JPH07272312A - 光集積回路及び光ピックアップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光集積回路の集積度や生産性の向上を図り、
光ピックアップの小型，軽量，薄型化を図る。 【構成】 半導体レーザ２６から出力された楕円形のレ
ーザ光は、コリメートレンズ２８による平行光化の後、
光集積回路２４の半透過反射型グレーティング２２に入
射し、略円形に整形されて略９０゜の方向に反射され
る。整形，反射後のレーザ光は、対物レンズ３０の作用
によってディスク３２に集光される。ディスク３２の磁
気記録部３２Ａでカー効果による偏光面の回転を受けて
反射されたレーザ光は、対物レンズ３０，半透過反射型
グレーティング２２を透過したレーザ光は、集光グレー
ティングカップラ１８Ａ，１８Ｂに入射し、これによっ
て導波層１６内に導入されて、光検出器１２Ａ，１２Ｂ
で光電変換される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク，光磁気デ
ィスクなどの記録媒体の再生装置や光計測装置にかか
り、更に具体的には、それらの光検出に好適な光集積回
路及び光ピックアップの改良に関するものである。

【０００２】

【先行技術】近年、光ディスクなどの分野において，光
導波路上に受光素子，集光素子，反射素子などを集積化
した，いわゆる光集積回路の技術を用いて、光ピックア
ップに応用する試みがなされており、学会発表や特許出
願も多く行われている。特に最近は、ＭＯ，ＭＤなどと
称される光磁気ディスクの普及に伴い、光磁気ディスク
用のピックアップについても，光集積回路の技術を応用
しようと試みられている。

【０００３】例えば特開平５−４７０３０号公報に開示
された光ピックアップは、図１６に示す構成となってい
る。同図において、半導体レーザ９５０は、Ｓｉ基板９
５２上に形成された導波路９５４の端部位置に設けられ
ている。導波路９５４における半導体レーザ９５０のレ
ーザ光出力側であって導波路９５４の反対側の端部位置
には、グレーティングビームスプリッタ９５６，３焦点
の集光グレーティングカップラ９５８が各々設けられて
いる。

【０００４】集光グレーティングカップラ９５８は、中
心領域９５８Ａと２つの側部領域９５８Ｂ，９５８Ｃに
よって構成されている。これらのうち、中心領域９５８
Ａは、グレーティングビームスプリッタ９５６から入射
したレーザ光を導波路９５４から空間に導いて光磁気デ
ィスク９１２に集光するとともに、光磁気ディスク９１
２からの０次反射光を導波路９５４内に導くためのもの
である。また、側部領域９５８Ｂ，９５８Ｃは、光磁気
ディスク９１２からの±１次回折光を導波路９５４中に
導くためのものである。

【０００５】集光グレーティングカップラ９５８の側部
領域９５８Ｂ，９５８Ｃの導波光出力側には、反射型導
波路レンズ９６０，９６２が各々設けられている。そし
て、グレーティングビームスプリッタ９５６の導波光出
力側には、フォトディテクタＱＢ，ＱＣ，ＱＤ，ＱＥが
各々設けられており、反射型導波路レンズ９６０，９６
２の導波光出力側には、フォトディテクタＱＡ，ＱＦが
各々設けられている。これらのフォトディテクタＱＡ〜
ＱＦの各出力側は、演算部９６４の入力側に各々接続さ
れている。

【０００６】半導体レーザ９５０から出力されたレーザ
光は、導波路９５４内をわずかに広がりながら伝搬し、
グレーティングビームスプリッタ９５６を透過して集光
グレーティングカップラ９５８の中心領域９５８Ａに至
る。この集光グレーティングカップラ９５８の作用によ
って導波光は空間光となり、光磁気ディスク９１２の盤
面上に集光される。ここで、導波光は、導波路９５４中
でＴＥ又はＴＭのいずれかの直線偏光モードしか取り得
ない。このため、たとえばＴＥモードの導波光を用いた
場合、集光されたレーザ光は、ディスク面内におけるト
ラッキング動作用のトラックないしプリグルーブ（案内
溝）９１２Ａに直交する方向の直線偏光となっている。

【０００７】光磁気ディスク９１２では、このプリグル
ーブ９１２Ａによる回折作用のため、入射レーザ光に対
して、元の光路を逆に進行する０次反射光とともに、±
１次回折光も生じることになる。これらのうち、まず０
次反射光は、ディスク入射時の光路を逆に進んで集光グ
レーティングカップラ９５８の中央領域９５８Ａに戻
り、半導体レーザ９５０の発光点に向けて集束する導波
光となる。ところが、グレーティングビームスプリッタ
９５６の作用によってその光路が変換され、各々独立し
た４個のフォトディテクタＱＢ〜ＱＥに集光するように
なる。各フォトディテクタＱＢ〜ＱＥでは、入射光が電
気信号に変換されて演算部９６４に供給される。

【０００８】次に、±１次回折光は、集光グレーティン
グカップラ９５８の側部領域９５８Ｂ，９５８Ｃにそれ
ぞれ入射する。集光グレーティングカップラ９５８の側
部領域は、中心光軸と４５゜の角度をなす互いに直交す
る偏光方向となっている。このため、光磁気ディスク９
１２の記録情報によってレーザ光に与えられたカー効果
による偏光面の回転は、側部領域９５８Ｂ，９５８Ｃに
よって導波路９５４に導かれる各導波光に逆相の強度変
化を与えることになる。両者の差を取れば、光磁気ディ
スク９１２の信号検出，すなわち情報の読出しが行われ
ることになる。

