JPH03201225A - 導波路素子 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は導波路素子に関する。本発明は光ピツクアップ
等の光情報記録再生装置に利用できる。

［従来の技術］ 導波路素子を用いた光情報記録再生装置が知られている
。例えば特開昭６３−６１４３０号公報には導波路素子
を用いた光ピツクアップが開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記公報に開示された導波路素子には以下の如き問題が
ある。

即ちこの導波路素子では、光情報記録媒体の記録面から
反射され対物レンズにより略平行な光束に戻された光束
を、集束型のグレーティングカプラーを対にして用いて
光導波路層に光結合させるとともに集束傾向をもった２
光束に分割する。そしてこれらの２光束を光検出器対の
それぞれへ集束させて焦点検出を行う。

このような導波路素子では、集束型の各グレーティング
カプラーの位置や光検出器対の位置は、合焦状態に於い
てグレーティングへ入射する光束が平行光束であるとい
う前提に立って精密に定められている。このため焦点検
出に所望の精度を得ようとすると、対物レンズ等位の光
学素子に対する導波路素子の位置精度を十分に精密に設
定しなければなず光情報記録再生装置の組付けが面倒で
あり、同装置の歩留まりの向上も困難である。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
その目的とする所は位置精度に対する自由度の大きい導
波路素子を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明の導波路素子は「光源からの光束を光情報記録媒
体の記録面上に集光して光情報の記録および／または再
生を行い、上記記録面からの反射光束を光導波路層に光
結合させ、光結合した光束を光導波路層内にて２分割し
、２分割された各光束をそれぞれ、光導波路層と一体化
された光検出器対に集束させて焦点検出を行う焦点検出
方式」に用いられる導波路素子であって、以下の点を特
徴とする。

即ち、光導波路層に一体的に１対のトラ−面が形成され
る。

この「１対のシラー面」は、光導波路層に導波された光
束を「主光線に沿って２分割する」とともに分割された
各光束をそれぞれ光検出器対の個々に向けて反射させ、
且つ、分割された各光束に於ける上記主光線の方向が互
いに略平行となるように配置される。

「主光線に沿って２分割する」とは、１対のミラー面に
より反射された光束が「それ以前の光束の主光線の部分
を境にして互いに分離する」ことを意味する。従って分
離された２光束における光束の一方の側縁部をなす光線
は、分離以前の光束では主光線であったものである。そ
こで上記「２光束における光束の側縁部をなす光線」の
うち、分離以前の光束で主光線であったものを「分割さ
れた各光束に於ける主光線」と称する。

［作　　用コ 本発明の導波路素子では、光導波路層に光結合する光束
の集束度あるいは発散度が変化すると、１対のシラー面
により２分割された各光束の集束位置は、「分割された
各光束における主光線」の上で変化するが、分割された
各光束に於ける主光線は互いに略平行であるため各光束
の集光点の間隔は殆ど変化しない。

［実施例］ 以下、図面を参照しつつ具体的な実施例に即して説明す
る。

第１図は、本発明の導波路素子の１実施例を説明するた
めの図である。

第１図（ａ）は、導波路素子３を示している。

導波路素子３は第１図（ｂ）に断面図として示すように
、半導体基板５上にバッファ層６が設けられ、その上に
さらに光導波路層７が形成された構造となっている。半
導体基板５はＳｉ、ＧａＡｓ等であるが、基板は半導体
基板に限らず、ガラス、セラミックスその他の誘電体や
プラスチックスで構成しても良い。

バッファ層６．光導波路層７は、ガラスや誘電体、プラ
スチックス等、使用波長に対して透明な材料を蒸着、ス
パッタリング、ＣＶＤ、塗布、酸化、拡散等の方法で成
膜して形成される。勿論、光導波路層７はバッファ層６
より高屈折率となるように構成される。

第１図（ａ）、　（ｂ）に示すように導波路層７の上に
はグレーティングカプラー８が形成されており、導波路
層７には１対のミラ一部１３ａ、　１３ｂが形成されて
いる。これらのシラ一部１３ａ、　１３ｂは第１図（ｂ
）に符号１３で示すように、光導波路層７をエツチング
や切削等の方法でバッファ層６に到るまで光導波路層表
面に垂直に切り欠くことにより形成され、切り欠きによ
り形成された断面部の一部がそれぞれ凹面のシラー面１
３ａｌ及び１３ｂ１となっている。

