JP4318622B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光ピックアップ装置に関し、特に、波長の異なる数種のレーザ光を記録媒体に照射する互換型の光ピックアップ装置に用いて好適なものである。
現在、CD(Compact Disc)やDVD(Digital Versatile Disc)等、様々な光ディスクが商品化され普及している。さらに、最近では、青紫レーザ光を用いて情報を記録再生する次世代DVDの規格化が進められている。この次世代DVDは、波長405nm程度の青紫レーザ光を用いて情報を記録再生するものである。レーザ光の短波長化によって、さらなる高密度化を図ることができる。
このように、ディスクの多様化が進むと、異なる種類のディスクに対し記録再生を行い得る、いわゆる互換型の光ピックアップ装置の開発が要求される。ここで、波長の異なるレーザ光をディスクに照射するには、それぞれの波長のレーザ光を出射する半導体レーザを個別に配する手法が採られ得る。しかし、こうすると、それぞれの半導体レーザを配するためのスペースと、各レーザ光を対物レンズに導くための光学素子が個別に必要となり、外形寸法の大型化と部品点数の増加を招く。そこで、一つのCAN内に出射波長の異なる複数のレーザ素子を同時に装備する手法が検討されている。こうすると、半導体レーザの配置スペースを削減でき、且つ、各レーザ光について光学系を共用できるようになる。
ところが、このように一つのCAN内に複数のレーザ素子を装備すると、各レーザ素子の配置ギャップに応じて、レーザ光の光軸間にズレが生じる。このため、一つのレーザ光の光軸に光学系を位置合わせすると、他のレーザ光の光軸が光学系に対してずれてしまい、これら他のレーザ光にて記録再生を行う際に、記録媒体上のレーザ光に収差が生じ、光学特性が劣化するとの問題が生じる。
そこで、以下の特許文献1では、数種のレーザ素子を収容した半導体レーザの直後に複屈折素子を配し、この複屈折素子にてそれぞれのレーザ光の光軸を一致させてから、光学系にレーザ光を導くようにしている。
ところが、この先行発明では、別途、複屈折素子が必要となり、また、基準となるレーザ光の偏光面とその他のレーザ光の偏光面が直交するよう、それぞれのレーザ素子を形成する必要がある。しかし、このように偏光面を相違させながらレーザ素子を形成するのは容易ではなく、また、複屈折素子は高価であるため、光ピックアップ装置全体のコスト上昇を招くとの問題も生じる。
そこで、出願人は、先に、特願平2004−145169号を出願し、回折格子を用いた光軸補正技術を提案している。この先行発明によれば、光軸補正素子として回折格子を用いるためコストの上昇を抑制することができ、また、上記特許文献1のように、各波長のレーザ光の偏光面を考慮しながら対応するレーザ素子の配置、形成を調整する必要もない。
特開2001−283457号公報
ところが、このように回折格子を用いて光軸調整を行う場合、各波長に対する回折効率の関係から、レーザ光の強度が減衰するとの問題が生じる。
たとえば、光ピックアップ装置をCD/DVD/次世代DVDの互換型として構成する場合、回折格子を用いて青紫色レーザ光(次世代DVD用)の光軸に他の2つのレーザ光の光軸を整合させようとすると、赤外色レーザ光(CD用)の光軸調整時に、赤外色レーザ光のみならず赤色レーザ光(DVD用)と青紫色レーザ光(次世代DVD用)のパワーが減衰し、さらに、赤色レーザ光(DVD用)の光軸調整時に、赤色レーザ光のみならず赤外色レーザ光(CD用)と青紫色レーザ光(次世代DVD用)のパワーが減衰する。その結果、これら2つのレーザ光の光軸調整時におけるトータルの減衰量は、比較的大きなものとなってしまう。
そこで、本発明は、光軸調整素子として回折格子を用いながら、記録媒体上における収差の発生とレーザパワーの減衰を可及的に抑制し得る光ピックアップ装置を提供することを課題とする。
上記課題に鑑み本発明は、それぞれ以下の特徴を有する。
請求項1の発明は、波長の異なる第1,第2,第3のレーザ光を出射する3つの発光素子を同一筺体内に収容した半導体レーザと、回折作用によって前記第1のレーザ光の光軸に他のレーザ光の光軸を一致させる回折格子とを備えた光ピックアップ装置において、前記半導体レーザは;前記各レーザ光の波長が第1のレーザ光の波長<第2のレーザ光の波長<第3のレーザ光の関係にあり、且つ、前記3つの発光素子が一方向に離間するようにして配列され、さらに第1のレーザ光を発する発光素子と前記第2のレーザ光を発する発光素子の間に前記第3のレーザ光を発する発光素子が位置するようにして前記筐体内に収容され、前記回折格子は;前記半導体レーザと対物レンズの間の光路中において、前記第2のレーザ光に対してのみ準備され配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、基準レーザ光以外の2つのレーザ光のうち一方のみを光軸調整するものであるから、回折効率によるパワーの減衰は一つの回折格子において一度だけ生じることとなり、もって、基準レーザ光以外の2つのレーザ光をともに光軸調整する場合に比べ、各波長のレーザ光の減衰を抑制することができる。
