JP2002190131A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＬＤ、ＰＤ、ダイクロイックプリズム、ミラ
ー、ビームスブリツタ、レンズ、回折格子等の部品をア
ッセンブリする従来の光ピックアップは、部品数が多く
外形が大きく、軽量化しにくい。 【解決手段】シリコン基板１上にＬＤ２とＬＤ４を直接
配置し、モニタ用のＰＤ３、５を、それぞれ前記ＬＤ２
とＬＤ４に近接して配置する。光導波路６はＬＤ２、４
に密着してシリコン基板１上に固定し、Ｙ分岐回路７を
経た光導波路６に対し、ほぼ４５度の角度でハーフミラ
ー８を埋設する。光導波路６と結合したプリズム９の上
面に、開口フィルタ１１の一面を接着固定し、更に開口
フィルタ１１に回折格子１２とレンズ１３を接着固定す
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、光ピックアップ装
置に関し、特に、異なる波長の光ディスクの情報を再生
するための２種のレーザーダイオードやフォトダイオー
ドを含む光学部品をシリコン基板上に配置した軽量かつ
コンパクトな光ピックアップ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＤＶＤ (Digital Versatile
Disc) 装置には、既に市場に普及している追記型ＣＤ
(Compact Disc) の再生機能をも有することが重要な機
能の1つとなっている。そのため、一般的にＤＶＤの光
ピックアップ装置には、ＤＶＤ用の波長が６５０nmと、
ＣＤ−Ｒ用の波長が７９０nmとの２種類のレーザダイオ
ード（以下、ＬＤという）を用いた光ピックアップ装置
が使用されている。図３は、従来のＤＶＤ用光ピックア
ップ装置の構造を示す模式図である。同図に示されるよ
うに、本装置は、ＤＶＤ用の波長が６５０nmのＬＤ５
１、 ＣＤ−Ｒ用の波長が７９０nmのＬＤ５２、ダイク
ロイックプリズム５３、ビームスプリッタ５４、ＬＤ光
モニタ用のフォトダイオード（以下、ＰＤという）５
５、信号光受光用のＬＤ５６、光の光路を曲げるミラー
５７、光を回折光に分離する回折格子５８及び光を集光
させるレンズ５９で構成され、６０は本光ピックアップ
装置によって情報が読み出される光ディスクである。

【０００３】同図において、 ＤＶＤ用の光源であるＬ
Ｄ５１より出射した光は、ダイクロイックプリズム５３
を透過し、ビームスプリッタ５４でミラー５７方向と前
記ＬＤ光モニター用のＰＤ５５に分離される。 前記Ｐ
Ｄ５５は、入射した光の強度変化を監視して前記ＬＤ５
１の出力が一定となるよう制御するものである。また、
前記ミラー５７に入射した光は、該ミラー５７により光
路が曲げられ回折格子５８に入射する。該回折格子５８
において、入射した光は回折作用により主光と副次光の
回折光に分離され、±１次の副光が光ディスクのトラッ
キングエラーの検出に使用される。

【０００４】前記回折格子５８によって分離された０次
の主光は、レンズ５９によって集光されて光ディスク６
０上に焦点を結ぶ。該光ディスク６０上には、光が反射
する部分と反射しない部分があり、この反射光の強度を
ディジタルの情報信号として記録している。光が反射す
る部分で反射した光は、レンズ５９、回折格子５８、ミ
ラー５７を経てズームスプリッタ５４に入射する。該入
射光は、前記ビームスプリッタ５４で反射してＰＤ５６
へ進む光と、透過してダイクロイックプリズム５３の方
向に進み光とに分離される。このとき、透過したダイク
ロイックプリズム５３方向の光は使用しない。前記ＰＤ
５６に入射した光は、光の強度変化に応じた電気信号を
生成されて、前記光ディスク６０からの反射光に含まれ
る情報を読みだすことができる。

