JPH08235608A

JPH08235608A - 光学装置

Info

Publication number: JPH08235608A
Application number: JP7035528A
Authority: JP
Inventors: Masato Doi; 正人土居; Hironobu Narui; 啓修成井; Takashi Nakao; 敬中尾
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-02-23
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 1996-09-13
Also published as: KR960032347A; SG52711A1; DE69613871D1; EP0729138A2; TW309614B; EP0729138B1; US5703863A; DE69613871T2; EP0729138A3

Abstract

(57)【要約】【目的】光学ピックアップなどの光学装置において、
部品点数の削減および光学的な配置設定に際してのアラ
イメントの簡単化を可能にし、装置全体の簡素化、小型
化等を図り、かつプッシュプル法の利点を生かして、安
定したトラッキングサーボを可能とする。【構成】発光部４と、収束手段３と、受光部５とを有
し、収束手段３によって発光部４からの出射光Ｌ_Fを被
照射部２に収束照射し、更に被照射部２から反射された
戻り光Ｌ_Rを収束させ、収束手段３の被照射部２からの
戻り光Ｌ_Rに関する共焦点近傍に受光部５を配置し、発
光部４からの出射光Ｌ_Fが、被照射部２において反射さ
れる前および後において、同軸の経路を通過して受光部
５において受光される構成とし、受光部５においてプッ
シュプル法により信号を検出する光学装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光部からの光を光記
録媒体例えば光ディスク、光磁気ディスクなどの被照射
部に照射し、被照射部からの反射による戻り光を受光検
出する場合に適用して好適な光学装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学装置、いわゆるコンパクトデ
ィスク（ＣＤ）プレーヤなどの光ディスクドライブや光
磁気ディスクドライブの光学ピックアップでは、グレー
ティングやビームスプリッタなどの各光学部品を個別に
組み立てるため装置全体の構成が複雑且つ大きくなり、
また、基板上にハイブリッドで組み立てる場合に光学的
な配置設定に際して厳しいアライメント精度を必要とし
ていた。

【０００３】図１２に、記録媒体例えば光ディスク上の
反射点を挟んで、その両側に入射光側と反射光側の光路
図を示した模式図を示すように、通常の光学ピックアッ
プ７０では、対物レンズ７１を経て収束された入射光Ｌ
_Fが、光記録媒体例えば光ディスク７２の記録ピットに
入射し、そこで反射するとともに回折して、０次回折光
、±１次回折光の３つのスポットに分割され、反射光
Ｌ_Rを形成する。これらの回折光はそれぞれ干渉して、
光ディスク７２から戻る反射光Ｌ_Rによる遠視野像の光
強度が変化し、これを用いて光ディスク上に記録された
信号の再生を行っている。

【０００４】従来から行われているトラッキングサーボ
の方法の１つであるプッシュプル法は、ディスク上にお
いて入射光の光スポットがトラックあるいはピットから
ずれたときに、前記の±１次回折光において強度差が生
じ、遠視野像が非対称となることから、例えば図１２に
示すような２個の検出器Ａおよび検出器Ｂによって、上
述の非対称に応じた信号を取り出し、これら信号を演算
器によって演算して、光スポットのずれを検出するもの
である。

【０００５】ここで、図１３に従来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９１は、
半導体レーザ９２、コリメートレンズ９３、グレーティ
ング９４、偏光ビームスプリッタ９５、１／４波長板９
６、フォーカスレンズ９７、シリンドリカルレンズ９８
およびフォトダイオードからなる受光素子９９を備えて
成り、半導体レーザ９２からのレーザ光Ｌをコリメート
レンズ９３、グレーティング９４、偏光ビームスプリッ
タ９５、１／４波長板９６およびフォーカスレンズ９７
を通過して光ディスク１００に照射され、この光ディス
ク１００で反射された戻り光が偏光ビームスプリッタ９
５で反射されシリンドリカルレンズ９８を通して受光素
子９９にて受光検出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のプッシュプル法
を用いるトラッキングサーボ信号の検出は、各光学部品
の組立に高精度の位置合わせを必要とし、またレンズの
横移動やディスクの反りによる傾き等に対するマージン
が小さくなっていた。

【０００７】また通常の光学ピックアップにおいては個
別に光部品を組み立てるためサイズが大きく、厳しいア
ライメント精度が要求される。

【０００８】また、例えば発光部に光が戻るようにし
て、その戻り光を受光して検出するには、光をビームス
プリッタやホログラムなどで分割する必要がある。その
ため受光部が受ける光量が減少するという不都合が生じ
る。

【０００９】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、そ
の光学部品点数の削減および光学的な配置設定に際して
のアライメントの簡単化を可能にし、装置全体の簡素
化、小型化を図り、また作製を容易にし、更に、受光部
に戻る光の割合を大きくして低消費電力化を図り、ま
た、高精度の位置合わせプッシュプル法による信号検出
を、確実に行うことができるようにして、例えば安定し
たトラッキングサーボを可能となるようにしたものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、発光部と、収
束手段と、受光部とを有し、収束手段によって発光部か
らの出射光を被照射部に収束照射し、更に被照射部から
反射された戻り光を収束させ、収束手段の被照射部から
の戻り光に関する共焦点近傍に受光部を配置し、発光部
からの出射光が、被照射部において反射される前および
後において、同軸の経路を通過して受光部において受光
される構成とし、受光部においてプッシュプル法により
信号を検出する構成とした光学装置である。

【００１１】

【作用】上述の本発明の構成によれば、収束手段によっ
て発光部からの出射光を被照射部に収束照射し、更に被
照射部から反射された戻り光を収束させ、収束手段の被
照射部からの戻り光に関する共焦点近傍に受光部を配置
することにより、発光部からの出射光が、被照射部にお
いて反射される前および後において、同軸の経路を通過
して受光部において受光される。このとき、受光部にお
いてプッシュプル法により信号を検出することより、被
照射部への入射光、すなわち発光部からの出射光の被照
射部での照射位置の検出を行うことができる。

