JPH06258505A - ビーム整形プリズムおよび光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明のビーム整形プリズム４は、所定の頂
角θをなして対向する入射面４１および出射面４２を有
しており、その構成材料の屈折率と頂角θとの組み合わ
せによって、入射面４１から入射し、プリズム４内を透
過して出射面４２より出射した出射光２０の横断面形状
がほぼ円形に整形されるように設定されている。ビーム
整形プリズム４の出射面４２には、レーザー光の一部を
透過し、一部を反射するハーフミラー面４３が形成され
ている。このハーフミラー面４３は、入射光２２の光軸
２１と反射光２３の光軸２４とが一致しないように配置
されている。 【効果】 ビーム整形プリズムを含む光学系の構成を簡
素化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビーム整形プリズムお
よびこれを用いた光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置は、光ディスクや光磁気
ディスク（これらを総称して光ディスクという）に対
し、光学ヘッドにより、レーザー光を照射して情報を書
き込み、あるいは、照射されたレーザー光の反射光の強
度を検出して記録された情報を読み取ることができる装
置である。

【０００３】例えば、従来の光磁気ディスク装置の光学
系は、図５に示すように、半導体レーザー２から出射さ
れたレーザー光束をコリメートレンズ３により平行光束
とし、１または２以上のビーム整形プリズム（アナモフ
ィックプリズム）１７にて光束の横断面形状を円形に整
形した後、ビームスプリッター１８にて２方向に分離
し、ビームスプリッタ１８のハーフミラー面１８１を透
過した光束を、ミラー５および対物レンズ６で構成さ
れ、光磁気ディスク１５の半径方向に移動し得る対物光
学系を介して光磁気ディスク１５の磁性薄膜（信号記録
面）１６上に収束させる。

【０００４】磁性薄膜１６からの反射光は、対物レンズ
６およびミラー５を介してビームスプリッタ１８へ戻
り、そのハーフミラー面１８１で反射された光は、さら
にビームスプリッタ７で２方向に分離され、そのハーフ
ミラー面７１を透過した光は、集光レンズ８およびシリ
ンドリカルレンズ９を経て、複数の受光領域に分割され
た分割受光素子１０に照射され、プッシュプル法および
非点収差法によりそれぞれトラックエラー信号およびフ
ォーカスエラー信号が検出される。

【０００５】ビームスプリッタ７のハーフミラー面７１
で反射した光は、１／２波長板１１を通過して偏光方向
が４５°回転され、偏光ビームスプリッタ１２に入射
し、その偏光分離面１２１を通過する際にＳ偏光成分と
Ｐ偏光成分とに分離され、これらの成分は、２つの受光
素子１３および１４にそれぞれ受光される。両受光素子
での検出信号の強度の差を求めることにより、光磁気デ
ィスク１５に記録された信号の読み取りが可能となる。

【０００６】しかしながら、このような光ディスク装置
の光学系では、１または２以上のビーム整形プリズム１
７と、３つのビームスプリッタ１８、７および１２とを
有するため、部品点数が多く、そのため、光学系の構成
が複雑化するとともに、各光学部品の設置に広いスペー
スが必要となる。さらには、光路の調整のために、各光
学部品の取り付け位置を微調整する際に、光学部品の部
品点数が多いと、調整に手間と時間がかかるという欠点
がある。

【０００７】なお、図６に示すように、前記ビーム整形
プリズム１７とビームスプリッタ１８とを一体化した変
形ビームスプリッタ１９を用いた構成の光ディスク装置
の光学系もあるが、この場合でも、ビームスプリッタの
設置数は図５に示す光学系と変わらず、また、各光学部
品の配置もほとんど変わらないため、依然として広い設
置スペースが必要であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光学
系の構成を簡素化し、光学部品の設置スペースをより小
さくすることができるビーム整形プリズムおよび光学系
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（５）の本発明により達成される。

