(57)【要約】  【課題】  青紫色レーザを用いる高密度メディアに対応可能であって、簡単な構成でありながらレーザビームの光量制御を高い精度で行うことの可能な光ピックアップ装置を提供する。  【解決手段】  青色レーザ光源Ｄ１は、波長４０５ｎｍ帯のレーザビームＬ１を出射する。青色レーザ光源Ｄ１から楕円状の光強度分布で発散するように出射したレーザビームＬ１は、ビーム整形素子ＢＬで整形され、偏光ビームスプリッタＢＳに入射する。偏光ビームスプリッタＢＳは、空気との接触状態にある偏光分離膜ＰＣで反射し、その一部は透過する。対物レンズＯＬは、偏光ビームスプリッタＢＳで反射したレーザビームＬ１を光ディスクＤＫに対して結像させる。レーザパワーモニタＰＭは、偏光分離膜ＰＣを透過したレーザービームＬ１を受光して青色レーザ光源Ｄ１のレーザ出力を検出する。レーザパワーモニタＰＭの有効光束の中心線は、偏光ビームスプリッタＢＳに入射するレーザービームＬ１の主光線よりも大きい入射角で偏光分離膜ＰＣを透過した光線の側に位置する。【選択図】      図１
2005141872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ光源から出射させた波長４０５ｎｍ帯のレーザビームを光情報記録媒体に入射させ、光情報記録媒体で反射したレーザビームを受光素子に入射させて光情報を検出する光ピックアップ装置であって、
レーザビームのＳ偏光成分を反射させることにより前記半導体レーザ光源から光情報記録媒体への光路を形成し、レーザビームのＰ偏光成分を透過させることにより光情報記録媒体から前記受光素子への光路を形成する偏光分離膜を備えた偏光ビームスプリッタと、レーザビームを受光して前記半導体レーザ光源のレーザ出力を検出するモニタ用センサと、を備え、前記偏光ビームスプリッタがレーザビームのＳ偏光成分の一部を透過させ、そのレーザビームの主光線に対して有効光束の中心線が一致しない位置で前記モニタ用センサがレーザビームを受光することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザビームが発散光束であり、その発散光束の主光線よりも大きい入射角で前記偏光分離膜を透過した光線の側に、前記モニタ用センサの有効光束の中心線が位置することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
波長４０５ｎｍ帯のレーザビームを出射する半導体レーザ光源を備えた光ピックアップ装置であって、
前記半導体レーザ光源から楕円状の光強度分布で、発散光束として入射したレーザビームを、略円形状の光強度分布に整形して出射するビーム整形素子と、そのビーム整形素子で整形されたレーザビームを空気との接触状態にある偏光分離膜で反射させるとともに一部のレーザービームを透過させる偏光ビームスプリッタと、その偏光ビームスプリッタで反射したレーザビームを光情報記録媒体に対して結像させる対物レンズと、前記偏光分離膜を透過したレーザービームを受光して前記半導体レーザ光源のレーザ出力を検出するモニタ用センサと、を有し、前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザービームの主光線よりも大きい入射角で前記偏光分離膜を透過した光線の側に、前記モニタ用センサの有効光束の中心線が位置することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
波長４０５ｎｍ帯のレーザビームを出射する第１の半導体レーザ光源と、波長６５０ｎｍ帯のレーザビームを出射する第２の半導体レーザ光源と、を備えた光ピックアップ装置であって、
前記第１の半導体レーザ光源から楕円状の光強度分布で、発散光束として入射したレーザビームを、略円形状の光強度分布に整形して出射するビーム整形素子と、そのビーム整形素子で整形されたレーザビームの光路と前記第２の半導体レーザ光源から出射したレーザビームの光路とを多層光学薄膜で合成する光路合成手段と、その光路合成手段で光路が合成されたレーザビームを空気との接触状態にある偏光分離膜で反射させるとともに一部のレーザービームを透過させる偏光ビームスプリッタと、その偏光ビームスプリッタで反射したレーザビームを光情報記録媒体に対して結像させる対物レンズと、前記偏光分離膜を透過したレーザービームを受光して前記第１，第２の半導体レーザ光源のレーザ出力を検出するモニタ用センサと、を有し、前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザービームの主光線よりも大きい入射角で前記偏光分離膜を透過した光線の側に、前記モニタ用センサの有効光束の中心線が位置することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項５】
波長４０５ｎｍ帯のレーザビームを出射する第１の半導体レーザ光源と、波長６５０ｎｍ帯のレーザビームを出射する第２の半導体レーザ光源と、その第２の半導体レーザ光源と近接するように位置し波長７８０ｎｍ帯のレーザビームを出射する第３の半導体レーザ光源と、を備えた光ピックアップ装置であって、
前記第１の半導体レーザ光源から楕円状の光強度分布で、発散光束として入射したレーザビームを、略円形状の光強度分布に整形して出射するビーム整形素子と、そのビーム整形素子で整形されたレーザビームの光路と前記第２，第３の半導体レーザ光源から出射したレーザビームの光路とを多層光学薄膜で合成する光路合成手段と、その光路合成手段で光路が合成されたレーザビームを空気との接触状態にある偏光分離膜で反射させるとともに一部のレーザービームを透過させる偏光ビームスプリッタと、その偏光ビームスプリッタで反射したレーザビームを光情報記録媒体に対して結像させる対物レンズと、前記偏光分離膜を透過したレーザービームを受光して前記第１〜第３の半導体レーザ光源のレーザ出力を検出するモニタ用センサと、を有し、前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザービームの主光線よりも大きい入射角で前記偏光分離膜を透過した光線の側に、前記モニタ用センサの有効光束の中心線が位置することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記ビーム整形素子がレーザビームの楕円長軸方向の発散角を縮小することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザビームの主たる偏光成分がＳ偏光であり、以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置；
35≦θ１≦65  …(1)
ただし、
θ１：偏光ビームスプリッタに対するレーザビームの主光線の入射角度(°)、
である。
【請求項８】
前記偏光ビームスプリッタがレーザビームのＳ偏光成分の一部を透過させ、その透過したレーザビームに対して以下の条件式(2)を満たす光学フィルターを有し、その光学フィルターを透過したレーザビームで前記モニタ用センサが各半導体レーザ光源のレーザ出力を検出することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置；
TS655＜TS405  …(2)
ただし、
TS405：波長４０５ｎｍのレーザビームのＳ偏光成分の透過率(％)、
TS655：波長６５５ｎｍのレーザビームのＳ偏光成分の透過率(％)、
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ピックアップ装置に関するものであり、例えば、少なくとも青紫色レーザビームを用いて高密度光情報記録媒体に光情報の記録や再生を行うことが可能な光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長４０５ｎｍ付近の青紫色レーザビームを用いる高密度光情報記録媒体(以下「高密度メディア」という。)、その記録／再生を行う光ディスク装置の開発が活発に行われている。このような高密度メディアの記録／再生を良好に行うためには、精度の高い光ピックアップ装置が必要である。そして、その精度を高めるには、波長４０５ｎｍ帯(＝波長４０５±１０ｎｍ)のレーザビームを高い精度で光量制御する必要がある。通常の半導体レーザ光源は、同じ電流を流しても温度や個体差によって出力するビーム光量にバラツキがある。そのバラツキを解消するため、オートパワーコントロール(ＡＰＣ)が一般に採用されている。オートパワーコントロールには、レーザビームを受光して半導体レーザ光源のレーザ出力を検出するモニタ用センサが用いられ、その検出結果に基づいて、常に一定光量のレーザビームが出力されるようにレーザ出力が制御される。
