WO2005091040A1 - ビーム整形素子及びそれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents

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WO2005091040A1
WO2005091040A1 PCT/JP2005/004449 JP2005004449W WO2005091040A1 WO 2005091040 A1 WO2005091040 A1 WO 2005091040A1 JP 2005004449 W JP2005004449 W JP 2005004449W WO 2005091040 A1 WO2005091040 A1 WO 2005091040A1
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beam shaping
light
curvature
radius
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PCT/JP2005/004449
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Kazunari Tada
Junji Hashimura
Yuichiro Ori
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Konica Minolta Opto, Inc.
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    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1398—Means for shaping the cross-section of the beam, e.g. into circular or elliptical cross-section

Definitions

  • the present invention relates to a beam shaping element, and for example, to a beam shaping element that converts a laser beam emitted from a semiconductor laser light source into an elliptical beam in an optical pickup device into a circular beam.
  • a general light source used in an optical pickup optical system is a laser diode, and the emitted beam is a divergent beam having an elliptical cross section. If the divergent beam is converged by the objective lens as it is, only a part of the circular recording area is irradiated or the outside of the recording area is irradiated, and the accuracy of recording and reproduction is reduced. Therefore, it is necessary to perform beam shaping so that the cross-sectional shape of the laser light on the recording medium is circular.
  • a blue semiconductor laser has recently been used as a laser light source.
  • precision required for recording and reproducing signals has become severe.
  • the current output of blue semiconductor lasers is weak, and it is not possible to secure sufficient laser power for accurate recording and reproduction.
  • This problem can be solved by increasing the efficiency of laser light conversion by converting the laser light into elliptical beam power and a circular beam. Therefore, beam shaping technology has become very important in this regard.
  • a beam is generally shaped using a prism.
  • a collimator lens is used for a blue laser
  • the correction of spherical aberration when the disk substrate has an error can be performed by moving the collimator lens.
  • Various restrictions such as being unable to perform
  • Patent Literature 1 proposes a beam shaping element having anamorphic surfaces on both sides
  • Patent Literature 2 proposes a beam shaping element having cylindrical faces on both sides.
  • Patent document 1 JP-A-9-258099
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-208159
  • the surface shape of the beam shaping element is made anamorphic as proposed in Patent Literature 1 as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163, it is difficult to perform a die force adjustment. Therefore, it is not suitable for mass production, which leads to an increase in cost.
  • the beam shaping element proposed in Patent Document 2 has a problem in that a high shaping magnification cannot be obtained, so that sufficient light use efficiency for recording and reproduction cannot be secured.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a beam shaping element which can be easily manufactured and has a high shaping magnification while maintaining good performance, and a beam shaping element using the same.
  • An object of the present invention is to provide an optical pickup device.
  • a beam shaping element is a beam shaping element that converts laser light emitted from a semiconductor laser light source from an elliptical beam to a circular beam, and includes a light incident side surface thereof. And the light emission side surface, both surfaces have curvature only in the minor axis direction of the elliptical beam cross section, one surface is an arc cylindrical surface, the other surface is a non-arc cylindrical surface, and the following conditional expression ( It is characterized by satisfying 1).
  • T1 core thickness of beam shaping element
  • the beam shaping element of the second invention is a beam shaping element that converts a laser beam emitted from a semiconductor laser light source from an elliptical beam to a circular beam. It has a curvature only in the minor axis direction of the elliptical beam cross section, one surface is an arc cylindrical surface, the other surface is a non-arc cylindrical surface, and satisfies the following conditional expression (2). I do.
  • R1 radius of curvature of the light incident side of the beam shaping element
  • R2 radius of curvature of the light exit side of the beam shaping element
  • radius of curvature of the surface that is convex on the light incident side or concave on the light emitting side is positive, and the radius of curvature of the surface that is concave on the light incident side or convex on the light emitting side is negative.
  • a beam shaping element is a beam shaping element that converts a laser beam emitted from a semiconductor laser light source from an elliptical beam to a circular beam. It has a curvature only in the minor axis direction of the cross section of the elliptical beam, one surface is a circular cylindrical surface, and the other surface is a non-circular cylindrical surface, and satisfies the following conditional expression (3). I do.
  • R1 radius of curvature of the light incident side of the beam shaping element
  • T1 core thickness of beam shaping element
  • radius of curvature of the surface that is convex on the light incident side or concave on the light emitting side is positive, and the radius of curvature of the surface that is concave on the light incident side or convex on the light emitting side is negative.
  • a beam shaping element that converts light emitted from the light source from an elliptical beam to a circular beam; and an objective lens that forms an image of the light from the beam shaping element on a recording medium;
  • An optical pickup device comprising:
  • the beam shaping element has a light incidence side surface and a light emission side surface, both surfaces having a curvature only in the minor axis direction of the elliptical beam cross section, and one surface is an arc cylindrical surface, The other surface is a non-circular cylindrical surface, and the optical pickup device satisfies the following conditional expression (1).
  • T1 core thickness of beam shaping element
  • a light source that emits an elliptical beam
  • a beam shaping element that converts light emitted from the light source from an elliptical beam to a circular beam; and an objective lens that forms an image of the light from the beam shaping element on a recording medium;
  • An optical pickup device comprising:
  • the beam shaping element has a light incidence side surface and a light emission side surface, both sides of which have a curvature only in the minor axis direction of the elliptical beam cross section, one surface is an arc cylindrical surface, and the other surface is a non-circular cylindrical surface.
  • Optical pickup device that satisfies the following conditional expression (2).
  • R1 radius of curvature of the light incident side of the beam shaping element
  • R2 radius of curvature of the light exit side of the beam shaping element
  • radius of curvature of the surface that is convex on the light incident side or concave on the light emitting side is positive, and the radius of curvature of the surface that is concave on the light incident side or convex on the light emitting side is negative.
  • a light source that emits an elliptical beam
  • a beam shaping element that converts light emitted from the light source from an elliptical beam to a circular beam; and an objective lens that forms an image of the light from the beam shaping element on a recording medium;
  • An optical pickup device comprising:
  • the beam shaping element has a light incidence side surface and a light emission side surface, both sides of which have a curvature only in the minor axis direction of the elliptical beam cross section, one surface is a circular cylindrical surface, and the other surface is a non-circular cylindrical surface.
  • Optical pickup that satisfies the following conditional expression (3) Equipment.
  • R1 radius of curvature of the light incident side of the beam shaping element
  • T1 core thickness of beam shaping element
  • radius of curvature of the surface that is convex on the light incident side or concave on the light emitting side is positive, and the radius of curvature of the surface that is concave on the light incident side or convex on the light emitting side is negative.
  • the arc cylindrical surface and the non-circular cylindrical surface both have a curvature only in the minor axis direction of the cross section of the elliptical beam, and have a characteristic feature in terms of core thickness, surface shape, and the like.
  • the beam shaping element according to the present invention is used in an optical pickup device, it is possible to improve the recording / reproducing accuracy, and it is possible to cope with a blue semiconductor laser because the efficiency of using laser light is improved. It becomes.