【００１０】（１） レーザー光束の横断面形状を整形
するビーム整形プリズムであって、所定の頂角をなして
対向する入射面および出射面の少なくとも一方に、レー
ザー光束の一部を透過し、一部を反射するハーフミラー
面が形成され、前記ハーフミラー面へのレーザー光束の
入射光およびその反射光のそれぞれの光軸が一致しない
ように用いられることを特徴とするビーム整形プリズ
ム。

【００１１】（２） レーザー光の横断面形状を円形に
整形する上記（１）に記載のビーム整形プリズム。

【００１２】（３） 前記ハーフミラー面は、複数の薄
膜の積層体により形成されている上記（１）または
（２）に記載のビーム整形プリズム。

【００１３】（４） 前記ハーフミラー面での反射光に
おけるＳ偏光成分とＰ偏光成分との位相差が実質的にな
い上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のビーム整
形プリズム。

【００１４】（５） レーザー光源と、該レーザー光源
から出射された光束を平行光束にするコリメートレンズ
と、前記平行光束の横断面形状を整形する上記（１）な
いし（４）のいずれかに記載のビーム整形プリズムと、
該ビーム整形プリズムからの出射光を記録媒体上に収束
させて照射する対物光学系と、少なくとも１つのビーム
スプリッタとを有する光学系であって、前記記録媒体へ
照射したレーザー光の反射光を前記ビーム整形プリズム
のハーフミラー面で反射し、この反射光を前記ビームス
プリッタへ入射させるよう構成したことを特徴とする光
学系。

【００１５】

【発明の構成】以下、本発明のビーム整形プリズムおよ
びこれを用いた光学系を、添付図面に示す好適実施例に
基づき詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の光学系を光磁気ディスク
装置の信号検出系に適用した場合の構成例を模式的に示
す概略図である。同図に示すように、光磁気ディスク装
置の信号検出系における本発明の光学系１は、レーザー
光源である半導体レーザー２と、コリメートレンズ３
と、本発明のビーム整形プリズム（アナモフィックプリ
ズム）４とで構成される光源装置を有する。

【００１７】半導体レーザー２から出射された発散光束
は、コリメートレンズ３により平行光束とされ、さらに
ビーム整形プリズム４により横断面形状がほぼ円形とな
るように整形され、光強度分布が均一となる。

【００１８】ビーム整形プリズム４の出射光２０の光軸
２１方向後方には、ミラー５とミラー５の上方に位置す
る対物レンズ６とが設置されている。ビーム整形プリズ
ム４の出射面４２から出射した光束は、ミラー５で反射
されてほぼ直角に方向を変え、さらに対物レンズ６によ
り光磁気ディスク１５の信号記録面である磁性薄膜（記
録媒体）１６上に収束され、スポット状に照射される。

【００１９】この場合、ミラー５および対物レンズ６を
有する対物光学系は、光磁気ディスク１５の半径方向、
すなわち光軸２１方向に移動し得るキャリッジ（図示せ
ず）に搭載されており、また、対物レンズ６は、キャリ
ッジに設けられたアクチュエータ（図示せず）上に設置
されている。後述するフォーカスエラー信号およびトラ
ックエラー信号に基づいてこのアクチュエータが作動
し、対物レンズ６がその軸線方向および光磁気ディスク
１５の半径方向に移動して、フォーカシングおよびトラ
ッキングを行う。

【００２０】光磁気ディスク１５の磁性薄膜１６に照射
された光（照射スポット）の反射光光束は、対物レンズ
６およびミラー５を順次経た後、前記出射光２０の光路
とほぼ等しい光路のビーム整形プリズム４の出射面４２
への入射光２２を形成する。この入射光２２は、ビーム
整形プリズム４の出射面４２に形成されたハーフミラー
面４３に照射されてその一部が反射されるが、この反射
光２３の光軸２４は、後述するように、出射光２０およ
び入射光２２の光軸２１と一致していない。

【００２１】反射光２３の光軸２４方向後方には、エラ
ー信号検出系として、ビームスプリッタ７と、集光レン
ズ８と、シリンドリカルレンズ９と、複数の受光領域に
分割された分割受光素子１０とがこの順に設置されてい
る。ビームスプリッタ７は、２つの直角プリズムを接合
し、その接合面にハーフミラー面７１が形成されたもの
である。

