JP2003066325A - ビーム整形機能を持つコリメートレンズおよび光ピックアップおよび光結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光ピックアップにおける光利用効率や、光結合
器における結合効率を有効に高める。 【解決手段】単一のレンズＣＬとして構成され、コリメ
ートされる光束ＬＦの入射側を第１面、射出側を第２面
とするとき、第１および第２面の一方においては、最小
発散角方向および最大発散角方向の形状が非円弧形状で
あり、他方においては、最小発散角方向および最大発散
角方向のうちの一方における形状が非円弧形状で、他方
における形状が円弧形状であり、コリメートされた光束
ＬＦＰの波面収差を良好に補正したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ビーム整形機能
を持つコリメートレンズおよび光ピックアップおよび光
結合器に関する。

【０００２】

【従来の技術】端面発光型の半導体レーザや同形の発光
ダイオードから射出される射出光は、光射出端面での回
折に起因する放射角をもって拡がり、ニアフィールドパ
ターン、ファーフィールドパターンとも楕円形状であっ
て真円ではない。

【０００３】例えば、光ピックアップにおいて、楕円形
状のファーフィールドパターンを持つ光束を光ディスク
の記録面上に光スポットとして集光させた場合、光スポ
ットの形状も楕円形状（ファーフィールドパターンの長
軸方向が短軸方向になる）となる。光ディスクの記録面
に形成する光スポットの形状は「円形状」であることが
好ましく、光スポットが「楕円形状」になるほど、記録
・再生能力が低下する傾向がある。

【０００４】円形状の光スポットを得るには、カップリ
ングレンズで光源からの光束をカップリングする際、フ
ァーフィールドパターンの長軸方向の一部を遮光して円
形の光束断面を得るようにすればよいが、この方法では
「光源からの光束の少なからざる部分が光ディスクに対
して遮断されてしまう」ので、記録・再生に供される光
エネルギの利用効率が悪い。

【０００５】光ピックアップで光ディスクに情報記録を
行うための光エネルギは、情報再生の場合の１０倍以上
必要であり、情報記録を適性に行うには、半導体レーザ
からの光束の「より多く」を光スポット形成用に取り込
む必要がある。

【０００６】その際、単に「ファーフィールドパターン
の長軸方向の光束縁部まで」を取り込んだのでは、光ス
ポット形状が楕円形状になってしまうので、長軸方向の
周辺部まで光束を取り込むとともに、取り込んだ光束の
断面形状を「円形状に近づけるためのビーム整形」が行
われる。

【０００７】上に説明したのは光ピックアップの場合で
あるが、半導体レーザは「光ファイバを用いた光信号伝
送」の光源としても用いられる。光ファイバの入射端面
におけるコア部の形状は円形状が一般的であり、このよ
うな入射端面に「ニアフィールドパターンが楕円形状で
ある光束」を集光させて「光結合」を行うと、モード径
の不整合のため、高い結合効率が得られない。高い結合
効率を得るためには、光ファイバの入射端面に円形状の
光スポットが形成されるように、ビーム整形を行う必要
がある。従って、半導体レーザの光を光ファイバに光結
合する「光結合器」においてもビーム整形が必要にな
る。

【０００８】ビーム整形を行う方法としては、２つのビ
ーム整形プリズムを対に組み合わせる方法や、シリンド
リカルレンズを用いる方法が知られているが、これらを
用いると、光ピックアップや光結合器の大型化が避けら
れない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、光ピック
アップにおける光利用効率や、光結合器における結合効
率を有効に高めることを課題とする。この発明はまた、
光ピックアップにおけるトラッキングを良好に行えるよ
うにすることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明のコリメートレ
ンズは「光束光軸に直交し、且つ、互いに直交する２方
向において光束発散角が互いに異なる光束の実質的に全
てをコリメートするとともに、光束断面形状を略円形状
とするコリメートレンズ」である。

【００１１】「光束光軸に直交し、且つ、互いに直交す
る２方向において光束発散角が互いに異なる光束」は、
上記端面発光型の半導体レーザから放射される光束や、
あるいは「発光ダイオードの発光端面に集光レンズを設
け、集光レンズにより発散性を弱めて放射させた光束」
等である。

【００１２】即ち、コリメートレンズによりコリメート
される光束は「楕円形状のニアフィールドパターンもし
くはファーフィールドパターンを持つ発散光束」であ
る。コリメートレンズは、この発散光束の「実質的に全
光束」を取り込んでコリメートすると共に、光束断面形
状を円形状とする「ビーム整形」を行う。

【００１３】即ち、この発明のコリメートレンズは「ビ
ーム整形機能を持つコリメートレンズ」である。

【００１４】この発明のコリメートレンズは以下の特徴
を有する。即ち、コリメートレンズは「アナモルフィッ
クな単一のレンズ」として構成される。光束発散角が最
小および最大となる方向をそれぞれ「最小発散角方向」
および「最大発散角方向」とし、コリメートされる光束
の入射側を第１面、射出側を第２面とする。

【００１５】端面発光型の半導体レーザから放射される
光束の場合であれば、最大発散角方向は「接合面に直交
する方向」であり、最小発散角方向は「接合面に平行な
方向」である。コリメートレンズは、最小発散角方向と
最大発散角方向に互いに異なる正の屈折力を持つ。

