JP2005134736A - Optical element, optical pickup, and optical disk drive - Google Patents
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Description
本発明は、光ディスクドライブの光ピックアップ光学系や、デジタル複写機、レーザープリンタ、レーザープロッタ、レーザーファクシミリ等の画像形成装置のレーザー走査光学系等に用いられ、半導体レーザーからの楕円放射光を円形にビーム整形する光学素子、及びその光学素子を備えた光ピックアップ、及びその光ピックアップを備えた光ディスクドライブ装置に関する。 The present invention is used in an optical pickup optical system of an optical disk drive, a laser scanning optical system of an image forming apparatus such as a digital copying machine, a laser printer, a laser plotter, and a laser facsimile, etc. The present invention relates to an optical element that performs beam shaping, an optical pickup including the optical element, and an optical disc drive apparatus including the optical pickup.
光ディスクドライブの光ピックアップや、デジタル複写機、レーザープリンタ等の画像形成装置のレーザー走査光学系等に用いられ、半導体レーザーからの光を略平行光にする光学素子として、半導体レーザーの活性層に平行な方向と垂直な方向で異なる焦点距離を持つビーム整形機能を持つアナモルフィックレンズ(anamorphic lens(アナモフィックレンズとも言う))からなる光学素子が知られている。以下、その光学素子を用いた光学系の一例を図8に示す。 Parallel to the active layer of a semiconductor laser as an optical element used for an optical pickup of an optical disk drive, a laser scanning optical system of an image forming apparatus such as a digital copying machine, a laser printer, etc. An optical element composed of an anamorphic lens (also referred to as an anamorphic lens) having a beam shaping function having different focal lengths in a normal direction and a vertical direction is known. An example of an optical system using the optical element is shown in FIG.
図8に示す光学系は、光ディスクドライブの光ピックアップの一例を示しており、この光ピックアップにおいて、半導体レーザー101から出射した光は、カップリングレンズ102により平行ビームになり、ビームスプリッタ103を通り、対物レンズ104により集光されて、ディスク状の光記録媒体(光ディスクと言う)105上に微小な光スポットを形成する。そして、光ディスク105を反射した光は、再び対物レンズ104を通り略平行光とされ、ビームスプリッタ103で光路を曲げられ、受光素子(図示せず)に入射する。この受光素子の出力から、対物レンズ104のフォーカス制御信号、トラック制御信号、及び光ディスク105の情報信号が検出される。
The optical system shown in FIG. 8 shows an example of an optical pickup of an optical disk drive. In this optical pickup, light emitted from the semiconductor laser 101 becomes a parallel beam by the
半導体レーザー101は発光の分布が非均等であり、図9に示すように半導体レーザーの接合面(活性層)に平行な方向(θ//)とこれに垂直な方向(θ⊥)での強度分布が異なっている。遠視野像の代表的な値はθ//〜10°、θ⊥〜30°である。
このような非等方な光束をカップリングレンズ102で略平行光とし、そのまま対物レンズ104で集光すると形成される光スポットは楕円になる。
図10に示すように、楕円スポット106の長軸方向が光ディスクのトラック107と直交した状態で照射されると、複数のトラック107に光が照射されるので、隣のトラックからの情報信号の洩れ込み(クロストーク)や隣のトラックへの書き込みなどの不具合を生じる。また、図11に示すように、楕円スポット106の長軸方向が光ディスクのトラック107と平行な状態で照射されると、データ記録方向の分解能が低下し、良好な再生信号検出や、情報の書き込みができなくなる。
The semiconductor laser 101 has a non-uniform light distribution, and as shown in FIG. 9, the intensity in the direction (θ //) parallel to the bonding surface (active layer) of the semiconductor laser and the direction perpendicular to this (θ⊥). Distribution is different. Typical values for the far-field image are θ // − 10 ° and θ⊥−30 °.
When such an anisotropic light beam is made substantially parallel light by the
As shown in FIG. 10, when the major axis direction of the
そこでビーム整形光学素子を用い、対物レンズに入射する活性層に平行な方向のビームを拡大して、略円形な光スポットを得る方策が試みられている。そしてビーム整形光学素子として、単一のアナモルフィックレンズからなる光学素子のみでビーム整形光学系を構成し、光学系を簡略化したものがある(例えば特許文献1参照)。
図12は従来のアナモルフィックレンズ(例えばシリンドリカルレンズ)120を用いたビーム整形光学系の一例を示す図であって、(a)がビーム整形光学系のXZ断面図、(b)がビーム整形光学系のYZ断面図である。尚、XZ断面が半導体レーザーの接合面(活性層)に平行な方向(θ//)を含む面、YZ断面が半導体レーザーの接合面(活性層)に垂直な方向(θ⊥)を含む面である。このアナモルフィックレンズ120においては、半導体レーザーの活性層に平行な方向の焦点距離fxと垂直な方向の焦点距離fyが異なり、fy>fxである。
In view of this, attempts have been made to obtain a substantially circular light spot by using a beam shaping optical element and expanding the beam in a direction parallel to the active layer incident on the objective lens. As a beam shaping optical element, there is one in which a beam shaping optical system is configured only by an optical element composed of a single anamorphic lens, and the optical system is simplified (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 12 is a diagram showing an example of a beam shaping optical system using a conventional anamorphic lens (for example, a cylindrical lens) 120, in which (a) is an XZ sectional view of the beam shaping optical system, and (b) is a beam shaping. It is YZ sectional drawing of an optical system. The XZ cross section includes a direction (θ //) parallel to the semiconductor laser bonding surface (active layer), and the YZ cross section includes a direction (θ⊥) perpendicular to the semiconductor laser bonding surface (active layer). It is. In this