【００１２】

【実施例】本発明による光学装置の実施例の説明に先立
ち、本発明を記録媒体例えば光ディスクからの記録の読
み出しを行う光学ピックアップに適用する場合の光学
系、すなわち共焦点光学系によるトラッキングサーボ信
号の検出について説明する。

【００１３】図１１に、記録媒体例えば光ディスク上の
反射点を挟んで、その両側に入射光側と反射光側の光路
図を示した模式図を示すように、本発明による光学ピッ
クアップ６０では、対物レンズ６１を経て収束された入
射光Ｌ_Fが、光記録媒体例えば光ディスク６２の記録ピ
ットに入射し、図１２に示した従来の場合と同様に、光
ディスクで反射するとともに回折し、０次回折光、±１
次回折光の３つのスポットに分割され、反射光Ｌ_Rを形
成する。これらの回折光はそれぞれ干渉して、光ディス
ク６２から戻る反射光Ｌ_Rによる遠視野像の光強度が変
化する。

【００１４】本発明においては、図１２と同様に複数の
検出器、例えば検出器Ａおよび検出器Ｂを設ける構成と
するが、これらの検出器は、図１１に示すように反射光
Ｌ_Rが対物レンズ６１等収束手段により収束され焦点と
なる位置、すなわち共焦点の近傍に配置される。このよ
うにして、共焦点光学系を形成する。このとき図１２に
示した従来の場合と比較して、検出器Ａおよび検出器Ｂ
に照射される反射光Ｌ_Rのスポットは絞られ小さくなる
ことから、より小さい検出器での検出が可能となる。

【００１５】そして、本発明ではプッシュプル法による
信号検出を行うものであり、次にこのプッシュプル法に
よるトラッキングサーボ信号の検出について説明する。
プッシュプル法においては、被照射部の光ディスク上の
トラッキング案内溝により反射回折された光を対称に配
置された２分割フォトダイオードＰＤ上の２つの受光部
での出力差として取り出すことにより、トラッキングサ
ーボ信号を検出する。

【００１６】図１４Ａ、Ｂに光ディスク上における照射
スポットの照射位置スポットと反射回折光の分布の関係
を模式図により示す。照射スポットの中心と案内溝（グ
ルーブ部）の中心が一致している場合には図１４Ａに示
すように、左右対称な反射回折光分布が得られ、２つの
フォトダイオードＰＤ（Ｃ，Ｄ）で受光する光の強度が
一致する（Ｃ＝Ｄ）。照射スポットの中心と、案内溝と
案内溝の中間部（ランド部）が一致している場合も、図
１４Ａと同様に左右対称な反射回折光分布が得られ、２
つのＰＤで受光する光の強度が一致する。一方、図１４
Ｂに示すように、照射スポットの中心がグルーブ部やラ
ンド部の中心にない場合は、左右非対称の回折光分布が
得られ、２つのフォトダイオードＰＤ（Ｃ，Ｄ）で受光
する光強度が一致しない。このため、図１４Ｃに照射ス
ポット中心の位置と受光部の出力差の関係をグラフに示
すように、照射スポットがトラックを横切ったときの２
つの受光部の出力差は、Ｓ字曲線となる。

【００１７】上述の検出動作を、図１５に示す光ディス
クからの反射回折光の模式図を用いて、より詳しく説明
する。トラックピッチＰが光スポットの大きさになると
案内溝は回折格子のように見える。つまりこのときＰｓ
ｉｎθ＝Ｎλ（Ｎは整数）を満足する方向で光の位相が
重なって、光強度が強くなる。すなわち０次および±１
次の回折光が重なる領域では、トラックずれによる干渉
効果によりビームスポットの強度分布が変化するので、
ここに２分割フォトダイオードＰＤによる検出器を配置
し、これらの出力差を検出すれば、トラッキングサーボ
信号の検出を行うことができる。このときトラッキング
サーボ信号の強度は、案内溝の深さがλ／８ｎのとき最
も強くなり、λ／４ｎのとき干渉する回折光がお互いに
打ち消され強度が０となる。

【００１８】続いて、図面を参照して本発明の光学装置
の一例について説明する。

【００１９】実施例１図１に光学装置の要部の構成図を示すように、この例で
は、被照射部２が、例えば記録ピットを有する光ディス
クで、この光ディスクに対してレーザ光を照射して記録
の読み出しがなされる光学ピックアップに適用した場合
である。

【００２０】この光学装置は、同一の半導体基板１上に
基板面に沿う双方向に共振器長方向を有する半導体レー
ザＬＤおよびその一方の出射端面に面して設けられた反
射鏡Ｍからなる発光部４と、レンズ等の光学部品による
収束手段３と、２個のフォトダイオードＰＤ（ＰＤ₁、
ＰＤ₂）からなる受光部５を形成して成る光学素子１０
を有する構成であり、発光部４からの出射光を、収束手
段３によって光ディスク等の被照射部２に収束照射す
る。そして、被照射部２から反射された戻り光Ｌ _Rを、
共通の収束手段３によって収束させ光学素子１０に戻
す。光学素子１０における受光部５すなわちフォトダイ
オードＰＤ₁、ＰＤ₂は、戻り光Ｌ_Rに関する前述の共
焦点近傍において反射鏡Ｍを挟んで半導体レーザＬＤの
形成部とは反対側に配置された構成とする。

【００２１】戻り光Ｌ_Rは、収束手段３により光回折限
界（即ちレンズの回折限界）近傍まで収束されるもので
あり、受光部５はその各フォトダイオードＰＤ₁，ＰＤ
₂の少なくとも一部の受光面が、この光回折限界内、即
ち発光部４からの出射光の波長をλ、収束手段３の開口
数をＮＡとするとき、受光面の配置基準面を横切る発光
部４からの出射光の光軸からの距離が１．２２λ／ＮＡ
以内の位置に設けられるようにする。

