JP4232077B2 - 光学式記録媒体を用いた情報処理装置及び光学式ヘッド装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の発光源を含む光学系（光集積型素子等）を用いた光学ヘッド装置において、波長が異なる２つのビームについて光路差を最小化するよう発光源及び受光部を配置することで、両波長についてデフォーカス（焦点外れ）の差を低減するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクトディスク（ＣＤ）やディジタルビデオディスク（ＤＶＤ、あるいはDigital Versatile Disk）等の光学式記録媒体を使用する装置では、記録媒体の情報を読み取ったり、該記録媒体に所望の情報を記録するために光学式ヘッド装置（あるいは光学ピックアップ装置）が使用される。
【０００３】
例えば、異なる２波長のレーザ光を用いて２種類のディスクについて情報再生又は記録を行うことが可能な、２波長対応型の光ピックアップ装置の場合、波長の異なる２つのビームを選択的に照射するためのレーザダイオード（ＬＤ）と、グレーティング、偏光ビームスプリッタ、コリメータ、対物レンズ、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）、受光素子（フォトディテクタ）を、それぞれ個別の部品として備えた構成が挙げられる。このような光学系は「ディスクリート光学系」と呼ばれ、安価でかつ良好な特性を示すことで頻繁に採用されている。
【０００４】
しかし、装置の小型化や、厳しい温度特性条件等を考慮したとき、このような構成形態で十分といえない場合には、光集積型素子を用いた光学系（集積型光学系）が考えられる。つまり、発光源と光検出部を１つのパッゲージに納めた光集積型素子と、少数の光学素子（コリメータや対物レンズ等）を組み合わせて光学系を構成することにより、上記ディスクリート光学系に比べて装置を小型化したり、調整作業を不要にし又は作業負担を軽減することができる。そして、このような集積型光学系では、例えば、２つのレーザダイオードと受光素子とを一体化することで信頼性の向上を実現することができる。
【０００５】
尚、集積型光学系では、光集積型素子内部の発光点から出射された光が、立ち上げミラー等による光路変更後に、ホログラフィック光学素子を経て光集積型素子の外部に出射される。この光が、コリメータ、対物レンズを透過してディスクの記録層に照射される。そして、ディスクからの反射光が戻り光として対物レンズ、コリメータを透過した後に、光集積型素子内に入り、ホログラム型回折素子により生じた回折光が、受光素子に到達して光検出が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、波長の異なる各レーザ光のフォーカス検出において、各波長にとって良好な結像状態（受光素子の受光面上におけるスポットの状態）を実現することが困難であり、例えば、一方の波長にとって良好なフォーカス状態が得られても、他方の波長ではデフォーカスが顕著になってしまうといった問題がある。
【０００７】
つまり、１波長タイプの光集積型素子では、該素子内の受光面（ＰＤ面）での受光状態について、スポットの結像状態を最適化することが可能であるが、２波長タイプの光集積素子の場合には、両波長について良好な結像状態を得ることが困難である。その理由は、光集積型素子内の基準位置から測った受光素子の光軸方向における高さ「ｈ」について、これを勝手な値にとることができず、レーザ（発光点）との共焦点の位置関係となる所定の高さに設定する必要があることに依る。つまり、２波長タイプの光集積型素子においては、２つの波長について受光面上で所望のスポットパターンを形成する必要があり、１波長（あるいは一方の波長）において適正な高さ「ｈ」と同程度の値を設定しても、２波長（あるいは別の波長）に対して最適なスポット状態が得られないことが問題となる。
【０００８】
そこで、本発明は、異なる波長の発光源を備えた光学式ヘッド装置において、各波長について受光面上でのスポットの結像状態を適正化して、性能を向上させることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、下記に示す事項を備えたものである。
【００１０】
・波長の異なる第一の波長及び第二の波長に係るレーザ発光点が所定の間隔をもって配置され、かつ両波長の光について信号検出のために共用される受光素子が配置された送受光手段と、該送受光手段からの光を光学式記録媒体に対して照射するための対物レンズを備えていること。
【００１１】
・送受光手段から光学式記録媒体に向かう往きの光と、光学式記録媒体から送受光手段へと戻ってくる戻り光とを分離するための分離素子として回折光学素子が用いられていること。
【００１２】
・上記第一の波長（λ１）に係る発光点から発して上記光学式記録媒体に至る往路についての幾何光学的換算長（Ｍ１＝ｄ／ｎ＋ｈ LD ）と、上記光学式記録媒体から上記回折光学素子を透過して上記受光素子へと至る復路についての幾何光学的換算長（Ｍ２＝ｄ／（ｎ×ｃｏｓθ）＋ｈ／（ｃｏｓφ））とが等しいとした場合に得られる上記回折光学素子と上記受光素子との間の距離を「ｈｃｏｎｊ１」とした場合（ｈ LD は発光点から上記回折光学素子の下面までの距離を示す。）、
上記ｈ、ｈｃｏｎｊ１が、下式（左辺がΔｐｏｗｅｒを示し、右辺がΔｌｅｎｇｔｈを示す。ここで、Δｐｏｗｅｒは上記回折光学素子の回折作用について、上記第二の波長（λ２）に係る受光素子上での回折力の差である。）
