JPH04188440A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、例えば光ディスク等の光学的記録媒体に情報
を記録、再生するための光ピックアップ装置、特に光導
波領域を用いた小型軽量の光ピックアップ装置に関する
。

［従来の技術］ 従来の光ピックアップ装置においては、対物レンズ、ビ
ームスプリッタ、半導体レーザ素子、光デイテクタなど
の、夫々個別の部品によって構成されている。この種の
光ピックアップ装置の構成において各部品の組み立て時
の操作性、位置決め精度等を高めるためには、各部品を
一定の大きさに保たなければならない。又、各部材相互
の位置調整をするための機構も必要であり、製作工程が
繁雑な上、光ピックアップ装置の小型軽量化が制限され
る。

この様な欠点を解消するために、光導波領域、グレーテ
ィング等の部材を同一基板上に集積して光集積回路とし
た光集積ピックアップ装置が、例えば電子通信学会論文
誌１９８６１５．Ｖｏ　Ｉ。

Ｊ６９−ＣＮｏ、５の論文「先ディスクピックアップの
光集積回路化」に提案されている。この様な従来技術に
おいては、第１３図に示すように、半導体基板２上にバ
ッファ層４及び光導波領域、即ち光導波層６を順次形成
し、さらにこの光導波層６上にＦＣＣ（集光グレーティ
ングカップラ）６０、ＣＢＳ　（グレーティングビーム
スブリツタ）６２、光ディテクタ６４．６４を、そして
半導体基板２の前方の端面に半導体レーザ素子８を集積
して光集積回路を構成している。この様な光ピックアッ
プ装置においては、半導体レーザ素子８から光導波層６
へと射出されたレーザ光は、ＦＣＣ６０により装置上方
に設置されている光ディスク３２の記録面に向って照射
され、記録面で反射されたレーザ光は、ＦＧＣ６０によ
って再び光導波層６内に入射した後、ＧＢＳ６２によっ
て分割されて、光ディテクタ６４．６４夫々に入射した
後、ＦＧＣ６０の結像関係からフォーカス誤差及びトラ
ッキング誤差を検出する。

又、光導波領域を利用せず、別の観点から上記欠点を解
決すべく提案された光ピックアップ装置が特開平１−２
６０６４５号公報に記載されている。この光ピックアッ
プ装置においては、第１４図に示すように、半導体レー
ザ素子８から射出されたレーザ光は、接着剤１４によっ
て半導体基板２上に取着された断面台形のビームスプリ
ッタ１０の傾斜面の半透過反射膜７４により部分的に反
射される。この反射光は対物レンズ３０によって光ディ
スク３２の記録面上に照射され、記録面で反射されたレ
ーザ光は対物レンズ３０に集光されながら部分的に半透
過反射膜７４を透過し、ビームスプリッタ］０の下方に
位置する分割ディテクタ６８に入射して、トラッキング
誤差が検出される。この後、シーを先は、さらに部分的
にビームスプリッタ１０底面で反射され、ビームスプリ
ッタ］０の上面に貼られた反射膜１６で反射される。こ
の反射光は、前記仝割ディテクタ６８の後方に位置する
もう一つの分割ディテクタ７０に入射して、フォーカス
誤差が検出される。そして、光ディスク３２の記録面で
反射され、対物レンズ３０によって集光されたレーザ光
のうち、ビームスプリッタ１０へ透過せずに半透過反射
膜７４で反射されたレーザ光は、半導体レーザ素子８の
発振光と共に、この半導体レーザ素子８の後ろ側に位置
するモニタ用ディテクタ７２に入射し、再生信号となる
。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記２つの従来例においては双方共に多くの実
用的問題点を有する。

