JPS6371946A - 光学的情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、記録媒体の記録情報面に光を照射し、情報の
検出あるいは記録を行なう光学的情報記録再生装置に係
り、特に、小型で効率よくしかも精度良く安定的に作動
させうるようにした光学的情報記録再生装置に関する。

（従来技術） 第１０図は、一般の光学的情報記録再生装置における光
ピツクアップ装置の一例を示している。

同図において、半導体レーザ１から射出された発散光束
は、回折格子２により例えば３ビームに分離される。こ
れらの光束は、偏光ビームスプリッタ３を透過した後、
１／４波長板４を通過して円偏光となり、対物レンズ５
によって記録媒体としての光ディスク６の情報記録面に
集光される。

光ディスク６の情報記録面から反射された光束は、対物
レンズ５を通った後、さらに１／４波長板４を透過して
直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ３に再び入射さ
れる。ここで、偏光ビームスプリッタ３は、光分割器と
して動き、情報記録面からの反射光を反射して入射光と
分離せしめ、シリンドリカルレンズ７を通して光検出器
８へ導かれる。

光検出器８にて検出された信号は、情報の読取り信号と
して処理されるほか、光源からの光を常に情報記録面へ
合焦させるオートフォーカシング信号あるいは、情報記
録面への収束光が常に情報トラック列上に収束されるよ
うに光ピツクアップの位置を調整するトラッキング信号
として処理されている。

しかし、このような従来の光ピツクアップ装置では、立
方体の偏光ビームスプリッタ３等のバルクの光学部品を
多く用いているため、装置全体が大型化し、重巳も大き
くなっている。このため、アクセスタイムが長くなると
ともに、生産コストが高くなり、機械的安定性も不十分
である。

このような問題点を解消する提案としては、例えば特開
昭６１−９２４３９号公報に記載されているように、基
板上に対して、光源と、光源からの光を記録媒体上に集
光せしめる格子状のコリメート素子およびグレーティン
グ型集光素子と、記録媒体からの反射光束を分離する格
子状のビームスブリット素子と、分離光を光検知器に集
光せしめる光束分離集光素子とをモノリシックに形成し
てなるものや、特開昭６１−１７８７４０号公報に記載
されているように、記録媒体からの反射光を入射光と分
離せしめる光分割器を光軸に対して直交するように配置
される回折格子から形成してなるもの等がある。

しかし前者では、光源である半導体レーザーが直接先導
波路と結合されているため、光導波路△、の結合効率を
高くすることができずく３％前後）、光の利用率が大幅
に低下している。このため、情報記録面に充分なパワー
の光が到達せず、Ｓ／Ｎ比の高い記録・再生を行なうこ
とができない。特に、情報記録においては、大きな記録
パワーを要するため、このものはほとんど採用すること
ができない。また、多数の光学素子が、基板の片面側に
集中して装架されているため、各種光学素子の配置精度
を一定に維持して製作することが困難であるという問題
がある。

さらに後者でも、記録情報面からの反射光が回折格子に
より、光検出器に向かって回折されているため、光源で
ある半導体レーザーからの発振波長が、いわゆるモード
ポツプ現象によって変動されると、それに伴って回折角
が変動されてしまい、光検出器上の収束光の位置に変動
が生じて安定した情報の記録・再生が困難となるという
問題がある。

（目　　的） そこで本考案は、小型で効率良くしかも安定的に精度良
く作動させうる光ピツクアップを備えるようにした光学
的情報記録再生装置を提供することを目的とする。

（構　成） 上記目的を達成するため、本発明による光学的情報記録
再生装置は、光源からの光を記録媒体の情報記録面上に
収束させる収束光学系と、記録媒体の情報記録面への入
射光およびその反射光をそれぞれ円偏光および直線偏光
せしめる１／４波長板と、この１／４波長板を通過した
後の反則光を入射光と分離するように回折せしめる偏光
性回折格子と、該偏光性回折格子からの回折光を複数光
束に分割せしめる光分割器と、この光分割器から出射さ
れる各光束の出力を検知する光検出素子とを備えてなり
、上記偏光性回折格子と、光分割器と、光検出素子とは
、光導波路を形成する基板の光導波路層上に装架・並設
され、かつ、上記収束光学系と、１／４波長板とは、上
記基板の光導波路層形成側面と反対側の面上に積層され
るようにして構成されていることを特徴としている。

