(57)【要約】【課題】１／４波長板を不要とするとともに、その位相差機能を他の光学素子により多層膜設計に負担をかけずに実現する光ピックアップを提供すること。【解決手段】レーザ光源１（２，３）から出射したレーザ光を反射するとともにレーザ光に対して第１の位相差（Ｂ）を発生させる第１の増反射ミラー５と、第１の増反射ミラー５からのレーザ光を反射するとともにレーザ光に対して第２の位相差（Ｃ）を発生させる第２の増反射ミラー６とを備え、レーザ光源１から光ディスクまでの光路中で発生する位相差の合計が略１／４波長（±９０°）となるように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を光ディスクに照射して光ディスクから信号を再生する光ピックアップにおいて、
前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
該レーザ光源から出射したレーザ光を反射するとともに該レーザ光に対して第１の位相差（Ｂ）を発生させる第１の増反射ミラーと、
該第１の増反射ミラーからのレーザ光を反射するとともに該レーザ光に対して第２の位相差（Ｃ）を発生させる第２の増反射ミラーと、
該第２の増反射ミラーからのレーザ光を前記光ディスクに照射する対物レンズを備え、
前記レーザ光源から前記光ディスクまでの光路中で発生する位相差の合計が略１／４波長（±９０°）となるように構成したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
請求項１に記載の光ピックアップにおいて、
前記レーザ光源と前記第１の増反射ミラーとの間にレーザ光を所定の分光透過反射特性にて反射するビームスプリッタを備え、
該ビームスプリッタにて反射されるレーザ光に対して位相差（Ａ）が発生される場合、
前記第１、第２の増反射ミラーにて発生する前記第１、第２の位相差（Ｂ，Ｃ）を、
Ｂ＋Ｃ＝±９０°−Ａ
となるように設定したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
請求項２に記載の光ピックアップにおいて、
前記ビームスプリッタにて発生する位相差がゼロ（Ａ＝０）であって、
前記第１、第２の増反射ミラーにて発生する前記第１、第２の位相差を、Ｂ＝Ｃ＝±４５°となるように設定したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４】
請求項２に記載の光ピックアップにおいて、
前記第１、第２の増反射ミラーのいずれか一方の増反射ミラーは、レーザ光を所定の高反射率特性にて反射するものであって、
他方の増反射ミラーにて発生する位相差を±９０°からずらして設定したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の光ピックアップにおいて、
前記レーザ光源は、波長の異なる複数種類のレーザ光を出射可能であり、
前記第１、第２の増反射ミラーにて発生する前記第１、第２の位相差（Ｂ，Ｃ）は、光路中で発生する位相差の合計がいずれの波長においても略１／４波長（±９０°）となるように構成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、光ディスクにレーザ光を照射して光ディスクに記録されている信号を再生する光ピックアップに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップは、レーザ光源からのレーザ光を光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤなど）に導くとともに、光ディスクにより反射されたレーザ光を光検出器に導く構成である。半導体レーザなどのレーザ光源から発光された直線偏光のレーザ光は、ビームスプリッタを介して光ディスクに照射される。光ディスクにより反射されたレーザ光は、ビームスプリッタにより一部は光検出器に導かれて再生されるが、一部はレーザ光源にも戻る。レーザ光源が発光する直線偏光と同じ偏光方向成分がレーザ光源に戻るとレーザノイズが発生する。この対策として、レーザ光源と光ディスクの間に１／４波長の位相差を発生させる光学素子を配置し、光ディスクに照射するレーザ光を円偏光とし、レーザ光源に戻るレーザ光の直線偏光方向を９０°回転させる。これによりレーザ光源が発光する直線偏光と同じ偏光方向成分の戻り光を低減させ、レーザノイズの発生を抑制して良好な再生信号を得ることができる。１／４波長の位相差を発生させる光学素子としては、水晶やポリカーボネートといった複屈折材料を用いた１／４波長板が一般に使用される。
【０００３】
