JP2012079393A - 半導体レーザ装置、光ピックアップ装置および半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２波長以上の波長の異なる光源の出射光の光軸、強度分布、光路長を一致させることができる半導体レーザ装置、光ピックアップ装置および半導体レーザ装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 回折領域で１次回折する光源２の回折光の回折角が、光源１の回折領域を透過する角度と同一となるように、点光源で、かつその光源位置が、光源１の透過光の発光点と一致するような回折素子の格子形状を構成し、光源２の光軸を傾けてその光強度分布中心が、回折素子を透過する光源１の光強度分布と一致するような配置とすることで、回折素子から出射される光源１と光源２の光出射角度、強度分布を一致させる。回折素子の位置は、反射された光源２の復路光が回折素子により回折されて、光源１に入射して発生する電流値に基づいて調整することにより、光源１と光源２の相対的な光軸、強度分布、合焦ずれ、収差を低減し、信号検出用受光素子の受光部を共用可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザ装置、光ピックアップ装置および半導体レーザ装置の製造方法に関する。

近年、半導体レーザ装置は、情報の記録および再生が行われる７８０ｎｍ近傍の赤外の波長域を使うＣＤ（Compact Disk）、６５０ｎｍ近傍の赤色域の波長域を使うＤＶＤ（
Digital Versatile Disk）、４０５ｎｍ近傍の青紫色の波長域を使ったＢＤ（Blu-ray
Disk）などの光記録媒体に対して記録、再生を行うための光ピックアップ装置に搭載されたものがある。

これらの複数種類の光記録媒体に対応する光ピックアップ装置には、単一波長の半導体レーザ装置が複数備えられたものがあるが、それに対応する光学系や光記録媒体からの反射信号を検出するための信号検出用受光素子の構成が複雑になるために、組立調整が多く、複雑で、さらに小型化できないといった課題がある。

そのため、近年、例えば、１つの筐体内にＤＶＤとＣＤに対応した２波長の光を発光できる半導体レーザ装置が開発され、光ピックアップ装置として、光学系や信号検出用受光素子の構成部品点数を少なくし、小型化、組立が可能な技術が提案されている。

まず第１の従来技術として、特許文献１に開示される光ピックアップ装置について説明する。

図１５は第１の従来技術における半導体レーザ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図であり、図１６は図１５に示す半導体レーザ装置を搭載した光ピックアップ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図である。まず、半導体レーザ装置について説明する。

半導体レーザ装置は、２種の波長を発光する半導体レーザ素子Ｘ１から成るＤＶＤ用の波長λ１の光を発する光源Ｘ１Ａ、およびＣＤ用の波長λ２の光を発する光源Ｘ１Ｂの２つの光源と、複屈折材料を備える２波長用偏向光学素子Ｘ２とによって構成されている。２波長用偏向光学素子Ｘ２に入射した波長λ１の光は、直線偏光が常光とし、波長λ２の光の直線偏光が異常光となるような所定角度に配置して、波長λ１の直線偏光は偏向光学素子Ｘ２をそのまま透過し、波長λ２の直線偏光は偏向することによって、それらの光軸を一致させている。この偏向角度は、光源Ｘ１Ａと光源Ｘ１Ｂとの発光点間隔と、複屈折材料の偏向光学素子Ｘ２の厚みに影響される。

次に、上記半導体レーザ装置を搭載した光ピックアップ装置について説明する。半導体レーザ装置の光源Ｘ１Ａから出射された波長λ１の光は、偏向光学素子Ｘ２を透過してコリメートレンズＸ３を通って平行光となり、対物レンズＸ４によって光記録媒体Ｘ５に集光される。光源Ｘ１Ｂから出射された波長λ２の光は、偏向光学素子Ｘ２によって偏向され、波長λ１の光軸と一致させることによって、コリメートレンズＸ３および対物レンズＸ４を通過して、光源Ｘ１Ａと同じ光路を通って光記録媒体Ｘ５に集光される。

次に、第２の従来技術として、特許文献２に開示される半導体レーザ装置について説明する。

図１７は第２の従来技術における半導体レーザ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図である。この従来技術の半導体レーザ装置は、それぞれ波長が異なる半導体レーザ素子が３つ、出射側から見て直線上に配置されている。波長をそれぞれλ１（光源Ｘ６Ａ）、λ２（光源Ｘ６Ｂ）、λ３（光源Ｘ６Ｃ）とし、λ１＜λ２＜λ３の関係にあるとしたとき、中央を波長λ１の光源Ｘ６Ａが配置され、その両端に波長λ２，λ３の光源Ｘ６Ｂ，Ｘ６Ｃが距離ｄ１，ｄ２をあけて配置され、さらに波長λ１の光軸方向に距離Ｌだけ離れた位置に、波長λ１の光軸に対して垂直に回折素子Ｘ７が配置されている。

光源Ｘ６Ａ〜Ｘ６Ｃの発光点間隔の距離ｄ１，ｄ２は、回折素子Ｘ７のピッチと、それぞれの半導体レーザ素子の発光点から回折素子Ｘ７までの距離Ｌが一定であることから、波長λ２と波長λ３に応じて決めている。それによって回折素子Ｘ７によって回折された１次回折光を、波長λ１の光の光軸と一致させることで、第１の従来技術と同様、図示しないコリメートレンズ、対物レンズと同じ光路を通ることができる。

次に、第３の従来技術として、特許文献３に開示される光ピックアップ装置について説明する。

図１８は第３の従来技術における光ピックアップ装置の概略的構成を簡略化した断面図である。この従来技術の光ピックアップ装置は、２つの異なる波長λ１と波長λ２の光を発光する半導体レーザ装置Ｘ８Ａ，Ｘ８Ｂと、波長λ１，λ２の波長の光を回折する回折素子Ｘ９と、回折素子Ｘ９によって回折された１次回折光を平行光とするためのコリメートレンズＸ１０と、コリメートレンズＸ１０によって平行光となった光を光記録媒体Ｘ１２に集光させるための対物レンズＸ１１と、光記録媒体Ｘ１２からの反射光を受光する信号検出用受光素子Ｘ１３とを備えている。

回折素子Ｘ９は、ガラス基板上に透過型ホログラムとなる回折格子パターンが形成され、それぞれの波長λ１，λ２の光の１次回折光を一致させて光記録媒体Ｘ１２に向けて導いている。さらに、ガラス基板上には、図示しない光学薄膜と波長板とが形成され、往路は透過するが、復路は光記録媒体Ｘ１２によって反射された復路光を信号検出用受光素子Ｘ１３に向けて反射するように構成されている。

特開２００１−２０９９６３号公報 特開２００５−２５９２６８号公報 特開２００５−３２７３３５号公報

しかしながら、第１の従来技術では、前述したように、偏向光学素子Ｘ２による偏向角度は、光源Ｘ１Ａと光源Ｘ１Ｂとの発光点間隔と、複屈折材料の偏向光学素子Ｘ２の厚みに影響され、その厚みばらつきがある場合、光源Ｘ１Ａと光源Ｘ１Ｂの光軸を一致させることができないといった課題がある。さらに、１つの半導体レーザ素子Ｘ１内で、光源を２つ備えるものであればその影響は低減できるが、２つの半導体レーザ素子であれば、発光点間隔や、それぞれの光軸の傾きの組立ばらつきが生じ、光軸を一致させることが困難となる。その結果、光記録媒体からの反射光を受光する図示しない信号検出用受光素子の受光面上の光スポットの位置や強度分布が変化し、光ピックアップ装置として、安定した動作を行うことができないといった課題がある。また、光源が３つ以上になった場合、１つの複屈折光学素子で光軸を１つにすることはできないという課題がある。さらに、光源Ｘ１ＡおよびＸ１Ｂから偏向光学素子Ｘ２の出射面までのそれぞれの光路長差が生じるため、光ピックアップ装置に備えられた光記録媒体Ｘ５からの反射光を受光する図示しない信号検出用受光素子の受光面上での焦点位置がずれるため、共通の受光領域にてサーボ信号および情報信号を受光する場合は、合焦ずれが発生し、光記録媒体の信号を安定して再生できないという課題がある。

