JP3655366B2

JP3655366B2 - 偏光分離素子とこれを利用した光学ピックアップ装置

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Publication number: JP3655366B2
Application number: JP23185795A
Authority: JP
Inventors: 英明横田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2015-09-08
Also published as: JPH0980229A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光磁気記録媒体に記録された信号を再生するための光学ピックアップ装置に係り、特に、検光子を利用して光磁気記録媒体からの反射光の偏波面の回転として得られる信号を検出するための光学ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、記憶容量が大きく、書換可能な記録媒体として光磁気記録媒体が各種の分野で利用されている。
【０００３】
かかる光磁気記録媒体は、円板状の基材上にＴｂＣｏ系等の強磁性合金からなる記録層（垂直磁化膜）と、ポリカーボネート等からなる保護層をこの順で設けたもので、前記記録層表面にはトラッキングのための案内溝が螺旋状に設けられている。この光磁気記録媒体には、信号が磁化方向（垂直上方向又は垂直下方向）として記録されているため、記録されている情報を読み出すためには、前記磁化方向を検出する必要がある。
【０００４】
一般に、この磁化方向を検出する場合には、垂直上方向又は垂直下方向に磁化した記録層部分に光ビームを照射し、磁気カー効果による反射光の偏波面（光ビームの光軸と振動方向を含む面）の回転（入射方向と磁化方向が同じ場合には右回転し、逆の場合には左回転する）を検出している。そして、この偏波面の回転を検出するために用いられる光学素子として、特公平４−１９５２２号公報又は特公平６−７７３５１号公報に示されているウオラストンプリズムが知られている。
【０００５】
［光学ピックアップ装置の構成に関する説明］
上記ウオラストンプリズムを利用した光学ピックアップ装置について図９を参照して説明する。同図で、半導体レーザ５１から発生した光ビームは、回折格子５２で信号再生用及びフォーカスサーボ用の０次光とトラッキングサーボ用の±１次光に分離され、それぞれコリメータレンズ５３、偏光ビームスプリッタ５４（光ビームは対物レンズ５５の方向に反射する）及び対物レンズ５５を介して光磁気記録媒体５６の記録層の表面に照射される。このようにして、記録層表面に照射された光ビームの反射光は、記録層の磁化方向に応じて偏波面が回転し、対物レンズ５５、偏光ビームスプリッタ５４（光ビームはレンズ５７の方向に透過する）、レンズ５７、シリンドリカルレンズ５８、ウオラストンプリズム６１を介して、受光素子６０の受光面６０ａ上に集光し電圧信号に変換される。
【０００６】
ここで、上記ウオラストンプリズム６１に入射した反射光は、３つの光ビームに分離し（２つの信号再生用光ビームと１つのフォーカスサーボ用光ビームに分離する）、それぞれの光強度が受光素子６０で検出される。前記３つの光ビームのうち２つの信号再生用光ビームの分離比（光強度の比）は反射光の偏波面の回転によって変化するので、この分離比（光強度の比）を検出することによって記録されている信号である磁化方向を検出することができる。
【０００７】
又、上記シリンドリカルレンズ５８は、非点較差を生じさせる光学素子であり、受光素子６０の受光面６０ａが焦点位置にある場合には、図１０の（ａ）に示したように受光面６０ａ上に円形状のスポット７１が形成され、焦点位置からずれた場合には（ａ）又は（ｂ）に示したような楕円状のスポット７２、７３が形成される。従って、上記シリンドリカルレンズにより非点較差を与えられたフォーカスサーボ用光ビームのスポット形状が円形になるように調整することにより、焦点を合わせることができる（一般に、非点収差法と呼ばれている）。
【０００８】
［ウオラストンプリズムに関する説明］
