JPH0495252A

JPH0495252A - 光学読取装置

Info

Publication number: JPH0495252A
Application number: JP2211869A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Hiroe; 昭彦廣江
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1992-03-27

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】技扛光互本発明は、光学読取装置に関し、より詳細には、光磁気
ディスクドライブ、光磁気カード、光磁気テープ等の光
磁気情報記録再生装置の光集積型光ピックアップ部に関
する。

災米投先書き換え可能な光メモリである光磁気ディスクは、光磁
気媒体からの反射光の偏光方向の回転を検出して情報再
生をしている。カー効果による偏光方向の回転は一微小
なので、良好な信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を得るために
は、高精度な検光子や差動検出光学系などを必要とする
。現在、これらの光学系にはバルク型光学素子（検光子
、プリズム、レンズなど）が用いられているため、光学
素子相互の位置あわせが難しく、小型化も困難であった
。

これらのバルク型光学系の欠点を克服する素子として、
検出系を薄膜導波路上に集積化した［光磁気ディスクピ
ックアップ用導波路型差動検出デバイス」（砂川、栖原
、西原、電子情豊通信学会技術研究報告、０ＱＥ８６−
１７７、１９８６）が提案されている。

本発明に係る従来技術を第４図、第５図（ａ）。

（ｂ）に基づいて以下に説明する。

第４図は、従来の光磁気ディスクピックアップ部の全体
構成図で、第５図は、光磁気信号の差動検出の原理を説
明するための図で、図（、）は側面図、図（ｂ）は平面
図である。図中、５１は光磁気ディスク、５２は対物レ
ンズ、５３は３焦点集光グレーティングカプラー（Ｔ　
Ｆ　Ｇ　Ｃ；　ＴｒｉｆｏｃａｌＦｏｃｕｓｉｎｇ　Ｇ
ｒａｔｉｎｇ　Ｃｏｕｐｌｅｒ）　、　５４は先導波路
、５５は基板、５６はフォトダイオード、５７はコリメ
ートレンズ、５８は半導体レーザ、５９は光磁気信号差
動検出部である。

第４図に示した構成によれば、光磁気信号（ＭＯ倍信号
とフォーカス誤差信号（ＦＯ倍信号とトラッキング誤差
信号（ＴＲ信号）が検出できる。光磁気媒体５１からの
反射光は電界のＰ成分（ＥＰ）とＳ渡分（Ｅｓ）の合成
ベクトルとして表わすことができる。また、先導波路５
４において直交するＴＥモードおよびＴＭモードはわず
かであるが異なる実効屈折率を持つ。そこで、反射光の
Ｅｐ酸成分中央のフォーカシンググレーティングカプラ
ー（ＦＧＣ）で位相整合条件を満たし、ＴＭモードを励
振する。一方、Ｅｓ成分は両端のＦＣＣで位相整合条件
を満たし、ＴＥモートを励振するように構成する。この
ように、３つのＦＣＣは面分割型の互いに直交する２検
光子として動作するので光磁気信号の差動検出ができる
。

ＭＯ信号＝（ＰＤｌ）＋（ＰＤ２）＋（ＰＤ４）＋（Ｐ
Ｄ５）−（ＰＤ３）フォーカス誤差（Ｆ○）信号は、３
つのＦＧＣのうち両端のＦＧＣを用いてフーコー法に類
似した方法により検量している。光磁気媒体５１が対物
レンズ５２より遠ざかったときは、媒体からの反射光は
集束光となり、ＦＧＣの焦光点がフォトダイオード（Ｐ
Ｄ）５６の手前側となり、内側のＰＤ２とＰＤ４に入射
する光量が増す。光磁気媒体５１が対物レンズ５２に近
づいたときは、該光磁気媒体５１からの反射光は発散光
となり、外側のＰＤＩとＰＤ５に入射する光量が増加す
る。すなわち、内側と外側のフォトダイオード（ＰＤ）
の検出信号の差からフォーカス誤差信号が得られる。

ＦＯ信号＝（（ＰＤ２）＋（ＰＤ４））−（（ＰＤｌ）
＋（ＰＤ５））トラッキンク誤差（ＴＲ）信号は、やは
り両端のＦＧＣを用い、プッシュプル法で検出している
。

トラックからずれると光磁気媒体からの反射光のＸ軸方
向の光強度分布が非対称となり、両端のＦＧＣに入射す
る光量に差がでてくる。

ＴＲ信号＝（（ＰＤｌ）＋（ＰＤ２））−（（ＰＤ４）
＋（ＰＤ５））このように、従来例においては光磁気信
号を検出するとき、中央のＦＧＣでＴＭモードを励振し
、両端のＦＧＣでＴＥモードを励振して、面分割した信
号を差動検出するため、光磁気媒体からの反射光のノイ
ズや強度分布の非対称性が、差動検出してもキャンセル
されずに残ってしまう。これは、３つのＦＧＣ面内の光
強度分布が一様でないためである。

