(57)【要約】【課題】フォーカスサーボ制御を安定化し得る光集積装置及び光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】光集積装置１は、光ディスクなどの光記録媒体からの反射光の少なくとも一部を光導波路１８に導入する光結合部２０と、この光導波路１８を伝搬した導波光を受光して検出信号を生成する受光部Ｆ２，Ｒ２，…とを備える。光結合部２０は複数の光結合部から構成されており、複数の光結合部は、前記光記録媒体に照射される前記光ビームの集光位置のうち互いに異なる複数の位置にそれぞれ最適化されている。これにより、フォーカスエラー信号のキャプチャレンジを所望範囲に調整することができる。【選択図】  図２
2005044408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系により集光された入射光ビームを光記録媒体に照射したときに前記光記録媒体からの反射光ビームを検出する光集積装置であって、
光を伝搬する光導波路と、
前記反射光ビームの少なくとも一部を前記光導波路に導入する複数の光結合部と、
前記光導波路を伝搬した後の導波光を受光してこれに応じた検出信号を生成する受光素子と、を備え、
前記複数の光結合部は、前記光記録媒体に照射される前記光ビームの集光位置のうち互いに異なる複数の位置にそれぞれ最適化されていることを特徴とする光集積装置。
【請求項２】
請求項１記載の光集積装置であって、前記複数の光結合部は、前記受光素子での受光量が前記光ビームの集光位置と前記情報記録面との間の距離に関して複数の最大ピークを持つ分布を形成するように最適化されている、光集積装置。
【請求項３】
請求項２記載の光集積装置であって、前記分布において前記複数の最大ピークは、フォーカス状態に対応する点に関して対称に形成されている、光集積装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちの何れか１項に記載の光集積装置であって、前記複数の光結合部は、それぞれ、前記入射光ビームが前記光記録媒体の情報記録面においてデフォーカス状態にあるときにフォーカス状態にあるときと比べて前記導波光の光量が大となるように最適化されている、光集積装置。
【請求項５】
請求項４記載の光集積装置であって、
前記複数の光結合部は、第１の光結合部と第２の光結合部とからなり、
前記第１の光結合部は、前記光ビームの集光位置が前記情報記録面から前記光学系の方向に外れた第１の所定位置にあるときに前記導波光の光量が前記最大ピークを形成し、且つ前記集光位置が前記第１の所定位置から離れるに従って前記前記導波光の光量が減衰するように最適化され、
前記第２の光結合部は、前記光ビームの集光位置が前記情報記録面から前記光学系とは逆方向に外れた第２の所定位置にあるときに前記前記導波光の光量が前記最大ピークを形成し、且つ前記集光位置が前記第２の所定位置から離れるに従って前記前記導波光の光量が減衰するように最適化されている、光集積装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のうちの何れか１項に記載の光集積装置であって、前記入射光ビームが前記光記録媒体の情報記録面においてデフォーカス状態にあるときに、前記複数の光結合部は、複数の前記デフォーカス状態にそれぞれ対応する複数の集光点に前記導波光を集光させる光学性能を有する、光集積装置。
【請求項７】
請求項６記載の光集積装置であって、前記受光素子は、前記複数の集光点の近傍にそれぞれ形成された複数の受光部を備える、光集積装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちの何れか１項に記載の光集積装置であって、前記受光素子は第１の受光部と第２の受光部とからなり、フォーカスエラー信号は、前記第１の受光部で生成された検出信号と前記第２の受光部で生成された検出信号との間の差分によって生成される、光集積装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうちの何れか１項に記載の光集積装置であって、前記複数の光結合部は、互いに異なる複数の光結合特性を有する、光集積装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光集積装置であって、前記複数の光結合部は、互いに異なる回折格子パターンを有する複数のグレーティングからなる、光集積装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のうちの何れか１項に記載の光集積装置であって、単一の半導体基板と、前記半導体基板上に形成された前記光導波路、前記複数の光結合部および前記受光素子とを有する集積回路からなる光集積装置。
【請求項１２】
光記録媒体に光ビームを照射し、前記光記録媒体からの反射光ビームを検出する光ピックアップ装置であって、
前記光記録媒体に照射すべき光ビームを出力する光源と、
前記光ビームを前記光記録媒体に集光させる光学系と、
請求項１から請求項１１のうちの何れか１項に記載の光集積装置と、を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）およびＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｓｃ）などの光記録媒体に記録された情報を光学的に再生し、若しくは前記光記録媒体に情報を光学的に記録する光ピックアップ装置およびこの光ピックアップ装置に組み込まれる光集積装置などに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップ装置では、光記録媒体にレーザ光を照射し、この光記録媒体からの反射光（戻り光）を検出することによって光記録媒体に記録された情報が再生される。また光記録媒体からの戻り光を検出する光検出素子としては、光ピックアップ装置の小型化、薄型化および低価格化の観点から、光ピックアップの光学的機能を集積化した光集積デバイスが採用されている。
【０００３】
ところで、レーザ光は、対物レンズによって光記録媒体の情報記録面上に集光させられるが、光記録媒体の偏心や面ブレなどの変位によってレーザ光の集光位置が情報記録面から外れてしまう。そこで、光記録媒体の変位を検出して得たフォーカスエラー信号を用いて、その変位をリアルタイムに補償するように対物レンズを駆動するフォーカスサーボが行われている。前述の光集積デバイスは、フォーカスエラー信号検出用の光学的機能を備えている。
【０００４】
光集積デバイスとしては、たとえば特許文献１（特開２０００−２１５５０４号公報）に記載される光集積デバイスが公知である。この光集積デバイスでは、半導体基板上に、光記録媒体からの入射光から導波光と透過光とを生成する光結合手段と、前記透過光および前記導波光をそれぞれ受光する２種類のフォトディテクタとが形成されている。また光結合手段は、入射光の一部を回折して導波光として光導波路に導入するグレーティング（回折格子）を備えている。そして、導波光を受光するフォトディテクタは、ビームサイズ法（フーコー法）に基づいてフォーカスエラー信号を生成し、透過光を受光するフォトディテクタはトラッキングエラー信号やＲＦ信号を生成している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２１５５０４号公報（図１および図２、段落番号「００２８」，「００３５」，「００３６」，「００４７」）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
後述するように、フォーカスエラー信号の波形は合焦近傍でのみＳ字状または逆Ｓ字状に出現し、そのＳ字波形または逆Ｓ字波形（合焦波形）を利用できる範囲（キャプチャレンジ）は限定されている。光集積デバイスのグレーティングは合焦時の入射光束に合わせて最適化設計されているが故に、レーザ光の集光位置が合焦位置にあるときは、フォトディテクタで検出される導波光の光量は大きいが、レーザ光の集光スポットが光記録媒体の記録面から僅かに外れただけで、導波光が光導波路に導入される割合が大きく減少する、言い換えれば、光結合効率が大きく低下してしまう。かかる理由からフォーカスエラー信号のキャプチャレンジは狭くなり易く、フォーカスサーボ制御が不安定になる場合があった。
