JPH11232685A

JPH11232685A - ビーム整形素子およびそれを用いた光ピックアップ

Info

Publication number: JPH11232685A
Application number: JP10035579A
Authority: JP
Inventors: Taiichi Mori; 泰一森; Hideki Oyama; 英樹大山; Kazumasa Hirano; 和正平野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】集積型光ピックアップに組み込み可能で、波
長変動に強いビーム整形素子およびそれを用いた光ピッ
クアップを提供することを目的とする。【解決手段】非点収差を発生する第１整形素子２とそ
の非点収差を打ち消す第２整形素子３で構成し、第１整
形素子２通過後の非点収差を有する光線の一組の焦線
４，５が光源１の発光点を挟み込む構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体に導かれ
る光の形状を整形するビーム整形素子およびそれを用い
た光ピックアップに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクの高密度化に対応して、記録
ビット長を短くし、かつ隣接トラックからのクロストー
クを小さくするために、光ディスクの盤面上のレーザー
光のスポットは、そのスポット径を極力小さくして、そ
の形状をほぼ真円にすることが求められる。一方、デー
タの転送速度の向上のために、光ディスクの線速度が大
きくなってくるので、記録に必要な盤面上のレーザ光の
パワーも大きくすることが求められる。

【０００３】盤面上のレーザ光パワーを大きくするため
には、光源として用いられるＬＤ（レーザーダイオー
ド）と光学素子の結合効率を大きくして、ＬＤ光の取り
込み量を大きくする必要がある。しかし、ＬＤの放射角
度特性は、接合面に平行な面内では小さく、垂直な面内
では大きく、ＬＤ光の遠方での強度分布ＦＦＰ（ファー
フィールドパターン）は楕円形状になっている。ＬＤと
光学素子の結合効率が小さいときには、ＬＤ光の強度の
強い中心部だけを使うので、接合面に平行な方向と垂直
な方向での光量分布の差は小さく、スポット形状はほぼ
円状であるが、ＬＤと光学素子の結合効率を大きくする
と、ＬＤ光の周辺部まで使うので、ＬＤ光の遠方での強
度分布ＦＦＰ（ファーフィールドパターン）が楕円形状
になっていることの影響が強く現れて、ＬＤ光の周辺部
での接合面に平行な方向の光量と垂直な方向での光量分
布の差が大きく、その結果、盤面上のスポットが楕円状
になってしまう。

【０００４】上記の問題を解決するために従来技術で
は、往路側のコリメータレンズと対物レンズの間の平行
光中に、ビーム整形プリズムを設けて、一方向に（接合
面に平行な方向に）ビームを拡大して、楕円状のビーム
形状を円形に整形している。従来の技術について以下に
説明する。図６は従来のビーム整形プリズムを一つ用い
た光ピックアップの構成図である。光源１は接合面が紙
面に平行で、光源１の出射光線は、偏光面がほぼ紙面に
平行なＰ偏光であり、強度分布（ＦＦＰ）は紙面に垂直
な方向が短軸で、平行な方向が長軸である楕円形をして
いる。光源１の出射光線は、コリメータレンズ６２で平
行光に変換された後に、ビーム整形プリズム６３の入射
面６４に入射して、屈折により進路が曲げられ、光の進
行方向に垂直で紙面に平行な方向にビームが拡大され
て、出射面６５へ向かう、ビームの拡大率はプリズムの
頂角θａの大きさとプリズムの屈折率Ｎで決まり、拡大
率ｍはｍ＝φｂ／φａ＝ＣＯＳθａ／（１−Ｎ²ＳＩＮ²θａ）
^1/2 で与えられる。出射面６５は入射面６４で屈折した平行
光線に垂直に配置されており、平行光線は出射面６５で
屈折を受けることなく出射面６５から出射して、往復分
離用ビームスプリッター６６を通過して、対物レンズ４
２により記録媒体４３上にスポットを結ぶ。光源１から
の出射光は、当初は、楕円形状の強度分布を有している
が、ビーム整形プリズム６３通過後は、楕円形状の強度
分布の短軸側が引き伸ばされて、強度分布はほぼ円状に
なっており、記録媒体上のスポットもほぼ円状をしてい
る。記録媒体で反射した戻り光は往復分離スプリッター
６６により、センサー６９に導かれて、信号検出が行わ
れるので、戻り光はビーム整形プリズム６３を通らず、
センサー上のスポットもほぼ円状である。他にビーム整
形プリズムやシリンドリカルレンズを２つ組み合わせ
て、ビーム整形を行う方法も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ビーム
整形プリズムを用いたビーム整形素子は、ビーム整形プ
リズムを一つ用いる方式では、光軸の向きがビーム整形
プリズムの前後で変わり、また、ビーム整形プリズムを
２つ用いる方式では、光軸のずれが生じるために、ビー
ム整形素子のみならずその後の光学部材の位置調整が難
しく、更に光軸の変化やずれのため、ビーム整形素子や
それを用いた光ピックアップの幅が大きくなってしま
う。また、プリズム等のビーム整形に用いられる部材そ
のものが大きいので、光ピックアップの小型化が困難で
ある。

【０００６】また、近年、光ピックアップの小型化のた
めに、光源とセンサーを１パッケージに収納した集積型
素子を用いた集積型光ピックアップが提案されている。
集積型光ピックアップでは、光源とセンサーが１パッケ
ージに収納されているので、往路にのみビーム整形プリ
ズムをいれることは不可能で、どうしても復路にもビー
ム整形プリズムが入る構成となる。この構成は特に光磁
気記録では問題になる、すなわち、光磁気記録では記録
媒体からの戻り光のわずかな偏光状態の変化から再生信
号を検出しており、再生信号はセンサーに到達するＳ偏
光の光量が大きいほど大きくなる。ビーム整形プリズム
はＰ偏光の透過率は大きいが、Ｓ偏光の透過率が小さい
という偏光特性を有しており、復路にビーム整形プリズ
ムがあると、センサーに到達する記録媒体からの戻り光
のＳ偏光が減少してしまい、再生信号の低下が生じる。
従って、光源と検出センサーを一パッケージ化した光磁
気記録用の集積型光ピックアップでは、ビーム整形の手
段として、ビーム整形プリズムを用いることはできず、
ビーム整形プリズムに代わる効果的なビーム整形の手段
が求められている。