【００１６】第１および第２面の一方の面においては、
最小発散角方向および最大発散角方向の形状が共に非円
弧形状であり、他方の面においては、最小発散角方向お
よび最大発散角方向のうち一方の方向における形状が非
円弧形状で、他方の方向における形状が円弧形状であ
り、コリメートされた光束の波面収差が良好に補正され
ている。

【００１７】レンズ面形状が「最小（あるいは最大）発
散角方向において非円弧（あるいは円弧）形状である」
とは、コリメートレンズの光軸を含む最小（あるいは最
大）発散角方向のレンズ断面の形状が非円弧（あるいは
円弧）形状であることを意味する。

【００１８】即ち、上記各非円弧形状を最適化して波面
収差を良好に補正するのである。波面収差が良好に補正
されると、コリメートされた光束を光スポットとして集
光させた場合に、光スポットの光強度分布が「一山型」
の良好な分布になる。

【００１９】上記請求項１記載のコリメートレンズは
「第１面における最小発散角方向の形状を非円弧形状、
最大発散角方向の形状を円弧形状とし、第２面における
最小発散角方向および最大発散角方向の形状を非円弧形
状とする」ことができる（請求項２）。

【００２０】請求項１記載のコリメートレンズはまた
「第１面における最小発散角方向および最大発散角方向
の形状を非円弧形状とし、第２面における最小発散角方
向の形状を円弧形状、最大発散角方向の形状を非円弧形
状とする」こともできる（請求項３）。

【００２１】この発明の光ピックアップは「半導体レー
ザを光源とし、光源から放射される光束をコリメート
し、且つ、光束断面形状が略円形状となるようにビーム
整形したのち、対物レンズにより光ディスクの記録面上
に光スポットとして集光する方式の光ピックアップ」で
ある。光源としての半導体レーザは「端面発光型の半導
体レーザ」である。

【００２２】請求項４記載の光ピックアップは、請求項
１または２記載のコリメートレンズを用いて、光源から
の光束のコリメートとビーム整形とを行う。請求項５記
載の光ピックアップは、請求項３記載のコリメートレン
ズを用いて、光源からの光束のコリメートとビーム整形
とを行う。

【００２３】この発明の光結合器は「半導体レーザを光
源とし、光源から放射される光束をコリメートし、且
つ、光束断面形状が略円形状となるようにビーム整形し
たのち、集光レンズにより集光させて、光ファイバの入
射端面に入射させる光結合器」である。光源としての半
導体レーザは「端面発光型の半導体レーザ」である。

【００２４】請求項６記載の光結合器は、請求項１また
は２記載のコリメートレンズを用いて、光源からの光束
のコリメートとビーム整形とを行う。請求項７記載の光
結合器は、請求項３記載のコリメートレンズを用いて、
光源からの光束のコリメートとビーム整形とを行う。

【００２５】上記請求項４または５記載の光ピックアッ
プはまた、以下のように構成することもできる（請求項
８）。

【００２６】即ち、半導体レーザからの光束をコリメー
トし、且つ、ビーム整形した後、可動ミラーと固定ミラ
ーとを、可動ミラー・固定ミラーの順に介して対物レン
ズに入射させるようにする。可動ミラーは、コリメート
された光束がトラッキング方向に平行に入射し「光ディ
スクの記録面と平行でトラッキング方向に直交する方
向」へ反射するように反射面の向きを定め、さらに、ト
ラッキング方向へ（平行移動的に）可動とする。可動ミ
ラーによる反射光束は、固定ミラーにより「対物レンズ
の光軸と平行な方向」へ偏向させる。

【００２７】可動ミラーを「対物レンズのトラッキング
動作と一体にトラッキング方向へ変位」させることによ
り、対物レンズに光源側から入射する光束の光束光軸が
対物レンズの光軸に対して実質的にずれないようにす
る。

【００２８】この請求項８記載の光ピックアップにおけ
る可動ミラーは、シリコン基板で形成することができ
（請求項９）、その場合において、シリコン基板で形成
された可動ミラーの鏡面部に金属をコーティングし、更
にその表面に誘電体層をコーティングした構成とするこ
ともできるし（請求項１０）、あるいは、シリコン基板
で形成された可動ミラーの鏡面部に誘電体多層膜をコー
ティングした構成とすることもできる（請求項１１）。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１に、光ピックアップの実施の
１形態を示す。端面発光型の半導体レーザ１１から射出
した発散性の光束は、実質的にその全てがビーム整形機
能を持つコリメートレンズ１３に入射し、コリメートレ
ンズ１３によるビーム整形機能とコリメート作用を受
け、円形状の光束断面形状を有する平行光束に変換され
る。

【００３０】コリメートレンズ１３から射出した平光束
は、ビームスプリッタプリズム１５を透過し、対物レン
ズ１７により集束光束に変換され、光ディスク３０の透
明基板を透過してその記録面上に光スポットとして集光
する。光源側（図の左方）から対物レンズ１７に入射す
る平行光束は、コリメートレンズ１３のビーム整形機能
により、光束断面形状が円形となっているので、記録面
上に形成される光スポットは円形状であり、光ディスク
３０に対して情報の記録を行う場合は良好な記録能力
を、情報の再生を行う場合は良好な再生能力を実現でき
る。

