JPS6258432A

JPS6258432A - 集積型光ピツクアツプヘツド

Info

Publication number: JPS6258432A
Application number: JP60197136A
Authority: JP
Inventors: Chiaki Sato; 千秋佐藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1985-09-06
Filing date: 1985-09-06
Publication date: 1987-03-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は光ビデオディスク等の光記録媒体に対して情報
の記録または再生を行なう集積型光ピ・ツクアップヘッ
ド峰遥の改良に関する。

［従来の技術］レーザ光を用いた高密度情報記録システムとしての光デ
イスクシステムは、急速に展開しつつある情報化社会を
担う情報システムとして注目されている。そして既に実
用化されているビデオディスクを含め光デイスクシステ
ムはさらに一層の機能向上をめざして活発な研究開発が
行なわれている。かかる光デイスクシステムにおける光
ピツクアップヘッドはアナログプレーヤのピックアップ
カートリッジに相当するものであり光ディスクシステム
にとってきわめて重要なコンポーネントであるといえる
。

これまで開発されてきた光ピツクアップヘッドは、いず
れも半導体レーザ、レンズ、ミラー、偏光ビームスピリ
ツタ等の個々の光学素子を金属基板上に配置したものと
なっている。したがって小型・軽量化が難しく、部品点
数が多いという゛欠点があった。

このような問題点を解決する手段として、例えば特開昭
５９−１５１１２９号公報に示されているように先導波
路を用いた光ピツクアップヘッドが提案されている。

第８図はその概要を示す図である。図に示すようにシリ
コン基板ｌ上にはＬｉＮｂＯ３基板２が配置され、その
上層部に導波路２ａが形成されている。導波路２ａの光
入射端には半導体レーザ３が配置されており、光出射端
には集積化レンズ４が接合されている。そして導波路２
ａの途中には、光入射端側から光出射端側に向けて、半
導体レーザ３からの出射光を平行光束化するコリメート
レンズ５、平行光束化された光ビームをブラッグ回折さ
せるための弾性表面波を発生させる交差電極６、回折光
を導波路２ａの断面内で偏位させるグレーティングレン
ズ７、か順次配設されている。またシリコン基板ｌの一
側面には６個のフォトダイオードからなる光検出器８が
設けである。シリコン基板ｌの上面にはマイクロコンピ
ュータで構成された制御回路９が設けてあり、前記集積
化レンズ４、交差電極６、グレーティングレンズ７、光
検出器８などと電気的に接続されている。かくして半導
体レーザ３から出射したレーザ光は導波路２ａを伝搬し
、伝搬した光ビームは集積化レンズにより光デイスク１
０上の図示しないピットに集光照射される。光ディスク
ｌＯからの反射光は光検出器８により受光され、光デイ
スク１０上に形成される光スポットの状態すなわちフォ
ーカシング情報、トラッキング情報などの検出が行なわ
れるものとなっている。

［発明が解決しようとする問題点］しかるに上記構成の従来の光ピツクアップヘッドにおい
ては、制御回路９の基板を形成しているシリコンと、導
波路２ａの基板を形成しているＬｉＮｂＯ３との整合性
が悪いという欠点を有している。また導波路２ａには光
をブラッグ回折させる炒≠弾性表面波を発生させるため
の交差電極６やグレーティングレンズ７が配置されてい
るため、極めて複雑な製造工程を必要とし、コストの低
減をはかりがたいという欠点を有していた。さらに同一
基板上に光源である半導体レーザ３、光検出器８などを
導波路２ａと一体的に集積化することが困難であり、こ
の点でも製作が困難化しコスト高とならざるを得ないと
いう問題があった。

そこで本発明は、基板素材間の整合性の問題がなく、小
型軽量である上製作が極めて容易でコストの低減をはか
り得、加えて光記録媒体からの光が光源側に戻ることの
ない集積型光ピックアップヘッドを提供することを目的
とする。

Ｅ問題点を解決するための手段］本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために、次
のような手段を講じたことを特徴とじている。すなわち
、出射光偏向機能を有する半導体レーザと、この半導体
レーザからの出射光の光路を変換し光記録媒体に向けて
照射する反射体と、前記光記録媒体からの反射光を受光
して情報を検出する光検出器とを、同一基板上に集積す
る。なお反射体としては平面反射ミラーあるいは集光機
能をもった楕円ミラーを用いる。また光検出器としては
トラッキング情報およびまたはフォーカシング情報を検
出可能な如く、同一平面上に複数の受光素子を配列した
ものを用いる。

［作用］このような手段を講じたことにより、光源としての半導
体レーザと反射体と光検出器とが一体的に形成されるの
で、小型軽量なものとなり、製作も容易となる。しかも
同一基板上に形成した反射体により光記録媒体への照射
を行なうようにしているので、いわゆる戻り光がなくな
る。

