JPH08304616A - グレーティングレンズ及びこれを用いた光学ヘッド - Google Patents
グレーティングレンズ及びこれを用いた光学ヘッドInfo
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- JPH08304616A JPH08304616A JP7127158A JP12715895A JPH08304616A JP H08304616 A JPH08304616 A JP H08304616A JP 7127158 A JP7127158 A JP 7127158A JP 12715895 A JP12715895 A JP 12715895A JP H08304616 A JPH08304616 A JP H08304616A
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- Japan
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- lens
- substrate
- quantum well
- optical head
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電気的に焦点制御を可能としたグレーティン
グレンズ及びこれを用いた光学ヘッドを提供する。 【構成】 入射平面波を球面波に変換するグレーティン
グレンズであって、ｐ型半導体基板１１上にＭＱＷ層１
２が形成され、ＭＱＷ層１２の表面にグレーティング輪
帯１４が加工され、このＭＱＷ層１２を覆ってｎ型クラ
ッド層１３が形成される。クラッド層１３の表面と基板
１１の裏面にはそれぞれ電極１５，１６が形成され、こ
れらの電極１５，１６間に電圧を印加してＭＱＷ層１２
の実効屈折率を可変制御することにより、焦点制御を行
う。
グレンズ及びこれを用いた光学ヘッドを提供する。 【構成】 入射平面波を球面波に変換するグレーティン
グレンズであって、ｐ型半導体基板１１上にＭＱＷ層１
２が形成され、ＭＱＷ層１２の表面にグレーティング輪
帯１４が加工され、このＭＱＷ層１２を覆ってｎ型クラ
ッド層１３が形成される。クラッド層１３の表面と基板
１１の裏面にはそれぞれ電極１５，１６が形成され、こ
れらの電極１５，１６間に電圧を印加してＭＱＷ層１２
の実効屈折率を可変制御することにより、焦点制御を行
う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、入射平面波を球面波
に変換するグレーティングレンズ及びこれを用いた光学
ヘッドに関する。
に変換するグレーティングレンズ及びこれを用いた光学
ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＤ等の光学ディスクに用いられる光学
ヘッド（ピックアップヘッド）を小型且つ安価にする技
術として、従来より対物レンズをプラスチック材料によ
り形成されたグレーティングレンズに置き換える提案が
なされている。高精度が要求される光学系には高価なガ
ラス組み合わせレンズが必要であるが、光学ヘッドの対
物レンズは自動焦点制御機能をもつアクチュエータと共
に用いられるため、それ程の精度が要求されないためで
ある。
ヘッド（ピックアップヘッド）を小型且つ安価にする技
術として、従来より対物レンズをプラスチック材料によ
り形成されたグレーティングレンズに置き換える提案が
なされている。高精度が要求される光学系には高価なガ
ラス組み合わせレンズが必要であるが、光学ヘッドの対
物レンズは自動焦点制御機能をもつアクチュエータと共
に用いられるため、それ程の精度が要求されないためで
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、光学ヘッドの
対物レンズにグレーティングレンズを用いた場合にも、
焦点制御のためにモータを用いたのでは、光学ヘッド機
構全体はまだ複雑で、アクセスの高速化も難しい。
対物レンズにグレーティングレンズを用いた場合にも、
焦点制御のためにモータを用いたのでは、光学ヘッド機
構全体はまだ複雑で、アクセスの高速化も難しい。
【０００４】この発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、モータ等を用いることなく、電気的に焦点制御を可
能としたグレーティングレンズ及びこれを用いた光学ヘ
ッドを提供することを目的としている。
で、モータ等を用いることなく、電気的に焦点制御を可
能としたグレーティングレンズ及びこれを用いた光学ヘ
ッドを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、入射平面波
を球面波に変換するグレーティングレンズであって、第
