(57)【要約】 【課題】  光源から出射される短波長の光を長波長の光に変換することによって受光素子の受光感度を高めるとともに、変換された長波長光の利用効率を向上して光源の出力制御を高精度で行うことのできる光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】  光源２１から出射される光の一部を出力モニタ用受光素子３０で検出して、光源２１の光出力制御を行う光ピックアップ装置２０において、入射される波長λ１を有する光の一部を、波長λ１よりも長波長である波長λ２を有する光に変換する波長変換素子３１が、出力モニタ用受光素子３０の受光面上に設けられる。この波長変換素子３１は、略半球状の形状を有し、その半球状外周面のうち、光を入射させる窓４０を除く残余の部分に光を反射する光反射部４３が設けられる。【選択図】      図１
2005216384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射される光の一部を出力モニタ用受光素子で検出し、出力モニタ用受光素子で検出される一部の光を除く残余の光を対物レンズによって光記録媒体の情報記録面に集光し、光記録媒体で反射された光を信号検出用受光素子で受光する光ピックアップ装置において、
出力モニタ用受光素子の受光面上に設けられ、入射される波長λ１を有する光の一部を、波長λ１よりも長波長である波長λ２（λ２＞λ１）を有する光に変換する波長変換素子を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
波長変換素子は、
略半球形状に形成され、
半球状外周面のうち、光を入射させる部分を除く残余の部分に光を反射する光反射部が設けられることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
波長変換素子は、
波長変換物質を含有し、波長変換物質の含有量が５ｍｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
光源から出射されて波長変換素子に入射する光の波長λ１が、４５０ｎｍ以下であり、
出力モニタ用受光素子に備わる受光部がケイ素系半導体材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
波長変換素子によって変換された波長λ２を有する光の緩和時間ｔ１が、
出力モニタ用受光素子が光源から出射される光の一部を検出するべく定められる時間間隔である出力検出時間ｔ２よりも短い（ｔ２＞ｔ１）ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から出射される光を光記録媒体に対して照射し、光記録媒体の情報記録面に情報を記録および／または書込まれた情報を再生する光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報記録の分野においては、光学情報記録方式に関する技術の進展に著しいものがある。この光学情報記録方式は、非接触で記録／再生が行えること、また再生専用型、追記型、書換え可能型などそれぞれのメモリ形態に対応できること等、数々の利点を有するので、安価な大容量メディアを実現し得るものとして、産業用から民生用まで幅広い用途が考えられている。
【０００３】
光学情報記録方式における最近の技術開発動向としては、コンパクトディスク（略称ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（略称ＤＶＤ）などの既に業界標準となった１２ｃｍ径の光記録媒体において、単位面積あたりの情報記録容量を増加させる方向、ならびに情報記録容量を減らすことなく光記録媒体および情報記録再生装置の大きさを小さくする方向の２つが指向され、研究・開発が行われている。
【０００４】
単位面積当たりの情報記録容量を増加させる一つの方策として、Blu-rayディスク（Blu-ray Disk：以下ＢＤと略記する）に代表される青紫色半導体レーザ等の短波長光源を用いるとともに、開口数が０．８以上の対物レンズを用いて集光スポット径を小さくした光ピックアップ装置が提案されている。
【０００５】
ＢＤは、従来のＣＤ、ＤＶＤに比べてスポットサイズが小さいので、スポットサイズの増減に対する信号変動量が一層大きくなる。光記録媒体における情報の記録は、集光スポットの熱による相変化によってなされるので、光源の光出力の変動に伴って相変化領域が大きく変動する。したがって、光記録媒体のうちでも、特にスポットサイズが小さいＢＤのような光記録媒体において情報を安定して記録／再生するためには、光源から出射される光量が安定していることが求められる。そのため、光源から出射される光量を出力モニタ用受光素子でモニタし、モニタ受光量に応じて光源の出力、すなわち光量を制御することが必要不可欠である。
