KR20060054060A - 광 픽업 장치 - Google Patents

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KR20060054060A
KR20060054060A KR1020050097903A KR20050097903A KR20060054060A KR 20060054060 A KR20060054060 A KR 20060054060A KR 1020050097903 A KR1020050097903 A KR 1020050097903A KR 20050097903 A KR20050097903 A KR 20050097903A KR 20060054060 A KR20060054060 A KR 20060054060A
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세이지 가지야마
데쯔히사 호소까와
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 광축 조정 소자로서 회절격자를 이용하면서, 기록 매체 상에서의 수차의 발생과 레이저 파워의 감쇠를 가급적 억제할 수 있는 광 픽업 장치를 제공한다. CD용 레이저광(780nm)의 레이저 소자를 사이에 두도록 하여 차세대 DVD용 레이저광(405nm)의 레이저 소자와 DVD용 레이저광(650nm)의 레이저 소자를 배치하고, DVD용 레이저 소자로부터의 레이저광만을 광축 보정 소자(회절격자)(103)에 의한 회절 작용으로 차세대 DVD용 레이저광의 광축에 정합시킨다. DVD용 레이저광만을 차세대 DVD용 레이저광에 광축 정합함으로써 회절 효율에 의한 레이저 파워의 감쇠를 가급적 억제할 수 있다. 또한 광축 조정을 하지 않는 CD용 레이저광의 광축을 차세대 DVD용 레이저광의 광축에 극력 접근시킴으로써 CD용 레이저광에 발생하는 수차의 크기를 최소한으로 억제할 수 있다.
광축 조정 소자, 회절격자, 기록 매체, 레이저광, 레이저 파워, 발광 소자, 광 픽업 장치, 반도체 레이저, 대물 렌즈

Description

광 픽업 장치{OPTICAL PICKUP DEVICE}
도 1은 실시 형태에 따른 광 픽업 장치의 구성도.
도 2의 (a) 및 도 2의 (b)는 3파장 레이저의 구성도.
도 3은 광축 보정 소자의 작용을 설명하는 도면.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 빛, 축 보정 소자의 격자 패턴과 회절 효율의 일례를 도시하는 도면.
도 5a 및 도 5b는 디스크 상에 있어서의 빔 스폿과 트랙의 관계를 도시하는 도면.
도 6a 내지 도 6c는 광 검출기의 구성과 빔 스폿의 관계를 도시하는 도면.
도 7은 포커스 에러 신호와 트랙킹 에러 신호의 연산 회로를 도시하는 도면.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 3파장 레이저의 다른 구성예를 도시하는 도면.
도 9a 및 도 9b는 다른 구성예에 있어서의 단순 광로 길이의 산출 방법을 설명하는 도면.
도 10은 CD용 레이저광과 DVD용 레이저광의 수차의 크기를 예시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 3파장 레이저
102 : 3빔용 회절 격자
103 : 광축 보정 소자
104 : 편광 BS
105 : 콜리메이터 렌즈
106 : 빔 익스팬더
107 : λ/4판
108 : 개구 제한 소자
109 : 대물 렌즈
특허문헌1 : 일본 특허 공개 평6-131688호 공보
특허문헌2 : 일본 특허 출원 평2004-145169호
본 발명은 광 픽업 장치에 관한 것으로, 특히 파장이 서로 다른 수종의 레이저광을 기록 매체에 조사하는 호환형의 광 픽업 장치에 이용하기 적합한 것이다.
현재, CD(Compact Disc)나 DVD(Digital Versatile Disc) 등, 여러가지 광 디스크가 상품화되어 보급되고 있다. 또한 최근 들어서는 청자 레이저광을 이용하여 정보를 기록 재생하는 차세대 DVD의 규격화가 진행되고 있다. 이 차세대 DVD는 파장 405nm 정도의 청자 레이저광을 이용하여 정보를 기록 재생하는 것이다. 레이저광의 단파장화에 의해서 더 한층 고밀도화를 도모할 수 있다.
이와 같이 디스크의 다양화가 진행되면, 서로 다른 종류의 디스크에 대해서 기록 재생을 할 수 있는 소위 호환형의 광 픽업 장치의 개발이 요구된다. 여기서, 파장이 서로 다른 레이저광을 디스크에 조사하기 위해서는 각각의 파장의 레이저광을 출사하는 반도체 레이저를 개별로 배치하는 방법을 채용할 수 있다. 그러나, 이렇게 하면, 각각의 반도체 레이저를 배치하기 위한 스페이스와, 각 레이저광을 대물 렌즈에 유도하기 위한 광학 소자가 개별로 필요해진다. 이 때문에, 광학계의 대형화와 부품 점수의 증가를 초래한다.
따라서 하나의 CAN 내에 출사 파장이 서로 다른 복수의 레이저 소자를 동시에 장비하는 방법이 검토되고 있다. 이렇게 하면, 반도체 레이저의 배치 스페이스를 삭감할 수 있고, 또한 각 레이저광에 대해서 광학계를 공용할 수 있게 된다.