ここで上記従来のアナモルフィックレンズの欠点を以下に記す。レンズを構成する材料(ガラス、樹脂など)の屈折率は、光の波長によって決定される。そして半導体レーザーの波長は、レーザーチップの温度により変化する(周囲温度の変化や、記録・再生時の出力変化)。よって、半導体レーザーを光源としてアナモルフィックレンズを使用すると、アナモルフィックレンズの屈折率変化は避けられない。特に半導体レーザーの波長が405nmと短い場合、屈折率の変化が顕著になる。先に論じたように、アナモルフィックレンズは、半導体レーザーの活性層に平行な方向の焦点距離fxと、垂直な方向の焦点距離fyが異なるので、屈折率が変化することによりそれぞれの方向の焦点距離変化ΔfxとΔfyに差を生じ、非点収差が生じることになる。例えば、アナモルフィックレンズを用いて、光ディスクドライブ装置の光ピックアップを構成した場合、波長変動によってディスク面上の光スポットに非点隔差を生じ、良好な信号の再生・記録が行えなくなる。 Here, the disadvantages of the conventional anamorphic lens are described below. The refractive index of the material constituting the lens (glass, resin, etc.) is determined by the wavelength of light. The wavelength of the semiconductor laser changes depending on the temperature of the laser chip (change in ambient temperature and output change during recording / reproduction). Therefore, when an anamorphic lens is used with a semiconductor laser as a light source, a change in the refractive index of the anamorphic lens is inevitable. In particular, when the wavelength of the semiconductor laser is as short as 405 nm, the change in refractive index becomes significant. As discussed above, the anamorphic lens has a different focal length fx in the direction parallel to the active layer of the semiconductor laser and a focal length fy in the vertical direction. A difference is generated between the focal length changes Δfx and Δfy, and astigmatism occurs. For example, when an optical pickup of an optical disk drive device is configured using an anamorphic lens, an astigmatic difference occurs in the light spot on the disk surface due to wavelength fluctuation, and good signal reproduction / recording cannot be performed.
そこで、半導体レーザーの波長変動が生じてもアナモルフィックレンズの性能が低下しない構成として、図13に示すような光学素子が提案されている(特許文献2参照)。
図13は、半導体レーザーの波長が変動してもアナモルフィックレンズの性能が低下しない構成の一例を示す図であって、(a)がビーム整形光学系のXZ断面図、(b)がビーム整形光学系のYZ断面図である。図13のアナモルフィックレンズ111は、半導体レーザー110の放射光をビーム整形すると同時に、放射光を略平行光に変換するアナモルフィックレンズである。さらに、波長変動が生じてもそれぞれの方向の焦点距離変化ΔfxとΔfyに差が生じないように、アナモルフィックレンズ111は、2つの異なる硝材(硝種1、硝種2)112,113から構成されている。
Therefore, an optical element as shown in FIG. 13 has been proposed as a configuration in which the performance of the anamorphic lens does not deteriorate even if the wavelength variation of the semiconductor laser occurs (see Patent Document 2).
FIG. 13 is a diagram showing an example of a configuration in which the performance of the anamorphic lens does not deteriorate even when the wavelength of the semiconductor laser fluctuates, where (a) is an XZ sectional view of the beam shaping optical system, and (b) is a beam. It is YZ sectional drawing of a shaping optical system. The anamorphic lens 111 in FIG. 13 is an anamorphic lens that converts the emitted light of the
ここで上記特許文献2に記載のアナモルフィックレンズの欠点を記す。
図13のアナモルフィックレンズ111は、レンズの厚さやアナモルフィック面の曲率形状が僅かでもずれると、fxとfyに差が生じて非点収差が発生する。このため非点収差を抑えるには、レンズの厚さ、アナモルフィック面の曲率形状を高精度で加工する必要があり、これまでこのようなアナモルフィックレンズは、光ディスク用の光学系のような波面収差を厳しく管理する必要のある光学系では実用化されていなかった。
Here, the disadvantages of the anamorphic lens described in
In the anamorphic lens 111 of FIG. 13, when the lens thickness or the curvature shape of the anamorphic surface is slightly shifted, astigmatism occurs due to a difference between fx and fy. For this reason, in order to suppress astigmatism, it is necessary to process the lens thickness and the curvature shape of the anamorphic surface with high accuracy. Until now, such anamorphic lenses have been used as optical systems for optical discs. It has not been put into practical use in optical systems that require strict management of wavefront aberrations.
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その第一の目的は、波長変動が生じてもアナモルフィックレンズの性能が低下しない構成とした光学素子を提供することにある。
また、本発明の第二の目的は、レンズの厚さ、アナモルフィック面の曲率形状にずれがあっても、それを外的調整により補正することで、アナモルフィックレンズを用いた光学系の性能が低下しない構成とした光ピックアップを提供することにある。
さらに本発明の第三の目的は、波長変動が生じてもアナモルフィックレンズの性能が低下しない構成とした光学素子を使用した光ピックアップを用いることで、再生・記録の切換え時や、環境温度変化などによる波長変動に対して、スポット性能が劣化せず、性能の安定した記録・再生を行うことができる光ディスクドライブ装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object thereof is to provide an optical element having a configuration in which the performance of an anamorphic lens does not deteriorate even when wavelength fluctuation occurs.
Further, a second object of the present invention is to provide an optical system using an anamorphic lens by correcting even if there is a deviation in the lens thickness and the curvature shape of the anamorphic surface by external adjustment. It is an object of the present invention to provide an optical pickup having a configuration in which the performance of the apparatus is not lowered.
