせることで、屈折率分散の影響をキャンセルさせることができる。
【００５７】
なお、有限系の光の中に平行平板を配置する場合、一般に光軸に垂直に配置すると球面収差が、傾けると非点収差が発生する。従って、第４、第５実施形態でプリズムに平行平板の関係を持たせたといっても、光はプリズムに垂直には入射しないので、非点収差が発生する。しかしこの種の収差は補正できる性質のもので、例えば、光軸に対しコリメートレンズ２を傾けるか、放射光源１とコリメートレンズ２の間に平行平板を傾斜して配置することで、ほとんどの収差を除去できる。
【００５８】
また第１から第５実施形態まで、面４Ｂでの反射は全反射であり第５実施形態の４′Ｂ面でも全反射であるが、面４Ｃでの反射は全反射ではないので反射率を高めるには反射層の成膜が必要である。この時、プリズムに入射する光が円偏光で、プリズム透過後も円偏光を保たせるためには、全反射で発生するＰ波、Ｓ波間の位相差を面４Ｃでの反射で補正する必要がある。一般に反射層に誘電体の多層膜を使うことでこの位相補正は達成できる。
【００５９】
【発明の効果】
以上の本発明により、プリズムの入射面を屈折する光が薄いプリズムの内部で反射を繰り返して対物レンズに導かれるので、対物レンズの真下の領域を薄くでき、物理的な限界を越えた薄い光ディスク装置を提供できる。
【００６０】
さらに、入射面での屈折を出射面での屈折が打ち消す関係を持たせることで、光学的にはコリメートレンズと対物レンズとの間に平行平板を配置した関係にすることができるので、平行光以外の光をプリズムに入射しても、放射光源とコリメートレンズの間に平行平板を傾斜して挟むか、コリメートレンズを光軸に対して傾斜させる等の方法で収差を容易に補正でき、コリメータの位置調整が容易になる等の効果も合わせ持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における光ディスク装置の構成を示した概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態における光ディスク装置の構成を示した概略図である。
【図３】本発明の第３実施形態における光ディスク装置の構成を示した概略図である。
【図４】本発明の第４実施形態における光ディスク装置の構成を示した概略図である。
【図５】本発明の第５実施形態における光ディスク装置の構成の概略を示した正面図である。
【図６】本発明の第５実施形態における光ディスク装置の構成の概略を示した平面図である。
【図７】本発明の第５実施形態における光ディスク装置の構成の概略を示した側面図である。
【図８】従来例における光ディスク装置の構成を示した概略図である。
【符号の説明】
１ 放射光源
２ コリメートレンズ
３ 入射光
４，４′ プリズム
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ プリズムの研磨面
４′Ａ，４′Ｂ，４′Ｃ プリズムの研磨面
５ａ 屈折光
５ｂ 反射光
５ｃ 反射光
５′ａ 屈折光
５′ｂ 反射光
５′ｃ 屈折光
５′ｄ 反射光
５′ｅ 反射光
６ 屈折光
７ 対物レンズ
８ 収束光
９ 光ディスク基材
９Ａ 光ディスク信号面
９Ｂ 光ディスク基材表面
１０ 立ち上げミラー
１０Ａ 反射面
【発明の属する技術分野】
本発明は光ディスクに信号を記録、または光ディスクの信号を再生するために使われる光ディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術を、図８に基づいて説明する。図８は従来例における光ディスク装置の断面構成を示しており、半導体レーザー等の放射光源１を出射するレーザー光はコリメートレンズ２によりｚ軸に沿った平行光に変換され、この光３は立ち上げミラー１０の反射面１０Ａに入射して反射光６となり、光６は対物レンズ７により収束光８となり、光ディスク基材９の表面９Ｂを透過して信号面９Ａ上に集光する。この収束光８により信号面９Ａ上に信号を記録、または信号面上の信号を再生できる。
【０００３】
この光ディスク装置において、その厚さｔ（光ディスク基材下面９Ｂから立ち上げミラー１０の底面までの距離）はｔ１＋ｔ２で決まる。ｔ１は対物レンズ７の厚さに上下の可動幅を加えた値、ｔ２は立ち上げ前のビーム径ｄに立ち上げミラー１０の下面先端部の欠け幅余裕分（ミラー１０の下部において加工の面精度が保証されずレーザー光３の反射に寄与しない領域の厚さ）を含めた値である。立ち上げ前のビーム径ｄは、対物レンズ７の位置調整誤差の余裕も考慮して（ｚ軸が光ディスクの径方向にある場合は対物レンズ７のトラッキング時の最大可動幅も考慮して）、対物レンズ７の口径より大きい値となる。口径は２×ＮＡ×ｆで与えられ、ここでＮＡ、ｆは対物レンズの開口数、焦点距離である。ＮＡはＤＶＤの場合で０．