그런데 이와 같이 하나의 CAN 내에 복수의 레이저 소자를 장비하면, 각 레이저 소자의 배치 갭에 따라서 레이저광의 광축 간에, 광축에 직교하는 방향의 어긋남이 발생한다. 이 경우, 하나의 레이저광의 광축에 광학계를 위치 정렬하면, 다른 레이저광의 광축이 광학계에 대해서 어긋나 버린다. 이 때문에, 이들 다른 레이저광으로 기록 재생을 하는 경우에, 기록 매체 상의 레이저광에 수차가 발생하여 광학 특성이 열화한다는 문제가 발생한다.
그래서 특허문헌1에서는 수종의 레이저 소자를 수용한 반도체 레이저의 직후에 복굴절 소자를 배치하고, 이 복굴절 소자에 의해 각각의 레이저광의 광축을 일치시키고 나서, 광학계에 레이저광을 유도하도록 하고 있다.
그런데 이 선행 발명에서는 별도로 복굴절 소자가 필요해진다. 또한 기준이 되는 레이저광의 편광면과 그 밖의 레이저광의 편광면이 상호 직교하도록, 각각의 레이저 소자를 형성할 필요가 있다. 그러나, 이와 같이 편광면을 상위시키면서 레이저 소자를 형성하는 것은 용이하지 않다. 또한 복굴절 소자가 비싸기 때문에, 광 픽업 장치 전체의 코스트 상승을 초래한다는 문제도 발생한다.
따라서 출원인은 먼저 특허문헌2ㅂ를 출원하여 회절격자를 이용한 광축 보정 기술을 제안하고 있다. 이 선행 발명에 따르면, 광축 보정 소자로서 회절격자를 이용하기 때문에 코스트의 상승을 억제할 수 있다. 또한 상기 특허 문헌 1과 같이, 각 파장의 레이저광의 편광면을 고려하면서 대응하는 레이저 소자의 형성공정을 조정할 필요도 없다.
그런데 이와 같이 회절격자를 이용하여 광축 조정을 하는 경우, 각 파장에 대한 회절 효율의 관계로부터, 레이저광의 강도가 감쇠한다는 문제가 발생한다.
예를 들면 광 픽업 장치를 CD/DVD/차세대 DVD의 호환형으로서 구성하는 경우, 회절격자를 이용하여 청자색 레이저광(차세대 DVD용)의 광축에 다른 2개의 레이저광의 광축을 정합시키려고 하면, 적외색 레이저광(CD용)의 광축 조정 시에, 적외색 레이저광뿐만 아니라 적색 레이저광(DVD용)과 청자색 레이저광(차세대 DVD용)의 파워가 감쇠하고, 또한 적색 레이저광(DVD용)의 광축 조정 시에, 적색 레이저광뿐만 아니라 적외색 레이저광(CD용)과 청자색 레이저광(차세대 DVD용)의 파워가 감쇠한다. 그 결과, 이들 2개의 레이저광의 광축 조정 시에 있어서의 토탈의 파워 감쇠량은 비교적 큰 것이 되어 버린다.
본 발명은 광축 조정 소자로서 회절격자를 이용하면서, 기록 매체 상에서의 수차의 발생과 레이저 파워의 감쇠를 가급적 억제할 수 있는 광 픽업 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 국면에 따른 광 픽업 장치는 파장이 서로 다른 3개의 발광 소자를 동일 케이싱 내에 수용한 반도체 레이저와, 회절 작용에 의해서 기준 레이저광의 광축에 나머지 2개의 레이저광 중 어느 한 쪽의 광축을 일치시키는 회절격자를 구비하고, 상기 회절격자는 상기 기준 레이저광 이외의 2개의 레이저광 중 상기 대물 렌즈에 대한 개구수가 큰 쪽의 레이저광에 대해서만 준비되어, 상기 반도체 레이저와 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치된다.
또한 본 발명의 제2 국면에 따른 광 픽업 장치는 파장이 서로 다른 3개의 발광 소자를 동일 케이싱 내에 수용한 반도체 레이저와, 회절 작용에 의해서 기준 레이저광의 광축에 나머지 2개의 레이저광 중 어느 한 쪽의 광축을 일치시키는 회절격자를 구비하고, 상기 회절격자는 상기 기준 레이저광 이외의 2개의 레이저광 중 파장이 작은 쪽의 레이저광에 대해서만 준비되어, 상기 반도체 레이저와 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치된다.
제1 및 제2 국면에 따른 발명에 따르면, 기준 레이저광 이외의 2개의 레이저광 중 한 쪽만을 회절격자에 의해서 광축 조정하는 것이기 때문에, 회절 효율에 의한 파워의 감쇠는 하나의 회절격자에 있어서 한번만 발생하게 된다. 따라서 본 발명에 따르면, 기준 레이저광 이외의 2개의 레이저광을 함께 회절격자로 광축 조정 하는 경우에 비해서 각 파장의 레이저광의 감쇠를 억제할 수 있다.
