JPH05250751A - 光集積回路、光ピックアップ及び光情報処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 偏光面検出機能を有する一体型の光集積回路
を構成し、小型軽量化された光ピックアップを提供す
る。 【構成】 光集積回路１０は、レーザ素子１３から透明
体２０の内部に向けて出射され、その表面上の各種光学
素子と光電子集積回路基板１１上を伝播する光ビームの
経路上に、復路の光ビームを２種の直線偏光の光に分離
する偏光面分離用の光学素子を設ける。光ピックアップ
は、復路の光ビームのＰ偏光成分の光を０次光としＳ偏
光成分の光を±１次光として回折するホログラム偏光ビ
ームスプリッタ１５と、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の光
を検出し光電変換する多分割光検出器１６、１７とを有
する光集積回路１０を装備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光集積回路、光ピックア
ップ及び光情報処理装置の構造に関し、より詳しくはレ
ーザビームを微細なスポットに絞ってディスク等に照射
し、その反射光を検出して情報の読み取りを行う光集積
回路と、その光集積回路を用いた光ピックアップ及び光
情報処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型・高出力・低価格という利点
を有する半導体レーザ素子の実用化により、従来レーザ
光源の使用が困難であった一般産業機械や民生機械への
レーザの応用が進んでいる。中でも光ディスク装置や光
通信等の分野に於ける進歩はめざましいものがある。今
後、半導体レーザ素子はさらに多くの分野に応用されて
いくものと考えられる。この半導体レーザ素子を用いて
一体型の光集積回路、小型軽量化された光ピックアッ
プ、光情報処理装置が構成される。

【０００３】図５は従来のＣＤ（コンパクトディスク）
用の光ピックアップの光学系の構成を示す。この光ピッ
クアップ１１０は、一直線に配備された半導体レーザ１
０１と、コリメートレンズ１０２と、偏光ビームスプリ
ッタ１０３と、１／４波長板１０４と、対物レンズ１０
５と、光ディスク１０６とを有する。また、偏光ビーム
スプリッタ１０３の横の直角方向に、集光レンズ１０
７、シリンドリカルレンズ１０８、光検出器１０９が配
備されている。

【０００４】この光ピックアップ１１０では、半導体レ
ーザ１０１から出たレーザ光はコリメートレンズ１０２
により平行光にされる。平行光にされたレーザ光は偏光
ビームスプリッタ１０３及び１／４波長板１０４を経た
のち、対物レンズ１０５によって光ディスク１０６上に
集光される。光ディスク１０６に集光された後に反射さ
れた反射光は、再び１／４波長板１０４を通過して、偏
光ビームスプリッタ１０３によって直角方向へ反射され
る。直角方向へ反射された反射光は集光レンズ１０７、
シリンドリカルレンズ１０８を経て光検出器１０９の上
に集光され、光ディスク１０６の情報の読み取りが行わ
れる。

【０００５】図６（ａ）（ｂ）は光ピックアップ用の光
集積回路の構成を示す（当社特許出願済み：受理Ｎｏ．
９１−５９７０）。この光集積回路１２０は表面上に光
検出器１３２、レーザ素子１３１、多分割光検出器１３
３、ホログラムビームスプリッタ１３４、ホログラムコ
リメートレンズ１３５を集積化した光電子集積回路基板
１３０を有する。光電子集積回路基板１３０の端部には
レーザ光出力モニタ用の光検出器１３２が形成され、す
ぐそばにレーザ素子１３１がサブマウント１３１ａ上に
取り付けられている。

【０００６】この光電子集積回路基板１３０はダイパッ
ト１３７に取付られ、光電子集積回路基板１３０及びダ
イパッド１３７は、透明体１３８の中にモールディング
され、光集積回路１２０が構成される。その際、透明体
１３８の表面１３８ａ上に刻印技術を含む成型によって
光学素子１２１を装備している。

【０００７】この光集積回路１２０は以下のように動作
する。レーザ素子１３１から出射されたレーザビーム
は、０次及び±１次の回折光を生成する３ビーム生成用
回折格子１２１、ピッチの異なる２種類のホログラムビ
ームスプリッタ１３４、ホログラムコリメートレンズ１
３５、非球面対物レンズ１２２を経て、光ディスク（図
示せず）上に集光される。

【０００８】光ディスクで反射された光ビームは、前述
の経路を逆にたどってホログラムビームスプリッタ１３
４で光路が偏向され、透明体１３８の表面１３８ａで反
射され、光電子集積回路基板１３０の上に形成された多
分割光検出器１３３に入射され光電変換される。光電変
換された電気信号は光電子集積回路１３０の上に形成さ
れた信号処理回路（図示せず）を経て、光集積回路１２
０の外部に取り出される。

