JP2008251145A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度のレーザ出力制御を可能にする小型、低コストの光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】複数のレーザ光源１、２、３からそれぞれ出射されたレーザビームをダイクロイックプリズム１２に入射させるとともに、共通の出射口から出射させ、出射されたレーザビームをビーム分割素子１５によって所定の光量比で主ビームとモニタ用ビームとに分割し、このうち、主ビームを光ディスク３１の情報記録面に集光させる一方、モニタ用ビームをモニタ検出器２７で受光して電気信号に変換し、得られた電気信号に基づいて、制御手段２９、３０が複数のレーザ光源のそれぞれの出力パワーレベルを制御する。モニタ検出器は、演算増幅器と、複数の可変抵抗器と、外部からの選択信号によってレーザ光源ごとに演算増幅器の入力経路に切り換え接続するアナログスイッチとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光源から出射される光ビームを光ディスクの情報記録面に照射して、記録情報の再生又は記録を行うために用いる光ピックアップ装置に関する。

現在、一般に普及している光ディスクには、対応波長の異なる種々のディスクが存在する。例えば、ＣＤ−Ｒなどは７８０ｎｍ帯の波長、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどは６６０ｎｍ帯の波長、Ｂｌｕ−ｒａｙ(登録商標)ディスクやＨＤ−ＤＶＤなどは４００ｎｍ帯の半導体レーザを用いる。そこで、１台の光ピックアップ装置によって対応波長の異なる複数種類のディスクに記録又は再生を行う場合には、それぞれのディスクに対応した波長の半導体レーザを備える必要がある。

このような光ピックアップ装置に用いられるレーザ光源としての半導体レーザは、温度変動や経年変化によって出力パワーが変動するため、従来からＡＰＣ（Auto laser Power Control）駆動によってレーザパワー制御を行うことにより、光ディスクなどの情報記録媒体に照射される光ビーム（以下、ビームを光束とも言う）の出力パワーレベルの安定化が図られている。このＡＰＣの代表的な方式として、リアモニタ方式とフロントモニタ方式がある。

リアモニタ方式とは、半導体レーザの光出射端面とは反対側の端面からわずかに出射される光ビームをモニタする方式である。また、フロントモニタ方式とは、半導体レーザの光出射端面から出射される光ビームの一部をモニタする方式である。どちらの方式もモニタした光ビームの出力を半導体レーザの駆動回路にフィードバックして光ビームの出力パワーを一定に保つように制御されるが、リアモニタ方式は検出精度に問題があることから、一般的にはフロントモニタ方式が採用されている。

図９はフロントモニタ方式を採用した従来の光ピックアップ装置の概略構成を示す系統図であり、波長の異なる２個の半導体レーザを含み、２種類の光ディスクに対応できるように構成したものである。図９において、半導体レーザ１から出射された光ビームはコリメータレンズ４によって平行光にされ、偏光ビームスプリッタ９に入射される。偏光ビームスプリッタ９に入射された光ビームは反射され、さらに偏光ビームスプリッタ１０を透過した後、立ち上げハーフミラー１５に入射される。立ち上げハーフミラー１５に入射された光ビームは、光ディスク３１の方向に導かれ、１／４波長板１６を透過して対物レンズ１７によって光ディスク３１の情報記録面上に集光されて、所定の大きさのビームスポットを形成する。もう１つの半導体レーザ２から出射された光ビームはコリメータレンズ５によって平行光にされ、偏光ビームスプリッタ１０に入射される。偏光ビームスプリッタ１０に入射された光ビームは反射され、立ち上げハーフミラー１５に入射される。立ち上げハーフミラー１５に入射された光ビームは、光ディスク３１の方向に導かれ、１／４波長板１６を透過して対物レンズ１７によって光ディスク３１の情報記録面上に集光されて、所定の大きさのビームスポットを形成する。

光ディスク３１の情報記録面上に集光された光ビームは、光ディスク３１によって反射され、対物レンズ１７及び１／４波長板１６を逆進して立ち上げハーフミラー１５に入射される。立ち上げハーフミラー１５に入射された光ビームは反射され、偏光ビームスプリッタ１０、９の方向に逆進する。偏光ビームスプリッタ１０、９は光ディスク３１から反射されてきた光ビームに対してはほぼ１００％の透過特性を有しているので、そのまま直進する。そして、検出集光レンズ２１及び光ビームに非点収差を与えるシリンドリカルレンズ２３を経て、光検出器２５に導かれる。

一方半導体レーザ１の近傍に配置されたフロントモニタ検出器２７ａは半導体レーザ１から出射された光ビームのうち、コリメータレンズ４を通らない光ビームの一部を受け、受けた光ビームの光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は半導体レーザ１のパワー制御を行うレーザ制御回路を含むＡＰＣ回路（図面ではＡＰＣと略記）３０ａに供給される。ＡＰＣ回路３０ａはフロントモニタ検出器２７ａからの電気信号に応じて、半導体レーザ１を駆動するための最適な駆動信号を半導体レーザドライバ（図面ではＬＤＤと略記）２９ａに加える。半導体レーザドライバ２９ａは駆動信号に基づいて半導体レーザ１の駆動電流を制御する。

