專利名稱：光束整形元件以及使用了該光束整形元件的光拾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光束整形元件，尤其，涉及例如在光拾波裝置中將自半導(dǎo)體激光光源射出的激光從橢圓光束變換為圓形光束的光束整形元件。
背景技術(shù)：
用于光拾波光學(xué)系統(tǒng)的通常的光源是激光二極管，其射出的光束是截面形狀為橢圓形的發(fā)散光束。如果通過(guò)物鏡將該發(fā)散光束原樣聚束，則僅照射圓形記錄區(qū)域的一部分，或記錄區(qū)域外部也被照射，從而使記錄及再生的準(zhǔn)確度降低。因此，需要進(jìn)行光束整形，使得激光的截面形狀在記錄介質(zhì)上形成圓形。
另外，作為激光光源，近年來(lái)開(kāi)始使用藍(lán)色半導(dǎo)體激光，但由于其波長(zhǎng)短，因此，記錄/再生的信號(hào)所要求的精度嚴(yán)格。雖然這樣要求，但由于現(xiàn)狀的藍(lán)色半導(dǎo)體激光的輸出弱，因此，要進(jìn)行高精度的記錄/再生，就不能確保足夠的激光功率。如果通過(guò)將激光從橢圓光束變換為圓形光束來(lái)提高激光的利用效率，則能夠解決該問(wèn)題。因此，對(duì)于這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，光束整形技術(shù)是非常重要的。
光束整形通常是使用棱鏡的方法。但是，要用棱鏡進(jìn)行光束整形，需要預(yù)先將激光準(zhǔn)直。這需要準(zhǔn)直透鏡，但例如對(duì)應(yīng)于藍(lán)色激光的情況下，如果將準(zhǔn)直透鏡配置在光束整形棱鏡的光源側(cè)，則產(chǎn)生不能通過(guò)準(zhǔn)直透鏡的移動(dòng)來(lái)進(jìn)行盤(pán)基板具有誤差時(shí)的球面象差的修正等各種各樣的限制。
為避免上述那樣的問(wèn)題，以往提出了通過(guò)透鏡面進(jìn)行光束整形的光束整形元件。例如，日本專利文獻(xiàn)1中提出在兩面具有變形面的光束整形元件，在日本專利文獻(xiàn)2中提出在兩面具有圓柱形面的光束整形元件。若使用這些光束整形元件，則幾乎不會(huì)產(chǎn)生象差，可將發(fā)散光束直接從橢圓光束變換為圓形光束。
日本專利文獻(xiàn)1特開(kāi)平9-258099號(hào)公報(bào)日本專利文獻(xiàn)2特開(kāi)2002-208159號(hào)公報(bào)但是，如日本專利文獻(xiàn)1所提出的那樣，如果將光束整形元件的面形狀設(shè)為變形形狀，則難以進(jìn)行金屬模具的加工。因此，不合適批量生產(chǎn)，從而導(dǎo)致成本升高。另外，在日本專利文獻(xiàn)2中提出的光束整形元件中，由于不能得到高的整形倍率，因此，存在對(duì)記錄/再生不能確保足夠的光利用效率的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而進(jìn)行的，其目的在于，提供一種光束整形元件及使用了該光束整形元件的光拾波裝置，該光束整形元件能夠確保良好的性能，且制造容易，能夠得到高的整形倍率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供的光束整形元件，將自半導(dǎo)體激光光源射出的激光從橢圓光束變換為圓形光束，其特征在于，對(duì)于其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面為圓弧圓柱形面，另一個(gè)面是非圓弧圓柱形面，滿足以下條件式(1)，1.2≤T1/T0≤10... (1)其中，T1光束整形元件的芯厚，T0半導(dǎo)體激光光源和光束整形元件之間的軸上光學(xué)距離。
