JP4206081B2 - 集積光学システム及びその製造方法、並びにこの集積光学システムを使用した情報記録再生装置 - Google Patents

集積光学システム及びその製造方法、並びにこの集積光学システムを使用した情報記録再生装置 Download PDF

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Description

本発明は、集積光学システム及びその製造方法、並びにこの集積光学システム使用した情報を記録及び/又は再生する情報記録再生装置に関する。
レーザー光を、対物レンズにより集束した光スポットを利用して、情報記録媒体に任意の情報を記録し、あるいは、情報記録媒体に記録されている情報を再生する情報記録再生装置がある。この情報記録再生装置により情報を記録再生される情報記録媒体の情報記録容量は、情報記録媒体に集光される光スポットのサイズにより決まる。集光スポットのサイズSは、使用するレーザー光の波長λと対物レンズの開口数NA(Numerical Aperture)とから式(1)により決定される。
Figure 0004206081
したがって、情報記録媒体の高密度化のためには、情報記録媒体に結ばれる光スポットのサイズを小さくする必要がある。そのため、青色レーザーのような短波長光源と開口数0.6以上の対物レンズとを使用する情報記録再生装置が研究されている。
780nm波長の光と、開口数0.45または0.5である対物レンズとを利用して、情報の記録や再生を行うCDが開発されて以来、記録密度を上げて情報記録容量を増やすための多くの研究が行われてきた。この研究により、650nm波長の光と、開口数0.6または0.65である対物レンズとを利用して、情報の記録や再生を行うDVDが開発された。
現在、青色波長、例えば、405nm波長の光を利用して、20GB以上の記録容量を有する高密度情報記録媒体についての研究が進められている。
青色波長、例えば、405nmの波長の光を利用する高密度情報記録媒体は、現在、規格化が活発に進められており、一部の規格化はほぼ完了段階となり、その高密度情報記録媒体のための対物レンズの開口数は、後述するように、0.65または0.85である。
CDは、厚さが1.2mmであるが、DVDの場合に厚さを0.6mmに薄くした理由は、開口数が、CDの場合は0.45であるのに対し、DVDの場合は約0.6であるため、情報記録媒体のチルトによる公差を確保するためである。
また、DVDより高容量を有する高密度情報記録媒体の場合、その高密度情報記録媒体のための対物レンズの開口数を、例えば、0.85に上げれば、その高密度情報記録媒体の厚さを約0.1mmにしなければならない。
そのように、対物レンズの開口数を増加させ、その情報記録媒体を薄くしたものがブルーレイディスク(Blu−ray Disc:以下、「BD」という。)である。BD規格では、光源の波長は405nm、対物レンズの開口数は0.85、その情報記録媒体(BD)の厚さは約0.1mmである。
現在、開発中である高密度情報記録媒体としては、BD以外にHD(high−definition)DVDがある。このHDDVDは、DVDと同じ厚さを有し、DVDと同じ対物レンズの開口数を使用し、光源の波長のみがBD規格の青色波長、例えば、405nmの波長である。
情報記録再生装置の分野では、そのような情報記録媒体の高密度、高容量化の要求に加えて、光ピックアップの薄型化及び小型化が要求されている。
すなわち、最近、PDA、携帯電話、デジタルカメラ、携帯用のディスクプレーヤー、カムコーダのような携帯用端末機器に、情報記録再生機能を付加する要求が高まるにつれて、光ピックアップの薄型化及び小型化の必要性が高まってきた。また、音楽及び動画などの大容量情報を記録再生するために、高密度で情報を記録再生できることが必要となってきた。
しかし、現在、市場で販売されているCD、DVD用のディスクドライブまたはディスクプレーヤー等に適用されるような既存の光ピックアップでは、その光ピックアップを構成する光学部品のサイズを縮小させることによって、小型化及び薄型化を図ってきた。しかし、既存の光ピックアップにおいて、さらに光ピックアップを構成する光学部品のサイズを縮小させることによる小型化及び薄型化を図ることは、技術的に既に限界である。
また、既存の光ピックアップは、個別にそれぞれ製造された複数の光学部品を組み立て、かつ調整する過程を通じて製造されるが、組立及び調整過程で、部品間の組立公差によって信頼性が低下し、かつ自動化率が低いという問題もある。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであって、さらなる小型化及び薄型化を図ることができ、MEMS(Micro−Electro−Mechanical System)工程技術を利用して、集積可能な集積光学システム及びその製造方法、並びにこの集積光学システムを使用する情報記録再生装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するための本発明に係る集積光学システムは、光を発生させる光源と、前記光源が光を出射する方向とは逆の位置で光を受光するメイン光検出器と、前記光源の前方に出射された光の一部を直ちに受光するように、前記光学ベンチに配置されたモニタ光検出器とが配置された光学ベンチと、前記光学ベンチに結合されるレンズ部と、前記光源から出射されて前記レンズ部側へ進行する光と前記レンズ部側から入射されて進行する光の光路を分離する光路分離部材と、前記光源から出射されて入射される光の進行方向を切り替えて、前記レンズ部側に向わせる第1ミラーと、前記レンズ部側から入射され、前記第1ミラーで反射された光の進行方向を切り替えて、前記メイン光検出器に向わせる第2ミラーとを備え、前記光学ベンチと結合される光路形成部とを備え、前記メイン光検出器と前記モニタ光検出器は、前記光学ベンチの底面に配置され、前記光源は、前記第1ミラーと前記第2ミラーとの間で、マウントに搭載され、前記光学ベンチの底面から離れて配置され、前記光路分離部材は、前記光学ベンチに形成された開口を有する設置溝に挿設されることを特徴とする。
記光路分離部材は、回折光学素子、または偏光回折素子と1/4波長板を含むことができる。
