JPWO2006126357A1 - 光ピックアップ装置及び光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

レーザ出力器（９）は、波長λ１（約４０５ｎｍ）の光を出射する発光部（４）と、波長λ２（約６５０ｎｍ）の光を出射する発光部（５）と、波長λ３（約７８０ｎｍ）の光を出射する発光部（６）とを有する。発光部（４）における光の出射位置と、発光部（６）における光の出射位置とは、レーザ出力器（９）の出射光の光軸方向から見て略同一位置に形成されている。レーザ出力器（９）の発光部（４，５，６）から出射されて光記録媒体（１６）で反射された各戻り光が、共通の光検出器（２０）で受光されるように、波長（λ１，λ２，λ３）の戻り光のうち少なくとも１つの波長の戻り光の光軸を調整する光軸調整素子（１８）が備えられている。

Description

本発明は、複数種類の光記録媒体に対する情報の記録再生等が可能な光ピックアップ装置及びこの光ピックアップ装置を備えた光ディスク装置に関し、より詳細には、３波長一体型のレーザ出力器から出射した波長の異なる光を共通の光検出器で受光するようにした光ピックアップ装置及び光ディスク装置に関する。

従来より、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）及びＣＤ（Compact Disk）に対する情報の記録再生等（記録、再生又はその両方）を行うため、出力波長が約６５０ｎｍのＤＶＤ用レーザ出力器と出力波長が約７８０ｎｍのＣＤ用レーザ出力器とを備えた２光源型の光ピックアップ装置が用いられている。さらに、各光源の小型化を図るために、単一パッケージで２種類の波長を出力可能な２波長一体型レーザ出力器も実用化されている。２波長一体型レーザ出力器としては、モノリシック型の半導体基板に２つのレーザダイオードを形成したモノリシック型レーザ出力器や、それぞれにレーザダイオードが形成された２つの半導体基板を貼り合わせたハイブリッド型レーザ出力器等が知られている。

２波長一体型レーザ出力器の場合には、２つのレーザダイオード（ＤＶＤ用、ＣＤ用）の各出射位置は僅かではあるが離れており、その距離は一般に１１０μｍ程度である。そのため、一方のレーザダイオードの光軸を光ピックアップ装置の対物レンズやコリメートレンズの中心を通るシステム光軸と一致させると、他方のレーザダイオードから出射されたレーザ光の光軸がシステム光軸からずれてしまう。このままの状態では、ＤＶＤ用、ＣＤ用のレーザダイオードから出射されて光記録媒体で反射されたそれぞれの戻り光を共通の光検出器で受光することができない。そこで、ＤＶＤ用、ＣＤ用のレーザダイオードの出射光の戻り光の一方又は両方を回折格子等で回折させることにより、両方の戻り光を共通の光検出器に導くことが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

また、近年、光記録媒体の大容量化が求められており、ＤＶＤやＣＤの数倍の容量を有する青紫色レーザ用の光ディスク等の光記録媒体が実用化されている。これに伴い、装置の小型化及び低コスト化の観点から、１つの光ピックアップ装置でＤＶＤ、ＣＤ及び青紫色レーザ用等の光記録媒体に対する情報の記録再生等を行うことが求められている。そこで、ＤＶＤ用、ＣＤ用のレーザダイオードに加えて、青紫色レーザダイオードを備えた３光源型の光ピックアップ装置の開発が進められている。

３光源型光ピックアップ装置の例としては、以下の第１及び第２の構成が提案されている。第１の構成では、出力波長の異なる３つのレーザ出力器を設け、各レーザ出力器から出射された３種類の波長の光の光軸を、各波長に対応したプリズムを用いて光ピックアップ装置のシステム光軸に一致させ、各波長の光を光記録媒体に導いている。光記録媒体で反射された３種類の波長の戻り光は、各プリズムを透過して共通の光検出器に導かれ、この光検出器で検出される（例えば、非特許文献１参照）。

また、第２の構成では、異なる波長λ１，λ２，λ３の光をそれぞれ出射する３つの半導体基板を１つのパッケージに収容した３波長一体型のレーザ出力器を用いている。波長λ１（４０５ｎｍ）の光の出射位置と波長λ２（６６０ｎｍ）の光の出射位置は、レーザ出力器の出射光の光軸方向から見てほぼ同じ位置に配置され、波長λ３（７８５ｎｍ）の光の出射位置は波長λ１，λ２の光の各出射位置から約１１０μｍ離れて配置されている。３波長一体型レーザ出力器から出射されて光記録媒体で反射された戻り光のうち、波長λ２，λ３の戻り光は共通の光検出器で検出され、波長λ１の戻り光はプリズムにより分離されて別の光検出器で検出される（例えば、非特許文献２参照）。

特開２００１−１４３３１２公報 特開２００１−２５６６７０公報 "オランダPhilips社、CDとDVD, Blu-ray Discに記録再生可能な光ヘッドを開発"、[online]、２００４年７月１６日、日経ＢＰ社、[２００５年２月２０日アクセス]、インターネット＜http://techon.nikkeibp.co.jp/members/NEWS/20040716/104521/＞ "ブルーレイディスク・ＤＶＤ・ＣＤに対応する３波長記録再生用光学ヘッドを開発"、[online]、２００４年５月１７日、ソニー株式会社、[２００５年２月２０日アクセス]、インターネット＜http://www.sony.co.jp/SonyInfo/News/Press/200405/04-026/＞