請求項1の発明では、第2の波長のレーザ光に対して光軸調整を行うようにしたことから、図10に示す収差と波長の関係から、収差の発生を効果的に抑制することができる。すなわち、収差の大きさは波長に反比例するため、請求項1の発明のように、波長が大きい第3のレーザ光よりも波長が小さい第2のレーザ光に対して光軸調整を行うようにすれば、収差の発生を効果的に抑制することができる。また、光軸調整を行わない第3のレーザ光の光軸を第1のレーザ光の光軸に接近させることができるため、光軸ズレによって当該レーザ光に発生する収差の大きさを小さく抑えることができる。
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
図1に実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す。なお、この光ピックアップ装置は、CD/DVD/次世代DVDの互換型ピックアップとして用いられるものである。
本実施の形態に係る光ピックアップ装置は、3波長レーザ101と、3ビーム用回折格子102と、光軸補正素子(回折格子)103と、偏光BS(ビームスプリッタ)104と、コリメータレンズ105と、ビームエキスパンダ106と、λ/4板107、波長選択性の開口制限素子108と、対物レンズ109と、シリンダレンズ110と、光検出器111を備えている。
3波長レーザ101は、CD用のレーザ光(波長780nm)、DVD用のレーザ光(波長650nm)、次世代DVD用のレーザ光(波長405nm)をそれぞれ出射する3つのレーザ素子を同一CAN内に収容している。ここで、それぞれのレーザ素子は一つの直線上に並ぶよう所定のギャップをおいて配置されている。また、各素子から出射されるレーザ光は互いに偏光面が平行となっている。なお、各レーザ素子の配置については後述する。
3ビーム用回折格子102は、各波長のレーザ光をそれぞれ0次回折光と±1次回折光の3ビームに分割する3つの波長選択性回折格子から構成されている。ここで、それぞれの回折格子は、0次光のビームスポットがディスク上のトラックセンターに位置づけられるときに、±1次光のビームスポットがそれぞれディスク径方向に半トラックずれた位置(隣接トラック間のセンター位置)に位置づけられるようにして配置されている。なお、DVD用レーザ光(波長650nm)の回折格子と、次世代DVD用レーザ光(波長405nm)の回折格子は、図5に示すように、0次回折光と±1次回折光の間の距離が、DVD用レーザ光の発光時と次世代DVD用レーザ光の発光時において同一(距離M)となるよう、格子ピッチと、トラックに対する傾き角α1、α2が調整されている。
光軸補正素子103は、3波長レーザ101から出射されるレーザ光のうち、DVD用レーザ光の光軸を、回折作用によって、次世代DVD用レーザ光の光軸に整合させる。すなわち、光軸補正素子103には、DVD用レーザ光の光軸ずれを補正できるよう設計されたパターンが形成されている。なお、回折格子の構成および光軸ずれの補正作用については後述する。
偏光BS104は、3波長レーザ101からのレーザ光を全透過するとともに、ディスク100からのレーザ光を全反射する。
コリメータレンズ105は、偏光BS104から入射された各波長のレーザ光を平行光に変換する。ここで、コリメータレンズ105は、各波長のレーザ光に対し色消し効果を実現できるよう、アッベ数と曲率(球面)が調整された複数枚のレンズを貼り合わせて形成されている。
ビームエキスパンダ106は、凹レンズおよび凸レンズと、光軸方向におけるこれら2つのレンズの距離を変化させるアクチュエータから構成されており、サーボ回路(図示せず)からのサーボ信号に応じて凹レンズおよび凸レンズの距離を変化させてレーザ光の波面状態を補正する。すなわち、対物レンズ109が、たとえば、所定波長のレーザ光に対してのみ有限系となるよう設計されている場合には、当該波長のレーザ光の波面状態をそれに応じて補正する必要がある。ビームエキスパンダ106は、かかる場合に、当該波長のレーザ光の波面状態が適正状態となるよう、当該波長のレーザ光に波面補正作用を付与する。
本実施の形態では、対物レンズ109は、DVD用のレーザ光(波長650nm)と次世代DVD用のレーザ光(波長405nm)に対しては無限系、CD用のレーザ光(波長780nm)に対しては有限系となるよう設計されている。したがって、ビームエキスパンダ106は、CD用レーザ光を用いる場合に駆動され、CD用レーザ光の波面状態を、対物レンズ109の仕様に合うような波面状態に補正する。
