JP4071141B2 - 半導体レーザ装置および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】
この発明は、半導体レーザ装置および光ピックアップ装置に関し、一例として、光ディスク等の情報記録媒体に情報を光学的に記録または再生する光ディスク装置に用いられると好適な光ピックアップ装置および半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光ピックアップ装置の小型,薄型化および高信頼性化を図るべく、ホログラム素子を備えた光ピックアップ装置が提案されている。図8に、ホログラム素子を備え、光ピックアップ装置を構成する半導体レーザ装置の一例を示す。
【0003】
この半導体レーザ装置では、半導体レーザチップ101が出射したレーザ光107は、まず、グレーティング素子103で回折される。なお、半導体レーザチップ101はステム106上に配置され、グレーティング素子103はホログラム素子/グレーティング素子位置決め用キャップ105上に配置されている。このグレーティング素子103で回折された回折光の内、0次回折光108Aは信号検出用に用いられ、±1次回折光108B,108Cはトラッキング信号検出用に用いられる。
【0004】
しかしながら、このグレーティング素子103で回折された0次回折光108A,±1次回折光108B,108Cは、照射対象であるディスク(図示せず)に至るまでの往路において、ホログラム素子104を通過する時にホログラム素子104で回折される。そして、このホログラム素子104での0次回折光109だけが信号として利用できる。なお、ホログラム素子104での±1次回折光110A,110Bは、ロス成分となる。
【0005】
上記ホログラム素子104での0次回折光109は、上記ディスクからの復路でホログラム素子104によって再度回折されて1次回折光111となって、受光素子102の光検出部に集光される。
【0006】
【特許文献1】
特開平5−205295号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ディスクからの復路において、ホログラム素子104を通過した0次回折光は、信号検出に役立てられないだけでなく、レーザチップ101に戻ることから、ノイズの原因となることは良く知られている。
【0008】
また、上記従来の半導体レーザ装置を備えた光ピックアップ装置では、以下の様な課題が発生する。
【0009】
往路において、ホログラム素子104のホログラムパターンを通過する時に回折された±1次以上の全ての回折光は、信号検出に役立てられない、すなわち、ロス成分となる。したがって、そのロス成分の分だけ、レーザチップ101で発光させるレーザ光のパワーを上げる必要がある。
【0010】
したがって、ホログラム素子104における0次回折光の比率を高く設定せざるを得ないが、この場合、復路でのホログラム素子104における回折効率は必然的に低くなり、受光素子102に向けて回折させた回折光による信号強度が低くならざるを得ない。また、ホログラム素子104が高い0次回折光率を持つゆえに、上記ディスクからレーザチップ101への戻り光率も高くなり上述のごとく、ノイズの原因となり、非常に使いづらい。
【0011】
また、現在、ディスクへの書込み速度は、主にレーザパワーによって制約を受けている。したがって、往路において、ホログラム素子104のホログラムパターンにより回折される光のロスが書込み速度を制限しており、より高速書込みを達成するには、往路での光ロス低減が必要となる。
【0012】
そこで、この発明の目的は、レーザ発光部からの往路での光ロスを低減でき、かつ、レーザ発光部への戻り光を抑制できて、高出力で高感度の半導体レーザ装置および光ピックアップ装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するために以下のような構成とした。すなわち、この発明の半導体レーザ装置は、レーザ光を出射するレーザ発光部と、上記レーザ光が被照射物で反射した上記レーザ光の復路光を受光するレーザ受光部とを備え、
上記レーザ発光部から上記被照射物への上記レーザ光を回折しないで往路光として透過する一方、上記往路光が上記被照射物で反射して戻ってきた上記レーザ光の復路光を上記レーザ発光部に向かう方向から逸らすと共に上記レーザ受光部に向けるように回折する偏光ホログラムを有し、
上記偏光ホログラムが上記復路光を回折したホログラム回折光を3ビームに分割して上記レーザ受光部に入射させる3ビーム回折格子を有し、
上記3ビーム回折格子は、格子が延びている格子延在方向の位置に応じて、回折効率が異なっており、
上記格子は、上記レーザ発光部が出射するレーザ光の光軸方向とトラック方向とに直交する半径方向に延びていると共に、この半径方向の一端から他端へ向かって1次回折効率が減少すると共に0次回折効率が増加しており、この半径方向の一端において1次回折効率が最大であると共に0次回折効率が最小であり、かつ、上記半径方向の他端において1次回折効率が最小であると共に0次回折効率が最大であることを特徴としている。
