JP2008204510A - 受発光素子、及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短波長半導体レーザ光源を用いた安価で高精度な受発光素子、及び光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】光源１と、反射膜２ａを備えた反射ミラー２と、基板９とを備え、光源１は、照射光を基板９に対して平行に照射するように配され、反射ミラー２は、照射光を基板９の表面に対して垂直上方に反射するように配され、光源１の量子ノイズが十分に低下する出力をＡ（Ｗ）とし、反射ミラー２から光ディスク７までの光の伝達効率をＢ（％）とし、光ディスク再生に必要な再生出力をＣ（Ｗ）とした場合に、反射膜２ａの反射率Ｘ（％）が、Ｘ≒Ｃ／（Ａ×Ｂ）の関係を満たすように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ディスク等の情報記録媒体に記録されている情報の再生に用いられる受発光素子、光学式ピックアップ装置、およびそれに使用される半導体レーザ装置に関し、特に光源に短波長半導体レーザを用いる場合に好適なものである。

高密度・大容量の記憶媒体として、ピット状パターンを有する光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルなどその応用が拡大しつつある。この光メモリ技術では、情報は微小に絞られた光ビームを介して光ディスクへ高い精度と信頼性を持って記録再生される。この記録再生動作は、ひとえにその光学系に依存している。その光学系の主要部である光ヘッド装置の基本的な機能は、回折限界の微小スポットを形成する集光、前記光学系の焦点制御とトラッキング制御、及びピット信号の検出に大別される。これらの機能は、その目的と用途に応じて各種の光学系と光電変換検出方式との組合せによって実現されている。特に近年、情報記録媒体に記録されるべき情報量の増加に伴い、さらに容量の大きい情報記録媒体が求められている。情報記録媒体を大容量化するためには、情報記録媒体に情報を記録する際、及び情報記録媒体に記録された情報を再生する際に、情報記録媒体に照射される光が形成する光スポットを小さくすることにより情報の記録密度を高くすることが必要となる。これには光源である半導体レーザの波長を短波長化し、かつ対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくすることによって、光スポットを小さくすることができる。例えば、ＤＶＤ（digital versatile disk）に対して情報を記録または再生可能な光ヘッド装置は、波長６６０ｎｍの半導体レーザ光源と、ＮＡが０．６の対物レンズとが使用されるが、例えば波長が４０５ｎｍの半導体レーザ光源と、ＮＡが０．８５の対物レンズとを使用することによって、ＤＶＤにおける記録密度の約５倍相当の記録密度を達成することができる。

しかし、上述のように短波長の半導体レーザを光源として用いた光ディスク装置では、半導体レーザの量子ノイズの問題のために、半導体レーザにおける再生パワーマージンが小さくなる。この半導体レーザの量子ノイズの問題に対処した光ピックアップが、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の光ピックアップでは、光ディスク盤面上での光のパワーを低く保ちながら、且つ半導体レーザの量子ノイズを十分に低くなるパワーに抑えて良質な再生特性を実現する。

図４は、従来の光ピックアップの構成を示す。図４において、光源１０１は、ＧａＮ系の青色発光する半導体レーザである。強度フィルタ２０３は、光を吸収する膜を有した光学素子であり、特許文献１で示される光学系では、機械的に光路内に出し入れする。

光ディスク１０７に情報を記録する場合、強度フィルタ２０３を符号２０３ａに示すように光学系の外に配置させる。これにより、光源１０１から照射された光は、そのままビームスプリッタ２０２まで到達する。ビームスプリッタ２０２で反射された光は、コリメータレンズ１０５を通ることで平行光化される。その平行光は、立上げミラー２０１を反射し、対物レンズ１０６によって集光され、光ディスク１０７上に光スポットが形成される。その光スポットにおける光のエネルギーによって、光ディスク１０７の記録層の状態を変化させ、情報を記録することができる。