さらに、第２の従来技術では、３つの光源Ｘ６Ａ〜Ｘ６Ｃの組立精度によって、発光点間隔の距離ｄ１，ｄ２だけでなく、それぞれの光源Ｘ６Ａ〜Ｘ６Ｃの光軸方向の位置ばらつき等によって、回折素子Ｘ７への波長λ２，λ３の光の入射角が変わり、回折素子Ｘ７により回折される３つの光軸を一致させることが困難であるという課題がある。また、半導体レーザ素子の光軸方向に位置ばらつきが生じると、光記録媒体からの反射光は、図示しない信号検出用受光素子に入射する光の焦点位置がばらつき、結果、合焦ずれが発生して、光記録媒体の信号を安定して再生することができない。さらに、第１の従来技術と同様に、波長λ２，λ３の回折素子Ｘ７までの光路差があるため、信号検出用受光素子上でのそれぞれの波長で焦点位置がずれ、共通の受光領域にてサーボ信号および情報信号を受光する場合は、合焦ずれが発生し、光記録媒体の信号を安定して再生できないという課題がある。

さらに、光源Ｘ６Ａに対して、光源Ｘ６ＢおよびＸ６Ｃのそれぞれが離れて配置されており、回折素子Ｘ７に対して、光源Ｘ６ＢおよびＸ６Ｃの光の出射方向が所定角度で傾いているため、光源Ｘ６Ａによる強度分布中心に対して、光源Ｘ６ＢおよびＸ６Ｃの強度分布中心がそれぞれ逆方向にずれることになり、図示しない信号検出用受光素子の受光領域上に落射する光の強度分布中心がそれぞれ異なる。そのため、プッシュプル法で検出するラジアルエラー信号には、特に光源Ｘ６ＢおよびＸ６Ｃによる波長λ２，λ３の光では、それぞれ異なる方向にオフセットが入るため、光記録媒体の信号を安定して再生できないといった課題もある。

さらに、光源Ｘ６Ａを挟んで、光源Ｘ６ＢおよびＸ６Ｃが配置されており、かつ回折素子Ｘ７の格子形状が一定周期の格子パターンで形成されているため、主光線と周辺光線の入射角の違いにより、入射角と波長に依存する回折角が、主光線と周辺光線では異なる。例えば、光源Ｘ６Ｂから出射された光線のうち、回折素子Ｘ７の中央の点Ｘ８に入射した光はＺ方向に回折されるが、点Ｘ８から光源Ｘ６Ｂ側に距離ｒ１だけずれた点Ｘ９に入射した光線の回折角φ２Ｃと、点Ｘ８から光源Ｘ６Ａ側に距離ｒ１だけずれた点Ｘ１０に入射した光線の回折角φ２Ｂとは、左右対称にならない。その結果、図示しない光ピックアップ装置の対物レンズから出射された光源Ｘ６ＢおよびＸ６Ｃの光記録媒体上で集光される光が、中央の光源Ｘ６Ａの集光スポットに対して、大きく収差が入り、安定してサーボ信号および光記録媒体上のピット等の情報信号を再生することができないという課題がある。

さらに、第３の従来技術では、１種の格子を形成する回折素子であって、それを波長の異なる２つの光源により照射する場合、前述の第２の従来技術と同様、主光線の回折角度は合致できたとしても、周辺光線の回折角は異なるため、光記録媒体上の集光スポットに、大きく収差が入り、安定してサーボ信号および光記録媒体上のピット等の情報信号を再生することができない。さらに主光線の回折角と周辺光線の回折角とが異なるために、信号検出用受光素子上で集光するスポットにも光軸方向に集光位置が異なるため、結果として異なる光源で合焦ずれが発生し、光記録媒体の信号を安定して再生できないという課題がある。

本発明の目的は、上記のような課題を鑑みてなされたものであり、２波長以上の波長の異なる光源の出射光の光軸およびその強度分布、さらに光路長を一致させることができる半導体レーザ装置、光ピックアップ装置および半導体レーザ装置の製造方法を提供することである。

本発明の半導体レーザ装置は、互いに異なる波長の光を出射する複数の光源と、前記複数の光源から出射された光のうち、少なくとも２つの出射光の光軸を一致させる回折素子を備えた半導体レーザ装置において、
前記回折素子は、回折される一方の波長の回折光を、点光源から出射される角度で回折し、かつその点光源の位置が、回折素子を透過する他方の波長の光源の位置と一致するように回折する回折領域を備えることを特徴とする半導体レーザ装置である。

さらに本発明は、１つの光源から出射される波長の光を１次回折し、異なる波長の光源から出射される波長の光を透過または０次回折する回折領域を備えることを特徴とする。

さらに本発明は、少なくとも２つ以上の光源から出射される複数の波長の光を１次回折して、それぞれの光軸を一致させ、さらに異なる波長の光源から出射される波長の光を透過または０次回折する回折領域を備えることを特徴とする。

さらに本発明は、回折される一方の波長の光源の出射角度が、回折素子を透過する他方の波長の光源の光軸と回折素子の回折領域との交点と、回折される一方の波長の光源とを結ぶ直線方向と一致する回折素子を備えることを特徴とする。

さらに本発明は、回折素子を透過する他方の波長の光軸方向に、前記回折素子を透過する他方の波長とは異なる波長を回折する回折領域を複数備え、その回折された異なる複数の波長の光軸と、回折素子を透過する他方の波長の光軸とが、一致することを特徴とする。

さらに本発明は、回折される一方の波長の光軸と、回折素子を透過する他方の複数の波長の光軸の中から一つの波長の光軸とが一致することを特徴とする。

さらに本発明は、回折領域が、波長選択性の回折素子であることを特徴とする。

さらに本発明は、回折領域が、偏光異方性の回折素子であることを特徴とする。

さらに本発明は、回折領域が、鋸歯形状またはそれを近似した凹凸形状となる回折領域を備えることを特徴とする。

本発明の光ピックアップ装置は、前記半導体レーザ装置と、半導体レーザ装置から出射された光を光記録媒体に照射するための光学系と、光記録媒体からの反射された光を受光してサーボ信号および情報信号を読み取るための信号検出用受光素子とを含むことを特徴とする光ピックアップ装置である。

さらに本発明は、複数の波長の光のうち、少なくとも２つ以上の波長の光を共通の受光部に受光することを特徴とする。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、前記半導体レーザ装置の製造方法であって、回折領域によって回折された他の異なる波長の光を受光して、光源に発生する電流を検出し、その電流値に基づき回折素子の位置を決めることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法である。

本発明によれば、互いに異なる波長の光を出射する複数の光源と、前記複数の光源から出射された光のうち、少なくとも２つの出射光の光軸を一致させる回折素子を備えた半導体レーザ装置において、回折される一方の波長の回折光が、点光源から出射される角度で回折する回折領域を備え、その点光源の位置が、回折素子を透過する他方の波長の光源の位置と一致するような回折素子を備えるので、２波長以上の波長の異なる光源の出射光および復路光の光軸および光路長を一致させることができる。

また本発明によれば、１つの光源から出射される波長の光を１次回折し、異なる波長の光源から出射される波長の光を透過または０次回折する回折領域を備えるので、透過または０次回折する異なる波長から出射される波長の光は、回折素子により、光軸とその強度分布、および光路長に影響されず、回折素子により１次回折効率に比べて、透過または０次回折する効率を高く設定しやすいため、光記録媒体の記録時に必要な高光出力を得ることができる。

さらに本発明によれば、少なくとも２つ以上の光源から出射される複数の波長の光を１次回折して、それぞれの光軸を一致させ、さらに異なる波長の光源から出射される波長の光を透過または０次回折する回折領域を備えるので、透過（０次回折）する異なる波長から出射される波長の光は、回折素子により、光軸とその強度分布、および光路長に影響されず、回折素子により１次回折効率に比べて、透過（０次回折）する効率を高く設定しやすいため、光記録媒体の記録時に必要な高光出力を得ることができる。さらに、２つ以上の波長光であっても、光軸を透過する異なる波長一つにできるため、光軸や強度分布を調整が容易となる。

さらに本発明によれば、回折される一方の波長の光源の出射角度が、回折素子を透過する他方の波長の光源の光軸と回折素子の回折領域との交点と、回折される一方の波長の光源とを結ぶ直線方向と一致する回折素子を備えるので、２波長以上の光の光軸だけでなく強度分布中心を合致させることができる。

