JPH0676340A

JPH0676340A - 光ピックアップ装置

Info

Publication number: JPH0676340A
Application number: JP4227635A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Yoshida; 圭男吉田; Yukio Kurata; 幸夫倉田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1994-03-18
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: JP3021203B2

Abstract

(57)【要約】【目的】小型および軽量で製造が容易な光ピックアップ
装置を提供する。【構成】シリコン基板36に設けられた凹部内に半導体レ
ーザ素子40がマウントされており、シリコン基板36の上
面には、受光素子50が一体的に設けられている。半導体
レーザ40から発せられたレーザ光は、45度反射ミラー面
42にて反射されて、ホログラム素子33を通して、光記録
媒体に照射されて、その反射光がホログラム素子33を通
して、受光素子50上に照射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光記録媒体や光磁気デ
ィスクのような光記憶媒体に光を照射して、記録された
情報を読み取るための光ピックアップ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、再生専用のＣＤ−ＲＯＭ、追記型
光ディスク、書き換え型光ディスクのような光記憶媒体
の利用が拡大する傾向にあり、光記憶媒体を利用する光
情報記録再生装置には、上記光記憶媒体から情報を読み
取るために各種の光ピックアップ装置が使用されてい
る。また、ホログラムによって形成された回折格子を有
する回折素子を利用して、光ピックアップにおける光学
系の部品点数を削減することにより、光ピックアップ装
置を小型化、軽量化、低価格化する技術も開発されてい
る。

【０００３】回折素子を有する光ピックアップ装置の一
例を図４に示す。光記録媒体としての光記録媒体90にお
ける記録面の下方には、半導体レーザ素子100が配置さ
れており、該半導体レーザ素子100から発光された光
が、回折素子120、回折素子130、コリメータレンズ140
および対物レンズ150を通って光記録媒体90に照射され
る。半導体レーザ素子100の側方には、受光する光の強
度に対応した電気信号を出力する受光素子160が配置さ
れている。光記録媒体90は、にトラックに沿ったピット
に情報が記録されている。

【０００４】対物レンズ150には、レンズアクチュエー
タ（図示せず）が接続されており、該レンズアクチュエ
ータにより、対物レンズ150がフォーカス方向およびト
ラック方向に移動されて、光記録媒体90の情報ピットに
光を集光させるようになっている。

【０００５】回折素子120には、半導体レーザ素子100か
ら出射された光を回折するための回折格子を有し、入射
光をメインビームと２つのサブビームとに３分割するよ
うになっている。また、回折素子130は、光記録媒体90
のトラック方向に沿うＸ−Ｘ’方向に２つの回折格子13
1および132を有しており、回折格子131および132間には
光記録媒体90のトラック方向に直行するＹ−Ｙ’方向に
延びる境界線133が形成されている。さらに、受光素子1
60は、５つの領域に分割された領域161〜165を有してお
り、領域161と162とは境界線166によって分けられてい
る。

【０００６】このような光ピックアップ装置では、半導
体レーザ素子100から回折素子120へ入射したレーザ光
は、回折素子120により回折され、０次回折光と、サブ
ビームとしての±１次回折光とに３分割される。回折素
子120で３分割されたメインビームおよびサブビーム
は、さらに回折素子130の回折格子131および回折格子13
2で回折され、それぞれのメインビームとしての０次回
折光がコリメータレンズ140、対物レンズ150を通過して
光記録媒体90に集光される。光記録媒体90に集光された
光からの反射光は、再び対物レンズ150、コリメータレ
ンズ140を通過して、回折素子130に入射し、回折素子13
0で回折されて、それぞれの１次回折光が上記受光素子1
60へ導かれる。このとき、回折格子131により回折され
たメインビームの１次回折光は、境界線166上に集光さ
れて光スポットＲ₁を形成し、回折格子132により回折さ
れたメインビームは領域163上に集光されて光スポット
Ｒ₂を形成する。また、各回折格子131および132で回折
されたサブビームは、領域164および165上の各２箇所ず
つ合計４箇所に集光され、光スポットＲ₃〜Ｒ₆を形成す
る。