次に、上記ウオラストンプリズムについて図１１、図１２を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１１（ａ）はウオラストンプリズムの斜視図を示したもので、第１の結晶体８２と第２の結晶体８３で構成されている。前記第１の結晶体８２及び第２の結晶体８３には、ニオブ酸リチウム、水晶、ルチル、方解石等の一軸結晶が用いられ、入射面Ｓ１から見たときに第１の結晶体８２の光学軸８２ａと第２の結晶体８３の光学軸８３ａとがなす角度は非直角となっている（以下、第１の結晶体８２の光学軸８２ａと第２の結晶体８３の光学軸８３ａとがなす角度は非直角となっているウオラストンプリズムを３ビームウオラストンプリズムという）。
【００１０】
図１１（ｂ）は上記３ビームウオラストンプリズム８１に光ビーム８４を入射（入射面Ｓ１側から入射する）したときに、出射面Ｓ３で３つの光ビーム８６、８７、８８に分離する過程を示す（図１１（ａ）をＡ方向から見ている）。ここで入射面Ｓ１から入射した光ビーム８４は第１の結晶体８２で常光成分（第１の結晶体８２の光学軸８２ａと直交する偏波面を持つ光）と異常光成分（第１の結晶体８２の光学軸８２ａと平行な偏波面を持つ光）とに分離する。前記常光成分と異常光成分は第１の結晶体８２中を同一の進行路８５を進み第２の結晶体８３で、前記それぞれの偏光成分が第２の結晶体８３の光学軸８３ａと直交する偏波面を持つ偏波面を持つ偏光成分と平行な偏光成分に再度分離する。
【００１１】
つまり、３ビームウオラストンプリズム８１を通過した光ビームは下記の４つの成分に分離する（以下、常光成分が感じる屈折率をｎｏとし異常光成分が感じる屈折率をｎｅとする）。
【００１２】
（Ａ）第１の結晶体中でｎｏを感じ、第２の結晶体中でｎｏを感じた光ビーム
（Ｂ）第１の結晶体中でｎｏを感じ、第２の結晶体中でｎｅを感じた光ビーム
（Ｃ）第１の結晶体中でｎｅを感じ、第２の結晶体中でｎｏを感じた光ビーム
（Ｄ）第１の結晶体中でｎｅを感じ、第２の結晶体中でｎｅを感じた光ビーム
上記（Ａ）、（Ｄ）の光ビームは、同一の進行路を進みフォーカスサーボ用光ビーム
８７となり（１つ光ビームになる）、（Ｂ）、（Ｃ）の光ビームのうち一方は、信号再生用光ビーム８６となり、他方は信号再生用光ビーム８８となる。
【００１３】
図１２は上記３つの光ビームの分離比を説明するための説明図であり、図１１（ａ）の３ビームウオラストンプリズム８１を入射面Ｓ１側から見た場合（図１１（ａ）のＢ方向から見た場合）を示している。
【００１４】
［１］光ビームの振動方向と結晶体の光学軸のなす角度について（図１２（ａ））
９４ａは３ビームウオラストンプリズムに入射する光ビームの直線偏波の方向を、９２ａは第１の結晶体の光学軸を、９３ａは第２の結晶体の光学軸を示す。ここで、入射する光ビームの直線偏波の方向９４ａと第１の結晶体の光学軸９２ａのなす角度をαとし、第１の結晶体の光学軸９２ａと第２の結晶体の光学軸９３ａのなす角度をβとする。尚、第１の結晶体の光学軸９２ａと第２の結晶体の光学軸９３ａは、入射面Ｓ１及び出射面Ｓ３と平行になっている。
【００１５】
［２］第１の結晶体における常光成分と異常光成分への分離（図１２（ｂ））３ビームウオラストンプリズムに入射する光ビームは、第１の結晶体の光学軸９２ａに平行な偏波面を持つ異常光成分９５ａと第１の結晶体の光学軸９２ａに垂直な偏波面を持つ常光成分９５ａ’に分離する。ここで、３ビームウオラストンプリズムに入射する光ビームの光の振幅を１としたとき、異常光成分９５ａの光の振幅Ａｅと常光成分９５ａ’の光の振幅Ａｏは次式で得られる。
【００１６】
Ａｏ＝sinα
Ａｅ＝cosα
尚、上記異常光成分９５ａと常光成分９５ａ’は第１の結晶体中で同一の進行路を進む。
【００１７】
［３］第２の結晶体における常光成分と異常光成分への分離（図１２（ｃ）、（ｄ））
第１の結晶体で分離した異常光成分９５ａの光ビームは、第２の結晶体で第２の結晶体の光学軸９３ａに平行な偏波面を持つ異常光成分９６ａと第２の結晶体の光学軸９３ａに垂直な偏波面を持つ常光成分９６ａ’に（（ｃ）参照）、常光成分９５ａ’の光ビームは、第２の結晶体で第２の結晶体の光学軸９３ａに平行な偏波面を持つ異常光成分９７ａと第２の結晶体の光学軸３ａに垂直な偏波面を持つ常光成分９７ａ’に（（ｄ）参照）、再度分離する。従って、上記４つの光の振幅（（Ａ）〜（Ｄ））は次式で得られる。
【００１８】
Ａｏｏ＝Ａｏcosβ＝sinα・cosβ
Ａｏｅ＝Ａｏsinβ＝sinα・sinβ
Ａｅｏ＝Ａｅsinβ＝cosα・sinβ
Ａｅｅ＝Ａｅcosβ＝cosα・cosβ
Ａｏｏ：第１の結晶体中でｎｏを感じ、第１の結晶体中でｎｏを感じた光ビームの光の振幅
Ａｏｅ：第１の結晶体中でｎｏを感じ、第１の結晶体中でｎｅを感じた光ビームの光の振幅
