JPH01300438A - 光ピックアップ並びにそれを備えた光ディスク装置及びロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光ディスク等の情報記録媒体から情報を記録
、消去或は再生するための光ピックアップ及びそれを備
えた装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の導波路型光ピックアップの一例を第２０図に示す
。この例は特開昭６１−２９６５４０号公報に示されて
いる。第２０図において、１０は半導体レーザ、２０は
基板、３０は基板と導波層の間の誘電体層、４０は導波
層、５０はディスク、５２は信号ピット、６０はレーザ
光、７０は光検出器、８０はビームスプリッタ、９０は
光路変換手段として集光グレーティングカプラをそれぞ
れ示す。

この導波路型光ピックアップは基板２０上に酸化や蒸着
等によって誘電体層３０を設け、さらに蒸着あるいはス
パッタリング等により導波層４０を形成し、ビームスプ
リッタ８０、集光りし／−ティングカプラ９０等を導波
層４０上に設けられた別の誘電体層にフォトリソグラフ
ィあるいは電子ビーム描画法とプラズマエツチング法等
により作成する。

次に上記構成に基づ〈従来の導波路型光ピックアップの
動作について説明する。半導体レーザ１０から出射した
レーザ光６０は導波層４０内を伝搬してビームスプリッ
タ８０に入射し、ここで回折されなかった０次光は集光
グレーティングカプラ９０によりディスク５０上の信号
ピット５２に集光される。ディスク５０からの反射光は
集光グレーティングカプラ９０により再び導波層４０内
に導かれ、先はどと逆方向に進行する戻り導波光となり
ビームスプリッタ８０に入射する。ビームスプリッタ８
０は２つの集光グレーティングから成り、前記戻り導波
光を２分割して光検出器７０に集光する。光検出器は光
源を挾んで両側に位置し、夫々の側の光検出器７ｏは２
分割された光検出器であり、半導体レーザ１０から出射
したレーザ光６０をディスク５０に照射する際のフォー
カス誤差信号、トラッキング誤差信号、信号ピット５２
の記録情報を再生するために用いられる。第２０図では
フォーカス誤差をフーコー法、トラッキング誤差をプッ
シュプル法で検出する場合を示しているが、これらは本
発明の説明をするにあたり支障とならないので省略する
。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に、大容量記憶装置である光ディスク等の情報記録
媒体のアクセス時間は、光ピックアップをリニアモータ
でいかに速く移動させることができるかで決定され、そ
の速さは光ピックアップの重量によって支配される。そ
のため従来から、アクセス時間を短くするために、光ピ
ックアップの軽量化及び小型化進められており、集積化
された導波路型の光ピックアップの研究開発が盛んに行
なわれている。

一方、光ピックアップではディスク面からの反射光が光
源に戻ると、該ディスク面が外部共振器のはたらきをし
て光源の発振状態が不安定になり、再生信号のＳ／Ｎ比
が低下する。そのため、一般に普及しているバルク型の
光ピックアップでは１／４波長板と偏光ビームスプリッ
タの組合せ等によって光源への戻り光を防止している。

しかし、上記従来発表されている導波路型光ピックアッ
プでは、前記戻り導波光のうちビームスプリッタ８ｏの
１次回折光は光検出器７０に集光されるが、０次回折光
は半導体レーザ１０に戻ってしまうという問題があった
。従って、従来の導波路型光ピックアップは再生信号の
Ｓ／Ｎ比が低下する問題があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、光源への戻り光を
防止でき、これによって再生信号のＳ／Ｎ比の低下を防
止することのできる導波路型の光ピックアップを提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップ
は、光源からの出射光を伝搬させる光導波路と、前記出
射光を前記光導波路から外部空間に取り出して情報記録
媒体上に集光し且つ前記情報記録媒体からの反射光を光
導波路内に導く光路変換手段と、該光路変換手段で導か
れた反射光製前記出射光の光路と分岐して光検出器に導
くビームスプリッタを具備する光ピックアップにおいて
、前記光源から前記光路変換手段に向う光路にＴＥ偏光
（トランスバーサルエレクトリック　ウェーブ、Ｓ偏光
ともいう）とＴＭ偏光（トランスバーサルマグネティッ
ク　ウェーブ、Ｐ偏光ともいう）の一方を選択的に通過
させるフィルターを設け、前記光路変換手段から前記情
報記録媒体に向かう光路に光を往復して通過させること
によって光の偏光状態を変える偏光切換手段を設けたも
のである。

前記フィルターとしては、前記光導波路に平行に金属層
を装荷した金層クラッド光導波路が一般的である。

前記偏光切換手段は、異方性結晶を用いた１／４波長板
の他に表面レリーフ型ホログラムから成る１／４波長板
も挙げられる。

前記光路切換手段は、集光グレーティングカプラにより
形成するのがよい。

光源は半導体レーザを用いるのがよい。半導体レーザの
発振光はＴＥ偏光成分が多い。そこで、金属層を出射光
の電界の振動方向に対して平行に配設したものがＴＭ偏
光をカットするＴＥパスフィルタとなる。

