JPH0540956A - 導波路型光ピツクアツプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】導波路型光ピックアップにおいて、光源におけ
る波長変動の悪影響を低減化する。 【構成】少なくとも、光源１と、光源からの光を情報記
録媒体５の情報記録面６に集光させる対物レンズ４と、
情報記録面６による反射光もしくは透過光を導波される
導波部材とを有し、上記導波部材は少なくとも、情報記
録面６による反射光もしくは透過光を導波される導波路
層８と、上記反射光もしくは透過光を導波路層側に結合
させるためのカプラー３と、導波路層８に結合し導波す
る光を検出する光検出手段１１と、上記導波する光を光
検出手段近傍１１へ集光させる集光手段とを、基板上に
有してなり、上記集光手段が、端面部にテーパーを持つ
導波路レンズ１３により形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、導波路型光ピックア
ップに関する。

【０００２】

【従来の技術】光源からの光を、光ディスク等の情報記
録媒体の記録面に集光し、記録面による反射光を、導波
部材の導波路層に導波させ、導波した光を光検出手段の
近傍に集光させる方式の「導波路型光ピックアップ」が
提案されている（特開昭６３−６１４３０号公報）。

【０００３】この導波路型光ピックアップは、集光グレ
ーティングカプラーを用い、導波部材の導波路層への光
の結合と導波光の集光とを行なっている。このため、情
報記録媒体に照射する光の波長が変動すると集光グレー
ティングカプラーの焦点位置が著しく変化し、フォーカ
シングやトラッキングが不安定となり易い。

【０００４】光ピックアップにおいて、光源として一般
に使用される半導体レーザーやＬＥＤには、周知の如く
温度変化による波長変動の問題があり、従って、上記の
導波路型光ピックアップにおいて、半導体レーザーやＬ
ＥＤを光源として使用する場合には、光源の温度を高精
度に制御して波長変動を防止しなければならず、光源の
温度制御のために光ピックアップが複雑・大型化した
り、コスト高になったりする問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な問題を解決するべくなされたもので、光源における波
長変動の影響を軽減した導波路型光ピックアップの提供
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の導波路型光ピ
ックアップは、光ディスク等の情報記録媒体に、情報を
書き込んだり、あるいは情報記録媒体に書き込まれた情
報を再生したりするのに用いられる光ピックアップであ
って、少なくとも、光源と、光源からの光を情報記録媒
体の情報記録面に集光させる対物レンズと、上記情報記
録面による反射光もしくは透過光を導波される導波部材
とを有する。

【０００７】「導波部材」は、少なくとも、導波路層と
カプラーと光検出手段と集光手段とを基板上に有してな
る。「導波路層」は、情報記録面による反射光もしくは
透過光を導波される。「カプラー」は、上記反射光もし
くは透過光を導波路層側に結合させる。カプラーとして
は、プリズムカプラーやグレーティングカプラーを用い
ることができる。

【０００８】「光検出手段」は、情報信号や、フォーカ
シングエラー信号等を検出するためのものであり、α−
Ｓｉフォトダイオード等を用いることができる。また、
「基板」自体が半導体である場合には、基板自体に不純
物拡散やイオン注入を行ない、基板の一部にフォトダイ
オードとして形成することができる。

【０００９】「集光手段」は、導波路層に結合して導波
する光を、光検出手段近傍へ集光させる手段であり、こ
の発明の特徴とするところは、この集光手段を「端面部
にテーパーを持つ導波路レンズにより形成した」点にあ
る。

【００１０】「端面部にテーパーを持つ導波路レンズ」
は、導波路層の外表面に設けることにより構成しても良
いし（請求項２）、導波路層と基板との間に、導波路層
に密着して設けても良い（請求項３）。あるいは、端面
部にテーパーを持つ導波路レンズを、導波路層とカプラ
ーとの間に設けることもでき（請求項４）、導波路層自
体にテーパーを持つ段差を形成することにより、導波路
レンズを導波路層の一部として形成することもできる
（請求項５）。導波路レンズの材質は、導波路層の材質
よりも屈折率の高いものであることが、より望ましい。

【００１１】

【作用】上記のように、この発明の導波路型光ピックア
ップの特徴とする処は、導波路層を導波する光を光検出
器の近傍へ集光させる集光手段として「端面部にテーパ
ーを持つ導波路レンズ」を用いている点にある。

