(57)【要約】  【課題】  良好な性能を保持しつつ製造容易で光ピックアップ光学系に適したビーム整形素子を提供する。  【解決手段】  半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子ＢＣであって、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２について、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有するものとし、一方の面を円弧シリンドリカル面とし、他方の面を非円弧シリンドリカル面とする。【選択図】      図１
2005309351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であることを特徴とするビーム整形素子。
【請求項２】
以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする請求項１記載のビーム整形素子；
1≦Ｔ１／Ｔ０≦10  …(1)
ただし、
Ｔ１：ビーム整形素子の芯厚、
Ｔ０：半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
である。
【請求項３】
以下の条件式(2)を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載のビーム整形素子；
0.05≦Ｒ１／Ｒ２≦1.1  …(2)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｒ２：ビーム整形素子の光出射側面の曲率半径、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【請求項４】
以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のビーム整形素子；
0.45≦Ｒ１／Ｔ０≦1.5  …(3)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｔ０：半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【請求項５】
以下の条件式(4)を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のビーム整形素子；
0.1≦Ｒ１／Ｔ１≦0.6  …(4)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｔ１：ビーム整形素子の芯厚、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はビーム整形素子に関するものであり、例えば、光ピックアップ装置において半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップ光学系に用いられる一般的な光源はレーザーダイオードであり、その出射ビームは断面形状が楕円形の発散ビームである。この発散ビームをそのまま対物レンズで収束させると、円形の記録領域の一部のみが照射されたり記録領域の外部も照射されたりすることになり、記録や再生の正確度が低下してしまう。このため、記録媒体上でレーザー光の断面形状が円形となるように、ビーム整形を行う必要がある。
【０００３】
またレーザー光源として、青色半導体レーザーが近年用いられるようになってきているが、その波長が短いため、記録・再生の信号に要求される精度は厳しくなっている。それにもかかわらず、現状の青色半導体レーザーの出力は弱いため、精度良く記録・再生するのに十分なレーザーパワーを確保することができない。レーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換することによってレーザー光の利用効率を高くすれば、この問題を解決することが可能である。したがってこの点に関しても、ビーム整形技術が非常に重要なものとなってきている。
【０００４】
ビーム整形にはプリズムを用いる方法が一般的である。しかし、プリズムでビーム整形を行うには予めレーザー光をコリメートしておく必要がある。それにはコリメータレンズが必要になるが、例えば青色レーザーに対応する場合、コリメータレンズをビーム整形プリズムの光源側に配置すると、ディスク基板が誤差を持ったときの球面収差の補正をコリメータレンズの移動で行うことができなくなる等の様々な制約が生じてしまう。
【０００５】
上記のような問題を避けるため、ビーム整形をレンズ面で行うビーム整形素子が従来より提案されている。例えば、特許文献１では両面にアナモフィック面を有するビーム整形素子が提案されており、特許文献２では両面にシリンドリカル面を有するビーム整形素子が提案されている。これらのビーム整形素子を用いれば、収差をほとんど発生させることなく発散ビームを楕円ビームから円形ビームに直接変換することができる。
【特許文献１】特開平９−２５８０９９号公報
