JPH07287883A

JPH07287883A - 光集積回路

Info

Publication number: JPH07287883A
Application number: JP6104732A
Authority: JP
Inventors: Minoru Oyama; 実大山
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1994-04-19
Filing date: 1994-04-19
Publication date: 1995-10-31
Also published as: US5621715A

Abstract

(57)【要約】【目的】同一の導波モードで精度よく効率的に光を検
出でき、小型化，軽量化，低コスト化に好適な量産性に
優れた光集積回路を提供する。【構成】入射光束２２は、グレーティングカップラ１
４Ａ，１４Ｂによって導波層１２内に導入され、同一導
波モードであって偏光方向が直交する導波光２４Ａ，２
４Ｂとなる。偏光分離された導波光２４Ａ，２４Ｂは、
導波路レンズ１６Ａ，１６Ｂによって導波路端面に集光
され、光検出器１８Ａ，１８Ｂによって光電変換され、
それぞれ電気信号となる。入射光束２２の偏光方向が回
転すると、偏光方向の直交する導波光２４Ａ，２４Ｂの
強度が逆相で変化する。従って、演算部２０で両者の差
信号ＲＦDEFを求めるようにすれば、入射光束２２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。

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
ィスクなどの光情報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、光の偏光回転検出に好適な光
集積回路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。以下、いくつかの先行技術を
示す。

【０００３】（1）先行技術１図１８に示すものは検出光学系を導波路上に集積化した
光磁気ディスク用ピックアップの例であり、昭和６２年
春の第３４回応用物理学関係連合講演会予稿集，Ｐ．７
０９に開示されたものである。同図において、半導体レ
ーザ９００から出力された所定偏光方向のレーザ光は、
コリメートレンズ９０２に入射して平行光化される。平
行光となったレーザ光は、基板９０４の光導波路９０６
に形成された３焦点集光グレーティングカップラ９０８
を透過する。透過後のレーザ光は対物レンズ９１０に入
射し、更に光磁気ディスク９１２の磁気記録部９１４に
集光される。

【０００４】レーザ光が磁気記録部９１４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こ
とになる。反射レーザ光は、対物レンズ９１０を透過し
て３焦点集光グレーティングカップラ９０８に入射し、
これによって導波路９０６内に導かれる。

【０００５】３焦点集光グレーティングカップラ９０８
は、３つの集光グレーティングカップラによって構成さ
れている。これらのうち、中央の集光グレーティングカ
ップラはＴＭモードの導波光を，両端の集光グレーティ
ングカップラはＴＥモードの導波光を各々励振する特性
となっており、導波器におけるモード分散特性を利用し
た直交する２つの偏光素子として機能する。

【０００６】ＴＭモードの導波光は、フォトダイオード
９１６に入射して光電変換され、ＴＥモードの導波光
は、フォトダイオード９１８，９２０によって各々光電
変換される。これらフォトダイオード９１６，９１８，
９２０の出力信号は、複数のアンプによって構成された
演算部９２２に供給され、これによる演算によって、光
磁気ディスク９１２の磁気記録部９１４に記録された情
報の信号ＲＦが読み出されることになる。なお、このと
き、フォーカスエラーやトラッキングエラーの信号Ｆ
Ｅ，ＴＥも得られる。

【０００７】（2）先行技術２次に、特開昭６３−２６１５５７号公報には、光導波路
上に形成した集光性回折格子（集光グレーティングカッ
プラ）を用いることによって小型軽量化を図った光磁気
記録媒体用ピックアップが開示されている。これによれ
ば、前記先行技術と比較して導波路が二重となってい
る。

【０００８】（3）先行技術３次に、図１９に示す先行技術３は、同様に光磁気ディス
ク用のピックアップの例で、昭和６３年電子情報通信学
会秋季全国大会予稿集，Ｃ２２１に開示されたものであ
る。これによれば、ピックアップの検出光学系をフォト
ダイオードとともにモノリシック集積化するため、基板
９０４にＳｉ（シリコン）が用いられている。また、３
焦点集光グレーティングカップラ９０８上には、ハーフ
ミラー９３０が設けられており、半導体レーザ９００か
ら出力されてコリメートレンズ９０２でコリメートされ
たレーザ光は、このハーフミラー９３０で反射されて光
磁気ディスク９１２に入射する。

