JPH06274925A - ビーム分離光学素子および光ピックアップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】超解像効果を実現しつつビーム偏向素子やビー
ム整形光学素子として利用できる、構造簡単で新規なビ
ーム分離光学素子および、この素子を用いた光ピックア
ップを実現する。 【構成】所定の厚さで透明な平行平板１０Ａの片面の一
部に、境界部が直線状の反射膜１０Ｂを形成し、他方の
面に反射面１０Ｃを形成してなり、分割すべきレーザー
光束Ｌに対して所定の角度傾けて配備される。入射する
レーザー光束Ｌの半分を上記片面の反射膜１０Ｂにより
直線状の境界部Ｐを境として反射させ、平行平板１０Ａ
内に入射した他の半分のレーザー光束を他方の面に形成
された反射面１０Ｃにより反射させて、片面側から射出
させ、互いに平行な２レーザー光束Ｌ２，Ｌ３に分離す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はビーム分離光学素子お
よび光ピックアップに関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザー光束を記録媒体上に光スポット
として集光させ、記録媒体に対して情報の書き込みを行
ったり、あるいは記録媒体に記録されている情報を再生
したりする光ピックアップは種々の方式のものが広く知
られている。

【０００３】光ピックアップにより書き込み・再生され
る情報の記録密度を高めるため、光スポット径を小さく
することが意図され、その１方法として「超解像効果」
を利用する方法が提案されている（米国特許第５０２５
４３８号明細書）。

【０００４】即ち、平行なレーザー光束を２分割し、得
られる２つの光束を同一の対物レンズで同一位置に集光
させる。このとき、集光位置において各レーザー光束の
位相が揃っている（位相整合がとれていると言う）と、
形成される光スポットは、レーザー光束を分割せずに上
記対物レンズで集光させたときよりもスポット径が小さ
いものになる。これを超解像効果と呼ぶ。

【０００５】超解像効果を利用するために、レーザー光
束を２分割する「ビーム分離光学素子」としては上記米
国特許明細書に開示されたものが知られているが、光量
の損失を伴わないものは何れも可成大型であるため、光
ピックアップをコンパクト化する際の障害になり、また
屈折を利用してビーム分離を行うので素子に極めて高い
精度が要求される。

【０００６】光ピックアップにおいて光源として一般に
用いられている半導体レーザーは、その放射するレーザ
ー光束のファーフィールドパターンが楕円形であるた
め、このレーザー光束をそのまま光スポットとして集光
させると光スポット形状も楕円形となる。光スポット形
状は「円形もしくは円形に近い楕円形」が好ましく、こ
のような好ましい光スポット形状を得るため、光ピック
アップには通常「ビーム整形プリズム」が用いられ、屈
折を利用してレーザー光束の光束断面を円形もしくは円
形に近い楕円形状に「ビーム整形」している。

【０００７】ビーム整形プリズムは、レーザー光束の光
路を屈折により屈曲させるため、とかく他の光学素子と
の位置調整が面倒であり、屈折による収差の発生がある
等、種々の問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、超解像効果を実現し
つつビーム偏向素子やビーム整形光学素子として利用で
きる、構造簡単で新規なビーム分離光学素子および、こ
の素子を用いた光ピックアップの提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１，２記載のビー
ム分離光学素子は「平行なレーザー光束を、光束光軸近
傍で２分割し、互いに平行な平行２光束とする光学素
子」である。

【００１０】請求項１記載のビーム分離光学素子は「所
定の厚さで透明な平行平板の片面の一部に、境界部が直
線状の反射膜を形成し、他方の面に反射面を形成してな
り、分割すべきレーザー光束に対して所定の角度傾けて
配備され、入射するレーザー光束の半分を上記片面の反
射膜により直線状の境界部を境として反射させ、平行平
板内に入射した他の半分のレーザー光束を上記他方の面
に形成された反射面により反射させて、上記片面側から
射出させる」ように構成される。