【特許文献２】特開２００２−２０８１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で提案されているようにビーム整形素子の面形状を両面アナモフィックにすると、金型加工が困難になる。したがって量産に不向きであり、コストアップを招いてしまう。また、特許文献２で提案されているビーム整形素子は、楕円ビームの短軸方向にビーム径を拡大するタイプであるため、出射光束のＮＡ(numerical aperture)が大きくなってしまう。その結果、ビーム整形素子の後に配置される光路合波・分岐用のビームスプリッターにレーザー光が大きな角度で入射することになり、ＰＢＳ(polarizing beam splitter)膜等の膜設計が困難になる。また、光束が急速に広がってビーム整形素子とコリメータレンズとの距離を十分に確保できなくなるため、ビーム整形素子の後の光学部品の配置が困難になる。
【０００７】
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、良好な性能を保持しつつ製造容易で光ピックアップ光学系に適したビーム整形素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明のビーム整形素子は、半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明のビーム整形素子は、上記第１の発明において、以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする。
1≦Ｔ１／Ｔ０≦10  …(1)
ただし、
Ｔ１：ビーム整形素子の芯厚、
Ｔ０：半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
である。
【００１０】
第３の発明のビーム整形素子は、上記第１又は第２の発明において、以下の条件式(2)を満たすことを特徴とする。
0.05≦Ｒ１／Ｒ２≦1.1  …(2)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｒ２：ビーム整形素子の光出射側面の曲率半径、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【００１１】
第４の発明のビーム整形素子は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする。
0.45≦Ｒ１／Ｔ０≦1.5  …(3)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｔ０：半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【００１２】
第５の発明のビーム整形素子は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、以下の条件式(4)を満たすことを特徴とする。
0.1≦Ｒ１／Ｔ１≦0.6  …(4)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｔ１：ビーム整形素子の芯厚、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、円弧シリンドリカル面と非円弧シリンドリカル面とが両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有する構成になっているため、軽量・小型・高性能でありながら製造が容易であり、光ピックアップ光学系に適し、かつ、高い整形倍率が得られるビーム整形素子を実現することができる。そして、本発明に係るビーム整形素子を光ピックアップ装置に用いれば、記録・再生の精度を向上させることが可能となり、また、レーザー光の利用効率が向上するため青色半導体レーザーに対応することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施したビーム整形素子等を、図面を参照しつつ説明する。図１に、ビーム整形素子ＢＣの一実施の形態を光学断面で示す。また、図２にビーム整形素子ＢＣがレーザー光源１からコリメータレンズ６までの光路中に配置された状態を光学断面で示し、図３にビーム整形素子ＢＣを搭載した光ピックアップ装置の要部構成を模式的に示す。なお、直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)において、レーザー光の楕円ビーム断面の長軸方向をＸ方向、短軸方向をＹ方向とし、光軸ＡＸ方向をＺ方向とすると、図１(Ａ)はビーム整形素子ＢＣのＸＺ断面、図１(Ｂ)はビーム整形素子ＢＣのＹＺ断面、図２と図３はＸＺ断面をそれぞれ示していることになる。
【００１５】
図３に示す光ピックアップ装置は、光情報記録媒体に対して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である。レーザー光源１としては、例えば波長４０７．７ｎｍのレーザー光を出射する半導体レーザー光源(ＬＤ：laser diode)が用いられる。レーザー光源１から出射したレーザー光は、ビーム整形素子ＢＣに入射し、ビーム整形素子ＢＣによって発散状態のまま楕円ビームから円形ビーム(ビーム断面形状が円形又は略円形)に変換される。
