JP2001256665A

JP2001256665A - 受発光複合素子およびそれを用いた光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP2001256665A
Application number: JP2000391520A
Authority: JP
Inventors: Haruo Tanaka; 治夫田中; Masahiko Tsumori; 昌彦津守
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2001-09-21
Also published as: US6671236B2; US20010007543A1

Abstract

(57)【要約】【課題】発光部と受光部との位置関係を調整しなくて
も確実に焦点位置を検出することができる受発光複合素
子、およびそれを用いて、組立てが容易で、かつ、感度
よくフォーカスやトラッキングのズレを検出して修正す
ることができる光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】発光部１と、その発光部１の光を集光す
る対物レンズ３と、その対物レンズ３により集光され、
対象物である光ディスク１０で反射した光を検出できる
ように受光部２が発光部１の近傍に設けられている。そ
して、発光部１と受光部２とは、対物レンズの開口数を
ＮＡ、前記発光部の波長をλとすると、１.２２λ／Ｎ
Ａ（ビームウェストＢＷ）の範囲内に入るように形成さ
れたり、受光部が多分割されて非点収差が形成されたビ
ームの焦点ずれを検出し得るように形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＤ-ＲＯＭ、Ｃ
Ｄ-Ｒ、ＤＶＤ-ＲＯＭ、ＭＤなどの光ディスクの記録再
生に用いる光ピックアップ装置のフォーカスエラーやト
ラッキングエラーを修正したり、目の前に配置されるマ
イクロディスプレーの映像を自動的に人間の網膜上に結
像するように結像位置を修正するためなどに用いるのに
適した受発光複合素子およびそれを用いた光ピックアッ
プ装置に関する。さらに詳しくは、光学系の位置調整を
精密に行って発光部と受光部との位置合せをしなくて
も、正確に対象物での反射状況に応じた反射光を検出す
ることができ、焦点方向のズレやｘｙ平面内（トラッキ
ング方向）でのズレを検出することができる光検出器お
よびそれを用いた光ピックアップ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報の記録担体としての光ディスクの情
報を記録するピットは０.９μｍ程度の大きさであり、
そのピットの列（トラック）は１.６μｍ程度の狭いピ
ッチで並んでいるため、実際の光ピックアップ装置にお
いては、トラックの方向と垂直方向の変位や光ディスク
の回転ブレなどによるフォーカスのズレなどを補正しな
がらピットの検出を行わなければならない。このフォー
カスのズレを補正する方法として、従来は、光ディスク
で反射した受信信号光をハーフレンズまたはビームスプ
リッタにより送信信号光と分離し、シリンドリカルレン
ズなどを通して非点収差を形成し、４分割センサにより
受信することによりフォーカスのズレを検出する非点収
差法や、たとえばプリズムを用いて光ディスクからの反
射光がプリズムの頂角に焦点を結んでいるか否かにより
フォーカスのズレを検出するフーコー法などが用いられ
ている。

【０００３】非点収差法を用いた一例の光ピックアップ
装置は、たとえば図１５に示されるように、レーザダイ
オード（以下、ＬＤという）１などの光源からの光を回
折格子６により回折させてトラッキングサーボ用のビー
ムを生成し（３ビーム法）、ハーフミラー７により反射
させ、コリメータ３ａ、対物レンズ３ｂなどのレンズ系
３を経て光ディスク１０のピット上に集光させ、その反
射光を対物レンズ３ｂ、コリメータ３ａ、ハーフミラー
７、および凹レンズ８を経てホトダイオードなどの受光
素子２で受光し、フォーカスサーボや、トラッキングサ
ーボを行いながら光ディスク１０のピットの大きさを検
出し、情報の読出しをする。

【０００４】この例では、シリンドリカルレンズを用い
ないで、ハーフミラー７として、厚さのある透明基板の
表面にハーフミラー面を形成することにより、ＬＤ１か
らの光はその表面で５０％の光が反射して歪むことなく
光ディスク１０に進み、光ディスク１０で反射して戻る
光の半分は、厚さのあるハーフミラー７を屈折して受光
素子２に向う。この際、ハーフミラー７はＬＤ１からの
光を光ディスク１０側に反射させるため、一定方向の傾
きを有しており、反射して戻る光のビームが図１５のｘ
軸上に入る収束ビームはハーフミラー７の傾斜面に対し
て全て同じ入射角であるのに対して、ｙ軸上に入る収束
ビームはｙ軸方向によって傾斜面に対する入射角が異な
る。そのため、収束点位置が変化するのに対して、前述
のｘ軸に入るビームはｘ軸方向のどのビームも全て同じ
ように屈折し、平行移動するだけで歪みは生じない。そ
のため、非点収差が生じ、この非点収差を利用してフォ
ーカスサーボを行っている。

【０００５】また、フーコー法を応用したホログラムを
用いるものは、図１６に示されるように、ＬＤ１からの
レーザ光を、回折格子６で回折させてトラッキングサー
ボ用のビームを生成し（３ビーム法）、回折格子６の上
面に設けられたホログラム（回折素子）９、コリメータ
３ａおよび対物レンズ３ｂからなるレンズ系３を経て光
ディスク１０のピットに集光させ、その反射光を対物レ
ンズ３ｂ、コリメータ３ａ、ホログラム９を経て、ホロ
グラム９で回折した１次回折の信号を受光素子２で受光
し、前述と同様に情報の読み出しを行う。ホログラム９
は、従来の光ピックアップ装置の平板ビームスプリッタ
とフーコープリズムがもつ機能を有しており、フーコー
法の原理を用いている。

【０００６】これらの方法は、いずれも発光素子１と受
光素子２が異なる位置に設けられる構造であるため、そ
の位置合せが非常に大変であるという問題がある。すな
わち、受光素子の面積は、非常に小さくしなければ焦点
のズレなどを認識することができず、非常に小さい受光
素子２により反射光を受光するためには反射光の収束位
置に正確に配置されなければならない。このような問題
を解消する方法として、図１７に示される構造のものが
知られている。

