JP3834814B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、読取波長が異なる複数種のディスクから情報を読み取る光ピックアップ装置に係り、特に、波長の異なるレーザビームを出射する複数の発光部が一体化された半導体レーザと、これに対応して配置された光検知器により構成された光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＣＤディスク再生装置及びＤＶＤディスク再生装置の各光ピックアップ装置を共用するＤＶＤ／ＣＤ再生装置が知られており、これらは互いに異なる読取波長により情報を読み取る。
【０００３】
ＣＤ及びＤＶＤのディスクの構造を比較すると、ＤＶＤ用ディスクの保護層の厚さはＣＤ用ディスクの保護層の約半分の厚さであるので、１焦点レンズを用いた光ピックアップで双方のディスクを再生する場合、ＤＶＤ用ディスクの情報記録面に最適となるよう光ビームを集光すると、ＣＤ用ディスクに対しては光ビームが通過する保護層がＤＶＤより厚いので、光ビームに球面収差等の収差が発生し、ＣＤ用ディスクの情報記録面に対して最適に集光することができない。そこで、同一直線上の異なる位置に焦点を結び、各情報ピットの大きさに対応した大きさのビームスポットを形成する２つのレーザビームを照射することが可能な２焦点レンズを用いた光ピックアップがある。
【０００４】
この種の光ピックアップ装置においては、比較的低記録密度のＣＤからの情報読み取りに最適な波長（７８０ｎｍ）のレーザビームを発生する発光部と、高記録密度のＤＶＤからの情報読み取りに最適な波長（６５０ｎｍ）のレーザビームを発生させる発光部とを備え、ディスク識別に応じて何れか一方を選択的に駆動制御する。情報読取光がディスクに照射されることによって生じた反射光は光検知器に照射する。このような２つの発光部を必要とするＤＶＤ／ＣＤ再生装置において、一方の発光部を他方の発光部に対して直角となる面から照射する場合、光学系を配置する空間が大きくなり、装置が大型化する。
【０００５】
この光ピックアップ装置の大型化を解消するために、ＤＶＤ用とＣＤ用の異なる波長のレーザビームを出射する２つの発光部が一体化されてなりレーザビームを選択的に出射する半導体レーザと、２つの発光部に対応した光検知器を用い、この半導体レーザは、複数の発光部の各発光点を結ぶ直線が再生されるディスクのトラック接線と一致するように設置することが提案されている（例えば、特開２００１−２０９９５７号、同２００１−１８４６９８号公報参照）。
【０００６】
これらの公報に示される構成においては、波長が異なる複数のレーザビームを単一の光路で導くことができ、省スペース化が可能となる。但し、厳密には２つの発光部の位置は異なっているので、対物レンズの光軸に対するそれらの配置の配慮が必要となる。光源の中心と光軸とが一致しない場合は、像高となり、収差が存在する。この収差は読取信号に悪影響を及ぼすことから、できるだけ少なくすることが望ましい。ここに、ＤＶＤはＮＡがＣＤに比して大きくビームスポット径はＣＤよりも小さいので、ＤＶＤ再生時における収差は、ＣＤ再生時の収差に比べて像高に拘らず大きく、また、ＤＶＤ再生時における収差の増加の割合は、ＣＤ再生時の収差の増加割合に比べて大きい。従って、半導体レーザは、６５０ｎｍ発光部を光学系の中心軸上に配置するか、或いは６５０ｎｍ発光部から光学系の中心軸までの距離を、７８０ｎｍ発光部から光学系の中心軸までの距離よりも小さくなるように設定している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、複数の発光部の各発光点を結ぶ直線が再生されるディスクのトラック接線と一致するように半導体レーザを設置している構成においては、半導体レーザは、それから出射されてディスク上に照射される楕円ビームの長軸がディスクのトラック方向に直交する径方向に対して４５°に配置されている。この配置構成においては、読取特性のうち、ディスク上の隣接するトラックの影響を受けるクロストーク（ＣＴ）と、トラック上のピットの読取分解能であるＭＴＦ（Modulation Transfer Function）は比較的良好であるが、読取信号の変換点時間誤差であるジッタについては以下に述べるように改善の余地があることが分かった。
【０００８】
また、ＤＶＤ／ＣＤ再生装置において、トラッキング用に３ビームを使用するＣＤ側の０次光のメインビームを基準として光学系のレンズ群が配置されているが、この場合、ＤＶＤ側の集光スポットに像高による収差が発生し、レンズの性能を十分に引き出すことができないといった問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑み成されたものであり、ＤＶＤ用とＣＤ用の異なる波長のレーザビームを出射する２つの発光部が１パッケージに搭載された半導体レーザと、２つの発光部に対応した光検知器と、レーザビームを光検知器に導く光学系とを備えたものにあって、ＤＶＤ側の集光スポットに像高による収差が発生しなくなり、レンズの性能を十分に引き出すことができ、クロストーク、ＭＴＦ、及びジッタのいずれもが比較的に良好となる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、読取波長が異なるＤＶＤディスク及びＣＤディスクから情報を読み取るための、各々波長が異なるレーザビームを選択的に出射する複数の発光部を持つ半導体レーザと、前記レーザビームを受光する光検知器と、前記半導体レーザから出射された前記レーザビームを前記ディスクに導くとともに前記ディスクで反射したレーザビームを前記光検知器に導く光学系とを備え、前記光学系は、前記レーザビームに非点収差を与える非点収差素子と、前記レーザビームからメインビームの他にＣＤのトラッキング制御用の一対のサブビームを生成する