(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を射出し、記録媒体を照明する発光素子と、
上記記録媒体で反射された上記光束の発散光又は上記光束の収束光中に配置された位相板と、
上記位相板を透過した上記光束を受光する受光素子と
を具え、
上記位相板は、
当該位相板を透過する上記発散光又は上記収束光に垂直な面で屈折率楕円体を切断した断面の長軸及び短軸の長さの差と、当該発散光又は当該収束光の光路長との積が一定となるよう、結晶の光学軸方向が定められている
ことを特徴とする光学ピツクアツプ。
【請求項２】
光束を射出し、記録媒体を照明する発光素子と、
上記記録媒体で反射された上記光束の発散光又は上記光束の収束光中に配置された位相板と、
上記位相板を透過した上記光束を受光する受光素子と
を具え、
上記位相板は、
当該位相板を透過する上記発散光又は上記収束光によつて異なる２つの固有偏光の屈折率の差と、当該発散光又は当該収束光によつて異なる光路長との積が一定となるよう、結晶の光学軸方向が定められている
ことを特徴とする光学ピツクアツプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
発明の属する技術分野
従来の技術
発明が解決しようとする課題
課題を解決するための手段
発明の実施の形態
（１）光学ピツクアツプ（図１）
（２）位相板（図２及び図７）
（３）具体的な計算方法（図３及び図４）
（４）他の実施例
発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学ピツクアツプに関し、光デイスク装置で用いられる光学ピツクアツプに適用して好適なものである。
【０００３】
【従来の技術】
今日、位相板は偏光方向を変換する素子として各種光学系に用いられている。特に位相板の１つである半波長板は光デイスク装置の光学ピツクアツプ（図５）を始めとして様々な光学系に用いられている。なお半波長板８の入射面は反射光の主光線に対して垂直になるように配置するのが通常である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで昨今、光デイスク装置はますます小型化の一途を辿つており、これに伴い光学ピツクアツプも小型化と部品点数の削減が求められている。かかる技術的課題を解決する１つの方法としては、例えば図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、結晶面８Ａに対して主光線Ｌ１が斜めになるように半波長板を配置することが考えられる。
このとき入射光が平行光である場合には、屈折後の光線方向に直交するように位相板の光学軸を設定し、かつ結晶を適当な厚みに設定すれば光学特性上問題なく使用することができるので光学ピツクアツプの小型化に便利である。しかし入射光が発散光や収束光であると、図７に示すように光束中で結晶内を伝播する距離に分布が生じてしまい（すなわちＬ３＜Ｌ１＜Ｌ２）、２固有偏光の位相差に分布が生じるのを避け得ない。
【０００５】
この位相分布の一例を図８に示す。因にこの図は 1.5λ板を構成する水晶に主光線の屈折角が45〔°〕となるように入射した場合の位相差分布を示すものである。図からも分かるように、屈折角１〔°〕当たり位相差が約10〔deg 〕も生じることが分かる。このように位相差分布による光学特性の劣化のおそれがあるため、従来は発散光や収束光の主光線Ｌ１が結晶面に対して斜めに入射されるような使い方はされていなかつた。
また主光線Ｌ１が結晶面８Ａに対して垂直に入射されるような使い方であつても発散光や収束光を入射する場合には同様に位相差の問題があるため従来は用いられていなかつた。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来に比して光学系設計時における自由度を高めることができる光学ピツクアツプを提案しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、光束を射出し、記録媒体を照明する発光素子と、記録媒体で反射された光束の発散光又は光束の収束光中に配置された位相板と、位相板を透過した光束を受光する受光素子とを具え、位相板は、当該位相板を透過する発散光又は収束光に垂直な面で屈折率楕円体を切断した断面の長軸及び短軸の長さの差と、当該発散光又は収束光の光路長との積が一定となるよう、結晶の光学軸方向が定められるようにしたことにより、結晶の光学軸が発散光又は収束光の主光線に対して斜めになるように位相板を配置でき、光学系設計時の自由度を高めることができる。
光束を射出し、記録媒体を照明する発光素子と、記録媒体で反射された光束の発散光又は光束の収束光中に配置された位相板と、位相板を透過した光束を受光する受光素子とを具え、位相板は、当該位相板を透過する発散光又は収束光によつて異なる２つの固有偏光の屈折率の差と、当該発散光又は収束光によつて異なる光路長との積が一定となるよう、結晶の光学軸方向が定められるようにしたことにより、結晶の光学軸が発散光又は収束光の主光線に対して斜めになるように位相板を配置することができるので、光学系設計時の自由度を高めることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【０００９】
（１）光学ピツクアツプ
図４との対応部分に同一符号を付して示す図１に、光学ピツクアツプ１１の全体構成を示す。この光学ピツクアツプ１１は図４に示す光学ピツクアツプ１と半波長板１８の構成が異なることを除いて同様の構成を有している。
