JPH01120505A - ビーム変換装置 - 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、光ディスク等の光学的情報記録再生装置に使
用されるビーム変換装置に関する。

〔従来の技術〕

光ディスク等の光学的情報記録再生装置においては、そ
の情報記録媒体に光学的情報としてビット状の凹凸或い
は濃淡を設け、これらのビットにレーザ光を照射し、そ
の反射光の強度変化から光学的情報の読み取りを行なっ
ている。

−船釣な光学的情報記録再生装置の構造を第４図に示す
。

図において、半導体レーザ１を出た発散光は、コリメー
トレンズ２で平行光に変換され、このコリメートレンズ
２を出た光は、偏光ビームスプリッタ３及び１７４波長
板４を通過した後に対物レンズ５により光デイスク６上
に微小なスポットとして収束される。この光デイスク６
上で反射した光は、１７４波長板４及び偏光ビームスプ
リッタ３により分離され、光検出器７上に収束され、情
報信号として使用される。

上述の光学的情報記録再生装置における読み取りの光源
には、一般にダブル・ヘテロ接合レーザ等の半導体レー
ザが使用されているが、第５図に示すように、この半導
体レーザ１は、通常そのファーフィールドパターン、す
なわち、ビーム断面の光強度分布８が楕円形であるため
、コリメートレンズ２で平行光に変換された後も、その
ビーム断面の光強度分布８は楕円形を維持し、そのため
、対物レンズ５の収束スポットの光強度分布８も真円形
にならず、正確に情報を記録再生できないという欠点が
あった。

従来、この問題を解決するために、第６図に示されるよ
うに１個の三角プリズム９の一面を入射面とし他面を出
射面として使用したビーム変換装置が提案されている。

このビーム変換装置によれば、レーザ光に対して紙面に
平行な面内のみの倍率を与えることができるので、ビー
ム断面の光強度分布８を楕円形から真円に変換すること
ができる。このプリズムを１個使う光学系では、光強度
分布の変換は可能であるが、光軸が折れ曲がり、入射軸
と出射軸が一致しない。しかし、ビーム変換装置を光学
的情報記録再生装置の光ヘッド等に使用する場合には、
光軸の方向が一致していないと、光学系の設計が困難と
なったり部品の配置の制限が多くなり不都合である。

そこで、第７図に示されるように、２個の三角プリズム
９ａ、　９ｂを逆向きに配置し、各三角プリズム９ａ、
　９ｂにより光路を互いに反対側に折り曲げるようにし
たビーム変換装置も提案されている。このビーム変換装
置によれば、光路が二回折り曲げられるため入射軸と出
射軸は平行になる。但し、入射軸と出射軸は一致しない
。

更に、第８図に示されるように、２個のシリンドリカル
レンズ１０ａ、　１０ｂを直交して配置し、各シリンド
リカルレンズｌＱａ、　１０ｂの倍率を変えることによ
りビーム断面の光強度分布８を任意に制御できるように
したビーム変換装置も提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第７図のプリズムを２個使う光学系では光軸は平行とな
るが、依然、入射軸と出射軸は一致しない。また、第７
図に示す例では、プリズムが２個必要となるため、装置
が大型化し重量も重くなる。

このため、光学的情報記録再生装置の光ヘッド等に適用
することが困難であった。

このような、光ヘッド等に使用する場合、光軸が折れ曲
がったり、ずれたりしない第８図の光学系が最も適して
いるが、このようにシリンドリカルレンズ１０ａ、　１
０ｂを２枚用いた光学系では、光学的情報記録再生用の
スポットを小さく収束させるために、波面収差を小さく
しなければならず、この収差を押さえるための調整が非
常に厳しくなるという不都合が生じる。これは、シリン
ドリカルレンズを使用した場合、光軸とレンズの中心ず
れやレンズの傾きによる影響が、球面レンズに比べて大
きいためである。

また、調整が容易な第６図、第７図に示されるビーム変
換装置では、上述のように光軸が折れ曲がったり、ずれ
たりして光ヘッド等には適さない。

本発明は、上述の問題点を解決するために案出されたも
のであって、プリズムでの屈折と反射を利用することに
より、調整が容易で、しかも光軸の折れ曲がりやずれを
生じないビーム変換装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のビーム変換装置は、その目的を達成するために
、レーザ光が入射して屈折する入射面と、屈折後のレー
ザ光を反射する反射面と、反射後のレーザ光を屈折して
出射する出射面とを有し、前記レーザ光の断面の光強度
分布を変換するプリズムを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、プリズムに入射したビーム光は、プ
リズムの入射面で屈折した後、プリズム内の反射面で反
射され、最後に出射面から屈折して出射する。このとき
、プリズムの屈折率、レーデ光の入射点、入射角１反射
点、出射点、出射角。