【００３１】光ディスク３０の記録面で反射された光束
は「戻り光束」となり、対物レンズ１７により略平行光
束に戻され、ビームスプリッタプリズム１５により反射
された成分が、光検出器２１に向けて分岐され、検出レ
ンズ１９により集束されて光検出器２１に入射する。光
検出器２１で発生する１群の受光信号基づき、フォーカ
ス制御信号、トラック制御信号、情報信号などが生成さ
れる。これら信号の発生や生成は従来から知られた種々
の方式で行うことができる。

【００３２】図２に光ピックアップの実施の別形態を示
す。なお、煩雑をさけるため、混同の虞がないと思われ
るものについては、全図を通じて同一の符号を付する。
図２の実施の形態においては、半導体レーザ１１から放
射された発散性の光束は、ホログラム素子１２を「０次
光」として透過し、透過光束の実質的に全てがビーム整
形機能を持つコリメートレンズ１３により、円形状の光
束断面形状を持つ平行光束に変換される。

【００３３】ビーム整形された平行光束は対物レンズ１
７により集束光束に変換され、光ディスク３０の透明基
板を透過してその記録面上に光スポットとして集光す
る。光源側から対物レンズ１７に入射する平行光束は、
コリメートレンズ１３のビーム整形機能により光束断面
形状が円形となっているので、記録面上に形成される光
スポットは円形状であり、光ディスク３０に対して情報
の記録を行う場合は良好な記録能力を、情報の再生を行
う場合は良好な再生能力を実現できる。

【００３４】光ディスク３０の記録面で反射された光束
は戻り光束となり、対物レンズ１７により略平行光束に
戻され、コリメートレンズ１３を光源側へ透過し、ホロ
グラム素子１２を透過する際に回折されて光検出器２０
に入射し、１群の受光信号を発生させる。これら受光信
号に基づき、フォーカス制御信号、トラック制御信号、
情報信号などが検出される。これら信号の発生や生成は
従来から知られた種々の方式で行うことができる。

【００３５】図３は「光結合器」の実施の１形態を示し
ている。光結合器は、端面発光型の半導体レーザ１１を
光源とし、光源から放射される光束をコリメートし、且
つ、光束断面形状が略円形状にビーム整形し、集光レン
ズにより集光させて、光ファイバ４０の入射端面（コア
部４１の円形状の断面）に入射させるものであって、半
導体レーザ１１と、ビーム整形機能を持つコリメートレ
ンズ１３Ａと、集光レンズ１８とを有する。

【００３６】コリメートレンズ１３Ａは、半導体レーザ
１１からの（ニアフィールドパターンが、活性層に平行
な方向を長軸とする楕円形状である）発散性の光束の実
質的に全てを入射され、入射光束を円形の断面形状を持
つ平行光束に変換する。従って、集光レンズ１８によっ
て光ファイバ４０の入射端面に集光される光束は入射端
面に円形状の光スポットを形成し、モード径の良好な整
合性により高い結合効率で光結合される。

【００３７】コリメートレンズ１３Ａがビーム整形機能
を有するので、シリンドリカルレンズ、ビーム整形プリ
ズム等の「ビーム整形用の専用の光学素子」を必要とせ
ず、小型且つ簡素な構成で高結合効率の光結合器として
実現可能である。

【００３８】ここで、上に説明した実施の各形態に用い
られている「ビーム整形機能を持つコリメートレンズ」
を説明する。

【００３９】図４において符号ＣＬは「ビーム整形機能
を持つコリメートレンズ」を示す。符号Ｐは、発散光束
ＬＦ（コリメートされる光束）の発散の起点を示す。発
散光束ＬＦは、光束光軸ＡＸに直交し、且つ、互いに直
交する２方向において光束発散角が互いに異なる光束で
あり、ファーフィールドパターンあるいはニアフィール
ドパターンは楕円形状である。また、符号ＬＦＰは、コ
リメートレンズＣＬにより平行光束化された光束を示
す。

【００４０】図４（ａ）における角：θmaxは、上記光
束発散角中で最大のものであり、これを最大発散角：θ
maxと呼ぶと、図４（ａ）における上下方向が「最大発
散角方向」である。図４（ｂ）における角：θminは、
上記光束発散角中で最小のものであり、これを最小発散
角：θminと呼ぶと、図４（ｂ）における上下方向が
「最小発散角方向」である。

【００４１】また、コリメートされる光束ＬＦの入射側
を第１面Ｓ１、射出側を第２面Ｓ２とする。この発明の
「ビーム整形機能を持つコリメートレンズ」は、光束光
軸ＡＸに直交し、且つ、互いに直交する２方向において
光束発散角が互いに異なる光束の実質的に全てをコリメ
ートするとともに、光束断面形状を略円形状とするコリ
メートレンズであって、アナモルフィックな単一のレン
ズＣＬとして構成され、光束発散角が最小および最大と
なる方向をそれぞれ最小発散角方向および最大発散角方
向とし、コリメートされる光束ＬＦの入射側を第１面Ｓ
１、射出側を第２面Ｓ２とするとき、最小発散角方向と
最大発散角方向に互いに異なる正の屈折力を持ち、第１
および第２面の一方においては、最小発散角方向および
最大発散角方向の形状が非円弧形状で、他方において
は、最小発散角方向および最大発散角方向のうちの一方
における形状が非円弧形状で、他方における形状が円弧
形状であり、コリメートされた光束ＬＦＰの波面収差を
良好に補正するもの（請求項１）である。

