JP2005189677A - ビーム整形偏光ビームスプリッタ及び光ピックアップ - Google Patents

Abstract

【課題】 透過率が高く、光ピックアップ装置への組み付けが容易なビーム整形偏光ビームスプリッタを提供する。
【解決手段】 互いに屈折率が異なる第１及び第２のプリズム３１，３２と、その間に挟まれた偏光膜３３とを有するビーム整形偏光ビームスプリッタにおいて、入射面３１１へのレーザビームの入射方向と、第１の出射面３２１からのレーザビームの出射方向とを平行にする。また、第１の出射面３２１とそこから出射するレーザビームの出射方向との成す角度を９０°とし、第２の出射面３２２とそこから出射するレーザビームの出射方向との成す角度を９０°とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ビーム整形偏光ビームスプリッタに関し、特に、光ディスク装置の光ピックアップに用いられるビーム整形偏光ビームスプリッタに関する。

光ディスクの記録密度を向上させるためには、記録・再生に用いられるレーザビームの合焦点におけるスポットサイズを小さくする必要がある。そして、レーザビームのスポットサイズを小さくするには、レーザビームの波長（レーザダイオードの発振波長）を短くし、対物レンズの開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）を大きくすればよい。しかしながら、レーザビームの短波長化及び対物レンズの開口数の増大によるスポットサイズの小径化には限界がある。

例えば、高密度記録が可能なブルーレイディスク（Blu-ray Disc）のトラックピッチは０．３２μｍであり、良好な記録・再生特性を得るためには、０．４０〜０．４１μｍ程度のスポットサイズが必要とされる。ところが、レーザビームの波長を４０５ｎｍ、対物レンズの開口数ＮＡを０．８５としても、このようなスポットサイズを得ることはできない。また、これ以上のレーザビームの短波長化、及び対物レンズの高開口数化は、実現が極めて困難である。

レーザビームの波長及び対物レンズの開口数とは別に、スポットサイズを小さくする方法として、対物レンズへ入射するレーザビームのリム見込み角を小さくし、リム強度を上げることが考えられる。しかしながら、この方法は、レーザダイオードから出射したレーザビームの中央部（強度が高い部分）のみを対物レンズに入射させ、残りの部分を廃棄することになるので、レーザビームの利用効率が悪い。しかも、レーザダイオードから出射する光が楕円ビームなので、その利用効率を最大にするために、遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern）の短軸（一般的には水平方向の軸）の長さを基準にしても、長軸（一般的には垂直方向の軸）方向のレーザビームの損失は大きい。

そこで、従来から、光路上にウェッジプリズムを用いたビーム整形プリズムを配置してビーム整形を行い、レーザビームの形状を円形に近づけることによって、その利用効率を高めることが行われている。

従来のビーム整形プリズムは、図１に示すように構成されている（例えば、特許文献１、２または３参照。）。

詳述すると、図１のビーム整形プリズム１０は、互いに屈折率の異なる２個のウェッジプリズム（硝材）１１，１２と、それらの間に配置された偏光膜１３とを備えている。即ち、図１のビーム整形プリズムは、偏光ビームスプリッタとして構成されている。

図１のビーム整形プリズム１０に、左上方より入射角αで入射したレーザビームは、２つのウェッジプリズム１１，１２の鏡界で一軸方向（図の上下方向）に拡大され、その形状が円形に近づけられる。円形に近づけられたレーザビームは、図の右方向へ屈折角γで出射する。レーザビームが所定周波数のとき、屈折角γが０°となるようにしておくことで、色収差による影響を抑制することができる。即ち、温度変化等によりレーザビームの周波数変動が生じた場合に、屈折率が変化して出射角γが変化するのを抑えることができる。また、図の右側から入射するレーザビームは、２つのプリズム１１，１２の間に配置された偏光膜１３で反射され、図の下方へ出射する。その屈折角もまた、色収差を抑えるように、所定周波数のレーザビームに関して０°とされている。

また、従来のビーム整形プリズムとして、図２に示すように構成されたものもある（例えば、特許文献４参照）。

図２のビーム整形プリズム２０も、図１のものと同様に、互いに屈折率の異なる２個のウェッジプリズム２１、２２を組み合わせ、ビーム形状を円形に近づけるように、また、色収差を抑えるように構成されている。このビーム整形プリズムでは、プリズム２２の頂角を４５°以下にし、入射角βでプリズム２１に入射したレーザビームが、プリズム２２から屈折角０°で、入射方向と平行に出射するようにしてある。ただし、このビーム整形プリズムは、２つのプリズム２１，２２の間に偏光膜を備えていない。つまり、このビーム整形プリズム２０は、偏光ビームスプリッタとして利用することについて全く考慮されていない。