金属層を出射光の電界の振動方向に対して直交する側に
配設したものがＴＥ偏光をカットする′ｒＭパスフィル
タとなる。

金属層等の前記フィルタと光導波路との間に該光導波路
より屈折率の小さな誘電体のバッファ層を介在させるの
がよい。

前記光源から前記光路変換手段に向う光路に表面レリー
フ型ホログラムより成る偏光ビームスプリッタを設け、
前記光源と偏光ビームスプリッタの間の光路に該偏光ビ
ームスプリッタに対しブラッグ角の方向にＴＭ偏光をカ
ットするＴＥパスフィルタを設けてもよい。この場合は
特に、光源をＴＥ偏光を出射光とする半導体レーザにて
形成して、フィルタ自体の配設を省いてもよい。

あるいは、前記光源から前記光路変換手段に向う光路に
表面レリーフ型ホログラムより成る偏光ビームスプリッ
タを設け、光源と前記偏光ビームスプリッタ間の前記フ
ィルタとしてＴＥ偏光をカットするＴＭパスフィルタを
設けてもよい。この場合、当該偏光ビームスプリッタは
前記光路変換手段を通った反射光であって前記偏光切換
手段を通過してＴＥ偏光となった光がブラッグ角で入射
する向きに配設されることが好ましい。

半導体層の膜厚の違いにより吸光特性が逆転することを
利用して、前記情報記録媒体から前記光検出器に向う光
路に設けられて’ｌ’Ｅ偏光とＴＭ偏光の一方を選択的
に通過させる半導体層を設けるのもよい。

前記集光グレーティングカプラ、ビームスプリッタ、１
／４波長板の少なくとも一つを、金Ｒ層と光導波路の間
の前記バッファ層と同一面内に形成してもよい。

前記光導波路に、光源からの光波が入射する第１の光導
波路と、この第１の光導波路と独立な第２の光導波路と
、前記両光導波路の間に形成された円環状の第３の光導
波路からなる波長選択手段を設けると共に、第１．第２
及び第３の光導波路の表面に前記金属層を装荷してもよ
い。

前記バッファ層の屈折率を可変とする光ピックアップも
よい。

また、前記したいずれかの光ピックアップは、光ディス
ク装置、ロータリエンゴーダ等の各種装置において、情
報記録媒体から情報を光学的に読み取る手段として利用
することができる。

〔作用〕

本発明によれば、光源からの出射光がフィルターによっ
て例えばＴＭ偏光がカットされてＴＥ偏光だけとなって
光導波路内を通過し、この光が光路変換手段により外部
空間に取り出され偏光切換手段を通して情報記録媒体上
に集光され、その反射光が再び、前記偏光切換手段及び
光路変換手段を通って光導波路内に導入される。その際
、偏光切換手段によって前記ＴＥ偏光がＴＭ偏光となっ
てビームスプリッタによって前記出射光と分岐されて光
検出器に導かれ、そこで情報が判読される。

その際、ビームスプリッタを通過して光源に向うノイズ
光もＴＭ偏光であるため、このノイズ光は、フィルター
によってカットされ、光源へは入射しない。すなわち、
光源への戻り光が防止される。

フィルターとして金属層を光導波路に平行に設けること
により、適宜ＴＥモードパスフィルタ又はＴＭモートパ
スフィルタを形成できる。

偏光切換手段として１／４波長板を用いることにより出
射光がＴＥ偏光であれば、情、報記録媒体からの反射光
はＴＭ偏光となり、これにより前記フィルターが、その
役割を果たすことになる。ここで、表面レリーフ型のホ
ログラムよりなる１／４波長板を用いると光学部品点数
が減り、軽量化を図れる。

バッファ層を設けると、金属層等のフィルターを直接光
導波路に設けることによる特性劣化がなくなる。

偏光ビームスプリッタを用いると、光源と光検出器の相
対位置をずらすことが可能となると共に、ノイズ光の光
源への戻りを一層確実に防止できる。

この場合に、ＴＥ偏光を出射光とする半導体レーザを光
源とすれば、フィルタの配設を省くことができる。

半導体層は、膜厚が変わるとＴＭモードパスフィルタに
も、ＴＥモモ−パスフィルターにもなりえるため、これ
を利用して、光検出器へのノイズ光の入射を確実に防止
できる。

波長選択手段により半導体レーザ等の光源の発振波長の
バラツキが防止される。

バッファ層の屈折率を可変とすると、消光比やディスク
等への照射パワーを可変にできる。

〔実施例〕

先ず、本発明の作用効果が得られる前提となる原理を第
３図乃至第５図に基づいて説明する。

第３図に表面に金属層を装荷した光導波路を示す。第３
図において、２０は基板、４０は導波層、６０はレーザ
光、１００は金属層をそれぞれ示す。

一般に、高屈折率の媒質（導波Ｎ）のまわりを低屈折率
の媒質（クラッド層）で覆えば、光波の入射角の小さい
とき、光波は導波層内を伝搬することができる。第３図
の導波路では基板と空気層が導波層をはさむ構成である
。このとき、光波の導波モートの特徴は、導波層とクラ
ット層の境界面で電磁界が全反射するのではなく、電磁
界はクラッド層に浸み出したエバネッセント・フィール
ドと呼ばれる異成分を持ち、かつ光波は反射時にグース
ヘンシエンシフトと呼ばれる移動を伴うことにある。第
３図の導波路では基板と空気層がクラット層を構成する
。また、導波層の外側に透明誘電体クラッド層（空気層
）の代わりに金属層を装荷することを金属クラツデイン
グという。