【０００９】図７は従来から光磁気ディスクの光ピック
アップに用いられた光学系の構成を示す。この光ピック
アップ１４０は一直線に配備された半導体レーザ１４１
と、コリメートレンズ１４２と、ビームスプリッタ１４
３と、対物レンズ１４４と、光ディスク１４５とを有す
る。ビームスプリッタ１４３に対して横の直角方向に１
／２波長板１４６、集光レンズ１４７、偏光ビームスプ
リッタ１４９、多分割光検出器１５０が配備されてい
る。また、偏光ビームスプリッタ１４９から直角方向に
集光レンズ１５２、多分割光検出器１５１が配備されて
いる。

【００１０】この光ピックアップ１４０では、半導体レ
ーザ１４１から出射されたレーザ光はコリメートレンズ
１４２によりコリメートされ、ビームスプリッタ１４３
を経たのち、対物レンズ１４４によって光磁気ディスク
１４５上に集光される。光磁気ディスク１４５に集光さ
れ反射された反射光のうち、ビームスプリッタ１４３で
反射されたものは、１／２波長板１４６、集光レンズ１
４７などを経たのち、偏光ビームスプリッタ１４９で直
角な２方向に２分割される。２分割された光は各々２つ
の多分割光検出器１５０、１５１によって検出される。
これら２つの多分割光検出器１５０、１５１によって検
出される２信号の演算により、フォーカス誤差信号、ト
ラッキング誤差信号、情報信号が各々検出される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図５に示した光ピック
アップ１１０、図６に示した光ピックアップ１２０はＣ
Ｄ用であるから、読み出しの際に必要とされる光磁気デ
ィスクから反射されたレーザ光の偏光方向を読み取る機
能はついていない。従って、このままでは光磁気ディス
ク用の光ピックアップとして使用することはできない。

【００１２】また、図７に示す光ピックアップ１４０の
ように、ディスクリートな光学系では光磁気ディスク１
４５の光ピックアップ１４０を小形軽量化するには限界
がある。また、多数の光学素子を用いているので、組立
時に位置合わせ等の調整箇所が多いという問題点があ
る。

【００１３】本発明は上記の問題を解決するものであ
り、その目的は光磁気ディスクの読み取りが可能で、偏
光面検出機能を有する一体型の光集積回路を実現する。
余分な位置合わせの工程数を減少し、コストの低減を図
り、光磁気ディスク用に小型軽量化された光ピックアッ
プを提供する。また、２つの多分割光検出器で検出され
る光強度の差から情報信号を読み出すことが可能な光情
報処理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】本発明の光集積回路は、
レーザ素子、受光素子、該レーザ素子及び受光素子の各
々を制御する制御回路、信号処理回路並びに各種光学素
子を集積化した光電子集積回路基板と、表面上に各種光
学素子を一体化した透明体と、を一体成型又は貼り合わ
せた光集積回路において、該レーザ素子から該透明体の
内部に向けて出射され、該透明体の表面上の該各種光学
素子と、該光電子集積回路基板上の該各種光学素子との
間を反射しつつ伝播する光ビームの経路上に、復路の光
ビームを２種の直線偏光の光に分離する偏光面分離用の
光学素子を設けたものであり、そのことにより上記目的
が達成される。

【００１５】本発明の光ピックアップは、復路の光ビー
ムのＰ偏光成分の光を０次光としＳ偏光成分の光を１次
光として回折するホログラムビームスプリッタと、該Ｐ
偏光成分及びＳ偏光成分の光を検出し光電変換する多分
割光検出器と、の光学素子を有する光集積回路を装備し
たものであり、そのことにより上記目的が達成される。

【００１６】本発明の光情報処理装置は、前記光学素子
が２種の直線偏光の検出光強度が等しくなるよう回折角
度及び厚みを最適設計したビームスプリッタ及びホログ
ラムと、復路の光ビームの偏光方向が回転した場合に２
種の直線偏光の光強度を差動検出することにより偏光方
向の回転を判別するＰ偏光検出用及びＳ偏光検出用の多
分割光検出器と、該多分割光検出器で検出される両偏光
成分の光強度を差動検出し光磁気ディスクの情報信号を
再生する情報再生器と、の光学素子を有する光集積回路
を装備したものであり、そのことにより上記目的が達成
される。