Furthermore, a third object of the present invention is to use an optical pickup using an optical element configured such that the performance of an anamorphic lens does not deteriorate even when wavelength variation occurs, and at the time of switching between reproduction and recording, or at an environmental temperature. An object of the present invention is to provide an optical disc drive apparatus capable of performing recording / reproduction with stable performance without deterioration of spot performance due to wavelength fluctuation due to change or the like.
上記目的を達成するための手段として、本発明では以下のような構成を採用する。
本発明の第1の構成は、半導体レーザーと、該半導体レーザーを出射した放射光を略平行光にするカップリングレンズとの間の光路中に配置する光学素子であって、前記半導体レーザーの活性層に平行な方向と垂直な方向で異なる焦点距離を持つアナモルフィックレンズからなる光学素子において、前記アナモルフィックレンズが複数の材料から構成されていることを特徴とする(請求項1)。
また、第2の構成は、第1の構成の光学素子において、前記アナモルフィックレンズは複数の材料で一体的に構成されていることを特徴とする(請求項2)。
さらに第3の構成は、第2の構成の光学素子において、前記アナモルフィックレンズの接合面がシリンドリカル面であることを特徴とする(請求項3)。
As means for achieving the above object, the present invention adopts the following configuration.
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical element disposed in an optical path between a semiconductor laser and a coupling lens that converts the emitted light emitted from the semiconductor laser into substantially parallel light. In an optical element composed of anamorphic lenses having different focal lengths in a direction perpendicular to the direction parallel to the layer, the anamorphic lens is composed of a plurality of materials (claim 1).
According to a second configuration, in the optical element according to the first configuration, the anamorphic lens is integrally formed of a plurality of materials (claim 2).
Furthermore, the third configuration is characterized in that, in the optical element of the second configuration, the cemented surface of the anamorphic lens is a cylindrical surface.
第4の構成は、第2または第3の構成の光学素子において、前記アナモルフィックレンズは材料の異なる2個のレンズで構成され、前記半導体レーザーの活性層に平行な面内での曲率が、該半導体レーザー側から見て第1面と最終面が負であることを特徴とする(請求項4)。
また、第5の構成は、第4の構成の光学素子において、前記アナモルフィックレンズは、前記半導体レーザーの活性層に垂直な面内での曲率が、該半導体レーザー側から見て第1面と最終面が負であることを特徴とする(請求項5)。
さらに第6の構成は、第4または第5の構成の光学素子において、前記半導体レーザーを出射した放射光が入射する側の材料のアッベ数をν1、半導体レーザーの放射光が出射する側の材料のアッベ数をν2としたとき、ν1<ν2であることを特徴とする(請求項6)。
According to a fourth configuration, in the optical element of the second or third configuration, the anamorphic lens includes two lenses made of different materials, and has a curvature in a plane parallel to the active layer of the semiconductor laser. The first surface and the final surface are negative when viewed from the semiconductor laser side (claim 4).
According to a fifth configuration, in the optical element of the fourth configuration, the anamorphic lens has a first surface having a curvature in a plane perpendicular to the active layer of the semiconductor laser as viewed from the semiconductor laser side. And the final surface is negative (claim 5).
Further, the sixth configuration is the optical element of the fourth or fifth configuration, wherein the Abbe number of the material on the side on which the emitted light emitted from the semiconductor laser is incident is ν 1 , and on the side on which the emitted light from the semiconductor laser is emitted. When the Abbe number of the material is ν 2 , ν 1 <ν 2 (claim 6).
第7の構成は、半導体レーザーと、該半導体レーザーを出射した放射光を略平行光にするカップリングレンズと、光記録媒体に光を集光する対物レンズと、前記光記録媒体に向かう光と該光記録媒体で反射した信号光を分離するための検出分離手段と、信号光を電気信号に変換するための受光素子を備えた光ピックアップにおいて、前記半導体レーザーと前記カップリングレンズの間に、第1〜6のいずれか一つの構成の光学素子を備えたことを特徴とする(請求項7)。
また、第8の構成は、第7の構成の光ピックアップにおいて、前記光学素子を、前記半導体レーザーと前記カップリングレンズの間で光進行方向に移動可能な調整機構を備えていることを特徴とする(請求項8)。
さらに第9の構成は、第7の構成の光ピックアップにおいて、前記半導体レーザーと前記光学素子を、光進行方向に垂直な面において一体化して移動が可能な調整機構を備えていることを特徴とする(請求項9)。
The seventh configuration includes a semiconductor laser, a coupling lens that makes the emitted light emitted from the semiconductor laser substantially parallel light, an objective lens that focuses light on the optical recording medium, and light that travels toward the optical recording medium. In an optical pickup provided with a detection separation means for separating the signal light reflected by the optical recording medium and a light receiving element for converting the signal light into an electric signal, between the semiconductor laser and the coupling lens, An optical element having any one of the first to sixth configurations is provided (claim 7).
Further, an eighth configuration is characterized in that, in the optical pickup of the seventh configuration, the optical element includes an adjustment mechanism capable of moving in the light traveling direction between the semiconductor laser and the coupling lens. (Claim 8).
Further, the ninth configuration is characterized in that, in the optical pickup of the seventh configuration, the semiconductor laser and the optical element are provided with an adjustment mechanism capable of moving by integrating in a plane perpendicular to the light traveling direction. (Claim 9).
