JP2006216140A - 光ピックアップ及び光学ディスク記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数波長互換光学系を有する光集積素子において複数の光源から発生される異なる波長の記録再生光ビーム出力をフロント側で安定して検出する。
【解決手段】基板２の表面の所定領域に光検出用の受光手段であるフォトダイオード３ａ、３ｂが一体形成された光集積素子（ＰＤＩＣ：Photo Detect IC）が構成され、基板２上には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなるサブマウント４が形成され、サブマウント４上には３種類の波長のレーザ光を生成する光源部５が形成される。また、基板表面には、フォトダイオード３ａ、３ｂ上に反射ビームを導光するためのプリズム６が取り付けられる。レーザカプラ１は、光源部５から出射された光ビームの出力を監視するため、光源部５とプリズム６の間に、独立して作製されたモニタ用フォトダイオード７を設ける。レーザカプラ１は、モニタ用フォトダイオード７において検出した電流値に基づいて、光源部５から出射する光ビーム出力をフィードバック制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスク状の光学記録媒体に対して読取及び／又は書込を行う光学系であって、異なる記録再生波長を用いた複数の記録媒体に対して書込及び読込が行える光ピックアップ及び光学ディスク記録再生装置に関する。

近年、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（Mini Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体は、更なる大容量化が要求されており、大容量化のために様々な技術が開発されている。また、１つの記録媒体（以下、メディアという。）に多様なデータ、例えば、音楽コンテンツデータ、映像コンテンツデータ、コンピュータ用途のデータ等が自在に記録再生できることが求められている。新たに提案されている技術のなかでも４０５ｎｍの波長帯のレーザを使用する新規ディスクフォーマット（以下、ブルーレイディスク；ＢＤと記す。）が次世代の記録技術として大いに注目されている。

汎用メディアを開発する際には、新旧両メディアに対する記録再生装置の互換性及び整合性も重要な要素になる。新規に開発された記録再生装置が新規ディスクフォーマットを有するメディアのみを記録再生できたとしても、例えば、ＤＶＤ、ＣＤをはじめとする旧来の技術資産が利用できないのであっては、使用者にとって不便であり、新規ディスクフォーマットの普及も促進されないことにもなる。そのため、新規ディスクシステムで旧来資産も同様に利用可能であることが好ましい。ところが、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるメディア間の互換性を実現する装置を設計することは容易ではない。

光学ディスクの一例として、一例として、ミニディスク（Mini Disc：ＭＤ（登録商標））用の記録再生装置について示す。装置の小型化軽量化の要求が高まっており、現在では一般的に、光源部を構成する発光素子、光路を形成する受発光用光学部品、受光素子等が一体化されてレーザカプラと呼ばれる光集積素子として提供されている。

通常、レーザカプラには、光ディスクで反射された反射ビームを受けて記録データを電気信号として取り出すための受光素子のほか、光ディスクの記録溝を追従するための信号を検出する受光素子、また光ビームの出力制御のための出力検出をする受光素子が一体形成されている。

図５に従来のレーザカプラ２００の例を示す。一例としてレーザカプラ２００は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）に対する波長６６０ｎｍのレーザ光源を備えたタイプである。レーザカプラ２００は、図５に示すように、基板２０１の表面の所定領域に光検出用のフォトダイオード２０２ａ、２０２ｂが形成され、光集積素子（ＰＤＩＣ：Photo Detect IC）を構成している。また基板２０１上には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなるサブマウント２０３が形成され、更にサブマウント２０３上には光源であるレーザダイオード２０４が形成されている。また、基板表面のフォトダイオード２０２ａ、２０２ｂ上にはプリズム２０５が取り付けられている。

また、レーザカプラ２００は、図５に示すように、レーザダイオード２０４から出射された光ビームの出力を監視するモニタ用フォトダイオード２０６がレーザダイオード２０４の出射直後方向であって記録再生光の光量に影響を与えない基板上の所定位置に一体形成されており、このモニタ用フォトダイオード２０６で検出される電流値に基づいて、レーザダイオード２０４からの光ビーム出力がフィードバック制御されるようになっている。このときの光ビーム出力制御をＡＰＣ（Auto Power Control）という。

図５に示すレーザカプラ２００は、レーザダイオード２０４から出射される光ビームのフロント成分を監視してレーザ光出力制御を行うタイプであるが、リア発光を監視するタイプもある。レーザダイオード２０４は、放熱性を考慮してレーザ発光部（ｐ−ｎジャンクション）をサブマウント２０３側にして、いわゆるジャンクションダウン型として実装されている。

図５に示すように、レーザカプラ２００では、レーザダイオード２０４の前面から出射したレーザ光は、プリズム２０５の傾斜端面２０５ａで、ほぼ直角方向に光軸変更（反射）され、図示しないがこの光軸の延長上にある対物レンズから光ディスクの信号記録面に導かれる。一方、光ディスクの信号記録面で反射したレーザ光は、図５に示すように、プリズム２０５の傾斜端面２０５ａを透過し、プリズム２０５内で反射してフォトダイオード２０２ａ、２０２ｂに入射し検出される。

