JP4341523B2

JP4341523B2 - 光ピックアップ装置及び光ディスク装置

Info

Publication number: JP4341523B2
Application number: JP2004301168A
Authority: JP
Inventors: 雅春深草
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: JP2006114146A

Description

本発明は、パーソナルコンピュータ、ノートブック型コンピュータなどの電子機器に搭載される光ディスク装置に好適に用いられる光ピックアップ装置及び光ディスク装置に関するものである。

従来、光学記録媒体として、ＤＶＤ（デジタルバーサティルディスク）、ＣＤ−Ｒ（書き込み可能なコンパクトディスク）、ＣＤ−ＲＷ（書き換え可能なコンパクトディスク）等の種々の光ディスクが開発されている。ＤＶＤにおいては、波長約６５０ｎｍのレーザ光により情報の記録または再生が行われる。一方、ＣＤ−ＲやＣＤ−ＲＷにおいては、波長約７８０ｎｍのレーザ光により情報の記録または再生が行われる。このような複数種類の光ディスクに対して情報の記録または再生を行う光ディスク装置が提案されている。

また、このような複数種類の光ディスクに対して情報の記録または再生を行う光ディスク装置において、複数の異なる波長のレーザ素子を１つのパッケージに隣接して配置したもの（いわゆるハイブリッド型２波長半導体レーザ）や、１つの半導体基板に複数の波長の光源を集積化した半導体レーザ素子（いわゆるモノリシック型２波長半導体レーザ）などが提案されている。これらの２波長半導体レーザでは、ハイブリッド型、モノリシック型のいずれの場合においても、２つの波長の発光点の距離は約１１０μｍである。

２波長半導体レーザが導入される前、ＣＤ系では半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を光ディスクと半導体レーザ素子の間に置かれた回折格子で３本の光線（以下３ビームという）に分離してトラッキングエラー信号を生成してきた。一方、ＤＶＤ系ではレーザ光を分離することはなく、１本の光線（以下１ビームという）でトラッキングエラー信号を生成してきた。ところが、２波長半導体レーザにおいてはＤＶＤとＣＤの発光点が近接して存在するためにＣＤの光のみを回折格子に通すことは困難であり、実際にはＤＶＤの光も回折格子に通され、３ビームとされている。その結果、ＤＶＤのレーザ光は３ビームに分離されるが、トラッキングエラー信号は従来通り１ビームで生成している。

図７（ａ）〜（ｃ）に従来の２波長半導体レーザと回折格子の上面図、側面図、正面図を示す。回折格子５２は２波長半導体レーザ５１の発光点５３ａ、５３ｂから出射されるレーザ光の光軸に垂直な光学ガラス等の面に約１５μｍピッチ、約２００ｎｍ深さの平行な溝として形成されている。溝の山と谷の幅はほぼ同じである。この溝により入射したレーザ光を１本の光量の大きい光線（以下メインビームという。）と両側の２本の光量の小さい光線（以下サイドビームという。）に分離する。この溝の向きは３ビームが光ディスク１０上で円周の接線方向と微小角で並ぶように決められている。

ところが、ＤＶＤの場合、トラックピッチがＣＤの半分以下なので３ビームのうちのサイドビームによる別のトラックの信号がメインビームのＲＦ信号に漏れ込むためジッタが発生する。ジッタは再生信号の時間軸方向の揺れである。ジッタの発生原因にはその他にも光ディスクの回転変動、光ディスクのチルト、光ピックアップ装置の光学系の収差、フォーカス・トラッキングの誤差等様々なものがある。そこで、回折格子５２の溝の深さを最適化することにより、ＤＶＤのサイドビームをＣＤのサイドビームよりも小さくする構成としたものが開発されている（（特許文献１）参照。）。
特開２００１−２８１４６号公報

