JP2002279633A - 光学機器および光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実屈折率型半導体レーザのように出射パワー
に応じて平行方向の拡がり角が変化するような半導体レ
ーザを使用しても、安定した半導体レーザの出射パワー
制御を可能にする。 【解決手段】 出射パワーをモニタするモニタ用受光素
子の出力に対応する半導体レーザの出射パワーを複数点
において予め測定して、その測定点におけるモニタ用受
光素子の出力と半導体レーザの出射パワーをメモリ部に
記憶し、半導体レーザの出射パワー範囲を複数領域に分
け、各領域に属する複数の測定点に基づいて一次近似に
よりフィット式を作成し、モニタ用受光素子の出力から
その出力に対応する領域のフィット式に基づいて対物レ
ンズから出射されるレーザ光量を算出し、この算出結果
に基づいて半導体レーザの出射パワーを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザを光
源とし、出射パワーの制御が可能な光学装置および光ピ
ックアップ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の技術としては、特公昭６
１―８４９５号公報に記載した光学式情報再生装置があ
る。

【０００３】この公報に記載された装置について図６を
参照しながら説明する。

【０００４】半導体レーザ１から出射された光はコリメ
ートレンズ２により平行光とされた後、偏光ビームスプ
リッタ３を透過し、１／４波長板４を経た後、対物レン
ズ５により光ディスク面Ｓに集光照射される。光ディス
ク面Ｓからの反射光は、再び、対物レンズ５，１／４波
長板４を経ることにより偏光方向が９０度変換されて偏
光ビームスプリッタ３で反射され、光路が９０度偏向さ
れる。偏光ビームスプリッタ３を反射した光は検出系受
光素子６に結像され、情報信号／フォーカスエラー信号
／トラッキングエラー信号等の検出に供される（検出系
自体は各種方式がある）。

【０００５】この種の光ピックアップ装置では、各種情
報を安定して検出、又は、安定した記録動作を行うため
に、半導体レーザから出射される光の光量が安定してい
ることが重要である。このため、従来から半導体レーザ
の発する光量をモニタ用受光素子でモニタし、そのモニ
タ光量に応じて半導体レーザの光量を制御するようにし
ている。この場合のモニタ方式としては、半導体レーザ
のチップの後方に向けて発せられる後方光を受光するモ
ニタ用受光素子を一体に内蔵させてなるものがある。し
かし、このような構造の場合、半導体レーザの構造が制
約される、実際に用いる前方光との対応が必ずしも正確
でない等の理由から、半導体レーザから前方に向けて出
射される光束の一部を受光するモニタ用受光素子が設け
られている。

【０００６】図６に示す例では、半導体レーザ１から前
方に向けて出射された光束の外周部の一部を受光するよ
うな位置にモニタ用受光素子７が配設されている。ここ
で、モニタ用受光素子７の出力と対物レンズ５の出射光
出力は図２のような線形関係にあるので、この関係に基
づいて所定パワーのレーザ光が光ディスクに照射され
る。

【０００７】具体的には、モニタ用受光素子７の出力Ａ
と、対物レンズ５から出射するレーザ光のパワーＢとの
関係を事前に測定しておき、その結果をメモリ部に記憶
させる。実使用時にはマイコン（不図示）においてこの
事前の測定結果を基に一次フィットした傾きから、所望
の対物レンズ出射パワーとなるモニタ用受光素子７の出
力を算出し、その出力が得られるように半導体レーザに
電流を印加する。

【０００８】ところで、近年、上述のような光ピックア
ップ装置を用いて高密度の情報が記録できる光記憶媒体
としてＣＤ、ＤＶＤといったものがある。このうちの書
換可能なＤＶＤ系光記憶媒体用では光源として赤色高出
力レーザが用いられている。今後、高密度化や高速化と
いったシステム高性能化が進展するに従い、この赤色半
導体レーザには、高出力動作および高温動作がますます
要望される。