이 때, 제1 국면과 같이, 대물 렌즈에 대한 개구수가 큰 쪽의 레이저광에 대해서 광축 조정을 하도록 하면, 이하에 기재하는 바와 같이 기록 매체 상에서의 수차의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
즉, 도 10에 도시한 바와 같이 기록 매체 상에서의 코마수차와 구면수차의 크기는 다음식의 관계식을 만족시킨다.
코마수차∝t*NA＾3/λ
구면수차∝t*NA＾4/λ
즉, 코마수차의 크기는 기판 두께(t)와, 대물 렌즈에 대한 개구수(NA)의 3제곱에 비례하고, 파장(λ)에 반비례한다. 또한 구면수차의 크기는 기판 두께(t)와, 대물 렌즈에 대한 개구수(NA)의 4승에 비례하고, 파장(λ)에 반비례한다. 따라서대물 렌즈에 대한 개구수(NA)가 큰 쪽의 레이저광은 개구수(NA)가 작은 쪽의 레이저광에 비해서 수차의 크기가 상당히 커진다. 따라서 제1 발명과 같이, 대물 렌즈에 대한 개구수(NA)가 작은 레이저광보다도 개구수(NA)가 큰 쪽의 레이저광에 대해서 광축 조정을 하도록 하면, 수차의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한 제2 발명과 같이, 파장이 작은 쪽의 레이저광에 대해서 광축 조정을 하도록 하면, 도 10에 도시하는 코마수차 및 구면수차의 관계식으로부터 수차의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
즉, 수차의 크기는 파장에 반비례하기 때문에, 제2 발명과 같이, 파장이 큰 레이저광보다도 파장이 작은 쪽의 레이저광에 대해서 광축 조정을 하도록 함으로 써, 수차의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 제2 발명은 특히 기준 레이저광 이외의 2개의 레이저광을 비교했을 때에, 대물 렌즈에 대한 개구수가 동일하거나, 또는 큰 차가 없는 경우에 적용됨으로써 수차의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한 제1 및 제2 국면에 따른 광 픽업 장치에 있어서 상기 3개의 발광 소자는 상기 회절격자에 의해서 광축 조정되는 레이저광을 발하는 발광 소자와 상기 기준 레이저광을 발하는 발광 소자 사이의 상기 기준 레이저광의 광축에 직교하는 방향의 거리보다도, 나머지 레이저광을 발하는 발광 소자와 상기 기준 레이저광을 발하는 발광 소자의 상기 기준 레이저광의 광축에 직교하는 방향의 거리가 작아지도록 해서 상기 케이싱 내에 수용되는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는 상기 3개의 발광 소자는 한 방향으로 이격하도록 해서 배열되고, 또한 상기 회절격자에 의해서 광축 조정되는 레이저광을 발하는 발광 소자와 상기 기준 레이저광을 발하는 발광 소자 사이에 나머지 발광 소자가 위치하도록 해서 상기 케이싱 내에 수용되는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 기준 레이저광 이외의 2개의 레이저광 중 광축 조정을 하지 않는 쪽의 레이저광의 광축을 기준 레이저광의 광축에 접근시킬 수 있다. 따라서 광축 어긋남에 의해서 해당 레이저광에 발생하는 수차의 크기를 작게 억제할 수 있다.
또한 제1 및 제2 국면에 따른 광 픽업 장치가 차세대 DVD/DVD/CD의 호환형 광 픽업 장치인 경우, 상기 기준 레이저광을 발하는 발광 소자는 차세대 DVD용의 청자색 레이저광을 발하고, 상기 회절격자에 의해서 광축 조정되는 레이저광을 발하는 발광 소자는 DVD용의 적색 레이저광을 발하고, 나머지 하나의 발광 소자는 CD용의 적외색 레이저광을 발하도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 적색 레이저광에 있어서의 수차의 발생을 회피하면서, 적외색 레이저광에 발생하는 수차를 작게 억제할 수 있다. 또한 회절격자에 의한 청색 레이저광의 감쇠를 억제할 수 있다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 신규의 특징은 이하에 기재하는 실시 형태의 설명을, 이하와 같은 첨부 도면과 대조하여 읽으면, 보다 완전하게 분명해질 것이다.
도 1에 실시 형태에 따른 광 픽업 장치의 구성을 나타낸다. 또한 이 광 픽업 장치는 CD/DVD/차세대 DVD의 호환형 픽업으로서 이용되는 것이다.
본 실시의 형태에 따른 광 픽업 장치는 3파장 레이저(101)와, 3빔용 회절격자(102)와, 광축 보정 소자(회절격자)(103)와, 편광 BS(빔 스플리터)(104)와, 콜리메이터 렌즈(105)와, 빔 익스팬더(106)와, λ/4판(107), 파장 선택성의 개구 제한 소자(108)와, 대물 렌즈(109)와, 실린더 렌즈(110)와, 광 검출기(111)를 구비하고 있다.
