JP3051786B2 - 光集積回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザービーム
を微細な光スポットに絞って光ディスク等の記録面に入
射させ、該記録面からの反射光を多分割受光素子等の検
出手段により検出し、これにより、該光ディスク等に書
き込まれた信号情報を読み取るために供される光集積回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンパクト・ディスク（ＣＤ）等の光デ
ィスク上に記録された信号情報を読み取る光ピックアッ
プには、フォーカス用及びトラッキング用のサーボ機能
が搭載される。該サーボ機能により、光ディスクの回転
に伴う面振れや偏心等のメカニカルな変動に光ピックア
ップを精度良く追従させるためである。

【０００３】ところで、光ピックアップの追従性を向上
し、その信頼性を高めるためには、光ピックアップの小
型化および軽量化を図る必要がある。

【０００４】このような要請に答える光ピックアップの
一従来例として、特開昭６２−１１７１５０号公報に開
示されたものがある。図７はこの光ピックアップを示
す。直方体状をなす透明基板２１の上面には、例えば半
導体レーザからなる発光素子２２が取り付けられてお
り、該発光素子２２から透明基板２１の内部に向けて出
射されるレーザ拡散光は、該透明基板２１の上面に形成
された回折格子２３によって図上右側に相当する方向に
光路を変更される。

【０００５】続いて、透明基板の表裏（上下）両面に形
成された反射面（全反射面）２４，２５，２６によって
順に反射され、該透明基板２１内をジグザグ状に伝送さ
れる。そして、透明基板２１の上面に形成された回折格
子２７によって平行光線化され、該回折格子２１の真上
の位置に所定距離を隔てて別途設けられた対物レンズ２
８によって光ディスク２９の記録面上に集光される。こ
れにより、光ディスク２９の記録面に光スポットが形成
される。

【０００６】光ディスク２９からの反射光は、上記とは
逆の経路を辿って透明基板２１内を図上左側に相当する
方向に伝送され、透明基板２１の裏面に形成した凹レン
ズ３０、上面に形成されたシリンドカルレンズ３１の各
反射面で反射され、最終的に多分割受光素子３２に検出
され、これによりディスク面に記録された信号情報の読
み取りが行われる。また、多分割受光素子３２の検出結
果を利用して、フォーカシングサーボおよびトラッキン
グサーボが行われる。

【０００７】また、本出願人が特願平３−３３２２３２
号で提案した光ピックアップがある。図８は、この光ピ
ックアップに搭載される光集積回路を示す。この光集積
回路４１は、直方体状をなす透明基板４２の上面にシリ
コン基板からなる光電子集積基板４３を組み付けて構成
される。透明基板４２は刻印技術を含む成型法により形
成される。すなわち、一例として、ＰＭＭＡやＰＣ等の
透明樹脂材料を金型内に流し込み、同時に上下（表裏）
両面に刻印技術を用いて０次光、±１次光の３ビーム形
成用の回折格子４４、ピッチの異なる２種類のホログラ
ムからなるホログラムビームスプリッタ４５およびホロ
グラムコリメートレンズ４６が形成される。また、反射
面のミラー４７および非球面対物レンズ４８が形成され
る。

【０００８】具体的には、該透明基板４２の上面４２ａ
における長手方向一端部に非球面対物レンズ４８が膨出
形成され、下面４２ｂの該非球面対物レンズ４８の真下
に位置する部分にホログラムコリメートレンズ４６が形
成されている。また、ホログラムビームスプリッタ４５
は、上面４２ａの長手方向中央部から非球面対物レンズ
４８側に若干偏位した位置に形成される。更に、下面４
２ｂの長手方向中央部にミラー４７が形成され、該ミラ
ー４７から長手方向他端側に若干偏位した位置に３ビー
ム形成用の回折格子４４が形成されている。

【０００９】加えて、上面４２ａの長手方向他端部に
は、底面側に向けて狭幅になった角穴状をなす収納凹部
４９が形成されている。この収納凹部４９は、透明基板
４２の上面側に組み付けられる光電子集積基板４３に組
み込まれた半導体レーザ素子５０および該半導体レーザ
５０が搭載されたサブマウント５１を収納するために設
けられる。このような構成によれば、組み付け状態にお
いて半導体レーザ素子５０が外部から密閉されるので、
水分が付着する等してその寿命が劣化することがない。
また、出力の安定化が図れる。