さらに本発明によれば、回折素子を透過する他方の波長の光軸方向に、前記回折素子を透過する他方の波長とは異なる波長を回折する回折領域を複数備え、その回折された異なる複数の波長の光軸と、回折素子を透過する他方の波長の光軸とが、一致する回折素子を備えるので、回折する波長の光が複数あっても、透過する波長の光と光軸を合わせることができ、３波長以上の光の光軸を合わせることができる。

さらに本発明によれば、回折される一方の波長の光軸と、回折素子を透過する他方の複数の波長の光軸の中から一つの波長の光軸を一致する回折素子を備えるので、回折しない透過する波長の光が複数あっても、その中の一つの波長の光軸と、回折させる光の波長の光との光軸とを合わせることができる。

さらに本発明によれば、回折領域が、波長選択性の回折素子であるので、回折素子による波長の回折効率を上げることができ、往路光量を向上させることができる。

さらに本発明によれば、回折領域が、偏光異方性の回折素子であるので、光路中に波長板を備えた場合、回折素子を通った光の偏光角、偏光比のばらつきを低減することができる。

さらに本発明によれば、回折領域が鋸歯形状またはそれを近似した凹凸形状となる回折領域を備えるので、回折素子の１次回折光の回折効率を高くすることができ、往路光量を向上させることができる。

本発明の光ピックアップ装置によれば、前記半導体レーザ装置と、半導体レーザ装置から出射された光を光記録媒体に照射するための光学系と、光記録媒体からの反射された光を受光してサーボ信号および情報信号を読み取るための信号検出用受光素子とを含んで構成されるので、光ピックアップ装置を構成する部品数を減らせ、さらに小型化が可能となる。

さらに本発明によれば、複数の波長の光のうち、少なくとも２つ以上の波長の光を共通の受光部に受光するので、信号検出用受光素子の受光部の構成の簡略化が可能で、入射する光スポットを共通化することが可能となり、より安定したサーボ信号および情報信号を検出することができる。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、回折領域によって回折された他の異なる波長の光を受光して、光源に発生する電流を検出し、該電流値に基づき回折素子の位置を決めるので、他の波長の光軸、強度分布、光路長と、回折素子を透過する波長の光の、光軸、強度分布、光路長とを、高精度で一致させることができる。

本発明の第１の実施形態における半導体レーザ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図であり、図１（１）は半導体レーザ装置の往路の光路を示し、図１（２）は半導体レーザ装置の復路の光路を示す。 図１に示す半導体レーザ装置に搭載される回折素子３を図１の上方から見た平面図である。 図１の半導体レーザ装置を搭載した光ピックアップ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図であり、図３（１）は光源１の出射光の光路を示し、図３（２）は光源２の出射光の光路を示す。 光ピックアップ装置内に配置された信号検出用受光素子１１を受光面側から見た正面図であり、図４（１）は信号検出用受光素子１１の受光面上の第１の光源１の出射光の集光位置を示し、図４（２）は信号検出用受光素子１１の受光面上の第２の光源２の出射光の集光位置を示す。 図１に示す半導体レーザ装置の回折素子３の位置を調整する回折素子調整装置の概略的構成を示す簡略化した断面図である。 回折素子調整装置の電気的構成を示す図である。 図７（１）はミラー移動距離と波長λ１光の出力との関係を示すグラフであり、図７（２）は回折格子移動距離と光源１の起電流との関係を示すグラフであり、図７（３）はミラー移動距離と波長λ２光の出力との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態における半導体レーザ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図であり、図８（１）は半導体レーザ装置の往路の光路を示し、図８（２）は半導体レーザ装置の復路の光路を示す。 図８に示す半導体レーザ装置上に搭載された第１の回折素子２５の正面図である。 図８に示す半導体レーザ装置上に搭載された第２の回折素子２６の正面図である。 図８の半導体レーザ装置を搭載した光ピックアップ装置を示す図であり、図１１（１）は光ピックアップ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図であり、図１１（２）は光ピックアップ装置内に配置された信号検出用受光素子１１を上方から見た平面図である。 図１２は本発明の第３実施形態における半導体レーザ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図であり、図１２（１）は半導体レーザ装置の往路の光路を示し、図１２（２）は半導体レーザ装置の復路の光路を示す。 図１３（１）〜図１３（３）は第３の波長の光を発光したときの光路を示す図である。 図１４（１）〜図１４（３）は第３の波長の光が信号検出用受光素子２９に集光する復路の集光位置を示す図である。 第１の従来技術における半導体レーザ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図である。 図１５に示す半導体レーザ装置を搭載した光ピックアップ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図である。 第２の従来技術における半導体レーザ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図である。 第３の従来技術における光ピックアップ装置の概略的構成を簡略化した断面図である。

まず、本発明の第１の実施形態における光ピックアップ装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における半導体レーザ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図であり、図１（１）は半導体レーザ装置の往路の光路を示し、図１（２）は半導体レーザ装置の復路の光路を示す。図２は図１に示す半導体レーザ装置に搭載される回折素子３を図１の上方から見た平面図である。

まず、半導体レーザ装置の構造について説明する。
本実施形態の半導体レーザ装置は、第１の波長の光を発振する半導体レーザ素子から成る第１の光源１と、第２の波長の光を発振する半導体レーザ素子から成る第２の光源２と、各光源１，２からの出射光および光記録媒体によって反射された反射光を透過または回折する回折素子３とを含む。第１の光源１は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）用の波長λ１＝６５０ｎｍの光（赤色光）を発振する半導体レーザ素子によって実現される。また第２の光源２は、ＣＤ（Compact Disc）用の波長λ２＝７８０ｎｍの光（赤外光）を発振する半導体レーザ素子によって実現される。

回折素子３は、第１の光源１の発光点１Ａから距離Ｒ１だけ離れ、回折素子３の中心点Ｏ１を通る位置に、第１の光源１の光軸４に対して回折面が垂直になるように配置される。第２の光源２は、その光軸５が中心点Ｏ１を通り、回折素子３に対してＸ−Ｚ平面上で角度θ１を成して、中心点Ｏ１から光源２の発光点２Ａまでが、距離Ｒ２だけ離れた位置に配置される。距離Ｒ1，Ｒ２は、絶対距離ではなく、光学的な距離（光路長）とする。

ここで、図１および図２における直交する３軸Ｘ，Ｙ，Ｚについて説明する。Ｚ軸は、第１の光源１から出射される光の光軸４に一致する軸線と定義する。Ｘ軸は、Ｚ軸が直交する仮想一平面（Ｘ−Ｙ平面）上の座標を表す２軸のうちの１軸であって、かつ第１の光源１の光軸４と第２の光源２の光軸５とを共通に含む仮想一平面（Ｘ−Ｚ平面）上の座標を表す２軸のうちの１軸を成す軸線と定義する。Ｙ軸は、Ｚ軸が直交する仮想一平面（Ｘ−Ｚ平面）上の座標を表す２軸のうちの残りの１軸を成し、かつＸ軸に直交する軸線と定義する。

回折素子３は、１種類の回折領域３Ａが備えられている。この回折領域３Ａは、中心点Ｏ１から半径ＳＡの円内の領域である。回折領域３Ａは、第２の光源２から出射された第２の波長λ２の光を回折して、その１次回折光が、光軸４と一致し、かつ第２の光源２の発光点２Ａからの発光した第２の波長λ２の光が、回折領域３Ａの参照光として発光した際、その物体光が第１の光源１の発光点１Ａと同じ位置から発光するような回折格子パターンが形成されている。つまり、回折領域３Ａの回折格子により１次回折される、第２の光源２の第２の波長λ２の光は、光軸４上の点Ｏ1からＺ方向に距離Ｒ１だけ離れた第１の光源の発光点１Ａから発光されるような仮想光源を再現する回折格子が形成されている。

つまり、回折領域３Ａは、波長λ２の光源２の往路光を回折するための領域であり、波長λ１の光の発光点と、回折領域３による波長λ２の１次回折光の仮想光源の発光点とが、光源１の発光点１Ａで合致するような回折格子パターンが形成されている。

回折素子３には、石英ガラスや透明樹脂等の光学基板に凹凸形状や鋸歯形状が形成されたものや、さらに、特許第４４７４７０６号公報等に記載されるように、光学平面基板上に、高分子液晶なる複屈折性材料の回折格子を形成し、その上にアクリル系の等方性材料を充填した波長選択性と偏光特性を有した回折格子を用いることができる。

