JPS5948716A - 直線偏光−円偏光変換用光学系 - 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】

本発明は光学式ビデオ・ディスク或いは光学式ディジタ
ル・オーディオ・ディスク寺各種情報信号全ディスク状
の媒体６゛（記録し、読取る読直の光学システムに一用
するに好都合な直線偏光−円偏光笈換用光字糸に関する
ものである。 近時、民生用ビデオ・オーディオ（２）器として光学式
ビデ４・ディスクのプレーヤ及び光学式ディジタルｅオ
ーディオ・ディスク拳プレーヤか普及するようになった
。通常、これら＠器にわいては第１図に示す如き光学シ
ステムが採用されている。第１図に示された光学システ
ムによれば、レーザー光源／からの光束はフリメータコ
によって平行光束に変換され、史に光軸■、に対しＬｔ
’の傾斜用の多層膜３を形成してなる偏光ビームスブリ
ツタグによって反射された仮、λ波長板Ｓ及び対物レン
ズ６に経てディスク状の記録媒体７上のピットと称する
信号に対応する細長いｉｌ＃１を照射するよう構成され
、且つ、ビットの哨無によって生する反射光は書ひ対物
レンズ６、λ波艮板Ｓ１偏光ビームスブリツタグ及び集
光レンズ系と１シリンドリカルレンズ系ｑ′に経て受光
素子７０に専かれ電気１目号に変換されるよう構成され
ている。これら購成安紫のうちイ波艮板Ｓは前記偏光ビ
ームスブリツタＶによってＩＦＦ線喘光された反射光に
位相差を与λｍ線偏光を円偏光に変換する一万、一旦鮪
波長＆３゛で上述し７ζ知く円偏光された反射光を再び
置棚偏光し、偏光ビームスプリッタＩｌを通ｉ】−る光
か光源側に戻ることなく、専ら、受光素子１０に導かれ
るよう特に良番ノられている。 ところで前記イ波艮板Ｓは位相変換素子として上述した
光学システムにねいてレーザー光束のアイソレーション
と行い、レーザー光源からの変ルーツｔ、の発生に防止
する上で、又レーザー光束全効率よ＜１！ｉ＃Ｌ耽取り
れる１回号のＳＮ比を大ならしめる上で極めて有効な手
段である反面、相料として使用される水晶等単軸結晶の
薄片には平行度、Δｌ’ｒｕ＋度に則し、九ｔＶの波長
程度の加工精良史に結晶４すＩＫ対する切り出し月につ
いての厳しい加工精良を要°ｆるは゛かりでなく、その
ｔ１２１１４に際しては入射光に対する波長板の入射角
及び方位用の１豊に関し、又、ｌ晶＆髪化に伴なう位相
差の泣動か生ずる等、槌々Ｑ〕制＃　＞−うけるもので
あった。 ＋発明は上述した光学システムに１５いて、上欄偏光−
円偏光の相互変換手段としてλ波長板に代疋例えばフレ
ネルの斜方体瑯入射光全全反射させる形状よりなるプリ
ズムと用いることによって、２イ波長板全使用するこの
種従来システムｆ７）　ｉＪ（々の欠点を解消すると共
にシステムの性能面に８いて著しい峻善向上金はからん
とするものである。 以下、本兄明全図間に示す実施例に基いて奸細に説り」
する。 尚、虫複を避けるため、以降にわいては、第１図にわい
て既に説明した部材と同等の部材については同一の符号
ｒ付し、その部材のａ１１明は最少限にととめる。 第２図は、本発明に係る光学系金弟／図と同様ビデオ・
ディスク−プレーヤ或いはディジタル・詞−デイオＯデ
ィスク・プレーヤの読取り装置数に暇１１ｊシた場合の
実−例き示したもので、偏光ビームスプリツタグと対物
レンズ３間には対１０１’ｉ−る囲か互いに平何で且つ
、一方の面からの入射光が２口金反射して対１’ＬＩＪ
Ｔる他方の而より射出する形状の７し子ルの斜方体／／
