(57)【要約】【課題】水平方向と垂直方向とで異なる放射角を有する光源からの光束を、略円形の光束に変換するためのビーム整形機能を備える光学素子について、使用環境の温度が変化によって硝材の性能の光学的性能が変化しても、これを補償することが可能な光学素子、及びこの光学素子を備える光ピックアップ装置を提供すること。【解決手段】光軸を含む２つの面上で異なる放射角を有する光源からの光束を、略円形の光束に変換するビーム整形機能を備えるビーム整形用の光学素子について、使用温度が変化することによる波面収差の変化を抑制する温度補償機能を備える。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸を含む２つの面上で異なる放射角を有する光源からの光束を、略円形の光束に変換するビーム整形機能を備えるビーム整形用の光学素子であって、
使用温度が変化することによる波面収差の変化を抑制する温度補償機能が備えられていること
を特徴とする光学素子。
【請求項２】
光軸を含む２つの面上で異なる放射角を有する光源からの光束を、略円形の光束に変換するビーム整形機能を備えるビーム整形用の光学素子の出射面に対向するように配置される光学素子であって、
使用温度が変化することによる波面収差の変化を抑制する温度補償機能が備えられていること
を特徴とする光学素子。
【請求項３】
光軸を含む２つの面上で異なる放射角を有する光源からの光束を、略円形の光束に変換するビーム整形機能と、コリメート機能とを備えるビーム整形・コリメート用の光学素子であって、
使用温度が変化することによる波面収差の変化を抑制する温度補償機能が備えられていること
を特徴とする光学素子。
【請求項４】
光軸を含む２つの面上で異なる放射角を有する光源からの光束を、略円形の光束に変換するビーム整形機能を備えるビーム整形用の光学素子の出射面に対向するように配置され、コリメート機能を有する光学素子であって、
使用温度が変化することによる波面収差の変化を抑制する温度補償機能が備えられていること
を特徴とする光学素子。
【請求項５】
光軸を含む２つの面上で異なる放射角を有する光源からの光束を、略円形の光束に変換する屈折機能を備えるビーム整形用の光学素子と、
請求項２又は４に記載の光学素子とが、固定手段によって所定の相互位置に固定されてなること
を特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項１、３、５のいずれか一項に記載の光学素子において、
前記ビーム整形用又はビーム整形・コリメート用の光学素子の入射側の光学機能面は球面トロイダル面であり、出射側の光学機能面はアナモフィック非球面であること
を特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学素子において、
前記温度補償機能は、温度変化により発生する非点収差を低減させる回折構造を備える光学機能面によって実現されていること
を特徴とする光学素子。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学素子において、
前記温度補償機能は、温度変化により発生する非点収差を低減させる位相シフト構造を備える光学機能面によって実現されていること
を特徴とする光学素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学素子において、
軸上色収差補償機能を備えること
を特徴とする光学素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学素子において、
前記各光学素子がプラスチックから構成されたものであること
を特徴とする光学素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学素子において、
前記光束の波長が３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内であること
を特徴とする光学素子。
【請求項１２】
光源から発振され、光軸を含む２つの面上で異なる放射角を有し、波長が３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の光束を、請求項１、３、５〜１０のいずれかに記載の光学素子、又は、略円形の光束に変換するビーム整形機能を備えるビーム整形用の光学素子と請求項２又は４に記載の光学素子とを通過させ、集光光学系により光情報記録媒体の情報記録面上に集光させること
を特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１３】
光源から発振され、光軸を含む２つの面上で異なる放射角を有し、波長が３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の光束を、光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる光ピックアップ装置であって、
前記光束が光源から発振され前記情報記録面上に到達する間に通過する、屈折力を備える全ての光学素子がプラスチックから構成され、そのうちの少なくとも一つが、前記光束を略円形に変換するビーム整形機能を有すること
を特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体レーザ発振器などのように、水平方向と垂直方向とで異なる放射角を有する光源からの光束を、略円形の光束に変換するためのビーム整形機能を備える光学素子、およびこの光学素子を備える光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