【０００９】赤色高出力レーザの高出力化を実現するに
は、端面劣化の抑制が必須となる。また、高温動作を実
現するには、しきい値キャリア密度の低減による温度特
性の向上、ならびに動作電流密度の低減による光出力飽
和の抑制への取り組みが必要となる。そのアプローチと
して、Matushita Technical Journal Vol.45 no.6 Dec.
1999がある。すなわち、高出力化へは端面窓構造を取り
入れ、高温動作に対しては実屈折率導波構造を取り入れ
ている。一般にこのような半導体レーザは実屈折率型半
導体レーザと呼ばれ、今後普及していく見込みである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
実屈折率型半導体レーザはパワーにより平行方向の拡が
り角が変化するという特性を有している。このような特
性をもつ実屈折率型半導体レーザを図６のような構成上
に配置させて、出射パワー制御を行うようにさせた場
合、モニタ用受光素子出力と対物レンズ出射パワーとの
線形な関係が保持されず図３に示すような特性となり、
マイコンにおいて事前測定結果を基に一次フィットした
傾きからレーザ印加電流を決める方法では、演算によっ
て求められた所望の対物レンズ出射パワーに対応するモ
ニタ用受光素子出力と、実際の所望の対物レンズ出射パ
ワーに対応するモニタ用受光素子出力との誤差が大きく
なり、正確なパワー制御が困難となってしまうおそれが
ある。

【００１１】本発明は上述した問題に鑑みなされたもの
であり、例えば光記憶媒体に情報を記録或いは再生を行
う光ピックアップ装置などの光学装置において、実屈折
率型半導体レーザを用いた場合でも、正確なパワー制御
を行える光学装置および光ピックアップ装置を提供する
ことを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の光学機器は、光源となる半導体レーザと、こ
の半導体レーザから出射された光の一部を検知するモニ
タ用受光素子と、このモニタ用受光素子の出力に基づい
て所望の出射パワーを維持するように前記半導体レーザ
の出射パワー制御を行うレーザパワー制御回路とを有す
る光学機器において、前記レーザパワー制御回路に、出
射パワー範囲において前記モニタ用受光素子の所定の出
力に対応する前記半導体レーザの出射パワーを予め複数
測定して得た結果を保存するメモリと、前記半導体レー
ザの出射パワー範囲を少なくとも２領域に分け、前記メ
モリに記憶された測定結果において各々の領域に属する
測定結果に基づいて一次近似によってフィット式を各領
域ごとに求め、前記所望の出射パワーの値から前記フィ
ット式に基づいて、出射パワー制御の基準となる前記モ
ニタ用受光素子の出力値を算出する演算手段とを設けた
ことを特徴とする。このように構成したことにより、例
えば光記憶媒体に情報を記録或いは再生を行う光ディス
ク装置などの光学装置において、実屈折率型半導体レー
ザのように出射パワーに応じて平行方向の拡がり角が変
化することにより、モニタ用受光素子の出力と出射パワ
ーとの関係が直線的ではない場合でも、出射パワーの範
囲を複数の領域に分けて複数の一次式からなるフィット
式を作成することにより、正確な出射パワー制御を行う
ことができる。

【００１３】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明において、前記２領域はそれぞれ再生パワー，記録パ
ワーの近傍に設定されていることを特徴とする。このよ
うに構成したことにより、再生パワー，記録パワーの制
御の精度を向上させることができる。

【００１４】請求項３に係る発明は、請求項１に係る発
明において、前記２領域はそれぞれ再生パワー，消去パ
ワーの近傍に設定されていることを特徴とする。このよ
うに構成したことにより、再生パワー，消去パワーの制
御の精度を向上させることができる。