【０００７】図１７（ａ）に示される構造は、ＬＤ１に
より照射され、光ディスク１０により反射して戻った光
はそのままＬＤ１に戻るが、反射光が戻ることによりＬ
Ｄ１の発振状態が変化するため、ＬＤ１の後ろに設けら
れたモニター用受光素子６１による検出量の変化を利用
する、いわゆるＬ−スクープ（ＳＣＯＯＰ；Self Coupl
ed Optical Pickup）法と呼ばれているものである。ま
た、図１７（ｂ）に示される構造は、同様に反射光によ
るＬＤ１の発振状態の変化をＬＤの駆動電流または端子
電圧などの変化により直接検出する、いわゆるＥ−ＳＣ
ＯＯＰ法と呼ばれるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述の光ピックアップ
装置などのように、光源からの光ビームを光ディスクな
どの対象物に照射して、その反射光を受光して情報など
を検出する場合、ビームスプリッタやホログラムなどを
用いて、行きと帰りの光の経路を分離しなければなら
ず、発光素子と受光素子とを別々の部品で組み立てなけ
ればならない。そのため、発光素子と受光素子との間の
相互間の光軸や距離などを厳密に合せて組み立てる必要
があるが、その作業は非常に大変で、熟練者でなければ
組み立てられないという問題がある。

【０００９】また、前述の非点収差法を用いる光ピック
アップ装置は、ホログラムのような高価な部品を使用し
ないで、透明基板の表面にハーフミラー面を形成するだ
けでよく、部品が安価になるが、この構造でもハーフミ
ラーが必要であり、また、３ビーム法を用いるため、回
折格子が必要となり、これらの部品が全て、ディスクリ
ート部品であり、部品点数が多く高価になる。しかも、
厳密に位置合せされたＬＤと受光素子との関係が温度な
どにより変化しないようにしなければならないため、熱
などにも変形しにくいエンジニアリングプラスティック
などの高価な材料によりケースなどを製造しなければな
らず、部品コストが上昇する。そのため、製造コストが
上昇し安価にできないという問題がある。

【００１０】また、ＳＣＯＯＰ法では、位置合せの問題
はないが、ズレによる変化量が非常に小さく、読取りの
信頼性の確保に問題があり、実用化されていない。

【００１１】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、発光部と受光部との位置関係を調整
しなくてもズレによる反射光の変化を感度よく検出する
ことにより、確実に対象物の焦点位置などを検出するこ
とができる受発光複合素子を提供することを目的とす
る。

【００１２】本発明の他の目的は、前記受発光複合素子
を用い、組立てが容易で、かつ、感度よくフォーカスや
トラッキングのズレを検出して修正することができる光
ピックアップ装置を提供することにある。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、発光部と受光
部とをほぼ同じ場所に形成しながら、発光部から光ディ
スクに照射されるビームは非点収差が殆ど生ぜず、光デ
ィスクから反射して受光部に戻る光は非点収差が生じ、
非点収差法によりフォーカスサーボを行うことができる
光ピックアップ装置を提供することにある。

【００１４】本発明のさらに他の目的は、３ビーム法を
用いる場合にも、回折格子などの高価な部品を用いない
で、かつ、組立が非常に簡単な光ピックアップ装置を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前述の問題
を解決するため、鋭意検討を重ねた結果、対物レンズを
通る反射光は、そのレンズによる回折の影響により、集
光したときの一番細くなるビーム（ビームウェスト）の
径は、レンズの開口数ＮＡにより定まる一定の径になる
という性質を有しており、その性質を利用してそのビー
ム径内に発光部および受光部を形成することにより、反
射光をメインビームから分離することなく、発光部とは
別に反射光の強さのみを検出することができることを見
出した。

【００１６】本発明による受発光複合素子は、光を集光
する対物レンズを介して対象物に光を照射する発光部
と、該対物レンズにより集光され、対象物で反射した光
を検出し、該検出光の強度により前記対物レンズと前記
対照物との位置関係を調べる受光部とを有する受発光複
合素子であって、前記対物レンズの開口数をＮＡ、前記
発光部の波長をλとして、１.２２λ／ＮＡの範囲内に
前記発光部と前記反射した光を受光し得る受光部が設け
られ、該受光部により前記反射光の強度を検出するもの
である。

【００１７】この構成にすることにより、反射光のビー
ムウェスト内に発光部と受光部とが形成されているた
め、焦点が一致した場合の受光するビーム内に受光部が
存在しており、対象物に焦点が合っていなければ反射光
のビームが大きくなって受光量が低下し、焦点が合って
おれば反射光の全てを検出するため受光量が大きくな
り、正確に反射光の強度を検出することができる。その
結果、対象物が合焦点にあるか、非合焦点にあるかを容
易に検出することができ、それに応じて対物レンズの位
置を調整することができる。

【００１８】本発明による受発光複合素子の他の形態
は、発光部と、該発光部からの光が対象物により反射す
る反射光を受光することにより、前記対象物の情報を検
出する受光部とを備え、前記受光部が多分割されると共
に、前記発光部が前記受光部の中心部に位置するよう
に、前記発光部および受光部が同一基板上に形成されて
いる。

【００１９】この構成にすることにより、たとえば対象
物から反射して受光部に戻る光のみに非点収差が生じる
ようにすることにより、発光部からの光と受光部に戻る
光を光学系により分離しなくても、非点収差法により発
光部のビームが対象物に結像するように、光学系の焦点
位置を自動的に合せることができる。

【００２０】前記発光部および受光部は、たとえば単一
半導体基板上に電気的に分離して形成される。

【００２１】前記受光部が半導体基板により形成され、
前記発光部が該半導体基板上に設けられた有機ＥＬ素子
でもよいし、前記発光部および受光部が同じ半導体基板
に形成された面発光レーザおよびホトダイオードで形成
されてもよい。

【００２２】前記１.２２λ／ＮＡの範囲の外側周囲に
さらに電気的に分離して第２の受光部が設けられること
により、たとえばｘｙ面内でのずれが大きくて、全然受
光部で反射光が検出されない場合でも、第２の受光部に
より検出され、ズレが大きいことを知ることができる。

【００２３】本発明による光ピックアップ装置は、請求
項１記載の受発光複合素子において、前記対象物が光デ
ィスクであり、さらにトラッキングサーボ機構およびフ
ォーカスサーボ機構を有し、前記受発光複合素子の出力
により前記トラッキングサーボ機構およびフォーカスサ
ーボ機構が駆動されるように構成される。