本發(fā)明第二方面提供的光束整形元件，將自半導(dǎo)體激光光源射出的激光從橢圓光束變換為圓形光束，其特征在于，對(duì)于其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面為圓弧圓柱形面，另一個(gè)面是非圓弧圓柱形面，滿足以下條件式(2)，0.009≤R1/R2≤0.19... (2)其中，對(duì)于橢圓光束截面的短軸方向，R1光束整形元件的光入射側(cè)面的曲率半徑，R2光束整形元件的光射出側(cè)面的曲率半徑，將在光入射側(cè)變?yōu)橥够蛟诠馍涑鰝?cè)變?yōu)榘嫉拿娴那拾霃皆O(shè)為正，將在光入射側(cè)變?yōu)榘蓟蛟诠馍涑鰝?cè)變?yōu)橥沟拿娴那拾霃皆O(shè)為負(fù)。
本發(fā)明第三方面提供的光束整形元件，將自半導(dǎo)體激光光源射出的激光從橢圓光束變換為圓形光束，其特征在于，對(duì)于其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面為圓弧圓柱形面，另一個(gè)面是非圓弧圓柱形面，滿足以下條件式(3)，-0.27≤R1/T1≤-0.04… (3)其中，對(duì)于橢圓光束截面的短軸方向，R1光束整形元件的光入射側(cè)面的曲率半徑，T1光束整形元件的芯厚，將在光入射側(cè)變?yōu)橥够蛟诠馍涑鰝?cè)變?yōu)榘嫉拿娴那拾霃皆O(shè)為正，將在光入射側(cè)變?yōu)榘蓟蛟诠馍涑鰝?cè)變?yōu)橥沟拿娴那拾霃皆O(shè)為負(fù)。
另外，提供一種光拾波裝置，其包括射出橢圓光束的光源；將自該光源射出的光從橢圓光束變換為圓形光束的光束整形元件；以及，使來(lái)自該光束整形元件的光在記錄介質(zhì)上成像的物鏡，其中，上述光束整形元件，對(duì)于的其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面是圓弧圓柱形面，另一個(gè)面是非圓弧圓柱形面，滿足以下條件式(1)，1.2≤T1/T0≤10… (1)其中，T1光束整形元件的芯厚、T0光源和光束整形元件之間的軸上光學(xué)距離。
或，提供一種光拾波裝置，其包括射出橢圓光束的光源；將自該光源射出的光從橢圓光束變換為圓形光束的光束整形元件；以及，使來(lái)自該光束整形元件的光在記錄介質(zhì)上成像的物鏡，其中，上述光束整形元件，對(duì)于其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面是圓弧圓柱形面，另一個(gè)面是非圓弧圓柱形面，滿足以下條件式(2)，0.009≤R1/R2≤0.19… (2)其中，對(duì)于橢圓光束截面的短軸方向，R1光束整形元件的光入射側(cè)面的曲率半徑，R2光束整形元件的光射出側(cè)面的曲率半徑，將在光入射側(cè)變?yōu)橥够蛟诠馍涑鰝?cè)變?yōu)榘嫉拿娴那拾霃皆O(shè)為正，將在光入射側(cè)變?yōu)榘蓟蛟诠馍涑鰝?cè)變?yōu)橥沟拿娴那拾霃皆O(shè)為負(fù)。
或，提供一種光拾波裝置，其包括射出橢圓光束的光源；將自該光源射出的光從橢圓光束變換為圓形光束的光束整形元件；以及，使來(lái)自該光束整形元件的光在記錄介質(zhì)上成像的物鏡，其中，上述光束整形元件，對(duì)于其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面是圓弧圓柱形面，另一個(gè)面是非圓弧圓柱形面，滿足以下條件式(3)，-0.27≤R1/T1≤-0.04… (3)其中，對(duì)于橢圓光束截面的短軸方向，R1光束整形元件的光入射側(cè)面的曲率半徑、T1光束整形元件的芯厚，將在光入射側(cè)變?yōu)橥够蛟诠馍涑鰝?cè)變?yōu)榘嫉拿娴那拾霃皆O(shè)為正，將在光入射側(cè)變?yōu)榘蓟蛟诠馍涑鰝?cè)變?yōu)橥沟拿娴那拾霃皆O(shè)為負(fù)。
根據(jù)本發(fā)明，圓弧圓柱形面和非圓弧圓柱形面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，并且關(guān)于芯厚、面形狀等，成為有特征的結(jié)構(gòu)，所以制造容易且輕量/小型/高性能，并且能夠得到高的整形倍率。而且，如果在光拾波裝置中使用本發(fā)明的光束整形元件，則可提高記錄/再生的精度，另外，由于激光的利用效率提高，所以也可以適應(yīng)藍(lán)色半導(dǎo)體激光。


