(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１の第１の光ビームを出射する第１の光源と、波長λ２の第２の光ビームを出射する第２の光源と、
前記第１の光ビームは回折せずに透過し、前記第２の光ビームは主ビームを透過すると共に±１次回折光である副ビームを形成する回折格子と、
前記第１と前記第２の光ビームを光ディスク上へ微小スポットに収束する集光光学系と、
前記光ディスクで反射した光ビームを回折するホログラムと、
前記ホログラムで回折した回折光を受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部を具備し、
前記光検出部は、前記ホログラムからの＋１次回折光を受光する光検出部ＰＤ０を含み、前記光検出部ＰＤ０の中心から前記第１及び第２の光源の各発光点までの距離を、それぞれｄ１、ｄ２としたときに、
λ１/λ２＝ｄ１／ｄ２
の関係を実質的に満足することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
前記第１と前記第２の光源の各発光点の間の距離をｄ１２としたときに、
ｄ２＝ｄ１＋ｄ１２かつ
ｄ１＝λ１・ｄ１２／（λ２−λ１）
ｄ２＝λ２・ｄ１２／（λ２−λ１）
であることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項３】
前記光検出部は、前記ホログラムで回折される回折光のうち前記第１の光ビームの−１次光を受光する光検出部ＰＤ１と前記第２の光ビームの−１次光を受光する光検出部ＰＤ２とを含み、前記光検出部ＰＤ１の中心と前記第１の光源の発光点との距離がｄ１であり、前記光検出部ＰＤ２の中心と前記第２の光源の発光点との距離がｄ２である請求項１又は２に記載の光ピックアップ。
【請求項４】
前記光検出部ＰＤ１の中心と前記光検出部ＰＤ２の中心との間隔がｄ１２の略２倍である請求項３に記載の光ピックアップ。
【請求項５】
前記光検出部ＰＤ０は、前記ホログラムで回折される光のうち第１の光ビームと第２の光ビームの＋１次光を受光し、前記光検出部ＰＤ０と前記光検出部ＰＤ１と前記光検出部ＰＤ２及び前記第１の光源と前記第２の光源が、同一基板上にある請求項３又は４に記載の光ピックアップ。
【請求項６】
前記光検出部ＰＤ０と前記光検出部ＰＤ１と前記光検出部ＰＤ２は複数の領域を具備し、前記第１の光ビームを用いて情報再生を行うときは前記光検出部ＰＤ０の各領域から得られる信号を演算し、前記第２の光ビームを用いて情報再生を行うときは前記光検出部ＰＤ０及び前記光検出部ＰＤ２の少なくとも一方から得られる信号を演算してそれぞれのトラッキングエラー信号を検出する請求項３から５のいずれかに記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記光検出部ＰＤ１と前記光検出部ＰＤ２は複数の領域を具備し、前記第１の光ビームを用いて情報再生を行うときは前記光検出部ＰＤ１から得られる信号を演算し、前記第２の光ビームを用いて情報再生を行うときは前記光検出部ＰＤ２から得られる信号を演算してそれぞれフォーカスエラー信号を検出する請求項３から６のいずれかに記載の光ピックアップ。
【請求項８】
前記光検出部ＰＤ１及び前記光検出部ＰＤ２は、それぞれ分割線によって複数の領域に分けられており、前記光検出部ＰＤ２の前記分割線に平行な対称中心線と、前記光検出部ＰＤ１の前記分割線に平行な対称中心線とが、前記各対称中心線と直交する方向においてずれている請求項３から７のいずれかに記載の光ピックアップ。
【請求項９】
前記光検出部ＰＤ２は、前記分割線によって５本の短冊状分割領域に分けられている請求項８に記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
前記回折格子は、前記第１の光ビームに対して略透明で屈折率がｎ０の基材と、前記屈折率がｎ０の基材上に形成され、前記第１の光ビームに対して略透明で屈折率がｎ１の基材に形成されたレリーフ型の回折格子とを備え、前記ｎ１が前記ｎ０より大きい請求項１から９のいずれかに記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
前記回折格子は断面が凸部と凹部とからなる矩形形状であり、その凹部と凸部との段差ｈが、
ｈ＝λ１／（ｎ１−１）
の関係を満足し、前記屈折率ｎ１が１．９以上である請求項１から１０のいずれかに記載の光ピックアップ。
【請求項１２】
前記屈折率がｎ０の基材と前記屈折率がｎ１の基材の界面に反射防止膜が形成されている請求項１から１１のいずれかに記載の光ピックアップ。
【請求項１３】
波長λ１の第１の光ビームを出射する第１の光源と、波長λ２の第２の光ビームを出射する第２の光源と、
前記第１の光ビームは回折せずに透過し、前記第２の光ビームは主ビームを透過すると共に±１次回折光である副ビームを形成する回折格子と、
前記光ディスクで反射した光ビームを回折するホログラムと、
前記ホログラムで回折した回折光を受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部を一体集積化し、
前記光検出部は、前記ホログラムからの＋１次回折光を受光する光検出部ＰＤ０を含み、前記光検出部ＰＤ０の中心から前記第１及び第２の光源の各発光点までの距離を、それぞれｄ１、ｄ２としたときに、
λ１/λ２＝ｄ１／ｄ２
の関係を実質的に満足することを特徴とする半導体レーザー装置。
【請求項１４】
前記第１と前記第２の光源の各発光点の間の距離をｄ１２としたときに、
ｄ２＝ｄ１＋ｄ１２かつ
ｄ１＝λ１・ｄ１２／（λ２−λ１）
ｄ２＝λ２・ｄ１２／（λ２−λ１）
である請求項１３に記載の半導体レーザー装置。
【請求項１５】
前記光検出部は、前記ホログラムで回折される回折光のうち前記第１の光ビームの−１次光を受光する光検出部ＰＤ１と前記第２の光ビームの−１次光を受光する光検出部ＰＤ２とを含み、前記光検出部ＰＤ１の中心と前記第１の光源の発光点との距離がｄ１であり、前記光検出部ＰＤ２の中心と前記第２の光源の発光点との距離がｄ２である請求項１３又は１４に記載の半導体レーザー装置。
【請求項１６】
前記光検出部ＰＤ１の中心と前記光検出部ＰＤ２の中心との間隔がｄ１２の略２倍である請求項１５に記載の半導体レーザー装置。
【請求項１７】
前記光検出部ＰＤ０は、前記ホログラムで回折される光のうち第１の光ビームと第２の光ビームの＋１次光を受光し、前記光検出部ＰＤ０と前記光検出部ＰＤ１と前記光検出部ＰＤ２及び前記第１の光源と前記第２の光源が同一基板上にある請求項１５又は１６に記載の半導体レーザー装置。
【請求項１８】
前記光検出部ＰＤ０と前記光検出部ＰＤ１と前記光検出部ＰＤ２は複数の領域を具備し、前記第１の光ビームを用いて情報再生を行うときは前記光検出部ＰＤ０の各領域から得られる信号を演算し、前記第２の光ビームを用いて情報再生を行うときは前記光検出部ＰＤ０及び前記光検出部ＰＤ２の少なくとも一方から得られる信号を演算してそれぞれのトラッキングエラー信号を検出する請求項１５から１７のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
【請求項１９】
前記光検出部ＰＤ１と前記光検出部ＰＤ２は複数の領域を具備し、前記第１の光ビームを用いて情報再生を行うときは前記光検出部ＰＤ１から得られる信号を演算し、前記第２の光ビームを用いて情報再生を行うときは前記光検出部ＰＤ２から得られる信号を演算してそれぞれフォーカスエラー信号を検出する請求項１５から１８のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
【請求項２０】
前記光検出部ＰＤ１及び前記光検出部ＰＤ２は、それぞれ分割線によって複数の領域に分けられており、前記光検出部ＰＤ２の前記分割線に平行な対称中心線と、前記光検出部ＰＤ１の前記分割線に平行な対称中心線とが、前記各対称中心線と直交する方向においてずれている請求項１５から１９のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
【請求項２１】
前記光検出部ＰＤ２は、前記分割線によって５本の短冊状分割領域に分けられている請求項２０に記載の半導体レーザー装置。
【請求項２２】
前記回折格子は、前記第１の光ビームに対して略透明で屈折率がｎ０の基材と、前記屈折率がｎ０の基材上に形成され、前記第１の光ビームに対して略透明で屈折率がｎ１の基材に形成されたレリーフ型の回折格子とを備え、前記ｎ１が前記ｎ０より大きい請求項１３から２１のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
