JP2005235390A - 光ヘッド、及び、それを用いた光学的情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
複数種類の異なる波長に対応する複数種の光情報記録媒体を記録／再生する光ヘッドにおいて、小型化と低価格化を実現する。
【解決手段】
複数のレーザー光源と、該複数のレーザー光源に対応する複数の受光素子を含んで構成される光ヘッドにおいて、前記複数のレーザー光源のうちの１つのレーザー光源を個別のレーザダイオードとし、さらに、それ以外のレーザー光源と前記複数の受光素子からなるレーザモジュールとからなる構成とする。これにより、光ヘッドの小型化が実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザー光を用いて光ディスクや光磁気ディスク等の光記録媒体に記録される情報の記録や読み出しを行う為の光情報処理用のレーザモジュールに関し、特にＤＶＤとＣＤの組み合わせ等、複数の波長を取り扱うレーザモジュール及びそれを用いた光ヘッド及び光学的情報記録再生装置に関する。

近年、ＣＤの７倍の記録密度を持つＤＶＤ(Digital Versatile Disc)が、従来のＣＤも使用できる２波長対応ドライブの形で、急速に普及し始めている。このドライブに用いる光ヘッドは、ＤＶＤとともにＣＤにも互換を保つ為、それぞれＣＤ、ＤＶＤ専用のレーザモジュール、コリメートレンズ、対物レンズを有し、部品点数の増加、光学調整を複雑としコストアップを招いている。

その一方では、４１０ｎｍ波長のブルーレーザの開発が活発化しており、近い将来の実用化も期待されている。従って、今後、ＣＤ、ＤＶＤと互換を持つとともに、ブルーレーザにも対応できる３波長対応光ヘッドを考える必要があるが、３波長の各々に対応する部品を組み立てるのでは、もはや、装置の小型化薄型化は困難となり、光学調整の複雑さは大幅なコストアップを招く事態が予想される。

こうした多波長対応の光ヘッドの小型化と信頼性アップに対応するものとして、例えば、特開平１０−２１５７７には、２個ないし３個の半導体レーザチップを、マイクロミラーと受光素子を有するシリコン基板に貼り付け、モジュール化した例が開示されている。

特開平１０−２１５７７号公報

ところが、２個の半導体レーザチップを並べた場合、一方のチップを光軸に合わすと他方のチップが光軸外となる為、コマ収差を補正する為の手段を設ける必要がある。そして、３個のレーザーチップを受光素子を有するシリコン基板に集積する場合には、２個の光軸外のレーザー光のコマ収差に対する補正が必要となるが、偏光回折格子やフォーカスレンズに対する負担が大きくなり、光ヘッドとして実用化することは困難となる。また、３個のレーザーチップと各々の光源に対応する受光素子を有するシリコン基板の面積は大型化し、レーザモジュールの小型化及び低価格化への妨げとなる。

例えば、０．２５ｍｍチップ幅のレーザチップを３個並べたシリコンの様子を図４に示す。チップを配置する基板上の凹部（以降、シンク部と称す）の幅は１.１ｍｍにもなり、更に、シンク部の両側に各レーザーに対応するフォーカス用とトラッキング用の受光素子を配置すると、Ｓｉ基板の幅は３.９ｍｍ程にもなり、Ｓｉウェーハから取れるＳｉ基板数が減って高額化する。一方、３個のレーザーチップを１つのＳｉ基板内で近接して接着することは、４１０ｎｍ波長の半導体レーザの材質がＧａＮであり、ＤＶＤやＣＤ用レーザの材質がＧａＡｓと異なることから極めて困難となる。

複数のレーザー光源と、該複数のレーザー光源に対応する複数の受光素子を含んで構成される光ヘッドにおいて、前記複数のレーザー光源のうちの１つのレーザー光源を個別のレーザダイオードとして有し、さらに、それ以外のレーザー光源と前記複数の受光素子からなるレーザモジュールを有し、前記複数のレーザ光源から発射したレーザー光を、ビームスプリッタを通過して光学的情報媒体に導き、該光学的情報媒体からの反射光を前記ビームスプリッタによって、前記レーザモジュールに導く構成の光ヘッドとする。

また、上記光ヘッドにおいて、前記レーザモジュールは２波長のレーザー光源を有し、前記レーザモジュールの一方のレーザー光の光軸と、レーザダイオードのレーザー光の光軸をビームスプリッタにて合わせ、コリメータレンズにて平行光とした後、フォーカスレンズにて光学的情報媒体上に集光し、反射したレーザー光を偏光回折格子とビームスプリッタを経由して、前記レーザモジュール内の受光素子に導くようにする。
さらに、上記光ヘッドにおいて、前記レーザモジュールは１波長のレーザー光源を有した構成とする。

