JPH0336504A

JPH0336504A - 光路偏向装置

Info

Publication number: JPH0336504A
Application number: JP1169840A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Takagi; 正明高木
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1991-02-18

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、例えば光ピツクアップ装置等において光路を
所望の方向に偏向させるための光路偏向装置に関し、特
に、この偏向における偏光成分の位相差の解消の改良に
関する。

【従来の技術］例えば、光ピツクアップ装置等はトラッキングサーボ等
を高精度に行なう必要があるために、内部に使われる部
品は小型、且つ高性能であることが望ましい。この部品
の中で波長板や光路偏向器等は重要な役割をもつ。

第９図は、従来の光磁気ディスクのための光ピツクアッ
プ装置における光学素子の配列及び光路な示した。これ
により、光路偏向器や波長板の役割が理解される。

第９図において、半導体レーザ１から発振したビームは
コリメートレンズ２により平行ビームとされ、無位相ビ
ームスプリッタ（以下、ビームスプリッタをＢＳと略す
）３に入射する。この入射ビームは反射面３ａでは一部
しか反射されず、はとんどはそのまま通過して無位相ミ
ラー４で反射され、対物レンズ６により光ディスク（不
図示）盤面状に集光される。ディスク面で反射したビー
ムは再び対物レンズ６により平行ビームとされ、ミラー
４により反射され、ＢＳ３の反射面３ａで反射されて、
尾液長板８により偏光面を４５度回転される。この偏光
光は集光レンズを通って偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ
）１０に入射する。ＰＢＳＩＯ内では、偏向光のＰ成分
とＳ成分とが偏光面１０ａで各々分波され、夫々が受光
素子ｌｌ、１２に集光される。

【発明が解決しようとする課題１第９図のような光ピツクアップ装置においては、光デイ
スク装置の薄型化のために、同図に示したような、ビー
ムを直角に曲げる偏向ミラー４が必要になる。さて、光
ピツクアップ等における偏向器は、それが用いられる光
ピツクアップ装置の性質上、反射面で位相差が表われな
いことが望ましい。特に、第９図の例のようなカー効果
を使った光磁気ディスクでは、カー角が小さいために、
ディスク盤面に入射する時点で既に位相差が表われてい
たのでは、ＢＳ３の反射面３ａにおける反射光に予測で
きない誤差が表われてしまうからである。

従来の無位相ミラーでは、全反射による無位相性を確保
するために、あるいは位相差を小さくするために、多層
膜の蒸着を施していたので、コスト的に高価なものとな
っていた。また、この多層膜蒸着により、発生する位相
差は入射角依存性や波長依存性も大きなものとなってし
まっている。

換言すれば、入射角や用いるビームの波長によっては、
発生する位相差が無視できないほどの量となるというこ
とである。

そこで、本発明では、多層膜蒸着等の技術を使わなくと
も位相差の発生を抑えることができ、しかも波長依存性
や入射角依存性もないような光路偏向器を提案するもの
である。

〔課題を達成するための手段及び作用］上記課題を達成
するための本発明の構成は、直交するＸＹＺ空間で、Ｘ
方向に進行する光ビームをＺ方向に偏向する光路偏向装
置において、該装置は所定の第１の屈折率を有する雰囲
気中に置かれた所定の第２の屈折率を有する透明媒体か
ら構成されると共に、光路上にビームを全反射させる少
なくとも２つの第１．第２の反射面を有し、この第１の
反射面は、Ｘ軸に沿って進行し上記第１の反射面に入射
する入射ビームに対し、この入射ビームがＸＹ平面内で
全反射されてから、この反射光が第２の反射面に向かう
ような角度で設定され、第２の反射面は、第１の反射面
で反射された光ビームに対して、この光ビームがこの第
２の反射面によりＺ軸方向に全反射されるような角度で
設定されていることを特徴とする。