回折素子と、レーザ光を集光させるレンズ群を含んで構成され、前記光検知器は波長の異なる複数のレーザビームの各々に対応して設けられた複数の４分割受光部を含むとともに、前記サブビームを受光するための一対のサブビーム受光部が設けられている光ピックアップ装置において、前記光学系のレンズ群は、ＤＶＤ用のメインビームを基準として配置され、前記半導体レーザは、ＣＤ用及びＤＶＤ用の各発光部から出射されてディスク上に照射される楕円のメインビームの長軸が該ディスクの半径方向に対して略３５°（長軸が半径方向にあるときを０°、トラック方向にあるときを９０°と定義したとき）となるように配置され、前記光学系は、前記回折素子によるメインビームと一対のサブビームとからなる３ビームの並び方向が再生されるディスクのトラック接線と一致し、かつ、前記各メインビームの再生ディスクでの照射位置がトラック接線と直交する方向に対して略１０°傾いた線上になるように作用するものであり、前記光検知器のＣＤ用及びＤＶＤ用の各４分割受光部は、前記各メインビームの再生ディスクでの照射位置がトラック接線と直交する方向に対して傾くことに対応して配置されたものである。
この構成においては、ＤＶＤ用のメインビームを基準として光学系のレンズ群を配置し、かつ、半導体レーザのＣＤ用及びＤＶＤ用の各発光部から出射されてディスク上に照射される楕円ビームの長軸がディスクの半径方向に対して略３５°となることで、そのときのクロストーク、ＭＴＦ、及びジッタのいずれもが比較的に良好な特性を呈する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、読取波長の異なるＤＶＤとＣＤ又はＣＤＲを再生する光ピックアップ装置を例として説明する。再生される情報記録メディアはこれらに限られることはなく、読取波長の異なる複数種のディスクを再生する装置に本発明は適用可能である。図１及び図２は、本発明の実施形態による光ピックアップ装置１００の要部構成を示す。
【００１４】
光ピックアップ装置１００は、発光手段としての２波長のレーザビームを選択的に出射する半導体レーザ１０と、レーザビームから一対のサブビームを生成する回折格子１１と、半導体レーザ１０から出射されたレーザビームを反射し、ディスク１５の情報記録面から反射されたレーザビームを透過するハーフミラー１２と、レーザビームを平行光に変換するコリメータレンズ１３と、同一直線上の異なる位置に焦点を結び各情報ピットの大きさに対応して適切な大きさのビームスポットを形成する２焦点の対物レンズ１４と、レーザビームに非点収差を与える非点収差素子であるシリンドリカルレンズ１６と、レーザビームを受光する光検知手段である光検知器２０とで構成している。本実施形態では、フォーカス調整は非点収差法で行い、トラッキングサーボ調整はＣＤについては３ビーム法で行い、ＤＶＤについてはメインビームのみで行なう。
【００１５】
半導体レーザ素子１０は、ＣＤ及びＣＤＲ読取用で波長が７８０ｎｍのレーザビームとＤＶＤ読取用の波長６５０のレーザビームを出射するワンチップレーザーダイオードである。この半導体レーザ素子１０は、波長６５０ｎｍのレーザビーム（以下第１レーザビームと記す）を出射する６５０ｎｍ発光部３１と、波長７８０ｎｍのレーザビーム（以下第２レーザビームと記す）を出射する７８０ｎｍ発光部３２とを持つ。６５０ｎｍ発光部３１と７８０ｎｍ発光部３２は、略１００ｎｍの間隔で形成されている。
【００１６】
上述したように本発明の実施形態の光ピックアップ装置１００に用いられる半導体レーザ素子１０は、ワンチップ上に第１レーザビームの６５０ｎｍ発光部３１（ＤＶＤ用の発光部）と第２レーザビームの７８０ｎｍ発光部３２（ＣＤ用の発光部）がわずか略１００ｎｍのみ隔てて形成されている。これにより、従来必要とされたビームスプリッタに相当する構成を削除することができるものの、厳密には、２つの発光部３１、３２の位置は異なっているので、次に説明するように、光学系のレンズ群、特には対物レンズの光軸に対する２つの発光部３１、３２の配置に工夫が必要となる。
【００１７】
すなわち、半導体レーザ素子の像高と収差について、ＤＶＤ用ではＮＡ（開口数）がＣＤ用に比べて大きく、ビームスポット径はＣＤよりも小さいので、ＤＶＤ再生時における収差は、ＣＤ再生時のそれに比べて像高に拘わらず大きい。従って、本実施形態の光ピックアップ装置１００に用いられる半導体レーザ素子１０は、ＤＶＤ用発光部３１の方を光学系の中心軸上に配置するものとする。言い換えれば、光学系のレンズ群は、ＤＶＤ用発光部３１からのメインビームを基準として配置されることになる。
【００１８】
さらには、光ピックアップ装置１００の読取特性を評価する指標としてのクロストーク（ＣＴ）とＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の各々を良好なものとするには、半導体レーザ素子１０は、ＤＶＤ用及びＣＤ用の各発光部３１，３２から出射されてディスク１５上に照射される楕円ビームが該ディスク１５のトラック方向に対して適正な角度配置となるように配置される必要がある。
【００１９】
このことについて図３を参照して説明する。図３は、半導体レーザ素子１０の配置に応じてディスク１５上に照射される楕円ビームの長軸方向（角度）が変わる状況を示している。ＴＰは、隣り合うトラックＴのトラックピッチ、Ｋはディスク中心を通る径方向、Ｓ０，Ｓ３５，Ｓ４５は、長軸が各角度になるときの楕円ビームを示す（長軸が半径方向にあるときを０°、トラックＴ方向にあるときを９０°と定義）。ここには、ＤＶＤの場合を示したが、ＣＤの場合はトラックピッチＴＰや楕円ビームの大きさが少し大きくなる。通常、半導体レーザ素子は、ディスク上に照射される楕円ビームの長軸が該ディスクの径方向Ｋに対して４５°の角度となるように配置されている（楕円ビームＳ４５）。なお、本実施例におけるＤＶＤのトラックピッチＴＰは０．７４μ、ＮＡは０．６、楕円ビームの長軸寸法は１．０７μ、短軸寸法は０．８９μであり、ＣＤのトラックピッチＴＰは１．６μ、ＮＡは０．４５、楕円ビームの長軸寸法は１．７μ、短軸寸法は１．４２μである。