【０００９】（4）先行技術４次に、先行技術４は、平成３年秋季応用物理学会予稿集
１０ｐＺＮ−９に開示された光集積ピックアップ用の光
磁気信号検出素子で、半導体レーザから出力されてコリ
メートされたレーザ光は、プリズムカップラで反射され
て光磁気ディスクに入射する。また、光磁気ディスクで
反射されたレーザ光は、プリズムカップラを介して導波
路内に導入される。ＴＥ，ＴＭの各モードの光は、テー
パ結合部によって分離，検出される。

【００１０】（5）先行技術５次に、先行技術５は、特開平４−９５２５２号公報に開
示されたもので、媒体からの反射光は光カップラによっ
て導波される。導波光は、全反射ミラーによって反射さ
れた後、ＴＥ，ＴＭの各モードに分割されて検出され
る。

【００１１】（6）先行技術６次に、先行技術６は、特開平５−４７０３０号公報に開
示されたもので、図２０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９５２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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】（7）先行技術７次に、先行技術７は、特開平４−１４９８３０号公報に
開示されたものである。これによれば、グレーティング
カップラの長さをレーザ光の入射ビーム径より長くし、
その端面が一致するように設定することで、レーザ光を
導波路素子表面で直接反射してディスクに入射させてい
る。

【００２０】（8）先行技術８次に、先行技術８は、特開平３−１９２５４２号公報に
開示されたもので、素子上にプリズム，偏光ビームスプ
リッタが設けられており、これらによってレーザ光がデ
ィスクに照射される。

【００２１】（9）先行技術９次に、先行技術９は、特開平４−２８９５３１号公報に
開示されたもので、素子上にプリズムを設けることで、
ディスクに照射される光量と信号検出系に供給される光
量の増加を可能とするものである。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような先行技術には次のような不都合がある。（1）先行技術１〜６についていずれも、光集積回路技術を用いて光磁気ディスクや光
ディスクの信号検出を行おうとするものであるが、先行
技術６を除いては、電界の振動方向が直交する導波モー
ド，すなわちＴＥ，ＴＭの２つのモードに導波光を分離
して光信号の検出が行なわれるようになっている。この
ため、素子設計に際して両モードに対応した定数による
設計を行わなければならず、設計作業が煩雑になるとと
もに、十分な検出精度も得られにくい。

【００２３】１〜３の先行技術のように、ＴＭモード用
の集光グレーティングカップラを検光子として使用する
場合には、検出すべきレーザ光の偏光方向，すなわち光
磁気ディスク面内におけるトラックに平行な偏光成分
と、ＴＭモードの導波光の偏光方向とが一致していない
ため、検出効率が低下してしまうことになる。

【００２４】また、４，５の先行技術のようにＴＥ，Ｔ
Ｍモード分離用導波路ミラーを用いるものでは、ミラー
界面における散乱損失を抑えることが難しく、同様に検
出効率が低下してしまうことになる。

【００２５】更に、ＴＥ，ＴＭの異なるモードを使用す
ると、同一の薄膜でも導波モードによって伝搬損失が異
なる（西原ら,「光集積回路」（昭和60年,オーム社）の
P.20〜21参照），集光グレーティングカップラの面積や
両モードの光路が異なる，反射率や透過率も異なる，な
どによって検出信号レベルが異なるようになる。このた
め、差動検出によって光磁気信号を再生する際に、同相
雑音を十分に抑圧できず、微小な偏光回転の検出に不向
きであるという不都合がある。

【００２６】これに対し、先行技術６の例では、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、上述した１〜５の
先行技術の問題点は生じない。

