JP3635523B2 - 光導波路素子及び光ピックアップ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に光導波路が積層された光導波路素子を用いた光ピックアップに関し、特に、互いに波長が異なる２波長を共用することができる光ピックアップの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクとして従来から利用されているＣＤやＣＤ−Ｒに加え、記録密度向上が可能なＤＶＤが普及しつつあり、これらに必要な光ピックアップの用途は多様になってきている。ＣＤやＣＤ−Ｒでは波長７８０ｎｍのレーザ光を用いるのに対し、ＤＶＤでは波長６５０ｎｍのレーザ光を用いるので、一般には別々の光ピックアップを用いることになるが、コスト低減や装置の小型化のために、ＣＤやＣＤ−Ｒと、ＤＶＤとの２波長に共用することが可能な光ピックアップが要望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような２波長に共用可能な光ピックアップは、光学系の構成が複雑になり、コストが増大すると共に光ピックアップの小型化が難しくなるとことが問題であった。
【０００４】
一方、近年では集積回路技術を応用した光導波路素子の開発が盛んに行われている。このような光導波路素子を光ピックアップに応用すると、多数の層に各種機能素子を集積化することができるので、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。
【０００５】
しかし、上述のような２波長に共用可能な光ピックアップを光導波路素子を用いて構成する場合、それぞれの波長用の光源は別々に配置されているので、各光源から出射された光ビームを光導波路に結合させて伝搬させると共に、共通の光学系を介して情報記録媒体に光ビームを照射することは容易ではない。しかも、ＣＤやＤＶＤを再生するときは、フォーカシングサーボやトラッキングサーボを行う必要があるが、これらはＣＤとＤＶＤなど光ディスクの種別によって方式が同じになるとは限らない。例えば、トラッキングサーボとして、ＣＤに対しては３ビーム法を用い、ＤＶＤに対しては通常の位相差法を用いるケースである。このような場合は、グレーティングや受光部の構成が複雑となり、光導波路素子に一体化させることが困難となる。
【０００６】
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、２つの波長に対応した情報記録媒体に対し共用することができ、構成が簡単で容易に小型化が実現できる光導波路素子及び当該光導波路素子を含む光ピックアップを提供することを目的とする。
【０００７】
【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、第１の波長の光ビームを伝搬させる第１の光導波路と、第２の波長の光ビームを伝搬させる第２の光導波路とが形成された光導波路素子であって、第１の光源から出射された前記第１の波長の光ビームを情報記録媒体に照射すると共に、当該情報記録媒体から反射された光ビームと、前記第２の波長の光ビームを透過させる第１の分離手段と、第２の光源から出射された前記第２の波長の光ビームを情報記録媒体に照射すると共に、当該情報記録媒体から反射された光ビームと、前記第１の波長の光ビームを透過させ、当該透過させる透過部分が前記第１の分離手段と重畳して配置される第２の分離手段と、前記第１の分離手段及び前記第２の分離手段を透過した前記第１の波長の光ビームの一部の成分を前記第１の光導波路に入力結合させ、その残りの成分と前記第２の波長の光ビームとを透過させる第１のグレーティングと、前記第１の分離手段及び前記第２の分離手段を透過した前記第２の波長の光ビームの一部の成分を前記第２の光導波路に入力結合させ、その残りの成分と前記第１の波長の光ビームとを透過させる第２のグレーティングと、前記第１のグレーティング及び前記第２のグレーティングの透過光を受光する第１の受光部と、前記第１の光導波路を伝搬する光ビームを受光する第２の受光部と、前記第２の光導波路を伝搬する光ビームを受光する第３の受光部と、を備え、前記第１のグレーティング及び第２のグレーティングは、共に前記第１の分離手段と第２の分離手段が重畳した前記透過部分から前記第１受光部に至る光路上に積層配置されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、第１の光源から第１の波長の光ビームが出射され、光導波路素子の第１の分離手段により情報記録媒体に照射される。そして、反射された光ビームが第１の分離手段及び第２の分離手段を透過して第１のグレーティングに達し、一部の成分は第１の光導波路に入力結合され、その残りの成分は透過して第１の受光部により受光される。第１の光導波路を伝搬された光ビームは第２の受光部により受光される。
【０００９】
一方、第２の光源から第２の波長の光ビームが出射され、光導波路素子の第２の分離手段により情報記録媒体に照射される。そして、反射された光ビームが第１の分離手段及び第２の分離手段を透過して第２のグレーティングに達し、一部の成分は第２の光導波路に入力結合され、その残りの成分は透過して第１の受光部により受光される。第２の光導波路を伝搬された光ビームは第３の受光部により受光される。
【００１０】
よって、２つの波長の光ビームをそれぞれ情報記録媒体に照射し、別々の光導波路を伝搬させることができ、ＤＶＤ、ＣＤなどの異なる２波長を共用するなど、構成が簡単で小型化に好適な２波長共用の光導波路素子を実現できる。
【００１１】
請求項２に記載の光ピックアップは、第１の波長の光ビームを伝搬させる第１の光導波路と、第２の波長の光ビームを伝搬させる第２の光導波路とが形成された光導波路素子を含む光ピックアップであって、前記光導波路素子は、前記第１の光源から出射された第１の波長の光ビームを情報記録媒体に照射すると共に、当該情報記録媒体から反射された光ビームと、前記第２の波長の光ビームを透過させる第１の分離手段と、前記第２の光源から出射された第２の波長の光ビームを情報記録媒体に照射すると共に、当該情報記録媒体から反射された光ビームと、前記第１の波長の光ビームを透過させ、当該透過させる透過部分が前記第１の分離手段と重畳して配置される第２の分離手段と、前記第１の分離手段及び前記第２の分離手段を透過した前記第１の波長の光ビームの一部の成分を前記第１の光導波路記に入力結合させ、その残りの成分と前記第２の波長の光ビームとを透過させる第１のグレーティングと、前記第１の分離手段及び前記第２の分離手段を透過した前記第２の波長の光ビームの一部の成分を前記第２の光導波路に入力結合させ、その残りの成分と前記第１の波長の光ビームとを透過させる第２のグレーティングと、前記第１のグレーティング又は前記第２のグレーティングの透過光を受光する第１の受光部と、前記第１の光導波路を伝搬する光ビームを受光する第２の受光部と、前記第２の光導波路を伝搬する光ビームを受光する第３の受光部と、を備え、前記第１のグレーティング及び第２のグレーティングは、共に前記第１の分離手段と第２の分離手段が重畳した前記透過部分から前記第１受光部に至る光路上に積層配置されていると共に、前記第1の受光部の受光出力に基づいてＲＦ信号が生成され、前記第２の受光部の受光出力及び前記第３の受光部の受光出力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。
【００１２】
この発明によれば、第１の光源から第１の波長の光ビームが出射され、光導波路素子の第１の分離手段により情報記録媒体に照射される。そして、反射された光ビームが第１の分離手段及び第２の分離手段を透過して第１のグレーティングに達し、一部の成分は第１の光導波路に入力結合され、その残りの成分は透過して第１の受光部により受光される。第１の光導波路を伝搬された光ビームは第２の受光部により受光される。そして、ＲＦ信号が第１の受光部の受光出力に基づいて生成され、フォーカスエラー信号が第２の受光部の受光出力に基づいて生成される。
【００１３】
一方、第２の光源から第２の波長の光ビームが出射され、光導波路素子の第２の分離手段により情報記録媒体に照射される。そして、反射された光ビームが第１の分離手段及び第２の分離手段を透過して第２のグレーティングに達し、一部の成分は第２の光導波路に入力結合され、その残りの成分は透過して第１の受光部により受光される。第２の光導波路を伝搬された光ビームは第３の受光部により受光される。そして、ＲＦ信号が第１の受光部の受光出力に基づいて生成され、フォーカスエラー信号が第３の受光部の受光出力に基づいて生成される。
【００１４】
よって、２つの波長の光ビームをそれぞれ情報記録媒体に照射し、別々の光導波路を伝搬させることができ、ＤＶＤ、ＣＤなどの異なる２波長を共用するなど、構成が簡単で小型化に好適な２波長共用の光ピックアップを実現できる。
【００１５】