【００１１】請求項２記載のビーム分離光学素子は、
「直角プリズムの稜線部を、底面から所定の距離のとこ
ろで上記底面に平行に面取りし、面取りにより形成され
た平面に反射膜、上記底面に反射面を形成してなり、分
割すべきレーザー光束に対して所定の角度傾けて配備さ
れ、入射するレーザー光束の半分を上記面取りにより形
成された平面の反射膜によりプリズム面との直線状の境
界部を境として反射させ、上記プリズム面からプリズム
内に入射した他の半分のレーザー光束を上記底面に形成
された反射面により反射させ、他方のプリズム面から射
出させる」ように構成される。

【００１２】請求項３記載のビーム分離光学素子は「平
行なレーザー光束を２分割し、互いに平行な平行２光束
とする光学素子」であって、「所定の厚さを持ち、互い
に平行な面の一方を入射面、他方を反射面として形成さ
れ、上記反射面に対して４５度傾いた射出面を有する透
明板と、上記入射面に斜面を接合された直角プリズムと
を有し、分割すべきレーザー光束が上記直角プリズムの
プリズム面に直交して入射するように配備され、上記入
射面がハーフミラー面に形成され、入射面を透過したレ
ーザー光束を上記反射面により反射させて上記射出面か
ら射出させる」ように構成される。

【００１３】請求項１〜３記載のビーム分離光学素子に
おいて、透明な平行平板や透明板の厚さが「所定の厚
さ」であること、プリズムの稜線部が「底面から所定の
距離」のところで面取りされること、各ビーム分離光学
素子は分割すべきレーザー光束に対して「所定の角」傾
けて配備されることは、これら「厚さ」や「角」が、分
離されたレーザー光束が「位相整合のとれた」ものとな
るように設定されることを意味する。

【００１４】また、上記請求項１〜３記載のビーム分離
光学素子において、反射膜は文字通り膜構造の反射体で
あるが、「反射面」は反射膜および、平行平板や透明
板、プリズムの全反射面を含む。

【００１５】請求項１または２または３記載のビーム分
離光学素子は、ビーム整形光学素子もしくはビーム偏向
素子として用いることができる。請求項４記載の光ピッ
クアップでは、上記ビーム分離光学素子がビーム整形光
学素子および／またはビーム偏向素子として用いられ
る。「ビーム偏向素子」は、平行なレーザー光束の進行
方向を９０度偏向させるための光学素子であり、例えば
分離型の光ピックアップ（光源部と信号処理部とを固定
し、対物レンズをトラッキング方向へ可動にした光ピッ
クアップ）では、対物レンズと一体化して用いられる。

【００１６】

【作用】上記のように、この発明のビーム分離光学素子
は２つの反射面（反射膜・全反射面・ハーフミラー面を
含む）を持ち、各反射面は互いに平行である。平行なレ
ーザー光束は、その半分が一方の反射面に反射され、他
の半分が他方の反射面に反射される。

【００１７】

【実施例】図１は請求項１記載のビーム分離光学素子の
１実施例を示している。ビーム分離光学素子１０は前述
した「分離型の光ピックアップ」におけるビーム偏向素
子として用いられている。

【００１８】ビーム分離光学素子１０は、所定の厚さを
持った透明な平行平板１０Ａの片側の面に反射膜１０
Ｂ、他方の面に反射膜１０Ｃを形成されており、分割さ
れるべき平行なレーザー光束Ｌの進行方向に対し、所定
の角、即ち４５度傾いて配置される。反射膜１０Ｂの符
号Ｐで示す部分は反射膜１０Ｂの「境界部」で、図面に
直交する方向へ直線状である。

【００１９】レーザー光束Ｌを、その光軸（光束中心
線）が上記境界部Ｐに合致するようにしてビーム分離光
学素子１０に入射させると、レーザー光束Ｌの下半分が
反射膜１０Ｂにより直線状の境界部Ｐを境として反射さ
れる。レーザー光束の残りの半分は平行平板１０Ａ内に
入射し、他方の面に形成された反射膜１０Ｃにより反射
され、反射面１０Ｂが形成された側の面の、反射面１０
Ｂの形成されていない部分から射出する。

【００２０】このようにして、互いに平行に分離した２
つの平行レーザー光束Ｌ２，Ｌ３が得られる。これらを
対物レンズ１００で集光させることにより光スポットが
得られる。レーザー光束Ｌ２，Ｌ３の集光部においてレ
ーザー光束Ｌ２，Ｌ３の位相整合が取れていると、超解
像効果により「レーザー光束Ｌを直接対物レンズ１００
で集光させて得られる光スポット」よりも、スポット径
の小さい光スポットを得ることができる。

