JPH08221780A - 集積型光ピックアップ装置 - Google Patents
集積型光ピックアップ装置Info
- Publication number
- JPH08221780A JPH08221780A JP7044925A JP4492595A JPH08221780A JP H08221780 A JPH08221780 A JP H08221780A JP 7044925 A JP7044925 A JP 7044925A JP 4492595 A JP4492595 A JP 4492595A JP H08221780 A JPH08221780 A JP H08221780A
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- JP
- Japan
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- waveguide
- substrate
- optical pickup
- grating
- pickup device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 モータ駆動を行うことなくフォーカス制御を
可能とした集積型光ピックアップ装置を提供する。 【構成】 導波路１２が形成された基板上に、レーザダ
イオード２０から導波路１２に導入された光ビームを基
板上方に回折させてディスク２１に集光するグレーティ
ングカプラ１５と、ディスク２１からの反射光ビームを
分割するグレーティングビームスプリッタ１８と、この
グレーティングビームスプリッタ１８により分割された
反射光ビームを検出するフォトダイオード１９ａ〜１９
ｄとが集積形成されて光ピックアップが構成される。導
波路１２は、ＭＱＷ構造をもってｐ型基板１１上に形成
され、この上にはｎ型層１３が形成される。導波路１２
の上下には電圧を印加して導波路１２の実効的屈折率を
制御してフォーカス制御を行うための電極１６，１７が
設けられている。
可能とした集積型光ピックアップ装置を提供する。 【構成】 導波路１２が形成された基板上に、レーザダ
イオード２０から導波路１２に導入された光ビームを基
板上方に回折させてディスク２１に集光するグレーティ
ングカプラ１５と、ディスク２１からの反射光ビームを
分割するグレーティングビームスプリッタ１８と、この
グレーティングビームスプリッタ１８により分割された
反射光ビームを検出するフォトダイオード１９ａ〜１９
ｄとが集積形成されて光ピックアップが構成される。導
波路１２は、ＭＱＷ構造をもってｐ型基板１１上に形成
され、この上にはｎ型層１３が形成される。導波路１２
の上下には電圧を印加して導波路１２の実効的屈折率を
制御してフォーカス制御を行うための電極１６，１７が
設けられている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＣＤのようなピット
記録型ディスクの読出しに用いられる集積型光ピックア
ップ装置に関する。
記録型ディスクの読出しに用いられる集積型光ピックア
ップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＤ等の光学ディスクのピックアップ
は、レーザ光源、集光光学系、フォトダイオード、アク
チュエータ等により構成される。最近、この様な光ピッ
クアップの光学系を集積化した集積型光ピックアップが
提案されている。例えば、薄膜技術により、導波路が形
成された基板上にグレーティング素子を用いた集光カプ
ラやビームスプリッタ、更に受光用のフォトダイオード
を集積形成する（例えば、O plus E，No．76，pp.102-1
08，1986年 3月参照）。
は、レーザ光源、集光光学系、フォトダイオード、アク
チュエータ等により構成される。最近、この様な光ピッ
クアップの光学系を集積化した集積型光ピックアップが
提案されている。例えば、薄膜技術により、導波路が形
成された基板上にグレーティング素子を用いた集光カプ
ラやビームスプリッタ、更に受光用のフォトダイオード
を集積形成する（例えば、O plus E，No．76，pp.102-1
08，1986年 3月参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来提案され
ている集積型光ピックアップは、光学系が集積されてい
るとはいっても、フォーカス制御には従来通りモータ等
の駆動系を必要とする。従って、機構は未だ複雑であ
り、重量も大きく、高速アクセスが難しい。この発明は
上記の点に鑑みなされたもので、モータ駆動を行うこと
なくフォーカス制御を可能とした集積型光ピックアップ
装置を提供することを目的としている。
ている集積型光ピックアップは、光学系が集積されてい
るとはいっても、フォーカス制御には従来通りモータ等
の駆動系を必要とする。従って、機構は未だ複雑であ
り、重量も大きく、高速アクセスが難しい。この発明は
上記の点に鑑みなされたもので、モータ駆動を行うこと
なくフォーカス制御を可能とした集積型光ピックアップ