前記論文の光ピックアップ装置は、第１に、有限光学系
であるので先ピックアップ装置本体をアクチュエータな
どによって駆動させなければならす、又対物レンズに至
るまでの光路を長くする必要かあるため、先ピックアッ
プ装置の小型、軽量化を充分に達成できない。第２に、
集光特性、効率等の制約により集光光学系であるＦＣＣ
の開口数が小さいので、回折限界まで光を絞れない。第
３に、レーザ光が半導体レーザ素子から射出され、光デ
ィスクの記録面に照射して光デイテクタによって情報が
検出されるに至るまで、レーザ光はＦＧＣ及びＧＢＳを
二度通過する構成となっているので光の損失が大きくな
る。又、半導体レーザ素子の活性層と先導波層との正確
な結合が難しく、この結合にずれが生じた場合にも光の
損失が大きくなる。　゛ そして、前記公報の光ピックアップ装置には、第１に、
有限光学系であり、集光光学系に至る光路を長くとる必
要があるので、光ピックアップ装置を小型、軽量化する
ことが困難である。第２に、誤差信号系と再生信号系と
の２種類の検出系にし−サ光を分割するため、このレー
ザ光の各々の光量か半減する。又、再生信号光に半導体
レーザ素子を通過させることによってこの再生信号光も
損失する。この損失した再生信号光は半導体レーザ光の
出力を不安定にし、この不安定なレーザ光が分割ディテ
クタに入射して誤差信号にオフセットを生しさせて各信
号のＳ／Ｎ比を低くする。

一般に、光ディスクの記録、再生に関しては、高速アク
セスを可能にするために光ピックアップ装置を小型、軽
量化し、Ｓ／Ｎ比高く再生信号を検出するために光の損
失を無くして光ディスクへの射出光量を一定に制御する
必要がある。しかし上記２つの従来例においてはこれら
の要求が満たされていない。

本発明の目的は、信号のＳ／Ｎ比が高く、かつ充分に小
型、軽量化が可能な光ピックアップ装置を提供すること
である。

［課題を解決するための手段］− したがって、本発明の光ピックアップ装置は、基板と、
この基板に設けられレーザ光を射出する半導体レーザ素
子と、前記基板に設けられ前記レーザ光を導く光導波領
域と、この光導波領域上に設けられ、前記レーザ光を前
記光導波領域外へ射出するグレーティングカップラと、
前記光導波領域上に設けられ、前記グレーティングカッ
プラによって射出されたレーザ光の一部を光学的情報記
録媒体の記録面の方向に分岐するビームスプリッタと、
この分岐されたレーザ光を前記媒体の記録面に射出する
光学素子と、前記ビームスプリッタによって分岐された
前記媒体の記録面での反射光の一部を所定の位置に集光
する回折素子と、前記所定の位置に設けられ前記回折素
子によって集光されたレーザ光を受光して情報を検出す
る情報信号検出系とを具備することを特徴としている。

［作　用］ 本発明の光ピックアップ装置において、半導体レーザ素
子から射出されたレーザ光は光導波領域に導かれてグレ
ーティングカップラによって光導波領域外に射出された
後、ビームスプリッタによって情報記録媒体の記録面の
方向に分岐され、光学素子かこのレーザ光を情報記録媒
体の記録面上に照射する。媒体の記録面に反射されたレ
ーザ光は、情報を伴いつつ回折素子によって所定の位置
に集光され情報信号検出系かこれを受光し、情報が検出
される。

［実施例コ 次に、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図乃至第３図に示す第１実施例の光ピックアップ装
置１は、矩形薄板状のシリコンよりなる半導体基板２を
有する。この半導体基板２は長手力向か光ディスク３２
のトラックの接線方向と平行になるように設置されてい
る。この半導体基板２の上面には、半導体基板２を熱酸
化して形成された光学的に良質な屈折率約１，４６のＳ
ｉＯ２よりなるバッファ層４が設けられている。

バッファ層４の上面には例えばコーニング社製＃７０５
９ガラスをスパッタ法等により堆積させた屈折率約１，
５５の光導波領域、即ち先導波層６が設けられている。

前記半導体基板２の前面には、光導波層６を介して半導
体基板２の後面に向ってレーザ光を射出する半導体レー
ザ素子８が結合されている。前記先導波層６の上面には
、半導体レーザ素子８の射出面側に傾斜した傾斜面１２
を有する断面台形のビームスプリッタ１０が接着剤１４
によって固着されている。このビームスプリッタ１０の
傾斜面１２は後で説明する所定の角度で傾斜しており、
レーザ光を反射する第１の反射膜１６が設けられている
。ビームスプリッタ１０の中はどには、傾斜面１２と同
し側に４５度傾斜し、前方から入射するレーザ光を上方
と後方とに分岐するビームスブリット面１８が形成され
ている。第２図に示すように、傾斜面１２とビームスブ
リット面１８とに挟まれた領域のビームスプリッタ１０
の底面には、半導体ＩＣ製造技術、　、例えばリゾグラ
フィー技術及びエツチング技術などによってＬＧＣ（リ
ニアグレーティングカップラ）２０か形成されている。