  • FIG. 1A is an optical configuration diagram showing an embodiment (Example 7) of a beam shaping element.
  • FIG. 1B is an optical configuration diagram showing one embodiment (Example 7) of the beam shaping element.
  • FIG. 2 is an optical configuration diagram showing a state where the beam shaping elements of FIGS. 1A and 1B are arranged in an optical path from a laser light source to a collimator lens.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a main configuration of an optical pickup device equipped with the beam shaping elements of FIGS. 1A and 1B.
  • FIG. 4 is a graph showing the effect of on-axis optical distance on design performance when using the beam shaping elements of FIGS. 1A and 1B.
  • FIG. 5A is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 1.
  • FIG. 5B is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 1.
  • FIG. 6A is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 2.
  • FIG. 6B is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 2.
  • FIG. 7A is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 3.
  • FIG. 7B is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 3.
  • FIG. 8A is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 4.
  • FIG. 8B is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 4.
  • FIG. 9A is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 5.
  • FIG. 9B is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 5.
  • FIG. 10A is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 6.
  • FIG. 10B is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 6.
  • FIG. 11A is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration of the seventh embodiment.
  • FIG. 11B is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration of the seventh embodiment.
  • FIG. 12A is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 8.
  • FIG. 12B is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 8.
  • FIG. 13A is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration of the ninth embodiment.
  • FIG. 13B is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration of the ninth embodiment.
  • FIG. 14A is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 10.
  • FIG. 14B is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration of the tenth embodiment.
  • FIG. 15A is an aberration diagram showing an axial wavefront aberration of the eleventh embodiment.
  • FIG. 15B is an aberration diagram showing an axial wavefront aberration of the eleventh embodiment.
  • FIG. 16A is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 12.
  • FIG. 16B is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration in Example 12.
  • FIG. 17A is an aberration diagram showing an axial wavefront aberration in Example 13.
  • FIG. 17B is an aberration diagram showing an axial wavefront aberration in Example 13.
  • FIG. 18A is an aberration diagram showing an on-axis wavefront aberration of Example 14.
  • FIG. 18B is an aberration diagram showing an axial wavefront aberration in Example 14. Explanation of symbols
  • FIG. 1A and 1B show an embodiment of the beam shaping element BC in an optical cross section.
  • Fig. 2 shows an optical cross-section of the beam shaping element BC in the optical path from the laser light source 1 to the collimator lens 6, and
  • Fig. 3 shows the main configuration of the optical pickup device equipped with the beam shaping element BC. Shown schematically.
  • the rectangular coordinate system (X, Y, Z)
  • X direction the short axis direction of the cross section of the elliptical beam of the laser beam
  • the long axis direction is the Y direction
  • the optical axis AX direction is the Z direction
  • 1A shows the XZ section of the beam shaping element BC
  • FIG. 1B shows the YZ section of the beam shaping element BC
  • FIG. 2 shows the XZ section
  • FIG. 3 shows the YZ section, respectively.
  • the optical pickup device shown in FIG. 3 is an optical pickup device capable of recording and reproducing optical information on an optical information recording medium.
  • the laser light source 1 for example, a semiconductor laser light source (LD: laser diode) that emits laser light having a wavelength of 405 nm is used.
  • LD semiconductor laser light source
  • the laser light emitted from the laser light source ⁇ is reflected upward by the mirror 2, then enters the beam shaping element BC, and is diverged by the beam shaping element BC from an elliptical beam to a circular beam (having a beam cross-sectional shape). (Circular or substantially circular).
  • the beam shaping element BC is a beam shaping element that expands the beam diameter in the minor axis direction (X direction) of the cross section of the elliptical beam in order to convert the laser beam from an elliptical beam to a circular beam. . Therefore, as shown in FIGS.1A and 1B, both the first surface S1 (light incident side) and the second surface S2 (light exit side) of the beam shaping element BC have the minor axis direction ( (X direction) only, with respect to the X direction, the first surface S1 has a concave surface facing the light incident side, and the second surface S2 has a convex surface facing the light emitting side. It has become.
  • one surface is a circular cylindrical surface
  • the other surface is a non-circular cylindrical surface. That is, on one surface, the cross section of the cylindrical surface in the direction having the curvature forms an arc, and on the other surface, the cross section of the cylindrical surface in the direction having the curvature forms a non-arc.
  • the laser beam shaped into a circular beam by the beam shaping element BC passes through the 1Z2 wavelength plate 3, whereby the S-polarization power is also converted to P-polarization. And tracking error detection
  • the light enters a polarization beam splitter 15 for optical path multiplexing and branching.
  • the polarizing beam splitter 5 the light passes through the polarizing beam splitter (PBS) film 5a provided therein as it is and is emitted from the polarizing beam splitter 5.
  • PBS polarizing beam splitter
  • the light enters the collimator lens 6 and is collimated into parallel light, passes through the 1Z4 wavelength plate 10 and the objective lens 11 in order, and forms an image on the optical recording surface 12a of the optical information recording medium 12.
  • the laser beam reflected by the optical recording surface 12a of the optical information recording medium 12 reenters the polarizing beam splitter 5 by following the optical path in reverse. Since the laser light has passed through the 1Z4 wavelength plate 10 twice, the laser light is reflected as S-polarized light by the PBS film 5a, and then emitted from the polarization beam splitter 15.
  • the beam is split by a holographic optical element (HOE) 7 to detect a focusing error, passes through a cylindrical lens 8 for condensing the tracking and focusing error detection light, and is converted into a signal light by a photodiode 9. Detection is performed.
  • HOE holographic optical element
  • a beam shaping element that converts a laser beam emitted from a semiconductor laser light source into an elliptical beam force circular beam has a light incident side surface and a light output side surface. It is preferable that both surfaces have a curvature only in the minor axis direction of the elliptical beam cross section, one surface is a circular cylindrical surface, and the other surface is a non-circular cylindrical surface.
  • beam shaping which expands the beam diameter in the minor axis direction (X direction) of the elliptical beam cross section, the NA (numerical aperture) on the light emission side increases, so the beam shaping element power also shortens the distance to the collimator lens. It becomes possible to do. Accordingly, it is possible to compact the optical system of the entire system while compacting the optical components after the beam shaping element.
  • the use of the cylindrical surfaces on both sides as described above greatly facilitates the die force compared with the case where the anamorphic surface is used. Therefore, the manufacturing cost can be reduced, and the assembly and adjustment of the beam shaping element can be easily performed.
  • one surface a circular cylindrical surface and the other surface a non-cylindrical surface, it is possible to obtain both optical performance and manufacturing advantages. If both sides are non-cylindrical cylindrical surfaces, the sensitivity of parallel eccentricity in the direction of curvature becomes strict, and the production yield is deteriorated, making it unsuitable for mass production.
  • the beam shaping element is preferably configured to have both an arc cylindrical surface and a non-arc cylindrical surface.