また、該光ヘッドにおいて、前記レーザダイオードとビームスプリッタ間にビーム整形プリズムを配置した構成とする。

また、複数のレーザー光源と、該複数のレーザー光源に対応する複数の受光素子を含んで構成される光ヘッドにおいて、前記複数の受光素子を有する基板上に前記複数のレーザー光源のうちの少なくとも１つのレーザー光源をレーザチップとして貼り付けたレーザモジュールと、それ以外のレーザー光源をレーザダイオードとして個別に有し、前記複数のレーザ光源から発射したレーザー光を、ビームスプリッタを通過して光学的情報媒体に導き、光学的情報媒体からの反射光を前記ビームスプリッタによって、前記レーザモジュール内の受光素子に導く構成の光ヘッドとする。

さらに、上記光ヘッドにおいて、前記レーザダイオードは２波長のレーザー光源、前記レーザモジュールは１波長のレーザー光源を有し、前記レーザダイオードの一方のレーザー光の光軸と、レーザモジュールのレーザー光の光軸をビームスプリッタにて合わせ、コリメータレンズにて平行光とした後、フォーカスレンズにて光学的情報媒体上に集光し、反射したレーザー光を偏光回折格子にて1次回折光として、ビームスプリッタを経由して、レーザモジュール内の３個のレーザー光源に対応する受光素子に導く構成とする。

また、上記記載のいずれかの光ヘッドと、光学的情報媒体判別手段と光源選択手段を有し、前記光学的情報媒体判別手段の判別結果によって、前記光源選択手段により前記レーザー光源を選択する構成の光学的情報記録装置とする。

本発明によれば、装置組立の簡略化、個々の部品の低コスト化を実現するとともに、光ヘッドの小型化と低価格化を実現できる。

図１と図２は、本発明の光ヘッドの実施の形態の第１の構成例を示しており、図１はＤＶＤ−ＲＯＭ、ＲＡＭ(６５０ｎｍ波長)あるいはＣＤ、ＣＤ−Ｒ(７８０ｎｍ波長)の再生あるいは記録再生時における光路を示し、図２は高密度ＤＶＤ(４１０ｎｍ波長)の再生あるいは記録再生時の光路を示している。

図１において、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＲＡＭとして用いる場合は、レーザモジュール１の中の６５０ｎｍ波長の半導体レーザチップ１１から発射されたレーザー光が、ビームスプリッタ３にて反射し、コリメータレンズ４にて平行光線に整えられ、フォーカスレンズ６にてＤＶＤの０.６ｍｍ厚の光ディスク８の記録面に集光する。
ＣＤ、ＣＤ−Ｒとして用いる場合は、レーザモジュール１の中の７８０ｎｍ波長の半導体レーザチップ１２から発射されたレーザー光が、ビームスプリッタ３にて反射し、コリメータレンズ４にて平行光線に整えられ、フォーカスレンズ６にてＣＤの１.２ｍｍ厚の光ディスク９に集光する。
ここで、ＤＶＤとＣＤの板厚の違いによるフォーカス位置の補正は、フォーカスレンズにて行い、ＤＶＤの０.６ｍｍ厚の光ディスク８に対して光を収束する時、１次のサイドロープが最少になるように構成し、ＣＤ−Ｒの１.２ｍｍ厚の光ディスク９に対しては、内周光のみを用いるように補正している。
一方、７８０ｎｍのレーザチップ１２が光軸外に配置されている為に発生するコマ収差の補正も、フォーカスレンズ６の非球面化で対応している。光ディスク８、９からの反射光は、フォーカスレンズ６を通して偏光回折格子５にて１次回折光１４となってコリメータレンズ４に入射し、ビームスプリッタ３にて反射後、レーザモジュール１内の受光素子基板１５に入る。そして、各受光素子において、光ディスク８、９の反射光は電気信号に変換され出力するようになされている。

一方、図２は高密度ＤＶＤ(４１０ｎｍ波長)の光路を示している。レーザダイオード２は、４１０ｎｍ波長の半導体レーザチップ１３から発射されたレーザー光は、ビームスプリッタ３を通過し、コリメータレンズ４にて平行光線に整えられ、独自のフォーカスレンズ７にて高密度ＤＶＤ用光ディスク１０に集光する。そして、光ディスク１０からの反射光は、フォーカスレンズ７を通して偏光回折格子５にて１次回折光１４となってコリメータレンズ４に入射し、ビームスプリッタ３にて反射後、レーザモジュール１内に設けた受光素子基板１５上の受光素子に入り、電気信号に変換され出力するようになされている。