【請求項２３】
前記回折格子は断面が凸部と凹部とからなる矩形形状であり、その凹部と凸部との段差ｈが、
ｈ＝λ１／（ｎ１−１）
の関係を満足し、前記屈折率ｎ１が１．９以上である請求項１３から２２のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
【請求項２４】
前記屈折率がｎ０の基材と前記屈折率がｎ１の基材の界面に反射防止膜が形成されている請求項１３から２３のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクに情報の記録・再生又は消去を行う光ピックアップ及び情報記録再生装置及びこれらを応用した情報処理システムに関するものであり、特にこれらに用いる回折格子体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度・大容量の記憶媒体として、ピット状パターンを有する光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルと用途を拡張しつつ、実用化されてきている。
【０００３】
近年は特にＤＶＤ−ＲＯＭ等、波長６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの可視赤色レーザを光源とした高密度光ディスクも普及しつつある。また、高密度の記録可能な光ディスク（ＤＶＤ−ＲＡＭ）も商品化されており、大容量のデジタルデータを光ディスクに手軽に記録できるようになりつつある。また、すでに広く普及したＣＤと互換性の高いＣＤ−Ｒも広く普及してきた。
【０００４】
前記の背景から、ＤＶＤの情報再生装置では、ＤＶＤ−ＲＯＭとＣＤに加えてＤＶＤ−ＲＡＭとＣＤ−Ｒの再生が重要である。そしてＤＶＤの情報記録再生装置では、ＤＶＤ−ＲＡＭへの記録再生機能に加えて、ＤＶＤ−ＲＯＭとＣＤ及びＣＤ−Ｒの再生が重要である。ここで、ＣＤ−Ｒは色素の反射率の変化を利用して情報の記録再生を行っているが、７９５ｎｍを中心とした波長に対して最適化されているため、可視光など他の波長では信号再生をできない場合がある。
【０００５】
そこで、ＣＤ−Ｒの再生を行うためには波長７９５ｎｍ前後の赤外光源を用いることが望ましく、ＤＶＤ用の赤色半導体レーザと、ＣＤ及びＣＤ−Ｒ用の赤外半導体レーザを具備する光ピックアップが開発されている。そして、光学系を簡素化し、小型、低コスト化を実現するため、前記の２種の波長の半導体レーザを１個のパッケージの中に集積化することが提案されている。
【０００６】
図１４と図１５を用いて、特開平２０００−７６６８９号公報において開示されている光ピックアップを説明する。図１４に示した光ピックアップは、光ディスク７として透明基板の厚さの異なる複数の光ディスクを記録再生（光ディスク７の情報記録面上に情報を記録、又は情報記録面上の情報を再生することを、記録再生という）するものである。
【０００７】
従来例の光ピックアップ装置では、図１４のように光源として６５０ｎｍ帯で発振する第１半導体レーザ（赤色レーザ）１００ａと７８０ｎｍ帯で発振する第２半導体レーザ（赤外レーザ）１００ｂが近接配置されている。この赤色レーザ１００ａはＤＶＤを再生する際に使用される光源であり、赤外レーザ１００ｂは第２光ディスクを再生する際に使用される光源である。これらの半導体レーザは、記録／再生する光ディスクに応じて排他的に使用される。
【０００８】
また、トラッキング制御用の３ビームを生じさせる３ビーム用回折格子４２、赤外レーザの光のみを回折する２分割の第２のホログラム４１、赤外レーザの光のみを回折する４分割の第１のホログラム素子４０が赤色レーザ１００ａ、赤外レーザ１００ｂの光軸上に配置されている。赤色レーザ１００ａからの出射光は光ディスク７上に集光され、反射光がホログラム４１で回折されて、光検出器８００に導かれる。
【０００９】
一方、赤外レーザから出射した光は回折格子４２で３ビームに分離された後、ディスク７上に集光され、反射して戻ってきた光はホログラム４１で回折されて、光検出器８００に導かれる。
【００１０】
また、図１５Ａに３ビーム用の回折格子４２付近の拡大断面図して示す。回折格子４２は溝深さｈ１を１．４μｍにすることで、波長７８０ｎｍの光に対しては、メインビーム（０次透過率）７２％、サブビーム（±１次回折効率）１２％で、適当な３ビーム光量比が得られる。またこのとき、６５０ｎｍの光に対しては回折効率はほぼ０でほとんど影響を受けないと記述されている。
【００１１】
前記と同様の構成は、特開２０００−１６３７９１号公報にも開示されている。さらに、特開平１０−２８９４６８号公報において開示された光ピックアップは、やはり、ＣＤとＤＶＤなど異なる複数の光ディスクを記録再生するものである。従来例の光ピックアップ装置は、光源として第１光源である第１半導体レーザ（波長λ＝６１０ｎｍ〜６７０ｎｍ）と第２光源である第２半導体レーザ（波長λ＝７４０ｎｍ〜８３０ｎｍ）とを有している。この第１半導体レーザはＤＶＤの記録／再生する際に使用される光源であり、第２半導体レーザは第２光ディスクの記録／再生する際に使用される光源である。これらの半導体レーザは、記録／再生する光ディスクに応じて排他的に使用される。
【００１２】
また、合成手段を具備し、第１半導体レーザから出射された光束と第２半導体レーザから出射された光束とを合成し、１つの集光光学系を介して、光ディスクに集光させるために、同一（ほぼ同一でもよい）光路となす。光検出器と２個の波長の異なる半導体レーザチップを１個のユニットに納めている。３ビーム格子の構成については開示されていない。
【００１３】
同様に、ＤＶＤ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒを記録／再生できる小型の光ピックアップを実現することを目的として、光検出器と２個の波長の異なる半導体レーザチップを１個のユニットに納めた構成が、特開平１０−３１９３１８号公報、特開平１０−２１５７７号公報、特開平１０−６４１０７号公報、特開平１０−３２１９６１号公報、特開平１０−２８９４６８号公報、特開平１０−１３４３８８号公報、特開平１０−１４９５５９号公報、特開平１０−２４１１８９号公報などに開示されている。
【００１４】
ＤＶＤのカテゴリー中には、ＤＶＤ−ＲＯＭに加えて、ＤＶＤ−ＲＡＭもある。従ってＤＶＤの記録又は再生装置は、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ及び、すでに広く普及した光ディスクであるＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ（ＣＤ−ＲＥＣＯＲＤＡＢＬＥ）を再生することが望ましい。これらの光ディスクはそれぞれ規格があり、安定に信号再生を行うことのできるトラッキングエラー（ＴＥ）信号検出方式が定められている。
【００１５】
ＤＶＤ−ＲＯＭのＴＥ信号は位相差法により得られる。位相差法は、ディファレンシャル・フェイズ・ディテクション（ＤＰＤ）法とも呼ばれる。光ディスクから反射・回折して戻ってくるファーフィールドパターン（ＦＦＰ）の強度変化を利用して１ビームでＴＥ信号を得ることができる。ピットの２次元的な配列による回折光の変化を利用する。ピット列の回折による光量分布の変化を４分割フォトディテクターによって検出し、位相比較することによってＴＥ信号を得る。この方法は、ピット列を有する再生専用ディスクに向いている。
【００１６】
ＤＶＤ−ＲＡＭのＴＥ信号はプッシュプル（ＰＰ）法によって得られる。ＰＰ法は追記型、及び書換型光ディスクに対して主に用いられる。光ディスク記録面の案内溝に収束スポットが照射されると、その反射光は案内溝の延伸方向と直角方向に回折光を伴う。対物レンズ面に戻ってきたＦＦＰは案内溝の±１次回折光と０次回折光の干渉によって、光強度の強弱の分布が生じる。案内溝と収束スポットの位置関係に依存して、一部が明るくて他の一部が暗くなったり、逆になったりする。このような光強度変化を２分割フォトディテクターで検知することによってＰＰ法のＴＥ信号を得られる。
【００１７】
規格上はＣＤ−ＲＯＭ（オーディオ用のＣＤも含む）及びＣＤ−Ｒも前記のＰＰ法によってＴＥ信号を得られることになっているが、ＤＶＤ−ＲＡＭに比べるとＴＥ信号強度が小さい。また、ＰＰ法はレンズシフトによってＴＥ信号オフセットが生じるという課題を伴うが、ＤＶＤ−ＲＡＭではこの課題に対してＴＥ信号のオフセット補正用区間を情報記録面上の一部に設けているのに対して、ＣＤ−ＲＯＭやＣＤ−Ｒではそのような対策が光ディスクに講じられていない。そのため、ＴＥ信号検出方法としては３ビーム法が多く用いられている。