同様に、半導体レーザ２の近傍に配置されたフロントモニタ検出器２７ｂは半導体レーザ２から出射された光ビームのうち、コリメータレンズ５を通らない光ビームの一部を受け、受けた光ビームの光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は半導体レーザ２のパワー制御を行うレーザ制御回路を含むＡＰＣ回路（図面ではＡＰＣと略記）３０ｂに供給される。ＡＰＣ回路３０ｂはフロントモニタ検出器２７ｂからの電気信号に応じて、半導体レーザ２を駆動するための最適な駆動信号を半導体レーザドライバ（図面ではＬＤＤと略記）２９ｂに加える。半導体レーザドライバ２９ｂは駆動信号に基づいて半導体レーザ２の駆動電流を制御する。

このようにして、半導体レーザ１、２の各出力パワーは、フロントモニタ検出器２７ａ、２７ｂから出力される電気信号に基づいて、ＡＰＣ回路３０ａ、３０ｂにより生成される駆動信号によって制御される。

図９に示したように、レーザ光源として複数の半導体レーザ１、２を有する光ピックアップ装置の場合、複数の半導体レーザの出力パワーを自動制御するためには、半導体レーザ１、２のそれぞれが出力する光ビームを検出してフィードバックする、フロントモニタ検出器２７ａ、２７ｂのような、複数のフロントモニタ検出器が必要である。

フロントモニタ検出器を備えた従来の光ピックアップ装置として、例えば、下記の特許文献１には、光束周辺部分の光を分離する反射ミラーを設け、その反射光を光軸の近傍外に配置された光検出器に導くものが開示されている。また、下記の特許文献２には、ビーム整形プリズムを用い、このビーム整形プリズムに入射された平行光束を分離して光検出器に導くものが開示されている。また、下記の特許文献３には、全反射ミラーのエッジにて平行光束を分割し、平行光束の周辺の一部が全反射ミラーの外を通過して光検出に直進するように構成したものが開示されている。また、下記の特許文献４には、１つのフロントモニタ検出器を用いて、複数のレーザ出力パワーを個別に自動制御するべく、フロントモニタ検出器の出力信号のゲイン切換回路を設けるものが開示されている。
特開２００１−１１８２８１号公報（要約） 特開平１１−２７３１１９号公報（要約） 特開２００３−１５１１６７号公報（要約） 特開２００４−３４２２７８号公報（要約）

しかしながら、上述した特許文献１に開示された光ピックアップ装置は、複数の波長に対応する場合には各々の光源についてそれぞれ反射ミラーと光検出器が必要であり、特許文献２に開示された光ピックアップ装置は、その構成要素であるビーム整形プリズムが光の屈折を利用してビームの整形を行う光学部品であるため、複数の光源に対応する場合には、各々の波長に対応したビーム整形プリズムと光検出器が必要である。また、特許文献３に開示された光ピックアップ装置は、反射ミラーのエッジにてビームを分割する構成であるため、十分な光量を受光することができず、高精度の制御が難しかった。

このように、特許文献１〜３に開示されたフロントモニタ検出器を、複数の波長を用いる光ピックアップ装置に適用しようとすると、光源の各々に対して光検出器を設けなければならないため、装置が大型化するほか、装置コストも高騰するという問題があり、また、光束を分離した後に光ディスクに到達するまでの光路が長いため、途中の光学部品の反射率、透過率、偏光特性などのばらつきや環境変化の影響を受けやすいという問題もあった。

これに対して、特許文献４に開示された光ピックアップ装置は１つのフロントモニタ検出器によって複数のレーザ出力パワーを個別に制御するというものであるが、その光学系について言及していないため、光学部品の反射率、透過率、偏光特性などのばらつきや環境変化の影響を受けやすいという問題を解決し得るものではなかった。

ところで、半導体レーザの出射光は、水平方向及び垂直方向の各強度分布がほぼガウス分布をしており、かつ、水平方向と垂直方向とで広がり角が異なる楕円形状をしていることが知られている。上述した特許文献２及び３に開示された光ピックアップ装置においては、光検出器に導く光束が半導体レーザの出射光強度分布の裾、例えばピーク強度の４０％以下の領域にあたるため、光の利用効率が低く、再生時などレーザの出射光量が少ない場合に十分な光量を受光できず、そのため検出精度が低下するという問題があり、また、レーザ出射光の広がり角のばらつきの影響を受けやすいという問題もあった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、光ディスクに照射される光束を遮光することなく、光検出器に十分な光量を受光させることができ、これによって、高精度のレーザ出力制御を可能にする光ピックアップ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、対応波長の異なる複数の光ディスクに対応可能で、かつ、小型で低コストの光ピックアップ装置を提供することにある。
本発明のもう一つ他の目的は、光束を分離した後に光ディスクに到達するまでの光路を短縮することによって、光学部品の反射率、透過率、偏光特性などのばらつきや環境変化の影響を受けにくい光ピックアップ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る光ピックアップ装置は、波長が互いに異なるレーザビームを出射する複数のレーザ光源と、
ダイクロイックプリズムを含み、前記複数のレーザ光源からそれぞれ出射された前記レーザビームを前記ダイクロイックプリズムに入射させるとともに、入射された前記レーザビームが前記ダイクロイックプリズムの共通の出射口から出射されるように複数の光学部材が組み合わされた光学系と、
前記ダイクロイックプリズムから出射された前記レーザビームを所定の光量比で主ビームとモニタ用ビームとに分割するビーム分割素子と、
前記主ビームを光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、
前記モニタ用ビームを受光して電気信号に変換し、前記電気信号を増幅して出力するとともに、所定の範囲に増幅された出力信号が得られるように、前記レーザ光源ごとにゲインを切り換えて出力するモニタ検出器と、
前記モニタ検出器の出力信号に基づいて、前記レーザ光源の駆動電流を制御する制御手段とを備えた光ピックアップ装置であって、
前記モニタ検出器は、少なくとも１つの演算増幅器と、前記レーザ光源に対応して設けられた複数の可変抵抗器と、外部からの選択信号によって前記レーザ光源ごとに前記演算増幅器の入力経路に切り換え接続する１つ又は複数のアナログスイッチとを有する。

