(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光記録媒体に照射する光ビームを発生する半導体レーザと、前記光記録媒体からの戻り光を受光する光検出器と、前記光記録媒体に照射する光ビームと前記光記録媒体からの戻り光とを分離するホログラム素子とをパッケージ内に実装した集積型光学ユニットにおいて、
エッチングにより形成された反射面および凹部を有する半導体基板を有し、
前記半導体レーザは、発散する光ビームが前記反射面を経て前記ホログラム素子に入射するように前記凹部に配置し、
前記半導体基板の表面には、前記反射面の近傍に、軸受と、この軸受に対して静電的または電磁的に回動可能なロータと、このロータに形成され、前記半導体レーザからの発散する光ビームが前記反射面を経て入射する位置に選択的に位置して、該光ビームの径を制御して前記ホログラム素子に入射させための異なる大きさの複数の開口部とを有する絞りを設けると共に、前記絞りから外れた位置に、前記ホログラム素子で分離される前記光記録媒体からの戻り光を前記絞りを通過させることなく受光するように前記光検出器を設けたことを特徴とする集積型光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光記録媒体に対して情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置に用いる集積型光学ユニット、特に、共通の半導体レーザおよび光学系を用いて、記録密度の異なる光記録媒体に対して情報の記録や再生を行うのに用いるに好適な集積型光学ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
記録密度の異なるディスクに対して情報の記録や再生を行う光ピックアップ装置として、例えば、特開平６−１２４４７７号公報には、レーザ光源と対物レンズとの間の平行光路中に、リング状電極を有する液晶フィルタおよび偏光ビームスプリッタを配置し、記録再生すべきディスクの記録密度に応じて、液晶フィルタによりそのリング状電極部分を透過するレーザ光の偏光状態を選択的に変化させて、その部分の透過光を偏光ビームスプリッタで反射させることにより、偏光ビームスプリッタを経て対物レンズに入射する光ビームの径、すなわち開口数を高密度記録されたディスクに対しては大きく、低密度記録されたディスクに対しては小さくするようにしたものが開示されている。
【０００３】
また、特開平６−２０２９８号公報には、光学系の光路中に機械的な可変アパーチャ手段を設けて、記録再生すべきディスクの記録密度に応じて、同様に、対物レンズに入射する光ビームの径、すなわち開口数を高密度記録されたディスクに対しては大きく、低密度記録されたディスクに対しては小さくするようにしたものが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の光ピックアップ装置においては、装置の小型・軽量化を図ることから、半導体レーザおよび光検出器をチップ状態でパッケージ内に実装して気密封止するようにしている。このようにすれば、装置の小型・軽量化を図ると共に、埃等の付着も有効に防止でき、また、パッケージに配線用のリード端子を設けることにより、配線処理も容易にできる利点がある。
【０００５】
そこで、上記の特開平６−１２４４７７号公報に開示されている液晶フィルタを、半導体レーザおよび光検出器とともにパッケージ内に実装して、対物レンズの開口数を制御することも考えられる。しかし、この場合には、半導体レーザから出射される光ビームの発散光路中に液晶フィルタを配置することになるため、液晶フィルタの入射角依存性により所望の光学特性が得られなくなるという問題が生じることになる。
【０００６】
また、同様に、上記の特開平６−２０２９８号公報に開示されている機械的な可変アパーチャ手段を、半導体レーザおよび光検出器とともにパッケージ内に実装して小型化を図ることも考えられるが、このような機械的可変アパーチャ手段を小形なパッケージに設けることは、きわめて困難である。このため、パッケージの大型化が避けられず、装置全体としての小型化が図れないという問題が生じることになる。
【０００７】
この発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、小形にでき、しかも所望の光学特性に影響を与えることなく、半導体レーザから出射された光ビームの径を制御できるよう適切に構成した集積型光学ユニットを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に係る発明は、光記録媒体に照射する光ビームを発生する半導体レーザと、前記光記録媒体からの戻り光を受光する光検出器と、前記光記録媒体に照射する光ビームと前記光記録媒体からの戻り光とを分離するホログラム素子とをパッケージ内に実装した集積型光学ユニットにおいて、
エッチングにより形成された反射面および凹部を有する半導体基板を有し、
前記半導体レーザは、発散する光ビームが前記反射面を経て前記ホログラム素子に入射するように前記凹部に配置し、
前記半導体基板の表面には、前記反射面の近傍に、軸受と、この軸受に対して静電的または電磁的に回動可能なロータと、このロータに形成され、前記半導体レーザからの発散する光ビームが前記反射面を経て入射する位置に選択的に位置して、該光ビームの径を制御して前記ホログラム素子に入射させための異なる大きさの複数の開口部とを有する絞りを設けると共に、前記絞りから外れた位置に、前記ホログラム素子で分離される前記光記録媒体からの戻り光を前記絞りを通過させることなく受光するように前記光検出器を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、この発明とともに開発した集積型光学ユニットの参考例を示す概略断面図および概略部分斜視図である。この参考例は、集積型光学ユニット１からの光ビームを対物レンズ２を経て光記録媒体３に照射し、その戻り光を対物レンズ２を経て集積型光学ユニット１に入射させて、情報を記録または再生するにあたり、集積型光学ユニット１から対物レンズ２に入射する光ビームの径、すなわち対物レンズ２の開口数を、光記録媒体３の種類、すなわち記録密度に応じて、高密度記録された光記録媒体３の場合には大きく、低密度記録された光記録媒体３の場合には小さくなるように制御するようにしたものである。
【００１１】
集積型光学ユニット１には、パッケージ５内に収容して、半導体レーザ６、静電絞り７、ビームスプリッタ８および半導体基板９を設ける。パッケージ５は、複数のリード端子１１を設けたセラミック等よりなるステム１２と、表面にわずかな曲率をもったホログラムパターン１３ａを形成したホログラム素子１３を有するキャップ１４とをもって構成する。
【００１２】
半導体基板９は、ステム１２に形成した凹部に嵌合固定する。この半導体基板９には、半導体レーザ６の出射光量を検出するための受光領域１５、光記録媒体３からの戻り光から情報信号を検出するための受光部１６、および同じく戻り光からフォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を検出するための２個の受光部１７，１８を形成する。受光部１６は、２個の受光領域１６ａ，１６ｂをもって構成し、受光部１７，１８は、それぞれ光記録媒体３のトラックと平行な方向の分割線で３分割した受光領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃ；１８ａ，１８ｂ，１８ｃをもって構成する。
【００１３】
また、半導体基板９には、その一端部に立ち上がり部９ａを形成し、その上面に半導体レーザ６を固定して、該半導体レーザ６から出射される発散光の光ビームを、静電絞り７を経てビームスプリッタ８に入射させるようにする。なお、この参考例では、半導体レーザ６のアノードと、半導体基板９に形成した各受光領域のカソードとを共通の所定のリード端子１１に接続する。
【００１４】
ビームスプリッタ８は、直角二等辺三角形のガラスプリズム２１と、例えばニオブ酸リチウムからなる一軸性複屈折結晶プリズム２２とを偏光膜２３を介して貼り合わせて構成し、一軸性複屈折結晶プリズム２２が、半導体基板９に形成した受光領域１５，１６上に位置するように、半導体基板９上に固定して設ける。なお、この参考例では、偏光膜２３を、Ｓ偏光成分の反射率が５０％以上、Ｐ偏光成分の透過率が８０％以上の特性を有するように構成する。