請求項３に記載の光ピックアップは、請求項２に記載の光ピックアップにおいて、前記第１の分離手段と前記第２の分離手段の少なくとも一方は、光ビームを入力結合させるグレーティングと当該光ビームを前記情報記録媒体に照射するために出力結合させるグレーティングを設けた光導波路よりなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、第１の分離手段と第２の分離手段の一方は、光源からの光ビームをグレーティングにより光導波路に入力結合し、この光導波路を伝搬した後に、他のグレーティングにより情報記録媒体に照射する。よって、情報記録媒体の位置にかかわらず、入力結合のためのグレーティングを光源の位置に応じて設計すると共に、出力結合のためのグレーティングを光ビームの光軸に応じて設計することにより、配置の自由度が大きく構成が簡単で、小型化に好適な２波長共用の光ピックアップを実現できる。
【００１７】
請求項４に記載の光ピックアップは、請求項２又は請求項３に記載の光ピックアップにおいて、前記第１の分離手段と前記第２の分離手段の一方は、前記光導波路素子に積層形成され、光ビームに付与された位相差に応じて当該光ビームを選択的に反射又は透過させる分離膜よりなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、第１の分離手段と第２の分離手段の一方は、光源からの光ビームを光導波路素子に積層形成された分離膜により、情報記録媒体の方向に反射され、反射された光ビームは位相差を付与されて分離膜を透過する。よって、光導波路やグレーティングを設けることなく分離手段が構成でき、構成が簡単で小型化に好適な２波長共用の光ピックアップを実現できる。
【００１９】
請求項５の記載の光ピックアップは、請求項２から請求項４の何れかに記載の光ピックアップにおいて、前記第２の分離手段は、前記第２の波長の光ビームを回折して３ビームを発生させると共に、前記第３の受光部の受光出力に基づいて当該３ビームを用いた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。
【００２０】
この発明によれば、第２の波長の光ビームが第２の分離手段に入射されると、回折されて光導波路面内での３ビームが発生し、この３ビームを用いたトラッキングエラー信号が第３の受光部の受光出力に基づいて生成される。よって、例えばＣＤなどに一般的に用いられる３ビーム法のトラッキングエラー検出を容易に実現可能な２波長共用の光ピックアップを実現できる。
【００２１】
請求項６に記載の光ピックアップは、請求項２から請求項５の何れかに記載の光ピックアップにおいて、前記第1のグレーティング及び前記第２のグレーティングは２つの領域に分割されると共に、前記第２の受光部及び前記第３の受光部において、前記２つの領域のうち、一方の領域を通過した光ビームと他方の領域を通過した光ビームにより、ビームサイズ法によるフォーカスエラー信号が生成されることを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載の光ピックアップ。
【００２２】
この発明によれば、第１の波長の光ビームは２つに領域分割された第１のグレーティングを通り、第２の受光部においてビームサイズ法によるフォーカスエラー信号が生成される。第２の波長の光ビームは２つに領域分割された第２のグレーティングを通り、第３の受光部においてビームサイズ法によるフォーカスエラー信号が生成される。よって、光ディスクにおけるフォーカスエラーの検出をする際、グレーティングパターンの設計で容易に対応可能な光ピックアップを実現できる。
【００２３】
請求項７に記載の光ピックアップは、請求項２から請求項６の何れかに記載の光ピックアップにおいて、前記第1の波長は６５０ｎｍであり、前記第２の波長は７８０ｎｍであることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、ＤＶＤにおいて用いる波長６５０ｎｍの光ビームとＣＤやＣＤ−Ｒにおいて用いる波長７８０ｎｍの光ビームとが共用される。よって、高密度記録可能で汎用的な光ディスクであるＤＶＤとＣＤの共用光ピックアップを小型化及び構成の簡素化を図りつつ実現できる。
【００２５】
【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。本実施形態では、ＣＤ及びＤＶＤを共用可能な光ピックアップ用の光導波路デバイスに対して本発明を適用する場合について説明する。
【００２６】
図１は、本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１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、第１ＳiＯ2層１５、第１導波層１６、第２ＳＯＧ層１７、第２ＳiＯ2層１８、第２導波層１９、第３ＳＯＧ層２０、第３ＳiＯ2層２１、第３導波層２２、第４ＳＯＧ層２３、往路復路分離膜２４が積層される構造を有する。また、第１導波層１６、第２導波層１９、第３導波層２２のそれぞれの左側上部には第１グレーティング３１、第２グレーティング３２、第３グレーティング３３が形成されている。また、第３導波層２２の中央上部には第４グレーティング３４が形成されている。更に、エビタキシャル層１２には、左から順に、第1受光部４１、第２受光部４２、第３受光部４３が形成されている。
【００２７】
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、第１受光部４１、第２受光部４２、第３受光部４３が形成される。これらの受光部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。
【００２８】
第１ＳＯＧ層１４、第２ＳＯＧ層１７、第３ＳＯＧ層２０及び第４ＳＯＧ層２３は、多層構造の間のバッファとして機能する。そして、第２ＳＯＧ層１７、第３ＳＯＧ層２０及び第４ＳＯＧ層２３が、それぞれ第１導波層１６、第２導波層１９及び第３導波層２２の上部に成膜される一方、第１ＳＯＧ層１４は、アルミ遮光膜１３の上部に成膜され、各受光部４１〜４３の上部に生じた段差を埋める役割を担う。これら各ＳＯＧ層１４、１７、２０、２３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。
【００２９】
第１導波層１６、第２導波層１９及び第３導波層２２は、コーニング７０５９を材料として厚さ０．６５μｍに成膜され、それぞれ第１グレーティング３１、第２グレーティング３２、第４グレーティング３４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。
【００３０】
第１グレーティング３１、第２グレーティング３２、第３グレーティング３３及び第４グレーティング３４はＴｉＯ2からなり、０．１μｍの厚さに形成される。これら各グレーティングには、所定のグレーティングパターンが形成され、後述する波長に対応する光ビームを入力結合又は出力結合させるカップラとして機能する。
【００３１】
第１ＳiＯ2層１５、第２ＳiＯ2層１８及び第３ＳiＯ2層２１は、ＳiＯ2を材料として、それぞれ第１導波層１６、第２導波層１９、第３導波層２２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。
【００３２】
上述の構造においては、光ビームを適切に光導波路に結合し、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、各光導波層１６、１９、２２が屈折率１．５３、各ＳiＯ2層１５、１８、２１が屈折率１．４７、各ＳＯＧ層１４、１７、２０、２３が屈折率１．４３、各グレーティング３１〜３４が屈折率２．０をそれぞれ有している。
【００３３】
また、第４ＳＯＧ層２３を表面研磨した後、左側上部に蒸着により往路復路分離膜２４が成膜される。この往路復路分離膜２４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。
【００３４】
次に、図１の光導波路デバイス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。本実施形態に係る光ピックアップは、ＣＤ用の波長７８０ｎｍの光ビーム、及び、ＤＶＤ用の波長６５０ｎｍの光ビームを何れも使用可能であり、２波長を共用可能な光ピックアップとして機能する。
【００３５】
図２は、図１に示す光導波路デバイス１の断面構造において、波長７８０ｎｍｍの光ビームと波長６５０ｎｍの光ビームがそれぞれ進行する方向を矢印で表した図である。図２においては、波長７８０ｎｍの光ビームの進行方向を実線矢印で示し、波長６５０ｎｍの光ビームの進行方向を点線矢印で示している。
【００３６】
図２において、波長６５０ｎｍの光ビームは、所定位置に配置された光源から往路復路分離膜２４に斜め方向から入射される。この往路復路分離膜２４を波長６５０ｎｍの光ビームに対する第1の分離手段として機能させるため、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、上述の光ビームとしてＴＥモードが入射されるよう調整しておく。すると、ＴＥモードである波長６５０ｎｍの光ビームは、いったん往路復路分離膜２４により反射されて、図示しない光学系を介してＤＶＤの情報記録面に集光される。この際、λ／４波長板を配置し、光ビームをＴＭモードに変換すると、反射されたＴＭモードの光ビームは往路復路分離膜２４を透過する。
【００３７】