図３は、レーザチップ１１、１２を搭載した受光素子基板１５の１実施例を示す。その受光素子基板では、４１０ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍの３つの波長に対してフォーカスエラーとトラッキングエラーをそれぞれ独立に検出し、フォーカスはナイフエッジ法、トラッキングはDifferential Phase Detection法にて行っている。
受光素子基板１５のレーザチップ部の左側がトラッキング及び信号検出用受光素子であり、４１０ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍの波長に対して、１６(ａ)、１７(ａ)、１８(ａ)の構成を取っており、受光素子基板１５のレーザチップ部の右側は、フォーカス検出用受光素子であり、４１０ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍの波長に対して、１６(ｂ)、１７(ｂ)、１８(ｂ)の構成を取る。

６５０ｎｍ波長レーザチップ１１、及び、７８０ｎｍ波長レーザチップ１２は、放熱を確保する為、出射部を下にしたジャンクションダウン構造を取り、受光素子基板１５の凹部（シンク部）に貼り付けられている。そして、各レーザの出射光は、凹部斜面を利用したマイクロミラー１９にて反射し、受光素子基板１５からに垂直に立ちあがる構造となっている。このマイクロミラー１９上のレーザー光の立ちあがりポイントを「みかけ上の発光点」と呼ぶ。

６５０ｎｍ波長レーザー光のみかけ上の発光点２０と、６５０ｎｍ波長のフォーカス検出用受光素子部１７(a)、あるいは、トラッキング及び信号検出用受光素子１７(ｂ)までの距離をＲ６５０で表わし、７８０ｎｍ波長レーザー光のみかけ上の発光点２１と、７８０ｎｍ波長のフォーカス検出用受光素子部１８(a)、あるいは、トラッキング及び信号検出用受光素子１８(ｂ)までの距離をＲ７８０で表わすと、偏光回折格子５のピッチｐ、レーザ波長λ、コリメータレンズ４の焦点距離Ｆｃと次の関係式（１）を有する。

Ｒ＝(Ｆｃ・λ)／ｐ −−−−（１）
但し、Ｆｃ：コリメータレンズの焦点距離、λ：半導体レーザ波長、ｐ：偏光回折格子ピッチである。

本実施例においては、Ｆｃ=２０ｍｍ、ｐ＝１４μｍであり、６５０ｎｍ波長ではＲ＝９２９μｍ、７８０ｎｍ波長では、Ｒ＝１１１４μｍとなる。４１０ｎｍ波長の発光点は６５０ｎｍ波長の発光点２０に一致し、Ｒ＝５８６μｍとなって、受光素子基板１５の幅は２.５ｍｍに納まる。

受光素子基板１５の大きさを比較する為に、３個のレーザチップを配列した場合の受光素子基板の構成例を図４に示す。受光素子基板２２の幅は３.９ｍｍを必要とし、受光素子基板面積が５０％以上も増加しウェーハからの材料取りが大幅に減ってコストアップを招く。また、７８０ｎｍ波長レーザチップ１１と４１０ｎｍ波長レーザチップ１３の２レーザー光が光軸外配置となリコマ収差の補正が必要となるが、もはや、フォーカスレンズの非球面化のみでの対応は不可能となる。更に、３チップを高精度に配列して貼り付ける技術的困難さや、各半導体レーザチップのＳｉ基板実装後の性能歩留りの厳しさを考慮すると、本実施例によるコスト的メリットは極めて大きい。

上記構成例では、レーザモジュール１は、７８０ｎｍ波長と６５０ｎｍ波長の２個の半導体レーザチップを搭載したが、７８０ｎｍ波長と６５０ｎｍ波長のレーザを１つの半導体レーザチップに納めれば、レーザチップのＳｉ基板への組立てが容易となり、更にコストメリットが得られる。

一方、レーザダイオードに、７８０ｎｍ波長と６５０ｎｍ波長の２個の半導体レーザチップを搭載、あるいは、上記２波長半導体レーザチップを搭載し、レーザモジュールに４１０ｎｍ波長レーザチップを搭載することも可能である。
また、光学的情報記録装置全体としては、ＣＤ、ＤＶＤ、高密度ＤＶＤディスクに対する判別手段を有し、その判別結果によって、レーザー光源選択手段を用いて、７８０ｎｍ、６５０ｎｍ、４１０ｎｍ波長のレーザーを選択し、最適な光源を発光させて、情報記録を行う。