【００２１】位相整合を実現するには、平行平板１０Ａ
の屈折率に応じ、分離された２つのレーザー光束Ｌ２，
Ｌ３の光路差がレーザー光の波長の整数倍となるよう
に、平行平板１０Ａの厚さを設定すればよい。

【００２２】反射膜１０Ｃは必要な部分にのみ形成して
もよいし平行平板の一方の面全体に形成してもよい。平
行平板１０Ａを屈折率の大きい素材で形成すれば、反射
膜１０Ｃを設ける変わりに、この他方の面を反射面と
し、その全反射を利用することができる。

【００２３】図２は請求項２記載のビーム分離光学素子
の１実施例を示している。ビーム分離光学素子２０は前
述した「分離型の光ピックアップ」におけるビーム偏向
素子として用いられている。

【００２４】ビーム分離光学素子２０の本体２０Ａは
「直角プリズムの稜線部を、底面から所定の距離のとこ
ろで上記底面に平行に面取りした」ものである。面取り
により形成された平面には反射膜２０Ｂ、底面には反射
膜２０Ｃが形成されている。

【００２５】ビーム分離光学素子２０は、上記反射膜２
０Ｂ，２０Ｃが、入射する平行なレーザー光束Ｌに対し
て４５度傾くように配備される。レーザー光束Ｌを、そ
の光軸が「反射膜２０Ｂとプリズム面２０ａとの境界部
に合致する」ようにしてビーム分離光学素子２０に入射
させると、レーザー光束Ｌの半分は反射膜２０Ｂにより
プリズム面２０ａとの直線状の境界部を境として反射さ
れる。プリズム面２０ａからプリズム２０Ａ（上記本
体）内に入射した他の半分のレーザー光束は底面に形成
された反射膜２０Ｃにより反射され、他方のプリズム面
２０ｂから射出する。

【００２６】このようにして、互いに平行に分離した２
つの平行レーザー光束Ｌ２，Ｌ３が得られる。これらを
対物レンズ１００で集光させることにより光スポットが
得られる。レーザー光束Ｌ２，Ｌ３の集光部において、
レーザー光束Ｌ２，Ｌ３の位相整合が取れていると、超
解像効果により「レーザー光束Ｌを直接対物レンズ１０
０で集光させて得られる光スポット」よりも、スポット
径の小さい光スポットを得ることができる。

【００２７】位相整合を実現するには、プリズム２０Ａ
の屈折率に応じ、分離された２つのレーザー光束Ｌ２，
Ｌ３の光路差がレーザー光の波長の整数倍となるよう
に、反射膜２０Ｂ，２０Ｃの間隔、即ちプリズム２０Ａ
の、底面と面取りにより形成された平面との間の距離を
設定すればよい。

【００２８】プリズム２０Ａとして屈折率の大きい素材
のものを用いれば、反射膜２０Ｃを設けるかわりに底面
自体を反射面とし、底面の全反射により反射を行うこと
ができる。底面に反射膜２０Ｃを設ける場合、プリズム
２０Ａと、破線で示す直角プリズム２２により反射膜２
０Ｃを挾んで、反射膜２０Ｃを保護するようにしてもよ
い。

【００２９】図３は請求項３記載のビーム分離光学素子
の１実施例を示している。ビーム分離光学素子３０は前
述した「分離型の光ピックアップ」におけるビーム偏向
素子として用いられている。

【００３０】ビーム分離光学素子３０は、透明板３１と
直角プリズム３２とを接合してなり、接合面はハーフミ
ラー面ＨＦに形成されている。透明板３１は所定の厚さ
を持ち、互いに平行な面の一方を入射面、他方を反射面
３１ｂとして形成され、反射面３１ｂに対して４５度傾
いた射出面３１ａを有する。直角プリズム３２はその斜
面を透明板３１の入射面に接合され、分割すべき平行な
レーザー光束Ｌが直角プリズム３２のプリズム面３２ａ
に直交して入射するように配備される。

