JP2005235310A - レーザ発振素子および光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＤの高速記録およびＤＶＤの高品質再生の両方を実現する。
【解決手段】 ＣＤ用の半導体レーザ光４と、ＤＶＤ用の半導体レーザ光５とを出射する発光部２について、半導体のｐｎ結合面と平行な面内で、レーザの放射強度がレーザの中心における強度の１／２になる点を結ぶことにより形成される直線がなす角度の幅を、レーザの放射角度幅とした場合、ＤＶＤ用のレーザ光５の放射角度幅θ２が、ＣＤ用のレーザ光４の放射角度幅θ１の１．３倍以上に設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ディスク等の情報記録媒体に光学的に情報を記録または再生する光ディスク記録再生装置に用いられるレーザ発振素子および光ピックアップ装置に関する。

従来、２種類の光ディスクに対応した光ピックアップ装置として、たとえば、ＤＶＤ系ディスクを記録・再生するために波長６５５ｎｍのレーザを発する光源と、ＣＤ系のディスクを記録・再生するために波長７８５ｎｍのレーザを発する光源との２種類の光源を搭載したものが用いられていた（特許文献１参照）。

このような光ピックアップ装置では、対物レンズの開口数と集光レンズの開口数との比（光学倍率）を用いて光利用効率およびＲｉｍ強度が設計され、その光利用効率とＲｉｍ強度とを考慮して光学倍率が決定される。

なお、光利用効率は、光源から出た光の光量の合計を１とした場合において、光ディスクを記録・再生するのに利用される光の割合を示している。一方、Ｒｉｍ強度とは、入射瞳（光ピックアップ装置の場合では対物レンズのアパーチャに相当）での最大強度を１００％とした場合における、瞳のエッジにおける相対強度を意味している。一般に、Ｒｉｍ強度が大きいほど、対物レンズ上で光強度分布が均一に近づく為、対物レンズで集光したレーザを光ディスク上においてより小さなスポット径で集光することができる。

光ピックアップ装置等に用いられる半導体レーザは、レーザの中心部分の光強度が最も強く、レーザの周縁に行くにつれて強度が小さくなるというように、いわゆるガウス分布に従った強度分布となっている。よって、Ｒｉｍ強度が大きい場合には、中心付近の光しか使用しない為、必然的に光利用効率は小さくなる。

したがって、通常、光利用効率とＲｉｍ強度とを考慮して、波長６５５ｎｍのレーザ光を用いるＤＶＤ側光学系の光学倍率と、波長７８５ｎｍのレーザ光を用いるＣＤ側光学系の光学倍率とを、それぞれ最適値に設定する必要がある。

そして、光学倍率は先に述べたように、対物レンズの開口数と集光レンズの開口数との比であるが、対物レンズの開口数は光ディスクの種類によって予め決められていることから、集光レンズの開口数を変えることで、光学倍率を可変としている。

ここで、レンズの開口数（ｓｉｎθ）は、一般に、レンズの有効径をａ、焦点距離ｆとした場合、ｓｉｎθ＝ａ／ｆとして規定される。そこで、特許文献１に記載の光ピックアップ装置では、ＣＤ側光学系の集光レンズの焦点距離を、ＤＶＤ側光学系の集光レンズの焦点距離に対し異ならせて集光レンズの開口数を変えることで、ＤＶＤ側光学系の光学倍率とＣＤ側光学系の光学倍率とを任意に設定できるようにしている。

しかしながら、最近の光ピックアップ装置は、薄型化、小型化、及び、ローコスト化の要求が厳しく、これらの要求を満たすために光学系の構成を簡素化にすることが必要とされる。そこで、ＤＶＤ・ＣＤの両波長の光を発振可能な２波長レーザが提案されている。現に、再生専用モデルでは、２波長のレーザを発振できるものが主流になってきている。特に、特許文献２では、２波長レーザを用いた場合に、集光レンズ（コリメートレンズ）をＣＤ側光学系とＤＶＤ側光学系とのそれぞれに配置することで、ＣＤ側光学系の集光レンズとＤＶＤ側光学系の集光レンズとの焦点距離を別々に変えることができるため、ＣＤ側光学系とＤＶＤ側光学系の光学倍率を任意に設定することができることが記載されている。
特開２００１−１８４７０７号公報（２００１年７月６日公開） 特開２００３−２６３７７３号公報（２００３年９月１９日公開）

しかしながら、２波長レーザを搭載した光ピックアップ装置において、ＣＤ側光学系とＤＶＤ側光学系とに対し、集光レンズを専用に配置した場合には、部品点数が増えるのみでなく、光ピックアップ装置全体のサイズも大きくなる。

したがって、ＣＤ側光学系とＤＶＤ側光学系とにおいて、対物レンズと集光レンズとを共通化した構成が小型、薄型、低コスト化を実現する上で必要となる。その場合、２つの波長の発光点位置はほぼ同じであり、かつ対物レンズ及び集光レンズ等の光学系も共通化されているため、光学倍率もほぼ同じとなる。

ここで、２波長のレーザを発振可能なレーザ発振装置を搭載している再生専用の光ピックアップ装置は、情報記録が可能な光ピックアップ装置に比べ光ディスク上で必要とされる光パワーが小さいことから、レーザの光出力に余裕があり光利用効率は特に問題とならない。よって、再生専用の光ピックアップ装置は、集光レンズの焦点距離を長くすることでＲｉｍ強度を大きくすることができるので、光ディスク上での集光スポット径を十分小さくできる。

