JP3694943B2 - Optical apparatus and optical pickup - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置例えばコンパクトディスク(CD)、追記型コンパクトディスク(CD−R)、光磁気ディスクなどの光ディスクを初めとする各種光記録媒体に光を照射して再生、または記録且つ再生を行う光学装置、例えば光学ピックアップに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光記録媒体上の記録を光学的に読み出す光学ピックアップは、例えば半導体レーザ、コリメートレンズ、ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッタ、1/4波長板、フォーカスレンズ、フォーカスレンズ駆動装置、分割型フォトディテクタ等のそれぞれ個別に構成されたディスクリートな光学部品を相互に精度良く所定の位置関係に配置して構成される。
【0003】
図21に従来のコンパクトディスク(CD)の再生専用の光学ピックアップの一例の構成図を示す。この光学ピックアップ81は、半導体レーザ82、回折格子83、ビームスプリッタプレート84、対物レンズ85及びフォトダイオードからなる受光素子86を備えて成り、半導体レーザ82からのレーザ光Lがビームスプリッタプレート84で反射され、対物レンズ85で収束されて光ディスク90に照射され、この光ディスク90で反射された戻り光がビームスプリッタプレート84を透過して受光素子86にて受光検出される。
【0004】
しかしながら、この様な光学ピックアップ81は、部品点数が多く、また非常に大型になるだけでなく、その配置に高い精度が要求され、生産性の低いものであった。
【0005】
近年、CDプレーヤのポータブル化等の要請で、光学ピックアップを小型化、省部品化する研究開発が盛んであり、光学素子の機能複合化、レーザカプラー(投受光部一体化)、ホログラム素子の利用などが進んでいる。しかし、これらの開発においても、光学素子の配置を充分調整不要とするものではない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
光学ピックアップ全体の小型化を図る方法としては、例えば光路の途中に偏光ビームスプリッタの代わりに、裏面に反射率の高い反射膜を形成したミラー板等の光学部品を設置することにより光を反射させて、受光素子等による受光部を半導体レーザ等からなる発光部と同じ側に配置できるようにする方法も提案されている(特開平2−162541号公報)。
【0007】
しかしながら、この場合は発光部と受光部が同じ側に配置されるので、全体の装置の大きさは小さくなるが、発光部と受光部はそれぞれ別体に構成されて互いに所定の位置関係に配置するものであって、部品点数はあまり減らず、また光学素子の配置の調整は従来と同程度に必要とする。
【0008】
また、これらの問題に対する解決策として、図22に示すようなホログラム素子を用いた光学ピックアップ等が提案されている。図22に示す光学ピックアップ110は、半導体レーザ101、フォトディテクタ102、ホログラム素子103、対物レンズ104の各光学部品から構成されている。この場合、半導体レーザ101から出射した光は、ホログラム素子103を通過し対物レンズ104で収束し被照射部であるディスク105に照射され、ここで反射した戻り光が再び対物レンズ104で収束された後に、ホログラム素子103において回折し、その戻り光の±1次回折光を用いてフォーカスサーボ信号の検出を行うものである。
【0009】
このとき、往路の出射光においてもホログラム素子103において回折光を生じるが、この回折光は利用することなくほぼ捨てることになる。そのため、出射光の光量と比較して戻り光の光量が大きく減少する。この光量の減少を補うために、半導体レーザLDの出力を上げる必要が生じ、それにより消費電力を増大させてしまっている。
【0010】
一方、カー効果を利用した光磁気信号(MO信号)の検出系を有し、記録再生可能な光学装置においては、例えば図23にミニディスク(MD)用の光学ピックアップの一例を示すように、さらに偏光検出のための部品が加わった構成とされる。図23に示す光学ピックアップ91は、半導体レーザ92、対物レンズ96、フォトディテクタ99の他にトラッキングサーボ信号の検出に利用する回折格子93、偏光ビームスプリッタ94、コリメータレンズ95、ウォラストンプリズム97、フォーカスサーボ信号の検出のためのマルチレンズ98を備えてなる。
このように偏光を検出するために、部品点数が非常に多く、光学装置が複雑化しており、また記録を行うために大きなパワーが必要であることから、光源のレーザ出力を上げる必要があり、やはり消費電力が増大してしまうことになる。
【0011】
本発明はこのような点を考慮してなされたもので、光学ピックアップなどの光学装置において、光学部品点数の削減、光学的な配置設定に際してのアライメントの簡単化を図り、装置全体の簡素化、小型化を図り、また作製を容易にするものであり、さらに、トラッキングサーボ信号やフォーカスサーボ信号ならびに光磁気信号の検出を容易かつ確実に行うことを可能にし、さらに光量を有効に利用して消費電力が少ない光学装置及び光学ピックアップを提案するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発光部と、発光部からの出射光を被照射部に収束照射させる収束手段と、この収束手段により被照射部からの戻り光に関する共焦点近傍を含んで配置された受光部と、この発光部からの出射光を収束手段に導く第1の反射鏡と、共焦点近傍に配置された第2の反射鏡と、表面に反射面が形成されたウエッジプリズムとを有し、発光部と、受光部と、第1の反射鏡及び第2の反射鏡と、ウエッジプリズムは、共通の半導体基板上に形成されると共に、半導体基板上には戻り光の光回折限界領域を囲んで外側に形成された無反射面を有して成り、この無反射面によりナイフエッジ法を用いてフォーカスサーボ信号の検出を行う光学装置を構成する。
また本発明は、発光部と、発光部からの出射光を被照射部に収束照射させる収束手段と、この収束手段により被照射部からの戻り光に関する共焦点近傍を含んで配置された受光部と、この発光部からの出射光を収束手段に導く第1の反射鏡と、共焦点近傍に配置された第2の反射鏡と、表面に反射面が形成されたウエッジプリズムとを有し、発光部と、受光部と、第1の反射鏡及び第2の反射鏡と、ウエッジプリズムは、共通の半導体基板上に形成されると共に、半導体基板上には戻り光の光回折限界領域を囲んで外側に形成された無反射面を有して成り、この無反射面によりナイフエッジ法を用いてフォーカスサーボ信号の検出を行う光学ピックアップを構成する。
【0013】
ここで、収束手段による共焦点近傍とは、光軸方向においては収束手段の焦点深度内の領域を、光軸に直交する方向においては収束手段による光の回折限界内の領域をそれぞれ意味するものとする。
これに対し後述の収束手段による共焦点から離れた位置とは、これら領域以外の領域を意味するものとする。
【0014】
本発明による光学装置及び光学ピックアップは、発光部から出射した光が、被照射部にジャストフォーカス(合焦)すれば、必ずその共焦点位置に光が戻ってくる光学原理を利用するものであって、本発明においては、収束手段による共焦点近傍すなわち上述の収束手段による光の回折限界内の領域を含んで受光部を配置した光学素子を構成するものであるので、上述したように発光部からの出射光が被照射部に合焦した状態では、その被照射部からの戻り光は、この光学素子に付随する光学部品に位置精度に多少の問題があっても、確実に共焦点位置近傍に配置された受光部に入射し、この戻り光の検出を行うことができることになる。
【0015】
また、本発明構成においては、表面に反射面が形成された、ウエッジプリズムを配置することにより、この反射面により被照射部からの戻り光を反射させ、共焦点から離れた位置に配置した受光部に受光検出させてフォーカスサーボ信号の検出を行うことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の光学装置は、図1にその一例の概略構成図を示すように、半導体レーザLDおよび第1の反射鏡13によって構成される発光部14と、フォトダイオード等によるフォトディテクタPDによって構成される受光部15とが共通の半導体基板16に形成された光学素子17が構成されて成る。
この光学素子17は、発光部14からの出射光LF が収束手段18を経て被照射部12に収束照射され、収束手段18による共焦点近傍を含んで受光部15が配置され、この受光部15によって被照射部12から反射された戻り光LR を受光検出する構成、すなわちCLC(コンフォーカル・レーザ・カプラ)構成とされる。
【0017】
また上述の共焦点近傍に、受光部15とは別に第2の反射鏡21を配置し、この第2の反射鏡21は、後述するように戻り光LR を反射させるものとする。
さらにウエッジプリズム20を光学素子17上に配置する。このウエッジプリズム20の表面には反射面(第3の反射鏡)19が形成される。
【0018】
このウエッジプリズム20と反射面19と第2の反射鏡21とにより、被照射部12からの戻り光LR を反射させ、これを受光部15の共焦点近傍以外の部分において受光する構成とする。
【0019】
図1に示す本発明による光学装置(以下実施例1とする)は、光学ピックアップに適用した場合の例である。
図1において、11は光学ピックアップを全体として示し、12は被照射部である光記録媒体、例えば光ディスクを示す。光学ピックアップ11は、半導体レーザLDおよび反射鏡13による発光部14と複数のフォトディテクタPDによる受光部15および第2の反射鏡21が同一の半導体基板16上に一体化されてなる光学素子17と、収束手段18この例では対物レンズと、表面に反射面19が配置されたウエッジプリズム20とを備えてなる。そしてウエッジプリズム20は、光学素子17上に、光学素子17の発光部14、受光部15等が配置された側の表面を覆って配置されるものである。
【0020】
ウエッジプリズム20は、出射光LF および被照射部からの戻り光LR の光軸と垂直になるように後述するウエッジ角θを有する斜面20aと、光学素子17上面と平行な上面20bとを有して形成される(図3参照)。この上面20bに反射膜が形成されて反射面19が形成される。ウエッジプリズム20は、例えばガラス、その他の透明基板で形成することができる。
【0021】
発光部14は、水平共振器構造の半導体レーザLDと第1の反射鏡13からなる。この第1の反射鏡13は、光学素子17を構成する半導体サブストレイトの結晶面、半導体レーザLDを形成する際のエッチング端面の延長方向の結晶軸を選定することによって、選択的にエピタキシャル成長した際に、特定の結晶面例えば{111}面を発生させた、原子面によるモフォロジーのよい斜面として、また水平共振器面と一定の角度の傾きを有する面として形成することができる。この例では、この特定の結晶面を{111}面とすると、図2に光学素子17の発光部14の拡大図を示すように、第1の反射鏡13の立ち上げ角が54.7°となる。
【0022】
受光部15は、複数のフォトディテクタPDにより構成され、これらフォトディテクタPDは、光学素子17表面の発光部14の近傍すなわち共焦点位置近傍の発光部14が配置される部分を除き、かつ回折限界領域内とその周辺部分とを含んで設置される。
【0023】
発光部14からの出射光LF は、ウエッジプリズム20の斜面20aを透過して収束手段18の対物レンズによって被照射部12に収束され、被照射部12から反射された戻り光LR が再び斜面20aを通してウエッジプリズム20中を透過して光学素子17の表面で焦点を結ぶ。受光部15の一部がこの焦点の近傍に位置し、戻り光LR を受光検出する。すなわち、この光学素子は前述のCLC構成とする。
【0024】
このCLC構成は、本発明の出願人による先の出願である特願平5−21691号出願「光学装置」に記載されたように、戻り光LR は対物レンズの回折限界近傍まで収束され、受光部15がこの光回折限界内、すなわち出射光の波長をλ、収束手段18の光学素子17側の開口数をNAとするとき出射光の光軸からの距離が1.22λ/NA以内(エアリーディスク内)に配置されるようにするものである。
【0025】
さらに、第2の反射鏡21の外側に、この第2の反射鏡21が形成された戻り光LR のエアリーディスク領域を囲んで、無反射コート(ARコート)がされたナイフエッジ面22が形成される。このナイフエッジ面22は、発光部14の半導体レーザLD上面の第2の反射鏡21外の領域をちょうど2分するように形成される。
【0026】
上述の受光部15としては、図3Aに光学素子17の側面図、図3Bに光学素子17の平面図をそれぞれ示すように、光学素子17の表面上の発光部14近傍すなわち共焦点近傍に、受光部15の一部としての2分割フォトディテクタPD1 ,PD2 を、共焦点から離れた位置(前述のエアリーディスク外)に2分割フォトディテクタPD3 ,PD4 をそれぞれ形成する。第2の反射鏡21は、光学素子17の表面上の共焦点近傍に形成する。
2分割フォトディテクタPD3 ,PD4 は、後述するようにナイフエッジ法によるフォーカスサーボ信号の検出を行うもので、それぞれのフォトディテクタが照射される反射光の中心に対して対称に形成されている。
【0027】
これらフォトディテクタPD3 ,PD4 および第2の反射鏡21を形成する光学素子17の表面と、半導体レーザLDの発光点との間には、例えばpn接合を構成するクラッド層等の数μmの厚さの半導体層が形成されているのみで、この間の垂直距離は数μm程度しか離れていない。そのため、フォトディテクタPDを形成する面は、焦点深度内にあり合焦位置すなわち共焦点位置面と考えて良い。
