JP4588946B2 - 光ピックアップ及び光ディスク装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクの情報信号を記録または再生する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置は、非接触、大容量、高速アクセス、低コストメディアを特徴とする情報記録再生装置であり、これらの特徴を生かしてディジタルオーディオ信号の記録再生装置として、あるいはコンピュータの外部記憶装置として利用されている。
【０００３】
現在、光ディスクにおいては、大別して、半導体レーザの使用する発振波長と光ディスクの基板厚さ等の仕様が異なる第１の光ディスクと第２のディスクが存在する。第１の光ディスクは、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷなどのディスク基板厚さ０．６ｍｍのものであり、記録再生に最適な半導体レーザの発振波長は略６６０ｎｍである。第２の光ディスクは、例えばＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどのディスク基板厚さ１．２ｍｍのものであり、記録再生に最適な半導体レーザの発振波長は略７８５ｎｍである。そのため、第１の光ディスクであるＤＶＤ用の光ピックアップでは、既に普及しているＣＤ系の第２の光ディスクとの互換を考慮して略７８５ｎｍと略６６０ｎｍの２つの発振波長の半導体レーザを搭載したものが主流となっている。
【０００４】
以下、説明の簡単化のために、ディスク基板厚さ０．６ｍｍである第１の仕様の各種光ディスクのことをＤＶＤ系光ディスク、ディスク基板厚さ１．２ｍｍである第２の仕様の各種光ディスクのことをＣＤ系光ディスク、第１の略６６０ｎｍの発振波長の半導体レーザのことをＤＶＤ用半導体レーザ、第２の略７８５ｎｍの発振波長の半導体レーザのことをＣＤ用半導体レーザと呼ぶことにする。
【０００５】
以下図面を用いて従来の、互いの発振波長の異なる２つの半導体レーザと、２つのビームスプリッタとを用いて、互いに基板厚さ等の仕様が異なる２つの光ディスクの両方の情報を兼用して記録または再生できるようにした光ピックアップについて詳細に説明する。
【０００６】
図４は、従来の一実施形態に係る光ピックアップの概略構成図であり、互いに基板厚さ等の仕様が異なるＤＶＤ系光ディスク１及びＣＤ系光ディスク２を再生している状態を同一の図に重ねて示している。
【０００７】
ＤＶＤ系光ディスク１の基板厚さは０．６ｍｍである。ＣＤ系光ディスク２の基板厚さは１．２ｍｍである。なお、実際には、この他にも各光ディスクの仕様はさまざまな種類のものが多く存在するが、ここでは説明の簡単のため、記録面が１面のみの単板ディスクを示した。
【０００８】
ＤＶＤ用半導体レーザ３の発振波長は略６６０ｎｍ、ＣＤ用半導体レーザ２７の発振波長は略７８５ｎｍである。なお、一般にＤＶＤ系光ディスク１の対応波長は６５０ｎｍ帯、ＣＤ系光ディスク２の対応波長は７８０ｎｍ帯とされているが、実際の半導体レーザの発振波長にはばらつきがあるため、設計波長を実際の半導体レーザの中心波長に合わせているのが実状である。
【０００９】
まず、ＤＶＤ系光ディスク１を再生する場合について説明する。ＤＶＤ用半導体レーザ３の発光点３ａより出射した光ビームは、回折格子５０に入射し、主光ビーム５１と図示しない２つの副光ビームに分離される。副光ビームは、３ビーム法または差動プッシュプル法による光ディスクのトラッキング検出に用いられる。図面では、簡単のため主光ビーム５１の光線の経路のみを示し、副光ビームの光線の経路は省略する。
【００１０】
従来例では、半導体レーザ３は、光ピックアップのケース５２に対して、無調整で固定する構成である。回折格子５０は光軸回り方向の１次元のみの調整である。
【００１１】
光ビーム５１は、第２のビームスプリッタであるダイクロイックハーフミラー５３のダイクロイックハーフミラー膜面５３ａで反射した後、第１のビームスプリッタであるダイクロイックハーフプリズム５４、増反射ミラーである立上げミラー１４を介し、カップリングレンズ１５によって略平行な光ビーム５５に変換され、対物レンズ１９に達する。
【００１２】
ダイクロイックハーフミラー膜面５４ａは、ＤＶＤ用半導体レーザの略６６０ｎｍの波長の光ビームに対し、透過率が略１００％、反射率が略０％の分光特性も有している。なお、ＣＤ用半導体レーザ２の略７８５ｎｍの波長の光ビーム６２に対し、透過率、反射率共に略５０％の分光特性を有している。
【００１３】
対物レンズ１９は、図示しないアクチュエータに一体に保持されており、図示しない駆動コイルに通電することにより、ＤＶＤ系光ディスク１の情報記録面１ａ上に光ビームを合焦し光スポットを形成することが可能である。
【００１４】
ＤＶＤ系光ディスク１を反射した光ビーム５６は、往路光と同様の光路を逆にたどって、対物レンズ１９、カップリングレンズ１５、立上げミラー１４を介して、第１のビームスプリッタであるダイクロイックハーフプリズム５４のダイクロイックハーフミラー膜面５４ａに入射する。
【００１５】
ダイクロイックハーフミラー膜面５４ａは、略６６０ｎｍの波長の光ビームに対し、透過率が略１００％の分光特性を有するので、略１００％が透過する。ダイクロイックハーフミラー膜面５４ａを透過した光ビーム５７は、第２のビームスプリッタであるダイクロイックハーフミラー５３のダイクロイックハーフ膜面５３ａを透過した後、検出レンズ５８を介し、光検出器２４に導くようになっている。
【００１６】
したがって、ＤＶＤ系往路における２つのビームスプリッタを総合した光利用効率は略５０％である。
【００１７】
次に、ＣＤ系光ディスク２を再生する場合について説明する。略７８５ｎｍの波長で発光するＣＤ用半導体レーザ２７の発光点２７ａより出射した光ビーム５９は、補助レンズ６０の回折格子６０ａに入射し、主光ビーム６１と図示しない２つの副光ビームに分離される。副光ビームは、３ビーム法または差動プッシュプル法による光ディスクのトラッキング検出に用いられる。図面では、説明の簡単のため主光ビーム６１の光線の経路のみを示し、副光ビームの光線の経路は省略する。
【００１８】
光ビーム６１は、補助レンズ６０の凸球面レンズ面６０ｂを透過し、光ビーム６２となる。凸球面レンズ面６０ｂは、光路長の短縮と光利用効率の向上を目的に形成したものである。補助レンズ６０は、回折格子６０ａと凸球面レンズ面６０ｂを有し、上記した２つの機能を１つの部品により実現するものである。
【００１９】
また、ＣＤ用半導体レーザ２７は、光ピックアップのケース５２に対して、光軸に垂直な方向の位置を調整した後に、接着剤にて固着する構成である。補助レンズ６０は、光軸方向と光軸回りの回転調整後に、接着剤にて固着する構成である。
【００２０】
光ビーム６２は、第１のビームスプリッタであるダイクロイックハーフプリズム５４のダイクロイックハーフミラー膜面５４ａで反射した後、立上げミラー１４を介し、カップリングレンズ１５によって略平行な光ビーム６２に変換され、対物レンズ１９に達する。
【００２１】
対物レンズ１９は、図示しないアクチュエータに一体に保持されており、図示しない駆動コイルに通電することにより、ＣＤ系光ディスク２の情報記録面２ａ上に光ビームを合焦し光スポットを形成することが可能である。
【００２２】
ＣＤ系光ディスク２を反射した光ビーム６３は、往路光と同様の光路を逆にたどって、対物レンズ１９、カップリングレンズ１５、立ち上げミラー１４を介して、第１のビームスプリッタであるダイクロイックハーフプリズム５４のダイクロイックハーフミラー膜面５４ａに入射する。ダイクロイックハーフミラー膜面５４ａは、前記したように略７８５ｎｍの波長の光ビームに対し、透過率、反射率共に略５０％の分光特性を有するので、略５０％が反射し、略５０％が透過する。ダイクロイックハーフミラー膜面５４ａを透過した光ビーム６４は、第２のビームスプリッタであるダイクロイックハーフミラー５３のダイクロイックハーフ膜５３ａを透過した後、検出レンズ５８を介し、光検出器２４に導くようになっている。なお、ダイクロイックハーフミラー５３は、光ビーム６４の光軸に対して４５°の角度をなして配置される。また、ダイクロイックハーフミラー膜面５３ａは、ＣＤ用半導体レーザ２の略７８５ｎｍの波長の光ビーム６４に対し、透過率が略１００％、反射率が略０％の分光特性を有するので、略１００％が透過する。
【００２３】
したがって、ＣＤ系往路の２つのビームスプリッタを総合した光利用効率は略５０％である。
【００２４】
従来例においては、検出レンズ５８は光ピックアップのケース５２に対し、光軸方向の位置を調整した後に、接着剤で固定する構成である。
【００２５】
また、光検出器２４は基板６５に固定され、光ピックアップのケース５２に対して、光軸に垂直な方向の位置を調整した後に、接着剤にて固着する構成である。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、発振波長の異なる２つの半導体レーザを搭載した光ピックアップにおいては、２つの半導体レーザからの入射光を合成するビームスプリッタとして、ダイクロイックプリズムまたはダイクロイックミラーを使用する。光ピックアップの小型化のためには、半導体レーザからの発散光中にビームスプリッタを配置する必要がある。通常の設計において、光線の入射角は略±６〜７°程度ばらつく。しかし、ダイクロイック膜の透過反射率には入射角依存性があるため、効率良く２つの半導体レーザからの入射光を合成することができない。また、安価なビームスプリッタとするために層数の少ないダイクロイック膜設計においては、透過反射率は波長に対して緩やかな分光特性しか得ることができない。通常、半導体レーザの発振波長は中心波長に対して±２０ｎｍ程度のばらつきが有るため、上記したような緩やかな分光特性では効率良く２つの半導体レーザからの入射光を合成することができない。プリズムタイプに比べて、ミラータイプの方が、実用的なダイクロイック膜設計の可能性は有るが、ダイクロイックミラーの場合には平行平板に発散光を透過させると非点収差が発生するという問題が有る。また、プリズムタイプにおいても、ダイクロイック膜への入射角を４５°よりも小さくすれば実用的なダイクロイック膜設計の可能性は有るが、複雑なプリズム形状となってしまうため、汎用の正三角柱タイプのプリズムに比べて高価となってしまう。
【００２７】
記録はせず再生のみの光ピックアップであれば、ビームスプリッタにそれほど高い合成の効率は要求されない。しかし、記録再生する光ピックアップにおいては非常に高い合成の効率が要求される。特に、安価な高出力半導体レーザを用い、光ディスクの回転速度あるいは線速度が標準速以上の倍速を実現するためには、光ディスク面上出力光パワーを向上させる必要が有り、より高い合成の効率が要求される。
【００２８】
しかしながら、上記のように光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの波長がばらついた場合には、従来のダイクロイック膜を用いたビームスプリッタでは、波長の異なる２つの半導体レーザからの入射光を効率良く合成することができず、安価に倍速記録できる光ピックアップの実用化に対する大きな障害となっていた。すなわち、従来実施例ではＤＶＤ系往路とＣＤ系往路の２つのビームスプリッタの総合効率は略５０％と説明したが、上記説明したように、従来のダイクロイック膜を用いたビームスプリッタでは実際には略５０％よりも小さい光利用効率しか得られない。
【００２９】
また、ＤＶＤ系光ディスクとＣＤ系光ディスクの両方を記録かつ再生する光ピックアップにおいては、ＤＶＤ用半導体レーザとＣＤ用半導体レーザの両方とも高出力光パワーの半導体レーザが要求される。しかし、現在安価に入手可能な高出力半導体レーザの最大光パワーは、ＣＤ用半導体レーザが略１５０ｍＷであるのに対して、ＤＶＤ用半導体レーザは略７０ｍＷと小さい。これは、高出力ＣＤ用半導体レーザの開発期間に比べて、高出力ＤＶＤ用半導体レーザの開発期間が比較的短いためである。したがって、ＤＶＤ系光ディスクとＣＤ系光ディスクの両方を記録かつ再生する光ピックアップには、長波長のＣＤ用半導体レーザを用いた場合に比べて、短波長のＤＶＤ半導体レーザを用いた場合の方が、より光利用効率の高い２つのビームスプリッタ構成が要求されるべきであるが、従来の光ピックアップにおいては、ＤＶＤ系の光利用効率をＣＤ系の光利用効率よりも高くする技術に関する配慮はされていなかった。
【００３０】
また、従来の光ピックアップ構成においては、半導体レーザへの戻り光が、半導体レーザからの出射光の偏光方向と一致する偏光方向の成分が有るため、半導体レーザの発振モードに影響を与えることがある。この場合、同じ電流入力に対して光パワー出力が低下したり、光パワー出力が変動する等の問題が発生することがある。再生時には比較的低光パワー出力なので、光パワーをモニタしてフィードバック制御するオートパワーコントロールにより実用的に問題なくパワー出力をほぼ一定に保つことができる。しかし、記録時に最大の光パワー出力が低下してしまうと、オートパワーコントロールを用いてもパワー出力を安定に一定に保つことができない。さらに、最大定格電流以上の過電流を入力させてしまうので、半導体レーザが劣化あるいは破壊にいたる場合があった。
【００３１】
なお、半導体レーザへの戻り光の偏光方向が半導体レーザからの出射光の偏光方向に対して直交するようにするための手段として４分の１波長板を用いる技術が知られている。通常の４分の１波長板は各半導体レーザの波長に合わせたものを使用する必要があるから、２つの半導体レーザからの入射光を合成するビームスプリッタより前側に配置する必要が有る。この場合、４分の１波長板により円偏光となった光ビームがビームスプリッタや立上げミラーを通過することになる。ビームスプリッタや立上げミラーは誘電体多層膜により構成されており、一般に誘電体多層膜を透過または反射すると偏光の位相差が発生するため、円偏光が楕円偏光に変化してしまう。このため、半導体レーザへの戻り光の偏光方向が半導体レーザからの出射光の偏光方向に対して完全に直交させることができない。したがって、半導体レーザへの戻り光が、半導体レーザからの出射光の偏光方向と一致する偏光方向の成分が発生することになり、上記したような戻り光の問題が起こる。
【００３２】
また、光ディスクの基板材料はポリカーボネート（ＰＣ）を使用している。この材料は耐環境性に優れた材料であるが、比較的複屈折すなわち偏光の位相差が大きい材料である。このように光ディスクの複屈折が大きいと、光ディスクへの入射光が直線偏光や円偏光の場合であっても、光ディスクからの反射光が元の偏光から楕円偏光に変化する。一般にビームスプリッタの透過反射率は、Ｐ偏光とＳ偏光とで異なる。Ｐ偏光透過率はＳ偏光透過率よりも大きく、Ｓ偏光反射率はＰ偏光反射率よりも大きい。例えば、ビームスプリッタを透過後に光検出器に入射する偏光成分がＰ偏光のみとなるように設計された光ピックアップにおいては、光ディスクの複屈折が大きいとＰ偏光成分が減少してＳ偏光成分が増加するため、全体として透過率が減少する。逆に、ビームスプリッタを透過後に光検出器に入射する偏光成分がＳ偏光のみとなるように設計された光ピックアップにおいては、光ディスクの複屈折が大きいとＳ偏光成分が減少してＰ偏光成分が増加するため、全体として透過率が増加する。いずれの場合においても、光ディスクの複屈折の位相差に応じて透過率が変動することになる。ここで、複屈折の位相差は光ディスクの基板厚さに比例するので、厚さ０．６ｍｍのＤＶＤに比べて、厚さ１．２ｍｍのＣＤの方が、複屈折の位相差が２倍と大きい。
【００３３】