【００１８】
３ビーム法では光源から光ディスクへと至る往路に回折格子を挿入し、回折格子の０次回折光（主ビーム）と±１次回折光（副ビーム）を光ディスク上に形成する。主ビームがトラック中心からずれたときに副ビームの一方はトラック中心に近づき、他方はトラック中心から遠ざかるため、それぞれの反射戻り光量に差ができる。この差を検出することによってＴＥ信号を得る。
【００１９】
このように、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ及び、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒを記録又は再生するためには位相差法、ＰＰ法、３ビーム法という３種類のＴＥ信号検出方式を行うことが望ましい。
【００２０】
前記の従来例（特開２０００−７６６８９号公報）では、ＣＤ再生時に３ビーム法を実現するために、３ビーム発生用の回折格子を光路中に挿入し、かつ、ＤＶＤ再生時に光量損失を生じないように、３ビーム用の回折格子３０は溝深さ１．４μｍとしている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この構成においては、前記のように６５０ｎｍの光に対して、回折効率をほぼ０とするためには、回折格子の断面形状が理想的な矩形であることが前提となる。溝深さが１．４μｍと大きいと、実際には理想的な矩形断面形状とすることは困難となり、図１５Ｂに示したように、側壁が傾斜してしまう。図１５Ｂの例では、凹部と凸部との間では光路差ｈ１による位相差が２πになり、赤色光７０と赤色光７１との位相は実質的に同じになり、回折は生じない。しかし、側壁が傾斜していると、例えば高さｈ２においても、赤色光７２が入射することになり、この場合は、赤色光７１と赤色光７２とでは、位相差が例えばπとなり、回折が生じてしまう。
【００２２】
また、例え格子断面形状を理想的な矩形に作製できたとしても、側壁での散乱要因が大きくなり、スカラー計算から得られる透過効率よりも低い透過効率しか得られない。このように溝深さが深い場合は、格子が十分薄いという仮定に立った近似のスカラー計算ではなく、より、厳密なベクトル計算を行う必要がある。例えば、格子周期６μｍ、基材の屈折率１．５、波長６５０ｎｍ、格子深さ１．３μｍのとき、理想的な矩形格子断面形状を作製できたとすると、スカラー計算では透過率が１００％になるが、ベクトル計算では８０％程度しか得られない。
【００２３】
従って、従来の構成では、ＤＶＤ再生時に赤色光の光量損失が生じ、再生信号の信号／雑音（Ｓ／Ｎ）比が低くなり、赤色光の必要発光量が多くなるために消費電力が多くなるという課題があった。
【００２４】
本発明は、前記のような従来の課題を解決するものであり、３ビーム発生用の回折格子体において、回折させない波長の光の光量ロスを低減できる回折格子体、及びこれを用いた光ピックアップ、半導体レーザ装置、光情報装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第１の回折格子体は、波長λ１に対して略透明で屈折率がｎ０の基材と、前記屈折率がｎ０の基材上に形成され、波長λ１に対して略透明で屈折率がｎ１の基材と、前記屈折率がｎ１の基材に形成されたレリーフ型の回折格子とを備え、
前記屈折率ｎ１とｎ０とが、ｎ１＞ｎ０の関係を満足することを特徴とする。
【００２６】
前記のような回折格子体によれば、屈折率ｎ１の基材を高屈折率材料とすることができ、回折格子の格子深さの設定により、波長λ１の光は回折せず、波長λ２の光は回折する構成とした場合において、回折格子の格子深さを浅くすることができ、波長λ１の光の光量損失を防止できる。また、屈折率の異なる基材を接合して回折格子体を形成しているので、比較的高価な高屈折率材料の使用量を最小限に抑えることができる。さらに、回折格子体の大部分を低屈折率材料とすることができるので、回折格子体の高さを低くできる。
【００２７】
前記回折格子体においては、前記回折格子は、矩形断面形状の凹部と凸部とによって形成され、前記凹部と凸部との段差ｈは、
ｈ＝λ１／（ｎ１−１）
の関係を満足し、前記凹部と凸部との間の光路差が、波長λ１の１波長分となるよう設定されていることが好ましい。
【００２８】
前記のような回折格子体によれば、凹部と凸部との間の光路差が、波長λ１の１波長分となるので、波長λ１の光は回折せず、波長λ２の光は回折する構成とすることができる。
【００２９】
また、前記屈折率ｎ１が、１．９以上であることが好ましい。前記のような回折格子体によれば、屈折率が大きいので、回折格子の格子深さを浅くすることができる。このため、波長λ１の光は回折しない設定とした場合、波長λ１の光の光量損失を低減できる。また、回折格子の凹凸形状を理想的な矩形断面形状とすることが容易になり、波長λ１の光をより確実に回折しないようにできる。
【００３０】
また、前記屈折率がｎ１の基材の材料は、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ3、ＺｎＳ、ＬｉＮｂＯ3、及びＬｉＴａＯ3から選ばれる少なくとも一つの材料であることが好ましい。前記のような材料を用いれば、屈折率ｎ１を１．９以上の高屈折率とすることができる。
【００３１】
また、前記回折格子は、矩形断面形状の凹部と凸部とによって形成され、前記屈折率がｎ１の基材の膜厚が、前記凹部と凸部との段差ｈと同じであることが好ましい。前記のような回折格子体によれば、リフトオフの手法によって回折格子を形成することができる。
【００３２】
また、前記屈折率がｎ１の基材のうち、空気との界面、及び前記屈折率がｎ０の基材との界面に反射防止膜が形成されている請求項１に記載の回折格子体。前記のような回折格子体によれば、透過率向上がより確実になる。
【００３３】
次に、本発明の第２の回折格子体は、基材にレリーフ型の回折格子が形成された回折格子体であって、前記回折格子体は、単体の基材で形成されており、前記単体の基材の屈折率ｎ１が、１．９以上であることを特徴とする。
【００３４】
前記のような回折格子体によれば、回折格子の格子深さの設定により、波長λ１の光は回折せず、波長λ２の光は回折する構成とした場合において、回折格子の格子深さを浅くすることができ、波長λ１の光の光量損失を低減できる。また、単体の基材で回折格子体を形成しているので、基材同士の接合が不要となり、製造が容易になる。また、回折格子の凹凸形状を理想的な矩形断面形状とすることが容易になり、波長λ１の光をより確実に回折しないようにできる。
【００３５】
前記第２の回折格子体においては、前記回折格子は、矩形断面形状の凹部と凸部とによって形成され、前記凹部と凸部との段差ｈが、ｈ＝λ１／（ｎ１−１）の関係を満足し、
前記凹部と凸部との間の光路差は、波長λ１の１波長分となるよう設定されていることが好ましい。前記のような回折格子体によれば、凹部と凸部との間の光路差が、波長λ１の１波長分となるので、波長λ１の光は回折せず、波長λ２の光は回折する構成とすることができる。
【００３６】
また、前記単体の基材の材料は、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ3、ＺｎＳ、ＬｉＮｂＯ3、及びＬｉＴａＯ3から選ばれる少なくとも一つの材料であることが好ましい。前記のような材料を用いれば、屈折率ｎ１を１．９以上の高屈折率とすることができる。
【００３７】
次に、本発明の第１の半導体レーザ装置は、前記各回折格子体を備えた半導体レーザ装置であって、波長λ１と波長λ２の光ビームを放射する半導体レーザと、前記半導体レーザの放射する光ビームを受けて光電変換する光検出器とを有し、前記回折格子体は、前記波長λ２の光ビームを受けて主ビームを透過すると共に、±１次回折光である副ビームを形成し、前記回折格子体、前記半導体レーザ、及び前記光検出器は、パッケージに一体集積されていることを特徴とする。
本発明の第２の半導体レーザ装置は、波長λ１の第１の光ビームを出射する第１の光源と、波長λ２の第２の光ビームを出射する第２の光源と、前記第１の光ビームは回折せずに透過し、前記第２の光ビームは主ビームを透過すると共に±１次回折光である副ビームを形成する回折格子と、前記光ディスクで反射した光ビームを回折するホログラムと、前記ホログラムで回折した回折光を受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部を一体集積化し、前記光検出部は、前記ホログラムからの＋１次回折光を受光する光検出部ＰＤ０を含み、前記光検出部ＰＤ０の中心から前記第１及び第２の光源の各発光点までの距離を、それぞれｄ１、ｄ２としたときに、λ１/λ２＝ｄ１／ｄ２の関係を実質的に満足することを特徴とする。