上述した複数メディア間、また新旧メディア間のように仕様が異なるメディア間での互換性を実現しようとしたとき、最も単純な方法は、それぞれの仕様に対応した光学系を設け、専用の光源部、光路、受光素子等を使用波長毎に切り換える方式にすることである。しかし、複数種類の光学系を切り換えるための複雑な構造と、これらを装備することによるコストアップが問題となる。また、アクチュエータが大型化するため、装置の小型化には不利である。そのため、個別の発光素子からなる光源部を形成し一部の光学系を共有した複数波長互換光学系を構成する方法が採られる。

図６に、図５に示した光集積素子を複数波長互換光学系に流用した例を示す。異なる保護基板厚を有する光ディスクの記録再生に対応した複数波長互換タイプの例として、例えば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）と、ＢＤ（ブルーレイディスク）との互換性が達成された記録再生装置に備えられる２波長対応レーザカプラ２１０がある。

図６に複数波長互換光学系の例として示す２波長対応レーザカプラ２１０は、ＢＤに対して記録再生するためのレーザ光を出射する青色レーザ発光素子２１１ａと、ＤＶＤに対して記録再生するためのレーザ光を出射する赤色レーザ発光素子２１１ｂとがサブマウント２１２上に積層形成されてなる。２波長対応レーザカプラ２１０では、青色レーザ発光素子２１１ａをジャンクションアップ型に形成し、この青色レーザ発光素子２１１ａの上部に赤色レーザ発光素子２１１ｂをジャンクションダウン型で積層する手法が採られる。こうすることで両光源の発光点をより近接させることができて共通光学系を使用する上で有利になる。

しかし、２波長対応レーザカプラ２１０は、図５に示したジャンクションダウン型のレーザカプラ２００に比べ、ＢＤ用レーザ光の発光点とＤＶＤ用レーザ光の発光点が基板２０１に対してより高い位置に形成されるため、図５のフォトダイオード配置を有する基板２０１では、構造上、モニタ用フォトダイオードに入射する光ビーム光量が大きく減少してしまう。

このとき、図５及び図６のレーザカプラに対して、レーザ光源から発射されるレーザ光とモニタ用フォトダイオードにおける受光光量及び検出電流出力（Ｉｍｏｎ）とを測定した。結果を図８及び図９に示す。

モニタ用フォトダイオード２０６として、図７に示すようなサンプルフォトダイオードを用意した。サンプルＡは、ＴＡＮ方向サイズ２００μｍ、ＲＡＤ方向サイズ１７０μｍであり、サンプルＢ及びサンプルＣは、ＴＡＮ方向サイズ８００μｍ、ＲＡＤ方向サイズ２００μｍであり、サンプルＤは、ＴＡＮ方向サイズ４００μｍ、ＲＡＤ方向サイズ４００μｍである。

まず、図５に示すレーザカプラ２００において、レーザダイオード２０４として、基板平面に対する平行方向の発散角φ２が１１［ｄｅｇ］であり、基板平面に対する鉛直方向の発散角θ２が１５［ｄｅｇ］であり、最小出力値が２．８ｍＷという特性を有する使用したＤＶＤレーザ素子を用いて、サンプルに応じてｄを変えてＩｍｏｎ値を検出した。サンプルＡのｄは７６μｍ、サンプルＢのｄは７６μｍ、サンプルＣのｄは３００μｍ、サンプルＤのｄは３００μｍとした。このときの各サンプルにおけるＩｍｏｎ出力値は、図８に示す通りであった。

すなわち、モニタ用フォトダイオード、サンプルＡは検出値０．０６０％、Ｉｍｏｎ出力値０．６μＡであり、サンプルＢは検出値０．０９９％、Ｉｍｏｎ出力値１．０μＡであり、サンプルＣは検出値０．０４７％、Ｉｍｏｎ出力値０．５μＡであり、サンプルＤは検出値０．０５３％、Ｉｍｏｎ出力値０．５μＡであった。

また、図６に示すレーザカプラ２１０において青色レーザ発光素子２１１ａとして、基板平面に対する平行方向の広がり角（以下、発散角という。）φ１が１３．５［ｄｅｇ］であり、基板平面に対する鉛直方向の発散角θ１が２１［ｄｅｇ］であり、最小出力値が３．７ｍＷという特性を有するＢＤレーザ素子５ａを用いて、サンプルに応じてｄを変えてＩｍｏｎ値を検出した。サンプルＡのｄは７６μｍ、サンプルＢのｄは７６μｍ、サンプルＣのｄは３００μｍ、サンプルＤのｄは３００μｍとした。このときモニタ用フォトダイオードの感度の最小値を０．２５Ａ／Ｗであった。なお、モニタ用フォトダイオードにおけるゲインは１とする。このときの各サンプルにおけるＩｍｏｎ値は、ＢＤレーザ素子５ａにおける最小出力値×モニタ用フォトダイオードにおける検出値×モニタ用フォトダイオードの感度の最小値×ゲインで概算できる。Ｉｍｏｎ出力値は、図９に示す通りであった。