【００１６】
このビーム整形素子ＢＣは、レーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するために、楕円ビーム断面の長軸方向(Ｘ方向)にビーム径を縮小するタイプのビーム整形素子である。そのため、図１に示すように、ビーム整形素子ＢＣの第１面Ｓ１(光入射側面)と第２面Ｓ２(光出射側面)は、両面ともレーザー光の楕円ビーム断面の長軸方向(Ｘ方向)にのみ曲率を有しており、そのＸ方向に関して、第１面Ｓ１は光入射側に凸面を向けた形状になっており、第２面Ｓ２は光出射側に凹面を向けた形状になっている。また、第１面Ｓ１，第２面Ｓ２のうち、一方の面は円弧シリンドリカル面になっており、他方の面は非円弧シリンドリカル面になっている。つまり、一方の面はその曲率を有する方向のシリンドリカル面の断面が球面を成しており、他方の面はその曲率を有する方向のシリンドリカル面の断面が非球面を成している。
【００１７】
ビーム整形素子ＢＣで円形ビームに整形されたレーザー光は、ミラー２で上方向に反射された後、１／２波長板３を通過することにより、Ｓ偏光からＰ偏光に変換される。そして、トラッキングエラー検出のために回折格子４でビーム分割された後、光路合波・分岐用の偏光ビームスプリッター５に入射する。偏光ビームスプリッター５では、その内部に設けられているＰＢＳ(polarizing beam splitter)膜５ａをそのまま透過して、偏光ビームスプリッター５から出射する。次に、コリメータレンズ６に入射して平行光にコリメートされ、１／４波長板１０，対物レンズ１１を通過して、光情報記録媒体１２の光学記録面１２ａ上で結像する。光情報記録媒体１２の光学記録面１２ａで反射したレーザー光は、光路を逆にたどって偏光ビームスプリッター５に再入射する。レーザー光は前記１／４波長板１０を２回通過しているため、ＰＢＳ膜５ａでＳ偏光として反射された後、偏光ビームスプリッター５から出射する。そして、フォーカシングエラー検出のためにＨＯＥ(holographic optical element)７でビーム分割された後、トラッキング及びフォーカシングエラーの検出光を集光するためのシリンドリカルレンズ８を通過して、フォトダイオード９で信号光の検出が行われる。
【００１８】
本実施の形態のビーム整形素子ＢＣのように、半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子においては、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有するものとし、一方の面を円弧シリンドリカル面とし、他方の面を非円弧シリンドリカル面とするのが好ましい。光入射側面と光出射側面が楕円ビーム断面の長軸方向(Ｘ方向)にのみ曲率を有することにより、楕円ビーム断面の長軸方向にビーム径を縮小するビーム整形が可能となり、高い整形倍率を有するとともに量産に適したビーム整形素子を実現することができる。楕円ビーム断面の長軸方向にビーム径を縮小することにより、光出射側のＮＡ(numerical aperture)を小さくすることができるため、例えば、その後に配置されるコリメータレンズ６(図３)の曲率を緩くすることができ、コリメータレンズ６の製造が容易になる。偏光ビームスプリッター５のＰＢＳ膜５ａ(図３)の設計についても、入射角度が小さくなることで層数の大幅な低減・簡素化が可能となり、膜設計の製造誤差も小さくなるため歩留まり向上による製造コストの低減が可能となる。また、ビーム整形素子からコリメータレンズまでの距離を長くすることができるので、ビーム整形素子とコリメータレンズとの間にビームスプリッターやビーム分割用のＤＯＥ(diffractive optical element)等を容易に配置することが可能となる。
【００１９】
ビーム整形素子の面形状に関しては、上記のようにシリンドリカル面を両面に用いることにより、アナモフィック面を用いた場合と比べて金型加工が大幅に容易になる。したがって歩留まりの向上及び製造コストの低減が可能となり、ビーム整形素子の組立て調整も容易になる。また、一方の面を円弧シリンドリカル面とし、他方の面を非円弧シリンドリカル面とすることにより、光学性能上のメリットと製造上のメリットを共に得ることが可能となる。もし、両面を非円弧シリンドリカル面にすると、曲率をもつ方向の面別平行偏芯感度が厳しくなるため、レンズ成形での製造歩留まりが悪化し、量産に適さないものとなる。また、両面を円弧シリンドリカル面にすると、高次収差が大きく発生するため良好な設計性能が得られなくなり、高い整形倍率を確保することも困難になる。したがって、ビーム整形素子は円弧シリンドリカル面と非円弧シリンドリカル面を共に有する構成が好ましい。
【００２０】
光入射側面が非円弧シリンドリカル面で光出射側面が円弧シリンドリカル面の場合でも、光入射側面が円弧シリンドリカル面で光出射側面が非円弧シリンドリカル面の場合でも、上記効果を得ることはできるが、製造上のメリットを考慮した場合、光入射側面を非円弧シリンドリカル面とし光出射側面を円弧シリンドリカル面とするのが好ましい。また本実施の形態のように、楕円ビーム断面の長軸方向(Ｘ方向)にビーム径を縮小するタイプでは、光入射側面を凸面とし光出射側面を凹面とすることが好ましい。これにより、設計性能が一層良好で製造が容易なビーム整形素子を得ることが可能となる。