【００２４】本発明による光ピックアップ装置の他の形
態は、発光部と、該発光部からの光を光ディスクに集光
するレンズ系と、前記光ディスクからの反射光を受光す
ることにより、前記光ディスクの情報を検出する受光部
とを備え、前記受光部が前記発光部の周囲に位置するよ
うに前記発光部と同一基板上に形成され、かつ、前記受
光部が多分割され、非点収差法により前記発光部からの
光の前記光ディスクへの焦点位置を検出し得る構造にな
っている。ここに多分割とは、ｘ軸方向の受光量とｙ軸
方向の受光量とを比較できるように分割されることを意
味し、たとえば４分割などにすることを意味する。

【００２５】この構成にすることにより、非点収差法を
用いながら、ハーフミラーなどのビームスプリッタを用
いることなく、しかも発光部と受光部とが同一基板上に
形成されているため、発光部とレンズ系との位置合せが
行われれば、自動的に受光部の位置合せはでき、非常に
簡単に組立を行うことができる。さらに、発光部と受光
部とが一体に形成されているため、熱などにより相対位
置が移動する虞れはなく、ケースも簡単な構成ですみ、
部品代も非常に安くすることができる。

【００２６】非点収差法によりフォーカスサーボを行う
具体的な構成は、たとえば前記受光部の表面のみに、前
記光ディスクにより反射して戻る光に非点収差を生じさ
せる第１の光学素子が設けられる構造にすることができ
る。ここに非点収差を生じさせる光学素子とは、たとえ
ばシリンドリカルレンズのような素子や、ビーム軸に対
して一定の傾斜角を有するように配置される平行な透明
基板などの、ｘ軸とｙ軸とで焦点位置がずれるような光
学素子を意味する。

【００２７】非点収差法によりフォーカスサーボを行う
他の具体的な構成は、前記発光部の正面のみに非点収差
を生じさせる第２の光学素子が設けられ、該発光部と前
記光ディスクとの間に前記第２の光学素子により生じる
非点収差を相殺する第３の光学素子が前記受光部に戻る
光の部分もカバーするように設けられたり、前記発光部
から発する光ビームが非点収差を有するように前記発光
部が形成され、該発光部と前記光ディスクとの間に前記
非点収差を相殺する第３の光学素子が前記受光部に戻る
光の部分もカバーするように設けられることにより形成
される。ここに非点収差を相殺する第３の光学素子と
は、たとえば第２の光学素子と逆方向の非点収差を同程
度の割合で生じさせる光学素子を意味し、たとえば凸状
のシリンドリカルレンズのレンズ効果を打ち消す凹部を
有する円筒状レンズや、第２の光学素子のレンズ効果を
打ち消す方向に傾けた透明基板などを用いることができ
る。

【００２８】さらに、前記発光部および受光部と前記光
ディスクとの間に小さな非点収差を生じさせる第４の光
学素子が挿入され、該小さな非点収差を生じさせる第４
の光学素子は、前記発光部からの光ビームが前記光ディ
スク上に、該光ディスクの信号を検出するのに支障のな
い程度のスポットで集光するような非点収差を生じさせ
るように形成されてもよい。このようにすれば、発光部
からのビームが光ディスクに集光する際は、小さな非点
収差が生じているが、その非点収差によるビームスポッ
トの最小径が２μｍ程度以下であれば、情報の検出には
支障がなく、光ディスクにより反射して受光部に戻る反
射光は、再度非点収差を生じさせる第４の光学素子を通
過するため、２倍の非点収差となり、非点収差法による
焦点ズレを検出することができる。

【００２９】前記焦点位置を検出する発光部および多分
割された受光部の他に、前記光ディスクのトラックズレ
を検出し得る発光部と受光部の組合せがさらに２組、前
記多分割された受光部が設けられた基板と同一基板に形
成されることにより、同一基板上に同時に形成されるた
め、非常に正確な位置関係で形成され、回折格子などの
高価な部品を使用しないで、トラッキングサーボ用の信
号として使用することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の受発光複合素子およびそれを用いた光ピックアップ
装置について説明をする。本発明による受発光複合素子
は、図１（ａ）にその一実施形態の構成図が示されるよ
うに、発光部１と、その発光部１の光を集光する対物レ
ンズ３と、その対物レンズ３により集光され、対象物で
あるたとえば光ディスク１０で反射した光を検出できる
ように受光部２が発光部１の近傍に設けられている。そ
して、発光部１と受光部２とは、たとえば図１（ｂ）〜
（ｄ）にその平面の構成例が示されるように、対物レン
ズ３の開口数をＮＡ、発光部１の波長をλとすると、
１.２２λ／ＮＡ（ビームウェストＢＷ）の範囲内に入
るように形成されている。この受光部２により前述の光
ディスク１０などの対象物による反射光の強度を検出す
るものである。なお、開口数ＮＡは、図１（ａ）のｂ／
ａで表わされる。

【００３１】発光部１としては、たとえば面発光のＬＤ
を使用することができる。その構造は図２に示されるよ
うに、ＧａＡｓ基板１１上にＡｌＡｓとＧａＡｓを交互
にλ／４ｎ（λは波長、ｎは屈折率）の厚さで多層に積
層された下層ＤＢＲ（Distributed Brag Reflector）１
２、縦型共振器の一部を構成するＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓな
どからなるクラッド層１３、たとえばＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａ
ｓまたは多重量子井戸構造からなる活性層１４、縦型共
振器の一部を構成するＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓなどからなる
クラッド層１５、前述と同様の上層ＤＢＲ１６が設けら
れることにより構成される。この上下面に図示しない金
属膜による電極が形成され、発光部１の直径は、たとえ
ば３μｍ程度の大きさに形成される。

