JPH04123329A - 光ヘッド装置 - 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］ 本発明は光通信或いは光デイスク装置等のオプトエレク
トロニクス機器に用いる光集積回路。

光学装置に係り、とくに半導体レーザ光源の波長変動に
よって生じる各種の収差や光の分散等を補正するに好適
な光集積回路と光学装置に関する。

［従来技術］ 従来の光通信や光情報装置用等の光学部品は、レンズ、
プリズム、グレーティングなどのバルク部品を機械的に
組合せて構成していたので、個々の部品の外形寸法が大
きいため小型化が困難であり、また高価であった。また
、これらを機械的に組合せた光学装置は長時間の使用に
対して部品間の位置ずれを生じるため信頼性が劣るとい
う問題もあった。

近年はこれらの問題を解決するために、単一の基板上に
発光素子、受光素子、導波路形（薄膜形）レンズやグレ
ーティング等の光学素子を集積化して大幅に小型化、低
コスト化し、また信頼性を向上することのできる光集積
回路（光ＩＣ）が検討されている。

上記光学素子の中で光導波路に光を入射したり出射させ
たりするためのグレーティングカプラ（一種の導波路形
回折格子）はキーデバイスの一つであり、その具体的な
設計方法に関しては１９７２年発行のＡｐｐｌ、Ｏｐｔ
、誌、第１１巻、第１０号のＪ、Ｈ，Ｈａｒｒｉｓ、ｅ
ｔ　ａｌ著ｒＴｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏ
ｆ　Ｐｅｒｉｏｄｉｃ　Ｃｏｕｐｌｅｒｓｊ、および、
１９７７年発行のＡｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、誌、第１４巻の
Ｔ、Ｔａ＋ｍｉｒおよびＳ、Ｔ、Ｐｅｎｇ著ｒＡｎａｌ
ｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｇｒａｔｉｎ
ｇ　Ｃｏｕｐｌｅｒｓｊに論じられており、また、特開
昭６０へ２４８２４５号公報および特開昭６１−２９６
５４０号公報にはその光デイスク装置用光ヘッドへの適
用例が開示されている。

第２２図は従来装置における光導波路よりの呂射光を光
ディスクに照射する部分を説明する図である。

光集積回路基板１の表面部の光導波路４内を進行する導
波光７はグレーティングカプラ３により回折されて角度
ＡＯＯ方向に曲げられてプリズム２を介して出射し、ミ
ラー３０により反射され対物レンズ９により集束後、光
ディスク１０に照射されるようになっていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術においては、グレーティングカプラ３の回
折角ＡＯＯが導波光７の波長に依存して変化するので、
複数の波長成分を含む半導体レーザを光源とする場合に
は回折角ＡＯＯに広がりが生じ、このため光ディスク１
０に対する照射光を十分に収束８来ないという問題があ
った。

さらに、半導体レーザには温度変動その他の原因によっ
て発振モードが変化するという性質があり、これにより
導波光７の波長が変化すると回折角ＡＯＯが変化して光
デイスク１０上の光スポツト位置が変動する。この光ス
ポツト位置の変動はランダム、かつ瞬時に発生するため
。

第２２図の各部品を搭載した光ピツクアップの位置制御
技術、例えばトラッキング／ジッタサーボ等では追随出
来ないという問題があった。

さらに、半導体レーザ光を光導波路４に入射する場合に
は、光導波路４への入射角が狭い範囲に限定されるため
波長の広がりを有する半導体レーザ光のマルチモード発
振のレーザ光の一部のみしか入射することが出来ず、こ
のため入射結合効率が低いという問題があった。

本発明の目的は、上記各問題点を改善した光学素子およ
び光学式情報処理装置を提供することにある。

さらに、表面弾性波や音響光学偏向器により導波光を高
速に偏向して高速アクセスする光学式情報処理装置にお
いて、上記波長変動の影響を低減してトラッキングサー
ボおよびフォーカシングサーボ範囲を広げることのでき
る光ヘッドを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決するために、基板上の光導波路
からレーザ光を出射させるために設けられるグレーティ
ングカプラの格子間隔Δをレーザ光の波長範囲の平均値
に対してブラッグ条件を満たすようにし、さらに、上記
基板からのレーザ光出射部に出射レーザ光の多波長化（
マルチモード化）ならびに波長変動による出射角変動等
を補償し光路を変換するためのエシュレット型回折格子
を設けとことを特徴とする。

