(57)【要約】【課題】光ピックアップを小型化することができる。【解決手段】本発明は、レーザダイオード２１から出射した光ビーム４０を、対物レンズ２５を介して光ディスク１００に照射する光ピックアップ２０において、立上プリズム３０によって対物レンズ２５に入射されるときの光ビーム４０の光束径である最終光束径Ｄｆよりも小さい光束径（光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈ）で入射された光ビーム４０を、立上プリズム３０内の一部において発散光として進行させて引き伸ばし、複数の自由曲面によって入射された光ビーム４０の発散角を調整することにより、入射された光ビームの光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈを最終光束径Ｄｆに調整すると共に入射された光ビーム４０を平行光として出射するようにする。【選択図】図３
2009015974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射した光ビームを、対物レンズを介して光ディスクに照射する光ピックアップにおいて、
上記光ビームを複数回に渡って反射させることにより、上記対物レンズに対して垂直になるよう上記光ビームを立ち上げて出射する立上プリズムと、
上記立上プリズムから出射された上記光ビームを集光して上記光ディスクに照射する対物レンズと
を具え、
上記立上プリズムは、
上記対物レンズに入射されるときの上記光ビームの光束径である最終光束径よりも小さい光束径で入射された上記光ビームを、上記立上プリズム内の一部において発散光として進行させて引き伸ばし、複数の自由曲面によって上記入射された光ビームの発散角を調整することにより、上記対物レンズに入射する際に要求される入射条件に合う光ビームを出射する
ことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
上記立上プリズムは、
楕円状の光束を有する上記光ビームが入射され、当該入射された光ビームの光束を真円状かつ上記最終光束径にして出射する
ことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項３】
上記複数の自由曲面は、
上記光ビームに非点収差を発生させることにより、上記光源によって発生する非点隔差を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項４】
上記立上プリズムは、
上記複数の自由曲面として、上記光ビームを反射する第１の自由曲面と、上記対物レンズに対して垂直になるよう上記光ビームを反射する第２の自由曲面とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項５】
上記立上プリズムは、
上記第１の自由曲面によって上記光ビームの発散角を調整して反射し、当該反射した光ビームを平坦な反射面によって反射してから、当該反射した光ビームを上記第２の自由曲面によって反射する際に、当該反射した光ビームを上記対物レンズに入射する際に要求される入射条件に合う光ビームに変換して出射する
ことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項６】
上記立上プリズムは、
上記第１の自由曲面は上記光ビームを発散させる負のパワーを有し、上記第２の自由曲面は上記光ビームを集光させる正のパワーを有する
ことを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項７】
上記立上プリズムは、
入射された上記光ビームを上記第１の自由曲面で反射し、当該反射した光ビームを平坦な反射面によって全反射してから、当該反射した光ビームを上記第２の自由曲面によって反射する
ことを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項８】
上記立上プリズムは、
上記複数の自由曲面として、上記光ビームを反射する第１の自由曲面と、上記対物レンズに対して垂直になるよう上記光ビームを反射する第２の自由曲面とを有し、上記第１の自由曲面によって上記光ビームの発散角を調整して反射し、当該反射した光ビームを平坦な反射面によって反射してから、当該反射した光ビームを上記第２の自由曲面によって反射する際に当該反射した光ビームを平行光に変換することにより、上記第１の自由曲面から上記第２の自由曲面までの光路長を確保する
ことを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ。
【請求項９】
上記立上プリズムは、
平坦な入射面によって発散光でなる上記光ビームを入射する
ことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
上記立上プリズムは、
上記複数の自由曲面として、上記光ビームを反射する第１の自由曲面と、上記対物レンズに対して垂直になるよう上記光ビームを反射する第２の自由曲面とを有し、上記入射された光ビームを平坦な反射透過面によって反射し、上記第１の自由曲面によって当該反射した光ビームの発散角を調整して反射し、当該反射した光ビームを上記第２の自由曲面によって反射する際に当該反射した光ビームを平行光に変換し、
上記光ピックアップは、
上記光ディスクで反射されてなる反射光ビームの光量を検出するフォトディテクタと、