回折領域３Ａの回折格子パターンについて説明する。回折素子３には、図示しない凹凸形状の回折格子パターンが形成され、そのピッチは以下のようにして求められる。

Ｘ−Ｙ平面上において、回折領域３Ａの中心点Ｏ１から、＋Ｘ方向に半径ＳＡだけ離れた点をＯ２とし、光源１から発振された波長λ１の復路光の、回折領域３Ｂの点Ｏ２への入射角度をφ２、＋１次回折光の回折角度をθ２としたとき、点Ｏ１，Ｏ２における回折格子パターンピッチｐ１，ｐ２は、
ｐ１＝λ１／ｓｉｎθ１ …（１）
ｐ２＝λ１／（ｓｉｎθ２−ｓｉｎφ２） …（２）
を満たす回折格子パターンとなる。ただし、入射角度φ２、回折角度θ１，θ２は、次式となる。
φ２＝ａｔａｎ（ＳＡ／Ｒ１） …（３）
θ１＝ａｔａｎ（ＸＬ／Ｒ２） …（４）
θ２＝ａｔａｎ（（ＸＬ＋ＳＡ）／Ｒ２） …（５）

ここで、ＸＬは、第１の光源１の発光点１Ａと第２の光源２の発光点２Ａとの発光点間距離である。

同様に、−Ｘ方向に半径ＳＡだけ離れた点Ｏ３についても、光源１の発光点１Ａから波長λ１の光が反射した復路光が、光源２の発光点２Ａに集光するように入射角度φ３と回折角度θ３を決めてやれば、点Ｏ３での回折格子ピッチｐ３を求めることができ、さらに同様に、図示していない他の任意の点でも同様に回折格子ピッチを求めることができるため、ここでは詳細説明を割愛する。

以上によって、発光点２Ａから波長λ２の光が発光すると、発光点１ＡからＺ方向に距離Ｒ１（すなわち光路長）だけ離れた回折素子３に向けて波長λ２の光が発光するかのように、回折素子３から波長λ２の往路光を出射することができる。

逆に、波長λ２の光が、前記往路光と逆方向の波長λ２の復路光が、回折素子３に入射すると、回折領域３Ａにより透過する０次回折光は、光源１の発光点１Ａに向けて集光され、回折領域３Ａにより回折された１次回折光は、発光点１ＡからＸ方向に距離ＸＬだけ離れかつＺ方向に距離Ｒ２（すなわち光路長）の光源２の発光点２Ａに集光されることになる。

また、回折領域３Ａは、上述のように、凹凸形状からなる回折素子３から出射する波長λ２の光が、波長λ１の光源１の出射面に集光するような回折領域を設定したが、それに限定されることなく、回折素子３の偏光異方特性、波長選択性等を利用したり、凹凸形状から鋸歯形状に変えることで、回折素子３から出射される１次回折光の回折効率を上げることが可能である。

次に、上記半導体レーザ装置を備える光ピックアップ装置の構造および動作原理について説明する。

図３は図１の半導体レーザ装置を搭載した光ピックアップ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図であり、図３（１）は光源１の出射光の光路を示し、図３（２）は光源２の出射光の光路を示す。図４は光ピックアップ装置内に配置された信号検出用受光素子１１を受光面側から見た正面図であり、図４（１）は信号検出用受光素子１１の受光面上の第１の光源１の出射光の集光位置を示し、図４（２）は信号検出用受光素子１１の受光面上の第２の光源２の出射光の集光位置を示す。

光ピックアップ装置は、光源１、光源２および回折素子３を備える半導体レーザ装置と、偏光ビームスプリッタ６、波長板７、コリメートレンズ８、対物レンズ９、シリンドリカルレンズ１０および信号検出用受光素子１１を含んで構成されている。信号検出用受光素子１１上には、少なくとも４分割の受光部１１ａ〜１１ｄがある。

まず、光源１から波長λ１の光が発光した場合について説明する。
光源１から出射された波長λ１の光は、回折素子３の回折領域３Ａによって０次回折光が光軸４に沿って透過され、偏光ビームスプリッタ６に入射され、所定の方向の直線偏光のみ透過される。透過された直線偏光は、波長板７に入射され、偏光方向が変換される。波長板７が例えば１／４板であれば、円偏光となって出てくる。この波長板７によって変換された光は、コリメートレンズ８によって平行光にされ、さらに対物レンズ９によって光記録媒体１２ａに向けて集光される。光記録媒体１２ａによって反射された復路光は、再度対物レンズ９およびコリメートレンズ８を通り、波長板７によって往路と異なる偏光方向に変換され、偏光ビームスプリッタ６で反射される。そして、シリンドリカルレンズ１０を経由して信号検出用受光素子１１上に光を絞られ、その光スポット１３ａが受光部１１ａ〜１１ｄの中心になるように信号検出用受光素子１１が配置される。

受光部１１ａ〜１１ｄから検出される電気信号を、それぞれＡ〜Ｄとすると、図示しないアクチュエータで駆動される対物レンズ９によって光記録媒体１２ａ上に絞られた光が、光記録媒体１２上のトラックおよびピットを追従するためのサーボ信号であるフォーカスエラー信号ＦＥＳ、ラジアルエラー信号ＲＥＳは、
ＦＥＳ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ） …（６）
ＲＥＳ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ） …（７）
とし、フォーカスエラー信号には非点収差法を、ラジアルエラー信号はプッシュプル法を用いている。

そして、光記録媒体１２ａに集光される光が、最も合焦したとき、信号検出用受光素子１１上の光スポットが絞られ、かつ光スポット１３ａが、受光部１１ａ〜１１ｄの中心にくるように、信号検出用受光素子１１のＸＹＺ方向の配置をすることによって、波長λ１の光が発光したときのフォーカスエラー信号のラジアルエラー信号のバランスずれや、合焦ずれの少ない光ピックアップ装置となる。

続いて、光源２から波長λ２が発光した場合について説明する。
光源２から出射された波長λ２の光は、回折素子３の回折領域３Ａによって１次回折光が回折され、光軸５から光軸４へと光軸の角度が変わる。その後の光路は、上述と同じであるため、説明を省略する。ただし、信号検出用受光素子１１上の受光部は、上述の受光部１１ａ〜１１ｄと共通としている。

上述のように、光源２の発光点位置と、回折素子３の光軸４を通る中心点Ｏ１までの光学距離は、図１、２と同様、Ｘ方向に距離ＸＬ、Ｚ方向に距離Ｒ２だけ離れているが、回折素子３の回折領域３Ａによる波長λ２の仮想発光点は、回折領域３ＡからＺ方向に距離Ｒ１だけ離れた光源１の発光点であり、かつλ２の光軸５から発光された光の強度分布中心は、回折素子３の中心点Ｏ１に合致することから、信号検出用受光素子１１上で集光される波長λ２の復路光スポット１３ｂは、光記録媒体１２ｂに集光されているときに最も絞られ、かつその集光位置および強度分布中心位置も、波長λ１の集光スポット１３ａと同一とすることができ、受光部１１ａ〜１１ｄの中心位置に落射する。さらに、回折素子３により回折された光は、あたかも光源１から発光されたような光として出射されるため、光源１から発光された光と同様、光記録媒体１２ｂに集光される光スポットは収差の少ない光を得ることができる。その結果、波長λ２の光が発光したときも、サーボ信号のバランスずれや、合焦ずれが発生しにくい。

つまり、波長λ１とλ２の光の、往路側の光路長を同一とすることによって復路側の光路長も同一となり、信号検出用受光素子１１上の集光スポット位置が同一となり、さらに、波長λ１とλ２の光の、回折素子３の中心点Ｏ１上での光強度分布中心を同一とすることによって、信号検出用受光素子１１上の光スポット１３の強度分布中心位置も同一とすることができる。そのため、受光部を共通化することができ、かつ異なる２波長の光のサーボ信号のバランスずれや、合焦ずれが発生しにくくなり、さらに、光記録媒体に集光する波長λ２の光も、波長λ１の光と同様に、収差の少ない光を得ることができるため、安定して光記録媒体上の記録信号を検出することができる。

