JP2005049550A

JP2005049550A - Beam shaping element, semiconductor laser device, optical pickup device and optical disk device

Info

Publication number: JP2005049550A
Application number: JP2003205120A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Mifune; 博庸三船
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a device small in size and light in weight, and also, to attain the reduction of chromatic aberration, as to a beam shaping element for shaping laser light having an elliptical cross section to laser light having a circular cross section. <P>SOLUTION: The beam shaping lens 4 as the beam shaping element for shaping the laser light having the elliptical cross section to the light having the circular cross section is constituted by arranging a refractive lens 6 constituted of a cylindrical surface curving to the incident side of the laser light having the elliptical cross section and a diffraction lens arranged facing the refractive lens 6 and constituted of a diffraction grating parallel to the cylindrical direction of the cylindrical surface of the refractive lens 6. Then, the beam shaping lens 4 becomes small in size, and then, the device can be made small in size and light in weight as compared with such the case where a prism etc., is installed in the device, and also, the chromatic aberration can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム整形素子、半導体レーザ装置、光ピックアップ装置及び光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスクドライブやレーザプリンタ等の様々な装置では、光源として半導体レーザ素子（ＬＤ：ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）が用いられている。この半導体レーザ素子は、その素子構造により放射角（発光角）が水平方向と垂直方向で異なる素子であり、そのため、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光（レーザビーム）は、ファーフィールドパターンで断面円形状とならずに断面楕円形状となる。
すなわち、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、短軸と長軸と有する断面楕円形状の光になってしまう。
【０００３】
このような半導体レーザ素子を光ディスクドライブ等に用いた場合には、信号再生時における円周方向と半径方向との光学的周波数特性が異なり、クロストークや信号劣化等の様々な問題が発生する。また、記録時にも、レーザ光のスポット内のパワー密度が下がるために、レーザ光のパワーを高くする必要が生じたり、光ディスクに対する高密度記録ができなくなったりする等の様々な問題が発生する。これらの問題を解決するためには、ビーム整形素子として三角プリズム、アナモレンズやシリンドリカルレンズ等を用いて、断面楕円形状のレーザ光の短軸方向への拡大率を変えてレーザ光を断面円形状にすることを行っている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、ビーム整形素子としてプリズムを用いる技術が開示されている。ここで、図９は従来の光ディスク装置の構成を示す説明図である。
ＬＤ１００から出射されたレーザ光１０１は、コリメートレンズ１０２により平行光１０３に変換され、屈折率ｎの硝材で形成されるプリズム１０４の表面１０４Ａに入射角ψ（表面１０４Ａの法線に対する入射光１０３のなす角）で入射する。プリズム１０４の表面１０４Ａを屈折角θ（表面１０４Ａの法線に対する屈折光１０５のなす角）で屈折した光１０５は、プリズム１０４の裏面１０４Ｂに垂直入射してこれを透過し、対物レンズ１０６を経て、光ディスク基板１０７の裏面１０７Ｓにスポット光１０８として集光する。ここで、スネルの法則より入射角ψ及び屈折角θの間には、
ｓｉｎψ＝ｎｓｉｎθ ・・・・・（１）
の関係が成り立っている。このとき、入射光は屈折により、屈折面内で（ｃｏｓθ／ｃｏｓψ）倍に拡大される。半導体レーザ光の場合、平行光１０３は一般に楕円度２．５前後の楕円状の断面強度分布をなすが、上述したようなプリズム１０４を用いることで光分布はその短軸方向が拡大され、円形状の断面強度分布をなす平行光１０３に変換されている。
【０００５】
一方、スポット光１０８のサイズを小さくするため、４４０ｎｍ以下の短波長ＬＤ１００の使用が図られている。このＬＤ１００の短波長化により、色収差が問題になることが知られている。色収差とは、レンズや光学系が多波長又は連続波長を扱わなければならないときに生じる収差である。光学材料の屈折率は波長によって異なるためにプリズム１０４の屈折角も異なる。すなわち、可視域における光学材料の屈折率は正規分布を示すため、屈折率は赤色光より青色光に対して大きくなる。ＬＤ１００から出射される波長はほぼ数ｎｍ程度の波長幅を有している。また、ＬＤ１００から出射された光がＬＤ１００自体での温度変化等によりその中心波長が数ｎｍ突然とぶ、いわゆるモードホッピングを起こす場合もある。特に、再生時よりも記録時には大きなパワーを必要とするため、このパワーの違いにより波長がシフトしてしまう。
【０００６】
したがって、４４０ｎｍ以下の短波長ＬＤ１００を用いた場合には、波長のずれにより対物レンズ１０６で生じる色収差をプリズム１０４により許容できないため重要な問題となる。すなわち、ビーム整形用のプリズム１０４で屈折角が変化することにより波面が変化し、最終的に対物レンズ１０６で絞られるスポット径が変化してしまう。
【０００７】
レンズの色収差を小さくする方法としては、レンズとして分散が小（アッベ数が大）である光学材料を用いることが挙げられる。また、レンズを複数枚のレンズで構成したアクロマートレンズとすることが可能である。これを式で書くと次のようになる。合成焦点距離をｆ、１つ目のレンズの焦点距離をｆ_１、アッベ数をν_１、２つ目のレンズの焦点距離をｆ_２、アッベ数をν_２とし、２つのレンズは接しているとすると、
１／ｆ＝１／ｆ_１＋１／ｆ_２・・・・・（２）
０＝１／ｆ_１ν_１＋１／ｆ_２ν_２・・・・・（３）
と書くことができる。この２つの式を解くとそれぞれｆ_１とｆ_２とは、
ｆ_１＝（ν_１−ν_２）／ν_１＊ｆ・・・・・（４）
ｆ_２＝−（ν_１−ν_２）／ν_２＊ｆ・・・・・（５）
である。したがって、２つのレンズは、一方が凸レンズであれば、もう一方は凹レンズである。このようにして２枚のレンズで色消しが可能となる。また、レンズの色収差を小さくする方法としては、収差補正光学系を別途追加して色収差を補正する方法もある。
【０００８】
一方、レンズの大きさが１ｍｍよりも小さいレンズはマイクロレンズと呼ばれ、ＣＣＤや液晶プロジェクター等に使われている。近年ではこのマイクロレンズを光ディスク装置で使う動きがある。マイクロレンズを利用することによって、光学系を小型にすることができる。
【０００９】
【特許文献１】
特公昭６３−１６５２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、装置の小型軽量化が求められている中で、特許文献１のようにプリズムを用いた場合には、装置が大型化してしまい、さらに、装置の重量も大きくなってしまう。
【００１１】
また、色収差を低減させるために複数枚のレンズで構成した色消しレンズ（アクロマートレンズ）を用いた場合には、色消しレンズが複数枚のレンズで構成されているため、装置の重量が大きくなるという問題がある。さらに、収差補正光学系を別途追加して色収差を補正する方法では、新たな部品を追加する必要があり、そのスペース確保や調整等に問題があり、装置が大型化してしまう。
【００１２】
本発明の目的は、装置の小型軽量化を実現することができるビーム整形素子、半導体レーザ装置、光ピックアップ装置及び光ディスク装置を提供することである。
【００１３】
本発明の目的は、装置の小型軽量化を実現し、色収差を低減することができるビーム整形素子、半導体レーザ装置、光ピックアップ装置及び光ディスク装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形するビーム整形素子において、レンズ基板と、前記レンズ基板に設けられ、断面楕円形状のレーザ光が入射する側に湾曲する円筒面からなる屈折レンズと、前記レンズ基板に設けられて前記屈折レンズに対向する位置に配置され、前記屈折レンズの円筒面の筒方向に平行な回折格子からなる回折レンズと、を具備することを特徴とする。
【００１５】
したがって、レンズ基板に屈折レンズと回折レンズとを設けることによって、ビーム整形素子が構成されているため、ビーム整形素子が小型化し、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することが可能である。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のビーム整形素子において、前記屈折レンズと前記回折レンズとは、
ｆ_１＝（ν_１−ν_２）／ν_１＊ｆ
ｆ_２＝−（ν_１−ν_２）／ν_２＊ｆ
ここで、ｆ：合成焦点距離
ｆ_１：一方のレンズの焦点距離
ν_１：一方のレンズのアッベ数
ｆ_２：他方のレンズの焦点距離
ν_２：他方のレンズのアッベ数
の関係式が成り立つように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
したがって、上記の関係式が成立するように屈折レンズと回折レンズとを構成することによって、ビーム整形素子を通過するレーザ光の色収差が補正され、その波面が安定する。特に、青色の波長域は、波長変化に対するガラスの屈折率変化が大きいところなので、青色の波長域で生じるレーザ光の波長変動による色収差も補正することが可能になる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のビーム整形素子において、前記回折レンズはその回折格子の先端が尖るように形成されていることを特徴とする。