【００３２】図２に示されるように、発光部１の周囲に
は発光部と同様の積層構造で、上層ＤＢＲ１６が除去さ
れた受光部２が形成されている。そして、この受光部２
の外径が前述のビームウェストＢＷ（１.２２λ／Ｎ
Ａ）内に入るように形成されている。すなわち、前述の
ように、本発明者らの鋭意検討の結果、光が波動である
ことに基づき、レンズによる回折の影響を避けることが
できず、その回折の現象により、図１（ａ）に示される
ように、必ずビームウェストＢＷが形成されるという事
実を利用して、そのビームウェストＢＷ内に受光部２が
形成されている。その結果、発光部１とは別に形成され
ながら、必ず反射光のビームウェスト内に受光部２が設
けられる構造になっている。

【００３３】この発光部１と受光部２とは、その全体が
前述のビームウェストＢＷ内に入っておれば、発光部１
および受光部２の関係はそれほど制約されず、たとえば
図１（ｂ）〜（ｅ）にその平面説明図が示されるよう
に、種々の構成にすることができる。すなわち、図１
（ｂ）に示される構造は、図２の例を上面から見た図
で、中心部に発光部１が形成され、その周囲に受光部２
が形成された例であり、図１（ｃ）に示される例は、発
光部１を複数個設けた例である。なお、発光部１を複数
個設ける場合は、中心に対して対称である方が反射光の
ビームを一定にしやすいため好ましい。また、図１
（ｄ）に示される構造は、円の回転方向に沿って発光部
１と受光部２とを交互に設けた構造であり、図１（ｅ）
の構造は、中心部に受光部２を設け、その周囲に発光部
１を設けた例である。反射光のビームウェスト内では、
中心部が最も光強度が強いため、このような構造にして
受光部２の面積が小さくなっても、大きな受光量が得ら
れる。

【００３４】なお、発光部１は、この例に限らず、ＬＥ
Ｄなどの発光素子でも、狭い範囲から照射する構成のた
め、指向性が得られ、ＬＤに代えて使用することができ
る。小型の発光素子を形成する場合、有機ＥＬ素子が作
りやすく、たとえばシリコン基板上に有機ＥＬ素子を形
成し、有機ＥＬ素子を発光部１としてシリコン基板を受
光部２とすることができる。

【００３５】対物レンズ３は、通常のピックアップ装置
などに用いられるプラスティックなどからなる凸レンズ
が用いられる。なお、図には示されていないが、光ピッ
クアップ装置などに用い、ズレを修正するサーボ機構と
共に使用する場合には、たとえば後述する図４に示され
るように、対物レンズ３に電磁コイルが取りつけられ、
その横に設けられた磁石との間で位置が調整できるよう
になっており、検出された反射光が最適になるようにす
る調整機構が設けられている。

【００３６】つぎに、この受発光複合素子を用いて、光
ピックアップ装置を構成する例について、図４〜５を参
照しながら説明をする。図４において、受発光複合素子
部２０から発せられたレーザ光３１がレンズホルダ３４
に固定された対物レンズ３２を経てＯＤ（光ディスク）
３３の記録面で反射された光による受光部の２個づつの
検出信号（図では１個の発光部からの光のみが示されて
いるが、非点収差法や回折格子などを用いた３ビーム法
にしたり、後述するように、焦点やトラックの幅方向に
少しずらせた受発光複合素子を２個づつ設けることによ
り得られる）をそれぞれ差動増幅回路３８、３９で比較
して増幅し、それぞれトラッキングエラー用信号ＴＥ、
フォーカスエラー用信号ＦＥとし、またＯＤでの記録信
号ＲＦは直接信号処理回路に送られる。トラッキングエ
ラー用信号ＴＥ、フォーカスエラー用信号ＦＥにより駆
動されるサーボ機構により、電磁コイル３５とケース３
７に設けられた永久磁石３６の組合せにより、対物レン
ズ３２の位置が調整される。

【００３７】この構成で、まずトラッキングエラー信号
の検出法の基本的な考え方について説明する。発光部か
らの光が光ディスクにスポットを形成するとき、図５
（ａ）においてａで示されるように、光ディスクに記録
されたピットＰ上にスポットが当るときは反射率が小さ
く、戻り光も小さいが、図５（ａ）においてｄで示され
るようにピットＰ上に発光部からのビームのスポットが
形成されないときは、反射率は大きく戻り光も大きい。
図５（ａ）においてｂ、ｃで示されるように、一部がピ
ットＰ上にかかり、一部がピットＰ上にないときは、ビ
ームスポットがピットＰ上にない面積に応じて戻り光の
量が変化する。戻り光が多いと受光部による出力が増加
する。そのため、受光部の出力をモニタすると、図５
（ｂ）〜（ｄ）にトラック方向と垂直方向にビームスポ
ットの中心が偏位したときの受光部の出力が示されるよ
うに、ビームスポットの位置に応じて受光部の出力が変
る。

【００３８】したがって、たとえばトラッキングサーボ
用に２組の発光部と受光部との組を設けておき、受光部
の出力ＰＤ１とＰＤ２とで検出することにより、図５
（ｂ）において、ＰＤ１の出力ａ₀とＰＤ２の出力ｂ₀の
差ｈ₀が一定範囲内にあれば、ＬＤ１とＬＤ２のスポッ
ト位置が正常で、トラッキングエラーは発生していない
ことを示している。一方図５（ｃ）に示されるように、
ＰＤ１の出力がａ₁でＰＤ２の出力がｂ₁であればａ₁−
ｂ₁の値が負となり、その絶対値が規定値より大きい
と、スポットの位置を図５（ａ）で右側に補正しなけれ
ばならないことを示しており、直結したサーボモータを
駆動することによりトラッキングエラーを補正すること
ができる。さらに、図５（ｄ）に示されるように、ＰＤ
１の出力がａ ₂で、ＰＤ２の出力がｂ₂のときはａ₂−ｂ₂
の値が正となり、その絶対値が規定値より大きいと、ス
ポット位置を前述と反対方向に補正しなければならない
ことを示し、サーボモータにより補正することができ
る。

【００３９】フォーカスエラー信号は同様に２組の発光
部と受光部の組を設けてもよいが、後述するように非点
収差法を用いることにより、多分割された受光部の出力
によりフォーカスエラーを同様に補正することができ
る。すなわち焦点が合っていないと受光部に戻る光量が
小さくなり、受光部の出力が小さくなるため、２個の受
光部の差が正か負かでどちらの方向にずれているかを知
ることができ、その差が予め定められた値の範囲内に入
るように、サーボモータで補正をすることができる。

