JP3666860B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はトラックピッチの異なる、CD系光ディスク(CD、CD−ROM、CD−R、CD−RW)とDVD系光ディスク(DVD、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW)を用いて情報の記録、再生、消去を行うための光ディスクドライブ装置の基幹部品である光ピックアップ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光ピックアップ装置の構成および動作を、図3を参照して説明する。図3は、CD系ディスク110及びDVD系ディスク111に対して情報の記録、再生、消去を行うことのできる光ピックアップ装置の光学系を示す。赤外半導体レーザ素子101および赤色半導体レーザ素子102と、光情報媒体であるCD系ディスク110あるいはDVD系ディスク111との間の光路中に、3ビーム発生用回折格子103、104、赤外半導体レーザ素子101および赤色半導体レーザ素子102から出射される光ビームを同一光軸上に導くためのビームスプリッタ105、集光手段であるコリメートレンズ106ならびに対物レンズ109、立上げミラー108、ディスクからの反射光を分岐するためのビームスプリッタ107、およびビームスプリッタ107で分岐された前記反射光を受光素子113へ導くための集光レンズ112が配置されている。
【0003】
上記の光ピックアップ装置の動作は次のとおりである。CD系ディスク110に対して情報の記録、再生あるいは消去を行う場合、赤外半導体レーザ素子101から出射した実線で示される光ビームが、3ビーム発生用回折格子103により回折され、3つの光ビーム(0次回折光すなわち主ビームと、±1次回折光すなわち副ビーム)に分岐される。3つの光ビームはビームスプリッタ105を透過した後、コリメートレンズ106により発散ビームから平行ビームに変換され、立上げミラー108を経由して対物レンズ109へ入射し、CD系ディスク110上へ集光される。さらに、CD系ディスク110からの反射光は、対物レンズ109、立上げミラー108を経由してビームスプリッタ107により方向を変えられ、集光レンズ112により受光素子113へ集光される。受光素子113に入射した主ビームおよび副ビームから、RF信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号が検出される。
【0004】
一方、DVD系ディスク111に対して情報の記録、再生あるいは消去を行う場合は、赤色半導体レーザ素子102から出射した破線で示される光ビームが、3ビーム発生用回折格子104により回折され、3つの光ビーム(0次回折光すなわち主ビームと、±1次回折光すなわち副ビーム)に分岐される。3つの光ビームはビームスプリッタ105により方向を変えられた後、コリメートレンズ106により発散ビームから平行ビームに変換され、立上げミラー108を介して対物レンズ109へ入射し、DVD系ディスク110上へ集光される。なお、3つの光ビームは、回折格子103により分岐された3つの光ビーム
さらに、DVD系ディスク110からの反射光は、対物レンズ109、立上げミラー108を経由してビームスプリッタ107により方向を変えられ、集光レンズ112により受光素子113へ集光される。受光素子113に入射した主ビームおよび副ビームから、RF信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号が検出される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図3に示すような従来の光ピックアップ装置においては、CD系ディスクとDVD系ディスクとに対応するために2つの半導体レーザ素子(赤外半導体レーザ素子101、赤色半導体レーザ素子102)および2つの回折格子、さらには2つの半導体レーザ素子からの出射光を同一光軸上に導くためのビームスプリッタ105が必要であり、光ピックアップ装置の小型化が困難であった。また、光学部品点数が多く各光学部品間の位置調整が煩雑になるため、部材費や調整コストが、単一のディスクを記録、再生、消去する光ピックアップ装置に対して大幅に増加してしまうといった課題があった。
【0006】