【0014】
この発明では、上記偏光ホログラムは、上記レーザ発光部から上記被照射物への上記レーザ光を回折しないで往路光として透過する一方、上記往路光が上記被照射物で反射して戻ってきた上記レーザ光の復路光を上記レーザ発光部に向かう方向から逸らすと共に上記レーザ受光部に向けるように回折する。したがって、この発明によれば、レーザ発光部からの往路での光ロスを低減でき、かつ、レーザ発光部への戻り光を抑制でき、高出力で高感度の半導体レーザ装置を実現できる。
【0015】
また、この発明の半導体レーザ装置では、上記3ビーム回折格子は、上記偏光ホログラムが上記復路光を回折したホログラム回折光を3ビームに分割して上記レーザ受光部に入射させる。したがって、この半導体レーザ装置では、3ビーム回折格子を、上記レーザ光の往路に配置する必要がなく、上記レーザ光の往路光のパワーロスを招くことなく、上記3ビームに分割したホログラム回折光を上記レーザ受光部で受光してトラッキング信号を得ることができる。
【0016】
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記偏光ホログラムは、上記復路光に対して、0次回折光が略ゼロである。
【0017】
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記偏光ホログラムは、上記復路光に対して0次回折光が略ゼロであるから、上記偏光ホログラムから上記レーザ発光部に向かう復路光を略無くして、上記復路光に起因する上記レーザ発光部のノイズ発生を回避できる。
【0018】
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記偏光ホログラムと上記3ビーム回折格子とを一体にした。
【0019】
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記偏光ホログラムと上記3ビーム回折格子とを一体にしたから、半導体レーザ装置を集積化ユニットとして小型化できる。
【0020】
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記レーザ発光部から上記被照射物への往路光が上記3ビーム回折格子に入らないように、上記3ビーム回折格子を配置した。
【0021】
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記3ビーム回折格子が、上記レーザ光の往路光を遮らないから、上記往路光のパワーロスを招くことなく、上記3ビーム回折格子で上記3ビームに分割したホログラム回折光を上記受光部で受光してトラッキング信号を得ることができる。
【0022】
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記レーザ受光部は、上記偏光ホログラムからの+1次回折光を受光する第1の受光部と、上記偏光ホログラムからの−1次回折光を受光する第2の受光部とを有する。
【0023】
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記+1次回折光に含ませる情報と上記−1次回折光に含ませる情報とを別種の情報として、各情報を第1の受光部と第2の受光部とで独立して検出できる。たとえば、情報信号である高帯域の信号は上記−1次回折光が含み、高帯域を必要としないサーボ信号は+1次回折光が含むようにした場合、情報信号を第2の受光部で検出し、サーボ信号を第2の受光部で検出することができる。これにより、光利用効率の高い半導体レーザ装置を実現可能となる。
【0024】
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記偏光ホログラムからの+1次回折光または−1次回折光のいずれか一方を3ビームに分割する3ビーム回折格子を有する。
【0025】
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記偏光ホログラムからの+1次回折光または−1次回折光のいずれか一方を3ビームに分割する3ビーム回折格子によって、レーザ発光部が出射したレーザ光の往路に3ビーム回折格子を配置することなく、トラッキング信号を得ることが可能になる。
【0026】
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記3ビーム回折格子の格子間ピッチは一定である。
【0027】
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記3ビーム回折格子の格子間ピッチが一定であるから、この3ビーム回折格子の3ビーム分割特性は、上記格子が並んでいる方向に一定となる。したがって、上記偏光ホログラムから上記3ビーム回折格子に入射する上記復路光は、上記格子が並んでいる方向の位置に拘わらず、同様の特性で3ビームに分割される。
【0028】
