(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に直交する方向の断面形状が楕円形の発散光束を出射する光源と、
前記光束を放射角が略等しい光束に変換して射出するための、線膨張係数αｎが以下の条件式（１）
５．０×１０−５＜αｎ＜８．０×１０−５        （１）
を満たす、プラスチックからなる単玉のビーム整形素子と、を有し、
前記ビーム整形素子の一部を前記光源に対して、温度変化により生ずる前記ビーム整形素子の屈折率変化に伴って発生する非点収差を前記ビーム整形素子の線膨張により生ずる前記光源と前記ビーム整形素子の入射面との間隔変化で抑制する様、固定配置したことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記ビーム整形素子は、出射面を光源に対して光軸方向に実質変化しない様に固定したことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記ビーム整形素子は、温度変化により発生する非点収差を、前記ビーム整形素子の温度変化による形状変化に伴って発生する非点収差を利用して抑制する様、構成されることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記ビーム整形素子出射面を固定する固定部材は、線膨張係数が１．０×１０−５＜αｎ＜３．０×１０−５を満たす材料からなることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記ビーム整形素子の入射面と出射面のうち少なくとも一方の光学面は、前記楕円形の長径方向又は短径方向の断面形状が非円弧であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記ビーム整形素子入射面の面形状は、以下の数１式又は数２式を満足することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【数１】
0004635872.tif 000046
【数２】
0004635872.tif 000047
なお、Ｚは光軸方向（Ｚ軸方向）の距離（光の進行方向を正とする）、Ｘ、ＹはＸ軸方向（短径方向）、Ｙ軸方向（長径方向）の距離（光軸からの高さ）、ＲｘはＸＺ面での近軸曲率半径、ＲｙはＹＺ面での近軸曲率半径、ｋｘ、ｋｙ、Ａｘｉ及びＡｙｉは非円弧係数である。
【請求項７】
前記ビーム整形素子出射面の面形状は、以下の数３式又は数４式を満足することを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
【数３】
0004635872.tif 000048
【数４】
0004635872.tif 000049
【請求項８】
前記ビーム整形素子出射面の面形状が、以下の数１式又は数２式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【数１】
0004635872.tif 000050
【数２】
0004635872.tif 000051
なお、Ｚは光軸方向（Ｚ軸方向）の距離（光の進行方向を正とする）、Ｘ、ＹはＸ軸方向（短径方向）、Ｙ軸方向（長径方向）の距離（光軸からの高さ）、ＲｘはＸＺ面での近軸曲率半径、ＲｙはＹＺ面での近軸曲率半径、ｋｘ、ｋｙ、Ａｘｉ及びＡｙｉは非円弧係数である。
【請求項９】
前記ビーム整形素子入射面の面形状が、以下の数３式又は数４式を満足することを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
【数３】
0004635872.tif 000052
【数４】
0004635872.tif 000053
【請求項１０】
請求項７に記載の光源装置と、前記光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる集光素子とを備え、前記光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記ビーム整形素子出射面から出射された光束の発散角を変換する発散角変換素子を有し、次の関係式を満たす様構成されることを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
８．１≦（Ｌ／Ｓ）×ｆｃ≦１８．６６
なお、Ｌ：ビーム整形素子の軸上厚（ｍｍ）
Ｓ：光源とビーム整形素子入射面との光軸上の距離（ｍｍ）
ｆｃ：発散角変換素子の焦点距離（ｍｍ）
【請求項１２】
前記発散角変換素子は、前記ビーム整形素子から出射された光束を光軸と平行な平行光に変換するカップリングレンズであることを特徴とする請求項１１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の光源装置と、前記光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる集光素子とを備え、前記光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１４】