【００２０】
ここに、上記楕円ビームの長軸方向の角度を４５°に代えて、３５°前後とした場合（楕円ビームＳ３５）により良好な特性が得られることが実験の結果判明した（詳細後述）。そこで、本発明においては、半導体レーザ素子１０は、ディスク１５上に照射される楕円ビーム（メインビーム）の長軸がディスク１５の径方向Ｋに対して略３５°となるように配置した。また、図１において、ＤＶＤ用の発光部３１からの光軸を基準としてレンズ群を配置しているが、このＤＶＤ用発光部３１の出射光軸に対するＣＤ用発光部３２の出射光軸の相対ずれ角度ｐは、１０ｍｉｎ［分］＜ｐ＜２０ｍｉｎ［分］とする。
【００２１】
このように半導体レーザ素子１０を配置したとき、同レーザから出射され再生ディスク１５に照射されるビームスポットの状況と、そのための光学系の構成について以下に説明する。光学系は、図２に示したように、ＤＶＤ用の発光部３１から出射される回折格子１１によるメインビームｅと一対のサブビームｆ，ｇ（このビームは実際には使用しない）とからなる３ビームの並び方向、及びＣＤ用の発光部３２から出射される回折格子１１によるメインビームｈと一対のサブビームｉ，ｊ（トラッキング用に使用）とからなる３ビームの並び方向が、いずれも再生ディスク１５のトラック接線と一致するように設定され、しかも、そのとき、ＤＶＤ用及びＣＤ用の各発光部３１，３２から出射されるメインビームｅ，ｈの再生ディスク１５での照射位置が、図２に示したように、トラック接線と直交する方向に対して略１０°傾いた線上になる。これは、上記のように半導体レーザ素子１０の配置を、ディスク１５上に照射される楕円ビームの長軸方向（角度）が４５°から３５°になるように変えたことに基づくものである。なお、ＣＤ用のサブビームｉ，ｊ（±１次光）の回析角αは、２［ｄｅｇ］＜α＜２．５［ｄｅｇ］とする。
【００２２】
上記のような再生ディスク１５上でのビームスポット照射位置に対応して、光検知器２０の受光部についても配置構成を変更する必要がある。図４は本実施形態による光検知器２０のＣＤ用及びＤＶＤ用の受光部の配置構成を、ディスク上でのビームスポットとの対応で示している。本実施形態における光検知器２０は、読取信号の他に非点収差法によるフォーカスエラー信号及び３ビームによるトラッキングエラー信号を検出する構成とされ、ＣＤについてはトラッキングサーボ法を３ビームで行なうものである。一般に光検知器はディスクに記録されたピットの有無を反射光量の大小で判断し、総光量は単位面積あたりの光量と受光面積とから求められる。ピット上にビームスポットが形成されると、ピット面上に照射されたレーザビームは乱反射し、反射光量が少なくなるので暗くなり受光量が少なくなる
【００２３】
詳細には、図４において、光検知器２０は、ＣＤ用として、メインビームｈが照射され読取信号を生成する４分割受光部２１（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、同分割受光部２１の略トラック接線方向両側に配置されていて、サブビームｉ，ｊが照射されトラッキングエラー信号を生成する一対の受光部２２，２３（Ｆ，Ｅ）を有し、また、ＤＶＤ用として、メインビームｅが照射され読取信号を生成するとともに、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号を生成する４分割受光部２４（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を有する。光検知器２０は、ＤＶＤ用のレーザビームの３ビームが照射された場合は、メインビームｅのビームスポットを４分割受光部２４で受光し、２つのサブビームｆ，ｇは使用しない。また、ＣＤ用のレーザビームの３ビームが照射された場合は、メインビームｈのビームスポットを４分割受光部２１で受光し、２つのサブビームｉ，ｊのビームスポットをサブビーム受光部２２、２３で受光する。なお、サブビーム受光部２２、２３は、受光位置の異なる２種類のサブビームを受光する必要があるため、４分割受光部２１よりも大きく構成している。
【００２４】
そして、上記４分割受光部２１と４分割受光部２４とは、上述したように、各メインビームｈ，ｅの再生ディスクでの照射位置がトラック接線と直交する方向に対して略１０°傾いた線上になることに対応して、トラック接線方向に直交する方向に対して略１０°傾いて配置される。このように光検知器２０の分割受光部２１，２４を配置することで、第１レーザビームのスポットでＤＶＤを再生する場合においても、また、第２レーザビームでＣＤを再生する場合においても、非点収差法によるフォーカスサーボ調整を不具合なく行なうことができる。光検知器２０による検出信号から各種信号を生成するための演算処理は周知の構成を使用すればよい。
【００２５】
上記のように構成された光ピックアップ装置１００において、ＤＶＤ又はＣＤのディスクを再生する場合において、半導体レーザ素子１０の該当する発光部３１又は３２から出射されたレーザビームは、回析格子１１を介してハーフミラー１２により一部が反射され、コリメータレンズ１３によって平行な光束にされた後、対物レンズ１４の作用によりディスク１５の情報記録面のトラック上にビームスポットを形成する。そして、ディスクの情報記録面で反射されたレーザビームの戻り光は、対物レンズ１４及びコリメータレンズ１３を通過し、ハーフミラー１２によりその一部が透過され、シリンドリカルレンズ１６を通過して光検知器２０の４分割受光部２４又は２１に入射する。なお、ＤＶＤとＣＤの表面基板の厚みの違いによって生じる球面収差を抑えるようにしている。
【００２６】