モニタ用フォトダイオード、サンプルＡは検出値０．１８０％、Ｉｍｏｎ出力１．７μＡであり、サンプルＢは、検出値０．３７４％、Ｉｍｏｎ出力３．５μＡであり、サンプルＣは検出値０．３２５％、Ｉｍｏｎ出力３．０μＡであり、サンプルＤは検出値０．４８５％、Ｉｍｏｎ出力４．５μＡであった。

以上のように、ＢＤレーザ素子２１１ｂに対しては、モニタ用フォトダイオード２０６のサイズを大きくすれば、モニタ用フォトダイオード２０６とプリズム２０５との間隔が開いても光学的有効範囲外の直接光をより多く受光することができてＩｍｏｎ出力が増加し、また、ＤＶＤレーザ素子２１１ａに対しては、モニタ用フォトダイオード２０６とプリズム５との間隔を狭くすれば、光学的有効範囲外の直接光をより多く受光できてＩｍｏｎ出力が増加することが分かっている。

一般的に、発光素子からの前方出射光の光学的有効範囲外の光を検出して発光素子におけるビーム出力をフィードバック制御するためには、モニタ用フォトダイオードでの検出電流値は、数μＡ〜５μＡ程度が下限である。検出電流値がこれ以下になると、温度変化による揺らぎ誤差等の影響により安定したＡＰＣを行うことができなくなる。また、モニタ用フォトダイオードに入射する光量は、単に基板からの発光点の高さにより生じる問題のほかに発光素子の特性によっても大きく変化する。例えば、発光素子の垂直方向の発散角の広がりによっても影響を受ける。使用する発光素子の鉛直方向の発散角が狭ければ、モニタ用フォトダイオードに入射する光量は減少するし、発散角が広ければモニタ用フォトダイオードを同じ位置に配置したとしても入射光量が増加する。

上述したように、発光素子の発光部位置が基板に対して相対的に高くなった場合、また発光素子の垂直方向発散角が狭い場合等には、モニタ用フォトダイオードに入射する光量が低下し安定したＡＰＣが行えなくなるという問題が生じる。発光素子が図６に示す構造に形成されたとしても、光学的有効範囲外の光をモニタ用フォトダイオードに充分入射できるような発散特性をもつ発光素子は高出力であり、実装するにはコスト高で且つ消費電力も大きくなるため、光ピックアップ全体のコスト高に繋がるだけでなくコストパフォーマンスの低下にもなる。しかし、モニタ用のレーザ光量を重要視する余り、モニタ用のレーザ光量を上げるような、すなわち発光素子としての損失光量分を増加させるような設計は非現実的であって実用的でない。

そのため、複数波長互換光学系に対応したレーザカプラを設計する際には、モニタ用フォトダイオードでモニタ可能なレベルの光量が得られる発光素子を用いて、発光素子の発散特性、またプリズム部の反射特性、受光素子感度等を勘案してレーザカプラ全体の光学的設計を変更する必要があった。

そこで本発明は、上述した従来の実情に鑑みてなされたものであり、複数波長互換光学系を有する光集積素子において、複数の光源から発生される異なる波長の記録再生光ビーム出力をフロント側で監視するときに、既存の光集積回路を使用して使用下限以下となる場合でも安定したＡＰＣを駆動することが可能な光ピックアップ及びこの光ピックアップを適用した光学ディスク記録再生装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明に係る光ピックアップは、基板と、この基板の主面上に設けられ複数の光学記録媒体のそれぞれに対応した異なる波長の光ビームを出射する光源部と、基板の主面上に設けられ光源部から出射された光ビームを透過するとともに光学記録媒体からの反射ビームの光軸を変更する分光面を構成する入射端面と光ビームを光学記録媒体へ出射する或いは光学記録媒体からの反射ビームを入射する入出射端面とを有する分光手段と、分光面と入出射端面との間の主面上に基板と一体形成され光学記録媒体からの反射ビームを検出する第１の光検出手段とを備え、光源部と分光手段と第１の光検出手段とが基板上に一体形成された光ピックアップにおいて、独立して作製された第２の光検出手段を基板上の光源部と分光面との間且つ光源部から出射されたレーザ光の光学的有効範囲外に配置する。

ここでの光源部は、第１の光ビームを出射する第１の発光素子と、第２の光ビームを出射する第２の発光素子と、第３の光ビームを出射する第３の発光素子とからなり、第１の光ビーム、第２の光ビーム、第３の光ビームは、この順番に波長が長くなる関係にある。そして、第１の発光素子の上に第２の発光素子及び第３の発光素子が積層されてなる。