ところが、従来２００ｎｍ程度であった回折格子の溝は１２００ｎｍ程度の深さが必要となり、精度も同じ程度に必要である。そのため、回折格子を製造するための工数増加、歩留劣化が見込まれ、これらはいずれも部品の価格上昇の要因となる。本来、２波長半導体レーザの導入には部品点数の削減による価格の低減という１つの目的があるが、逆効果になってしまう。

そこで本発明においては、ＤＶＤのサイドビームの光量を抑制する方法ではなく、サイドビームの漏れ込みによるジッタの発生を抑制し、ＤＶＤ、ＣＤとも良好な記録再生特性を有する光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の光ピックアップ装置は、複数の発光点を近接して設けた光源と、光ディスクからの反射光を受光して電気信号を発生させる受光手段と、前記光源と前記光ディスクの間に設けられ前記光源からの光線を３本に分離する平行な複数の溝が前記３本の光線を光ディスクの円周の接線方向と微小角に並べる向きに形成された回折格子と、この回折格子と前記光ディスクの間に設けられ前記光源からの光を光ディスクに集光させるとともに光ディスクからの反射光を前記受光手段に導く光学系を有し、前記回折格子は前記溝の山と谷の位相がずれた２つの領域を持ち、その境界を前記光源からの光線の中心を通り光ディスクの円周の接線方向に平行とした。

また、複数の発光点を近接して設けた光源と、光ディスクからの反射光を受光して電気信号を発生させる受光手段と、前記光源と前記光ディスクの間に設けられ前記光源からの光線を３本に分離する平行な複数の溝が前記３本の光線を光ディスクの円周の接線方向と微小角に並べる向きに形成された回折格子と、この回折格子と前記光ディスクの間に設けられ前記光源からの光を光ディスクに集光させるとともに光ディスクからの反射光を前記受光手段に導く光学系を有し、前記光ディスクに集光させた光は光量が大きい中央の１つの光と光量が小さい両側の２つの光を円周の接線方向と微小角に並べて構成され前記両側の２つの光を円周の接線方向に長い形状としても良い。

以上のように本発明の光ピックアップ装置は、回折格子の溝の山と谷の位相がずれた２つの領域を持ち、その境界を光源からの光線の中心を通り光ディスクの円周の接線方向に平行とすることにより、サイドビームの２つの光を円周の接線方向にのみ長い形状とすることができる。そして円周の接線方向にのみ長い形状のサイドビームはＤＶＤにおいてサイドビームの分解能が抑制されるため別のトラックの信号成分を小さくし、ジッタの発生を抑制する。また、ＣＤにおいてサイドビームの半径方向の寸法が変わらないので、トラッキングエラー信号の劣化を生じさせない。したがって、ＤＶＤ、ＣＤとも良好な記録再生特性が得られる。

本発明の第１の発明は、複数の発光点を近接して設けた光源と、光ディスクからの反射光を受光して電気信号を発生させる受光手段と、前記光源と前記光ディスクの間に設けられ前記光源からの光線を３本に分離する平行な複数の溝が前記３本の光線を光ディスクの円周の接線方向と微小角に並べる向きに形成された回折格子と、この回折格子と前記光ディスクの間に設けられ前記光源からの光を光ディスクに集光させるとともに光ディスクからの反射光を前記受光手段に導く光学系を有し、前記回折格子は前記溝の山と谷の位相がずれた２つの領域を持ち、その境界を前記光源からの光線の中心を通り光ディスクの円周の接線方向に平行とした光ピックアップ装置であり、良好な記録再生特性が得られる。

第２の発明は、前記２つの領域の溝の位相は逆位相である請求項１に記載の光ピックアップ装置であり、最大の効果を発揮することができる。

第３の発明は、トラッキングエラー信号が１つの光のみから生成される発光点に対してのみ前記回折格子は溝の山と谷の位相がずれた２つの領域を持ち、その境界を前記光源からの光線の中心を通り光ディスクの円周の接線方向に平行とした請求項１に記載の光ピックアップ装置であり、それぞれの光源に対し最適化した記録再生特性が得られる。

