(57)【要約】【課題】断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形するビーム整形素子において、装置の小型軽量化かつ色収差低減を実現する。【解決手段】断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形するビーム整形素子であるビーム整形レンズ４は、断面楕円形状のレーザ光が入射する側に湾曲する円筒面からなる屈折レンズ６とこの屈折レンズ６に対向する位置に配置され屈折レンズ６の円筒面の筒方向に平行な回折格子からなる回折レンズとを設けることによって構成されている。これにより、ビーム整形レンズ４が小型化し、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化かつ色収差低減を実現することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形するビーム整形素子において、
レンズ基板と、
前記レンズ基板に設けられ、断面楕円形状のレーザ光が入射する側に湾曲する円筒面からなる屈折レンズと、
前記レンズ基板に設けられて前記屈折レンズに対向する位置に配置され、前記屈折レンズの円筒面の筒方向に平行な回折格子からなる回折レンズと、を具備することを特徴とするビーム整形素子。
【請求項２】
前記屈折レンズと前記回折レンズとは、
ｆ１＝（ν１−ν２）／ν１＊ｆ
ｆ２＝−（ν１−ν２）／ν２＊ｆ
ここで、ｆ：合成焦点距離
ｆ１：一方のレンズの焦点距離
ν１：一方のレンズのアッベ数
ｆ２：他方のレンズの焦点距離
ν２：他方のレンズのアッベ数
の関係式が成り立つように構成されていることを特徴とする請求項１記載のビーム整形素子。
【請求項３】
前記回折レンズはその回折格子の先端が尖るように形成されている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。
【請求項４】
前記屈折レンズと前記回折レンズとはフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のビーム整形素子。
【請求項５】
レーザ光を出射する半導体レーザ光源と、
前記半導体レーザ光源から出射されたレーザ光が入射する位置に設けられ、入射した断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形する請求項１ないし４のいずれか一記載のビーム整形素子と、を具備する半導体レーザ装置。
【請求項６】
レーザ光を出射する請求項５記載の半導体レーザ装置と、
前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を光ディスクの記録層に導くための光学系と、
前記光ディスクの記録層により反射された前記レーザ光が進行する進行経路を曲げる経路変更部と、
前記経路変更部により進行経路が曲げられた前記レーザ光を検出する光検出部と、を具備する光ピックアップ装置。
【請求項７】
光ディスクを回転させる回転駆動機構と、
前記光ディスクの記録層に対してレーザ光を出射し、前記光ディスクの記録層により反射されたレーザ光を受光する請求項６記載の光ピックアップ装置と、を具備する光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム整形素子、半導体レーザ装置、光ピックアップ装置及び光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスクドライブやレーザプリンタ等の様々な装置では、光源として半導体レーザ素子（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）が用いられている。この半導体レーザ素子は、その素子構造により放射角（発光角）が水平方向と垂直方向で異なる素子であり、そのため、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光（レーザビーム）は、ファーフィールドパターンで断面円形状とならずに断面楕円形状となる。
すなわち、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、短軸と長軸と有する断面楕円形状の光になってしまう。
【０００３】
このような半導体レーザ素子を光ディスクドライブ等に用いた場合には、信号再生時における円周方向と半径方向との光学的周波数特性が異なり、クロストークや信号劣化等の様々な問題が発生する。また、記録時にも、レーザ光のスポット内のパワー密度が下がるために、レーザ光のパワーを高くする必要が生じたり、光ディスクに対する高密度記録ができなくなったりする等の様々な問題が発生する。これらの問題を解決するためには、ビーム整形素子として三角プリズム、アナモレンズやシリンドリカルレンズ等を用いて、断面楕円形状のレーザ光の短軸方向への拡大率を変えてレーザ光を断面円形状にすることを行っている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、ビーム整形素子としてプリズムを用いる技術が開示されている。ここで、図９は従来の光ディスク装置の構成を示す説明図である。
ＬＤ１００から出射されたレーザ光１０１は、コリメートレンズ１０２により平行光１０３に変換され、屈折率ｎの硝材で形成されるプリズム１０４の表面１０４Ａに入射角ψ（表面１０４Ａの法線に対する入射光１０３のなす角）で入射する。プリズム１０４の表面１０４Ａを屈折角θ（表面１０４Ａの法線に対する屈折光１０５のなす角）で屈折した光１０５は、プリズム１０４の裏面１０４Ｂに垂直入射してこれを透過し、対物レンズ１０６を経て、光ディスク基板１０７の裏面１０７Ｓにスポット光１０８として集光する。ここで、スネルの法則より入射角ψ及び屈折角θの間には、