【０００７】
以上の状況などに鑑みて本発明の目的は、フォーカスサーボ制御を安定化し得る光集積装置および光ピックアップ装置を提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載される光集積装置は、光学系により集光された入射光ビームを光記録媒体に照射したときに前記光記録媒体からの反射光ビームを検出する光集積装置であって、光を伝搬する光導波路と、前記反射光ビームの少なくとも一部を前記光導波路に導入する複数の光結合部と、前記光導波路を伝搬した後の導波光を受光してこれに応じた検出信号を生成する受光素子と、を備え、前記複数の光結合部は、前記光記録媒体に照射される前記光ビームの集光位置のうち互いに異なる複数の位置にそれぞれ最適化されていることを特徴としている。
【０００９】
また請求項１２に記載される光ピックアップ装置は、光記録媒体に光ビームを照射し、前記光記録媒体からの反射光ビームを検出する光ピックアップ装置であって、前記光記録媒体に照射すべき光ビームを出力する光源と、前記光ビームを前記光記録媒体に集光させる光学系と、前記光集積装置とを備えることを特徴とたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る実施例である光ピックアップ装置の一部構成を概略的に示す図である。この光ピックアップ装置は、光集積装置１、対物レンズ（光学系）３、コリメータレンズ４、コントローラ５およびレンズ駆動部６を備えている。光集積装置１、対物レンズ３およびコリメータレンズ４は、対物レンズ３の光学軸ＯＡに沿って配設されている。また円盤形状の光ディスク（光記録媒体）２の情報記録面２ａには情報を表す微細なピット（信号溝）が刻み込まれており、この光ディスク１は記録再生時には回転駆動させられる。
【００１１】
記録再生用のレーザダイオード光源（図示せず）から出力されたコヒーレントな光ビームは、コリメータレンズ４で屈折して平行光にされた後、対物レンズ３に入射する。対物レンズ３は、入射する光ビームを情報記録面２ａに集光させる機能を有しており、合焦時には、光ビームの集光スポットの位置（以下、集光位置と呼ぶ。）が、情報記録面２ａの記録トラックに合致し、適合する。なお、対物レンズ３としては、固定焦点を持つ光学レンズのみならず、制御信号に応じて焦点を変え得る焦点可変レンズでもよい。
【００１２】
光ディスク１からの反射光ビームＲＬは、対物レンズ３およびコリメータレンズ４を順番に透過して光集積装置１に入射する。光集積装置１は、光学軸ＯＡに垂直な平面に対して角度θだけ傾斜しており、入射した反射光ビームＲＬを受光し光電変換することで複数の検出信号ＤＳを生成し、コントローラ（サーボ回路）５に出力する。コントローラ５は、検出信号ＤＳに基づいてフォーカスエラー信号（以下、ＦＥ信号と呼ぶ。）およびトラッキングエラー信号（以下、ＴＥ信号と呼ぶ。）などのサーボ信号並びにＲＦ信号を生成する。そして、レンズ駆動部６は、サーボ信号のうちＦＥ信号ＦＳを駆動信号として用いて、対物レンズ３の位置をフォーカス方向（光学軸ＯＡの方向）に上下に移動させる。
【００１３】
以上の構成を有する光ピックアップ装置に搭載される光集積装置１の実施例を、以下に説明する。
＜第１の実施例＞
図２は、第１の実施例の光集積装置１の構成を概略的に示す平面図であり、図３は、この光集積装置１のＡ１−Ａ２線における断面図である。図２に示すように、光集積装置１の光入射面には、所定周期の格子溝を有するグレーティング（光結合素子）２０が曲線状に形成されている。またこのグレーティング２０の形成領域の直下方には、シリコン基板１０上に、ＲＦ信号用の４つの受光部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が形成されている。さらに同シリコン基板１０上には、ＴＥ信号用の２つの受光部Ｋ１，Ｋ２と、ＦＥ信号用の６つの受光部Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とが形成されている。これら受光部Ｋ１，Ｋ２，Ｂ１〜Ｂ４，Ｆ１〜Ｆ３およびＲ１〜Ｒ３は、フォトダイオードまたはＯＥＩＣ（アンプ内蔵フォトダイオード）の何れでもよい。