上記反射透過面に当接させて設けられたマイクロプリズムと
を具え、
上記立上プリズム及び上記マイクロプリズムの界面に、上記光ビームを反射して上記反射光ビームを透過させる偏光膜を設けることにより、上記反射光ビームを上記フォトディテクタに導く
ことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
光源から出射した光ビームを、対物レンズを介して光ディスクに照射する光ディスク装置において、
上記光ビームを複数回に渡って反射させることにより、上記対物レンズに対して垂直になるよう上記光ビームを立ち上げて出射する立上プリズムと、
上記立上プリズムから出射された上記光ビームを集光して上記光ディスクに照射する対物レンズと
を具え、
上記立上プリズムは、
上記対物レンズに入射されるときの上記光ビームの光束径である最終光束径よりも小さい光束径で入射された上記光ビームを、上記立上プリズム内の一部において発散光として進行させて引き伸ばし、複数の自由曲面によって上記入射された光ビームの発散角を調整することにより、上記対物レンズに入射する際に要求される入射条件に合う光ビームを出射する
を具えることを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ及び光ディスク装置に関し、例えばＣＤ（Compact Disc）及びＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの各種方式に対応する光ディスク装置に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１に示すように、光ディスク装置における光ピックアップ１として、レーザダイオード２からレーザ光を出射し、その光束縦幅及び横幅が対物レンズ６に入射されるときの光ビームの光束幅である入射光束幅Ｔｄまで拡大された状態で光ビームを立上プリズム５に入射し、この立上プリズム５によってレーザ光の角度を９０°変化させて当該光ディスク１００に対して直角に立ち上げることにより、対物レンズ６を介して当該光ビームを光ディスク１００の信号記録層１００ａに照射するようになされたものがある。
【０００３】
このような構成の光ピックアップ１では、立上プリズム５及び対物レンズ６が光ディスク１００に対する直角方向に並べられて配置されるため、この対物レンズ近傍の厚みＴｔ（光ディスク１００から立上プリズムの底まで）が厚くなり易く、この対物レンズ近傍の厚みＴｔが光ピックアップ１全体の厚みを決定することが多い。
【０００４】
この対物レンズ近傍の厚みＴｔは、ワーキングディスタンスＴａと、対物レンズ６の厚みＴｂと、当該対物レンズ６のフォーカス方向の駆動範囲として確保される当該対物レンズ６と立上プリズム５との間隔であるレンズ／プリズム間隔Ｔｃと、立上プリズム５の厚みを決定する入射光束幅Ｔｄとの和となる。
【０００５】
ここで、入射時の光ビームの光束上部よりも低い位置から光ビームを出射することにより、レンズ／プリズム間隔Ｔｃを小さくして光ピックアップを薄型化するようになされた立上プリズムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１３４７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで光ピックアップにおいては、さらなる小型化が要求されている。しかしながら、上述した光ピックアップ１は、その光束幅が入射光束幅Ｔｄでなる光ビームを立上プリズム５に入射するため、光路上の光学部品のサイズを入射光束幅Ｔｄ未満にすることが不可能であり、光ピックアップをさらに小型化したいという要求に対応することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、小型化し得る光ピックアップ及び当該光ピックアップを用いた光ディスク装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため本発明においては、光源から出射した光ビームを、対物レンズを介して光ディスクに照射する光ピックアップにおいて、光ビームを複数回に渡って反射させることにより、対物レンズに対して垂直になるよう光ビームを立ち上げて出射する立上プリズムと、立上プリズムから出射された光ビームを集光して光ディスクに照射する対物レンズとを設け、立上プリズムは、対物レンズに入射されるときの光ビームの光束径である最終光束径よりも小さい光束径で入射された光ビームを、立上プリズム内の一部において発散光として進行させて引き伸ばし、複数の自由曲面によって入射された光ビームの発散角を調整することにより、対物レンズに入射する際に要求される入射条件に合う光ビームを出射するようにした。
【０００９】
これにより、最終光束径よりも小さい光束径でなる光ビームを立上プリズムに入射すれば良いため、光路上の光学部品を小型化することができる。
【００１０】
光源から出射した光ビームを、対物レンズを介して光ディスクに照射する光ディスク装置において、光ビームを複数回に渡って反射させることにより、対物レンズに対して垂直になるよう光ビームを立ち上げて出射する立上プリズムと、立上プリズムから出射された光ビームを集光して光ディスクに照射する対物レンズとを設け、立上プリズムは、対物レンズに入射されるときの光ビームの光束径である最終光束径よりも小さい光束径で入射された光ビームを、立上プリズム内の一部において発散光として進行させて引き伸ばし、複数の自由曲面によって入射された光ビームの発散角を調整することにより、対物レンズに入射する際に要求される入射条件に合う光ビームを出射するようにした。
