JP2000235724A - 光導波路素子及び光ピックアップ - Google Patents

光導波路素子及び光ピックアップ

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 光導波路素子のグレーティングパターンの構
成でフォーカスエラー検出を行い、受光部の面積が小さ
く小型かつ低コスト化が可能な光ピックアップと、これ
に用いる光導波路素子の提供。 【解決手段】 半導体レーザ２から出射された光ビーム
は、光導波路デバイス１の往路復路分離膜１８で反射さ
れ、光学系を介して情報記録媒体に集光され、反射され
た光ビームは往路復路分離膜を透過してグレーティング
（素子）２０に達し、ここから一部の光ビームが導波層
１６に入力結合され、残りの光ビームは受光部３０に達
する。このとき、導波層に対する結合効率を、情報記録
媒体がニアの位置にあるとき最大化するグレーティング
パターンと、情報記録媒体がファーの位置のあるとき最
大化するグレーティングパターンとが素子２０に形成さ
れている。これに対応して領域分割される受光部からの
受光出力から、各領域の差信号をとって得られるＳ字特
性に基づくフォーカスエラー信号が生成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路に形成さ
れた微細な周期構造により光ビームを光導波路に入力結
合させ、あるいは透過させるグレーティングと、光ビー
ムを受光する受光部とを備える光導波路素子、及び、こ
の光導波路素子を用いてフォーカスエラー信号を生成す
る光ピックアップの技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、集積回路技術を応用した光導波路
素子を用いて構成した光ピックアップの開発が盛んに行
われている。この種の光ピックアップは、グレーティン
グや受光部などを光導波路と共に一体的に基板上に集積
して構成される。そして、グレーティングを用いて、外
部に配置された光学系と光導波路素子の間で光ビームを
入力結合又は出力結合することにより、光ピックアップ
として機能させる。これにより、小型で信頼性の高い光
ピックアップを実現することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光導波路素子を用いて、ＣＤやＤＶＤ等の光ピック
アップを構成する場合、受光部を集積化する際の配置が
問題となる。すなわち、情報記録媒体からの反射ビーム
を光導波路に入力結合し、その直下に第１の受光部を設
けてＲＦ信号の検出やトラッキングエラーの検出を行う
と共に、光導波路の伝搬光を受光する第２の受光部を設
けてフォーカスエラー検出を行うのが通常の構成であ
る。このような構成においては、フォーカスエラー検出
を行う場合、例えばビームサイズ法等の広く知られた手
法では、各ビームのフォーカス状態に差異を生じさせる
ための光量を光導波路に入力結合して第２の受光部に導
く必要があるのに対し、ＲＦ信号の検出やトラッキング
エラー検出を行う場合、光量や安定性を確保するため、
入力結合後の導波光量をできるだけ少なくして第１の受
光部の光量を増加する方が好ましい。
【０００４】また、フォーカスエラー検出用の第２の受
光部は、ＲＦ信号検出とトラッキングエラー検出を行う
第１の受光部とは距離を離して配置する必要があるた
め、全体的に光導波路素子の面積を大きくせざるを得な
い。そのため、光導波路素子の小型化に支障をきたし、
コスト上昇を招くという点が問題であった。
【０００５】そこで、本発明はこのような問題に鑑みな
されたものであり、光導波路素子により光ピックアップ
を構成するに際し、１つの受光部のみで光ピックアップ
として機能し、小型化及び低コスト化が可能な光ピック
アップ、及びこの光ピックアップの構成要素としての光
導波路素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の光導波路素子は、光源から出射さ
れた光ビームを光学系を介して情報記録媒体に集光し、
反射された光ビームを受光する光ピックアップに用いら
れる光導波路素子であって、前記光ビームを伝搬させる
導波層と、前記情報記録媒体から反射された光ビームの
一部を前記導波層に入力結合し、残りを透過するグレー
ティングと、該グレーティングを透過した光ビームを受
光する受光部とが積層形成され、前記グレーティングに
は、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距離だけ遠ざ
かる場合の光ビームの照射状態に適合して前記導波層へ
の結合効率を最大化する第１のグレーティングパターン
と、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距離だけ近づ
く場合の光ビームの照射状態に適合して前記導波層への
結合効率を最大化する第２のグレーティングパターンと
が形成されると共に、前記受光部には、該第１のグレー
ティングパターンと該第２のグレーティングパターンの
それぞれに対応する受光領域が設けられていることを特
徴とする。
【０００７】この発明によれば、光源から光ビームが出
射され、光学系を介して情報記録媒体に集光されて、反
射された光ビームが光導波路素子に照射される。そし
て、導波層への入力カップラとしてのグレーティングに
より、光ビームの一部が導波層に入力結合されるが、残
りはグレーティングを透過して下方の受光部にて受光さ
れる。このとき、情報記録媒体と光学系との位置関係に
応じて、両者が相対的に遠ざかるときは、第1のグレー
ティングパターンによる導波層への結合効率が最大とな
るのに対し、両者が相対的に近づくときは、第２のグレ
ーティングパターンによる導波層への結合効率が最大と
