JP4022820B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

この発明は、光ディスクの記録面にレーザ光を照射して情報の記録又は再生を行う光ピックアップ装置に関し、特に光ピックアップ装置の低消費電力化および低コスト化を図る技術に関する。

光ピックアップ装置では、レーザ光が光ディスクを反射する際や、光ディスクに向かう入射光と光ディスクからの反射光とがビームスプリッタで分離される際に、レーザ光が分散してそのパワーが減衰されてしまう。例えば、特許文献１に開示されるようにビームスプリッタにハーフミラーを用いた場合などでは、ビームスプリッタを通過する際のレーザ光の減衰量は非常に大きくなる。

従って、反射光の検出を行う光センサにレーザ光が到達する段階で一定レベルのパワーを得るためには、レーザ光源の出力を大きくするか、或いはレーザ光の経路上でのパワーの減衰量を小さくする必要がある。

光路上でパワーの減衰量を小さくする手段としては、入射光と反射光とを分離するビームスプリッタにレーザ光の偏光に依存してレーザ光を分離させる偏光ビームスプリッタを用いるとともに、この偏光ビームスプリッタと光ディスクとの間に１／４波長板を設置してこれらを光アイソレータとして作用させることで、ビームスプリッタにおけるパワーの減衰量を小さくする構成が知られている（例えば特許文献２）。
特開平１１−３５３６９７号公報 特開平８−８７７７３号公報

ビームスプリッタにハーフミラーを用いた構成では、ハーフミラーは光ディスクからの反射光の光軸に対して斜めに配置されるため、トラッキング誤差信号を生成するのに必要な非点収差をこのハーフミラーにおいて付加することが出来る。

しかしながら、偏光ビームスプリッタを用いた構成では、何ら工夫がないと偏光ビームスプリッタにより反射光に非点収差を付加することができないため、特許文献２のように偏光ビームスプリッタと光センサとの間に非点収差を発生させる例えば円筒レンズなどを設ける必要があった。このように新たなレンズを追加した場合、その部品コストならびにアセンブリ時におけるレンズの調整コストが上昇する。

また、特許文献１の図２に示されるように、偏光ビームスプリッタを特殊な曲面形状にするなど工夫をすることで、偏光ビームスプリッタにより非点収差を発生させることもできるが、このような特殊なレンズを使用すると部品コストの高騰を招くという問題がある。

また、立方体形状など単純な形状の偏光ビームスプリッタを斜めに設置することで非点収差を発生させることも出来るが、このような場合、光ディスクからの反射光のみならず、光ディスクに向かうレーザ光にまで同様に非点収差が付加されてしまい、この非点収差により光ディスクの記録面に小さな光スポットを形成できなくなるという問題が発生する。

この発明の目的は、反射光を分離するビームスプリッタと光センサとの間に円筒レンズなどの非点収差を発生させる構成が不要で、且つ、出力の小さな光源を用いても情報の記録又は再生が可能であり、延いては製造コストの低減を図ることのできる光ピックアップ装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、光ディスクの記録面にレーサ光を照射して情報の記録又は再生を行う光ピックアップ装置であって、レーザ光源から出力されたレーザ光を複数のビームにする回折格子と、光ディスクに向かうレーザ光と光ディスクからの反射光とを偏光に依存して分離するキューブ形状の偏光ビームスプリッタと、上記偏光ビームスプリッタより光ディスク側に配置されレーザ光の位相を変化させる１／４波長板と、上記偏光ビームスプリッタにより分離された反射光を検出する光センサとを備え、上記偏光ビームスプリッタは、当該偏光ビームスプリッタを通過する上記反射光にフォーカス誤差検出用の非点収差が生じるように、反射光の入射光軸に対して当該偏光ビームスプリッタの入射面が斜めに配置される一方、上記回折格子は、上記偏光ビームスプリッタにより光ディスクに向かうレーザ光に付加される非点収差を打ち消す向きの非点収差が生じるように、上記レーザ光の入射光軸に対する当該回折格子の入射面の角度が設定されている構成とした。

このような手段によれば、偏光ビームスプリッタと１／４波長板からなる光アイソレータにより、ビームスプリッタでの光の分散を少なくすることが出来るので、レーザ光源の出力を小さくしても情報の記録や再生を行うことが出来る。

