JP3980677B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップ装置は光ディスク等の光情報記録媒体に対して情報の記録・再生を行なうための装置として知られている。
【０００３】
光ピックアップ装置では、フォーカシング制御やトラッキング制御のため、光情報記録媒体からの戻り光（光情報記録媒体の記録面からの反射光束）を検出系に導くため、戻り光を「光源から光情報記録媒体へ向かう光路」から検出系側へ分離する必要がある。
【０００４】
戻り光の分離は一般に、１／４波長板と偏光ビームスプリッタとを組み合わせ、偏光ビームスプリッタに入射する光束の偏光方向が、光情報記録媒体へ向かうときと戻り光とで互いに直交するようにし、偏光ビームスプリッタによる透過と反射とを利用して行なわれている。また近来は、偏光ビームスプリッタに換え「偏光依存性の回折光学素子」を用いることも意図されている。
【０００５】
光ピックアップ装置で「情報の良好な記録・再生」を行なうには光束を光情報記録媒体の記録面上に良好な光スポットとして集光させねばならない。このために、光源と記録面との間にある光学素子（コリメートレンズや対物レンズ、偏光ビームスプリッタや１／４波長板等）の波面収差の「総量（各光学素子で発生する波面収差：ａiの２乗の和の平方根、即ち、√｛Σａi 2｝）」が、光源から放射される光の波長：λに対して「λ／１４」以下、即ち「略０．０７λ」以下であることが必要であるとされている。
【０００６】
１／４波長板や回折光学素子は「平行平板」状であるが、その表面が高精度の平面性を有していないと、これらにより波面収差が発生する。このため１／４波長板や回折光学素子に要求される表面精度が厳しくなり「これらの製造コスト」が高くつき、光ピックアップ装置の低コスト化を阻んでいる。
【０００７】
例えば１／４波長板の場合、比較的低コストで実現できる表面精度は光源として用いられるＬＤ（半導体レーザ）の発振波長：λ（例えば６３３ｎｍ）に対しλ／１０程度であり、これ以上に高い表面精度を満足しようとすると、製造コストが著しく高くなってしまう。
【０００８】
１／４波長板における表面精度がλ／１０程度であると、１／４波長板で発生する波面収差は「略０．０５λ」である。このためλ／１０程度の表面精度を持った１／４波長板を光ピックアップ装置に用いると、ＬＤから記録面に到る光路上に配備されるコリメートレンズや対物レンズ等、他の光学素子に許容される波面収差量は、√{(０．０７λ)2−(０．０５λ)2}≒０．０４９λ程度以下と小さくなり、これら他の光学系の波面収差に対する許容度が著しく制限されてしまうことになる。
【０００９】
【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、表面精度がλ／１０程度よりも低い「１／４波長板や回折光学素子」を用い、なおかつ他の光学素子の波面収差に対する許容度が大きい光ピックアップ装置の実現を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の光ピックアップ装置は「光源であるＬＤ（半導体レーザ）から光情報記録媒体の記録面に到る光路中に、光束が実質的な平行光束と成る部分を有し、上記光束が実質的な平行光束と成る部分に平行平板状の１／４波長板を有する光ピックアップ装置」である。従って、１／４波長板には「平行光束」が入射する。
【００１１】
請求項１記載の光ピックアップ装置は以下の点を特徴とする。
即ち、ＬＤからの光束の１／４波長板への入射角をθ、１／４波長板の材質の屈折率をｎ、１／４波長板の表面精度をη、ＬＤから放射されるレーザ光の波長をλとするとき、入射角：θが条件：
（１）｜(η／ｃｏｓθ)−ｎ・η／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜＜λ／４５
を満足するように１／４波長板を入射光束に対して傾けて配備する。
【００１２】
請求項２記載の光ピックアップ装置は「光源であるＬＤから光情報記録媒体の記録面に到る光路中に、光束が実質的な平行光束と成る部分を有し、上記光束が実質的な平行光束と成る部分に平行平板状で偏光依存性の回折光学素子を有する光ピックアップ装置」である。従って、回折光学素子には平行光束が入射する。
【００１３】
回折光学素子が「偏光依存性である」とは、回折光学素子への入射平行光束がＰ偏光であるかＳ偏光であるかにより回折作用が異なることを意味し、具体的には上記２つの偏光の一方に対してのみ回折作用が働くことを意味する。
【００１４】
請求項２記載の光ピックアップ装置は以下の点を特徴とする。
即ち、ＬＤからの光束の回折光学素子への入射角をα、回折光学素子の材質の屈折率をＮ、回折光学素子の表面精度をξ、ＬＤから放射されるレーザ光の波長をλとするとき、上記入射角：αが条件：
（２）｜(ξ／ｃｏｓα)−Ｎ・ξ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜＜λ／４５
を満足するように回折光学素子を入射光束に対して傾けて配備する。
【００１５】
請求項３記載の光ピックアップ装置は「光源であるＬＤから光情報記録媒体の記録面に到る光路中に、光束が実質的な平行光束と成る部分を有し、上記光束が実質的な平行光束と成る部分に平行平板状の１／４波長板と平行平板状で偏光依存性の回折光学素子とを有する光ピックアップ装置」である。従って、１／４波長板および回折光学素子には共に平行光束が入射する。
【００１６】
請求項３記載の光ピックアップ装置は以下の点を特徴とする。
即ち、上述の入射角：θ，α、屈折率：ｎ，Ｎ、表面精度：η，ξ、波長：λに就き、入射角：θとαが条件：