【００１４】
図３に示すように、上記受光部Ｂ１〜Ｒ３を備えたシリコン基板１０の上には、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、熱酸化膜１１、アルミニウム遮光膜１２および保護膜１３がこの順で積層されている。また、これら３層１１〜１３の上には、高屈折率の下部クラッド層１４、低屈折率の光導波層１５および高屈折率の上部クラッド層１６からなる光導波路１８が形成されている。下部クラッド層１４は、スピンコート法を用いてＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）を塗布することで成膜され、この下部クラッド層１４の上に、スパッタ法を用いて酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの誘電体材料を堆積することで光導波層１５が形成される。
【００１５】
さらに光導波層１５の上に、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、所定周期で曲線状に形成された多数の格子溝を有するグレーティング２０が設けられている。この光導波層１５の上に、スピンコート法を用いてＳＯＧを塗布することで上部クラッド層１６が成膜される。そして上部クラッド層１６の上には、光入射面を除いてアルミニウム遮光膜１７が成膜されている。
【００１６】
また、図３に示されるように、ＦＥ信号用の受光部Ｆ１〜Ｆ３，Ｒ１〜Ｒ３の上部領域では、下部クラッド層１４が他の領域と比べて薄くなるように成膜されている。すなわち、受光部Ｆ１〜Ｆ３，Ｒ１〜Ｒ３の上部領域以外で下部クラッド層１４が薄いと導波光ＩＲの損失が大きいため、これを避けるべく、受光部Ｆ１〜Ｆ３，Ｒ１〜Ｒ３の周縁部付近で下部クラッド層１４を緩やかな傾斜を持つように形成し、受光部Ｆ１〜Ｆ３，Ｒ１〜Ｒ３の上部の下部クラッド層１４を薄く形成している。
【００１７】
図４に示すように、角度θで入射した光は、グレーティング２０によって回折された導波光ＩＲと、回折されずに光導波層１５および下部クラッド層１４を透過する透過光とに分離される。グレーティング２０で回折された導波光ＩＲは、光導波層１５の内部を受光部Ｆ１〜Ｆ３，Ｒ１〜Ｒ３まで伝播する。また図２に示されるように、曲線状の格子溝を有するグレーティング２０によって導波光ＩＲは光導波層１５の内部の点ＦＰに集光させられる。なお、図４に示した例では、説明の便宜上、導波光ＩＲは一点ＦＰに集光させられているが、グレーティング２０は互いに異なる回折格子パターンを有する複数の光結合部から構成されており、かかる構成によって、導波光ＩＲは各回折格子パターンに応じて光軸に沿って複数の点に集光させられ得る。
【００１８】
次に、サーボ信号およびＲＦ信号の生成方法について説明する。いま、受光部Ｘ（符号Ｘは、Ｂ１〜Ｒ３の何れか）の検出信号をＳ（Ｘ）で表現するものとする。ＲＦ信号は、受光部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が生成した検出信号の総和で与えられる。すなわち、数式で表現すれば、ＲＦ信号＝Ｓ（Ｂ１）＋Ｓ（Ｂ２）＋Ｓ（Ｂ３）＋Ｓ（Ｂ４）、である。
【００１９】
前側および後側の受光部Ｆ１〜Ｆ３，Ｒ１〜Ｒ３は、ＦＥ信号用に形成された受光素子である。前側受光部Ｆ１〜Ｆ３のうちの両端の受光部Ｆ１，Ｆ３と、後側受光部Ｒ１〜Ｒ３のうちの中央の受光部Ｒ２とで第１群の受光部が構成されており、前側受光部Ｆ１〜Ｆ３のうちの中央の受光部Ｆ２と、後側受光部Ｒ１〜Ｒ３のうちの両端の受光部Ｒ１，Ｒ３とで第２群の受光部が構成されている。ＦＥ信号は、第１群の受光部Ｆ１，Ｒ２，Ｆ３で生成された検出信号と、第２群の受光部Ｒ１，Ｆ２，Ｒ３で生成された検出信号との差分で与えられる。数式で表現すれば、ＦＥ信号＝Ｓ（Ｆ１）＋Ｓ（Ｒ２）＋Ｓ（Ｆ３）−（Ｓ（Ｒ１）＋Ｓ（Ｆ２）＋Ｓ（Ｒ３））、である。