次に、図５と図６は、本発明の光ヘッドの実施の形態の第２の構成例を示し、ＤＶＤ−ＲＯＭとＣＤ−Ｒ、あるいは、ＤＶＤ−ＲＡＭとＣＤ−Ｒ、といったＣＤ−Ｒ記録を伴う２波長を取り扱う場合に、レーザチップのパワーを効率良く利用するのに好適な実施例である。

ＤＶＤ−ＲＯＭあるいはＲＡＭとして用いる場合は、図５に示すように、レーザモジュール２３の中の６５０ｎｍ波長の半導体レーザチップ１１から発射されたレーザー光が、ビームスプリッタ２６にて反射し、コリメータレンズ４にて平行光線に整えられ、フォーカスレンズ２７にてＤＶＤの０.６ｍｍ厚の光ディスク８の記録面に集光する。
一方、ＣＤ−Ｒとして用いる場合は、図６に示すように、レーザダイオード２４のＣＤ−Ｒ用７８０ｎｍ波長の半導体レーザチップ２５から発射されたレーザー光が、ビームスプリッタ２６を通して、コリメータレンズ４にて平行光線に整えられ、フォーカスレンズ２７にてＣＤの１.２ｍｍ厚の光ディスク９に集光する。
ＤＶＤとＣＤの板厚の違いによるフォーカス位置の補正は、前述の通り、フォーカスレンズ２７の非球面化で対応しているが、ＣＤ−Ｒは内周光のみを用いるよう設計している為、ＣＤ−Ｒ記録に十分な光量を光ディスク９に確保することが困難となる。この為、ＣＤ−Ｒ記録に必要な光量を得る手段として、ＣＤ−Ｒ用レーザダイオード２４とビームスプリッタ２６の間にビーム整形プリズム２８を配置し、ＣＤ−Ｒのレーザー光を円形化することでレーザー光の利用効率を高めている。例えば、半導体レーザから出射される半値全角で１０°、３０°程度の楕円形状の光束を補正する。この方法は、ＣＤ−Ｒレーザダイオード１６の光出力をHighパワー化する方法に比べ、高温使用条件が緩和され信頼性向上が得られること、Highパワー化によるレーザの性能歩留り劣化や熱伝導率に優れたヒートシンクの採用といったコスト上昇要因を抑えることができる。

光ディスク８あるいは９からの反射光は、フォーカスレンズ２７を通して偏光回折格子２９に入射し、１次回折光となってコリメータレンズ４に入射し、ビームスプリッタ２６にて反射後、レーザモジュール２３内に設けた受光素子基板３０に入る。そして、受光素子の各受光部において、電気信号に変換され出力するようになされている。

図７は、レーザチップ１１を搭載した受光素子基板３０の１実施例を示す。コリメータレンズの焦点距離２０ｍｍ，偏光回折格子ピッチは２０μｍであり、前述の式（１）から、６５０ｎｍ波長ではＲ＝６６０μｍ、７８０ｎｍ波長では、Ｒ＝７８０μｍとなり、Ｓｉ基板２７の幅は１.０ｍｍに納まり、２レーザチップを搭載する場合の１／２以下の面積に抑えることができ、コストを抑えることができる。
なお、本実施例では、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＲＡＭとして、６５０ｎｍの波長、ＣＤ、ＣＤ−Ｒとして７８０ｎｍの波長、高密度ＤＶＤとして、４１０ｎｍの波長を例にとり説明したが、６５０ｎｍ、７８０ｎｍ、４１０ｎｍの波長には限定されず、例えば、それぞれ、６５０±１０ｎｍ、７８０±１０ｎｍ、４００±１０ｎｍ等の数値であっても適用されるのは明らかである。

以上詳述した通り、本実施例によれば、２つの異なる波長の光情報記録媒体を記録または再生する光ヘッドにおいて、装置組立の簡略化、個々の部品の低コスト化を実現するとともに、温度変化に対して強く、部品点数の低減により信頼性を高めた光ヘッドを提供するとともに、３つの異なる波長の光情報記録媒体を記録または再生する光ヘッドの小型化とコストダウンに寄与する。

本発明の３波長光源を有する光ヘッドの構成例を示す図 本発明の３波長光源を有する光ヘッドの構成例を示す図 図１、図２におけるレーザーモジュールの一実施例を示す図 ３波長光源を整列した時のレーザーモジュールの一例を示す図 本発明の２波長光源を有する光ヘッドの構成例を示す図 本発明の２波長光源を有する光ヘッドの構成例を示す図 図５、図６におけるレーザーモジュールの一実施例を示す図

