JPH03203046A - 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、光ディスクの光ピツクアップ等に使用される
ビーム変換装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、光ピツクアップにおけるビーム変換装置には
、例えば第７図に示すように、光源としての半導体レー
ザ素子２１と、この半導体レーザ素子２１から出射され
るレーザ光を平行光束とするコリメートレンズ２２と、
この平行光束を光ディスク２３の信号面に集光する対物
レンズ２４とが設けられている。ところで、上記半導体
レーザ素子２１から出射されるレーザ光のファーフィー
ルドパターン、すなわち、ビーム断面の光強度分布は大
略的に楕円形になっている。そこで、コリメートレンズ
２２と対物レンズ２４との間に、さらにビーム整形光学
系２５を配設して、光ディスク２３の信号面に集光する
光束をほぼ円形とするようになっている。この場合、上
記半導体レーザ素子２１は、その構造より、半導体レー
ザチップの接合面に垂直な方向においては放射角は広く
、ｆ行な方向においては狭い。それぞれの放射角をθ１
゜とθ、とで表すと、一般に、θ１゜：θ、ζ３：１で
ある。すなわち、第７図における１１をθ１゜方向の光
束、Ｃ２をθ１．方向の光束とすると、ビーム整形光学
系２５では、１２をＣ４までほぼ３倍に広げる整形を行
うことによって、ビーム断面の強度分布を円形とする。

このようなビーム整形光学系２５は、例えば特公昭６１
−５３７７５号公報記載の装置においては、第８図に示
すような透過形の整形プリズム２６により構成されてい
る。

（発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記のような整形プリズム２６では、光
軸方向がこの整形プリズム２６で鈍角方向に折り曲げら
れることから、その前後の光軸方向にそれぞれ合わせて
他の部品を精度良く位置決めするために、例えば光学ブ
ロック、すなわち、ハウジングの形状が複雑化し、また
、光ピツクアップが大型化すると共に、高コストとなる
。さらに、光ピツクアップを薄形化しようとする場合、
整形プリズム２６の後に立ち上げミラーと呼ばれる三角
プリズム又は平板ミラーを使用して、光をさらに９０度
折り曲げる必要があり、これによっても、コストアップ
を生じるものとなっている。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、半導体レーザ素子からのレーザ光を円形に整形する
と共に、そのレーザ光を約９０炭層曲する構成の小形化
と製作費の低減とを図ることが可能であり、さらに、整
形時における迷光を極力防止することにより、光ディス
ク等への記録媒体への信号の記録・再生等を精度良く行
い得るビーム変換装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ そこで、本発明のビーム変換装置は、半導体レーザ素子
から出射されるレーザ光の光路上に、このレーザ光が入
射する第１面と、この第１面からの入射光が上記第１面
から出射するように全反射する第２面とを有するプリズ
ムが設けられ、このプリズムは、上記第１面からの出射
光が所定の整形を与えられて上記入射光にほぼ直交する
方向に出射すべく上記第１面と第２面との間の頂角と、
上記第１面へのレーザ光の入射光軸に対する配設位置と
が定められており、さらに、このプリズムの上記第１面
には、第２面で全反射した後の出射光に対して上記第１
面への入射光に対するよりも大きな反射防止作用をなす
べく形成された反射防止膜が設けられていることを特徴
としている。

〔作　用〕

上記の構成によれば、例えば、プリズムの第１面の法線
に対する入射角を約７５度とし、また、この第１面の法
線に対する出射角が約１５度となるように、第１面と第
２面との間の頂角を定めることによって、レーザ光の立
ち上げ角度、すなわち折り曲げ角度を約９０度にすると
共に、半導体レーザ素子の半導体レーザチップにおける
接合面に平行な方向の光束を約３倍に広げて、レーザ光
のビーム断面の強度分布をほぼ円形とするような整形を
行うことができる。このように、一つの部品で、所定の
整形と、はぼ直交する方向への光軸変更をなし得るので
、構成の小形化やコストの低減を図ることができる。

そして、上記のように、互いに異なる方向への入射光と
出射光とがそれぞれ透過する第１面に、透過光の反射損
失を抑えるための反射防止膜が設けられている。この場
合、上記のような入射光と出射光との両者に対して共に
最良の反射防止作用を有するようには形成できず、上記
反射防止膜は、出射光に対する反射防止作用が大きくな
る形成条件で作製されている。

