JPH01152401A - 光像回転装置 - 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】 本発明は例えば多チヤンネル光学的記録装置に使用する
ための光像回転子に関する。

偏光読取り光学系を利用した多チヤンネル光テープ記録
装置がヨ・、−ロソバ特許出願第０２６３６５６号およ
び英国特許出願第８７２０９２４号に開示されている。

その装置では、光像回転子は円偏波入射光ビームと反射
光ビームの通路内に配置されている。上記ヨーロッパ特
許出願に開示された回転子の好ましい実施例は修正され
た形式のビー・ブロック（Ｖｅｅ−ｂｌｏｃｋ）７．　
　またはナソ、へ（Ａ　ｂｂｅ）回転子であり、この回
転子内の反射のその回転子を通過する光に対する偏光作
用が比較的小さいように、わずかに３つの金属化反射面
を有するにすぎず、内部全反射面を有していない。円偏
波光に使用するのに光学的に通した回転子は多いが、そ
れらは一般に、回転軸線に関して非対称であり、従って
高速で回転すると、動的な機械的不平衡を受けるという
難点がある。

さらに、良好な光学的性能を得るためには、回転軸線を
中心としたビー・ブロックまたはアノへ回転子の最小外
接直径が光入口開孔の幅の少なくとも２倍でなければな
らないが、このように大きい外接直径はコンパクトな光
学系が必要とされる場合には不利となりうる。

これとは対照的に、ペチャン（Ｐ　ｅｃｈａｎ）回転子
は回転軸線に関して対称であるから、光入口開孔に対し
て最小外接直径が相当に小さくても満足に使用しうる。

従って、ペチャン回転子は、ビー・ブロック回転子やア
ツベ回転子よりも機械的に好ましい。しかし、ペチャン
回転子は光通路内に５つの反射面を有し、それらのうち
の３つは全反射性（ＴＩＲ，）のものであり、このよう
に反射回数が多いために、入射円偏波光ビームに望まし
くない偏光作用を及ぼし、偏光再生光学系を具備した光
学的記録装置で用いられた場合には望ましくない周期性
の振幅変調を生ずることになる。

本発明の目的は偏光光学系に使用するのに特に適した改
良された光像回転子を提供することである。

本発明によれば、光像回転子の１つ以上の面が、光ビー
ムの入力と出力との間に回転子の予め定められた偏光効
果を発生する層状偏光手段を有する。

好ましくは、上記偏光手段は、例えば酸化ケイ素または
フン化マグネシウムよりなる゛光透過性の薄膜の複数の
層よりなる。

上記予め定められた偏光効果は回転子に入力される光ビ
ームとそれから出力されるビームとの間のｐおよびＳか
ら偏光成分間に１８０６の全位相遅延を与えるものであ
りうる。他の予め定められた偏光効果は０″、９０″ま
たは２７０６の遅延を与えるものでありうる。

本発明は、−見したところでは偏光光学系に関係してい
るとは見えない光学系に適用することができかつ有利に
使用しうる。従って、例えば、レーザは本質的に偏光し
た光を発生するので、レーザを使用しかつ回転子を必要
とする任意の光学系は本発明を適用しなければ偏光効果
を受けるであろう。

以下図面を参照して本発明の実施例につき説明しよう。

第１図を参照すると、ペチャン回転子が軸線ＸＸ′のま
わりで対称的に回転し、かつ上記ヨーロッパ特許出願お
よび英国特許出願に記載されているようにモータで駆動
される中空軸（図示せず）に通常固定される。この光通
路回転子は、例えば［オプティックス・アンド・レーザ
・チクノロシイＪ　（Ｏｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｌａ５ｅ
ｒ　Ｔｅｃｈｒ＋＋ｊｌｏｇｙ）　１９７２年８月号、
第１７５〜１８８頁におけるデイ・ダブリュウ・スイッ
ト（Ｄ、　Ｗ、　５ｗ１ｆｔ）による「像回転装置〜比
較研究」という論文に開示されているような従来のペチ
ャン回転子の幾何学形状を有している。この回転子は、
接合対角平面ＦＥおよびＨＧ間に小さい空隙を保持して
互いにしっかりと固定された２個のプリズムＡＢＣＥＦ
およびＨＧＤを具備している。光入口および出口面ＡＢ
およびＤＣはそれぞれ断面が正方形で、かつ回転軸線Ｘ
Ｘ′に対して直交関係にあり、そして円形の入口開孔（
図示せず）は辺ＡＢの長さに等しいかあるいはそれより
小さい直径を有している。

軸線方向の光ビームＱＱ’と平行で非軸線方向の光ビー
ムＰＰ’の通路は両方とも表面ＦＥ、ＤＣおよびＨＧで
全反射（Ｔ　Ｉ　Ｒ）を受ける。上下の平面ＨＤ、ＢＣ
は各光ビームの通路に２回の鏡面反射を与えるために１
、例えば蒸着された銀で金属化されている。各ビームに
対する反射の全回数は５回であり、これは奇数であるか
ら、固定した物体源ＰＱのＰ’Ｑ’のような像は回転子
の回転速度の２倍で軸線ＸＸ′のまわりで回転するであ
ろう。