【００４２】図４（ａ）に示すように、最大発散角方向
において第１面Ｓ１は「凸面」で、最大発散角：θmax
を持って入射する光束ＬＦは、第１面Ｓ１により発散性
を弱められ、第２面Ｓ２で光束径：ｄ１の平行光束に変
換される。このときの主点：Ｈ１は第２面Ｓ２より光源
側にあり、焦点距離は最小焦点距離：ｆminとなる。

【００４３】図４（ｂ）に示すように、最小発散角方向
において第１面Ｓ１は凹面であり、最小発散角：θmin
を持って入射する光束ＬＦは、第１面Ｓ１により発散性
を強められ、第２面Ｓ２で光束径：ｄ２の平行光束に変
換される。このときの主点：Ｈ１は第２面Ｓ２よりも光
ディスク側にあり、焦点距離は最大焦点距離：ｆmaxと
なる。

【００４４】コリメートされた光束ＬＦＰにおける光束
径：ｄ１、ｄ２は互いに実質的に等しく、ｄ１＝ｄ２で
あり、従って、光束ＬＦＰの光束断面形状は実質的な円
形状である。このようにして、発散性の光束ＬＰの実質
的に全てが「ビーム整形された平行光束」に変換され
る。なお、図４において符号Ｓで示すアパーチュアは、
光スポットの光量に実質的に寄与しない光束最外周縁部
の光束部分を遮断する。

【００４５】第１面Ｓ１における最小発散角方向の形状
を非円弧形状、最大発散角方向の形状を円弧形状とし、
第２面Ｓ２における最小発散角方向および最大発散角方
向の形状を非円弧形状とすることもできるし（請求項
２）、第１面Ｓ１における最小発散角方向および最大発
散角方向の形状を非円弧形状とし、第２面Ｓ２における
最小発散角方向の形状を円弧形状、最大発散角方向の形
状を非円弧形状とすることもできる（請求項３）。

【００４６】請求項１〜３のコリメートレンズは、片面
が最大・最小発散角方向とも非円弧形状であるが、他方
の面は、最大・最小発散角方向の一方が単純な円弧形状
であるので、単純なレンズ形状に設計することが可能で
あり、作製の難度を軽減し、コストダウンが可能であ
る。

【００４７】従って、図１、図２に示した「光ピックア
ップ」は、半導体レーザ１１を光源とし、この光源から
放射される光束をコリメートし、且つ、光束断面形状が
略円形状となるようにビーム整形したのち、対物レンズ
１７により光ディスク３０の記録面上に光スポットとし
て集光する方式の光ピックアップであり、光源からの光
束のコリメートとビーム整形とを行うコリメートレンズ
１３として、上記請求項１または２記載のコリメートレ
ンズを用いることもできるし（請求項４）、上記請求項
３記載のコリメートレンズを用いることもできる（請求
項５）。

【００４８】また、図３に示した「光結合器」は、半導
体レーザ１１を光源とし、この光源から放射される光束
をコリメートし、且つ、光束断面形状が略円形状となる
ようにビーム整形し、集光レンズ１８により集光させ
て、光ファイバ４０の入射端面に入射させる光結合器で
あって、光源からの光束のコリメートとビーム整形とを
行うコリメートレンズ１３Ａとして、請求項１または２
記載のコリメートレンズを用いることも（請求項６）、
請求項３記載のコリメートレンズを用いることもできる
（請求項７）。

【００４９】

【実施例】以下に、ビーム整形機能を持つコリメートレ
ンズの「具体的な実施例」を２例挙げる。実施例１、２
とも、半導体レーザとして発光波長：６６０ｎｍ、最小
発散角：θminが８．５度、最大発散角：θmaxが２２度
のものを用い、これを、図２の光ピックアップに対して
用いた場合のコリメートレンズ１３の具体例である。ホ
ログラム素子１２は半導体レーザ１１のカバーガラス
（材料：ＢＫ７、厚さ：５．３５ｍｍ）に形成されてお
り、このような構成において、実施例１、２のコリメー
トレンズ１３は最適化されている。

【００５０】実施例１、２とも、レンズ材質の波長：６
６０ｎｍに対する屈折率：ｎ＝１．５８００１、中心肉
厚：１０．６８７ｍｍである。

【００５１】上に説明したように、この発明のコリメー
トレンズは、一方の面が「非円弧形状と円弧形状の組合
せ」であり、他方の面では最小・最大発散角方向とも非
円弧形状である。

【００５２】これらの形状を表現するのに以下の式を用
いる。図４に示すように、コリメートレンズの光軸に合
致させてＺ軸、最大発散角方向に合致させてＸ軸をと
り、最小発散角方向に合致させてＹ軸を取る。

【００５３】図４に示したように、Ｚ軸は「コリメート
レンズの射出側から光源側へ向かう向きを正」とし、以
下のデータの表記における光線は「平行光束として第２
面(光ディスク側面)に入射し、第１面(光源側面)から射
出して１点Ｐに集光する」ものとしている。

【００５４】非円弧形状：光軸方向をＺ軸として、光軸
方向のサグ量を「Ｚ」、円錐定数をＫ、高次の係数を
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとする。