前記ビーム整形素子出射面から出射された光束の発散角を変換する発散角変換素子を有し、次の関係式を満たす様構成されることを特徴とする請求項１３に記載の光ピックアップ装置。
８．１≦（Ｌ／Ｓ）×ｆｃ≦１８．６６
なお、Ｌ：ビーム整形素子の軸上厚（ｍｍ）
Ｓ：光源とビーム整形素子入射面との光軸上の距離（ｍｍ）
ｆｃ：発散角変換素子の焦点距離（ｍｍ）
【請求項１５】
前記発散角変換素子は、前記ビーム整形素子から出射された光束を光軸と平行な平行光に変換するカップリングレンズであることを特徴とする請求項１４に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１６】
前記ビーム整形素子は、温度変化により発生する非点収差を、前記ビーム整形素子の温度変化による形状変化に伴って発生する非点収差を利用して抑制する様、構成されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記ビーム整形素子出射面を固定する固定部材は、線膨張係数が１．０×１０−５＜αｎ＜３．０×１０−５を満たす材料からなることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項１８】
前記ビーム整形素子の入射面と出射面のうち少なくとも一方の光学面は、前記楕円形の長径方向又は短径方向の断面形状が非円弧であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項１９】
前記ビーム整形素子入射面の面形状は、以下の数１式又は数２式を満足することを特徴とする請求項１８に記載の光源装置。
【数１】
0004635872.tif 000054
【数２】
0004635872.tif 000055
なお、Ｚは光軸方向（Ｚ軸方向）の距離（光の進行方向を正とする）、Ｘ、ＹはＸ軸方向（短径方向）、Ｙ軸方向（長径方向）の距離（光軸からの高さ）、ＲｘはＸＺ面での近軸曲率半径、ＲｙはＹＺ面での近軸曲率半径、ｋｘ、ｋｙ、Ａｘｉ及びＡｙｉは非円弧係数である。
【請求項２０】
前記ビーム整形素子出射面の面形状は、以下の数３式又は数４式を満足することを特徴とする請求項１９に記載の光源装置。
【数３】
0004635872.tif 000056
【数４】
0004635872.tif 000057
【請求項２１】
前記ビーム整形素子出射面の面形状が、以下の数１式又は数２式を満足することを特徴とする請求項１８に記載の光源装置。
【数１】
0004635872.tif 000058
【数２】
0004635872.tif 000059
なお、Ｚは光軸方向（Ｚ軸方向）の距離（光の進行方向を正とする）、Ｘ、ＹはＸ軸方向（短径方向）、Ｙ軸方向（長径方向）の距離（光軸からの高さ）、ＲｘはＸＺ面での近軸曲率半径、ＲｙはＹＺ面での近軸曲率半径、ｋｘ、ｋｙ、Ａｘｉ及びＡｙｉは非円弧係数である。
【請求項２２】
前記ビーム整形素子入射面の面形状が、以下の数３式又は数４式を満足する形状であることを特徴とする請求項２１に記載の光源装置。
【数３】
0004635872.tif 000060
【数４】
0004635872.tif 000061
【請求項２３】
請求項１に記載の光源装置と、前記光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる集光素子とを備え、前記光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２４】
前記ビーム整形素子出射面から出射された光束の発散角を変換する発散角変換素子を有し、次の関係式を満たす様構成されることを特徴とする請求項２３に記載の光ピックアップ装置。
８．１≦（Ｌ／Ｓ）×ｆｃ≦１８．６６
なお、Ｌ：ビーム整形素子の軸上厚（ｍｍ）
Ｓ：光源とビーム整形素子入射面との光軸上の距離（ｍｍ）
ｆｃ：発散角変換素子の焦点距離（ｍｍ）
【請求項２５】
前記発散角変換素子は、前記ビーム整形素子から出射された光束を光軸と平行な平行光に変換するカップリングレンズであることを特徴とする請求項２４に記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム整形素子を備えた光源装置及び光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に光ピックアップ装置には光源としてＬＤ（ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ）等の半導体レーザが用いられる。半導体レーザから出射される発散光束は断面形状が楕円形（つまり発光強度分布が楕円状）であるため半導体レーザからの楕円光束を円形光束に変換し、光利用効率を高める必要がある。
【０００３】
光束の断面形状を楕円形から円形に整形するビーム整形素子（ビームシェーパー）として、その光学面がアナモフィック面やシリンドリカル面からなるものが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特開２００３−１７８４８０号公報
【特許文献２】特開２００３−１８８４５２号公報