Ａｅｏ：第１の結晶体中でｎｅを感じ、第１の結晶体中でｎｏを感じた光ビームの光の振幅
Ａｅｅ：第１の結晶体中でｎｅを感じ、第１の結晶体中でｎｅを感じた光ビームの光の振幅
従って、３つの光ビームの分離比（光強度の比）は次式で得られる。
【００１９】
ａ：ｂ：ｃ＝(sin²α・sin²β)：(cos²β)：(cos²α・sin²β)・・・（１）
ａ、ｃ：信号再生用光ビームの光強度
ｂ：フォーカスサーボ用光ビームの光強度
上記式１で、２つの信号再生用光ビームの分離比（ａ：ｃ）はsin²α：cos²αで得られ、この分離比（ａ：ｃ）は、光ビームの偏波面の回転（αの変化）に応じて変化する。従って、、２つの信号再生用光ビームの分離比（ａ：ｃ）の変化を検出することにより、偏波面の回転を検出することができる。
【００２０】
又、ピックアップ装置に使用する場合、通常、αは４５°に設定されることが多く、その場合の３つの光ビームの分離比（ａ：ｂ：ｃ）は次式で得られる。
【００２１】
ａ：ｂ：ｃ＝（sin²β)：(２cos²β)：(sin²β)・・・（２）
上記式２からもわかるように、信号再生用光ビームとフォーカスサーボ用光ビームの分離比（ａ：ｂ）は、βによって決まる。従って、信号再生用光ビームとフォーカスサーボ用光ビームの分離比（ａ：ｂ）を変えるためには、第１の結晶体の光学軸９２ａと第２の結晶体の光学軸９３ａのなす角度を変える必要がある。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、３ビームウオラストンプリズムを製造する場合には、２個の異なる方位に切り出した結晶体を研磨し接合するという煩雑な工程が必要になるため、均一な特性の３ビームウオラストンプリズムを、安定的に、低コストで製造することが困難であった。又、３ビームウオラストンプリズムは、斜面を有する結晶体を接合しているため、平行平板の結晶体を接合した光学素子のように大面積の結晶体を接合した後に、１個の光学素子に切断することができず、量産性も悪かった。
【００２３】
又、３ビームウオラストンプリズムは、分離角度が小さいため、光学ピックアップ装置に使用した場合に、３ビームウオラストンプリズムと受光素子の距離を短くすると所望の分離距離を確保することができなくなる。従って、３ビームウオラストンプリズムを使用した光学ピックアップ装置では、装置の小型化が困難であった。
【００２４】
そこで、本発明は、単純な構成で光ビームを３ビームに分離することができ、量産性がよく安価な偏光分離素子及びこれを利用した光学ピックアップ装置を提供し、光学ピックアップ装置の構造の簡素化、低価格化、製造工数の削減を図ることを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の光学ピックアップ装置は、光学異方性結晶体からなる３枚の平行平板を接合した偏光分離素子を有する光学ピックアップ装置において、第１、第２及び第３の結晶体の光学軸が、第１の結晶体の入射面の法線に非平行で、第１の結晶体に、入射面側の面から入射した光ビームの第２の結晶体側の面における常光線の到達点から異常光線の到達点までの変位を（ベクトルｄ１）、第２の結晶体に、第１の結晶体側の面から入射した光ビームの第３の結晶体側の面における常光線の到達点から異常光線の到達点までの変位を（ベクトルｄ２）、第３の結晶体に、第２の結晶体側の面から入射した光ビームの出射面側の面における常光線の到達点から異常光線の到達点までの変位を（ベクトルｄ３）とした場合に、（ベクトルｄ２）と（ベクトルｄ３）が直交し、（ベクトルｄ１）＋（ベクトルｄ３）＝（ベクトルｄ２）を満たすことを特徴とするものである。
【００２６】
請求項２記載の光学ピックアップ装置は、光学異方性結晶体からなる３枚の平行平板を接合した偏光分離素子を有する光学ピックアップ装置において、第１、第２及び第３の結晶体の光学軸が、第１の結晶体の入射面の法線に非平行で、第１の結晶体に、入射面側の面から入射した光ビームの第２の結晶体側の面における常光線の到達点から異常光線の到達点までの変位を（ベクトルｄ１）、第２の結晶体に、第１の結晶体側の面から入射した光ビームの第３の結晶体側の面における常光線の到達点から異常光線の到達点までの変位を（ベクトルｄ２）、第３の結晶体に、第２の結晶体側の面から入射した光ビームの出射面側の面における常光線の到達点から異常光線の到達点までの変位を（ベクトルｄ３）とした場合に、（ベクトルｄ２）と（ベクトルｄ３）が直交し、（ベクトルｄ１）＋（ベクトルｄ２）＝（ベクトルｄ３）を満たすことを特徴とするものである。