これに対し、情報記録が可能な光ピックアップ装置の場合、限られたレーザ出力で、より高速の記録を実現する必要があるので、高い効率でレーザ光を利用することが必要とされる。そのため、集光レンズの焦点距離を、再生専用の光ピックアップ装置の場合とは逆に短く設定することで、高い光利用効率を得ることができる。しかしながらその反面、Ｒｉｍ強度は下がるため、ディスク上の集光スポット径が大きくなってしまう。

ところが、ＣＤと比較してＤＶＤは記録密度が高いため、再生信号品質を保つには集光スポットを十分に絞る必要がある。つまり、Ｒｉｍ強度に関してはより高いものが要求されることから、集光レンズの焦点距離を短く設定すると、この要求が満たされないこととなる。

本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、ＣＤの高速記録およびＤＶＤの高品質再生の両方を実現し得るレーザ発振素子および光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザ発振素子は、上記課題を解決するために、第１半導体レーザと、該第１半導体レーザよりも波長の短い第２半導体レーザとを出射するものであって、上記第１あるいは第２半導体レーザの光出射面に対して平行な面と、ｐｎ結合面と平行な面との交線上において、レーザの放射強度がレーザの中心における強度の１／２になる２点と、該レーザの発光点とを結ぶことにより形成される２直線がなす角度の幅を、レーザの放射角度幅とした場合、上記第２半導体レーザの放射角度幅が、上記第１半導体レーザの放射角度幅の１．３倍以上に設定されていることを特徴としている。

上記構成によれば、第２半導体レーザが第１半導体レーザの波長よりも短く設定されている。したがって、第１半導体レーザをＣＤの記録再生用のレーザとして用い、第２半導体レーザをＤＶＤの再生用のレーザとして用いれば、本発明のレーザ発振素子は、ＣＤおよびＤＶＤの再生が可能な光ピックアップ装置に用いることが可能となる。

しかしながら、このように異なる波長を有する２つのレーザを発振可能なレーザ発振素子を、ＣＤまたはＤＶＤへの情報記録を実現する光ピックアップ装置に用いた場合、集光レンズの焦点距離との関係から、ＣＤの高速記録またはＤＶＤの高品質再生に十分な対物レンズのＲｉｍ強度が得られないことがある。

そこで、本発明者らは、鋭意研究の結果、ＣＤ用対物レンズのＲｉｍ強度と、ＤＶＤ用対物レンズのＲｉｍ強度とは、第２半導体レーザの放射角度幅に対する第１半導体レーザの放射角度幅の比率（以下、放射角度比とする）で定められることを見出した。そして該放射角度比が１．３以上である場合に、ＣＤの高速記録が可能でなおかつＤＶＤの高品質再生が可能なＲｉｍ強度を得ることができることを、実験により確認した。

本発明では放射角度比が１．３以上に設定されているので、本発明のレーザ発振素子を光ピックアップ装置に用いれば、ＣＤの高速記録およびＤＶＤの高品質再生の両方を実現することが可能となる。

さらに、上記第２半導体レーザの放射角度幅は、上記第１半導体レーザの放射角度幅の１．３５倍以上であることが好ましい。

すなわち、ＤＶＤに対する情報記録が可能な光ピックアップ装置では、ＤＶＤに対する情報記録ができない光ピックアップ装置に比べて、開口数の大きなＤＶＤ用の対物レンズが用いられる。たとえば、再生専用のＤＶＤ用対物レンズの開口数は０．６であり、情報記録対応型のＤＶＤ用対物レンズの開口数は０．６３〜０．６５である。

このように開口数の大きな対物レンズに対して、放射角度比を１．３以上に設定して第１半導体レーザおよび第２半導体レーザを発振すると、ＤＶＤの高品質再生を行うのに十分なＲｉｍ強度を得ることができない場合がある。

そこで、本発明者らは、情報記録対応型のＤＶＤ用対物レンズを使用した状態で放射角度比を変化させつつＤＶＤ用対物レンズのＲｉｍ強度を計測した。その実験の結果、放射角度比が１．３５以上であれば、ＤＶＤの高品質再生を行うのに十分なＲｉｍ強度を得ることができることを確認した。

そして、本発明では、放射角度比が１．３５以上に設定されている。したがって、情報記録対応型の開口数の大きな対物レンズが光ピックアップ装置に用いられている場合であっても、本発明のレーザ発振素子を該光ピックアップ装置に用いれば、ＤＶＤの記録および高品質再生の両方を実現することが可能となる。

なお、第２半導体レーザの放射角度幅の第１半導体レーザの放射角度幅に対する比率の下限は、該第２半導体レーザを用いてＤＶＤを再生する際に必要なＲｉｍ強度が得られるように定められることが好ましい。

また、本発明の光ピックアップ装置は、上記課題を解決するために、上記構成のレーザ発振素子と、上記第１半導体レーザが光ディスクにて反射された光を検出する第１光検出器と、上記第２半導体レーザが上記光ディスクにて反射された光を検出する第２光検出器とを備えている構成であることを特徴としている。

上記構成によれば、第１半導体レーザおよび第２半導体レーザのそれぞれに対して、光ディスクからの反射光を検出する第１光検出器または第２光検出器が設けられている。したがって、第１半導体レーザの反射光の光路、および第２半導体レーザの反射光の光路のそれぞれに対して、個別に光検出器の位置を調整することができる。よって、光ピックアップ装置における設計の自由度をより高めることができる。