【００５５】ＸＺ面内における曲率半径（非円弧形状に
おいては近軸曲率半径）を「Ｒx」、ＹＺ面内における
曲率半径（非円弧形状においては近軸曲率半径）を「Ｒ
y」とする。

【００５６】非円弧形状: （ＸＺ面内） Ｚ(X)=(X²/Rx)/[1+√{1-(1+K)(X/Rx)²}]＋A・X⁴+B・X⁶+
C・X⁸+D・X¹⁰ （ＹＺ面内） Ｚ(Y)=(Y²/Ry)/[1+√{1-(1+K)(Y/Ry)²}]＋A・Y4+B・Y⁶+
C・Y⁸+D・Y¹⁰ 最小・最大発散角方向とも非円弧形状である面： Ｚ＝(X^２/Rx＋Y^２/Ry)／[1＋√{1−(1＋Kx) X^２/Rx^２―
(1＋Ky) Y^２/Ry^２}]+AR{(1-AP)X^２+(1+AP)Y^２}^２+BR{(1
-BP)X^２+(1+BP)Y^２}^２+CR{(1-CP)X^２+(1+CP)Y^２)^２+DR
{(1-DP)X^２+(1+DP)Y^２}^２ この式において、各記号は以下の如き意味を有する。

【００５７】Ｋx：Ｘ方向の円錐定数 Ｋy：Ｙ方向の円錐係数 AR,BR,CR,DR：円錐からの4,6,8,10次の変形係数の回転
対称成分 AP,BP,CP,DP：円錐からの4,6,8,10次の変形係数の非回
転対称成分。

【００５８】実施例１ 実施例１では、第１面（光源側面）は最小・最大発散角
方向ともレンズ面形状が非円弧形状であり、第２面(光
ディスク側面)はトロイダル面で、最大発散角方向（Ｘ
方向）におけるレンズ面形状が円弧形状、最小発散角方
向（Ｙ方向）におけるレンズ面形状が非円弧形状である
（請求項３）。

【００５９】１面(光源側面) Ｒｙ ２．５９６２２ Ｒｘ −５．８９０９５ Ｋｙ ４．４１６３６２ Ｋｘ ２．０７９８３７ ＡＲ ６．７１５６４Ｅ−０３ ＢＲ １．６１３６４Ｅ−０３ ＣＲ −２．０３６７２Ｅ−０５ ＤＲ １．５２６４５Ｅ−０３ ＡＰ ４．６１２１８Ｅ−０１ ＢＰ ５．６３０８０Ｅ−０１ ＣＰ １．７８０３３Ｅ＋００ ＤＰ １．０９２２９Ｅ＋００
。

【００６０】２面(光ディスク側) Ｒｙ ５．４９９４５ Ｒｘ １６．５２６１５ Ｋ ０．１５００３４ Ａ −６．０００８４Ｅ−０４ Ｂ −１．１５１５８Ｅ−０５ Ｃ −１．１６７４５Ｅ−０６ Ｄ ５．２７３９４Ｅ−１０ 実施例２ 実施例２では、第１面(光源側面)はトロイダル面で、最
小発散角方向（Ｙ方向）が非円弧形状、最大発散角方向
（Ｘ方向）が円弧形状、第２面(光ディスク側面)は「最
小・最大発散角方向とも非円弧形状」である（請求項
２）。

【００６１】第１面(光源側面) Ｒｙ ２．６６３９２Ｅ＋００ Ｒｘ −５．８３３４５Ｅ＋００ Ｋ ７．３５６８２Ｅ−０１ Ａ １．８１４４６Ｅ−０４ Ｂ ２．４２６２３Ｅ−０３ Ｃ −１．２８３２８Ｅ−０３ Ｄ ２．３８５９４Ｅ−０４ 第２面(光ディスク側面) Ｒｙ ５．５２８９１Ｅ＋００ Ｒｘ １．７０７４９Ｅ＋０１ Ｋｙ −３．４６８２４Ｅ−０１ Ｋｘ ７．５０９０６Ｅ＋００ ＡＲ −３．１８８８４Ｅ−０４ ＢＲ −８．８８９０８Ｅ−０８ ＣＲ −５．８２２１０Ｅ−０２ ＤＲ −３．５１４１０Ｅ−１０ ＡＰ −８．９５３８５Ｅ−０１ ＢＰ −３．６７９８２Ｅ＋００ ＣＰ −８．３７１５９Ｅ−０１ ＤＰ ９．３７３７０Ｅ−０１ 実施例１、２とも、光ディスクの記録面上での波面収差
はｒｍｓ（ルートミーンスクエア）で０．０２λ以下で
あり、良好かつ高効率にスポットを形成することが可能
である。

【００６２】上の表記において、例えば「Ｅ−０６」は
「１０の―６乗」を意味する。この数値が直前の数値に
かかるのである。

【００６３】図５に、請求項８記載の光ピックアップの
実施の１形態を示す。図５（ａ）は、光ディスク３０の
回転軸方向から見た光学配置を示し、（ｂ）は、（ａ）
の状態を紙面に平行で、図５（ａ）の下方側からみた状
態（検出レンズ１９と光検出器２１とは略している）を
示している。光源としての端面発光型の半導体レーザ１
１、ビーム整形機能を持つコリメータレンズ１３、ビー
ムスプリッタプリズム１５、検出レンズ１９、光検出器
２１により構成された部分は、図１に示す実施の形態の
ものと同一である。