（３）√｛｜(η／ｃｏｓθ)−ｎ・η／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜2＋
｜(ξ／ｃｏｓα)−Ｎ・ξ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜2｝＜λ／４５
を満足するように１／４波長板および／または回折光学素子を入射光束に対して傾けて配備する。この請求項３記載の光ピックアップ装置においては「１／４波長板と回折光学素子とを互いに一体化」することが出来る（請求項４）。
【００１７】
上記請求項１または３または４記載の光ピックアップ装置においては、１／４波長板への入射角：θが条件：
（４） ｜(１／ｃｏｓθ)−ｎ／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜≒０
を満足することができ（請求項５）、上記請求項２または３または４記載の光ピックアップ装置においては、回折光学素子への入射角：αが条件：
（５） ｜(１／ｃｏｓα)−Ｎ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜≒０
を満足することができる（請求項６）。
【００１８】
請求項３記載の光ピックアップ装置においては、１／４波長板への入射角：θが条件：
（４） ｜(１／ｃｏｓθ)−ｎ／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜≒０
を満足し、且つ、回折光学素子への入射角：αが条件：
（５） ｜(１／ｃｏｓα)−Ｎ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜≒０
を満足することができる（請求項７）。
【００１９】
なお、１／４波長板としては良く知られた「水晶」によるものの外、例えばリチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ3）によるもの等を用いることができる。
【００２０】
上記のように、この発明のピックアップ装置は、平行光束の光路中に配備される平行平板（１／４波長板や回折光学素子）を平行光束の光路に対して傾ける点に特徴がある。このように平行平板を傾けることの意味を説明する。
【００２１】
図４において符号１は透明な平行平板を示している。平行平板１の片面には段差があり、この段差の大きさを「Λ」とする。この平行平板１に対して、平行光束が入射角「Ａ」で入射して透過するとき、透過光束には「段差：Λによる位相差」が発生する。
【００２２】
平行平板１の材質の屈折率をn1、平行平板１外の領域の屈折率をn2、平行平板１による屈折角をＢ、平行光束の波長をλとすると、上記「段差：Λによる位相差」は、
｛n1・Λ／（λ・ｃｏｓＡ）｝−｛n2・Λ／（λ・ｃｏｓＢ）｝ （ａ）
で与えられる。
【００２３】
入射角：Ａと屈折角：Ｂとの間にはスネルの法則：
n1・ｓｉｎＡ＝n2・ｓｉｎＢ （ｂ）
が成り立つので、上記位相差が０となる条件は、
(n1/ｃｏｓＡ)−n2/√{１−(n1・ｓｉｎＡ/n2)2}＝０ （ｃ）
が成り立つことである。１／４波長板や回折光学素子は空気中におかれることに鑑み、n1＝１．０とすると、式（ｃ）は
(１/ｃｏｓＡ)−n2/√{１−(ｓｉｎＡ/n2)2}＝０ （ｄ）
となる。例えば、ｎ２＝１．５、Λ＝０．０１μｍ、λ＝０．６３３μｍとすると、入射角：Ａ≒５６度で位相差が０となる。即ち、このとき波面収差は生じない。即ち、波長：０．６３３μｍの平行単色光に対しては、屈折率：１．５の平行平板を５６度傾けた場合には、表面の段差：Λの大きさ如何によらず、波面収差は発生しない。この発明はこの事実を利用している。
【００２４】
「表面精度」は一般に、表面の凹凸の「最大値と最小値の差（Ｐ−Ｖ値）」で表され、「λ／１０の表面精度」とは、上記最大値と最小値の差の最大が波長：λの１／１０であることを意味し、例えば波長が０．６μｍであれば、上記差の最大値が０．０６μｍである。
【００２５】
入射角：Ａが任意の場合には、発生する波面収差：Ｙは表面精度：Λに依存し、図４のモデルを想定すると、
Ｙ＝(Λ／ｃｏｓＡ)−n2・Λ／√{１−(ｓｉｎＡ／n2)2} （ｅ）
で表される。表面精度がλ／１０およびλ／５の場合に就いて（λ＝０．６３３μｍ）、入射角：Ａと共に式（ｅ）の右辺がどのように変化するかを示したのが図５である。図５中の「実線」の曲線５１が表面精度：λ／１０に対するものであり、「破線」の曲線５２が表面精度：λ／５に対するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１記載の光ピックアップ装置の実施の１形態を示している。
光源であるＬＤ１０から放射された光束はコリメートレンズ１２により平行光束化され、偏光ビームスプリッタ１４と１／４波長板１６とを透過し、対物レンズ１８により収束され、光情報記録媒体２０の記録面２１に光スポットとして集光する。即ち、この実施の形態において光ピックアップ装置は、光源であるＬＤ１０から光情報記録媒体２０の記録面２１に到る光路中に「光束が実質的な平行光束と成る部分」を有し、この部分に１／４波長板１６を有する。
【００２７】
記録面２１による反射光は「戻り光」となって対物レンズ１８と１／４波長板１６を透過し、偏光ビームスプリッタ１４に入射する。このとき戻り光は１／４波長板１６を２度透過したことにより、その偏光面が当初ＬＤ１０から放射されたときの状態から９０度旋回している。従って、戻り光は偏光ビームスプリッタ１４により反射されることにより「ＬＤ１０から記録面２１に向かう光路」から分離される。
【００２８】