１導電型の半導体基板と、この基板上に形成され表面に
グレーティング輪帯が加工された多重量子井戸層と、こ
の多重量子井戸層を覆って形成された第２導電型のクラ
ッド層と、このクラッド層の表面と前記基板の裏面に形
成された前記多重量子井戸層の実効屈折率を可変制御す
る電界を印加するための電極とを有することを特徴とし
ている。
を球面波に変換するグレーティングレンズであって、第
１導電型の半導体基板と、この基板上に形成され表面に
グレーティング輪帯が加工された多重量子井戸層と、こ
の多重量子井戸層を覆って形成された第２導電型のクラ
ッド層と、このクラッド層の表面と前記基板の裏面に形
成された前記多重量子井戸層の実効屈折率を可変制御す
る電界を印加するための電極とを有することを特徴とし
ている。
【０００６】この発明はまた、入射平行光を集光して光
学ディスクの記録面に照射する対物レンズを有する光学
ヘッドにおいて、前記対物レンズは、第１導電型の半導
体基板と、この基板上に形成され表面にグレーティング
輪帯が加工された多重量子井戸層と、この多重量子井戸
層を覆って形成された第２導電型のクラッド層と、この
クラッド層の表面と前記基板の裏面に形成された前記多
重量子井戸層の実効屈折率を可変制御する電界を印加す
るための電極とを有するグレーティングレンズであるこ
とを特徴としている。
学ディスクの記録面に照射する対物レンズを有する光学
ヘッドにおいて、前記対物レンズは、第１導電型の半導
体基板と、この基板上に形成され表面にグレーティング
輪帯が加工された多重量子井戸層と、この多重量子井戸
層を覆って形成された第２導電型のクラッド層と、この
クラッド層の表面と前記基板の裏面に形成された前記多
重量子井戸層の実効屈折率を可変制御する電界を印加す
るための電極とを有するグレーティングレンズであるこ
とを特徴としている。
【０００７】
【作用】多重量子井戸（ＭＱＷ）層に電界を印加する
と、その実効屈折率が変化することは、量子閉じ込めシ
ュタルク効果（ＱＣＳＥ）として知られている。この発
明によるグレーティングレンズは、チャープグレーティ
ング部をＭＱＷ構造とし、且つこのＭＱＷ層を上下から
逆導電型半導体で挟む構造として、電界を印加してＭＱ
Ｗ層の実効屈折率を可変制御することにより、電気的に
焦点を制御できるようにしている。このようなグレーテ
ィングレンズを対物レンズとして光学ヘッドを構成すれ
ば、焦点制御のためのモータを必要とせず、光学ヘッド
機構が小型且つ軽量化され、従来にない高速アクセスも
可能になる。
と、その実効屈折率が変化することは、量子閉じ込めシ
ュタルク効果（ＱＣＳＥ）として知られている。この発
明によるグレーティングレンズは、チャープグレーティ
ング部をＭＱＷ構造とし、且つこのＭＱＷ層を上下から
逆導電型半導体で挟む構造として、電界を印加してＭＱ
Ｗ層の実効屈折率を可変制御することにより、電気的に
焦点を制御できるようにしている。このようなグレーテ
ィングレンズを対物レンズとして光学ヘッドを構成すれ
ば、焦点制御のためのモータを必要とせず、光学ヘッド
機構が小型且つ軽量化され、従来にない高速アクセスも
可能になる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図１（ａ）（ｂ）は、この発明の一実施例に
かかるグレーティングレンズの平面図とそのＡ−Ａ′断
面図である。このグレーティングレンズは、ｐ型半導体
基板１１と、この上に形成されたｉ型ＭＱＷ層層１２
と、このＭＱＷ層１２を覆うように形成されたｎ型クラ
ッド層１３とから構成されている。
説明する。図１（ａ）（ｂ）は、この発明の一実施例に
かかるグレーティングレンズの平面図とそのＡ−Ａ′断
面図である。このグレーティングレンズは、ｐ型半導体
基板１１と、この上に形成されたｉ型ＭＱＷ層層１２
と、このＭＱＷ層１２を覆うように形成されたｎ型クラ
ッド層１３とから構成されている。
【０００９】具体的には例えば、基板１１にＩｎＰを用
いたとき、ＭＱＷ層１２はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ又は
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰとし、クラッド層はＩ
ｎＰとする。また基板１１にＧａＡｓを用いた場合に
は、ＭＱＷ層１２として、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓを用
い、クラッド層１３としてＧａＡｓを用いることができ
る。
いたとき、ＭＱＷ層１２はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ又は
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰとし、クラッド層はＩ
