(57)【要約】【課題】レーザビーム発光素子として青色レーザダイオードを用いた小型の光学ピックアップヘッド装置を実現するために、構成光学素子となるビーム整形プリズムの小型化を実現する。また、環境汚染に配慮した光学素子を実現する。【解決手段】ビーム整形プリズム３に使用される２つの硝材に関して、レーザビームＬＢの入射側の硝材３１に屈折率の大きい硝材を使用し、レーザビームＬＢの出射側の硝材３２に屈折率の小さい硝材を使用することによって、最適化した寸法形状を得る。また、硝材３１と硝材３２に鉛および砒素フリーの硝材を使用する。【選択図】　図１
2004087017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザダイオードから出射されるレーザビームの断面形状を整形し、使用環境変化による波長変動を小さくするするためのビーム整形プリズムを具備した光学ピックアップヘッド装置において、
前記ビーム整形プリズムは、前記レーザビームの入射側に屈折率の低い硝材を使用し、前記レーザビームの出射側に高い硝材を使用することを特徴とする光学ピックアップヘッド装置。
【請求項２】
前記ビーム整形プリズムの構成材料として、鉛・砒素フリーの硝材を用いることを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップヘッド装置。
【請求項３】
前記ビーム整形プリズムの構成材料として、前記レーザビームの入射側にＳ−ＬＡＨ５８を使用し、前記レーザビームの出射側にＳ−ＮＰＨ１を使用することを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクに対して情報信号を記録、または再生を行うための光学ピックアップヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの性能向上とともに、ＤＶＤやＣＤに代表される、光ディスクの高密度化も今までに増して要求されてきている。
【０００３】
従来、音楽の再生や映像の記録、再生を用途として開発されたＣＤやＤＶＤの光ディスクは、今や情報社会に無くてはならない存在となってきている。これらの光ディスクの特徴として、量産性から来る単位容量あたりのコストの安さに加え、情報の記録容量が大きいこと等が上げられるが、この記録容量（記録密度）のについては記録媒体としての用途として、今後、増大していくことが期待されている。
【０００４】
この光ディスクの高記録密度化の達成手段としては、光ディスクから情報信号の記録、再生するためのレーザ光の波長を短くする方法と、当該ディスクの記録、再生面上にレーザ光の光束を集光させるための対物レンズの高ＮＡ化（ＮＡは対物レンズの開口数）が有効となる。
【０００５】
近年、このレーザ光の短波長化については、青色系の半導体レーザダイオード（ＬＤ）が開発されてきており、従来の赤色系の半導体レーザダイオードから記録メディアの高記録密度化とともに変わりつつある。また高ＮＡ化については、対物レンズの光学材料としての硝材に高分散硝材を使用したり、また複数枚のレンズで構成したアクロマートレンズを使用する等して改善を図っている。
【０００６】
しかし、これらの手法についても問題は残る。例えば、対物レンズの材料として高分散硝材を使用すると色収差が大きくなりその結果、焦点の移動量となるディフォーカス量が大きくなり、光学記録メディアからの情報の読み取りに大きく影響を及ぼすことになる。
【０００７】
そして、この色収差を小さくするためのに対物レンズの光学材料に低分散硝材を使用すると、屈折率が低いため対物レンズの面の曲率がきつくなり、これを改善するために例えば、２群２枚構成のアクロマートレンズを使用する等の策があるが、この構成を採ったとしても、小型化を目指した小口径の対物レンズにはワーキングディスタンスが不足する結果となり、また、レンズ構成が複数枚となるため対物レンズの重量が大きくなる。