従って、レンズの横方向の位置ずれが生じた場合でもフォトディテクタ上のスポット位置の変化がないため後述のトラッキングサーボ信号の検出に好都合である。
【0028】
第2の反射鏡21の鏡面は、光学素子17の形成を例えば結晶の{111}面に沿って成長させて行うことにより形成され、結晶性のよい平坦な面とされる。
【0029】
このように、第2の反射鏡21の鏡面は、結晶の成長面であるために平坦性が極めてよく、そのままの状態で鏡面となるものである。鏡面にかかるスポットの一部は高い反射をするため、この鏡面による反射光を用いることで、後述のフォーカスサーボ信号や光磁気信号(MO信号)の検出をすることができる。
尚、この第2の反射鏡21は、反射率のよい金属などを蒸着して形成する構成としてもよい。
【0030】
半導体レーザLD上面の第2の反射鏡21外の領域の、ナイフエッジ面22が形成されない残りの部分は、第2の反射鏡21と同様に結晶の成長面からなり、高い反射率の鏡面21′となっている。
【0031】
前述のように、この例では第1の反射鏡13の立ち上げ角が54.7°とすることから、図2に示したように発光部14からの出射光LF は水平方向に対して70.6°の角度で出射する。
そこでこの場合、図3Aに示したように、19.4°のウエッジ角θを有するウエッジプリズム20を光学素子17上に配置し、発光部14の半導体レーザLDと第1の反射鏡13との間の隙間を、ウエッジプリズム20と同一の屈折率を有する接着剤で充填するように張り合わせ、ウエッジプリズム20からの出射光LF が出射面に対して垂直となるように配置する。これにより、プリズム面からの出射光LF にいわゆるコマ収差が生じない。
【0032】
次に、上述の光学装置の動作を説明する。
発光部14の半導体レーザLDから出射したレーザ光が、第1の反射鏡13により反射されて、光学素子17表面に対し斜め上方に出射光LF を生じる。この出射光LF は、ウエッジプリズム20の斜面20aを透過して、収束手段18例えば対物レンズにより収束されて、被照射部12例えば光学ディスクに照射される。
【0033】
そして、被照射部12によって出射光LF が反射されることにより、戻り光LR を生じる。戻り光LR は、再度収束手段18により収束されて、ウエッジプリズム20の斜面20aに垂直に入射する。さらに戻り光LR は、この斜面20aを透過して光学素子17表面の共焦点近傍に入射する。このとき、戻り光LR の一部が受光部15の一部として共焦点近傍に配置された2分割フォトディテクタPD1 ,PD2 で受光されて、トラッキングサーボ信号の検出が行われる。
【0034】
さらに戻り光LR の他の一部が、共焦点近傍すなわち戻り光LR の回折限界領域内に配置された第2の反射鏡21により反射され、反射光がウエッジプリズム20の上面20bに向かう。そして、この反射光がウエッジプリズム20の上面20bに形成された反射面(すなわち第3の反射鏡)19において再度反射されて、受光部15の一部として光学素子17表面の共焦点から離れた位置に形成された2分割フォトディテクタPD3 ,PD4 で受光されて、フォーカスサーボ信号の検出が行われる。
【0035】
この光学素子17における各種信号の検出は次のように行う。
【0036】
トラッキングサーボ信号の検出は、2分割フォトディテクタPD1 ,PD2 を用いて、プッシュプル法によって行う。そして、例えば差信号(PD1 −PD2 )を検出信号として、トラッキングサーボ信号を検出する。
【0037】
フォーカスサーボ信号の検出は、2分割フォトディテクタPD3 ,PD4 を用いて、ナイフエッジ法によって行う。このとき前述のようにフォトディテクタの中心に、反射面19による反射光の光軸が位置し、2分割フォトディテクタがそれぞれこの光軸について互いに対称となるように配置する。
さらに、光学系が合焦しているときに、2つのフォトディテクタの信号強度が等しくなるように、すなわちPD3 =PD4 となるように2分割フォトディテクタの位置を設定する。
【0038】
ここで、ナイフエッジ法によるフォーカスサーボ信号の検出について説明する。
まず、通常行われているナイフエッジ法によるフォーカスサーボ信号の検出は、図4に示すように、収束手段18の焦点位置にナイフエッジ50を配置し、このナイフエッジ50により、図中光軸より下の部分が遮られるようにする。
【0039】
被照射部12において出射光LF が合焦している場合には、戻り光LR はナイフエッジ50が配置された正規の焦点位置で焦点を結び、ナイフエッジ50に遮られることなく受光部のフォトディテクタPDA ,PDB に均等に照射され、これらフォトディテクタPDA ,PDB における信号が等しくなる。
【0040】
被照射部12が図中点線の位置にδだけずれて、出射光LF が被照射部12で焦点を結ばない場合には、戻り光LR は図中点線(LR ′)で示すように、ナイフエッジ50の先の位置で焦点を結ぶ。ところが、このとき光軸より下の部分の光はナイフエッジ50によって遮られるため、戻り光LR はフォトディテクタPDB には照射されるが、フォトディテクタPDA には照射されない。
【0041】
一方、被照射部12が点線の位置と逆にずれた場合には、戻り光LR はナイフエッジ50より手前の位置で焦点を結び、ナイフエッジ50で光軸より下の部分が遮られて、フォトディテクタPDB には照射されず、フォトディテクタPDA にのみ照射される。
【0042】
そしてフォトディテクタに接続された差動増幅器55等を用いて、信号(PDA −PDB )あるいは(PDA −PDB )/(PDA +PDB )を検出信号とすることにより、検出を行うことができる。
【0043】
本発明の光学装置によるフォーカスサーボ信号の検出は、このナイフエッジ法を応用して行うものである。
【0044】
図5Aは、本発明の光学装置における光路の模式図を示した図である。
図5Aに示すように、被照射部12からの戻り光LR は、収束手段18により収束されて、共焦点位置面Sとなる光学素子17の表面で焦点を結び、しかもこの表面が反射面となっていることから、ここで反射して、さらにウエッジプリズム表面の反射面19で反射して、図5A中下方のフォトディテクタPDA ,PDB に照射される。
【0045】
光学素子17表面には、図中光軸から下の部分に無反射コート(ARコート)されたナイフエッジ面22が形成され、このナイフエッジ面22では戻り光LR は反射されず、図4のナイフエッジ50と同様の働きをする。
【0046】
被照射部12において出射光LF が合焦している場合には、戻り光LR は正規の焦点位置、すなわち共焦点位置面Sである光学素子17表面で焦点を結び、ナイフエッジ面22には戻り光LR が照射されないことから、この共焦点位置面Sで戻り光LR がそのまま反射され、受光部のフォトディテクタPDA ,PDB に均等に照射され、これらフォトディテクタPDA ,PDB における信号が等しくなる。
【0047】
被照射部12が図中点線の位置にδだけずれて、出射光LF が被照射部12で焦点を結ばない場合には、戻り光LR は図中点線で示すように、共焦点位置面Sである光学素子17表面の先の位置で焦点を結ぶ。ところが、このとき光軸より下の部分の光はナイフエッジ面22により反射されないため、戻り光LR は点線のようにフォトディテクタPDA には照射されるが、フォトディテクタPDB には照射されない。
【0048】
一方、被照射部12が点線の位置と逆にずれた場合には、戻り光LR は共焦点位置の光学素子17表面より手前の位置で焦点を結び、ナイフエッジ面22により光軸より下の部分の光が反射されないため、フォトディテクタPDA には照射されず、フォトディテクタPDB にのみ照射される。
【0049】
そして、フォトディテクタに接続された差動増幅器55等を用いて、信号(PDA −PDB )あるいは(PDA −PDB )/(PDA +PDB )を検出信号とすることにより、例えば図5Bに示すような検出信号を得て、フォーカスサーボ信号の検出を行うことができる。
【0050】
従って、図1および図3に示した実施例1の光学装置においては、例えば差信号(PD3 −PD4 )あるいは(PD3 −PD4 )/(PD3 +PD4 )を検出信号として、フォーカスサーボ信号の検出を行うことができる。
【0051】
前述の第2の反射鏡21による反射光は、先に図3Aに示したように、ウエッジプリズム20内の出射光LF の光軸とは別の光路を経て、ウエッジプリズム20内を伝搬する。従って、出射光LF と干渉することなく、ウエッジプリズム20内を多重反射しながら伝搬していく。
【0052】
本発明による光学装置によれば、ウエッジプリズム20から、そのまま収束手段および被照射部に向かうので、従来からあるホログラム素子を用いた光学ピックアップのように、ホログラム素子で出射光が回折されて±1次回折光を生じて、これに伴う光量の損失が発生することがない。
従って、光源のレーザLDの出力を従来より低く設定でき、これにより発光部における発熱量を抑制することができる。
【0053】
また通常出射光から1次回折光を生じるとき、この回折光が対物レンズに入射して干渉を起こさないように、回折光が対物レンズの瞳面外に伝搬する設計が必要となる。
本発明の光学装置によれば、この設計の制約がなくなり、半導体レーザLDの出力に伴い発生する熱の抑制や光学系の小型化等の課題を優先的に扱うことができる。
【0054】
上述の例では、ナイフエッジ面22を、半導体レーザLD上面の、戻り光LR の光回折限界外の部分のちょうど半分に形成するパターンとしたが、ナイフエッジ面22のパターンは、被照射部12が出射光LF の収束手段13による焦点から外れた、すなわちデフォーカスしたときに、戻り光LR の光学素子17表面に照射されるスポットが、ナイフエッジ面22にかかって、反射光が減光されるようにすればよい。従って、上述の例の他にいくつかのナイフエッジ面22のパターン形成例が考えられる。ナイフエッジ面22のパターン形成の例を次に示す。
【0055】
図6Aおよび図6Bは、図1および図3に示した実施例1の光学装置における、光学素子17の表面に形成するナイフエッジ面22のパターン形成の例をそれぞれ示す。
図6Aに示すパターン(パターン1)は、図3Bに示したものと同一のパターンである。
【0056】
ナイフエッジ面22の作製は、半導体の製造上一般に広く用いられている手法を用いて、マスクやアライメントの精度で、かつバッチ処理により行うことができる。
また、もし製造工程上、図6Aに示すようなナイフエッジ面22の作製が困難な場合には、図6Bに示すように、境界線を直線として形状を単純化したパターン(パターン2)を形成する。
【0057】
ナイフエッジ面22の形成は、前述のように鏡面である結晶成長面上に無反射コートを行って形成する方法の他に、半導体レーザLD上面に絶縁膜などの反射率の低い膜を形成した後に、ナイフエッジ面22以外の部分に金属膜など高反射膜を形成する方法もある。いずれの方法によっても、光学素子17の製造工程中に一工程として容易に組み込むことができるため、簡素かつ低コストで形成できる。
このとき、第1の反射鏡13を経て出射する出射光LF への影響がないようにパターン形成を行う。
【0058】
また、戻り光LR の共焦点位置面におけるスポット径は、光学系の倍率に依存するため、フォーカスサーボ信号の検出および光磁気信号の検出に供される光強度・光量も同じく光学系の倍率に依存する。
【0059】
この実施例1の光学装置における収束手段18の光学素子17側の開口数と上述のフォーカスサーボ信号の検出および光磁気信号の検出に供される光強度との関係を図7に示す。図7は、収束手段18の被照射部12側の開口数NAD を0.45として、収束手段18の光学素子17側の開口数NAC を変化させたとき、共焦点位置への戻り光LR に対する上述の信号検出に供する光量の比率の変化を示すものである。
このとき、ウエッジプリズム20はBK7等を用いて、共焦点光学系の光軸上における厚さを1mm、屈折率を1.52とし、また発光部14の位置および第1の反射鏡13の立ち上げ角については、先の図2に示すように設定されている。光の強度分布はガウスビームの分布を取るとして計算を行っている。
【0060】
例えばコンパクトディスクに用いられる光学ピックアップの倍率は、通常3.5〜6倍程度である。これらを考慮すると、収束手段の光学素子17側の開口数NAC は0.075〜0.128程度となり、戻り光のうちの6〜19%程度がフォーカスサーボ信号に利用でき、信号検出に充分な光量が得られることがわかる。
【0061】
また、収束手段の倍率を3.5倍、5倍としたときのフォーカスサーボ信号を計算し、その曲線をそれぞれ図8A、図8Bに示す。図中、実線が図6Aに示したナイフエッジ面22のパターン(パターン1)、点線が図6Bに示したナイフエッジ面22のパターン(パターン2)とした場合のフォーカスサーボ信号である。
いずれも問題なく信号検出を行うことが出来る。
【0062】
一方、ナイフエッジ面22のパターンは、図6Aのパターン(パターン1)が基本であるが、フォーカスサーボ信号の検出に供する光量を増加させ、かつ信号のS字状の曲線の質を維持するには、図9Aに示すパターン形成の例(パターン3)のように、第1の反射鏡13に対して、トラッキングサーボ信号の検出を行うフォトディテクタPD1 ,PD2 と同じ側にもナイフエッジ面22を形成するのがよい。この場合、PD1 およびPD2 にある程度の反射率をもたせるように、フォトディテクタ上に反射膜などを形成する必要がある。
【0063】
また、第1の反射鏡13に対して、トラッキングサーボ信号の検出を行うフォトディテクタPD1 ,PD2 と同じ側にはナイフエッジ面22を形成しない場合でも、フォトディテクタPD1 およびPD2 に一定の反射率を設け、半導体レーザLD上の反射面による反射光と、フォトディテクタでの反射光を、同一のフォトディテクタPD3 ,PD4 で受光検出することにより、信号のレベルを立ち上げ、S/NやC/N等に有利な信号を得ることができる。
