JPH0652584B2 - 導波路形光ヘッド - Google Patents

導波路形光ヘッド

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JPH0652584B2
JPH0652584B2 JP62279247A JP27924787A JPH0652584B2 JP H0652584 B2 JPH0652584 B2 JP H0652584B2 JP 62279247 A JP62279247 A JP 62279247A JP 27924787 A JP27924787 A JP 27924787A JP H0652584 B2 JPH0652584 B2 JP H0652584B2
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optical
waveguide
light
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optical head
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康夫 日良
秀己 佐藤
貴子 福島
和民 川本
顕知 伊藤
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光記録媒体の情報を読み取ることのできる、
光導波路を使用した導波路形光ヘッドに係るものであ
る。
〔従来の技術〕
光ヘッドは、レーザ光による微小スポットを用いて、高
密度な光記録もしくは光磁気記録や、光記録媒体の情報
の高速な読取りを行なうことができるものである。たと
えば読取り専用としては、ビデオディスク、デジタルオ
ーディオディスクとして実用化されている。また、追加
書込みのできる光ディスクシステム、光磁気システムも
開発段階にある。
この種、光記憶媒体の情報を読取ることができる光ヘッ
ドは、レンズ,プリズム,ビームスプリッタなどの光学
部品を使用するものが知られている。第4図は、従来の
光ヘッドの一例を示す略示構成図である。この第4図に
おいて、1は半導体レーザ、2は、この半導体レーザ1
からの放射光を平行光にすることができるコリメータレ
ンズ、3はビームスプリッタ、4は、このビーススプリ
ッタ3からの光を、光記録媒体6上へ集光させることが
できる集光レンズ、5は光検出器である。
このように構成した光ヘッドにおいて、半導体レーザ1
からの放射光を、コリメータレンズ2によってコリメー
トし、ビームスプリッタ3を通過せしめ、さらに集光レ
ンズ4によって光記録媒体6上にスポットとして形成さ
せる。このスポットからの反射光を集光レンズ4、ビー
ムスプリッタ3を通して光検出器5により検出すること
により、前記光記録媒体6上の情報を読取る。
しかし、このような光学系では、それぞれの光学部品の
位置を正確に調整する必要があるため、その調整に長時
間を必要とする。また光学部品をあまり小さくできない
ため、光ヘッド全体の小型化にも限度がある。
このような、前記第4図に係る光ヘッドの問題点を解消
するものとして、光導波路を使用した導波路形光ヘッド
が提案されている(たとえば、特開昭61-248244号公
報)。
第5図は、従来の導波路形光ヘッドの一例を示す略示正
面図である。第5図において、8は基板7上に形成され
た薄膜の光導波路、10,11はそれぞれこの光導波路
8上に形成された薄膜のビームスプリッタおよび導波路
レンズ、9は光導波路に導波された光を光導波面から上
方に出射し、かつ出射した光を集光させる作用を有する
集光形グレーティングカップラ、1,5はそれぞれ光導
波の端面に設けられた半導体レーザ、光検出器である。
このように構成したものにおいて、光導波路8の端面か
ら、半導体レーザ1の光を入射し、ビームスプリッタ1
0によって進行方向を変化させ、集光形グレーティング
カップラ9によって出射させて、光ディスク6の光記録
媒体(図示せず)上にスポットを形成する。そしてこの
スポットからの反射光は集光形グレーティングカップラ
によって再び光導波路内に導波され、ビームスプリッタ
を直進して、導波路レンズ11で集光されて光検出器へ
導くことにより、前記光記録媒体上の情報を読み取るこ
とができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の導波路形光ヘッドには、下記の製造上および特性
上の問題点がある。すなわち製造上の問題点は、集光形
グレーティングカップラ(以下FGCと略す)に関する
ものである。FGCの形状パターンは一般的に双曲線であ
り、該双曲線は光導波路とは異なる屈折率を有した物質
により形成され、各双曲線間の間隔の平均的値すなわち
グレーティングの格子間隔Λは(1)式で与えられる。こ
こでΛは、一般的な材料にてFGCを形成した場合、 Λ=λ/(N−cos) (1) :導波光の光導波面に対する出射角 N:光導波路の実効屈折率 λ:空気中の光の波長 2μm以下の値となり、よって双曲線の線幅はΛの半分