【００１７】

【作用】半導体レーザから出射されたレーザ光は透明体
の内部を進行し、透明体の上面に形成された３ビーム生
成用回折格子に入射する。３ビーム生成用回折格子によ
り生成された０次及び±１次の３本の光ビームは、ホロ
グラムビームスプリッタ、ホログラムコリメートレン
ズ、非球面対物レンズを介して光磁気ディスク上に集光
され、３つのスポットを形成する。

【００１８】光磁気ディスクで反射された光は前記の経
路を逆に進み、ホログロムビームスプリッタによって偏
向され、透明体の表面で反射され、光電子集積回路基板
の上に形成された多分割光検出器に入射され光電変換さ
れる。光電変換された電気信号は信号処理回路を経て、
光集積回路の外部に取り出される。

【００１９】ホログラム偏光ビームスプリッタはＰ偏光
の偏光成分の光を０次光として、Ｓ偏光の偏光成分の光
を１次光として回折する。このため、入射したレーザ光
のＰ偏光、及びＳ偏光の偏光成分の光は各々別の多分割
光検出器で検出される。

【００２０】以上の構成により、偏光面検出機能を有す
る一体型の光集積回路を実現できる。ディスクリートな
光学部品をいくつも組み合わせて用いる従来の光学系に
比べて、余分な位置合わせの工程数が減りコストが低減
化される。また、この光集積回路を用いることによって
光ピックアップ装置は小型軽量化される。

【００２１】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００２２】（実施例１）図１は本発明光集積回路の第
１実施例を示す。この光集積回路１０は半導体レーザ素
子１３、ホログラム光学素子等各種光学素子を集積化し
た光電子集積回路基板１１と、その光電子集積回路基板
１１を樹脂でモールドした平板状の透明体２０とを有す
る。

【００２３】光電子集積回路基板１１はＳｉなどを用い
て形成され、その上に付設されたサブマウント１２を介
して半導体レーザ１３が装備されている。さらにサブマ
ウント１２の左側にはレーザ出力光モニタ用の光検出器
（ＰＤ）１４、ホログラム偏光ビームスプリッタ１５、
Ｓ偏光検出用多分割光検出器１６、Ｐ偏光検出用多分割
光検出器１７が設けられている。またサブマウント１２
の右側には、ホログラムビームスプリッタ１８、ホログ
ラムコリメートレンズ１９が各々設けられている。

【００２４】Ｓ偏光検出用多分割光検出器１６及びＰ偏
光検出用多分割光検出器１７は、Ｓｉなどの光電子集積
回路基板１１上にモノリシックに形成される。またホロ
グラムビームスプリッタ１８などのホログラム光学素子
は、従来のＩＣ技術によりＳｉなどの光電子集積回路基
板１１上に溝型状を刻み込むことにより形成される。透
明体２０の表面２０ａ上には３ビーム生成用回折格子２
１、非球面対物レンズ２２が形成されている。なお、３
ビーム生成用回折格子２１については、反射率を高める
ためにその表面に金属薄膜をつけるか、または光ビーム
の入射角を臨界角より大きくして全反射することが望ま
しい。

【００２５】以下に、この光集積回路１０の動作原理を
説明する。半導体レーザ１３から出射されたレーザ光は
透明体２０の内部を進行し、透明体２０の上面２０ａに
形成された３ビーム生成用回折格子２１に入射する。３
ビーム生成用回折格子２１により生成された０次及び±
１次の３本の光ビームは、ホログラムビームスプリッタ
１８、ホログラムコリメートレンズ１９、非球面対物レ
ンズ２２を介して光磁気ディスク（図示せず）上に集光
され、３つのスポットを形成する。

【００２６】光磁気ディスクで反射された光は前記の経
路を逆に進み、ホログロムビームスプリッタ１８によっ
て偏向され、ホログラム偏光ビームスプリッタ１５に入
射する。ホログラム偏光ビームスプリッタ１５はＰ偏光
の偏光成分の光を０次光として、Ｓ偏光の偏光成分の光
を１次光として回折する機能を有する。このため、入射
したレーザ光のＰ偏光の偏光成分の光は多分割光検出器
１７で、Ｓ偏光の偏光成分の光は多分割光検出器１６で
検出される。