続いて、半導体レーザ装置上の回折素子３の位置調整を行う回折素子調整装置の構造および動作原理について説明する。

図５は図１に示す半導体レーザ装置の回折素子３の位置を調整する回折素子調整装置の概略的構成を示す簡略化した断面図であり、図６は回折素子調整装置の電気的構成を示す図である。図７（１）はミラー移動距離と波長λ１光の出力との関係を示すグラフであり、図７（２）は回折格子移動距離と光源１の起電流との関係を示すグラフであり、図７（３）はミラー移動距離と波長λ２光の出力との関係を示すグラフである。前記半導体レーザ装置には、回折素子調整装置が搭載される。この回折素子調整装置は、ハーフミラー１４および１６と、コリメートレンズ１５、対物レンズ１７、全反射ミラー１８、集光レンズ１９、光出力検出用受光素子２０、オートコリメータ２１、半導体レーザ駆動部２２および電流計２３ａ、切り替えスイッチ２３ｂを含む。コリメートレンズ１５および集光レンズは色収差の無い色消しレンズを使用する。

光源１となる半導体レーザ素子は、電気的に切り替えスイッチ２３ｂにより半導体レーザ駆動部２２ａと接続され、半導体レーザ駆動部２２ａによって定電流が印加されて波長λ１の光１Ｂを出射する。出射された波長λ１の光１Ｂは、回折素子３を通り、ハーフミラー１４に入射する。ハーフミラー１４は、光軸４に対して４５°傾けられており、一部反射した光は、光軸４が９０°曲げられ、集光レンズ１９を通り、光出力検出用受光素子２０に向けて集光され、往路光の光出力を測定することができる。また、ハーフミラー１４を透過した光は、コリメートレンズ１５を通って、平行光となり、ハーフミラー１６に入射される。ハーフミラー１６も光軸４に対して４５°傾けられているため、反射した一部の光は、光軸４が９０°曲げられ、オートコリメータ２１に向けて反射される。オートコリメータ２１は、波長λ１の光軸４を測定することができるが、さらに光強度分布を確認できる電荷結合素子（Charge Coupled Devices；略称ＣＣＤ）を搭載してもよい。

ハーフミラー１６を透過した残りの光は、対物レンズ１７によって全反射ミラー１８に向けて集光される。全反射ミラー１８にて反射された復路光は、対物レンズ１７、ハーフミラー１６、コリメートレンズ１５、ハーフミラー１４、回折素子３を通る。回折素子３の回折領域３Ａを通った波長λ１の復路光１Ｂのうち、回折領域３Ａにより回折された１次回折光は、波長λ１と波長λ２の大小関係が、λ１＞λ２の場合は、回折領域３Ａの中心点Ｏ１の位置で、角度θ１よりも大きな回折角度で、またλ１＜λ２の場合は、角度θ１よりも小さな回折角度で回折される。また、回折領域３Ａを通った復路光１Ｂの０次回折光は、光源１の発光点１Ａに向けて透過される。発光点１Ａに入射した波長λ１の復路光１Ｂは、光源１である半導体レーザ素子内に入射し、光源１の半導体レーザ素子内の図示しない出射面とその裏面の反射面とによって反射され、内部の光が増幅し、半導体レーザ素子１の電流が増加する。その電流は、光源１に入射する波長λ１の復路光１Ａの光量が多いほど増幅され、再び発光点１Ａから光が出射されるが、ＳＣＯＯＰ現象によって、その光出力は戻り光無しのときの光出力よりも増幅される。その光量は、発光点１Ａへの戻り光の光量に応じて増幅され、その光出力を光出力検出用受光素子２０で測定する。発光点１Ａに入射する光１Ｂが最も集光するときに、光出力検出用受光素子２０から検出される電気信号が最大となる。

また、同様に、光源２となる半導体レーザ素子は、半導体レーザ駆動部２２ｂによって定電流が印加されて波長λ２の光２Ｂを出射する。出射された波長λ２の光２Ｂは、回折素子３により光軸５から光軸４に向きを変えて回折され、ハーフミラー１４に入射する。ハーフミラー１４から全反射ミラー間の光路は上記と同一であるため、説明を省略する。光源１が発光したときと同様に、光源２が発光しても、光出力検出用受光素子２０にて波長λ２の光出力を確認することができ、さらにオートコリメータ２１にて、波長λ２の光の光軸を測定することができ、さらにＣＣＤで光強度分布も確認できる。さらに、そのとき、切り替えスイッチ２３ｂにて、半導体レーザ素子１と、電流計２３ａとを電気的に接続することで、光源２から出射された波長λ２の光２Ｂが、半導体レーザ素子１内に入射したとき、半導体レーザ素子１内で発生した起電流を測定することができる。このとき、半導体レーザ素子１の発光点１Ａに入射する波長λ２の光２Ｂの光量が多いほど、半導体レーザ素子１内で発生する起電流は増加するため、発光点１Ａに入射する光２Ｂが最も集光するときに、電流が最大となる。以上のような構成となる。

上記構成を利用して、回折素子３の位置調整の方法について詳細を説明する。
第１段階として、図５（１）に示すように、回折素子調整装置に搭載された半導体レーザ装置の光源１の発光点１Ａから出射された波長λ１の復路光１Ｂが、再び発光点１Ａに集光するように、全反射ミラー１８の光軸方向（Ｚ方向）に微調整する。

まず、切り替えスイッチ２３ｂを光源１となる半導体レーザ素子と半導体レーザ駆動部２２ａとを電気的に接続し、光源１となる半導体レーザ素子を半導体レーザ駆動部２２ａによって定電流で駆動させ、波長λ１の光を発光させる。その光１Ｂは、最適位置に無い回折素子３をそのまま透過し、ハーフミラー１４で一部反射し、光出力検出用受光素子２０に入射され、その光出力を測定する。ハーフミラー１４を透過した残りの光が、コリメートレンズ１５から対物レンズ１７を通り、全反射ミラー１８へ導かれる。全反射ミラー１８によって反射された戻り光は、対物レンズ１７による集光点と異なる位置にある場合、全反射ミラー１８から再び光源１の半導体レーザ素子の出射面上に戻ってくる戻り光が集光されないため、光源１の半導体レーザ素子内に入射する光量が少なく、半導体レーザ素子に発生するＳＣＯＯＰ現象としては小さく、光出力検出用受光素子２０から出力される電気信号は小さい。

そこで、全反射ミラー１８を光軸方向となるＺ方向に微調整すると、半導体レーザ素子の出射面へ導かれる復路光のスポット径が変動し、その出射面内に入射する光量が変動し、半導体レーザ素子に発生するＳＣＯＯＰ現象が変動し、光出力検出用受光素子２０から出力される電気信号が変動する。その変動する電気信号を測定しつつ、全反射ミラー１８を光軸方向の微調整を行い、電気信号が最大となるように調整する（位置ＺＭ１）。光出力検出用受光素子２０から出力される電気信号が最大となったとき、往路光の対物レンズ１７による集光点と、全反射ミラー１８のＺ方向の位置とが合致している状態で、かつ、発光点１Ａに復路光スポットが集光する状態となる。

第２段階として、図５（２）に示すように、半導体レーザ装置に搭載された回折素子３の位置の調整を行う。第１段階で調整した全反射ミラー１８の位置ＺＭ１を維持した状態で調整を行う。光源１の光を消灯させ、光源２となる半導体レーザ素子を半導体レーザ駆動部２２ｂによって定電流で駆動させ、波長λ２の光を発光させる。そのとき、切り替えスイッチ２３ｂにより、光源１となる半導体レーザ素子と電流計２３ａを電気的に接続させる。回折素子３の回折領域３Ａの位置を、光源１の真上にもってくると、波長λ２の１次回折光が回折され、光軸４に近い角度で回折される。そのとき、オートコリメータ２１で波長λ２の光の光軸位置が確認されれば良いが、確認できない場合、光出力検出用受光素子２０から検出される電気信号を測定しつつ、回折素子３の位置調整を行う。回折素子３の位置調整方向は、まずＸＹＺ方向に動かすことで、光軸の角度をＸＹ方向に大きく動かすことができる。これによりオートコリメータ２１にて光軸が確認でき、さらにＸＹ方向に微調整して、第１段階で確認した光源１の光軸位置とおおよそ合致させる。このとき、オートコリメータ２１上で見える光軸の点もやや大きい形状となっている場合、回折素子３から出射された光源１と光源２の光軸はおおよそ合致しているが、光源１の発光点に対して光源２の仮想発光点がＺ方向にずれている。その場合、電流計２３ａにて波長λ２の光が、光源１の半導体レーザ素子の出射面に入射して発生する電流値を測定し、回折素子３をＺ方向動かし、最大となる位置で止める。回折素子３をＺ方向に動かすと光軸がＸ方向にずれるため、続いて回折素子をＸ方向に微調整し、さらに電流計２３ａにより測定される電流値が最大となる位置で止める。この調整を繰返し数回行うことで、電流値が大きくなり、その最大値となるＺ、Ｘ、Ｙ方向の位置ＺＨ１、ＸＨ１、ＹＨ１で回折素子３の移動を止める。

