JPH0554420A

JPH0554420A - 光集積ピツクアツプ

Info

Publication number: JPH0554420A
Application number: JP3237331A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yamazaki; 哲広山崎; Hiroshi Inoue; 弘井上; Kensho Oe; 健正大江; Minoru Oyama; 実大山; Toshio Konno; 俊男昆野
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1991-08-23
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 1993-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】光集積ピックアップの設計，製作を容易とす
るとともに、装置の小型，軽量化を図って駆動特性の向
上を図り、良好に信号検出を行う。【構成】グレーティング手段として、設計，製作の容
易なコリメートグレーティングカップラ１０が用いられ
る。コリメートグレーティングカップラ１０からは、平
行光が出力される。この平行光は、集光レンズ１４によ
って集光される。この集光レンズ１４は、上部クラッド
層１２を介して基板１０２と一体に構成され、全体が一
体となって駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＤ（コンパクトディ
スク）などの光ディスクに対する情報の書込み又は読出
しを行なう光集積ピックアップに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光集積ピックアップは、ＣＤプレーヤな
どにおける光ピックアップの小型・軽量化の要求に伴な
ってその開発が期待されている。従来の光集積ピックア
ップとしては、例えばＯｐｌｕｓＥ，１９８６年３
月，「光ピックアップの光集積回路化」，Ｐ１０２〜１
０８（文献１）に開示されたものがある。これは、薄膜
導波路，薄膜レンズ，受光素子の組み合わせによって機
能する光集積ピックアップの例で、図６（Ａ），（Ｂ）
にその斜視図，側面図が各々示されている。

【０００３】これらの図において、半導体レーザ１００
から出力されたレーザ光は、Ｓｉによる基板１０２上に
ＳｉＯ₂ によるバッファ層１０４を介して形成されたガ
ラスによる導波層１０６を中を伝搬し、グレーティング
ビームスプリッタ１０８に入射する。導波光は、その
後、集光グレーティングカップラ（ＦＧＣ）１１０に入
射するとともに、その回折作用によって空間光に変換さ
れ、光ディスク１１２上に集光する。

【０００４】次に、光ディスク１１２によって反射され
たレーザ光は、光路を逆に進行して再び集光グレーティ
ングカップラ１１０に入射し、導波路を逆進する。逆進
した導波光は、グレーティングビームスプリッタ１０８
によって波面２分割される。分割された戻りレーザ光の
うち、一方はフォトダイオード１１４ａ，１１４ｂ付近
に集光され、他方はフォトダイオード１１６ａ，１１６
ｂ付近に集光されて、各々光電変換される。光電変換後
の検出信号には、図示しない演算手段によって和，差の
演算が行なわれ、光ディスク１１２のピットＲＦ信号，
フォーカスエラー信号，トラッキングエラー信号が各々
検出される。

【０００５】ここで、集光グレーティングカップラ１１
０は、従来のレンズと原理が異なって光の回折を利用し
たもので、導波光と空間光の入出力結合と集光の２つの
機能を有する。この集光グレーティングカップラ１１０
の形状は、次に示す（１）式で表わされ、パターンのピ
ッチはサブミクロンオーダとなる。［ｘ²＋（ｙ−ｆ・ｓｉｎθ）²＋（ｆ・ｃｏｓθ）²］^1/2 ＋Ｎ_e［ｘ²＋（ｙ＋Ｒ）²］^1/2 ＝ｍ・λ＋Ｎｅ・Ｒ＋ｆ …………（１）ここで、Ｎ_eはカップラ部分における実効屈折率，ｆは
集光グレーティングカップラ１１０の焦点距離，Ｒはレ
ーザＦＧＣ間距離，λはレーザ光波長，θは半導体レー
ザ１００からのレーザ光出射角である。

【０００６】ところが、このような集光グレーティング
カップラ１１０を用いた場合には、次のような不都合が
ある。（１）レーザ光の集光がグレーティングによって行われ
ているため、設計パラメータが多く、製作誤差による影
響が大きい。レーザ光波長λは（１）式における代表的
なパラメータであるが、半導体レーザの発振波長は使用
する材料のバンドギャップなどにより影響を受け、温度
などによって変化する。たとえば、ＡｌＧａＡｓ系の半
導体レーザで通常０．３ｎｍ／℃の波長変化がある。こ
のため、雰囲気温度が２０℃変化すると６ｎｍも発振波
長が変化することになる。