【００１１】
これにより、最終光束径よりも小さい光束径でなる光ビームを立上プリズムに入射すれば良いため、光路上の光学部品を小型化することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、最終光束径よりも小さい光束径でなる光ビームを立上プリズムに入射すれば良いため、光路上の光学部品を小型化することができ、かくして小型化し得る光ピックアップ及び当該光ピックアップを用いた光ディスク装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１４】
（１）第１の実施の形態
（１−１）光ディスク装置の全体構成
図２において、１０は全体として光ディスク装置を示している。この光ディスク装置１０は、システムコントローラ１１によって統括制御されており、光ディスク１００に対する再生処理及び記録処理を実行するようになされている。
【００１５】
システムコントローラ１１は、再生処理の際、光ディスク１００から読み出すデータを特定するためのアドレス情報と共に、データ読出命令を駆動制御部１３へ送出する。
【００１６】
駆動制御部１３は、システムコントローラ１１からのデータ読出命令に応じて、スピンドルモータ１４を制御することにより光ディスク１００を所定の回転速度で回転させると共に、データ読出命令及びアドレス情報を基にスレッドモータ１５を制御することにより、光ピックアップ２０を当該光ディスク１００の径方向に移動させる。そしてシステムコントローラ１１は、光ディスク１００の情報記録層におけるアドレス情報に応じたトラックに対し、光ピックアップ２０によって光ディスク１００に対して光ビームを照射させる。
【００１７】
このとき光ピックアップ２０では、光ディスク１００に照射した光ビームが反射された反射光ビームを受光し、その光量に応じた受光信号を信号処理部１６へ送出する。信号処理部１６は、受光信号を基に、所望のトラックに対する光ビームの照射位置のずれ量に応じたトラッキングエラー信号と光ディスク１００の情報記録層に対する光ビームの焦点のずれ量に応じたフォーカスエラー信号とを生成してこれらを駆動制御部１３へ送出すると共に、当該受光信号を基に再生ＲＦ信号を生成し、外部機器（図示せず）へ送出する。
【００１８】
駆動制御部１３は、トラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号に基づいてトラッキング制御信号及びフォーカス制御信号を生成し、これらを光ピックアップ２０へ送出する。これに応じて光ピックアップ２０は、トラッキング制御及びフォーカス制御を行い、光ビームの焦点を光ディスク１００の所望のトラックに合致させる。
【００１９】
システムコントローラ１１は、再生ＲＦ信号を基にレーザパワー信号を生成して光ピックアップ２０へ送出する。光ピックアップ２０は、このレーザパワー信号を基にレーザパワー制御信号を生成することにより、発光させる光ビームの強度を制御し、再生に適した強度に合わせるようになされている。
【００２０】
またシステムコントローラ１１は、記録処理の際、光ディスク１００の情報記録層にデータを記録する箇所を指定するためのアドレス情報と共に、データ書込命令を駆動制御部１３へ送出する。
【００２１】
さらにシステムコントローラ１１は、外部機器（図示せず）等から入力された書込データを光ピックアップ２０へ送出する。また駆動制御部１３は、アドレス情報に基づき光ピックアップ２０の位置を制御する。
【００２２】
これに応じて光ピックアップ２０は、光ディスク１００の情報記録層におけるアドレス情報に応じたトラックに光ビームの焦点を合わせ、データの記録に適した強度に調整された光ビームを照射することにより、書込データを当該光ディスク１００に記録していく。
【００２３】
このように光ディスク装置１は、光ピックアップ２０から光ディスク１００の情報記録層における所望のトラックに対して焦点を合わせた光ビームを照射することにより、データの記録及び再生を行い得るようになされている。
【００２４】
（１−２）光ピックアップの構成
図３及び図４は光ピックアップ２０の構成を示している。なお図３は光ピックアップ２０をＹ及びＺ方向と直行するＸ方向からみたときの側面図、図４はＹ方向からみたときの上面図であり、便宜上、紙面に対して垂直方向に重なって配置されている一部の光学部品を省略して示している。
【００２５】
この光ピックアップ２０（図３）は、例えば小型パッケージタイプのレーザダイオード２１を有している。
【００２６】
レーザダイオード２１は、システムコントローラ１１（図２）から供給されるレーザパワー信号に応じて光ディスク１００の情報記録層１００ａ（ＸＺ面）と平行なＺ方向にレーザ光を発射し、光ビーム４０としてコリメータレンズ２２（図３）に入射する。コリメータレンズ２２は、発散光でなる光ビーム４０を平行光へ変換してビームスプリッタ２３へ入射する。
【００２７】
ここで、レーザダイオード２１がＹ方向に薄くなるように配置されているため、当該レーザダイオード２１から発射される光ビーム４０は、その発散角が光ディスク１００と水平なＸ方向に小さく、光ディスク１００と鉛直なＹ方向に大きい楕円状の光束を有することになる。
【００２８】