【００２２】ビームスプリッタ７のハーフミラー面７１
を透過した光束２５は、集光レンズ８およびシリンドリ
カルレンズ９を経て分割受光素子１０に照射され、プッ
シュプル法および非点収差法によりそれぞれトラックエ
ラー信号およびフォーカスエラー信号が検出される。

【００２３】また、ビームスプリッタ７のハーフミラー
面７１にて反射された光束２６の光軸方向後方には、１
／２波長板１１と、偏光ビームスプリッタ１２とがこの
順に設置されている。偏光ビームスプリッタ１２は、２
つの直角プリズムを接合し、その接合面に偏光分離面
（多層薄膜）１２１が形成されたものである。偏光分離
面１２１で分離された光束のうちの一方の光軸２７方向
後方には、受光素子１３が設置され、他方の光軸２８方
向後方には、受光素子１４が設置されている。

【００２４】ビームスプリッタ７のハーフミラー面７１
にて反射された光束２６は、１／２波長板１１を通過す
る際に偏光方向が４５°回転されて、偏光ビームスプリ
ッタ１２に入射する。この偏光ビームスプリッタ１２に
入射した光束は、その偏光分離面１２１を通過する際に
Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とに分離され、これらの成分
は、それぞれ、受光素子１３および１４に受光される。

【００２５】光磁気ディスク１５の磁性薄膜１６に照射
されたレーザー光の反射光は、その偏光方向がレーザー
光の照射スポットの位置における磁性薄膜１６の磁化方
向に対応して磁気カー効果によりわずかに回転するた
め、これを４５°回転させ、偏光ビームスプリッタ１２
によりＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離し、これらの強
度をそれぞれ別個の受光素子１３および１４により電気
信号として検出し、さらにその差を演算して求めること
により、光磁気ディスク１５に記録された信号の再生が
可能となる。

【００２６】なお、本発明の光学系においては、図示と
異なり、受光素子１３および１４として、複数の受光領
域に分割された分割受光素子を用い、各受光領域からの
信号を所定に組み合せて演算して検出することにより、
光磁気ディスク１５に記録された信号の再生とともに、
フォーカスエラー信号（スポットサイズ法）と、トラッ
クエラー信号（プッシュプル法）とを得るような構成と
することもできる（特開昭６１−２０６９４４号公報、
特願平３−２８８２２５号参照）。この場合には、ビー
ムスプリッタ７、集光レンズ８、シリンドリカルレンズ
９および分割受光素子１０を省略することができる。

【００２７】図２は、本発明のビーム整形プリズム４の
構成例を示す側面図である。同図に示すように、ビーム
整形プリズム４は、所定の頂角θをなして対向する入射
面４１および出射面４２を有している。この場合、ビー
ム整形プリズム４は、その構成材料の屈折率と頂角θと
の組み合わせによって、入射面４１から入射し、プリズ
ム４内を透過して出射面４２より出射した出射光２０の
横断面形状が実質的に円形に整形されるように設定され
ている。

【００２８】なお、ビーム整形プリズム４の構成材料と
しては、光学部品用の各種硝材や、プラスチック（例え
ば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレ
ン）等が挙げられ、その屈折率も特に限定されない。

【００２９】このようなビーム整形プリズム４の出射面
４２には、ハーフミラー面４３が形成されている。ここ
で、ハーフミラー面４３とは、入射面４１側からのレー
ザー光または入射光２２の一部を透過し、一部を反射す
る面のことを言い、その反射率（透過率）は、例えば２
０〜８０％の範囲で任意に設定することができる。