【0064】
図9Aに示したパターン3と同様な観点によれば、図9Bに示すように、境界線をエアリーディスクに外接する直線とした、単純化した形状のナイフエッジ面22のパターン(パターン4)をとることもできる。
【0065】
また、パターンの形成しやすさが図9Bに示したパターン4と同程度で、パターン4よりもフォーカスサーボの検出信号の感度を高めるには、図10Cおよび図10Dに示すように、境界線を直線として、エアリーディスクを取り囲むようにナイフエッジ面22のパターン(パターン5およびパターン6)を形成するとよい。
【0066】
次に、この実施例1の光学装置の製造方法の例を図面を参照して説明する。
まず1つの方法として、ウエハー・バッチ・プロセスを用いる方法を図13A〜図13Eに示す。
【0067】
図13Aに示すように、あらかじめ発光素子と受光素子を有するCLC構成のデバイス(すなわち光学素子17)を多数形成した半導体ウエ−ハ31と、ウエッジプリズムとなるガラスウエーハ30を用意する。図中31aがデバイス1個分を示す。
【0068】
次に、図13Bに示すように、これらガラスウエーハ30と半導体ウエーハ31を、例えばUV樹脂(紫外線硬化樹脂)等で接着し、積層体32を形成する。UV樹脂を用いる場合には、後に紫外線を照射して接着固化させる。ガラスウエーハ30は、既にウエッジプリズム20の形状に形成されたものを用いてもよく、あるいは、積層体32を形成した後にガラスウエーハ30に斜面20aを形成してウエッジプリズム20を形成することもできる。
この接着の後に、ガラスウエーハ30表面(図中上面)に反射膜や無反射膜等を形成する。
【0069】
次に、半導体ウエーハ31の裏面をラッピングし、図示しないが、半導体ウエーハ31にコンタクトホール34や電極パッド、配線などを形成する。
その後、図13Cに示すように、積層体32を縦横に切断し、素子32aを得る。この例の素子32aは、図13Eに示すようにデバイス2個分の大きさに切断される。
【0070】
次に、図13Dに示すように、この素子32aをヒートシンクを兼ねた配線基板33上にマウントする。
このとき、図13Eに拡大図を示すように、配線基板33上に素子32aがマウントされる。
【0071】
図示しないが、さらにこれを単位デバイス毎に切断して、ウエッジプリズム20と光学素子17が固定された光学装置が得られる。
【0072】
このときの貼り合わせの手法について、図14Aおよび図14Bに、図13Bに相当するウエーハを貼り合わせた状態の側面図を示す。図13Bではガラスウエーハ30表面の傾斜面を表現していないが、図14Aおよび図14Bにはこの傾斜面、すなわち後にウエッジプリズム20のウエッジ角θを有する面となる傾斜面を表現している。
【0073】
図14Aに示すように、ガラスウエーハ30と半導体ウエーハ31との隙間は、ガラスウエーハ30と同等の屈折率を有する接着剤36で充填する。このように充填しないとコマ収差が発生し、光学ディスクの再生の場合に問題が生じる。ここで、この接着剤36の充填部は、半導体レーザLDの発光位置と近接しているため、例えば再生時の出射出力を数mW程度と仮定すると、局部的に200℃程度まで温度上昇することがある。そこで接着剤36には、例えば耐熱性を有するシリコン系やエポキシ系の接着剤を用いることが好ましい。
【0074】
また、接着剤で隙間を充填する代わりに、図14Bに示すように、SOG(スピンオンガラス)37により隙間を充填した後、SOG37とガラスウエーハ30を接着剤36で接着することもできる。
【0075】
図14Aおよび図14Bに示したように、傾斜面が形成されたガラスウエーハを、以下ウエッジプリズムアレイとする。このウエッジプリズムアレイの製造方法には、大別して2種類の製造工程が考えられる。一つはガラスプレス技術による製造工程、もう1つはガラス研削技術による製造工程である。各製造工程を、それぞれ図15A〜図16Gと図17A〜図17Eに示す。
【0076】
ガラスプレス技術による製造工程は、次に示す工程に従って行われる。
まず、図15Aに示すように、例えば超鋼からなる台形柱形状の金型40を用意する。
次に、図15Bに示すように、この台形柱形状の金型40を数個揃えて並べて、コ字状の金型41により固定する。
【0077】
このようにして、図15Cに示すような、台形柱形状の金型40数個とコ字状の金型41からなるウエッジプリズムアレイ用の金型42を作製する。
【0078】
次に、このウエッジプリズムアレイ用の金型42を用いてプレス工程を行う。図16Dに示すように、ウエッジプリズムアレイ用の金型42にガラス材料44を流し込み、これの上を押圧金具43で押さえて、上方から押圧してプレスを行う。
【0079】
こうしてそれぞれ図16Eに側面図、図16Fに平面図を示すようなウエッジプリズムアレイ45を形成する。
【0080】
さらに図16Gに示すように、CLC構成の光学素子が形成された例えばGaAsからなる半導体ウエーハ31とこのウエッジプリズムアレイ45を必要個数(図16Gでは4個)接着する。
【0081】
この後は、1つ1つのデバイスに切断して、目的の光学素子17とウエッジプリズム20が接着された光学装置を得る。
【0082】
一方、ガラス研削技術による製造工程は、次に示す工程に従って行われる。
まず、図17Aに示すように、CLC構成の光学素子が形成された、例えばGaAsからなる半導体ウエーハ31とガラスウエーハ30とを貼り合わせる。
この貼り合わせの方法は、前述のように接着剤による接着、あるいはSOG(スピンオンガラス)を半導体ウエーハ31の表面に形成した後、SOGの表面にラッピングを行った後に接着を行ってもよい。
このようにして、図17Bに示すように、ガラスウエーハ30と半導体ウエーハ31からなる積層体32が形成される。
【0083】
次に図17Cに斜視図、図17Dに側面図を示すように、ドーナツ形状のダイヤモンド砥石46により、ガラスウエーハ30表面を斜めに研削し、傾斜面を形成する。このとき用いるダイヤモンド砥石46は、光学グレードの研削面が得られるように、砥石の粗さや研削スピード等の条件を設定する。
【0084】
こうして図17Eに示すように、半導体ウエーハ31上にウエッジプリズムアレイ45が形成される。
【0085】
ウエッジプリズム20は、上述のようにガラスプレス技術、あるいはガラス研削技術、ガラスモールド技術等により製造するために、その形状は比較的大きい自由度を有している。
【0086】
また、ウエッジプリズム20を小型化するには、次のようにすることができる。
図11に本発明の光学装置の他の例(以下実施例2とする)の側面図を示す。実施例2の光学装置は、出射光LF および戻り光LR が通過する場所が前述の実施例1の場合と同じ位置とされる一方で、反射面19が形成される表面をより薄く形成してなる。この反射面19が形成された部分が薄くされたことにより、反射光の水平方向の移動距離が小さくなり、光学素子17およびウエッジプリズム20の図中左右の大きさを小さくすることができる。
【0087】
その他の構成については、実施例1の光学装置と同様の構成であるので、実施例1と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
また、各種信号の検出も実施例1と同様にして行うことができる。
【0088】
次に、図12Aに本発明の光学装置の別の例(実施例3)の側面図を示す。
図12Aの光学装置は、前述の実施例1の光学装置に対して、ウエッジプリズム201の上面を、図12Bに示すように下向きのウエッジ面、または図12Cに示すように上向きのウエッジ面とした構成である。
【0089】
そして、このウエッジ面の左右で反射光を分割し、2つの2分割フォトディテクタPD3 ,PD4 およびPD5 ,PD6 で受光してフォーカスサーボ信号を受光検出する。この場合には、半導体レーザLD上にナイフエッジ面22を形成する必要がなくなる。
その他の構成については、実施例1の光学装置と同様の構成であるので、実施例1と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【0090】
この実施例3の光学装置におけるフォーカスサーボ信号の検出は次のように行う。
2つの2分割フォトディテクタPD3 ,PD4 およびPD5 ,PD6 は、合焦しているときに、2分割フォトディテクタの受光量が等しく、すなわちPD3 =PD4 ,PD5 =PD6 となるように配置する。この場合には、図12Bおよび図12Cにおいて、図中それぞれ実線で示すように、ウエッジプリズム表面で反射した光が2分割フォトディテクタに照射される。
【0091】
ここで被照射部12例えばディスクがずれた場合には、ウエッジプリズム201上面の中央で反射する光は合焦時と同じで、ウエッジプリズム201上面に照射される光束が、図12Bおよび図12Cにおいて、図中点線に示すように拡がり、これにより反射した光がフォトディテクタに照射されるスポットが図12Bでは外側、図12Cでは内側にそれぞれ拡がる。従って、図12Bでは外側、図12Cでは内側のフォトディテクタの方がそれぞれ受光量が多くなる。
【0092】
また被照射部12が逆方向にずれた場合には、図示しないが同様にして、図12Bの場合では内側、図12Cの場合では外側のフォトディクタの方が受光量が多くなる。
【0093】
従って、例えば{(PD3 −PD4 +(PD6 −PD5 )}を検出信号とすれば、合焦の場合にはこの差信号が0となり、被照射部12がずれた場合にはその方向に応じて符号の異なる信号が得られ、フォーカスサーボ信号の検出を行うことができる。
【0094】
尚、トラッキングサーボ信号やRF信号等の各種信号の検出は、実施例1と同様にして行うことができる。
【0095】
本発明による光学装置において、さらに光磁気信号の検出を行う場合には、基本的にフォーカスサーボ信号を検出するフォトディテクタの手前に偏光検出系例えば検光子(ポラライザ)を配置形成するか、あるいはトラッキングサーボ信号の検出を行う共焦点近傍のフォトディテクタ上に検光子(ポラライザ)を付加するか、いずれかの配置を採ることにより、光磁気信号が検出できる。
本発明を適用した光磁気信号の検出を行う光学装置の例を次に示す。
【0096】
図18に本発明を適用した光磁気信号の検出を行う光学装置の一例(以下実施例4とする)の斜視図を示す。図18に示す実施例4の光学装置は、実施例1の光学装置に対して、ウエッジプリズム20の上面20bに2つの検光子23a,23bが配置形成されてなる。この検光子23a,23bが形成された部分は反射面としての機能を有する。
【0097】
この検光子23a,23bは、検光子の検出方向が互いに90°の角度をなし、かつ戻り光LR の主たる偏光方向に対して、各検光子23a,23bの方向のなす角度が45°となるように形成される。すなわち例えば、戻り光LR の主たる偏光方向に対して、検光子23aの方向を時計回りに45°、検光子23bの方向を反時計回りに45°の角度をなすように配置されてなる。
その他の構成は、実施例1の光学装置と同じであるので、実施例1の光学装置と同一の符号を付して重複説明を省略する。
【0098】
この光学装置において、トラッキングサーボ信号およびフォーカスサーボ信号の検出は、実施例1の光学装置と同様に、それぞれ2分割フォトディテクタPD1 ,PD2 でトラッキングサーボ信号の検出を行い、2分割フォトディテクタPD3 ,PD4 においてフォーカスサーボ信号の検出を行うことができる。
【0099】
光磁気信号の検出は、検光子23a,23bを通過した光を2分割フォトディテクタPD3 ,PD4 でそれぞれ受光検出する。このとき受光した光の偏光方向が、出射光の偏光方向に対して回転された向きにより、2つのフォトディテクタPD3 とPD4 における受光量に大小が生じる。
【0100】
従って、例えば差信号(PD3 −PD4 )を検出信号とすることにより、偏光方向が回転された向きに対応して検出信号の正負が変わるので、これにより光磁気信号の検出を行うことができる。
【0101】
図19に本発明を適用した光磁気信号の検出を行う光学装置のさらに他の例(以下実施例5とする)の斜視図を示す。図19に示す実施例5の光学装置は、実施例1の光学装置に対して、共焦点位置近傍に形成した2分割フォトディテクタPD1 ,PD2 上にそれぞれ2つの検光子23a,23bが配置形成され、ウエッジプリズム20の上面20bに反射面19が配置形成されてなる。
【0102】
この検光子23a,23bは、互いに検出方向が90°の角度をなし、かつ戻り光LR の主たる偏光方向に対して、各検光子23a,23bの検出方向のなす角度が45°となるように形成される。すなわち例えば戻り光LR の主たる偏光方向に対して、検光子23aの方向を時計回りに45°、検光子23bの方向を反時計回りに45°の角度をなすように配置されてなる。
その他の構成は、実施例1の光学装置および実施例4の光学装置と同様の構成であるので、これらの光学装置と同一の符号を付して重複説明を省略する。
【0103】
光磁気信号の検出は、検光子23a,23bを通過し、反射面19で反射した光を2分割フォトディテクタPD3 ,PD4 でそれぞれ受光検出する。このとき受光した光の偏光方向が、出射光の偏光方向に対して回転された向きにより、2つのフォトディテクタPD3 とPD4 における受光量に大小が生じる。
【0104】
従って、例えば差信号(PD3 −PD4 )を検出信号とすることにより、偏光方向が回転された向きに対応して検出信号の正負が変わるので、これにより光磁気信号の検出を行うことができる。
【0105】
尚、トラッキングサーボ信号やRF信号等の各種信号の検出は、実施例1と同様にして行うことができる。
【0106】