つまり、第１面を透過する出射光から、この第１面で反
射する光が生じる場合、この反射光は、第１面と第２面
との間の反射の繰返し、すなわち多重反射をプリズム内
で生じる。この多重反射の中から上記第１面を透過して
いく光も順次生じる訳であり、これらの光の中には、正
規の出射方向とわずかに異なる方向に出射し、したがっ
て、正規の出射光に対して、いわゆる迷光となって、光
ディスク等の記録媒体への記録・再生精度を低下させる
。

そこで、上記においては、第１面を透過する出射光に対
する反射防止作用を大きくした反射防止膜を設け、これ
により、上記のようなプリズム内での多重反射光の発生
を抑えるようにしている。

この結果、正規の出射光中の迷光が低減されるので、信
号の記録・再生精度の向上を図ることが可能となる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第６図に基づいて説明
すれば、以下の通りである。

光ディスク等の光ビックアンプとして用いられる本考案
の一実施例におけるビーム変換装置には、第５図に示す
ように、半導体レーザ素子１を内蔵するレーザ光の発光
及び受光手段２と、上記半導体レーザ素子ｌからのレー
ザ光を平行光とするコリメートレンズ３と、この平行光
を約９０度に立ち上げて対物レンズ４へと導くプリズム
５とが設けられている。上記対物レンズ４からのレーザ
光は、光ディスク６の読取面７に集光され、光ディスク
６のビットによって変調される。この読取面７で反射し
た光束は、対物レンズ４、プリズム５、及びコリメート
レンズ３を経て、発光及び受光手段２の前面に設けられ
たホログラム回折素子８によって回折され、上記発光及
び受光手段２に内蔵されている受光素子９に入射する。

そして、この受光素子９によって光電変換された信号に
よって、上記光ディスク６の読取面７に記録されている
内容が読取られる。なお、上記対物レンズ４は駆動源１
０によってフォーカス制御及びトラッキング制御が行わ
れる。

上記プリズム５は、上記のように、コリメートレンズ３
からの平行光をほぼ９０度の立ち上げ角θ。で立ち上げ
て対物レンズ４に導く機能を有している。さらに、上記
プリズム５は、コリメートレンズ３から入射する平行光
が、半導体レーザ素子ｌの特性上、第６図において実線
で示しているように、短軸寸法ＷＩ　：長軸寸法Ｗｚ　
−１：　３程度の楕円形の断面を有する光束となってお
り、これに対して、同図において二点鎖線で示すように
、はぼ円形の断面を有する光束への整形、すなわち、短
軸寸法ＷＩ側を３倍に広げる整形機能を有している。

このような光軸方向の変換と整形とを行う上記プリズム
５の形状と配設位置とについて、第１図に基づいて次に
説明する。

このプリズム５は、図のように、前記半導体レーザ素子
１から出射し、コリメートレンズ３で平行光となされた
レーザ光が入射する第１面１１と、この第１面１１から
入射した光が、上記第１面１１から出射するように全反
射する第２面１２とを有している。

上記第１面１１に入射する光は、スネルの法則に従って
屈折しつつプリズム５内に入射する。また、この入射光
は第２面１２で、反射の法則によって、入射角と反射角
とが等しくなるように反射し、そして、上記第１面１１
で再度屈折を生じつつプリズム５の外に出射する。上記
第１面１１での二度の屈折は、それぞれ、 ｓｉｎθｌ　　　　　　ｎｌ ｓｉｎθＩＩ　　　　　ｎ　１１ ｓｉｎ　θ２　　　　　　　　ｎ＋ ｓｉｎθ２Ｉ　　　　　　　ｎ＋１ の関係に従う。ここで、θ１及びθ、　は、前記コリメ
ートレンズ３からの平行光束が第１面１１からプリズム
５内へと入射するときの第１面ｔｉに対する入射角と出
射角、θ２１及びθ２は、プリズム５内から第１面■１
を通して出射していくときの第１面１１に対する入射角
と出射角、ｎ、は空気の屈折率、ｎ、　はプリズム５の
屈折率である。

