JPH0786981B2

JPH0786981B2 - 光情報処理装置

Info

Publication number: JPH0786981B2
Application number: JP62222457A
Authority: JP
Inventors: 修山本; 智彦 ▲吉▼田; 三郎山本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1987-09-04
Filing date: 1987-09-04
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPS6464140A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞この発明は光情報処理装置に関する。より詳しくは、光
ディスク装置などを構成する光学ヘッドに関する。

＜従来技術＞最近の情報化社会の発展は著しく、それに伴い、大容量
の記録再生が可能な光ディスク装置が実用化されてい
る。この光ディスク装置には、コンパクトディスク、ビ
デオディスク、追記型光ディスク、書替え可能な光磁気
ディスク等が有り、これらの心臓部に当る光ピックアッ
プ部すなわち光学ヘッドは高速アクセスと安定化の必要
性から、微小光学の技術を駆使して小型化および軽量化
が図られて来た。しかし、従来の光学ヘッドはバルク型
光学素子（検光子，ビームスプリッタ，プリズム，レン
ズ等）を用いているため小型化に限界がある。そのた
め、最近、導波路型差動検出デバイスを用いた光磁気デ
ィスク用の光学ヘッドが提案されている。（砂川他著、
信学技術OQE86−177）上記光学ヘッドの概略を第６図に
示す。この導波路型差動検出デバイスは、パイレックス
ガラス基板57上にスパッタ法により＃7059ガラスからな
る平板導波路層58を形成し、ブラズマCVD法により窒化
シリコンからなるクラッド層59を形成した後、レジスト
を塗布して電子ビーム直接描画法及びエッチング技術を
用いて３焦点のフォーカスグレーティング結合器60,61,
62が形成されている。中央のフォーカスグレーティング
結合器60はTMモードを励振し、両側のフォーカスグレー
ティング結合器61,62はTEモードを励振する様にグレー
ティング周期が設計されている。半導体レーザ51からの
出射光はコリメートレンズ52により平行光となり、上記
フォーカスグレーティング結合器60,61,62に入る。この
反射光の０次回折光は、上記フォーカスグレーティング
結合器60,61,62を透過して集光レンズ53により光磁気デ
ィスク54上に集光される。この光磁気ディスク54でカー
効果による偏光方向の回転を受けた反射光は、集光レン
ズ53を逆行し、上記フォーカスグレーティング結合器6
0,61,62により、TM及びTEモードの導波光となって導波
路層58に導びかれ、ガラス基板57上に形成された光検出
器63,64,65,66,67に集光する。そして、上記光検出器6
3,64,65,66,67の出力を差動を算出することによりフォ
ーカスエラー信号，トランキングエラー信号及び再生信
号が得られる。この導波路型差動検出デバイスは５×12
mm²程度の小型、軽量のものであるため、半導体レーザ5
1及びレンズ52,53を含めて非常に小さい光学ヘッドが構
成される。このため、上記各エラー信号により光学ヘッ
ド全体をアクチュエータ（図示せず）により動かして、
フォーカス，トラッキング動作を行なうことが出来る。

＜発明が解決しようとする問題点＞ところで、上記従来の導波路型差動検出デバイスを用い
た光学ヘッドは、トラッキングエラー信号を検出する方
法として、光磁気ディスク54上のピット55またはトラッ
ク56によって生じる±１次回折光の強弱によりスポット
の偏りを検出するプッシュプル方法を用いている。その
ため、光磁気ディスク54が傾いた場合に回折光の光軸が
移動してトラッキングエラー信号にDCオフセットが生
じ、動作が不安定になるという問題がある。また、フォ
ーカスエラー信号も同じ回折光を用いている為、同様の
問題がある。

そこで、この発明の目的は、ディスクの傾きに対しても
安定したフォーカス動作やトラッキング動作を行なうこ
とができ、小型で高性能な光学ヘッドを構成し得る光情
報処理装置を提供することにある。