【００３１】レーザー光束Ｌをプリズム面３２ａから上
記の如く入射させると、レーザー光束の一部はハーフミ
ラー面ＨＦで反射され、プリズム面３２ｂから平行レー
ザー光束Ｌ３として射出する。ハーフミラー面ＨＦを透
過した成分は透明板３１の反射面３１ｂにより全反射さ
れ、射出面３１ａから平行レーザー光束Ｌ２として射出
する。

【００３２】このようにして、互いに平行に分離した２
つの平行レーザー光束Ｌ２，Ｌ３が得られる。これらを
対物レンズ１００で集光させることにより光スポットが
得られる。レーザー光束Ｌ２，Ｌ３の集光部においてレ
ーザー光束Ｌ２，Ｌ３の位相整合が取れていると、超解
像効果により「レーザー光束Ｌを直接対物レンズ１００
で集光させて得られる光スポット」よりも、スポット径
の小さい光スポットを得ることができる。

【００３３】位相整合を実現するには、透明板３１，プ
リズム３２の屈折率に応じ、分離された２つのレーザー
光束Ｌ２，Ｌ３の光路差がレーザー光の波長の整数倍と
なるように、透明板３１の厚さを設定すればよい。

【００３４】この例では透明板３１の反射面３１ｂによ
る反射は全反射を利用しているが、この面に反射膜を形
成してもよく、その場合には、透明板３１と破線で示す
直角プリズム３３により反射膜を挾み、反射膜を保護す
るようにしてもよい。

【００３５】図４は図１に示す型のビーム分離光学素子
１０を、ビーム整形光学素子として用いた光ピックアッ
プを略示している。光ピックアップ自体はすでに良く知
られているので構造を概念的に描いている。

【００３６】半導体レーザー１からのレーザー光束はコ
リメートレンズ３により平行光束化され、ビーム分離光
学素子１０と偏向プリズム５を介してビームスプリッタ
ー７に入射し、ビームスプリッター７を透過すると対物
レンズ９により記録媒体の記録面１３上に光スポットと
して集光する。記録面１３からの反射光は対物レンズ９
を介してビームスプリッター７へ戻り、ビームスプリッ
ター７により反射された成分が集光レンズ１５により光
センサー１７に導かれる。

【００３７】ビーム分離光学素子１０は、ビーム整形光
学素子として用いられる。コリメートレンズ３から射出
した平行なレーザー光束の光束断面は、図の符号Ａで示
す位置では楕円形状であるが、ビーム分離光学素子１０
により分離された後は、例えば位置Ｂにおける様に、位
置Ａにおける楕円形状が、光軸近傍の位置で短軸方向へ
２分割され、全体として円形状に近い形状となる。

【００３８】従って、記録面１３上には円形に近い光ス
ポットが得られる。ビーム分離光学素子１０は、分離さ
せた２光束が位相整合のとれた状態となるように構成さ
れており、従って上記光スポットのスポット径は超解像
効果により極めて小さいものとなる。

【００３９】図５は図４の光ピックアップの変形例を略
示している。

【００４０】半導体レーザー１からのレーザー光束はコ
リメートレンズ３により平行光束化され、ビームスプリ
ッター７に入射し、ビームスプリッター７を透過すると
ビーム分離光学素子１０により反射されつつ２ビームに
分離され、対物レンズ９により記録媒体の記録面１３上
に光スポットとして集光する。記録面１３からの反射光
は対物レンズ９とビーム分離光学素子１０を介してビー
ムスプリッター７へ戻り、ビームスプリッター７により
反射された成分が集光レンズ１５により光センサー１７
に導かれる。

【００４１】ビーム分離光学素子１０は「ビーム整形光
学素子およびビーム偏向素子」として用いられる。コリ
メートレンズ３から射出した平行なレーザー光束の光束
断面は、図の符号Ｃで示す位置では楕円形状で図の上下
方向には光束径Ｄ₁を持つが、ビーム分離光学素子１０
により分離された後、例えば位置Ｄでは、位置Ｃにおけ
る楕円形状が光軸近傍の位置で短軸方向へ２分割され、
全体として円形状に近い形状となり、光束径はＤ₂（＞
Ｄ₁）となる。

【００４２】従って、図４の実施例と同様に記録面１３
上には円形に近い光スポットが得られる。勿論、ビーム
分離光学素子１０は、分離させた２光束が位相整合のと
れた状態となるように構成されており、従って上記光ス
ポットのスポット径は超解像効果により極めて小さいも
のとなる。