【００４０】前述の例では、トラッキングエラーがわず
かのときは受光部２によりその大小で検出することがで
きるが、大きく外れた場合、受光部２によっては全然検
出することができなくなる。このような場合、図３に示
されるように、受光部２とは独立に第２の受光部９をそ
の外周に設けておくことにより、反射光がずれた方向に
戻ってきても第２の受光部９により受光することがで
き、そのズレを知ることができる。

【００４１】本発明によれば、反射光のビームウェスト
内に発光部と受光部とが設けられているため、発光部と
受光部とを別々に形成して両者の位置合せをするという
必要がなく、非常に簡単に組み立てることができる。す
なわち、レンズの回折現象によりビームを必ず一定の径
以下にすることができないという光学的性質を利用し
て、その最小のビーム内に受光部が設けられているた
め、焦点の合っている場合と合っていない場合とでその
受光量が確実に異なり、正確にそのズレを検出すること
ができる。

【００４２】本発明による受発光複合素子の他の形態
は、図６（ａ）に光ピックアップに用いた例の概念図お
よび図６（ｃ）に受発光複合素子部２０の平面説明図が
示されるように、同一基板１１上に発光部１と受光部２
（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）とが形成され、受光部２が
４分割されると共に、発光部１が受光部２の中心部に位
置するように設けられている。受光部２は、発光部１か
らの光をコリメータおよび対物レンズを含むレンズ系３
により光ディスクなどの対象物１０に集光し、対象物１
０からの反射光を受光することにより対象物１０の情報
を検出できるように形成されている。図６に示される例
では、光ピックアップ装置のトラッキングサーボを行う
ための発光部および受光部からなる受発光複合素子２
１、２２も形成されている。なお、２５は電極パッド
で、図示しない配線により発光部１および受光部２のそ
れぞれと電気的に接続されている。

【００４３】発光部１としては、たとえば前述の図２に
示されるような面発光のＬＤを使用することができる。
また、受光部２も前述の図２に示されるように、発光部
１の周囲に発光部１と同様の積層構造で、上層ＤＢＲ１
６がエッチングなどにより除去されることにより形成さ
れている。ＲＦ信号およびフォーカスサーボ信号を得る
ための受発光複合素子２０の受光部２は、図６（ｃ）に
平面説明図が示されるように、４分割（２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄ）されて、各々が電気的に独立になるように形
成されている。なお、発光部１と受光部２の間や、分割
された受光部２間は、図に示されるようにエッチングに
より分離溝が形成されたり、分離溝内にポリイミドなど
の絶縁物が充填されたり、また、エッチングしないで酸
素イオンなどを打ち込んで半導体層が絶縁化される、こ
となどにより電気的に分離されている。

【００４４】受光部２を４分割にする理由は、非点収差
法により焦点位置を調整することができるようにするた
めで、ｘ軸方向とｙ軸方向の出力をそれぞれ比較できる
ように分割されておれば、４分割には限定されない。す
なわち、たとえば図８に示されるように、非点収差が生
じているビームＰを受光する場合、受光部２がＮの位置
にあると、４分割された受光部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ
の２ａと２ｃの出力Ａ、Ｃは小さく、２ｂと２ｄの出力
Ｂ、Ｄは大きくなって近すぎることを、受光部の位置が
Ｊのときは、各受光部の出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが等しくな
って焦点位置であることを、受光部の位置がＦのときは
出力Ａ、Ｃは大きく、出力Ｂ、Ｄは小さくなって遠すぎ
ることを、それぞれ示している。すなわち、（Ａ＋Ｃ）
−（Ｂ＋Ｄ）を計算して、負であれば近すぎ、０であれ
ば丁度よく、正であれば遠すぎることが直ちに分る。こ
の理由は、ビームに非点収差が形成されていると、ビー
ムの断面形状がｘ軸とｙ軸とで焦点を結ぶ位置にずれが
生じ、図８（ｂ）に、ビーム位置によるビームの断面形
状の変化が示されるように、ｘ方向とｙ方向とでその径
が異なるためである。

【００４５】前述の例では、発光部１に面発光型ＬＤを
用い、受光部２にその発光部と同じ積層構造の半導体層
をホトダイオードとして用いたが、発光部１として、有
機ＥＬ素子を、たとえばシリコン基板上に形成すれば、
そのシリコン基板に受光部を形成することができると共
に、前述の計算をする回路などのＩＣを直接シリコン基
板に作ることができる。図７に有機ＥＬ発光素子の構成
例の断面説明図が示されている。

【００４６】すなわち、図７において、シリコンなどか
らなる基板５１に形成された制御回路（ＬＳＩ）などの
出力電極とＳｉＯ₂などの絶縁膜５１ｂのコンタクト孔
を介して接続されるように、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ａｇな
どからなる第１の電極５２が設けられ、その第１の電極
５２の上に少なくともＥＬ発光層５４を有する有機層５
７が設けられている。そして、その有機層５７の上に、
たとえば酸化インジウムなどからなる光透過性の第２の
電極５９が設けられることにより形成されている。有機
層５７は、たとえばＮＰＤからなる正孔輸送層５３、キ
ナクリドンまたはクマリンを１重量％ドープしたＡｌｑ
からなるＥＬ発光層５４、Ａｌｑからなる電子輸送層５
５、ＬｉＦからなる電子注入層５６からなっている。な
お、ＲＦ信号およびフォーカス信号用の受光部（図示せ
ず）は、前述のように、４分割によりシリコン基板５１
に形成される。この発光部１は、シリコン基板５１上に
電極や有機層を積層した後にパターニングすることによ
り形成される。