なるように調整が施される。そして、各グレーティング
パターンに対応して領域分割される受光部では、それぞ
れの結合効率が最大となる場合に、その受光領域での受
光量が最小となる。
【０００８】従って、それぞれの受光領域における受光
出力の差をとると、Ｓ字カーブの特性が得られるため、
容易にフォーカスエラー信号の生成を行うことができ
る。そのため、従来は受光部までの光路長をかなり必要
としたフォーカスエラー検出を、グレーティング直下に
て行うことができ、受光部の面積を小さく構成し、光集
積化された光ピックアップの更なる小型化、低コスト化
を実現できる。
【０００９】請求項２に記載の光導波路素子は、請求項
１に記載の光導波路素子において、前記第１のグレーテ
ィングパターンと前記第２のグレーティングパターン
は、入射された光ビームの照射状態に適合するようにチ
ャーピングした曲線グレーティングにより構成されるこ
とを特徴とする。
【００１０】この発明によれば、請求項１に記載の発明
と同様の作用によって情報記録媒体から反射された光ビ
ームがグレーティングに照射されると、第1のグレーテ
ィングパターンと第２のグレーティングパターンに施さ
れているチャーピングした曲線グレーティングにより、
実際には収束光として照射される光ビームに適宜の特性
を付与した後、上述の導波層への入力結合が行われる。
従って、情報記録媒体と光学系との位置関係に応じた導
波層への結合効率を更に高精度に制御し、急峻なＳ字カ
ーブを用いて正確なフォーカスエラー信号の生成を行う
ことができるため、光集積化された光ピックアップの小
型化、高性能化を実現することができる。
【００１１】請求項３に記載の光導波路素子は、請求項
１又は請求項２に記載の光導波路素子において、前記第
１のグレーティングパターンと前記第２のグレーティン
グパターンとが短冊状に交互に配置されると共に、この
配置に対応して前記受光部が短冊状に領域分割されてい
ることを特徴とする。
【００１２】この発明によれば、請求項1に記載の発明
と同様の作用によって情報記録媒体から反射された光ビ
ームがグレーティングに照射されると、多数の短冊状の
領域を通る。このとき例えば、奇数番目、偶数番目の領
域で２種の特性を付与し、これに対応する受光部も同様
の分割形状とすれば、請求項１に記載の発明と同様に、
フォーカスエラー信号の生成を容易に行うことができ
る。これに加えて、実効的なＮＡを高く保持して高い受
光性能を得ることができる。
【００１３】請求項４に記載の光導波路素子は、請求項
１から請求項３の何れかに記載の光導波路素子におい
て、光ビームに付与された位相差に応じて該光ビームを
選択的に反射又は透過させる分離膜が最上部に更に積層
形成され、該分離膜は、前記光源と前記光学系の間に配
置されたビームスプリッタとして機能することを特徴と
する。
【００１４】この発明によれば、光源からの光ビームが
光導波路素子の最上部に積層形成された分離膜によって
反射され、情報記録媒体に集光される。一方、反射され
た光ビームには適宜の位相差が付与され、分離膜を透過
してグレーティングに達する。その後は、請求項１に記
載の発明と同様の作用により受光部の受光出力に基づく
フォーカスエラー信号が生成される。従って、光導波路
素子に多くの機能を取り込み、構成が簡単で小型化に好
適な光ピックアップを実現できる。
【００１５】請求項５に記載の光ピックアップは、光源
から出射された光ビームを光学系を介して情報記録媒体
に集光し、反射された光ビームを受光する光ピックアッ
プであって、前記光ビームを伝搬させる導波層と、前記
情報記録媒体から反射された光ビームの一部を前記導波
層に入力結合し、残りを透過するグレーティングと、該
グレーティングを透過した光ビームを受光する受光部と
が積層形成されてなる光導波路素子を備え、前記グレー
ティングには、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距
離だけ遠ざかる場合の光ビームの照射状態に適合して前
記導波層への結合効率を最大化する第１のグレーティン
グパターンと、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距
離だけ近づく場合の光ビームの照射状態に適合して前記
導波層への結合効率を最大化する第２のグレーティング
パターンとが形成されると共に、前記受光部には、該第
１のグレーティングパターンと該第２のグレーティング
パターンのそれぞれに対応する受光領域が設けられ、該
受光領域からの受光出力の差信号に基づいてフォーカス
エラー信号が生成されることを特徴とする。
【００１６】この発明によれば、光源から光ビームが出
射され、コリメータレンズや対物レンズなどを含む光学
系を介して情報記録媒体に集光されて、反射された光ビ
ームが光導波路素子に照射される。そして、導波層への
入力カップラとしてのグレーティングにより、光ビーム
の一部が導波層に入力結合されるが、残りはグレーティ
ングを透過して下方の受光部にて受光される。このと
き、情報記録媒体と光学系との位置関係に応じて、両者
が相対的に遠ざかるときは、第１のグレーティングパタ
ーンによる導波層への結合効率が最大となるのに対し、
両者が相対的に近づくときは、第２のグレーティングパ
ターンによる導波層への結合効率が最大となるように調
整が施される。そして、各グレーティングパターンに対
応して領域分割される受光部では、それぞれ結合効率が
最大となる場合に、その受光領域での受光量が最小とな
る。これらの受光領域からの受光出力の差をとって、フ
ォーカスエラー信号が生成される。
【００１７】従って、容易にフォーカスエラー信号の生
成を行うことができると共に、従来は受光部までの光路
長をかなり必要としたフォーカスエラー検出を、グレー
ティング直下にて行えるため、受光部の面積を小さく構
