JP2008123577A

JP2008123577A - 平板複合素子及びその素子を用いた光情報記録再生装置

Info

Publication number: JP2008123577A
Application number: JP2006303959A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukuhara; 隆福原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】小型、低コストな構造を維持しながら記録再生性能も良好な平板複合素子、及びその素子を利用した光情報記録再生装置を提供する。
【解決手段】偏光ビームスプリッタの光束入射側表面に１／４波長板が積層してなる平板複合素子であって、前記１／４波長板の光学軸が、入射光束の偏光ビームスプリッタに対するＳ偏光の偏光面に平行で、且つ反射光束の偏光ビームスプリッタに対するＰ偏光の偏光面に対して４５°傾いて設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、１／４波長板と偏光ビームスプリッタを一体型にした平板複合素子、及びその素子を利用した光ディスク装置等の光情報記録再生装置に関するものである。

近年光ディスク装置においては、小型化・低コスト化の要求に伴い、光学素子の小型化及び低コスト化の試みが成されてきた。例えば、偏光ビームスプリッタをプリズム張り合わせの立方体型から平板型とし、１／４波長板を表面に接合した一体型の平板複合素子を用いた構成が特開２００６−０５３９９２号公報に開示されている（特許文献１）。

図５を用いて、従来例「特開２００６−０５３９９２」の光情報記録再生装置について説明する。

記録時は、第１の直線偏光（Ｐ偏光）を出射する半導体レーザ１から出射された光束が、偏光ビームスプリッタ２及び１／４波長板３が接合された、平板複合素子に入射する。平板複合素子は、記録光と再生光を分離するため、光束の光軸に対して傾いている。ここで、偏光ビームスプリッタ２により第１の直線偏光（Ｐ偏光）のみが透過し、１／４波長板３を透過することで円偏光となる。平板複合素子を透過した光束は、コリメータレンズ４により平行光束となり、対物レンズ５により光情報記録媒体６へ集光され、情報が記録される。再生時は、第１の直線偏光（Ｐ偏光）を出射する半導体レーザ１から出射された光束が、平板複合素子、コリメータレンズ４、及び対物レンズ５を経て光情報記録媒体６に集光される。光情報記録媒体６で偏向された光束は、逆回りの円偏光となり、対物レンズ５及びコリメータレンズ４を経て平板複合素子に入射する。ここで１／４波長板３により、光束の偏光状態は、第１の直線偏光（Ｐ偏光）に対して９０度回転した方向である第２の直線偏光（Ｓ偏光）となり、偏光ビームスプリッタ２により偏光分離される。そして、偏光分離された光束はセンサレンズ７により受光素子８に集光され、信号の検出をすることで情報の再生が成される。
特開２００６−０５３９９２号公報

しかし、従来例の偏光ビームスプリッタ２及び１／４波長板３が一体型の平板複合素子を用いた構成には、以下のような問題点があった。光軸に対して傾いた平板複合素子を、透過することで光情報記録媒体に入射する光束に非点収差が発生する。発生する非点収差は、平板複合素子の透過層厚に依存する。また、一般的に、光学素子をピックアップユニットに固定するため、接着剤が用いられる。接着剤の硬化により、平板複合素子が引っ張られることによる、形状変形を防ぐためには、平板複合素子の厚みが１ｍｍ以上必要となる。ここで、たとえば、ＮＡ＝０．０８、λ＝４０７ｎｍ、Ｎ＝１．５、θ＝４５°としたとき、記録再生性能を満たすために要求される、傾斜した平板複合素子の透過層厚は、およそ０．１５ｍｍ以下となる。ただし、ＮＡ：コリメータの開口数、λ：光束波長、Ｎ：１／４波長板の屈折率、θ：光源から出射された光束の光軸と光学複合素子の接合面の法線方向が成す角、ｔ_１：１／４波長板の厚みである。以上より、従来例の構成では、接着変形を防ぐために必要となる平板複合素子の厚さ、及び、記録再生性能を満たすために要求される平板複合素子の薄さを同時に満たすことが困難であり、光学性能が低下し記録再生性能の悪化を招いていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、小型、低コストな構造を維持しながら記録再生性能も良好な平板複合素子、及びその素子を利用した光情報記録再生装置の提供を目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、直線偏光の光束を出射する光源と、前記光源から出射された光束の偏光方向を回転させる１／４波長板と前記光束を分離するための偏光ビームスプリッタとが接合された平板複合素子と、前記平板複合素子から出射された前記光束を光記録媒体上に集光する対物レンズとを有する光情報記録再生装置において、前記平板複合素子は、入射された前記光束が前記１／４波長板を透過した後、前記偏光ビームスプリッタにおいて偏光分離され、再び前記１／４波長板を透過して出射するように配置され、前記１／４波長板の光学軸は、前記入射光束の偏光面に平行で、且つ前記偏光分離された光束の偏光面に対して４５°傾いた方向に設定されていることを特徴とする光情報記録再生装置を提供する。