分離された戻り光は集光レンズ２２により集光され、集光の途上でナイフエッジプリズム２４により一部が反射されてトラッキング制御用の受光素子２８に入射し、ナイフエッジプリズム２４に反射されない光束部分はフォーカシング制御用の受光素子２６に入射する。この実施の形態においてフォーカシング制御は公知の「ナイフエッジ法」により、またトラッキング制御は「プッシュ・プル法」により行なわれるが、上記フォーカシング・トラッキング制御は、これら以外の公知の適宜の方法で行なっても良い。
【００２９】
１／４波長板１６は屈折率：ｎを持つ材質で形成され、ＬＤ１０から放射されるレーザ光の波長：λと表面精度：ηに応じて、ＬＤ１０からの光束の入射角：θが条件：
（１）｜(η／ｃｏｓθ)−ｎ・η／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜＜λ／４５
を満足するように、入射光束に対して傾けて配備される。
【００３０】
式（１）の左辺は、１／４波長板１６により発生する「波面収差」である。
図１のような構成の光ピックアップ装置においては、ＬＤ１０と記録面２１との間に、コリメートレンズ１２と偏光ビームスプリッタ１４と１／４波長板１６と対物レンズ１８とがあり、これら光学素子により波面収差の総量がλ／１４（＝０．０７λ）以下であるべきであるから、１／４波長板１６の入射角：θが式（１）を満足するならば、１／４波長板で発生する波面収差は０．０２λ以下であって上記光学素子による波面収差の総量の１／３以下である。このとき、他の光学素子（コリメートレンズ１２、対物レンズ１８、偏光ビームスプリッタ１４）に許容される波面収差は、√｛（０．０７λ）2−（０．０２λ）2｝＝０．０６７λ程度が許容されることになるから、これら他の光学系の製造が容易になり、光ピックアップ装置のコストを有効に低減化できる。
【００３１】
ＬＤの波長：λが０．６３３μｍで、１／４波長板１６の材質の屈折率：ｎが１．５であるならば、上記式（１）が満足される入射角：θの範囲は、図５からわかるように、表面精度：λ／１０に対して４９〜６１度、表面精度：λ／５に対して５３〜５８度である。特に１／４波長板１６に対する入射角：θが実質的に５６度のときは前記式（ｄ）が満足され、１／４波長板１６の表面精度の如何を問わず１／４波長板１６による波面収差が発生しないので、他の光学系の波面収差に対する許容度が極めて大きくなる。
【００３２】
図２は請求項２，３記載の光ピックアップ装置の実施の１形態を示している。繁雑を避けるため、混同の虞れがないと思われるものについては図１におけると同一の符号を付した。
【００３３】
光源であるＬＤ１０から放射された光束はコリメートレンズ１２により平行光束化され、偏向ミラー１３により光路を偏向され、回折光学素子１５と１／４波長板１６とを透過し、対物レンズ１８により収束され、光情報記録媒体２０の記録面２１に光スポットとして集光する。
【００３４】
回折光学素子１５は「偏光依存性」で平行平板状である。即ち、この実施の形態において光ピックアップ装置は、光源であるＬＤ１０から光情報記録媒体２０の記録面２１に到る光路中に「光束が実質的な平行光束と成る部分」を有し、この部分に「平行平板状で偏光依存性」の回折光学素子１５と、１／４波長板１６を有する。
【００３５】
回折光学素子１５は屈折率：Ｎを持つ材質で平行平板状に形成されており、ＬＤ１０からの光束の回折光学素子１５への入射角をα、回折光学素子１５の表面精度をξ、ＬＤ１０から放射されるレーザ光の波長をλとするとき、入射角：αが条件：
（２）｜(ξ／ｃｏｓα)−Ｎ・ξ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜＜λ／４５
を満足するように入射光束に対して傾けて配備される。
【００３６】
記録面２１による反射光は「戻り光」となって対物レンズ１８と１／４波長板１６を透過し、偏光面が当初の方向から９０度旋回した状態となって回折光学素子１５に入射する。回折光学素子１５は、ＬＤ１０の側から入射する光束に対しては回折効果を及ぼさないが、戻り光に対しては回折作用を及ぼすように「ホログラム」が形成されており、回折効果により「ＬＤ１０から記録面２１に向かう光路」から分離された戻り光は検出系（再生信号やフォーカシング制御信号、トラッキング制御信号を発生するために戻り光を検出する光学系）に入射する。このとき、回折光学素子１５の回折作用を「分離された戻り光が、回折によりフォーカシング制御用およびトラッキング制御用の受光素子にそれぞれ分離して入射する」ように定めることもできる。
【００３７】
上記式（２）が満足されるように回折光学素子１５を配備することにより、回折光学素子１５で発生する波面収差は０．０２λ以下となり、前述の場合と同じく他の光学素子における波面収差に対する許容量として限界値：０．０７λのうちの０．０６７程度が残されることになり、他の光学素子の製造が容易になる。
【００３８】
上に説明した図２の実施の形態においては、１／４波長板１６は他の光学素子の一つであり、この場合、１／４波長板をも含めて他の光学素子の波面収差の和が０．０６７λ程度に抑えられねばならない。
【００３９】
しかし、図に示すように１／４波長板１６をも傾けて配備することにより、１／４波長板１６における波面収差の発生も有効に軽減させ、残りの光学素子における波面収差に対する許容度を大きくすることが可能である。
【００４０】
即ち、ＬＤ１０からの光束の１／４波長板１６への入射角：θ、１／４波長板の材質の屈折率：ｎ、１／４波長板の表面精度：η、回折光学素子への入射角：α、回折光学素子の材質の屈折率：Ｎ、回折光学素子の表面精度：ξ、ＬＤから放射されるレーザ光の波長：λに対し、θおよびαが条件：
（３）√｛｜(η／ｃｏｓθ)−ｎ・η／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜2＋