一方、光の波長領域では、金属は誘電率が負でかつ損失
の大きい誘電体として取扱うことができる。したがって
、金属クラツデイングを施した上記構成の導波路では、
エバネッセント・フィールドと金属層との相互作用によ
って導波光は伝搬損失を受ける。この特性は導波光の偏
光状態、即ち光波の電界の振動方向の違いによって異な
る。１Ｍ偏光の場合には電界が金属層と垂直方向に振動
するのでエバネッセント・フィールドの電界分布が深く
金属中に浸透し、金属層の影響を強く受けるため損失が
大きいが、ＴＥ偏光の場合には電界が金属層と平行に振
動するので損失が小さい。この現象を利用してＴＥモー
ドパスフィルタを構成することができる。

理論的な取扱いは西原浩著「光来積回路」等に説明され
ており、ここでは結果だけを引用する。

例えば、光の波長λ＝１．３μｍ、金属としてアルミニ
ウム（εｍ＝−１１４−ｊ３７）、基板をスライドガラ
ス（ｎ　ｓ＝１．５０２）　、導波層の厚みをＴ＝８μ
ｍとし、適当な導波層を仮定して伝搬損失を計算すると
、ＴＥｏモードの伝搬損失がわずか０　、６　ｄ　Ｂ　
／　ａｎであるのに対し、ＴＭ、モードは３６ｄＢ／（
１）もの大きな伝搬損失をうける。

金属層の長さを２ｍとすれば７０ｄＢ以上の消光比が得
られることになる。

第４図は金属層と導波層の間に低屈折率の誘電体バッフ
ァ層を挿入した光導波路を示す。第４図において、２０
は基板、３１はバッファ層、４０は導波層、６０はレー
ザ光、１００は金属層をそれぞれ示す。バッファ層は導
波モードに対する金属層の影響をやわらげるはたらきを
する。第３図の場合と同様に、バッファ層の効果もまた
ＴＭモードにおいて顕著に現われるので、バッファ層の
膜厚を変えてＴＥモードパスフィルタの消光比を設定す
ることができる。一般に、バッファ層を挿入した場合で
も、金属装荷によるＴＭモードの伝搬損失はＴＥモード
に比較して１桁以上大きい。

第５図は上記の導波路型のＴＥモードパスフィルタと１
／４波長板とを組み合わせて構成した戻り光防止手段の
基本構成を示す。第５図において、１０は半導゛体し−
ザ、５０はディスク、６０はレーザ光、６１は反射光、
１０１は導波路型のＴＥモードパスフィルタ、１１０は
１／４波長板をそれぞれ示す。半導体レーザ１０からＴ
Ｅ偏光で出射したレーザ光６０は導波路型のＴＥモード
パスフィルタ１０１を通過し、１７４波長板１１０によ
って円偏光に変換されてディスク５０に導かれ、ディス
クからの反射光６１は再び１／４波長板１１０を通ると
、１Ｍ偏光に変換されるため導波路型のＴＥモードパス
フィルタ１０１で吸収されて半導体レーザ１０には戻ら
ない。この基本構成を用いて、戻り光防止手段を有する
導波路型光ピックアップを実現することができる。

以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明
する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例に係る光学系を示
す概略構成を示す側面図及び平面図である。これらの図
において、１０は半導体レーザからなる光源、２０は基
板、３０は誘電体層、４０は光導波路である導波層、５
ｏはディスク、６０はレーザ光、７０は光検出器、８０
はビームスプリッタ、９０は集光グレーティングカプラ
から成る光路変換手段、１００は金属層より成るフィル
ター、１１０は異方性結晶を用いた１／４波長板をそれ
ぞれ示す。

本実施例では導波層４０の表面で半導体レーザ１０とビ
ームスプリッタ８ｏの間の位置に金属層１００を備え、
第３図で説明したＴＥモードパスフィルタを形成し、集
光グレーティングカプラ９０とディスク５０の間に１／
４波長板１１０を配置して、第５図に示した戻り光防止
光学系を構成した。半導体レーザ１０からの出射光をＴ
Ｅ偏光になるようにすれば、戻り光防止手段を有する導
波路型光ピックアップを提供することができる。

金属層の形成方法としては、第４図に示したように導波
層との間にバッファ層をはさむ構成とすることもできる
。その際、バッファ層として液晶やＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　０
３等の非線形光学材料を用いて屈折率を変えるように制
御すれば、消光比やディスクへの照射パワーを可変にで
きる。

尚、第２０図の従来例では半導体レーザ１０が光導波路
の゛外部に取付けられているため、導波層４０への入射
効率が低く、取付位置の調整も困難である。本実施例で
は、半導体レーザ１０を載板上に形成して光導波路内と
なる構造として、光利用効率の向上と、取付位置調帖を
不要にする配慮をした。半導体レーザ１０としてはＧａ
Ａｓのダブル・ペテロ接合や量子井戸構造のものが一般
に用いられているが、導波層４ｏ内で安定に発振させる
ためにはＤＦＢやＤＢＲ構造のものが適している。