【００１５】請求項４に係る発明は、光源となる半導体
レーザと、この半導体レーザから出射された光の一部を
検知するモニタ用受光素子と、このモニタ用受光素子の
出力に基づいて所望の出射パワーを維持するように前記
半導体レーザの出射パワー制御を行うレーザパワー制御
回路とを有する光学機器において、前記レーザパワー制
御回路に、出射パワー範囲において前記モニタ用受光素
子の所定の出力に対応する前記半導体レーザの出射パワ
ーを予め複数測定して得た結果を保存するメモリと、こ
のメモリに記憶された測定結果に基づいて二次近似によ
ってフィット式を求め、前記所望の出射パワーの値から
前記フィット式に基づいて、出射パワー制御の基準とな
る前記モニタ用受光素子の出力値を算出する演算手段と
を設けたことを特徴とする。このように構成したことに
より、例えば光記憶媒体に情報を記録或いは再生を行う
光ディスク装置などの光学装置において、実屈折率型半
導体レーザのように出射パワーに応じて平行方向の拡が
り角が変化することにより、モニタ用受光素子の出力と
出射パワーとの関係が直線的ではない場合でも、モニタ
用受光素子の出力と出射パワーとの関係に適合するよう
なフィット式を作成することができるために、正確な出
射パワー制御が行うことができる。

【００１６】本発明の光ピックアップ装置は、請求項１
〜４のいずれか１項記載の光学機器と、この光学機器か
らレーザ光を集束させて光記憶媒体に照射する対物レン
ズとを備え、光記憶媒体への情報記録または光記憶媒体
からの情報読取を行うことを特徴とする。このように構
成したことにより、出射パワーが正確に制御できるよう
になるため、情報の読み書き精度が向上する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明の第１実施形態を説明するた
めのレーザパワー制御回路および光ピックアップ装置の
構成を示す説明図である。

【００１９】まず、ディジタル制御のレーザパワー制御
回路について説明する。１０１はレーザパワー設定値を
制御するマイコン、１０２は再生側Ｄ／Ａ変換回路、１
０３は消去側Ｄ／Ａ変換回路、１０４は記録側Ｄ／Ａ変
換回路、１０５，１０６，１０７はそれぞれ再生パワ
ー，消去パワー，記録パワー用のレベルシフト回路、１
０８は再生側電流源１１１をオン・オフさせるスイッ
チ、１０９は消去側電流源１１２をオン・オフさせるス
イッチ、１１０は記録側電流源１１３をオン・オフさせ
るスイッチ、１１４は記録データの“Ｈ”，“Ｌ”によ
り記録側電流源１１３からの電流をオン・オフさせるス
イッチ、１１５は半導体レーザ、１１６は半導体レーザ
１１５の出力パワーをモニタするためのピンダイオード
からなるモニタ用受光素子、１１７はモニタ用受光素子
１１６の電流を電圧に変換するＩ−Ｖ変換回路、１１８
はＩ−Ｖ変換回路１１７からの電圧をＡ／Ｄ変換回路の
ダイナミックレンジに合わせるためのレベルシフト回
路、１１９はレベルシフト回路１１８の電圧を増幅する
電圧増幅器、１２０は再生側Ａ／Ｄ変換回路、１２１は
記録側Ａ／Ｄ変換回路、１３１はフラッシュメモリを示
す。

【００２０】続いて、光ピックアップ装置について説明
する。図１において、１２２はコリメータレンズ、１２
３はグレーティング、１２４はＰＢＳプリズム、１２５
は１／４波長板、１２６は対物レンズ、１２８は集光レ
ンズ、１２９はシリンダレンズ、１３０は検出素子を示
す。光ピックアップ装置は、これらの部材とともに実屈
折率型の半導体レーザ１１５が設けられている。