【特許文献３】特開２００２−３２３６７３号公報
【０００４】
近年、光ピックアップ装置においては短波長の光束や大パワーの光束を用いることが多い。そのため、環境温度の変化が光学系を構成する光学素子の性能（屈折率や形状）の変化や半導体レーザからの出射光束の波長変化を招き、非点収差が発生するという問題がある。従って、このような環境温度の変化に伴うレンズ特性の変化を抑制するには、一般にガラス製の光学素子を使用する場合が多く、上記特許文献１及び２に開示されたビーム整形素子もガラス製のものを採用している。一方、特許文献３には、収差変化の小さいプラスチック製のビーム整形素子を用いる事が記載されている。
【０００５】
プラスチックを用いた場合、ガラスと比べて温度変化による性能変化が大きい。特許文献３でもプラスチックの整形素子を用いる事による温度変化により非点収差が発生する問題が記載されており、光源とビーム整形素子の間に設けられたプラスチック製の鏡胴の線膨張により当該非点収差を抑える事が記載されている。
【０００６】
ところが文献３の方法では、非点収差抑制に光源とビーム整形素子の間に設けられる鏡胴の線膨張を利用するため、適切に非点収差を抑制するための鏡胴を構成する材料の選定に配慮を配る必要や鏡胴自体の厚みや長さ等についても設計に制限が多く、全体として製造の自由度が狭くなるという問題がある。従って、せっかくプラスチック製の素子を用いても、低コスト・小型・軽量等のメリットを十分に発揮できない結果となる。
【０００７】
しかも当該文献３のビーム整形素子の場合、入射面、出射面共にトーリック面で構成されているため、面形状が複雑となり、結果として低コストな素子、装置を実現できない。
【０００８】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、環境温度の変化に伴う非点収差の発生を初めとした種々の収差を効果的に抑えつつ、低コスト・小型・軽量等に優れた断面形状が略円形の発散光束を射出することができるビーム整形素子、光源装置及び光ピックアップ装置を提供することにある。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、上述の課題を解決するものである。
【００１０】
以上の課題を解決するために本発明は、第１の構成として、光軸に直交する方向の断面形状が楕円形の発散光束を出射する光源と、前記光束を放射角が略等しい光束に変換して射出するための、線膨張係数αｎが以下の条件式（１）
５．０×１０−５＜αｎ＜８．０×１０−５        （１）
を満たすプラスチックからなる単玉のビーム整形素子とを有し、
前記ビーム整形素子の一部は前記光源に対して、温度変化により生ずる前記ビーム整形素子の屈折率変化に伴って発生する非点収差を前記ビーム整形素子の線膨張により生ずる前記光源と前記ビーム整形素子の入射面との間隔変化で抑制する様、固定された光源装置であることを特徴とする。
【００１１】
また第２の構成として、ビーム整形素子は出射面を光源に対して光軸方向に実質変化しない様に固定することを特徴とする。
【００１２】
また第３の構成として、ビーム整形素子は温度変化により発生する非点収差を、前記ビーム整形素子の温度変化による形状変化に伴って発生する非点収差を利用して抑制する様、構成されることを特徴とする。
【００１３】
また第４の構成として、ビーム整形素子出射面を固定する固定部材は、線膨張係数が１．０×１０−５＜αｎ＜３．０×１０−５を満たす材料からなることを特徴とする。
【００１４】
また第５の構成として、ビーム整形素子の入射面と出射面のうち、少なくとも一方の光学面は、前記楕円形の長径方向又は短径方向の断面形状が非円弧であることを特徴とする。
【００１５】
また第６の構成として、ビーム整形素子入射面の面形状は、以下の数１式又は数２式
【００１６】
【数１】
0004635872.tif 000002
【００１７】
【数２】
0004635872.tif 000003
【００１８】
を満足することを特徴とする。
なおここで、Ｚは光軸方向（Ｚ軸方向）の距離（光の進行方向を正とする）、Ｘ、ＹはＸ軸方向（短径方向）、Ｙ軸方向（長径方向）の距離（光軸からの高さ）、ＲｘはＸＺ面での近軸曲率半径、ＲｙはＹＺ面での近軸曲率半径、ｋｘ、ｋｙ、Ａｘｉ及びＡｙｉは非円弧係数である。
【００１９】
また第７の構成として、ビーム整形素子出射面の面形状は、以下の数３式又は数４式
【００２０】
【数３】
0004635872.tif 000004
【００２１】
【数４】
0004635872.tif 000005
【００２２】
を満足することを特徴とする。
【００２３】
また第８の構成として、ビーム整形素子出射面の面形状は、以下の数１式又は数２式
【００２４】
【数１】
0004635872.tif 000006
【００２５】
【数２】
0004635872.tif 000007
【００２６】
を満足することを特徴とする。
なおここで、Ｚは光軸方向（Ｚ軸方向）の距離（光の進行方向を正とする）、Ｘ、ＹはＸ軸方向（短径方向）、Ｙ軸方向（長径方向）の距離（光軸からの高さ）、ＲｘはＸＺ面での近軸曲率半径、ＲｙはＹＺ面での近軸曲率半径、ｋｘ、ｋｙ、Ａｘｉ及びＡｙｉは非円弧係数である。