【００２７】しかし、この先行技術６の例では、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。

【００２８】（2）先行技術３，７〜９についてこれらの先行技術は、いずれも光集積回路に往路のレー
ザ光の反射機能を持たせたものであるが、３の先行技術
では、バルク部品であるハーフミラーを取付ける作業が
必要となって作業が煩雑になる他、空間を確保する場合
はミラーの反対面の反射，干渉が生ずることがあり、更
に取付け方法が難しいという不都合がある。例えば、光
集積回路とハーフミラーとの間隙を接着剤などで充填す
る場合には、接着剤の屈折率や透過損失や気泡発生の防
止などを考慮する必要があり、組立作業が煩雑になる。
また、別部品とアセンブリするため、ウェハプロセスだ
けで一体に集積化できない。先行技術８，９についても
同様である。

【００２９】他方、先行技術７については、このような
別部品を用いる不都合はないが、光集積回路表面をその
まま利用しているため、ディスクに照射されるレーザ光
の偏光純度の低下を招くという不都合がある。

【００３０】本発明は、これらの点に着目したもので、
第１の目的は、同一の導波モードで精度よく効率的に光
を検出できる生産性の向上を図ることができる光集積回
路を提供することである。第２の目的は、応用装置の小
型化，軽量化に好適な低コストの光集積回路を提供する
ことである。第３の目的は、集積化に好適で量産性に優
れた光集積回路を提供することである。

【００３１】

【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、空間からの入射光を、偏光方向が直
交する同一導波モードの光として、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グレーティング
カップラを、薄膜による導波路上に形成し、これによっ
て導波された光を複数の光検出器で差動検出すること
で、その偏光回転を得ることを特徴とするものである。

【００３２】

【実施例】以下、本発明による光集積回路の実施例につ
いて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３３】＜実施例１＞最初に、図１〜図２を参照し
ながら、本発明の実施例１について説明する。図１
（Ａ）には実施例１の斜視図，図２には平面図が示され
ている。これらの図において、基板１０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１２
が形成されている。この導波層１２上にはグレーティン
グカップラ１４Ａ，１４Ｂが形成されており、それらの
出射光路上に、導波路レンズ１６Ａ，１６Ｂがそれぞれ
形成されている。また、導波路レンズ１６Ａ，１６Ｂの
集光位置であって基板１０の側面に、光検出器１８Ａ，
１８Ｂが端面結合されている。これら光検出器１８Ａ，
１８Ｂの信号出力側は、演算部２０に接続されている。

【００３４】これらのうち、グレーティングカップラ１
４Ａ，１４Ｂ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１４Ａ，１４Ｂ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。また、グレ
ーティングカップラ１４Ａ，１４Ｂの導波光の光軸は、
入射光光軸に直交する面内で見た時に、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。導波路レンズ１６
Ａ，１６Ｂは、フレネルゾーンレンズとなっている。

【００３５】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１０としては
誘電体材料が用いられる。導波層１２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１０上に形成
することで作製される。例えば、基板１０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＝１．５４）をＲＦ
スパッタ法で０．８μｍ製膜することで、導波層１２を
作製できる。もちろん、他の材料や膜厚でも可能であ
る。

【００３６】グレーティングカップラ１４Ａ，１４Ｂや
導波路レンズ１６Ａ，１６Ｂは、導波層１２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１０，導波層１２
の集光部端面１０Ａ，１０Ｂ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１８Ａ，１８Ｂの端面結合時の損失が低減できる。光
検出器１８Ａ，１８Ｂ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。な
お、これらの光集積回路素子の作製方法については、例
えば前述の「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。

【００３７】このような光集積回路は、図１（Ｂ）に示
すように、光磁気ディスク（図示せず）からの入射光光
軸に直交する平面に対し角度θを有するように配置され
ている。