したがって、光磁気信号を検出するには、導波路への光
のカップリング部全面でＴＥモードとＴＭモードの両方
を励振し、その後、導波路内でＴＥモードとＴＭモード
を分離した方が、Ｓ／Ｎ比の良い光磁気信号が得られる
。

ＪＬ−一眞本発明は、・上述のごとき実情に鑑みてなされたもので
、Ｓ／Ｎ比の良い光磁気信号が得られる導波路集積型の
光磁気ディスクピックアップ部を有する光学読取装置を
提供することを目的としてなされたものである。

隻−一双本発明は、上記目的を達成するために、レーザ光源から
出射された光を、光情報記録媒体に照射し、該光情報記
録媒体からの反射光を基板の上部に形成された先導波路
に導き、その導びかれた導波光を光検出器により検出す
ることによって前記光情報記録媒体に記録された情報の
読み取りを行なう光学読取装置において、前記光情報記
録媒体からの反射光を前記光導波路に導くための光カプ
ラーと、導波された光束の中心線の方向に対して臨界角
と同程度か、該臨界角よりわずかに大きな入射角を有す
る様に形成された全反射ミラーと、該全反射ミラーによ
り反射された後に、該反射光の光束をＴＥモード及びＴ
Ｍモードに分割して検出する複数の光検出器とから成る
ことを特徴としたものである。以下、本発明の実施例に
基づいて説明する。

第１図及び第２図は１本発明による光学読取装置の一実
施例を説明するための構成図で、第１図は全体側面図、
第２図は導波路素子の平面図で、図中、１１は高屈折率
プリズム、１２は高屈折率接着層、１３はクラッド層、
１４は５ｉＯＮ導波路層、１５はＳｉＮ導波路層、１６
はバッファ層、１７はＳｉ基板、１８は対物レンズ、１
９は光磁気記録媒体、２０は導波路素子、２１ａ、２１
ｂはフォトディテクタ（ＰＤｌａ、ＰＤｌｂ）。

２２ａ、２２ｂはフォトディテクタ（ＰＤ２ａ。

ＰＤ２ｂ）、２３はミラーである。

Ｓｉ基板１７上に熱酸化によりＳ　ｉ　Ｏ２バッファ層
１６を作製し、その上に、プラズマＣＶＤによりＳ　ｉ
　ＯＮ導波路層１４を形成する。カップリング部は、導
波路層よりも屈折率の低い５ｉＯＮクラッド層１３、導
波路層よりも屈折率の高い接着層１２および高屈折率プ
リズム１１より構成される。ＴＥモードとＴＭモードの
分離部は。

Ｓ　ｉ　ＯＮ導波路層１４の上に導波路よりも屈折率の
高いＳｉＮ導波路層１５が積層されている。各層の屈折
率、膜厚は以下の第１表に示す通りである。（使用波長
は７８０μｍ）第１表プリズム１１の頂角αは５４．７度である。カップリン
グ部のＴＥ、モードとＴＭ０モードの等偏屈折率は１．
５３７５と１．５３６９となり、はとんど等しい。した
がって、プリズム１１への入射角θを４５度とすると、
ＴＥ０モードもＴＭ０モードも約８０％の結合効率で５
ｉＯＮ導波路１４内に励振される。

導波路内に励振されたＴＥｏモードとＴＭ、モードは、
ミラー２３に入射した後、全反射条件を満す光束はＴＥ
モードとＴＭモードの分離部に伝搬し、５ｉＯＮ導波路
層１４よりも屈折率の高いＳｉＮ導波路層１５に移る。

このとき、ＳｉＮ端面が光の波長に対して充分ゆるいテ
ーパとなっているので、ＳｉＮ導波路層１５を伝搬した
光は、次に、５ｉＯＮ導波路層１４との境界に入射角度
αＡで入射する。ＳｉＮ導波路層１５でのＴＥ。

モードとＴＭ、モードの等偏屈折率は、それぞれ、１．
７０９６と、１．６４９２で、５ｉＯＮ導波路層１４で
のＴＥ０モードとＴＭ、モードの等偏屈折率は、１．５
３５６と１．５３４２である。また、ＳｉＮ導波路層１
５とＳ　ｉ　ＯＮ導波路層１４との境界部は、光の波長
に対して充分ゆるいテーパとなっているので、入射角度
αＡが。

ａ　ｓ　ｉ　ｎ　（１，５３５６／１．７０９６）＜　
ａ　Ａ＜　ａ　ｓ　ｉ　ｎ　（１，５３４２／１．６４
９２）を満たす範囲にあるとき、すなわち、６３．９度
から６８．５度のとき、ＴＥ、モードは全反射し、ＴＭ
０モードは全透過するので、ＴＥ、モードとＴＭ０モー
ドを分離できる。