【００１２】導波路レンズは、前述の集光グレーティン
グカプラーに比べると分散の影響が小さく、光源におい
て波長変動が生じても焦点位置の変動範囲は極めて小さ
い。また端面にテーパーを有しているため、レンズ端面
における散乱による光損失も小さい。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して具体的な実施例を説明
する。

【００１４】図１は請求項２の導波路型光ピックアップ
の実施例であり、同図（Ｂ）を参照すると、符号１は光
源である半導体レーザーを示し、符号２はコリメートレ
ンズ、符号３は台形プリズムによるプリズムカプラー、
符号４は対物レンズ、符号５は情報記録媒体としての光
ディスクを示している。

【００１５】更に符号１０は基板、符号９は基板１０上
に形成されたバッファ層、符号８はバッファ層９上に形
成された導波路層、符号７は導波路層９とプリズムカプ
ラー３との間に介設されるギャップ層、符号１３は導波
路層９の外表面に形成された、端面部にテーパーを有す
る導波路レンズを示している。また符号１１は光検出手
段を示す。

【００１６】基板１０とバッファ層９と導波路層８とギ
ャップ層７およびプリズムカプラー３と、導波路レンズ
１３と、光検出手段１１とは、導波部材を構成する。こ
の導波部材につき、詳細に説明すると、この例では基板
１０として半導体基板を用いている。半導体基板の材料
としてはＳｉやＧａＡｓ，ＩｎＰ等を用いることができ
る。

【００１７】バッファ層９と導波路層８とは、光源波長
に対して透明な材料を基板１０上に蒸着、スパッタリン
グ、ＣＶＤ、塗布等により形成したり、あるいは基板１
０の酸化や基板１０への透明化材料の拡散により形成し
たりできる。導波路層８は、バッファ層９よりも屈折率
を高くする。

【００１８】ギャップ層７はプリズムカプラー３と導波
路層８との間に介在する層である。このギャップ層７は
空気層でも良く、あるいは適当な材料で形成されても良
いが、屈折率はプリズムカプラー３や導波路層８よりも
小さいことが必要であり、プリズムカプラー３の屈折率
は導波路層８の屈折率よりも高くなければならない。

【００１９】光検出手段１１は、この例では、基板１０
が半導体基板であることに鑑み、基板１０に不純物拡散
あるいはイオン注入等を行うことによりフォトダイオー
ドとして形成されている。この場合、光検出手段をショ
ットキー型のフォトダイオードとすることもできる。

【００２０】光検出手段１１は、図１（Ａ）に示すよう
に、２対のフォトダイオード対として形成されている。
即ち、フォトダイオード１１ａ，１１ｂは互いに近接し
て形成されて一方のフォトダイオード対を構成し、フォ
トダイオード１１ｃ，１１ｄは互いに近接して形成さ
れ、他方のフォトダイオード対を構成している。

【００２１】導波路レンズ１３は、２つのレンズ１３
ａ，１３ｂを並列的に配列した構成となっている。レン
ズ１３ａは、フォトダイオード１１ａ，１１ｂによるフ
ォトダイオード対に対応し、レンズ１３ｂはフォトダイ
オード１１ｃ，１１ｄによるフォトダイオード対に対応
している。これら各レンズ１３ａ，１３ｂは、図１
（Ｂ）に示すように、端面部にテーパーを持っている。

【００２２】導波路レンズ１３をなす各レンズ１３ａ，
１３ｂは光源波長に対して透明な材質により形成され
る。この材質の屈折率は導波路層８の屈折率より高いこ
とが望ましいが、低くても良い。レンズ１３ａ，１３ｂ
は、例えば次のようにして作成できる。

【００２３】即ち、導波路層８の上にレンズ材質による
層を、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、塗布、酸化、拡
散とうの方法で形成し、その上に上記材料よりもエッチ
ングレートの高い材料の層を形成する。その後、レジス
ト等のマスク材をレンズ形状に合わせてパターニングす
る。そしてエッチングを行なえば、端面部にテーパーを
持つ導波路レンズを形成できる。あるいは、レンズ形状
に開口させ、開口縁部をナイフエッジ状に加工したマス
クを導波路層８上において、上記レンズ材料を蒸着、ス
パッタリング、ＣＶＤ等で上記開口部の導波路層８上に
成膜することによっても形成できる。更にはイオンミー
リングの方法や、上記各方法の組合せで形成することも
可能である。

