JP2645441B2 - ハイブリッド光素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は光ディスクや光カード等の光学式情報記録
媒体にレーザ光を照射することにより情報の記録／再生
を行う光学式ヘッドに適用するに好適な、光源と光検知
器を一体に構成したハイブリッド光素子に関するもので
ある。

［従来の技術］ 第４図はハイブリッド光素子を用いた周知の光ヘッド
の構成図で、同図（ａ）は断面図、同（ｂ）は光スポッ
トの集光状態の説明図、同（ｃ）はフォーカシング・エ
ラー及びトラッキング・エラーの検出方法の説明図、同
（ｄ）はビーム・スプリッタの回折格子の平面図であ
る。

各図において、（１）は半導体レーザ・チップで構成
されレーザ光源となるレーザ・ダイオード、（２）はレ
ーザ・ダイオード（１）から出射される出射光束、
（４）はレーザ・ダイオード（１）からの出射光束
（２）を第１の反射面（4a）で反射させて集光レンズ
（５）に入射させる平板状のビーム・スプリッタ、
（６）は集光レンズ（５）を透過した光束の集光点付近
に置かれた光学式情報記録媒体である光ディスク、
（７）は光ディスク（６）に記録された情報のピット列
から形成される情報トラックである。集光レンズ（５）
からの光束は光ディスク（６）状に集光スポット（３）
を形成する。

また、（10）は光ディスク（６）によって反射され集
光レンズ（５）を通じてビーム・スプリッタ（４）に導
かれ、ビーム・スプリッタ（４）の第１の反射面（4a）
を透過し、ビーム・スプリッタ（４）の第２の反射面
（4b）で反射され、しかる後に更に第１の反射面（4a）
を透過して戻ってくる反射光束（2A）を受光する光検知
器である。ちなみに、光検知器（10）は複数個の光検知
ブロックを有し、第４図（ｃ）に示すように光検知部
（10a）、（10b）、（10c）、（10d）、（10e）、（10
f）が配置される。そして、光検知部（10e）、（10f）
の出力信号によって集光スポット（３）を情報トラック
（７）上に正確に追従させるためのトラッキング・エラ
ー信号TEが作られる。また、光検知部（10a）、（10
b）、（10c）、（10d）の出力信号によって集光スポッ
ト（３）を情報トラック（７）の上に正確に結像させる
ためのフォーカシング・エラー信号FEが作られる。

ちなみに、ビーム・スプリッタ（４）の第１の反射面
（4a）には第４図（ｄ）に示すように回折格子が形成さ
れており、従って、光ディスク（６）上に集光照射され
る集光スポット（３）は４図（ｂ）に示すように、情報
トラック（７）に対して３個の集光スポット（3o）、
（3e）、（3f）が形成される。

更に、（８）はハイブリッド光素子本体（14）の基盤
を構成するステム（９）上に配され、レーザ・ダイオー
ド（１）及び光検知器（10）を載置する放熱ブロック、
（13）はハイブリッド光素子本体（14）に信号を入出力
するリードである。

次に動作について説明する。

レーザ・ダイオード（１）を出射した出射光束（２）
はビーム・スプリッタ（４）の第１の反射面（4a）にて
反射された後、集光レンズ（５）によって光ディスク
（６）の情報トラック（７）面上に集光され集光スポッ
ト（３）を形成する。光ディスク（６）上に集光した光
は光ディスク（６）によって反射され集光レンズ（５）
を通じてビーム・スプリッタ（４）に導かれ、ビーム・
スプリッタ（４）の第１の反射面（4a）を透過し、ビー
ム・スプリッタ（４）の第２の反射面（4b）で反射さ
れ、しかる後に更に第１の反射面（4a）を透過して反射
光束（2A）として光検知器（10）に受光される。

従って、ビーム・スプリッタ（４）から反射される反
射光束は、周知のように非点収差、つまり子午光線、球
欠光線に対して別々の焦線を形成する収差が与えられ
る。

ここで、ビーム・スプリッタ（４）の第１の反射面
（4a）と第２の反射面（4b）が平行で、厚みをｔ、屈折
率をｎ、第１の反射面（4a）への入射角をθ（rad）と
すると、非線隔差Δは（１）式で表される。

非点収差が与えられたビーム・スプリッタ（４）から
の反射光束（2A）はレーザ・ダイオード（１）の出射光
束（２）に対して逆方向にかつ平行に進行し、また図中
に一点鎖線で示される主光束は ΔＡ＝２×ｔ×tanθ′×cosθ ……（２） のずれをもって光検知器（10）に入射する。ここで、
θ′は ｎ×sinθ′＝sinθ ……（３） を満足するような値である。