本発明に適合する半導体レーザ１０の形成方法としては
、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板上に発光層を形成するもののほか
に、Ｓｉ基板上にＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法等によってＧ
ａＡｓの発光層を形成するものがある。基板としてＳｉ
を用いた場合には、光ピックアップの制御回路等がＩＣ
やＬＳＩのプロセスを用いて同一基板上に容易に集積化
できる利点がある。このとき導波路はＳｉ基板上にＳｉ
Ｃ２等の誘電体層（ｎ＝１．４４６）　、コーニング７
０５９ガラス等の導波層（ｎ＝１．５３４−）を順欣積
層して形成する。

本実施例の導波路型光ピックアップの動作については、
金属層１００で光源である半導体レーザへの戻り光すな
わちＴＭ偏光をカットすることにより戻り光が防止され
る点以外は、第２０図に示した従来例と同様である。

次に、第９図の他の実施例を説明する前に、その前提と
なる原理を第６図乃至第８図に基づいて説明する。

第６図及び第７図は波長オーダのグレーティングにレー
ザ光が入射した場合の回折現象を表す模式図である。第
６図において６０はレーザ光、８５はグレーティングを
示す。第６図はグレーティング８５にレーザ光６０がＴ
Ｅ偏光で入射する場合である。レーザ光６０の電界はグ
レーティング８５のレリーフ溝と平行に振動する。一方
、第７図はグレーティング８５にレーザ光６０がＴＭ偏
光で入射する場合である。レーザ光６０の電界はグレー
ティング８５のレリーフ溝と垂直に振動する。矢印の長
さはレーザ光６０の波長に対応している。グレーティン
グ８５の周期が波長オーダになるとＴＥ偏光の場合とＴ
Ｍ偏光の場合とでブレ一ティング８５とレーザ光６０の
相互作用の違いが顕著になり、図のようにＴＥ偏光は回
折しく第６図）、ＴＭ偏光は回折せずに透過する（第７
図）といった状態を実現できる。

第８図はアプライド・オプテイクス・２３，１４　（１
９８４年）第２３０３頁から第２３１０頁（Ａｐｐｌ、
○ｐｔ、２３．１４　（１９８４）ｐｐ２３０３〜２３
１０）に記載されているグレーティングによるレーザ光
の回折効率を計算によって求めた結果を示す。第８図に
おいてη、は１次回折効率、ｈ及びｄはグレーティング
の溝の高さ及びピッチ、λはレーザ光の波長をそれぞれ
示す。

レーザ光の波長λに比較してグレーティングのピッチｄ
を小さくする（横軸の右へ移る）と図のようにＴＥ偏光
は回折し、ＴＭ偏光は透過することが示される。また、
こうした回折効率は入射角がブラッグ角のときに最大と
なることが知られている。この現象を利用してグレーテ
ィング型すなわち表面レリーフ型ホログラムから成る偏
光ビームスプリッタを構成できる。

このような現象はマクロ的に見ればグレーティングの屈
折率がＴＥ偏光とＴＭ偏光とで異なるものとして理解で
きる。これは光学異方性結晶と同じ性質であり、表面レ
リーフ型ホログラムからなる１／４波長板を形成するこ
とができる（特開昭６２−２１２９４０号公報参照）。

第９図は、前記表面レリーフ型の１／４波長板を用いた
場合の本発明の一実施例である。第９図において、１０
は半導体レーザ、６０はレーザ光、７０は光検出器、８
０はビームスプリッタ、９０は集光グレーティングカプ
ラ、１００は金属層、１１０は表面レリーフ型ホログラ
ムから成る１／４波長板をそれぞれ示す。

１７４波長板１１０は、上述したグレーティングの性質
を利用して作成する。ここでは１／４波長板１１０のグ
レーティングピッチをレーザ光６０の波長よりも小さく
し、レーザ光６ｏを入射角４５〜９０度の範囲で入射さ
せる構成とした。ここでグレーティングの溝の長さはＴ
Ｅ偏光とＴＭ偏光の屈折率の違いによって生じる光路差
が丁度１／４波長となるように選ぶ。これにより、表面
レリーフ型ホログラムから成る１／４波長板に前記の異
方性結晶を用いた１／４波長板と同し作用をさせること
ができる。

こうした構成によって光学部品の数を少なくして光ピッ
クアップを軽量化し、アクセス時間を速めることができ
る。

第１０図はグレーティング型すなわち表面レリーフ型ホ
ログラムから成る偏光ビームスプリンタを用いた場合の
本発明の一実施例である。第１０図において、１０は半
導体レーザ、６０はレーザ光、７０は光検出器、８０は
ビームスプリッタ、９０は集光グレーティングカプラ、
１００は金属層、１１０は第９図のものと同様の１／４
波長板、１２０は偏光ビームスプリッタをそれぞれ示す
。

ここでは表面レリーフ型ホログラムから成る偏光ビーム
スプリッタ１２０のグレーティングピッチはレーザ光６
０の波長よりも小さくして、１次以外の回折光をなくし
、半導体レーザ１０からＴＥ偏光の出射光をブラッグ角
で入射させる構成として回折効率を高めている。