【００３８】次に、本実施例の作用を説明する。ほぼコ
リメートされた入射光束２２は、グレーティングカップ
ラ１４Ａ，１４Ｂによって導波層１２内に導入され、導
波光２４Ａ，２４Ｂとなる。本実施例では、平行光束を
平行導波光に結合させる。ここで、グレーティングカッ
プラ１４Ａ，１４Ｂ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、図２に示すように、導波路面内におい
て導波光光軸２６Ａ，２６Ｂに直交する偏光成分のみが
導波光２４Ａ，２４Ｂとして取り出されたことになる。

【００３９】すなわち、結果として、グレーティングカ
ップラ１４Ａ，１４Ｂは、入射光束２２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２２の偏光方向の直交成分がそれぞれ得られること
になる。

【００４０】これらの偏光分離された２つのほぼ平行な
導波光２４Ａ，２４Ｂは、それぞれ導波路レンズ１６
Ａ，１６Ｂによって導波路端面に集光され、光検出器１
８Ａ，１８Ｂによって光電変換され、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
り入射光束２２の偏光方向が回転すると、偏光方向の直
交する導波光２４Ａ，２４Ｂの強度が逆相に変化する。
つまり、２４Ａが大きくなれば２４Ｂは小さくなり、２
４Ａが小さくなれば２４Ｂは大きくなる。このため、光
検出器１８Ａ，１８Ｂの出力信号も逆相で変化すること
になる。

【００４１】従って、演算部２０で両者の差信号ＲＦDE
Fを求めるようにすれば、入射光束２２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、入射光束２２
の大きさを検出することができる。

【００４２】このように、実施例１によれば、先行技術
で示したような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。

【００４３】また、前記先行技術６と比較しても、グレ
ーティングカップラから導波路レンズに至る偏光分離光
学系のみを集積化したために、必要とされる作製精度が
緩和され、量産性が向上する。温度，湿度などの影響も
低減され、耐環境性も向上する。更に、ディスクにレー
ザ光を投射する往路の光学系は、光集積回ではなく、従
来のバルク系で構成される。このため、本実施例をデー
タ書込み用の光ピックアップに適用した場合には、レー
ザ光のディスク入射効率を高くすることができ、従来と
同等のレーザダイオードを用いたとしてもレーザ光の書
込みパワーを確保することが容易である。

【００４４】＜実施例２＞次に、図３を参照しながら本
発明の実施例２について説明する。なお、前記実施例と
同様の構成部分又は前記実施例に対応する構成部分につ
いては、同一の符号を用いることとする（以下の実施例
についても同様である）。

【００４５】同図に示すように、グレーティングカップ
ラ１４Ａ，１４Ｂは、前記実施例１と同様である。この
グレーティングカップラ１４Ａ，１４Ｂの出射光軸上に
は、反射型レンズによる導波路レンズ３０Ａ，３０Ｂが
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３０Ａ，３０Ｂの
出射光軸上に光検出器３２Ａ，３２Ｂがそれぞれ設けら
れている。

【００４６】これらのうち、反射型の導波路レンズ３０
Ａ，３０Ｂ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１２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。

【００４７】光検出器３２Ａ，３２Ｂは、他の導波路レ
ンズなどの光学素子と同一の導波路上にモノリシックに
形成されており、また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。詳述すると、例えばＳｉ結晶の
基板１０上に表面熱酸化によりＳｉＯ2のバッファ層３
４（ｎ＝１．４６）を形成する。そして、その上に、前
記実施例と同様に、コーニング＃７０５９ガラス（ｎ＝
１．５４）による導波層１２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１４Ａ，１４Ｂは、Ｓ
ｉ−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。

【００４８】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３２Ａ，
３２Ｂを構成することができる。

【００４９】また、光検出器３２Ａ，３２Ｂ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なっている。これら光
検出器３２Ａ，３２Ｂの出力側は、端子３６Ａ，３６Ｂ
を介して演算部３８に接続されている。なお、点線で示
す部分については後述する。