【０００８】
このため、記録、再生時のフォーカス、及びトラッキング方向のレスポンスが悪化し、さらにこの大きくなった重量の対物レンズを駆動制御するための駆動回路も大きくなるため、結果として小型化に対して阻害要因となる。
【０００９】
また、高記録密度大容量化した記録メディア対応の光ディスクドライブ装置用として使用される光学ピックアップヘッド装置に、例えば４４０ｎｍ以下の青色系の半導体レーザダイオードが使用された場合は、上述した色収差はさらに大きな問題となってくる。
【００１０】
特に、波長変動による色収差が問題となってくる。これは、高記録密度大容量化とともに記録メディアの記録面上に、対物レンズによって収束される半導体レーザダイオードから発光されるレーザ光の光束スポット径を可能な限り小さくする必要があるが、対物レンズの焦点深度ｄは、ｄ＝λ／（ＮＡ）２（ここで、λはレーザ光の波長で、ＮＡは対物レンズの開口数である。）で表されるように、使用されるレーザ光の波長λが小さくなり、この結果焦点深度ｄが小さくなってくるので、僅かな波長λの変動にも焦点深度ｄが影響を受けることになるからである。
【００１１】
さらに、高記録密度化で記録メディアのトラックピッチが狭くなってくると、半導体レーザダイオードから放射されるレーザ光束の断面は円形状ではなく楕円形状となっているが、この楕円形状のため記録メディアのピッチが狭い高記録密度のメディアに対しては読み取り性能に大きく影響を及ぼすことが解っていて、今後の高記録密度化に伴っていかに楕円形状を整形して円形形状にするかが求められている。
【００１２】
こうした、高記録密度化の情況を背景に、最近、波長変動による色収差の低減、そしてレーザ光束の整形等を主として、改善が要望されてきている。
【００１３】
一方、高記録密度化ととも高記録密度化した記録メディアに対する記録、及び再生装置の小型化、特に薄型化が進んできているが、この装置を構成する光学ピックアップヘッド装置に対するより一層の小型化も切望されている。しかし、かかる要望を実現するための効果的な手段は見つかっていない。
【００１４】
この、高密度記録化に適合するための光学ピックアップヘッド装置の一例が特開平１０−１８８３３１号公報に開示されている。
【００１５】
この特許では、２種類の硝材で構成されたアナモルフィックプリズム（ビーム整形プリズム）を使用したことを特徴としていて、２種類の硝材として、レーザビームの入射する側には、屈折率の小さな硝材（ＢＫ７材）を配し、レーザビームの出射する側には屈折率の大きな硝材（ＳＦ１１材）を配している。そして、レーザビーム（レーザ光束）の断面形状を整形し、また情報の記録時のレーザビームの振れを小さくすることでトラックピッチの狭い高記録密度の記録メディアに対して良好な記録再生を行う内容としている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光学ピックアップヘッド装置では、主として、半導体レーザダイオードから出射されるレーザビームの光束断面形状を整形する手段として、ビーム整形プリズムのレーザビームの入射側に屈折率の低い硝材を、レーザビームの出射側に屈折率の高い硝材を配して色収差を低減する手法が採られ、小型化については改善を残す余地を含んでいる。
【００１７】
また、上述した例で使用されている、硝材ＳＦ１１は、組成がシリカ、鉛、成長剤としてアンチモン、砒素を含んでおり最近、問題となってきている環境汚染についても問題を含んでいる。さらに、ＳＦ１１は波長４００ｎｍ付近のレーザビームに対しての透過率が低いという問題もある。