そして、特に、半導体レーザ素子１０の配置により決まるディスク上での楕円ビームの長軸方向角度を種々に変更した場合の、ＭＴＦ、クロストーク及びジッタの各特性について、図５を参照して説明する。同図はＤＶＤの場合の実験結果であるが、ＣＤにおいてもほぼ同等の結果となる。なお、光ピックアップ装置１００は、最初に周知の方法にてディスク判別を行い、ディスク判別結果に基づいて半導体レーザ素子１０の一方の発光部だけを駆動するように制御される。
【００２７】
ＭＴＦは、図５（ａ）に示したように、上記角度が０°のときに最良で、９０°のときが最も良くないのに対して、クロストーク（ＣＴ）は、図５（ｂ）に示したように、９０°のときに最良で、０°のときに最も良くない。そのため、従来では、上記角度を中間的な４５°としていたのである。しかしながら、ジッタ特性を捉えると、図５（ｃ）に示されるように、角度が３５°前後においてジッタ特性は最も良好となる。しかも、このときのＭＴＦもクロストーク（ＣＴ）も４５°のときに比べて遜色はほとんどない。
【００２８】
その結果に基づき、各角度でのＭＴＦ、ＣＴ及びジッタの各特性の良否を判定すると、図６に示したようになる（○は良好、×は不良、△はその中間）。これより、ディスク１５上に照射される楕円ビーム（メインビーム）長軸のディスク径方向に対する角度が略３５°となるように、半導体レーザ素子１０を配置することがより好ましいことが判明したのである。
【００２９】
上記のように、本実施形態においては、ＣＤ及びＣＤＲ読取用の波長のレーザビームを出射する発光部３２とＤＶＤ読取用の波長のレーザビームを出射する発光部３１とを１パッケージに搭載した半導体レーザ素子１０と、２つの発光部のそれぞれに対応した受光部２１，２４を持つ光検知器２０を構成要素とする光学系において、レンズ群をＤＶＤ用の発光部３１からのメインビームを基準として配置することと、半導体レーザ素子１０から出射されディスクに照射される楕円ビームの長軸の角度がトラック接線と直交する方向に対して略３５°となるように半導体レーザ素子１０を配置し、それに併せて光検知器の受光部の配置を変更することにより、ＣＤの読取においても、また、ＤＶＤの読取においても、ＭＴＦ、クロストーク及びジッタの各特性が総合的に良好なものとなる効果が得られる。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られることはなく種々の変形が可能であり、例えば、トラッキングサーボの方法について、周知の各種方法を用いてもよい。また、光検知器２０の４分割受光部２４，２１はこの例に限られず、任意の多数分割受光部であってもよい。また、半導体レーザから出射されてディスク上に照射される楕円ビームの長軸がディスクの半径方向に対して略３５°とする形態を示したが、その角度±５°程度の範囲であっても所望の効果が得られる。この範囲をも本発明は含むものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光ピックアップ装置によれば、ＤＶＤ用とＣＤ用の異なる波長のレーザビームを出射する２つの発光部を持つ半導体レーザと、これらの発光部に対応した光検知器と、その光学系とを用いたものにあって、ＤＶＤ用のメインビームを基準として光学系のレンズ群を配置し、半導体レーザから出射されてディスク上に照射される楕円ビームの長軸がディスクの半径方向に対して略３５°となるように半導体レーザを配置し、それに伴い各メインビームの再生ディスクでの照射位置が変わることに対応して光検知器の受光部を配置したことにより、ＤＶＤ側の集光スポットに像高による収差が発生しなくなり、レンズの性能を十分に引き出すことができ、クロストーク、ＭＴＦ、及びジッタについて総合的に良好な特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態による光ピックアップ装置の構成図。
【図２】 本実施形態による光ピックアップ装置の概略斜視図。
【図３】 本実施形態による光ピックアップ装置における半導体レーザの出射ビームとディスクのトラックとの関係を示す図。
【図４】 本実施形態による光ピックアップ装置における光検知器の受光部の配置を示す図。
【図５】 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、光ピックアップ装置における半導体レーザの出射ビームの角度を変えたときのＭＴＦ、クロストーク、及びジッタの特性図。
【図６】 上記角度を変えたときのＭＴＦ、クロストーク、及びジッタの特性の評価を示す図。
【符号の説明】
１０ 半導体レーザ素子
１１ 回析格子
１２ ハーフミラー
１３ コリメータレンズ
１４ 対物レンズ
１５ ディスク
１６ シリンドリカルレンズ
２０ 光検知器
２１ ＣＤ用の４分割受光部
２４ ＤＶＤ用の４分割受光部
２２，２３ 受光部
３１ ＤＶＤ用の発光部
３２ ＣＤ用の発光部
１００ 光ピックアップ装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、読取波長が異なる複数種のディスクから情報を読み取る光ピックアップ装置に係り、特に、波長の異なるレーザビームを出射する複数の発光部が一体化された半導体レーザと、これに対応して配置された光検知器により構成された光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＣＤディスク再生装置及びＤＶＤディスク再生装置の各光ピックアップ装置を共用するＤＶＤ／ＣＤ再生装置が知られており、これらは互いに異なる読取波長により情報を読み取る。
【０００３】