次に上記実施例の導波路型光ピックアップの動作につい
て説明する。半導体レーザ１０から出射したレーザ光６
ＱはＴＥ偏光であり、金属Ｍ１００の影響を受けずに偏
光ビームスプリッタ１２０で回折されて１／４波長板１
１０に入射する。１／４波長板１１０によって円偏光に
変換されたレーザ光は、集光グレーティングカプラ９ｏ
により導波層４０から外部空間に取り出されてディスク
上に集光される。ディスクからの反射光は集光グレーテ
ィングカプラ９ｏにより再び導波層４０内に導かれ、先
はどと逆方向に進行する戻り導波光となり１／４波長板
１１０に入射する。１／４波長板１１０によってＴＭ偏
光に変換された戻り導波光は偏光ビームスプリッタ１２
０を透過してビームスプリッタ８０に入射し、ここで２
分割されて光検出器７０に集光する。

本実施例によればビームスプリッタ８０を半導体レーザ
１０からディスクに至る光路上から分離して配置できる
のでビームスプリッタ８０の回折効率を高めて設計でき
、光利用効率を向上できる。

また、半導体レーザ１０の出射光が偏光ビームスプリッ
タ１２０にブラッグ角の方向から斜めに入射するので、
その反射光が半導体レーザ１０に戻らず、発振が安定化
する。半導体レーザ１０をＴＥ偏光を出射するものにす
れば、本実施例では金属層を省くことも安定性の多少の
低下を無視できる場合は、可能である。

次に、本発明における金属層１００のはたらきについて
述べる。本発明の光ピックアップでは１／４波長板１１
０や偏光ビームスプリッタ１２０のように光波の偏光状
態によって動作の異なる光学素子を用いており、光源か
らの出射光をＴＥ偏光として設計しているため、ここに
ＴＭ偏光成分が混ざっているとノイズの原因となる。と
ころが、一般に半導体レーザにはＴＭ偏光成分が含まれ
ており、半導体レーザ］Ｏの後に金属層１００を用いた
ＴＥモードパスフィルタを置くことによって、ＴＭ偏光
成分を除去することができる。また、グレーティング型
の偏光ビームスプリンタ１２０は第８図を見てもわかる
ように消光比がバルク型のもののように大きくできない
可能性があり、そうした場合に金属層１００は上記した
戻り光防止の役割を果たす。

また、本発明では、半導体レーザ１０がらの出射光がＴ
Ｅ偏光の場合について示したが、ＴＭ偏光の場合でも基
本的な構成は変わらない。ただし、偏光ビームスプリッ
タが半導体レーザからの出射光を透過し、ディスクから
の反射光を回折するようになるため、光学系の配置を変
える必要がある。

このとき、ディスクからの反射光が偏光ビームスプリッ
タに対してブラッグ角で入射するようにすれば、回折効
率を高くすることができる。これを第１１ｉに基づいて
具体的に説明する。

第１１図は光源からの出射光がＴＭ偏光の場合、グレー
ティング型の偏光ビームスプリッタを用いた一実施例で
ある。第１１図において１０は半導体レーザ、６０はレ
ーザ光、７０は光検出器、９０は集光グレーティングカ
プラ、１００は金属層、１１０は１／４波長板、１２０
は偏光ビームスプリッタをそれぞれ示す。

光源がＴＭ偏光なので金属層１００はＴＭモードパスフ
ィルタを構成する。この点は後述する第１１図および第
１２図で詳しく説明する。単導体レーザ１０から出射し
たＴＭ偏光のレーザ光６０は偏光ビームスプリッタ１２
０を透過し、１／４波長板１１０を通って円偏光になり
、集光グレーティングカプラ９０によって光ディスクに
集光される。光ディスクからの反射光は集光クレーティ
ングカプラ９０によって導波層４０内に入り、１／４波
長板１１０を通ってＴＥ偏光になり、偏光ビームスプリ
ッタ１２０にブラッグ角で入射し、２分割されて光検出
器７０に導かれる。この構成では偏光ビームスプリッタ
１２０はＴ　１Σ偏光、′Ｊ゛Ｍ偏光の光路分離だけで
なく、光ディスクからの反射光を光検出器７０に集光す
る機能をも兼ねることができる。このため、第１０図の
実施例（光源がＴＥ偏光の場合）に比べてビームスプリ
ンタを１つ省略できる。当然のことながら、本実施例で
もビームスプリッタ８０を用いてもよい。

第１２図は本発明によるＴＥモモ−パスフィルターの一
実施例である。第１２図において、２０は基板、３０は
誘電体層、４０は導波層、１００は金属層をそれぞれ示
す。光波がＴＭ偏光のとき、エバネッセント・フィール
ドの電界は導波層４゜の面内方向に振動するので、第１
２図のように金属層１００を導波Ｊ’ｉ４０と同一面内
に並行して形成すれば、第３図で説明したのと同じ理由
によって、導波層４０を通過する光波のＴＥ偏光成分が
強く減衰されるのでＴＭモードパスフィルタを実現でき
る。

この導波路型ＴＭモードパスフィルタは基板２０上に酸
化や蒸着等によって誘電体層３ｏを設け、さらにイオン
打ち込みや熱拡散等によって導波層４０および金属層１
００を作成する。このとき、金属層１００は損失の大き
な方向性結合器とみなすこともできる。