記光学ベンチには、前記光源及び前記少なくとも一つの光検出器と外部回路との電気的連結のための配線及び端子が形成されることが可能である。
前記レンズ部は、屈折レンズ、回折レンズ及びグリンレンズのうち、少なくとも何れか一つを備えることが可能である。
すなわち、前記レンズ部は、前記屈折レンズと回折レンズとを備えるハイブリッドレンズを備えることが可能である。
前記レンズ部は、前記屈折レンズと回折レンズとを備え、前記屈折レンズは、対物レンズとして機能し、前記回折レンズは、コリメーティングレンズとして機能するように設けられることが可能である。
前記レンズ部は、コリメーティングレンズとして機能する前記回折レンズがレンズホルダーの一面に形成された構造を有し、前記レンズホルダーに対物レンズとして機能する前記屈折レンズを選択的に挿入することにより、光ピックアップ用の光モジュールと光ピックアップとに選択的に切り替え得るように設けられることが可能である。
前記レンズ部は、コリメーティングレンズとして機能する屈折レンズ、回折レンズまたはグリンレンズを使用して、光ピックアップ用の光モジュールとして使用されるように設けられることが可能である。
前記目的を達成するために、本発明は、前記した集積光学システムを製造する方法において、(a)前記光学ベンチを形成した光学ベンチウエハーと、前記光路形成部を形成した光路形成部ウエハーを設けるステップと、(b)前記光路形成部ウエハーと前記光学ベンチウエハーとを結合し、それをダイシングして、光学ベンチと光路形成部との組立体を得るステップと、を含むことを特徴とする。
前記目的を達成するために、本発明は、前記1集積光学システムを製造する方法において、(a)前記光学ベンチを形成した光学ベンチウエハーを設けるステップと、(b)前記光学ベンチウエハー上の光学ベンチに前記光路形成部を固着するステップと、(c)光路形成部が固着された光学ベンチウエハーをダイシングして、光学ベンチと光路形成部との組立体を得るステップと、を含むことを特徴とする。
前記目的を達成するために、本発明は、集積光学システムを製造する方法において、(a)前記光学ベンチを形成した光学ベンチウエハーを設けるステップと、(b)光学ベンチウエハーをダイシングするステップと、(c)光学ベンチに光路形成部を固着して、光学ベンチと光路形成部との組立体を得るステップと、を含むことを特徴とする。
前記光路形成部は、ウエハーに形成されることが可能である。
前記目的を達成するための本発明に係る情報を記録及び/又は再生する情報記録再生装置は、前記した集積光学システムと、情報記録媒体を回転させる情報記録媒体回転部と、前記集積光ピックアップと前記情報記録媒体回転部とを駆動する駆動部と、前記駆動部を制御して、焦点調節及びトラッキングサーボを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
前記集積光学システムは、光ピックアップとして使用できる。
前記集積光学システムは、光モジュールとして使用され、入射光を情報記録媒体に集束させる対物レンズを更に備えることが可能である。
本発明に係る集積光学システムは、小型化及び薄型化を図ることができ、MEMS工程技術を利用して集積できるため、ウエハー上で同時に複数の製造が可能であり、一般的な光記録再生装置に比べて調整及び組立てが容易である。また、構造が簡単で、且つ殆どの部品が集積されるため、光ピックアップを小型化及び薄型化できる。
また、レンズ部をレンズホルダーの一面にコリメーティングレンズとして機能するレンズを形成し、レンズホルダーに対物レンズとして機能する屈折レンズを選択的に挿入できる構造に形成する場合、回折レンズを形成し、屈折レンズの有無によって、本発明に係る集積光学システムは、光モジュールから集積光ピックアップ(integrated optical pickup)に、あるいは集積光ピックアップから光モジュールに容易に切り替えることができるという利点がある。
図1は、本発明の好ましい一実施形態に係る集積光学システムの構成を概略的に示す斜視図である。図2は、集積光学システムの構成を概略的に示す側面図である。また、図3は、光学ベンチの構成を概略的に示す斜視図である。
図1から図3に示すように、本実施形態に係る集積光学システム(the integrated optical system)は、光学ベンチ10と、光学ベンチ10の一面(図1、図2においては上面)に配置されたレンズ部70と、光学ベンチ10の底面11に配置された光路形成部30と、光学ベンチ10の底面11に配置された光路分離部材50と、を備える。光路分離部材50は、後記する光源15から出射されてレンズ部70方向に進行する光と情報記録媒体1(図7、図8参照)で反射されてレンズ部70方向に入射される進行光の光路を分離する。ここで、本実施形態に係る少なくとも一つの光検出器は、メイン光検出器17と、光源15の前方に出射された光の一部を直ちに受光するように、光学ベンチ10に配置されたモニタ光検出器19とからなる。集積光学システムは、レンズ部70の構成によって、光ピックアップ用の光モジュール(optical pickup module)または光ピックアップとして使用される。
図3に示すように、光学ベンチ10は、基板12と、基板12の底面(図3においては上面)に配置された光源15、メイン光検出器17及びモニタ光検出器19を含む。
光学ベンチ10は、例えば、シリコン光学ベンチ(Silicon Optical Bench:SiOB)であり、シリコンウエハーから形成される。光学ベンチ10は、光学ベンチウエハーにMEMS工程を利用するウエハープロセスで製造される。
光源15は、所定波長の光を出射する半導体レーザーを備える。この半導体レーザーは、青色波長、例えば、405nmの波長の光を出射する。この場合、本実施形態に係る集積光学システムは、BDやHDDVDを記録再生するために使用される。
また、光源15として、赤色波長、例えば、650nm波長の光を出射する半導体レーザーを用いてもよい。この場合、本実施形態に係る集積光学システムは、DVDを記録再生するのに使用される。
それ以外にも、光源15を、他の波長帯域の光を出射するように構成できる。また、光源15を、異なる波長の光を出射するように設けて、本実施形態に係る集積光学システムが、多種のフォーマットに対応した複数の光情報記録媒体1(図7、図8参照)に情報を記録再生できるようにしてもよい。