【０００６】
発光素子として短波長の光を出射することのできる青紫色半導体レーザなどの実用化が進む一方、一般に用いられているケイ素系半導体材料からなる受光素子は、短波長の光に対する受光感度が０．１５〜０．２５Ａ／Ｗであり、可視光領域における受光感度０．５〜０．６Ａ／Ｗに比べて低いという特性を有する。このように受光素子の受光感度が低い場合、半導体レーザの出力制御に必要とされるモニタ電流値を得るためには、短波長の半導体レーザから出射される光を余分にモニタ用受光素子に配分しなければならない。モニタ用受光素子に配分する光量を多くすると、残余の光量である光記録媒体に対する記録／再生に用いることのできる光量が減少することになる。
【０００７】
現状、短波長の光を出射する青紫色半導体レーザの発光特性は、ＤＶＤ、ＣＤ等に用いられる赤色、赤外半導体レーザなどに比べて、発光効率が未だ充分ではないので、特に倍速記録／再生を実現しようとする場合、記録／再生以外に用いる光を極力少なくしなければならない。したがって、受光素子の受光感度向上は、短波長光源を用いる光ピックアップ装置の開発において必須の課題である。
【０００８】
このような課題を解決する従来技術の一つは、可視光に対する高い受光感度を有する半導体受光素子の受光面上に、可視光よりも短波長の光を可視光に変換する波長変換層が設けられる半導体受光装置を提案する（特許文献１参照）。
【０００９】
図１１は、従来技術の半導体受光装置１の構成を示す断面図である。特許文献１に開示される半導体受光装置１は、受光素子２の受光面上に波長変換膜３が形成される。受光素子２は、ｐ−Ｓｉ層４、ｉ−Ｓｉ層５およびｎ−Ｓｉ層６の３層が積層され、さらにｐ−Ｓｉ層４にｐ型電極７が形成され、ｎ−Ｓｉ層６にｎ型電極８が形成され、ｐ型電極７にワイヤ９を電気的に接続するためのボンディングパッド１０が形成される構成である。
【００１０】
半導体受光装置１では、半導体レーザ光源から出射される短波長の光が波長変換膜３を通過することによって、短波長の光の一部が、受光素子が高い受光感度を有する波長域の可視光に変換される。このことによって、可視光の波長域に高い受光感度を有するケイ素系半導体のような比較的安価な受光素子を用いた場合でも、半導体レーザから出射される短波長の光に対する受光素子の感度を改善することができるので、最小限の光量を用いて半導体レーザの出力を制御することができる。
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示される従来技術には、以下のような問題がある。特許文献１では、波長変換膜３の波長変換材として、イットリウムアルミニウムガーネット（略称ＹＡＧ）蛍光体またはアルミネート系青色（略称ＢＡＭ）蛍光体などの蛍光体材料が用いられる。したがって、波長変換膜３において波長変換された光は、蛍光体材料による蛍光である。この波長変換後の蛍光には指向性がなく、空間中の全方位に発散されるので、波長変換膜３で生成される波長変換光の約半分が受光面に結合することなく空間中に放出される。このことによって、光の利用効率が悪くなり、場合によっては変換効率が下がってしまうという問題がある。
【００１２】
短波長光源を用いる場合における受光素子の受光感度向上に関するもう一つの従来技術は、波長４５０ｎｍ以下の光を、波長５５０ｎｍ以上の光に変換して受光検出する光検出器を提案する（特許文献２参照）。
【００１３】
図１２は、もう一つの従来技術における光検出器１１の構成を示す斜視図である。特許文献２に開示される光検出器１１は、フォトディテクタ部１２と、フォトディテクタ部１２上に形成されて波長４５０ｎｍ以下の光を波長５５０ｎｍ以上の光に変換する波長変換素子層１３と、波長変換素子層１３上に形成されて波長４５０ｎｍ以下の光を透過し波長５５０ｎｍ以上の光を反射する波長選択素子層１４とを含んで構成される。
【００１４】
この光検出器１１は、波長変換素子層１３で変換された波長５５０ｎｍ以上の光を波長選択素子層１４で反射することによって、波長変換後の光を閉込めることができる。
【００１５】
このことによって、波長５５０ｎｍ以上の領域に高い受光感度を有するたとえばケイ素系半導体のような比較的安価な受光素子を用いた場合でも、光源から出射される波長４５０ｎｍ以下の光に対する受光素子の感度を改善することができるとともに、光の利用効率を改善することもできる。
【００１６】