圖1A是表示光束整形元件的一實(shí)施方式(實(shí)施例7)的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖；圖1B是表示光束整形元件的一實(shí)施方式(實(shí)施例7)的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖；圖2是表示圖1A、B的光束整形元件配置在從激光光源到準(zhǔn)直透鏡的光路中的狀態(tài)的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖；圖3是表示裝有圖1A、B的光束整形元件的光拾波裝置的主要結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是表示使用圖1A、B的光束整形元件時(shí)軸上光學(xué)距離達(dá)到設(shè)計(jì)性能的影響的圖表；圖5A是表示實(shí)施例1的軸上波面象差的象差圖；圖5B是表示實(shí)施例1的軸上波面象差的象差圖；圖6A是表示實(shí)施例2的軸上波面象差的象差圖；圖6B是表示實(shí)施例2的軸上波面象差的象差圖；圖7A是表示實(shí)施例3的軸上波面象差的象差圖；圖7B是表示實(shí)施例3的軸上波面象差的象差圖；圖8A是表示實(shí)施例4的軸上波面象差的象差圖；圖8B是表示實(shí)施例4的軸上波面象差的象差圖；圖9A是表示實(shí)施例5的軸上波面象差的象差圖；圖9B是表示實(shí)施例5的軸上波面象差的象差圖；圖10A是表示實(shí)施例6的軸上波面象差的象差圖；圖10B是表示實(shí)施例6的軸上波面象差的象差圖；圖11A是表示實(shí)施例7的軸上波面象差的象差圖；圖11B是表示實(shí)施例7的軸上波面象差的象差圖；圖12A是表示實(shí)施例8的軸上波面象差的象差圖；圖12B是表示實(shí)施例8的軸上波面象差的象差圖；圖13A是表示實(shí)施例9的軸上波面象差的象差圖；圖13B是表示實(shí)施例9的軸上波面象差的象差圖；圖14A是表示實(shí)施例10的軸上波面象差的象差圖；圖14B是表示實(shí)施例10的軸上波面象差的象差圖；圖15A是表示實(shí)施例11的軸上波面象差的象差圖；圖15B是表示實(shí)施例11的軸上波面象差的象差圖；圖16A是表示實(shí)施例12的軸上波面象差的象差圖；圖16B是表示實(shí)施例12的軸上波面象差的象差圖；圖17A是表示實(shí)施例13的軸上波面象差的象差圖；圖17B是表示實(shí)施例13的軸上波面象差的象差圖；圖18A是表示實(shí)施例14的軸上波面象差的象差圖；圖18B是表示實(shí)施例14的軸上波面象差的象差圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對(duì)實(shí)施了本發(fā)明的光束整形元件等進(jìn)行說(shuō)明。在圖1A、B中通過(guò)光學(xué)截面表示光束整形元件BC的一實(shí)施方式。圖2中，通過(guò)光學(xué)截面表示將光束整形元件BC配置在從激光光源1到準(zhǔn)直透鏡6的光路中的狀態(tài)，圖3中示意性表示裝有光束整形元件BC的光拾波裝置的主要結(jié)構(gòu)。另外，直角坐標(biāo)系(X、Y、Z)中，如果設(shè)激光的橢圓光束截面的短軸方向?yàn)閄方向，長(zhǎng)軸方向?yàn)閅方向，光軸AX方向?yàn)閆方向，則分別地，圖1A表示光束整形元件BC的XZ截面，圖1B表示光束整形元件BC的YZ截面，圖2表示XZ截面，圖3表示YZ截面。
圖3所示的光拾波裝置是可對(duì)光信息記錄介質(zhì)進(jìn)行光信息的記錄及再生的光拾波裝置。作為激光光源1，使用例如射出波長(zhǎng)405nm的激光的半導(dǎo)體激光光源(LDlaser diode)。從激光光源1射出的激光被反射鏡2反射到上方后，向光束整形元件BC入射，由光束整形元件BC將其以發(fā)散狀態(tài)，從橢圓光束變換為圓形光束(光束截面形狀為圓形或準(zhǔn)圓形)。
該光束整形元件BC，是為了將激光從橢圓光束變換為圓形光束而在橢圓光束截面的短軸方向(X方向)將光束直徑放大的類型的光束整形元件。因此，如圖1A、B所示，光束整形元件BC的第1面S1(光入射側(cè)面)和第2面S2(光射出側(cè)面)，兩面都只在激光的橢圓光束截面的短軸方向(X方向)具有曲率，關(guān)于其X方向，第1面S1成為使凹面向著光入射側(cè)的形狀，第2面S2成為使凸面向著光射出側(cè)的形狀。另外，在第1面S1、第2面S2中，一個(gè)面成為圓弧圓柱形面，另一個(gè)面成為非圓弧圓柱形面。即，一個(gè)面的具有其曲率的方向的圓柱形面的截面構(gòu)成圓弧，另一個(gè)面的具有其曲率的方向的圓柱形面的截面構(gòu)成非圓弧。