【０００５】つぎに、ＣＤ−Ｒの読み出しは次のように
行われる。即ち、ＣＤ−Ｒ用の光源であるＬＤ５２より
出射した光がダイクロイックプリズム５３で反射し、ビ
ームスプリッタ５４に入射する。入射光は前記ビームス
プリッタ５４でミラー５７方向とＰＤ５５方向に分離さ
れる。前記ＰＤ５５は、入射光の強度変化を監視して前
記ＬＤ５２の出力が一定になるように制御する。前記ミ
ラー５７方向の光は、前述のＤＶＤの場合と同様にし
て、光ディスク６０に入射し、その反射光を信号光受光
用のＰＤ５６で受光し、該ＰＤ５６から前記光ディスク
６０に記録された情報が電気信号に変換されて読みださ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような光ピックアップ装置は光学部品点数が多く、しか
も、これらの部品を所定の位置に正確に配置して装置を
構成すると外形が大きくなってしまうという問題がある
のみならず、部品組立に多く作業工数を要するうえ、装
置の軽量化が行いにくいという欠点があった。本発明
は、上記課題を解決するためになされたものであって、
光ピックアップ装置を軽量かつコンパクトにする構造を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明においては、光ピックアップ装置の
構造において、シリコン単結晶もしくは合成石英の基板
上に、波長の異なる２種のレーザダイオードとそれぞれ
のモニタ用のフォトダイオードと、二酸化けい素膜で生
成され前記２種のレーザ光の伝搬を行う主光導波路及び
信号光を信号光受光用フォトダイオードに伝搬する副光
導波路とを配置し、前記主光導波路には入射した光を合
成するＹ分岐回路と前記Ｙ分岐回路からの主光導波路の
途中に前記副光導波路に信号光を反射せしめるハーフミ
ラーとを設置し、 前記主光導波路端にハーフミラーを
透過した光を反射せしめるミラーを有し、前記ミラー上
に２波のレーザ光に対し最適のＮＡを作り出す開口フィ
ルタとトラッキングに使用する回折格子とディスク上に
集光させるレンズとを貼り合わせ、前記ミラーの両側に
トラッキング信号光受光用フォトダイオードを設けたこ
とを特徴とする。また、請求項２の発明においては、請
求項１の発明の光ピックアップ装置において、前記基板
がシリコン単結晶の基板であって、且つ前記ミラーがシ
リコンの異方性エッチングによって、前記シリコン単結
晶の基板と一体的に形成されたことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係
わる光ピックアップ装置の実施の一形態例を示す構造図
であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＡ−
Ａ’断面図、同図（ｃ）はそのＢ−Ｂ’断面図ある。同
図に示すように、本光ピックアップ装置は、シリコン基
板１と、ＤＶＤ用のＬＤ２と、前記ＬＤ２モニタ用のＰ
Ｄ３と、ＣＤ用のＬＤ４と、前記ＬＤ４モニタ用のＰＤ
５と、二酸化けい素膜で生成された主光導波路６及び副
光導波路６’と、光を合成するＹ分岐回路７と、ハーフ
ミラー８と、プリズム９と、後述するシリコンの異方性
エッチングにより前記シリコン基板１と一体的に形成さ
れたミラー１０と、２種のＬＤ２、４の波長に対応して
透過するビーム径を変えて最適なＮＡ（Numerical Aper
ture：開口数）を作り出す開口フィルタ１１と、回折に
よって光を分離する回折格子１２と、光ディスク上に光
を集光するレンズ１３と、信号光を受光するＰＤ１４
と、トラッキング信号光を受光するＰＤ１５、１５とで
構成され、１６は本ピックアップ装置によって情報が読
み出される光ディスクである。

【０００９】前記各構成品は、次のように構成される。
先ず、シリコン基板１上の図中左端にＬＤ２とＬＤ４が
直接配置される。これによって前記シリコン基板１は前
記ＬＤ２、４のヒートシンクの役割をも果たす。更にモ
ニタ用のＰＤ３、５が、それぞれ前記ＬＤ２とＬＤ４に
近接して配置される。次に、主光導波路６、６が前記Ｌ
Ｄ２、４に密着して前記シリコン基板１上に配置され、
前記主光導波路６の図中右端にプリズム９が接着固定さ
れる。ＬＤ２とＬＤ４に密着配置された前記主光導波路
６、６は、途中でＹ分岐回路７において結合され、結合
された主光導波路６の途中に該主光導波路６に対してほ
ぼ４５度の角度でハーフミラー８が埋設されている。前
記主光導波路６を伝搬して該主光導波路６に接着固定さ
れた前記プリズム９を透過した光が図中上方に反射する
ようにミラー１０を配置する。このミラー１０は、後述
するシリコンの異方性エッチングによって前記シリコン
基板１と一体的に形成されたものである。前記ハーフミ
ラー８のプリズム９側で前記主光導波路６は分岐し、分
岐した副光導波路６’に密着して信号光受光用のＰＤ１
４が前記シリコン基板１上に配置される。前記プリズム
９の上面に、開口フィルタ１１の一面を接着固定し、更
に該開口フィルタ１１に回折格子１２とレンズ１３を順
次接着固定する。情報を取り出す光ディスク１６は、前
記レンズ１３の図中上方に配置される。トラッキング用
信号光を受光するＰＤ１５、１５は、前記ミラー１０の
両側のシリコン基板１上に直接配置される。