【００２７】
請求項３記載の光学ピックアップ装置は、請求項１記載の光学ピックアップ装置において、（ベクトルｄ１）と（ベクトルｄ２）のなす角度βが、１９．５°≦β≦５４．７°であることを特徴とするものである。
【００２８】
請求項４記載の光学ピックアップ装置は、請求項２記載の光学ピックアップ装置において、（ベクトルｄ１）と（ベクトルｄ２）のなす角度βが、３５．３°≦β≦７０．５°であることを特徴とするものである。
【００３０】
【作用】
本発明の偏光分離素子は、上記構成により光ビームを３ビームに分離することができる。又、本発明の偏光分離素子では、分離した３本の光ビームが互い平行になるので、光学ピックアップ装置に使用した場合、光学系の調整が容易となる。
【００３１】
【実施例】
（実施例１）
図１から図４を参照して、本発明の偏光分離素子を使用して光ビームを３ビームに分離する方法について説明する。
【００３２】
図１（ａ）は本発明の偏光分離素子の斜視図を示し、（ｂ）は偏光分離素子を構成する結晶体の光学軸の方向を説明するための説明図である。同図に示した偏光分離素子は、第１の結晶体１、第２の結晶体２及び第３の結晶体３を接合した光学素子であり、これら第１から第３の結晶体は、いずれも複屈折性を示す光学異方性材料からなる平行平板である。
【００３３】
本実施例では、第１の結晶体１、第２の結晶体２及び第３の結晶体３としてニオブ酸リチウムの結晶を用いたが、ほう解石、ルチル、水晶等の光学異方性材料を用いることもできる。尚、常光線の感じる屈折率ｎｏと異常光線の感じる屈折率ｎｅの差の大きな複屈折材料の方が偏光分離距離が大きくなり、望ましいが、光学異方性材料であればｎｏとｎｅの差が小さくても分離距離が小さくなるだけであり、偏光を分離する効果は得られる。
【００３４】
図２は、光学異方性材料に於ける偏光分離距離を説明するための説明図であり、光学異方性材料からなる厚さｔの平行平板（結晶体４）の一方の面から垂直入射した光ビーム３０、他方の面から常光線３０ａと異常光線３０ｂに偏光分離して出射するところを示している。ここで、図中のｄは、光学異方性材料の結晶体４の光学軸１０及び光ビーム３０の光軸を含む面内に於ける偏光分離距離を示す。
【００３５】
この偏光分離距離は、光学異方性材料からなる結晶体４の光学軸１０と光ビーム３０の光軸のなす角度をαとすれば、次式で得られる（ここで、ｎｏは常光線の感じる屈折率を示し、ｎｅは異常光線の感じる屈折率を示す）。
【００３６】
ｄ＝ｔ×（ｎｅ^２−ｎｏ^２）sinα×cosα／（ｎｅ^２cosα＋ｎｏ^２sinα）・・・（３）
ここで、ｔは結晶体の厚みを示し、図1に示した本実施例の偏光分離素子では、第１の結晶体１の厚みを２．４６ｍｍ、第２の結晶体２及び第３の結晶体３の厚みを１．７４ｍｍとした。又、上記式３からもわかるように、偏光分離距離ｄは、αの値により変化するため、ｄを大きくしたい場合、ｄが最大になるように、αの値を設定しなければならない。尚、本実施例で用いたニオブ酸リチウムでα＝４５°とした場合、波長７８０ｎｍの光ビームに於ける常光線と異常光線との分離距離は１ｍｍあたり３６μｍになる。
【００３７】
次に、図１に示した本実施例の偏光分離素子を構成する第１の結晶体１、第２の結晶体２、及び第３の結晶体３の光学軸の方向について説明する。ここで、図１（ｂ）に示したように、光学軸の方向は、Ｘ軸、Ｙ軸を入射面２１に平行な面内に、Ｚ軸を入射面２１の法線方向にとり、光学軸１０とＺ軸のなす角度α（０°＜α＜９０°）、及びＸＹ平面への光学軸の投影１０ａとＸ軸のなす角度β（反時計回り方向で、０°≦β≦１８０°）で示す。
【００３８】
図１（ａ）に示した第１の結晶体１の光学軸１１、第２の結晶体２の光学軸１２、及び第３の結晶体３の光学軸１３の方向は、次のように設定されている。尚、以下の説明に於いては、光学軸１２のβをβ１、光学軸１３のβをβ２とする。
【００３９】
第１の結晶体１の光学軸１１の方向（α、β）：（４５°、０°）
第２の結晶体２の光学軸１２の方向（α、β）：（４５°、４５°）
第３の結晶体３の光学軸１３の方向（α、β）：（４５°、１３５°）
続いて、図３及び図４を用いて偏光分離素子に入射した光ビームが３本の光ビームに分離する過程を説明する。ここで、図３は偏光分離過程を示した斜視図であり、図４は、偏光分離素子の各面（（ａ）入射面２１、（ｂ）第１の結晶体１と第２の結晶体２の接合面２２、（ｃ）第２の結晶体２と第３の結晶体３の接合面２３、（ｄ）出射面２４）に於ける偏光分離を示している。尚、図２で説明したように、偏光分離距離は、αの値に依存し、偏光分離の方向は、入射面の法線方向から見た光学軸の方向に分離する。