また、偏光ビームスプリッタの光束入射側表面に１／４波長板が積層してなる平板複合素子であって、前記１／４波長板の光学軸が、入射光束の偏光ビームスプリッタに対するＳ偏光の偏光面に平行で、且つ反射光束の偏光ビームスプリッタに対するＰ偏光の偏光面に対して４５°傾いて設定されていることを特徴とする平板複合素子を提供する。

本発明の平板複合素子は、ピックアップユニットへの接着固定による形状変形を引き起こさない素子厚み（偏光ビームスプリッタの透明平板厚）と非点収差の発生に影響する入射光束の透過層厚（１／４波長板の厚さ）とを独立して設計できる。そのため、良好な記録再生性能を満たした平板複合素子及び光情報記録再生装置を提供できる。

また、１／２波長板を用い、光源の持つ非点収差で、１／４波長板を透過することにより発生する非点収差を補正することが可能になり、更に記録再生性能を向上させることが可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２を用いて、本発明の第１の実施例について説明する。図１は、本発明の光情報記録再生装置の構成について説明したものである。

まず記録時について説明する。第１の直線偏光（Ｓ偏光）を出射する半導体レーザ１から出射された光束は、偏光ビームスプリッタ２及び１／４波長板３が接合された平板複合素子に入射する。ここで、半導体レーザ１からの光束が１／４波長板３を透過しても、光束の偏光方向は変化しない。

１／４波長板３を透過した光束は、偏光ビームスプリッタ２により偏光分離され、１／４波長板３へ再入射する。ここで光束は、１／４波長板３を透過すると、直線偏光から円偏光になる。１／４波長板３の光学軸の方向については後述する。平板複合素子を透過した光束は、コリメータレンズ５により平行光束となり、対物レンズ６により光情報記録媒体７上へ集光されることで、情報の記録が成される。

次に再生時について説明する。第１の直線偏光（Ｓ偏光）を出射する半導体レーザ１から出射した光束は、複合素子により偏光分離され、円偏光になり、コリメータレンズ４、及び対物レンズ５を経て光情報記録媒体６に集光される。光情報記録媒体６で反射、偏向された光束は、逆回りの円偏光となり、対物レンズ５及びコリメータレンズ４を経て再び平板複合素子に入射する。ここで１／４波長板３を透過し、光束の偏光方向は第１の直線偏光（Ｓ偏光）に対して９０度回転した方向である第２の直線偏光（Ｐ偏光）となる。このため偏光ビームスプリッタ２を透過し、センサレンズ７により受光素子８に集光され、信号の検出をすることで情報の再生が成される。以上のような構成をとれば、光情報記録媒体６に照射される光束に非点収差を発生させる透過層（１／４波長板）の厚さは偏光ビームスプリッタ２の透明平板の厚さとは独立に設計できるため、発生する非点収差を抑えることが出来る。一般的に傾斜した平板（厚みｄ）を透過することにより発生する非点隔差は次のようになる。

これより発生する非点収差量は次のようになる。

ただし、本発明の構成においては、傾斜した１／４波長板を２度透過するのでｄ＝２×ｔとなる。また、２ａを入射瞳径、ｆをコリメータレンズ焦点距離としたとき、ＮＡは次のようになる。

たとえば、ＮＡ＝０．０８、λ＝４０７ｎｍ、Ｎ＝１．５、θ＝４５°、ｔ＝１０μｍとしたとき、本発明の構成にて発生する非点収差量はおよそ２５ｍλｐ−ｖとなる。回折限界内として許容される波面収差のＲＭＳ値は７０ｍλｒｍｓ（ＭａｒｅｃｈａｌＣｒｉｔｅｒｉｏｎ）であり、非点収差に換算すると３４０ｍλｐ−ｖであるので、記録再生性能を満たしていると言える。１／４波長板３の厚みは、許容される非点収差量から、次のような厚みであれば記録再生性能を満足できる。

