JPH06119654A - 光学式ピックアップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光学式ピックアップを用いた装置の小型化を実
現でき、かつ光の有効利用を図って高効率の光検出を行
ない得る光学式ピックアップを提供すること。 【構成】両面を貫通する透孔７を有する基板１の表面に
クラッド層２を形成すると共に、上記基板１の透孔７の
一方開口部から一側縁部にかけて端部にテーパ部１０を
有する光導波路３を設ける。そして、透孔７の他方開口
部に設けられたレーザダイオード６から発せられる光を
透孔７およびクラッド層２を通過させて４分割フォトダ
イオード４の中心部から出射させ、更に対物レンズ９に
より光ディスクＤ上に集光させて情報の読取りを行なっ
た後、この光ディスクＤからの反射光を対物レンズ９に
より４分割フォトダイオード４の中心部へ集光させると
ともに、この集光された反射光を上記光導波路３のテー
パ部１０から光導波路３内に取込んで、光検出器５ａ，
５ｂで検出するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光などを伝達お
よび分岐させるための光導波路型光学素子を使用した光
学式ピックアップに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＤ（コンパクトディスク）プレ
ーヤなどの光ディスクプレーヤに使用される光学式ピッ
クアップとして、例えば図４に示すような光導波路型光
学素子を用いた光学式ピックアップが提案されている。
この図に示したものは特開昭６４−６０８３１号公報に
開示されたものであり、以下に示す如く構成されてい
る。

【０００３】図４において、２１はシリコン基板であ
り、このシリコン基板２１の表面にはバッファ層を介し
て光導波路２２が形成されている。また、この光導波路
２２の表面にはグレーティングビームスプリッタ２３お
よびグレーティングカプラ２４が形成されている。光導
波路２２の一端には光源としてのレーザダイオード２５
が設けられており、更にこのレーザダイオード２５から
発せられる導波光の進路を挟んで光検出器２６ａ，２６
ｂが対向配置されている。

【０００４】コンパクトディスクの再生が開始される
と、レーザダイオード２５からレーザビームが出射さ
れ、この出射されたレーザビームはレーザダイオード２
５と端面結合された光導波路２２へ伝達されて導波光と
なり、グレーティングビームスプリッタ２３を通過して
グレーティングカプラ２４へ到達する。

【０００５】グレーティングカプラ２４では、到来した
上記導波光が回折されて集光ビームとなり、光ディスク
２７へ向けて照射される。光ディスク２７の信号面では
上記集光ビームによる微小スポット（集光点）を生じ、
その反射光が再びグレーティングカプラ２４へ入射され
て反射導波光となる。

【０００６】この反射導波光はグレーティングビームス
プリッタ２３において回折され、光検出器２６ａおよび
２６ｂへ向けて伝達される。光検出器２６ａおよび２６
ｂは、検出した反射導波光に基づいて再生信号やフォー
カスエラー信号およびトラッキングエラー信号を出力
し、これらの信号のうちフォーカスエラー信号およびト
ラッキングエラー信号は、図示しない駆動機構へフィー
ドバックされる。これにより、光学式ピックアップ２０
と光ディスク２７との間が常に適切な距離に保たれると
ともに、集光ビームの集光点が光ディスク２７のトラッ
キングから脱線しないように追従される。

【０００７】ところが上述した図４の光学式ピックアッ
プは、グレーティングビームスプリッタ２３およびグレ
ーティングカプラ２４の形成に極めて高度な微細加工技
術や設計・制作技術を必要とし、製品の低コスト化や量
産化が困難であると云う問題がある。そこで、このよう
な不具合を解決すべく、例えば特開平３−２０９２０４
号公報に示すような提案があり、ここにはグレーティン
グの使用を避けた光学式ピックアップが開示されてい
る。この公報に示されるものは、図５に示す如く構成さ
れている。