また、本発明の光ピックアップ装置は、上記課題を解決するために、上記構成のレーザ発振素子と、上記第１半導体レーザが光ディスクにて反射された光と、上記第２半導体レーザが上記光ディスクにて反射された光とを検出する第３光検出器とを備えている構成であってもよい。

上記構成によれば、第１半導体レーザの反射光および第２半導体レーザの反射光を、共通の第３光検出器にて検出するので、光ピックアップ装置の部品点数を低減できる。これにより、光ピックアップ装置の構成をコンパクトにすることができる。このようにコンパクト化された光ピックアップ装置を用いれば、ＣＤおよびＤＶＤのいずれにも対応している記録再生装置をさらにコンパクトなものとすることができる。

さらに、本発明の光ピックアップ装置は、上記課題を解決するために、上記第１半導体レーザが上記光ディスクにて反射された光を回折して上記第３光検出器へと導く第１ホログラム素子と、上記第２半導体レーザが上記光ディスクにて反射された光を回折して上記第３光検出器へと導く第２ホログラム素子と、上記レーザ発振素子と、上記第３光検出器と、上記第１ホログラム素子と、上記第２ホログラム素子とが一体化されたホログラムレーザユニットとを備えている構成であってもよい。

上記構成によれば、光ピックアップ装置を構成する各部材が一体化されているので、光ピックアップ装置の構成をよりコンパクトにすることができる。このようにコンパクト化された光ピックアップ装置を用いれば、ＣＤおよびＤＶＤのいずれにも対応している記録再生装置をさらにコンパクトなものとすることができる。

本発明では、以上のように、第２半導体レーザの放射角度幅が、第１半導体レーザの放射角度幅の１．３倍以上に設定されているので、ＣＤの高速記録が可能でなおかつＤＶＤの高品質再生が可能なＲｉｍ強度を得ることができる。よって、ＣＤの高速記録およびＤＶＤの高品質再生の両方を実現することが可能となるという効果が奏される。

〔１．レーザ発振装置の構成〕
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のレーザ発振装置１は、ステム３の上に、２種類の波長の半導体レーザ光を発振可能な発光部（レーザ発振素子）２が搭載されている構成である。そして、各波長の発光点は、Δの間隔を有している。ここで、発光部２からは、波長の長いレーザ光である光線（第１半導体レーザ）４、および波長の短いレーザ光である光線（第２半導体レーザ）５が発振されているとする。

また、放射角度幅を、半導体レーザの光出射面に対して平行な面と、ｐｎ結合面と平行な面との交線上において、レーザの放射強度がレーザの中心における強度の１／２になる２点と、該レーザの発光点とを結ぶことにより形成される２直線がなす角度の幅（すなわち半値全幅）として定義し、光線４の放射角度幅をθ１、光線５の放射角度幅をθ２として表す。

ここで、発光部２における半導体のｐｎ結合面とレーザとの関係について、図２を用いて説明する。図２に示すように、発光部２は、自身に用いられている半導体のｐｎ接合面からレーザを放射している。したがって、該レーザは、ｐｎ接合面と垂直な方向および平行な方向に拡散していく。

図２に示すようにレーザが発光されている場合、ｐｎ結合面と平行な面をレーザの発光点２ａを通る平面２ｂとして設定し、半導体レーザの光出射面に対して平行な面を平面２ｂ’として設定する。そして、平面２ｂと平面２ｂ’との交線上において、レーザの放射強度がレーザ中心軸２ｃの強度の１／２になる点２ｄ・２ｅのそれぞれと、発光点２ａとを結ぶことにより形成される形成される２直線２ｆ・２ｇがなす角度の幅が放射角度幅である。

そして、一般的な半導体レーザ発振装置では、その性質上、上記ｐｎ結合面に垂直な方向の放射角度θ⊥が、ｐｎ結合面に平行な方向の放射角度θ‖に比べ大きい。具体的には、放射角度θ⊥は放射角度θ‖の１．５倍〜３倍程度である。なお、以下の説明において「垂直方向」とは、半導体レーザ発振装置におけるｐｎ接合面に垂直な方向を意味している。一方、「平行方向」とは、同ｐｎ接合面に平行な方向を意味している。

したがって、ｐｎ結合面に対して垂直な方向のＲｉｍ強度は、ｐｎ結合面に対して平行な方向のＲｉｍ強度に比べ大きくなる。その結果、垂直方向のレーザは平行方向のレーザに比べ十分小さく絞ることができる。そこで、以下では平行方向の放射角度のみを考えるものとする。

その際には、以下の事項を考慮する必要がある。すなわち、ＣＤと比較してＤＶＤは記録密度が高いため、再生信号品質を保つには、光ディスク上での集光スポットを十分に絞る必要がある。したがって、半導体レーザ発振装置におけるｐｎ結合面に平行な方向に対応した対物レンズのＲｉｍ強度は、より高いことが好ましいといえる。しかしながら、ＣＤとＤＶＤとでは、光ピックアップ装置の対物レンズの開口数の違いから、同一の放射角度であってもＲｉｍ強度が異なることを考慮して、放射角度を設定する必要がある。

具体的には、以下の(i)〜(iv)の事項から、放射角度を設定することができる。

(i)ＣＤ用対物レンズの開口数は一般に０．５であることから、該開口数をレーザの絞り込み角度にすると、ｓｉｎ^−１０．５＝３０°となる。

(ii)ＤＶＤ用対物レンズの開口数は０．６あるいは０．６３であることから、それぞれの開口数をレーザの絞り込み角度にすると、ｓｉｎ^−１０．６０＝３６．８７°、ｓｉｎ^−１０．６３＝３９．０５°となる。