【００２２】また、この場合、受光部５の受光面での発
光部４の出射光Ｌ_Fの直径を、上記光回折限界の直径よ
り小とし、受光部５の有効受光面は、出射光Ｌ_Fの直径
外に位置するようにする。ここで、発光部４の光源とし
て半導体レーザを用いると、その出射光の直径は、約１
〜２μｍ程度とすることができる。一方、収束手段３の
開口数ＮＡが例えば０．０９〜０．１、出射光の波長λ
が７８０ｎｍ程度の場合、回折限界は１．２２λ／ＮＡ
１０μｍ程度となる。

【００２３】この光学素子１０の製造方法として、例え
ば選択的ＭＯＣＶＤによって製造する場合について説明
する。第１導電型の半導体基板１上に、半導体レーザＬ
Ｄを構成する各半導体層をエピタキシャル成長する。す
なわち、図示しないが例えば順次半導体基板１と同導電
型の第１のクラッド層、活性層、第１のクラッド層と異
なる第２導電型の第２のクラッド層とを順次ＭＯＣＶＤ
等によってエピタキシーした積層半導体層６を構成す
る。

【００２４】次に、これらエピタキシャル成長した積層
半導体層６の各半導体層の一部を半導体レーザＬＤとし
て残して、少なくとも最終的に反射鏡Ｍおよびフォトダ
イオードＰＤを形成する部分をＲＩＥ（反応性イオンエ
ッチング）などによってエッチングする。そして、この
エッチング面による積層半導体層６の両端面をそれぞれ
共振器端面として、両端面間に半導体レーザＬＤの水平
共振器を構成する。この場合に、最終的に半導体レーザ
ＬＤの共振器を構成する領域を挟むように電流阻止領域
を不純物のイオン注入によって形成する。

【００２５】次いで、半導体基板１上に残された積層半
導体層６、すなわち半導体レーザＬＤの構成部を覆い、
図示しないが絶縁層などによる選択的ＭＯＣＶＤのマス
ク層を被着形成する。

【００２６】このマスク層によって覆われていない半導
体基板１上に例えば第１導電型の第１の半導体層を選択
的にＭＯＣＶＤによって形成し、続いて、第１の半導体
層上面に例えば選択的に不純物拡散によって、第２導電
型の第２の半導体層を形成し、第１の半導体層と第２の
半導体層とで受光部５を構成するフォトダイオードＰＤ
（ＰＤ₁，ＰＤ₂）を形成する。

【００２７】またこの場合に反射鏡Ｍ部は、第１の半導
体をＭＯＣＶＤにより選択的にエピタキシャル成長した
際に、特定の結晶面として生じ、原子面によるモフォロ
ジーのよい斜面として形成され、また半導体基板１面と
一定の角度の傾きを有することとなる。この結晶面は、
半導体基板１の上面と半導体レーザＬＤの水平共振器の
方向とを選定することにより、特定の結晶面として形成
されるものである。

【００２８】光学素子１０の製造方法としては、この他
にも、半導体基板上１に積層半導体層を形成した後に、
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法等により、一方の
面が鉛直面に他方の面が斜面になった溝を形成し、この
鉛直面を半導体レーザＬＤの共振器の一端面として、ま
た上述の溝を形成した後に、さらに金属膜や誘電体多層
膜等よりなる反射鏡Ｍを斜面上に形成する方法等もとる
ことができる。

【００２９】この構成の光学装置において、半導体レー
ザＬＤにおいて発光した光は、反射鏡Ｍで反射され発光
部４からの出射光Ｌ_Fとなる。この出射光Ｌ_Fは、収束
手段３を経て収束され、被照射部２の光ディスクに照射
され、図１１の模式図において示した例と同様に、被照
射部２の光ディスクの記録ピットにおいて反射および回
折される。そして、反射前の出射光Ｌ_Fと同軸の経路を
通過する。この被照射部２からの戻り光Ｌ_Rは、回折限
界で定まる大きさのスポットとなり、発光部４の周囲に
形成した受光部５において受光される。ここで、受光部
５のフォトダイオードＰＤ（ＰＤ₁、ＰＤ₂）は半導体
基板１上の、発光部４の半導体レーザＬＤに近接して例
えば半導体基板１の反射鏡Ｍの配置側上に配置される。
この場合、ＰＤ₁とＰＤ₂は上述の回折限界で定まるス
ポット位置を含んで形成されている。

【００３０】この各フォトダイオードＰＤ₁とＰＤ₂と
に被照射部２からの戻り光Ｌ_Rが照射されることによ
り、両ＰＤから得られる信号に対して演算を行って、プ
ッシュプル法によりトラッキングサーボ信号を検出す
る。また、両フォトダイオードＰＤ₁およびＰＤ₂全体
によって、光ディスク上の記録の読み出しすなわちＲＦ
信号の検出を行う。

【００３１】ここで、この例におけるように発光部４と
受光部５とを同一半導体基板１上に形成した光学素子１
０を有する光学装置の場合と、図１３に構成図を示した
ように発光部の半導体レーザ９２と受光部の受光素子９
９とを別々に配置した従来の光学装置の場合とにおい
て、レンズの位置ずれやディスク反り・傾きによるトラ
ッキングサーボ信号のオフセット（正しい信号からのず
れ）の量を比較する。

【００３２】まず、収束手段３であるレンズが横方向、
すなわち図１に示す矢印ｘの方向にずれた場合における
２つのフォトダイオードからなる検出器プッシュプル法
により算出した、トラッキングサーボ信号のオフセット
量を比較した。結果のグラフを図２に示す。図２におい
て、縦軸はプッシュプル法による正しいトラッキングサ
ーボ信号に対する実際に観察されるトラッキングサーボ
信号の誤差の割合（％）である。また○印は実施例１に
よる場合、●印は従来の光学装置による場合である。

【００３３】図２からわかるように、従来の光学装置で
はレンズが１００μｍずれた場合に、オフセット量は約
０．２％であったが、本実施例の光学装置においては、
レンズが２００μｍずれた場合でもオフセットが現れな
かった。