【００１９】
したがって、回折格子の先端を尖るように形成することによって、回折レンズが反射防止機能を有するため、光の利用効率が向上する。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載のビーム整形素子において、前記屈折レンズと前記回折レンズとはフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより形成されていることを特徴とする。
【００２１】
したがって、フォトリソグラフィやドライエッチング等の半導体作製プロセスを用いることによって、微小な部品を容易に高精度で作製可能となるため、ビーム整形素子は高精度に小型化される。また、ビーム整形素子を大量に作製することが可能となる。
【００２２】
請求項５記載の発明の半導体レーザ装置は、レーザ光を出射する半導体レーザ光源と、前記半導体レーザ光源から出射されたレーザ光が入射する位置に設けられ、入射した断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形する請求項１ないし４のいずれか一記載のビーム整形素子と、を具備する。
【００２３】
したがって、請求項１ないし４のいずれか一記載のビーム整形素子を設けることによって、断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形することが可能になり、ビーム整形素子が小型であるため、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することが可能である。
【００２４】
請求項６記載の発明の光ピックアップ装置は、レーザ光を出射する請求項５記載の半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を光ディスクの記録層に導くための光学系と、前記光ディスクの記録層により反射された前記レーザ光が進行する進行経路を曲げる経路変更部と、前記経路変更部により進行経路が曲げられた前記レーザ光を検出する光検出部と、を具備する。
【００２５】
したがって、請求項５記載の半導体レーザ装置を設けることによって、断面円形状に整形されたレーザ光が出射されるため、安定したリード／ライトを実現することが可能になり、さらに、ビーム整形素子が小型であるため、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することが可能である。
【００２６】
請求項７記載の発明の光ディスク装置は、光ディスクを回転させる回転駆動機構と、前記光ディスクの記録層に対してレーザ光を出射し、前記光ディスクの記録層により反射されたレーザ光を受光する請求項６記載の光ピックアップ装置と、を具備する。
【００２７】
したがって、請求項６記載の光ピックアップ装置を設けることによって、請求項６記載と同様な作用を奏する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施の形態は、ビーム整形素子であるビーム整形レンズを備える半導体レーザ装置である光源ユニットの一例である。図１は本実施の形態の光源ユニットを概略的に示す外観斜視図、図２はビーム整形レンズを概略的に示す縦断側面図である。
【００２９】
光源ユニット１は、支持部材であるサブマウント２と、このサブマウント２に設けられた半導体レーザ光源である半導体レーザ素子（以下、ＬＤとする）３と、このサブマウント２に設けられＬＤ３から出射された断面楕円形状のレーザ光（レーザビーム）を断面円形状のレーザ光に整形するビーム整形素子であるビーム整形レンズ４とを備えている。
【００３０】
ビーム整形レンズ４はマイクロレンズであり、サブマウント２に接着剤等により固定されている。そして、ビーム整形レンズ４は、ＬＤ３が有する活性層（図示せず）から出射されたレーザ光の光軸上に位置付けられている。ここで、ＬＤ３としては、波長が４０５ｎｍ、短軸方向が１０度、長軸方向が２８度であるＬＤ３が用いられているが、これに限るものではなく、例えば必要に応じて赤色等の波長を有するものが用いられても良い。
【００３１】
ビーム整形レンズ４は、レンズ本体を構成するレンズ基板５と、レンズ基板５に設けられレーザ光が入射する側に湾曲する円筒面からなる屈折レンズ６と、レンズ基板５に設けられ回折格子からなる回折レンズ７と、を備えている。回折レンズ７は屈折レンズ６に対向する位置に配置されており、その回折格子は屈折レンズ６の円筒面の筒方向に平行に形成されている。そして、回折格子はシリンドリカルレンズ作用を持たせるために一方向だけの周期パターンになっている。
【００３２】
回折レンズ７はレンズ基板５のＳ１側、すなわちレーザ光が入射する側に設けられており、屈折レンズ６はレンズ基板のＳ２側、すなわちレーザ光が出射する側に設けられている。なお、回折レンズ７は凸のシリンドリカルレンズ作用を有するレンズであり、屈折レンズ６は凹のシリンドリカルレンズである。
【００３３】
ここで、凹のシリンドリカルレンズである屈折レンズ６が断面楕円形状のレーザ光の短軸方向を拡大する機能を有しており、屈折レンズ６の曲面の軸とＬＤから出射された断面楕円形状のレーザ光の短軸とを一致させるようにビーム整形レンズ４がサブマウント２に配置されている。すなわち、ビーム整形レンズ４は、入射した断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形するレンズ、すなわち、断面楕円形状のレーザ光を活性層に対する平行方向と垂直方向とで放射角がほぼ同じであるレーザ光に変換するレンズである。
【００３４】
屈折レンズ６と回折レンズ７とは、下記の（４）及び（５）の式が成立するように構成されている。
ｆ_１＝（ν_１−ν_２）／ν_１＊ｆ・・・・・（４）
ｆ_２＝−（ν_１−ν_２）／ν_２＊ｆ・・・・・（５）
ここで、ｆは合成焦点距離であり、ｆ_１は一方のレンズの焦点距離であり、ν_１は一方のレンズのアッベ数であり、ｆ_２は他方のレンズの焦点距離であり、ν_２は他方のレンズのアッベ数である。なお、合成焦点距離とは、希望する所定の焦点距離である。
【００３５】
レンズ基板５は、ＬＤ３の波長に対して透過率の高い材料、例えばＢＫ７の硝材により形成されている。このＢＫ７としては、例えば屈折率ｎ_ｄが１．５１６８、アッベ数ν_ｄが６４．１７であるＢＫ７が用いられている。また、回折格子による回折面のアッベ数は−３．４５２で与えられることが知られている。これらの値を（４）及び（５）の式に代入すると、
ｆ_１＝１９．５９ｆ
ｆ_２＝−１．０５ｆ
となる。それぞれｆ_１はレンズ基板５のＳ１側の回折レンズ７の焦点距離であり、ｆ_２はレンズ基板５のＳ２側の屈折レンズ６の焦点距離である。なお、屈折レンズ６は凹のシリンドリカルレンズであり、回折レンズ７は凸のシリンドリカルレンズ作用を有するレンズである。したがって、屈折レンズ６及び回折レンズ７が（４）及び（５）の式の条件を満たすように構成されているため、色収差が補正されることになる。
【００３６】
このような構成において、ＬＤ３からレーザ光が出射された場合について説明する。ＬＤ３から出射された断面楕円形状の断面強度分布を有するレーザ光は、ビーム整形レンズ４の回折レンズ（凸のシリンドリカルレンズ作用を有するレンズ）７に入射する。入射した断面楕円形状のレーザ光は、回折レンズ７によりその短軸方向に回折し、その長軸方向には変化しない。このとき、断面楕円形状のレーザ光は、短軸方向に集光される。その後、短軸方向に集光されたレーザ光は屈折レンズ（凹のシリンドリカルレンズ）６に入射する。入射した断面楕円形状のレーザ光は、屈折レンズ６によりその短軸方向に広げられ、その長軸方向には変化しない。このとき、断面楕円形状のレーザ光は、その短軸方向に広げられて拡大するので、ファーフィールドパターンでほぼ断面円形状の断面強度分布を有するレーザ光になる。さらに、レーザ光は、ビーム整形レンズ４により色収差が補正され、その波面が安定している。
【００３７】
このように本実施の形態では、レンズ基板５に屈折レンズ６と回折レンズ７とを設けることによって、ビーム整形レンズ４が構成されているため、ビーム整形レンズ４が小型化し、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。さらに、屈折レンズ６と回折レンズ７とを（４）及び（５）の関係式が成り立つように構成することによって、ビーム整形レンズ４を通過するレーザ光の色収差が補正され、その波面が安定する。これにより、装置の小型軽量化を実現しつつ、色収差を低減することができる。特に、青色の波長域は、波長変化に対するガラスの屈折率変化が大きいところなので、青色の波長域で生じるレーザ光の波長変動による色収差も補正することができる。
【００３８】
なお、上述したような光源ユニット１は、例えば、半導体レーザのモジュール形態の一種のキャンパッケージに組み込まれ、すなわち、キャンパッケージのキャップ内に封入され、そのキャンパッケージはコリメータレンズ等を備える鏡筒内に光軸を合わせて設けられる。
【００３９】
本発明の第二の実施の形態を図３及び図４に基づいて説明する。本実施の形態は、ビーム整形素子であるビーム整形レンズを備える半導体レーザ装置である光源ユニットの一例である。図３は本実施の形態のビーム整形レンズを概略的に示す縦断側面図、図４は回折レンズの一部を拡大して示す縦断側面図である。
【００４０】
本実施の形態の基本的構成は第一の実施の形態と同じであり、ここではそれらの相違点について説明する。なお、第一の実施の形態において説明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
【００４１】
ビーム整形レンズ４Ａは、レンズ本体を構成するレンズ基板５と、レンズ基板５に設けられレーザ光が入射する側に湾曲する円筒面からなる屈折レンズ６Ａと、レンズ基板５に設けられ回折格子からなる回折レンズ７Ａと、を備えている。
回折レンズ７は屈折レンズ６に対向する位置に配置されており、その回折格子は屈折レンズ６の円筒面の筒方向に平行に形成されている。そして、回折格子はシリンドリカルレンズ作用を持たせるために一方向だけの周期パターンになっている。
【００４２】
屈折レンズ６Ａはレンズ基板のＳ１側、すなわちレーザ光が入射する側に設けられており、回折レンズ７Ａはレンズ基板のＳ２側、すなわちレーザ光が出射する側に設けられている。なお、屈折レンズ６Ａは凸のシリンドリカルレンズであり、回折レンズ７Ａは凹のシリンドリカルレンズ作用を有するレンズである。
【００４３】
また、回折レンズ７Ａはその回折格子の先端が尖るように形成されている。すなわち、回折格子の断面は、その先端に近づくにつれて尖った形状をしている（図４参照）。したがって、回折格子は、のこぎり形状のブレーズ型の回折格子である。
【００４４】
なお、凹のシリンドリカルレンズである回折レンズ７Ａが断面楕円形状のレーザ光の短軸方向を拡大する機能を有している。すなわち、ビーム整形レンズ４Ａは、入射した断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形するレンズ、すなわち、断面楕円形状のレーザ光を活性層に対する平行方向と垂直方向とで放射角がほぼ同じであるレーザ光に変換するレンズである。
【００４５】
屈折レンズ６Ａと回折レンズ７Ａとは、下記の（４）及び（５）の式が成立するように構成されている。
ｆ_１＝（ν_１−ν_２）／ν_１＊ｆ・・・・・（４）
ｆ_２＝−（ν_１−ν_２）／ν_２＊ｆ・・・・・（５）
ここで、ｆは合成焦点距離であり、ｆ_１は一方のレンズの焦点距離であり、ν_１は他方のレンズのアッベ数であり、ｆ_２は一方のレンズの焦点距離であり、ν_２は他方のレンズのアッベ数である。なお、合成焦点距離とは、希望する所定の焦点距離である。