本発明によれば、複数のレーザ光源から出射されたレーザビームをダイクロイックプリズムに入射させるとともに、入射されたレーザビームがダイクロイックプリズムの共通の出射口から出射されるようにし、共通の出射口から出射されたレーザビームを所定の光量比で主ビームとモニタ用ビームに分割し、得られたモニタ用ビームをモニタ検出器で受光するようにしたので、光ディスクに照射される光束を遮光することなく、モニタ検出器に十分な光量を受光させることができ、これによって、高精度のレーザ出力制御を可能にする光ピックアップ装置が提供される。
また、本発明によれば、１つのモニタ検出器によって複数のレーザ出力パワーを個別に制御するようにしたので、対応波長の異なる複数の光ディスクに対応可能で、かつ、小型で低コストの光ピックアップ装置が提供される。
また、本発明によれば、ビーム分割素子によって分割された主ビームを光ディスクに導く経路の光学部品が最小限で済むため、光学部品の反射率、透過率、偏光特性などのばらつきや環境変化の影響を受けにくい光ピックアップ装置が提供される。
また、本発明によれば、モニタ検出器が複数の可変抵抗器と、外部からの選択信号によってレーザ光源ごとに演算増幅器の入力経路に切り換え接続する１つ又は複数のアナログスイッチとを含んでいるので、その出力を出力パワー制御に要求される範囲内に合わせ込むことができる光ピックアップ装置が提供される。
ちなみに、アナログスイッチの静電容量の総和をほぼ２５ｐＦ以下とすれば、記録発光波形のピークを高速でサンプリングして記録パワーを制御することができる光ピックアップ装置が提供される。

以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る光ピックアップ装置の一実施の形態の概略構成を示す系統図である。図１において、第１の光源としての半導体レーザ１から出射されたレーザビームを３波長ダイクロイックプリズム１２に導く経路に、コリメータレンズ４、回折格子７ａ、偏光ビームスプリッタ９及びコリメータレンズユニット１３が順次配置され、３波長ダイクロイックプリズム１２から逆進して偏光ビームスプリッタ９を透過した光の進行経路に検出集光レンズ２２、シリンドリカルレンズ２４及び光検出器２６が設けられている。このうち、コリメータレンズユニット１３はコリメートレンズユニット駆動モータ２８によって光軸方向に移動させ得るように構成されている。

また、第２の光源としての半導体レーザ２から出射されたレーザビームを３波長ダイクロイックプリズム１２に導く経路に、回折格子７ｂ、偏光ビームスプリッタ１０、ダイクロイックプリズム１１、１／２波長板８及びコリメータレンズ１４が順次配置され、３波長ダイクロイックプリズム１２から逆進して偏光ビームスプリッタ１０で反射した光の進行経路に検出集光レンズ２１、シリンドリカルレンズ２３及び光検出器２５が設けられている。

また、図示を省略した第３の光源としての半導体レーザ及び図示を省略したホログラムを含み、半導体レーザが受発光素子の機能を有するように構成されたホログラムレーザユニット３と、カップリングレンズ６とが設けられている。このホログラムレーザユニット３及びカップリングレンズ６は、ダイクロイックプリズム１１の反射機能を利用してレーザビームを３波長ダイクロイックプリズム１２に入射させ、かつ３波長ダイクロイックプリズム１２から逆進する光を受光する機能をも有している。

３波長ダイクロイックプリズム１２は半導体レーザ１、２及びホログラムレーザユニット３からそれぞれ出射されたレーザビームが入射されたとき、共通の出射口、すなわち図面の右方向に出射するように、それぞれレーザビームを３波長ダイクロイックプリズムまで導く複数の光学系と組み合わされている。そして、３波長ダイクロイックプリズム１２のレーザビームの出射経路に、レーザビームを所定の光量比で主ビームとモニタ用ビームとに分割するビーム分割素子としての立ち上げハーフミラー１５が設けられ、さらに、分割された主ビームを光ディスク３１の情報記録面に集光させるための１／４波長板１６及び対物レンズ１７が設けられ、モニタ用ビームの進行経路にアパーチャ１９、検出集光レンズ２０及びモニタ検出器としてのフロントモニタ検出器２７が設けられている。フロントモニタ検出器２７の出力信号はＡＰＣ回路（図面ではＡＰＣと略記）３０に加えられ、このＡＰＣ回路３０が半導体レーザドライバ（図面ではＬＤＤと略記）２９を介して半導体レーザ１、半導体レーザ２及びホログラムレーザユニット３の駆動電流を制御して出力パワーを調整するように構成されている。

上記のように構成された本実施の形態の動作について以下に説明する。第１の光源としての半導体レーザ１は、光ディスク３１がＢｌｕ−ｒａｙ(登録商標)ディスクやＨＤ−ＤＶＤである場合に対応するべく、波長４０５ｎｍの青紫色のレーザビームを出射する。このレーザビームは、ほぼ直線偏光Ｓ波である。半導体レーザ１から出射された発散ビームは、コリメータレンズ４でほぼ平行光に変換され、回折格子７ａにより０次回折光と±１次回折光の３つのビームに分割される。回折格子７ａを出射した光のほとんどは、偏光ビームスプリッタ９で反射され、コリメータレンズユニット１３を透過して、３波長ダイクロイックプリズム１２に入射される。３波長ダイクロイックプリズム１２に入射された光はここで反射され、立ち上げハーフミラー１５に入射される。立ち上げハーフミラー１５に入射された光の９０％が反射されて１／４波長板１６に入射される。１／４波長板１６に入射された光は、直線偏光から円偏光に変換されて、対物レンズ１７に入射される。対物レンズ１７に入射された光は集光され、光ディスク３１の所望のトラックに対してビームスポットとして照射される。