次いで、光ビームは下方の第３グレーティング３３、第２グレーティング３２を通過した後、第１グレーティング３１により第１導波層１６にその一部が入力結合される。これは、第３グレーティング３３と第２グレーティング３２は、波長７８０ｎｍの光ビームに対するカップラとして用いられるのに対して、第１グレーティング３１は、波長６５０ｎｍ用の光ビームを入力結合させるカップラとして機能するためである。この第１グレーティング３１には、チャーピングした曲線グレーティングが施され、波長６５０ｎｍの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る。併せてグレーティング構造の高さを適切に設定し、第１導波層１６へ所望の結合効率で入力結合される。
【００３８】
波長６５０ｎｍの光ビームは、その一部が第１グレーティング３１を透過して第１受光部４１に達すると共に、残りが第１導波層１６に入力結合されて右方向に導波モードで伝搬され、第２受光部４２に到達する。本実施形態では、ＤＶＤ動作時において、第１受光部４１によりＲＦ信号の検出とトラッキングエラー信号の検出を行い、第２受光部４２によりフォーカスエラー検出を行う構成になっているが、具体的な検出方法については後述する。
【００３９】
次に、図２において、波長７８０ｎｍの光ビームは、所定位置に配置された光源から第４グレーティング３４に斜め方向から入射される。この第４グレーティング３４は、波長７８０ｎｍのＴＥモードの光ビームを第３導波層２２に入力結合するカップラとして機能する。このとき、ＣＤ動作時に３ビーム法によるトラッキングエラー検出を行うため、第４グレーティング３４では３ビームに対応する回折光を発生させる後述のグレーティングパターンが形成されている。
【００４０】
入力結合された光ビームは、第３導波層２２を左方向に導波モードで伝搬されて第３グレーティング３３に到達する。この第３グレーティング３３は、波長７８０ｎｍのＴＥモードの光ビームを出力結合させるカップラとして機能し、所定の方向に向けて光ビームが放射され、往路復路分離膜２４を透過し、図示しない光学系を介してＣＤの情報記録面に集光される。なお、この第３グレーティング３３は、指数関数的な光量分布を有する出力結合をガウス分布に近づけて情報記録面に集光する必要がある。そのため第３グレーティング３３のグレーティング構造は階段状にその高さを変化させている。
【００４１】
このように、第３導波層２２、第４グレーティング３４及び第３グレーティング３３は一体となって、波長７８０ｎｍの光ビームに対する第２の分離手段として機能する。
【００４２】
そして、情報記録面から反射されＴＭモードに変換された光ビームは、往路復路分離膜２４、第３グレーティング３３を透過し、波長７８０ｎｍの光ビームを入力結合させるカップラとして機能する第２グレーティング３２により第２導波層１９に所望の結合効率で入力結合される。
【００４３】
従って、波長７８０ｎｍの光ビームは、その一部が第２グレーティング３２を透過して第１受光部４１に達すると共に、残りが第２導波層１９に入力結合されて右方向に導波モードで伝搬されて第３受光部４３に達する。本実施形態では、ＣＤ動作時において、第１受光部４１によりＲＦ信号の検出を行い、第３受光部４３によりトラッキングエラー検出及びフォーカスエラー検出を行う構成になっているが、具体的な検出方法については後述する。
【００４４】
ここで、図２に示すように、第１導波層１６と第２受光部４２、第２導波層１９と第３受光部４３は、それぞれ互いに近接して配置されている。これは、高い受光効率を得るには、導波モードを放射モードに変換して受光する必要があり、導波層と受光素子の間の距離が小さくなるような配置としたものである。そのため、第１導波層１６と第２導波層１９は段差が生じることとなり、それぞれ第２受光部４２、第３受光部４３の近辺でスロープ部分１６ａ、１９ａが形成されている。第１導波層１６のスロープ部分１６ａに合わせて第２導波層１９の形状が定まるので、スロープ部分１９ａは、図２に点線で示すように設けられる。光導波路デバイス１の上部から見た場合、互いに交錯しないように、スロープ部分１６ａが中央部分に、スロープ部分１９ａがその両端部分にそれぞれ配置されている。
【００４５】
なお、図２に示す光導波路デバイス１は、光源用のサブマウントと一体化され、上記光学系及び情報記録媒体と所定の位置関係を保つように設置される。この光学系には、上述のλ／４波長板に加え、光ビームを情報記録媒体に集光するための対物レンズ、コリメータレンズ、反射ミラーなどが含まれる。
【００４６】
次に、光導波路デバイス１の各グレーティング３１〜３４のグレーティングパターン及び各受光部４１〜４３の配置について図３及び図４を参照して説明する。図３は、第１グレーティング３１、第２グレーティング３２、第３グレーティング３３及び第４グレーティング３４のグレーティングパターンを示す図である。また、図４はグレーティングパターンに対応して、光導波路デバイス１のエピタキシャル層１２における第１受光部４１、第２受光部４２及び第３受光部４３の配置を示す図である。なお、図３と図４は何れも図１の光導波路デバイス１の上面から見た図であって、紙面横手方向が各光導波層１６、１９、２２の伝搬方向になっている。
【００４７】
第１グレーティング３１は、２つの領域３１ａ、３１ｂに分かれており、曲率などが互いに異なるグレーティングパターンが施されている。これは、第２受光部４２においてビームサイズ法によるフォーカスエラー検出を行うためである。これに対応して、図４に示すように、第２受光部４２は分割領域４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの４つの領域に分かれて構成されている。なお、上述したように、図１に点線で示す第２導波層１９のスロープ部分１９ａを避ける必要があるので、分割領域４２ａ、４２ｂと分割領域４２ｃ、４２ｄとは、所定距離だけ離れて両端に配置されている。
【００４８】
そして、第１導波層１６に結合される際、領域３１ａを通過した光ビームは第２受光部４２の分割領域４２ａ、４２ｂの方向に集光され、領域３１ｂを通過した光ビームは第２受光部４２の分割領域４２ｃ、４２ｄの方向に集光されるように曲線グレーティングパターンの調整が施されている。また、フォーカスエラーが生じていないときは、分割領域４２ａ、４２ｂの差信号と分割領域４２ｃ、４２ｄの差信号は一致するように調整が施されている。一方、フォーカスエラーが生じるときは、両者の差信号が変動するので、この比較に基づいてフォーカスエラーの検出を行うことができる。
【００４９】
同様に、第２グレーティング３２は、２つの領域３２ａ、３２ｂに分かれており、第１グレーティング３１と同様の作用によって第３受光部４３におけるビームサイズ法によるフォーカスエラー検出に対応したグレーティングパターンが施されている。これに対応する第３受光部４３の構成については後述する。
【００５０】
なお、第１グレーティング３１の各領域３１ａ、３１ｂと、第２グレーティング３２の各領域３２ａ、３２ｂには、それぞれ、領域ごとに異なるチャーピングした曲線グレーティングパターンが設けられ、光ビームに適宜の特性を付与している。
【００５１】
また、波長７８０ｎｍの光ビームに対する出力カップラとしての第３グレーティング３３には、特に領域分割はされず、縦方向の曲線グレーティングパターンが施されている。この第３グレーティング３３には、チャーピングした曲線グレーティングパターンが設けられ、光ビームに適宜の特性を付与している。
【００５２】
次に、波長７８０ｎｍの光ビームに対する入力カップラとしての第４グレーティング３４には、縦方向の曲線グレーティングパターンと横方向の直線グレーティングパターンとが重ね合わせて設けられている。縦方向の曲線グレーティングパターンは、上述したように周期及び曲率の微妙の調整により、第３導波層２２に光ビームを入力結合するためのパターンである。横方向の直線グレーティングパターンは、ＣＤ動作時の３ビーム法によるトラッキングエラー検出を行うための回折パターンである。
【００５３】
ここで、一般的に３ビーム法によるトラッキングエラー検出をもとに上記トラッキングエラー検出の原理について、図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、第４グレーティング３４に波長７８０ｎｍの光ビームが入射されると、直線グレーティングパターンにより回折され、０次光に加え、１次光と−１次光が生じ、３ビームに分かれて伝搬する。図５（ｂ）に示すように、３つのビームは、ＣＤの情報記録面において、０次光が記録トラックの中心上に照射されると共に１次光と−１次光が記録トラックからそれぞれ一定距離だけ対称的にずれて照射されるように調整されている。このとき、記録トラックからのずれの方向に応じて、図５（ｃ）に示すように３つのビームの照射状態が変化する。
【００５４】
従って、図５（ｄ）のような受光パターンを有する受光部により３ビームを受光すれば、ＡとＣの受光量はトラッキングのずれに応じて変動し、Ａ−Ｃをトラッキングエラー信号として得ることができる。
【００５５】