【０００７】また、素子毎にも特性にばらつきがあり、
通常スペックとして±５ｎｍ程度のばらつきは許容され
る。このため、発振波長の安定な半導体レーザが必要と
なり、例えばＤＦＢレーザと呼ばれるものがあるが、特
殊な素子であり、コストがかかるとともに戻り光に弱く
実用的には不向きである。

【０００８】発振波長変化に対する集光グレーティング
カップラの許容製作誤差については、たとえばＯＱＥ８
６−８４，「光集積ピックアップ用集光グレーティング
の収差特性」，Ｐ１５〜Ｐ２１（文献２）に示されてい
る。これによれば、例えば現行光ピックアップと同等の
開口数（０．４５）をもつ集光グレーティングカップラ
を得ようとすると、レーザ光波長を±１ｎｍ以下に制御
しなければならず、上述した温度変化などからすればほ
とんど実現困難である。

【０００９】（２）また、集光グレーティングカップラ
は、前記文献１に示されているように、約０．５〜０．
８μｍのラインアンドスペースの周期を持つパターンで
あり、現状では光露光による製作は困難である。そこで
電子線描写により製作されることが多いが、（１）式に
基づく計算を行って１つのパターン毎に描写が行われる
ため、時間がかかり実用上好ましくない。仮に、光又は
Ｘ線などによって一括転写の方法で製作できるようにな
ったとしても、実効屈折率の許容製作誤差は例えば０．
００１５（文献２参照）程度と厳しく、基板毎のばらつ
きや面内でのばらつきに対応するのは困難である。

【００１０】次に、図７には、昭和６２年春，応用物理
学会第３４回大会予稿集に開示された光集積ピックアッ
プが示されている。この従来例では、コリメートグレー
ティングカップラ１２０が用いられている。このため、
半導体レーザ１００から入射した発散レーザ光は、平行
光として出射されるようになる。この平行光は、外付け
の対物レンズないし集光レンズ１２２によって集光さ
れ、光ディスク１１２に入射する。集光グレーティング
カップラは使用しないので、上述した不都合はない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
コリメートグレーティングカップラと集光レンズを用い
る従来例における駆動方法としては、集光レンズをも含
めて導波路デバイス全体を駆動する第１の方法と、集光
レンズのみを駆動する第２の方法がある。ところが、こ
れらの方法には次のような不都合がある。まず、第１の
方法では集光レンズと導波路デバイスを一体化するため
のフレームが必要となり、装置が厚くなるとともに重く
なる。このため、アクチュエータによる駆動特性が劣化
する。

【００１２】また、第２の方法では、トラッキング動作
に必要な集光レンズの可動範囲（たとえば±０．５ｍ
ｍ）をカバーするため、コリメートグレーティングカッ
プラからの出射光束径を十分大きくする必要がある。し
かし、そうすると、コリメートグレーティングカップラ
を大きくする必要が生じ、結果的に製作が困難となる，
デバイスが大型化するなどの不都合が生ずる。

【００１３】更に、コリメートグレーティングカップラ
からの出射光の一部しか対物レンズに入射しない。この
ため、光の利用効率の低下を招くとともに、トラッキン
グエラー信号検出にプッシュプル法を用いる場合には、
レンズ移動に伴う直流オフセットが生ずることになる。

【００１４】本発明は、これらの点に着目したもので、
設計，製作が容易であり、装置を小型，軽量化を図って
駆動特性の向上を図ることができるとともに、良好に信
号検出を行うことができる光集積ピックアップを提供す
ることを、その目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の１つは、発光手
段から基板上の導波層に入射した導波光を、導波層に形
成されたグレーティング手段によって空間光に変換する
光集積ピックアップにおいて、前記グレーティング手段
としてコリメートグレーティングカップラを用いるとと
もに、これによって平行にされた光の集光手段を前記基
板に一体に構成したことを特徴とする。