  • the above effect can be obtained even when the light incident side surface is a circular cylindrical surface and the light exit side surface is a non-circular cylindrical surface, or when the light incident side surface is a non-circular cylindrical surface and the light exit side surface is a circular cylindrical surface.
  • the light incident side surface is a circular cylindrical surface and the light emitting side surface is a non-circular cylindrical surface.
  • the light incident side surface is concave and the light emitting side surface is convex. This makes it possible to obtain better design performance.
  • the light incident side and the light exit side of the beam shaping element both have a curvature only in the minor axis direction of the elliptical beam cross section, one surface is an arc cylindrical surface, and the other surface is an arc cylindrical surface.
  • a non-cylindrical cylindrical surface it is possible to achieve a light-weight, small-sized, and high-performance beam shaping element while easily manufacturing the beam shaping element.
  • Such a beam shaping element is used in an optical pickup device, it is possible to contribute to a reduction in the weight, size, and cost of the entire device. The conditions for achieving such effects in a well-balanced manner and for achieving high shaping magnification, higher optical performance, etc. are described below.
  • T1 core thickness of beam shaping element
  • conditional expression (1) By satisfying conditional expression (1), it is possible to achieve good design performance while securing a high shaping magnification. If the upper or lower limit of conditional expression (1) is exceeded, large higher-order aberrations will occur. Therefore, in order to obtain good design performance, the shaping magnification is lowered and power is lost. Therefore, it is difficult to obtain good design performance while securing a high shaping magnification.
  • the value exceeds the upper limit of the conditional expression (1) the beam shaping element becomes large, and it is inevitable that the cost, the size of the entire system, and the weight increase. Conversely, if the lower limit of conditional expression (1) is exceeded, the radius of curvature will tend to be small, making production difficult.
  • the design performance shown in Fig. 4 ignores spherical aberration. Since the spherical aberration generated by the beam shaping element is removed by subsequent alignment with the collimator lens, the spherical aberration is neglected at the time of design, and the design performance is shown by the amount of aberration other than the spherical aberration.
  • conditional expression (la) defines a more preferable conditional range based on the above viewpoints and the like, among the conditional ranges defined by the conditional expression (1). In the region defined by the conditional expression (la), better design performance can be obtained.
  • R1 radius of curvature of the light incident side of the beam shaping element
  • R2 radius of curvature of the light exit side of the beam shaping element
  • conditional expression (2) it is possible to realize good design performance while securing a high shaping magnification. If the upper or lower limit of conditional expression (2) is exceeded, large higher-order aberrations will occur. Therefore, in order to obtain good design performance, the shaping magnification will be reduced and the power will be reduced. Therefore, it is difficult to obtain good design performance while securing a high shaping magnification.
  • conditional expression (2) If the lower limit of conditional expression (2) is exceeded, the radius of curvature of the first surface of the beam shaping element will be too small, and it will be difficult to mold. Conversely, when the value exceeds the upper limit of the conditional expression (2), the radius of curvature of the first surface increases, which causes an increase in the size of the beam shaping element.
  • This conditional expression (2a) more preferably defines the conditional range based on the above viewpoints and the like, even within the conditional range defined by the conditional expression (2).
  • R1 radius of curvature of the light incident side of the beam shaping element
  • T1 core thickness of beam shaping element
  • radius of curvature of the surface that is convex on the light incident side or concave on the light emitting side is positive, and the radius of curvature of the surface that is concave on the light incident side or convex on the light emitting side is negative.
  • This conditional expression (3a) further preferably defines a conditional range U based on the above viewpoints, among the conditional ranges defined by the conditional expression (3).
  • a conditional range U For the non-circular cylindrical surface constituting one surface of the beam shaping element, it is desirable that the following conditional expression (4) is satisfied.
  • AR rotationally symmetric component of fourth order deformation coefficient from cone
  • fx focal length in the shaping direction of the beam shaping element (that is, the short axis direction of the cross section of the elliptical beam of the laser beam),
  • Conditional expression (4) defines a preferable condition range for achieving high performance of the beam shaping element. If the upper or lower limit of conditional expression (4) is exceeded, higher-order aberrations occur. Therefore, good design performance cannot be obtained.
  • the non-circular cylindrical surface forming one surface of the beam shaping element is defined by the following equation (AAS) representing the surface shape of the non-arc surface.
  • AR, BR, CR, DR rotationally symmetric components of fourth, sixth, eighth, and tenth order deformation coefficients from cones, AP, BP, CP, DP: fourth, sixth, eighth, and conical forces Non-rotationally symmetric component of the 10th order deformation coefficient.
  • both the circular cylindrical surface and the non-cylindrical cylindrical surface have a curvature only in the minor axis direction of the elliptical beam cross section, and are characterized in terms of core thickness, surface shape, and the like.
  • An optical pickup optical system including a beam shaping element that converts a laser beam emitted from a semiconductor laser light source from an elliptical beam to a circular beam, wherein a light incident side and a light emitting side of the beam shaping element
  • both surfaces have a curvature only in the minor axis direction of the elliptical beam cross section, one surface is an arc cylindrical surface, the other surface is a non-arc cylindrical surface, and the conditional expressions (l) and (l a ), (2), ( 2a ), (3), (3a), and (4).
  • (P4) The light shaping element according to any one of (P1) to (P3), wherein the light incident side surface of the beam shaping element is concave, and the light emitting side surface of the beam shaping element is convex.
  • Optical pickup optics as described.
  • Embodiments 11 to 14 described here embody optical configurations corresponding to the above-described embodiments (FIGS.1A and 1B) as numerical examples.
  • Example 7 is a numerical example having the same shape as the above embodiment.
  • Table 1 to Table 14 show the construction data of Example 1 to Example 14, and Table 15 shows data corresponding to the parameters defined by the conditional expressions for each example.
  • ⁇ is the design wavelength (nm)
  • fx is the focal length in the X direction
  • fy is the focal length in the Y direction
  • NAx is the numerical aperture in the X direction on the side where the laser beam enters
  • NAx is the numerical aperture in the X direction on the side where the laser beam exits
  • W is the residual aberration (m rms).
  • the X direction is the minor axis direction of the elliptical beam cross section
  • the Y direction is the major axis direction of the elliptical beam cross section.
  • S1 is a light incident side surface (first surface) of the beam shaping element BC
  • S2 is a light emitting side surface (second surface) of the beam shaping element BC.
  • A represents the wavefront aberration in the Y direction
  • B represents the wavefront aberration in the X direction.
  • the design performance shown in each aberration diagram ignores spherical aberration. Since the spherical aberration generated by the beam shaping element is removed by subsequent alignment with the collimator lens, the spherical aberration is ignored at the time of design, and the design performance is shown by the amount of aberration other than spherical aberration. I have.