このような構成からなる光学的情報記録再生装置におい
ては、情報記録面からの反射光を回折させる偏光性回折
格子からの回折光およびこの回折光を複数光束に分割せ
しめる分割回折格子から出力される各光束が、光導波路
を形成する基板を伝搬していくようになっている。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図および第２図において、光源としての半導体レー
ザ１１と記録媒体としての光ディスク１２との間に形成
される光路中に、導波路素子１３が配置されており、こ
の導波路素子１３の光ディスク１２側面（第１図上面側
）に１／４波長板１４およびフレネル型の対物レンズ１
５が積層するようにして装架されている。

上記導波路素子１３は、ガラス等からなる透明基板１６
を有し、この透明基板１６の第１図下面側に対して該透
明基板１６より高屈折率の材質からなる導波路層１７が
真空蒸着、スパッタリングあるいはＣＶＤ法等によって
積層・形成されている。そして、この透明基板１６は、
光軸に対してほぼ直交するように配置されている。上記
導波路層１７の材質としては、高屈折率ガラスを始め、
Ｓｉ３Ｎ４　、　Ｎｂ２Ｏ５もしくはＴａ２Ｑ５等の誘
電体、ポリマー等の有機物ならびにイオン交換により作
成したものなどが採用される。このような導波路素子１
３は、導波路層として単一モードの光導波路を構成する
ようになされている。すなわち、光導波路中には、基本
モードしか伝見されないようになっており、数ｎｍ程度
の波長変化には全く影響されない。

上記導波路層１７の表面上（第１図下面側）には、偏光
性回折格子としてのグレーティングカプラー２０が、前
記半導体レーザ１１に対面するようにして装架されてい
る。このグレーティングカプラー２０は、等間隔直線上
の格子を有する表面レリーフ型のグレーティングであり
、半導体レーザ１１の出射光すなわち第１図へ方向に振
動するＰ偏光に対しては偏光効率が極めて低く、情報記
録面からの反射光であるＳ偏光に対しては、非常に高い
偏光効率を備えている。したがって、半導体レーザ１１
の出射光はグレーティングカプラー２０を透過していく
とともに、情報記録面からの反射光は、グレーティング
カプラー２０により導波路層１７内へ回折・結合される
ようになっている。

さらに、導波路層１７の表面上（第１図下面側）には、
上記グレーティングカプラー２０に隣接するようにして
、分割回折格子としての等間隔直線格子を備えたグレー
ティングビームスブリツタ２１が２個装架されている。

この各グレーティングビームスブリツタ２１は、格子延
在方向がそれぞれ異なる方向に設定されており、前記グ
レーティングカプラー２０からの回折光を２つの光束に
分割せしめる機能を備えている。そして、分割された各
光束は、後述する光検出器に向かって指向されるように
なっている。この場合、導波路内の光は、対物レンズ１
５によって集光束になされているので、光検出器への収
束点は、半導体レーザ１１の出射点（第１図中符号Ｘで
示す）と光学的に等価な位置に生じることとなる。また
、グレーティングビームスブリツタ２１に収束作用を持
たせれば、収束点までの距離をより縮小させることもで
きる。

また、導波路層１７の末端部（図面中布端部）には、光
検出器２２が４つ積層形成されている。

これらの各光検出器２２は、フォトダイオードから形成
されており、特に第２図に示すように、２組のものが所
定間隔離して設置されている。各組は、２つの検出体２
２ａ、２２ｂｊ５Ｊ：び２２ｃ。

２２ｄをそれぞれ並設して構成されている。この各検出
体２２ａ、２２ｂおよび２２ｃ、２２ｄは、透明導電膜
２３上にｐ型ａ−８ｉ２４、高抵抗ａ−８ｉ　２５、ｎ
型ａ−８ｉ　２６およびＡ１電極２７を順次積層してな
るＰＩＮ型フォトダイオードが採用されている。この光
検出器２２で検知さ′れた光信号は、記録読取り信号、
オートフォーカス信号および１〜ラッキング信号として
処理されていくこととなる。