【００２７】図２は本発明光集積回路の第１実施例に於
て、光ビームの偏光方向を示す斜視図である。本実施例
ではあらかじめ図に示すように、非球面対物レンズ２２
からの出射光が直線偏光で、かつＰ偏光成分ＥpとＳ偏
光成分Ｅsの大きさが等しくなるように光学系を設定し
ておく。ここでは電界成分がＺ軸方向のものをＰ偏光成
分Ｅp、Ｘ軸方向のものをＳ偏光成分Ｅsとする。光は全
反射の際その入射角に応じてＰ偏光成分ＥpとＳ偏光成
分Ｅsの光に位相差が生じたり、反射率の値に差が生じ
たりすることが知られている。

【００２８】また、ホログラム光学素子における光ビー
ムの入射角度やホログラムの厚みに応じてＰ偏光成分Ｅ
pとＳ偏光成分Ｅsに位相差が生じたり、反射率に差が生
じたりすることが知られている。また、半導体レーザ１
３からの出射光は半導体レーザ１３の活性層に平行な偏
光成分を主成分としてもつことが知られている。

【００２９】図２に示すように半導体レーザ１３を角度
θの斜面をもつサブマウント１２上にマウントし、レー
ザ光をその出射光の光軸のまわりにある角度θだけ回転
した状態で取り付けることにより、非球面対物レンズ２
２からの出射光のＰ偏光成分ＥpとＳ偏光成分Ｅsの割合
を変化させることができる。そこで、光ビームの入射角
度、ホログラムの厚み、半導体レーザ１３の取り付け角
度等を最適設計することにより、非球面対物レンズ２２
からの出射光を直線偏光でかつＰ偏光成分ＥpとＳ偏光
成分Ｅsの大きさを等しくできる。

【００３０】図３は光磁気ディスクからの反射光の偏光
方向を示す。光磁気ディスクに入射する前の光は図３
（ｂ）に示すように、偏光方向はどちらの方向へも回転
していないので、Ｐ偏光成分ＥpとＳ偏光成分Ｅsが等し
い。しかし、光磁気ディスクで反射された光は図３
（ｃ）に示すように、光磁気ディスクの記録情報に応じ
てその偏光方向が±０．４°どちらかの方向に回転され
る。光磁気ディスクでの反射により偏光方向が−０．４
°程回転した時は、図３（ｃ）の左図に示すように戻り
光ＥはＰ偏光成分ＥpがＳ偏光成分Ｅsよりも大きくな
る。反対に＋０．４°程回転した時は図３（ｃ）の右図
に示すように、戻り光ＥはＳ偏光成分Ｅsの方がＰ偏光
成分Ｅpよりも大きくなる。実際の読み取り時に於ける
偏光成分は、Ｐ偏光成分Ｅp及びＳ偏光成分Ｅsどちらか
の成分が大きい。

【００３１】各種偏光成分の検出を行うために、光磁気
ディスクから非球面対物レンズ２２への戻り光Ｅが直線
偏光でＰ偏光成分ＥpとＳ偏光成分Ｅsが等しい場合に
は、多分割光検出器１６と１７で検出される光強度が等
しくなるように、ホログラムビームスプリッタ１８、及
びホログラム偏光ビームスプリッタ１５の回折角度とホ
ログラムの厚み等を最適設計しておく。それにより、非
球面対物レンズ２２への戻り光ＥのＰ偏光成分Ｅpの方
がＳ偏光成分Ｅsよりも大きい場合、多分割光検出器１
７と１６上でも同様にＰ偏光成分Ｅpの方が大きくな
る。

【００３２】従って、逆にＳ偏光成分Ｅsの方が大きい
場合は、光検出器上でＳ偏光成分Ｅsが大きくなる。Ｐ
偏光検出用多分割光検出器１７とＳ偏光検出用多分割光
検出器１６で検出される光強度を差動検出することによ
り、偏光方向がどちらに回転したかが判別される。それ
をもとにして光磁気ディスクの情報信号を再生できる。
また、コンパクトディスク（ＣＤ）の再生についても、
前記２つの多分割光検出器１７と１６とで検出される光
強度の和から情報信号を読み出すことが可能である。

【００３３】（実施例２）図４は本発明光集積回路の第
２実施例を示す。この実施例では、まず、上面４０ａに
３ビーム生成用回折格子４１及び非球面対物レンズ４２
を有する透明体４０を一体成型により作製する。光集積
回路３０は、この透明体４０を光電子集積回路基板３１
の上に貼り合わせることにより形成される。貼り合わせ
に用いる接着剤は、屈折率などの光学的特性ができるだ
け透明体４０の光学的特性に近いものを用いることが望
ましい。

