JP4042802B2 - 光ピックアップ装置および光ディスク装置 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、複数種類の光記録媒体に対する情報の記録再生等が可能な光ピックアップ装置及びこの光ピックアップ装置を備えた光ディスク装置に関し、より詳細には、異なる3種類の波長の光を共通の光検出器で受光するようにした光ピックアップ装置および光ディスク装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、DVD(Digital Versatile Disc)及びCD(COMPACT DISC)に対する情報の記録、再生、または、その両方を行うため、出力波長が約650nmのDVD用レーザ出力器と出力波長が約780nmのCD用レーザ出力器とを備えた2光源型の光ピックアップ装置が用いられている。さらに、各光源の小型化を図るために、単一パッケージで2種類の波長を出力可能な2波長一体型レーザ出力器も実用化されている。2波長一体型レーザ出力器としては、モノリシック型の半導体基板に2つのレーザダイオードを形成したモノリシック型レーザ出力器や、それぞれにレーザダイオードが形成された2つの半導体基板を貼り合わせたハイブリッド型レーザ出力器等が知られている。
【0003】
2波長一体型レーザ出力器の場合には、2つのレーザダイオード(DVD用、CD用)の各出射位置は僅かではあるが離れており、その距離は一般に110μm程度である。そのため、一方のレーザダイオードの光軸を光ピックアップ装置の対物レンズやコリメートレンズの中心を通るシステム光軸と一致させると、他方のレーザダイオードから出射されたレーザ光の光軸がシステム光軸からずれてしまう。このままの状態では、DVD用、CD用のレーザダイオードから出射されて光記録媒体で反射されたそれぞれの戻り光を共通の光検出器で受光することはできない。そこで、DVD用、CD用のレーザダイオードの出射光の戻り光の一方、または、両方を回折格子等で回折させることにより、両方の戻り光を共通の光検出器に導くことが提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
【0004】
また、近年、光記録媒体の大容量化が求められており、DVDやCDの数倍の容量を有する青紫色レーザ対応の光記録ディスク等の光記録媒体が実用化されている。これに伴い、装置の小型化及び低コストの観点から、1つの光ピックアップ装置でDVD、CD及び青紫色レーザ対応等の光記録媒体に対する情報の記録再生等を行うことが求められている。そこで、DVD用、CD用のレーザダイオードに加えて、青紫色レーザダイオードを備えた3光源型のピックアップ装置の開発が進められている。
【0005】
3光源型光ピックアップ装置の例としては、以下の構成が提案されている。出力波長の異なる3種類の波長の光の光軸を、各波長に対応したプリズムを用いて光ピックアップ装置のシステム光軸に一致させ、各波長の光を光記録媒体に導いている。光記録媒体で反射された3種類の波長の戻り光は、各プリズムを透過して共通の光検出器に導かれ、この光検出器で検出される(例えば、非特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−143312号公報
【特許文献2】
特開2001−256670号公報
【非特許文献1】
“オランダPHILIPS社、CDとDVD、BLU−ray DISCに記録再生可能な光ヘッドを開発”、[ONLINE]、2004年7月16日、日経BP社、[2005年2月20日アクセス]、インターネット<http://TECHON.nikkeibp.co.jp/members/NEWS/20040716/104521/>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上述した第1の構成(非特許文献1)では、光記録媒体で反射された戻り光を共通の光検出器で受光することはできるが、それぞれのレーザ出力器の光軸を光ピックアップ装置のシステム光軸に一致させるためのプリズム等が多く必要になる。また、各レーザ出力器を光ピックアップ装置に取り付けるための部材等も必要になる。その結果、光ピックアップ装置の構成部品が多くなり、装置の小型化及び低コスト化が難しいという問題があった。
【0008】
ここで、2光源型光ピックアップ装置では、2波長一体型レーザ出力器と位相差型の回折格子等を利用することで小型化及び低コスト化が実現されていることから(特許文献1、2)、3光源型光ピックアップ装置でも同様に、2波長一体型レーザ出力器と位相差型の回折格子を利用し、小型化及び低コスト化を実現することが求められる。この場合、2波長一体型レーザ出力器から出力される異なる2つの波長の光と、1波長型レーザ出力器から出力される1つの波長の光とをプリズム等を利用して、同一の光路に導き、共通の光検出器で受光することが考えられる。しかしながら、位相差型の回折格子では、入射光の波長λと、入射光の入射角θと、入射側の媒質の屈折率nと、出射光の出射角θbと、出射側の媒質の屈折率nbと、回折光の次数mと、回折格子ピッチpとの間に、nsinθ−nbsinθb=mλ/pの関係が成立するため、並行して回折格子に入射した3つの異なる波長の1次以上の回折光の回折角はいずれも異なり、従って、3波長の戻り光を共通の光検出器に導くことが難しいという問題がある。
【0009】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、使用される光の波長の異なる複数種類の光記録媒体(例えば、DVD、CD、青紫色レーザ対応光ディスク)に対する情報の記録再生等を行うため、光記録媒体で反射された3種類の戻り光を共通の光検出器で検出できるようにすることを目的とする。
【0010】
また、本発明は、上述のような光ピックアップ装置を備えて構成された光ディスク装置を提供しようとすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明に係る光ピックアップ装置は