６が採用されており、光ディスク装置の解像力がＮＡの二乗に比例することから、この採用値より小さくすることはできない。また、ｆも対物レンズ７が基材表面９Ｂとぶつからないようにするために少なくとも１．３ｍｍ以上のワーキングディスタンス（基材表面９Ｂと対物レンズ表面との最短距離）が必要なことから、一般にはＤＶＤで２．４ｍｍ以上の大きさになる。従って、ＤＶＤでは少なくとも２×ＮＡ×ｆ＝２．８８ｍｍの口径が必要で、０．４ｍｍの調整余裕をみてビーム径ｄは３．３ｍｍ程度の大きさとなり、これに立ち上げミラーの欠け幅余裕０．３ｍｍを加えて、ｔ２＝３．６ｍｍとなる。さらに、ｆ＝２．４ｍｍの場合、設計的にｔ１＝４．０ｍｍとなり、光ディスク装置の厚さはｔ＝７．６ｍｍとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の光ディスク装置において、ワーキングディスタンスや開口数を変更しない限り、光ディスク装置の厚さｔを７．６ｍｍ未満にすることは物理的に不可能であるという問題点があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑み、ワーキングディスタンスや開口数を変更せずに、物理的な限界を越えた薄型の光ディスク装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、以下の手段を用いる。
【０００８】
即ち、本発明の光ディスク装置は、放射光源と、コリメートレンズと、少なくともＡ面、Ｂ面、Ｃ面の３つの研磨された平面を持つプリズムと、対物レンズからなり、前記放射光源を出射する光は前記コリメートレンズにより集光され、前記プリズムのＡ面に入射してこれを屈折し（入射角φ、屈折角ψ）、前記Ｂ面に入射してこれを反射し、前記Ｃ面に入射してこれを反射し、再度前記Ｂ面に入射してこれを屈折し（入射角φ′、屈折角ψ′）、前記対物レンズを経て光ディスク信号面上に収束することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の光ディスク装置は、放射光源と、コリメートレンズと、少なくともα面、β面、γ面の３つの研磨された平面を持つ第一のプリズムと、少なくともＡ面、Ｂ面、Ｃ面の３つの研磨された平面を持つ第二のプリズムと、対物レンズからなり、前記第一のプリズムと第二のプリズムは同一の屈折率を有し、それらはγ面とＡ面の間で接合されており、前記放射光源を出射する光は前記コリメートレンズにより集光され、前記第一のプリズムのα面に入射してこれを屈折し（入射角φ、屈折角ψ）、前記β面に入射してこれを反射し、γ面すなわち第二のプリズムのＡ面に入射してこれを透過し、前記Ｂ面に入射してこれを反射し、前記Ｃ面に入射してこれを反射し、再度前記Ｂ面に入射してこれを屈折し（入射角φ”、屈折角ψ”）、前記対物レンズを経て光ディスク信号面上に収束することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の光ディスク装置は、放射光源と、コリメートレンズと、少なくともα面、β面、γ面の３つの研磨された平面を持つ第一のプリズムと、少なくともＡ面、Ｂ面、Ｃ面の３つの研磨された平面を持つ第二のプリズムと、対物レンズからなり、前記第一のプリズムと第二のプリズムは互いに異なる屈折率を有し、それらはγ面とＡ面の間で接合されており、前記放射光源を出射する光は前記コリメートレンズにより集光され、前記第一のプリズムのα面に入射してこれを屈折し（入射角φ、屈折角ψ）、前記β面に入射してこれを反射し、γ面すなわち第二のプリズムのＡ面に入射してこれを屈折し（入射角φ′、屈折角ψ′）、前記Ｂ面に入射してこれを反射し、前記Ｃ面に入射してこれを反射し、再度前記Ｂ面に入射してこれを屈折し（入射角φ”、屈折角ψ”）、前記対物レンズを経て光ディスク信号面上に収束することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の光ディスク装置は、放射光源と、コリメートレンズと、少なくともα面、β面の２つの研磨された平面を持つ第一のプリズムと、少なくともＡ面、Ｂ面、Ｃ面の３つの研磨された平面を持つ第二のプリズムと、対物レンズからなり、前記第一のプリズムと第二のプリズムは互いに異なる屈折率を有し、それらはβ面とＡ面の間で接合されており、前記放射光源を出射する光は前記コリメートレンズにより集光され、前記第一のプリズムのα面に入射してこれを屈折し（入射角φ、屈折角ψ）、β面すなわち第二のプリズムのＡ面に入射してこれを屈折し（入射角φ′、屈折角ψ′）、前記Ｂ面に入射してこれを反射し、前記Ｃ面に入射してこれを反射し、再度前記Ｂ面に入射してこれを屈折し（入射角φ”、屈折角ψ”）、前記対物レンズを経て光ディスク信号面上に収束することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、上記の構成により、プリズムのＡ面または第１のプリズムのα面を屈折する光が薄いプリズムの内部で反射を繰り返して対物レンズに導かれるので、対物レンズの真下の領域を薄くでき、光ディスク装置の厚さを物理的な限界を越えて薄くできる。
