JP3577054B2

JP3577054B2 - 光ピックアップ及び光ピックアップの製法並びに光ディスクシステム

Info

Publication number: JP3577054B2
Application number: JP2002087698A
Authority: JP
Inventors: 中田直太郎
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP2003281767A; US20030185138A1; US7388823B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザを利用して、光ディスクに書き込まれた情報を読み取る光ピックアップ及び光ピックアップの製法並びに該光ピックアップを備えた光ディスクシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクに書き込まれた情報を読取るＤＶＤ、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ／ＲＡＭ等のシステムでは、半導体レーザを光ピックアップの光源として用いている。図９は、光ディスク３６に記録された情報を読取るための光ピックアップ３１の概略構造である。光ピックアップ３１は、半導体レーザ３２、ハーフミラー３３、コリメートレンズ３４、対物レンズ３５、受光素子３７を備える。半導体レーザ３２からの出力光は、ハーフミラー３３で反射されて、コリメートレンズ３４で平行光束になる。平行光束は対物レンズ３５で光ディスク３６に集光される。光ディスク３６から反射された光は、対物レンズ３５、コリメートレンズ３４を通過し、ハーフミラー３３を透過して受光素子３７で検出される。ハーフミラー３３は、入射する光の凡そ５０％は透過させるが、凡そ５０％は反射させる。このため、光ディスクからの反射光の一部は、本来の受光素子３７に向かわずに、半導体レーザに戻ることになる。これを戻り光という。光ディスクから半導体レーザへの戻り光は、半導体レーザの発光と干渉して、半導体レーザの出力光に戻り光ノイズが発生する。
【０００３】
戻り光ノイズの測定系を図１に示す。図１において、１１は半導体レーザ、１２はコリメートレンズ、１３はハーフミラー、１４は減衰器、１５は全反射ミラー、１６は対物レンズ、１７は受光素子、１８はノイズ測定機である。半導体レーザ１１からの出力光をコリメートレンズ１２で平行光束とし、ハーフミラー１３で２つの平行光束に分離する。分離された平行光束の一方は、減衰器１４で所要の減衰を受け、全反射ミラー１５で反射されて、半導体レーザ１１に戻る。分離された平行光束の他方は、対物レンズ１６で集光され、受光素子１７で受光される。受光した半導体レーザ出力光はノイズ測定機１８でノイズ量が測定される。この測定系では、減衰器１４の減衰量を調整することによって、戻り光ノイズに対する戻り光の量の影響を測定することができる。
【０００４】
戻り光ノイズを防ぐため、半導体レーザを駆動する直流電流に高周波電流を重畳する方法が提案されている（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２０，ｐｐ．８２１−８２２）。図２に直流電流に高周波電流を重畳して半導体レーザを駆動したときの光出力を示す。図２において、駆動電流として、直流電流にサイン状の高周波電流を重畳すると、出力光はパルス状となる。この提案は、直流電流に高周波電流を重畳して半導体レーザを駆動すると、高周波電流により駆動電流が半導体レーザの閾値を瞬時的にしたまわり、再度、発光開始するときにマルチモードで発光する現象を利用するものである。
【０００５】
この提案では、半導体レーザから反射体までの距離が１００ｍｍで、１ＧＨｚの高周波電流を重畳している。この場合、半導体レーザは５００ｐｓｅｃの間、発光した後に５００ｐｓｅｃの間、発光停止というパルス発光動作を繰り返す。光は５００ｐｓｅｃで約１５０ｍｍ進むため、半導体レーザから反射体までの往復２００ｍｍの測定系では、半導体レーザの発光が停止した状態の間に前の発光状態からの出力光が反射体に反射されて戻り光（図２において戻り光Ａ）となる。この戻り光は、発光停止状態から次の発光状態のときに戻る。半導体レーザは発光状態と発光停止状態というパルス発光動作を繰り返す際に、前の発光状態にあるときの半導体レーザ出力光と次の発光状態にあるときの半導体レーザ出力光はコヒーレンスの相関がなくなる。この結果、戻り光と次の発光状態の出力光はコヒーレントな相互作用をしないため、戻り光ノイズは比較的低い値に抑えられる。
【０００６】
最近の光ピックアップは小型化が進み、光ピックアップの半導体レーザ端面と光ディスクの距離は３０ｍｍ程度に短くなっている。また、重畳する高周波電流の周波数は不要輻射を防ぐため、３００〜５００ＭＨｚに抑えられている。このため、半導体レーザが発光状態の間に出力光が光ディスクで反射して戻り光（図２において戻り光Ｂ）となるため、戻り光が半導体レーザの発光と干渉し、戻り光ノイズが大きくなる。
【０００７】
また、戻り光ノイズを低減するために、自励発振する半導体レーザも開発された。これは、半導体レーザで発光が開始されると、発光波長での吸収係数等が変化して、発光を停止し、発光を停止すると吸収係数等が戻り、再度発光を開始するというパルス発光動作をするものである。自励発振する半導体レーザも発光開始時にはマルチモード発光することから、戻り光ノイズが発生しにくいとされてきた。しかし、自励発振する半導体レーザも、発振周波数に上限があり、小型化の進んだ光ピックアップでは、半導体レーザが発光状態の間に出力光が光ディスクで反射して戻り光となると、戻り光が半導体レーザの発光と干渉し、半導体レーザ出力光の戻り光ノイズが大きくなるという問題がある。