【００１８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、ビーム整形プリズムに使用する硝材の屈折率の高低にかかわらず、硝材間の屈折率比と、分散比を数値限定して設計制作された、光学素子を使用して、ビーム整形プリズムの小型化を図るとともに半導体レーザダイオードから出射されるレーザビーム断面形状を整形し、さらに、環境汚染に対して考慮した光学ピックアップヘッド装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の光学ピックアップヘッド装置は、半導体レーザダイオードから出射されるレーザビームの断面形状を整形し、使用環境変化による波長変動を小さくするするためのビーム整形プリズムを具備した光学ピックアップヘッド装置において、前記ビーム整形プリズムは、前記レーザビームの入射側に屈折率の低い硝材を使用し、前記レーザビームの出射側に高い硝材を使用することを特徴としている。
【００２０】
本発明によれば、光学素子に使用する、硝材間の屈折率比を１以下に数値限定して設計することによって、光学素子の小型化を図ることができるので、光学ピックアップヘッド装置の小型化を図ることができる。
【００２１】
また、上記の目的を達成するために、本発明の光学ピックアップヘッド装置は、前記ビーム整形プリズムの構成材料として、鉛・砒素フリーの硝材を用いることを特徴としている。
【００２２】
本発明によれば、光学素子に使用する硝材の材料として、鉛・砒素フリーの例えばＳ−ＬＡＨ５８及びＳ−ＮＰＨ１の硝材を用いているので、環境汚染を考慮した光学装置を作ることができ、廃棄に当たっての後処理を簡素化できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は、本発明のビーム整形プリズムを使用した光学ピックアップヘッド装置の光学系の構成図である。
【００２５】
図１において、光学ピックアップヘッド装置１００は、レーザビームＬＢを出射する半導体レーザダイオード（以下、ＬＤと表記する。）１と、このＬＤ１から出射される発散光であるレーザビームＬＢを、平行光に変換するコリメータレンズ２と、このコリメータレンズ２によって平行光に変換されたレーザビームＬＢの断面形状を整形するためのビーム整形プリズム３と、後述する対物レンズ８からの出射光量を調整する半波長板４と、整形後のレーザビームＬＢを３ビームに変換する回折格子５と、ビームスプリッタ６と、レーザビームＬＢの偏光を直線偏光から楕円偏光に変換する１／４波長板７と、対物レンズ８と、記録メディアである光ディスク９と、ＬＤ１のオートパワーコントロール用の集光レンズ１０と、ＬＤ１のオートパワーコントロール用のフォトディテクタ（以下、ＰＤと表記する。）１１と、反射ミラー１２と、検出系用の集光レンズ１３と、検出系用のＰＤ１４とを有している。
【００２６】
次に、光学ピックアップヘッド装置１００の動作について説明する。
【００２７】
ＬＤ１から出射された発散光のレーザビームＬＢが、コリメータレンズ２に入射すると、このコリメータレンズ２によって平行光に整形される。平行光に整形されたレーザビームＬＢは、ビーム整形プリズム３に入射する。この、ビーム整形プリズム３によって、平行光に変換されたレーザビームＬＢの断面形状が整形される。
【００２８】
ビーム整形プリズム３を出たレーザビームＬＢは半波長板４によって、後述する対物レンズ７と集光レンズ１０への光量配分調整が行われた後、回折格子５に入射する。この、回折格子５によって、整形されたレーザビームＬＢが３ビームに変換される。３ビームに変換されたレーザビームＬＢはビームスプリッタ６に入射し、このビームスプリッタ６を透過したレーザビームＬＢは１／４波長板７で直線偏光から円偏光に変換される。そして、１／４波長板７で円偏光に変換されたレーザビームＬＢは対物レンズ８に入射して、この対物レンズ８によって、記録メディアの光ディスク９の記録面部に集光される。
【００２９】