｜(ξ／ｃｏｓα)−Ｎ・ξ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜2｝＜λ／４５
を満足するように１／４波長板１６および／または回折光学素子１５を入射光束に対して傾けて配備すれば、回折光学素子１５と１／４波長板１６とで発生する波面収差の２乗和の平方根が０．０２λ以下となるので、残りの光学素子における波面収差に対する許容度を大きくできる。
【００４１】
特に、１／４波長板１６への入射角：θが条件：
（４） ｜(１／ｃｏｓθ)−ｎ／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜≒０
を満足し、且つ、回折光学素子１５への入射角：αが条件：
（５） ｜(１／ｃｏｓα)−Ｎ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜≒０
を満足するようにすると（請求項７）、回折光学素子１５と１／４波長板１６とで実質的に波面収差が発生しなくなるので、残りの光学素子における波面収差に対する許容度を極めて大きくできる。
【００４２】
図３は請求項４記載の光ピックアップ装置の実施の１形態を示している。混同の虞れがないと思われるものに就いては、図２におけると同符号を付した。
この実施の形態では、「１／４波長板１６と回折光学素子１５とが一体化」され、これらへの入射角は式（３）が満足されるように定められている。このようにしても、回折光学素子１５と１／４波長板１６とで発生する波面収差の和が０．０２λ以下となるので、残りの光学素子における波面収差に対する許容度を大きくできる。
【００４３】
回折光学素子１５と１／４波長板１６とを同じ材質で構成すれば、これらの屈折率ｎとＮとは互いに等しくなるから、入射角：θ＝αに対して式（３）を満足させることができ、特に式（４）と（５）とを条件：θ＝αとともに満足させることもでき、従って回折光学素子１５と１／４波長板１６とを一体化した状態で、これらによる波面収差が０．０２λ以下、あるいは実質的に０となるようにすることができる。
【００４４】
λが０．６３３μｍで、１／４波長板１６および回折光学素子１５の材質の屈折率：ｎ＝Ｎが１．５であるならば、一体化された回折光学素子１５と１／４波長板１５に対し入射角：θ＝αが実質的に５６度のときは、これら光学素子の表面精度の如何を問わず、１／４波長板１６と回折光学素子１５による波面収差が発生しないので、他の光学系の波面収差に対する許容度が極めて大きくなる。
【００４５】
なお、図２，３においてＬＤ１０からの光の一部は偏向ミラー１３を透過し、前方デテクタ３０により検出される。前方デテクタ３０の出力はＬＤの出力制御に利用される。
【００４６】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な光ピックアップ装置を提供できる。この発明の光ピックアップ装置によれば上述の如く、１／４波長板や回折光学素子の表面精度がλ／１０程度以下でも、これらにより発生する波面収差をλ／４５以下に抑えることが出来、残りの光学素子における波面収差に対する許容度を有効に緩めることができ、１／４波長板や回折光学素子や他の光学素子の製造が容易となり光ピックアップ装置の低コスト化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】請求項２，３記載の発明の実施の１形態を説明するための図である。
【図３】請求項４記載の発明の実施の１形態を説明するための図である。
【図４】この発明の原理を説明するための図である。
【図５】平行平板への平行光束の入射角と発生する波面収差の関係を、表面精度をパラメータとして２例示す図である。
【符号の説明】
１０ ＬＤ
１４ 偏光ビームスプリッタ
１６ １／４波長板
２０ 光情報記録媒体
２１ 記録面
【発明の属する技術分野】
この発明は光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップ装置は光ディスク等の光情報記録媒体に対して情報の記録・再生を行なうための装置として知られている。
【０００３】
光ピックアップ装置では、フォーカシング制御やトラッキング制御のため、光情報記録媒体からの戻り光（光情報記録媒体の記録面からの反射光束）を検出系に導くため、戻り光を「光源から光情報記録媒体へ向かう光路」から検出系側へ分離する必要がある。
【０００４】
戻り光の分離は一般に、１／４波長板と偏光ビームスプリッタとを組み合わせ、偏光ビームスプリッタに入射する光束の偏光方向が、光情報記録媒体へ向かうときと戻り光とで互いに直交するようにし、偏光ビームスプリッタによる透過と反射とを利用して行なわれている。また近来は、偏光ビームスプリッタに換え「偏光依存性の回折光学素子」を用いることも意図されている。
【０００５】
光ピックアップ装置で「情報の良好な記録・再生」を行なうには光束を光情報記録媒体の記録面上に良好な光スポットとして集光させねばならない。このために、光源と記録面との間にある光学素子（コリメートレンズや対物レンズ、偏光ビームスプリッタや１／４波長板等）の波面収差の「総量（各光学素子で発生する波面収差：ａiの２乗の和の平方根、即ち、√｛Σａi 2｝）」が、光源から放射される光の波長：λに対して「λ／１４」以下、即ち「略０．０７λ」以下であることが必要であるとされている。
【０００６】
１／４波長板や回折光学素子は「平行平板」状であるが、その表面が高精度の平面性を有していないと、これらにより波面収差が発生する。このため１／４波長板や回折光学素子に要求される表面精度が厳しくなり「これらの製造コスト」が高くつき、光ピックアップ装置の低コスト化を阻んでいる。
