JPH0276138A - 光ピックアップ - 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、ｙｔ、学式情報記録媒体に対して情報の記録
再生を行う光ピツクアップに係り、軽圧光学素子群を１
チツプに集積して小形軽量化をはかるのに好適な元ピッ
クアップに関する。

〔従来の技術〕

従来、光学式情報記録媒体に対して情報の記録再生を行
う光ピツクアップとして、たとえば特開昭５７−２０５
８３３号公報に示されるようＶＣ，半導体レーザ、コリ
メータレンズ、偏光ビームスプリッタ。

）波長板、対物レンズ、光検出器などの光学素子から光
学系を構成したものが実用化されて−・る。

このような構成の元ピックアップは、光学系か複雑で組
み立【時に高精度の光軸調整が必要であるほか、小形軽
量化に限界があり情報の記録再生時のアクセス速度を高
速にできないという問題点かある。

上記の問題点の解決をねらって、たとえば特開昭６１−
８５６３７号公報に示されるように、１枚の基板の上忙
元学素子群を１チツプに集積した光ピツクアップが提案
されている。この構成の元ピックアップにおいては、半
導体レーザの出力光を光導波路外部き、導波路コリメー
トレンズにより平行光束とし、集光グレーティングカプ
ラによって情報記録媒体の情報記録面上に集光させる。

集光グレーティングカプラによる集光スポットは、情報
記録媒体の情報を正確に読むため忙は。

小さいほどよく、情報記録媒体がたとえばオーディオ用
のコンパクトディスクの場合には、直径１．６μｍ゛程
度にまで絞る必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

集光グレーティングカプラの集光スポット径りは、半導
体レーザの波長なλ、集光グレーティングカプラの焦点
距離、開口長をそれぞれｆ、Ｌとすると、おおむね Ｄ＝に、ＪＬ　　　　　　　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（１）で与えられる。ここでＫは、
レーザ光の光振幅分布や、集光グレーティングカプラの
開口形状で決まる定数であり、開口形状が円でかつその
開口部において光振幅分布が均一のとき最小となる。（
１）式より、集光グレーティングカプラの開口長りが大
きいはと、また、その開口部における光振幅分布が均一
なほど、尖鋭な集光スポットが得られることがわかる。

前記の特開昭６１−８５６３７号公報に示された尤ピッ
クアップでは、半導体レーザの出力光を利用しているが
、半導体レーザの出力光は２党軸に直角な断面上の光振
幅分布がほぼ正規分布の、いわゆるガウスビームであり
、光導波路中に導波された場合も同様である。このガウ
スビームのほば全体を集光グレーティングカプラにより
光導波路から出射させる場合、光振幅分布は均一ではな
いために集光スポットは光強度の＃４４層で３〜５μｍ
程度となり、１．６μ風程度Ｋまで小さ（ならないとい
う問題がある。これに対し、ガウスビームの光軸付近の
光振幅分布が比較的均一な部分のみを出射させるよ５に
すれば集光スポットは小さ（できるが。

元の利用率が２０〜４０％程度と低くなるため出力の大
きい半導体レーザを用いる必要が生じる。またこの場合
、集光グレーティングカプラの開口長りを大きくするた
めには、半導体レーザと導波路コリメートレンズとの距
離を小さくできず、光ピツクアップの小形軽量化をはか
る上で障害になるという問題点がある。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、光学
素子群が１チツプに集積されるとともＫ。

集光スポットが小さく、かつ元の利用率が高い。

小形軽量で高性能の光ピツクアップを提供することにあ
る。

〔課題？解決するための手段〕

上記の目的を達成するため１本発明の元ピックアップ忙
おいては、光導波路中を導波され、集光グレーティング
カプラへ至る光束の経路中の光導波路内または光導波路
表面上に、メニスカス型導波路レンズを設け、前記集光
グレーティングカプラへ至る光束の光軸に直角な光導波
路断面圧おける光振幅分布を、前記メニスカス型導波路
レンズによりほぼ均一な分布に変換する構成とした。

〔作用〕

上記の構成の元ピックアップでは、レーザ光源から出射
され、光導波路中に導波されたガウスビーム状の光束は
、メニスカス型導波路レンズにより、光軸に直角な光導
波路断面圧おける光振幅分布かほぼ均一な分布に変換さ
れ、はぼ全光量が集光グレーティングカプラから光導波
路外部の空間中和出射されて情報記録媒体の情報記録面
上忙集光される。したがつ文集光グレーテイングカプラ
による集光スポットは尖鋭で高輝度なものとなる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明す
る。