λ/4板107は、コリメータレンズ105によって平行光に変換されたレーザ光(直線偏光)を円偏光に変換する。また、ディスク100から反射されたレーザ光(円偏光)を、入射時の偏光方向に直交する直線偏光に変換する。したがって、ディスクから反射されたレーザ光は、偏光ビームBS104によってほぼ全反射される。
開口制限素子108は、各ディスクの基板厚に応じてレーザ光の外周を遮光し、これにより、対物レンズ109に対する各レーザ光の開口数(NA)を調整する。すなわち、対物レンズ109の開口数は、ディスク毎の基板厚に応じて、あらかじめレーザ光毎に決められている。開口制限素子108は、ディスクの基板厚に対応する開口数となるようレーザ光の外周部を遮光し、各レーザ光を適正な有効径にて対物レンズ109に入射させる。
本実施の形態のように光ピックアップ装置がCD/DVD/次世代DVD(基板厚0.6mm)互換用である場合には、CDの基板厚(1.2mm)のみが他のディスクに比べて大きく、このためCD用レーザ光のNAのみが他に比べて小さく設定されている。開口制限素子108は、CD用レーザ光のみ外周部を遮光し、対物レンズ109に対するCD用レーザ光の有効径を調整する。これにより、CD用レーザ光の開口数を設定値に調整する。
なお、開口制限素子108としては、たとえば、回折素子を用いることができる。この回折素子には、レーザ光の外周部が入射する位置に波長選択性の回折パターンが形成されており、このパターンの回折作用によって、当該波長のレーザ光の外周部を発散させる。本実施の形態の場合には、CD用レーザ光(波長780nm)のみを回折させる回折パターンが、外周部入射位置に形成されている。これにより、CD用レーザ光の外周部が回折により発散され、中央部のみが対物レンズ109方向に導かれる。この他、開口制限素子108として、波長選択性のダイクロフィルタを用いることもできる。
対物レンズ109は、各波長のレーザ光を記録層上に適正に収束させるよう設計されている。対物レンズ109は、対物レンズアクチュエータ(図示せず)によって、フォーカス方向およびトラッキング方向に駆動される。すなわち、サーボ回路からのサーボ信号(トラッキングサーボ信号およびフォーカスサーボ信号)に応じて、フォーカス方向およびトラッキング方向に駆動される。なお、対物レンズアクチュエータの構成は、従来周知であるので、説明を省略する。
シリンダレンズ110は、各波長のレーザ光に非点収差作用を付与する。ここで、シリンダレンズ110は、各波長のレーザ光に対し色消し効果を実現できるよう、アッベ数と曲率(球面)が調整された複数枚のレンズを貼り合わせて形成されている。
光検出器111は、受光したレーザ光の強度分布から再生RF信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を導出するためのセンサーパターンを有している。各センサーからの信号は、ディスク装置側の再生回路およびサーボ回路に出力される。なお、本実施の形態では、フォーカスエラー信号の生成方法として非点収差法が採用され、また、トラッキングエラー信号の生成方法としてDPP(Differential Push Pull)法が採用されている。光検出器111のセンサーパターンおよびエラー信号の生成については追って詳述する。
図2に、3波長レーザ101の構成を示す。なお、同図(b)は、同図(a)を右側から見た右側面図である。
図において、101a〜101cは、レーザ素子である。図示のとおり、レーザ素子101a〜101cは、出射口側から見て一直線上に並ぶよう、基体101dにマウントされている。ここで、各レーザ素子間の間隔は、レーザ素子101c(波長650nm)から出射されるレーザ光が、上記光軸補正素子103によって、レーザ素子101aから出射されるレーザ光(波長:405nm)の光軸に一致するよう回折される間隔に設定されている。
図3に、レーザ素子101a〜101cと光軸補正素子103の関係を示す。
図示の如く、光軸補正素子103には、レーザ光が入射する側の面に、ホログラム格子パターンが形成されている。なお、同図には、ステップ数=3の格子パターンが示されている。ここで、格子ピッチをpとすると、レーザ光の1次光の回折角θと波長λの関係は、
λ=p sinθ …(1)
θ=sin-1λ/p …(2)
と規定される。したがって、レーザ素子101cからのレーザ光の光軸を光軸補正素子103による回折にてレーザ素子101aからのレーザ光の光軸に一致させようとすると、レーザ素子間の発光点間隔d1は、
d1=Ltanθ1 …(3)
と規定されるから、レーザ素子101cの出射波長λcと、光軸補正素子103の格子ピッチpから、レーザ素子間の発光点間隔d1は、
