JPH11110781A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｓ／Ｎ比の良好な光ピックアップ用の半導体
レーザ装置を提供する。 【解決手段】 記録媒体１４にレーザ光を照射するため
の半導体レーザ素子１と、この半導体レーザ素子１と記
録媒体１４との間の光路中に配されたビームスプリッタ
１１と、このビームスプリッタ１１と半導体レーザ素子
１との間の光路中に配された光透過基板８に回折格子９
を形成して構成されるホログラム素子２８と、この回折
格子９を透過した回折光を受光するために回折光の光路
中に配されたサーボ信号用受光素子２および３と、ビー
ムスプリッタ１１によって分割された光のうち、回折格
子９に入射する光とは別の光を受光するための情報信号
光用受光素子４とを有し、半導体レーザ素子１とサーボ
信号用受光素子２および３と情報信号用受光素子４とが
一つのパッケージ内に配され、かつ情報信号用受光素子
４が、回折格子９を透過した全次数の回折光の光路外に
配されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報記録媒体への
情報の記録またはその再生を行うための光ピックアップ
装置の光源として好適な半導体レーザ装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来の半導体レーザ装置について
説明する。

【０００３】図１６は、従来の半導体レーザ装置および
記録媒体を示す図である。図１６において、半導体レー
ザ素子１、サーボ信号用受光素子２、およびサーボ信号
用受光素子３がパッケージ５内に配設され、このパッケ
ージ５は透明な封止基板６によって封止されている。以
上の構成を半導体レーザユニット７とする。半導体レー
ザ素子１と情報記録媒体１４との間の光路中には、半導
体レーザ素子１側より順に、光透過基板８、コリメート
レンズ１２および対物レンズ１３がそれぞれ配置されて
いる。光透過基板８のコリメートレンズ１２側の表面に
は回折格子９、封止基板６側の表面には３ビーム生成用
回折格子１０が形成されている。

【０００４】半導体レーザ素子１から射出された光は、
３ビーム生成用回折格子１０において図１の紙面垂直方
向に３本の光ビームに分けられ、ホログラム光学素子２
８を透過する。ホログラム光学素子２８を透過した３本
のビームはコリメートレンズ１２および対物レンズ１３
を経て情報記録媒体１４上に集光される。情報記録媒体
１４で反射された光ビーム、すなわち戻り光は、再び同
じ光路を辿りホログラム光学素子２８へと戻り、ホログ
ラム光学素子２８上の回折格子９により回折され、サー
ボ信号用受光素子２、３上の複数のエレメントに分割さ
れたフォーカス誤差信号受光領域（図示せず）および、
複数のエレメントに分割されたラジアル誤差信号受光領
域上（図示せず）に集光する。フォーカス誤差信号は前
記フォーカス誤差受光領域における各エレメントからの
電流出力を電流電圧変換したのち差動演算することによ
り検出する。また、ラジアル誤差信号も同様に３ビーム
法を用いた差動検出により検出される。一方、情報信号
は、フォーカス誤差信号受光領域の各エレメントからの
電流出力を電流電圧変換したのち、これらの総和をとる
ことにより得ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体レーザ装置においては、情報信号を複数に分
割した各エレメントからの信号の和をとることにより得
ているため、各エレメントからの信号の雑音成分が加算
されてしまうので、エレメントの個数に応じて雑音成分
が増加し、Ｓ／Ｎ比が著しく低下してしまうという問題
があった。

【０００６】本発明は、上記従来の課題を解決し、Ｓ／
Ｎ比の良好な半導体レーザ装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、記録媒体にレーザ光を照射するための半導体レー
ザ素子と、前記半導体レーザ素子と前記記録媒体との間
の光路中に配されたビーム分割手段と、このビーム分割
手段と前記半導体レーザ素子との間の光路中に配された
光透過基板に回折格子を形成して構成されるホログラム
素子と、この回折格子を透過した回折光を受光するため
に回折光の光路中に配されたサーボ信号用受光素子と、
前記ビーム分割手段によって分割された光のうち、前記
回折格子に入射する光とは別の光を受光するための情報
信号用受光素子とを有し、前記半導体レーザ素子と前記
サーボ信号用受光素子と前記情報信号用受光素子とが一
つのパッケージ内に配され、かつ前記情報信号用受光素
子が、前記回折格子を透過した全次数の回折光の光路外
に配されているものであり、これにより、情報信号用受
光素子には回折格子を透過した回折光が入り込まないた
めに、雑音の少ない情報信号を得ることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１から図１５を用いて説明する。