【０００３】
ＡＰＣに使用するモニタ用センサの出力は、レーザ出力に比例するとともに波長に依存しないのが好ましい。しかし、モニタ用センサとして用いられる受光素子の感度は波長依存性が高く、波長７８０ｎｍ帯をピークとして波長が短くなるほど感度が低下してしまう。そのため、温度やレーザ出力レベル等の変化に伴う波長変動の影響により、ＡＰＣに必要なセンサ出力が得られなくなる。このような受光感度の波長依存性に対応するため、波長変換・波長選択の機能を持たせたセンサが、特許文献１で提案されている。
【特許文献１】特開平８−２２７５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載されているセンサは、光ディスクで反射したレーザビームを受光する信号系の受光素子であり、その構成では、波長変動の影響を緩和することはできても、ビーム光量のバラツキを解消することはできない。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、青紫色レーザを用いる高密度メディアに対応可能であって、簡単な構成でありながらレーザビームの光量制御を高い精度で行うことの可能な光ピックアップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明の光ピックアップ装置は、半導体レーザ光源から出射させた波長４０５ｎｍ帯のレーザビームを光情報記録媒体に入射させ、光情報記録媒体で反射したレーザビームを受光素子に入射させて光情報を検出する光ピックアップ装置であって、レーザビームのＳ偏光成分を反射させることにより前記半導体レーザ光源から光情報記録媒体への光路を形成し、レーザビームのＰ偏光成分を透過させることにより光情報記録媒体から前記受光素子への光路を形成する偏光分離膜を備えた偏光ビームスプリッタと、レーザビームを受光して前記半導体レーザ光源のレーザ出力を検出するモニタ用センサと、を備え、前記偏光ビームスプリッタがレーザビームのＳ偏光成分の一部を透過させ、そのレーザビームの主光線に対して有効光束の中心線が一致しない位置で前記モニタ用センサがレーザビームを受光することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明の光ピックアップ装置は、上記第１の発明において、前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザビームが発散光束であり、その発散光束の主光線よりも大きい入射角で前記偏光分離膜を透過した光線の側に、前記モニタ用センサの有効光束の中心線が位置することを特徴とする。
【０００８】
第３の発明の光ピックアップ装置は、波長４０５ｎｍ帯のレーザビームを出射する半導体レーザ光源を備えた光ピックアップ装置であって、前記半導体レーザ光源から楕円状の光強度分布で、発散光束として入射したレーザビームを、略円形状の光強度分布に整形して出射するビーム整形素子と、そのビーム整形素子で整形されたレーザビームを空気との接触状態にある偏光分離膜で反射させるとともに一部のレーザービームを透過させる偏光ビームスプリッタと、その偏光ビームスプリッタで反射したレーザビームを光情報記録媒体に対して結像させる対物レンズと、前記偏光分離膜を透過したレーザービームを受光して前記半導体レーザ光源のレーザ出力を検出するモニタ用センサと、を有し、前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザービームの主光線よりも大きい入射角で前記偏光分離膜を透過した光線の側に、前記モニタ用センサの有効光束の中心線が位置することを特徴とする。
【０００９】
第４の発明の光ピックアップ装置は、波長４０５ｎｍ帯のレーザビームを出射する第１の半導体レーザ光源と、波長６５０ｎｍ帯のレーザビームを出射する第２の半導体レーザ光源と、を備えた光ピックアップ装置であって、前記第１の半導体レーザ光源から楕円状の光強度分布で、発散光束として入射したレーザビームを、略円形状の光強度分布に整形して出射するビーム整形素子と、そのビーム整形素子で整形されたレーザビームの光路と前記第２の半導体レーザ光源から出射したレーザビームの光路とを多層光学薄膜で合成する光路合成手段と、その光路合成手段で光路が合成されたレーザビームを空気との接触状態にある偏光分離膜で反射させるとともに一部のレーザービームを透過させる偏光ビームスプリッタと、その偏光ビームスプリッタで反射したレーザビームを光情報記録媒体に対して結像させる対物レンズと、前記偏光分離膜を透過したレーザービームを受光して前記第１，第２の半導体レーザ光源のレーザ出力を検出するモニタ用センサと、を有し、前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザービームの主光線よりも大きい入射角で前記偏光分離膜を透過した光線の側に、前記モニタ用センサの有効光束の中心線が位置することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明の光ピックアップ装置は、波長４０５ｎｍ帯のレーザビームを出射する第１の半導体レーザ光源と、波長６５０ｎｍ帯のレーザビームを出射する第２の半導体レーザ光源と、その第２の半導体レーザ光源と近接するように位置し波長７８０ｎｍ帯のレーザビームを出射する第３の半導体レーザ光源と、を備えた光ピックアップ装置であって、前記第１の半導体レーザ光源から楕円状の光強度分布で、発散光束として入射したレーザビームを、略円形状の光強度分布に整形して出射するビーム整形素子と、そのビーム整形素子で整形されたレーザビームの光路と前記第２，第３の半導体レーザ光源から出射したレーザビームの光路とを多層光学薄膜で合成する光路合成手段と、その光路合成手段で光路が合成されたレーザビームを空気との接触状態にある偏光分離膜で反射させるとともに一部のレーザービームを透過させる偏光ビームスプリッタと、その偏光ビームスプリッタで反射したレーザビームを光情報記録媒体に対して結像させる対物レンズと、前記偏光分離膜を透過したレーザービームを受光して前記第１〜第３の半導体レーザ光源のレーザ出力を検出するモニタ用センサと、を有し、前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザービームの主光線よりも大きい入射角で前記偏光分離膜を透過した光線の側に、前記モニタ用センサの有効光束の中心線が位置することを特徴とする。
【００１１】
第６の発明の光ピックアップ装置は、上記第３〜第５のいずれか１つの発明において、前記ビーム整形素子がレーザビームの楕円長軸方向の発散角を縮小することを特徴とする。
【００１２】
第７の発明の光ピックアップ装置は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザビームの主たる偏光成分がＳ偏光であり、以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする。
35≦θ１≦65  …(1)
ただし、
θ１：偏光ビームスプリッタに対するレーザビームの主光線の入射角度(°)、
である。
【００１３】
第８の発明の光ピックアップ装置は、上記第４〜第７のいずれか１つの発明において、前記偏光ビームスプリッタがレーザビームのＳ偏光成分の一部を透過させ、その透過したレーザビームに対して以下の条件式(2)を満たす光学フィルターを有し、その光学フィルターを透過したレーザビームで前記モニタ用センサが各半導体レーザ光源のレーザ出力を検出することを特徴とする。
TS655＜TS405  …(2)
ただし、
TS405：波長４０５ｎｍのレーザビームのＳ偏光成分の透過率(％)、
TS655：波長６５５ｎｍのレーザビームのＳ偏光成分の透過率(％)、
である。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、レーザビームの主光線に対して有効光束の中心線が一致しない位置で、モニタ用センサがレーザビームを受光する構成になっているため、温度やレーザ出力レベル等の変化に伴う波長変動の影響が緩和されるように、モニタ用センサの分光感度特性と偏光分離膜の偏光分離特性とをマッチングさせることができる。したがって、青紫色レーザを用いる高密度メディアに対応可能であって、簡単な構成でありながらレーザビームの光量制御を高い精度で行うことの可能な光ピックアップ装置を実現することができる。
【００１５】