【０００７】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、ビーム整形プリズムに代わり、集積型の光ピックア
ップに適用可能で、光ピックアップの小型化を可能にす
るビーム整形素子およびそ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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、光源から放射された光に非点収差を与え、仮想的な
直交する一組の焦線を有する光とほぼ等価になるように
作用する第１整形素子と、前記第１整形素子を通過した
の光に作用して、前記第１整形素子により与えられた非
点収差を打ち消し、前記の発光点とは異なる仮想的な発
光点から放射された光とほぼ等価になるように作用する
第２整形素子とを備え、光源から放射される光の強度分
布を楕円形状から略円形に整形するようにした。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明のビーム整
形素子では、光源から放射された光に非点収差を与え、
直交する仮想的な一組の焦線を有する光とほぼ等価にな
るように作用する第１整形素子と、前記第１整形素子を
通過した光に作用して、前記第１整形素子により与えら
れた非点収差を打ち消し、光源の発光点とは異なる仮想
発光点から発した光とほぼ等価になるように作用する第
２整形素子とを備え、光源から放射される光の強度分布
を楕円形状から略円形に整形することにより、ビーム整
形素子で発生する収差量を低減しつつ、ビーム整形素子
の小型化が容易になり、また、集積型光ピックアップに
組み込むことが可能になる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、第１整形素子通
過後の光が第１の仮想焦線と第２の仮想焦線とを有し、
前記第１整形素子から光源の発光点までの光路長Ｌ０と
前記第１整形素子から前記第１の仮想焦線までの光路長
Ｌ２の比Ｌ２／Ｌ０が１．１以上で、２．０以下である
ことにより、光源の波長が変動した際にビーム整形素子
に生じる色収差の影響をより小さくすることができる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、第１の仮想焦線
と第２の仮想焦線とが光源の発光点を挟み込むように位
置し、前記第１の仮想焦線が前記光源の放射方向と反対
方向に位置していることにより、光源の波長が変動した
際にビーム整形素子に生じる色収差をさらに小さくする
ことができる。

【００１２】請求項４に記載の発明は、第１整形素子と
第２整形素子とを有し、非円形の強度分布を有する入射
光の強度分布を略円形に変換するとともに、前記第１整
形素子で増加した収差量を前記第２整形素子で減少させ
ることにより、ビーム整形素子で発生する収差量を減少
させることができる。

【００１３】請求項５に記載の発明は、入射してきた光
に収差を与える第１整形素子と入射してきた光に収差を
与える第２整形素子とを有し、非円形の強度分布を有す
る入射光の強度分布を略円形に変換するとともに、前記
第１整形素子で与えられる収差と前記第２整形素子で与
えられる収差とがほぼ打ち消し合うように、前記第１整
形素子と前記第２整形素子とを配置したことにより、ビ
ーム整形素子での収差の発生を抑制することができる。

【００１４】請求項６に記載の発明は、整形素子が透過
型もしくは反射型ホログラム素子であることにより、整
形素子の小型化・薄型化を実現することができる。

【００１５】請求項７に記載の発明は、回折光と０次光
が異なる方向に進むので、０次光のもれ込みによる悪影
響を除くことができる請求項８に記載の発明は、第１整
形素子に対する第２整形素子の位置調整が可能であるこ
とにより、光源の取り付け位置の許容される誤差を大幅
に拡大することが可能になる。

【００１６】請求項９に記載の発明は、第１整形素子と
第２整形素子の間に光分離手段を設けることにより、復
路光が第１整形素子に入射しないようにすることがで
き、復路光に非点収差を与えることができる。

【００１７】請求項１０に記載の発明では、ビーム整形
素子が略平面に形成されていることにより、曲面で構成
した場合に比べて、ビーム整形素子を薄く形成すること
ができるので、ビーム整形素子を小型化することができ
る。

【００１８】請求項１１に記載の発明は、ビーム整形素
子で発生する収差量を０．０３λ（ＲＭＳ）以下とした
ことにより、光学特性に優れたビーム整形素子を提供す
ることができる。

【００１９】請求項１２に記載の発明は、ともに略平面
状に形成された第１整形素子及び第２整形素子とを有
し、前記第１整形素子と前記第２整形素子とを用いて、
光源から放射された光の強度分布を略円形に変換するこ
とにより、ビーム整形素子を非常に薄く形成することが
できるので、ビーム整形素子をより小型化することがで
きる。

【００２０】請求項１３に記載の発明は、光源と、第１
整形素子と第２整形素子とを有し、前記第１整形素子と
前記第２整形素子とを用いて非円形の強度分布を有する
入射光の強度分布を略円形に変換するビーム整形素子
と、略円形の強度分布に変換された光を記録媒体上に集
光する集光手段と、記録媒体で反射されてきた光を受光
し、電気信号に変換する光検出手段とを備え、前記第１
のビーム整形素子及び前記第２のビーム整形素子の少な
くとも一方において、入射光の光軸と出射光の光軸が略
一直線上に存在することにより、ビーム整形素子やその
他の光学部材間の位置あわせを容易に行うことができ、
更にビーム整形素子をより小さくすることができる。