【００４０】
以下、図４の（ａ）入射面２１、（ｂ）第１の結晶体１と第２の結晶体２の接合面２２、（ｃ）第２の結晶体２と第３の結晶体３の接合面２３、（ｄ）出射面２４の順で、偏光分離過程を説明する。
【００４１】
［１］図４（ａ）の説明
図４（ａ）は、図３の入射面２１に於ける光ビームの直線偏波の方向４１と、光ビームの入射方向（入射面２１の法線方向）から見た第１の結晶体の光学軸１１ａ、第２の結晶体の光学軸１２ａ、第３の結晶体の光学軸１３ａを示す。同図で、δ（反時計回り方向で、０°≦δ≦１８０°）は、光ビームの直線偏波の方向４１と第１の結晶体の光学軸１１ａのなす角度を、β１は、第１の結晶体の光学軸１１ａと第２の結晶体の光学軸１２ａのなす角度を、β２は、第１の結晶体の光学軸１１ａと第３の結晶体の光学軸１３ａのなす角度を示す。尚、本発明の偏光分離素子ではβ２＝β１＋９０°となっている。
【００４２】
［２］図４（ｂ）の説明
図４（ｂ）は、図３の第１の結晶体１と第２の結晶体２の接合面２２に於ける偏光分離を示す。同図に示したように、第１の結晶体中を進行し接合面２２に達した光ビームは、偏波面が第１の結晶体の光学軸１１ａに垂直な常光線４２と平行な異常光線４３に光学軸１１ａに沿って分離する。
【００４３】
つまり、図３で、Ｐ１１から入射した光ビームは、第１の結晶体中で常光線と異常光線に分離し、常光線は直進し接合面２２上のＰ２１に、異常光線は屈折し接合面２２上のＰ２２に達する。従って、接合面２２では、２本の光ビームに分離する。
【００４４】
尚、Ｐ２１に達した光ビームの振幅Ａ_２１、Ｐ２２に達した光ビームの振幅Ａ_２２は次式で与えられる。
【００４５】
Ａ_２１＝SINδ
Ａ_２２＝COSδ
［３］図４（ｃ）の説明
図４（ｃ）は、図３の第１の結晶体２と第２の結晶体３の接合面２３に於ける偏光分離を示す。同図に示したように、第２の結晶体中を進行し接合面２３に達した光ビームのうち、第１の結晶体中を常光線４２として進行した光ビームは、偏波面が第２の結晶体の光学軸１２ａに垂直な常光線４４と平行な異常光線４５に、第１の結晶体中を異常光線４３として進行した光ビームは、偏波面が第２の結晶体の光学軸１２ａに垂直な常光線４６と平行な異常光線４７に光学軸１２ａに沿って分離する。
【００４６】
つまり、図３で、Ｐ２１に達した光ビームは、第２の結晶体中で常光線と異常光線に分離し、常光線は直進し接合面２３上のＰ３１に、異常光線は屈折し接合面２３上のＰ３２に達する。又、Ｐ２２に達した光ビームは、第２の結晶体中で常光線と異常光線に分離し、常光線は直進し接合面２３上のＰ３３に、異常光線は屈折し接合面２３上のＰ３４に達する。従って、接合面２２では、４本の光ビームに分離する。
【００４７】
尚、Ｐ３１に達した光ビーム（図４（ｃ）の常光線４４）の振幅Ａ_３１、Ｐ３２に達した光ビーム（図４（ｃ）の異常光線４５）の振幅Ａ_３２、Ｐ３３に達した光ビーム（図４（ｃ）の常光線４６）の振幅Ａ_３３、Ｐ３４に達した光ビーム（図４（ｃ）の異常光線４７）の振幅Ａ_３４は次式で与えられる。
【００４８】
Ａ_３１＝Ａ_２１SIN（９０°−β１）＝SINδ・COSβ１
Ａ_３２＝Ａ_２１COS（９０°−β１）＝SINδ・SINβ１
Ａ_３３＝Ａ_２２SINβ１＝COSδ・SINβ１
Ａ_３４＝Ａ_２２COSβ１＝COSδ・COSβ１
［４］図４（ｄ）の説明
図４（ｄ）は、図３の出射面２４に於ける偏光分離を示す。本発明の偏光分離素子では、β２＝β１＋９０°なので、第２の結晶体中を常光線として進行した光ビームは、第３の結晶体中を異常光として進行し、第２の結晶体中を異常光線として進行した光ビームは、第３の結晶体中を常光として進行する。従って、接合面２３の常光線４４は、出射面２４で異常光線４４’になり、接合面２３の異常光線４５は、出射面２４で常光線４５’になり、接合面２３の常光線４６は、出射面２４で異常光線４６’になり、接合面２３の異常光線４７は、出射面２４で常光線４７’になる。
【００４９】