また、第２の光検出手段における光ビームの受光面は、光源部から出射された光ビームの光軸中心よりも低く基板上に形成された第１の光検出手段の受光面と同一平面上に無いことを特徴とする。第２の光検出手段は、少なくとも光学記録媒体へのデータ書込時の光ビーム検出に対して有用である。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係る光学ディスク記録再生装置は、互いに異なる保護基板厚を有する光学記録媒体をそれぞれ回転駆動し、送り手段によって該光学記録媒体の半径方向に移動され、光学記録媒体の種類に応じて波長及び開口数が異なる光ビームによって記録再生を行う光ピックアップを有し、光学記録媒体の回転と光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光学ディスク記録再生装置である。そして、基板と、基板の主面上に設けられ複数の光学記録媒体のそれぞれに対応した異なる波長の光ビームを出射する光源部と、基板の主面上に設けられ光源部から出射された光ビームを透過するとともに光学記録媒体からの反射ビームの光軸を変更する分光面を構成する入射端面と光ビームを光学記録媒体へ出射する或いは光学記録媒体からの反射ビームを入射する入出射端面とを有する分光手段と、分光面と入出射端面との間の主面上に基板と一体形成され光学記録媒体からの反射ビームを検出する第１の光検出手段とを備え、光源部と分光手段と第１の光検出手段とが基板上に一体形成され、これらとが別に独立して作製された第２の光検出手段を基板上の光源部と分光面との間且つ光源部から出射されたレーザ光の光学的有効範囲外に配置した光ピックアップが搭載されている。

この光ピックアップにおいて、光源部は、第１の光ビームを出射する第１の発光素子と、第２の光ビームを出射する第２の発光素子と、第３の光ビームを出射する第３の発光素子とからなり、第１の光ビーム、第２の光ビーム、第３の光ビームは、この順番に波長が長くなる関係にある。第１の発光素子の上に第２の発光素子及び第３の発光素子が積層されてなる。

本発明によれば、複数波長互換光学系を有する光集積回路において、複数の光源部から発射された異なる波長の記録再生光ビーム出力をフロント側で監視するときに光学的有効範囲外で検出される光ビーム光量が使用下限以下となる場合でも、光ビーム出力のフィードバック制御を安定して行うことができる。

以下、本発明の具体例として示すレーザカプラについて、図面を参照して詳細に説明する。本発明の具体例として示すレーザカプラ１は、異なる保護基板厚を有する光ディスクの記録再生に対応した複数波長互換タイプであり、ここでは例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（ブルーレイディスク）の３種類の光学ディスクに対して個々の規格に基づく記録再生波長に対する互換性が達成された３波長対応レーザカプラの一例である。ＢＤの保護基板厚は０．１ｍｍ程度であり、ＢＤは波長４０５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用する。ＤＶＤの保護基板厚は０．６ｍｍ程度であり、ＤＶＤは波長６６０ｎｍの光ビームを記録再生光として使用する。また、ＣＤの保護基板厚は１．２ｍｍ程度であり、ＣＤは波長７８５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用する。

レーザカプラ１は、図１に示すように、基板２の表面の所定領域に光検出用の受光手段であるフォトダイオード３ａ、３ｂが一体形成され光集積素子（ＰＤＩＣ：Photo Detect IC）を構成している。また、基板２上には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなるサブマウント４が形成され、サブマウント４上には３種類の波長のレーザ光を生成する光源部５が形成されている。また、基板表面には、フォトダイオード３ａ、３ｂ上に反射ビームを導光するためのプリズム６が取り付けられている。また、レーザカプラ１は、図１に示すように、光源部５から出射された光ビームの出力を監視するため、光源部５とプリズム６の間に、独立して作製されたモニタ用フォトダイオード７が設けられている。レーザカプラ１は、モニタ用フォトダイオード７において検出した電流値に基づいて、光源部５から出射する光ビーム出力をフィードバック制御している（Auto Power Control：（ＡＰＣ）という）。

光源部５は、本具体例で適用されるＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ用にそれぞれ対応する３種類の記録再生光の波長で発振する発光素子が１つのパッケージ中に設けられた、いわゆる１ＣＡＮ３波長レーザであって、ＢＤに対する記録再生レーザ光を出射するＢＤレーザ素子５ａと、ＤＶＤに対する記録再生レーザ光を出射するＤＶＤレーザ素子５ｂと、ＣＤに対する記録再生レーザ光をＣＤレーザ素子５ｃとからなる。本具体例では、ＢＤレーザ素子５ａは、ＢＤ規格に準拠した波長４０５ｎｍの記録再生用レーザ光を出射する発光素子であり、ＤＶＤレーザ素子５ｂは、ＤＶＤ規格に準拠した波長６６０ｎｍの記録再生用レーザ光を出射する発光素子であり、ＣＤレーザ素子５ｃは、ＣＤ記録再生用の波長７８５ｎｍのレーザ光を出射する発光素子である。