Abstract

　半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子ＢＣであって、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２について、両面とも楕円ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有するものとし、一方の面を円弧シリンドリカル面とし、他方の面を非円弧シリンドリカル面とする。さらに条件式：1.2≦Ｔ１／Ｔ０≦10(Ｔ１：ビーム整形素子ＢＣの芯厚、Ｔ０：半導体レーザー光源とビーム整形素子ＢＣとの間の軸上光学距離)を満たす。

Description

ビーム整形素子及びそれを用いた光ピックアップ装置
技術分野
[0001] 本発明はビーム整形素子に関するものであり、例えば、光ピックアップ装置におい て半導体レーザー光源力 出射したレーザー光を楕円ビーム力 円形ビームに変換 するビーム整形素子に関するものである。
背景技術
[0002] 光ピックアップ光学系に用いられる一般的な光源はレーザーダイオードであり、そ の出射ビームは断面形状が楕円形の発散ビームである。この発散ビームをそのまま 対物レンズで収束させると、円形の記録領域の一部のみが照射されたり記録領域の 外部も照射されたりすることになり、記録や再生の正確度が低下してしまう。このため 、記録媒体上でレーザー光の断面形状が円形となるように、ビーム整形を行う必要が ある。
[0003] またレーザー光源として、青色半導体レーザーが近年用いられるようになってきて いるが、その波長が短いため、記録 '再生の信号に要求される精度は厳しくなつてい る。それにもかかわらず、現状の青色半導体レーザーの出力は弱いため、精度良く 記録'再生するのに十分なレーザーパワーを確保することができない。レーザー光を 楕円ビーム力 円形ビームに変換することによってレーザー光の利用効率を高くす れば、この問題を解決することが可能である。したがつてこの点に関しても、ビーム整 形技術が非常に重要なものとなってきている。
[0004] ビーム整形にはプリズムを用いる方法が一般的である。しかし、プリズムでビーム整 形を行うには予めレーザー光をコリメートしておく必要がある。それにはコリメータレン ズが必要になる力 例えば青色レーザーに対応する場合、コリメータレンズをビーム 整形プリズムの光源側に配置すると、ディスク基板が誤差を持ったときの球面収差の 補正をコリメータレンズの移動で行うことができなくなる等の様々な制約が生じてしまう
[0005] 上記のような問題を避けるため、ビーム整形をレンズ面で行うビーム整形素子が従 来より提案されている。例えば、特許文献 1では両面にアナモフィック面を有するビー ム整形素子が提案されており、特許文献 2では両面にシリンドリカル面を有するビー ム整形素子が提案されている。これらのビーム整形素子を用いれば、収差をほとんど 発生させることなく発散ビームを楕円ビームから円形ビームに直接変換することがで きる。
特許文献 1：特開平 9— 258099号公報
特許文献 2：特開 2002— 208159号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、特許文献 1で提案されて!、るようにビーム整形素子の面形状をアナ モフィックにすると、金型力卩ェが困難になる。したがって量産に不向きであり、コストア ップを招いてしまう。また、特許文献 2で提案されているビーム整形素子には、高い整 形倍率が得られないため記録'再生に十分な光利用効率を確保することができない 、という問題がある。
[0007] 本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、良好な性能 を保持しつつ製造容易で高!ヽ整形倍率が得られるビーム整形素子、及びそれを用 Vヽた光ピックアップ装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0008] 上記目的を達成するために、第 1の発明のビーム整形素子は、半導体レーザー光 源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子 であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の短 軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円 弧シリンドリカル面であり、以下の条件式 (1)を満たすことを特徴とする。
1.2≤T1/TO≤10 - --(1)
ただし、
T1：ビーム整形素子の芯厚、
TO :半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
である。 [0009] 第 2の発明のビーム整形素子は、半導体レーザー光源力 出射したレーザー光を 楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子であって、その光入射側面と 光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有し、一 方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以 下の条件式 (2)を満たすことを特徴とする。
0.009≤R1/R2≤0.19 - --(2)
ただし、楕円ビーム断面の短軸方向について、
R1：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
R2：ビーム整形素子の光出射側面の曲率半径、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に 凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
[0010] 第 3の発明のビーム整形素子は、半導体レーザー光源から出射したレーザー光を 楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子であって、その光入射側面と 光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有し、一 方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以 下の条件式 (3)を満たすことを特徴とする。
-0.27≤Rl/Tl≤-0.04 - --(3)
ただし、楕円ビーム断面の短軸方向について、
R1：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
T1：ビーム整形素子の芯厚、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に 凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
[0011] また、楕円ビームを出射する光源と、
該光源から出射した光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子と、 該ビーム整形素子からの光を記録媒体に結像させる対物レンズと、
を備えた光ピックアップ装置であって、
前記ビーム整形素子は、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円 ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、 他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式 (1)を満たす光ピックアップ 装置とする。
1.2≤T1/TO≤10 - --(1)
ただし、
T1：ビーム整形素子の芯厚、
TO :光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
である。
[0012] 或いは、楕円ビームを出射する光源と、
該光源から出射した光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子と、 該ビーム整形素子からの光を記録媒体に結像させる対物レンズと、
を備えた光ピックアップ装置であって、
前記ビーム整形素子は、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円 ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、 他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式 (2)を満たす光ピックアップ 装置とする。
0.009≤R1/R2≤0.19 - --(2)
ただし、楕円ビーム断面の短軸方向について、
R1：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