以上のような構成を有する光学式のヘッドにおいて
は、集光スポット（３）は第４図（ｂ）に示すように、
情報トラック（７）に対して３個の集光スポット（3
o）、（3e）、（3f）となり、その中の集光スポット（3
o）が光検知器（10）の中心部に形成される。光検知器
（10）は光ディスク（６）上の集光スポット（3o）が合
焦点状態にある時に光ディスク（６）から反射された光
束が第４図（ｃ）に示されるように最小錯乱円（11）と
なるような光軸方向位置に配置される。そして、この光
検知器（10）は４つの領域に分割された光検知部（10
a）、（10b）、（10c）、（10d）を有しており、これら
の各検知部で入射光束量を検知する。そして、情報トラ
ック（７）上にピット形成された情報によって変調され
た反射光束を光検知器（10）の光検知部（10a）、（10
b）、（10c）、（10d）で検出することによって光ディ
スク（６）上に光学的に書き込まれた情報を読み出すこ
とができる。

周知のように、集光スポット（3o）は焦点ずれが生じ
た時に光検知器（10）で歪んだスポット（12）となるの
で対角線方向において対向する検知部の和を取り対向検
知部対同士の差分出力を演算することにより集光スポッ
ト（3o）の焦点ずれを検出することができる。

すなわち、光検知器（10）の光検知部（10a）、（10
b）、（10c）、（10d）の対向するものの出力の和をと
り、各和の差出力FEは、 FE＝｛（10a）＋10c）｝ −｛（10b）＋｛（10d）｝ ……（４） となり、この演算出力信号はフォーカシング・エラー信
号FEとして導出され、図示しないフォーカス・アクチュ
エータにより光ディスク（６）上の集光スポット（3o）
の焦点ずれが補正される。

この場合の焦点ずれ検出方法は非点収差法であり、第
４図（ｃ）に示されるように、光ディスク（６）上の集
光スポット（３）が合焦点状態の時は最小錯乱円（11）
となって、略々円形の状態となるが、光ヘッドと光ディ
スク（６）の距離の変化により焦点ずれが起ると光検知
器（10）上のスポットが縦長または横長の楕円型のスポ
ット（12）に変形する。従って、この変形した楕円型の
スポット（12）を電気的に検出することにより、焦点の
位置ずれを検出することができる。

一方、先にも述べたようにビーム・スプリッタ（４）
の第１の反射面（4a）には第４図（ｄ）に示すようなパ
ターンの回折格子が形成されており、このような回折格
子に入射するレーザ・ダイオード（１）からの出射光束
（２）は反射時にｚ方向に３つの光束に分かれる。情報
トラック（７）はｚ方向に並列に並んでおり、従って、
第４図（ｂ）に示すように、３つの光束は光ディスク
（６）上で３つの集光スポット（3o）、（3e）、（3f）
になる。この３つの集光スポット（3o）、（3e）、（3
f）は光ディスク（６）上で反射されると、それそれ第
２図（ｃ）に示すように、光検知器（10）の４つの光検
知部（10a）、（10b）、（10c）、（10d）の中心部及び
光検知部（10e）、（10f）で受光される。そして、集光
スポット（3o）が対応する情報トラック（７）がらどれ
だけずれているかを示すトラッキング・エラー信号TEは TE＝｛（10e）−（10f）｝ ……（５） により得られる。これは周知のツイン・スポット法であ
り、信号の読み取り及びフォーカッシング制御用の集光
スポット（3o）が情報トラック（７）の上に正確に照射
された時に、光検知器（10）の光検知部（10e）、（10
f）の反射光受光強度が等しくなることを利用してい
る。

係る光ヘツドに用いられるハイブリッド光素子は以上
のように構成されているので、レーザ・ダイオード
（１）と光検知器（10）が近接して配されるため光ヘッ
ドの小型化に有利である。

光学式ヘッドの構成例としては、集光レンズの横倍率
を1/5とし、光ディスク（６）の面振れをフォーカシン
グ制御するリニア制御範囲を10μｍとすると、必要な非
点隔差ΔＡは500μｍである。この時、（１）式よりθ
＝45゜、ｎ＝1.5とすると、ｔ＝1.1の平板形のビーム・
スプリッタ（４）を使用することになる。この時、レー
ザ・ダイオード（１）からの出射光束（２）と光検知器
（10）への入射光束（2A）の間隔はわずか0.83mmとしか
ならず、レーザ・ダイオード（１）と光検知器（10）を
別々のパッケージに収納することはほとんど不可能であ
り、従って、レーザ・ダイオード（１）と光検知器（1
0）を一個のパッケージに収納したハイブリッド光素子
本体（14）が用いられる。