【０００７】光記録媒体90上の集光点のフォーカス誤差
については、半導体レーザ素子100からの光が光記録媒
体90の情報ピット上に正しく焦点が形成されている場合
には、図５（ｂ）に示すように、受光素子160の各領域
上には、真円状の小さな集光点として光スポットＲ₁〜
Ｒ₆が形成される。光記録媒体90と対物レンズ150との間
の距離が接近した場合には、図５（ａ）に示すように、
受光素子160の各領域上に半円形状に広がった光スポッ
トＲ₁〜Ｒ₆が形成される。また、光記録媒体90と対物レ
ンズ150との間の距離が遠ざかった場合には、図５
（ｃ）に示すように、逆向き半円形状に広がった光スポ
ットＲ₁〜Ｒ₆が形成される。

【０００８】光記録媒体90上における集光点のトラッキ
ング誤差については、２つのサブビームがメインビーム
に対して点対称でありＹ−Ｙ’方向へ僅かに変位し、か
つＸ−Ｘ’方向へやや大きく変位した位置に集光されて
いる。光記録媒体90の情報ピットが配列されたトラック
に対してメインビームが適正に集光している場合には、
図６（ｂ）に示すように、メインビームの集光点180に
対して、２つのサブビームの集光点181および182が点対
称に集光するために、各集光点181および182による光記
録媒体90からの反射光の反射強度が等しくなる。一方、
メインビームの集光点が光記録媒体90の情報ピットに対
してトラッキング方向に変移している場合には、図６
（ａ）または（ｃ）に示すように、２つのサブビームに
よる集光点181および182がトラック183に対して非対称
に集光することになり、コンパクトディスク90からの反
射光の反射強度に差が発生することになる。

【０００９】上記各光スポットＲ₁〜Ｒ₆が集光される受
光素子160の各領域161〜165は、それぞれの受光量に応
じた大きさの信号Ｓ₁〜Ｓ₅が出力される。そして、これ
らの各信号Ｓ₁〜Ｓ₅に基づいて、信号Ｓ₁およびＳ₂の差
Ｓ₁−Ｓ₂にてフォーカス誤差信号ＦＥＳが演算され、信
号Ｓ₄およびＳ₅の差Ｓ₄−Ｓ₅に基づいてトラッキング誤
差信号ＴＥＳが演算される。また、信号Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃
の総和Ｓ₁＋Ｓ₂＋Ｓ₃に基づいて情報信号ＲＦが演算さ
れる。

【００１０】そして、情報の記録再生を正確に行うため
には、これらのフォーカス誤差信号ＦＥＳおよびトラッ
キング誤差信号ＴＥＳに基づいて、対物レンズ150を上
記レンズアクチュエータによりフォーカス方向およびト
ラック方向の両方向に位置調整して、光記録媒体90の情
報ピットに半導体レーザ素子100からの出射光を正確に
集光させるようになっている。

【００１１】図４に示すような構成の光ピックアップ装
置は、図７に示すように、半導体レーザ素子100と受光
素子160が、キャンパッケージ185内の所定位置にマウン
トされた状態で気密封止されている。このキャンパッケ
ージ185の上面には、透明なガラス板186が接着されてお
り、このガラス板186の下面には第１の回折素子120がェ
ッチングにより形成されており、該ガラス板186の上面
に第２の回折素子130がエッチングにより形成されてい
る。キャンパッケージ185の上面には、図８に示すよう
に、ステム187が設けられており、該ステム187の側面に
半導体レーザ素子100がマウントされるとともに、ステ
ム187の上面に受光素子160がマウントされている。ま
た、キャンパッケージ185の底面には、半導体レーザ素
子100からのレーザ光出力を検知する光パワーモニタ用
の光検出器188がステム187に隣接して設けられており、
この光検出器188からの出力に基づいて、半導体レーザ
素子100の出力が一定にされる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このような光ピックア
ップ装置では、半導体レーザ素子100と受光素子160と
が、それぞれ別個に製造された後に、半導体レーザ素子
100と受光素子160とがステム187の異なる面に固定され
る。このため、半導体レーザ素子100と受光素子160との
位置合わせが容易ではなく、両者の相対的な位置ずれが
発生し易い。特に、高さ方向の誤差を、数十μｍ以下に
抑制することは容易ではない。このような両者の高さ方
向の誤差に起因する制御信号のオフセット成分は、回折
素子130の位置調整により補償することができるが、オ
フセット成分が多すぎると、調整後の制御信号の波形が
歪む等の不具合が発生する。また、半導体レーザ素子10
0と受光素子160とがステム187の異なる面に設けられて
いるために、キャンパッケージ185を薄型化することが
できず、光ピックアップの装置の小型化が阻害される。