【０００９】このようにして導波路９５４内に導入され
た±１次回折光は、反射型導波路レンズ９６０，９６２
の作用によってフォトディテクタＱＡ，ＱＦに各々集光
入射し、各々電気信号に変換される。演算部９６４で
は、フォトディテクタＱＡ〜ＱＦからの各入力信号Ａ〜
Ｆに基づいて、次のような演算が行われ、フォーカスエ
ラー信号ＦＥ，トラッキングエラー信号ＴＥ，再生信号
ＲＦが各々出力される。

【００１０】ＦＥ＝（Ｂ＋Ｅ）−（Ｃ＋Ｄ） ＴＥ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）−（Ｄ＋Ｅ＋Ｆ） ＲＦ＝Ａ−Ｆ なお、これらの演算は、フーコー法，プッシュプル法な
どとして知られているものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のような例では、
導波路面内で光軸が直交する同一モード（例えばＴＥの
み，もしくはＴＭのみ）の２つ（もしくはそれ以上）の
導波光を励振し、これらの強度の差から信号を検出する
方式となっているため、両者の光路や伝搬損失，反射率
や透過率を基本的に同一とすることができ、異なる導波
モードの光を検出する場合と比較して非常に有利とな
る。

【００１２】しかし、この先行技術では、発光や集光な
ど、光磁気ディスクに対する往路の光学系も全て一体に
集積化した構成となっているため、出射用グレーティン
グカップラのパターン精度や導波路の実効屈折率、半導
体レーザの波長など、多くのパラメータの精度が同時に
良好に達成されないと、十分な特性が得られにくいとい
う不都合がある。また、集積度が高く、各要素をいずれ
も高い精度で形成しなければならないため、歩留りが悪
く高度の作製技術を必要とするといった不都合がある。

【００１３】この発明は、これらの点に着目したもの
で、第１の目的は、精度を必要とすることなく集積度の
向上を図ることである。第２の目的は、格別な工程を必
要とすることなく、集積度や生産性の向上を図ることで
ある。第３の目的は、同一の導波モードで精度よく効率
的に光を検出し、生産性の向上を図ることである。第４
の目的は、効率の低下を招くことなく、光ピックアップ
の小型，軽量，薄型化を図ることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段と作用】前記目的を達成す
るため、本発明は、半透過反射型のグレーティングやホ
ログラムを用いることを特徴とする。本発明によれば、
半透過反射型グレーティングによるビーム整形や、半透
過反射型ホログラムによる波面変換により、小型化，軽
量化，薄型化が実現される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照しながら詳細に説明する。 ＜実施例１＞この実施例は、特開平１−２２４９３３
号，同５−１５１６０６号，同５−１３５４００号公報
に開示されたビーム整型機能を持つグレーティングミラ
ーを利用したものである。この実施例の理解を容易にす
るため、特開平５−１５１６０６号公報の光ヘッド装置
について図１７を参照しながら説明すると、レーザ光源
９７０から出射された楕円形のレーザ光は、コリメート
レンズ９７２で平行光化されてビームスプリッタ９７４
に入射する。ビームスプリッタ９７４を透過した光は、
ホログラム９７６でビーム形状が略円形化されるととも
に反射される。ビーム整形後の光は、対物レンズ９７８
で集光されてディスク９１２に入射する。

【００１６】このようなビーム整形機能を有するミラー
を利用すると、ビーム径を、整形前は細く（＝ＤＡ）整
形後は大きく（＝ＤＢ）することができ，またホログラ
ム９７６の角度θを４５゜以下とすることができる。こ
のため、全体として、光ヘッド装置の小型・薄型化を図
ることができる。他の公報に開示されたものもほぼ同様
である。

【００１７】次に、図１〜図６を参照しながら実施例１
について説明する。図１には斜視図，図２には主要部の
分解図，図３には側断面図が示されている。これら図１
〜３において、基板１０には光検出器１２Ａ，１２Ｂが
形成されており、その上にバッファ層１４が形成されて
いる。このバッファ層１４上には検出対象の光の波長程
度の厚さを持つ薄膜によって導波層１６が形成されてお
り、これに集光グレーティングカップラ１８Ａ，１８Ｂ
が設けられている。導波層１６上には、更にバッファ層
２０が形成されており、これには半透過反射型グレーテ
ィング２２が設けられている。

【００１８】このような光集積回路２４の半透過反射型
グレーティング２２の一方の入射側には、半導体レーザ
２６がコリメートレンズ２８を介して配置されており、
他方の入射側には対物レンズ３０を介してディスク３２
が配置されている。

【００１９】以上の各部のうち、光集積回路２４の基板
１０は、例えばＳｉ結晶が用いられており、その上に表
面熱酸化によりＳｉＯ2のバッファ層１４を形成する。
そして、その上に、例えばコーニング＃７０５９ガラス
による導波層１６をスパッタリングにより製膜する。グ
レーティングカップラ１８Ａ，１８Ｂは、Ｓｉ−ＮをＰ
−ＣＶＤによって製膜した後、所定パターンにドライエ
ッチングすることで形成される。そして、導波層１６上
に更に薄膜プロセスを用いてバッファ層２０，半透過反
射型グレーティング２２を形成する。グレーティングカ
ップラ１８Ａ，１８Ｂと、半透過反射型グレーティング
２２とは、パターンは異なるものの同一の工程を繰り返
すことで作製でき、安価，効率的に一体に集積回路素子
を作製することができる。

【００２０】ここで、基板１０として導電型がｎ型のＳ
ｉ結晶を使用し、部分的にボロンなどのｐ型不純物をド
ーブしてｐｎ接合を形成することで、光検出器１２Ａ，
１２Ｂを構成することができる。また、光検出器１２
Ａ，１２Ｂをそれぞれ２分割して合計４個とすること
で、光磁気ディスクのピックアップとして応用する際に
フォーカスやトラッキングのエラー信号も得られる構成
とすることができる。なお、これらの光集積回路素子の
作製方法については、例えば「光集積回路」（昭和60
年,オーム社）の第４，６，７，９章に詳述されてい
る。

