(57)【要約】【課題】従来は、透明基板上に鋸歯状格子という複雑な構造を形成しなければならず、その製造が煩雑となる問題があった。さらに、２波長レーザから出射する２つのレーザ光線の光軸の一方を斜めに出射させなければならなかった。【解決手段】偏波面が互いに平行である２つの異なる波長の直線偏光を入射する波長板と、該波長板を透過した２つの直線偏光を入射する複屈折板とを備えたレーザ補正装置であって、前記波長板が、直線偏光の一方に対してはπ・（２ｎ−１）の位相差を、他方の直線偏光に対しては２π・ｍの位相差を発生するものであり（ｎ、ｍは整数）、前記複屈折板の光学軸が２つの直線偏光の何れか一方の偏波面と一致するよう配置したものである。【選択図】    図１
2005018960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波面が互いに平行であり光路が互いに平行である２つの異なる波長の直線偏光を入射する波長板と、該波長板を透過した２つの直線偏光を入射する複屈折板とを備えたレーザ補正装置であって、
前記波長板は、直線偏光の一方に対してはπ・（２ｎ−１）の位相差を、他方の直線偏光に対しては２π・ｍの位相差を発生するものであり（ｎ、ｍは整数）、
前記複屈折板は、その光学軸が前記波長板を透過した２つの直線偏光の何れか一方の偏波面と一致するよう配置したことを特徴とする光路補正装置。
【請求項２】
前記２つの直線偏光の光路間隔をd、複屈折板の常光線に対する屈折率をno、複屈折板の異常光線に対する屈折率をne、複屈折板の主面法線と光学軸とのなす角度をθ、複屈折板の板厚をtとしたとき、
d = t・｜((no２−ne２)・tanθ) ／ (no２・tanθ＋ne２)｜
を満足していることを特徴とする請求項１に記載の光路補正装置。
【請求項３】
前記波長板と前記複屈折板とを貼り合わせて一体化した構造を有する請求項１または２に記載の光路補正装置。
【請求項４】
前記波長板は複屈折性を有する結晶であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光路補正装置。
【請求項５】
前記複屈折板がリチウムナイオベート若しくはルチルであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の光路補正装置。
【請求項６】
偏波面が互いに平行である２つの異なる波長の直線偏光を出射する光源と、
該光源からの２つの直線偏光を入射する請求項１乃至５の何れかに記載の光路補正装置と、
該光路補正装置を出射した光線を光記憶媒体に集光する集光レンズとを備えた光ピックアップ。
【請求項７】
偏波面が互いに平行である２つの異なる波長の直線偏光を出射する光源と、
該光源からの２つの直線偏光を入射する請求項１乃至５の何れかに記載の光路補正装置と、
該光路補正装置を出射した光線を光記憶媒体に集光する集光レンズとを備え、
前記光源と前記光路補正装置とを一体化した構造としたことを特徴とする光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光路補正装置とこれを用いた光ピックアップに関する。特に、２つの異なる波長の直線偏光を出射する２波長レーザの光路を補正して２つの直線偏光が同一の光路を伝搬するようにした光路補正装置とこれを用いた光ピックアップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク装置や光磁気ディスク装置に用いられる光ピックアップは、ＣＤやＤＶＤといった種類の異なる光ディスクに対応するため、波長の異なる複数のレーザ光を使用する構造となっている。
【０００３】
図３に、異なる波長の光源を２つ使用する光ピックアップの一般的な構成例を示す。（煩雑さを避けるため光ディスクへの照射に必要な構成のみを示し、その他の構成は省略して図示している）
同図に示す光ピックアップ１０１は、波長６５０ｎｍのＬＤ（レーザダイオード）１０２と，波長７８０ｎｍのＬＤ１０３と、２波長を合成するダイクロイックプリズム１０４と、コリメートレンズ１０５と、全反射ミラー１０６と、集光（対物）レンズ１０７とを備えている。