図２に光源部５の構成を具体的に示す。光源部５は、波長４０５ｎｍのレーザ光を出射するＢＤレーザ素子５ａの上面に、波長６６０ｎｍのレーザ光を出射するＤＶＤレーザ素子５ｂと波長７８５ｎｍのレーザ光を出射するＣＤレーザ素子５ｃとを積載して構成されている。ＢＤレーザ素子５ａは、サブマウント４上に実装された結晶成長部分にレーザ発光構造が形成されたＧａＮ系青色レーザ発光素子である。

ＤＶＤレーザ素子５ｂの発光点５５ｂとＢＤレーザ素子５ａの発光点５５ａの間隔は、基板鉛直方向に約５μｍであり、ＤＶＤレーザ素子５ｂの発光点５５ｂとＣＤレーザ素子の発光点５５ｃとの間隔は、基板水平方向に約１１０μｍになっている。

光源部５は、図２に示すように、ＢＤレーザ素子５ａをジャンクションアップ型に形成し、このＢＤレーザ素子５ａの上部にＤＶＤレーザ素子５ｂ，ＣＤレーザ素子５ｃをジャンクションダウン型で積層することで、各レーザ素子の発光点を互いにより近接して配置することができ、共通光学系を使用する上で有利になる。

なお、本具体例では、ＢＤレーザ素子の発光点とＤＶＤレーザ素子の発光点とをほぼ光軸上に配置し、ＣＤレーザ素子の発光点を光軸より横にずらした配置としている。ＢＤレーザ素子の発光点の位置を基準として各発光点の横方向の位置決め誤差を±１０μｍ以下に抑えることが好ましい。各レーザ素子における発光点の位置決め方法としては、例えば、ＢＤレーザ素子上に形成されたストライプを目印として画像認識を利用してＤＶＤレーザ素子或いはＣＤレーザ素子を形成する方法があげられる。また、ＤＶＤレーザ素子とＣＤレーザ素子とを１つの基板上に集積した、いわゆる「モノシリック型」の２波長対応型レーザ素子を表裏逆にしてＢＤレーザ素子の上に接合することで実現してもよい。各発光点の配置は、発光点間をできる限り近接に配置できる配置方法であれば、図２に示す配置に限定されない。

プリズム６は、基板２の主面上に設けられ光源部５から出射された波長の異なる各レーザ光の一部を透過するとともに光学ディスクからの反射レーザ光の光軸を透過する傾斜端面６ａと、傾斜端面６ａから入射した反射レーザ光を内部反射する反射面６ｂを有し、光源部５から出射されたレーザ光を光学ディスクに導くとともに光ディスクからの反射レーザをＰＤＩＣ上のフォトダイオード３ａ、３ｂに導光している。

図１に示すように、光源部５の前面から出射されたレーザ光は、プリズム６の傾斜端面６ａで、ほぼ直角方向に光軸変更（反射）され、図示しないがこの光軸の延長上にある対物レンズから光ディスクの信号記録面に導かれる。一方、光ディスクの信号記録面で反射した反射レーザ光は、図１に示すように、プリズム６の傾斜端面６ａを透過し、フォトダイオード３ａに入射し、更にプリズム６内で反射してフォトダイオード３ｂに導光されて検出される。

レーザカプラ１は、図５に示した従来のジャンクションダウン型のレーザカプラ２００に比べ、ＢＤレーザ光の発光点とＤＶＤ用レーザ光の発光点とが基板に対してより高い位置に形成される。そのため、レーザカプラ２００に使用するＰＤＩＣを用いた場合、光源部５から出射されるレーザ光が充分に検出できないことがあった。そこで、本発明の具体例として示すレーザカプラ１は、独立して作製されたフォトダイオードをモニタ用フォトダイオードとして光源部５とプリズムの傾斜端面６ａとの間の光路中に設けたことを特徴としている。

図１に示すように、レーザカプラ１は、ＰＤＩＣ上に独立して作製されたモニタ用フォトダイオード７を実装することによって、モニタ用フォトダイオード７の検出面を基板に対して高くすることにより、光源部５から出射されたレーザ光の光量を相対的に増加することができる。モニタ用フォトダイオード７は、基板２上の光源部５と、傾斜端面６ａとの間であって、且つレーザ光の発散範囲のうち光ディスクへの照射に使用しない部分の光、すなわち光学的有効範囲外の光を受光するように配置されている。モニタ用フォトダイオード７は、検出される電流値に基づいて光源部５からの光ビーム出力をフィードバック制御している（Auto Power Control：（ＡＰＣ）という）。