「 （ｈ−ｈｃｏｎｊ１）×（λ２／λ１−１） ＝ ｄ×｛１／（ｎ×ｃｏｓθ２）−１／（ｎ×ｃｏｓθ１）｝＋ｈ×（１／ｃｏｓφ２−１／ｃｏｓφ１） 」（上記戻り光について、回折光学素子内での波長λ１に係る回折光の回折角が「θ１」であり、回折光学素子内での波長λ２に係る回折光の回折角が「θ２」である。「ｎ」は回折光学素子内の媒質の屈折率を示す。上記戻り光について、回折光学素子を透過した後の空気媒質中での波長λ１に係る回折光の回折角が「φ１」であり、該空気媒質中での波長λ２に係る回折光の回折角が「φ２」である。「ｄ」は回折光学素子の厚みを示し、媒質の分散は十分小さいものとする。）
の関係を満たすこと。
・上記回折光学素子の回折面から上記受光素子までの幾何光学的な光路長について、上記第一の波長と上記第二の波長との間における光路長差（Ｍ１−Ｍ２）を「Δｌｅｎｇｔｈ」と記すとき、上記Δｌｅｎｇｔｈと上記Δｐｏｗｅｒとが打ち消し合うか又は両者の大きさの差が最小となる条件により、上記回折光学素子と上記受光素子との間の間隔が規定されていること。
【００１３】
従って、本発明によれば、第一の波長と第二の波長との間の波長差によって生じる光路長差「Δlength」を、両波長の相違による回折力差に基く合焦点位置の差「Δpower」により相殺するための条件を課し、回折光学素子に対する受光素子の位置を決定することにより、第一の波長と第二の波長との間で生じるデフォーカス差について補正することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は情報処理装置の構成例について透視的に示した概略図である。
【００１５】
情報処理装置１には、光学式記録媒体２を装置内に搬送するための搬送部３が設けられている。本例では、機構部４に設けられた図示しない駆動手段により搬送部３がスライドされるようになっており、搬送部３に形成された配置領域３ａに受け入れられた光学式記録媒体２がターンテーブル５に載置される位置まで移送される。尚、本例では、光学式記録媒体２として、ディスク状記録媒体を示すが、本発明の適用に関する限り、媒体の形状（テープ状、カード状等）や記録方式等の如何は問わない。
【００１６】
ターンテーブル５は、スピンドルモータ６により回転されて、これに伴って光学式記録媒体２が回転される。
【００１７】
光学ヘッド装置７は、ターンテーブル５に載置されたディスク状記録媒体の半径方向に沿って移動され、該記録媒体に対して情報の読み取り又は情報の記録を行うものである。そして、光学式記録媒体２に対してビーム照射を行うための対物レンズ７ａを備えている。
【００１８】
尚、本発明に係る情報処理装置（例えば、記録及び／又は再生装置）においては、異なる波長の光を用いて２種類以上の光学式記録媒体の情報再生又は情報記録を行うことができる。また、本装置としては、情報の記録を行う装置や、再生のみ行う装置（コンパクトディスクプレーヤ等）、あるいは情報の記録及び再生を行う装置（ＤＶＤレコーダ等）が含まれる。
【００１９】
図２は、本発明に係る情報処理装置の制御構成例について簡略的に示す図である。
【００２０】
光学ヘッド装置７は、対物レンズ７ａの他、コリメータ７ｂや送受光手段７ｃを備えている。
【００２１】
送受光手段７ｃは、発光源８と、受光素子９を有する。発光源８については、例えば、異なる２波長のレーザ光を発する光源の選択が可能である。また、受光素子９は、両波長の光について信号検出のために共用される。
【００２２】
発光源８から出射されたレーザ光は、コリメータ７ｂ、対物レンズ７ａを透過して光学式記録媒体２（ＣＤやＤＶＤ等）に照射される。そして、戻り光については、「Ｓ」で示す回折面における回折光が受光素子９に到達して受光量や位相について検出が行われ、検出結果は信号処理部１０や、フォーカス制御及びトラッキング制御部１１に送出される。
【００２３】
信号処理部１０には、光学ヘッド装置７からの信号を処理するアドレスデコーダや、再生信号に係るイコライザやＰＬＬ（位相同期ループ）回路、復調回路等が含まれる。また、記録信号処理系については、変調回路やレーザ駆動回路等が含まれ、発光源８に対して駆動信号や制御信号が送られる。
【００２４】
フォーカス制御及びトラッキング制御部１１は、受光素子９からの検出信号に基づくフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を取得して、対物レンズ７ａの駆動装置１２（所謂２軸アクチュエータ）を制御する。つまり、記録時及び再生時には、ディスク状記録媒体の面ぶれや、記録トラックの偏芯等に対して、ビームスポットを元通りにトラックに追従させるためのフォーカス制御及びトラッキング制御が行われる。
【００２５】
スピンドル制御部１３は、スピンドルモータ６とともに光学式記録媒体２の回転手段を構成しており、スピンドルモータ６の駆動制御を担当している。
【００２６】
スライド制御部１４は、光学式ヘッド装置７の移動手段（所謂スレッド機構及びその駆動源）を制御するために設けられており、ディスク状記録媒体の半径方向に沿って光学式ヘッド装置７が移動されて対物レンズ７ａの視野位置が規定される。
【００２７】
制御中枢としての機能を有する制御部１５は、ＣＰＵ（中央処理装置）等により構成され、バスラインを介して信号処理部１０、フォーカス制御及びトラッキング制御部１１、スピンドル制御部１３、スライド制御部１４と接続されている。