フォトディテクタ２１ａの出力をＰＤＩ　ａ、フォトデ
ィテクタ２１ｂへの出力をＰＤｌｂ、フォトディテクタ
２２ａの出力をＰＤ２ａ、フォトディテクタ２２ｂの出
力をＰＤ２ｂとすると、光磁気信号（Ｍ、Ｏ信号）は以
下のようになる。

ＭＯ＝（ＰＤＩａ＋ＰＤ１ｂ）−（ＰＤ２ａ＋ＰＤ２ｂ
）一方、上記の様な構成とした場合、ＴＥ、モードとＴ
Ｍ０モードのミラー２３における全反射の臨界角はそれ
ぞれ約４０．６３°、４０．６８°となるので、例えば
、全反射ミラーへの入射角度ｙを４０．７″′とし、全
体の光学系の設計によりフォーカスが１μｍずれた時に
入射光が平行光より０　、１　ｄｅｇ程度のずれが生ず
る様にすれば、１μｍ程度以上のデフォーカス時に全光
束の上半分、又は下半分がＴＥモードとＴＭモードの両
モードに対し、全反射条件を満たさなくなり、フォーカ
ス誤差信号（ＦＯ）は以下のようになる。

ＦＯ＝（ＰＤ１ａ＋ＰＤ２ａ）（ＰＤ１ｂ＋ＰＤ２ｂ）
このように正負により焦点ずれを検出することができる
。

すなわち、合焦時には、極めて平行光束に近い状態で入
射している信号光は、媒体が合焦より近付いた時には発
散気味となり、２１ｂ及び２２ｂへ入射する光は、ミラ
ー面２３による全反射条件を満足しなくなり、１部空気
中へ放射される。これによって上記フォーカス誤差信号
（ＦＯ）は正の値を取り、この値は合焦からのずれが大
きくなる程大きくなる。一方逆に媒体が遠ざかった時に
は、フォーカス誤差信号（ＦＯ）は負となり、やはり、
ずれの大きさに応じて絶対値が変化する様になる。

このように１本発明はディスクからの反射光を導波路層
に導びくプリズムカプラーと、入射光の光束が平行に極
めて近い場合のみに全光束を反射する様な角度に形成さ
れたモード分離領域よりなる。尚、ここでは導波路層に
光を導くのにプリズムカプラーを用いたが、ＴＥモード
とＴＭモードの両モードの結合効率が同程度のものであ
れば、他の手段によることも可能である。

ここで、上記全反射ミラーは、導波路層を所定のパター
ンにパターニングし、トライ又はウェットエツチングに
より、第３図に示す様な形状を作り、導波路層１４と空
気の界面２３により全反射ミラーを作成したものである
。

羞−一米以上の説明から明らかなように、本発明によると、光情
報記録媒体からの反射光を先導波路に導くための光カッ
プラーと、導波された光束の中心線の方向に対して臨界
角よりわずかに大きな入射角を有する様に形成された全
反射ミラーと、該全反射ミラーにより反射された後に、
該反射光の光束をＴＥモード及びＴＭモードに分割して
検出する複数の光検出器とを備えた光集積型ピックアッ
プを構成することにより、媒体からの反射光を全て用い
て、ＭＯ（光磁気）信号及びＦＯ（フォーカス誤差）信
号を検出できるので、従来例に示したものに比して、Ｓ
／Ｎ比の良い光ピツクアップを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明による光学読取装置の一実
施例を説明するための構成図、第３図は、全反射ミラー
の作成を説明するための図、第４図及び第５図は、従来
の光磁気ディスクピックアップ部の構成図である。１１・・・高屈折率プリズム、１２・・・高屈折率接着
層、１３・・・クラッド層、１４・・・５ｉＯＮ導波路
層、１５・・・ＳｉＮ導波路層、１６・・・バッファ層
、１７・・・Ｓｉ基板、１８・・・対物レンズ、１９・
・・光磁気記録媒体、２０・・・導波路素子、２１ａ、
２１ｂ・・・フォトディテクタ（ＰＤｌａ、ＰＤｌｂ）
、２２ａ。２２　ｂ−・・フォトディテクタ（ＰＤ２ａ、ＰＤ２ｂ
）、２３・・・ミラー特許出願人　　株式会社　リ　コ　− 第３図

Claims

【特許請求の範囲】

１、レーザ光源から出射された光を、光情報記録媒体に
照射し、該光情報記録媒体からの反射光を基板の上部に
形成された光導波路に導き、その導びかれた導波光を光
検出器により検出することによって前記光情報記録媒体
に記録された情報の読み取りを行なう光学読取装置にお
いて、前記光情報記録媒体からの反射光を前記光導波路
に導くための光カプラーと、導波された光束の中心線の
方向に対して臨界角と同程度か、該臨界角よりわずかに
大きな入射角を有する様に形成された全反射ミラーと、
該全反射ミラーにより反射された後に、該反射光の光束
をＴＥモード及びＴＭモードに分割して検出する複数の
光検出器とから成ることを特徴とする光学読取装置。