続いて、レーザカプラ１の具体例について図３を用いて説明する。図３には、レーザカプラ１の要部のみが記載されている。レーザカプラ１において、サブマウント上に実装されたＢＤレーザ素子５ａの発光点の基板主面上からの高さは４００μｍであり、サブマウント４及び光源部５の発光側端部とプリズム６との間の光路長は１８３０μｍである。傾斜端面６ａに入射する光ビームの光軸中心とモニタ用フォトダイオード７との間隔をｄとする。モニタ用フォトダイオード７のサイズは、出射レーザ光軸に対して垂直な辺の長さ（ＴＡＮ方向長）と、出射レーザ光軸に平行な辺の長さ（ＲＡＤ方向長）とで表す。

このとき、ＢＤレーザ素子５ａからのレーザ光とＤＶＤレーザ素子５ｂからのレーザ光に関して、モニタ用フォトダイオード７の受光光量と検出電流出力とを測定した。

モニタ用フォトダイオード７として、ＴＡＮ方向サイズ４００μｍ、ＲＡＤ方向サイズ４００μｍであるサンプルＤを用意した。また、モニタ用フォトダイオード７の高さは、発光点よりも９０μｍ低い３１０μｍとし、モニタ用フォトダイオード７の位置は、レーザ端面から２００μｍとした。また、モニタ用フォトダイオードの感度の最小値は、０．２５Ａ／Ｗであり、モニタ用フォトダイオードにおけるゲインは１とする。

ＢＤレーザ素子５ａの仕様は、以下の通りである。ＢＤレーザ素子５ａは、基板平面に対する平行方向の広がり角（以下、発散角という。）φ１が１３．５［ｄｅｇ］であり、基板平面に対する鉛直方向の発散角θ１が２１［ｄｅｇ］であり、最小出力値が３．７ｍＷという特性を有する。このときのＩｍｏｎ出力値は、ＢＤレーザ素子５ａにおける最小出力値×モニタ用フォトダイオードにおける検出値×モニタ用フォトダイオードの感度の最小値×ゲインで概算できる。上述したＢＤレーザ素子５ａを光源として上述した条件下でモニタ用フォトダイオード７としてサンプルＤを用いたときの受光光量の検出電流出力Ｉｍｏｎ値は、１６．７μＡであり、数μＡ〜５μＡ程度という検出電流値の下限値を大きく上回る検出値を得ることができる。

また、ＤＶＤレーザ素子５ｂの仕様は、以下の通りである。ＤＶＤレーザ素子５ｂは、基板平面に対する平行方向の発散角φ２が１１［ｄｅｇ］であり、基板平面に対する鉛直方向の発散角θ２が１５［ｄｅｇ］であり、最小出力値が２．８ｍＷという特性を有する。上述したＤＶＤレーザ素子５ｂを光源として上述した条件下でモニタ用フォトダイオード７としてサンプルＤを用いたときの受光光量の検出電流出力Ｉｍｏｎ値は、６．３μＡであり、数μＡ〜５μＡ程度という検出電流値の下限値を上回る検出値を得ることができる。

したがって、図５及び図６と同様の条件でフロント側にモニタ用フォトダイオードを設置する場合、本発明の具体例として示すレーザカプラ１は、モニタ用フォトダイオード７を独立して作製することによって、通常であれば、光源部５から出射されるレーザ光の基板主面に鉛直方向或いは基板主面に平行方向の発散角特性によってレーザ光の光学的有効範囲外成分のＰＤＩＣ上における光量が使用下限以下となる場合であっても、レーザ光を安定して検出でき安定したＡＰＣ動作を行うことができる。これにより、モニタ用フォトダイオード７の受光感度、受光光量等を勘案して専用の光路設計をする必要がなく、開発並びに製造にかかるコストが抑えられる。

続いて、本発明の具体例として示す光ピックアップを適用した光ディスク記録再生装置１０１を図４に示す。

光ディスク記録再生装置１０１は、光記録媒体である光ディスク１０２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ１０３と、本発明に係る光ピックアップ１０４と、その駆動手段としての送りモータ１０５とを備えている。この光ディスク記録再生装置１０１は、フォーマットの異なる３タイプの光ディスク１０２に対して記録再生できる３規格間互換性を実現した記録再生装置である。

本具体例で使用可能な光ディスクとしては、波長４０５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＢＤ、波長６６０ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ、波長７８５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＣＤがあげられる。上段にて説明した各規格の光ディスクは、図４の光ディスク１０２に対応している。

ここで、スピンドルモータ１０３及び送りモータ１０５は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ１０７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部１０９によりディスク種類に応じて駆動制御されており、例えば、光ディスクの種別に応じて所定の回転数で駆動される。

光ピックアップ１０４は、図１〜図３を用いて説明した３波長互換光学系を有する光ピックアップであり、規格の異なる光ディスクの記録層に対して異なる波長の光ビームを照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ１０４は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号をプリアンプ部１２０に供給する。

プリアンプ部１２０の出力は、信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調＆ＥＣＣブロックと記す。）１０８に送られる。この信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８は、信号の変調、復調及びＥＣＣ（エラー訂正符号）の付加を行う。光ピックアップ１０４は、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８の指令にしたがって回転する光ディスク１０２の記録層に対して光ビームを照射し、光ディスク１０２に対して信号の記録又は再生を行う。