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記3ビーム回折格子は、格子が延びている格子延在方向の位置に応じて、回折効率が異なっている。
【0029】
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記3ビーム回折格子は、格子が延びている格子延在方向の位置に応じて、回折効率が異なっている。したがって、上記3ビーム回折格子を通過した上記偏光ホログラムからの上記復路光を上記レーザ受光部で検出することによって、上記3ビーム回折格子に入射する上記偏光ホログラムからの上記復路光の格子延在方向の位置変動を検出することができる。
【0030】
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記3ビーム回折格子は、格子を構成する丘部の幅と溝部の幅との比が、上記格子延在方向に沿って連続的に変化している。
【0031】
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記3ビーム回折格子は、格子を構成する丘部の幅と溝部の幅との比が、上記格子延在方向に連続的に変化していることによって、回折効率を上記格子延在方向に連続的に変化させることができる。
【0032】
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記3ビーム回折格子は、格子の溝深さが、上記格子延在方向に連続的に変化している。
【0033】
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記3ビーム回折格子は、格子の溝深さが、上記格子延在方向に連続的に変化していることによって、回折効率を上記格子延在方向に連続的に変化させることができる。
【0034】
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記3ビーム回折格子は、格子の溝深さが、上記格子延在方向に段階的に変化している。
【0035】
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記3ビーム回折格子は、格子の溝深さが、上記格子延在方向に段階的に変化していることによって、回折効率を上記格子延在方向に段階的に変化させることができる。
【0036】
また、一実施形態の光ピックアップ装置では、上記半導体レーザ装置を備えた。
【0037】
この実施形態の光ピックアップ装置では、上記半導体レーザ装置を備えたことによって、レーザ発光部からの往路での光ロスを低減でき、かつ、レーザ発光部への戻り光を抑制でき、高出力で高感度の光ピックアップ装置を実現できる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1に、この発明の半導体レーザ装置の実施形態の概略構成を示す。
【0039】
この半導体レーザ装置1は、レーザ発光部としての半導体レーザチップ2と、この半導体レーザチップ2に対してX軸方向に所定間隔を隔てて上記半導体レーザチップ2の両側に配置された第1の受光部3Aと第2の受光部3Bを有する。この第1の受光部3Aと第2の受光部3Bがレーザ受光部を構成している。
【0040】
上記半導体レーザチップ2は、ステム4の搭載部4Aに搭載され、第1の受光部3Aと第2の受光部3Bは、上記ステム4の搭載部4Aの上面4A−1に搭載されている。
【0041】
また、この半導体レーザ装置1は、ステム4の搭載部4A,半導体レーザチップ2,第1の受光部3A,第2の受光部3Bを覆うと共にステム4の基台部4Bに取り付けられたキャップ部9を有する。このキャップ部9の上面9Aには、光学素子5が搭載されている。この光学素子5は上面に偏光回折格子としての偏光ホログラム6が形成され、下面に3ビーム回折格子7が形成されている。
【0042】
上記偏光ホログラム6は、半導体レーザチップ2が出射するレーザ光(往路光71)の出射光軸Jが偏光ホログラム6の略中心を貫くように配置されている。また、上記3ビーム回折格子7は、上記半導体レーザチップ2が出射する往路光71が入射しないように、偏光ホログラム6に対してX軸方向に位置ずれしている。また、この3ビーム回折格子7は、上記偏光ホログラム6からの+1次回折光72が入射するように配置されている。また、この3ビーム回折格子7に入射した+1次回折光72は上記第1の受光部3Aに入射するように、第1の受光部3Aが配置されている。
【0043】
また、上記偏光ホログラム6からの−1次回折光73が上記第2の受光部3Bに入射するように、第2の受光部3Bが配置されている。
【0044】
この実施形態の半導体レーザ装置1では、光学素子5とキャップ部9とステム4が一体になっており、半導体レーザチップ2,第1の受光部3A,第2の受光部3B,偏光ホログラム6,3ビーム回折格子7が一体になっている。
【0045】