また、上記光導波路からレーザ光を出射させる他の方法
として上記光導波路上にグレーティングカプラの代わり
に表面弾性波利用の光偏向器を設けるようにする。

また、上記エシュレット型回折格子とその回折光を集光
する対物レンズとを移送台上に取付け、光スポットが光
デイスク上を移動できるようにする。

さらに、光ディスク等の情報記録坦体がらの反射光を上
記対物レンズとエシュレット型回折格子を介して上記基
板に取り入れ、これを上記グレーティングカプラ、また
は上記光偏向器の部分で反射させてホログラム部に入射
し、その回折光強度を光検出器によ検出するようにする
。

また、上記基板に入射するレーザ光の多波長化ならびに
波長変動による上記基板の入射角変動を低減するために
他のエシュレット型回折格子を入射部に設けるようにす
る。

［作用］ 以上のように構成した本発明の光ヘッド装置は、基板上
の光導波路からグレーティングカプラまたは表面弾性波
利用の光偏向器により出射されるレーザ光の多波長化な
らびに波長変動による出射角変動等をエシュレット型回
折格子により補償して出射光束の平行度を高め、同時に
光路を変換するとともに出射光束の幅を広げ、これを対
物レンズにより微細な光スポットに集光する。

さらに、上記エシュレット型回折格子と対物レンズとを
移送台により移動して、光スポットを光デイスク上の所
定の位置に移動する。

さらに、光ディスク等の情報記録坦体からの反射光強度
を上記基板に設けたホログラム部と光検出器により検出
する。

さらに、上記基板の上記レーザ光入射部に設けた他のエ
シュレット型回折格子により上記入射レーザ光の多波長
化ならびに波長変動による適正入射角からのミスマツチ
を低減する。

［実施例コ 以下、本発明の各実施例について順次説明する。

第１〜１４図は光導波路より出射する光の波長変動を補
償して光ディスクに照射する本発明の実施例に関する図
、第１５〜２１図はレーザダイオードからの入射光を効
率的に光導波路に入射することのできる本発明の実施例
に関する図である。

以下、上記図面の順序に従って本発明の実施例を順次説
明する。

第１図は光導波路よりの光を対物レンズを経由し光デイ
スク面に結像するための本発明実施例の断面図であり、
この部分は光集積回路において最も重要な部分の一つで
ある。

基板１上に形成した光導波路４内の導波光７はグレーテ
ィングカプラ３により基板１内に解析された後、プリズ
ム２で屈折して例えば実線で示す光７１のように空気中
に出射する。プリズム５に入射された光７１はプリズム
５に貼り合わされた色収差補正機能を有するエシュレッ
ト型回折格子８により回折されてプリズム５より出射し
、対物レンズ９により集光され光デイスク１０上にスポ
ット像を結ぶ。

周知のようにグレーティングカプラ３における回折角は
光の波長に依存して変化する。プリズム２および５にお
ける屈折角も同様に光の波長に依存して変化する。上記
回折角と屈折角等の分散が加算されるので光７１は広が
りをもってエシュレット型回折格子８へ入射する。

本発明では上記エシュレット型回折格子８により上記入
射光の分散を補償して回折させ、対物レンズ９に平行光
を入射するようにする。これにより光ディスクｌｏ上に
は最も精細な光スポットを結像させることができるので
ある。

上記分散された光成分の全てが上記光スポツト内に結像
されるので、光エネルギの無駄がなく高い光利用効率を
得ることができる。また、光の波長が変化しても光スポ
ツト位置が変化しないので、レーザダイオードの発振モ
ード変化により上記光スポツト位置が変動することがな
い。

以下、上記エシュレット型回折格子８が行う上記入射光
波長変動の補償に関する計算式について説明する。なお
、下記の計算式に用いる記号を第２図にまとめて示した
。

（１）入射角、出射角２回折角、屈折角の算出式 ％式％ Ａ４０が基板面に対して水平となる条件；Ａ４０＝π／
２−δ 故に　　　δ＝π／２−Ａ４０　　　・・・・・・・・
・・・・（６）Ａ５０＝π／２−ω１　　　　　・・・
・・・・・・・・（７）Ｎｇ　　　　１ α：π−（ω１＋ω２−Ａ６０）＝π／２−ω２＋Ａ６
０Ｈ・・・（１０）ｓｉｎａ−ｓｉｎβ＝λ／Ｄ／Ｎｇ 故に　ｓｉｎβ＝ｓｉｎα−λ／Ｄ／Ｎｇ　　・・・・
・・・・・・・・（１１）プリズム５に対して垂直に出
射する条件；β：ω２　　　　　　　　　・・・・・・
・・・・・・（１２）ブレーズ角ＢＡ、エシュレット型
回折格子の色心補正グレーティングでの回折前後のビー
ム幅の比Ｂｅｘは下式で表わされる。