【００４６】
レンズ基板５は、ＬＤ３の波長に対して透過率の高い材料、例えば合成石英により形成されている。この合成石英としては、例えば屈折率ｎ_ｄが１．４５８４７、アッベ数ν_ｄが６７．７である合成石英が用いられている。また、回折格子による回折面のアッベ数は−３．４５２で与えられることが知られている。これらの値を（４）及び（５）の式に代入すると、
ｆ_１＝２０．６１ｆ
ｆ_２＝−１．０５ｆ
となる。それぞれｆ_１はレンズ基板５のＳ１側の屈折レンズ６Ａの焦点距離であり、ｆ_２はレンズ基板５のＳ２側の回折レンズ７Ａの焦点距離である。なお、屈折レンズ６Ａは凸のシリンドリカルレンズであり、回折レンズ７Ａは凹のシリンドリカルレンズ作用を有するレンズである。したがって、屈折レンズ６Ａ及び回折レンズ７Ａが（４）及び（５）の式の条件を満たすように構成されているため、色収差が補正されることになる。
【００４７】
このような構成において、ＬＤ３からレーザ光が出射された場合について説明する。ＬＤ３から出射された断面楕円形状の断面強度分布を有するレーザ光は、ビーム整形レンズ４Ａの屈折レンズ（凸のシリンドリカルレンズ）６Ａに入射する。入射した断面楕円形状のレーザ光は、屈折レンズ６Ａによりその短軸方向に屈折され、その長軸方向には変化しない。このとき、断面楕円形状のレーザ光は、短軸方向に集光される。その後、短軸方向に集光されたレーザ光は回折レンズ（凹のシリンドリカルレンズ作用を有するレンズ）７Ａに入射する。入射した断面楕円形状のレーザ光は、回折レンズ７Ａによりその短軸方向に回折され、その長軸方向には変化しない。このとき、断面楕円形状のレーザ光は、その短軸方向に広げられて拡大するので、ファーフィールドパターンでほぼ断面円形状の断面強度分布を有するレーザ光になる。さらに、レーザ光は、ビーム整形レンズ４Ａにより色収差が補正され、その波面が安定している。ここで、回折レンズ７Ａの回折面では、図４のように回折格子の先端が先鋭化されているため、屈折率が徐々に変化していくことになり、回折レンズ７Ａは回折だけでなく反射防止の作用を有することになる。
【００４８】
このように本実施の形態では、レンズ基板５に屈折レンズ６Ａと回折レンズ７Ａとを設けることによってビーム整形レンズ４Ａが構成されているため、ビーム整形レンズ４Ａが小型化し、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。さらに、屈折レンズ６Ａと回折レンズ７Ａとを（４）及び（５）の関係式が成り立つように構成することによって、ビーム整形レンズ４Ａを通過するレーザ光の色収差が補正され、その波面が安定する。これにより、装置の小型軽量化を実現しつつ、色収差を低減することができる。特に、青色の波長域は、波長変化に対するガラスの屈折率変化が大きいところなので、青色の波長域で生じるレーザ光の波長変動による色収差も補正することができる。また、回折レンズ７をその回折格子の先端が尖るように形成することによって、回折レンズ７が反射防止機能を有するため、光の利用効率を向上させることができる。
【００４９】
なお、上述したような光源ユニット１は、例えば、半導体レーザのモジュール形態の一種のキャンパッケージに組み込まれ、すなわち、キャンパッケージのキャップ内に封入され、そのキャンパッケージはコリメータレンズ等を備える鏡筒内に光軸を合わせて設けられる。
【００５０】
本発明の第三の実施の形態を図５に基づいて説明する。本実施の形態は、第一又は第二の実施の形態の光源ユニットを備える光ピックアップ装置の一例である。
【００５１】
図５は本実施の形態の光ビップアップ装置を概略的に示す説明図である。なお、第一又は第二の実施の形態において説明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
【００５２】
光ピックアップ装置１０は、レーザ光を出射する第一又は第二の実施の形態の半導体レーザ装置である光源ユニット１、光源ユニット１から出射されたレーザ光を光ディスクＤの記録層に導くための光学系１１、光ディスクＤの記録層により反射されたレーザ光が進行する進行経路を曲げる経路変更部であるビームスプリッタ１２、ビームスプリッタ１２により進行経路が曲げられたレーザ光を集光する集光レンズ１３、集光レンズ１３により集光されたレーザ光を検出する光検出部であるフォトダイオード１４等を備えている。
【００５３】
光学系１１は、レーザ光を平行光に整形するコリメータレンズ１５、レーザ光を直線偏光から円偏光に変換するための１／４波長板１６、対物レンズ１７等を備えているが、これに限るものではない。
【００５４】
このような構成において、光源ユニット１からレーザ光が出射された場合について説明する。光源ユニット１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１５により平行光に整形され、ビームスプリッタ１２及び１／４波長板１６を通過して直線偏光から円偏光に変わり、対物レンズ１７で集光されて光ディスクＤの記録層に入射する。光ディスクＤの記録層により反射されたレーザ光は、円偏光の旋回方向が変わって１／４波長板１６を通過し、ビームスプリッタ１２により進行経路が曲げられて集光レンズ１３で集光され、フォトダイオード１４に入射する。このような光ピックアップ装置１０を用いて、光ディスクＤに対するリード／ライトが実行される。
【００５５】
このように本実施の形態では、光ピックアップ装置１０に第一又は第二の実施の形態の光源ユニット１を設けることによって、光源ユニット１から断面円形状に整形されたレーザ光が出射され、安定したリード／ライトを実現することができ、さらに、ビーム整形レンズ４，４Ａが小型であるため、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。
【００５６】
本発明の第四の実施の形態を図６に基づいて説明する。本実施の形態は、第三の実施の形態の光ピックアップ装置を備える光ディスク装置の一例である。
【００５７】
図６は本実施の形態の光ディスク装置を概略的に示す説明図である。なお、第三の実施の形態において説明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
【００５８】
光ディスク装置２０は、光ディスクＤを任意の回転速度で回転させる回転駆動機構の主要部を構成するスピンドルモータ２１、このスピンドルモータ２１の制御を行う回転制御部２２、光ディスクＤの半径方向に移動自在に設けられ光ディスクＤに対しレーザ光を出射して光ディスクＤにより反射されたレーザ光を受光する第三の実施の形態の光ピックアップ装置１０、この光ピックアップ装置１０を光ディスクＤの半径方向に移動させるスライダモータ２３、このスライダモータ２３の制御を行うスライダモータ制御部２４、光ピックアップ装置１０の制御を行う光ピックアップ制御部２５、光ピックアップ装置１０からの信号を処理する信号処理部２６、各種プログラム及び格納データを演算処理し各部の動作を制御するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２７、リード／ライト処理プログラムや制御プログラム等の固定的データを予め格納する記憶媒体であるＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）２８、光ディスクＤから読み出したリードデータ及び光ディスクＤに書き込むライトデータ等を一時的に格納する記憶手段であるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）２９等を備えている。このような光ディスク装置２０は、外部インターフェース（図示せず）を介して上位装置であるホストコンピュータ３０に接続されている。
【００５９】
このような構成において、光ディスク装置２０による光ディスクＤに対するデータのリード／ライト動作について説明する。ホストコンピュータ３０から光ディスク装置２０にリード／ライトコマンドが入力されると、光ディスク装置２０のＣＰＵ２７は、ＲＯＭ２８に格納されたリード／ライト処理プログラムに基づいてリード／ライト処理を実行する。ＣＰＵ２７は、回転制御部２２によりスピンドルモータ２１を駆動制御して光ディスクＤを回転させ、スライダモータ制御部２４によりスライダモータ２３を駆動制御して光ピックアップ装置１０を光ディスクＤの半径方向に移動させながら、光ピックアップ制御部２５により光ピックアップ装置１０を駆動制御して光ディスクＤの記録層に対しレーザ光を出射し、光ディスクＤの記録層に反射されたレーザ光を受光してリード／ライトを実行する。このとき、ＣＰＵ２７は、一時的にＲＡＭ２９に格納されたリードデータをホストコンピュータ３０に送信し、ライトデータをホストコンピュータ３０から一時的にＲＡＭ２９に格納する処理も行う。
【００６０】
このように本実施の形態では、光ディスク装置２０に第三の実施の形態の光ピックアップ装置１０を設けることによって、光ピックアップ装置１０から断面円形状に整形されたレーザ光が出射されるため、安定してリード／ライトを実行することができ、さらに、ビーム整形レンズ４，４Ａが小型であるため、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。
【００６１】
本発明の第五の実施の形態を図７ないし図８に基づいて説明する。本実施の形態は、第二の実施の形態のビーム整形素子であるビーム整形レンズを製造するビーム整形レンズ製造方法の一例である。図７はビーム整形レンズの屈折レンズを製造する製造工程を示す断面図、図８はビーム整形レンズの回折レンズを製造する製造工程を示す断面図である。なお、第二の実施の形態において説明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
【００６２】
まず、屈折レンズ６Ａを製造する製造工程について説明する。屈折レンズ６Ａはフォトリソグラフィによりレンズ基板５上に製造される。
【００６３】
図７（ａ）に示すように、レンズ基板５上（合成石英）に感光性材料が塗布され、感光層Ｋが設けられる。感光層Ｋの厚さはレンズの高さ（サグ）に応じて数μｍ程度の厚さである。実際には、感光層Ｋの厚さは、レンズ基板５上に形成するレンズ高さ、及びレンズ基板材料のエッチング速度と感光性材料とのエッチング速度の比（選択比）により設定される。例えば、両者のエッチング速度が等しい場合には（選択比１）、感光層Ｋの高さは、形成するレンズ高さとほぼ等しく設定される。また、レンズ基板材料のエッチング速度が感光性材料のエッチング速度より２倍大きい場合には（選択比２）、感光性材料の高さはレンズ高さの１／２に設定される。ここでは、両者のエッチング速度が等しいものとして説明する。また、レンズ基板５上に塗布する感光性材料としては、通常の半導体製造で用いられるフォトレジストあるいは感光性ドライフィルムを使用することができる。ポジ型あるいはネガ型の選択によりレジストに形状を転写する工程（フォトリソグラフィ）に用いるフォトマスクの形状が変化するが、基本的な形成手順は変わらない。本実施の形態ではポジ型レジストを用いる場合について説明する。
【００６４】
図７（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィにより感光層Ｋの形状がレンズ形状と同じ形状になるようにパターンニングされる。パターンニングは、透過率分布を設定したフォトマスクを介して光を照射し、レンズ基板５上の感光層Ｋを感光させることで行われる。光照射後に現像すると、レンズ基板５上にレンズと同等形状（選択比１であるので）の感光層Ｋが残る。ここで、フォトマスクはレンズ形状に合わせた透過率分布を有するフォトマスクである。このフォトマスクとしては、濃度分布を有するフォトマスクでも良く、所望の透過率分布を有するように微細なドットがレイアウトされたフォトマスクでも良い。