【００３８】
前記のような第１の半導体レーザ装置によれば、本発明に係る回折格子体を用いているので、波長λ２に対応する光ディスク（例えばＣＤ−Ｒ）を安定に再生でき、かつ波長λ１に対応する光ディスク（例えばＤＶＤ−ＲＯＭ）再生時の光利用効率を高めることができる。また、回折格子体、半導体レーザ、及び光検出器をパッケージに一体集積したことにより、サーボ信号を生成するために必要な部品を近接して固定できるため、温度変化によるひずみの影響を受けにくく安定したサーボ信号検出をできる。
前記のような第２の半導体レーザ装置によれば、サーボ信号を生成するために必要な部品を近接して固定できるため、温度変化によるひずみの影響を受けにくく安定したサーボ信号検出をできる。さらに、光検出部を両波長に対して共通に使用でき、光検出部の数を低減できるので、光検出器面積の縮小、出力を電流電圧変換する回路素子数の低減によるコスト低減、小型化を実現できる。
【００３９】
また、本発明の第１の光ピックアップは、前記各回折格子体を備えた光ピックアップであって、波長λ１の光ビームを放射する第１の半導体レーザ光源と、波長λ１の光ビームを放射する第２の半導体レーザ光源と、前記波長λ１と波長λ２の光ビームを受けて光ディスク上へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記光ディスクで反射した光ビームを回折する回折手段と、前記回折手段で回折した回折光を受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部を形成した光検出器とを有し、前記回折格子体は、前記波長λ２の光ビームをうけて主ビームを透過すると共に、±１次回折光である副ビームを形成することを特徴とする。
本発明の第２の光ピックアップは、波長λ１の第１の光ビームを出射する第１の光源と、波長λ２の第２の光ビームを出射する第２の光源と、前記第１の光ビームは回折せずに透過し、前記第２の光ビームは主ビームを透過すると共に±１次回折光である副ビームを形成する回折格子と、前記第１と前記第２の光ビームを光ディスク上へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記光ディスクで反射した光ビームを回折するホログラムと、前記ホログラムで回折した回折光を受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部を具備し、前記光検出部は、前記ホログラムからの＋１次回折光を受光する光検出部ＰＤ０を含み、前記光検出部ＰＤ０の中心から前記第１及び第２の光源の各発光点までの距離を、それぞれｄ１、ｄ２としたときに、λ１/λ２＝ｄ１／ｄ２の関係を実質的に満足することを特徴とする。
【００４０】
前記のような第１の光ピックアップによれば、本発明に係る回折格子体を用いているので、波長λ２に対応する光ディスク（例えばＣＤ−Ｒ）を安定に再生でき、かつ波長λ１に対応する光ディスク（例えばＤＶＤ−ＲＯＭ）再生時の光利用効率を高くできる。このため、Ｓ／Ｎ比が高くて安定に再生でき、かつ消費電力が低いという効果が得られる。
前記のような第２の光ピックアップによれば、光検出部を両波長に対して共通に使用でき、光検出部の数を低減できるので、光検出器面積の縮小、出力を電流電圧変換する回路素子数の低減によるコスト低減、小型化を実現できる。
【００４１】
前記第１の光ピックアップにおいては、前記光検出部は、前記回折手段からの＋１次回折光を受光する光検出部ＰＤ０を含み、前記光検出部ＰＤ０の中心と、前記第１及び前記第２の半導体光源の各発光点との間の距離を、それぞれｄ１、ｄ２とすると、
λ１／λ２＝ｄ１／ｄ２
の関係を実質的に満足することが好ましい。
【００４２】
前記のような光ピックアップによれば、光検出部を両波長に対して共通に使用でき、光検出部の数を低減できるので、光検出器面積の縮小、出力を電流電圧変換する回路素子数の低減によるコスト低減、小型化を実現できる。
【００４３】
また、前記第１の光ピックアップにおいては、前記回折格子体、前記半導体レーザ、及び前記光検出器は、パッケージに一体集積されていることが好ましい。前記のような光ピックアップによれば、サーボ信号を生成するために必要な部品を近接して固定できるため、温度変化によるひずみの影響を受けにくく安定したサーボ信号検出をできる。
【００４４】
次に、本発明の光情報装置は、前記光ピックアップを備えた光情報装置であって、光ディスクに対するフォーカス制御手段、トラッキング制御手段、及び情報信号検出手段を有し、さらに前記光ピックアップの移動手段と、前記光ディスクを回転させる回転手段とを備えたことを特徴とする。前記のような光情報装置によれば、本発明に係る光ピックアップを用いているので、Ｓ／Ｎ比が高くて安定に再生でき、かつ消費電力が低いという効果が得られる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００４６】
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施形態に係る光ピックアップの構成図である。図１において１ｂと１ａは波長の異なるレーザ光源である。また、８１、８２、８３は光ビームを受光して電流などの電気信号に光電変換する光検出器である。３は回折格子である。
【００４７】
４は回折手段であり、位相や透過率が周期構造をもつ光学素子が用いられる。回折手段４は、周期や方向すなわち格子ベクトルは、場所によって変化する場合もある。回折手段４はホログラム例えば位相型のホログラムが代表的であり、以下の説明では、回折手段４をホログラムとして説明する。５はコリメートレンズ、６は対物レンズで集光光学系を構成する。７は光ディスクである。
【００４８】
なお、本図に示した光ピックアップにおいて、半導体レーザー光源と光検出部とを有する部分が半導体レーザ装置に相当する。このことは、以下の各実施形態でも同様である。
【００４９】
光ディスク７としては基材厚み（対物レンズから出射した光ビームが光ディスクへ入射する表面から情報記録面までの厚み）がｔ１＝１．２ｍｍ程度のＣＤ又はＣＤ−Ｒ等、及び基材厚みがｔ２＝０．６ｍｍ程度のＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭなど）の両方を含む。以下、基材厚が約１．２ｍｍでＣＤ−ＲＯＭと同程度の記録密度の光ディスクを総称してＣＤ光ディスクと呼び、基材厚が約０．６ｍｍでＤＶＤ−ＲＯＭと同程度の記録密度の光ディスクを総称してＤＶＤ光ディスクと呼ぶこととする。
【００５０】
レーザ光源１ａと１ｂは、それぞれ別個の半導体レーザチップをハイブリッドに配置することにより、それぞれの半導体レーザチップを最小限の大きさで、それぞれに最適な作製法で作製することができるため、低雑音、低消費電流、高耐久性を実現することができる。また、レーザ光源１ａと１ｂを単一の半導体レーザチップにモノリシックに作り込むことによって、組立工数の削減や２個の発光点間距離を正確に決めることができ、本構成は以下の光ピックアップの実施の形態全てに適用可能である。
【００５１】
光検出部８１、８２、８３は、光検出部ＰＤ０、ＰＤ１、ＰＤ２とも呼ぶ。光検出部８１、８２、８３は、図１では分離して描いているが、単一のシリコン基板上に形成することにより互いの相対位置関係を正確に決めることができる。
【００５２】
光ディスクに対して情報を記録又は再生するときの動作について、図２と図３を用いて説明する。図２は赤色レーザ光源を用いて、基材厚ｔ２＝０．６ｍｍ程度のＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭなど）光ディスク７１に対して記録又は再生をする場合の説明図である。
【００５３】
赤色半導体レーザ１ａから出射した赤色の光ビーム２は、回折格子３とホログラム４を透過し、コリメートレンズ５によって略平行光にされ、対物レンズ６によって光ディスク７１上に収束される。さらに光ディスク７１の記録面上のピットやトラック溝で回折されると共に反射された赤色光ビームは、ほぼ同じ光路を戻り、対物レンズ６とコリメートレンズ５を介してホログラム４に再び入射し、＋１次回折光１０と−１次回折光１１を発生する。＋１次回折光１０と−１次回折光１１はそれぞれ光検出部８１と光検出部８２に入射し、光電変換される。