装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は、導波路が形
成された基板上に、光源から前記導波路に導入された光
ビームを基板上方に回折させて基板面に対向して配置さ
れたディスクに集光するグレーティングカプラと、前記
ディスクからの反射光ビームを分割するグレーティング
ビームスプリッタと、このグレーティングビームスプリ
ッタにより分割された反射光ビームを検出するフォトダ
イオードとを集積形成してなる集積型光ピックアップ装
置において、前記導波路は、前記基板上に第１導電型層
と第２導電型層で挟まれた多重量子井戸層により構成さ
れ、且つその導波路上下には電圧を印加してその導波路
の実効的屈折率を制御してフォーカス制御を行うための
電極が設けられていることを特徴としている。
成された基板上に、光源から前記導波路に導入された光
ビームを基板上方に回折させて基板面に対向して配置さ
れたディスクに集光するグレーティングカプラと、前記
ディスクからの反射光ビームを分割するグレーティング
ビームスプリッタと、このグレーティングビームスプリ
ッタにより分割された反射光ビームを検出するフォトダ
イオードとを集積形成してなる集積型光ピックアップ装
置において、前記導波路は、前記基板上に第１導電型層
と第２導電型層で挟まれた多重量子井戸層により構成さ
れ、且つその導波路上下には電圧を印加してその導波路
の実効的屈折率を制御してフォーカス制御を行うための
電極が設けられていることを特徴としている。
【０００５】この発明による集積型光ピックアップ装置
は、好ましくは、前記光源として半導体レーザが前記導
波路が形成された基板に集積形成されていることを特徴
としている。
は、好ましくは、前記光源として半導体レーザが前記導
波路が形成された基板に集積形成されていることを特徴
としている。
【０００６】
【作用】多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の導波路に電界を
印加すると、その実効屈折率が変化することは、量子閉
じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）として知られてい
る。この発明におけるように、集積型光ピックアップの
導波路をＭＱＷ構造として、上下に電極を設けて電界を
印加すれば、上記原理に基づいて等価的にグレーティン
グカプラの焦点距離を可変することができ、これにより
モータなしでフォーカス制御が可能になる。
印加すると、その実効屈折率が変化することは、量子閉
じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）として知られてい
る。この発明におけるように、集積型光ピックアップの
導波路をＭＱＷ構造として、上下に電極を設けて電界を
印加すれば、上記原理に基づいて等価的にグレーティン
グカプラの焦点距離を可変することができ、これにより
モータなしでフォーカス制御が可能になる。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図１は、この発明の一実施例に係る集積型光
ピックアップの構成を示す斜視図である。基板１１は例
えばｐ型の化合物半導体基板であって、この上にＭＱＷ
構造の導波路１２が形成され、更にこの上にｎ型層１３
が形成されている。即ち導波路１２は上下からｎ型層と
ｐ型層で挟まれた構造となっている。ｎ型層１３は、基
板長手方向に分離溝１４によって二つのｎ型層１３ａ，
１３ｂに分離される。光源としてのレーザダイオード２
０は、その光出射端面がこの導波路基板の端面に直接結
合されている。
説明する。図１は、この発明の一実施例に係る集積型光
ピックアップの構成を示す斜視図である。基板１１は例
えばｐ型の化合物半導体基板であって、この上にＭＱＷ
構造の導波路１２が形成され、更にこの上にｎ型層１３
が形成されている。即ち導波路１２は上下からｎ型層と
ｐ型層で挟まれた構造となっている。ｎ型層１３は、基
板長手方向に分離溝１４によって二つのｎ型層１３ａ，
１３ｂに分離される。光源としてのレーザダイオード２
０は、その光出射端面がこの導波路基板の端面に直接結
合されている。
【０００８】この様に導波路１２が埋め込み形成された
基板上の光源から離れた側のｎ型層１３ｂ上には、導波
路１２と結合して、レーザダイオード２０から送られる
光ビームを回折による波面変換を行って基板の上方に配
置されたディスク２１に集光する機能を持つ集光グレー
ティングカプラ１５が形成されている。集光グレーティ
ングカプラ１５の領域とは溝１４により分離されたｎ型
層１３ａ上のグレーティングカプラ１５に近接した位置
には、ディスク２１からの反射光ビームが再度導波路１
２に結合されて得られる戻り光ビームを２分割するため
のグレーティングビームスプリッタ１８が形成されてい
る。
基板上の光源から離れた側のｎ型層１３ｂ上には、導波
路１２と結合して、レーザダイオード２０から送られる
光ビームを回折による波面変換を行って基板の上方に配
置されたディスク２１に集光する機能を持つ集光グレー