すなわち1μm以下となりFGCの能率的な形成が困難と
なる。例えばSiO2系のN=1.5ガラス導波路を用い、
を30,λを0.7μmとした一般的な光ヘッドの場合、
Λは1.1μmとなり、Λの半分即ち0.55μmの双曲線を
形成しなければならない。サブミクロンの双曲線を形成
する技術として電子ビーム描画装置があるが、これを用
いると、作業性が悪く、約1000本の双曲線群からなるFG
Cを形成するのに長時間を要するため、量産性に乏しい
という問題があつた。
一方特性上以下に述べる様な問題がある。すなわち上記
の様にして形成したFGCは、その出射角を90゜にして、
光ディスクに対して垂直に光を入射することが原理的に
できない。即ち(1)式の成立する範囲は≠90゜の条件
であり、出射角が光ディスクに対して傾斜しているた
め、スポットの形が光ディスク面で変形して、情報が正
確に読み取ることが出来ないという問題があった。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために、本発明の導波路形光ヘッ
ドは、FGCからの出射光は導波路面に対して斜め下方す
なわち、基板側に出射するようにすることにより格子間
隔Λを大きくし、また、FGCからの出射光がディスク
に入射する前に反射鏡を設けて光の進行方向が曲げて、
光ディスクに対して垂直に光が入射するようした。
〔作用〕
FGCからの出射光を基板側に出すことにより、FGCの格子
間隔Λは、2式のようになる。例えば Λ=λ/(N−nccos) (2) nc:基板の屈折率 SiO2系のN=1.5のガラス導波路を用い、基板としてnc
=1.47 の石英基板を用い、を30゜、λを0.7μmとし
た一般的な光ヘッドの場合、Λは3.08μmとなり、線幅
1.54μmの双曲線を形成すれば良い。この値は、前記の
FGCからの出射光を空気側に出す従来方式に比較してΛ
が大となり、電子ビーム描画装置を用いず、ホトリソエ
程でFGCが形成できるレベルの線幅であり、よって能
率良くFGCを形成することができるようになる。本発明
の効果は、基板として屈折率ncの高い材料を用いること
により、より効果的なものになる。
一方反射鏡は、光導波路面に対しての角度θを となるように設置することにより、光ディスクに対して
垂直に光が入射させることができる。
〔実施例〕
第1図は、本発明の一実施例に係る導波路形光ヘッドを
示す概略図、第2図はこの導波路形光へッドの断面図、
第3図はこの導波路形光ヘッドの光導波路面を示す斜視
図である。
この導波路形光ヘッドの概要を説明すると、基板7上に
光導波路を設け、半導体レーザ1から該光導波路へ導波
したレーザ光によって光ディスク6の情報を読み取るこ
とができるようにしたものである。第3図において、そ
の端面に光検出器5を取付け、半導体レーザ1からの光
を光導波路8に結合し、導波された光を集光形グレーテ
ィングカップラ(FGC)9に導き、FGCによって、導波光
が基板内に回折されて、基板端面から出射し、かつ光デ
ィスク面で焦点を結び、光ディスク面からの反射光が該
FGCにもどり、再び導波路にもどり、グレーティングレ
ンズ11によって光を2分割して、かつ2分割された光
が集光されて光検出器5に入ることによって情報が読み
取られる。
ここで第2図に示したようにFGCからの出射光は、斜め
に切断研磨された基板端面から出射したのみ、ケース1
3の表面に形成された反射鏡12によって反射されて光
ディスク面に垂直に入射する。
第6図は、導波光の出射角、基板端面の角度、反射鏡の
光導波路面に対する角度を示したものである。
ここでFGCの中心からの回折光が光導波路面となす角度
をとすると、基板端面の切断、研磨面の角度αは、 とする。このようにすることにより、FGCからの出射光
は、基板端面から垂直に出射するようにできる。また光
導波路面に対する反射鏡の傾斜角度θは、 とする。このようにすることにより、光導波路面に対し
て平行に置かれた光ディスクに対して、垂直に光を入射
させることができる。
FGCの形状、導波路レンズの形状は、文献(裏升吾、栖
原敏明、西原浩、小山次郎:電子通信学会誌、VolJ68-
C,No10,1985,P803〜811)に記載の方法により形成する
ことができる。
本発明の反射鏡7は、アルミあるいは金などの金属を真
空蒸着することにより容易に形成することができる。該
反射鏡は、特別に設けた反射鏡形成用基板上に金属薄膜
を形成し、これをケース13に貼り合わせても良いし、ケ
ースに直接金属を蒸着して形成することもできる。
本発明のケース13は、各種の金属を切断研磨したもの
あるいはプラスチック形成して得たものが使用できる。
プラスチック形成したものは、重量が軽く、また製造が
容易であることから特に本発明の光ヘッドに適したもの
である。
この様にして構成した光ヘッドは、厚さが数mm程度の薄