【０００８】
従来の光ピックアップの構成では、マルチモード発振の半導体レーザは戻り光に強いとされてきたが、前述したように、小型化した光ピックアップでは戻り光の影響を受けるため、戻り光ノイズを評価する必要が生じた。高周波電流の重畳効果や自励発振効果は最終的には半導体レーザの出力光におけるノイズで評価されるが、ノイズの測定は極めて複雑で、戻り光によるノイズ評価の測定系において、重畳する高周波電流の強度と戻り光ノイズの関係を評価することを困難にしている。
【０００９】
一方、半導体レーザの出力光の可干渉性をマイケルソン干渉計で評価する方法は多く報告されている。図３にマイケルソン干渉計の原理構成を示す。図３において、１９は移動ミラー、２０は固定ミラーである。半導体レーザ１１からの出力光をコリメートレンズ１２で平行光束とし、ハーフミラー１３で２つの平行光束に分離する。分離された平行光束の一方は、固定ミラー２０で反射され、ハーフミラー１３を通過し、対物レンズ１６を経て受光素子１７で検出される。分離された平行光束の他方は、移動ミラー１９で反射され、さらにハーフミラー１３で反射され、対物レンズ１６を経て受光素子１７で検出される。移動ミラー１９を移動させることにより、分離された２つの平行光束の受光素子１７までの距離差を可変とする。半導体レーザ１１の出力光を、移動ミラー１９の作り出す距離差と受光素子１７で検出される光電力から可干渉性を測定する。
【００１０】
現在のマイケルソン干渉計では、比較的、距離差の小さい範囲では容易に測定できるが、光ピックアップの半導体レーザ端面から光ディスクまでの距離に相当する距離差程度になると、簡易に測定できる範囲を越えている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決するために、光ピックアップに適用できる半導体レーザを簡易に調整するか、又は選定することを目的とする。
発明者は、困難なノイズ測定に代えて、他の指標で評価することを検討した。その結果、マルチモード発振する半導体レーザ出力光の可干渉性をマイケルソン干渉計で観測し、ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線の包絡線が一定値以下に落ちる距離を可干渉距離と定義し、該可干渉距離を光ピックアップの光路長よりも短くなるようにすれば、戻り光ノイズを抑えられることを見出した。光ピックアップの光路長とは、光ピックアップの半導体レーザ出射端面から、光ディスクまでの距離を屈折率で補正して、空気中での距離に換算したものをいう。
【００１２】
マイケルソン干渉計による可干渉性の観測結果を図４の左側のグラフに示す。図４の左側のグラフにおいて、横軸は図３における分離された２つの平行光束の受光素子１７までの距離差を表し、縦軸はｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ（干渉出力）を表す。簡易なマイケルソン干渉計では、移動ミラーを大きく移動させることができないため、図４の左側のグラフに示すように、微小距離差でしかｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙを測定できない。一方、図４に示すように、ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線の包絡線はガウス分布で近似できることから、それぞれの半導体レーザにおいて、ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線のγ１の値から包絡線を外挿して、ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線の包絡線が一定値になる値を推定した。γｎとはｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線の中央に対するｎ番目のピークの比をいい、従って、γ１とは、ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線の中央に対する次のピークの比をいう。ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線の包絡線が当該一定値になる値を可干渉距離と定義し、光ピックアップの光路長が可干渉距離よりも長ければ、半導体レーザ出力光の戻り光ノイズが許容量以下になることを見出した。ここで、γ１からだけでなく、簡易なマイケルソン干渉計で測定できる任意のｎ番目のγｎから包絡線を外挿してもよい。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、推定した可干渉距離と光ピックアップの光路長の比較から、光ピックアップに適用できる半導体レーザを選定又は調整する。具体的には、請求項１に係る発明は、縦マルチモード化した半導体レーザの出力光のvisibility 曲線の包絡線が１／ｅ ^２になる距離を光ピックアップ光路長よりも短くした半導体レーザを備えた光ピックアップである。
【００１４】