【００２１】半導体レーザ１１５から出射された光ビー
ムは、コリメータレンズ１２２を通過して平行光にさ
れ、グレーティング１２３により回折されてトラッキン
グサーボ用に主ビームと２つの副ビームに分離される。
グレーティング１２３を通過した光ビームは、ＰＢＳプ
リズム１２４、１／４波長板１２５を通過し、対物レン
ズ１２６により光記憶媒体１２７に集光される。光記憶
媒体１２７で反射された光は再び対物レンズ１２６を通
過して、１／４波長板１２５により偏光面が往路とは直
交方向の直線偏光となり、ＰＢＳプリズム１２４で反射
され、集光レンズ１２８、シリンダレンズ１２９を介し
て検出素子１３０に導かれる。なお、シリンダレンズ１
２９は光ビームに非点収差を与えることができるレンズ
である。

【００２２】検出素子１３０は、照射された光ビームの
光量に比例した電気信号を出力するものであり、この電
気信号に基づき記録情報が復調される。また、シリンダ
レンズ１２９により光ビームに非点収差が与えられるの
で、非点収差法を用いたフォーカスエラー検出を行うこ
とができる。さらに、グレーティング１２３により発生
させた２つの副ビームを用いて３ビーム法によるトラッ
キングエラー検出を行うことができる。

【００２３】モニタ用受光素子１１６は、半導体レーザ
１１５から前方に向けて出射された光束の外周部の一部
を受光するような位置に配設されている。このモニタ用
受光素子１１６によって検出される受光量に基づいて対
物レンズ出射パワーの制御が行われる。

【００２４】次に、ディジタル制御のレーザパワー制御
回路の動作概要を説明する。

【００２５】モニタ用受光素子１１６の出力（以下、モ
ニタ出力と称する）対対物レンズ１２６から出射される
レーザ光のパワー（以下、出射パワーと称する）特性を
工場出荷前に事前に測定して、その結果をフラッシュメ
モリ１３１に記憶させておく。そして実使用時には、マ
イコン１０１においてその結果を後述するフィット式に
基づいて演算し、パワー設定値を決めている。

【００２６】再生時は、レーザオン信号により、スイッ
チ１０８、再生側電流源１１１がオンし、半導体レーザ
１１５に再生パワー電流が流れ、再生レーザパワー（例
えば１ｍＷ）が出力される。再生レーザパワーは、再生
側Ａ／Ｄ変換回路１２０に常にある再生パワー設定値分
の電圧が戻ってくるように、再生側Ｄ／Ａ変換回路１０
２のディジタル設定値をマイコン１０１で常時増減させ
て制御する。

【００２７】消去（イレース），記録（ライト）時も同
様に、まず、ある初期値を消去側Ｄ／Ａ変換回路１０３
に設定し、スイッチ１０９，１１０をオンする。記録側
Ａ／Ｄ変換回路１２１には初期値に対する半導体レーザ
出力パワー分の電圧が入力される。この記録側Ａ／Ｄ変
換回路１２１の電圧が、消去パワー付近のある値Ａにな
るまで、消去側Ｄ／Ａ変換回路１０３の設定値をマイコ
ン１０１によって増減する。記録側Ａ／Ｄ変換回路１２
１の値がＡ値になると、消去側Ｄ／Ａ変換回路１０３の
値はそのままで、記録側Ｄ／Ａ変換回路１０４にある初
期値を設定し、スイッチ１１４をオンさせる。今度は、
記録側Ａ／Ｄ変換回路１２１の値が記録パワー付近のあ
る値Ｂになるまで、記録側Ｄ／Ａ変換回路１０４の設定
値をマイコン１０１が制御する。なお、本実施形態にお
ける再生パワーは０．１〜１ｍＷ、消去パワーは５〜１
２ｍＷ、記録パワーは１５〜２０ｍＷである。

【００２８】ところで、前述した通り、近年高出力化，
高温動作に対応する半導体レーザ１１５として実屈折率
型半導体レーザが実用化されつつある。このような特性
をもつ実屈折率型半導体レーザを、図１のようなレーザ
出射光外周光の一部でモニタ検出を行う構成とした場
合、モニタ用受光素子出力と対物レンズ出射パワーとは
線形な関係とならず図３のような特性となり、従来の一
次フィットした傾きから所望出射パワーに対するモニタ
用受光素子出力を決める方法では正確なパワー制御が困
難である。そこで本発明では次のようなフィット方法を
採用している。