【００５４】
ここで、光検出部８１の中心と赤色レーザ１ａの発光点との距離をｄ１とすると、＋１次回折光１０と共役な−１次回折光１１を受光する光検出部８２の中心と赤色レーザ１ａの発光点との距離も略ｄ１とする必要がある。
【００５５】
図３は赤外レーザ光源を用いて、基材厚ｔ１＝１．２ｍｍ程度のＣＤ（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒなど）光ディスク７２に対して記録又は再生をする場合の説明図である。
【００５６】
赤外半導体レーザ１ｂから出射した赤外の光ビーム２５は回折格子３を透過する際に回折されて±１次の副スポットを生成し、０次回折光（主スポット）とともに、ホログラム４を透過し、コリメートレンズ５と、対物レンズ６によって光ディスク７２上に収束される。さらに光ディスク７２の記録面上のピットやトラック溝で回折されると共に反射された光ビームは、ほぼ同じ光路を戻り、対物レンズ６とコリメートレンズ５を介してホログラム４に再び入射し、＋１次回折光１２と−１次回折光１３を発生する。＋１次回折光１２と−１次回折光１３はそれぞれ光検出部８１と光検出部８３に入射し、光電変換される。
【００５７】
ここで、光検出部８１の中心と赤外レーザ１ｂの発光点との距離をｄ２とすると、＋１次回折光１２と共役な−１次回折光１３を受光する光検出部８３の中心と赤外レーザ１ｂの発光点との距離も略ｄ２とする。
【００５８】
図４は、回折格子３の断面図を示している。本図は便宜上、図１の図示に対して、上下方向を逆転させて図示している。本図に示した回折格子は、部材の凹凸によって回折格子が形成されたレリーフ型の回折格子である。回折格子３は、凹凸の形状がそれぞれ略矩形の断面形状となっている。また、凹部の幅Ｗ１と凸部の幅Ｗ２とは略等しくしている。
【００５９】
ここで、赤色光ビーム２の波長をλ１、波長λ１に対する回折格子材料の屈折率をｎ１とすると、本実施形態では、断面形状の凹凸形状の段差、すなわち格子深さ（凹部底面に対する凸部の高さ）ｈを、以下の式（１）を満足する値に設定している。
【００６０】
ｈ＝λ１／（ｎ１−１）          ・・・（１）
段差ｈが式（１）を満足することにより、凹部と凸部との間の光路差が、赤色光ビームの１波長分となる。このことにより、光路差による位相差が２πになり、凹部と凸部との間で、赤色光の位相は実質的に同じになるので、スカラー計算による設計上は、赤色光は回折格子３によって回折されないことになる。また、赤外光は波長が赤色光より長いので、段差ｈによって生じる光路差は、１波長より小さくなり、位相差も２πより小さくなる。このため、必然的に回折が起こり、すでに説明したように、副スポットの生成が可能になる。回折格子のより具体的な構成については、後に図１１、１２を用いながら説明する。
【００６１】
なお、赤外光ビームによってＣＤ光ディスクを再生する場合にはＮＡが０．４以上であることが望ましいが、対物レンズ６においてサブビームのＮＡが０．４以上になる範囲全てから、回折光が発生するように、回折格子３には十分に広い範囲に回折縞を作製しておく必要がある。また、赤色光ビームに対しては、回折が起こらないように設計することが望ましいが、製造誤差等により少しの回折は起こることが考えられる。赤色光ビームの一部が回折格子３の回折格子縞のない部分を透過して対物レンズ５に入射すると、回折縞を通った光との強度及び位相ムラ（場所による違い）が生じ、光ディスク７１の記録面上への収束性能が劣化する恐れがある。
【００６２】
そこで、赤色光ビームに関しても、回折格子３で回折されずに対物レンズ５に入射した光ビームがＤＶＤ光ディスク再生に必要なＮＡ（０．６）を満たす範囲全てに格子縞を形成することが望ましい。
【００６３】
ただし、ＣＤ光ディスク７２から反射して戻ってきた光がホログラム４に入射して回折した回折光１２又は回折光１３が格子縞に入射するとさらに回折されて光量の損失となるので、これを避けるため、回折光１２又は回折光１３が回折格子３上の格子縞の範囲を制限する必要がある。例えば、図１において回折格子３を陰影で図示した部分に格子縞を作製することにより、ＤＶＤ光ディスク再生時の収束スポット性能を確保し、かつ、ＣＤ光ディスク再生時の光量損失を防ぐことができる。
【００６４】
回折格子３は格子縞を含み、図示はしていないが、より広い範囲にわたって透明な基板を有し、回折光１２や、回折光１３はその透明な（格子縞の形成されていない）部分を透過する構成とする。
【００６５】
また、ＤＶＤ光ディスクはＣＤ光ディスクに比べて高密度の光ディスクであり、ＣＤ光ディスクより収差の少ない収束スポットをもって再生（又は記録）を行う必要があるため、赤色半導体レーザ１ａの発光点を、組み立て公差範囲内で集光光学系の光軸上に（本実施の形態ではコリメートレンズ５の光軸）配置することが望ましい。このことにより、レンズ収差の影響を受け易い短波長レーザ素子からのレーザ光が、レンズ収差の程度の小さいコリメートレンズ５の光軸近傍を通ることになる。このため、ＤＶＤ光ディスク再生時に軸外収差が発生せず、より安定に高密度のＤＶＤ光ディスクの再生（又は記録）を行うことができる。
【００６６】
さらに、光検出部８１の中心と赤色レーザ１ａの発光点との距離ｄ１と、光検出部８１の中心と赤外レーザ１ｂの発光点との距離ｄ２、及び波長との関係を考えると、回折距離はほぼ波長に比例するため、赤色レーザの波長をλ１、赤外レーザの波長をλ２とすると、
ｄ１：ｄ２＝λ１：λ２                        ・・・（２）
の関係を満足するように、すなわち
ｄ１／ｄ２＝λ１／λ２                        ・・・（２´）
の関係を満足するように配置する。このことにより、光検出部８１を両波長に対して共通に使用でき、光検出部の数を低減できるので、光検出器面積の縮小、出力を電流電圧変換する回路素子数の低減によるコスト低減、小型化を実現できる。また、赤色レーザ１ａの発光点と赤外レーザ１ｂの発光点の間の距離をｄ１２とすると、図２と図３からも明らかなように、
ｄ２＝ｄ１＋ｄ１２                            ・・・（３）
である。式（２）と式（３）より、
ｄ１＝λ１・ｄ１２／（λ１−λ２）            ・・・（４）
ｄ２＝λ２・ｄ１２／（λ１−λ２）            ・・・（５）
とすることにより、所定の発光点間距離と波長に対して、光検出部８１を両波長に対して共通に使用でき、光検出部の数を低減できるので、光検出器面積の縮小、出力を電流電圧変換する回路素子数の低減によるコスト低減、小型化を実現できる。
【００６７】
なお、前記式（２´）、（４）、及び（５）においては、各式の両辺の値は実質的に一致していればよい。すなわち、両辺の値が完全に一致する場合のみならず、前記各式が満足することによる効果を、実用上問題ない程度に達成できる程度に略一致する場合も含んでいる。
【００６８】
（実施の形態２）
図５と図６は、立ち上げミラーを用いて薄型の光ピックアップを構成した場合の実施の形態である。図５は赤色光ビーム２を発光させてＤＶＤ光ディスクを再生する場合について示している。コリメートレンズ５によって略平行光にされた光を立ち上げミラー１７によって反射し、進行方向を変えることによって、光ディスク７１の平面に対して直角方向の光ピックアップの大きさ（厚み）を小さくしている。波長選択絞り１８は赤色光ビーム２に対しては単なる透明板として振る舞い、なんら作用しない構成にする。
【００６９】
そして、赤外光に対しては図６のように光軸から離れたところの光ビームを波長選択絞り１８によって遮光する。この波長選択絞りは、光軸付近と光軸から離れた外周部に波長特性の異なる誘電体多層膜を形成したり、位相変調量の異なる位相格子を形成するなどの方法で実現できる。
【００７０】
ＤＶＤ光ディスクは記録密度が高いために、ＣＤ光ディスクよりも大きなＮＡによって再生を行う必要があるため、このような波長によってＮＡを変える手段を用いて、ＣＤ光ディスク再生時のＮＡは必要最小限にして、基材厚さやディスク傾きによる収差を低減できるという効果を得ることができるが、本願は波長選択絞りを具備する構成だけに限られるものではない。
【００７１】