由光束整形元件BC整形為圓形光束的激光，通過(guò)穿過(guò)1/2波長(zhǎng)板3，從S偏振光變換為P偏振光。而且，為了跟蹤誤差檢測(cè)，由衍射光柵4進(jìn)行光束分割后，向光路合波/分路用的偏振光分光鏡5入射。在偏振光分光鏡5上，使光束原樣透過(guò)設(shè)于其內(nèi)部的PBS(polarizing beam splitter)膜5a，從偏振光分光鏡5射出。然后，入射到準(zhǔn)直透鏡6，準(zhǔn)直為平行光，順序穿過(guò)1/4波長(zhǎng)板10、物鏡11，在光信息記錄介質(zhì)12的光學(xué)記錄面12a上成像。由光信息記錄介質(zhì)12的光學(xué)記錄面12a反射的激光，沿光路返回，再次入射到偏振光分光鏡5。激光由于兩次穿過(guò)上述1/4波長(zhǎng)板10，所以作為S偏振光由PBS膜5a反射后，從偏振光分光鏡5射出。而且，為進(jìn)行聚焦誤差檢測(cè)，而在由HOE(holographic optical element)7進(jìn)行光束分割后，穿過(guò)用于將跟蹤及聚焦誤差的檢測(cè)光聚光的圓柱形透鏡8，由光電二極管9進(jìn)行信號(hào)光的檢測(cè)。
如本實(shí)施方式的光束整形元件BC，在將從半導(dǎo)體激光光源射出的激光從橢圓光束變換為圓形光束的光束整形元件中，關(guān)于其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，設(shè)兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，優(yōu)選設(shè)一個(gè)面為圓弧圓柱形面，設(shè)另一個(gè)面為非圓弧圓柱形面。通過(guò)在橢圓光束截面的短軸方向(X方向)將光束直徑放大的光束整形，光射出側(cè)的NA(numerical aperture)變大，所以，可縮短從光束整形元件到準(zhǔn)直透鏡的距離。因此，可使光束整形元件以后的光學(xué)部件微型化，并且可使系統(tǒng)整體的光學(xué)系統(tǒng)微型化。
關(guān)于光束整形元件的面形狀，如上所述，通過(guò)將圓柱形面在兩面使用，與使用了變形面的情況相比，金屬模具加工變得非常容易。因此，可降低制造成本，且光束整形元件的裝配、調(diào)整也變得容易。另外，通過(guò)將一個(gè)面設(shè)為圓弧圓柱形面，將另一個(gè)面設(shè)為非圓弧圓柱狀面，可同時(shí)得到光學(xué)性能上的優(yōu)點(diǎn)和制造上的優(yōu)點(diǎn)。假設(shè)，將兩面都做成非圓弧圓柱形面，則對(duì)不同的具有曲率的方向的面，平行偏心靈敏度變得苛刻，因此，制造成品率惡化，不適于批量生產(chǎn)。另外，如果將兩面都做成圓柱形面，則由于大幅度產(chǎn)生高次象差，因此，不能得到良好的設(shè)計(jì)性能，也很難確保高的整形倍率。因此，光束整形元件優(yōu)選同時(shí)具有圓弧圓柱形面和非圓弧圓柱形面的結(jié)構(gòu)。
無(wú)論光入射側(cè)面為圓弧圓柱形面而光射出側(cè)面為非圓弧圓柱形面的情況，還是光入射側(cè)面為非圓弧圓柱形面而光射出側(cè)為圓弧圓柱形面的情況，都可以得到上述效果，但在考慮制造上的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，優(yōu)選將光入射側(cè)面設(shè)為圓弧圓柱形面，將光射出側(cè)面設(shè)為非圓弧圓柱形面。另外，如本實(shí)施方式，在沿橢圓光束截面的短軸方向(X方向)放大光束直徑的類型中，優(yōu)選將光入射側(cè)面設(shè)為凹面，將光射出側(cè)面設(shè)為凸面。由此，可得到更良好的設(shè)計(jì)性能。
如上所述，對(duì)于光束整形元件的光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，設(shè)兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，通過(guò)將一個(gè)面設(shè)為圓弧圓柱形面，將另一個(gè)面設(shè)為非圓弧圓柱形面，從而可將光束整形元件的制造為容易制造的結(jié)構(gòu)，且可達(dá)到其輕型/小型化及高性能化。而且，如將這樣的光束整形元件用于光拾波裝置，則能夠有助于裝置整體的輕型/小型化及低成本化。下面說(shuō)明用于更均衡獲得這種效果，并且達(dá)到高的整形倍率、更高的光學(xué)性能等的條件。