つまり、図３で、Ｐ３１に達した光ビーム（図４（ｃ）の常光線４４）は、接合面２３で屈折し、第３の結晶体中を異常光線として進行して出射面２４上のＰ４１に、Ｐ３２に達した光ビーム（図４（ｃ）の異常光線４５）は、第３の結晶体中を常光線として進行して出射面２４上のＰ４２に、Ｐ３３に達した光ビーム（図４（ｃ）の常光線４６）は、接合面２３で屈折し、第３の結晶体中を異常光線として進行して出射面２４上のＰ４２に、Ｐ３４に達した光ビーム（図４（ｃ）の異常光線４７）は、第３の結晶体中を常光線として進行して出射面２４上のＰ４３にに達する。ここで、Ｐ３２に達した光ビーム（図４（ｃ）の異常光線４５）とＰ３３に達した光ビーム（図４（ｃ）の常光線４６）は、共に出射面２４上のＰ４２から出射するため、偏光分離素子から出射する光ビームは、Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３から出射する３本の光ビームになる。
【００５０】
尚、Ｐ３２に達した光ビームとＰ３３に達した光ビームが、共に出射面２４上のＰ４２から出射するためには、第１の結晶体に於ける偏光分離距離ｄ１、第２の結晶体に於ける偏光分離距離ｄ２、及び第３の結晶体に於ける偏光分離距離ｄ３が次式を満たす必要がある。
【００５１】
ｄ１^２＝ｄ２^２＋ｄ３^２・・・（４）
つまり、ｄ１、ｄ２、ｄ３を３辺とする三角形を考えた場合、この三角形は辺ｄ１と辺ｄ２のなす角度がβ１で、辺ｄ２と辺ｄ３のなす角度が直角の直角三角形になる。尚、偏光分離素子から出射する光ビームＰ４１、Ｐ４２間の分離距離及びＰ４２、Ｐ４３間の分離距離は、ｄ１と等しくなる。
【００５２】
又、第１、第２及び第３の結晶体に於ける偏光分離をベクトルとして考えた場合、第１の結晶体に於ける偏光分離を示すベクトルｄ１（Ｐ２１からＰ２２までの変位）、第２の結晶体に於ける偏光分離を示すベクトルｄ２（Ｐ３１からＰ３２２までの変位）、第３の結晶体に於ける偏光分離を示すベクトルｄ３（Ｐ３３からＰ３２までの変位）は、次式を満たす。
【００５３】
（ベクトルｄ１）＋（ベクトルｄ３）＝（ベクトルｄ２）・・・（５）
又、Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３から出射する３本の光ビームの分離比（ａ：ｂ：ｃ）は、次式で与えられる。
【００５４】
ａ：ｂ：ｃ＝(SIN^２δ・COS^２β１)：(SIN^２β１)：(COS^２δ・COS^２β１)・・・（６）
上記式６で、Ｐ４１、Ｐ４３から出射する光ビームの分離比（ａ：ｃ）はSIN²δ：COS²δで得られ、この分離比（ａ：ｃ）は、光ビームの偏波面の回転（δの変化）に応じて変化する。従って、光学ピックアップ装置に使用した場合、光ビームの分離比（ａ：ｃ）の変化を検出することにより、偏波面の回転を検出することができる。
【００５５】
又、通常、偏光分離素子を光学ピックアップ装置に使用する場合には、δを４５°に設定する。その場合の３本の光ビームの分離比（ａ：ｂ：ｃ）は次式で与えられる。
【００５６】
ａ：ｂ：ｃ＝(COS^２β１)：(２SIN^２β１)：(COS^２β１)・・・（７）
上記式７からもわかるように、中央部（Ｐ４２）の光ビームと側部（Ｐ４１、Ｐ４３）の光ビームの分離比（ａ：ｂ）は、β１によって決まる。従って、β１を変えることにより光学ピックアップ装置に使用した場合の信号再生用の光ビーム（Ｐ４１、Ｐ４３）とフォーカスサーボ用の光ビーム（Ｐ４２）の分離比を調整することができる。
【００５７】
（実施例２）
本実施例の偏光分離素子は、図５に示したように実施例１の偏光分離素子に於いて、第１の結晶体を入射面の法線を軸として１８０°回転させたものである。
【００５８】
この場合、図６（ａ）に示したように、実施例１の場合と同じ直線偏波の方向４１の光ビームを入射させた場合、光ビームは（ｂ）に示したように、接合面２２上で常光線４２と異常光線４３に光学軸１１ａに沿って分離する。しかし、図５に示したように本実施例の偏光分離素子を構成する第１の結晶体１の光学軸１１は、実施例１の偏光分離素子に於ける第１の結晶体の光学軸を入射面の法線を軸として１８０°回転した方向に設定されているため、異常光線４３の分離する方向が実施例１の場合と逆になる。
【００５９】
図６（ｃ）に示したように接合面２２に於ける常光線４２は、接合面２３上で常光線４４と異常光線４５に光学軸１１ａに沿って分離し、接合面２２に於ける異常光線４３は、接合面２３上で常光線４６と異常光線４７に光学軸１１ａに沿って分離する。続いて、（ｄ）に示したように接合面２３の常光線４４は、出射面２４で異常光線４４’になり、接合面２３の異常光線４５は、出射面２４で常光線４５’になり、接合面２３の常光線４６は、出射面２４で異常光線４６’になり、接合面２３の異常光線４７は、出射面２４で常光線４７’になる。