ｎＰとする。また基板１１にＧａＡｓを用いた場合に
は、ＭＱＷ層１２として、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓを用
い、クラッド層１３としてＧａＡｓを用いることができ
る。
【００１０】ＭＱＷ層１２の表面には、クラッド層１３
の形成前に、グレーティング輪帯１４が加工されてい
る。グレーティング輪帯１４は、中央部から周辺に行く
につれて周期が徐々に小さくなる、いわゆるチャープグ
レーティングである。この様なグレーティング輪帯１４
の加工は、ＭＱＷ層１２の表面にレジストを塗布し、露
光量分布を制御したＥＢ直接描画を行い、現像処理して
斜面をもつレジストパターンを形成した後、エッチング
を行うことで可能である。
の形成前に、グレーティング輪帯１４が加工されてい
る。グレーティング輪帯１４は、中央部から周辺に行く
につれて周期が徐々に小さくなる、いわゆるチャープグ
レーティングである。この様なグレーティング輪帯１４
の加工は、ＭＱＷ層１２の表面にレジストを塗布し、露
光量分布を制御したＥＢ直接描画を行い、現像処理して
斜面をもつレジストパターンを形成した後、エッチング
を行うことで可能である。
【００１１】クラッド層１３の表面には、グレーティン
グ輪帯１４の周囲を取り囲むように電極１５が形成さ
れ、基板１１の裏面にはこれに対向する電極１６が形成
されている。これらの電極１５，１６に、ｎ型クラッド
層１３側が正、基板１１側が負となる逆バイアス電圧を
印加することにより、ＭＱＷ層１２に電界をかけること
ためのものである。
グ輪帯１４の周囲を取り囲むように電極１５が形成さ
れ、基板１１の裏面にはこれに対向する電極１６が形成
されている。これらの電極１５，１６に、ｎ型クラッド
層１３側が正、基板１１側が負となる逆バイアス電圧を
印加することにより、ＭＱＷ層１２に電界をかけること
ためのものである。
【００１２】この実施例のグレーティングレンズは、基
板１１の裏面側に平面波を入射させたとき、グレーティ
ング輪帯１４での回折により球面波に変換される。即ち
入射平行光をグレーティング輪帯１４で決まる所定の焦
点距離位置に集光させることができる。そしてこのと
き、電極１５，１６間に逆バイアスとなる電圧を印加す
ると、ＭＱＷ層１２の実効屈折率を可変制御することが
でき、これにより焦点制御を行うことができる。
板１１の裏面側に平面波を入射させたとき、グレーティ
ング輪帯１４での回折により球面波に変換される。即ち
入射平行光をグレーティング輪帯１４で決まる所定の焦
点距離位置に集光させることができる。そしてこのと
き、電極１５，１６間に逆バイアスとなる電圧を印加す
ると、ＭＱＷ層１２の実効屈折率を可変制御することが
でき、これにより焦点制御を行うことができる。
【００１３】具体的にどの程度の焦点制御が可能である
かを、次に説明する。図２は、図１のグレーティングレ
ンズの一部を拡大して、入射平行光が集光する様子を示
している。図２に示すように、ｍ番目の輪帯（最内周の
輪帯をｍ＝１とする）を出た光線と中心を通る基準光線
との光路差が波長の整数倍であれば、二つの光は互いに
強め合うから、ｍ番目の輪帯半径ｒm とグレーティング
溝の深さｈm の間に下記数１が成立する。
かを、次に説明する。図２は、図１のグレーティングレ
ンズの一部を拡大して、入射平行光が集光する様子を示
している。図２に示すように、ｍ番目の輪帯（最内周の
輪帯をｍ＝１とする）を出た光線と中心を通る基準光線
との光路差が波長の整数倍であれば、二つの光は互いに
強め合うから、ｍ番目の輪帯半径ｒm とグレーティング
溝の深さｈm の間に下記数１が成立する。
【００１４】
【数１】 ［｛ｒm −（ｄ−ｈm ）ｔａｎθm ｝2 ＋（ｆ−ｄ）2 ］1/2 ＋ｎc （ｄ−ｈm ）／ｃｏｓθm ＋ｎM ｈm −｛ｆ−ｄ＋ｎc （ｄ−ｈ1 ）＋ｎM ｈ1 ｝ ＝［｛ｒm −（ｄ−ｈm ）ｔａｎθm ｝2 ＋（ｆ−ｄ）2 ］1/2 −（ｆ−ｄ）−ｎc （ｈm ／ｃｏｓθm −ｈm ）＋ｎM （ｈm −ｈ1 ） ＝ｍλ
【００１５】また、下記数２の関係が得られる。
【００１６】
【数２】 ｎc ｈm ／ｃｏｓθm −ｎM ｈm −ｈm ｔａｎθm ｓｉｎθm ′＝λ ｈm ＝λ／（ｎc ／ｃｏｓθm −ｎM −ｔａｎθm ｓｉｎθm ′）
【００１７】以上において、ｈm ，λ，ｆ，ｎc 及びｎ
M はそれぞれ、グレーティング輪帯の深さ，レーザ波
長，レンズ焦点距離，クラッド層の屈折率及びＭＱＷ層
の屈折率である。また、スネルの法則から、ｓｉｎθm
＝ｓｉｎθm ′／ｎc であり、これを用いて下記数３が
得られる。
M はそれぞれ、グレーティング輪帯の深さ，レーザ波
長，レンズ焦点距離，クラッド層の屈折率及びＭＱＷ層