【００４７】この実施形態による受発光複合素子によれ
ば、受光部が発光部の周囲に位置するように発光部と同
一基板上に形成されているため、発光部から照射された
ビームが、前方の対象物により反射して戻ってくる光
を、直接周囲の受光部により受光することができ、対象
物の情報を知ることができる。すなわち、発光部から照
射し、対象物により反射したビームは光学系を２回通る
ことになり、ビームウェストの径が最低でも１０μｍ程
度に大きくなるため、受光素子により確実に検出するこ
とができる。しかも受光素子が４分割などの多分割にさ
れているため、対象物により反射するビームに非点収差
を生じさせることにより、非点収差法により、対象物の
位置が正確な焦点位置にあるか、近すぎるかまたは遠す
ぎるかをを簡単に知ることができる。その結果、光ピッ
クアップ装置のフォーカスサーボなどの、焦点位置を調
整したい場合に、ビームスプリッタなどを用いることな
く、簡単な構成で焦点合せをすることができる。

【００４８】この受発光複合素子を用いた本発明による
光ピックアップ装置は、図６にその説明図が示されるよ
うに、たとえばかまぼこ状レンズ（シリンドリカルレン
ズ）４１（図６（ｂ）参照）からなる第１の光学素子
が、前述の受発光複合素子２０の上に被せられると共
に、かまぼこ状レンズ４１の発光部１に位置する部分に
通し孔４１ａが形成されている。そして、コリメータレ
ンズおよび対物レンズなどからなるレンズ系３により集
光されて光ディスク１０のピット上に焦点を結ぶように
配置されている。

【００４９】このかまぼこ状レンズ４１は、たとえば基
板上に溝を形成しておき、その溝内にＰＭＭＡなどの透
明樹脂をポッティングすることにより、溝に沿って一定
の長さを有し、上面側には凸状となり、それを硬化させ
ることにより、かまぼこ型レンズが形成される。また
は、ＰＭＭＡなどの樹脂を一面に均一に塗布して硬化さ
せ、その後に所望の形状をした押型により押し付けるこ
とにより、受光部の表面にかまぼこ状レンズ４１が形成
されるようにしてもよい。なお、通し孔４１ａはエッチ
ングにより形成してもよいし、押型により形成してもよ
い。

【００５０】図６に示される例では、受光部２が４分割
された受発光複合部２０の他に、受光部２が分割されな
いで発光部１と受光部２とが電気的に独立して設けられ
た受発光複合部２１、２２が同一基板１１上に形成され
ている。すなわち、従来の光ピックアップ装置では、回
折格子を用いて、発光部からのビームを回折させること
により３ビームとしてトラッキングサーボ用の信号に用
いていたが、本発明では、回折格子を用いないで、発光
部１と受光部２との組を３個並べて配置するように構成
されている。このトラッキングサーボ用の受発光部２
１、２２も、ＲＦ信号およびフォーカスサーボ信号用の
受発光複合部２０と同時に、同じプロセスで形成するこ
とができ、殆どコストがかからず、しかも正確な位置関
係で形成される。

【００５１】前述のように、この実施形態による光ピッ
クアップ装置では、発光部と受光部とを同じ基板上に精
度よく形成することができ、両者の位置合せをする必要
がなくなり、しかも、その組を３個形成することも同じ
半導体基板に、同時に精度よく形成することができるた
め、回折格子のような高価な部品を使用し、その位置関
係を正確に合せる必要もなく、簡単に製造することがで
きる構造になっている。しかし、従来構造と同様に回折
格子を用いる場合には、受発光部２１、２２に代えて受
光部２のみを設ければよい。このトラッキングサーボ用
の受光部２は、４分割する必要はなく、発光部１が受光
部２内に設けられているだけで、トラッキングサーボの
やり方は従来と同様に行うことができる。

【００５２】つぎに、この光ピックアップ装置の動作に
ついて説明をする。４分割された受光部２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄの中心に設けられる発光部１から発したビーム
は、かまぼこ状レンズ４１の通し孔４１ａを通るため、
かまぼこ状レンズ４１の影響を受けることなく進み、レ
ンズ系３を経て光ディスク１０に集光する。光ディスク
１０により反射したビームは同じ経路を逆進し、中心部
の受発光複合素子２０に戻る。この際、光ディスク上に
形成されたスポットがさらにレンズ系３を経て戻るた
め、ビームの最も集光されて細くなるビームウェスト部
分の太さは、１０μｍ程度に広がっている。そのため、
発光部１の周囲の受光部２にも反射光は入射する。しか
も、受光部２の表面側には、かまぼこ状レンズ４１が載
置されているため、非点収差が生じる。その結果、前述
の４分割受光部２ａ〜２ｄの出力より（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ
＋Ｄ）を計算することにより、発光部からのビームが、
光ディスク上に焦点を結んでいるかが分り、フォーカス
サーボを行うことができる。なお、ＲＦ信号は、Ａ＋Ｃ
＋Ｂ＋Ｄにより得られる。

【００５３】図６に示される例は、発光部１の近傍を刳
り抜いたかまぼこ状レンズ（シリンドリカルレンズ）を
受光部２の上に配置することにより、光ディスク１０か
らの反射光のみに非点収差を生じるようにしたが、かま
ぼこ状レンズでなくても、図９に示されるように、平板
状の透明樹脂層４２を設け、その発光部１近傍のみをそ
の側壁が傾斜面４２ａになるように刳り貫くことによ
り、その傾斜面４２ａ部分を通る反射ビームと平面部を
通る反射ビームとの間で、非点収差が生じ、同様に反射
光のみに非点収差を生じさせることができる。なお、こ
の場合もエッチングや押型などにより傾斜面を形成する
ことができる。さらに、図示されていないが、前述のか
まぼこのような凸状になっていなくても、中心部の発光
部の部分に通し孔が設けられた山型や、屋根型などの一
定方向に傾斜面を有するように形成されても、非点収差
を生じさせることができる。

【００５４】図１０は、発光部１から光ディスク１０に
向うビームには非点収差を生じさせず、光ディスク１０
による反射光には非点収差を生じさせる他の構成例を示
す図である。すなわち、発光部１のみに非点収差を生じ
させるような、たとえばかまぼこ状レンズからなる第２
の光学素子４３を発光部１の前のみに配置し、その発光
部１とレンズ系３との間にかまぼこ状レンズ４３により
生じた非点収差を相殺する凹状シリンドリカルレンズの
ような第３の光学素子４４が設けられている。その結
果、発光部１から光ディスク１０に向かうビームは、第
２の光学素子４３および第３の光学素子４４により非点
収差が相殺され、正常な細いビームにより光ディスクに
焦点を結ぶ。