(iii)対物レンズの開口数と集光レンズの開口数との比（光学倍率）は１以上であり、更に波長の異なるレーザを２つ発振する半導体レーザ発振装置では、２つのレーザが同一の発光点から発せられるので、ＤＶＤとＣＤの光学倍率は同じである。

(iv)Ｒｉｍ強度の比は、ＤＶＤ用半導体レーザの放射角度とＣＤ用半導体レーザの放射角度の放射角度との比で決まる。

以上の(i)〜(iv)の事項から、ＤＶＤ用半導体レーザの放射角度をＣＤ用半導体レーザの放射角度に対し、少なくとも３９．０５／３０＝１．３倍以上としておけば、必ずＤＶＤ用対物レンズの平行方向のＲｉｍ強度を、ＣＤ用対物レンズの平行方向のＲｉｍ強度より大きくすることができるといえる。このようにＲｉｍ強度を大きくすれば、ＤＶＤ上での集光スポットを十分小さく絞ることができる。

すなわち、ＤＶＤ用半導体レーザの放射角度をＣＤ用半導体レーザの放射角度に対し１．３倍以上とすることにより、ＣＤの記録に必要な光利用効率を得るように集光レンズの焦点距離を設定した場合において、ＤＶＤの再生に十分な程度にまでレーザの集光スポットを絞ることができる。なお、ＣＤ用半導体レーザの放射角度に対するＤＶＤ用半導体レーザの放射角度の比率（以下、適宜「放射角度比」という）に関する下限は、ＤＶＤを記録または再生する際に必要なＲｉｍ強度が得られるよう、適宜定められる。

また、異なる波長のレーザを２つ発振するタイプのレーザ発振装置において、ＤＶＤに記録を行うことを重視すると、ＤＶＤ上での集光スポット径をより小さくする必要がある。ＤＶＤの記録に対応した対物レンズの中には、０．６５に設定されたものも存在する。

その場合には、ＤＶＤ用レーザの絞り込み角度は、ｓｉｎ^−１０．６５＝４０．０５°となる。したがって、ＤＶＤ用半導体レーザの放射角度を、ＣＤ用半導体レーザの放射角度に対し、少なくとも１．３５（＝４０．０５／３０）倍以上としておけば、必ずＤＶＤ用対物レンズの平行方向のＲｉｍ強度を、ＣＤ用対物レンズの平行方向のＲｉｍ強度より大きくすることができ、ＤＶＤ上での集光スポットを十分小さく絞ることができる。なお、このように放射角度比を１．３５倍以上に設定した場合においても、放射角度比の下限は、ＤＶＤを再生する際に必要なＲｉｍ強度が得られるよう、適宜定められる。

〔１−１．ＤＶＤ記録を考慮しない場合の実験〕
本願発明の発明者らは、放射角度比とＣＤの高速記録との関係について、より具体的な実験を行っているので、その結果について以下に説明する。

先ず、ＤＶＤ用の対物レンズとしては、焦点距離が３ｍｍであり、開口数（ＮＡ）が０．６であるものを用いた。すなわち、ＤＶＤ用の対物レンズとしては、ＤＶＤの再生のみが可能であり、ＤＶＤの記録を行うことが意図されていないものを用いた。

なお、本対物レンズは、ＣＤの記録再生にも使用可能な互換レンズであり、ＣＤ用の対物レンズとしては、焦点距離が３ｍｍであり、開口数が０．５として作用する。また、集光レンズは、焦点距離が１８ｍｍのものを用いた。さらに、集光レンズ、対物レンズ、ビームスプリッタ、波長板等により構成される光学系の透過率は、光学系全体で０．６となるように設定した。

そして、ＤＶＤ用の短波長レーザについては、平行方向の放射角度θ‖を１０°に設定し、垂直方向の放射角度θ⊥を３０°に設定した。また、ＣＤ用の長波長レーザについては、垂直方向の放射角度θ⊥を１６°に設定し、放射強度を１８０ｍＷに設定した。

このような条件の下、ＣＤ用の長波長レーザの放射角度θ‖を変更することにより、ＣＤ側光学系の結合効率とＲｉｍ強度を求め、ＣＤの４８倍速記録が可能かを検討した結果を以下の表１に示す。なお、結合効率とは、光学レンズやレーザの放射角度等の光学的な条件で定められるレーザ光の利用効率を意味している。

なお、１倍速の記録に必要な光強度を６ｍＷとすると、４８倍速の記録に必要な光強度は、６×√４８＝４１．５ｍＷ以上である。したがって、表１においては、ＣＤ用のレーザ光のＯＬ出射強度が４１.５ｍＷ以上となった場合に、４８倍速の記録が可能であるものとして判定結果を○印で表示している。なお、ＯＬ出射強度とは、対物レンズから出射されるレーザの強度を意味している。

以上の結果より、ＣＤの高速記録を実現するためには、放射角度比が１．３以上に設定されることが好ましいことが確認された。

〔１−２．ＤＶＤ記録を考慮した場合の実験〕
上記（１−１）欄に記載した実験において、ＣＤ用のレーザのθ‖を７．７°に設定した場合、ＤＶＤのＲｉｍ強度は０．４０２となる。したがって、ＤＶＤ用の対物レンズとして開口数が０．６３〜０．６５のもの、すなわちＤＶＤの記録に対応したものを用いた場合にも、０．４程度のＲｉｍ強度を得ることができれば、ＤＶＤの記録および再生に対応したレーザ発振装置を提供することが可能となる。