【００３４】また前述のように光ディスクが傾いた場合
においても、トラッキングサーボ信号にオフセットが現
れる。図１において、ディスクの中心を通る線を回転軸
として、矢印ａのように紙面において手前または奥にデ
ィスクが傾いた場合のプッシュプル法によるトラッキン
グサーボ信号のオフセット量を、従来の光学装置とこの
実施例の光学装置について調べた。図３に結果のグラフ
を示す。

【００３５】図３において、横軸は水平方向からのディ
スクの傾き（゜）であり、縦軸はプッシュプル法による
正しいトラッキングサーボ信号に対する実際に観察され
るトラッキングサーボ信号の誤差の割合（％）である。
また○印は実施例１による場合、●印は従来の光学装置
による場合である。

【００３６】図３からわかるように、本実施例による光
学装置は従来の例と比較してオフセットが非常に少な
く、ディスクの傾きに対するマージンが大きくなってい
る。

【００３７】このように、本実施例による光学装置は、
従来の光学装置と比較して、レンズのずれやディスクの
反り・傾きに対するマージンを大きくでき、安定して正
確にトラッキングサーボ信号や光ディスク上の記録を読
み出したＲＦ信号等の各種信号の検出ができる。

【００３８】上述の実施例によれば、発光部と受光部と
を同一半導体基板上に形成したので、光学ピックアップ
全体のサイズが縮小できる。被照射部からの戻り光が出
射光と同じ光路をたどることから、各光学部品のアライ
メント調整が簡単である。また、受光部に戻る光の割合
を大きくできる。レンズのずれやディスクの反り・傾き
に対するマージンを大きくできることから、安定したト
ラッキングサーボ信号検出が可能である。

【００３９】実施例１では、発光部および受光部をそれ
ぞれ１つとした構成の例であるが、同一半導体基板上に
複数の発光部と受光部を設ける構成とすることもでき
る。

【００４０】実施例２図４は、本発明にかかる光学装置の他の例の構成図を示
す。本例では、同一半導体基板上に発光部および受光部
をそれぞれ有する光学素子を３つ設ける。

【００４１】図４に示すように、同一の半導体基板２０
上に、それぞれ半導体レーザＬＤと反射鏡Ｍからなる発
光部とフォトダイオードＰＤからなる受光部を有する３
つの光学素子２１、２２、２３を形成する。

【００４２】さらに、受光部のフォトダイオードＰＤと
して、光学素子２１はフォトダイオードＰＤ₁、光学素
子２２は２つのフォトダイオードＰＤ_2AとＰＤ_2B、光学
素子２３はフォトダイオードＰＤ₃をそれぞれ有する構
成とする。

【００４３】中央の光学素子２２は、プッシュプル法に
よるトラッキングサーボ信号の検出に用いるため、フォ
トダイオードＰＤを２つに等分割した構成とし、また前
述のＲＦ信号の検出にも用いている。

【００４４】また両端の光学素子２１、２３とで例えば
いわゆる距離差法によるフォーカスサーボ信号の検出に
用いるものである。

【００４５】この各光学素子２１、２２、２３の製造方
法は、実施例１における光学素子１０の製造方法と同様
であり、例えば半導体基板２０上に、図示しないが発光
部を構成する順次半導体層を形成した積層半導体層およ
び反射鏡Ｍ、受光部のフォトダイオードＰＤを構成する
第１および第２の半導体層をそれぞれ形成する。

【００４６】それぞれの発光部から出射した出射光Ｌ_F
（点線）は、レンズ等からなる収束手段３により収束さ
れ、光ディスク等の被照射部２に収束照射される。この
とき図４に示すように、各出射光Ｌ_Fの被照射部２への
照射位置は３つに分かれている。こうしてそれぞれ照射
された光は、被照射部２において反射し戻り光Ｌ_R（細
線）となる。

【００４７】これらの各戻り光Ｌ_Rは、それぞれ出射光
Ｌ_Fの光軸と同一の光軸を有する光路を経由して各光学
素子に戻り、受光部に入射する。中央の光学素子２２か
らの出射光と戻り光の光路はほぼ等しくなる。このとき
中央の光学素子２２においては、受光部が被照射部２か
らの戻り光Ｌ _Rの共焦点の近傍に位置することとなる。

【００４８】また中央の光学素子２２において、２つの
フォトダイオードＰＤ_2AとＰＤ_2Bにおいて検出した信号
をプッシュプル法により演算して、トラッキングサーボ
信号を検出することができる。

【００４９】両側の光学素子２１および２３とにおいて
は、例えばいわゆる距離差法によりフォーカスサーボ信
号の検出を行うことができる。このフォーカスサーボ信
号の検出は、すなわち例えば中央の光学素子２２の光デ
ィスク等の光記録媒体で構成される被照射部２に対する
フォーカス状態を、両側の光学素子２１および２３の受
光量の検出、すなわちその受光部のフォトダイオードＰ
Ｄ₁とＰＤ₃との出力差により行うことができる。

【００５０】具体的には、中央の光学素子２２からの出
射光Ｌ_Fが被照射部２でジャストフォーカスであるとき
に、両側の光学素子２１および２３における戻り光Ｌ_R
の受光面積が同じになるように、つまり両者の受光量す
なわち検出出力が同一であるように設定しておく。この
ようにすれば、中央の光学素子２２からの出射光Ｌ_Fが
被照射部２において、ジャストフォーカスでない場合
に、一方の光学素子２１と他方の光学素子２３の各有効
受光領域に対する戻り光Ｌ_Rのスポットが一方が大とな
ると他方が小となり、一方が小となると他方が大とな
り、各光学素子２１および２３における受光部からの検
出出力の大きさが互いに逆関係に変化する。この検出出
力の差を検出することにより、例えば中央の光学素子２
２からの出射光Ｌ_Fの被照射部２におけるフォーカス状
態を検知し、この検知した信号をもってフォーカスサー
ボ信号とすることができる。