＜問題点を解決するための手段＞上記目的を達成するため、この発明の光情報処理装置
は、主ビームと２つの副ビームとの３光線を同一方向へ
出射する光源と、上記光源が出射した光線を受けて平行
光にするコリメートレンズと、上記コリメートレンズ側
から受けた光線を情報記録担体の記録面に集光するとと
もに、上記記録面による反射光を受けて平行光にする対
物レンズと、上記コリメートレンズと対物レンズとの間
に設けられ、上記コリメートレンズ側から対物レンズ側
へ上記３光線を透過させるとともに、上記対物レンズ側
から上記３光線に対応する反射光を受けて、上記反射光
からフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号お
よび再生信号を検出する導波路型差動検出素子とを有す
る光情報処理装置であって、上記導波路型差動検出素子
は、上記コリメートレンズと対物レンズとを結ぶ光路に
対して垂直に配置された透明基板と、上記透明基板の両
面に形成された平面状の第１、第２の光導波路と、上記
第１、第２の光導波路の互いに対向する部分にそれぞれ
設けられ、上記３光線に対応する反射光を上記第１、第
２の光導波路に導入して導波光となすとともに、上記各
光導波路内で上記３光線に対応する導波光をそれぞれ集
光させる第１、第２のフォーカスグレーティング結合器
と、上記第１の光導波路の面内で上記主ビームに対応す
る導波光の焦点の後方に配置された検出する第１の光検
出部と、上記第２の光導波路の面内で上記主ビームに対
応する導波光の焦点の前方に配置された第２の光検出部
と、上記第１、第２の光導波路の少なくとも一方の面内
で上記２つの副ビームの導波光の焦点に配置された第
３、第４の光検出部とを備えたことを特徴としている。

＜作用＞光源が出射した主ビームと２つの副ビームとの３光線
は、コリメートレンズによって平行光となり、導波路型
差動検出素子に入射する。この導波路型差動検出素子を
透過して、対物レンズにより情報記録担体の記録面に集
光され、反射される。上記３光線に対応する反射光は上
記対物レンズにより平行光となり、再び導波路型差動検
出素子に入射する。導波路型差動検出素子では、第１、
第２のフォーカスグレーティング結合器が、上記３光線
に対応する反射光を上記第１、第２の光導波路に導入し
て導波光となすとともに、上記各光導波路内で上記３光
線に対応する導波光をそれぞれ集光させる。上記第１の
光導波路の面内で上記主ビームに対応する導波光の焦点
の後方に配置された第１の光検出部の出力と、上記第２
の導波路の面内で上記主ビームに対応する導波光の焦点
の前方に配置された第２の光検出部の出力によって、再
生信号とフォーカスエラー信号とが得られる。また、上
記第１、第２の光導波路の少なくとも一方の面内で上記
２つの副ビームの導波光の焦点に配置された第３、第４
の光検出部の出力によってトラッキングエラー信号が得
られる。

ここで、再生信号は、第１、第２の光検出部の出力の差
動をとることによって得られる。トラッキングエラー信
号は、いわゆる３ビーム法により、第３、第４の光検出
部の出力の差動をとることによって得られる。したがっ
て、反射光をすべて取り込むようにすれば、情報記録担
体の記録面が傾いて光軸がずれたとしても、プッシュプ
ル法の場合と異なり、トラッキングエラー信号にオフセ
ットが生じることはない。また、フォーカスエラー信号
は、情報記録担体の記録面でフォーカスエラーが生じる
と、第１、第２の光検出部の出力が逆位相で変化するこ
とから、その変化分の差動をとることによって得られ
る。詳しくは、情報記録担体の記録面でフォーカスエラ
ーが生じると、主ビームに対応する各導波光の中央部分
と両側部分との光量比が変化する。この光量比の変化
は、焦点の後方に配置されている第１の光検出部の位置
と、焦点の前方に配置されている第２の光検出部の位置
とで、互いに逆位相となる。したがって、フォーカスエ
ラー信号は、例えば第１、第２の光検出部をそれぞれ上
記導波光の中央部分と両側部分とを３分割して検出する
３分割型とし、第１、第２の光検出部でそれぞれ中央部
分の出力と両側部分の出力との差動をとり、さらに第１
の光検出部の差動出力と第２の光検出部の差動出力との
差動をとることによって得られる。このフォーカスエラ
ー信号は情報記録担体の記録面の傾きによって悪影響を
受けることはない。