本発明者らは、ＤＶＤ用の対物レンズとして、開口数が０．６３のものを用いた場合および開口数が０．６５のものを用いた場合のそれぞれについて、ＤＶＤ用対物レンズのＲｉｍ強度と放射角度比との関係について実験を行っているので、その結果について以下に記載する。

なお、ＤＶＤ用の対物レンズとしては焦点距離が３ｍｍとして作用する一方、ＣＤ用の対物レンズとしては焦点距離が３ｍｍとして作用し開口数が０．５として作用する、互換対物レンズを用いた。また、集光レンズは、焦点距離が１８ｍｍのものを用いた。さらに、集光レンズ、対物レンズ、ビームスプリッタ、波長板等により構成される光学系の透過率は、光学系全体で０．６となるように設定した。

また、ＤＶＤ用の短波長レーザについては、垂直方向の放射角度θ⊥を２０°に設定し、放射強度を１００ｍＷに設定した。また、ＣＤ用の長波長レーザについては、垂直方向の放射角度θ⊥を１６°、平行方向の放射角度θ‖を７．７°に設定し、放射強度を１８０ｍＷに設定した。

以下の表２に、開口数が０．６３のＤＶＤ用対物レンズを用いた場合の放射角度比とＲｉｍ強度との関係を示す。

また、表３に、開口数が０．６５のＤＶＤ用対物レンズを用いた場合の放射角度比とＲｉｍ強度との関係を示す。

以上の実験結果より、放射角度比を１．３５以上に設定することにより、０．４程度のＲｉｍ強度を得ることができる。

もちろん、放射角度比の上限は、ＤＶＤを記録する際に必要なパワーが得られるように定められる。以下はＤＶＤの４倍速の記録が可能かを検討した結果から得られた放射角度比の上限である。

開口数が０．６３のＤＶＤ用対物レンズを用いた場合において、ＤＶＤの１倍速の記録に必要な光強度を８ｍＷとすると、４倍速の記録に必要な光強度は８×√４＝１６．０ｍＷ以上であることから、ＤＶＤ用のレーザ光のＯＬ出射強度が１６．０ｍＷ以上となった場合に４倍速の記録が可能であることがわかる。

そこで、ＤＶＤ用の短波長レーザ放射強度を１００ｍＷに設定し、光学系の透過率を０．６とした場合に、ＯＬ出射強度を１６．０ｍＷ以上をするためには結合効率が０．２６７以上必要であり、ＤＶＤの放射角度θ‖を１６．５°以下に設定する必要がある。

よって、４倍速の記録を考えた場合、ＤＶＤ用レーザの放射角度θ‖と、ＣＤ用レーザの放射角度θ‖との放射角度比は２．１（＝１６．５°/７．７°）となる。すなわち、放射角度比の上限は２．１であるといえる。

ここで、上記の内容を数式化すると、ＤＶＤの１倍速の記録に必要な光強度をａ、光学系の透過率をｔ、ＤＶＤ用の短波長レーザ放射強度をｗとした場合に、ＤＶＤのｎ倍速記録を行うためには、結合効率がａ×√ｎ／ｗ／ｔ以上必要となる。

この結合効率を得るためのＤＶＤ用レーザの放射角度θ‖は、図７に示す結合効率と放射角度θ‖との関係に基づき一意的に決定されることから、ＤＶＤ用レーザの放射角度θ‖と、ＣＤ用レーザの放射角度θ‖との放射角度比の上限は適宜定めることができる。

図８は、図７における縦軸の値をＣＤの放射角度θ‖(＝７．７°)で除算した値、すなわち放射角度比を縦軸の値として用いるものである。上述のように、ｎ倍速記録を行う際には結合効率はａ×√ｎ／ｗ／ｔ以上必要となる。このように求められる結合効率から、放射角度比の上限は適宜定めることができる。

同様に、開口数が０．６５のＤＶＤ用対物レンズを用いた場合において、ＤＶＤの４倍速の記録を行う場合、ＤＶＤの放射角度θ‖は１７．８以下が必要となる。したがって、ＤＶＤの放射角度θ‖とＣＤの放射角度θ‖との放射角度比の上限は、２．３（＝１７．８°/７．７°）となる。

このように、ＤＶＤへの情報記録が可能な対物レンズを用いた場合であっても、高品質のＤＶＤ再生が可能となる。つまり、ＤＶＤへの情報記録と高品質のＤＶＤ再生とを同時に実現することができる。

〔２．光ピックアップ装置の構成例１〕
本実施形態のレーザ発振装置１を光ピックアップ装置に搭載した場合の光学系の一部分を図３に示す。図３に示すように、光ピックアップ装置は、レーザ発振装置１と、対物レンズ７と、開口６とで構成されている。ＣＤの記録・再生に用いられる波長の長いレーザ光を光線４、ＤＶＤの再生等に用いられる波長の短いレーザ光を光線５とすると、光線４は、大部分の光が開口６を透過する一方、光線５の大部分は開口６により遮られている。

図３のようにＤＶＤ用のレーザ光が開口６により遮られてしまう状態を、放射角度と放射強度との関係において示した図面が図４である。なお、図４においてはＣＤ用のレーザ光に関する放射強度と放射角度との関係を実線にて示し。ＤＶＤ用のレーザ光に関する放射強度と放射角度との関係を破線にて示している。

