JPH11110782A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザ装置を小型化・薄型化する。 【解決手段】 半導体レーザ素子１と、この半導体レー
ザ素子１と記録媒体１４との間の光路中に配されたビー
ム分割手段１１と、このビーム分割手段１１と半導体レ
ーザ素子１との間の光路中に配された光透過基板８に回
折格子９を形成して構成されるホログラム素子２８と、
回折格子９を透過した回折光を受光するために回折光の
光路中に配されたサーボ信号用受光素子２、３と、ビー
ム分割手段１１によって分割された光のうち、回折格子
９に入射する光とは別の光を受光するための情報信号用
受光素子４と、ビームスプリッタ１１と情報信号用受光
素子４との間の光路中に配されたウォラストンプリズム
１６とを備え、半導体レーザ素子１とサーボ信号用受光
素子２、３と情報信号用受光素子４とを一つのパッケー
ジ５内に配し、かつ情報信号用受光素子４を、回折格子
９を透過した全次数の回折光の光路外に配する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報記録媒体への
情報の記録またはその再生を行うための光磁気ピックア
ップ装置の光源として好適な半導体レーザ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、光磁気ピックアップに用いられて
いる従来の半導体レーザ装置（特開平６−１６８４６２
号公報）の構成および動作について説明する。

【０００３】図１５は、従来の半導体レーザ装置の光学
系および記録媒体を示す図である。図１５において、半
導体レーザ素子１と、フォーカス誤差信号およびラジア
ル誤差信号を検出するためのサーボ信号用受光素子２と
が、半導体レーザユニット７の内部に設けられている。
半導体レーザ素子１と情報記録媒体１４との間の光路中
には、半導体レーザ素子１側より順に、偏光ビームスプ
リッタ１１、コリメートレンズ１２および対物レンズ１
３がそれぞれ配置されている。偏光ビームスプリッタ１
１は、半導体レーザユニット７の上部に固定されてい
る。また、偏光ビームスプリッタ１１の半導体レーザ素
子１側表面には回折格子９が形成されている。さらに、
半導体レーザ装置と情報記録媒体１４との間の光路外に
は、情報信号用受光素子４が設けられており、偏光ビー
ムスプリッタ１１の情報信号用受光素子４側の側面に
は、ウォラストンプリズム１６が設けられている。

【０００４】次に、従来の半導体レーザ装置の動作につ
いて説明する。半導体レーザ素子１から射出されて情報
記録媒体１４において反射した光（以下、戻り光とい
う）は、対物レンズ１３およびコリメートレンズ１２を
透過して偏光ビームスプリッタ１１に入射する。この偏
光ビームスプリッタ１１は戻り光の一部をウォラストン
プリズム１６の方向へ反射分岐する。ウォラストンプリ
ズム１６においてはＰ偏光とＳ偏光とで屈折率が異なっ
ているので、ウォラストンプリズム１６に入射した戻り
光は、ウォラストンプリズム１６にてＰ偏光成分とＳ偏
光成分とに分割される。２分割された情報信号光がそれ
ぞれ集光する位置に２分割の情報信号用受光素子４が配
置されており、この情報信号用受光素子４の出力に基づ
いて、情報信号が算出される。一方、偏光ビームスプリ
ッタ１１をそのまま透過した戻り光は回折格子９で回折
され、サーボ信号用受光素子２に入射する。このサーボ
信号用受光素子２からの出力値に基づいて、フォーカス
誤差信号およびラジアル誤差信号が検出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体レーザ装置では、情報信号用受光素子４が半
導体レーザユニット７の外部に、個別に設けられている
ため、装置全体が大型化してしまう。この課題を解決
し、小型化・薄型化された半導体レーザ装置を提供する
ためには、半導体レーザユニット７の内部に情報信号用
受光素子４を配置する構成が考えられるが、回折格子９
からの回折光が情報信号検出専用受光素子に漏れ込み、
それが雑音成分となりＳ／Ｎ比を著しく低下させてしま
う問題がある。