複屈折が大きいＣＤ系光ディスクにおいては、上記したようにビームスプリッタに入射するＰ偏光成分とＳ偏光成分とが大きく変動してしまうので、ビームスプリッタを介して光検出器に入射する光パワー変動が発生することになるが、従来の光ピックアップではこのパワー変動を緩和する技術に関する配慮はされていなかった。
【００３４】
また、第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザのオートパワーコントロールに用いる前方光モニタ検出器を含む構成において、従来２つの半導体レーザに対応して２個の前方光モニタ光検出器を用いる必要があった。また、前方光モニタ光検出器に光ビームを導くために、光利用効率がばらつくビームスプリッタ内を透過あるいは反射させるため、安定なオートパワーコントロールを得ることができなかった。
【００３５】
そこで本発明の目的は、ビームスプリッタへの光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの発振波長がばらついた場合においても、より効率良く２つの半導体レーザからの光ビームを合成することができる２つのビームスプリッタ構成を備える光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することである。
【００３６】
また、本発明の目的は、長波長のＣＤ用半導体レーザを用いた場合に比べて、短波長のＤＶＤ半導体レーザを用いた場合の方が、より光利用効率の高い２つのビームスプリッタ構成を備える光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することである。
【００３７】
また、本発明の目的は、長波長のＣＤ用半導体レーザを用いた場合と、短波長のＤＶＤ用半導体レーザを用いた場合の、いずれの場合においても、半導体レーザへの戻り光の偏光方向が半導体レーザからの出射光の偏光方向に対して直交するように構成した光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することである。
【００３８】
また、本発明の目的は、短波長のＤＶＤ半導体レーザを用いた場合に比べて、長波長のＣＤ用半導体レーザを用いた場合の方が、光ディスク基板の複屈折によって光検出器へ入射する光パワー変動がより少ない光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することである。
【００３９】
また、本発明の目的は、第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザのオートパワーコントロールに用いる前方光モニタ光検出器を含む構成において、１個の前方光モニタ光検出器で安定なオートパワーコントロールを得ることができる光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することである。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、
互いに発振波長の異なる第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザと、
前記第１の半導体レーザを出射した第１の光ビームを反射させるとともに前記第２の半導体レーザを出射した第２の光ビームを透過させることによって前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの光路を合成する第１のビームスプリッタと、前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを光ディスクに照射する対物レンズと、前記光ディスクを反射した前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを検出する光検出器と、前記第１の半導体レーザおよび前記第２の半導体レーザを出射した前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを前記対物レンズに導くとともに前記光ディスクを反射した前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを前記光検出器に導くための第２のビームスプリッタとを備え、基板厚さが互いに異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクの両方の情報を兼用して記録または再生できるようにした光ピックアップにおいて、
前記第１のビームスプリッタは少なくとも前記第１の半導体レーザの発振波長および前記第２の半導体レーザの発振波長に対してＰ偏光を効率良く透過してＳ偏光を効率良く反射する特性を有する偏光ビームスプリッタであり、
前記第２のビームスプリッタは、前記第１の光ビームのＰ偏光透過率（Ｔ１ｐ）に対するＳ偏光透過率（Ｔ１ｓ）の比率（Ｔ１ｓ／Ｔ１ｐ）が、前記第２の光ビームのＰ偏光透過率（Ｔ２ｐ）に対するＳ偏光透過率（Ｔ２ｓ）の比率（Ｔ２ｓ／Ｔ２ｐ）よりも小さい特性を有し、
前記第１の半導体レーザを出射した前記第１の光ビームの偏光状態がＳ偏光で前記第１のビームスプリッタへ入射させて反射させ、前記第２の半導体レーザを出射した前記第２の光ビームの偏光状態をＰ偏光で前記第１のビームスプリッタへ入射させて透過させるように構成され、
前記第１の光ビームおよび第２の光ビームが前記第２のビームスプリッタの入射面に４５度よりも小さい入射度で入射するように前記第２のビームスプリッタが配置され、
かつ、前記第２のビームスプリッタの入射面に誘電体膜が形成されていることを特徴とするものである。
【００４１】
また、本発明では、第１の半導体レーザの発振波長が第２の半導体レーザの発振波長よりも短く、第１のビームスプリッタは、第１の半導体レーザの発振波長である短波長の光を効率良く反射して、第２の半導体レーザの発振波長である長波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせた。
【００４２】
また、本発明では、第１の半導体レーザの発振波長が第２の半導体レーザの発振波長よりも長く、第１のビームスプリッタは、第１の半導体レーザの発振波長である長波長の光を効率良く反射して、第２の半導体レーザの発振波長である短波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせた。
【００４３】
また、本発明では、第１の半導体レーザを出射した第１の光ビームの偏光状態をＳ偏光で第２のビームスプリッタへ入射させて反射させ、第２の半導体レーザを出射した第２の光ビームの偏光状態をＰ偏光で第２のビームスプリッタへ入射させて反射させ、第１の半導体レーザの発振波長と第２の半導体レーザの発振波長のいずれに対しても４分の１波長板としての機能を有する広帯域４分の１波長板を第２のビームスプリッタと前記光ディスクとの間に配置した。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例としての光ピックアップの構成ならびに動作を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４５】
図１は、本発明の一実施例に係る光ピックアップの概略構成図であり、異なる仕様の光ディスクであるＤＶＤ系光ディスク１及びＣＤ系光ディスク２を記録再生している状態を同一の図を用いて重ねて示している。
【００４６】
ＤＶＤ系光ディスク１の基板厚さは０．６ｍｍである。ＣＤ系光ディスク２の基板厚さは１．２ｍｍである。なお、実際には、この他にも各光ディスクの仕様はさまざまな種類のものが多く存在するが、ここでは説明の簡単のため、記録面が１面のみの単板ディスクを示した。
【００４７】
ＤＶＤ用半導体レーザ３の対応波長は略６６０ｎｍであるのに対し、ＣＤ用半導体レーザ２７の対応波長は略７８５ｎｍである。なお、一般にＤＶＤ系光ディスク１の対応波長は６５０ｎｍ帯、ＣＤ系光ディスク２の対応波長は７８０ｎｍ帯とされているが、実際の半導体レーザの波長にはばらつきがあるため、設計波長を実際の半導体レーザの中心波長に合わせているのが実状である。
【００４８】
まず、ＤＶＤ系光ディスク１を記録再生する場合について説明する。略６６０ｎｍの波長で発光するＤＶＤ用半導体レーザ３の発光点３ａより出射した水平偏光の光ビーム４は、補助レンズ５を透過して、２分の１波長板機能と回折格子機能を備える複合光学素子６に入射する。
【００４９】
補助レンズ５の凸球面レンズ面５ａは、光路長の短縮と光利用効率の向上を目的に形成したものである。
【００５０】
複合光学素子６は、２分の１波長板６ａを、ガラス基板６ｂと、回折格子６ｃとで挟み込んで接合した構成である。水平偏光の光ビーム４は、２分の１波長板６ａの作用により垂直偏光の光ビーム７を出射する。さらに、回折格子６ｃの作用により、主光ビーム７と図示しない２つの副光ビームに分離される。副光ビームは、３ビーム法または差動プッシュプル法による光ディスクのトラッキング検出に用いられる。図では説明の簡単のため、主光ビーム７の光線の経路のみを示し、副光ビームの光線の経路は省略する。
【００５１】
２分の１波長板６ａと回折格子６ｃを備える複合光学素子６は、回転調整可能な補助レンズ５に接合により一体化する構造とした。これにより、トラッキング検出に用いる３ビームを発生させる回折格子６ｃの格子角度を補助レンズ５の回転調整にて調整することにより、２分の１波長板６ａの光学軸角度を精密に設定することが可能となる。これにより、水平偏光の光ビーム４を垂直偏光の光ビーム７に精密に変換することができる。
【００５２】
なお、補助レンズ５の調整は回転調整のみだけで、光軸方向調整はしない。その代わり、光軸方向調整は、ＤＶＤ用半導体レーザ３の前後調整で行う。これにより、補助レンズ５を調整するための大きな調整しろを設ける必要がなく、前後方向の動きを規制する組立構成が可能となり、経時変化による部品のずれが発生しないという効果がある。
【００５３】
また、ＤＶＤ用半導体レーザ３の調整は前後のみだけで、光軸と直交する方向の調整はしない。これにより、ＤＶＤ用半導体レーザ３を調整するための大きな調整しろを設ける必要がなく、光軸と直交する方向の動きを規制する組立構成が可能となり、経時変化による部品のずれが発生しないという効果がある。
【００５４】
また、ＤＶＤ用半導体レーザ３は、水平方向にあおるための熱伝導の良い金属製のホルダ８に取付けられ、光ピックアップの熱伝導の良い金属製のケース９に対して、光ビーム４の強度中心が光軸と一致するようにあおり調整した後に、接着固定する構成とした。ホルダ８は、水平方向にあおるだけの１次元調整のみである。これにより、ホルダ８を調整するための大きな調整しろを設ける必要がなく、水平方向のあおり以外の動きを規制する組立構成が可能となり、経時変化による部品のずれが発生しないという効果がある。
【００５５】
従来の調整では、半導体レーザは光軸と直交する方向の２次元の調整、補助レンズは光軸方向と回転方向の２次元の調整であった。このため、調整箇所が２箇所別々であるためそれぞれに調整するための大きな調整しろを設ける必要があり、半導体レーザと補助レンズの相対位置を精密に設定することができないといった課題があったが、各調整を１次元のみと限定したため、上記したような課題がないといった効果がある。
【００５６】
また、本実施例では、ＤＶＤ用半導体レーザ３で発生する熱が、熱伝導の良い金属製のホルダ８を介して、熱伝導の良い金属製の光ピックアップのケース９に効率良く放熱されるため、ＤＶＤ用半導体レーザ３の温度上昇を防止することができる。
【００５７】
次に、垂直偏光の光ビーム７は、第１のビームスプリッタである偏光ビームスプリッタプリズム１０の偏光ビームスプリッタ膜面１０ａにより反射されて垂直偏光の光ビーム１１となる。偏光ビームスプリッタはＰＢＳとも呼ばれ、Ｓ偏光を効率良く反射して、Ｐ偏光を効率良く透過する光学素子である。垂直偏光の光ビーム７は偏光ビームスプリッタ膜面１０ａに対してＳ偏光であるので、反射光である光ビーム１１の光利用効率を非常に高くすることができた。
【００５８】
また、本実施例では、偏光ビームスプリッタ膜面１０ａの特性として、短波長の光を効率良く反射して長波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせた。図２に偏光ビームスプリッタ膜面１０ａの分光透過率特性を示した。なお、分光反射率特性は、１００％から分光透過率特性を差し引いた特性である。光ビーム７は、ＤＶＤ用半導体レーザ３より出射された短波長の光なので、反射光である光ビーム１１の光利用効率を非常に高くすることができた。ダイクロイック膜特性とＰＢＳ膜特性をあわせ持つ偏光ビームスプリッタ膜面１０ａは光線の入射角がばらついたり、ＤＶＤ用半導体レーザ３の発振波長がばらついた場合においても、より効率良く反射させることができた。
【００５９】
また、本実施例では、第１の半導体レーザであるＤＶＤ用半導体レーザ３から第１のビームスプリッタである偏光ビームスプリッタプリズム１０に至る光路中に２分の１波長板６ａを配置したことにより、第１の半導体レーザから出射した水平偏光の光ビームを垂直偏光へと偏光状態を変換させて第１のビームスプリッタに入射させることができ、反射光である光ビーム１１の光利用効率を非常に高くする効果を生み出すことを可能にした。
【００６０】
垂直偏光の光ビーム１１は、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２に入射する。ビームスプリッタミラー１２の表面のビームスプリッタ膜面１２ａで反射されて垂直偏光の光ビーム１３となる。
【００６１】
ビームスプリッタミラー１２は、光ビーム１１の光軸に対して３０°の角度をなして配置した。このように４５°よりも小さい３０°の角度で配置することにより、以下で述べるように、ビームスプリッタミラー１２のＰ偏光透過率とＳ偏光透過率を近づける分光特性の設計を可能とした。
【００６２】
それでは、ビームスプリッタ膜面１２ａの膜設計について詳細に説明する。図３にビームスプリッタ膜面１２ａの分光透過率特性を示した。なお、分光反射率特性は、１００％から分光透過率特性を差し引いた特性である。ビームスプリッタ膜面１２ａのＰ偏光透過率が、ＤＶＤ用半導体レーザ３の略６６０ｎｍの波長に対して、略１０％となるように設計した。なお、一般にＳ偏光透過率は、Ｐ偏光透過率に比べて小さくなるが、膜設計を工夫することによりＳ偏光透過率の低下を最小限となるようにした。但し、膜設計は光吸収の少ない誘電体多層膜による設計を行った。吸収膜や金属膜によれば、よりＰ偏光透過率とＳ偏光透過率を近づけることは可能であるが、吸収膜では光の吸収を伴うため光利用効率が低下する問題が有り、金属膜では腐食等の耐環境性能に問題があるため、いずれも採用しなかった。この膜設計の結果、ビームスプリッタ膜面１２ａのＳ偏光透過率は、Ｐ偏光透過率に比べて略５％程度低い、略５％を得た。したがって、ビームスプリッタ膜面１２ａのＳ偏光反射率は略９５％、Ｐ偏光反射率は略９０％を得た。
【００６３】
垂直偏光の光ビーム１１は、ビームスプリッタ膜面１２ａに対してＳ偏光であるから、反射された垂直偏光の光ビーム１３は、略９５％の光利用効率である。
第１のビームスプリッタである偏光ビームスプリッタプリズム１０の反射の光利用効率は略１００％、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２の反射の光利用効率は略９５％であるから、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタを総合したビームスプリッタによるＤＶＤ往路の光利用効率は略９５％と、記録再生する光ピックアップに要求される非常に高い光利用効率が得られる。これにより、光ディスク面上出力光パワーを向上させることができ、安価な高出力半導体レーザを用い、光ディスクの回転速度あるいは線速度が標準速以上の倍速を実現することができた。