【００２１】請求項１４に記載の発明は、光源と、第１
整形素子と第２整形素子とを有し、前記第１整形素子と
前記第２整形素子とを用いて非円形の強度分布を有する
入射光の強度分布を略円形に変換するビーム整形素子
と、略円形の強度分布に変換された光を記録媒体上に集
光する集光手段と、記録媒体で反射されてきた光を受光
し、電気信号に変換する光検出手段とを備え、前記ビー
ム整形素子において、前記第１整形素子を通過した光が
有する収差量を前記第２整形素子で減少させることによ
り、光ピックアップの光学系の光学特性を良好なものと
することができ、特に記録媒体上での光の集光特性を良
好にすることができる。

【００２２】請求項１５に記載の発明は、光源と、第１
整形素子と第２整形素子とを有し、前記第１整形素子と
前記第２整形素子とを用いて非円形の強度分布を有する
入射光の強度分布を略円形に変換するビーム整形素子
と、略円形の強度分布に変換された光を記録媒体上に集
光する集光手段と、記録媒体で反射されてきた光を受光
し、電気信号に変換する光検出手段と、内部もしくは表
面に複数の光学素子を有し、前記光源から導かれてきた
光を所定の位置に向けて放射するとともに、記録媒体で
反射されてきた光を所定の位置に向けて放射する光学部
材とを備え、前記ビーム整形素子の少なくとも一部を前
記光学部材に形成したことにより、光源からの光を所定
の位置に導く光学部材とビームの強度分布を補整するビ
ーム整形素子の少なくとも一部を一体化することができ
るので、部品点数の削減ができ、位置あわせ等の組立工
程の簡略化を図ることができる。

【００２３】（実施の形態１）まず最初に本発明の実施
の形態１について説明する。

【００２４】図１（ａ）は、本発明の実施の形態１にお
けるビーム整形素子の構成を示す斜視図である。１は光
源で、光源１としては半導体レーザ等の直進性が強く、
コヒーレントなものを用いる場合が多い。また光源１か
ら放出される光の波長は、赤外光領域から可視光，紫外
光の領域までが考えられ、用いられる記録媒体等に応じ
て選択することが好ましい。更に複数の記録媒体に対応
できるように複数の光源を設けても良い。

【００２５】２、３はそれぞれ第１整形素子，第２整形
素子で、ビーム整形素子を構成するものである。第１，
２整形素子２，３はともにホログラムや複屈折部材等で
構成することができる。従って第１，２整形素子２，３
は略平面状に形成することができるので第１，２整形素
子２，３の作製がより簡単に行える。また例えば第１，
２整形素子２，３を薄い透光性基板の表面（平面で構
成）に形成すると、従来の屈折光学部材を用いた場合に
比べて、その体積を大幅に小さくできるので、飛躍的に
第１，２整形素子２，３の小型化・薄型化が可能にな
り、小型・薄型のビーム整形手段を実現することができ
る。

【００２６】第１整形素子２と第２整形素子３は、光源
１から放出され、記録媒体に向かう光の経路中のいずれ
かの位置に配置されており、特に光源１のより近くに配
置することが好ましい。この様な配置とすることによ
り、光源１から放出され、拡散しながら記録媒体に導か
れる光の径が大きくなってしまう前に、第１，２整形素
子２，３に光を入射させることができるので、第１，２
整形素子２，３をより小さくすることができ、ひいては
これらの部材を搭載した光ピックアップの小型化を実現
することができる。

【００２７】なお本実施の形態においては、第１整形素
子２と第２整形素子３は、いずれも透過型のホログラム
で形成している。また本実施の形態では第１，２整形素
子２，３は別々の部材として形成されているが、同一基
板の表裏面に形成しても良いし、複合ホログラムで形成
しても良い。

【００２８】次に第１，２整形素子２，３の働きについ
て説明する。本実施の形態においては、第１整形素子２
と第２整形素子３は、２つが一組みになって作用し、あ
る一方向に、本実施の形態の場合は、図に示すＸ方向に
ビームを拡大する働きをする。例えば光源１の接合面が
Ｘ−Ｚ面内にある場合、光源１の出射後には、ビームの
遠方での強度分布（ＦＦＰ）はＹ軸方向を長軸とする楕
円形状をしているが、第１整形素子２と第２整形素子３
を通過後には、Ｘ軸方向にビームが拡大されるので、ほ
ぼ円状の強度分布となる。

【００２９】この原理について図面を参照しながら説明
する。図１（ｂ）、図１（ｃ）は、ともに本発明の実施
の形態１におけるビーム整形素子の機能を示す図であ
り、図１（ｂ）では光源１を出て第１整形素子２と第２
整形素子３を通過する光線の進路を、Ｙ−Ｚ面内で示し
ており、図１（ｃ）はＸ−Ｚ面内で示している。光源１
はその接合面がＸ−Ｚ面内にあるように配置されてお
り、そのＦＦＰはＹ軸を長軸とする楕円形状をしてい
る。光源１から放射された光線は、第１整形素子２に入
射する。第１整形素子２は、光源１からの光線に非点収
差を与え、第１整形素子通過後の光線が、ほぼ直交する
（正確にはねじれの関係になることが多く、この場合に
は光源１から放射された光の光軸と焦線４とを含む平面
が焦線５とほぼ直交する）仮想的な一組の焦線４，５を
有する光線とほぼ等価になるように作用する。後側焦線
５はＸ軸に平行であり、前側焦線４はＹ軸に平行であ
る。Ｙ−Ｚ面内で見ると、光源１を出て、第１整形素子
２に入射した光線は、仮想焦線５を仮想発光点とするよ
うに、第１整形素子２により進路を曲げられる。また、
Ｘ−Ｚ面内で見ると、光源１を出て、第１整形素子２に
入射した光線は、仮想焦線４を仮想発光点とするよう
に、第１整形素子２により進路を曲げられる。この結
果、第１整形素子２を通過後は、Ｙ−Ｚ面内の光線に比
べて、Ｘ−Ｚ面内の光線の方が光線の発散角が大きくな
るので、光線が第２整形素子３に到達するときには、Ｘ
方向にビームが拡大されている。第２整形素子３は、第
１整形素子２が光線に与えた非点収差を打ち消す作用を
する。第１整形素子２により進路を曲げられ、第２整形
素子３に入射した光線は、第２整形素子３により、すべ
ての光線が、一つの仮想発光点６から発した光線である
かのようにその進路を曲げられる。