d1=Ltan(sin-1λc/p) …(4)
として設定される。従って、出射波長λcと発光点間隔d1から単純光路長Lを求め、この位置に光軸補正素子103を配置することにより、レーザ素子101cから出射されるレーザ光(1次回折光)の光軸を、レーザ素子101aから出射されるレーザ光に整合させることができる。
図4に、格子パターンの設計例と回折効率のシミュレーション結果を示す。同図(a)に示すようなステップ数=4の格子パターンを形成し、この格子パターンの設計条件を同図(c)のようにすれば、各波長の回折効率を同図(b)に示すような値に設定することができる。すなわち、光軸調整の対象とされるDVD用レーザ光(波長650nm)の1次回折光の回折効率を80%とし、次世代DVD用レーザ光(波長405nm)とCD用レーザ光(波長780nm)の0次回折光の回折効率をそれぞれ96%と98%とすることができる。
本実施の形態において、DVD用レーザ光(波長650nm)の光軸は、光軸補正素子103によって次世代DVD用レーザ光(波長:405nm)の光軸に整合され、その後、光検出器111までの光路において光軸の整合状態が保たれる。一方、CD用レーザ光(波長:780nm)の光軸は、全光路において次世代DVD用レーザ光(波長:405nm)の光軸からずれている。したがって、CD用レーザ光は、他のレーザ光との間で光軸ずれが生じた状態のまま、光検出器111へ入射する。
図6に、光検出器111のセンサーパターンと、ビームスポットの収束状態(on-focus状態)を示す。
図示の如く、光検出器111には、CD用レーザ光(780nm)を受光するセンサー群A1、B1、C1と、DVD用レーザ光(650nm)および次世代DVD用レーザ光(405nm)を受光するセンサー群A2、B2、C2が配されている。各レーザ光の0次光は、4分割センサーA1、A2によって受光され、±1次光は、4分割センサーB1、B2とC1、C2によって受光される。
なお、光検出器111は、次世代DVD用レーザ光(波長:405nm)とCD用レーザ光(波長:780nm)の間の光軸ズレ方向が、同図の左右方向となるようにして配置されている。CD用レーザ光を受光するセンサー群A1、B1、C1は、次世代DVD用レーザ光およびDVD用レーザ光を受光するセンサー群A2、B2、C2から光軸ズレに応じた距離だけ離れた位置に配置されている。
同図(b)に示すように、3波長レーザ101から次世代DVD用レーザ光が出射されたとき、0次光と±1次光のビームスポットは、4分割センサーA2、B2、C2のセンターに位置づけられる。
これに対し、3波長レーザ101からDVD用レーザ光が出射されたときには、図5に示すように傾斜角α2がα1よりも大きいため、図6(c)に示すように、±1次回折光のビームスポットは、4分割センサーB2、C2のセンターよりも傾斜角方向にずれた位置に位置づけられる。しかし、このズレ量は数μm程度であるため、後述のトラッキングエラー信号生成にはそれほど大きな影響を与えない。したがって、上述した3ビーム用回折格子102のうち、次世代DVD用の回折格子とDVD用の回折格子のピッチおよびその配置を、ビームスポットが図5に示す状態にてディスク上に位置づけられるよう調整することにより、1組のセンサーパターンA2、B2、C2にて次世代DVD用レーザ光とDVD用レーザ光の両方を適正に受光することができる。
図7に、光検出器111からの検出信号からフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号を生成する演算回路の構成を示す。
なお、同図には、便宜上、次世代DVD用およびDVD用のセンサー群(4分割センサーA2、B2、C2)に対する演算回路のみを示してある。また、4分割センサーA2、B2、C2を構成する各センサーからの出力には、それぞれa0〜d0、a1〜d1、a2〜d2の符号が付されている。なお、CD用センサー群(4分割センサーA1、B1、C1)に対しても同様の構成をとることにより、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号を生成することができる。
図示の如く、フォーカスエラー信号(FE)は、FE=(a0+d0)−(b0+c0)にて生成される。また、トラッキングエラー信号(TE)は、TE=(a0+c0)−(b0+d0)−k{(a1+c1)−(b1+d1)+(a2+c2)−(b2+d2)}にて生成される。なお、kは、0次光と1次光の光量差に依存する乗数である。
以上の如く、本実施の形態によれば、DVD用レーザ光とCD用レーザ光のうちDVD用レーザ光のみを次世代DVD用レーザ光に光軸合わせするものであるから、回折効率によるパワーの減衰は一つの光軸補正素子103において一度だけ生じることとなり、もって、DVD用レーザ光とCD用レーザ光の両方を2つの光軸補正素子にて光軸調整する場合に比べてレーザ光の減衰を抑制することができる。