ｓｉｎψ＝ｎｓｉｎθ  ・・・・・（１）
の関係が成り立っている。このとき、入射光は屈折により、屈折面内で（ｃｏｓθ／ｃｏｓψ）倍に拡大される。半導体レーザ光の場合、平行光１０３は一般に楕円度２．５前後の楕円状の断面強度分布をなすが、上述したようなプリズム１０４を用いることで光分布はその短軸方向が拡大され、円形状の断面強度分布をなす平行光１０３に変換されている。
【０００５】
一方、スポット光１０８のサイズを小さくするため、４４０ｎｍ以下の短波長ＬＤ１００の使用が図られている。このＬＤ１００の短波長化により、色収差が問題になることが知られている。色収差とは、レンズや光学系が多波長又は連続波長を扱わなければならないときに生じる収差である。光学材料の屈折率は波長によって異なるためにプリズム１０４の屈折角も異なる。すなわち、可視域における光学材料の屈折率は正規分布を示すため、屈折率は赤色光より青色光に対して大きくなる。ＬＤ１００から出射される波長はほぼ数ｎｍ程度の波長幅を有している。また、ＬＤ１００から出射された光がＬＤ１００自体での温度変化等によりその中心波長が数ｎｍ突然とぶ、いわゆるモードホッピングを起こす場合もある。特に、再生時よりも記録時には大きなパワーを必要とするため、このパワーの違いにより波長がシフトしてしまう。
【０００６】
したがって、４４０ｎｍ以下の短波長ＬＤ１００を用いた場合には、波長のずれにより対物レンズ１０６で生じる色収差をプリズム１０４により許容できないため重要な問題となる。すなわち、ビーム整形用のプリズム１０４で屈折角が変化することにより波面が変化し、最終的に対物レンズ１０６で絞られるスポット径が変化してしまう。
【０００７】
レンズの色収差を小さくする方法としては、レンズとして分散が小（アッベ数が大）である光学材料を用いることが挙げられる。また、レンズを複数枚のレンズで構成したアクロマートレンズとすることが可能である。これを式で書くと次のようになる。合成焦点距離をｆ、１つ目のレンズの焦点距離をｆ１、アッベ数をν１、２つ目のレンズの焦点距離をｆ２、アッベ数をν２とし、２つのレンズは接しているとすると、
１／ｆ＝１／ｆ１＋１／ｆ２        ・・・・・（２）
０＝１／ｆ１ν１＋１／ｆ２ν２    ・・・・・（３）
と書くことができる。この２つの式を解くとそれぞれｆ１とｆ２とは、
ｆ１＝（ν１−ν２）／ν１＊ｆ    ・・・・・（４）
ｆ２＝−（ν１−ν２）／ν２＊ｆ  ・・・・・（５）
である。したがって、２つのレンズは、一方が凸レンズであれば、もう一方は凹レンズである。このようにして２枚のレンズで色消しが可能となる。また、レンズの色収差を小さくする方法としては、収差補正光学系を別途追加して色収差を補正する方法もある。
【０００８】
一方、レンズの大きさが１ｍｍよりも小さいレンズはマイクロレンズと呼ばれ、ＣＣＤや液晶プロジェクター等に使われている。近年ではこのマイクロレンズを光ディスク装置で使う動きがある。マイクロレンズを利用することによって、光学系を小型にすることができる。
【０００９】
【特許文献１】
特公昭６３−１６５２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、装置の小型軽量化が求められている中で、特許文献１のようにプリズムを用いた場合には、装置が大型化してしまい、さらに、装置の重量も大きくなってしまう。
【００１１】
また、色収差を低減させるために複数枚のレンズで構成した色消しレンズ（アクロマートレンズ）を用いた場合には、色消しレンズが複数枚のレンズで構成されているため、装置の重量が大きくなるという問題がある。さらに、収差補正光学系を別途追加して色収差を補正する方法では、新たな部品を追加する必要があり、そのスペース確保や調整等に問題があり、装置が大型化してしまう。
【００１２】
本発明の目的は、装置の小型軽量化を実現することができるビーム整形素子、半導体レーザ装置、光ピックアップ装置及び光ディスク装置を提供することである。
【００１３】
本発明の目的は、装置の小型軽量化を実現し、色収差を低減することができるビーム整形素子、半導体レーザ装置、光ピックアップ装置及び光ディスク装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形するビーム整形素子において、レンズ基板と、前記レンズ基板に設けられ、断面楕円形状のレーザ光が入射する側に湾曲する円筒面からなる屈折レンズと、前記レンズ基板に設けられて前記屈折レンズに対向する位置に配置され、前記屈折レンズの円筒面の筒方向に平行な回折格子からなる回折レンズと、を具備することを特徴とする。
【００１５】
したがって、レンズ基板に屈折レンズと回折レンズとを設けることによって、ビーム整形素子が構成されているため、ビーム整形素子が小型化し、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することが可能である。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のビーム整形素子において、前記屈折レンズと前記回折レンズとは、
ｆ１＝（ν１−ν２）／ν１＊ｆ
ｆ２＝−（ν１−ν２）／ν２＊ｆ
ここで、ｆ：合成焦点距離
ｆ１：一方のレンズの焦点距離
ν１：一方のレンズのアッベ数
ｆ２：他方のレンズの焦点距離
ν２：他方のレンズのアッベ数
の関係式が成り立つように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