また、オートコリメータ２１で測定される波長λ２の光の光軸位置を確認し、さらに内蔵されたＣＣＤカメラにて、波長λ２の光の強度分布中心位置を確認する。この状態で、回折素子３の位置の調整が完了した状態となる。こうして回折素子３の位置の調整が完了すると、回折素子３を接着固定し、回折素子３を保持していた図示しない保持治具から開放する。

第３段階として、図５（３）に示すように、接着固定後の回折素子３のから出射された波長λ２の光軸ずれ、強度分布ずれ、焦点位置ずれの確認を行う。

まず、オートコリメータ２１で、波長λ２の光の光軸位置と、平行度を確認する。光の平行度は、オートコリメータ２１上で測定できる波長λ２の光のスポット径でおおよそ判断できる。そのスポット径が小さく絞れていると、コリメートレンズ１５を通った波長λ２の光は平行光となり、その場合、光源２の半導体レーザ素子の回折素子３による仮想発光点が、光源１の発光点とほぼ合致する。つまり、光軸方向の距離（光路長）が、光源１の半導体レーザ素子の光軸方向の距離（すなわち光路長）と合致している。しかし、オートコリメータ２１上の波長λ２の光のスポット径が大きい場合、前記光路長がずれており、回折素子位置を調整できない。

最後に、全反射ミラー１８によって反射された波長λ２の光が、光源２の半導体レーザ素子の出射面に戻ってくるような回折素子３の構成である場合、第１段階と同様に、波長λ２の光によるＳＣＯＯＰ現象を利用して、全反射ミラー１８の光軸方向位置が、対物レンズ１７の集光位置と合致しているかを、光出力検出用受光素子２０から出力される電気信号を測定して、確認する。その電気信号が最大となる全反射ミラー１８の位置ＺＭ２と、第１段階で求めた波長λ１の光での電気信号が最大となる全反射ミラー１８の位置ＺＭ１との差ΔＺＭが所定範囲になることを確認し、終了する。

全反射ミラー１８の位置差ΔＺＭが所定範囲に無い場合、光源１に対する光源２のＺ方向の位置が大きくずれていることが挙げられる。さらに位置差ΔＺＭが所定範囲にあっても、オートコリメータ２１にて確認される光源１と光源２の光軸位置差が所定範囲から大きい場合は、光源１に対する光源２のＸＹ方向の位置が大きくずれていることが上げられる。さらに、光源１と光源２の強度分布ずれが大きく異なる場合は、どちらか一方のもしくは双方が、ＸＺ平面内で大きく回転しているためである。これらを踏まえ、光源１および光源２を、ＸＹＺ方向およびＸＺ平面内での回転方向を所定精度の位置で固定する必要がある。

以上のように、２つの異なる波長の光源を備える半導体レーザ装置で、上記のような回折素子を備えることで、往復路の光路で、異なる２つの波長光の光軸、光強度分布および光路長を精度よく一致させることができ、かつ回折させた光も収差を抑えられ、さらに復路側の信号検出用受光素子の受光部を共通化することができる。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態における半導体レーザ装置について説明する。

図８は本発明の第２の実施形態における半導体レーザ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図であり、図８（１）は半導体レーザ装置の往路の光路を示し、図８（２）は半導体レーザ装置の復路の光路を示す。図９は図８に示す半導体レーザ装置上に搭載された第１の回折素子２５の正面図であり、図１０は図８に示す半導体レーザ装置上に搭載された第２の回折素子２６の正面図である。図１１は図８の半導体レーザ装置を搭載した光ピックアップ装置を示す図であり、図１１（１）は光ピックアップ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図であり、図１１（２）は光ピックアップ装置内に配置された信号検出用受光素子１１を上方から見た平面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明は省略する。

本発明の第２の実施形態における半導体レーザ装置は、第１の実施形態における半導体レーザ装置を構造に対して、第２の波長λ２を発光する半導体レーザ素子から成る光源２が、第２および第３の波長を発光する半導体レーザ素子から成る光源２４に代わり、回折素子３に対して、第１の回折素子２５と第２の回折素子２６に代わって配置される。第１の回折素子２５は、第１の実施形態の回折素子３と同一配置であり、光源１の発光点１Ａから距離Ｒ１だけ離れ、第１の回折素子２５の中心点Ｏ１Ａが光源１の光軸４を通る位置に、光軸４に対して垂直になるように配置される。

第２の回折素子２６は、第１の回折素子２５からＺ方向に距離ｔＨだけ離れ、第２の回折素子２６の中心点Ｏ１Ｂを通る位置に、光源１の光軸４に対して垂直になるように配置される。光源２４は、第２の波長λ２の発光点２００Ａと、第３の波長λ３の発光点２０１Ａを備えており、フォトリソグラフィ法によって１つの素子内に、２つの光源を作成できるモノリシック構造であり、それぞれの波長の発光点から出射される光は、互いに平行方向であり、また、それぞれの発光点は、距離Ｗだけ離れ、そのＸ方向の位置は、波長λ２の発光点２００Ａが、第１の波長λ１の発光点１Ａから距離ＸＬ１の位置に、さらに、第３の波長λ３の発光点２０１Ａが、第１の波長λ１の発光点１Ａから、第２の波長λ２との距離ＸＬ１よりも遠い距離ＸＬ２の位置に配置される。

また、第２の波長λ２の発光点２００Ａからの光軸５０が、第１の回折素子２５の中心点Ｏ１Ａを通り、第１の回折素子２５に対して角度θ1となす角度で、中心点Ｏ１Ａから発光点２００Ａまでが、Ｚ方向に距離Ｒ２だけ離れた位置に配置される。第３の波長λ３の発光点２０１Ａからの光軸５１が、第２の回折素子２６の中心点Ｏ１Ｂを通り、第２の回折素子２６に対して角度θ1となす角度で、中心点Ｏ１Ｂから発光点２００Ｂまでが、Ｚ方向に距離Ｒ３だけ離れた位置に配置される。距離Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、絶対距離ではなく、光学的な距離（すなわち光路長）とする。

第１の回折素子２５は、前述の実施形態の回折素子３と同様な構造とされ、中心点Ｏ１Ａから半径ＳＡの円内の回折領域３Ａが備えられている。回折領域３Ａは、光源２から発光された第２の波長λ２の光のみを回折して、その１次回折光が、光軸４と一致し、光軸４上の点Ｏ１Ａから距離Ｒ１だけ離れた第１の光源１の発光点１Ａから発光されるような仮想光源を再現するような回折格子パターンが形成されている。この回折領域３Ａは、波長λ３の光を透過する波長選択性を備えている。つまり、回折領域３Ａは、波長λ３の光を透過し、波長λ２の光源２の往路光を回折するための領域であり、回折領域の任意の点で、往路光と同一角度で入射してきた復路光は、回折領域３Ａで透過する０次回折光の集光点は、第１の光源１の発光点１Ａで合致するような回折格子パターンが形成されている。

続いて、第２の回折素子２６の構造について説明する。第２の回折素子２６は、回折領域２６Ｂが備えられている。中心点Ｏ１Ｂから半径ＳＢの円内の領域である。回折領域２６Ｂは、光源２４の発光点２０１Ａから発光された第３の波長λ３の光のみを回折して、その１次回折光が、光軸４と一致し、光軸４上の点Ｏ１Ａから距離Ｒ１＋ｔＨだけ離れた第１の光源の発光点１Ａから発光されるような仮想光源を再現するような回折格子パターンが形成されている。この回折領域２６Ｂは、波長λ１および波長λ２の光を透過する波長選択性を備えている。

各回折素子２５，２６の各回折領域には、特許第４４７４７０６号公報等による光学平面基板上に、高分子液晶なる複屈折性材料の回折格子を形成し、その上にアクリル系の等方性材料を充填した波長選択性と偏光特性を有した回折格子を用いている。