【００５５】一方、光ディスク１０により反射して受光
部２に到達するビームは、第３の光学素子４４を通って
受光部２に達するため、第３の光学素子４４により非点
収差を生じる。そのため、前述のように、４分割された
受光部２ａ〜２ｄの出力より（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）を
計算することにより、発光部１からのビームが、光ディ
スク上に焦点を結んでいるかが分り、フォーカスサーボ
を行うことができる。

【００５６】図１１は図６の変形例を示す図で、凹状シ
リンドリカルレンズの代りに平板状透明基板からなる第
３の光学素子４４をかまぼこ状レンズからなる第２の光
学素子４３により生じた非点収差を打ち消すようにビー
ム軸に対して傾けて配置した例である。すなわち、図１
１に示されるように、ビームのｘ軸成分に対しては、か
まぼこ状レンズ４３は凸レンズとして作用し、また、平
面状透明基板４４はビームに対して傾いた状態で、かま
ぼこ状レンズ４３の非点収差を相殺するように配置され
ているが、ビームのｙ軸成分に対しては、共にビームに
垂直な平板として作用する。そのため、発光部１から光
ディスク１０に向うビームは、非点収差が生じることな
く光ディスク１０に到達し、光ディスク１０により反射
して受光部２に向うビームは、傾いた透明基板４４だけ
を通るため、ｘ軸における焦点位置がｙ軸における焦点
位置と異なり、非点収差が生じる。なお、透明基板４４
の厚さとその傾き角を調整することにより、かまぼこ状
レンズ４３の非点収差を相殺する所望の非点収差を得る
ことができる。ただし、実際には透明基板が傾いていな
い状態でも光ビームの入射角が異なると収差が出てしま
う。その収差をキャンセルするように、かまぼこ状レン
ズの形状（非球面）を設計する必要がある。

【００５７】図１２は、発光部１から出るビームに非点
収差をもたせ、その非点収差を相殺すると共に、受光部
に達する反射光に対しては非点収差を生じさせる例のさ
らなる変形例である。この例では、発光部１から出るビ
ームに非点収差をもたせる方法として、図１２（ａ）に
発光部１の平面説明図が示されるように、発光面Ｏの形
状を、たとえば楕円形などのｘ軸とｙ軸とで長さを異な
らせたものである。すなわち、図１２（ｂ）および
（ｃ）に一般的なスリットを出る光の伝播波形が示され
るように、小さな幅のスリット（小さい光源スポット）
から出る光は、円形の波面を描いて進み、大きな幅のス
リット（大きい光源スポット）から出る光は、扁平な波
面を描いて進む。したがって、図１２（ａ）に示される
ように、楕円形の発光面から出る光は、ｘ軸方向とｙ軸
方向とでビームの広がり方が異なり、非点収差が生じ
る。

【００５８】たとえば図１３にスポットサイズ（スリッ
トの幅ｗ）に対する光源の深さｄ（図１３（ｂ）参照）
の関係が図１３（ａ）に示されるように、スポットサイ
ズが大きくなると光源が深いところにあるのに相当す
る。たとえば図１３（ｃ）に示されるように、発光部の
スポットが楕円形で３μｍと６μｍとすると、それぞれ
の光源の深さは約１５μｍと７５μｍとなる。すなわ
ち、発光部１の短径が３μｍで、長径が６μｍの楕円形
であると、ｘ軸とｙ軸とで６０μｍ分の非点収差が生じ
ることになる。この非点収差を相殺する第３の光学素子
４４は、前述の例と同様のものを用いることができる
が、前述の６０μｍ分を相殺する素子を用いればよいこ
とになる。

【００５９】図１４は、発光部１から光ディスク１０に
向うビームには非点収差を生じさせず、光ディスク１０
による反射光には非点収差を生じさせる他の構成例を示
す図である。すなわち、この例は、発光部１と光ディス
ク１０との間に僅かな非点収差を生じさせる第４の光学
素子４５、図１４に示される例は傾斜角θを小さくした
透明基板が介在されている。僅かに生じる非点収差と
は、たとえば非点収差が大きいと、ビームが最も細くな
るビームウェストＢＷの部分の径が一定限度以上細くな
らないが、そのビームウェストＢＷの部分が２μｍ程度
になっても、ＣＤなどのピットを読み取るのに支障はな
い。一方、そのスポットが光ディスクにより反射して戻
るビームは、再度第４の光学素子４５を通過するため、
さらに非点収差が拡大し、前述の（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋
Ｄ）を計算することにより、発光部１と光ディスク１０
との距離が最適か、どちらにずれているかを簡単に知る
ことができる。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、発光部からの検出信号
による反射光を検出することにより、発光部と対象物と
の位置関係を調整する必要のある場合に、簡単な構成で
その検出をすることができる。その結果、光ピックアッ
プ装置や、ヘッドマウントディスプレーのように直接目
の網膜に映像を結像させる場合の位置調整、表面の凹凸
を調べる検出器などに簡単に組み込むことができる。

【００６１】たとえば目の前に搭載するヘッドマウント
ディスプレーを非常に違和感なく鑑賞することができる
ため、パーソナルコンピュータのウェラブル化が可能と
なり、ウェラブルコンピュータの普及に大きく寄与する
ことができる。

【００６２】さらに、本発明による第２の形態の受発光
複合素子によれば、発光部と受光部とが同一基板に形成
されているため、発光部から照射され、対象物で反射し
た光を受光部により受光する場合に、ビームスプリッタ
などにより行きと帰りのビームを分離する必要がなく、
しかも発光部と受光部との光軸合せをする必要がなくな
ると共に、両者の結合度を非常に高くすることができ
る。しかも、受光部が４分割などの多分割にされている
ため、非点収差法により焦点合せをすることができる。

【００６３】また、この受発光複合素子を用いた本発明
の光ピックアップ装置によれば、フォーカスサーボを行
うのに、発光部と受光部との光軸合せなどを必要とせ
ず、しかもハーフミラーやホログラムなどのビームスプ
リッタなどを使用しなくてもよい。さらに、従来は発光
素子と受光素子との相互位置が変動しないように両者を
固定するケースに、熱膨張などの生じにくい高価な材料
を用いなければならなかったものが、安価な材料でよく
なる。そのため、部品代および組立工数の大幅な削減に
より、非常にコストダウンを達成することができる。

