JP3067906B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光磁気ディスク等の記
録媒体に記録・再生を行う光学的記録再生装置に用いら
れる光ピックアップ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光磁気ディスク用光ピックアップ装置と
して、従来当初、図８に示すものが知られている（応用
物理学会・光学懇談会編「光ディスクシステム」（198
9）第10章２・２）。この光ピックアップ装置は半導体
レーザ206を有し、この半導体レーザ206から出射したマ
ルチモードレーザー光は、コリメータレンズ205とビー
ム整形プリズム204とを経て偏光ビームスプリッタ203を
通り、ミラー202で反射されて対物レンズ201により光磁
気ディスク上に集光される。

【０００３】光磁気ディスクからの反射光は、再び対物
レンズ201、ミラー202および偏光ビームスプリッタ203
を通り、第２の偏光ビームスプリッタ207で光磁気信号
検出光と制御信号検出光に分割される。前者の光磁気信
号検出光は、さらに半波長板211、レンズ212を通り、偏
光ビームスプリッタ213によって直交する２つの直線偏
波光に分けられ、各直線偏波光がフォトダイオード21
4、215に捉えられ、ここで光磁気ディスクに記録された
光磁気信号の検出が行われる。一方、後者の制御信号検
出光は、レンズ208及びシリンドリカルレンズ209を経て
フォトダイオードアレイ210に捉えられ、フォトダイオ
ードアレイ210にて得られた信号は、トラッキングエラ
ー検出やフォーカスエラー検出に用いられる。

【０００４】このように構成された光ピックアップ装置
は大きくかつ重いため、小型・軽量化されたものが要望
されている。

【０００５】図８に示す光ピックアップ装置を更に小型
・軽量化した光磁気ディスク用光ピックアップ装置とし
て、図９に示すものが知られている（シャープ技報第50
号（1991）Ｐ．20）。この光ピックアップ装置は、以下
のように構成されている。

【０００６】即ち、光源としての半導体レーザ61から出
射された光は、ホログラム62、コリメータレンズ63、整
形プリズム64および偏光ビームスプリッタ65を透過し、
ミラー66で方向を変えられ、対物レンズ67によって光磁
気ディスク68上に集光される。光磁気ディスク68で反射
された光は、対物レンズ67とミラー66とを通って偏光ビ
ームスプリッタ65へ入射し、ここで制御信号検出光と光
磁気信号検出光とに２分割される。

【０００７】制御信号検出光は、偏光ビームスプリッタ
65および整形プリズム64を透過してコリメータレンズ63
によって集光され、その後ホログラム62に入射し、ここ
で回折される。ホログラム62によって回折された光は、
その格子周期の違いによって３分割されて、４つのフォ
トダイオード69上に導かれる。これらフォトダイオード
69にて検出された信号は、トラッキングエラー検出やフ
ォーカスエラー検出に用いられる。一方、光磁気信号検
出光の方は、ウォラストンプリズム70およびスポットレ
ンズ71を通って光磁気信号検出器72へと導かれ、ここで
光磁気信号の検出が行われる。なお、整形プリズム64に
入射した光の一部は、モニター用検出器73に与えられ
る。

【０００８】このような種々の光学系を備えた光ピック
アップ装置において、半導体レーザ61と信号検出用フォ
トダイオード69とは、共通のステム上にマウントされて
一つのパッケージ74に納められ、ホログラム62はパッケ
ージ74の上面に接着固定され、半導体レーザ61とフォト
ダイオード69とホログラム62とは一体化されている。よ
って、この光ピックアップ装置は、上述した一体化によ
り小型軽量化が図られており、また各光学系の位置関係
が使用環境に拘らず安定しているので、耐環境性能が向
上する。

【０００９】また、小型・軽量化が図られた光ピックア
ップ装置として、図９の他に、光導波路を利用した光磁
気ディスク用光ピックアップ装置が提案されている（特
開昭63-188844）。この光ピックアップ装置は、図10、
図11に示すように、ビームスプリッタ、レンズ、プリズ
ム、フォトダイオードおよびハーフミラーなどが果たす
作用を、集光性回折格子を備えた１つの光導波路素子に
よって得るように構成されている。具体的には、光磁気
ディスク113の表面114に直線偏光した光ビームを照射す
る光源116と、上記光ビームを平行光とするレンズ115
と、光磁気ディスク113の表面114上で集束させる対物レ
ンズ118と、光磁気ディスク113で反射した反射ビームを
一表面で受けとるような向きに配置された光導波路素子
122とを備えている。