【００３０】上記のように２つの整形素子を組み合わせ
て構成されたビーム整形素子におけるビーム拡大率ｍ
は、第１整形素子２から光源１までの光路長をＬ０と
し、第１整形素子２から前側焦点４までの光路長をＬ１
とし、第１整形素子２から後側焦点５までの光路長をＬ
２とし、第１整形素子２から第２整形素子３までの光路
長をＬ３とすると、ｍ＝（（Ｌ１＋Ｌ３）／Ｌ１）・（Ｌ２／（Ｌ２＋Ｌ
３））で与えられる。

【００３１】次に光源１の波長変動に伴って発生する収
差について検討する。図２は、本発明の実施の形態１に
おける波長変動と収差量の整形素子位置依存性を示す図
である。詳しくは第１整形素子２からＬＤの発光点１ま
での光路長Ｌ０と前記第１整形素子２から仮想焦線５ま
での光路長Ｌ２の比Ｌ２／Ｌ０とＬＤの波長が設計波長
から１０ｎｍ変化した場合のビーム整形素子通過後の光
束の波面収差の増加量との関係を示している。

【００３２】一般にホログラムを用いた光学系は波長変
動に弱く、温度変化等により光源の波長が変動すると大
きな収差が発生する問題がある。

【００３３】光ピックアップの光学系において許容され
る収差量は用いられる光源１の波長や記憶媒体上におけ
るスポット径等の違いにより一概にどれだけとは言えな
いが、要求される最低限のレベル２を考えると、ビーム
整形素子において発生する波面収差量の許容される範囲
は、０．０３λ（ｒｍｓ）以下程度にすることが必要で
ある。この範囲内に波面収差量が収まっていれば、記録
媒体上での光の収束状態を良好なものにすることがで
き、従って隣接するトラックやピットの影響等を受ける
ことなく記録媒体に記録されている情報を正確に再生す
ることができるとともに、記録媒体上での光量を増大さ
せることができ、記録媒体への情報の記録も正確に行う
ことができる信頼性の高い光ピックアップとすることが
できる。

【００３４】図２からわかるように、第１整形素子２か
らＬＤの発光点１までの光路長Ｌ０と第１整形素子２か
ら仮想焦線５までの光路長Ｌ２の比Ｌ２／Ｌ０を１．１
から２．０の範囲にすれば、ビーム整形素子の波長変動
による波面収差の増加量を０．０３λ（ｒｍｓ）以下に
できることがわかる。

【００３５】Ｌ２／Ｌ０を上記の範囲にすることによ
り、波長変動による波面収差の発生量が小さくなる理由
は、この条件を満たすことにより、第１整形素子２の波
長変動による波面収差の変化と第２整形素子３の波長変
動による波面収差の変化がちょうど打ち消し合う関係に
なり、光源の波長が変動した際にビーム整形素子に生じ
る色収差を小さくすることができるからであると考えら
れる。

【００３６】なお本実施の形態においては組み合わせる
整形素子の数を２つとしていたが、３つ組み合わせても
良いし、４つ以上組み合わせても構わない。但し組み合
わせる数が少なければ少ないほど、市場のニーズである
光ピックアップの小型化を実現しやすくなるので好まし
い。また光源１，第１整形素子２，第２整形素子３は連
続して設けられていたが、これらの部材間に他の光学部
材を設けても良い。

【００３７】以上示してきたように、本実施の形態にお
けるビーム整形素子では、ＦＦＰが楕円である光源１か
ら放出された光を、あたかも光源１から放出された光の
光軸が形成する直線上にあって、かつ、光源１とは異な
る仮想発光点６から放出された、ＦＦＰが略円形の光で
あるかのように変換することができるので、光源１から
放出された光の光軸が偏向したり、ずれたりしないの
で、ビーム整形素子のみならず、光ピックアップを構成
する各光学部材の位置調整を簡単に行うことができ、光
ピックアップの生産性を向上させることができるととも
に、ビーム整形素子を小型化することができるので、こ
れを搭載した光ピックアップの小型化も実現することが
できる。

【００３８】またホログラム等を用いることにより、透
光性基板の表面に第１，２整形素子２，３を形成できる
ので、第１の整形素子２及び第２の整形素子３を非常に
薄く・小さく形成することができるので、従来の屈折光
学系を用いたビーム整形素子に比べて、ビーム整形素子
の大きさを格段に小さくすることができるので、引いて
は市場のニーズである小型で、かつ、記録媒体上での光
量が大きい光ピックアップを容易に実現することができ
る。

【００３９】更に複数の整形素子を組み合わせて、それ
ぞれの整形素子で発生する収差を打ち消す様に構成した
ことにより、ビーム整形素子で発生する収差量を大幅に
抑制することができるので、光学特性に優れた光ピック
アップを実現することができる。

【００４０】また、光源１の波長変動によって発生する
収差も、この構成で打ち消すことができるので、光源１
に発生する波長変動の影響を最小限に抑制でき、たとえ
光源１に波長変動が発生したとしても、正確に情報の記
録もしくは再生を行うことができる信頼性の高い光ピッ
クアップとなっている。