しかしながら、上述した第１の構成（非特許文献１）では、光記録媒体で反射された戻り光を共通の光検出器で受光することはできるが、それぞれのレーザ出力器の光軸を光ピックアップ装置のシステム光軸に一致させるための光学部品（プリズム等）が多く必要になり、その結果、光ピックアップ装置の構成部品が多くなり、装置の小型化及び低コスト化が難しいという問題がある。

また、上述した第２の構成（非特許文献２）では、光記録媒体の信号記録面で反射した各戻り光から、波長λ１の戻り光を分離するためのプリズムと、この波長λ１の戻り光を検出するための専用の光検出器とが必要になる上、波長λ２，λ３の戻り光を共通の光検出器で受光するために何らかの光軸調整手段が必要になり、そのため装置の小型化及び低コスト化が難しいという問題がある。

ここで、２光源型光ピックアップ装置では、位相差型の回折格子等を利用することで小型化及び低コスト化が実現されていることから（特許文献１，２）、３光源型光ピックアップ装置でも同様に位相差型の回折格子を利用することが考えられる。しかしながら、位相差型の回折格子では、入射光の波長λと、入射側の入射角θと、媒質の屈折率ｎと、出射光の出射角θ’と、媒質の屈折率ｎ’と、回折光の次数ｍと、回折格子ピッチｐとの間に、nｓｉｎθ−ｎ’ｓｉｎθ’＝ｍλ／ｐの関係が成立するため、並行して回折格子に入射した３波長の光の１次以上の回折光の回折角はいずれも異なり、従って、３波長の戻り光を共通の光検出器に導くことが難しいという問題がある。

また、上述した３波長一体型レーザ出力器を使用した光ピックアップ装置の構成（非特許文献１，２）に、位相差型の回折格子（特許文献１，２）を適用し、波長λ１（４０５ｎｍ），波長λ２（６６０ｎｍ）の光の０次回折光と、波長λ３（７８５ｎｍ）の光の１次以上の回折光とを共通の光検出器に導くことも考えられる。しかしながら、この場合、波長λ１，λ２の光の０次回折光が高効率で得られる回折格子を作成しようとすると、回折格子の溝が深くなり、作成が難しいという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、使用される光の波長の異なる複数種類の光記録媒体（例えば、ＤＶＤ、ＣＤ，青紫色レーザ用光ディスク）に対する情報の記録再生等を行うため、光記録媒体で反射された３種類の戻り光を共通の光検出器で検出できるようにすることを目的とする。

また、本発明は、上述のような光ピックアップ装置を備えて構成された光ディスク装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光ピックアップ装置は、第１の波長の光を出射する第１の発光部と、第２の波長の光を出射する第２の発光部と、第３の波長の光を出射する第３の発光部とを有し、前記第１の発光部における光の出射位置と前記第３の発光部における光の出射位置とが、出射光の光軸の方向から見て略同一位置にあるよう構成されたレーザ出力器と、光検出器と、前記レーザ出力器の前記第１、第２及び第３の発光部から出射され、光記録媒体で反射されたそれぞれの戻り光が前記光検出器で受光されるように、前記第１、第２及び第３の波長の戻り光のうち、少なくとも１つの波長の戻り光の光軸を調整する光軸調整素子とを備えて構成されている。

この発明に係る光ピックアップ装置では、第１及び第３の発光部から出射された第１及び第３の波長の光は、略同一の光路を経て光記録媒体まで導かれ、第２の発光部から出射された第２の波長の光は、第１及び第３の波長の光の光路から僅かな距離を隔てた光路を通って光記録媒体まで導かれる。光記録媒体で反射された第１、第２及び第３の波長の戻り光のうち、少なくとも１つの波長の戻り光の光軸が光軸調整素子により調整され、それぞれの戻り光が共通の光検出器で受光される。光記録媒体で反射された３種類の戻り光を共通の光検出器で検出できるため、光ピックアップ装置（及びそれを用いた光ディスク装置）の小型化及び低コスト化を実現することができる。

本発明の実施の形態１におけるレーザ出力器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置の光路系を示す図である。 本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置のレーザ出力器及び光検出器部分を示す拡大図である。 本発明の実施の形態１における光軸調整素子での回折を説明するための図である。 本発明の実施の形態１におけるバイナリブレーズ型の回折格子の説明図である。 本発明の実施の形態１におけるレベル数２のバイナリブレーズ型の回折格子の回折効率を示すグラフである。 本発明の実施の形態１におけるレベル数３のバイナリブレーズ型の回折格子の回折効率を示すグラフである。 本発明の実施の形態１におけるレベル数４のバイナリブレーズ型の回折格子の回折効率を示すグラフである。 本発明の実施の形態１におけるレベル数５のバイナリブレーズ型の回折格子の回折効率を示すグラフである。 本発明の実施の形態１におけるレベル数６のバイナリブレーズ型の回折格子の回折効率を示すグラフである。 本発明の実施の形態１におけるレベル数７のバイナリブレーズ型の回折格子の回折効率を示すグラフである。 本発明の実施の形態１におけるレベル数８のバイナリブレーズ型の回折格子の回折効率を示すグラフである。 本発明の実施の形態１における各レベル数における波長λ２の１次回折効率を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態におけるレーザ出力器を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態におけるレーザ出力器の他の例を示す斜視図である。 本発明の第５の実施の形態における光ディスク装置の基本構成を示す斜視図である。