特開平１０−６２６１１号公報 特開平１１−１２６３６３号公報 特開平１１−１５４３４４号公報 特開２００１−３０５３１９号公報

従来の図１に示すような偏光ビームスプリッタは、レーザビームの入射角αが比較的大きいため、入射面で反射される割合が多く、そのためレーザビームの透過率が低いという問題点がある。また、このビーム整形プリズムは、レーザビームの入射角αのわずかなずれが、出射角γの大きなずれとなって表れるため、光ピックアップ装置への組み付けが困難であるという問題点もある。

また、図２に示すようなビーム整形プリズムは、レーザビームの入射角αが比較的小さい上、入射方向と出射方向とを平行にできるので、図１の偏光ビームスプリッタが有する上記問題点は軽少であるが、偏光膜と組み合わせて偏光ビームスプリッタとして構成することができないという問題点がある。

そこで、本発明は、透過率が高く、光ピックアップ装置への組み付けが容易なビーム整形偏光ビームスプリッタを提供することを目的とする。

本発明によれば、互いに異なる屈折率を有する第１及び第２のプリズム（３１，３２）と、これら第１及び第２のプリズム（３１，３２）の間に挟まれた偏光膜（３３）とを有し、前記第１のプリズム（３１）に入射する第１のレーザビームが前記偏光膜（３３）を透過して前記第２のプリズム（３２）の第１の出射面（３２１）から出射し、該第１の出射面（３２１）に入射した第２のレーザビームが前記偏光膜（３３）で反射されて前記第２のプリズム（３２）の第２の出射面（３２２）から出射するように構成されたビーム整形偏光ビームスプリッタ（３０）において、
前記第１のレーザビームが前記第１のプリズム（３１）に入射する方向と前記第１の出射面（３１１）から出射する方向とが平行となるようにしたことを特徴とするビーム整形偏光ビームスプリッタ（３０）が得られる。

このビーム整形偏光ビームスプリッタ（３０）は、前記第１の出射面（３１１）と前記第１のレーザビームの出射方向との成す角度が９０°になり、かつ、前記第２の出射面（３２２）と前記第２のレーザビームの出射方向との成す角度が９０°になるように構成される。

また、本発明によれば、上記ビーム性経緯偏光ビームスプリッタを備えた光ピックアップが得られる。

なお、上記カッコ内の数字は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、何ら本発明を限定するものではない。

本発明によれば、ビーム整形偏光ビームスプリッタにおいて、入射方向と出射方向とを平行にすることで、入射角を小さくすることができ、それによって透過率を高くすることができる。また、入射方向と出射方向とが平行なので、光ピックアップへの組み付けが容易である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図３（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に、本発明の一実施の形態に係るビーム整形偏光ビームスプリッタ３０の正面図、右側面図、及び底面図をそれぞれ示す。

図３（ａ）に示すように、本実施の形態に係るビーム整形偏光ビームスプリッタ３０は、互いに異なる屈折率を有する第１及び第２のプリズム３１，３２と、これらの間に挟まれた偏光膜３３とを有している。

第１のプリズム３１は、図の左側か右方向へ向かうレーザビームが入射する入射面３１１を備えている。

また、第２のプリズム３２は、第１のプリズム３１の入射面３１１に入射し、かつ偏光膜３３を透過したレーザビームが出射する第１の出射面３２１と、図の右側から第１の出射面３２１に入射し、かつ偏光膜３３で反射されたレーザビームを出射する第２の出射面３２２とを備えている。

入射面３１１、第１の出射面３２１及び第２の出射面の表面には、夫々反射防止コートが施されている。

偏光膜３３は、直線偏光であるＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射するか、あるいは、Ｓ偏光を透過させ、Ｐ偏光を反射する。以下では、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する場合について説明する。

第１及び第２のプリズム３１，３２の各々の形状及び屈折率は、次の（１）〜（４）の条件を満たすように決定される。

（１）入射面３１１に入射したレーザビームのビーム形状（楕円）が、第１の出射面３２１から出射する際に円形となるように、一軸方向に関して拡大される（ビーム形状が整形される）。