図20に本発明を適用した光磁気信号の検出を行う光学装置のさらに別の例(以下実施例6とする)の斜視図を示す。図20に示す実施例6の光学装置は、実施例1の光学装置に対して、ウエッジプリズム20の表面に2つの偏光ホログラム素子25a,25bが配置形成されてなる。偏光ホログラム素子25a,25bが形成された部分は、反射面としての機能を有する。
【0107】
この偏光ホログラム素子25a,25bは、互いに検出方向が90°の角度をなし、かつ出射光LF の主たる偏光方向に対して、各偏光ホログラム素子25a,25bの方向のなす角度が45°となるようにそのパターンが形成される。すなわち例えば出射光の偏光方向に対して、偏光ホログラム素子25aの方向を時計回りに45°、偏光ホログラム素子25bの方向を反時計回りに45°の角度をなすように形成される。
【0108】
また受光部15のフォトディテクタPD3 ,PD4 は、偏光ホログラム素子25a,25bで光路が分割され回折された反射光を受光するために、それぞれ離れて形成される。
その他の構成は、実施例1の光学装置および実施例4,実施例5の光学装置と同様の構成であるので、これらの光学装置と同一の符号を付して重複説明を省略する。
【0109】
この光学装置において、被照射部12からの戻り光LR は、第2の反射鏡21によって反射され、偏光ホログラム素子25a,25bに照射された後、この偏光ホログラム素子25a,25bで回折される。このとき得られる回折光は、偏光ホログラム素子25a,25bの回折パターンにより所定の方向に進み、フォトディテクタPD3 およびPD4 に入射する。
【0110】
尚、フォーカスサーボ信号、トラッキングサーボ信号やRF信号等の各種信号の検出は、実施例1と同様にして行うことができる。
【0111】
光磁気信号の検出は、フォーカスサーボ信号の検出に用いる2分割フォトディテクタPD3 ,PD4 により行う。光磁気信号は、出射光LF の偏光方向に対して信号の内容に応じていずれかの向きに偏光方向が回転されているため、これが上述の偏光ホログラム素子25a,25bにより回折されて、2分割フォトディテクタで受光検出される。そして、例えば差信号(PD3 −PD4 )を検出信号とすれば、偏光方向が回転された向きに対応して検出信号の正負が変わるので、これにより光磁気信号の検出を行うことができる。
【0112】
上述したように、各実施例の光学装置において、装置全体がコンパクトで回折格子のパターンが単純で、かつ精密な調整が不要な光学装置例えば光学ピックアップを製造することができる。
【0113】
また、半導体レーザ光を効率よく光ディスクに照射できるので、超解像再生専用ディスクや記録再生ディスク用の光学ピックアップとして利用できる。特に、著しく小型軽量化が達成できるので、速いランダムアクセス速度が必要とされるデータディスク用に最適な光学ピックアップを構成できる。
【0114】
また、被照射部12は、通常のCDのように凹凸記録ピットによる光ディスクや、光および磁界印加手段による記録を行う光磁気ディスクやマイクロディスクのみならず、相変化によって光学特性例えば反射率を変化させる記録態様による相変化ディスクの光学ピックアップに適用することもできる。
すなわち、記録は出射光LF を用いて行い、再生はそれぞれ戻り光LR をフォトディテクタPDで再生信号を受光検出する構成とすることにより、これらのディスクを被照射部12として適用できるものである。
【0115】
尚、上述の各例は本発明の一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得るものである。
【0116】
【発明の効果】
本発明によれば、部品点数を削減し簡素な光学装置を構成できるため、組み立て工程や光軸などの位置調整工程等の工程の簡素化が実現でき、これにより光学装置が容易に低コストで製造できる。
【0117】
また光学装置の小型化および軽量化がはかられる他、装置の動作すなわち応答速度の向上がなされる。
【0118】
出射光を有効に利用できることから、従来のホログラム素子を用いた同様の系と比較して、より低い半導体レーザLD出力で再生および記録ができ、これにより消費電力の低減がなされ、熱的に安定化する。
【0119】
また消費電力の低下に伴い、従来と同じ消費電力で、記録再生における線速度をより高速とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学装置の一例を示す構成図である。
【図2】図1の光学素子の発光部側面の拡大図である。
【図3】A 図1の光学素子の側面図である。
B 図1の光学素子の平面図である。
【図4】通常のナイフエッジ法によるフォーカスサーボ信号検出を説明する光学系の構成図である。
【図5】A 本発明の光学装置におけるナイフエッジ法によるフォーカスサーボ信号検出の光学系の概略構成図である。
B フォーカスサーボ検出信号の曲線である。
【図6】ナイフエッジ面の形成パターンの例である。
A 図3Bで示したパターンと同一のパターン例である。
B 図6Aと別のパターン例である。
【図7】被照射部の光学素子側の開口数とフォーカスサーボ信号の検出に供される光量との関係を示す図である。
【図8】デフォーカス量とフォーカスサーボ信号の検出信号との関係を示す図である。
A 光学系の倍率が5倍の場合である。
B 光学系の倍率が3.5倍の場合である。
【図9】A、B ナイフエッジ面の形成パターンの他の例である。
【図10】C、D ナイフエッジ面の形成パターンの他の例である。
【図11】本発明の光学装置の他の例の光学素子の側面図である。
【図12】本発明の光学装置のさらに他の例の光学素子の側面図である。
A 第1の反射鏡と垂直な面から見た側面図である。
B、C 第1の反射鏡と平行な面から見た側面図である。
【図13】A〜E 本発明の光学装置の製造方法の一例の製造工程図である。
【図14】A、B 本発明の光学装置の製造方法の一例(他の例)の一製造工程図である。
【図15】A〜C 本発明の光学装置の製造方法のさらに他の例の一製造工程図である。
【図16】D〜G 本発明の光学装置の製造方法のさらに他の例の一製造工程図である。
【図17】A〜E 本発明の光学装置の製造方法のさらに別の例の製造工程図である。
【図18】本発明を適用した光磁気信号の検出を行う光学装置の一例の斜視図である。
【図19】本発明を適用した光磁気信号の検出を行う光学装置の他の例の斜視図である。
【図20】本発明を適用した光磁気信号の検出を行う光学装置のさらに他の例の斜視図である。
【図21】従来の光学ピックアップの構成図である。
【図22】ホログラム素子を用いた従来の光学ピックアップの構成図である。
【図23】従来のミニディスク(MD)用光学ピックアップの構成図である。
【符号の説明】
11 光学ピックアップ
12 被照射部(光ディスク)
13 第1の反射鏡
14 発光部
15 受光部
16 半導体基板
17 光学素子
18 収束手段
19 反射面(第3の反射鏡)
20、201 ウエッジプリズム
θ ウエッジ角
21 第2の反射鏡
21′ 鏡面
22 ナイフエッジ面
23、23a、23b 検光子
25、25a、25b 偏光ホログラム素子
30 ガラスウエーハ
31 半導体ウエーハ
32 積層体
32a 素子
33 配線基板
34 コンタクトホール
36 接着剤
37 SOG
40 台形柱形状の金型
41 コ字状の金型
42 ウエッジプリズムアレイ用の金型
43 押圧金具
44 ガラス材料
45 ウエッジプリズムアレイ
46 ダイヤモンド砥石
50 ナイフエッジ
55 差動増幅器
S 共焦点位置面
LD 半導体レーザ
PD〔PD1 ,PD2 ,PD3 ,PD4 ,PD5 ,PD6 〕 フォトディテクタ
PDA ,PDB フォトディテクタ
F 出射光
R 戻り光
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention performs reproduction or recording and reproduction by irradiating various optical recording media including optical devices such as optical discs such as compact discs (CD), write-once compact discs (CD-R), and magneto-optical discs. The present invention relates to an optical device, for example, an optical pickup.
[0002]
[Prior art]
Conventional optical pickups that optically read a record on an optical recording medium include, for example, a semiconductor laser, a collimating lens, a beam splitter, a polarizing beam splitter, a quarter-wave plate, a focus lens, a focus lens driving device, a split-type photodetector, and the like. Discrete optical components individually configured are arranged in a predetermined positional relationship with high accuracy.
[0003]
FIG. 21 shows a configuration diagram of an example of a conventional optical pickup dedicated to reproduction of a compact disc (CD). The optical pickup 81 includes a semiconductor laser 82, a diffraction grating 83, a beam splitter plate 84, an objective lens 85, and a light receiving element 86 including a photodiode, and the laser light L from the semiconductor laser 82 is reflected by the beam splitter plate 84. Then, the light converged by the objective lens 85 and irradiated onto the optical disk 90, the return light reflected by the optical disk 90 passes through the beam splitter plate 84 and is received and detected by the light receiving element 86.
[0004]
However, such an optical pickup 81 not only has a large number of parts and is very large, but also requires high precision in its arrangement and has low productivity.
[0005]
In recent years, due to the demand for portable CD players, etc., research and development to reduce the size and reduce the number of parts of optical pickups has been actively conducted. Functional combination of optical elements, laser coupler (integrated light emitting / receiving unit), use of hologram elements Etc. are progressing. However, even in these developments, the arrangement of optical elements does not need to be adjusted sufficiently.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As a method of reducing the size of the entire optical pickup, for example, instead of using a polarizing beam splitter in the middle of the optical path, an optical component such as a mirror plate having a reflective film formed on the back surface is installed to reflect light. Thus, a method has also been proposed in which a light receiving portion by a light receiving element or the like can be arranged on the same side as a light emitting portion made of a semiconductor laser or the like (Japanese Patent Laid-Open No. 2-162541).