【００１３】
さらに、入射面での屈折を出射面での屈折が打ち消す関係を持たせれば、光学的にはコリメートレンズと対物レンズとの間に平行平板を配置した関係にすることができるので、波長変化による出射光軸の変化がなく、平行光以外の光をプリズムに入射しても、放射光源とコリメートレンズの間に平行平板を傾斜して挟むか、コリメートレンズを光軸に対して傾斜させる等の方法で収差を容易に補正できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１〜図７に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態における光ディスク装置の概略構成図であり、プリズム４は４Ａ，４Ｂ，４Ｃの３つの紙面に直交した研磨面で構成されている。
【００１６】
図１において半導体レーザー等の放射光源１を出射し、コリメートレンズ２により平行光に変換された光３は、屈折率ｎの硝材で形成されるプリズム４の表面４Ａに入射角φ（表面４Ａの法線４ａに対する入射光３のなす角）で入射し、屈折角ψ（法線４ａに対する屈折光５ａのなす角）で屈折する光５ａとなる。この屈折光５ａはプリズム４の面４Ｂに入射してこの面を全反射し、反射光５ｂはプリズム４の面４Ｃに入射してこの面を反射し、反射光５ｃは再びプリズム４の面４Ｂに入射してこの面を透過する。この透過光６は対物レンズ７により収束光８となり、光ディスク基材９の表面９Ｂを透過して信号面９Ａ上に集光する。この収束光８により信号面９Ａ上に信号を記録、または信号面上の信号を再生できる。
【００１７】
ここで面４Ｂが光３と平行で、かつ光５ｃと直交し、面４Ａが光５ｂと平行である場合を例にとる。面４Ｂが光３と平行であることから、面４Ａと面４Ｂのなす角はπ／２−φであり、面４Ｂが光５ｃと直交することから、面４Ｃと面４Ｂのなす角β＝π／４−（φ−ψ）／２となる。また、面４Ａが光５ｂと平行であることから、
【００１８】
【数１】
φ−ψ＝π／２−φ ・・・（式１）
【００１９】
が成り立つ。
一方、面４Ａでのスネルの法則により
【００２０】
【数２】
ｓｉｎφ＝ｎ×ｓｉｎψ ・・・（式２）
【００２１】
が成り立つ。一方、面４Ａでの屈折によるビーム拡大率は次式に従う。
【００２２】
【数３】
ｍ＝ｃｏｓψ／ｃｏｓφ ・・・（式３）
【００２３】
ｎ＝１．５とすると（式１）、（式２）よりφ＝６３．３度、ψ＝３６．５度、β＝３１．６度、（式３）よりｍ＝１．７９となる。従ってプリズム出射後の光６のビーム径ｄは入射前の光３のビーム径ｄ１の１．７９倍となる。ｄ＝３．３ｍｍとするとｄ１＝１．８４ｍｍとなる。プリズム４の厚さｔ２は（ｄ＋０．３）×ｔａｎβの値（０．３の値はプリズム上右端の欠け幅余裕分）にプリズム最下部の欠け幅（０．３ｍｍ）を加えて、ｔ２＝２．５ｍｍである。従って、ｔ１＝４．０ｍｍとすると、光ディスク装置の厚さｔ＝６．５ｍｍとなり、同一条件の従来例に比べて１．１ｍｍも薄くできる。
【００２４】
この第１実施形態は光が薄いプリズムの内部で反射を繰り返す中で垂直に立ち上げられて対物レンズに導かれるだけでなく、半導体レーザー１から出射する楕円状の広がりの光を円形状に近い広がりに整形できる長所も合わせ持つ。
【００２５】
本実施形態のように、面４Ａでの入射光３と面４Ｂでの透過光６とを直交させることにより、放射光源１とプリズム４との距離が長くなった場合であっても、放射光源１とコリメートレンズ２を含めた光ディスク装置全体の厚みが上記ｔより厚くなることがなく、薄型の光ディスク装置とすることができる。
【００２６】
なお、本実施形態では面４Ａ，４Ｂ，４Ｃが紙面に直交するとして説明したが、他の位置関係にあってもよい。また、面４Ｂが光３と平行で、かつ光５ｃと直交し、面４Ａが光５ｂと平行である場合を例にとって説明したが、他の条件下でも同様の効果が得られる。その例を以下に示す。
【００２７】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態における光ディスク装置の概略構成図である。図２において、放射光源１及びコリメートレンズ２等の構成要素は第１実施形態と同じなので省略しており、プリズム４は基本的には紙面に垂直な４Ａ，４Ｂ，４Ｃの３つの研磨面で構成され、その他の面は単なる切り出し面で研磨は必要としない。
【００２８】