【００１５】
静電絞り７は、半導体レーザ６からの光ビームが入射するガラスプリズム２１の表面に接着して設け、ガラスプリズム２１に入射する半導体レーザ６からの発散する光ビームの径、すなわち対物レンズ２の開口数を、光記録媒体３の記録密度に応じて制御するよう構成する。この静電絞り７の構成およびその形成工程については、後述する。
【００１６】
この参考例では、半導体レーザ６からの発散する光ビームを、静電絞り７により、そのビーム径を光記録媒体３の種類に応じて制御して、ガラスプリズム２１を経て偏光膜２３にＳ偏光で入射させる。このように、Ｓ偏光で入射させると、偏光膜２３はＳ偏光成分の反射率が５０％以上、Ｐ偏光成分の透過率が８０％以上の特性を有するので、その５０％以上が反射されて、ホログラム素子１３のホログラムパターン１３ａに入射することになる。ホログラムパターン１３ａに入射した半導体レーザ６からの光ビームは、その０次光を対物レンズ２により光記録媒体３にスポットとして照射する。なお、偏光膜２３を透過して一軸性複屈折結晶プリズム２２に入射した半導体レーザ６からの光ビームは、該一軸性複屈折結晶プリズム２２の斜面で反射させて、半導体基板９に形成した受光領域１５で受光し、その出力に基づいて半導体レーザ６の出力を制御するようにする。
【００１７】
光記録媒体３で反射される戻り光は、対物レンズ２を経てホログラム素子１３のホログラムパターン１３ａに入射させて、０次光と±１次回折光とに分離する。ここで±１次回折光は、わずかな曲率をもったホログラムパターン１３ａの作用により、光軸方向に互いに逆方向の像点移動が与えられるので、その一方を、半導体基板９に形成した、例えば受光部１７で受光し、他方を受光部１８で受光する。
【００１８】
したがって、受光部１７の受光領域１７ａ〜１７ｃのそれぞれの出力をＩ17a 〜Ｉ17c 、受光部１８の受光領域１８ａ〜１８ｃのそれぞれの出力をＩ18a 〜Ｉ18c とすると、フォーカスエラー信号ＦＥＳは、ビームサイズ法を用いて、
ＦＥＳ＝（Ｉ17a ＋Ｉ18b ＋Ｉ17c ）−（Ｉ18a ＋Ｉ17b ＋Ｉ18c ）
により得ることができる。また、トラッキングエラー信号ＴＥＳは、プッシュプル法により、
ＴＥＳ＝（Ｉ17a ＋Ｉ18c ）−（Ｉ17c ＋Ｉ18a ）
により得ることができる。
【００１９】
また、ホログラムパターン１３ａを０次光で透過する光記録媒体３からの戻り光は、再びガラスプリズム２１を経て偏光膜２３に入射させる。ここで、光記録媒体３が、例えば光磁気記録媒体の場合には、情報が磁化の方向として記録されているので、戻り光の偏光方向は、磁化の方向に応じて反対方向にわずかに回転したものとなる。したがって、偏光膜２３に入射する戻り光は、Ｐ偏光成分を含むことになる。この光記録媒体３からの戻り光は、偏光膜２３の作用により、Ｓ偏光成分の５０％未満およびＰ偏光成分の８０％以上が一軸性複屈折結晶プリズム２２を屈折透過して、常光と異常光とに分離される。
【００２０】
一軸性複屈折結晶プリズム２２から出射される常光および異常光は、半導体基板９に形成した受光部１６の受光領域１６ａおよび受光領域１６ｂでそれぞれ受光する。ここで、一軸性複屈折結晶プリズム２２は、その光学軸を、戻り光の光軸に垂直な面内で、Ｓ偏光方向に対して４５°傾けて設ける。したがって、戻り光の偏光方向は、一軸性複屈折結晶プリズム２２の光学軸に対して角度が変化して、常光および異常光の強度が変化することになるので、この強度変化を受光領域１６ａ，１６ｂで検出するこにより、光記録媒体３に記録された情報に対応する光磁気信号を得ることができる。すなわち、受光領域１６ａ，１６ｂのそれぞれの出力をＩ16a ，Ｉ16b とすると、光磁気信号Ｓは、
Ｓ＝Ｉ16a −Ｉ16b 
により得ることができる。
【００２１】
なお、光記録媒体３が、例えば再生専用のＤＶＤあるいはＣＤの場合には、受光領域１６ａ，１６ｂの出力の和、あるいは受光部１７，１８の各受光領域の出力の和から、情報信号を得ることができる。
【００２２】
次に、図１および図２に示す静電絞り７の構成およびその形成工程について説明する。
図３（ａ）および（ｂ）は、静電絞り７の一例の構成を示す平面図および断面図である。この静電絞り７は、多結晶シリコンよりなる、例えば外径１４０μｍのロータ５１を有する。ロータ５１には、例えば直径１００μｍの円周上に、中心角で４５°離間して、例えば直径４５μｍおよび３０μｍの円形の開口５２および５３をそれぞれ形成する。
【００２３】
ロータ５１は、その中心を軸受５４で支持して、単結晶シリコン基板５９に対して軸受５４を中心として回動可能に形成し、その周辺部には、２個のロータ電極５５，５６を、それぞれ中心角で６０°の範囲をカバーするように形成する。また、単結晶シリコン基板５９には、ロータ電極５５，５６のさらに外側に、２個のステータ電極５７，５８を、同様に、それぞれ中心角で６０°の範囲をカバーするように形成する。なお、ロータ電極５５，５６およびステータ電極５７，５８は、ロータ電極５５とステータ電極５７、およびロータ電極５６とステータ電極５８とが、選択的に対向してロータ５１を正逆方向に４５°回転させる位置関係に形成する。
【００２４】
また、単結晶シリコン基板５９には、ロータ５１に向けて開口面積が小さくなる矩形状の貫通孔６０を、その中心がロータ５１に形成した開口５２，５３の中心と選択的に一致するように形成する。なお、この貫通孔６０は、その断面が台形状であって、孔の４つの側面がそれぞれ傾斜し、ロータ５１に面する開口面積が、開口５２の面積よりも大きくなるように形成する。さらに、単結晶シリコン基板５９上には、ロータ５１の下面にほぼ対向して、ステータ電極５７または５８に電圧を印加する際の基準電位となるＧＮＤ電極６３を、ロータ５１と導通させて形成する。
【００２５】
次に、図４（ａ）〜（ｇ）を参照して、上記の静電絞り７の形成工程の一例について説明する。この静電絞り７は、表面マイクロマシニングと呼ばれる方法を用いて形成する。まず、図４（ａ）に示すように、表面が（１００）面の単結晶シリコン基板５９を使用し、その表面に減圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）により窒化シリコン薄膜６１を、例えば厚さ０．４５μｍ形成する。なお、ＬＰＣＶＤでは、基板の表面および裏面の双方に窒化シリコン薄膜が形成されるので、裏面側の窒化シリコン薄膜を符号６１′で示す。ここで、表面側の窒化シリコン薄膜６１は、単結晶シリコン基板５９と静電絞り構造体との絶縁膜となり、裏面側の窒化シリコン薄膜６１′は、貫通穴６０を形成する際のエッチングマスクとなる。
【００２６】
その後、ＬＰＣＶＤにより、窒化シリコン薄膜上に、多結晶シリコン薄膜６２を、例えば厚さ０．２μｍ形成すると共に、その導電性をリンあるいはホウ素をドーピングして向上させる。この多結晶シリコン薄膜６２は、ＧＮＤ電極６３となるもので、図３（ａ）に示したようにパターニングする。なお、このパターニングは、特に精度を要求しないので、例えばウエットエッチで行い、同時に裏面側に形成された図示しない多結晶シリコン薄膜を除去する。
【００２７】
次に、単結晶シリコン基板５９に貫通穴６０を形成するために、裏面側の窒化シリコン膜６１′を（１１１）面と平行になるように正方形にパターニングし、ＫＯＨ，ＥＤＰ，ＴＭＡＨ等のエッチャントを使用して、単結晶シリコン基板５９の異方性エッチングを行う。この際、単結晶シリコン基板５９の（１１１）面のエッチング速度は、他の面方位に対してかなり遅く、（１１１）面が露出するようにエッチングが進行するので、図４（ｂ）に示すように、４つの斜面が形成され、断面形状が台形状になる。この異方性エッチングは、単結晶シリコン基板５９を貫通すると窒化シリコン薄膜６１がエッチストップとなって、エッチングが停止する。
【００２８】
続いて、図４（ｃ）に示すように、後に犠牲層となる酸化シリコン薄膜６４をＬＰＣＶＤにより、例えば厚さ３μｍ形成し、フォトレジストで表面側をマスクして裏面側の酸化シリコン薄膜をウエットエッチで除去する。さらに、裏面側からの貫通穴６０のエッチストップとなった部分の窒化シリコン薄膜６１および裏面側のエッチングマスクとなった窒化シリコン薄膜６１′をリン酸でエッチングした後、貫通穴６０内の多結晶シリコン薄膜６２をウェットエッチする。その後、基板表面側のステータ電極とロータ中心軸の基板への固定部とをドライエッチでパターニングする。