【００６４】半導体レーザ１１からの光束は、コリメー
トレンズ１３によりコリメートされるとともにビーム整
形され、ビームスプリッタプリズム１５を透過して、可
動ミラー２３により反射され、固定ミラー２５を介して
対物レンズ１７に入射する。

【００６５】可動ミラー２３は、コリメートレンズ１３
によりコリメートされた平行光束をトラッキング方向
（図５（ａ）における左右方向）に平行に入射され、光
ディスク３０の記録面と平行（紙面に平行な方向）でト
ラッキング方向に直交する方向（図５（ａ）で下方）へ
反射する。可動ミラー２３は「トラッキング方向へ可
動」である。

【００６６】可動ミラー２３による反射光束は、固定ミ
ラー２５により、対物レンズ１７の光軸と平行な方向
（図５（ａ）の紙面に直交する方向：フォーカシング方
向）へ偏向され、対物レンズ１７により集束されて、光
ディスク３０の記録面上に集光する。

【００６７】記録面により反射された戻り光束は、対物
レンズ１７を透過して略平行光束に戻り、固定ミラー２
５、可動ミラー２３を介してビームスプリッタプリズム
１５に戻り、検出レンズ１９を介して光検出器２１に入
射する。

【００６８】光検出器２１で発生する１群の受光信号基
づき、フォーカス制御信号、トラック制御信号、情報信
号などが生成される。これら信号の発生や生成は従来か
ら知られた種々の方式で行うことができる。

【００６９】図５（ｃ）は、可動ミラー２３、固定ミラ
ー２５、対物レンズ１７を含む部分を、図５（ａ）にお
いて、紙面に平行で図の左側から見た状態を示してい
る。

【００７０】固定ミラー２５や、光源側の「固定光学系
（半導体レーザ１１、コリメートレンズ１３、ビームス
プリッタプリズム１５、検出レンズ１９、光検出器２
１）」が固定されたヘッドベース２７に４本のスプリン
グシャフト２９ａ〜２９ｄが植立され、これらスプリン
グシャフト２９ａ〜２９ｄにより支持されたレンズホル
ダ３１に、対物レンズ１７が保持されている。

【００７１】レンズホルダ３１を支持する４本のスプリ
ングシャフト２９ａ〜２９ｄは、各々が「湾曲自在」で
あるため、レンズホルダ３１は、フォーカシング方向と
トラッキング方向とに平行に移動可能であり、アクチュ
エータ３３の作用により、フォーカシング方向・トラッ
キング方向へ変位される。

【００７２】図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、レンズ
ホルダ３１には、支持アーム３１ａ、３１ｂが一体に形
成され、支持アーム３１ａには前述の可動ミラー２３が
固定され、支持アーム３１ｂには可動ミラー２３に対す
るカウンタバランス３１ｃが固定されている。

【００７３】アクチュエータ３３によりフォーカシング
動作を行うと、レンズホルダ３１は対物レンズ１７の光
軸方向へ変位する。アクチュエータ３３によりトラッキ
ング動作を行うと、レンズホルダ３１はトラッキング方
向へ変位するが、このとき、可動ミラー２３も対物レン
ズ１７と一体にトラッキング方向へ変位する。

【００７４】対物レンズ１７がトラッキング方向に移動
すると、対物レンズ１７の光軸は、固定ミラー２５から
入射する光束の光軸に対して相対的にトラッキング方向
に移動することになるが、可動ミラー２３が対物レンズ
１７と一体にトラッキング方向に平行移動するので、可
動ミラー２３から固定ミラー２５に入射する光束も、対
物レンズ１７とともにトラッキング方向へ平行移動す
る。

【００７５】従って、対物レンズ１７に光源側から入射
する光束の光束光軸は、トラッキング動作の際、対物レ
ンズ１７の光軸に対して実質的にずれない。

【００７６】なお、図５の実施例において、可動ミラー
２３よりも光源側にある上記「固定光学系」を、図２の
光ピックアップにおける固定光学系（半導体レーザ１
１、ホログラム素子１２、光検出器２０）に置き換えて
も良い。

【００７７】即ち、図５の光ピックアップあるいは、そ
の固定光学系を図２のものに置き換えたものは、前記請
求項４または５記載の光ピックアップであって、半導体
レーザ１１からの光束をコリメートし、且つ、ビーム整
形した後、可動ミラー２３と固定ミラー２５とを上記順
序に介して対物レンズ１７に入射させるようにし、可動
ミラー２３を、コリメートされた光束をトラッキング方
向に平行に入射され、光ディスク３０の記録面と平行で
トラッキング方向に直交する方向へ反射するようにし
て、トラッキング方向へ可動とし、可動ミラー２３によ
る反射光束を固定ミラー２５により、対物レンズ１７の
光軸と平行な方向へ偏向させるようにし、可動ミラー２
３を、対物レンズ１７のトラッキング動作と一体にトラ
ッキング方向へ変位させることにより、対物レンズ１７
に光源側から入射する光束の光束光軸が対物レンズ１７
の光軸に対して実質的にずれないようにしたもの（請求
項８）である。