第４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ピックアップ装置と、媒体を回転させる回転駆動手段と、前記回転駆動手段に対して前記光ピックアップ装置を近づけたり離したりする移動手段を備えた光ディスク装置であり、良好な記録再生特性の光ディスク装置が得られる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の２波長半導体レーザを用いた光ピックアップ装置の光学系全体の概略構成図、図２（ａ）〜（ｃ）は実施の形態１の２波長半導体レーザと回折格子を拡大した上面図、側面図、正面図、図３は実施の形態１の受光センサの受光部の配置図の例である。図１から図３を用いて本発明の実施の形態１の２波長半導体レーザを用いた光ピックアップ装置の光学系の説明をする。

まず構成について説明する。複数の発光点を近接して設けた光源である２波長半導体レーザ１は１１０μｍ程度の距離でＤＶＤの発光点１２ａ及びＣＤの発光点１２ｂを有する。２波長半導体レーザ１は図１及び図２では１つの半導体基板に複数の波長の光源を集積化した半導体レーザ素子（いわゆるモノリシック型２波長半導体レーザ）であるが、複数の異なる波長のレーザ素子を１つのパッケージに隣接して配置したもの（いわゆるハイブリッド型２波長半導体レーザ）でも構わない。

回折格子２は光学ガラス等で作製されており、２波長半導体レーザ１の発光点１２ａ、１２ｂから出射されるレーザ光の光軸に垂直な面に２波長半導体レーザ１側の表面に約１５μｍピッチ、約２００ｎｍ深さで平行に溝が形成されている。溝の山と谷の幅はほぼ同じである。この溝により入射したレーザ光を１本のメインビームと両側の２本のサイドビームに分離する。この溝の向きは３本のビームが光ディスク１０上で円周の接線方向と微小角に並ぶように決められている。本実施の形態１ではこの溝は発光点１２ａ、１２ｂ付近で山と谷の位相がほぼ逆になる２つの領域に分けられ、その境界は２波長半導体レーザ１からの光線の中心を通り光ディスク１０の円周の接線方向に相当する方向になっている。また、回折格子２の作製は溝形状のマスクパターンを従来の形状のものから実施の形態１の形状のものに変えるだけなので、製造コストは従来と変わらない。

集積光学部材３は内部に複数の傾斜面が設けられた光学ガラスで作製され、傾斜面には偏光分離膜等が形成されている。コリメータレンズ４は往路光においてはレーザ光を略平行光にするレンズで、光学ガラスまたは光学プラスチック等で作製されている。ＢＳプレート５は光学ガラス等で作製されており、表面にＢＳ膜が形成されており、レーザ光を一部のみ透過させ大半は反射させる。前光モニタ６は光学センサであり、２波長半導体レーザ１からのレーザ光の一部の光量をモニタし、その結果を制御回路（図示せず）を通して２波長半導体レーザ１にフィードバックすることで、２波長半導体レーザ１の光量を一定に保つ働きをする。立ち上げプリズム７はそれまで光ディスク１０の面に略平行な面内にあった光軸を光ディスク１０に対し、略垂直に立ち上げるものである。本実施の形態１では立ち上げプリズムとしているが、立ち上げミラーとしても構わない。ホログラム素子８は偏光ホログラム８ａと１／４波長板８ｂで構成されている。偏光ホログラム８ａはＤＶＤの波長の光にのみ作用するよう波長選択性のある材料で作製されている。また、１／４波長板８ｂはＤＶＤとＣＤの両方の波長に作用するよう屈折率、厚みが設定されている。対物レンズ９は２焦点対物レンズで、発光点１２ａ、１２ｂから出射されるＤＶＤ、ＣＤの波長に対してそれぞれ焦点を結ぶように構成されている。対物レンズ９としては集光レンズ及びフレネルレンズまたはホログラムレンズの組み合わせ、ＤＶＤ用集光レンズにＣＤ再生時に開口制限手段を設ける組み合わせ等を用い、光ディスク１０の厚み及び開口数の違いを吸収するものも使用することができる。光ディスク１０はＣＤ用の記録面及びＤＶＤ用の記録面を有している。