次に、光ディスク１０７に記録された情報を再生する場合、強度フィルタ２０３を光路内に配置させる。これにより、光源１０１から照射された光は、強度フィルタ２０３を通過する際に減衰される。減衰された光は、前述した記録時の動作と同様に、ビームスプリッタ２０２、コリメータレンズ１０５、立上げミラー２０１、対物レンズ１０６を介して、光ディスク１０７の記録層に集光する。

光ディスク１０７の記録層の状態に応じた反射率により、記録層を反射した光は、再び対物レンズ１０６に到達する。次いで、立上げミラー２０１、コリメータレンズ１０５を通過した光は、マルチレンズ２０４を通過してフォトダイオード２０５に集光する。フォトダイオード２０５は、光ディスク１０７に記録された情報を取り出すべく、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号を生成する。フォーカス誤差信号は、非点収差法を用いて生成される。そのフォーカス誤差信号に基づいて、対物レンズ１０６は、光ディスク１０７の記録層上に光ビームが集光するように位置制御される。また、トラッキング誤差信号に基づいて、対物レンズ１０６は、光ディスク１０７における所望のトラック上に光ビームが集光するように、光ディスク１０７の盤面方向の位置が制御される。以上のようなフォーカス制御及びトラッキング制御が行われ、光ディスク１０７上の目的の位置に集光された光は、光ディスク１０７に記録された情報を保持したままフォトダイオード２０５まで到達し、電気信号に変換されることで、光ディスク１０７の記録情報が再生される。

従来技術の光ヘッドによれば、再生時には光源１０１の発光パワーを量子ノイズが十分に低くなる状態に保ち、且つ光ディスク１０７の盤面上のパワーを低く保つことができるため、光ディスク１０７の劣化及びデータの誤消去を発生させること無く、良好な再生を実現することができる。
特開平２０００−１９５０８６号公報

しかしながら特許文献１に開示されている構成では、強度フィルタ２０３が必要であるとともに、強度フィルタ２０３を機械的に移動させる機構が必要となるため、部品点数が増え、コストアップになるという問題がある。

また、強度フィルタ２０３を光ピックアップ内に組み込むことにより組立公差が発生し、他の光学部材の組立マージンが減少するという問題がある。

本発明の目的は、光源の発光パワーを量子ノイズが十分に低くなる状態に保ち、且つ光ディスク盤面上のパワーを低く保つことで、光ディスクの劣化及びデータの誤消去を発生させること無く、良好な再生を実現できる、安価で高精度な受発光素子及び光ピックアップ装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明の受発光素子は、光源と、前記光源からの照射光を反射する反射膜を備えたミラーと、前記光源と前記ミラーが配されるとともに、表面に受光素子を有する基板とを備えた受発光素子において、前記光源は、照射光を前記基板に対して平行に照射するように配され、前記ミラーは、前記照射光を前記基板の表面に対して垂直上方に反射するように配され、前記光源の量子ノイズが十分に低下する出力をＡ（Ｗ）とし、前記ミラーから光ディスクまでの光の伝達効率をＢ（％）とし、前記光ディスク再生に必要な再生出力をＣ（Ｗ）とした場合に、前記反射膜の反射率Ｘ（％）が、
Ｘ≒Ｃ／（Ａ×Ｂ）
の関係を満たすように形成されているものである。

また、本発明の光ピックアップ装置は、光源と、前記光源からの照射光を反射する反射膜を有したミラーと、前記光源と前記反射ミラーとを備えるとともに、表面に受光素子を具備した基板と、前記ミラーからの光を透過するとともに、光ディスク側からの戻り光を分光する光路分岐手段と、前記光路分岐手段からの光を光ディスクの情報層上に集光させる集光手段とを備えた光ピックアップ装置であって、前記光源は、照射光を前記基板に対して平行に照射するように配され、前記ミラーは、前記照射光を前記基板の表面に対して垂直上方に反射するように配され、前記光源の量子ノイズが十分に低下する出力をＡ（Ｗ）とし、前記ミラーから光ディスクまでの光の伝達効率をＢ（％）とし、前記光ディスク再生に必要な再生出力をＣ（Ｗ）とした場合に、前記反射膜の反射率Ｘ（％）が、
Ｘ≒Ｃ／（Ａ×Ｂ）
の関係を満たすように形成されているものである。