本実施形態に係る集積光学システムにより情報を記録再生する情報記録媒体によって、光源15の光の波長は変わる。それにより、本実施形態に係る集積光学システムは、多種の光情報記録媒体、例えば、CD系列の光ディスク、DVD系列の光ディスク、BD、HDDVDに情報を記録再生できる。
光源15としては、基板12の側方向にレーザー光を出射するエッジ発光タイプの半導体レーザーを備えることも可能である。
そのような半導体レーザーの発光構造を考慮して、光源15は、マウント13に搭載される。それにより、光源15は、光学ベンチ10の底面11から離れて配置される。
光源15は、マウント13に搭載された状態で基板12の底面11に配置される。または、光学ベンチ10に、基板12の底面11から突出するようにマウント13を形成し、そのマウント13に光源15を搭載してもよい。ここで、光源15、すなわち、半導体レーザーは、半導体工程により光学ベンチ10を製造するための光学ベンチウエハー上に直接形成してもよい。
一方、メイン光検出器17は、情報記録媒体1(図7、図8参照)で反射されて入射される光を受光して、情報再生信号(RF信号)及びサーボ駆動に使用されるエラー信号(例えば、フォーカスエラー信号、トラックキングエラー信号、チルトエラー信号)を検出する。メイン光検出器17は、基板12の底面11に配置される。
モニタ光検出器19は、光源15から放射される光量をモニタリングする。
本実施形態に係る集積光学システムにおいて、モニタ光検出器19は、光源15から前方に出射された光の一部が反射ミラーなどを経ずに、直ちにこのモニタ光検出器19に受光するように、光源15の前方に配置される。
光源15として半導体レーザーを使用する場合、この光源15から出射される光は、ガウス光度分布に近似する光度分布を有する発散光である。実際の集積光学システムで、情報記録媒体1(図7、図8参照)に情報を記録し、または記録された情報を再生するために、対物レンズで集光される有効光は、発散光ビームのうち、光度の高い中心部分の光であり、その周辺の光度の低い光は、対物レンズで集光されない。
モニタ光検出器19は、そのような光度が低くて、対物レンズで集光されない光の一部を受光して、光源15の光出力をモニタリングする。そのとき、モニタ光検出器19に受光される光は、別途のミラー部材などを経ずに、光源15から出射されて直ちにモニタ光検出器19に入射される光である。
後述する他の実施形態から分かるように、モニタ光検出器19を基板12の底面11の光源15の前方に配置しても、モニタリングに十分な光量を受光できる。
したがって、モニタ光検出器19は、光源15と平行に基板12の底面11に配置されることが好ましい。
また他の実施形態として、モニタ光検出器19に受光される光量を更に増加させるために、モニタ光検出器19を光源15方向に傾斜するように配置するか、または基板12の底面11から突出した位置にモニタ光検出器19を配置してもよい。そのようなモニタ光検出器19の配置は、基板12の底面11に対し傾斜面を有するように形成した突出部にモニタ光検出器19を配置することにより得られる。また、そのようなモニタ光検出器19の配置は、底面11から突出し、光源15に対し平行な平面を有する突出部にモニタ光検出器19を配置することにより得られる。また、基板12の底面11に対し傾斜面を有するように底面11に固着したマウントの傾斜面にモニタ光検出器19を固着してもよい。また、基板12の底面11に対し平行となるように底面11に固着したマウントの底面と平行な面にモニタ光検出器19を固着してもよい。
メイン光検出器17及びモニタ光検出器19は、光学ベンチ10を製造するための基板12のウエハー上に直接生成されるか、または別途に製造されて基板12に設置されてもよい。
基板12の底面11には、図3に示すように、光源15、メイン光検出器17及びモニタ光検出器19と外部回路との電気的連結のための配線21及びパッド(特許請求の範囲に記載の端子)23が形成されることが好ましい。パッド23は、外部回路との電気的なコンタクトのために形成される。メイン光検出器17及びモニタ光検出器19が基板12のウエハー上に直接生成される場合、基板12には、薄膜工程により配線21及びパッド23などが形成される。
一方、光学ベンチ10の上面には、集積光ピックアップを駆動するためのアクチュエータ(図示せず)、光源15で発生する熱を放出するための放熱構造物(図示せず)を設けることができる。ここで、放熱構造物は、必要に応じて光学ベンチ10の側面に更に設けてもよい。
一方、光学ベンチ10の一側(図3において右側)には、開口27を有する設置溝25が形成される。光路分離部材50は、この設置溝25に挿設される。
光路分離部材50は、光源15から出射されてレンズ部70側に進行する光と、レンズ部70側から入射されて進行する光の光路を分離するためのものである。
図3に示すように、光学ベンチ10には、光路分離部材50を設置するために開口27を有する設置溝25が形成され、この設置溝25に光路分離部材50を挿設する。また、設置溝25を形成し、この設置溝25に光路分離部材50を挿設する代わりに、光学ベンチ10が設置溝を有さず、光路分離部材50は、光学ベンチ10の他面(図1、図2においては下面)に形成されてもよい。また、光路分離部材50をレンズ部70と一体に形成してもよい。
ここで、設置溝25の有無に関係なく、光学ベンチ10には、光源15から出射され、光路形成部30の第1ミラー31で反射された光がレンズ部70側に進行できるように、光を通過させるための開口27が形成されることが好ましい。
本実施形態に係る集積光学システムにおいて、光路分離部材50は、情報記録媒体1(図7、図8参照)に向かう光を、例えば、直進透過させ、情報記録媒体1で反射された光を、回折透過させ、光路を分離するように設けられる。光路分離部材50は、情報記録媒体1で反射されて戻る光に回折を引き起こして、光を複数の光に分けたり、メイン光検出器17に結ばれるスポットの形状を調節し、進行方向を変えて、信号検出のためのメイン光検出器17に光を向かわせることで、メイン光検出器17に、情報記録媒体1に記録された信号と、焦点調節及びトラックキング方向のエラー信号とを検出させる。
図4Aでは、この光路分離部材50として、回折光学素子51、例えば、HOE(Hologram Optical Element)またはDOE(Diffractive Optical Element)を備える例を示す。
