JPH01122042A - 導波路形光ヘッド - 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】 〔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、
光導波路全使用し友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ＶＣよる微小スポット？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
報の高速な読取り全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。ま几、
追加書込みのでさる光デイスクシステム、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さる光ヘッ
ドは、レンズ、プリズム、ビームスグリツタなどの光学
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−例全示′ｊ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、このビームスプ
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。

このように構成し友光ヘッドにおいて、半導体レーザ１
からの放射光音、コリメータレンズ２によってコリメー
トし、ビームスグリツタ３を通過せしめ、ざらに集光レ
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１リツタ５全通して光検出器５により検出すること
により。

ｉＩ′Ｕ記光記録謀体６上の情報を読取る。

しかし、この工うな光学系では、それぞれの光学部品の
位置を正確に調整する必要がめるｔめ、その調整に長時
間全必要とする。また光学部品をめま９小さくでさない
几め、光ヘツ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全解消
するものとして、光導波路全使用しｔ導波路形光ヘッド
が提案されている（友とえは、特開昭６１−２４８２４
４号公報）。

第５図は、従来の導波路形光ヘッドの一例を示す啓示正
面図である。第５図において、８は基板７上に形成され
友薄膜の光導波路、１０．１１はそれぞれこの先導波路
８上に形成され７’Ｃ噂膜のビームスプリッタおよび導
波路レンズ、９は先導波路に４波きれた先金光導波面か
ら上方に出射し、かつ出射した光を集光きせる作用を有
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７ｔ％のにおいて、光４？８！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１０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）上ニスホラＨ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
グラに工つて再ひ光導波路内に導波され、ビームスプリ
ッタ全直進して、導波路レンズ１１で集光されて光検出
器へ導くことに＝９、前記光記＠謀体上の情報音読み取
ることができる。

〔発明が解決し工すとする問題点〕

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に、集光形
グレーティングカッグラ（以下ＦＧＣと略丁）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金有した物
質にエフ形成され、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Ａは（１）式で与えられる
。ここでＡは、−収約な材料にてＦＧＣｉ形成した場合
、Ａ＝ａ／（Ｎ−００８ψ）（１） ψ：導波光の先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 ２ｊｍ以下の値となり、よって双曲線の線幅はＡの半分
すなわち１μｍ以下となｐＦＧｃの能率的な形成が困難
となる。例えばＳｉＯ□系のＮ、＝　１．５ガラス導波
路を用い、−を３０．Ａをα７μｍとした一般的な光ヘ
ッドの場合、Ａは１．１βｍとなり、Ａの半分即ち０５
５月の双曲線全形成しなければならない。

サブミクロンの双曲ａｔ影形成る技術として゛１子ビー
ム描画装置があるが、これ全周いると、作業性が悪く、
約１０００本の双曲線群からなるＦＧＣ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っ
九。

一方特性上以下に述べる様な問題点がめる。すなわち上
記の様にして形成しｆｃＦＧＣは、その出射角ｉ９０’
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９呻
９０°の条件であり、出射角が光ディスクに対して傾斜
している九め、スポットの形が光デイスク面で変形して
、情報が正確に読み取ることが出来ないという間廟がめ
った。

〔問題点を解決する友めの手段〕

上記問題点？解決する九めに、本発明の４′ＩＢ１．路
形光ヘッドは、Ｆ’ＧＣからの出射光は害波路囲に対し
て斜め下方すなわち、基板側に出射するようにすること
にエリ格子間隔Ａを大きくし、ま友、ＦＣＣからの出射
光が光ディスクに入射する前に反射鏡を設けて光の進行
方向全曲げて、光ディスクに対して垂直に光が入射する
ようし友。

〔作用〕

ＦＣＣからの出射光を基板側に出すことにより、ＦＧＣ
の格子間隔Ａは、２式のようになる。例えばＡ寓λ／　
（Ｎ　−ｎ０ｏｏ８ｑ　）　　　　　　（２）ｎｏ：基
板の屈折率 ＳｉＯ□糸のＮ　−１，５のガラス導波路を用い、基板
としてｎｏｔｍ１．４７　の石英基板を用い、ｐｉ３０
°、λｆ１１７ｓｍとした−収約な光ヘッドの場合、Ａ
は五〇８μｍとなり、線＠１．５４ａｍの双曲線を形成
すれば良い。このａは、前記のＦＣＣからの出射光を空
気側に出す従来方式に比較してＡが大となり、電子ビー
ム描画装置を用いず、ホトリソ工程でＦＧＣが形成でき
るレベルの機幅であり、ぶって能率良（ＦＧＣを形成す
ることができる工うになる。