しかしながら、特許文献２に開示される技術には、以下のような問題がある。波長変換素子層１３の上に波長選択素子層１４を設けることによって、波長変換後の光を閉込めることができるけれども、波長変換素子層１３に用いられる蛍光体によっては、波長変換前後の光の波長帯が近い場合があり、そのような場合、波長変換前後の光を透過と反射とによって分離する波長選択素子層１４の形成が難しくなるという問題がある。
【００１７】
また、特許文献１および２に開示される従来技術では、波長変換膜３および波長変換素子層１３の厚みが薄いので、光の変換効率を上げるためには、蛍光体の濃度を上げる必要がある。しかしながら、単位体積中の蛍光体濃度を高くすると、蛍光体分子同士のエネルギー移動が頻繁に起こるようになり、これに伴う濃度消光という現象が発生する。蛍光体に代表される通常の波長変換物質では、多くの場合５ｍｏｌ％程度の比較的低濃度においても、濃度消光が発生することが知られており、濃度を高くするだけでは、変換効率が低下することがある。
【００１８】
【特許文献１】特開２０００−２７７７６０号公報
【特許文献２】特開平８−２２７５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は、光源から出射される短波長の光を長波長の光に変換することによって受光素子の受光感度を高めるとともに、変換された長波長光の利用効率を向上して光源の出力制御を高精度で行うことのできる光ピックアップ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、光源から出射される光の一部を出力モニタ用受光素子で検出し、出力モニタ用受光素子で検出される一部の光を除く残余の光を対物レンズによって光記録媒体の情報記録面に集光し、光記録媒体で反射された光を信号検出用受光素子で受光する光ピックアップ装置において、
出力モニタ用受光素子の受光面上に設けられ、入射される波長λ１を有する光の一部を、波長λ１よりも長波長である波長λ２（λ２＞λ１）を有する光に変換する波長変換素子を備えることを特徴とする光ピックアップ装置である。
【００２１】
また本発明は、波長変換素子は、
略半球形状に形成され、
半球状外周面のうち、光を入射させる部分を除く残余の部分に光を反射する光反射部が設けられることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、波長変換素子は、波長変換物質を含有し、波長変換物質の含有量が５ｍｏｌ％以下であることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、光源から出射されて波長変換素子に入射する光の波長λ１が、４５０ｎｍ以下であり、
出力モニタ用受光素子に備わる受光部がケイ素系半導体材料からなることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、波長変換素子によって変換された波長λ２を有する光の緩和時間ｔ１が、出力モニタ用受光素子が光源から出射される光の一部を検出するべく定められる時間間隔である出力検出時間ｔ２よりも短い（ｔ２＞ｔ１）ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、光ピックアップ装置に備わる出力モニタ用受光素子の受光面上には、入射される波長λ１を有する光の一部を、波長λ１よりも長波長である波長λ２を有する光に変換する波長変換素子が設けられる。このことによって、半導体レーザから出射される波長λ１の光を、出力モニタ用受光素子の受光感度が高い波長λ２の光に変換することができる。したがって、光源から出射される光が、波長λ１の短波長であっても、波長λ１よりも長波長域に高い受光感度を有する受光素子の光電変換効率を向上させることが可能になる。
【００２６】
また本発明によれば、波長変換素子は、略半球形状に形成され、半球状外周面のうち、光を入射させる部分を除く残余の部分に光を反射する光反射部が設けられる。このことによって、波長変換素子で変換された波長λ２の光を、光反射部によって反射して出力モニタ用受光素子へ入射させることができるので、変換後の光の利用効率を向上することができる。
【００２７】
また本発明によれば、波長変換素子に含まれる波長変換物質は、その含有量が５ｍｏｌ％以下であるので、濃度消光の発生が防止される。
【００２８】
また本発明によれば、光源から出射されて波長変換素子に入射する光の波長λ１が、４５０ｎｍ以下であり、出力モニタ用受光素子に備わる受光部がケイ素系半導体材料からなる。このような構成の光ピックアップ装置では、安価なケイ素系半導体材料からなる受光部を有する出力モニタ用受光素子によって、波長４５０ｎｍ以下の短波長、たとえばＢＤに用いられる青紫色レーザ光源の出力制御を高精度で行うことが可能になる。