【００１６】他の発明は、前記グレーティング手段とし
てリニアグレーティングカップラを用いるとともに、こ
のリニアグレーティングカップラと発光手段との間に平
行光化のための導波路レンズ手段を設け、前記リニアグ
レーティングカップラから出射された光の集光手段を前
記基板に一体に構成したことを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明によれば、グレーティング手段として、
設計，製作の容易なコリメートグレーティングカップラ
又はリニアグレーティングカップラが用いられる。リニ
アグレーティングカップラを用いる場合には、それと発
光手段との間に平行光化のための導波路レンズ手段が設
けられる。いずれの場合も、平行光がグレーティングか
ら出力される。この平行光は、集光手段によって集光さ
れるが、この集光手段は、グレーティング手段が設けら
れた基板と一体に構成される。このため、その駆動は基
板と一体に行われることになる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明による光集積ピックアップの実
施例について、添付図面を参照しながら説明する。な
お、上述した従来例と同様又は相当する構成部分につい
ては、同一の符号を用いる。

【００１９】＜第１実施例＞図１（Ａ），（Ｂ）には、
本発明の第１実施例が示されている。同図中（Ａ）は主
要部分を分解して示す斜視図，（Ｂ）は合成後の側面図
である。これらの図において、導波層１０６には、半導
体レーザ１００と反対側の位置にコリメートグレーティ
ングカップラ１０が設けられている。また、このコリメ
ートグレーティングカップラ１０の半導体レーザ１００
側には、グレーティングビームスプリッタ１０８が上述
した実施例と同様に形成されている。このような導波層
１０６上には、上部クラッド層１２が設けられている。
そして、この上部クラッド層１２の上部であって、コリ
メートグレーティングカップラ１０に対応する部位に集
光レンズ１４が設けられている。

【００２０】以上の各部のうち、コリメートグレーティ
ングカップラ１０は、半導体レーザ１００から入射する
発散レーザ光を、ほぼ垂直に平行光として出射するもの
で、例えば導波層１０６よりも屈折率の大きい光学材料
によって形成される。基板１０２がＳｉ，バッファ層１
０４がＳｉＯ₂，導波層１０６がガラスの場合、例えば
Ｓｉ₃Ｎ₄（チッ化シリコン）を用いてコリメートグレー
ティングカップラ１０が形成される。

【００２１】次に、上部クラッド層１２としては、導波
層１０６よりも屈折率が低い透明な材料が用いられる。
例えば、バッファ層１０４と同様のＳｉＯ₂をスパッタ
リングの手法で成膜することによって、上部クラッド層
１２が形成される。また、この上部クラッド層１２の厚
さは、薄いほど装置の薄型化を図ることができる。しか
し、導波層１０６中を伝搬する光の導波損失の増加を招
くことなく、また集光レンズ１４の光学材料によって両
者の間における実効屈折率の変化が生じないようにする
必要があることから、その厚さの下限が決定される。厳
密には、導波光の電界分布を波動方程式により求める必
要がある。しかし、経験的には約２μｍ以上の厚さとす
ることで良好な結果が得られている。

【００２２】次に、集光レンズ１４は片面がフラットな
形状となっており、このフラットな面側と上部クラッド
層１２との間に接着材を用いて、両者の貼り付けが行わ
れている。集光レンズ１４及び接着材の屈折率は、上部
クラッド層１２とほぼ同様となっており、それらの各界
面における光の反射が生じないように工夫されている。
以上のような構成の光ピックアップは、フォーカスサー
ボ，トラッキングサーボ用のアクチュエータ（図示せ
ず）により装置全体が一体として駆動されるようになっ
ている。

【００２３】次に、以上のように構成された第１実施例
の作用について説明する。半導体レーザ１００から出力
されたレーザ光は導波層１０６中を伝搬してコリメート
グレーティングカップラ１０に入射する。導波光はこの
コリメートグレーティングカップラ１０によって平行光
に変換され、上部クラッド層１２に入射する。この平行
光は、上部クラッド層１２を通過して更に集光レンズ１
４に入射する。そして、この集光レンズ１４で集光され
て光ディスク１１２上に集光される。