【００２９】
次に、図４（ｄ）に示すように、ＬＰＣＶＤにより多結晶シリコン膜６５を、例えば厚さ５μｍ形成すると共に、その導電性をドーピングにより向上させる。この多結晶シリコン膜６５は、ロータ５１およびステータ電極５７、５８となる。多結晶シリコン膜６５を形成後、表面側のドライエッチを行う前に、そのマスク材料をマスクとして裏面側に形成された多結晶シリコン膜をウエットエッチで除去してから、ロータ５１、開口５２、５３およびステータ電極５７、５８をパターニングする。なお、このパターニングには、ロータ電極とステータ電極との間に、１〜２μｍレベルの高解像度が要求されるが、多結晶シリコン膜６５の表面は、ほぼ平坦であるので、比較的容易に高解像度を得ることができる。
【００３０】
その後、図４（ｅ）に示すように、ロータ中央部の回動軸となる部分の周囲のみが露出するようにマスクをパターニングして、フッ酸中で酸化シリコン薄膜６４を部分的にウエットエッチングする。このエッチングは、等方的に進行するので、アンダカット形状が形成される。
【００３１】
次に、図４（ｆ）に示すように、多結晶シリコン膜６５の表面に、熱酸化シリコン膜６６を、例えば厚さ０．５μｍ形成した後、ＬＰＣＶＤにより多結晶シリコン６７を、例えば厚さ２μｍ形成すると共に、その導電性をドーピングにより向上させる。この場合の熱酸化シリコン６６も犠牲層となる。その後、裏面側に形成された多結晶シリコンを除去すると共に、表面側の多結晶シリコン６７を、ロータの中心部のみを残すようにドライエッチでパターニングする。この工程で残された多結晶シリコン６７が、軸受５４となる。
【００３２】
その後、図４（ｇ）に示すように、フッ酸中で犠牲層となる酸化シリコン部分をエッチングして、軸受５４とロータ５１との間、およびロータ５１と単結晶シリコン基板５９との間の酸化シリコン層６４，６６を除去して、ロータ５１が軸受５４に対して回転可能な静電絞り構造を完成させる。なお、図４（ｃ）においてパターニングされたロータ中心軸およびステータ電極５７，５８の下部は、多結晶シリコン膜６５が酸化シリコン薄膜６４の周囲を完全に覆っているので、犠牲層エッチングプロセス後もそのまま残り、軸受５４およびステータ電極５７，５８は、単結晶シリコン基板５９に対して固定された状態を維持することができる。
【００３３】
以上のようにして形成された静電絞り構造は、軸受５４とロータ５１との隙間が、犠牲層となる０．５μｍ程度の微小な厚みの熱酸化シリコン膜６６で実現されているので、良好な制御性と再現性を得ることができる。
【００３４】
次に、図５（ａ）および（ｂ）を参照して、上述した静電絞り７の動作を説明する。図３で説明したロータ電極５５、５６およびステータ電極５７、５８は、それぞれ一対で静電アクチュエータを構成している。図５（ａ）は、ステータ電極５７とロータ電極５５とが対向する位置にある状態を示し、この状態は、両電極間にスイッチ６９を介して電圧Ｖを印加することによって実現される。すなわち、ロータ５１はＧＮＤ電極６３と導通しているので、ステータ電極５７とＧＮＤ電極６３との間に、例えば１５〜９０Ｖ程度の電圧を印加することにより、ステータ電極５７とロータ電極５５との間に静電引力が作用し、両者が図５（ａ）に示すように対向する位置まで、ロータ５１が回転して停止する。このような静電引力は、両電極間の距離の二乗に反比例するので、両者の間隔は、１〜２μｍ程度であることが望ましく、この寸法精度は図４で説明した表面マイクロマシニングによって実現される。
【００３５】
ところで、図５（ａ）に示す状態は、ロータ５１に形成された開口５２と、基板５９に形成された貫通穴６０とが、それぞれの中心が一致するように対向しているが、この状態への位置決めは、前述のように静電アクチュエータの作用によって行われるので、特に位置決めセンサは必要ない。
【００３６】
図５（ａ）に示す状態から、スイッチ６９を切り替えて、ステータ電極５８とＧＮＤ電極６３との間に１５〜９０Ｖ程度の電圧Ｖを印加すると、ステータ電極５８とロータ電極５６の間に静電引力が作用し、これによりロータ５１が時計方向に回動して、ロータ５１は、図５（ａ）の場合と同様に、最終的にステータ電極５８とロータ電極５６とが対向するように位置決めされて、図５（ｂ）のような状態が実現される。この状態は、ロータ５１に形成された開口５３と、基板５９に形成された貫通穴６０とが、それぞれの中心が一致するように各部が設計されているので、位置決めセンサを用いずに実現される。
【００３７】
上述した静電絞り７は、一枚の（１００）単結晶シリコン基板（ウエハ）上にバッチプロセスにより多数作成することができるので、１個あたりを１ｍｍ角以内に小形にできると共に、安価にできる。このようにして、ウエハ上に多数形成された静電絞り７は、基板を切断して個々に分離し、その分離した１つの静電絞り７を、その基板５９の裏面を接着面として、貫通孔６０の中心が、図１において、半導体レーザ６から出射される発散する光ビームの中心光線と一致するように、ガラスプリズム２１に接着して設ける。
【００３８】
ここで、静電絞り７は、基板５９の厚みを、例えば０．５ｍｍとしても、全体の厚みを０．６ｍｍ未満とすることが可能であるので、半導体レーザ６とガラスプリズム２１との間隙が微小であっても、ガラスプリズム２１上に容易に実装することができる。さらに、必要ならば、より薄い基板を使用することにより、全体の厚みをより薄くすることも可能である。
【００３９】
ガラスプリズム２１上に実装した静電絞り７は、そのＧＮＤ電極６３および２個のステータ電極５７，５８を図示しない接続線を介してそれぞれ対応するリード端子１１に接続する。この参考例では、ＧＮＤ電極６３を、半導体レーザ６のアノードと、半導体基板９に形成した各受光領域のカソードとを接続した所定のリード端子１１に共通に接続する。このようにすれば、実装の工数を最小限に抑えることができる。
【００４０】
以上のように静電絞り７を実装すれば、光記録媒体３の種類、すなわち記録密度に応じて静電絞り７を駆動することにより、対応する開口５２または５３を、その中心が半導体レーザ６から出射される発散する光ビームの中心光線と一致する位置に位置決めでき、これによりガラスプリズム２１に入射する光ビームの外径、したがって対物レンズ２に入射する光ビームの外径、すなわち対物レンズ２の開口数を、高密度記録された光記録媒体に対しては大きく、低密度記録された光記録媒体に対しては小さくすることができる。
【００４１】
この参考例によれば、シリコン表面マイクロマシニングで形成した静電絞り７を集積型光学ユニット１に実装するようにしたので、ユニット１を何ら大形にすることなく、しかも所望の光学特性に影響を与えることなく、該ユニット１から射出される光ビームの光束径を制御することができる。したがって、かかる集積型光学ユニット１を用いれば、小形で、光学特性に優れた光ピックアップ装置を実現でき、これにより記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して情報の記録、再生を行うことが可能となる。
【００４２】
なお、図１に示す静電絞り７は、図３に示す構成のものに限らず、例えば、図６（ａ）〜（ｄ）に平面図で示す構成のものを用いることもできる。この静電絞り７は、ステータ電極およびロータ電極の構成が、図３に示したものと異なるものである。すなわち、この例では、ロータ５１の円周上に、中心角４５°の等間隔で合計８個のロータ電極５５ａ〜５５ｈを、そのうちの２個のロータ電極５５ａ，５５ｂが、ロータ５１の中心から見て開口５２，５３と同じ方向に位置するように設ける。また、ロータ５１の周面に対向するように、中心角６０°の等間隔で合計６個のステータ電極５７ａ〜５７ｆを設ける。かかる構成の静電絞り７は、ステータ６極−ロータ８極の静電モータとして、以下に説明するように動作させる。
【００４３】
図６（ａ）は、ステータ電極とロータ電極とが互いに完全に対向しているものがない状態を示し、この状態で、ＧＮＤ電極６３と、互いに対向するステータ電極５７ｂ，５７ｅとの間に、例えば１５〜９０Ｖの電圧をそれぞれ印加して、両電極５７ｂ，５７ｅに最も近いロータ電極５５ｃ，５５ｇをそれぞれ引き寄せて、図６（ｂ）に示す状態とする。次に、ステータ電極５７ａ，５７ｄに電圧の印加を切り替えて、図６（ｃ）に示すように、ステータ電極５７ａとロータ電極５５ｂ、およびステータ電極５７ｄとロータ電極５５ｆとをそれぞれ対向させ、これにより開口５３を貫通穴６０と対向する位置に位置決めする。