【００２９】
また本発明によれば、波長変換素子によって変換された波長λ２を有する光の緩和時間ｔ１が、出力モニタ用受光素子が光源から出射される光の一部を検出するべく定められる時間間隔である出力検出時間ｔ２よりも短くなるように設定される。このことによって、光源の出力制御を行う際に用いる出力モニタ信号のＳＮ比を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は本発明の実施の一形態である光ピックアップ装置２０の構成を簡略化して示す図であり、図２は図１に示す光ピックアップ装置２０に備わる出力制御用受光ユニット３２の構成を示す拡大図である。なお、図２における出力制御用受光ユニット３２の構成は、図１に示される該部分の上下が逆転して図示される。
【００３１】
光ピックアップ装置２０は、光源２１と、コリメートレンズ２２と、光分岐素子２３と、立上ミラー２４と、２枚組の第１および第２対物レンズ２５ａ，２５ｂ（総称する場合は対物レンズ２５と表記する）、スポットレンズ２６と、円柱レンズ２７と、信号検出用受光素子２８と、集光レンズ２９と、出力モニタ用受光素子３０および波長変換素子３１を備える出力制御用受光ユニット３２とを含んで構成される。この光ピックアップ装置２０は、光記録媒体３３に対して情報を記録／再生することに用いられる。
【００３２】
なお、本発明の光ピックアップ装置は、光分岐素子２３と対物レンズ２５との間にカバーガラス厚み誤差に起因する球面収差を補正することを目的とした球面収差補償素子を配置される構成、また、コリメートレンズ２２と光分岐素子２３との間にビーム整形を目的としたビーム整形素子、偏光方向調整のためのλ／２板などが配置される構成などの変形が許される。
【００３３】
光源２１は、たとえば波長４０５ｎｍの青紫色レーザを出射する半導体レーザである。コリメートレンズ２２は、半導体レーザ２１から出射されるレーザ光を平行光にするレンズである。光分岐素子２３は、コリメートレンズ２２を透過して平行光とされた光の一部を反射して出力制御用受光ユニット３２へ導き、残余の光を情報の記録／再生に用いるべく透過させる。立上ミラー２４は、反射鏡であり、光分岐素子２３を透過した光の光路を９０度曲げて、光記録媒体３３へと導く。対物レンズ２５は、集束レンズであり、立上ミラー２４で反射された光を、光記録媒体３３の情報記録面に集光スポットとして照射する。
【００３４】
スポットレンズ２６は、光記録媒体３３で反射され、再び対物レンズ２５を透過し、立上ミラー２４で反射され、さらに光分岐素子２３で反射された光を集束させるレンズである。円柱レンズ２７は、スポットレンズ２６で集束されて入射する光に非点収差を与えるレンズである。信号検出用受光素子２８は、たとえばフォトダイオードなどの光電変換素子であり、円柱レンズ２７を経て入射される光を検出し電気信号に変換する。
【００３５】
半導体レーザ２１から出射されて光分岐素子２３で反射される一部の光が導かれる集光レンズ２９は、集束レンズであり、前記一部の光を出力制御用受光ユニット３２に対して集光する。出力制御用受光ユニット３２は、出力モニタ用受光素子３０と、波長変換素子３１と、出力モニタ用受光素子３０および波長変換素子３１を収容するケーシング３４と、素子保護ガラス３５とを含んで構成される。
【００３６】
素子保護ガラス３５は、板状の透明ガラスからなり、ケーシング３４の集光レンズ２９を臨む側に設けられる。ケーシング３４は、外形が角柱状の内部空間を有する容器状部材であり、内部空間には前述のように出力モニタ用受光素子３０および波長変換素子３１が収容される。ケーシング３４の集光レンズ２９を臨む側には開口部が形成され、この開口部を塞ぐようにして素子保護ガラス３５が設けられる。
【００３７】
出力モニタ用受光素子３０は、基板３６と、受光部３７と、基板３６にボンディングパッド３８を介して接続される導電線３９とを含む。基板３６は、樹脂などからなる板状部材に電気回路が形成されたものであり、受光部３７が光を検出して光電変換した電気信号（＝出力モニタ信号）を、ボンディングパッド３８を介して導電線３９へと送る。なお出力モニタ信号は、導電線３９を通じて、半導体レーザ２１の出力を制御する不図示の自動出力制御部へと伝送される。
【００３８】