（２）入射面３１１へのレーザビームの入射方向と第１の出射面３２１からのレーザビームの出射方向とが平行になる。

（３）第１の出射面３２１から出射するレーザビームの方向が第１の出射面３２１に対して実質上９０°（屈折角＝０°）の角度を成す。

（４）第１の出射面３２１に入射角０°で入射したレーザビームが、偏光膜３３で反射され、第２の出射面３２２に対して実質上９０度の角度（屈折角＝０°）で出射する。

上記条件と満たすビーム整形偏光ビームスプリッタは、例えば、以下のように構成すればよい。

即ち、第１のプリズム３１を構成する硝材として、屈折率ｎ＝１．５３３９３４（波長＝４０５ｎｍ）のＳ−ＮＳＬ３６（ＯＨＡＲＡ製）を用い、また、第２のプリズム３２を構成する硝材として、屈折率ｎ＝１．７５１０７３のＳ−ＬＡＬ１８（同じくＯＨＡＲＡ製）を用いる。そして、入射面３１１と偏光膜３３とが成す角度を１０５．３５°とし、第１の出射面３２１及び第２の出射面のそれぞれと偏光膜３３とが成す角度をともに５８．６°とすればよい。この場合、入射面３１１へのレーザビームの入射角度は、４６．７５°である。なお、上記各面が成す角度は、それぞれ多少の誤差が許容される。

次に、上記条件を満たすビーム整形偏光ビームスプリッタの作用について、図４を参照して説明する。

図４の左側から右方向に向かって進行するレーザビーム（Ｐ偏光）が、第１のプリズム３１の入射面３１１に入射したとする。入射面３１１に入射したレーザビーム（Ｐ偏光）は、第１のプリズム３１の内部に進入する際に屈折し、その進行方向を上向きに変え、偏光膜３３に入射する。

偏光膜３３は、入射したレーザビーム（Ｐ偏光）を透過させ、第２のプリズム３２に入射させる。

第２のプリズム３２に入射する際、レーザビーム（Ｐ偏光）は再び屈折し、その進行方向は入射面３１１に入射するレーザビームと平行になる。また、偏光膜３３が、入射面３１１からのレーザビームが大きな入射角で入射するように設けられているので、第１のプリズム側から第２のプリズムに進入したレーザビームは、図の上下方向に関して拡大される。

偏光膜３３から第２のプリズム３２に入射したレーザビーム（Ｐ偏光）は、第１の出射面３２１から屈折することなく外部へ出射する。

また、図４の右側から左方向に向かって進行するレーザビーム（Ｓ偏光）は、入射角＝０°で第１の出射面３２１に入射し、屈折することなく偏光膜３３に入射する。

偏光膜３３は、第１の出射面３２１からレーザビーム（Ｓ偏光）を、第２の出射面に入射角０°で入射するように反射する。反抗膜３３で反射されたレーザビーム（Ｓ偏光）は、屈折することなく第２の出射面から外部へ出射する。

以上のように、本実施の形態に係るビーム整形偏光ビームスプリッタでは、入射面にレーザビームが入射する方向と、第１の出射面からレーザビームが出射する方向とが平行なので、光ピックアップへの組み付けが容易に行える。

また、入射面へのレーザビームの入射角が比較的小さいので、反射が少なく、高い透過率を実現できる。

次に、図３のビーム整形偏光ビームスプリッタを用いた光ピックアップについて、図５を参照して説明する。

図５の光ピックアップは、図３のビーム整形ビームスプリッタ３０と、その入射面３１１側に配されたレーザダイオード５１及びコリメータレンズ５２と、第１の出射面３２１側に配された１／４波長板５３、立ち上げミラー５４及び対物レンズ５５と、第２の出射面側３２２に配されたコリメータレンズ５６、センサレンズ５７及びフォトダイオード５８とを備えている。

レーザダイオード５１は、直線偏光（ここでは、Ｐ偏光）のレーザビームを発生させる。レーザダイオード５１から出射したレーザビームは、コリメータレンズ５１に入射する。

コリメータレンズ５２は、入射するレーザビームを平行光に変換して出射させる。コリメータレンズ５２から出射したレーザビームは、ビーム整形ビームスプリッタ３０の入射面３１１に入射し、第１の出射面３２１から出射する。第１の出射面３２１から出射したレーザビームは、１／４波長板５３に入射する。

１／４波長板は、入射するレーザビームの偏光状態を円偏光に変化させ、立ち上げミラー５４に入射させる。

立ち上げミラー５４は、１／４波長板からのレーザビームの進行方向を変え、対物レンズ５５に入射させる。

対物レンズ５５は、立ち上げミラー５４からレーザビームを光ディスク５９に集光させる。また、対物レンズは、光ディスク５９からの反射レーザビームを平行光に変換し、立ち上げミラー５４に入射させる。