前記導波路素子１３の導波路層１７形成側面と反対側の
面上すなわち上記グレーティングカプラー２０の装架面
と反対側の面（第１図上面）上には、１／４波長板１゛
４が設置・装架されるとともに、さらにこの１／４波長
板１４の上面に対して、フレネル型対物レンズ１５が積
層・装架されている。

このような貫施例においては、半導体レーザ１１から射
出された発散光束は、導波路素子１３に装架されたグレ
ーティングカプラー２０に入射し、Ｐ偏光故に該グレー
ティングカプラー２０で回折されることなく導波路素子
１３を透過していく。その後、１／４波長板１４を通過
して円偏光となり、対物レンズ１５によって記録媒体と
しての光ディスク１２の情報記録面に集光される。光デ
ィスク１２の情報記録面から反射された光束は、対物レ
ンズ１５を通って平行光束となり、さらに１／４波長板
１４を透過してＳ偏光となってグレーティングカプラー
２０に再び入射される。

このときには、グレーティングカプラー２０の回折効率
が極めて高く、第１図矢印Ｂに示すように、導波路層１
７に導波光を励振せしめて、情報記録面からの反射光を
入射光と分離せしめる。この場合、単一モード光導波路
が構成されているため、光導波路には、基本モードしか
伝搬されず、グレーティングカプラー２０により回折さ
れる光は、グレーテイング面とほぼ平行な方向に伝搬さ
れていくこととなる。この導波光は、グレーティングビ
ームスブリツタ２１により、２つの光束に分離され、各
光束が光検出器２２に指向される。

そして、光ディスク１２が、所定の基準位置にあるとき
には、一方の光束は、検出体２２ａ、２２ｂの中央部分
に指向されるとともに、他方の光束は、検出体２２ｃ、
２２ｄの中央部分に指向されている。

各検出体２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄからの各出力
信号をａ、ｂ、ｃ、ｄとするとき、フォーカスエラー信
号Δｆは、 Δｆ＝　（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ） で求められる。すなわち、光ディスク１２が所定の基準
位置にあるときには、ａ＝ｂ、ｃ＝ｄであり、Δｆ＝○
となる。光ディスク１２がピックアップ側に近付いたと
きには、第３図（ａ）に示すように光束がずれ、ａ＞ｂ
、ｃ＜ｄとなって、△ｆ＞Ｑが算出される。光ディスク
１２がピックアップ側から遠ざかったときには、第３図
（ｂ）に示すように光束がずれ、ａ＜ｂ、ｃ＞ｄとなっ
て、Δｔ’＜０が算出される。したがって、Δｆの正負
により、焦点誤差方向が判明することとなり、常に、Δ
ｆ＝○となるように対物レンズ１５を図示を省略したア
クチュエータによって光軸方向に移動させ、オートフォ
ーカス制御を行なっている。

一方、トラッキングエラー信号Δｔは、Δｔ＝　（ａ＋
ｂ）−（ｃ＋ｄ） で求められる。すなわち、情報記録面へのスポットがビ
ット列等の情報トラック上にあれば、Δｔ＝０となり、
情報トラックからずれると、△ｔ〉０あるいはΔｔ＜Ｑ
となる。したがって、Δｔの正負により、トラック誤差
方向が判明することとなり、常に、Δ１＝０となるよう
に対物レンズ１５を図示を省略したアクチュエータによ
ってトラック直角方向に移動させ、オートトラッキング
制御を行なっている。

また、光ディスク１２に記録された上方の読取り信号Ｓ
としては、全出力の和すなわち、３＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ により求められる。

また、第４図に示すように、導波路素子１３を光軸に対
して所定角度θ傾けて入射させるようにすれば、導波光
をのすべてを矢印Ｂ方向へ進ませることができ、矢印Ｂ
と反対方向へ進もうとする導波光を完全になくすことが
出来る。この場合、格子定数を次式を満足するように求
めればよい。

ｎｋｓｉｎθ＋ｑＫ＝Ｎｋ ここで、ｋ＝２π／λ　　λ：光波長 に＝２π／ｄ　　　ｄ：格子定数 ｎ；空気屈折率 Ｎ；導波路等価屈析出 ｑ；整数 上式を満足するようにすれば、結合効率分向上させるこ
とができ、反対方向への光の進行を生じさせずにすむ。