受光部３７は、ケイ素系半導体材料からなるフォトダイオードである。図３は、ケイ素系半導体材料からなる受光部３７の受光感度を示す図である。図３中に示すライン４１が、受光部３７の入射光波長に対する変換効率、すなわち受光感度を表す。ケイ素系半導体材料からなる受光部３７は、波長８００ｎｍ付近の光に対して変換効率０．５７Ａ／Ｗという最も高い受光感度を有し、本実施の形態で光ピックアップ装置２０に備わる半導体レーザ２１から出射される波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光に対しては、変換効率０．１５Ａ／Ｗ程度の低い受光感度を有する。このようにケイ素系半導体材料からなる受光部３７の受光感度が短波長で低くなる理由は、入射光が短波長になるとケイ素系半導体材料の表面における吸収と表面再結合とによる損失の割合が増大することに起因するものであり、表面の無反射コートの有無に関わらず、ケイ素（Ｓｉ）の物性に固有の現象である。
【００３９】
波長変換素子３１は、略半球形状を有するように形成され、半球状の外周面が素子保護ガラス３５を臨むように、また半球体の底面が出力モニタ用受光素子３０の受光面に接するようにして設けられる。この波長変換素子３１が、半導体レーザ２１から出射され、光分岐素子２３で反射され、集光レンズ２９で集束されて入射される波長λ１を有する光の一部を、波長λ１よりも長波長である波長λ２（λ２＞λ１）を有する光に変換する。本実施の形態では、波長λ１は、半導体レーザ２１から出射されるレーザ光の波長４０５ｎｍであり、波長λ２は、ケイ素系半導体材料からなる受光部３７が最も高い受光感度を有する８００ｎｍ付近に設定される。
【００４０】
波長変換素子３１は、波長変換物質と、波長変換物質を分散固定する固定材料とを含んで構成される。波長変換物質としては、ローダミン６Ｇ、フルオレセインなどの有機色素、またはセリウム（Ｃｅ）をドープしたＹＡＧ蛍光体、ユーロピウム（Ｅｕ）をドープしたＢＡＭ蛍光体などのような無機系の蛍光体が挙げられるけれども、波長変換素子３１に対する入射光の波長λ１を出力モニタ用受光素子３０における受光感度が高い波長λ２へと効果的に波長変換することのできる物質であれば上記材料に限定されるものではない。固定材料としては、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂、２液混合樹脂に代表される有機樹脂材料、低融点ガラスなどの無機ガラス材料、またはこれらの２種以上からなる複合材料が挙げられる。
【００４１】
波長変換素子３１における波長変換物質の含有量は、５ｍｏｌ％以下になるように調整される。以下、波長変換物質の含有量を限定する理由について説明する。
【００４２】
波長変換物質における波長変換光の強度（Ｅｍ）は、式（１）によって表されることが知られている。
Ｅｍ＝Ｉ×φ×ε×Ｃ×Ｌ                                        …（１）
ここで、Ｉ：入射する光の強度
φ：波長変換物質の量子効率
ε：波長変換物質の分子吸光効率
Ｃ：波長変換物質のモル濃度
Ｌ：波長変換素子中の相互作用長  
である。
【００４３】
しかしながら、式（１）が成立するためには、波長変換物質のモル濃度は概ね５ｍｏｌ％以下であることが必要であり、５ｍｏｌ％を超える濃度になると波長変換物質の分子同士の分子間隔が近接するので、分子同士のエネルギー移動等に起因して波長変換光の強度が減少する、すなわち濃度消光の発生することが知られている。
【００４４】
図４は、波長変換物質の濃度と波長変換光の強度との関係を示す図である。図４中に示すライン４２が、波長変換物質の濃度と波長変換光の強度との関係を表す。図４中のライン４２で示すように、単に波長変換物質の濃度を高くするだけでは、濃度消光を誘発して変換効率が下がるので、波長変換物質の濃度を、濃度消光が誘発されることのない５ｍｏｌ％以下とした。本発明では、波長変換物質の濃度を５ｍｏｌ％以下にして濃度消光の発生を防止するとともに、波長変換素子３１の形状を半球状のいわゆるモールド形状とすることによって、波長変換素子３１中における入射光の相互作用長（Ｌ）を長く取ることができるので、波長変換効率を向上させることが可能である。
【００４５】
波長変換素子３１は、溶融もしくは軟化状態にある固定材料に５ｍｏｌ％以下の濃度になるように波長変換物質を混合分散させて固化した後、切削・研磨加工もしくは射出成型などの金型成型を行うことによって作製される。
【００４６】
本実施の形態の波長変換素子３１は、半球状外周面のうち、光分岐素子２３寄りに平坦に形成されて光を入射させる部分４０（以後、便宜上窓４０と呼ぶ）を除く残余の部分に光を反射する光反射部４３が設けられることを特徴とする。図５は、波長変換素子３１に設けられる光反射部４３の構成を拡大して示す図である。
【００４７】