このように構成した２波長の光を合成する光学系において、ＬＤ１０２から出射する波長６５０ｎｍの光線は、ほぼ９０％以上がダイクロイックプリズム３を透過する。また、ＬＤ１０３から出射する波長７８０ｎｍの光線は、ほぼ９０％以上がダイクロイックプリズム１０４で反射して光路が９０°と折り曲げられることによりＬＤ１０２からの透過光と同じ光路を伝搬することになる。
ダイクロイックプリズム１０４を出射した光線は、コリメートレンズ１０５を透過することにより平行光となった後、全反射ミラー１０６にて反射して集光レンズ１０７に入射し集光されて光ディスク１０８に照射される。
ところが、このような従来の２波長合成方法では、２つの個別のＬＤを用いること、及びこれらの光軸を互いに直交するよう配置しなければならないため
光ピックアップのコンパクト化が困難であった。
【０００４】
近年、図４に示すようなモノリシック集積型の２波長レーザが提案され実用化されつつある。この２波長レーザは、１つの半導体基板上に２つの異なる波長（例えば、６５０ｎｍ、７８０ｎｍ）のレーザ光源を形成したものであり、異なる光ディスク媒体に対応する光ピックアップの小型化に有効である。
即ち、この２波長レーザを用いることにより、図５に示すようなシンプルな構成の光ピックアップが期待されていた。（煩雑さを避けるため光ディスクへの照射に必要な構成のみを示し、その他の構成は省略して図示している）
この２波長レーザを用いた光ピックアップ２０１は、波長６５０ｎｍのレーザ光と波長７８０ｎｍのレーザ光とを出射する２波長レーザ２０２と、コリメートレンズ２０３と、全反射ミラー２０４と、集光（対物）レンズ２０５とを備えたものであり、図３に示す光ピックアップに比べて構成がシンプルになっている。
【特許文献１】特開２００１−２８３４５７号公報
【特許文献２】特開２００２−０１４２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図５に示したような構成の光ピックアップには次のような不具合が生じるため、このままでは実用に供することができない。
図６は図５に示した光ピックアップの不具合を説明する為の模式図であり、説明を簡単にするためコリメートレンズと全反射ミラーとを省略している。
図６（ａ）は波長７８０ｎｍのレーザ光の、図６（ｂ）は波長６５０ｎｍのレーザ光の光路をそれぞれ図示したものであって、２波長レーザは２つの異なるレーザ光源が所定の距離（数十〜百数十μｍ）だけ離れて配置されている。つまり２波長レーザから出射される２つのレーザ光は別々の光路を辿って伝搬することになる。
よって、図６に示すように２つのレーザ光は光ディスク上の別々の位置にて合焦することになり、光ディスクのピットに正しく光線を照射することができなくなる。
【０００６】
この不具合を解決する手段として、特開２００１−２８３４５７号公報に開示された様な光路補正手法がある。
図７（ａ）はその原理を説明するための図面であって、同図に於いて３０１は波長６５０ｎｍのＬＤ、３０２は波長７８０ｎｍのＬＤであり、ＬＤ３０１から出射されるレーザ光の偏波面とＬＤ３０２から出射されるレーザ光の偏波面とは互いに直交している。また、３０３は、複屈折性を有する結晶であり、光学軸Ａ０が主表面と４５゜の角度をなすように板状に切り出した複屈折板である。
この様に構成することで、ＬＤ３０１から出射されるレーザ光は常光線として複屈折板３０３を直進して透過する。これに対し、ＬＤ３０２から出射されるレーザ光は異常光線として複屈折板３０３にて屈折して透過することになる。このとき、複屈折板３０３の板厚tを適切に設定することにより、２つのレーザ光を同一の光路上に出射することが可能となる。
図７（ｂ）は、この原理を２波長レーザに適用した場合の構成例を示したものであり、ベース部材３０４の上面に２波長レーザ３０５を載置し、その上方に複屈折板３０３を配置した構造を有している。
【０００７】
ところが、図４に示したように、モノリシック集積型の２波長レーザは一つのの半導体基板に２つの異なる波長のレーザ光源を形成するので、出射する２つのレーザ光線の偏波面が同じとなるのが一般的である。つまり、製造プロセス上の制約から偏波面を互いに直交させることは容易ではなく量産に不向きで高価になるため、モノリシック集積型の２波長レーザに上記の光路補正方式を適用することは現実的でなかった。
【０００８】
図８は、特開２００２−０１４２２８号公報に開示された他の光路補正手法を示す図である。