の屈折率である。また、スネルの法則から、ｓｉｎθm
＝ｓｉｎθm ′／ｎc であり、これを用いて下記数３が
得られる。
【００１８】
【数３】 ｓｉｎθm ′＝ （ｒm −ｄｔａｎθm ）／｛（ｆ−ｄ）2 ＋（ｒm −ｄｔａｎθm ）2 ｝1/2
【００１９】ここで、ｈm 《ｄ《ｒm 《ｆであるから、
数３は、近似的に下記数４のように書き換えられる。
数３は、近似的に下記数４のように書き換えられる。
【００２０】
【数４】ｓｉｎθm ′＝ｒm ／（ｆ2 ＋ｒm 2 ）1/2
【００２１】これを用いて数１は、下記数５のように近
似される。
似される。
【００２２】
【数５】 ｛ｒm 2 ＋（ｆ−ｄ）2 ｝1/2 −（ｆ−ｄ）＝ｍλ
【００２３】数５を変形すると、下記数６が得られる。
【００２４】
【数６】ｒm ＝｛ｍ2 λ2 ＋２ｍλ（ｆ−ｄ）｝1/2
【００２５】以上の条件で作られたグレーティングレン
ズ輪帯群においてＭＱＷ層の屈折率を可変すると、下記
数７の関係が得られる。
ズ輪帯群においてＭＱＷ層の屈折率を可変すると、下記
数７の関係が得られる。
【００２６】
【数７】 ｎc ｄ／ｃｏｓθm ＋（ｆ−ｄ）ｃｏｓθm ′ −｛ｆ−ｄ＋ｎc （ｄ−ｈ）＋ｎM ｈ1 ｝ ＝ｎc ｄ（１／ｃｏｓθm −１）＋（ｆ−ｄ）（１／ｃｏｓθm ′−１）ｎc ｈ −ｎM ｈ1 ＝ｍλ
【００２７】上の関係を図に示すと、図４のようにな
る。即ち、図４を用いてＭＱＷ層の屈折率変化に応じた
焦点距離を求めることができ、屈折率変化がない場合
（電界無印加時）の焦点距離が２０．３ｍｍであるのに
対し、例えば屈折率変化が０．２％の場合には焦点距離
は約０．４ｍｍ程度変化する事が分かる。
る。即ち、図４を用いてＭＱＷ層の屈折率変化に応じた
焦点距離を求めることができ、屈折率変化がない場合
（電界無印加時）の焦点距離が２０．３ｍｍであるのに
対し、例えば屈折率変化が０．２％の場合には焦点距離
は約０．４ｍｍ程度変化する事が分かる。
【００２８】図３は、上記実施例によるグレーティング
レンズを対物レンズとして用いた光学ヘッドの実施例で
ある。ＣＤ等のピット記録がなされたディスク３１に対
向する対物レンズ３２に上記実施例のグレーティングレ
ンズを用いている。半導体レーザ３３の出力光ビーム
は、偏光ビームスプリッタ３４を通り、コリメータレン
ズ３５で平行光ビームに変換され、プリズムミラー３
６、１／４波長板３７を介して対物レンズ３２に入射さ
れる。ディスク３１からの反射光は、ビームスプリッタ
３４により分離されてレンズ３８を通り、４分割フォト
ダイオード３９により受光される。
レンズを対物レンズとして用いた光学ヘッドの実施例で
ある。ＣＤ等のピット記録がなされたディスク３１に対
向する対物レンズ３２に上記実施例のグレーティングレ
ンズを用いている。半導体レーザ３３の出力光ビーム
は、偏光ビームスプリッタ３４を通り、コリメータレン
ズ３５で平行光ビームに変換され、プリズムミラー３
６、１／４波長板３７を介して対物レンズ３２に入射さ
れる。ディスク３１からの反射光は、ビームスプリッタ
３４により分離されてレンズ３８を通り、４分割フォト
ダイオード３９により受光される。
【００２９】４分割フォトダイオード３９からは、フォ
ーカスエラー信号が得られる。このフォーカスエラー信
号を用いて、対物レンズ３２の電極に印加する電圧を制
御することにより、自動焦点制御が行われることにな
る。従って、従来のような機械的な焦点制御、そのため
の対物レンズ駆動モータを必要としない。
ーカスエラー信号が得られる。このフォーカスエラー信
号を用いて、対物レンズ３２の電極に印加する電圧を制
御することにより、自動焦点制御が行われることにな
る。従って、従来のような機械的な焦点制御、そのため
の対物レンズ駆動モータを必要としない。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、チ
ャープグレーティング部をＭＱＷ構造とし、電界を印加
してＭＱＷ層の実効屈折率を可変制御することにより、
電気的に焦点を制御できるようにしたグレーティングレ
ンズが得られる。またこのようなグレーティングレンズ
を対物レンズとして光学ヘッドを構成することにより、
焦点制御のためのモータを必要とせず、光学ヘッド機構
の小型軽量化と高速アクセスを実現できる。
ャープグレーティング部をＭＱＷ構造とし、電界を印加
してＭＱＷ層の実効屈折率を可変制御することにより、
電気的に焦点を制御できるようにしたグレーティングレ
ンズが得られる。またこのようなグレーティングレンズ
を対物レンズとして光学ヘッドを構成することにより、
焦点制御のためのモータを必要とせず、光学ヘッド機構
の小型軽量化と高速アクセスを実現できる。
【図１】 この発明の一実施例によるグレーティングレ
ンズを示す。
ンズを示す。