符号の説明

１，２，３，７，８ 半導体基板、 ４，５，６ 発光部、 ９ レーザ出力器、 １０ グレーティング、 １１ プリズム、 １２ ミラー、 １３ コリメートレンズ、 １４ 波長板、 １５ 対物レンズ、 １６ 光ディスク、 １７ センサーレンズ、 １８ 光軸調整素子、 １９ 回折格子、 １９ａ 回折格子の格子面、 ２０ 光検出器、 １００ 光ピックアップ装置、 １０１ 制御回路。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ピックアップ装置の３波長一体型レーザ出力器９を拡大して示す斜視図である。この実施の形態１に係る光ピックアップ装置は、従来からの光記録媒体であるＤＶＤ，ＣＤに加え、それらの数倍の容量を有する青紫色レーザ用の光ディスクに対する情報の記録再生等（記録、再生又はその両方）を行うものである。

光ピックアップ装置は、光源として、図１に示した３波長一体型レーザ出力器９（以下、単にレーザ出力器９とする。）を備えている。このレーザ出力器９は、３つの半導体基板１，２，３を組み合わせて一つのパッケージとしたものである。各半導体基板１，２，３には、それぞれレーザダイオードからなる発光部４，５，６が形成されている。発光部４，５，６は、それぞれ印加電圧に応じて、波長λ１（約４０５ｎｍ）、波長λ２（約６５０ｎｍ）、波長λ３（約７８０ｎｍ）の光を出射するようになっている。レーザ出力器９は、発光部４，５，６のいずれかに電圧を印加することで、３種類の波長λ１，λ２，λ３のうち、いずれかの波長の光を出射するようになっている。

レーザ出力器９は、具体的には、波長λ１の光を出射する半導体基板１上に、波長λ２の光を出射する半導体基板２と、波長λ３の光を出射する半導体基板３とを並列して貼り付けて構成されている。半導体基板２，３の貼り付け位置は、波長λ１の光を出射する発光部４と、波長λ３の光を出射する発光部６とが、レーザ出力器９の出射光の光軸（符号Ｘで示す）の方向から見てほぼ同じになるように決定されている。一方、波長λ２の光を出射する発光部５は、空間的制約のため（半導体基板３が存在するため）、波長λ１，λ３の光を出射する発光部４，６から若干離れた位置に配置されている。発光部４，６から発光部５までの距離は、例えば１１０μｍである。

図２は、実施の形態１に係る光ピックアップ装置の光学系を示す図である。図３は、実施の形態１に係る光ピックアップ装置の光学系の一部を拡大して示す図である。図２及び図３において、レーザ出力器９から出射された各波長の光の光路を符号Ｌで示す。図２に示すように、光ピックアップ装置は、レーザ出力器９から出射された光が入射するグレーティングレンズ１０を有している。グレーティングレンズ１０は、光ピックアップ装置で一般に行われているトラッキングエラー信号検出（３ビーム法、差動プッシュプル法など）に必要なサブビームを形成するためのものである。

光ピックアップ装置は、さらに、グレーティングレンズ１０を透過した光が入射するプリズム１１を有している。プリズム１１は、入射光の偏光方向に応じて反射及び透過を切り換える偏光ビームスプリッターの役割を担うものである。このプリズム１１は、レーザ出力器９から出射されてグレーティングレンズ１０を透過した光（すなわち往路の光）を透過させる。

光ピックアップ装置は、さらに、プリズム１１を透過した光を反射するミラー１２と、ミラー１２により反射された光が入射するコリメートレンズ１３と、コリメートレンズ１３を透過した光が入射する波長板１４とを有する。コリメートレンズ１３は、入射光を平行光に変換するものである。波長板１４は、直線偏光を円偏光に変換する作用を有する、いわゆる１／４λ波長板である。波長板１４を通過した光は、対物レンズ１５に入射し、光ディスク１６（ＤＶＤ，ＣＤ又は青紫色レーザ用光ディスク）の信号記録面に集光される。

各光ディスク１６の信号記録面に集光された光は、その信号記録面に記録された情報信号に応じて変調されて反射して戻り光となり、対物レンズ１５を透過して再び平行光となって波長板１４に入射する。波長板１４では、円偏光から直線偏光に変換されるが、この際の偏光方向は、往路とは９０度異なる方向となっている。波長板１４を通過した戻り光は、コリメートレンズ１３を透過して集光光束となり、ミラー１２で反射されてプリズム１１に入射する。

図３に示すように、プリズム１１では、その偏光依存性により、偏光方向が往路と９０度異なる戻り光を反射して（９０度偏向して）、センサーレンズ１７に導く。センサーレンズ１７は、光ピックアップ装置で一般に行われているフォーカスエラー信号検出に必要な非点収差を戻り光に与えるためのものである。センサーレンズ１７を通過した戻り光は、光軸調整素子１８に入射する。

光軸調整素子１８は、異なる３種類の波長λ１，λ２，λ３の戻り光のうち、少なくとも１つの波長の戻り光の光軸方向を変化させる作用を有している。具体的には、光軸調整素子１８に設けられた回折格子１９の回折作用により、波長λ２の戻り光の光軸方向を変化させ、これにより波長λ１，λ２，λ３の戻り光が共通の光検出器２０に受光されるようになっている。