ＣＤ及びＤＶＤのディスクの構造を比較すると、ＤＶＤ用ディスクの保護層の厚さはＣＤ用ディスクの保護層の約半分の厚さであるので、１焦点レンズを用いた光ピックアップで双方のディスクを再生する場合、ＤＶＤ用ディスクの情報記録面に最適となるよう光ビームを集光すると、ＣＤ用ディスクに対しては光ビームが通過する保護層がＤＶＤより厚いので、光ビームに球面収差等の収差が発生し、ＣＤ用ディスクの情報記録面に対して最適に集光することができない。そこで、同一直線上の異なる位置に焦点を結び、各情報ピットの大きさに対応した大きさのビームスポットを形成する２つのレーザビームを照射することが可能な２焦点レンズを用いた光ピックアップがある。
【０００４】
この種の光ピックアップ装置においては、比較的低記録密度のＣＤからの情報読み取りに最適な波長（７８０ｎｍ）のレーザビームを発生する発光部と、高記録密度のＤＶＤからの情報読み取りに最適な波長（６５０ｎｍ）のレーザビームを発生させる発光部とを備え、ディスク識別に応じて何れか一方を選択的に駆動制御する。情報読取光がディスクに照射されることによって生じた反射光は光検知器に照射する。このような２つの発光部を必要とするＤＶＤ／ＣＤ再生装置において、一方の発光部を他方の発光部に対して直角となる面から照射する場合、光学系を配置する空間が大きくなり、装置が大型化する。
【０００５】
この光ピックアップ装置の大型化を解消するために、ＤＶＤ用とＣＤ用の異なる波長のレーザビームを出射する２つの発光部が一体化されてなりレーザビームを選択的に出射する半導体レーザと、２つの発光部に対応した光検知器を用い、この半導体レーザは、複数の発光部の各発光点を結ぶ直線が再生されるディスクのトラック接線と一致するように設置することが提案されている（例えば、特開２００１−２０９９５７号、同２００１−１８４６９８号公報参照）。
【０００６】
これらの公報に示される構成においては、波長が異なる複数のレーザビームを単一の光路で導くことができ、省スペース化が可能となる。但し、厳密には２つの発光部の位置は異なっているので、対物レンズの光軸に対するそれらの配置の配慮が必要となる。光源の中心と光軸とが一致しない場合は、像高となり、収差が存在する。この収差は読取信号に悪影響を及ぼすことから、できるだけ少なくすることが望ましい。ここに、ＤＶＤはＮＡがＣＤに比して大きくビームスポット径はＣＤよりも小さいので、ＤＶＤ再生時における収差は、ＣＤ再生時の収差に比べて像高に拘らず大きく、また、ＤＶＤ再生時における収差の増加の割合は、ＣＤ再生時の収差の増加割合に比べて大きい。従って、半導体レーザは、６５０ｎｍ発光部を光学系の中心軸上に配置するか、或いは６５０ｎｍ発光部から光学系の中心軸までの距離を、７８０ｎｍ発光部から光学系の中心軸までの距離よりも小さくなるように設定している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、複数の発光部の各発光点を結ぶ直線が再生されるディスクのトラック接線と一致するように半導体レーザを設置している構成においては、半導体レーザは、それから出射されてディスク上に照射される楕円ビームの長軸がディスクのトラック方向に直交する径方向に対して４５°に配置されている。この配置構成においては、読取特性のうち、ディスク上の隣接するトラックの影響を受けるクロストーク（ＣＴ）と、トラック上のピットの読取分解能であるＭＴＦ（Modulation Transfer Function）は比較的良好であるが、読取信号の変換点時間誤差であるジッタについては以下に述べるように改善の余地があることが分かった。
【０００８】
また、ＤＶＤ／ＣＤ再生装置において、トラッキング用に３ビームを使用するＣＤ側の０次光のメインビームを基準として光学系のレンズ群が配置されているが、この場合、ＤＶＤ側の集光スポットに像高による収差が発生し、レンズの性能を十分に引き出すことができないといった問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑み成されたものであり、ＤＶＤ用とＣＤ用の異なる波長のレーザビームを出射する２つの発光部が１パッケージに搭載された半導体レーザと、２つの発光部に対応した光検知器と、レーザビームを光検知器に導く光学系とを備えたものにあって、ＤＶＤ側の集光スポットに像高による収差が発生しなくなり、レンズの性能を十分に引き出すことができ、クロストーク、ＭＴＦ、及びジッタのいずれもが比較的に良好となる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、読取波長が異なるＤＶＤディスク及びＣＤディスクから情報を読み取るための、各々波長が異なるレーザビームを選択的に出射する複数の発光部を持つ半導体レーザと、前記レーザビームを受光する光検知器と、前記半導体レーザから出射された前記レーザビームを前記ディスクに導くとともに前記ディスクで反射したレーザビームを前記光検知器に導く光学系とを備え、前記光学系は、前記レーザビームに非点収差を与える非点収差素子と、前記レーザビームからメインビームの他にＣＤのトラッキング制御用の一対のサブビームを生成する回折素子と、レーザ光を集光させるレンズ群を含んで構成され、前記光検知器は波長の異なる複数のレーザビームの各々に対応して設けられた複数の４分割受光部を含むとともに、前記サブビームを受光するための一対のサブビーム受光部が設けられている光ピックアップ装置において、前記光学系のレンズ群は、ＤＶＤ用のメインビームを基準として配置され、前記半導体レーザは、ＣＤ用及びＤＶＤ用の各発光部から出射されてディスク上に照射される楕円のメインビームの長軸が該ディスクの半径方向に対して略３５°（長軸が半径方向にあるときを０°、トラック方向にあるときを９０°と定義したとき）となるように配置され、前記光学系は、前記回折素子によるメインビームと一対のサブビームとからなる３ビームの並び方向が再生されるディスクのトラック接線と一致し、かつ、前記各メインビームの再生ディスクでの照射位置がトラック接線と直交する方向に対して略１０°傾いた線上になるように作用するものであり、前記光検知器のＣＤ用及びＤＶＤ用の各４分割受光部は、前記各メインビームの再生ディスクでの照射位置がトラック接線と直交する方向に対して傾くことに対応して配置されたものである。