【００１０】上記光導波路素子122の表面上の反射ビー
ム照射位置には、それぞれ上記反射ビームが入射される
第１、第２、第３の集光性回折格子131、132、133が並設
されている。上記第１、第２の集光性回折格子131、132
は、光導波路素子122に照射される反射ビームの略中心
を通り、かつ、該表面上をトラッキング方向に略直角に
延びる軸を挟んで並び、それぞれがＴＥとＴＭとのいず
れか一方の導波モードを励起し、光導波路素子122内を
互いに等しい導波モードで導波する反射ビームを上記軸
を挟んで互いに離れた位置に各々集束させるように形成
されている。一方、第３の集光性回折格子133は、第１
及び第２の集光性回折格子131、132による導波モードと
は異なる導波モードを励起して上記反射ビームを光導波
路素子122内に入射させ、この光導波路素子122内を導波
する反射ビームを該光導波路素子122内で集束させるよ
うに形成されている。

【００１１】また、上記光導波路素子122の表面あるい
は端面には、上記第１、第２および第３の集光性回折格
子131、132、133により集束された各反射ビームをそれぞ
れ検出する第１、第２および第３の光検出器124、125、
126が取り付けられている。更には、上記第１および第
２の光検出器124、125からの出力信号を入力するアンプ
群137と、このアンプ群137からの出力に基づいてトラッ
キングエラー及びフォーカスエラーをそれぞれ制御する
トラッキングエラー制御系135及びフォーカスエラー制
御系136と、上記アンプ群137からの出力と、第３の光検
出器126からの出力との差に基づいて記録情報を再生す
る読取系134とが設けられている。

【００１２】この図10、図11に示された光ピックアップ
装置は、その主要部分である光導波路素子122が基板123
の同一面上に設けられたプレーナー型となっているので
容易に大量生産でき、大幅なコストダウンを実現できる
構成となっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示された光ピックアップ装置や図10、図11に示された光
ピックアップ装置においては、以下のような問題があっ
た。

【００１４】即ち、図９に示された光ピックアップ装置
においては、サーボエラー信号検出用フォトダイオード
69を半導体レーザ61と同じパッケージ74内に配置するこ
とにより小型・軽量化を図っているが、光磁気ディスク
からの反射光は偏光ビームスプリッタ65で２分割されて
別々の光路を進むため、これが小型化の根本的な妨げに
なっている。

【００１５】一方、図10、図11に示された光ピックアッ
プ装置においては、光導波路素子122を用いて小型化が
図られているが、光導波路素子122が斜めに配置される
ため構造的に大きいものとなり、また位置調整の必要も
出てくる。更に、光源116と光検出器124、125、126とが
離れ、また光源116が光導波路122とはかなり離れている
ため、十分に集積化されておらず、また耐環境性能も劣
っている。

【００１６】このように従来の２つの光ピックアップ装
置においては、まだ小型化の余地が残されていた。

【００１７】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、更に小型化された耐環境
性能に優れる光ピックアップ装置を提供することを目的
とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の光ピックアップ
装置は、光源と、該光源からの光を複数の光に分岐し
て、光磁気信号が記録された記録媒体上に集光させ、記
録媒体からの複数の反射光を通す光学系と、複数の反射
光が通る該光学系の光路上に設けられ、各反射光を回折
する回折素子と、該回折素子にて回折された複数の反射
光を入射する状態で配されており、入射した複数の反射
光の１つを２つに偏光分離させる部分と、残りの反射光
をそのまま導く部分とを含む光導波路を有する一体構造
をなし、該光導波路により偏光分離された２つの光に基
づいて該光磁気信号およびフォーカス制御信号を検出す
ると共に残りの反射光に基づいてトラッキング制御用信
号を検出する検出手段とを備え、少なくとも該検出手段
と該光源と該回折素子とが同一パッケージに固定されて
おり、そのことにより上記目的が達成される。

【００１９】

【作用】本発明にあっては、光磁気信号およびフォーカ
ス制御信号の検出とトラッキング制御用信号の検出とを
行う検出手段が一体構造で構成されており、よって部品
点数が減少したものとなる。また、少なくとも検出手段
と光源と回折素子とが同一パッケージに固定されている
ので、小型・軽量化が図れ、また検出手段、光源及び回
折素子等の各部品の位置関係が安定に保たれる。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の実施例を具体的に説明する。