第５図は係る観点から構成された従来のハイブリッド
光素子の構成図で、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）
は平面図である。

各図において、（30）はレーザ・ダイオード（１）や
光検知器（10）を格納するパッケージでレーザ・ダイオ
ード（１）からの出射光束（２）や光検知器（10）への
入射光束（2A）はパッケージの一部を構成する窓ガラス
（19）を介して入出射する。（８）は銀や銅等の熱伝導
性の高い材料で構成され、サブマウント（18）を介して
レーザ・ダイオード（１）を側面に保持すると共に絶縁
材（17）を介して光検知器（10）を接着保持し、レーザ
・ダイオード（１）から発生する熱を放散する。この放
熱ブロック（８）はステム（９）上に取り付けられるか
または一体に形成されている。（16）はステム（９）に
対して垂直に出射されるレーザ・ダイオード（１）から
の出射光束（２）の出射パワーを検知するモニタ用検知
器である。

一方、光検知器（10）として用いられる素子はピン・
フォト・ダイオード・チップで、絶縁材（17）を介して
放熱ブロック（８）上にマウントされるが、これは反射
光束（2A）を略々垂直に受光するためであり、レーザ・
ダイオード（１）をマウントする面に対して垂直な関係
となる。光検知器（10）はセラミック板等の絶縁材（1
7）を介して放熱ブロック（８）に接着されるが、これ
は放熱ブロック（８）と電気的に遮断するためであり、
これによってレーザ・ダイオード（１）とは独立に光検
知器（10）に逆バイアス電圧を印加して光電流を取り出
すことができる。

ステム（９）は複数本のリード（13）が密封挿入され
ており、光検知器（10）の電極（20）、レーザ・ダイオ
ード（１）及びモニタ用検知器（16）に各々ワイヤー
（15）がボンディングされる。ちなみに、リード（13）
の先頭部のボンディング・パット部は光検知器（10）の
面と同一方向を向いているのでワイヤー・ボンディング
作業が容易である。

以上のように、レーザ・ダイオード（１）と光検知器
（10）を同一のパッケージに収納し１つのハイブリッド
素子としたため、部品点数が減少し、光路の構成を簡素
化できるとともに小型化が実現される。

ところが、上述のような構成を有するハイブリッド光
素子はレーザ・ダイオード（１）と光検知器（10）は非
常に近接した位置に配置されるので、光検知器（10）に
対しては光ディスク（６）からの入射光束（2A）だけで
なく、レーザ・ダイオード（１）からの直接光が一部の
光検知部で受光され、例えばトラッキング制御信号や、
フォーカシング制御信号に誤差を与えるという問題点が
ある。

第６図は従来のハイブリッド光素子の部分断面図であ
るが、レーザ・ダイオード（１）からの出射光束（２）
はｚ方向に出射するが、これはあくまでも主光線であ
り、レーザ・ダイオード（１）からは他にも広い発散光
束が出射しているのが一般的であり、このようなレーザ
・ダイオード（１）からの不要光（23）は光検知器（1
0）の光検知器端（24）で散乱されたりまたは光検知器
端（24）を透過して、光検知器（10）の光検知部、例え
ば光検知器部（10e）に受光されてしまう。このような
レーザ・ダイオード（１）からの直接の不要光（23）は
光検知器端（24）に近いほど受光され易い。

このような不要光（23）はトラッキング・エラー信号
TEやフォーカシング・エラー信号に重大な影響を及ぼ
す。

先にも述べたように、トラッキング・エラー信号TEは
光検知部（10e）、（10f）の各受光信号の差によって得
られるが、光ディスク（６）上で集光スポット（3o）が
正しく情報トラック（７）上に照射される時に零となる
べき性質のものである。ところが、光検知器（10）の光
検知部（10e）は光検知部（10f）よりも光検知器端（2
4）に近いところに配されるためレーザ・ダイオード
（１）からの不要光（23）を散乱の影響を受け易く、従
って光検知部（10e）と光検知部（10f）の出力差に基づ
くトラッキング・エラー信号TEは、集光スポット（3o）
が情報トラック（７）上に正確に照射されていても零と
はならず、ずれた位置にあるときに零となってしまう。
つまり、トラッキング制御を誤ってしまう。特に、集光
スポット（3e）、（3f）を受光する光検知部（10e）と
光検知部（10f）は面積が大きく、光検知部（10e）は光
検知器端（24）に特に近いため、レーザ・ダイオード
（１）からの直接光に基づく不要光（23）の影響を一段
と受け易い。