【００２７】
また第９の構成として、ビーム整形素子入射面の面形状は、以下の数３式又は数４式
【００２８】
【数３】
0004635872.tif 000008
【００２９】
【数４】
0004635872.tif 000009
【００３０】
を満足する形状であることを特徴とする。
【００３１】
また第１０の構成としては、前述した光源装置と、光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる集光素子とを備え、前記光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置を提供することを特徴とする。
【００３２】
また第１１の構成として前述した光ピックアップ装置は、前記ビーム整形素子出射面から出射された光束を変換する発散角変換素子を有し、次の関係式
８．１≦（Ｌ／Ｓ）×ｆｃ≦１８．６６
を満たす様構成されることを特徴とする。
なおここで、Ｌはビーム整形素子の軸上厚（ｍｍ）、Ｓは光源とビーム整形素子入射面との光軸上の距離（ｍｍ）、ｆｃは発散角変換素子の焦点距離（ｍｍ）である。
【００３３】
表１（ａ）及び表８（ａ）によれば、上記式の下限を下回ると、温度変化によって屈折率が変化することで発生するビーム整形素子の非点収差量よりも、温度変化によって軸上厚及び光源とビーム整形素子間の間隔が変化することによって発生する逆方向の非点収差量が小さく、キャンセルしきれず、全体として非点収差が残ってしまう。また、上記式の上限を上回ると、温度変化によって屈折率が変化することで発生するビーム整形素子の非点収差量よりも、温度変化によって軸上厚及び光源とビーム整形素子間の間隔が変化することによって発生する逆方向の非点収差量が過剰となり、やはり全体として非点収差が残ってしまう。そのため、上記式の範囲にすることで、温度変化時に発生する非点収差を適切に抑えることができる。
【００３４】
また第１２の構成として発散角変換素子は、前記ビーム整形素子から出射された光束を光軸と平行な平行光に変換するカップリングレンズであることを特徴とする。
【００３５】
ここで、線膨張係数αｎは常温域（約−３０℃〜７０℃）における平均線膨張係数を指す。
【００３６】
また、「非点収差を抑制する」とは、非点収差をゼロにするものだけでなく、実質、情報の記録または再生に影響を及ぼさない程度に非点収差が抑制されているものも含むものとする。
【００３７】
また「光軸方向の位置が光源に対して相対的に実質変化しない」とは、環境温度の変動の範囲内では光源との光軸方向の距離がほぼ一定である事を言う。
【００３８】
本発明の構成によれば環境温度の変化に伴う非点収差の発生を、プラスチック製のビーム整形素子自身が線膨張して光源と素子入射面との間隔変化により生ずる非点収差によって抑制するため、ビーム整形素子が取り付けられる部材の材料や寸法等の自由度が広がる。また、ビーム整形素子を固定する固定部材を線膨張係数が１．０×１０−５＜αｎ＜３．０×１０−５を満たす材料で構成した場合には、光源装置、光ピックアップ装置全体として低コスト・小型・軽量なものを提供できる。
【００３９】
さらに、ビーム整形素子の光学面である入射面又は出射面を数１式又は数２式に規定される面で構成することで、ビーム整形素子の光学面をシリンドリカル面で構成する場合と比較して、温度変化時の非点収差のみならず、残留収差（４ｔｈＡＳ（四葉収差））の抑制も可能となり、より良好な光学特性を得られる。
【００４０】
さらに、上述した数式で規定される入射面に加えて出射面を数３式又は数４式に規定される面で構成することで、更に良好な光学特性を得られる。
【００４１】
また逆に、数１式又は数２式に規定される面で出射面を構成した場合、更に入射面を数３式又は数４式に規定される面で構成した場合でも、同様に更に良好な光学特性が得られる。
【００４２】
また、ビーム整形素子の入射面と出射面を共に数１式又は数２式に規定される面で構成することで、ビーム整形素子の光学面をシリンドリカル面で構成する場合と比較して、温度変化時の非点収差のみならず、残留収差（４ｔｈＡＳ（四葉収差））の抑制も可能となり、より良好な光学特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
第１図は光ピックアップ装置の構成を示す平面図である。
【００４４】
第２図はビームシェーパーの形状を示す斜視図である。
【００４５】
第３図は設計軸上厚に対する残留収差と温度変化時の非点収差との関係を示すグラフである。
【００４６】
第４図は光ピックアップ装置の構成を示す平面図である。
【００４７】
第５（ａ）図、第５（ｂ）図はビーム整形素子の光ピックアップ装置内での固定例を示す平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００４９】
本実施の形態においては、第１図に示すように、本発明に係るビーム整形素子２０（以下、ビームシェーパーともいう。）を、特定波長のレーザ光（光束）を用いて光情報記録媒体の情報記録面３１に対して情報の記録及び／又は読取を行う光ピックアップ装置１０に適用している。