光ディスク１０からの反射光を受光して電気信号を発生させる受光手段である受光センサ１１は光ディスク１０からの反射光を受光し、ＲＦ信号、トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号等を生成する電気信号を出力する受光素子である。受光センサ１１はいくつかの受光部に分かれている。Ａ〜Ｈ、α、βの各受光部に入射した光量によって前記各種信号が作り出される。ＲＦ信号はＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋α＋βである。トラッキングエラー信号はＤＶＤ−ＲＡＭがＰＰ＝（α＋Ｃ）−（β＋Ｄ）、ＤＶＤ−ＲＯＭがＤＰＰ＝∠（Ｃ−β）＋∠（α−Ｄ）（∠は位相差）、ＣＤがＤＰＰ＝（Ｃ＋α）−（Ｄ＋β）−Ｋ・（（Ｅ＋Ｇ）−（Ｆ＋Ｈ））である。フォーカスエラー信号はＡ−Ｂである。ここで、ＣＤとＤＶＤとでトラッキングエラー信号が異なるのはＣＤでは回折格子２で分離したメインビームとサイドビームの全てを使う３ビーム法を用いるのに対し、ＤＶＤはメインビームのみを使う１ビーム法を用いるためである。

次に光路について説明する。２波長半導体レーザ１から出射されたレーザ光は回折格子２により１本のメインビームと両側の２本のサイドビームに分離される。レーザ光は集積光学部材３を通過し、コリメータレンズ４にて平行光にされる。さらにＢＳプレート５で一部の光は分離され、前光モニタ６に入射し、レーザ光の光量制御に使用される。ＢＳプレート５で反射されたレーザ光は立ち上げプリズム７で光ディスク１０に垂直に入射するように向きを変えられる。次にホログラム素子８において偏光ホログラム８ａの影響を受けずにそのまま透過するよう光の偏光方向を設定してあり、１／４波長板８ｂで直線偏光から円偏光に変換される。そして対物レンズ９にて光ディスク１０で焦点を結ぶように集光される。

光ディスク１０で反射されたレーザ光は対物レンズ９で平行光に戻される。ホログラム素子８を再度透過する際、１／４波長板８ｂで円偏光から往路光に対し９０°位相がずれた直線偏光に変換され、次に偏光ホログラム８ａによりＲＦ信号、トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号等に対応する信号光成分に分離される。その後、立ち上げプリズム７、ＢＳプレート５、コリメータレンズ４を経由して、レーザ光は集積光学部材３に入射する。往路光とは偏光の向きが異なるため、集積光学部材３内の斜面上の偏光分離膜で往路光の経路とは分離されて異なった経路を通り受光センサ１１に入射する。

次に図４を使って効果について説明する。図４（ａ）は従来の構成の光ディスクでの光量分布の模式図、図４（ｂ）は実施の形態１の構成の光ディスクでの光量分布の模式図である。光量の大きいメインビーム１３を中心に、両側に光量の比較的小さいサイドビーム１４が円周の接線方向に並ぶ情報ピット１５と微小角で並んでいる。微小角でずらしているのはトラッキングエラー信号を生成するためである。従来の構成におけるサイドビーム１４の形状はほぼ円である。一方、実施の形態１におけるサイドビーム１４は円周の接線方向にそれぞれ２つのピークが現れ、ピーク高さは低くなり、円周の接線方向に広がった形状となる。なお、サイドビーム１４全体の光量は回折格子２の溝の深さ、ピッチが同じなので従来の構成でも実施の形態１でも同じである。また、メインビーム１３については光量も分布も従来の構成でも実施の形態１でも変わらない。

ＤＶＤの場合、サイドビーム１４の光量は変わらないものの円周の接線方向、すなわち情報ピットの並んでいる方向の光量分布が広がっている。また、メインビーム１３は変化がない。このため、ＲＦ信号に漏れ込むサイドビーム１４による別のトラックの信号成分は減少することになり、それによるジッタの発生を抑制することができる。