【００２４】なお、導波路レンズ１３を構成するレンズ
１３ａ，１３ｂの各端面部のテーパーは、プリズムカプ
ラー側の端面部のテーパーを、光検出手段１１側の端面
部のテーパーよりも緩くするのが望ましい。

【００２５】さて、図１（Ｂ）において、光源１からの
光は、コリメートレンズ２により平行光束化されて、プ
リズムカプラー３に入射し、同カプラー３の底面で反射
され、対物レンズ４により情報記録媒体としての光ディ
スク５の情報記録面６に集光される。情報記録面６によ
る反射光は、対物レンズ４を介して再びプリズムカプラ
ー３に入射し、その底面部で一部がギャップ層７を介し
て、導波路層８に結合し、導波路層８中を導波する。

【００２６】導波する光は導波路レンズ１３の位置にさ
しかかると、導波路レンズ１３の材質の屈折率が導波路
層８の屈折率よりかなり大きい場合には、プリズムカプ
ラー３側の端面部のテーパーにより、導波モードの中心
を導波路レンズ１３中に移し、更に光検出手段側の端面
部のテーパーにより、再度上記中心を導波路層８内に移
す。導波路レンズ１３の材質の屈折率が導波路層８の屈
折率に近いか低い場合、導波モードの中心は導波路層８
から移らないが、両端面部のテーパーにより導波モード
の屈折率が、緩やかに上がりまた下がることになる。

【００２７】光は導波路レンズ１３のレンズ作用を受
け、レンズ１３ａのレンズ作用を受けた光は、フォトセ
ンサー１１ａ，１１ｂの隣接部へ向かって、またレンズ
１３ｂのレンズ作用を受けた光はフォトセンサー１１
ｃ，１１ｄの隣接部へ向かって、それぞれ集束する。

【００２８】導波路レンズ１３と光検出手段１１との位
置関係は、対物レンズ４により光ディスク５に照射され
る光が情報記録面６上に適正に集光しているときに、レ
ンズ１３ａ，１３ｂよる集束光が、それぞれ、フォトセ
ンサー１１ａ，１１ｂの隣接部、及びフォトセンサー１
１ｃ，１１ｄの隣接部へ集光するように調整されてい
る。フォトセンサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの
出力をそれぞれ、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、フォーカシ
ングエラー信号としては：（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）をと
れば良く、トラッキングエラー信号としては：（Ａ＋
Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）を用いれば良い。勿論、再生信号は：
（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）で与えられる。

【００２９】図２は別の実施例を示している。この実施
例は請求項３の導波路型光ピックアップの実施例であ
る。図１におけると同じものについては、図１における
と同一の符号を用いている。

【００３０】この実施例の特徴は、導波路レンズ１３Ａ
が、基板１０と導波路層８との間に、導波路層８に密着
して形成されている点にある。より正確に言えば、導波
路レンズ１３Ａは、導波路層８とバッファ層９との間に
形成されている。このような構成を実現するには、バッ
ファ層９の上に、先ず導波路レンズ１３Ａを形成し、し
かる後に導波路層８の形成を行なえば良い。光源、コリ
メートレンズ、対物レンズ、光ディスクとの位置関係
は、図１の実施例と同じであり、図２に示す導波部材の
平面図的構成は、導波路レンズが導波路層よりも基板側
に形成されている点を除けば、図１（Ａ）に示す構成と
同様である。

【００３１】図２の実施例では、導波路レンズ１３Ａが
導波路層８とバッファ層９との間に形成されるので、導
波路層８より導波路レンズ１３Ａの材質の屈折率が高い
場合には、導波モードの中心の導波路レンズ内への移行
が、図１の実施例よりも容易に行なわれるため、端面部
のテーパーを図１の実施例に比してやや強くすることが
でき、導波路レンズを形成しやすい。また導波路レンズ
部での導波損失も、図１の実施例の場合よりも低減させ
ることができる。