【００１０】図９に示すように、光電子集積基板４３の
表面には半導体レーザ素子５０の出力をモニターするた
めの受光素子５２、その制御回路（図示せず）、多分割
フォトダイオードからなる多分割受光素子５３およびそ
の信号処理回路（図示せず）がモノリシックに組み付け
られている。具体的には、表面実装技術等の既存の製造
プロセスを用いて組み付けられる。そして、その後、半
導体レーザ素子５０が搭載されたサブマウント５１が組
み付けられる。

【００１１】サブマウント５１は図示するように、三角
柱状をなし、傾斜面５１ａの上端部に半導体レーザ素子
５０が実装されている。サブマウント５１と光電子集積
基板４３との電気的な接続は、該サブマウント５１と光
電子集積基板４３の表面に形成された電極ランド５４と
をワイヤボンディングして行われる。

【００１２】また、受光素子５２は半導体レーザ素子５
０から出射されるレーザビームを受光し、受光量を電気
信号に光電変換して制御回路にフィードバック信号とし
て与える。これにより、制御回路が半導体レーザ素子５
０の出力レベルを常時一定の値に制御する。

【００１３】信号処理回路はノイズフィルタ、アンプ等
を備えてなり、多分割受光素子５３から与えられる検出
信号を信号処理して、光電子集積基板４３の長手方向一
端部における表面に形成された電極ランド５５を介して
外部機器に出力する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図７に示す従来例の光
ピックアップにおいては、発光素子、受光素子を透明基
板上に個別に取り付ける構成であるため、これら素子の
透明基板に対する位置決めが困難であり、組み付け精度
上の制約により組み付け作業が煩雑になるという欠点が
ある。

【００１５】図８に示す光集積回路においては、光電子
集積基板に半導体レーザからなる発光素子を搭載したサ
ブマウントを実装する際、この光集積回路の光学系の機
能を損なわないようにするために、極めて高い精度でレ
ーザ光の出射位置や出射方向を合わせる必要がある。従
って、複雑な製造工程を必要としコストの低減が図り難
いという欠点がある。また、前記光電子集積基板の製造
工程は、受光素子、信号処理回路、電極ランド等を光電
子集積基板上に集積化する集積回路製造プロセスを用い
る工程と半導体レーザからなる発光素子を搭載したサブ
マウントを光電子集積基板上に実装し、このサブマウン
トと基板上の電極ランドとをワイヤボンディングするア
センブリ工程から構成されており、この２つの工程は大
きく異なっているため、製造工程を一元化することが困
難であり、コストが高くならざるを得ないという欠点が
ある。

【００１６】本発明は、上記諸欠点を解決し、量産性の
向上及び大幅なコストダウンを可能とする光集積回路を
提供することを目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、化合物半導体
基板から成る光電子集積基板と、該光電子集積基板の長
手方向端部に直接形成され該光電子集積基板の長手方向
と平行な外部方向に光を出射する半導体レーザから成る
発光素子と、該発光素子から出射された光を反射する反
射面として上面及び長手方向端部の傾斜面を備えた透明
材料成型体とから構成され、前記光電子集積回路を前記
透明材料成型体内部に収納するように一体成型されて成
り、前記光電子集積基板にはさらにホログラムビームス
プリッタ及びホログラムコリメータが直接形成されると
共に、前記透明材料成型体の上面には非球面対物レンズ
が形成されて、前記発光素子から出射された光が、前記
透明材料成型体の長手方向端部の傾斜面の反射面と前記
透明材料成型体の上面の反射面とで順次反射された後
に、前記ホログラムビームスプリッタを経て前記透明材
料成型体の上面の反射面で反射されて前記ホログラムコ
リメータに導かれ、該ホログラムコリメータによって平
行光線化されて前記非球面対物レンズにより集光される
ように構成されることを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明によれば、化合物半導体基板から成る光
電子集積基板と、該光電子集積基板の長手方向端部に直
接形成され該光電子集積基板の長手方向と平行な外部方
向に光を出射する半導体レーザから成る発光素子と、該
発光素子から出射された光を反射する反射面として上面
及び長手方向端部の傾斜面を備えた透明材料成型体とか
ら構成され、前記光電子集積回路を前記透明材料成型体
内部に収納するように一体成型されて成り、前記光電子
集積基板にはさらにホログラムビームスプリッタ及びホ
ログラムコリメータが直接形成されると共に、前記透明
材料成型体の上面には非球面対物レンズが形成されて、
前記発光素子から出射された光が、前記透明材料成型体
の長手方向端部の傾斜面の反射面と前記透明材料成型体
の上面の反射面とで順次反射された後に、前記ホログラ
ムビームスプリッタを経て前記透明材料成型体の上面の
反射面で反射されて前記ホログラムコリメータに導か
れ、該ホログラムコリメータによって平行光線化されて
前記非球面対物レンズにより集光されるように構成され
ることにより、サブマウントを不要とし、光学的性能の
向上、量産性の向上及びコスト低減できる。