一方、フォーカシング制御信号FEは光検出器（10）の
光検知部（10a）、（10b）、（10c）、（10d）の各出力
を演算して得ているが、光検知部（10c）がレーザ・ダ
イオード（１）からの不要光（23）の影響を最も受け易
い光検知器端（24）に近い位置にあるので、光検知部
（10a）と光検知部（10c）の出力和ならびに光検知部
（10b）と光検知部（10d）の出力和の差信号に基づくフ
ォーカシング・エラー信号FEは、集光スポット（3o）が
情報トラック（７）上に正確に合焦しており、光検知器
（10）上で最小錯乱円（11）となっていても零とはなら
ず、非合焦点位置にあるときに零となってしまう。つま
り、フォーカシング制御を誤ってしまう。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のハイブリッド光素子は以上のように構成されて
いるので、レーザ・ダイオード（１）等の光源からの直
接光の錯乱光がトラッキング制御やフォーカシング制御
のための光検知器に入射してしまうため、制御のための
差動演算の結果に誤りを生じさせ、正しい情報の記録や
再生を行うことができず、このハイブリッド光素子を用
いた光情報記録再生装置の性能を劣化させてしまうとい
う問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、レーザ・ダイオード等の光源と光検知器を
同一のパッケージ内に収納してハイブリッド化しなが
ら、光源からの直接光が光検知器に入射するのを防止し
て、正確なトラッキング制御信号やフォーカシング制御
信号を得ることを可能としたハイブリッド光素子を得る
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係るハイブリッド光素子は、光検知器の受
光面はレーザダイオードより出射方向前方でレーザダイ
オードからの出射光軸と略垂直な面内に配され、レーザ
ダイオードと光検知器の間の光検知器端に、レーザダイ
オードからの光の光検知器端での散乱を防止する黒色樹
脂からなる遮光手段を備えることを特徴とする。

［作用］ この発明におけるハイブリッド光素子は、光検知器端
部での散乱光が受光面に入射して影響を及ぼすのを、光
検知器端に設けられた黒色樹脂からなる遮光手段で防止
する。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係るハイブリッド光素
子の縦断面図である。同図において、（25）は黒色樹脂
であり、レーザ・ダイオード（１）と光検知器（10）の
間の光検知器端（24）部分に塗布され硬化されている。
この黒色樹脂（25）によりレーザ・ダイオード（１）か
らの出射光束（２）のうち不要光（23）は吸収または反
射され、併て不要光（23）が光検知器端（24）で散乱し
て光検知器（10）に入射するのを防止している。

係る構成によれば、レーザ・ダイオード（１）からの
出射光束（２）以外の不要光（23）が黒色樹脂（25）で
反射または吸収され併て光検知器（10）の光検知器端
（24）で散乱するのを防止することができるため、不要
光（23）が光検知器（10）の光検知部（10a）、（10
b）、（10c）、（10d）、（10e）、（10f）に回り込ん
で入射するのを防ぐことができる。

つまり、本実施例の構成によれば光検知器（10）の光
検知器端（24）に黒色樹脂（25）を配したため、レーザ
・ダイオード（１）からの不要光（23）は黒色樹脂（2
5）で吸収または反射されるため、光検知記端（24）で
散乱されたり透過するなどして光検知器（10）の光検知
部（10a）、（10b）、（10c）、（10d）、（10e）、（1
0f）に入射することがない。このため、このハイブリッ
ド光素子を用いた光学式の情報再生装置のトラッキング
制御系やフォーカシング制御系が誤動作するのを防止す
ることができる。

なお、黒色樹脂（25）はレーザ・ダイオード（１）の
出射光束（２）のうち本来必要なNA（開口数）の光束を
遮らないように塗布する必要がある。また、光検知器端
（24）をうまく覆うように塗布することによって散乱光
を大幅に低減することができる。

第２図はこの発明の他の実施例に係るハイブリッド光
素子の部分断面図である。同図の構成の第１図の構成と
異なる点は、黒色樹脂（25）の代りにサブマウント（1
8）をレーザ・ダイオード（１）の出射光束（２）の出
る方向、つまりｚ方向に延在させることによって遮光機
能を持たせたものである。

本実施例の構成によれば、光検知器（10）の光検知器
端（24）にレーザ・ダイオード（１）からの不要光（2
3）が至らないようにサブマウント（18）をｚ方向に延
ばしたため、レーザ・ダイオード（１）からの不要光
（23）はサブマウント（18）は吸収または反射され、従
って光検知器端（24）で散乱されたり透過するなどして
光検知器（10）の光検知部（10a）、（10b）、（10
c）、（10d）、（10e）、（10f）に入射することがな
い。このため、先の実施例と同じくこのハイブリッド光
素子を用いた光学式の情報記録再生装置のトラッキング
制御系やフォーカシング制御系が誤動作するのを防止す
ることができる。