【００５０】
光ピックアップ装置１０は、レーザ発振器１１（光源）、ビームシェーパー２０、カップリングレンズ１２、ビームスプリッタ１３、ビームエキスパンダー１４（第１ビームエキスパンダー１４ａ及び第２ビームエキスパンダー１４ｂ）、絞り１５、対物レンズ１６（第１対物レンズ１６ａ及び第２対物レンズ１６ｂ）、シリンドリカルレンズ１７、凹レンズ１８、光センサ１９等により概略構成されている。
【００５１】
光源１１から出射される光束は、光軸Ｌに対して直交する方向であって、かつ互いに直交するＸＹ方向へ異なる広がり角を有している。そして、この光束のＸＹ断面はＸ方向を短径、Ｙ方向を長径とする略楕円形状となっている。
【００５２】
以上のように構成された光ピックアップ装置１０の動作について説明する。
【００５３】
光源１１から出射された光束は、ビームシェーパー２０の入射面に入射し、出射面から断面形状が整形されて出射される。この際のビームシェーパー２０による光束に対する作用については後述する。
【００５４】
次に、このビームシェーパー２０から出射された光束はカップリングレンズ１２を通過して発散角が平行光に変換され、ビームスプリッタ１３を経て、ビームエキスパンダー１４により拡径された状態、即ち、ビームエキスパンダー１４への入射時点よりも光束径を大きくされた状態で出射される。そして第１対物レンズ１６ａを通過して絞り１５によって絞られ、第２対物レンズ１６ｂにより光情報記録媒体の保護基板３０を介して情報記録面３１上に集光スポットを形成する。
【００５５】
そして、情報記録面３１で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び第１対物レンズ１６ａ、絞り１５、第２対物レンズ１６ｂ、ビームエキスパンダー１４を通過して、ビームスプリッタ１３で分岐される。そして、シリンドリカルレンズ１７により非点収差が与えられ、凹レンズ１８を経て、光センサ１９上へ入射し、光センサ１９から出力される信号を用いて、光情報記録媒体に記録された情報の読取信号が得られるようになっている。
【００５６】
第１図に示すように、本実施の形態におけるビームシェーパー２０はプラスチック製で単玉の回転非対称レンズである。
【００５７】
ビームシェーパー２０の線膨張係数αｎは５．０×１０−５＜αｎ＜８．０×１０−５の範囲内となっている。
【００５８】
ビームシェーパー２０の入射面２１は、光軸Ｌに対して回転非対称面に形成されている。
【００５９】
第２図は非円弧トロイダル面の形状を表す断面図であり、図中の点線はビームシェーパー２０内を通過する光束の光路を示す。なお、非円弧トロイダル面を表す式（形状関数）については後述する。
【００６０】
ビームシェーパー２０の入射面は、ＹＺ面内における非円形の線分Ｌ１（非円弧）を、この非円弧と直交する平面内にある半径Ｒ＝Ｒ１の円弧Ｌ２の中心点をＹ方向に通過する軸（回転軸Ａ１）で回転させた面で構成されている。
【００６１】
ビームシェーパー２０の出射面２２は、ＸＺ面での曲率半径とＹＺ面での曲率半径とが異なるトロイダル面となっている。
【００６２】
また、第５図はビームシェーパー２０の光ピックアップへの固定方法を表す図であり、第５（ａ）図のようにビームシェーパー２０の出射面２２側は取付部材により光ピックアップ装置１０本体に固定されており、出射面２２の光軸方向の位置が光源１１に対して相対的に実質変化しない構成となっている。また、第５（ｂ）図のようにビームシェーパー２０の出射面２２側を直接的に光ピックアップ装置１０本体に固定されており、出射面２２の光軸方向の位置が光源１１に対して相対的に実質変化しない構成となっている。
【００６３】
そして、ビームシェーパー２０はＸＺ断面とＹＺ断面との屈折力の差によって断面が楕円形の入射光束を略円形の光束に変換して出射するようになっている。
【００６４】
さらに、従来より用いられているビームシェーパー２０では、主にＸＺ断面とＹＺ断面とで屈折力が異なることに起因して環境温度の変化時に非点収差が発生する。しかし本発明のビームシェーパー２０を備えた光ピックアップ装置では、ビームシェーパー２０の出射面の光軸方向の位置が光源に対して実質移動しないように固定されており、温度変化によるビームシェーパー２０自身の線膨張により生ずる光源１１から入射面２１までの距離変化が、上記非点収差が発生しても逆にキャンセルする方向に働くため、結果として上記非点収差が抑制される形となっている。勿論、温度変化によりビームシェーパー２０自身の線膨張により形状も変化するため、更に効果的に上記非点収差を抑制できる。
【００６５】
具体的に説明すると、環境温度変化により、ビームシェーパー２０の屈折率が変化し、これによるＸＺ面及びＹＺ面における光束の出射角（出射光束の進行方向と光軸Ｌとが成す角）の変化と、線膨張により入射面２１と出射面２２の形状が変化することで入射面２１及び出射面２２の屈折率が変化することによる出射角の変化と、さらに、上述のようにビームシェーパー２０を出射面位置が変化しないように固定することにより、線膨張により入射面２１の位置が光源１１に対して相対的に変化することによる出射角の変化とを組み合わせることにより、ＸＺ面及びＹＺ面における焦線の向き（方向）を調節し、環境温度変化後においても非点収差の発生を抑えるようになっている。