【００２１】次に、このような実施例１の動作を説明す
ると、半導体レーザ２６から出力された楕円形のレーザ
光は、コリメートレンズ２８による平行光化の後、光集
積回路２４の半透過反射型グレーティング２２に入射す
る。楕円形のレーザ光は、半透過反射型グレーティング
２２によって楕円形が略円形に整形されるとともに、略
９０゜の方向に反射される。

【００２２】整形，反射後のレーザ光は、対物レンズ３
０の作用によってディスク３２に集光される。レーザ光
がディスク３２の磁気記録部３２Ａに入射すると、カー
効果による偏光面の回転を受けて反射される。反射レー
ザ光は、対物レンズ３０を透過して、半透過反射型グレ
ーティング２２に入射する。そして、この半透過反射型
グレーティング２２を透過したレーザ光は、集光グレー
ティングカップラ１８Ａ，１８Ｂに入射し、これによっ
て導波層１６内に導入され、導波光３４Ａ，３４Ｂとな
る。

【００２３】これら導波光３４Ａ，３４Ｂは、導波路１
６中を導波集光し、光検出器１２Ａ，１２Ｂに入射して
光電変換され、それぞれ電気信号となる。これら電気信
号については、前記先行技術と同様の処理が行われ、Ｒ
Ｆ信号やエラー信号が検出される。

【００２４】この場合に、縦：横＝１：３のレーザビー
ムを縦：横＝１：１に整形するような半透過反射型グレ
ーティング２２を用いる場合、光集積回路２４の傾き
（デバイス入射角）θは約２０゜程度となる。これに対
し、前記図１６の先行技術ではθ＝４５゜となってお
り、このような違いが下層の集光グレーティングカップ
ラ１８Ａ，１８Ｂにおいても、以下のように有効に作用
する。

【００２５】入射光軸に垂直な面と導波路面が平行に
近くなるため、導波路１６に導波光として結合するレー
ザ光成分が増加し、効率が向上する。 導波路面内における２光束３４Ａ，３４Ｂの光軸がな
す角が大きくなり、光集積回路素子２４の小型化が容易
となる。 集光グレーティングカップラ１８Ａ，１８Ｂに結合す
る回折光の次数が−１次，−２次のみとなる。ここで、
偶数次の回折光は無視できるので、結局有効な次数は−
１次のみとなり、この点からも効率が向上する。なお、
前記先行技術のようなθ＝４５゜の場合では、−３次以
上の回折光も生ずる。

【００２６】更に、本実施例によれば、レーザ光の波長
変動による信号強度の劣化をキャンセルできる。グレー
ティングミラーやグレーティングカップラなどの周期構
造を持つ回折素子は、光の波長によって最適入射角や出
射角が変化する、いわゆる波長依存性を有する。これ
は、『グレーティングの周期と光の波長λの間で幾何学
的に位相整合を取る』という原理に起因しており、一般
的に波長が長くなると回折による曲げ角も大きくなると
いう現象として現われる。この現象がグレーティングや
ホログラムなどの周期構造素子の宿命であり、この影響
をいかに軽減するかが重要な課題である。

【００２７】図４にはそのようすが示されている。同図
（Ａ）のように、グレーティング３４に対して矢印Ｆ1
で示す方向が、波長λ1の光の最適入射角に相当するも
のとする。他方、波長λ2の光の最適入射角は、矢印Ｆ2
の方向であるとする。同図（Ｂ）には、このような最適
入射角からの角度ズレと、導波路３６に対する結合効率
の関係が示されている。

【００２８】同図に示すように、最適入射角で結合効率
が最大となり、角度が最適入射角からずれると結合効率
は低下する。従って、同図（Ａ）で矢印Ｆ1方向からグ
レーティング３４に光が入射しているときに、波長がλ
1からλ2に変動したとすると、最適入射角からΔθCの
角度ズレが生ずることになり、同図（Ｂ）に示すように
結合効率が低下することになる。このように、導波路＋
グレーティングカップラの構造では、波長の変動が最適
入射角の変化となり、結合効率の低下，ひいては信号強
度の劣化となる。

【００２９】これに対し、本実施例のように２つのグレ
ーティング部を有する場合は、両者による波長変動に伴
うズレ方向がキャンセルされるようになり、波長変動に
よる結合効率の低下が回避される。

【００３０】図５（Ａ）には、半透過反射型グレーティ
ング２２における光反射のようすが示されている。波長
λ1の光は、同図の左方から矢印Ｆ11のように入射し、
矢印Ｆ12の方向に反射される。そして、矢印Ｆ12と逆方
向から半透過反射型グレーティング２２に入射した光
は、矢印Ｆ13方向に透過する。

【００３１】この場合に、波長がλ1からλ2に変動した
とすると、矢印Ｆ21方向から半透過反射型グレーティン
グ２２に入射した光は矢印Ｆ22方向に、つまり最適出射
角の方向に反射されるようになる。そして、矢印Ｆ22と
逆方向から半透過反射型グレーティング２２に入射した
光は、矢印Ｆ23方向に透過する。

【００３２】他方、集光グレーティングカップラ１８に
対する最適入射角は、同図（Ｂ）に示すように、波長が
λ1の場合矢印Ｆ14，波長がλ2の場合矢印Ｆ24となる。
つまり、図５（Ａ），（Ｂ）を比較すれば明らかなよう
に、半透過反射型グレーティング２２の波長変動に伴う
最適出射角の変動方向と、集光グレーティングカップラ
１８の波長変動に伴う最適入射角の変動方向とが、点線
矢印のように一致する。ここで、最適出射角の角度ズレ
ΔθMと、最適入射角の角度ズレΔθCとの差をΔθ＝Δ
θM−ΔθCとすると、このΔθにおける結合効率は図４
（Ｂ）に示すようになり、最大結合効率と比較してもさ
ほど低下せず、結合効率の低下は良好に回避される。