このＬＧＣ２０は、入射した光を傾斜面１２に向かって
ビームスプリッタ１０内に射出し、かつ平行光束とする
機能を有する。前記傾斜面１２の角度は、ＬＧＣ２０か
らレーザ光を水平方向に反射するように設定されている
。このＬＧＣ２０の下方には、射出されたレーザ光をモ
ニタするモニタディテクタ２２が半導体基板２中に設け
られている。このモニタディテクタ２２は導波層６を導
波する導波光の設計光軸に沿って２分割されており、光
ピックアップ装置の組み立て時において、これら分割さ
れた各々のモニタディテクタ２２の信号強度を比較する
ことにより半導体レーザ素子８の位置調整に用いられる
。ビームスプリッタ１０の底面の、ビームスブリット面
１８の射影部分には、ＬＧＣ２０と同様の方法により反
射型回折素子２６か形成されている。この反射型回折素
子２６は、入射するレーザ光の波面を光ディスク３２の
トラックの接線方向、即ち導波光の設計光軸の延長線に
沿って２分割する機能を有する。さらにこの反射型回折
素子２６は、入射した光を所定の位置に集光する回折素
子を構成している。この反射型回折素子２６の外側には
、例えば真空蒸着法によってＡ１等の材料を薄膜化して
堆積した図示しない反射膜が形成されて、反射型回折素
子２６の後ろ側に位置しビームスプリッタ１０の上面に
貼られた第２の反射膜２８に向かって垂直上方からのレ
ーザ光を反射するように設置されている。又、ビームス
ブリット面１８の上部には、図示しない駆動手段によっ
て垂直方向及び水平方向に移動可能な対物レンズ３０が
設置され、その上方には光ディスク３２が配置されてい
る。前記半導体基板２上の、第２の反射膜２８の後ろ側
に位置する領域、即ち、反射型回折素子２６に入射した
光かこの反射型回折素子２６によって集光される所定の
位置には、第１及び第２の光ディテクタ３４．３６か前
記設計光軸に直交する方向に並列して形成されており、
反射型回折素子２６によって集光されたレーザ光を受光
して光ディスク３２の情報を検出する情報信号検出系を
構成している。これら光デイテクタ３４．３６は、前記
設計先軸に沿って各々か２分割されている。

この様に構成された光ピックアップ装置］において、半
導体レーザ素子８からのレーザ光は光導波層６を通って
導波光となりＬＧＣ２０に達する。

ＬＧＣ２０に達した導波光の一部は回折されモニタディ
テクタ２２に入射し、半導体レーザ素子８の光の出力を
一定に保つための参照信号として用いられる。この他の
レーザ光はＬＧＣ２０により回折作用を受は平行光束と
なり第１の反射膜１６に向かってビームスプリッタ１０
内に射出される。

射出されたレーザ光は第１の反射膜°１６で反射され、
水平方向後ろ側に向い、ビームスプリッタ１０によって
水平方向後ろ側にさらに進む光と、垂直方向上方に進む
光とに分岐される。水平方向後ろ側に進む光はそのまま
直進して各ディテクタに入射することなくビームスプリ
ッタ１０外部に放射される。垂直方向上方に進む光は、
対物レンズ３０によって光ディスク３２の記録面に集光
されここで反射されて、情報を伴って信号光となり、再
び対物レンズ３０を介して平行にされ、ビームスブリッ
ト面１８を透過して反射型回折素子２６に入射する。反
射型回折素子２６は入射した信号光の波面を２分割しつ
つ集光しながら、第２の反射膜２８に向かって反射する
。２分割されて反射された各々の信号光は、第２の反射
膜２８によってさらに反射され、第１及び第２の光デイ
テクタ３４．３６上に集光されて光スポットとなる。こ
れら第１及び第２の光ディテクタ３４．３６は各々が２
分割されており、前記光スポットの大小と、２分割され
た各光デイテクタの左右の光強度のずれとを所定の回路
に出力して、フォーカス誤差及びトラッキング誤差を検
出する、。