ここで、対物レンズ１７は、光ディスク３１がＢｌｕ−ｒａｙ(登録商標)ディスクの場合はＮＡ（Numerical Aperture：開口数）０．８５前後の対物レンズに切り換えられ、ＤＶＤあるいはＣＤの場合は、ＮＡ０．６ないし０．６５の図示しないＤＶＤとＣＤ兼用の対物レンズに切り換えられる。なお、対物レンズを切り換える代わりに、対物レンズ１７を保持するアクチュエータ１８ごとＤＶＤとＣＤ兼用に切り換えてもよい。光ディスク３１が片面２層の光ディスクである場合には、記録面での基板厚の差により対物レンズ１７において球面収差が発生するので、コリメートレンズユニット駆動モータ２８を駆動してコリメータレンズユニット１３の位置を移動することにより球面収差が補正される。

また、周知のように対物レンズ１７は、それぞれ図示を省略したフォーカスコイル及びトラッキングコイルを備えたアクチュエータ１８で保持され、図示しないサーボ回路からアクチュエータ１８内のフォーカスコイルに電流を流すことにより、対物レンズ１７の位置を光ディスク３１の記録面に対して垂直なフォーカシング方向に微小移動させて光ディスク３１の所望のトラックに対して、ビームスポットの焦点を一致させて結像させ、また、図示しないサーボ回路からアクチュエータ内のトラッキングコイルに電流を流すことにより、対物レンズ１７の光軸を光ディスク３１の径方向に微小変位させて光ディスクのトラックを追従することが可能になっている。

立ち上げハーフミラー１５に入射された直線偏光Ｓ波の光量の１０％は、透過してアパーチャ１９で開口制限され、検出集光レンズ２０で集光されてフロントモニタ検出器２７で受光される。フロントモニタ検出器２７で受光された光は電気信号に変換され、フロントモニタ検出器２７に内蔵されているアンプで増幅される。増幅率（ゲイン）は切り換え可能となっている。アパーチャ１９はフロントモニタ検出器２７の出力が飽和するのを防ぐ目的で配置されるが、記録時と再生時とでフロントモニタ検出器２７のゲインを切り換えても飽和しない場合にはアパーチャ１９は不要である。フロントモニタ検出器２７の出力信号はＡＰＣ回路３０を介して半導体レーザドライバ２９に帰還される。半導体レーザドライバ２９は駆動するべき半導体レーザを選択し、入力された電気信号に基づいて最適な駆動信号を半導体レーザドライバ２９に加える。半導体レーザドライバ２９は駆動信号に応じて半導体レーザ１の駆動電流を制御する。これによって、半導体レーザ１からはパワーが安定化されたレーザ光が出射される。

また、光ディスク３１に照射されたスポット光は、光ディスク３１上で反射される。この円偏光の反射光は、対物レンズ１７を介して１／４波長板１６に入射される。１／４波長板１６に入射された反射光は、偏波面が照射時のＳ波に直交する直線偏光のＰ波に変換された後、立ち上げハーフミラー１５に入射され、入射された反射光のほとんどが反射される。立ち上げハーフミラー１５で反射された反射光は３波長ダイクロイックプリズム１２に入射され、ここでもほとんどが反射され、コリメータユニット１３を透過して偏光ビームスプリッタ９に入射される。偏光ビームスプリッタ９に入射された直線偏光は、Ｐ波であるので透過され、検出集光レンズ２２及びシリンドリカルレンズ２４で集光されて光検出器２６で受光される。光検出器２６で受光された光は、その受光レベルに応じたレベルの電気信号に変換され、図示しない再生信号処理回路やサーボ制御系において、記録情報信号の検出、及び上記のフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号の検出などに使用される。

次に、第２の光源としての半導体レーザ２は光ディスク３１がＤＶＤディスクに対応した波長６５０ｎｍ〜６６５ｎｍの赤色のレーザビームを出射する。半導体レーザ２から出射されたレーザビームはほぼ直線偏光のＰ波である。半導体レーザ２から出射された発散ビームは、回折格子７ｂにより０次回折光と±１次回折光の３つのビームに分割され、回折格子７ｂを出射した光のほとんどは、偏光ビームスプリッタ１０とダイクロイックプリズム１１を透過し、１／２波長板８でＳ波に変換される。直線偏光のＳ波はコリメータレンズ１４でほぼ平行光になり、３波長ダイクロイックプリズム１２を透過し、立ち上げハーフミラー１５で光の９５％が反射されて１／４波長板１６に入射される。１／４波長板１６に入射された光は、直線偏光から円偏光に変換されて、対物レンズ１７に入射される。対物レンズ１７に入射された光は集光され、光ディスク３１の所望のトラックに対してビームスポットとして照射される。