ＢＡ＝　（α−β）／２　　　　　・・・・・・・・・
・・・（１３）Ｂｅｘ＝ｃｏｓβ／ｃｏｓ　ａ　　　　
　−・＝・−＝　＝−（１４）（２）波長依存性、即ち
各角度のλに関する微分係数の算出式； ％式％ （１）式より ｄλ ｄλ 一５ｉｎＡＯ０ （ロ） ｄＡ１０／ｄλを求める。

（２）式より ｄＡｌｏ　　ｄＡＯｏ ｄλ　　　　ｄλ ・・・・・・・・・・・・（１７） （ハ） ｄＡ２０／ｄλを求める （３）式より ｄλ （Ｎｇ）” ・・・（１８） ｄ　（Ｎｓ−ｓｉｎＡｌｏ）＝ｄＮｓ−ｓｉｎＡ１０＋
Ｎ５−ｄ　（ｓｉｎＡｌｏ）　＝−（１９）ｄλ ｄλ ｄｓｉｎＡ２０ ｄλ ｏｓＡ２０ （ニ） ｄＡ３０／ｄλを求める （４）式より ｄλ ｄλ （ホ） ｄＡ４０／λを求める （５）式より ｄλ （へ） ｄＡ５０／ｄλを求める 幾何学的関係より ｄλ ｄλ （ト） ｄＡ６０／ｄλを求める （８）式より ｄλ （Ｎｇ）″ Ａ３０ ｄＡ６０　ｄｓｉｎＡ６０ Ａ６０ ｄｓｉｎＡ６０ ｄλ ｄλ ｄｓｉｎＡ６０ ｏｓＡ６０ （チ）　ｄＡ６０Ｈ／ｄλを求める （９）式より ｄＡ６０ＨｄＡ６０ （す）ｄα／ｄλを求める （１０）式より ｄαｄＡ６０Ｈ （ヌ）ｄβ／ｄλを求める （ＩＩ）式より ａん ｄλ　　ｄλ　ｄｓｉｎβ　　ｄλ　ｃｏｓβ色収差補
正用のエシュレット型回折格子８およびその他の角度パ
ラメータは上記式（３４）よりｄβ／ｄλ＝０となる条
件を求めて設計することが出来る。

Ａｓ、Ｎ、Ｎｓ、Ｎｇ、ｄＮｇ　ｄＮｓ、ｄＮｇ等を与
え、任意のθに対するδを求め１次に任意のω１に対す
るＤおよびω２を求めるようにする。上記θとω１はあ
る程度自由に選択することができる。上記の計算には２
分割法その他の数学的手法が適用できる。

また、上記ｄ　Ｎ　、　ｄ　Ｎ　ｓ　、　ｄ　Ｎ　ｇ等
の屈折率の分散値には適切な値を用いる必要があり、こ
れがいい加減な値であると正しい設計値が得られない場
合が多い。

式（１１）はブラッグ条件を示すものである。

レーザ光の波長分布範囲がλ（１）〜λ（２）であると
きλはこの範囲内の値になるが、λ（１）とλ（２）の
平均値に相当する波長λが上記ブラッグ条件を満たすよ
うにすることが本発明にとっては重要である。換言すれ
ばブラッグ条件の近傍で回折が起こるようにすると強い
強度の光が得られるのである。

第３図および第４図は上記計算式を用いてコンピュータ
により反復計算を収斂させて得られた解の一例である。

基板１としてＹカット面を用いたＬｉＮｂＯ５結晶を用
い、その表面に金ｇＩＩＴｊを拡散させて屈折率を増加
させて光導波路７を設ける。また。

光導波路７上にＴ　ｉ　Ｏｚによりグレーティングカプ
ラ３を形成し、基板１の端面にはＢＫ７ガラスのプリズ
ム２を貼りあわせる。

なお、基板１には石英、Ｓ　ｉ　Ｏｚ系ガラス、誘電体
結晶等を、また、光導波路７にはＳｉｎｇ系ガラス層、
金属拡散層、カルコゲナイドガラス層、Ｔ　ｉ　Ｏ１層
、ＺｎＳ層等を用いることができる。

第１図において、導波光はＴＥＯの伝搬モートで伝搬さ
れ、光導波路７はグレーティングカプラ３により回折さ
れてプリズム２に入射した後、基板面に対して平行に出
射される。エシュレット型回折格子８はガラス基板面上
に高分子材料のグレーティングを形成し、その上に金属
膜を塗布して作成する。このエシュレット型回折格子８
はＢＫ７ガラスのプリズム５に固定される。エシュレッ
ト型回折格子８にて回折されたレーザ光はプリズム５に
て屈折し、対物レンズ９で集光され、光ディスク１０の
面上に焦点を結ぶ。