この例では、ミラー面は全反射面で空気に触れているが
、断面部に金属膜をコートしてミラー面としても良いし
、切り欠きにより生じた部分に光導波路層よりも屈折率
の低い材料を充填しても良い。またシラー面１３ａｌ、
　１３ｂｌは、この例では光導波路層表面に対して垂直
になっているが光導波路層表面に対して傾いていても良
い。

グレーティングカプラー８はこの例では等間隔直線型で
あるが、これに替えて不等間隔曲線型を用いることもで
き、体積位相型やブレーズ型の使用も可能である。さら
にグレーティングカプラー８に替えてプリズムカプラー
を使用することも可能である。

符号１０ａ、　１０ｂ、　１０ｃ、　１０ｄは光検出器
を示す。

これら光検出器の内、光検出器１０ａと１０ｂとが一つ
の光検出器対を構成し、光検出器１０ｃと１０ｄとが別
の光検出器対を構成している。

光検出器１０ａ−１０ｄは、この例では第１図（ｂ）に
符号１０で示すように半導体基板５に不純物を拡散して
フォトダイオードとしたものであるが、ショットキー型
フォトダイオードを用いることもできる。

第１図（ｃ）は導波路素子３の使用状態を示している。

符号１は光源を示す。光源１はレーザー光源や半導体レ
ーザー等コヒーレンスのよいものが望ましいがＬＥＤを
用いることもできる。

光源１からの光束はコリメートレンズ２により平行光束
化されてハーフミラ−１４を透過し、対物レンズ４によ
り光情報記録媒体１２の記録面上に集光される。上記記
録面による反射光束は対物レンズ４を介してハーフミラ
−１４に入射し、ハーフミラ−１４により反射された成
分は、グレーティングカプラー８により光導波路層７に
光結合される。

上記コリメートレンズ２．対物レンズ４は図示の如き単
レンズに限らず組み合わせレンズでも良く、また通常の
レンズ以外にフレネルレンズや分布屈折率レンズ等を用
いても良い。またハーフシラー１４に替えて偏光ビーム
スプリッタ−と１／４波長板の組み合わせを用いること
もできる。

光導波路層７に光結合した光束は光導波路層７内を導波
され、一部はミラー面１３ａ１により反射され、残りは
ミラー面１３ｂｌにより反射される。

ミラー面１３ａ１により反射された光束は、ミラー面１
３Ａａｌの凹面鏡としての作用により光線Ａ、Ｂで挟ま
れた集束性の光束となり光検出器１０ａ、　ｌＯｂによ
る光検出器に向かって集束していく。

ミラー面１３ｂ１により反射された光束は光線Ｃ２Ｄで
挟まれた集束性の光束となって光検出器１０Ｃ９１０ｄ
による光検出器に向かって集束していく。

光導波路層７を導波される光束はミラー面１３ａｌ、　
１３ｂｌに反射される以前は主光線りを有する単一の光
束であるが、１対のミラー面１３ａｌ、　１３ｂｌに反
射されることにより２つの集束性の光束に分離する。こ
のとき分離は主光線りに沿って行われ、主光線りはミラ
ー面１３ａ１に反射された後は光線Ａとなり、ミラー面
１３ｂ１に反射された後は光線りとなる。即ち光線Ａ、
Ｄは前述した「分割された各光束に於ける主光線」であ
る。

光検出器１０ａ、　１０ｂは、光情報記録媒体に照射さ
れる光束が記録面上に正しく「合焦」しているときに、
「ミラー面１３ａ１に反射された光束」が光検出器１０
ａ、１０ｂの中間位置に集束するように配備位置を定め
られている。このとき光導波路層７に光結合する光束は
平行光束である。

同様に光検出器１０ａ、　１０ｂは、上記「合焦」状態
に於いてミラー面１３ｂ１に反、射された光束が光検出
器１０ｃ、１０ｄの中間位置に集束するように配備位置
を定められている。光検出器１０ａ、　１０ｂ、　１０
ｃ、　１０ｄからの出力をそれぞれａ、　ｂ、　ｃ、　
ｄとする。

記録面と対物レンズ４との間隔が「合焦距離」よりも小
さくなると光導波路層７に光結合する光束は若干発散性
であり、シラー面１３ａｌ、　１３ｂｌにより反射され
た集束性の光束の集束位置は「合焦状態」のときの集束
位置よりも各ミラー面から離れる方向へ変位し、第２図
（ａ）のように光検出器１０ｂ、　１０ｃの受光量が光
検出器１０ａ、１０ｄの受光量より大きくなる。逆に記
録面と対物レンズ４との間隔が「合焦距離」よりも大き
くなると光導波路層７に光結合する光束は若干集束性で
あり、ミラー面１３ａｌ、　１３ｂｌにより反射された
光束の集束位置は「合焦状態」のときの集束位置よりも
各シラー面へ近づく方向へ変位し、第２図（ｂ）に示す
ように光検出器１０ｂ、１０ｃの受光量が光検出器１０
ａ、　１０ｄの受光量より小さくなる。

