JPH03283024A

JPH03283024A - 光ピックアップ

Info

Publication number: JPH03283024A
Application number: JP2080949A
Authority: JP
Inventors: Teruo Busshu; 照夫物集; Isao Obe; 功大部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-13

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、光情報記録媒体に情報を記録し、あるいは情
報を再生するための光ピックアップにかかわり、特に、
小型・軽量化を図った光ピックアップに関する。

〔従来の技術〕

第７図に、従来技術による実用レベルの光ピックアップ
の一例を示す。図において、レーザダイオード１１から
出射された光がコリメートレンズ１２により平行光束に
変えられた後、プリズムミラー１３で方向が変えられ、
対物レンズ１４により光ディスク１５に集光される。光
デイスク１５表面で反射された光は、光路を逆戻りして
、１／４波長板１６と偏光ビームスプリッタ１７との組
合わせにより、レーザダイオード１１に光を戻さず、反
射されて、集光レンズ１８によりホトダイオード１９に
結像される。これにより、光ディスク１５に記録された
情報の読出し、トラッキング誤差およびフォーカス誤差
信号の読出しを行う、しかし、この光ピックアップは、
レンズ、ミラー等の光学部品を空間的に配置しているの
で。

小型・軽量化が困難であった。

そこで、小型・軽量化を実現するために、提案された朶
積化光ピックアップの一例として、電気通信学会論文誌
、’８５／　１０．　Ｖｏｌ、　Ｊ　６８−１０．８０
３頁から８１０頁に記載されたものがある。これを第８
図に示す。図において、２１は光源の半導体レーザ、２
２は半導体レーザ２１の出射光を導く光導波路、２３は
グレーティング集光ビームスプリッタ、２４は集光結合
器、２５は光ディスク、２ＧはＳｉ基板、２７はＳｉ基
板２６上に形成された２対の受光素子である。

このように形成された光ピックアップでは、半導体レー
ザ２１から出射された光は、光導波路２２を伝搬し、グ
レーティング集光ビームスプリッタ２３に入射する。こ
こで回折されなかった０次光は、集光結合器２４によっ
て、光導波路２２から外に取り出されて、光デイスク２
５上に集光される。この光ディスク２５からの反射光は
、再び集光結合器２４によって集光され、光導波路２２
内を先はどとは逆方向に進行し、グレーティング集光ビ
ームスプリッタ２３により伝搬方向が変えられ、２対の
受光素子２７に集光される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したような従来の集積化ピックアップでは、フォー
カシング駆動機構は、駆動コイルと永久磁石とを組み合
わせた可動部品から構成され、隻積化光ピックアップ基
板全体を動かす必要がある。

そのため、ピックアップ全体としては、小型・軽量化が
難しく、光導波路ピックアップの特長を生かせないとい
う問題があった。

本発明の目的は、以上に述べたような、従来の実用レベ
ルの光ピックアップおよび集積化光ピックアップのもつ
問題点を解決して、小型軽量な光ピックアップを提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、光ピックアップの
本体を、偏光を放射する光源と、該光源からの出射光を
伝搬させる少なくとも３つ以上の解放端を有する光導波
路と、１／４波長板と、前記光導波路から取り出された
光を情報記録媒体に集光する屈折率分布可変レンズと、
情報記録媒体からの戻り光を検知する光検知器と、前記
戻り光の進行方向を前記光検知器の方に変える手段とで
構成して、小型・軽量化を図るとともに、これらを磁気
ディスクヘッドと同様のスライダ軸受けに搭載し、これ
によって生じる空気浮上作用により概略焦点合わせを行
うとともに、上記屈折率分布可変レンズによって焦点合
わせの微調整を行えるようにしたものである。

また、戻り光の進行方向を光検知器の方に変える手段と
しては１反射型ブラッグ回折格子、あるいは光導波路中
に配置された禁制帯幅の異なる第１と第２の半導体層を
交互に積層した超格子構造からなる導波路構造の光偏向
型光スイッチなどが用いられる。なお、後者の場合１円
偏光に変換しないので、上記１／４波長板は不用である
。