【０００６】そこで、本発明は上記従来の課題を解決
し、Ｓ／Ｎ比を低下させることなく、小型化・薄型化す
ることのできる半導体レーザ装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、記録媒体にレーザ光を照射するための半導体レー
ザ素子と、前記半導体レーザ素子と前記記録媒体との間
の光路中に配されたビーム分割手段と、このビーム分割
手段と前記半導体レーザ素子との間の光路中に配された
光透過基板に回折格子を形成して構成されるホログラム
素子と、前記回折格子を透過した回折光を受光するため
に回折光の光路中に配されたサーボ信号用受光素子と、
前記ビーム分割手段によって分割された光のうち、前記
回折格子に入射する光とは別の光を受光するための情報
信号光用受光素子と、前記ビーム分割手段と前記情報信
号受信用受光素子との間の光路中に配された偏光素子と
を有し、前記半導体レーザ素子と前記サーボ信号用受光
素子と前記情報信号用受光素子とが一つのパッケージ内
に配され、かつ前記情報信号用受光素子が、前記回折格
子を透過した全次数の回折光の光路外に配されているこ
とを特徴とするものであり、情報信号用受光素子には回
折格子を透過した回折光が入り込まないために、雑音の
少ない情報信号を得ることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１から図１４を用いて説明する。

【０００９】（実施の形態１）まず、本発明の実施の形
態１における半導体レーザ装置について説明する。

【００１０】図１は、実施の形態１における半導体レー
ザ装置の構成を示す図である。図１において、半導体レ
ーザ素子１と、ラジアル誤差信号とフォーカス誤差信号
を検出するためのサーボ信号用受光素子２と、サーボ信
号用受光素子３と、情報信号用受光素子４とが一つのパ
ッケージ５の内部に配置されている。パッケージ５は、
硝子または樹脂などで成型された透明な封止基板６で密
封されている。以上の構成を半導体レーザユニット７と
する。

【００１１】情報を記録または再生するための記録媒体
１４と半導体レーザユニット７との間の光路中には、半
導体レーザユニット７側から順に、光透過基板８の一方
の表面に回折格子９と、対向する他の表面に、入射光を
図１の紙面垂直方向に回折する３ビーム生成用回折格子
１０とをそれぞれ形成して構成されるホログラム光学素
子２８と、ビーム分割手段である偏光ビームスプリッタ
１１と、コリメートレンズ１２と、対物レンズ１３とが
それぞれ配設されている。また、偏光ビームスプリッタ
１１と情報信号用受光素子４との間の光路中には、反射
体１５が配設されている。

【００１２】次に、本発明の実施の形態１における半導
体レーザ装置の動作について説明する。

【００１３】図１において、まず、半導体レーザ素子１
から出射された光は、ホログラム光学素子２８、偏光ビ
ームスプリッタ１１を透過し、コリメートレンズ１２で
発散光束から平行光束に一旦変換され、対物レンズ１３
により情報記録媒体１４上に集光される。この光は、情
報記録媒体１４の表面で反射した後、戻り光として、対
物レンズ１３およびコリメートレンズ１２を透過して偏
光ビームスプリッタ１１へ入射する。偏光ビームスプリ
ッタ１１に入射した戻り光は、ホログラム光学素子２８
の方向およびウォラストンプリズム１６の方向へと分岐
される。ホログラム光学素子２８の方向に分岐された戻
り光は、回折格子９で回折される。図１においては、簡
単のため、−１次回折光２３、０次回折光２４、＋１次
回折光２５、＋２次回折光２６、＋３次回折光２７以外
の回折光は省略する。これらの回折光のうち、−１次回
折光２３および＋１次回折光２５を用いてＳＳＤ（Ｓｐ
ｏｔ Ｓｉｚｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）法によりフォー
カス誤差信号、３ビーム法による差動検出方式を用いて
ラジアル誤差信号をそれぞれ検出する。情報信号用受光
素子４は、＋２次回折光２６、＋３次回折光２７の光路
の間にあるので、回折格子９の回折光を直接受光するこ
とはない。

【００１４】なお、図２以降の図においては、−１次回
折光２３、０次回折光２４、＋１次回折光２５以外の回
折光は、簡単のため省略する。

【００１５】偏光ビームスプリッタ１１により分岐され
た戻り光のうち、ウォラストンプリズム１６の方向へ分
岐された光は、反射体１５で反射した後、ウォラストン
プリズム１６においてＰ偏光とＳ偏光とに分離し、情報
信号用受光素子４の２つのエレメント（図示せず）でそ
れぞれ受光する。これらの光を差動検出することによ
り、情報信号を得る。

【００１６】以上、本実施の形態において説明したよう
に、情報信号用受光素子４を半導体レーザ素子１およ
び、サーボ信号用受光素子２、３とともに同一のパッケ
ージ内に配置することにより、小型化・薄型化された光
磁気ピックアップ用の半導体レーザ装置を提供すること
ができる。

【００１７】なお、本実施の形態においては、コリメー
トレンズ１２および対物レンズ１３を備えた無限系型の
光学系を有する半導体装置について説明したが、対物レ
ンズ１３のみを使用した有限系型の光学系を用いても、
同様に実施可能である。