したがって、上記の関係式が成立するように屈折レンズと回折レンズとを構成することによって、ビーム整形素子を通過するレーザ光の色収差が補正され、その波面が安定する。特に、青色の波長域は、波長変化に対するガラスの屈折率変化が大きいところなので、青色の波長域で生じるレーザ光の波長変動による色収差も補正することが可能になる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のビーム整形素子において、前記回折レンズはその回折格子の先端が尖るように形成されていることを特徴とする。
【００１９】
したがって、回折格子の先端を尖るように形成することによって、回折レンズが反射防止機能を有するため、光の利用効率が向上する。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載のビーム整形素子において、前記屈折レンズと前記回折レンズとはフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより形成されていることを特徴とする。
【００２１】
したがって、フォトリソグラフィやドライエッチング等の半導体作製プロセスを用いることによって、微小な部品を容易に高精度で作製可能となるため、ビーム整形素子は高精度に小型化される。また、ビーム整形素子を大量に作製することが可能となる。
【００２２】
請求項５記載の発明の半導体レーザ装置は、レーザ光を出射する半導体レーザ光源と、前記半導体レーザ光源から出射されたレーザ光が入射する位置に設けられ、入射した断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形する請求項１ないし４のいずれか一記載のビーム整形素子と、を具備する。
【００２３】
したがって、請求項１ないし４のいずれか一記載のビーム整形素子を設けることによって、断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形することが可能になり、ビーム整形素子が小型であるため、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することが可能である。
【００２４】
請求項６記載の発明の光ピックアップ装置は、レーザ光を出射する請求項５記載の半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を光ディスクの記録層に導くための光学系と、前記光ディスクの記録層により反射された前記レーザ光が進行する進行経路を曲げる経路変更部と、前記経路変更部により進行経路が曲げられた前記レーザ光を検出する光検出部と、を具備する。
【００２５】
したがって、請求項５記載の半導体レーザ装置を設けることによって、断面円形状に整形されたレーザ光が出射されるため、安定したリード／ライトを実現することが可能になり、さらに、ビーム整形素子が小型であるため、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することが可能である。
【００２６】
請求項７記載の発明の光ディスク装置は、光ディスクを回転させる回転駆動機構と、前記光ディスクの記録層に対してレーザ光を出射し、前記光ディスクの記録層により反射されたレーザ光を受光する請求項６記載の光ピックアップ装置と、を具備する。
【００２７】
したがって、請求項６記載の光ピックアップ装置を設けることによって、請求項６記載と同様な作用を奏する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施の形態は、ビーム整形素子であるビーム整形レンズを備える半導体レーザ装置である光源ユニットの一例である。図１は本実施の形態の光源ユニットを概略的に示す外観斜視図、図２はビーム整形レンズを概略的に示す縦断側面図である。
【００２９】
光源ユニット１は、支持部材であるサブマウント２と、このサブマウント２に設けられた半導体レーザ光源である半導体レーザ素子（以下、ＬＤとする）３と、このサブマウント２に設けられＬＤ３から出射された断面楕円形状のレーザ光（レーザビーム）を断面円形状のレーザ光に整形するビーム整形素子であるビーム整形レンズ４とを備えている。
【００３０】
ビーム整形レンズ４はマイクロレンズであり、サブマウント２に接着剤等により固定されている。そして、ビーム整形レンズ４は、ＬＤ３が有する活性層（図示せず）から出射されたレーザ光の光軸上に位置付けられている。ここで、ＬＤ３としては、波長が４０５ｎｍ、短軸方向が１０度、長軸方向が２８度であるＬＤ３が用いられているが、これに限るものではなく、例えば必要に応じて赤色等の波長を有するものが用いられても良い。
【００３１】
ビーム整形レンズ４は、レンズ本体を構成するレンズ基板５と、レンズ基板５に設けられレーザ光が入射する側に湾曲する円筒面からなる屈折レンズ６と、レンズ基板５に設けられ回折格子からなる回折レンズ７と、を備えている。回折レンズ７は屈折レンズ６に対向する位置に配置されており、その回折格子は屈折レンズ６の円筒面の筒方向に平行に形成されている。そして、回折格子はシリンドリカルレンズ作用を持たせるために一方向だけの周期パターンになっている。
【００３２】
回折レンズ７はレンズ基板５のＳ１側、すなわちレーザ光が入射する側に設けられており、屈折レンズ６はレンズ基板のＳ２側、すなわちレーザ光が出射する側に設けられている。なお、回折レンズ７は凸のシリンドリカルレンズ作用を有するレンズであり、屈折レンズ６は凹のシリンドリカルレンズである。
【００３３】
ここで、凹のシリンドリカルレンズである屈折レンズ６が断面楕円形状のレーザ光の短軸方向を拡大する機能を有しており、屈折レンズ６の曲面の軸とＬＤから出射された断面楕円形状のレーザ光の短軸とを一致させるようにビーム整形レンズ４がサブマウント２に配置されている。すなわち、ビーム整形レンズ４は、入射した断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形するレンズ、すなわち、断面楕円形状のレーザ光を活性層に対する平行方向と垂直方向とで放射角がほぼ同じであるレーザ光に変換するレンズである。