［実施例］以下添付図面を参照して、本発明を、光磁気ディスクの
ピックアップ装置に適用した実施例について説明する。

第１図は、このピックアップ装置の光学素子及び光路を
示す内部透視図であり、第９図と同じ構成要素には同じ
番号を付しである。第９図の従来例と実質的に異なる部
分は無位相光路偏向器（２１と２２）と、％波長板２３
であり、その他の要素は実質的に異なるところはない。

く無位相光路偏向器〉光磁気ディスク装置のピックアップ装置の無位相光路偏
向器として要求される要件は、■二薄型であること、即
ち、レーザダイオードから発振された光ビームはディス
ク面に対して平行であるので、この偏向器により、ディ
スク面に対し光ビームが直角に当たるように偏向される
こと。

■：この偏向器によっては、光ビームの断面スポット形
状が変形されないこと。通常、レーザダイオードｌから
のレーザビームはプリズム２０の入射面２０ａにより真
円補正されている。従って。

この真円形状のビームが変形を受けることは、トラッキ
ング性能等に影響を与えるからである。

■、■の要請に応えるために、この実施例の光路偏向器
は、第１図に示すように、プリズム２１と２２とから構
成されている。後に詳しく説明するように、Ｘ方向の光
ビームはプリズム２１によりＹ方向に偏向され、更に、
プリズム２２により２方向に偏向される。２度の偏向は
、プリズムの壁面による全反射により実現される。この
２回の全反射により、位相差がゼロとなり、しかも入射
角や波長に依存しないように、極小化することが可能と
なる。また、２回の偏向は全て直角方向の偏向であるた
めに、ビームスポット形状は変形を受けることはない、
また、第９図の従来例に比して一回数が増えた本実施例
における全反射はＸＹ平面に平行に、換言すれば、ディ
スク面に平行になされるので、ピックアップ装置の小型
化は明知されることはない。

第３図に偏向器の３面図を示す。（ａ）はＺ方向から見
た平面図、（ｂ）はＸ方向から見た正面図、（ｃ）はＹ
方向から見た側面図である。

偏向器は真円補正のためのプリズム２０と、Ｙ方向へ偏
向するためのプリズム２１と、Ｚ方向へ偏向するための
プリズム２２からなる。尚、プリズム２０は、真円補正
するためにあるのであるから、偏向器にとっては本質的
な要素ではない。

プリズム２０の入射面２０ａには無反射コーティングが
施されている。プリズム２０とプリズム２１との接合面
は入射角は４５度であって、レーザダイオード１からの
入射ビームのＰ成分はほとんど透過させるが、ディスク
板からの反射光は、カー角だけ偏向した分だけ、その接
合面でＣ方向（第２図）に反射するようになっている。

このＣ方向は第１図で波長板２３の入射面の方向である
。プリズム２１は台形形状をしており、第２図（ａ）に
示すように、その底角は各々４５度である。従って、プ
リズム２０と２工とを、接合面２ｏｂで合せると、面２
１ａは光路に対し４５度傾き、即ち、入射角が４５度に
なる。この結果、Ｘ方向から進んできた光ビームは面２
１ａで、Ｘ方向に直交するＹ方向に反射される。

プリズム２２はＸ方向からみた形状が直角三角形をして
おり、その底角は各々４５度である。プリズム２１と２
２とを接合面２１ｂで合せると、反射面２１ａで反射さ
れた光ビームに対し、４５度の入射角を有するように配
置され、その結果、この光ビームはＸＹ両方向に直交す
るＺ軸方向、即ち、ディスク面に垂直な方向（第２図の
（ｃ）も参照）に偏向される。

プリズム２１．２２において、光ビームの位相差がどの
ようになり、この実施例では、これをどのように制御し
ているかを説明する。

第２図において、面２ｔａ、２２ａで光ビームが全反射
するとき、面２１ａでのＰ偏光成分は、面２２ａでＳ偏
光成分となる。同様に、面２１ａでのＳ偏光成分は面２
２ａでＰ偏光成分となる。

従って、面２１ａでＰ偏光とＳ偏光で、δ度の位相差が
生じても、面２２ａにおいては、Ｐ、Ｓ偏光が逆になる
ので、−δ度の位相差となり、結果的に面２１ａ、２２
ａによる全反射では、位相差はゼロになる。