R2：ビーム整形素子の光出射側面の曲率半径、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に 凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
[0013] 或いは、楕円ビームを出射する光源と、
該光源から出射した光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子と、 該ビーム整形素子からの光を記録媒体に結像させる対物レンズと、
を備えた光ピックアップ装置であって、
前記ビーム整形素子は、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円 ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、 他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式 (3)を満たす光ピックアップ 装置とする。
-0.27≤Rl/Tl≤-0.04 - --(3)
ただし、楕円ビーム断面の短軸方向について、
R1：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
T1：ビーム整形素子の芯厚、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に 凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
発明の効果
[0014] 本発明によれば、円弧シリンドリカル面と非円弧シリンドリカル面とが両面とも楕円ビ ーム断面の短軸方向にのみ曲率を有するとともに、芯厚，面形状等に関して特徴の ある構成になっているため、製造容易で軽量 ·小型 ·高性能でありながら、高い整形 倍率を得ることが可能である。そして、本発明に係るビーム整形素子を光ピックアップ 装置に用いれば、記録 ·再生の精度を向上させることが可能となり、また、レーザー光 の利用効率が向上するため青色半導体レーザーに対応することも可能となる。 図面の簡単な説明
[0015] [図 1A]ビーム整形素子の一実施の形態 (実施例 7)を示す光学構成図。
[図 1B]ビーム整形素子の一実施の形態 (実施例 7)を示す光学構成図。
[図 2]図 1A, Bのビーム整形素子がレーザー光源からコリメータレンズまでの光路中 に配置された状態を示す光学構成図。
[図 3]図 1A, Bのビーム整形素子を搭載した光ピックアップ装置の要部構成を示す模 式図。
[図 4]図 1A, Bのビーム整形素子を用いる際に軸上光学距離が設計性能に及ぼす 影響を示すグラフ。
[図 5A]実施例 1の軸上波面収差を示す収差図。
[図 5B]実施例 1の軸上波面収差を示す収差図。
[図 6A]実施例 2の軸上波面収差を示す収差図。
[図 6B]実施例 2の軸上波面収差を示す収差図。
[図 7A]実施例 3の軸上波面収差を示す収差図。 [図 7B]実施例 3の軸上波面収差を示す収差図。
[図 8A]実施例 4の軸上波面収差を示す収差図。
[図 8B]実施例 4の軸上波面収差を示す収差図。
[図 9A]実施例 5の軸上波面収差を示す収差図。
[図 9B]実施例 5の軸上波面収差を示す収差図。
[図 10A]実施例 6の軸上波面収差を示す収差図。
[図 10B]実施例 6の軸上波面収差を示す収差図。
[図 11A]実施例 7の軸上波面収差を示す収差図。
[図 11B]実施例 7の軸上波面収差を示す収差図。
[図 12A]実施例 8の軸上波面収差を示す収差図。
[図 12B]実施例 8の軸上波面収差を示す収差図。
[図 13A]実施例 9の軸上波面収差を示す収差図。
[図 13B]実施例 9の軸上波面収差を示す収差図。
[図 14A]実施例 10の軸上波面収差を示す収差図。
[図 14B]実施例 10の軸上波面収差を示す収差図。
[図 15A]実施例 11の軸上波面収差を示す収差図。
[図 15B]実施例 11の軸上波面収差を示す収差図。
[図 16A]実施例 12の軸上波面収差を示す収差図。
[図 16B]実施例 12の軸上波面収差を示す収差図。
[図 17A]実施例 13の軸上波面収差を示す収差図。
[図 17B]実施例 13の軸上波面収差を示す収差図。
[図 18A]実施例 14の軸上波面収差を示す収差図。
[図 18B]実施例 14の軸上波面収差を示す収差図。 符号の説明
BC ビーム整形素子
S1 第 1面 (光入射側面）
S2 第 2面 (光出射側面）
1 レーザー光源 AX 光軸
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明を実施したビーム整形素子等を、図面を参照しつつ説明する。図 1A , Bに、ビーム整形素子 BCの一実施の形態を光学断面で示す。また、図 2にビーム 整形素子 BCがレーザー光源 1からコリメータレンズ 6までの光路中に配置された状態 を光学断面で示し、図 3にビーム整形素子 BCを搭載した光ピックアップ装置の要部 構成を模式的に示す。なお、直交座標系 (X, Y, Z)において、レーザー光の楕円ビ ーム断面の短軸方向を X方向、長軸方向を Y方向とし、光軸 AX方向を Z方向とする と、図 1Aはビーム整形素子 BCの XZ断面、図 1Bはビーム整形素子 BCの YZ断面、 図 2は XZ断面、図 3は YZ断面をそれぞれ示していることになる。
[0018] 図 3に示す光ピックアップ装置は、光情報記録媒体に対して光情報の記録や再生 を行うことが可能な光ピックアップ装置である。レーザー光源 1としては、例えば波長 4 05nmのレーザー光を出射する半導体レーザー光源 (LD : laser diode)が用いられる 。レーザー光源丄から出射したレーザー光は、ミラー 2で上方向に反射された後、ビー ム整形素子 BCに入射し、ビーム整形素子 BCによって発散状態のまま楕円ビームか ら円形ビーム (ビーム断面形状が円形又は略円形)に変換される。
[0019] このビーム整形素子 BCは、レーザー光を楕円ビームから円形ビームに変換するた めに、楕円ビーム断面の短軸方向 (X方向)にビーム径を拡大するタイプのビーム整 形素子である。そのため、図 1A, Bに示すように、ビーム整形素子 BCの第 1面 S1 (光 入射側面)と第 2面 S2(光出射側面)は、両面ともレーザー光の楕円ビーム断面の短 軸方向 (X方向)にのみ曲率を有しており、その X方向に関して、第 1面 S1は光入射側 に凹面を向けた形状になっており、第 2面 S2は光出射側に凸面を向けた形状になつ ている。また、第 1面 S1,第 2面 S2のうち、一方の面は円弧シリンドリカル面になって おり、他方の面は非円弧シリンドリカル面になっている。つまり、一方の面はその曲率 を有する方向のシリンドリカル面の断面が円弧を成しており、他方の面はその曲率を 有する方向のシリンドリカル面の断面が非円弧を成している。
[0020] ビーム整形素子 BCで円形ビームに整形されたレーザー光は、 1Z2波長板 3を通 過することにより、 S偏光力も P偏光に変換される。そして、トラッキングエラー検出の ために回折格子 4でビーム分割された後、光路合波 ·分岐用の偏光ビームスプリッタ 一 5に入射する。偏光ビームスプリツター 5では、その内部に設けられている PBS (polarizing beam splitter)膜 5aをそのまま透過して、偏光ビームスプリツター 5から出 射する。次に、コリメータレンズ 6に入射して平行光にコリメートされ、 1Z4波長板 10, 対物レンズ 11を順に通過して、光情報記録媒体 12の光学記録面 12a上で結像する 。光情報記録媒体 12の光学記録面 12aで反射したレーザー光は、光路を逆にたど つて偏光ビームスプリツター 5に再入射する。レーザー光は前記 1Z4波長板 10を 2 回通過しているため、 PBS膜 5aで S偏光として反射された後、偏光ビームスプリッタ 一 5から出射する。そして、フォーカシングエラー検出のために HOE(holographic optical element)7でビーム分割された後、トラッキング及びフォーカシングエラーの 検出光を集光するためのシリンドリカルレンズ 8を通過して、フォトダイオード 9で信号 光の検出が行われる。
[0021] 本実施の形態のビーム整形素子 BCのように、半導体レーザー光源から出射したレ 一ザ一光を楕円ビーム力 円形ビームに変換するビーム整形素子においては、その 光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の短軸方向にのみ曲 率を有するものとし、一方の面を円弧シリンドリカル面とし、他方の面を非円弧シリンド リカル面とするのが好ましい。楕円ビーム断面の短軸方向 (X方向)にビーム径を拡大 するビーム整形によれば、光出射側の NA(numerical aperture)が大きくなるため、ビ ーム整形素子力もコリメータレンズまでの距離を短くすることが可能になる。したがつ て、ビーム整形素子以降の光学部品をコンパクトィ匕しながら、システム全体の光学系 をコンパクトィ匕することが可能となる。