【０００８】同図において、３１はガリウムひ素等から
なる基板、３２は基板３１上に形成された第１の光導波
路、３３は基板３１に形成された略Ｌ字状の第２の光導
波路である。第１の光導波路３２の一方の端部３２ａ
と、第２の光導波路３３の曲げ部３３ａとは境界面３４
を介して接している。

【０００９】上記第１および第２の光導波路は、互いに
異なる屈折率を有している。４１はレーザダイオードで
あり、このレーザダイオード４１から発せられた光は光
導波路３２の端部３２ｂから光導波路３２へ入射し、境
界面３４を経て光導波路３３の端部３３ｂへ至る。

【００１０】端部３３ｂには４分割フォトダイオード４
３が設けられている。４分割フォトダイオード４３は、
４枚の方形板状のフォトダイオードセルを一点を中心に
互いに辺を接して接合して構成したものであり、上記中
心にはレーザダイオード４１からのレーザビームを通す
ための微小な透過孔が形成されている。従って、光はこ
の４分割フォトダイオード４３の透過孔から対物レンズ
４２へ向かって集光され、光ディスクＤ上に微小スポッ
トを生じる。

【００１１】光ディスクＤの記録面を反射した信号光
は、再び対物レンズ４２を通って４分割フォトダイオー
ド４３の中心に向かって集光され、４分割フォトダイオ
ード４３の透過孔から光導波路３３の端部３３ｂに入射
される。そして、この入射された信号光はその一部が境
界面３４で反射されて端部３３ｃへ伝達され、残りは境
界面３４を通過して端部３２ｂへ伝達される。反射され
た方の信号光は端部３３ｃに設けてあるフォトダイオー
ド４４ａおよび４４ｂによって検出される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した図
５の構成の光学式ピックアップは、光ディスクＤのディ
スク面に対して交差する方向に伸びる縦長の構造になっ
ているため、このような光学式ピックアップを採用した
装置の小型化には限界があり、近年のＣＤプレーヤを含
む各種装置の小型化・薄型化の要請に応じることが困難
である。

【００１３】また、レーザダイオード４１から発せられ
た光が光導波路３２および３３を経て光ディスクＤへ照
射される際には、４分割フォトダイオード４３の中心部
以外の光、すなわち、透過孔を通る光以外はこの４分割
フォトダイオード４３に遮られてカットされてしまい、
光源であるレーザダイオードからの出射レーザ光の有効
利用がなされていない。従って、光ディスクＤからの情
報読取りに際して、光源の出力を大きくせねばならず、
無駄が多い。そして、このことは、実用レベルでは無用
に大出力の光源を要することを意味し、装置のコストア
ップに繋がる他、省エネルギ化に逆行することになる。

【００１４】また、ピックアップ製造の過程において、
１つのピックアップに対して、１つ１つレーザダイオー
ドを接着しなければならず、手間がかかって量産性に欠
ける。

【００１５】本発明はこのような実情を考慮してなされ
たものであり、その目的とするところは、装置の小型化
に最適であり、かつ光源の出力光の有効利用を図って高
効率の光検出を行ない得る光学式ピックアップを提供す
ることにある。また、製造を容易にし、以て量産性に富
む光学式ピックアップを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、両面を貫通する透孔を形成し、且つ、表面に
クラッド層を形成した板状の基板と、この基板上の前記
透孔の一方開口部から一側縁部にかけて設けられ、且
つ、前記透孔の一方開口部に対応する端部に所定角度の
テーパ部を形成した導光体と、前記クラッド層表面であ
って前記透孔の一方開口部に中心を位置させて設けられ
ると共に、前記中心を中心にその周囲に受光素子を配列
し、中心に光透過孔を設けて構成した多分割受光素子
と、前記基板の前記透孔の他方開口部に設けられた光源
と、この光源からの光に非点収差を与えて前記多分割受
光素子の光透過孔へ集光させる集光レンズと、この集光
レンズにより前記多分割受光素子の中心部を通過して出
射される光の非点収差を補正して情報記録媒体へ集光さ
せると共にこの情報記録媒体からの反射光を前記多分割
受光素子の光透過孔へ集光させるレンズ系と、前記多分
割受光素子より前記導光体のテーパ部を介して伝達され
た光を検出する光検出器とより構成した。