第２〜第５の発明によれば、偏光ビームスプリッタに入射するレーザービームの主光線よりも大きい入射角で偏光分離膜を透過した光線の側に、モニタ用センサの有効光束の中心線が位置する構成になっているため、モニタ用センサの分光感度特性と偏光分離膜の偏光分離特性とが補完し合って、その結果、温度やレーザ出力レベル等の変化に伴う波長変動の影響が緩和される。したがって、青紫色レーザを用いる高密度メディアに対応可能であって、簡単な構成でありながらレーザビームの光量制御を高い精度で行うことの可能な光ピックアップ装置を実現することができる。
【００１６】
第３〜第５の発明によれば、楕円状の光強度分布で発散する波長４０５ｎｍ帯のレーザビームをビーム整形素子で整形する構成になっているため、偏光ビームスプリッタの入射角依存性に適合した最適な偏光分離特性での光路分岐が可能である。さらに、整形後のレーザビームを偏光ビームスプリッタが空気との接触状態にある偏光分離膜で反射させる構成になっているため、光路分岐の光学構成が簡単になるとともに光学的レイアウトの自由度が高くなる。これにより、光ピックアップ装置の軽量化・薄型化・小型化・低コスト化が容易になる。したがって、青紫色レーザを用いる高密度メディアに対応可能であって、簡単な構成でありながら小型化・低コスト化が容易な光ピックアップ装置を実現することができる。
【００１７】
さらに、第４の発明に係る光ピックアップ装置を用いれば、波長４０５ｎｍ帯と波長６５０ｎｍ帯のレーザビームを用いる光情報記録媒体に対応することができ、第５の発明に係る光ピックアップ装置を用いれば、波長４０５ｎｍ帯と波長６５０ｎｍ帯と波長７８０ｎｍ帯のレーザビームを用いる光情報記録媒体に対応することができる。また、第６又は第７の発明によれば、上記偏光分離特性を活かした更に良好な光路分岐が可能となり、第８の発明によれば、波長に応じた光量でレーザ出力をモニタすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施した光ピックアップ装置を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１９】
《第１の実施の形態(１波長タイプ)》
図１に、光ピックアップ装置の第１の実施の形態に対応する光学構成を示す。この光ピックアップ装置は、青紫色レーザ対応の高密度メディア(図中の光ディスクＤＫに相当する。)に対して光情報の記録／再生を行うことが可能な１波長対応の光ピックアップ装置であり、半導体レーザ光源として、波長４０５ｎｍ帯(＝波長４０５±１０ｎｍ)のレーザビームＬ１を出射する青色レーザ光源Ｄ１を備えている。青色レーザ光源Ｄ１から出射するレーザビームＬ１は、楕円状の光強度分布を有する発散光束であり、青色レーザ光源Ｄ１の活性層に対して平行方向の発散角θ‖が楕円短軸方向の発散角、垂直方向の発散角θ⊥が楕円長軸方向の発散角である(θ‖＜θ⊥)。そしてこの実施の形態では、発散角θ‖＝９°，θ⊥＝２３°(共に半値全角)になっており、図１に示す青色レーザ光源Ｄ１の配置では、発散角θ⊥が紙面に平行、発散角θ‖が紙面に垂直になっている。また、レーザビームＬ１の偏光状態は、その電気ベクトル方向が青色レーザ光源Ｄ１の活性層に対して平行な直線偏光になっている。
【００２０】
青色レーザ光源Ｄ１から楕円状の光強度分布で発散するように出射したレーザビームＬ１は、ビーム整形素子ＢＬで記録／再生のための特性上好ましい光強度分布に整形される。好ましい光強度分布としては、後述の対物レンズＯＬに入射する光束の周辺強度比(リム強度)として、例えば、６５％(ディスクラジアル方向)、６０％(ディスクタンジェンシャル方向)である。発散角θ⊥＝２３°をリム強度６５％(ディスクラジアル方向)に割り当てるには、レーザビームＬ１のＮＡ(numerical aperture)＝０．１５５分を対物レンズＯＬの開口絞りＡＰに導いてやればよく、発散角θ‖＝９°をリム強度６０％(ディスクタンジェンシャル方向)に割り当てるには、レーザビームＬ１のＮＡ＝０．０６７分を対物レンズＯＬの開口絞りＡＰに導いてやればよい。この実施の形態のビーム整形素子ＢＬでは、発散角θ⊥方向の整形倍率を０．４３×とし、発散角θ‖方向には無変換とすることで上記所望のリム強度を得ている。
【００２１】
ビーム整形素子ＢＬで整形されたレーザビームＬ１は、ＤＰＰ法若しくは３ビーム法によるトラッキングを行うために回折格子ＧＲに入射して、光ディスクＤＫに対する記録／再生を行うためのメインビーム(０次光)と、トラッキングエラーを検出するための２つのサブビーム(±１次光、図１中では省略する。)と、に分割される。そして回折格子ＧＲから出射したレーザビーム(メインビーム)Ｌ１は、平行平面板状の偏光ビームスプリッタＢＳに入射する。このときの偏光分離膜ＰＣに対するレーザビームＬ１の入射角θ１＝４５°、角度範囲(開口角)α１＝４°である。偏光ビームスプリッタＢＳは、基板となる透明な平行平面板ＰＴと、その一方の面に施された多層光学薄膜(又は保護膜で覆われた多層光学薄膜)から成る偏光分離膜ＰＣと、他方の面に施された多層光学薄膜(又は保護膜で覆われた多層光学薄膜)から成る反射防止膜ＡＣと、で構成されている。偏光分離膜ＰＣは、入射光束のＳ偏光成分をほとんど反射させ、かつ、Ｐ偏光成分をほとんど透過させる偏光分離特性を有するものであり、偏光分離膜ＰＣに対するレーザビームＬ１の偏光方向はＳ偏光である。したがってレーザビームＬ１は、空気との接触状態にある偏光分離膜ＰＣで大部分が反射され、これにより青色レーザ光源Ｄ１から光ディスクＤＫへの光路が形成される。
【００２２】
図２に、波長４０５ｎｍ帯，膜面に対する入射角度４５±４°{(Ａ)４１°，(Ｂ)４５°，(Ｃ)４９°}で用いる偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性を反射率(％；Ｒｓ：Ｓ偏光の反射率，Ｒｐ：Ｐ偏光の反射率)で示す。この偏光分離特性を有する偏光分離膜ＰＣは、第１の実施の形態用として最適化したものであり、実使用波長である４００ｎｍ〜４１５ｎｍ，入射角度４５±４°の範囲において、Ｐ偏光の透過率Ｔｐ＞９５％，Ｓ偏光の反射率Ｒｓ＝８８±５％の実用上充分な特性が得られている。
【００２３】
図３に、波長４０５ｎｍ帯，膜面に対する入射角度３５±４°{(Ａ)３１°，(Ｂ)３５°，(Ｃ)３９°}で用いる偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性を反射率(％；Ｒｓ：Ｓ偏光の反射率，Ｒｐ：Ｐ偏光の反射率)で示す。この偏光分離特性を有する偏光分離膜ＰＣは、偏光ビームスプリッタＢＳの配置を第１の実施の形態の状態から変えて最適化したものであり、実使用波長である４００ｎｍ〜４１５ｎｍ、入射角度３５±４°の範囲において、Ｐ偏光の透過率Ｔｐ＞９０％，Ｓ偏光の反射率Ｒｓ＝９４±５％の実用上充分な特性が得られている。このようにレーザビームＬ１の入射角θ１＝３５°に設定すると、θ１＝４５°の場合よりも光学配置の自由度との関係で装置全体の幅を小さくすることができる。
【００２４】
図４に、波長４０５ｎｍ帯，膜面に対する入射角度６０±４°{(Ａ)５６°，(Ｂ)６０°，(Ｃ)６４°}で用いる偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性を透過率(％；太線：Ｓ偏光の透過率，細線：Ｐ偏光の透過率)で示す。この偏光分離特性を有する偏光分離膜ＰＣは、偏光ビームスプリッタＢＳの配置を第１の実施の形態の状態から変えて最適化したものであり、実使用波長である４００ｎｍ〜４１５ｎｍ，入射角度６０±４°の範囲において、Ｐ偏光の透過率Ｔｐ＞９５％，Ｓ偏光の反射率Ｒｓ＝８８±５％の実用上充分な特性が得られている。また、図５に反射による位相の変化(Ｓ偏光の位相シフト)を示す。図５から分かるように、反射による位相シフトは使用角度範囲において概ね直線的になっている。
【００２５】
前述したように多層光学薄膜で構成される偏光分離膜ＰＣは、入射光束のＳ偏光成分の大部分を反射させＰ偏光成分の大部分を透過させる偏光分離特性を有している。この偏光分離特性を向上させるには、一般に入射角を小さくし、発散光束の場合にはその発散角範囲を狭くする方が好ましい。このため、一般的な光ピックアップ装置においては、ガラスキューブ中の貼合面に偏光分離膜を設けて発散光路中に配置することが多い。しかし、ガラスキューブ形態の偏光ビームスプリッタは、貼合面を持った複雑で構成要素数の多い構成を有するため、コストアップを招くとともに光学的レイアウトの自由度を低下させて光学構成を複雑化させてしまう。結果として、光ピックアップ装置とそれを搭載する光ディスク装置の軽量化・薄型化・小型化・低コスト化等が困難になる。