3파장 레이저(101)는 CD용 레이저광(파장 780nm), DVD용 레이저광(파장 650nm), 차세대 DVD용 레이저광(파장 405nm)을 각각 출사하는 3개의 레이저 소자를 동일 CAN 내에 수용하고 있다. 여기서, 각각의 레이저 소자는 하나의 직선상에 늘어서도록 소정의 갭을 두고 배치되어 있다. 또한 각 소자로부터 출사되는 레이저 광은 상호 편광면이 평행하게 되어 있다. 또한 각 레이저 소자의 배치에 대해서는 후술한다.
3빔용 회절격자(102)는 각 파장의 레이저광을 각각 0차 회절광과 ±1차 회절광의 3빔으로 분할하는 3개의 파장 선택형 회절격자로 구성되어 있다. 여기서, 각각의 회절격자는 0차 회절광의 빔 스폿이 디스크 상의 트랙센터에 위치 결정될 때에, ±1차 회절광의 빔 스폿이 각각 디스크 직경 방향으로 반 트랙 어긋난 위치(인접 트랙 사이에 끼워진 영역의 직경 방향 센터 위치)에 위치 결정되도록 해서 배치되어 있다. 또한 DVD용 레이저광(파장 650nm)의 회절격자와, 차세대 DVD용 레이저광(파장 405nm)의 회절격자는 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이 0차 회절광과 ±1차 회절광의 사이의 거리가, DVD용 레이저광의 발광시와 차세대 DVD용 레이저광의 발광 시에 있어서 동일(거리 M)해지도록, 격자 피치와 트랙에 대한 기울기 각(α1, α2)이 조정되어 있다.
광축 보정 소자(103)는 3파장 레이저(101)로부터 출사되는 레이저광 중, DVD용 레이저광의 광축을 회절 작용에 의해서 차세대 DVD용 레이저광의 광축에 정합시킨다. 즉, 광축 보정 소자(103)에는 DVD용 레이저광의 광축 어긋남을 보정할 수 있도록 설계된 격자 패턴이 형성되어 있다. 또한 회절격자의 구성 및 광축 어긋남의 보정 작용에 대해서는 후술한다.
편광 BS(104)는 3파장 레이저(101)로부터의 레이저광을 거의 전투과함과 함께, 디스크(100)로부터의 레이저광을 거의 반사한다.
콜리메이터 렌즈(105)는 편광 BS(104)로부터 입사된 각 파장의 레이저광을 평행광으로 변환시킨다. 여기서, 콜리메이터 렌즈(105)는 각 파장의 레이저광에 대해서 색 수차를 없애는 효과를 실현할 수 있도록, 아베수와 곡율(구면)이 조정된 복수매의 렌즈를 접합하여 형성되어 있다.
빔 익스팬더(106)는 오목 렌즈 및 볼록 렌즈와, 광축 방향에 있어서의 이들 2개의 렌즈의 거리를 변화시키는 액튜에이터로 구성되어 있고, 서보 회로(도시 생략)로부터의 서보 신호에 따라서 오목 렌즈 및 볼록 렌즈의 거리를 변화시켜 레이저광의 파면 상태를 보정한다. 대물 렌즈(109)가 예를 들면 소정 파장의 레이저광에 대해서만 유한계가 되도록 설계되어 있는 경우에는 해당 파장의 레이저광의 파면 상태를 그것에 따라서 보정할 필요가 있다. 빔 익스팬더(106)는 이러한 경우에 해당 파장의 레이저광의 파면 상태가 적정 상태가 되도록, 해당 파장의 레이저광에 파면 보정 작용을 부여한다.
본 실시의 형태에서는 대물 렌즈(109)는 DVD용 레이저광(파장 650nm)과 차세대 DVD용 레이저광(파장 405nm)에 대해서는 무한계, CD용 레이저광(파장 780nm)에 대해서는 유한계가 되도록 설계되어 있다. 따라서 빔 익스팬더(106)는 CD용 레이저광을 이용하는 경우에 구동되어, CD용 레이저광의 파면 상태를 대물 렌즈(109)의 사양에 맞도록 파면 상태로 보정한다.
λ/4판(107)은 콜리메이터 렌즈(105)에 의해서 평행광으로 변환된 레이저광(직선 편광)을 원편광으로 변환한다. 또한 디스크(100)로부터 반사된 레이저광(원편광)을, 빔 익스팬더(106)측으로부터 입사되었을 때의 편광 방향에 직교하는 직선편광으로 변환시킨다. 따라서 디스크로부터 반사된 레이저광은 편광 빔 BS(104)에 의해서 거의 전반사된다.
개구 제한 소자(108)는 각 디스크의 기판 두께에 따라서 레이저광의 외주를 차광하고, 이것에 의해 대물 렌즈(109)에 대한 각 레이저광의 개구수(NA)를 조정한다. 즉, 대물 렌즈(109)의 개구수는 각 디스크의 기판 두께에 따라서 미리 레이저광마다 정해져 있다. 개구 제한 소자(108)는 디스크의 기판 두께에 대응하는 개구수가 되도록 레이저광의 외주부를 차광하여, 각 레이저광을 적정한 유효 직경으로 대물 렌즈(109)에 입사시킨다.