光記録媒体に対し情報の記録または、再生が可能な光ピックアップ装置であって、
第1の波長を有する第1の光を出力する第1の発光部と、
第2の波長を有する第2の光を出力する第2の発光部と、
前記第1の波長の略2倍の波長である第3の波長を有する第3の光を出力する第3の発光部と、
前記発光部から出力され、前記光記録媒体で反射された戻り光の光軸を調整可能な光軸調整素子と、
前記光軸調整素子を通過した前記戻り光を受光する一の光検出器と
を備え、
前記第1の発光部、及び前記第3の発光部は、前記第1の光の光軸と前記第3の光の光軸とが略一致するようにそれぞれ配置され、
前記光軸調整素子は、前記第2の光の戻り光の光軸を調整し、
前記一の光検出器は、前記第1の光の戻り光、前記第2の光の戻り光、及び前記第3の光の戻り光を受光すること
としたものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る光ピックアップ装置では、簡単な構成で且つ容易な調整方法でもって、光記録媒体で反射された3種類の戻り光を共通の光検出器で検出できるため、光ピックアップ装置およびそれを用いた光ディスク装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】 本発明の実施の形態1における光ピックアップ装置の光学系を示す図である。
【図2】 本発明の実施の形態1における発光部とシステム光軸の関係を示す図である。
【図3】 本発明の実施の形態1における光ピックアップ装置の光軸調整素子と各波長の光路の関係を示す図である。
【図4】 本発明の実施の形態1における光ピックアップ装置の光軸調整素子での回折を説明するための図である。
【図5】 本発明の実施の形態1におけるバイナリブレーズ型の回折格子の説明図である。
【図6】 本発明の実施の形態1におけるレベル数2のバイナリブレーズ型回折格子の0次と−1次の回折効率を示すグラフである。
【図7】 本発明の実施の形態1におけるレベル数3のバイナリブレーズ型回折格子の0次と−1次の回折効率を示すグラフである。
【図8】 本発明の実施の形態1におけるレベル数4のバイナリブレーズ型回折格子の0次と−1次の回折効率を示すグラフである。
【図9】 本発明の実施の形態1におけるレベル数5のバイナリブレーズ型回折格子の0次と−1次の回折効率を示すグラフである。
【図10】 本発明の実施の形態1におけるレベル数6のバイナリブレーズ型回折格子の0次と−1次の回折効率を示すグラフである。
【図11】 本発明の実施の形態1におけるレベル数7のバイナリブレーズ型回折格子の0次と−1次の回折効率を示すグラフである。
【図12】 本発明の実施の形態1におけるレベル数8のバイナリブレーズ型回折格子の0次と−1次の回折効率を示すグラフである。
【図13】 本発明の実施の形態1におけるレベル数3のバイナリブレーズ型回折格子の0次と+1次の回折効率を示すグラフである。
【図14】 本発明の実施の形態1におけるレベル数4のバイナリブレーズ型回折格子の0次と+1次の回折効率を示すグラフである。
【図15】 本発明の実施の形態1におけるレベル数5のバイナリブレーズ型回折格子の0次と+1次の回折効率を示すグラフである。
【図16】 本発明の実施の形態1におけるレベル数6のバイナリブレーズ型回折格子の0次と+1次の回折効率を示すグラフである。
【図17】 本発明の実施の形態1におけるレベル数7のバイナリブレーズ型回折格子の0次と+1次の回折効率を示すグラフである。
【図18】 本発明の実施の形態1におけるレベル数8のバイナリブレーズ型回折格子の0次と+1次の回折効率を示すグラフである。
【図19】 本発明の実施の形態1における各レベル数における波長λ2の1次回折効率を示すグラフである。
【図20】 本発明の実施の形態2における発光部とシステム光軸の関係を示す図である。
【図21】 本発明の実施の形態2における発光部とシステム光軸の関係の他の例を示す図である。
【図22】 本発明の実施の形態2における発光部とシステム光軸の関係のさらに他の例を示す図である。
【図23】 本発明の実施の形態5における光ディスク装置の基本構成を示す図である。
【符号の説明】
【0013】
1,2,1a,2a,1b,2b,1c,2c レーザ出力器、 3,4 グレーティング、 5,5a,5b,5c ダイクロイックミラー、 6 偏光プリズム、 7 打ち上げミラー、 8 コリメートレンズ、 9 波長板、 10 対物レンズ、 11 光ディスク、 12 センサーレンズ、 13 光軸調整素子、 14 光検出器、 15,16,17 発光部、 18,19,20 半導体基板、 21 回折格子、 21a バイナリブレーズ型の回折格子、 21b バイナリブレーズ型の回折格子の入射面、 100 光ピックアップ装置、 101 制御機構、 102 回転駆動機構、 103 送り機構、 104 復調回路。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る光ピックアップ装置の光学系を示す図である。この実施の形態1に係る光ピックアップ装置は、従来からの光記録媒体であるDVD、CDに加え、それらの数倍の容量を有する青紫色レーザ対応の光ディスクに対する情報の記録、再生、またはその両方をおこなうものである。図2は、本発明の実施の形態1に係る光ピックアップに使用されるレーザ出力器の内部の各発光部の光軸とシステム光軸の関係を示す図である。ここでは、各発光部と光軸の関係を示しており、レーザ出力器の外観やグレーティングは、描かれていない。図3は、本発明の実施の形態1における光ピックアップ装置の光軸調整素子と各波長の光路の関係を示す図である。
【0015】