入射面と出射面とのなす角、入射面と反射面とのなす角
を一定の条件を満たすように設定することにより、入射
光と反射光の光軸が一致したものとなる。また、反射面
としては、プリズム内の全反射を使用すれば、光量の損
失を防止することもできる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら実施例に基づいて本発明の特
徴を具体的に説明する。

第１図は、本発明実施例のビーム変換装置の構成図であ
る。

図において、１１は屈折率ｎの三角プリズムを示してお
り、このプリズム１１は、レーザ光ａが入射して屈折す
るプリズム面１１ａ、屈折後のレーザ光すを反射するプ
リズム面１１ｂ及び反射後のレーザ光Ｃを屈折してレー
ザ光ｄとして出射するプリズム面１１Ｃを備えている。

プリズム１１において、プリズム面１１ａとｌｌｃのな
す角をα、プリズム面１１ａとｌｌｂのなす角をβとす
れば、入射光となるレーザ光ａはプリズム面１１ａ上の
点Ａに入射角θ目で入射し、屈折角θｌ、で屈折したレ
ーザ光すはプリズム面１１１１上の点已に入射角θ２で
入射し、反射角θ２で反射したレーザ光Ｃはプリズム面
１１ｃ上の点Ｃに入射角θ５．で入射して屈折し、レー
ザ光ｄは出射角θ３１の出射光となる。

次に、入射光と出射光とが平行になる条件を第１図を参
照して説明する。

図において、スネルの法則より（ｎは屈折率）ｓｉｎ　
　θ＋＋＝ｎＳ！ｎθ＋ｒ””（１）ｓｉｎ　　θ３□
＝ｎｓｌｎ０３ｒ・・・（２）故に、 θ＋ｒ　＝ｓｉｎ−’　　（ｓｉｎ　　　θ、、／ｎ）
　　　・・−（３）θ３ｒ　＝ｓｉｎ−’　（ｓｉｎ　
　θ３．／ｎ）・・・（４）また、 θ２＝β＋θ１ｒ　　　　　　　　・・・〔５）π−（
α＋β）＝０２−０３ｒ　　・・・（６）であるから式
（５）と（６）よりθ２を消去してα＋２β＋（θ１ｒ
−θ３．）＝π・・・（７）ところで θ３１＝α−θ、１　　　　　　　・・・（８）である
から、式（７）へ式（３）、　（４１，（８）を代入す
るととなる。

すなわち、第１図のプリズム１１において、パラメータ
α、β、ｎと入射光の入射角θ、Ｉを与えたとき、この
式（９）を満たすことが、入射光と出射光が平行になる
条件である。

次に、入射光と出射光の光軸が一致するための条件を求
める。

点Ａ、Ｃの座標をそれぞれ、Ａ　（０，０＞、　Ｃ（Ｌ
、０）とし、点Ｂの座標（ｘｏ、ｙａ）を求める。

レーザ光すとＣの方程式は、それぞれ ｙ＝ｔａｎ（θ１．−θＩｒ）Ｘ　　　　　　　・・・
α１ｙ　＝−ｔａｎ（θ３１−θ３ｒ）（Ｘ−Ｌ）・・
・ＯＤであり、これより点Ｂ（Ｘｏ、ｙｏ）は・・・α
の 但し、 θ３Ｉ：α−θ目 となり、この点Ｂ　（ｘｏ、ｙｏ）　　がプリズム面１
１ｂ上に存在することが、入射光と出射光の光軸が一致
して、ずれないための条件である。

また、第２図に示されるように、プリズム面１１ａに入
射した幅がＷＩ　のビーム光Ｐは、プリズム１１により
幅方向に拡大され、プリズム面１１Ｃから出射するビー
ム光Ｐの幅はＷ２　となる。