半導体レーザー等の放射光源１を出射し、コリメートレンズ２により紙面上のｚ軸に沿った平行光に変換された光３は、プリズム４の表面４Ａ（ｚ軸に対する傾斜角γ）に入射角φ（表面４Ａの法線４ａに対する入射光３のなす角、φ＝γ−π／２）で入射し、屈折角ψ（法線４ａに対する屈折光５ａのなす角）で屈折する光５ａとなる。この屈折光５ａは面４Ｂ（ｚ軸に対する傾斜角α）に入射してこの面を全反射し、反射光５ｂは面４Ｃ（ｚ軸に対する傾斜角β）に入射してこの面を反射し、反射光５ｃは再び面４Ｂに入射角φ′（表面４Ｂの法線４ｂに対する入射光５ｃのなす角）で入射し、屈折角ψ′（法線４ｂに対する屈折光６のなす角）で屈折する光６となる。この透過屈折光６は対物レンズ７を透過して収束光８となり、光ディスク基材９の表面９Ｂを透過して信号面９Ａ上に集光する。この収束光８により信号面９Ａ上に信号を記録、または信号面上の信号を再生できる。
【００２９】
ここでプリズムの屈折率＝１．５、α＝２４度、β＝１２度、γ＝１１９度とすると、各屈折面でのスネルの式と反射面の反射式を連立させて解いた結果としてほぼψ′＝αが成り立つので、光６を光３、すなわちｚ軸に対して直交させることができる。光６のビーム径ｄ＝３．３ｍｍとすると、プリズム４の対物レンズの真下での厚さｔ２は０．３ｍｍのプリズムの欠け幅を分を考慮して、ｔ２＝２．０ｍｍ程度である。従って、ｔ１＝４．０ｍｍとすると、光ディスク装置の厚さｔ＝６．０ｍｍとなり、同一条件の従来例に比べて１．６ｍｍも薄くできる。
【００３０】
一般に対物レンズ７と干渉しない限り、ディスク基材表面９Ｂからワーキングディスタンス分だけ離れた位置までは自由に使用できる領域である。従来例では光学系全体が対物レンズ７の下に構成されるため、図８の領域１１に相当する部分が未活用領域となっていたが、本実施形態ではこの領域を効果的に活用するものである。
【００３１】
ところで、本実施形態では面４Ａ，４Ｂ，４Ｃが紙面に直交するとして説明したが、他の位置関係にあってもよい。
【００３２】
本実施形態のように、面４Ａでの入射光３と面４Ｂでの屈折光６とを直交させることにより、放射光源１とプリズム４との距離が長くなった場合であっても、放射光源１とコリメートレンズ２を含めた光ディスク装置全体の厚みが上記ｔより厚くなることがなく、薄型の光ディスク装置とすることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、入射面４Ａでの屈折と出射面４Ｂでの屈折が互いにキャンセルする関係になく、いわば楔状のプリズムを光が透過する関係にあり、光３の波長が変動すると硝材の屈折率が変わり、屈折光６の伝搬方位が変わり、結果として収束光８が変位し、サブミクロンの位置制御が要求される光ディスクシステムの特性を損なうことになる。このことを考慮して、波長が変化しても屈折光６の伝搬方位が変わらない例を次の第３実施形態に示す。
【００３４】
（第３実施形態）
第３図は本発明の第３実施形態における光ディスク装置の概略構成図である。図３において、放射光源１及びコリメートレンズ２等の構成要素は第１実施形態と同じなので省略している。
【００３５】
本実施形態は、上記第２実施形態のプリズム４の表面４Ａに材質の異なった楔状のプリズム４’を貼り合わせたもので、その他の構成は第２実施形態と同一である。
【００３６】
プリズム４’は基本的には紙面に垂直な４’Ａ，４’Ｂの２つの研磨面（４’Ｂはプリズム４の表面４Ａに貼り合わされている）で構成され、その他の面は単なる切り出し面で研磨は必要としない。
【００３７】
半導体レーザー等の放射光源１を出射し、コリメートレンズ２により紙面上のｚ軸に沿った平行光に変換された光３は、プリズム４’の表面４’Ａ（ｚ軸に対する傾斜角δ）に入射角φ（表面４’Ａの法線４’ａに対する入射光３のなす角、φ＝δ−π／２）で入射し、屈折角ψ（法線４’ａに対する屈折光５ａのなす角）で屈折する光５ａとなる。この屈折光５ａはプリズム４の表面４Ａ（ｚ軸に対する傾斜角γ）に入射し、これを屈折する光５ｂとなる。この屈折光５ｂは面４Ｂ（ｚ軸に対する傾斜角α）に入射してこの面を全反射し、反射光５ｃは面４Ｃ（ｚ軸に対する傾斜角β）に入射してこの面を反射し、反射光５ｄは再び面４Ｂに入射角φ’（表面４Ｂの法線４ｂに対する入射光５ｄのなす角）で入射し、屈折角ψ’（法線４ｂに対する屈折光６のなす角）で屈折する光６となる。この透過屈折光６は対物レンズ７を透過して収束光８となり、光ディスク基材９の表面９Ｂを透過して信号面９Ａ上に集光する。この収束光８により信号面９Ａ上に信号を記録、または信号面上の信号を再生できる。
【００３８】
ここでプリズム４の屈折率＝１．５、α＝１５度、β＝２３度、γ＝１３０度、プリズム４’の屈折率＝１．６、δ＝１２０度、プリズム４’の屈折率分散／プリズム４の屈折率分散＝２．１とすると、波長変化に伴う面４’Ａ、４Ｂでの屈折角変化が、面４Ａでの屈折角変化でほぼキャンセルされ、全体としては屈折光６の伝搬方位がほとんど変わらない。また本実施形態は第２実施形態とほぼ同じ形状をなすので、第２実施形態の特長である薄型化の効果も損なわれていない。
【００３９】