上記３ビーム法によるトラッキングエラー検出及びビームサイズ法によるフォーカスエラー検出に対応するため、図４に示すように、第３受光部４３は分割領域４３ａ〜４３ｈの８つの領域に分かれて構成されている。まず、フォーカスエラー検出において、第２グレーティング３２の２つの領域３２ａ、３２ｂを通過した光ビームが集光される方向に対応して、分割領域４３ａ〜４３ｄと分割領域４３ｅ〜４３ｈが互いに分離して配置されている。
【００５６】
また、互いに分離された分割領域４３ａ〜４３ｄと分割領域４３ｅ〜４３ｈは、それぞれ３ビーム法によるトラッキングエラー検出に対応するため、分割領域４３ａ、４３ｅが１次光を受光し、分割領域４３ｄ、４３ｈが−１次光を受光し、分割領域４３ｂ、４３ｃ、４３ｆ、４３ｇが０次光を受光する構成になっている。これにより、１次光の受光信号と−１次光の受光信号との差をとってトラッキングエラー信号を得ることができる。
【００５７】
なお、第１グレーティング３１又は第２グレーティング３２を透過した光ビームは、直下にある第１受光部４１により受光される。図４に示すように、第１受光部４１は一般的な４分割型ディテクタであり、受光レベルに応じたＲＦ信号を生成する共に、波長６５０ｎｍの光ビームに対する位相差法によるトラッキングエラー信号を生成する。
【００５８】
以上説明したように本実施形態によれば、ＣＤに用いる波長７８０ｎｍの光ビームとＤＶＤに用いる波長６５０ｎｍの光ビームとを、それぞれ別々に配置した光源から入射し、所定の方向に位置する光学系を介して情報記録媒体に照射する。また、情報記録媒体から反射された光ビームを各グレーティングにより別々の光導波路に入力結合させ各受光部に導くように構成した。そのため、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ＣＤ又はＤＶＤに好適な方法で生成することができると共に、これらの機能を一体化された光導波路デバイス１に取り込むことができる。従って、２波長共用の光ピックアップを簡単な構成で容易に小型化し、更に信頼性を高めた上で実現することができる。
【００５９】
なお、本発明は上述の実施形態の構成に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上述の実施形態では、第１の分離手段として光導波路デバイス１に積層形成した往路復路分離膜２４を用いた場合を説明したが、上記第２の分離手段と同様に光導波路と２つのグレーティングを第1の分離手段としてもよい。この場合は、光導波路デバイス１に図１と同様の構造で更に導波層を積層形成する必要がある。また、この導波層の上部には、第４グレーティング３４とは異なる位置であって光源の配置に対応した適宜の位置に入力結合用のグレーティングを設けることができる。
【００６０】
また、上述の実施形態では、ＣＤ用の波長７８０ｎｍの光ビームに対し、３ビーム法によるトラッキングエラー検出を行う構成をとっているが、波長６５０ｎｍの光ビームの場合と同様、４分割型ディテクタよりなる第１受光部４１にて位相差法によるトラッキングエラー検出を行う構成にしてもよい。
【００６１】
また、上述の実施形態における各受光部４１〜４３の配置は変更することができ、例えば第２受光部４２と第３受光部４３の位置を入れ換えたり、両者を並列に配置してもよい。更に、第1導波層１６と第２導波層１９を入れ換えてもよい。
【００６２】
また、上述の実施形態では、共用する波長の一方がＣＤ用の７８０ｎｍであり、他方がＤＶＤ用の６５０ｎｍである場合を説明したが、これ以外の２つの異なる波長の種々の組み合わせについて本発明を適用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、２つの波長の光ビームに対応した光導波路素子を構成するので、２波長共用光ピックアップの構成要素の多くの部分を、構成が簡単で小型化に好適な光導波路素子を用いて実現できる。
【００６４】
請求項２に記載の発明によれば、２つの波長の光ビームに対応した光導波路素子を用いて光ピックアップを構成するので、２波長共用光ピックアップの構成が簡単になり、小型化可能で低コストな２波長共用光ピックアップを提供できる。
【００６５】
請求項３に記載の発明によれば、情報記録媒体の位置に制約されずに光源を配置させることができ、配置の自由度が大きく小型化にも好適な２波長共用光ピックアップを提供できる。
【００６６】
請求項４に記載の発明によれば、光導波路素子に分離膜を積層して光ビーム選択的に光ビームを反射又は透過させるようにしたので、比較的簡単な構成で光ビームを選択的に透過又は反射させることができ、小型化に好適な２波長共用光ピックアップを提供できる。
【００６７】
請求項５に記載の発明によれば、第２の波長の光ビームを回折させて３ビームを用いてトラッキングエラー検出を行うようにしたので、ＣＤなどに広く用いられる３ビーム法によるトラッキングエラー検出を容易に行うことができる２波長共用光ピックアップを提供できる。
【００６８】
請求項６に記載の発明によれば、第１の波長及び第２の波長の光ビームに対してそれぞれグレーティングの領域分割を行ってビームサイズ法によるフォーカスエラー信号を生成するようにしたので、グレーティングパターンに基づいて光ディスクのフォーカスエラー検出を容易に行うことができる２波長共用光ピックアップを提供できる。
【００６９】
請求項７に記載の発明によれば、ＤＶＤ用の波長６５０ｎｍとＣＤ用の波長７８０ｎｍを光導波路素子において共用する構成にしたので、高密度記録可能で汎用性の高い２波長共用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導波路デバイスの断面構造を示す図である。
【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り、波長７８０ｎｍの光ビームと波長６５０ｎｍの光ビームの進行方向を表した図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光導波路デバイスの各グレーティングのグレーティングパターンを示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光導波路デバイスの各受光部の配置を示す図である。
【図５】３ビーム法によるトラッキングエラー検出の原理を説明する図である。
【符号の説明】
１…光導波路デバイス
１１…半導体基板
１２…エピタキシャル層
１３…アルミ遮光層
１４…第1ＳＯＧ層
１５…第1ＳiＯ2層
１６…第1導波層
１７…第２ＳＯＧ層
１８…第２ＳiＯ2層
１９…第２導波層
２０…第３ＳＯＧ層
２１…第３ＳiＯ2層
２２…第３導波層
２３…第４ＳＯＧ層
２４…往路復路分離膜
３１…第１グレーティング
３２…第２グレーティング
３３…第３グレーティング
３４…第４グレーティング
４１…第１受光部
４２…第２受光部
４３…第３受光部
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に光導波路が積層された光導波路素子を用いた光ピックアップに関し、特に、互いに波長が異なる２波長を共用することができる光ピックアップの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクとして従来から利用されているＣＤやＣＤ−Ｒに加え、記録密度向上が可能なＤＶＤが普及しつつあり、これらに必要な光ピックアップの用途は多様になってきている。ＣＤやＣＤ−Ｒでは波長７８０ｎｍのレーザ光を用いるのに対し、ＤＶＤでは波長６５０ｎｍのレーザ光を用いるので、一般には別々の光ピックアップを用いることになるが、コスト低減や装置の小型化のために、ＣＤやＣＤ−Ｒと、ＤＶＤとの２波長に共用することが可能な光ピックアップが要望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような２波長に共用可能な光ピックアップは、光学系の構成が複雑になり、コストが増大すると共に光ピックアップの小型化が難しくなるとことが問題であった。
【０００４】
一方、近年では集積回路技術を応用した光導波路素子の開発が盛んに行われている。このような光導波路素子を光ピックアップに応用すると、多数の層に各種機能素子を集積化することができるので、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。
【０００５】
しかし、上述のような２波長に共用可能な光ピックアップを光導波路素子を用いて構成する場合、それぞれの波長用の光源は別々に配置されているので、各光源から出射された光ビームを光導波路に結合させて伝搬させると共に、共通の光学系を介して情報記録媒体に光ビームを照射することは容易ではない。しかも、ＣＤやＤＶＤを再生するときは、フォーカシングサーボやトラッキングサーボを行う必要があるが、これらはＣＤとＤＶＤなど光ディスクの種別によって方式が同じになるとは限らない。例えば、トラッキングサーボとして、ＣＤに対しては３ビーム法を用い、ＤＶＤに対しては通常の位相差法を用いるケースである。このような場合は、グレーティングや受光部の構成が複雑となり、光導波路素子に一体化させることが困難となる。
【０００６】
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、２つの波長に対応した情報記録媒体に対し共用することができ、構成が簡単で容易に小型化が実現できる光導波路素子及び当該光導波路素子を含む光ピックアップを提供することを目的とする。