第10の構成は、半導体レーザーからの光を光学素子で略円形にビーム整形し、カップリングレンズで略平行光とした後、その光を対物レンズによりディスク状の光記録媒体に集光する光ピックアップを備え、前記光記録媒体の記録、再生あるいは消去を行う光ディスクドライブ装置において、前記光ピックアップとして、第7〜9のいずれか一つの構成の光ピックアップを備えたことを特徴とする(請求項10)。 In the tenth configuration, light from a semiconductor laser is shaped into a substantially circular beam by an optical element, converted into substantially parallel light by a coupling lens, and then condensed on a disk-shaped optical recording medium by an objective lens. In an optical disc drive apparatus that includes a pickup and performs recording, reproduction, or erasing of the optical recording medium, the optical pickup includes an optical pickup having any one of the seventh to ninth configurations. 10).
本発明の第1〜6の構成においては、半導体レーザーと、該半導体レーザーを出射した放射光を略平行光にするカップリングレンズとの間の放射光路に配置する光学素子であって、半導体レーザーの活性層に平行な方向と垂直な方向で異なる焦点距離を持つビーム整形機能を持つアナモルフィックレンズからなる光学素子において、アナモルフィックレンズを複数の材料からなるレンズで一体的に構成し、アナモルフィックレンズの接合面をシリンドリカル面で構成したことにより、ビーム整形機能に加えて、色消し作用を持たせることができ、環境温度変化などによる波長変動に対して波面劣化が小さい光学素子(ビーム整形素子)を実現することができる。 In the first to sixth configurations of the present invention, there is provided an optical element disposed in a radiation light path between a semiconductor laser and a coupling lens that makes the radiation emitted from the semiconductor laser substantially parallel. In an optical element composed of an anamorphic lens having a beam shaping function having different focal lengths in a direction perpendicular to a direction parallel to the active layer of the anamorphic lens, the anamorphic lens is integrally formed of lenses made of a plurality of materials, An optical element that has an achromatizing function in addition to the beam shaping function due to the cemented surface of the anamorphic lens, and that has little wavefront degradation against wavelength fluctuations due to environmental temperature changes ( Beam shaping element) can be realized.
また、本発明の第7の構成では、半導体レーザーからの光を光学素子でビーム整形し、カップリングレンズで略平行光にした後、その光を対物レンズで光記録媒体に集光する光ピックアップにおいて、光学素子として、第1〜6のいずれか一つの構成の光学素子を用いてビーム整形し、さらに色消し作用をもつ光学素子を使用することにより、再生・記録の切換え時や、環境温度変化などによる波長変動に対して波面劣化が小さく、スポット性能の劣化しない光ピックアップを実現することができる。 Further, in the seventh configuration of the present invention, an optical pickup for shaping light from a semiconductor laser with an optical element, making the light substantially parallel with a coupling lens, and then condensing the light onto an optical recording medium with an objective lens In this case, as an optical element, beam shaping is performed using the optical element having any one of the first to sixth configurations, and further, an optical element having an achromatic action is used, so that at the time of switching between reproduction and recording, the environmental temperature It is possible to realize an optical pickup in which wavefront deterioration is small with respect to wavelength fluctuations due to changes and the like and spot performance is not deteriorated.
さらに、本発明の第8の構成では、半導体レーザーとカップリングレンズの間において、アナモルフィックレンズの位置を光軸方向に調整することで、光ピックアップの非点収差を抑えることができると同時に、アナモルフィックレンズの加工精度を緩和し、その製造を簡易にすることができる。
また、本発明の第9の構成では、発光点とアナモルフィックレンズの位置関係を調整し、さらにそれを一体化したユニットををカップリングレンズに対して位置調整することで、光ピックアップで生じる波面収差を十分抑えこむことが可能になる。
Furthermore, in the eighth configuration of the present invention, the astigmatism of the optical pickup can be suppressed by adjusting the position of the anamorphic lens in the optical axis direction between the semiconductor laser and the coupling lens. The processing accuracy of the anamorphic lens can be relaxed and the manufacture thereof can be simplified.
In the ninth configuration of the present invention, the positional relationship between the light emitting point and the anamorphic lens is adjusted, and the unit in which the light emitting point and the anamorphic lens are integrated is adjusted with respect to the coupling lens. Wavefront aberration can be sufficiently suppressed.
さらに、本発明の第10の構成では、光ディスクドライブ装置に搭載する光ピックアップに、第1〜6のいずれか一つの構成の光学素子を搭載したビーム整形機能に加え、色消し効果を持つ光学素子を使用した光ピックアップを用いることで、再生・記録の切換え時や、環境温度変化などによる波長変動に対して、スポット性能が劣化せず、性能の安定した記録・再生を行うことができる光ディスクドライブ装置を実現することが可能になる。 Furthermore, in the 10th structure of this invention, in addition to the beam shaping function which mounts the optical element of any one of 1st-6th in the optical pick-up mounted in an optical disk drive device, the optical element which has an achromatic effect An optical disc drive that can perform stable recording and playback without deterioration of spot performance due to wavelength fluctuations caused by changes in playback and recording, or changes in environmental temperature, etc. An apparatus can be realized.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
(実施例1)
まず、第1,2,3,4,6の構成の実施例について説明する。
図1は本発明のアナモルフィックレンズ3を用いたビーム整形光学系の実施例を示す図であって、(a)がビーム整形光学系の半導体レーザーチップの接合面(活性層)に平行な断面図(XZ断面)、(b)がビーム整形光学系の半導体レーザーチップの接合面(活性層)に直交な断面図(YZ断面)である。半導体レーザー1を出射した光は、活性層に平行な方向(XZ断面)の放射角が、活性層に垂直な方向(YZ断面)の放射角よりも狭い楕円型の放射光である。その放射光は、ガラス基板2(例えば後述するホログラム素子等の基板)を透過し、アナモルフィックレンズ3を通り、活性層に平行な方向(XZ断面)の放射角と活性層に垂直な方向(YZ断面)の放射角が略等しい円形の放射光にビーム整形される。この放射光は、1以上のレンズ等で構成されるカップリングレンズ(図示の例では複数のレンズと開口で構成されたカップリングレンズ)4を透過し、平行光にされる。
(Example 1)
First, embodiments of the first, second, third, fourth and sixth configurations will be described.