次に、第４図を用いて本発明の第２実施例を説明する。

本実施例において第１実施例と同し部材は同一の参照符
号を用い、異なる部分だけを一詳細に説明する。以下、
第３実施例乃至第７実施例についても同様に説明する。

第２実施例の光ピックアップ装置１は、光導波層６の上
に例えばプラズマＣＶＤ法により５ｉ−Ｎ膜４０を形成
し、この上に第１実施例と同様の方法でＬＧＣ２０及び
反射型回折素子２６を設けたものである。本実施例によ
り、ビームスブリッタ１０などの微小部品に精密な加工
を施す必要はなくなり、光導波層６や光ディテクタ３４
．３６などを形成、加工する一貫としてＬＧＣ２０及び
反射型回折素子２６を作製することによって光ピックア
ップ装置の作製工程を簡略化することができる。

次に第５図を用いて第３実施例を説明する。本実施例は
第１実施例におけるビームスプリッタ１０を偏光選択性
を有する偏光ビームスプリッタ４２とし、光ディスク３
２の記録面での反射光の光路上、つまり偏光ビームスプ
リッタ４２の上面の、偏光ビームスブリット面４４の上
方に］／４波長板４６を接着剤１４により固着したもの
である。この様な構成にすることによって、ビームスブ
リット面でのレーザ光の損失が低減され、各ディテクタ
に余計なレーザ光が入射すること無く、再生信号光のＳ
／Ｎ比の高い検出が可能となる。

第６図に示す第４実施例は、第３実施例における１／４
波長板４６を偏光ビームスプリッタ４２の後面に固着し
、この後方に４５度傾斜させたミラー４８を図示しない
装置フレームに固定して、このミラー４８の下に対物レ
ンズ３０を配置したものである。この様な構成にするこ
とによって、第３実施例と同様に再生信号光のＳ／Ｎ比
の高い検出か可能となり、光ピックアップ装置の薄型化
が促進できる。

第７図に示す第５実施例は第１実施例の変形で、光ディ
テクタ３４．３６を覆っているバッファ層４及び光導波
層６の部分をＲＩＥ法等によってエツチングして取り除
き、ディテクタ窓５０としたものである。本実施例によ
れば、光デイテクタ３４、：３６に入射する信号光が先
導波層６及びバッファ層４によって散乱、又は多重反射
するのを防ぐことができ、信号光の検出エラーを防ぐこ
とができる。

第８図に示す第６実施例は、第１実施例におけるビーム
スプリッタ１０の後方に４５度傾斜させたミラー４８を
図示しない装置フレームに固定しこのミラー４８の下に
対物レンズ３０を配置し、そしてビームスプリッタ１０
の傾斜面１２を半導体基板２の端面に配置してこの傾斜
面１２に反射型回折素子２６を形成する。さらに、半導
体レーザ素子８の活性層や光導波層６の光導波部分に接
着剤１４やビームスプリッタ１０等が接してビームスプ
リッタ］０内にレーザ光が散乱するのを防ぐために、光
導波層６の上面にクラッド層５２を形成し、このクラッ
ド層５２にＬＧＣ２０を形成して光ピックアップ装置を
形成している。このクラット層５２は先導波層６の屈折
率よりも低い屈折率を有する材料、例えば５ｉ０２等を
用いて化学気相成長法等によって容易に形成することが
できる。又、上記のように形成したＬＧＣ２０の格子部
分に接着剤を充填しても良い。本実施例により、光ピッ
クアップ装置の厚みを薄くすることができ、光ピックア
ップ装置の小型化を促進させることができる。

第９図に示す第７実施例は第６実施例の変形で、半導体
レーザ素子８を半導体基板２の前方の端面にではなく後
方の端面に結合したものである。この様にすれば、第６
実施例にように半導体レーザ素子８の活性層や光導波層
６の光導波部分に接着剤１４やビームスプリッタ１０等
が接しなくなり、先導波層６の上面にクラッド層５２を
形成する必要かなくなる。この場合、ＬＧＣ２０は第１
実施例と同様にビームスプリッタ１０の底面に形成する
。この様にすれば、第６実施例よりも作製工程か簡略化
されるが、もちろん、第６実施例のように先導波層６の
上面にクラッド層５２を形成しても良い。