광 픽업 장치가 CD/DVD/차세대 DVD(기판 두께 0.6mm) 호환용인 경우에는 CD의 기판 두께(1.2mm)만이 다른 디스크에 비해서 커진다. 이 때문에, 대물 렌즈의 NA는 CD용 레이저광에 대한 NA만이 다른 것에 비해서 작게 설정되어 있다. 개구 제한 소자(108)는 CD용 레이저광만 외주부를 차광하여, 대물 렌즈(109)에 대한 CD용 레이저광의 유효 직경을 조정한다. 이것에 의해 CD용 레이저광의 개구수를 설정값으로 조정한다.
또한 개구 제한 소자(108)로서는 예를 들면 회절 소자를 이용할 수 있다. 이 회절 소자에는 레이저광의 외주부가 입사하는 위치에 파장 선택성을 갖는 회절 패턴이 형성되어 있다. 이 회절 패턴에 의한 회절 작용에 의해서 해당 파장의 레이저광의 외주부를 발산시킨다. 본 실시의 형태에서는 CD용 레이저광(파장 780nm)만을 회절시키는 회절 패턴이 외주부 입사 위치에 형성되어 있다. 이것에 의해 CD용 레이저광의 외주부가 회절에 의해 발산되고, 중앙부만이 대물 렌즈(109) 방향으로 유도된다. 이 외에, 개구 제한 소자(108)로서 파장 선택성을 갖는 다이크로익 필터를 이용할 수도 있다.
대물 렌즈(109)는 각 파장의 레이저광을 기록층 상에 적정하게 수속시키도록 설계되어 있다. 대물 렌즈(109)는 대물 렌즈 액튜에이터(도시 생략)에 의해서 포커스 방향 및 트랙킹 방향으로 구동된다. 즉, 서보 회로로부터의 서보 신호(트랙킹 서보 신호 및 포커스 서보 신호)에 따라서 포커스 방향 및 트랙킹 방향으로 구동된다. 또한 대물 렌즈 액튜에이터의 구성은 종래 주지의 사실이므로 설명을 생략한다.
실린더 렌즈(110)는 각 파장의 레이저광에 비점수차 작용을 부여한다. 실린더 렌즈(110)는 각 파장의 레이저광에 대해서 색 수차를 없애는 효과를 실현할 수 있도록, 아베수와 곡율(구면)이 조정된 복수매의 렌즈를 접합하여 형성되어 있다.
광 검출기(111)는 수광한 레이저광의 강도 분포로부터 재생 RF 신호, 포커스 에러 신호 및 트랙킹 에러 신호를 도출하기 위한 센서 패턴을 갖고 있다. 각 센서로부터의 신호는 디스크 장치측의 재생 회로 및 서보 회로에 출력된다. 또한 본 실시의 형태에서는 포커스 에러 신호의 생성 방법으로서 비점수차법이 채용되고, 또한 트랙킹 에러 신호의 생성 방법으로서 DPP(Differential Push Pull)법이 채용되어 있다. 광 검출기(111)의 센서 패턴 및 에러 신호의 생성에 대해서는 뒤에 상술한다.
도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 3파장 레이저(101)의 구성을 나타낸다. 또한 도 2의 (b)는 도 2의 (a)를 우측에서 보았을 때의 것이다.
도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 있어서 참조부호 101a 내지 101c는 레이저 소자 이다. 도시한 대로 레이저 소자(101a 내지 101c)는 출사구측에서 봐서 일직선상으로 늘어서도록 기체(101d)에 마운트되어 있다. 여기서, 각 레이저 소자 간의 간격은 레이저 소자(101c)(파장 650nm)로부터 출사되는 레이저광이, 상기 광축 보정 소자(103)에 의해서 레이저 소자(101a)로부터 출사되는 레이저광(파장:405nm)의 광축에 일치하도록 회절되는 간격으로 설정되어 있다.
도 3에 레이저 소자(101a 내지 101c)와 광축 보정 소자(103)의 관계를 나타낸다.
도시와 같이 광축 보정 소자(103)에는 레이저광이 입사되는 쪽 면에, 홀로그램 격자 패턴이 형성되어 있다. 또한 도 3에는 스텝수=3의 격자 패턴이 도시되어 있다. 여기서, 격자 피치를 p로 하면, 레이저광의 1차 회절광의 회절각(θ)과 파장(λ)의 관계는 수학식 1과 수학식 2로 규정된다.
Figure 112005058702944-PAT00001
Figure 112005058702944-PAT00002
따라서 레이저 소자(101c)로부터의 레이저광의 광축을 광축 보정 소자(103)에 의한 회절로 레이저 소자(101a)로부터의 레이저광의 광축에 일치시키려고 하면, 레이저 소자 간의 발광점 간격(d1)은 수학식 3으로 규정된다.
Figure 112005058702944-PAT00003
따라서 레이저 소자(101c)의 출사 파장(λc)과 광축 보정 소자(103)의 격자 피치(p)로부터, 레이저 소자 간의 발광점 간격(d1)은 수학식 4로 설정된다.