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a beam shaping optical system using an
本実施例ではアナモルフィックレンズ3は、2種類の硝材3−1、3−2を用い、それを一体的に貼り合わせている。ここで、図12に示した従来の1種類の材料からなるアナモルフィックレンズ120と、図1に示す本実施例の2種類の硝材3−1、3−2から構成されるアナモルフィックレンズ3の波長変動に対する波面収差を図2に示す。図2の横軸は設計中心波長からの波長変動分を示し、縦軸はその時の波面収差を示す。図2から明らかなように、複数の硝材でアナモルフィックレンズを構成することにより、色消し作用を持たせることができ、波長変動による波面収差の劣化を抑えることができる。また、このようなビーム整形レンズは、以下の条件式1、条件式2を満たすことで、実現できる。
In this embodiment, the
ここで、f1x、f1y、ν1は硝材3−1のレンズ部分のx方向焦点距離、y方向焦点距離、分散を示し、f2x、f2y、ν2は硝材3−2のレンズ部分のx方向焦点距離、y方向焦点距離、分散を示し、fCL、νCLはカップリングレンズ4の焦点距離、分散を示している。
条件式1は、色消し作用を持たせる条件であり、式の左辺と中辺が一致することで、波長変動による非点収差の発生を抑え、それぞれの辺を0に近づけることで、波長変動による波面収差劣化そのものを抑えることが可能になる。
条件式2は、ビーム整形の整形倍率Mを規定する条件である。
尚、本実施例では、f1y≒f2y≒∞ としたので、簡易的に以下の条件式3、条件式4で置き換えることも可能である。
Here, f 1x , f 1y , and ν 1 indicate the x-direction focal length, y-direction focal length, and dispersion of the lens portion of the glass material 3-1, and f 2x , f 2y , and ν 2 indicate the lens portion of the glass material 3-2. The x-direction focal length, y-direction focal length, and dispersion are shown, and f CL and ν CL show the focal length and dispersion of the
In this embodiment, since f 1y ≈f 2y ≈∞ , it is possible to simply replace the following
下記の表1に本実施例の2種類の硝材からなるのアナモルフィックレンズ3の具体的なレンズデータの一例を示す。ここで、表中のAASとは上記アナモルフィックレンズの面形状のアナモルフィック面を示し、下記の式で表される。また、表中に記載のEは「×10のべき乗」を表しており、例えば、E−04は、「×10−04」である。また、表中の面番号0は無限遠(INFINITY)にある物体面であり、面番号1〜13は、図1のカップリングレンズ4の出射面側から見た面の順番であり、図中に示した面s1〜s13に対応している。尚、s1はアパーチャ等の開口面、s2〜s6はカップリングレンズ4のレンズ面、s8〜s10はアナモルフィックレンズ3のアナモルフィック面、s11、s12はガラス基板2の面、s13は半導体レーザー1の出射面である。
Table 1 below shows an example of specific lens data of the
(アナモルフィック面)
Z=[{(1/RX)・x2+(1/RY)y2}/{1+√{1-(1+KX)・(1/RX)2・x2-(1+KY)・(1/RY)2・y2}}]
+AR{(1-AP)x2+(1+AP)y2}2+BR{(1-BP)x2+(1+BP)y2}3
+CR{(1-CP)x2+(1+CP)y2}4+DR{(1-DP)x2+(1+DP)y2}5
Z:Z軸に対して平行な面のサグ.
RX,RY:X方向とY方向の曲率半径.
KX,KY:X方向とY方向の円錐係数.
AR,BR,CR,DR:円錐から4次、6次、8次、10次の変形した回転対称部を表す.
AP,BP,CP,DP:円錐から4次、6次、8次、10次の変形した非回転対称部を表す.
(Anamorphic surface)
Z = [{(1 / RX) · x 2 + (1 / RY) y 2 } / {1 + √ {1- (1 + KX) · (1 / RX) 2 · x 2- (1 + KY)・ (1 / RY) 2・ y 2 }}]
+ AR {(1-AP) x 2 + (1 + AP) y 2} 2 + BR {(1-BP) x 2 + (1 + BP) y 2} 3
+ CR {(1-CP) x 2 + (1 + CP) y 2} 4 + DR {(1-DP) x 2 + (1 + DP) y 2} 5
Z: Sag of a plane parallel to the Z axis.
RX, RY: Radius of curvature in the X and Y directions.
KX, KY: Conic coefficients in the X and Y directions.
AR, BR, CR, DR: Represents 4th, 6th, 8th, and 10th order rotationally symmetric parts from the cone.
AP, BP, CP, DP: Represents non-rotation symmetric parts deformed from 4th, 6th, 8th, 10th order from the cone.
