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【発明の名称】 受発光ユニットおよびそれを用いた光ピックアップ
【発明者】 【氏名】山中 一彦

【氏名】井島 新一

【氏名】小野澤 和利
【要約】 【課題】簡略な製造工程で製造できる受発光ユニットとそれを用いた光ピックアップを提供する。

【解決手段】基板と、基板の主面上に設けられた発光素子および受光素子と、発光素子および受光素子と光ディスクの間でやりとりされる光ビームの光路を調整するためのプリズム部材とを一体化してなる受発光ユニットであって、プリズム部材は、基板の主面に対向する第１面と、光ディスクとの間で光ビームの入出を行うための第２面と、第１面と第２面との間に形成される光路内に介設され、回折格子として機能する反射面とを有している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板と、上記基板の主面上に設けられた発光素子および受光素子と、上記発光素子および受光素子と光ディスクの間でやりとりされる光ビームの光路を調整するためのプリズム部材とを一体化してなる受発光ユニットであって、上記プリズム部材は、上記基板の主面に対向する第１面と、光ディスクとの間で光ビームの入出を行うための第２面と、上記第１面と上記第２面との間に形成される光路内に介設され、回折格子として機能する反射面とを有していることを特徴とする受発光ユニット。
【請求項２】 請求項１に記載の受発光ユニットにおいて、上記反射面は、上記第２面から入射される光ビームを少なくとも２方向に分離して反射する機能を有することを特徴とする受発光ユニット。
【請求項３】 請求項２に記載の受発光ユニットにおいて、上記第２面の光ビームが通過する領域は、凹レンズとして機能するように形成されていることを特徴とする受発光ユニット。
【請求項４】 請求項３に記載の受発光ユニットにおいて、上記第１面の光が通過する領域は、凹レンズとして機能するように形成されていることを特徴とする受発光ユニット。
【請求項５】 請求項３に記載の受発光ユニットであって、上記第１面に透過型回折格子を設けたことを特徴とする受発光ユニット。
【請求項６】 受発光ユニットと対物レンズとを有する光ピックアップであって、上記受発光ユニットは、基板と、上記基板の主面上に設けられた発光素子および受光素子と、上記発光素子および受光素子と光ディスクの間でやりとりされる光ビームの光路を調整するためのプリズム部材とを一体化してなり、上記プリズム部材は、上記基板の主面に対向する第１面と、光ディスクとの間で光ビームの入出を行うための第２面と、上記第１面と上記第２面との間に形成される光路内に介設され、回折格子として機能する反射面とを有していることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項７】 請求項６に記載の光ピックアップにおいて、上記受発光ユニットと上記対物レンズとを共通して支持する支持部材をさらに備えることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項８】 請求項７に記載の光ピックアップにおいて、上記反射面は、上記第２面から入射される光ビームを少なくとも２方向に分離して反射する機能を有することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項９】 請求項８に記載の光ピックアップにおいて、上記第２面の光ビームが通過する領域は、凹レンズとして機能するように形成されていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１０】 請求項９に記載の光ピックアップにおいて、上記第１面の光が通過する領域は、凹レンズとして機能するように形成されていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１１】 請求項９に記載の光ピックアップであって、上記第１面に透過型回折格子を設けたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１２】 主面上に発光素子と受光素子とを有する基板と、光ディスクに対向するように配置された対物レンズと、上記発光素子と上記受光素子と上記対物レンズとの間を通過する光ビームの光路内に介設された反射部材と、上記光路における上記反射部材と上記対物レンズとの間に介設された凹レンズ機能を有する光学部材と、を備える光ピックアップ。
【請求項１３】 請求項１２に記載の光ピックアップにおいて、上記基板の主面に対向する第１面と、光ディスクとの間で光ビームの入出を行うための第２面と、上記第１面と上記第２面との間に形成される光路内に介設された反射面とを有するプリズム部材をさらに備え、上記反射部材は、上記プリズム部材の上記反射面に設けられていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１４】 請求項１３に記載の光ピックアップにおいて、上記第２面は、凹レンズ機能を有し、上記光学部材は、上記プリズム部材と一体化されていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１５】 請求項１４に記載の光ピックアップにおいて、上記反射面に回折格子が形成されていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１６】 請求項１５に記載の光ピックアップであって、上記基板と上記プリズム部材と上記対物レンズとを共通して支持する支持部材をさらに備えることを特徴とする光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ビームによって情報を記録または再生する光ディスク装置に関し、特に受発光ユニットおよびそれを用いた光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、情報機器の小型化・高性能化の要求が強く、レーザ光を利用して情報の記録や再生を行う光ディスク装置においては小型軽量化および高速記録・再生の実現のためにさまざまな試みがなされている。その中でも光ディスク装置に搭載される光ピックアップは、その大きさ・性能により光ディスク装置の大きさ・性能を決定する重要な部品である。