１／４波長板を用いる場合、次のような課題がある。水晶のような無機の複屈折材料は青色耐光性が優れているため、短波長（４０５ｎｍ）のレーザ光を使用するＢＤ用に好適である。しかしながら、無機の複屈折材料は高価である。一方ポリカーボネートのような有機の複屈折材料は、水晶のような無機の複屈折材料に比較して安価であるため、ＣＤやＤＶＤ用には好適である。しかしながら青色耐光性が劣るため、ＢＤ用には適していない。
【０００４】
また１／４波長板は、大判の複屈折材料から小片に切断して使用する。小片に切断する際に切断角度がずれると、小片の外形に対する光学軸方位角にずれが発生する。さらに小片の１／４波長板を光ピックアップに取り付ける際に角度がずれると、光学軸方位角にずれが発生する。このようにして光学軸方位角にずれが発生すると、１／４波長の所望の位相差を発生させることができず、再生性能が劣化する。
【０００５】
そこで、１／４波長板を排除してその機能を反射ミラーに持たせ、反射ミラーにて所定の位相差を発生させる構成が提案されている（特許文献１〜４参照）。その場合、１／４波長板が不要となるのでコストダウンが期待できる。また、反射ミラーで発生する位相差は、多層膜のＰ偏光とＳ偏光との反射位相差に基づくので、光学軸方位角は常にミラーの傾斜姿勢で決まり、Ｐ偏光方向またはＳ偏光方向に固定される。したがって、位相差機能付き反射ミラーの場合は、１／４波長板と異なり、小片の切断角度ずれや取り付け角度ずれがあっても、光学軸方位角にずれが発生することがないというメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−０９８３５０号公報
【特許文献２】特開２００８−２５１１１２号公報
【特許文献３】特開２００８−３０５５２５号公報
【特許文献４】特開２０１０−２３８２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１では、新たに導入する光学素子について、１／４波長の位相差を付与する位相差膜と入射光を反射させる全反射膜とを積層した構成と記載している。これによれば従来の１／４波長板は不要となるが、位相差膜としてポリカーボネートなどの有機膜を多層積層したものを使用しており、従来の１／４波長板に使用する複屈折材料の課題は解決されていない。
【０００８】
上記特許文献２では、「立ち上げミラーの反射膜は、前記第１および第２レーザ光が反射する際の位相差が、π（２ｎ＋１）／２（ｎ＝０，１，２，３・・・）となるように設定」と記載されている。この場合には、立ち上げミラーの反射膜で発生する位相差を利用するので、従来の１／４波長板に使用する複屈折材料は不要となる。しかしながら、単一の立ち上げミラーの反射多層膜だけで１／４波長の位相差を付与させること、すなわち高い反射率と１／４波長の位相差の両立は技術的に困難となることが予想される。
【０００９】
上記特許文献３では、「位相差付与用光学素子は位相差ミラーまたは１／４波長板で構成」と記載されている。光学素子を位相差ミラーで構成した場合には１／４波長板が不要となるが、上記特許文献２と同様に、位相差ミラーにおいて高い反射率と１／４波長の位相差を両立することは困難となる。
【００１０】
上記特許文献４では、ビームスプリッタの反射膜により位相差を発生させると共に、反射ミラーの反射膜により位相差を発生させ、両者の位相差により略１／４波長の位相差を発生させる構成が記載されている。この場合には１／４波長板が不要になるとともに、ビームスプリッタの反射膜で発生する位相差も利用できるので、反射ミラーの反射膜の設計が容易になる。しかしながら、ビームスプリッタの反射膜に所定の位相差を付与することが困難になる。なぜなら、ビームスプリッタにおいては所定の分光透過反射率特性（例えば透過率も反射率も略５０％）が要求され、一般に高反射率が要求される反射ミラーの膜数（略２０〜４０層）に比較し膜数は少なくなる。例えば、略５０％の透過反射率のハーフミラーでは１０層以下の膜数で設計可能である。このような膜数の少ない多層膜を用いて所定の位相差を発生することは困難である。その理由は、膜厚をパラメータにしてコンピュータによる最適設計を行う時に、パラメータの数が少ないと最適解を見出せないからである。
【００１１】
そこで本発明の目的は、１／４波長板を不要とするとともに、その位相差機能を他の光学素子により多層膜設計に負担をかけずに実現する光ピックアップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の光ピックアップは、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射したレーザ光を反射するとともにレーザ光に対して第１の位相差（Ｂ）を発生させる第１の増反射ミラーと、第１の増反射ミラーからのレーザ光を反射するとともにレーザ光に対して第２の位相差（Ｃ）を発生させる第２の増反射ミラーと、第２の増反射ミラーからのレーザ光を光ディスクに照射する対物レンズを備え、レーザ光源から光ディスクまでの光路中で発生する位相差の合計が略１／４波長（±９０°）となるように構成した。