そのように、光路分離部材50として回折光学素子51を備える場合、光情報記録媒体1で反射され、光路分離部材50を回折透過した光は、情報記録媒体1側に進行する光に対して斜めに進行して、光源15とは異なる位置に配置されたメイン光検出器17で受光される。
一方、本実施形態に係る集積光学システムは、回折光学素子51を有する光路分離部材50の代りに、図4Bに示すような偏光選択性光路分離部材150を備えてもよい。
偏光選択性光路分離部材150は、図4Bに示すように、入射光を偏光によって選択的に直進透過または回折透過させる偏光回折素子151、すなわち、偏光ホログラム素子と、入射光の偏光を変える1/4波長板153と、を含む。
光源15として使用される半導体レーザーは、一直線偏光成分が優勢なレーザー光を出射する。したがって、半導体レーザーでは、s偏光またはp偏光された光に近似する光が出射される。
したがって、光源15から出射されて偏光回折素子151に入射される一直線偏光の光が、偏光回折素子151を直進透過するように偏光回折素子151を構成すれば、偏光回折素子151を直進透過した光は、1/4波長板153を経つつ一円偏光の光になり、この一円偏光の光は、情報記録媒体1で反射されつつ直交する他の円偏光の光になる。この円偏光の光は、1/4波長板153を経つつ直線偏光の光になり、偏光回折素子151により回折される。
したがって、情報記録媒体1側へ進行する光と、情報記録媒体1で反射されて進行する光との経路を、偏光選択性光路分離部材150により分離できる。そのように、偏光選択性光路分離部材150を備えれば、出射する光には影響を与えずに、情報記録媒体1から反射される光のみに回折を引き起こして効率を向上させることが可能である。すなわち、光源15から出射される光が効率良く情報記録媒体に入射され、情報記録媒体から反射される光が効率良くメイン光検出器17及びモニタ光検出器19に入射される。
図1に示すように、光路形成部30は、光源15から出射されて入射される光の進行方向を切り替えて、レンズ部70側に向わせるとともにレンズ部70側から入射された光の進行方向を切り替えて第2ミラー35に向かわせる第1ミラー31と、レンズ部70側から入射されて第1ミラー31で反射された光の進行方向を切り替えて、メイン光検出器17に向わせる第2ミラー35とを備える。
光源15は、その第1ミラー31と第2ミラー35との間に配置される。
光路形成部30は、図1及び図2に示すように、第1ミラー31、第2ミラー35からなり、光源15から出射された光の方向を切り替えて、例えば、レンズ部70の対物レンズを通じて情報記録媒体1上に焦点が形成される光路を形成し、情報記録媒体1で反射された光をメイン光検出器17に伝達させる役割を担う。
光路形成部30は、ウエハープロセスで製造できる。すなわち、後述するように、光路形成部30は、光路形成部ウエハー上に複数のミラーを加工することで形成される。少なくとも一つの光路形成部を形成した光路形成部ウエハーを光学ベンチウエハーと結合した後にダイシングして、光学ベンチ10と光路形成部30との結合体を製造するか、または各ミラー単位で光路形成部ウエハーをダイシングした後、そのミラーを光学ベンチ10の適正位置に固着させることも可能である。
レンズ部70は、光学ベンチ10の一面(図1、図2においては上面)の一側(図1、図2においては右側)に結合される。レンズ部70は、屈折レンズ、回折レンズ及びグリンレンズのうち、少なくとも何れか一つを備える。
図5に示すように、レンズ部70は、屈折レンズ71と回折レンズ73とからなるハイブリッドレンズを備える。そのとき、レンズ部70は、例えば、屈折レンズ71がレンズホルダー75に挿入され、回折レンズ73がレンズホルダー75の一面(図5においては下面)に形成された構造を有する。
レンズ部70は、シリコン基板に屈折レンズ71の組立てのための穴をあけてレンズホルダー75を形成し、ガラス基板に回折レンズ73を形成し、レンズホルダー75の穴に屈折レンズ71を挿入し、レンズホルダー75の一面に回折レンズ73を固着する工程を通じて形成される。
レンズ部70は、光源15から放出された光を回折限界以下の小さなスポットに集めて、情報記録媒体1に信号(情報)を記録し、記録された信号(情報)を読み取れるようにする。屈折レンズ71及び回折レンズ73は、入射される発散光に対して対物レンズとして作用するように設計される。そのように、対物レンズとして、回折レンズ73と屈折レンズ71とからなるハイブリッドレンズを使用すれば、屈折レンズ71の製造を容易にし、かつ良い色収差特性を有するという利点がある。ここで、図5では、屈折レンズ71及び回折レンズ73が互いに独立的な部品からなる場合を示すが、対物レンズとして、この屈折レンズ71及び回折レンズ73が一体に形成されたハイブリッドレンズを備えてもよい。
一方、回折レンズ73は、図5に示すように、レンズホルダー75の下面に形成される。この回折レンズ73は、光をコリメーティングするように設計してもよい。
その場合、レンズホルダー75に屈折レンズ71を挿入すれば、回折レンズ73は、入射される発散光をコリメーティングするコリメーティングレンズの役割を担い、屈折レンズ71は、この回折レンズ73によって平行光からなる光を集束する対物レンズの役割を担う。
ここで、レンズ部70に、屈折レンズ71と回折レンズ73とからなるハイブリッドレンズ構造を備えれば、そのハイブリッドレンズが、対物レンズとコリメーティングレンズの役割を担うにしろ、対物レンズのみの役割を担うにしろ、そのようなハイブリッドレンズは、色収差、球面収差などの収差を緩和させるという利点がある。例えば、回折レンズ73は、波長が長いほど回折角が大きくなり、屈折レンズ71は、波長が長いほど屈折角が小さいため、回折レンズ73と屈折レンズ71とを組み合わせれば、光源15の波長変化による色収差発生を抑制できる。
一方、のように、回折レンズ73が光をコリメーティングするように設計された場合、図6に示すように、レンズホルダー75に屈折レンズ71を組立てていない状態では、レンズ部70は、コリメーティングレンズとして役割を担う。
したがって、レンズ部70のレンズホルダー75に屈折レンズ71を挿入した場合には、本実施形態に係る集積光学システムは、図7に示すように、集積光ピックアップとして使用される。