【０００９】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１における半導体レーザ装置を示す図である。図１
において、半導体レーザ素子１と、ラジアル誤差信号と
フォーカス誤差信号を検出するためのサーボ信号用受光
素子２およびサーボ信号用受光素子３と、情報信号用受
光素子４とが一つのパッケージ５の内部に配置されてい
る。パッケージ５は、硝子または樹脂などで成型された
透明な封止基板６で密封されている。以上の構成を半導
体レーザユニット７とする。

【００１０】情報を記録または再生するための情報記録
媒体１４と半導体レーザユニット７との間の光路中に
は、半導体レーザユニット７側から順に、光透過基板８
の一方の表面に回折格子９、対向する他の表面に、入射
光を図１の紙面垂直方向に回折する３ビーム生成用回折
格子１０をそれぞれ形成して構成されるホログラム光学
素子２８と、ビーム分割手段であるビームスプリッタ１
１と、コリメートレンズ１２と、対物レンズ１３とがそ
れぞれ配設されている。また、ビームスプリッタ１１と
情報信号用受光素子４との間の光路中には、反射体１５
が配設されている。

【００１１】次に、本発明の実施の形態１における半導
体レーザ装置の動作について説明する。

【００１２】図１において、まず、半導体レーザ素子１
から出射された光は、ホログラム光学素子２８、ビーム
スプリッタ１１を透過し、コリメートレンズ１２で発散
光束から平行光束に一旦変換され、対物レンズ１３によ
り情報記録媒体１４上に集光される。この光は、情報記
録媒体１４の表面で反射した後、戻り光として、対物レ
ンズ１３およびコリメートレンズ１２を透過してビーム
スプリッタ１１へ入射する。ビームスプリッタ１１に入
射した戻り光は、ホログラム光学素子２８の方向および
ウォラストンプリズム１６の方向へと分岐される。ホロ
グラム光学素子２８の方向に分岐された戻り光は、回折
格子９で回折される。図１においては、簡単のため、−
１次回折光２３、０次回折光２４、＋１次回折光２５、
＋２次回折光２６、＋３次回折光２７以外の回折光は省
略する。これらの回折光のうち、−１次回折光２３およ
び＋１次回折光２５を用いてＳＳＤ（Ｓｐｏｔ Ｓｉｚ
ｅＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）法によりフォーカス誤差信号、
３ビーム法による差動検出方式を用いてラジアル誤差信
号をそれぞれ検出する。情報信号用受光素子４は、＋２
次回折光２６、＋３次回折光２７の光路の間にあるの
で、回折格子９の回折光を直接受光することはない。

【００１３】なお、図２以降の図においては、−１次回
折光２３、０次回折光２４、＋１次回折光２５以外の回
折光は、簡単のため省略する。

【００１４】一方、ビームスプリッタ１１により分岐さ
れた戻り光のうち、回折格子９に入射する戻り光とは別
の光は、反射体１５で反射した後、情報信号用受光素子
４で受光され、情報信号として用いる。

【００１５】このように、パッケージ５の内部であっ
て、かつ回折格子９による回折光の光路外に情報信号用
受光素子４を設けることにより、半導体レーザ装置を大
型化することなく、良好なＳ／Ｎ比を有する半導体レー
ザ装置を製造することができる。

【００１６】なお、本実施の形態においては、コリメー
トレンズ１２および対物レンズ１３を備えた無限系型の
光学系を有する半導体装置について説明したが、対物レ
ンズ１３のみを使用した有限系型の光学系を用いても、
同様に実施可能である。

【００１７】また、図２に示すように、ホログラム光学
素子２８上にビームスプリッタ１１を集積するか、図３
に示すように、ビームスプリッタ１１と反射体１５を複
合プリズム１７として一体に形成するか、もしくは図４
に示すように封止基板６上にホログラム光学素子２８を
集積し、さらにその上部に複合プリズム１７を集積して
もよい。これらの場合、複数の光学部品を集積化および
一体化することにより、半導体レーザ装置をさらに小型
化・薄型化することができる。