【００１８】また、反射体１５を全反射ミラーで構成す
れば、情報信号のための光が全て情報信号用受光素子４
に入射するので、光の利用効率が上がり、Ｓ／Ｎ比が向
上する。

【００１９】ウォラストンプリズム１６は、偏光ビーム
スプリッタ１１と情報信号用受光素子４との間の光路中
であれば、いずれの場所に配置されてもよい。例えば、
図２に示すように、情報信号用受光素子４上に集積して
もよい。このとき、光学部品の集積度がさらに増し、小
型化・薄型化した半導体レーザ装置を製造することがで
きる。

【００２０】また、偏光ビームスプリッタ１１およびホ
ログラム光学素子２８等、光学部品の一部を図３に示す
ように集積、一体化したり、図４に示すように偏光ビー
ムスプリッタ１１と反射体１５とウォラストンプリズム
１６とを複合プリズム１７として一体に形成し、ホログ
ラム光学素子２８の両端部にウォラストンプリズム１６
の厚さよりも大きな高さを有する台座部２９上に複合プ
リズム１７を集積することにより、全ての光学部品を半
導体レーザユニット７上に集積してもよい。この場合、
複数の光学部品を集積化・一体化することにより、半導
体レーザ装置をさらに小型化・薄型化することができ
る。なお、図４に示した半導体レーザ装置は、封止基板
６をなくし、ホログラム光学素子２８によりパッケージ
５を封止している。これにより、半導体レーザ装置の小
型化・薄型化ばかりでなく低コスト化をも図ることがで
きる。

【００２１】さらに、図５に示すように、３ビーム生成
用回折格子１０を封止基板６に形成し、さらに回折格子
９を偏光ビームスプリッタ１１に形成すれば、光学部品
点数を削減できるため、半導体レーザ装置の小型化・薄
型化および低コスト化を図ることができる。

【００２２】また、図６に示すように、半導体レーザ素
子１の後出射端面からの出射光を受光する光強度モニタ
ー用受光素子１８をパッケージ５内部に新たに配置して
もよい。この場合、外部に光強度モニター用受光素子１
８を別途設ける必要がないのでさらに半導体レーザ装置
を小型化・薄型化することができる。

【００２３】また、図７に示すように、ホログラム光学
素子２８において、光路中に位置する部分に曲率をもた
せることにより、半導体レーザ素子１からの発散光束を
平行光束に変換できるので、コリメートレンズ１２を不
要にでき、光学部品点数を削減することができる。この
とき、偏光ビームスプリッタ１１において、情報信号用
受光素子４の方向に分岐される光が平行光束となるが、
封止基板６にホログラム光学素子２８と同様に曲率をも
たせることにより、情報信号受光用素子４に入射する光
を収束光とすることができる。

【００２４】また、パッケージ５の内部に、サーボ信号
用受光素子２、３または情報信号用受光素子４からの電
気信号を用いて電流電圧変換もしくは演算を行う集積回
路を設ければ、配線長が短縮できるので、Ｓ／Ｎ比の向
上および高周波特性の改善も図れる。

【００２５】また、図８に示すように、半導体レーザ素
子１、サーボ信号用受光素子２、３および情報信号用受
光素子４を１つの基板２１上に集積し一体化すれば、個
別の素子をパッケージ５内部に配置する場合と比較して
組立て工程が容易になるとともに、半導体加工技術にお
ける微細加工技術を用いることができる。さらに、この
ような半導体加工技術を用いれば、光強度モニター用受
光素子１８またはサーボ信号用受光素子２、３または情
報信号用受光素子４からの電気信号を電流電圧変換した
り演算したりする集積回路をも同時に基板２１上に集積
化することができる。この集積化は、シリコン基板に半
導体加工技術を用いて全ての受光素子を形成した後、半
導体レーザ素子１をチップボンドしてハイブリッドに形
成することにより実施される。あるいは、半導体ヘテロ
エピタキシァル技術を用いて、シリコン基板上に化合物
半導体層をモノリシックに形成し、半導体レーザ素子
１、サーボ信号用受光素子２、３および情報信号用受光
素子４をシリコン基板もしくは化合物半導体層に形成す
る。シリコン基板を用いずに、化合物半導体層のみで半
導体レーザ素子１、サーボ信号用受光素子２、３および
情報信号用受光素子４を一体に集積・形成してもよい。

【００２６】なお、ハイブリッドに集積する場合、面発
光型の半導体レーザを光源として採用する際は、発光面
を上部に向けてそのままチップボンドするだけでよい
が、端面出射型の半導体レーザを光源として採用する際
には、例えば図９に示すように基板２１に半導体加工技
術を用いて凹部を作り込みその内部に半導体レーザ素子
１をチップボンドし、凹部内に４５°傾いた面を形成
し、この面に金属あるいは誘電体膜等を蒸着することに
より反射ミラー２２を形成すれば、半導体レーザ素子１
からの出射光は反射ミラー２２により反射されるので上
部方向に光をとりだすことが可能となる。