【００３３】図６は、本実施例と、従来の光ピックアッ
プとを比較したものである。同図中点線で示した部分が
光集積回路２４に対応する。集光グレーティングカップ
ラ１８Ａ，１８Ｂは、偏光ビームスプリッタ４０，λ／
２板４２（グレーティング２２に含めてもよい），検出
レンズ４４Ａ，４４Ｂ，シリンドリカルレンズ４６に対
応する。光検出器１２Ａ，１２Ｂは、光検出器４８Ａ，
４８Ｂに対応する。半透過反射型グレーティング２２
は、ビームスプリッタ５０，ビーム整形プリズム５２，
立ち上げミラー５４に対応する。

【００３４】以上のように、実施例１によれば次のよう
な効果がある。 （1）ビーム整型プリズムや立ち上げミラーの機能も集
積化できる。 （2）ビーム整型プリズムや立ち上げミラーを、検光子
である集光グレーティングカップラ１８Ａ，１８Ｂと同
様のグレーティング作製プロセスで形成することがで
き、格別な製造工程を必要としない。 （3）光集積回路の角度を小さくできるので、ピックア
ップ全体の薄型化を図ることができる。 （4）光の波長変動に伴うグレーティング部の結合効率
の低下が低減される。

【００３５】＜実施例２＞次に、図７及び図８を参照し
ながら実施例２について説明する。図７には斜視図、図
８には分解図が示されている。この実施例では、半導体
レーザ６０，コリメートレンズ６２，半透過反射型グレ
ーティング６４（一部破断して示している），対物レン
ズ６６，ディスク６８については、前記実施例１に対応
する構成となっている。しかし、光集積回路８０のうち
のバッファ層６３の半透過反射型グレーティング６４を
除く部分の構成が異なっている。

【００３６】詳述すると、基板８２上にバッファ層８４
を介して形成された導波層８６には、グレーティングカ
ップラ８８Ａ，８８Ｂが形成されている。これらグレー
ティングカップラ８８Ａ，８８Ｂは、平行光束を平行導
波光に結合させる構成となっており、その光学的パター
ン（例えば表面の凹凸）は平行，等間隔な直線群となっ
ている。すなわち、グレーティングカップラ８８Ａ，８
８Ｂは、いわゆるリニアグレーティングカップラとなっ
ている。

【００３７】また、グレーティングカップラ８８Ａ，８
８Ｂの導波光の光軸は、入射光光軸に直交する面内で見
たときに、入射光の偏光方向に対してほぼ４５゜の角度
となるとともに、互いにほぼ直交するように設定されて
いる。これらグレーティングカップラ８８Ａ，８８Ｂの
出射光軸上には、反射型レンズによる導波路レンズ９０
Ａ，９０Ｂが連続して形成されており、これらによって
折返し型の光学系が構成されている。そして、導波路レ
ンズ９０Ａ，９０Ｂの出射光軸上に光検出器９２Ａ，９
２Ｂがそれぞれ設けられている。

【００３８】反射型の導波路レンズ９０Ａ，９０Ｂは、
平行光を一点に収束させるために放物線状となってお
り、導波路平面内における光線追跡的手法で、比較的容
易に設計することができ、導波層８６をテーパー状にエ
ッチングすることでミラーを形成することができる。こ
のとき、テーパーの導波路面に対する角度を約１０゜程
度に緩くし、テーパー面の荒れを抑えるような製造プロ
セスを選択することで、ミラー面による散乱損失を低減
することができる。光検出器９２Ａ，９２Ｂは、入射す
る各導波光に対し２分割された構成となっている。この
ように、光検出器９２Ａ，９２Ｂをそれぞれ２分割して
合計４個とすることで、光磁気ディスクのピックアップ
として応用する際にフォーカスやトラッキングのエラー
信号も得られる。

【００３９】これら光検出器９２Ａ，９２Ｂの出力側
は、それらと同様にモノリシックに形成された演算部９
４に接続されている。演算部９４には、光検出器９２
Ａ，９２Ｂの出力電流を電圧に変換する電流・電圧変換
手段，信号増幅手段，演算増幅手段を含んでいる。演算
部９４の製造プロセスは、前記光検出器９２Ａ，９２Ｂ
の製造プロセスを応用すればよい。

【００４０】なお、このように本実施例は、光ディスク
プレーヤにおけるＲＦアンプやエラー信号生成用のマト
リクス回路までを一部品に集積した、いわゆる光電子集
積回路（ＯＥＩＣ）に構成としているが、もちろん演算
部９４を集積化しないようにすることもできる。しか
し、光電子集積化することで、小型化の効果を高めるこ
とが可能であり、また，軽量化，低コスト化も図ること
ができる。

【００４１】次に、以上のように構成された実施例２の
作用を説明すると、半導体レーザ６０から出力された楕
円形のレーザ光は、コリメートレンズ６２による平行光
化の後、光集積回路８０の半透過反射型グレーティング
６４に入射する。楕円形のレーザ光は、半透過反射型グ
レーティング６４によって楕円形が略円形に整形される
とともに、略９０゜の方向に反射される。

【００４２】整形，反射後のレーザ光は、対物レンズ６
６の作用によって光磁気ディスク６８に集光される。レ
ーザ光が光磁気ディスク６８の磁気記録部６８Ａに入射
すると、カー効果による偏光面の回転を受けて反射され
る。反射レーザ光は、対物レンズ６６を透過して、半透
過反射型グレーティング６４に入射する。そして、この
半透過反射型グレーティング６４を透過したレーザ光
は、グレーティングカップラ８８Ａ，８８Ｂに入射し、
これによって導波層８６内に導入される。