【００４１】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態
２について説明する。

【００４２】図３は、本発明の実施の形態２におけるビ
ーム整形素子の構成を示す斜視図である。本実施の形態
においては、第１整形素子２が反射型ホログラムで、第
２整形素子３が透過型ホログラムで構成されており、実
施の形態１での考え方を応用したものである。

【００４３】３０は集積プリズムで、集積プリズム３０
は、光源１の光放出面に対して傾いた複数の斜面３０
ａ，３０ｂ，３０ｃをその内部に包含する様に、複数の
透光性基板から形成されており、各基板の端面には、所
定の位置に所定の機能を有する光学素子が予め形成され
ている。なお集積プリズム３０内の斜面の数は、２つで
も３つでもそれ以上でも良く、形成する光学素子の数や
位置関係等によって決定される。またその斜面の角度は
３０°〜６０°とすることが同じ作用を及ぼす様に設計
した場合に集積プリズム３０をより小型化できるので好
ましく。その中でも特に略４５°とすることにより、光
軸の偏向角度を略９０°とすることができ、最も効率よ
く光を導くことができるとともに、集積プリズム３０の
設計の自由度も大きく取ることができるので、特に好ま
しい。

【００４４】また集積プリズム３０を形成する透光性基
板としては、光学ガラスや光の透過率の高い樹脂等が用
いられる場合が多い。

【００４５】以下集積プリズム３０中に形成されている
光学素子について説明する。集積プリズム３０の第２の
斜面３０ｂには、第１整形素子２が反射型ホログラムと
して設けられており、光源１から放射された光線に非点
収差を与え、第１整形素子２において回折された光のう
ち、１次回折光が仮想的な直交する一組の焦線４および
５を有する光線と等価になるように作用し、更に第１整
形素子２は、その一次回折光による焦線４および５が光
源１の発光点を挟み込む位置に配置されている。第１整
形素子２は、透光性基板に直接形成しても良いし、透光
性基板上にＳｉＯ₂膜等を形成して、そこに形成しても
良い。またホログラムの形状は、鋸の波状にでも良い
し、階段状に形成しても良い。

【００４６】また集積プリズム３０の斜面３０ａ，３０
ｂには入射してきた光を反射する反射素子７ａ，７ｂが
それぞれ形成されている。反射素子７は主にＡｌ，Ａｇ
等の反射率の高い金属材料やＳｉＯ₂やＴｉＯ₂等の屈折
率の異なる誘電体材料を交互に組み合わせることにより
形成されることが多い。

【００４７】次に第２整形素子３は、集積プリズム３０
とは別体で、集積プリズム３０より記録媒体寄りに設け
られた基板４４上に透過型ホログラム素子として設けら
れている。

【００４８】ここで第１整形素子２と反射素子７ａ，７
ｂとは１つの透光性基板の両端面に形成されているが、
基板の境界の影響、特に基板間を接合する接合材の影響
を受けることなく光を導くことができるので好ましい構
成である。特に記録媒体に向かう光では、記録媒体上に
形成するビームスポットの大きさが情報の再生記録品質
に大きく寄与するので、光学特性に悪影響を及ぼす可能
性が高い境界を透過する回数はできるだけ少ない方が良
い。

【００４９】この様な構成を持つビーム整形素子では、
第１整形素子２の１次回折光の有する仮想的な直交する
一組の焦線４および５と光源１の発光点とがそれぞれ接
近しており、本実施の形態のビーム整形素子を光ディス
ク装置の光ピックアップに用いた場合、記録媒体上で、
第１整形素子２の０次光による結像スポットと１次回折
光による本来の結像スポットが非常に接近してしまい、
０次光の漏れ込みにより信号品質が劣化する可能性があ
る。

【００５０】そこで本実施の形態では、この問題の発生
を防ぐために、第１整形素子２は、光源１からの入射光
の光軸に対する最適な傾斜角である４５度から１度程度
傾け、その１次回折光が、入射してきた光に所定の非点
収差を与えて、第２整形素子３に向けて出射するように
設計されている。一方第１整形素子２の０次反射光は、
第１整形素子素子２が入射光の光軸に対して４５度から
１度前後傾いて配置されているので、１次回折光の進行
方向とは異なる方向に進行する。従ってこの様に設計さ
れたビーム整形素子を光ピックアップに用いた場合、第
１整形素子２の０次光線による結像スポットは１次回折
光による本来の結像スポットから離れた位置に結像する
ので、１次回折光による本来の結像スポットに悪影響を
及ぼすことがない。

【００５１】なお本実施の形態においては、第２整形素
子３は別部材で設けられた基板４４に設けられていた
が、集積プリズム３０の端面３０ｄに形成しても良い。
また第１整形素子２を集積プリズム３０の入射端面３０
ｅに設けても良い。さらに第１整形素子２を光源１と集
積プリズム３０との間に形成し、第２整形素子３を集積
プリズム３０の表面やその内部に設けても良い。

【００５２】更に第１整形素子２と第２整形素子３とを
いずれも反射型ホログラムで形成し、集積プリズム３０
の表面もしくは内部に形成してもよい。なお両方を集積
プリズム３０に形成することにより、部品点数の削減を
図ることができるので、各部品間の位置あわせ等の組立
工程を簡略化することができる。

【００５３】以上示してきたように、本実施の形態のビ
ーム整形素子は、近年実用化されつつある集積プリズム
３０を用いた光学系に簡単に組み込むことができるの
で、光学系の大きさを格段に小さくしつつ、光の強度分
布を略円形に変換することができ、更に光学系で発生す
る収差量も小さく抑制することができる優れた光学特性
を有する光学系を実現することができる。