【００２７】図１０は半導体レーザ装置の側面図であ
る。図１０に示すように、３ビーム生成用回折格子１０
の−１次光、＋１次光をそれぞれラジアル誤差信号用受
光素子１９、２０で受光し、ラジアル誤差信号を検出し
てもよい。

【００２８】また、本実施の形態においては３ビーム法
によりラジアル誤差信号を検出する光磁気ピックアップ
およびそれに使用する半導体レーザ装置の構成を示した
が、１ビーム法によりラジアル誤差信号を検出する光磁
気ピックアップおよびそれに使用する半導体レーザ装置
にも応用することができる。この場合、３ビーム生成用
回折格子１０をなくし、例えばプッシュプル方式を用い
た１ビーム法によりラジアル誤差信号が検出できる。ま
た、ウォラストンプリズム１６の光学軸を９０°回転さ
せてもよい。この場合は、情報信号用受光素子上での複
数のスポットの位置が情報信号用受光素子４の中心を原
点として９０°回転するので、それに合せて情報信号用
受光素子４も上記原点を中心に９０°回転すればよい。

【００２９】また、図１１に示すように、封止基板６を
なくし、光透過基板８の厚さを、サーボ信号用受光素子
２、３に入射する光が透過する部分と、情報信号用受光
素子４に入射する光が透過する部分とで、それぞれ個別
に設定することにより、サーボ信号用受光素子２、３に
入射する光の焦点位置と、前記情報信号用受光素子に入
射する光の焦点位置とをそれぞれ個別に調節すれば、情
報信号用受光素子４の受光領域の大きさを集光スポット
径程度にまで小さくすることができる。従って、半導体
レーザ装置を小型化・薄型化することができる。なお、
封止基板６が不要となることに伴い、半導体レーザ装置
のコストが低下することは言うまでもない。

【００３０】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２における半導体レーザ装置について説明する。

【００３１】図１２は、実施の形態２における半導体レ
ーザ装置の構成を示す図である。図１３は、半導体レー
ザユニットの平面図である。サーボ信号用受光素子２、
およびサーボ信号用受光素子３は、それぞれエレメント
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、および３ａ、３
ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、情報信号用受光素子４
は、エレメント４ａ、４ｂに分割されている。なお、図
１に示した半導体レーザ装置と同一の構成要素には同一
の符号を付し、その説明を省略する。図１２に示した半
導体レーザ装置は、基本的には図１に示した半導体レー
ザ装置と同じ構成をとるが、図１の半導体レーザ装置と
異なる点は、１ビーム法でラジアル誤差信号を検出する
ために、３ビーム生成用回折格子１０がないこと、図１
４に示すようにＸ−Ｘ’断面において回折格子９を２分
割し、Ｘ−Ｘ’断面の左右の領域９ａ、９ｂで、それぞ
れ異なるレンズ効果を備えたことである。

【００３２】以下、サーボ誤差信号処理について説明す
る。情報記録媒体１４からの戻り光のうち、回折格子９
ａに入射した光は回折を受け、＋１次回折光は受光素子
２のエレメント２ｄ、２ｅ、２ｆに入射し、−１次回折
光は、受光素子３のエレメント３ａ、３ｂ、３ｃに入射
する。同様に、回折格子９ｂによる＋１次回折光および
−１次回折光はエレメント２ａ、２ｂ、２ｃおよびエレ
メント３ｄ、３ｅ、３ｆにそれぞれ入射する。このと
き、フォーカス誤差信号ＦｏＥはＳＳＤ法により、 ＦｏＥ＝｛（２ｂ＋２ｅ）＋（３ａ＋３ｃ＋３ｄ＋３
ｆ）｝−｛（３ｂ＋３ｅ）＋（２ａ＋２ｃ＋２ｄ＋２
ｆ）｝ という演算によって検出できる。一方、ラジアル誤差信
号ＴＥは回折格子９ａと９ｂに入射する光量差を ＴＥ＝｛（２ｄ＋２ｅ＋２ｆ）＋（３ａ＋３ｂ＋３
ｃ）｝−｛（２ａ＋２ｂ＋２ｃ）＋（３ｄ＋３ｅ＋３
ｆ）｝ という演算で検出することにより得られる。なお、Ｆｏ
ＥおよびＴＥを表す式において、２ａ、２ｂ等、エレメ
ントを示す符号が、エレメントに入射する光の強度をそ
のまま示すものとする。情報信号検出方法は、実施の形
態１と同様である。