【００５０】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、グレーティングカップラ１４Ａ，１
４Ｂによって入射瞳が２分割されて分離された同一モー
ドの導波光は、導波路レンズ３０Ａ，３０Ｂによって反
射されるとともに、光検出器３２Ａ，３２Ｂにそれぞれ
集光される。各光検出器３２Ａ，３２Ｂ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
３８にそれぞれ供給される。

【００５１】演算部３８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３２Ａ，
３２Ｂの信号の差からＲＦDEFが求められる。

【００５２】この実施例２によれば、前記実施例１と同
様の効果の他に、光検出器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という効
果が得られる。

【００５３】＜実施例３＞次に、図３及び図４を参照し
ながら、本発明の実施例３について説明する。この実施
例は、図３に示した実施例２とほぼ同じ構成で、光検出
器３２Ａ，３２Ｂ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，演算増幅手段を含む演算部
３８を、導波路基板上にモノリシックに形成したもので
あり、製造プロセスは、前記光検出器３２Ａ，３２Ｂの
製造プロセスを応用すればよい。その他の点は、前記実
施例２と同様である。

【００５４】この実施例は、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（ＯＥＩ
Ｃ）となっている。

【００５５】図４には、実施例２の光集積回路を用いた
光ディスク用のピックアップの構成例が示されている。
半導体レーザ４０から出射した発散レーザ光は、コリメ
ータレンズ４２によってほぼ平行な光束となる。この光
束はビームスプリッタ４４に入射する。そして、そのハ
ーフミラー面で反射された光束が、対物レンズ４６によ
ってディスク４８の情報記録面上に収束し、回折限界の
集光スポットを結ぶ。

【００５６】集光されたレーザ光は、ＣＤのような位相
ピットディスクの場合は強度変化による変調を受け、Ｍ
Ｄのような光磁気ディスクの場合は偏光回転による変調
を受ける。変調後のレーザ光は、前記往路と逆の経路で
再びビームスプリッタ４４に達し、そのハーフミラー面
を透過したレーザ光が光集積回路５０のグレーティング
カップラ１４Ａ，１４Ｂに入射する。以後は、上述した
光集積回路５０の作用によって電気信号に変換され、更
に演算部３８によってフォーカスエラー信号ＦＥ，トラ
ッキングエラー信号ＴＥ，読取り信号ＲＦがそれぞれ得
られる。なお、ＣＤ−ＷＯにおけるＡＴＩＰ信号やレコ
ーダブルＭＤにおけるＡＤＩＰ信号を演算部３８で検出
するようにしてもよい。

【００５７】このように、実施例３によれば、実施例２
と比較して演算手段も集積化したので、更に小型化の効
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。

【００５８】＜実施例４＞次に、図５を参照しながら、
本発明の実施例４について説明する。この実施例では、
グレーティングカップラ５１が４つの領域５１Ａ，５１
Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄに分割されており、対角位置にある
２領域，つまり５１Ａと５１Ｃ，５１Ｂと５１Ｄが、そ
れぞれ同一の偏光成分を検出できるように構成されてい
る。

【００５９】また、この例では、それ自体に集光機能を
もつ集光（フォーカシング）グレーティングカップラが
用いられており、このため導波路レンズを別に設ける必
要がない。グレーティングカップラ５０の各領域の光学
的パターンは、実施例１〜３と異なり、ほぼ平行，等間
隔の曲線群から成るいわゆるカーブドグレーティングカ
ップラとなっている。

【００６０】グレーティングカップラ５１の各領域５１
Ａ〜５１Ｄの出射光の集光位置には、２分割の光検出器
５２Ａ〜５２Ｄがそれぞれ設けられている。なお、これ
らの光検出器の出力から前記各種信号を演算する演算部
は、実施例２のように集積回路外としてもよいし、実施
例３のように集積回路３のように集積回路内に集積化す
るようにしてもよい。

【００６１】この実施例４によれば、同一の偏光成分を
検出する光検出器５２Ａと５２Ｃ，５２Ｂと５２Ｄの差
動出力を得ることで、対物レンズなどの傾角や光束の光
強度分布のアンバランスをキャンセルできる。また、位
相ピットディスクにおいては、いわゆるヘテロダイン方
式のトラッキングエラー信号を得ることができる。