この実施形態では、発光部である半導体レーザチップ2から出射された出射光70は往路光71として、偏光ホログラム6を透過した後、被照射物としての光ディスクに入射する。この光ディスクからの反射光は、復路光77となって、再度、偏光ホログラム6へ入射する。上記復路光77は、偏光ホログラム6で回折され、±1次回折光72,73に分割される。この±1次回折光72,73のうちの+1次回折光72は、3ビーム回折格子7に入射して回折され、第1の受光部3Aに入射する。一方、上記±1次回折光72,73のうちの−1次回折光73は、3ビーム回折格子7を経由せずに、第2の受光部3Bに入射する。
【0046】
なお、この実施形態の半導体レーザ装置1は、図2に示すような光ピックアップ装置90を構成する。この光ピックアップ装置90は、光学素子5が有する偏光ホログラム6と光記録媒体としての光ディスク85の間に4分の1波長板82を装着している。また、この光ピックアップ装置90では、4分の1波長板82と光ディスク85との間に立上げミラー83と対物レンズ84が順に配置され、光学素子5と4分の1波長板82との間にコリメートレンズ81が配置されている。上記コリメートレンズ81,4分の1波長板82,立上げミラー83は、上記半導体レーザチップ2の上記出射光軸J上に配置されている。
【0047】
この場合、半導体レーザチップ2からの出射光70は直線偏光であり、偏光ホログラム6を、この直線偏光である上記出射光70がほぼ100%透過するような偏光ホログラムとした。したがって、上記偏光ホログラム6を透過した往路光71は、コリメートレンズ81の次に4分の1波長板82を透過して円偏光76となって、立上げミラー83と対物レンズ84を経由して光ディスク85に入射する。
【0048】
そして、この光ディスク85での反射光が再び4分の1波長板82を透過して、今度は、往路光71の直線偏光から90°回転した直線偏光となり、復路光77となる。この復路光77は、偏光ホログラム6で回折させることが可能となる。つまり、半導体レーザチップ2から出射された出射光70を偏光ホログラム6を経由して光ディスク85に効率よく入射させることが可能となる。
【0049】
さらに、偏光ホログラム6は、上記復路光77のうちのほぼ100%の光が回折する(0次透過光が略零)ような溝深さとし、かつ、その回折の±1次回折光72,73のそれぞれに対応した第1,第2受光部3A,3Bを設けたので、光ディスク85からの反射光(復路光77)を無駄なく有効に第1,第2受光部3A,3Bに導くことが可能となる。
【0050】
なお、上記半導体レーザチップ2が出射した往路の出射光70は、従来同様、偏光回折格子としての偏光ホログラム6を通るが、半導体レーザチップ2の出射光70の偏光比は1に近い性質を有するので、偏光ホログラム6により回折ロスなしに光ディスク85に到達することができる。したがって、発光素子である半導体レーザチップ2の性能を光ディスク85への高速書込みに最大限利用できる。一方、上記出射光70は、上記光ディスク85への往路と上記光ディスク85で反射した復路とで、上記4分の1波長板82を2回通過して90°回転した直線偏光となっているので、復路光77は偏光回折格子としての偏光ホログラム6で所望の回折を起こさせることができる。
【0051】
また、この実施形態では、上述の如く、3ビーム回折格子7は、偏光ホログラム6を透過した±1次回折光72,73の内、+1次回折光72のみが入射するように配置している。
【0052】
ところで、3ビーム回折格子7を通過した+1次回折光72は、3ビーム回折格子7での回折によって光量損失が発生するので、信号S/Nの低下が懸念される。そこで、例えば、光ディスク85に記録された情報信号である高帯域の信号(RF信号)は−1次回折光73から検出するようにし、この−1次回折光73を3ビーム回折格子7を経由せずに、第2の受光部3Bで受光する。一方、高帯域を必要としないサーボ信号は+1次回折光72から検出するようにして、この+1次回折光72を3ビーム回折格子7を経由して、第1の受光部3Aで受光するようにする。こうすれば、特に高い信号S/Nが要求されるRF信号は、3ビーム回折格子7の影響を全く受けない。したがって、トータルで光利用効率の高い半導体レーザ装置1を得ることが可能となる。
【0053】
次に、図3に、この実施形態における偏光ホログラム6と3ビーム回折格子7と第1の受光部3A,第2の受光部3Bの関係を模式的に示す。この図3はあくまでも模式的に表現したもので、実際には偏光ホログラム素子5の大きさは、例えば□3〜4mm程度である一方、第1の受光部3A,第2の受光部3Bの各サイズは、50μm×200μm程度である。また、上記第1,第2の受光部3A,3Bは、偏光ホログラム6の中心より数百μmの距離に位置している。
【0054】
図3に示すように、偏光ホログラム6は、中心軸(光軸J)を通り半径方向Xに延びる線分L1によって、第1部分6A,第2部分6Bと第3部分6Cとに分割されている。さらに、偏光ホログラム6は、中心軸を通りトラック方向Yに延びる線分L2によって、第1部分6Aと第2部分6Bとに分割されている。つまり、偏光ホログラム6は、線分L1とL2とで、第1部分6Aと第2部分6Bと第3部分6Cとに3分割されている。
【0055】