さらに、上記７つの実施例以外の構成として、第１０図
及び第１１図に示すような情報信号検出系、即ち誤差検
出系の構成を取っても良い。この構成においては、反射
型回折素子２６は波面分割機能を有しておらす、第１及
び第２の光ディテクタ３４，３．６は各々が多分割、例
えば３分割され、−導波光の設計光軸に沿って直列して
形成されている。そしてこれら第１の光デイテクタ３４
は第２の光デイテクタ３６の前に配置され、第１及び第
２の光ディテクタ３４．３６の上面には図示しない半透
過反射膜が貼られており、ビームスブリッタ１０の上面
には第２の反射膜２８のほかに反射膜がもう一枚、第３
の反射膜３８として固着されている。この様な変形例に
おける光ピックアップ装置ｆｌにおいては、反射型回折
素子２６が第１及び第２の光ディテクタ３４．３６の上
に結ぶ各々の光スポットを同じ大きさにするように、第
１及び第２の先ディテクタ３４．３６と、第２及び第３
の反射膜２８．３８とを位置づける。この様にして前と
後との光スポツトサイズの変化によりフォーカス誤差を
測定し、ブツシュフル方式を用いてトラッキング誤差を
測定する。

又、第１２図に示すように、前方に位置する誤差検出系
、即ち光デイテクタ３４をビームスプリッタ１０の上面
に設けても良い。この際、光デイテクタ３４の受光面に
は図示しない半透過反射膜を形成する。

さらに又、情報信号検出系、即ち誤差検出系に非点収差
法を用いることも出来る。この他にも、種々の変形例が
可能である。

［発明の効果］ 本発明によれば、信号のＳ／Ｎ比か高い小型、軽量の先
ビックアンプ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の光ピックアップ装置を示
す斜視図、　第２図は第１図における光ピックアップ装
置の縦断面図、第３図は第１図における装置の上面図、
第４図は本発明の第２実施例の光ピックアップ装置を示
す縦断面図、第５図は第３実施例の光ピックアップ装置
を示す縦断面図、第６図は第４実施例の光ピックアップ
装置を示す縦断面図、第７図は第５実施例の先ピックア
ップ装置を示す縦断面図、第８図は第６実施例の光ピッ
クアップ装置を示す縦断面図、第９図は第７実施例の先
ピックアップ装置を示す縦断面図、第１０図は本発明の
光ピックアップ装置における誤差検出系の変形例を示す
上面図、第１１図は第１０図に示す光ピックアップ装置
の縦断面図であり、第１２図は本発明の光ピックアップ
装置における誤差検出系の別の変形例を示す縦断面図、
第１３図は光導波領域を用いた従来技術の光ピックアッ
プ装置を示す斜視図、第１４図は光導波領域を用いない
従来技術の光ピックアップ装置を示す縦断面図である。 １・・・光ピックアップ装置、２・・・半導体基板、６
・・・光導波層、８・・・半導体レーザ素子、１ｏ・・
ビームスプリッタ、２０・・・リニアグレーティングカ
ップラ（ＬＧＣ）　、２６・・・反射型回折素子、３ｏ
・・対物レンズ、３２・・・先ディスク、３４・・第１
の光デイテクタ、３６・・・第２の光デイテクタ。 出願人代理人　弁理士　坪井　４ 一ゝ＼ 第３図 第　４　図 第５図 第　７　Ｌ ５２　クラ・・ト１層　　　１． １″−Ｘ 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板と、この基板に設けられレーザ光を射出する半
   導体レーザ素子と、前記基板に設けられ前記レーザ光を
   導く光導波領域と、この光導波領域上に設けられ、前記
   レーザ光を前記光導波領域外へ射出するグレーティング
   カップラと、前記光導波領域上に設けられ、前記グレー
   ティングカップラによって射出されたレーザ光の一部を
   光学的情報記録媒体の記録面の方向に分岐するビームス
   プリッタと、この分岐されたレーザ光を前記媒体の記録
   面に射出する光学素子と、前記ビームスプリッタによっ
   て分岐された前記媒体の記録面での反射光の一部を所定
   の位置に集光する回折素子と、前記所定の位置に設けら
   れ前記回折素子によって集光されたレーザ光を受光して
   情報を検出する情報信号検出系とを具備することを特徴
   とする光ピックアップ装置。 ２、前記光学素子は、前記半導体基板外部で移動可能に
   設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光ピ
   ックアップ装置。 ３、前記ビームスプリッタは偏光機能を有する偏光ビー
   ムスプリッタであり、前記媒体の記録面からの反射光の
   光路上にこの偏光ビームスプリッタと１／４波長板とが
   設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載
   の光ピックアップ装置。