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発明の名称 光ピックアップ装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−43561(P2001−43561A)
公開日 平成13年2月16日(2001.2.16)
出願番号 特願平11−218263
出願日 平成11年8月2日(1999.8.2)
代理人 【識別番号】100059258
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 暁秀 (外2名)
【テーマコード(参考)】
5D119
【Fターム(参考)】
5D119 AA11 BB13 DA05 FA05 JA02 JA58 JB02 KA02 LB07 LB11 
発明者 中野 治
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 半導体レーザからのレーザ光をビームスプリッタおよび対物レンズを経て、深さ方向に複数の記録層を有する情報記録媒体に照射し、その反射光を前記対物レンズ、前記ビームスプリッタおよびピンホールを経て光検出器で受光して、前記情報記録媒体の所望の記録層に記録されている情報を再生するようにした光ピックアップ装置において、前記ピンホールの半径をr、前記反射光の検出系の開口数をNA、レーザ光の波長をλとするとき、Vp=2π・r/(λ/NA)が、3≦Vp≦6を満足するよう構成したことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項2】 前記半導体レーザと前記対物レンズとの間にコリメータレンズを有することを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置。
【請求項3】 前記光検出器は、ピンフォトダイオードからなることを特徴とする請求項1または2に記載の光ピックアップ装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、深さ方向に複数の記録層を有する情報記録媒体から情報を再生する光ピックアップ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の光ピックアップ装置として、例えば特開平8−185640号公報に記載されているものがある。この光ピックアップ装置では、半導体レーザからのレーザ光をコリメータレンズで平行光束とした後、ビームスプリッタで反射させて対物レンズにより多層光ディスクに照射し、その反射光を対物レンズを経てビームスプリッタを透過させた後、絞りレンズおよびピンホールを経て光検出器で受光して、所望の記録層に記録された情報を再生するようにしている。
【0003】ここで、ピンホールの直径Dは、所望の記録層からの反射光を透過させて光検出器に入射させるように、ηを反射光検出系の横倍率、NAobを対物レンズの開口数、fを対物レンズの焦点距離、fを絞りレンズの焦点距離、dを多層光ディスクの各記録層間の距離、nをディスク基板の屈折率として、下記の(1)式で算出される値としている。
【0004】
【数1】
D=(1/5)・{(η・NA・f)/(f+2ηd/n)}・(d/n) ・・・(1)
【0005】したがって、例えば、η=10、NAob=0.55、f=3mm、f=30mm、d=0.007mm、n=1.56とすると、ピンホールの直径Dは、D≒4.8μmとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したような光ピックアップ装置において、ピンホール半径をr、使用波長をλ、絞りレンズの開口数をNAdpとし、使用波長λと開口数NAdpとで規格化されるピンホール径(エアリー像の半径)をVpとすると、VpはCONFOCAL MICROSCOPY(Wilson,T).1990.ACADEMIC PRESS INC.に記載されているように下記の(2)式で表される。
【0007】
【数2】
Vp=2π・r/(λ/NAdp) ・・・(2)
【0008】また、ピンホール面に形成されるスポットのエアリー像のプロファイル(強度分布)は、図4に細線で示すようになって、エアリーディスク半径はVp=3.8となり、スポット中心からの強度積分値は、図4に太線で示すようになる。
【0009】ここで、例えばλ=0.68μmとすると、上記の場合、絞りレンズの開口数NAdpは、対物レンズの開口数がNAob=0.55で、f/f=1/10であることから、NAdp=0.055となるので、Vp=3.8のときにピンホール面に入射する光束のスポット直径は、上記(2)式からほぼ15μmとなる。
【0010】このため、上述した従来の光ピックアップ装置では、ピンホール直径Dを、上記(1)式で算出した4.8μm(このときのVpは、Vp≒1.2となる)とすると、ピンホールを透過する光量が半分以下となって、多層光ディスクの所望の記録層からの反射光の利用効率が低下することになる。