光ピックアップ２０は、コリメータレンズ２２の焦点距離を従来の光ピックアップ１におけるコリメータレンズ３より短く（例えば約３ｍｍに）設定し、光ビーム４０が大きく発散する前に、すなわち光ビーム４０の上下方向の幅である光束縦幅Ｄｖ及び水平方向の幅である光束横幅Ｄｈの双方が対物レンズ２５へ入射されるときの光ビーム４０の直径である最終光束径Ｄｆよりも小さい状態で平行光へ変換することにより、光ビーム４０の光束縦幅Ｄｖが大きいために光路上の光学部品の厚みが大きくなってしまうことを防止し得、光ピックアップ２０全体を薄型化し得るようになされている。
【００２９】
ビームスプリッタ２３は、入射された光ビーム４０を透過させ、立上プリズム３０へ入射させる。立上プリズム３０は、入射された光ビーム４０の光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈを最終光束径Ｄｆまで引き伸ばして当該光ビーム４０を真円状（図４）に整形すると共に、光ビーム４０を対物レンズ２５に対して９０°（垂直）に折り曲げて当該対物レンズ２５（図３）へ入射する。
【００３０】
このとき立上プリズム３０は、最終光束径Ｄｆでなる光ビームを１回のみの反射で９０°折り曲げる従来の立上プリズム５（図１）とは異なり、入射される光ビーム４０を複数回に渡って反射し、最終的に光ビーム４０が入射されたときから９０°折り曲げるため、最終光束径Ｄｆまで引き伸ばされた光ビーム４０をＺ方向に進行させることがなく、立上プリズム３０内における光ビーム４０の高さを制限することができる。なお、この立上プリズム３０の詳しい構成については後述する。
【００３１】
そして対物レンズ２５は、入射された光ビーム４０を集光し、光ディスク１００に対して照射する。
【００３２】
また対物レンズ２５は、光ビーム４０が光ディスク１００で反射されてなる反射光ビーム５０を受光し、立上プリズム３０へ入射する。立上プリズム３０は、入射された反射光ビーム５０の光束を縮めて真円状から楕円（図４）へ変換し、ビームスプリッタ２３へ入射させる。
【００３３】
ビームスプリッタ２３は、反射光ビーム５０を反射し、９０°折り曲げることにより、非点収差を付加するマルチレンズ２７を介して当該反射光ビーム５０をフォトディテクタ２８へ入射させる。フォトディテクタ２８は反射光ビーム５０を光電変換して受光信号を生成し、信号処理部１６（図２）に供給する。
【００３４】
このように、光ピックアップ２０では、レーザダイオード２１によって発射された発散角がＹ方向（上下方向）に大きい光ビーム４０を、最終光束径Ｄｆまで拡大される前にコリメータレンズ２２によって平行光に変換することにより、当該光ビーム４０の光束縦幅Ｄｖを小さく留める。そして光ピックアップ２０では、光ビーム４０の光束縦幅Ｄｖを対物レンズ２５の前段となる立上プリズム３０によって最終光束径Ｄｆまで引き伸ばすと同時に、光ビーム４０を当該立上プリズム３０内で複数回反射させることにより、Ｚ方向の光ビーム４０を上方向（Ｙ方向）へ偏向させる。これにより、光ピックアップ２０は、最終光束径Ｄｆとなった光ビーム４０を一度もＺ方向に進行させることなく、光ビーム４０の光束上端を光ピックアップ２０の光路全体に渡って低く位置させることができるため、光ピックアップ２０を薄型化することができる。
【００３５】
（１−３）立上プリズムの構成
次に、上述した立上プリズム３０について説明する。図３及び図４に示すように、立上プリズム３０は、入射自由曲面３０Ａから光ビーム４０を入射すると、第１自由曲面３０Ｂ、反射透過面３０Ｃの反射領域３０Ｃａ、第２自由曲面３０Ｄの順で当該光ビーム４０を反射させた後、当該光ビーム４０を反射透過面３０Ｃの出射領域３０Ｃｂによって透過させることにより、上方に位置する対物レンズ２５へ向けて当該光ビーム４０を出射する。
【００３６】
立上プリズム３０は、その光路上に有する４つの面（入射自由曲面３０Ａ、第１自由曲面３０Ｂ、反射透過面３０Ｃ及び第２自由曲面３０Ｄ）のうち、入射自由曲面３０Ａ、第１自由曲面３０Ｂ及び第２自由曲面３０Ｄは例えば図５に示すように、回転対称性がなく例えば双３次曲線、クーンズ曲線、ベジエ曲線などの数式で表現される、いわゆる自由曲面として形成されている。また立上プリズム３０では、反射領域３０Ｃａ及び出射領域３０Ｃｂの一部が重複しており、反射透過面３０Ｃを平坦な面として形成することにより、収差などを発生させないようになされている。
【００３７】
この立上プリズム３０は、例えばアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの各種プラスティックやガラスなどによって形成されており、例えば射出成型や研磨などの方法によって形成される。
【００３８】
従って立上プリズム３０は、光ビーム４０を入射自由曲面３０Ａの略中心で入射し、かつ上面３０の出射領域３０Ｃｂが対物レンズ２５と対向するように、当該対物レンズ２９の下に配置される。
【００３９】
立上プリズム３０は、これらの自由曲面の曲率を適宜組み合わせることにより、上述したように光ビーム４０の光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈを最終光束径Ｄｆに引き伸ばすようになされている。
【００４０】
ここで図６に示すようにレーザダイオード２１は、ＸＺ平面に平行になるように配置された活性層２１ＡからＹ方向（θ//方向）に小さく、Ｘ方向（θ⊥方向）に大きい楕円状の光ビーム４０を出射する。
【００４１】