【００５４】特に第１整形素子２を反射型のホログラム
で形成し、第２整形素子３を透過型のホログラムで形成
したことにより、ビーム整形素子の一部を集積プリズム
３０の中に設けることができる。また透過型整形素子は
反射型に比べて、誤差に対する公差が大きいので、第２
整形素子３の第１整形素子２に対する許容組立誤差を大
きくすることができ、ビーム整形素子の歩留まりを向上
させることができる。

【００５５】以上のように本実施の形態のビーム整形素
子によれば、各種光学素子の集積化を容易に行うことが
でき、集積化した各種光学素子の位置精度を向上させる
ことができる。

【００５６】（実施の形態３）次に本発明の実施の形態
３について説明する。

【００５７】図４は、本発明の実施の形態３における光
ピックアップの構成を示す図であり、第１整形素子２が
透過型ホログラムで、第２整形素子３が透過型ホログラ
ムで構成されており、双方とも集積プリズム５０の外部
に形成されており、実施の形態１での考え方を応用した
ものである。第１，２整形素子２，３をともに透過型ホ
ログラムとすることにより、組立公差をより大きくとる
ことができるので、ビーム整形素子の歩留まりを向上さ
せることができるとともに、これを用いた光ピックアッ
プの公差も大きくできるので、光ピックアップの歩留ま
りも向上させることができる。

【００５８】本実施の形態の光ピックアップでは、光源
１と複数の斜面（傾斜角は４５度）５０ａ，５０ｂ，５
０ｃを有する集積プリズム５０と、複数の受光部を有す
る光検出センサー２０とが一つのパッケージ４０に収め
られており、更にパッケージ４０の内部は窒素ガス，ア
ルゴンガス等の不活性ガスや乾燥空気等が封入されるこ
とが、光源１や光検出センサー２０の劣化を防止するこ
とができるので好ましい。

【００５９】パッケージ４０は金属，樹脂，セラミック
ス等で形成されており、ここではとくに外部からのノイ
ズを遮断することができ、光源１の出力や光検出センサ
ー２０からの信号特性を安定で良好なものとすることが
できる金属製のものを用いることが好ましい。

【００６０】またパッケージ４０の外側の記録媒体より
の位置には第２整形素子３が基板４４に設けられてお
り、基板４４は位置調節装置４５に取り付けられてい
る。そしてこの位置調節装置４５を用いることにより、
第２整形素子３の光源１に対する位置調整が容易に行え
る構成になっている。これによりたとえ光源１の取付位
置にずれがあった場合にも、第２整形素子３の設置位置
をかえることができ、光学系の最適化を行うことができ
るので、品質のバラツキが少ない、良好な光学特性を持
つ光ピックアップを実現することができる。

【００６１】集積プリズム５０は、斜面５０ａ，５０
ｂ，５０ｃを有しており、斜面５０ａには反射素子７ａ
が、斜面５０ｂには反射素子７ｂ，第１のビームスプリ
ッタ８及び非点収差発生手段１０が、斜面５０ｃには第
２のビームスプリッタ９が形成されている。

【００６２】光源１から出射された光は、集積プリズム
５０に入射して、反射素子７ａ及び反射素子７ｂでそれ
ぞれ反射され、さらに第１のビームスプリッター８で反
射されて、集積プリズム５０の端面５０ｄに形成された
第１整形素子２で回折・通過して、さらに、パッケージ
４０の開口部を塞ぐ透光性部材４１を透過して、第２整
形素子３で、回折・通過する。光源１の出射後のＬＤ光
線の強度分布は楕円形状をしているが、第１整形素子２
と第２整形素子３を通過することにより、ほぼ円形に整
形されている。

【００６３】第２整形素子３を通過した光線は、対物レ
ンズ４２により記録媒体４３のデータ面上に集光され、
ほぼ円形のスポット形状となる。記録媒体４３で反射さ
れた光線は、上記と逆の経路を通過して第２整形素子３
と第１整形素子２を通過して集積プリズム５０に入射
し、第１のビームスプリッター８を透過した光は、第２
のビームスプリッター９で２つのビームに分離され、一
方はそのまま光検出センサー２０に到達して、光検出セ
ンサー２０によってＲＦ再生信号が検出され、もう一方
は、非点収差発生手段１０で反射された後に光検出セン
サー２０に到達し、フォーカス誤差信号とトラック誤差
信号を形成するのに用いられる。なお本実施の形態にお
いては、非点収差法によりフォーカス誤差信号がまたプ
ッシュプル法によりトラック誤差信号が得られる。

【００６４】以上のように、本実施の形態の光ピックア
ップでは、ビーム整形を行うことにより、良好な光学特
性を実現しつつ、光ピックアップの小型化を実現でき
る。従って市場のニーズである記録媒体上での光量の確
保と装置の小型化の両方を満たすことができる優れた光
ピックアップとなっている。

【００６５】なお本実施の形態においては、透光性部材
４１でパッケージ４０の開口部を塞いで、基板４４とは
別々に設けられていたが、基板４４でパッケージ４０の
開口部を塞いでも良い。

【００６６】（実施の形態４）図５は本発明の実施の形
態４における光ピックアップの構成を示す図であり、第
１整形素子２が反射型ホログラムで、第２整形素子３が
透過型ホログラムで構成されており、実施の形態２での
考え方を応用したものである。

【００６７】本実施の形態の光ピックアップは、光源１
と複数の４５度斜面を有する集積プリズム６０と光検出
センサー２０が一つのパッケージ４０に収められてい
る。そして本実施の形態では第１整形２は集積プリズム
６０に設けられており、第２整形素子３がパッケージ４
０の外部の記録媒体４３寄りに設けられ、位置調整装置
４５を調整することにより、第２整形素子３の位置調整
が行える構成になっている。