ここで、対物レンズ１７は、ＮＡ０．６ないし０．６５の図示しないＤＶＤとＣＤ兼用の対物レンズに切り換えられる。なお、対物レンズを切り換える代わりに、対物レンズ１７を保持するアクチュエータ１８ごとＤＶＤとＣＤ兼用に切り換えてもよい。立ち上げハーフミラー１５に入射した直線偏光Ｓ波の光量の５％は、透過してアパーチャ１９で開口制限され、検出集光レンズ２０で集光される。検出集光レンズ２０で集光された光はフロントモニタ検出器２７で受光されて電気信号に変換され、フロントモニタ検出器２７に内蔵されたアンプで増幅される。アパーチャ１９はフロントモニタ検出器２７が飽和するのを防ぐ目的で配置されるが、記録時と再生時とでフロントモニタ検出器２７のゲインを切り換えても飽和しない場合には不要である。フロントモニタ検出器２７の出力信号はＡＰＣ回路３０を介して半導体レーザドライバ２９に帰還される。半導体レーザドライバ２９は駆動するべき半導体レーザを選択し、入力された電気信号に基づいて最適な駆動信号を半導体レーザドライバ２９に加える。半導体レーザドライバ２９は駆動信号に応じて半導体レーザ２の駆動電流を制御する。これによって、半導体レーザ２からはパワーが安定化されたレーザ光が出射される。

また、光ディスク３１に照射されたスポット光は、光ディスク３１上で反射される。この円偏光の反射光は、対物レンズ１７を介して１／４波長板１６に入射される。１／４波長板１６に入射された反射光は、偏波面が照射時のＳ波に直交する直線偏光のＰ波に変換された後、立ち上げハーフミラー１５に入射され、入射された反射光のほとんどが反射され、３波長ダイクロイックプリズム１２に入射される。３波長ダイクロイックプリズム１２に入射された反射光のほとんどが透過し、さらに、コリメータレンズ１４及び１／２波長板８を透過したＳ波はダイクロイックプリズム１１に入射する。ダイクロイックプリズム１１に入射した波長６５０ｎｍ〜６６５ｎｍの光はそのまま透過した後、偏光ビームスプリッタ１０でＳ波は反射されて検出集光レンズ２１及びシリンドリカルレンズ２３で集光されて光検出器２５で受光される。光検出器２５で受光された光は、その受光レベルに応じたレベルの電気信号に変換され、前述の図示しない再生信号処理回路やサーボ制御系において、記録情報信号の検出、及び上記のフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号の検出などに使用される。

第３の光源として、光ディスク３１がＣＤディスクの場合に対応した波長７８０ｎｍ前後の赤外線を出射する半導体レーザダイオードを用いる。この半導体レーザダイオードは、所定の検出方式で各サーボ信号および再生信号を検出可能なように複数に分割された受光面を有する受発光素子である。ホログラムレーザユニット３は半導体レーザダイオードとその前方に配置されたホログラムとを含み、ホログラムは半導体レーザダイオードに対する行きと帰りのビームを分離する機能を有している。そして、ホログラムレーザユニット３より出射されるビームは、半導体レーザ２から出射されるレーザビームと同様に直線偏光のＰ波である。ホログラムレーザユニット３の半導体レーザダイオードから出射された発散ビームは、ホログラムレーザユニット３内の回折格子により０次回折光と±１次回折光の３つの光束（ビーム）に分割され、回折格子を出射した光のほとんどは、ダイクロイックプリズム１１で反射され、１／２波長板８でＳ波に変換される。直線偏光のＳ波はコリメータレンズ１４でほぼ平行光になり、３波長ダイクロイックプリズム１２を透過し、立ち上げハーフミラー１５で光の９５％が反射されて１／４波長板１６に入射される。１／４波長板１６に入射された光は、直線偏光から円偏光に変換されて、対物レンズ１７に入射される。対物レンズ１７に入射された光は集光され、光ディスク３１の所望のトラックに対してビームスポットとして照射される。

立ち上げハーフミラー１５に入射した直線偏光Ｓ波の５％は、透過してアパーチャ１９及び検出集光レンズ２０で集光されてフロントモニタ検出器２７で受光され電気信号に変換され内蔵アンプで増幅される。アパーチャ１９はフロントモニタ出力が飽和するのを防ぐ目的で配置されるが、記録時と再生時とでフロントモニタ検出器のゲインを切り換えても飽和しない場合は不要である。フロントモニタ出力信号はＡＰＣ回路３０を介して半導体レーザドライバ２９に帰還される。半導体レーザドライバ２９では駆動する半導体レーザが選択されて、入力された電気信号に基づいてホログラムレーザユニット３の半導体レーザダイオードの駆動電流が制御されて出力パワーの調整が行われる。これにより、ホログラムレーザユニット３の半導体レーザダイオードからはパワーが安定化されたレーザ光が出射される。

また、光ディスク３１に照射されたスポット光は、光ディスク３１上で反射される。この反射光は、対物レンズ１７を介して１／４波長板１６に入射される。１／４波長板１６に入射された反射光は、偏波面が照射時のＳ波に直交する直線偏光のＰ波に変換された後、立ち上げハーフミラー１５でほとんどの光が反射され、３波長ダイクロイックプリズム１２に入射される。３波長ダイクロイックプリズム１２に入射された反射光のほとんどが透過し、さらに、コリメータレンズ１４及び１／２波長板８を透過したＳ波はダイクロイックプリズム１１に入射する。ダイクロイックプリズムに入射した波長７８０ｎｍ前後の光は反射され、カップリングレンズ６で集光されてホログラムレーザユニット３で受光される。受光された光は、その受光レベルに応じたレベルの電気信号に変換され、前述の図示しない再生信号処理回路やサーボ制御系において、記録情報信号の検出、及び上記のフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号の検出などに使用される。