本発明によれば、光源が短波長化することに伴って発生し、再生時に特に問題となる量子ノイズを低減するために、新たにフィルタなどの光学素子を用いる必要がない。
これにより部品点数を削減し、従来の形状を大きく変更する必要もなく、安価で高精度な再生専用受発光素子および光ピックアップを提供することができる。

本発明の受発光素子及び光ピックアップ装置は、前記光源は、半導体レーザで構成することができる。

また、前記光源は、緑色から紫外線の波長領域で発光可能な半導体レーザで構成することができる。

また、前記ミラーの反射膜は、光吸収膜で構成することができる。

また、前記ミラーは、前記基板をエッチングして形成された構成とすることができる。

また、前記ミラーは、前記光源の照射光に対して４０〜５０°の角度を有する構成とすることができる。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における受発光素子および光ピックアップ装置の概略構成を示す。図１において、光源１は、半導体レーザで構成されている。例えば、光源１は、ブルーレイディスクあるいはＨＤ−ＤＶＤなどの情報媒体に対応した光ピックアップ装置に搭載される４０５ｎｍの発振波長の半導体レーザ、あるいはＤＶＤに対応した光ピックアップ装置に搭載される６５０ｎｍ、ＣＤ（コンパクトディスク）に対応した光ピックアップ装置に搭載される７８０ｎｍの発振波長の半導体レーザであっても良い。

光源１から、基板９に対して平行な方向に照射された光は、反射ミラー２の反射膜２ａで反射する。反射ミラー２の反射面の角度は、光源１から照射する光の光軸に対して４５度であることが好ましいが、４０度〜５０度でもよく、この角度に限定されるものではない。なお、反射膜２ａは、光吸収膜で構成されている。光吸収膜は、例えば、Ａｕ／Ｔｉ／Ｓｉ基板（波長４０５ｎｍの光の反射率：約４０％）、ＳｉＯ／Ａｌ：Ｓｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｓｉ基板（波長４０５ｎｍの光の反射率：約５８％）などで構成されている。光吸収膜の膜厚は、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍで構成されている。

反射ミラー２で反射した光は、回折素子４、コリメータレンズ５、対物レンズ６を通って、光ディスク７上に集光する。光ディスク７上に集光した光は、光ディスク７における反射層で反射し、対物レンズ６、コリメータレンズ５を通って、回折格子４（光路分岐手段）に入射する。回折素子４は、入射する光を２つの受光素子３ａ及び３ｂ側に分光する。受光素子３ａ及び３ｂは、回折格子４で分光された光を受光し、電気信号に変換して出力することによって、ディスク７に記録されている情報を再生することができる。

ここで、図２は４０５ｎｍの発振波長をもつ半導体レーザ光源のレーザ出力と相対雑音強度との関係を表すグラフである。図２に示すように、半導体レーザの出力が減少すると、急激に相対雑音強度が増加することがわかる。相対雑音強度の増加は、光ディスクの再生信号特性を悪化させる原因となる。

相対雑音強度が十分に小さくなる光源１の出力をＡ（Ｗ）、回折格子４とコリメータレンズ５と対物レンズ６などを含む光ピックアップ８の光の利用効率をＢ（％）、光ディスク７を再生するために最適な再生信号出力をＣ（Ｗ）としたときに、反射ミラー２における反射膜２ａの反射率Ｘ（％）は、
Ｘ≒Ｃ／（Ａ×Ｂ） ・・・（数式１）
を条件を満たすように形成する必要がある。例えば、光源１の出力を２ｍＷ、光ピックアップ８の光の利用効率を２５％、光ディスク７の再生出力を０．２５ｍＷとした場合、反射ミラー２における反射膜２ａの反射率Ｘは５０％程度となる。