このように、この光情報処理装置では、情報記録担体の
記録面の傾きによって影響を受けることがない。したが
って、第６図に示した従来の光学ヘッドに比して、検出
性能を高めることができる。また、この光情報処理装置
の一部を構成する導波路型差動検出素子は、第１の光導
波路と第２の光導波路との２つの光導波路を備えている
が、これらは１枚の透明基板の両面に形成されている。
したがって、第６図に示した従来の光学ヘッドと全く同
様に、光学ヘッドが小型に構成される。しかも、組み立
てが簡単に行われる。

＜実施例＞以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図はこの発明の一実施例の光学ヘッドの全体構成を
示している。この光学ヘッドは、光源としての半導体レ
ーザ10と、コリメートレンズ11と、対物レンズとしての
集光レンズ12を備えている。半導体レーザ10主ビームと
２つの副ビームとの３光線を同一方向へ出射することが
できる。コリメートレンズ11は、半導体レーザ10が出射
した光線を受けて平行光にする。集光レンズ12は、コリ
メートレンズ11側から受けた光線を情報記録担体として
の光磁気ディスク14の記録面16に集光するとともに、記
録面16による反射光を受けて平行光にする。

上記コリメートレンズ11と集光レンズ12との間に、透明
基板としての厚さ1mmのパイレックスガラス基板１を持
つ導波路型差動検出素子が設けられている。ガラス基板
１の上面および下面にはそれぞれ厚さ0.76μｍの＃7059
ガラスの第１の光導波路としての光導波路層2,第２の光
導波路としての光導波路層３がスパッタ法により形成さ
れている。光導波路層2,3を覆うように、プラズマCVD法
により厚さ0.04μｍの窒化シリコンクラッド層5,6がそ
れぞれ形成されている。上記クラッド層5,6が形成され
た後、ガラス基板１の上面にはTEモードを励振する第１
のフォーカスグレーティング結合器７が、また、ガラス
基板１の下面にはTMモードを励振する第２のフォーカス
グレーティング結合器８がそれぞれ形成されている。こ
れらの上下の位置合わせは両面マスクアライナを用いて
精度よく行うことができる。

上記フォーカスグレーティング結合器7,8は、電子ビー
ム描画法によって作製したグレーティングパターンを転
写したフォトマスクを用いて作製されている。また、こ
のフォーカスグレーティング結合器7,8は、TEモードとT
Mモードでは光導波路の実効屈折率が異なることを利用
し、互いにグレーティング周期をわずかに変えることに
より各モードを選択的に導波するようにしている。

半導体レーザ10から出射されたスポット間隔100μｍの
３ビームの出射光は、コリメートレンズ11により平行光
となり上記フォーカスグレーティング結合器８に入射さ
れる。そして、上記フォーカスグレーティング結合器８
を透過した０次回折光はフォーカスグレーティング結合
器７を透過して集光レンズ12により光磁気ディスク14上
に第２図（Ａ）に示す配置で集光される。ここで、41は
主スポットであり、42,43は副スポットである。