プリアンプ部１２０は、フォーマット毎に異なって検出される光ビームに対応する信号に基づいて、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成するように構成されている。記録又は再生の対象媒体とされる光記録媒体の種類に応じて、サーボ制御回路１０９、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８等により、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの規格に基づく復調及び誤り訂正処理等の所定の処理が行われる。

ここで例えば、信号変復調＆ＥＣＣブロック１０８により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェイス１１１を介して外部コンピュータ１３０に送出される。これにより、外部コンピュータ１３０等は、光ディスク１０２に記録された信号を再生信号として受け取ることができる。

また、信号変復調＆ＥＣＣブロック１０８により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ及びＡ／Ｄ変換器１１２のＤ／Ａ変換部でデジタルアナログ変換され、オーディオビジュアル処理部１１３に供給される。そしてオーディオビジュアル処理部１１３でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオビジュアル信号入出力部１１４を介して、図示しない外部の撮像映写機器等に伝送される。

光ピックアップ１０４において、例えば、光ディスク１０２上の所定の記録トラックまで移動させるための送りモータ１０５の制御、スピンドルモータ１０３の制御、及び光ピックアップ１０４において光集光手段となる対物レンズを保持する２軸アクチュエータのフォーカシング方向の駆動とトラッキング方向の駆動制御は、それぞれサーボ制御回路１０９により行われる。

サーボ制御回路１０９は、光ピックアップ１０４内に配設された光結合効率可変素子を動作させ、光ピックアップ１０４における光結合効率、すなわち半導体レーザ素子等のレーザ光源部から出射される光束の総光量と光ディスク１０２上に集光する光量との比率が、記録モード時、再生モード時、或いは光ディスク１０２の種類に応じて変更されるように制御している。

レーザ制御部１２１は、光ピックアップ１０４のレーザ光源部を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部１２１は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源部の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク１０２の種類に応じてもレーザ光源部の出力パワーを異ならせる制御を行っている。レーザ制御部１２１は、ディスク種類判別部１１５によって検出された光ディスク１０２の種類に応じて光ピックアップ１０４のレーザ光源部を切り換えている。

ディスク種類判別部１１５は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から光ディスク１０２の異なるフォーマットを検出することができる。光ディスク記録再生装置１０１を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部１１５における検出結果に応じて、装着される光ディスクの仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。

システムコントローラ１０７は、ディスク種類判別部１１５から送られる検出結果に基づいて光ディスク１０２の種類を判別する。光記録媒体の種類を判別する手法としては、光記録媒体がカートリッジに収納されるタイプであれば、このカートリッジに検出穴を設けて接触検出センサ又は押下スイッチを用いて検出する手法があげられる。

光結合効率制御手段として機能するサーボ制御回路１０９は、システムコントローラ１０７に制御され、ディスク種類判別部１１５の判別結果に応じて光ピックアップ１０４における光結合効率を制御する。サーボ制御回路１０９は、例えば光ピックアップ１０４と光ディスク１０２との相対位置を検出する（ディスク１０２に記録されたアドレス信号をもとに位置検出する場合を含む）ことによって、記録及び／又は再生する記録領域を判別できる。そして、サーボ制御回路１０９は、記録及び／再生する記録領域の判別結果に応じて光ピックアップ１０４における光結合効率を制御する。

以上説明した光ディスク記録再生装置１０１によれば、図１〜図３を用いて説明した光ピックアップを適用することにより、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍの各光ビームに対して共通の光路を使用する光学系において、出射ビームのフロント成分を安定して検出することができ、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３規格に対して同一の光学系を用いるときの各レーザ素子のレーザ光出力に対してＡＰＣのためのフィードバック制御を安定して行うことができる。

本発明は、異なる保護基板厚を有する光学記録媒体に対する記録再生を異なる波長の光ビームによって行う光ピックアップであれば、具体例にて説明した以外のディスクフォーマットに対しても適用可能である。例えば、光ディスクは、光変調記録を用いた種々の方式の記録再生ディスク、いわゆる「光磁気記録」、「相変化記録」及び「色素記録」等を含む光ディスク、具体的には「ＣＤ−Ｒ／ＲＷ」、「ＤＶＤ−ＲＡＭ」、「ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ」、「ＤＶＤ＋ＲＷ」等、又は、各種光磁気記録媒体であってもよい。光ディスクは、記録層上における最適な記録及び／又は再生光パワーが異なる少なくとも２以上の記録領域に記録層が分割された光ディスク、複数の記録層が透明基板を介して積層された光ディスクであっても使用できる。