【００６８】集積プリズム６０は、斜面６０ａ，６０
ｂ，６０ｃを有しており、斜面６０ａには反射素子７
が、斜面６０ｂには第１のビームスプリッタ８及び第１
整形素子２が、斜面６０ｃには第２のビームスプリッタ
９がそれぞれ形成されている。

【００６９】光源１から出射された光は集積プリズム６
０に入射して、第１の反射型ホログラム素子２で回折・
反射され、反射素子７で反射され、さらに第１のビーム
スプリッター８で反射されて、パッケージ４０の開口部
を塞ぐ透光性部材４１を透過して、第２整形素子３を通
過する、光源１の出射後の光線の強度分布は楕円形状を
しているが、第１整形素子２と第２整形素子３を通過す
ることにより、ほぼ円形に整形されている。第２整形素
子３を通過した光線は、対物レンズ４２により記録媒体
４３のデータ面上に集光され、ほぼ円形のスポット形状
となる。

【００７０】記録媒体４３で反射された光は、上記と逆
の経路を通過して、第２整形素子３を通過して、集積プ
リズム６０に入射して、第１のビームスプリッター８を
透過して、光検出センサー２０に到達して、光検出セン
サー２０によってＲＦ再生信号およびサーボ信号が検出
される。本実施の形態のように第１整形素子２と第２整
形素子３の間に往路光と復路光の分離機構（第１のビー
ムスプリッタ８）を有する構成では、集積プリズム６０
への戻り光線は、第２整形素子３を通過するが第１整形
素子２は通過しないので、集積プリズム６０への戻り光
線には第２整形素子３で発生する非点収差が残ってい
る。この集積プリズム６０への戻り光線に残存する非点
収差を用いて、非点収差法によりフォーカス誤差信号の
検出を行うことが可能であり、このような構成にすれ
ば、集積プリズム６０の中に非点収差発生手段を設ける
必要が無くなり、集積プリズム６０の構造を簡略化する
ことができ、集積プリズム６０の生産性を向上させるこ
とができる。なお反射素子７の代わりに第２整形素子３
を反射型ホログラムで形成しても良い。この様にするこ
とにより、ビーム整形素子を完全に集積プリズム６０の
内部に設けることができるので、光ピックアップの更な
る小型化が可能になるとともに、光ピックアップの組み
立て工程も部品点数が減少するので簡略化することがで
きる。

【００７１】

【発明の効果】以上示してきたように本発明によれば、
ＦＦＰが楕円である光源１から放出された光を、あたか
も光源１から放出された光の光軸が形成する直線上にあ
って、かつ、光源とは異なる仮想発光点から放出され
た、ＦＦＰが略円形の光であるかのように変換すること
ができるので、光源から放出された光の光軸が偏向した
り、ずれたりしないので、ビーム整形素子のみならず、
光ピックアップを構成する各光学部材の位置調整を簡単
に行うことができ、光ピックアップの生産性を向上させ
ることができるとともに、ビーム整形素子を小型化する
ことができるので、これを搭載した光ピックアップの小
型化も実現することができる。

【００７２】またホログラム等を用いることにより、透
光性基板の表面に整形素子を形成できるので、第１整形
素子及び第２整形素子を非常に薄く・小さく形成するこ
とができるので、従来の屈折光学系を用いたビーム整形
素子に比べて、ビーム整形素子の大きさを格段に小さく
することができるので、引いては市場のニーズである小
型で、かつ、記録媒体上での光量が大きい光ピックアッ
プを容易に実現することができる。

【００７３】更に複数の整形素子を組み合わせて、それ
ぞれの整形素子で発生する収差を打ち消す様に構成した
ことにより、ビーム整形素子で発生する収差量を大幅に
抑制することができるので、光学特性に優れた光ピック
アップを実現することができる。

【００７４】また、光源の波長変動によって発生する収
差も、この構成で打ち消すことができるので、光源に発
生する波長変動の影響を最小限に抑制でき、たとえ光源
に波長変動が発生したとしても、正確に情報の記録もし
くは再生を行うことができる信頼性の高い光ピックアッ
プとなっている。

【００７５】また、第１整形素子通過後の光線の有する
仮想的な直交する一組の焦線が光源の発光点を挟み込む
位置に配置され、第１整形素子から光源の発光点までの
光路長Ｌ０と第１整形素子から仮想的な直交する一組の
焦線のうち光源の発光点の後方にある仮想焦線までの光
路長Ｌ２の比Ｌ２／Ｌ０が１．１以上で、２．０以下で
あることにより、第１整形素子の波長変動による波面収
差の変化と第２整形素子の波長変動による波面収差の変
化がちょうど打ち消し合う関係になり、光源の波長が変
動した際にビーム整形素子に生じる色収差を小さくする
ことができる。

【００７６】また、第１整形素子の回折光と回折を受け
なかった０次光の進行方向が異なっているので、０次光
のもれ込みによる悪影響を除くことができるさらに第１
整形素子に対する第２整形素子の位置調整が可能で、光
源の取り付け位置の公差を大幅に広げることが可能にな
る。

【００７７】また、第１整形素子と第２整形素子の間に
光分離手段を設けることにより、センサーへ入射する復
路光が、当初から非点収差を有しているので、非点収差
法によるフォーカス誤差信号の検出が容易に行うことが
でき、集積型光ピックアップの構造を簡略化することが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるビーム整
形素子の構成を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるビーム整形素子の
機能を示す図（ｃ）本発明の実施の形態１におけるビーム整形素子の
機能を示す図