[0022] ビーム整形素子の面形状に関しては、上記のようにシリンドリカル面を両面に用い ることにより、アナモフィック面を用いた場合と比べて金型力卩ェが大幅に容易になる。 したがって製造コストを低減することが可能となり、ビーム整形素子の組立て調整も容 易になる。また、一方の面を円弧シリンドリカル面とし、他方の面を非円弧シリンドリカ ル面とすることにより、光学性能上のメリットと製造上のメリットを共に得ることが可能と なる。もし、両面を非円弧シリンドリカル面にすると、曲率をもつ方向の面別平行偏芯 感度が厳しくなるため、製造歩留まりが悪化し、量産に適さないものとなる。また、両 面を円弧シリンドリカル面にすると、高次収差が大きく発生するため良好な設計性能 が得られなくなり、高い整形倍率を確保することも困難になる。したがって、ビーム整 形素子は円弧シリンドリカル面と非円弧シリンドリカル面を共に有する構成が好ましい
[0023] 光入射側面が円弧シリンドリカル面で光出射側面が非円弧シリンドリカル面の場合 でも、光入射側面が非円弧シリンドリカル面で光出射側面が円弧シリンドリカル面の 場合でも、上記効果を得ることはできるが、製造上のメリットを考慮した場合、光入射 側面を円弧シリンドリカル面とし光出射側面を非円弧シリンドリカル面とするのが好ま しい。また本実施の形態のように、楕円ビーム断面の短軸方向 (X方向)にビーム径を 拡大するタイプでは、光入射側面を凹面とし光出射側面を凸面とすることが好ましい 。これによつて一層良好な設計性能を得ることが可能となる。
[0024] 上記のように、ビーム整形素子の光入射側面と光出射側面について、両面とも楕円 ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有するものとし、一方の面を円弧シリンドリカル 面とし、他方の面を非円弧シリンドリカル面とすることにより、ビーム整形素子を製造 容易な構成としながら、その軽量'小型化及び高性能化を達成することができる。そ して、このようなビーム整形素子を光ピックアップ装置に用いれば、装置全体の軽量' 小型化及び低コスト化に寄与することができる。このような効果をバランス良く得るとと もに、高い整形倍率，更に高い光学性能等を達成するための条件を以下に説明する
[0025] 光源位置とビーム整形素子との関係については、以下の条件式 (1)を満たすことが 望ましい。
1.2≤T1/TO≤10 - --(1)
ただし、
T1：ビーム整形素子の芯厚、
TO :半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
である。
[0026] 条件式 (1)を満足することにより、高い整形倍率を確保しつつ良好な設計性能を実 現することが可能となる。条件式 (1)の上限又は下限を越えると、高次収差が大きく発 生するため、良好な設計性能を得るには整形倍率を下げるし力なくなる。したがって 、高い整形倍率を確保しながら良好な設計性能を得ることが困難になる。また、条件 式 (1)の上限を越えると、ビーム整形素子が巨大化して、コスト増やシステム全体の大 型化，重量増が避けられなくなる。逆に、条件式 (1)の下限を越えると、曲率半径が小 さくなる傾向となるため製造が困難になる。
[0027] 図 4に、条件式 (1)規定の TlZTO(TO = 1.6)と設計性能との関係をグラフ化して示 す。參でプロットされたラインは、整形倍率 = 2. 0倍，光入射側の NA=0. 064の場 合の設計性能を波面収差で示しており、♦でプロットされたラインは、整形倍率 = 2. 5倍，光入射側の NA=0. 1の場合の設計性能を波面収差で示しており、▲でプロッ トされたラインは、整形倍率 = 2. 5倍，光入射側の NA=0. 064の場合の設計性能 を波面収差で示している。このグラフから分力るように、条件式 (1)規定の条件範囲に おいては、高い整形倍率と良好な設計性能とを両立させることが可能である。なお、 図 4に示す設計性能は球面収差を無視したものである。ビーム整形素子で発生した 球面収差はその後のコリメータレンズとの糸且合せで取り除くことになるので、設計時に は球面収差は無視しており、球面収差以外の収差量で設計性能を示している。
[0028] 以下の条件式 (la)を満たすことが更に望ま 、。
1.2≤T1/T0≤3 "-(la)
この条件式 (la)は、上記条件式 (1)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点 等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。そして条件式 (la)規定の領域 では、より良好な設計性能を得ることができる。
[0029] ビーム整形素子の両面のパワーについては、以下の条件式 (2)を満たすことが望ま しい。
0.009≤R1/R2≤0.19 - --(2)
ただし、楕円ビーム断面の短軸方向について、
R1：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
R2：ビーム整形素子の光出射側面の曲率半径、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に 凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。 [0030] 条件式 (2)を満足することにより、高い整形倍率を確保しつつ良好な設計性能を実 現することが可能となる。条件式 (2)の上限又は下限を越えると、高次収差が大きく発 生するため、良好な設計性能を得るには整形倍率を下げるし力なくなる。したがって 、高い整形倍率を確保しながら良好な設計性能を得ることが困難になる。また、条件 式 (2)の下限を越えると、ビーム整形素子の第 1面の曲率半径が小さくなりすぎるため 、金型の加工が困難になる。逆に、条件式 (2)の上限を越えると、第 1面の曲率半径 が大きくなるため、ビーム整形素子の大型化を招くことになる。
[0031] 以下の条件式 (2a)を満たすことが更に望ましい。
0.07≤R1/R2≤0.19 "-(2a)
この条件式 (2a)は、上記条件式 (2)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点 等に基づ 、た更に好まし 、条件範囲を規定して 、る。
[0032] ビーム整形素子の光入射側面のパワーと芯厚との関係については、以下の条件式 (3)を満たすことが望ましい。
-0.27≤Rl/Tl≤-0.04 - --(3)
ただし、楕円ビーム断面の短軸方向について、
R1：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
T1：ビーム整形素子の芯厚、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に 凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
[0033] 条件式 (3)の上限を越えると、第 1面 (光入射側面)の曲率半径の絶対値が小さくなり すぎて製造が困難になる。また、ビーム整形素子が巨大化して、光ピックアップシス テムが大型化することになる。逆に、条件式 (3)の下限を越えて芯厚 T1が小さくなると 、高い整形倍率の確保が困難になる。条件式 (3)の下限を越えて第 1面の曲率が緩く なると、光源までの距離 TOが長くなつて装置全体が大型化することになる。
[0034] 以下の条件式 (3a)を満たすことが更に望ま 、。
-0.27≤R1/T1≤-0.12 "-(3a)
この条件式 (3a)は、上記条件式 (3)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点 等に基づ 、た更に好ま U、条件範囲を規定して 、る。 [0035] ビーム整形素子の一方の面を構成する非円弧シリンドリカル面については、以下の 条件式 (4)を満たすことが望ま U、。
—0.2 X 10— 2≤ARX fx3≤0.2 - --(4)
ただし、
AR:円錐からの 4次の変形係数の回転対称成分、
fx:ビーム整形素子の整形方向 (すなわちレーザー光の楕円ビーム断面の短軸方向) の焦点距離、
である。
[0036] 条件式 (4)はビーム整形素子の高性能化を達成するための好ましい条件範囲を規 定しており、条件式 (4)の上限又は下限を越えると、高次収差が発生するため良好な 設計性能が得られなくなる。なお、ビーム整形素子の一方の面を構成する非円弧シリ ンドリカル面は、非円弧面の面形状を表わす以下の式 (AAS)で定義される。