なお、第２実施形態では、光３が平行光の場合に限られる。また、第３実施形態の上記の条件では、同様に光３が平行光の場合に限られる。すなわち入射面４Ａ（第２実施形態）又は４’Ａ（上記条件の第３実施形態）での屈折と出射面４Ｂでの屈折が互いにキャンセルする関係になく、いわば楔状のプリズムを光が透過する関係にあり、光３が有限系（発散性、又は収束性）の光ならば、大きな非点収差が発生することになる。このことを考慮して、有限系の光でも収差を抑えられる例を次の第４実施形態に示す。
【００４０】
（第４実施形態）
図４は本発明の第４実施形態における光ディスク装置の概略構成図である。図４において、放射光源１及びコリメートレンズ２等の構成要素は第１実施形態と同じなので省略しており、プリズム４は基本的には紙面に垂直な４Ａ，４Ｂ，４Ｃの３つの研磨面で構成され、他の面は単なる切り出し面で研磨は必要としない。
【００４１】
半導体レーザー等の放射光源１を出射し、コリメートレンズ２によりｚ軸とθの角をなす平行光に変換された光３は、プリズム４の表面４Ａ（ｚ軸に対する傾斜角γ）に入射角φ（表面４Ａの法線４ａに対する入射光３のなす角）で入射し、屈折角ψ（法線４ａに対する屈折光５ａのなす角）で屈折する光５ａとなる。この屈折光５ａはプリズム４の面４Ｂ（ｚ軸に対する傾斜角α）に入射してこの面を全反射し、反射光５ｂはプリズム４の面４Ｃ（ｚ軸に対する傾斜角β）に入射してこの面を反射し、反射光５ｃは再びプリズム４の面４Ｂに入射角φ′（表面４Ｂの法線４ｂに対する入射光５ｃのなす角）で入射し、屈折角ψ′（法線４ｂに対する屈折光６のなす角）で屈折する光６となる。この透過屈折光６は対物レンズ７を透過して収束光８となり、光ディスク基材９の表面９Ｂを透過して信号面９Ａ上に集光する。この収束光８により信号面９Ａ上に信号を記録、または信号面上の信号を再生できる。
【００４２】
ここでプリズムの屈折率＝１．５、θ＝１４度、α＝２１度、β＝１８度、γ＝８３度とすると、各屈折面でのスネルの式と反射面の反射式を連立させて解いた結果として、ほぼψ′＝αが成り立ち、光６をｚ軸に対して直交させることができる。光６のビーム径ｄ＝３．３ｍｍとすると、プリズム４の対物レンズの真下での厚さｔ２はプリズムの欠け幅余裕分（０．３ｍｍ）を考慮して、ｔ２＝２．２ｍｍ程度である。従って、ｔ１＝４．０ｍｍとすると、光ディスク装置の厚さｔ＝６．２ｍｍとなり、同一条件の従来例に比べて１．４ｍｍも薄くできる。
【００４３】
しかも、φ＝ψ′、φ′＝ψの関係が｜ｃｏｓψｃｏｓψ′−ｃｏｓφｃｏｓφ′｜＜０．１の誤差範囲で成り立ち、入射面４Ａでの屈折が屈折面内で右周り、出射面４Ｂでの屈折が左周りの方向にある。すなわち、プリズム内の反射回数が偶数回ある場合は屈折方向の不一致が屈折力キャンセルの条件をみたすので、入射面４Ａでの屈折と出射面４Ｂでの屈折が互いにキャンセルし、いわば平行平板を光が透過する関係にある（以降、平行平板の関係と呼ぶことにする）。従って、光３が有限系（発散性、又は収束性）の光であっても、収差の発生は小さい。
【００４４】
ところで、本実施形態では面４Ａ，４Ｂ，４Ｃが紙面に直交するとして説明したが、面４Ａ、４Ｂでの各屈折面（入射光と屈折光を共に含む面）が平行であれば、他の位置関係にあってもよい。
【００４５】
なお本実施形態において、放射光源１、コリメートレンズ２をｔ＝６．２ｍｍの厚さ内に収めるには、θを小さく、できればゼロにできればよいが、θを１０度以下にすると、薄く、かつ平行平板の関係を満足させるという条件を両立できなくなる。このことを考慮して、薄く、かつ平行平板の関係にありながら、θをゼロに設定できる例を次の第５実施形態に示す。
【００４６】
（第５実施形態）
図５は本発明の第５実施形態における光ディスク装置の正面図であり、図６はその平面図（対物レンズ７、光ディスク基材９は省略してある）、図７は側面図（対物レンズ７、光ディスク基材９は省略してある）である。図５〜図７において、放射光源１及びコリメートレンズ２等の構成要素は第１実施形態と同じなので省略している。
【００４７】
プリズム４は基本的にはｙｚ面に直交する４Ａ，４Ｂ，４Ｃの３つの研磨面で構成され、他の面は単なる切り出し面で研磨は必要とせず、プリズム４′は図７のξ軸（ｘｙ面にあってｙ軸とεの角をなす）に平行な４′Ａ，４′Ｂ，４′Ｃの３つの研磨面で構成され、他の面は単なる切り出し面で研磨は必要としない。プリズム４′とプリズム４は面４′Ｃと面４Ａとの間でＵＶ樹脂等を用いて接合されている。
【００４８】