【図２】 同実施例のグレーティングレンズによる集光
の様子を示す。
の様子を示す。
【図３】 同実施例のグレーティングレンズを対物レン
ズとして用いた光学ヘッドの構成を示す。
ズとして用いた光学ヘッドの構成を示す。
【図４】 同実施例のグレーティングレンズの焦点可変
特性を示す。
特性を示す。
１１…ｐ型半導体基板、１２…ｉ型ＭＱＷ層、１３…ｎ
型クラッド層、１４…グレーティング輪帯、１５，１６
…電極、３１…ディスク、３２…対物レンズ、３３…半
導体レーザ、３４…ビームスプリッタ、３５…コリメー
タレンズ、３６…プリズムミラー、３７…１／４波長
板、３８…レンズ、３９…４分割フォトダイオード。
型クラッド層、１４…グレーティング輪帯、１５，１６
…電極、３１…ディスク、３２…対物レンズ、３３…半
導体レーザ、３４…ビームスプリッタ、３５…コリメー
タレンズ、３６…プリズムミラー、３７…１／４波長
板、３８…レンズ、３９…４分割フォトダイオード。
Claims (2)
- 【請求項１】 入射平面波を球面波に変換するグレーテ
ィングレンズであって、 第１導電型の半導体基板と、 この基板上に形成され表面にグレーティング輪帯が加工
された多重量子井戸層と、 この多重量子井戸層を覆って形成された第２導電型のク
ラッド層と、 このクラッド層の表面と前記基板の裏面に形成された前
記多重量子井戸層の実効屈折率を可変制御する電界を印
加するための電極とを有することを特徴とするグレーテ
ィングレンズ。 - 【請求項２】 入射平行光を集光して光学ディスクの記
録面に照射する対物レンズを有する光学ヘッドにおい
て、 前記対物レンズは、 第１導電型の半導体基板と、この基板上に形成され表面
にグレーティング輪帯が加工された多重量子井戸層と、
この多重量子井戸層を覆って形成された第２導電型のク
ラッド層と、このクラッド層の表面と前記基板の裏面に
形成された前記多重量子井戸層の実効屈折率を可変制御
する電界を印加するための電極とを有するグレーティン
グレンズであることを特徴とする光学ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7127158A JPH08304616A (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | グレーティングレンズ及びこれを用いた光学ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7127158A JPH08304616A (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | グレーティングレンズ及びこれを用いた光学ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08304616A true JPH08304616A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=14953078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7127158A Pending JPH08304616A (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | グレーティングレンズ及びこれを用いた光学ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08304616A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106289100A (zh) * | 2016-08-04 | 2017-01-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 斐索激光干涉仪标准镜头及斐索激光干涉仪 |
-
1995
- 1995-04-27 JP JP7127158A patent/JPH08304616A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106289100A (zh) * | 2016-08-04 | 2017-01-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 斐索激光干涉仪标准镜头及斐索激光干涉仪 |
| WO2018023868A1 (zh) * | 2016-08-04 | 2018-02-08 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 斐索激光干涉仪镜头及斐索激光干涉仪 |
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