成できる。よって、光導波路素子を用いることと相まっ
て、光ピックアップの小型化、構成の簡素化、低コスト
化を実現できる。
【００１８】請求項６に記載の光ピックアップは、光源
から出射された光ビームを光学系を介して情報記録媒体
に集光し、反射された光ビームを受光する光ピックアッ
プであって、前記情報記録媒体から反射された光ビーム
の一部を回折させ、残りを透過させるグレーティング素
子と、該グレーティング素子を透過した光ビームを受光
する受光部とを備え、前記グレーティング素子には、前
記情報記録媒体と前記光学系が所定距離だけ遠ざかる場
合の光ビームの照射状態に適合して回折効率を最大化す
る第１のグレーティングパターンと、前記情報記録媒体
と前記光学系が所定距離だけ近づく場合の光ビームの照
射状態に適合して回折効率を最大化する第２のグレーテ
ィングパターンとが形成されると共に、前記受光部に
は、該第１のグレーティングパターンと該第２のグレー
ティングパターンのそれぞれに対応する受光領域が設け
られ、該受光領域からの受光出力の差信号に基づいてフ
ォーカスエラー信号が生成されることを特徴とする。
【００１９】この発明によれば、光源から光ビームが出
射され、コリメータレンズや対物レンズなどを含む光学
系を介して情報記録媒体に集光されて、反射された光ビ
ームがグレーティング素子に照射される。このグレーテ
ィング素子では、光ビームの一部を回折すると共に、残
りを下方の受光部にて受光させるように透過する。この
とき、情報記録媒体と光学系との位置関係に応じて、両
者が相対的に遠ざかるときは、第１のグレーティングパ
ターンによる回折効率が最大となるのに対し、両者が相
対的に近づくときは、第２のグレーティングパターンに
よる回折効率が最大となるように調整が施される。そし
て、各グレーティングパターンに対応して領域分割され
る受光部では、それぞれの回折効率が最大となる場合
に、その受光領域での受光量が最小となる。それぞれの
受光領域からの受光出力の差をとって、フォーカスエラ
ー信号が生成される。
【００２０】従って、容易にフォーカスエラー信号の生
成を行うことができると共に、従来は受光部までの光路
長をかなり必要としたフォーカスエラー検出を、グレー
ティング素子に近接して行うことができる。そのため、
光ピックアップ全体を小さく構成することができる。
【００２１】請求項７に記載の光ピックアップは、請求
項５又は請求項６に記載の光ピックアップにおいて、前
記受光部の受光出力を用いて、フォーカスエラー信号に
加えて、ＲＦ信号及びトラッキングエラー信号が生成さ
れることを特徴とする。
【００２２】この発明によれば、請求項５又は請求項６
に記載の発明と同様の作用によって受光部にて光ビーム
が受光されると、この受光出力からフォーカスエラー信
号とＲＦ信号とトラッキングエラー信号の全てが生成さ
れる。従って、回路構成を簡略にし、小型かつ安価な光
ピックアップを実現できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。
【００２４】図１は、本発明の実施形態に係る光ピック
アップの全体構成を示す斜視図である。図１に示す光ピ
ックアップは、光導波路デバイス１と、光ビームを出射
する半導体レーザ２と、光ディスク３に光ビームを照射
するため光学系として、反射ミラー４、コリメータレン
ズ５、対物レンズ６とを含んで全体が構成される。
【００２５】以上の構成において、光導波路デバイス１
はマウントベース７上にボンディングされ、後述する積
層構造を有している。また、半導体レーザ２は、サブマ
ウント８に取り付けられており、光導波路デバイス１と
半導体レーザ２が所定の位置関係を保つように、サブマ
ウント８がマウントベース７上にボンディングされる。
例えば、ＣＤやＣＤ−Ｒに用いる波長７８０ｎｍ、ある
いはＤＶＤに用いる波長６５０ｎｍなどに対応した半導
体レーザ２が使用可能である。
【００２６】半導体レーザ２から出射された光ビーム
は、後述の作用により光導波路デバイス１上面で反射さ
れる。そして、反射ミラー４にて反射された後、コリメ
ータレンズ５により平行ビームにされ、対物レンズ６を
介して光ディスク３の情報記録面に集光され、ビームス
ポットＰを形成する。ビームスポットＰからの反射光
は、再び、対物レンズ６、コリメータレンズ５、反射ミ
ラー４を経由して、後述するように光導波路デバイス１
の下層の受光部にて受光される。
【００２７】このとき、対物レンズ６と光ディスク３の
情報記録面との間の距離が適正である場合には、ビーム
スポットＰはジャストフォーカス状態となって良好に再
生を行うことができる。これに対し、光ディスク３が相
対的に対物レンズ６の方向に近づいたり離れたりして、
上述の距離が変動すると、ビームスポットＰはデフォー
カス状態となって再生性能の劣化を招く。従って、フォ
ーカスエラー信号を検出して、光ディスク１に対するフ
ォーカス状態を常に良好に保持する必要があるが、本実
施形態では、後述のように光導波路デバイス１の構造の
工夫によってフォーカスエラー検出を行っている。
【００２８】次に、図２は本発明の実施形態に係る光導
波路デバイス１の断面構造を示す図である。図２に示す
光導波路デバイス１は、下から順に半導体基板１１、半
導体基板１１上部のエピタキシャル層１２、アルミ遮光
膜１３、第１ＳＯＧ（Spin on glass）層１４、ＳiＯ2
層１５、導波層１６、第２ＳＯＧ層１７、往路復路分離
膜１８が積層される構造を有する。また、導波層１６上
部にはグレーティング２０が形成されている。更に、エ
ビタキシャル層１２には、受光部３０が形成されてい
る。
【００２９】以上の構成において、半導体基板１１とし
ては、例えばＮ型シリコン基板が用いられる。この半導
体基板１１に対し、エビタキシャル成長により単結晶薄