【００２６】
本実施の形態のように、整形後のレーザビームＬ１を空気との接触状態にある偏光分離膜ＰＣで反射させる構成にすれば、光路分岐の光学構成が簡単になるとともに光学的レイアウトの自由度が高くなるため、光ピックアップ装置の軽量化・薄型化・小型化・低コスト化が容易になる。また、平行平面板状の偏光ビームスプリッターＢＳを用いることにより、偏光ビームスプリッタＢＳを透過する戻り光に対し非点収差を発生させることができるので、非点収差法によるフォーカシングやエラー検出も可能となる。したがって、偏光ビームスプリッタＢＳの製造工程簡略化と非点収差発生素子の省略により、光ピックアップ装置の低コスト化にも寄与することができる。また、貼合面が不要であるため接着剤層による吸収がなく、光利用効率の高い光学系とすることができる。このようにして、青紫色レーザを用いる高密度メディアに対応可能であって、簡単な構成でありながら小型化・低コスト化が容易な光ピックアップ装置を実現することができる。
【００２７】
前述したように偏光分離特性を向上させるには発散角範囲を狭くするのが好ましく、その入射角依存性を満たすために本実施の形態ではビーム整形素子ＢＬを用いている。つまり、発散角θ⊥を縮小するビーム整形素子ＢＬを偏光ビームスプリッタＢＳの入射前に配置しており、そのビーム整形素子ＢＬがレーザビームＬ１の楕円長軸方向の発散角を縮小することにより、空気中入射でありながら偏光分離膜ＰＣへの入射角範囲を４５±４°と狭めている。これにより偏光ビームスプリッタの入射角依存性に適合した最適な偏光分離特性での光路分岐が可能となる。また、ビーム整形素子ＢＬを使って入射角度範囲を狭くすることにより、膜設計の点で、Ｓ偏光の反射位相を直線にすることが容易に実現できる。
【００２８】
また偏光ビームスプリッタＢＳは、入射するレーザビームＬ１のＳ偏光成分の一部を透過させるように構成されている。偏光ビームスプリッタＢＳを透過したレーザビームＬ１は、絞りＳＴと集光レンズＤＬを通過した後、レーザパワーモニタＰＭで受光される。レーザパワーモニタＰＭは、偏光ビームスプリッタＢＳを透過したレーザビームＬ１で青色レーザ光源Ｄ１のレーザ出力を検出するモニタ用センサである。このレーザパワーモニタＰＭは、図１２に示すように、やや上向きに傾いた状態で配置されている。このような配置では、レーザパワーモニタＰＭの受光面に対する主光線ＰＸの入射が非垂直になるため、迷光を避けてゴーストの発生を防止することができる。
【００２９】
前述したように、ＡＰＣ用のレーザパワーモニタＰＭからの出力は、レーザ出力に比例するとともに波長に依存しないのが好ましい。しかし、レーザパワーモニタＰＭとして用いられる一般的な受光素子の感度は波長依存性が高く、波長７８０ｎｍ帯をピークとして波長が短くなるほど感度が低下する。図１４に、２つのタイプの受光素子Ｍ４０５，Ｍ６５５について、その分光感度特性を示す。いずれも波長４０５ｎｍ帯におけるモニタ出力の波長依存性は高く、同じレーザパワーでも長波長側ほどモニタ出力は大きくなっている。通常の半導体レーザ光源には、温度変化，レーザ出力変化等に起因する波長のバラツキ(±１７ｎｍ)がある。このため、温度変化等によりレーザ波長が長波長側へシフトすると、レーザ出力に変化が無くてもモニタ出力は増大することになる。
【００３０】
一方、偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性(図２〜図４)によれば、波長４０５ｎｍ帯におけるＳ偏光の反射率Ｒｓや透過率Ｔｓの変化に入射角依存性が認められる。レーザパワーモニタＰＭに入射させるＳ偏光に注目すると、例えば図２(Ａ)〜(Ｃ)の分光反射率から分かるように、入射角が大きいほど波長４０５ｎｍ帯における長波長側のＳ偏光の反射率Ｒｓが増大(言い換えれば透過率Ｔｓが低下)している。先に述べたとおり、通常の半導体レーザ光源には、温度変化，レーザ出力変化等に起因する波長のバラツキ(±１７ｎｍ)がある。このため、温度変化等によりレーザ波長が長波長側へシフトすると、入射角が大きいほどレーザパワーモニタＰＭに対する入射光量は低下することになる。
【００３１】
したがって、偏光ビームスプリッタＢＳを透過したレーザビームＬ１の主光線ＰＸに対して有効光束の中心線ＱＸが一致しない位置で、レーザパワーモニタＰＭがレーザビームＬ１を受光する構成にすれば、上記レーザパワーモニタＰＭの分光感度特性と偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性とのマッチングが可能となる。なお、レーザパワーモニタＰＭの受光範囲は絞りＳＴにより効果的に規制される。
【００３２】
この実施の形態の場合、偏光ビームスプリッタＢＳに入射するレーザービームＬ１の主光線ＰＸよりも大きい入射角で偏光分離膜ＰＣを透過した光線の側に、レーザパワーモニタＰＭの有効光束の中心線ＱＸが位置する構成になっている。このため、レーザ波長が長波長側へシフトすると、レーザパワーモニタＰＭの受光感度が増大するとともに入射光量は低下する。逆に、レーザ波長が短波長側へシフトすると、レーザパワーモニタＰＭの受光感度が低下するとともに入射光量は増大することになる。このようにしてレーザパワーモニタＰＭの分光感度特性と偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性とが補完し合って、その結果、温度やレーザ出力レベル等の変化に伴う波長変動の影響が緩和される。したがって、青紫色レーザを用いる高密度メディアに対応可能であって、簡単な構成でありながらレーザビームＬ１の光量制御を高い精度で行うことが可能である。
【００３３】
偏光ビームスプリッタＢＳには光ディスクＤＫからの戻り光がＰ偏光として入射するため、反射防止膜ＡＣ無しでも充分高い透過率Ｔｐが得られる。したがって反射防止膜ＡＣを省略してもよいが、反射防止膜ＡＣが無いと、レーザパワーモニタＰＭが使用するＳ偏光に関しては無視できない反射損失が生じてしまう。このため、透過率Ｔｓを高くすることの可能な反射防止膜ＡＣを施すのが好ましい。
【００３４】
前述した入射角依存性や光学的レイアウト等の観点から、偏光ビームスプリッタに入射するレーザビームＬ１の主たる偏光成分がＳ偏光であり、以下の条件式(1)を満たすことが望ましい。条件式(1)を満たすことにより、偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性を活かして、より一層良好な光路分岐が可能となる。
35≦θ１≦65  …(1)
ただし、
θ１：偏光ビームスプリッタに対するレーザビームの主光線の入射角度(°)、
である。
【００３５】
偏光ビームスプリッタＢＳで反射したレーザビームＬ１は、コリメータ光学系ＣＬに入射する。コリメータ光学系ＣＬは、入射してきたレーザビームＬ１を略平行ビームに変換する。このコリメータ光学系ＣＬは、空気間隔を挟んで凸レンズと凹レンズとの２群２枚構成になっており、その空気間隔はアクチュエータ(不図示)により可変になっている。空気間隔を変化させることにより、出射するレーザビームＬ１の発散角度を変えて、光ディスクＤＫの基板厚誤差により発生する波面収差を調整することができる。コリメータ光学系ＣＬで略平行ビームに変換されたレーザビームＬ１は、１／４波長板ＱＷで円偏光に変換され、開口絞りＡＰを通過し、所定の開口数：ＮＡ(例えば、ＮＡ＝０．６５，０．８５)で対物レンズＯＬにより、光ディスクＤＫの情報記録面ＳＫ上で光スポットとして結像する。なお、対物レンズＯＬは単レンズ方式に限らずツインレンズ方式のものでもよい。
【００３６】
情報記録面ＳＫ上で結像したレーザビームＬ１は、情報記録面ＳＫで反射されて戻り光となり、対物レンズＯＬ，開口絞りＡＰ，１／４波長板ＱＷ，コリメータ光学系ＣＬを順に通過して、偏光ビームスプリッタＢＳに戻る。レーザビームＬ１は、偏光ビームスプリッタＢＳに戻ってくる途中、１／４波長板ＱＷを通過するため、偏光分離膜ＰＣへはＰ偏光として入射することになる。偏光分離膜ＰＣに対するレーザビームＬ１の入射角θ１＝４５°、角度範囲(開口角)α１＝５°の範囲であれば、偏光分離膜ＰＣのＰ偏光透過率Ｔｐを９０％以上にすることができる。したがって偏光ビームスプリッタＢＳは、光ディスクＤＫからの戻り光を高い効率で透過させることができる。このＰ偏光成分の透過により光ディスクＤＫから受光素子ＰＤへの光路が形成されるので、偏光ビームスプリッタＢＳを透過したレーザビームＬ１は、センサーレンズＳＬを経て、信号系の受光素子ＰＤ上で集光することになる。
【００３７】