【００４３】グレーティングカップラ８８Ａ，８８Ｂの
導波光光軸は、上述したように入射光の偏光方向に対し
てほぼ４５゜の角度となっている。このため、例えばと
もにＴＥモードの導波光が励振されたとすると、導波路
面内において導波光光軸に直交する偏光成分のみが、つ
まり図８に示す入射光Ｑの直交成分ＱＡ，ＱＢが導波光
として取り出されたことになる。

【００４４】すなわち、結果として、グレーティングカ
ップラ８８Ａ，８８Ｂは、入射光束Ｑの偏光方向に対し
てほぼ４５゜の偏光角度をそれぞれ有しており、互いに
ほぼ直交する検光子として作用する。このため、入射光
束Ｑの偏光方向の直交成分ＱＡ，ＱＢがそれぞれ得られ
ることになる。これら同一モードの導波光は、導波路レ
ンズ９０Ａ，９０Ｂによって反射されるとともに、光検
出器９２Ａ，９２Ｂにそれぞれ集光される。各光検出器
９２Ａ，９２Ｂでは、入射光が２分割されて光電変換さ
れ、変換後の電気信号が演算部９４にそれぞれ供給され
る。

【００４５】演算部９４では、一般的に知られているフ
ーコー法によってフォーカスエラー信号ＦＥが求めら
れ、一般的に知られているプッシュプル法によってトラ
ッキングエラー信号ＴＥが求められる。また、各信号を
加算することでＲＦSUMが求められ、光検出器９２Ａ，
９２Ｂの信号の差からＲＦDEFが求められる。

【００４６】この実施例２によれば、実施例１の効果の
他に次のような効果が得られる。 （1）ＴＥ／ＴＭの２つの導波モードによる偏光分離で
はなく、同一の導波モードだけを使用している。このた
め、同一の定数で各素子を設計でき、精度の向上を図る
ことができ、導波光検出効率の低下が避けられる。ま
た、直交する偏光成分の検出系を対称に構成できるた
め、各検出系の信号レベルを容易に統一して良好にバラ
ンスをとることができ、差動検出による同相雑音を除去
して、Ｓ／ＮあるいはＣ／Ｎの高い良好な信号検出が可
能となる。 （2）光検出器や演算部も含めて集積化を実現でき、ま
た、導波路レンズに反射型レンズを用いて折返し光学系
としたため、集積回路の小型化も可能となる。

【００４７】＜実施例３＞次に、図９を参照しながら実
施例３について説明する。この実施例は、前記実施例２
の光集積回路８０の代わりに、図９に示す光集積回路１
００を用いたものである。なお、図７又は図８に示した
バッファ層６３上の半透過反射型グレーティング６４
は、実施例３と実施例２で同様であり、図９では省略さ
れている。

【００４８】同図において、基板１００上には導波層１
０２が形成されており、この導波層１０２上にはグレー
ティングカップラ１０４Ａ，１０４Ｂが形成されてお
り、それらの出射光路上に、導波路レンズ１０６Ａ，１
０６Ｂがそれぞれ形成されている。また、導波路レンズ
１０６Ａ，１０６Ｂの集光位置であって基板１００の端
面１００Ａ，１００Ｂに、光検出器１０８Ａ，１０８Ｂ
が端面結合されている。これら光検出器１０８Ａ，１０
８Ｂの信号出力側は、演算部１１０に接続されている。

【００４９】これらのうち、グレーティングカップラ１
０４Ａ，１０４Ｂは、前記実施例２と同様である。導波
路レンズ１０６Ａ，１０６Ｂは、フレネルゾーンレンズ
となっている。

【００５０】次に、このような光集積回路の各部の使用
材料と作製方法について説明すると、基板１００として
は誘電体材料が用いられる。導波層１０２は、この誘電
体材料よりわずかに屈折率ｎの高い薄膜を基板１００上
に形成することで作製される。例えば、基板１００とし
てパイレックスガラス基板（ｎ＝１．４７）が用いら
れ、その上にコーニング＃７０５９ガラス（ｎ＝１．５
４）をＲＦスパッタ法で０．８μｍ製膜することで、導
波層１０２を作製できる。もちろん、他の材料や膜厚で
も可能である。

【００５１】グレーティングカップラ１０４Ａ，１０４
Ｂや導波路レンズ１０６Ａ，１０６Ｂは、導波層１０２
上に、例えばＳｉ−Ｎ薄膜をプラズマＣＶＤ法で製膜す
るとともに、所定のパターンを電子ビーム描画とドライ
エッチングで形成することで作製される。基板１００，
導波層１０２の集光部端面１００Ａ，１００Ｂは、微細
砥粒による研磨によって形成されている。このようにす
ることで、光検出器１０８Ａ，１０８Ｂの端面結合時の
損失が低減できる。光検出器１０８Ａ，１０８Ｂは、こ
の研磨端面に使用光波長における透過率の高い接着剤を
用いて直接接着される。

【００５２】次に、本実施例の作用を説明すると、ほぼ
コリメートされた入射光は、グレーティングカップラ１
０４Ａ，１０４Ｂによって導波層１０２内に導入され
る。これらの偏光分離された２つの導波光は、それぞれ
導波路レンズ１０６Ａ，１０６Ｂによって導波路端面に
集光され、光検出器１０８Ａ，１０８Ｂによって光電変
換されて、それぞれ電気信号となる。ここで、光磁気デ
ィスクにおけるカー効果により入射光の偏光方向が回転
すると、偏光方向が直交するために導波光の強度が逆相
で変化する。このため、光検出器１０８Ａ，１０８Ｂの
出力信号も逆相で変化することになる。