［実施例コ第１図は本発明の第１の実施例の全体的構成を示す斜視
図であり、半導体レーザ・フォトダイオ−ド集積型の光
ピツクアップヘッドを示している。

この光ピツクアップヘッドは、中央部分をエツチング等
により分離されることにより、レーザ領域りと光検出領
域りとに部分されている。

レーザ領域りは次のように形成されている。図中１１は
ｎ型ＧａＡｓ基板であり、この基板ｌｌ上にｎ型ＧａＡ
、ｆｆＡｓクラッド層１２、ｎ型ＧａＡ、１１’Ａｓ活
性層１３、ｐ型ＧａＡノＡｓクラッド層１４、ｎ型Ｇａ
Ａｓキャップ層１５、絶縁層（Ｓｉ３Ｎｔ）１６、電極
１７ａ、　１７ｂが形成されている。なお電極１７ａと
１７ｂとは、電極分割部１８により電気的に分離されて
いる。基板１１の他側面には別の電極１９が形成されて
いる。

光検出領域りは次のように形成されている。層構造自体
はレーザ領域りの層構造とほぼ同様である。ただし、キ
ャップ５１５より上の部分はエツチング等により除去さ
れており、クラッド層１４の上にフォトダイオードから
なる光検出器２０が十字状の分離帯２１によりａ　−ｄ
に４分割された状態で配設されている。上記分離帯２１
はエツチングあるいはドライエッチグ等の手段により形
成される。

レーザ領域りと光検出領域りとの間の中央分離部分には
、レーザ出射端面２２および反射面２３が形成されてい
る。なお第１図中２４は光記録媒体としムスキャニング
半導体レーザ（以下ＢＳＬと略称する）を構成している
。そこで以下ＢＳＬについて詳細に説明する。

半導体レーザは、一般にその導波機構に応じて、屈折率
導波型と利得導波型との二つに分けられる。

前者は、半導体レーザの活性層の接合面に対し、垂直方
向および平行方向ともに屈折率によって光が導波される
機構をもったものであるのに対し、後者は活性層に注入
されるキャリア密度に依存する利得の高いところに沿っ
て光が導波されるという性質に基いた機構を有するもの
である。

ＢＳＬは、この利得導波機構を積極的に活用したもので
ある。すなわち、通常の利得導波型半導体レーザの活性
層内の利得分布は、活性層上に電流注入電極が一様に形
成されているので、活性層中心に対して対称に分布する
。一方、ＢＳＬの場合は、活性層上に２つに分割した電
極が形成されており、この一対の電極に独立に電流を注
入することができるので、活性層内の利得分布を非対称
にすることができる。

第２図はＢＳＬの構造例を示す斜視図であり、文献ｒＤ
、Ｒ，５ｃｉｆ’ｒｅｓ　Ａｐｐｌ　ｐｈｙｓ　Ｌｅｔ
ｔ　３３　（８）、　　７０２゜１９７８４に示されて
いるものである。

なお第１図のレーザ領域りとの対応をとるために同一機
能部分には同一符号を付しである。

第２図に示すようにｎ型ＧａＡｓ基板ｌＩ上に、ｎ型Ｇ
ａ　　　Ａノ　　Ａｓクラッド層１２、ｐ型０．５　　
０．５０．９５　　　０，０５　ＡＳ活性層１３、ｎ型Ｇａ　
　　　ＡノＧａ　　　　Ａノ　　Ａｓクラッド層１４、ｎ型０．５
　　　０．５ＧａＡｓキャップ層１５が順次形成されている。このキ
ャップ層２５上には、電流狭搾用の絶縁層１６を介して
二分割された電極１７ａ、　１７ｂが設けである。

すなわちこの電極１７ａ、１７ｂは、電極分割部分１８
において分離されており、一対のリード線１９ａ、　１
９ｂを介してそれぞれ独立に電流ＩＩ、１２を注入可能
になっている。また前記キャップ層１５の電極１７ａ、
　１７ｂと接している部分には、それぞれＺｎ拡散領域
３０ａ、３０ｂが設けてあり、電極１７ａ、　１７ｂか
ら注入される電流励起領域を制限するようになっている
。

活性層１３の活性領域３１における非対称利得分布は、
上述した注入電流Ｉｔ、Ｉ２の比を変えることにより行
なう。

すなわち、注入電流を非対称（Ｉｌ〆１２）にすると、
活性層１３内に注入されるキャリアの密度は注入電流の
大きい電極側が高くなる。例えば１１＞１２の場合には
、電極１７ａ側からキャリアが多く注入され、活性領域
３１内での利得はＩＩ側が高くなる。従って、利得分布
のピークが１７ａ側に偏った第３図（ａ）に示すような
分布を示す。