【００６５】
次に、図７（ｃ）に示すように、レンズ形状の感光層Ｋがマスクとされ、レンズ基板５はその基板に対し垂直な方向にエッチング（異方性エッチング）される。エッチングの手段としては、半導体プロセスで通常用いられるドライエッチングが用いられる。具体的には、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）、電子サイクロトロン共鳴エッチング法（ＥＣＲ）等がある。ドライエッチングに用いるガスはレンズ基板材料により選択でき、例えばレンズ基板材料がガラスである場合には、ＣＦ_４やＣＨＦ_３等を用いることができる。また、エッチング速度及び選択比の調整のためには、エッチングガスにＮ_２、Ｏ_２、Ａｒ等のガスを混入することもできる。その後、図７（ｄ）に示すように、不要な感光層Ｋが除去（アッシング）される。このようにして屈折レンズ６Ａがレンズ基板５上に形成される。
【００６６】
続いて、回折レンズ７Ａを製造する製造工程について説明する。回折レンズ７Ａは、屈折レンズ６Ａが形成されたレンズ基板５の反対面に対して微細な周期形状を形成することで製造される。
【００６７】
図８（ａ）に示すように、まず、屈折レンズ６Ａが形成されたレンズ基板５の反対面に感光性材料が塗布され、感光層Ｋが設けられる。感光層Ｋの厚さは溝深さに応じて数μｍ程度の厚さである。この感光層Ｋの厚さは、上述したように屈折レンズ６Ａを形成する時と同様に、実際に形成するレンズ高さ、及びレンズ基板材料のエッチング速度と感光性材料とのエッチング速度の比（選択比）により設定される。レンズ基板５上に塗布する感光性材料も上述したものと同様である。
【００６８】
図８（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィにより周期形状がパターンニングされる。パターンニングはフォトマスクを介して光を照射し、感光層Ｋを感光させる。ただし、回折面の断面は回折効率等を考慮すると、のこぎり形状のブレーズ型の回折格子が望ましい。ところが、フォトリソグラッフィでそのような形状を作製するのは困難であるため、ここでは細かい段差（階段状形状）を形成することでブレーズ型の回折格子が作製される。この段差はある程度の数があれば回折効率が飽和してくるので、出射光として十分な光量が得られるぐらいの段差である。さらに、回折格子はシリンドリカルレンズ作用を持たせるために一方向だけの周期パターンとなっている。
【００６９】
次に、図８（ｃ）に示すように、周期形状の感光層Ｋがマスクとされ、レンズ基板５はその基板に対し垂直な方向にエッチング（異方性エッチング）される。これにより、レンズ基板５に周期形状、すなわち回折格子が転写される。ここでは、フォトレジストをドライエッチング用のマスク材料としたが、Ｃｒ等の金属材料をマスクとしても構わない。その後、図８（ｄ）に示すように、不要な感光層Ｋが除去（アッシング）される。このようにして回折レンズ７Ａがレンズ基板５上に形成される。これにより、ビーム整形レンズ４Ａが完成する。
【００７０】
ここで、図４のような反射防止作用を回折レンズ７Ａに持たせる構造の作製には、感光層Ｋ自体に同じような断面構造を作製したり、あるいはエッチングの条件を途中で変えて作製したりすることができる。なお、屈折レンズ６Ａと回折レンズ７Ａとの位置合わせを正確に行なうためには、レンズ基板５にアライメントマークを設けておいても構わない。また、ビーム整形レンズ４Ａを１つ１つ製造するのではなく、ウエハプロセスで１度に数多くのビーム整形レンズ４Ａを製造することもできる。なお、１つ１つのビーム整形レンズ４Ａはダイシングにより切り出される。
【００７１】
このように本実施の形態によれば、屈折レンズ６Ａと回折レンズ７Ａとを製造する際に、フォトリソグラフィやドライエッチング等の半導体作製プロセスを用いることによって、微小な部品を容易に高精度で作製可能となるため、ビーム整形レンズ４Ａは高精度に小型化される。また、ビーム整形レンズ４Ａを大量に作製することが可能になるので、性能の良いビーム整形レンズ４Ａを低コストで提供することができる。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形するビーム整形素子において、レンズ基板と、前記レンズ基板に設けられ、断面楕円形状のレーザ光が入射する側に湾曲する円筒面からなる屈折レンズと、前記レンズ基板に設けられて前記屈折レンズに対向する位置に配置され、前記屈折レンズの円筒面の筒方向に平行な回折格子からなる回折レンズと、を具備することを特徴とすることから、レンズ基板に屈折レンズと回折レンズとを設けることによってビーム整形素子が構成されているため、ビーム整形素子が小型化し、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。
【００７３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載のビーム整形素子において、前記屈折レンズと前記回折レンズとは、
ｆ_１＝（ν_１−ν_２）／ν_１＊ｆ
ｆ_２＝−（ν_１−ν_２）／ν_２＊ｆ
ここで、ｆ：合成焦点距離
ｆ_１：一方のレンズの焦点距離
ν_１：一方のレンズのアッベ数
ｆ_２：他方のレンズの焦点距離
ν_２：他方のレンズのアッベ数
の関係式が成り立つように構成されていることを特徴とすることから、ビーム整形素子を通過するレーザ光の色収差が補正され、その波面が安定する。これにより、装置の小型軽量化を実現しつつ、色収差を低減することができる。特に、青色の波長域は、波長変化に対するガラスの屈折率変化が大きいところなので、青色の波長域で生じるレーザ光の波長変動による色収差も補正することができる。
【００７４】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載のビーム整形素子において、前記回折レンズはその回折格子の先端が尖るように形成されていることを特徴とすることから、回折レンズが反射防止機能を有するため、光の利用効率を向上させることができる。
【００７５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１、２又は３記載のビーム整形素子において、前記屈折レンズと前記回折レンズとはフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより形成されていることを特徴とすることから、フォトリソグラフィやドライエッチング等の半導体作製プロセスを用いることによって、微小な部品を容易に高精度で作製可能となるため、ビーム整形素子は高精度に小型化される。
また、ビーム整形素子を大量に作製することが可能になるので、性能の良いビーム整形素子を低コストで提供することができる。
【００７６】
請求項５記載の発明の半導体レーザ装置によれば、レーザ光を出射する半導体レーザ光源と、前記半導体レーザ光源から出射されたレーザ光が入射する位置に設けられ、入射した断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形する請求項１ないし４のいずれか一記載のビーム整形素子と、を具備することから、断面楕円形状のレーザ光を断面円形状のレーザ光に整形することが可能になり、ビーム整形素子が小型であるため、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。
【００７７】
請求項６記載の発明の光ピックアップ装置は、レーザ光を出射する請求項５記載の半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を光ディスクの記録層に導くための光学系と、前記光ディスクの記録層により反射された前記レーザ光が進行する進行経路を曲げる経路変更部と、前記経路変更部により進行経路が曲げられた前記レーザ光を検出する光検出部と、を具備することから、断面円形状に整形されたレーザ光が出射されるため、安定したリード／ライトを実現することができ、さらに、ビーム整形素子が小型であるため、プリズム等を装置に設ける場合に比べ、装置の小型軽量化を実現することができる。
【００７８】
請求項７記載の発明の光ディスク装置によれば、光ディスクを回転させる回転駆動機構と、前記光ディスクの記録層に対してレーザ光を出射し、前記光ディスクの記録層により反射されたレーザ光を受光する請求項６記載の光ピックアップ装置と、を具備することから、請求項６記載と同様な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の光源ユニットを概略的に示す外観斜視図である。
【図２】ビーム整形レンズを概略的に示す縦断側面図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態のビーム整形レンズを概略的に示す縦断側面図である。
【図４】回折レンズの一部を拡大して示す縦断側面図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態の光ビップアップ装置を概略的に示す説明図である。
【図６】本発明の第四の実施の形態の光ディスク装置を概略的に示す説明図である。
【図７】ビーム整形レンズの屈折レンズを製造する製造工程を示す断面図である。
【図８】ビーム整形レンズの回折レンズを製造する製造工程を示す断面図である。
【図９】従来の光ディスク装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１半導体レーザ装置（光源ユニット）
３半導体レーザ光源（半導体レーザ素子）
４，４Ａビーム整形素子（ビーム整形レンズ）
５レンズ基板
６，６Ａ屈折レンズ
７，７Ａ回折レンズ
１０光ピックアップ装置
１１光学系
１２経路変更部（ビームスプリッタ）
１４光検出部（フォトダイオード）
２１回転駆動機構（スピンドルモータ）
２０光ディスク装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a beam shaping element, a semiconductor laser device, an optical pickup device, and an optical disk device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor laser element (LD: Laser Diode) is used as a light source in various apparatuses such as an optical disk drive and a laser printer. This semiconductor laser element is an element whose emission angle (light emission angle) differs depending on the element structure in the horizontal direction and the vertical direction. Therefore, the laser light (laser beam) emitted from the semiconductor laser element has a cross-section in a far-field pattern. It is not circular but has an elliptical cross section.