また、回折領域２５Ａの回折格子パターンを構成する格子ピッチについては、本発明の第１実施形態と同様であるため、詳細説明を割愛する。まず、回折領域２６Ｂの回折格子パターンについて説明する。回折素子２６も同様に、図示しない凹凸形状の回折格子パターンが形成され、そのピッチは以下のようにして求められる。

Ｘ−Ｙ平面上において、回折領域２６Ｂの中心点Ｏ１Ｂから、＋Ｘ方向に半径ＳＢだけ離れた点をＯ２Ｂとし、光源２４の発光点２０１Ａから発光された第３の波長λ３の往路光の、回折領域２６Ｂの点Ｏ２Ｂへの入射角度をθ２Ｂ、＋１次回折光の回折角度をφ２Ｂとしたとき、点Ｏ２Ｂにおける回折格子パターンピッチｐ２Ｂは、
ｐ２Ｂ＝λ３／（ｓｉｎθ２Ｂ−ｓｉｎφ２Ｂ） …（８）
を満たす回折格子パターンとなる。ただし、入射角度θ２Ｂ、回折角度φ２Ｂは、次式となる。
φ２Ｂ＝ａｔａｎ（ＳＢ／Ｒ１） …（９）
θ２Ｂ＝ａｔａｎ（（ＸＬ２＋ＳＢ）／Ｒ３） …（10）

ここで、ＸＬ２は、第１の光源１の発光点１Ａと光源２４の第３の光源の発光点２０１Ａとの発光点間距離であり、
ＸＬ２＝ＸＬ１＋ｗ・ｃｏｓθ１ …（11）
を満たす。さらに光源２４の第３の光源の発光点２０１Ａから第２の回折素子２６のＺ方向の距離Ｒ３は、
Ｒ３＝ｔＨ＋Ｒ２−ｗ・ｓｉｎθ１ …（12）
を満たすものである。

同様に、第２の回折素子２６上の回折領域２６Ｃおよび他の図示しない位置での点についても、光源２４の発光点２０１Ａから波長λ３の光の往路光による仮想光源の位置が、光源１の発光点１Ａと一致するように入射角度θと回折角度φを決めてやれば、それぞれの位置での回折格子ピッチを求めることができるため、ここでは詳細説明を割愛する。

さらに、回折素子の形状を、凹凸形状から鋸歯形状に変えることで、回折素子２５，２６から出射される１次回折光の回折効率を上げることが可能である。

また、回折素子２５と、回折素子２６とは、独立した光学平面基板上に形成すれば、それぞれの位置を独立に調整でき、それぞれの波長でより最適な位置に調整できる。さらに、回折素子２５と回折素子２６とを一体化し、調整工程を減らすことができる。

次に、上記半導体レーザ装置を備える光ピックアップ装置の構造および動作原理について説明する。半導体レーザ装置を除く構成部品は、前述の実施形態と同一であるため、対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明は省略する。また、光源１から発光した波長λ１および、光源２４の発光点２００Ａから発光した波長λ２については、第１の実施形態と同様であるため、その動作説明を省略する。

光源２４の発光点２０１Ａから波長λ３が発光した場合について説明する。光源２４の発光点２０１Ａから出射された波長λ３の光は、回折素子２５を透過し、回折素子２６の回折領域２６Ｃの１次回折光が回折され、光軸５１から光軸４へと光軸の角度が変わる。上述のように、光源２４の発光点２０１Ａの位置と、回折素子２６の光軸５１と光軸４の交点となる中心点Ｏ１Ｂまでの光学距離は、Ｒ３のとき、その回折素子２６により回折される＋１次回折光の仮想発光点が、光源１の発光点１Ａと合致し、かつλ３の光軸５１から発光された光の強度分布中心は、回折素子２６の中心点Ｏ１Ｂに合致することから、信号検出用受光素子１１上で集光される波長λ３の復路光スポット１３ｃは、光記録媒体１２ｃに集光されているときに最も絞られ、かつその集光位置および強度分布中心位置も、波長λ１の集光スポット１３ａと波長λ２の集光スポット１３ｂと同一とすることができ、受光部１１ａ〜１１ｄの中心位置に落射する。その結果、波長λ３の光が発振されたときであっても、サーボ信号のバランスずれや、合焦ずれが発生しにくい。

つまり、波長λ１、λ２およびλ３の光の、往路側の光路長を同一とすることによって復路側の光路長も同一となり、信号検出用受光素子１１上の集光スポット位置が同一となり、さらに、波長λ１、λ２およびλ３の光の、回折素子２５の中心点Ｏ１Ａおよび回折素子２６の中心点Ｏ１Ｂ上での光強度分布中心を同一とすることによって、信号検出用受光素子１１上の光スポット１３の強度分布中心位置も同一とすることができ、さらに回折された波長λ２及びλ３の光の収差を低減できる。そのため、受光部を共通化することができ、かつ異なる３波長の光のサーボ信号のバランスずれや、合焦ずれが発生しにくくなり、さらに安定して光記録媒体上の記録信号を検出することができる。

半導体レーザ装置上の回折素子２５および２６の位置調整を行う回折素子調整装置は、本発明の第１の実施形態に対して、装置構成、調整方法はほぼ同じで、１波長分の部品が増えただけで、その調整部および調整工程を増やすことで同様に対応できるため、説明は省略する。

（第３の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態における半導体レーザ装置について説明する。なお、第１および第２の実施形態における半導体レーザ装置と対応する部分には、同一の参照符を付し、重複する説明は省略する。

図１２は本発明の第３の実施形態における半導体レーザ装置の概略的構成を示す簡略化した断面図であり、図１２（１）は半導体レーザ装置の往路の光路を示し、図１２（２）は半導体レーザ装置の復路の光路を示す。図１３（１）〜図１３（３）は第３の波長λ３の光を発振したときの光路を示す図であり、図１４（１）〜図１４（３）は第３の波長λ３の光が信号検出用受光素子２９に集光する復路の集光位置を示す図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には同一の参照符を付す。

本実施形態の半導体レーザ装置は、第２の実施形態における半導体レーザ装置の構造に対して、第１の波長λ１を発光する半導体レーザ素子から成る光源１と、第２および第３の光源２，３となる半導体レーザ素子の位置が入れ替わり、また、回折素子２５および２６が回折素子２８に代わって配置される。回折素子２８は、第１実施形態の回折素子３と同一配置であり、第２の波長λ２の光源２７の発光点３００Ａから距離Ｒ１だけ離れ、回折素子２８の中心点Ｏ１が発光点３００Ａからの光軸４０を通る位置に、光軸４０に対して垂直になるように配置される。

光源２７は、第２の波長λ２の発光点３００Ａと、第３の波長λ３の発光点３０１Ａとを備えており、フォトリソグラフィ法によって１つの素子内に、２つの光源を作成できるモノリシック構造である。それぞれの波長の発光点３００Ａ，３０１Ａから出射される光は、互いに平行方向であり、また、それぞれの発光点３００Ａ，３０１Ａは、距離Ｗだけ離れている。

さらに、光源２は、第１の波長λ１の発光点２Ａであり、第１の実施形態の発光点２Ａと同様に、第２の波長λ２の発光点３００Ａから、Ｘ方向に距離ＸＬの位置に配置される。また、第１の波長λ１の発光点２Ａからの光軸５が、回折素子２８の中心点Ｏ１を通り、回折素子２８に対して角度θ1を成す角度で、中心点Ｏ１から発光点２Ａまでが、Ｚ方向に距離Ｒ２だけ離れた位置に配置される。距離Ｒ１およびＲ２は、絶対距離ではなく、光学的な距離（すなわち光路長）とする。

回折素子２８は、第１の実施形態の回折素子３と同じ回折領域が備えられており、形状は同一で、中心点Ｏ１から半径ＳＡの円内の領域３Ａである。回折領域３Ａは、光源２から発光された第１の波長λ１の光を回折して、その１次回折光が、第２の波長λ２の光軸４０と一致し、光軸４０上の点Ｏ１から距離Ｒ１だけ離れた第１の光源の発光点３００Ａから発光されるような仮想光源を再現するような回折格子パターンが形成されている。この回折領域３Ａは、光源２７の発光点３００Ａおよび３０１Ａから発光された第２および第３の波長λ２，λ３の光を透過する波長選択性を備えている。