また、この実施形態の一例では、第2の受光部3Bは、3セグメント、つまり、第1〜第3の光検出器31〜33で構成され、第1の受光部3Aは、6セグメントつまり、第4〜第9の光検出器34〜39で構成されている。
【0056】
上記光ディスク85からの復路光77は、この偏光ホログラム6によって、6つのビーム、つまり、第1,第2,第3の−1次回折光73−1,73−2,73−3および第1,第2,第3の+1次回折光72−1,72−2,72−3に分けられる。
【0057】
図3に示すように、偏光ホログラム6の第1部分6Aで回折された第1の−1次回折光73−1は、第2の受光部3Bの第3の光検出器33に入射してスポットG3をなす。また、第2部分6Bで回折された第2の−1次回折光73−2は、第1の光検出器31に入射してスポットG1をなす。また、第3部分6Cで回折された第3の−1次回折光73−3は、第2の光検出器32に入射してスポットG2をなす。
【0058】
また、偏光ホログラム6の第1部分6Aで回折された第1の+1次回折光72−1は3ビーム回折格子7に入射して3分割されて、+1次回折光72−11,72−12,72−13となる。この+1次回折光72−11は第4の光検出器34に入射してスポットG4をなす。また、+1次回折光72−12は第4の光検出器34と第5の光検出器35の間の領域に入射してスポットG5をなす。また、+1次回折光72−13は第5の光検出器35に入射してスポットG6をなす。
【0059】
また、偏光ホログラム6の第2部分6Bで回折された第2の+1次回折光72−2は3ビーム回折格子7に入射して3分割されて、+1次回折光72−21,72−22,72−23となる。この+1次回折光72−21は、第8の光検出器38に入射してスポットG10をなす。また、+1次回折光72−22は、第8の光検出器38と第9の光検出器39との間の領域に入射してスポットG11をなす。また、+1次回折光72−23は、第9の光検出器39に入射してスポットG12をなす。
【0060】
また、偏光ホログラム6の第3部分6Cで回折された第3の+1次回折光72−3は3ビーム回折格子7に入射して3分割されて、+1次回折光72−31,72−32,72−33となる。この+1次回折光72−31は、第5の光検出器35と第6の光検出器36との間の領域に入射してスポットG7をなす。また、+1次回折光72−32は、第6の光検出器36と第7の光検出器37に入射してスポットG8をなす。また、+1次回折光72−33は、第7の光検出器37と第8の光検出器38との間の領域に入射してスポットG9をなす。
【0061】
ここで、フォーカスエラー信号(FES)は、第6の光検出器36が出力する信号S6と第7の光検出器37が出力する信号S7の差(S6−S7)の絶対値から得る。また、情報信号(RF)は、第1の光検出器31が出力する信号S1と第2の光検出器32が出力する信号S2と第3の光検出器33が出力する信号S3との合算から得る。
【0062】
また、トラックエラー信号TESは、次式(1)で示す演算式により得る。
【0063】
なお、上記式(1)において、S4は第4の光検出器34が出力する信号であり、S5は第5の光検出器35が出力する信号であり、S8は第8の光検出器38が出力する信号であり、S9は第9の光検出器39が出力する信号である。
【0064】
また、この式(1)において、(S1−S3)は、プッシュプル信号(PP信号)であり、係数α以降の式は対物レンズシフトによるオフセット補正信号である。
【0065】
次に、図4に、上記実施形態で採用される3ビーム回折格子7の一例を示す。図4において、Yはトラック方向を示し、Xは半径方向を示し、Zは光軸Jの方向である。この3ビーム回折格子7は、丘部7Aと溝部7Bとがトラック方向(Y方向)に交互に配列されている。上記丘部7Aと溝部7Bとが格子をなす。
【0066】
この3ビーム回折格子7では、格子間ピッチPは一定である。また、丘部7Aの幅(ランド幅)WLは、半径方向(X方向)に向かって増大しており、溝部7Bの幅(グルーブ幅)WGは、半径方向(X方向)に向かって減少している。つまり、グルーブ幅WGとランド幅WLとの比で表されるデューティーは光ディスク85の半径方向(図中X方向)に連続的に変化している。具体的には、図4において、グルーブ幅WGが最小となる端部7Cからグルーブ幅WGが最大となる端部7Dに向かって、±1次回折効率が連続的に増大し、0次効率が連続的に低下している。つまり、グルーブ幅WGが最小となる端部7Cにおいて、±1次回折効率が最小値となり、0次効率が最大値となる。
【0067】
したがって、トラッキングの際に、対物レンズ84が半径方向(図中X方向)に移動すると、3ビーム回折格子7での回折効率が変化し、±1次回折光の増減変化と0次透過光の増減変化が逆になる。したがって、この3ビーム回折格子7における±1次回折光と0次透過光を別々に検出し、この±1次回折光を検出した検出信号と0次透過光を検出した検出信号との(差)をとることで、対物レンズ84の半径方向へのシフト量を検出することが可能となる。
【0068】