【００３０】なお、ハーフミラー面４３の特性として、
入射光２２の中の一方の偏光成分（Ｐ偏光成分）の反射
率が好ましくは２０〜８０％程度であるのがよい。

【００３１】このハーフミラー面４３（すなわち出射面
４２）は、出射光２０および入射光２２の光軸２１と、
ハーフミラー面４３の垂線４４とが一致しないように、
すなわち入射光２２の光軸２１と、反射光２３の光軸２
４とが一致しないように配置されている。これにより、
図１に示すように、光軸２４上にあるビームスプリッタ
７、集光レンズ８、シリンドリカルレンズ９および分割
受光素子１０を、出射光２０および入射光２２の光路上
から外れた位置に設置することができる。

【００３２】なお、光軸２１と光軸２４とのなす角度α
は特に限定されず、例えば５〜１６５°程度の範囲の値
とすることができる。

【００３３】このようなハーフミラー面４３は、図３に
示すように、複数の薄膜（光学薄膜）４５の積層体４６
により形成されているのが好ましい。この場合、各薄膜
４５の組成、すなわち屈折率は異なっており、各薄膜４
５の組成（屈折率）および膜厚、薄膜４５の積層数、積
層順序等の組み合わせによって、所望の光学的特性（特
に反射率（透過率））を得ることができる。

【００３４】各薄膜４５の組成としては、例えば、Ｍｇ
Ｆ₂ 、ＣａＦ₂ 、ＳｉＯ₂ 、ＴｈＦ₄ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｃ
ｅＦ₃ 、ＰｂＦ₂ 、Ｙｂ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 、ＴａＯ₂ 、
Ｔａ₂ Ｏ₃ 、Ｐｒ₆ Ｏ₁₁、ＨｆＯ₂ 、Ｎｄ₂ Ｏ₃ 、Ｃｅ
Ｏ₂ 、ＴｉＯ₂ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃、ＺｎＳのような各種酸化
物、フッ化物、硫化物を主成分とするもの、あるいはこ
れらのうちの任意のものの混合物が挙げられ、これらを
適宜選択して用いることができる。

【００３５】なお、ハーフミラー面４３の特性として、
反射光２４におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分との位相差
が実質的にないこと（無位相差）、換言すれば直線偏光
となることが好ましい。

【００３６】以上のようなＰ偏光成分の反射率や、反射
光におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分との無位相差は、前
述した各薄膜４５の組成（屈折率）、膜厚、薄膜４５の
積層数、積層順序等の組み合わせによって得ることがで
きる。

【００３７】各薄膜４５の形成は、例えば、真空蒸着、
スパッタリング、イオンプレーティング等の気相成膜法
により行うことができ、成膜条件の設定により、上記膜
組成および膜厚を得ることができる。

【００３８】なお、上記では、ビーム整形プリズム４の
出射面４２にハーフミラー面４３が形成された構成につ
いて説明したが、本発明のビーム整形プリズムは、入射
面４１にハーフミラー面４３が形成されたものでもよ
く、また、入射面４１および出射面の双方にハーフミラ
ー面４３が形成されたものでもよい。

【００３９】図４は、本発明のビーム整形プリズムの他
の構成例を示す側面図である。同図の示すビーム整形プ
リズム４’は、前記と同様のハーフミラー面４３が入射
面４１に形成されている以外は前記ビーム整形プリズム
４と同様である。

【００４０】このビーム整形プリズム４’においては、
入射光２２は、出射面４２よりビーム整形プリズム４’
内に入り、ハーフミラー面４３にてその一部が反射さ
れ、この反射光２３’はさらにビーム整形プリズム４’
内を透過して、ビーム整形プリズム４’の底面４７より
出射される。この場合、入射光２２のビーム整形プリズ
ム４’内における光軸２１’と、反射光２３’のビーム
整形プリズム４’内における光軸２４’とは一致してい
ない。

【００４１】そして、このビーム整形プリズム４’を用
いた光学系では、ビーム整形プリズム４’の底面４７よ
り出射された反射光２３’の光路上に前記と同様のビー
ムスプリッタ７等が設置される。

【００４２】なお、光軸２１’と光軸２４’とのなす角
度βは特に限定されず、例えば、前記角度αと同程度の
範囲とすることができる。

【００４３】本発明のビーム整形プリズムおよび光学系
は、各図に示す構成に限定されるものではなく、特に、
光学系を構成する光学部品の種類、設置数、配置等は、
任意のものが可能である。