ティングカプラ１５が形成されている。集光グレーティ
ングカプラ１５の領域とは溝１４により分離されたｎ型
層１３ａ上のグレーティングカプラ１５に近接した位置
には、ディスク２１からの反射光ビームが再度導波路１
２に結合されて得られる戻り光ビームを２分割するため
のグレーティングビームスプリッタ１８が形成されてい
る。
【０００９】これらのグレーティングカプラ１５及びグ
レーティングビームスプリッタ１８は、具体的には例え
ば、スパッタ等によるＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜、又は
ＭＢＥやＯＭＶＰＥによる化合物半導体膜を用いて作ら
れる。これらの膜には、電子ビームの曲線走査による直
接描画を利用して所定パターンのグレーティングが加工
される。集光グレーティングカプラ１５の周囲には、こ
れを取り囲むように上部電極１６がパターン形成され、
この電極１６に対向して基板裏面にも下部電極１７が形
成される。
レーティングビームスプリッタ１８は、具体的には例え
ば、スパッタ等によるＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜、又は
ＭＢＥやＯＭＶＰＥによる化合物半導体膜を用いて作ら
れる。これらの膜には、電子ビームの曲線走査による直
接描画を利用して所定パターンのグレーティングが加工
される。集光グレーティングカプラ１５の周囲には、こ
れを取り囲むように上部電極１６がパターン形成され、
この電極１６に対向して基板裏面にも下部電極１７が形
成される。
【００１０】基板のレーザダイオード２０側の端部の左
右には、フォーカシング及びトラッキングの誤差信号を
得るための４個のフォトダイオード１９（１９ａ〜１９
ｄ）が集積形成されている。ディスク２１からの反射光
はグレーティングカプラ１５から再度導波路１２に結合
され、グレーティングビームスプリッタ１８により２分
割されるが、その光ビームの一方の集光点位置に二つの
フォトダイオード１９ａ，１９ｂが配置され、他方の集
光点位置に別の二つフォトダイオード１９ｃ，１９ｄが
配置される。
右には、フォーカシング及びトラッキングの誤差信号を
得るための４個のフォトダイオード１９（１９ａ〜１９
ｄ）が集積形成されている。ディスク２１からの反射光
はグレーティングカプラ１５から再度導波路１２に結合
され、グレーティングビームスプリッタ１８により２分
割されるが、その光ビームの一方の集光点位置に二つの
フォトダイオード１９ａ，１９ｂが配置され、他方の集
光点位置に別の二つフォトダイオード１９ｃ，１９ｄが
配置される。
【００１１】これらのフォトダイオード１９の集積構造
は例えば、図２に示すようになる。図２（ａ）は斜視図
であり、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。基板
面に絶縁膜３１を形成してそのフォトダイオード搭載位
置に窓をあけ、孔を形成して、フォトダイオード１９
を、その端面を導波路１２の端面に対向させて埋め込
む。図の場合、フォトダイオードはｐｉｎダイオードで
あり、フォトダイオード１９が埋め込まれた孔の周囲に
は透明絶縁膜を埋め込んで、その後電極配線３３を形成
している。
は例えば、図２に示すようになる。図２（ａ）は斜視図
であり、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。基板
面に絶縁膜３１を形成してそのフォトダイオード搭載位
置に窓をあけ、孔を形成して、フォトダイオード１９
を、その端面を導波路１２の端面に対向させて埋め込
む。図の場合、フォトダイオードはｐｉｎダイオードで
あり、フォトダイオード１９が埋め込まれた孔の周囲に
は透明絶縁膜を埋め込んで、その後電極配線３３を形成
している。
【００１２】レーザダイオード２０から基板導波路１２
に導入された発散光ビームは、グレーティングカプラ１
５によって回折されてディスク２１に集光される。ディ
スク２１からの反射光はグレーティングカプラ１５によ
り再び導波路１２に結合される。この戻り光の波面はグ
レーティングビームスプリッタ１８により２分割され
て、グレーティングビームスプリッタ１８の偏向作用と
レンズ作用により、二つの集光点に導かれる。そして二
つの集光点にそれぞれ２個ずつ配置されたフォトダイオ
ード１９により各反射光ビームが検出されて、その検出
信号の演算により誤差信号が作られる。
に導入された発散光ビームは、グレーティングカプラ１
５によって回折されてディスク２１に集光される。ディ
スク２１からの反射光はグレーティングカプラ１５によ
り再び導波路１２に結合される。この戻り光の波面はグ
レーティングビームスプリッタ１８により２分割され
て、グレーティングビームスプリッタ１８の偏向作用と
レンズ作用により、二つの集光点に導かれる。そして二
つの集光点にそれぞれ２個ずつ配置されたフォトダイオ
ード１９により各反射光ビームが検出されて、その検出
信号の演算により誤差信号が作られる。
【００１３】上述した誤差信号によりフォーカス制御が
行われるが、この実施例ではこのフォーカス制御は、ピ