[0007]
However, in this case, since the light emitting unit and the light receiving unit are arranged on the same side, the overall size of the apparatus is reduced. However, the light emitting unit and the light receiving unit are configured separately and arranged in a predetermined positional relationship with each other. Therefore, the number of parts does not decrease so much, and adjustment of the arrangement of the optical elements is required to the same extent as in the past.
[0008]
Further, as a solution to these problems, an optical pickup using a hologram element as shown in FIG. 22 has been proposed. An optical pickup 110 shown in FIG. 22 includes optical components such as a semiconductor laser 101, a photodetector 102, a hologram element 103, and an objective lens 104. In this case, the light emitted from the semiconductor laser 101 passes through the hologram element 103 and is converged by the objective lens 104 and irradiated to the disk 105 as the irradiated portion, and the return light reflected here is converged by the objective lens 104 again. Later, diffraction is performed in the hologram element 103, and a focus servo signal is detected using ± 1st order diffracted light of the return light.
[0009]
At this time, diffracted light is generated in the hologram element 103 even in outgoing light, but this diffracted light is almost discarded without being used. For this reason, the amount of return light is greatly reduced compared to the amount of emitted light. In order to compensate for this decrease in the amount of light, it is necessary to increase the output of the semiconductor laser LD, thereby increasing the power consumption.
[0010]
On the other hand, in an optical apparatus having a magneto-optical signal (MO signal) detection system utilizing the Kerr effect and capable of recording and reproducing, for example, as shown in FIG. 23 as an example of an optical pickup for a mini disk (MD), Further, the configuration is such that components for detecting polarization are added. The optical pickup 91 shown in FIG. 23 includes a semiconductor laser 92, an objective lens 96, a photodetector 99, a diffraction grating 93 used for detecting a tracking servo signal, a polarization beam splitter 94, a collimator lens 95, a Wollaston prism 97, and a focus servo. A multi-lens 98 for signal detection is provided.
In order to detect polarized light in this way, the number of parts is very large, the optical device is complicated, and since a large amount of power is required to perform recording, it is necessary to increase the laser output of the light source, After all, power consumption will increase.
[0011]
  The present invention has been made in consideration of such points, and in an optical apparatus such as an optical pickup, the number of optical components is reduced, alignment is simplified when optical arrangement is set, and the entire apparatus is simplified. It is designed to be compact and easy to manufacture. In addition, tracking servo signals, focus servo signals, and magneto-optical signals can be detected easily and reliably, and the light quantity is used effectively. Optical device with low powerAnd optical pickupThis is a proposal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention includes a light emitting unit andA converging means for converging and irradiating the emitted light from the light emitting part to the irradiated part, a light receiving part arranged including the confocal vicinity of the return light from the irradiated part by the converging means, and an output from the light emitting part A first reflecting mirror for guiding the incident light to the converging means, a second reflecting mirror disposed near the confocal point,Reflective surface formed on the surfaceThe light emitting unit, the light receiving unit, the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and the wedge prism are formed on a common semiconductor substrate, and return light is formed on the semiconductor substrate. A non-reflective surface formed on the outer side of the optical diffraction limit region, and a focus servo signal is detected using the non-reflective surface using a knife edge method.An optical device is configured.
  In addition, the present invention provides a light emitting unit, a converging unit that converges and irradiates the emitted light from the light emitting unit to the irradiated unit, and a light receiving unit that is disposed including the confocal vicinity of the return light from the irradiated unit by the converging unit. A first reflecting mirror that guides the light emitted from the light emitting unit to the converging means, a second reflecting mirror disposed near the confocal point, and a wedge prism having a reflecting surface formed on the surface, The light emitting unit, the light receiving unit, the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and the wedge prism are formed on a common semiconductor substrate, and enclose an optical diffraction limit region of return light on the semiconductor substrate. And an optical pickup that detects a focus servo signal by using a knife edge method.
[0013]
Here, the vicinity of confocal by the converging means means an area within the focal depth of the converging means in the optical axis direction, and an area within the diffraction limit of light by the converging means in the direction orthogonal to the optical axis. And
On the other hand, the position away from the confocal point by the convergence means described later means an area other than these areas.
[0014]
  Optical device according to the inventionAnd optical pickupUses the optical principle that light is always returned to the confocal position when the light emitted from the light emitting part is just focused on the irradiated part. Since the optical element in which the light receiving unit is arranged including the region near the confocal point by the means, that is, the region within the diffraction limit of the light by the converging unit is configured, the light emitted from the light emitting unit is irradiated as described above. In the focused state, the return light from the irradiated portion is surely transmitted to the light receiving portion arranged near the confocal position even if there is some problem in the positional accuracy of the optical component attached to the optical element. Incident light can be detected.
[0015]
Further, in the configuration of the present invention, by arranging a wedge prism having a reflecting surface formed on the surface, the reflected light is reflected from the irradiated portion by this reflecting surface, and is received at a position away from the confocal point. It is possible to detect the focus servo signal by detecting the received light in the unit.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The optical device of the present invention is constituted by a light emitting portion 14 constituted by a semiconductor laser LD and a first reflecting mirror 13, and a photodetector PD such as a photodiode, as shown in FIG. An optical element 17 formed on a semiconductor substrate 16 that is shared with the light receiving unit 15 is configured.
The optical element 17 emits light L emitted from the light emitting unit 14.FIs converged and irradiated to the irradiated portion 12 through the converging means 18, and the light receiving portion 15 is disposed including the confocal vicinity of the converging means 18, and the return light L reflected from the irradiated portion 12 by the light receiving portion 15.R, That is, a CLC (Confocal Laser Coupler) configuration.
[0017]
In addition, a second reflecting mirror 21 is disposed in the vicinity of the above-described confocal point separately from the light receiving unit 15, and the second reflecting mirror 21 returns light L as will be described later.RShall be reflected.
Further, the wedge prism 20 is disposed on the optical element 17. A reflecting surface (third reflecting mirror) 19 is formed on the surface of the wedge prism 20.
[0018]
The wedge prism 20, the reflection surface 19, and the second reflection mirror 21 return light L from the irradiated portion 12.RThe light is reflected at a portion other than the vicinity of the confocal point of the light receiving unit 15.
[0019]
The optical apparatus according to the present invention shown in FIG. 1 (hereinafter referred to as Example 1) is an example when applied to an optical pickup.
In FIG. 1, reference numeral 11 denotes an optical pickup as a whole, and reference numeral 12 denotes an optical recording medium as an irradiated portion, for example, an optical disc. The optical pickup 11 includes an optical element 17 in which a light emitting unit 14 by a semiconductor laser LD and a reflecting mirror 13, a light receiving unit 15 by a plurality of photodetectors PD, and a second reflecting mirror 21 are integrated on the same semiconductor substrate 16. Converging means 18 This example includes an objective lens and a wedge prism 20 having a reflecting surface 19 disposed on the surface thereof. The wedge prism 20 is disposed on the optical element 17 so as to cover the surface of the optical element 17 on the side where the light emitting unit 14 and the light receiving unit 15 are disposed.
[0020]
The wedge prism 20 emits light LFAnd return light L from the irradiated partRAnd an inclined surface 20a having a wedge angle θ, which will be described later, and an upper surface 20b parallel to the upper surface of the optical element 17 (see FIG. 3). A reflective film is formed on the upper surface 20b to form the reflective surface 19. The wedge prism 20 can be formed of, for example, glass or another transparent substrate.
[0021]
The light emitting unit 14 includes a semiconductor laser LD having a horizontal resonator structure and a first reflecting mirror 13. The first reflecting mirror 13 is selectively epitaxially grown by selecting the crystal plane of the semiconductor substrate constituting the optical element 17 and the crystal axis in the extending direction of the etching end face when forming the semiconductor laser LD. In addition, a specific crystal plane, for example, a {111} plane can be formed as a slope having a good morphology due to the atomic plane, or a plane having a certain angle of inclination with respect to the horizontal resonator plane. In this example, when this specific crystal plane is a {111} plane, the rising angle of the first reflecting mirror 13 is 54.7 ° as shown in the enlarged view of the light emitting portion 14 of the optical element 17 in FIG. It becomes.
[0022]
The light receiving unit 15 is composed of a plurality of photodetectors PD, and these photodetectors PD are in the diffraction limited region except for the portion where the light emitting unit 14 is arranged near the light emitting unit 14 on the surface of the optical element 17, that is, near the confocal position. And its peripheral part.
[0023]
Light emitted from the light emitting unit 14FIs transmitted through the inclined surface 20 a of the wedge prism 20, converged on the irradiated portion 12 by the objective lens of the converging means 18, and reflected from the irradiated portion 12.RIs again transmitted through the wedge prism 20 through the inclined surface 20 a and focused on the surface of the optical element 17. A part of the light receiving unit 15 is located in the vicinity of the focal point, and the return light LRIs detected. That is, this optical element has the aforementioned CLC configuration.
[0024]
This CLC configuration is the same as that described in Japanese Patent Application No. 5-21691 “Optical device”, which is an earlier application by the applicant of the present invention.RIs converged to the vicinity of the diffraction limit of the objective lens, and when the light receiving unit 15 is within the light diffraction limit, that is, the wavelength of the emitted light is λ and the numerical aperture on the optical element 17 side of the converging means 18 is NA, the optical axis of the emitted light Is arranged within a distance of 1.22λ / NA (within an Airy disk).
[0025]
Further, the return light L in which the second reflecting mirror 21 is formed outside the second reflecting mirror 21.RA knife edge surface 22 having an anti-reflection coating (AR coating) is formed surrounding the airy disk region. The knife edge surface 22 is formed so as to divide the region outside the second reflecting mirror 21 on the upper surface of the semiconductor laser LD of the light emitting unit 14 into two.
[0026]
As the light receiving unit 15 described above, as shown in a side view of the optical element 17 in FIG. 3A and a plan view of the optical element 17 in FIG. 3B, in the vicinity of the light emitting unit 14 on the surface of the optical element 17, that is, in the vicinity of the confocal point, A two-divided photodetector PD as part of the light receiving unit 151, PD22 split photo detector PD at a position away from the confocal point (outside the aforementioned Airy disc)Three, PDFourRespectively. The second reflecting mirror 21 is formed near the confocal surface on the surface of the optical element 17.
2 split photo detector PDThree, PDFour, Which detects a focus servo signal by the knife edge method as will be described later, is formed symmetrically with respect to the center of the reflected light irradiated by each photodetector.
[0027]
These photo detectors PDThree, PDFourBetween the surface of the optical element 17 forming the second reflecting mirror 21 and the light emitting point of the semiconductor laser LD, a semiconductor layer having a thickness of several μm, such as a cladding layer forming a pn junction, is formed. The vertical distance between them is only a few μm apart. For this reason, the surface on which the photodetector PD is formed is within the focal depth and may be considered as an in-focus position, that is, a confocal position surface.
Therefore, even when a lateral displacement of the lens occurs, there is no change in the spot position on the photodetector, which is convenient for detection of a tracking servo signal described later.
[0028]
The mirror surface of the second reflecting mirror 21 is formed by growing the optical element 17 along, for example, the {111} plane of the crystal, and is a flat surface with good crystallinity.
[0029]
Thus, since the mirror surface of the second reflecting mirror 21 is a crystal growth surface, the flatness is extremely good, and it becomes a mirror surface as it is. Since a part of the spot on the mirror surface is highly reflected, it is possible to detect a focus servo signal and a magneto-optical signal (MO signal) described later by using the reflected light from the mirror surface.
The second reflecting mirror 21 may be formed by vapor deposition of a metal having a good reflectance.
[0030]
The remaining portion of the upper surface of the semiconductor laser LD outside the second reflecting mirror 21 where the knife edge surface 22 is not formed is composed of a crystal growth surface, like the second reflecting mirror 21, and has a high reflectivity mirror surface 21. '.
[0031]
As described above, in this example, since the rising angle of the first reflecting mirror 13 is 54.7 °, the emitted light L from the light emitting unit 14 as shown in FIG.FIs emitted at an angle of 70.6 ° with respect to the horizontal direction.