膜を成長させたエピタキシャル層１２を成膜した後、所
定の配置に従ってＰ型拡散を施し、受光部３０が形成さ
れる。受光部３０が形成されない領域の上部には、アル
ミ遮光膜１３が成膜され、上方からの光を遮断する構造
になっている。
【００３０】第１ＳＯＧ層１４と第２ＳＯＧ層１７は、
多層構造の間のバッファとして機能する。第１ＳＯＧ層
１４は、アルミ遮光膜１３によって生じた段差を埋める
ため、エピタキシャル層１２の上部に成膜され、第２Ｓ
ＯＧ層１７は、導波層１６の上部に成膜される。第１Ｓ
ＯＧ層１４と第２ＳＯＧ層１７の厚さは、上下の各層の
構造と成膜条件に応じて自在に変えることができる。
【００３１】導波層１６は、コーニング７０５９を材料
として厚さ０．６５μｍに成膜され、グレーティング２
０を介して入力結合された光ビームが導波モードで伝搬
する光導波路として機能する。
【００３２】グレーティング２０はＴｉＯ2からなり、
０．１μｍの厚さに形成される。このグレーティング２
０には、所定のグレーティングパターンが形成され、所
定の波長を有する光ビームを入力結合させるカップラと
して機能する。
【００３３】ＳiＯ2層１５は、ＳiＯ2を材料として導波
層１６の下層に厚さ０．７μｍで成膜され、光導波路の
クラッド層として機能する。
【００３４】上述の構造においては、光ビームを適切に
導波層１６に結合し、導波モードにより効率的に伝搬さ
せるため適切な屈折率を設定する必要がある。具体的に
は、導波層１６が屈折率１．５３、ＳiＯ2層１５が屈折
率１．４７、第１ＳＯＧ層１４及び第２ＳＯＧ層１７が
屈折率１．４３、グレーティング２０が屈折率２．０を
それぞれ有している。
【００３５】また、第２ＳＯＧ層１７を表面研磨した
後、その上部に蒸着により往路復路分離膜１８が成膜さ
れる。この往路復路分離膜１８は誘電体などの多層膜か
らなり、後述するようにビームスプリッタとして機能す
るものである。
【００３６】以上のように構成された光導波路デバイス
１を光ピックアップとして機能させる場合の動作につい
て説明する。なお、図２では、光ビームが進行する方向
を点線矢印で示している。
【００３７】図２において、上述の半導体レーザ２から
出射された光ビームは、往路復路分離膜１８に斜め方向
から入射される。この往路復路分離膜１８に、ＴＥモー
ドの光ビームを反射し、ＴＭモードの光ビームを透過す
るような特性を付与すると共に、往路復路分離膜１８に
ＴＥモードの光ビームが入射されるよう調整しておく。
すると、ＴＥモードの光ビームが、いったん往路復路分
離膜１８により反射されて、図１の光学系を介して光デ
ィスク３の情報記録面に集光される。上述の光学系に図
示しないλ／４波長板を配置すれば、反射された光ビー
ムは、λ／４波長板の作用によってＴＭモードの光ビー
ムに変換されるので、往路復路分離膜１８を透過する。
【００３８】次いで、光ビームは下方のグレーティング
２０により、導波層１６にその一部が所望の結合効率で
入力結合され、残りはグレーティング２０を透過して受
光部３０に到達する。このように、グレーティング２０
は光ビームに対するカップラとして機能する。グレーテ
ィング２０には、チャーピングした曲線グレーティング
が施され、反射された収束光線の照射状態や集光位置に
適合してグレーティングパターンの周期及び曲率が微妙
に調整されているが、より詳しくは後述する。併せて、
グレーティング２０から導波層１６に所望の結合効率で
光ビームを入力結合させるため、グレーティング構造の
高さが適切に調整されている。
【００３９】本実施形態では、受光部３０からの受光出
力に基づいて、ＲＦ信号の検出、トラッキングエラー信
号の検出、フォーカスエラー信号の検出の全てを行う構
成になっている。受光部３０の構造を含めた具体的な検
出方法については後述する。
【００４０】次に、本実施形態に係るフォーカスエラー
検出の原理について、図３及び図４を参照して説明す
る。図３と図４は、光ディスク３が対物レンズ６に対し
相対的に遠方又は近端にずれたとき、照射される光ビー
ムのフォーカス状態の変化を示す図である。なお、実際
には、光導波路デバイス１の入射面１ａに入射された光
ビームは複雑な伝搬特性を示すが、図３及び図４では、
簡単のため光ビームの照射状態を直線的に表している。
【００４１】本実施形態では、フォーカス状態の変動範
囲に対応する移動量としてΔｄ±１０μｍの場合を考え
る。図３は、光ディスク３が相対的に対物レンズ６に近
づく「ニア」に対応するΔｄ＝−１０μｍの場合、図４
は、光ディスク３が相対的に対物レンズ６から遠ざかる
「ファー」に対応するΔｄ＝＋１０μｍの場合をそれぞ
れ示す。図３及び図４においては、Δｄ＝０μｍであっ
て適正な位置にある場合の光ディスク３の情報記録面３
ａ及び照射される光ビームを実線で示すと共に、光ディ
スク３が「ニア」又は「ファー」となって、Δｄ＝±１
０μｍだけずれた位置にある場合の光ディスク３の情報
記録面３ａ及び照射される光ビームを点線で示す。
【００４２】図３（ａ）と図４（ａ）に実線で示すよう
に、情報記録面３ａがΔｄ＝０μｍに位置するときは、
光ビームはコリメータレンズ５と対物レンズ６を介して
光ディスク３の情報記録面３ａに合焦する。そして、反
射された光ビームが同様の経路で戻り、光導波路デバイ
ス１の入射面１ａに入射して、受光部３０に達する。な
お、図３（ａ）と図４（ａ）では簡単のため、光ビーム
の照射状態に対応し、焦点位置を頂点とする２つの３角
形により表している。このとき、光導波路デバイス１に
対しては、図１の配置に対応して、反射された光ビーム
が斜め方向から入射面１ａに入射され、しかも光ビーム
は収束光線となっている。本実施形態では、この収束光
線のうち最も入射角度が小さくなる最外周部分では、図
３（ｂ）と図４（ｂ）に示すように、入射面１ａの法線