【００２１】
上記のように、ビーム整形素子の光入射側面と光出射側面について、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有するものとし、一方の面を円弧シリンドリカル面とし、他方の面を非円弧シリンドリカル面とすることにより、ビーム整形素子を製造容易で光ピックアップ光学系に適した構成としながら、その軽量・小型化及び高性能化を達成することができる。そして、このようなビーム整形素子を光ピックアップ装置に用いれば、装置全体の軽量・小型化及び低コスト化に寄与することができる。このような効果をバランス良く得るとともに、高い整形倍率，更に高い光学性能等を達成するための条件を以下に説明する。
【００２２】
光源位置とビーム整形素子との関係については、以下の条件式(1)を満たすことが望ましい。
1≦Ｔ１／Ｔ０≦10  …(1)
ただし、
Ｔ１：ビーム整形素子の芯厚、
Ｔ０：半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
である。
【００２３】
条件式(1)の上限を越えると、ビーム整形素子が巨大化して、コスト増やシステム全体の大型化・重量増が避けられなくなる。逆に、条件式(1)の下限を越えると、高次収差が大きく発生して、良好な設計性能を確保することが困難になる。また、第１面の曲率半径が小さくなる傾向となるため製造が困難になる。
【００２４】
図４に、条件式(1)規定のＴ１／Ｔ０(整形倍率＝２．０倍，Ｔ０＝1.6)と設計性能との関係をグラフ化して示す。●でプロットされたラインは、光入射側のＮＡ＝０．２４の場合の設計性能を波面収差で示しており、◆でプロットされたラインは、光入射側のＮＡ＝０．２２の場合の設計性能を波面収差で示しており、▲でプロットされたラインは、光入射側のＮＡ＝０．２０の場合の設計性能を波面収差で示している。このグラフから分かるように、条件式(1)規定の条件範囲においては、高い整形倍率と良好な設計性能とを両立させることが可能である。なお、図４に示す設計性能は球面収差を無視したものである。ビーム整形素子で発生した球面収差はその後のコリメータレンズとの組合せで取り除くことになるので、設計時には球面収差は無視しており、球面収差以外の収差量で設計性能を示している。
【００２５】
以下の条件式(1a)を満たすことが更に望ましい。
1≦Ｔ１／Ｔ０≦3  …(1a)
この条件式(1a)は、上記条件式(1)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
【００２６】
ビーム整形素子の両面のパワーについては、以下の条件式(2)を満たすことが望ましい。
0.05≦Ｒ１／Ｒ２≦1.1  …(2)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｒ２：ビーム整形素子の光出射側面の曲率半径、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【００２７】
条件式(2)の上限を越えると、高次収差が大きく発生して、良好な設計性能を確保することが困難になる。逆に、条件式(2)の下限を越えると、ビーム整形素子が巨大化して、コスト増やシステム全体の大型化・重量増が避けられなくなる。
【００２８】
以下の条件式(2a)を満たすことが更に望ましい。
0.35≦Ｒ１／Ｒ２≦1.1  …(2a)
この条件式(2a)は、上記条件式(2)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
【００２９】
ビーム整形素子の光入射側面のパワーと物体距離との関係については、以下の条件式(3)を満たすことが望ましい。
0.45≦Ｒ１／Ｔ０≦1.5  …(3)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｔ０：半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【００３０】
条件式(3)の上限を越えると、ビーム整形素子が巨大化して、光ピックアップシステム全体の小型化が困難になる。逆に、条件式(3)の下限を越えると、第１面の曲率半径が小さくなりすぎて製造が困難になる。
【００３１】
以下の条件式(3a)を満たすことが更に望ましい。
0.5≦Ｒ１／Ｔ０≦1  …(3a)
この条件式(3a)は、上記条件式(3)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
【００３２】
ビーム整形素子の光入射側面のパワーと芯厚との関係については、以下の条件式(4)を満たすことが望ましい。
0.1≦Ｒ１／Ｔ１≦0.6  …(4)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｔ１：ビーム整形素子の芯厚、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【００３３】