Therefore, in this case, as shown in FIG. 3A, a wedge prism 20 having a wedge angle θ of 19.4 ° is arranged on the optical element 17, and the semiconductor laser LD of the light emitting unit 14 and the first reflecting mirror 13 are The gap between them is pasted so as to be filled with an adhesive having the same refractive index as that of the wedge prism 20, and the emitted light L from the wedge prism 20 isFIs arranged so as to be perpendicular to the exit surface. Thereby, the outgoing light L from the prism surfaceFSo-called coma does not occur.
[0032]
Next, the operation of the above-described optical device will be described.
The laser beam emitted from the semiconductor laser LD of the light emitting unit 14 is reflected by the first reflecting mirror 13 and is emitted obliquely upward with respect to the surface of the optical element 17.FProduce. This outgoing light LFPasses through the inclined surface 20a of the wedge prism 20, is converged by the converging means 18 such as an objective lens, and is irradiated onto the irradiated portion 12 such as an optical disk.
[0033]
Then, the emitted light L is emitted by the irradiated portion 12.FIs reflected by the reflected light LRProduce. Return light LRIs again converged by the converging means 18 and enters the inclined surface 20a of the wedge prism 20 perpendicularly. Further return light LRPasses through the inclined surface 20a and enters the vicinity of the confocal surface of the optical element 17. At this time, the return light LRA two-divided photodetector PD arranged in the vicinity of the confocal as a part of the light receiving unit 151, PD2The tracking servo signal is detected.
[0034]
Further return light LRThe other part is near confocal, that is, the return light LRAre reflected by the second reflecting mirror 21 arranged in the diffraction limit region, and the reflected light travels toward the upper surface 20 b of the wedge prism 20. Then, the reflected light is reflected again by the reflecting surface (that is, the third reflecting mirror) 19 formed on the upper surface 20 b of the wedge prism 20, and is separated from the confocal surface of the optical element 17 as a part of the light receiving unit 15. Two-segment photo detector PD formed at the positionThree, PDFourAnd the focus servo signal is detected.
[0035]
Detection of various signals in the optical element 17 is performed as follows.
[0036]
Tracking servo signal detection is performed by a two-divided photodetector PD1, PD2Using the push-pull method. For example, the difference signal (PD1-PD2) Is used as a detection signal to detect a tracking servo signal.
[0037]
Detection of the focus servo signal is performed by the two-divided photo detector PDThree, PDFourUsing the knife edge method. At this time, as described above, the optical axis of the light reflected by the reflecting surface 19 is located at the center of the photodetector, and the two-divided photodetectors are arranged symmetrically with respect to the optical axis.
Furthermore, when the optical system is in focus, the signal intensity of the two photodetectors is equal, ie PDThree= PDFourThe position of the two-divided photodetector is set so that
[0038]
Here, detection of the focus servo signal by the knife edge method will be described.
First, as shown in FIG. 4, the detection of the focus servo signal by the knife edge method, which is normally performed, arranges the knife edge 50 at the focal position of the converging means 18, and this knife edge 50 causes the optical axis in the figure to be detected. Make sure the lower part is blocked.
[0039]
The emitted light L at the irradiated portion 12FIs in focus, the return light LRIs focused at the normal focal position where the knife edge 50 is arranged, and is not blocked by the knife edge 50, but the photodetector PD of the light receiving unit.A, PDBThese photodetectors PD are evenly irradiatedA, PDBThe signals at are equal.
[0040]
The irradiated portion 12 is shifted by δ to the position of the dotted line in the figure, and the emitted light LFIs not focused on the irradiated portion 12, the return light LRIs a dotted line (LRAs shown by ′), the focal point is formed at the position ahead of the knife edge 50. However, since the light below the optical axis is blocked by the knife edge 50 at this time, the return light LRIs a photo detector PDBIrradiates the photo detector PDAIs not irradiated.
[0041]
On the other hand, when the irradiated portion 12 is shifted in reverse to the dotted line position, the return light LRIs focused at a position before the knife edge 50, and the portion below the optical axis is blocked by the knife edge 50, so that the photodetector PDBThe photo detector PD is not irradiatedAOnly irradiated.
[0042]
Then, a signal (PD) is obtained using a differential amplifier 55 or the like connected to the photodetector.A-PDB) Or (PDA-PDB) / (PDA+ PDB) As a detection signal, detection can be performed.
[0043]
The focus servo signal is detected by the optical apparatus of the present invention by applying this knife edge method.
[0044]
FIG. 5A is a diagram showing a schematic diagram of an optical path in the optical apparatus of the present invention.
As shown in FIG. 5A, the return light L from the irradiated portion 12RIs focused by the surface of the optical element 17 which is converged by the converging means 18 and becomes the confocal position surface S, and since this surface is a reflecting surface, it is reflected here, and further the wedge prism surface The light detector PD is reflected by the reflective surface 19 of FIG.A, PDBIs irradiated.
[0045]
On the surface of the optical element 17, a knife edge surface 22 that is non-reflective coated (AR coated) is formed in a portion below the optical axis in the figure.RAre not reflected and function in the same manner as the knife edge 50 of FIG.
[0046]
The emitted light L at the irradiated portion 12FIs in focus, the return light LRIs focused on the surface of the optical element 17 that is the normal focal position, that is, the confocal position surface S, and the return light L is applied to the knife edge surface 22.RIs not irradiated, the return light L on the confocal position plane SRIs reflected as it is, and the photodetector PD of the light receiving partA, PDBThese photodetectors PD are evenly irradiatedA, PDBThe signals at are equal.
[0047]
The irradiated portion 12 is shifted by δ to the position of the dotted line in the figure, and the emitted light LFIs not focused on the irradiated portion 12, the return light LRAs shown by the dotted line in the figure, the focal point is formed at a position ahead of the surface of the optical element 17 that is the confocal position surface S. However, since the light below the optical axis is not reflected by the knife edge surface 22 at this time, the return light LRIs a photo detector PD like a dotted lineAIrradiates the photo detector PDBIs not irradiated.
[0048]
On the other hand, when the irradiated portion 12 is shifted in reverse to the dotted line position, the return light LRIs focused at a position before the surface of the optical element 17 at the confocal position, and the light at the portion below the optical axis is not reflected by the knife edge surface 22, so that the photodetector PDAThe photo detector PD is not irradiatedBOnly irradiated.
[0049]
Then, using a differential amplifier 55 or the like connected to the photodetector, a signal (PDA-PDB) Or (PDA-PDB) / (PDA+ PDB) As a detection signal, for example, a detection signal as shown in FIG. 5B can be obtained and a focus servo signal can be detected.
[0050]
Therefore, in the optical apparatus of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 3, for example, the difference signal (PDThree-PDFour) Or (PDThree-PDFour) / (PDThree+ PDFour) As a detection signal, the focus servo signal can be detected.
[0051]
The light reflected by the second reflecting mirror 21 is emitted light L in the wedge prism 20 as shown in FIG. 3A.FIt propagates in the wedge prism 20 through an optical path different from the optical axis. Therefore, the outgoing light LFIt propagates in the wedge prism 20 without multiple interference.
[0052]
According to the optical device of the present invention, the wedge prism 20 goes directly to the converging means and the irradiated part, so that the emitted light is diffracted by the hologram element as in an optical pickup using a conventional hologram element, and ± 1 There is no generation of the next diffracted light and the loss of the amount of light accompanying this.
Therefore, the output of the laser LD of the light source can be set lower than the conventional one, and thereby the amount of heat generated in the light emitting part can be suppressed.
[0053]
Further, when the first-order diffracted light is generated from the normal emitted light, it is necessary to design the diffracted light to propagate out of the pupil plane of the objective lens so that the diffracted light does not enter the objective lens and cause interference.
According to the optical apparatus of the present invention, this design restriction is eliminated, and problems such as suppression of heat generated with the output of the semiconductor laser LD and miniaturization of the optical system can be handled preferentially.
[0054]
In the above example, the knife edge surface 22 is the return light L on the upper surface of the semiconductor laser LD.RThe pattern formed on exactly half of the portion outside the optical diffraction limit is the pattern of the knife edge surface 22 where the irradiated portion 12 emits light LFWhen the light beam is out of focus, that is, defocused by the convergence means 13, the return light LRThe spot irradiated on the surface of the optical element 17 may be applied to the knife edge surface 22 so that the reflected light is attenuated. Accordingly, in addition to the above-described example, some examples of pattern formation of the knife edge surface 22 are conceivable. An example of pattern formation on the knife edge surface 22 will be described below.
[0055]
6A and 6B show examples of pattern formation of the knife edge surface 22 formed on the surface of the optical element 17 in the optical apparatus of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 3, respectively.
The pattern (pattern 1) shown in FIG. 6A is the same pattern as that shown in FIG. 3B.
[0056]
The knife edge surface 22 can be produced with a mask and alignment accuracy and by batch processing using a method generally widely used in the manufacture of semiconductors.
Further, if it is difficult to produce the knife edge surface 22 as shown in FIG. 6A in the manufacturing process, a simplified pattern (pattern 2) with a boundary line as a straight line is formed as shown in FIG. 6B. To do.
[0057]
In addition to the method of forming the knife edge surface 22 by applying a non-reflective coating on the mirror-grown crystal growth surface as described above, a film having a low reflectance such as an insulating film is formed on the upper surface of the semiconductor laser LD. There is also a method of forming a highly reflective film such as a metal film on a portion other than the knife edge surface 22 later. In any method, the optical element 17 can be easily incorporated as one step in the manufacturing process of the optical element 17 and can be formed simply and at low cost.
At this time, the outgoing light L emitted through the first reflecting mirror 13FThe pattern is formed so that there is no influence on the pattern.
[0058]
Return light LRSince the spot diameter at the confocal position surface depends on the magnification of the optical system, the light intensity and the amount of light used for the detection of the focus servo signal and the magneto-optical signal also depend on the magnification of the optical system.
[0059]
FIG. 7 shows the relationship between the numerical aperture on the optical element 17 side of the converging means 18 in the optical apparatus of Example 1 and the light intensity used for the detection of the focus servo signal and the magneto-optical signal. FIG. 7 shows the numerical aperture NA on the irradiated portion 12 side of the converging means 18.DIs 0.45, and the numerical aperture NA on the optical element 17 side of the converging means 18CIs changed, the return light L to the confocal positionRThe change of the ratio of the light quantity used for the above-mentioned signal detection with respect to is shown.
At this time, the wedge prism 20 is made of BK7 or the like, the thickness on the optical axis of the confocal optical system is 1 mm, the refractive index is 1.52, and the position of the light emitting unit 14 and the standing of the first reflecting mirror 13 are set. The raising angle is set as shown in FIG. The light intensity distribution is calculated assuming a Gaussian beam distribution.
[0060]
For example, the magnification of an optical pickup used for a compact disc is usually about 3.5 to 6 times. Considering these, the numerical aperture NA on the optical element 17 side of the convergence meansCIs about 0.075 to 0.128, and about 6 to 19% of the return light can be used for the focus servo signal, which indicates that a sufficient amount of light for signal detection can be obtained.
[0061]
Further, the focus servo signals are calculated when the magnification of the convergence means is 3.5 times and 5 times, and the curves are shown in FIGS. 8A and 8B, respectively. In the drawing, the solid line is the focus servo signal when the pattern of the knife edge surface 22 shown in FIG. 6A (pattern 1) and the dotted line is the pattern of the knife edge surface 22 shown in FIG. 6B (pattern 2).
In either case, signal detection can be performed without any problem.
[0062]
On the other hand, the pattern of the knife edge surface 22 is basically the pattern of FIG. 6A (pattern 1), but increases the amount of light used to detect the focus servo signal and maintains the quality of the S-shaped curve of the signal. Is a photodetector PD that detects the tracking servo signal for the first reflecting mirror 13 as in the pattern formation example (pattern 3) shown in FIG. 9A.1, PD2It is preferable to form the knife edge surface 22 on the same side. In this case, PD1And PD2It is necessary to form a reflective film or the like on the photodetector so as to have a certain degree of reflectance.