図５と図６において、１５はパッケージであり、少なくとも、赤色レーザ１ｂと、赤外レーザ１ａ、及び光検出部８１〜８３を形成した光検出器を内蔵する。このように光源と光検出器を一体集積化して一部品化したものを、以下ユニットと呼ぶ。ホログラム４は、コリメートレンズ５の近くにおいても良いが、ユニット１６にホログラム４も集積化すれば、サーボ信号を生成するために必要な部品を近接して固定できるため、温度変化によるひずみの影響を受けにくく安定したサーボ信号の検出ができる。
【００７２】
（実施の形態３）
次に赤色レーザ１ｂと赤外レーザ１ａ、及び光検出部８１〜８３を形成した光検出器を集積化する実施の形態を図７を用いて説明する。８は光検出器であり、シリコン基板などの上に光検出部８１〜８３を形成する。このように１枚の基板に光検出部を全て集積して形成することにより電気的接続の工数を低減できると共に、光検出器間の相対位置精度を高精度に決めることができる。
【００７３】
また１は半導体レーザ光源であり、赤色レーザ１ｂと赤外レーザ１ａをモノリシックに集積化している。このように１チップの半導体レーザに２種の波長の光源を一体形成することによって、赤色レーザ１ｂと赤外レーザ１ａの発光点間距離をμｍオーダー、もしくはサブμｍオーダーの精度で決めることができ、両波長をそれぞれ用いたときの検出信号をいずれも良好な特性にすることができる。
【００７４】
レーザ１から赤色光ビーム２や赤外光ビーム２５が出射する方向には小型の反射ミラー１４を形成しており、光検出部８１〜８３の成す面に対して垂直な方向に赤色光ビーム２や赤外光ビーム２５の光軸を折り曲げることができる。
【００７５】
このミラー１４は基板のシリコンを異方性エッチングしたり、小型のプリズムミラーを光検出器８に貼り付けたりして実現できる。レーザ１に対して、ミラー１４と反対の側にも、光検出部８９を形成することによりその方向にレーザ１から出射する光量を検知して、発光量を制御するための信号に利用できる。
【００７６】
（実施の形態４）
次に光検出部８１〜８３及びホログラム４のさらに詳細な構成について実施の形態を図８、図９、及び図１０を用いて説明する。
【００７７】
図８は光検出器８をその表面に対して垂直な方向から見た図である。赤色レーザ１ａ発光時、すなわちＤＶＤ光ディスク再生時のホログラム４上の光ビーム有効径（すなわち対物レンズ５の有効径の射影）と、ホログラム４から発生する回折光の光検出器上の様子を示している。１ａＬは赤色半導体レーザ１ａの発光点を示しており、ホログラム４上の光ビーム有効径は発光点１ａＬを中心に広がっている。光検出部８１、８２、８３はそれぞれ独立にＳｉ基板などに形成して、ハイブリッドに組み立てても良いが、そのうち複数、又は図８の様に、全てを共通の基板上に形成することにより、互いの位置関係を容易に精度良く決めることができる。さらに半導体レーザ１も同一基板上に形成することによって、光検出部との相対位置関係が安定になり、サーボ信号を安定に得ることができる。
【００７８】
Ｐ４Ａ、Ｐ４Ｂ、Ｐ４Ｃ、Ｐ４Ｄはホログラム４から回折する＋１次回折光、Ｍ４Ａ、Ｍ４Ｂ、Ｍ４Ｃ、Ｍ４Ｄはホログラム４から回折する−１次回折光である。ホログラム４は、ｘｙ軸によって少なくとも４分割されており、Ｐ４ＡとＭ４Ａは領域４Ａから、Ｐ４ＢとＭ４Ｂは領域４Ｂから、Ｐ４ＣとＭ４Ｃは領域４Ｃから、Ｐ４ＤとＭ４Ｄは領域４Ｄから、回折するように設計する。なお、図８ではホログラム４の一部分を、ホログラム４上の赤外光４Ｒとして表示しており、ホログラム４は４Ｒより広い範囲に形成する。
【００７９】
フォーカスエラー信号はホログラム４から回折する−１次回折光Ｍ４Ａ、Ｍ４Ｂ、Ｍ４Ｃ、Ｍ４Ｄを光検出部８２で受光することによって得ることができる。例えば、Ｍ４ＡとＭ４Ｄは光検出部８２の表面に対してコリメートレンズ５（図１）の反対側に焦点を結び（これを後ピンと呼ぶ）、Ｍ４ＢとＭ４Ｃは光検出部８２の表面に対してコリメートレンズ５（図１）と同じ側に焦点を結ぶ（これを前ピンと呼ぶ）ように波面を設計する。すなわち、光軸方向に焦点位置の異なる波面を設計する。
【００８０】
ＤＶＤ光ディスク７１と対物レンズの光軸方向の間隔がずれた場合、すなわちデフォーカスによって、情報記録面上に収束スポットが合焦状態である前後において、光検出部８２上の回折光の大きさが変化する。この変化は焦点位置の違いに対して逆の動きになる。例えばＭ４ＡとＭ４Ｄは大きく、Ｍ４ＢとＭ４Ｃは小さくなる。従って、図８のように分割領域を結線していくつかの短冊状の領域の出力を加えたＦ１とＦ２の信号を、
ＦＥ＝Ｆ１−Ｆ２                              ・・・（６）
と差動演算することによって得ることができる。
【００８１】
ＤＶＤ光ディスク７１のトラック延伸方向（タンジェンシャル方向）の射影方向はｙ方向、ディスク中心から外周へのびる放射方向（ラジアル方向）はｘ方向に合わせる。ＤＶＤ−ＲＡＭ等の、記録可能な光ディスクには、案内溝があり、図９のように案内溝による回折を強く受ける。図９において２５、２６、２７は光ディスク記録面上の案内溝によるそれぞれ０次、＋１次、−１次の回折光である。また８４は説明のために用いる２分割光検出器である。光検出器８４は光ディスク面２４や対物レンズ６とは直角方向の光軸方向から見たところを描いてある。すなわち、図９の上半分と下半分は立面図と正面図の関係にある。
【００８２】
光ディスク記録面２４の案内溝に収束スポットが照射されると、その反射光は案内溝の延伸方向に対して直角な方向に回折を伴う。対物レンズ面に戻ってきた遠視野像（ＦＦＰ：ファーフィールドパターン２８）は案内溝の±１次回折光と０次回折光の干渉によって、ＦＦＰ２８のようにＡやＢの部分に光強度の強弱の分布が生じる。案内溝と収束スポットの位置関係に依存して、Ａが明るくてＢが暗くなったり、逆にＡが暗くてＢが明るくなったりする。
【００８３】
このような光強度変化を２分割光検出器で検知することによってＰＰ法のＴＥ信号を得られる。図８で示した実施の形態では、ホログラム４（図８ではホログラム上の赤色光４Ｒのみを示した）が図９における２分割光検出器８４の位置にあるので、ホログラム４の領域分割とそれぞれの領域からの回折光が到達する光検出部の分割領域を考慮すると、信号強度を領域名によって表示（以下同じ）して、
ＴＥ＝（ＴＡ＋ＴＢ）−（ＴＣ＋ＴＤ）          ・・・（７）
という演算によってプッシュプル方によるトラッキングエラー（ＴＥ）信号を得ることができる。
【００８４】
また、ＤＶＤ−ＲＯＭ再生時には位相差法によるＴＥ信号を用いる必要があるが、その場合は、（ＴＡ＋ＴＣ）と（ＴＢ＋ＴＤ）の信号の位相比較によって位相差法ＴＥ信号を得ることができる。なお、ＴＡとＴＢ又はＴＣとＴＤの位相比較によっても位相差法ＴＥ信号を得ることができる。
【００８５】
また、光検出部８２で受光するＦＥ信号検出用回折光は、例えば、Ｍ４ＡとＭ４Ｄは光検出部８２の表面に対してコリメートレンズ５（図１）の反対側に焦点を結び（これを後ピンと呼ぶ）、Ｍ４ＢとＭ４Ｃは光検出部８２の表面に対してコリメートレンズ５（図１）と同じ側に焦点を結ぶ（これを前ピンと呼ぶ）。すなわちホログラム４の領域４Ａから回折する回折光と、ホログラム４の領域４Ｄから回折する回折光の特性が同じである。このように、ホログラム４の、光ディスク７のタンジェンシャル方向に相当するｙ軸に対して対称な領域から回折する回折光の特性を同じにすると、ＦＥ信号検出時に図９を用いて説明したＡとＢの光量変化がｙ軸に対して対称な領域から回折する回折光どうしで相殺する。例えばトラッキングずれによって、Ａにおいて光量が増加すれば、Ｂにおける光量はこの増加分だけ減少し、ＡとＢとの光量変化を合計すればゼロになる。このため、ＴＥ信号が変化してもＦＥ信号に影響を与えることがなく、ＴＥ信号のＦＥ信号への混入、いわゆる溝横断信号の発生を防ぐことができる。
【００８６】
次に情報（ＲＦ）信号は、
ＲＦ＝ＴＡ＋ＴＢ＋ＴＣ＋ＴＤ                  ・・・（８）
によって得ることができる。又は、
ＲＦ＝ＴＡ＋ＴＢ＋ＴＣ＋ＴＤ＋Ｆ１＋Ｆ２      ・・・（９）
というように±１次回折光を全て利用してＲＦ信号を得ることによって電気的な雑音に対する信号／雑音比（Ｓ／Ｎ）を高めることができる。なお、式（４）、（５）と図８から明らかなように、光検出部８２の中心と光検出部８３の中心は、ｄ１２の２倍の距離にすると、それぞれの光検出部の中心と回折光の中心を一致させることができ、波長変動などの誤差があってももれなく受光することができる。
【００８７】
また、領域８２を５本の短冊状分割領域から構成することによって、回折光Ｍ４Ｄと回折光Ｍ４Ａを適度に離すことができる。また、回折光Ｍ４Ｄと回折光Ｍ４Ａを適度に離すことができる。このため、これらの共役光である回折光Ｐ４Ｄと回折光Ｐ４Ａが適度に離れる。また同様に回折光Ｐ４Ｂと回折光Ｐ４Ｃも適度に離れる。このため、光検出部８１において、確実に４個の回折光を分離して信号検出でき、より良好な位相差法のＴＥ信号を得ることができるという効果がある。