【００５１】ここで、図４に示す光学装置においては、
各光学素子が形成された半導体基板２０を被照射部２や
収束手段３に対して傾きをもたせることにより、戻り光
Ｌ_Rがフォトダイオードの受光面に対して傾斜して入射
することから、戻り光Ｌ_Rによるスポット径を大きくし
受光面積と受光光量の増加がはかられる。これにより、
上述の両側の光学素子２１、２３上のＰＤにおけるフォ
ーカスサーボ信号の検出がより正確に行えるようにな
る。

【００５２】この実施例による光学装置においては、実
施例１による光学装置と同様に、発光部と受光部とを同
一半導体基板上に形成し、受光部が被照射部からの戻り
光の共焦点近傍に形成されたことにより、光学ピックア
ップのサイズが縮小でき、光学部品のアライメントが簡
単化し、また安定したトラッキングサーボ信号検出が可
能となる等の実施例１と同様の効果を得ることができ
る。

【００５３】本実施例による光学装置においては、さら
に両側の光学素子においてフォーカスサーボ信号の検出
が可能であり、半導体基板を傾けて、受光面に戻り光が
斜めに入射するようにしたことから、受光量が増加し安
定して正確にフォーカスサーボの検出ができる。そして
複数個の受光部により光強度分布を検出可能となること
から、信号の情報量が増え、また各種信号の検出ができ
る。

【００５４】上述の実施例では、発光部と受光部をそれ
ぞれ複数として、戻り光を複数得て、それぞれＲＦ信
号、トラッキングサーボ信号、フォーカスサーボ信号等
の検出に用いる構成であったが、単一の発光部に対し受
光部は複数として、戻り光を分割して各信号の検出に用
いる構成とすることもできる。この戻り光の分割は、回
折による分離や偏光分離等の方法により行うことができ
る。

【００５５】ホログラム素子を用いて、ホログラム素子
により戻り光を回折させ分離し、更に偏光子で透過光と
反射光とに偏光分離し複数の光に分割する構成とした例
を次に示す。

【００５６】実施例３本実施例においては、図５に光学素子の平面図、図６に
光学素子の断面図を示すように、光学素子５０が、光結
合素子３１と、この光結合素子３１の半導体レーザＬＤ
から出力される出射光Ｌ_Fおよび戻り光Ｌ_Rの波長に対
して透明な（即ち透過率の高い）材料のヒートシンク３
２と、この透明ヒートシンク３２に形成したホログラム
素子３３および偏光子３４とを有して成る。

【００５７】光結合素子３１は、半導体基板３６上に、
半導体レーザＬＤと半導体レーザの水平共振器３７から
の出射光Ｌ_Fを反射する反射鏡３８とからなる発光部３
９と、複数のフォトダイオードＰＤ〔ＰＤ₀，ＰＤ₁，
ＰＤ₂，ＰＤ₃，ＰＤ₄，ＰＤ₅，ＰＤ₆，ＰＤ₇，Ｐ
Ｄ₈，ＰＤ_E，ＰＤ_F〕からなる受光部４０とがモノリ
シックに形成されて構成される。

【００５８】この光結合素子３１の製造方法は、実施例
１の光学素子１０の製造方法と同様に、ＭＯＣＶＤ等の
方法を用い、半導体基板３６上に半導体レーザＬＤ、半
導体レーザの水平共振器３７、反射鏡３８、受光部４０
を構成するフォトダイオードＰＤ等を形成する。

【００５９】上述の受光部は、図７に光結合素子３１部
の平面図を示すように、反射鏡３８側の半導体層の共焦
点位置近傍に形成した１対のフォトダイオードＰＤ_E，
ＰＤ _Fと、この１対のフォトダイオードＰＤ_E，ＰＤ_F
の両側、即ち水平共振器長方向と直交する方向に沿う両
側に順次、対照的に形成したフォトダイオードＰＤ₄，
ＰＤ₃，ＰＤ₂の群およびフォトダイオードＰＤ₅，Ｐ
Ｄ₆，ＰＤ₇の群と、フォトダイオードＰＤ₁およびＰ
Ｄ₈と、更に反射鏡３８に対向する共振器端面３７Ａと
反対側の共振器端面３７Ｂと対向する半導体層に、共振
器端面３７Ｂから後方出射光を受光して前方出射光の出
力をモニタするためのモニタ用フォトダイオードＰＤ₀
とを有してなる。モニタ用フォトダイオードＰＤ₀は半
導体レーザＬＤに対して溝４２を挟んで対向設置され
る。

【００６０】各フォトダイオードＰＤ_E，ＰＤ_F，ＰＤ
₀，ＰＤ₁，ＰＤ₂，ＰＤ₃，ＰＤ ₄，ＰＤ₅，Ｐ
Ｄ₆，ＰＤ₇，ＰＤ₈からは、それぞれ端子Ｔ_PDE，Ｔ
_PDF，Ｔ _PD0，Ｔ_PD1，Ｔ_PD2，Ｔ_PD3，Ｔ_PD4，Ｔ
_PD5，Ｔ_PD6，Ｔ_PD7，Ｔ_PD8が導出される。

【００６１】一方、透明ヒートシンク３２は、光結合素
子３１のパッケージと、そのパッケージ窓と、ホログラ
ム素子３３および偏光子３４の支持基板とを兼ねてお
り、組立プロセス全体をバッチプロセス化する上で重要
な部品となる。

【００６２】この透明ヒートシンク３２は、半導体レー
ザＬＤから出力される光波長に対して透明であると共
に、戻り光に対しても透明であることが必要で、例えば
サファイヤ、ルビー、ベリリア、ダイアモンド、Ｓｉ、
ＳｉＯ₂等の材料を用いることができ、光結合素子３１
の特性、ヒートシンクとしての効果の大きさ、パッケー
ジのコストなどを考慮した上で最も適切な材料を選択す
る。