That is, the laser light emitted from the semiconductor laser element becomes light having an elliptical cross section having a short axis and a long axis.
[0003]
When such a semiconductor laser device is used for an optical disk drive or the like, the optical frequency characteristics in the circumferential direction and the radial direction during signal reproduction differ, and various problems such as crosstalk and signal degradation occur. Also, during recording, since the power density in the spot of the laser beam is lowered, various problems such as the necessity of increasing the power of the laser beam and the inability to perform high density recording on the optical disc occur. In order to solve these problems, a triangular prism, an anamorphic lens, a cylindrical lens, or the like is used as a beam shaping element, and the magnification of the laser light having an elliptical cross section in the minor axis direction is changed to make the laser light into a circular cross section. Is going to do.
[0004]
For example, Patent Document 1 discloses a technique using a prism as a beam shaping element. Here, FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional optical disc apparatus.
The laser light 101 emitted from the LD 100 is converted into parallel light 103 by the collimator lens 102, and incident on the surface 104A of the prism 104 formed of a glass material having a refractive index n at an incident angle ψ (the incident light 103 with respect to the normal of the surface 104A). Incident angle). The light 105 refracted on the surface 104A of the prism 104 at a refraction angle θ (an angle formed by the refracted light 105 with respect to the normal of the surface 104A) is perpendicularly incident on the back surface 104B of the prism 104 and is transmitted through the objective lens 106. Then, the light is condensed as the spot light 108 on the back surface 107S of the optical disk substrate 107. Here, according to Snell's law, between the incident angle ψ and the refraction angle θ,
sinψ = nsinθ (1)
The relationship is established. At this time, the incident light is magnified (cos θ / cos ψ) times in the refracting surface by refraction. In the case of semiconductor laser light, the parallel light 103 generally has an elliptical cross-sectional intensity distribution with an ellipticity of about 2.5. However, by using the prism 104 as described above, the light distribution is expanded in the minor axis direction, and a circular shape is obtained. The light is converted into parallel light 103 having a cross-sectional intensity distribution having a shape.
[0005]
On the other hand, in order to reduce the size of the spot light 108, use of a short wavelength LD100 of 440 nm or less is attempted. It is known that chromatic aberration becomes a problem as the wavelength of the LD 100 becomes shorter. Chromatic aberration is aberration that occurs when a lens or optical system must handle multiple wavelengths or continuous wavelengths. Since the refractive index of the optical material varies depending on the wavelength, the refraction angle of the prism 104 also varies. That is, since the refractive index of the optical material in the visible range shows a normal distribution, the refractive index is larger for blue light than for red light. The wavelength emitted from the LD 100 has a wavelength width of about several nanometers. In addition, the light emitted from the LD 100 may cause so-called mode hopping in which the center wavelength suddenly jumps several nm due to a temperature change or the like in the LD 100 itself. In particular, since a larger power is required at the time of recording than at the time of reproduction, the wavelength is shifted due to the difference in power.
[0006]
Therefore, when the short wavelength LD 100 of 440 nm or less is used, the chromatic aberration generated in the objective lens 106 due to the wavelength shift cannot be allowed by the prism 104, which is an important problem. That is, when the refraction angle is changed by the beam shaping prism 104, the wavefront is changed, and the spot diameter finally narrowed by the objective lens 106 is changed.
[0007]
As a method for reducing the chromatic aberration of the lens, an optical material having a small dispersion (a large Abbe number) can be used as the lens. Moreover, it is possible to make the lens an achromatic lens constituted by a plurality of lenses. This can be written as follows: F is the composite focal length, and f is the focal length of the first lens. ₁ , Abbe number ν ₁ The focal length of the second lens is f ₂ , Abbe number ν ₂ And the two lenses are in contact,
1 / f = 1 / f ₁ + 1 / f ₂ (2)
0 = 1 / f ₁ ν ₁ + 1 / f ₂ ν ₂ (3)
Can be written. Solving these two equations, f ₁ And f ₂ Is
f ₁ = (Ν ₁ −ν ₂ ) / Ν ₁ * F (4)
f ₂ =-(Ν ₁ −ν ₂ ) / Ν ₂ * F (5)
It is. Therefore, if one of the two lenses is a convex lens, the other is a concave lens. In this way, achromaticity can be achieved with two lenses. Further, as a method of reducing the chromatic aberration of the lens, there is a method of correcting chromatic aberration by adding an aberration correction optical system separately.
[0008]
On the other hand, a lens having a lens size smaller than 1 mm is called a microlens and is used in a CCD, a liquid crystal projector, or the like. In recent years, there is a movement to use this microlens in an optical disc apparatus. By using the microlens, the optical system can be reduced in size.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Examined Patent Publication No. 63-1652
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a device is required to be small and light, when a prism is used as in Patent Document 1, the device is increased in size, and the weight of the device is increased.
[0011]
In addition, when an achromatic lens (achromatic lens) composed of a plurality of lenses is used to reduce chromatic aberration, the weight of the apparatus increases because the achromatic lens is composed of a plurality of lenses. There is a problem. Further, in the method of correcting chromatic aberration by adding an aberration correction optical system separately, it is necessary to add new parts, and there is a problem in securing and adjusting the space, and the apparatus becomes large.
[0012]
An object of the present invention is to provide a beam shaping element, a semiconductor laser device, an optical pickup device, and an optical disc device that can realize a reduction in size and weight of the device.
[0013]
An object of the present invention is to provide a beam shaping element, a semiconductor laser device, an optical pickup device, and an optical disc device that can realize a reduction in size and weight of the device and reduce chromatic aberration.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, in a beam shaping element for shaping laser light having an elliptical cross section into a laser light having a circular cross section, the lens substrate and the side on which the laser light having an elliptical cross section is incident are provided. A refracting lens composed of a cylindrical surface curved in a straight line, and a diffractive lens composed of a diffraction grating provided on the lens substrate and disposed at a position facing the refracting lens and parallel to the cylindrical direction of the cylindrical surface of the refracting lens It is characterized by comprising.
[0015]
Therefore, since the beam shaping element is configured by providing a refractive lens and a diffractive lens on the lens substrate, the beam shaping element is miniaturized and the device is smaller and lighter than when a prism is provided in the device. Is possible.
[0016]
The invention according to claim 2 is the beam shaping element according to claim 1, wherein the refractive lens and the diffractive lens are:
f ₁ = (Ν ₁ −ν ₂ ) / Ν ₁ * F
f ₂ =-(Ν ₁ −ν ₂ ) / Ν ₂ * F
Where f: composite focal length
f ₁ : Focal length of one lens
ν ₁ : Abbe number of one lens
f ₂ : Focal length of the other lens
ν ₂ : Abbe number of the other lens
It is characterized in that the following relational expression holds.
[0017]
Therefore, by configuring the refractive lens and the diffractive lens so that the above relational expression is established, the chromatic aberration of the laser light passing through the beam shaping element is corrected, and the wavefront is stabilized. In particular, since the blue wavelength region has a large change in the refractive index of the glass with respect to the wavelength change, it is possible to correct chromatic aberration due to the wavelength variation of the laser light occurring in the blue wavelength region.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, in the beam shaping element according to the first or second aspect, the diffractive lens is formed so that a tip of the diffraction grating is pointed.
[0019]
Therefore, by forming the diffraction grating so that the tip thereof is pointed, the diffraction lens has an antireflection function, so that the light utilization efficiency is improved.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in the beam shaping element according to the first, second, or third aspect, the refractive lens and the diffractive lens are formed by photolithography and dry etching.
[0021]
Therefore, by using a semiconductor manufacturing process such as photolithography or dry etching, minute parts can be easily manufactured with high accuracy, and the beam shaping element is miniaturized with high accuracy. In addition, a large number of beam shaping elements can be manufactured.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser light source that emits laser light; and a laser light emitted from the semiconductor laser light source that is incident on the laser beam having an elliptical cross section. The beam shaping element according to claim 1, wherein the beam shaping element is shaped into a circular laser beam.
[0023]
Accordingly, by providing the beam shaping element according to any one of claims 1 to 4, it becomes possible to shape the laser light having an elliptical cross section into a laser light having a circular cross section, and the beam shaping element is small. Therefore, it is possible to reduce the size and weight of the device as compared with the case where a prism or the like is provided in the device.
[0024]
An optical pickup device according to a sixth aspect of the invention is a semiconductor laser device according to the fifth aspect that emits laser light, an optical system that guides the laser light emitted from the semiconductor laser device to a recording layer of an optical disc, A path changing unit that bends a traveling path along which the laser light reflected by the recording layer of the optical disc travels; and a light detecting unit that detects the laser light whose traveling path is bent by the path changing unit.
[0025]
Therefore, by providing the semiconductor laser device according to claim 5, laser light shaped into a circular cross section is emitted, so that stable read / write can be realized, and further, the beam shaping element Because of the small size, the device can be made smaller and lighter than when a prism or the like is provided in the device.
[0026]
An optical disc apparatus according to a seventh aspect of the invention is a rotary drive mechanism for rotating an optical disc, and a laser beam is emitted to a recording layer of the optical disc, and the laser beam reflected by the recording layer of the optical disc is received. 6. An optical pickup device according to claim 6.