【００５３】従って、演算部１１０で両者の差信号ＲＦ
DEFを求めるようにすれば、入射光の偏光回転を電気信
号として良好に検出することができる。また、両者の和
信号ＲＦSUMを求めるようにすれば、入射光の大きさを
検出することができる。

【００５４】＜実施例４＞次に、図１０を参照しながら
実施例４について説明する。上述した実施例１〜３は、
いずれも半透過反射型グレーティングを設けたものであ
るが、以下の実施例は、その代わりに反射型ホログラム
を設けることによって、レンズ（集光）機能を持つよう
にしたものである。反射型ホログラムを用いることで、
単純な集光だけでなく複雑な波面変換が自由にでき、更
に集積度を向上させることができる。

【００５５】具体的には、前記図６に示した点線部分の
外に、コリメートレンズ２８や対物レンズ３０のいずれ
か一方，もしくは両方の機能も集積回路として一体化で
きる。両者を一体化した場合、半導体レーザと光集積回
路のみで光ピックアップを構成することができる。

【００５６】なお、全反射型ホログラムを利用した先行
技術としては、「反射形回折格子レンズを用いたＣＤ
光ピックアップ光学系」辰巳ら，MICROOPTICS NEWS 第6
巻第3号，1988年9月 P17〜22、「光ヘッド用ブレーズ
化ホログラム素子」金馬ら，光メモリシンポジウム'92
予稿，P107〜108がある。また、集光グレーティングカ
ップラと透過型ホログラムを一体化した先行技術として
は、特開平５−８９５４５号特許公報に開示された
「光磁気媒体用ピックアップ」がある。

【００５７】本実施例の理解を容易にするために、図１
８を参照しながらのピックアップを代表して説明する
と、半導体レーザ９８０からの射出光は、反射型ホログ
ラム９８２に直接入射し、その０次回折光は９０゜光路
が曲げられて非球面レンズ９８４に入射する。この入射
光は、非球面レンズ９８４によってディスク９８６の面
にほぼ回折限界のスポットで集光される。

【００５８】ディスク９８６の情報を得た反射光は、非
球面レンズ９８４を介して反射型ホログラム９８２に入
射する。このとき反射型ホログラム９８２で発生する回
折光のうち、１次回折光は、光路が曲げられて光検出器
９８８に集光する。この１次回折光は、その光路が半導
体レーザ９８０の射出光の光路とは重なることなく、光
検出器９８８に入射して光電変換される。

【００５９】次に、図１０に戻って実施例４を説明す
る。この実施例は、前記図７，図８に示した実施例２に
おけるコリメートレンズ６２と半透過反射型グレーティ
ング２２の代わりに、半透過反射型ホログラム２００
（一部破断して示している）を用いたものである。ま
た、演算部９４Ａ，９４Ｂが光検出器９２Ａ，９２Ｂ毎
に設けられている（図１１，図１２参照）。前記半透過
反射型ホログラム２００は、半導体レーザ６０から出力
された発散光を略平行光に波面変換する光学パターンと
なっている。

【００６０】実施例４によれば、半導体レーザ６０から
出力された楕円形の発散光（図７参照）は、半透過反射
型ホログラム２００に入射し、ここで略円形化，略平行
光化のビーム整形と光路の変換が行われる。他方、ディ
スク側からの反射光のうち、半透過反射型ホログラム２
００を透過した光が、グレーティングカップラ８８Ａ，
８８Ｂに入射して導波される。他の動作は、前記実施例
２と同様である。

【００６１】このように、実施例４によれば、上述した
特開平５−４７０３０号に開示された先行技術にあるよ
うな往路における効率や集光性能の確保の難しさといっ
た不都合を回避しつつ、更に集積化，小型化を図ること
ができる。

【００６２】次に、実施例４と前記先行技術とを比較す
ると、 （1）本実施例は半透過反射型ホログラムを用いてお
り、積層構造による機能複合化が可能である。しかし、
前記先行技術，は、いずれも全反射型ホログラムを
用いており、機能の複合化は困難である。また、先行技
術も、全透過型ホログラムを用いているため、反射光
を積極的に使うような機能の複合化は不可能である。

【００６３】（2）先行技術では、往路に導波路を用
いているため、導波路への結合や伝搬中の導波損失など
で光が減衰しやすく、往路において高い効率が必要とさ
れる記録再生型光ディスクには適さない。その上、往路
にグレーティングカップラを用いているため、光の波長
や実効屈折率変動によって出射波面が影響を受けやす
く、十分に小さなスポットに集光しにくい。しかし、本
実施例では、このような不都合は生じない。

【００６４】（3）先行技術，では、単なる反射型
ホログラムを用いているため、復路の光学系も３次元の
空間光となる。また、光検出器に向けて光軸をずらす必
要がある。この点からすると、必要とする占有空間が大
きくなってしまう。また、先行技術，は、ディスク
に対して集積回路を約４５゜に傾ける必要があり、高さ
方向に関して小型化に寄与することができない。

【００６５】これに対し本実施例では、復路の光学系が
全て集積回路素子内に集積化されており、空間光として
は往路の光束以外の領域を確保する必要がなく、全体と
して必要最小限の大きさにすることが可能である。更
に、往路に回折光を用いているためディスクに対する光
集積回路素子の角度を小さくでき、ピックアップの高さ
を大幅に小さくできる。

【００６６】また、半透過反射型ホログラムがビーム整
形機能を有するため、効率向上も可能である。単なる反
射型ホログラムで往路の波面変換を行おうとすると、復
路の光束は再びレーザ発光点に戻ってしまう。このた
め、信号検出やエラー検出などの復路の光学系を分岐さ
せる素子を追加する必要が生ずる。本実施例では、半透
過反射型ホログラムにより、往路の波面変換と復路の光
学系の分岐とが効果的に実現されている。