しかし、結果的にゼロになるといっても、これはプリズ
ム２１．２２に光ビームが理想的に４５度の角度で入力
された場合にのみ言えることである。もし、４５度で入
射しなかったビームがあれば、そのビームの２回の全反
射での合計の位相差はゼロにならなくなり、結果的にピ
ックアップ装置の性能を劣化させる原因となる。

この点を定量的に以下考察する。全反射による位相差δ
は、一般的に入射角θ３．比屈折率ｎＤ（添字のＤは波
長板の屈折率の区別し易いように付けた）に依存する性
質をもち、・・・・・・　（１）で表わされる。ここで、比屈折率ｎｏは、外部媒体の屈
折率を０１とし、光学系の媒体屈折率をｎｌとすると、で表わされる。

第３図に、比屈折率を色々と変えた（ｎｏ　＝　１　．５．　ｎｏ　＝　１　．６．　
ｎｏ　＝１　．７．　ｎｏ　：’：　ｌ　　、８）とき
の、入射角θ１に対する位相差δの依存性をグラフとし
て示す。例えば、ＢＫ７　（市原光学製）のようなガラ
スを媒体に選ぶと、その屈折率（プリズム外の媒体が空
気であれば、実質的に比屈折率に等しい）はｎｏ＝１．
５１（丸＝　８３０　ｎｍ）なので、入射角４５度のと
きの位相差は、第３図のグラフによれば、δ。＝３８．
６３度となる。ところが、このときの入射角依存性は大きくな
ってしまう。例えばθ、が＋１度（−１度）の変動があ
ると、δは＋２．７度１３　．９度）の変化となる。換
言すれば、入射角を厳密に設定しなければ当初の性能を
得られないことになる。

そこで、位相差δのθムに対する依存性が最小になる条
件を求める。

この条件は、で与えられる。

（ト）式から、ｄδ／ｄθ 、（＝ δ °）は、（４）であたえられる。

ちし、第１図及び第２図に示したまうな、入射角４５度で全反射を２回起こさせるような偏向器に対して、（３）式の条件を適用すれば、て、ｎＤを求めると、ｎＤ　　＝　　１　．７３　２となる。そして、このｎｏ　＝　１　．７３２の媒体か
らなるプリズム２１．２２に対して、４５度の入射角で
入射して２回全反射すると、このときの位相差は、 δ＝６０度となる。そして、入射角θ、を４５度から＋１度（−１
度）ずらすと、位相差δのずれは、−０，１１度（−０
，１３度）となり、この値はほとんど問題とならない程度の量であ
る。位相差のずれが問題となり始める値は△δ＝±２度
程度と中程れている。本実施例の偏向器の性能を立証す
るために、△δ＝±１度のときの、入射角に許されるず
れ量Δθ１を求めてみる。

から、このときの入射角の許容ずれ量△θ、を求めると
、△δ＝±１度に対し、 Δθ１＝＋３度（−２，５度）となり、この程度の変動範囲内に入射角θ、を抑えるこ
とは全く容易である。

さらに、入射角の変動を抑えることの可能な範囲を±２
．５度とし、位相差がピックアップ装置の性能に影響を
与える最小位相差を±２度と考えれば、この条件を満足
するプリズムの媒体の屈折率ｎＤのバリエーションが得
られる。即ち、ｎＤ　＝１　．７３２　（＋０　．１５
から−０，０５の範囲）即ち、ｎＤ　：　１　．８８２乃至１　．７２７の範囲
の媒体であれば可能である。

このような媒体として、以下の表のようなものがある。

表以上が、本実施例の偏向器の構成、動作の説明である。

尚、第２図に示した偏向器は光磁気ディスク装置に用い
られるピックアップ装置の偏向器である。以上説明した
偏向器は、そのようなピックアップ装置に最も合致する
ような目的のために、前述したような条件を課しである
。本発明の偏向器がどのように変形され得るか、どのよ
うに修正され得るかは後に説明することとする。