【００６４】また、ＲＦ信号およびフォーカス信号用の
受発光複合素子の他にトラッキングサーボ用の受発光複
合素子を同一基板に形成することにより、この受発光部
もＲＦ信号用などの受発光部と同時に同じ工程で形成す
ることができ、受発光部を形成するためのコストアップ
にはならないにも拘わらず、回折格子などの高価な部品
を使用しなくてもすみ、さらにコストダウンを達成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光検出器の一実施形態の構成説明
図である。

【図２】図１における発光部および受光部の構成例の断
面説明図である。

【図３】本発明による光検出器の他の例の構成説明図で
ある。

【図４】本発明の光検出器を用いて光ピックアップ装置
を構成した例の説明図である。

【図５】光ピックアップ装置のトラックサーボを行う原
理の説明図である。

【図６】本発明による受発光複合素子を用いた光ピック
アップ装置の他の実施形態を説明する図である。

【図７】図６に示される受発光部の他の例を示す断面説
明図である。

【図８】非点収差法により焦点位置を合せる原理の説明
図である。

【図９】図６に示される受光部のみに非点収差を生じさ
せる構成の他の例を示す図である。

【図１０】本発明による光ピックアップ装置の他の実施
形態を示す説明図である。

【図１１】図１０の変形例を示す説明図である。

【図１２】図１０のさらなる変形例を示す説明図であ
る。

【図１３】発光面を楕円形状にすることにより非点収差
が生じる理由の説明図である。

【図１４】本発明による光ピックアップ装置の他の実施
形態を示す説明図である。

【図１５】従来の光ピックアップ装置の構成例を説明す
る図である。

【図１６】従来の光ピックアップ装置の構成例を説明す
る図である。

【図１７】従来における光ピックアップ装置の他の構成
説明図である。

【符号の説明】

１発光部２受光部３対物レンズ１０対象物（光ディスク）２０受発光複合素子４１かまぼこ状レンズ４３第２の光学素子４４第３の光学素子４５第４の光学素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を集光する対物レンズを介して対象物
に光を照射する発光部と、該対物レンズにより集光さ
れ、対象物で反射した光を検出し、該検出光の強度によ
り前記対物レンズと前記対照物との位置関係を調べる受
光部とを有する受発光複合素子であって、前記対物レン
ズの開口数をＮＡ、前記発光部の光の波長をλとして、
１.２２λ／ＮＡの範囲内に前記発光部と前記反射した
光を受光し得る受光部が設けられ、該受光部により前記
反射光の強度を検出する受発光複合素子。
【請求項２】発光部と、該発光部からの光が対象物に
より反射する反射光を受光することにより、前記対象物
の情報を検出する受光部とを備え、前記受光部が多分割
されると共に、前記発光部が前記受光部の中心部に位置
するように、前記発光部および受光部が同一基板上に形
成されてなる受発光複合素子。
【請求項３】前記発光部および受光部が単一半導体基
板上に電気的に分離して形成されてなる請求項１または
２記載の受発光複合素子。
【請求項４】前記受光部が半導体基板により形成さ
れ、前記発光部が該半導体基板上に設けられた有機ＥＬ
素子により形成されてなる請求項１、２または３記載の
受発光複合素子。
【請求項５】前記発光部および受光部が同じ半導体基
板に形成された面発光レーザおよびホトダイオードであ
る請求項１、２または３記載の受発光複合素子。
【請求項６】前記１.２２λ／ＮＡの範囲の外側周囲
にさらに電気的に分離して第２の受光部が設けられてな
る請求項１、３、４または５記載の受発光複合素子。
【請求項７】請求項１記載の受発光複合素子におい
て、前記対象物が光ディスクであり、さらにトラッキン
グサーボ機構およびフォーカスサーボ機構を有し、前記
受発光複合素子の出力により前記トラッキングサーボ機
構およびフォーカスサーボ機構が駆動される光ピックア
ップ装置。
【請求項８】発光部と、該発光部からの光を光ディス
クに集光するレンズ系と、前記光ディスクからの反射光
を受光することにより、前記光ディスクの情報を検出す
る受光部とを備え、前記受光部が前記発光部の周囲に位
置するように前記発光部と同一基板上に形成され、か
つ、前記受光部が多分割され、非点収差法により前記発
光部からの光の前記光ディスクへの焦点位置を検出し得
る構造の光ピックアップ装置。
【請求項９】前記受光部の表面のみに、前記光ディス
クにより反射して戻る光に非点収差を生じさせる第１の
光学素子が設けられてなる請求項８記載の光ピックアッ
プ装置。
【請求項１０】前記発光部の正面のみに非点収差を生
じさせる第２の光学素子が設けられ、該発光部と前記光
ディスクとの間に前記第２の光学素子により生じる非点
収差を相殺する第３の光学素子が前記受光部に戻る光の
部分もカバーするように設けられてなる請求項８記載の
光ピックアップ装置。
【請求項１１】前記発光部から発する光ビームが非点
収差を有するように前記発光部が形成され、該発光部と
前記光ディスクとの間に前記非点収差を相殺する第３の
光学素子が前記受光部に戻る光の部分もカバーするよう
に設けられてなる請求項８記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】前記発光部および受光部と前記光ディ
スクとの間に小さな非点収差を生じさせる第４の光学素
子が挿入され、該小さな非点収差を生じさせる第４の光
学素子は、前記発光部からの光ビームが前記光ディスク
上に、該光ディスクの信号を検出するのに支障のない程
度のスポットで集光するような非点収差を生じさせるよ
うに形成されてなる請求項８記載の光ピックアップ装
置。
【請求項１３】前記焦点位置を検出する発光部および
多分割された受光部の他に、前記光ディスクのトラック
ズレを検出し得る発光部と受光部の組合せがさらに２
組、前記多分割された受光部が設けられた基板と同一基
板に形成されてなる請求項８、９、１０、１１または１
２記載の光ピックアップ装置。