また、ビームスプリッタ６に入射し、偏光膜６ａによって反射されたレーザビームＬＢは集光レンズ１０を経て、ＰＤ１１に入射する。ここに入射したレーザビームＬＢの強弱を基に、図示略の制御回路（ＡＰＣ）部によってＬＤ１の出射パワーが制御される。
【００３０】
一方、光ディスク９の記録面から反射されて信号となって戻ってきたレーザビームＬＢは対物レンズ８を通過して１／４波長板７に入射する。そしてここで、円偏光から直線偏光に戻され、ビームスプリッタ６に入射する。この、ビームスプリッタ６に入射した戻りのレーザビームＬＢは偏光膜６ａにて、反射ミラー１２に入射する。この反射ミラー１２によって反射されたレーザビームＬＢは集光レンズ１３によって集光されＰＤ１４に入射する。
【００３１】
次に、本発明に係わる、小型化を実現したビーム整形プリズム３について説明する。
【００３２】
図２は、ビーム整形プリズム光学系の構成概念図である。図２において、ビーム整形プリズム３は、屈折率ｎ１を有した硝材３１と、屈折率ｎ２を有した硝材３２からなり、硝材３１と硝材３２が一体的に張り合わされている。そして、ＬＤ１から出射されたレーザビームＬＢは、硝材３１側に対して入射角θｄで入射し、屈折角θｅで透過する。また、硝材３２側に対して入射角θｆで入射し、屈折角θｇで透過するようになっている。
【００３３】
ここで、ビーム整形プリズム３の最辺長Ｌを導出する一般式を導く。
【００３４】
スネルの法則より、
【数１】
ｓｉｎθｄ＝ｎ１ｓｉｎθｅ　　　・・・（１）
【数２】
θｆ＝Φ１−θｅ　　　・・・（２）
【数３】
ｎ１ｓｉｎθｆ＝ｎ２ｓｉｎθｇ　　　・・・（３）
が成り立つ。また、ビーム整形プリズム３の倍率をβとすると、
【数４】
β＝ｃｏｓθｅｃｏｓθｇ／ｃｏｓθｄｃｏｓθｆ　　　・・・（４）
が導出される。（１）式の両辺を全微分すると、
【数５】
Δθｅ＝−Δｎ１ｓｉｎθｅ／ｎ１ｃｏｓθｅ　　　・・・（５）
となる。同様に（２）式の両辺を全微分すると、
【数６】
Δθｆ＝−Δθｅ　　　・・・（６）
となる。次に、（３）式の両辺を全微分すると
【数７】
Δｎ１ｓｉｎθｆ＋ｎ１ｃｏｓθｆΔθｆ＝Δｎ２ｓｉｎθｇ＋ｎ２ｃｏｓθｇΔθｇ　　　・・・（７）
が得られる。ここで、ビーム整形プリズム３はΔθｇ≒０なので、
【数８】
Δｎ１（ｓｉｎθｆ＋ｃｏｓθｆｔａｎθｅ）＝Δｎ２ｓｉｎθｇ　　　・・・（８）
で、ｓｉｎθｆ≒ｓｉｎθｇ　より、（３）式を用いて、
【数９】
ｎ１ｃｏｓθｆｔａｎθｅ＝（Δｎ２・ｎ１／ｎ２−Δｎ１）ｓｉｎθｆ　　　・・・（９）
が導出される。両辺を２乗して整理すると、
【数１０】
2004087017.tif 000003
また、同様に（１）式と（３）式を（４）式に代入すると、
【数１１】
2004087017.tif 000004
となる。これに（７）式を代入して整理すると、
【数１２】
2004087017.tif 000005
となる。よって、
【数１３】
2004087017.tif 000006
よって、θｅが導出される。
【００３５】
但し、
【数１４】
2004087017.tif 000007
とする。
【００３６】
θｅが導出できれば、（１）式より入射角θｄが求まる。
【００３７】
また、（１０）式よりθｆが求まり、（３）式よりθｇも求まる。
【００３８】
また、プリズムの幅をＸとすると、プリズムの最長辺の長さＬは
【数１５】
2004087017.tif 000008
により求まる。
【００３９】
また、図４は、上記の式を基に作成した、２つの硝材間の屈折率比と分散比の関係によるビーム整形プリズム３の最長辺Ｌの長さを示す分布図で、図５は、図４から最長辺Ｌの長さの主な境界線を取り出して示した概略分布図である。
【００４０】
この図４および図５によれば、分散比１以上の領域において、最長辺Ｌは屈折比１以上のＡの領域に対して屈折比１以下のＢの領域の方が最長辺Ｌが小さいことが分かる。このことから、分散比１以上で屈折比を１以下に限定して、硝材の選定を行うことによって小型化を図ったプリズムを作ることができる。