Figure 112005058702944-PAT00004
따라서 출사 파장(λc)과 발광점 간격(d1)으로부터 단순 광로 길이(L)를 구하고, 이 위치에 광축 보정 소자(103)를 배치함으로써, 레이저 소자(101c)로부터 출사되는 레이저광(1차 회절광)의 광축을 레이저 소자(101a)로부터 출사되는 레이저광에 정합시킬 수 있다.
도 4b 및 도 4c에 격자 패턴의 설계예와, 그 설계예에 따라서 회절격자를 형성했을 때의 회절 효율의 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 4a에 도시하는 것 같은 스텝수=4의 격자 패턴을 회절격자의 표면에 형성하고, 이 격자 패턴의 설계 조건을 도 4c와 같이 설정하면, 각 파장의 회절 효율을 도 4b에 도시하는 것 같은 값으로 설정할 수 있다. 즉, 이 설계예에 따르면, 광축 조정의 대상이 되는 DVD용 레이저광(파장 650nm)의 1차 회절광의 회절 효율을 80%로 하고, 차세대 DVD용 레이저광(파장 405nm)과 CD용 레이저광(파장 780nm)의 0차 회절광의 회절 효율을 각각 96%와 98%로 할 수 있다.
본 실시의 형태에 있어서, DVD용 레이저광(파장 650nm)의 광축은 광축 보정 소자(103)에 의해서 차세대 DVD용 레이저광(파장:405nm)의 광축에 정합된다. 그리고 DVD용 레이저광의 광축은 광축 보정 소자(103)로부터 광 검출기(111)까지의 광로에 있어서 차세대 DVD용 레이저광의 광축에 정합된 상태로 유지된다. 한편, CD용 레이저광(파장:780nm)의 광축은 3파장 레이저(101)로부터 광 검출기(111)까지의 전 광로에 있어서 차세대 DVD용 레이저광(파장:405nm)의 광축으로부터 어긋나 있다. 따라서 CD용 레이저광은 다른 2개의 레이저광 사이에서 광축 어긋남이 발생한 상태에서 광 검출기(111)로 입사된다.
도 6a 내지 도 6c에 광 검출기(111)의 센서 패턴과, 빔 스폿의 수속 상태(on-focus 상태)를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c에 도시한 바와 같이 광 검출기(111)에는 CD용 레이저광(780nm)을 수광하는 센서군(A1, B1, C1)과, DVD용 레이저광(650nm) 및 차세대 DVD용 레이저광(405nm)을 수광하는 센서군(A2, B2, C2)이 배치되어 있다. 각 파장의 레이저광은 3빔용 회절격자(102)에 의해서 0차 회절광과 ±1차 회절광의 3빔으로 분할된다. 이 중, 0차 회절광은 4분할 센서(A1, A2)에 의해서 수광되고, ±1차 회절광은 4분할 센서(B1, B2와 C1, C2)에 의해서 수광된다.
또한 광 검출기(111)는 차세대 DVD용 레이저광(파장:405nm)과 CD용 레이저광(파장:780nm) 사이의 광축 어긋남 방향이, 도 6a 내지 도 6c에서 좌우 방향이 되도록 해서 배치되어 있다. CD용 레이저광을 수광하는 센서군(A1, B1, C1)은 차세대 DVD용 레이저광 및 DVD용 레이저광을 수광하는 센서군(A2, B2, C2)으로부터 광축 어긋남에 따른 거리만큼 떨어진 위치에 배치되어 있다.
도 6b에 도시한 바와 같이 3파장 레이저(101)로부터 차세대 DVD용 레이저광이 출사되었을 때, 0차 회절광과 ±1차 회절광의 빔 스폿은 4분할 센서(A2, B2, C2)의 센터에 위치 결정된다.
이것에 대해서 3파장 레이저(101)로부터 DVD용 레이저광이 출사되었을 때에는 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이 경사각 α2가 α1보다도 크기 때문에, 도 6a에 도시한 바와 같이 ±1차 회절광의 빔 스폿은 4분할 센서(B2, C2)의 센터보다도 경사각 방향으로 어긋난 위치에 위치 결정된다. 그러나, 이 어긋남량은 수 ㎛ 정도이기 때문에, 후술하는 트랙킹 에러 신호 생성에는 그다지 큰 영향을 주지 않는다. 따라서 전술한 3빔용 회절격자(102) 중, 차세대 DVD용 회절격자와 DVD용 회절격자의 피치 및 그 배치를, 빔 스폿이 도 5a 및 도 5b에 도시하는 상태에서 디스크 상에 위치 결정되도록 조정함으로써, 1조의 센서 패턴(A2, B2, C2)으로 차세대 DVD용 레이저광과 DVD용 레이저광 양 쪽을 적정하게 수광할 수 있다.
도 7에 광 검출기(111)로부터의 검출 신호로부터 포커스 에러 신호, 트랙킹 에러 신호를 생성하는 연산 회로의 구성을 나타낸다.