【００３２】図３に示す実施例は、請求項４の導波路型
光ピックアップの実施例である。この実施例では、導波
路レンズ１３Ｂを構成する層が、プリズムカプラー３と
導波路層８との間に形成され、この層の端面部にテーパ
ーを持つレンズが形成されているのである。

【００３３】従って、この実施例では、情報記録面から
の反射光は、導波路層８より導波路レンズ１３Ｂを構成
する層の屈折率が高い場合は、プリズムカプラー３によ
り先ず導波路レンズ１３Ｂを構成する層に結合して導波
し、この層の端面部においてレンズ作用を受けつつ、導
波モードの中心を導波路層８に移行させて行く。請求項
１において、カプラーが光を「導波路層側」に結合させ
るとあるのは、このように光を直接導波路層８に結合し
ない場合を含むためである。また、導波路層８の屈折率
が導波路レンズ１３Ｂを構成する層の屈折率と同じか、
それより高い場合は、プリズムカプラー３により光を直
接導波路層８に結合させることになる。平面的構成は図
３（Ｂ）に示す如くであり、各種の信号の発生は、図１
の実施例の場合と同様である。

【００３４】図４に示す実施例は、請求項５の導波路型
光ピックアップの実施例である。この実施例では、導波
路層８Ａがテーパーを持つ段差部８Ｂを有しており、こ
の段差部８Ｂが図３（Ｂ）の平面図的形状と同様のレン
ズ形状をなすことにより、導波路レンズを構成している
のである。導波路層が導波路レンズを兼ねるので、導波
路レンズを別の材料で形成する必要がなく、導波部材の
構造が簡単化される。

【００３５】図５の実施例は、請求項４の導波路型光ピ
ックアップの別の実施例である。図５（Ａ）に示すよう
に、先に説明した図２の実施例と同じく、導波路レンズ
１３Ｃは、導波路層８とバッファ層９との間に配備され
るが、導波路レンズ１３Ｃを構成する層は光検出手段１
１の部分まで延長されている。

【００３６】従って、この実施例では、導波路層８を導
波する光は、導波路レンズ１３Ｃのプリズムカプラー３
側の端面でレンズ作用を受け、光検出手段１１に向かっ
て集束しつつ、導波路層８より導波路レンズ１３Ｃを構
成する層の屈折率が高い場合には、上記端面の有するテ
ーパーにより導波モードの中心部を導波路レンズ１３Ｃ
内に移し、そうでない場合には導波モードの中心は導波
路層８内にあるままで、そのまま光検出手段１１へと導
波する。平面図的構成は図５（Ｂ）の様であり、導波路
レンズ１３のレンズ作用を持つ端面部は、プリズムカプ
ラー３の側へ張り出した凸レンズの形状となっている。

【００３７】この実施例の変形として、導波路レンズ１
３Ｃを、図１の実施例と同様に導波路層８の外表面に設
けても良い。このようにすると、請求項２の光ピックア
ップの別実施例になる。

【００３８】図６に示す実施例は、請求項５の別の実施
例であり、導波路層８Ｃがレンズ作用を持つテーパー着
きの段差部８Ｄを有している。この場合の、段差部８Ｄ
の平面図的形状は図５（Ｂ）のものと同様である。

【００３９】以上図２〜６に即して説明した実施例は、
何れも、光ピックアップの全体的構成としては図１
（Ｂ）に示すのと同様の構成である。これら実施例にお
いて用いられている、台形プリズムによるプリズムカプ
ラー３に代えて、三角プリズムのプリズムカプラーを用
いても良い。

【００４０】またカプラーとして、プリズムカプラーに
代えて、グレーティングカプラーを用いることもでき
る。グレーテイングカプラーを用いる場合にはギャップ
層は不要である。

【００４１】以下に、グレーテイングカプラーを用いる
実施例を１例挙げる。

【００４２】図７において、光源１からの光はコリメー
トレンズ２により平行光束化され、導波部材を透過し、
対物レンズ４の作用により光ディスク５の情報記録面６
に集光される。情報記録面６からの反射光は、対物レン
ズ４を介して、導波部材のグレーテイングカプラー３Ａ
により導波路層８に結合して導波され、導波路レンズ１
３のレンズ作用により光検出手段１１Ａに向かって集束
する。