【００１３】本発明はこのような問題点を解決するもの
であり、その目的は、各素子間の位置合わせが容易であ
って、しかも、小型で軽量な光ピックアップ装置を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の光ピックアップ
装置は、凹部が形成された半導体基板と、該半導体基板
の凹部内にマウントされた半導体レーザ素子と、該半導
体レーザ素子から発せられたレーザ光を光記録媒体の記
録面に合焦点状態で照射する光学系と、光記録媒体の記
録面にて反射されたレーザ光を前記光学系を介して照射
されるように、前記半導体基板上に一体的に設けられて
おり、照射される光の強度に対応した電気信号を出力す
る受光素子と、を具備するものであり、そのことによ
り、上記目的が達成される。

【００１５】

【作用】本発明の光ピックアップ装置では、半導体基板
の凹部内にマウントされた半導体レーザから照射される
レーザ光が、光学系を通して光記録媒体の記録面に照射
され、該記録面にて反射されたレーザ光が光学系を通し
て、半導体基板に一体的に設けられた受光素子に照射さ
れる。そして、受光素子にて受光された光の強度に基づ
いて光記録媒体に記録された情報が読み出される。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。本
発明の光ピックアップ装置は、図２に示すように、例え
ば光記録媒体である光記録媒体22の下方に配置された対
物レンズ21と、該対物レンズ21の下方に配置された反射
ミラー20を介して該対物レンズに光を照射する発光受光
ユニット10を、有している。該発光受光ユニット10より
出射された光は、反射ミラー20によって反射されて、対
物レンズ21により光記録媒体22下面の記録面に、合焦点
状態となるように照射される。光記録媒体22の記録面に
照射された光は、該記録面にて反射されて、発光受光ユ
ニット10からの出射光と同様の経路を通って該発光受光
ユニット10に照射される。

【００１７】発光受光ユニット10は、図１に示すよう
に、長板状のセラミック基板30と、該セラミック基板30
上に設けられた半導体集積チップ31と、該半導体集積チ
ップ31の上面を露出させる開口部32aが設けられて該半
導体集積チップ31の周縁部を覆う金属製のカバー32と、
該カバー32上に載置された透明ガラス基板製のホログラ
ム素子33と、を有している。

【００１８】半導体集積チップ31は、セラミック基板30
上に載置されるシリコン（Ｓｉ）基板36に、半導体レー
ザ40、受光素子50、制御回路52等が搭載されている。シ
リコン基板36は、セラミック基板30と同様に長板状をし
ており、その長手方向に沿った長軸の中央部寄りの位置
には、図３に示すように、その長軸に沿って延びる凹部
34が形成されている。この凹部34内には、光源としての
半導体レーザ素子40が該凹部34に沿って配置されてい
る。該半導体レーザ40は、長手方向の各端面からそレー
ザ光を出射するようになっている。半導体レーザー素子
40の一方のレーザ光出射面はシリコン基板36の中央部近
傍に位置しており、該出射面に対向する凹部34の内面
は、半導体レーザ素子40から出射されるレーザ光を、ホ
ログラム素子33に向けて反射させる45度反射ミラー面42
になっている。また、該凹部34内には、該半導体レーザ
40の他方のレーザ光出射面に対向して、光検出器41が配
置されている。該光検出器41は、半導体レーザ素子40か
ら出射されるレーザ光の出力を一定にするために、レー
ザ光の強度を検出する。