光ピックアップ装置の光学系としては、光源として、レーザ出力器1とレーザ出力器2を備えており、レーザ出力器1には、波長λ1(約405nm)の光を出射する発光部15が形成された半導体基板18が内包され、レーザ出力器2には、波長λ2(約650nm)の光を出射する発光部16が形成された半導体基板19と、波長λ3(約780nm)の波長を出射する発光部17が形成された半導体基板20が内包されており、半導体基板上に形成された各発光部15、16、17は、それぞれに電圧を印加することによって、λ1、λ2、λ3の波長の光を出射するようになっている。図2では、半導体基板19と半導体基板20は、別々の半導体基板であるが、一体の製造工程で形成された、いわゆるモノリシックタイプの半導体基板でもかまわない。なお、ここで半導体基板とは、製造工程で流動する半導体基板が複数のレーザダイオードを含む場合、その半導体基板をダイシング等により切断したチップ基板をも指すものとする。以下においても同様である。
【0016】
レーザ出力器1においては、λ1の波長の光を出射する発光部15の光軸が、コリメートレンズ8や対物レンズ10の中心を通る光軸(光ピックアップ装置のシステム光軸A)に一致するように光ピックアップ装置内において配置されている。
【0017】
また、レーザ出力器2においては、その内部に、λ2の波長を出射する半導体基板19とλ3の波長を出射する半導体基板20とが並列して配置されており、ここで、空間的制約上、波長λ2の光を出射する発光部16と、波長λ3の光を出射する発光部17とは、若干離れた位置に配置されている。発光部16と発光部17の距離は、例えば110μmである。ここで、レーザ出力器2は、光ピックアップ装置内においては、波長λ3の光を出射する発光部17が光ピックアップのシステム光軸Aに一致するように配置され、波長λ2の光を出射する発光部16からは、システム光軸Aから若干離れてシステム光軸Aに並行するようにλ2の光が出射される。
【0018】
レーザ出力器1から出射されたλ1の光は、光ピックアップ装置のシステム光軸A上を通って、グレーティング3を通過する。グレーティング3は、光ピックアップ装置で一般的に行われているトラッキングエラー信号検出(3ビーム法、差動プッシュプル法など)に必要なサブビームを形成するためのものである。レーザ出力器2から出射されたλ3の光は、光ピックアップ装置のシステム光軸A上を通って、グレーティング4を通過する。λ2の光については、光ピックアップ装置のシステム光軸Aから若干離れた位置で、システム光軸Aと並行して進み、グレーティング4を通過する。
【0019】
グレーティング3を通過したλ1の光は、ダイクロイックミラー5に入射する。ダイクロイックミラー5は、入射する光の波長に応じて反射及び透過を切り替える。実施の形態1においては、ダイクロイックミラー5のミラー面を、λ1の波長の光はほぼ透過し、λ2およびλ3の波長の光はほぼ反射するように設定されており、ここでは、λ1の波長の光の大部分はダイクロイックミラー5を透過する。グレーティング4を通過したλ3の光は、ダイクロイックミラー5のミラー面によって反射される。ダイクロイックミラー5で反射されたλ3の波長の光は、λ1の波長の光と同じく光ピックアップ装置のシステム光軸A上を通る。グレーティング4を通過したλ2の光は、ダイクロイックミラー5のミラー面によって反射される。ダイクロイックミラー5で反射されたλ2の波長の光は、光ピックアップ装置のシステム光軸Aから若干離れた位置で、システム光軸Aに並行して進む。
【0020】
ダイクロイックミラー5を透過したλ1の波長の光、またはダイクロイックミラー5で反射されたλ2またはλ3の波長の光は、偏光プリズム6に入射する。偏光プリズム6は、入射光の偏光方向に応じて、反射および透過を切り替える偏光ビームスプリッターの役割を担うものである。ダイクロイックミラー5を通過した直線偏光を有するλ1、λ2、λ3の波長の光を透過させるように、偏光プリズム6の結晶軸方向(偏光方向)が設定されている。
【0021】
光ピックアップ装置は、さらに、プリズム6を通過した光を反射するミラー7と、ミラー7により反射された光が入射するコリメートレンズ8と、コリメートレンズ8を通過した光が入射する波長板9とを有する。コリメートレンズ8は、入射光を平行光に変換するものである。波長板9は、直線偏光を円偏光に変換する作用を有する、いわゆる1/4λ波長板である。波長板9を通過した光は、円偏光となり、対物レンズ10に入射し、光ディスク11(DVD、CD又は青紫色レーザ対応光ディスク)の信号記録面に集光される。
【0022】
各光ディスク11の信号記録面に集光された光は、その信号記録面に記録された情報信号に応じて変調されて反射して戻り光となり、対物レンズ10を透過して再び平行光となって波長板9に入射する。波長板9を通過後の光は、円偏光から直線偏光になるが、この際の直線偏光方向は、往路とは約90度異なる直線偏光方向となっている。波長板9を通過した戻り光は、コリメートレンズ8を透過して集光光束となり、ミラー7で反射されて偏光プリズム6に入射する。
【0023】
図3に示すように、偏光プリズム6では、その偏光依存性により、偏光方向が往路と約90度異なる戻り光を反射することにより、戻り光を90度偏向して、センサーレンズ12に導く。センサーレンズ12は、光ピックアップ装置で一般的に行われているフォーカスエラー信号検出に必要な非点収差を戻り光に与えるためのものである。センサーレンズ12を通過した戻り光は、光軸調整素子13に入射する。
【0024】
光軸調整素子13は、異なる3種類の波長λ1、λ2、λ3の戻り光のうち、少なくとも1つの波長の戻り光の光軸方向を変化させる作用を有している。具体的には、光軸調整素子13に設けられた回折素子の回折作用により、波長λ2の戻り光の光軸方向を変化させ、これにより波長λ1、λ2、λ3の戻り光が共通の光検出器によって受光されるようになっている。
【0025】