この実施の形態では、フォーカシング・エラー検出方式として非点収差法を採用しており、トラッキング・エラー検出方式としてＰＰ法(push-pull method)又はＤＰＰ法(differential push-pull method)を採用している。前述したように、傾いた平行平面板ＰＴをレーザビームＬ１が通過する際に非点収差が付加されるので、簡単な構成でフォーカスエラー信号を得ることができる。受光素子ＰＤは、多分割されたＰＩＮフォトダイオードで構成されており、入射光束の強度に比例した電流出力又はＩＶ変換された電圧を各素子から出力する。その出力が検出回路系(不図示)に送られて、情報信号，フォーカスエラー信号，トラックエラー信号が生成される。そのフォーカスエラー信号，トラックエラー信号に基づいて、磁気回路，コイル等から成る２次元アクチュエータ(不図示)により、それと一体的に設けられている対物レンズＯＬの位置が制御され、常に情報トラック上に光スポットが合わされる。
【００３８】
《第２の実施の形態(３波長互換タイプ)》
図６に、光ピックアップ装置の第２の実施の形態に対応する光学構成を示す。この光ピックアップ装置は、青紫色レーザ対応の高密度メディア，赤色レーザ対応の光情報記録媒体，赤外レーザ対応の光情報記録媒体のいずれに対しても光情報の記録／再生を行うことが可能な３波長対応の光ピックアップ装置である。そして半導体レーザ光源として、波長４０５ｎｍ帯(＝波長４０５±１０ｎｍ)のレーザビームＬ１を出射する青色レーザ光源Ｄ１と、波長６５０ｎｍ帯(＝波長６５０±２０ｎｍ)のレーザビームＬ２を出射する赤色レーザ光源Ｄ２と、波長７８０ｎｍ帯(＝波長７８０±２０ｎｍ)のレーザビームＬ３を出射する赤外レーザ光源Ｄ３と、を備えている。ただし、３つのレーザ光源Ｄ１〜Ｄ３の２つ以上が同時に点灯することはない。例えば、光ディスクＤＫの厚さの違いや情報記録面ＳＫに書き込まれている何らかの情報に応じて、どのレーザ光源Ｄ１〜Ｄ３を使うかが判断される。その判断を行うための手段(図示せず)を各光ピックアップ装置が備えており、そこでの判断に基づいて３つのレーザ光源Ｄ１〜Ｄ３のいずれか１つが点灯する。そして、レーザビームＬ１〜Ｌ３のうちのいずれか１つが出射して、情報記録面ＳＫに対する光情報の記録又は再生が行われることになる。
【００３９】
３つのレーザ光源Ｄ１〜Ｄ３のうち、赤色レーザ光源Ｄ２と赤外レーザ光源Ｄ３とは近接して共通のパッケージ内に収められている。ただし、互いに１１０μｍ離れて配置されているため、結像位置は互いに異なっている。また、各波長対応の光情報記録媒体(図中の光ディスクＤＫに相当する。)は情報記録面ＳＫまでの厚みが互いに異なっているが、記録／再生する光ディスクＤＫに応じてレーザビームＬ１〜Ｌ３が情報記録面ＳＫで合焦するように、後述の対物レンズＯＬが作用する構成になっている。
【００４０】
青色レーザ光源Ｄ１から出射するレーザビームＬ１は、楕円状の光強度分布を有する発散光束であり、青色レーザ光源Ｄ１の活性層に対して平行方向の発散角θ‖が楕円短軸方向の発散角、垂直方向の発散角θ⊥が楕円長軸方向の発散角である(θ‖＜θ⊥)。そしてこの実施の形態では、発散角θ‖＝９°，θ⊥＝２３°(共に半値全角)になっており、図６に示す青色レーザ光源Ｄ１の配置では、発散角θ⊥が紙面に平行、発散角θ‖が紙面に垂直になっている。また、レーザビームＬ１の偏光状態は、その電気ベクトル方向が青色レーザ光源Ｄ１の活性層に対して平行な直線偏光になっている。
【００４１】
赤色，赤外レーザ光源Ｄ２，Ｄ３から出射するレーザビームＬ２，Ｌ３は、楕円状の光強度分布を有する発散光束であり、赤色，赤外レーザ光源Ｄ２，Ｄ３の活性層に対して平行方向の発散角θ‖が楕円短軸方向の発散角、垂直方向の発散角θ⊥が楕円長軸方向の発散角である(θ‖＜θ⊥)。そしてこの実施の形態では、発散角θ‖＝９°，θ⊥＝１６°(共に半値全角)になっており、図６に示す赤色，赤外レーザ光源Ｄ２，Ｄ３の配置では、発散角θ‖が紙面に平行、発散角θ⊥が紙面に垂直になっている。また、レーザビームＬ２，Ｌ３の偏光状態は、その電気ベクトル方向が赤色，赤外レーザ光源Ｄ２，Ｄ３の活性層に対して平行な直線偏光になっている。
【００４２】
青色レーザ光源Ｄ１から楕円状の光強度分布で発散するように出射したレーザビームＬ１は、ビーム整形素子ＢＬで記録／再生のための特性上好ましい光強度分布に整形される。好ましい光強度分布としては、後述の対物レンズＯＬに入射する光束の周辺強度比(リム強度)として、例えば、６５％(ディスクラジアル方向)、６０％(ディスクタンジェンシャル方向)である。発散角θ⊥＝２３°をリム強度６５％(ディスクラジアル方向)に割り当てるには、レーザビームＬ１のＮＡ(numerical aperture)＝０．１５５分を対物レンズＯＬの開口絞りＡＰに導いてやればよく、発散角θ‖＝９°をリム強度６０％(ディスクタンジェンシャル方向)に割り当てるには、レーザビームＬ１のＮＡ＝０．０６７分を対物レンズＯＬの開口絞りＡＰに導いてやればよい。この実施の形態のビーム整形素子ＢＬでは、発散角θ⊥方向の整形倍率を０．４３×とし、発散角θ‖方向には無変換とすることで上記所望のリム強度を得ている。
【００４３】
ビーム整形素子ＢＬで整形されたレーザビームＬ１は、ＤＰＰ法若しくは３ビーム法によるトラッキングを行うために回折格子ＧＲに入射して、光ディスクＤＫに対する記録／再生を行うためのメインビーム(０次光)と、トラッキングエラーを検出するための２つのサブビーム(±１次光、図１中では省略する。)と、に分割される。そして回折格子ＧＲから出射したレーザビーム(メインビーム)Ｌ１は、光路合成プリズムＤＰに入射する。
【００４４】
一方、赤色，赤外レーザ光源Ｄ２，Ｄ３から楕円状の光強度分布で発散するように出射したレーザビームＬ２，Ｌ３は、ＤＰＰ法若しくは３ビーム法によるトラッキングを行うために回折格子ＧＴに入射して、光ディスクＤＫに対する記録／再生を行うためのメインビーム(０次光)と、トラッキングエラーを検出するための２つのサブビーム(±１次光、図６中では省略する。)と、に分割される。そして、回折格子ＧＴから出射したレーザビーム(メインビーム)Ｌ２，Ｌ３はカップリングレンズＣＰに入射する。この経路では、レーザビームＬ２，Ｌ３を楕円状の光強度分布のまま対物レンズＯＬに入射させる構成としており、出射効率とリム強度とのバランスをとるために、カップリングレンズＣＰでレーザビームＬ２，Ｌ３の発散角を変換させている。カップリングレンズＣＰＬで発散角が変換されたレーザビームＬ２，Ｌ３は、１／２波長板ＨＷで偏光方向が９０°回転された後、光路合成プリズムＤＰに入射する。
【００４５】
なお、レーザビームＬ２，Ｌ３のビーム整形は行わない構成になっているので、発散角θ⊥を主としてディスクタンジェンシャル方向に向ける必要がある。これに対しレーザビームＬ１側は、ビーム整形次第で青色レーザ光源Ｄ１の向きを変えることが可能である。したがって、１／２波長板ＨＷをレーザビームＬ２，Ｌ３側に配置せずにレーザビームＬ１側に配置してもよい。このように、１／２波長板ＨＷを必要に応じて配置することにより、各光学素子の相対的配置を変えて光ピックアップ装置全体の薄型化等を達成することが可能になる。
【００４６】
光路合成プリズムＤＰは、多層光学薄膜から成るダイクロイック膜ＤＣを介して２つのガラスプリズムが貼り合わされた構成になっている。ダイクロイック膜ＤＣは、波長４０５ｎｍ帯のレーザビームＬ１を反射させ、波長６５０ｎｍ帯のレーザビームＬ２と波長７８０ｎｍ帯のレーザビームＬ３を透過させる波長選択性を有している。したがって３本のレーザビームＬ１〜Ｌ３は、光路合成プリズムＤＰでの光路合成により、共通経路で偏光ビームスプリッタＢＳに入射することになる。
【００４７】
光路合成プリズムＤＰに設けられているダイクロイック膜ＤＣは、波長４０５ｎｍ帯のレーザビームＬ１を透過させ、波長６５０ｎｍ帯のレーザビームＬ２と波長７８０ｎｍ帯のレーザビームＬ３を反射させる波長選択性を有するものでもよい。その場合、青色レーザ光源Ｄ１側の光路と赤色，赤外レーザ光源Ｄ２，Ｄ３の光路とを入れ替えればよい。また、戻り光抑制のためレーザビームＬ２，Ｌ３に対して偏光分離特性を有する光路合成プリズムＤＰを用いてもよく、必要に応じて１／２波長板ＨＷを省略してもよい。
【００４８】
平行平面板状の偏光ビームスプリッタＢＳにレーザビームＬ１〜Ｌ３が入射するとき、偏光分離膜ＰＣに対するレーザビームＬ１〜Ｌ３の入射角θ１＝６０°、角度範囲(開口角)α１＝４°である。偏光ビームスプリッタＢＳは、基板となる透明な平行平面板ＰＴと、その一方の面に施された多層光学薄膜(又は保護膜で覆われた多層光学薄膜)から成る偏光分離膜ＰＣと、他方の面に施された多層光学薄膜(又は保護膜で覆われた多層光学薄膜)から成る反射防止膜ＡＣと、で構成されている。偏光分離膜ＰＣは、入射光束のＳ偏光成分をほとんど反射させ、かつ、Ｐ偏光成分をほとんど透過させる偏光分離特性を有するものであり、偏光分離膜ＰＣに対するレーザビームＬ１〜Ｌ３の偏光方向はＳ偏光である。したがってレーザビームＬ１〜Ｌ３は、空気との接触状態にある偏光分離膜ＰＣで大部分が反射され、これにより各レーザ光源Ｄ１〜Ｄ３から光ディスクＤＫへの光路が形成される。