光ピックアップ装置では、光源として半導体レーザー発振器を用いるが、レーザーダイオードから出射された光束は円形ではないため、これを所定の径を有する円形状に整える必要がある。
このため、光源から出射された光束を、ビームシェイパ（水平方向と垂直方向とで異なる放射角を有する光源からの光束を、略円形の光束に変換するためのビーム整形機能を備える光学素子）にて円形断面に整え、次いでコリメータによって平行光にせしめ、平行光として用いている。
つまりビームシェイパから出射される光は、円形に整形されていて、温度変化等の外乱によって形状が乱れないことが好ましい。
【０００３】
特に、光ディスクの書き換えを行うことが可能なディスクドライブでは、集光スポットの安定性が必要であり、ことにビーム径の安定が求められる。これはＣＤドライブ、ＤＶＤドライブ、さらに高密度な光ディスクのドライブなど、光ピックアップ装置に用いられるレーザ光の使用波長を問わずに生じる問題である。
【０００４】
また、波長が短いレーザ光や、パワーが大きいレーザ光を使うと、光ピックアップ装置が高温になり易く、光学素子が熱で変形したり、レーザ発振器から発振されるレーザ光の波長が変化するといった問題が生じる。しかし、レーザ光の出力を確保する上では、レーザ発振器のパワーを低くするにも限界がある。
したがって、温度変化（特に高温化）に対して、レーザ光の変動を抑制することが求められる。
【０００５】
このような要因から、従来のビームシェイパは、温度変化に対する性能の変化が小さいガラス製のものが用いられているが、これを低コスト化・小型化・軽量化するため、プラスチックで構成することが考えられる。
【０００６】
しかし、プラスチックはガラスに比べ、温度変化による性能（屈折率、形状）の変化が大きい。したがって、パワーの大きいレーザ発振機を使用することなどにより、使用環境の温度が高くなると、光学素子としての性能が変化してしまう。特にビームシェイパをプラスチックで構成した場合には、温度変化によって非点収差が発生する。
また温度変化によってレーザーダイオードの発振波長が変化する、という問題もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、水平方向と垂直方向とで異なる放射角を有する光源からの光束を、略円形の光束に変換するためのビーム整形機能を備える光学素子について、使用環境の温度が変化しても、その影響を補償することが可能な光学素子、及びこの光学素子を備える光ピックアップ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図４に示すように、光軸Ｚを含む２つの面上で異なる放射角を有する光源Ｒ１からの光束を、略円形の光束に変換するビーム整形機能を備えるビーム整形用の光学素子（ビームシェイパ）１１であって、
使用温度が変化することによる波面収差の変化を抑制する温度補償機能が備えられていること
を特徴とする。
ここで、温度補償機能とは、回折構造を備える光学機能面や、位相シフト構造を備える光学機能面によって実現可能である。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、使用環境の温度が変化することによる光学素子の波面収差の変化を抑制する温度補償機能が備えられているので、例えばプラスチックなど、温度変化によって屈折率や形状が変化しやすい素材を用いても、光学素子の波面収差が発生するのを抑えることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、例えば図５に示すように、光軸Ｚを含む２つの面上で異なる放射角を有する光源Ｒ１からの光束を、略円形の光束に変換するビーム整形機能を備えるビーム整形用の光学素子２１の出射面に対向するように配置される光学素子（補正板）２２であって、
使用温度が変化することによる波面収差の変化を抑制する温度補償機能が備えられていること
を特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、光軸を含む２つの面上で異なる放射角を有する光源Ｒ１からの光束を、略円形の光束に変換するビーム整形機能と、コリメート機能とを備えるビーム整形・コリメート用の光学素子であって、
使用温度が変化することによる波面収差の変化を抑制する温度補償機能が備えられていること
を特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、例えば図６に示すように、光軸Ｚを含む２つの面上で異なる放射角を有する光源Ｒ１からの光束を、略円形の光束に変換するビーム整形機能を備えるビーム整形用の光学素子（ビームシェイパ）３１の出射面に対向するように配置され、コリメート機能を有する光学素子（コリメータ）３２であって、
使用温度が変化することによる波面収差の変化を抑制する温度補償機能が備えられていること
を特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、光軸を含む２つの面上で異なる放射角を有する光源からの光束を、略円形の光束に変換する屈折機能を備えるビーム整形用の光学素子と、
請求項２又は４に記載の光学素子とが、固定手段によって所定の相互位置に固定されてなること
を特徴とする。
【００１４】
請求項２〜５のそれぞれに記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られる。