【０００３】従来の光ピックアップは、対物レンズが保持されたレンズ保持手段のみを光ディスクに追随させて半導体レーザ素子からの出射光ビームを光ディスクの所定の位置に集光させる方式が一般的である（特開平１０−１７７７３３号公報など）。しかし、対物レンズの移動によりコマ収差が生じるという問題がある。そのため、例えば対物レンズと発光素子（例えば半導体レーザ素子）と受光素子とを同一のレンズ保持手段に取り付け、このレンズ保持手段全体をフォーカス方向およびトラッキング方向に移動させるものが提案されている（特開平７−１１４７４３号公報および特開平２−１４１９３６号広報など）。
【０００４】従来の光ピックアップについて、図１１を用いて説明する。
【０００５】従来の光ピックアップ２０００は、レンズ保持手段２００７を有し、レンズ保持手段２００７には対物レンズ２００４、受発光素子２００１、第１ミラー２００２、および第２ミラー２００３が配置されている。受発光素子２００１は、発光素子（不図示）と受光素子（不図示）とが集積され、収納容器２００６に実装されている。レンズ保持手段２００７には、トラッキングコイル（不図示）およびフォーカスコイル（不図示）が取り付けられており、弾性支持部材（不図示）により光ディスク装置内に固定され、レンズ保持手段２００７はトラッキングコイルおよびフォーカスコイルにより微小な動作が可能になっている。
【０００６】次に、従来の光ピックアップの動作について説明する。
【０００７】受発光素子２００１に設けられた発光素子からの出射光ビームは、第１ミラー２００２と第２ミラー２００３により反射された後、対物レンズ２００４により光ディスク２００５の所定の位置に集光される。集光された出射光ビームは、光ディスク２０５０上の記録・位置情報に応じた強度分布を有する光ビームとなって反射される。この反射光ビームは、再び対物レンズ２００４を経て、第２ミラー２００３および第１ミラー２００２を反射し、受発光素子２００１の受光素子に導入される。受光素子は、反射光ビームの強度分布を検出し、光電変換素子などが反射光ビームの強度分布を電気信号に変換する。この電気信号を、演算回路がトラッキング誤差信号およびフォーカス誤差信号として算出する。これらの誤差信号をもとにトラッキングコイルおよびフォーカスコイルに所定の電力変化を与えて電磁作用を生じさせ、これにより光ディスク２０５０の所定の位置に常に光ビームが集光されるようにレンズ保持手段２００７を移動させる。
【０００８】上記の光ピックアップ２０００において、光ディスク２０５０からの反射光ビームは発光素子からの出射光ビームと同一の光路を通り受発光素子に戻るため、反射光ビームの一部を分離し発光素子と別の位置に配置された受光素子に導くための光学素子が必要となる。この光学素子の一つとしてホログラムが挙げられる。例えば第１ミラー２００２の表面に回折格子を形成し反射型ホログラムとすることにより、光ディスク２００５からの反射光ビームの一部を分離し受光素子に導くことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の従来の光ピックアップにおいては、レンズ保持手段に対物レンズ、受発光素子、第１ミラー、および第２ミラーが配設されており、これらの部品をそれぞれ取り付ける際に光軸を合わせるなど光学的にアライメントする必要があるため、製造工程が複雑化し、それに伴って歩留まりが低下する問題がある。
【００１０】本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、簡略な製造工程で製造できる受発光ユニットとそれを用いた光ピックアップを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の受発光ユニットは、基板と、上記基板の主面上に設けられた発光素子および受光素子と、上記発光素子および受光素子と光ディスクの間でやりとりされる光ビームの光路を調整するためのプリズム部材とを一体化してなる受発光ユニットであって、上記プリズム部材は、上記基板の主面に対向する第１面と、光ディスクとの間で光ビームの入出を行うための第２面と、上記第１面と上記第２面との間に形成される光路内に介設され、回折格子として機能する反射面とを有している。
【００１２】このことによって、従来の光ピックアップでは別々の部品であった発光素子と受光素子と回折格子として機能する反射面とが一体化されて光ピックアップの１部品となるので、部品数を減らすことができる。すなわち、発光素子と受光素子と回折格子として機能する反射面とを一体化して製造することができるので、工程の複雑化や歩留まりの低下を抑制・防止し、高い精度で位置関係が調整された光学系を有する光ピックアップを低コストで製造することができる。
【００１３】上記反射面は、上記第２面から入射される光ビームを少なくとも２方向に分離して反射する機能を有することが好ましい。