【００３４】
屈折レンズ６と回折レンズ７とは、下記の（４）及び（５）の式が成立するように構成されている。
ｆ１＝（ν１−ν２）／ν１＊ｆ    ・・・・・（４）
ｆ２＝−（ν１−ν２）／ν２＊ｆ  ・・・・・（５）
ここで、ｆは合成焦点距離であり、ｆ１は一方のレンズの焦点距離であり、ν１は一方のレンズのアッベ数であり、ｆ２は他方のレンズの焦点距離であり、ν２は他方のレンズのアッベ数である。なお、合成焦点距離とは、希望する所定の焦点距離である。
【００３５】
レンズ基板５は、ＬＤ３の波長に対して透過率の高い材料、例えばＢＫ７の硝材により形成されている。このＢＫ７としては、例えば屈折率ｎｄが１．５１６８、アッベ数νｄが６４．１７であるＢＫ７が用いられている。また、回折格子による回折面のアッベ数は−３．４５２で与えられることが知られている。これらの値を（４）及び（５）の式に代入すると、
ｆ１＝１９．５９ｆ
ｆ２＝−１．０５ｆ
となる。それぞれｆ１はレンズ基板５のＳ１側の回折レンズ７の焦点距離であり、ｆ２はレンズ基板５のＳ２側の屈折レンズ６の焦点距離である。なお、屈折レンズ６は凹のシリンドリカルレンズであり、回折レンズ７は凸のシリンドリカルレンズ作用を有するレンズである。したがって、屈折レンズ６及び回折レンズ７が（４）及び（５）の式の条件を満たすように構成されているため、色収差が補正されることになる。
【００３６】
このような構成において、ＬＤ３からレーザ光が出射された場合について説明する。ＬＤ３から出射された断面楕円形状の断面強度分布を有するレーザ光は、ビーム整形レンズ４の回折レンズ（凸のシリンドリカルレンズ作用を有するレンズ）７に入射する。入射した断面楕円形状のレーザ光は、回折レンズ７によりその短軸方向に回折し、その長軸方向には変化しない。このとき、断面楕円形状のレーザ光は、短軸方向に集光される。その後、短軸方向に集光されたレーザ光は屈折レンズ（凹のシリンドリカルレンズ）６に入射する。入射した断面楕円形状のレーザ光は、屈折レンズ６によりその短軸方向に広げられ、その長軸方向には変化しない。このとき、断面楕円形状のレーザ光は、その短軸方向に広げられて拡大するので、ファーフィールドパターンでほぼ断面円形状の断面強度分布を有するレーザ光になる。さらに、レーザ光は、ビーム整形レンズ４により色収差が補正され、その波面が安定している。
【００３７】
このように本実施の形態では、レンズ基板５に屈折レンズ６と回折レンズ７とを設けることによって、ビーム整形レンズ４が構成されているため、ビーム整形レンズ４が小型化し、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。さらに、屈折レンズ６と回折レンズ７とを（４）及び（５）の関係式が成り立つように構成することによって、ビーム整形レンズ４を通過するレーザ光の色収差が補正され、その波面が安定する。これにより、装置の小型軽量化を実現しつつ、色収差を低減することができる。特に、青色の波長域は、波長変化に対するガラスの屈折率変化が大きいところなので、青色の波長域で生じるレーザ光の波長変動による色収差も補正することができる。
【００３８】
なお、上述したような光源ユニット１は、例えば、半導体レーザのモジュール形態の一種のキャンパッケージに組み込まれ、すなわち、キャンパッケージのキャップ内に封入され、そのキャンパッケージはコリメータレンズ等を備える鏡筒内に光軸を合わせて設けられる。
【００３９】
本発明の第二の実施の形態を図３及び図４に基づいて説明する。本実施の形態は、ビーム整形素子であるビーム整形レンズを備える半導体レーザ装置である光源ユニットの一例である。図３は本実施の形態のビーム整形レンズを概略的に示す縦断側面図、図４は回折レンズの一部を拡大して示す縦断側面図である。
【００４０】
本実施の形態の基本的構成は第一の実施の形態と同じであり、ここではそれらの相違点について説明する。なお、第一の実施の形態において説明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
【００４１】
ビーム整形レンズ４Ａは、レンズ本体を構成するレンズ基板５と、レンズ基板５に設けられレーザ光が入射する側に湾曲する円筒面からなる屈折レンズ６Ａと、レンズ基板５に設けられ回折格子からなる回折レンズ７Ａと、を備えている。
回折レンズ７は屈折レンズ６に対向する位置に配置されており、その回折格子は屈折レンズ６の円筒面の筒方向に平行に形成されている。そして、回折格子はシリンドリカルレンズ作用を持たせるために一方向だけの周期パターンになっている。
【００４２】
屈折レンズ６Ａはレンズ基板のＳ１側、すなわちレーザ光が入射する側に設けられており、回折レンズ７Ａはレンズ基板のＳ２側、すなわちレーザ光が出射する側に設けられている。なお、屈折レンズ６Ａは凸のシリンドリカルレンズであり、回折レンズ７Ａは凹のシリンドリカルレンズ作用を有するレンズである。
【００４３】
また、回折レンズ７Ａはその回折格子の先端が尖るように形成されている。すなわち、回折格子の断面は、その先端に近づくにつれて尖った形状をしている（図４参照）。したがって、回折格子は、のこぎり形状のブレーズ型の回折格子である。
【００４４】
なお、凹のシリンドリカルレンズである回折レンズ７Ａが断面楕円形状のレーザ光の短軸方向を拡大する機能を有している。すなわち、ビーム整形レンズ４Ａは、入射した断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形するレンズ、すなわち、断面楕円形状のレーザ光を活性層に対する平行方向と垂直方向とで放射角がほぼ同じであるレーザ光に変換するレンズである。