【００１３】
さらに、レーザ光源と第１の増反射ミラーとの間にレーザ光を所定の分光透過反射特性にて反射するビームスプリッタを備え、ビームスプリッタにて反射されるレーザ光に対して位相差（Ａ）が発生される場合、第１、第２の増反射ミラーにて発生する第１、第２の位相差（Ｂ，Ｃ）を、Ｂ＋Ｃ＝±９０°−Ａ、となるように設定した。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、１／４波長板が不要となりその位相差機能を付与する光学素子を容易に実現できるので、安定な再生性能を有する安価な光ピックアップを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光ピックアップの光学系の一実施例を示す平面図である（実施例１）。
【図２】実施例２における位相差の配分例を示す図である。
【図３】実施例２における第２の増反射ミラー６の分光反射率特性のグラフである。
【図４】実施例２における第２の増反射ミラー６の分光反射位相差特性のグラフである。
【図５】実施例３における位相差の配分例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の光ピックアップの実施形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の光ピックアップの光学系の一実施例を示す平面図である。図示の光ピックアップは、ＣＤとＤＶＤの再生に対応する構成である。
【００１８】
半導体レーザ１は、ＣＤ用の波長７８５ｎｍのレーザ光を出射する第１のレーザ光源２と、ＤＶＤ用の波長６６０ｎｍのレーザ光を出射するレーザ光源３とを備えるモノリシックタイプである。半導体レーザ１はその光軸回りに４５°回転して取り付けてある。各レーザ光源２，３から出射されるレーザ光は直線偏光であり、半導体レーザ１を４５°回転することで偏光方向は４５°になっている。
【００１９】
第１、第２のレーザ光源２，３から出射されるレーザ光は、ビームスプリッタ４に入射し、その反射膜４ａにより反射される。反射膜４ａは、Ｓ偏光とＰ偏光いずれも反射率が略５０％、透過率が略５０％の、いわゆるハーフミラーの分光透過反射特性を有する。ここで入射するレーザ光の偏光方向は４５°になっているので、入射光のＳ偏光成分とＰ偏光成分は等しい。そして反射膜４ａはハーフミラーなので、出射するＳ偏光成分とＰ偏光成分も等しい。
【００２０】
ビームスプリッタ４の反射膜４ａにより反射されたレーザ光は、第１の増反射ミラー５に入射する。なお、ここで「増反射ミラー」と表記したのは、反射面に誘電体多層膜を形成して反射率を高めた構造の反射ミラーを意味するためで、これによりビームスプリッタの反射ミラーと明確に区別している。またこれに用いる反射膜を「増反射膜」と呼ぶことにする。増反射膜５ａは、Ｓ偏光とＰ偏光いずれも反射率が略１００％の分光透過反射特性を示すように多層膜設計してある。
【００２１】
第１の増反射ミラー５の増反射膜５ａで反射されたレーザ光は、第２の増反射ミラー６に入射する。第２の増反射ミラー６は紙面に対し４５°傾斜させて配置している。また、第２の増反射ミラー６の増反射膜６ａは、Ｓ偏光とＰ偏光いずれも反射率が略１００％の分光透過反射特性を示すように多層膜設計してある。
【００２２】
第２の増反射ミラー６の増反射膜６ａで反射されたレーザ光は紙面に垂直方向に進み、コリメートレンズ７に入射される。コリメートレンズ７では、レーザ光は略平行光となり、対物レンズ８に入射する。対物レンズ８は、ＣＤ用とＤＶＤ用に互換設計されており、レーザ光は図示しない光ディスク（ＣＤまたはＤＶＤ）に照射される。
【００２３】
光ディスクで反射したレーザ光は、対物レンズ８、コリメータレンズ７、第２の増反射ミラー６、第１の増反射ミラー５を介して、ビームスプリッタ４に入射される。ビームスプリッタ４の反射膜４ａを透過されたレーザ光は、光検出器９に入射する。一方、ビームスプリッタ４の反射膜４ａで反射されたレーザ光は、半導体レーザ１のレーザ光源２，３に戻る。ただし、レーザ光源２，３への戻りレーザ光の直線偏光方向は９０°回転しているので、レーザ光源が発光するレーザ光と干渉してレーザノイズを発生することはない。
【００２４】
本実施例の構成では、レーザ光に位相差を発生させる光学素子（位相差発生素子）として、第１の増反射ミラー５と第２の増反射ミラー６を設けていることに特徴がある。なお、ビームスプリッタ４においては意図的に位相差を発生させた訳ではないが、ハーフミラーの分光透過反射特性を優先して反射膜４ａの膜設計を行った結果、反射光にはある値の位相差が発生する。