なお、サブマウント（18）はレーザ・ダイオード
（１）の出射光束（２）のうち本来必要なNA（開口数）
の光束を遮らないように延在する必要があることは言う
までもないが、光検知器（10）の光検知器面と同程度ま
たはそれ以上に延在させればより効果的である。

第３図はこの発明のハイブリッド光素子を適用するに
好適な光ヘッドの一例を示す側面図である。同図におい
て、ビーム・スプリッタ（４）はホログラフィック・ビ
ーム・スプリッタであり、レーザ・ダイオード（１）か
らの出射光束（２）に対して光ディスク（６）で反射さ
れ集光レンズ（５）を介して戻ってくる入射光束（2A）
が微小角θを成すように分離する機能を有する。従っ
て、第３図のような構成の光ヘッドを用いれば、より簡
単な構成の光記録再生装置を構成することができる。

更に、ホログラフィック・レーザ・ビーム・スプリッ
タを第５図の窓ガラス（19）に適用すれば、光ヘッドを
より簡単に構成することができる。また、ハイブリッド
光素子を用いればレーザ・ダイオード（１）と光検知器
（10）の距離が非常に小さいので、ホログラフィック・
レーザ・ビーム・スプリッタの回折角θを非常に小さく
できるので、格子周期は大きなものでよくホログラフィ
ック・レーザ・ビーム・スプリッタを簡単に作製するこ
とができる。

なお、上記各実施例ではハイブリッド光素子を光学式
情報記録再生装置に適用する場合を例示したが、この発
明に係るハイブリッド光素子の応用はこれに限定される
ものではなく、例えば位置検出器、表面粗さ検出器等に
も適用可能でてあり、資料の表面形状を対物レンズの焦
点からのずれ量、つまりフォーカシング・エラー信号に
基づいて検出するようなシステムにおいて、レーザ・ダ
イオードの出射光束以外の不要光が光検知器に入射する
のを防止して正確な計測を行うことを可能にすることが
できるものである。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によればレーザ・ダイオード
等の光源と光検知器を同一パッケージ内に近接して配置
したハイブリッド光素子において、光源と光検知器との
間に光遮断手段を配置したので、光源からの出射光束以
外の不要光が光検知器端で散乱する等して光検知器に入
射するのを防止することができ、この素子を用いたトラ
ッキング制御系やフォーカシング制御系の性能を向上で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るハイブリッド光素子
の部分断面図、第２図はこの発明の他の実施例に係るハ
イブリッド光素子の部分断面図、第３図はこの発明のハ
イブリッド光素子を適用するに好適な光ヘッドの一例を
示す側面図、第４図（ａ）はハイブリッド光素子を用い
た周知の光ヘッドの断面図、第４図（ｂ）は情報トラッ
クに対する光スポットの集光状態の説明図、第４図
（ｃ）はフォーカシング・エラー及びトラッキング・エ
ラーの検出方法の説明図、第４図（ｄ）はビーム・スプ
リッタの回折格子の説明図、第５図（ａ）は従来のハイ
ブリッド光素子の縦断面図、第５図（ｂ）は従来のハイ
ブリッド光素子の平面図、第６図は従来のハイブリッド
光素子の部分断面図である。 図において、（１）はレーザ・ダイオード、（８）は放
熱ブロック、（９）はステム、（10）は光検知器、（1
8）はサブマウント、（24）は光検知器端、（25）は黒
色樹脂、（30）はパッケージである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

フロントページの続き (72)発明者 久保田 雅之 京都府長岡京市馬場図所１番地 三菱電 機株式会社電子商品開発研究所内 (72)発明者 佐藤 拓磨 群馬県新田郡尾島町大字岩松800番地 三菱電機株式会社群馬製作所内 (56)参考文献 特開 昭62−97147（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−51047（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザダイオードと光検知器を同一のパッ
   ケージ内に収納したハイブリッド光素子において、 前記光検知器の受光面は前記レーザダイオードより出射
   方向前方で前記レーザダイオードからの出射光軸と略垂
   直な面内に配され、 前記レーザダイオードと前記光検知器の間の光検知器端
   に、前記レーザダイオードからの光の光検知器端での散
   乱を防止する黒色樹脂からなる遮光手段 を備えることを特徴とするハイブリッド光素子。