【００２８】
図３は、本発明に係る光学式ヘッド装置の基本構成例について説明するための図であり、光集積型素子を用いた構成を示す。
【００２９】
本例では、光学式ヘッド装置７が、送受光手段７ｃ、コリメータ７ｂ、対物レンズ７ａを備えている。
【００３０】
光集積型の送受光手段７ｃにおいて、波長の異なる２つの発光源８Ａと８Ｂとが所定の発光点間隔（図３の大円枠内に示す「ｘ」を参照。）をもって配置されている。例えば、２波長タイプの光集積型素子を用いた場合に、波長の異なる２つのレーザ光源が素子に内蔵されている。また、基板上に形成される信号検出用の受光素子９については、発光源８Ａ、８Ｂの近辺に配置されている。尚、受光素子９により検出される信号には、記録情報を示す信号の他、フォーカス制御やトラッキング制御に必要なエラー信号が含まれる。
【００３１】
コリメータ７ｂは、送受光手段７ｃと対物レンズ７ａとの間に位置されて、上記発光源８Ａ又は８Ｂからの光を平行光線とする。
【００３２】
対物レンズ８は、送受光手段７ｃからコリメータ７ｂを透過した光を光学式記録媒体２に対して照射するために設けられている。
【００３３】
図４乃至図６は、光学集積型素子の構成について一例を示す図であり、部分的に透視状態で示している。
【００３４】
図４に示すように、光学集積型素子１６は、モールドパケージとして基板を収容する収容部１７と、回折光学素子１８（本例では、ホログラフィック光学素子）とが一体化された構造を備えている。
【００３５】
収容部１７内には、波長の異なる２つの発光源として、半導体レーザチップ１９Ａ、１９Ｂが設けられており、マウント部材（シリコンサブマウント）２０上に配置されている。例えば、一方のレーザーチップ１９ＡがＤＶＤ用（例えば、波長６５０ｎｍ）とされ、他方のレーザチップ１９ＢがＣＤ用（例えば、波長７８０ｎｍ）とされる。
【００３６】
光学式記録媒体からの戻り光を検出する受光素子２１については、マウント部材（シリコンサブマウント）２２上に形成されており、上記レーザチップ１９Ａ、１９Ｂから少し離れた場所に配置されている。受光素子２１は、例えば、複数のフォトダイオード等からなる分割型の構成（検出パターン）を有しており、各波長について共用とされる（つまり、異なる種類の記録媒体に対して共用される。）。例えば、検出素子群のほぼ中央に位置する素子（フォトダイオード対）により検出されるフォーカスエラー信号（戻り光ビームに関して異なる検出位置での受光量の差として検出される信号）は、ＣＤ装置やＤＶＤ装置に共通して使用される。尚、トラッキングエラー信号については、ＤＰＤ法（Differential Phase Detection）、３ビーム法（３スポット法）、プッシュプル（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）法、ＤＰＰ（Differential Push-Pull）法等、各種の方式に対応した検出を行うことができる（複数の検出位置での受光量や位相から、各方式に応じた演算式に基いてエラー信号を取得することができる。）。
【００３７】
各レーザチップや受光素子への電気的な接続のために、リードフレーム２３から外方に突出された複数の端子（ＰＩＮ端子）２４、２４、…が設けられており、図示しない外部回路に接続されて、ビームの選択や光量制御、各種信号の取得等が行われる。
【００３８】
また、レーザチップ１９Ａ、１９Ｂを搭載したマウント部材２０には、各レーザチップの発する光を反射させて光路変更を行うための反射部（立ち上げミラー）２５が形成されており、該反射部による反射光が回折光学素子１８に向かう光となる。
【００３９】
回折光学素子１８としてのホログラフィック光学素子は、プラスチック又はガラス製の光学素子として形成され、例えば、その下面（レーザチップに近い方の面）に矩形状のグレーティング２６を有しており、これはＣＤ用に３スポットを生成するために設けられる（３スポット法）。また、回折光学素子１８の上面（レーザチップから離れた方の面）には、記録媒体へと向かう往きの光（ビーム）と、記録媒体からの戻りの光を分離するために、２分割された円形状の回折素子（ホログラム型回折素子）２７が設けられている。
【００４０】
このように、２つのレーザチップを配置したマウント部材２０と、信号検出用の受光素子２１を搭載した収容部（あるいは筐体部）１７に対して、回折光学素子１８が一体に設けられて光集積型ユニットを構成している。
【００４１】
レーザチップ１９Ａ又は１９Ｂから発した光は、光学式記録媒体２に向かう往きの光路において、反射部２５による光路変更の後、回折光学素子１８を０次透過光として透過する。そして、上記したコリメータ７ｂ及び対物レンズ７ａを介して光学式記録媒体２に照射される（例えば、ディスク上のピットを読む信号光とされる。）。
【００４２】
また、光学式記録媒体２からの戻り光については、対物レンズ７ａ及びコリメータ７ｂを通過して回折光学素子１８で分離されて回折光（１次回折光）となり、光線方向の変更を受けて、受光素子２１上に導かれる。
【００４３】
図５は、上記光学集積型素子１６において、レーザチップ１９Ａに係る光路を概略的に示したものである。例えば、ＤＶＤへの情報記録や再生を行う場合に、レーザチップ１９Ａが選択されてビーム光が出射される場合の往路及び復路について要部を示している。
【００４４】