【００６０】
ここで、実施例１の場合は、異常光線４５’と常光線４６’が１本（中央部）の光ビームとなったが、本実施例の場合は、常光線４４’と異常光線４７’が１本（中央部）の光ビームとなる。従って、第１、第２及び第３の結晶体に於ける偏光分離をベクトルとして考えた場合、第１の結晶体に於ける偏光分離を示すベクトルｄ１、第２の結晶体に於ける偏光分離を示すベクトルｄ２、第３の結晶体に於ける偏光分離を示すベクトルｄ３は、次式を満たす。
【００６１】
（ベクトルｄ１）＋（ベクトルｄ２）＝（ベクトルｄ３）・・・（８）
又、３本の光ビームの分離比（ａ：ｂ：ｃ）は次式で与えられる。
【００６２】
ａ：ｂ：ｃ＝(SIN^２δ・SIN^２β１)：(COS^２β１)：(COS^２δ・SIN^２β１)・・・（９）
又、δを４５°に設定した場合の３本の光ビームの分離比（ａ：ｂ：ｃ）は次式で与えられる。
【００６３】
ａ：ｂ：ｃ＝(SIN^２β１)：(２COS^２β１)：(SIN^２β１)・・・（１０）
ここで、中央部の光ビームと側部の光ビームの分離比である分離比（ａ：ｂ）が、実施例１の場合は、（COS^２β１）：（２SIN^２β１）であり（式７）、本実施例の場合は、（SIN^２β１）：（２COS^２β１）になる（式１０）。従って、第１の結晶体を入射面の法線を軸として１８０°回転させることにより、中央部の光ビームと側部の光ビームの分離比を変更することができる。
【００６４】
尚、本発明の偏光分離素子を光学ピックアップ装置に使用する場合、中央部の光ビームと側部の光ビームの分離比、つまり、信号再生用光ビームとフォーカスサーボ用光ビームの分離比である分離比（ａ：ｂ）は、１：０．２５から１：４であることが望ましく、この場合のβ１の値の範囲は、実施例１では１９．５≦β≦５４．７であり、実施例２では３５．３≦β≦７０．５である。又、より望ましい分離比（ａ：ｂ）の範囲は、１：０．５から１：２であり、この場合のβ１の値の範囲は、実施例１では２６．６≦β≦４５．０であり、実施例２では４５．０≦β≦６３．４である。
【００６５】
（実施例３）
本発明プリズムを利用した光学ピックアップ装置を、図７を参照して説明する。同図で、半導体レーザ５１から発生した光ビームは、回折格子５２で信号再生用及びフォーカスサーボ用の０次光とトラッキングサーボ用の±１次光に分離され、それぞれコリメータレンズ５３、偏光ビームスプリッタ５４（光ビームは対物レンズ５５の方向に反射する）及び対物レンズ５５を介して光磁気記録媒体５６の記録層の表面に照射される。このようにして、記録層表面に照射された光ビームの反射光は、記録層の磁化方向に応じて偏波面が回転し、対物レンズ５５、偏光ビームスプリッタ５４（光ビームはレンズ５７の方向に透過する）、レンズ５７、シリンドリカルレンズ５８、本発明の偏光分離素子５９を介して、受光素子６０の受光面６０ａ上に集光し電圧信号に変換される。
【００６６】
ここで、本発明の偏光分離素子５９に入射した反射光の光ビームは、３つの光ビームに分離し（２つの信号再生用光ビームと１つのフォーカスサーボ用光ビームに分離する）、それぞれの光強度が受光素子６０で検出さる。前記３つの光ビームのうち２つの信号再生用光ビームの分離比（光強度の比）は反射光の偏波面の回転によって変化するので、この分離比（光強度の比）を検出することによって記録されている信号である記録層の磁化方向を検出することができる。
【００６７】
尚、従来の３ビームウオラストンプリズムでは、分離した３ビームが互いに非平行なため、３ビームウオラストンプリズムを配置する位置により、受光素子６０の受光面６０ａ上における分離距離が変化（３ビームウオラストンプリズムから受光素子６０までの距離が長くなるにつれて分離距離が増大する）するが、本実施例の偏光分離素子では、分離した３ビームが互いに平行なため、偏光分離素子５９を配置する位置にかかわらず、受光素子６０の受光面６０ａ上における分離距離が一定になる。従って、本発明の偏光分離素子を使用した場合、光学ピックアップ装置の設計の自由度（偏光分離素子５９を配置する位置の自由度）が増すと共に、偏光分離素子５９と受光素子６０の距離を短くすることができるため、光学ピックアップ装置の小型化が容易になる。
【００６８】
又、図８に示したように受光素子６０と偏光分離素子５９を一体化することも可能になり、一体化した場合には、受光素子６０と偏光分離素子５９を別々に設置し、位置調整する必要がなくなり、組立工数の削減、製造コストの低減及び装置の小型化を図ることができる。