〔作　　　用〕

上記構成による作用を、戻り光の進行方向を光検知器の
方に変える手段が反射型ブラッグ回折格子である場合を
例に説明する。光源から放射された偏光は、光導波路中
を伝搬し、光導波路中に設置された反射型ブラッグ回折
格子とは結合せずに通過して、光導波路の一つの解放端
から光導波路外に取り出され、１／４波長板を通過して
、印加電圧に応じて屈折率分布が変わる屈折率分布可変
レンズにより情報？２録媒体表面に集光される。また、
本発明による光ピックアップは、磁気ディスクのピック
アップと同様に、走行する情報記録媒体面から浮上する
ことにより焦点合わせの粗調整を行い、上記屈折率分布
可変レンズにより焦点合わせの微調整を行っている。情
報記録媒体からの戻り光は、光路を逆戻りし、屈折率分
布可変レンズおよび１／４波長板を通過して、光導波路
の一つの解放端から光導波路中に戻り、反射型ブラッグ
回折格子により回折あるいは全反射されて伝搬方向が変
えられ、光検知器に入射して、情報記録媒体に記録され
た情報の読出し、トラッキング誤差、およびフォーカス
誤差信号の読出しを行う。

戻り光の進行方向を光検知器の方に変える手段が光偏向
型光スイッチである場合も、上記とほぼ同様な経路で、
情報の読出し等が行われる。

本発明による光ピックアップは、上記のように、焦点合
わせの手段として、空気浮上作用による粗調整と屈折率
分布可変レンズによる微調整とを併用しており、従来技
術のような能動コイルと永久磁石とによるフォーカシン
グ睨動機構は不用としたので、光ピックアップの小型・
軽量化が可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明による光ピックアップの一実施例を図面を
参照して説明する。

第１図は、該実施例における光ピックアップの概略構成
を示したものである。第１図において、１はＧ　ａ　Ａ
　ｓ基板、２はＧ　ａ　Ａ　ｓ基板１上にエピタキシャ
ル成長により形成された半導体レーザ、３はＧ　ａ　Ａ
　ｓ基板１上に形成された誘電体からなる光導波路、４
はＧａＡｓ基板１上にエピタキシャル成長により形成さ
れたホトダイオード、５は誘電体電気光学材料あるいは
化合物半導体材料で形成された反射型ブラッグ回折格子
、６は１／４波長板、７は屈折率分布可変レンズ、８は
情報記録媒体である。

光源の半導体レーザ２から出射された偏光は、光導波路
３内を伝搬し１反射型ブラッグ回折格子５で回折される
ことなくそこを通過し、前記光導波＃！３の一つの解放
端から光導波路３の外に取り出され、１／４波長板６に
より円偏光に変換される。そして、屈折率分布可変レン
ズ７により、情報記録媒体８の記録面に集光される。こ
の記録面で反射した光は、屈折率分布可変レンズ７を通
過し、１７４波長板６により入射光とは偏光面が９０°
異なる偏光となって、前記光導波路３に入射し、前記反
射型ブラッグ回折格子５で回折されて、ホトダイオード
４に入射する。このホトダイオード４により、記録信号
、フォーカス誤差信号を得ることができる。ホトダイオ
ード４により得られたフォーカス誤差信号は、図示しな
い外部回路を通じて、屈折率分布可変レンズ７に印加さ
れる電圧に変換される。このようにして、フォーカス誤
差信号をフィードバックして、前記屈折率分布可変レン
ズ７の屈折率分布を変化させることにより、焦光点が前
記情報記録媒体８の記録面からずれないように追随させ
ることができる。

なお、本実施例では、第１図に示した光ピックアップは
、磁気ディスクに用いられている浮動へラドスライダ軸
受けと同様の一スライダ軸受け（図示せず）に搭載して
いる。このために、磁気ディスクヘッドと同様の空気浮
上効果が得られ、これにより記録面への光の焦点合わせ
の粗調整が可能となる。従って、屈折率分布可変レンズ
７では、焦点合わせの微調整のみを行えばよいことにな
る。

本実施例で用いる屈折率分布可変レンズの概略断面図を
第２図（ａ）、（ｂ）に示す、第２図（、）において、
７１はＧａＡｓ基板、７２は禁制帯幅の異なる第１と第
２の半導体層を交互に積層した超格子層、７３はキャッ
プ層、７４は絶縁領域。

７５は上部電極、７６は下部電極、７７は電極７５およ
び７６に電界を印加するための外部回路である。第２図
（ｂ）には、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板７１の一部を侵食除去
した例を示したが、基板を全部選択的に除去することも
可能である。第３図（ａ）。

（ｂ）に上部電極７５のパターンの一例の平面図を示す
、第３図（ａ）では、電極パターンは同心円状をなして
おり、従って、同心円状の電界分布をもたせることがで
きる。一方、第３図（ｂ）では、同心円状の電極パター
ンをさらに放射状に分割して、楕円状の電界印加を可能
にしている。