【００６４】
光ビーム１３は、増反射ミラーである立上げミラー１４を介し、カップリングレンズ１５によって略平行な光ビーム１６に変換され、広帯域４分の１波長板１７に入射する。広帯域４分の１波長板１７は、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２と、ＤＶＤ系光ディスク１またはＣＤ系光ディスク２との間に配置され、略６６０ｎｍの波長の光と、略７８５ｎｍの波長の光に対して、いずれの波長の場合にも４分の１波長板として作用するように工夫して構成されたものである。垂直偏光の光ビーム１６は、広帯域４分の１波長板１７の偏光作用により、右回り円偏光の光ビーム１８となる。
【００６５】
光ビーム１８は、対物レンズ１９を介して、ＤＶＤ系光ディスク１に達する。
【００６６】
なお、説明の簡単のために、図において立上げミラー１４の２点鎖線１４ａを境にして、下部は上面図、上部は正面図を示した。
【００６７】
対物レンズ１９は、図示しないアクチュエータに一体に保持されており、図示しない駆動コイルに通電することにより、ＤＶＤ系光ディスク１の情報記録面１ａ上に光ビームを合焦し光スポットを形成することが可能である。
【００６８】
右回り円偏光の光ビーム１８は、ＤＶＤ系光ディスク１を反射して、今度は左回り円偏光の光ビーム２０となる。左回り円偏光の光ビーム２０は、往路光と同様の光路を逆にたどって、対物レンズ１９を介して広帯域４分の１波長板１７に入射する。左回り円偏光の光ビーム２０は、広帯域４分の１波長板１７の偏光作用により、今度は水平偏光の光ビーム２１となる。
【００６９】
光ビーム２１は、カップリングレンズ１５，立上げミラー１４を介して、第１のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２の表面のビームスプリッタ膜面１２ａに入射する。ビームスプリッタ膜面１２ａは、前記したように略６６０ｎｍの波長の光ビームに対し、Ｐ偏光透過率が略１０％、Ｓ偏光透過率が略５％、Ｐ偏光反射率が略９０％、Ｓ偏光反射率が略９５％の分光特性を有する。水平偏光の光ビーム２１は、ビームスプリッタ膜面１２ａに対してＰ偏光であるので、略１０％が透過し、略９０％が反射する。
【００７０】
ビームスプリッタ膜面１２ａを透過した水平偏光の光ビーム２２は、検出レンズ２３を介し、光検出器２４に導くようになっている。
【００７１】
本実施例においては、検出レンズ２３は光ピックアップのケース９に対して無調整で固定する構成とした。これにより、検出レンズ２３とケース９との相対的な位置、角度を精密に設定することが可能となり、ケース９と検出レンズ２３を調整するための大きな調整しろを設ける必要がないので、経時変化による部品のずれが発生しないという効果がある。
【００７２】
また、光検出器２４は基板２５に固定され、光ピックアップのケース９に対して位置調整した後に、接着固定する構成とした。基板２５は、光軸に垂直な方向である２次元方向、光軸方向の合計３次元の調整を、図示しない３次元調整治具を用いて行い、調整完了後に接着剤２６が固化するようにした。従来の調整では、検出レンズは光軸方向の１次元の調整、光検出器は光軸と垂直方向の２次元の調整であった。このため、従来は３次元調整治具を必要とせずに比較的簡単な調整手段により調整可能という利点はあったが、調整箇所が２箇所別々であるためそれぞれに調整するための大きな調整しろを設ける必要があり、検出レンズの絶対位置を精密に設定することができないといった課題があった。本実施例では、３次元調整治具が必要になるものの、上記したような課題がないという効果がある。また、従来は調整すべき部品が検出レンズと光検出器の２点であったが、本実施例では調整すべき部品が基板２５の１点であり、調整すべき部品点数を１点減らすことができた。
【００７３】
次に、ＣＤ系光ディスク２を記録再生する場合について説明する。略７８５ｎｍの波長で発光するＣＤ用半導体レーザ２７の発光点２７ａより出射した水平偏光の光ビーム２８は、補助レンズ２９を透過して、回折格子３０に入射する。
【００７４】
補助レンズ２９の凸球面レンズ面２９ａは、光路長の短縮と光利用効率の向上を目的に形成したものである。
【００７５】
水平偏光の光ビーム２８は、回折格子３０の作用により、主光ビーム３１と図示しない２つの副光ビームに分離される。副光ビームは、３ビーム法や差動プッシュプル法による光ディスクのトラッキング検出に用いられる。図では説明の簡単のため、主光ビーム３１の光線の経路のみを示し、副光ビームの光線の経路は省略する。
【００７６】
回折格子３０は、光軸方向調整可能な補助レンズ２９に接合により一体化する構造とした。
【００７７】
なお、補助レンズ２９の調整は光軸前後方向の調整のみであり、回転調整はしない。これにより、補助レンズ２９を調整するための大きな調整しろを設ける必要がなく、回転方向の動きを規制する組立構成が可能となり、経時変化による部品ずれが発生しないという効果がある。
【００７８】
また、ＣＤ用半導体レーザ２７と、ＣＤ用半導体レーザ２７をあおるための熱伝導の良い金属製のホルダ３２と、補助レンズ２９は、熱伝導の良い金属製のホルダ３３に一体に取付けられている。ホルダ３３は、光ピックアップの熱伝導の良い金属製のケース９に対して、光軸と直交する方向の２次元の調整と回転調整の３次元調整を図示しない調整治具を用いて行う。ホルダ３３は光軸方向の調整はしない。その代わり、ＣＤ用半導体レーザ２７をホルダ３２に対して光軸方向の調整を行う。
【００７９】
また、本実施例では、ＣＤ用半導体レーザ２７で発生する熱が、熱伝導の良い金属製のホルダ３２，熱伝導の良い金属製のホルダ３３を介して、熱伝導の良い光ピックアップのケース９に効率良く放熱されるため、ＣＤ用半導体レーザ２７の温度上昇を防止することができる。
【００８０】
次に、水平偏光の光ビーム３１は、第１のビームスプリッタである偏光ビームスプリッタプリズム１０の偏光ビームスプリッタ膜面１０ａを透過して水平偏光の光ビーム３４となる。前記したように、偏光ビームスプリッタはＰＢＳとも呼ばれ、Ｓ偏光を効率良く反射し、Ｐ偏光を効率良く透過する光学素子である。水平方向の光ビーム３１は偏光ビームスプリッタ膜面１０ａに対してＰ偏光であるので、透過光である光ビーム３４の光利用効率を非常に高くすることができた。
【００８１】
また、本実施例では、前記したように、偏光ビームスプリッタ膜面１０ａの特性として、短波長の光を反射し長波長の光を透過するダイクロイック膜特性を持たせた。光ビーム３１は、ＣＤ用半導体レーザ２７より出射された長波長の光なので、透過光である光ビーム３４の光利用効率を非常に高くすることができた。ダイクロイック膜特性と偏光ビームスプリッタ膜特性をあわせ持つ偏光ビームスプリッタ膜面１０ａは光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの波長がばらついた場合においても、より効率良く透過させることができた。
【００８２】
水平偏光の光ビーム３４は、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２に入射する。ビームスプリッタミラー１２の表面のビームスプリッタ膜面１２ａで反射されて水平偏光の光ビーム３５となる。
【００８３】
ビームスプリッタミラー１２は、光ビーム３４の光軸に対して３０°の角度をなして配置した。このように４５°よりも小さい３０°の角度で配置することにより、以下で述べるように、ビームスプリッタミラー１２のＰ偏光透過率とＳ偏光透過率を近づける分光特性の設計を可能とした。
【００８４】
それでは、ビームスプリッタ膜面１２ａの膜設計について詳細に説明する。ビームスプリッタ膜面１２ａのＳ偏光透過率が、ＣＤ用半導体レーザ２７の略７８５ｎｍの波長に対して、略１０％となるように設計した。なお、一般にＰ偏光透過率は、Ｓ偏光透過率に比べて大きくなるが、膜設計を工夫することによりＰ偏光透過率の増大を最小限となるようにした。但し、膜設計は光吸収の少ない誘電体多層膜による設計を行った。吸収膜や金属膜によれば、よりＳ偏光透過率とＰ偏光透過率を近づけることは可能であるが、吸収膜では光の吸収を伴うため光利用効率が低下する問題が有り、金属膜では腐食等の耐環境性能に問題があるため、いずれも採用しなかった。この膜設計の結果、ビームスプリッタ膜面１２ａのＰ偏光透過率は、Ｓ偏光透過率に比べて略８％程度高い、略１８％を得た。したがって、ビームスプリッタ膜面１２ａのＰ偏光反射率は略８２％、Ｓ偏光反射率は略９０％を得た。
【００８５】
水平偏光の光ビーム３４は、ビームスプリッタ膜面１２ａに対してＰ偏光であるから、反射された水平偏光の光ビーム３５は、略８２％の光利用効率である。第１のビームスプリッタである偏光ビームスプリッタプリズム１０の反射の光利用効率は略１００％、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２の反射の光利用効率は略８２％であるから、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタを総合したビームスプリッタによるＣＤ往路の光利用効率は略８２％と、記録再生する光ピックアップに要求される非常に高い光利用効率が得られる。これにより、光ディスク面上出力光パワーを向上させることができ、安価な高出力半導体レーザを用い、光ディスクの回転速度あるいは線速度が標準速以上の倍速を実現することができた。
【００８６】
光ビーム３５は、立上げミラー１４を介し、カップリングレンズ１５によって略平行な光ビーム３６に変換され、広帯域４分の１波長板１７に入射する。広帯域４分の１波長板１７は、略６６０ｎｍの波長の光と、略７８５ｎｍの波長の光に対して、いずれの波長の場合にも４分の１波長板として作用するように工夫して構成されたものである。水平偏光の光ビーム３６は、広帯域４分の１波長板１７の偏光作用により、左回り円偏光の光ビーム３７となる。
【００８７】
光ビーム３７は、対物レンズ１９を介して、ＣＤ系光ディスク２に達する。
【００８８】
対物レンズ１９は、図示しないアクチュエータに一体に保持されており、図示しない駆動コイルに通電することにより、ＣＤ系光ディスク２の情報記録面２ａ上に光ビームを合焦し光スポットを形成することが可能である。
【００８９】
左回り円偏光の光ビーム３７は、ＣＤ系光ディスク２を反射して、今度は右回り円偏光の光ビーム３８となる。右回り円偏光の光ビーム３８は、往路光と同様の光路を逆にたどって、対物レンズ１９を介して広帯域４分の１波長板１７に入射する。右回り円偏光の光ビーム３８は、広帯域４分の１波長板１７の偏光作用により、今度は垂直偏光の光ビーム３９となる。
【００９０】
光ビーム３９は、カップリングレンズ１５，立上げミラー１４を介して、第１のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２の表面のビームスプリッタ膜面１２ａに入射する。ビームスプリッタ膜面１２ａは、前記したように略７８５ｎｍの波長の光ビームに対し、Ｓ偏光透過率が略１０％、Ｐ偏光透過率が略１８％、Ｓ偏光反射率が略９０％、Ｐ偏光反射率が略８２％の分光特性を有する。垂直偏光の光ビーム３９は、ビームスプリッタ膜面１２ａに対してＳ偏光であるので、略１０％が透過し、略９０％が反射する。
【００９１】
ビームスプリッタ膜面１２ａを透過した垂直偏光の光ビーム４０は、検出レンズ２３を介し、光検出器２４に導くようになっている。
【００９２】
上記したように、本実施例では、波長の異なる２つの半導体レーザであるＤＶＤ用半導体レーザ３とＣＤ用半導体レーザ２７を用いた光ピックアップにおいて、第１のビームスプリッタとして偏光ビームスプリッタプリズム１０を使用したので、偏光ビームスプリッタプリズム１０の光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの波長がばらついた場合においても、より効率良く２つの半導体レーザからの入射光を合成することができた。
【００９３】
なお、本実施例では、第１の半導体レーザの発振波長が第２の半導体レーザよりも短く、第１のビームスプリッタは短波長の光を効率良く反射して長波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を待たせたが、これに限定されるものではない。
【００９４】
例えば、別の実施例として、第１の半導体レーザの発振波長が第２の半導体レーザの発振波長よりも長く、第１のビームスプリッタは長波長の光を効率良く反射して短波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせることもできる。この実施例の場合においても、第１のビームスプリッタはダイクロイック膜特性と偏光ビームスプリッタ膜特性をあわせ持つため、光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの波長がばらついた場合においても、２つの半導体レーザからの光ビームをより効率良く合成することができる。
【００９５】
また、本実施例では、広帯域４分の１波長板１７を使用することにより、短波長の半導体レーザであるＤＶＤ用半導体レーザ３を用いた場合と、長波長の半導体レーザであるＣＤ用半導体レーザ２７を用いた場合の、いずれの場合においても、半導体レーザへの戻り光の偏光方向が半導体レーザからの出射光の偏光方向に対して直交して戻る。半導体レーザへの戻り光の偏光方向が、半導体レーザからの出射光の偏光方向と同じ偏光方向の成分が無いため、半導体レーザの発振モードに影響を与えることがなくなり、同じ電流入力に対して光パワー出力が低下したり、光パワー出力が変動する等の問題が発生しない。再生時および記録時のいずれの場合においても、オートパワーコントロールを用いてパワー出力を安定に一定に保つことができる。したがって、最大定格電流以上の過電流を入力させてしまい、半導体レーザが劣化あるいは破壊にいたることがない。
【００９６】
また、本実施例では、往路において第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２に入射させる偏光方向を、短波長のＤＶＤ用半導体レーザからの光ビーム１１はＳ偏光とし、長波長のＣＤ用半導体レーザ２７からの光ビーム３４はＰ偏光とした。これにより、ＤＶＤ往路のビームスプリッタの光利用効率を略９５％、ＣＤ往路のビームスプリッタの光利用効率を略８５％とした。このように、ＤＶＤ往路のビームスプリッタの光利用効率を、ＣＤ往路のビームスプリッタの光利用効率よりも大きく設定することができた。安価に入手可能なＣＤ用半導体レーザ２７の最大光パワーは略１５０Ｗもあるのに対して、安価に入手可能なＤＶＤ用半導体レーザ３の最大光パワーは略７０Ｗとまだ小さい。本実施例では、ＤＶＤ往路のビームスプリッタの効率を、ＣＤ往路のビームスプリッタの効率よりも大きく設定できたので、略７０Ｗと小さい最大光パワーのＤＶＤ用半導体レーザ３を用いても、標準速に対して略２倍速の記録性能を得ることができた。
【００９７】
また、本実施例では、復路において第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２に入射させる偏光方向を、短波長のＤＶＤ用半導体レーザからの光ビーム２１はＰ偏光とし、長波長のＣＤ用半導体レーザ２７からの光ビーム３９はＳ偏光とした。これにより、ＤＶＤ復路のビームスプリッタの光利用効率はＰ偏光の場合には略１０％、Ｓ偏光の場合には略５％である。