図5に、例えば、対物レンズ84の上記半径方向へのシフト量が0の時に、偏光ホログラム6からの+1次回折光72が3ビーム回折格子7に入射しているスポット10を実線で示す。このシフト量が0の場合に、3ビーム回折格子7における0次透過光を検出した信号をS(0次透過光)とし、3ビーム回折格子7における+1次回折光を検出した信号をS(+1次回折光)とし、3ビーム回折格子7における−1次回折光を検出した信号をS(−1次回折光)として、次式(2)が成り立つように、係数βを設定する。
【0069】
S(0次透過光)−β×{S(+1次回折光)+S(−1次回折光)}=0…(2)
このように係数βを設定した場合、上記式(2)の左辺による演算式が正になる場合は、対物レンズ84が半径方向にシフトして、スポット10が、例えば、図5において上方向(つまりX方向(半径方向))にシフトして、点線で示す入射のスポット11になる。逆に、上記式(2)の左辺による演算式が負になる場合は、スポット10が破線で示すスポット12にシフトするように、対物レンズ84がシフトしたことになる。
【0070】
ここで、上記トラックエラー信号TESを算出する演算式(1)を参照すると、式(S4+S5+S8+S9)は±1次回折光による信号の和であり、式(S6+S7)は0次透過光による信号の和である。したがって、上記演算式(1)では、α×((S6+S7)−β×(S4+S5+S8+S9))によって、対物レンズ84のシフト量を演算していることになる。ここで、係数βは、3ビーム回折格子7の格子溝深さで決まる値であり、上記0次透過光に対する回折効率と上記±1次回折光に対する回折効率の差を調整する係数である。また、係数αは、対物レンズのシフト量をPP(プッシュプル)信号におけるオフセット量に換算するための係数である。
【0071】
また、光ディスク85の半径方向の傾き(チルト)が発生した場合においても、3ビーム回折格子7上で、入射ビームのスポットが半径方向(図5のX方向)に移動するので、上述の対物レンズ84のシフト量と同様に、光ディスク85のチルト量を検出可能である。
【0072】
なお、上述の式(1)とは別に、次の式(3)または式(4)でトラックエラー信号TESを算出することもできる。
【0073】
上述の式(1)では、係数αが掛かっている項の演算は、3ビーム回折格子7の0次回折光による信号と±1次回折光による信号との差を演算しているので、対物レンズのシフトに対する感度は高くなる。一方、上記式(3)では、3ビーム回折格子7の0次回折光による信号と±1次回折光による信号のうちの0次回折光による信号による信号のみを利用している。また、上記式(4)では、3ビーム回折格子7の0次回折光による信号と±1次回折光による信号のうちの±1次回折光による信号のみを利用している。このため、上記式(3),式(4)を採用した場合には、式(1)を採用した場合に比べて、感度は低くなる。しかし、式(3)を採用した場合は、図3に示す光検出器34,35,38,39が不要になるため、集積化ユニットとしての半導体レーザ装置1内の演算回路規模が小さく、かつ、ピン数も少なくできるため、集積化ユニットとしての半導体レーザ装置1を小型化可能である。
【0074】
また、式(3),式(4)共に、係数αが掛かっている項の演算に関しては、偏光ホログラム6の片側領域(例えば第3部分6C、もしくは、第1,第2部分6A,6B)のみを利用して検出した信号によって演算可能である。したがって、上記式(3)または式(4)を採用した場合には、偏光ホログラム6上に落射する復路光77の光ビームがトラック方向(Y方向)にアンバランスになった場合にも、トラックエラー信号TESの算出値が上記アンバランスの影響を受けにくくできる。
【0075】
以上の説明では、偏光ホログラムの±1次回折光を両方共使用する場合について説明したが、集光スポットG1に含まれる信号と集光スポットG11に含まれる信号は互いに同じであり、集光スポットG2に含まれる信号と集光スポットG8に含まれる信号は互いに同じであり、集光スポットG3に含まれる信号と集光スポットG5に含まれる信号は互いに同じである。したがって、集光スポットG1,G2,G3は無くても良い。その場合、信号の大きさが小さくなるが光検出素子3Bは不要となるので、装置のコストを低減することができる。
【0076】
また、図8でホログラム104を偏光ホログラムとすれば、往路で、ホログラム104により、±1次以上の回折光が実質的に生じないので、光の利用効率を高くすることができる。しかし、グレーティング素子により±1次回折光が発生するので、ホログラム104が偏光ホログラムであっても、図3の集光スポットG1,G2,G3の両側にそれぞれ副ビームが発生することになり、本発明より光の利用効率が悪くなる。また、類似の構成として、偏光ホログラムの替わりに偏光ビームスプリッタを用いた例が特開2001−273666号公報に記載されている。
【0077】