本発明は、CD系ディスクとDVD系ディスクに対応させて、記録、再生、または消去等を行う光ピックアップ装置を、小型化、低コスト化することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ピックアップ装置は、波長λ1の光ビームを発生する半導体レーザチップと波長λ2の光ビームを発生する半導体レーザチップとを1チップ化もしくは近接配置した2波長半導体レーザ素子と、前記2波長半導体レーザ素子により発生させた前記波長λ1の光ビームまたは前記波長λ2の光ビームを主ビームと副ビームとに分岐させる1つの回折周期Λを有する回折格子と、集光手段であるコリメートレンズとを備え、前記回折格子は、前記2波長半導体レーザ素子と前記コリメートレンズとの間に配置され、トラックピッチの異なる光情報媒体に対して、情報の記録または再生、及びそれに伴うトラッキング制御を行うように構成されており、トラックピッチT1の第1の光情報媒体に対し情報を記録または再生する際に前記波長λ1の光ビームを使用し、トラックピッチT2の第2の光情報媒体に対し情報を記録または再生する際に前記波長λ2の光ビームを使用し、前記波長λ1の光ビームが前記回折格子により回折されて発生する主ビームと副ビームの前記第1の光情報媒体上における間隔をL1、前記波長λ2の光ビームが前記回折格子により回折されて発生する主ビームと副ビームの前記第2の光情報媒体上における間隔をL2、mとnを0以上の整数とするとき、
L2=(2n+1)/(2m+1)×T2/T1×L1
なる関係が成立し、さらに、前記波長λ1の半導体レーザチップおよび前記波長λ2の半導体レーザチップから前記回折格子までの空気換算距離をdとし、前記第1の光情報媒体に対し情報を記録または再生する際の光学倍率をβ1、前記第2の光情報媒体に対し情報を記録または再生する際の光学倍率をβ2とした場合、下記の式が成り立つことを特徴とする。
β1× tan { sin-1 (λ2/Λ)}−
β2×(2n+1)/(2m+1)×T2/T1× tan { sin-1 (λ1/Λ)}
≒0
d≒β1×L1/ tan { sin-1 (λ1/Λ)}
=β2×L2/ tan { sin-1 (λ2/Λ)}
【0008】
この構成によれば、CD系ディスクとDVD系ディスクの記録あるいは再生あるいは消去に対応した光ピックアップ装置において、半導体レーザ素子と3ビーム発生用回折格子をそれぞれ1組用いればよく、2組ずつ用いることが不要になるため、光ピックアップ装置の小型化を容易に図ることができる。また、光学部品点数が削減されるとともに光ピックアップ装置の調整工程も簡素化されるのでコストダウンを図ることが可能となる。
【0009】
さらに、前記回折格子の位置および周期を適切に設計することで、単一の回折格子を使用して、最適な光学系を構成することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態における光ピックアップ装置について、図1、2を参照して説明する。図1は、本実施形態の光ピックアップ装置の光学系を示す。1は2波長半導体レーザ素子であり、赤外半導体レーザチップと赤色半導体レーザチップが集積化されている。2波長半導体レーザ素子1とCD系ディスク7またはDVD系ディスク8との間の光路中に、3ビーム発生用回折格子2、集光手段であるコリメートレンズ3ならびに対物レンズ6、ビームスプリッタ4、立上げミラー5、集光レンズ9、および受光素子10が配置されている。ビームスプリッタ4は、ディスクからの反射光を分岐する。ビームスプリッタ4で分岐された反射光は、集光レンズ9により受光素子10に導かれる。
【0011】
上記構成の光ピックアップ装置の動作について、以下に説明する。CD系ディスク7に対して情報の記録、再生、あるいは消去を行う場合、2波長半導体レーザ素子1から出射した実線で示される赤外光(波長λ1=785nm)ビームが、3ビーム発生用回折格子2により回折され3つの光ビーム(0次回折光すなわち主ビームと、±1次回折光すなわち副ビーム)に分岐される。3つの光ビームはコリメートレンズ3により発散ビームから平行ビームに変換され、立上げミラー5を経由して対物レンズ6へ入射し、CD系ディスク7上へ集光される。さらに、CD系ディスク7からの反射光は、対物レンズ6、立上げミラー5を経由して、ビームスプリッタ4により方向が変えられ、集光レンズ9により受光素子10へ集光される。受光素子10に入射した主ビームおよび副ビームから、RF信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号が検出される。
【0012】