【００１０】前記Ｙ分岐回路７の構成及び製造について
は、例えば、「光集積回路」（著者:西原 浩ほか、オー
ム社発行）に詳述されているので、その説明は省略す
る。ここで、前記シリコンの異方性エッチングについて
略説する。（詳細は、エレクトロニクス 昭和61年7月号
の微細加工入門 ウェットエッチング 参照）近年、フォ
トレジスト等を使用したエッチング技術は、技術発展に
伴いサブミクロンの精度でエッチングできることはもと
より、一度に大量のウエハを処理できることは周知のと
おりである。シリコンの異方性エッチングは、シリコン
結晶に存在する結晶面それぞれの原子密度の高低による
エッチング速度の違いを利用した方法であり、図2
（ａ）のシリコンの異方性エッチングの原理説明図に示
すように、エッチングマスク１７がない部分でシリコン
基板１８の垂直方向に進行するエッチングスピードと水
平方向に進行するエッチングスピードとが異なることを
利用してＶ字型溝１９を形成する。一般的にエッチング
マスクには、二酸化けい素（SiO₂）を使用し、エッチャ
ントには水酸化カリウム（KOH）を使用してエッチング
を行う。

【００１１】図１におけるシリコン基板１と一体的に形
成されるミラー１０の部分は、前述のシリコンの異方性
エッチング技術によって、図２（ｂ）のようにして形成
される。図２（ｂ）に示すように、前記シリコン基板１
用の原材料の角形シリコン基板２０の右端、即ち図１
（ａ）中のシリコン基板１と開口フィルタ１１との接着
面にマスキングを施し、異方性エッチングによってミラ
ー面を形成し、その後、ミラー１０の両側のＰＤ１５、
１５を配置する部分（図中、点線の部分）を平面に切削
し、実線で示す前記シリコン基板１の形状に形成するも
のである。

【００１２】前述のように構成された本ピックアップ装
置の動作は次の通りである。図１において、ＬＤ２ある
いはＬＤ４からの出射光は、それぞれ、その一部の光が
ＰＤ３あるいはＰＤ５に至ってその光量が検出され、図
示しない制御装置によって、前記ＬＤ２あるいはＬＤ４
の出力が一定になるように制御される。他の光は、それ
ぞれ主光導波路６と光結合し、該主光導波路６を伝搬し
てＹ分岐回路７を通過する。更にハーフミラー８を透過
して前記主光導波路６の右端に至ってプリズム９に入射
する。該プリズム９を透過した光は、ミラー１０に入射
し、該ミラー１０でその光路を９０度、図１（ｂ）中上
方に曲げられ開口フィルタ１１に入射する。前記開口フ
ィルタ１１においては、使用するＬＤの波長に応じて透
過するビーム径が変えられて、最適なＮＡを作り出され
る。前記開口フィルタ１１を出射した光は、回折格子１
２に入射して回折作用により主光と副次光の回折光に分
離される。