【００６３】また透明ヒートシンク３２は、例えば平行
平面板から成り、図６に示すように、その一主面、すな
わち光結合素子３１が実装される面３２ａに配線パター
ン４３を形成し、外部に延長する部分に配線パターン４
３に接続して信号取り出し用の電極パッド部４４を形成
してなる。

【００６４】更に、この透明ヒートシンク３２の面３２
ａにおいて、光結合素子３１のフォトダイオードＰ
Ｄ₄，ＰＤ₃，ＰＤ₂の群およびフォトダイオードＰＤ
₅，ＰＤ ₆，ＰＤ₇の群に対応する位置に、それぞれ例
えばワイヤグリッドからなる偏光子３４〔３４Ａ、３４
Ｂ〕を形成し、また、透明ヒートシンク３２の他の面、
即ち外表面３２ｂにおいて、光結合素子３１のフォトダ
イオードＰＤ_E，ＰＤ_Fを含み両側のフォトダイオード
ＰＤ₄，ＰＤ₃，ＰＤ₂の群、フォトダイオードＰ
Ｄ₅，ＰＤ₆，ＰＤ₇の群に跨るような領域に対応する
位置に、ホログラム素子３３が形成され、更に、外表面
３２ｂのホログラム素子３３を挟む両側に反射膜４６
〔４６Ａ、４６Ｂ〕が形成される（図５および図８参
照）。

【００６５】配線パターン４３としては、Ａｌ、Ａｕ、
あるいは透明配線材等、通常の配線材料にて形成するこ
とが出来る。

【００６６】光結合素子３１は、図６に示すように、そ
の光の出射側の上面が透明ヒートシンク３２の配線パタ
ーン４３に対接するように、透明ヒートシンク３２に対
してジャンクションダウンにより半田層４７〔４７Ａ、
４７Ｂ〕を介して貼り合わされ、接合される。ここで４
７Ａは、配線用半田であり、４７Ｂは素子３１の外周の
封止領域に設けられた封止用半田である。また４９ａは
半導体レーザＬＤの電極および各フォトダイオードＰＤ
の端子を示し、４９ｂは外周囲の封止用メタルである。
このようにして、光学素子、即ち光学ピックアップ５０
を構成する。

【００６７】上述の受光部４０の各フォトダイオードＰ
Ｄ〔ＰＤ_E，ＰＤ_F，ＰＤ₀，ＰＤ ₁，ＰＤ₂，Ｐ
Ｄ₃，ＰＤ₄，ＰＤ₅，ＰＤ₆，ＰＤ₇，ＰＤ₈〕の形
成は、半導体基板上にイオン注入または結晶成長等によ
りｐｎ結合を形成することにより行うことができる。

【００６８】次に図９および図１０に示す概略構成図を
用いて、上述した光学ピックアップ５０の作製方法を説
明する。

【００６９】図９Ａに示すように、透明ヒートシンク３
２となる透明基板（例えばサファイア基板）３２Ａを用
意し、各透明ヒートシンク３２となる領域の一面３２ａ
上にそれぞれ所定の配線パターン（例えばＡｕ配線パタ
ーン）４３および電極パッド４４を形成し、配線パター
ン４３の接続部上および外周囲上に半田層４７〔４７
Ａ、４７Ｂ〕を形成する。

【００７０】次に、図９Ｂに示すように、透明基板３２
Ａの一主面３２ａの所定位置に、金属膜を蒸着した後に
フォトリソグラフィーによるパターンエッチングを行う
方法等により、ワイヤグリッドによりなる偏光子３４
〔３４Ａ、３４Ｂ〕を形成する。また他の主面３２ｂの
所要位置にはホログラム素子３３を形成し、さらにホロ
グラム素子３３を挟む両側の所要位置に例えばＡｕ、Ａ
ｌ等による反射膜４６〔４６Ａ、４６Ｂ〕を形成する。

【００７１】次に、図９Ｃに示すように、前述のように
して作製した光結合素子３１を、ジャンクションダウン
により透明基板３２ａの配線パターン４３に半田層４７
〔４７Ａ、４７Ｂ〕を介して貼り合わせて固定する。更
に図示しないが、必要に応じて光結合素子３１を樹脂な
どで埋め込み、外部の雰囲気より保護する。

【００７２】次に図１０Ｄに示すように、各光結合素子
３１が分離されるように透明基板３２Ａをダイシングに
より分割し、透明ヒートシンク３２と光結合素子３１が
一体化された光学ピックアップ５０を得る。

【００７３】この光学ピックアップ５０を、図１０Ｅに
示すように、絶縁基板５３上に配線パターン５２が形成
されてなる配線基板５４に光学ピックアップ５０の電極
パッド４４を電気的機械的に接合して完成する。

【００７４】上述した構成の光学ピックアップ５０で
は、光結合素子５１の半導体レーザＬＤからの出射光は
反射鏡３８にて反射され、レンズ等収束手段により収束
され、被照射部２である例えば光ディスクや光磁気ディ
スクに照射される。被照射部２で反射した０次の戻り光
Ｌ_R0は、図８に示すようにホログラム素子３３で更に＋
１次および−１次の回折光Ｌ_R+1 ，Ｌ_R-1 に分離され
る。

【００７５】このうち０次光Ｌ_R0は、共焦点位置近傍に
形成されたフォトダイオードＰＤ_E，ＰＤ_Fに入射され
る。＋１次および−１次の回折光Ｌ_R+1 ，Ｌ_R-1は、ま
ず、透明ヒートシンク３２の下面に形成されたそれぞれ
のワイヤグリッドよりなる偏光子３４Ａ、３４Ｂにより
それぞれ２つの偏光成分に偏光分離される。