有關(guān)光源位置和光束整形元件的關(guān)系，優(yōu)選滿足以下的條件式(1)，1.2≤T1/T0≤10 ...(1)其中，T1表示光束整形元件的芯厚，T0表示半導(dǎo)體激光光源和光束整形元件之間的軸上光學(xué)距離。
由于滿足條件式(1)，從而能夠確保高的整形倍率，且實(shí)現(xiàn)良好的設(shè)計(jì)性能。當(dāng)超過(guò)條件式(1)的上限或下限時(shí)，由于高次象差大幅度產(chǎn)生，因此，要得到良好的設(shè)計(jì)性能，只能降低整形倍率。因此，難以一邊確保高的整形倍率，一邊獲得良好的設(shè)計(jì)性能。另外，當(dāng)超過(guò)條件式(1)的上限時(shí)，光束整形元件變得非常大，不可避免成本增加及系統(tǒng)整體的大型化/重量增加。相反，當(dāng)超過(guò)條件式(1)的下限時(shí)，傾向于曲率半徑變小，所以制造變得困難。
圖4中將條件式(1)規(guī)定的T1/T0(T0＝1.6)和設(shè)計(jì)性能的關(guān)系進(jìn)行圖表化來(lái)表示。由●標(biāo)繪的線通過(guò)波面象差表示整形倍率＝2.0倍、光入射側(cè)的NA＝0.64時(shí)的設(shè)計(jì)性能，由◆標(biāo)繪的線通過(guò)波面象差表示整形倍率＝2.5倍、光入射側(cè)的NA＝0.1時(shí)的設(shè)計(jì)性能，由▲標(biāo)繪的線通過(guò)波面象差表示整形倍率＝2.5倍、光入射側(cè)的NA＝0.064時(shí)的設(shè)計(jì)性能。由該圖表可知，在條件式(1)規(guī)定的條件范圍中，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高的整形倍率和良好的設(shè)計(jì)性能。另外，圖4所示的設(shè)計(jì)性能是忽略了球面象差的。由光束整形元件產(chǎn)生的球面象差，由于可通過(guò)與之后的準(zhǔn)直透鏡的組合而去除，因此，設(shè)計(jì)時(shí)忽略球面象差，由球面象差之外的象差量來(lái)表示設(shè)計(jì)性能。
更優(yōu)選滿足以下的條件式(1a)，1.2≤T1/T0≤3...(1a)
該條件式(1a)在上述條件式(1)規(guī)定的條件范圍內(nèi)，規(guī)定基于上述觀點(diǎn)等的更優(yōu)選的條件范圍。而且，在條件式(1a)規(guī)定的區(qū)域中，能夠得到更良好的設(shè)計(jì)性能。
對(duì)于光束整形元件的兩面的功率來(lái)說(shuō)，優(yōu)先滿足以下的條件式(2)，0.009≤R1/R2≤0.19 ...(2)其中，對(duì)于橢圓光束截面的短軸方向，R1表示光束整形元件的光入射側(cè)面的曲率半徑，R2表示光束整形元件的光射出側(cè)面的曲率半徑，將在光入射側(cè)成為凸或在光射出側(cè)成為凹的面的曲率半徑設(shè)為正，將在光入射側(cè)成為凹或在光射出側(cè)成為凸的面的曲率半徑設(shè)為負(fù)。
由于滿足條件式(2)，從而能夠確保高的整形倍率，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的設(shè)計(jì)性能。當(dāng)超過(guò)條件式(2)的上限或下限時(shí)，由于高次象差大幅度產(chǎn)生，因此，要得到良好的設(shè)計(jì)性能，只能降低整形倍率。因此，難以一邊確保高的整形倍率一邊得到良好的設(shè)計(jì)性能。另外，當(dāng)超過(guò)條件式(2)的下限時(shí)，由于光束整形元件第1面的曲率半徑變得過(guò)小，因此，難以進(jìn)行金屬模具的加工。相反，當(dāng)超過(guò)條件式(2)的上限時(shí)，第1面的曲率半徑增大，因此，導(dǎo)致光束整形元件的大型化。
更優(yōu)選地，滿足以下的條件式(2a)，0.07≤R1/R2≤0.19 ...(2a)該條件式(2a)，在上述條件式(2)規(guī)定的條件范圍內(nèi)，規(guī)定基于上述觀點(diǎn)等的更優(yōu)選的條件范圍。