さらに、図４においては、開口６の径で決まる有効ＮＡ（放射角度幅）を図中にＷで示した。図４に示されるように、ＣＤ用のレーザ光は放射強度の損失が少なく、ＤＶＤ用のレーザ光は放射強度の損失が多い。したがって、ＣＤ用のレーザ光に関しては、光利用効率が高いといえる。

また、Ｒｉｍ強度に関しては、ＣＤ用のレーザ光のＲｉｍ強度（Ｒｉｍ１）に比べてＤＶＤ用のレーザ光のＲｉｍ強度（Ｒｉｍ２）が高いので、ＤＶＤ用のレーザ光に関しては光ディスク上でのスポット径を十分に絞ることが可能となる。

以上のように、波長の長いレーザ光の放射角度を、波長の短いレーザ光の放射角度に比べて小さくすることで、ＣＤの高速記録とＤＶＤ再生信号の高品質化との両方を満足することができる。

ところで、ＣＤに関しては記録再生が可能である一方、ＤＶＤに関しては再生のみを行うコンボドライブには、上記構成の光ピックアップ装置を用いればＣＤの高速記録およびＤＶＤの高品質再生を実現することができる。しかし、ＤＶＤも記録可能なコンボドライブの場合、光ディスク上のスポット径をより絞る必要があるため、対物レンズの開口数も０．６３〜０．６５と大きくなる。その際、上記構成の放射角度を有する光ピックアップ装置を用いると、開口数が大きくなった分だけＲｉｍ強度が低下し、開口数を大きくした効果が表れないため、光ディスク上のスポット径をより絞ることができない。

そこで、図４に示すように、ＣＤ用のレーザ光に関して放射強度が最大値の半分となる際の放射角度の幅をＷ１とし、ＤＶＤ用のレーザ光の半値全幅をＷ２とする。Ｗ１×１．３５≦Ｗ２と設定することで、ＤＶＤディスク上でのレーザ光のスポット径を十分に絞り、高品質の再生を可能するのに十分なＲｉｍ強度を確保できる。なお、Ｗ１は、図１における光線４の放射角度幅θ１と同義であり、Ｗ２は図１における光線５の放射角度幅θ２と同義である。

〔３．光ピックアップ装置の構成例２〕
図５に、レーザ発振装置１を搭載した光ピックアップ装置の別の構成例を示す。図５に示すように、本構成例の光ピックアップ装置は、レーザ発振装置１と、ビームスプリッタ９と、対物レンズ７と、開口６と、光検出器１０とを備えている。なお、対物レンズ７は、異なる波長の２つのレーザ光に対応したレンズである。すなわち、対物レンズ７は、ＣＤディスクとＤＶＤディスクとの間における基板厚み差により発生する球面収差を補償可能なレンズである。なお、図５においては、参照符号８によりＣＤディスクまたはＤＶＤディスクを示している。

また、レーザ発振装置１により発振されるＣＤ用のレーザ光を光線（第１半導体レーザ）１１、ＤＶＤ用のレーザ光を光線（第２半導体レーザ）１２とする。光線１１および光線１２は光検出器１０のそれぞれ異なる位置に入射する。したがって、光検出器１０は、光線１１を受光する光検出素子（第１光検出器）１０ａと、光線１２を受光する光検出素子（第２光検出器）１０ｂとを備えている。

この場合、光線１１もしくは光線１２のどちらか一方で、光検出器１０における光検出素子を位置調整すれば、もう一方の波長の光に対して、発光点や光検出素子を位置調整することが不要となる。

すなわち、光ピックアップ装置の光学系が設計通りに組み立てられていれば、光検出器の位置を調整することは不要である。しかしながら、光ピックアップ装置には必ず寸法の公差や組立て公差が存在するため、光検出器における光検出素子の位置を調整することが必要となる。

ところが、本実施形態のレーザ発振装置における２個の発光点位置の間隔、および、光検出器の２個の光検出素子間の間隔は、１μｍ以下のオーダーという高精度で設定される。すなわち、異なる波長を有する２つのレーザ光のうち、いずれか一方のレーザ光の光源または光検出素子がある距離だけ所定位置からズレて配置されていれば、そのズレ量と同じ程度だけ他方のレーザ光の光源または光検出素子も所定位置からズレていることになる。

したがって、上記２つのレーザ光のうち、いずれか一方のレーザ光の光源を調整して設計値からのズレを補正すれば、もう一方のレーザ光の光源と光検出素子は、他方のレーザ光の光源または光検出素子との間隔が高い精度で一定に保たれているので、ほぼ設計通りに配置されることとなる。

たとえば、ＤＶＤ用のレーザ光の発光点に合わせてＤＶＤ用レーザ光の受光点の位置が設定されるようにＤＶＤ用光検出素子の位置を調整をした場合、ＣＤ用レーザ光の発光点と光検出素子も位置調整されたことになる。

〔４．光ピックアップ装置の構成例３〕
図６に、レーザ発振装置１の発光部２を用いる光ピックアップ装置のさらに別の構成例を示す。図６に示すように、本構成例の光ピックアップ装置は、２種類の波長の光を発振可能な発光部２と、ホログラム素子（第１ホログラム素子）１８およびホログラム素子１９（第２ホログラム素子）と、光検出器２０とが一体化されたホログラムレーザユニット２１と、開口６と、対物レンズ７とで構成されている。また図６において図５と同一の参照番号が付されている部材は、図５と同じものであるので、詳細な説明は省略する。