【００１７】また、第２には面発光レーザ素子を一枚の
基板に多数形成した面発光レーザアレイと、基板、クラ
ッド層、導光体よりなるピックアップを面発光レーザア
レイの各面発光レーザ素子に対応する位置関係を以て複
数形成したピックアップアレイとを用い、面発光レーザ
アレイ上にピックアップアレイを接着して一体化し、そ
の後に、アレイを一素子単位に分割する。

【００１８】

【作用】上記手段を講じた結果次のような作用が生じ
る。すなわち、第１の構成の場合、光源から発せられた
光を基板に形成した透孔内を通して反対面まで送り、こ
こでレンズ系により情報記録媒体の信号面に集光して情
報の読取りを行なうとともに、上記透孔の一方開口部か
ら一側縁部にかけて導光体を設け、この導光体の端部に
形成されたテーパ部によって情報記録媒体からの反射光
を取込むようにしているため、光源から情報記録媒体ま
での距離は、基板とクラッド層とを加えた厚さおよびレ
ンズ系の焦点距離にのみに依存し、これにより情報記録
媒体に対し、縦型の構成となる従来の光学式ピックアッ
プを用いた場合に比べて装置の大幅な小型化が可能とな
る。また、集光レンズにより多分割受光素子の中心部に
光を集めるようにしているため、光源からの光を有効に
利用でき、これにより高効率の光検出を行なうことがで
きる。

【００１９】また、集光レンズにより光に非点収差を与
えるようにし、さらにレンズ系には情報記録媒体からの
反射光のみが非点収差を持った光となるような特性を持
たせているため、フォーカス点の検出感度が良く且つ光
学系が小型化できる非点収差法によってフォーカスエラ
ー信号の検出を行なうことができ、これにより情報記録
媒体の縦方向の挙動によるフォーカスエラーを従来に比
べ高精度に検出することができる。

【００２０】また、第２の構成によれば、光源と光導波
路ピックアップをそれぞれアレイ化して接合し、その後
に一素子単位で切断して分離するようにしたことによ
り、光源としてのレーザダイオードを個別に接着する必
要がなくなり、大幅に製造の効率化を図ることができ
る。これによって、製造が容易で量産性に富む光学式ピ
ックアップが得られるようになる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。

【００２２】（第１実施例）図１（ａ）は、本発明の第
１実施例に係わる光学式ピックアップの構成を示す斜視
図である。また図１（ｂ）は上記図１（ａ）におけるＩ
−Ｉ′による断面図である。

【００２３】図１において、１は矩形状のシリコン（Ｓ
ｉ）基板であり、このシリコン基板１の中央には当該シ
リコン基板１を貫通する光透過用の透孔７が形成されて
いる。また、シリコン基板１の表面には例えばＳｉＯ2
硝子からなるクラッド層２が形成されている。クラッド
層２の表面中央には、その中心に光透過用の穴を有する
４分割フォトダイオード４が取付けられている。

【００２４】また、シリコン基板１の裏面における透孔
７の位置には光源となるレーザダイオード（ＬＤ）６が
取付けられている。また、透孔７の内部には、上記レー
ザダイオード６から発せられた光を４分割フォトダイオ
ード４の中心部に集光するための集光レンズ８が設けら
れている。この集光レンズ８には非点収差を持たせてあ
る。

【００２５】クラッド層２には、４分割フォトダイオー
ド４の取付けられた中央部より、一側縁部にかけて、所
定幅の光導波路３が設けてある。この光導波路３は光を
導き出すためのもので、例えば、米国コーニング社製の
コーニング７０５９等のバリウムアルミナホウケイ酸ガ
ラスにより構成してある。そして、この光導波路３の４
分割フォトダイオード４側端部にはシリコン基板１の面
に対して仰角が所定角度を持つようにテーパ部１０を形
成している。