【００４４】
また、図６（ａ）に示す状態から、先ず、ステータ電極５７ｃ，５７ｆに電圧を印加し、次に、ステータ電極５７ａ，５７ｄに電圧を印加して、図６（ｄ）に示すように、ステータ電極５７ａとロータ電極５５ａ、およびステータ電極５７ｄとロータ電極５５ｅとをそれぞれ対向させ、これにより開口５２を貫通穴６０と対向する位置に位置決めする。
【００４５】
図６に示した静電絞り７は、上述したように、６個のステータ電極５７ａ〜５７ｆを、対向する２個づつ３ペアとして順次電圧を印加する、いわゆる３相駆動方式をとる。したがって、最も簡単な構成では、図７（ａ）に原理的に示すように、ＧＮＤ電極６３を接続したリード端子１１の他に、ペアのステータ電極５７ａ，５７ｄ；５７ｂ，５７ｅ；５７ｃ，５７ｆをそれぞれ接続した３本のリード端子１１が必要となり、図３の構成と比較してリード端子１１が１本増加することになるが、駆動の応答性や位置決め精度は、図３の場合よりも向上する。
【００４６】
また、図７（ｂ）に示すように、パッケージ内部に、方向制御信号およびパルス入力から、制御パルスを生成する静電絞り駆動回路７０を設ければ、ＧＮＤ電極６３を接続したリード端子１１を除いて、外部へのリード端子１１を２本とすることも可能である。この静電絞り駆動回路７０は、静電絞り７がシリコン基板上に形成されるので、同一基板上に形成することが可能である。この場合、静電絞り構造体を形成する前に、駆動回路を形成するプロセスを行うことになるが、それ以降のプロセスには影響がない。したがって、回路形成を含める場合も、バッチプロセスによる低コスト化およびマイクロマシニングによる小型化のメリットは維持される。
【００４７】
図１に示す静電絞り７は、図３および図６に示した構成以外にも、種々の構成が可能である。例えば、電極配置は、ステータ１２極−ロータ１６極等、他の構成とすることもできる。また、静電絞りの材質や、プロセスについても上述した例に限定されるものではなく、例えば、ロータ材料である多結晶シリコンの遮光性を向上させるために、最後に無電解メッキでニッケルの薄膜をロータ上に形成する等のプロセスを加えることも可能である。あるいは、メッキで形成できるニッケル等の材料を構造材とし、多結晶シリコンを犠牲層とするプロセスで静電絞りを形成することも可能である。
【００４８】
なお、参考例として、静電絞り７は、シリコン基板の代わりにガラス等の透明な基板を使用して、この上に、ニッケル等を構造材とし、フォトレジストを犠牲層とするプロセスで直接形成することも可能であり、この場合は、基板に貫通穴を加工する工程が削減できる。
【００４９】
図８および図９は、この発明の一実施形態を示す概略断面図および概略部分斜視図である。この実施形態は、集積型光学ユニット１０１からの光ビームを対物レンズ２を経て再生専用の光記録媒体１０３に照射し、その戻り光を対物レンズ２を経て集積型光学ユニット１０１に入射させて情報を再生するにあたり、集積型光学ユニット１０１から対物レンズ２に入射する光ビームの径、すなわち対物レンズ２の開口数を、上述した参考例の場合と同様に、光記録媒体１０３の種類、すなわち記録密度に応じて、高密度記録された光記録媒体１０３の場合には大きく、低密度記録された光記録媒体１０３の場合には小さくなるように制御するようにしたものである。
【００５０】
集積型光学ユニット１０１には、パッケージ１０５内に収容して、半導体レーザ１０６、静電絞り１０７および半導体基板１０９を設ける。パッケージ１０５は、複数のリード端子１１１を設けたセラミック等よりなるステム１１２と、ホログラム素子１１３とをもって構成する。
【００５１】
半導体基板１０９は、ステム１１２に固定する。この半導体基板１０９には、異方性エッチングにより凹部１０９ａを形成し、この凹部１０９ａに半導体レーザ１０６をマウントして、該半導体レーザ１０６から出射される発散する光ビームを、異方性エッチングにより形成されたエッチングミラー７１で反射させて、静電絞り１０７を経てホログラム素子１１３から出射させるようにする。
【００５２】
また、半導体基板１０９には、光記録媒体１０３からの戻り光から情報信号およびフォーカスエラー信号を検出するための受光部１１６，１１７、および同じく戻り光からトラッキングエラー信号を検出するための受光領域１１８ａ，１１８ｂ；１１９ａ，１１９ｂを形成する。受光部１１６および１１７は、それぞれ光記録媒体１０３のトラックと平行な方向の分割線で３分割した受光領域１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ；１１７ａ，１１７ｂ，１１７ｃをもって構成する。この半導体基板１０９に形成した各受光領域のカソードは、半導体レーザ１０６のアノードとともに共通の所定のリード端子１１１に接続する。
【００５３】
静電絞り１０７は、上記の各受光領域とともに半導体基板１０９に形成し、半導体レーザ１０６から出射され、エッチングミラー７１で反射されてホログラム素子１１３に入射する発散する光ビームの径、すなわち対物レンズ２の開口数を、光記録媒体１０３の記録密度に応じて制御するよう構成する。この静電絞り１０７の構成およびその形成工程については、後述する。
【００５４】
また、ホログラム素子１１３は、ガラス基板の一方の表面に回折格子１１３ａを、他方の表面にわずかな曲率を有するホログラムパターン１１３ｂを形成して構成し、回折格子１１３ａがパッケージ１０５内に位置するように、ステム１１２に取り付ける。
【００５５】
この実施形態では、半導体レーザ１０６からの発散する光ビームを、エッチングミラー７１で反射させた後、静電絞り１０７により、そのビーム径を光記録媒体１０３の種類に応じて制御して回折格子１１３ａに入射させ、これにより０次光の再生用光ビームと、±１次回折光の２本のトラッキング用光ビームとを得る。これら、３本の光ビームは、ホログラムパターン１１３ｂに入射させ、その各々の０次光を対物レンズ２を経て光記録媒体１０３上に所定の位置関係でスポット状に照射する。
【００５６】
また、光記録媒体１０３で反射される各光ビームの戻り光は、対物レンズ２を経てホログラム素子１１３のホログラムパターン１１３ｂに入射させ、ここで互いに逆方向に像点移動した±１次回折光にそれぞれ分離する。このホログラムパターン１１３ｂで回折される再生用光ビームの戻り光の＋１次回折光は、例えば受光部１１６で受光し、−１次回折光は受光部１１７で受光する。また、一方のトラッキング用光ビームの戻り光の±１次回折光は、受光領域１１８ａおよび１１８ｂでそれぞれ受光し、他方のトラッキング用光ビームの戻り光の±１次回折光は、受光領域１１９ａおよび１１９ｂでそれぞれ受光する。
【００５７】
このようにして、受光部１１６の受光領域１１６ａ〜１１６ｃのそれぞれの出力をＩ116a〜Ｉ116c、受光部１１７の受光領域１１７ａ〜１１７ｃのそれぞれの出力をＩ117a〜Ｉ117cとするとき、再生信号ＲＦは、
ＲＦ＝（Ｉ116a＋Ｉ116b＋Ｉ116c）＋（Ｉ117a＋Ｉ117b＋Ｉ117c）
により得、フォーカスエラー信号ＦＥＳは、ビームサイズ法を用いて、
ＦＥＳ＝（Ｉ116a＋Ｉ117b＋Ｉ116c）−（Ｉ117a＋Ｉ116b＋Ｉ117c）
により得る。また、トラッキングエラー信号ＴＥＳは、受光領域１１８ａ，１１８ｂ；１１９ａ，１１９ｂのそれぞれの出力を、Ｉ118a，Ｉ118b；Ｉ119a，Ｉ119bとするとき、３ビーム法により、
ＴＥＳ＝（Ｉ118a＋Ｉ118b）−（Ｉ119a＋Ｉ119b）
により得る。
【００５８】
次に、図８および図９に示す静電絞り１０７の構成およびその形成工程について説明する。
図１０（ａ）および（ｂ）は、静電絞り１０７の一例の構成を示す平面図および断面図である。この静電絞り１０７は、シリコン基板１０９にエッチングミラー７１を形成する点以外は、図３で説明したものと基本的な構成は同じである。したがって、図３に示すものと同一作用をなすものには、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。以下、作成プロセスの要点を説明する。
【００５９】
先ず、シリコン単結晶基板を使用して、エッチングミラー７１を作成する。この際、ミラー７１は、基板表面に対して４５°の傾きを有する必要があるため、表面が通常の（１００）面でなく、＜１１０＞方向に９°オフした（１００）面を表面にもつシリコン基板１０９を使用して、異方性エッチングにより、エッチングミラー７１を形成する。