【００１９】45度反射ミラー面42に連続する半導体集積
チップ31の上面には、光記録媒体22にて反射されたレー
ザ光の強度を検出する受光素子50と、検出されたレーザ
光の光強度に応じた電気信号に変換する信号制御回路52
とが、それぞれシリコン基板36と一体的に設けられてい
る。

【００２０】半導体集積チップ31の凹部34は、周知のＩ
Ｃ製造技術を応用して、シリコン基板36を例えばウェッ
トエッチングすることにより形成される。また、ウェッ
トエッチングに使用するエッチング液を選択することに
より所望の結晶方位に垂直なエッチング面を形成できる
ために、45度反射ミラー面42は、極めて正確な角度で形
成される。半導体レーザ素子40は、シリコン基板36とは
別に、ＧａＡｌＡｓ基板を使用して製造した後に、該シ
リコン基板36の凹部34内にマウントするか、またはヘテ
ロ結晶成長によってＧａＡｌＡｓ層をシリコン基板36の
凹部34内に成長させることによって製造される。半導体
レーザ素子40と受光素子50との位置合わせは、半導体レ
ーザ素子40にマーカーを形成し、そのマーカーを画像認
識の手法によって認識しながら、受光素子50を製造する
ことによるり、±数μmの精度で両者が位置合わせされ
る。

【００２１】該半導体集積チップ31は、セラミック基板
30上にマウントされて、さらに金属製のカバー32によっ
て周縁部が覆われた状態に保護されている。

【００２２】半導体集積チップ31上に設けられるホログ
ラム素子33は、透明なガラス基板によって構成されてお
り、半導体集積チップ31の上面とはカバー32の開口部32
aを通して対向している。そして、ホログラム素子33に
おける半導体集積チップ31との対向面である下面には、
45度反射ミラー面42にて反射されたレーザ光が照射され
る長方形状の第１回折格子43が設けられている。該第１
回折格子43は、半導体レーザ素子40から出射されて45度
反射ミラー面42にて反射されたレーザ光を、情報の読み
出しに使用されるメインビームとしての０次回折光と、
トラッキングずれを検出するためのサブビームとしての
±１次回折光とに分割するようになっている。ホログラ
ム素子33の上面には、０次回折光と±１次回折光とに分
割されたレーザ光が照射されるほぼ円形状の第２回折格
子44が設けられている。この第２回折格子44は、ほぼ等
しい面積の格子領域45および46に２分割されており、該
第２回折格子44に照射されるレーザ光は、各格子領域45
および46を通過して光記録媒体22へ照射されとともに、
光記録媒体22にて反射されたレーザ光が、それぞれの格
子領域45および46にて回折されて、各回折光が半導体集
積チップ31上に設けられた受光素子50へと照射される。

【００２３】ホログラム素子33の第１回折格子43および
第２回折格子44は、ホログラム素子33を構成するガラス
基板の上面および下面をドライエッチングすることによ
り形成されている。このようなホログラム素子33は、制
御信号のオフセット量を補償するために、半導体集積チ
ップ31と位置合わせされて、該半導体集積チップ31を保
護するカバー32上に接着されている。

【００２４】このような構成のピックアップ装置では、
半導体レーザ素子40から出射されたレーザ光は、45度反
射ミラー面42により反射され、半導体集積チップ31に対
して垂直な方向へ照射される。45度反射ミラー面42にて
反射された光は、ホログラム素子33の第１回折格子43に
より、メインビームとしての０次回折光と、トラッキン
グずれを検出するためのサブビームとしての±１次回折
光とに分割される。各回折光はホログラム素子33内を通
過し、ホログラム上面に設けられた第２回折格子44を通
過して、反射ミラー20によって対物レンズ21に向けて反
射される。対物レンズ21に照射された各回折光は、対物
レンズ21によって光記録媒体22の記録面上に集光され
る。そして、その光が該記録面によって反射される。