なお、エシュレット型回折格子８のグレーティング形成
用材料としては、この他にＳｉｎ、ガラス、高分子化合
物等を、また、プリズム用には５ｉｆｔ系ガラスを用い
ることができる。

このように、本発明では光学素子や光導波路。

グレーティング等の薄膜光学素子等に一般的に用いられ
ている材料を全般的に使用でき、半導体製造用のりソグ
ラフイ技術や真空技術により各素子を製造することが出
来る。

第３図の実施例１では、グレーティングカプラ３の格子
間隔Ａは１．５μｍ、対物レンズ９の焦点距離は５ｍｍ
、半導体レーザの中心波長λ（０）は０．７８５μｍで
あり、波長λ（０）に対する光導波路７の実行屈折率Ｎ
は２．１８５８、基板及びプリズム２の屈折率Ｎｓ、Ｎ
ｇはそれぞれ、２．１７６７６および１．５１１３４で
ある。また、上記Ｎ、Ｎｓ、Ｎｇ等の分散係数はｄＮ＝
−０，１１３５，ｄＮｓ＝−０゜１１３５、ｄＮｇ＝−
０，０２１１５４である。

基板１の切断角θを３６度として上記計算式によりエシ
ュレット型回折格子を設計した結果、格子間隔りの適正
値として１．４７４μｍという値を得た。このときのブ
レーズ角ＢＡは１７゜７８度、角度の諸元はα＝７２．
５５度、β＝３６．９９度、δ＝１６．７６度、ω１＝
４０゜００度、ω２＝３６．９９度であった。

上記設計における回折角の波長依存性ｄβ／ｄλの値は
極めて小さいため、波長λが変化しても光の出射角は殆
ど変化しない。たとえば、波長λが０．８０μｍに変化
した場合でも上記ｄβ／ｄλは−０，０８８７という小
さな値であり、これはエシュレット型回折格子がない従
来装置の値の１／１００以下の値である。このため、波
長変動により光デイスク面上の光スポツト位置の変動は
殆ど無視できる程度に小さくなり、光ディスクに記録さ
れた情報の読み飛ばしが発生しなくなるのである。

第３図及び第４図の本発明実施例２．３．４等はグレー
ティングカプラ３の格子間隔へをそれぞれ３．５．７μ
ｍとした場合である。設計諸元は上記への値に依存し、
Ａが大きいほど上記ｄβ／ｄλの値は小さくなり、光デ
イスク面上の光スポツト位置の波長依存性も小さくなる
。

何れの場合にも、エシュレット型回折格子の導入により
上記ｄβ／ｄλが従来装置の場合に較べてｌ／１００以
下に小さくできるのである。

第５図は上記第１図に示した本発明実施例における光の
波長変化に対する光スポットの位置変動量を第２０図に
示した従来装置と比較して示す図である。従来装置では
特性線ＩＩに示すように波長λが中心波長λ（○）＝０
．７７８μｍより０．００１μｍ程度低くなると光スポ
ットの位置変動量ΔＸは０．５μｍ以上となるのに対し
、本発明装置では特性線Ｉに示すように、同じ波長変化
に対するΔＸは略０．０１〜０゜０２μｍ程度である。

これより、本発明により光スポットの位置変動量を従来
比で１１５０ないし１／２５に低減できることがわかる
。

第６図は第１図におけるプリズム２と５を省略した本発
明の他の実施例を示す図である。

前記の計算式（１）〜（３４）において、Ｎｇ＝１、ｄ
Ｎｇ＝ｏとおき、同様の手順で設計することができる。

第７．８図の実施例５〜８Ｉｌｌは第６図の設計諸元の
一例を示すものである６実施例５〜８はプリズムを用い
た前記実施例１〜４に較べ同一の格子間隔Ａに対するｄ
β／ｄλの値が若干大きくなっているものの、同様に八
が大きいほど上記ｄβ／ｄλの値は小さく、光デイスク
面上の光スポツト位置の波長依存性も小さくなる。

何れの場合にも、エシュレット型回折格子の導入により
上記ｄβ／ｄλが従来装置の場合に較べて１／１００以
下に小さくできる。

第１図において、基板１の切断角θとプリズム５の頂角
０１等を必要に応じて変えることができる。

第９図に示した実施例１０は頂角ω１を９０度とした場
合、また、実施例１１は最小のｄβ／ｄλが得られるよ
うにλ（０）におけるｄβ２／ｄλ２が最小となる条件
を求めて設計した場合である。

第１０図はＡ＝３μｍにおけるθ、ω１、ｄβ２／ｄλ
２間の関係を示すもので、θとω１を最適化することに
よりｄβ”／ｄλ２をゼロとする条件が得られることが
わかる。