光磁気ディスク14でカー効果による偏光方向の回転を受
けた主スポット41の反射光は、集光レンズ12を逆行し、
フォーカスグレーティング結合器7,8により、それぞれT
Eモードは光導波路層２の、TMモードは光導波路層３の
導波光となる。そして、ガラス基板１の両面に形成され
たモルファスシリコンからなる第１の光検出部としての
３分割光検出器20及び第２の光検出部としての３分割光
検出器21でその光強度が検出される。上記３分割光検出
器20はフォーカスグレーティング結合器７の焦点の後方
に、また上記光検出器21はフォーカスグレーティング結
合器８の焦点の前方にそれぞれ配置されている。この３
分割光検出器20および21には第３図の（Ａ）および
（Ｂ）に示すように反射光が入射する。ここで、ｂは光
スポットの焦点が光ディスク14上にある場合、ａは光ス
ポットの焦点が光ディスク14の手前にある場合、ｃは光
スポットの焦点が光ディスク14の奥にある場合を示す。
上記３分割光検出器20および21の中央27,32と両側26,2
8,31,33の差動出力はそれぞれ第１図に示すx,yとして得
られる。このx,yは光スポットの焦点位置に対して第４
図に示すような曲線となる。そして、このx,yの差動出
力であるフォーカスエラー信号ＺはＳ字曲線となるため
焦点位置検出が可能となる。

再生信号は、光検出器20の中央27および両側26,28の出
力和と、光検出器21の中央32および両側31,33の出力和
との差動をとることによって得られる。

一方、２つの副スポット42,43からの反射光はフォーカ
スグレーティング結合器7,8によりそれぞれTEモードは
光検出器24,25に、TMモードは光検出器29,30に入射す
る。光磁気ディスク14に形成された記録トラック16は基
板15と1/8波長厚みが異なる。このため、第２図（Ａ）
に示すように、主スポット41が記録トラック16の中心に
ある場合は、副スポット42,43の反射光は同一強度であ
るが、第２図（Ｂ），（Ｃ）に示すように主スポット41
が記録トラック16の中心から偏ると、副スポット42,43
は記録トラック16の中心に対して非対称となり反射光強
度が異なる。従って、光検出器24,29と光検出器25,30の
差動を取ることによりトラッキングエラー信号を検出で
きる。なお、この記録トラック16は線状であってもピッ
ト状であってもよい。

このように、光磁気ディスク14からの反射光のTEモード
およびTMモードをそれぞれフォーカスグレーティング結
合器7,8によって励振して光導波路2,3に導入し、このTE
モードおよびTMモードをそれぞれ、３分割光検出器20と
光検出器24,25および３分割光検出器21と光検出器29,30
で検出してその差動を算出するようにしているので、光
磁気ディスク14の傾きに対してオフセットが生じること
がない。そのため、安定したフォーカス動作やトラッキ
ング動作を行うことができ、光磁気ディスク装置の書き
込み、記録、再生を精度よく行うことができる。

また、光導波路層2,3を１枚のガラス基板１の両面に形
成しているので、第６図に示した従来の光学ヘッドと全
く同様に、この光学ヘッドは小型に構成することができ
る。しかも、組み立てを簡単に行うことができる。

上記実施例ではフォーカスグレーティング結合器7,8の
焦点距離を同じにし、３分割光検出器20を上記焦点の後
方に、３分割光検出器21を上記焦点の前方にそれぞれ配
置したが、第５図（Ａ）に示すようにフォーカスグレー
ティング結合器7,8の焦点距離を互いに異ならせ、か
つ、第５図（Ｂ）に示すようにガラス基板１の端面近傍
に３分割光検出器20′,21′および光検出器24′,25′,2
9′,30′をSi基板80上に構成したものを配置してもよ
い。上記３分割光検出器20′,21′および光検出器24′,
25′,29′,30′はPINダイオードアレイで構成されてお
り、動作原理は上記実施例の場合と同じである。また上
記Si基板をガラス基板１の端面から離して、ガラス基板
１から出る各反射光をレンズにて上記PINダイオードア
レイに入射するようにしてもよい。