【００２６】このテーパ部１０は４分割フォトダイオー
ド４とレーザダイオード６との間に位置していて、クラ
ッド層２との境界がなす角度を対物レンズ９から４分割
フォトダイオード４を介して垂直入射される戻り光の一
部を光導波路３内に取込むために最適な角度に予め設定
している。

【００２７】４分割フォトダイオード４は、４枚の方形
板状のフォトダイオードセルを一点を中心に互いに辺を
接して接合して構成したものであり、上記中心にはレー
ザダイオード６からのレーザビームを通すための微小な
透過孔４ａが形成されている。

【００２８】９は対物レンズであり、４分割フォトダイ
オード４の透過孔４ａを介しての入射光を光ディスクＤ
へ集光するとともに、この光ディスクＤからの反射光
（戻り光）を上記４分割フォトダイオード４の中心部透
過孔４ａへ向けて集光するようにしている。この対物レ
ンズ９は、集光レンズ８からの入射光に対してのみ、そ
の非点収差を補正する特性を有している。５ａおよび５
ｂはそれぞれ光検出用のフォトダイオードであり、光導
波路３の一端に接してシリコン基板１内に設けられてい
る。

【００２９】さて、このような構成において、レーザダ
イオード６から出射された光は、集光レンズ８に入射さ
れて所定の非点収差を持った光となり、この光は透孔７
およびクラッド層２を通過して４分割フォトダイオード
４の中心部に集光され、この中心部の透過孔４ａから上
部に向かって出射される。出射された光は対物レンズ９
によって非点収差を取除くように補正された後、光ディ
スクＤ上に集光されてその情報記録面に微少スポットを
生じる。

【００３０】一方、光ディスクＤからの反射による戻り
光は、再び対物レンズ９に入射されて４分割フォトダイ
オード４の中心部における透過孔４ａに集光される。こ
のとき戻り光は非点収差を持っており、対物レンズ９と
光ディスクＤとの距離が変動した場合に、その変動によ
る焦点ずれが４分割フォトダイオード４上にビーム形状
の変化として表れ、４分割フォトダイオード４に検出さ
れるので、この変化による検出信号がフォーカスエラー
信号として得られる。

【００３１】４分割フォトダイオード４の透過孔４ａを
通過した戻り光は、その一部が光導波路３のテーパ部１
０で反射され、残りは透過して直進する。テーパ部１０
で反射された方の戻り光は導波光として光導波路３内に
取込まれ、この光導波路３内を光検出用のフォトダイオ
ード５ａおよび５ｂまで伝達されて再生信号として検出
される。また、このときトラッキングエラー信号も検出
され、この検出されたトラッキングエラー信号は図示し
ない光学式ピックアップ駆動機構にフィードバックされ
てトラッキングサーボ制御に供される。

【００３２】この光学式ピックアップ駆動機構は、供給
されたトラッキングエラー信号の極性に応じて光学式ピ
ックアップ全体を駆動することにより、トラッキングを
調整する。なお、トラッキングエラー信号の検出は、例
えば、プッシュプル法（push-pull method）により行な
われる。

【００３３】一方、上記４分割フォトダイオード４によ
って検出されたフォーカスエラー信号は、図示しない対
物レンズ駆動機構にフィードバックされてフォーカシン
グサーボ制御に供される。上記対物レンズ駆動機構は、
供給されたフォーカスエラー信号の極性に応じて対物レ
ンズ９を光軸方向に駆動することにより、フォーカシン
グを調整する。