また、ＣＤの場合、トラッキングエラー信号はサイドビーム１４の半径方向の光量分布が小さいほど良好な信号となるが、実施の形態１の構成において半径方向の光量分布は従来の構成に対し広がっていないし、総光量も変わらない。よって、従来の構成と変わらない良好なトラッキングエラー信号が得られる。

逆に、従来と変わらない形状、光量のメインビーム１３と、円周の接線方向にのみ長い形状で全体光量は従来と変わらないサイドビーム１４とすることにより、ＤＶＤのジッタを改善し、ＣＤの特性にも影響を与えない光ピックアップ装置を実現することができるといえる。したがって、本実施の形態１における回折格子の形状によらなくても前記のような３ビーム形状を実現すれば同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態１において複数の発光点を近接して設けた光源としてＤＶＤとＣＤの２波長半導体レーザ１を説明したが、いわゆるブルーレイといった次の世代の光源にも対応できる。

なお、本実施の形態１では回折格子２の溝の位相ずらしは山と谷の位相がほぼ逆になるようにしたが、それに限るものではなく、溝の山と谷の位相は同位相から逆位相のどこでも良い。特性は同位相である従来の構成と逆位相である実施の形態１の間の特性となる。したがって、サイドビーム１４の円周の接線方向の光量分布を広げる効果を狙うのであれば、なるべく逆位相に近くすることが望ましい。

また、本実施の形態１では回折格子２の溝は２波長半導体レーザ１側に形成しているが、光ディスク１０側でも良い。

（実施の形態２）
実施の形態１は２波長半導体レーザ１のＤＶＤ、ＣＤの両方にかかるように回折格子２の溝の山と谷の位相をずらす領域を設定していた。しかし、本来３ビームを使うＣＤには不要であり、メインビーム１３の１ビームのみを使うＤＶＤにのみ回折格子２の溝の山と谷の位相をずらす領域を設定すれば良い。図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態２の２波長半導体レーザと回折格子を拡大した上面図、側面図、正面図である。

光学系全体の構成は実施の形態１で説明した図１と同じであり、回折格子２を回折格子１６へと入れ換えた。回折格子１６の構成は２波長半導体レーザ１のうちＤＶＤの光源である発光点１２ａ側のみに回折格子１６の溝の山と谷の位相をずらす領域を設定した。実施の形態１と同様にこの２つの領域の境界は２波長半導体レーザ１の発光点１２ａからの光線の中心を通り光ディスク１０の円周の接線方向に相当する方向になっている。山と谷の位相がほぼ逆位相にすることが望ましいのも同様である。このような構成とすることにより、ＣＤは従来の通りの特性のままで、ＤＶＤのみサイドビーム１４の円周の接線方向の光量分布を広げることができ、ＤＶＤのＲＦ信号のジッタの発生を抑えることができる。

本実施の形態２では１ビームを使うのをＤＶＤとしたが、１ビームと３ビームが混在して使われる光ピックアップ装置において１ビームを使う光源の発光点の側に回折格子１６の溝の山と谷の位相をずらす領域を設定すれば良い。

（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３における光ディスク装置の斜視図を示すものである。図６において筐体２１は上部筐体２１ａと下部筐体２１ｂを組み合わせて構成されている。トレイ２２は筐体２１に出没自在に設けられている。トレイ２２には光ディスク１０を回転させる回転駆動手段であるスピンドルモータ２３、光ピックアップ装置２４が設けられている。光ピックアップ装置２４は図２に示す回折格子２または図５に示す回折格子１６を用いた図１に示す光学系を有しており、光ディスク１０に情報を書き込むかあるいは情報を読み出す動作の少なくとも一方を行う。その時の光ディスク１０上の光量分布は図４（ｂ）のようになっている。またトレイ２２内にはスピンドルモータ２３に対して光ピックアップ装置２４を近づけたり離したりする移動手段であるフィード駆動系（図示せず）がある。ベゼル２５はトレイ２２の前端面に設けられて、トレイ２２が筐体２１内に収納された時にトレイ２２の出没口を塞ぐように構成されている。筐体２１内部やトレイ２２内部には図示していない回路基板があり、信号処理系のＩＣや電源回路などが搭載されている。図示していない外部コネクタ２６はコンピュータ等の電子機器に設けられた電源／信号ラインと接続される。そして、外部コネクタ２６を介して光ディスク装置内に電力を供給したり、あるいは外部からの電気信号を光ディスク装置内に導いたり、あるいは光ディスク装置で生成された電気信号を電子機器などに送出する。