一方、DVD系ディスク8に対する情報の記録、再生、あるいは消去を行う場合は、2波長半導体レーザ素子1から出射した破線で示される赤色光(波長λ2=650nm)ビームが、3ビーム発生用回折格子2により回折され3つの光ビーム(0次回折光すなわち主ビームと、±1次回折光すなわち副ビーム)に分岐される。3つの光ビームは、コリメートレンズ3により発散ビームから平行ビームに変換され、立上げミラー5を経由して対物レンズ6へ入射し、DVD系ディスク8上へ集光される。さらに、DVD系ディスク8からの反射光は、対物レンズ6、立上げミラー5を経由してビームスプリッタ4により方向が変えられ、集光レンズ9により受光素子10へ集光される。受光素子10に入射した主ビームおよび副ビームから、RF信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号が検出される。
【0013】
本実施形態に従い、後述するように3ビーム発生用回折格子2の周期Λおよび配置を設定することにより、図2(a)、(b)に示すような各光ビームとトラックの配置関係を得ることができる。ここで3ビーム発生用回折格子2の配置とは、2波長半導体レーザ素子1を構成する赤外/赤色半導体レーザチップの出射端面から3ビーム発生用回折格子2までの空気換算長dを意味する。
【0014】
図2(a)は、CD系ディスク7(トラックピッチT1)のランド11及びグルーブ12と、それらの上に集光された主ビーム13及び副ビーム14の関係を示す。図2(b)は、DVD系ディスク8(トラックピッチT2)のランド15及びグルーブ16と、それらの上に集光された主ビーム17及び副ビーム18の関係を示す。それぞれ主ビーム13、17がグルーブ12、16上に位置するときに、副ビーム14、18がランド11、15上に位置し、しかも主ビームと副ビームの中心を結ぶ直線とトラックピッチ方向と垂直な直線とがなす角度αは、互いに等しくなる。
【0015】
以下に、本実施形態における3ビーム発生用回折格子2の周期Λおよび配置について詳細に説明する。図2(a)、(b)のように主ビームと副ビームがディスク上に位置するときには、主ビーム13と副ビーム14間距離をL1、主ビーム17と副ビーム18間距離をL2とし、0以上の整数をm、nとすると、以下の関係式が成立する。
【0016】
L1×sinα=(2m+1)×T1/2 ・・・ (1)
L2×sinα=(2n+1)×T2/2 ・・・ (2)
ここで図2に示す本実施形態の構成は、m、nが共に0の場合に相当するが、より一般的な場合についても示すために、m、nを用いて説明する。
【0017】
また、赤外光λ1の3ビーム発生用回折格子2による回折角をθ1、赤色光λ2の3ビーム発生用回折格子2による回折角をθ2とすると、3ビーム発生用回折格子2の周期Λとの間に以下の関係式が成立する。
【0018】
Λ×sinθ1=λ1 ・・・ (3)
Λ×sinθ2=λ2 ・・・ (4)
さらに、CD系ディスクに対し情報を記録、再生または消去する際の光学倍率をβ1、DVD系ディスクに対し情報を記録、再生または消去する際の光学倍率をβ2とすると、ディスク上の主ビーム−副ビーム間距離L1、L2および赤外/赤色半導体レーザチップ出射端面から3ビーム発生用回折格子2までの空気換算長dとの間に以下の関係式が成立する。
【0019】
d×tanθ1≒β1×L1 ・・・ (5)
d×tanθ2≒β2×L2 ・・・ (6)
ここで式(1)〜(6)より、3ビーム発生用回折格子2の周期Λ(不定値)と確定値であるT1、T2、β1、β2、m、n、λ1、λ2との関係を求めると、
β1×tan{sin-1(λ2/Λ)}−
β2×(2n+1)/(2m+1)×T2/T1×tan{sin-1(λ1/Λ)}
≒0 ・・・ (7)
となる。よって、式(7)から回折格子2の周期Λが求まる。一方、L1、L2、dについてはまず、L1を光ドライブ装置のシステム上適当な値を選択すれば、L2は式(1)、(2)より
L2=(2n+1)/(2m+1)×T2/T1×L1 ・・・ (8)
と求まる。さらに、このときdおよびαは式(1)、(2)、(5)、(6)より
と求まる。
【0020】
以上に示した3ビーム発生用回折格子の位置および周期の関係を用いるとにより、1つの2波長半導体レーザ素子と1つの3ビーム発生用回折格子を使用するのみで、トラックピッチの異なる光ディスクに対し情報の記録、再生あるいは消去を行うための光ピックアップ装置を構成することができる。従って、従来のように、それぞれ2組の半導体レーザ素子と3ビーム発生用回折格子を用いることが不要になり、装置の小型化を容易に図ることができる。
【0021】
また、光学部品点数が削減されるとともに光ピックアップ装置の調整工程も簡素化されるので大幅にコストダウンを図ることができる。
【0022】
【発明の効果】