また、平板複合素子をピックアップユニットへ接着固定する際の接着変形を考慮した素子の厚みは、偏光ビームスプリッタの透明平板の厚みにより調整可能である。なお、透明平板は、光情報記録媒体２からの反射光束に非点収差を発生させるため厚過ぎるとサーボ特性に悪影響を及ぼす可能性がある。しかし、その点を考慮しても反射光束に対して許容される非点収差量は入射光束に比べ緩いため２ｍｍ程度の厚みまでは許容可能である。

図２は、偏光ビームスプリッタ２及び１／４波長板３が一体型の平板複合素子における、１／４波長板３の光学軸の方向について説明したものである。

図２において、入射光束の光軸をＺ軸、偏光ビームスプリッタにより偏光分離された光束の光軸をＸ軸、それらの軸と直交する軸をＹ軸としている。

１／４波長板の光学軸は、入射光束の偏光面（ＹＺ平面内）に平行に設定されている。換言すれば、入射光束の偏光ビームスプリッタに対するＳ偏光の偏光面に対して平行に設定されている。

また、１／４波長板の光学軸は、偏光ビームスプリッタにより偏光分離された反射光束の偏光面（ＸＹ平面内）に対して４５°傾いて設定されている。換言すれば、反射光束の偏光ビームスプリッタに対するＰ偏光の偏光面に対して４５°傾いて設定されている。そのため、偏光ビームスプリッタ２により偏光分離された光束は、１／４波長板３を再び透過すると、偏光状態が直線偏光から円偏光となる。

以上のような構成をとることで、１／４波長板を２度透過しても、直線偏光状態を円偏光状態に変換することができる。

１／４波長板３に用いる材料としては、透明性に優れるものが好ましい。その例としては、ポリカーボネイト、ポリビニルアルコール、高分子液晶などの高分子材料が挙げられる。また、１／４波長板３の光学軸の配向方向の設定は、特開平６−２２２２１３等に開示されるような周知の方法により可能である。

図３を用いて本発明の第２の実施例について説明する。
第１の直線偏光（Ｐ偏光）を出射する半導体レーザ１から出射された光束は、１／２波長板９により偏光方向が９０度回転され、第２の直線偏光（ｓ偏光）となり、偏光ビームスプリッタ２及び１／４波長板３が接合された平板複合素子に入射する。ここでは、半導体レーザ１からの光束が１／４波長板３を透過しても光束の偏光方向は変化しない。

１／４波長板３を透過した光束は、偏光ビームスプリッタ２により偏光分離され、１／４波長板３へ再入射する。ここで光束は、１／４波長板３を透過すると、直線偏光から円偏光になる。平板複合素子を透過した光束は、コリメータレンズ５により平行光束となり、対物レンズ６により光情報記録媒体６上へ集光されることで、情報の記録が成される。

一般的な半導体レーザは、出射光束の偏光方向（光束断面の短軸方向）に非点隔差が発生している。そのため、実施例１の構成では半導体レーザ、１／４波長板ともに同方向（紙面内で光軸と垂直方向）に非点隔差を発生することとなる。その結果、夫々の非点隔差に基づく非点収差が重畳することとなり好ましくない。そのため、本実施例では、半導体レーザを９０°回転させて、半導体レーザの発生する非点隔差の方向（紙面に垂直な光軸に垂直な方向）と１／４波長板の発生する非点隔差の方向（紙面内で光軸に垂直な方向）を変えている。これにより、夫々の非点隔差に基づく非点収差が相殺する構成となる。この構成によれば、半導体レーザ１で生じる非点収差と同量の非点収差を１／４波長板で発生させるようにすれば、光情報記録媒体６への入射光束に発生する非点収差量を更に低減させることが可能となる。なお、１／４波長板の発生する非点収差量は、１／４波長板３の厚みｔ、及び半導体レーザ１から出射された光束の光軸と平板複合素子の接合面の法線方向が成す角θを選定することにより可能である。具体的には、一般的に半導体レーザ１で発生する非点収差量は、−２５ｍλｐ−ｖ程である。たとえば、ＮＡ＝０．０８、λ＝４０７ｎｍ、Ｎ＝１．５、θ＝４５°、ｔ＝１０μｍとしたとき、１／４波長板で発生する非点収差量はおよそ２５ｍλｐ−ｖ程となり補正が可能となる。