第１図は本発明化よる元ピックアップの斜視図であり、
１はＳｉ（シリコン）基板、２はバッファ層、３ａ、３
ｂは光導波路である。バッファ１２は。

鏡面研磨されたＳｔ基板１の表面を、熱酸化により厚さ
１〜２μ風の５ｉ０２膜とすることにより形成でき。

また光導波路３ａ　、　３ｂは、バッフ１層２の表面に
バリウム硼硅酸ガラス、たとえば米国コーニンググラス
ワふクス社製７０５９番ガラス′ｔ−１高周波スパンｊ
などの成膜方法により０．６〜１μｍ程度形成し１次に
ＣＯ２（二酸化炭素）ガスレーザなどくより徐冷点（７
０５９番ガラスでは６３９℃）程度の温度のアニールを
行うことにより形成できる。

４は半導体レーザで、＋導波路３ａの端面に固定されて
いる。５はメニスカス型グレーティングレンズ、　６ａ
　、　６ｂは集光グレーティングカプラ、７はビームス
プリッタであり、いずれも公知のフォトリソグラフィ技
術や電子線描画技術９反応性イオンエツチング技術等に
より、光導波路３ａまたは３ｂ上に形成されている。８
ａ　、ｓｂ　ｌ　８ｃ　＊　８ｄは光検知器で、光導波
路３ｂの端面忙固定されている。９は情報記録媒体であ
る光ディスク、　１０は光デイスク９上に形成された情
報ピットである。

１１は半導体レーザ４から光導波路３への入射光束、１
２は光導波路３ａ内を導波される平行光束、１３は集光
グレーティングカプラ６ａから出射された集光光束、１
４は光ディスク９の情報ピット１０上の集光スボツ）、
１５は情報ピット１０からの反射光束。

１６　、１７ａ　、　１７ｂは光導波路３ｂ内を導波さ
れる光束である。

第１図において、半導体レーザ４からの出射光は、光導
波路３ａの端面から入射され、光束１１となり、さらに
メニスカス型グレーティングレンズ５により、光軸に直
角な方向の光振幅分布がほぼ均一な平行光束１２となる
。平行光束１２は集光グレーティングカプラ６ａによっ
て集光光束１３となり１元ディスク９の情報ピク）１０
上に、集光スポット１４を形成する。

情報ピット１０からの反射光束１５は、集光グレーティ
ングカプラ６ｂから光導波路３ｂ内に入射して光束１６
となり、ビームスプリッタフにより光束１７ａ。

１７ｂに分離され、それぞれ光検知器８ａと８ｂ　、　
８ｃと８ｄにまたがって入射する。光検知器８ａ　ｅ　
８ｂ　ａ　８ｃ　１８ｄの出力をそれぞれ”　’　８２
．８３　＋　８４とすると、８１＋　８２　＋　８３＋
　８４が記録情報再生信号、　（Ｓ１＋８４）　−（Ｓ
２＋８３　）が焦点誤差信号、　（Ｓ１＋８２）　−（
Ｓａ＋３４）がトラッキング誤差信号となる。

第２崗Ｇ！メニスカス型グレーティングレンズ５の平面
図であり、１８は半導体レーザ４の発光点。

〕９はメニスカス型グレーティングレンズ５の形状基準
線である。その他第１図と同一部分には同一符号を付し
、その説明を省略する。

第２図において、メニスカス型グレーティングレンズの
形状基準線１９は、入射光束１１０元振幅分布と、平行
光束１２の所望の光振幅分布から次のように定めら、れ
る。

２８２図に示すようにｘｙ軸を定め、入射光束１１がガ
ウスビームであるとすると、メニスカス型グレーティン
グレンズ５がないときの入射光束１１のＸ軸上における
光振幅分布μは、ｚ＝ｙ＝Ｑの点化おける光振幅を鳴、
光束の広がりを表す定数なＷとして。

１２　　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（１）ｕ　＝　ｕ６　ｇ　ｘ　ｐ　（−７） と表される。このとぎ発光点１８の座標ｋＣｘ、ｙ）＝
（ｏ、−ｌ）とすると、　−１＜４＜Ｏの領域にあると
なる。一方、メニスカス型グレーティングレンズ５によ
り、Ｘ軸上における元振幅分布塾がＸの関数 μ＝ｕ（ｘ’ｔ　　　　　　　　　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（３）の形に変換され
るとする。このとき式（２）と式（３）ｔをｙについて
解いた結果を ｙ＝バＸ）　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（５］とすると１式（５
）がメニスカス型グレーティングレンズの形状基準ｉ１
９’＆表す１穆式となる０式（３）のｔＬ（、ｄ　カ一
定値ｔＬｏのときは、メニスカス型グレーティングレン
ズ５によりガウスビームの入射光束がほぼ均一な光振幅
分布の平行光束に変換されることになる。