【００１４】これにより、第２面から入射される光ビームを発光素子とは異なる位置に配設された受光素子に導くことができ、光ビームの詳細な強度分布を検出することができる。
【００１５】上記第２面の光ビームが通過する領域は、凹レンズとして機能するように形成されていることが好ましい。
【００１６】これにより、光ビームの直径を短い光路長で拡大することができる。光ディスク面で光ビームの直径を小さくするためには、光ビームの直径を光ピックアップの対物レンズの直径と同等以上に拡大して対物レンズに入射させる必要がある。従って、凹レンズを用いて光ビームの直径を従来よりも短い光路長で拡大することにより、光ピックアップを小型化および軽量化することができる。
【００１７】上記第１面の光が通過する領域は、凹レンズとして機能するように形成されていることが好ましい。
【００１８】これにより、第２面に加えて、さらに第１面の光が通過する領域の凹レンズとしての機能を調整することができ、球面収差の発生を抑制・防止することができる。
【００１９】上記第１面に透過型回折格子を設けてもよい。
【００２０】このことにより、発光素子からの出射光ビームは複数の方向に分離され、分離されたそれぞれの光ビームの詳細な強度分布を検出することができる。
【００２１】本発明の光ピックアップは、受発光ユニットと対物レンズとを有する光ピックアップであって、上記受発光ユニットは、基板と、上記基板の主面上に設けられた発光素子および受光素子と、上記発光素子および受光素子と光ディスクの間でやりとりされる光ビームの光路を調整するためのプリズム部材とを一体化してなり、上記プリズム部材は、上記基板の主面に対向する第１面と、光ディスクとの間で光ビームの入出を行うための第２面と、上記第１面と上記第２面との間に形成される光路内に介設され、回折格子として機能する反射面とを有している。
【００２２】このことによって、最も光軸調整が難しい発光素子と受光素子と反射面との位置関係の調整を、光ピックアップの組立時に行う必要がない。すなわち、発光素子と受光素子と反射面の位置関係の調整を受発光ユニットの組立時に行い、受発光ユニットと対物レンズの位置関係の調整を光ピックアップの組立時に分けて行うことにより、それぞれの部品の位置関係の調整の回数を減らすことができる。
【００２３】上記受発光ユニットと上記対物レンズとを共通して支持する支持部材をさらに備える。
【００２４】これにより、受発光ユニットと対物レンズとの間の距離を保った状態で、光ディスクに追随させることができ、対物レンズの移動によるコマ収差の発生を防止することができる。
【００２５】本発明の光ピックアップは、主面上に発光素子と受光素子とを有する基板と、光ディスクに対向するように配置された対物レンズと、上記発光素子と上記受光素子と上記対物レンズとの間を通過する光ビームの光路内に介設された反射部材と、上記光路における上記反射部材と上記対物レンズとの間に介設された凹レンズ機能を有する光学部材とを備える。
【００２６】このことによって、発光素子から出射される光ビームの直径を短い光路長で拡大して対物レンズに入射させることができる。すなわち、発光素子と対物レンズとの間の距離を短縮し、光ピックアップを小型化および軽量化することができる。
【００２７】上記基板の主面に対向する第１面と、光ディスクとの間で光ビームの入出を行うための第２面と、上記第１面と上記第２面との間に形成される光路内に介設された反射面とを有するプリズム部材をさらに備え、上記反射部材は、上記プリズム部材の上記反射面に設けられていてもよい。
【００２８】上記第２面は、凹レンズ機能を有し、上記光学部材は、上記プリズム部材と一体化されていることが好ましい。
【００２９】これにより、反射部材と凹レンズ機能を有する光学部材とが光ピックアップの１部品となるので、部品数を減らし、且つ、軽量化することができる。すなわち、発光素子と受光素子と反射部材とを一体化して製造することができるので、工程の複雑化や歩留まりの低下を抑制・防止し、高い精度で位置関係が調整された光学系を有する光ピックアップを低コストで製造することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明による実施形態を説明する。簡単のため、各実施形態に共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。
【００３１】（実施形態１）図１Ａは、本実施形態の受発光ユニット１００を示す模式的な斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに示したＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図１Ｃ、図１Ｄおよび図１Ｅは、受発光ユニット１００に設けられている受発光モジュール３、反射型ホログラム１２および受光部７を示す図である。
【００３２】本実施形態の受発光ユニット１００は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、台座２上に、受発光モジュール３とプリズム１１とを備えている。プリズム１１には、反射型ホログラム１２および凹レンズ１３が形成されている。受発光モジュール３は基板５を備えており、この基板５上に基板表面に対して４５°に傾斜したミラー６、フォトダイオード等の受光素子からなる受光部７および半導体レーザ素子等の発光素子からなる発光部４が形成されている。反射型ホログラム１２は、基板５の表面と４５°の角度をなすプリズム１１の表面に配置され、凹レンズ１３は基板５の表面と９０°の角度をなすプリズム１１の表面に形成される。