波長変換素子３１に光反射部４３を設ける方法は、特に限定されるものではないけれども、例示すれば以下のような方法が挙げられる。波長変換素子３１の半球状外周面にミラー蒸着を施した後、半球状外周面の集光レンズ２９を臨む側の上面を研磨することによって、光を入射させる窓を開ける方法、また金型成形などによって略半球形状を形成した後、光を入射させる窓とするべき部分をマスキングした状態でミラー蒸着を施すなどが挙げられる。またこれらの手法以外にも、光沢を有する金属部品を切削して半球状に加工を施した後、該半球状部品に樹脂材料を流し込んで固化・成形することによって、蒸着プロセスを行うこと無しに、光反射部４３を有する波長変換素子３１を作製することも可能である。
【００４８】
波長変換素子３１に光反射部４３を設ける理由について以下に説明する。波長λ１の入射光の一部が波長変換素子３１で変換されて発生する変換後の波長λ２の光は、蛍光である。この蛍光は、レーザ光とは異なり指向性を持たず全方向に放出されるので、光反射部４３が設けられていないと、場合によっては変換後の光の約半分が受光部３７に結合することなく外部へ放出され、波長変換を行っても光電変換効率が低下することがある。しかしながら、本実施の形態のように、波長変換素子３１の半球状外周面に光反射部４３を設けることによって、波長変換されて発生する波長λ２の光が光反射部４３で反射されて受光部３７に結合するので、波長変換後の波長λ２の光を無駄なく効率的に利用することが可能であり、高い光電変換効率を実現することができる。
【００４９】
なお、波長変換素子３１の半球状外周面に設けられる光反射部４３は、波長変換素子３１において変換される光が全方向に対して発生するので、可能な限り多くの半球状外周面積を覆う方が、波長変換光の損失を少なくすることができる。したがって、波長変換素子３１の窓４０の面積は小さい程好ましく、また上記の理由から波長変換素子３１に照射される光の光束径も小さいことが望ましい。
【００５０】
また波長変換素子３１に含有される波長変換物質による変換効率を向上させるための方策の１つとして、リン光を用いた波長変換方法が挙げられる。図６は、蛍光とリン光との励起過程を模式的に示す図である。
【００５１】
蛍光とリン光とは、電子の励起過程が各々異なるものである。まず波長λ１の入射光エネルギーによって基底状態Ｓ０から第１励起状態Ｓ１（正確には、Ｓ１状態における、ある振動状態ｖｎ）に励起された後、無輻射緩和過程（一般的に熱緩和）を経て、第１励起状態Ｓ１から基底状態Ｓ０に遷移することによって発生する光が蛍光である。蛍光が発生する過程においては、基底状態Ｓ０および第１励起状態Ｓ１の順位が共に電子スピンの向きが等しい一重項状態であるので、電子遷移が許容となり緩和（発光）しやすく、そのため、蛍光の緩和時間は一般に１０−９〜１０−６ｓｅｃ程度と短い。
【００５２】
一方、分子内においては、蛍光と同時に第１励起状態Ｓ１とエネルギー順位が近接している三重項状態Ｔ１への遷移（項間交差）が起こることが知られており、この三重項状態Ｔ１から基底状態Ｓ０に遷移することによって発生する光はリン光と呼ばれている。リン光が発生する過程は、三重項状態Ｔ１から基底状態Ｓ０へとスピン多重状態の異なる状態への遷移であるので、電子遷移が禁制であるため基底状態に緩和しにくい（緩和時間は一般に１０−３〜数ｓｅｃ程度）。
【００５３】
波長変換物質として好適に用いられるＹＡＧ蛍光体またはＢＡＭ蛍光体などの無機系蛍光体の多くは三重項状態から基底状態への遷移による輻射も伴うので、本発明においても蛍光の他にリン光輻射も利用することが可能であり、このことによって波長変換効率を向上させることができる。
【００５４】
しかしながら、リン光のように緩和時間が長い場合、該緩和時間ｔ１が、半導体レーザ２１の出力をモニタするために、半導体レーザ２１から出射される光の一部を検出するべく予め設定される時間間隔である出力検出時間ｔ２よりも長いと、出力検出時間ｔ２内ではリン光が充分に緩和せず、前回検出時の残留光が次回の検出時に残存する。
【００５５】
したがって、波長変換素子３１に含有させる波長変換物質を選定するに際しては、波長変換物質によって変換される波長λ２を有する光の緩和時間ｔ１が、前述の出力検出時間ｔ２よりも短い（ｔ２＞ｔ１）ものを選定することが望ましい。このような波長変換物質を選定することによって、出力検出時における残留光の影響を無くすことができるので、出力モニタ用受光素子３０で検出される出力モニタ信号のＳＮ比を向上させることができる。
【００５６】
なお、ここで緩和時間ｔ１は、変換により発生した光の強度が初期強度の概ね１％以下になるために要する時間であり、前回出力検出時の残留光の残存量が次回の出力検出時の出力モニタ信号に影響を与えない水準まで減少するための時間と定義する。