【００２１】（実施例１）図１に本実施例の光ピックア
ップ装置の構成を示す。この装置の基本的な構造は、既
に実用されているＣＤ用ホログラムレーザユニット（Op
tical Storage and Scanning Tecnology Proc.SPIE 13
9,p.p161-168(1989)）の内部に、光導波路を利用して小
型化した光磁気信号検出系を組み込んだものである。具
体的には、以下のようになっている。

【００２２】即ち、半導体レーザからなる光源１から出
射されたレーザ光は回折格子２で３分割され、回折素子
としてのホログラム３、コリメータレンズ４、対物レン
ズ５を通り光磁気ディスク６上に集光される。光磁気デ
ィスク６からの反射光は再び対物レンズ５、コリメータ
レンズ４を通りホログラム３で回折されて検出手段とし
ての光導波路素子７に入射する。このとき、分割された
３つの入射光は、図２のように構成された光導波路素子
７のグレーティングカップラ11、12、13に導かれ、その
後、光導波路を通ると共にその光導波路上でフォトダイ
オード14ａ、14ｂ、14ｃ、14ｄ、14ｅ、14ｆ側に向けて
集光される。

【００２３】この光導波路素子７はパッケージ８の内部
に図示しない固定具を介して固定され、また、パッケー
ジ８の内部には光源１が固定されている。また、パッケ
ージ８の上部の開口には、透明な材質からなる支持具９
が取り付けられており、支持具９の下面に前記回折格子
２が、上面にホログラム３が取り付けられている。

【００２４】上記光導波路素子７は、一つの基板の上に
集積された形成され、その基板上に上記光導波路を有す
る。また、グレーティングカップラ11、12、13から出射さ
れる光は光導波路を導かれて、フォトダイオード14ａ、
14ｂ、14ｃ、14ｄ、14ｅ、14ｆに捉えられるようになっ
ている。３つのグレーティングカップラ11、12、13は分割
された３ビームに対応する光導波路素子７上の位置に形
成されており、中央のグレーティングカップラ11はメイ
ンビーム用、両端のグレーティングカップラ12、13はサ
ブビーム用である。

【００２５】中央のグレーティングカップラ11は両端の
グレーティングカップラ12、13とは異なって特に偏光分
離機能をもつ。具体的には、グレーティングカップラ11
はグレーティングのピッチが異なる２つの領域Ｉ、ＩＩ
に分けられている。また、グレーティングカップラ11
は、領域Ｉ、ＩＩの一方でＴＥ光を、他方でＴＭ光を励
振し、領域Ｉで励振した光をフォトダイオード14ａと14
ｂとの間のギャップ部分に集光し、領域ＩＩで励振した
光をフォトダイオード14ｃと14ｄとの間のギャップ部分
に集光するように設計されている。また、両端のグレー
ティングカップラ12、13は、それぞれ両端のフォトダイ
オード14ｅ、14ｆに集光されるように設計されており、
３ビーム法によりトラックエラー信号を検出する。フォ
ーカスエラー信号検出は、中央の４つのフォトダイオー
ド14ａ、14ｂ、14ｃ、14ｄを用いてフーコー法により行
う。

【００２６】ここで、各フォトダイオード14ａ、14ｂ、
14ｃ、14ｄ、14ｅ、14ｆの検出出力をＡ〜Ｆとすると、
トラックエラー信号ＲＥＳは下記１式により、フォーカ
スエラー信号ＦＥＳは２式、光磁気信号ＲＦは３式によ
り求められる。

【００２７】 ＲＥＳ＝Ｅ−Ｆ …（１） ＦＥＳ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ） …（２） ＲＦ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ） …（３） なお、上述した図２は合焦点における集光状態を示して
おり、図３は合焦点より光磁気ディスクが遠い場合を、
図４は合焦点より光磁気ディスクが近い場合の集光状態
を示している。

【００２８】このように構成された、本実施例の光ピッ
クアップ装置にあっては、光磁気信号検出系とエラー信
号検出系とからなる検出手段たる光導波路素子７が光導
波路を用いて同一基板上に集積して形成されており、よ
って部品点数が減少したものとなる。また、少なくとも
光導波路素子７と光源１と回折素子たるホログラム３と
が同一パッケージ８に固定されているので、更なる小型
・軽量化が図れ、また各部品１、３、７等の位置関係が
安定に保たれることにより耐環境性能が向上する。