条件式(4)の上限を越えると、高次収差が大きく発生して、良好な設計性能を確保することが困難になる。逆に、条件式(4)の下限を越えると、ビーム整形素子が巨大化して、光ピックアップシステム全体の小型化が困難になる。
【００３４】
以下の条件式(4a)を満たすことが更に望ましい。
0.3≦Ｒ１／Ｔ１≦0.6  …(4a)
この条件式(4a)は、上記条件式(4)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
【００３５】
ビーム整形素子の一方の面を構成する非円弧シリンドリカル面については、以下の条件式(5)を満たすことが望ましい。
-0.45≦ＡＲ×ｆｘ3≦0.45  …(5)
ただし、
ＡＲ：円錐からの４次の変形係数の回転対称成分、
ｆｘ：ビーム整形素子の整形方向(すなわちレーザー光の楕円ビーム断面の長軸方向)の焦点距離、
である。
【００３６】
条件式(5)はビーム整形素子の高性能化を達成するための好ましい条件範囲を規定しており、条件式(5)の上限又は下限を越えると、高次収差が発生するため良好な設計性能が得られなくなる。なお、ビーム整形素子の一方の面を構成する非円弧シリンドリカル面は、非円弧面の面形状を表わす以下の式(AAS)で定義される。
Ｚ＝(Ｘ2／Ｒｘ＋Ｙ2／Ｒｙ)／[１＋{１−(１＋Ｋｘ)・Ｘ2／Ｒｘ2−(１＋Ｋｙ)・Ｙ2／Ｒｙ2}1/2]＋ＡＲ・{(１−ＡＰ)・Ｘ2＋(１＋ＡＰ)・Ｙ2}2＋ＢＲ・{(１−ＢＰ)・Ｘ2＋(１＋ＢＰ)・Ｙ2}3＋ＣＲ・{(１−ＣＰ)・Ｘ2＋(１＋ＣＰ)・Ｙ2}4＋ＤＲ・{(１−ＤＰ)・Ｘ2＋(１＋ＤＰ)・Ｙ2}5  …(AAS)
ただし、
Ｘ，Ｙ：光軸ＡＸに対して垂直な平面内での直交座標、
Ｚ：座標(Ｘ，Ｙ)の位置での光軸ＡＸ方向の変位量(面頂点基準)、
Ｒｘ：Ｘ方向の近軸曲率半径{＝Ｒｘｉ(ｉ＝１，２)}、
Ｒｙ：Ｙ方向の近軸曲率半径{＝Ｒｙｉ(ｉ＝１，２)}、
Ｋｘ：Ｘ方向の円錐係数、
Ｋｙ：Ｙ方向の円錐係数、
ＡＲ，ＢＲ，ＣＲ，ＤＲ：円錐からの４次，６次，８次，１０次の変形係数の回転対称成分、
ＡＰ，ＢＰ，ＣＰ，ＤＰ：円錐からの４次，６次，８次，１０次の変形係数の非回転対称成分、
である。
【００３７】
なお、上述した各実施の形態や後述する各実施例には以下の構成(P1)〜(P5)等が含まれており、そのビーム整形素子の構成によると、円弧シリンドリカル面と非円弧シリンドリカル面が両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有する構成になっているため、軽量・小型・高性能でありながら製造が容易であり、光ピックアップ光学系に適し、かつ、高い整形倍率が得られるビーム整形素子を実現することができる。したがって、記録・再生の精度を向上させることが可能となり、また、レーザー光の利用効率が向上するため青色半導体レーザーに対応することも可能となる。
【００３８】
(P1)  半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子を備えた光ピックアップ光学系であって、前記ビーム整形素子の光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、前記条件式(1),(1a),(2),(2a),(3),(3a),(4),(4a),(5)のうちの少なくとも１つを満たすことを特徴とする光ピックアップ光学系。
【００３９】
(P2)  前記ビーム整形素子の光入射側面が非円弧シリンドリカル面であり、前記ビーム整形素子の光出射側面が円弧シリンドリカル面であることを特徴とする上記(P1)記載の光ピックアップ光学系。
【００４０】
(P3)  前記ビーム整形素子の光入射側面が円弧シリンドリカル面であり、前記ビーム整形素子の光出射側面が非円弧シリンドリカル面であることを特徴とする上記(P1)記載の光ピックアップ光学系。
【００４１】
(P4)  前記ビーム整形素子の光入射側面が凸面であり、前記ビーム整形素子の光出射側面が凹面であることを特徴とする上記(P1)〜(P3)のいずれか１項に記載の光ピックアップ光学系。
【００４２】
(P5)  さらに前記ビーム整形素子で円形ビームに変換されたレーザー光をコリメートするコリメータ光学系を有することを特徴とする上記(P1)〜(P4)のいずれか１項に記載の光ピックアップ光学系。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明を実施したビーム整形素子の光学構成等を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜１４は、前述した実施の形態(図１)に対応する光学構成を数値実施例として具体化したものであり、そのなかでも実施例１は、前記実施の形態と同じ形状を有する数値実施例である。
【００４４】