本発明の具体例として示す３波長対応レーザカプラを説明する図である。 上記レーザカプラの光源部を説明する構成図である。 上記光源部のサイズ例を説明する図である。 上記レーザカプラを有してなる光ピックアップを適用した光ディスクを説明する図である。 従来のレーザカプラを説明する図である。 従来の２波長対応レーザカプラを説明する図である。 モニタ用フォトダイオードのサイズを対比して示す模式図である。 従来のモニタ用フォトダイオードのサイズ及び条件を変えてＤＶＤレーザ光を受光したときの検出電流値を説明する図である。 従来のモニタ用フォトダイオードのサイズ及び条件を変えてＢＤレーザ光を受光したときの検出電流値を説明する図である。

符号の説明

１ レーザカプラ、 ２ 基板、 ３ａ，３ｂ フォトダイオード、
４ サブマウント、 ５ 光源部、 ５ａ ＢＤレーザ素子、
５ｂ ＤＶＤレーザ素子、 ５ｃ ＣＤレーザ素子、 ６ プリズム、
７ モニタ用フォトダイオード

Claims (8)

1. 基板と、上記基板の主面上に設けられ複数の光学記録媒体のそれぞれに対応した異なる波長の光ビームを出射する光源部と、上記基板の上記主面上に設けられ上記光源部から出射された光ビームを透過するとともに光学記録媒体からの反射ビームの光軸を変更する分光面を構成する入射端面と光ビームを光学記録媒体へ出射する或いは光学記録媒体からの反射ビームを入射する入出射端面とを有する分光手段と、上記分光面と上記入出射端面との間の主面上に上記基板と一体形成され上記光学記録媒体からの反射ビームを検出する第１の光検出手段とを備え、上記光源部と上記分光手段と上記第１の光検出手段とが上記基板上に一体形成された光ピックアップにおいて、
   独立して作製された第２の光検出手段を備え、
   上記第２の光検出手段は、上記基板上の上記光源部と上記分光面との間且つ上記光源部から出射されたレーザ光の光学的有効範囲外に配置されることを特徴とする光ピックアップ。
2. 上記光源部は、第１の光ビームを出射する第１の発光素子と、第２の光ビームを出射する第２の発光素子と、第３の光ビームを出射する第３の発光素子とからなり、上記第１の光ビーム、上記第２の光ビーム、上記第３の光ビームは、この順番に波長が大きくなる関係にあり上記第３の発光素子の上に上記第１の発光素子及び上記第２の発光素子がジャンクションアップ型に積層されてなることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
3. 上記第２の光検出手段における光ビームの受光面は、上記光源部から出射された光ビームの光軸中心よりも低く上記基板上に形成された第１の光検出手段の受光面と同一平面上に無いことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
4. 上記第２の光検出手段は、少なくとも上記光学記録媒体へのデータ書込時の光ビームを検出することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
5. 互いに異なる保護基板厚を有する光学記録媒体をそれぞれ回転駆動し、送り手段によって該光学記録媒体の半径方向に移動され、光学記録媒体の種類に応じて波長及び開口数が異なる光ビームによって記録再生を行う光ピックアップを有し、光学記録媒体の回転と光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光学ディスク記録再生装置において、上記光ピックアップは、
   基板と、上記基板の主面上に設けられ複数の光学記録媒体のそれぞれに対応した異なる波長の光ビームを出射する光源部と、上記基板の上記主面上に設けられ上記光源部から出射された光ビームを透過するとともに光学記録媒体からの反射ビームの光軸を変更する分光面を構成する入射端面と光ビームを光学記録媒体へ出射する或いは光学記録媒体からの反射ビームを入射する入出射端面とを有する分光手段と、上記分光面と上記入出射端面との間の主面上に上記基板と一体形成され上記光学記録媒体からの反射ビームを検出する第１の光検出手段とを備え、上記光源部と上記分光手段と上記第１の光検出手段とが上記基板上に一体形成され、更に、独立して作製された第２の光検出手段を備え、
   上記第２の光検出手段は、上記基板上の上記光源部と上記分光面との間且つ上記光源部から出射されたレーザ光の光学的有効範囲外に配置されることを特徴とする光学ディスク記録再生装置。
6. 上記光ピックアップにおいて、上記光源部は、第１の光ビームを出射する第１の発光素子と、第２の光ビームを出射する第２の発光素子と、第３の光ビームを出射する第３の発光素子とからなり、上記第１の光ビーム、上記第２の光ビーム、上記第３の光ビームは、この順番に波長が大きくなる関係にあり上記第３の発光素子の上に上記第１の発光素子及び上記第２の発光素子がジャンクションアップ型に積層されてなることを特徴とする請求項５記載の光学ディスク記録再生装置。
7. 上記第２の光検出手段における光ビームの受光面は、上記光源部から出射された光ビームの光軸中心よりも低く上記基板上に形成された第１の光検出手段の受光面と同一平面上に無いことを特徴とする請求項５記載の光学ディスク記録再生装置。
8. 上記第２の光検出手段は、少なくとも上記光学記録媒体へのデータ書込時の光ビームを検出することを特徴とする請求項５記載の光学ディスク記録再生装置。

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