【0011】一方、記録媒体からの反射光は、記録層が単一層の場合には通常10%〜90%あるが、複数の記録層を有する場合、例えばフォトポリマ、フォトリフラクティブ結晶、フォトクロミック材料等を用いた媒質中の所望の深さ位置に記録ビームを集光させて、その屈折率や光吸収率を変化させることによりピットデータを記録した記録媒体の場合には、その反射光は非常に小さく、0.1%以下の場合もある。
【0012】このようなことから、上述した従来の光ピックアップ装置では、光検出器に入射する光量が非常に少なくなるために、光検出器として電流増幅作用を有するフォトマルチプレクサやアバランシュフォトダイオードを使用する必要がある。
【0013】ところが、このような電流増幅作用を有する光検出器を用いる場合には、高電圧を要すると共に、温度補償回路を要するため、回路構成が複雑になり、コストアップになるという問題があると共に、消費電力も増大するという問題がある。
【0014】この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、深さ方向に複数の記録層を有する情報記録媒体からの反射光をピンホールを介して効率良く受光でき、所望の記録層に記録された情報を正確に再生できるよう適切に構成した光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求項1に係る発明は、半導体レーザからのレーザ光をビームスプリッタおよび対物レンズを経て、深さ方向に複数の記録層を有する情報記録媒体に照射し、その反射光を前記対物レンズ、前記ビームスプリッタおよびピンホールを経て光検出器で受光して、前記情報記録媒体の所望の記録層に記録されている情報を再生するようにした光ピックアップ装置において、前記ピンホールの半径をr、前記反射光の検出系の開口数をNA、レーザ光の波長をλとするとき、Vp=2π・r/(λ/NA)が、3≦Vp≦6を満足するよう構成したことを特徴とするものである。
【0016】図4から明らかなように、ピンホール面における強度積分値は、3≦Vpでは80%以上となり、3>Vpでは急激に低下する。したがって、3≦Vpを満足するようにピンホールの半径を設定すれば、光検出器への入射光量を多くでき、情報記録媒体からの反射光の利用効率を高めることができる。
【0017】しかし、Vpを大きくすると、所望の記録層に隣接する記録層からの信号の漏れこみが多くなり、解像度が低下することになる。図5は、図4に示したピンホール半径Vpに対して制限できる対物レンズの焦点深度方向の強度分布を示している。ここで、横軸のパラメータuは、焦点深度方向の値を下記の(3)式により、使用波長λと対物レンズの開口数NAob(NAob=sinα)とで正規化したものである。なお、zは実際の焦点深度を示している。また、簡単のため、空気換算長で示す。
【0018】
【数3】
u=(8π/λ)zsin(α/2) ・・・(3)
【0019】上記(3)式において、λ=0.68μmとすると、パラメータuは下表のようになる。
【0020】
【表1】

【0021】ここで、情報記録媒体の記録層間の間隔を5μmとすると、焦点深度zは±2.5μm以下が望ましく、NAob=0.55の場合には、u=8以下となる。また、この場合に隣接する記録層からの信号の漏れ込み量は、図5のu=8における強度分布から読み取ると、図6に示すようになり、漏れ込み量は、Vp>6で急激に増加することが分かる。
【0022】以上のことから、請求項1に記載のように、3≦Vp≦6を満足するようにピンホール半径rを設定することで、情報記録媒体からの反射光の利用効率を高め、光検出器に入射する光量を十分確保できると共に、情報記録媒体の層方向の解像度を高め、所望の記録層に記録された情報を高解像度で読み取ることが可能となる。
【0023】請求項2に係る発明は、請求項1に記載の光ピックアップ装置において、前記半導体レーザと前記対物レンズとの間にコリメータレンズを有することを特徴とするものである。
【0024】請求項2に係る発明によると、半導体レーザからのレーザ光は、コリメータレンズで平行光にされて対物レンズに入射する無限光学系となるので、レーザ光を有効に収束できると共に、例えばコリメータレンズと対物レンズとの間の平行光の光路中にビームスプリッタを配置することで、ビームスプリッタ面に対する入射光の角度依存性の影響を受けることもなくなる。
【0025】請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の光ピックアップ装置において、前記光検出器は、ピンフォトダイオードからなることを特徴とするものである。
【0026】請求項3に係る発明によると、ピンフォトダイオードを用いることで、回路構成を簡単かつ安価にできると共に、低消費電力とすることが可能となる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明による光ピックアップ装置の実施の形態について説明する。図1および図2(a),(b)は、この発明の第1実施の形態を示すもので、図1は全体の概略構成図、図2(a)および(b)は図1に示す半導体基板の断面図および平面図である。この実施の形態では、半導体レーザ1からの直線偏光のレーザ光を偏光ビームスプリッタ2にS偏光で入射させて、該偏光ビームスプリッタ2で反射させる。この偏光ビームスプリッタ2で反射されたレーザ光は、コリメータレンズ3で平行光とした後、1/4波長板4を経て対物レンズ5により、複数の記録層6が積層された情報記録媒体7の所望の記録層に収束するように照射する。