次に、上記屈折率分布可変レンズの製造方法の一例を、
第２図を用いて説明する。まず、ＧａＡｓ基板７１上に
、分子線エピタキシ法によって９ｎｍのＧ　ａ　Ａ　ｓ
暦と１０ｎｍのＡ　Ｑ、、、Ｇ　ａｏ、ｔＡｓ層とを交
互に６０周期積層して超格子層７２を形成し、さらにＡ
　Ｑ　６．、　Ｇ　ａ　ｇ’、７　Ａ　ｓを１１００ｎ
成長させてキャップＭ７３を形成する。その後、上部電
極７５および下部電極７６を形成する。

電極としては、インジウム−スズ酸化物等の透明電極あ
るいはＣｒ・、Ａｕ等による部分的透明電極を用いても
よい。次に、ホトレジスト工程を用いて、上部電極７５
を、第３図（、）あるいは（ｂ）のようにパターン化す
る。その後、クロム、酸素等のイオンインプランテーシ
ョンにより、電極パターン間に位置する超格子層の規則
性を乱すとともに、該超格子層上のＡ　Ｑ。、、Ｇ　ａ
ｏ、７Ａ　ｓキャップ層７３を選択的にエツチング除去
して、素子間の絶縁を取る。以上の工程により、第２図
（、）に示した構造の屈折率分布可変レンズが形成され
る。なお、第２図（ｂ）に示した構造の屈折率分布可変
レンズを作成するには、下部電極７６をホトレジスト工
程を用いてパターニングした後、ＧａＡｓ基板７１を部
分的にエツチング除去すればよい。なお、上記説明では
、上部電極がない部分のＡＱ、、ａＧａｏ、７Ａｓキャ
ップ層７３はエツチング除去し、また超格子層７２はイ
オンインプランテーションにより規則性を乱すと述べた
が、上記各層が十分に高抵抗の場合は、この限りでない
。

第３図（、）に、第３図（ａ）の電極を用いて、中心部
が高いガウス分布型の電界を印加したときの、面内の屈
折率分布を示す。ここでは、印加電界分布と同様の、中
心部が高いガウス型の屈折率分布が得られている。また
、第３図（ｄ）に、第３図（ｂ）の電極を用いて、中心
部が高くかつＸ方向よりＹ方向が高くなる電界を印加し
たときの屈折率分布を示す。この図から、楕円屈折率分
布レンズが形成されていることがわかる。

第４図に、本実施例で用いる屈折率分布可変レンズの他
の例の概略断面図を示す。これは対物レンズ一体型の屈
折率分布可変レンズである。第４図において、符号７２
〜７６は第２図と同じである。本レンズの作成方法は、
第２図に示したレンズの作成方法と同様の方法で超格子
構造を形成するとともに、ＧａＡｓ基板を機械加工ある
いはエツチング等の化学加工によりレンズ状に成形して
、対物レンズ部７８を形成する。その後、下部電極７６
を形成して、対物レンズ一体型の屈折率分布可変レンズ
が得られる。

なお、以上の説明では、屈折率分布可変レンズとして超
格子構造で構成されたものについて述べたが、液晶ある
いは電気光学効果を有する材料を用いて屈折率分布可変
レンズを構成してもよい。

また、第１図に示した実施例の説明では、光導波路３は
誘電体光導波路としたが、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物
半導体の単層膜、あるいは２種以上の化合物半導体膜を
積層した多層膜を光導波路に用いることも可能である。

次に、本発明による光ピックアップの他の実施例を図面
を参照して説明する。

第５図は、該実施例における光ピックアップの概略構成
を示したものである。第５図において、１はＧａＡｓ基
板、２はＧａＡｓ基板１上にエピタキシャル成長により
形成された半導体レーザ、３１はＧａＡｓ基板１上にエ
ピタキシャル成長により形成された禁制帯幅の異なる第
１と第２の半導体層を交互に積層した超格子構造からな
る光導波路、４はＧａＡｓ基板１上にエピタキシャル成
長により形成されたホトダイオード、５１は前記超格子
構造からなる光導波路３１中に形成された光偏向型光ス
イッチ（反射型とも呼ばれる）、７は屈折率分布可変レ
ンズ、８は情報記録媒体である。

従来の光偏向型光スイッチでは、ニオブ酸リチウム等の
電気光学媒質の偏向特性を利用していたが、印加電界に
伴う屈折率変化が小さく、動作電圧が高くなるとともに
、スイッチ部の全長が非常に長くなるという欠点があっ
た。そこで、本実施例では、ＧａＡｓやＩｎＰ系のｍ−
ｖ族化合物半導体の吸収端の移動によっても屈折率が変
化することを利用し、屈折率変化が顕著に現れる禁制帯
幅の異なる第１と第２の半導体層を交互に積層した超格
子構造を光スィッチに用いることにした。