また、レンズ部70のレンズホルダー75に屈折レンズ71を挿入していない場合には、本実施形態に係る集積光学システムは、図8に示すように、光ピックアップ用の光モジュールとして使用される。
図7は、本実施形態に係る集積光学システムが集積光ピックアップとして使用される例を示す。図7に示すように、レンズ部70は、図5に示す屈折レンズ71と回折レンズ73の両方を備える。
図7に示すように、本実施形態に係る集積光学システムが集積光ピックアップとして使用される場合には、集積光学システムの全体がアクチュエータにより、フォーカス、トラックキング、チルト駆動される。
図8は、本実施形態に係る集積光学システムが、光ピックアップ用の光モジュールとして使用される例を示す。図8に示すように、レンズ部70は、図6に示すように、対物レンズとして機能する屈折レンズ71は排除され、コリメーティングレンズとして機能するように設計された回折レンズ73を備える。
このとき、コリメーティングレンズとして機能するように設計された回折レンズ73は、別途の基板に形成されて、光学ベンチ10の開口に固着されるか、または光路分離部材50に一体に形成されることも可能である。
ここで、レンズ部70には、コリメーティングレンズとして機能するように、屈折レンズ、回折レンズまたはグリンレンズを使用してもよく、それを適用する場合、本実施形態に係る集積光学システムは、光ピックアップ用の光モジュールとして使用される。
図8に示すように、本実施形態に係る集積光学システムが光モジュールとして使用される場合、光ピックアップは、その光モジュールから出射された光を反射させる反射ミラー81と、その反射ミラー81により反射された光を集束させて、情報記録媒体1にスポットを形成する対物レンズ85と、を更に含むことができる。その場合には、対物レンズ85のみがアクチュエータによってフォーカス、トラックキング、チルト駆動される。
したがって、本実施形態に係る集積光学システムは、製造時に、光ピックアップと光ピックアップ用の光モジュールとの切替が非常に容易になる。すなわち、一面に回折レンズ73が形成されたレンズホルダー75に屈折レンズ71を選択的に挿入することで、光ピックアップ用の光モジュール及び光ピックアップで選択的に切り替えることが可能である。
また、図5及び図6に示すように、レンズホルダー75を使用する場合、レンズホルダー75を光学ベンチ10に固着すればよいため、レンズ部70を光学ベンチ10と結合させることが容易である。
上記においては、回折レンズ73を使用する場合について図面を参照して説明したが、回折レンズ73の代りに、コリメーティングレンズとして機能する屈折レンズを使用することも可能である。
前記したような本実施形態に係る集積光学システムでは、光源15、すなわち、半導体レーザーから放出された光の光度の高い部分は、第1ミラー31で反射されることで方向が変わって、対物レンズ、すなわち、レンズ部70の対物レンズとして機能する屈折レンズ71、または別途の対物レンズ85(図8参照)を介して情報記録媒体1に焦点調節され、光源15から放出された光の光度が低いため、対物レンズで集光されていない光の一部は、モニタ光検出器19に伝達されて、光源15の光量をモニタリングするのに使用される。
情報記録媒体1で反射された光は、また対物レンズを通過し、光路分離部材50で複数の光に分れられるか、またはメイン光検出器17に結ばれるスポットの形状が調節され、進行方向が変わって第1ミラー31で反射され、光源15とその光源15のマウント13との干渉を避けて第2ミラー35に到達し、その第2ミラー35で反射された光は、方向が切り替えられて信号検出のためのメイン光検出器17に結ばれることで、情報記録媒体1に記録された信号(情報)、情報記録媒体1に対する焦点調節及びトラックキング方向のエラーを検出する。
そのような本実施形態に係る集積光学システムは、従来の光ピックアップに比べて構造が非常に簡単であり、殆どの製造工程、すなわち、光学ベンチ及び光路形成部の製造工程としてMEMS工程を使用できるため、ウエハー上で同時に複数の光学ベンチの製造が可能であり、一般的な光ピックアップに比べて調整と組立てが容易である。なお、構造が簡単であり、殆どの部品が集積されているため、光ピックアップのサイズを縮小させることができるという長所がある。
以下では、前記したような本実施形態に係る集積光学システムを製造する過程を説明する。
まず、光学ベンチ10は、次の通りに製造できる。光学ベンチウエハー上にメイン光検出器17及びモニタ光検出器19を生成した後、薄膜工程により配線21及びパッド23を形成する。光源15、すなわち、半導体レーザーを光学ベンチ10に搭載するために、光源15がボンディングされたマウント13を製造し、そのマウント13をメイン光検出器17及びモニタ光検出器19が配置された基板12の底面11にボンディングし、必要に応じて、ワイヤーボンディング等によって配線21を完成させる。もちろん、メイン光検出器17及びモニタ光検出器19は、別途製造して基板12の底面11にボンディングしてもよく、光源15も半導体工程によって光学ベンチ10に直接形成してもよい。
第1ミラー31及び第2ミラー35から構成される光路形成部30は、光路形成部ウエハーをエッチングするか、またはポリマーまたはガラスをモールディングするなどの方法により、光学ベンチ10の配列と一致する第1ミラー31及び第2ミラー35をウエハー上にアレイ状に製造する。すなわち、光路形成部30をウエハープロセスで製造する。
前記のように、光学ベンチ10を形成した光学ベンチウエハーと、第1ミラー31及び第2ミラー35を備える光路形成部30が形成された光路形成部ウエハーとを製造した後、その光路形成部ウエハー及び光学ベンチウエハーを整列して、ボンディングした後、それをダイシングして、光学ベンチ10と光路形成部30との組立体を得る。
そのように製造された光学ベンチ10と光路形成部30との結合組立体に、光路分離部材50とレンズ部70とを結合すれば、前記したような光ピックアップまたは光モジュールとして使用される本実施形態に係る集積光学システムが製造される。
そのとき、レンズ部70(例えば、対物レンズ)のレンズ中心を合わせ、光路分離部材50を調整してメイン光検出器17上に正しく光が受光されるように、レンズ部70及び光路分離部材50を調整する過程を通じて、レンズ部70及び光路分離部材50を光学ベンチ10に結合すれば、本実施形態に係る集積光学システムが得られる。