図２はフロントモニタ検出器２７の詳細な構成を示す回路図である。図２において、フォトダイオード（ＰＤ）３７はモニタ用ビームを検出して電気信号に変換するもので、そのアノードが接地され、そのカソードが演算増幅器３８の反転入力端子（−）に接続されている。演算増幅器３８の反転入力端子と出力端子との間に帰還抵抗（Ｒ）３６が接続されている。この演算増幅器３８の非反転入力端子（＋）に基準電圧Ｖrefを印加することによって、フォトダイオード３７を入力抵抗とする初段増幅部が構成され、フォトダイオード３７に発生するモニタ用ビームに対応した電圧と基準電圧Ｖrefとの偏差分を増幅して得られた電圧を初段増幅器出力端子３９に発生させる。

初段増幅器出力端子３９には、可変抵抗器（ＶＲ）４２ａ及びアナログスイッチ（ＳＷ）４３ａの直列接続回路の一端と、可変抵抗器（ＶＲ）４２ｂ及びアナログスイッチ（ＳＷ）４３ｂの直列接続回路の一端と、可変抵抗器（ＶＲ）４２ｃ及びアナログスイッチ（ＳＷ）４３ｃの直列接続回路の一端とが接続され、これらの直列接続回路の他端がそれ後段増幅器入力端子４０に接続されている。アナログスイッチ４３ａ、４３ｂ、４３ｃはそれぞれ制御入力端子４４ａ、４４ｂ、４４ｃに印加される制御信号によってオン、オフ制御される。後段増幅器入力端子４０には入力抵抗（Ｒ）３４の一端が接続されている。入力抵抗３４の他端は演算増幅器３５の反転入力端子（−）に接続されている。この演算増幅器３５の反転入力端子と出力端子との間に帰還抵抗（Ｒ）３３が接続されている。この演算増幅器３５の非反転入力端子（＋）に基準電圧Ｖrefを印加することによって、後段増幅器入力端子４０と基準電圧Ｖrefとの偏差分を増幅して得られた電圧を後段増幅器出力端子４１に発生させる後段増幅部が構成されている。

上述した演算増幅器３８を含む初段増幅部と、演算増幅器３５を含む後段増幅部とによってフロントモニタ用光検出器３２が構成されている。また、可変抵抗器４２ａ及びアナログスイッチ４３ａの直列接続回路は半導体レーザ１を点灯させたときに、後段増幅器出力端子４１に発生する電圧の値を、ＡＰＣ回路３０側から要求される範囲内に合わせ込むための調整回路になっている。同様に、可変抵抗器４２ｂ及びアナログスイッチ４３ｂの直列接続回路は半導体レーザ２を点灯させたときに、後段増幅器出力端子４１に発生する電圧の値を、ＡＰＣ回路３０側から要求される範囲内に合わせ込むための調整回路になっており、可変抵抗器４２ｃ及びアナログスイッチ４３ｃの直列接続回路はホログラムレーザユニット３を点灯させたときに、後段増幅器出力端子４１に発生する電圧の値を、ＡＰＣ回路３０側から要求される範囲内に合わせ込むための調整回路になっている。

次に、図２に示したフロントモニタ検出器２７の動作について、アナログスイッチ４３ａ、４３ｂ、４３ｃを等価回路で示した図３をも参照して説明する。図１を用いて説明したＡＰＣ回路３０はフロントモニタ検出器２７から出力される電圧値を指令値に一致させるような制御信号を出力して半導体レーザドライバ２９に加える。このとき、半導体レーザドライバ２９は所定の制御信号に対して光ディスク３１の記録面に所望の光量のビームスポットを結像させることになるが、立ち上げハーフミラー１５で分割されたモニタ用ビームをフォトダイオード３７で受光して得られた電圧は、半導体レーザ１、半導体レーザ２及びホログラムレーザユニット３のいずれを点灯させたかにより変化する。そこで、演算増幅器３８による初段増幅部で増幅して初段増幅器出力端子３９に発生した電圧に対して、半導体レーザ１、半導体レーザ２及びホログラムレーザユニット３ごとに演算増幅器３５による後段増幅部のゲインをそれぞれ可変抵抗器４２ａ、４２ｂ、４２ｃによって調整する。

図３は半導体レーザ１を点灯させて、フロントモニタ検出器２７から出力される電圧値をＡＰＣ回路３０側から要求される範囲内に合わせ込む状態を示したもので、図２中の制御入力端子４４ａにオン指令を、制御入力端子４４ｂにオフ指令を、制御入力端子４４ｃにオフ指令をそれぞれ加えると、図３に示したように、アナログスイッチ４３ａはオン状態に、アナログスイッチ４３ｂはオフ状態に、アナログスイッチ４３ｃはオフ状態にされる。このとき、後段増幅器入力端子４０を介して可変抵抗器４２ａが入力抵抗３４と直列に接続されることになり、その合成値と帰還抵抗３３の比で決まる後段増幅部のゲインを可変抵抗器４２ａの抵抗値を変えることによって所望の電圧が後段増幅器出力端子４１に発生するように調整することができる。