ここで光学ピツクアツプ１１は、レーザダイオード７から射出されたレーザ光をビームスプリツタ６、コリメータレンズ５、立ち上げミラー４及び対物レンズ３を介してデイスク２上に集光し、その反射光を対物レンズ３、立ち上げミラー４、コリメータレンズ５、ビームスプリツタ６、半波長板１８を介して偏光ビームスプリツタ（以下、ＰＢＳという）差動検光子９に集光することによりデイスク２上に記録された情報を再生するのに用いられる光学素子であり、光デイスク装置に数多く用いられている。ここでは半波長板１８に求められる条件を位相板一般に求められる条件を例に説明する。
【００１０】
（２）位相板
さて位相板（とりあえず水晶として話を進める）に入射した光に対する透過後の２固有偏光の位相差は次のように考えることができる。
光学軸方向を１長軸（水晶の場合）とする屈折率楕円体を、入射光線方向に平行な法線を持ち、かつ楕円体の中心を通る平面で切つた切り口の楕円の長軸及び短軸の長さをｎe 及びｎo とし、さらに位相板を透過する光束の光路長をＬとすると、各光束の位相差は、次式
【数２】
0004081725.tif 000002
によつて求めることができる。
【００１１】
従つて収束光入射で主光線Ｌ１に対して垂直な面内に光学軸を含むような方向に光学軸を設定する場合、光束が図７に示すような斜入射になると、光束の入射角度によつて（２）式中における光路長Ｌの変化が顕著に現れることになる。このため従来例では、この変化が位相差として残つてしまい特性を劣化させる原因となつていた。
【００１２】
そこで本実施例では（２）式における次式
【数３】
0004081725.tif 000003
を光路長Ｌの変化をキヤンセルするように変化させること、すなわちΔｎ・Ｌが一定となるようにすることによつて位相差の問題を解決することを考える。
【００１３】
そこで本実施例では、図２に示すように、水晶の光学軸方向Ａを主光線Ｌ１と垂直な面に対して傾けることにする。このように傾けると、光路が長くなるにつれて光線方向と光学軸方向Ａとのなす角が小さくなり、長軸と短軸との距離差Δｎを小さくすることができる。すなわち楕円体の切断面を次第に円に近づけていくことができるのである。この結果、各光線について光路長Ｌと、楕円体の長軸及び短軸の距離差Δｎとの積Δｎ・Ｌをほぼ一定に保つことができる。
【００１４】
ただし入射側の開口数ＮＡ及び屈折率ｎに対して入射光線の入射角が、次式
【数４】
0004081725.tif 000004
以上となるように設定することが必要となる。これは水晶を通過する光束の光路長が単調に変化するために必要な条件である。
【００１５】
また実際に機器に応用する場合には位相差が所定の条件を満たすための条件の他に条件が必要となる。例えば光磁気デイスク装置における光学ピツクアツプの半波長板として使用する場合には、（２）式で与えられる位相板の位相差を所定の値（例えば1.5 λ）とする条件に加えて、45〔°〕検波を実現するための条件、楕円の短軸方向と入射光の偏光方向とのなす角が22.5〔°〕となるような要請も生じよう。具体的な計算方法については次項で説明する。
【００１６】
（３）具体的な計算方法
ここでは図３に示すように座標系を設定する。まず初期光学軸方向ベクトルＣ0 を（０，１，０）とすると、これをｘ軸周りにθ回転、ｚ軸回りにφ回転させると、光学軸方向ベクトルＣは、次式
【数５】
0004081725.tif 000005
で表すことができる。
【００１７】
ここでは簡単のため屈折光方向を逆向きのベクトル、ベクトルＳ＝（０， sinα， cosα）で表すと、切断面の楕円の短軸方向ベクトルｅC は、ベクトルＳとベクトルＣに垂直であることから、次式
【数６】
0004081725.tif 000006
と表すことができる。
また長軸方向ベクトルｅL は、ベクトルＳとベクトルｅC に垂直であることから、次式
【数７】
0004081725.tif 000007
と表すことができる。
【００１８】
ここで長軸方向ベクトルｅL と光学軸方向ベクトルＣとのなす角をΘとすると、 cosΘは次式
【数８】
0004081725.tif 000008
で表される。
するとこの（８）式を用いて、次式
【数９】
0004081725.tif 000009
で表される屈折率楕円体を初期特性とする位相板における２固有偏光間の屈折率差は、次式
【数１０】
0004081725.tif 000010
のように求めることができる。
【００１９】
また光路長Ｌ（α）は、次式
【数１１】
0004081725.tif 000011
で表されることにより、位相板を１次波長板（ 1.5λ板）として用いるための条件は、（10）式と（11）式との積で表される値が、次式
【数１２】
0004081725.tif 000012
を満たすことである。
【００２０】
また45〔°〕検波を実現するための条件は、短軸方向ベクトルｅC と偏光方向ベクトルｘ（＝（１，０，０））とのなす角が22.5〔°〕となる、すなわち次式
【数１３】
0004081725.tif 000013
を満たすことである。
【００２１】
まず（６）式を解いて、短軸方向ベクトルｅC を、次式
【数１４】
0004081725.tif 000014
のように求める。
これを（７）式に代入して解くと、長軸方向ベクトルｅL は、次式
【数１５】
0004081725.tif 000015
となる。
【００２２】
ここで（15）式を（８）式に代入すると、