[0027]
Therefore, by providing the optical pickup device according to the sixth aspect, the same operation as the sixth aspect is achieved.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is an example of a light source unit that is a semiconductor laser device including a beam shaping lens that is a beam shaping element. FIG. 1 is an external perspective view schematically showing a light source unit of the present embodiment, and FIG. 2 is a longitudinal side view schematically showing a beam shaping lens.
[0029]
The light source unit 1 includes a submount 2 as a support member, a semiconductor laser element (hereinafter referred to as LD) 3 as a semiconductor laser light source provided on the submount 2, and an emission from the LD 3 provided on the submount 2. And a beam shaping lens 4 which is a beam shaping element for shaping the laser light (laser beam) having an elliptical cross section into a laser light having a circular cross section.
[0030]
The beam shaping lens 4 is a microlens and is fixed to the submount 2 with an adhesive or the like. The beam shaping lens 4 is positioned on the optical axis of the laser light emitted from the active layer (not shown) of the LD 3. Here, as the LD3, an LD3 having a wavelength of 405 nm, a minor axis direction of 10 degrees, and a major axis direction of 28 degrees is used, but the present invention is not limited to this. What has this may be used.
[0031]
The beam shaping lens 4 includes a lens substrate 5 constituting a lens body, a refractive lens 6 that is provided on the lens substrate 5 and has a cylindrical surface that is curved toward the side on which laser light is incident, and a diffraction grating that is provided on the lens substrate 5. And a diffractive lens 7. The diffractive lens 7 is disposed at a position facing the refractive lens 6, and the diffraction grating is formed parallel to the cylindrical direction of the cylindrical surface of the refractive lens 6. The diffraction grating has a periodic pattern in only one direction so as to have a cylindrical lens action.
[0032]
The diffractive lens 7 is provided on the S1 side of the lens substrate 5, that is, the side on which laser light is incident, and the refractive lens 6 is provided on the S2 side of the lens substrate, that is, on the side from which laser light is emitted. The diffractive lens 7 is a lens having a convex cylindrical lens function, and the refractive lens 6 is a concave cylindrical lens.
[0033]
Here, the refractive lens 6 which is a concave cylindrical lens has a function of enlarging the minor axis direction of the laser light having an elliptical cross section, and has a curved axis of the refractive lens 6 and an elliptical cross section emitted from the LD. A beam shaping lens 4 is disposed on the submount 2 so as to coincide with the short axis of the laser light. That is, the beam shaping lens 4 is a lens that shapes the incident laser light having an elliptical cross section into a laser beam having a circular cross section, that is, the radiation angle of the laser light having an elliptical cross section is parallel and perpendicular to the active layer. It is a lens that converts laser light that is substantially the same.
[0034]
The refractive lens 6 and the diffractive lens 7 are configured so that the following expressions (4) and (5) are established.
f ₁ = (Ν ₁ −ν ₂ ) / Ν ₁ * F (4)
f ₂ =-(Ν ₁ −ν ₂ ) / Ν ₂ * F (5)
Where f is the composite focal length and f ₁ Is the focal length of one lens and v ₁ Is the Abbe number of one lens, f ₂ Is the focal length of the other lens, ν ₂ Is the Abbe number of the other lens. The composite focal length is a desired predetermined focal length.
[0035]
The lens substrate 5 is formed of a material having a high transmittance with respect to the wavelength of the LD 3, for example, a glass material of BK7. As this BK7, for example, the refractive index n _d Is 1.5168, Abbe number ν _d BK7 with 64.17 is used. Further, it is known that the Abbe number of the diffraction surface by the diffraction grating is given by −3.452. Substituting these values into the equations (4) and (5),
f ₁ = 19.59f
f ₂ = -1.05f
It becomes. F ₁ Is the focal length of the diffraction lens 7 on the S1 side of the lens substrate 5, and f ₂ Is the focal length of the refractive lens 6 on the S2 side of the lens substrate 5. The refractive lens 6 is a concave cylindrical lens, and the diffractive lens 7 is a lens having a convex cylindrical lens function. Therefore, since the refractive lens 6 and the diffractive lens 7 are configured to satisfy the conditions of the expressions (4) and (5), the chromatic aberration is corrected.
[0036]
A case where laser light is emitted from the LD 3 in such a configuration will be described. Laser light having an elliptical cross-sectional intensity distribution emitted from the LD 3 is incident on a diffraction lens (lens having a convex cylindrical lens function) 7 of the beam shaping lens 4. The incident laser beam having an elliptical cross section is diffracted by the diffraction lens 7 in the minor axis direction and does not change in the major axis direction. At this time, the laser beam having an elliptical cross section is condensed in the minor axis direction. Thereafter, the laser beam condensed in the short axis direction is incident on a refractive lens (concave cylindrical lens) 6. The incident elliptical laser beam is spread in the minor axis direction by the refractive lens 6 and does not change in the major axis direction. At this time, the laser beam having an elliptical cross section is expanded and expanded in the minor axis direction thereof, so that it becomes a laser beam having a cross-sectional intensity distribution having a substantially circular cross section with a far field pattern. Further, the chromatic aberration of the laser light is corrected by the beam shaping lens 4 and its wavefront is stable.
[0037]
As described above, in this embodiment, the beam shaping lens 4 is configured by providing the lens substrate 5 with the refractive lens 6 and the diffractive lens 7. Therefore, the beam shaping lens 4 is downsized, and a prism or the like is used in the apparatus. Compared with the case of providing, the apparatus can be reduced in size and weight. Further, by configuring the refractive lens 6 and the diffractive lens 7 so that the relational expressions (4) and (5) are satisfied, the chromatic aberration of the laser light passing through the beam shaping lens 4 is corrected, and the wavefront is stabilized. . Thereby, it is possible to reduce chromatic aberration while realizing a reduction in size and weight of the apparatus. In particular, since the blue wavelength region is where the refractive index change of the glass with respect to the wavelength change is large, chromatic aberration due to the wavelength variation of the laser light occurring in the blue wavelength region can also be corrected.
[0038]
The light source unit 1 as described above is incorporated in, for example, a kind of can package in the form of a semiconductor laser module, that is, enclosed in a cap of a can package, and the can package is in a lens barrel including a collimator lens and the like. Are provided with the optical axis aligned.
[0039]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is an example of a light source unit that is a semiconductor laser device including a beam shaping lens that is a beam shaping element. FIG. 3 is a longitudinal side view schematically showing the beam shaping lens of the present embodiment, and FIG. 4 is a longitudinal side view showing an enlarged part of the diffraction lens.
[0040]
The basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and the differences between them will be described here. In addition, the same part as the part demonstrated in 1st embodiment is shown with the same code | symbol, and description is also abbreviate | omitted.
[0041]
The beam shaping lens 4A includes a lens substrate 5 constituting a lens body, a refractive lens 6A that is provided on the lens substrate 5 and has a cylindrical surface that is curved toward the side on which laser light is incident, and a diffraction grating that is provided on the lens substrate 5. And a diffractive lens 7A.
The diffractive lens 7 is disposed at a position facing the refractive lens 6, and the diffraction grating is formed parallel to the cylindrical direction of the cylindrical surface of the refractive lens 6. The diffraction grating has a periodic pattern in only one direction so as to have a cylindrical lens action.
[0042]
The refractive lens 6A is provided on the S1 side of the lens substrate, that is, the side on which the laser beam is incident, and the diffractive lens 7A is provided on the S2 side of the lens substrate, that is, the side on which the laser beam is emitted. The refractive lens 6A is a convex cylindrical lens, and the diffractive lens 7A is a lens having a concave cylindrical lens action.
[0043]
The diffraction lens 7A is formed so that the tip of the diffraction grating is pointed. That is, the cross section of the diffraction grating has a pointed shape as it approaches the tip (see FIG. 4). Therefore, the diffraction grating is a saw-shaped blazed diffraction grating.
[0044]
Note that the diffractive lens 7A, which is a concave cylindrical lens, has a function of enlarging the minor axis direction of laser light having an elliptical cross section. That is, the beam shaping lens 4A is a lens that shapes the incident laser light having an elliptical cross section into a laser beam having a circular cross section. It is a lens that converts laser light that is substantially the same.
[0045]
The refractive lens 6A and the diffractive lens 7A are configured so that the following expressions (4) and (5) are established.
f ₁ = (Ν ₁ −ν ₂ ) / Ν ₁ * F (4)
f ₂ =-(Ν ₁ −ν ₂ ) / Ν ₂ * F (5)
Where f is the composite focal length and f ₁ Is the focal length of one lens and v ₁ Is the Abbe number of the other lens, f ₂ Is the focal length of one lens and v ₂ Is the Abbe number of the other lens. The composite focal length is a desired predetermined focal length.
[0046]
The lens substrate 5 is made of a material having high transmittance with respect to the wavelength of the LD 3, for example, synthetic quartz. As this synthetic quartz, for example, refractive index n _d Is 1.45847, Abbe number ν _d Synthetic quartz with 67.7 is used. Further, it is known that the Abbe number of the diffraction surface by the diffraction grating is given by −3.452. Substituting these values into the equations (4) and (5),
f ₁ = 20.61f
f ₂ = -1.05f
It becomes. F ₁ Is the focal length of the refractive lens 6A on the S1 side of the lens substrate 5, and f ₂ Is the focal length of the diffraction lens 7A on the S2 side of the lens substrate 5. The refractive lens 6A is a convex cylindrical lens, and the diffractive lens 7A is a lens having a concave cylindrical lens action. Accordingly, since the refractive lens 6A and the diffractive lens 7A are configured to satisfy the conditions of the expressions (4) and (5), the chromatic aberration is corrected.