【００６６】
なお、ビームシェーパー２０を装置に対して固定する部材は、環境温度の変化によっても実質的に線膨張が生じないような材料、即ち線膨張係数が１．０×１０−５＜αｎ＜３．０×１０−５を満たす材料を用いる事ができ、例えばアルミニウムでも良い。
【００６７】
アルミニウムの場合、樹脂と比べて加工性と強度が高く固定させる本体側の部材として適切である。
【００６８】
なお、環境温度の変化により出射光束の波長変動が生じる場合には、この波長変動に起因した出射角変化も考慮してビームシェーパー２０の設計を行うものとする。
【００６９】
以上のように、本発明によれば、環境温度の変化に伴う非点収差の発生を抑えながら断面形状が略円形の発散ビームを射出することができるプラスチック製のビームシェーパー２０及び光ピックアップ装置１０を得られる。
【００７０】
なお、ビームシェーパー２０及び光ピックアップ装置１０の構成は上記実施の形態に示したものに限定されない。例えば、上記実施の形態においては、ビームエキスパンダー１４と対物レンズ１６がそれぞれ２つの光学素子（第１ビームエキスパンダー１４ａ及び第２ビームエキスパンダー１４ｂ、第１対物レンズ１６ａ及び第２対物レンズ１６ｂ）を組み合わせて構成されるものとしたが、これに限らず、それぞれ単玉のレンズ構成としてもよい。また、波長が異なる複数の光束を用いて複数種類の光情報記録媒体に対する情報の記録及び／又は再生が可能な、いわゆる互換性を有する光ピックアップ装置の構成としてもよい。
【００７１】
また、光ピックアップ装置１０を構成する光学素子の光学面に回折構造を設けてもよい。これにより、回折光を用いた環境温度変化時や光束の波長変動（モードホップ）時における波面収差及び／又は非点収差の劣化を補償することができる。また、特定波長の入射光束に対してのみ光路差を付与する波長選択性を持たせることが可能となり、例えば、光源１１から波長が異なる複数種類の光束が出射される場合でも、各光束毎に断面形状を整形することができる。
【００７２】
第３図は、ビームシェーパー２０の入射面と出射面の両面をシリンドリカル面で構成した場合における、設計軸上厚（横軸）の変化に対する、残留収差（４ｔｈＡＳ（四葉収差））及び温度変化時の非点収差（縦軸）の変化の一例を示すグラフである。
【００７３】
プラスチック製のビームシェーパーの両面をシリンドリカル面で構成することにより、温度変化に対する非点収差を実用上支障が無い程度に抑えることができるが、グラフに示すように、温度変化時の非点収差と残留収差（４ｔｈＡＳ（四葉収差））とを両立させることができるビームシェーパーを、両面シリンドリカル面で構成することは容易ではない。
【００７４】
そこで、このような温度変化時の非点収差と残留収差（４ｔｈＡＳ（四葉収差））とを両立させるには、ビームシェーパーの入射面と出射面のうち少なくとも一方をトロイダル面で構成することが好ましい。
【００７５】
また、本実施の形態においては、ビームシェーパー２０が光源１１付近に配置されるものとしたが、これに限らず、出射光束の光路中に配置すればよい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、光源１１とビームシェーパー２０とを別体の構成としたが、図５のようにビームシェーパー２０を光源１１に近接して配置し、同一の筺体内に格納する構成としてもよく、これにより、環境温度変化時においても非点収差の発生を抑える機能を有した光源装置を得られる。
【００７７】
また、ビームシェーパー２０を光ピックアップ装置１０に適用した場合について説明したが、これに限らず、例えば、レーザービームプリンタや複写機等、光束の断面形状を円形に整形して使用する全ての装置に適用可能である。
【実施例】
【００７８】
次に、実施例１〜６について説明する。
【００７９】
各実施例における光ピックアップ装置は第１図に示したものと同様の構成となっている。
【００８０】
表１に示すように、実施例１〜３はビームシェーパーの整形倍率ｍを一定にして、Ｓ（光源からビームシェーパーの入射面までの光軸上の距離）とＬ（ビームシェーパーの軸上厚）を変化させたものであり、実施例４〜６はＳを一定にしてｍとＬを変化させたものである。
【００８１】
【表１】
0004635872.tif 000010
【００８２】
実施例１〜６における各光ピックアップ装置を構成する光学素子のレンズデータを表２〜７に示す。
【００８３】
【表２−１】
0004635872.tif 000011
【００８４】
【表２−２】
0004635872.tif 000012
【００８５】
【表２−３】
0004635872.tif 000013
【００８６】
【表３−１】
0004635872.tif 000014
【００８７】
【表３−２】
0004635872.tif 000015
【００８８】
【表３−３】
0004635872.tif 000016
【００８９】
【表４−１】
0004635872.tif 000017
【００９０】