【００４５】
屈折レンズ６Ａと回折レンズ７Ａとは、下記の（４）及び（５）の式が成立するように構成されている。
ｆ１＝（ν１−ν２）／ν１＊ｆ    ・・・・・（４）
ｆ２＝−（ν１−ν２）／ν２＊ｆ  ・・・・・（５）
ここで、ｆは合成焦点距離であり、ｆ１は一方のレンズの焦点距離であり、ν１は他方のレンズのアッベ数であり、ｆ２は一方のレンズの焦点距離であり、ν２は他方のレンズのアッベ数である。なお、合成焦点距離とは、希望する所定の焦点距離である。
【００４６】
レンズ基板５は、ＬＤ３の波長に対して透過率の高い材料、例えば合成石英により形成されている。この合成石英としては、例えば屈折率ｎｄが１．４５８４７、アッベ数νｄが６７．７である合成石英が用いられている。また、回折格子による回折面のアッベ数は−３．４５２で与えられることが知られている。これらの値を（４）及び（５）の式に代入すると、
ｆ１＝２０．６１ｆ
ｆ２＝−１．０５ｆ
となる。それぞれｆ１はレンズ基板５のＳ１側の屈折レンズ６Ａの焦点距離であり、ｆ２はレンズ基板５のＳ２側の回折レンズ７Ａの焦点距離である。なお、屈折レンズ６Ａは凸のシリンドリカルレンズであり、回折レンズ７Ａは凹のシリンドリカルレンズ作用を有するレンズである。したがって、屈折レンズ６Ａ及び回折レンズ７Ａが（４）及び（５）の式の条件を満たすように構成されているため、色収差が補正されることになる。
【００４７】
このような構成において、ＬＤ３からレーザ光が出射された場合について説明する。ＬＤ３から出射された断面楕円形状の断面強度分布を有するレーザ光は、ビーム整形レンズ４Ａの屈折レンズ（凸のシリンドリカルレンズ）６Ａに入射する。入射した断面楕円形状のレーザ光は、屈折レンズ６Ａによりその短軸方向に屈折され、その長軸方向には変化しない。このとき、断面楕円形状のレーザ光は、短軸方向に集光される。その後、短軸方向に集光されたレーザ光は回折レンズ（凹のシリンドリカルレンズ作用を有するレンズ）７Ａに入射する。入射した断面楕円形状のレーザ光は、回折レンズ７Ａによりその短軸方向に回折され、その長軸方向には変化しない。このとき、断面楕円形状のレーザ光は、その短軸方向に広げられて拡大するので、ファーフィールドパターンでほぼ断面円形状の断面強度分布を有するレーザ光になる。さらに、レーザ光は、ビーム整形レンズ４Ａにより色収差が補正され、その波面が安定している。ここで、回折レンズ７Ａの回折面では、図４のように回折格子の先端が先鋭化されているため、屈折率が徐々に変化していくことになり、回折レンズ７Ａは回折だけでなく反射防止の作用を有することになる。
【００４８】
このように本実施の形態では、レンズ基板５に屈折レンズ６Ａと回折レンズ７Ａとを設けることによってビーム整形レンズ４Ａが構成されているため、ビーム整形レンズ４Ａが小型化し、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。さらに、屈折レンズ６Ａと回折レンズ７Ａとを（４）及び（５）の関係式が成り立つように構成することによって、ビーム整形レンズ４Ａを通過するレーザ光の色収差が補正され、その波面が安定する。これにより、装置の小型軽量化を実現しつつ、色収差を低減することができる。特に、青色の波長域は、波長変化に対するガラスの屈折率変化が大きいところなので、青色の波長域で生じるレーザ光の波長変動による色収差も補正することができる。また、回折レンズ７をその回折格子の先端が尖るように形成することによって、回折レンズ７が反射防止機能を有するため、光の利用効率を向上させることができる。
【００４９】
なお、上述したような光源ユニット１は、例えば、半導体レーザのモジュール形態の一種のキャンパッケージに組み込まれ、すなわち、キャンパッケージのキャップ内に封入され、そのキャンパッケージはコリメータレンズ等を備える鏡筒内に光軸を合わせて設けられる。
【００５０】
本発明の第三の実施の形態を図５に基づいて説明する。本実施の形態は、第一又は第二の実施の形態の光源ユニットを備える光ピックアップ装置の一例である。
【００５１】
図５は本実施の形態の光ビップアップ装置を概略的に示す説明図である。なお、第一又は第二の実施の形態において説明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
【００５２】
光ピックアップ装置１０は、レーザ光を出射する第一又は第二の実施の形態の半導体レーザ装置である光源ユニット１、光源ユニット１から出射されたレーザ光を光ディスクＤの記録層に導くための光学系１１、光ディスクＤの記録層により反射されたレーザ光が進行する進行経路を曲げる経路変更部であるビームスプリッタ１２、ビームスプリッタ１２により進行経路が曲げられたレーザ光を集光する集光レンズ１３、集光レンズ１３により集光されたレーザ光を検出する光検出部であるフォトダイオード１４等を備えている。
【００５３】
光学系１１は、レーザ光を平行光に整形するコリメータレンズ１５、レーザ光を直線偏光から円偏光に変換するための１／４波長板１６、対物レンズ１７等を備えているが、これに限るものではない。
【００５４】
このような構成において、光源ユニット１からレーザ光が出射された場合について説明する。光源ユニット１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１５により平行光に整形され、ビームスプリッタ１２及び１／４波長板１６を通過して直線偏光から円偏光に変わり、対物レンズ１７で集光されて光ディスクＤの記録層に入射する。光ディスクＤの記録層により反射されたレーザ光は、円偏光の旋回方向が変わって１／４波長板１６を通過し、ビームスプリッタ１２により進行経路が曲げられて集光レンズ１３で集光され、フォトダイオード１４に入射する。このような光ピックアップ装置１０を用いて、光ディスクＤに対するリード／ライトが実行される。