【００４９】
偏光ビームスプリッタＢＳの偏光分離膜ＰＣに対し、θ１＝６０°で各レーザビームＬ１〜Ｌ３を入射させる構成とすることにより、偏光分離性能が向上し、また平行平面板ＰＴが厚くなりすぎずに非点収差発生が大きく、相対的にコマ収差が少ない検出系とすることができる。θ１＝４５°に制約されない構成の方が、光ピックアップ設計の自由度が向上するというメリットもある。
【００５０】
図７に、３波長帯(波長４０５ｎｍ帯，波長６５０ｎｍ帯，波長７８０ｎｍ帯)，膜面に対する入射角度６０±４°{(Ａ)５６°，(Ｂ)６０°，(Ｃ)６４°}で用いる偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性を透過率(％；太線：Ｓ偏光の透過率，細線：Ｐ偏光の透過率)で示す。この偏光分離特性を有する偏光分離膜ＰＣは、第２の実施の形態用として最適化したものであり、実使用波長である４００ｎｍ〜４１５ｎｍ，６０±４°の範囲において、Ｐ偏光の透過率Ｔｐ＞９２％，Ｓ偏光の反射率Ｒｓ＞９５％；６５０ｎｍ〜６６５ｎｍ，入射角度６０±４°の範囲において、Ｐ偏光の透過率Ｔｐ＞９０％，Ｓ偏光の反射率Ｒｓ＞９５％；７８０ｎｍ〜７９５ｎｍ，入射角度６０±３°の範囲において、Ｐ偏光の透過率Ｔｐ＞９０％，Ｓ偏光の反射率ＲＳ＞９５％と、良好な特性が得られている。また、図８に反射による位相の変化{(Ａ)波長４０５ｎｍ，(Ｂ)波長６５０ｎｍ，(Ｃ)波長７８０ｎｍでのＳ偏光の位相シフト}を示す。図８から分かるように、反射による位相シフトは各波長帯の使用角度範囲において概ね直線的になっている。
【００５１】
図９に、３波長帯(波長４０５ｎｍ帯，波長６５０ｎｍ帯，波長７８０ｎｍ帯)，膜面に対する入射角度４５±４°{(Ａ)４１°，(Ｂ)４５°，(Ｃ)４９°}で用いる偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性を反射率(％；Ｒｓ：Ｓ偏光の反射率，Ｒｐ：Ｐ偏光の反射率)で示し、図１０に、３波長帯(波長４０５ｎｍ帯，波長６５０ｎｍ帯，波長７８０ｎｍ帯)，膜面に対する入射角度４５±４°{(Ａ)４１°，(Ｂ)４５°，(Ｃ)４９°}で用いる偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性を透過率(％；太線：Ｓ偏光の透過率，細線：Ｐ偏光の透過率)で示す。この偏光分離特性を有する偏光分離膜ＰＣは、偏光ビームスプリッタＢＳの配置を第２の実施の形態の状態から変えて最適化したものであり、実使用波長である４００ｎｍ〜４１５ｎｍ，入射角度４５±４°の範囲において、Ｐ偏光の透過率Ｔｐ＞９２％，Ｓ偏光の反射率Ｒｓ＞９５％；６５０ｎｍ〜６６５ｎｍ，入射角度４５±４°の範囲において、Ｐ偏光の透過率Ｔｐ＞９０％，Ｓ偏光の反射率Ｒｓ＞９５％；７８０ｎｍ〜７９５ｎｍ，入射角度４５±３°の範囲において、Ｐ偏光の透過率Ｔｐ＞９０％，Ｓ偏光の反射率ＲＳ＞９５％と、良好な特性が得られている。また、図１１に反射による位相の変化{(Ａ)波長４０５ｎｍ，(Ｂ)波長６５０ｎｍ，(Ｃ)波長７８０ｎｍでのＳ偏光の位相シフト}を示す。図１１から分かるように、反射による位相シフトは各波長帯の使用角度範囲において概ね直線的になっている。
【００５２】
前述したように多層光学薄膜で構成される偏光分離膜ＰＣは、入射光束のＳ偏光成分の大部分を反射させＰ偏光成分の大部分を透過させる偏光分離特性を有している。この偏光分離特性を向上させるには、一般に入射角を小さくし、発散光束の場合にはその発散角範囲を狭くする方が好ましい。このため、一般的な光ピックアップ装置においては、ガラスキューブ中の貼合面に偏光分離膜を設けて発散光路中に配置することが多い。しかし、ガラスキューブ形態の偏光ビームスプリッタは、貼合面を持った複雑で構成要素数の多い構成を有するため、コストアップを招くとともに光学的レイアウトの自由度を低下させて光学構成を複雑化させてしまう。結果として、光ピックアップ装置とそれを搭載する光ディスク装置の軽量化・薄型化・小型化・低コスト化等が困難になる。
【００５３】
本実施の形態のように、整形後のレーザビームＬ１〜Ｌ３を空気との接触状態にある偏光分離膜ＰＣで反射させる構成にすれば、光路分岐の光学構成が簡単になるとともに光学的レイアウトの自由度が高くなるため、光ピックアップ装置の軽量化・薄型化・小型化・低コスト化が容易になる。また、平行平面板状の偏光ビームスプリッターＢＳを用いることにより、偏光ビームスプリッタＢＳを透過する戻り光に対し非点収差を発生させることができるので、非点収差法によるフォーカシングやエラー検出も可能となる。したがって、偏光ビームスプリッタＢＳの製造工程簡略化と非点収差発生素子の省略により、光ピックアップ装置の低コスト化にも寄与することができる。また、貼合面が不要であるため接着剤層による吸収がなく、光利用効率の高い光学系とすることができる。このようにして、青紫色レーザを用いる高密度メディアに対応可能であって、簡単な構成でありながら小型化・低コスト化が容易な光ピックアップ装置を実現することができる。
【００５４】
前述したように偏光分離特性を向上させるには発散角範囲を狭くするのが好ましく、その入射角依存性を満たすために本実施の形態ではビーム整形素子ＢＬを用いている。つまり、発散角θ⊥を縮小するビーム整形素子ＢＬを偏光ビームスプリッタＢＳの入射前に配置しており、そのビーム整形素子ＢＬがレーザビームＬ１〜Ｌ３の楕円長軸方向の発散角を縮小することにより、空気中入射でありながら偏光分離膜ＰＣへの入射角度範囲を６０±４°と狭めている。これにより偏光ビームスプリッタの入射角依存性に適合した最適な偏光分離特性での光路分岐が可能となる。また、ビーム整形素子ＢＬを使って入射角度範囲を狭くすることにより、膜設計の点で、Ｓ偏光の反射位相を直線にすることが容易に実現できる。なお本実施の形態においても、上記入射角依存性や光学的レイアウト等の観点から、偏光ビームスプリッタＢＳに入射するレーザビームＬ１〜Ｌ３の主たる偏光成分がＳ偏光であり、前記条件式(1)を満たすことが望ましい。条件式(1)を満たすことにより、偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性を活かしたより一層良好な光路分岐が可能となる。
【００５５】
また偏光ビームスプリッタＢＳは、入射するレーザビームＬ１〜Ｌ３のＳ偏光成分の一部を透過させるように構成されている。偏光ビームスプリッタＢＳを透過したレーザビームＬ１〜Ｌ３は、絞りＳＴ，集光レンズＤＬ及び光学フィルターＦＬを通過した後、レーザパワーモニタＰＭで受光される。レーザパワーモニタＰＭは、偏光ビームスプリッタＢＳを透過したレーザビームＬ１〜Ｌ３で各レーザ光源Ｄ１〜Ｄ３のレーザ出力を検出するモニタ用センサである。このレーザパワーモニタＰＭは、第１の実施の形態(図１２)と同様、やや上向きに傾いた状態で配置されている。このような配置では、レーザパワーモニタＰＭの受光面に対する主光線ＰＸの入射が非垂直になるため、迷光を避けてゴーストの発生を防止することができる。
【００５６】
前述したように、ＡＰＣ用のレーザパワーモニタＰＭからの出力は、レーザ出力に比例するとともに波長に依存しないのが好ましい。しかし、レーザパワーモニタＰＭとして用いられる一般的な受光素子の感度は波長依存性が高く、波長７８０ｎｍ帯をピークとして波長が短くなるほど感度が低下する。図１４に、２つのタイプの受光素子Ｍ４０５，Ｍ６５５について、その分光感度特性を示す。いずれも波長４０５ｎｍ帯におけるモニタ出力の波長依存性は高く、同じレーザパワーでも長波長側ほどモニタ出力は大きくなっている。通常の半導体レーザ光源には、温度変化，レーザ出力変化等に起因する波長のバラツキ(±１７ｎｍ)がある。このため、温度変化等によりレーザ波長が長波長側へシフトすると、レーザ出力に変化が無くてもモニタ出力は増大することになる。
【００５７】