【００５７】
以下光ピックアップ装置２０の動作について簡単に説明する。半導体レーザ２１から出射された波長λ１を有する光は、コリメートレンズ２２によって平行光束化されて、光分岐素子２３へ入射する。光分岐素子２３へ入射した光は、その一部が反射されて出力制御用受光ユニット３２へ導かれ、残余の光が透過されて立上ミラー２４へ導かれる。立上ミラー２４へ導かれた光は、立上ミラー２４で光路を曲げられ、対物レンズ２５によって光記録媒体３３の情報記録面に集光される。
【００５８】
光記録媒体３３で反射された反射光は、入射光と逆の光路を辿り、光分岐素子２３で反射され、スポットレンズ２６で集光された後、円柱レンズ２７を通り、同一平面上で多分割された受光部を有する信号検出用受光素子２８に照射され、信号検出用受光素子２８によって、情報再生信号（ＲＦ信号）、フォーカシングおよびトラッキングサーボ信号が検出される。
【００５９】
一方、光分岐素子２３で反射された一部の光は、集光レンズ２９によって集光されて波長変換素子３１に入射し、波長変換素子３１によって波長λ１の光が波長λ２の光に変換され、出力モニタ用受光素子３０によって高い受光感度で検出される。出力モニタ用受光素子３０によって検出される出力モニタ信号は、不図示の自動出力制御部へ出力される。自動出力制御部は、出力モニタ信号に応じた出力制御信号を半導体レーザ２１に対して出力し、この出力制御信号によって半導体レーザ２１から出力される光量が制御される。
【００６０】
図７は本発明の実施の第２形態である光ピックアップ装置５０の構成を簡略化して示す図であり、図８は図７に示す光ピックアップ装置５０に備わる出力制御用受光ユニット５１の構成を示す拡大図である。なお、図８における出力制御用受光ユニット５１の構成は、図７に示される該部分の上下が逆転して図示される。本実施の形態の光ピックアップ装置５０は、実施の第１形態の光ピックアップ装置２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６１】
本実施の形態の光ピックアップ装置５０における最も特徴とするところは、出力制御用受光ユニット５１に設けられる波長変換素子５２の形状を半球状にし、光分岐素子２３と出力制御用受光ユニット５１との間おける集光レンズを省いたことにある。さらに、光ピックアップ装置５０では、半導体レーザ２１とコリメートレンズ２２との間に光分岐素子２３が配置され、光分岐素子２３と円柱レンズ２７との間におけるスポットレンズが省かれる。
【００６２】
本実施の形態の波長変換素子５２は、光が入射する部分であり光反射部４３が設けられていない窓５３を、半球状の形に従った凸状とすることによって、集光レンズとしての機能を付与し、光分岐素子２３で反射された半導体レーザ２１からの発散光を、集光レンズを設けることなく簡便な構成で、出力モニタ用受光素子３０に対して集光することを可能にする。
【００６３】
なお、前述の実施の第１形態では、波長変換素子３１の窓を平坦に加工しているけれども、出力モニタ用受光素子３０に対する集光特性を向上するために、実施の第２形態と同様の形状にしてもよい。
【００６４】
また光ピックアップ装置５０では、半導体レーザ２１とコリメートレンズ２２との間に光分岐素子２３が配置されるので、光軸方向の光学系のサイズを縮小することが可能になる。しかしながら、半導体レーザ２１とコリメートレンズ２２との間に光分岐素子２３が配置されることによって、光分岐素子２３が発散光中に配置されることになり、光分岐素子２３で反射されて出力制御用受光ユニット５２へ向かう光が発散光になる。このような発散光を、前述のように波長変換素子５２の窓５３を凸レンズ状に形成しておくことによって、出力モニタ用受光素子３０へ集光することが可能になる。
【００６５】
光ピックアップ装置５０の信号検出動作は、実施の第１形態の光ピックアップ装置２０と同様であるので、説明を省略する。
【００６６】
図９は本発明の実施の第３形態である光ピックアップ装置６０の構成を簡略化して示す図であり、図１０は図９に示す光ピックアップ装置６０に備わる出力制御用受光ユニット３２および半導体レーザ２１付近の構成を示す拡大図である。本実施の形態の光ピックアップ装置６０は、実施の第１形態の光ピックアップ装置２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６７】
本実施の形態の光ピックアップ装置６０において注目すべきは、半導体レーザ２１の一方の端面６１から出射される光を情報の記録／再生に利用し、半導体レーザ２１の他方の端面６２から出射される光を出力モニタに利用することである。