ホログラムレーザユニット２１において、ホログラム素子１８またはホログラム素子１９により光線１１および光線１２がそれぞれ回折された光は、光検出器２０の同一位置に入射する。したがって、光検出器２０には、単一の光検出素子（第３光検出器）２０ａが設けられており、この光検出素子２０ａによって、光線１１および光線１２の両方を受光している。

ここで、２つの波長に対応した２個のホログラム素子１８・１９のそれぞれは、各波長に対応した専用設計が施されている。つまり、ホログラム素子は、一般的に、発光点の位置、集光点の位置、ホログラム素子の設置位置、および波長の位置に応じて設計される。本実施形態のホログラム素子１８・１９のそれぞれは、異なる位置から発せられるとともに異なる波長を有するレーザに対応して設けられるものであるので、上述のように各波長に対応した専用設計が施されている。

したがって、２つの光線の波長に応じて個別にホログラム素子１８・１９のそれぞれを調整して、光線１１および光線１２を光検出器２０上の同じ位置に入射させることができる。具体的には、ホログラム素子の光軸に対して垂直な面内のｘ軸方向およびｙ軸方向と、光軸を中心とする回転方向との計３軸の方向に、ホログラム素子１８・１９のそれぞれを調整して、光線１１および光線１２を光検出素子２０ａに入射させるようにする。これにより、光検出器２０を分割することにより構成される光検出素子の数を少なくし、ホログラムレーザユニット２１の構成を簡略化することが可能となる。なお、本実施形態において、２種類の波長の光を放射可能な発光部２については、１つのレーザチップにより２種類の波長の光を放射するいわゆるモノリシック型であっても良いし、２つのレーザチップにより２種類の波長の光を放射するハイブリット型であってもいずれでもよい。

以上のように、本実施の形態のレーザ発振装置１に用いられる発光部２は、ＣＤ用の半導体レーザと、ＤＶＤ用の半導体レーザとを出射するものであって、半導体レーザの光出射面に対して平行な面と、ｐｎ結合面と平行な面との交線上において、レーザの放射強度がレーザの中心における強度の１／２になる２点と、該レーザの発光点とを結ぶことにより形成される２直線がなす角度の幅を、レーザの放射角度幅とした場合、ＤＶＤ用のレーザ光の放射角度幅θ２が、ＣＤ用のレーザ光の放射角度幅θ１の１．３倍以上に設定されているものである。

本発明者らは、鋭意研究の結果、ＣＤ用対物レンズのＲｉｍ強度と、ＤＶＤ用対物レンズのＲｉｍ強度とは、ＤＶＤ用レーザ光の放射角度幅に対するＣＤ用レーザ光の放射角度幅の比率（以下、放射角度比とする）で定められることを見出した。そして該放射角度比が１．３以上である場合に、ＣＤの高速記録が可能でなおかつＤＶＤの高品質再生が可能なＲｉｍ強度を得ることができることを、実験により確認した。

したがって、本実施形態の発光部２を搭載したレーザ発振装置１を光ピックアップ装置に用いれば、ＣＤの高速記録およびＤＶＤの高品質再生の両方を実現することが可能となる。

また、上記放射角度比は、１．３５以上に設定されていることが好ましい。本発明者らは、情報記録対応型の開口数の大きなＤＶＤ用対物レンズを使用した状態で放射角度比を変化させつつＤＶＤ用対物レンズのＲｉｍ強度を計測した。その実験の結果、放射角度比が１．３５以上であれば、ＤＶＤの高品質再生を行うのに十分なＲｉｍ強度を得ることができることを確認した。

したがって、放射角度比を１．３５以上に設定することにより、情報記録対応型の開口数の大きな対物レンズが光ピックアップ装置に用いられている場合であっても、ＤＶＤの記録および高品質再生の両方を実現することが可能となる。

さらに、本実施形態の光ピックアップ装置は、上記構成の発光部２と、ＣＤ用のレーザ光がディスク８にて反射された光を検出する光検出素子１０ａと、ＤＶＤ用のレーザ光がディスク８にて反射された光を検出する光検出素子１０ｂとを備えているものである。

上記構成によれば、ＣＤ用のレーザ光およびＤＶＤ用のレーザ光のそれぞれに対して、ディスク８からの反射光を検出する光検出素子１０ａまたは光検出素子１０ｂが設けられている。したがって、ＣＤ用レーザ光の反射光の光路、およびＤＶＤ用レーザ光の反射光の光路のそれぞれに対して、個別に光検出素子の位置を調整することができる。よって、光ピックアップ装置における設計の自由度をより高めることができる。

また、本実施形態の光ピックアップ装置は、上記構成の発光部２と、ＣＤ用レーザ光がディスク８にて反射された光と、ＤＶＤ用レーザ光がディスク８にて反射された光とを検出する光検出素子２０ａとを備えているものであってもよい。

上記構成によれば、ＣＤ用レーザ光の反射光およびＤＶＤ用レーザ光の反射光を、共通の光検出素子２０ａにて検出するので、光ピックアップ装置の部品点数を低減できる。これにより、光ピックアップ装置の構成をコンパクトにすることができる。このようにコンパクト化された光ピックアップ装置を用いれば、ＣＤおよびＤＶＤのいずれにも対応している記録再生装置をさらにコンパクトなものとすることができる。