【００６２】＜実施例５＞次に、図６を参照しながら本
発明の実施例５について説明する。この実施例は、基本
的には前記実施例２と同様の構成であるが、グレーティ
ングカップラ６０をほぼ正方形とし、グレーティング領
域６０Ａ，６０Ｂの出射端６２Ａ，６２Ｂを波面とほぼ
平行にすることで収差の低減を図っている。また、導波
路レンズ６４Ａ，６４Ｂとしてジオデシックレンズが用
いられており、導波層１２の端面を利用した端面ミラー
６６Ａ，６６Ｂによる折返し光学系となっている。その
他の点は、前記実施例３と同様である。

【００６３】＜実施例６＞次に、図７〜図１７を参照し
ながら本発明の実施例６について説明する。上述した実
施例１〜５は、偏光分離，集光，光電変換の各機能、あ
るいは信号の演算処理の機能を集積化したものである。
例えば、図４に示したピックアップを集積化しない従来
の素子で構成したとすると、図７に示すようになる。同
図において、光集積回路５０のグレーティングカップラ
１４Ａ，１４Ｂは偏光ビームスプリッタ７０に相当し、
導波路レンズ３０Ａは検出レンズ７２Ａ，シリンドリカ
ルレンズ７４Ａに相当する。また、導波路レンズ３０Ｂ
は検出レンズ７２Ｂ，シリンドリカルレンズ７４Ｂに相
当する。光検出器３２Ａ，３２Ｂは光検出器７６Ａ，７
６Ｂにそれぞれ相当し、演算部３６は演算部７８に相当
する。

【００６４】なお、対物レンズ４６に代えて、偏光ビー
ムスプリッタ４４の出力側に立ち上げミラー８０を設
け、この立ち上げミラー８０の反射出力側に対物レンズ
８２を設けるようなタイプとしてもよい。

【００６５】これに対し、以下の実施例は、図８に示す
ように、光集積回路９０がビームスプリッタ４４や立上
げミラー８０の機能も含むように集積化したものであ
り、図９に示すようになる。光集積回路９０は、図１０
（Ａ）に示すように、上述したいずれかの光集積回路，
例えば実施例２の光集積回路上にハーフミラー９２を設
けた構成となっている。同図（Ｂ）には、そのようすが
分解して示されている。また、同図の＃１−＃１線に沿
って矢印方向に見た断面が図１１に示されており、＃２
−＃２線に沿って矢印方向に見た断面が図１２に示され
ている。

【００６６】これら図１０〜図１２において、基板１０
からグレーティングカップラ１４Ａ，１４Ｂの形成工程
や材料は、上述した通りである。グレーティングカップ
ラ１４Ａ，１４Ｂ上には、ＯＣＤなど各種の液状コーテ
ィング材料によるスピンコートによってバッファ層９４
が形成される。そしてその上に、ＡUをスパッタリング
で製膜することで、ハーフミラー９２が形成される。

【００６７】本実施例の作用を図９を参照して説明する
と、半導体レーザ４０から出力させたレーザ光は、コリ
メータレンズ４２によっほぼ平行光化された後、光集積
回路９０に入射する。そして、その表面のハーフミラー
９２によって反射されたレーザ光は、対物レンズ４６に
よってディスク４８に入射する。ディスク４８によって
反射されたレーザ光は、再び対物レンズ４６を介して光
集積回路９０に入射する。そして、その表面のハーフミ
ラー９２を透過した光がグレーティングカップラ１４
Ａ，１４Ｂに入射し、更には導波層１２内に導波され
る。以後は、前記実施例２と同様である。

【００６８】図１１には、グレーティングカップラ１４
Ａ，１４Ｂによって導波層１２内に導波され、更に導波
路レンズ３０Ａ，３０Ｂによって反射される光のようす
が矢印Ｆ１で示されている。図１２には、導波路レンズ
３０Ａ，３０Ｂで反射されて光検出器３２Ａ，３２Ｂに
入射する光のようすが矢印Ｆ２で示されている。