【０００７】
【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、第１の波長の光ビームを伝搬させる第１の光導波路と、第２の波長の光ビームを伝搬させる第２の光導波路とが形成された光導波路素子であって、第１の光源から出射された前記第１の波長の光ビームを情報記録媒体に照射すると共に、当該情報記録媒体から反射された光ビームと、前記第２の波長の光ビームを透過させる第１の分離手段と、第２の光源から出射された前記第２の波長の光ビームを情報記録媒体に照射すると共に、当該情報記録媒体から反射された光ビームと、前記第１の波長の光ビームを透過させ、当該透過させる透過部分が前記第１の分離手段と重畳して配置される第２の分離手段と、前記第１の分離手段及び前記第２の分離手段を透過した前記第１の波長の光ビームの一部の成分を前記第１の光導波路に入力結合させ、その残りの成分と前記第２の波長の光ビームとを透過させる第１のグレーティングと、前記第１の分離手段及び前記第２の分離手段を透過した前記第２の波長の光ビームの一部の成分を前記第２の光導波路に入力結合させ、その残りの成分と前記第１の波長の光ビームとを透過させる第２のグレーティングと、前記第１のグレーティング及び前記第２のグレーティングの透過光を受光する第１の受光部と、前記第１の光導波路を伝搬する光ビームを受光する第２の受光部と、前記第２の光導波路を伝搬する光ビームを受光する第３の受光部と、を備え、前記第１のグレーティング及び第２のグレーティングは、共に前記第１の分離手段と第２の分離手段が重畳した前記透過部分から前記第１受光部に至る光路上に積層配置されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、第１の光源から第１の波長の光ビームが出射され、光導波路素子の第１の分離手段により情報記録媒体に照射される。そして、反射された光ビームが第１の分離手段及び第２の分離手段を透過して第１のグレーティングに達し、一部の成分は第１の光導波路に入力結合され、その残りの成分は透過して第１の受光部により受光される。第１の光導波路を伝搬された光ビームは第２の受光部により受光される。
【０００９】
一方、第２の光源から第２の波長の光ビームが出射され、光導波路素子の第２の分離手段により情報記録媒体に照射される。そして、反射された光ビームが第１の分離手段及び第２の分離手段を透過して第２のグレーティングに達し、一部の成分は第２の光導波路に入力結合され、その残りの成分は透過して第１の受光部により受光される。第２の光導波路を伝搬された光ビームは第３の受光部により受光される。
【００１０】
よって、２つの波長の光ビームをそれぞれ情報記録媒体に照射し、別々の光導波路を伝搬させることができ、ＤＶＤ、ＣＤなどの異なる２波長を共用するなど、構成が簡単で小型化に好適な２波長共用の光導波路素子を実現できる。
【００１１】
請求項２に記載の光ピックアップは、第１の波長の光ビームを伝搬させる第１の光導波路と、第２の波長の光ビームを伝搬させる第２の光導波路とが形成された光導波路素子を含む光ピックアップであって、前記光導波路素子は、前記第１の光源から出射された第１の波長の光ビームを情報記録媒体に照射すると共に、当該情報記録媒体から反射された光ビームと、前記第２の波長の光ビームを透過させる第１の分離手段と、前記第２の光源から出射された第２の波長の光ビームを情報記録媒体に照射すると共に、当該情報記録媒体から反射された光ビームと、前記第１の波長の光ビームを透過させ、当該透過させる透過部分が前記第１の分離手段と重畳して配置される第２の分離手段と、前記第１の分離手段及び前記第２の分離手段を透過した前記第１の波長の光ビームの一部の成分を前記第１の光導波路記に入力結合させ、その残りの成分と前記第２の波長の光ビームとを透過させる第１のグレーティングと、前記第１の分離手段及び前記第２の分離手段を透過した前記第２の波長の光ビームの一部の成分を前記第２の光導波路に入力結合させ、その残りの成分と前記第１の波長の光ビームとを透過させる第２のグレーティングと、前記第１のグレーティング又は前記第２のグレーティングの透過光を受光する第１の受光部と、前記第１の光導波路を伝搬する光ビームを受光する第２の受光部と、前記第２の光導波路を伝搬する光ビームを受光する第３の受光部と、を備え、前記第１のグレーティング及び第２のグレーティングは、共に前記第１の分離手段と第２の分離手段が重畳した前記透過部分から前記第１受光部に至る光路上に積層配置されていると共に、前記第1の受光部の受光出力に基づいてＲＦ信号が生成され、前記第２の受光部の受光出力及び前記第３の受光部の受光出力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。
【００１２】
この発明によれば、第１の光源から第１の波長の光ビームが出射され、光導波路素子の第１の分離手段により情報記録媒体に照射される。そして、反射された光ビームが第１の分離手段及び第２の分離手段を透過して第１のグレーティングに達し、一部の成分は第１の光導波路に入力結合され、その残りの成分は透過して第１の受光部により受光される。第１の光導波路を伝搬された光ビームは第２の受光部により受光される。そして、ＲＦ信号が第１の受光部の受光出力に基づいて生成され、フォーカスエラー信号が第２の受光部の受光出力に基づいて生成される。
【００１３】
一方、第２の光源から第２の波長の光ビームが出射され、光導波路素子の第２の分離手段により情報記録媒体に照射される。そして、反射された光ビームが第１の分離手段及び第２の分離手段を透過して第２のグレーティングに達し、一部の成分は第２の光導波路に入力結合され、その残りの成分は透過して第１の受光部により受光される。第２の光導波路を伝搬された光ビームは第３の受光部により受光される。そして、ＲＦ信号が第１の受光部の受光出力に基づいて生成され、フォーカスエラー信号が第３の受光部の受光出力に基づいて生成される。
【００１４】
よって、２つの波長の光ビームをそれぞれ情報記録媒体に照射し、別々の光導波路を伝搬させることができ、ＤＶＤ、ＣＤなどの異なる２波長を共用するなど、構成が簡単で小型化に好適な２波長共用の光ピックアップを実現できる。
【００１５】
請求項３に記載の光ピックアップは、請求項２に記載の光ピックアップにおいて、前記第１の分離手段と前記第２の分離手段の少なくとも一方は、光ビームを入力結合させるグレーティングと当該光ビームを前記情報記録媒体に照射するために出力結合させるグレーティングを設けた光導波路よりなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、第１の分離手段と第２の分離手段の一方は、光源からの光ビームをグレーティングにより光導波路に入力結合し、この光導波路を伝搬した後に、他のグレーティングにより情報記録媒体に照射する。よって、情報記録媒体の位置にかかわらず、入力結合のためのグレーティングを光源の位置に応じて設計すると共に、出力結合のためのグレーティングを光ビームの光軸に応じて設計することにより、配置の自由度が大きく構成が簡単で、小型化に好適な２波長共用の光ピックアップを実現できる。
【００１７】
請求項４に記載の光ピックアップは、請求項２又は請求項３に記載の光ピックアップにおいて、前記第１の分離手段と前記第２の分離手段の一方は、前記光導波路素子に積層形成され、光ビームに付与された位相差に応じて当該光ビームを選択的に反射又は透過させる分離膜よりなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、第１の分離手段と第２の分離手段の一方は、光源からの光ビームを光導波路素子に積層形成された分離膜により、情報記録媒体の方向に反射され、反射された光ビームは位相差を付与されて分離膜を透過する。よって、光導波路やグレーティングを設けることなく分離手段が構成でき、構成が簡単で小型化に好適な２波長共用の光ピックアップを実現できる。
【００１９】
請求項５の記載の光ピックアップは、請求項２から請求項４の何れかに記載の光ピックアップにおいて、前記第２の分離手段は、前記第２の波長の光ビームを回折して３ビームを発生させると共に、前記第３の受光部の受光出力に基づいて当該３ビームを用いた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。
【００２０】
この発明によれば、第２の波長の光ビームが第２の分離手段に入射されると、回折されて光導波路面内での３ビームが発生し、この３ビームを用いたトラッキングエラー信号が第３の受光部の受光出力に基づいて生成される。よって、例えばＣＤなどに一般的に用いられる３ビーム法のトラッキングエラー検出を容易に実現可能な２波長共用の光ピックアップを実現できる。
【００２１】
請求項６に記載の光ピックアップは、請求項２から請求項５の何れかに記載の光ピックアップにおいて、前記第1のグレーティング及び前記第２のグレーティングは２つの領域に分割されると共に、前記第２の受光部及び前記第３の受光部において、前記２つの領域のうち、一方の領域を通過した光ビームと他方の領域を通過した光ビームにより、ビームサイズ法によるフォーカスエラー信号が生成されることを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載の光ピックアップ。