[0047]
A case where laser light is emitted from the LD 3 in such a configuration will be described. The laser beam having an elliptical cross-sectional intensity distribution emitted from the LD 3 is incident on the refractive lens (convex cylindrical lens) 6A of the beam shaping lens 4A. The incident elliptical laser beam is refracted in the minor axis direction by the refractive lens 6A and does not change in the major axis direction. At this time, the laser beam having an elliptical cross section is condensed in the minor axis direction. Thereafter, the laser beam condensed in the minor axis direction is incident on a diffraction lens (a lens having a concave cylindrical lens function) 7A. The incident laser beam having an elliptical cross section is diffracted in the minor axis direction by the diffraction lens 7A and does not change in the major axis direction. At this time, the laser beam having an elliptical cross section is expanded and expanded in the minor axis direction thereof, so that it becomes a laser beam having a cross-sectional intensity distribution having a substantially circular cross section with a far field pattern. Furthermore, the chromatic aberration of the laser light is corrected by the beam shaping lens 4A, and its wavefront is stable. Here, on the diffractive surface of the diffractive lens 7A, since the tip of the diffraction grating is sharpened as shown in FIG. 4, the refractive index gradually changes, and the diffractive lens 7A reflects not only the diffraction but also the reflection. It will have a preventive action.
[0048]
As described above, in the present embodiment, the beam shaping lens 4A is configured by providing the lens substrate 5 with the refractive lens 6A and the diffraction lens 7A. Therefore, the beam shaping lens 4A is downsized, and a prism or the like is provided in the apparatus. Compared to the case, the apparatus can be reduced in size and weight. Further, by configuring the refractive lens 6A and the diffractive lens 7A so that the relational expressions (4) and (5) are satisfied, the chromatic aberration of the laser light passing through the beam shaping lens 4A is corrected, and its wavefront is stabilized. . Thereby, it is possible to reduce chromatic aberration while realizing a reduction in size and weight of the apparatus. In particular, since the blue wavelength region is where the refractive index change of the glass with respect to the wavelength change is large, chromatic aberration due to the wavelength variation of the laser light occurring in the blue wavelength region can also be corrected. Further, by forming the diffraction lens 7 so that the tip of the diffraction grating is pointed, the diffraction lens 7 has an antireflection function, so that the light utilization efficiency can be improved.
[0049]
The light source unit 1 as described above is incorporated in, for example, a kind of can package in the form of a semiconductor laser module, that is, enclosed in a cap of a can package, and the can package is in a lens barrel including a collimator lens and the like. Are provided with the optical axis aligned.
[0050]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is an example of an optical pickup device that includes the light source unit of the first or second embodiment.
[0051]
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing the optical bep-up device of the present embodiment. In addition, the same part as the part demonstrated in 1st or 2nd embodiment is shown with the same code | symbol, and description is also abbreviate | omitted.
[0052]
The optical pickup device 10 is a light source unit 1 that is the semiconductor laser device of the first or second embodiment that emits laser light, and an optical for guiding the laser light emitted from the light source unit 1 to the recording layer of the optical disc D. System 11, a beam splitter 12 that is a path changing unit that bends a traveling path in which the laser light reflected by the recording layer of the optical disk D travels, and a condensing lens 13 that condenses the laser light whose traveling path is bent by the beam splitter 12. And a photodiode 14 that is a light detection unit for detecting the laser light collected by the condenser lens 13.
[0053]
The optical system 11 includes a collimator lens 15 that shapes laser light into parallel light, a quarter-wave plate 16 for converting the laser light from linearly polarized light to circularly polarized light, an objective lens 17, and the like, but is not limited thereto. It is not a thing.
[0054]
A case where laser light is emitted from the light source unit 1 in such a configuration will be described. The laser light emitted from the light source unit 1 is shaped into parallel light by the collimator lens 15, passes through the beam splitter 12 and the quarter wavelength plate 16, changes from linearly polarized light to circularly polarized light, and is collected by the objective lens 17. To the recording layer of the optical disc D. The laser beam reflected by the recording layer of the optical disk D changes the direction of circularly polarized light and passes through the quarter-wave plate 16. The traveling path is bent by the beam splitter 12 and is collected by the condenser lens 13. The light enters the photodiode 14. Using such an optical pickup device 10, reading / writing with respect to the optical disc D is executed.
[0055]
As described above, in the present embodiment, by providing the optical pickup device 10 with the light source unit 1 of the first or second embodiment, laser light shaped in a circular cross section is emitted from the light source unit 1 and is stable. In addition, since the beam shaping lenses 4 and 4A are small in size, the apparatus can be reduced in size and weight as compared with the case where a prism or the like is provided in the apparatus.
[0056]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is an example of an optical disk device provided with the optical pickup device of the third embodiment.
[0057]
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the optical disc apparatus of the present embodiment. In addition, the same part as the part demonstrated in 3rd embodiment is shown with the same code | symbol, and description is also abbreviate | omitted.
[0058]
The optical disk device 20 is configured to freely move in a radial direction of the optical disk D, a spindle motor 21 that constitutes a main part of a rotation drive mechanism that rotates the optical disk D at an arbitrary rotational speed, a rotation control unit 22 that controls the spindle motor 21. An optical pickup device 10 according to a third embodiment that emits laser light to the optical disc D and receives laser light reflected by the optical disc D, and a slider that moves the optical pickup device 10 in the radial direction of the optical disc D Motor 23, slider motor control unit 24 for controlling the slider motor 23, optical pickup control unit 25 for controlling the optical pickup device 10, signal processing unit 26 for processing signals from the optical pickup device 10, various programs and storage CPU (Cen that controls the operation of each part by processing data real processing unit) 27, a ROM (Read Only Memory) 28 which is a storage medium for storing fixed data such as a read / write processing program and a control program in advance, read data read from the optical disc D, write data to be written to the optical disc D, etc. RAM (Random Access Memory) 29, etc., which are storage means for temporarily storing. Such an optical disk device 20 is connected to a host computer 30 which is a host device via an external interface (not shown).
[0059]
In such a configuration, a data read / write operation with respect to the optical disc D by the optical disc apparatus 20 will be described. When a read / write command is input from the host computer 30 to the optical disc apparatus 20, the CPU 27 of the optical disc apparatus 20 executes read / write processing based on a read / write processing program stored in the ROM 28. The CPU 27 drives and controls the spindle motor 21 by the rotation control unit 22 to rotate the optical disc D, and drives and controls the slider motor 23 by the slider motor control unit 24 to move the optical pickup device 10 in the radial direction of the optical disc D. Then, the optical pickup device 10 is driven and controlled by the optical pickup controller 25 to emit laser light to the recording layer of the optical disc D, and the laser light reflected on the recording layer of the optical disc D is received and read / write is executed. . At this time, the CPU 27 also performs processing for transmitting the read data temporarily stored in the RAM 29 to the host computer 30 and temporarily storing the write data from the host computer 30 in the RAM 29.
[0060]
As described above, in the present embodiment, by providing the optical pickup device 10 of the third embodiment on the optical disc device 20, the laser light shaped into a circular cross section is emitted from the optical pickup device 10, and thus stable. In addition, since the beam shaping lenses 4 and 4A are small in size, the apparatus can be reduced in size and weight as compared with the case where a prism or the like is provided in the apparatus.
[0061]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is an example of a beam shaping lens manufacturing method for manufacturing a beam shaping lens that is the beam shaping element of the second embodiment. FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process for manufacturing a refractive lens of a beam shaping lens, and FIG. 8 is a sectional view showing a manufacturing process for manufacturing a diffraction lens of a beam shaping lens. In addition, the same part as the part demonstrated in 2nd embodiment is shown with the same code | symbol, and description is also abbreviate | omitted.
[0062]
First, a manufacturing process for manufacturing the refractive lens 6A will be described. The refractive lens 6A is manufactured on the lens substrate 5 by photolithography.
[0063]
As shown in FIG. 7A, a photosensitive material is applied on the lens substrate 5 (synthetic quartz), and a photosensitive layer K is provided. The thickness of the photosensitive layer K is about several μm depending on the height (sag) of the lens. Actually, the thickness of the photosensitive layer K is set by the lens height formed on the lens substrate 5 and the ratio (selection ratio) between the etching rate of the lens substrate material and the etching rate of the photosensitive material. For example, when both etching rates are equal (selection ratio 1), the height of the photosensitive layer K is set to be approximately equal to the height of the lens to be formed. When the etching rate of the lens substrate material is twice as high as that of the photosensitive material (selection ratio 2), the height of the photosensitive material is set to ½ of the lens height. Here, the description will be made assuming that the etching rates of both are equal. Moreover, as a photosensitive material applied on the lens substrate 5, a photoresist or a photosensitive dry film used in normal semiconductor manufacturing can be used. Although the shape of the photomask used in the step of transferring the shape to the resist (photolithography) is changed by selecting the positive type or the negative type, the basic formation procedure is not changed. In this embodiment mode, a case where a positive resist is used will be described.
[0064]
As shown in FIG. 7B, patterning is performed by photolithography so that the shape of the photosensitive layer K is the same as the lens shape. Patterning is performed by irradiating light through a photomask having a set transmittance distribution and exposing the photosensitive layer K on the lens substrate 5. When developed after light irradiation, a photosensitive layer K having the same shape as the lens (because the selection ratio is 1) remains on the lens substrate 5. Here, the photomask is a photomask having a transmittance distribution matched to the lens shape. This photomask may be a photomask having a density distribution or a photomask in which fine dots are laid out so as to have a desired transmittance distribution.
[0065]
Next, as shown in FIG. 7C, the lens-shaped photosensitive layer K is used as a mask, and the lens substrate 5 is etched (anisotropic etching) in a direction perpendicular to the substrate. As an etching means, dry etching usually used in a semiconductor process is used. Specific examples include reactive ion etching (RIE) and electron cyclotron resonance etching (ECR). The gas used for dry etching can be selected depending on the lens substrate material. For example, when the lens substrate material is glass, CF ₄ And CHF ₃ Etc. can be used. In order to adjust the etching rate and the selection ratio, N is added to the etching gas. ₂ , O ₂ A gas such as Ar can also be mixed. Thereafter, as shown in FIG. 7D, the unnecessary photosensitive layer K is removed (ashed). In this way, the refractive lens 6A is formed on the lens substrate 5.