Z = (X2/Rx + Y2/Ry)/[1 + [ 1— ( 1 + Kx) · X2/Rx -( 1 + Ky) · Y2/Ry2]1 2] + AR • [(1-AP) · X2 + (1 + AP) · Y2]2 + BR · [(1— BP) · X2 + (1 + BP) · Y2]3 + CR · [(1— CP) · X2 + (1 + CP) · Y2]4 + DR · [(1-DP) ·
X2 + (1 + DP) -Y2]5 〜(AAS)
ただし、
X, Y:光軸 AXに対して垂直な平面内での直交座標、
Z：座標 (X, Y)の位置での光軸 AX方向の変位量 (面頂点基準)、
Rx:X方向の近軸曲率半径 [=Rxi(i= l, 2)]、
Ry:Y方向の近軸曲率半径 [=Ryi(i= l, 2)]、
Kx:X方向の円錐係数、
Ky:Y方向の円錐係数、
AR, BR, CR, DR:円錐からの 4次， 6次， 8次， 10次の変形係数の回転対称成分、 AP, BP, CP, DP :円錐力 の 4次， 6次， 8次， 10次の変形係数の非回転対称成分 である。
[0037] なお、上述した各実施の形態や後述する各実施例には以下の構成 (P1)— (P5)等が 含まれており、そのビーム整形素子の構成によると、円弧シリンドリカル面と非円弧シ リンドリカル面が両面とも楕円ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有するとともに、 芯厚，面形状等に関して特徴のある構成になっているため、製造容易で軽量 '小型' 高性能でありながら、高い整形倍率を得ることが可能である。したがって、記録'再生 の精度を向上させることが可能となり、また、レーザー光の利用効率が向上するため 青色半導体レーザーに対応することも可能となる。
[0038] (P1) 半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビームから円形ビームに 変換するビーム整形素子を備えた光ピックアップ光学系であって、前記ビーム整形 素子の光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円ビーム断面の短軸方向に のみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンド リカル面であり、前記条件式 (l),(la),(2),(2a),(3),(3a),(4)のうちの少なくとも 1つを満た すことを特徴とする光ピックアップ光学系。
[0039] (P2) 前記ビーム整形素子の光入射側面が円弧シリンドリカル面であり、前記ビー ム整形素子の光出射側面が非円弧シリンドリカル面であることを特徴とする上記 (P1) 記載の光ピックアップ光学系。
[0040] (P3) 前記ビーム整形素子の光入射側面が非円弧シリンドリカル面であり、前記ビ ーム整形素子の光出射側面が円弧シリンドリカル面であることを特徴とする上記 (P1) 記載の光ピックアップ光学系。
[0041] (P4) 前記ビーム整形素子の光入射側面が凹面であり、前記ビーム整形素子の光 出射側面が凸面であることを特徴とする上記 (P1)— (P3)のいずれ力 1項に記載の光ピ ックアップ光学系。
[0042] (P5) さらに前記ビーム整形素子で円形ビームに変換されたレーザー光をコリメート するコリメータ光学系を有することを特徴とする上記 (P1)— (P4)のいずれ力 1項に記載 の光ピックアップ光学系。
実施例
[0043] 以下、本発明を実施したビーム整形素子の光学構成等を、コンストラタシヨンデータ 等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例 1一 14は、前述した実施の 形態 (図 1A, B)に対応する光学構成を数値実施例として具体化したものであり、その なかでも実施例 7は、前記実施の形態と同じ形状を有する数値実施例である。
[0044] 表 1一表 14に、実施例 1一実施例 14のコンストラタシヨンデータを示し、表 15に各 条件式規定のパラメータに対応するデータを各実施例について示す。各コンストラタ シヨンデータにおいて、 λは設計波長 (nm)、 fxは X方向の焦点距離、 fyは Y方向の 焦点距離、光入射側 NAxはレーザー光が入射する側での X方向の開口数、光出射 側 NAxはレーザー光が出射する側での X方向の開口数、 Wは残存収差 (m rms) である。ただし、 X方向は楕円ビーム断面の短軸方向であり、 Y方向は楕円ビーム断 面の長軸方向である。
[0045] また、各コンストラタシヨンデータにおいて、 Si(i=0, 1, 2)は物体側から数えて i番 目の面であり、例えば、 SOは物体面に相当するレーザー光源 1の発光面、 S1はビー ム整形素子 BCの光入射側面 (第 1面)、 S2はビーム整形素子 BCの光出射側面 (第 2 面)である。また、 Rxi(i=0, 1, 2)は面 Siの X方向の近軸曲率半径 (mm)であり、 Ryi(i =0, 1, 2)は面 Siの Y方向の近軸曲率半径 (mm)である。 Ti(i=0, 1)は面 Siと面 Si + 1との間の軸上面間隔 (mm)であり、 Ni(i=0, 1)は軸上面間隔 Tiに位置する媒質 の波長えに対する屈折率である。 *印が付された面 Siは非円弧シリンドリカル面であ り、非円弧面の面形状を表わす前記式 (AAS)で定義される。表 1一表 14中に、各実 施例の非円弧面データをあわせて示す。ただし、表記の無い項の係数は 0であり、す ベてのデータに関して E—n= X 10— n, E+n= X 10+nである。
[0046] 図 5A, B—図 18A, Bは、実施例 1一 14にそれぞれ対応する収差図であり、波長 λ =405nmの光線に対する軸上波面収差を示している。ただし図 5A, B—図 18A , Bにおいて、 Aは Y方向の波面収差、 Bは X方向の波面収差をそれぞれ示している 。また、各収差図が示す設計性能は球面収差を無視したものである。ビーム整形素 子で発生した球面収差はその後のコリメータレンズとの糸且合せで取り除くことになるの で、設計時には球面収差は無視しており、球面収差以外の収差量で設計性能を示 している。
[0047] [表 1] fx[mmj -0.772 光入射側 NAx
実施例 1 光出射側 NAx 0.1
405 W[m Λ rms] 0. 1
Si Ryi [mm] Ni(405nm) so ·-
1.00000
S1 -0.3189
1.20 1.792882
S2* -1.77455
*：第 2面（S2)の非円弧面データ
Kx 0
AR 2.06Ε-03 BR 4.83E-04 CR 8.04E-03 DR 0
AP BP CP 一 1 DP 0
[0048] [表 2]
o
o
p
o
Figure imgf000017_0001
*：第 2面（S2)の非円弧面データ
Kx
AR 9.58E-04 BR -3.64E-04 CR 8.97E-05 DR
AP BP CP -1 DP 0
[0049] [表 3] fx [mm] -0. 929 光入射側 NAx 0. 05 実施例 3 oo 光出射側 NAx 0. 1
405 W[m A rms] 0. 5
Si Rxi[mm] Ryi [mm] Ni(405nm)
SO oo oo
ぺ
l 1. 00 1. 00000
S1 -0. 67202 oo
1.792882
S2* -58. 10896
*：第 2面（S2)の非円弧面データ
Kx
AR 65Ε-05 BR 一 3. 16E-06 CR 9. 51E-07 DR
AP -1 BP -1 CP DP
[0050] [表 4]
o
o
o
Figure imgf000018_0001
*：第 2面（S2)の非円弧面データ
Kx
AR 2. 12E-03 BR 3. 41E-04 CR 8. 18E-04 DR O
AP BP CP DP
[0051] [表 5] fx[mm] —0. 826 光入射側 NAx 0. 1 実施例 5 oo 光出射側 NAx 0. 2
405 W[m A rms] 4. 6
Si Rxi[mm] Ryi[mm] Ni(405nm)
SO ·-
1.00000
SI -0. 45455 oo
1.792882
S2 * —4. 96139 oo
*：第 2面（S2)の非円弧面データ
Kx
AR 9.88Ε-04 BR -1. 87E-04 CR 20E— 04 DR 0
AP 一 1 BP -1 CP DP O
[0052] [表 6]
o寸
o o
Figure imgf000019_0001
*：第 2面（S2)の非円弧面データ
Kx
AR 63E-05 BR -6.96E-07 CR 3. 60E-08 DR
AP BP CP -1 DP
[0053] [表 7] [0054]
Figure imgf000020_0002
Figure imgf000020_0001
[0055] [表 9] fx[mm] -O.628 光入射側 NAx 0.05 実施例 9 fy[mm] oo 光出射側 NAx 0. 125
405 1.0
Si Rxi[mmj Ryi [mm] Ni(405nm)