半導体レーザー等の放射光源１を出射し、コリメートレンズ２によりｘ軸（ｙ軸、ｚ軸は直交座標軸としてｘ軸に準じて定義）に沿った平行光に変換された光３は、プリズム４′の表面４′Ａ（図７においてｙ軸に対する傾斜角ε、図６においてｘ軸に対する傾斜角δ）に入射角φ（表面４′Ａの法線４′ａに対する入射光３のなす角）で入射し、屈折角ψ（法線４′ａに対する屈折光５′ａのなす角）で屈折する光５′ａとなる。この屈折光５′ａは面４′Ｂ（図６においてｘ軸に対する傾斜角γ）に入射してこの面を全反射し、反射光５′ｂは面４′Ｃ、すなわちプリズム４の面４Ａ（ｚ軸に対し直交）に入射角φ′（表面４Ａの法線４ａに対する入射光５′ｂのなす角）で入射し、屈折角ψ′（法線４ａに対する屈折光５′ｃのなす角）で屈折する光５′ｃとなる（プリズム４，４′が同じ硝材ならば、屈折せずに直進透過する）。この屈折光５′ｃは面４Ｂ（ｚ軸に対する傾斜角α）に入射してこの面を全反射し、反射光５′ｄは面４Ｃ（ｚ軸に対する傾斜角β）に入射してこの面を反射し、反射光５′ｅは再び面４Ｂに入射角φ”（表面４Ｂの法線４ｂに対する入射光５′ｅのなす角）で入射し、屈折角ψ”（法線４ｂに対する屈折光６のなす角）で屈折する光６となる。この透過屈折光６は対物レンズ７を透過して収束光８となり、光ディスク基材９の表面９Ｂを透過して信号面９Ａ上に集光する。この収束光８により信号面９Ａ上に信号を記録、または信号面上の信号を再生できる。
【００４９】
ここで２つのプリズムの屈折率を共に１．５、α＝１４．６度、β＝２３度、γ＝４５．１度、δ＝９０度、ε＝１４．６度とすると、各屈折面でのスネルの式と反射面の反射式を連立させて解いた結果として、ほぼψ”＝αが成り立ち、光６をｘｚ面に対して直交させることができる。光６のビーム径ｄ＝３．３ｍｍとすると、プリズム４の対物レンズの真下での厚さｔ２はプリズムの欠け幅余裕分（０．３ｍｍ）を考慮して、ｔ２＝２．２ｍｍ程度である。従って、ｔ１＝４．０ｍｍとすると、光ディスク装置の厚さｔ＝６．２ｍｍとなり、同一条件の従来例に比べて１．４ｍｍも薄くできる。
【００５０】
しかも、φ＝ψ”、φ”＝ψの関係が｜ｃｏｓψｃｏｓψ”−ｃｏｓφｃｏｓφ”｜＜０．１の誤差範囲で成り立ち、入射面４’Ａでの屈折が屈折面内で左周り、出射面４Ｂでの屈折が左周りの方向にある。すなわち、プリズム内の反射回数が奇数回ある場合は屈折方向の一致が屈折力キャンセルの条件であることから、入射面４′Ａでの屈折と出射面４Ｂでの屈折が互いにキャンセルし、いわば平行平板を光が透過する関係にある。従って、光３が有限系（発散性、又は収束性）の光であっても、収差の発生は小さい。
【００５１】
しかも、上記実施形態では、入射光軸が出射光６と直交する面内にあり、放射光源１、コリメートレンズ２を含めた全体の薄型化が実現できる。
【００５２】
２枚のプリズムを使うというデメリットはあるが、それぞれのプリズムの研磨面は特定の一軸と平行関係にあるので（プリズム４ではｘ軸、プリズム４′では図７に示したξ軸）、棒状の硝材を３面研磨し、それを切り出す（プリズム４では直角に切り出す、プリズム４′ではπ／２−εの角で切り出す）ことで多数個取りでき、加工費を安価に抑えることができる。
【００５３】
なお、本実施形態では面４′Ｃ、面４Ａがｚ軸に直交し、面４Ａ，４Ｂ，４Ｃが紙面に直交し、面４′Ａ，４′Ｂ，４′Ｃがξ軸に平行であるとして説明したが、面４Ａ、４Ｂでの屈折面（入射光軸と屈折光軸を含む面）が平行で、面４′Ａでの屈折面の面４′Ｂに対する対称面が面４Ｂ面での屈折面と平行であれば、他の位置関係にあってもよい。また、光３をｘ軸に沿った光線としたが、その方位を変えても同様の効果が得られる。
【００５４】
なお、本実施形態では２つのプリズムの屈折率を等しくしたが、屈折率の異なる別々の硝材を用いてもよく、この時、平行平板の条件φ＝ψ”かつφ”＝ψはｃｏｓψｃｏｓψ′ｃｏｓψ”＝ｃｏｓφｃｏｓφ′ｃｏｓφ”に変化し、該関係式の誤差精度は｜ｃｏｓψｃｏｓψ′ｃｏｓψ”−ｃｏｓφｃｏｓφ′ｃｏｓφ”｜＜０．１を満足する。
【００５５】
また、プリズム４′のような３角プリズムでなくとも、第３実施形態に示したように、２面の研磨面を持つウェッヂプリズムをプリズム４に接合させ（接合された全体のプリズム形状は図２〜図４と同等）、ウェッヂプリズムの接合面での屈折が加わることにより、平行平板の関係を持たせながら、入射光軸と出射光軸を直交関係に設定することもできる。この時の平行平板の条件もφ＝ψ”かつφ”＝ψからｃｏｓψｃｏｓψ′ｃｏｓψ”＝ｃｏｓφｃｏｓφ′ｃｏｓφ”に変化し、該関係式の誤差精度は｜ｃｏｓψｃｏｓψ′ｃｏｓψ”−ｃｏｓφｃｏｓφ′ｃｏｓφ”｜＜０．１を満足する。
【００５６】
なお平行平板の条件を満たさない場合、一般には光源の波長変化による屈折率分散の影響で光軸が傾くが、プリズム４′やウェッヂプリズムをプリズム４に接合させる方式では、それぞれのプリズムに異なる硝材を用いてこれらをうまく組み合わせることで、屈折率分散の影響をキャンセルさせることができる。
【００５７】