上記プリズムの幾何学形状は、光ビームが、領域■への
通常の入射の場合に、対面した平行面ＦＢ、ＨＧ間の空
隙を横切るようになされている。対面した面ＦＥ、ＨＧ
は軸線ｘｘ’に対して４５°傾斜しており、金属化され
た面はその軸線に対して±２２．５°傾斜している。こ
れらのプリズムは通常１．７６のオーダの屈折率を有す
る光学ガラスよりなり、この場合、全反射のための入射
臨界角は実質的に３５６である。光は３つの面ＦＥ、Ｇ
ＨおよびＤＧに４５°で入射し、４５°の入射角で全反
射され、他方、２つの金属化された面ＨＤ、ＢＣに対し
ては２２．５’で入射し、鏡面反射される。

光の全反射には入射光の偏光の状態を乱す顕著な偏光変
化と位相遅延が通常伴い、そして金属化鏡面反射も同様
の効果を呈するがその程度が小さいことは公知である。

５回の反射の全偏光効果は、偏光が動する必要がある場
合には、従来のペチャン回転子では許容できない程度に
大となりやすい。

本発明のこの実施例では、多層の透光性薄膜が、回転子
を透過した光のｐおよびＳ偏光成分間に実質的に１８０
°の全位相遅延が生ずるような制御された態様でその回
転子の光反射面のうちの１つ以上に被着される。

回転子が光学的に半波長板として作用しうるように、０
°遅延ではなくて１８０６の遅延が選択される。半波長
板は、回転されると、入射偏光の回転平面を回転させる
ことが知られており、光学回転子が１８０°の全位相遅
延を有する場合には、入射光の偏光は、ゼロ遅延の場合
と同様に、静止しているのではなくて像と一緒に回転す
るであろう。

Ｎ域Ｉにおける対角線方向に傾斜した面ＦＢおよびＨＧ
を横切る光通路は垂直入射を有し、かつこれらの面は両
方とも、５回の反射すべてにおける全位相遅延が実質的
に１８０°であるとする拘束を維持して、垂直入射にお
いて非反射性である被覆を設けられることが望ましい。

ペチャン・プリズムでは、そのプリズムの本来の偏光効
果は、全反射面Ｆ、Ｅ、Ｇ、Ｈ，ｔｌＪよびＤＥのそれ
ぞれに３つの実質的に同一の多層被覆を添着し、２つの
金属化された面には被覆を添着しないことによって、補
正されうる。全１８０’位相遅延に関連した５つの反射
面によって導入される偏光効果の望ましい補正と、各面
ＦＢおよびＨＧに対する垂直入射における非反射特性は
、実質的に次の層特性を有する多層被覆を３つのガラス
表面ＦＥ、ＨＧおよびＤＧのそれぞれに添着することに
よって実現されうる。

＝１−　　　Ｉ■工入　　ｌ■皿版率 １　　　　λ／４　　　　１．８６ ２　　　　λ／２　　　　１．７６ ３　　　　λ／４　　　　１．５０ ４　　　　λ／４　　　　１．６２ ５　　　　λ／４　　　　１．５１ λはその層を通過する光の波長であり、かつこれらの層
に対する屈折率の数字は１．７６のガラス屈折率に該当
する。この規定された特徴により、最適の平坦角度レス
ポンス特性を有する被覆が設けられ、すなわち、所要の
光学的基準は公称角度に対してだけではなく、比較的広
い許容範囲（数置のオーダ）に対しても満足される。こ
の規定された特徴を適当に変更することによって、公称
角度における要件を満足したままで、平坦角度レスポン
ス特性の変化が容易に実現されることが明らかである。

波長範囲または角度範囲に対する最適化と、位相レスポ
ンスにおいて許容しうる変化の程度と、系の光透過と、
多層フィルムの全体の厚さとの間には、トレードオフ（
ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）またはウェイトづけ（ｗｅｉｇｈ
ｔｉｎｇ）が存在している。屈折率を変化させることに
加えて、非反射特性を犠牲にして非１／４波長層を用い
てもよい。

異なる被覆が用いられる場合には、各表面から平坦角度
レスポンス特性を得て、系内における角度的な不整列を
考慮することができる。さらに、変数の数が多ければ多
いほど、それだけ望ましい被覆を設計することができる
ようになしうる。

第２図はこのような被覆をペチャン・プリズムに対する
反射率と位相遅延を、入口面ＡＢに対する入来光ビーム
の入射角に対してプロットした場合の典型的な例を示し
ている。垂直入射では、位相遅延は実質的に１８０”で
あり、かつ全体の反射率は非常に低いことがわかる。

本発明は波長λの単色光に対して厳密に該当し、かつ波
長が変化すれば、理論的には膜厚がそれに比例して変化
するはずであることが理解されるであろう。しかし、実
際には、一定の膜厚に対しては１０％のオーダまでの変
化が、理想的な反射率および位相レスポンスからの許容
できないずれを生じさせることがなく、一般に許容しう
る。このようにして、偏光読取り光学系を有する二重波
長多ビーム光学的記録装置に使用するためのペチャン回
転子は、書き込みおよび読取りビーム波長が１０％のオ
ーダより大きく異なっていなければ、満足しうるであろ
う。