【００２２】
この発明によれば、第１の波長の光ビームは２つに領域分割された第１のグレーティングを通り、第２の受光部においてビームサイズ法によるフォーカスエラー信号が生成される。第２の波長の光ビームは２つに領域分割された第２のグレーティングを通り、第３の受光部においてビームサイズ法によるフォーカスエラー信号が生成される。よって、光ディスクにおけるフォーカスエラーの検出をする際、グレーティングパターンの設計で容易に対応可能な光ピックアップを実現できる。
【００２３】
請求項７に記載の光ピックアップは、請求項２から請求項６の何れかに記載の光ピックアップにおいて、前記第1の波長は６５０ｎｍであり、前記第２の波長は７８０ｎｍであることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、ＤＶＤにおいて用いる波長６５０ｎｍの光ビームとＣＤやＣＤ−Ｒにおいて用いる波長７８０ｎｍの光ビームとが共用される。よって、高密度記録可能で汎用的な光ディスクであるＤＶＤとＣＤの共用光ピックアップを小型化及び構成の簡素化を図りつつ実現できる。
【００２５】
【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。本実施形態では、ＣＤ及びＤＶＤを共用可能な光ピックアップ用の光導波路デバイスに対して本発明を適用する場合について説明する。
【００２６】
図１は、本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１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、第１ＳiＯ2層１５、第１導波層１６、第２ＳＯＧ層１７、第２ＳiＯ2層１８、第２導波層１９、第３ＳＯＧ層２０、第３ＳiＯ2層２１、第３導波層２２、第４ＳＯＧ層２３、往路復路分離膜２４が積層される構造を有する。また、第１導波層１６、第２導波層１９、第３導波層２２のそれぞれの左側上部には第１グレーティング３１、第２グレーティング３２、第３グレーティング３３が形成されている。また、第３導波層２２の中央上部には第４グレーティング３４が形成されている。更に、エビタキシャル層１２には、左から順に、第1受光部４１、第２受光部４２、第３受光部４３が形成されている。
【００２７】
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、第１受光部４１、第２受光部４２、第３受光部４３が形成される。これらの受光部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。
【００２８】
第１ＳＯＧ層１４、第２ＳＯＧ層１７、第３ＳＯＧ層２０及び第４ＳＯＧ層２３は、多層構造の間のバッファとして機能する。そして、第２ＳＯＧ層１７、第３ＳＯＧ層２０及び第４ＳＯＧ層２３が、それぞれ第１導波層１６、第２導波層１９及び第３導波層２２の上部に成膜される一方、第１ＳＯＧ層１４は、アルミ遮光膜１３の上部に成膜され、各受光部４１〜４３の上部に生じた段差を埋める役割を担う。これら各ＳＯＧ層１４、１７、２０、２３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。
【００２９】
第１導波層１６、第２導波層１９及び第３導波層２２は、コーニング７０５９を材料として厚さ０．６５μｍに成膜され、それぞれ第１グレーティング３１、第２グレーティング３２、第４グレーティング３４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。
【００３０】
第１グレーティング３１、第２グレーティング３２、第３グレーティング３３及び第４グレーティング３４はＴｉＯ2からなり、０．１μｍの厚さに形成される。これら各グレーティングには、所定のグレーティングパターンが形成され、後述する波長に対応する光ビームを入力結合又は出力結合させるカップラとして機能する。
【００３１】
第１ＳiＯ2層１５、第２ＳiＯ2層１８及び第３ＳiＯ2層２１は、ＳiＯ2を材料として、それぞれ第１導波層１６、第２導波層１９、第３導波層２２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。
【００３２】
上述の構造においては、光ビームを適切に光導波路に結合し、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、各光導波層１６、１９、２２が屈折率１．５３、各ＳiＯ2層１５、１８、２１が屈折率１．４７、各ＳＯＧ層１４、１７、２０、２３が屈折率１．４３、各グレーティング３１〜３４が屈折率２．０をそれぞれ有している。
【００３３】
また、第４ＳＯＧ層２３を表面研磨した後、左側上部に蒸着により往路復路分離膜２４が成膜される。この往路復路分離膜２４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。
【００３４】
次に、図１の光導波路デバイス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。本実施形態に係る光ピックアップは、ＣＤ用の波長７８０ｎｍの光ビーム、及び、ＤＶＤ用の波長６５０ｎｍの光ビームを何れも使用可能であり、２波長を共用可能な光ピックアップとして機能する。
【００３５】
図２は、図１に示す光導波路デバイス１の断面構造において、波長７８０ｎｍｍの光ビームと波長６５０ｎｍの光ビームがそれぞれ進行する方向を矢印で表した図である。図２においては、波長７８０ｎｍの光ビームの進行方向を実線矢印で示し、波長６５０ｎｍの光ビームの進行方向を点線矢印で示している。
【００３６】
図２において、波長６５０ｎｍの光ビームは、所定位置に配置された光源から往路復路分離膜２４に斜め方向から入射される。この往路復路分離膜２４を波長６５０ｎｍの光ビームに対する第1の分離手段として機能させるため、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、上述の光ビームとしてＴＥモードが入射されるよう調整しておく。すると、ＴＥモードである波長６５０ｎｍの光ビームは、いったん往路復路分離膜２４により反射されて、図示しない光学系を介してＤＶＤの情報記録面に集光される。この際、λ／４波長板を配置し、光ビームをＴＭモードに変換すると、反射されたＴＭモードの光ビームは往路復路分離膜２４を透過する。
【００３７】
次いで、光ビームは下方の第３グレーティング３３、第２グレーティング３２を通過した後、第１グレーティング３１により第１導波層１６にその一部が入力結合される。これは、第３グレーティング３３と第２グレーティング３２は、波長７８０ｎｍの光ビームに対するカップラとして用いられるのに対して、第１グレーティング３１は、波長６５０ｎｍ用の光ビームを入力結合させるカップラとして機能するためである。この第１グレーティング３１には、チャーピングした曲線グレーティングが施され、波長６５０ｎｍの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る。併せてグレーティング構造の高さを適切に設定し、第１導波層１６へ所望の結合効率で入力結合される。
【００３８】
波長６５０ｎｍの光ビームは、その一部が第１グレーティング３１を透過して第１受光部４１に達すると共に、残りが第１導波層１６に入力結合されて右方向に導波モードで伝搬され、第２受光部４２に到達する。本実施形態では、ＤＶＤ動作時において、第１受光部４１によりＲＦ信号の検出とトラッキングエラー信号の検出を行い、第２受光部４２によりフォーカスエラー検出を行う構成になっているが、具体的な検出方法については後述する。
【００３９】
次に、図２において、波長７８０ｎｍの光ビームは、所定位置に配置された光源から第４グレーティング３４に斜め方向から入射される。この第４グレーティング３４は、波長７８０ｎｍのＴＥモードの光ビームを第３導波層２２に入力結合するカップラとして機能する。このとき、ＣＤ動作時に３ビーム法によるトラッキングエラー検出を行うため、第４グレーティング３４では３ビームに対応する回折光を発生させる後述のグレーティングパターンが形成されている。
【００４０】
入力結合された光ビームは、第３導波層２２を左方向に導波モードで伝搬されて第３グレーティング３３に到達する。この第３グレーティング３３は、波長７８０ｎｍのＴＥモードの光ビームを出力結合させるカップラとして機能し、所定の方向に向けて光ビームが放射され、往路復路分離膜２４を透過し、図示しない光学系を介してＣＤの情報記録面に集光される。なお、この第３グレーティング３３は、指数関数的な光量分布を有する出力結合をガウス分布に近づけて情報記録面に集光する必要がある。そのため第３グレーティング３３のグレーティング構造は階段状にその高さを変化させている。
【００４１】
このように、第３導波層２２、第４グレーティング３４及び第３グレーティング３３は一体となって、波長７８０ｎｍの光ビームに対する第２の分離手段として機能する。
【００４２】