また、フォーカス誤差信号を生成するために光ディスクからの反射光に必要な非点収差を偏光ビームスプリッタにより発生させることが出来るので、偏光ビームスプリッタと光センサとの間に非点収差を発生させる光学素子（例えば円筒レンズなど）を設置する必要がなく、その分、コストの低減を図ることが出来る。

また、光ディスクに向かうレーザ光については、回折格子により付加される逆向きの非点収差により偏光ビームスプリッタにより付加される非点収差を打ち消してトータルの非点収差を小さく又はゼロにすることが出来るので、それにより、光ディスクの記録面に所望の光スポットを形成することが出来る。また、この回折格子の作用により、偏光ビームスプリッタとしてノーマルな形状のものを採用しても、光ディスクに向かうレーザ光に非点収差が及ぼされることは問題にならないので、それによりコストの低減を図ることが出来る。

ここで具体的には、上記光センサには、上記偏光ビームスプリッタにより上記反射光に付加された非点収差を検出する田の字状に４分割された検出面を設け、上記反射光に付加された非点収差をこの４分割された検出面で検出してフォーカス誤差信号を生成するように構成する。

望ましくは、上記回折格子は、上記偏光ビームスプリッタにより光ディスクに向かうレーザ光に付加される非点収差と、当該回折格子によりこのレーザ光に付加される非点収差とを最小の値に打ち消す角度±３度に傾けて配置すると良い。さらに望ましくは、その角度±１．５度、さらに望ましくはその角度に傾けて配置すると良い。この角度の精度が高いほど、光ディスクに向かうレーザ光の非点収差を小さくすることが出来る。

さらに、波長の異なる少なくとも２種類のレーザ光を出力可能な複数のレーザダイオードを１つにパッケージングして構成される一方、上記光センサは、上記レーザ光源から出力される複数のレーザ光に対応する複数組の検出面を有するように構成することで、複数種類のレーザ光を用いて複数種類の光ディスクに対応させることも出来る。

本発明に従うと、小さなレーザ出力で情報の記録又は再生が可能で、且つ、ビームスプリッタと光センサとの間に非点収差を発生させる構成が不要であり、延いては、装置全体の製造コストの低減を図ることが出来るという効果がある。
また、２波長のレーザ光を用いて複数種類の光ディスクに対応させることも出来るという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の実施の形態の光ピックアップ装置の光学系の全体構成図を示す。
この実施の形態の光ピックアップ装置は、書込み可能なＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタル他用途ディスク）などの光ディスクを媒体として、これらの記録面にレーザ光を照射して情報の記録と再生とを行うものである。

この光ピックアップ装置の光学系は、ＣＤとＤＶＤに対応する２波長のレーザ光を出力可能なレーザ光源１１と、１ビームのレーザ光を３ビームに分割する回折格子１２と、レーザ光の偏光に依存して光ディスクＤ１に向かう入射光と光ディスクＤ１からの反射光とを分離する偏光ビームスプリッタ１３と、レーザ光を平行光にするコリメータレンズ１４と、レーザ光の垂直偏光成分の位相を９０°変化させる１／４波長板１５と、光ディスクＤ１の記録面にレーザ光を集光させる対物レンズ１６と、偏光ビームスプリッタ１３で分離された反射光を検出する光センサ１７等から構成される。

偏光ビームスプリッタ１３は、Ｐ偏光とＳ偏光により透過率が異なる偏光膜を２つの直角プリズムの斜面間に挟み込むように形成したものである。この偏光ビームスプリッタ１３は、光ディスクＤ１からの反射光の入射光軸に対して、その入射面が垂直より所定角度（例えば４度）傾いて設置されている。そして、この傾きにより、光センサ１７に集光する反射光に非点収差が付加されるようになっている。

また、一般に偏光ビームスプリッタはＰ偏光やＳ偏光に対する透過率や反射率などの光学特性に波長依存性を有するが、上記偏光ビームスプリッタ１３は例えば６５５ｎｍと７８５ｎｍの２波長に対して同様の光学特性を有するように形成されたものとなっている。また、この偏光ビームスプリッタ１３は、偏光膜の構造や入射面や出射面のコーティング構成等により、上記所定角度（例えば４度）に傾いた方向から入射される光に対して透過率が最大になるように最適化されている。