つまり、回折領域３Ａは、光源２の第１の波長λ１の往路光を回折するための領域、回折領域３Ａから回折される光源２の波長λ１の１次回折光の仮想発光点と、光源２７の発光点３００Ａとが合致するような回折格子パターンが形成されている。

また、回折領域３Ａの回折格子パターンを構成する格子ピッチについては、第１の実施形態と同様に、各光源と回折素子との相対位置で計算できるため、詳細説明は割愛する。

次に、上記半導体レーザ装置を備える光ピックアップ装置の構造および動作原理について説明する。半導体レーザ装置を除く構成部品は、信号検出用受光素子１１以外は、前述の実施形態１と同一であるため、対応する部分に同一の参照符を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、図１３（１）〜図１３（３）に示すように、前記信号検出用受光素子１１に代えて、信号検出用受光素子２９が配置される。信号検出用受光素子２９は、図１４（１）〜図１４（３）に示すように、受光部４００ａ〜４００ｄ；４０１ａ〜４０１ｄの少なくとも８分割で構成されている。

まず、光源２７の発光点３００Ａから波長λ２が発光した場合について説明する。
光源２７から出射された第２の波長λ２の光は、回折素子２８の回折領域３Ａによって０次回折光が光軸４０に沿って透過される。その後、偏光ビームスプリッタ６から光記録媒体１２ｂ間の往路光路、および光記録媒体１２ｂから信号検出用受光素子２９までの復路光路を通り、信号検出用受光素子２９に導かれる。なお、途中の光学系は、第１および第２の実施形態と同一であるため、重複する説明は省略する。信号検出用受光素子２９に集光される光スポット１３ｂが受光部４００ａ〜４００ｄの中心になるように、信号検出用受光素子２９が配置される。

また、光源２７から出射された第３の波長λ３の光は、回折素子２８の回折領域３Ａによって０次回折光が光軸４１に沿って透過される。その後、偏光ビームスプリッタ６から光記録媒体１２ｃまでの往路光路、および光記録媒体１２ｃから信号検出用受光素子２９までの復路光路を通り、信号検出用受光素子２９に導かれる。ただ、その第３の波長λ３の発光点３０１Ａが、第２の波長λ２の発光点３００Ａから距離Ｗだけ離れているため、信号検出用受光素子２９に集光される光スポット１３ｃは、光スポット１３ｂが集光する位置から復路側の光学倍率を考慮した分だけ集光位置がずれ、受光部４０１ａ〜４０１ｄの中心に落射される。

さらに、光源２から出射された第１の波長λ１の光は、回折素子２８の回折領域３Ａによって、回折素子２８によって光軸変換され、その−１次回折光が光軸４０に沿って回折される。その後、偏光ビームスプリッタ６から光記録媒体１２ａ間の往路光路、および光記録媒体１２ａから信号検出用受光素子２９までの復路光路を通り、信号検出用受光素子２９に導かれる。信号検出用受光素子２９に集光される光スポット１３ａは、第２の波長λ２と同じように受光部４００ａ〜４００ｄの中心になるように信号検出用受光素子２９が配置される。

それぞれの波長におけるサーボ信号の検出方法は、第１の実施形態と同一であるため、説明を省略する。

第３の実施形態の場合、第３の波長λ３だけ、受光領域が異なるため、光源２７の発光点間隔のずれを補正する、復路光路の偏光ビームスプリッタ６から信号検出用受光素子２９間に、波長λ３のみを回折する回折素子を追加してもよい。その場合、信号検出用受光素子を共通化でき、受光部４０１ａ〜４０１ｄは不要となる。

以上によって、少なくとも波長λ１とλ２の光の、往路側の光路長を同一とすることによって復路側の光路長も同一となり、信号検出用受光素子２９上の集光スポット位置が同一となり、さらに、波長λ１とλ２の光の、回折素子３の中心点Ｏ１上での光強度分布中心を同一とすることによって、信号検出用受光素子１１上の光スポット１３の強度分布中心位置も同一とすることができる。そのため、受光部を共通化することができ、かつ異なる３波長の光のサーボ信号のバランスずれや、合焦ずれが発生しにくくなり、さらに安定して光記録媒体上の記録信号を検出することができる。

本発明の第３の実施形態の半導体レーザ装置上の回折素子２８の位置調整を行う回折素子調整装置については、第２の実施形態の回折装置調整装置と同様、１波長分の部品が増えただけで、その調整部および調整工程が増やすことで同様に対応できるため、詳細説明を省略する。

また、本発明の第１〜３の実施形態のように、往路光を回折する回折素子は、回折しない波長の光源から出射された光軸に対して、垂直になるように配置されているが、その方向に配置を限定されることなく、例えば、−次回折光を回折する波長の光源から出射された光軸に対して、垂直もしくはそれに近い角度で入射する等、回折格子のピッチが形成できる配置で構成することも可能である。

また、本発明の半導体レーザ装置を搭載した光ピックアップ装置のフォーカスエラー信号の検出方式に、非点収差法を使用した構造について示したが、それに限定されることなく、例えば、ナイフエッジ法や、ビームサイズ法等も同様に適用できる。

以上のように、異なる複数の波長の光源において、少なくとも２つの波長の光軸、強度分布中心および光路長を一致させる第１の回折領域と、前記波長のうち、一方の波長の回折光を、他方の波長の光源の出射面に入射させ、その内部で発生する電流値を検出して、回折素子を調整することによって、複数の波長の光軸、強度分布中心、光路長を精度よく一致させることができ、さらに安定して光記録媒体上の記録信号を検出することができる。

１，２，２４，２７ 光源
３，２５，２６，２８ 回折素子
６ 偏光ビームスプリッタ
７ 波長板
８，１５ コリメートレンズ
９，１７ 対物レンズ
１１，２９ 信号検出用受光素子
１２ 光記録媒体
２０ 光出力検出用受光素子
２１ オートコリメータ
２２ａ，２２ｂ 半導体レーザ駆動部
２３ａ 電流計
２３ｂ 切り替えスイッチ
３００Ａ，３０１Ａ 発光点

Claims (12)

1. 互いに異なる波長の光を出射する複数の光源と、前記複数の光源から出射された光のうち、少なくとも２つの出射光の光軸を一致させる回折素子を備えた半導体レーザ装置において、
   前記回折素子は、回折される一方の波長の回折光を、点光源から出射される角度で回折し、かつその点光源の位置が、回折素子を透過する他方の波長の光源の位置と一致するように回折する回折領域を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. １つの光源から出射される波長の光を１次回折し、異なる波長の光源から出射される波長の光を透過または０次回折する回折領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 少なくとも２つ以上の光源から出射される複数の波長の光を１次回折して、それぞれの光軸を一致させ、さらに異なる波長の光源から出射される波長の光を透過または０次回折する回折領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
4. 回折される一方の波長の光源の出射角度が、回折素子を透過する他方の波長の光源の光軸と回折素子の回折領域との交点と、回折される一方の波長の光源とを結ぶ直線方向と一致する回折素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
5. 回折素子を透過する他方の波長の光軸方向に、前記回折素子を透過する他方の波長とは異なる波長を回折する回折領域を複数備え、その回折された異なる複数の波長の光軸と、回折素子を透過する他方の波長の光軸とが、一致する回折素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
6. 回折される一方の波長の光軸と、回折素子を透過する他方の複数の波長の光軸の中から一つの波長の光軸を一致する回折素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
7. 回折領域が、波長選択性の回折素子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
8. 回折領域が、偏光異方性の回折素子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
9. 回折領域が、鋸歯形状またはそれを近似した凹凸形状となる回折領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
10. 少なくとも、請求項１に記載の半導体レーザ装置と、半導体レーザ装置から出射された光を光記録媒体に照射するための光学系と、光記録媒体からの反射された光を受光してサーボ信号および情報信号を読み取るための信号検出用受光素子とを含むことを特徴とする光ピックアップ装置。
11. 複数の波長の光のうち少なくとも２つ以上の波長の光を共通の受光部に受光することを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
12. 請求項１に記載の半導体レーザ装置の製造方法であって、回折領域によって回折された他の異なる波長の光を受光して、光源に発生する電流を検出し、その電流値に基づき回折素子の位置を決めることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。

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