他の実施形態として、前記のような光学ベンチ10を形成した光学ベンチウエハーを設け、その光学ベンチウエハー上の各光学ベンチ10の適正位置に、ウエハープロセスにより、あるいは個別的に製造された第1ミラー31及び第2ミラー35を固着して、光学ベンチ10に光路形成部30の第1ミラー31及び第2ミラー35を光学ベンチ10に固着した構造を得る。その後、光路形成部30が固着された光学ベンチウエハーをダイシングして、光学ベンチ10と光路形成部30との結合組立体を得ることも可能である。
ここで、光路形成部30を形成する第1ミラー31及び第2ミラー35は、ウエハープロセスにより光路形成部ウエハー上にアレイで加工形成することも可能である。そして、各ミラー単位で光路形成部のウエハーをダイシングして、ミラー片を分離し、それを光学ベンチウエハー上の適正位置に固着した後、光学ベンチウエハーをダイシングすれば、光学ベンチ10と光路形成部30との結合組立体が得られる。または、光学ベンチウエハーを、まずダイシングし、各光学ベンチの適正位置にミラー片を固着して、光学ベンチ10と光路形成部30との結合組立体を得ることも可能である。
そのとき、レンズ部70の対物レンズを、まず光学ベンチ10に固定させた後、光学ベンチ10にそれぞれ光路形成部30の第1ミラー31及び第2ミラー35を固着できる。それは、対物レンズを固定させた後、その対物レンズの位置に合わせて、第1ミラー31の位置を決めればよいためである。そして、メイン光検出器17上に正しく光が受光されるように、光路分離部材50を調整して、光学ベンチ10に光路分離部材50を挿入し固定させれば、本実施形態に係る集積光学システムが得られる。
ここで、対物レンズと光路分離部材50とをまず光学ベンチ10に固定させた後、第1ミラー31及び第2ミラー35を固着してもよい。それは、対物レンズを固定させた後、その対物レンズの位置に合わせて第1ミラー31の位置を決め、メイン光検出器17上に正しく光が受光されるように、第2ミラー35の位置を決めればよいためである。
以上では、本実施形態に係る集積光学システムを製造する過程を具体的な例を挙げて説明したものであって、本発明に係る集積光学システムを製造する過程は多様に変形できる。
以下では、本実施形態に係る集積光学システムにおけるモニタ光検出器19の配置の例を説明する。モニタ光検出器19は、前記したように、光源15の前方に位置する。
図9ないし図11は、それぞれモニタ光検出器19が光学ベンチの底面11に光源15と平行に位置した場合、モニタ光検出器19が光源15側へ傾斜して配置された場合、及びモニタ光検出器19が基板12の底面11から突出された位置に光源15と平行に配置された場合の実施形態を示す。図9ないし図11では、モニタ光検出器19の有効受光領域のサイズが0.7mmである場合を例示した。図9ないし図11で、LDは、光源15の発光点を示し、MPDは、モニタ光検出器19を示し、有効ビームとして使用する領域は、記録再生に使用されるビーム領域を示し、MPDに入射するビームの領域は、モニタ光検出器19の有効受光領域に受光されるビームの領域を示す。
表1は、光源19に対するモニタ光検出器19の相対的な位置が図9ないし図11のように設計され、モニタ光検出器19の有効受光領域のサイズがそれぞれ0.7mm、0.5mmである2つの場合の、光源15から出射される全体光量に対して、モニタ光検出器19の受光領域に受光される光量の割合を示す。
Figure 0004206081
表1を参照すれば、モニタ光検出器19の有効受光領域のサイズが0.7mmであるとき、図9ないし図11の場合、それぞれモニタ光検出器19に受光される光量の割合は6.9%、23.1%、17.96%である。モニタ光検出器19の有効受光領域のサイズが0.5mmであるとき、図9ないし図11の場合、それぞれモニタ光検出器19に受光される光量の割合は4.75%、22.58%、13.58%である。
モニタ光検出器19で受光される光量が、光源15から出射される全体光量の約5〜10%であれば、光源15の全体出射光量をモニタリングできることが知られている。
それを考慮する場合、モニタ光検出器19を図9に示すように、光源15の前方に2.085mm離れた光学ベンチ10の底面に有効受光領域のサイズが0.7mmになるように配置するとき、受光割合は6.9%であり、モニタリングに必要な十分な光量を受光できる。
図9に示すように、モニタ光検出器19が光学ベンチの底面に配置される場合、モニタ光検出器19を光源15から更に離せば、有効受光領域のサイズは、例えば、0.7mmより小さくすることも可能である。また、モニタ光検出器19を光源15に更に近く位置すれば、有効受光領域のサイズは、例えば、0.7mmより大きくすることが必要である。
ここで、図9は、単に特定の実施形態を示す図面であって、モニタ光検出器19の光源15から前方側への離隔距離及び有効受光領域のサイズは、図9の例示に限定されるものではなく、モニタリングに必要な光量を受光する範囲内で多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。
モニタ光検出器19を図10に示すように、光源15の前方に1.099mm離れた位置に、光源15側へ15.0°斜めに、有効受光領域のサイズが0.7mmになるように配置する場合、23.1%の光量を受光できる。同じ条件下で、モニタ光検出器19の有効受光領域のサイズを0.5mmとする場合、22.58%の光量を受光できる。
図10に示すように、モニタ光検出器19が光源15側へ斜めに配置される場合、モニタ光検出器19に受光される光量を、図9の場合より減らしてもモニタリングが可能であるため、モニタ光検出器19の傾斜角を、例えば、15.0°より小さくするか、またはモニタ光検出器19を光源15側へ更に近く位置させることも可能である。
ここで、図10は、単に特定の実施形態を示す図面であって、モニタ光検出器19の光源15から前方側への離隔距離、有効受光領域のサイズ、モニタ光検出器19の傾斜角は、図10の例示に限定されるものではなく、モニタリングに必要な光量を受光する範囲内で多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。