また、第１２図では導波層４０と金属層１００の間に誘
電体層３０をはさんだ構成となっているが、誘電体層３
０の厚さを変えてＴＭモードパスフィルタの特性を変え
られるのは第４図の場合と同様である。

第１３図は本発明のＴＭモードパスフィルタを用いた導
波路型光ピックアップを示す概略構成図である。第１３
図において、１０は半導体レーザ、６０はレーザ光、７
０は光検出器、８０はビー１５スプリツタ、９０は集光
グレーティングカプラ、１００は金属層、１４０は第１
２図に示した３次元導波路をそれぞれ示す。

半導体レーザ１ｏの出射光はＴＭ偏光であり、金属！１
００と３次元導波路１．４０は上に示したＴＭモードパ
スフィルタを構成しており、これを通過した光波は２次
元の導波層４０内に拡散する構成となっている。このよ
うな導波路は基板上に積層して作った導波層４０に、イ
オン打ち込みや熱拡散等によって屈折率の高い３次元導
波路１４０を形成して得られる。

本実施例の導波路型光ピックアップは第１図のものと光
源の偏光状態以外は同一であるので、動作の説明は省略
する。また、本実施例では１／４波長板を光ピックアッ
プの構成に加えていないが、第１図の実施例のように導
波路の外部にバルク型のものを配置しても、又は第９図
の実施例のように導波路内にグレーティング型のものを
形成してもよい。

導波路型のＴＭモードパスフィルタとしては、上に述べ
た金属層を用いるものの他に半導体層を用いるものもあ
る。第１２図はトランザクションオブアイ・イー・アイ
・シー・イー、イー７０，４（１９８７年）第３５頁か
ら第３６頁（Ｔ　ｒ　ａ　ｎ　ｓ　。

ＩＥＩＣＥ、Ｅ７０，４　（１９８７）ＰＰ３５〜３６
）からの引用である。ａ−８ｉ：Ｈ層を導波層表面に形
成して得られる導波路は、ａ−８ｉ：Ｈ層の膜厚が薄い
とＴＭモードパスフィルタとして動作し、膜厚が厚いと
ＴＥモードパスフィルタとして動作する。その値が０．
０５μｍのときにＴＭモードパスフィルタとして２５ｄ
Ｂ以上の消光比を得ている。

第１５図は上の半導体層を利用したＴＭモードパスフィ
ルタを用いた導波路型光ピックアップを示す概略構成図
である。第１５図において、１０は半導体レーザ、６ｏ
はレーザ光、７０は光検出器、８０はビームスプリッタ
、９０は集光グレーティングカプラ、１００は金属層、
１１０は１／４波長板、１３０はａ−８ｉ：ＨＪＩ？を
それぞれ示す。

本実施例は第９図の導波路型光ピックアップにａ−８ｉ
：Ｈ層１３０を加えたものである。光検出器７０はＴＭ
偏光に変換されたディスクからの反射光だけを受光する
ことが望ましい。ところが、半導体レーザ１０からの出
射光がＴＥ偏光であり、ビームスプリッタ８０、集光グ
レーティングカプラ９０．１／４波長板１１０等による
反射光がノイズとなって光検出器７０に入射し、再生信
号のＳ／Ｎ比を低下させてしまう。このとき、ａ−８ｉ
：Ｈ層１３０によって構成されたＴＭモードパスフィル
タを光検出器７０の前に配置することによって不要なＴ
Ｅ偏光成分を除去することができる。

ここでは、ａ−８ｉ：Ｈ層を用いたＴＭモードパスフィ
ルタを光検出器７０のノイズ除去に使用した実施例を示
したが、金属層によるＴＭモードパスフィルタで置き換
えてもよい。同様に、これを光源の戻り光防止に用いる
こともできる。また、ａ−８ｉ：Ｈ，Ｉｌｌを例として
記述したがこれを他の半導体薄膜に置き換えてもよい。

第１６図は導波路型の波長選択手段を用いた本発明の導
波路型光ピックアップを示す概略図である。第１６図に
おいて、１０は半導体レーザ、６０はレーザ光、７０は
光検出器、８０はビームスプリッタ、９０は集光グレー
ティングカプラ、１００は金属層、１４０及び１４１は
３次元導波路、１４２は円環状３次元導波路をそれぞれ
示す。

ビームスプリッタ８０、集光グレーティングカプラ９０
等は回折型の光学素子であり、光源の波長が変化すると
位相整合条件を満たさなくなるので、集光スポットの位
置がずれたり収差が生じたりする。ところが、一般に半
導体レーザは温度や出力によって発振波長が変化する。

第１６図において半導体レーザ１０からの出射光は第１
の３次元導波路１４０を伝搬し、円環状の３次元導波路
１４２によって共振する波長だけが取り出されて第２の
３次元導波路１４１に移る。このとき金属層１００はこ
れら３つの導波路の上に形成されているので、波長とＴ
Ｅ偏光の選択が同時に行われる。この構成によって、ビ
ームスプリッタ８０、集光グレーティングカプラ９０等
は回折型の光学素子が設計の通りの性能を発揮すること
ができ、かつ半導体レーザ１０への戻り光の防止も同時
にできる。