【００１９】

【実施例】図１は本発明より成る光集積回路の一実施例
を示す断面図であり、図２は図１に示す光電子集積基板
の斜視図である。

【００２０】光集積回路１は、光電子集積基板２と透明
材料成型体３とを一体成型して成る構造である。

【００２１】前記光電子集積基板２は、ＧａＡｓ／Ｇａ
ＡｌＡｓ系基板、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系基板等の化
合物半導体基板とし、前記光電子集積基板２表面に半導
体レーザから成る発光素子４、受光素子５、電子集積回
路（図示せず）及びホログラムビームスプリッタ６、ホ
ログラムコリメータ７からなる光学部品が設けられてい
る。

【００２２】前記発光素子４は前記光電子集積基板２上
の長手方向一端部に形成され、前記受光素子５は発光素
子４及びホログラムビームスプリッタ６間に形成され、
前記ホログラムビームスプリッタ６は前記光電子集積基
板２上の長手方向中央部に形成され、前記ホログラムコ
リメータ７は後述する非球面対物レンズ８の真下に位置
する前記光電子集積基板２上に形成される。尚、前記発
光素子４は、出射するレーザビームが光電子集積基板２
の平面に平行で、且つ前記光電子集積基板２側面に対し
垂直になるように形成されるものである。

【００２３】前記発光素子４、受光素子５、電子集積回
路は既存の半導体プロセス技術を用いて直接光電子集積
基板２上に形成され、また、ホログラムビームスプリッ
タ６及びホログラムコリメータ７も同様に半導体プロセ
ス技術を用いて前記光電子集積基板２上に溝形状を刻み
込むことにより形成される。従って、前記光電子集積基
板２の製造工程は一元化となる。

【００２４】前記透明材料成型体３は、例えば、ＰＭＭ
Ａ（ポリメチルメタクリレイト），ＰＣ（ポリカーボネ
イト）等の透明樹脂材料を金型内に流し込み前記光電子
集積回路２を埋入して形成され、同時に、非球面対物レ
ンズ８及び反射面９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが設けられ
る。前記非球面対物レンズ８は、前記透明材料成型体３
の上面の長手方向一端部に膨出形成され、また前記反射
面９ｂ，９ｃ，９ｄは、前記透明材料成型体３の上面の
前記非球面対物レンズ８及び長手方向他端部間に形成さ
れ、更に反射面９ａは長手方向他端部側面の傾斜面に形
成される。

【００２５】尚、前記受光素子５は多分割フォトダイオ
ードからなり、前記光電子集積基板２及び透明材料成型
体３間を伝播してくる光を受光し電気信号に変換するも
のであり、また前記電子集積回路は前記受光素子５から
与えられる検出信号を処理して、前記光電子集積基板２
上になる形成された電極ランド（図示せず）を介して外
部に出力するものである。