【０００７】
例えば１／４波長板の場合、比較的低コストで実現できる表面精度は光源として用いられるＬＤ（半導体レーザ）の発振波長：λ（例えば６３３ｎｍ）に対しλ／１０程度であり、これ以上に高い表面精度を満足しようとすると、製造コストが著しく高くなってしまう。
【０００８】
１／４波長板における表面精度がλ／１０程度であると、１／４波長板で発生する波面収差は「略０．０５λ」である。このためλ／１０程度の表面精度を持った１／４波長板を光ピックアップ装置に用いると、ＬＤから記録面に到る光路上に配備されるコリメートレンズや対物レンズ等、他の光学素子に許容される波面収差量は、√{(０．０７λ)2−(０．０５λ)2}≒０．０４９λ程度以下と小さくなり、これら他の光学系の波面収差に対する許容度が著しく制限されてしまうことになる。
【０００９】
【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、表面精度がλ／１０程度よりも低い「１／４波長板や回折光学素子」を用い、なおかつ他の光学素子の波面収差に対する許容度が大きい光ピックアップ装置の実現を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の光ピックアップ装置は「光源であるＬＤ（半導体レーザ）から光情報記録媒体の記録面に到る光路中に、光束が実質的な平行光束と成る部分を有し、上記光束が実質的な平行光束と成る部分に平行平板状の１／４波長板を有する光ピックアップ装置」である。従って、１／４波長板には「平行光束」が入射する。
【００１１】
請求項１記載の光ピックアップ装置は以下の点を特徴とする。
即ち、ＬＤからの光束の１／４波長板への入射角をθ、１／４波長板の材質の屈折率をｎ、１／４波長板の表面精度をη、ＬＤから放射されるレーザ光の波長をλとするとき、入射角：θが条件：
（１）｜(η／ｃｏｓθ)−ｎ・η／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜＜λ／４５
を満足するように１／４波長板を入射光束に対して傾けて配備する。
【００１２】
請求項２記載の光ピックアップ装置は「光源であるＬＤから光情報記録媒体の記録面に到る光路中に、光束が実質的な平行光束と成る部分を有し、上記光束が実質的な平行光束と成る部分に平行平板状で偏光依存性の回折光学素子を有する光ピックアップ装置」である。従って、回折光学素子には平行光束が入射する。
【００１３】
回折光学素子が「偏光依存性である」とは、回折光学素子への入射平行光束がＰ偏光であるかＳ偏光であるかにより回折作用が異なることを意味し、具体的には上記２つの偏光の一方に対してのみ回折作用が働くことを意味する。
【００１４】
請求項２記載の光ピックアップ装置は以下の点を特徴とする。
即ち、ＬＤからの光束の回折光学素子への入射角をα、回折光学素子の材質の屈折率をＮ、回折光学素子の表面精度をξ、ＬＤから放射されるレーザ光の波長をλとするとき、上記入射角：αが条件：
（２）｜(ξ／ｃｏｓα)−Ｎ・ξ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜＜λ／４５
を満足するように回折光学素子を入射光束に対して傾けて配備する。
【００１５】
請求項３記載の光ピックアップ装置は「光源であるＬＤから光情報記録媒体の記録面に到る光路中に、光束が実質的な平行光束と成る部分を有し、上記光束が実質的な平行光束と成る部分に平行平板状の１／４波長板と平行平板状で偏光依存性の回折光学素子とを有する光ピックアップ装置」である。従って、１／４波長板および回折光学素子には共に平行光束が入射する。
【００１６】
請求項３記載の光ピックアップ装置は以下の点を特徴とする。
即ち、上述の入射角：θ，α、屈折率：ｎ，Ｎ、表面精度：η，ξ、波長：λに就き、入射角：θとαが条件：
（３）√｛｜(η／ｃｏｓθ)−ｎ・η／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜2＋
｜(ξ／ｃｏｓα)−Ｎ・ξ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜2｝＜λ／４５
を満足するように１／４波長板および／または回折光学素子を入射光束に対して傾けて配備する。この請求項３記載の光ピックアップ装置においては「１／４波長板と回折光学素子とを互いに一体化」することが出来る（請求項４）。
【００１７】
上記請求項１または３または４記載の光ピックアップ装置においては、１／４波長板への入射角：θが条件：
（４） ｜(１／ｃｏｓθ)−ｎ／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜≒０
を満足することができ（請求項５）、上記請求項２または３または４記載の光ピックアップ装置においては、回折光学素子への入射角：αが条件：
（５） ｜(１／ｃｏｓα)−Ｎ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜≒０
を満足することができる（請求項６）。
【００１８】
請求項３記載の光ピックアップ装置においては、１／４波長板への入射角：θが条件：
（４） ｜(１／ｃｏｓθ)−ｎ／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜≒０
を満足し、且つ、回折光学素子への入射角：αが条件：
（５） ｜(１／ｃｏｓα)−Ｎ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜≒０
を満足することができる（請求項７）。
【００１９】