對(duì)于光束整形元件的光入射側(cè)面的功率和芯厚的關(guān)系，優(yōu)選滿足以下的條件式(3)，-0.27≤R1/T1≤-0.04 …(3)其中，對(duì)于橢圓光束截面的短軸方向，R1表示光束整形元件的光入射側(cè)面的曲率半徑，T1表示光束整形元件的芯厚，將在光入射側(cè)成為凸或在光射出側(cè)成為凹的面的曲率半徑設(shè)為正，將在光入射側(cè)成為凹或在光射出側(cè)成為凸的面的曲率半徑設(shè)為負(fù)。
當(dāng)超過(guò)條件式(3)的上限時(shí)，第1面(光入射側(cè)面)的曲率半徑的絕對(duì)值變得過(guò)小，從而難以制造。并且，光束整形元件巨大化，光拾波系統(tǒng)大型化。相反，當(dāng)超過(guò)條件式(3)的下限、芯厚T1減小時(shí)，難以確保高的整形倍率。當(dāng)超過(guò)條件式(3)的下限、第1面的曲率變緩時(shí)，到光源的距離T0增大，導(dǎo)致裝置整體大型化。
更優(yōu)先地，滿足以下的條件式(3a)，-0.27≤R1/T1≤-0.12 …(3a)該條件式(3a)在上述條件式(3)規(guī)定的條件范圍內(nèi)，規(guī)定基于上述觀點(diǎn)等的更優(yōu)選的條件范圍。
對(duì)于構(gòu)成光束整形元件的一個(gè)面的非圓弧圓柱形面，優(yōu)選滿足以下的條件式(4)，-0.2×10-2≤AR×fx3≤0.2 ...(4)其中，AR表示來(lái)自圓錐的4次變形系數(shù)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱成分，fx表示光束整形元件的整形方向(即激光的橢圓光束截面的短軸方向)的焦點(diǎn)距離。
條件式(4)規(guī)定了為實(shí)現(xiàn)光束整形元件的高性能化的優(yōu)選的條件范圍，當(dāng)超過(guò)條件式(4)的上限或下限時(shí)，由于高次象差產(chǎn)生，所以變得不能得到良好的設(shè)計(jì)性能。另外，構(gòu)成光束整形元件的一個(gè)面的非圓弧圓柱形面，由表示非圓弧面的面形狀的以下式(AAS)定義，Z＝(X2/Rx+Y2/Ry)/[1+[1-(1+Kx)·X2/Rx2-(1+Ky)·Y2/Ry2]1/2]+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)·Y3]5...(AAS)其中，X、Y表示在對(duì)于光軸AX垂直的平面內(nèi)的直角坐標(biāo)，Z表示在坐標(biāo)(X、Y)的位置的光軸AX方向的位移量(面頂點(diǎn)基準(zhǔn))，Rx表示X方向的近軸曲率半徑[＝Rxi(i＝1，2)]，Ry表示Y方向的近軸曲率半徑[＝Ryi(i＝1，2)]，
Kx表示X方向的圓錐系數(shù)，Ky表示Y方向的圓錐系數(shù)，AR、BR、CR、DR表示來(lái)自圓錐的4次、6次、8次、10次變形系數(shù)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱成分，AP、BP、CP、DP表示來(lái)自圓錐的4次、6次、8次、10次變形系數(shù)的非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱成分。
另外，上述的各實(shí)施方式及后述的各實(shí)施例中，包括以下的結(jié)構(gòu)(P1)～(P5)等，根據(jù)該光束整形元件的結(jié)構(gòu)，圓弧圓柱形面和非圓弧圓柱形面，兩面都只是在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，并且，芯厚、面形狀等變?yōu)榫哂刑卣鞯慕Y(jié)構(gòu)，因此，制造容易且輕型/小型/高性能，同時(shí)可得到高的整形倍率。因此，能夠提高記錄/再生的精度，另外，由于激光的利用效率提高，故也可以適應(yīng)于藍(lán)色半導(dǎo)體激光。
(P1)一種光拾波光學(xué)系統(tǒng)，其具有將自半導(dǎo)體激光光源射出的激光，從橢圓光束變換為圓形光束的光束整形元件，其特征在于，上述光束整形元件的光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只是在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面為圓弧圓柱形面，另一個(gè)面為非圓弧圓柱形面，并滿足上述條件式(1)、(1a)、(2)、(2a)、(3)、(3a)、(4)中的至少一個(gè)。
(P2)如上述(P1)所述的光拾波光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述光束整形元件的光入射側(cè)面為圓弧圓柱形面，上述光束整形元件的光射出側(cè)面為非圓弧圓柱形面。