また、メニスカス型グレーティングレンズ５のグレーテ
ィングのパターン形状は、入射光束１１と平行光束１２
０位相整合条件から次のように定められる。

半導体レーザの真空中における波長なλ、ｆｆ：導波路
の実効屈折率ヲＮ１とすると、入射光束１１の位相Φｌ
は１発光点１８を基準にすると となり、平行光束１２０位相Φ２は、Ｘ軸を基準にする
と Φ２＝”９ユ　　　　　　・・−・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（７）となる。グレーティングの
ｍ番目（ｍは整数）のラインの形状は Φ１−Φ２　：＝：　２ｍπ十定数　　　　　・・・・
・・・・・・・・・・・（８）忙よって定まり、ｘ＝ｙ
＝ｏで界＝０となるように定数を決めると、形状式 ％式％ メニスカス型グレーティングレンズ５は、同様の機能ヲ
有するメニスカス型フレネルレンズに置き換えることも
できる。

第３図はメニスカス型フレネルレンズの平面図であり、
　２０はメニスカス型フレネルレンズ、２１はメニスカ
ス型フレネルレンズ２０の形状基準線であ為、その他第
１図、第２図と同一部分には同一符号を付し、その説明
を省略する。

第３図において、メニスカス型フレネルレンズの形状基
準線２１は、第２図により説明したメニスカス型グレー
ティングレンズの形状基準線１９と同様に定められる。

また、メニスカス型フレネルレンズ２０のパターン形状
は、入射光束１１に対する平行光束１２の位相変化量と
、レンズパターン部の実効屈折率から次のよう・ｋ定め
られる。

半導体レーザの真空中和おける波長をλ、光導波路の実
効屈折率”１ｋＮ−とすると、メニスカス型フレネルレ
ンズの形状基準［２１における。入射光束１１に対する
平行光束１２の位相変化量Φ（間は。

である、このとぎメニスカス型フレネルレンズによる位
相変化量Φ（Ａは、−２π≦Φ（補≦ＯでΦ（間と等価
であればよい、したがって。

Φ（ｄ＋２ｍπ；０　　　　　　　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・ａｔ）ゐ根ｘ＝ｘ＠（ｍは整
数）をゾーン境界として。

ｘ９≦Ｘ≦Ｚｍ＋　１の範囲でΦ（−はΦ（補＝Φ（間
＋２ｍπ　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・（１−となる。一方、メニスカス型フレネ
ルレンズ領域の光導波路の実効屈折率をＮ＃＋Δルとす
ると、ｙ軸上におけるメニスカス型フレネルレンズ領域
の長さｄｏは λ ｄｏ”　ｊａ　　　　　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・（１ｍとすればよい
、このときメニスカス型フレネルレンズの形状基準線２
１上の点（ｘ　、　ｙ（ｄ）Ｋおけるメニスカス型フレ
ネルレンズ領域の入射光束方向のとなる。

上記のメニスカス型フレネルレンズ２０は、第１図及び
第２図に示したメニスカス型グレーティングレンズと同
様、公知のフォトリソグラフィ技術や電子線描画技術９
反応性イオンエツチング技術により、光導波路上に形成
される。この場合フレネルレンズ領域の実効屈折率の変
化分Δルは一定値ｌなる。これに対し、公知のプロトン
交換技術。

金属拡散技術、イオンドーピング技術等圧より。

光導波路内にフレネルレンズを作成することも可能であ
る。この場合はフレネルレンズの長さｄ４一定として実
効屈折率な変化させればよ（、ｙ軸上忙おけるメニスカ
ス型フレネルレンズ領域の実効屈折率の変化分Δｒ＆＠
な 一λ Δルｏ−７・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（１！１とし、メニスカス型フレ
ネルレンズ形状基準線２１上の点（ｘ　、　ｙ（ｍ）に
おけるメニスカス型フレネルレンズ領域の入射光束方向
の実効屈折率の変化分本実施例の光ピツクアップでは、
光導波路上に設けたメニスカス型導波路レンズによりて
、半導体レーザのガウスビーム状の光振幅分布をほぼ均
一な元振幅分布忙変換できるので２元の利用率を高める
ことができるとともＶＣ，集光グレーティングカプラ・
の集光スポットを尖鋭なものとするとと赤できる効果が
ある。

次に１本発明の他の実施例を第４図〜第６図により説明
する。第４図〜第６図においては、第１図〜第３図と同
一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