〈波長板までの光路〉波長板２３について説明する前に、偏向器を出たビーム
が波長板２３に戻るまでを説明する。

偏向器のプリズム２２を出た光ビームはアクチュエータ
５に配置された対物レンズを通り不図示のディスク上に
集光される。このとき、対物レンズ６は、アクチュエー
タ５によりその先軸方向に位置変位されることによりデ
ィスクまでの距離を調整しフォーカシングを行なう。ま
た、レンズ６はディスクの径方向に変位することで、ト
ラッキングを行なう。これらのフォーカシング及びトラ
ッキングは、アクチュエータ５のコイル７が駆動源とな
る。

ディスクより反射したビームは再び対物レンズ６を通っ
て平行ビームに戻り、偏向器に入射する。そして、反射
面２２ａ時反射面２１　Ｂ＝０反射面２０ｂを通って、
波長板２３に入力する。この％波長板２３、発明の詳細
な説明は後に行なうが、この波長板２３により、偏光面
は４５度回転される。波長板２３を出たビームは集光レ
ンズ９を通って、光電素子１１．１２上に集光される。

素子１１．１２に集光されるまでに、光ビームは、偏向
ビームスプリッタＰＢＳ　Ｉ　ＯによりＰ成分とＳ成分
とに分光される。

〈％波長板〉第１図実施例のこの波長板２３の外形を第４図に示す。

この波長板は、ＸＹ平面に垂直な４つの面Ｓｌ−Ｓ４を
外壁面として有する。便宜上、光ビームが最初に入射す
る壁面をＳｔとする。ここで媒体の空気に対する屈折率
ｎＰ　　（ここで、添字のＰは偏向器の屈折率と区別す
るために付けた）＝１５６４とし、Ｓ、とＳ２との成す
角度を７８度とし、Ｓ３とＳ４との成す角度を８６．７２７度とした。また、８つと８３との成す角度及び、Ｓ４とＳ
ｌとの成す角度を共に、９７．６４７度に設定した。また、Ｓｌへの入射角θ１は３９度とした、さらに、Ｓ１〜Ｓ４の各壁面はコーティングし
ないようにした。

このように設定すると、光ビームは、Ｓ、で屈折角 θ、＝２３．７２７度で屈折する。８１面はコーティングされていないので、
この屈折によっては位相差は発生しない。

屈折光は壁面Ｓ２に対し、入射角θ、＝５４　．２７３度で入射する。屈折率１　．５６４の媒体に対する全反射
の起こる臨界角は約３９．７５度であるから、ビームは
Ｓ３面で全反射される。この全反射された光ビームはＳ
、に対して、 θ、＝４３．３６３度で入射する。そして、このＳ８面で同じように全反射さ
れる。

Ｓｌに入射したビームが、Ｓ１面で屈折に）８２面で全
反射中８３面で全反射していく過程での、各角偏向の総
和は簡単な計算により、（θ、−θｚ　）＋　（１８Ｏ−２０３）＋（１８０−
２０４）＝１８０度であるから、８３面での反射光は、８１面への大射光と
平行になる。また、ＳｌとＳ、との交線とＳ、と８４の
交線とを通る平面に関して、Ｓ４はＳ３と面対称、Ｓ、
はＳ２と面対称であるから、Ｓ４では、入射角θ４で全
反射し、Ｓ１面では０１度で全反射し、８２面で０２で
入射し、θ１で射出するようになる。即ち、Ｓ、で波長
板２３に入射した光ビームは、Ｓ２から入射したときと
平行に射出する。波長板への入射光と波長板からの射出
光とが平行であることは、波長板がピックアップ装置等
に用いられたときに、光路を極力−直線に並べるためで
ある。従って、後述するように、この　要請がなければ
、波長板が面対称であることの必要性は薄らぐ。