なお、１／４波長板としては良く知られた「水晶」によるものの外、例えばリチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ3）によるもの等を用いることができる。
【００２０】
上記のように、この発明のピックアップ装置は、平行光束の光路中に配備される平行平板（１／４波長板や回折光学素子）を平行光束の光路に対して傾ける点に特徴がある。このように平行平板を傾けることの意味を説明する。
【００２１】
図４において符号１は透明な平行平板を示している。平行平板１の片面には段差があり、この段差の大きさを「Λ」とする。この平行平板１に対して、平行光束が入射角「Ａ」で入射して透過するとき、透過光束には「段差：Λによる位相差」が発生する。
【００２２】
平行平板１の材質の屈折率をn1、平行平板１外の領域の屈折率をn2、平行平板１による屈折角をＢ、平行光束の波長をλとすると、上記「段差：Λによる位相差」は、
｛n1・Λ／（λ・ｃｏｓＡ）｝−｛n2・Λ／（λ・ｃｏｓＢ）｝ （ａ）
で与えられる。
【００２３】
入射角：Ａと屈折角：Ｂとの間にはスネルの法則：
n1・ｓｉｎＡ＝n2・ｓｉｎＢ （ｂ）
が成り立つので、上記位相差が０となる条件は、
(n1/ｃｏｓＡ)−n2/√{１−(n1・ｓｉｎＡ/n2)2}＝０ （ｃ）
が成り立つことである。１／４波長板や回折光学素子は空気中におかれることに鑑み、n1＝１．０とすると、式（ｃ）は
(１/ｃｏｓＡ)−n2/√{１−(ｓｉｎＡ/n2)2}＝０ （ｄ）
となる。例えば、ｎ２＝１．５、Λ＝０．０１μｍ、λ＝０．６３３μｍとすると、入射角：Ａ≒５６度で位相差が０となる。即ち、このとき波面収差は生じない。即ち、波長：０．６３３μｍの平行単色光に対しては、屈折率：１．５の平行平板を５６度傾けた場合には、表面の段差：Λの大きさ如何によらず、波面収差は発生しない。この発明はこの事実を利用している。
【００２４】
「表面精度」は一般に、表面の凹凸の「最大値と最小値の差（Ｐ−Ｖ値）」で表され、「λ／１０の表面精度」とは、上記最大値と最小値の差の最大が波長：λの１／１０であることを意味し、例えば波長が０．６μｍであれば、上記差の最大値が０．０６μｍである。
【００２５】
入射角：Ａが任意の場合には、発生する波面収差：Ｙは表面精度：Λに依存し、図４のモデルを想定すると、
Ｙ＝(Λ／ｃｏｓＡ)−n2・Λ／√{１−(ｓｉｎＡ／n2)2} （ｅ）
で表される。表面精度がλ／１０およびλ／５の場合に就いて（λ＝０．６３３μｍ）、入射角：Ａと共に式（ｅ）の右辺がどのように変化するかを示したのが図５である。図５中の「実線」の曲線５１が表面精度：λ／１０に対するものであり、「破線」の曲線５２が表面精度：λ／５に対するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１記載の光ピックアップ装置の実施の１形態を示している。
光源であるＬＤ１０から放射された光束はコリメートレンズ１２により平行光束化され、偏光ビームスプリッタ１４と１／４波長板１６とを透過し、対物レンズ１８により収束され、光情報記録媒体２０の記録面２１に光スポットとして集光する。即ち、この実施の形態において光ピックアップ装置は、光源であるＬＤ１０から光情報記録媒体２０の記録面２１に到る光路中に「光束が実質的な平行光束と成る部分」を有し、この部分に１／４波長板１６を有する。
【００２７】
記録面２１による反射光は「戻り光」となって対物レンズ１８と１／４波長板１６を透過し、偏光ビームスプリッタ１４に入射する。このとき戻り光は１／４波長板１６を２度透過したことにより、その偏光面が当初ＬＤ１０から放射されたときの状態から９０度旋回している。従って、戻り光は偏光ビームスプリッタ１４により反射されることにより「ＬＤ１０から記録面２１に向かう光路」から分離される。
【００２８】
分離された戻り光は集光レンズ２２により集光され、集光の途上でナイフエッジプリズム２４により一部が反射されてトラッキング制御用の受光素子２８に入射し、ナイフエッジプリズム２４に反射されない光束部分はフォーカシング制御用の受光素子２６に入射する。この実施の形態においてフォーカシング制御は公知の「ナイフエッジ法」により、またトラッキング制御は「プッシュ・プル法」により行なわれるが、上記フォーカシング・トラッキング制御は、これら以外の公知の適宜の方法で行なっても良い。
【００２９】
１／４波長板１６は屈折率：ｎを持つ材質で形成され、ＬＤ１０から放射されるレーザ光の波長：λと表面精度：ηに応じて、ＬＤ１０からの光束の入射角：θが条件：
（１）｜(η／ｃｏｓθ)−ｎ・η／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜＜λ／４５
を満足するように、入射光束に対して傾けて配備される。
【００３０】
式（１）の左辺は、１／４波長板１６により発生する「波面収差」である。
図１のような構成の光ピックアップ装置においては、ＬＤ１０と記録面２１との間に、コリメートレンズ１２と偏光ビームスプリッタ１４と１／４波長板１６と対物レンズ１８とがあり、これら光学素子により波面収差の総量がλ／１４（＝０．０７λ）以下であるべきであるから、１／４波長板１６の入射角：θが式（１）を満足するならば、１／４波長板で発生する波面収差は０．０２λ以下であって上記光学素子による波面収差の総量の１／３以下である。このとき、他の光学素子（コリメートレンズ１２、対物レンズ１８、偏光ビームスプリッタ１４）に許容される波面収差は、√｛（０．０７λ）2−（０．０２λ）2｝＝０．０６７λ程度が許容されることになるから、これら他の光学系の製造が容易になり、光ピックアップ装置のコストを有効に低減化できる。
【００３１】