そして、上記実施例では、コリメートレンズ３からの入
射光の第１面１１に対する入射角θ、を約７５度として
いる。そして、このとき、上記プリズム５内から第１面
１１を通して出射していくときの第１面１１に対する出
射角θ２を約１５度にして、前述の立ち上げ角度θ。を
約９０度にすると共に、整形比Ｗ　ｌ　／　Ｗ　Ｚを約
１：３とする形状、すなわち、第１面１１と第２面１２
との間の頂角θ、が、上記数式に従う光路の幾何学的な
条件と、プリズム５の屈折率とから定められている。例
えば、プリズム材料が屈折率ｎｚ　　＝１．７６のガラ
スであるとき、頂角θ、は約１２．４度であり、また、
屈折率ｎｏｒ　　＝１．５１１のガラスであるとき、頂
角θ、は約１４．９度である。なお、この場合、半導体
レーザ素子１からのレーザ光の波長を７８０　ｎｍとし
ている。また、上記のように第１面１１への入射角θ１
を約７５度としたのは、入射角θ、をもつと大きくした
場合、全反射によって光ディスク６からの戻り光束がプ
リズム５内に閉じ込められてしまう一方、入射角θ１を
小さくした場合には、整形比Ｗ＋　／Ｗｚが小さくなっ
てしまい、所定の整形が行えなくなるためである。

上記構成のプリズム５における屈折及び反射によって、
コリメートレンズ３から入射される平行光は、その楕円
形の断面がほぼ円形の断面を有する光束に整形されて、
入射方向とほぼ直交する方向の前記対物レンズ４に向け
て出射される。

そして、上記プリズム５には、さらに、第１面１１上に
反射防止膜１３が形成され、これによって反射損失を抑
制するようになっている。この場合、上記反射防止膜１
３の形成条件は、■　膜厚の制？ｉｊ　（位相条件） ■　膜の屈折率（振幅条件） の２項目である。一般に、屈折率ｎｇのガラス基板上に
蒸着された屈折率ｎｆｓ幾何学的膜厚ｄ。

の透明薄膜に光が入射する場合、光の波長をλとすると
、 １、　ｎｆ−ｄｆ−（１／４）・λ ２、ｎ、−ψ− ９ の二つの条件が満足されれば、反射光は零となる。ここ
で、第１面ＩＩに入射する光束と、第１面１１から再び
出射する光束は、法線に対してそれぞれ約７５度と約１
５度のため、位相条件のを三者が同時に満足することは
ない。このため、第１面１１に入射する光と第１面１１
から出射する光との両方共に反射をなくすような膜形成
はできず、入射光と反射光とのいずれか一方を選択して
、反射防止膜１３の形成条件を定めることが必要である
。

そこで、上記実施例においては、反射防止膜１３の形成
条件を、さらに、光ディスク６に向かう光束内に、迷光
成分を極力含ませないことによって、信号の記録・再生
精度を高めるという観点を加味して定めている。前記第
１図には、第１面１１における反射光の成分を除いた正
規の光路が模式的に示されており、プリズム５の第１面
１１に到達した光線は第１屈折点５ａにて屈折しつつ、
プリズム５内に進入する。そして、第２面１２での反射
点５ｂにて反射された光線は、再び第１面１１に到達し
、第２屈折点５ｃにて屈折しつつプリズム５の外部に出
射される。

そして、上記第ＬＭ折点５ａと第２屈折点５Ｃとの双方
で、それぞれ第１面１１を屈折しながらこの面１１を透
過する光から、一部の光が反射する訳であるが、まず、
第２図に示す上記第１屈折点５ａでの反射光、すなわち
、コリメートレンズ３からプリズム５へ入射する光の一
部が第１面１１において反射する場合、この反射光Ｒ３
は、前記対物レンズ４へと向かう正規の出射光の方向か
らは大きく外れたものとなるため、光量の損失は生じる
ものの、この反射光Ｒ１が光ピツクアップでの信号に悪
影響を及ぼすことはない。

一方、第３図に示すように、第２屈折点５ｃでの反射光
、すなわち、第２面１２で全反射した後、第１面１１に
おいて屈折しつつプリズム５外に出射する光の一部が、
第１面１１において反射する場合、その反射光Ｒ２はさ
らにプリズム５内において多重反射しつつプリズム５の
外部に出射していく。プリズム５外部に出射された反射
光Ｒ２は、正規の光束の経路とは異なっているものの、
その経路方向に近いものも生じ、このため、反射光Ｒ２
の一部が対物レンズ４に入射し、迷光となって光ピツク
アンプでの信号に悪影響を及ぼす。

上記から、第１面１１における反射防止膜の条件設定は
、プリズム５内部にて多重反射が起きないものとするこ
とで、光記録媒体への信号の記録・再生精度の向上した
ビーム変換装置としての構成が可能となる。したがって
、上記実施例では、第１面１１に入射角約１５度で入射
する光線、すなわち、第２面１２で全反射した後に第１
面１１から出射していく出射光に対して前記位相条件の
を設定して、反射防止膜１３の形成が行われている。な
お、第４図は上記反射防止膜１３における透過率特性の
一例を示しており、図のように、１５度の出射光に対す
る透過率を大きくして形成され、特に、半導体レーザ素
子１から出射されるレーザ光の波長７８０　ｎｍの近傍
では１００％に近い透過率を有している。