さらに、ＣＤ用のレーザ光がディスク８にて反射された光を回折して光検出素子２０ａへと導くホログラム素子１８と、ＤＶＤ用のレーザ光がディスク８にて反射された光を回折して光検出素子２０ａへと導くホログラム素子１９とをさらに備え、発光部２と、光検出素子２０ａと、ホログラム素子１８と、ホログラム素子１９とが、ホログラムレーザユニット２１として一体化されていてもよい。

上記構成によれば、光ピックアップ装置を構成する各部材が一体化されているので、光ピックアップ装置の構成をよりコンパクトにすることができる。このようにコンパクト化された光ピックアップ装置を用いれば、ＣＤおよびＤＶＤのいずれにも対応している記録再生装置をさらにコンパクトなものとすることができる。

なお、本発明のレーザ発振装置は、発振波長の異なる複数のレーザ光を出射可能な半導体レーザ発振装置であって、発振波長の短いレーザ光の放射角度幅が、発振波長の長いレーザ光の放射角度幅の１．３倍以上である構成であってもよい。

さらに、上記構成のレーザ発振装置において、発振波長の長いレーザ光および発振波長の短いレーザのいずれも光ディスクに記録するのに十分なパワーを出力可能である構成であってもよい。または、発振波長の長いレーザのみ、光ディスクに記録するのに十分なパワーを出力可能である構成であってもよい。

また、本発明の光ピックアップ装置は、複数の波長を有するレーザ光を出射可能な半導体レーザ発振装置と、レーザ放射光を光ディスク上に集光するための集光レンズと、ディスク反射光を検出する受光部とで構成され、該受光部が各波長に応じて専用に形成されている構成であってもよい。

また、本発明の光ピックアップ装置は、複数の波長を有するレーザ光を出射可能な半導体レーザ発振装置と、レーザ放射光を光ディスク上に集光するための集光レンズと、半導体レーザと集光レンズとの間に配置され、レーザ放射光を透過し、ディスク反射光を回折して、光検出器へ導くためのホログラム素子と、光ディスク反射光を受光する光検出器とで構成されものであって、半導体レーザ、ホログラム素子、および光検出器が一体化されている構成であってもよい。

さらに、上記光ピックアップ装置において、受光部が各波長に応じて別個に形成されておらず、両波長に共通の受光部である構成であってもよい。

本発明によれば、ＣＤの高速記録およびＤＶＤの高品質再生の両方を実現することが可能となるので、ＣＤやＤＶＤの記録再生を行うコンボドライブに適している。

本発明の一実施形態に係るレーザ発振装置の構成を示す図である。 図１のレーザ発振装置に用いられる発光部のｐｎ接合面と、レーザの放射方向との関係を示す斜視図である。 図１のレーザ発振装置を搭載した光ピックアップ装置の一構成例を示す図である。 図１のレーザ発振装置における放射角度幅と放射強度との関係を示すグラフである。 図１のレーザ発振装置を搭載した光ピックアップ装置の他の構成例を示す図である。 図１のレーザ発振装置を搭載した光ピックアップ装置のさらに他の構成例を示す図である。 結合効率とＤＶＤの放射角度θ‖との関係を示す図である。 結合効率とＤＶＤの放射角度比との関係を示す図である。

符号の説明

２ 発光部（レーザ発振素子）
４ 光線（第１半導体レーザ）
５ 光線（第２半導体レーザ）
７ 対物レンズ
８ ディスク
１０ａ 光検出素子（第１光検出器）
１０ｂ 光検出素子（第２光検出器）
１１ 光線（第１半導体レーザ）
１２ 光線（第２半導体レーザ）
１８ ホログラム素子（第１ホログラム素子）
１９ ホログラム素子（第２ホログラム素子）
２０ａ 光検出素子（第３光検出器）
２１ ホログラムレーザユニット

Claims (6)

1. 第１半導体レーザと、該第１半導体レーザよりも波長の短い第２半導体レーザとを出射するレーザ発振素子において、
   上記第１あるいは第２半導体レーザの光出射面に対して平行な面と、ｐｎ結合面と平行な面との交線上において、レーザの放射強度がレーザの中心における強度の１／２になる２点と、該レーザの発光点とを結ぶことにより形成される２直線がなす角度の幅を、レーザの放射角度幅とした場合、
   上記第２半導体レーザの放射角度幅が、上記第１半導体レーザの放射角度幅の１．３倍以上に設定されていることを特徴とするレーザ発振素子。
2. 上記第２半導体レーザの放射角度幅が、上記第１半導体レーザの放射角度幅の１．３５倍以上であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振素子。
3. 上記第２半導体レーザの放射角度幅の上記第１半導体レーザの放射角度幅に対する比率の下限は、該第２半導体レーザを用いてＤＶＤを再生する際に必要なＲｉｍ強度が得られるように定められることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ発振素子。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ発振素子と、
   上記第１半導体レーザが光ディスクにて反射された光を検出する第１光検出器と、
   上記第２半導体レーザが上記光ディスクにて反射された光を検出する第２光検出器とを備えていることを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ発振素子と、
   上記第１半導体レーザが光ディスクにて反射された光と、上記第２半導体レーザが上記光ディスクにて反射された光とを検出する第３光検出器とを備えていることを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 上記第１半導体レーザが上記光ディスクにて反射された光を回折して上記第３光検出器へと導く第１ホログラム素子と、
   上記第２半導体レーザが上記光ディスクにて反射された光を回折して上記第３光検出器へと導く第２ホログラム素子と、
   上記レーザ発振素子と、上記第３光検出器と、上記第１ホログラム素子と、上記第２ホログラム素子とが一体化されたホログラムレーザユニットとを備えていることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。

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