以上のように図２に示す回折格子２または図５に示す回折格子１６を用いた図１に示す光学系を有する光ピックアップ装置２４もしくは図４（ｂ）のような光量分布を示す光ピックアップ装置２４を搭載した光ディスク装置は良好な記録再生特性であり、安定した動作を示す。

以上のように本発明の光ピックアップ装置及び光ディスク装置は２波長半導体レーザをＣＤ系の記録特性を変えることなく、ＤＶＤ系のジッタの発生を抑制することが、コストアップを招くことなくでき、パーソナルコンピュータ、ノートブック型コンピュータ等の電子機器に好適に用いることができる。

本発明の実施の形態１の２波長半導体レーザを用いた光ピックアップ装置の光学系全体の概略構成図（ａ）は実施の形態１の２波長半導体レーザと回折格子を拡大した上面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同正面図実施の形態１の受光センサ内の受光部の配置図（ａ）は従来の構成の光ディスクでの光量分布の模式図、（ｂ）は実施の形態１の構成の光ディスクでの光量分布の模式図（ａ）は実施の形態２の２波長半導体レーザと回折格子を拡大した上面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同正面図本発明の実施の形態３における光ディスク装置の斜視図（ａ）は従来の２波長半導体レーザと回折格子を拡大した上面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同正面図

符号の説明

１２波長半導体レーザ
２、１６回折格子
２ａ、１６ａ回折格子の溝の山
２ｂ、１６ｂ回折格子の溝の谷
３集積光学部材
４コリメータレンズ
５ＢＳプレート
６前光モニタ
７立上げプリズム
８ホログラム素子
８ａ偏光ホログラム
８ｂ１／４波長板
９対物レンズ
１０光ディスク
１１受光センサ
１２発光点
１３メインビーム
１４サイドビーム
１５情報ピット
２１筐体
２２トレイ
２３スピンドルモータ
２４光ピックアップ装置
２５ベゼル
２６外部コネクタ

Claims

複数の発光点を近接して設けた光源と、光ディスクからの反射光を受光して電気信号を発生させる受光手段と、前記光源と前記光ディスクの間に設けられ前記光源からの光線を３本に分離する平行な複数の溝が前記３本の光線を光ディスクの円周の接線方向と微小角に並べる向きに形成された回折格子と、この回折格子と前記光ディスクの間に設けられ前記光源からの光を光ディスクに集光させるとともに光ディスクからの反射光を前記受光手段に導く光学系を有し、前記回折格子は前記溝の山と谷の位相がずれた２つの領域を持ち、その境界を前記光源からの光線の中心を通り光ディスクの円周の接線方向に平行とした光ピックアップ装置。
前記２つの領域の溝の位相は逆位相である請求項１に記載の光ピックアップ装置。
トラッキングエラー信号が１つの光のみから生成される発光点に対してのみ前記回折格子は溝の山と谷の位相がずれた２つの領域を持ち、その境界を前記光源からの光線の中心を通り光ディスクの円周の接線方向に平行とした請求項１に記載の光ピックアップ装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ピックアップ装置と、光ディスクを回転させる回転駆動手段と、前記回転駆動手段に対して前記光ピックアップ装置を近づけたり離したりする移動手段を備えた光ディスク装置。