【００５５】
このように本実施の形態では、光ピックアップ装置１０に第一又は第二の実施の形態の光源ユニット１を設けることによって、光源ユニット１から断面円形状に整形されたレーザ光が出射され、安定したリード／ライトを実現することができ、さらに、ビーム整形レンズ４，４Ａが小型であるため、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。
【００５６】
本発明の第四の実施の形態を図６に基づいて説明する。本実施の形態は、第三の実施の形態の光ピックアップ装置を備える光ディスク装置の一例である。
【００５７】
図６は本実施の形態の光ディスク装置を概略的に示す説明図である。なお、第三の実施の形態において説明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
【００５８】
光ディスク装置２０は、光ディスクＤを任意の回転速度で回転させる回転駆動機構の主要部を構成するスピンドルモータ２１、このスピンドルモータ２１の制御を行う回転制御部２２、光ディスクＤの半径方向に移動自在に設けられ光ディスクＤに対しレーザ光を出射して光ディスクＤにより反射されたレーザ光を受光する第三の実施の形態の光ピックアップ装置１０、この光ピックアップ装置１０を光ディスクＤの半径方向に移動させるスライダモータ２３、このスライダモータ２３の制御を行うスライダモータ制御部２４、光ピックアップ装置１０の制御を行う光ピックアップ制御部２５、光ピックアップ装置１０からの信号を処理する信号処理部２６、各種プログラム及び格納データを演算処理し各部の動作を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２７、リード／ライト処理プログラムや制御プログラム等の固定的データを予め格納する記憶媒体であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）２８、光ディスクＤから読み出したリードデータ及び光ディスクＤに書き込むライトデータ等を一時的に格納する記憶手段であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２９等を備えている。このような光ディスク装置２０は、外部インターフェース（図示せず）を介して上位装置であるホストコンピュータ３０に接続されている。
【００５９】
このような構成において、光ディスク装置２０による光ディスクＤに対するデータのリード／ライト動作について説明する。ホストコンピュータ３０から光ディスク装置２０にリード／ライトコマンドが入力されると、光ディスク装置２０のＣＰＵ２７は、ＲＯＭ２８に格納されたリード／ライト処理プログラムに基づいてリード／ライト処理を実行する。ＣＰＵ２７は、回転制御部２２によりスピンドルモータ２１を駆動制御して光ディスクＤを回転させ、スライダモータ制御部２４によりスライダモータ２３を駆動制御して光ピックアップ装置１０を光ディスクＤの半径方向に移動させながら、光ピックアップ制御部２５により光ピックアップ装置１０を駆動制御して光ディスクＤの記録層に対しレーザ光を出射し、光ディスクＤの記録層に反射されたレーザ光を受光してリード／ライトを実行する。このとき、ＣＰＵ２７は、一時的にＲＡＭ２９に格納されたリードデータをホストコンピュータ３０に送信し、ライトデータをホストコンピュータ３０から一時的にＲＡＭ２９に格納する処理も行う。
【００６０】
このように本実施の形態では、光ディスク装置２０に第三の実施の形態の光ピックアップ装置１０を設けることによって、光ピックアップ装置１０から断面円形状に整形されたレーザ光が出射されるため、安定してリード／ライトを実行することができ、さらに、ビーム整形レンズ４，４Ａが小型であるため、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。
【００６１】
本発明の第五の実施の形態を図７ないし図８に基づいて説明する。本実施の形態は、第二の実施の形態のビーム整形素子であるビーム整形レンズを製造するビーム整形レンズ製造方法の一例である。図７はビーム整形レンズの屈折レンズを製造する製造工程を示す断面図、図８はビーム整形レンズの回折レンズを製造する製造工程を示す断面図である。なお、第二の実施の形態において説明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
【００６２】
まず、屈折レンズ６Ａを製造する製造工程について説明する。屈折レンズ６Ａはフォトリソグラフィによりレンズ基板５上に製造される。
【００６３】
図７（ａ）に示すように、レンズ基板５上（合成石英）に感光性材料が塗布され、感光層Ｋが設けられる。感光層Ｋの厚さはレンズの高さ（サグ）に応じて数μｍ程度の厚さである。実際には、感光層Ｋの厚さは、レンズ基板５上に形成するレンズ高さ、及びレンズ基板材料のエッチング速度と感光性材料とのエッチング速度の比（選択比）により設定される。例えば、両者のエッチング速度が等しい場合には（選択比１）、感光層Ｋの高さは、形成するレンズ高さとほぼ等しく設定される。また、レンズ基板材料のエッチング速度が感光性材料のエッチング速度より２倍大きい場合には（選択比２）、感光性材料の高さはレンズ高さの１／２に設定される。ここでは、両者のエッチング速度が等しいものとして説明する。また、レンズ基板５上に塗布する感光性材料としては、通常の半導体製造で用いられるフォトレジストあるいは感光性ドライフィルムを使用することができる。ポジ型あるいはネガ型の選択によりレジストに形状を転写する工程（フォトリソグラフィ）に用いるフォトマスクの形状が変化するが、基本的な形成手順は変わらない。本実施の形態ではポジ型レジストを用いる場合について説明する。