波長λ１及び波長λ３の戻り光は、それぞれの光軸が、コリメートレンズ１３や対物レンズ１５の中心を通る光軸（光ピックアップ装置のシステム光軸：図２，３に符号Ａで示す）とほぼ一致するように進行し、光軸調整素子１８を通過して光検出器２０に入射する。一方、波長λ２の光を出射する半導体基板２の発光部５（図１）は、波長λ１，λ３の発光部４，６（図１）から僅かに離れた位置に配置されているため、波長λ２の戻り光は、その光軸がシステム光軸Ａからずれた状態で光軸調整素子１８に入射し、光軸調整素子１８に設けられたバイナリブレーズ型の回折格子１９により回折されたのち光検出器２０に入射する。すなわち、波長λ１，λ２，λ３の戻り光のいずれについても、光検出器２０で受光し、信号検出を行うことができる。

次に、光軸調整素子１８のバイナリブレーズ型の回折格子１９の作用及び構成について説明する。図４は、実施の形態１に係る光ピックアップ装置の光軸調整素子１８に設けられたバイナリブレーズ型の回折格子１９の作用を説明するための図である。図５は、バイナリブレーズ型の回折格子１９の構成を示す図である。図４において、光検出器２０に入射する各波長の光の光路を符号Ｌで示す。

図５に示すように、バイナリブレーズ型の回折格子１９は、その入射面又は出射面（ここでは出射面）に形成したブレーズ格子面を階段状にしたものである。階段状の格子面１９ａは、ここでは、格子底面（符号Ｂで示す）、２段目（Ｐ＝２）、３段目（Ｐ＝３）、４段目（Ｐ＝４）及び５段目（Ｐ＝５）からなる５段に形成されている。回折格子１９の一段あたりの高さ（深さ）を、段差ｄとする。また、回折格子１９の階段状の段数（格子底面も含む）を、レベル数Ｐとする。さらに、格子底面Ｂをなす格子面から最上段（ここではＰ＝５）をなす格子面までの距離を、溝深さｈとする。

図４に示すように、波長λ１，λ３の戻り光は、互いに略同一の光路を通って、バイナリブレーズ型の回折格子１９（以下、単に回折格子１９とする）の入射面１９ｂ（図５）
に対して垂直に入射し、０次回折光（回折角が０度）が回折格子１９の格子面１９ａ（図５）から出射される。波長λ１，λ３の戻り光の０次回折光は、光検出器２０の検出面に対して垂直に、且つ互いに同位置に入射する。

一方、波長λ２の戻り光は、波長λ１，λ３の戻り光の光軸からずれた光路を通って、一定の入射角で回折格子１９の入射面１９ｂ（図５）に入射し、１次回折光が回折格子１９の格子面１９ａ（図５）から出射される。波長λ２の戻り光の１次回折光は、一定の入射角（回折格子１９への入射角とは異なる）で光検出器２０に入射する。

このように構成されているため、光軸調整素子１８及び光検出器２０を、図４にそれぞれ矢印で示すように入射光の光軸方向（波長λ１，λ３の戻り光の光軸Ａの方向）に移動させることで、光検出器２０の検出面内（入射光の光軸に直交する面内）における波長λ２の戻り光の受光位置を調整することができる。波長λ１，λ３の戻り光については、０次回折光が利用されているので、光軸調整素子１８及び光検出器２０を光軸方向に移動させても、光検出器２０上の受光位置が変化することがない。その結果、波長λ１，λ３の戻り光の光検出器２０上の受光位置に、波長λ２の戻り光の受光位置を一致させることができる。

ここで、回折格子１９を形成する素材の波長λ３に対する屈折率をｎ３とし、ｍを１以上の整数とすると、図５に示した回折格子１９の段差ｄは、
ｄ≒ｍλ３／（ｎ３−１） ・・・ （１）
で表される。波長λ１を４０５ｎｍ、波長λ３を７８０ｎｍ、次数ｍを１とし、さらに回折格子１９の屈折率を一般的な硝子素材であるＢＫ７相当の屈折率データに基づいて決定すると、式（１）から段差ｄは約１．５３μｍとなる。これに基づき、本実施の形態では、回折格子１９の段差ｄは、１．５３μｍに設定されている。

バイナリブレーズ型の回折格子１９では、その段差ｄがλ／（ｎ−１）の整数倍であれば、段差ｄによる光路長差が波長λの整数倍になるため、最大の０次回折効率を得ることができる。波長λ１を４０５ｎｍとし、波長λ３を７８０ｎｍとすると、波長の比は約１．９２であり、ほぼ２に近い。そのため、光路長差が波長λ３の整数倍となるように段差ｄを設定すると、波長λ１でもほぼ整数倍の値となり、波長λ１，λ３のどちらにおいても高い０次回折効率を得ることができる。

また、一般的に硝子やプラスチックのような素材の屈折率は、波長が短くなるにつれて若干大きくなる。たとえば、一般的な硝子素材であるＢＫ７の場合では、波長４０５ｎｍに対してはｎ＝１．５３であるが、波長７８０ｎｍに対してはｎ＝１．５１である。回折格子１９の素材として、一般的な硝子素材であるＢＫ７相当の屈折率データを使用して計算した場合には、λ３／（ｎ３−１）とλ１／（ｎ１−１）の比の値は、１．９９になる。このため、回折格子１９の段差ｄを、波長λ３の最大の０次回折効率が得られるよう、λ３／（ｎ３−１）の整数倍に設定すれば、波長λ１の最大の０次回折効率が得られる段差、すなわちλ１／（ｎ１−１）の整数倍に近づく。その結果、波長λ１，λ３のいずれについても、高い０次回折効率が得られる。