なお、数式１に用いている≒は、約±５％程度の誤差を含んでも本発明の特性には問題ないことを表す。

以上のように実施の形態１によれば、反射ミラー２は数式１に示す反射率を有する反射膜２ａを備えたことにより、光ディスク７の再生時に、光源１の発光パワーを量子ノイズが十分に低くなるように減衰させることができ、光ディスク７の盤面上におけるパワーを低く保つことができるため、光ディスク７の劣化及びデータの誤消去を防止することができる。また、従来のような減衰フィルタを搭載しないため、簡単な構成で実現することができてコストダウンすることができるとともに、光学的精度を損なうことがない。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２における受発光素子および光ピックアップ装置の概略構成を示す。

図３において、光源１１は、半導体レーザで構成されている。光源１１は、例えば、ブルーレイディスクあるいはＨＤ−ＤＶＤなどの情報媒体に対応した光ピックアップ装置に搭載される４０５ｎｍの発振波長の半導体レーザ、あるいはＤＶＤの情報媒体に対応した光ピックアップに搭載される６５０ｎｍ、ＣＤ（コンパクトディスク）の情報媒体に対応した光ピックアップに搭載される７８０ｎｍの発振波長の半導体レーザで構成されていてもよい。

光源１１から、基板１９に対して平行な方向に照射された光は、反射膜１２で反射する。実施の形態２では、反射膜１２は、シリコン基板１９の一部に形成されている。また、反射膜１２の反射面の角度は、光源１１から出射する光の光軸に対して４５度であることが好ましいが、この角度に限定されない。なお、反射膜１２は、光吸収膜で構成されている。光吸収膜は、例えば、Ａｕ／Ｔｉ／Ｓｉ基板（４０５ｎｍ反射率：約４０％）、ＳｉＯ／Ａｌ：Ｓｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｓｉ基板（４０５ｎｍ反射率：約５８％）などで構成されている。光吸収膜の膜厚は、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍで構成されている。また、反射膜１２は、エッチングによって形成することもできる。

反射膜１２で反射した光は、回折素子１４、コリメータレンズ１５、対物レンズ１６を通って、光ディスク１７上に集光する。光ディスク１７上に集光した光は、光ディスク１７における反射層で反射し、対物レンズ１６、コリメータレンズ１５を通って、回折格子１４に入射する。回折素子１４は、入射する光を２つの受光素子１３ａ及び１３ｂ側へ分光する。受光素子１３ａ及び１３ｂは、回折格子１４で分光された光を受光し、電気信号に変換して出力することによって、ディスク１７に記録されている情報を再生することができる。

ここで、図２は、４０５ｎｍの発振波長をもつ半導体レーザ光源のレーザ出力と相対雑音強度との関係を表すグラフである。図２に示すように、半導体レーザの出力が減少すると、急激に相対雑音強度が増加することがわかる。相対雑音強度の増加は、光ディスクの再生信号特性を悪化させる原因となる。

相対雑音強度が十分に小さくなる光源１１の出力をＡ（Ｗ）、回折格子１４とコリメータレンズ１５と対物レンズ１６などを含む光ピックアップ１８の光の利用効率をＢ（％）、光ディスク１７を再生するために最適な再生信号出力をＣ（Ｗ）としたときに、反射膜１２の反射率Ｘ（％）は、
Ｘ≒Ｃ／（Ａ×Ｂ） ・・・（数式２）
の条件を満たすように形成する必要がある。例えば、光源１１の出力を２ｍＷ、光ピックアップ１８の光の利用効率を２５％、光ディスク１７の再生出力を０．２５ｍＷとした場合、反射膜１２の反射率は５０％程度となる。

以上のように実施の形態２によれば、数式２に示す反射率を有する反射膜１２を配したことにより、光ディスク１７の再生時に、光源１１の発光パワーを量子ノイズが十分に低くなるように減衰させることができ、光ディスク１７の盤面上におけるパワーを低く保つことができるため、光ディスク１７の劣化及びデータの誤消去を防止することができる。また、従来のようなフィルタを搭載しないため、簡単な構成で実現することができコストダウンすることができるとともに、光学的精度を損なうことがない。