請求項２に係る発明は、直流電流に高周波信号を重畳した駆動電流で半導体レーザを動作させ、縦マルチモード化した半導体レーザからの出力光のvisibility 曲線の包絡線が１／ｅ ^２になる距離を、光ピックアップ光路長よりも短くなるよう駆動電流を調整して前記半導体レーザを組み込むことを特徴とする光ピックアップの製法である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の光ピックアップ、又は請求項２に記載の製法によって製造した光ピックアップを組み込んだ光ディスクシステムである。
本発明により、複雑な手順のノイズ測定や、大規模なマイケルソン干渉計を使用した測定を不要とし、許容される戻り光ノイズ量以下の光ピックアップ及び該光ピックアップを組み込んだ光ディスクシステムを構成することができる。
【００１６】
【実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
光ピックアップに適用する半導体レーザをマルチモードで発光させるために、直流電流に３３０ＭＨｚの高周波電流を重畳した駆動電流で半導体レーザを駆動する。このときの、出力光を時間軸で測定した結果を図５（１）に示す。高周波電流の周波数に合わせて、パルス状の発光状態になっている。このときの、半導体レーザの出力光の可干渉性を簡易なマイケルソン干渉計で観測する。観測結果を図５（２）に示す。
【００１７】
図５（２）の結果を基に、図４で説明した手法により、ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙの包絡線を外挿する。発明者は、本光ピックアップに適用する半導体レーザでは、ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線の包絡線が、１／ｅ^２になる距離を可干渉距離と定めて、この可干渉距離を光ピックアップの光路長よりも短くすれば、許容される戻り光ノイズ量よりも低減できることを見出した。図５（２）のｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線の包絡線から導かれる可干渉距離は、４７ｍｍである。
【００１８】
さらに、重畳する高周波電流の周波数を上げ、直流電流を小さくした上で高周波電流の振幅を上げて、半導体レーザを駆動する。このときの、出力光を時間軸で測定した結果を図６（１）に示す。図５（１）の出力光に比較して、パルス繰り返し周波数が上昇し、さらに、パルス幅も狭くなっている。このときの、半導体レーザの出力光の可干渉性を簡易なマイケルソン干渉計で観測する。測定結果を図６（２）に示す。図５（２）に比較して、ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線が急に減衰していることが理解できる。これは、上記のように、パルス幅を狭くしたために、発光時のマルチモード化が進んだためである。図６（２）のｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線から導かれる可干渉距離は、２７ｍｍである。
【００１９】
上記の妥当性を確認するための測定も行った。図５及び図６の状態で、ピックアップ光路長を変化させたときの戻り光ノイズ量を測定した。測定結果を図７に示す。図７の横軸は光ピックアップの光路長、縦軸は戻り光ノイズである。図７において、図５の状態をＡ、図６の状態をＢとしている。図７において、戻り光ノイズ許容量は−１２５ｄＢ／Ｈｚであることから、Ａの場合に許容される光ピックアップの光路長は４９ｍｍ、Ｂの場合に許容される光ピックアップの光路長は２７ｍｍである。先にｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線から求めた可干渉距離とよく一致していることが分かる。
【００２０】
本実施の形態から、ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線の包絡線が１／ｅ^２になる距離を可干渉距離と定めて、直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で半導体レーザを動作させ、縦マルチモード化した半導体レーザからの出力光の可干渉距離が、光ピックアップ光路長よりも短くなるように、半導体レーザの駆動電流を調整することにより、許容戻り光ノイズ量以下の光ピックアップを構成できることが確認できた。
【００２１】
以上のことから、本光ピックアップの製法により、複雑な手順のノイズ測定や、大規模なマイケルソン干渉計を使用した観測を不要とし、また、縦マルチモード化した半導体レーザの出力光の可干渉距離を光ピックアップ光路長よりも短くした半導体レーザを備えた光ピックアップは、許容戻り光ノイズ量以下とすることができた。
【００２２】
（実施の形態２）
図５と同じ駆動電流の条件で、異なる半導体レーザを駆動した場合の可干渉性を測定した。このとき、ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線の包絡線が１／ｅ^２になる距離、即ち可干渉距離は３０ｍｍであった。この状態で、光ピックアップの光路長を変化させたときのノイズ量を測定した。測定結果を図７に併せて示す（図７のＣ）。図７において、戻り光ノイズ許容量は−１２５ｄＢ／Ｈｚであることから、Ｃの場合に許容される光ピックアップの光路長は３０ｍｍである。先にｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ曲線から求めた可干渉距離とよく一致していることが分かる。