以上の説明のように、上記実施例においては、簡単な構
成のプリズム５を、従来の立ち上げミラーと同精度にて
光学ハウジングに組込むだけで、整形と立ち上げとの両
機能を同時に得ることができる。このように、一つの部
品で、所定の整形と、はぼ直交する方向への光軸変更と
をなし得るので、構成の小形化やコストの低減を図るこ
とができる。

そして、上記においては、プリズム５の第１面１１に、
プリズム５内での多重反射を低減し得る反射防止膜が設
けられている。このため、光記録媒体に向かう光束内で
の迷光が低減され、この結果、信号の記録・再生を精度
良く行うことが可能となる。

また、上記構成においては、プリズム５に入射される整
形前のコリメート光束は、光ピツクアップの高さ方向（
第５図の上下方向）に対して、第６図に示されるように
偏平であり、その偏平によって生じた空間に、駆動源１
０の磁気回路及びベース部材等を配置することが可能と
なる。これによって、上下方向が薄い光ピツクアップを
実現することができる。また、従来、例えば特開昭６３
２４７７１６号公報に記載されているように、本実施例
と同様に整形と立ち上げとを行うため、平板のハーフミ
ラ−を用いる構成も知られているが、この平板ミラー内
での多重反射によるコリメート光の整形では、波長オー
ダで管理する必要のある光束の波面が狂ってしまい、対
物レンズにて回折限界のスポットに集光することはでき
ない。

しかし、本実施例におけるプリズム５では、波面が変化
することはなく、波面収差を発生させずに対物レンズ４
へ整形後の光束を導くことが可能なため、対物レンズ４
によって回折限界程度まで集光した良好なスポットを得
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明のビーム変換装置は、以上のように、半導体レー
ザ素子から出射されるレーザ光の光路上に、このレーザ
光が入射する第１面と、この第１面からの入射光が上記
第１面から出射するように全反射する第２面とを有する
プリズムが設けられ、このプリズムは、上記第１面から
の出射光が所定の整形を与えられて上記入射光にほぼ直
交する方向に出射すべく上記第１面と第２面との間の頂
角と、上記第１面へのレーザ光の入射光軸に対する配設
位置とが定められており、さらに、このプリズムの上記
第１面には、第２面で全反射した後の出射光に対して上
記第１面への入射光に対するよりも大きな反射防止作用
をなすべく形成された反射防止膜が設けられている構成
である。

これにより、簡単な構成のプリズムを光学ハウジングに
組込むだけで、整形と立ち上げとの両機能を一つの部品
でなし得るので、構成の小形化やコストの低減を図るこ
とができると共に、さらに、プリズム内での多重反射を
低減し得る反射防止膜が設けられていることによって、
光記録媒体に向かう光束内での迷光が低減され、この結
果、信号の記録・再生を精度良く行うことが可能になる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示すものであ
る。 第１図はプリズムの側面図である。 第２図は上記プリズムの第１面に入射する光からの反射
を説明するための側面図である。 第３図は上記プリズムの第１面から出射する光からの反
射を説明するための側面図である。 第４図は上記第１面に設けられる反射防止膜の光透過特
性を示すグラフである。 第５図は上記プリズムが組込まれて構成されるビーム変
換装置の全体構成を示す側面模式図である。 第６図はプリズムによる偏平なレーザ光の整形動作を説
明するための光束の断面模式図である。 第７図及び第８図は従来例を示すものである。 第７図はビーム変換装置の全体構成を示す模式第８図は
整形プリズムの側面図である。 １は半導体レーザ素子、５はプリズム、１１は第１面、
１２は第２面、１３は反射防止膜である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の光路上
   に、このレーザ光が入射する第１面と、この第１面から
   の入射光が上記第１面から出射するように全反射する第
   ２面とを有するプリズムが設けられ、このプリズムは、
   上記第１面からの出射光が所定の整形を与えられて上記
   入射光にほぼ直交する方向に出射すべく上記第１面と第
   ２面との間の頂角と、上記第１面へのレーザ光の入射光
   軸に対する配設位置とが定められており、さらに、この
   プリズムの上記第１面には、第２面で全反射した後の出
   射光に対して上記第１面への入射光に対するよりも大き
   な反射防止作用をなすべく形成された反射防止膜が設け
   られていることを特徴とするビーム変換装置。