【００２４】次に、光ディスク１１２によって反射され
た光は、光路を逆に進行して再び集光レンズ１４に入射
し、ここで平行光化されて上部クラッド層１２，更には
コリメートグレーティングカップラ１０に入射する。コ
リメートグレーティングカップラ１０では、入射平行光
が導波光に変換され、グレーティングビームスプリッタ
１０８では、入射光が波面２分割される。

【００２５】分割された導波光のうち、一方はフォトダ
イオード１１４ａ，１１４ｂ付近に集光され、他方はフ
ォトダイオード１１６ａ，１１６ｂ付近に集光される。
そしてこれらのフォトダイオード１１４ａ，１１４ｂ，
１１６ａ，１１６ｂによって入射光の光電変換が行わ
れ、検出信号が図示しない演算手段に入力される。そし
て、各信号の和，差などの演算によって、ピットＲＦ信
号，フォーカスエラー信号，トラッキングエラー信号が
各々得られる。これらの各エラー信号は、光ピックアッ
プのアクチュエータにフィードバックされ、図に示した
光ピックアップが全体として移動してフォーカス及びト
ラッキングの制御が行われる。

【００２６】以上のように、第１実施例によれば、導波
光を空間に出力するためにコリメートグレーティングカ
ップラ１０を用いている。このため、レーザ光の波長ず
れや実効屈折率などのずれによる許容製作誤差は緩和さ
れることになる。なお、集光については集光レンズ１４
によってその機能が補充されている。

【００２７】また、コリメートグレーティングカップラ
１０は集光グレーティングカップラと比較して格段に単
純なパターンである。集光グレーティングカップラは、
図５（Ａ）に示すように、前記（１）式によって計算さ
れる曲がりと周期変化のパターンとなる。これに対し、
コリメートグレーティングカップラは、同図（Ｂ）に示
すように半導体レーザ１００の発光点を中心とする円弧
パターンとなり、それらの周期は一定である。計算式
は、単純な円の方程式となる。従って、高速描画が可能
となり、電子線描画の手法を用いれば大量生産も可能と
なる。また、パターンを一括転写する際、実効屈折率の
許容誤差が緩いので、設計，製作も容易となる。

【００２８】更に、本実施例によれば、導波層１０６か
ら集光レンズ１４までが一体の構成となっている。従っ
て、主要導波部分がほとんどＳｉを主体とした非常に軽
い構成となり、他に格別のフレームも必要とされない。
このため、軽量薄型の光ピックアップを得ることが可能
となる。

【００２９】また、集光レンズ１４が集積回路部分と一
体となって駆動されるため、コリメートグレーティング
カップラ１０による出射光束径は集光レンズ１４の有効
径と同一でよい。この点からも、光ピックアップの小
型，軽量化が可能となり、高速アクセスが可能となって
効率よくＳ／Ｎのよい信号を得ることができる。また、
レンズ移動に伴う直流オフセットを除去できるため、安
定で高精度なトラッキングサーボ動作が実現でき、全体
として高度な素子製作の困難さを軽減できる。

【００３０】＜第２実施例＞次に、図２を参照しなが
ら、本発明の第２実施例について説明する。なお、上述
した第１実施例と同様又は相当する構成部分には、同一
の符号を用いることとする（以下の実施例についても同
様）。この第２実施例は、第１実施例における上部クラ
ッド層１２と集光集光レンズ１４とが、ガラスやプラス
チックなどの透明材料によって一体に成型された構成と
なっている。他の構成部分は、第１実施例と同様であ
る。この第２実施例によっても、前記第１実施例と同様
の効果が得られる。

【００３１】＜第３実施例＞次に、図３を参照しなが
ら、本発明の第３実施例について説明する。同図（Ａ）
には主要部分を分解した斜視図が示されており、同図
（Ｂ）は合成時における同図（Ａ）のＸ３ーＸ３線に沿
った断面が示されている。

【００３２】これらの図において、コリメートグレーテ
ィングカップラ１０の周囲には、略コ字状に支持層２０
が形成されている。集光レンズ１４は、この支持層２０
に支持されて一体化されている。支持層２０は、集光レ
ンズ１４を支持する他に集光レンズ１４と導波層１０６
との間隔を制御するためのもので、周知の薄膜における
微細加工プロセスによって形成される。この実施例によ
れば、上述した効果の他に、上部クラッド層の形成によ
る実効屈折率変化や導波損失の増加がないという利点が
ある。