【００８８】
図１０は図８と同じ構成のユニットにおいて、赤外光を発光させてＣＤ光ディスクを記録又は再生する場合の様子である。ＣＤ光ディスク７２と対物レンズの光軸方向の間隔がずれた場合、すなわちデフォーカスによって、光検出部８２上の回折光の大きさが変化する。この変化は焦点位置の違いに対して逆の動きである。従って、図１０のように光検出部８３の分割領域を結線していくつかの短冊状の領域の出力を加えたＦ３とＦ４の信号を、
ＦＥ＝Ｆ３−Ｆ４                              ・・・（１０）
と差動演算することによってＦＥ信号を得ることができる。このとき、ホログラム４はｘｙ軸によって４分割されているので、Ｆ３とＦ４の信号を検出するための４個の回折光の大きさは互いに等しくないが、ＦＥ信号検出に支障はない。また、例えばＦ１とＦ３、Ｆ２とＦ４を光検出器の中で結線することによって、光検出部から得られる電流信号を電圧信号に変換するＩ−Ｖアンプの数や、ユニットから外部への信号を取り出す電気端子の数を低減し、ユニットの小型化を図ることができるという効果を得ることができる。
【００８９】
ＤＶＤとＣＤは基材厚が異なる。このため、ＦＥ信号検出を同じ形状の光検出部で行うと球面収差の影響でＦＥ信号にオフセットが生じる場合がある。そこで、図１０のように光検出部８３のｘ軸に沿った対称線（中心線）を光検出部８２のｘ軸に沿った対称線に対してずらすなどの変形によってこのＦＥオフセットを低減することができる。
【００９０】
図１０では、光検出部８２の対称線に対して、光検出部８３の真ん中の短冊領域の長い方の２本の分割線が等距離にない（ａ≠ｂ）様子を示している。また、回折光の大きさも波長と球面収差の影響で異なるので、短冊の幅も光検出部８２と光検出部８３で変えることにより感度が高くダイナミックレンジの広いＦＥ信号を得ることができるという効果がある。
【００９１】
ＣＤ再生時のＴＥ信号はＤＶＤ再生時と同様に位相差法でも検出可能であるが、ＣＤ−Ｒでは、規格上３ビーム法を保証しており、図３のように回折格子３を備えている。図示はしていないが、赤外光は回折格子３によって一部の光が回折され、副ビームを形成する。この副ビームは主ビームと同様にＣＤ光ディスク７２上に収束されて、反射され、光検出器８上の分割領域ＴＦ、ＴＧ、ＴＨ、ＴＩに入射する。３ビーム法によるＴＥ信号は、
ＴＥ＝（ＴＦ＋ＴＨ）−（ＴＧ＋ＴＩ）          ・・・（１１）
という演算によって得ることができる。
【００９２】
なお、ＴＦとＴＨを光検出器８においてアルミ配線などによって内部結線することにより外部への出力端子数を減じ、ユニットを小型化できるという効果を得ることもできる。ＴＧとＴＩも同様である。
【００９３】
また、
ＴＥ＝ＴＦ−ＴＧ                            ・・・（１２）
又は、
ＴＥ＝ＴＨ−ＴＩ                            ・・・（１３）
によっても３ビーム法によるＴＥ信号検出を可能であり、外部への出力端子数を減じ、ユニットを小型化できる。
【００９４】
次に情報（ＲＦ）信号は、
ＲＦ＝ＴＡ＋ＴＢ＋ＴＣ＋ＴＤ                  ・・・（１４）
によって得ることができる。又は、
ＲＦ＝ＴＡ＋ＴＢ＋ＴＣ＋ＴＤ＋Ｆ３＋Ｆ４      ・・・（１５）
というように±１次回折光を全て利用してＲＦ信号を得ることによって電気的な雑音に対する信号／雑音比（Ｓ／Ｎ）を高めることができる。なお、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４についてはこれまで全て独立として説明してきたが、例えばＦ１とＦ３、Ｆ２とＦ４を内部結線することにより外部への出力端子数を減じ、ユニットを小型化できる。
【００９５】
（実施の形態５）
実施形態１において、回折格子３の概略について説明したが、図１１を用いて回折格子３について、より具体的に説明する。図１１は、回折格子３を含む回折格子体の断面図を示している。基材１４２には、３ビーム発生用の回折格子３が形成されている。さらに、基材１４２には、ホログラムが形成された基材１４１が接合されている。
【００９６】
前記のように、格子深さｈ（図４参照）が、前記式（１）を満足すれば、理論上は、赤色光の回折は起こらない。ここで、回折格子３を形成している基材１４２の屈折率ｎ１が仮に１．５程度であるとすると、前記式（１）に、ｎ１＝１．５、及び赤色光の波長λ１＝６５０ｎｍを代入すると、ｈ＝６５０ｎｍ／（１．５−１）＝６５０ｎｍ×２となる。
【００９７】
すなわち、格子深さｈは、波長λ１の２倍になる。スカラー計算の仮定である格子深さｈが浅い回折格子であれば、赤色光の透過効率は１００％となる。しかしながら、格子深さｈが、ｈ＝１．３μｍ（６５０ｎｍ×２）程度にまで大きくなると、スカラー計算の仮定である薄い回折格子ではなくなる。この場合、厳密にベクトル計算を行なうと、透過効率は約８０％となり、約２０％の光量ロスが発生してしまう。
【００９８】
光学材料として広く用いられている硝子やプラスチックは、安価で加工性が良く、しかも材料の入手も簡単であるという大きな利点を有しているが、屈折率は高々１．７程度である。このため、前記のように、格子深さｈを大きくする必要があり、光量ロスが大きくなってしまう。
【００９９】
本実施形態では、回折格子３を形成する基材１４２の材料に、硝子やプラスチックではなく、高屈折率材料を用いている。高屈折率材料としては、例えばＴａ2Ｏ5（タンタルオキサイド）膜がある。Ｔａ2Ｏ5膜の赤色光に対する屈折率は、膜の形成条件により異なるが、１．９以上で２．１程度までの範囲内である。前記式（１）に、ｎ１＝２、及び赤色光の波長λ１＝６５０ｎｍを代入すると、ｈ＝６５０ｎｍ／（２−１）＝６５０ｎｍとなる。すなわち、屈折率ｎ１＝１．５の場合と比べ格子深さｈは、半分の値となる。
【０１００】
このように、格子深さｈが０．６５μｍ（６５０ｎｍ）程度の場合、ベクトル解析によって、６μｍ周期の格子に対する赤色光の透過率を計算すると、約９５％以上となり、光量ロスは約５％程度となる。このため、本実施形態では、屈折率が１．５程度の材料を用い光量ロスが約２０％発生する構成と比べ、光量ロスを１／４程度に低減できる。さらに、格子深さｈが０．６５μｍ程度と小さいと、回折格子の断面形状を理想的な矩形形状にし易く、図１５Ｂを用いて説明したような、側壁の傾斜による位相差の発生を低減できる。
【０１０１】
前記の例では、屈折率がｎ１＝２の場合を用いて説明したが、屈折率が１．９以上であれば、同様の効果が得られる。すなわち、屈折率が１．９以上の高屈折材料を用い、前記式（１）に基づいて算出した格子深さｈの回折格子であれば、赤外光は回折し、赤色光は回折せず、しかも赤色光の透過率が高い３ビーム発生用の回折格子を得ることができる。
【０１０２】
なお、高屈折材料としてＴａ2Ｏ5の例で説明したが、ＴｉＯ2（屈折率は約２．３）、ＺｒＯ2（屈折率は約１．９５）、Ｎｂ2Ｏ3（屈折率は約２．３）、ＺｎＳ（屈折率は約２．３）、ＬｉＮｂＯ3（屈折率は約２．０）、及びＬｉＴａＯ3（屈折率は約１．９〜２．０）等の材料を用いてもよい。
【０１０３】
図１１の回折格子体の図示は、回折格子３を形成した基材１４２と、ホログラム４が形成された基材１４１とを別個の部材とし、これらを接合した構成の例を示している。この構成であれば、基材１４２を高屈折率材料の薄膜とし、母材である基材１４２に、安価な硝子や樹脂を用いることができる。このため、均質で体積の大きなものを形成するのが容易でなく、かつ高価な高屈折率材料の使用量を最小限に抑えることができる。また、この場合回折格子体は、低屈折率材料を用いた基材１４１の割合が大きくなるので、回折格子体の高さを低くできるという別の効果が得られる。
【０１０４】
なお、高屈折率材料の薄膜を蒸着によって形成する場合は、蒸着対象物である基材１４１も高熱になるので、基材１４１の材料には、樹脂に比べて耐熱性の高い硝子を用いるのが好ましい。
【０１０５】
また、基材１４１と基材１４２とを別個に形成した図１１のような構成ではなく、母材である基材１４１自体を高屈折率材料とし、基材１４１自体に回折格子３を形成し、別個の接合体を用いない構成としてもよい。このように単体の基材のみで回折格子体を形成した構成であれば、コスト面では不利になるが、部材同士の接合が省けるので製造が容易になる。この構成においても、赤外光は回折し、赤色光は回折せず、しかも赤色光の透過率が高い３ビーム発生用回折格子３を得ることができる。