本実施例では、エピタキシャル成長により形成された禁
制帯幅の異なる第１と第２の半導体層を交互に積層した
超格子膜を前記光導波路に用いていることから、該光導
波路が分岐する部分に電界印加用の電極を形成して光ス
ィッチを作成している。

この光偏向型光スイッチにおける屈折率変化は±０．３
となり、光導波路の分離角を約４５°にすることができ
る。このことから、光導波路長を１画程度の寸法に抑え
ることが可能となり、小型軽量な光ピックアップを形成
できる。

次に、上記した、超格子構造を用いた導波路構造の光偏
向型光スイッチとその製造方法の一例を図面を用いて説
明する。

超格子構造の電界効果を利用した導波路型光スイッチに
ついては１例えば雑誌［エレクトロニクス　レターズ（
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）　」、第２
１巻、１９８５年、６９３頁から６９４頁に報告されて
いるほか、多数が報告されている。電界印加方法も、超
格子を形成する異種半導体層の接合面に対し、垂直な場
合と平行な場合とがある。

本実施例では、Ｗ５造の容易さの観点から、異種半導体
層の接合面に平行に電界を印加する構造を採用したが、
垂直に電界を印加する構造も作成可能である。

第６図（、）は導波路構造光偏向型光スイッチの一例を
示す斜視図、同図（ｂ）はその超格子構造部の拡大断面
図である。図において、１はＧａＡｓ基板、４１は光の
滲みだしを防ぐための厚さ２ｐのＡ　１２１１．３０　
ａＯ，Ａ　ｓ６．４２は厚さ１００人のＡＲＡｓ暦と厚
さ１００人のＧａＡｓＭとを５００周期積み重ねてなる
超格子光導波路、４２ａは光検出器（図示せず）に戻り
光を導く超格子光導波路、４３は該光導波路と同一構造
を有する超格子スイッチ部、４４および４５は該超格子
スイッチ部４３に電界を印加するための電極である。

導波路部の寸法は、幅２５Ｉ１ｍ、高さ１０−であり、
またスイッチ部の寸法は、幅５ｔ１ｍ、高さ１０虜であ
る。超格子スイッチ部４３上の２つの電極４４．４５の
下の超格子層は、それぞれＳｉ打込み、Ｚｎ拡散により
ｎ型、ｐ型にした。

上記した導波路構造光偏向型光スイッチの作成工程は、
以下の通りである。すなわち（ｉ）分子線エピタキシ法によるＡΩ。、３Ｇａ０．。

Ａ　ｓ　Ｍ４１、超格子光導波路４２および超格子スイ
ッチ部４３の超格子層の成長（ｉｉ）イオンミリングによる導波路部およびスイッチ
部の形成（ｉｉｉ）Ｓｉ打込み、Ｚｎ拡散（ｉｖ）電極４４および４５の形成である。

上記した導波路構造光偏向型光スイッチの動作は、次の
通りである。すなわち、電極４４と電極４５の間にバイ
アスが印加されていないときは、導波路部とスイッチ部
の屈折率が同じであるため、スイッチ部での光の反射は
起こらないが、電極４４と電極４５の間に適当なバイア
スが印加されると、スイッチ部の屈折率が下がり、戻り
光は全反射され、超格子光導波路４２ａ側に光路が変え
られる。

上記説明では、ｐ−ｎ接合で形成された電極へのバイア
スの印加により超格子層の屈折率を変化・させるとした
が、ショットキー接合による電極でも同様な効果が得ら
れる。また、以上の説明では。