本発明のアナモルフィックレンズ3の構成硝材、レンズ面形状及びレンズデータより明らかなように、本実施例のアナモルフィックレンズ3は、材料の異なる2個のレンズ3−1、3−2で構成され、その貼り合せ面はシリンダー面になっている。貼り合せ面をシリンダー面にすることで、波長変動による非点収差をより効果的に抑えることができる。また、アナモルフィックレンズ3は、半導体レーザー1側から見て、活性層に平行な方向の曲率が第1面と最終面で負になっている。これにより、ビームが活性層に平行な方向で拡大される。但し、表1はカップリングレンズ4側から見ているので、活性層に平行な方向の曲率半径RXが正で標記されている。
また、本実施例のアナモルフィックレンズ3では、半導体レーザー1の光が入射する側の材料(硝材)のアッベ数ν1は、ν1=44.7であり、半導体レーザー1の光が出射する側の材料(硝材)のアッベ数ν2は、ν2=53.3であるので、ν1<ν2である。
As is clear from the constituent glass material, lens surface shape, and lens data of the
In the
(実施例2)
次に第5の構成の実施例について説明する。
図3は本発明のアナモルフィックレンズ3を用いたビーム整形光学系の実施例を示す図であって、(a)がビーム整形光学系の半導体レーザーチップの接合面(活性層)に平行な断面図(XZ断面)、(b)がビーム整形光学系の半導体レーザーチップの接合面(活性層)に直交な断面図(YZ断面)である。
半導体レーザー1を出射した光は、活性層に平行な方向(XZ断面)の放射角が、活性層に垂直な方向(YZ断面)の放射角よりも狭い楕円型の放射光である。その放射光は、ガラス基板2を透過し、アナモルフィックレンズ3を通り、活性層に平行な方向(XZ断面)の放射角と活性層に垂直な方向(YZ断面)の放射角が略等しい円形の放射光にビーム整形される。この放射光は、カップリングレンズ4を透過し、平行光にされる。
(Example 2)
Next, an example of the fifth configuration will be described.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a beam shaping optical system using the
The light emitted from the
本実施例では、ビーム整形光学系の基本的な構成は実施例1と同様であるが、カップリングレンズ4の球面上の曲率をアナモルフィックレンズ3に分散させることで、カップリングレンズ4のレンズ枚数を削減している。このため、アナモルフィックレンズ3のY方向の焦点距離f1y、f2yは、有限の値をとり、アナモルフィックレンズ3の活性層に垂直な方向の曲率も第1面と最終面で負になっている。
このようなビーム整形レンズも、前述の条件式1及び条件式2を満たすことで、実現することができる。下記の表2に本実施例の2種類の硝材からなるアナモルフィックレンズの具体的なレンズデータの一例を示す。ここで、実施例1と同様に、表中のAASは上記アナモルフィックレンズの面形状のアナモルフィック面を示し、前述の式で表される。また、表中に記載のEも前述したように「×10のべき乗」を表している。また、表中の面番号0は無限遠(INFINITY)にある物体面であり、面番号1〜10は、図3のカップリングレンズ4の出射面側から見た面の順番であり、図中に示した面s1〜s10に対応している。尚、s1はアパーチャ等の開口面、s2〜s4はカップリングレンズ4のレンズ面、s5〜s7はアナモルフィックレンズ3のアナモルフィック面、s8、s9はガラス基板2の面、s10は半導体レーザー1の出射面である。
In this embodiment, the basic configuration of the beam shaping optical system is the same as that of the first embodiment, but by dispersing the curvature on the spherical surface of the
Such a beam shaping lens can also be realized by satisfying
(実施例3)
次に第7〜9の構成の実施例について説明する。
本発明の第1〜6の構成のアナモルフィックレンズ3を光ピックアップに搭載した例を図4に示す。図4において、(a)は半導体レーザーの活性層に平行な方向の光ピックアップの断面図、(b)は半導体レーザーの活性層に垂直な方向の光ピックアップの断面図である。この光ピックアップは、半導体レーザー1、ホログラム素子2、ビーム整形レンズ3、カップリングレンズ4、偏向ミラー5、対物レンズ6、信号検出用受光素子7を備えており、これらの構成部材は図示しない光学系ハウジングに搭載されている。また、図示していないが、対物レンズ6はトラッキング用及びフォーカシング用のアクチュエータに支持されており、該アクチュエータにより光軸方向及び、光軸と光ディスク8のトラックに対して直交する方向に移動されてトラッキング及びフォーカシング制御が行われるように構成されている。また、図4に図示したビーム整形レンズ3は、第1〜6の構成のいずれかに示すアナモルフィックレンズと同様の構成であり、例えば図1(または図3)に示すように、このアナモルフィックレンズ3は、2種類の硝材3−1、3−2を用い、それを一体的に貼り合わせた構成となっている。
(Example 3)
Next, examples of the seventh to ninth configurations will be described.