なお、有限系の光の中に平行平板を配置する場合、一般に光軸に垂直に配置すると球面収差が、傾けると非点収差が発生する。従って、第４、第５実施形態でプリズムに平行平板の関係を持たせたといっても、光はプリズムに垂直には入射しないので、非点収差が発生する。しかしこの種の収差は補正できる性質のもので、例えば、光軸に対しコリメートレンズ２を傾けるか、放射光源１とコリメートレンズ２の間に平行平板を傾斜して配置することで、ほとんどの収差を除去できる。
【００５８】
また第１から第５実施形態まで、面４Ｂでの反射は全反射であり第５実施形態の４′Ｂ面でも全反射であるが、面４Ｃでの反射は全反射ではないので反射率を高めるには反射層の成膜が必要である。この時、プリズムに入射する光が円偏光で、プリズム透過後も円偏光を保たせるためには、全反射で発生するＰ波、Ｓ波間の位相差を面４Ｃでの反射で補正する必要がある。一般に反射層に誘電体の多層膜を使うことでこの位相補正は達成できる。
【００５９】
【発明の効果】
以上の本発明により、プリズムの入射面を屈折する光が薄いプリズムの内部で反射を繰り返して対物レンズに導かれるので、対物レンズの真下の領域を薄くでき、物理的な限界を越えた薄い光ディスク装置を提供できる。
【００６０】
さらに、入射面での屈折を出射面での屈折が打ち消す関係を持たせることで、光学的にはコリメートレンズと対物レンズとの間に平行平板を配置した関係にすることができるので、平行光以外の光をプリズムに入射しても、放射光源とコリメートレンズの間に平行平板を傾斜して挟むか、コリメートレンズを光軸に対して傾斜させる等の方法で収差を容易に補正でき、コリメータの位置調整が容易になる等の効果も合わせ持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における光ディスク装置の構成を示した概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態における光ディスク装置の構成を示した概略図である。
【図３】本発明の第３実施形態における光ディスク装置の構成を示した概略図である。
【図４】本発明の第４実施形態における光ディスク装置の構成を示した概略図である。
【図５】本発明の第５実施形態における光ディスク装置の構成の概略を示した正面図である。
【図６】本発明の第５実施形態における光ディスク装置の構成の概略を示した平面図である。
【図７】本発明の第５実施形態における光ディスク装置の構成の概略を示した側面図である。
【図８】従来例における光ディスク装置の構成を示した概略図である。
【符号の説明】
１ 放射光源
２ コリメートレンズ
３ 入射光
４，４′ プリズム
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ プリズムの研磨面
４′Ａ，４′Ｂ，４′Ｃ プリズムの研磨面
５ａ 屈折光
５ｂ 反射光
５ｃ 反射光
５′ａ 屈折光
５′ｂ 反射光
５′ｃ 屈折光
５′ｄ 反射光
５′ｅ 反射光
６ 屈折光
７ 対物レンズ
８ 収束光
９ 光ディスク基材
９Ａ 光ディスク信号面
９Ｂ 光ディスク基材表面
１０ 立ち上げミラー
１０Ａ 反射面
Claims (14)
- 放射光源と、コリメートレンズと、少なくともＡ面、Ｂ面、Ｃ面の３つの研磨された平面を持つプリズムと、対物レンズからなり、前記放射光源を出射する光は前記コリメートレンズにより集光され、前記プリズムのＡ面に入射してこれを屈折し（入射角φ、屈折角ψ）、前記Ｂ面に入射してこれを反射し、前記Ｃ面に入射してこれを反射し、再度前記Ｂ面に入射してこれを屈折し（入射角φ′、屈折角ψ′）、前記対物レンズを経て光ディスク信号面上に収束することを特徴とする光ディスク装置。
- 前記入射角φ、屈折角ψ、及び入射角φ′、屈折角ψ′の間にφ＝ψ′かつψ＝φ′の関係が｜cosψcosψ′−cosφcosφ′｜＜０．１の誤差範囲で成り立ち、前記Ａ面及びＢ面での各屈折面（入射光軸と屈折光軸を含む面）が平行又は一致し、各屈折面に於ける屈折方向が互いに反対になる（一方が右回りであれば他方は左回りになる）ことを特徴とする請求項１に記載の光ディスク装置。
- 前記プリズムのＡ面への入射光が平行光でなく、入射角φがゼロでない場合、前記放射光源と前記コリメートレンズの間に平行平板を傾斜して挟むか、前記コリメートレンズを光軸に対して傾斜させることを特徴とする請求項２に記載の光ディスク装置。
- 前記Ａ面での入射光軸と前記Ｂ面での屈折光軸が直交することを特徴とする請求項１に記載の光ディスク装置。
- 放射光源と、コリメートレンズと、少なくともα面、β面、γ面の３つの研磨された平面を持つ第一のプリズムと、少なくともＡ面、Ｂ面、Ｃ面の３つの研磨された平面を持つ第二のプリズムと、対物レンズからなり、前記第一のプリズムと第二のプリズムは同一の屈折率を有し、それらはγ面とＡ面の間で接合されており、前記放射光源を出射する光は前記コリメートレンズにより集光され、前記第一のプリズムのα面に入射してこれを屈折し（入射角φ、屈折角ψ）、前記β面に入射してこれを反射し、γ面すなわち第二のプリズムのＡ面に入射してこれを透過し、前記Ｂ面に入射してこれを反射し、前記Ｃ面に入射してこれを反射し、再度前記Ｂ面に入射してこれを屈折し（入射角φ”、屈折角ψ”）、前記対物レンズを経て光ディスク信号面上に収束することを特徴とする光ディスク装置。