【００４３】図５の実施例では、ビーム分離光学素子１
０が対物レンズ９の直前に設けられており、半導体レー
ザー１からビーム分離光学素子１０に到る光路部分で
は、図の上下方向を短軸方向とする扁平な光束形状であ
るので、半導体レーザー１からビーム分離光学素子１０
に到る光路上の光学素子は、光束の扁平性に合わせて図
の上下方向のサイズを小さくできるので、光ピックアッ
プの薄型の構成が可能である。勿論、図５の光ピックア
ップは、対物レンズ９とビーム分離光学素子１０を一体
として可動とし、他の部分を固定することにより、前述
の分離型光ピックアップとして構成できる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
ビーム分離光学素子と光ピックアップを提供できる。こ
の発明のビーム分離光学素子は、前述のように互いに平
行な反射面により光束の分離を行うので、超解像効果を
実現するための位相整合に必要な分離精度を簡単に実現
でき、構成も簡素であるので小型且つ低コストで実現で
きる。従って、これらをビーム偏向素子あるいはビーム
整形光学素子として用いる光ピックアップは、小型且つ
低コストにて超解像効果による径の小さい光スポットを
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載のビーム分離光学素子の１実施例
を説明するための図である。

【図２】請求項２記載のビーム分離光学素子の１実施例
を説明するための図である。

【図３】請求項３記載のビーム分離光学素子の１実施例
を説明するための図である。

【図４】請求項４記載の光ピックアップの１実施例を説
明するための図である。

【図５】請求項４記載の光ピックアップの変形実施例を
説明するための図である。

【符号の説明】

１０ ビーム分離光学素子 １０Ａ 透明な平行平板 １０Ｂ 反射膜 １０Ｃ 反射面を構成する反射膜。 Ｌ 平行なレーザー光束 Ｌ２，Ｌ３ 分割されたレーザー光束

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平行なレーザー光束を光束光軸近傍で２分
   割し、互いに平行な平行２光束とする光学素子であっ
   て、 所定の厚さで透明な平行平板の片面の一部に、境界部が
   直線状の反射膜を形成し、他方の面に反射面を形成して
   なり、分割すべきレーザー光束に対して所定の角度傾け
   て配備され、 入射するレーザー光束の半分を上記片面の反射膜により
   直線状の境界部を境として反射させ、上記平行平板内に
   入射した他の半分のレーザー光束を上記他方の面に形成
   された反射面により反射させて、上記片面側から射出さ
   せるように構成されたビーム分離光学素子。
2. 【請求項２】平行なレーザー光束を光束光軸近傍で２分
   割し、互いに平行な平行２光束とする光学素子であっ
   て、 直角プリズムの稜線部を、底面から所定の距離のところ
   で上記底面に平行に面取りし、面取りにより形成された
   平面に反射膜を、上記底面に反射面を形成してなり、分
   割すべきレーザー光束に対して所定の角度傾けて配備さ
   れ、 入射するレーザー光束の半分を上記面取りにより形成さ
   れた平面の反射膜によりプリズム面との直線状の境界部
   を境として反射させ、上記プリズム面からプリズム内に
   入射した他の半分のレーザー光束を上記底面に形成され
   た反射面により反射させ、他方のプリズム面から射出さ
   せるように構成されたビーム分離光学素子。
3. 【請求項３】平行なレーザー光束を２分割し、互いに平
   行な平行２光束とする光学素子であって、 所定の厚さを持ち、互いに平行な面の一方を入射面、他
   方を反射面として形成され、上記反射面に対して４５度
   傾いた射出面を有する透明板と、上記入射面に斜面を接
   合された直角プリズムとを有し、分割すべきレーザー光
   束が上記直角プリズムのプリズム面に直交して入射する
   ように配備され、 上記入射面がハーフミラー面に形成され、入射面を透過
   したレーザー光束を上記反射面により反射させて上記射
   出面から射出させるように構成されたビーム分離光学素
   子。
4. 【請求項４】請求項１または２または３記載のビーム分
   離光学素子を、ビーム整形光学素子および／またはビー
   ム偏向素子として用いた光ピックアップ。