本発明の光ピックアップ装置は、2波長半導体レーザ素子により発生させた第1の波長の光ビームないしは第2の波長の光ビームを、1つの回折周期を有する回折格子を用いて主ビームと副ビームとに分岐させるものである。この構成により、CD系ディスクとDVD系ディスクの記録、再生、または消去に対応した光ピックアップ装置を、1組の半導体レーザ素子と3ビーム発生用回折格子とで構成できるため、光ピックアップ装置の小型化を容易に図ることができる。また、光学部品点数が削減されるとともに、光ピックアップ装置の調整工程も簡素化されるので、大幅なコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態における光ピックアップ装置の光学系を示す図
【図2】 本発明の実施形態におけるトラックピッチと主ビームおよび副ビームとの相対的な位置関係を示す図
【図3】 従来例における光ピックアップ装置の光学系を示す図
【符号の説明】
1 2波長半導体レーザ素子
2 3ビーム発生用回折格子
3 コリメートレンズ
4 ビームスプリッタ
5 立上げミラー
6 対物レンズ
7 CD系ディスク
8 DVD系ディスク
9 集光レンズ
10 受光素子
11、15 ランド
12、16 グルーブ
13、17 主ビーム
14、18 副ビーム
T1、T2 トラックピッチ
L1、L2 ディスク上の主ビーム−副ビーム間距離
101 赤外半導体レーザ素子
102 赤色半導体レーザ素子
103、104 3ビーム発生用回折格子
105、107 ビームスプリッタ
106 コリメートレンズ
108 立上げミラー
109 対物レンズ
110 CD系ディスク
111 DVD系ディスク
112 集光レンズ
113 受光素子
Claims (2)
- 波長λ1の光ビームを発生する半導体レーザチップと波長λ2の光ビームを発生する半導体レーザチップとを1チップ化もしくは近接配置した2波長半導体レーザ素子と、
前記2波長半導体レーザ素子により発生させた前記波長λ1の光ビームまたは前記波長λ2の光ビームを主ビームと副ビームとに分岐させる1つの回折周期Λを有する回折格子と、
集光手段であるコリメートレンズとを備え、
前記回折格子は、前記2波長半導体レーザ素子と前記コリメートレンズとの間に配置され、
トラックピッチの異なる光情報媒体に対して、情報の記録または再生、及びそれに伴うトラッキング制御を行うように構成されており、
トラックピッチT1の第1の光情報媒体に対し情報を記録または再生する際に前記波長λ1の光ビームを使用し、トラックピッチT2の第2の光情報媒体に対し情報を記録または再生する際に前記波長λ2の光ビームを使用し、前記波長λ1の光ビームが前記回折格子により回折されて発生する主ビームと副ビームの前記第1の光情報媒体上における間隔をL1、前記波長λ2の光ビームが前記回折格子により回折されて発生する主ビームと副ビームの前記第2の光情報媒体上における間隔をL2、mとnを0以上の整数とするとき、
L2=(2n+1)/(2m+1)×T2/T1×L1
なる関係が成立し、さらに、
前記波長λ1の半導体レーザチップおよび前記波長λ2の半導体レーザチップから前記回折格子までの空気換算距離をdとし、前記第1の光情報媒体に対し情報を記録または再生する際の光学倍率をβ1、前記第2の光情報媒体に対し情報を記録または再生する際の光学倍率をβ2とした場合、下記の式が成り立つことを特徴とする光ピックアップ装置。
β1× tan { sin-1 (λ2/Λ)}−
β2×(2n+1)/(2m+1)×T2/T1× tan { sin-1 (λ1/Λ)}
≒0
d≒β1×L1/ tan { sin-1 (λ1/Λ)}
=β2×L2/ tan { sin-1 (λ2/Λ)} - 前記波長λ1の光ビームが前記回折格子により回折されて発生する主ビームと副ビームの前記第1の光情報媒体上におけるそれぞれの中心を結ぶ直線と、前記第1の光情報媒体のトラックピッチ方向と垂直な直線とがなす角度をα1(0<α1<90)とし、前記波長λ2の光ビームが前記回折格子により回折されて発生する主ビームと副ビームの前記第2の光情報媒体上におけるそれぞれの中心を結ぶ直線と、前記第2の光情報媒体のトラックピッチ方向と垂直な直線とがなす角度をα2(0<α2<90)とするとき、
α1=α2=sin-1{(2m+1)×T1/2/L1}
=sin-1{(2n+1)×T2/2/L2}
なる関係が成り立つことを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ装置。
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