【００３３】反射型ホログラム１２の回折格子は、図１Ｄに示すような曲線状に形成されている。この回折格子の複数の曲線は、例えば次式【００３４】
【式１】

（ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは任意定数、λはレーザ光の波長、ｎは自然数を表す）で与えられる回折格子関数ｆ（ｘ，ｙ）がｆ（ｘ，ｙ）＝０を満たす点（ｘ，ｙ）の集合からなる曲線群であり、例えば本実施形態の反射型ホログラム１２は、定数Ｅが大きい複数の曲線状の溝（図１Ｄ右側）と定数Ｅが小さい複数の曲線状の溝（図１Ｄ左側）とを有する回折格子が形成されている。
【００３５】次に、本実施形態の受発光ユニット１００の動作を説明する。
【００３６】図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、発光部４から水平方向に出射された出射光ビーム２０は、基板５上に形成されたミラー６でほぼ垂直方向に反射される。さらに、出射光ビーム２０は、反射型ホログラム１２によりほぼ水平方向に反射され、凹レンズ１３によりビーム直径が拡大されて受発光ユニット１００の外部に出射される。
【００３７】受発光ユニット１００からの出射光ビーム２０は、本実施形態では図示しないが、例えば図１１に示すように、対物レンズにより光ディスクの信号記録面に集光される。次いで、集光された出射光ビーム２０は、光ディスクの信号記録面から反射される際に信号記録面の記録・位置情報に応じた強度分布を有する反射光ビーム２１として凹レンズ１３から再び受発光ユニット１００内に入射される。レンズ１３から入射した反射光ビーム２１は反射型ホログラム１２で９０°反射されるが、そのとき、反射光ビームの一部は±１次回折光ビーム２２となって受光部７に導かれる。
【００３８】光ピックアップにおいて、発光素子４からの出射光ビーム２０は、光ディスクの所定の位置に常に集光させなければならない。このため、光ディスクからの反射光ビーム２１の強度分布を検出し、位置情報（フォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号）に変換することにより、対物レンズあるいは光ピックアップ全体をアクチュエータ等により光ディスク面の所定の位置に合わせて微小可動させる必要がある。
【００３９】本実施形態において、光ディスクからの反射光ビーム２１の強度分布を検出する方法は、フォーカス誤差信号検出方法としてＤ−ＳＳＤ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｐｏｔ Ｓｉｚｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）法を、トラッキング誤差信号検出方法としてＰＰ（Ｐｕｓｈ Ｐｕｌｌ）法を用いている。これらの検出方法においては、反射型ホログラム１２を、例えば図１Ｄのような左右で形状が異なる曲線状の回折格子により構成し、図１Ｅのような１２個の受光素子３１〜４２を用いる。左右で形状が異なる曲線状の回折格子は、上記式１の定数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの少なくとも一つを変化させる割合を左右で異なるようにすることにより実現することができる。本実施形態では、定数Ｅが左右で異なっている。すなわち、回折格子の格子間隔は、左部において小さく、右部において大きくなっている。なお、回折格子の格子間隔を左部において大きく、右部において小さくしてもよい。
【００４０】反射光ビーム２１の一部は、反射型ホログラム１２で反射する際に、反射型ホログラム１２の右部における±１次回折光ビーム２２ａと左部における±１次回折光ビーム２２ｂとに分離される。±１次回折光ビーム２２ａは、回折格子の格子間隔が大きな反射型ホログラム１２の右部で回折しているので２方向の光ビームのなす角度は小さく、±１次回折光ビーム２２ｂは、回折格子の格子間隔が小さな反射型ホログラム１２の左部で回折しているので２方向の光ビームのなす角度は大きい。これらの±１次回折光ビーム２２ａおよび２２ｂは、理想的には受光部７において図１Ｅに破線で示したスポット領域に照射される。これらの±１次回折光ビーム２２ａおよび２２ｂを受光素子３１〜４２で受光し、各受光素子で得られた回折光ビームの強度を演算することによりフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号が得られる。なお、このとき、反射型ホログラム１２の左部の回折格子の間隔を大きくし、且つ、右部の回折格子の間隔を小さくすることによって、±１次回折光ビーム２２ａの２方向の光ビームのなす角度を大きくし、且つ、±１次回折光ビーム２２ｂの２方向の光ビームのなす角度を小さくし、受光部７に照射してもよい。
【００４１】具体的には、各受光素子３１〜４２で得られた回折光ビームの強度を、それぞれＳ３１〜Ｓ４２とすると、フォーカス誤差信号ＦｏＥＳは、ＦｏＥＳ＝（Ｆｏ１＋Ｆｏ３）―（Ｆｏ２＋Ｆｏ４）
ただし、Ｆｏ１＝Ｓ３５＋Ｓ３７＋Ｓ３９Ｆｏ２＝Ｓ３４＋Ｓ３６＋Ｓ３８Ｆｏ３＝Ｓ３２＋Ｓ４０＋Ｓ４２Ｆｏ４＝Ｓ３１＋Ｓ３３＋Ｓ４１の演算で得ることができ、例えばトラッキング誤差信号ＴｒＥＳは、ＴｒＥＳ＝（Ｆｏ６＋Ｆｏ７）―（Ｆｏ５＋Ｆｏ８）
ただし、Ｆｏ５＝Ｓ３１＋Ｓ３２＋Ｓ３３Ｆｏ６＝Ｓ３４＋Ｓ３５＋Ｓ３６Ｆｏ７＝Ｓ３７＋Ｓ３８＋Ｓ３９Ｆｏ８＝Ｓ４０＋Ｓ４１＋Ｓ４２の演算で得ることができる。
【００４２】次に、受発光ユニット１００の作製方法を説明する。
【００４３】反射型ホログラム１２を有するプリズム１１は、反射型ホログラム１２の回折格子に対応する曲線状の溝が形成された型に透明樹脂材料を注入・硬化してプリズム１１を形成したのち、プリズム１１の回折格子が形成された面上にＡｌやＡｕ等の金属を蒸着することにより容易に得ることができる。