立ち上げミラー５４は、対物レンズ５５からの反射レーザビームを１／４波長板５３に入射させる。

１／４波長板５３は、反射レーザビームの偏光状態を円偏光からＳ偏光に変化させ、ビーム整形ビームスプリッタ３０に入射させる。ビーム整形ビームスプリッタ３０に入射した反射レーザビームは、第２の出射面３２２から出射し、コリメータレンズ５６に入射する。

コリメータレンズ５６は、入射する反射レーザビームを収束光に変換し、センサレンズ５７に入射させる。

センサレンズ５７は、入射する反射レーザビームに非点収差を与え（調節し）、フォトダイオード５８に入射させる。

フォトダイオード５８は、入射する反射レーザビームを検出して電気信号に変換する。

以上のように、図３のビーム整形ビームスプリッタ３０は、光ディスク装置の光ピックアップに利用される。

従来のビーム整形プリズムの正面図である。 従来の他のビーム整形プリズムの正面図である。 本発明の一実施の形態に係るビーム整形スプリッタ３０の（ａ）正面図、（ｂ）右側面図、及び（ｃ）底面図である。 図３のビーム整形スプリッタ３０の作用を説明するための図である。 図３のビーム整形スプリッタ３０を含む光ピックアップの構成を示す概略図である。

符号の説明

１０，２０ ビーム整形プリズム
１１，１２，２１，２２ ウェッジプリズム
１３ 偏光膜
３０ ビーム整形偏光ビームスプリッタ
３１，３２ プリズム
３３ 偏光膜
３１１ 入射面
３２１ 第１の出射面
３２２ 第２の出射面
５１ レーザダイオード
５２ コリメータレンズ
５３ １／４波長板
５４ 立ち上げミラー
５５ 対物レンズ
５６ コリメータレンズ
５７ センサレンズ
５８ フォトダイオード
５９ 光ディスク

Claims (5)

1. 互いに異なる屈折率を有する第１及び第２のプリズムと、これら第１及び第２のプリズムの間に挟まれた偏光膜とを有し、前記第１のプリズムに入射する第１のレーザビームが前記偏光膜を透過して前記第２のプリズムの第１の出射面から出射し、該第１の出射面に入射した第２のレーザビームが前記偏光膜で反射されて前記第２のプリズムの第２の出射面から出射するように構成されたビーム整形偏光ビームスプリッタにおいて、
   前記第１のレーザビームが前記第１のプリズムに入射する方向と前記第１の出射面から出射する方向とが平行になるようにしたことを特徴とするビーム整形偏光ビームスプリッタ。
2. 請求項１に記載されたビーム整形偏光ビームスプリッタにおいて、
   前記第１の出射面と前記第１のレーザビームの出射方向との成す角度が９０°になり、かつ、前記第２の出射面と前記第２のレーザビームの出射方向との成す角度が９０°になるようにしたことを特徴とするビーム整形偏光ビームスプリッタ。
3. 請求項１または請求項２に記載のビーム整形偏光ビームスプリッタを備えたことを特徴とする光ピックアップ。
4. 請求項３に記載の光ピックアップにおいて、
   前記第１のレーザビームを発生するレーザダイオードと、該レーザダイオードからの前記第１のレーザビームを平行光に変換して前記第１のプリズムに入射させる第１のコリメータレンズと、前記第１の出射面から出射する前記第１のレーザビーム及び前記第１の出射面へ入射する前記第２のレーザビームの偏光状態をそれぞれ変化させる１／４波長板と、該１／４波長板からの前記第１のレーザビームを光ディスクへ向かわせるとともに前記光ディスクからの前記第２のレーザビームを前記１／４波長板へ向かわせる立ち上げミラーと、該立ち上げミラーから前記光ディスクへ向かう前記第１のレーザビームを集光するとともに前記光ディスクから前記立ち上げミラーへ向かう前記第２のレーザビームを平行光に変換する対物レンズと、第２の出射面から出射された前記第２のレーザビームを収束光に変換するコリメータレンズと、該コリメートレンズからの前記第２のレーザビームを調節するセンサレンズ、及び該センサレンズからの前記第２のレーザビームを検出するフォトダイオードとを備えることを特徴とする光ピックアップ。
5. 請求項４に記載の光ピックアップにおいて、
   前記レーザダイオードからの前記第１のレーザビームがＰ偏光またはＳ偏光であることを特徴とする光ピックアップ。
   
   

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