か、偏光ビームスプリツタグに関し、全反射Ｔる

【Ｏｆ
に対する入射１ＩＩＩと入射する光の振動方向がｌＩ５
゜の傾斜角全なすように配置させである。 第３図は７しネルの斜方体／／奢用いる場合にわける直
線偏光から円編ツＬへ、又、この逆に円１＠元かし直り
偏光へ１醋ツＣ友換される際の基本ｌ＆を畑？ｆ−訳明
−ｆるンζめの原Ｊ生図をｙｌ＜　Ｌ　７Ｃものて゛あ
る。第３図に４ｊいでよす１人＊４”／ｅ、かフレネル
の斜方体／／（Ｄ反射１ｌｕＡｐ　Ｅにわいて各々全反
射した場合にわける位相変化の状況を解析してみるに、
よず人ＷＪ、１１１’人射１ｉ１１０より人ｉ’ｌ　Ｌ
　、反射［０１Ａで全反射すると、入射回内でｊ甥”ｆ
６銅光成分であるＰ偏うｔ成分と、入射量しこＬ交−ｆ
　４ｓ冊内で振切する偏光成分であるＳ偏光１戊うすの
各々の位相変化δ１、δＢはｍｌ万体／ｌの屈折年ｋｎ
’、その逆数をｎ、更に反射面Ａと人射凹０の挟角をψ
とすると１，１１式か成立する。 一方、相苅的位相差δと目ｉ」記δｐ、５８間では、δ
＝　δｐ−δＢ　・・・・・・・・・・・■なる開係弐
〇）成立するためＩ、ｎ、層成より■式か成立する。 直像Ｗｒ光ｔ・円偏光に友挟するにはＰ餉ｙ１４成分の
光と８偏光成分の光の位相差δがへであれば、ｒい。し
ｌこかって、フレネルの斜方１４．／／にわける７回の
全反射でＧニーの位相走力）生ずるようにすｔｌはよい
こと＆′Ｌなる。 ここでｔｊ＋　２１２ｉ　ｈごわいて戊υ＞　＋ｎ＋に
４０りる全反射によって名の位相差を生ずるようにした
フレネルの斜方体／／に用いた場合にわける記録媒＋７
上のビットの検出方法について説ＢＡＴる。 レーサー光に／からの光束ははじめにコリメータコによ
って平行光束に変換される。この平行光束は光軸りに対
し４３０の斜面に多層膜３をもつ偏光ビームスブリッタ
グによって反射された後７レネルｇ）斜方体１ｉｖｃ人
射する。この入射光束は斜方体／／のＡ面及びＨ田Ｉ（
第３図参照）の各々で余尺Ｍゾし斜方体／／より射出す
る。 この際光束は偏光ビームスプリツタグによって直線漏光
されるか上’Ａ：　Ｌ　７’ｃ曲り斜方体／ｌを通過す
る際、余尺Ｍｊする毎に％たけ位相差が生するため、渋
１方向を射出する光束は、入射光束に対し４　たけ位相
差が生じ結果として円偏光されることになる。円偏光さ
れた光束は対物レンズ乙によって記録媒体７上に＃＜１
　ｋされビットかない場合はそのま＼反射光として対物
レンズ６金経て再びフレネルの斜方体／／に入射する。 この入射光は斜方体／／にわいて同様−口金反射するた
め、円偏光された光束は再び直線偏光されることＶＣな
る。したがって偏光ビームスプリツタグの多層ＰＭ３全
通過した光束は譬集光しンス系と、シリンドリカルレン
ズ系９を柱て受光素子１０に導かれ、ビットの有無全ｍ
気ｆ目号として検Ｕ」することかできる。この時、斜方
体／／のＩＩｄ光変換作用によりレーザー光束はレーザ
ー光源／に戻ることはなく、有効に利用されるのでレー
ザー光源／への逆進に伴う変鯛元の発生も錐実に阻止で
きる。 ぴにフレネルの斜方体ｌ／をこの他光学システムにわけ
る位相変換手段として用いる場合の挿々の利点について
以下に詳述する。 ：ｆ’ｒ　％　フレ不ノｒｖ）斜方体／／の性ｅｇ、Ｔ
ｔ　Ｈｌ＋ＩＩＩＴるにあたり消ｙ（Ｚ比Ｋ　と、位相
差δとの関係について第グ図ｔハ」いて説朗する。偏光
ビームス１リツタ４ｔｋｕて、フレ杢ルの斜方体／ｌに
入メ１Ｔる光はｕｌ様偏光してねり全反射１１１１の入