【００３４】この方式による光集積回路３０では第１実
施例の光集積回路１０と違い、光電子集積回路基板３１
の下側に透明体４０が形成されていない。従って、この
光集積回路３０を用いれば、光ピックアップとしての薄
型化が図れる。なお、光集積回路３０の構成や動作原理
などは、第１実施例のものと全く同じである。従って、
この部分については第１実施例のものと同じ番号を付
し、具体的な説明は省略する。

【００３５】

【発明の効果】本発明光集積回路では、光電子集積回路
基板と透明体とは一体化され、透明基板内の光ビームの
伝搬光路上に復路の光ビームを２種の直線偏光の光に分
離する光学素子が設けられる。これにより、光磁気ディ
スクの読み取りが可能で、偏光面検出機能を有する一体
型の光集積回路を実現できる。

【００３６】請求項２に記載の光ピックアップでは、光
電子集積回路基板と透明体との一体化により、余分な位
置合わせの工程数が減り、コストの低減を図れる。ま
た、光磁気ディスク用に小型軽量化された光ピックアッ
プを提供できる。

【００３７】請求項３に記載の光情報処理装置では、各
種偏光成分の検出を行うために、両ビームスプリッタの
回折角度とホログラムの厚み等を最適設計しておく。対
物レンズへの戻り光のＰ偏光成分の方がＳ偏光成分より
も大きい場合、多分割光検出器上でも同様にＰ偏光成分
の方が大きくなる。逆にＳ偏光成分の方が大きい場合
は、光検出器上でＳ偏光成分が大きくなる。

【００３８】Ｐ及びＳ偏光検出用の多分割光検出器で検
出される光強度を差動検出すれば、偏光方向がどちらに
回転したかが判別される。従って、光磁気ディスクの情
報信号を再生でき、ＣＤの再生についても、前記２つの
多分割光検出器で検出される光強度の和から情報信号を
読み出すことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明光集積回路の第１実施例を示す側面図。

【図２】第１実施例の光ビームの偏光方向を示す斜視
図。

【図３】光ディスクからの反射光の偏光方向を示す図。

【図４】本発明光集積回路の第２実施例を示す側面図。

【図５】従来のＣＤ用光ピックアップの光学系を示す
図。

【図６】従来のＣＤ用光集積回路を示す図で、（ａ）は
側面図、（ｂ）は光電子集積回路基板の斜視図。

【図７】従来の光磁気ディスク用光ピックアップの光学
系を示す図。

【符号の説明】

１０ ３０ 光集積回路 １１、３１ 光電子集積回路基板 １２、３２ サブマウント １３、３３ 半導体レーザ １４、３４ モニター用光検出器 １５、３５ ホログラム偏光ビームスプリッタ １６、３６ Ｓ偏光検出用多分割光検出器 １７、３７ Ｐ偏光検出用多分割光検出器 １８、３８ ホログラムビームスプリッタ １９、３９ ホログラムコリメートレンズ ２０、４０ 透明体 ２１、４１ ３ビーム生成用回折格子 ２２、４２ 非球面対物レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 貴彦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ素子、受光素子、該レーザ素子及
   び受光素子の各々を制御する制御回路、信号処理回路並
   びに各種光学素子を集積化した光電子集積回路基板と、 表面上に各種光学素子を一体化した透明体と、を一体成
   型又は貼り合わせた光集積回路において、 該レーザ素子から該透明体の内部に向けて出射され、該
   透明体の表面上の該各種光学素子と該光電子集積回路基
   板上の該各種光学素子との間を反射しつつ伝播する光ビ
   ームの経路上に、復路の光ビームを２種の直線偏光の光
   に分離する光学素子を設けた光集積回路。
2. 【請求項２】 前記光学素子が、復路の光ビームのＰ偏
   光成分の光を０次光としＳ偏光成分の光を１次光として
   回折するホログラム偏光ビームスプリッタと、該Ｐ偏光
   成分及びＳ偏光成分の光を検出し光電変換する多分割光
   検出器と、を有する光集積回路を装備した光ピックアッ
   プ。
3. 【請求項３】 前記光学素子が、２種の直線偏光の検出
   光強度が等しくなるよう回折角度及び厚みを最適設計し
   たビームスプリッタ及びホログラムと、 復路の光ビームの偏光方向が回転した場合に２種の直線
   偏光の光強度を差動検出することにより偏光方向の回転
   を判別するＰ偏光検出用及びＳ偏光検出用の多分割光検
   出器と、 該多分割光検出器で検出される両偏光成分の光強度を差
   動検出し光磁気ディスクの情報信号を再生する情報再生
   器と、を有する光集積回路を装備した光情報処理装置。