第５図に示す実施例は、上記実施例中のグレーティング
スプリッタ２１の代りに、薄膜プリズム４１を装架して
なるものである。薄膜プリズム４１は、例えば、ＴｉＯ
２等の導波路層１７より高い屈折率を備えた物質を成膜
して形成される。

このようにしても、ａ膜プリズム４１の屈折作用により
、上記実施例と同様な作用・効果を得ることができる。

なお、第５図に示した実施例は、反射戻り光が収束ビー
ムとなるときに適用することができるものであり、反射
戻り光の収束性が弱いとき、あるいは反射戻り光が平行
光束となるときには、導波光の集光手段を設ける必要が
ある。

さらに第６図に示す実施例は、対物レンズとしてマイク
ロフレネルレンズ５５を用いたものであり、導波路素子
１３の裏側面に対してマイクロフレネルレンズ５５が被
着・装架されているとともに、このマイクロフレネルレ
ンズ５５の直上部分に１／４波長板１４が配置されるよ
うにしている。

このようにしても、上記実施例と同様な作用・効果を１
ｑることができる。

第７図に示す実施例は、導波路素子１３と半導体レーザ
１１との間にミラー６０を配置して光軸を折曲させ、縦
方向の小型化・薄型化を図りうるようにしたものである
。

第８図に示す実施例では、導波路素子１３と半導体レー
ザ１１との間にフレネルレンズ化してなるコリメートレ
ンズ７ｏを配置して、より微細なスポットの収束および
読取り分可能にしたものである。

さらに第９図に示す実施例においては、第８図の実施例
における導波路素子１３を逆に使用するとともに、上述
したコリメートレンズ７０を導波路素子１３の裏面側に
被着・装架している。このようにすれば、より一層薄型
化することが可能となる。

なお、以上述べた各実施例においては、グレーティング
カプラーとして表面レリーフ型のものが採用されている
が、本発明は、これに限定されるものではなく、偏光性
回折格子として堆積位相型のものや振幅型のもの等一般
に存在する各種グレーティングを採用することができる
。

（効　　果） 以上述べたように、本発明による光学的情報記録再生装
置は、光導波路を構成する基板の両側に対して各種光学
素子を分散配置するようにしたから、基板に対して多数
の光学素子を良好な’Ｔｊ度で容易に装架させることが
でき、光ピツクアップの小型・軽は化を図ることができ
るとともに、アクセスタイムの短縮化および低コスト化
を実現し、しかも、効率良く安定して記録・再生を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例における光ピツ
クアップ装置を表わした概略的側面構成図および概略的
平面構成図、第３図（ａ）、（ｂ）は光検出動作を表し
た概略的平面構成図、第４図は本発明の他の実施例にお
ける光ピツクアップ装置を表わした概略的部分拡大側面
構成図、第５図は本発明のさらに他の実施例における光
ピツクアップ装置を表わした概略的平面構成図、第６図
ないし第９図は本発明のさらに他の実施例における光ピ
ツクアップ装置を表わした概略的側面構成図、第１０図
は一般の光ピツクアップ装置を表わした概略的側面構成
図である。 １３・・・導波路素子、１４・・・１／４波長板、１５
゜５５・・・対物レンズ、２ｏ・・・グレーティングカ
プラー、２１・・・グレーティングご−ムスプリツタ、
２２・・・光検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源からの光を記録媒体の情報記録面上に収束させる収
   束光学系と、記録媒体の情報記録面への入射光およびそ
   の反射光をそれぞれ円偏光および直線偏光せしめる１／
   ４波長板と、この１／４波長板を通過した後の反射光を
   入射光と分離するように回折せしめる偏光性回折格子と
   、該偏光性回折格子からの回折光を複数光束に分割せし
   める光分割器と、この光分割器から出射される各光束の
   出力を検知する光検出素子とを備えてなり、上記偏光性
   回折格子と、光分割器と、光検出素子とは、光導波路を
   形成する基板の光導波路層上に装架・並設され、かつ、
   上記収束光学系と、１／４波長板とは、上記基板の光導
   波路層形成側面と反対側の面上に積層されるようにして
   構成されていることを特徴とする光学的情報記録再生装
   置。