(P3)如上述(P1)所述的光拾波光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述光束整形元件的光入射側(cè)面為非圓弧圓柱形面，上述光束整形元件的光射出側(cè)面為圓弧圓柱形面。
(P4)如上述(P1)～(P3)中任一項(xiàng)所述的光拾波光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述光束整形元件的光入射側(cè)面為凹面，上述光束整形元件的光射出側(cè)面為凸面。
(P5)如上述(P1)～(P4)中任一項(xiàng)所述的光拾波光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步具有準(zhǔn)直儀光學(xué)系統(tǒng)，該準(zhǔn)直儀光學(xué)系統(tǒng)將由上述光束整形元件變換為圓形光束的激光進(jìn)行準(zhǔn)直。
實(shí)施例下面，列舉結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)等對(duì)實(shí)施了本發(fā)明的光束整形元件的光學(xué)結(jié)構(gòu)等作更具體地說(shuō)明。這里列舉的實(shí)施例1～14，作為數(shù)值實(shí)施例，將與上述實(shí)施方式(圖1A、B)對(duì)應(yīng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)具體化了，其中，實(shí)施例7也是具有與上述實(shí)施方式相同形狀的數(shù)值實(shí)施例。
表1～表14表示實(shí)施例1～實(shí)施例14的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，表15表示對(duì)于各實(shí)施例與各條件式規(guī)定的參數(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。在各結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中，λ是設(shè)計(jì)波長(zhǎng)(nm)，fx是X方向的焦點(diǎn)距離，fy是Y方向的焦點(diǎn)距離，光入射側(cè)NAx是激光入射側(cè)的X方向的數(shù)值孔徑，光射出側(cè)NAx是激光射出側(cè)的X方向的數(shù)值孔徑，W是剩余象差(mλrms)。但是，X方向是橢圓光束截面的短軸方向，Y方向是橢圓光束截面的長(zhǎng)軸方向。
另外，在各結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中，Si(i＝0，1，2)是從物體側(cè)數(shù)第i個(gè)面，例如，S0是相當(dāng)于物體面的激光光源1的發(fā)光面，S1是光束整形元件BC的光入射側(cè)面(第1面)，S2是光束整形元件BC的光射出側(cè)面(第2面)。另外，Rxi(i＝0，1，2)是面Si的X方向的近軸曲率半徑(mm)，Ryi(i＝0，1，2)是面Si的Y方向的近軸曲率半徑(mm)。Ti(i＝0，1)是面Si和面Si+1之間的軸上面間隔(mm)，Ni(i＝0，1)是對(duì)于位于軸上面間隔Ti的介質(zhì)的波長(zhǎng)λ的折射率。帶*標(biāo)記的面Si是非圓弧圓柱形面，由表示非圓弧面的面形狀的上述式(AAS)定義。表1～表14中，將各實(shí)施例的非圓弧面數(shù)據(jù)合并表示。但是，無(wú)標(biāo)記的項(xiàng)的系數(shù)為0，對(duì)于全部的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，E-n＝×10-n，E+n＝×10+n。
圖5A、B～圖18A、B是分別與實(shí)施例1～14對(duì)應(yīng)的象差圖，表示相對(duì)于波長(zhǎng)λ＝405nm的光線的軸上波面象差。但是，圖5A、B～圖18A、B中，A表示Y方向的波面象差，B表示X方向的波面象差。另外，各象差圖表示的設(shè)計(jì)性能是忽視球面象差的。由光束整形元件產(chǎn)生的球面象差，由于通過(guò)與之后的準(zhǔn)直透鏡組合而去除，因此，設(shè)計(jì)時(shí)忽視球面象差，由球面象差以外的象差量表示設(shè)計(jì)性能。
表1