【００６０】
引き続いて、静電絞り構造体を形成する。この作成プロセスは、基本的には図４で説明したと同様であるが、ＬＰＣＶＤによる薄膜は表面形状をそのまま転写するため、４５°の傾きを有するエッチングミラー７１の上部に平坦な構造のロータ５１を形成することは困難である。そこで、この例では、基板表面の平坦部の上面に静電絞り構造を作成し、最後にロータ５１を回転して、開口５２または５３が所定の位置、すなわちエッチングミラー７１の真上に位置決めされるようにする。具体的には、図１０（ａ）に示す配置で静電絞り構造を作成する。この作成プロセスは、図４に示したものと同じであるので説明を省略する。
【００６１】
静電絞り構造の作成後は、プローバ等でロータ５１を約１８０度回転させて、図１１に示す状態とする。この状態で、ＧＮＤ電極６３とステータ電極５７との間に電圧を印加することにより、開口５３をエッチングミラー７１の直上に位置決めし、また、ＧＮＤ電極６３とステータ電極５８との間に電圧を印加することにより、開口５２をエッチングミラー７１の直上に位置決めするようにする。この静電絞り１０７においても、ロータ５１は、ステータ電極とロータ電極とが対向する位置に位置決めされ、これにより開口５２，５３がエッチングミラー７１の直上に選択的に位置決めされるので、特に位置決め用のセンサを使用する必要がない。
【００６２】
以上のように静電絞り１０７を集積型光学ユニット１０１内に実装すれば、光記録媒体１０３の種類、すなわち記録密度に応じて静電絞り１０７を駆動することにより、対応する開口５２または５３を、その中心が半導体レーザ１０６から出射される発散する光ビームの中心光線と一致する位置に位置決めでき、これにより対物レンズ２に入射する光ビームの外径、すなわち対物レンズ２の開口数を、高密度記録された光記録媒体に対しては大きく、低密度記録された光記録媒体に対しては小さくすることができる。
【００６３】
また、上記の静電絞り１０７は、集積型光学ユニット１０１の構成要素の一つであるシリコン基板１０９上に、バッチプロセスによってモノリシックに形成されるので、小型、低価格、高精度という特徴を有する。さらに、パッケージ１０５から取り出すリード端子１１１の本数についても、ＧＮＤ電極６３を、半導体レーザ１０６のアノードおよび各受光領域のカソードを接続したリード端子１１１に共通に接続することにより、最小限の２本に抑えることができるので、ユニットサイズや実装工程に与える影響も最小限に抑えることができる。
【００６４】
したがって、この実施形態においても、ユニット１０１を何ら大形にすることなく、しかも所望の光学特性に影響を与えることなく、該ユニット１０１から射出される光ビームの光束径を制御することができるので、かかる集積型光学ユニット１０１を用いることにより、記録密度の異なる複数種類の光記録媒体に対して情報を再生することができる小形で、光学特性に優れた光ピックアップ装置を実現することができる。
【００６５】
なお、図８および図９に示す静電絞り１０７は、図１０に示す構成のものに限らず、例えば、図１２（ａ），（ｂ）に平面図で示すように構成することもできる。この静電絞り１０７は、図１０に示したものと基本的には同様の構成であるが、ロータ電極およびステータ電極の配置が異なっている。すなわち、この例では、ロータ５１の円周上に、中心角２２．５°の等間隔で合計１１個のロータ電極５５を、そのうちの２個の電極が、ロータ５１の中心から見て開口５２，５３と同じ方向に位置するように設ける。また、ロータ５１の周面に対向するように、中心角３０°の等間隔で合計７個のステータ電極５７ａ〜５７ｇを設ける。このような構成の静電絞り１０７は、ロータ電極およびステータ電極が、それぞれ全周にあれば、ステータ１２極−ロータ１６極の静電モータとなるが、基板上に平坦でない部分があるために、図示するような構成となっている。以下、かかる静電絞り１０７の動作を説明する。
【００６６】
図１２（ａ）は、ステータ電極５７ｄがロータ電極と互いに完全に対向している状態を示し、この状態で、ステータ電極５７ｂおよび５７ｅにそれぞれＧＮＤ電極に対して、例えば１５〜９０Ｖの電圧を印加して、両電極に最も近いロータ電極をそれぞれ引き寄せて、ロータ５１を反時計方向に７．５°回転させる。さらに、ステータ電極５７ｃ，５７ｆに電圧を印加して、ロータ５１を反時計方向にさらに７．５°回転させる。この動作を（２１回）繰り返して、ロータ５１を、図１２（ａ）に示す状態から、反時計方向に１５７．５°回転させて、図１２（ｂ）に示す状態として、開口５３をエッチングミラー７１の直上に位置決めする。また、ステータ電極への電圧印加の順番を逆にして、ロータ５１を時計方向に所定角度回動させ、これにより開口５２をエッチングミラー７１の直上に位置決めする。
【００６７】
図１２に示した静電絞り１０７は、上述したように、ステータ電極を３ペアとして順次電圧を印加するいわゆる３相駆動方式をとる。したがって、最も簡単な構成では、図７（ａ）に示したと同様に、ＧＮＤ電極６３を接続したリード端子１１の他に、ペアのステータ電極をそれぞれ接続した３本のリード端子１１が必要となるが、ロータ５１を約１８０°回転する作業を、ロータ５１の電気的な駆動によって行うので、この作業を自動化することが可能となり、作業負荷を軽減することができる。
【００６８】
また、パッケージ内に、図７（ｂ）に示したと同様に、方向制御信号およびパルス入力から、制御パルスを生成する静電絞り駆動回路を設ければ、外部へのリード線を２本とすることも可能である。この静電絞り駆動回路は、静電絞り１０７がシリコン基板上に形成されるので、同一基板上に形成することが可能であり、その場合は、静電絞り構造体を作成する前に回路製作のプロセスを行うことになるが、それ以降のプロセスには影響がない。したがって、回路製作を含める場合も、バッチプロセスによる低コスト化とマイクロマシニングによる小型化のメリットは維持される。
【００６９】
図８および図９に示す静電絞り１０７は、図１０および図１２に示した構成以外にも、電極の数や配置、構成材料やプロセス等の点で、上記参考例で説明したと同様に、種々の変形が可能である。また、図１０および図１２では、基板表面の凹部１０９ａを避ける形で静電絞り１０７を形成したが、例えばスピンオングラスのような材料で基板表面を平坦化してから、上記参考例で説明したような構成の静電絞り構造体を作成し、最後に、犠牲層エッチングと同時に平坦化に使用した材料を除去して、静電絞り１０７を形成することも可能である。
【００７０】
本実施形態では、静電絞りを用いて、対物レンズに入射する光ビームの外径、すなわち対物レンズの開口数を、高密度記録された光記録媒体に対しては大きく、低密度記録された光記録媒体に対しては小さくするようにしたが、同様の作用は、静電絞りに代えて電磁絞りを用いて行うように構成することもできる。
【００７１】
以下、電磁絞りの構成およびその形成工程について説明する。
図１３は、電磁絞りの一例の構成を示す平面図である。この電磁絞り１３０は可変リアクタンス型のステッピングモータで、半導体基板１３１に形成した支持軸１３２に回動自在に軸支された、例えば、厚さ４０μｍ、外径２６０μｍのＮｉ−Ｆｅ製のロータ１３３を有する。ロータ１３３には、例えば半径１００μｍの円周上に、例えば中心角で２４°離間して、半導体レーザ（図示せず）からの光束径を制御するための、例えば直径４５μｍの円形の開口１３４と直径３０μｍの円形の開口１３５とを形成すると共に、これら開口を形成した側とほぼ反対側の周辺部に、中心角で３６°離間して６個の突起部１３３ａ〜１３３ｆを設ける。
【００７２】
また、半導体基板１３１には、ロータ１３３の外側に、３個のコの字状のヨークパターン１３６ａ〜１３６ｃと、各ヨークパターンを巻回するように形成したコイルパターン１３７ａ〜１３７ｃとを有するステータ１３８を形成する。各ヨークパターンは、磁極部分となるコの字状の両端部を、中心角で３６°離間させてロータ１３３に対向させると共に、隣接するヨークパターンの端部間を、中心角で２４°離間させて形成する。また、半導体基板１３１には、ロータ１３３の下側で、その回動中心から半径１００μｍ離れた位置に、開口１３４または１３５を透過した半導体レーザ（図示せず）からの光束を通過させるための、例えば正方形状の貫通穴１４１を、その開口面積がロータ１３３に向けて小さくなるように形成する。なお、この貫通穴１４１は、その中心が、図１３に示す状態、すなわち、ロータ１３３の突起部１３３ｃ，１３３ｄとヨークパターン１３６ｂの両端部とが対向する状態で、ロータ１３３に形成した開口１３４，１３５の中間、すなわちそれぞれの開口の中心から中心角で１２°離間した位置するように形成する。