そして、情報記録面から反射されＴＭモードに変換された光ビームは、往路復路分離膜２４、第３グレーティング３３を透過し、波長７８０ｎｍの光ビームを入力結合させるカップラとして機能する第２グレーティング３２により第２導波層１９に所望の結合効率で入力結合される。
【００４３】
従って、波長７８０ｎｍの光ビームは、その一部が第２グレーティング３２を透過して第１受光部４１に達すると共に、残りが第２導波層１９に入力結合されて右方向に導波モードで伝搬されて第３受光部４３に達する。本実施形態では、ＣＤ動作時において、第１受光部４１によりＲＦ信号の検出を行い、第３受光部４３によりトラッキングエラー検出及びフォーカスエラー検出を行う構成になっているが、具体的な検出方法については後述する。
【００４４】
ここで、図２に示すように、第１導波層１６と第２受光部４２、第２導波層１９と第３受光部４３は、それぞれ互いに近接して配置されている。これは、高い受光効率を得るには、導波モードを放射モードに変換して受光する必要があり、導波層と受光素子の間の距離が小さくなるような配置としたものである。そのため、第１導波層１６と第２導波層１９は段差が生じることとなり、それぞれ第２受光部４２、第３受光部４３の近辺でスロープ部分１６ａ、１９ａが形成されている。第１導波層１６のスロープ部分１６ａに合わせて第２導波層１９の形状が定まるので、スロープ部分１９ａは、図２に点線で示すように設けられる。光導波路デバイス１の上部から見た場合、互いに交錯しないように、スロープ部分１６ａが中央部分に、スロープ部分１９ａがその両端部分にそれぞれ配置されている。
【００４５】
なお、図２に示す光導波路デバイス１は、光源用のサブマウントと一体化され、上記光学系及び情報記録媒体と所定の位置関係を保つように設置される。この光学系には、上述のλ／４波長板に加え、光ビームを情報記録媒体に集光するための対物レンズ、コリメータレンズ、反射ミラーなどが含まれる。
【００４６】
次に、光導波路デバイス１の各グレーティング３１〜３４のグレーティングパターン及び各受光部４１〜４３の配置について図３及び図４を参照して説明する。図３は、第１グレーティング３１、第２グレーティング３２、第３グレーティング３３及び第４グレーティング３４のグレーティングパターンを示す図である。また、図４はグレーティングパターンに対応して、光導波路デバイス１のエピタキシャル層１２における第１受光部４１、第２受光部４２及び第３受光部４３の配置を示す図である。なお、図３と図４は何れも図１の光導波路デバイス１の上面から見た図であって、紙面横手方向が各光導波層１６、１９、２２の伝搬方向になっている。
【００４７】
第１グレーティング３１は、２つの領域３１ａ、３１ｂに分かれており、曲率などが互いに異なるグレーティングパターンが施されている。これは、第２受光部４２においてビームサイズ法によるフォーカスエラー検出を行うためである。これに対応して、図４に示すように、第２受光部４２は分割領域４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの４つの領域に分かれて構成されている。なお、上述したように、図１に点線で示す第２導波層１９のスロープ部分１９ａを避ける必要があるので、分割領域４２ａ、４２ｂと分割領域４２ｃ、４２ｄとは、所定距離だけ離れて両端に配置されている。
【００４８】
そして、第１導波層１６に結合される際、領域３１ａを通過した光ビームは第２受光部４２の分割領域４２ａ、４２ｂの方向に集光され、領域３１ｂを通過した光ビームは第２受光部４２の分割領域４２ｃ、４２ｄの方向に集光されるように曲線グレーティングパターンの調整が施されている。また、フォーカスエラーが生じていないときは、分割領域４２ａ、４２ｂの差信号と分割領域４２ｃ、４２ｄの差信号は一致するように調整が施されている。一方、フォーカスエラーが生じるときは、両者の差信号が変動するので、この比較に基づいてフォーカスエラーの検出を行うことができる。
【００４９】
同様に、第２グレーティング３２は、２つの領域３２ａ、３２ｂに分かれており、第１グレーティング３１と同様の作用によって第３受光部４３におけるビームサイズ法によるフォーカスエラー検出に対応したグレーティングパターンが施されている。これに対応する第３受光部４３の構成については後述する。
【００５０】
なお、第１グレーティング３１の各領域３１ａ、３１ｂと、第２グレーティング３２の各領域３２ａ、３２ｂには、それぞれ、領域ごとに異なるチャーピングした曲線グレーティングパターンが設けられ、光ビームに適宜の特性を付与している。
【００５１】
また、波長７８０ｎｍの光ビームに対する出力カップラとしての第３グレーティング３３には、特に領域分割はされず、縦方向の曲線グレーティングパターンが施されている。この第３グレーティング３３には、チャーピングした曲線グレーティングパターンが設けられ、光ビームに適宜の特性を付与している。
【００５２】
次に、波長７８０ｎｍの光ビームに対する入力カップラとしての第４グレーティング３４には、縦方向の曲線グレーティングパターンと横方向の直線グレーティングパターンとが重ね合わせて設けられている。縦方向の曲線グレーティングパターンは、上述したように周期及び曲率の微妙の調整により、第３導波層２２に光ビームを入力結合するためのパターンである。横方向の直線グレーティングパターンは、ＣＤ動作時の３ビーム法によるトラッキングエラー検出を行うための回折パターンである。
【００５３】
ここで、一般的に３ビーム法によるトラッキングエラー検出をもとに上記トラッキングエラー検出の原理について、図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、第４グレーティング３４に波長７８０ｎｍの光ビームが入射されると、直線グレーティングパターンにより回折され、０次光に加え、１次光と−１次光が生じ、３ビームに分かれて伝搬する。図５（ｂ）に示すように、３つのビームは、ＣＤの情報記録面において、０次光が記録トラックの中心上に照射されると共に１次光と−１次光が記録トラックからそれぞれ一定距離だけ対称的にずれて照射されるように調整されている。このとき、記録トラックからのずれの方向に応じて、図５（ｃ）に示すように３つのビームの照射状態が変化する。
【００５４】
従って、図５（ｄ）のような受光パターンを有する受光部により３ビームを受光すれば、ＡとＣの受光量はトラッキングのずれに応じて変動し、Ａ−Ｃをトラッキングエラー信号として得ることができる。
【００５５】
上記３ビーム法によるトラッキングエラー検出及びビームサイズ法によるフォーカスエラー検出に対応するため、図４に示すように、第３受光部４３は分割領域４３ａ〜４３ｈの８つの領域に分かれて構成されている。まず、フォーカスエラー検出において、第２グレーティング３２の２つの領域３２ａ、３２ｂを通過した光ビームが集光される方向に対応して、分割領域４３ａ〜４３ｄと分割領域４３ｅ〜４３ｈが互いに分離して配置されている。
【００５６】
また、互いに分離された分割領域４３ａ〜４３ｄと分割領域４３ｅ〜４３ｈは、それぞれ３ビーム法によるトラッキングエラー検出に対応するため、分割領域４３ａ、４３ｅが１次光を受光し、分割領域４３ｄ、４３ｈが−１次光を受光し、分割領域４３ｂ、４３ｃ、４３ｆ、４３ｇが０次光を受光する構成になっている。これにより、１次光の受光信号と−１次光の受光信号との差をとってトラッキングエラー信号を得ることができる。
【００５７】
なお、第１グレーティング３１又は第２グレーティング３２を透過した光ビームは、直下にある第１受光部４１により受光される。図４に示すように、第１受光部４１は一般的な４分割型ディテクタであり、受光レベルに応じたＲＦ信号を生成する共に、波長６５０ｎｍの光ビームに対する位相差法によるトラッキングエラー信号を生成する。
【００５８】
以上説明したように本実施形態によれば、ＣＤに用いる波長７８０ｎｍの光ビームとＤＶＤに用いる波長６５０ｎｍの光ビームとを、それぞれ別々に配置した光源から入射し、所定の方向に位置する光学系を介して情報記録媒体に照射する。また、情報記録媒体から反射された光ビームを各グレーティングにより別々の光導波路に入力結合させ各受光部に導くように構成した。そのため、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ＣＤ又はＤＶＤに好適な方法で生成することができると共に、これらの機能を一体化された光導波路デバイス１に取り込むことができる。従って、２波長共用の光ピックアップを簡単な構成で容易に小型化し、更に信頼性を高めた上で実現することができる。
【００５９】
なお、本発明は上述の実施形態の構成に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上述の実施形態では、第１の分離手段として光導波路デバイス１に積層形成した往路復路分離膜２４を用いた場合を説明したが、上記第２の分離手段と同様に光導波路と２つのグレーティングを第1の分離手段としてもよい。この場合は、光導波路デバイス１に図１と同様の構造で更に導波層を積層形成する必要がある。また、この導波層の上部には、第４グレーティング３４とは異なる位置であって光源の配置に対応した適宜の位置に入力結合用のグレーティングを設けることができる。
【００６０】