図８（ａ）に於いて、３０６は偏波の光軸調整機能を有する位相子であって、２波長レーザ３０５より出射されたレーザ光の偏波面が同じ２つのレーザ光が前記位相子３０６を透過すると光軸が一致することになる。
図８（ｂ）は前記位相子３０６の構成を示す断面図であって、第１透明基板３０７の図中上面に接着剤３０９を介して有機物薄膜３０８を固定したものと、第２透明基板３１０の図中下面に鋸歯状格子３１１を形成したものとを、充填接着剤３１２を介して接合した構成を備えている。
この位相子３０６は、第１透明基板３０７の入射面に直交して入射するレーザ光線Ｌ１がそのまま直進して透過するよう、入射面に斜めに入射するレーザ光線Ｌ２は回折して透過するように機能する。これにより、同じ偏波面を有する２つのレーザ光を出射する２波長レーザを入射しても、位相子３０６の出射面から２つのレーザ光線を同じ光軸上に出射させることができるのである。
【０００９】
しかしながら、特開２００２−０１４２２８号公報に開示された偏波の光軸調整機能を有する位相子は、回折機能を得るために透明基板上に鋸歯状格子という複雑な構造を形成しなければならず、その製造が煩雑となるため高価な素子となってしまう問題がある。
さらに、図８（ａ）から明らかなように、２波長レーザから出射する２つのレーザ光線の光軸を平行とするのではなく、一方を斜めに出射させなければならず、２波長レーザの製造コストも増大して実用レベルには達していなかった。
【００１０】
本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであって、２つの異なる波長の直線偏光を出射する２波長レーザの光路を補正して２つの直線偏光が同一の光路を伝搬するようにした光路補正装置とこれを用いた光ピックアップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係る光路補正装置とこれを用いた光ピックアップは、以下の構成をとる。
請求項１に記載の光路補正装置は、偏波面が互いに平行であり光路が互いに平行である２つの異なる波長の直線偏光を入射する波長板と、該波長板を透過した２つの直線偏光を入射する複屈折板とを備えたレーザ補正装置であって、
前記波長板は、直線偏光の一方に対してはπ・（２ｎ−１）の位相差を、他方の直線偏光に対しては２π・ｍの位相差を発生するものであり（ｎ、ｍは整数）、
前記複屈折板は、その光学軸が前記波長板を透過した２つの直線偏光の何れか一方の偏波面と一致するよう配置したことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の光路補正装置は、前記２つの直線偏光の光路間隔をd、複屈折板の常光線に対する屈折率をno、複屈折板の異常光線に対する屈折率をne、複屈折板の主面法線と光学軸とのなす角度をθ、複屈折板の板厚をtとしたとき、
d = t・｜((no２−ne２)・tanθ) ／ (no２・tanθ＋ne２)｜
を満足していることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の光路補正装置は、前記波長板と前記複屈折板とを貼り合わせて一体化した構造を有するものである。
【００１４】
請求項４に記載の光路補正装置は、前記波長板は複屈折性を有する結晶であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５に記載の光路補正装置は、前記複屈折板がリチウムナイオベート若しくはルチルであることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６に記載の光ピックアップは、偏波面が互いに平行である２つの異なる波長の直線偏光を出射する光源と、該光源からの２つの直線偏光を入射する請求項１乃至５の何れかに記載の光路補正装置と、該光路補正装置を出射した光線を光記憶媒体に集光する集光レンズとを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項７に記載の光ピックアップは、偏波面が互いに平行である２つの異なる波長の直線偏光を出射する光源と、該光源からの２つの直線偏光を入射する請求項１乃至５の何れかに記載の光路補正装置と、該光路補正装置を出射した光線を光記憶媒体に集光する集光レンズとを備え、前記光源と前記光路補正装置とを一体化した構造としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１乃至５に記載の発明は、波長の異なる２つの平行な光線を１つの光線に合成し同一の光路を伝搬することを可能にするという効果を奏する。