【００７８】可動ミラー２３は、基板がシリコン単結晶
からなり（請求項９）、厚さは、例えば４インチ基板で
通常５２５μｍ、６インチ基板で６２５μｍである。基
板研磨により厚みを薄くすることが可能で、４００μｍ
厚基板も使用可能である。通常の半導体プロセスで用い
られる鏡面研磨された４インチシリコン基板の平面度
は、波長６３５ｎｍで波面収差のｒｍｓが０．０２λ程
度であるから、平面反射ミラーとして十分実用に耐えう
る平面精度である。

【００７９】上記シリコン基板は、市販のダイシングソ
ウで「数ミリ角程度」に切断した場合でも、波面収差の
ｒｍｓが０．０２λであり、切断時のひずみにより波面
収差が劣化する可能性も少ない。実際に４インチのシリ
コン基板を、１％程度の「希ふっ酸」で軽く表面酸化膜
を剥離した後、Ａｌを４０００オングストローム程度、
真空蒸着し、ダイシングソウで７ｍｍ×７ｍｍに切断し
た後、波面収差を測定したところ、波面収差のｒｍｓと
して０．０２λが得られ、可動ミラー２３として十分使
用可能であった。

【００８０】ミラーコーティングのコーティング材とし
ては、金属、誘電体が代表的であるが、金属の場合、Ａ
ｌ、Ａｕなどが好適である。Ａｌの場合、Ａｌ単体、Ａ
ｌの上にＭｇＦ_２を保護膜コーティングしたもの、Ａｌ
上にＳｉＯを保護膜コーティングしたもの（請求項１
０）等が好適である。また、Ａｕをコーティングする場
合は、シリコン基板への付着力を強化するためシリコン
基板上に薄く、Ｃｒをアンダーコーティングした後、Ａ
ｕコーティングするのが良い。

【００８１】シリコン基板へのミラーコーティングのコ
ーティング材としては、上記の如き金属に限らず、誘電
体多層膜も使用できる（請求項１１）。誘電体多層膜を
コーティングする場合、例えば、ＣＤ等で用いられてい
る波長：７８０ｎｍ付近と、ＤＶＤ等で用いられている
波長：６６０ｎｍとの２波長について、１００％近い反
射率を得るように膜設計を行うことが可能である。

【００８２】なお、図１、図２、図５における固定光学
系に用いられるビームスプリッタプリズム１５やホログ
ラム素子１２を、偏光ビームスプリッタプリズムあるい
は偏光ホログラム素子に代え、これらよりも光ディスク
側に１／４波長板を配置して、光源からの光束の実質的
にすべてが光ディスクに照射され、戻り光束の実質的に
全てが光検出器に入射するようにすることもできる。

【００８３】

【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「ビーム整形機能を持つコリメートレンズ」、
光ピックアップおよび光結合器を実現できる。この発明
のコリメートレンズは、端面発光型の半導体レーザから
放射される発散光束に対し、射出光の出射側のパターン
を円形状に補正するビーム整形機能を持つ。一方の面に
おける一方の方向（最大発散角方向あるいは最小発散角
方向）が円弧形状であるため、作製の難度を軽減し製造
のコストダウンが可能である。また、ビーム整形機能・
コリメート機能が実質的に全光束に作用するので光の利
用効率が高い。

【００８４】従って、このようなコリメートレンズを用
いるこの発明の光ピックアップや光結合器は、シリンド
リカルレンズやビーム整形プリズムと言った「ビーム整
形専用の光学素子」を必要とせず、小型で簡素な構成で
構成でき、高効率な光情報記録装置を実現できる。

【００８５】また、請求項８以下の光ピックアップで
は、トラッキング動作に伴なう、対物レンズに入射する
光束と対物レンズ光軸に「ずれ」が発生しないので、ト
ラッキングエラーをプッシュプル方式でも良好に検出で
き、レーザ光の強度分布に起因した強度変動も防止で
き、光軸ずれ防止のための多数の光学素子をフォーカシ
ング方向に配列する必要がないので、フォーカシング方
向に装置を小型化することが可能である。

【００８６】また、可動ミラーにシリコン基板を用いる
ことにより軽量・薄型で、反射に伴う波面収差の劣化を
抑制して良好な光スポットを形成でき、シリコン基板上
に金属を蒸着することにより、安価で、広帯域高反射
で、波長及び入射角依存性が少なく使いやすい可動ミラ
ーを提供でき、シリコン基板上に誘電体膜をコ―ティン
グすることにより、高反射率で機械的強度が強くクリー
ニング可能で高出力レーザでも使用可能な可動ミラーを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ピックアップの実施の１形態を説明するため
の図である。

【図２】光ピックアップの実施の別形態を説明するため
の図である。

【図３】光結合器の実施の１形態を説明するための図で
ある。

【図４】ビーム整形機能を持つコリメートレンズを説明
するための図である。

【図５】請求項８記載の光ピックアップの実施の１形態
を説明するための図である。

【符号の説明】

１１ 半導体レーザ １３ ビーム整形機能を持つコリメートレンズ １５ ビームスプリッタプリズム １７ 対物レンズ １９ 検出レンズ ２１ 光検出器 ３０ 光ディスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA13 LA25 LA26 LA28 PA01 PA17 PB01 QA01 QA07 QA11 QA31 RA08 RA12 RA13 RA45 5D118 AA13 BA01 DA28 DC07 5D119 AA43 EC05 JA02 JA57 JA64 5D789 AA43 CA21 CA22 CA23 EC05 JA02 JA57 JA64