【図２】本発明の実施の形態１における波長変動と収差
量の整形素子位置依存性を示す図

【図３】本発明の実施の形態２におけるビーム整形素子
の構成を示す斜視図

【図４】本発明の実施の形態３における光ピックアップ
の構成を示す図

【図５】本発明の実施の形態４における光ピックアップ
の構成を示す図

【図６】従来のビーム整形プリズムを一つ用いた光ピッ
クアップの構成図

【符号の説明】

１光源２第１整形素子３第２整形素子４焦線５焦線６仮想発光点７反射素子８ビームスプリッター９ビームスプリッター１０非点収差発生手段２０光検出センサー３０集積プリズム３０ａ，３０ｂ斜面４０パッケージ４１透光性部材４２対物レンズ４３記録媒体５０集積プリズム５０ａ，５０ｂ，５０ｃ斜面６０集積プリズム６０ａ，６０ｂ，６０ｃ斜面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から放射された光に非点収差を与え、
直交する仮想的な一組の焦線を有する光とほぼ等価にな
るように作用する第１整形素子と、前記第１整形素子を
通過した光に作用して、前記第１整形素子により与えら
れた非点収差を打ち消し、前記光源の発光点とは異なる
仮想発光点から放射された光とほぼ等価になるように作
用する第２整形素子とを備え、前記光源から放射された
光の強度分布を略円形に整形することを特徴とするビー
ム整形素子。
【請求項２】第１整形素子通過後の光が第１の仮想焦線
と第２の仮想焦線とを有し、前記第１整形素子から光源
の発光点までの光路長Ｌ０と前記第１整形素子から前記
第１の仮想焦線までの光路長Ｌ２の比Ｌ２／Ｌ０が1．
１以上で、２．０以下であることを特徴とする請求項１
に記載のビーム整形素子。
【請求項３】第１の仮想焦線と第２の仮想焦線とが光源
の発光点を挟み込むように位置し、前記第１の仮想焦線
が前記光源の放射方向と反対方向に位置していることを
特徴とする請求項２記載のビーム整形素子。
【請求項４】第１整形素子と第２整形素子とを有し、前
記第１整形素子と前記第２整形素子とを用いて、非円形
の強度分布を有する入射光の強度分布を略円形に変換す
るとともに、前記第１整形素子を透過した光において増
加した収差量を前記第２整形素子で減少させることを特
徴とするビーム整形素子。
【請求項５】入射してきた光に収差を与える第１整形素
子と入射してきた光に収差を与える第２整形素子とを有
し、非円形の強度分布を有する入射光の強度分布を略円
形に変換するとともに、前記第１整形素子で与えられる
収差と前記第２整形素子で与えられる収差とがほぼ打ち
消し合うように、前記第１整形素子と前記第２整形素子
とを配置したことを特徴とするビーム整形素子
【請求項６】整形素子が、透過型もしくは反射型ホログ
ラム素子であることを特徴とする請求項４，５いずれか
記載のビーム整形素子。
【請求項７】第１整形素子の回折光と非回折光（０次
光）の進行方向が異なっていることを特徴とする請求項
６記載のビーム整形素子。
【請求項８】第１整形素子に対する第２整形素子の位置
調整が可能なことを特徴とする請求項４，５いずれか１
記載のビーム整形素子。
【請求項９】第１整形素子と第２整形素子の間に光分離
手段を有することを特徴とする請求項４，５いずれか１
記載の光ピックアップ。
【請求項１０】ビーム整形素子が略平面に形成されてい
ることを特徴とする請求項４，５いずれか１記載のビー
ム整形素子。
【請求項１１】ビーム整形素子で発生する収差量を０．
０３λ（ＲＭＳ）以下としたことを特徴とする請求項
４，５いずれか１記載のビーム整形素子。
【請求項１２】ともに略平面状に形成された第１整形素
子及び第２整形素子とを有し、前記第１整形素子と前記
第２整形素子とを用いて、光源から放射された光の強度
分布を略円形に変換することを特徴とするビーム整形素
子。
【請求項１３】光源と、第１整形素子と第２整形素子と
を有し、前記第１整形素子と前記第２整形素子とを用い
て非円形の強度分布を有する入射光の強度分布を略円形
に変換するビーム整形素子と、略円形の強度分布に変換
された光を記録媒体上に集光する集光手段と、記録媒体
で反射されてきた光を受光し、電気信号に変換する光検
出手段とを備え、前記第１のビーム整形素子及び前記第
２のビーム整形素子の少なくとも一方において、入射光
の光軸と出射光の光軸が略一直線上に存在することを特
徴とする光ピックアップ。
【請求項１４】光源と、第１整形素子と第２整形素子と
を有し、前記第１整形素子と前記第２整形素子とを用い
て非円形の強度分布を有する入射光の強度分布を略円形
に変換するビーム整形素子と、略円形の強度分布に変換
された光を記録媒体上に集光する集光手段と、記録媒体
で反射されてきた光を受光し、電気信号に変換する光検
出手段とを備え、前記ビーム整形素子において、前記第
１のビーム整形素子を通過した光が有する収差量を前記
第２のビーム整形素子で減少させることを特徴とする光
ピックアップ。
【請求項１５】光源と、第１整形素子と第２整形素子と
を有し、前記第１整形素子と前記第２整形素子とを用い
て非円形の強度分布を有する入射光の強度分布を略円形
に変換するビーム整形素子と、略円形の強度分布に変換
された光を記録媒体上に集光する集光手段と、記録媒体
で反射されてきた光を受光し、電気信号に変換する光検
出手段と、内部もしくは表面に複数の光学素子を有し、
前記光源から導かれてきた光を所定の位置に向けて放射
するとともに、記録媒体で反射されてきた光を所定の位
置に向けて放射する光学部材とを備え、前記ビーム整形
素子の少なくとも一部を前記光学部材に形成したことを
特徴とする光ピックアップ。