【００９８】
ＤＶＤ系光ディスク１に複屈折がない場合にはＰ偏光成分のみであるが、複屈折がある場合にはＰ偏光成分が減少してＳ偏光成分が増大する。したがって、ＤＶＤ系光ディスク１に複屈折があると略１０％から略５％まで光利用効率が変動する。すなわち、光利用効率の変動比は最大略２倍である。
【００９９】
ＣＤ系光ディスク２に複屈折が無い場合にはＳ偏光成分のみであるが、複屈折がある場合にはＳ偏光成分が減少してＰ偏光成分が増大する。したがって、ＣＤ系光ディスク２に複屈折があると略１０％から略１８％まで光利用効率が変動する。すなわち、光利用効率の変動比は最大略１．８倍である。
【０１００】
このように、ＣＤ復路の光利用効率の変動比は、ＤＶＤ復路の光利用効率の変動比よりも小さくできた。光ディスク基板の複屈折は、ＤＶＤ系光ディスク１よりも、ＣＤ系光ディスク２の方が大きいので、ＣＤ復路の光利用効率の変動比を小さくすることにより、ＣＤ系光ディスク基板の複屈折によって光検出器へ入射する光パワー変動をより少なくすることができた。
【０１０１】
次に、第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザのオートパワーコントロールに用いる前方光モニタ光検出器４１を含む構成について説明する。本実施例では、第１のビームスプリッタである偏光ビームスプリッタプリズム１０を出射した光ビーム１１、３４の内、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２の中を透過せずに上空を通過する光ビーム４２、４３を前方光モニタ光検出器４１に入射させる。
【０１０２】
このように第１のビームスプリッタで２つの半導体レーザからの光ビームを合成した後の光ビームを前方光モニタ用として使用するので、前方光モニタ光検出器は１個で良い。また、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２の中を透過させないので、透過による光利用効率の低下がない。また、第２のビームスプリッタの光利用効率がばらついたり、波長変化や温度変化で光利用効率が経時変化した場合においても、前方光モニタ光検出器への光ビーム４２、４３の光パワーが変動することがない。したがって、安定なオートパワーコントロールを得ることができる。また、前方光モニタ光検出器へ光ビームを導くために、反射ミラー等の追加部品を必要としないという利点がある。なお、ビームスプリッタミラー１２の上空を通過する光ビーム４２、４３を前方光モニタ光検出器４１に入射させるために、前方光モニタ光検出器４１の設置位置が上方に偏ることになるが、光ピックアップと光ディスク間に配置に十分なスペースが確保できるため、光ピックアップの高さを増大させることがない。また、一般に半導体レーザの光ビームの強度分布は上下方向には広く、左右方向には狭い。本実施例では、強度分布の広い上方向を選択したので、前方光モニタ光検出器への光パワーを十分確保することができる。
【０１０３】
以上説明したように本発明に基づく実施例によれば、互いに発振波長の異なる第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザと、第１の半導体レーザを出射した第１の光ビームを反射させるとともに第２の半導体レーザを出射した第２の光ビームを透過させることによって第１の光ビームと第２の光ビームの光路を合成する第１のビームスプリッタと、第１の光ビームおよび第２の光ビームを光ディスクに照射する対物レンズと、光ディスクを反射した第１の光ビームおよび第２の光ビームを検出する光検出器と、第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザを出射した第１の光ビームおよび第２の光ビームを対物レンズに導くとともに光ディスクを反射した第１の光ビームおよび第２の光ビームを光検出器に導くための第２のビームスプリッタとを備え、基板厚さが互いに異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクの両方の情報を兼用して記録または再生できるようにした光ピックアップにおいて、第１のビームスプリッタは少なくとも第１の半導体レーザの発振波長および第２の半導体レーザの発振波長に対してＰ偏光を効率良く透過してＳ偏光を効率良く反射する特性を有する偏光ビームスプリッタであり、第１の半導体レーザを出射した第１の光ビームの偏光状態をＳ偏光で第１のビームスプリッタへ入射させて反射させ、第２の半導体レーザを出射した第２の光ビームの偏光状態をＰ偏光で第１のビームスプリッタへ入射させて透過させるように構成した。これにより、第１のビームスプリッタへの光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの発振波長がばらついた場合においても、より効率良く２つの半導体レーザからの光ビームを合成することができるといった効果がある。
【０１０４】
また、第１の半導体レーザの発振波長が第２の半導体レーザの発振波長よりも短く、第１のビームスプリッタは、第１の半導体レーザの発振波長である短波長の光を効率良く反射して、第２の半導体レーザの発振波長である長波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせた。これにより、第１のビームスプリッタへの光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの発振波長がばらついた場合においても、より効率良く２つの半導体レーザからの光ビームを合成することができるといった効果がある。
【０１０５】
また、第１の半導体レーザの発振波長が第２の半導体レーザの発振波長よりも長く、第１のビームスプリッタは、第１の半導体レーザの発振波長である長波長の光を効率良く反射して、第２の半導体レーザの発振波長である短波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせた。これにより、第１のビームスプリッタへの光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの発振波長がばらついた場合においても、より効率良く２つの半導体レーザからの光ビームを合成することができるといった効果がある。
【０１０６】
また、第１の半導体レーザを出射した第１の光ビームの偏光状態をＳ偏光で第２のビームスプリッタへ入射させて反射させ、第２の半導体レーザを出射した第２の光ビームの偏光状態をＰ偏光で第２のビームスプリッタへ入射させて反射させ、第１の半導体レーザの発振波長と第２の半導体レーザの発振波長のいずれに対しても４分の１波長板としての機能を有する広帯域４分の１波長板を第２のビームスプリッタと前記光ディスクとの間に配置した。これにより、短波長の半導体レーザであるＤＶＤ用半導体レーザ１を用いた場合と、長波長の半導体レーザであるＣＤ用半導体レーザ２を用いた場合の、いずれの場合においても、半導体レーザへの戻り光の偏光方向が半導体レーザからの出射光の偏光方向に対して直交して戻る。半導体レーザへの戻り光の偏光方向が、半導体レーザからの出射光の偏光方向と同じ偏光方向の成分が無いため、半導体レーザの発振モードに影響を与えることがなくなり、同じ電流入力に対して光パワー出力が低下したり、光パワー出力が変動する等の問題が発生しない。再生時および記録時のいずれの場合においても、オートパワーコントロールを用いてパワー出力を安定に一定に保つことができる。したがって、最大定格電流以上の過電流を入力させてしまい、半導体レーザが劣化あるいは破壊にいたる場合がない。
【０１０７】
また、往路において第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラーに入射させる偏光方向を、短波長のＤＶＤ用半導体レーザからの光ビームはＳ偏光とし、長波長のＣＤ用半導体レーザからの光ビームはＰ偏光とした。これにより、ＤＶＤ往路のビームスプリッタの光利用効率を、ＣＤ往路のビームスプリッタの光利用効率よりも大きく設定し、小さい最大光パワーのＤＶＤ用半導体レーザを用いることができた。
【０１０８】
また、復路において第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラーに入射させる偏光方向を、短波長のＤＶＤ用半導体レーザからの光ビームはＰ偏光とし、長波長のＣＤ用半導体レーザからの光ビームはＳ偏光とした。これにより、ＣＤ往路の光利用効率の変動比を、ＤＶＤ往路の光利用効率の変動比よりも小さくでき、ＣＤ系光ディスク基板の複屈折によって光検出器へ入射する光パワー変動をより少なくすることができた。
【０１０９】
また、第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザのオートパワーコントロールに用いる前方光モニタ光検出器を、第１のビームスプリッタを出射した第１の光ビームと第２の光ビームの内、第２のビームスプリッタの中を透過せずに上空を通過する第１の光ビームと第２の光ビームを入射させるように配置した。これにより、前方光モニタ光検出器は１個で良い。また、第２のビームスプリッタの透過による光利用効率の低下がない。また、第２のビームスプリッタの光利用効率がばらついたり、波長変化や温度変化で光利用効率が経時変化した場合においても、前方光モニタ光検出器への光ビームの光パワーが変動することがなく、安定なオートパワーコントロールを得ることができる。また、前方光モニタ光検出器へ光ビームを導くために、反射ミラー等の追加部品を必要としない。また、半導体レーザの光ビームの強度分布の広い上方向を選択したので、前方光モニタ光検出器への光パワーを十分確保することができるといった効果がある。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明によれば、ビームスプリッタへの光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの発振波長がばらついた場合においても、従来に比べて効率良く、複数の半導体レーザからの光ビームを合成することができる複数のビームスプリッタ構成を備える光ピックアップ、または光ディスク装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の光ピックアップの概略構成図である。
【図２】本実施例の光ピックアップの偏光ビームスプリッタ膜面１０ａの分光透過率特性である。
【図３】本実施例の光ピックアップのビームスプリッタ膜面１２ａの分光透過率特性である。
【図４】従来の光ピックアップの概略構成図である。
【符号の説明】
１…ＤＶＤ系光ディスク、１ａ…情報記録面、２…ＣＤ系光ディスク、２ａ…情報記録面、３…ＤＶＤ用半導体レーザ、３ａ…発光点、４…光ビーム、５…補助レンズ、５ａ…凸球面レンズ面、６…複合光学素子、６ａ…２分の１波長板、６ｂ…ガラス基板、６ｃ…回折格子、７…光ビーム、８…ホルダ、９…ケース、１０…偏光ビームスプリッタプリズム、１０ａ…偏光ビームスプリッタ膜面、１１…光ビーム、１２…ビームスプリッタミラー、１２ａ…ビームスプリッタ膜面、１３…光ビーム、１４…立上げミラー、１４ａ…２点鎖線、１５…カップリングレンズ、１６…光ビーム、１７…広帯域４分の１波長板、１８…光ビーム、１９…対物レンズ、２０…光ビーム、２１…光ビーム、２２…光ビーム、２３…検出レンズ、２４…光検出器、２５…基板、２６…接着剤、２６ｂ…副光ビーム、２７…ＣＤ用半導体レーザ、２７ａ…発光点、２８…光ビーム、２９…補助レンズ、２９ａ…凸球面レンズ面、３０…回折格子、３１…光ビーム、３２…ホルダ、３３…ホルダ、３４…光ビーム、３５…光ビーム、３６…光ビーム、３７…光ビーム、３８…光ビーム、３９…光ビーム、４０…光ビーム、４１…前方光モニタ光検出器、４２…光ビーム、４３…光ビーム、５０…補助レンズ、５０ａ…回折格子、５１ａ…主光ビーム、５１ｂ…副主ビーム、５１ｃ…副主ビーム、５２…光ビーム、５３…光スポット、５４…光ビーム、５５…光ビーム、５６…光ビーム、５７…光ビーム、５８…検出レンズ、５９…光ビーム、６０…補助レンズ、６０ａ…回折格子、６１ｂ…凸球面レンズ面、６１…光ビーム、６２…光ビーム、６３…光ビーム、６４…光ビーム、６５…基板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクの情報信号を記録または再生する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置は、非接触、大容量、高速アクセス、低コストメディアを特徴とする情報記録再生装置であり、これらの特徴を生かしてディジタルオーディオ信号の記録再生装置として、あるいはコンピュータの外部記憶装置として利用されている。
【０００３】
現在、光ディスクにおいては、大別して、半導体レーザの使用する発振波長と光ディスクの基板厚さ等の仕様が異なる第１の光ディスクと第２のディスクが存在する。第１の光ディスクは、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷなどのディスク基板厚さ０．６ｍｍのものであり、記録再生に最適な半導体レーザの発振波長は略６６０ｎｍである。第２の光ディスクは、例えばＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどのディスク基板厚さ１．２ｍｍのものであり、記録再生に最適な半導体レーザの発振波長は略７８５ｎｍである。そのため、第１の光ディスクであるＤＶＤ用の光ピックアップでは、既に普及しているＣＤ系の第２の光ディスクとの互換を考慮して略７８５ｎｍと略６６０ｎｍの２つの発振波長の半導体レーザを搭載したものが主流となっている。
【０００４】
以下、説明の簡単化のために、ディスク基板厚さ０．６ｍｍである第１の仕様の各種光ディスクのことをＤＶＤ系光ディスク、ディスク基板厚さ１．２ｍｍである第２の仕様の各種光ディスクのことをＣＤ系光ディスク、第１の略６６０ｎｍの発振波長の半導体レーザのことをＤＶＤ用半導体レーザ、第２の略７８５ｎｍの発振波長の半導体レーザのことをＣＤ用半導体レーザと呼ぶことにする。
【０００５】
以下図面を用いて従来の、互いの発振波長の異なる２つの半導体レーザと、２つのビームスプリッタとを用いて、互いに基板厚さ等の仕様が異なる２つの光ディスクの両方の情報を兼用して記録または再生できるようにした光ピックアップについて詳細に説明する。
【０００６】
図４は、従来の一実施形態に係る光ピックアップの概略構成図であり、互いに基板厚さ等の仕様が異なるＤＶＤ系光ディスク１及びＣＤ系光ディスク２を再生している状態を同一の図に重ねて示している。
【０００７】
ＤＶＤ系光ディスク１の基板厚さは０．６ｍｍである。ＣＤ系光ディスク２の基板厚さは１．２ｍｍである。なお、実際には、この他にも各光ディスクの仕様はさまざまな種類のものが多く存在するが、ここでは説明の簡単のため、記録面が１面のみの単板ディスクを示した。
【０００８】
ＤＶＤ用半導体レーザ３の発振波長は略６６０ｎｍ、ＣＤ用半導体レーザ２７の発振波長は略７８５ｎｍである。なお、一般にＤＶＤ系光ディスク１の対応波長は６５０ｎｍ帯、ＣＤ系光ディスク２の対応波長は７８０ｎｍ帯とされているが、実際の半導体レーザの発振波長にはばらつきがあるため、設計波長を実際の半導体レーザの中心波長に合わせているのが実状である。
【０００９】