【００２９】まず、第１のフィット方法について説明す
る。

【００３０】モニタ出力対出射パワー特性を工場出荷前
に事前に測定して、その結果をフラッシュメモリ１３１
に記憶させておく。とくにその際の測定点としては、使
用する予定である出射パワー範囲内の４点を選び、ほぼ
等間隔に実施する。そして実使用時には、マイコン１０
１が、出射パワー範囲を図４に示すように、測定点１と
測定点２を含む領域と、測定点３と測定点４を含む領域
との２領域に分け、所定の２領域に分けられた範囲で一
次フィットを行う。図４に示した分け方においては、測
定点１と測定点２を結ぶ一次式をフィット式１とし、測
定点３と測定点４を結ぶ一次式をフィット式２として設
定する。なお、２領域の分け方は前述の分け方に限るも
のではなく、要は、１領域あたりに複数の測定点が含ま
れるように制御回路設計時に決めておき、領域内に３つ
以上の測定点があれば、近似によりフィット式を決定す
る。

【００３１】そして、制御目標となる所望の出射パワー
の値がどの領域に属しているかを判定し、属する領域に
対応するフィット式による演算結果に基づいて、比較基
準となるモニタ出力の値を設定する。そして、前述のよ
うに再生，消去、あるいは記録時に必要なパワーが出射
されるようにマイコン１０１が電流制御を行う。

【００３２】このように設定することにより、モニタ用
受光素子１１６の出力に応じて求められる半導体レーザ
１１５の発光制御量の誤差が低減でき、より正確な出射
パワー制御が可能になる。なお、再生パワーは０．１〜
１ｍＷ、消去パワーは５〜１２ｍＷ、記録パワーは１５
〜２０ｍＷであるので、図４に示す２領域をそれぞれ再
生パワーレベルと消去パワーレベル、あるいは再生パワ
ーレベルと記録パワーレベルのような実使用域で設定す
ることにより、精度の向上が図れる。

【００３３】次に、第２のフィット方法について説明す
る。

【００３４】第２のフィット方法が第１のフィット方法
と異なる点は図４に示すような一次のフィット式を複数
作成する代わりに、図５に示すように二次のフィット式
を１つ作成する点にある。

【００３５】モニタ用受光素子１１６の出力対対物レン
ズ出射パワー特性を工場出荷前に事前測定して、その結
果をフラッシュメモリ１３１に記憶させておく。とくに
その測定点としては使用すると予測されるう対物レンズ
出射パワー範囲内の４点をほぼ等間隔に実施する。そし
て実使用時には、マイコン１０１においてフラッシュメ
モリ１３１の記憶内容に基づいて図５に示すように二次
曲線に適合するような二次フィットを行ってフィット式
３を設定し、この二次フィットの結果に基づいて、比較
基準となるモニタ出力の値を設定する。そして、前述の
ように再生，消去、あるいは記録時に必要なパワーが出
射されるようにマイコン１０１が電流制御を行う。

【００３６】このように設定することにより、モニタ用
受光素子１１６の出力に応じて求められる半導体レーザ
１１５の発光制御量の誤差が低減でき、より正確な出射
パワー制御が可能になる。また、図４に示す第１のフィ
ット方法のように領域分けを行う必要がなくなる。

【００３７】

【発明の効果】以上、説明したように構成された本発明
によれば、実屈折率型半導体レーザのように出射パワー
に応じて平行方向の拡がり角が変化することにより、モ
ニタ用受光素子の出力と出射パワーとの関係が直線的で
はない場合でも、近似式を用いることにより、正確な出
射パワー制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を説明するためのレーザ
パワー制御回路および光ピックアップ装置の構成を示す
説明図