【００２５】
各素子の位相差を次のように定義する。ビームスプリッタ４（反射膜４ａ）により反射時に発生するＣＤ用レーザ光の反射位相差をＡ１、ＤＶＤ用レーザ光の反射位相差をＡ２とする。第１の増反射ミラー５（増反射膜５ａ）により反射時に発生するＣＤ用レーザ光の反射位相差をＢ１、ＤＶＤ用レーザ光の反射位相差をＢ２とする。第２の増反射ミラー６（増反射膜６ａ）により反射時に発生するＣＤ用レーザ光の反射位相差をＣ１、ＤＶＤ用レーザ光の反射位相差をＣ２とする。いずれも反射時に発生する位相差であり、以下「反射位相差」を単に「位相差」と呼ぶ。なお、位相差の単位として、「波長」、「ラジアン」、「度（°）」があり、１／４波長＝π／２ラジアン＝９０°という関係がある。以下の表記では、単位「度（°）」を使用し、−１８０°から＋１８０°の範囲に変換して表示する。
【００２６】
本実施例では、位相差発生素子全体で発生する位相差が略１／４波長（＝９０°）となるように設定する。すなわち、
Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＝±９０°      （１）
Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＝±９０°      （２）
を満足するように、第１の増反射ミラー５（増反射膜５ａ）と、第２の増反射ミラー６（増反射膜６ａ）の多層膜設計を行っている。
【００２７】
この中で、ビームスプリッタ４（反射膜４ａ）はその分光透過反射特性を優先させた結果、その位相差Ａ１，Ａ２は別途決定される。よって、第１の増反射ミラー５（増反射膜５ａ）と、第２の増反射ミラー６（増反射膜６ａ）の位相差については、
Ｂ１＋Ｃ１＝±９０°−Ａ１      （３）
Ｂ２＋Ｃ２＝±９０°−Ａ２      （４）
を満足するように位相差を配分する。
次に、具体的な位相差配分の例について実施例２，３で説明する。
【実施例２】
【００２８】
実施例２は、ビームスプリッタ４（反射膜４ａ）において位相差の発生が全くない場合である。
図２は、実施例２における位相差の配分例を示す図であり、ビームスプリッタ４、第１の増反射ミラー５、第２の増反射ミラー６のそれぞれで発生する位相差の値を示す。
【００２９】
ビームスプリッタ４では位相差の発生が全くないので、Ａ１＝Ａ２＝０°（または±１８０°）となる。このとき（３）（４）式より、第１の増反射ミラー５の位相差Ｂ１，Ｂ２と、第２の増反射ミラー６の位相差Ｃ１，Ｃ２は、
Ｂ１＋Ｃ１＝±９０°
Ｂ２＋Ｃ２＝±９０°
となるように位相差を配分すれば良い。
【００３０】
特に、第１の増反射ミラー５と第２の増反射ミラー６の位相差を等しく配分する場合には、
Ｂ１＝Ｃ１＝±４５°（または±１３５°）
Ｂ２＝Ｃ２＝±４５°（または±１３５°）
とすれば良い。
【００３１】
ここで、実際の多層膜設計の一例について説明する。ここでは本実施例における多層膜設計の可能性を示すのが目的であるので、代表して第２の増反射ミラー６の反射膜６ｂの多層膜設計例について述べる。第２の増反射ミラー６の反射膜６ｂで発生する位相差を、
Ｃ１＝＋１３５°
Ｃ２＝＋１３５°
とした場合の膜設計構造を表１に示す。設計中心の入射角は４５°とし、ガラスは白板を用いた。空気とガラスの間には、誘電体蒸着物質であるＴｉＯ２とＳｉＯ２とを交互に蒸着した。膜総数は３３層であり、空気側から順番に１，２，３，・・・，３３と番号を付ける。各層の番号、誘電体蒸着物質、屈折率、膜厚は表１の通りである。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
図３は、入射角４５°における分光反射率特性のグラフである。横軸は波長、縦軸は反射率である。Ｐ偏光反射率とＳ偏光反射率を記載している。図３より、６６０ｎｍ近傍の波長、および７８５ｎｍ近傍の波長で、Ｐ偏光およびＳ偏光ともに略１００％の反射率となっていることが分かる。
【００３４】
図４は、入射角４５°における反射位相差特性のグラフである。反射位相差は、（Ｐ偏光位相−Ｓ偏光位相）で計算した。図４より、６６０ｎｍ近傍で反射位相差が＋１３５°、７８５ｎｍ近傍で反射位相差が＋１３５°となっていることが分かる。
【００３５】
本実施例によれば、第１の増反射ミラー５（増反射膜５ａ）や第２の増反射ミラー６（増反射膜６ａ）が分担する位相差を、単一の増反射膜では膜設計が難しい１／４波長（±９０°）から±４５°に低減できる。これにより、増反射膜５ａ，６ａの膜設計において、高い反射率を保持しながら所定の位相差（±４５°）を容易に発生させることができる。特に、第１の増反射ミラー５と第２の増反射ミラー６に用いる増反射膜５ａ，６ａの位相差を等しく設定することで、それらの膜設計を共通化することができる。