【００７３】
図１３に示す状態は、コイルパターン１３７ｂに電流を流した状態を示し、この状態では、ヨークパターン１３６ｂの両端部に磁極が形成され、ロータ１３３の突起部１３３ｃ，１３３ｄが該両端部に磁気的に吸引されて対向して、ヨークパターン１３６ｂおよび突起部１３３ｃ，１３３ｄを通る閉磁路が形成される。この状態から、例えばロータ１３３の開口１３４を、貫通穴１４１が位置する光路中に位置決めする場合には、コイルパターンへの通電を、コイルパターン１３７ｂからコイルパターン１３７ａへと切り換える。このようにすると、ヨークパターン１３６ａの両端部に磁極が形成され、これにより該両端部からそれぞれ中心角で１２°離間していたロータ１３３の突起部１３３ａ，１３３ｂが、近接する磁極に磁気的に吸引される。その結果、ロータ１３３が右方向に１２°回動して、ヨークパターン１３６ａおよび突起部１３３ａ，１３３ｂを通る閉磁路が形成され、ロータ１３３の開口１３４が光路中に位置決めされる。
【００７４】
また、開口１３４を光路中に位置決めした状態から、開口１３５を光路中に位置決めする場合には、コイルパターンへの通電を、コイルパターン１３７ａからコイルパターン１３７ｂおよびコイルパターン１３７ｃへと順次切り換える。このようにすると、先ず、コイルパターン１３７ｂへの通電の切り換えにより、ロータ１３３が左方向に１２°回動し、その後、コイルパターン１３７ｃへの通電の切り換えにより、ロータ１３３が左方向に１２°回動して、合計で２４°左方向に回動し、最終的には、ヨークパターン１３６ｃの両端部の磁極とロータ１３３の突起部１３３ｅ，１３３ｆとが対向して閉磁路が形成され、ロータ１３３の開口１３５が光路中に位置決めされる。さらに、この状態から、コイルパターン１３７ｂに通電を切り換えれば、図１３に示す状態となる。なお、このような通電方法は、図７に示した構成と同様の構成で行うことができる。
【００７５】
次に、図１３に示す電磁絞り１３０の製造方法について、図１４および図１５を参照しながら説明する。
先ず、ステータ１３８を形成するための半導体基板（例えば、単結晶シリコン（１００）基板）１３１上に、絶縁層となる窒化シリコン膜１４５を、例えば、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）により０．６μｍ厚程度成長させる。この場合、基板の両側に膜が形成されるので、基板表面の膜は絶縁層として使用し、裏面の膜は基板に光路用の貫通穴１４１を形成するためのマスクとして使用する。すなわち、裏面側にフォトレジストをコーティングし、例えば、３〜５ｍｍ角程度の正方形の開口をパターニングして、これをマスクとして窒化シリコン膜１４５をエッチングする。この際、正方形の各辺がシリコンの（１１１）面の方向に一致するようにパターニングする。次に、この窒化シリコン膜１４５をマスクとして、水酸化カリウム等で基板を貫通エッチングする。このようにすれば、基板（１１１）面が露出するようにエッチングされ、表面側の窒化シリコン膜１４５の裏面が露出したところで、エッチングがストップする（図１４（ａ）参照）。
【００７６】
次に、基板表面側に、Ｃｒ（０．０５μｍ）／Ｃｕ（０．２μｍ）／Ｃｒ（０．０７μｍ）で構成される電解メッキのシード層１４６を、例えば蒸着等により形成する。その後、ポリイミド１４７を約４０μｍ厚コーティングする。このコーティング後に、貫通穴１４１の上部に残存している窒化シリコン膜１４５を裏面側からエッチングしておく（図１４（ｂ）参照）。
【００７７】
続いて、アルミニウムマスクを使用して、ドライエッチングによりポリイミド１４７をパターニングし、このパターニングにより除去された部分に、電解メッキによりＮｉ−Ｆｅなどの磁性材料１４８をメッキする。この磁性材料１４８は、ヨークパターンの下層部および支持軸１３２の最下層部となる（図１５（ａ）参照）。
【００７８】
次に、ヨークパターンとコイルパターンとの絶縁のためにポリイミド１４７をコーティングし、約３５０℃においてキュアする。コイルパターンの形成には、ヨークパターン等の形成時と同様に、先ず、メッキシード層を形成し、その上に約８μｍ厚のフォトレジストをパターニングしてメッキのモールドを作り、最後にＣｕを電解メッキする。最終段階で、金線をワイヤボンディングによりコイルに接続するため、コイル表面およびボンディングパッドには、約０．５μｍ厚の金メッキを施しておく。メッキ終了後に、フォトレジストをアセントで除去し、シード層をウェットエッチングにより除去して、コイルパターンを形成する（図１５（ｂ）参照）。
【００７９】
その後、再びコイルパターンを絶縁して表面を平坦化するために、約１０μｍ厚のポリイミドをコートし、高温でキュアする。次に、ヨークパターン上下層のスルーホールおよび支持軸の一部をドライエッチでパターニングして、ヨークパターンの下層部および支持軸１３２の最下層部の一部を露出させる。その際、露出表面が酸化するため、酸化膜をフッ酸等で除去した後、ヨークパターンをシード層としてＮｉ−Ｆｅを電解メッキする（図１５（ｃ）参照）。
【００８０】
次に、ニッケルのシード層をパターニングし、Ｃｒのダミーシード層を形成した後、ヨークパターンの上層部、その磁極部分、支持軸１３２を形成する（図１５（ｄ）参照）。なお、この工程での構造体の形成には、高アスペクト比が要求されるので、４０μｍ厚の感光性ポリイミドをパターニングしてメッキのモールドとし、Ｃｒのシード層を除去した後に電解メッキを行う。
【００８１】
最後に、モールドの感光性ポリイミドと残存するＣｒシード層とを除去し、さらに支持軸周囲の感光性ポリイミドあるいはフォトレジストを基板表面まで完全に除去してステータ１３８を得る。この時点で、あらかじめ基板に設けておいた貫通穴１４１が表面側に露出する。なお、ボンディングパッドは、スルーホール形成と同様のドライエッチでポリイミドを除去して作成する。
【００８２】
以上のステータ１３８の製造工程とは別に、４０μｍ厚のＮｉ−Ｆｅ製のロータ１３３を、上記のステータの製造方法と同様に、感光性ポリイミドをモールドとするプロセスにより形成し、これを支持軸１３２に組み付けて、可変リアクタンス型のステッピングモータを得る（図１５（ｅ）参照）。なお、図１５（ａ）〜（ｅ）においては、図１４（ａ）において半導体基板１３１の両面に最初に形成した窒化シリコン膜１４５の図示を省略してある。
【００８３】
上述した電磁絞り１３０の製造プロセスは、基本的には構造体の形状を持つモールドを樹脂（ポリイミドあるいはフォトレジスト）で作成し、これに電解メッキを施して金属の構造体を形成し、最後にモールドの不要部分を除去するものであるが、細部においては若干の変更が可能である。例えば、モールドのパターニング方法は、感光性ポリイミドあるいはフォトレジストをフォトリソグラフィでパターニングする方法や、ポリイミドをドライエッチでパターニングする方法等も、モールドの膜厚および最小パターニング寸法等の仕様によっては使用することができる。また、メッキに関しても、電解メッキのみでなく、無電解メッキによって構造物を作成することも可能である。この場合、メッキを施す表面の活性化処理が必要となるが、メッキ前にシード層を形成しなくて済む利点がある。
【００８４】
また、上述した電磁絞り１３０の製造プロセスでは、ロータ１３３を別に作成して最後に組み立てるようにしたが、最後のメッキプロセス（ヨークパターンの上層部、その磁極部分、ロータ支持軸の形成）を行う際に、ロータ１３３を同時に形成することも可能である。この場合、ロータ１３３とステータ１３８との間隔およびロータ１３３と支持軸１３２との間隔を小さくするためには、モールドのパターニング時に高アスペクト比の加工が必要となるが、最近では、例えば２３μｍ厚のフォトレジストを使用して、２μｍの最小線幅のパターニングも可能であるので、これを利用すればモノシリックなモータを製造することが可能となる。
【００８５】