【００３４】このように第１実施例においては、シリコ
ン基板１の表面にＳｉＯ2 硝子からなるクラッド層２を
形成するとともにシリコン基板１の両面を貫通する透孔
７を形成し、且つ上記シリコン基板１上にＳｉＯ2 硝子
とは屈折率の異なるバリウムアルミナホウケイ酸ガラス
からなる光導波路３を上記透孔７の一方開口部から一側
縁部にかけて設け、この状態で、上記シリコン基板１の
上記透孔７の他方開口部に設けたレーザダイオード６か
ら発せられた光を透孔７およびクラッド層２を介して反
対面まで送り、ここで対物レンズ９により光ディスクＤ
の情報記録面に微小スポットを生じて情報の読取りを行
なうと共に、上記光ディスクＤからの反射光を上記光導
波路３の端部に形成されたテーパ部１０とＳｉＯ2 硝子
２との境界で反射させて光導波路３内に取込むようにし
ているので、光源であるレーザダイオード６から光ディ
スクＤまでの距離はＳｉ基板１とクラッド層２とを加え
た厚さおよび対物レンズ９の焦点距離のみに依存し、こ
れにより従来の縦型の光学式ピックアップを用いた場合
に比べて装置を大幅に小型化することが可能となる。ま
た、光源であるレーザダイオード６からレーザ光はこの
レーザダイオード６の出射側に設けた集光レンズ８によ
り４分割フォトダイオード４の中心部に集光するように
しているため、レーザダイオード６から出射される光を
有効に利用することができ、これにより高効率の光検出
を行なうことができる。

【００３５】さらに集光レンズ８を用いて光に非点収差
を与え、対物レンズ９により光ディスクＤからの戻り光
のみが、非点収差を持った光として４分割フォトダイオ
ード４へ入射されるようにしているので、フォーカス点
の検出感度が良く、かつ、光学系が小型化可能な非点収
差法によってフォーカスエラー信号の検出を行なうこと
ができ、これにより、小形化が可能で、しかも、光ディ
スクＤの縦方向の挙動を、従来に比べ高精度に検出する
ことができるようになる。 （第２実施例）

【００３６】以上は、小形化を実現でき、また、光源の
出射光の利用効率を高めて小さい発光出力の光源で、十
分に実に供することができると共に、省エネルギ化とコ
ストダウンを図ることができる実施例であった。次に、
構造簡易にして製造を容易にし、以て量産性に富む光学
式ピックアップの実施例を第２実施例として説明する。

【００３７】図２は光源として面発光のレーザ素子を用
いた例を示す斜視図である。図１の構造と基本的には同
じであり、従って、図１と同一物には同一符号を付して
その説明は省略し、異なる部分のみ、説明する。

【００３８】図２においては、図１（ｂ）に示す光源６
の代わりに、面発光のレーザ素子１１を用いている。面
発光のレーザ素子１１は図３に示すようにアレイから分
割して得る。

【００３９】図３は製造の１工程としての面発光レーザ
アレイを示しており、このような複数個の面発光レーザ
素子１１を一枚の基板に多数形成した面発光レーザアレ
イ１６を予め作成しておく。更に光源を具備していない
光導波路ピックアップを複数、アレイとして作成したピ
ックアップアレイ１７を用意する。

【００４０】すなわち、ピックアップアレイ１７は光源
を除いた図１の構成のシリコン基板１、図１の構成のク
ラッド層２、図１の構成の光導波路３よりなる光導波路
ピックアップを面発光レーザアレイ１６の各面発光レー
ザ素子１１に、一対一で対応するような位置関係を以て
複数形成したものである。

【００４１】そして、面発光レーザアレイ１６上にピッ
クアップアレイ１７を接着する。これにより、面発光レ
ーザ素子１１の上に、光導波路ピックアップが一つずつ
対を成すように、接合が成されるので、アレイを一素子
単位に分割すると、ピックアップのモジュールが完成す
る。

【００４２】このように、光源と光導波路ピックアップ
をそれぞれアレイ化して接合し、その後に一素子単位で
切断して分離することにより、光源としてのレーザダイ
オードを個別に接着する必要がなくなり、大幅に製造の
効率化を図ることができる。これによって、構造簡易に
して製造を容易にし、以て量産性に富む光学式ピックア
ップが得られるようになる。