波長λ1及び波長λ3の戻り光は、それぞれの光軸が、コリメートレンズ8や対物レンズ10の中心を通る光ピックアップ装置のシステム光軸Aとほぼ一致するように進行し、光軸調整素子13を通過して光検出器14に入射する。一方、波長λ2の光を出射する半導体基板19の発光部16は、波長λ3の光の発光部17から僅かに離れた位置に配置されているため、波長λ2の戻り光は、その光軸がシステム光軸Aからずれた状態で光軸調整素子13に入射し、光軸調子素子13に設けられたバイナリブレーズ型の回折格子により回折されたのち、光検出器14に入射する。すなわち、波長λ1、λ2、λ3の戻り光のいずれについても、光検出器14が受光し、それぞれの光の信号検出を行うことができる。
【0026】
次に、光軸調整素子のバイナリブレーズ型の回折格子の作用及び構成について説明する。図4は、実施の形態1に係る光ピックアップ装置の光軸調整素子13に設けられたバイナリブレーズ型の回折格子21の作用を説明するための図である。図5は、バイナリブレーズ型の回折格子21の構成を示す図である。
【0027】
図5に示すようにバイナリブレーズ型の回折格子21は、出射面側に形成したブレーズ格子面を階段状にしたものである。階段状の格子面21aは、ここでは、5段(格子底面、2段目、3段目、4段目および5段目)に形成されている。回折格子21の一段あたりの高さ(深さ)を、段差dとする。また、回折格子21の階段状の段数(格子底面を含む)を、レベル数Pとする。図5においては、P=5である。さらに、格子底面をなす格子面から最上段(符号Pで示す)をなす格子面までの距離を溝深さhとする。
【0028】
図4に示すように、波長λ1、λ3の戻り光は、互いに略同一の光路を通って、バイナリブレーズ型の回折格子21の入射面21bから入射し、0次回折光が回折格子21の格子面21aから出射される。波長λ1、λ3の戻り光の0次回折光は、光検出器14の検出面に対して垂直に、且つ互いに同位置に入射する。
【0029】
一方、波長λ2の戻り光は、波長λ1、λ3の戻り光の光軸からずれた光路を通って、一定の入射角で回折格子21の入射面21bに入射し、1次回折光が回折格子21の格子面21aから出射される。波長λ2の戻り光の1次回折光は、一定の入射角(回折格子21への入射角度とは異なる角)で光検出器14に入射する。
【0030】
このように光軸調整素子13等が構成されているため、光軸調整素子13または光検出器14を入射光の光軸方向(波長λ1、λ3の戻り光の光軸方向)に沿って移動させることで、光検出器14の検出面内(入射光の光軸に直交する面内)における波長λ2の戻り光の受光位置を調整することができる。波長λ1、λ3の戻り光については、0次回折光が利用されているので、光軸調整素子13及び光検出器14を光軸方向に移動させても、光検出器14上の受光位置が変化することがない。その結果、波長λ1、λ3の戻り光の光検出器14上の受光位置に、波長λ2の戻り光の受光位置を一致させることができる。
【0031】
ここで、回折格子21を形成する素材の波長λ3に対する屈折率をn3とし、mを1以上の整数とすると、図5に示した回折格子21の段差dは、
d≒mλ3/(n3−1) (1)
で表される。波長λ3を780nm、次数mを1とし、さらに回折格子21の屈折率を一般的な硝子素材であるBK7相当の屈折率データに基づいて決定すると、式(1)から、段差dは約1.53μmとなる。これに基づき、本実施の形態では、回折格子21の段差dは、1.53μmに設定されている。式(1)の条件は、波長λ3の光の0次回折光が最も強くなる条件である。
【0032】
バイナリブレーズ型の回折格子21では、その段差dがλ/(n−1)の整数倍であれば、段差dによる光路長差が波長λの整数倍になるため、最大の0次回折効率を得ることができる。波長λ1を405nmとし、波長λ3を780nmとすると、波長の比は約1.92であり、ほぼ2に近い。そのため、光路長差が波長λ3の整数倍となるように段差dを設定すると、n1=n3を仮定した場合、波長λ1に対してもほぼ整数倍の値となり、波長λ1、λ3のどちらにおいても高い0次回折効率を得ることができる。
【0033】
また、一般的に硝子やプラスチックのような素材の屈折率は、波長が短くなるにつれて若干大きくなる。例えば、一般的な硝子素材であるBK7の場合では、波長405nmに対しては、n=1.53であるが、波長780nmに対してはn=1.51である。回折格子21の素材として、一般的な硝子素材であるBK7相当の屈折率データを使用して計算した場合には、λ3/(n3−1)とλ1(n1−1)の比の値は、1.99になり、n1=n3を仮定した場合よりも、さらに整数倍に近くなる。このため、回折格子21の段差dを、波長λ3の最大の0次回折効率が得られるように、λ3/(n3−1)の整数倍に設定すれば、波長λ1の最大の0次回折効率が得られる段差、すなわち、λ1/(n1−1)も整数倍に近づく。その結果、波長λ1、λ3のいずれに対しても、高い0次回折効率が得られる。
【0034】
一般的な硝子素材であるBK7相当の屈折率データを使用して、レベル数Pを最も構造が簡単なP=2とした場合に、回折格子21の段差dを変数(レベル数2の場合は、d=h)として、各戻り光の回折効率を計算すると、各戻り光の回折効率は、d=1.53μmにおいて、波長λ1、λ3ともにほぼ最大の0次回折効率が得られる。
【0035】
上述したように、回折格子21のレベル数Pは、回折格子21の階段状の段数(格子底面も含む)であり、図5に示した例ではP=5である。回折格子21では、最大の0次回折効率が得られる段差dにおいて、レベル数Pに応じて、得られる最大の1次回折効率が異なる。
【0036】
また、図5に示すように、1次回折光は、2方向に出射される。レベル数P=2では、両方向に出射される1次回折光は同じ値であるが、レベル数Pが3以上では、両方向に出射される1次回折光の値は異なる。ここで、レベル数Pを3以上の一定の値として、hを0から変化させていったときに、先に最大値が得られる、すなわち、浅い溝深さで最大値が得られる1次回折光を、−1次光と定義し、深い溝深さで最大値が得られる1次回折光を+1次回折光と定義する。本実施例においては、図5において、階段状に沿って出射される1次光が−1次光である。