第９図の実施例１１は上記第１Ｏ図にもとずいて設計し
た結果であり、θ＝３２．５度、ω１＝２３．０度、Ｄ
＝４，７３１μｍにおいてｄβ／ｄλ＝−０，０００１
という極めて小さな値が得られている。これにより、グ
レーティングカプラ３において生じる色収差はほぼ完全
に除去することができる。

第１１図はグレーティングカプラ３の代わりに弾性表面
波（ＳＡＷ）素子を用いた本発明の他の実施例を示す図
である。ＸカットのＬｉＮｂＯ３基板１の表面をプロト
ン交換してその屈折率を上昇させて先導体波路４を形成
し、その上にアルミニウム薄膜のクシ型電極１１を設け
、これに１００〜１００１００Ｏの高周波信号を印加し
先導体波路４にＳＡＷを発生させて導体光７を回折させ
る。

上記高周波信号の周波数を変えることにより格子間隔へ
を等価的に変化させ、回折角を変えることができるので
、出射光を高速に偏向することができる。したがってこ
れを光デイスク用の光ヘッドに用いてそのアクセス時間
を短縮することができる。

グレーティングカプラ３を用いる場合と同様に波長変化
により回折角が変化するが、この変化はエシュレット型
回折格子８により同様に取り除くことが出来る。

第１２図は上記第１１図に対する設計諸元の一例を示す
図である。上記他の本発明実施例と同様に極めて低いｄ
β／ｄλの値が得られている。

第１３図は光ディスク１０より反射された信号光の強度
を検出するための信号検出用光素子を基板１内に集積し
た本発明の実施例を示す図である。反射光強度を検出す
ることにより、入射レーザ光の強度を適正値に制御する
ことができる。

上記信号検出用光素子はホログラム２０とホトダイオー
ド２１（光検出器）により構成される。光ディスク１０
より反射された信号光は基板１の表面で反射してホログ
ラム２ｏに入射し、さらに１反射してホトダイオード２
１に入射する。したがって、ホトダイオード２１により
光ディスク１０に記録された情報を読み取り、あるいは
光ディスク１０に記録する情報を検出することができる
。従来装置のようにこれらの情報を検出するための素子
を別途設ける必要がなく、基板１内に集積して小型化す
ることが出来るのである。

第１３図において、グレーティングカップラ３の受容角
は通常水さいので基板１に入射する上記反射光は光導波
路４内に導波することができず、図示のように基板１の
表面で反射してホログラム２ｏに入射する。また、ホロ
グラム２０のパターンは反射光がホトダイオード２１上
に焦点を結ぶように設計する。

なお、第１３図では反射光をグレーティングカップラ３
では反射するようにしたが、第１１図に示した弾性波１
２の発生部分も同様に反射するので、上記ホログラム２
０やホトダイオード２１等を第１１図の基板上に設けて
反射光強度を同様にして検出することができる。

ここで、反射光１３がホログラム２０にて発生する色収
差は、グレーティングカップラ３にて発生する色収差と
類似するのでエシュレット型回折格子８により同様にし
て除去することができる。

光デイスク装置では光デイスク上の信号パターンを正し
く追尾するためにトラッキング、ジッタ等のサーボがか
けられる。

第１４図（ａ）はこのようなサーボを行うために、エシ
ュレット型回折格子８と対物レンズ９を他の部分から分
離し、ベアリング２２等により移動可能とする本発明の
実施例を示す図である。同図（ｂ）と（ｃ）は上記エシ
ュレット型回折格子８にプリズム５１または５２を取付
けた場合である。

上記の構成ではエシュレット型回折格子８と対物レンズ
９のみを移動するので可動部の質量を小さくでき、光デ
ィスク１０に照射する光スポットの位置を高速に制御す
ることができる。

また第１４図より明らかなように、エシュレット型回折
格子８面の取付角Ｃを９０度より小さくすると入射光の
輻ｌに対して出射光の幅りを拡大することができる。第
２２図に示した従来装置のようにミラー３０により入射
光を９０度曲げる場合には入射光の幅１と出射光のｌ１
ｌＩＬは等しくなり、Ｌを広げることが出来ない。周知
のように、出射光の幅りが広いほど対物レンズ９により
鋭く絞られた光スポットが得られる。

また、角度Ｃが小さければ光ヘッドを薄型にすることが
出来る。本発明ではエシュレット型回折格子８を用いる
ので、角度Ｃを小さくして光ヘッドを薄型にしたうえ、
光路を９０度曲げて微細な光スポットを得ることができ
るのである。

４１１Ｌと４１１１の比Ｌ／ｌの値はエシュレット型回
折格子８への入射角αと同回折角βにより定まり、 Ｌ／１＝ｃｏｓβ／ｃｏｓａ となる、第１〜１３図にて説明した本発明の各実施例に
おいては上記Ｌ／ｌの値は１．５〜２となっている。