ここで、アナログスイッチ４３ａのオン状態における静電容量４５をＣon、アナログスイッチ４３ｂのオフ状態における静電容量４６ａをＣoff、アナログスイッチ４３ｃのオフ状態における静電容量４６ｂをＣoffとすると、フロントモニタ検出器２７の応答時間はこれらの静電容量の合成値と強い相関があることが実験によって明らかになっている。図４はこれらの静電容量の合成値と応答時間との関係を示す線図である。このうち、特性線Ａは入力抵抗３４が２００Ωで、可変抵抗器４２ａ、４２ｂ、４２ｃの抵抗値がそれぞれ９００Ωである場合の静電容量の合成値と応答時間との関係を示し、特性線Ｂは入力抵抗３４が２００Ωで、可変抵抗器４２ａ、４２ｂ、４２ｃの抵抗値がそれぞれ２．２ｋΩである静電容量の合成値と応答時間との関係を示している。これら２つの特性線Ａ、Ｂの間の差は小さいことから、可変抵抗器４２ａの抵抗値を変化させてもその影響は非常に小さいことが分かる。図４中の特性線Ｃは可変抵抗器４２ａの抵抗値を９００Ωに調整したとき、静電容量の合成値と後段増幅器出力端子４１の整定時間Ｔsetとの関係を示している。一般に、ＤＶＤ−Ｒディスクの１６倍速の記録では、記録発光波形のピークを高速でサンプリングして記録パワーを制御する場合、後段増幅器出力端子４１の整定時間Ｔsetを少なくとも１５ｎｓ以下にする必要がある。そのために、アナログスイッチ４３ａのオン状態における静電容量Ｃonと、アナログスイッチ４３ｂのオフ状態における静電容量Ｃoffと、アナログスイッチ４３ｃのオフ状態における静電容量Ｃoffとの合成値を約２５ｐＦ以下に抑えればよいことが分かる。また、ノートＰＣ対応ドライブの場合にはディスク回転モータの都合でＤＶＤ−Ｒディスクの８倍速が限界なので、５０ｐＦ以下でよい。

以上、半導体レーザ１を点灯させて、アナログスイッチ４３ａをオン状態に、アナログスイッチ４３ｂ、４３ｃをそれぞれオフ状態にして可変抵抗器４２ａを調整する場合について説明したが、半導体レーザ２を点灯させて可変抵抗器４２ｂを調整したり、ホログラムレーザユニット３を点灯させて可変抵抗器４２ｃを調整したりする場合も上述したと同様であるのでそれらの説明を省略する。

図５はフロントモニタ検出器２７の変形例の詳細な構成を示す回路図であり、図中、図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。図５に示したフロントモニタ検出器２７Ａは、図２中のアナログスイッチ４３ａ、４３ｂ、４３ｃの代わりに、２チャンネルのアナログスイッチ（２ｃｈＳＷ）４３ｄ、４３ｅを用いたもので、一端が共通接続された可変抵抗器４２ａ及び可変抵抗器４２ｂの各他端が２チャンネルのアナログスイッチ４３ｄの各入力端に接続され、この２チャンネルのアナログスイッチ４３ｄの出力端及び可変抵抗器４２ｃの他端が２チャンネルのアナログスイッチ４３ｅの各入力端に接続され、この２チャンネルのアナログスイッチ４３ｅの出力端が後段増幅器入力端子４０に接続されている。このうち、２チャンネルのアナログスイッチ４３ｄは制御入力端子４４ｂにオン指令が加えられたとき、可変抵抗器４２ａを２チャンネルのアナログスイッチ４３ｅに接続し、制御入力端子４４ａにオフ指令が加えられたとき、アナログスイッチ４３ｂを２チャンネルのアナログスイッチ４３ｅに接続する。また、２チャンネルのアナログスイッチ４３ｅは制御入力端子４４ｂにオン指令が加えられたとき２チャンネルのアナログスイッチ４３ｄを後段増幅器入力端子４０に接続し、制御入力端子４４ｂにオフ指令が加えられたとき可変抵抗器４２ｃを後段増幅器入力端子４０に接続する。したがって、このフロントモニタ検出器２７Ａにおいても、半導体レーザ１、半導体レーザ２、ホログラムレーザユニット３をそれぞれ点灯させたときの後段増幅器出力端子４１の出力をＡＰＣ回路３０側から要求される範囲内に合わせ込むための調整が可能である。

図６は図５中の２チャンネルのアナログスイッチ４３ｄ及び４３ｅを等価回路で示した図で、２チャンネルのアナログスイッチ４３ｄをオン状態にしたときの静電容量４５ａをＣon、２チャンネルのアナログスイッチ４３ｅをオン状態にしたときの静電容量４５ｂをＣonとしたこれら２つの静電容量の合成値によって応答時間が決定される。したがって、これら２つの静電容量の合成値を約２５ｐＦ以下に抑えることによって後段増幅器出力端子４１の整定時間Ｔsetを１５ｎｓ以下にすることができる。

図７はフロントモニタ検出器２７のもう１つの変形例の詳細な構成を示す回路図であり、図中、図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。図７に示したフロントモニタ検出器２７Ｂは、図２中のアナログスイッチ４３ａ、４３ｂ、４３ｃの代わりに、３チャンネルのアナログスイッチ（３ｃｈＳＷ）４３ｆを用いたもので、一端が共通接続された可変抵抗器４２ａ、４２ｂ、４２ｃの各他端が３チャンネルのアナログスイッチ４３ｆの各入力端に接続され、その出力端が後段増幅器入力端子４０に接続されている。ここで、制御入力端子４４ａにオン指令が加えられ、制御入力端子４４ｂにオフ指令が加えられたとき、可変抵抗器４２ａが後段増幅器入力端子４０に接続され、制御入力端子４４ａにオフ指令が加えられ、制御入力端子４４ｂにオフ指令が加えられたとき、可変抵抗器４２ｂが後段増幅器入力端子４０に接続され、制御入力端子４４ａにオフ指令が加えられ、制御入力端子４４ｂにオン指令が加えられたとき、可変抵抗器４２ｃが後段増幅器入力端子４０に接続される。したがって、このフロントモニタ検出器２７Ｂにおいても、半導体レーザ１、半導体レーザ２、ホログラムレーザユニット３をそれぞれ点灯させたときの後段増幅器出力端子４１の出力をＡＰＣ回路３０側から要求される範囲内に合わせ込むための調整が可能である。