ＬＤの波長：λが０．６３３μｍで、１／４波長板１６の材質の屈折率：ｎが１．５であるならば、上記式（１）が満足される入射角：θの範囲は、図５からわかるように、表面精度：λ／１０に対して４９〜６１度、表面精度：λ／５に対して５３〜５８度である。特に１／４波長板１６に対する入射角：θが実質的に５６度のときは前記式（ｄ）が満足され、１／４波長板１６の表面精度の如何を問わず１／４波長板１６による波面収差が発生しないので、他の光学系の波面収差に対する許容度が極めて大きくなる。
【００３２】
図２は請求項２，３記載の光ピックアップ装置の実施の１形態を示している。繁雑を避けるため、混同の虞れがないと思われるものについては図１におけると同一の符号を付した。
【００３３】
光源であるＬＤ１０から放射された光束はコリメートレンズ１２により平行光束化され、偏向ミラー１３により光路を偏向され、回折光学素子１５と１／４波長板１６とを透過し、対物レンズ１８により収束され、光情報記録媒体２０の記録面２１に光スポットとして集光する。
【００３４】
回折光学素子１５は「偏光依存性」で平行平板状である。即ち、この実施の形態において光ピックアップ装置は、光源であるＬＤ１０から光情報記録媒体２０の記録面２１に到る光路中に「光束が実質的な平行光束と成る部分」を有し、この部分に「平行平板状で偏光依存性」の回折光学素子１５と、１／４波長板１６を有する。
【００３５】
回折光学素子１５は屈折率：Ｎを持つ材質で平行平板状に形成されており、ＬＤ１０からの光束の回折光学素子１５への入射角をα、回折光学素子１５の表面精度をξ、ＬＤ１０から放射されるレーザ光の波長をλとするとき、入射角：αが条件：
（２）｜(ξ／ｃｏｓα)−Ｎ・ξ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜＜λ／４５
を満足するように入射光束に対して傾けて配備される。
【００３６】
記録面２１による反射光は「戻り光」となって対物レンズ１８と１／４波長板１６を透過し、偏光面が当初の方向から９０度旋回した状態となって回折光学素子１５に入射する。回折光学素子１５は、ＬＤ１０の側から入射する光束に対しては回折効果を及ぼさないが、戻り光に対しては回折作用を及ぼすように「ホログラム」が形成されており、回折効果により「ＬＤ１０から記録面２１に向かう光路」から分離された戻り光は検出系（再生信号やフォーカシング制御信号、トラッキング制御信号を発生するために戻り光を検出する光学系）に入射する。このとき、回折光学素子１５の回折作用を「分離された戻り光が、回折によりフォーカシング制御用およびトラッキング制御用の受光素子にそれぞれ分離して入射する」ように定めることもできる。
【００３７】
上記式（２）が満足されるように回折光学素子１５を配備することにより、回折光学素子１５で発生する波面収差は０．０２λ以下となり、前述の場合と同じく他の光学素子における波面収差に対する許容量として限界値：０．０７λのうちの０．０６７程度が残されることになり、他の光学素子の製造が容易になる。
【００３８】
上に説明した図２の実施の形態においては、１／４波長板１６は他の光学素子の一つであり、この場合、１／４波長板をも含めて他の光学素子の波面収差の和が０．０６７λ程度に抑えられねばならない。
【００３９】
しかし、図に示すように１／４波長板１６をも傾けて配備することにより、１／４波長板１６における波面収差の発生も有効に軽減させ、残りの光学素子における波面収差に対する許容度を大きくすることが可能である。
【００４０】
即ち、ＬＤ１０からの光束の１／４波長板１６への入射角：θ、１／４波長板の材質の屈折率：ｎ、１／４波長板の表面精度：η、回折光学素子への入射角：α、回折光学素子の材質の屈折率：Ｎ、回折光学素子の表面精度：ξ、ＬＤから放射されるレーザ光の波長：λに対し、θおよびαが条件：
（３）√｛｜(η／ｃｏｓθ)−ｎ・η／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜2＋
｜(ξ／ｃｏｓα)−Ｎ・ξ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜2｝＜λ／４５
を満足するように１／４波長板１６および／または回折光学素子１５を入射光束に対して傾けて配備すれば、回折光学素子１５と１／４波長板１６とで発生する波面収差の２乗和の平方根が０．０２λ以下となるので、残りの光学素子における波面収差に対する許容度を大きくできる。
【００４１】
特に、１／４波長板１６への入射角：θが条件：
（４） ｜(１／ｃｏｓθ)−ｎ／√{１−(ｓｉｎθ／ｎ)2}｜≒０
を満足し、且つ、回折光学素子１５への入射角：αが条件：
（５） ｜(１／ｃｏｓα)−Ｎ／√{１−(ｓｉｎα／Ｎ)2}｜≒０
を満足するようにすると（請求項７）、回折光学素子１５と１／４波長板１６とで実質的に波面収差が発生しなくなるので、残りの光学素子における波面収差に対する許容度を極めて大きくできる。
【００４２】
図３は請求項４記載の光ピックアップ装置の実施の１形態を示している。混同の虞れがないと思われるものに就いては、図２におけると同符号を付した。
この実施の形態では、「１／４波長板１６と回折光学素子１５とが一体化」され、これらへの入射角は式（３）が満足されるように定められている。このようにしても、回折光学素子１５と１／４波長板１６とで発生する波面収差の和が０．０２λ以下となるので、残りの光学素子における波面収差に対する許容度を大きくできる。
【００４３】
回折光学素子１５と１／４波長板１６とを同じ材質で構成すれば、これらの屈折率ｎとＮとは互いに等しくなるから、入射角：θ＝αに対して式（３）を満足させることができ、特に式（４）と（５）とを条件：θ＝αとともに満足させることもでき、従って回折光学素子１５と１／４波長板１６とを一体化した状態で、これらによる波面収差が０．０２λ以下、あるいは実質的に０となるようにすることができる。