【００２０】
図５は、ＦＥ信号のレベル分布ＦＥ（ｘ）を例示するグラフである。このグラフの横軸は、光ディスク２の情報記録面２ａとレーザ光の集光位置との間の距離ｘ、すなわちデフォーカス量ｘに対応している。言い換えれば、この距離ｘは、レーザ光の集光位置に対する情報記録面２ａのフォーカス方向の変動量を意味する。グラフの縦軸と横軸との交点が、ＦＥ信号のレベルがゼロになり、光学系３の焦点が情報記録面２ａに合致する合焦点を指している。またこの合焦点では、図２に示すように、導波光ＩＲは、前側受光部Ｆ１〜Ｆ３と後側受光部Ｒ１〜Ｒ３とのほぼ中間の点ＦＰで収束し、前側受光部Ｆ１〜Ｆ３での受光量と、後側受光部Ｒ１〜Ｒ３での受光量とがほぼ同一になり、Ｓ（Ｆ１）＋Ｓ（Ｒ２）＋Ｓ（Ｆ３）＝Ｓ（Ｒ１）＋Ｓ（Ｆ２）＋Ｓ（Ｒ３）、の等式が成立する。
【００２１】
図２に示す合焦状態（フォーカス状態）から、光ディスク２の情報記録面２ａが対物レンズ３に近づいたデフォーカス状態では、図６に示すように導波光ＩＲの集光点ＦＰは後側受光部Ｒ１〜Ｒ３の方向に移動し、Ｓ（Ｆ１）＋Ｓ（Ｒ２）＋Ｓ（Ｆ３）＞Ｓ（Ｒ１）＋Ｓ（Ｆ２）＋Ｓ（Ｒ３）、の不等式が成立する。
一方、図２に示す合焦状態から、光ディスク２の情報記録面２ａが対物レンズ３から離れたデフォーカス状態では、図７に示すように導波光ＩＲの集光点ＦＰは前側受光部Ｆ１〜Ｆ３の方向に移動し、Ｓ（Ｆ１）＋Ｓ（Ｒ２）＋Ｓ（Ｆ３）＜Ｓ（Ｒ１）＋Ｓ（Ｆ２）＋Ｓ（Ｒ３）、の不等式が成立する。
【００２２】
このようにしてＦＥ信号のレベル分布ＦＥ（ｘ）は、距離ｘに関して図５に示すような逆Ｓ字波形を形成することになる。フォーカスサーボ制御は、主にレベル分布ＦＥ（ｘ）の最大ピークと最小ピーク間の波形を利用して距離ｘがゼロになるように実行される。上述したようにレベル分布ＦＥ（ｘ）のピーク間距離Δ（キャプチャレンジ）が狭すぎると、フォーカスサーボ制御が不安定になり易い。従来の光集積デバイスでは、グレーティングの特性を合焦時に合わせて最適化していたためキャプチャレンジΔが狭小になり、フォーカスサーボ制御の不安定を招くことがあった。
【００２３】
グレーティング２０は、互いに異なる回折格子パターン（光結合特性）を有する複数の光結合部から構成されており、これら複数の光結合部は、対物レンズ３の位置に応じて変化する光ビームの集光位置のうち互いに異なる複数の位置にそれぞれ最適化されている。具体的には、各光結合部は、光ビームが光ディスク２の情報記録面２ａにおいてデフォーカス状態になるときの集光位置に合わせて最適化されている。本実施例では、グレーティング２０は２種類の光結合部で構成されている。図８および図９は、グレーティング２０の構造を例示する平面図である。図８に示すグレーティング２０は２領域に分割され、２領域にそれぞれ異なる回折格子パターンを持つ光結合部２０Ａ，２０Ｂが形成されている。また図９に示すグレーティング２０は８領域に分割されており、第１の回折格子パターンを持つ４領域からなる光結合部２０Ａと、第２の回折格子パターンを持つ４領域からなる光結合部２０Ｂとで構成されている。ここで、図９に示したグレーティング２０の領域分割数は８であるが、状況に応じて、さらにその領域分割数を増すのが好ましい。また、光結合部２０Ａ，２０Ｂの格子溝は曲線状に形成されているが、この代わりに各分割領域の格子溝を直線状に形成してもよい。
【００２４】
前記グレーティング２０によって導入された導波光の光量は、前側および後側の受光部Ｆ１〜Ｆ３，Ｒ１〜Ｒ３（図２）で生成された検出信号を加算して得た和信号のレベル（以下、「受光量」と呼ぶ。）に比例する。図１０（ａ），（ｂ）は、光結合部２０Ａ，２０Ｂで回折された導波光ＩＲの受光量Ｓ１（ｘ），Ｓ２（ｘ）を示すグラフである。グラフの横軸は、光ディスク２の情報記録面２ａとレーザ光の集光位置との間の距離ｘ、すなわちデフォーカス量ｘに対応している。またグラフの縦軸と横軸との交点が合焦点である。また、一方の受光量Ｓ１（ｘ）は、第１の光結合部２０Ａだけで回折された導波光ＩＲの量を、他方の受光量Ｓ２（ｘ）は、第２の光結合部２０Ｂだけで回折された導波光ＩＲの量をそれぞれ示している。