【００６９】このように、実施例６によれば、ハーフミ
ラー９２，バッファ層９４のいずれも、他の部分と同様
の薄膜プロセス（ウェハプロセス）で一体型素子として
形成することができるため、一連の工程で大量生産が可
能となり、高精度で安価に光集積回路を作製できるとい
う利点がある。

【００７０】ところで、本実施例が適用される光集積回
路としては、上述した実施例２以外のものを用いてもよ
いが、特に実施例２（あるいは実施例３）に示した折返
し光学系とした光集積回路に適用すると、ピックアップ
全体の高さを抑えることができ、非常に有効である。

【００７１】まず、上述した先行技術のピックアップに
ついてその高さを検討する。図１３には、図１９の光集
積回路を用いたピックアップが示されている。この場
合、高さＨ１はビーム径に相当する。このビーム径Ｈ１
は、使用するレーザ光の波長や対物レンズ９１０のＮＡ
（開口数）などで決まってしまう。また、このビーム径
Ｈ１を含む高さＨ２は、ミラーとして作用するために必
要とされる高さであり、Ｈ１の大きさに依存して決ま
る。

【００７２】これに対し、高さＨ３は、グレーティング
カップラ９０８によって導波された光を光検出器９１６
などに導くための導波光路長Ｈ４に対応するもので、こ
れを小さくすることで、ピックアップとしての高さを小
さくすることができる。しかし、先行技術として挙げた
例は全て導波光路長Ｈ４が長く、ピックアップが高くな
ってしまう。このような長い導波光路長Ｈ４は、光集積
回路における小型化という利点を大方相殺してしまうも
のである。

【００７３】これに対し、本実施例では、グレーティン
グカップラ１４Ａ，１４Ｂによる導波方向が４５゜の方
向となっており、更に反射型の導波路レンズ３０Ａ，３
０Ｂによって折返し光学系が構成されているので、図９
に示すようにピックアップの高さを大幅に低減すること
が可能となる。

【００７４】この点を図１４を参照して説明すると、グ
レーティングカップラ１４Ｂから出射されたレーザ光
は、４５゜の方向に進行し、導波路レンズ３０Ｂで反
射，集光されて光検出器３２Ｂに入射する。このとき、
線Ｌで示すように、グレーティングカップラ１４Ｂの最
も内側（下側）から出射されたレーザ光がグレーティン
グカップラ１４Ｂの外縁を通るように導波路レンズ３０
Ｂを設計すれば、導波光路長Ｈ４を短くすることがで
き、高さも低くなる。反対側の導波路レンズ３０Ａにつ
いても同様である。

【００７５】ここで、図１５に示すように、グレーティ
ングカップラ１００が４５゜になっていないとすると、
同様の条件を満たす導波路レンズ３０Ｂの位置は同図に
示すようになり、導波光路長Ｈ４は大きくなってしま
う。図１６のようにミラー１０２を用いた例では、更に
導波光路長Ｈ４が大きくなる。導波路レンズ３０Ｂを図
１４のように配置して導波光路長Ｈ４を無理に小さくす
ると、図１７に示すように導波路レンズ３０Ｂによって
反射された光がグレーティングカップラ１００内を通過
するようになり、折返し後の導波光がグレーティングカ
ップラ１００を通過する際に再び空間光として放出さ
れ、光検出器３２Ｂに入射する光量が減衰してしまう。
また、導波路レンズ３０Ｂにおける光の反射角φが小さ
くなるため、透過散乱光が増加し、反射効率が減少して
しまう（前記「光集積回路」ｐ２５９〜２６１参照）。

【００７６】本実施例によれば、グレーティングカップ
ラが左右とも４５゜の外向きの導波光軸となっているた
め、折り返し後の光が再びグレーディング領域内を通過
しない構成とすることができ、導波光路長Ｈ４が小さく
なってピックアップ高さを低減できる。