次に、図6に、図4に示した3ビーム回折格子7と同様の効果を有する別の構成の3ビーム回折格子27を示す。この3ビーム回折格子27は、丘部27Aと溝部27Bを有している。また、この3ビーム回折格子27は、格子間ピッチP1が一定であり、グルーブ幅WG1とランド幅WL1が一定である。そして、グルーブ幅WG1とランド幅WL1との比で表されるデューティーが一定である。一方、この3ビーム回折格子27は、溝部27Bの溝深さが、溝深さDTの一端27Dから溝深さDEの他端27Cに向かって、半径方向(図中X方向)に沿って連続的に増加している。
【0078】
この3ビーム回折格子27では、溝深さDTの一端27Dから溝深さDEの他端27Cに向かって、半径方向(図中X方向)に沿って連続的に回折効率が変化している。したがって、この3ビーム回折格子27では、上記3ビーム回折格子7と同様、3ビーム回折格子27における0次透過光を検出した信号S(0次透過光)と、+1次透過光を検出した信号S(+1次透過光)と、−1次透過光を検出した信号S(−1次透過光)とを利用し、〔S(0次透過光)−β×{S(+1次回折光)+S(−1次回折光)}〕の演算式により、対物レンズのシフト量を検出可能である。
【0079】
また、図7に、上記3ビーム回折格子7の変形例としてもう1つの3ビーム回折格子29を示す。この3ビーム回折格子29は、丘部29Aと溝部29Bを有する。この3ビーム回折格子29は、格子間ピッチP2が一定であり、グルーブ幅WG2,ランド幅WL2が一定である。そして、グルーブ幅WG2とランド幅WL2との比で表されるデューティーが一定である。一方、溝部29Bの溝深さが、半径方向(図中X方向)に沿って、一端29Dの溝深さDTから他端29Cの溝深さDEまで階段状に増加している。この3ビーム回折格子29による効果も、上記3ビーム回折格子27と同様であり、溝部29Bの各部分の溝深さにより回折効率が変わる。したがって、3ビーム回折格子29における0次透過光を検出した信号S(0次透過光)と、+1次透過光を検出した信号S(+1次透過光)と、−1次透過光を検出した信号S(−1次透過光)とを利用し、〔S(0次透過光)−β×{S(+1次回折光)+S(−1次回折光)}〕の演算式により、対物レンズのシフト量を検出可能である。
【0080】
このように、この実施形態の半導体レーザ装置1によれば、半導体レーザチップ2によるメインビームの光量低下が無い1ビーム法において、対物レンズ84の移動や光ディスク85の傾きにより発生するオフセットを補正することが可能となり、安定したトラックサーボ性能が得られる。
また、図2に示すように、この半導体レーザ装置1とこの半導体レーザ装置1から出射されるレーザ光(往路光71)を光ディスク85上に集光させるためのコリメートメンズ81,4分の1波長板82,立ち上げミラー83および対物レンズ84等の光学素子を組合わせて、光ピックアップ装置90を構成することにより、必要最小限の光学部品で光ピックアップ装置90を構成できる。
【0081】
したがって、この光ピックアップ装置90によれば、信号検出系の調整も不要となるため、小型、薄型でかつ、組立て性が良く、信頼性にも優れ、安定したトラックサーボ性能を有する光ピックアップ装置90を容易に実現できる。
【0082】
また、この光ピックアップ装置90は、往路にトラッキング信号を得るための3ビーム分割用グレーティングを配置することなく、かつ復路光回折用の回折格子として偏光回折格子である偏光ホログラム6を採用することによって、ディスク書込み時の半導体レーザチップ2のパワーロスを低減し、書き込み高速化が可能となった。
【0083】
なお、上記実施形態の半導体レーザ装置1では、偏光回折格子として偏光ホログラム6を備えたが、偏光ホログラム6に替えて、偏光ブレーズド回折格子を備えた場合でも、上記実施形態と同様に、半導体レーザチップ2が出射する出射光70の往路での光ロスを低減して高速書込みに対応できる。ただし、この場合、トラッキングについてはプッシュプル方式となる。なお、光ディスク85は、再生専用のピットディスク、記録消去再生可能な相変化ディスク、光磁気ディスクあるいは記録再生可能な追記型ディスク等、光を使って再生または記録を行う光学式記録媒体全般を指す。
【0084】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の半導体レーザ装置によれば、偏光ホログラムは、レーザ発光部から被照射物へのレーザ光を回折しないで往路光として透過する一方、上記往路光が上記被照射物で反射して戻ってきた上記レーザ光の復路光を上記レーザ発光部に向かう方向から逸らすと共に上記レーザ受光部に向けるように回折する。したがって、この発明によれば、レーザ発光部からの往路での光ロスを低減でき、かつ、レーザ発光部への戻り光を抑制でき、高出力で高感度の半導体レーザ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の半導体レーザ装置の実施形態の概略構成を示す図である。
【図2】 上記実施形態を備えた光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【図3】 上記実施形態の半導体レーザ装置において、偏光ホログラム6と受光部3A,3Bとの関係を示す模式図である。