【００１８】また、反射体１５を全反射ミラーで構成す
れば、情報信号のための光が全て情報信号用受光素子４
に入射するので、光の利用効率が上がり、Ｓ／Ｎ比が向
上する。

【００１９】また、図５に示すように、３ビーム生成用
回折格子１０を封止基板６の上面あるいは下面に形成
し、さらに回折格子９をビームスプリッタ１１の下面に
形成すれば、光学部品点数が削減できるとともに複数の
光学部品を集積化および一体化することができるので半
導体レーザ装置をさらに小型化・薄型化および低コスト
化することができる。

【００２０】また、図６に示すように、光透過基板８の
代わりにホログラム光学素子２８でパッケージ５を封止
すれば、封止基板６は使用しなくてもよいので耐久性・
信頼性を保ったまま光学部品点数を削減できる。

【００２１】さらに、図７のように、半導体レーザ素子
１の後出射端面からの出射光を受光する光強度モニター
用受光素子１８をパッケージ５の内部に新たに配置して
もよい。この場合、外部に光強度モニター用受光素子１
８を別途設ける必要がないのでさらに半導体レーザ装置
を小型化・薄型化することができる。

【００２２】また、図８に示すように、ホログラム光学
素子２８において、光路中に位置する部分に曲率をもた
せることにより、半導体レーザ素子１からの発散光束を
平行光束に変換できるので、コリメートレンズ１２を不
要にでき、光学部品点数を削減することができる。この
とき、偏光ビームスプリッタ１１において、情報信号用
受光素子４の方向に分岐される光が平行光束となるが、
封止基板６にホログラム光学素子２８と同様に曲率をも
たせることにより、情報信号受光用素子４に入射する光
を収束光とすることができる。

【００２３】また、パッケージ５の内部に、サーボ信号
用受光素子２、３または情報信号用受光素子４からの電
気信号を用いて電流電圧変換もしくは演算を行う集積回
路を設ければ、配線長が短縮できるので、Ｓ／Ｎ比の向
上および高周波特性の改善も図れる。

【００２４】図９は半導体レーザ装置の側面図である。
図９に示すように、３ビーム生成用回折格子１０の−１
次光１６ｂ、＋１次光１６ｃをそれぞれラジアル誤差信
号用受光素子１９、２０で受光し、ラジアル誤差信号を
検出してもよい。０次光１６ａは、情報信号用受光素子
４で受光する。なお、この場合、回折格子９で回折され
るサブビームはラジアル誤差検出信号として使用しな
い。さらに、ラジアル誤差信号用受光素子１９、２０お
よび情報信号用受光素子４を３つのエレメントに分割さ
れた一つの受光素子で形成すれば、受光素子数が減少す
るので半導体レーザ装置の低コスト化を図ることができ
る。

【００２５】また、３ビーム生成用回折格子１０をなく
し、プッシュプル方式を用いた１ビーム法によりラジア
ル誤差信号を検出してもよい。この場合、出射光が３つ
に分岐しないので情報信号光１６の光量が増加し、Ｓ／
Ｎ比がさらに向上する。

【００２６】また、図１０に示すように、半導体レーザ
素子１、サーボ信号用受光素子２、３および情報信号用
受光素子４を１つの基板２１上に集積し一体化すれば、
個別の素子をパッケージ５内部に配置する場合と比較し
て組立て工程が容易になるとともに、半導体加工技術に
おける微細加工技術を用いることができる。さらに、こ
のような半導体加工技術を用いれば、光強度モニター用
受光素子１８またはサーボ信号用受光素子２、３または
情報信号用受光素子４からの電気信号を電流電圧変換し
たり演算したりする集積回路をも同時に基板２１上に集
積化することができる。この集積化は、シリコン基板に
半導体加工技術を用いて全ての受光素子を形成した後、
半導体レーザ素子１をチップボンドしてハイブリッドに
形成することにより実施される。あるいは、半導体ヘテ
ロエピタキシァル技術を用いて、シリコン基板上に化合
物半導体層をモノリシックに形成し、半導体レーザ素子
１、サーボ信号用受光素子２、３および情報信号用受光
素子４をシリコン基板もしくは化合物半導体層に形成す
る。シリコン基板を用いずに、化合物半導体層のみで半
導体レーザ素子１、サーボ信号用受光素子２、３および
情報信号用受光素子４を一体に集積・形成してもよい。