【００４３】この実施例においては、基板１０Ａとし
て、ガラス、セラミックス、プラスチック、樹脂等の透
明有機材料が用いられ、基板による光の吸収や損失が問
題とならない程度に小さいので、バッファ層は不要であ
り、導波路層８は基板１０Ａ上に直接設けられている。
また光検出手段１１Ａは、α−Ｓｉのフォトダイオード
の組合せで構成されている。基板１０Ａと導波路層８と
グレーテイングカプラー３Ａと光検出手段１１Ａとによ
り構成される導波部材の平面図的構成はカプラーの部分
を除けば、図１（Ａ）のものと略同様である。

【００４４】図２ないし図６に示した、導波路レンズの
配設位置、形成態様は何れも、図７の構成にそのまま適
用できる。その場合、請求項３の場合のように導波路レ
ンズを導波路層と基板との間に配設するときは、文字ど
うり、基板と導波路層とに密着して形成することにな
る。

【００４５】グレーテイングカプラーは、図７の例では
当間隔格子であるが、その程度が少なければ不等間隔曲
線状格子でも良く、ブレーズ型でも体積位相型でも良
い。

【００４６】上の各実施例において、コリメートレン
ズ、対物レンズは、通常のレンズの他、非球面レンズ、
フレネルレンズ、分布屈折率レンズあるいはこれらの組
合せで構成しても良い。またコリメートレンズを省略し
て、発散性の光束をそのまま対物レンズで情報記録面に
集光させるようにしても良い。

【００４７】また上の各実施例では、導波路レンズを２
個のレンズの組合せとし、２対のフォトセンサー対を用
いて、フォーカシングエラー信号とトラッキングエラー
信号とを検出するようにしたが、トラッキングエラー信
号を別の方法で検出するようにしても良く、その場合
は、導波路レンズは１個のレンズですみ、フォトセンサ
ー対も１対でたり。またフォトセンサーの配設形態とし
ては実施例のものに限らず、従来から知られた種々のも
のが可能である。光源としては、上記実施例に示した半
導体レーザーの他、ＬＥＤを用いることもできる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
導波路型光ピックアップを提供できる。この光ピックア
ップでは導波光を光検出手段に向けて集束させるのに、
導波路レンズを用いているため、光源における波長変動
の影響を受け難い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例を説明する図である。

【図２】別実施例を説明するための図である。

【図３】他の実施例を説明するための図である。

【図４】他の実施例を説明するための図である。

【図５】他の実施例を説明するための図である。

【図６】他の実施例を説明するための図である。

【図７】他の実施例を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ コリメートレンズ ３ プリズムカプラー ４ 対物レンズ ５ 光ディスク ６ 情報記録面 ８ 導波路層 ９ バッファ層 １０ 基板 １１ 光検出手段 １３ 導波路レンズ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、光源と、光源からの光を情報
   記録媒体の情報記録面に集光させる対物レンズと、上記
   情報記録面による反射光もしくは透過光を導波される導
   波部材とを有し、 上記導波部材は少なくとも、情報記録面による反射光も
   しくは透過光を導波される導波路層と、上記反射光もし
   くは透過光を導波路層側に結合させるためのカプラー
   と、上記導波路層に結合し導波する光を検出する光検出
   手段と、上記導波する光を上記光検出手段近傍へ集光さ
   せる集光手段とを、基板上に有してなり、 上記集光手段が、端面部にテーパーを持つ導波路レンズ
   により形成されていることを特徴とする導波路型光ピッ
   クアップ。
2. 【請求項２】請求項１において、 端面部にテーパーを持つ導波路レンズが、導波路層の外
   表面に設けられていることを特徴とする導波路型光ピッ
   クアップ。
3. 【請求項３】請求項１において、 端面部にテーパーを持つ導波路レンズが、導波路層と基
   板との間に、導波路層に密着して設けられることを特徴
   とする導波路型光ピックアップ。
4. 【請求項４】請求項１において、 端面部にテーパーを持つ導波路レンズが、導波路層とカ
   プラーとの間に設けられていることを特徴とする導波路
   型光ピックアップ。
5. 【請求項５】請求項１において、 端面部にテーパーを持つ導波路レンズが、導波路層自体
   にテーパーを持つ段差を形成することにより、導波路層
   の一部として形成されていることを特徴とする導波路型
   光ピックアップ。