に対する入射角度θが２７．５°となるように配置され
ている。
【００４３】一方、光ディスク３が「ニア」又は「ファ
ー」の状態になると、光ディスク３の情報記録面３ａに
光学系を介して光ビームを照射するときの焦点位置がず
れるので、反射された光ビームも同様に焦点位置がずれ
ることになる。そのため、光導波路デバイス１の入射面
１ａに入射される際、上述した収束光線としての最外周
部分の入射角度が上記θからずれる結果となって入射状
態が変動するので、本実施形態では、これを利用して後
述のフォーカスエラー検出を行うものである。
【００４４】すなわち、図３（ａ）に点線で示すよう
に、光ディスク３が「ニア」の状態になると、光ディス
ク３の情報記録面３ａに対し焦点位置が１０μｍだけ後
方にずれ、同様に反射された光ビームも焦点位置が後方
にずれる配置となる。よって、図３（ｂ）に示すよう
に、収束光線の収束の度合いが緩くなり、その最外周部
分での入射角度θ１は、図３（ｂ）に示すように、θよ
りも小さい２７．４３３°となる。
【００４５】更に、図４（ａ）に点線で示すように、光
ディスク３が「ファー」の状態になると、光ディスク３
の情報記録面３ａに対し焦点位置が１０μｍだけ前方に
ずれ、同様に反射された光ビームも焦点位置が前方にず
れる配置となる。よって、図４（ｂ）に示すように、収
束光線がより収束の度合いが強くなり、その最外周部分
での入射角度θ２は、θよりも大きい２７．５６８°と
なる。
【００４６】ここで、上述したように、光導波路デバイ
ス１内の導波層１６への結合効率は光ビームの照射状態
とグレーティングパターンによって定まる。本実施形態
では、グレーティング２０に、図３の照射状態のときに
導波層１６への入力結合を生じる特性と、図４の照射状
態のときに同様に導波層１６への入力結合を生じる特性
をそれぞれ有する２種のグレーティングパターンを形成
する。
【００４７】次に、グレーティング２０の構造及び特性
について図５及び図６を参照して説明する。図５は、グ
レーティング２０を含む光導波路デバイス１の断面構造
を示す図である。グレーティング２０は導波層１６の表
面に周期的な凹凸を設けてグレーティングパターンが形
成される。このグレーティングパターンの周期は、例え
ば０．６μｍ程度である。
【００４８】図５に示すように、このグレーティング２
０に対し、所定の波長を有する光ビームが往路復路分離
膜１８を通過した後、一定の入射角で入射する。このと
きの光ビームの波長や入射角等の諸条件に適合するよう
に、グレーティングパターンが調整される。グレーティ
ング２０の下部の導波層１６には、入力結合された光ビ
ームが図中右方向に伝搬する。一方、入力結合されない
光ビームは、グレーティング２０、導波層１６、ＳiＯ2
層１５、第１ＳＯＧ層１４を透過して、下方の受光部３
０によって受光される。
【００４９】図６は、図５のグレーティングの特性に起
因して、図３で説明した光ビームの入射角度に応じた受
光部３０での受光量の変動を示す図である。図６に示す
ように、一定の入射角度で受光量が急激に減少している
が、これはグレーティング２０の入力結合の特性により
最適となるピークを有することに対応している。すなわ
ち、このピーク以外ではグレーティング２０を通過した
光ビームは、そのまま透過して受光部３０によって受光
されるが、ピークとなる入射角度においては、光ビーム
が入力結合されて導波層１６を伝搬するので、その分、
受光部３０での受光量が減少することになる。このよう
に光ビームの波長と入射角度に応じて適切なグレーティ
ングパターンを実験等により決定すれば、所望の入射角
度の光ビームのみを選択的に受光部３０にて受光するこ
とが可能となる。
【００５０】なお、実際には、グレーティングパターン
はチャーピングを施した曲線で構成することが好まし
い。すなわち、上述のように収束光線として光ビームが
照射される結果、照射領域によって入射角度が微妙に変
動するため、グレーティングパターンは２次元的に凹凸
形状の周期を光ビームの照射状態に応じて少しづつ変化
させて構成すればよい。これにより、一定範囲に照射さ
れる収束光線を適切に導波層１６に入力結合させること
ができる。
【００５１】本実施形態の場合は、上述のように光ディ
スク３の「ニア」と「ファー」に対応して、図６の特性
において、それぞれピークのみ異なるように２つのグレ
ーティングパターンの調整が施される。すなわち、一方
は図３（ａ）の照射状態に適合し、他方は図３（ｂ）の
照射状態に適合しているので、以下に述べるようにフォ
ーカスエラー検出に利用することが可能となる。このよ
うな２つのグレーティングパターンを、後述するパター
ン形状の工夫により１つのグレーティング２０に形成
し、構成の簡素化を図っている。
【００５２】次に、図７を参照して、本実施形態におけ
るフォーカスエラー検出の原理を説明する。図７は、グ
レーティング２０を介して受光部３０で検出される受光
レベルの特性を説明する図である。
【００５３】図７（ａ）に、上述の２つの照射状態に対
応して、光ディスク３の移動量Δｄに応じた受光レベル
の変化を示す。光ディスク３が「ニア」であるΔｄ＝−
１０μｍに適合する第１の特性は左側のカーブに従って
変化し、光ディスク３が「ファー」であるΔｄ＝＋１０
μｍに適合する第２の特性は右側のカーブに従って変化
する。図７（ａ）の２つのカーブは共に形状が同じであ
るが、受光レベルの落ち込むピークがそれぞれΔｄ＝±
１０μｍに一致するように各特性のグレーティングパタ
ーンが調整される。
【００５４】図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるΔｄ＝
−１０μｍに対応するカーブと、Δｄ＝＋１０μｍに対
応するカーブとの差をとったときの出力レベルである。
図７（ｂ）に示すように、Ｓ字カーブに従って出力レベ