【００２５】
図１０（ａ）に示されるように、第１の光結合部２０Ａによって得られる受光量Ｓ１（ｘ）は、光ビームの集光位置が情報記録面２ａから対物レンズ３とは逆方向に外れたデフォーカス位置（ｘ＝−ｋ）に最大ピークを形成し、且つその集光位置が当該デフォーカス位置から離れるに従って減衰する分布を有する。また、図１０（ｂ）に示されるように、第２の光結合部２０Ｂによって得られる受光量Ｓ２（ｘ）は、光ビームの集光位置が情報記録面２ａから対物レンズ３の方向に外れたデフォーカス位置（ｘ＝ｋ）に最大ピークを形成し、且つその集光位置が当該デフォーカス位置から離れるに従って減衰する分布を有している。このように、第１および第２の光結合部２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ、情報記録面２ａに入射する光ビームが情報記録面２ａにおいてデフォーカス状態にあるときにフォーカス状態にあるときと比べて導波光ＩＲの光量が大きくなるように最適化設計をなされている。
【００２６】
このような第１および第２の光結合部２０Ａ，２０Ｂを合成して得られるグレーティング構造によって、総受光量Ｓ１（ｘ）＋Ｓ２（ｘ）は、図１１に示すように、光ディスク２の変動量ｘに関して２つの最大ピークを持つ光量分布Ｓ（ｘ）を形成し得る。この光量分布Ｓ（ｘ）において、２つの最大ピークは合焦点（ｘ＝０）に関して対称位置（ｘ＝＋ｋ，−ｋ）に形成されている。
【００２７】
一方、従来のグレーティング構造は、合焦位置に最適化された１種類の回折格子パターンを有するが故に、図１２に示されるように総受光量分布Ｓ（ｘ）の最大ピークは合焦点にのみ形成され、ＦＥ信号のレベル分布ＦＥ（ｘ）のキャプチャレンジΔは狭小になり易い。これに対して、本実施例のグレーティング構造では、図１１に示したようにレベル分布ＦＥ（ｘ）のピーク間距離Δであるキャプチャレンジを、総受光量分布Ｓ（ｘ）の２個の最大ピークの位置に合わせて拡大できることが分かる。
【００２８】
上述の通り、第１の実施例の光集積装置１のグレーティング２０は、デフォーカス状態における入射光束に合わせて最適化された複数の光結合部２０Ａ，２０Ｂを有することから、ＦＥ信号のキャプチャレンジΔをフォーカスサーボ制御を安定化し得る所望範囲に調整することができる。したがって、光情報記録媒体の変位に対するフォーカスサーボの追従性向上が可能となる。
【００２９】
＜第２の実施例＞
以下、本発明に係る第２の実施例について説明する。図１３は、第２の実施例の光集積装置１の構成を概略的に示す平面図であり、図１４は、この光集積装置１のＡ３−Ａ４線における断面図である。この光集積装置１の光入射面には、所定周期の格子溝を有するグレーティング（光結合素子）２０が形成されている。またこのグレーティング２０の直下方には、シリコン基板１０上に、ＲＦ信号用の４つの受光部Ｂ１〜Ｂ４が形成され、さらにシリコン基板１０上には、ＴＥ信号用の２つの受光部Ｋ１，Ｋ２と、ＦＥ信号用の２つの受光部Ｌ１，Ｌ２とが形成されている。
【００３０】
ＲＦ信号用、ＴＥ信号用およびＦＥ信号用の受光部を備えたシリコン基板１０の上には、上記第１の実施例の光集積装置１（図２）と同様の製造プロセスによって、熱酸化膜１１、アルミニウム遮光膜１２、保護膜１３、下部クラッド層１４、光導波層１５、上部クラッド層１６および遮光膜１７が形成されている。高屈折率の下部クラッド層１４、低屈折率の光導波層１５および高屈折率の上部クラッド層１６によって光導波路１８が構成される。
【００３１】