逆に１１＜Ｉ２とすると、活性領域３［内での利得はＩ
２側が高くなり、利得分布のピークが１７ｂ側に偏った
第３図（ｂ）に示すような分布を示す。

第３図（ａ）、（ｂ）に示す利得分布を形成した場合の
活性層２３の光モードの波面の位相は、第４図（ａ）、
（ｂ）に示すように傾斜した波面となることかわかる。

波面の傾斜の方向は、注入電流ｍＩ＋、Ｉ２の比により
決定される。なお、第３図、第４図における横軸Ｘは接
合面と平行な方向を示す。

レーザ出射光の方向は、活性層１３内の光の波面の傾向
に依存しており、その遠視野像は、第５図（ａ）、（ｂ
）に示すようにレーザ端面法線に対して所定角度偏向さ
れた方向にピークを有している。

この出射光ピーク位置は、活性層１３への注入電流比１
１／　Ｉ　２を連続的に変化させることにより、一定偏
向角の範囲で連続的に移動させ得る。

ＢＳＬの光源としての動作の特徴は、第６図に示すよう
に、出射光の強度分布のピークｐを注入電流比Ｉｆ／１
２の可変操作により矢印で示すように連続的に偏向させ
ることができる点である。

次に上記の如く構成された光ピツクアップヘッドの動作
を説明する。

左右の電極１７ａ、　１７ｂから活性層１３へ電流の注
入を行なうと、レーザ領域りにおいてレーザ発振が開始
される。レーザ出射端面２２から出射した出射光■は、
光検出領域り側に設けである反射面２３より反射され、
光ディスク２４に入射し、光ディスク２４からの反射光
Ｗは、４分割光検出器２０に入射し、次のように光検出
が行なわれる。

光検出器２０に入射した光はクラッド層１４を透過し、
活性層１３およびクラッド層１２の近傍に到達し吸収さ
れる。いま、活性層１３とクラッド層１２により形成さ
れるｐｎ接合にブレークダウン電圧以下の逆バイアス（
不図示）が加えられているとすると、この光吸収領域で
電子・正孔が生成し、電子はｎ領域（クラッド層１２）
に、正孔はｐ領域（活性層１３）にそれぞれ移動するの
で電流として検出される。

トラッキングエラーの検出は、光デイスク２４上のビッ
トのある部分とない部分とで反射光が互いに干渉するこ
とを利用して行なう。すなわち、光スポットがピットか
ら外れると光は１００％近く反射されるのに対し、光ス
ポットが一部ピット内−を照射すると、反射率が低下し
、反射光の光量変化が生じる。そこで上記光量の変化を
光検出器２０て監視し、最少光量を検知することにより
、トラッキングエラーを検出できる。トラッキングエラ
ーか生じた場合にはＢＳＬへの前記注入電流・比を変え
てビームスキャニングを行なうことにより出射光Ｖの偏
向を行ない、光デイスク２４上で光スポットのトラッキ
ング補正を行なえばよい。

上記した本実施例においては、光源としてのレーザ領域
りおよび光検出領域りを同一基板上に一体的に形成でき
るので、極めて小型軽量なものとなる。またレーザ領域
りからの出射光Ｖを同一基板上に形成した反射面２３に
より光ディスク２４へ入射させるようになっているので
光ディスク２４からのいわゆる戻り光はレーザ領域りに
は再入射しないという大きな利点を有する。

次に第８図に示す第２の実施例について説明する。この
第２の実施例が前記第１の実施例と異なる点は、反射体
として前記実施例ではレーザからの出射光Ｖを集光する
機能のない反射面２３を設けたのに対し、本実施例では
レーザ集光機能をもつ楕円ミラー４０を設けた点である
。

第８図において４０はレーザ領域りの他方の端面に対向
する如く設けられた楕円ミラーであり、レーザ出射端面
４１と光ディスク２４の記録面とがそれぞれ一方の焦点
となるように形成されている。

従って、レーザからの出射光Ｖは、楕円ミラー４０によ
り反射され、光デイスク２４上に焦点を形成し、その反
射光Ｗが、光検出領域りに形成しである光検出器２０上
にスポットを形成する。光検出器２０は、分離帯２１に
より４分割されているので、前記実施例で説明したのと
同じ方法により効率よくトラッキングエラー検出が行な
える。

またフォーカシングエラー検出も次のように行なえる。

すなわち、光ディスク２４の記録面が、楕円ミラー４０
の焦点位置Ｃより近い側Ａにある場合には、光ディスク
２４からの反射光Ｗにより光検出器２０」−に形成され
るスポット２５はｃ、ｄ側に多く位置し、ｃ、ｄ側の光
出力が大となる。一方、光ディスク２４が、楕円ミラー
４０の焦点より遠い側Ｂにある場合には、光検出器２０
上に形成されるスポット２５は、ａ、ｂ側に片寄り、従
ってａ、ｂ側の光出力が、ｃ、ｄ側の光出力よりも大と
なる。したがってフォーカスエラーが検出できる。