一般的な硝子素材であるＢＫ７相当の屈折率データを使用して、レベル数Ｐを最も構造が簡単なＰ＝２とした場合に、回折格子１９の段差ｄを変数（レベル数２の場合は、ｄ＝ｈ）として、各戻り光の回折効率を計算すると、各戻り光の回折効率は、正弦波曲線を描きながら変化し、ｄ＝１．５３μｍで、波長λ１，λ３ともにほぼ最大の０次回折効率が得られる。

上述したように、回折格子１９のレベル数Ｐは、回折格子１９の階段状の段数（格子底面も含む）をいうものであり、図５に示した例ではＰ＝５である。回折格子１９では、レベル数Ｐに応じて、得られる最大の回折効率が異なっている。

図６〜図１２に、回折格子１９のレベル数Ｐを２，３，４，５，６，７，８の７通りに変化させた場合の、溝深さｈと各戻り光の回折効率の計算値との関係を示す。計算では、屈折率データとして、一般的な硝子素材であるＢＫ７の屈折率データを使用した。

図６に示すように、レベル数Ｐ＝２の場合には、溝深さｈが約１．５μｍのときに波長λ１，λ３の０次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき（ｈ＝１．５μｍ）の波長λ２の１次回折効率ηは、η＝０．１５である。

図７に示すように、レベル数Ｐ＝３の場合には、溝深さｈが約３．１μｍのときに波長λ１，λ３の０次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき（ｈ＝３．１μｍ）の波長λ２の１次回折効率ηは、η＝０．４４である。

図８に示すように、レベル数Ｐ＝４の場合には、溝深さｈが約４．６μｍのときに波長λ１，λ３の０次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき（ｈ＝４．６μｍ）の波長λ２の１次回折効率ηは、η＝０．７４である。

図９に示すように、レベル数Ｐ＝５の場合には、溝深さｈが約６．１μｍのときに波長λ１，λ３の０次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき（ｈ＝６．１μｍ）の波長λ２の１次回折効率ηは、η＝０．８７である。

図１０に示すように、レベル数Ｐ＝６の場合には、溝深さｈが約７．６μｍのときに波長λ１，λ３の０次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき（ｈ＝７．６μｍ）の波長λ２の１次回折効率ηは、η＝０．７５である。

図１１に示すように、レベル数Ｐ＝７の場合には、溝深さｈが約９．２μｍのときに波長λ１，λ３の０次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき（ｈ＝９．２μｍ）の波長λ２の１次回折効率ηは、η＝０．４５である。

図１２に示すように、レベル数Ｐ＝８の場合には、溝深さｈが約１０．７のときに波長λ１，λ３の０次回折光がほぼ最大の値となっている。このとき（ｈ＝１０．７）の波長λ２の１次回折効率ηは、η＝０．１７である。

図１３は、レベル数Ｐと、波長λ１，λ３の０次回折光がほぼ最大のときの波長λ２の１次回折効率との関係を示すグラフである。

一般に、光検出器２０で受光する光量が多いほど信号の検出が容易になる。本実施の形態では、レベル数Ｐを５に設定することにより、（波長λ１，λ３の０次回折効率が最大となるときの）波長λ２の高い１次回折効率を得ている。このため、波長λ１，λ３の戻り光のみならず、波長λ２の戻り光について良好な信号検出を行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態では、光記録媒体で反射された波長λ１，λ２，λ３の戻り光のうち、少なくとも１つの波長（ここでは波長λ２）の戻り光の光軸を光軸調整素子１８により調整することにより、各波長の戻り光を共通の光検出器２０で検出することが可能になる。これにより、光ピックアップ装置（及びそれを用いた光ディスク装置）の小型化及び低コスト化を実現することができる。

また、本実施の形態では、波長λ１，λ３の戻り光の０次回折光を光検出器２０に導くようにしたので、波長λ１，λ３の戻り光の光検出器２０上での受光位置を変化させずに、回折格子１９及び光検出器２０を入射光の光軸方向に移動させることが可能になる。そのため、回折格子１９及び光検出器２０の移動調節により、波長λ１，λ３の戻り光の光検出器２０上の受光位置に、波長λ２の戻り光の受光位置を一致させることができる。これにより、簡単な方法で、波長λ１，λ２，λ３の戻り光を共通の光検出器２０に導くための光軸調整を行うことができる。

さらに、本実施の形態では、波長λ１（約４０５ｎｍ）及び波長λ３（約７８０ｎｍ）の０次回折光を利用しているが、図６〜図１２に示したように、回折格子１９の溝深さｈをあまり深く形成しなくても、波長λ１，λ３の０次回折光を高効率で得ることができる。そのため、波長λ１，λ３の０次回折光が高効率で得られる回折格子１９を、簡単に作成することができる。