また、上述の実施形態では、ＣＤ用の波長７８０ｎｍの光ビームに対し、３ビーム法によるトラッキングエラー検出を行う構成をとっているが、波長６５０ｎｍの光ビームの場合と同様、４分割型ディテクタよりなる第１受光部４１にて位相差法によるトラッキングエラー検出を行う構成にしてもよい。
【００６１】
また、上述の実施形態における各受光部４１〜４３の配置は変更することができ、例えば第２受光部４２と第３受光部４３の位置を入れ換えたり、両者を並列に配置してもよい。更に、第1導波層１６と第２導波層１９を入れ換えてもよい。
【００６２】
また、上述の実施形態では、共用する波長の一方がＣＤ用の７８０ｎｍであり、他方がＤＶＤ用の６５０ｎｍである場合を説明したが、これ以外の２つの異なる波長の種々の組み合わせについて本発明を適用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、２つの波長の光ビームに対応した光導波路素子を構成するので、２波長共用光ピックアップの構成要素の多くの部分を、構成が簡単で小型化に好適な光導波路素子を用いて実現できる。
【００６４】
請求項２に記載の発明によれば、２つの波長の光ビームに対応した光導波路素子を用いて光ピックアップを構成するので、２波長共用光ピックアップの構成が簡単になり、小型化可能で低コストな２波長共用光ピックアップを提供できる。
【００６５】
請求項３に記載の発明によれば、情報記録媒体の位置に制約されずに光源を配置させることができ、配置の自由度が大きく小型化にも好適な２波長共用光ピックアップを提供できる。
【００６６】
請求項４に記載の発明によれば、光導波路素子に分離膜を積層して光ビーム選択的に光ビームを反射又は透過させるようにしたので、比較的簡単な構成で光ビームを選択的に透過又は反射させることができ、小型化に好適な２波長共用光ピックアップを提供できる。
【００６７】
請求項５に記載の発明によれば、第２の波長の光ビームを回折させて３ビームを用いてトラッキングエラー検出を行うようにしたので、ＣＤなどに広く用いられる３ビーム法によるトラッキングエラー検出を容易に行うことができる２波長共用光ピックアップを提供できる。
【００６８】
請求項６に記載の発明によれば、第１の波長及び第２の波長の光ビームに対してそれぞれグレーティングの領域分割を行ってビームサイズ法によるフォーカスエラー信号を生成するようにしたので、グレーティングパターンに基づいて光ディスクのフォーカスエラー検出を容易に行うことができる２波長共用光ピックアップを提供できる。
【００６９】
請求項７に記載の発明によれば、ＤＶＤ用の波長６５０ｎｍとＣＤ用の波長７８０ｎｍを光導波路素子において共用する構成にしたので、高密度記録可能で汎用性の高い２波長共用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導波路デバイスの断面構造を示す図である。
【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り、波長７８０ｎｍの光ビームと波長６５０ｎｍの光ビームの進行方向を表した図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光導波路デバイスの各グレーティングのグレーティングパターンを示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光導波路デバイスの各受光部の配置を示す図である。
【図５】３ビーム法によるトラッキングエラー検出の原理を説明する図である。
【符号の説明】
１…光導波路デバイス
１１…半導体基板
１２…エピタキシャル層
１３…アルミ遮光層
１４…第1ＳＯＧ層
１５…第1ＳiＯ2層
１６…第1導波層
１７…第２ＳＯＧ層
１８…第２ＳiＯ2層
１９…第２導波層
２０…第３ＳＯＧ層
２１…第３ＳiＯ2層
２２…第３導波層
２３…第４ＳＯＧ層
２４…往路復路分離膜
３１…第１グレーティング
３２…第２グレーティング
３３…第３グレーティング
３４…第４グレーティング
４１…第１受光部
４２…第２受光部
４３…第３受光部
Claims (7)
- 第１の波長の光ビームを伝搬させる第１の光導波路と、第２の波長の光ビームを伝搬させる第２の光導波路とが形成された光導波路素子であって、
第１の光源から出射された前記第１の波長の光ビームを情報記録媒体に照射すると共に、当該情報記録媒体から反射された光ビームと、前記第２の波長の光ビームを透過させる第１の分離手段と、
第２の光源から出射された前記第２の波長の光ビームを情報記録媒体に照射すると共に、当該情報記録媒体から反射された光ビームと、前記第１の波長の光ビームを透過させ、当該透過させる透過部分が前記第１の分離手段と重畳して配置される第２の分離手段と、
前記第１の分離手段及び前記第２の分離手段を透過した前記第１の波長の光ビームの一部の成分を前記第１の光導波路に入力結合させ、その残りの成分と前記第２の波長の光ビームとを透過させる第１のグレーティングと、
前記第１の分離手段及び前記第２の分離手段を透過した前記第２の波長の光ビームの一部の成分を前記第２の光導波路に入力結合させ、その残りの成分と前記第１の波長の光ビームとを透過させる第２のグレーティングと、
前記第１のグレーティング及び前記第２のグレーティングの透過光を受光する第１の受光部と、
前記第１の光導波路を伝搬する光ビームを受光する第２の受光部と、
前記第２の光導波路を伝搬する光ビームを受光する第３の受光部と、
を備え、
前記第１のグレーティング及び第２のグレーティングは、共に前記第１の分離手段と第２の分離手段が重畳した前記透過部分から前記第１受光部に至る光路上に積層配置されていることを特徴とする光導波路素子。 - 第１の波長の光ビームを伝搬させる第１の光導波路と、第２の波長の光ビームを伝搬させる第２の光導波路とが形成された光導波路素子を含む光ピックアップであって、
前記光導波路素子は、
前記第１の光源から出射された第１の波長の光ビームを情報記録媒体に照射すると共に、当該情報記録媒体から反射された光ビームと、前記第２の波長の光ビームを透過させる第１の分離手段と、
前記第２の光源から出射された第２の波長の光ビームを情報記録媒体に照射すると共に、当該情報記録媒体から反射された光ビームと、前記第１の波長の光ビームを透過させ、当該透過させる透過部分が前記第１の分離手段と重畳して配置される第２の分離手段と、
前記第１の分離手段及び前記第２の分離手段を透過した前記第１の波長の光ビームの一部の成分を前記第１の光導波路記に入力結合させ、その残りの成分と前記第２の波長の光ビームとを透過させる第１のグレーティングと、
前記第１の分離手段及び前記第２の分離手段を透過した前記第２の波長の光ビームの一部の成分を前記第２の光導波路に入力結合させ、その残りの成分と前記第１の波長の光ビームとを透過させる第２のグレーティングと、
前記第１のグレーティング又は前記第２のグレーティングの透過光を受光する第１の受光部と、
前記第１の光導波路を伝搬する光ビームを受光する第２の受光部と、
前記第２の光導波路を伝搬する光ビームを受光する第３の受光部と、
を備え、
前記第１のグレーティング及び第２のグレーティングは、共に前記第１の分離手段と第２の分離手段が重畳した前記透過部分から前記第１受光部に至る光路上に積層配置されていると共に、
前記第1の受光部の受光出力に基づいてＲＦ信号が生成され、前記第２の受光部の受光出力及び前記第３の受光部の受光出力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。 - 前記第１の分離手段と前記第２の分離手段の少なくとも一方は、光ビームを入力結合させるグレーティングと当該光ビームを前記情報記録媒体に照射するために出力結合させるグレーティングを設けた光導波路よりなることを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ。
- 前記第１の分離手段と前記第２の分離手段の一方は、前記光導波路素子に積層形成され、光ビームに付与された位相差に応じて当該光ビームを選択的に反射又は透過させる分離膜よりなることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光ピックアップ。
- 前記第２の分離手段は、前記第２の波長の光ビームを回折して３ビームを発生させると共に、前記第３の受光部の受光出力に基づいて当該３ビームを用いた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２から請求項４の何れかに記載の光ピックアップ。
- 前記第１のグレーティング及び前記第２のグレーティングは２つの領域に分割されると共に、前記第２の受光部及び前記第３の受光部において、前記２つの領域のうち、一方の領域を通過した光ビームと他方の領域を通過した光ビームにより、ビームサイズ法によるフォーカスエラー信号が生成されることを特徴とする請求項２から請求項５の何れかに記載の光ピックアップ。
- 前記第１の波長は６５０ｎｍであり、前記第２の波長は７８０ｎｍであることを特徴とする請求項２から請求項６の何れかに記載の光ピックアップ。
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