【００２９】（実施例２）図５は本発明の他の実施例に
係る光ピックアップ装置に備わった、検出手段としての
光導波路素子の平面図である。この実施例の光ピックア
ップ装置は、その光導波路素子を除く他の光学部材は実
施例１と同一に構成されている。光導波路素子は、３つ
のグレーティングカップラ51、52、53と、８つのフォトダ
イオード54ａ〜54ｈと、モードスプリッタ55とを有す
る。両端のグレーティングカップラ52、53は、モードス
プリッタ55を通過することなく各フォトダイオード54
ｅ、54ｆに光を導く。また、中央のグレーティングカッ
プラ51は、これから出射した光がモードスプリッタ55で
２つのＴＥ光と２つのＴＭ光とに分割された後、各光が
フォトダイオード54ａ〜54ｄ、54ｇ、54ｈへ導かれるよ
うに構成されている。

【００３０】上記モードスプリッタ55は、例えばテーパ
ー導波路を用いて実現できる（木原ら、Ｈ３秋季応物予
稿集10ｐ−ＺＮ−９、光集積ピックアップ用光磁気信号
検出素子）。この実施例におけるモードスプリッタ55
は、図６（断面図）に示すように、光導波路素子のベー
スとなる基板（又は基板上のバッファ層）83の上に導波
層82が端部にテーパー82ａを有する状態で形成され、更
にその導波層82の上に別の導波層81が形成されており、
そのテーパー82ａに沿ったテーパー結合部Ｃを介してＡ
領域84とＢ領域85とが結合された構成となっている。

【００３１】この構成において、テーパ結合部Ｃの傾き
が、即ち導波層82の膜厚ｔ／テーパー82ａの基板（又は
バッファ層）83に沿った方向における長さＬが、約1/10
以下で非常に緩ければ、光波はテーパー結合部Ｃの境界
で部分的に反射したりモード変換したりすることが起こ
らない。また、例えばＡ領域84、Ｂ領域85での等価屈折
率がＮA、ＮBであるような導波モードの光がＡ領域84か
らテーパー結合部Ｃへ入射角θで入射する場合、その光
は臨界角θｃ｛θｃ＝ｓｉｎ^-1（ＮB／ＮA）｝を境にし
て全反射または全透過する。このとき、ＴＥ_Oモードの
臨界角をθ_CE、ＴＭ_Oモードの臨界角をθ_CMとして、入
射角θをθ_CE＜θ＜θ_CMとなるようにすれば、光導波路
素子は境界部分でＴＥ_Oモードが全反射、ＴＭ_Oモードが
全透過するＴＥ／ＴＭモードスプリッタとなる。

【００３２】以上の理由により本実施例のモードスプリ
ッタ55は、入射角θがθ_CE＜θ＜θ_CMを満足するように
テーパ結合部Ｃの傾きが設定されている。よって、中央
のグレーティングカップラ51から導波層82に導かれた光
は、テーパー結合部Ｃに導かれると、図７に示すよう
に、臨界角の違いからモードスプリッタ55でＴＥ光は反
射されて導波層82を、またＴＭ光は透過して導波層81へ
と伝播していく。このとき、上記モードスプリッタ55が
２つの線分55ａ、55ｂを有して折れ曲がっており、その
角部がグレーティングカップラ51から導波層82に導かれ
た光の幅内に存在する。このため、一方の線分55ａでＴ
Ｅ光とＴＭ光とが形成され、また他方の線分55ｂでＴＥ
光とＴＭ光とが形成される。形成された２つのＴＭ光の
一方は、フォトダイオード54ａと54ｂの間に集光され、
他方のＴＭ光はフォトダイオード54ｃと54ｄの間に集光
される。また、形成された２つのＴＥ光は、各別に54
ｇ、54ｈに集光される。なお、ＳｉＯ₂からなる基板
（又はバッファ層）83の上に、ＳｉＮからなる導波層82
と、ＳｉＯＮからなる導波層81とが形成されたモードス
プリッタでは、ＴＥ_Oモードの消光比は−２６．２ｄ
Ｂ、ＴＭ_Oモードの消光比については−２４．８ｄＢと
いう値が得られている。

【００３３】フォーカスエラー信号検出は、フォトダイ
オード54ａ〜54ｄの検出出力を用いてフーコー法により
行う。また、フォトダイオード54ｅ、54ｆは、３ビーム
法によりトラックエラー信号を検出する。

【００３４】ここで、フォトダイオード54ａ〜54ｄ、54
ｇ、54ｈの各検出出力をＡ’〜Ｄ’、Ｇ’、Ｈ’とする
と、トラックエラー信号ＲＥＳは下記４式により、フォ
ーカスエラー信号ＦＥＳは５式、光磁気信号ＲＦは６式
により求められる。