また、バイナリブレーズ型の回折格子では、段差ｄがλ／（ｎ−１）の整数倍のときに、段差ｄによる光路長差が波長λの整数倍となり、最大の０次回折効率が得られる。本実施の形態では、回折格子１９の段差ｄは、ｄ≒ｍλ３／（ｎ３−１）に設定されており（ｎ３は回折格子の波長λ３に対する屈折率、ｍは１以上の整数）、波長λ３において最大の０次回折効率が得られるようになっている。波長λ１を４０５ｎｍ、波長λ３を７８０ｎｍとすると、波長の比は約１．９２であり、ほぼ２に近い。そのため、光路長差が波長λ３の整数倍となるように段差ｄを設定すると、波長λ１に対してもほぼ整数倍の値となり、波長λ１，λ３のどちらにおいても高い０次回折効率を得ることができる。その結果、波長λ１，λ３の戻り光の良好な信号検出を行うことができる。

実施の形態２．
図１４は、本発明の実施の形態２に係る３波長一体型レーザ出力器９（以下、単にレーザ出力器９とする。）の構成を示す斜視図である。本実施の形態では、レーザ出力器９の構成が、上述した実施の形態１と異なっている。本実施の形態に係る光ピックアップ装置のレーザ出力器９以外の構成要素は、上述した実施の形態１と同様に構成されている。

本実施の形態におけるレーザ出力器９は、発光部（レーザダイオード）４が形成された半導体基板１の上に、発光部（レーザダイオード）５，６が形成されたモノリシック型の半導体基板７を貼り合わせて１つのパッケージとしたものである。半導体基板１に形成された発光部４及び半導体基板７に形成された発光部５，６は、それぞれ印加電圧に応じて、波長λ１（約４０５ｎｍ）、波長λ２（約６５０ｎｍ）、波長λ３（約７８０ｎｍ）の光を出射するようになっている。また、半導体基板１，７は、発光部４における光の出射位置と、発光部６における光の出射位置とが、レーザ出力器９の出射光の光軸方向から見てほぼ同じになるように貼り付けられている。モノリシック型の半導体基板７の発光部５は、その光の出射位置が、発光部４，６における光の出射位置から例えば１１０μｍ離れるように形成されている。

図１５は、実施の形態２に係るレーザ出力器９の他の構成例を示す斜視図である。図１５に示すレーザ出力器９は、発光部（レーザダイオード）４，５が形成されたモノリシック型の半導体基板８の上に、発光部（レーザダイオード）６が形成された半導体基板３を貼り合わせて１つのパッケージとしたものである。半導体基板８に形成された発光部４，５及び半導体基板３に形成された発光部６は、それぞれ、電圧を印加されることにより、波長λ１（約４０５ｎｍ）、波長λ２（約６５０ｎｍ）、波長λ３（約７８０ｎｍ）の光を出射するようになっている。ここで、半導体基板８，３は、発光部４における光の出射位置と、発光部６における光の出射位置とが、レーザ出力器９の出射光の光軸の方向から見てほぼ同じになるように貼り付けられている。モノリシック型の半導体基板８の発光部５は、その光の出射位置が、発光部４，６の光の出射位置から例えば１１０μｍ離れるように形成されている。

本実施の形態（図１４、図１５）では、レーザ出力器９において、波長λ１の光の出射位置と波長λ３の光の出射位置とが、レーザ出力器９の出射光の光軸の方向から見て略同じ位置に形成されているため、上述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
上述した実施の形態１では、光軸調整素子１８の回折格子１９のレベル数Ｐが５に設定されているが、本実施の形態では、回折格子１９のレベル数Ｐを４〜６の範囲に設定している。本実施の形態に係る光ピックアップ装置の他の構成は、上述した実施の形態１と同様に構成されている。

上述した図５に示した回折格子１９の構成は、本実施の形態においてレベル数Ｐを５とした場合の構成に相当する。レベル数Ｐが２〜８の回折格子１９において溝深さｈを変化させた場合、各波長における０次回折効率及び１次回折効率は、図６〜図１２に示したように変化する。また、レベル数Ｐと、波長λ１，λ３の０次回折光がほぼ最大のときの波長λ２の１次回折効率との間には、図１３に示した関係がある。なお、実施の形態１でも説明したように、回折格子１９の屈折率は、一般的な硝子素材であるＢＫ７相当の屈折率データを使用して計算している。

図１３に示したように、回折格子１９のレベル数Ｐが４〜６の範囲内であれば、（波長λ１，λ３の０次回折効率が最大となるときの）波長λ２の１次回折効率が０．７以上であり、高い１次回折効率が得られる。一般に、光検出器２０に受光する光量が多いほど信号検出が容易になるため、回折格子１９のレベル数Ｐが４〜６であれば、光検出器２０において良好な信号検出を行うことが可能になる。

以上説明したように、本実施の形態では、レベル数Ｐが４〜６のバイナリブレーズ型の回折格子１９を用いることにより、波長λ１，λ３の戻り光に加えて、波長λ２の波長の戻り光についても高い回折効率を得ることができ、これにより光検出器２０において良好な信号検出を行うことが可能になる。

特に、レベル数Ｐを４とした場合には、レベル数Ｐを５，６とした場合よりも段数が少なく構造が簡単であるため、回折格子１９の作成が容易になるという利点もある。

実施の形態４．
上述した実施の形態１では、光軸調整素子１８の回折格子１９の屈折率を、一般的な硝子素材であるＢＫ７の屈折率相当としたが、本実施の形態３では、回折格子１９の素材として、以下の条件を満足する屈折率を有するものを選択する。本実施の形態に係る光ピックアップ装置の他の構成は、上述した実施の形態１と同様に構成されている。