グレーティング２０は、互いに異なる回折格子パターン（光結合特性）を有する複数の光結合部で構成されており、これら複数の光結合部は、対物レンズ３の位置に応じて変化する光ビームの集光位置のうち互いに異なる複数の位置にそれぞれ最適化されている。具体的には、各光結合部は、光ビームが光ディスク２の情報記録面２ａにおいてデフォーカス状態になるときの集光位置に合わせて最適化されている。図１５は、２種類の光結合部２０Ａ，２０Ｂからなるグレーティング２０の構造を例示する平面図である。このグレーティング２０は１２領域に分割されており、第１の回折格子パターンを持つ６領域からなる光結合部２０Ａと、第２の回折格子パターンを持つ６領域からなる光結合部２０Ｂとを有する。光結合部２０Ａ，２０Ｂの各回折格子パターンは、デフォーカス状態のときに入射する光を回折し、導波光ＩＲを一点に集光させる光学性能を与えるものである。
【００３２】
図１６および図１７は、グレーティング２０によって形成される導波光ＩＲの集光点ＦＰ１，ＦＰ２を示しており、図１８は、受光部Ｌ１，Ｌ２での総受光量の分布Ｓ（ｘ）を概略的に示すグラフである。図１８のグラフの横軸は、情報記録面２ａとレーザ光の集光位置との間の距離ｘ、すなわちデフォーカス量ｘに対応している。また、総受光量分布Ｓ（ｘ）は、受光部Ｌ１，Ｌ２で生成された検出信号を加算して得た和信号のレベル分布を表したものである。
【００３３】
光ディスク２に入射する光ビームの集光位置が情報記録面２ａに合致する合焦状態（ｘ＝０）のとき、グレーティング２０は入射光をほとんど回折せず、図１８に示すように合焦時における総受光量Ｓ（ｘ＝０）は非常に小さな値を持つ。また、情報記録面２ａの位置が合焦位置から対物レンズ３へ近接する方向に所定距離（ｘ＝−ｋ）だけずれたデフォーカス状態のとき、このデフォーカス状態に最適化された光結合部２０Ａは、入射光を回折して、導波光ＩＲを図１６に示す点ＦＰ１に集光させる。この集光点ＦＰ１の下方近傍に受光部Ｌ１が形成されているため、図１８に示すように、総受光量Ｓ（ｘ＝−ｋ）は最大ピークを形成する。
【００３４】
また、情報記録面２ａの位置が合焦位置から対物レンズ３から離れる方向に所定距離（ｘ＝＋ｋ）だけずれたデフォーカス状態のとき、このデフォーカス状態に最適化された光結合部２０Ｂは、入射光を回折して、導波光ＩＲを図１７に示す点ＦＰ２に集光させる。この集光点ＦＰ２の下方近傍に受光部Ｌ２が形成されているため、図１８に示すように、総受光量Ｓ（ｘ＝ｋ）は最大ピークを形成する。
【００３５】
したがって、図１８に示すように、前記デフォーカス状態に対応した２点に２個の最大ピークを有する総受光量分布Ｓ（ｘ）が形成されることになる。図１９（ａ）は、一方の受光部Ｌ１で生成された検出信号のレベル分布Ｓ１（ｘ）を示し、同図（ｂ）は、他方の受光部Ｌ２で生成された検出信号のレベル分布Ｓ２（ｘ）を示す図である。これらレベル分布Ｓ１（ｘ），Ｓ１（ｘ）を重ね合わせたものが総受光量分布Ｓ（ｘ）になる。図１９（ａ）に示されるように、第１の光結合部２０Ａによって得られる分布Ｓ１（ｘ）は、光ビームの集光位置が情報記録面２ａから対物レンズ３とは逆方向に外れたデフォーカス位置（ｘ＝−ｋ）に最大ピークを形成し、且つその集光位置が当該デフォーカス位置から離れるに従って減衰する分布を有する。また、図１９（ｂ）に示されるように、第２の光結合部２０Ｂによって得られる分布Ｓ２（ｘ）は、光ビームの集光位置が情報記録面２ａから対物レンズ３の方向に外れたデフォーカス位置（ｘ＝ｋ）に最大ピークを形成し、且つその集光位置が当該デフォーカス位置から離れるに従って減衰する分布を有している。このように、第１および第２の光結合部２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ、デフォーカス状態のときにフォーカス状態のときと比べて導波光ＩＲの光量が大きくなるように最適化設計をなされている。
【００３６】
ＦＥ信号は、第１の受光部Ｌ１で生成された検出信号と、第２の受光部Ｌ２で生成された検出信号との差分で与えられるため、受光部Ｘ（符号Ｘは、Ｌ１またはＬ２の何れか）の検出信号をＳ（Ｘ）で表現するとすれば、ＦＥ信号＝Ｓ（Ｌ１）−Ｓ（Ｌ２）、によって表現できる。よって、ＦＥ信号のレベル分布ＦＥ（ｘ）は、図１８に示されるように逆Ｓ字状の合焦波形を与える。図１８から、ＦＥ信号のピーク間距離であるキャプチャレンジΔは、総受光量分布Ｓ（ｘ）の最大ピークの位置に合わせて調整可能であることが分かる。