第１７図は本発明の導波路型光ピックアップを構成する
のに好適な導波路の一構造及びその製造方法を示す。第
１７図において、２０は基板、３０は誘電体層、３１は
バッファ層、４０は導波層、９０は集光グレーティング
カプラ、１００は金属層をそれぞれ示す。

第１７図の実施例では導波層４０と金属！１００の間の
バッファ層３１と集光グレーティングカプラ９０を形成
する誘電体層とを共通にした場合を示す。これによって
、基板上に誘電体層３０、導波層４０、バッファ層３１
を順次積層したのち、金属層１００を積層し、バッファ
層３１に溝を作って集光グレーティングカプラ９０を形
成すれば、製作プロセスを簡略化することができる。こ
こではバッファ層３１に集光グレーティングカプラ９０
を形成する場合を示したが、ビームスプリンタや１／４
波長板等の他の回折型光学素子を形成してもよい。

第１８図は本発明の導波路型光ピックアップを備えた光
ディスク装置を示す概略構成図である。

光ディスク装置は、サブミクロンオーダに集光したレー
ザ光を用いて情報を記録媒体に高密度に記録し、かつ再
生するもので、映像や音声などの大容量の情報を記録で
き、今後の情報化社会には不可欠である。光ディスク装
置は、例えば、「日経エレクトロニクスＪ（１９８４，
３，２６）で公知のように（１）再生専用形、（２）追
記形、（３）書換え可能形の３つ形態があり、再生専用
形及び追記形はほぼ実用の段階に達している。一方、書
換え可能形には、未だ確立された方法はなく、光磁気材
料や相変化材料等を用いた書換え可能形光ディスクの研
究開発が活発に進められている。

第１８図において５０は光ディスク、２００は導波路型
光ピックアップ、２２０はモータ、２３０は制御部をそ
れぞれ示す。光ディスク５０はモータ２２０によって回
転され、導波路型光ピックアップ２００は光ディスク５
０上にレーザ光を集光して情報を記録・再生・消去する
。制御部２３０は導波路型光ピックアップの動作の制御
及び入出力信号の処理を行なう。これによってアクセス
時間が速く、戻り光の影響による信号の劣化のない光デ
ィスク装置を実現できる。

第１９図は本発明の導波路型光ピックアップを備えたロ
ータリエンコーダシステムを示す概略構成図である。第
１９図において２００は導波路型ピックアップ、２１０
はロータをそれぞれ示す。

モータのロータ２１０には第１９図に示すように反射率
の異なる２種類の線が描かれており、導波路型光ピック
アップ２００によってそのパターンを再生し、単位時間
当りのカウント数によってロ一夕２１０の回転速度を知
ることができる。これによって、小型軽量のロータリエ
ンコーダを実現できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の一方を透過させ
るフィルタと、偏光切換手段との組合せによって光源へ
の戻り光を防止することができ、これによって再生信号
のＳ／Ｎ比の低下を防止することのできる導波路型の光
ピックアップを実現できる。