また、上記回折角βはエシュレット型回折格子８の格子
間隔りに依存し、格子間隔りはグレーティングカプラ３
の格子間隔Ａに関係する。

したがって、ビーム幅を拡大するにはこれらの諸元を適
宜設定すればよいことになる。

第１５〜２１図は半導体レーザ光を入射さ七る場合に入
射効率を改善する本発明の詳細な説明する図である。

第１５図において、半導体レーザ１４の出）光１６はコ
リメートレンズ１５によりコリメートされてプリズム６
に入射し、エシュッレット型回折格子８１にて回折され
、プリズム６と基板１の界面で屈折しグレーティングカ
プラ３により光導波路４内に導かれる。

第１６図は第１５図の上面図である。第１５図では説明
の都合上拡大して示されてエシュッレット型回折格子８
１は実際には相対的に第１６図に示すような大きさにな
る。

エシュッレット型回折格子８１の代わりにミラーを用い
ると半導体レーザ１４の波長変化に伴ってグレーティン
グカプラ３への入射角が変化しないため入射効率が著し
く低下するのであるが、エシュッレット型回折格子８１
を用いると上記入射効率の低下を防止することができる
のである。

以下、上記エシュレット型回折格子８１に関する設計計
算式について説明する。なお、下記の計算式に用いる記
号を第１７図にまとめて示した。

（１）入射角、出射角９回折角、屈折角の算出式 ％式％（３５） （２）波長依存性、即ち各角度のλに関する微分係数の
算出式 ％式％（４０） 第１８図は上記の計算式を用いてコンピュータによりｃ
ｌＡＯＯＩ／ｄλ＝０となるように計算を収斂させて得
られた解の一例である。

第１８図の実施例１５は第１５図に示したグレーティン
グカプラ３の格子間隔Ａを３μｍ、半導体レーザ１４の
中心波長λ（０）を０．７８５μｍ、プリズム６の頂角
θＩを３６度として計算し、αＩ＝２１．８０度、βＩ
＝ω２１＝５３．５４度、およびエシュレット型回折格
子８１の格子間隔りとして１．２００μｍという結果を
得たものである。

上記実施例１５の光学素子を試作したところ、第１９図
に示すような結果を得た。

エシュレット型回折格子を用いない従来装置の場合、波
長λが中心波長λ（０）＝０．７８５μｍから±０．０
０１μｍずれると、入射レーザ光の光導波路４への結合
の良さを示す規格化入射効率ηは殆どゼロにまで低下す
るのに対し、本発明の場合は波長λが±０．０１μｍず
れても上記ηの劣化は無視できる程度に少ないことがわ
かる。

また、半導体レーザ１４の中心波長λ（０）を０．７８
５μｍから０．８μｍにシフトしてもレーザ光は０．７
８５μｍの場合と同様にグレーティングカプラ３に良好
に結合され、光導波路４に導波することが確認できた。

入射角θ工が最適値から１００分−の１度ずれると上記
入射効率ηは１／３程度に低下する。

従来装置の場合、上記波長λ＝０．８μｍのときの入射
角θ工のずれは０．７０９度となるので入射効率ηはほ
ぼ完全にゼロとなる。これに対して本発明の場合はの同
人射角θ工のずれは０．００１６度と極めて少ない値な
ので入射効率ηの低下を生じないのである。

第１８図に示した実施例１６は入射角θＩを６０度に設
定した場合であり、波長λが０．７８５μｍから０．８
μｍに変化したときの入射角θＩのずれは０．００１１
度と実施例１５に較べてさらに小さな値が得られる。し
たがって、波長λの変動による入射効率ηの低下は更に
少なくなるのである。

第２０図は第１５図におけるプリズム６を除去した本発
明の実施例を示す図であり、式（３５）〜（４４）を用
いた第１５図の場合と同様の設計により、半導体レーザ
の波長シフトにより生じる悪影響を除去することが出来
る。

第２１図は第１５図におけるプリズム６とコリメータレ
ンズ１５とを除去した本発明の実施例を示す図であり、
半導体レーザ１４の発散光をグレーティングカプラ３に
直接結合させるためにエシュレット型回折格子８１のパ
ターンを変更することにより設計式（３５）〜（４４）
を用いることができ、同様に半導体レーザの波長シフト
により生じる悪影響を除去することが出来る。

上記各本発明の実施例においては、第１〜１４図は光ヘ
ッド装置のレーザ光出射部に関するものであり、第１５
〜２１図は光ヘッド装置のレーザ光入射部に関するもの
であった。このように入射部と出射部とを別個に説明し
たのは説明の都合によるためであり、実際には上記本発
明のレーザ光入射部と同呂射部と一体化して光ヘッド装
置を構成しても良いことは勿論である。