【0037】
図6〜図12に、回折格子21のレベル数Pを2、3、4、5、6、7、8の7通りに変化させた場合の、溝深さhと各戻り光の各次数の回折効率ηの計算値との関係を示す。1次回折光については、−1次回折光の値を示す。計算では、屈折率データとして、一般的な硝子素材であるBK7の屈折率データを使用した。また、+1次回折光の値については、レベル数Pを3、4、5、6、7、8の6通りについて、図13〜18に示す。レベル数Pを2とした場合は、+1次回折光と−1次回折光の回折効率は同じであり、いずれも図6に示してある。
【0038】
図6に示すように、レベル数P=2の場合には、溝深さhが約1.53μmのときに波長λ1、λ3の0次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき波長λ2の一次回折効率ηは、−1次光の回折効率η=0.154、+1次光の回折効率η=0.154である。
【0039】
図7および図13に示すように、レベル数P=3の場合には、溝深さhが約3.05μmのときに波長λ1、λ3の0次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき波長λ2の一次回折効率ηは、−1次光の回折効率η=0.439、+1次光の回折効率η=0.067である。
【0040】
図8および図14に示すように、レベル数P=4の場合には、溝深さhが約4.58μmのときに波長λ1、λ3の0次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき波長λ2の一次回折効率ηは、−1次光の回折効率η=0.744、+1次光の回折効率η=0.013である。
【0041】
図9および図15に示すように、レベル数P=5の場合には、溝深さhが約6.10μmのときに波長λ1、λ3の0次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき波長λ2の一次回折効率ηは、−1次光の回折効率η=0.872、+1次光の回折効率η=0である。
【0042】
図10および図16に示すように、レベル数P=6の場合には、溝深さhが約7.63μmのときに波長λ1、λ3の0次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき波長λ2の一次回折効率ηは、−1次光の回折効率η=0.746、+1次光の回折効率η=0.015である。
【0043】
図11および図17に示すように、レベル数P=7の場合には、溝深さhが約9.16μmのときに波長λ1、λ3の0次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき波長λ2の一次回折効率ηは、−1次光の回折効率η=0.448、+1次光の回折効率η=0.024である。
【0044】
図12および図18に示すように、レベル数P=8の場合には、溝深さhが約10.68μmのときに波長λ1、λ3の0次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき波長λ2の一次回折効率ηは、−1次光の回折効率η=0.172、+1次光の回折効率η=0.015である。
【0045】
図19は、レベル数Pと、波長λ1、λ3の0次回折光がほぼ最大のときの波長λ2の1次回折効率との関係を示すグラフである。
【0046】
一般に、光検出器14で受光する光量が多いほど信号の検出が容易になる。本実施の形態では、レベル数Pを5に設定することにより、波長λ1、λ3の0次回折効率が最大になるときの溝深さhにおいて、波長λ2に関し、大きな1次回折効率を得ている。このため、波長λ1、λ3の戻り光のみならず、波長λ2の戻り光についても強度が大きくなり、良好な信号検出を行うことができる。
【0047】
以上説明したように、本実施の形態では、光記録媒体で反射された波長λ1、λ2、λ3の戻り光のうち、少なくとも1つの波長の戻り光の光軸を光軸調整素子13により調整することにより、各波長の戻り光を共通の光検出器14で検出することが可能になる。これにより、光ピックアップ装置及びそれを用いた光ディスク装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。
【0048】
また、本実施の形態では、波長λ1、λ3の戻り光の0次回折光を光検出器14に導くようにしたので、波長λ1、λ3の戻り光の光検出器14上での受光位置を変化させずに、回折格子13または光検出器14の光軸に沿った位置調節により、波長λ1、λ3の戻り光の光検出器14上の受光位置に、波長λ2の戻り光の受光位置を一致させることができる。これにより、簡単な調整方法で、波長λ1、λ2、λ3の戻り光を共通の光検出器14に導くための光軸調整を行うことができる。
【0049】
さらに、本実施の形態では、波長λ1および、波長λ3の0次回折光を利用しているが、図6から図18に示したように、回折格子の溝深さhをあまり深く形成しなくても、波長λ1、λ3の0次回折効率を高効率で得ることができる。そのため、波長λ1、λ3の0次回折効率が高効率で得られる回折格子を、容易に作成することができる。
【0050】
また、バイナリブレーズ型の回折格子では、段差dがλ/(n−1)の整数倍のときに、段差dによる光路長差が波長λの整数倍となり、最大の0次回折効率が得られる。本実施の形態では、回折格子の段差dは、d≒mλ3/(n3−1)に設定されており、波長λ3において最大の0次回折効率が得られるようになっている。波長λ1を405nm、波長λ3を780nmとすると、波長の比は≒1.92であり、ほぼ2に近い。そのため、光路長差が波長λ3の整数倍となるように段差dを設定すると、波長λ1に対してもほぼ整数倍の値となり、波長λ1、λ3のどちらにおいても高い0次回折効率を得ることができる。その結果、波長λ1、λ3の戻り光の良好な信号検出を行うことができる。
【0051】
実施の形態2.