なお、上記構成の電磁絞り１３０は、図１および図２に示す構成の集積型光学ユニット１においてその静電絞り７に代えて適用できることは勿論のこと、図８および図９に示す構成の集積型光学ユニット１０１においても、その静電絞り１０７に代えて適用することができる。例えば、図８および図９に示す構成の集積型光学ユニット１０１において、その静電絞り１０７を電磁絞り１３０で置換する場合、半導体レーザ１０６の出射光の波長が７８０μｍ、ホログラムパターン１１３ｂの格子ピッチが３μｍ、半導体基板１０９の上面からホログラムパターン１１３ｂまでの間の距離が４ｍｍとすると、受光部１１６および受光部１１７にそれぞれ入射する光記録媒体１０３からの戻り光のスポットは、半導体レーザ１０６の発光中心から約１ｍｍ離れることになる。ここで、電磁絞り１３０のロータ１３３は、外径が２６０μｍであるから、ロータ１３３が受光部１１６および受光部１１７にそれぞれ入射する戻り光を遮ることはない。したがって、図８および図９において、静電絞り１０７を何ら問題なく電磁絞り１３０に置換することができる。
【００８６】
図１６は、電磁絞りの他の例の構成を線図的に示す平面図である。この電磁絞り１５０は、半導体基板１５１に形成した、例えば直径２０μｍの支持軸１５２に回動自在に軸支された、例えば直径１９０μｍの円板の一部を突出させた形状のロータ１５３を有する。ロータ１５３には、その突出部において、例えば半径９０μｍの円周上に、例えば中心角で３２．５°離間して、半導体レーザ（図示せず）からの光束径を制御するための、例えば直径４５μｍの円形の開口１５４と、直径３０μｍの円形の開口１５５とを形成すると共に、これら開口を形成した側とほぼ反対側には、例えばそれぞれ中心角で１６°の扇形領域（斜線を施した領域）に厚さ方向に磁化した磁石１５６ａ，１５６ｂを、ほぼ軸対称に形成する。なお、磁石１５６ａ，１５６ｂは、図１６において紙面垂直方向に、例えば紙面垂直方向手前側がＮ極、反対側（ロータ１５３と接触する側）がＳ極となるように磁化されている。
【００８７】
また、半導体基板１５１には、ロータ１５３の回動中心から半径９０μｍ離れた位置に、図１３に示した電磁絞りの場合と同様に、開口１５４または１５５を透過した半導体レーザ（図示せず）からの光束を通過させるための、例えば正方形状の貫通穴１６１を、その開口面積がロータ１５３に向けて小さくなるように形成する。なお、この貫通穴１６１は、その中心が、図１６に示す状態で、ロータ１５３に形成した開口１５４の中心から２２．５°、開口１５５の中心から１０°離間して位置するように形成する。
【００８８】
さらに、半導体基板１５１には、ロータ１５３の下側に、磁石１５６ａ，１５６ｂとそれぞれ対向するように、ほぼ軸対称に形成した２個のコイルパターン１５７ａ，１５７ｂを有するステータ１５８を形成する。各コイルパターンは、中心角でほぼ３０°の領域では同一方向に電流が流れるように、中心角で９０°の領域内に扇形状に形成する。なお、ロータ１５３の磁石１５６ａ，１５６ｂと、それらと対応するステータ１５８のコイルパターン１５７ａ，１５７ｂとは、図１６に示す状態で、磁石１５６ａとコイルパターン１５７ａとが、それらの一方のエッジがほぼ一致して完全に対向し、同様に、磁石１５６ｂとコイルパターン１５７ｂとが、それらの一方のエッジがほぼ一致して完全に対向する位置関係となるように形成する。
【００８９】
また、貫通穴１６１の中心に、開口１５４，１５５のそれぞれの中心を選択的に位置決めするために、図１７に部分平面図を示すように、ロータ１５３の最内周付近で、例えば半径１５μｍの円周上に、１８０°離間してそれぞれ直径が例えば８μｍの円柱状の２個のストッパ１５８ａ，１５８ｂを設けると共に、支持軸１５２には、ロータ１５３の抜け止め用として、例えば直径４０μｍのフランジ１５９を設け、このフランジ１５９にストッパ１５８ａ，１５８ｂとそれぞれ係合する切り欠き１６０ａ，１６０ｂを形成する。なお、切り欠き１６０ａ，１６０ｂは、それぞれ中心角で６０°で、軸対称に形成すると共に、ロータ１５３が図１６に示す状態にあるとき、ストッパ１５８ａ，１５８ｂと切り欠き１６０ａ，１６０ｂとが図１７に示す位置関係にあるようにする。
【００９０】
このようにして、図１６および図１７に示す状態から、ロータ１５３が右方向に２２．５°回動したとき、ストッパ１５８ａ，１５８ｂが対応する切り欠き１６０ａ，１６０ｂの一方のエッジに当接して、開口１５４の中心が貫通穴１６１の中心に一致し、また、図１７に示す状態から、ロータ１５３が左方向に１０°回動したとき、ストッパ１５８ａ，１５８ｂが対応する切り欠き１６０ａ，１６０ｂの他方のエッジに当接して、開口１５５の中心が貫通穴１６１の中心に一致するようにする。
【００９１】
この電磁絞り１５０においては、図１６に示す状態から、コイルパターン１５７ａ，１５７ｂに、例えば矢印で示すように通電すると、磁石１５６ａ，１５６ｂとの電磁作用により、ロータ１５３が例えば左に１０°回動して、開口１５５の中心が貫通穴１６１の中心に位置決めされる。また、この状態から、コイルパターン１５７ａ，１５７ｂへの通電方向を逆方向に切り替えると、ロータ１５３は右方向に３２．５°回動して、開口１５４の中心が貫通穴１６１の中心に位置決めされる。
【００９２】
次に、図１６に示す静電絞り１５０の製造方法について、図１８を参照しながら説明する。
先ず、半導体基板（例えば、単結晶シリコン（１００）基板）１５１上に、絶縁層となる窒化シリコン膜１６５を、例えば、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)により０．６μｍ厚程度成長させる。この場合、基板の両側に膜が形成されるので、基板表面の膜は絶縁層として使用し、裏面の膜は基板に光路用の貫通穴１６１を形成するためのマスクとして使用する。すなわち、裏面側にフォトレジストをコーティングし、例えば３〜５ｍｍ角程度の正方形の開口をパターニングして、これをマスクとして窒化シリコン膜１６５をエッチングする。この際、正方形の各辺がシリコンの（１１１）面の方向に一致するようにパターニングする。次に、この窒化シリコン膜１６５をマスクとして、水酸化カリウム等で基板を貫通エッチングする。このようにすれば、基板（１１１）面が露出するようにエッチングされ、表面側の窒化シリコン膜１６５の裏面が露出したところで、エッチングがストップする（図１８（ａ）参照）。
【００９３】
次に、基板表面に、Ｃｒ（０．０５μｍ）／Ｃｕ（０．２μｍ）／Ｃｒ（０．０７μｍ）で構成される電解メッキのシード層１６６を、例えば蒸着等により形成する。その後、ポリイミド１６７を約４０μｍ厚コーティングする。このコーティング後に、貫通穴１６１の上部に残存している窒化シリコン膜１６５を裏面側からエッチングしておく（図１８（ｂ）参照）。続いて、アルミニウムマスクを使用して、ドライエッチングによりポリイミド１６７をパターニングし、このパターニングにより除去された部分に、ロータ１５３の下部に位置するコイルパターンおよび支持軸１５２の最下層部となるＣｕ１６８を、電気メッキによりほぼポリイミドと同じ厚さ（約４０μｍ）だけ形成する（図１８（ｃ）参照）。
【００９４】
次に、表面の平坦化と、ロータ１５３とコイルパターンとの間のスペースを確保するために、フォトレジスト１６９を５μｍ〜１０μｍ厚程度コーティングし、支持軸１５２の部分のみパターニングして、既に形成されたＣｕ１６８の支持軸をシード層として電解メッキでＮｉの支持軸を形成し（図１８（ｄ）参照）、さらに犠牲層となるフォトレジスト１７０を５μｍ厚程度コートして、支持軸をパターニングし、続いてＮｉ電解メッキを行う。ここで、支持軸の径は、その下段の径よりも小さく製作しておき、後でロータ１５３を形成した際の上下方向の位置決めができるようにしておく（図１８（ｅ）参照）。
【００９５】
さらに、Ｃｒ（０．０５μｍ）／Ｃｕ（０．２μｍ）／Ｃｒ（０．０７μｍ）で構成される電解メッキのシード層１７１を、例えば蒸着等により形成した後、ロータ形成のためにフォトレジストを２３μｍ厚程度コーティングし、さらにロータ（開口１５４，１５５を含む）および支持軸をパターニングして、電解メッキによりロータ１５３および支持軸１５２を形成する（図１８（ｆ）参照）。
【００９６】