エシュレット型回折格子には反射型と透過型があるが、
本発明には限られた波長範囲内で高い回折効率が得られ
、また、第１図や第１Ｓ図等に示したように光路変換が
できること等の理由により反射型が適している。

また、上記本発明に用いた各エシュレット型回折格子は
ルーリングエンジンを用いた周知の方法により製作する
ことができる。たとえば、金属基板あるいはガラス基板
上にアルミニウム等の金属膜を形成し、ダイアモンドバ
イト等の工具を用いた加工により所定のパターンを形成
し、次いでこれをスタンパとして紫外線硬化樹脂等の高
分子材料を用いガラス基板上にレプリカをとり、その上
にアルミニウム等の反射膜を形成するようにする。この
際、ダイアモンドバイト工具で加工するスタンパの断面
形状は回折効果の点で三角形状が望ましく、その角度は
式（１３）より求めるようにする。

このようにして製作したエシュレット型回折格子はエポ
キシ、アクリル等の接着剤によりプリズムや基板等に容
易に貼りあわせることが出来る。

エシュレット型回折格子はこの他にイオンビーム加工に
より製造することができる。所定間隔の高分子レジスト
パターンをガラス基板に形成後、イオンビームを斜め方
向から照射して上記三角形パターンを形成する。このパ
ターン上にアルミニウム等の反射膜を形成するようにす
る。

この他エシュレット型回折格子は、金型を用いてプラス
チック成形法、あるい金属ブロックを直接加工すること
によっても製作することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、上記光導波路外に出射されるレーザ光
のマルチモード発振（多波長化）や。

レーザ光の波長変動により生じる上記出射角の変動等を
エシュレット型回折格子が補償するので、幅広で平行度
の良いレーザ光を出射することができ、これにより微細
な光スポットが得られるので、光ディスクその他の光情
報記録単体にＳ／Ｎ良く情報を記録し、また記録された
情報をＳ／Ｎ良く読みだすことができ、さらに上記光ス
ポットの位置変動を抑圧することができる。

さらに、表面弾性波利用の光偏向器により上記レーザ光
を上記光導波路外に出射し、同時にその出射角を制御す
るので、上記光スポットの位置を制御することができる
。。

さらに、移送台により上記エシュレット型回折格子と対
物レンズを移動するので、上記光スポットの位置を光デ
ィスク、記録紙等の情報記録坦体上の所定の位置に移動
することができる。

さらに、上記情報記録坦体からの反射光強度を検呂する
ことができるので、これにより入射光強度を適正に制御
することができる。

さらに、上記基板のレーザ光入射部に設けたエシュレッ
ト型回折格子により、上記入射レーザ光の多波長化、波
長変動等による入射角変動を低減し、上記レーザ光の入
射効率を向上することができる。