図20は、本発明の実施の形態2に係るレーザ出力器の内部の各発光部から出射される光の光軸とシステム光軸Aの関係を示す図である。ここでは、各発光部と光軸の関係を示しており、レーザ出力器の外観やグレーティングは、描かれていない。本実施の形態では、各レーザ出力器に内包される半導体基板の構成が上述した実施の形態1とは異なっている。本実施の形態に係る光ピックアップ装置のプリズム6以降の構成要素は、上述した実施の形態1と同様に構成されている。
【0052】
本実施の形態におけるレーザ出力器の構成としては、レーザ出力器1aには、波長λ3(約780nm)の波長を出射する発光部17が形成された半導体基板20が内包されており、レーザ出力器2aには、波長λ1(約405nm)の光を出射する発光部15が形成された半導体基板18と、波長λ2(約650nm)の光を出射する発光部16が形成された半導体基板19が内包され、半導体基板上に形成された各発光部15、16、17は、それぞれに電圧を印加することによって、λ1、λ2、λ3の波長の光を出射するようになっている。図20では、半導体基板18と半導体基板19は、別々の半導体基板であるが、一体で形成されたいわゆるモノリシックタイプの半導体基板でもかまわない。
【0053】
本実施の形態では、波長λ1の発光部15は、光ピックアップ装置のシステム光軸Aに光軸が合うように配置される。波長λ2の発光部16は空間的制約から、波長λ1の発光部15から若干離れた位置に配置される。波長λ3の発光部17は、光ピックアップ装置のシステム光軸Aに光軸が合うように配置される。ここで、波長λ1と波長λ2は、ダイクロイックミラー5aのミラー面において反射されて使用され、波長λ3は、ダイクロイックミラー5aのミラー面において透過で使用される。
【0054】
図21は、本発明の実施の形態2に係るレーザ出力器の内部の各発光部の光軸とシステム光軸Aの関係の他の例を示す図である。ここでは、各発光部と光軸の関係を示しており、レーザ出力器の外観やグレーティングは、描かれていない。本実施の形態では、各レーザ出力器に内包される半導体基板の構成が上述した実施の形態1とは異なっている。本実施の形態に係る光ピックアップ装置のプリズム6以降の構成要素は、上述した実施の形態1と同様に構成されている。
【0055】
本実施の形態におけるレーザ出力器の構成としては、レーザ出力器1bには、波長λ1(約405nm)の光を出射する発光部15が形成された半導体基板18と、波長λ2(約650nm)の光を出射する発光部16が形成された半導体基板19が内包されており、レーザ出力器2bには、波長λ3(約780nm)の波長を出射する発光部17が形成された半導体基板20が内包され、半導体基板上に形成された各発光部15、16、17は、それぞれに電圧を印加することによって、λ1、λ2、λ3の波長の光を出射するようになっている。図21では、半導体基板18と半導体基板19は、別々の半導体基板であるが、一体で形成されたいわゆるモノリシックタイプの半導体基板でもかまわない。
【0056】
本実施の形態では、波長λ1の発光部15は、光ピックアップ装置のシステム光軸Aに光軸が合うように配置される。波長λ2の発光部16は空間的制約から、波長λ3の発光部15から若干離れた位置に配置される。波長λ3の発光部17は、光ピックアップ装置のシステム光軸Aに光軸が合うように配置される。ここで、波長λ1と波長λ2は、ダイクロイックミラー5bのミラー面において透過で使用され、波長λ3は、ダイクロイックミラー5bのミラー面において反射で使用される。
【0057】
図22は、本発明の実施の形態2に係るレーザ出力器の内部の各発光部の光軸とシステム光軸Aの関係の他の例を示す図である。ここでは、各発光部と光軸の関係を示しており、レーザ出力器の外観やグレーティングは、描かれていない。本実施の形態では、各レーザ出力器に内包される半導体基板の構成が上述した実施の形態1とは異なっている。本実施の形態に係る光ピックアップ装置のプリズム6以降の構成要素は、上述した実施の形態1と同様に構成されている。
【0058】
本実施の形態におけるレーザ出力器の構成としては、レーザ出力器1cには、波長λ2(約650nm)の光を出射する発光部16が形成された半導体基板19と、波長λ3(約780nm)の光を出射する発光部17が形成された半導体基板20が内包されており、レーザ出力器2cには、波長λ1(約405nm)の波長を出射する発光部15が形成された半導体基板18が内包され、半導体基板上に形成された各発光部15、16、17は、それぞれに電圧を印加することによって、λ1、λ2、λ3の波長の光を出射するようになっている。図22では、半導体基板16と半導体基板17は、別々の半導体基板であるが、一体で形成されたいわゆるモノリシックタイプの半導体基板でもかまわない。
【0059】
本実施の形態では、波長λ1の発光部15は、光ピックアップ装置のシステム光軸Aに光軸が合うように配置される。波長λ3の発光部17は、光ピックアップ装置のシステム光軸Aに光軸が合うように配置され、波長λ2の発光部16は空間的制約から、波長λ3の発光部17から若干離れた位置に配置される。ここで、波長λ2と波長λ3は、ダイクロイックミラー5cのミラー面において透過で使用され、波長λ1は、ダイクロイックミラー5cのミラー面において反射で使用される。
【0060】
本実施の形態(図20、図21、図22)では、各レーザ出力器内において、波長λ1の発光部15から出射される光の光軸と、波長λ3の発光部17から出射される光の光軸が一致するように、レーザ出力器が配置されているため、上述した実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
【0061】
実施の形態3.