【図２】出射パワーに応じて平行方向の拡がり角が変化
しな半導体レーザにおける、モニタ用受光素子のモニタ
出力と、対物レンズからの出射光量との関係を示すグラ
フ

【図３】実屈折率型半導体レーザおける、モニタ用受光
素子のモニタ出力と、対物レンズからの出射光量との関
係を示すグラフ

【図４】第１のフィット方法を説明するためのモニタ用
受光素子のモニタ出力と、対物レンズからの出射光量と
の関係を示すグラフ

【図５】第２のフィット方法を説明するためのモニタ用
受光素子のモニタ出力と、対物レンズからの出射光量と
の関係を示すグラフ

【図６】従来の光ディスク装置の要部構成を示す説明図

【符号の説明】

１０１ マイコン １０２ 再生側Ｄ／Ａ変換回路 １０３ 消去側Ｄ／Ａ変換回路 １０４ 記録側Ｄ／Ａ変換回路 １０５，１０６，１０７，１１８ レベルシフト回路 １０８，１０９，１１０，１１４ スイッチ １１１ 再生側電流源 １１２ 消去側電流源 １１３ 記録側電流源 １１５ 半導体レーザ １１６ モニタ用受光素子 １１７ Ｉ−Ｖ変換回路 １１９ 電圧増幅器 １２０ 再生側Ａ／Ｄ変換回路 １２１ 記録側Ａ／Ｄ変換回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源となる半導体レーザと、この半導体
   レーザから出射された光の一部を検知するモニタ用受光
   素子と、このモニタ用受光素子の出力に基づいて所望の
   出射パワーを維持するように前記半導体レーザの出射パ
   ワー制御を行うレーザパワー制御回路とを有する光学機
   器において、 前記レーザパワー制御回路に、出射パワー範囲において
   前記モニタ用受光素子の所定の出力に対応する前記半導
   体レーザの出射パワーを予め複数測定して得た結果を保
   存するメモリと、前記半導体レーザの出射パワー範囲を
   少なくとも２領域に分け、前記メモリに記憶された測定
   結果において各々の領域に属する測定結果に基づいて一
   次近似によってフィット式を各領域ごとに求め、前記所
   望の出射パワーの値から前記フィット式に基づいて、出
   射パワー制御の基準となる前記モニタ用受光素子の出力
   値を算出する演算手段とを設けたことを特徴とする光学
   機器。
2. 【請求項２】 前記２領域はそれぞれ再生パワー、記録
   パワーの近傍に設定されていることを特徴とする請求項
   １記載の光学機器。
3. 【請求項３】 前記２領域はそれぞれ再生パワー、消去
   パワーの近傍に設定されていることを特徴とする請求項
   １記載の光学機器。
4. 【請求項４】 光源となる半導体レーザと、この半導体
   レーザから出射された光の一部を検知するモニタ用受光
   素子と、このモニタ用受光素子の出力に基づいて所望の
   出射パワーを維持するように前記半導体レーザの出射パ
   ワー制御を行うレーザパワー制御回路とを有する光学機
   器において、 前記レーザパワー制御回路に、出射パワー範囲において
   前記モニタ用受光素子の所定の出力に対応する前記半導
   体レーザの出射パワーを予め複数測定して得た結果を保
   存するメモリと、このメモリに記憶された測定結果に基
   づいて二次近似によってフィット式を求め、前記所望の
   出射パワーの値から前記フィット式に基づいて、出射パ
   ワー制御の基準となる前記モニタ用受光素子の出力値を
   算出する演算手段とを設けたことを特徴とする光学機
   器。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項記載の光学
   機器と、この光学機器からレーザ光を集束させて光記憶
   媒体に照射する対物レンズとを備え、光記憶媒体への情
   報記録または光記憶媒体からの情報読取を行うことを特
   徴とする光ピックアップ装置。