【００４４】さらに、反射型ホログラム１２と凹レンズ１３とを有するプリズム１１を作製する場合には、例えば、反射型ホログラム１２の回折格子に対応する曲線状の溝とレンズ１３に対応する曲面とが形成された型を用いればよい。
【００４５】なお、凹レンズ１３は凹レンズと同じ機能を有する回折格子でもよく、例えば図２（ｂ）のようなブレーズ化回折格子４５、または図２（ｃ）のようなフレネルレンズ４６を形成してもよい。凹レンズ１３の代わりに回折格子を作製する場合には、例えばブレーズ化回折格子４５、またはフレネルレンズ４６に対応する曲線状の溝が形成された型を使用すればよい。
【００４６】上記方法によって、本実施形態の受発光ユニット１００に使用されるプリズム１１を容易に作製することができる。
【００４７】次いで、作製されたプリズム１１を、受発光モジュール３が配設された台座２上に、受発光モジュール３とプリズム１１との位置関係を調整しながら取り付けることにより受発光ユニット１００が製造される。
【００４８】以上に述べたように、本実施形態によれば、従来の光ピックアップでは別々の部品であった発光素子と受光素子と反射型ホログラムとを一体化して光ピックアップの１部品とすることができ、部品数を減らすことができる。
【００４９】また、反射型ホログラムをプリズムの樹脂成形の際に同時に形成することにより、反射型ホログラムの取り付け位置を調整する必要がなくなる。従って、受発光ユニットの組立時に必要な発光素子と受光素子と反射型ホログラムとの位置関係の調整は、本実施形態では受発光モジュールとプリズムとの位置関係の調整をするだけでよい。すなわち、発光素子と受光素子と反射型ホログラムとを一体化して製造することができるので、工程の複雑化や歩留まりの低下を防止し、高い精度で位置関係が調整された光学系を有する光ピックアップを低コストで製造することができる。
【００５０】さらに、凹レンズをプリズムに形成することにより、レーザ光の拡がり角を調整することができる。このことにより、光学系の光路長を短くすることができ、後述するように、受発光ユニットを備える光ピックアップを小型化することができる。
【００５１】（実施形態２）以下、実施形態２の受発光ユニット３００を説明する。
【００５２】本実施形態の受発光ユニット３００は、図３に示すように、台座２上に、受発光モジュール３とプリズム１１とを備えている。プリズム１１には、表面に反射型ホログラム１２が形成された反射基板１４と凹レンズ１３とが形成されている。反射型ホログラム１２は、実施形態１と同じ回折格子が形成されている。受発光モジュール３は実施形態１と同じものが用いられている。受発光モジュール３と反射型ホログラム１２と凹レンズ１３との位置関係は、実施形態１と同じである。
【００５３】凹レンズ１３に対応する曲面が形成された型に、反射型ホログラム１２が形成された反射基板１４を、凹レンズ１３および受発光モジュール３が配置される面に対して４５°に固定し、プリズム１１を形成する透明樹脂材料を注入・硬化することにより、実施形態１のプリズム１１と同様に作製される。
【００５４】反射型ホログラム１２が形成された反射基板１４は、例えば、アルミニウム等の金属材料の表面を物理的・化学的に加工する方法や、もしくはシリコンなどの半導体基板表面をウェットエッチングまたはドライエッチング等で化学的に加工し、さらにＡｕ、Ａｌなどの金属を蒸着する方法などにより得られる。
【００５５】上述のように、反射型ホログラム１２をプリズム１１の表面ではなく、剛直な基板からなる反射基板１４上に形成しているため、回折格子の複数の曲線状の溝の形状および回折格子の溝の深さのばらつきを低減させることができる。
【００５６】（実施形態３）以下、実施形態３の受発光ユニット４００を説明する。
【００５７】本発明の受発光ユニット４００は、図４に示すように、受発光モジュール３と台座２とプリズム１１により構成される。プリズム１１には、凹レンズ１３および７５と反射型ホログラム１２とが形成されている。凹レンズ７５は、プリズム１１の受発光モジュール３に対向する表面に形成されている。凹レンズ１３と受発光モジュール３と反射型ホログラム１２とは、実施形態１と同じである。
【００５８】また、図５に示す受発光ユニット５００のように、実施形態２と同様の表面に反射型ホログラム１２が形成された反射基板１４を有するプリズム１１を用いてもよい。
【００５９】さらに、用途に応じて、凹レンズ１３を図２に示すような凹レンズと同じ機能を有する回折格子としてもよく、凹レンズ７５を図６に示すようなブレーズ化回折格子９１、フレネルレンズ９２としてもよい。
【００６０】本実施形態の受発光ユニット４００および５００は、プリズム１１に２つの凹レンズ１３および７５が形成されているので、球面収差をなくすために凹レンズ１３および７５の表面の曲率関数をより広い範囲で選択することができる。
【００６１】（実施形態４）上述の実施形態１では、トラッキング誤差信号検出方法としてＰＰ（ＰｕｓｈＰｕｌｌ）法に用いられる受発光ユニットの一例を挙げたが、使用する光ディスクの種類によっては３ビーム法が採用される場合がある。この場合、フォーカス誤差信号検出方法としては例えばＳＳＤ（Ｓｐｏｔ Ｓｉｚｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）法と、トラッキング誤差信号検出方法として３ビーム法とを組み合わせて、光ディスクと対物レンズまたは本発明の受発光ユニットあるいは光ピックアップ全体を、アクチュエータ等により光ディスク面の位置に合わせて微小可動させることにより、レーザ光を常に光ディスクの所定の位置に集光することができる。