このとき図７に示すように、光ビーム４０のθ⊥方向においてビームウエストＢＷθ⊥（図７（Ａ））の位置がレーザダイオード２１のＬＤ端面２１Ｂと一致するのに対し、θ//方向におけるビームウエストＢＤθ//（図７（Ｂ））の位置はレーザダイオード２１の内部、ＬＤ端面２１ＢよりもΔＺ（例えば６[μｍ]）だけＺ（−）方向側に位置することになり、このΔＺだけ非点隔差を発生させることになる。
【００４２】
そこで本実施の形態においては、立上プリズム３０が光ビーム４０に非点収差を発生させることにより、光ビーム４０に生じる非点隔差を相殺して補正するように、上述した３つの自由曲面の曲率が選定されている。
【００４３】
図８に、立上プリズム３０によって発生する非点収差を確認するための実験の様子を示している。図８では立上プリズム３０に対して、非点隔差のない光ビーム４５を光ピックアップ２０（図３）とは反対となる出射側から平行光でなる光ビーム４５を入射し、光ピックアップ２０と同一位置に配置されたコリメータレンズ２２を介してフォトディテクタ４６で受光している。
【００４４】
このときフォトディテクタ４６で受光されるスポットの形状を図９（Ｂ）に示している。また図９（Ａ）には、従来の立上プリズム（図１）について同様にして得られたスポットの形状を示している。
【００４５】
図９（Ａ）に示すように、従来の立上プリズム５では、非点隔差の補正について何ら考慮されていないため、非点収差を発生させることはなく、フォトディテクタ４６が焦点位置Ｚｐに合致する場合に点となり、当該焦点位置ＺｐからＺ（±）方向にそれぞれ３[μｍ]ずれた場合にスポットが大きくなる。
【００４６】
これに対して図９（Ｂ）に示すように、立上プリズム３０は、光ビーム４５に非点収差を発生させることにより、基準となる焦点位置ＺｐからＺ（−）方向に３[μｍ]ずれた位置でθ⊥方向に焦点を結び、焦点位置ＺｐからＺ（＋）方向に３[μｍ]ずれた位置でθ//方向に焦点を結ぶ。
【００４７】
すなわち立上プリズム３０は、光ピックアップ２０において入射自由曲面３０Ａから入射される光ビーム４０に対して、３つの自由曲面によって非点隔差と同じ６[μｍ]だけ当該非点隔差と反対方向に非点収差を発生させることにより、非点隔差を有する光ビーム４０が入射された場合に、この非点隔差を非点収差によって相殺して当該非点隔差を補正し得るようになされている。
【００４８】
具体的に立上プリズム３０（図３）は、入射自由曲面３０Ａによってビームスプリッタ２３を介して入射される当該光ビーム４０を透過させる。この入射自由曲面３０Ａは、光ビーム４０に対する入射角度が１０°〜４０°に設定されており、光ビーム４０を第１自由曲面３０Ｂへ向けて下向きに屈折させると共に、光ビーム４０の光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈを引き伸ばす。さらに入射自由曲面３０Ａは、入射前に平行光であった光ビーム４０を発散光に変換する。
【００４９】
第１自由曲面３０Ｂは、光ビーム４０を反射透過面３０Ｃの反射領域３０Ｃａ（図４）へ向けて上向きに反射する。このとき第１自由曲面３０Ｂ（図３）は、一旦下向きに屈折されることにより光束全体が低い位置へ移動した光ビーム４０を、入射前の光ビーム４０の下端よりも低い位置まで下げた状態で反射すると共に、当該光ビーム４０が第２自由曲面３０Ｄに到達するときに光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈが最終光束径Ｄｆになるように当該光ビーム４０の発散角を調整する。
【００５０】
反射領域３０Ｃａは、第１自由曲面３０Ｂによって反射された光ビーム４０の入射角が臨界角以上であるため、この光ビーム４０を第２自由曲面３０Ｄへ向けて下向きに反射する。
【００５１】
第２自由曲面３０Ｄは、当該光ビーム４０を対物レンズ２５に対して垂直になるように反射透過面３０Ｃの出射領域３０Ｃｂへ向けて反射すると共に、反射領域３０Ｃａによって反射された発散光でなる光ビーム４０の発散角をゼロに調整することにより、当該光ビーム４０を平行光に変換する。このとき第２自由曲面３０Ｄは、第１自由曲面３０Ｂによる当該光ビーム４０の発散角の調整により、当該光ビーム４０の光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈを最終光束径Ｄｆにすることができる。
【００５２】
また３つの自由曲面（入射自由曲面３０Ａ、第１自由曲面３０Ｂ及び第２自由曲面３０Ｄ）は、当該３つの自由曲面の曲率の組み合わせに応じて非点収差を発生させることにより、レーザダイオード２１によって発生する非点隔差を補正する。
【００５３】
出射領域３０Ｃｂは、第２自由曲面３０Ｄによって反射された光ビーム４０の入射角が臨界角未満であるため、当該光ビーム４０を透過させ、立上プリズム３０から光ビーム４０を出射する。
【００５４】
この結果立上プリズム３０は、入射時の光束縦幅Ｔｖによって決定される立上プリズム３０の厚みＴｄ（図３）を小さくすることができるため、ワーキングディスタンスＴａと、対物レンズ２５の厚みＴｂと、当該対物レンズ２５のフォーカス方向の駆動範囲として確保される当該対物レンズ２５と立上プリズム３０との間隔であるレンズ／プリズム間隔Ｔｃとの和で表される対物レンズ近傍の厚みＴｔを小さくすることができ、当該対物レンズ近傍の厚みＴｔによって決定される光ピックアップ２０全体の厚みを小さくし得るようになされている。
【００５５】