【００２６】この光集積回路１を光ピックアップに利用
する場合、フォーカーシング用及びトラッキング用アク
チュエータが前記光集積回路１に搭載され、且つ前記非
球面レンズ８が光ディスクの記録面の下方に位置するよ
うに配設する。

【００２７】次に、前記光集積回路１の動作原理を説明
する。発光素子４から出射されたレーザビームは、反射
面９ａ，９ｂで反射された後、ホログラムビームスプリ
ッタ６を経て反射面９ｃで反射され、ホログラムコリメ
ータ７に導かれ、該ホログラムコリメータ７によって平
行光線化される。この平行光は非球面対物レンズ８によ
り集光され、光ディスクの記録面に光スポットとして照
射される。

【００２８】光ディスクで反射された光は前記の経路を
逆に進み、ホログラムビームスプリッタ６によって偏向
され、反射面９ｄによって反射された後、受光素子５に
入射する。該受光素子５の多分割フォトダイオードは光
ディスクからの反射光を検出し、検出した光を光電変換
して電子集積回路に与える。該電子集積回路は、信号処
理を行って光ディスクに記録されている信号情報、トラ
ッキング誤差信号及びフォーカシング誤差信号を出力す
る。

【００２９】図３は他の実施例を示す断面図であり、図
４は図３に示す光電子集積基板の斜視図である。本実施
例としては前記実施例と相違する所のみ説明する。

【００３０】光集積回路１において、光電子集積基板２
上の発光素子４は、出射するレーザビームが前記光電子
集積基板２の平面に対して垂直になるように形成され
る。透明材料成型体３は、前記発光素子４の上部に位置
する前記透明材料成型体３の上面の長手方向他端部に傾
斜面を有し、該傾斜面に反射面９ａが形成され、また前
記傾斜面及び非球面対物レンズ８間に反射面９ｃ，９ｄ
が形成される。

【００３１】次に、前記光集積回路１の動作原理を説明
する。発光素子４から出射されたレーザビームは、反射
面９ａで反射された後、ホログラムビームスプリッタ６
を経て反射面９ｃで反射され、ホログラムコリメータ７
に導かれ、該ホログラムコリメータ７によって平行光線
化される。この平行光は非球面対物レンズ８により集光
され、光ディスクの記録面に光スポットとして照射され
る。以降、動作原理は前記実施例と同様であるので、そ
の部分には同じ番号を付け、具体的な説明は省略する。

【００３２】図５は更に他の実施例を示す断面図であ
る。本実施例としては、図１及び図２に示す実施例と相
違する所のみ説明する。

【００３３】透明材料成型体３は、一例としてＰＭＭ
Ａ，ＰＣ等の透明樹脂又はガラス材を材料とし、該透明
樹脂又はガラス材を金型に流し込み形成される。この
時、非球面対物レンズ８、反射面９ａ，９ｂ，９ｃ，９
ｄ及び凹部１０が設けられ、該凹部１０に光電子集積基
板２を収納するように取り付けられて成る構造である。

【００３４】前記凹部１０は２種類の凹部１０ａ，１０
ｂから成り、前記透明材料成型体３の下面に形成され
る。前記凹部１０ｂの深さは前記光電子集積基板２の厚
さ程度であり、前記凹部１０ａの深さは前記凹部１０ｂ
は深さより若干深いものである。前記光電子集積基板２
は、前記発光素子４が前記凹部１０ａに位置し、且つ全
体が収納するように屈折率等の光学特性ができるだけ透
明材料（例えば、透明樹脂、ガラス材）の特性に近い接
着剤で取り付けられる。

【００３５】尚、本実施例において、前記光集積回路１
の動作原理は図１に示す実施例と同様であるので、その
部分には同じ番号を付け、具体的な説明は省略する。

【００３６】図６は更に他の実施例を示す断面図であ
る。本実施例としては、図５に示す実施例と相違する所
のみ説明する。

【００３７】光集積回路１において、光電子集積基板２
上の発光素子４は、出射するレーザビームが前記光電子
集積基板２の平面に対して垂直になるように形成され
る。透明材料成型体３は、前記発光素子４の上部に位置
する前記透明材料成型体３の上面の長手方向他端部に傾
斜面を有し、該傾斜面に反射面９ａが形成され、また前
記傾斜面及び非球面対物レンズ８間に反射面９ｃ，９ｄ
が形成される。