【００６４】
図７（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィにより感光層Ｋの形状がレンズ形状と同じ形状になるようにパターンニングされる。パターンニングは、透過率分布を設定したフォトマスクを介して光を照射し、レンズ基板５上の感光層Ｋを感光させることで行われる。光照射後に現像すると、レンズ基板５上にレンズと同等形状（選択比１であるので）の感光層Ｋが残る。ここで、フォトマスクはレンズ形状に合わせた透過率分布を有するフォトマスクである。このフォトマスクとしては、濃度分布を有するフォトマスクでも良く、所望の透過率分布を有するように微細なドットがレイアウトされたフォトマスクでも良い。
【００６５】
次に、図７（ｃ）に示すように、レンズ形状の感光層Ｋがマスクとされ、レンズ基板５はその基板に対し垂直な方向にエッチング（異方性エッチング）される。エッチングの手段としては、半導体プロセスで通常用いられるドライエッチングが用いられる。具体的には、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）、電子サイクロトロン共鳴エッチング法（ＥＣＲ）等がある。ドライエッチングに用いるガスはレンズ基板材料により選択でき、例えばレンズ基板材料がガラスである場合には、ＣＦ４やＣＨＦ３等を用いることができる。また、エッチング速度及び選択比の調整のためには、エッチングガスにＮ２、Ｏ２、Ａｒ等のガスを混入することもできる。その後、図７（ｄ）に示すように、不要な感光層Ｋが除去（アッシング）される。このようにして屈折レンズ６Ａがレンズ基板５上に形成される。
【００６６】
続いて、回折レンズ７Ａを製造する製造工程について説明する。回折レンズ７Ａは、屈折レンズ６Ａが形成されたレンズ基板５の反対面に対して微細な周期形状を形成することで製造される。
【００６７】
図８（ａ）に示すように、まず、屈折レンズ６Ａが形成されたレンズ基板５の反対面に感光性材料が塗布され、感光層Ｋが設けられる。感光層Ｋの厚さは溝深さに応じて数μｍ程度の厚さである。この感光層Ｋの厚さは、上述したように屈折レンズ６Ａを形成する時と同様に、実際に形成するレンズ高さ、及びレンズ基板材料のエッチング速度と感光性材料とのエッチング速度の比（選択比）により設定される。レンズ基板５上に塗布する感光性材料も上述したものと同様である。
【００６８】
図８（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィにより周期形状がパターンニングされる。パターンニングはフォトマスクを介して光を照射し、感光層Ｋを感光させる。ただし、回折面の断面は回折効率等を考慮すると、のこぎり形状のブレーズ型の回折格子が望ましい。ところが、フォトリソグラッフィでそのような形状を作製するのは困難であるため、ここでは細かい段差（階段状形状）を形成することでブレーズ型の回折格子が作製される。この段差はある程度の数があれば回折効率が飽和してくるので、出射光として十分な光量が得られるぐらいの段差である。さらに、回折格子はシリンドリカルレンズ作用を持たせるために一方向だけの周期パターンとなっている。
【００６９】
次に、図８（ｃ）に示すように、周期形状の感光層Ｋがマスクとされ、レンズ基板５はその基板に対し垂直な方向にエッチング（異方性エッチング）される。これにより、レンズ基板５に周期形状、すなわち回折格子が転写される。ここでは、フォトレジストをドライエッチング用のマスク材料としたが、Ｃｒ等の金属材料をマスクとしても構わない。その後、図８（ｄ）に示すように、不要な感光層Ｋが除去（アッシング）される。このようにして回折レンズ７Ａがレンズ基板５上に形成される。これにより、ビーム整形レンズ４Ａが完成する。
【００７０】
ここで、図４のような反射防止作用を回折レンズ７Ａに持たせる構造の作製には、感光層Ｋ自体に同じような断面構造を作製したり、あるいはエッチングの条件を途中で変えて作製したりすることができる。なお、屈折レンズ６Ａと回折レンズ７Ａとの位置合わせを正確に行なうためには、レンズ基板５にアライメントマークを設けておいても構わない。また、ビーム整形レンズ４Ａを１つ１つ製造するのではなく、ウエハプロセスで１度に数多くのビーム整形レンズ４Ａを製造することもできる。なお、１つ１つのビーム整形レンズ４Ａはダイシングにより切り出される。
【００７１】
このように本実施の形態によれば、屈折レンズ６Ａと回折レンズ７Ａとを製造する際に、フォトリソグラフィやドライエッチング等の半導体作製プロセスを用いることによって、微小な部品を容易に高精度で作製可能となるため、ビーム整形レンズ４Ａは高精度に小型化される。また、ビーム整形レンズ４Ａを大量に作製することが可能になるので、性能の良いビーム整形レンズ４Ａを低コストで提供することができる。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形するビーム整形素子において、レンズ基板と、前記レンズ基板に設けられ、断面楕円形状のレーザ光が入射する側に湾曲する円筒面からなる屈折レンズと、前記レンズ基板に設けられて前記屈折レンズに対向する位置に配置され、前記屈折レンズの円筒面の筒方向に平行な回折格子からなる回折レンズと、を具備することを特徴とすることから、レンズ基板に屈折レンズと回折レンズとを設けることによってビーム整形素子が構成されているため、ビーム整形素子が小型化し、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。
【００７３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載のビーム整形素子において、前記屈折レンズと前記回折レンズとは、