例えば立上プリズム３０は、その厚みＴｄを従来の立上プリズム５（図１）の約１／２にすることができるため、例えば開口率ＮＡが約０．６５でなるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）方式の光ピックアップに本発明を適用した場合、対物レンズ近傍の厚みＴｔによって決定される光ピックアップ２０の厚みを従来の光ピックアップ１の約７０％にまで薄型化することができる。
【００５６】
このように立上プリズム３０では、光ビーム４０を９０°偏向させるのに立上プリズム３０内で複数回に渡って反射させることにより、立上プリズム３０内において最終光束径Ｔｄでなる光ビーム４０をＺ方向に進行させずに済み、光ピックアップ２０を薄型化することができる。
【００５７】
また立上プリズム３０では、上述したように３つの自由曲面を用いることにより、９０°偏向させるための立上プリズム３０内の光路を利用して、入射自由曲面３０Ａによって平行光として入射される光ビーム４０を発散光に変換し、光ビーム４０の光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈの両方を同時に最終光束径Ｄｆまで引き伸ばすと共に、非点隔差をも補正する。
【００５８】
これにより立上プリズム３０は、光ビーム４０の光束を引き伸ばすためのビームエキスパンダーや、非点隔差を補正するための光学素子を省略させて光ピックアップ２０における部品点数を減少することができるため、光ピックアップ２０を小型化することが可能となる。
【００５９】
（１−４）動作及び効果
以上の構成において、光ピックアップ２０は、立上プリズム３０によって対物レンズ２５に入射されるときの光ビーム４０の光束径である最終光束径Ｄｆよりも小さい光束径（光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈ）で入射された光ビーム４０を、立上プリズム３０内の一部において発散光として進行させて引き伸ばし、複数の自由曲面によって入射された光ビーム４０の発散角を調整して入射された光ビームの光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈを最終光束径Ｄｆに調整すると共に入射された光ビーム４０を平行光として出射することにより、対物レンズ２５に入射する際の光ビーム４０の入射条件に合わせて光ビーム４０を出射するようにした。
【００６０】
これにより光ピックアップ２０は、立上プリズム３０に対して最終光束径Ｄｆよりも小さい光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈでなる光ビーム４０を入射すれば所望の最終光束径Ｄｆを得ることができるので、光ピックアップ２０における光路上の光学部品を小型化して光ピックアップ２０全体を小型化することができる。
【００６１】
また光ピックアップ２０は、立上プリズム３０によって楕円状の光束を有する光ビーム４０が入射され、当該入射された光ビーム４０の光束を真円状かつ最終光束径Ｄｆにして出射することにより、光ビーム４０の光束の形状を調整することができるため、光ビーム４０を真円状に整形するビームシェイパーなどの光学部品を省略できるため、光ピックアップ２０を小型化することができる。
【００６２】
立上プリズム３０は、複数の自由曲面として、光ビーム４０を反射する第１の自由曲面３０Ｂと、対物レンズ２５に対して垂直になるよう光ビーム４０を反射する第２の自由曲面３０Ｄとを有し、第１の自由曲面３０Ｂによって光ビーム４０の発散角を調整して反射し、当該反射した光ビーム４０を平坦な反射面である反射透過面３０Ｃの反射領域３０Ｃａによって反射してから、当該反射した光ビーム４０を第２の自由曲面３０Ｄによって反射する際に当該反射した光ビーム４０を平行光に変換することにより、第１の自由曲面３０Ｂから第２の自由曲面３０Ｄまでの光路長を確保する。
【００６３】
これにより立上プリズム３０は、第１の自由曲面３０Ｂから第２の自由曲面３０Ｄまでの光路長を利用して、光ビーム４０の発散角を小さく調整するだけで光ビーム４０の光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈを十分に引き伸ばすことができる。
【００６４】
このとき立上プリズム３０は、第１の自由曲面３０Ｂが光ビーム４０を発散させる負のパワーを有し、第２の自由曲面３０Ｄが光ビームを集光させる正のパワーを有することにより、第１の自由曲面３０Ｂから第２の自由曲面３０Ｄまでの光路長を利用して光ビーム４０の光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈを十分に引き伸ばすと共に、非点隔差や収差を自由に補正することができる。
【００６５】
さらに立上プリズム３０は、立上プリズム３０内で１度目及び３度目に光ビーム４０を反射し、立上プリズム３０の下側面を構成する第１自由曲面３０Ｂ及び第２自由曲面３０Ｄを自由曲面としたことにより、立上プリズム３０の上面側を構成する透過反射面３０Ｃを平坦に形成することができ、立上プリズム３０の上面側及び下面側の両方に自由曲面を形成する場合と比較して、その製造工程を簡略化することができる。
【００６６】
また光ピックアップ２０は、第１自由曲面３０Ｂ及び第２自由曲面３０Ｄによって光ビーム４０に非点収差を発生させて光源であるレーザダイオード２１によって発生する非点隔差を補正することができるため、非点隔差を補正するための光学部品を省略することができ、光ピックアップ２０を小型化することができる。