１／４波長板１５は、往路と復路とでレーザ光が２度通過することで、レーザ光の偏光軸を９０度変化させるものである。そして、それにより、往路でＰ偏光だったレーザ光を復路でＳ偏光とし、それらを偏光ビームスプリッタ１３で分離させることで、少ないパワーロスで光ディスクＤ１からの反射光を分離することが出来るようになっている。

レーザ光源１１は、例えば、ＣＤ用の６５５ｎｍ波長のレーザ光を出力するレーザダイオードと、ＤＶＤ用の７８５ｎｍ波長のレーザ光を出力するレーザダイオードとが１個の半導体基板上に形成され、それを１パッケージにしたものである。そして、何れかのレーザダイオードを選択的に駆動させることで対応した波長のレーザ光が出力されるようになっている。両波長のレーザ光の出力点は例えば１００μｍ程度の間隔を開けて形成されている。

なお、出力波長の異なるレーザダイオードがそれぞれ形成された２つの半導体チップを１つにパッケージしてなるハイブリッド型の半導体レーザを用いることも出来る。

上記のレーザ光源１１は、偏光ビームスプリッタ１３の傾きにあわせて偏光膜で反射したビームがコリメータレンズ１４に向けて垂直に進行するように、レーザ光の光軸が偏光ビームスプリッタ１３の入射面に対して所定角度（例えば４度）傾いた向きに配置されている。

回折格子１２は、透明な平面ガラスに等間隔な平行線を刻んでなるものである。この回折格子１２は、レーザ光源１１から出力されたレーザ光の光軸に対してその入射面が垂直から所定角度θ１だけ傾けられて配置され、それにより、回折格子１２を通過するレーザ光に非点収差が付加されるようになっている。

また、レーザ光源１１から出力されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１３を通過する際にも、偏光ビームスプリッタの入射面が斜めに傾けられていることで非点収差が付加されるが、この非点収差と上記回折格子１２により付加される非点収差とが互いに逆向きで打ち消しあうように設定されている。

図２には、光センサ１７の受光面の図を示す。
光センサ１７の受光面には、図２に示すように、ＤＶＤ用の検出面２１と、ＣＤ用３個の検出面２２〜２４とが設けられている。これら２組の検出面は、レーザ光源１１の２波長のレーザ光の各出力点にそれぞれ対応して２列に設けられている。すなわち、レーザ光源１１における２つの出力点の変位量が、光センサ１７の２列の検出面の変位量に相当している。

ＤＶＤ用の検出面２１は、田の字状に４分割されてそれぞれ独立的に光量を検出可能な４つの検出部ａ〜ｄを有している。そして、光ディスクＤ１を反射して戻ってきた第０次回折光の光スポットＴ０がこの検出面２１の中央に結像され、これら４つの検出部ａ〜ｄで非点収差による光スポットＴ０の広がりを検出することで非点収差法によりフォーカス誤差信号が生成されるとともに、この光スポットＴ０の広がりの時間的な変化を検出することとで位相差検出法（ＤＰＤ法：Differential Phase Detection）によりトラッキング誤差信号が生成されるようになっている。非点収差法およびＤＰＤ法については周知技術であるので説明は省略する。

ＣＤ用の検出面２２〜２４は、中央の検出面２３が田の字状に４分割されてそれぞれ独立的に光量を検出可能な４つの検出部ｅ〜ｈを有するものとなっている。そして、光ディスクＤ１を反射して戻ってきた第０次回折光の光スポットＳ０が中央の検出面２３に結像され、これら４つの検出部ｅ〜ｈの検出値に基づいて非点収差法によりフォーカス誤差信号が生成されるようになっている。また、光ディスクＤ１を反射して戻ってきた第１次回折光の光スポットＳ１，Ｓ２が両側の検出面２２，２４に結像され、これら検出面２２，２４の検出値に基づいて３ビーム法によりトラッキング誤差信号が生成されるようになっている。３ビーム法については周知技術であるので説明は省略する。