【0028】また、情報記録媒体7での反射光は、往路とは逆の経路をたどって、対物レンズ5、1/4波長板4およびコリメータレンズ3を経て偏光ビームスプリッタ2に入射させる。ここで、偏光ビームスプリッタ2に入射する情報記録媒体7からの反射光は、1/4波長板4を2回透過することからP偏光となるので、偏光ビームスプリッタ2を透過する。この偏光ビームスプリッタ2を透過する情報記録媒体7からの反射光を、半導体基板8に形成したピンホール9を介してピンフォトダイオード10で受光して、情報記録媒体7の所望の記録層6に記録されている情報を再生するようにする。
【0029】なお、半導体レーザ1は、ベース11上に設けた台12に固定する。また、半導体基板8はベース11上に固定し、この半導体基板8上のピンホール9およびピンフォトダイオード10を有する部分に偏光ビームスプリッタ2を接着等により固定する。
【0030】ピンフォトダイオード10は、シリコン等のnの半導体基板8の表面側にp領域15を形成すると共に、そのp領域15に接合してAl等よりなるp側電極16を形成し、裏面側にn層17を介してAl等よりなるn側電極18を形成して構成する。
【0031】また、ピンホール9は、この実施の形態では、ピンフォトダイオード10のp側電極16と、このp側電極16上に設けたカーボンを含む有機膜や誘電体多層膜よりなる薄膜19とにより形成する。
【0032】このように、ピンホール9を金属膜よりなるp側電極16上に薄膜19を設けて形成することにより、ピンホール面での反射光による迷光を有効に防止できると共に、ピンホール9の光軸方向の厚さを薄くでき、情報記録媒体7の所望の記録層6での反射光を効率良く受光することができる。ちなみに、ピンホール9を金属膜のみで形成する場合には、該金属膜での反射光が迷光となってピンフォトダイオード10に入射するおそれがあり、また有機膜や誘電体多層膜のみで形成する場合には、膜部分を光が透過しないように膜厚を厚くする必要があるために、ピンホールの精度が低下して所望の記録層6での反射光を効率良く受光することができなくなるおそれがある。
【0033】この実施の形態では、ピンホール9を、その半径rがVp=4となるように形成する。したがって、例えば半導体レーザ1から出射されるレーザ光の波長λをλ=0.68μm、コリメータレンズ3の焦点距離fcoおよび開口数NAcoをfco=12mm、NAco=0.138、対物レンズ5の焦点距離fobおよび開口数NAobをfob=3mm、NAob=0.55とすると、半径rは上記(2)式から、r≒3.14μmとする。また、λ=0.65μmの場合は、r≒3μmとする。
【0034】図3は、この発明の第2実施の形態を示す全体の概略構成図である。図3において、情報記録媒体21は、グルーブを有する反射面22と、そのグルーブを有する面上に設けられたフォトポリマ、フォトリフラクティブ結晶、フォトクロミック材料等の媒質23と、反射面22の他方の面上に設けられた保護層24とを有しており、媒質23中の異なる深さ位置に、それぞれ屈折率や光吸収率を変化させて情報が記録された複数の記録層25が形成されている。この実施の形態では、かかる情報記録媒体21に、その媒質23側から記録情報を読み取る情報読み取り用レーザ光30と、フォーカス制御およびトラッキング制御を行うためのサーボ用レーザ光40とを照射して、所望の記録層に記録されている情報を読み取る。なお、情報読み取り用レーザ光30の波長は、サーボ用レーザ光40の波長よりも短くする。
【0035】情報読み取り用レーザ光30は、半導体レーザ31から出射させる。この半導体レーザ31から出射したレーザ光は、コリメータレンズ32で平行光に変換して偏光ビームスプリッタ33にP偏光で入射させ、該偏光ビームスプリッタ33を透過するレーザ光を1/4波長板34を経てダイクロイックプリズム35に入射させて、該ダイクロイックプリズム35で反射させ、このダイクロイックプリズム35で反射されたレーザ光を対物レンズ36により情報記録媒体21の所望の記録層25の情報トラック上に集光させる。対物レンズ36は、図示しない二軸アクチュエータにより情報記録媒体21に対してフォーカス方向およびトラッキング方向に駆動可能に構成する。
【0036】また、情報記録媒体21で反射される情報読み取り用レーザ光30は、往路とは逆の経路をたどって、対物レンズ36、ダイクロイックプリズム35および1/4波長板34を経て偏光ビームスプリッタ33に入射させる。ここで、偏光ビームスプリッタ33に入射する情報記録媒体21からの反射光は、往路と復路とで1/4波長板34を透過するのでS偏光となり、偏光ビームスプリッタ33で反射される。この偏光ビームスプリッタ33で反射されるレーザ光は、検出レンズ37で集光し、その集光点においてピンホール38を介してピンフォトダイオード39で受光し、その出力に基づいて情報記録媒体21の所望の記録層25に記録されている情報を再生する。ピンホール38およびピンフォトダイオード39は、例えば第1実施の形態で説明したと同様に半導体基板に形成する。