【００６７】
以上の構成によれば、光ピックアップ２０では、発散光でなる光ビーム４０を複数回に渡って立上プリズム３０内で反射する際、従来の空気との屈折率差と角度変化によって光ビーム４０の光束径を調整するビームエキスパンダーとは異なり、光ビーム４０を発散させて光束径を引き伸ばし、自由曲面である第１自由曲面３０Ｂ及び第２自由曲面３０Ｄを用いて光ビーム４０の光束径を調整することにより、ＸＹ平面におけるいずれの方向に対しても光ビーム４０の光束径を自由に調整でき、入射時の光ビーム４０の光束を小さく抑えて立上プリズム３０を薄型化できると共に、光ビーム４０の光束形状を整形するための光学部品を省略することができ、かくして小型化し得る光ピックアップ及び当該光ピックアップを用いた光ディスク装置を実現することができる。
【００６８】
（２）第２の実施の形態
（２−１）光ピックアップの構成
第２の実施の形態では、図３及び図４との対応部分に同一符号を付した図１０（Ａ）に示すように、光ピックアップ１２０が第１の実施の形態における光ピックアップ２０と一部異なる構成を有している。この光ピックアップ１２０では、立上プリズム３０の代わりに、発散光を平行光に変換するコリメータレンズ機能を有する自由曲面プリズム３１を有している点が相違する。なお光ディスク装置１０としての構成は図２と同様のため、説明を省略する。
【００６９】
この光ピックアップ１２０では、下面に偏光面３２Ａを有するマイクロプリズム３２が自由曲面プリズム３１の平坦な上面３１Ａに貼り合わされると共に、当該マイクロプリズム３２の上面にフォトディテクタ２８が貼り合わされて一体化されている。
【００７０】
レーザダイオード２１は、Ｚ方向から約４０°上向きに傾斜させて光ビーム４０を出射し、発散光のまま自由曲面プリズム３１に入射させる。
【００７１】
自由曲面プリズム３１は、入射面３１Ａから光ビーム４０を入射させると、透過反射面３０Ｃにおける透過反射領域３１Ｃｃ、下側の第１自由曲面３１Ｂ、反射領域３１Ｃａ（図示しないが、透過反射面３０Ｃにおける中央部分から右側部分）、第２自由曲面３１Ｄの順で当該光ビーム４０を反射させた後、当該光ビーム４０を透過反射面３０Ｃの出射領域３１Ｃｂ（図示しないが、透過反射面３０Ｃにおける右側部分）によって透過させることにより、上方に位置する対物レンズ２５へ向けて当該光ビーム４０を出射する。
【００７２】
自由曲面プリズム３１は、２つの自由曲面（第１自由曲面３１Ｂ及び第２自由曲面３１Ｄ）を有しており、この２つの自由曲面における曲率の選定により、コリメータレンズ機能と、上述した非点隔差の補正機能を有するようになされている。
【００７３】
これにより自由曲面プリズム３１は、光ビーム４０の光束縦幅Ｄｖ及び光束横幅Ｄｈを最終光束径Ｄｆにまで引き伸ばすと共に当該光ビーム４０を平行光に変換し、光ビーム４０を対物レンズ２５に対して垂直になるように出射する。
【００７４】
そして対物レンズ２５は、入射された光ビーム４０を集光し、光ディスク１００に対して照射する。
【００７５】
また対物レンズ２５は、光ビーム４０が光ディスク１００で反射されてなる反射光ビーム５０を受光し、自由曲面プリズム３１へ入射する。自由曲面プリズム３１は、入射された反射光ビーム５０の光束を縮め、マイクロプリズム３２へ入射させる。
【００７６】
マイクロプリズム３２は、偏光面３２Ａによって反射光ビーム５０を透過させ、当該反射光ビーム５０をフォトディテクタ２８へ入射させる。フォトディテクタ２８は反射光ビーム５０を光電変換して受光信号を生成し、信号処理部１６（図２）に供給する。
【００７７】
なお図１０（Ｂ）には、第１自由曲面３１Ｂ及び第２自由曲面３１Ｄの曲率を３次元的に示しており、第１自由曲面３１Ｂ及び第２自由曲面３１Ｄのサグ量が小さいことから、自由曲面プリズム３１を簡易に製作できることが分かる。
【００７８】
（２−２）動作及び効果
以上の構成において、光ピックアップ１２０は、立上プリズムとしての自由曲面プリズム３１に入射された光ビーム４０を第１自由曲面３１Ｂへ向けて反射する平坦な第２の反射透過面である反射領域３１Ｃｃを有すると共に、マイクロプリズム３２が反射領域３１Ｃｃに当接させて設けられ、自由曲面プリズム３１及びマイクロプリズム３２の界面に、光ビーム４０を反射して反射光ビーム５０を透過させる偏向膜である偏光面３２Ａを設けることにより、反射光ビーム５０を当該反射光ビーム５０の光量を検出するフォトディテクタ２８に導くようにした。
【００７９】
これにより光ピックアップ１２０は、自由曲面プリズム３１によって発散光でなる光ビーム４０を最終的に平行光に変換して出射することができるため、コリメータレンズを省略することができ、光ピックアップ１２０を小型化することができる。
【００８０】
また光ピックアップ１２０は、ビームスプリッタ２３（図３）の代わりとして、反射領域３１Ｃｃに当該ビームスプリッタ２３よりも小さなマイクロプリズム３２（図１０）に当接させることにより、その上方に対物レンズ２５が配置されない反射透過領域３１Ｃｃにおいて対物レンズ近傍の厚みＴｔを確保するためのデッドスペースとなるＹ方向にマイクロプリズム３２を配置することができ、ビームスプリッタ２３を用いる場合と比較して光ピックアップ１２０を小型化することができる。
【００８１】