また、反射膜１２を基板１９の一部に形成したことにより、簡単な構成で実現できるとともに、コストダウンを図ることができる。

本発明の受発光素子および光ピックアップ装置は、短波長半導体レーザを用いる場合の光ディスク再生装置、特にブルーレイディスクやＨＤ−ＤＶＤの再生装置として有益である。

実施の形態１における受発光素子および光ピックアップ装置の模式図 半導体レーザ光源のレーザ出力と相対雑音強度の相関を示す特性図 実施の形態２における受発光素子および光ピックアップ装置の模式図 従来の光ピックアップの構成を示す模式図

符号の説明

１ 光源
２ 反射ミラー
２ａ 反射面
３ 受光素子
４ 回折格子
５ コリメータレンズ
６ 対物レンズ

Claims (12)

1. 光源と、
   前記光源からの照射光を反射する反射膜を備えたミラーと、
   前記光源と前記ミラーが配されるとともに、表面に受光素子を有する基板とを備えた受発光素子において、
   前記光源は、
   照射光を前記基板に対して平行に照射するように配され、
   前記ミラーは、
   前記照射光を前記基板の表面に対して垂直上方に反射するように配され、
   前記光源の量子ノイズが十分に低下する出力をＡ（Ｗ）とし、前記ミラーから光ディスクまでの光の伝達効率をＢ（％）とし、前記光ディスク再生に必要な再生出力をＣ（Ｗ）とした場合に、前記反射膜の反射率Ｘ（％）が、
   Ｘ≒Ｃ／（Ａ×Ｂ）
   の関係を満たすように形成されていることを特徴とする受発光素子。
2. 前記光源は、半導体レーザで構成されている、請求項１記載の受発光素子。
3. 前記光源は、緑色から紫外線の波長領域で発光可能な半導体レーザで構成されている、請求項１記載の受発光素子。
4. 前記ミラーの反射膜は、光吸収膜で構成されている、請求項１記載の受発光素子。
5. 前記ミラーは、前記基板をエッチングして形成された、請求項１記載の受発光素子。
6. 前記ミラーは、前記光源の照射光に対して４０〜５０°の角度を有する、請求項１記載の受発光素子。
7. 光源と、
   前記光源からの照射光を反射する反射膜を有したミラーと、
   前記光源と前記反射ミラーとを備えるとともに、表面に受光素子を具備した基板と、
   前記ミラーからの光を透過するとともに、光ディスク側からの戻り光を分光する光路分岐手段と、
   前記光路分岐手段からの光を光ディスクの情報層上に集光させる集光手段とを備えた光ピックアップ装置であって、
   前記光源は、
   照射光を前記基板に対して平行に照射するように配され、
   前記ミラーは、
   前記照射光を前記基板の表面に対して垂直上方に反射するように配され、
   前記光源の量子ノイズが十分に低下する出力をＡ（Ｗ）とし、前記ミラーから光ディスクまでの光の伝達効率をＢ（％）とし、前記光ディスク再生に必要な再生出力をＣ（Ｗ）とした場合に、前記反射膜の反射率Ｘ（％）が、
   Ｘ≒Ｃ／（Ａ×Ｂ）
   の関係を満たすように形成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
8. 前記光源は、半導体レーザで構成されている、請求項７記載の光ピックアップ装置。
9. 前記光源は、緑色から紫外線の波長領域で発光可能な半導体レーザで構成されている、請求項７記載の光ピックアップ装置。
10. 前記ミラーの前記反射膜は、光吸収膜で構成されている、請求項７記載の光ピックアップ装置。
11. 前記ミラーは、前記基板をエッチングして形成された、請求項７記載の光ピックアップ装置。
12. 前記ミラーは、前記光源の照射光に対して４０〜５０°の角度を有する、請求項７記載の光ピックアップ装置。

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