【００３３】以上のような構成により、相異なるレンズ
効果を有する複数に分割された回折格子９からのいずれ
の回折光からも外れた位置に情報信号用受光素子４を配
置することができるので、Ｓ／Ｎ比を良好に保ったまま
光磁気ピックアップ用半導体レーザ装置を小型化・薄型
化できる。なお、実施の形態１における図２ないし図１
２における形態は、本実施の形態においても同様に適用
できる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、半導体
レーザ素子とサーボ信号用受光素子と情報信号用受光素
子とを同一のパッケージに収納することにより、半導体
レーザ装置を小型化・薄型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図２】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図３】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図４】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図５】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図６】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図７】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図８】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図９】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置の半導体レーザ素子を示す図

【図１０】本発明の実施の形態１における半導体レーザ
装置のラジアル誤差信号用受光素子を示す図

【図１１】本発明の実施の形態１における半導体レーザ
装置を示す図

【図１２】本発明の実施の形態２における半導体レーザ
装置を示す図

【図１３】本発明の実施の形態２における半導体レーザ
装置のホログラム素子の平面図

【図１４】本発明の実施の形態２における半導体レーザ
装置の回折格子の平面図

【図１５】従来の半導体レーザ装置を示す図

【符号の説明】

１ 半導体レーザ素子 ２ サーボ信号用受光素子 ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ エレメント ３ サーボ信号用受光素子 ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ エレメント ４ 情報信号用受光素子 ４ａ、４ｂ エレメント ５ パッケージ ６ 封止基板 ７ 半導体レーザユニット ８ 光透過基板 ９ 回折格子 １０ ３ビーム生成用回折格子 １１ 偏光ビームスプリッタ １２ コリメートレンズ １３ 対物レンズ １４ 情報記録媒体 １５ 反射体 １６ ウォラストンプリズム １７ 複合プリズム １８ 光強度モニター用受光素子 １９、２０ ラジアル誤差信号用受光素子 ２１ 基板 ２２ 反射ミラー ２３ −１次回折光 ２４ ０次回折光 ２５ ＋１次回折光 ２６ ＋２次回折光 ２７ ＋３次回折光 ２８ ホログラム光学素子 ２９ 台座部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 昭男 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体にレーザ光を照射するための半
   導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子と前記記録媒
   体との間の光路中に配されたビーム分割手段と、このビ
   ーム分割手段と前記半導体レーザ素子との間の光路中に
   配された光透過基板に回折格子を形成して構成されるホ
   ログラム素子と、前記回折格子を透過した回折光を受光
   するために回折光の光路中に配されたサーボ信号用受光
   素子と、前記ビーム分割手段によって分割された光のう
   ち、前記回折格子に入射する光とは別の光を受光するた
   めの情報信号用受光素子と、前記ビーム分割手段と前記
   情報信号用受光素子との間の光路中に配された偏光素子
   とを有し、前記半導体レーザ素子と前記サーボ信号用受
   光素子と前記情報信号用受光素子とが一つのパッケージ
   内に配され、かつ前記情報信号用受光素子が、前記回折
   格子を透過した全次数の回折光の光路外に配されている
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記ビーム分割手段と前記情報信号用受
   光素子との間の光路中に反射手段を設けたことを特徴と
   する請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記回折格子が２以上の領域に分割され
   ていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 前記領域がそれぞれ異なるレンズ効果を
   有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
   れかに記載の半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記ホログラム素子が、前記半導体レー
   ザ素子から射出されたレーザ光をコリメートするための
   レンズ効果を有することを特徴とする請求項１ないし請
   求項４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 前記光透過基板の厚さを、前記サーボ信
   号用受光素子に入射する光が透過する部分と、前記情報
   信号用受光素子に入射する光が透過する部分とで、それ
   ぞれ個別に設定することにより、前記サーボ信号用受光
   素子に入射する光の焦点位置と、前記情報信号用受光素
   子に入射する光の焦点位置とをそれぞれ個別に調節した
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに
   記載の半導体レーザ装置。
7. 【請求項７】 前記反射手段の前記ホログラム光学素子
   側に前記偏光素子を一体形成し、前記偏光素子の厚さよ
   りも大きい高さを有する台座を前記ホログラム光学素子
   上に設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項６の
   いずれかに記載の半導体レーザ装置。
8. 【請求項８】 前記パッケージを前記ホログラム光学素
   子で封止したことを特徴とする請求項１ないし請求項７
   のいずれかに記載の半導体レーザ装置。