図４を用いて本発明の第３の実施例について説明する。実施例２との相違は１／２波長板９が１／４波長板３上に積層されている点である。

第１の直線偏光（Ｐ偏光）を出射する半導体レーザ１から出射された光束は、１／２波長板９、１／４波長板３及び偏光ビームスプリッタ２が接合された平板複合素子に入射する。１／２波長板９を透過することで偏光方向が９０度回転し、第２の直線偏光（Ｓ偏光）となる。そして、１／４波長板３を透過するが、ここでは、光束の偏光方向は変化しない。１／４波長板３を透過した光束は、偏光ビームスプリッタ２により偏光分離され、１／４波長板３へ再入射する。ここで光束は、１／４波長板３を透過すると、直線偏光から円偏光になる。そして、１／２波長板へ再入射する。光束は、１／２波長板９を透過すると逆回りの円偏光となる。１／２波長板９の光学軸については後述する。複合素子を透過した光束は、コリメータレンズ５により平行光束となり、対物レンズ６により光情報記録媒体７上へ集光されることで、情報の記録が成される。

この構成によれば、半導体レーザ１で生じる非点収差と同量の非点収差を１／２波長板３と１／４波長板９との組み合わせで発生させ補正をすることが可能である。具体的には、１／２波長板９の厚みｔ_１と１／４波長板３の厚みｔ_２の和ｔ＝ｔ_１＋ｔ_２、及び半導体レーザ１から出射された光束の光軸と平板複合素子の接合面の法線方向が成す角θを選定することにより可能である。

１／２波長板９の光学軸は、入射光束の偏光面（ＹＺ平面内）に対し４５度の角度を成しており、また、偏光ビームスプリッタにより偏光分離された反射光束の偏光面（ＸＹ平面内）に対して平行に設定されている。

本発明の第１の実施例おける光情報記録再生装置の構成を説明するための図である。図１図示の１／４波長板３の光学軸と入射光束の偏光面との関係を説明するための図である。本発明の第２の実施例における光情報記録再生装置の構成を説明するための図である。本発明の第３の実施例における光情報記録再生装置の構成を説明するための図である。従来例の光情報記録再生装置を説明するための図である。

符号の説明

１半導体レーザ
２偏光ビームスプリッタ
３１／４波長板
４コリメータレンズ
５対物レンズ
６光情報記録媒体
７センサレンズ
８受光素子
９１／２波長板

Claims

直線偏光の光束を出射する光源と、前記光源から出射された光束の偏光方向を回転させる１／４波長板と前記光束を分離するための偏光ビームスプリッタとが接合された平板複合素子と、前記平板複合素子から出射された前記光束を光記録媒体上に集光する対物レンズとを有する光情報記録再生装置において、前記平板複合素子は、入射された前記光束が前記１／４波長板を透過した後、前記偏光ビームスプリッタにおいて偏光分離され、再び前記１／４波長板を透過して出射するように配置され、前記１／４波長板の光学軸は、前記入射光束の偏光面に平行で、且つ前記偏光分離された光束の偏光面に対して４５°傾いた方向に設定されていることを特徴とする光情報記録再生装置。
前記１／４波長板の厚みは、以下を満足することを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。

ただし、ＮＡ：コリメータの開口数、λ：光束波長、Ｎ：１／４波長板の屈折率、
θ：光源から出射された光束の光軸と、光学複合素子の接合面の法線方向が成す角
ｔ_１：１／４波長板の厚み
更に、前記対物レンズと前記光学複合素子との間の光路中に、前記光源から出射された光束の偏光方向を回転させる１／２波長板を有することを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
前記１／２波長板は、前記１／４波長板上に積層されていることを特徴とする請求項３に記載の光情報記録再生装置。
前記１／４波長板と前記１／２波長板の厚みの合計は、以下を満足することを特徴とする請求項４に記載の光情報記録再生装置。

ただし、ｔ_２：１／２波長板の厚み
偏光ビームスプリッタの光束入射側表面に１／４波長板が積層してなる平板複合素子であって、前記１／４波長板の光学軸が、入射光束の偏光ビームスプリッタに対するＳ偏光の偏光面に平行で、且つ反射光束の前記偏光ビームスプリッタに対するＰ偏光の偏光面に対して４５°傾いて設定されていることを特徴とする平板複合素子。
更に、前記１／４波長板の光束入射側表面に１／２波長板が積層されており、前記１／２波長板の光学軸が、前記入射光束の偏光面に対して４５°傾いていて、且つ前記偏光ビームスプリッタにより偏光分離された光束の偏光面に対して平行に設定されていることを特徴とする請求項６に記載の平板複合素子。