まず、ＤＶＤ系光ディスク１を再生する場合について説明する。ＤＶＤ用半導体レーザ３の発光点３ａより出射した光ビームは、回折格子５０に入射し、主光ビーム５１と図示しない２つの副光ビームに分離される。副光ビームは、３ビーム法または差動プッシュプル法による光ディスクのトラッキング検出に用いられる。図面では、簡単のため主光ビーム５１の光線の経路のみを示し、副光ビームの光線の経路は省略する。
【００１０】
従来例では、半導体レーザ３は、光ピックアップのケース５２に対して、無調整で固定する構成である。回折格子５０は光軸回り方向の１次元のみの調整である。
【００１１】
光ビーム５１は、第２のビームスプリッタであるダイクロイックハーフミラー５３のダイクロイックハーフミラー膜面５３ａで反射した後、第１のビームスプリッタであるダイクロイックハーフプリズム５４、増反射ミラーである立上げミラー１４を介し、カップリングレンズ１５によって略平行な光ビーム５５に変換され、対物レンズ１９に達する。
【００１２】
ダイクロイックハーフミラー膜面５４ａは、ＤＶＤ用半導体レーザの略６６０ｎｍの波長の光ビームに対し、透過率が略１００％、反射率が略０％の分光特性も有している。なお、ＣＤ用半導体レーザ２の略７８５ｎｍの波長の光ビーム６２に対し、透過率、反射率共に略５０％の分光特性を有している。
【００１３】
対物レンズ１９は、図示しないアクチュエータに一体に保持されており、図示しない駆動コイルに通電することにより、ＤＶＤ系光ディスク１の情報記録面１ａ上に光ビームを合焦し光スポットを形成することが可能である。
【００１４】
ＤＶＤ系光ディスク１を反射した光ビーム５６は、往路光と同様の光路を逆にたどって、対物レンズ１９、カップリングレンズ１５、立上げミラー１４を介して、第１のビームスプリッタであるダイクロイックハーフプリズム５４のダイクロイックハーフミラー膜面５４ａに入射する。
【００１５】
ダイクロイックハーフミラー膜面５４ａは、略６６０ｎｍの波長の光ビームに対し、透過率が略１００％の分光特性を有するので、略１００％が透過する。ダイクロイックハーフミラー膜面５４ａを透過した光ビーム５７は、第２のビームスプリッタであるダイクロイックハーフミラー５３のダイクロイックハーフ膜面５３ａを透過した後、検出レンズ５８を介し、光検出器２４に導くようになっている。
【００１６】
したがって、ＤＶＤ系往路における２つのビームスプリッタを総合した光利用効率は略５０％である。
【００１７】
次に、ＣＤ系光ディスク２を再生する場合について説明する。略７８５ｎｍの波長で発光するＣＤ用半導体レーザ２７の発光点２７ａより出射した光ビーム５９は、補助レンズ６０の回折格子６０ａに入射し、主光ビーム６１と図示しない２つの副光ビームに分離される。副光ビームは、３ビーム法または差動プッシュプル法による光ディスクのトラッキング検出に用いられる。図面では、説明の簡単のため主光ビーム６１の光線の経路のみを示し、副光ビームの光線の経路は省略する。
【００１８】
光ビーム６１は、補助レンズ６０の凸球面レンズ面６０ｂを透過し、光ビーム６２となる。凸球面レンズ面６０ｂは、光路長の短縮と光利用効率の向上を目的に形成したものである。補助レンズ６０は、回折格子６０ａと凸球面レンズ面６０ｂを有し、上記した２つの機能を１つの部品により実現するものである。
【００１９】
また、ＣＤ用半導体レーザ２７は、光ピックアップのケース５２に対して、光軸に垂直な方向の位置を調整した後に、接着剤にて固着する構成である。補助レンズ６０は、光軸方向と光軸回りの回転調整後に、接着剤にて固着する構成である。
【００２０】
光ビーム６２は、第１のビームスプリッタであるダイクロイックハーフプリズム５４のダイクロイックハーフミラー膜面５４ａで反射した後、立上げミラー１４を介し、カップリングレンズ１５によって略平行な光ビーム６２に変換され、対物レンズ１９に達する。
【００２１】
対物レンズ１９は、図示しないアクチュエータに一体に保持されており、図示しない駆動コイルに通電することにより、ＣＤ系光ディスク２の情報記録面２ａ上に光ビームを合焦し光スポットを形成することが可能である。
【００２２】
ＣＤ系光ディスク２を反射した光ビーム６３は、往路光と同様の光路を逆にたどって、対物レンズ１９、カップリングレンズ１５、立ち上げミラー１４を介して、第１のビームスプリッタであるダイクロイックハーフプリズム５４のダイクロイックハーフミラー膜面５４ａに入射する。ダイクロイックハーフミラー膜面５４ａは、前記したように略７８５ｎｍの波長の光ビームに対し、透過率、反射率共に略５０％の分光特性を有するので、略５０％が反射し、略５０％が透過する。ダイクロイックハーフミラー膜面５４ａを透過した光ビーム６４は、第２のビームスプリッタであるダイクロイックハーフミラー５３のダイクロイックハーフ膜５３ａを透過した後、検出レンズ５８を介し、光検出器２４に導くようになっている。なお、ダイクロイックハーフミラー５３は、光ビーム６４の光軸に対して４５°の角度をなして配置される。また、ダイクロイックハーフミラー膜面５３ａは、ＣＤ用半導体レーザ２の略７８５ｎｍの波長の光ビーム６４に対し、透過率が略１００％、反射率が略０％の分光特性を有するので、略１００％が透過する。
【００２３】
したがって、ＣＤ系往路の２つのビームスプリッタを総合した光利用効率は略５０％である。
【００２４】
従来例においては、検出レンズ５８は光ピックアップのケース５２に対し、光軸方向の位置を調整した後に、接着剤で固定する構成である。
【００２５】
また、光検出器２４は基板６５に固定され、光ピックアップのケース５２に対して、光軸に垂直な方向の位置を調整した後に、接着剤にて固着する構成である。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、発振波長の異なる２つの半導体レーザを搭載した光ピックアップにおいては、２つの半導体レーザからの入射光を合成するビームスプリッタとして、ダイクロイックプリズムまたはダイクロイックミラーを使用する。光ピックアップの小型化のためには、半導体レーザからの発散光中にビームスプリッタを配置する必要がある。通常の設計において、光線の入射角は略±６〜７°程度ばらつく。しかし、ダイクロイック膜の透過反射率には入射角依存性があるため、効率良く２つの半導体レーザからの入射光を合成することができない。また、安価なビームスプリッタとするために層数の少ないダイクロイック膜設計においては、透過反射率は波長に対して緩やかな分光特性しか得ることができない。通常、半導体レーザの発振波長は中心波長に対して±２０ｎｍ程度のばらつきが有るため、上記したような緩やかな分光特性では効率良く２つの半導体レーザからの入射光を合成することができない。プリズムタイプに比べて、ミラータイプの方が、実用的なダイクロイック膜設計の可能性は有るが、ダイクロイックミラーの場合には平行平板に発散光を透過させると非点収差が発生するという問題が有る。また、プリズムタイプにおいても、ダイクロイック膜への入射角を４５°よりも小さくすれば実用的なダイクロイック膜設計の可能性は有るが、複雑なプリズム形状となってしまうため、汎用の正三角柱タイプのプリズムに比べて高価となってしまう。
【００２７】
記録はせず再生のみの光ピックアップであれば、ビームスプリッタにそれほど高い合成の効率は要求されない。しかし、記録再生する光ピックアップにおいては非常に高い合成の効率が要求される。特に、安価な高出力半導体レーザを用い、光ディスクの回転速度あるいは線速度が標準速以上の倍速を実現するためには、光ディスク面上出力光パワーを向上させる必要が有り、より高い合成の効率が要求される。
【００２８】
しかしながら、上記のように光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの波長がばらついた場合には、従来のダイクロイック膜を用いたビームスプリッタでは、波長の異なる２つの半導体レーザからの入射光を効率良く合成することができず、安価に倍速記録できる光ピックアップの実用化に対する大きな障害となっていた。すなわち、従来実施例ではＤＶＤ系往路とＣＤ系往路の２つのビームスプリッタの総合効率は略５０％と説明したが、上記説明したように、従来のダイクロイック膜を用いたビームスプリッタでは実際には略５０％よりも小さい光利用効率しか得られない。
【００２９】
また、ＤＶＤ系光ディスクとＣＤ系光ディスクの両方を記録かつ再生する光ピックアップにおいては、ＤＶＤ用半導体レーザとＣＤ用半導体レーザの両方とも高出力光パワーの半導体レーザが要求される。しかし、現在安価に入手可能な高出力半導体レーザの最大光パワーは、ＣＤ用半導体レーザが略１５０ｍＷであるのに対して、ＤＶＤ用半導体レーザは略７０ｍＷと小さい。これは、高出力ＣＤ用半導体レーザの開発期間に比べて、高出力ＤＶＤ用半導体レーザの開発期間が比較的短いためである。したがって、ＤＶＤ系光ディスクとＣＤ系光ディスクの両方を記録かつ再生する光ピックアップには、長波長のＣＤ用半導体レーザを用いた場合に比べて、短波長のＤＶＤ半導体レーザを用いた場合の方が、より光利用効率の高い２つのビームスプリッタ構成が要求されるべきであるが、従来の光ピックアップにおいては、ＤＶＤ系の光利用効率をＣＤ系の光利用効率よりも高くする技術に関する配慮はされていなかった。
【００３０】
また、従来の光ピックアップ構成においては、半導体レーザへの戻り光が、半導体レーザからの出射光の偏光方向と一致する偏光方向の成分が有るため、半導体レーザの発振モードに影響を与えることがある。この場合、同じ電流入力に対して光パワー出力が低下したり、光パワー出力が変動する等の問題が発生することがある。再生時には比較的低光パワー出力なので、光パワーをモニタしてフィードバック制御するオートパワーコントロールにより実用的に問題なくパワー出力をほぼ一定に保つことができる。しかし、記録時に最大の光パワー出力が低下してしまうと、オートパワーコントロールを用いてもパワー出力を安定に一定に保つことができない。さらに、最大定格電流以上の過電流を入力させてしまうので、半導体レーザが劣化あるいは破壊にいたる場合があった。
【００３１】
なお、半導体レーザへの戻り光の偏光方向が半導体レーザからの出射光の偏光方向に対して直交するようにするための手段として４分の１波長板を用いる技術が知られている。通常の４分の１波長板は各半導体レーザの波長に合わせたものを使用する必要があるから、２つの半導体レーザからの入射光を合成するビームスプリッタより前側に配置する必要が有る。この場合、４分の１波長板により円偏光となった光ビームがビームスプリッタや立上げミラーを通過することになる。ビームスプリッタや立上げミラーは誘電体多層膜により構成されており、一般に誘電体多層膜を透過または反射すると偏光の位相差が発生するため、円偏光が楕円偏光に変化してしまう。このため、半導体レーザへの戻り光の偏光方向が半導体レーザからの出射光の偏光方向に対して完全に直交させることができない。したがって、半導体レーザへの戻り光が、半導体レーザからの出射光の偏光方向と一致する偏光方向の成分が発生することになり、上記したような戻り光の問題が起こる。
【００３２】
また、光ディスクの基板材料はポリカーボネート（ＰＣ）を使用している。この材料は耐環境性に優れた材料であるが、比較的複屈折すなわち偏光の位相差が大きい材料である。このように光ディスクの複屈折が大きいと、光ディスクへの入射光が直線偏光や円偏光の場合であっても、光ディスクからの反射光が元の偏光から楕円偏光に変化する。一般にビームスプリッタの透過反射率は、Ｐ偏光とＳ偏光とで異なる。Ｐ偏光透過率はＳ偏光透過率よりも大きく、Ｓ偏光反射率はＰ偏光反射率よりも大きい。例えば、ビームスプリッタを透過後に光検出器に入射する偏光成分がＰ偏光のみとなるように設計された光ピックアップにおいては、光ディスクの複屈折が大きいとＰ偏光成分が減少してＳ偏光成分が増加するため、全体として透過率が減少する。逆に、ビームスプリッタを透過後に光検出器に入射する偏光成分がＳ偏光のみとなるように設計された光ピックアップにおいては、光ディスクの複屈折が大きいとＳ偏光成分が減少してＰ偏光成分が増加するため、全体として透過率が増加する。いずれの場合においても、光ディスクの複屈折の位相差に応じて透過率が変動することになる。ここで、複屈折の位相差は光ディスクの基板厚さに比例するので、厚さ０．６ｍｍのＤＶＤに比べて、厚さ１．２ｍｍのＣＤの方が、複屈折の位相差が２倍と大きい。
【００３３】
複屈折が大きいＣＤ系光ディスクにおいては、上記したようにビームスプリッタに入射するＰ偏光成分とＳ偏光成分とが大きく変動してしまうので、ビームスプリッタを介して光検出器に入射する光パワー変動が発生することになるが、従来の光ピックアップではこのパワー変動を緩和する技術に関する配慮はされていなかった。
【００３４】
また、第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザのオートパワーコントロールに用いる前方光モニタ検出器を含む構成において、従来２つの半導体レーザに対応して２個の前方光モニタ光検出器を用いる必要があった。また、前方光モニタ光検出器に光ビームを導くために、光利用効率がばらつくビームスプリッタ内を透過あるいは反射させるため、安定なオートパワーコントロールを得ることができなかった。
【００３５】
そこで本発明の目的は、ビームスプリッタへの光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの発振波長がばらついた場合においても、より効率良く２つの半導体レーザからの光ビームを合成することができる２つのビームスプリッタ構成を備える光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することである。
【００３６】
また、本発明の目的は、長波長のＣＤ用半導体レーザを用いた場合に比べて、短波長のＤＶＤ半導体レーザを用いた場合の方が、より光利用効率の高い２つのビームスプリッタ構成を備える光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することである。
【００３７】
また、本発明の目的は、長波長のＣＤ用半導体レーザを用いた場合と、短波長のＤＶＤ用半導体レーザを用いた場合の、いずれの場合においても、半導体レーザへの戻り光の偏光方向が半導体レーザからの出射光の偏光方向に対して直交するように構成した光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することである。
【００３８】
また、本発明の目的は、短波長のＤＶＤ半導体レーザを用いた場合に比べて、長波長のＣＤ用半導体レーザを用いた場合の方が、光ディスク基板の複屈折によって光検出器へ入射する光パワー変動がより少ない光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することである。
【００３９】
また、本発明の目的は、第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザのオートパワーコントロールに用いる前方光モニタ光検出器を含む構成において、１個の前方光モニタ光検出器で安定なオートパワーコントロールを得ることができる光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することである。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、
互いに発振波長の異なる第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザと、