偏光切換手段に表面レリーフ型ホログラムからなる１／
４波長板を用いれば、光学部品点数が減り、全体として
軽量化できる。

バッファ層の介在により光導波路にフィルタが直接固定
されないため、該光導波路の特性が製造上の原因で劣化
するおそれが少ない。

表面レリーフ型ホログラムからなる偏光ビームスプリッ
タを設ければ、ビームスプリッタの回折効率を高めて設
計でき、光利用効率を向上できる。

また、光源への戻り光防止も一層確実となる。

光検出器の手前に半導体層よりなるフィルターを設けれ
ば、ノイズ光の入射を防止できる。

波長選択手段を光導波路に設ければ、光源の発振波長の
バラツキに伴う収差の発生等の問題がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例に係る光学系の概
略構成を示す側面図及び平面図であり、第３図は表面に
金属層を装荷した光導波路を示す斜視図、第４図は金属
層と導波層の間に低屈折率の誘電体バッファ層を挿入し
た光導波路を示す斜視図、第５図は導波路型のＴＥモー
ドパスフィルタと１／４波長板とを組み合わせて構成し
た戻り光防止手段の基本構成図、第６図及び第７図は波
長オーダのグレーティングにレーザ光が入射した場合の
回折現象を表す模式図、第８図はグレーティングによる
レーザ光の回折効率を計算した結果を示す特性図、第９
図はグレーティング型の１／４波長板を用いた場合の本
発明の一実施例を示す概略構成図、第１０図及び第１１
図はグレーティング型の偏光ビームスプリッタを用いた
場合の本発明のそれぞれ異なる実施例を示す概略構成図
、第１２図は本発明による１Ｍモードパスフィルタの一
実施例を示す斜視図、第１３図は本発明の１Ｍモードパ
スフィルタを用いた導波路型光ピックアップを示す概略
構成図、第１４図は半導体層を用いた導波路型の１Ｍモ
ードパスフィルタの特性の実測結果を示す特性図、第１
５図は半導体層を用いた導波路型の１Ｍモードパスフィ
ルタを用いた導波路型光ピックアップを示す概略構成図
、第１６図は導波路型の波長選択手段を用いた本発明の
導波路型光ピックアップを示す概略構成図、第１７図は
本発明の導波路型光ピックアップを構成するのに好適な
導波路の一構造及び製造方法を示す側面図、第１８図は
本発明に係る光ピックアップを備えた光ディスク装置の
概略構成図、第１９図は本発明の導波路型光ピックアッ
プを備えたロータリエンコーダシステムを示す概略構成
図、第２０図は従来の導波路型光ピックアップの光学系
を示す概略構成図である。 １０　半導体レーザ、２０・・基板、３０　誘電体層、
３０・・・バッファ層、４０・・導波層、５０・・・デ
ィスク、６０・レーザ光、６１　反射光、７０・・光検
出器、８０・ビームスプリッタ、９０・・・集光グレー
ティングカプラ、１００・・金属層、１０１・・・導波
路型ＴＥモードパスフィルタ、１１０・　１／４波長板
、１２０・偏光ビームスプリッタ、１３０　半導体層、 １４０．１４１　　・３次元導波路、１４２・・リング
型３次元導波路、２００・・導波路型光ピックアップ、
２１０　　・ロータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源からの出射光を伝搬させる光導波路と、前記出
   射光を前記光導波路から外部空間に取り出して情報記録
   媒体上に集光し且つ前記情報記録媒体からの反射光を光
   導波路内に導く光路変換手段と、該光路変換手段で導か
   れた反射光を前記出射光の光路と分岐して光検出器に導
   くビームスプリッタとを具備する光ピックアップにおい
   て、前記光源から前記光路変換手段に向う光路にＴＥ偏
   光とＴＭ偏光の一方を通過させるフィルターを有し、前
   記光路変換手段から前記情報記録媒体に向かう光路に光
   を往復して通過させることによって偏光状態を変える偏
   光切換手段を有することを特徴とする光ピックアップ。 ２、前記フィルターは、前記光導波路に平行して装荷さ
   れた金属層である請求項１記載の光ピックアップ。 ３、前記偏光切換手段は異方性結晶を用いた１／４波長
   板または表面レリーフ型ホログラムから成る１／４波長
   板である請求項１又は２記載の光ピックアップ。 ４、集光グレーティングカプラにより前記光路変換手段
   が形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の光
   ピックアップ。 ５、前記出射光がＴＥ偏向であり、前記金属層が導波層
   に対して平行に配設されている請求項２乃至４のいずれ
   かに記載の光ピックアップ。 ６、前記出射光がＴＭ偏光であり、前記金属層が導波層
   内にあって且つ光路の両側に配設されている請求項２乃
   至４のいずれかに記載の光ピックアップ。 ７、前記フィルターと前記光導波路との間に該光導波路
   よりも屈折率の小さな誘電体のバッファ層を介在させた
   請求項１乃至６のいずれかに記載の光ピックアップ。 ８、前記光源から前記光路変換手段に向う光路に表面レ
   リーフ型ホログラムより成る偏光ビームスプリッタを設
   け、該偏光ビームスプリッタと前記光路との間に該偏光
   ビームスプリッタに対しブラッグ角の方向に前記フィル
   タとしてＴＭ偏光をカットするＴＥパスフィルタを設け
   た請求項１乃至５又は７のいずれかに記載の光ピックア
   ップ。 ９、前記光源から前記光路変換手段に向う光路に表面レ
   リーフ型ホログラムより成る偏光ビームスプリッタを有
   し、前記フィルタとしてＴＥ偏光をカットするＴＭパス
   フィルタを有し、当該偏光ビームスプリッタは前記偏光
   切換手段を通過してＴＥ偏光となった反射光がブラッグ
   角で入射する向きに配設されている請求項１乃至４又は
   ６、７のいずれかに記載の光ピックアップ。 １０、前記フィルタに代えて光源をＴＥ偏光を出射光と
   する半導体レーザとした請求項８記載の光ピックアップ
   。 １１、前記情報記録媒体から前記光検出器に向う光路に
   設けられてＴＥ偏光とＴＭ偏光の一方を選択的に通過さ
   せる半導体層を有する請求項１乃至９のいずれかに記載
   の光ピックアップ。 １２、前記集光グレーティングカプラ、ビームスプリッ
   タ、１／４波長板の少なくとも一つが、金属層と光導波
   路の間の前記バッファ層と同一面内に形成されている請
   求項７乃至９のいずれかに記載の光ピックアップ。 １３、前記光導波路に、光源からの光波が入射する第１
   の光導波路と、この第１の光導波路と独立な第２の光導
   波路と、前記両光導波路の間に形成された円環状の第３
   の光導波路からなる波長選択手段を設けると共に、第１
   、第２及び第３の光導波路の表面に前記金属層を装荷し
   た請求項１乃至１１のいずれかに記載の光ピックアップ
   。 １４、前記バッファ層の屈折率を可変とした請求項７乃
   至１３のいずれかに記載の光ピックアップ。 １５、光ディスク、該ディスクの回転手段、前記光ディ
   スクに対して情報の書き込み、消去或は再生を行う光ピ
   ックアップ及び該光ピックアップの制御手段を具備する
   光ディスク装置において、請求項１記載の光ピックアッ
   プを備えたことを特徴とする光ディスク装置。 １６、ロータに描かれた線を光照射によって読むことに
   よって回転速度を測定するロータリエンコーダにおいて
   、請求項１記載の光ピックアップを有することを特徴と
   するロータリエンコーダ。