또한 도 7에는 편의상, 차세대 DVD용 및 DVD용의 센서군(4분할 센서(A2, B2, C2))에 대한 연산 회로만을 나타내고 있다. 또한 4분할 센서(A2, B2, C2)를 구성하는 각 센서로부터의 출력에는 각각 a0 내지 d0, a1 내지 d1, a2 내지 d2의 부호가 첨부되어 있다. 또한 CD용 센서군(4분할 센서 A1, B1, C1)에 대해서도 동일한 구성을 취함으로써 포커스 에러 신호, 트랙킹 에러 신호를 생성할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이 포커스 에러 신호(FE)는 FE=(a0+d0)-(b0+c0)으로 생성된다. 또한 트랙킹 에러 신호(TE)는 TE=(a0+c0)-(b0+d0)-k{(a1+c1)-(b1+d1)+(a2+c2)-(b2+d2)}으로 생성된다. 또한 k는 0차 회절광과 1차 회절광의 광량 차에 의존하는 승수이다.
본 실시의 형태에 따르면, DVD용 레이저광과 CD용 레이저광 중 DVD용 레이저광만을 차세대 DVD용 레이저광에 광축 정합시키는 것이기 때문에, 회절 효율에 의한 파워의 감쇠는 하나의 광축 보정 소자(103)에 있어서 한번만 발생하게 된다. 따라서 DVD용 레이저광과 CD용 레이저광 양 쪽을 2개의 광축 보정 소자로 광축 조정하는 경우에 비해서 각 파장의 레이저광의 감쇠를 억제할 수 있다.
또한 광축 조정을 CD용 레이저광이 아니라 DVD용 레이저광에 대해서 행함으로써, 디스크 상에 있어서의 수차 발생의 정도를 효과적으로 억제할 수 있다. 즉, 기록 매체 상에서의 수차(코마수차, 구면수차)의 크기는 상술한 바와 같이 다음의 관계식을 만족시킨다.
코마수차∝t*NA⌒3/λ
구면수차∝t*NA⌒4/λ
이 때문에, 대물 렌즈에 대한 NA의 차와, 각 레이저광의 파장의 차로부터, CD용 레이저광과 DVD용 레이저광에 발생하는 수차는 도 10의 표준화 후의 수치가 나타내는 바와 같이, DVD용 레이저광보다도 CD용 레이저광쪽이 수단 커진다. 따라서 상기 실시 형태와 같이, CD용 레이저광보다도 DVD용 레이저광쪽을 광축 조정하도록 함으로써 수차의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한 본 실시의 형태에서는 CD용 레이저광의 발광점을 차세대 DVD용 레이저 광의 발광점과 DVD용 레이저광의 발광점의 사이에 두도록 하여 각 레이저 소자의 배치를 설정했기 때문에, CD용 레이저광을 발광하는 레이저 소자의 배치 위치를 차세대 DVD용 레이저광을 발광하는 레이저 소자의 배치 위치에 접근시킬 수 있다. 이 때문에, 광축 조정을 하지 않는 CD용 레이저광의 광축을 차세대 DVD용 레이저광의 광축에 접근시킬 수 있어, CD용 레이저광의 광축 어긋남량을 작게 할 수 있다. 따라서 광축 어긋남에 수반하여 CD용 레이저광에 발생하는 수차의 크기를 극력 작게 억제할 수 있다.
이와 같이 본 실시의 형태에 따르면, 광축 조정 소자로서 회절격자를 이용하면서, 디스크 상에 있어서의 수차의 발생과 레이저 파워의 감쇠를 가급적 억제할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 그 외에 여러가지 변경이 가능하다.
예를 들면 상기 실시 형태에서는 도 8a에 도시한 바와 같이 각 레이저 소자를 직선 형상으로 배치했지만, 도 8b 및 도 8c에 도시한 바와 같이 각 레이저 소자를 비직선 형상으로 배치할 수도 있다. 또한 도 9a에 도시한 바와 같이 각 레이저 소자를 광축 방향에 전후하도록 배치할 수도 있다. 이 경우, 도 9b에 도시한 바와 같이 해서 좌표 축을 설정하면, 레이저 소자1로부터 출사되는 레이저광을 레이저 소자1로부터 출사되는 레이저광의 광축에 정합시키는 경우, 레이저 소자0로부터 회절격자 배치 위치까지의 단순 광로 길이(L)는 다음식으로 표현된다.
Figure 112005058702944-PAT00005
여기서, θ1이 충분히 작을 때, tanθ1=sinθ1이기 때문에, 이 식은 다음식으로 근사시킬 수 있다.
Figure 112005058702944-PAT00006
따라서, 레이저 소자1의 좌표값(X1, Y1, Z1)과 파장(λ1)이 반도체 레이저의 설계값으로서 공급되었을 때, 회절격자의 배치 위치는 상기 수학식 5 또는 수학식 6의 각 파라미터에 대응하는 값을 각각 대입함으로써 구할 수 있다. 이 때, 회절격자는 그 피치 방향이 레이저 소자1의 기울기 각(θd)의 방향에 정합하도록 면내 방향에 있어서의 위치가 설정된다.