そこで上記出力ａ−ｄにより焦点検出信号として（ａ＋
ｄ）−（ｂ＋ｃ）を構成すると、この焦点検出信号は記
録面と対物レンズ４との間隔が「合焦距離」よりも小さ
いとき（−）、大きいとき（＋）、合焦状態でＯとなる
。従って、この焦点検出信号をＯとするように対物レン
ズ４をサーボ駆動すればフォーカス制御を行うことがで
きる。

第３図（ａ）は光検出器１０ａ〜１０ｄの近傍を拡大し
て示したものである。光検出器１０ａ、　１０ｂによる
光検出器対に向かって集束する「分割された光束におけ
る主光線」は前述の如く光線Ａである。光検出器１０ｃ
、　１０ｄによる光検出器対に向かって集束する「分割
された光束における主光線」は前述の如く光線りである
。これら主光線Ａ、Ｄは光導波路層７に光結合した光束
が平行光束であっても集束もしくは発散性の光束であっ
ても変化しない。

光検出器１０ａ、　１０ｂによる光検出器対に向かって
集束する光束の光束縁部を上記主光線Ａとともになす光
線Ｂ１光検出器１０ｃ、　１０ｄによる光検出器対に向
かって集束する光束の縁部を上記主光線りとともになす
光線Ｃは、光導波路層７に光結合したときの光束の状態
が集束性か平行か発散性かに応じて■、■、■のように
変化する。これに応じて光束の集束位置は上記主光線Ａ
、Ｄ上を変位するが、上記主光線Ａ、Ｄは略平行である
ので各光束の集束位置間の距離は殆ど変化しない。

このため導波路素子３に対する入射光束に対して導波路
素子３の位置が多少傾いても、各光検出器対に向かって
集束する各光束の集束位置間の間隔の変化は小さく、導
波路素子３の「傾き」誤差に対する許容度が大きく、グ
レーティングカプラー８、ミラー面１３ａｌ、　１３ｂ
ｌ、光検出器１０ａ〜１０ｄ間相互の配置誤差に対する
補正も容易である。

これに対し第３図（ｂ）に示すように、仮に分割された
各光束に於ける主光線Ａ、Ｄが互いに一定の角をなして
いると各光検出器対に向かって集束する光束の集束位置
相互の間隔が光導波路層へ光結合する光束の状態（集束
・発散・平行）に応じて変化するため、導波路素子３の
「傾き」誤差に対する許容度は著しく厳しくなり、グレ
ーティングカプラー８、ミラー面１３ａｌ、　１３ｂｌ
、光検出器１０ａ〜１０ｄ間相互の配置誤差に対する補
正も殆ど出来なくなる。

１対のミラー面により反射されることにより互いに「分
割された各光束に於ける主光線ＪＡ、Ｄを互いに略平行
にするには、ミラー面１３ａｌ、　１３ｂｌの主光線り
に対するミラー面１３ａｌ、　１３ｂｌにおける反射角
を互いに略等しくすれば良い。

なお光検出器１０ａ〜１０ｄの出力ａ　−ｄから信号（
ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）を作ると、この信号は周知のブツ
シュ・プル法のトラック制御信号として使用できる。

またＲＦ信号としては信号（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）を用いれ
ば良い。

第４図は別実施例を示す。煩雑を避けるために混同の恐
れがないと思われるものに就いては第１図に於けると同
一の符号を用いる。

この実施例では、導波路素子３Ａの光導波路層７に光結
合した光束の、図に於ける左半分がミラー面１３：１に
より反射されて光検出器１０ａ、　１０ｂによる光検出
器対に向かって集束し、右半分はミラー面１３°、１に
より反射されて光検出器１０ｃ、　１０ｄによる光検出
器対に向かって集束する。ｌ対のミラー面により分割さ
れた各光束に於ける主光線は光線Ｂ１とＣ１とであり、
これらが互いに略平行となるようにミラー面１３°、１
．１３’ｔ、１の態位が設定される。