【００２７】なお、ハイブリッドに集積する場合、面発
光型の半導体レーザを光源として採用する際は、発光面
を上部に向けてそのままチップボンドするだけでよい
が、端面出射型の半導体レーザを光源として採用する際
には、例えば図１１に示すように基板２１に半導体加工
技術を用いて凹部を作り込みその内部に半導体レーザ素
子１をチップボンドし、凹部内に４５°傾いた面を形成
し、この面に金属あるいは誘電体膜等を蒸着することに
より反射ミラー２２を形成すれば、半導体レーザ素子１
からの出射光は反射ミラー２２により反射されるので上
部方向に光をとりだすことが可能となる。

【００２８】また、図１２に示すように、封止基板６を
なくし、光透過基板８の厚さを、サーボ信号受光用素子
２、３に入射する光が透過する部分と、情報信号用受光
素子４に入射する光が透過する部分とで、それぞれ個別
に設定することにより、サーボ信号受光用素子２、３に
入射する光の焦点位置と、前記情報信号用受光素子に入
射する光の焦点位置とをそれぞれ個別に調節すれば、情
報信号用受光素子４の受光領域の大きさを集光スポット
径程度にまで小さくすることができる。従って、半導体
レーザ装置を小型化・薄型化することができる。なお、
封止基板６の不要となることに伴い、半導体レーザ装置
のコストが低下することは言うまでもない。

【００２９】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２における半導体レーザ装置について説明する。

【００３０】図１３は、実施の形態２における半導体レ
ーザ装置の構成を示す図である。図１４は、半導体レー
ザユニットの平面図である。サーボ信号用受光素子２、
およびサーボ信号用受光素子３は、それぞれエレメント
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、および３ａ、３
ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆに分割されている。なお、
図１に示した半導体レーザ装置と同一の構成要素には同
一の符号を付し、その説明を省略する。図１３に示した
半導体レーザ装置は、基本的には図１に示した半導体レ
ーザ装置と同じ構成をとるが、図１の半導体レーザ装置
と異なる点は、１ビーム法でラジアル誤差信号を検出す
るために、３ビーム生成用回折格子１０がないこと、図
１５に示すようにＸ−Ｘ’断面において回折格子９を２
分割し、Ｘ−Ｘ’断面の左右の領域９ａ、９ｂで、それ
ぞれ異なるレンズ効果を備えたことである。

【００３１】以下、サーボ誤差信号処理について説明す
る。情報記録媒体１４からの戻り光のうち、回折格子９
ａに入射した光は回折を受け、＋１次回折光は受光素子
２のエレメント２ｄ、２ｅ、２ｆに入射し、−１次回折
光は、受光素子３のエレメント３ａ、３ｂ、３ｃに入射
する。同様に、回折格子９ｂによる＋１次回折光および
−１次回折光はエレメント２ａ、２ｂ、２ｃおよびエレ
メント３ｄ、３ｅ、３ｆにそれぞれ入射する。このと
き、フォーカス誤差信号ＦｏＥはＳＳＤ法により、 ＦｏＥ＝｛（２ｂ＋２ｅ）＋（３ａ＋３ｃ＋３ｄ＋３
ｆ）｝−｛（３ｂ＋３ｅ）＋（２ａ＋２ｃ＋２ｄ＋２
ｆ）｝ という演算によって検出できる。一方、ラジアル誤差信
号ＴＥは回折格子９ａと９ｂに入射する光量差を ＴＥ＝｛（２ｄ＋２ｅ＋２ｆ）＋（３ａ＋３ｂ＋３
ｃ）｝−｛（２ａ＋２ｂ＋２ｃ）＋（３ｄ＋３ｅ＋３
ｆ）｝ という演算で検出することにより得られる。なお、Ｆｏ
ＥおよびＴＥを表す式において、２ａ、２ｂ等、エレメ
ントを示す符号が、エレメントに入射する光の強度をそ
のまま示すものとする。情報信号検出方法は、実施の形
態１と同様である。