【００６８】
出力制御用受光ユニット３２および半導体レーザ２１は、半導体レーザ２１の他方の端面６２が波長変換素子３１の窓４０を臨むようにして、いずれもステム６４に装着される。ステム６４に装着された出力制御用受光ユニット３２および半導体レーザ２１は、半導体レーザ２１の一方の端面６１から出射される光の路程部分に開口部の形成されたキャップ６５で覆われる。キャップ６５に形成された開口部は、板状の透明なカバーガラス６６で封止される。このようにして、出力制御用受光ユニット３２と半導体レーザ２１とが一体化された受発光ユニット６７が形成される。
【００６９】
また受発光ユニット６７には、ステム６４を貫通して３つの第１〜第３電極端子６８，６９，７０が設けられる。これらの第１〜第３電極端子６８，６９，７０は、半導体レーザ２１および出力モニタ用受光素子３６に電気的に接続され、電力の供給路および電気信号の伝送路として機能する。
【００７０】
本実施の形態の半導体レーザ２１は、一方の端面６１から出射される光の強度に対して、百分率で１〜２％程度の強度を有する光が他方の端面６２から出射されるように、半導体レーザチップ端面の反射率が設定される。この他方の端面６２から出射される波長λ１の光を、波長変換素子３１へ入射させて波長λ２の光に変換し、出力モニタ用受光素子３０に受光させる。このようにして、半導体レーザ２１の他方の端面６２から出射される光を出力制御用受光ユニット３２で受光検出することによって、半導体レーザ２１から出射される光量をモニタすることができる。
【００７１】
本実施の形態の受発光ユニット６７では、半導体レーザ２１の一方の端面６１から出射される光が、半導体レーザ２１を封止しているカバーガラス６６によってフレネル反射されるとともに、キャップ６５の内壁面によって多重反射されるので、これらの反射光が、外乱光として出力制御用受光ユニット３２へ入射しやすい構成である。
【００７２】
しかしながら、出力制御用受光ユニット３２に備わる波長変換素子３１は、窓４０以外の部分に光反射部４３が設けられるので、窓４０以外の部分に照射される前記外乱光を反射して受光部３７へ達しないように遮蔽効果を発現することができる。このことによって、出力モニタ時のノイズを削減することが可能となり、出力モニタ信号のＳＮ比を向上させることができる。
【００７３】
光ピックアップ装置６０のＲＦ信号、フォーカシングおよびトラッキングサーボ信号検出動作は、実施の第１形態の光ピックアップ装置２０と同様であるので、説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の一形態である光ピックアップ装置２０の構成を簡略化して示す図である。
【図２】図１に示す光ピックアップ装置２０に備わる出力制御用受光ユニット３２の構成を示す拡大図である。
【図３】ケイ素系半導体材料からなる受光部３７の受光感度を示す図である。
【図４】波長変換物質の濃度と波長変換光の強度との関係を示す図である。
【図５】波長変換素子３１に設けられる光反射部４３の構成を拡大して示す図である。
【図６】蛍光とリン光との励起過程を模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施の第２形態である光ピックアップ装置５０の構成を簡略化して示す図である。
【図８】図７に示す光ピックアップ装置５０に備わる出力制御用受光ユニット５１の構成を示す拡大図である。
【図９】本発明の実施の第３形態である光ピックアップ装置６０の構成を簡略化して示す図である。
【図１０】図９に示す光ピックアップ装置６０に備わる出力制御用受光ユニット３２および半導体レーザ２１付近の構成を示す拡大図である。
【図１１】従来技術の半導体受光装置１の構成を示す断面図である。
【図１２】もう一つの従来技術における光検出器１１の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７５】
２０，５０，６０  光ピックアップ装置
２１  半導体レーザ
２２  コリメートレンズ
２３  光分岐素子
２４  立上ミラー
２５  対物レンズ
２６  スポットレンズ
２７  円柱レンズ
２８  信号検出用受光素子
２９  集光レンズ
３０  出力モニタ用受光素子
３１，５２  波長変換素子
３２，５１  出力制御用受光ユニット
３３  光記録媒体
４０，５３  窓
４３  光反射部
【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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