【００６２】以下、トラッキング誤差信号検出方法として３ビーム法に用いられる受発光ユニット７００を説明する。
【００６３】図７Ａは本実施形態の受発光ユニットを示す模式的な斜視図であり、図７Ｂは、VII−VII線に沿った断面図である。図７Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦは、受発光ユニット７００に設けられている受発光モジュール７０３、透過型回折格子７１５、反射型ホログラム７１２および受光部７０７のそれぞれを示す図である。
【００６４】本実施形態の受発光ユニット７００は、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、台座２上に、受発光モジュール７０３とプリズム１１とを備えている。プリズム１１には、透過型回折格子７１５、反射型ホログラム７１２および凹レンズ１３が形成されている。受発光モジュール７０３は、基板５上に基板表面に対して４５°に傾斜したミラー６、受光部７０７および発光部４が形成されている。透過型回折格子７１５はプリズム１１の受発光モジュール７０３に対向する面に形成されており、受発光モジュール７０３と所定の隙間を有するように配置される。反射型ホログラム７１２は、基板５の表面と４５°の角度をなすプリズム１１の面に形成され、レンズ１６４は、基板５の表面と９０°の角度をなすプリズム１１の面に形成される。
【００６５】透過型回折格子７１５は、図７Ｄのような所定のピッチで形成された直線状の複数の溝で形成された回折格子であり、反射型ホログラム７１２は、図７Ｅのような曲線状の複数の溝で形成された回折格子である。反射型ホログラム７１２の回折格子の複数の曲線は、例えば上記式１で与えられる回折格子関数ｆ（ｘ，ｙ）がｆ（ｘ，ｙ）＝０を満たす点（ｘ，ｙ）の集合からなる曲線群である。
【００６６】次に本実施形態の受発光ユニット７００の動作を説明する。
【００６７】上述のように、トラッキング誤差検出方法としては３ビーム法、フォーカス誤差信号検出方法としてＳＳＤ（Ｓｐｏｔ Ｓｉｚｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）法を用いる。
【００６８】図７Ａ〜図７Ｃに示されるように、発光部４から水平方向に出射された出射光ビーム２０は、基板５上に形成されたミラー６でほぼ垂直方向に反射される。この反射された出射光ビーム２０は、透過型回折格子７１５によって、０次回折光ビームと±１次回折光ビームとの３方向の出射光ビーム７２０ａ、７２０ｂおよび７２０ｃに分離される。さらに、この３方向の出射光ビーム７２０ａ、７２０ｂおよび７２０ｃは、反射型ホログラム７１２によりほぼ水平方向に反射され、凹レンズ１３によりビーム直径が拡大されて受発光ユニット７００の外部に出射される。
【００６９】受発光ユニット７００からの出射光ビーム７２０ａ、７２０ｂおよび７２０ｃは、本実施形態では図示しないが、例えば図１１のように、対物レンズにより光ディスクの信号記録面に集光される。次いで、集光された出射光ビームは、光ディスクの信号記録面から反射される際に信号記録面の記録・位置情報に応じた強度分布を有する反射光ビーム７２１ａ、７２１ｂ、７２１ｃとして凹レンズ１３から再び受発光ユニット７００内に入射される。レンズ１６４から入射した反射光ビーム７２１ａ、７２１ｂ、７２１ｃは反射型ホログラム１２で９０°反射されるが、そのとき、反射光ビーム７２１ａ、７２１ｂ、７２１ｃの一部は、それぞれの±１次回折光ビーム７２２ａ、７２２ｂ、および７２２ｃとなって受光部７０７を照射する。受光部７０７は、図７Ｆに示した１０分割の受光素子７８１〜７９０となっており、破線で示したスポット状にそれぞれの±１次回折光ビーム７２２ａ、７２２ｂ、および７２２ｃが照射される。
【００７０】これらの回折光ビームを受光素子７８１〜７９０で受光し、各受光素子で得られた回折光ビームの強度を演算することによりフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号が得られる。各受光素子７８１〜７９０で得られた回折光ビームの強度を、それぞれＳ７８１〜Ｓ７９０とすると、フォーカス誤差信号ＦｏＥＳは、ＦｏＥＳ＝（Ｓ７８２＋Ｓ７８６＋Ｓ７８８）−（Ｓ７８１＋Ｓ７８３＋Ｓ７８７）
の演算で得ることができ、トラッキング誤差信号ＴｒＥＳは、ＴｒＥＳ＝（Ｓ７８４＋Ｓ７８９）−（Ｓ７８５＋Ｓ７９０）
の演算で得られる。
【００７１】次に、受発光ユニット７００の作製方法を説明する。
【００７２】透過型回折格子７１５および反射型ホログラム７１２を有するプリズム１１は、これらの回折格子にそれぞれ対応する溝が形成された型に透明樹脂材料を注入・硬化することにより形成される。
【００７３】さらに、透過型回折格子７１５と反射型ホログラム７１２と凹レンズ１３を有するプリズム１１を作製する場合には、例えば、透過型回折格子７１５および反射型ホログラム７１２の回折格子にそれぞれ対応する溝と凹レンズ１３に対応する曲面とが形成された型に透明樹脂材料を注入・硬化してプリズム１１を形成したのち、プリズム１１の反射型ホログラム７１２の回折格子が形成された面上にＡｌやＡｕ等の金属を蒸着する。
【００７４】なお、凹レンズ１３は凹レンズと同じ機能を有する回折格子でもよく、例えば図２（ｂ）のようなブレーズ化回折格子４５、または図２（ｃ）のようなフレネルレンズ４６を形成してもよい。凹レンズ１３の代わりに回折格子を作製する場合には、例えばブレーズ化回折格子４５、またはフレネルレンズ４６に対応する曲線状の溝が形成された型を使用すればよい。