前記第１の半導体レーザを出射した第１の光ビームを反射させるとともに前記第２の半導体レーザを出射した第２の光ビームを透過させることによって前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの光路を合成する第１のビームスプリッタと、前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを光ディスクに照射する対物レンズと、前記光ディスクを反射した前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを検出する光検出器と、前記第１の半導体レーザおよび前記第２の半導体レーザを出射した前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを前記対物レンズに導くとともに前記光ディスクを反射した前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを前記光検出器に導くための第２のビームスプリッタとを備え、基板厚さが互いに異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクの両方の情報を兼用して記録または再生できるようにした光ピックアップにおいて、
前記第１のビームスプリッタは少なくとも前記第１の半導体レーザの発振波長および前記第２の半導体レーザの発振波長に対してＰ偏光を効率良く透過してＳ偏光を効率良く反射する特性を有する偏光ビームスプリッタであり、
前記第２のビームスプリッタは、前記第１の光ビームのＰ偏光透過率（Ｔ１ｐ）に対するＳ偏光透過率（Ｔ１ｓ）の比率（Ｔ１ｓ／Ｔ１ｐ）が、前記第２の光ビームのＰ偏光透過率（Ｔ２ｐ）に対するＳ偏光透過率（Ｔ２ｓ）の比率（Ｔ２ｓ／Ｔ２ｐ）よりも小さい特性を有し、
前記第１の半導体レーザを出射した前記第１の光ビームの偏光状態がＳ偏光で前記第１のビームスプリッタへ入射させて反射させ、前記第２の半導体レーザを出射した前記第２の光ビームの偏光状態をＰ偏光で前記第１のビームスプリッタへ入射させて透過させるように構成され、
前記第１の光ビームおよび第２の光ビームが前記第２のビームスプリッタの入射面に４５度よりも小さい入射度で入射するように前記第２のビームスプリッタが配置され、
かつ、前記第２のビームスプリッタの入射面に誘電体膜が形成されていることを特徴とするものである。
【００４１】
また、本発明では、第１の半導体レーザの発振波長が第２の半導体レーザの発振波長よりも短く、第１のビームスプリッタは、第１の半導体レーザの発振波長である短波長の光を効率良く反射して、第２の半導体レーザの発振波長である長波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせた。
【００４２】
また、本発明では、第１の半導体レーザの発振波長が第２の半導体レーザの発振波長よりも長く、第１のビームスプリッタは、第１の半導体レーザの発振波長である長波長の光を効率良く反射して、第２の半導体レーザの発振波長である短波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせた。
【００４３】
また、本発明では、第１の半導体レーザを出射した第１の光ビームの偏光状態をＳ偏光で第２のビームスプリッタへ入射させて反射させ、第２の半導体レーザを出射した第２の光ビームの偏光状態をＰ偏光で第２のビームスプリッタへ入射させて反射させ、第１の半導体レーザの発振波長と第２の半導体レーザの発振波長のいずれに対しても４分の１波長板としての機能を有する広帯域４分の１波長板を第２のビームスプリッタと前記光ディスクとの間に配置した。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例としての光ピックアップの構成ならびに動作を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４５】
図１は、本発明の一実施例に係る光ピックアップの概略構成図であり、異なる仕様の光ディスクであるＤＶＤ系光ディスク１及びＣＤ系光ディスク２を記録再生している状態を同一の図を用いて重ねて示している。
【００４６】
ＤＶＤ系光ディスク１の基板厚さは０．６ｍｍである。ＣＤ系光ディスク２の基板厚さは１．２ｍｍである。なお、実際には、この他にも各光ディスクの仕様はさまざまな種類のものが多く存在するが、ここでは説明の簡単のため、記録面が１面のみの単板ディスクを示した。
【００４７】
ＤＶＤ用半導体レーザ３の対応波長は略６６０ｎｍであるのに対し、ＣＤ用半導体レーザ２７の対応波長は略７８５ｎｍである。なお、一般にＤＶＤ系光ディスク１の対応波長は６５０ｎｍ帯、ＣＤ系光ディスク２の対応波長は７８０ｎｍ帯とされているが、実際の半導体レーザの波長にはばらつきがあるため、設計波長を実際の半導体レーザの中心波長に合わせているのが実状である。
【００４８】
まず、ＤＶＤ系光ディスク１を記録再生する場合について説明する。略６６０ｎｍの波長で発光するＤＶＤ用半導体レーザ３の発光点３ａより出射した水平偏光の光ビーム４は、補助レンズ５を透過して、２分の１波長板機能と回折格子機能を備える複合光学素子６に入射する。
【００４９】
補助レンズ５の凸球面レンズ面５ａは、光路長の短縮と光利用効率の向上を目的に形成したものである。
【００５０】
複合光学素子６は、２分の１波長板６ａを、ガラス基板６ｂと、回折格子６ｃとで挟み込んで接合した構成である。水平偏光の光ビーム４は、２分の１波長板６ａの作用により垂直偏光の光ビーム７を出射する。さらに、回折格子６ｃの作用により、主光ビーム７と図示しない２つの副光ビームに分離される。副光ビームは、３ビーム法または差動プッシュプル法による光ディスクのトラッキング検出に用いられる。図では説明の簡単のため、主光ビーム７の光線の経路のみを示し、副光ビームの光線の経路は省略する。
【００５１】
２分の１波長板６ａと回折格子６ｃを備える複合光学素子６は、回転調整可能な補助レンズ５に接合により一体化する構造とした。これにより、トラッキング検出に用いる３ビームを発生させる回折格子６ｃの格子角度を補助レンズ５の回転調整にて調整することにより、２分の１波長板６ａの光学軸角度を精密に設定することが可能となる。これにより、水平偏光の光ビーム４を垂直偏光の光ビーム７に精密に変換することができる。
【００５２】
なお、補助レンズ５の調整は回転調整のみだけで、光軸方向調整はしない。その代わり、光軸方向調整は、ＤＶＤ用半導体レーザ３の前後調整で行う。これにより、補助レンズ５を調整するための大きな調整しろを設ける必要がなく、前後方向の動きを規制する組立構成が可能となり、経時変化による部品のずれが発生しないという効果がある。
【００５３】
また、ＤＶＤ用半導体レーザ３の調整は前後のみだけで、光軸と直交する方向の調整はしない。これにより、ＤＶＤ用半導体レーザ３を調整するための大きな調整しろを設ける必要がなく、光軸と直交する方向の動きを規制する組立構成が可能となり、経時変化による部品のずれが発生しないという効果がある。
【００５４】
また、ＤＶＤ用半導体レーザ３は、水平方向にあおるための熱伝導の良い金属製のホルダ８に取付けられ、光ピックアップの熱伝導の良い金属製のケース９に対して、光ビーム４の強度中心が光軸と一致するようにあおり調整した後に、接着固定する構成とした。ホルダ８は、水平方向にあおるだけの１次元調整のみである。これにより、ホルダ８を調整するための大きな調整しろを設ける必要がなく、水平方向のあおり以外の動きを規制する組立構成が可能となり、経時変化による部品のずれが発生しないという効果がある。
【００５５】
従来の調整では、半導体レーザは光軸と直交する方向の２次元の調整、補助レンズは光軸方向と回転方向の２次元の調整であった。このため、調整箇所が２箇所別々であるためそれぞれに調整するための大きな調整しろを設ける必要があり、半導体レーザと補助レンズの相対位置を精密に設定することができないといった課題があったが、各調整を１次元のみと限定したため、上記したような課題がないといった効果がある。
【００５６】
また、本実施例では、ＤＶＤ用半導体レーザ３で発生する熱が、熱伝導の良い金属製のホルダ８を介して、熱伝導の良い金属製の光ピックアップのケース９に効率良く放熱されるため、ＤＶＤ用半導体レーザ３の温度上昇を防止することができる。
【００５７】
次に、垂直偏光の光ビーム７は、第１のビームスプリッタである偏光ビームスプリッタプリズム１０の偏光ビームスプリッタ膜面１０ａにより反射されて垂直偏光の光ビーム１１となる。偏光ビームスプリッタはＰＢＳとも呼ばれ、Ｓ偏光を効率良く反射して、Ｐ偏光を効率良く透過する光学素子である。垂直偏光の光ビーム７は偏光ビームスプリッタ膜面１０ａに対してＳ偏光であるので、反射光である光ビーム１１の光利用効率を非常に高くすることができた。
【００５８】
また、本実施例では、偏光ビームスプリッタ膜面１０ａの特性として、短波長の光を効率良く反射して長波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせた。図２に偏光ビームスプリッタ膜面１０ａの分光透過率特性を示した。なお、分光反射率特性は、１００％から分光透過率特性を差し引いた特性である。光ビーム７は、ＤＶＤ用半導体レーザ３より出射された短波長の光なので、反射光である光ビーム１１の光利用効率を非常に高くすることができた。ダイクロイック膜特性とＰＢＳ膜特性をあわせ持つ偏光ビームスプリッタ膜面１０ａは光線の入射角がばらついたり、ＤＶＤ用半導体レーザ３の発振波長がばらついた場合においても、より効率良く反射させることができた。
【００５９】
また、本実施例では、第１の半導体レーザであるＤＶＤ用半導体レーザ３から第１のビームスプリッタである偏光ビームスプリッタプリズム１０に至る光路中に２分の１波長板６ａを配置したことにより、第１の半導体レーザから出射した水平偏光の光ビームを垂直偏光へと偏光状態を変換させて第１のビームスプリッタに入射させることができ、反射光である光ビーム１１の光利用効率を非常に高くする効果を生み出すことを可能にした。
【００６０】
垂直偏光の光ビーム１１は、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２に入射する。ビームスプリッタミラー１２の表面のビームスプリッタ膜面１２ａで反射されて垂直偏光の光ビーム１３となる。
【００６１】
ビームスプリッタミラー１２は、光ビーム１１の光軸に対して３０°の角度をなして配置した。このように４５°よりも小さい３０°の角度で配置することにより、以下で述べるように、ビームスプリッタミラー１２のＰ偏光透過率とＳ偏光透過率を近づける分光特性の設計を可能とした。
【００６２】
それでは、ビームスプリッタ膜面１２ａの膜設計について詳細に説明する。図３にビームスプリッタ膜面１２ａの分光透過率特性を示した。なお、分光反射率特性は、１００％から分光透過率特性を差し引いた特性である。ビームスプリッタ膜面１２ａのＰ偏光透過率が、ＤＶＤ用半導体レーザ３の略６６０ｎｍの波長に対して、略１０％となるように設計した。なお、一般にＳ偏光透過率は、Ｐ偏光透過率に比べて小さくなるが、膜設計を工夫することによりＳ偏光透過率の低下を最小限となるようにした。但し、膜設計は光吸収の少ない誘電体多層膜による設計を行った。吸収膜や金属膜によれば、よりＰ偏光透過率とＳ偏光透過率を近づけることは可能であるが、吸収膜では光の吸収を伴うため光利用効率が低下する問題が有り、金属膜では腐食等の耐環境性能に問題があるため、いずれも採用しなかった。この膜設計の結果、ビームスプリッタ膜面１２ａのＳ偏光透過率は、Ｐ偏光透過率に比べて略５％程度低い、略５％を得た。したがって、ビームスプリッタ膜面１２ａのＳ偏光反射率は略９５％、Ｐ偏光反射率は略９０％を得た。
【００６３】
垂直偏光の光ビーム１１は、ビームスプリッタ膜面１２ａに対してＳ偏光であるから、反射された垂直偏光の光ビーム１３は、略９５％の光利用効率である。
第１のビームスプリッタである偏光ビームスプリッタプリズム１０の反射の光利用効率は略１００％、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２の反射の光利用効率は略９５％であるから、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタを総合したビームスプリッタによるＤＶＤ往路の光利用効率は略９５％と、記録再生する光ピックアップに要求される非常に高い光利用効率が得られる。これにより、光ディスク面上出力光パワーを向上させることができ、安価な高出力半導体レーザを用い、光ディスクの回転速度あるいは線速度が標準速以上の倍速を実現することができた。
【００６４】
光ビーム１３は、増反射ミラーである立上げミラー１４を介し、カップリングレンズ１５によって略平行な光ビーム１６に変換され、広帯域４分の１波長板１７に入射する。広帯域４分の１波長板１７は、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２と、ＤＶＤ系光ディスク１またはＣＤ系光ディスク２との間に配置され、略６６０ｎｍの波長の光と、略７８５ｎｍの波長の光に対して、いずれの波長の場合にも４分の１波長板として作用するように工夫して構成されたものである。垂直偏光の光ビーム１６は、広帯域４分の１波長板１７の偏光作用により、右回り円偏光の光ビーム１８となる。
【００６５】
光ビーム１８は、対物レンズ１９を介して、ＤＶＤ系光ディスク１に達する。
【００６６】
なお、説明の簡単のために、図において立上げミラー１４の２点鎖線１４ａを境にして、下部は上面図、上部は正面図を示した。
【００６７】
対物レンズ１９は、図示しないアクチュエータに一体に保持されており、図示しない駆動コイルに通電することにより、ＤＶＤ系光ディスク１の情報記録面１ａ上に光ビームを合焦し光スポットを形成することが可能である。
【００６８】
右回り円偏光の光ビーム１８は、ＤＶＤ系光ディスク１を反射して、今度は左回り円偏光の光ビーム２０となる。左回り円偏光の光ビーム２０は、往路光と同様の光路を逆にたどって、対物レンズ１９を介して広帯域４分の１波長板１７に入射する。左回り円偏光の光ビーム２０は、広帯域４分の１波長板１７の偏光作用により、今度は水平偏光の光ビーム２１となる。
【００６９】
光ビーム２１は、カップリングレンズ１５，立上げミラー１４を介して、第１のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２の表面のビームスプリッタ膜面１２ａに入射する。ビームスプリッタ膜面１２ａは、前記したように略６６０ｎｍの波長の光ビームに対し、Ｐ偏光透過率が略１０％、Ｓ偏光透過率が略５％、Ｐ偏光反射率が略９０％、Ｓ偏光反射率が略９５％の分光特性を有する。水平偏光の光ビーム２１は、ビームスプリッタ膜面１２ａに対してＰ偏光であるので、略１０％が透過し、略９０％が反射する。
【００７０】
ビームスプリッタ膜面１２ａを透過した水平偏光の光ビーム２２は、検出レンズ２３を介し、光検出器２４に導くようになっている。
【００７１】
本実施例においては、検出レンズ２３は光ピックアップのケース９に対して無調整で固定する構成とした。これにより、検出レンズ２３とケース９との相対的な位置、角度を精密に設定することが可能となり、ケース９と検出レンズ２３を調整するための大きな調整しろを設ける必要がないので、経時変化による部品のずれが発生しないという効果がある。
【００７２】