【００４１】
ここで、先に求めた（１５）式から上記の条件を考慮して、使用する２つの硝材を選定し、プリズムの最長辺Ｌの大きさを求める。
【００４２】
ここで、２つの硝材として、図２の硝材３１にＳ−ＬＡＨ５８（屈折率ｎ１＝１．９２１、分散率Δｎ１＝３．７９６×１０∧−４）を使用し、硝材３２にＳ−ＮＰＨ１（屈折率ｎ２＝１．８７６３１０、分散率Δｎ２＝７．８４６×１０∧−４）を使用することにする。また、倍率βについては、従来使用している小型の光学ピックアップヘッド装置に使用されているものと同じ値、β＝２を使用する。
【００４３】
この時、プリズムの幅Ｘとしては、やはり現在、小型の光学ピックアップヘッド装置に使用されているものと同じサイズのＸ＝５ｍｍとする。
【００４４】
図３は、本発明のビーム整形プリズム光学系の構成図である。図３のプリズムは、上記の条件を使って最長辺の大きさと入射角を求めたプリズムで、最長辺Ｌ＝４．７６ｍｍ、入射角θｄ＝６３．９２°を実現している。
【００４５】
因みに、一般的に使用されているプリズムは上述したように、レーザビームＬＢの入射側の硝材の屈折率は出射側の硝材の屈折率よりも小さい、即ち屈折比が１よりも大きく設計されるので、条件として、例えば、硝材３１にＳ−ＢＳＬ７（屈折率ｎ１＝１．５２５、分散率Δｎ１＝１．２８０×１０∧−４）を、硝材３２にＳ−ＴＩＭ２（屈折率ｎ２＝１．６５１、分散率Δｎ２＝３．２６８×１０∧−４）を使用して同じようにプリズム幅Ｘ＝５ｍｍとして最長辺Ｌと入射角を求めると、最長辺Ｌ＝６．５１ｍｍ、入射角θｄ＝６５．８１°となる。
【００４６】
従って、本発明の数値限定によって先に求めた大きさは、最長辺の長さで約２６．９％の小型化を実現し、さらに入射角θｄも小さくすることができ、ビーム整形プリズムの入射面におけるレーザビームＬＢの損失を低くすることができたことになる。
【００４７】
このように構成された本発明の光学ピックアップヘッド装置１００においては、構成光学素子としてのビーム整形プリズム３に使用する硝材の屈折率にかかわらず屈折比と分散比を数値限定することによって、ビーム整形プリズム３の最長辺の寸法を短く作成できるため、光学ピックアップヘッド装置の小型化を図ることができる。また、ビーム整形プリズム３の構成材料として、鉛・砒素フリーの硝材を用いているため環境汚染に配慮した光学ピックアップヘッド装置を実現できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ビーム整形プリズムを小型化できるため、このビーム整形プリズムを使用して、小型化を図った光学ピックアップヘッド装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光学ピックアップヘッド装置の光学系の構成図。
【図２】ビーム整形プリズム光学系の構成概念図である。
【図３】本発明によるビーム整形プリズム光学系の構成図。
【図４】２つの硝材間の屈折率比と分散比の関係によるビーム整形プリズムの最長辺Ｌの長さを示す分布図。
【図５】図４から最長辺Ｌの長さの主な境界線を取り出して示した概略分布図。
【符号の説明】
１　半導体レーザダイオード
２　コリメータレンズ
３　ビーム整形プリズム
４　半波長板
５　回折格子
６　ビームスプリッタ
７　１／４波長板
８　対物レンズ
９　光ディスク
１０、１３　集光レンズ
１１、１４　フォトディテクタ
１２　反射ミラー
３１、３２　硝材
【図１】
2004087017.tif 000009
【図２】
2004087017.tif 000010
【図３】
2004087017.tif 000011
【図４】
2004087017.tif 000012
【図５】
2004087017.tif 000013