また、図６は、上記光学集積型素子１６において、レーザチップ１９Ｂに係る光路を概略的に示したものである。例えば、ＣＤの情報再生を行う場合に、レーザチップ１９Ｂが選択されてビーム光が出射される場合の往路及び復路について要部を示している。
【００４５】
図７及び図８は、１波長の光学系を例にして幾何光学的換算長の定義及び共役条件について説明するための図であり、光集積型素子内の光路について示している。
【００４６】
図７は往路についての説明図、図８は復路についての説明図であり、これらの図において、使用した記号の意味は、下記に示す通りである。
【００４７】
・「ｄ」＝回折光学素子１８の厚み
・「ｈLD」＝発光点から回折光学素子１８の下面までの距離（高さ）
・「ｈ」＝受光素子２１から回折光学素子１８の下面までの距離（高さ）
・「ｎ」＝回折光学素子１８内の媒質の屈折率
・「θ」＝戻り光の回折光学素子１８（の媒質中）での回折角
・「φ」＝戻り光の空気中での回折角
・「ｐ」＝回折素子２７の（形成）ピッチ
・「λ」＝光源波長。
【００４８】
尚、以下では、光路に関する幾何光学的換算長について、屈折率ｎの物質を光が透過する場合に、ｎで割った光路長さ又はその和として定義している。つまり、屈折率がｎで長さ「Ｌ」の光路では、「Ｌ／ｎ」である。また、回折光学素子と発光源や受光素子との間を空気媒質としている（よって、空気以外の媒質を用いる場合には、その屈折率で長さを割った換算長を用いる必要がある。）。
【００４９】
図７において、回折光学素子１８の媒質中では屈折率がｎであり、回折光学素子１８と発光点との間の屈折率は「１」である。よって、往路に係る幾何光学的換算長（発光点と回折光学素子との間の換算長）は、「ｄ／ｎ＋ｈLD」である。
【００５０】
図８において、回折光学素子１８の媒質中では屈折率がｎであり、回折光学素子１８と受光素子２１との間の屈折率は「１」である。よって、復路に係る幾何光学的換算長（回折光学素子と受光素子との間の換算長）は、「ｄ／（ｎ×ｃｏｓθ）＋ｈ／（ｃｏｓφ）」である。
【００５１】
尚、ここで、「ｃｏｓ」は余弦関数を示す。また、「ｓｉｎθ＝λ／（ｎ×ｐ）」、「ｓｉｎφ＝λ／ｐ」である（「ｓｉｎ」は正弦関数を示す。）
往路と復路について幾何光学的換算長が等しくなる場合の「ｈ」が共役（conjugate）位置を示し、これを「ｈconj」と記す。
【００５２】
即ち、「 ｄ／ｎ＋ｈLD ＝ ｄ／（ｎ×ｃｏｓθ）＋ｈ／（ｃｏｓφ）」からｈを求めると、下式を得る。
【００５３】
ｈconj＝（ｄ／ｎ）×ｃｏｓφ×（１−１／ｃｏｓθ）＋ｈLD×ｃｏｓφ （以下、これを「（１）式」とする。）
このように、ｈLDが与えられた場合に、ｄ、ｎ、θ、φから共役位置を示す「ｈconj」の値が決まる。尚、上記の計算では、回折光学素子１８と光学式記録媒体との間の幾何光学換算長について無視しているが、これは往路と復路とで等しいので相殺されることに依る。
【００５４】
図９は、異なる２波長について復路の光路差を示したものである。尚、上方の図が両波長の光路を併せて示しており、見易さを考慮して、その下方には、第一の波長に係る光路を左側に配置し、第二の波長に係る光路を右側に配置している。
【００５５】
使用した記号の意味は、下記に示す通りである。
【００５６】
・「λ１」＝発光源に係る第一の波長
・「λ２」＝発光源に係る第二の波長
・「θ１」＝波長λ１に係る戻り光の、回折光学素子１８（の媒質中）での回折角
・「θ２」＝波長λ２に係る戻り光の、回折光学素子１８（の媒質中）での回折角
・「φ１」＝波長λ１に係る戻り光の空気中での回折角
・「φ２」＝波長λ２に係る戻り光の空気中での回折角
【００５７】
各波長λ１、λ２の戻り光が同一の回折素子２７で回折されたとき、その回折角はそれぞれ下式で表すことができる（回折角の正弦関数値は波長に比例する。）。
【００５８】
屈折率ｎの媒質中では、
ｓｉｎθ１ ＝ （ｎ×λ１）／ｐ
ｓｉｎθ２ ＝ （ｎ×λ２）／ｐ
また、空気中では、屈折率を１として、
ｓｉｎφ１ ＝ λ１／ｐ
ｓｉｎφ２ ＝ λ２／ｐ
尚、ここで、「ｐ」は回折素子２７のピッチを示す。
【００５９】
図９に実線で示す光線Ｌ１は波長λ１に係る復路を示しており、その幾何光学的換算長を「Ｍ１」と記すと、下記のようになる。
【００６０】
Ｍ１＝ｄ／（ｎ×ｃｏｓθ１）＋ｈ／（ｃｏｓφ１）
また、図９に１点鎖線で示す光線Ｌ２は波長λ２に係る復路を示しており、その幾何光学的換算長を「Ｍ２」と記すと、下記のようになる。
【００６１】
Ｍ２＝ｄ／（ｎ×ｃｏｓθ２）＋ｈ／（ｃｏｓφ２）
従って、回折光学素子１８の下面と受光素子９との距離「ｈ」を一定とした場合に、復路の２波長間の幾何光学的光路差（これを、「Δlength」と記す。）は、下式のようになる。
【００６２】
Δlength＝ Ｍ１−Ｍ２＝（ｄ／ｎ）×［（１／ｃｏｓθ１）−（１／ｃｏｓθ２）］＋ｈ×［（１／ｃｏｓφ１）−（１／ｃｏｓφ２）］ （以下、これを「（２）式」とする。）
【００６３】
つまり、２波長の場合には、ｈ値を固定した場合に、Δlengthの光路差が生じることが分かる。尚、屈折率で割った距離を幾何光学的換算長と定義している理由は、収束光について屈折率ｎの媒質中では、焦点距離がｎ倍伸びることに対応している。
【００６４】