An example in which the
図4に示す構成の光ピックアップにおいては、半導体レーザー1から出射した放射光はホログラム素子2を透過しアナモルフィックレンズ3でビーム整形され、カップリングレンズ4で平行光にされ、偏向プリズム5で反射し、対物レンズ6により光ディスク8の記録面上に微小スポットとして集光される。そして、光ディスク8を反射した光は、対物レンズ6で再び平行光にされ、カップリングレンズ4で収束光にされ、アナモルフィックレンズ3を通りホログラム素子2で回折され、信号検出用の受光素子7に入射する。そして信号検出用の受光素子7の出力信号から、情報信号、サーボ信号(フォーカス制御信号、トラック制御信号)を生成する。
In the optical pickup having the configuration shown in FIG. 4, the radiated light emitted from the
アナモルフィックレンズ3は、レンズの厚さや、半導体レーザー1の活性層に平行な方向(図1のX方向)の曲率半径や垂直な方向(図1のY方向)の曲率半径にずれが生じると、半導体レーザー1の活性層に平行な方向の焦点距離fxと垂直な方向の焦点距離fxに差が生じて非点収差が生じることになる。
そこで、このような場合には、非点収差を調整する構成として、図5に示すように、半導体レーザー1とカップリングレンズ4の間において、アナモルフィックレンズ3を光軸方向(図中の矢印Z方向)に動かすことで、非点収差を補正することができる。
The
Therefore, in such a case, as a configuration for adjusting astigmatism, as shown in FIG. 5, the
図6は、アナモルフィックレンズ3に厚さずれがあった場合に、光軸方向に位置調整をした時の波面収差の改善具合を表している。図13に示す従来のアナモルフィックレンズ111では、光軸方向にレンズを動かしても、波面収差は変わらないが、本実施例のアナモルフィックレンズ3は、図5に示すように光軸方向(図中の矢印Z方向)にアナモルフィックレンズ3を動かすことで、波面収差が十分低減されている。
FIG. 6 shows how the wavefront aberration is improved when the position is adjusted in the optical axis direction when there is a thickness shift in the
また、対物レンズ6は、一般的にそれに入射する光の角度(画角)がずれると波面収差が悪化する。このため、ほとんどの光ピックアップでは、対物レンズに入射する光束の角度を、半導体レーザーの発光点とカップリングレンズの中心の位置関係を光軸に垂直な面内で微小に動かして調整している。図13に示す従来例の場合、そのような調整を行うと、アナモルフィックレンズにおいてコマ収差が発生してしまい、ディスク面のスポットが片側に歪むという不具合があった。これに対して、本発明によるアナモルフィックレンズ3の構成では、ビーム整形用のレンズ部とビーム平行化用のレンズ部の面構成を分けたことにより、コマ収差が最小になるように発光点とアナモルフィックレンズ3の位置関係を光軸に垂直な面内で調整・固定し、その固定されたユニットをカップリングレンズ4に対して光軸に垂直な面内で調整することで、対物レンズ6に入射する光束の画角を調整することができる。
Further, generally, when the angle (field angle) of light incident on the
(実施例4)
次に第10の構成の実施例について説明する。
図7は本発明に係る光ディスクドライブ装置の制御系の構成例を示すブロック図である。図中の符号8は光ディスク、10は本発明の第7〜9の構成(例えば図4、図5に示す構成)の光ピックアップ、11は信号演算回路、12はアクチュエータコントローラ、13はアクチュエータドライバ、14はレーザーコントローラ、15はレーザードライバ、16はスピンドルコントローラ、17はスピンドルドライバ、18は光ディスクを回転するスピンドルモータである。
図7に示す構成の光ディスクドライブ装置においては、本発明の第7〜9の構成(例えば図4、図5に示す構成)の光ピックアップ10を備え、その光ピックアップ10の信号検出用受光素子7の出力を信号演算回路26で受けて、情報信号、サーボ信号を生成し、サーボ信号は、アクチュエータコントローラ12、アクチュエータドライバ13にフィードバックされて対物レンズのアクチュエータが駆動され、フォーカシング制御及び、トラッキング制御が行われる。
Example 4
Next, an example of the tenth configuration will be described.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of a control system of the optical disc drive apparatus according to the present invention. In the figure,
The optical disk drive apparatus having the configuration shown in FIG. 7 includes the
本実施例の光ディスクドライブ装置では、光ピックアップ10のビーム整形用レンズとして、実施例1または実施例2に示した構成のアナモルフィックレンズを用いたことにより、波長変動による波面劣化を抑えることができるので、スポット性能の劣化を防止することができる。従って、光ディスクドライブでの再生・記録の切り換え時や、環境温度変化などによる半導体レーザーの波長変動が発生しても、スポット性能が劣化せず、安定した記録・再生動作を確保することができ、さらに製造に適した光ディスクドライブ装置を提供することが可能になる。
In the optical disk drive device of the present embodiment, the anamorphic lens having the configuration shown in
本発明の光学素子では、アナモルフィックレンズを複数の材料からなるレンズで一体的に構成し、アナモルフィックレンズの接合面をシリンドリカル面で構成したことにより、ビーム整形機能に加えて、色消し作用を持たせることができるので、環境温度変化などによる波長変動に対して波面劣化が小さい光学素子(ビーム整形素子)を実現することができる。従って、本発明の光学素子は、実施例3,4で説明したように、光ディスクドライブ装置の光ピックアップに好適に用いることができる。また、本発明の光学素子は、デジタル複写機、レーザープリンタ、レーザープロッタ、レーザーファクシミリ等の画像形成装置の書き込み用レーザー走査光学系にも好適に用いることができる。そして、レーザー走査光学系において、半導体レーザーからの光を略平行光にするビーム整形用コリメートレンズとして用いた場合には、像担持体上を走査する光スポットの波長変動による劣化を抑えることができ、スポット性能の安定した画像書き込みを行うことができ、画像品質の良好な画像形成装置を実現することができる。 In the optical element of the present invention, the anamorphic lens is formed integrally with a lens made of a plurality of materials, and the cemented surface of the anamorphic lens is formed of a cylindrical surface. Since the function can be provided, it is possible to realize an optical element (beam shaping element) having a small wavefront deterioration with respect to wavelength fluctuation due to environmental temperature change or the like. Therefore, as described in the third and fourth embodiments, the optical element of the present invention can be suitably used for an optical pickup of an optical disk drive device. The optical element of the present invention can also be suitably used in a writing laser scanning optical system of an image forming apparatus such as a digital copying machine, a laser printer, a laser plotter, or a laser facsimile. In a laser scanning optical system, when used as a beam shaping collimating lens that makes light from a semiconductor laser substantially parallel, deterioration due to wavelength fluctuations of the light spot that scans the image carrier can be suppressed. Thus, image writing with stable spot performance can be performed, and an image forming apparatus with good image quality can be realized.