射間と元の振動方向はり５°となりでいる。第グ図にわ
いて、入り・Ｊ尤の全反射面に対する入射面θＰ偏光成
分し′）振動方向にＸＮで、又、同じく入射光の全反射
量に対する入鳥討囲のＳ偏光成分の振動方同全ｙ軸で表
わすと、Ｖｓ’Ａ式か成立する。 ｘ　＝　ａｏｓ　　ωｔ　拳・−・ＩＶｙ−００ｓ　ω
ｔ　隼ｌ＋９１　■ 但し、ヶは光の円周波数ンｔは時間を示Ｔ０フレ早ルの
斜方体／　／１−／往復する光は都合μｌ余尺ｙｒｒる
ことになるため位相は各々弘δｐ及びゲδ８とηｆるの
で、射出光は、Ｖ、Ｍ式よりｘ’＝＝　ｃｏｓ　（ｃｕ
ｔ　＋　４δｐ）・・・ｖ′ｙ＝ｏｏｓ（ωｔ＋４δ８
）・・・■′となる。ここで、ｖ、■よりωｔ２消失し
、η式を利用すると■式ｌＪ）成立−ｆる。 ｘ２＋ｙ”−２ｘｙｃｏｓ４δ−５ｉｎ”４δ＝０・・
・・■ 買、ｙ座徐蜘１乞４１５°　回転し％　Ｔ、７座標軸に
変換すると、 ■式か成立する。ここで とわくと、次式か成立する。 このＸ式は第ｌ１図の如く短軸をａ、長軸をｂとする楕
円となる。即ち、この光は、振巾ａ、ｂ位相差乞３の楕
円偏光となりｉ成分は入射光の振動方向全館し、ｙ成分
は射出光の振動方向を示す。上述した消光比に２全射出
光のうち、入射光の振動方向から９σ凌化した射出光の
振動方向の成分に対する射出光りうちの人’Ｈ元の振動
方向の成分の割合とｂ＝ｒると、 か成立Ｔる。 一般に消光比は０．０　／以下であれば実用上支障はな
い。 いま、Ｘ　式よりδを求めると となり、Ｋ２＜ｏ、ｏｉより ｔｉ２ｉｐｓ°くδ＜１１７．１！；３°・・・・Ｘ■
か成立する。 次にＸｌｌＩ式ｋｆｉだす屈折率のＪ１芥誤差全１４ラ
ス材利としてＢＫ−７全用いる場合について求か得られ
る。いま、防用する尤の波長λ＝５乙０ｎｍ　とすると
、屈折率はｎｒ　ｓ乙０　＝　／、５／７！；６でδ＝
−全満足する仕は　■“式より ψ−二弘７．７　’／ ２つの屏か求まる。消光比に２≦ａｏ／とするとｎ′の
範囲はＸｌｌ１式及び　■′式よりψ−＝　Ｉ１７．７
９°にδける位相走のｌｌＴ谷源差に対応するｎ′の許
容範囲は ／、’１９／３６＜ｎ’＜／、３４ｔ７γ４−ＸＶとな
る。これ全波長でみてみると、＋ＪＪ視光り帖ｌＩ］（
倉はるかにムχｆｃ範囲となり、用規光の全域はもとよ
り、これを融凡た範囲の光に対して単一のプリズム金も
って位相変換を子」うことか可能となる。又、このこと
は逆に使用波投を例尺は３６０ｎｍＫ限定しておけは屈
Ｂｒ５＄は均質な材質ｙｔ用いる限り、Ｗ式に示１−如
く広い範囲での使用か可能であること全意味する。同様
にして、ガラス杓としてＢＫ−７をハ」いλ＝Ｓ乙Ｏｎ
ｍとして消光比に２≦ａＯ７の条件を満たＴフレネルの
斜方体／／の挟角ψの誤差の範囲全■“式より求めると
、約 ｔＩ６°くψりＳ９°・・・・・　ＸＶＩとなり、この
軛囲内で斜方体を製作すればよいことになる。これは、
斜方体の挟角ψをある程度正確に製作してわけば斜方体
／／の設定調整に際し入射光に対１°る入射ＩＱ及び方
位角か多少ずれたとしても消光比は格別劣化甘ず支障な
く便用できること全意味している。特に、光か斜方体に
対し傾いて人前した場合、入射する第１面と収嵌Ｑこ牙
Ｉ出する第グ…１では垂直入射とはならずＰ偏ツＣ成分
と、Ｓ偏光成分の振巾か悌くわすか変ｉ１けうけるもの
＼、Ｐ成分、Ｓ成分共位相の変化に生じない。したかつ
て、この斜方体の全反射間での斜入射による影響は無視
することかでさる。 次に、位相貧侠累子として性能的にすぐれたアレネルの