ックアップ基板上下に形成された電極１６，１７間に印
加する電圧の制御により、ＭＱＷ構造の導波路１２の実
効屈折率を制御することにより行われる。その原理を具
体的に説明すれば、次のようになる。
行われるが、この実施例ではこのフォーカス制御は、ピ
ックアップ基板上下に形成された電極１６，１７間に印
加する電圧の制御により、ＭＱＷ構造の導波路１２の実
効屈折率を制御することにより行われる。その原理を具
体的に説明すれば、次のようになる。
【００１４】この実施例の集積型光ピックアップの集光
系を三次元座標上で示せば、図３のようになる。光源Ａ
からグレーティングカプラ１５までの距離をｒ、グレー
ティングカプラ１５からその集光点までの距離（即ち焦
点距離）をｆとすると、導波路の実効屈折率をｎe とし
て、次の関係式が得られる。 ｎe ／ｒ＋１／ｆ＝ｋ（一定）
系を三次元座標上で示せば、図３のようになる。光源Ａ
からグレーティングカプラ１５までの距離をｒ、グレー
ティングカプラ１５からその集光点までの距離（即ち焦
点距離）をｆとすると、導波路の実効屈折率をｎe とし
て、次の関係式が得られる。 ｎe ／ｒ＋１／ｆ＝ｋ（一定）
【００１５】電極１６、１７間に逆バイアスとなる極性
の電圧を与えてＭＱＷ構造の導波路１２に電界を印加す
ると、前述のようにＱＣＳＥ効果によりその実効屈折率
ｎeを制御することができる。実効屈折率ｎe が変われ
ば、上記式から、グレーティングカプラ１５の焦点距離
ｆが変わることになる。従って検出されるフォーカス誤
差信号に基づいて電圧を制御することにより、フォーカ
ス制御ができることになる。
の電圧を与えてＭＱＷ構造の導波路１２に電界を印加す
ると、前述のようにＱＣＳＥ効果によりその実効屈折率
ｎeを制御することができる。実効屈折率ｎe が変われ
ば、上記式から、グレーティングカプラ１５の焦点距離
ｆが変わることになる。従って検出されるフォーカス誤
差信号に基づいて電圧を制御することにより、フォーカ
ス制御ができることになる。
【００１６】以上のフォーカス制御の際、ディスク２１
に集光される光ビームは同時に、傾きが変化する。この
光ビームの振れは、図３に示す角度δ，εに関して、ｎ
e sin δ＝sin εなる式で表される。この光ビームの振
れは、トラッキング及びフォーカシングにとって好まし
くない。しかし、この光ビームの振れの方向をトラッキ
ング方向に設定すれば、光ビームの振れ自体は極めて小
さいものであって、殆ど特性に悪影響はない。
に集光される光ビームは同時に、傾きが変化する。この
光ビームの振れは、図３に示す角度δ，εに関して、ｎ
e sin δ＝sin εなる式で表される。この光ビームの振
れは、トラッキング及びフォーカシングにとって好まし
くない。しかし、この光ビームの振れの方向をトラッキ
ング方向に設定すれば、光ビームの振れ自体は極めて小
さいものであって、殆ど特性に悪影響はない。
【００１７】以上のようにこの実施例によれば、ＱＣＳ
Ｅ効果を利用して電気的にフォーカス制御がなされるた
め、従来のようなフォーカス制御のためのモータを必要
とせず、光ピックアップ機構が簡単になり、重量も軽く
なって、高速アクセスが可能になる。
Ｅ効果を利用して電気的にフォーカス制御がなされるた
め、従来のようなフォーカス制御のためのモータを必要
とせず、光ピックアップ機構が簡単になり、重量も軽く
なって、高速アクセスが可能になる。
【００１８】図４は、この発明の別の実施例に係る集積
型光ピックアップの構成である。先の実施例と対応する
部分には先の実施例と同一符号を付して詳細な説明は省
く。この実施例においては、光源としてのレーザダイオ
ード２０を、導波路基板内に集積形成している。
型光ピックアップの構成である。先の実施例と対応する
部分には先の実施例と同一符号を付して詳細な説明は省
く。この実施例においては、光源としてのレーザダイオ
ード２０を、導波路基板内に集積形成している。
【００１９】このレーザダイオード２０の集積化構造を
簡単に示せば、図５のようになる。基板１１にＭＱＷ構
造の導波路１２を形成し、ｎ型層１３を形成して得られ
る導波路基板のレーザダイオード搭載箇所をエッチング
して、ここに選択成長により下部クラッド層５１、活性
層５２、上部クラッド層５３を順次形成する。このとき
レーザダイオード２０からの光が導波路１２で吸収され
ないように、導波路部とレーザダイオード部の組成を選
ぶことが重要である。
簡単に示せば、図５のようになる。基板１１にＭＱＷ構
造の導波路１２を形成し、ｎ型層１３を形成して得られ
る導波路基板のレーザダイオード搭載箇所をエッチング
して、ここに選択成長により下部クラッド層５１、活性
層５２、上部クラッド層５３を順次形成する。このとき
レーザダイオード２０からの光が導波路１２で吸収され
ないように、導波路部とレーザダイオード部の組成を選
ぶことが重要である。
【００２０】この実施例によると、レーザダイオードと
導波路との位置合わせ精度がリソグラフィ及び加工プロ
セスにより決まり、先の実施例に比べて高精度の位置合
わせが可能になる。
導波路との位置合わせ精度がリソグラフィ及び加工プロ