【００１３】前記回折格子１２で分離した主光は、レン
ズ１３で集光され光ディスク１６上に焦点を結ぶ。該光
ディスク１６上には、前述のように光が反射する部分と
反射しない部分があり、この反射光の強度をディジタル
の情報信号として記録している。前記光ディスク１６上
で反射した光は、前述のレンズ１３、回折格子１２、開
口フィルタ１１、ミラー１０、プリズム９を経て、前記
主光導波路６に結合される。該光導波路６を伝搬した反
射光はハーフミラー８に入射する。この入射光は、前記
ハーフミラー８において、副光導波路６’端に密接配置
された信号光受光用のＰＤ１４と前記Ｙ分岐回路７の方
向に分離される。このとき、前記Ｙ分岐回路７方向の光
は使用しない。前記ＰＤ１４においては、入射した光の
強度変化に応じた電気信号が生成され、前記光ディスク
１６に記録された情報が読みだされる。また、同図
（ｃ）のＢ−Ｂ’断面図に示すように、回折格子１２に
よって分離した±１次光は、光ディスク１６で反射して
前記レンズ１３の両側に設けられたＰＤ１５、１５に入
射し、トラッキング信号光として検出される。上記のよ
うに２種類のＬＤ及びＰＤを含む光学部品をシリコン基
板上に配置し、光の伝搬に二酸化けい素の光導波路とＹ
分岐回路とを使用することによって、光ピックアップ装
置を軽量かつコンパクトに構成することができる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ピック
アップ装置は、２種類のＬＤ及びＰＤをシリコン基板上
に直接配置し、光の伝搬を該シリコン基板上に設けた二
酸化けい素の光導波路で行い、それぞれの信号光をＹ分
岐回路によって光ディスク方向に光路の折り返しを行う
ミラーに導くようにした。更に、ミラーをシリコンの異
方性エッチングによってシリコン基板と一体的に形成
し、更にトラッキングに使用する開口フィルタ、回折格
子およびレンズを貼り合わせてシリコン基板と一体化す
ることによって光ピックアップ装置を構成する部品点数
を低減せしめた。これによって、本発明の光ピックアッ
プ装置は、軽量かつコンパクトな光ピックアップ装置を
提供するうえで大きな効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光ピックアップ装置の実施の一形
態例を示す模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図。

【図２】シリコンの異方性エッチングの説明図で、
（ａ）は原理説明図、（ｂ）は図１のシリコン基板１の
製作説明図。

【図３】従来のＤＶＤ用光ピックアップ装置の構造を示
す模式図。

【符号の説明】

１・・シリコン基板、 ２、４・・レーザダ
イオード（ＬＤ）、５・・モニタ用のフォトダイオード
（ＰＤ）、６・・主光導波路、 ６’・・副光導波
路、 ７・・Ｙ分岐回路、８・・ハーフミラー、 ９
・・プリズム、 １０・・ミラー、１１・・開口
フィルタ、 １２・・回折格子、 １３・・ レン
ズ、１４・・信号光受光用フォトダイオード（ＰＤ）、
１５・・トラッキング信号光受光用フォトダイオード
（ＰＤ）、１６・・光ディスク、 １７・・マス
ク、 １８・・シリコン基板、１９・・・・Ｖ字型
溝、 ２０・・原材料の角形シリコン基板、（以上、
本発明に係わる） ５２・・レーザダイオード（ＬＤ）、５３・・ダイクロ
イックプリズム、 ５４・・ビームスプリツタ、５
５・・モニタ用のフォトダイオード（ＰＤ）、５６・・
信号光受光用フォトダイオード（ＰＤ）、５７・・ミラ
ー、 ５８・・回折格子、 ５９・・レン
ズ、６０・・光ディスク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ピックアップ装置の構造において、シ
   リコン単結晶もしくは合成石英の基板上に、波長の異な
   る２種のレーザダイオードとそれぞれのモニタ用のフォ
   トダイオードと、二酸化けい素膜で生成され前記２種の
   レーザ光の伝搬を行う主光導波路及び信号光を信号光受
   光用フォトダイオードに伝搬する副光導波路とを配置
   し、前記主光導波路には入射した光を合成するＹ分岐回
   路と前記Ｙ分岐回路からの主光導波路の途中に前記副光
   導波路に信号光を反射せしめるハーフミラーとを設置
   し、前記主光導波路端にハーフミラーを透過した光を反
   射せしめるミラーを有し、前記ミラー上に２波のレーザ
   光に対し最適のＮＡを作り出す開口フィルタとトラッキ
   ングに使用する回折格子とディスク上に集光させるレン
   ズとを貼り合わせ、前記ミラーの両側にトラッキング信
   号光受光用フォトダイオードを設けたことを特徴とする
   光ピックアップ装置。
2. 【請求項２】 前記基板がシリコン単結晶の基板であっ
   て、且つ前記ミラーがシリコンの異方性エッチングによ
   って、前記シリコン単結晶の基板と一体的に形成された
   ことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。