[0066]
Next, a manufacturing process for manufacturing the diffractive lens 7A will be described. The diffractive lens 7A is manufactured by forming a fine periodic shape on the opposite surface of the lens substrate 5 on which the refractive lens 6A is formed.
[0067]
As shown in FIG. 8A, first, a photosensitive material is applied to the opposite surface of the lens substrate 5 on which the refractive lens 6A is formed, and a photosensitive layer K is provided. The thickness of the photosensitive layer K is about several μm depending on the groove depth. The thickness of the photosensitive layer K is the same as that when forming the refractive lens 6A as described above, and the lens height to be actually formed, and the ratio of the etching rate of the lens substrate material to the photosensitive material ( Selection ratio). The photosensitive material applied on the lens substrate 5 is the same as described above.
[0068]
As shown in FIG. 8B, the periodic shape is patterned by photolithography. In the patterning, the photosensitive layer K is exposed by irradiating light through a photomask. However, the blazed diffraction grating having a saw shape is desirable for the cross section of the diffraction surface in consideration of diffraction efficiency and the like. However, since it is difficult to produce such a shape by photolithography, a blazed diffraction grating is produced by forming a fine step (stepped shape) here. If there is a certain number of steps, the diffraction efficiency will be saturated, so that a sufficient amount of light can be obtained as outgoing light. Furthermore, the diffraction grating has a periodic pattern in only one direction in order to have a cylindrical lens action.
[0069]
Next, as shown in FIG. 8C, the periodic photosensitive layer K is used as a mask, and the lens substrate 5 is etched (anisotropic etching) in a direction perpendicular to the substrate. Thereby, the periodic shape, that is, the diffraction grating is transferred to the lens substrate 5. Here, photoresist is used as a mask material for dry etching, but a metal material such as Cr may be used as a mask. Thereafter, as shown in FIG. 8D, the unnecessary photosensitive layer K is removed (ashed). In this way, the diffractive lens 7A is formed on the lens substrate 5. Thereby, the beam shaping lens 4A is completed.
[0070]
Here, in order to produce the structure in which the diffraction lens 7A has the antireflection effect as shown in FIG. 4, the same sectional structure is produced in the photosensitive layer K itself, or the etching conditions are changed in the middle. Can be. In order to accurately align the refractive lens 6A and the diffractive lens 7A, an alignment mark may be provided on the lens substrate 5. Further, instead of manufacturing the beam shaping lenses 4A one by one, a large number of beam shaping lenses 4A can be manufactured at a time by a wafer process. Each beam shaping lens 4A is cut out by dicing.
[0071]
As described above, according to the present embodiment, when the refractive lens 6A and the diffractive lens 7A are manufactured, a minute part can be easily manufactured with high accuracy by using a semiconductor manufacturing process such as photolithography or dry etching. Therefore, the beam shaping lens 4A is miniaturized with high accuracy. In addition, since it becomes possible to manufacture a large amount of the beam shaping lens 4A, it is possible to provide the beam shaping lens 4A with good performance at a low cost.
[0072]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, in the beam shaping element that shapes the laser beam having an elliptical cross section into a laser beam having a circular cross section, the laser beam having an elliptical cross section is provided on the lens substrate and the lens substrate. A refracting lens composed of a cylindrical surface curved toward the side to be bent, and a diffractive lens composed of a diffraction grating provided on the lens substrate and disposed at a position facing the refracting lens and parallel to the cylindrical direction of the cylindrical surface of the refracting lens; Since the beam shaping element is configured by providing a refractive lens and a diffractive lens on the lens substrate, the beam shaping element is downsized and a prism or the like is provided in the apparatus. In comparison, the apparatus can be reduced in size and weight.
[0073]
According to the invention of claim 2, in the beam shaping element of claim 1, the refractive lens and the diffractive lens are:
f ₁ = (Ν ₁ −ν ₂ ) / Ν ₁ * F
f ₂ =-(Ν ₁ −ν ₂ ) / Ν ₂ * F
Where f: composite focal length
f ₁ : Focal length of one lens
ν ₁ : Abbe number of one lens
f ₂ : Focal length of the other lens
ν ₂ : Abbe number of the other lens
Therefore, the chromatic aberration of the laser light passing through the beam shaping element is corrected, and the wavefront is stabilized. Thereby, it is possible to reduce chromatic aberration while realizing a reduction in size and weight of the apparatus. In particular, since the blue wavelength region is where the refractive index change of the glass with respect to the wavelength change is large, chromatic aberration due to the wavelength variation of the laser light occurring in the blue wavelength region can also be corrected.
[0074]
According to a third aspect of the present invention, in the beam shaping element according to the first or second aspect, the diffractive lens is formed so that the tip of the diffraction grating is pointed. Since it has an antireflection function, light utilization efficiency can be improved.
[0075]
According to a fourth aspect of the present invention, in the beam shaping element according to the first, second, or third aspect, the refractive lens and the diffractive lens are formed by photolithography and dry etching. By using a semiconductor manufacturing process such as photolithography or dry etching, a minute part can be easily manufactured with high accuracy, and the beam shaping element is miniaturized with high accuracy.
In addition, since a large number of beam shaping elements can be manufactured, a beam shaping element with good performance can be provided at low cost.
[0076]
According to the semiconductor laser device of the fifth aspect of the present invention, the semiconductor laser light source that emits laser light and the laser light having an elliptical cross section that is provided at a position where the laser light emitted from the semiconductor laser light source enters. And the beam shaping element according to any one of claims 1 to 4, wherein the laser beam having an elliptical cross section is shaped into a laser beam having a circular cross section. Since the beam shaping element is small, the apparatus can be made smaller and lighter than when a prism or the like is provided in the apparatus.
[0077]
An optical pickup device according to a sixth aspect of the invention is a semiconductor laser device according to the fifth aspect that emits laser light, an optical system that guides the laser light emitted from the semiconductor laser device to a recording layer of an optical disc, A path changing unit that bends a traveling path along which the laser light reflected by the recording layer of the optical disc travels; and a light detecting unit that detects the laser light whose traveling path is bent by the path changing unit. Since the laser beam shaped into a circular cross section is emitted, stable read / write can be realized, and further, since the beam shaping element is small, compared to the case where a prism or the like is provided in the apparatus, The device can be reduced in size and weight.
[0078]
According to the optical disc apparatus of the seventh aspect of the invention, the rotation drive mechanism for rotating the optical disc and the laser beam emitted to the recording layer of the optical disc and the laser beam reflected by the recording layer of the optical disc are received. Since the optical pickup device according to the sixth aspect is provided, the same effect as the sixth aspect can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external perspective view schematically showing a light source unit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal side view schematically showing a beam shaping lens.
FIG. 3 is a longitudinal side view schematically showing a beam shaping lens according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal side view showing an enlarged part of a diffractive lens.
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing an optical bep-up device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing an optical disc apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process for manufacturing a refractive lens of a beam shaping lens.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process for manufacturing a diffraction lens for a beam shaping lens.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional optical disc apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor laser device (light source unit)
3 Semiconductor laser light source (semiconductor laser element)
4,4A Beam shaping element (Beam shaping lens)
5 Lens substrate
6,6A refractive lens
7,7A diffraction lens
10 Optical pickup device
11 Optical system
12 Path change unit (beam splitter)
14 Photodetector (photodiode)
21 Rotation drive mechanism (spindle motor)
20 Optical disk device

Claims

In a beam shaping element that shapes laser light having an elliptical cross section into a laser light having a circular cross section,
A lens substrate;
A refractive lens having a cylindrical surface provided on the lens substrate and curved to the side on which the laser beam having an elliptical cross section is incident;
A beam shaping element, comprising: a diffractive lens provided on the lens substrate and disposed at a position facing the refractive lens, and comprising a diffraction grating parallel to a cylindrical direction of a cylindrical surface of the refractive lens.

The refractive lens and the diffractive lens are:
f ₁ = (ν ₁ −ν ₂ ) / ν ₁ * f
f ₂ = − (ν ₁ −ν ₂ ) / ν ₂ * f
Here, the relational expression of f: composite focal length f ₁ : focal length ν _{1 of} one lens: Abbe number f _{2 of} one lens: focal length ν _{2 of the} other lens: Abbe number of the other lens is established. The beam shaping element according to claim 1, wherein the beam shaping element is configured as follows.

3. The beam shaping element according to claim 1, wherein the diffraction lens is formed so that a tip of the diffraction grating is pointed.

4. The beam shaping element according to claim 1, wherein the refractive lens and the diffractive lens are formed by photolithography and dry etching.

A semiconductor laser light source for emitting laser light;
5. The beam shaping element according to claim 1, wherein the beam shaping element is provided at a position where a laser beam emitted from the semiconductor laser light source is incident, and shapes the incident laser beam having an elliptical cross section into a laser beam having a circular cross section. And a semiconductor laser device.

A semiconductor laser device according to claim 5, which emits laser light;
An optical system for guiding laser light emitted from the semiconductor laser device to a recording layer of an optical disc;
A path changing unit that bends a traveling path along which the laser beam reflected by the recording layer of the optical disc travels;
An optical pickup device comprising: a light detection unit that detects the laser light whose travel path is bent by the path change unit.

A rotational drive mechanism for rotating the optical disc;
7. An optical disc apparatus comprising: an optical pickup device according to claim 6, wherein a laser beam is emitted to the recording layer of the optical disc and the laser beam reflected by the recording layer of the optical disc is received.