その後、ロータ１５３と支持軸１５２の上部に形成するロータのヌケ止めフランジ部との間隔を確保するために、１μｍ厚のフォトレジスト１７２をコーティングし、ロータ１５３上のストッパ形成部と支持軸１５２上のフランジ接続部をパターニングして電解Ｎｉメッキを行う（図１８（ｇ）参照）。さらに、Ｃｒ（０．０５μｍ）／Ｃｕ（０．２μｍ）／Ｃｒ（０．０７μｍ）で構成される電解メッキのシード層を、例えば蒸着等により形成した後、ストッパとフランジとを形成するために、フォトレジスト１７３を１０μｍ〜１５μｍ厚コーティングしてパターニングし、その後、電解Ｎｉメッキを行ってストッパ１５８ａ，１５８ｂとフランジ１５９とを形成する（図１８（ｈ）参照）。ここで注意すべきことは、最終ステップで、犠牲層となるフォトレジスト１７０を除去する際に、ロータ１５３の高さ方向の位置が犠牲層の厚み（５μｍ）分だけ下がり、図１８（ｅ）において形成した支持軸１５３の段差の部分で位置決めされるため、最終状態でストッパ１５８ａ，１５８ｂとフランジ１５９とが確実に接触するように、この両者の厚みを犠牲層に対して十分厚く（１０μｍ〜１５μｍ程度）している。このプロセスで形成されたストッパ１５８ａ，１５８ｂおよびフランジ１５９の平面図は、図１７に示した通りである。
【００９７】
次に、ロータ１５３上に磁石領域をパターニングするために、マスクとなるアルミニウム薄膜を形成してパターニングした後、これをマスクとして、前二工程で形成したフォトレジスト１７２，１７３（合計厚さ１１μｍ〜１６μｍ）をドライエッチングでパターニングする。続いて、電解メッキによりＣｏＮｉＭｎＰで磁石領域を形成した後、磁化の工程を行って、例えば図１８（ｉ）に示すような磁石１５６ａ，１５６ｂを形成する。
【００９８】
最後に、フォトレジストあるいはポリイミドの除去と、シード層の除去とを行って、ロータ１５３を回動可能とし、電磁絞り１５０を完成させる（図１８（ｊ）参照）。
【００９９】
この電磁絞り１５０は、ロータ１５３とステータ１５８とを重ねた構造となっているので、より小型化できる利点がある。
【０１００】
なお、図１８に示した製造プロセスは、図１４および図１５に示したプロセスと同様に、基本的には構造体の形状を持つモールドを樹脂（ポリイミドあるいはフォトレジスト）で作成し、これに電解メッキを施して金属の構造体を形成し、最後にモールドの不要部分を除去するもので、細部においては、上述したと同様の変更が可能である。
【０１０１】
なお、この発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、集積型光学ユニットから射出される発散する光ビームを、対物レンズにより収束して光記録媒体に照射するようにしたが、集積型光学ユニットと対物レンズとの間に反射ミラーを設けて、光軸を９０°曲げるようにしてもよい。このようにすれば、光ピックアップ装置の薄型化が可能となる。また、集積型光学ユニットから射出される発散する光ビームを、コリメータレンズにより平行光束とした後、対物レンズに直接、あるいは反射ミラーにより光軸を９０°曲げて対物レンズに入射させるよう構成することもできる。
【０１０２】
特に、この発明に係る集積型光学ユニットを、例えば、特開昭６３−２２４０３７号公報に開示されているような固定部と可動部とを有する分離光学系において、その固定部に用いれば、可動部に絞りを設けて光ビームの径を制御する場合の種々の不具合を有効に解消できる。すなわち、可動部に絞りを設けて光ビームの径を制御する場合には、可動部の重量が増加して、トラッキング感度が低下したり、絞り駆動用のケーブルが必要となるために、それによってアクセススピードが低下したり、固定部と可動部の絞りとの位置ずれによって、記録媒体上で集光する光ビームの強度分布の変化や収差が発生したり、あるいは、可動部の絞りに入射する光ビームの拡がり角が大きくなって、可動部全体が大型化する等の不具合が発生するが、固定部にこの発明に係る集積型光学ユニットを設けて、該集積型光学ユニット内の絞りにより光ビームの径を制御するようにすれば、上記のような不具合が生じることはない。
【０１０３】
さらに、この発明は、カード状の光記録媒体に対して情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置にも有効に適用することができる。
【０１０４】
付記
１．請求項１記載の集積型光学ユニットにおいて、
前記半導体レーザ、光検出器および絞りの接地電極を、共通のリード端子に接続したことを特徴とする集積型光学ユニット。
【０１０５】
【発明の効果】
この発明によれば、エッチングにより形成された反射面および凹部を有する半導体基板の凹部に半導体レーザを配置して、半導体レーザからの発散する光ビームを反射面を経てホログラム素子に入射させるようにし、半導体基板の表面には、反射面の近傍に、反射面を経てホログラム素子に入射する光ビームの径を制御する静電的または電磁的に回動可能なロータを有する絞りを設けると共に、絞りから外れた位置に、ホログラム素子で分離される記録媒体からの戻り光を絞りを通過させることなく受光するように光検出器を設けたので、液晶フィルタを用いる場合の入射角依存性の問題や、機械的可変アパーチャ手段を用いる場合の大型化の問題を生じることがないと共に、半導体基板に光検出器とともに絞りを形成することで、小型、低価格、高精度にでき、所望の光学特性に影響を与えることなく、半導体レーザから出射された光ビームの径を制御できる集積型光学ユニットを得ることができる。
【０１０６】
また、参考例として、絞りをガラス基板上に設ける場合には、プリズム上にレジストを塗布したり、パターニングを施し、ガラス基板としてユニット内に実装される光学部材を利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明とともに開発した集積型光学ユニットの参考例を示す概略断面図である。
【図２】  同じく、概略部分斜視図である。
【図３】  図１に示す静電絞りの一例の構成を説明するための図である。
【図４】  図３に示す静電絞りの形成工程の一例を説明するための図である。
【図５】  同じく、静電絞りの動作を説明するための図である。
【図６】  図１に示す静電絞りの他の例の構成および動作を説明するための図である。
【図７】  図６に示す静電絞りの２つの駆動態様を説明するための図である。
【図８】  この発明の一実施形態を示す概略断面図である。
【図９】  同じく、概略部分斜視図である。
【図１０】  図８に示す静電絞りの一例の構成を説明するための図である。
【図１１】  同じく、静電絞りの動作を説明するための図である。
【図１２】  図８に示す静電絞りの他の例の構成および動作を説明するための図である。
【図１３】  この発明に係る集積型光学ユニット内に設ける絞りとしての電磁絞りの一例の構成を示す線図的平面図である。
【図１４】  図１３に示す電磁絞りの形成工程の一例を説明するための図である。
【図１５】  同じく、形成工程を説明するための図である。
【図１６】  この発明に係る集積型光学ユニット内に設ける絞りとしての電磁絞りの他の例の構成を示す線図的平面図である。
【図１７】  図１６に示す電磁絞りの部分平面図である。
【図１８】  同じく、図１６に示す電磁絞りの形成工程の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１  集積型光学ユニット
２  対物レンズ
３  光記録媒体
５  パッケージ
６  半導体レーザ
７  静電絞り
８  ビームスプリッタ
９  半導体基板
１１  リード端子
１２  ステム
１３  ホログラム素子
１３ａ  ホログラムパターン
１４  キャップ
１５，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ受光領域
１６，１７，１８  受光部
２１  ガラスプリズム
２２  一軸性複屈折結晶プリズム
２３  偏光膜
５１  ロータ
５２，５３  開口
５４  軸受
５５，５６  ロータ電極
５７，５８  ステータ電極
５９  シリコン基板
６０  貫通孔
６３  ＧＮＤ電極
１３０  電磁絞り
１３１  半導体基板
１３２  支持軸
１３３  ロータ
１３３ａ〜１３３ｆ  突起部
１３４，１３５  開口
１３６ａ〜１３６ｃ  ヨークパターン
１３７ａ〜１３７ｃ  コイルパターン
１３８  ステータ
１４１  貫通穴
１５０  電磁絞り
１５１  半導体基板
１５２  支持軸
１５３  ロータ
１５４，１５５  開口
１５６ａ，１５６ｂ  磁石
１５７ａ，１５７ｂ  コイルパターン
１５８  ステータ
１６１  貫通穴
１５８ａ，１５８ｂ  ストッパ
１５９  フランジ
１６０ａ，１６０ｂ  切り欠き
【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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