【００３２】以上のような構成により、相異なるレンズ
効果を有する複数に分割された回折格子９からのいずれ
の回折光からも外れた位置に情報信号検出専用受光素子
４を配置することができるので、Ｓ／Ｎ比を良好に保っ
たまま光磁気ピックアップ用半導体レーザ装置を小型化
・薄型化できる。なお、実施の形態１における図２ない
し図１２における形態は、本実施の形態においても同様
に適用できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、半導体
レーザ素子とサーボ信号用受光素子とを備えたパッケー
ジ内に、情報信号用受光素子を配設することにより、半
導体レーザ装置を大型化することなく、情報信号のＳ／
Ｎ比を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図２】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図３】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図４】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図５】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図６】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図７】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図８】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置を示す図

【図９】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装
置のラジアル誤差信号用受光素子を示す図

【図１０】本発明の実施の形態１における半導体レーザ
装置を示す図

【図１１】本発明の実施の形態１における半導体レーザ
装置の半導体レーザ素子を示す図

【図１２】本発明の実施の形態１における半導体レーザ
装置を示す図

【図１３】本発明の実施の形態２における半導体レーザ
装置を示す図

【図１４】本発明の実施の形態２における半導体レーザ
装置の半導体レーザユニットの平面図

【図１５】本発明の実施の形態２における半導体レーザ
装置の回折格子の平面図

【図１６】従来の半導体レーザ装置を示す図

【符号の説明】

１ 半導体レーザ素子 ２ サーボ信号用受光素子 ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ エレメント ３ サーボ信号用受光素子 ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ エレメント ４ 情報信号検出専用受光素子 ５ パッケージ ６ 封止基板 ７ 半導体レーザユニット ８ 光透過基板 ９ 回折格子 １０ ３ビーム生成用回折格子 １１ ビームスプリッタ １２ コリメートレンズ １３ 対物レンズ １４ 情報記録媒体 １５ 反射体 １６ 情報信号光 １６ａ ０次情報信号光 １６ｂ −１次情報信号光 １６ｃ ＋１次情報信号光 １７ 複合プリズム １８ 光強度モニター用受光素子 １９ ラジアル誤差信号用受光素子 ２０ ラジアル誤差信号用受光素子 ２１ 基板 ２２ 反射ミラー ２３ −１次回折光 ２４ ０次回折光 ２５ ＋１次回折光 ２６ ＋２次回折光 ２７ ＋３次回折光 ２８ ホログラム光学素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 昭男 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体にレーザ光を照射するための半
   導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子と前記記録媒
   体との間の光路中に配されたビーム分割手段と、このビ
   ーム分割手段と前記半導体レーザ素子との間の光路中に
   配された光透過基板に回折格子を形成して構成されるホ
   ログラム素子と、この回折格子を透過した回折光を受光
   するために回折光の光路中に配されたサーボ信号用受光
   素子と、前記ビーム分割手段によって分割された光のう
   ち、前記回折格子に入射する光とは別の光を受光するた
   めの情報信号光用受光素子とを有し、前記半導体レーザ
   素子と前記サーボ信号用受光素子と前記情報信号用受光
   素子とが一つのパッケージ内に配され、かつ前記情報信
   号用受光素子が、前記回折格子を透過した全次数の回折
   光の光路外に配されていることを特徴とする半導体レー
   ザ装置。
2. 【請求項２】 前記ビーム分割手段と前記情報信号用受
   光素子との間の光路中に反射手段を設けたことを特徴と
   する請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記回折格子が２以上の領域に分割され
   ていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 前記領域がそれぞれ異なるレンズ効果を
   有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
   れかに記載の半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記ホログラム素子が、前記半導体レー
   ザ素子から射出されたレーザ光をコリメートするための
   レンズ効果を有することを特徴とする請求項１ないし請
   求項４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 前記光透過基板の厚さを、前記サーボ信
   号受光用素子に入射する光が透過する部分と、前記情報
   信号用受光素子に入射する光が透過する部分とで、それ
   ぞれ個別に設定することにより、前記サーボ信号受光用
   素子に入射する光の焦点位置と、前記情報信号用受光素
   子に入射する光の焦点位置とをそれぞれ個別に調節した
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに
   記載の半導体レーザ装置。
7. 【請求項７】 前記パッケージを前記ホログラム光学素
   子で封止したことを特徴とする請求項１ないし請求項６
   のいずれかに記載の半導体レーザ装置。