さて、全反射の過程でのＰ成分とＳ成分との位相差を調
べる。前述したように、Ｓ３面での位相差は無い。Ｓ８
面、Ｓ２面での位相差δ２．δ３は、（１）式を用いる
ことにより、 δｚ　＝４７．８０７度 δｇ＝４２．２０６度となる。従って、Ｓ２叫Ｓｉ　＃Ｓ、＃Ｓ、面での全反
射による位相シフトの総和δ、は、δ３＝（δ２＋δ、
）×２＝１８０．０２６度”ｔ１８０度となる。即ち、この波長板は％波長板となる。

第５図に、この波長板の入射角変動に対する位相差変化
（実線）、射出角変化（破線）の特性をグラフとして示
す。同図に示すように１本実施例の波長板の位相差依存
性は、従来の張り合わせ型の水晶波長板と同等の特性で
あり、単板型の水晶波長板よりも優れている。これは次
の理由による。水晶板の入射角依存性は、その厚さｔが
入射角が変化することにより、と変化するために発生する。一方、本実施例の波長板で
は、入射角依存性は、全反射が入射角変化に依存するた
めのものである。しかし、本実施例の波長板では特に、
位相差の入射角の依存性の少ない領域での入射角を使用
しているために、入射角依存性は小さいものとなる。

第６図に波長変化に対する位相差変化特性（実線）およ
び射出角依存性（破線）を示す。尚、同図中に、水晶波
長板の位相差特性を一転鎖線で示す６位相差特性につい
ては、水晶波長板よりもかなり改善されているのがわか
る。これは以下の理由による。水晶波長板の波長依存性
「（ｄｅｇ）は、・・・・・・　（８）で表わされる。ここで、ｎ、は異常光線に対する屈折率
、ｎｏは常光線に対する屈折率、ｔは波長板の厚さ、え
は入射光の波長である。即ち、従来の波長板では、（８
）式に示すように、波長依存性「（ｄｅｇ）自体が波長
ん自体の変化を直接受けるために、その依存性は大きい
。一方、本実施例の波長板では、（４）式に示すように
、波長依存性は、屈折率ｎの波長依存性として効いてき
て、しかも、この屈折率ｎの波長依存性は小さいので、
波長板としての波長依存性は遥かに小さいものとなる。

尚、第５図、第６図にも示されているように、射出角に
も入射角依存性、波長依存性がある。

般に、光ピツクアップ等では、受光素子等の位置調整が
可能であるから、±０　．１中程度の変動は、その位置
調整による吸収範囲に収まる。

波長板に使われる屈折率ｎＰ　＝　１　．５６４の材料
には下記のようなものがある。

表〈偏向器の変形例〉本発明の偏向器は種々変形が可能である。例えば、この
偏向器をピックアップ装置に用いられるものと限定しな
ければ、換言すれば、ビームスポットの断面形状が変形
してしまうことを許容し、その一方で、２回の全反射に
より発生する位相差がゼロであって、入射角、波長依存
性だけを要件と課すような偏向器であれば、例えば、第
７図のようなものも可能である。

く波長板の変形例〉本発明の波長板は種々変形が可能である。

例えば、上記実施例では、この波長板がピックアップに
使われるものであるために、波長板の入射方向と波長板
からの射出方向とが一致するように、波長板の形状に種
々の条件を課していた。例えば、波長板を４角柱とした
り、面対称としたり等である。もし、射出方向に制限が
なく、射出光に所望の位相差が発生することだけを条件
に課すのであれば、第８図に示すような波長板も可能で
ある。第８図の例では、Ｓ＋ｏで屈折しｔ　Ｓ　ｌ　ｌ
〜Ｓ、の角面全反射し、Ｓ、で屈折して射出するように
することも可能である。この場合、各全反射面での位相
シフト角の和は、 δ、＋６．２＋δ、、＝　１８０度となるように設定すればよい。これにより、％波長板が
実現できる。この場合、波長板の形状と全反射の数の制
限により、各全反射面での位相シフト角の和を１８０度
とすることが困難な場合がある。そのような場合は、全
反射面にコーテイング膜を塗布することにより、その塗
布した面での全反射による位相シフト量を制御して、位
相シフト角の総和を１８０度に制御するようにしてもよ
い。