【図4】 上記実施形態の半導体レーザ装置1が有する3ビーム回折格子の模式図である。
【図5】 上記3ビーム回折格子上における、ディスク反射光の動きを示す模式図である。
【図6】 上記3ビーム回折格子の変形例を示す模式図である。
【図7】 上記3ビーム回折格子の今1つの変形例を示す模式図である。
【図8】 従来の半導体レーザ装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ装置
2 半導体レーザチップ
3A 第1の受光部
3B 第2の受光部
4 ステム
5 光学素子
6 偏光ホログラム
6A 第1部分
6B 第2部分
6C 第3部分
7,27,29 3ビーム回折格子
7A,27A,29A 丘部
7B,27B,29 溝部
31〜39 第1〜第9の光検出器
70 出射光
71 往路光
72 +1次回折光
73 −1次回折光
76 円偏光
77 復路光
81 コリメートレンズ
82 4分の1波長板
83 立上げミラー
84 対物レンズ84
85 光ディスク
90 光ピックアップ装置
Claims (8)
- レーザ光を出射するレーザ発光部と、上記レーザ光が被照射物で反射した上記レーザ光の復路光を受光するレーザ受光部とを備え、
上記レーザ発光部から上記被照射物への上記レーザ光を回折しないで往路光として透過する一方、上記往路光が上記被照射物で反射して戻ってきた上記レーザ光の復路光を上記レーザ発光部に向かう方向から逸らすと共に上記レーザ受光部に向けるように回折する偏光ホログラムを有し、
上記偏光ホログラムが上記復路光を回折したホログラム回折光を3ビームに分割して上記レーザ受光部に入射させる3ビーム回折格子を有し、
上記3ビーム回折格子は、格子が延びている格子延在方向の位置に応じて、回折効率が異なっており、
上記格子は、上記レーザ発光部が出射するレーザ光の光軸方向とトラック方向とに直交する半径方向に延びていると共に、この半径方向の一端から他端へ向かって1次回折効率が減少すると共に0次回折効率が増加しており、この半径方向の一端において1次回折効率が最大であると共に0次回折効率が最小であり、かつ、上記半径方向の他端において1次回折効率が最小であると共に0次回折効率が最大であることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
上記偏光ホログラムと上記3ビーム回折格子とを一体にしたことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
上記レーザ発光部から上記被照射物への往路光が上記3ビーム回折格子に入らないように、上記3ビーム回折格子を配置したことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
上記レーザ受光部は、上記偏光ホログラムからの+1次回折光を受光する第1の受光部と、上記偏光ホログラムからの−1次回折光を受光する第2の受光部とを有することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
上記3ビーム回折格子は、格子を構成する丘部の幅と溝部の幅との比が、上記格子延在方向に沿って連続的に変化していることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
上記3ビーム回折格子は、格子の溝深さが、上記格子延在方向に連続的に変化していることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
上記3ビーム回折格子は、格子の溝深さが、上記格子延在方向に段階的に変化していることを特徴とする半導体レーザ装置。 - レーザ光を出射するレーザ発光部と、上記レーザ光が光ディスクで反射した上記レーザ光の復路光を受光するレーザ受光部とを備え、
上記レーザ発光部から上記光ディスクへの上記レーザ光を回折しないで往路光として透過する一方、上記往路光が上記光ディスクで反射して戻ってきた上記レーザ光の復路光を上記レーザ発光部に向かう方向から逸らすと共に上記レーザ受光部に向けるように回折する偏光ホログラムを有し、
上記レーザ光の波長に応じた4分の1波長板と、
上記レーザ光を光ディスクに集光する対物レンズと、
上記偏光ホログラムが上記復路光を回折したホログラム回折光を3ビームに分割して上記レーザ受光部に入射させる3ビーム回折格子を有し、
上記3ビーム回折格子は、格子が延びている格子延在方向の位置に応じて、回折効率が異なっており、
上記格子は、上記レーザ発光部が出射するレーザ光の光軸方向とトラック方向とに直交する半径方向に延びていると共に、この半径方向の一端から他端へ向かって1次回折効率 が減少すると共に0次回折効率が増加しており、この半径方向の一端において1次回折効率が最大であると共に0次回折効率が最小であり、かつ、上記半径方向の他端において1次回折効率が最小であると共に0次回折効率が最大であることを特徴とする光ピックアップ装置。
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