【００６７】＜実施例５＞次に、図１１を参照しながら
実施例５について説明する。この実施例は、前記実施例
２における半透過反射型グレーティング２２と対物レン
ズ６６の代わりに、半透過反射型ホログラム２０２（一
部破断して示している）を用いたものである。また、グ
レーティングカップラ８８Ａ，８８Ｂの代わりに、集光
グレーティングカップラ２０４Ａ，２０４Ｂが設けられ
ている。前記半透過反射型ホログラム２０２は、コリメ
ートレンズ６２から出射された楕円形の略平行光を、略
円形にビーム整形するとともに、一点に集束する集束光
に波面変換する光学パターンとなっている。

【００６８】実施例５によれば、半導体レーザ６０から
出力された楕円形の発散光は、コリメートレンズ６２に
よる略平行光化の後、半透過反射型ホログラム２０２に
入射し、ここで，略円形化，収束光化のビーム整形と光
路の変換が行われる。他方、ディスク側からの反射光の
うち、半透過反射型ホログラム２０２を透過した発散光
は、グレーティングカップラ２０４Ａ，２０４Ｂに入射
して集光導波される。他の動作は、前記実施例２と同様
である。

【００６９】＜実施例６＞次に、図１２を参照しながら
実施例６について説明する。この実施例は、前記実施例
２におけるコリメートレンズ６２，半透過反射型グレー
ティング２２，及び対物レンズ６６の代わりに、半透過
反射型ホログラム２０６（一部破断して示している）を
用いたものである。また、グレーティングカップラ８８
Ａ，８８Ｂの代わりに、集光グレーティングカップラ２
０８Ａ，２０８Ｂが設けられている。

【００７０】前記半透過反射型ホログラム２０６は、半
導体レーザ６０から出力された発散光を、一点に集束す
る集束光に波面変換する光学パターンとなっている。実
施例６によれば、半導体レーザ６０から出力された楕円
形の発散光は、半透過反射型ホログラム２０６に入射
し、ここで略円形化，収束光化のビーム整形と光路の変
換が行われる。他方、ディスク側からの反射光のうち、
半透過反射型ホログラム２０６を透過した発散光は、グ
レーティングカップラ２０８Ａ，２０８Ｂに入射して集
光導波される。他の動作は、前記実施例２と同様であ
る。

【００７１】＜実施例７＞次に、図１３を参照しながら
実施例７について説明する。以下の実施例７〜９は、上
述した実施例４〜６の光集積回路を他の部品と一体駆動
するピックアップの実施例である。

【００７２】実施例７は、図１３に示すように、実施例
４の光集積回路３００，半導体レーザ６０，対物レンズ
６６を点線で示すように一体駆動するようにしたもので
ある。これらの部分が一体となってアクチュエータ（図
示せず）に固定されている。

【００７３】このような本実施例の一体駆動によれば、
次のような利点がある。 （1）半透過反射型ホログラム２００を用いているの
で、従来のバルク系一体駆動形の光ピックアップより光
学系を薄くすることができ、可動部の小型化，軽量化が
可能となる。また、可動部の小型・軽量化によって、駆
動感度や共振特性の改善にも効果的である。

【００７４】（2）半透過反射型ホログラム２００に対
する発光点や集光点の位置関係が一体駆動により一定と
なるため、発光点などの位置ずれによる波面収差が低減
され、波面収差に起因する集光スポットプロファイルの
崩れやスポット径の増大などによる情報記録性能の劣化
が低減される。

【００７５】（3）平行光束中で対物レンズのみを別途
駆動する場合は、対物レンズの移動範囲に応じてレンズ
入射前の光束径を大きくする必要がある。このため、対
物レンズに入射する光以外の光は捨てられることにな
り、効率が低下する。情報記録を行うときにレーザパワ
ーが限られていると、情報書込みパワーが十分にとれな
くなったりする。

【００７６】また、同一の出射角をもつ半導体レーザを
光源に用いた場合、光束径を大きくするためには、半導
体レーザと光集積回路との距離を大きくする必要があ
り、ピックアップ自体が大型化する。しかし、本実施例
では対物レンズを一体駆動しているので、そのような不
都合は生じない。

【００７７】このように、本実施例によれば、一体駆動
型の光ピックアップにおいて半透過反射型ホログラムを
用いることとしたので、部品点数削減による小型，軽
量，薄型化が可能となり、駆動特性の改善を図ることが
できる。

【００７８】＜実施例８＞次に、図１４を参照しながら
実施例８について説明する。実施例８は、同図に示すよ
うに、実施例５の光集積回路３０２，半導体レーザ６
０，コリメートレンズ６２を点線で示すように一体駆動
するようにしたものである。これらの部分が一体となっ
てアクチュエータ（図示せず）に固定されている。

【００７９】＜実施例９＞次に、図１５を参照しながら
実施例９について説明する。実施例９は、同図に示すよ
うに、実施例６の光集積回路３０４及び半導体レーザ６
０を点線で示すように一体駆動するようにしたものであ
る。これらの部分が一体となってアクチュエータ（図示
せず）に固定されている。この実施例は、前記実施例
７，８と比較しても、最も部品点数の少ない実施例であ
り、最も小型，軽量，薄型化を図ることができる。

【００８０】＜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、例えば次のようなも
のも含まれる。 （1）前記実施例では、グレーティングカップラを２つ
の領域に分割したが、グレーティングカップラを４つの
領域に分割し、対角位置にある２領域がそれぞれ同一の
偏光成分を検出できるように構成してもよい。また、演
算部をモノリシックに集積化するかどうかも、必要に応
じて適宜変更してよい。光検出器を２分割とするかどう
かも、必要に応じて適宜変更してよい。