１波長の発光源だけを用いる場合には、図８で説明した受光素子の高さ「ｈ」と、レーザ発光点の位置に関して共焦点位置関係にある高さ「ｈconj」との関係において、ある程度、所望の高さを選ぶことができる。そして、通常、受光素子とレーザ発光点との位置関係については素子全体での構成上の都合で決まっていることが多く、一般に「ｈ≒ｈconj」になる場合が多い。しかしながら、２波長タイプの光集積型素子においては、２つの波長について共用される受光素子（フォトディテクタ）上で所望のスポットパターンを構成する必要があるため、「ｈ」と「ｈconj」との間に一定の制限を受けてしまう。そのため、１波長タイプの光集積型素子と同程度のｈ値では、２波長に対して最適なスポット状態を形成できないといった問題が生じることになる。
【００６５】
一方、波長の違いによりデフォーカス差を生じる要因として、回折素子のレンズ作用が挙げられる。
【００６６】
図１０は回折素子の収束力について、波長差の影響を説明するための図である。尚、図中の「Ｓ」は回折素子２７の回折面を示す。
【００６７】
図中に実線で示す光線が、波長λ１に係る収束光の光路を示し、１点鎖線で示す光線が、波長λ２に係る収束光の光路を示しており、波長の違いに起因して合焦位置の間で差が生じる。
【００６８】
ここで、第一の波長λ１について、「ｄ／ｎ＋ｈLD ＝ ｄ／（ｎ×ｃｏｓθ１）＋ｈ／(ｃｏｓφ１)」を満たす場合の、ｈを「ｈconj1」（第一の発光点位置に対する共役位置を示す。）と記し、同様に、第二の波長λ２について、「ｄ／ｎ＋ｈLD ＝ ｄ／（ｎ×ｃｏｓθ２）＋ｈ／(ｃｏｓφ２)」を満たす場合の、ｈを「ｈconj2」（第二の発光点位置に対する共役位置を示す。）と記す。
【００６９】
各発光点に係るｈLDの値を同じとして、上記（１）式に倣うと、ｈconj1、ｈconj2が、下記のように求まる。
【００７０】
ｈconj1＝（ｄ／ｎ）×ｃｏｓφ１×（１−１／ｃｏｓθ１）＋ｈLD×ｃｏｓφ１
ｈconj2＝（ｄ／ｎ）×ｃｏｓφ２×（１−１／ｃｏｓθ２）＋ｈLD×ｃｏｓφ２
【００７１】
尚、上記したように、θ１、θ２やφ１、φ２は、各波長λ１、λ２、屈折率ｎ、回折ピッチｐによって決まる。
【００７２】
図中に示す「ｈ−ｈconj1」は、波長λ１に関する合焦位置と、共役位置ｈconj1との間の距離差（高さの差）を示し、また、「ｈ−ｈconj2」は、波長λ２に関する合焦位置と、共役位置ｈconj2との間の距離差（高さの差）を示している。
【００７３】
往きと戻りの幾何光学的な光路長が等しい場合に、回折素子２７はレンズ作用を持たないが、この状態での受光素子の位置からずれた高さに受光素子を配置する場合には、収束力に差が生じる。各波長の光が受けるレンズ作用については、回折素子２７による回折角変化量が十分に小さいとした場合に、波長に左右され、定量的には、波長に対して比例関係を示す。即ち、受光素子の高さｈにおいて、第一の波長λ１でデフォーカスのないスポットを形成した場合に、回折素子２７のレンズ作用に関して、波長差に起因して引き起こされる、波長λ２に係る受光素子上での回折力の差（波長の相違による合焦点位置の差であり、これを「Δpower」と記す。）は、下式のようになる。
【００７４】
Δpower ＝ (ｈ−ｈconj1)×（λ２／λ１−１) （以下、これを「（３）式」とする。）
【００７５】
従って、上記（２）式に示すΔlengthと、本式に示すΔpowerとが相殺されて、両者がちょうど打ち消し合う関係にすることができれば、各波長についてデフォーカスがなくなることが分かる。
【００７６】
つまり、そのための条件式は、「Δpower＋Δlength＝０」から、下記のようになる。
【００７７】
(ｈ−ｈconj1)×（λ２／λ１ −１) ＝ （ｄ／ｎ）×［（１／ｃｏｓθ２）−（１／ｃｏｓθ１）］＋ｈ×［（１／ｃｏｓφ２）−（１／ｃｏｓφ１）］
（これを「（４）」式とする。）
【００７８】
従って、この（４）式及び上記したｈconj1の各表式から、受光素子の高さ「ｈ」を求めることができる。
【００７９】
図１１及び図１２は、横軸に回折素子のピッチｐ（単位：μｍ）をとり、縦軸には、Δlength（単位：ｍｍ）を示す軸（左軸）と、「ｈ−ｈconj1」及び「ｈ−ｈconj2」（単位：ｍｍ）を示す軸（右軸）を併せて示すグラフ図である。尚、図１２はｐ＝３μｍ付近を拡大して示したものである。
【００８０】
図から分かるように、回折ピッチｐの値が小さくなるほど、Δlengthの値が大きくなる。例えば、現実的な設計上決まってくるピッチ(約２乃至４μｍ付近)ではΔlengthの値が無視できない大きさ（２μｍ付近では０．０５ｍｍを超える）となる。この結果、第一の波長λ１について合焦点位置を最適化すると、第二の波長λ２については、デフォーカスが生じてしまう。
従って、上記のように、ΔpowerによりΔlengthを打ち消すことが有効である。
【００８１】
図１１及び図１２において、例えば、ｐ＝３（μｍ）の場合に、理想的な受光素子の位置（高さ）はｈ＝１．６１9（ｍｍ）となる。尚、このとき、ｈLD＝１．５３３（ｍｍ）、ｄ＝３．５（ｍｍ）、ｎ＝１．５２２、λ１＝６５５（ｎｍ）、λ２＝７８５（ｎｍ）としている。
【００８２】
第一の波長λ１に係る共役位置に関してｈconj1＝１．４７３（ｍｍ）であり、よって、１．６１９−１．４７３＝０．１４６（ｍｍ）の距離だけ、受光素子をｈconj1から図１０の下方（回折素子面から離れる方向）にずらす必要がある。同様に第二の波長λ２について考えると、λ２に係る共役位置に関して、ｈconj2＝１．４４６（ｍｍ）であり、１．６１９−１．４４６＝０．１７３（ｍｍ）の距離だけ、ｈconj2から図１０の下方にずらす必要がある。
【００８３】
実際には、２波長の各共役点の中間的な位置に配置すれば良く、この場合には多少のデフォーカス差が残ることになるが、その量は十分小さいとみなすことができるので、実用上の問題は殆どない。