型軽量なものであるので、これを焦点方向(上下方向)
とトラック直交方向に振動可能なアクチュエータ上に搭
載することにより、光ディスクの位置変動に対して容易
に追従することができるものである。
ここで、導波路形光ヘッドをONにすると、半導体レー
ザから出射した光は、光導波路に入射し、光導波路に形
成した導波路レンズを通過して、FGCに入射される。
FGCにより回折された光は基板にもぐりこみ、所定の角
度に切断研磨された基板端面から切断研磨面に対して垂
直に出射される。出射光は、反射鏡で反射されて、方向
を変換されて、光ディスクに対して垂直に入射される。
光ディスク上の情報記録媒体で反射した光は、反射鏡で
反射されて、基板端面からFGCに入射して光導波路に入
る。光導波路に入射したもどり光は、導波路レンズで2
分割され、かつそれぞれが集光されて光検出器に入射す
ることにより、情報が読み取られる。読み取られた信号
は、アクチュエータの振動へフィードバックされ、光記
録媒への入射光が合焦点になるように追従される。
以下本発明で使用する基板、薄膜の材料、製造法に関し
て説明する。まず基板材料としては、石英、光学ガラス
及びSi など半導体、LiNbO3等の光学結晶を用いること
ができる。光導波路としては、SiO2系ガラス、石英など
をスパッタリングあるいは真空蒸着等で成膜した厚さ1
〜2μm程度の薄膜を用いる。ここで基板としてSi 等
屈折率の高い材料を用いた場合には、光導波路と基板の
間に、光導波路よりも屈折率の小さい薄膜層を形成して
光の損失を小さくする。導波路レンズ、およびFGCは、T
iO2,Ta2O5など屈折率の比較的高い材料を用いるのが、
効率の点で好ましい。但し、SiO2系ガラス薄膜も使用可
能である。
導波路レンズおよびFGCは、該光素子形成用薄膜上にホ
トレジストを塗布し、ホトマスクを介して露光した後、
現像することにより光素子のレジストパターンを形成
し、しかる後にこのレジストパターンをマスクとして該
薄膜をエッチングすることにより形成することができ
る。なおFGCおよび導波路レンズは、西原、春名、栖原
共著:光集積回路P279 、オーム社(1985年)に記載さ
れた方法に従って設計すれば良い。
〔発明の効果〕
以上説明した様に本発明によれば、FGCパターンの間か
くが大であることから、半導体プロセス技術におけるホ
トリソグラフィ工程で光素子を形成でき、効率良く光ヘ
ッドが生産出来るばかりでなく、FGCからの出射光が反
射鏡を用いることにより、光ディスク面に対して垂直に
入射することから、読み取り誤差の少ない光ヘッドが生
産できる様になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る導波路形光ヘッドを示
す斜視図、第2図は第1図の導波路形光ヘッドの断面を
示す断面図、第3図は第1図の導波路形ヘッドの光導波
路面を示す斜視図、第4図は従来のバルク形光ヘッドを
示す構成図、第5図は従来の導波路形光ヘッドを示す概
略図、第6図は、本発明の一実施例に係る導波路形光ヘ
ッドの基板端面の切断研磨角、FGC出射角、反射鏡設置
角を示す説明図である。 符号の説明 1:半導体レーザ、5:光検出器、6:光ディスク、
7:基板、8:光導波路、9:集光形グレーティングカ
ップラ、11:導波路レンズ、12:反射鏡、13:ケ
ース
フロントページの続き (72)発明者 川本 和民 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 伊藤 顕知 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に光導波路を設け、半導体レーザか
    ら該光導波路へ導波したレーザ光によって、光記録媒体
    の情報を読み取ることができるようにした導波路形光ヘ
    ッドにおいて、光導波路の端面に半導体レーザおよび光
    検出器を取付け、上記光導波路上面に光導波層とは異な
    る屈折率を有した薄膜を不等間隔曲線状に形成してなり
    基板端面からレーザ光を出射しかつ情報記録面上の一点
    に上記レーザ光を収束させる機能を有した集光形グレー
    ティングカップラと、該基板端面から出射した光が光デ
    ィスクに対して垂直に入射するように傾斜角を設定した
    反射鏡と、光ディスクからのもどり光を2分割し、かつ
    それぞれを集光させる機能を有したグレーティングレン
    ズを有し、前記光ディスク面と直交方向およびトラック
    直交方向へ振動可能なアクチュエータ上に、基板を搭載
    したことを特徴とする導波路形光ヘッド。
JP62279247A 1987-11-06 1987-11-06 導波路形光ヘッド Expired - Lifetime JPH0652584B2 (ja)

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