【００７６】偏光子３４Ａ、３４Ｂを透過した一方の偏
光成分は、それぞれフォトダイオードＰＤ₂，ＰＤ₃，
ＰＤ₄の群およびフォトダイオードＰＤ₅，ＰＤ₆，Ｐ
Ｄ₇の群に入射される。偏光子３４Ａ、３４Ｂにおいて
反射した他方の偏光成分は、透明ヒートシンク３２の上
面３２ｂの反射膜４６Ａおよび４６Ｂで反射され、それ
ぞれフォトダイオードＰＤ₁およびフォトダイオードＰ
Ｄ₈に入射されるようになる。

【００７７】従って、各種信号は、次のようにして検出
される。まず、トラッキングサーボ信号に関しては、プ
ッシュプル信号として共焦点位置近傍に配置されたフォ
トダイオードＰＤ_E，ＰＤ_Fからの（ＰＤ_E−ＰＤ_F）
の差信号をトラッキングサーボ信号として検出する。こ
の信号は実施例１の場合と同じく従来の遠視野で取る信
号に対して、ディスクの変動、例えばフォーカスのずれ
や、ディスクの反り・傾きに対して強く安定な信号とな
る。この他に、遠視野で取る場合は、フォトダイオード
ＰＤ₁〜ＰＤ₈からの（ＰＤ₁＋ＰＤ₂＋ＰＤ₃＋ＰＤ
₄）−（ＰＤ₅＋ＰＤ₆＋ＰＤ₇＋ＰＤ₈）の信号をト
ラッキングサーボ信号として検出しても良い。

【００７８】フォーカスサーボ信号に関しては、フォト
ダイオードＰＤ₂〜ＰＤ₄，ＰＤ₅〜ＰＤ₇からの（Ｐ
Ｄ₂＋ＰＤ₃−ＰＤ₄）＋（ＰＤ₆＋ＰＤ₇−ＰＤ₅）
の信号として得られる差動同心円を検出する。

【００７９】光ディスクのＲＦ信号に関しては、フォト
ダイオードＰＤ₁〜ＰＤ₈からの（ＰＤ₁＋ＰＤ₂＋Ｐ
Ｄ₃＋ＰＤ₄＋ＰＤ₅＋ＰＤ₆＋ＰＤ₇＋ＰＤ₈）の信
号をＲＦ信号として検出する。

【００８０】また、光記録媒体として光磁気ディスクを
用いる光学装置にこの光学ピックアップ５０を適用する
場合には、光磁気ディスクのＲＦ信号に関しては、ワイ
ヤグリッドの偏光子３４Ａ、３４Ｂの透過反射特性を用
いて偏光分離を行い、フォトダイオードＰＤ₁〜Ｐ
Ｄ₄、ＰＤ₅〜ＰＤ₈からの｛ＰＤ₁−（ＰＤ₂＋ＰＤ
₃＋ＰＤ₄）｝＋｛ＰＤ₈−（ＰＤ₅＋ＰＤ₆＋Ｐ
Ｄ₇）｝の信号によりＲＦ信号を検出する。

【００８１】また、半導体レーザＬＤの反射鏡３８とは
反対側の共振器端面３７Ｂに対向して形成したモニタ用
フォトダイオードＰＤ₀での検出信号をフィードバック
する等して、半導体レーザＬＤの出射光Ｌ_Fの出力を調
整する。

【００８２】その他、トラッキングサーボ信号に関して
は、（ＰＤ₁＋ＰＤ₂＋ＰＤ₃＋ＰＤ₄）−（ＰＤ₅＋
ＰＤ₆＋ＰＤ₇＋ＰＤ₈）の信号により検出することも
可能である。

【００８３】また、フォトダイオードＰＤ₁〜ＰＤ₄、
あるいはフォトダイオードＰＤ₅〜ＰＤ₈ のどちらか一
方のみでも各種信号の検出は可能である。ただし、上記
カッコ内は各対応するフォトダイオードからの検出信号
の和または差を表すものとする。

【００８４】これによって、従来の光学ピックアップと
同様にフォーカスサーボ、トラッキングサーボを掛ける
ことができ、また良好な記録信号が得られる。

【００８５】上述の実施例に係る光学ピックアップ５０
によれば、モノリシックで平坦な光結合素子３１と、ホ
ログラム素子３３および偏光子３４を有する透明ヒート
シンク３２の組み合わせで、全体として構成簡単かつ平
坦で半導体プロセス（バッチプロセス）が可能な、しか
も調整の容易な光学系を構成することができる。

【００８６】ホログラム素子の微妙な調整は、角度合わ
せのみであり、しかも透明ヒートシンク３２によるパッ
ケージ窓を介して容易に高精度調整が可能な光学系が形
成される。

【００８７】ホログラム素子３３により光路を一部分離
することで、半導体レーザＬＤの端面発光部への戻り光
が減り、半導体レーザノイズが低減する。

【００８８】平坦な偏光子３４を半導体プロセスで形成
することにより、記録信号を容易かつ高Ｓ／Ｎで得るこ
とができる。

【００８９】半導体レーザＬＤの光を表側に出射し、そ
の表側のパッケージ窓が透明ヒートシンク３２で構成さ
れるので、半導体レーザＬＤ熱抵抗を低下させ、半導体
レーザＬＤの信頼性向上と熱的な安定性を確保できる。

【００９０】透明ヒートシンク３２に配線パターン４３
を形成しているので、配線を半導体チップ上とヒートシ
ンク３２上に分けて形成することができ、複雑な多層配
線プロセスの簡易化を図ることができる。

【００９１】半田シールによる耐湿性などの信頼性の向
上がはかれ、全体に、着剤箇所が少なくなり信頼性を向
上することができる。

【００９２】光結合素子３１と透明ヒートシンク３２に
より小型軽量な光学ピックアップが得られる。

【００９３】光学系の安定性に優れ、プレーヤビリティ
の優れた光学ピックアップが得られる。特に光結合素子
３１の位置でのトラッキングサーボ信号の安定性が優れ
ている。