【００２５】光記録媒体22からの反射光は、対物レンズ
21を通り反射ミラー20にて反射されて、発光受光ユニッ
ト10の第２回折格子44へ照射される。光記録媒体22にて
反射されて、この第２回折格子44に照射される０次回折
光および±１次回折光は、該第２回折格子44の各回折領
域44および45によってそれぞれ回折されて、各回折光が
受光素子50上に照射される。

【００２６】受光素子50は５つの領域に分割されてお
り、従来の光ピックアップ装置と同様にね各領域の光強
度に基づいて、焦点誤差信号およびトラッキング誤差信
号が得られる。

【００２７】本発明の光ピックアップ装置は、このよう
に、半導体レーザ素子40が、受光素子50が設けられた半
導体集積チップ31の凹部34に直接マウントされている。
半導体レーザ素子40は、画像認識の手法により半導体集
積チップ31に位置決めされてマウントされるために、半
導体レーザ素子40と受光素子50との位置決め誤差が、従
来の約1／10である±数μmに低減される。このため、半
導体レーザ素子40の位置決め誤差に起因する制御信号の
オフセット量も十分に小さくなり、調整後の制御信号の
歪みが低減される。半導体集積チップ31の厚さは0.5mm
程度、ガラス基板36の厚さは1.0mm程度であるために、
セラミック基板30およびカバー32を含めても発光受光ユ
ニット10全体の厚さは３mm以下になり、発光受光ユニッ
ト10は小型化および軽量化される。

【００２８】

【発明の効果】本発明の光ピックアップ装置は、このよ
うに、半導体基板の凹部に設けられた半導体レーザ素子
から照射されるレーザ光が、光学系を通して光記録媒体
に照射され、該光記録媒体にて反射されたレーザ光は、
光学系を通して、半導体基板上に一体的に設けられた受
光素子に受光されるようになっているために、装置全体
が小型化および軽量化される。しかも、半導体レーザ素
子と受光素子との位置合わせも容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ピックアップ装置における発光受光
ユニットの斜視図。

【図２】光ピックアップ装置の全体構成を示す斜視図。

【図３】発光受光ユニットの縦断面図。

【図４】従来の光ピックアップ装置の構成を示す模式
図。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、受光素子上での
集光スポットの状態を示す平面図。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、光記録媒体のト
ラックに対する光スポットの状態を示す平面図。

【図７】従来の光ピックアップ装置の構造を示す斜視
図。

【図８】従来の光ピックアップ装置におけるキャンパッ
ケージを示す斜視図。

【符号の説明】

10 発光受光ユニット 20 反射ミラー 21 対物レンズ 30 セラミック基板 31 半導体集積チップ 32 カバー 33 ホログラム素子 36 ガラス基板 40 半導体レーザ素子 42 45度反射ミラー面 43,44 回折格子 50 受光素子 22 光記録媒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凹部が形成された半導体基板と、該半導体基板の凹部内にマウントされた半導体レーザ素
子と、該半導体レーザ素子から発せられたレーザ光を光記録媒
体の記録面に合焦点状態で照射する光学系と、光記録媒体の記録面にて反射されたレーザ光を前記光学
系を介して照射されるように、前記半導体基板上に一体
的に設けられており、照射される光の強度に対応した電
気信号を出力する受光素子と、を具備する光ピックアップ装置。
【請求項２】前記半導体レーザ素子は、前記半導体基
板の凹部内面に向かってレーザ光を照射するように前記
凹部内に配置されており、レーザ光が照射される凹部内
面がレーザ光を９０度にわたって反射する反射面になっ
ている請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】前記半導体基板には、前記受光素子の出
力信号の信号処理回路が一体的に設けられている請求項
１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】前記半導体基板には、前記半導体レーザ
素子の光出力を検出する光検出器が設けられている請求
項１に記載の光ピックアップ装置。