[0063]
Further, a photodetector PD that detects a tracking servo signal with respect to the first reflecting mirror 13.1, PD2Even if the knife edge surface 22 is not formed on the same side as the photo detector PD1And PD2Is provided with a constant reflectivity so that the reflected light from the reflecting surface on the semiconductor laser LD and the reflected light from the photodetector are the same in the photodetector PD.Three, PDFourBy detecting the received light, the signal level is raised and a signal advantageous for S / N, C / N, etc. can be obtained.
[0064]
According to the same viewpoint as that of the pattern 3 shown in FIG. 9A, as shown in FIG. 9B, a simplified pattern (pattern 4) of the knife edge surface 22 in which the boundary line is a straight line circumscribing the Airy disk. It can also be taken.
[0065]
Further, in order to increase the sensitivity of the detection signal of the focus servo as compared with the pattern 4 with the same ease of pattern formation as the pattern 4 shown in FIG. 9B, as shown in FIG. 10C and FIG. A pattern (pattern 5 and pattern 6) of the knife edge surface 22 may be formed as a straight line so as to surround the Airy disk.
[0066]
Next, an example of a method for manufacturing the optical device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
First, as one method, a method using a wafer batch process is shown in FIGS. 13A to 13E.
[0067]
As shown in FIG. 13A, a semiconductor wafer 31 on which a large number of CLC devices (that is, optical elements 17) each having a light emitting element and a light receiving element are formed in advance, and a glass wafer 30 serving as a wedge prism are prepared. In the figure, 31a indicates one device.
[0068]
Next, as shown in FIG. 13B, the glass wafer 30 and the semiconductor wafer 31 are bonded with, for example, a UV resin (ultraviolet curable resin) to form a laminated body 32. When UV resin is used, it is irradiated and solidified by irradiating ultraviolet rays later. The glass wafer 30 may be the one already formed in the shape of the wedge prism 20, or the sloped prism 20 a may be formed on the glass wafer 30 after forming the laminated body 32 to form the wedge prism 20. .
After this bonding, a reflective film, a non-reflective film, or the like is formed on the surface of the glass wafer 30 (upper surface in the drawing).
[0069]
Next, the back surface of the semiconductor wafer 31 is lapped, and although not shown, contact holes 34, electrode pads, wirings, and the like are formed in the semiconductor wafer 31.
Thereafter, as shown in FIG. 13C, the stacked body 32 is cut vertically and horizontally to obtain an element 32a. The element 32a in this example is cut into the size of two devices as shown in FIG. 13E.
[0070]
Next, as shown in FIG. 13D, the element 32a is mounted on a wiring board 33 that also serves as a heat sink.
At this time, as shown in the enlarged view of FIG. 13E, the element 32a is mounted on the wiring board 33.
[0071]
Although not shown, this is further cut for each unit device to obtain an optical device in which the wedge prism 20 and the optical element 17 are fixed.
[0072]
Regarding the bonding method at this time, FIGS. 14A and 14B are side views showing a state in which a wafer corresponding to FIG. 13B is bonded. In FIG. 13B, the inclined surface of the surface of the glass wafer 30 is not expressed, but in FIG. 14A and FIG. 14B, this inclined surface, that is, an inclined surface that becomes a surface having the wedge angle θ of the wedge prism 20 later is expressed.
[0073]
As shown in FIG. 14A, the gap between the glass wafer 30 and the semiconductor wafer 31 is filled with an adhesive 36 having a refractive index equivalent to that of the glass wafer 30. If it is not filled in this manner, coma aberration occurs, and a problem occurs when reproducing an optical disk. Here, since the filling portion of the adhesive 36 is close to the light emitting position of the semiconductor laser LD, the temperature rises locally to about 200 ° C., assuming that the output power during reproduction is about several mW, for example. There is. Therefore, it is preferable to use, for example, a silicon-based or epoxy-based adhesive having heat resistance as the adhesive 36.
[0074]
Further, instead of filling the gap with an adhesive, as shown in FIG. 14B, after filling the gap with SOG (spin-on glass) 37, the SOG 37 and the glass wafer 30 can be bonded with the adhesive 36.
[0075]
As shown in FIGS. 14A and 14B, the glass wafer on which the inclined surface is formed is hereinafter referred to as a wedge prism array. The manufacturing method of the wedge prism array can be roughly divided into two types of manufacturing processes. One is a manufacturing process using a glass press technique, and the other is a manufacturing process using a glass grinding technique. Each manufacturing process is shown in FIG.FIG.17A to 17E.
[0076]
The manufacturing process by the glass press technique is performed according to the following process.
First, as shown in FIG. 15A, a trapezoidal column-shaped mold 40 made of super steel, for example, is prepared.
Next, as shown in FIG. 15B, several trapezoidal columnar molds 40 are aligned and fixed by a U-shaped mold 41.
[0077]
In this manner, a wedge prism array mold 42 including 40 trapezoidal columnar molds and a U-shaped mold 41 as shown in FIG. 15C is manufactured.
[0078]
Next, a pressing process is performed using the wedge prism array mold 42. As shown in FIG. 16D, a glass material 44 is poured into a wedge prism array mold 42, pressed on by a pressing metal 43, and pressed from above to perform pressing.
[0079]
In this way, a wedge prism array 45 having a side view in FIG. 16E and a plan view in FIG. 16F is formed.
[0080]
Further, as shown in FIG. 16G, a necessary number (four in FIG. 16G) of the semiconductor wafer 31 made of, for example, GaAs on which the optical element of the CLC structure is formed and the wedge prism array 45 are bonded.
[0081]
Thereafter, the device is cut into individual devices to obtain an optical device in which the target optical element 17 and the wedge prism 20 are bonded.
[0082]
On the other hand, the manufacturing process by the glass grinding technique is performed according to the following process.
First, as shown in FIG. 17A, a semiconductor wafer 31 made of, for example, GaAs, on which an optical element having a CLC structure is formed, and a glass wafer 30 are bonded together.
As described above, the bonding may be performed by bonding with an adhesive as described above, or after forming SOG (spin-on glass) on the surface of the semiconductor wafer 31 and then lapping the surface of the SOG.
In this way, as shown in FIG. 17B, a laminated body 32 composed of the glass wafer 30 and the semiconductor wafer 31 is formed.
[0083]
Next, as shown in a perspective view in FIG. 17C and a side view in FIG. 17D, the surface of the glass wafer 30 is obliquely ground with a donut-shaped diamond grindstone 46 to form an inclined surface. The diamond grindstone 46 used at this time sets conditions such as the roughness of the grindstone and the grinding speed so that an optical grade grinding surface can be obtained.
[0084]
Thus, a wedge prism array 45 is formed on the semiconductor wafer 31 as shown in FIG. 17E.
[0085]
Since the wedge prism 20 is manufactured by the glass press technique, the glass grinding technique, the glass mold technique or the like as described above, the shape thereof has a relatively large degree of freedom.
[0086]
Further, the size of the wedge prism 20 can be reduced as follows.
FIG. 11 shows a side view of another example (hereinafter referred to as Example 2) of the optical apparatus of the present invention. The optical device according to the second embodiment has an output light LFAnd return light LRWhile the position where the light passes through is set to the same position as in the first embodiment, the surface on which the reflection surface 19 is formed is formed thinner. By reducing the thickness of the portion where the reflecting surface 19 is formed, the horizontal movement distance of the reflected light is reduced, and the left and right sizes of the optical element 17 and the wedge prism 20 in the figure can be reduced.
[0087]
Since other configurations are the same as those of the optical device of the first embodiment, portions corresponding to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
Various signals can be detected in the same manner as in the first embodiment.
[0088]
Next, FIG. 12A shows a side view of another example (Example 3) of the optical apparatus of the present invention.
In the optical device of FIG. 12A, the upper surface of the wedge prism 201 is a downward wedge surface as shown in FIG. 12B or an upward wedge surface as shown in FIG. 12C with respect to the optical device of Example 1 described above. It is a configuration.
[0089]
The reflected light is divided on the left and right sides of the wedge surface, and two two-divided photodetectors PDThree, PDFourAnd PDFive, PD6And receive the focus servo signal. In this case, it is not necessary to form the knife edge surface 22 on the semiconductor laser LD.
Since other configurations are the same as those of the optical device of the first embodiment, portions corresponding to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0090]
The focus servo signal is detected in the optical apparatus of the third embodiment as follows.
Two two-divided photodetector PDThree, PDFourAnd PDFive, PD6When the in-focus state, the received light amount of the two-divided photodetector is equal, that is, PDThree= PDFour, PDFive= PD6Arrange so that In this case, in FIG. 12B and FIG. 12C, the light reflected by the wedge prism surface is irradiated to the two-divided photodetector as indicated by solid lines in the figure.
[0091]
Here, when the irradiated portion 12, for example, the disc is displaced, the light reflected at the center of the upper surface of the wedge prism 201 is the same as that at the time of focusing, and the light beam irradiated on the upper surface of the wedge prism 201 is shown in FIGS. As shown by the dotted line in the figure, the spot irradiated with the light reflected by the detector spreads outward in FIG. 12B and inward in FIG. 12C. Therefore, the amount of received light is greater in the outer photo detector in FIG. 12B and in the inner photo detector in FIG. 12C.
[0092]
When the irradiated portion 12 is displaced in the opposite direction, the amount of received light is increased in the same way in the case of FIG. 12B but on the outer side in the case of FIG. 12C.
[0093]
Thus, for example, {(PDThree-PDFour+ (PD6-PDFive)} As a detection signal, the difference signal becomes 0 in the case of focusing, and when the irradiated portion 12 is displaced, a signal having a different sign is obtained according to the direction, and detection of the focus servo signal is performed. It can be performed.
[0094]
The detection of various signals such as tracking servo signals and RF signals can be performed in the same manner as in the first embodiment.
[0095]
In the optical apparatus according to the present invention, when a magneto-optical signal is further detected, a polarization detection system such as an analyzer (polarizer) is basically arranged in front of a photodetector for detecting a focus servo signal, or a tracking servo is used. A magneto-optical signal can be detected by adding an analyzer (polarizer) on a photodetector near the confocal that detects the signal, or by adopting any arrangement.
An example of an optical apparatus that detects a magneto-optical signal to which the present invention is applied will be described below.
[0096]
FIG. 18 shows a perspective view of an example of an optical apparatus (hereinafter referred to as Example 4) that detects a magneto-optical signal to which the present invention is applied. The optical device of the fourth embodiment shown in FIG. 18 is configured by arranging two analyzers 23a and 23b on the upper surface 20b of the wedge prism 20 with respect to the optical device of the first embodiment. The portion where the analyzers 23a and 23b are formed functions as a reflecting surface.
[0097]
The analyzers 23a and 23b have an angle of 90 ° between the detection directions of the analyzers and return light LRAre formed so that the angle formed by the directions of the analyzers 23a and 23b is 45 °. That is, for example, the return light LRAre arranged so that the direction of the analyzer 23a is 45 ° clockwise and the direction of the analyzer 23b is 45 ° counterclockwise.
Since other configurations are the same as those of the optical apparatus of the first embodiment, the same reference numerals as those of the optical apparatus of the first embodiment are used, and redundant description is omitted.
[0098]
In this optical apparatus, the tracking servo signal and the focus servo signal are detected in the same manner as in the optical apparatus of the first embodiment.1, PD2The tracking servo signal is detected with, and the two-divided photodetector PDThree, PDFourThe focus servo signal can be detected at.
[0099]
The magneto-optical signal is detected by dividing the light that has passed through the analyzers 23a and 23b into two-divided photodetectors PD.Three, PDFourDetects the received light respectively. At this time, the direction of polarization of the received light is rotated with respect to the direction of polarization of the outgoing light, so that two photodetectors PDThreeAnd PDFourThe amount of light received at the is large or small.
[0100]
Thus, for example, the difference signal (PDThree-PDFour) As a detection signal, the sign of the detection signal changes in accordance with the direction in which the polarization direction is rotated, so that the magneto-optical signal can be detected.
[0101]
FIG. 19 is a perspective view of still another example (hereinafter referred to as Example 5) of an optical apparatus that detects a magneto-optical signal to which the present invention is applied. The optical device of Example 5 shown in FIG. 19 is a two-divided photodetector PD formed near the confocal position with respect to the optical device of Example 1.1, PD2Two analyzers 23 a and 23 b are arranged and formed on each of them, and a reflecting surface 19 is arranged and formed on the upper surface 20 b of the wedge prism 20.