モニタ光検出器19を図11に示すように、光源15の前方へ0.5mm離れた位置に、光学ベンチ10の底面から、例えば、0.218mm突出するように、有効受光領域のサイズが0.7mmになるように配置する場合、17.96%の光量を受光できる。同じ条件下で、モニタ光検出器19の有効受光領域のサイズを0.5mmにする場合、13.58%の光量を受光できる。
図11に示すように、モニタ光検出器19が、光学ベンチ10の底面から突出した位置に配置される場合、モニタ光検出器19に受光される光量を、図9の場合より減らしてもモニタリングが可能であるため、モニタ光検出器19の突出位置を図11の場合より小さくするか、またはモニタ光検出器19を光源15側へ更に近く位置させることも可能である。
ここで、図11は、単に特定の実施形態を示す図面であって、モニタ光検出器19の光源15から前方側への離隔距離、モニタ光検出器19の光学ベンチの底面からの離隔距離、及び有効受光領域のサイズは、図11の例示に限定されるものではなく、モニタリングに必要な光量を受光する範囲内で多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。
以上の実施形態及びその結果を示す表1から分かるように、モニタ光検出器19は、光源15の前方側に光学ベンチの底面に位置させることができ、その場合は、モニタ光検出器19を配置するための構造が簡単であるという利点がある。
また、モニタ光検出器19を、光源15側に斜めに配置するか、または光学ベンチの底面から突出した位置に配置してもよい。
図12は、本実施形態に係る集積光学システムを採用した情報記録再生装置の構成を概略的に示す図面である。
図12に示すように、情報記録再生装置は、情報記録媒体1、例えば、光ディスクを回転させるためのスピンドルモーター455を含む回転装置と、情報記録媒体1の半径方向に移動可能に設置されて、情報記録媒体1に記録された情報を再生し、情報を記録する光ピックアップ400と、回転装置及び光ピックアップ400を駆動するための駆動部457と、駆動部457を制御して、光ピックアップ450のフォーカス及びトラックキングサーボを制御するための制御部459と、を備える。ここで、符号452は、ターンテーブルを、符号453は、情報記録媒体1をチャッキング(chucking)するためのクランプ(clamp)を示す。
光ピックアップ400は、本実施形態に係る集積光学システムを備える。すなわち、本実施形態に係る集積光学システムが、図7に示すように、光ピックアップとしての役割を担うように設けられた場合、光ピックアップ400としては、本実施形態に係る集積光学システムを備えることも可能である。
また、本実施形態に係る集積光学システムが、図8の場合のように、光モジュールとして役割を担うように設けられた場合、光ピックアップ400は、本実施形態に係る集積光学システムと、対物レンズ85とを含む構成を有する。
情報記録媒体1から反射された光は、光ピックアップ400に設けられたメイン光検出器17を介して検出され、且つ光電変換されて電気的信号に変わり、その電気的信号は、駆動部457を介して制御部459に入力される。駆動部457は、スピンドルモーター455の回転速度を制御し、入力された信号を増幅させて光ピックアップ400を駆動する。制御部459は、駆動部457から入力された信号に基づいて調節されたフォーカスサーボ及びトラックキングサーボ命令を再び駆動部457に送り、光ピックアップ400の焦点調節及びトラックキングサーボ動作を実現できる。また、制御部459は、モニタ光検出器19を介して検出された光量信号を利用して、光源15から適正の光量が出射されるように、光源15の光出力量を制御する。
そのように、光ピックアップとして、本実施形態に係る光ピックアップのうち、何れか一つを採用すれば、小型化及び薄型化された情報記録再生装置を実現できる。
したがって、本発明に係る光ピックアップを採用した情報記録再生装置は、携帯用端末機、例えば、PDA、携帯電話、デジタルカメラ、携帯用ディスクプレーヤー、カムコーダなどに適用できる。
なお、情報記録再生装置は、情報を再生及び記録できるものだけでなく、情報を再生のみできるもの、情報を記録のみできるものも含まれる。
以上では、本発明に係る集積光学システム及びその製造方法、並びにそれを光モジュールまたは光ピックアップとして適用した情報記録再生装置を、添付された図面を参照に説明及び図示したが、それは、例示的なものに過ぎず、本発明は、それに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。
本発明に係る集積光学システムは、光記録再生装置のための光モジュールまたは集積光ピックアップに関連した技術分野に好適に適用され、例えば、PDA、携帯電話、デジタルカメラ、携帯用ディスクプレーヤー、カムコーダなどに適用できる。
本発明の好ましい一実施形態に係る集積光学システムの構成を概略的に示す斜視図である。 集積光学システムの構成を概略的に示す側面図である。 光学ベンチの構成を概略的に示す斜視図である。 図1の光路分離部材の一実施形態を示す図面である。 図1の光路分離部材の他の実施形態を示す図面である。 図1のレンズ部の一実施形態を示す図面である。 図1のレンズ部の他の実施形態を示す図面である。 本実施形態に係る集積光学システムが、図5のレンズ部を備え、集積光ピックアップとして使用される例を示す図面である。 本実施形態に係る集積光学システムが、図6のレンズ部を備え、光ピックアップ用の光モジュールとして使用される例を示す図面である。 モニタ光検出器が光学ベンチの底面及び光源に平行に位置した場合の実施形態を示す図面である。 モニタ光検出器が光源側へ傾斜して配置された場合の実施形態を示す図面である。 モニタ光検出器が、光学ベンチの底面から突出した位置及び光源に平行に配置される場合の設計例を示す実施形態を示す図面である。 本実施形態に係る集積光学システムを採用した情報記録再生装置の構成を概略的に示す図面である。
符号の説明
10 光学ベンチ
30 光路形成部
31 第1ミラー
35 第2ミラー
70 レンズ部

Claims (18)

  1. 光を発生させる光源と、前記光源が光を出射する方向とは逆の位置で光を受光するメイン光検出器と、前記光源の前方に出射された光の一部を直ちに受光するように、前記光学ベンチに配置されたモニタ光検出器とが配置された光学ベンチと、