また、ビームスプリッタ４に対しては位相差を発生させなくて良いので、ビームスプリッタ４の分光透過反射特性が損なわれることはない。
【実施例３】
【００３６】
実施例３は、ビームスプリッタ４と第１の増反射ミラー５は、それぞれの分光透過反射特性を優先して設計し、第２の増反射ミラー６に対し所定の位相差を設定する場合である。
図５は、実施例３における位相差の配分例を示す図であり、ビームスプリッタ４、第１の増反射ミラー５、第２の増反射ミラー６のそれぞれで発生する位相差の値を示す。
【００３７】
ビームスプリッタ４はその分光透過反射特性（ハーフミラー特性）を優先して反射膜４ａの膜設計を行った結果、その位相差の値は、波長７８５ｎｍ（ＣＤ用）でＡ１＝＋１７５°、波長６６０ｎｍ（ＤＶＤ用）でＡ２＝−１５５°（＝＋２０５°）であった、また、第１の増反射ミラー５はその分光透過反射特性（高反射率特性）を優先して増反射膜５ａの膜設計を行った結果、その位相差の値は、波長７８５ｎｍでＢ１＝＋１７５°、波長６６０ｎｍで−１７５°（＝＋１８５°）であった。このとき（１）（２）式を満足するように、第２の増反射ミラー６の位相差Ｃ１，Ｃ２を定めれば良い。その結果、波長７８５ｎｍでＣ１＝＋１００°、波長６６０ｎｍでＣ２＝−１２０°と設定して増反射膜６ａの膜設計を行った。これにより、全体の位相差は、波長７８５ｎｍでは＋９０°、波長６６０ｎｍでは−９０°となり、いずれも１／４波長の位相差を実現することができた。
【００３８】
本実施例によれば、ビームスプリッタ４と第１の増反射ミラー５で発生する位相差を利用し、第２の増反射ミラー６（増反射膜６ａ）で分担する位相差を、単一の増反射膜では膜設計が難しい１／４波長（±９０°）から＋１００°あるいは−１２０°にずらすことができる。これにより、増反射膜６ａの膜設計において、高い反射率を保持しながら所定の位相差（±４５°）を容易に発生させることができる。
【００３９】
なお、本実施例では第２の増反射ミラー６について所定の位相差を発生するように膜設計を行ったが、これに限定されるものではない。第１の増反射ミラー５について所定の位相差を発生するように膜設計を行い、第２の増反射ミラー６については高反射率特性を優先して膜設計しても良い。
【００４０】
以上述べた各実施例の光ピックアップによれば、１／４波長の位相差を付与するための従来の１／４波長板が不要となる。これにより、１／４波長板を用いることによるさまざまな課題を解消し、安価で安定した光ピックアップを実現する。
【００４１】
上記各実施例では、１／４波長板の位相差機能を２枚の増反射ミラーに分担させて実現し、全体として１／４波長の位相差を付与している。よって、ＣＤ用とＤＶＤ用のいずれの波長でも１／４波長からずれることはない。その際双方の増反射ミラーにおいて分担する位相差は１／４波長からずれているので、高い反射率を保持しつつ所定の位相差を発生する増反射膜を容易に実現できる。またビームスプリッタについては意図的に位相差を付与する必要がないので、所定の分光透過反射特性（ハーフミラー特性）が損なわれることはない。
【００４２】
なお、上記実施例では、ＣＤとＤＶＤの両方に対応する光ピックアップについて述べたが、これに限定するものではない。ＣＤ、ＤＶＤ、あるいはＢＤに単独に対応する場合や、これらの任意の組合せに対応する場合にも適用できる。その場合、対応すべき各波長において、各位相差発生素子で発生する位相差の合計が略１／４波長となるように分担すれば良い。
【００４３】
また、上記実施例では位相差発生素子で発生する位相差の合計が略１／４波長としたが、用途によってはこれを若干変更して適用しても良い。例えば、記録型ＤＶＤの再生性能を向上させるため、ディスク上で長軸方向が所定の楕円偏光となるよう位相差設計を行う場合にも適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１…半導体レーザ、
２…第１のレーザ光源（ＣＤ用）、
３…第２のレーザ光源（ＤＶＤ用）、
４…ビームスプリッタ、
４ａ…反射膜、
５…第１の増反射ミラー、
５ａ…増反射膜、
６…第２の増反射ミラー、
６ａ…増反射膜、
７…コリメートレンズ、
８…対物レンズ、
９…光検出器、
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２…反射位相差。
【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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