【００４３】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施可能である。例えば、クラッド層や光導波路はシ
リコン基板上に形成するようにしたが、シリコン基板以
外の基板を利用することもでき、また、４分割フォトダ
イオードはフォトダイオードに限らず、他の受光素子を
利用できる他、分割数も４分割に限らない。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、両
面を貫通する透孔を形成したシリコン基板の表面にクラ
ッド層を形成すると共に、上記基板上の上記透孔の一方
開口部から一側縁部にかけて設けられ且つ上記透孔の一
方開口部に対応する端部に所定角度のテーパ部を形成し
た導光体を設け、この状態で上記基板の上記透孔の他方
開口部に設けられた光源からの光を透孔内およびクラッ
ド層を通して反対面まで送り、ここでレンズ系により情
報記録媒体の信号面に微小スポットを生じて情報の読取
りを行なうと共に、上記情報記録媒体光からの反射光を
上記テーパ部により導光体内に取込んで検出するように
しているので、従来の縦型の光学式ピックアップを採用
した場合に比べて装置を大幅に小型化することができ
る。

【００４５】また、クラッド層表面に上記透孔の一方開
口部に対応して設けられた４分割フォトダイオードと、
上記透孔の他方開口部に設けられた光源との間に集光レ
ンズを設け、この集光レンズにより４分割フォトダイオ
ードの中心部に光を集めるようにしているので、光源か
らの光を有効に利用でき、これにより高効率の光検出を
行なうことができる。

【００４６】さらに上記集光レンズに非点収差を持た
せ、またレンズ系には情報記録媒体からの反射光のみが
非点収差を持った光となるような特性を持たせているの
で、情報記録媒体の縦方向の挙動を従来に比べ高精度に
検出することが可能となる。

【００４７】更にまた、導光体（光導波路）を多数形成
したアレイと、面発光レーザ素子を多数形成したアレイ
とを作製し、両者を貼り合わせてから素子単位で切断し
て分割するようにすることにより、ピックアップを能率
良く作製できるようになり、コストダウンを図れるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わる光学式ピックアッ
プの構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断
面図。

【図２】本発明の第２実施例に係わる光学式ピックアッ
プの構成を示す断面図。

【図３】本発明の第２実施例に係わる光学式ピックアッ
プの製造工程を説明するための図。

【図４】従来例に係わる光学式ピックアップの構成を示
す斜視図。

【図５】従来例に係わる光学式ピックアップの構成を示
す斜視図。

【符号の説明】

１…シリコン（Ｓｉ）基板 ２…クラッド層 ３…光導波路 ４…４分割フォトダ
イオード ４ａ…透過孔 ５ａ，５ｂ…光検出
用フォトダイオード ６…レーザダイオード（ＬＤ） ７…透孔 ８…集光レンズ ９…対物レンズ １０…テーパ部 １１…面発光レーザ
素子 １６…面発光レーザアレイ １７…ピックアップ
アレー Ｄ…光ディスク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面を貫通する透孔を形成し、且つ、表
   面にクラッド層を形成した板状の基板と、 この基板上の前記透孔の一方開口部から一側縁部にかけ
   て設けられ、且つ、前記透孔の一方開口部に対応する端
   部に所定角度のテーパ部を形成した導光体と、 前記クラッド層表面であって前記透孔の一方開口部に中
   心を位置させて設けられると共に、前記中心を中心にそ
   の周囲に受光素子を配列し、中心に光透過孔を設けて構
   成した多分割受光素子と、 前記基板の前記透孔の他方開口部に設けられた光源と、 この光源からの光に非点収差を与えて前記多分割受光素
   子の光透過孔へ集光させる集光レンズと、 この集光レンズにより前記多分割受光素子の中心部を通
   過して出射される光の非点収差を補正して情報記録媒体
   へ集光させると共にこの情報記録媒体からの反射光を前
   記多分割受光素子の光透過孔へ集光させるレンズ系と、 前記多分割受光素子より前記導光体のテーパ部を介して
   伝達された光を検出する光検出器と、を具備したことを
   特徴とする光学式ピックアップ。