上記多重層は蒸着やスパッタのような方法によって被着
されうるものであり、それらの厚さを制御する方法は公
知である。上記膜は実質的に上述した屈折率を有する・
公知の物質から選択されうる。

一般に光学的記録装置において使用されているような７
００〜８００ｎｍのオーダの波長に対しては、膜はＳｉ
Ｏｘという一般式（ただしＸは１〜２の範囲）を有する
ケイ素酸化物で作成されうる。

５つの膜のそれぞれはＳｉＯ発生源から順次蒸着され、
蒸着室に変化する量の酸素を導入することによづて所要
の屈折率が得られる。

本発明の上記実施例が唯一の解決策ではなく、膜厚、層
数、屈折率については他の値が全半波長位相遅延を与え
るように最適化されうろことが当業者には明らかであろ
う。他の解決策も当業者にによって理論的に得られるか
あるいは実験的に最適化されうる。例えば、被覆は全反
射面の′それぞれについて同一である必要はなく、また
他の実施例では、一方のまたは両方の金属化面あるいは
入口および出口面に適当に最適化された被覆を設けろる
。　　　　　　　へ 層の材料および厚味を適当に選択することによって、他
の債の遅延が実現されうる。

さらに、本発明はペチャン回転子に限定されない。ドー
プ（Ｄ　ｏｖｅ）、シュミット（Ｓ　ｃｈｍｉ　ｔｔ）
、ビー・ブロック（Ｖ　ｅｅ−ｂｌｏｃｋ）またはアツ
ベ（Ａ　ｂｂｅ）型のよう・な他の光回転子が同様のａ
様で、すなわち好ましくは適当な反射防止特性に関連し
て、全１８０＠位相遅延を与えるために適当に最適化さ
れた多層膜を１以上の反射面に添着することによって修
正されうる。

本発明の用途は光学的記録装置に限定されるものではな
いことも当業者には明らかであろう。本発明は固定した
物体源の像を１つの軸線のまわりで回転させる必要があ
りかつ入射光ビームに存在する任意の偏光状態がその像
と一緒に回転するのが有利である任意の光学系において
適当に用いられうる。

この明細書で用いられている「光学」および・「光」と
いう用語は可視光に限定されるものではなく、本発明に
関する限り、可視光と同様に処理されうる例えば赤外線
の゛ような他の形式の゛電磁波をも含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はペチャン光回転子の側面図、第２図は本発明に
よるペチャン光回転子の反射率および位相遅延特性を示
すグラフである。 図面において、ＸＸ′は回転子の回転軸線、ＡＢＣＥＦ
、ＨＧＤはプリズム、ＦＥ、ＨＧは接合対角線平面、Ａ
Ｂ−ＤＣは光入口および出口面、ＱＱ’は軸線方向の光
ビーム、ＰＰ’は平行な非軸線方向の光ビーム、Ｐ’Ｑ
’は像、ＰＱは物体源、ＨＤ、ＢＣは金属化された面を
それぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力面と、この入力面を通じて入って来た光を反射
   させる複数の反射面と、出力面を具備し、前記反射面の
   うちの少なくとも１つが層状偏光物質を担持しており、
   前記層状偏光物質は光が前記入力面から入りそして前記
   出力表面から出る間に予め定められた偏光効果を与える
   ようになされており、全体として回転されうる光像回転
   装置。 ２、前記層状偏光物質が透光性薄膜の複数の層よりなる
   請求項１の装置。 ３、前記膜がケイ素酸化物よりなる請求項２の装置。 ４、前記予め定められた偏光効果は前記光のｐおよびｓ
   偏光成分間における実質的に１８０°の全位相遅延より
   なる請求項１〜３のうちの１つに記載された装置。 ５、前記入力および出力面が、前記装置がそのまわりで
   回転されうる軸線に対して実質的に直交関係に配置され
   た請求項１〜４のうちの１つに記載された装置。 ６、前記光の全反射が前記層状偏光物質を担持した面ま
   たは前記面のうちの少なくとも１つで生ずる請求項１〜
   ５のうちの１つに記載された装置。 ７、ペチャン回転子を具備した請求項１〜６のうちの１
   つに記載された装置。 ８、前記回転子は空隙によって分離された第１および第
   ２のプリズムよりなり、かつ前記入力面を通じて入る光
   が前記出力面から出る前に全部で５回の反射を受けるよ
   うな構成となされている請求項７の装置。 ９、前記反射が交互の全反射および鏡面反射より、２つ
   の離間したプリズム面に対する実質的に垂直の入射でプ
   リズム間の空隙を通じて変更が生ずる請求項８の装置。 １０、全反射が発生する前記プリズムの３つの表面すべ
   てが偏光物質の各層を担持している請求項９の装置。 １１、回転されるべき光の公称波長がλであり、装置の
   屈折率が１．７６であり、層状偏光物質を担持した面に
   その物質の５つの層が、 ▲数式、化学式、表等があります▼ のように設けられている請求項１〜１０のうちの１つに
   記載された装置。