【００７７】＜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）実施例３では演算部も集積化したが、他の実施例
でも演算部を集積化してよい。また、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。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。（2）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。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光集
積回路によれば、次のような効果がある。（1）空間からの入射光を、偏光方向が直交する同一導
波モードで導波して検出することとしたので、精度よく
効率的に光を検出できる。（2）光検出器や演算部も集積化することとしたので、
応用装置の小型化，軽量化，低コスト化を図ることがで
き、量産性にも優れている。（3）ハーフミラー層を設けることとしたので、更に集
積化が達成でき、量産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光集積回路の実施例１を示す斜視
図である。

【図２】実施例１の平面図である。

【図３】本発明の実施例２，３を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施例３によるピックアップを示す斜
視図である。

【図５】本発明の実施例４を示す斜視図である。

【図６】本発明の実施例５を示す斜視図である。

【図７】前記実施例によるピックアップと従来の光学系
によるピックアップとの対応を示す説明図である。

【図８】実施例６によるピックアップと従来の光学系に
よるピックアップとの対応を示す説明図である。

【図９】実施例６によるピックアップを示す側面図であ
る。

【図１０】実施例６の光集積回路を示す斜視図である。

【図１１】図１０の＃１−＃１線に沿って矢印方向に見
た断面図である。

【図１２】図１０の＃２−＃２線に沿って矢印方向に見
た断面図である。

【図１３】先行技術の光集積回路によるピックアップを
示す側面図である。

【図１４】実施例６におけるピックアップ高さを示す説
明図である。

【図１５】先行技術におけるピックアップ高さを示す説
明図である。

【図１６】先行技術におけるピックアップ高さを示す説
明図である。

【図１７】先行技術におけるピックアップ高さを示す説
明図である。

【図１８】先行技術の光集積回路を示す斜視図である。

【図１９】先行技術の光集積回路を示す斜視図である。

【図２０】先行技術の光集積回路を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０…基板１２…導波路１４Ａ，１４Ｂ…グレーティングカップラ１６Ａ，１６Ｂ…導波路レンズ１８Ａ，１８Ｂ…光検出器２０…演算部２２…入射光束２４Ａ，２４Ｂ…導波光２６Ａ，２６Ｂ…導波光光軸３０Ａ，３０Ｂ…導波路レンズ３２Ａ，３２Ｂ…光検出器３４…バッファ層３６Ａ，３６Ｂ…端子３８…演算部４０…半導体レーザ４２…コリメータレンズ４４…ビームスプリッタ４６…対物レンズ４８…ディスク５０…光集積回路５１…グレーティングカップラ５１Ａ〜５１Ｄ…領域５２Ａ〜５２Ｄ…光検出器６０Ａ，６０Ｂ…グレーティングカップラ６４Ａ，６４Ｂ…導波路レンズ６６Ａ，６６Ｂ…端面ミラー９０…光集積回路９２…ハーフミラー９４…バッファ層Ｈ１…ビーム径Ｈ２，Ｈ３…ピックアップの高さＨ４…導波光路長

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜によって基板上に形成された導波
路；空間からの入射光を、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
された光の偏光回転を差動検出するために、導波光軸上
にそれぞれ設けられた複数の光検出器；を備えたことを
特徴とする光集積回路。
【請求項２】各導波光軸のそれぞれに少なくとも１つ
の光学素子を配置したことを特徴とする請求項１記載の
光集積回路。
【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に記載の光集積回路。
【請求項４】前記光検出器の検出出力に演算を行っ
て、入射光の偏光回転の信号を得るための演算部を備え
たことを特徴とする請求項１，２，又は３に記載の光集
積回路。
【請求項５】前記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４記載の光集積回路。
【請求項６】前記グレーティングカップラ上に形成さ
れたバッファ層；このバッファ層上に形成されたハーフ
ミラー層；を備えたことを特徴とする請求項１，２，
３，４，又は５に記載の光集積回路。