【００３５】 ＲＥＳ＝Ｅ’−Ｆ’ …（４） ＦＥＳ＝（Ａ’＋Ｄ’）−（Ｂ’＋Ｃ’） …（５） ＲＦ＝（Ａ’＋Ｂ’＋Ｃ’＋Ｄ’）−（Ｇ’＋Ｈ’） …（６） したがって、本実施例の光ピックアップ装置にあって
も、光磁気信号検出系とエラー信号検出系とからなる検
出手段が光導波路を用いて同一基板上に集積して形成さ
れ、よって部品点数が減少したものとなる。また、本実
施例では図示を省略しているが、少なくとも光導波路素
子と光源とホログラムとが同一パッケージに固定されて
いるので、更なる小型・軽量化が図れ、また各部品、つ
まり上述した光導波路素子、光源及びホログラム等の位
置関係が安定に保たれることにより耐環境性能が向上す
る。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による場合
は、部品点数を減少でき、また小型・軽量化を図れ、更
には各部品の位置関係を安定に保持することが可能とな
り、耐環境性能を向上できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の光ピックアップ装置を示す正面図
（一部断面）。

【図２】図１の光ピックアップ装置に備わった光導波路
素子を示す平面図。

【図３】図２の光導波路素子における集光状態を示す平
面図。

【図４】図２の光導波路素子における集光状態を示す平
面図。

【図５】実施例２の光ピックアップ装置に備わった光導
波路素子を示す平面図。

【図６】図５の光導波路素子に備わったモードスプリッ
タ近傍の断面図。

【図７】図５の光導波路素子に備わったモードスプリッ
タ近傍の平面図。

【図８】従来当初の光ピックアップ装置を示す模式図。

【図９】従来の光ピックアップ装置を示す模式図。

【図１０】従来の他の光ピックアップ装置を模式的に示
す正面図。

【図１１】図１０の光ピックアップ装置に備わった光導
波路素子を、電気回路と併せて示す平面図。

【符号の説明】

１ 光源（半導体レーザ） ２ 回折格子 ３ ホログラム ４ コリメータレンズ ５ 対物レンズ ６ 光磁気ディスク ７ 光導波路素子 ８ パッケージ 11〜13 グレーティングカップラ 14ａ〜14ｆ フォトダイオード 51〜53 グレーティングカップラ 54ａ〜54ｈ フォトダイオード 55 モードスプリッタ 61 半導体レーザ 62 ホログラム 63 コリメータレンズ 64 整形プリズム 65 偏光ビームスプリッタ 66 ミラー 67 対物レンズ 68 光磁気ディスク 69 フォトダイオード 70 ウォラストンプリズム 71 スポットレンズ 72 光磁気信号検出器 73 モニター用検出器 74 パッケージ 81、82 導波層 83 基板（又はバッファ層） 113 光磁気ディスク 115 レンズ 116 光源 117 コリメータレンズ 118 対物レンズ 122 光導波路素子 123 基板 124 第１の光検出器 125 第２の光検出器 126 第３の光検出器 131 第１の集光性回折素子 132 第２の集光性回折素子 133 第３の集光性回折素子 201 対物レンズ 202 ミラー 203、207、213 偏光ビームスプリッタ 204 ビーム整形プリズム 205 コリメータレンズ 206 半導体レーザ 208、212 レンズ 209 シリンドリカルレンズ 210 フォトダイオードアレイ 211 半波長板 214、215 フォトダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ１１Ｂ 7/135 Ｇ１１Ｂ 7/135 Ｚ (72)発明者 三木 錬三郎 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 昭63−188844（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−216642（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−240850（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−95250（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−162543（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−219654（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 11/105 G11B 7/09 G11B 7/135

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 該光源からの光を複数の光に分岐して、光磁気信号が記
   録された記録媒体上に集光させ、記録媒体からの複数の
   反射光を通す光学系と、 複数の反射光が通る該光学系の光路上に設けられ、各反
   射光を回折する回折素子と、 該回折素子にて回折された複数の反射光を入射する状態
   で配されており、入射した複数の反射光の１つを２つに
   偏光分離させる部分と、残りの反射光をそのまま導く部
   分とを含む光導波路を有する一体構造をなし、該光導波
   路により偏光分離された２つの光に基づいて該光磁気信
   号およびフォーカス制御信号を検出すると共に残りの反
   射光に基づいてトラッキング制御用信号を検出する検出
   手段とを備え、少なくとも該検出手段と該光源と該回折
   素子とが同一パッケージに固定されている光ピックアッ
   プ装置。