図３には、上記光ピックアップ装置においてレーザ光の往路と復路とをそれぞれ別に表わした図を示す。同図（ａ）は往路の構成図、（ｂ）は復路の構成図である。
なお、図３（ａ）の偏光ビームスプリッタ１３は、レーザ光が偏光膜で反射するところをレーザ光の経路に沿って直線的に表わしたものである。従って、図３（ａ）の偏光ビームスプリッタ１３の厚みｄ２は、レーザ光を偏光ビームスプリッタに対して垂直に入射させた場合の入射面から出射面までの経路長に相当する。図１の偏光ビームスプリッタ１３のように、側面形状が正方形でその対角線に沿って偏光膜が配されているものでは、上記の厚みｄ２はその正方形の一辺の長さと同値となるが、入射面や出射面の部分のプリズムが厚くなればその分の長さが加算された値となる。

図３（ｂ）に示すように、レーザ光の復路においては、光軸に対して斜めに配置された偏光ビームスプリッタ１３によりレーザ光に非点収差が付加される。この非点収差Ａｓ_ＰＢＳは次式（１）により表わされる。

ここで、ｎは偏光ビームスプリッタ１３を構成するプリズムの屈折率、θ３はレーザ光の出射面の法線と出射光軸とのなす角度、ｄ３は偏光ビームスプリッタ１３のレーザ光が通過する方向の厚さである。

この実施の形態の光ピックアップ装置では、フォーカス誤差信号を生成するための非点収差は偏光ビームスプリッタ１３により発生させており、偏光ビームスプリッタ１３の傾きθ３を適宜な角度とすることで、このフォーカス誤差信号に必要な非点収差を発生させることが出来る。例えばθ３＝４度とすることで、所望の非点収差を得ることが出来る。

レーザ光の往路においては、図３（ａ）に示すように、レーザ光に付加される非点収差は、偏光ビームスプリッタ１３による非点収差Ａｓ_ＰＢＳと、回折格子１２による非点収差Ａｓ_ＤＧとの和であり、次式により表わされる。

ここで、ｎは偏光ビームスプリッタ１３を構成するプリズムの屈折率、θ２はレーザ光が入射する偏光ビームスプリッタ１３の入射面の法線とレーザ光の入射光軸とのなす角度、ｄ２は上述の経路長（光の経路に沿った仮想的な厚み）、θ１は回折格子１２の入射面とレーザ光の入射光軸とのなす角度、ｄ１は回折格子１２の厚み、ｎ１は回折格子１２を構成する透明平板の屈折率である。
上記の偏光ビームスプリッタ１３の角度θ２は、図３（ｂ）の復路における条件により、θ２＝θ３（例えば４度）と一義的に決定されるものである。

往路においては、レーザ光源１１から出力されたレーザ光は光ディスクの記録面Ｄ０で焦点を結ぶように、非点収差は小さくなければならないが、回折格子１２の厚さｄ１と傾きθ１とを適宜な値とすることで、回折格子１２と偏光ビームスプリッタ１３との両方の非点収差の和（数式２）を"０"にすることが出来るのが分かる。

以上のように、この実施の形態の光ピックアップ装置によれば、偏光ビームスプリッタ１３と１／４波長板１５により、光ディスクＤ１に向かう入射光と光ディスクＤ１からの反射光とを、少ないパワーロスで分離することが出来るので、その分、レーザ光源１１の出力を小さくすることができ、それにより光ピックアップ装置の製造コストの低減が図れる。

さらに、レーザ光のフォーカス誤差信号を生成するのに必要な反射光の非点収差を、偏光ビームスプリッタ１３を傾けることで発生させているので、非点収差を発生させるための光学素子（例えば円筒レンズなど）を追加する必要がなく、それによりコストの低減が図れる。

また、偏光ビームスプリッタ１３を傾けることで光ディスクＤ１に向かうレーザ光に対しても偏光ビームスプリッタ１３から非点収差が付加されることになるが、これに対しては回折格子１２を上記非点収差を打ち消すように傾けて配置することで、トータルの非点収差を小さくして光ディスクＤ１の記録面に小さな光スポットでレーザ光を集光させることが出来る。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記の実施の形態では、光ディスクに向けたレーザ光に対して回折格子１２と偏光ビームスプリッタ１３とから付加される非点収差の量をトータルで"０"にすると説明したが、完全に"０"にならなくても同様の効果を奏することが出来る。