また、光軸調整をCD用レーザ光ではなくDVD用レーザ光に対して行うことにより、ディスク上における収差発生の程度を効果的に抑制することができる。すなわち、図10に示すように、記録媒体上における収差の大きさは、DVD用レーザ光よりもCD用レーザ光の方がかなり大きくなる。よって、このように、CD用レーザ光よりもDVD用レーザ光の方を光軸調整するようにすれば、収差の発生を効果的に抑制することができる。
さらに、本実施の形態では、CD用レーザ光の発光点が次世代DVD用レーザ光の発光点に接近するよう各レーザ素子の配置を設定したため、光軸調整を行わないCD用レーザ光の光軸を次世代DVD用レーザ光の光軸に接近させることができる。よって、光軸ズレによって当該レーザ光に発生する収差の大きさを小さく抑えることができる。
このように本実施の形態によれば、光軸調整素子として回折格子を用いながら、ディスク上における収差の発生とレーザパワーの減衰を可及的に抑制することができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、図8(a)に示すように、各レーザ素子を直線状に配置したが、同図(b)(c)に示すように、各レーザ素子を非直線状に配置することもできる。また、図9(a)に示すように、各レーザ素子を光軸方向に前後するように配置した場合にも適宜適用可能である。この場合、同図(b)に示すように座標軸を設定すると、レーザ素子0から回折格子までの単純光路長Lは、次式で表される。
Figure 0004318622
ここで、θ1が十分小さいとき、tanθ1=sinθ1であるから、この式は、次式で近似できる。
Figure 0004318622
したがって、レーザ素子1の座標値(X1,Y1,Z1)と波長λ1が半導体レーザの設計値として与えられたとき、それに応じて上記の如く設計された回折格子の配置位置は、上記式(5)または(6)の各パラメータに対応する値をそれぞれ代入することにより求めることができる。
また、上記実施の形態では、3波長レーザ101と対物レンズ109の間の光路中にのみ光軸補正素子103を配置するようにしたが、これに加え、偏光BS104と光検出器111の間の光路中にもCD用レーザ光の光軸を調整するための光軸補正素子を配するようにしてもよい。この場合、各波長のレーザ光は、この光学補正素子による回折効率によってパワー減衰が生じるが、ディスクに対するパワーは上記と同様に維持されるため、記録再生特性にはそれほど大きな影響は生じない。
さらに、上記実施の形態では、フォーカスエラー信号の生成方法として非点収差法を用い、トラッキングエラー信号の生成方法としてDPP法を用いたが、本発明は、これら手法に制限されるものではなく、ビームサイズ法等、他の手法を用いることも可能である。
本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す図 3波長レーザの構成を示す図 光軸補正素子の作用を説明する図 光軸補正素子の格子パターンと回折効率の一例を示す図 ディスク上におけるビームスポットとトラックの関係を示す図 光検出器の構成とビームスポットの関係を示す図 フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号の演算回路を示す図 3波長レーザの他の構成例を示す図 他の構成例における単純光路長の算出方法を説明する図 CD用レーザ光とDVD用レーザ光の収差の大きさを例示する図
符号の説明
101 3波長レーザ
103 光学補正素子
109 対物レンズ

Claims (1)

  1. 波長の異なる第1,第2,第3のレーザ光を出射する3つの発光素子を同一筺体内に収容した半導体レーザと、回折作用によって前記第1のレーザ光の光軸に他のレーザ光の光軸を一致させる回折格子とを備えた光ピックアップ装置において、
    前記半導体レーザは;
    前記各レーザ光の波長が第1のレーザ光の波長<第2のレーザ光の波長<第3のレーザ光の関係にあり、且つ、前記3つの発光素子が一方向に離間するようにして配列され、さらに第1のレーザ光を発する発光素子と前記第2のレーザ光を発する発光素子の間に前記第3のレーザ光を発する発光素子が位置するようにして前記筐体内に収容され、
    前記回折格子は;
    前記半導体レーザと対物レンズの間の光路中において、前記第2のレーザ光に対してのみ準備され配置されている、
    ことを特徴とする光ピックアップ装置。
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