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、この光路補正装置を用いることにより、２つの波長のレーザ光を使用する光ピックアップを安価に実現できると共に小型化に寄与するという効果を奏する。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、２波長レーザと本発明の光路補正装置とを組み合わせることにより２つの波長の光を合成した単一光線を出射する光源装置を得ることができ、この光源装置を用いることにより、光ピックアップをさらに小型化・安価にすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態例と添付図面により本発明を詳細に説明する。なお、複数の図面に同じ要素を示す場合には同一の参照符号を付ける。図面に描かれた各部の寸法は、分かり易くするために部分的に拡大または縮小することがあるので、縮尺は寸法間で必ずしも一定ではない。
【００２２】
図１は、本発明に係る光路補正装置１の原理図である。光路補正装置１は波長板２と複屈折板３を備えており、２波長レーザ４の前方に配置する。
２波長レーザ４から出射される波長６５０ｎｍのレーザ光Ｌ１と波長７８０ｎｍのレーザ光Ｌ２は互いに同じ偏波面を有する直線偏光であり、光路間隔dにて平行に伝搬する。
波長板２は、複屈折性を有する結晶もしくは高分子フィルムであり、２波長レーザ４から出射された一方のレーザ光Ｌ２の偏波面を９０゜回転させ、他方のレーザ光Ｌ１の偏波面は回転しないままに透過するよう構成されている。
複屈折板３は、複屈折性を有する結晶もしくは液晶であり、その光学軸は一方のレーザ光Ｌ１の偏波面と一致するよう構成されている。
このときレーザ光Ｌ２は常光線としてそのまま直進して複屈折板３を透過し、レーザ光Ｌ１はレーザ光Ｌ２と偏波面が直交するため複屈折板３にとって異常光線となるため屈折して透過することになる。この屈折したレーザ光Ｌ１が複屈折板３を出射する際にレーザ光Ｌ２と同じ光軸を伝搬するよう複屈折板３の板厚tを設定してある。
このように波長板２と複屈折板３が協働して、所定の光路間隔dで平行に伝搬し且つ同じ偏波面を有する２つのレーザ光を、同一の光路上に伝搬するよう光路補正することが可能となるのである。
【００２３】
本発明に係る光路補正装置は上述したように、波長板と複屈折板とをそれぞれ１枚ずつを用意するだけでよいので極めて安価に構成することが可能である。また、原理説明図では波長板と複屈折板とを所定の間隔をあけて配置しているが両者を貼り合わせて積層一体化して小型化することも出来る。さらに、２波長レーザの出射面全面に光路補正装置を固定してモジュール化することも可能であり、後述する光ピックアップをアセンブルする際のハンドリングを向上することも出来るのである。
【００２４】
ここで、本発明に係る光路補正装置の具体的な事例を説明する。
２波長レーザは、ＤＶＤ用の波長６５０ｎｍのレーザ光Ｌ１とＣＤ用の波長７８０ｎｍのレーザ光Ｌ２を光路間隔dにて出射するものとする。
このとき、波長板をレーザ光Ｌ２に対してはπ・（２ｎ−１）の位相差を発生するように、レーザ光Ｌ１に対しては２π・ｍの位相差を発生するような板厚に設定する（ｎ、ｍは整数）。波長板の素材として水晶を用いた場合、モジュールの薄型化を考慮するとその板厚を１ｍｍ以下とするのが好ましい。水晶製の１／２波長板を二枚貼り合わせたタイプの波長板で実現する場合、例えば、夫々の板厚を０．２５６ｍｍとし、一方の水晶波長板の光学軸方位がβ、他方の水晶波長板の光学軸方位が２β−２２．５゜となるように貼り合わせればよい。
次に、複屈折板の常光線に対する屈折率をno、複屈折板の異常光線に対する屈折率をne、複屈折板の板厚をtとし、複屈折板の主面法線と光学軸とのなす角度をθとしたとき、
d = t・｜((no２−ne２)・tanθ) ／ (no２・tanθ＋ne２)｜
を満足するように複屈折板を設定することになる。
角度θは４０゜乃至５０゜に設定すると複屈折性が大きくなり板厚を薄くすることが可能となり、４５゜±１゜に設定するのが望ましい。