【０１０６】
また、この３ビーム発生用回折格子と、異なる波長（赤外光と赤色光）のレーザ光源と、光検出器を具備する半導体レーザ装置（ユニット）を構成することにより、ＣＤ−Ｒを安定に再生でき、ＤＶＤ再生時の光利用効率を高めた半導体レーザ装置を実現できる。さらに、このユニットと対物レンズを用いた光ピックアップ装置や光情報装置についても同様に、ＣＤ−Ｒを安定に再生でき、かつ、ＤＶＤ再生時の光利用効率が高くなる。すなわち、Ｓ／Ｎ比が高くて安定に再生でき、かつ消費電力が低いという装置を実現できる。
【０１０７】
なお、ホログラム４では、光源（１ａ、１ｂ）から光ディスク７へと至る往路においても回折が起こる。この往路の回折光が光ディスク７で反射して光検出器（８１、８２、８３）へ入射すると、不要な迷光となるので、サーボエラー信号のオフセットや情報再生信号の雑音の原因となるおそれがある。
【０１０８】
そこで、このような迷光を遮蔽するために、ホログラム４と同一面内に、アパーチャ（開口制限）１７を設けることが望ましい。アパーチャ１７は、基材１４１に対して、回折格子を形成したり、金属膜を蒸着したりすることによって設けることができる。金属膜によってアパーチャ１７を形成する場合には材料としてＮｉやＣｒが考えられるが、金属膜による反射光が直流的な迷光の要因となる恐れもあるので可視光の吸収率が高いＣｒが、この点で望ましい。
【０１０９】
すなわち、アパーチャ１７をＣｒ膜によって形成することにより反射による迷光を低減できる効果をさらに得ることができる。
【０１１０】
さらに、より一般的に凹凸形状の回折格子を有する回折格子体を作製する場合についても、硝子など屈折率が１．８より小さな母材上に、屈折率が１．９以上の材料を形成して、この高屈折材料に凹凸を形成することによって、安価に光の利用効率を高めるという効果を得ることができる。
【０１１１】
（実施の形態６）
図１２を用いて、回折格子３の別の実施形態について説明する。図１２は、回折格子３を含む回折格子体の断面図を示している。基材１４２は高屈折率材料を用いており、３ビーム発生用の回折格子３が形成されている。さらに、基材１４２には、ホログラムが形成された基材１４１が接合されている。本実施形態は、基材１４２の両面には反射防止膜１４２及び１４３が形成されている構成が、前記実施形態４と異なっている。
【０１１２】
本願発明では３ビーム格子における赤色光の透過率向上を目的としているので、反射防止コートによる透過率の向上も重要になる。高屈折率材料の基材１４２と空気との界面に反射防止膜を形成しない構成においては、基材１４２の屈折率ｎ１がｎ１＝２の場合、約１１％の反射損失が生じるので、反射防止膜１４４を設ける効果が大きいといえる。
【０１１３】
反射防止膜１４４は、ＳｉＯ2薄膜などによって実現することができる。また、高屈折率の基材１４２と基材１４１との界面の反射防止膜（マッチングコート）１４３はＡｌ2Ｏ3やＳｉＮの薄膜によって実現できる。
【０１１４】
本実施形態の作製手順としては、硝子などの基材１４１上にＡｌ2Ｏ3やＳｉＮの反射防止膜１４３を形成し、さらに前記実施形態４において挙げたような材料によって高屈折率基材１４２を形成する。そしてエッチングなどの手法によって回折格子３を形成し、さらにＳｉＯ2等の反射防止膜１４４を形成する。
【０１１５】
回折格子の深さｈ（図４）を確保するためには、高屈折率の基材１４２の厚みをｈ以上にする必要があるが、高屈折率基材１４２の厚みをちょうどｈと等しくすると、リフトオフの手法によって回折格子を形成することができる。
【０１１６】
なお、図１２では描いていないが、より光利用効率を高くするために、ホログラム４の上面にもＭｇＦ2などによって反射防止膜を形成することが望ましい。
【０１１７】
本実施形態についても、前記実施形態５と同様に、ここで説明した回折格子体を用いた半導体レーザ装置（ユニット）、光ピックアップ装置、及び光情報装置に用いることができ、実施形態６の場合と同様の効果が得られる。
【０１１８】
（実施の形態７）
図１３は、本発明の一実施形態に係る光情報装置の概略構成図である。本図に示した光ピックアップ２０は、前記各実施形態に係る光ピックアップのいずれかを用いており、前記実施形態５又は実施形態６で説明した回折格子体を用いている。
【０１１９】
光ディスク７は、光ディスク駆動機構３２によって回転する。光ピックアップ２０は、光ディスク７のうち、所望の情報の存在するトラックのところまで、光ピックアップ駆動装置３１によって粗動（シーク動作）される。
【０１２０】
また、光ピックアップ２０は、光ディスク７との位置関係に対応して、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を電気回路３３へ送る。電気回路３３はこの信号に対応して、光ピックアップ２０へ、対物レンズを微動させるための信号を送る。この信号によって、光ピックアップ２０は、光ディスク７に対してフォーカスサーボと、トラッキングサーボを行い、光ディスク７に対して、情報の読みだし、又は書き込みや消去を行う。
【０１２１】
本実施形態の光情報装置は、光ピックアップとして、本発明に係る小型、低コストでＳ／Ｎ比もよい情報信号を得ることのできる光ピックアップを用いるので、情報の再生を正確かつ、安定に実行することができ、かつ小型、低コストである。
【０１２２】
また、本発明の光ピックアップは、本発明に係る回折格子体を用いているので、光の利用効率が高くなり、アクセス時間も短く、消費電力も少ないという効果が得られる。
【０１２３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、回折格子を形成する基材を、高屈折率材料とすることにより、回折格子の格子深さを浅くすることができ、回折しない波長の光の光量損失を防止できる。屈折率の異なる基材を接合して回折格子体を形成した構成では、比較的高価な高屈折率材料の使用量を最小限に抑えることができる。また、回折格子体を単体の基材で形成した構成では、コスト面では不利になるが、製造が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光ピックアップの概略断面図
【図２】図１の光ピックアップの動作を示す概略断面図
【図３】図１の光ピックアップの別の動作を示す概略断面図
【図４】図１の光ピックアップに用いられる回折格子の断面図
【図５】本発明の一実施形態に係る光ピックアップの動作を示す概略断面図
【図６】本発明の別の実施形態に係る光ピックアップの動作を示す概略断面図
【図７】本発明の一実施形態に係る光検出器の概略斜視図
【図８】本発明の一実施形態に係る光検出器ノ構成及び動作を示す概略平面図
【図９】本発明の一実施形態に係る光検出器の動作を説明するための図
【図１０】本発明の一実施形態に係る光検出器の動作を示す概略平面図
【図１１】本発明の一実施形態に係る回折格子体の断面図
【図１２】本発明の別の実施形態に係る回折格子体の断面図
【図１３】本発明の別の実施形態に係る光情報装置の概略構成図
【図１４】従来の光ピックアップの一例の概略断面図
【図１５】（ａ）従来の回折格子体の一例の断面図
（ｂ）図１５（ａ）の回折格子体の要部拡大図
【符号の説明】
１ａ，１ｂ  半導体レーザー
２  赤色光ビーム
３  回折格子
４  ホログラム
６  対物レンズ
７  光ディスク
８  光検出器
１０，１２  ＋１次回折光
１１，１３  −１次回折光
１６  ユニット
２０  光ピックアップ
３０  光情報装置
１４１，１４２  基材
１４２，１４３  反射防止膜
【図１】
0003996760.tif 000002
【図２】
0003996760.tif 000003
【図３】
0003996760.tif 000004
【図４】
0003996760.tif 000005
【図５】
0003996760.tif 000006
【図６】
0003996760.tif 000007
【図７】
0003996760.tif 000008
【図８】
0003996760.tif 000009
【図９】
0003996760.tif 000010
【図１０】
0003996760.tif 000011
【図１１】
0003996760.tif 000012
【図１２】
0003996760.tif 000013
【図１３】
0003996760.tif 000014
【図１４】
0003996760.tif 000015
【図１５】
0003996760.tif 000016