【００６９】
【効果】
本発明の偏光分離素子は、以上で説明したように３枚の平行平板を接合することにより、光ビームを３ビームに分離させることができる。又、本発明の偏光分離素子は、平行平板の結晶体で構成されているため、大面積の結晶体を接合した後に、１個の光学素子に切断することができる。従って、光ビームを３ビームに分離することができる光学素子を、安定的に、低コストで製造することができる。
【００７０】
又、光学ピックアップ装置に、本発明の偏光分離素子を使用することにより、光学ピックアップ装置の組立工数の削減、製造コストの低減及び装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の偏光分離素子の構成を示す斜視図である。
【図２】光学異方性結晶体に於ける偏光分離距離を説明するための説明図である。
【図３】実施例１の偏光分離素子に於ける偏光分離過程を示す斜視図である。
【図４】実施例１の偏光分離素子の動作原理を説明するための説明図である。
【図５】実施例２の偏光分離素子の構成を示す斜視図である。
【図６】実施例２の偏光分離素子の動作原理を説明するための説明図である。
【図７】本発明に係る光学ピックアップ装置の構成を示す模式図である。
【図８】本発明に係る光学ピックアップ装置の構成を示す模式図である。
【図９】従来の光学ピックアップ装置の構成を示す模式図である。
【図１０】光学ピックアップ装置の受光素子上のスポット形状を示した説明図である。
【図１１】従来の３ビームウオラストンプリズムの動作を説明するための斜視図である。
【図１２】従来の３ビームウオラストンプリズムの偏光分離過程を示す説明図である。
【符号の説明】
１第１の結晶体
２第２の結晶体
３第３の結晶体
１１第１の結晶体の光学軸
１２第２の結晶体の光学軸
１３第３の結晶体の光学軸
１１ａ第１の結晶体の光学軸（光ビームの入射方向から見た光学軸）
１２ａ第２の結晶体の光学軸（光ビームの入射方向から見た光学軸）
１３ａ第３の結晶体の光学軸（光ビームの入射方向から見た光学軸）
２１入射面
２２第１の結晶体と第２の結晶体の接合面
２３第２の結晶体と第３の結晶体の接合面
２４出射面
３１〜３４光ビーム
４１光ビームの直線偏波の方向
４２〜４７、４４’〜４７’ 直線偏波（常光線、異常光線）の方向

Claims

光学異方性結晶体からなる３枚の平行平板を接合した偏光分離素子を有する光学ピックアップ装置において、第１、第２及び第３の結晶体の光学軸が、第１の結晶体の入射面の法線に非平行で、第１の結晶体に、入射面側の面から入射した光ビームの第２の結晶体側の面における常光線の到達点から異常光線の到達点までの変位を（ベクトルｄ１）、第２の結晶体に、第１の結晶体側の面から入射した光ビームの第３の結晶体側の面における常光線の到達点から異常光線の到達点までの変位を（ベクトルｄ２）、第３の結晶体に、第２の結晶体側の面から入射した光ビームの出射面側の面における常光線の到達点から異常光線の到達点までの変位を（ベクトルｄ３）とした場合に、（ベクトルｄ２）と（ベクトルｄ３）が直交し、（ベクトルｄ１）＋（ベクトルｄ３）＝（ベクトルｄ２）を満たすことを特徴とする光学ピックアップ装置。
光学異方性結晶体からなる３枚の平行平板を接合した偏光分離素子を有する光学ピックアップ装置において、第１、第２及び第３の結晶体の光学軸が、第１の結晶体の入射面の法線に非平行で、第１の結晶体に、入射面側の面から入射した光ビームの第２の結晶体側の面における常光線の到達点から異常光線の到達点までの変位を（ベクトルｄ１）、第２の結晶体に、第１の結晶体側の面から入射した光ビームの第３の結晶体側の面における常光線の到達点から異常光線の到達点までの変位を（ベクトルｄ２）、第３の結晶体に、第２の結晶体側の面から入射した光ビームの出射面側の面における常光線の到達点から異常光線の到達点までの変位を（ベクトルｄ３）とした場合に、（ベクトルｄ２）と（ベクトルｄ３）が直交し、（ベクトルｄ１）＋（ベクトルｄ２）＝（ベクトルｄ３）を満たすことを特徴とする光学ピックアップ装置。
請求項１記載の光学ピックアップ装置において、（ベクトルｄ１）と（ベクトルｄ２）のなす角度βが、１９．５°≦β≦５４．７°であることを特徴とする光学ピックアップ装置。
請求項２記載の光学ピックアップ装置において、（ベクトルｄ１）と（ベクトルｄ２）のなす角度βが、３５．３°≦β≦７０．５°であることを特徴とする光学ピックアップ装置。