第４図は本発明による光ピツクアップの第二の実施例の
斜視図であり、３は光導波路である。本実施例において
は、メニスカス型フレネルレンズ２０’％−設げたほか
、光導波路３から集光光束１３’％−出射する集光グレ
ーティングカプラ６ａと１元ディスク９の清報ピッ）１
０からの反射光束１５が入射する集光グレーティングカ
プラ６ｂの配置が第一の実施例と異なっている。

第５図は本発明による元ピックアップの第三の実施例の
斜視図であり、６は集光グレーティングカプラ、２２は
透過形グレーティングである。本実施例においては、集
光グレーティングカプラ６が。

光導波路３から集光光束１３ｔ−出射する機能と１元デ
ィスク９の情報ビット１０からの反射光束１５を光導波
路３中に入射する機能を兼ね備えており、透過形グレー
ティング２２ヲビームスプリツタとして。

元ディスク９からの反射光を光検知器８ａ　、　８ｂ　
、　８ｃ。

８ｄに導いている。

上記の第二の実施例、第三の実施例とも、第一の実施例
と同様の効果がある。

第６図は本発明による元ピックアップの第四の実施例の
斜視図である。本実施例においては、メニスカス型クレ
ーティングレンズ５から集光グレーティングカプラ６ａ
に至る光束２３は平行光束でな（集束光束となっており
、填−１〜第三の実施例と同様の効果のほかに、集光グ
レーティングカプラ６ａにおける光束の出射に伴って生
じる光導波路３ａ中の光軸方向のｆｔ、＠幅の減衰を補
う効果かある。また、光ディスク９の情報ピッ）１０か
らの反射光束１５ヲ光導波路３ｂ中に入射させる集光グ
レーティングカプラ６ｂは、光導波路３ｂ中を光検知器
８ａ　、　８ｂ　。

８ｃ　、　８ｄに至る光束を分割するビームスプリッタ
の機能を兼ね備えるようなパターン形状となっており、
第一〜第三の実施例において見られるビームスプリッタ
７１省略できる効果がある。

１発明の効果〕 以上の説明から明らかなように２本発明によれば、光導
波路内または光導波路表面上に設けたメニスカス型導波
路レンズによって、半導体レーザのガウスビーム状の光
振幅分布をほぼ均一な光振幅分布に変換できるので、光
の利用率ヲ５０％〜９０％程度に弯で高めることができ
、また集光グレーティングカプラの集光スポットｖｇ−
”全幅で１．５μｍ程度の尖鋭なものとすることができ
る。

さらに２本発明によれば、光学素子群を、大きさが３１
１　Ｘ　４１１１　Ｘ　２ｔＲ程度１重量が約０．６！
程度の１つのチクプに集積することができるので、小形
軽量の光ピツクアップが実現でき、この光ピツクアップ
を用いることにより、情報の記録再生時のアクセス速度
の向上が可能になるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による元ピックアップの第一の実施例の
斜視図、第２図はメニスカス型クレーティングレンズの
平面図、第３図はメニスカス型フレネルレンズの平面図
、第４図〜第６図はそれぞれ本発明による元ピックアッ
プの第二、＃！三１．＄四の実施例の斜視図である。 ｌ・・・Ｓｉ、ｆｔＱＥ、　　　　　　２・・・バッフ
ァ層。 ３　、３ａ　、　３ｂ・・・光導波路。 ４・・・半導体レーザ。 ２２・・・透過形グレーティング。 第　１図 １′ １−・・５１基序Ｌ　　　　　　　ｓ、・づ七榮Ｃ足い
。 ２−−−パ’ｍｌファ眉　　　　　　　　　　６ｂ−・
ネＪし几−テ４しτ々フ゛う３針・−九導５１．．葬　
　　　　　　７−・−ご−４人７°り噌り李・・−１停
Ｌ−’７゛　　　　片０．□□ａ８第　２　菌 、ぐ 第　３図 ｎ 第　４　図 躬　５圓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、レーザ光源と、基板上に形成され、前記レーザ光源
   からの出射光束を導波する光導波路と、前記光導波路内
   または光導波路表面上に形成され、前記光導波路中の光
   束を光導波路外部の空間中に出射し情報記録面上に集光
   させる集光グレーテイングカプラと、前記情報記録面か
   らの反射光を受光し電気信号に変換する光検知器を備え
   た光ピックアップにおいて、前記光導波路中を導波され
   前記集光グレーテイングカプラへ至る光束の経路中の光
   導波路内または光導波路表面上にメニスカス型導波路レ
   ンズを設け、前記集光グレーテイングカプラへ至る光束
   の光軸に直角な光導波路断面における光振幅分布を、前
   記メニスカス量導波路レンズによりほぼ均一な分布に変
   換することを特徴とする光ピックアップ。