【００１５】
請求項１２に記載の発明である光ピックアップ装置は、例えば図１、図５、図６に示すように、光源Ｒ１から発振され、光軸Ｚを含む２つの面上で異なる放射角を有し、波長が３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の光束を、請求項１、３、５〜１０のいずれかに記載の光学素子（ビームシェイパ）１１、又は、略円形の光束に変換するビーム整形機能を備えるビーム整形用の光学素子（ビームシェイパ）２１，３１と請求項２又は４に記載の光学素子（補正板）２２，（コリメータ）３２とを通過させ、集光光学系により光情報記録媒体Ｄの情報記録面Ｄ１上に集光させること
を特徴とする。
【００１６】
請求項１２に記載の発明によれば、レーザ発振器などの光源の温度上昇により環境の温度が変化しても、光情報記録媒体の情報記録面上に形成されるビームスポットの径を安定させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光学素子、及び光ピックアップ装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
図１に示す光ピックアップ装置Ａは、波長４０５ｎｍのレーザ光を用いて、光情報記録媒体Ｄの情報記録面Ｄ１に対して情報の記録／読取が行えるように構成されている。
【００１９】
図１に示すように、光ピックアップ装置Ａは、レーザ発振器Ｒ１から出射された波長４０５ｎｍのレーザ光が、ビームシェイパ（光学素子）１１を通過した後、ビームスプリッタ１、コリメータ２、１／４波長板３、絞り４、対物レンズ５を経て、透明保護基板を有する光情報記録媒体Ｄの情報記録面Ｄ１で反射して戻り、ビームスプリッタ１で取り出されて、シリンドリカルレンズ６、凹レンズ７を経て光センサＲ２に向かうように構成されている。
光ピックアップ装置Ａに用いられている光学素子のうち、ビームスプリッタ１、１／４波長板３を除く全ての光学素子は、プラスチックから構成されている。
【００２０】
レーザ発振器Ｒ１から出射されたレーザ光は、光軸Ｚを含む２つの面上で異なる放射角を有し、光束の光軸に垂直な断面は略楕円形となっている。ビームシェイパ１１は、この光束を略円形の光束に変換するビーム整形機能を備える光学素子であり、オレフィン系樹脂から構成されたものである。
ビームシェイパ１１の光軸ｚを含む２つの面上における光路図を図２（ｙｚ平面）、図３（ｘｚ平面）に、斜視概略図を図４に示す。図２、図３に示すように、ビームシェイパ１１の出射面から出射するレーザ光は、ｙｚ平面上とｘｚ平面上とでほぼ等しい放射角を有し、光軸ｚを中心とする光束の断面が略円形状となるように補正される。
【００２１】
ビームシェイパ１１の入射面１１ａは、（１）式
【数１】
2004037826.tif 000003
で表される球面トロイダル面からなる母非球面に、ｙ軸に対称な１次元状の回折構造が設けられたものである。また、ビームシェイパ１１の出射面１１ｂは、（２）式
【数２】
2004037826.tif 000004
で表されるアナモフィック非球面からなる。
ここで、ｚは光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、ｘ，ｙは光軸と垂直な２つの軸（光軸からの高さ）、Ｒは近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａ，Ｂは非球面係数である。
【００２２】
また、入射面の回折構造のピッチは、光路差関数を使って定義される。具体的には、光路差関数ΦＢは単位をｍｍとして（３）式で表わされる。
【数３】
2004037826.tif 000005
【００２３】
ビームシェイパ１１のレンズデータを、次に示す。なお、以下の表１、表２において例えば「＋２．２０７９Ｅ＋２」は「＋２．２０７９×１０２」を意味する。
【００２４】
【表１】
2004037826.tif 000006
【００２５】
この入射面１１ａの回折輪体によって、使用温度が変化することによるビームシェイパ１１の光学的性能の変化を抑制する温度補償機能が実現されている。
具体的には、使用温度の上昇により発生するビームシェイパ１１の波面収差（特に非点収差）を、回折構造によって低減させる。
【００２６】
光情報記録媒体Ｄに情報を記録または再生する場合は、図１に実線で示すように、半導体レーザＲ１から出射されたレーザ光が、ビームシェイパ１１を通過し、次いでビームスプリッタ１を経てコリメータ２を透過し平行光束となる。さらに１／４波長板３を経て絞り４によって絞られ、対物レンズ５により光情報記録媒体Ｄの透明保護基板を介して情報記録面Ｄ１上に集光される。そして、情報記録面Ｄ１で情報ピットにより変調されて反射したレーザ光は、再び対物レンズ５、絞り４、１／４波長板３を経て、ビームスプリッタ１で反射され、シリンドリカルレンズ６により非点収差が与えられ、凹レンズ７を経て、光センサＲ２上ヘ入射し、光センサＲ２から出カされる信号を用いて、光情報記録媒体Ｄに記録された情報の読取信号が得られる。
【００２７】
〔第２の実施の形態〕
図５に示す光ピックアップ装置Ａは、波長４０５ｎｍのレーザ光を用いて、光情報記録媒体Ｄの情報記録面Ｄ１に対して情報の記録／読取が行えるように構成されている。
【００２８】
図５に示すように、光ピックアップ装置Ｂは、レーザ発振器Ｒ１から出射された波長４０５ｎｍのレーザ光が、ビームシェイパ（光学素子）２１を通過した後、補正板２２、ビームスプリッタ１、コリメータ２、１／４波長板３、絞り４、対物レンズ５を経て、透明保護基板を有する光情報記録媒体Ｄの情報記録面Ｄ１で反射して戻り、ビームスプリッタ１で取り出されて、シリンドリカルレンズ６、凹レンズ７を経て光センサＲ２に向かうように構成されている。