また、上記実施例では光磁気ディスク装置を用いたが、
カー効果を利用しない他のディスク装置すなわちコンパ
クトディスク、ビデオディスク、追記型光ディスク等の
光ディスク装置を用いてもよい。

また、上記実施例では、３ビームの半導体レーザを用い
たが、１ビームの半導体レーザの出射光を回折格子によ
り０次と±１次の回折光に分割して用いてもよい。

また、上記実施例では、フォーカスグレーティング結合
器7,8は互いにグレーティング周期をわずかに変えるこ
とによりTEモードとTMモードをそれぞれ選択的に導波す
るようにしたが、光導波路層2,3の層厚をわずかに違え
ることにより同じグレーティングパターンでそれぞれTE
モード用およびTMモード用に使うようにしてもよい。

また、フォーカスグレーティング結合器のかわりにグレ
ーティング結合器と導波路レンズを用いてもよい。

また、光検出器24,25,光検出器29,30,光検出器24′,2
5′，光検出器29′,30′のそれぞれどちらか一方を省略
してもよい。

＜発明の効果＞以上より明らかなように、この発明の光情報処理装置
は、検出すべき再生信号、フォーカスエラー信号および
トラッキングエラー信号が情報記録担体の記録面の傾き
によって影響を受けることがない。したがって、第６図
に示した従来の光学ヘッドに比して、検出性能を高める
ことができる。また、導波路型差動検出素子の第１の光
導波路と第２の光導波路は１枚の透明基板の両面に形成
されているので、第６図に示した従来の光学ヘッドと全
く同様に、光学ヘッドを小型に構成することができる。
しかも、組み立てを簡単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略構成図、第２図は上
記実施例における光磁気ディスク上の光スポットを示す
図、第３図は上記実施例における反射光の３分割光検出
器への入射状態を示す図、第４図は上記実施例における
光検出器の差動出力を示す図、第５図はこの発明の他の
実施例の概略構成図、第６図は従来例の概略構成図であ
る。１……ガラス基板、2,3……光導波路層、7,8……フォー
カスグレーティング結合器、14……光磁気ディスク、2
0,20′,21,21′……３分割光検出器、24,25,29,30……
光検出器、24′,25′,29′,30′……光検出器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主ビームと２つの副ビームとの３光線を同
一方向へ出射する光源と、上記光源が出射した光線を受けて平行光にするコリメー
トレンズと、上記コリメートレンズ側から受けた光線を情報記録担体
の記録面に集光するとともに、上記記録面による反射光
を受けて平行光にする対物レンズと、上記コリメートレンズと対物レンズとの間に設けられ、
上記コリメートレンズ側から対物レンズ側へ上記３光線
を透過させるとともに、上記対物レンズ側から上記３光
線に対応する反射光を受けて、上記反射光からフォーカ
スエラー信号、トラッキングエラー信号および再生信号
を検出する導波路型差動検出素子とを有する光情報処理
装置であって、上記導波路型差動検出素子は、上記コリメートレンズと対物レンズとを結ぶ光路に対し
て垂直に配置された透明基板と、上記透明基板の両面に形成された平面状の第１、第２の
光導波路と、上記第１、第２の光導波路の互いに対向する部分にそれ
ぞれ設けられ、上記３光線に対応する反射光を上記第
１、第２の光導波路に導入して導波光となすとともに、
上記各光導波路内で上記３光線に対応する導波光をそれ
ぞれ集光させる第１、第２のフォーカスグレーティング
結合器と、上記第１の光導波路の面内で上記主ビームに対応する導
波光の焦点の後方に配置された検出する第１の光検出部
と、上記第２の光導波路の面内で上記主ビームに対応する導
波光の焦点の前方に配置された第２の光検出部と、上記第１、第２の光導波路の少なくとも一方の面内で上
記２つの副ビームの導波光の焦点に配置された第３、第
４の光検出部とを備えたことを特徴とする光情報処理装
置。