【００３８】尚、本実施例において、前記光集積回路１
の動作原理は図３に示す実施例と同様であるので、その
部分には同じ番号を付け、具体的な説明は省略する。

【００３９】このように各上記実施例において、発光素
子、受光素子、電子集積回路、光学部品を化合物半導体
基板上に半導体プロセス技術を用いて直接形成した光電
子集積基板を透明材料成型体内部に一体成型したことに
より、薄型及び小型並びに軽量の光集積回路が実現で
き、さらに製造工程が簡略化される。

【００４０】以上のように本発明より成る光集積回路
は、発光素子を直接光電子集積基板上に形成したことに
より、サブマウントを不要とし、位置合わせ精度による
光学的性能を向上し、量産性の向上及び大幅なコストダ
ウンを可能とした光集積回路を提供できる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、化合物
半導体基板から成る光電子集積基板と、該光電子集積基
板の長手方向端部に直接形成され該光電子集積基板の長
手方向と平行な外部方向に光を出射する半導体レーザか
ら成る発光素子と、該発光素子から出射された光を反射
する反射面として上面及び長手方向端部の傾斜面を備え
た透明材料成型体とから構成され、前記光電子集積回路
を前記透明材料成型体内部に収納するように一体成型さ
れて成り、前記光電子集積基板にはさらにホログラムビ
ームスプリッタ及びホログラムコリメータが直接形成さ
れると共に、前記透明材料成型体の上面には非球面対物
レンズが形成されて、前記発光素子から出射された光
が、前記透明材料成型体の長手方向端部の傾斜面の反射
面と前記透明材料成型体の上面の反射面とで順次反射さ
れた後に、前記ホログラムビームスプリッタを経て前記
透明材料成型体の上面の反射面で反射されて前記ホログ
ラムコリメータに導かれ、該ホログラムコリメータによ
って平行光線化されて前記非球面対物レンズにより集光
されるように構成されることにより、サブマウントを不
要とし、光学的性能の向上、量産性の向上及びコスト低
減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】図１に示す光電子集積基板の斜視図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図４】図３に示す光電子集積基板の斜視図である。

【図５】本発明の更に他の実施例を示す断面図である。

【図６】本発明の更に他の実施例を示す断面図である。

【図７】従来例を示す断面図である。

【図８】本出願人が先に提案した光集積回路を示す断面
図である。

【図９】図８に示す光電子集積基板の斜視図（ａ）及び
透明基板の斜視図（ｂ）である。

【符号の説明】

１ 光集積回路 ２ 光電子集積基板 ３ 透明材料成型体 ４ 発光素子

フロントページの続き (72)発明者 河村 政宏 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−188440（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−159626（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−219640（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 G11B 7/135

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化合物半導体基板から成る光電子集積基
   板と、該光電子集積基板の長手方向端部に直接形成され
   該光電子集積基板の長手方向と平行な外部方向に光を出
   射する半導体レーザから成る発光素子と、該発光素子か
   ら出射された光を反射する反射面として上面及び長手方
   向端部の傾斜面を備えた透明材料成型体とから構成さ
   れ、前記光電子集積回路を前記透明材料成型体内部に収
   納するように一体成型されて成り、 前記光電子集積基板にはさらにホログラムビームスプリ
   ッタ及びホログラムコリメータが直接形成されると共
   に、前記透明材料成型体の上面には非球面対物レンズが
   形成されて、 前記発光素子から出射された光が、前記透明材料成型体
   の長手方向端部の傾斜面の反射面と前記透明材料成型体
   の上面の反射面とで順次反射された後に、前記ホログラ
   ムビームスプリッタを経て前記透明材料成型体の上面の
   反射面で反射されて前記ホログラムコリメータに導か
   れ、該ホログラムコリメータによって平行光線化されて
   前記非球面対物レンズにより集光されるように構成され
   る ことを特徴とする光集積回路。