【0037】一方、サーボ用レーザ光40は、光源ユニット41から出射させる。この光源ユニット41には、半導体レーザ42、光検出器43およびホログラム44を設け、半導体レーザ42からホログラム44を経て、情報読み取り用レーザ光30とは異なる波長のサーボ用レーザ光40を出射させる。この光源ユニット41からのサーボ用レーザ光40は、コリメータレンズ45で平行光にした後、ダイクロイックプリズム35を透過させて対物レンズ36により情報記録媒体21の反射面22上に集光させる。コリメータレンズ45は、図示しない一軸アクチュエータによりフォーカス方向に駆動可能に構成する。
【0038】また、情報記録媒体21で反射されるサーボ用レーザ光40は、往路とは逆の経路をたどって、対物レンズ36、ダイクロイックプリズム35およびコリメータレンズ45を経て光源ユニット41のホログラム44に入射させて回折させ、公知のビームサイズ法やフーコー法等によりフォーカスエラー信号を検出し、プッシュプル法、位相差法、3ビーム法等によりトラッキングエラー信号を検出する。対物レンズ36およびコリメータレンズ45は、読み取るべき所望の記録層25の位置に応じてフォーカス方向に駆動し、さらに対物レンズ36は上記フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号に基づいてフォーカス方向およびトラッキング方向に駆動して、情報読み取り用レーザ光30が所望の記録層25に集光し、かつサーボ用レーザ光40が反射面22上に集光して所望の情報トラックを追従するように制御する。
【0039】かかる構成において、例えば、半導体レーザ31から出射する情報読み取り用レーザ光30の波長を0.65μm、コリメータレンズ32の焦点距離を12mm、開口数を0.138、対物レンズ36の焦点距離を3mm、開口数を0.55、検出レンズ37の焦点距離を25mm、開口数を0.138、半導体レーザ42から出射するサーボ用レーザ光40の波長を0.78μm、コリメータレンズ45の焦点距離を18mmとし、ピンホール38の直径は、Vp=4を満たすように、6μmとする。なお、情報読み取り用レーザ光30の波長を0.68μmとする場合には、ピンホール38の直径は、Vp=4で6.3μmとする。
【0040】ところで、従来の光ピックアップ装置では、検出系のレンズに例えば非点収差を持たせるようにしており、収差補正については全く考慮する必要はないが、上記各実施の形態におけるように、ピンホールを用いるコンフォーカルの光ピックアップ装置では、対物レンズおよび検出系の伝達関数をそれぞれHobおよびHdeとすると、媒体中の点像強度分布Iは、下記(4)式で表される。ただし、コヒーレント光学系とする。
【0041】
【数4】
I=(Hob×Hde ・・・(4)
【0042】このような、検出系のスポットの解像度を維持するためには、検出系の伝達関数を劣化させないようにすることは勿論であるが、収差を抑えてピンホールでけられる光量を少なくする必要がある。
【0043】そこで、この発明の好適実施の形態では、上記の各実施の形態において、ピンホールを透過する光量が1割劣化する収差量を許容値とする。この場合、対物レンズおよび検出系の全体の透過波面収差は、下記(5)式からrms値で、ほぼ0.05λrms以下とすればよいので、例えば対物レンズおよび検出系のそれぞれの透過波面収差を0.035λrms以下とする。なお、この場合の波長λは、第2実施の形態では情報読み取り用レーザ光30の波長である。
【0044】
【数5】
I(p)=1−(2π/λ)(Δφp)=0.9 ただし、(Δφp):波面収差の2乗平均 {(Δφp/λ)}1/2={0.1/(2π)}1/2 ・・・(5)
Δφp≒0.05λrms【0045】このように、対物レンズおよび検出系の全体の透過波面収差をほぼ0.05λrms以下とすれば、所望の記録層に集光された情報記録媒体からの反射光を、より効率良く受光することができる。
【0046】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、深さ方向に複数の記録層を有する情報記録媒体からの反射光をピンホールを介して光検出器で受光するに際して、ピンホールの半径をr、反射光の検出系の開口数をNA、レーザ光の波長をλとするとき、Vp=2π・r/(λ/NA)が、3≦Vp≦6を満足するよう構成したので、所望の記録層に集光された情報記録媒体からの反射光を効率良く受光でき、情報を正確に再生することができる。
【0047】また、所望の記録層に集光された反射光を効率良く受光できることから、光検出器としてピンフォトダイオードを用いることができ、これにより回路構成を簡単かつ安価にできると共に、消費電力も低減することができる。




 

 


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