この構成においては、ＤＶＤ用のメインビームを基準として光学系のレンズ群を配置し、かつ、半導体レーザのＣＤ用及びＤＶＤ用の各発光部から出射されてディスク上に照射される楕円ビームの長軸がディスクの半径方向に対して略３５°となることで、そのときのクロストーク、ＭＴＦ、及びジッタのいずれもが比較的に良好な特性を呈する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、読取波長の異なるＤＶＤとＣＤ又はＣＤＲを再生する光ピックアップ装置を例として説明する。再生される情報記録メディアはこれらに限られることはなく、読取波長の異なる複数種のディスクを再生する装置に本発明は適用可能である。図１及び図２は、本発明の実施形態による光ピックアップ装置１００の要部構成を示す。
【００１４】
光ピックアップ装置１００は、発光手段としての２波長のレーザビームを選択的に出射する半導体レーザ１０と、レーザビームから一対のサブビームを生成する回折格子１１と、半導体レーザ１０から出射されたレーザビームを反射し、ディスク１５の情報記録面から反射されたレーザビームを透過するハーフミラー１２と、レーザビームを平行光に変換するコリメータレンズ１３と、同一直線上の異なる位置に焦点を結び各情報ピットの大きさに対応して適切な大きさのビームスポットを形成する２焦点の対物レンズ１４と、レーザビームに非点収差を与える非点収差素子であるシリンドリカルレンズ１６と、レーザビームを受光する光検知手段である光検知器２０とで構成している。本実施形態では、フォーカス調整は非点収差法で行い、トラッキングサーボ調整はＣＤについては３ビーム法で行い、ＤＶＤについてはメインビームのみで行なう。
【００１５】
半導体レーザ素子１０は、ＣＤ及びＣＤＲ読取用で波長が７８０ｎｍのレーザビームとＤＶＤ読取用の波長６５０のレーザビームを出射するワンチップレーザーダイオードである。この半導体レーザ素子１０は、波長６５０ｎｍのレーザビーム（以下第１レーザビームと記す）を出射する６５０ｎｍ発光部３１と、波長７８０ｎｍのレーザビーム（以下第２レーザビームと記す）を出射する７８０ｎｍ発光部３２とを持つ。６５０ｎｍ発光部３１と７８０ｎｍ発光部３２は、略１００ｎｍの間隔で形成されている。
【００１６】
上述したように本発明の実施形態の光ピックアップ装置１００に用いられる半導体レーザ素子１０は、ワンチップ上に第１レーザビームの６５０ｎｍ発光部３１（ＤＶＤ用の発光部）と第２レーザビームの７８０ｎｍ発光部３２（ＣＤ用の発光部）がわずか略１００ｎｍのみ隔てて形成されている。これにより、従来必要とされたビームスプリッタに相当する構成を削除することができるものの、厳密には、２つの発光部３１、３２の位置は異なっているので、次に説明するように、光学系のレンズ群、特には対物レンズの光軸に対する２つの発光部３１、３２の配置に工夫が必要となる。
【００１７】
すなわち、半導体レーザ素子の像高と収差について、ＤＶＤ用ではＮＡ（開口数）がＣＤ用に比べて大きく、ビームスポット径はＣＤよりも小さいので、ＤＶＤ再生時における収差は、ＣＤ再生時のそれに比べて像高に拘わらず大きい。従って、本実施形態の光ピックアップ装置１００に用いられる半導体レーザ素子１０は、ＤＶＤ用発光部３１の方を光学系の中心軸上に配置するものとする。言い換えれば、光学系のレンズ群は、ＤＶＤ用発光部３１からのメインビームを基準として配置されることになる。
【００１８】
さらには、光ピックアップ装置１００の読取特性を評価する指標としてのクロストーク（ＣＴ）とＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の各々を良好なものとするには、半導体レーザ素子１０は、ＤＶＤ用及びＣＤ用の各発光部３１，３２から出射されてディスク１５上に照射される楕円ビームが該ディスク１５のトラック方向に対して適正な角度配置となるように配置される必要がある。
【００１９】
このことについて図３を参照して説明する。図３は、半導体レーザ素子１０の配置に応じてディスク１５上に照射される楕円ビームの長軸方向（角度）が変わる状況を示している。ＴＰは、隣り合うトラックＴのトラックピッチ、Ｋはディスク中心を通る径方向、Ｓ０，Ｓ３５，Ｓ４５は、長軸が各角度になるときの楕円ビームを示す（長軸が半径方向にあるときを０°、トラックＴ方向にあるときを９０°と定義）。ここには、ＤＶＤの場合を示したが、ＣＤの場合はトラックピッチＴＰや楕円ビームの大きさが少し大きくなる。通常、半導体レーザ素子は、ディスク上に照射される楕円ビームの長軸が該ディスクの径方向Ｋに対して４５°の角度となるように配置されている（楕円ビームＳ４５）。なお、本実施例におけるＤＶＤのトラックピッチＴＰは０．７４μ、ＮＡは０．６、楕円ビームの長軸寸法は１．０７μ、短軸寸法は０．８９μであり、ＣＤのトラックピッチＴＰは１．６μ、ＮＡは０．４５、楕円ビームの長軸寸法は１．７μ、短軸寸法は１．４２μである。
【００２０】
ここに、上記楕円ビームの長軸方向の角度を４５°に代えて、３５°前後とした場合（楕円ビームＳ３５）により良好な特性が得られることが実験の結果判明した（詳細後述）。そこで、本発明においては、半導体レーザ素子１０は、ディスク１５上に照射される楕円ビーム（メインビーム）の長軸がディスク１５の径方向Ｋに対して略３５°となるように配置した。また、図１において、ＤＶＤ用の発光部３１からの光軸を基準としてレンズ群を配置しているが、このＤＶＤ用発光部３１の出射光軸に対するＣＤ用発光部３２の出射光軸の相対ずれ角度ｐは、１０ｍｉｎ［分］＜ｐ＜２０ｍｉｎ［分］とする。
【００２１】