【００７５】上記方法によって、本実施形態の受発光ユニット７００に使用されるプリズム１１を容易に作製することができる。
【００７６】次いで、作製されたプリズム１１を、受発光モジュール７０３が配設された台座２上に、受発光モジュール７０３とプリズム１１との位置関係の調整をしながら取り付けることにより受発光ユニット７００が製造される。
【００７７】以上に述べたように、本実施形態によれば、発光素子と受光素子と反射型ホログラムと透過型回折格子とを一体化して１部品とすることができ、部品数を減らすことができる。
【００７８】また、反射型ホログラムおよび透過型回折格子をプリズムの樹脂成形の際に同時に形成することにより、反射型ホログラムおよび透過型回折格子の取り付け位置を光ピックアップの組立時に調整する必要がなくなる。従って、受発光ユニットの組立時に必要な発光素子と受光素子と反射型ホログラムと透過型回折格子との位置関係の調整は、本実施形態では受発光モジュールとプリズムとの位置関係の調整をするだけでよい。すなわち、発光素子と受光素子と反射型ホログラムと透過型回折格子を一体化して製造することができるので、工程の複雑化や歩留まりの低下を防止し、高い精度で位置関係が調整された光学系を有する光ピックアップを低コストで製造することができる。
【００７９】さらに、凹レンズをプリズムに形成することにより、レーザ光のビーム直径を拡大することができる。このことにより、光学系の光路長を短くすることができ、後述するように、受発光ユニットを備える光ピックアップを小型化することができる。
【００８０】特に、本実施形態の受発光ユニット７００は、透過型回折格子７１５と反射型ホログラム７１２とが配置・形成されたプリズム１１を有しているので、発光素子からの出射光ビームを透過型回折格子によって０次回折光ビームおよび±１次回折光ビームの３つのビームに分離し、凹レンズによりレーザ光のビーム直径を拡大することができ、さらに光記録媒体からの回折光ビームを反射型ホログラムによって受光素子に導くことができる。その結果、レーザ光を複数の光ビームに分離するための、もしくは光ディスクからの反射光ビームを分離し受光素子に導くための光束分離素子、ビームスプリッターの新たな配設および位置関係の調整が不要となる。
【００８１】（実施形態５）以下、実施形態５の受発光ユニット８００を説明する。
【００８２】本実施形態の受発光ユニット８００は、図８に示されるように、受発光モジュール７０３と台座２とプリズム１１により構成される。プリズム１１は、表面に反射型ホログラム７１２が形成された反射基板７１４と透過型回折格子７１５と凹レンズ１３とを有する。透過型回折格子７１５に対応する溝と凹レンズ１３に対応する曲面が形成された型に、反射型ホログラム７１２が形成された反射基板７１４を、凹レンズ１３および受発光モジュール３が配置される面に対して４５°に固定し、プリズム１１を形成する透明樹脂材料を注入・硬化することにより作製される。反射型ホログラム７１２が形成された反射基板７１４は、例えば、アルミニウム等の金属材料の表面を物理的・化学的に加工する方法や、もしくはシリコンなどの半導体基板表面をウェットエッチングまたはドライエッチング等で化学的に加工し、さらにＡｕ、Ａｌなどの金属を蒸着する方法などにより得られる。このとき透過型回折格子７１５を、例えば図７Ｄのような直線状の複数の溝、反射型ホログラム７１２を例えば図７Ｅのような曲線状の複数の溝とし、受光部を例えば図７Ｆのような１０分割の受光素子にすることにより、フォーカス誤差信号をＳＳＤ法で、トラッキング誤差信号を３ビーム法で得ることができる。
【００８３】本実施形態の受発光ユニット８００は、実施形態４と同じ特性を有する。さらに、反射型ホログラムを透明体表面ではなく、剛直な基板からなる反射基板上に形成しているため、回折格子の複数の曲線状の溝の形状ばらつきや深さばらつきを低減させることができる。
【００８４】（実施形態６）以下、実施形態６の光ピックアップ９００を説明する。
【００８５】本実施形態の光ピックアップ９００は、図９に示すように、反射板９０３および対物レンズ９０４を保持しているレンズ保持手段９０７と、受発光ユニット１１０を保持している格納容器９５３と、上下左右にレンズ保持手段９０７を移動させることが可能な可動支持部材９５１と、トラッキングコイルおよびフォーカスコイルを有するアクチュエータ９５２と、これらの部品を支持する支持基板９５４とを備える。光ピックアップ９００が備える受発光ユニット１１０は、上述の実施形態１の受発光ユニット１００と基本的に同じものであるが、凹レンズ１３を形成していないプリズムを備えている。もちろん、図９の受発光ユニット１１０に破線Ａで示されるような凹レンズ１３を備える上述の実施形態１から５で説明した受発光ユニット１００、３００、４００、５００、７００および８００のいずれに置き換えてもよい。レンズ保持手段９０７は、レーザ光が常に光ディスク９５０の所定の位置に集光するようにアクチュエータ９５２によりフォーカス方向およびトラッキング方向に移動される。
【００８６】光ピックアップは、受発光ユニット１１０を、レンズ保持手段９０７にあらかじめ取り付けられている対物レンズ９０４および反射板９０３の光学軸に合わせて設置することにより製造される。
【００８７】光ピックアップ９００は、発光素子と受光素子と反射型ホログラムとを一体化した受発光ユニットを用いているので、最も光軸調整が難しい発光素子と受光素子と反射型ホログラムとの位置関係の調整を、光ピックアップの組立時に行う必要がない。すなわち、発光素子と受光素子と反射型ホログラムの位置関係の調整を受発光ユニットの組立時に行い、反射型ホログラムと反射板と対物レンズの位置関係の調整を光ピックアップの組立時に分けて行うことにより、発光素子、受光素子、反射型ホログラム、反射板および対物レンズの５つの部品の位置関係の調整の回数を減らすことができる。