本実施の形態では、光軸調整素子１８の回折格子１９の素材を、その素材の波長λ１に対する屈折率をｎ１とし、波長λ３に対する屈折率をｎ３としたときに、
１．０≦（ｎ１−１）／（ｎ３−１）≦１．０８ ・・・ （２）
を満足するものの中から選択している。

上述した実施の形態１では、波長λ１を約４０５ｎｍ、波長λ３を約７８０ｎｍと説明したが、一般に、青紫色用の半導体レーザ出力器やＣＤ用の半導体レーザ出力器の出力波長は、λ１＝４０５±８ｎｍ、λ３＝７８０±１５ｎｍと一定の幅をもっており、必ずしもλ１＝４０５ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍではない。

実施の形態１でも説明したように、回折格子１９の段差ｄがλ／（ｎ−１）の整数倍のときに最大の０次回折効率が得られるため、波長λ１についての最適な段差ｄはλ１／（ｎ１−１）の整数倍であり、波長λ３についての最適な段差ｄはλ３／（ｎ３−１）の整数倍である。λ３／λ１の値は約２であるが、屈折率ｎ１，ｎ３の違いを考慮すると、
２λ１／（ｎ１−１）＝λ３／（ｎ３−１） ・・・ （３）
が成立するときに、波長λ１，λ３について最大の０次回折効率が得られることになる。上の式（３）を変形すると、以下の式（４）が得られる。
（ｎ１−１）／（ｎ３−１）＝２λ１／λ３ ・・・ （４）

式（４）に、上述した出力波長の範囲（λ１＝４０５±８ｎｍ、λ３＝７８０±１５ｎｍ）を適用すると、上述した式（２）が得られる。回折格子１９を、式（２）を満足する素材により形成すれば、同じ段差ｄで、波長λ１，λ３ともに最大の０次回折効率を得ることができる。このように、レーザ出力器９の出力波長に応じて適切な回折格子１９の素材を選択することにより、波長λ１，λ３について高い回折効率を得ることができる。

以上説明したように、本実施の形態では、バイナリブレーズ型の回折格子１９が、１．０≦（ｎ１−１）／（ｎ３−１）≦１．０８を満足する素材で形成されているため、出力波長に幅があるレーザ出力器を使用した場合でも、波長λ１，λ３の両波長で高い０次回折効率を得ることができ、光検出器２０において良好な信号検出を行うことが可能になる。

実施の形態５．
図１６は、本発明の実施の形態５に係る光ディスク装置の基本構成を示す図である。本実施の形態に係る光ディスク装置は、光ピックアップ装置１００を備えたものであり、この光ピックアップ装置１００としては、実施の形態１〜４のいずれの光ピックアップ装置を用いてもよい。

本実施の形態に係る光ディスク装置は、ＤＶＤ、ＣＤ、又はこれらの数倍の容量を有する青紫色レーザ用の光ディスク（光ディスク１６とする。）を保持して回転駆動する回転駆動機構１０２を備えている。この回転駆動機構１０２は、光ディスク１６の中心部に設けられたチャッキング孔１６ａを基準として光ディスク１６を位置決めし、回転駆動するものである。

光ピックアップ装置１００は、回転駆動機構１０２により回転駆動される光ディスク１６の信号記録面に対物レンズを対向させた状態で配置され、送り機構１０３により光ディスク１６の半径方向に移動する。光ピックアップ装置１００、回転駆動機構１０２及び送り機構１０３は、制御回路１０１により制御される。光ピックアップ装置１００は、レーザ出力器９（図１）が出射可能な３種類の波長λ１，λ２，λ３のうち、光ディスク１６の種類（ＤＶＤ、ＣＤ又は青紫色レーザ用の光ディスク）に応じて選択された波長の光を用いて、光ディスク１６に対する情報の書き込み、読み出し、又はその両方を行う。光ピックアップ装置１００により光ディスク１６から読み出された信号は、復調回路１０５により復調される。

本実施の形態によれば、実施の形態１〜４で説明した光ピックアップ装置を用いて光ディスク装置を構成することにより、光ディスク装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。

なお、上述した各実施の形態では、波長λ１，λ２，λ３を、それぞれ約４０５ｎｍ、約６５０ｎｍ、約７８０ｎｍとしたが、使用する光記録媒体の種類に応じて、他の波長の組み合わせを用いてもよい。

また、上述した各実施の形態では、バイナリブレーズ型の回折格子１９を用いたが、バイナリブレーズ型の回折格子に限らず、波長λ１，λ２，λ３の戻り光を共通の光検出器２０で受光できるように、少なくとも１つの波長の戻り光の光軸を調整することが可能な光軸調整素子であればよい。

本発明に係る光ピックアップ装置は、第１の波長の光を出射する第１の発光部と、第２の波長の光を出射する第２の発光部と、前記第１の波長の略整数倍である第３の波長の光を出射する第３の発光部とを有し、前記第１の発光部における光の出射位置と前記第３の発光部における光の出射位置とが、出射光の光軸の方向から見て略同一位置にあるよう構成されたレーザ出力器と、光検出器と、前記レーザ出力器の前記第１、第２及び第３の発光部から出射され、光記録媒体で反射されたそれぞれの戻り光が前記光検出器で受光されるように、前記第１、第２及び第３の波長の戻り光のうち、少なくとも１つの波長の戻り光の光軸を調整する光軸調整素子とを備えて構成されている。