セスにより決まり、先の実施例に比べて高精度の位置合
わせが可能になる。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、集
積型光ピックアップの導波路をＭＱＷ構造として、上下
に電極を設けて電界を印加してモータなしでフォーカス
制御を行うことにより、光ピックアップ機構の小型化、
軽量化が図られ、また高速アクセスが可能になる。
積型光ピックアップの導波路をＭＱＷ構造として、上下
に電極を設けて電界を印加してモータなしでフォーカス
制御を行うことにより、光ピックアップ機構の小型化、
軽量化が図られ、また高速アクセスが可能になる。
【図１】 この発明の一実施例の集積型光ピックアップ
を示す。
を示す。
【図２】 同実施例のフォトダイオード集積化構造を示
す。
す。
【図３】 同実施例での集光作用を示す。
【図４】 この発明の別の実施例の集積型光ピックアッ
プを示す。
プを示す。
【図５】 同実施例のレーザダイオード集積化構造を示
す。
す。
１１…ｐ型半導体基板、１２…ＭＱＷ構造導波路、１３
…ｎ型層、１４…分離溝、１５…集光グレーティングカ
プラ、１６，１７…電極、１８…グレーティングビーム
スプリッタ、１９ａ〜１９ｄ…フォトダイオード、２０
…レーザダイオード、２１…ディスク。
…ｎ型層、１４…分離溝、１５…集光グレーティングカ
プラ、１６，１７…電極、１８…グレーティングビーム
スプリッタ、１９ａ〜１９ｄ…フォトダイオード、２０
…レーザダイオード、２１…ディスク。
Claims (2)
- 【請求項１】 導波路が形成された基板上に、光源から
前記導波路に導入された光ビームを基板上方に回折させ
て基板面に対向して配置されたディスクに集光するグレ
ーティングカプラと、前記ディスクからの反射光ビーム
を分割するグレーティングビームスプリッタと、このグ
レーティングビームスプリッタにより分割された反射光
ビームを検出するフォトダイオードとを集積形成してな
る集積型光ピックアップ装置において、 前記導波路は、前記基板上に第１導電型層と第２導電型
層で挟まれた多重量子井戸層により構成され、且つその
導波路上下には電圧を印加してその導波路の実効的屈折
率を制御してフォーカス制御を行うための電極が設けら
れていることを特徴とする集積型光ピックアップ装置。 - 【請求項２】 前記光源として半導体レーザが前記導波
路が形成された基板に集積形成されていることを特徴と
する請求項１記載の集積型光ピックアップ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7044925A JPH08221780A (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 集積型光ピックアップ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7044925A JPH08221780A (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 集積型光ピックアップ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08221780A true JPH08221780A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12705056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7044925A Pending JPH08221780A (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 集積型光ピックアップ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08221780A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999031658A1 (en) * | 1997-12-16 | 1999-06-24 | Daewoo Electronics Co., Ltd. | Integrated optical pickup system for use with optical disks of different thicknesses |
-
1995
- 1995-02-09 JP JP7044925A patent/JPH08221780A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999031658A1 (en) * | 1997-12-16 | 1999-06-24 | Daewoo Electronics Co., Ltd. | Integrated optical pickup system for use with optical disks of different thicknesses |
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