【００８４】
以上のように受光素子の位置（回折光学素子と受光素子との間の間隔「ｈ」）を適切な条件（つまり、ΔlengthとΔpowerとが打ち消し合うか又は両者の大きさの差が最小となる条件）に従って規定することによって、２波長間のデフォーカス差をなくすことができる。
【００８５】
尚、受光素子の高さ位置を示す「ｈ」は、回折光学素子と受光素子の受光面との間の、実際の距離に対して、両者間の媒質が空気である場合（屈折率１）に計算される幾何光学的換算長を示しており、「λ２＞λ１」の場合に、「ｈ＞ｈconj2」の関係を満たすことが望ましい。これは、ピッチｐの値について、その上限や下限に基づく制約に起因する。つまり、ｐ値の上限については、回折素子による回折光がグレーティング２６に干渉しないという条件から決まり、また、ｐ値の下限については、スカラー計算が充分に成り立つこと及び回折効率が大きく低下しないことを条件として決まる。上限値を４μｍ、下限値を２μｍとする範囲（「２μｍ≦ｐ≦４μｍ」）において、上記した波長条件の下では、図１１、図１２から分かるように、「ｈ＞ｈconj2」は必要条件となる。勿論、この範囲については、設計条件等に応じて多少は変動することになるが、それ程大きく外れることはない。また、「ｈ＜ｈconj2」の場合に比して上記デフォーカス差を小さくすることが可能である。
【００８６】
「ｈ−ｈconj2」の値については、「１００μｍ≦ｈ−ｈconj2≦５００μｍ」の範囲が実用上好ましい。この範囲は、「２μｍ≦ｐ≦４μｍ」の範囲に対応するものであり、よって、上下限の根拠については上記した通りである。
【００８７】
次に、上記した条件を満たすために必要とされるマウント手法の一例について、以下に説明する。
【００８８】
図１３に示す構成では、熱伝導性の高い材料（金属等）で形成されるヒートシンク２８上に、２つのマウント部材（シリコンサブマウント）２９、３０が配置されている。
【００８９】
一方のマウント部材２９は、レーザダイオード用のサブマウントとされ、その上面（ヒートシンク２８から離れた方の面）には、波長の異なるレーザチップ３１Ａ、３１Ｂが搭載されており、各レーザチップは所定の距離をおいて横並に配列されている。尚、２波長のレーザ光源については、このように別個のチップとして作製されて、それぞれ独立にマウントされたものでも良いし、あるいは、一つのチップとして同一工程内で作製されたものでも良い（この場合、２つの発光部を有する。）。また、図示は省略するが、マウント部材２９には、レーザビームを立ち上げる（９０度の光路変更）ための反射手段（４５度のミラー）が形成されている。
【００９０】
他方のマウント部材３０は、フォトディテクタＩＣ用のサブマウントとされ、その上面（ヒートシンク２８から離れた方の面）には、受光素子３２が配置されている。
【００９１】
この例では、それぞれのマウント部材２９、３０が別個にヒートシンク２８上にマウントされているため、レーザチップ３１Ａ、３１Ｂの高さ及び受光素子３２の高さがマウント部材の厚みによって、ある範囲に決まってしまう。つまり、この範囲の幅が狭い場合（マウント部材２９、３０の厚みの差が小さい場合）には、例えば、前記した条件(ピッチｐ＝３μｍにおいて、必要な高さｈに設定すること、即ち、第一の波長λ１に係る共役高さｈconj1よりも、０．１４６ｍｍだけ低くする（受光素子３２の高さをヒートシンク２８側に下げる）ことが困難となるか、あるいはそのような高さ調整を実現することができなくなる（例えば、受光素子３２の高さを、ヒートシンク２８の表面の位置よりも低くしなければならない場合）。
【００９２】
そこで、図１４に示すように、先ず、受光素子３２を有する第一のマウント部材３３を、ヒートシンク２８上に配置し、その上に発光源（レーザチップ３１Ａ、３１Ｂ）を搭載した第二のマウント部材３４を載せる。これにより、ヒートシンク２８の高さ位置を基準として、レーザチップ３１Ａ、３１Ｂの発光点の高さを受光素子３２の高さよりも十分に高くすることができる。即ち、マウント部材３３上に形成された受光素子３２の位置と、マウント部材３４上のレーザチップ３１Ａ、３１Ｂの位置との差を、充分に確保することができるとともに、上記に説明した条件を満たすことができる。
【００９３】
しかして、上記した構成によれば、発光点と受光素子との位置関係について、上記ｈ及びhconj1、ｈconj2の関係を適正化することにより、２波長に関して良好な結像状態、つまり、両波長で共用される受光素子でのスポット状態の適正化を実現することができる。そして、図１４で説明したように、受光素子が形成されたマウント部材上に、レーザチップを搭載したマウント部材を載置することにより、前記したh及びhconj1、ｈconj2について必要な条件を実現することができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、請求項１や請求項５に係る発明によれば、第一の波長と第二の波長との間の波長差により生じる光路長差「Δｌｅｎｇｔｈ」を、両波長の相違による回折力差に基く合焦点位置の差「Δｐｏｗｅｒ」により相殺するための条件を課すことにより、各波長について受光面上でのスポットの結像状態を適正化することができる。よって、複数種の記録媒体について記録再生を行う場合の制御精度や性能を向上させ、また、信頼性を高めることができる。