【００４４】
λが０．６３３μｍで、１／４波長板１６および回折光学素子１５の材質の屈折率：ｎ＝Ｎが１．５であるならば、一体化された回折光学素子１５と１／４波長板１５に対し入射角：θ＝αが実質的に５６度のときは、これら光学素子の表面精度の如何を問わず、１／４波長板１６と回折光学素子１５による波面収差が発生しないので、他の光学系の波面収差に対する許容度が極めて大きくなる。
【００４５】
なお、図２，３においてＬＤ１０からの光の一部は偏向ミラー１３を透過し、前方デテクタ３０により検出される。前方デテクタ３０の出力はＬＤの出力制御に利用される。
【００４６】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な光ピックアップ装置を提供できる。この発明の光ピックアップ装置によれば上述の如く、１／４波長板や回折光学素子の表面精度がλ／１０程度以下でも、これらにより発生する波面収差をλ／４５以下に抑えることが出来、残りの光学素子における波面収差に対する許容度を有効に緩めることができ、１／４波長板や回折光学素子や他の光学素子の製造が容易となり光ピックアップ装置の低コスト化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】請求項２，３記載の発明の実施の１形態を説明するための図である。
【図３】請求項４記載の発明の実施の１形態を説明するための図である。
【図４】この発明の原理を説明するための図である。
【図５】平行平板への平行光束の入射角と発生する波面収差の関係を、表面精度をパラメータとして２例示す図である。
【符号の説明】
１０ ＬＤ
１４ 偏光ビームスプリッタ
１６ １／４波長板
２０ 光情報記録媒体
２１ 記録面
Claims (7)
- 光源であるＬＤから光情報記録媒体の記録面に到る光路中に、光束が実質的な平行光束と成る部分を有し、上記光束が実質的な平行光束と成る部分に平行平板状の１／４波長板を有する光ピックアップ装置において、
ＬＤからの光束の１／４波長板への入射角をθ、１／４波長板の材質の屈折率をｎ、１／４波長板の表面精度をη、ＬＤから放射されるレーザ光の波長をλとするとき、上記入射角：θが条件：
（１）｜(η／ｃｏｓθ)−ｎ・η／√｛１−(ｓｉｎθ／ｎ)2｝｜＜λ／４５
を満足するように上記１／４波長板を入射光束に対して傾けて配備することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 光源であるＬＤから光情報記録媒体の記録面に到る光路中に、光束が実質的な平行光束と成る部分を有し、上記光束が実質的な平行光束と成る部分に平行平板状で偏光依存性の回折光学素子を有する光ピックアップ装置において、
ＬＤからの光束の回折光学素子への入射角をα、回折光学素子の材質の屈折率をＮ、回折光学素子の表面精度をξ、ＬＤから放射されるレーザ光の波長をλとするとき、上記入射角：αが条件：
（２）｜(ξ／ｃｏｓα)−Ｎ・ξ／√｛１−(ｓｉｎα／Ｎ)2｝｜＜λ／４５
を満足するように上記回折光学素子を入射光束に対して傾けて配備することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 光源であるＬＤから光情報記録媒体の記録面に到る光路中に、光束が実質的な平行光束と成る部分を有し、上記光束が実質的な平行光束と成る部分に平行平板状の１／４波長板と平行平板状で偏光依存性の回折光学素子とを有する光ピックアップ装置において、
ＬＤからの光束の１／４波長板への入射角をθ、１／４波長板の材質の屈折率をｎ、１／４波長板の表面精度をη、
ＬＤからの光束の回折光学素子への入射角をα、回折光学素子の材質の屈折率をＮ、回折光学素子の表面精度をξ、ＬＤから放射されるレーザ光の波長をλとするとき、上記入射角：θおよびαが条件：
（３）√｛｜(η／ｃｏｓθ)−ｎ・η／√｛１−(ｓｉｎθ／ｎ)2｝｜2＋
｜(ξ／ｃｏｓα)−Ｎ・ξ／√｛１−(ｓｉｎα／Ｎ)2｝｜2｝＜λ／４５
を満足するように上記１／４波長板および／または回折光学素子を入射光束に対して傾けて配備することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 請求項３記載の光ピックアップ装置において、
１／４波長板と回折光学素子とが互いに一体化されていることを特徴とする光ピックアップ装置。 - 請求項１または３または４記載の光ピックアップ装置において、
１／４波長板への入射角：θが条件：
（４） ｜(１／ｃｏｓθ)−ｎ／√｛１−(ｓｉｎθ／ｎ)2｝｜≒０
を満足することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 請求項２または３または４記載の光ピックアップ装置において、
回折光学素子への入射角：αが条件：
（５） ｜(１／ｃｏｓα)−Ｎ／√｛１−(ｓｉｎα／Ｎ)2｝｜≒０
を満足することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 請求項３記載の光ピックアップ装置において、
１／４波長板への入射角：θが条件：
（４） ｜(１／ｃｏｓθ)−ｎ／√｛１−(ｓｉｎθ／ｎ)2｝｜≒０
を満足し、且つ、
回折光学素子への入射角：αが条件：
（５） ｜(１／ｃｏｓα)−Ｎ／√｛１−(ｓｉｎα／Ｎ)2｝｜≒０
を満足することを特徴とする光ピックアップ装置。
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