一方、偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性(図７，図９，図１０)によれば、波長４０５ｎｍ帯におけるＳ偏光の反射率Ｒｓや透過率Ｔｓの変化に入射角依存性が認められる。レーザパワーモニタＰＭに入射させるＳ偏光に注目すると、例えば図７(Ａ)〜(Ｃ)の分光反射率から分かるように、入射角が大きいほど波長４０５ｎｍ帯における長波長側のＳ偏光の透過率Ｔｓ(太線)が低下している。先に述べたとおり、通常の半導体レーザ光源には、温度変化，レーザ出力変化等に起因する波長のバラツキ(±１７ｎｍ)がある。このため、温度変化等によりレーザ波長が長波長側へシフトすると、入射角が大きいほどレーザパワーモニタＰＭに対する入射光量は低下することになる。
【００５８】
したがって、偏光ビームスプリッタＢＳを透過したレーザビームＬ１〜Ｌ３の主光線ＰＸに対して有効光束の中心線ＱＸが一致しない位置で、レーザパワーモニタＰＭがレーザビームＬ１〜Ｌ３を受光する構成にすれば、上記レーザパワーモニタＰＭの分光感度特性と偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性とのマッチングが可能となる。なお、レーザパワーモニタＰＭの受光範囲は絞りＳＴにより効果的に規制される。
【００５９】
この実施の形態の場合、偏光ビームスプリッタＢＳに入射するレーザービームＬ１〜Ｌ３の主光線ＰＸよりも大きい入射角で偏光分離膜ＰＣを透過した光線の側に、レーザパワーモニタＰＭの有効光束の中心線ＱＸが位置する構成になっている。このため、レーザ波長が長波長側へシフトすると、レーザパワーモニタＰＭの受光感度が増大するとともに入射光量は低下する。逆に、レーザ波長が短波長側へシフトすると、レーザパワーモニタＰＭの受光感度が低下するとともに入射光量は増大することになる。このようにしてレーザパワーモニタＰＭの分光感度特性と偏光分離膜ＰＣの偏光分離特性とが補完し合って、その結果、温度やレーザ出力レベル等の変化に伴う波長変動の影響が緩和される。したがって、青紫色レーザを用いる高密度メディアに対応可能であって、簡単な構成でありながらレーザビームＬ１〜Ｌ３の光量制御を高い精度で行うことが可能である。
【００６０】
偏光ビームスプリッタＢＳには光ディスクＤＫからの戻り光がＰ偏光として入射するため、反射防止膜ＡＣ無しでも充分高い透過率Ｔｐが得られる。したがって反射防止膜ＡＣを省略してもよいが、反射防止膜ＡＣが無いと、レーザパワーモニタＰＭが使用するＳ偏光に関しては無視できない反射損失が生じてしまう。このため、透過率Ｔｓを高くすることの可能な反射防止膜ＡＣを施すのが好ましい。
【００６１】
偏光ビームスプリッタＢＳとレーザパワーモニタＰＭとの間には、偏光ビームスプリッタＢＳを透過したレーザビームＬ１〜Ｌ３に対して以下の条件式(2)を満たす光学フィルターＦＬが配置されている。条件式(2)を満たす光学フィルターＦＬを用いることにより、波長に応じた光量でレーザ出力をモニタすることが可能となる。
TS655＜TS405  …(2)
ただし、
TS405：波長４０５ｎｍのレーザビームのＳ偏光成分の透過率(％)、
TS655：波長６５５ｎｍのレーザビームのＳ偏光成分の透過率(％)、
である。
【００６２】
上記波長選択性を有する光学フィルターＦＬにより、偏光ビームスプリッタＢＳを透過したレーザビームＬ１〜Ｌ３に対するカラーバランス調整が行われる。そしてレーザパワーモニタＰＭは、光学フィルターＦＬを透過したレーザビームＬ１〜Ｌ３でレーザ光源Ｄ１〜Ｄ３のレーザ出力を検出する。各レーザ光源Ｄ１〜Ｄ３のレーザ出力は互いに異なり、また、レーザパワーモニタＰＭに用いる受光素子の波長に対する感度比も異なる(例えば、３００ｍＡ／Ｗ：４００ｍＡ／Ｗ)。したがって、同じレーザパワーモニタＰＭで３つの波長に対応しようとすると、受光量と受光感度から構成される出力が同じになるようにバランスさせる必要がある。一般に青色レーザ光源は赤色レーザ光源や赤外レーザ光源よりもレーザ出力が低いため、光学フィルターＦＬで赤色・赤外のレーザビームＬ２，Ｌ３の光量を低下させるのが好ましく(例えば３０〜６０％低下)、例えば、図１３に示すような分光透過率特性を有する光学フィルターＦＬを用いるのが好ましい。また、光ディスクＤＫに対する照射光量の規格(例えば、高密度メディアで０．３５ｍＷ，ＤＶＤ／ＣＤで０．７０〜１．００ｍＷ)を上回ると、光ディスクＤＫに保持されている記録情報が消去されるおそれがあり、下回ると記録情報の読み取りが困難になる。このため、使用する光ディスクＤＫの光量規格を考慮した分光透過率特性を有する光学フィルターＦＬを用いるのが好ましい。
【００６３】
この実施の形態では、集光レンズＤＬとレーザパワーモニタＰＭとの間に光学フィルターＦＬが配置されているが、偏光ビームスプリッタＢＳとレーザパワーモニタＰＭとの間であれば、どこに光学フィルターＦＬを配置しても構わない。例えば、レーザパワーモニタＰＭ上に光学フィルターＦＬを設けてもよく、偏光ビームスプリッタＢＳの裏面にフィルター膜を設けて光学フィルターＦＬを構成してもよい。偏光ビームスプリッタＰＢを構成している平行平面板ＰＴの裏面にフィルター膜を施せば、部品点数を増やすことなく低コストで光学フィルターＦＬを構成することができる。その場合、信号光の光路とレーザパワーモニタＰＭへの光路とがダブり易くなり、モニタ光が影響を受けるおそれがある。しかし、入射角を小さくして平行平面板ＰＴの板厚を大きくすれば、屈折作用により光路を分離して上記ダブりを回避することが可能である。
【００６４】
上述したように、赤色，赤外レーザ光源Ｄ２，Ｄ３は青色レーザ光源Ｄ１に比べてレーザ出力が大きいので、レーザビームＬ２，Ｌ３に対する偏光ビームスプリッタＢＳのＰ偏光の透過率は低くてもよい。ただし、入射角特性はフラットであるのが好ましく、フラットでなくても入射角が振れたときにＰ偏光の透過率が共に高くなる方向ならば構わない。また、赤色，赤外レーザ光源Ｄ２，Ｄ３はレーザ出力が大きいので、レーザビームＬ２，Ｌ３に対してのみ偏光に依存しないハーフミラー機能で光路分岐を行う偏光ビームスプリッタＢＳを用いてもよい。
【００６５】
偏光ビームスプリッタＢＳで反射したレーザビームＬ１〜Ｌ３は、コリメータ光学系ＣＬに入射する。コリメータ光学系ＣＬは、入射してきたレーザビームＬ１〜Ｌ３を略平行ビームに変換する。このコリメータ光学系ＣＬは、空気間隔を挟んで凸レンズと凹レンズとの２群２枚構成になっており、その空気間隔はアクチュエータ(不図示)により可変になっている。空気間隔を変化させることにより、出射するレーザビームＬ１〜Ｌ３の発散角度を変えて、光ディスクＤＫの基板厚誤差により発生する波面収差を調整することができる。コリメータ光学系ＣＬで略平行ビームに変換されたレーザビームＬ１〜Ｌ３は、１／４波長板ＱＷで円偏光に変換され、開口絞りＡＰを通過した後、前記３波長について良好な結像性能を有する波長互換タイプの対物レンズＯＬに入射して、光ディスクＤＫの情報記録面ＳＫ上で光スポットとして結像する。なお、対物レンズＯＬは単レンズ方式に限らず、ツインレンズ方式でもよい。
【００６６】
また、１つの対物レンズＯＬで光ディスクＤＫに応じた収束光を発生させることになるので、各レーザビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３の実使用ＮＡ≒０．８５，０．６５，０．５０とすると、入射角度範囲＝±４°，±３．１°，±２．４°となる。したがって、この入射角度範囲での各波長のレーザビームＬ１〜Ｌ３に関して偏光分離膜ＰＣを設計すればよい。対物レンズＯＬの手前に、球面収差やコマ収差を補正するための液晶補正素子を配置してもよい。液晶補正素子を用いることにより、コリメータ光学系ＣＬの空気間隔を機械的に変化させる構成と同様、球面収差等を調整することができる。
【００６７】
情報記録面ＳＫ上で結像したレーザビームＬ１〜Ｌ３は、情報記録面ＳＫで反射されて戻り光となり、対物レンズＯＬ，開口絞りＡＰ，１／４波長板ＱＷ，コリメータ光学系ＣＬを順に通過して、偏光ビームスプリッタＢＳに戻る。レーザビームＬ１〜Ｌ３は、偏光ビームスプリッタＢＳに戻ってくる途中、１／４波長板ＱＷを通過するため、偏光分離膜ＰＣへはＰ偏光として入射することになる。偏光分離膜ＰＣに対するレーザビームＬ１〜Ｌ３の入射角θ１＝４５°、角度範囲(開口角)α１＝５°の範囲であれば、偏光分離膜ＰＣのＰ偏光透過率Ｔｐを９０％以上にすることができる。したがって偏光ビームスプリッタＢＳは、光ディスクＤＫからの戻り光を高い効率で透過させることができる。このＰ偏光成分の透過により光ディスクＤＫから受光素子ＰＤへの光路が形成されるので、偏光ビームスプリッタＢＳを透過したレーザビームＬ１〜Ｌ３は、センサーレンズＳＬを経て、信号系の受光素子ＰＤ上で集光することになる。
【００６８】