表１〜表１４に、実施例１〜実施例１４のコンストラクションデータを示し、表１５に各条件式規定のパラメータに対応するデータを各実施例について示す。各コンストラクションデータにおいて、λは設計波長(ｎｍ)、ｆｘはＸ方向の焦点距離、ｆｙはＹ方向の焦点距離、光入射側ＮＡｘはレーザー光が入射する側でのＸ方向の開口数、光出射側ＮＡｘはレーザー光が出射する側でのＸ方向の開口数、Ｗは残存収差(ｍλｒｍｓ)である。ただし、Ｘ方向は楕円ビーム断面の長軸方向であり、Ｙ方向は楕円ビーム断面の短軸方向である。
【００４５】
また、各コンストラクションデータにおいて、Ｓｉ(ｉ＝０，１，２)は物体側から数えてｉ番目の面であり、例えば、Ｓ０は物体面に相当するレーザー光源１の発光面、Ｓ１はビーム整形素子ＢＣの光入射側面(第１面)、Ｓ２はビーム整形素子ＢＣの光出射側面(第２面)である。また、Ｒｘｉ(ｉ＝０，１，２)は面ＳｉのＸ方向の近軸曲率半径(ｍｍ)であり、Ｒｙｉ(ｉ＝０，１，２)は面ＳｉのＹ方向の近軸曲率半径(ｍｍ)である。Ｔｉ(ｉ＝０，１)は面Ｓｉと面Ｓｉ＋１との間の軸上面間隔(ｍｍ)であり、Ｎｉ(ｉ＝０，１)は軸上面間隔Ｔｉに位置する媒質の波長λに対する屈折率である。＊印が付された面Ｓｉは非円弧シリンドリカル面であり、非円弧面の面形状を表わす前記式(AAS)で定義される。表１〜表１４中に、各実施例の非円弧面データをあわせて示す。ただし、表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０-n，Ｅ＋ｎ＝×１０+nである。
【００４６】
図５〜図１８は、実施例１〜１４にそれぞれ対応する収差図であり、波長λ＝４０７．７ｎｍの光線に対する軸上波面収差を示している。ただし図５〜図１８において、(Ａ)はＹ方向の波面収差、(Ｂ)はＸ方向の波面収差をそれぞれ示している。また、各収差図が示す設計性能は球面収差を無視したものである。ビーム整形素子で発生した球面収差はその後のコリメータレンズとの組合せで取り除くことになるので、設計時には球面収差は無視しており、球面収差以外の収差量で設計性能を示している。
【００４７】
【表１】
2005309351.tif 000003
【００４８】
【表２】
2005309351.tif 000004
【００４９】
【表３】
2005309351.tif 000005
【００５０】
【表４】
2005309351.tif 000006
【００５１】
【表５】
2005309351.tif 000007
【００５２】
【表６】
2005309351.tif 000008
【００５３】
【表７】
2005309351.tif 000009
【００５４】
【表８】
2005309351.tif 000010
【００５５】
【表９】
2005309351.tif 000011
【００５６】
【表１０】
2005309351.tif 000012
【００５７】
【表１１】
2005309351.tif 000013
【００５８】
【表１２】
2005309351.tif 000014
【００５９】
【表１３】
2005309351.tif 000015
【００６０】
【表１４】
2005309351.tif 000016
【００６１】
【表１５】
2005309351.tif 000017
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】ビーム整形素子の一実施の形態(実施例１)を示す光学構成図。
【図２】図１のビーム整形素子がレーザー光源からコリメータレンズまでの光路中に配置された状態を示す光学構成図。
【図３】図１のビーム整形素子を搭載した光ピックアップ装置の要部構成を示す模式図。
【図４】図１のビーム整形素子を用いる際に芯厚が設計性能に及ぼす影響を示すグラフ。
【図５】実施例１の軸上波面収差を示す収差図。
【図６】実施例２の軸上波面収差を示す収差図。
【図７】実施例３の軸上波面収差を示す収差図。
【図８】実施例４の軸上波面収差を示す収差図。
【図９】実施例５の軸上波面収差を示す収差図。
【図１０】実施例６の軸上波面収差を示す収差図。
【図１１】実施例７の軸上波面収差を示す収差図。
【図１２】実施例８の軸上波面収差を示す収差図。
【図１３】実施例９の軸上波面収差を示す収差図。
【図１４】実施例１０の軸上波面収差を示す収差図。
【図１５】実施例１１の軸上波面収差を示す収差図。
【図１６】実施例１２の軸上波面収差を示す収差図。
【図１７】実施例１３の軸上波面収差を示す収差図。
【図１８】実施例１４の軸上波面収差を示す収差図。
【符号の説明】
【００６３】
ＢＣ    ビーム整形素子
Ｓ１    第１面(光入射側面)
Ｓ２    第２面(光出射側面)
１    レーザー光源
ＡＸ    光軸
【図１】
2005309351.tif 000018
【図２】
2005309351.tif 000019
【図３】
2005309351.tif 000020
【図４】
2005309351.tif 000021
【図５】
2005309351.tif 000022
【図６】
2005309351.tif 000023
【図７】
2005309351.tif 000024
【図８】
2005309351.tif 000025
【図９】
2005309351.tif 000026
【図１０】
2005309351.tif 000027
【図１１】