また、光検出器２４は基板２５に固定され、光ピックアップのケース９に対して位置調整した後に、接着固定する構成とした。基板２５は、光軸に垂直な方向である２次元方向、光軸方向の合計３次元の調整を、図示しない３次元調整治具を用いて行い、調整完了後に接着剤２６が固化するようにした。従来の調整では、検出レンズは光軸方向の１次元の調整、光検出器は光軸と垂直方向の２次元の調整であった。このため、従来は３次元調整治具を必要とせずに比較的簡単な調整手段により調整可能という利点はあったが、調整箇所が２箇所別々であるためそれぞれに調整するための大きな調整しろを設ける必要があり、検出レンズの絶対位置を精密に設定することができないといった課題があった。本実施例では、３次元調整治具が必要になるものの、上記したような課題がないという効果がある。また、従来は調整すべき部品が検出レンズと光検出器の２点であったが、本実施例では調整すべき部品が基板２５の１点であり、調整すべき部品点数を１点減らすことができた。
【００７３】
次に、ＣＤ系光ディスク２を記録再生する場合について説明する。略７８５ｎｍの波長で発光するＣＤ用半導体レーザ２７の発光点２７ａより出射した水平偏光の光ビーム２８は、補助レンズ２９を透過して、回折格子３０に入射する。
【００７４】
補助レンズ２９の凸球面レンズ面２９ａは、光路長の短縮と光利用効率の向上を目的に形成したものである。
【００７５】
水平偏光の光ビーム２８は、回折格子３０の作用により、主光ビーム３１と図示しない２つの副光ビームに分離される。副光ビームは、３ビーム法や差動プッシュプル法による光ディスクのトラッキング検出に用いられる。図では説明の簡単のため、主光ビーム３１の光線の経路のみを示し、副光ビームの光線の経路は省略する。
【００７６】
回折格子３０は、光軸方向調整可能な補助レンズ２９に接合により一体化する構造とした。
【００７７】
なお、補助レンズ２９の調整は光軸前後方向の調整のみであり、回転調整はしない。これにより、補助レンズ２９を調整するための大きな調整しろを設ける必要がなく、回転方向の動きを規制する組立構成が可能となり、経時変化による部品ずれが発生しないという効果がある。
【００７８】
また、ＣＤ用半導体レーザ２７と、ＣＤ用半導体レーザ２７をあおるための熱伝導の良い金属製のホルダ３２と、補助レンズ２９は、熱伝導の良い金属製のホルダ３３に一体に取付けられている。ホルダ３３は、光ピックアップの熱伝導の良い金属製のケース９に対して、光軸と直交する方向の２次元の調整と回転調整の３次元調整を図示しない調整治具を用いて行う。ホルダ３３は光軸方向の調整はしない。その代わり、ＣＤ用半導体レーザ２７をホルダ３２に対して光軸方向の調整を行う。
【００７９】
また、本実施例では、ＣＤ用半導体レーザ２７で発生する熱が、熱伝導の良い金属製のホルダ３２，熱伝導の良い金属製のホルダ３３を介して、熱伝導の良い光ピックアップのケース９に効率良く放熱されるため、ＣＤ用半導体レーザ２７の温度上昇を防止することができる。
【００８０】
次に、水平偏光の光ビーム３１は、第１のビームスプリッタである偏光ビームスプリッタプリズム１０の偏光ビームスプリッタ膜面１０ａを透過して水平偏光の光ビーム３４となる。前記したように、偏光ビームスプリッタはＰＢＳとも呼ばれ、Ｓ偏光を効率良く反射し、Ｐ偏光を効率良く透過する光学素子である。水平方向の光ビーム３１は偏光ビームスプリッタ膜面１０ａに対してＰ偏光であるので、透過光である光ビーム３４の光利用効率を非常に高くすることができた。
【００８１】
また、本実施例では、前記したように、偏光ビームスプリッタ膜面１０ａの特性として、短波長の光を反射し長波長の光を透過するダイクロイック膜特性を持たせた。光ビーム３１は、ＣＤ用半導体レーザ２７より出射された長波長の光なので、透過光である光ビーム３４の光利用効率を非常に高くすることができた。ダイクロイック膜特性と偏光ビームスプリッタ膜特性をあわせ持つ偏光ビームスプリッタ膜面１０ａは光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの波長がばらついた場合においても、より効率良く透過させることができた。
【００８２】
水平偏光の光ビーム３４は、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２に入射する。ビームスプリッタミラー１２の表面のビームスプリッタ膜面１２ａで反射されて水平偏光の光ビーム３５となる。
【００８３】
ビームスプリッタミラー１２は、光ビーム３４の光軸に対して３０°の角度をなして配置した。このように４５°よりも小さい３０°の角度で配置することにより、以下で述べるように、ビームスプリッタミラー１２のＰ偏光透過率とＳ偏光透過率を近づける分光特性の設計を可能とした。
【００８４】
それでは、ビームスプリッタ膜面１２ａの膜設計について詳細に説明する。ビームスプリッタ膜面１２ａのＳ偏光透過率が、ＣＤ用半導体レーザ２７の略７８５ｎｍの波長に対して、略１０％となるように設計した。なお、一般にＰ偏光透過率は、Ｓ偏光透過率に比べて大きくなるが、膜設計を工夫することによりＰ偏光透過率の増大を最小限となるようにした。但し、膜設計は光吸収の少ない誘電体多層膜による設計を行った。吸収膜や金属膜によれば、よりＳ偏光透過率とＰ偏光透過率を近づけることは可能であるが、吸収膜では光の吸収を伴うため光利用効率が低下する問題が有り、金属膜では腐食等の耐環境性能に問題があるため、いずれも採用しなかった。この膜設計の結果、ビームスプリッタ膜面１２ａのＰ偏光透過率は、Ｓ偏光透過率に比べて略８％程度高い、略１８％を得た。したがって、ビームスプリッタ膜面１２ａのＰ偏光反射率は略８２％、Ｓ偏光反射率は略９０％を得た。
【００８５】
水平偏光の光ビーム３４は、ビームスプリッタ膜面１２ａに対してＰ偏光であるから、反射された水平偏光の光ビーム３５は、略８２％の光利用効率である。第１のビームスプリッタである偏光ビームスプリッタプリズム１０の反射の光利用効率は略１００％、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２の反射の光利用効率は略８２％であるから、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタを総合したビームスプリッタによるＣＤ往路の光利用効率は略８２％と、記録再生する光ピックアップに要求される非常に高い光利用効率が得られる。これにより、光ディスク面上出力光パワーを向上させることができ、安価な高出力半導体レーザを用い、光ディスクの回転速度あるいは線速度が標準速以上の倍速を実現することができた。
【００８６】
光ビーム３５は、立上げミラー１４を介し、カップリングレンズ１５によって略平行な光ビーム３６に変換され、広帯域４分の１波長板１７に入射する。広帯域４分の１波長板１７は、略６６０ｎｍの波長の光と、略７８５ｎｍの波長の光に対して、いずれの波長の場合にも４分の１波長板として作用するように工夫して構成されたものである。水平偏光の光ビーム３６は、広帯域４分の１波長板１７の偏光作用により、左回り円偏光の光ビーム３７となる。
【００８７】
光ビーム３７は、対物レンズ１９を介して、ＣＤ系光ディスク２に達する。
【００８８】
対物レンズ１９は、図示しないアクチュエータに一体に保持されており、図示しない駆動コイルに通電することにより、ＣＤ系光ディスク２の情報記録面２ａ上に光ビームを合焦し光スポットを形成することが可能である。
【００８９】
左回り円偏光の光ビーム３７は、ＣＤ系光ディスク２を反射して、今度は右回り円偏光の光ビーム３８となる。右回り円偏光の光ビーム３８は、往路光と同様の光路を逆にたどって、対物レンズ１９を介して広帯域４分の１波長板１７に入射する。右回り円偏光の光ビーム３８は、広帯域４分の１波長板１７の偏光作用により、今度は垂直偏光の光ビーム３９となる。
【００９０】
光ビーム３９は、カップリングレンズ１５，立上げミラー１４を介して、第１のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２の表面のビームスプリッタ膜面１２ａに入射する。ビームスプリッタ膜面１２ａは、前記したように略７８５ｎｍの波長の光ビームに対し、Ｓ偏光透過率が略１０％、Ｐ偏光透過率が略１８％、Ｓ偏光反射率が略９０％、Ｐ偏光反射率が略８２％の分光特性を有する。垂直偏光の光ビーム３９は、ビームスプリッタ膜面１２ａに対してＳ偏光であるので、略１０％が透過し、略９０％が反射する。
【００９１】
ビームスプリッタ膜面１２ａを透過した垂直偏光の光ビーム４０は、検出レンズ２３を介し、光検出器２４に導くようになっている。
【００９２】
上記したように、本実施例では、波長の異なる２つの半導体レーザであるＤＶＤ用半導体レーザ３とＣＤ用半導体レーザ２７を用いた光ピックアップにおいて、第１のビームスプリッタとして偏光ビームスプリッタプリズム１０を使用したので、偏光ビームスプリッタプリズム１０の光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの波長がばらついた場合においても、より効率良く２つの半導体レーザからの入射光を合成することができた。
【００９３】
なお、本実施例では、第１の半導体レーザの発振波長が第２の半導体レーザよりも短く、第１のビームスプリッタは短波長の光を効率良く反射して長波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を待たせたが、これに限定されるものではない。
【００９４】
例えば、別の実施例として、第１の半導体レーザの発振波長が第２の半導体レーザの発振波長よりも長く、第１のビームスプリッタは長波長の光を効率良く反射して短波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせることもできる。この実施例の場合においても、第１のビームスプリッタはダイクロイック膜特性と偏光ビームスプリッタ膜特性をあわせ持つため、光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの波長がばらついた場合においても、２つの半導体レーザからの光ビームをより効率良く合成することができる。
【００９５】
また、本実施例では、広帯域４分の１波長板１７を使用することにより、短波長の半導体レーザであるＤＶＤ用半導体レーザ３を用いた場合と、長波長の半導体レーザであるＣＤ用半導体レーザ２７を用いた場合の、いずれの場合においても、半導体レーザへの戻り光の偏光方向が半導体レーザからの出射光の偏光方向に対して直交して戻る。半導体レーザへの戻り光の偏光方向が、半導体レーザからの出射光の偏光方向と同じ偏光方向の成分が無いため、半導体レーザの発振モードに影響を与えることがなくなり、同じ電流入力に対して光パワー出力が低下したり、光パワー出力が変動する等の問題が発生しない。再生時および記録時のいずれの場合においても、オートパワーコントロールを用いてパワー出力を安定に一定に保つことができる。したがって、最大定格電流以上の過電流を入力させてしまい、半導体レーザが劣化あるいは破壊にいたることがない。
【００９６】
また、本実施例では、往路において第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２に入射させる偏光方向を、短波長のＤＶＤ用半導体レーザからの光ビーム１１はＳ偏光とし、長波長のＣＤ用半導体レーザ２７からの光ビーム３４はＰ偏光とした。これにより、ＤＶＤ往路のビームスプリッタの光利用効率を略９５％、ＣＤ往路のビームスプリッタの光利用効率を略８５％とした。このように、ＤＶＤ往路のビームスプリッタの光利用効率を、ＣＤ往路のビームスプリッタの光利用効率よりも大きく設定することができた。安価に入手可能なＣＤ用半導体レーザ２７の最大光パワーは略１５０Ｗもあるのに対して、安価に入手可能なＤＶＤ用半導体レーザ３の最大光パワーは略７０Ｗとまだ小さい。本実施例では、ＤＶＤ往路のビームスプリッタの効率を、ＣＤ往路のビームスプリッタの効率よりも大きく設定できたので、略７０Ｗと小さい最大光パワーのＤＶＤ用半導体レーザ３を用いても、標準速に対して略２倍速の記録性能を得ることができた。
【００９７】
また、本実施例では、復路において第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２に入射させる偏光方向を、短波長のＤＶＤ用半導体レーザからの光ビーム２１はＰ偏光とし、長波長のＣＤ用半導体レーザ２７からの光ビーム３９はＳ偏光とした。これにより、ＤＶＤ復路のビームスプリッタの光利用効率はＰ偏光の場合には略１０％、Ｓ偏光の場合には略５％である。
【００９８】
ＤＶＤ系光ディスク１に複屈折がない場合にはＰ偏光成分のみであるが、複屈折がある場合にはＰ偏光成分が減少してＳ偏光成分が増大する。したがって、ＤＶＤ系光ディスク１に複屈折があると略１０％から略５％まで光利用効率が変動する。すなわち、光利用効率の変動比は最大略２倍である。
【００９９】
ＣＤ系光ディスク２に複屈折が無い場合にはＳ偏光成分のみであるが、複屈折がある場合にはＳ偏光成分が減少してＰ偏光成分が増大する。したがって、ＣＤ系光ディスク２に複屈折があると略１０％から略１８％まで光利用効率が変動する。すなわち、光利用効率の変動比は最大略１．８倍である。
【０１００】
このように、ＣＤ復路の光利用効率の変動比は、ＤＶＤ復路の光利用効率の変動比よりも小さくできた。光ディスク基板の複屈折は、ＤＶＤ系光ディスク１よりも、ＣＤ系光ディスク２の方が大きいので、ＣＤ復路の光利用効率の変動比を小さくすることにより、ＣＤ系光ディスク基板の複屈折によって光検出器へ入射する光パワー変動をより少なくすることができた。
【０１０１】
次に、第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザのオートパワーコントロールに用いる前方光モニタ光検出器４１を含む構成について説明する。本実施例では、第１のビームスプリッタである偏光ビームスプリッタプリズム１０を出射した光ビーム１１、３４の内、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２の中を透過せずに上空を通過する光ビーム４２、４３を前方光モニタ光検出器４１に入射させる。
【０１０２】
このように第１のビームスプリッタで２つの半導体レーザからの光ビームを合成した後の光ビームを前方光モニタ用として使用するので、前方光モニタ光検出器は１個で良い。また、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラー１２の中を透過させないので、透過による光利用効率の低下がない。また、第２のビームスプリッタの光利用効率がばらついたり、波長変化や温度変化で光利用効率が経時変化した場合においても、前方光モニタ光検出器への光ビーム４２、４３の光パワーが変動することがない。したがって、安定なオートパワーコントロールを得ることができる。また、前方光モニタ光検出器へ光ビームを導くために、反射ミラー等の追加部品を必要としないという利点がある。なお、ビームスプリッタミラー１２の上空を通過する光ビーム４２、４３を前方光モニタ光検出器４１に入射させるために、前方光モニタ光検出器４１の設置位置が上方に偏ることになるが、光ピックアップと光ディスク間に配置に十分なスペースが確保できるため、光ピックアップの高さを増大させることがない。また、一般に半導体レーザの光ビームの強度分布は上下方向には広く、左右方向には狭い。本実施例では、強度分布の広い上方向を選択したので、前方光モニタ光検出器への光パワーを十分確保することができる。
【０１０３】