この実施の形態では、フォーカシング・エラー検出方式として非点収差法を採用しており、トラッキング・エラー検出方式としてＰＰ法(push-pull method)又はＤＰＰ法(differential push-pull method)を採用している。前述したように、傾いた平行平面板ＰＴをレーザビームＬ１〜Ｌ３が通過する際に非点収差が付加されるので、簡単な構成でフォーカスエラー信号を得ることができる。受光素子ＰＤは、多分割されたＰＩＮフォトダイオードで構成されており、入射光束の強度に比例した電流出力又はＩＶ変換された電圧を各素子から出力する。その出力が検出回路系(不図示)に送られて、情報信号，フォーカスエラー信号，トラックエラー信号が生成される。そのフォーカスエラー信号，トラックエラー信号に基づいて、磁気回路，コイル等から成る２次元アクチュエータ(不図示)により、それと一体的に設けられている対物レンズＯＬの位置が制御され、常に情報トラック上に光スポットが合わされる。
【００６９】
なお、上述した各実施の形態には以下の構成(i),(ii),…が含まれており、その構成によると、青紫色レーザを用いる高密度メディアに対応可能であって、簡単な構成でありながらレーザビームの光量制御を高い精度で行うことの可能な光ピックアップ装置を実現することができる。
【００７０】
(i)  波長４０５ｎｍ帯のレーザビームを出射する半導体レーザ光源と、その半導体レーザ光源から楕円状の光強度分布で、発散光束として入射したレーザビームを、略円形状の光強度分布に整形して出射するビーム整形素子と、そのビーム整形素子で整形されたレーザビームを空気との接触状態にある偏光分離膜で反射させるとともに一部のレーザービームを透過させる偏光ビームスプリッタと、その偏光ビームスプリッタで反射したレーザビームを光情報記録媒体に対して結像させる対物レンズと、前記偏光分離膜を透過したレーザービームを受光して前記半導体レーザ光源のレーザ出力を検出するモニタ用センサと、を有し、前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザービームの主光線よりも大きい入射角で前記偏光分離膜を透過した光線の側に、前記モニタ用センサの有効光束の中心線が位置することを特徴とする光ピックアップ装置。
【００７１】
(ii)  波長４０５ｎｍ帯のレーザビームを出射する第１の半導体レーザ光源と、波長６５０ｎｍ帯のレーザビームを出射する第２の半導体レーザ光源と、前記第１の半導体レーザ光源から楕円状の光強度分布で、発散光束として入射したレーザビームを、略円形状の光強度分布に整形して出射するビーム整形素子と、そのビーム整形素子で整形されたレーザビームの光路と前記第２の半導体レーザ光源から出射したレーザビームの光路とを多層光学薄膜で合成する光路合成手段と、その光路合成手段で光路が合成されたレーザビームを空気との接触状態にある偏光分離膜で反射させるとともに一部のレーザービームを透過させる偏光ビームスプリッタと、その偏光ビームスプリッタで反射したレーザビームを光情報記録媒体に対して結像させる対物レンズと、前記偏光分離膜を透過したレーザービームを受光して前記第１，第２の半導体レーザ光源のレーザ出力を検出するモニタ用センサと、を有し、前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザービームの主光線よりも大きい入射角で前記偏光分離膜を透過した光線の側に、前記モニタ用センサの有効光束の中心線が位置することを特徴とする光ピックアップ装置。
【００７２】
(iii)  波長４０５ｎｍ帯のレーザビームを出射する第１の半導体レーザ光源と、波長６５０ｎｍ帯のレーザビームを出射する第２の半導体レーザ光源と、その第２の半導体レーザ光源と近接するように位置し波長７８０ｎｍ帯のレーザビームを出射する第３の半導体レーザ光源と、前記第１の半導体レーザ光源から楕円状の光強度分布で、発散光束として入射したレーザビームを、略円形状の光強度分布に整形して出射するビーム整形素子と、そのビーム整形素子で整形されたレーザビームの光路と前記第２，第３の半導体レーザ光源から出射したレーザビームの光路とを多層光学薄膜で合成する光路合成手段と、その光路合成手段で光路が合成されたレーザビームを空気との接触状態にある偏光分離膜で反射させるとともに一部のレーザービームを透過させる偏光ビームスプリッタと、その偏光ビームスプリッタで反射したレーザビームを光情報記録媒体に対して結像させる対物レンズと、前記偏光分離膜を透過したレーザービームを受光して前記第１〜第３の半導体レーザ光源のレーザ出力を検出するモニタ用センサと、を有し、前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザービームの主光線よりも大きい入射角で前記偏光分離膜を透過した光線の側に、前記モニタ用センサの有効光束の中心線が位置することを特徴とする光ピックアップ装置。
【００７３】
(iv)  前記ビーム整形素子での整形によりレーザビームの楕円長軸方向の発散角が縮小することを特徴とする上記(i)〜(iii)のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【００７４】
(v)  前記偏光ビームスプリッタに入射するレーザビームの主たる偏光成分がＳ偏光であり、前記条件式(1)を満たすことを特徴とする上記(i)〜(iv)のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【００７５】
(vi)  前記偏光ビームスプリッタをレーザビームのＳ偏光成分の一部が透過し、その透過したレーザビームに対して前記条件式(2)を満たす光学フィルターを有し、その光学フィルターを透過したレーザビームで前記モニタ用センサが各半導体レーザ光源のレーザ出力を検出することを特徴とする上記(ii)〜(v)のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】光ピックアップ装置の第１の実施の形態を示す光学構成図。
【図２】波長４０５ｎｍ帯，入射角度４５±４°で用いる偏光分離膜の偏光分離特性を反射率で示すグラフ。
【図３】波長４０５ｎｍ帯，入射角度３５±４°で用いる偏光分離膜の偏光分離特性を反射率で示すグラフ。
【図４】波長４０５ｎｍ帯，入射角度６０±４°で用いる偏光分離膜の偏光分離特性を透過率で示すグラフ。
【図５】波長４０５ｎｍ帯，入射角度６０±４°で用いる偏光分離膜での反射による位相シフトを示すグラフ。
【図６】光ピックアップ装置の第２の実施の形態を示す光学構成図。
【図７】波長４０５ｎｍ帯，波長６５０ｎｍ帯，波長７８０ｎｍ帯；入射角度６０±４°で用いる偏光分離膜の偏光分離特性を透過率で示すグラフ。
【図８】波長４０５ｎｍ帯，波長６５０ｎｍ帯，波長７８０ｎｍ帯；入射角度６０±４°で用いる偏光分離膜での反射による位相シフトを示すグラフ。
【図９】波長４０５ｎｍ帯，波長６５０ｎｍ帯，波長７８０ｎｍ帯；入射角度４５±４°で用いる偏光分離膜の偏光分離特性を反射率で示すグラフ。
【図１０】波長４０５ｎｍ帯，波長６５０ｎｍ帯，波長７８０ｎｍ帯；入射角度４５±４°で用いる偏光分離膜の偏光分離特性を透過率で示すグラフ。
【図１１】波長４０５ｎｍ帯，波長６５０ｎｍ帯，波長７８０ｎｍ帯；入射角度４５±４°で用いる偏光分離膜での反射による位相シフトを示すグラフ。
【図１２】図１の要部拡大図。
【図１３】第２の実施の形態に用いる光学フィルターの分光透過率特性を示すグラフ。
【図１４】各実施の形態に用いる受光素子の分光感度特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００７７】
Ｄ１    青色レーザ光源(半導体レーザ光源，第１の半導体レーザ光源)
Ｄ２    赤色レーザ光源(第２の半導体レーザ光源)
Ｄ３    赤外レーザ光源(第３の半導体レーザ光源)
Ｌ１    青紫色(波長４０５ｎｍ帯)のレーザビーム
Ｌ２    赤色(波長６５０ｎｍ帯)のレーザビーム
Ｌ３    赤外(波長７８０ｎｍ帯)のレーザビーム
ＢＬ    ビーム整形素子
ＢＳ    偏光ビームスプリッタ
ＰＴ    平行平面板
ＰＣ    偏光分離膜
ＡＣ    反射防止膜
ＯＬ    対物レンズ
ＤＫ    光ディスク(光情報記録媒体)
ＳＫ    情報記録面
ＦＬ    光学フィルター
ＰＭ    レーザパワーモニタ(モニタ用センサ)
ＰＤ    信号系の受光素子
ＤＰ    光路合成プリズム(光路合成手段)
ＤＣ    ダイクロイック膜(多層光学薄膜)
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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