【００８８】また、この構成により光ピックアップの構成部品の数を減らすことができ、軽量化を図ることができる。
【００８９】（実施形態７）以下、実施形態７の光ピックアップ１０００を説明する。
【００９０】本実施形態の光ピックアップ１０００は、図１０に示すように、受発光ユニット１００と反射板９０３と対物レンズ９０４とを保持しているレンズ保持手段１００７と、上下左右にレンズ保持手段９０７を移動させることが可能な可動支持部材９５１と、トラッキングコイルおよびフォーカスコイルを有するアクチュエータ９５２と、これらの部品を支持する支持基板９５４とを備える。光ピックアップ１０００が備える受発光ユニット１００は、上述の実施形態１の受発光ユニットであるが、上述の実施形態２から５で説明した受発光ユニット３００、４００、７００および８００のいずれに置き換えてもよい。レンズ保持手段１００７はレーザ光が常に光ディスク９５０の所定の位置に集光するようにアクチュエータ９５２によりフォーカス方向およびトラッキング方向に移動される。
【００９１】光ピックアップ１０００は、受発光ユニット１００を、レンズ保持手段１００７にあらかじめ取り付けられている対物レンズ９０４と反射板９０３の光学軸に合わせて設置することにより製造される。
【００９２】光ピックアップ１０００は、本発明の受発光ユニットを用いているので、最も光軸調整が難しい受発光モジュールと反射型ホログラムとの位置関係の調整を、光ピックアップの組立時に行う必要がない。また、受発光モジュールと反射型ホログラムとを、受発光ユニットとして１つの部品にすることにより、光ピックアップの構成部品の数を減らすことができる。
【００９３】さらに、発光素子と受光素子と反射型ホログラムとの位置関係の調整を受発光ユニットの組立時に行い、反射型ホログラムと反射板と対物レンズの位置関係の調整を光ピックアップの組立時に分けて行うことにより、発光素子、受光素子、反射型ホログラム、反射板および対物レンズの５つの部品の位置関係の調整の回数を減らし、且つ、容易に行うことができる。
【００９４】また、受発光ユニット、反射板、および対物レンズを全てレンズ保持手段に配設することにより、レンズ保持手段をフォーカス方向およびトラッキング方向に移動させる際に、対物レンズの移動によるコマ収差が発生しない。
【００９５】光ピックアップには、対物レンズによって光ディスク上に集光される光ビームの直径を、非常に微細な光ディスクのトラック幅とほぼ同じにすることが要求される。対物レンズに入射する前の光ビームの直径が、対物レンズの直径の同等もしくはそれ以上であれば集光される光ビームの直径が小さく、且つ、光利用率が良好であることは当業者に公知であり、このことから、従来の光ピックアップは、発光素子から対物レンズまでの光路長を長くすることにより、対物レンズに入射する光ビームの直径を大きくしている。しかし、このような発光素子、受光素子、反射型ホログラム、反射板、および対物レンズを全てレンズ保持手段に配設した従来の光ピックアップ（例えば、特開平７−１１４７４３号公報および特開平２−１４１９３６号広報など）では、光ピックアップ自体が大型化・重量化する問題がある。さらに、光ピックアップ自体の大型化・重量化に伴う光ディスク装置自体の大型化や、レンズ保持手段全体を光ディスクに追随させるために非常に大きな電力を必要するなど、記録・再生のさらなる高速化に障害となり得る。
【００９６】本実施形態によれば、受発光ユニットにさらに凹レンズを形成することにより、発光素子から出射光ビームの直径を拡大して対物レンズに入射させることができる。従って、発光素子から対物レンズまでの光路長を短くすることができ、レンズ保持手段を小型化することができる。すなわち、小型で、軽量の光ピックアップを実現することができる。
【００９７】
【発明の効果】本発明によれば、従来の光ピックアップでは別々の部品であった発光素子と受光素子と回折格子として機能する反射面とが一体化されて光ピックアップの１部品となるので、部品数を減らすことができる。すなわち、発光素子と受光素子と回折格子として機能する反射面とを一体化して製造することができるので、工程の複雑化や歩留まりの低下を抑制・防止し、高い精度で位置関係が調整された光学系を有する光ピックアップを低コストで製造することができる。
【００９８】さらに、本発明によれば、最も光軸調整が難しい発光素子と受光素子と反射面との位置関係の調整を、光ピックアップの組立時に行う必要がない。すなわち、発光素子と受光素子と反射面の位置関係の調整を受発光ユニットの組立時に行い、受発光ユニットと対物レンズの位置関係の調整を光ピックアップの組立時に分けて行うことにより、それぞれの部品の位置関係の調整の回数を減らすことができる。
【００９９】また、本発明によれば、発光素子から対物レンズまでの光路長を短くすることができ、光ピックアップを小型化および軽量化することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】 平成１２年８月８日（２０００．８．８）
【代理人】 【識別番号】１０００７７９３１
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 弘 （外７名）
【公開番号】 特開２００２−５６５５７（Ｐ２００２−５６５５７Ａ）
【公開日】 平成１４年２月２２日（２００２．２．２２）
【出願番号】 特願２０００−２３９８６５（Ｐ２０００−２３９８６５）