光ピックアップ装置Ａに用いられている光学素子のうち、ビームスプリッタ１、１／４波長板３を除く全ての光学素子は、プラスチックから構成されている。
【００２９】
ビームシェイパ２１は、第１の実施の形態のビームシェイパ１１と同様に、略楕円形の光束を略円形の光束に変換するビーム整形機能を備える光学素子であり、オレフィン系樹脂から構成されたものである。
【００３０】
補正板２２は、略平板上の光学素子であり、その少なくとも一方の光学機能面には、光軸を中心とする同心の略楕円状の回折構造が設けられている。
この回折輪体によって、使用温度が変化することによるビームシェイパ２１の光学的性能の変化を抑制する温度補償機能が実現されている。
この補正板２２は、固定部材によってビームシェイパ２１とあらかじめ所定の相互位置に固定された状態に製作しても良い。
【００３１】
〔第３の実施の形態〕
図６に示す光ピックアップ装置Ａは、波長４０５ｎｍのレーザ光を用いて、光情報記録媒体Ｄの情報記録面Ｄ１に対して情報の記録／読取が行えるように構成されている。
【００３２】
図６に示すように、光ピックアップ装置Ｂは、レーザ発振器Ｒ１から出射された波長４０５ｎｍのレーザ光が、ビームシェイパ（光学素子）３１を通過した後、コリメータ３２、ビームスプリッタ１、１／４波長板３、絞り４、対物レンズ５を経て、透明保護基板を有する光情報記録媒体Ｄの情報記録面Ｄ１で反射して戻り、ビームスプリッタ１で取り出されて、凸レンズ８、シリンドリカルレンズ６を経て光センサＲ２に向かうように構成されている。
光ピックアップ装置Ａに用いられている光学素子のうち、ビームスプリッタ１、１／４波長板３を除く全ての光学素子は、プラスチックから構成されている。
【００３３】
ビームシェイパ３１は、第１、第２の実施の形態のビームシェイパ１１，２１と同様に、略楕円形の光束を略円形の光束に変換するビーム整形機能を備える光学素子であり、オレフィン系樹脂から構成されたものである。
【００３４】
コリメータ３２の少なくとも一方の光学機能面には、光軸を中心とする同心の略楕円状の回折構造が設けられている。
この回折輪体によって、使用温度が変化することによるビームシェイパ２１の光学的性能の変化を抑制する温度補償機能が実現されている。
このコリメータ３２は、固定部材によってビームシェイパ３１とあらかじめ所定の相互位置に固定された状態に製作しても良い。
【００３５】
なお、上記の各実施の形態では、光ピックアップ装置に用いるレーザ光の波長を４０５ｎｍとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＤＶＤドライブのように６５０ｎｍ付近の波長のレーザ光を用いても良いし、ＣＤドライブのように７８０ｎｍ付近の波長のレーザ光を用いても良い。
また、上記各実施の形態では、光学素子の光学機能面に回折構造を備えることによってビームシェイパの温度補償機能（及び軸上色収差補償機能）を実現しているが、光学素子の光学機能面に位相シフト構造を備える方法によってビームシェイパの温度補償機能（及び軸上色収差補償機能）を実現しても良い。
また、第２の実施の形態や第３の実施の形態において、ビームシェイパ２１（３１）の温度補償機能を、ビームシェイパ２１（３１）と補正板２２又はコリメータ２２との双方に備え、温度補償機能を二つの光学素子に分担して受け持たせても良い。
その他、本発明の趣旨に沿う範囲で、光学素子や光ピックアップ装置の設計を適宜変更しても良いことは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の光学素子によれば、使用環境の温度が変化することによる波面収差の変化を抑制する温度補償機能が備えられているので、例えばプラスチックなど、温度変化によって屈折率や形状が変化しやすい素材を用いても、波面収差が発生するのを抑えることができる。
【００３７】
また、本発明の光ピックアップ装置によれば、レーザ発振器などの光源の温度上昇により環境の温度が変化しても、光情報記録媒体の情報記録面上に形成されるビームスポットの径を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ピックアップ装置の構成の一例を示す光路図である。
【図２】本発明に係る光学素子の一例の、光軸ｚを含む面（ｙｚ平面）上における断面図及び光路図である。
【図３】本発明に係る光学素子の一例の、光軸ｚを含む面（ｘｚ平面）上における断面図及び光路図である。
【図４】本発明に係る光学素子の一例の形状の概略を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る光ピックアップ装置の構成の他の一例を示す光路図である。
【図６】本発明に係る光ピックアップ装置の構成のさらに他の一例を示す光路図である。
【符号の説明】
１１　　　　光学素子（ビームシェイパ）
２１　　　　光学素子（ビームシェイパ）
２２　　　　光学素子（補正板）
３１　　　　光学素子（ビームシェイパ）
３２　　　　光学素子（コリメータ）
Ａ〜Ｃ　　　光ピックアップ装置
Ｄ　　　　　光情報記録媒体
Ｄ１　　　　情報記録面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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