【表４−２】
0004635872.tif 000018
【００９１】
【表４−３】
0004635872.tif 000019
【００９２】
【表５−１】
0004635872.tif 000020
【００９３】
【表５−２】
0004635872.tif 000021
【００９４】
【表５−３】
0004635872.tif 000022
【００９５】
【表６−１】
0004635872.tif 000023
【００９６】
【表６−２】
0004635872.tif 000024
【００９７】
【表６−３】
0004635872.tif 000025
【００９８】
【表７−１】
0004635872.tif 000026
【００９９】
【表７−２】
0004635872.tif 000027
【０１００】
【表７−３】
0004635872.tif 000028
【０１０１】
ビームシェーパーの入射面は、数１式に表２〜７に示す係数を代入した数式で規定される、非円弧トロイダル面で構成されている。
【０１０２】
【数１】
0004635872.tif 000029
【０１０３】
ここで、Ｚは光軸Ｌ方向の距離（光の進行方向を正とする）、Ｘ、ＹはＸ、Ｙ方向の距離（光軸からの高さ）、ＲｘはＸＺ面での近軸曲率半径、ＲｙはＹＺ面での近軸曲率半径、ｋｙ及びＡｙｉは非円弧係数である。
【０１０４】
なお、表１〜１３において「−１．３６７２Ｅ−１」は、「−１．３６７２×１０−１」を意味する。
【０１０５】
ビームシェーパーの出射面は、数３式に表２〜７に示す係数を代入した数式で規定されるトロイダル面で構成されている。
【０１０６】
【数３】
0004635872.tif 000030
【０１０７】
また、カップリングレンズ（カップリング光学素子）の入射面及び第２対物レンズの出射面は、それぞれ光軸を中心とした曲率半径Ｒの球面に形成されている。
【０１０８】
また、カップリングレンズの出射面、第１ビームエキスパンダーの入射面及び出射面、第１対物レンズの入射面及び出射面、第２対物レンズの入射面は、それぞれ数５式に表２〜７に示す係数を代入した数式で規定される光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。
【０１０９】
【数５】
0004635872.tif 000031
【０１１０】
ここで、κは円錐係数、Ａ２ｉは非球面係数、ｈは光軸からの距離である。
【０１１１】
また、第２ビームエキスパンダーの入射面及び出射面には光軸を中心とした回折輪帯が形成されており、回折輪帯のピッチは数６式の光路差関数に、表２〜７に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１１２】
【数６】
0004635872.tif 000032
【０１１３】
ここで、Ｃ２ｉは光路差関数の係数である。
【０１１４】
なお、表２〜７中、「基準波長」とあるのは、いわゆるブレーズ波長を指し、その波長の光束が入射した場合に回折構造により生じるある次数の回折光の回折効率が最大（例えば１００％）となる波長のことである。
【０１１５】
表１（ａ）及び（ｂ）のＡＳ３（ｔｏｔａｌ））は、温度を３０℃上昇させた場合における、４つの非点収差（ＡＳ３（Δｎ）、ＡＳ３（Δλ）、ＡＳ３（ΔＬ）、ＡＳ３（ΔＳ））の合計を示すものである。
【０１１６】
表１から、本実施例におけるビームシェーパー及び光ピックアップ装置によれば、環境温度が変化した場合でも非点収差の発生を抑えることができることが分かる。
【０１１７】
【表８】
0004635872.tif 000033
【０１１８】
表８（ａ）は、実施例１〜３の構成において、Ｓ＝１、１．５、２．０と変化させた場合の環境温度変化時の非点収差ＡＳ３の変化量とＬとの関係を表すグラフである。
【０１１９】
表８（ｂ）は、実施例４〜６の構成において、Ｌ／Ｓとビームシェーパーの整形倍率ｍとの関係を表すグラフである。
【０１２０】
表８（ａ）より、光ピックアップ装置及びビームシェーパーを、ＳとＬとの間に比例関係が成立することに着目して設計することにより、温度変化時の非点収差の変化量をほぼゼロに抑えることができることが分かる。
【０１２１】
表８（ｂ）より、光ピックアップ装置及びビームシェーパーを、Ｌ／Ｓとｍとの関係に着目することで、温度変化時の非点収差の発生量を抑えることができる。具体的には、ビーム整形倍率を大きくすると、Ｘ方向とＹ方向との屈折力が大きく異なり温度変化時に非点収差の変化量が大きくなる、そこでＬ／Ｓを大きくすることで温度変化時の非点収差の変化量を抑えることができる。
【０１２２】
次に、実施例７〜１１について説明する。
【０１２３】
各実施例における光ピックアップ装置は第４図に示したものと同様の構成となっており、詳しい説明は省略するが、第１図に示した光ピックアップ装置１０の構成から、ビームエキスパンダー１４を取り除くと共に対物レンズ１６を単玉の構成としている。
【０１２４】
実施例７のビームシェーパーは、入射面（第３面）と出射面（第４面）が共にシリンドリカル面で構成されており、入射面の面形状は数４式に表９に示す係数を代入した数式で規定されており、出射面の面形状は数２式に表９に示す係数を代入した数式で規定されている。