-
SO oo oo
1.00 1.00000
SI -O.44811 oo
1.792882
S2* -48.42616 oo
*：第 2面（S2)の非円弧面データ
Kx 0
AR 2.02E-05 BR —3.01 E-06 CR 8.74E-07 DR 0
ΑΡ -1 BP -1 CP -1 DP 0 d
lio] < <- o
o o fx[mm] -0.834 光入射側 NAx 0.05 実施例— O oo 光出射側 NAx 0. 1 λ [nm] 405 WLm Λ rms」 0. 1
Si Rxi[mm] Ryi [mm] fiLmm] Ni(405nm) so oo oo
1.00 1.00000
S1 -O.37035 oo
1.619224
S2 * -4.55933 oo
*：第 2面（S2〉の非円弧面データ
Kx 0
AR 9.82E-04 BR -5.29E-04 CR 2.07E-03 DR 0
AP -1 BP -1 CP -1 DP 0 11] -0.820 光入射側 N Ax 0.1 実施例 11 fy[mm] 光出射側 N Ax 0. 2
405 6. 1
Si Rxi [mm] Ni(405nm) so
>*-
1.00 1.00000
S1 -0.5015
1.898206
S2 * -5. 1339 oo
*：第 2面（S2)の非円弧面データ
Kx
AR 9.79Ε-04 BR -2. 57E-04 CR 1. 55E-04 DR 0
AP BP CP -1 DP 0
[0058] [表 12]
ベ寸
o
Figure imgf000022_0001
*：第 2面（S2)の非円弧面データ
Kx
AR 1.02E-03 BR -8.47E-04 CR 2. 38E-03 DR
AP -1 BP CP 一 1 DP
[0059] [表 13] fx[mm] —0. 576 光入射側 NAx 0. 05 実施例 13 oo 光出射側 NAx 0. 125
Λ [nm] 405 0. 3
Si Ryi[mm] Ni(405nm)
SO oo oo
1.00 1.00000
S1 * -0. 30628 oo
1. 792882
S2 —4. 15831 oo
*：第 1面（S1 )の非円弧面データ
Kx
AR .66Ε-01 BR -3. 37E + 02 CR 3. 78E + 04 DR
AP BP 一 1 CP -1 DP
[0060] [表 14] ベ
o
Figure imgf000023_0001
*：第 1面（SI)の非円弧面データ
Kx
AR -3.03E-01 BR -1. 36E + 01 CR 3. 80E+02 DR
AP BP CP -1 DP
[0061] [表 15]
Figure imgf000024_0001
zz OtO丽 SOOZ OAV

Claims

請求の範囲 [1] 半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビーム力 円形ビームに変換 するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕 円ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式 (1)を満たすことを特徴と するビーム整形素子；
1.2≤T1/TO≤10 - --(1)
ただし、
T1：ビーム整形素子の芯厚、
TO :半導体レーザー光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
である。
[2] 半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビーム力 円形ビームに変換 するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕 円ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり 、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式 (2)を満たすことを特徴と するビーム整形素子；
0.009≤R1/R2≤0.19 - --(2)
ただし、楕円ビーム断面の短軸方向について、
R1：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
R2：ビーム整形素子の光出射側面の曲率半径、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に 凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
[3] 半導体レーザー光源から出射したレーザー光を楕円ビーム力 円形ビームに変換 するビーム整形素子であって、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕 円ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり 、他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式 (3)を満たすことを特徴と するビーム整形素子；
-0.27≤Rl/Tl≤-0.04 - --(3) ただし、楕円ビーム断面の短軸方向について、
R1：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
T1：ビーム整形素子の芯厚、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に 凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
[4] 楕円ビームを出射する光源と、
該光源から出射した光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子と、 該ビーム整形素子からの光を記録媒体に結像させる対物レンズと、
を備えた光ピックアップ装置であって、
前記ビーム整形素子は、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円 ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、 他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式 (1)を満たす光ピックアップ 装置；
1.2≤T1/TO≤10 - --(1)
ただし、
T1：ビーム整形素子の芯厚、
TO :光源とビーム整形素子との間の軸上光学距離、
である。
[5] 楕円ビームを出射する光源と、
該光源から出射した光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子と、 該ビーム整形素子からの光を記録媒体に結像させる対物レンズと、
を備えた光ピックアップ装置であって、
前記ビーム整形素子は、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円 ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、 他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式 (2)を満たす光ピックアップ 装置；
0.009≤R1/R2≤0.19 - --(2)
ただし、楕円ビーム断面の短軸方向について、 Rl：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
R2：ビーム整形素子の光出射側面の曲率半径、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に 凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
楕円ビームを出射する光源と、
該光源から出射した光を楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形素子と、 該ビーム整形素子からの光を記録媒体に結像させる対物レンズと、
を備えた光ピックアップ装置であって、
前記ビーム整形素子は、その光入射側面と光出射側面とについて、両面とも楕円 ビーム断面の短軸方向にのみ曲率を有し、一方の面が円弧シリンドリカル面であり、 他方の面が非円弧シリンドリカル面であり、以下の条件式 (3)を満たす光ピックアップ 装置；
-0.27≤Rl/Tl≤-0.04 - --(3)
ただし、楕円ビーム断面の短軸方向について、
R1：ビーム整形素子の光入射側面の曲率半径、
T1：ビーム整形素子の芯厚、
であり、光入射側に凸又は光出射側に凹となる面の曲率半径を正とし、光入射側に 凹又は光出射側に凸となる面の曲率半径を負とする。
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