本発明に係る光ピックアップ装置は、第１の波長の光を出射する第１の発光部と、第２の波長の光を出射する第２の発光部と、前記第１の波長の略整数倍である第３の波長の光を出射する第３の発光部とを有し、前記第１の発光部における光の出射位置と前記第３の発光部における光の出射位置とが、出射光の光軸の方向から見て略同一位置にあるよう構成されたレーザ出力器と、光検出器と、前記レーザ出力器の前記第１、第２及び第３の発光部から出射され、光記録媒体で反射されたそれぞれの戻り光が前記光検出器で受光されるように、前記第１、第２及び第３の波長の戻り光のうち、少なくとも１つの波長の戻り光の光軸を調整する光軸調整素子と光軸調整素子とを備えている。光軸調整素子は位相差型の回折格子であり、当該回折格子によって回折され、光検出器に受光される戻り光のうち、第１の波長及び第３の波長の戻り光の０次回折光が光検出器上に導かれ、信号の検出が行われる。
本発明に係る光ピックアップ装置は、また、第１の波長の光を出射する第１の発光部と、第２の波長の光を出射する第２の発光部と、前記第１の波長の略整数倍である第３の波長の光を出射する第３の発光部とを有し、前記第１の発光部における光の出射位置と前記第３の発光部における光の出射位置とが、出射光の光軸の方向から見て略同一位置にあるよう構成されたレーザ出力器と、光検出器と、前記レーザ出力器の前記第１、第２及び第３の発光部から出射され、光記録媒体で反射されたそれぞれの戻り光が前記光検出器で受光されるように、前記第１、第２及び第３の波長の戻り光のうち、少なくとも１つの波長の戻り光の光軸を調整する光軸調整素子とを備えている。前記第１の波長は約４０５ｎｍであり、前記第２の波長は約６５０ｎｍであり、前記第３の波長は約７８０ｎｍである。前記光軸調整素子はバイナリブレーズ型の回折格子であり、当該回折格子の段差ｄは、回折格子の前記第３の波長λ３に対する屈折率をｎ３とし、ｍを１以上の整数とすると、ｄ≒ｍλ３／（ｎ３−１）と表される。

Claims (12)

1. 第１の波長の光を出射する第１の発光部と、第２の波長の光を出射する第２の発光部と、第３の波長の光を出射する第３の発光部とを有し、前記第１の発光部における光の出射位置と前記第３の発光部における光の出射位置とが、出射光の光軸の方向から見て略同一位置にあるよう構成されたレーザ出力器と、
   光検出器と、
   前記レーザ出力器の前記第１、第２及び第３の発光部から出射され、光記録媒体で反射されたそれぞれの戻り光が前記光検出器で受光されるように、前記第１、第２及び第３の波長の戻り光のうち、少なくとも１つの波長の戻り光の光軸を調整する光軸調整素子と
   を備えた光ピックアップ装置。
2. 前記光軸調整素子が、位相差型の回折格子を有し、前記回折格子の回折作用を利用して前記戻り光の光軸を調整することを特徴とする請求の範囲１に記載の光ピックアップ装置。
3. 前記第１の波長が約４０５ｎｍであり、前記第２の波長が約６５０ｎｍであり、前記第３の波長が約７８０ｎｍであることを特徴とする請求の範囲２に記載の光ピックアップ装置。
4. 前記回折格子によって回折され、前記光検出器に受光される戻り光のうち、第１の波長及び第３の波長の戻り光の０次回折光が前記光検出器上に導かれ、信号の検出が行われることを特徴とする請求の範囲３に記載の光ピックアップ装置。
5. 前記光軸調整素子により、前記第２の波長の戻り光の光軸を調整することを特徴とする請求の範囲４に記載の光ピックアップ装置。
6. 前記回折格子が、バイナリブレーズ型の回折格子であることを特徴とする請求の範囲２に記載の光ピックアップ装置。
7. 前記バイナリブレーズ型の回折格子の段差ｄは、回折格子の前記第３の波長λ３に対する屈折率をｎ３とし、ｍを１以上の整数とすると、
   ｄ≒ｍλ３／（ｎ３−１）
   と表されることを特徴とする請求の範囲６に記載の光ピックアップ装置。
8. 前記バイナリブレーズ型の回折格子の段数が、４以上６以下であることを特徴とする請求の範囲５に記載の光ピックアップ装置。
9. 前記回折格子の前記第１の波長λ１に対する屈折率をｎ１とし、前記回折格子の前記第３の波長λ３に対する屈折率をｎ３とするとき、
   １．０≦（ｎ１−１）／（ｎ３−１）≦１．０８
   が成立することを特徴とする請求の範囲２に記載の光ピックアップ装置。
10. 前記第１の発光部と前記第３の発光部とが、貼り合わされた２つの半導体基板に、互いに対向するように形成されていることを特徴とする請求の範囲１に記載の光ピックアップ装置。
11. 前記第２の発光部と、前記第１の発光部又は前記第３の発光部とが、共通のモノリシック型の半導体基板に形成されていることを特徴とする請求の範囲１０に記載の光ピックアップ装置。
12. 光記録媒体としての光ディスクを回転駆動する回転駆動機構と、
    前記回転駆動機構により回転駆動される前記光ディスクに対して、情報の記録、再生又はその両方を行う請求の範囲１に記載の光ピックアップ装置と
    を備えたことを特徴とする光ディスク装置。
    

Images