Ｇ　ａ　Ａ　Ｉｌ　Ａ　ｓ系の材料の場合について述べ
たが、ＩｎＧａＡｓＰ系の材料にも同様に適用できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、焦点
合わせの手段として、印加電圧に応じて屈折率が変化す
る屈折率分布可変レンズを採用しているので、従来の駆
動コイルと永久磁石とを組み合わせたフォーカシング廓
動機構を採用する必要がなくなり、小型軽最の光ピツク
アンプを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光ピックアップの概略構成
図、第２図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ該実施例で用
いる屈折率分布可変レンズの概略断面図、第３図（ａ）
および（ｂ）はそれぞれ該屈折率分布可変レンズの上部
電極パターンの平面図、第３図（ｃ）および（ｄ）はそ
れぞれ第３図（、）および（ｂ）に示す上部電極を有す
る屈折率分布可変レンズへの印加電界強度と屈折率分布
との関係を示す図、第４図は該実施例で用いる屈折率分
布可変レンズの他の例を示す概略断面図、第５図は本発
明の他の実施例の光ピックアップの概略構成図、第６図
（ａ）は該実施例で用いる導波路構造光偏向型光スイッ
チの一例を示す斜視図、第６図（ｂ）はその超格子構造
部の拡大断面図。第７図は従来の実用レベルの光ピックアップの概略構成
図、第８図は従来の集積化型光ピックアップの概略図で
ある。符号の説明１・・Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板　　　２・・・半導体レーザ
ホトダイオード３・・・光導波路　　　　　４・・５・・・反射型ブラッグ回折格子６・・・１／４波長板７・・・屈折率分布可変レンズ８・・情報記録媒体　　　３１・・・光導波路５１・・
・光偏向型光スイッチ４１−Ａ　Ｑｏ、３Ｇ　ａ、、７Ａ　ｓ　ｆ１４２．４
２ａ・・・超格子光導波路４３・・・超格子スイッチ部４４．４５・・・電極７２・・・超格子層７４・・・絶縁領域７６・・・下部電極７１−　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板７３・・キャップ層７５・・・上部電極７８・対物レンズ部

Claims

【特許請求の範囲】１、偏光を放射する光源と、前記光源からの出射光を伝
搬させる少なくとも３つ以上の解放端を有する光導波路
と、１／４波長板と、前記光導波路から取り出された光
を情報記録媒体に集光する屈折率分布可変レンズと、情
報記録媒体からの戻り光を検知する光検知器と、前記戻
り光の進行方向を前記光検知器の方に変える手段とを備
えたことを特徴とする光ピックアップ。２、請求項１に記載の光ピックアップにおいて、戻り光
の進行方向を光検知器の方に変える手段が、反射型ブラ
ッグ回折格子であることを特徴とする光ピックアップ。３、請求項２に記載の光ピックアップにおいて、反射型
ブラッグ回折格子が、誘電体電気化学材料あるいは化合
物半導体材料で形成されていることを特徴とする光ピッ
クアップ。４、偏光を放射する光源と、前記光源からの出射光を伝
搬させる少なくとも３つ以上の解放端を有する光導波路
と、前記光導波路から取り出された光を情報記録媒体に
集光する屈折率分布可変レンズと、情報記録媒体からの
戻り光を検知する光検知器と、前記戻り光の進行方向を
前記光検知器の方に変える手段とを備えたことを特徴と
する光ピックアップ。５、請求項４に記載の光ピックア
ップにおいて、戻り光の進行方向を光検知器の方に変え
る手段が、前記光導波路中に配置された禁制帯幅の異な
る第１と第２の半導体層を交互に積層してなる超格子構
造の屈折率を変化させることによって光の進行方向を制
御するものであることを特徴とする光ピックアップ。６、請求項４に記載の光ピックアップにおいて、戻り光
の進行方向を光検知器の方に変える手段が、前記光導波
路中に配置されたｎ型およびｐ型の半導体層を交互に積
層してなる超格子構造の屈折率を変化させることによっ
て光の進行方向を制御するものであることを特徴とする
光ピックアップ。７、請求項５または６に記載の光ピックアップにおいて
、超格子構造の屈折率を変化させる手段が、該超格子構
造に電界を印加することであることを特徴とする光ピッ
クアップ。８、請求項１または４に記載の光ピックアッ
プにおいて、屈折率分布可変レンズが、禁制帯幅の異な
る第１と第２の半導体層を交互に積層してなる超格子構
造、液晶、および電気光学効果を有する材料のうちの少
なくとも一つから構成されていることを特徴とする光ピ
ックアップ。９、請求項８に記載の光ピックアップにおいて、屈折率
分布可変レンズが、印加電圧に応答して同心円状あるい
は楕円状の屈折率分布をもつことを特徴とする光ピック
アップ。１０、請求項５または８に記載の光ピックアップにおい
て、超格子構造が、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａ
ＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＡｌＧａ
Ｓｂ、ＩｎＡｌＡｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、
Ｓｉ、Ｇｅのうちの少なくとも２つからなることを特徴
とする光ピックアップ。１１、請求項６に記載の光ピックアップにおいて、超格
子構造が、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、
ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＡｌＧａＳｂ、Ｉ
ｎＡｌＡｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、Ｓｉ、Ｇ
ｅのうちの少なくとも１つからなり、ｎ型およびｐ型の
半導体層を交互に積層したものであることを特徴とする
光ピックアップ。１２、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の光ピ
ックアップを、走行する情報記録媒体面から微小な浮上
距離をもって浮上させる手段を備えたことを特徴とする
浮上型光ピックアップ。