ｆ１＝（ν１−ν２）／ν１＊ｆ
ｆ２＝−（ν１−ν２）／ν２＊ｆ
ここで、ｆ：合成焦点距離
ｆ１：一方のレンズの焦点距離
ν１：一方のレンズのアッベ数
ｆ２：他方のレンズの焦点距離
ν２：他方のレンズのアッベ数
の関係式が成り立つように構成されていることを特徴とすることから、ビーム整形素子を通過するレーザ光の色収差が補正され、その波面が安定する。これにより、装置の小型軽量化を実現しつつ、色収差を低減することができる。特に、青色の波長域は、波長変化に対するガラスの屈折率変化が大きいところなので、青色の波長域で生じるレーザ光の波長変動による色収差も補正することができる。
【００７４】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載のビーム整形素子において、前記回折レンズはその回折格子の先端が尖るように形成されていることを特徴とすることから、回折レンズが反射防止機能を有するため、光の利用効率を向上させることができる。
【００７５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１、２又は３記載のビーム整形素子において、前記屈折レンズと前記回折レンズとはフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより形成されていることを特徴とすることから、フォトリソグラフィやドライエッチング等の半導体作製プロセスを用いることによって、微小な部品を容易に高精度で作製可能となるため、ビーム整形素子は高精度に小型化される。
また、ビーム整形素子を大量に作製することが可能になるので、性能の良いビーム整形素子を低コストで提供することができる。
【００７６】
請求項５記載の発明の半導体レーザ装置によれば、レーザ光を出射する半導体レーザ光源と、前記半導体レーザ光源から出射されたレーザ光が入射する位置に設けられ、入射した断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形する請求項１ないし４のいずれか一記載のビーム整形素子と、を具備することから、断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形することが可能になり、ビーム整形素子が小型であるため、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。
【００７７】
請求項６記載の発明の光ピックアップ装置は、レーザ光を出射する請求項５記載の半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を光ディスクの記録層に導くための光学系と、前記光ディスクの記録層により反射された前記レーザ光が進行する進行経路を曲げる経路変更部と、前記経路変更部により進行経路が曲げられた前記レーザ光を検出する光検出部と、を具備することから、断面円形状に整形されたレーザ光が出射されるため、安定したリード／ライトを実現することができ、さらに、ビーム整形素子が小型であるため、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。
【００７８】
請求項７記載の発明の光ディスク装置によれば、光ディスクを回転させる回転駆動機構と、前記光ディスクの記録層に対してレーザ光を出射し、前記光ディスクの記録層により反射されたレーザ光を受光する請求項６記載の光ピックアップ装置と、を具備することから、請求項６記載と同様な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の光源ユニットを概略的に示す外観斜視図である。
【図２】ビーム整形レンズを概略的に示す縦断側面図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態のビーム整形レンズを概略的に示す縦断側面図である。
【図４】回折レンズの一部を拡大して示す縦断側面図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態の光ビップアップ装置を概略的に示す説明図である。
【図６】本発明の第四の実施の形態の光ディスク装置を概略的に示す説明図である。
【図７】ビーム整形レンズの屈折レンズを製造する製造工程を示す断面図である。
【図８】ビーム整形レンズの回折レンズを製造する製造工程を示す断面図である。
【図９】従来の光ディスク装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１          半導体レーザ装置（光源ユニット）
３          半導体レーザ光源（半導体レーザ素子）
４，４Ａ    ビーム整形素子（ビーム整形レンズ）
５          レンズ基板
６，６Ａ    屈折レンズ
７，７Ａ    回折レンズ
１０        光ピックアップ装置
１１        光学系
１２        経路変更部（ビームスプリッタ）
１４        光検出部（フォトダイオード）
２１        回転駆動機構（スピンドルモータ）
２０        光ディスク装置
【図１】
2005049550.tif 000003
【図２】
2005049550.tif 000004
【図３】
2005049550.tif 000005
【図４】
2005049550.tif 000006
【図５】
2005049550.tif 000007
【図６】
2005049550.tif 000008
【図７】
2005049550.tif 000009
【図８】
2005049550.tif 000010
【図９】
2005049550.tif 000011