さらに、上記レーザ光入射部のエシュレット型回折格子
をプリズムにより上記基板に結合して一体化できるので
、相対的な位置変動を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第６＠、第１１図、第１３図はそれぞれ光集積
回路からのレーザ光出射に係る本発明実施例の構成を示
す図、第２図、第１７図はそれぞれ本発明実施例と計算
式に用いる記号を説明する図、第３図、第４図、第７〜
９図、第１２図はそれぞれ光集積回路からのレーザ光出
射に係る本発明実施例の設計諸元を示す図、第５図、第
１０＠はそれぞれ光集積回路からのレーザ光出射に係る
本発明実施例の特性図、第１４図は本発明実施例の可動
型エシュレット型回折格子の概念図、第１５図、第１６
図、第２０図、第２１図はそれぞれ光集積回路へのレー
ザ光入射に係る本発明実施例の構成を示す図、第１８図
は光集積回路へのレーザ光入射に係る本発明実施例の設
計諸元を示す図、第１９図は光集積回路へのレーザ光入
射に係る本発明実施例の特性図、第２２図は光集積回路
からのレーザ光出射に係る従来装置の構成を示す図であ
る。 １・・・基板、２，５．６・・・各プリズム、３・・・
グレーティングカプラ、４・・・光導波路、７・・・導
波光、８，８１・・・各エシュレット型回折格子、９・
・・対物レンズ、１０・・・光ディスク、１１・・・ク
シ型電極、１２・・・弾性波、１３・・・反射光、１４
・・・半導体レーザ、１５・・・コリメートレンズ、１
６・・・レーザ光、２０・・・ホログラム、２１・・・
ホトダイオード、２２・・・ベアリング、３０・・・ミ
ラー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に設けた光導波路内を導波されるレーザ光を
   グレーティングカプラにより上記光導波路外に出射する
   光ヘッド装置において、上記レーザ光出射部にエシュレ
   ット型回折格子を設け、上記エシュレット型回折格子に
   より上記出射されたレーザ光を回折して上記レーザ光出
   射角の分散を補償するようにしたことを特徴とする光ヘ
   ッド装置。 ２、請求項１において、上記光導波路内のレーザ光の波
   長がλ＿１ないしλ＿２の範囲に分布するときに、上記
   波長λ＿１と波長λ＿２の平均値に対してブラッグ条件
   を満たすようにグレーティングカプラの格子間隔Λを設
   定したことを特徴とする光ヘッド装置。 ３、基板上に設けた光導波路内にレーザ光を導波する光
   ヘッド装置において、上記光導波路上に表面弾性波を発
   生して上記光導波路内のレーザ光を上記光導波路外に出
   射する光偏向器を設けたことを特徴とする光ヘッド装置
   。 ４、請求項１ないし３において、上記基板の光出射部と
   上記エシュレット型回折格子の光入射部にそれぞれプリ
   ズムを設けたことを特徴とする光ヘッド装置。 ５、請求項１ないし４において、上記エシュレット型回
   折格子が回折して出射する光を集光して情報記録坦体上
   に照射する対物レンズを備えたことを特徴とする光ヘッ
   ド装置。 ６、請求項５において、上記基板を固定し、上記エシュ
   レット型回折格子と上記対物レンズを移送可能な移送台
   上に取付けるようにしたことを特徴とする光ヘッド装置
   。 ７、請求項５および６において、上記情報記録坦体上に
   照射された光の反射光のうち、上記エシュレット型回折
   格子により回折されて上記基板に入射され、さらに上記
   グレーティングカプラ、または上記光偏向器により回折
   される上記反射光成分を受光して回折するホログラム部
   と、上記ホログラム部からの回折光を受光する光検出器
   とを上記基板上に設けたことを特徴とする光ヘッド装置
   。 ８、基板に入射されるレーザ光を上記基 板上に設けたグレーティングカプラにより上記基板上に
   設けた光導波路内に導波する光ヘッド装置において、上
   記基板の上記レーザ光入射部にエシュレット型回折格子
   を設け、上記エシュレット型回折格子により上記出レー
   ザ光の波長変動による上記基板の入射角変動を低減する
   ようにしたことを特徴とする光ヘッド装置。 ９、請求項８において、上記エシュレット型回折格子を
   プリズムを介して上記基板に取り付るようにしたことを
   特徴とする光ヘッド装置。 １０、基板に入射されるレーザ光を上記基板上に設けた
   第１のグレーティングカプラにより上記基板上に設けた
   光導波路内に導波し、上記光導波路内のレーザ光を第２
   のグレーティングカプラにより上記光導波路外に出射す
   るようにした光ヘッド装置において、上記基板の上記レ
   ーザ光入射部に第１のエシュレット型回折格子を設け、
   これにより上記入射レーザ光の波長変動による上記基板
   の入射角変動を低減するようにし、さらに、上記基板の
   上記レーザ光出射部に第２のエシュレット型回折格子を
   設け、これにより上記出射されたレーザ光を回折して上
   記レーザ光出射角の分散を補償するようにしたことを特
   徴とする光ヘッド装置。 １１、基板に入射されるレーザ光を上記基板上に設けた
   第１のグレーティングカプラにより上記基板上に設けた
   光導波路内に導波する光ヘッド装置において、上記基板
   の上記レーザ光入射部に第１のエシュレット型回折格子
   を設け、これにより上記入射レーザ光の波長変動による
   上記基板の入射角変動を低減するようにし、上記光導波
   路部に表面弾性波を発生する光偏向器を設け、これによ
   り上記レーザ光を上記光導波路外に出射するようにし、
   さらに、上記基板の上記レーザ光出射部に第２のエシュ
   レット型回折格子を設け、これにより上記出射されたレ
   ーザ光を回折して上記レーザ光出射角の分散を補償する
   ようにしたことを特徴とする光ヘッド装置。 １２、請求項１０及び１１において、上記第２のエシュ
   レット型回折格子が回折して出射する光を集光して情報
   記録坦体上に照射する対物レンズを備え、上記情報記録
   坦体上に照射された光の反射光が、上記エシュレット型
   回折格子により回折されて上記基板に入射され、さらに
   上記グレーティングカプラ、または上記光偏向器により
   反射された上記反射光成分を受光して回折するホログラ
   ム部と、上記ホログラム部からの回折光を受光する光検
   出器とを上記基板上に設けたことを特徴とする光ヘッド
   装置。