また、上記したｈ、ｈｃｏｎｊ１が満たすべき条件を課すことにより、各波長について受光面上でのスポットの結像状態を最良の状態にすることができる。
【００９５】
請求項２や請求項３、請求項６や請求項７に係る発明によれば、「ｈ＞ｈｃｏｎｊ２」を必要条件として課すこと、さらには、「ｈ−ｈｃｏｎｊ２」に対する許容範囲を規定することにより、受光面上でのスポットの結像状態について適正化することが可能である。
【００９７】
請求項４や請求項８に係る発明によれば、受光素子と発光源との位置関係について調整が容易になり、必要な距離差を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】情報処理装置の構成例を示す図である。
【図２】情報処理装置の制御構成例を示す図である。
【図３】光学ヘッド装置の構成例について要部を示す図である。
【図４】図５及び図６とともに、光集積型素子の構成例を示すものであり、本図は一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図５】図４の光集積型素子において、一方の発光源から出射される光及びその戻り光について概略的に示す図である。
【図６】図４の光集積型素子において、他方の発光源（図５とは異なる発光源）から出射される光及びその戻り光について概略的に示す図である。
【図７】図８とともに、幾何光学的換算長について説明するための図であり、本図は１波長の発光源の場合に、その往路の要部だけを示した図である。
【図８】１波長の発光源の場合に、その復路の要部だけを示した図である。
【図９】図１０とともに、波長の相違に起因する光路差及び回折力差について説明するための図であり、本図は、２波長間での光路差Δlengthの説明図である。
【図１０】２波長間での回折力差Δpowerについての説明図である。
【図１１】回折ピッチｐと、Δlength及び「ｈ−ｈconj1」、「ｈ−ｈconj2」との関係を示すグラフ図である。
【図１２】図１１において、ｐ＝３μｍ付近を示すグラフ図である。
【図１３】図１４とともに、部品のマウント方法について説明するための図であり、本図は、ヒートシンク上に２つのマウント部材を各別に配置した構成例を示す図である。
【図１４】受光素子を搭載したマウント部材の上に、発光源を搭載したマウント部材を配置した構成例を示す図である。
【符号の説明】
１…情報処理装置、２…光学式記録媒体、７…光学式ヘッド装置、７ａ…対物レンズ、７ｃ…送受光手段、９…受光素子、１８…回折光学素子、２１…受光素子、３２…受光素子、３３…第一のマウント部材、３４…第二のマウント部材

Claims (8)

1. 第一の波長（λ１）及び第二の波長（λ２）に係る各レーザ発光点が所定の間隔で配置され、かつ各波長の光について信号検出のために共用される受光素子が配置された送受光手段と、該送受光手段からの光を光学式記録媒体に対して照射するための対物レンズを備えた光学式ヘッド装置において、
   上記送受光手段から上記光学式記録媒体に向かう往きの光と、上記光学式記録媒体から上記送受光手段へと戻ってくる戻り光とを分離するための分離素子として回折光学素子が用いられること、
   上記第一の波長（λ１）に係る発光点から発して上記光学式記録媒体に至る往路についての幾何光学的換算長（Ｍ１＝ｄ／ｎ＋ｈ LD ）と、上記光学式記録媒体から上記回折光学素子を透過して上記受光素子へと至る復路についての幾何光学的換算長（Ｍ２＝ｄ／（ｎ×ｃｏｓθ）＋ｈ／（ｃｏｓφ））とが等しいとした場合に得られる上記回折光学素子と上記受光素子との間の距離を「ｈｃｏｎｊ１」とした場合（ｈ LD は発光点から上記回折光学素子の下面までの距離を示す。）、
   上記ｈ、ｈｃｏｎｊ１が、下式（左辺がΔｐｏｗｅｒを示し、右辺がΔｌｅｎｇｔｈを示す。ここで、Δｐｏｗｅｒは上記回折光学素子の回折作用について、上記第二の波長（λ２）に係る受光素子上での回折力の差である。）
   「 （ｈ−ｈｃｏｎｊ１）×（λ２／λ１−１） ＝ ｄ×｛１／（ｎ×ｃｏｓθ２）−１／（ｎ×ｃｏｓθ１）｝＋ｈ×（１／ｃｏｓφ２−１／ｃｏｓφ１） 」（上記戻り光について、回折光学素子内での波長λ１に係る回折光の回折角が「θ１」であり、回折光学素子内での波長λ２に係る回折光の回折角が「θ２」である。「ｎ」は回折光学素子内の媒質の屈折率を示す。上記戻り光について、回折光学素子を透過した後の空気媒質中での波長λ１に係る回折光の回折角が「φ１」であり、該空気媒質中での波長λ２に係る回折光の回折角が「φ２」である。「ｄ」は回折光学素子の厚みを示し、媒質の分散は十分小さいものとする。）
   の関係を満たし、
   上記回折光学素子の回折面から上記受光素子までの幾何光学的な光路長について、上記第一の波長と上記第二の波長との間における光路長差（Ｍ１−Ｍ２）を「Δｌｅｎｇｔｈ」と記すとき、上記Δｌｅｎｇｔｈと上記Δｐｏｗｅｒとが打ち消し合うか又は両者の大きさの差が最小となる条件により、上記回折光学素子と上記受光素子との間の間隔が規定されている
   ことを特徴とする光学式ヘッド装置。
2. 請求項１に記載の光学式ヘッド装置において、
   媒質中での光路の長さを該媒質の屈折率で割った長さ又は当該長さの和として、幾何光学的換算長を定義する場合に、
   上記第二の波長（λ２）に係る発光点から発して上記光学式記録媒体に至る往路についての幾何光学的換算長（Ｍ１＝ｄ／ｎ＋ｈ LD ）と、上記光学式記録媒体から上記回折光学素子を透過して上記受光素子へと至る復路についての幾何光学的換算長（Ｍ２＝ｄ／（ｎ×ｃｏｓθ）＋ｈ／（ｃｏｓφ））とが等しいとした場合に得られる上記回折光学素子と上記受光素子との間の距離を「ｈｃｏｎｊ２」とした場合（ｈ LD は発光点から上記回折光学素子の下面までの距離を示す。）、