【００９４】パッケージ構造が従来に比べ簡素化される
ので製造が容易となり、かつ安価に提供できる。

【００９５】尚、ワイヤグリッドの偏光子３４は、高分
子偏光素子を塗布または貼り付けることで代用が可能で
ある。また、偏光子３４は透明ヒートシンク３２の下面
に形成したが、その他フォトダイオードＰＤの上面に形
成することもできる。

【００９６】上述の各実施例は、光ディスク、相変化光
ディスク、光磁気ディスク等の光記録媒体の記録の読み
出しあるいは書き込みを行う光学装置に適用することが
できる。

【００９７】尚、上述の実施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。

【００９８】

【発明の効果】上述の本発明によれば、発光部に戻る光
の共焦点の近傍に受光部を配置し、特に発光部と受光部
とを同一基板上に形成することにより、光学ピックアッ
プ全体のサイズが縮小でき、光学部品の点数を少なくす
ることができる。これにより光学装置の小型化が図られ
ることになる。

【００９９】出射光と戻り光が同軸の経路をたどること
から、光学系が単純になり、しかも位置合わせの調整が
簡単になる。その上ビームスプリッタ等で分割する従来
の場合と比較して、受光部に戻る光の割合を大きくで
き、受光量を多くできる。従って、より低いレーザ出力
で同じ受光量を実現でき、消費電力の少ない光学装置で
ある。

【０１００】戻り光の共焦点近傍で受光することによ
り、遠視野で行う場合よりも安定した正確にプッシュプ
ル検出を行うことができることから、安定したトラッキ
ングサーボ信号検出が可能である。またこのとき複数個
の受光部を配置し、戻り光を分割させればフォーカスサ
ーボ信号等各種信号の検出ができ、また信号の情報量が
増える。

【０１０１】本発明を、光ディスク、相変化光ディス
ク、光磁気ディスクを光記録媒体として用いる光学装置
に適用することにより、従来より低消費電力化、装置の
小型化、信号検出すなわち再生や記録の安定化を図るこ
とができることから、性能の優れた光学装置を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学装置の一例を示す構成図であ
る。

【図２】レンズのずれとトラッキングサーボ信号のオフ
セット量の関係を示したグラフである。

【図３】ディスクの傾きとトラッキングサーボ信号のオ
フセット量の関係を示したグラフである。

【図４】本発明に係る光学装置の他の例の構成図であ
る。

【図５】本発明に係る光学装置の他の例の光学素子の平
面図である。

【図６】図５に示した光学素子の断面図である。

【図７】図５に示した光学素子中の光結合素子の平面図
である。

【図８】図５に示した光学素子の動作を説明する図であ
る。

【図９】Ａ図５に示した光学素子の製造工程図であ
る。Ｂ図５に示した光学素子の製造工程図である。Ｃ図
５に示した光学素子の製造工程図である。

【図１０】Ｄ図５に示した光学素子の製造工程図であ
る。Ｅ図５に示した光学素子の製造工程図である。

【図１１】本発明に係る光学ピックアップ系による光の
反射と回折を示した模式図である。

【図１２】従来の光学ピックアップ系による光の反射と
回折を示した模式図である。

【図１３】従来の光学系を示す構成図である。

【図１４】Ａ、Ｂ光ディスク上における照射スポット
の照射位置スポットと反射回折光の分布の関係の模式図
である。Ｃ照射スポット中心の位置と受光部の出力差の関係を
示すグラフである。

【図１５】光ディスクからの反射回折光の模式図であ
る。

【符号の説明】

１、２０半導体基板２被照射部３収束手段４発光部ＬＤ半導体レーザＭ反射鏡５受光部６積層半導体層Ｌ_F 出射光Ｌ_R 戻り光、反射光ＰＤ（ＰＤ₀〜ＰＤ₈、ＰＤ_E、ＰＤ_F、ＰＤ_2A、ＰＤ
_2B）フォトダイオード１０、２１、２２、２３光学素子３１光結合素子３２透明ヒートシンク３２Ａ透明基板３３ホログラム素子３４、３４Ａ、３４Ｂ偏光子３６半導体基板３７水平共振器３７Ａ、３７Ｂ共振器端面３８反射鏡３９発光部４０受光部Ｔ_PDE、Ｔ_PDF、Ｔ_PD0〜Ｔ_PD8 端子４２溝４３配線（配線パターン）４４電極パッド４６、４６Ａ、４６Ｂ反射膜４７、４７Ａ、４７Ｂ半田層４９、４９ａ、４９ｂ端子５０光学ピックアップ５１光結合素子５２配線パターン５３絶縁基板５４配線基板６０、７０光学ピックアップ６１、７１対物レンズ６２、７２光ディスク９１光学ピックアップ９２半導体レーザ９３コリメートレン
ズ９４グレーティング９５偏光ビームスプリッタ９６１／４波長板９７フォーカスレンズ９８シリンドリカルレンズ９９受光素子１００光ディスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光部と、収束手段と、受光部とを有し、前記収束手段によって前記発光部からの出射光を被照射
部に収束照射し、更に該被照射部から反射された戻り光
を収束させ、前記収束手段の前記被照射部からの戻り光に関する共焦
点近傍に前記受光部を配置し、前記発光部からの出射光が、前記被照射部において反射
される前および後において、同軸の経路を通過して前記
受光部において受光される構成とし、前記受光部においてプッシュプル法により信号を検出す
ることを特徴とする光学装置。
【請求項２】水平共振器型レーザと、該レーザの一方
の出射端面に面して配置された反射部とによって構成さ
れた発光部と、該反射部上に形成された受光部とを有し、前記受光部は、前記レーザの戻り光の共焦点位置近傍に
配置され、前記受光部においてプッシュプル法により信号を検出す
ることを特徴とする光学装置。
【請求項３】同一基板上に、前記発光部と、前記受光
部とを形成したことを特徴とする請求項１に記載の光学
装置。
【請求項４】同一基板上に、前記発光部と、前記受光
部とを形成したことを特徴とする請求項２に記載の光学
装置。