このように半導体レーザ素子１０を配置したとき、同レーザから出射され再生ディスク１５に照射されるビームスポットの状況と、そのための光学系の構成について以下に説明する。光学系は、図２に示したように、ＤＶＤ用の発光部３１から出射される回折格子１１によるメインビームｅと一対のサブビームｆ，ｇ（このビームは実際には使用しない）とからなる３ビームの並び方向、及びＣＤ用の発光部３２から出射される回折格子１１によるメインビームｈと一対のサブビームｉ，ｊ（トラッキング用に使用）とからなる３ビームの並び方向が、いずれも再生ディスク１５のトラック接線と一致するように設定され、しかも、そのとき、ＤＶＤ用及びＣＤ用の各発光部３１，３２から出射されるメインビームｅ，ｈの再生ディスク１５での照射位置が、図２に示したように、トラック接線と直交する方向に対して略１０°傾いた線上になる。これは、上記のように半導体レーザ素子１０の配置を、ディスク１５上に照射される楕円ビームの長軸方向（角度）が４５°から３５°になるように変えたことに基づくものである。なお、ＣＤ用のサブビームｉ，ｊ（±１次光）の回析角αは、２［ｄｅｇ］＜α＜２．５［ｄｅｇ］とする。
【００２２】
上記のような再生ディスク１５上でのビームスポット照射位置に対応して、光検知器２０の受光部についても配置構成を変更する必要がある。図４は本実施形態による光検知器２０のＣＤ用及びＤＶＤ用の受光部の配置構成を、ディスク上でのビームスポットとの対応で示している。本実施形態における光検知器２０は、読取信号の他に非点収差法によるフォーカスエラー信号及び３ビームによるトラッキングエラー信号を検出する構成とされ、ＣＤについてはトラッキングサーボ法を３ビームで行なうものである。一般に光検知器はディスクに記録されたピットの有無を反射光量の大小で判断し、総光量は単位面積あたりの光量と受光面積とから求められる。ピット上にビームスポットが形成されると、ピット面上に照射されたレーザビームは乱反射し、反射光量が少なくなるので暗くなり受光量が少なくなる
【００２３】
詳細には、図４において、光検知器２０は、ＣＤ用として、メインビームｈが照射され読取信号を生成する４分割受光部２１（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、同分割受光部２１の略トラック接線方向両側に配置されていて、サブビームｉ，ｊが照射されトラッキングエラー信号を生成する一対の受光部２２，２３（Ｆ，Ｅ）を有し、また、ＤＶＤ用として、メインビームｅが照射され読取信号を生成するとともに、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号を生成する４分割受光部２４（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を有する。光検知器２０は、ＤＶＤ用のレーザビームの３ビームが照射された場合は、メインビームｅのビームスポットを４分割受光部２４で受光し、２つのサブビームｆ，ｇは使用しない。また、ＣＤ用のレーザビームの３ビームが照射された場合は、メインビームｈのビームスポットを４分割受光部２１で受光し、２つのサブビームｉ，ｊのビームスポットをサブビーム受光部２２、２３で受光する。なお、サブビーム受光部２２、２３は、受光位置の異なる２種類のサブビームを受光する必要があるため、４分割受光部２１よりも大きく構成している。
【００２４】
そして、上記４分割受光部２１と４分割受光部２４とは、上述したように、各メインビームｈ，ｅの再生ディスクでの照射位置がトラック接線と直交する方向に対して略１０°傾いた線上になることに対応して、トラック接線方向に直交する方向に対して略１０°傾いて配置される。このように光検知器２０の分割受光部２１，２４を配置することで、第１レーザビームのスポットでＤＶＤを再生する場合においても、また、第２レーザビームでＣＤを再生する場合においても、非点収差法によるフォーカスサーボ調整を不具合なく行なうことができる。光検知器２０による検出信号から各種信号を生成するための演算処理は周知の構成を使用すればよい。
【００２５】
上記のように構成された光ピックアップ装置１００において、ＤＶＤ又はＣＤのディスクを再生する場合において、半導体レーザ素子１０の該当する発光部３１又は３２から出射されたレーザビームは、回析格子１１を介してハーフミラー１２により一部が反射され、コリメータレンズ１３によって平行な光束にされた後、対物レンズ１４の作用によりディスク１５の情報記録面のトラック上にビームスポットを形成する。そして、ディスクの情報記録面で反射されたレーザビームの戻り光は、対物レンズ１４及びコリメータレンズ１３を通過し、ハーフミラー１２によりその一部が透過され、シリンドリカルレンズ１６を通過して光検知器２０の４分割受光部２４又は２１に入射する。なお、ＤＶＤとＣＤの表面基板の厚みの違いによって生じる球面収差を抑えるようにしている。
【００２６】
そして、特に、半導体レーザ素子１０の配置により決まるディスク上での楕円ビームの長軸方向角度を種々に変更した場合の、ＭＴＦ、クロストーク及びジッタの各特性について、図５を参照して説明する。同図はＤＶＤの場合の実験結果であるが、ＣＤにおいてもほぼ同等の結果となる。なお、光ピックアップ装置１００は、最初に周知の方法にてディスク判別を行い、ディスク判別結果に基づいて半導体レーザ素子１０の一方の発光部だけを駆動するように制御される。
【００２７】
ＭＴＦは、図５（ａ）に示したように、上記角度が０°のときに最良で、９０°のときが最も良くないのに対して、クロストーク（ＣＴ）は、図５（ｂ）に示したように、９０°のときに最良で、０°のときに最も良くない。そのため、従来では、上記角度を中間的な４５°としていたのである。しかしながら、ジッタ特性を捉えると、図５（ｃ）に示されるように、角度が３５°前後においてジッタ特性は最も良好となる。しかも、このときのＭＴＦもクロストーク（ＣＴ）も４５°のときに比べて遜色はほとんどない。