【００３３】＜第４実施例＞次に、図４を参照しなが
ら、本発明の第４実施例について説明する。この実施例
では、リニアグレーティングカップラ３０が用いられて
おり、半導体レーザ１００とグレーティングビームスプ
リッタ１０８との間に平行光化のための導波路レンズと
して色収差の少ないモードインデックスレンズ３２が設
けられている。その他の構成は、上述した第１実施例と
同様である。

【００３４】本実施例によれば、半導体レーザ１００か
ら出力された発散レーザ光は、モードインデックスレン
ズ３２によって平行光化される。この平行光は、リニア
グレーティングカップラ３０に入射し、ここで光路が変
換されて上部クラッド層１２に入射する。

【００３５】リニアグレーティングカップラ３０は、図
５（Ｃ）に示すように、周期一定の直線によるパターン
であり、光の波長変動に対しては、光軸の傾きが生ずる
のみである。例えば、５ｎｍの波長変動に対しては、出
射光光軸が０．６°傾くのみである。これを集光レンズ
１４で集光しても、光ディスク１１２上のビームスポッ
トの劣化は極めて小さい。従って、上述した第１〜第３
実施例よりも、更に許容製作誤差が緩和され、設計製作
は一層容易となる。

【００３６】＜他の実施例＞なお、本発明は何ら上記実
施例に限定されるものではなく、例えば上部クラッド
層，支持層の材料，形状などは同様の作用を奏するよう
に種々変更可能であり、これらのものも本発明に含まれ
る。また、第４実施例における上部クラッド層１２，及
び集光レンズ１４の代わりに、第２又は第３実施例を適
用してもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光集
積ピックアップによれば、コリメートグレーティングカ
ップラあるいはリニアグレーティングカップラと集光レ
ンズとを一体に構成することとしたので、次のような効
果がある。（１）設計，製作が容易になるとともに、小型，軽量化
されてアクチュエータによる駆動特性が良好となる。（２）光の利用効率が向上し、良好な信号検出が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す構成図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す構成図である。

【図３】本発明の第３実施例を示す構成図である。

【図４】本発明の第４実施例を示す構成図である。

【図５】各種グレーティングカップラのパターンを示す
説明図である。

【図６】集光グレーティングカップラを用いた従来例を
示す構成図である。

【図７】コリメートグレーティングカップラを用いた従
来例を示す構成図である。

【符号の説明】

１０…コリメートグレーティングカップラ、１２…上部
クラッド層、１４…集光レンズ（集光手段）、２０…支
持層、３０…リニアグレーティングカップラ、３２…モ
ードインデックスレンズ（導波路レンズ手段）、１００
…半導体レーザ（発光手段）、１０２…基板、１０４…
バッファ層、１０６…導波層、１０８…グレーティング
ビームスプリッタ、１１０…集光グレーティングカップ
ラ、１１２…光ディスク、１１４ａ，１１４ｂ，１１６
ａ，１１６ｂ…フォトダイオード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大江健正神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番地日本ビクター株式会社内 (72)発明者大山実神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番地日本ビクター株式会社内 (72)発明者昆野俊男神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番地日本ビクター株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光手段から基板上の導波層に入射した
導波光を、導波層に形成されたグレーティング手段によ
って空間光に変換する光集積ピックアップにおいて、前
記グレーティング手段としてコリメートグレーティング
カップラを用いるとともに、これによって平行にされた
光を集光する集光レンズ手段を前記基板に一体に構成し
たことを特徴とする光集積ピックアップ。
【請求項２】発光手段から基板上の導波層に入射した
導波光を、導波層に形成されたグレーティング手段によ
って空間光に変換する光集積ピックアップにおいて、前
記グレーティング手段としてリニアグレーティングカッ
プラを用いるとともに、このリニアグレーティングカッ
プラと発光手段との間に平行光化のための導波路レンズ
手段を設け、前記リニアグレーティングカップラから出
射された光を集光する集光レンズ手段を前記基板に一体
に構成したことを特徴とする光集積ピックアップ。