    前記光学ベンチに結合されるレンズ部と、
    前記光源から出射されて前記レンズ部側へ進行する光と前記レンズ部側から入射されて進行する光の光路を分離する光路分離部材と、
    前記光源から出射されて入射される光の進行方向を切り替えて、前記レンズ部側に向わせる第1ミラーと、前記レンズ部側から入射され、前記第1ミラーで反射された光の進行方向を切り替えて、前記メイン光検出器に向わせる第2ミラーとを備え、前記光学ベンチと結合される光路形成部と、
    を備える集積光学システムであって、
    前記メイン光検出器と前記モニタ光検出器は、前記光学ベンチの底面に配置され、
    前記光源は、前記第1ミラーと前記第2ミラーとの間で、マウントに搭載されて、前記光学ベンチの底面から離れ、
    前記光路分離部材は、前記光学ベンチに形成された開口を有する設置溝に挿設されること
    を特徴とする集積光学システム。
  2. 前記光路分離部材は、回折光学素子を含むことを特徴とする請求項1に記載の集積光学システム。
  3. 前記光路分離部材は、偏光回折素子と1/4波長板とを含むことを特徴とする請求項1に記載の集積光学システム。
  4. 前記光学ベンチの基板には、前記光源及び前記少なくとも一つの光検出器と外部回路との電気的連結のための配線及び端子が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の集積光学システム。
  5. 前記レンズ部は、屈折レンズ、回折レンズ及びグリンレンズのうち、少なくとも何れか一つを備えることを特徴とする請求項1ないし請求項4のうち何れか1項に記載の集積光学システム。
  6. 前記レンズ部は、屈折レンズと回折レンズとを備えるハイブリッドレンズを備えることを特徴とする請求項1ないし請求項4のうち何れか1項に記載の集積光学システム。
  7. 前記レンズ部は、屈折レンズと回折レンズとを備え、
    前記屈折レンズは、対物レンズとして機能し、前記回折レンズは、コリメーティングレンズとして機能することを特徴とする請求項1ないし請求項4のうち何れか1項に記載の集積光学システム。
  8. 前記レンズ部は、コリメーティングレンズとして機能する屈折レンズ、回折レンズまたはグリンレンズを使用して、光ピックアップ用の光モジュールとして使用されることを特徴とする請求項1ないし請求項4のうち何れか1項に記載の集積光学システム。
  9. 前記レンズ部は、コリメーティングレンズとして機能する回折レンズをレンズホルダーの一面に形成した構造を有し、前記レンズホルダーに対物レンズとして機能する屈折レンズを選択的に挿入することにより、光ピックアップ用の光モジュールと光ピックアップとに選択的に切り替え得ることを特徴とする請求項1ないし請求項4のうち何れか1項に記載の集積光学システム。
  10. 請求項1ないし請求項4のうち何れか1項に記載の集積光学システムを製造する方法において、
    (a)光学ベンチを形成した光学ベンチウエハーと、光路形成部を形成した光路形成部ウエハーを設けるステップと、
    (b)前記光路形成部ウエハーと前記光学ベンチウエハーとを結合し、それをダイシングして、前記光学ベンチと前記光路形成部との組立体を得るステップと、
    を含むことを特徴とする集積光学システムを製造する方法。
  11. 請求項1ないし請求項4のうち何れか1項に記載の集積光学システムを製造する方法において、
    (a)光学ベンチを形成した光学ベンチウエハーを設けるステップと、
    (b)前記光学ベンチウエハー上の光学ベンチに光路形成部を固着するステップと、
    (c)前記光路形成部が固着された光学ベンチウエハーをダイシングして、前記光学ベンチと前記光路形成部との組立体を得るステップと、
    を含むことを特徴とする集積光学システムを製造する方法。
  12. 前記光路形成部は、ウエハーに形成されることを特徴とする請求項11に記載の集積光学システムを製造する方法。
  13. 請求項1ないし請求項4のうち何れか1項に記載の集積光学システムを製造する方法において、
    (a)光学ベンチを形成した光学ベンチウエハーを設けるステップと、
    (b)前記光学ベンチウエハーをダイシングするステップと、
    (c)前記光学ベンチに光路形成部を固着して、前記光学ベンチと前記光路形成部との組立体を得るステップと、
    を含むことを特徴とする集積光学システムを製造する方法。
  14. 情報を記録及び/又は再生する情報記録再生装置であって、
    請求項1ないし請求項4のうち何れか1項に記載の集積光学システムと、
    情報記録媒体を回転させる情報記録媒体回転部と、
    前記集積光ピックアップと、前記情報記録媒体回転部とを駆動する駆動部と、
    前記駆動部を制御して、焦点調節及びトラッキングサーボを制御する制御部と、
    を含むことを特徴とする情報記録再生装置。
  15. 前記レンズ部は、屈折レンズと回折レンズとを含むハイブリッドレンズを備え、
    前記集積光学システムは、光ピックアップとして使用されることを特徴とする請求項14に記載の情報記録再生装置。
  16. 前記レンズ部は、
    対物レンズとして機能する屈折レンズと、
    コリメーティングレンズとして機能する回折レンズと、を備え、
    前記屈折レンズは、レンズホルダーに挿入され、
    前記回折レンズは、前記レンズホルダーの一面に配置された構造からなり、
    前記集積光学システムは、光ピックアップとして使用されることを特徴とする請求項14に記載の情報記録再生装置。
  17. 前記レンズ部は、コリメーティングレンズとして機能し、
    前記集積光学システムは、光モジュールとして使用され、
    入射光を情報記録媒体に集束させる対物レンズを更に備えることを特徴とする請求項14に記載の情報記録再生装置。
  18. 前記レンズ部は、コリメーティングレンズとして機能する回折レンズをレンズホルダーの一面に形成した構造を有することを特徴とする請求項17に記載の情報記録再生装置。
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