【００３７】
以上の通り、第２の実施例の光集積装置１によれば、グレーティング２０はデフォーカス状態の入射光束に合わせて最適化された複数の光結合部２０Ａ，２０Ｂを有することから、ＦＥ信号のキャプチャレンジΔをフォーカスサーボ制御を安定化し得る所望範囲に調整することができる。したがって、光情報記録媒体の変位に対するフォーカスサーボの追従性向上が可能となる。
【００３８】
また、図１９に示したように合焦時における導波光ＩＲの光量を小さくすることが可能であるから、光集積装置１に入射する反射光ビームＲＬの光スポットが光学軸から若干ずれた場合や検出信号にノイズが混入した場合であっても、合焦波形の歪みを非常に低く抑えることができ、フォーカスサーボの追従性向上が可能となる。
【００３９】
以上、第１および第２の実施例について説明した。上記第１および第２の実施例では、２種類の回折格子パターンを有するグレーティング２０について説明したが、本発明では、２種類に限らず、Ｎ種類（Ｎは３以上の整数）の回折格子パターンを有するグレーティングを採用することができる。
また、上記の第１および第２の実施例において、キャプチャレンジΔを合焦点付近で所望の範囲に調整する観点から、総受光量分布Ｓ（ｘ）の２個の最大ピークを合焦点に関して対称位置に形成することが好ましいが、２個の最大ピークが対称位置から若干ずれても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例である光ピックアップ装置の一部構成を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施例の光集積装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図３】図２に示す光集積装置のＡ１−Ａ２線における断面図である。
【図４】光結合原理を説明する図である。
【図５】ＦＥ信号のレベル分布ＦＥ（ｘ）を例示するグラフである。
【図６】第１の実施例の光集積装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図７】第１の実施例の光集積装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図８】グレーティングの構造を例示する平面図である。
【図９】グレーティングの構造を例示する平面図である。
【図１０】受光量分布Ｓ１（ｘ），Ｓ２（ｘ）を概略的に示すグラフである。
【図１１】総受光量分布Ｓ（ｘ）およびＦＥ信号のレベル分布ＦＥ（ｘ）を概略的に例示するグラフである。
【図１２】総受光量分布Ｓ（ｘ）およびＦＥ信号のレベル分布ＦＥ（ｘ）を概略的に例示するグラフである。
【図１３】第２の実施例の光集積装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図１４】図１３に示す光集積装置のＡ３−Ａ４線における断面図である。
【図１５】２種類の光結合部からなるグレーティングの構造を例示する平面図である。
【図１６】グレーティングによって形成される導波光の集光点を示す図である。
【図１７】グレーティングによって形成される導波光の集光点を示す図である。
【図１８】総受光量分布Ｓ（ｘ）およびＦＥ信号のレベル分布ＦＥ（ｘ）を概略的に例示するグラフである。
【図１９】受光量分布Ｓ１（ｘ），Ｓ２（ｘ）を概略的に示すグラフである。
【符号の説明】
１  光集積装置
２  光ディスク（光記録媒体）
２ａ  情報記録面
３  対物レンズ（光学系）
４  コリメータレンズ
５  コントローラ（サーボ回路）
６  レンズ駆動部
１０  シリコン基板
１１  熱酸化膜
１２  遮光膜
１３  保護膜
１４  下部クラッド層
１５  光導波層
１６  上部クラッド層
１７  遮光膜
１８  光導波路
２０  グレーティング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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