以上の構成によれば、光ピックアップ１２０は、レーザダイオード２１から出射された発散光でなる光ビーム４０をそのまま入射することにより、平行光を発散光に変換する必要がないため入射面３１Ａを平坦な面として形成でき、入射面３１Ａを自由曲面として形成する場合と比して自由曲面プリズム３１の製作工程を容易にすることができると共に、光ビーム４０を反射させる反射領域３１ＣｃにＰＢＳ膜を有するマイクロプリズム３２を一体的に設けて反射光ビーム５０をフォトディテクタ２８に導くことにより、光ピックアップ１２０の光学部品の点数を減少させることができ、かくして小型化し得る光ピックアップ及び当該光ピックアップを用いた光ディスク装置を実現できる。
【００８２】
（３）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、図３及び図１０に示す光ピックアップ２０又は光ピックアップ１２０に自由曲面を有する立上プリズム３０又は自由曲面プリズム３１を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば図１１に示すような構成でなる光ピックアップ１３０に自由曲面プリズム３３を用いるようにしても良い。
【００８３】
この場合、光ピックアップ１３０は、光ピックアップ２０と同様にビームスプリッタ２３を用いて反射光ビーム５０をフォトディテクタ２８に導く一方、自由曲面プリズム３３が自由曲面プリズム３１（図１０）と同様にコリメータ機能を有するようにする。
【００８４】
また上述の第２の実施の形態においては、レーザダイオード２１がＹ方向及びＺ方向に対してそれぞれ傾斜した状態で光ビーム４０を出射するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、レーザダイオード２１が光ディスク１００に対して水平なＺ方向に光ビーム４０を出射するようにしても良い。
【００８５】
さらに上述の実施の形態においては、立上プリズム３０及び自由曲面プリズム３１がレーザダイオード２１による非点隔差を補正するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、必ずしも非点隔差を補正しなくても良い。
【００８６】
さらに上述の実施の形態においては、光ビーム４０が対物レンズ２５に入射される際の入射条件となる最終光束径Ｄｆ及び平行光の状態になるように立上プリズム３０が光ビーム４０を出射するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば入射条件として、光ビーム４０が所定の収差を有する状態や、所定の収束状態になるように立上プリズム３０が光ビーム４０を出射するようにしても良い。
【００８７】
さらに上述の実施の形態においては、立上プリズムとしての立上プリズム３０と、対物レンズとしての対物レンズ２５とによって光ピックアップとしての光ピックアップ２０を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる立上プリズムと、対物レンズとによって本発明の光ピックアップを構成するようにしても良い。
【００８８】
さらに上述の実施の形態においては、立上プリズムとしての立上プリズム３０と、対物レンズとしての対物レンズ２５とによって光ディスク装置としての光ディスク装置１０を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる立上プリズムと、対物レンズとによって本発明の光ディスク装置を構成するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の光ピックアップ及び光ディスク装置は、例えば種々の方式に対応する各種光ディスク装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】従来の光ピックアップの構成を示す略線図である。
【図２】光ディスク装置の全体構成を示す略線図である。
【図３】第１の実施の形態による光ピックアップの構成（側面図）を示す略線図である。
【図４】第１の実施の形態による光ピックアップの構成（上面図）を示す略線図である。
【図５】非点収差の発生（１）の説明に供する略線図である。
【図６】非点収差の発生（２）の説明に供する略線図である。
【図７】自由曲面の一例を示す略線図である。
【図８】非点収差の補正の説明に供する略線図である。
【図９】焦点位置付近のスポット形状を示す略線図である。
【図１０】第２の実施の形態による光ピックアップの構成を示す略線図である。
【図１１】他の実施の形態による光ピックアップの構成を示す略線図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０……光ディスク装置、２０……光ピックアップ、２１……レーザダイオード、２２……コリメータレンズ、２５……対物レンズ、３０……立上プリズム、３０Ａ……入射面、３０Ｂ……第１自由曲面、３０Ｃ……反射透過面、３０Ｃａ……反射領域、３０Ｃｂ……出射領域、３０Ｃｃ……反射透過領域、Ｄｖ……光束縦幅、Ｄｈ……光束横幅、Ｄｆ……最終光束径、３１、３３……自由曲面プリズム、３２……マイクロプリズム、３２Ａ……ＰＢＳ面。
【図１】
2009015974.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図５】
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【図１０】
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