【００８１】（2）その他、導波，集光，反射，光電変
換などの各素子のいずれを用いるかやその組み合わせ
も、必要に応じて適宜変更してよい。特に、グレーティ
ングカップラについては、入射光の直交する偏光成分を
検出できれば、どのような光学パターンとしてもよい。
各部に使用する材料や製造方法も、必要に応じて適宜変
更してよい。 （3）前記実施例は、主としてＭＤなどのような光磁気
ディスクに本発明を適用した場合であるが、もちろんＣ
Ｄなどのような位相ピットディスクなど、各種の記録媒
体に適用可能である。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。 （1）半透過反射型グレーティングを用いることとした
ので、格別な工程を必要とすることなく、集積度や生産
性の向上を図ることができる。 （2）半透過反射型ホログラムを用いることとしたの
で、複雑な波面変換を自由に行うとともに、部品点数を
低減して集積度の向上を図ることができる。 （3）更に、光源などを一体駆動することとしたので、
光ピックアップの小型，軽量，薄型化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す斜視図である。

【図２】実施例１の光集積回路の分解図である。

【図３】実施例１の側面図である。

【図４】グレーティングにおける光波長と最適入射角と
の関係を示す説明図である。

【図５】実施例１における光波長と最適入射角との関係
を示す説明図である。

【図６】実施例１と従来の光ピックアップとの対応を示
す説明図である。

【図７】実施例２を示す一部破断した斜視図である。

【図８】実施例２の光集積回路の分解図である。

【図９】実施例３の主要部分を示す斜視図である。

【図１０】実施例４を示す一部破断した斜視図である。

【図１１】実施例５を示す一部破断した斜視図である。

【図１２】実施例６を示す一部破断した斜視図である。

【図１３】実施例７を示す一部破断した斜視図である。

【図１４】実施例８を示す一部破断した斜視図である。

【図１５】実施例９を示す一部破断した斜視図である。

【図１６】先行技術の光集積回路を示す斜視図である。

【図１７】先行技術の光集積回路を示す側面図である。

【図１８】先行技術の光集積回路を示す側面図である。

【符号の説明】

１０…基板 １２Ａ，１２Ｂ…光検出器 １４…バッファ層 １６…導波層 １８Ａ，１８Ｂ…集光グレーティングカップラ ２０…バッファ層 ２２…半透過反射型グレーティング ２４…光集積回路 ２６…半導体レーザ ２８…コリメートレンズ ３０…対物レンズ ３２…ディスク ３２Ａ…磁気記録部 ６０…半導体レーザ ６２…コリメートレンズ ６４…半透過反射型グレーティング ６６…対物レンズ ６８…ディスク ８８Ａ，８８Ｂ…グレーティングカップラ ９０Ａ，９０Ｂ…導波路レンズ ９２Ａ，９２Ｂ…光検出器 ９４…演算部 １０４Ａ，１０４Ｂ…グレーティングカップラ １０６Ａ，１０６Ｂ…導波路レンズ １０８Ａ，１０８Ｂ…光検出器 １１０…演算部 ２００，２０２…半透過反射型グレーティング ２０４Ａ，２０４Ｂ…集光グレーティングカップラ ２０６…半透過反射型グレーティング ２０８Ａ，２０８Ｂ…集光グレーティングカップラ ３００，３０２，３０４…光集積回路 θ…角度 Δθ…角度ズレ λ…波長

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に薄膜によって形成された導波
   路、 入射光を、前記導波路の異なる光軸方向に分離導波する
   ための複数の結合領域を含み、前記導波路上に形成され
   たグレーティングカップラ、 これによって導波された光を検出するために、導波光軸
   上にそれぞれ設けられた複数の光検出器、 光源側からの光を整形して記録媒体側に出射するととも
   に、記録媒体側からの光を前記グレーティングカップラ
   側に透過する半透過反射型グレーティング、を備えたこ
   とを特徴とする光集積回路。
2. 【請求項２】 前記グレーティングカップラは、入射光
   を、偏光方向が直交する同一導波モードの光として、前
   記導波路の異なる光軸方向に分離導波するための複数の
   結合領域を含むことを特徴とする請求項１記載の光集積
   回路。
3. 【請求項３】 前記基板上に前記光検出器を集積化した
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の光集積回路。
4. 【請求項４】 前記光検出器の検出出力に演算を行っ
   て、入射光の検出信号を得るための演算部を、前記基板
   に集積化したことを特徴とする請求項３記載の光集積回
   路。
5. 【請求項５】 基板上に薄膜によって形成された導波
   路、 入射光を、前記導波路の異なる光軸方向に分離導波する
   ための複数の結合領域を含み、前記導波路上に形成され
   たグレーティングカップラ、 これによって導波された光を検出するために、導波光軸
   上にそれぞれ設けられた複数の光検出器、 光源側からの光を整形及び波面変換して記録媒体側に出
   射するとともに、記録媒体側からの光を前記グレーティ
   ングカップラ側に透過する半透過反射型ホログラム、を
   備えたことを特徴とする光集積回路。
6. 【請求項６】 前記グレーティングカップラは、入射光
   を、偏光方向が直交する同一導波モードの光として、前
   記導波路の異なる光軸方向に分離導波するための複数の
   結合領域を含むことを特徴とする請求項５記載の光集積
   回路。
7. 【請求項７】 前記基板上に前記光検出器を集積化した
   ことを特徴とする請求項５又は６記載の光集積回路。
8. 【請求項８】 前記光検出器の検出出力に演算を行っ
   て、入射光の検出信号を得るための演算部を、前記基板
   に集積化したことを特徴とする請求項７記載の光集積回
   路。
9. 【請求項９】 光の出射から記録媒体に対する集光に至
   る各部を、一体駆動できるように固定したことを特徴と
   する請求項５，６，７，又は８記載の光集積回路を用い
   た光ピックアップ。