ルが変化することがわかる。このＳ字カーブにおいて
は、光ディスク３が適正な位置にあるΔｄ＝０μｍとな
るとき、及びｄ±１０μｍを越える範囲では、出力レベ
ルがゼロになる。一方、光ディスク３がΔｄ＝０μｍの
状態から、「ニア」であるΔｄ＝−１０μｍに動くと出
力レベルが正方向に変化し、「ファー」であるΔｄ＝＋
１０μｍに動くと出力レベルが負方向に変化している。
従って、Δｄ＝−１０μｍからΔｄ＝＋１０μｍまでの
範囲では、Δｄの動きに連動するＳ字状の出力レベルの
変化を読み取ることにより、光ディスク３のフォーカス
状態の検出を行うことが可能となる。
【００５５】次に、図８及び図９を参照して、本実施形
態において上述のフォーカスエラー検出を行う場合のグ
レーティング２０及び受光部３０の構成について説明す
る。ここでは、グレーティング２０及び受光部３０を
「ニア」と「ファー」に対応させるため、図８のように
２分割のパターンを用いる方法と、図９のように短冊状
のパターンを用いる方法の２つの場合について説明す
る。なお、図８（ａ）、図９（ａ）にグレーティング２
０の構成を示し、図８（ｂ）、図９（ｂ）に受光部３０
の構成を示す。
【００５６】図８（ａ）に示すグレーティング２０で
は、「ニア」に対応した第１領域２０ａと「ファー」に
対応した第２領域２０ｂとを並べて配置して全体のグレ
ーティングパターンを構成している。第１領域２０ａ及
び第２領域２０ｂは、それぞれが適合すべき光ビームの
照射状態に対応して、その周期と曲率が微妙に異なるパ
ターンとなっている。
【００５７】一方、図８（ｂ）に示す受光部３０は、図
８（ａ）のグレーティング２０の分割形状に対応して領
域分割されている。また、この受光部３０は上述のフォ
ーカスエラー信号に加えて、ＲＦ信号とトラッキングエ
ラー信号の検出に対応させるため、通常の４分割形状と
して構成される。そのため、図８（ｂ）に示すように、
グレーティング２０の分割方向に合致する縦方向の分割
線と、横方向の分割線とによって、受光部３０は４つの
領域３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄに分割される。こ
れらの分割領域３０ａ〜３０ｄは、それぞれアルミ配線
を介してボンディングパッドＢ０〜Ｂ３に接続され、領
域ごとの受光信号を出力可能となっている。
【００５８】図８（ｂ）の受光部３０においては、ボン
ディングパッドＢ０〜Ｂ３からの受光信号を用いること
により、フォーカスエラー信号、ＲＦ信号、トラッキン
グエラー信号を生成することができる。すなわち、Ｂ０
〜Ｂ３の総和をとってＲＦ信号が得られる（各ボンディ
ングパッドから得られる受光信号をＢ０〜Ｂ３で表記す
る）。また、上述の横方向の分割線がトラック方向に水
平であるとして、Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の４分割出力
を用いた位相差法によるトラッキングエラー信号が得ら
れる。更に、Ｂ０＋Ｂ１とＢ２＋Ｂ３との差信号からフ
ォーカスエラー信号が得られる。
【００５９】一方、図９（ａ）に示すグレーティング２
０では、「ニア」に対応した領域と「ファー」に対応し
た領域をそれぞれ短冊状に複数に分離し、これらを交互
に並べて配置して全体のグレーティングパターンを構成
している。すなわち、図９（ａ）の上部から、奇数番目
の短冊状の領域と、偶数番目の短冊状の領域を、２種類
の異なるグレーティングパターンでそれぞれ構成して、
互い違いに並べている。各分割領域のグレーティングパ
ターンの周期や曲率は、図８（ａ）の場合と同様でよい
が、「ニア」又は「ファー」のグレーティングパターン
がグレーティング２０の全体に幅広く分布することにな
るので、実効的にＮＡが増加する点で有利な構成であ
る。
【００６０】図９（ｂ）に示す受光部３０は、図９
（ａ）のグレーティング２０の分割形状に対応して領域
分割されている。受光部３０は、グレーティング２０と
同様に横方向には短冊状に分割され、更に縦方向にも分
割されて全部で１６個の分割領域が設けられている。そ
して、各分割領域からはアルミ配線を介して交互にボン
ディングパッドＢ０〜Ｂ７に接続されている。ボンディ
ングパッドＢ１、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ７は、奇数番目の短冊
状の領域に接続され、ボンディングパッドＢ０、Ｂ３、
Ｂ５、Ｂ６は、偶数番目の短冊状の領域に接続され、そ
れぞれが受光信号を出力可能となっている。なお、ボン
ディングパッドＢ１、Ｂ２、Ｂ５、Ｂ６は、中央部分で
図示されないアルミ配線を介して接続されている。
【００６１】図９（ｂ）の受光部３０の場合も、フォー
カスエラー信号、ＲＦ信号、トラッキングエラー信号を
生成することができる。すなわち、Ｂ０〜Ｂ７の総和を
とってＲＦ信号が得られる（各ボンディングパッドから
得られる受光信号をＢ０〜Ｂ７で表記する）。また、Ｂ
０＋Ｂ１、Ｂ２＋Ｂ３、Ｂ４＋Ｂ５、Ｂ６＋Ｂ７の４分
割出力を用いた位相差法によるトラッキングエラー信号
が得られる。更に、Ｂ０＋Ｂ３＋Ｂ５＋Ｂ６とＢ１＋Ｂ
２＋Ｂ４＋Ｂ７との差信号からフォーカスエラー信号が
得られる。
【００６２】なお、図８、９の例では、グレーティング
パターンと受光部３０の分割数が２及び８の場合を説明
したが、これに限られることなく自由に分割数を設定で
きる。分割数を多くする方が検出精度において有利であ
るが、光導波路デバイス１の加工精度の面から一定の制
約がある。
【００６３】以上説明したように、本実施形態に係る光
導波路デバイス１では、グレーティング２０の作用に基
づいて光ディスク３のフォーカスエラー信号を生成でき
るので、フォーカスエラー信号を生成するための専用の
受光部が不要となり、受光部３０のみによってＲＦ信