例えば、複屈折板の材質としてルチルを用いた場合、複屈折板の主面法線と光学軸とのなす角度θを４５゜としたとき、波長６５０ｎｍの常光線に対する屈折率noは２．５７３、異常光線に対する屈折率neは２．８５８であり、２つの直線偏光の光路間隔dを１２０μｍとすると、上記式を変形した
t = d・｜(no２・tanθ＋ne２) ／((no２−ne２) ・tanθ)｜
より、複屈折板の板厚tは１．２ｍｍに設定すれば良いことになる。
【００２５】
図２は、本発明に係る光路補正装置を光ピックアップに適用した場合の模式図を示すものである。（煩雑さを避けるため光ディスクへの照射に必要な構成のみを示し、その他の構成は省略して図示している）
この光ピックアップは、２波長レーザ４の前方に波長板２と複屈折板３を備えた光路補正装置１を、さらにその前方に集光（対物）レンズ５を配置している。
２波長レーザ４を出射した２つのレーザ光は、前述した原理により同一の光路上に伝搬するよう光路補正された上で集光レンズ５に供給され光ディスク６に照射される。
従来の光ピックアップを示す図６と比較すると明らかなように、本発明に係る光路補正装置を光ピックアップに適用することにより、２波長レーザ４を出射した２つのレーザ光は、いずれも光ディスク６の１点に集光されるので収差を大幅に抑圧することが可能となる。
即ち、本発明に係る光路補正装置を光ピックアップに適用することにより、異なる光ディスク媒体に対応したマルチドライブを安価に実現することが可能となるのである。
【００２６】
尚、以上の実施例では、波長板として水晶を、複屈折板としてルチルを用いたものを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば水晶、リチウムナイオベート（ニオブ酸リチウム）、サファイア、方解石、雲母、ルチルなどの複屈折性を有する結晶もしくは複屈折性を有する高分子フィルムや高分子ポリマーであっても実現が可能である。
ちなみに、複屈折板の材質としてリチウムナイオベートを用いた場合は、角度θ=４５゜としたとき波長６５０ｎｍの常光線に対する屈折率noは２．２８０、異常光線に対する屈折率neは２．１９７であり、光路間隔dを１２０μｍとすると、複屈折板の板厚tは３．２ｍｍに設定すれば良いことになる。
また、複屈折板の材質として水晶を用いた場合は、角度θ=４５゜としたとき波長６５０ｎｍの常光線に対する屈折率noは１．５４２、異常光線に対する屈折率neは１．５５１であり、光路間隔dを１２０μｍとすると、複屈折板の板厚tは２０．６ｍｍに設定すれば良いことになる。
つまり、装置の小型化を重要視する用途ではルチルもしくはリチウムナイオベートを用いて複屈折板を構成することが好ましい。
また、実施例では波長板として、２枚の水晶製１／２波長板を貼り合わせたタイプのものを示したが、例えば、１枚の平行平板状の水晶板のみで構成したものでも良い。やや構造は複雑になるものの１枚の水晶板の一部を削って異なる厚みを有する構造としたものでも良いし、一方の波長の直線偏光に対してπの位相差を呈する位相差板をガラス基板の一部に貼り付けたもので実現しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る光路補正装置の原理図。
【図２】本発明に係る光路補正装置を光ピックアップに適用した模式図。
【図３】従来の光ピックアップの一般的な構成例を示す図。
【図４】モノリシック集積型の２波長レーザの構成を示す図。
【図５】２波長レーザを用いた従来の光ピックアップの構成を示す図。
【図６】図５に示した従来の光ピックアップの不具合を説明する為の模式図。
【図７】（ａ）は従来の光路補正手法の原理を説明するための図。（ｂ）はこの原理を２波長レーザに適用した場合の構成例を示す図。
【図８】（ａ）は従来の他の光路補正手法を示す図。（ｂ）は位相子の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・光路補正装置
２・・・波長板
３・・・複屈折板
４・・・２波長レーザ
５・・・集光（対物）レンズ
６・・・光ディスク
【図１】
2005018960.tif 000003
【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】
2005018960.tif 000009
【図８】
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