上記した本実施例においては前記実施例における作用効
果に加えて、集光機能が生じることからトラッキングお
よびフォーカシングをより適確に行なえる利点がある。

なお本発明は前記各実施例に限定されるものではない。

例えば前記実施例では集積型ピックアップヘッドと光デ
ィスク２４との間に、外部レンズ系を介挿しない場合の
例を示したが、光スポットの集光特性向上のために外部
レンズ系を配設するようにしてもよい。この場合、第１
の実施例においては凸レンズをアレイ状に配したレンズ
アレイを用い、第２の実施例においては楕円ミラー４ｏ
と直交する状態に配したシリンドリカルレンズアレイあ
るいはレンチキュラーレンズを用いるようにするとよい
。

また実施例では、レーザ材料、光検出器材料として、Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　Ｊ　Ａ　ｓ系材料を用
いたが、Ｉ　ｎ　Ｐ　／　Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐ
系材料を用いてもよい。

すなわち、基板１１にはｎ型１ｎＰ、　　クラッド層１
２にはｎ−１ｎＰ、活性層１３にはＩｎＧａＡｓＰ層。

クラッド層１４にはｎ−１ｎＧａＡｓ　Ｐ、キャップ層
１５にはｐ型１ｎＧａＡｓＰを用いるようにしてもよい
。ただしＩｎＧａＡｓＰ系を用いた場合はレーザ発振波
長が１．３〜１．６ｐの赤外域となる。上記ＧａＡｓ系
あるいはＩｎＰ系の材料は、発光素子材料としては勿論
、受光素子としても使用できることから、これらの材料
の化合物半環体を基板として用いることにより、半導体
レーザ、光検出器、反射ミラー等の光学系を同一基板上
に集積した状態で形成できる利点を有する。

［発明の効果］本発明によれば、次のような効果を奏する。同一基板上
に半導体レーザと光検出器と反射体とを一体的に集積す
るようにしたので、適合性がよく小型軽量なものとなり
、製作が容易で安価となる。

また同一基板上に形成した反射体からの光を光記録媒体
に照射するようにしているので、いわゆる戻り光がなく
良好なピックアップ機能が発揮できる。さらに光源とし
てＢＳＬを用いているので、メカニカルな偏向手段を用
いずに光スポットのトラッキングを行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の全体的構成を示す斜視
図、第２図は同実施例のＢＳＬを示す斜視図、第３図（
ａ）（ｂ）　〜第５図（ａ）（ｂ）は同ＢＳＬの特性を
示す図、第６図（ａ）（ｂ）は同ＢＳＬの作用を示す図
、第７図は本発明の第２の実施例を示す斜視図である。第８図は従来例を示す斜視図である。Ｌ・・・レーザ領域、Ｄ・・・光検出領域、１１・・・
基板、１２・・・クラッド層、１３・・・活性層、１４
・・・クラッド層、１５・・・キャップ層、１６・・・
絶縁層、１７ａ、　１７ｂ・・・電極、２０・・・光検
出器、・・・レーザ光出射端面、２３・・・反射面、２
４・・・光ディスク、４０・・・楕円ミラー。第１図第２図（ａ）（ｂ）第３図（ａ）　　　　　　　（ｂ）第４図（ａ）　　　　　　　　（ｂ）第６図２乙第８図手続ネｍ正書団式）１、事件の表示特願昭６０−１９７１３６号２、発明の名称集積型光ピックアップヘッド３、補正をする者事件との関係　　特許出願人（０３７）　　オリンパス光学工業株式会社４、代理人東京都港区虎ノ門１丁目２６番５号　第１７森ビル５、
補正命令の日付（発送日）昭和６０年１１月２６日ぼ１ｍ！７、補正の内容（１）明細書第１７ページ第１２行の「第６図（ａ）（
ｂ）Ｊを「第６図」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）出射光偏向機能を有する半導体レーザと、この半
導体レーザからの出射光の光路を変換し光記録媒体に向
けて照射する反射体と、前記光記録媒体からの反射光を
受光して情報を検出する光検出器とを、同一基板上に集
積したことを特徴とする集積型光ピックアップヘッド。
（２）反射体は半導体レーザからの出射光を集光して放
射する楕円ミラーであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の集積型光ピックアップヘッド。
（３）楕円ミラーは一方の焦点が半導体レーザの光出射
端に一致し、他方の焦点が前記光記録媒体の記録面に一
致するように設けられたものであることを特徴とする特
許請求の範囲第２項記載の集積型光ピックアップヘッド
。
（４）光検出器は同一平面内に配列された複数の受光素
子からなり、トラッキング情報およびまたはフォーカシ
ング情報を検出可能に設けられたものであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
記載の集積型光ピックアップヘッド。