以上説明したように本発明に基づく実施例によれば、互いに発振波長の異なる第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザと、第１の半導体レーザを出射した第１の光ビームを反射させるとともに第２の半導体レーザを出射した第２の光ビームを透過させることによって第１の光ビームと第２の光ビームの光路を合成する第１のビームスプリッタと、第１の光ビームおよび第２の光ビームを光ディスクに照射する対物レンズと、光ディスクを反射した第１の光ビームおよび第２の光ビームを検出する光検出器と、第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザを出射した第１の光ビームおよび第２の光ビームを対物レンズに導くとともに光ディスクを反射した第１の光ビームおよび第２の光ビームを光検出器に導くための第２のビームスプリッタとを備え、基板厚さが互いに異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクの両方の情報を兼用して記録または再生できるようにした光ピックアップにおいて、第１のビームスプリッタは少なくとも第１の半導体レーザの発振波長および第２の半導体レーザの発振波長に対してＰ偏光を効率良く透過してＳ偏光を効率良く反射する特性を有する偏光ビームスプリッタであり、第１の半導体レーザを出射した第１の光ビームの偏光状態をＳ偏光で第１のビームスプリッタへ入射させて反射させ、第２の半導体レーザを出射した第２の光ビームの偏光状態をＰ偏光で第１のビームスプリッタへ入射させて透過させるように構成した。これにより、第１のビームスプリッタへの光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの発振波長がばらついた場合においても、より効率良く２つの半導体レーザからの光ビームを合成することができるといった効果がある。
【０１０４】
また、第１の半導体レーザの発振波長が第２の半導体レーザの発振波長よりも短く、第１のビームスプリッタは、第１の半導体レーザの発振波長である短波長の光を効率良く反射して、第２の半導体レーザの発振波長である長波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせた。これにより、第１のビームスプリッタへの光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの発振波長がばらついた場合においても、より効率良く２つの半導体レーザからの光ビームを合成することができるといった効果がある。
【０１０５】
また、第１の半導体レーザの発振波長が第２の半導体レーザの発振波長よりも長く、第１のビームスプリッタは、第１の半導体レーザの発振波長である長波長の光を効率良く反射して、第２の半導体レーザの発振波長である短波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせた。これにより、第１のビームスプリッタへの光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの発振波長がばらついた場合においても、より効率良く２つの半導体レーザからの光ビームを合成することができるといった効果がある。
【０１０６】
また、第１の半導体レーザを出射した第１の光ビームの偏光状態をＳ偏光で第２のビームスプリッタへ入射させて反射させ、第２の半導体レーザを出射した第２の光ビームの偏光状態をＰ偏光で第２のビームスプリッタへ入射させて反射させ、第１の半導体レーザの発振波長と第２の半導体レーザの発振波長のいずれに対しても４分の１波長板としての機能を有する広帯域４分の１波長板を第２のビームスプリッタと前記光ディスクとの間に配置した。これにより、短波長の半導体レーザであるＤＶＤ用半導体レーザ１を用いた場合と、長波長の半導体レーザであるＣＤ用半導体レーザ２を用いた場合の、いずれの場合においても、半導体レーザへの戻り光の偏光方向が半導体レーザからの出射光の偏光方向に対して直交して戻る。半導体レーザへの戻り光の偏光方向が、半導体レーザからの出射光の偏光方向と同じ偏光方向の成分が無いため、半導体レーザの発振モードに影響を与えることがなくなり、同じ電流入力に対して光パワー出力が低下したり、光パワー出力が変動する等の問題が発生しない。再生時および記録時のいずれの場合においても、オートパワーコントロールを用いてパワー出力を安定に一定に保つことができる。したがって、最大定格電流以上の過電流を入力させてしまい、半導体レーザが劣化あるいは破壊にいたる場合がない。
【０１０７】
また、往路において第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラーに入射させる偏光方向を、短波長のＤＶＤ用半導体レーザからの光ビームはＳ偏光とし、長波長のＣＤ用半導体レーザからの光ビームはＰ偏光とした。これにより、ＤＶＤ往路のビームスプリッタの光利用効率を、ＣＤ往路のビームスプリッタの光利用効率よりも大きく設定し、小さい最大光パワーのＤＶＤ用半導体レーザを用いることができた。
【０１０８】
また、復路において第２のビームスプリッタであるビームスプリッタミラーに入射させる偏光方向を、短波長のＤＶＤ用半導体レーザからの光ビームはＰ偏光とし、長波長のＣＤ用半導体レーザからの光ビームはＳ偏光とした。これにより、ＣＤ往路の光利用効率の変動比を、ＤＶＤ往路の光利用効率の変動比よりも小さくでき、ＣＤ系光ディスク基板の複屈折によって光検出器へ入射する光パワー変動をより少なくすることができた。
【０１０９】
また、第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザのオートパワーコントロールに用いる前方光モニタ光検出器を、第１のビームスプリッタを出射した第１の光ビームと第２の光ビームの内、第２のビームスプリッタの中を透過せずに上空を通過する第１の光ビームと第２の光ビームを入射させるように配置した。これにより、前方光モニタ光検出器は１個で良い。また、第２のビームスプリッタの透過による光利用効率の低下がない。また、第２のビームスプリッタの光利用効率がばらついたり、波長変化や温度変化で光利用効率が経時変化した場合においても、前方光モニタ光検出器への光ビームの光パワーが変動することがなく、安定なオートパワーコントロールを得ることができる。また、前方光モニタ光検出器へ光ビームを導くために、反射ミラー等の追加部品を必要としない。また、半導体レーザの光ビームの強度分布の広い上方向を選択したので、前方光モニタ光検出器への光パワーを十分確保することができるといった効果がある。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明によれば、ビームスプリッタへの光線の入射角がばらついたり、半導体レーザの発振波長がばらついた場合においても、従来に比べて効率良く、複数の半導体レーザからの光ビームを合成することができる複数のビームスプリッタ構成を備える光ピックアップ、または光ディスク装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の光ピックアップの概略構成図である。
【図２】本実施例の光ピックアップの偏光ビームスプリッタ膜面１０ａの分光透過率特性である。
【図３】本実施例の光ピックアップのビームスプリッタ膜面１２ａの分光透過率特性である。
【図４】従来の光ピックアップの概略構成図である。
【符号の説明】
１…ＤＶＤ系光ディスク、１ａ…情報記録面、２…ＣＤ系光ディスク、２ａ…情報記録面、３…ＤＶＤ用半導体レーザ、３ａ…発光点、４…光ビーム、５…補助レンズ、５ａ…凸球面レンズ面、６…複合光学素子、６ａ…２分の１波長板、６ｂ…ガラス基板、６ｃ…回折格子、７…光ビーム、８…ホルダ、９…ケース、１０…偏光ビームスプリッタプリズム、１０ａ…偏光ビームスプリッタ膜面、１１…光ビーム、１２…ビームスプリッタミラー、１２ａ…ビームスプリッタ膜面、１３…光ビーム、１４…立上げミラー、１４ａ…２点鎖線、１５…カップリングレンズ、１６…光ビーム、１７…広帯域４分の１波長板、１８…光ビーム、１９…対物レンズ、２０…光ビーム、２１…光ビーム、２２…光ビーム、２３…検出レンズ、２４…光検出器、２５…基板、２６…接着剤、２６ｂ…副光ビーム、２７…ＣＤ用半導体レーザ、２７ａ…発光点、２８…光ビーム、２９…補助レンズ、２９ａ…凸球面レンズ面、３０…回折格子、３１…光ビーム、３２…ホルダ、３３…ホルダ、３４…光ビーム、３５…光ビーム、３６…光ビーム、３７…光ビーム、３８…光ビーム、３９…光ビーム、４０…光ビーム、４１…前方光モニタ光検出器、４２…光ビーム、４３…光ビーム、５０…補助レンズ、５０ａ…回折格子、５１ａ…主光ビーム、５１ｂ…副主ビーム、５１ｃ…副主ビーム、５２…光ビーム、５３…光スポット、５４…光ビーム、５５…光ビーム、５６…光ビーム、５７…光ビーム、５８…検出レンズ、５９…光ビーム、６０…補助レンズ、６０ａ…回折格子、６１ｂ…凸球面レンズ面、６１…光ビーム、６２…光ビーム、６３…光ビーム、６４…光ビーム、６５…基板。
Claims (12)
- 互いに発振波長の異なる第１の半導体レーザおよび第２の半導体レーザと、
前記第１の半導体レーザを出射した第１の光ビームを反射させるとともに前記第２の半導体レーザを出射した第２の光ビームを透過させることによって前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの光路を合成する第１のビームスプリッタと、前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを光ディスクに照射する対物レンズと、前記光ディスクを反射した前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを検出する光検出器と、前記第１の半導体レーザおよび前記第２の半導体レーザを出射した前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを前記対物レンズに導くとともに前記光ディスクを反射した前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームを前記光検出器に導くための第２のビームスプリッタとを備え、基板厚さが互いに異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクの両方の情報を兼用して記録または再生できるようにした光ピックアップにおいて、
前記第１のビームスプリッタは少なくとも前記第１の半導体レーザの発振波長および前記第２の半導体レーザの発振波長に対してＰ偏光を効率良く透過してＳ偏光を効率良く反射する特性を有する偏光ビームスプリッタであり、
前記第２のビームスプリッタは、前記第１の光ビームのＰ偏光透過率（Ｔ１ｐ）に対するＳ偏光透過率（Ｔ１ｓ）の比率（Ｔ１ｓ／Ｔ１ｐ）が、前記第２の光ビームのＰ偏光透過率（Ｔ２ｐ）に対するＳ偏光透過率（Ｔ２ｓ）の比率（Ｔ２ｓ／Ｔ２ｐ）よりも小さい特性を有し、
前記第１の半導体レーザを出射した前記第１の光ビームの偏光状態がＳ偏光で前記第１のビームスプリッタへ入射させて反射させ、前記第２の半導体レーザを出射した前記第２の光ビームの偏光状態をＰ偏光で前記第１のビームスプリッタへ入射させて透過させるように構成され、
前記第１の光ビームおよび第２の光ビームが前記第２のビームスプリッタの入射面に４５度よりも小さい入射度で入射するように前記第２のビームスプリッタが配置され、
かつ、前記第２のビームスプリッタの入射面に誘電体膜が形成されていることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、前記第１の半導体レーザの発振波長は、前記第２の半導体レーザの発振波長よりも短いことを特徴とする光ピックアップ。
- 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、前記第１の半導体レーザの発振波長が前記第２の半導体レーザの発振波長よりも短く、前記第１のビームスプリッタは、前記第１の半導体レーザの発振波長である短波長の光を効率良く反射して、前記第２の半導体レーザの発振波長である長波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせたことを特徴とする光ピックアップ。
- 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、前記第１の半導体レーザの発振波長が前記第２の半導体レーザの発振波長よりも長く、前記第１のビームスプリッタは、前記第１の半導体レーザの発振波長である長波長の光を効率良く反射して、前記第２の半導体レーザの発振波長である短波長の光を効率良く透過するダイクロイック膜特性を持たせたことを特徴とする光ピックアップ。
- 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、前記第１の半導体レーザから前記第１のビームスプリッタに至る光路中に、前記第１の半導体レーザを出射した前記第１の光ビームの偏光方向を変換させて前記第１のビームスプリッタに入射させる機能を有する２分の１波長板を配置したことを特徴とする光ピックアップ。
- 請求項５に記載の光ピックアップにおいて、前記第１の半導体レーザを出射した前記第１の光ビームを主ビームと２つの副ビームとに分離する回折格子を備え、前記回折格子と前記２分の１波長板を一体で光軸回りに回転調整できるように構成したことを特徴とする光ピックアップ。
- 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、前記第１の半導体レーザを出射した前記第１の光ビームの偏光状態をＳ偏光で前記第２のビームスプリッタへ入射させて反射させ、前記第２の半導体レーザを出射した前記第２の光ビームの偏光状態をＰ偏光で前記第２のビームスプリッタへ入射させて反射させ、前記第１の半導体レーザの発振波長と前記第２の半導体レーザの発振波長のいずれに対しても４分の１波長板としての機能を有する広帯域４分の１波長板を前記第２のビームスプリッタと前記光ディスクとの間に配置したことを特徴とする光ピックアップ。
- 請求項７に記載の光ピックアップにおいて、前記第２のビームスプリッタからの前記第１の光ビームと前記第２の光ビームを反射させて前記光ディスクに導く増反射ミラーを備え、前記広帯域４分の１波長板を前記増反射ミラーと前記光ディスクとの間に配置したことを特徴とする光ピックアップ。
- 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、前記第１の半導体レーザおよび前記第２の半導体レーザのオートパワーコントロールに用いる前方光モニタ光検出器を、前記第１のビームスプリッタを出射した前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの内、第２のビームスプリッタの中を透過せずに上空を通過する第１の光ビームと第２の光ビームを入射させるように配置したことを特徴とする光ピックアップ。
- 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、前記対物レンズと前記第２のビームスプリッタの間の前記第１の光ビーム及び第２の光ビームの光路上にカップリングレンズを備えることを特徴とする光ピックアップ。
- 前記第１の光ディスクと前記第２の光ディスクの両方の情報を兼用して記録かつ再生できるようにした請求項１乃至１０に記載の光ピックアップ。
- 請求項１乃至１１に記載の光ピックアップを用いた光ディスク装置。
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