1:半導体レーザー
2:ガラス基板(ホログラム素子)
3:アナモルフィックレンズ
4:カップリングレンズ
5:偏向ミラー
6:対物レンズ
7:信号検出用受光素子
8:光ディスク(光記録媒体)
10:光ピックアップ
11:信号演算回路
12:アクチュエータコントローラ
13:アクチュエータドライバ
14:レーザーコントローラ
15:レーザードライバ
16:スピンドルコントローラ
17:スピンドルドライバ
18:スピンドルモータ
1: Semiconductor laser 2: Glass substrate (hologram element)
3: Anamorphic lens 4: Coupling lens 5: Deflection mirror 6: Objective lens 7: Light receiving element for signal detection 8: Optical disc (optical recording medium)
10: Optical pickup 11: Signal calculation circuit 12: Actuator controller 13: Actuator driver 14: Laser controller 15: Laser driver 16: Spindle controller 17: Spindle driver 18: Spindle motor
Claims (10)
前記アナモルフィックレンズが複数の材料から構成されていることを特徴とする光学素子。 An optical element disposed in an optical path between a semiconductor laser and a coupling lens that makes emitted light emitted from the semiconductor laser substantially parallel light, the direction being perpendicular to the direction parallel to the active layer of the semiconductor laser In optical elements consisting of anamorphic lenses with different focal lengths,
The optical element, wherein the anamorphic lens is composed of a plurality of materials.
前記アナモルフィックレンズは複数の材料で一体的に構成されていることを特徴とする光学素子。 The optical element according to claim 1, wherein
The optical element, wherein the anamorphic lens is integrally formed of a plurality of materials.
前記アナモルフィックレンズの接合面がシリンドリカル面であることを特徴とする光学素子。 The optical element according to claim 2, wherein
An optical element, wherein a cemented surface of the anamorphic lens is a cylindrical surface.
前記アナモルフィックレンズは材料の異なる2個のレンズで構成され、前記半導体レーザーの活性層に平行な面内での曲率が、該半導体レーザー側から見て第1面と最終面が負であることを特徴とする光学素子。 The optical element according to claim 2 or 3,
The anamorphic lens is composed of two lenses made of different materials, and the curvature in a plane parallel to the active layer of the semiconductor laser is negative on the first surface and the final surface when viewed from the semiconductor laser side. An optical element.
前記アナモルフィックレンズは、前記半導体レーザーの活性層に垂直な面内での曲率が、該半導体レーザー側から見て第1面と最終面が負であることを特徴とする光学素子。 The optical element according to claim 4, wherein
The optical element according to claim 1, wherein the first surface and the final surface of the anamorphic lens have a negative curvature in a plane perpendicular to the active layer of the semiconductor laser when viewed from the semiconductor laser side.
前記半導体レーザーを出射した放射光が入射する側の材料のアッベ数をν1、半導体レーザーの放射光が出射する側の材料のアッベ数をν2としたとき、ν1<ν2であることを特徴とする光学素子。 The optical element according to claim 4 or 5,
When the Abbe number of the material on the side where the emitted light emitted from the semiconductor laser is incident is ν 1 , and the Abbe number of the material on the side where the emitted light of the semiconductor laser is emitted is ν 2 , ν 1 <ν 2 An optical element characterized by the above.
前記半導体レーザーと前記カップリングレンズの間に、請求項1〜6のいずれか一つに記載の光学素子を備えたことを特徴とする光ピックアップ。 A semiconductor laser, a coupling lens for making the emitted light emitted from the semiconductor laser substantially parallel light, an objective lens for condensing the light on the optical recording medium, and the light directed to the optical recording medium and reflected by the optical recording medium In an optical pickup comprising a detection and separation means for separating the signal light and a light receiving element for converting the signal light into an electrical signal,
An optical pickup comprising the optical element according to any one of claims 1 to 6 between the semiconductor laser and the coupling lens.
前記光学素子を、前記半導体レーザーと前記カップリングレンズの間で光進行方向に移動可能な調整機構を備えていることを特徴とする光ピックアップ。 The optical pickup according to claim 7, wherein
An optical pickup comprising an adjustment mechanism capable of moving the optical element in a light traveling direction between the semiconductor laser and the coupling lens.
前記半導体レーザーと前記光学素子を、光進行方向に垂直な面において一体化して移動が可能な調整機構を備えていることを特徴とする光ピックアップ。 The optical pickup according to claim 7, wherein
An optical pickup comprising an adjusting mechanism capable of moving the semiconductor laser and the optical element by integrating them in a plane perpendicular to the light traveling direction.
前記光ピックアップとして、請求項7〜9のいずれか一つに記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光ディスクドライブ装置。
An optical pickup is provided for shaping the light from the semiconductor laser into a substantially circular shape by an optical element, making the light substantially parallel by a coupling lens, and then condensing the light onto a disk-shaped optical recording medium by an objective lens. In an optical disc drive apparatus for recording, reproducing or erasing a recording medium,
An optical disc drive apparatus comprising the optical pickup according to any one of claims 7 to 9 as the optical pickup.
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