上述した実施の形態1では、光軸調整素子の回折格子21のレベル数Pが5に設定されているが、本実施の形態では、回折格子21のレベル数Pを4〜6の範囲に設定している。本実施の形態に係る光ピックアップ装置の他の構成は、上述した実施の形態1と同様に構成されている。
【0062】
上述した図5に示した回折格子21の構成は、本実施の形態においてレベル数Pを5とした場合に相当する。レベル数Pが2〜8の回折格子において溝深さhを変化させた場合、各波長における0次回折効率および1次回折効率は、図6〜図18に示したように変化する。また、レベル数Pと、波長λ1、λ3の0次回折光がほぼ最大となるときの溝深さhでの波長λ2の1次回折光との間には、図19に示した関係がある。なお、実施の形態1でも説明したように、回折格子21の屈折率は、一般的な硝子素材であるBK7相当の屈折率データを使用して計算している。
【0063】
図19に示したように、回折格子21のレベル数Pが4〜6の範囲内であれば、波長λ1、λ3の0次回折効率が最大となるときの溝深さhでの波長λ2の1次回折効率が0.7以上であり、高い1次回折効率が得られる。一般的に、光検出器に受光する光量が多いほど信号検出が容易となる為、回折格子のレベル数Pが4〜6であれば、光検出器において良好な信号検出を行うことが可能になる。
【0064】
以上説明したように、本実施の形態では、レベル数Pが4〜6のバイナリブレーズ型の回折格子を用いることにより、波長λ1、およびλ3の戻り光に加え、波長λ2の波長の戻り光についても高い回折効率を得ることができ、これにより光検出器14において良好な信号検出を行うことが可能になる。
【0065】
特に、レベル数Pを4とした場合には、レベル数Pを5、6とした倍よりも段数が少なく構造が簡単であるため、回折格子21の作成が容易になるという利点もある。
【0066】
実施の形態4.
上述した実施の形態1では、光軸調整素子13の回折格子21の屈折率を、一般的な硝子素材であるBK7の屈折率相当としたが、本実施の形態では、回折格子21の素材として、以下の条件を満足する屈折率を有するものを選択する。本実施の形態に係る光ピックアップ装置の他の構成は、上述した実施の形態1と同様に構成されている。
【0067】
本実施の形態では、光軸調整素子13の回折格子21の素材を、その素材の波長λ1に対する屈折率をn1とし、波長λ3に対する屈折率をn3としたときに、
1.0≦(n1−1)/(n3−1)≦1.08 (2)
を満足するものの中から選択している。
【0068】
上述した実施の形態1では、波長λ1を約405nm、波長λ3を約780nmと説明したが、一般に、青紫色の半導体レーザ出力器やCD用のレーザ出力器の出力波長は、λ1=405±8nm、λ3=780±15nmとある程度の幅を持って、ばらついており、必ずしもλ1=405nm、λ3=780nmではない。
【0069】
実施の形態1でも説明したように、回折格子21の段差dがλ/(n−1)の整数倍のときに最大の0次回折効率が得られるため、波長λ1についての最適な段差dはλ1/(n1−1)の整数倍であり、波長λ3についての最適な段差dはλ3/(n3−1)の整数倍である。λ3/λ1の値は約2であるが、屈折率n1、n3の違いを考慮すると、
2λ1/(n1−1)=λ3/(n3−1) (3)
が成立するときに、波長λ1、λ3について同時に最大の0次回折効率が得られることになる。上の式(3)を変形すると、以下の式(4)が得られる。
(n1−1)/(n3−1)=2λ1/λ3 (4)
【0070】
式(4)に、上述した出力波長の範囲を適用すると、上述した式(2)が得られる。回折格子21を、式(2)を満足する素材により形成すれば、同じ段差dで、波長λ1、λ3ともに最大の0次回折効率を得ることができる。このように、使用するレーザ出力器の出力波長に応じて適切な回折格子21の素材を選択することにより、波長λ1、λ3について同時に高い0次回折効率を得ることができる。
【0071】
以上説明したように、本実施の形態では、出力波長に幅があるレーザ出力器を使用した場合でも、バイナリブレーズ型の回折格子21が1.0≦(n1−1)/(n3−1)≦1.08を満足する素材から、レーザ出力器の出力波長に合わせた素材を選択することにより、波長λ1、λ3の両方波長で高い0次回折効率を得ることができ、光検出器14において良好な信号検出を行うことが可能になる。
【0072】
実施の形態5.