【００２８】
その結果に基づき、各角度でのＭＴＦ、ＣＴ及びジッタの各特性の良否を判定すると、図６に示したようになる（○は良好、×は不良、△はその中間）。これより、ディスク１５上に照射される楕円ビーム（メインビーム）長軸のディスク径方向に対する角度が略３５°となるように、半導体レーザ素子１０を配置することがより好ましいことが判明したのである。
【００２９】
上記のように、本実施形態においては、ＣＤ及びＣＤＲ読取用の波長のレーザビームを出射する発光部３２とＤＶＤ読取用の波長のレーザビームを出射する発光部３１とを１パッケージに搭載した半導体レーザ素子１０と、２つの発光部のそれぞれに対応した受光部２１，２４を持つ光検知器２０を構成要素とする光学系において、レンズ群をＤＶＤ用の発光部３１からのメインビームを基準として配置することと、半導体レーザ素子１０から出射されディスクに照射される楕円ビームの長軸の角度がトラック接線と直交する方向に対して略３５°となるように半導体レーザ素子１０を配置し、それに併せて光検知器の受光部の配置を変更することにより、ＣＤの読取においても、また、ＤＶＤの読取においても、ＭＴＦ、クロストーク及びジッタの各特性が総合的に良好なものとなる効果が得られる。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られることはなく種々の変形が可能であり、例えば、トラッキングサーボの方法について、周知の各種方法を用いてもよい。また、光検知器２０の４分割受光部２４，２１はこの例に限られず、任意の多数分割受光部であってもよい。また、半導体レーザから出射されてディスク上に照射される楕円ビームの長軸がディスクの半径方向に対して略３５°とする形態を示したが、その角度±５°程度の範囲であっても所望の効果が得られる。この範囲をも本発明は含むものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光ピックアップ装置によれば、ＤＶＤ用とＣＤ用の異なる波長のレーザビームを出射する２つの発光部を持つ半導体レーザと、これらの発光部に対応した光検知器と、その光学系とを用いたものにあって、ＤＶＤ用のメインビームを基準として光学系のレンズ群を配置し、半導体レーザから出射されてディスク上に照射される楕円ビームの長軸がディスクの半径方向に対して略３５°となるように半導体レーザを配置し、それに伴い各メインビームの再生ディスクでの照射位置が変わることに対応して光検知器の受光部を配置したことにより、ＤＶＤ側の集光スポットに像高による収差が発生しなくなり、レンズの性能を十分に引き出すことができ、クロストーク、ＭＴＦ、及びジッタについて総合的に良好な特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態による光ピックアップ装置の構成図。
【図２】 本実施形態による光ピックアップ装置の概略斜視図。
【図３】 本実施形態による光ピックアップ装置における半導体レーザの出射ビームとディスクのトラックとの関係を示す図。
【図４】 本実施形態による光ピックアップ装置における光検知器の受光部の配置を示す図。
【図５】 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、光ピックアップ装置における半導体レーザの出射ビームの角度を変えたときのＭＴＦ、クロストーク、及びジッタの特性図。
【図６】 上記角度を変えたときのＭＴＦ、クロストーク、及びジッタの特性の評価を示す図。
【符号の説明】
１０ 半導体レーザ素子
１１ 回析格子
１２ ハーフミラー
１３ コリメータレンズ
１４ 対物レンズ
１５ ディスク
１６ シリンドリカルレンズ
２０ 光検知器
２１ ＣＤ用の４分割受光部
２４ ＤＶＤ用の４分割受光部
２２，２３ 受光部
３１ ＤＶＤ用の発光部
３２ ＣＤ用の発光部
１００ 光ピックアップ装置
Claims (1)
- 読取波長が異なるＤＶＤディスク及びＣＤディスクから情報を読み取るための、各々波長が異なるレーザビームを選択的に出射する複数の発光部を持つ半導体レーザと、前記レーザビームを受光する光検知器と、前記半導体レーザから出射された前記レーザビームを前記ディスクに導くとともに前記ディスクで反射したレーザビームを前記光検知器に導く光学系とを備え、
前記光学系は、前記レーザビームに非点収差を与える非点収差素子と、前記レーザビームからメインビームの他にＣＤのトラッキング制御用の一対のサブビームを生成する回折素子と、レーザ光を集光させるレンズ群を含んで構成され、前記光検知器は波長の異なる複数のレーザビームの各々に対応して設けられた複数の４分割受光部を含むとともに、前記サブビームを受光するための一対のサブビーム受光部が設けられている光ピックアップ装置において、
前記光学系のレンズ群は、ＤＶＤ用のメインビームを基準として配置され、
前記半導体レーザは、ＣＤ用及びＤＶＤ用の各発光部から出射されてディスク上に照射される楕円のメインビームの長軸が該ディスクの半径方向に対して略３５°（長軸が半径方向にあるときを０°、トラック方向にあるときを９０°と定義したとき）となるように配置され、
前記光学系は、前記回折素子によるメインビームと一対のサブビームとからなる３ビームの並び方向が再生されるディスクのトラック接線と一致し、かつ、前記各メインビームの再生ディスクでの照射位置がトラック接線と直交する方向に対して略１０°傾いた線上になるように作用するものであり、
前記光検知器のＣＤ用及びＤＶＤ用の各４分割受光部は、前記各メインビームの再生ディスクでの照射位置がトラック接線と直交する方向に対して傾くことに対応して配置されたことを特徴とする光ピックアップ装置。
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