また、上記実施の形態では、２波長のレーザ光を切り替えて２種類の光ディスクに対応する光ピックアップ装置について説明したが、本発明は１波長のレーザ光のみを扱う光ピックアップ装置や、３波長などより多くの波長を扱う光ピックアップに適用することも出来る。

本発明の実施の形態の光ピックアップ装置の光学系の全体を示す構成図である。 図１の光センサに設けられた検出面を示す図である。 図１の光ピックアップ装置においてレーザ光の往路と復路の違いを示すもので、（ａ）は往路の構成図、（ｂ）は復路の構成図である。

符号の説明

１１ レーザ光源
１２ 回折格子
１３ 偏光ビームスプリッタ
１４ コリメータレンズ
１５ １／４波長板
１６ 対物レンズ
１７ 光センサ

Claims (6)

1. 光ディスクの記録面にレーサ光を照射して情報の記録又は再生を行う光ピックアップ装置であって、
   複数のレーザ出力素子を１つにパッケージングしてなり波長の異なる少なくとも２種類のレーザ光を出力可能なレーザ光源と、
   該レーザ光源から出力されたレーザ光を複数のビームにする回折格子と、
   光ディスクに向かうレーザ光と光ディスクからの反射光とを偏光に依存して分離するキューブ形状の偏光ビームスプリッタと、
   上記偏光ビームスプリッタより上記光ディスク側に配置されレーザ光の位相を変化させる１／４波長板と、
   上記２種類のレーザ光に対応する２列の検出面を有し上記偏光ビームスプリッタにより分離された反射光を検出する光センサとを備え、
   上記偏光ビームスプリッタは、上記反射光の通過により該反射光にフォーカス誤差検出用の非点収差が付加されるように、上記反射光の入射光軸に対して当該偏光ビームスプリッタの入射面が斜めに配置され、
   当該反射光に付加されたフォーカス誤差検出用の非点収差を上記光センサの検出面のうち田の字状に４分割された検出面で検出することによりフォーカス誤差信号が生成されるように構成される一方、
   上記回折格子は、レーザ光の入射光軸に対して入射面が斜めに配置され、且つ、この傾きが、当該回折格子により上記レーザ光に付加される非点収差と上記偏光ビームスプリッタにより付加される非点収差とが互いに打ち消しあって最小となる角度±１．５度になるように設定されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 光ディスクの記録面にレーサ光を照射して情報の記録又は再生を行う光ピックアップ装置であって、
   レーザ光源から出力されたレーザ光を複数のビームにする回折格子と、
   光ディスクに向かうレーザ光と光ディスクからの反射光とを偏光に依存して分離するキューブ形状の偏光ビームスプリッタと、
   上記偏光ビームスプリッタより上記光ディスク側に配置されレーザ光の位相を変化させる１／４波長板と、
   上記偏光ビームスプリッタにより分離された反射光を検出する光センサとを備え、
   上記偏光ビームスプリッタは、当該偏光ビームスプリッタを通過する上記反射光にフォーカス誤差検出用の非点収差が生じるように、反射光の入射光軸に対して当該偏光ビームスプリッタの入射面が斜めに配置される一方、
   上記回折格子は、レーザ光の入射光軸に対して入射面が斜めに配置され、且つ、この角度が上記偏光ビームスプリッタの通過により光ディスクに向かうレーザ光に生じる非点収差を打ち消す向きの非点収差が生じる角度に設定されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 上記光センサには、上記偏光ビームスプリッタにより上記反射光に付加された非点収差を検出する田の字状に４分割された検出面が設けられていることを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
4. 上記反射光に付加された非点収差を上記４分割された検出面で検出することによりフォーカス誤差信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。
5. 上記回折格子は、上記偏光ビームスプリッタにより光ディスクに向かうレーザ光に付加される非点収差と、当該回折格子によりこのレーザ光に付加される非点収差とを最小の値に打ち消す角度±３度に傾けて配置されていることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の光ピックアップ装置。
6. 上記レーザ光源は、波長の異なる少なくとも２種類のレーザ光を出力可能な複数のレーザダイオードを１つにパッケージングして構成される一方、
   上記光センサは、上記レーザ光源から出力される複数のレーザ光に対応する複数組の検出面を有していることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の光ピックアップ装置。

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