図23は、本発明の実施の形態5に係る光ディスク装置の基本構成を示す図である。本実施の形態に係る光ディスク装置は、光ピックアップ装置100を備えたものであり、この光ピックアップ装置100としては、実施の形態1〜4のいずれの光ピックアップ装置を用いてもよい。
【0073】
本実施の形態に係る光ディスク装置は、DVD,CD、又はこれらの数倍の容量を有することが可能な青紫色レーザ用の光ディスクを保持して回転駆動する回転駆動機構102を備えている。この回転駆動機構102は、光ディスク11の中心部に設けられたチャッキング孔11aを基準として光ディスク11を位置決めし、回転駆動するものである。
【0074】
光ピックアップ装置100は、回転駆動機構102により回転駆動される光ディスク11の信号記録面に対物レンズを対向させた状態で配置され、送り機構103により光ディスク11の半径方向に移動する。光ピックアップ装置100、回転駆動機構102及び送り機構103は、制御回路101により制御される。光ピックアップ装置100は、レーザ出力器が出射可能な3種対の波長λ1、λ2、λ3のうち、光ディスクの種類に応じて選択された波長の光を用いて、光ディスク11に対する情報の記録、再生、又はその両方を行う。光ピックアップ装置100により光ディスクから読み出された信号は、復調回路104により復調される。
【0075】
本実施の形態によれば、実施の形態1〜4で説明した光ピックアップ装置を用いることにより、光ディスク装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。
【0076】
なお、上述した各実施の形態では、波長λ1、λ2、λ3を、それぞれ約405nm、約650nm、約780nmとしたが、使用する光記録媒体の種類に応じて、他の波長の組み合わせを用いてもよい。たとえば、3つの波長λ1、λ2、λ3のうちのひとつの波長が、他の二つの波長のうちのひとつの波長の略整数倍である場合には、実施の形態1から4と同様の光学系の構成で同様の効果が得られる。
【0077】
さらに、4つの波長λ1、λ2、λ3、λ4の光を切り替え可能な光ピックアップであって、たとえば、(λ1/λ2)と(λ1/λ3)のいずれもが略自然数となる場合には、λ1、λ2およびλ3のすべての光軸をシステム光軸Aと一致させることができれば、本発明の各実施の形態と同様な光学系の構成で同様の効果を得ることが可能である。λ1、λ2およびλ3のすべての光軸をシステム光軸Aと一致させることは、2つのダイクロイックミラーを用いる等の方法で可能である。
【0078】
また、上述した各実施の形態では、バイナリブレーズ型の回折格子21を用いたが、バイナリブレーズ型の回折格子に限らず、波長λ1、λ2、λ3の戻り光を共通の光検出器14で受光できるように、少なくとも1つの波長の戻り光の光軸を調整することが可能な光軸調整素子であればよい。
Claims (10)
- 光記録媒体に対し情報の記録または、再生が可能な光ピックアップ装置であって、
第1の波長を有する第1の光を出力する第1の発光部と、
第2の波長を有する第2の光を出力する第2の発光部と、
前記第1の波長の略2倍の波長である第3の波長を有する第3の光を出力する第3の発光部と、
前記発光部から出力され、前記光記録媒体で反射された戻り光の光軸を調整可能な光軸調整素子と、
前記光軸調整素子を通過した前記戻り光を受光する一の光検出器と
を備え、
前記第1の発光部、及び前記第3の発光部は、前記第1の光の光軸と前記第3の光の光軸とが略一致するようにそれぞれ配置され、
前記光軸調整素子は、前記第2の光の戻り光の光軸を調整し、
前記一の光検出器は、前記第1の光の戻り光、前記第2の光の戻り光、及び前記第3の光の戻り光を受光すること
を特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記第2の発光部は、前記第1の発光部、または前記第3の発光部のいずれか一方の発光部に隣接して設けられ、
前記第2の発光部から出力される光、および前記第2の発光部に隣接する発光部から出力される光は、略平行であること
を特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置。 - 前記一の光検出器が受光する前記第1の光の戻り光、前記第3の光の戻り光は、前記光軸調整素子における回折光のうち、それぞれ0次回折光であることを
特徴とする請求項1または2に記載の光ピックアップ装置。 - 前記光軸調整素子が、位相差型の回折格子であること
を特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光ピックアップ装置。 - 前記第1の波長が約405nmであり、
前記第2の波長が約650nmであり、
前記第3の波長が約780nmであること
を特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光ピックアップ装置。 - 前記光軸調整素子が、バイナリブレーズ型の回折格子であること
を特徴とする請求項4に記載の光ピックアップ装置。 - 前記バイナリブレーズ型の回折格子の段差dは、前記第3の光の波長をλ3、前記第3の光に対する前記回折格子の屈折率をn3、mを1以上の整数とすると、
d≒mλ3/(n3−1)
となることを
特徴とする請求項6に記載の光ピックアップ装置。 - 前記バイナリブレーズ型の回折格子の段数が、4以上6以下であること
を特徴とする請求項7に記載の光ピックアップ装置。 - 前記第1の光の波長をλ1前記第1の光に対する前記回折格子の屈折率をn1、前記第3の光の波長をλ3、前記第3の光に対する前記回折格子の屈折率をn3とすると、
1.0≦(n1−1)/(n3−1)≦1.08
となること
を特徴とする請求項4に記載の光ピックアップ装置。 - 光記録媒体としての光ディスクを回転駆動する回転駆動機構と、
前記回転駆動機構により回転駆動される前記光ディスクに対して、情報の記録、再生のいずれか一方、またはその両方を行う請求項1に記載の光ピックアップ装置と
を備えたことを特徴とする光ディスク装置。
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