このときのビーム変換の倍率は、次のようになる。

ＣＯＳθ、、’ｃｏｓθ３１ ＣＯ２Ｏ３，・ＣＯ５θ目 ・　・　・Ｏつ 次に、第１図における実施例を示す。

図において、プリズム１１の屈折率ｎ＝１．５．プリズ
ム面１１ａとｌｌｃのなす角α＝１０５°、同１１ａ　
六ｌｌｂのなす角β＝２７．２°、レーザ光ａがプリズ
ム面１１ａ上の点Ａにθ、１＝７５°で入射したとすれ
ば、θ、ｒ＝４０．１”で屈折した後、プリズム面１１
ｂ上の点Ｂにθ、　＝６７．３’で入射し、ここで反射
した後、プリズム面１１ｃ上の点Ｃに、θ、、＝１９．
５°で入射し、θ３＋＝３０°でレーザ光ｄは、入射光
と平行な出射光となり出射していく。

ここで、 ５ｉｒｒ’（１／ｎ）　　　−５ｉｎ−’（１／１．５
）＝４１．８°　＜６７．３゜であるので、プリズム面
１１ａ上の点Ｂでは全反射をする。

また、点へと点Ｃとの距離りを８６．２（相対値）とす
ると、式（２）より、点Ｂと直線ＡＣまでの距離は１２
．６となる。

この実施例では一方向のみビームを拡大するが、その倍
率は式［Ｆ］より２．７２倍であり、また光の逆行の原
理より、光路を逆にとればその倍率は０．３９３倍であ
る。

すなわち、上記のように、本実施例にふいては一方向の
みビームを拡大、縮小してビーム形状を円形に変換でき
るので、光ヘッドのみならず、レーザビームプリンタ、
スキャナ等のビーム変換装置にも用いることができる。

また、反射面を二つ以上持たせることによって、ビーム
変換装置の性能を大幅に向上させることもできる。

第３図は反射を二回利用した六角プリズムの一例であり
、コリメートレンズ２（第４図参照）で平行光に変換さ
れたレーザ光ｅは、プリズム１２上の点りで入射した後
、点Ｅ、Ｆで反射し、点Ｇでレーザ光ｆは入射光と光軸
が一致する出射光となり出射していく。

このように、反射面を二つ以上とした場合、設計の自由
度が高くなるため、拡大、縮小の倍率を大きくとること
ができる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、１個のプリ
ズムによりビーム光の屈折及び反射を行わせている。そ
して、このプリズムにおける光学条件を所定のものとす
ることにより、入射光と平行でかつ、軸ずれのない出射
光を簡単な構成で得ることができる。したがって、本発
明のビーム変換装置を使用して光学的情報記録再生用の
スポットを小さく収束させるための波面収差を小さ（す
る調整を行うとき、対物レンズに入射する光束の軸の調
整を正確且つ容易に行うことができる。しかも、プリズ
ムは１個のみであるので、小型軽量化、低コスト化も実
現できる。

また、プリズムにおける反射として全反射を利用すれば
、別途反射膜等を形成することなく能率よく光を反射さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

軍１図は本発明実施例のビーム変換装置を示す図であり
、第２図はビーム変換の状態を示す説明図、第３図は本
発明の他の実施例である反射を二回利用したビーム変換
装置を示す図、第４図は一般的な光学的情報記録再生装
置の構成図、第５図は半導体レーザのファーフィールド
パターンを示す図、第６図から第８図までは従来のビー
ム変換装置の構成図である。 ■＝半導体レーザ　　　　　２；コリメートレンズ３：
偏光ビームスプリッタ　４：ｌ／４波長板５：対物レン
ズ　　　　　　６二光ディスク７：光検出器　　　　　
　　８：光強度分布９、９ａ、　９ｂ、　１１．１２　
ニブリズムｌＱａ、　１０１］　’シリンドリカルレン
ズａ−ｆ：レーザ光 特許出願人　　　　富士ゼロックス株式会社代　　理　
　人　　　　　　小　　堀　　　益　（ほか２名）第１
図 第３図 Ｎ４図 第　５　図 第　６　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光が入射して屈折する入射面と、屈折後のレ
   ーザ光を反射する反射面と、反射後のレーザ光を屈折し
   て出射する出射面とを有し、前記レーザ光の断面の光強
   度分布を変換するプリズムを備えたことを特徴とするビ
   ーム変換装置。 ２、前記プリズムが三角プリズムであり、次式を満足す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のビー
   ム変換装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、 θ＿１＿ｉ：入射角 θ＿３＿ｉ：出射角 ｎ：プリズムの屈折率 ▲数式、化学式、表等があります▼ α：入射面と出射面とのなす角 β：入射面と反射面とのなす角 ｘ＿０：反射点のｘ成分 ｙ＿０：反射点のｙ成分 ３、前記プリズムにおける反射として、全反射を利用し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に
   記載のビーム変換装置。