   上記回折光学素子と上記受光素子の受光面との間の、実際の距離と、両者間の空気媒質の屈折率から計算される幾何光学的換算長を「ｈ」と記すとき、上記第二の波長（λ２）が上記第一の波長（λ１）よりも長い場合に、「ｈ＞ｈｃｏｎｊ２」の関係を満たしている
   ことを特徴とする光学式ヘッド装置。
3. 請求項２に記載の光学式ヘッド装置において、
   「ｈ−ｈｃｏｎｊ２」の値が、１００μｍ以上であって、５００μｍ以下である
   ことを特徴とする光学式ヘッド装置。
4. 請求項１に記載の光学式ヘッド装置において、
   上記受光素子を有する第一のマウント部材と、上記第一の波長及び第二の波長に係る発光源を有する第二のマウント部材とを備え、
   上記第一のマウント部材に、上記第二のマウント部材が載置された構造を有する
   ことを特徴とする光学式ヘッド装置。
5. 異なる波長の光を用いて２種類以上の光学式記録媒体について情報の再生又は記録を行う、光学式記録媒体を用いた情報処理装置において、
   第一の波長（λ１）及び第二の波長（λ２）に係る各レーザ発光点が所定の間隔で配置され、かつ各波長の光について信号検出のために共用される受光素子が配置された送受光手段と、該送受光手段からの光を記録媒体に対して照射するための対物レンズを備えていること、
   上記送受光手段から上記光学式記録媒体に向かう往きの光と、上記光学式記録媒体から上記送受光手段へと戻ってくる戻り光とを分離するための分離素子として回折光学素子が用いられること、
   上記第一の波長（λ１）に係る発光点から発して上記光学式記録媒体に至る往路についての幾何光学的換算長（Ｍ１＝ｄ／ｎ＋ｈ LD ）と、上記光学式記録媒体から上記回折光学素子を透過して上記受光素子へと至る復路についての幾何光学的換算長（Ｍ２＝ｄ／（ｎ×ｃｏｓθ）＋ｈ／（ｃｏｓφ））とが等しいとした場合に得られる上記回折光学素子と上記受光素子との間の距離を「ｈｃｏｎｊ１」とした場合（ｈ LD は発光点から上記回折光学素子の下面までの距離を示す。）、
   上記ｈ、ｈｃｏｎｊ１が、下式（左辺がΔｐｏｗｅｒを示し、右辺がΔｌｅｎｇｔｈを示す。ここで、Δｐｏｗｅｒは上記回折光学素子の回折作用について、上記第二の波長（λ２）に係る受光素子上での回折力の差である。）
   「 （ｈ−ｈｃｏｎｊ１）×（λ２／λ１−１） ＝ ｄ×｛１／（ｎ×ｃｏｓθ２）−１／（ｎ×ｃｏｓθ１）｝＋ｈ×（１／ｃｏｓφ２−１／ｃｏｓφ１） 」（上記戻り光について、回折光学素子内での波長λ１に係る回折光の回折角が「θ１」であり、回折光学素子内での波長λ２に係る回折光の回折角が「θ２」である。「ｎ」は回折光学素子内の媒質の屈折率を示す。上記戻り光について、回折光学素子を透過した後の空気媒質中での波長λ１に係る回折光の回折角が「φ１」であり、該空気媒質中での波長λ２に係る回折光の回折角が「φ２」である。「ｄ」は回折光学素子の厚みを示し、媒質の分散は十分小さいものとする。）
   の関係を満たし、
   上記回折光学素子の回折面から上記受光素子までの幾何光学的な光路長について、上記第一の波長と上記第二の波長との間における光路長差（Ｍ１−Ｍ２）を「Δｌｅｎｇｔｈ」と記すとき、上記Δｌｅｎｇｔｈと上記Δｐｏｗｅｒとが打ち消し合うか又は両者の大きさの差が最小となる条件により、上記回折光学素子と上記受光素子との間の間隔が規定されている
   ことを特徴とする光学式記録媒体を用いた情報処理装置。
6. 請求項５に記載した光学式記録媒体を用いた情報処理装置において、
   媒質中での光路の長さを該媒質の屈折率で割った長さ又は当該長さの和として、幾何光学的換算長を定義する場合に、
   上記第二の波長（λ２）に係る発光点から発して上記光学式記録媒体に至る往路についての幾何光学的換算長（Ｍ１＝ｄ／ｎ＋ｈ LD ）と、上記光学式記録媒体から上記回折光学素子を透過して上記受光素子へと至る復路についての幾何光学的換算長（Ｍ２＝ｄ／（ｎ×ｃｏｓθ）＋ｈ／（ｃｏｓφ））とが等しいとした場合に得られる上記回折光学素子と 上記受光素子との間の距離を「ｈｃｏｎｊ２」とした場合（ｈ LD は発光点から上記回折光学素子の下面までの距離を示す。）、
   上記回折光学素子と受光素子の受光面との間の、実際の距離と、両者間の空気媒質の屈折率から計算される幾何光学的換算長を「ｈ」と記すとき、上記第二の波長が上記第一の波長よりも長い場合に、
   「ｈ＞ｈｃｏｎｊ２」の関係を満たしている
   ことを特徴とする光学式記録媒体を用いた情報処理装置。
7. 請求項６の記載した光学式記録媒体を用いた情報処理装置において、
   「ｈ−ｈｃｏｎｊ２」の値が、１００μｍ以上であって、５００μｍ以下である
   ことを特徴とする光学式記録媒体を用いた情報処理装置。
8. 請求項５の記載した光学式記録媒体を用いた情報処理装置において、
   上記受光素子を有する第一のマウント部材と、上記第一の波長及び第二の波長に係る発光源を搭載した第二のマウント部材とを備え、
   上記第一のマウント部材に、上記第二のマウント部材が載置された構造を有する
   ことを特徴とする光学式記録媒体を用いた情報処理装置。

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