2005309351.tif 000028
【図１２】
2005309351.tif 000029
【図１３】
2005309351.tif 000030
【図１４】
2005309351.tif 000031
【図１５】
2005309351.tif 000032
【図１６】
2005309351.tif 000033
【図１７】
2005309351.tif 000034
【図１８】
2005309351.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月13日(2005.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式(1)を満たすことを特徴とするビーム整形素子；
1≦Ｔ１／Ｔ０≦10  …(1)
ただし、
Ｔ１：ビーム整形素子の芯厚、
Ｔ０：半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
である。
【請求項２】
半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式(2)を満たすことを特徴とするビーム整形素子；
0.05≦Ｒ１／Ｒ２≦1.1  …(2)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｒ２：ビーム整形素子の光出射側面の曲率半径、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【請求項３】
半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式(3)を満たすことを特徴とするビーム整形素子；
0.45≦Ｒ１／Ｔ０≦1.5  …(3)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｔ０：半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【請求項４】
半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式(4)を満たすことを特徴とするビーム整形素子；
0.1≦Ｒ１／Ｔ１≦0.6  …(4)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｔ１：ビーム整形素子の芯厚、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【請求項５】
半導体レーザー光源と、請求項１〜４のいずれか１項に記載のビーム整形素子と、そのビーム整形素子によって整形されたレーザー光を集光する対物レンズと、を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明のビーム整形素子は、半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする。
1≦Ｔ１／Ｔ０≦10  …(1)
ただし、
Ｔ１：ビーム整形素子の芯厚、
Ｔ０：半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
第２の発明のビーム整形素子は、半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式(2)を満たすことを特徴とする。
0.05≦Ｒ１／Ｒ２≦1.1  …(2)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｒ２：ビーム整形素子の光出射側面の曲率半径、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第３の発明のビーム整形素子は、半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする。
0.45≦Ｒ１／Ｔ０≦1.5  …(3)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｔ０：半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
第４の発明のビーム整形素子は、半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の長軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式(4)を満たすことを特徴とする。
0.1≦Ｒ１／Ｔ１≦0.6  …(4)
ただし、楕円ビーム断面の長軸方向について、
Ｒ１：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
Ｔ１：ビーム整形素子の芯厚、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第５の発明の光ピックアップ装置は、半導体レーザー光源と、上記第１〜第４のいずれか１つの発明に係るビーム整形素子と、そのビーム整形素子によって整形されたレーザー光を集光する対物レンズと、を備えたことを特徴とする。