[0102]
The analyzers 23a and 23b have an angle of 90 ° with respect to the detection direction, and return light LRAre formed so that the angle formed by the detection directions of the analyzers 23a and 23b is 45 °. That is, for example, return light LRAre arranged so that the direction of the analyzer 23a is 45 ° clockwise and the direction of the analyzer 23b is 45 ° counterclockwise.
Since other configurations are the same as those of the optical device of the first embodiment and the optical device of the fourth embodiment, the same reference numerals as those of these optical devices are used and redundant description is omitted.
[0103]
The magneto-optical signal is detected by dividing the light passing through the analyzers 23a and 23b and reflected by the reflecting surface 19 into a two-divided photodetector PD.Three, PDFourDetects the received light respectively. At this time, the direction of polarization of the received light is rotated with respect to the direction of polarization of the outgoing light, so that two photodetectors PDThreeAnd PDFourThe amount of light received at the is large or small.
[0104]
Thus, for example, the difference signal (PDThree-PDFour) As a detection signal, the sign of the detection signal changes in accordance with the direction in which the polarization direction is rotated, so that the magneto-optical signal can be detected.
[0105]
The detection of various signals such as tracking servo signals and RF signals can be performed in the same manner as in the first embodiment.
[0106]
FIG. 20 is a perspective view of still another example (hereinafter referred to as Example 6) of an optical apparatus that detects a magneto-optical signal to which the present invention is applied. The optical device of Example 6 shown in FIG. 20 is formed by arranging two polarization hologram elements 25a and 25b on the surface of the wedge prism 20 with respect to the optical device of Example 1. The portion where the polarization hologram elements 25a and 25b are formed has a function as a reflecting surface.
[0107]
The polarization hologram elements 25a and 25b have an angle of 90 ° with respect to the detection direction, and the emitted light LFThe pattern is formed such that the angle formed by the directions of the polarization hologram elements 25a and 25b with respect to the main polarization direction is 45 °. That is, for example, the direction of the polarization hologram element 25a is 45 ° clockwise and the direction of the polarization hologram element 25b is 45 ° counterclockwise with respect to the polarization direction of the emitted light.
[0108]
The photodetector PD of the light receiving unit 15Three, PDFourAre formed apart from each other in order to receive the reflected light that has been split and diffracted by the polarization hologram elements 25a and 25b.
The other configurations are the same as those of the optical device of the first embodiment and the optical devices of the fourth and fifth embodiments, and therefore, the same reference numerals as those of the optical devices are used and redundant description is omitted.
[0109]
In this optical apparatus, the return light L from the irradiated portion 12RIs reflected by the second reflecting mirror 21 and applied to the polarization hologram elements 25a and 25b, and then diffracted by the polarization hologram elements 25a and 25b. The diffracted light obtained at this time travels in a predetermined direction by the diffraction patterns of the polarization hologram elements 25a and 25b, and the photodetector PD.ThreeAnd PDFourIs incident on.
[0110]
Note that detection of various signals such as a focus servo signal, a tracking servo signal, and an RF signal can be performed in the same manner as in the first embodiment.
[0111]
The magneto-optical signal is detected by the two-divided photodetector PD used for detecting the focus servo signal.Three, PDFourTo do. The magneto-optical signal is the output light LFSince the polarization direction is rotated in either direction according to the signal content with respect to the polarization direction, the polarization direction is diffracted by the polarization hologram elements 25a and 25b and received and detected by the two-divided photodetector. For example, the difference signal (PDThree-PDFour) Is a detection signal, the sign of the detection signal changes in accordance with the direction in which the polarization direction is rotated, so that the magneto-optical signal can be detected.
[0112]
As described above, in the optical device of each embodiment, an optical device such as an optical pickup that is compact as a whole, has a simple diffraction grating pattern, and does not require precise adjustment can be manufactured.
[0113]
In addition, since the optical disk can be efficiently irradiated with the semiconductor laser light, it can be used as an optical pickup for a super-resolution reproduction dedicated disk or a recording / reproduction disk. In particular, since an extremely small and light weight can be achieved, an optical pickup that is optimal for a data disk that requires a high random access speed can be configured.
[0114]
Further, the irradiated portion 12 changes not only the optical disc with the concavo-convex recording pit like a normal CD, the magneto-optical disc or the micro disc for recording with the light and magnetic field applying means, but also the optical characteristics such as the reflectance by the phase change The present invention can also be applied to an optical pickup of a phase change disk according to the recording mode.
That is, the recording is the outgoing light LFAnd reproduction is performed for each return light L.RBy adopting a configuration in which a photodetector PD receives and detects a reproduction signal, these disks can be applied as the irradiated portion 12.
[0115]
Each of the above-described examples is an example of the present invention, and various other configurations are possible without departing from the gist of the present invention.
[0116]
【The invention's effect】
  According to the present inventionSince the number of components can be reduced and a simple optical device can be configured, it is possible to simplify processes such as an assembly process and a position adjustment process such as an optical axis, and the optical apparatus can be easily manufactured at low cost.
[0117]
In addition to reducing the size and weight of the optical device, the operation of the device, that is, the response speed is improved.
[0118]
Since the emitted light can be used effectively, it can be reproduced and recorded with a lower output of the semiconductor laser LD than the similar system using the conventional hologram element, thereby reducing power consumption and being thermally stable. Turn into.
[0119]
As the power consumption decreases, the linear velocity in recording and reproduction can be increased with the same power consumption as before.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of an optical device of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a side surface of a light emitting unit of the optical element in FIG.
FIG. 3A is a side view of the optical element of FIG.
B is a plan view of the optical element of FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram of an optical system for explaining focus servo signal detection by a normal knife edge method.
FIG. 5A is a schematic configuration diagram of an optical system for focus servo signal detection by a knife edge method in the optical apparatus of the present invention.
B is a curve of the focus servo detection signal.
FIG. 6 is an example of a knife edge surface formation pattern.
A A pattern example identical to the pattern shown in FIG. 3B.
B is an example of a pattern different from FIG. 6A.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the numerical aperture on the optical element side of the irradiated portion and the amount of light used for detection of the focus servo signal.
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a defocus amount and a detection signal of a focus servo signal.
A This is the case when the magnification of the optical system is 5 times.
B: The case where the magnification of the optical system is 3.5 times.
FIGS. 9A and 9B show another example of the formation pattern of the knife edge surface.
FIGS. 10A and 10B are other examples of a knife edge surface formation pattern. FIGS.
FIG. 11 is a side view of an optical element of another example of the optical apparatus of the present invention.
FIG. 12 is a side view of an optical element of still another example of the optical apparatus of the present invention.
A is a side view seen from a plane perpendicular to the first reflecting mirror.
B, C It is the side view seen from the surface parallel to the 1st reflective mirror.
13A to 13E are manufacturing process diagrams of an example of a method for manufacturing an optical device according to the present invention.
14A and 14B are manufacturing process diagrams of an example (another example) of the manufacturing method of the optical device according to the present invention.
FIGS. 15A to 15C are manufacturing process diagrams of still another example of the method for manufacturing an optical device according to the present invention. FIGS.
FIG. 16DG  It is one manufacturing process figure of the further another example of the manufacturing method of the optical apparatus of this invention.
17A to 17E are manufacturing process diagrams of still another example of the method of manufacturing an optical device according to the present invention.
FIG. 18 is a perspective view of an example of an optical apparatus that detects a magneto-optical signal to which the present invention is applied.
FIG. 19 is a perspective view of another example of an optical apparatus for detecting a magneto-optical signal to which the present invention is applied.
FIG. 20 is a perspective view of still another example of an optical apparatus that detects a magneto-optical signal to which the present invention is applied.
FIG. 21 is a configuration diagram of a conventional optical pickup.
FIG. 22 is a configuration diagram of a conventional optical pickup using a hologram element.
FIG. 23 is a configuration diagram of a conventional optical pickup for a mini disc (MD).
[Explanation of symbols]
11 Optical pickup
12 Irradiated part (optical disc)
13 First reflector
14 Light emitting part
15 Receiver
16 Semiconductor substrate
17 Optical elements
18 Convergence means
19 Reflecting surface (third reflecting mirror)
20, 201 Wedge prism
θ Wedge angle
21 Second reflector
21 'Mirror surface
22 Knife edge surface
23, 23a, 23b Analyzer
25, 25a, 25b Polarization hologram element
30 Glass wafer
31 Semiconductor wafer
32 Laminate
32a element
33 Wiring board
34 Contact hole
36 Adhesive
37 SOG
40 Trapezoidal column mold
41 U-shaped mold
42 Mold for wedge prism array
43 Press fitting
44 Glass material
45 wedge prism array
46 Diamond wheel
50 Knife edge
55 Differential Amplifier
S Confocal position plane
LD semiconductor laser
PD [PD1, PD2, PDThree, PDFour, PDFive, PD6] Photo detector
PDA, PDB  Photo detector
LF    Outgoing light
LR    Return light

Claims (3)

発光部と、
上記発光部からの出射光を被照射部に収束照射させる収束手段と、
上記収束手段により上記被照射部からの戻り光に関する共焦点近傍を含んで配置された受光部と、
上記発光部からの出射光を上記収束手段に導く第1の反射鏡と、
上記共焦点近傍に配置された第2の反射鏡と、
表面に反射面が形成されたウエッジプリズムとを有し、
上記発光部と、上記受光部と、上記第1の反射鏡及び第2の反射鏡と、上記ウエッジプリズムは、共通の半導体基板上に形成されると共に、上記半導体基板上には上記戻り光の光回折限界領域を囲んで外側に形成された無反射面を有して成り、該無反射面によりナイフエッジ法を用いてフォーカスサーボ信号の検出を行う
ことを特徴とする光学装置。
A light emitting unit;
Converging means for convergently irradiating the irradiated portion with the emitted light from the light emitting unit,
A light receiving portion arranged by including the confocal vicinity of the return light from the irradiated portion by the convergence means;
A first reflecting mirror for guiding the emitted light from the light emitting unit to the converging means;
A second reflecting mirror disposed in the vicinity of the confocal point;
A wedge prism having a reflective surface formed on the surface ;
The light emitting unit, the light receiving unit, the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and the wedge prism are formed on a common semiconductor substrate, and the return light is formed on the semiconductor substrate. An optical device comprising a non-reflective surface formed on the outer side surrounding an optical diffraction limit region, wherein a focus servo signal is detected by using the knife-edge method with the non-reflective surface .
前記共焦点近傍に配置された前記受光部が複数の受光素子を有してなり、これら受光素子によってトラッキングサーボ信号を取り出すことを特徴とする請求項1に記載の光学装置。  The optical apparatus according to claim 1, wherein the light receiving unit disposed in the vicinity of the confocal includes a plurality of light receiving elements, and a tracking servo signal is extracted by the light receiving elements. 発光部と、A light emitting unit;
上記発光部からの出射光を被照射部に収束照射させる収束手段と、Converging means for convergently irradiating the irradiated portion with the emitted light from the light emitting unit,
上記収束手段により上記被照射部からの戻り光に関する共焦点近傍を含んで配置された受光部と、A light receiving portion arranged by including the confocal vicinity of the return light from the irradiated portion by the convergence means;
上記発光部からの出射光を上記収束手段に導く第1の反射鏡と、A first reflecting mirror for guiding the emitted light from the light emitting unit to the converging means;
上記共焦点近傍に配置された第2の反射鏡と、A second reflecting mirror disposed in the vicinity of the confocal point;
表面に反射面が形成されたウエッジプリズムとを有し、A wedge prism having a reflective surface formed on the surface;
上記発光部と、上記受光部と、上記第1の反射鏡及び第2の反射鏡と、上記ウエッジプリズムは、共通の半導体基板上に形成されると共に、上記半導体基板上には上記戻り光の光回折限界領域を囲んで外側に形成された無反射面を有して成り、該無反射面によりナイフエッジ法を用いてフォーカスサーボ信号の検出を行うThe light emitting unit, the light receiving unit, the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and the wedge prism are formed on a common semiconductor substrate, and the return light is formed on the semiconductor substrate. It has a non-reflective surface formed on the outside surrounding the optical diffraction limit region, and the focus servo signal is detected by using the knife-edge method with the non-reflective surface.
ことを特徴とする光学ピックアップ。An optical pickup characterized by that.
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