- 前記入射角φ、屈折角ψ、及び入射角φ”、屈折角ψ”の間にφ＝ψ”かつψ＝φ”の関係が｜cosψcosψ”−cosφcosφ”｜＜０．１の誤差範囲で成り立ち、前記α面での入射光軸が前記Ｂ面での屈折光軸と直交する面内にあり、前記Ａ面（γ面）の透過光軸がＢ面での屈折面（入射光軸と屈折光軸を含む面）内にあり、α面での屈折面のβ面に対する対称面がＢ面での屈折面と平行又は一致し、α面及びＢ面での各屈折面に於ける屈折方向が互いに同じになる（ともに右回り、または左回りになる）ことを特徴とする請求項５に記載の光ディスク装置。
- 前記第１のプリズムのα面への入射光が平行光でなく、入射角φがゼロでない場合、前記放射光源と前記コリメートレンズの間に平行平板を傾斜して挟むか、前記コリメートレンズを光軸に対して傾斜させることを特徴とする請求項６に記載の光ディスク装置。
- 放射光源と、コリメートレンズと、少なくともα面、β面、γ面の３つの研磨された平面を持つ第一のプリズムと、少なくともＡ面、Ｂ面、Ｃ面の３つの研磨された平面を持つ第二のプリズムと、対物レンズからなり、前記第一のプリズムと第二のプリズムは互いに異なる屈折率を有し、それらはγ面とＡ面の間で接合されており、前記放射光源を出射する光は前記コリメートレンズにより集光され、前記第一のプリズムのα面に入射してこれを屈折し（入射角φ、屈折角ψ）、前記β面に入射してこれを反射し、γ面すなわち第二のプリズムのＡ面に入射してこれを屈折し（入射角φ′、屈折角ψ′）、前記Ｂ面に入射してこれを反射し、前記Ｃ面に入射してこれを反射し、再度前記Ｂ面に入射してこれを屈折し（入射角φ”、屈折角ψ”）、前記対物レンズを経て光ディスク信号面上に収束することを特徴とする光ディスク装置。
- 前記入射角φ、屈折角ψ、及び入射角φ′、屈折角ψ′さらに入射角φ”、屈折角ψ”の間にcosψcosψ′cosψ”＝cosφcosφ′cosφ”の関係が｜cosψcosψ′cosψ”−cosφcosφ′cosφ”｜＜０．１の誤差範囲で成り立ち、前記α面での入射光軸が前記Ｂ面での屈折光軸と直交する面内にあり、前記Ａ面、Ｂ面での屈折面（入射光軸と屈折光軸を含む面）が一致し、α面での屈折面のβ面に対する対称面がＢ面での屈折面と平行又は一致し、α面及びＢ面での各屈折面に於ける屈折方向が互いに同じになる（ともに右回り、または左回りになる）ことを特徴とする請求項８に記載の光ディスク装置。
- 前記第１のプリズムのα面への入射光が平行光でなく、入射角φがゼロでない場合、前記放射光源と前記コリメートレンズの間に平行平板を傾斜して挟むか、前記コリメートレンズを光軸に対して傾斜させることを特徴とする請求項９に記載の光ディスク装置。
- 放射光源と、コリメートレンズと、少なくともα面、β面の２つの研磨された平面を持つ第一のプリズムと、少なくともＡ面、Ｂ面、Ｃ面の３つの研磨された平面を持つ第二のプリズムと、対物レンズからなり、前記第一のプリズムと第二のプリズムは互いに異なる屈折率を有し、それらはβ面とＡ面の間で接合されており、前記放射光源を出射する光は前記コリメートレンズにより集光され、前記第一のプリズムのα面に入射してこれを屈折し（入射角φ、屈折角ψ）、β面すなわち第二のプリズムのＡ面に入射してこれを屈折し（入射角φ′、屈折角ψ′）、前記Ｂ面に入射してこれを反射し、前記Ｃ面に入射してこれを反射し、再度前記Ｂ面に入射してこれを屈折し（入射角φ”、屈折角ψ”）、前記対物レンズを経て光ディスク信号面上に収束することを特徴とする光ディスク装置。
- 前記入射角φ、屈折角ψ、及び入射角φ′、屈折角ψ′さらに入射角φ”、屈折角ψ”の間にcosψcosψ′cosψ”＝cosφcosφ′cosφ”の関係が｜cosψcosψ′cosψ”−cosφcosφ′cosφ”｜＜０．１の誤差範囲で成り立ち、前記α面、Ａ面、Ｂ面での各屈折面（入射光軸と屈折光軸を含む面）が平行又は一致し、α面、Ｂ面での各屈折面に於ける屈折方向が互いに反対になる（一方が右回りであれば他方は左回りになる）ことを特徴とする請求項１１に記載の光ディスク装置。
- 前記第１のプリズムのα面への入射光が平行光でなく、入射角φがゼロでない場合、前記放射光源と前記コリメートレンズの間に平行平板を傾斜して挟むか、前記コリメートレンズを光軸に対して傾斜させることを特徴とする請求項１２に記載の光ディスク装置。
- 前記α面での入射光軸と前記Ｂ面での屈折光軸が直交することを特徴とする請求項１１に記載の光ディスク装置。
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