符号の説明

１.レーザモジュール、 ２.レーザーダイオード、 ３.ビームスプリッタ、 ４.コリメータレンズ、 ５.偏光回析格子、 ６.フォーカスレンズ、 ７．高密度ＤＶＤ用フォーカスレンズ、 ８．ＤＶＤ用光ディスク、 ９．ＣＤ用光ディスク、 １０．高密度ＤＶＤ用光ディスク、 １１．６５０ｎｍ波長レーザチップ、 １２．７８０ｎｍ波長レーザチップ、 １３．４１０ｎｍ波長レーザチップ、 １４．一次回折光、 １５．受光素子基板、 １６(ａ) ４１０ｎｍ波長フォーカス検出用受光素子、 １６(ｂ) ４１０ｎｍ波長トラッキング及び信号検出用受光素子、 １７(ａ) ６５０ｎｍ波長フォーカス検出用受光素子、 １７(ｂ) ６５０ｎｍトラッキング及び信号検出用受光素子、 １８(ａ) ７８０ｎｍ波長フォーカス検出用受光素子、１８(ｂ) ７８０ｎｍトラッキング及び信号検出用受光素子、１９．マイクロミラー、 ２０．６５０ｎｍ波長レーザのみかけ上の発光点、 ２１．７８０ｎｍ波長レーザのみかけ上の発光点、 ２２．受光素子基板、 ２３．レーザモジュール、 ２４．レーザーダイオード、 ２５．ＣＤ−Ｒ用半導体レーザチップ、 ２６．ビームスプリッタ、 ２７．フォーカスレンズ、 ２８．ビーム整形プリズム、 ２９．偏光回析格子、 ３０．受光素子基板。

Claims (7)

1. 複数のレーザー光源と、該複数のレーザー光源に対応する複数の受光素子を含んで構成される光ヘッドにおいて、前記複数のレーザー光源のうちの１つのレーザー光源を個別のレーザダイオードとして有し、さらに、それ以外のレーザー光源と前記複数の受光素子からなるレーザモジュールを有し、前記複数のレーザ光源から発射したレーザー光を、ビームスプリッタを通過して光学的情報媒体に導き、光学的情報媒体からの反射光を前記ビームスプリッタによって、前記レーザモジュールに導くことを特徴とする光ヘッド。
2. 請求項１に記載の光ヘッドにおいて、前記レーザモジュールは２波長のレーザー光源を有し、前記レーザモジュールのレーザー光の光軸と、前記レーザダイオードのレーザー光の光軸をビームスプリッタにて合わせ、コリメータレンズにて平行光とした後、フォーカスレンズにて光学的情報媒体上に集光し、反射したレーザー光を偏光回折格子とビームスプリッタを経由して、前記レーザモジュール内の受光素子に導くことを特徴とする光ヘッド。
3. 請求項１に記載の光ヘッドにおいて、前記レーザモジュールは１波長のレーザー光源を有したことを特徴とする光ヘッド。
4. 請求項３において、前記レーザダイオードとビームスプリッタ間にビーム整形プリズムを配置したことを特徴とする光ヘッド。
5. 複数のレーザー光源と、該複数のレーザー光源に対応する複数の受光素子を含んで構成される光ヘッドにおいて、前記複数の受光素子を有する基板上に前記複数のレーザー光源のうちの少なくとも１つのレーザー光源をレーザチップとして貼り付けたレーザモジュールと、それ以外のレーザー光源をレーザダイオードとして個別に有し、前記複数のレーザ光源から発射したレーザー光を、ビームスプリッタを通過して光学的情報媒体に導き、光学的情報媒体からの反射光を前記ビームスプリッタによって、前記レーザモジュール内の受光素子に導くことを特徴とする光ヘッド。
6. 請求項５において、前記レーザダイオードは２波長のレーザー光源、前記レーザモジュールは１波長のレーザー光源を有し、前記レーザダイオードの一方のレーザー光の光軸と、レーザモジュールのレーザー光の光軸をビームスプリッタにて合わせ、コリメータレンズにて平行光とした後、フォーカスレンズにて光学的情報媒体上に集光し、反射したレーザー光を偏光回折格子にて1次回折光として、ビームスプリッタを経由して、レーザモジュール内の３個のレーザー光源に対応する受光素子に導くことを特徴とする光ヘッド。
7. 請求項１乃至６に記載のいずれかの光ヘッドと、光学的情報媒体判別手段と光源選択手段を有し、前記光学的情報媒体判別手段の判別結果によって、前記光源選択手段により前記レーザー光源を選択することを特徴とする光学的情報記録再生装置。
   

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