【００２３】
従って、光ピックアップの光路長が３０ｍｍ以上の光ピックアップには本半導体レーザを選定することができる。自励発振する半導体レーザであっても、半導体レーザの出力光の可干渉距離が光ピックアップの光路長よりも短い半導体レーザを選定することによって、光ピックアップに組み込むことができる。
本実施の形態で説明したように、半導体レーザの出力光の可干渉距離を光ピックアップ光路長よりも短くした半導体レーザを選定して光ピックアップに組み込むことによって、許容ノイズ量以下の光ピックアップを実現することができた。
【００２４】
以上のことから、本光ピックアップでは、複雑な手順のノイズ測定や、大規模なマイケルソン干渉計を使用した測定を不要とし、また、縦マルチモード化した半導体レーザの出力光の可干渉距離を光ピックアップ光路長よりも短くした半導体レーザを備えた光ピックアップは、許容戻り光ノイズ量以下とすることができた。
【００２５】
（実施の形態３）
光ディスクシステムは、図８に示すように光ピックアップ２１と、光ピックアップスライド機構２２と、光ディスク回転機構２３とを有する。光ピックアップスライド機構２２は、光ピックアップをスライドさせるための機構であって、光ピックアップをスライドさせる歯車（２２−１）やレール機構（２２−２乃至２２−３）等を備える。光ディスク回転機構は、光ディスクを回転させる機構を備える。従って、光ピックアップの光路長とは、光ピックアップ２１に設置された半導体レーザから、光ディスク回転機構２３によって回転させられる光ディスク（図示せず）までの距離をいうことになる。
【００２６】
本実施の形態では、実施の形態１又は２で説明した光ピックアップを組み込むことにより、要求される許容戻り光ノイズ量以下の性能を有する光ディスクシステムを構成することができた。
以上のことから、本光ディスクシステムでは、複雑な手順のノイズ測定や、大規模なマイケルソン干渉計を使用した測定を不要とし、所望の戻り光ノイズ量以下の光ディスクシステムを構成することができた。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば複雑な手順のノイズ測定や、大規模なマイケルソン干渉計を使用した測定を不要とし、所望の戻り光ノイズ量以下の光ピックアップ及び該光ピックアップを組み込んだ光ディスクシステムを構成することができる。
本発明による光ピックアップでは、所望のノイズ量以下の性能を保証することができ、任意の組み合わせで光ディスクシステムを構成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】戻り光ノイズの測定系を説明する図である。
【図２】半導体レーザの駆動電流に対する光出力の関係、及び出力光と戻り光の時間関係を説明する図である。
【図３】マイケルソン干渉計の測定原理を説明する図である。
【図４】マイケルソン干渉計で半導体レーザの出力光の可干渉性を観測した結果を説明する図である。
【図５】直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で半導体レーザを駆動したときの出力光を時間軸で測定した結果と、出力光の可干渉性をマイケルソン干渉計で観測した結果を説明する図である。
【図６】直流電流に高周波電流を重畳した駆動電流で半導体レーザを駆動したときの出力光を時間軸で測定した結果と、出力光の可干渉性をマイケルソン干渉計で観測した結果を説明する図である。
【図７】光ピックアップの光路長に対する半導体レーザ出力光の戻り光ノイズを測定した結果を説明する図である。
【図８】光ディスクシステムの構成を説明する図である。
【図９】光ピックアップの概略構造を説明する図である。
【符号の説明】
１１：半導体レーザ
１２：コリメートレンズ
１３：ハーフミラー
１４：減衰器
１５：全反射ミラー
１６：対物レンズ
１７：受光素子
１８：ノイズ測定器
１９：移動ミラー
２０：固定ミラー
２１：光ピックアップ
２２−１、２２−２、２２−３：光ピックアップスライド機構
２３：光ディスク回転機構
２４：光ディスクシステム
３１：光ピックアップ
３２：半導体レーザ
３３：ハーフミラー
３４：コリメートレンズ
３５：対物レンズ
３６：光ディスク
３７：受光素子

Claims

半導体レーザからの出力光を光ディスクに集光し、該光ディスクからの反射光を受光することにより前記光ディスクに書き込まれた情報を読取る光ピックアップにおいて、縦マルチモード化した半導体レーザの出力光のvisibility 曲線の包絡線が１／ｅ ^２になる距離を光ピックアップ光路長よりも短くした半導体レーザを備えた光ピックアップ。
半導体レーザからの出力光を光ディスクに集光し、該光ディスクからの反射光を受光することにより前記光ディスクに書き込まれた情報を読取る光ピックアップの製法において、直流電流に高周波信号を重畳した駆動電流で半導体レーザを動作させ、縦マルチモード化した半導体レーザからの出力光のvisibility 曲線の包絡線が１／ｅ ^２になる距離を、光ピックアップ光路長よりも短くなるよう駆動電流を調整して前記半導体レーザを組み込むことを特徴とする光ピックアップの製法。
光ピックアップと、光ピックアップスライド機構と、光ディスク回転機構とを有する光ディスクシステムにおいて、請求項１に記載の光ピックアップ、又は請求項２に記載の製法によって製造した光ピックアップを組み込んだ光ディスクシステム。