斜方体／／ヲ用いた場合の置体的な効果について説明す
る。 まず、上述した肋り、フレネルの斜方体？用いる場合は
イ波長板金用いる場合に比軟して斜入射光に対″ｉ−る
＃ｆ答＠囲を者しく広くすること段として利用すること
かでき、この柚の光学系の設ｄｒ目山度を増大せしめる
ことかでさ、システム全体の≠左≠噛性能の向上に腐め
で有効となる。 又、一般ニ、ヒデオ・ディスク・プレーヤ得σ〕胱取り
装ｆｔ　ｖｃは、オートコリメーション方式のう″ｒ学
系か使用されでいるか、第５図の如くオートコリメーシ
ョン方式の光学系の収れん光束中又は！Ｂ散光未中に、
アレネルの斜方体を偏光変換手段として用いる場合にお
いて、基準光線の全反射面に対する入射角全ψとすると
、基準光憚ＶＣ利し傾きＸｋ有１゛る元類は今冬射面に
対する入射円か往路でψ十Ｘ・又ｔ！路ではψ−Ｘとな
る。−万、■式に５いて血切なψを選択してわけは、ψ
に対し基準のψの解装における位相差はけ！直線となり
位相差の入射角変化による変動分ｉゴ丁Ｊ消すことがで
きる。したがって、か−る使用時にＣいて消光比ｘ２≦
０．０　／となる光核り）傾斜用は空気中に換算して十
７０ンなり第６図の如き簡単な光学系に直換することも
可能となる。 第７ＦＡは弔２図に示した７しネルの斜方体／／の狭均
ψに最も製造しや】−いグ５’ｂこし菱形プリズムとし
た場合の央側例を不したものである。 上述した実施レリはいずれも光学的位相差金生じさせる
際、入射光か反ソ月ａｌにわいて２回全反射させること
０′こまって位相量か％即ち９４ｔａ、ｉ元される場合
ＱＬついて説明したか、入り・ｊ光が１回の全反射で９
０偏光するようにしても、又、３回以上の低度ｉ・Ｉで
９０イ（Ｉ１１光するようにしても全＜　ｌｉ＋１等の
効果か（Ｕしれる。又、不実施例においては主として７
しネルの斜方ｉ＋ｒ用いた場合について説明しＩ′ζｌ
Ｊｌ第７図の如く〜形プリズム史に、梯形プリズム等各
柚形状のプリズムも同様に便＃ｊＴることかでざる。

【図面の簡単な説明】

＠／図に、従来システムの光学的配置１］！図を・ボし
たものである。第、２図は本発明に係る光学システムり
配隨図全示したものである。第３図ＩＪ本発明の基本原
理を説明するための原理図を示１゜第１１ｔ図、第５図
は本発りＪの−シ！紬１よ様としてフレネルの斜方体を
ハＪいた場合の光学的性ロヒ奮示Ｔためのω６６図でｄ
５る。第６し；は本発明の他の実姉Ｊし頓にねける光字
ＨＪ配装（を図上、下″ｆ、第７図は位柘碇侠崇子ＶＣ
家形プリズムを肱ハルた場合り光字的配ｌｉ図を示しｔ
（ものである。 ／Ｘｊｔ諒、　＜ｘ＋偏光ビームスプリッタ、６＋苅物
レンズ、　　７：記録姪イ４・、／／３位相変挾累子 ネ」許出１人　　　株式公社　エルモ社代衣各　　４１
！：　　都　徂　中 第　　１　　図 給２図 第　３　図 （５へ合） 第　４　図 第　５　図 第６図 第　７　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源からの光束を偏光ビームスプリッタによって反射さ
   せた後、位相変換素子及び対物レンズを経て記録媒体全
   照射するよう構成された光学システムに８いて、Ｉ］１
   」配位相変換素子はプリズムよりなり且つ、該プリズム
   内に５いて入射光全全反射させることにより光束を面線
   偏光より円偏光に或いは円偏光より直線偏光に変換Ｔる
   こと全特徴とＴる［ＪＩＪ記元学システムの直線偏光−
   円偏光変（！Ｘ！川光用系。