不発明の効果は、基板として屈折率ｎ０の高い材料全周
いることにエリ、エリ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＃金？−１−
Ｔとなるように設置することＫ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金
示す概略図、第２図はこの導波路形光ヘッドの断面図、
第５図はこの４波路形光ヘツドの光導波路面金示す斜視
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
し友レーザ光に工つて光ディスク６の情報を読み取るこ
とができるようにし友ものである。第５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４波路８に結合し、４波され次光を集光形グレーテ
ィングカップラ（ＦＧＣ）９に４さ、ＦＧＣｌｃよって
、４波光が基板内に回折されて、基板湖面から出射し、
かつ光デイスク面で焦点を結ひ、光デイスク面からの反
射光が該ＦＧＣにもどり、再ひ導波路にもどり、グレー
ティングレンズ１１に工って先金２分割して、かつ２分
割され九光が集光されて光検出器５に入ることに工って
情報が読み取られる。

ここで第２図に示したようにＦ’ＧＯからの出射光は、
斜めに切断研磨され九基板端面から出射し友のみ、ケー
ス１５の表面に形成され九反射＠１２に工って反射され
て光デイ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
先導波路面に対する角度を示しｔものである。

ここでＦＧＣの中心からの回折光が光４ｅ、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に
、６　ｗｔ　Ｔ　−９とする。この工うにすることＫよ
り、ＦＧＣからの出射光は、基板湖面から垂直に出射す
るようにでさる。ま九光導波路面に対する反射鏡の傾斜
角度＃は、−一τ十丁とする。

この工うにすることにエフ、光導波路面に対して平行に
直かれた光ディスクに対して、垂直に先金入射させるこ
とかでさる。

１’ＧＣ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、小山次部：電子通信学会誌、Ｖｏ
ｌＪ６８−Ｃ，Ｎｏ１１１１．１９８５．Ｐ８０５〜８
１１）Ｋ記載の方法にエリ形成することができる。・本
発明の反射鏡７は、アルミｈるいは金などの金属を真空
蒸着することに１９容易に形成することができる。該反
射鏡は、特別に設は次反射鏡形成用基板上に金属博膜を
形成し、これをケース１５に貼り合わせても良いし、ケ
ースに直接金属ｔ−蒸着して形成することもできる。

本発明のケース１５は、各種の金属を切断研磨したもの
めるいはグラスチック形成して得たものが使用できる。

グラスチック成形したものは、Ｉ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友もの
である。

この様にして構成し次光ヘッドは、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
搭載することに工９、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
ザから出射し次光は、光導波路に入射し、先導波路に形
成し光導波路レンズを通過して、ＦＧＣに入射される。

ＦＧＣＫより回折され友光は基板にもぐり込み、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。光デイスク上の情
報記録媒体で反射し次光は１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
入射したもどり先は、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Ｌｆ）
、情報が読み取られる。読み取られ九信号は、アクチュ
エータの振動へフィードバックされ、光紀録謀への入射
光が合焦点になる工うに追従される。

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Ｓｌなど半導体、ＬｉＮｂ（１，等の光学結晶を用
いることができる。光４ｅ、路としては、５ｉｎ２糸ガ
ラス、石英など全スパッタリングあるいは真空蒸着等で
成膜し友厚さ１〜２μｍ程度の４膜を用いる。ここで基
板として８１等屈折率の高い材料ケ用いた場合には、光
４ｇｉ路と基板の間に、光４波路エリも屈折率の小さい
薄膜層を形成して光の損失を小さくする。導波路レンズ
、お工びＦＧＣは、ＴｉＯ２，Ｔａ、Ｏ，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、５１０２系ガラス薄膜も使用可能である。

導波路レンズおよびＦ’ＧＣは、該光素子形成用薄膜上
にホトレジストｔｍ布し、ホトマスクを介して露光し友
後、現像することにより光素子のレジストハターンを形
成し、しかる後にこのレジストパターン全マスクとして
該薄膜ヲエッチングすることにエフ形成することかでさ
る。なおＦ’ＧＣおよび導波路レンズは、西原、春名、
栖原共者：光巣槓回路Ｐ２７９　、オーム社（１９８５
年）に記載された方法に従って設計すれば艮い。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明に工れば、ＦＣＣパターンの間
かくが大でるることから、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　、　Ｆ’ＧＣからの
出射光が反射鏡を用いることにより、光デイスク面に対
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金示
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
路面金示す斜視図、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、　５８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ｊて

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。