【０１２５】
なお、シリンドリカル面が数１式、数３式を用いて規定される場合には、数１式、数３式においてＲｘ＝∞を代入し、実施例７のようにシリンドリカル面が数２式、数４式を用いて規定される場合には、数２式、数４式においてＲｙ＝∞を代入することになる。
【０１２６】
実施例８のビームシェーパーは入射面が数３式に示すトロイダル面、出射面が数１式に示す非円弧トロイダル面で構成されており、入射面及び出射面の面形状は、各式に表１０に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１２７】
実施例９のビームシェーパーは、入射面が数３式に示すトロイダル面、出射面が数２式に示す非円弧トロイダル面で構成されており、入射面及び出射面の面形状は、各式に表１１に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１２８】
実施例１０のビームシェーパーは、入射面が数４式に示すトロイダル面、出射面が数１式に示す非円弧トロイダル面で構成されており、入射面及び出射面の面形状は、各式に表１２に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１２９】
実施例１１のビームシェーパーは、入射面が数４式に示すトロイダル面、出射面が数２式に示す非円弧トロイダル面で構成されており、入射面及び出射面の面形状は、各式に表１３に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１３０】
【表９−１】
0004635872.tif 000034
【０１３１】
【表９−２】
0004635872.tif 000035
【０１３２】
【表１０−１】
0004635872.tif 000036
【０１３３】
【表１０−２】
0004635872.tif 000037
【０１３４】
【表１１−１】
0004635872.tif 000038
【０１３５】
【表１１−２】
0004635872.tif 000039
【０１３６】
【表１２−１】
0004635872.tif 000040
【０１３７】
【表１２−２】
0004635872.tif 000041
【０１３８】
【表１３−１】
0004635872.tif 000042
【０１３９】
【表１３−２】
0004635872.tif 000043
【０１４０】
【数２】
0004635872.tif 000044
【０１４１】
【数４】
0004635872.tif 000045
【０１４２】
ここで、Ｚは光軸Ｌ方向の距離（光の進行方向を正とする）、Ｘ、ＹはＸ、Ｙ方向の距離（光軸からの高さ）、ＲｘはＸＺ面での近軸曲率半径、ＲｙはＹＺ面での近軸曲率半径、ｋｘ及びＡｘｉは非円弧係数である。
【０１４３】
また、各実施例において、カップリングレンズの出射面（第８面）、対物レンズの入射面（第１０面）及び出射面（第１１面）は、上記数５式に表９〜１３の係数を代入した数式で規定される光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。
【０１４４】
また、対物レンズの入射面（第１０面）には、更に、光軸を中心とした回折輪帯が形成されており、回折輪帯のピッチは数６式の光路差関数に、表９〜１３に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１４５】
表９〜１３に示すように、実施例７〜１１の構成では、温度特性（３０度上昇時に発生する非点収差量）は、−０．００２λｒｍｓから０．０００λｒｍｓの範囲内であり、温度変化時の非点収差は十分抑えられていることが分かるが、実施例７のように、ビームシェーパーの入射面と出射面を共にシリンドリカル面で構成した場合の四葉収差（４ｔｈＡＳ）の値は０．００９λｒｍｓであるのに対し、実施例８〜１１のように、入射面と出射面を共にトロイダル面で構成した場合の四葉収差（４ｔｈＡＳ）の値は０．００７λｒｍｓ以下となる。
【０１４６】
以上より、実施例７のように、プラスチック製のビームシェーパーの両面をシリンドリカル面で構成することにより、温度変化時の非点収差を実用上支障が無い程度に抑えることができるが、実施例８〜１１のように、ビームシェーパーの光学面をトロイダル面で構成することにより、温度変化時の非点収差のみならず、残留収差（４ｔｈＡＳ（四葉収差））の抑制も可能となり、より良好な光学特性を得られることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明によれば、環境温度の変化に伴う非点収差の発生を抑えながら断面形状が略円形の発散ビームを射出することができるプラスチック製のビーム整形レンズ、光源装置及び光ピックアップ装置を得られる。
【図１】
0004635872.tif 000062
【図２】
0004635872.tif 000063
【図３】
0004635872.tif 000064
【図４】
0004635872.tif 000065
0004635872.tif 000066