図８は図７中の３チャンネルのアナログスイッチ４３ｆを等価回路で示した図で、３チャンネルのアナログスイッチ４３ｆをオン状態にしたときの静電容量４５ｃをＣonとしたとき、この静電容量Ｃonによって応答時間が決定される。したがって、この静電容量Ｃonを約２５ｐＦ以下に抑えることによって後段増幅器出力端子４１の整定時間Ｔsetを１５ｎｓ以下にすることができる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、３種類の半導体レーザダイオードからそれぞれ出射されるレーザビームを３波長ダイクロイックプリズム１２に入射させるとともに、入射されたレーザビームが共通の出射口から出射されるようにし、共通の出射口から出射されたレーザビームを所定の光量比で主ビームとモニタ用ビームに分割し、得られたモニタ用ビームをフロントモニタ検出器２７で受光するようにしたので、光ディスク３１に照射される光束を遮光することなく、フロントモニタ検出器２７に十分な光量を受光させることができ、これによって、高精度のレーザ出力制御が可能な光ピックアップ装置とすることができる。

また、本実施の形態によれば、１つのフロントモニタ検出器２７によって複数の半導体レーザダイオードの出力パワーを個別に制御するようにしたので、対応波長の異なる複数の光ディスクに対応可能で、かつ、小型で低コストの光ピックアップ装置とすることができる。

また、本実施の形態によれば、立ち上げハーフミラー１５によって分割された主ビームを光ディスクに導く経路の光学部品が１／４波長板１６及び対物レンズ１７だけであるため、光学部品の反射率、透過率、偏光特性などのばらつきや環境変化に影響を受けにくい光ピックアップ装置とすることができる。

なお、上記の実施の形態では、波長の異なる３種類のレーザビームに対応して３波長ダイクロイックプリズム１２を用いたが、波長の異なる２種類のレーザビームに対しては３波長ダイクロイックプリズム１２に限定されず、他のダイクロイックプリズムを用いてもよく、要は入射された複数種類のレーザビームが共通の出射口から出射されるように、各レーザビームを導く光学系と組み合わされる構成であればよい。

本発明に係る光ピックアップ装置の一実施の形態の概略構成を示す系統図である。 本発明の一実施の形態のフロントモニタ検出器の詳細な構成を示す回路図である。 図２中のアナログスイッチを等価回路で示した図である。 図２中のアナログスイッチの静電容量の合成値と応答時間との関係を示した線図である。 図２に示したフロントモニタ検出器の変形例の詳細な構成を示す回路図である。 図５中のアナログスイッチを等価回路で示した図である。 図２に示したフロントモニタ検出器のもう一つの変形例の詳細な構成を示す回路図である。 図７中のアナログスイッチを等価回路で示した図である。 従来の光ピックアップ装置の概略構成を示す系統図である。

符号の説明

１、２ 半導体レーザ（レーザ光源）
３ ホログラムレーザユニット（レーザ光源）
９、１０ 偏光ビームスプリッタ（光学系）
１１ ダイクロイックプリズム（光学系）
１２ ３波長ダイクロイックプリズム（光学系）
１５ 立ち上げハーフミラー（ビーム分割素子）
１７ 対物レンズ
２７、２７Ａ、２７Ｂ フロントモニタ検出器（モニタ検出器）
２９ 半導体レーザドライバ（制御手段）
３０ ＡＰＣ回路（制御手段）
３１ 光ディスク
３７ フォトダイオード
３５、３８ 演算増幅器
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ 可変抵抗器
４３ａ〜４３ｆ アナログスイッチ

Claims (1)

1. 波長が互いに異なるレーザビームを出射する複数のレーザ光源と、
   ダイクロイックプリズムを含み、前記複数のレーザ光源からそれぞれ出射された前記レーザビームを前記ダイクロイックプリズムに入射させるとともに、入射された前記レーザビームが前記ダイクロイックプリズムの共通の出射口から出射されるように複数の光学部材が組み合わされた光学系と、
   前記ダイクロイックプリズムから出射された前記レーザビームを所定の光量比で主ビームとモニタ用ビームとに分割するビーム分割素子と、
   前記主ビームを光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、
   前記モニタ用ビームを受光して電気信号に変換し、前記電気信号を増幅して出力するとともに、所定の範囲に増幅された出力信号が得られるように、前記レーザ光源ごとにゲインを切り換えて出力するモニタ検出器と、
   前記モニタ検出器の出力信号に基づいて、前記レーザ光源の駆動電流を制御する制御手段とを備えた光ピックアップ装置であって、
   前記モニタ検出器は、少なくとも１つの演算増幅器と、前記レーザ光源に対応して設けられた複数の可変抵抗器と、外部からの選択信号によって前記レーザ光源ごとに前記演算増幅器の入力経路に切り換え接続する１つ又は複数のアナログスイッチとを有する、光ピックアップ装置。

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