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光束光軸に直交し、且つ、互いに直交する
   ２方向において光束発散角が互いに異なる光束の実質的
   に全てをコリメートするとともに、光束断面形状を略円
   形状とするコリメートレンズであって、 アナモルフィックな単一のレンズとして構成され、 上記光束発散角が最小および最大となる方向をそれぞれ
   最小発散角方向および最大発散角方向とし、コリメート
   される光束の入射側を第１面、射出側を第２面とすると
   き、 上記最小発散角方向と最大発散角方向に互いに異なる正
   の屈折力を持ち、 第１および第２面の一方の面においては、最小発散角方
   向および最大発散角方向の形状が非円弧形状であり、他
   方の面においては、最小発散角方向および最大発散角方
   向のうち一方の方向における形状が非円弧形状で、他方
   の方向における形状が円弧形状であり、コリメートされ
   た光束の波面収差を良好に補正したことを特徴とする、
   ビーム整形機能を持つコリメートレンズ。
2. 【請求項２】請求項１記載のコリメートレンズにおい
   て、 第１面における最小発散角方向の形状が非円弧形状で、
   最大発散角方向の形状が円弧形状で、 第２面における最小発散角方向および最大発散角方向の
   形状が非円弧形状であることを特徴とするビーム整形機
   能を持つコリメートレンズ。
3. 【請求項３】請求項１記載のコリメートレンズにおい
   て、 第１面における最小発散角方向および最大発散角方向の
   形状が非円弧形状で、 第２面における最小発散角方向の形状が円弧形状で、最
   大発散角方向の形状が非円弧形状であることを特徴とす
   るビーム整形機能を持つコリメートレンズ。
4. 【請求項４】半導体レーザを光源とし、光源から放射さ
   れる光束をコリメートし、且つ、光束断面形状が略円形
   状となるようにビーム整形したのち、対物レンズにより
   光ディスクの記録面上に光スポットとして集光する方式
   の光ピックアップにおいて、 請求項１または２記載のコリメートレンズを用いて、光
   源からの光束のコリメートとビーム整形とを行うことを
   特徴とする光ピックアップ。
5. 【請求項５】半導体レーザを光源とし、光源から放射さ
   れる光束をコリメートし、且つ、光束断面形状が略円形
   状となるようにビーム整形したのち、対物レンズにより
   光ディスクの記録面上に光スポットとして集光する方式
   の光ピックアップにおいて、 請求項３記載のコリメートレンズを用いて、光源からの
   光束のコリメートとビーム整形とを行うことを特徴とす
   る光ピックアップ。
6. 【請求項６】半導体レーザを光源とし、光源から放射さ
   れる光束をコリメートし、且つ、光束断面形状が略円形
   状となるようにビーム整形したのち、集光レンズにより
   集光させて、光ファイバの入射端面に入射させる光結合
   器において、 請求項１または２記載のコリメートレンズを用いて、光
   源からの光束のコリメートとビーム整形とを行うことを
   特徴とする光結合器。
7. 【請求項７】半導体レーザを光源とし、光源から放射さ
   れる光束をコリメートし、且つ、光束断面形状が略円形
   状となるようにビーム整形したのち、集光レンズにより
   集光させて、光ファイバの入射端面に入射させる光結合
   器において、 請求項３記載のコリメートレンズを用いて、光源からの
   光束のコリメートとビーム整形とを行うことを特徴とす
   る光結合器。
8. 【請求項８】請求項４または５記載の光ピックアップに
   おいて、 半導体レーザからの光束をコリメートし、且つ、ビーム
   整形した後、可動ミラーと固定ミラーとを上記順序に介
   して対物レンズに入射させるようにし、 上記可動ミラーを、コリメートされた光束をトラッキン
   グ方向に平行に入射され、光ディスクの記録面と平行で
   上記トラッキング方向に直交する方向へ反射するように
   して、上記トラッキング方向へ可動とし、 上記可動ミラーによる反射光束を上記固定ミラーによ
   り、対物レンズの光軸と平行な方向へ偏向させるように
   し、 上記可動ミラーを、対物レンズのトラッキング動作と一
   体にトラッキング方向へ変位させることにより、上記対
   物レンズに光源側から入射する光束の光束光軸が対物レ
   ンズの光軸に対して実質的にずれないようにしたことを
   特徴とする光ピックアップ。
9. 【請求項９】請求項８記載の光ピックアップにおいて、 可動ミラーが、シリコン基板で形成されたことを特徴と
   する光ピックアップ。
10. 【請求項１０】請求項９記載の光ピックアップにおい
    て、 シリコン基板で形成された可動ミラーが、その鏡面部に
    金属をコーティングされ、更にその表面に誘電体層をコ
    ーティングされていることを特徴とする光ピックアッ
    プ。
11. 【請求項１１】請求項９記載の光ピックアップにおい
    て、 シリコン基板で形成された可動ミラーが、その鏡面部に
    誘電体多層膜をコーティングされていることを特徴とす
    る光ピックアップ。