表2

表3

表4

表5

表6

表7

表8

表9

表10

表11

表12

表13

表14

表15

權(quán)利要求
1.一種光束整形元件，將自半導(dǎo)體激光光源射出的激光從橢圓光束變換為圓形光束，其特征在于，對(duì)于其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面為圓弧圓柱形面，另一個(gè)面是非圓弧圓柱形面，滿足以下條件式(1)，1.2≤T1/T0≤10 ...(1)其中，T1表示光束整形元件的芯厚，T0表示半導(dǎo)體激光光源和光束整形元件之間的軸上光學(xué)距離。
2.一種光束整形元件，將自半導(dǎo)體激光光源射出的激光從橢圓光束變換為圓形光束，其特征在于，對(duì)于其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面為圓弧圓柱形面，另一個(gè)面是非圓弧圓柱形面，滿足以下條件式(2)，0.009≤R1/R2≤0.19 ...(2)其中，對(duì)于橢圓光束截面的短軸方向，R1表示光束整形元件的光入射側(cè)面的曲率半徑，R2表示光束整形元件的光射出側(cè)面的曲率半徑，將在光入射側(cè)成為凸或在光射出側(cè)成為凹的面的曲率半徑設(shè)為正，將在光入射側(cè)成為凹或在光射出側(cè)成為凸的面的曲率半徑設(shè)為負(fù)。
3.一種光束整形元件，將自半導(dǎo)體激光光源射出的激光從橢圓光束變換為圓形光束，其特征在于，對(duì)于其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面為圓弧圓柱形面，另一個(gè)面是非圓弧圓柱形面，滿足以下條件式(3)，-0.27≤R1/T1≤-0.04...(3)其中，對(duì)于橢圓光束截面的短軸方向，R1表示光束整形元件的光入射側(cè)面的曲率半徑、T1表示光束整形元件的芯厚，將在光入射側(cè)成為凸或在光射出側(cè)成為凹的面的曲率半徑設(shè)為正，將在光入射側(cè)成為凹或在光射出側(cè)成為凸的面的曲率半徑設(shè)為負(fù)。
4.一種光拾波裝置，其包括射出橢圓光束的光源；將自該光源射出的光從橢圓光束變換為圓形光束的光束整形元件；以及，使來(lái)自該光束整形元件的光在記錄介質(zhì)上成像的物鏡，所述光束整形元件，對(duì)于其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面是圓弧圓柱形面，另一個(gè)面是非圓弧圓柱形面，滿足以下條件式(1)，1.2≤T1/T0≤10...(1)其中，T1表示光束整形元件的芯厚，T0表示光源和光束整形元件之間的軸上光學(xué)距離。
5.一種光拾波裝置，包括射出橢圓光束的光源；將自該光源射出的光從橢圓光束變換為圓形光束的光束整形元件；以及，使來(lái)自該光束整形元件的光在記錄介質(zhì)上成像的物鏡，所述光束整形元件，對(duì)于其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面是圓弧圓柱形面，另一個(gè)面是非圓弧圓柱形面，滿足以下條件式(2)，0.009≤R1/R2≤0.19 ...(2)其中，對(duì)于橢圓光束截面的短軸方向，R1表示光束整形元件的光入射側(cè)面的曲率半徑，R2表示光束整形元件的光射出側(cè)面的曲率半徑，將在光入射側(cè)成為凸或在光射出側(cè)成為凹的面的曲率半徑設(shè)為正，將在光入射側(cè)成為凹或在光射出側(cè)成為凸的面的曲率半徑設(shè)為負(fù)。
6.一種光拾波裝置，包括射出橢圓光束的光源；將自該光源射出的光從橢圓光束變換為圓形光束的光束整形元件；以及，使來(lái)自該光束整形元件的光在記錄介質(zhì)上成像的物鏡，所述光束整形元件，對(duì)于其光入射側(cè)面和光射出側(cè)面，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面是圓弧圓柱形面，另一個(gè)面是非圓弧圓柱形面，滿足以下條件式(3)，-0.27≤R1/T1≤-0.04 ...(3)其中，對(duì)于橢圓光束截面的短軸方向，R1表示光束整形元件的光入射側(cè)面的曲率半徑、T1表示光束整形元件的芯厚，將在光入射側(cè)成為凸或在光射出側(cè)成為凹的面的曲率半徑設(shè)為正，將在光入射側(cè)成為凹或在光射出側(cè)成為凸的面的曲率半徑設(shè)為負(fù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光束整形元件BC，該光束整形元件將自半導(dǎo)體激光光源射出的激光從橢圓光束變換為圓形光束，對(duì)于第1面S1和第2面S2，兩面都只在橢圓光束截面的短軸方向具有曲率，一個(gè)面為圓弧圓柱形面，另一個(gè)面為非圓弧圓柱形面。并且，滿足條件式1.2≤T1/T0≤10，其中，T1為光束整形元件BC的芯厚、T0為半導(dǎo)體激光光源和光束整形元件BC之間的軸上光學(xué)距離。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1934479SQ20058000944
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月24日
發(fā)明者多田一成, 橋村淳司, 大利祐一郎 申請(qǐng)人:柯尼卡美能達(dá)精密光學(xué)株式會(huì)社