号、トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号の
全てを生成することができる。そのため、光導波路デバ
イス１の面積を小さくすることができ、小型かつ低コス
トに光ピックアップを構成することができる。また、光
量が十分に確保でき、安定した信号が得られる。
【００６４】なお、本発明は上述の実施形態に限定され
ることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の改良変
形が可能である。例えば、上述の説明では光導波路デバ
イス１を用いて光ピックアップを構成する場合について
説明したが、個別部品を用いて光ピックアップを構成し
てもよい。すなわち、上述のグレーティング２０、受光
部３０と同様の機能を備えるグレーティング素子、受光
素子を配置すると共に、グレーティングパターンの調整
で回折効率を適切に調整する。このように構成された光
ピックアップでは、１つの受光素子によってＲＦ信号、
トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号を検出
できる上、グレーティング素子と受光素子を近接配置す
ることが可能なので、光ピックアップを小型かつ安価に
することが可能となる。
【００６５】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、情報記
録媒体と光学系の位置関係に応じて、光導波路素子のグ
レーティングに導波層への入力カップラとしての特性が
異なる２種のグレーティングパターンを形成し、これに
対応して受光部の受光領域を設けるようにしたので、グ
レーティングの下層の受光部にてＳ字カーブの特性に基
づくフォーカスエラー信号を容易に生成でき、受光部の
面積を小さくして光集積化ピックアップの更なる小型
化、低コスト化が可能となる。
【００６６】請求項２に記載の発明によれば、光導波路
素子のグレーティングに、チャーピングした曲線グレー
ティングを施すようにしたので、導波層への結合効率を
高精度に制御することで、正確なフォーカスエラー信号
の生成を行い、光集積化ピックアップの小型化、高性能
化を図ることが可能となる。
【００６７】請求項３に記載の発明によれば、光導波路
素子のグレーティングは、２種のグレーティングパター
ンが短冊状に交互に配置され、受光部もこれに対応する
分割形状としたので、実効的なＮＡを高く保ちつつ、容
易にフォーカスエラー信号が生成できる小型の光集積化
ピックアップを提供できる。
【００６８】請求項４に記載の発明によれば、光導波路
素子の最上部に、光ビームに付与された位相差に応じて
光ビームを選択的に反射又は透過させる分離膜を更に積
層形成したので、多くの機能を光導波路素子に取り込
み、光ピックアップの構成を簡単にして小型化すること
が可能となる。
【００６９】請求項５に記載の発明によれば、情報記録
媒体と光学系の位置関係に応じて、光導波路素子のグレ
ーティングに導波層への入力カップラとしての特性が異
なる２種のグレーティングパターンを形成し、これに対
応して受光部の受光領域を設けるようにしたので、グレ
ーティングの下層の受光部にてＳ字カーブの特性に基づ
くフォーカスエラー信号を容易に生成でき、光集積化ピ
ックアップの更なる小型化、構成の簡素化、低コスト化
を図ることができる。
【００７０】請求項６に記載の発明によれば、情報記録
媒体と光学系の位置関係に応じて、グレーティング素子
に回折特性が異なる２種のグレーティングパターンを形
成し、これに対応して受光部の受光領域を設けるように
したので、グレーティング素子に近接した受光部にてフ
ォーカスエラー信号を容易に生成でき、光ピックアップ
を非常に小さく構成することができる。
【００７１】請求項７に記載の発明によれば、受光部の
受光出力を用いてフォーカスエラー信号、ＲＦ信号及び
トラッキングエラー信号を生成するようにしたので、回
路構成が簡略で、小型かつ安価な光ピックアップを提供
できる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光ピックアップの全体
構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光導波路デバイスの断
面構造を示す図である
【図３】光ディスクが「ニア」の位置にある場合の光ビ
ームのフォーカス状態の変化を示す図である。
【図４】光ディスクが「ファー」の位置にある場合の光
ビームのフォーカス状態の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るグレーティングの断面
構造を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係るグレーティングに光ビ
ームが入射する場合の入射角度に依存して受光部の受光
量が変動する様子を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るグレーティングを介し
て受光部で検出される受光レベルの特性を説明する図で
ある。
【図８】本発明に実施形態において、２分割パターンを
用いたフォーカスエラー検出に対応するグレーティング
及び受光部の構成を示す図である。
【図９】本発明に実施形態において、短冊状のパターン
を用いたフォーカスエラー検出に対応するグレーティン
グ及び受光部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…光導波路デバイス ２…半導体レーザ ３…光ディスク ４…反射ミラー ５…コリメータレンズ ６…対物レンズ ７…マウントベース ８…サブマウント １１…半導体基板 １２…エピタキシャル層 １３…アルミ遮光膜 １４…第１ＳＯＧ層 １５…ＳiＯ2層 １６…導波層 １７…第２ＳＯＧ層 １８…往路復路分離膜 ２０…グレーティング ３０…受光部