【数１６】
0004081725.tif 000016
が得られ、 cosΘ＝√Ｂであることが分かる。これによりsin2Θ＝（１−Ｂ）であることが分かるため、Ｎo 及びＮe の値を代入することにより（10）式はＢの式となる。また光路長Ｌ（α）は既知の値αの代入によつて結晶の厚みｌの式となる。これにより（12）式にλを代入すればＢ（すなわちθとφの式）とｌとについての値を求めることができる。
【００２３】
また（13）式のベクトルｅC ・ベクトルｘは、次式
【数１７】
0004081725.tif 000017
で表すことができることにより既知の値αの代入によつてθとφで表される式の値が定まる。
これらを解くことによりθ、φ、ｌの条件が定まる。
【００２４】
例えばこの方法を用いて、屈折角αの範囲が40〔°〕〜50〔°〕（すなわち主光線の屈折角は45〔°〕）となる収束光に適した位相板を設計すると、図４に示すようにその光学特性は従来に比して格段的に良好となることが分かる。因に図はＮe が1.547570696 、Ｎo が1.538646231 となる水晶に波長λが0.785 〔μｍ〕の光を入射させるときに得られる特性である。
【００２５】
以上の構成によれば、結晶の光学軸が発散光又は収束光の主光線に対して斜めになるように位相板を配置し、このとき結晶内を透過する光束のうち屈折角が大きい光束ほど該光束に垂直な面と光学軸とのなす角が大きくなるようにしたことにより、射出光に位相分布が生じないようにできる。
これにより光学系設計時の自由度を高めることができ、さらには部品点数の削減や製法の単純化・小型化も実現できる。
【００２６】
（４）他の実施例
なお上述の実施例においては、光磁気デイスク装置の光学ピツクアツプを例に位相板を半波長板として用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、任意の光学系に用いられる位相板（例えば４分の１波長板）を構成する場合に広く適用し得る。
また上述の実施例においては、位相板に収束光を入射する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、発散光を入射する場合にも同様に適用し得る。なおこのとき収束光や発散光を位相板に対して斜めに入射する場合について述べ、斜入射のうち特別な例である垂直入射については述べなかつたが、この場合にもθ＝０°とすることで本発明と同様の効果を得ることができる。このように本発明は発散光又は収束光中で位相板を用いる光学系全般に亘つて有効なものである。
【００２７】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、光束を射出し、記録媒体を照明する発光素子と、記録媒体で反射された光束の発散光又は光束の収束光中に配置された位相板と、位相板を透過した光束を受光する受光素子とを光学ピツクアツプに設け、位相板を透過する発散光又は収束光に垂直な面で屈折率楕円体を切断した断面の長軸及び短軸の長さの差と、当該発散光又は当該収束光の光路長との積が一定となるように位相板の結晶の光学軸方向を定めるようにしたことにより、結晶の光学軸が発散光又は収束光の主光線に対して斜めになるように位相板を配置することができるので、光学系設計時の自由度を高めることができ、部品点数の削減や製法の単純化・小型化ができる光学ピツクアツプを実現することができる。
光束を射出し、記録媒体を照明する発光素子と、記録媒体で反射された光束の発散光又は光束の収束光中に配置された位相板と、位相板を透過した光束を受光する受光素子とを光学ピックアップに設け、位相板を透過する発散光又は収束光によつて異なる２つの固有偏光の屈折率の差と、当該発散光又は収束光によつて異なる光路長との積が一定となるよう、結晶の光学軸方向が定められるようにしたことにより、結晶の光学軸が発散光又は収束光の主光線に対して斜めになるように位相板を配置することができるので、光学系設計時の自由度を高めることができ、部品点数の削減や製法の単純化・小型化ができる光学ピツクアツプを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学ピツクアツプの構成を示す略線図である。
【図２】本発明による位相板の光学軸と入射角との関係を示す略線的断面図である。
【図３】座標軸を示す略線図である。
【図４】実施例での光学特性を示す特性曲線図である。
【図５】光学ピツクアツプを示す略線的斜視図である。
【図６】斜入射の説明に供する略線的断面図である。
【図７】斜入射によつて生じる光路差の説明に供する略線的断面図である。
【図８】従来例での光学特性を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
１、１１……光学ピツクアツプ、２……デイスク、３……対物レンズ、４……立ち上げミラー、５……コリメータレンズ、６……ビームスプリツタ、７……レーザダイオード、８、１８……半波長板、９……ＰＢＳ差動検光子、Ｌ１……主光線、Ａ……光軸方向。
【図１】
0004081725.tif 000018
【図２】
0004081725.tif 000019
【図４】
0004081725.tif 000020
【図３】
0004081725.tif 000021
【図５】
0004081725.tif 000022
【図６】
0004081725.tif 000023
【図７】
0004081725.tif 000024
【図８】
0004081725.tif 000025