또한 상기 실시 형태에서는 3파장 레이저(101)와 대물 렌즈(109) 사이의 광로 중에만 광축 보정 소자(103)를 배치하도록 했지만, 이것 외에 편광 BS(104)와 광 검출기(111) 사이의 광로 중에도 CD용 레이저광의 광축을 조정하기 위한 광축 보정 소자를 배치하도록 해도 된다. 이 경우, 각 파장의 레이저광은 이 광학 보정 소자에 의한 회절 효율에 의해서 파워 감쇠가 발생하지만, 디스크에 대한 파워는 상기한 바와 마찬가지로 유지되기 때문에, 기록 재생 특성에는 그다지 큰 영향은 주지 않는다.
또한 상기 실시 형태에서는 포커스 에러 신호의 생성 방법으로서 비점수차법을 이용하고, 트랙킹 에러 신호의 생성 방법으로서 DPP법을 이용했지만, 본 발명은 이들 방법에 제한되는 것이 아니고, 빔 사이즈법 등, 다른 방법을 이용하는 것도 가능하다.
본 발명의 실시 형태는 특허 청구의 범위에 나타내어진 기술적 사상의 범위 내에서 적절하게 여러가지 변경이 가능하다.
본 발명에 따르면, 광축 조정 소자로서 회절격자를 이용하면서, 기록 매체 상에서의 수차의 발생과 레이저 파워의 감쇠를 가급적 억제할 수 있는 광 픽업 장치를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 파장이 서로 다른 3개의 발광 소자를 동일 케이싱 내에 수용한 반도체 레이저와,
    회절 작용에 의해서 기준 레이저광의 광축에 나머지 2개의 레이저광 중 어느 한 쪽의 광축을 일치시키는 회절격자
    를 구비하고,
    상기 회절격자는 상기 기준 레이저광 이외의 2개의 레이저광 중 상기 대물 렌즈에 대한 개구수가 큰 쪽의 레이저광에 대해서만 준비되어, 상기 반도체 레이저와 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3개의 발광 소자는 상기 회절격자에 의해서 광축 조정되는 레이저광을 발하는 발광 소자와 상기 기준 레이저광을 발하는 발광 소자 사이의 상기 기준 레이저광의 광축에 직교하는 방향의 거리가, 나머지 레이저광을 발하는 발광 소자와 상기 기준 레이저광을 발하는 발광 소자의 상기 기준 레이저광의 광축에 직교하는 방향의 거리보다도 커지도록 해서 상기 케이싱 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 3개의 발광 소자는 한 방향으로 이격하도록 해서 배열되고, 또한 상기 회절격자에 의해서 광축 조정되는 레이저광을 발하는 발광 소자와 상기 기준 레이저광을 발하는 발광 소자 사이에 나머지 발광 소자가 위치하도록 하고, 상기 케이싱 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 레이저광을 발하는 발광 소자는 차세대 DVD용의 청자색 레이저광을 발하고, 상기 회절격자에 의해서 광축 조정되는 레이저광을 발하는 발광 소자는 DVD용의 적색 레이저광을 발하고, 나머지 하나의 발광 소자는 CD용의 적외색 레이저광을 발하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  5. 파장이 서로 다른 3개의 발광 소자를 동일 케이싱 내에 수용한 반도체 레이저와,
    회절 작용에 의해서 기준 레이저광의 광축에 나머지 2개의 레이저광 중 어느 한 쪽의 광축을 일치시키는 회절격자
    를 구비하고,
    상기 회절격자는 상기 기준 레이저광 이외의 2개의 레이저광 중 파장이 작은 쪽의 레이저광에 대해서만 준비되어, 상기 반도체 레이저와 대물 렌즈 사이의 광로 중에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 3개의 발광 소자는 상기 회절격자에 의해서 광축 조정되는 레이저광을 발하는 발광 소자와 상기 기준 레이저광을 발하는 발광 소자 사이의 상기 기준 레이저광의 광축에 직교하는 방향의 거리가, 나머지 레이저광을 발하는 발광 소자와 상기 기준 레이저광을 발하는 발광 소자의 상기 기준 레이저광의 광축에 직교하는 방향의 거리보다도 작아지도록 해서 상기 케이싱 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 3개의 발광 소자는 한 방향으로 이격하도록 해서 배열되고, 또한 상기 회절격자에 의해서 광축 조정되는 레이저광을 발하는 발광 소자와 상기 기준 레이저광을 발하는 발광 소자 사이에 나머지 발광 소자가 위치하도록 해서 상기 케이싱 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 레이저광을 발하는 발광 소자는 차세대 DVD용의 청자색 레이저광을 발하고, 상기 회절격자에 의해서 광축 조정되는 레이저광을 발하는 발광 소자는 DVD용의 적색 레이저광을 발하고, 나머지 하나의 발광 소자는 CD용의 적외색 레이저광을 발하는 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
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