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H047 KA02 LA01 LA09 MA01 MA07 QA04 QA07 RA04 TA00 TA01 5D118 AA01 AA03 AA14 AA29 BA01 CA11 CD02 DC17 5D119 AA01 AA03 AA11 AA40 AA43 BA01 CA09 EA03 EC14 FA05 JA15 JA36

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源から出射された光ビームを光学系を
    介して情報記録媒体に集光し、反射された光ビームを受
    光する光ピックアップに用いられる光導波路素子であっ
    て、 前記光ビームを伝搬させる導波層と、前記情報記録媒体
    から反射された光ビームの一部を前記導波層に入力結合
    し、残りを透過するグレーティングと、該グレーティン
    グを透過した光ビームを受光する受光部とが積層形成さ
    れ、 前記グレーティングには、前記情報記録媒体と前記光学
    系が所定距離だけ遠ざかる場合の光ビームの照射状態に
    適合して前記導波層への結合効率を最大化する第１のグ
    レーティングパターンと、前記情報記録媒体と前記光学
    系が所定距離だけ近づく場合の光ビームの照射状態に適
    合して前記導波層への結合効率を最大化する第２のグレ
    ーティングパターンとが形成されると共に、前記受光部
    には、該第１のグレーティングパターンと該第２のグレ
    ーティングパターンのそれぞれに対応する受光領域が設
    けられていることを特徴とする光導波路素子。
  2. 【請求項２】 前記第１のグレーティングパターンと前
    記第２のグレーティングパターンは、入射された光ビー
    ムの照射状態に適合するようにチャーピングした曲線グ
    レーティングにより構成されることを特徴とする請求項
    １に記載の光導波路素子。
  3. 【請求項３】 前記第１のグレーティングパターンと前
    記第２のグレーティングパターンとが短冊状に交互に配
    置されると共に、この配置に対応して前記受光部が短冊
    状に領域分割されていることを特徴とする請求項１又は
    請求項２に記載の光導波路素子。
  4. 【請求項４】 光ビームに付与された位相差に応じて該
    光ビームを選択的に反射又は透過させる分離膜が最上部
    に更に積層形成され、該分離膜は、前記光源と前記光学
    系の間に配置されたビームスプリッタとして機能するこ
    とを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の
    光導波路素子。
  5. 【請求項５】 光源から出射された光ビームを光学系を
    介して情報記録媒体に集光し、反射された光ビームを受
    光する光ピックアップであって、 前記光ビームを伝搬させる導波層と、前記情報記録媒体
    から反射された光ビームの一部を前記導波層に入力結合
    し、残りを透過するグレーティングと、該グレーティン
    グを透過した光ビームを受光する受光部とが積層形成さ
    れてなる光導波路素子を備え、 前記グレーティングには、前記情報記録媒体と前記光学
    系が所定距離だけ遠ざかる場合の光ビームの照射状態に
    適合して前記導波層への結合効率を最大化する第１のグ
    レーティングパターンと、前記情報記録媒体と前記光学
    系が所定距離だけ近づく場合の光ビームの照射状態に適
    合して前記導波層への結合効率を最大化する第２のグレ
    ーティングパターンとが形成されると共に、前記受光部
    には、該第１のグレーティングパターンと該第２のグレ
    ーティングパターンのそれぞれに対応する受光領域が設
    けられ、該受光領域からの受光出力の差信号に基づいて
    フォーカスエラー信号が生成されることを特徴とする光
    ピックアップ。
  6. 【請求項６】 光源から出射された光ビームを光学系を
    介して情報記録媒体に集光し、反射された光ビームを受
    光する光ピックアップであって、 前記情報記録媒体から反射された光ビームの一部を回折
    させ、残りを透過させるグレーティング素子と、該グレ
    ーティング素子を透過した光ビームを受光する受光部と
    を備え、 前記グレーティング素子には、前記情報記録媒体と前記
    光学系が所定距離だけ遠ざかる場合の光ビームの照射状
    態に適合して回折効率を最大化する第１のグレーティン
    グパターンと、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距
    離だけ近づく場合の光ビームの照射状態に適合して回折
    効率を最大化する第２のグレーティングパターンとが形
    成されると共に、前記受光部には、該第１のグレーティ
    ングパターンと該第２のグレーティングパターンのそれ
    ぞれに対応する受光領域が設けられ、該受光領域からの
    受光出力の差信号に基づいてフォーカスエラー信号が生
    成されることを特徴とする光ピックアップ。
  7. 【請求項７】 前記受光部の受光出力を用いて、フォー
    カスエラー信号に加えて、ＲＦ信号及びトラッキングエ
    ラー信号が生成されることを特徴とする請求項５又は請
    求項６に記載の光ピックアップ。
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