もし、波長板の形状が６角形であれば、第２図と同じよ
うに、３つの面同士が互いに面対象になるように設計す
れば、入射方向と射出方向とが−致させることが可能で
ある。そして、もし、６回の全反射で位相シフト量が１
８０度にならない場合は、前述したように、面にコーテ
イング膜を形成して、シフト量を制御すればよい。

また、第４図及び第８図に示した波長板の図は、所望の
位相差が発生するような波長板の設計方法をち開示して
いる。即ち、この方法によれば、入射面では屈折により
波長板内に光ビームを導き、その後は、所望の位相差が
得られるまで、全反射を重ね、所望のものが得られたと
ころで、屈折により波長板外に射出させればよい。この
ようにすれば、％波長板や残液長板等が容易に設計でき
る。

［発明の効果］以上説明したように本発明の光路偏向装置によれば、２
回の全反射により、所望の方向に光路を偏向でき、しか
もこの２回の全反射により位相差が丁度打ち消し合って
ゼロになる。

特に、第２項の偏向装置によれば、偏向方向を直角に偏
向でき、特に光ピツクアップ装置に最適である。

また第３項の偏向装置によれば、位相差の入射角依存性
、波長依存性を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を光磁気ディスク装置のピックアップに
適用した実施例の光路図、第２図の（ａ）乃至（ｃ）は実施例に係る光、路偏向器
の３面図、第３図は実施例の偏向器における位相差δの入射角依存
性を示すグラフ図、第４図は実施例に係る尾液長板の平面図、第５図、第６
図は実施例の波長板の位相差の入射角依存性、波長依存
性を示すグラフ図、第７図は本発明の偏向装置の変形例
の外観を示す図、第８図は本発明の波長板の変形例の外観を示す図、第９図は従来技術を説明する図である。図中、ｌ・・・レーザダイオード、２・・・コリメートレンズ
、５・・・アクチュエータ、６・・・対物レンズ、７・
・・コイル、９・・・・・・集光レンズ、１０・・・偏
向ビームスプリッタ、１１．１２・・・受光素子、２０
・・・補正プリズム、２１．２２・・・偏向器を構成す
るプリズム、２３・・・波長板、２０ａ・・・プリズム
壁面、２０ｂ・・・無位相反射面、２１ａ・・・全反射
面、２１ｂ・・・接合面、ａ・・・全反射面、Ｓｌ　〜Ｓ４・・・波長板壁面である。特許出願人株式％式％ｌＸＪ第２図第３図第５図流灸（ｎｍ）図の妹

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直交するＸＹＺ空間で、Ｘ方向に進行する光ビー
ムをＺ方向に偏向する光路偏向装置において、該装置は所定の第１の屈折率を有する雰囲気中に置かれ
た所定の第２の屈折率を有する透明媒体から構成される
と共に、光路上にビームを全反射させる少なくとも２つ
の第１、第２の反射面を有し、この第１の反射面は、Ｘ軸に沿って進行し上記第１の反
射面に入射する入射ビームに対し、この入射ビームがＸ
Ｙ平面内で全反射されてから、この反射光が第２の反射
面に向かうような角度で設定され、第２の反射面は、第１の反射面で反射された光ビームに
対して、この光ビームがこの第２の反射面によりＺ軸方
向に全反射されるような角度で設定されていることを特
徴とする光路偏向装置。
（２）第１の反射面はＸＹ平面に直立し、入射ビームが
この第１の反射面に対し入射角４５度で入射すると、Ｘ
方向に直交するＹ方向に反射するように設定され、第２の反射面はＹＺ平面に直立し、第１の反射面で反射
されたビームがこの第２の反射面に対し入射角４５度で
入射し、ＸＹ両方向に直交するＺ方向に反射するように
設定されている事を特徴とする請求項の第１項に記載の
光路偏向装置。
（３）前記第１と第２の屈折率間の比を略１．５８２乃
至１．７２７とした事を特徴とする請求項の第２項に記
載の光路偏向装置。