【００４４】また、本発明のビーム整形プリズムおよび
光学系は、上述した光磁気ディスク装置の信号検出系に
適用した場合に限らず、その他の光ディスク装置の信号
検出系に適用すること、さらには、レーザービームプリ
ンタ、各種光学測定機器、レーザースキャン装置、レー
ザー加工機器等のレーザー応用機器に適用することがで
きる。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のビーム整形
プリズムおよびこれを含む光学系によれば、光学系を構
成する光学部品の部品点数を少なくすることができる。
これにより、光学系の構成が簡素化され、光学部品の設
置スペースをより小さくすることにより装置の小型化が
図れ、しかも、光学部品の調整箇所が減少することによ
りレーザー光の光路調整も容易となる。さらには、光学
系における光路の設計の幅が広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学系を光磁気ディスク装置の信号検
出系に適用した場合の構成例を模式的に示す概略図であ
る。

【図２】本発明のビーム整形プリズムの構成例を示す側
面図である。

【図３】本発明のビーム整形プリズムにおけるハーフミ
ラー面の構成例を示す拡大断面図である。

【図４】本発明のビーム整形プリズムの他の構成例を示
す側面図である。

【図５】従来の光磁気ディスク装置の信号検出系を模式
的に示す概略図である。

【図６】従来の光磁気ディスク装置の信号検出系を模式
的に示す概略図である。

【符号の説明】

１ 光学系 ２ 半導体レーザー ３ コリメートレンズ ４、４’ ビーム整形プリズム ４１ 入射面 ４２ 出射面 ４３ ハーフミラー面 ４４ 垂線 ４５ 薄膜 ４６ 積層体 ４７ 底面 ５ ミラー ６ 対物レンズ ７ ビームスプリッタ ７１ ハーフミラー面 ８ 集光レンズ ９ シリンドリカルレンズ １０ 分割受光素子 １１ １／２波長板 １２ 偏光ビームスプリッタ １２１ 偏光分離面 １３、１４ 受光素子 １５ 光磁気ディスク １６ 磁性薄膜 １７ ビーム整形プリズム １８ ビームスプリッタ １８１ ハーフミラー面 １９ 変形ビームスプリッタ ２０ 出射光 ２１、２１’ 光軸 ２２ 入射光 ２３、２３’ 反射光 ２４、２４’ 光軸 ２５、２６ 光束 ２７、２８ 光軸

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光束の横断面形状を整形するビ
   ーム整形プリズムであって、 所定の頂角をなして対向する入射面および出射面の少な
   くとも一方に、レーザー光束の一部を透過し、一部を反
   射するハーフミラー面が形成され、 前記ハーフミラー面へのレーザー光束の入射光およびそ
   の反射光のそれぞれの光軸が一致しないように用いられ
   ることを特徴とするビーム整形プリズム。
2. 【請求項２】 レーザー光の横断面形状を円形に整形す
   る請求項１に記載のビーム整形プリズム。
3. 【請求項３】 前記ハーフミラー面は、複数の薄膜の積
   層体により形成されている請求項１または２に記載のビ
   ーム整形プリズム。
4. 【請求項４】 前記ハーフミラー面での反射光における
   Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との位相差が実質的にない請求
   項１ないし３のいずれかに記載のビーム整形プリズム。
5. 【請求項５】 レーザー光源と、該レーザー光源から出
   射された光束を平行光束にするコリメートレンズと、前
   記平行光束の横断面形状を整形する請求項１ないし４の
   いずれかに記載のビーム整形プリズムと、該ビーム整形
   プリズムからの出射光を記録媒体上に収束させて照射す
   る対物光学系と、少なくとも１つのビームスプリッタと
   を有する光学系であって、 前記記録媒体へ照射したレーザー光の反射光を前記ビー
   ム整形プリズムのハーフミラー面で反射し、この反射光
   を前記ビームスプリッタへ入射させるよう構成したこと
   を特徴とする光学系。