この例の場合、前述の焦点検出信号、トラック制御信号
は、第１図の実施例の場合と符号が逆になる。

第５には他の実施例を示す。

この実施例でも混同の恐れがないものに就いては第１図
に於けると同一の符号を用いた。

この実施例では導波路素子３Ｂは、少なくともグレーテ
ィングカプラー８の設けられている部分が全体に光透過
性である。光源１からの光束は発散性のまま導波路素子
３Ａを透過し、対物レンズ４Ａにより光情報記録媒体１
２の記録面上に集光する。記録面からの反射光束は対物
レンズ４Ａにより集束性の光束となり、グレーティング
カプラー８により光導波路層７に光結合する。

光結合した光束は１対のミラー面により２分割され、分
割された各光束に於ける主光線が互いに略平行となるよ
うに反射されて２つの光検出器対１０′（α−３ｉ等に
よるフォトダイオードであるが、第１図の実施例と同様
の不純物拡散型のフォトダイオード等でも良い）に向か
って集束する。

この例の場合、光導波路層７に光結合する光束は光結合
の時点ですでに集束性となっているからミラー面は、こ
れを必ずしも凹面形状にする必要はなくミラー面形状を
平面形状としても良い。

第１図、第４図や後述する第６図の導波路素子の平面構
成でも、グレーティングカプラーの設けられている部分
を光透過性とすれば、第５図の態様で使用することがで
きる。

第６図に他の実施例を２例示す。

この第６図に示す例の特徴は、ミラ一部のミラー面１３
ａｌ’　、　１３ｂｌ’　、　１３ａｌ”　、　１３ｂ
ｌ”が金属膜装荷した金属反射面となっている点である
。ミラ一部の配置は第６図（ａ）の配置が第４図の例に
、第６図（ｂ）の例が第１図の例に対応している。

分割された各光束に於ける主光線は、第６図（ａ）の例
では光線Ｂ２．　Ｃ２、第６図（ｂ）の例では光線Ａ３
゜Ｄ３であり、これらが略平行となるようにミラー面１
３ａｌ’　、　１３ｂｌ’　、　１３ａｌ”　、　１３
ｂｌ”の態位が設定される。

ミラー面をこれらの例のように金属反射面で構成すると
全反射面とする場合に比して反射角を小さくできるので
、光学素子配置の自由度が大きい。

また、第６図に示す２例の導波路素子は第１図（ｂ）と
同様の側面図的配置で使用できるし、またグレーティン
グカプラーの形成されている部分が厚み方向に光透過性
であるように構成すれば第５図のような側面図的配置で
も使用できる。

また光検出器対を構成する２つの光検出器の配置を第７
図に示すように一方の光検出器１０ＡＩが他方の光検出
器１０ＢＩへ向がう光線Ａ０を遮るようにしても良い。

このようにすると、第１図の例のように２つの光検出器
を並列させて光検出器対を構成する場合の光検出器間の
ギャップの影響を除去できるのでさらに高感度化が図れ
る。このような光検出器配置は上に説明した全ての実施
例に対して適用できる。

［発明の効果コ 以上、本発明によれば新規な導波路素子を提供できる。

この導波路素子は上記のごとき構成となっているので、
入射光束に対する導波路素子の傾きの補正が容易であり
、導波路素子内の光学素子相互の位置精度を従来の素子
より緩くできる。

また、ミラー面に凹面鏡の作用を付与する場合ミラー面
による焦点距離が波長により変化しないので光源に於け
る波長変動に対して安定して焦点検出が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の１実施例を説明するための
図、第４図は別実施例を説明するための図、第５図は別
の実施例を説明するための図、第６図は他の実施例を説
明するための図、第７図はさらに他の実施例を説明する
ための図である。 ３８０．導波路素子、１３ａｌ、１３ｂ１．、、ミラ一
部、Ａ、　Ｄ。 第２図 第 ３ 図 （ａ） 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源からの光束を光情報記録媒体の記録面上に集光して
   光情報の記録及び／または再生を行い、上記記録面から
   の反射光束を光導波路層に光結合させ、光結合した光束
   を光導波路層内にて２分割し、２分割された各光束をそ
   れぞれ、上記光導波路層と一体化された光検出器対に集
   束させて焦点検出を行う焦点検出方式に用いられる導波
   路素子であって、 光導波路層に一体的に１対のミラー面が形成され、 上記１対のミラー面は、光導波路層に導波された光束を
   主光線に沿って２分割するとともに分割された各光束を
   それぞれ光検出器対の個々に向けて反射させ、且つ分割
   された各光束に於ける上記主光線の方向が互いに略平行
   となるように配置されていることを特徴とする導波路素
   子。