JPS63229639A - Optical information recording and reproducing device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To make a device small in size and light in weight even if the focal length is extended to improve the focus error detection sensitivity, by providing a waveguide element where a grating coupler, a waveguide layer, a lens member, a reflecting member, and a photodetector are loaded or formed on the same substrate. CONSTITUTION:A waveguide element 13 is provided where a grating coupler 18, a waveguide layer 17, a lens member 19, a reflecting member 21 which turns back the convergent diffracted light from the lens member 19 halfway, and photodetectors 10a-10d which receive optical information guided from the lens member 19 through the reflecting member by the waveguide layer 17 are loaded on the same substrate. Since the reflecting member 21 exists between the lens member 19 and photodetectors 20a-20d in the waveguide element 13, the focal length of the lens member 19 is extended. Consequently, enlargement of the waveguide element, namely, an optical pickup is unnecessary because of turning-back of the optical path by the reflecting member though the optical path length required for improvement of the focus error signal detection sensibility is long. Thus, quick access is performed in the satisfactory state of focusing control or the like by the small-sized device.

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光メモリ等として活用される光ディスク、光
磁気ディスク等を用いた光情報記録再生装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field The present invention relates to an optical information recording and reproducing apparatus using an optical disk, magneto-optical disk, etc. used as an optical memory.

従来技術 従来、この種の光情報記録再生装置の光ピツクアップは
例えば第９図のように構成されている。Prior Art Conventionally, an optical pickup of this type of optical information recording/reproducing apparatus is constructed as shown in FIG. 9, for example.

即ち、半導体レーザ１から射出させたレーザ光を回折格
子２、偏光ビームスプリッタ３、λ／４板４及び対物レ
ンズ５を介して記録媒体としての光デイスク６上にスポ
ット状に照射する。ここに、回折格子２はトラッキング
信号を得るための対象トラック及び隣接ラック用の３本
のビームを発生させるためのものである。そして、光デ
ィスク６からの反射光は対物レンズ５及びλ／４板４を
再度透過した後、今度は偏光ビームスプリッタ３により
入射光とは分離されて９０’異なる方向に反射され、シ
リンドリカルレンズ７を介して受光素子８に結像される
。このレンズ７はフォーカス信号を得るための非点収差
を発生させるためのものである。That is, a laser beam emitted from a semiconductor laser 1 is irradiated in a spot shape onto an optical disk 6 as a recording medium via a diffraction grating 2, a polarizing beam splitter 3, a λ/4 plate 4, and an objective lens 5. Here, the diffraction grating 2 is used to generate three beams for a target track and an adjacent rack for obtaining a tracking signal. After the reflected light from the optical disk 6 passes through the objective lens 5 and the λ/4 plate 4 again, it is separated from the incident light by the polarizing beam splitter 3 and reflected in a direction 90' different from the incident light, and then passes through the cylindrical lens 7. An image is formed on the light receiving element 8 through the light receiving element 8. This lens 7 is used to generate astigmatism for obtaining a focus signal.

この他、種々の光ピツクアップ構造が提案されているも
のの、何れも第９図のものと同様にバルクの光学部品で
構成されており、全体の重量が大きくなってしまう。こ
の結果、アクセス時間が遅いものとなる。又、組付け・
調整箇所も多くなってしまう。これにより、コスト高と
なるだけでなく、機械的安定性が十分でなく、かつ、経
時劣化の問題も生ずるものである。Although various other optical pickup structures have been proposed, all of them are constructed from bulk optical components like the one shown in FIG. 9, resulting in an increase in overall weight. This results in slow access times. Also, assembly/
There will be many adjustments to be made. This not only increases costs, but also causes problems of insufficient mechanical stability and deterioration over time.

このようなことから、光ピツクアップの小型・軽量化を
図るために、集積化構造の光ピツクアップとしたものが
本出願人により提案されている。For this reason, in order to reduce the size and weight of the optical pickup, the applicant has proposed an optical pickup with an integrated structure.

その代表例を例にとり、基本構造ないしは動作について
第１０図ないし第１２図により説明する。Taking a representative example as an example, the basic structure and operation will be explained with reference to FIGS. 10 to 12.

まず、光源として半導体レーザ１０が設けられ、記録媒
体としての光ディスク１１に対向配置されている。そし
て、半導体レーザ１０から射出されたレーザ光はコリメ
ートレンズ１２により平行ビームとされた後、導波素子
１３、λ／４板１４及び対物レンズ１５を介して光デイ
スク１１上にスポット状に集光照射される。First, a semiconductor laser 10 is provided as a light source, and is placed facing an optical disc 11 as a recording medium. The laser beam emitted from the semiconductor laser 10 is made into a parallel beam by the collimating lens 12, and then condensed into a spot on the optical disk 11 via the waveguide element 13, the λ/4 plate 14, and the objective lens 15. irradiated.

ここに、本出願人による既提案内容の要旨は、従来の偏
光ビームスプリッタを含めた検出系等を導波素子１３と
して集積化構成したことである。Here, the gist of the content already proposed by the present applicant is that a conventional detection system including a polarizing beam splitter and the like are integrated as a waveguide element 13.

この導波素子１３は対物レンズ光軸に直交させた例えば
透過性を有するガラス製の基板１６上に導波路層１７を
形成するとともに、半導体レーザｌＯからの照射光の透
過部分にはグレーティングカプラ１８が形成されている
。これにより、例えば半導体レーザ１０から光デイスク
ｌｌ側に向けて射出される光をｐ偏光としておくと、こ
のｐ偏光の光は導波素子１３に入射した場合、このグレ
ーティングカプラ１８により回折される量は極めて少な
く、殆ど透過して光デイスク１１側に向かうものである
。一方、光ディスク１１からの反射光はグレーティング
カプラ１８に入射する時点では、λ／４板１４を２度通
過してＳ偏光状態となっているので、今度はこのグレー
ティングカプラ１８により殆ど回折され、導波素子１３
上の導波路層１７内に結合されて導波・伝搬する。ここ
に、このグレーティングカプラ１８による回折方向の導
波路層１７には２分割状の導波路レンズ１９が設けられ
、導波ビームは導波路レンズ１９により２分割状態に指
向される。これらの２分割された導波ビームを受光する
光検出素子２０が２０ａ、２ｏｂの対、２０ｃ、２０ｄ
の対として導波素子１３の端部側に設けられている。つ
まり、導波素子１３は導波路層１７、グレーティングカ
プラ１８、導波路レンズ１９、光検出素子１８を１つの
基板１６上に一体的に集積形成してなる。In this waveguide element 13, a waveguide layer 17 is formed on a substrate 16 made of, for example, transparent glass, which is perpendicular to the optical axis of the objective lens, and a grating coupler 18 is formed in the portion through which the irradiated light from the semiconductor laser IO is transmitted. is formed. With this, for example, if the light emitted from the semiconductor laser 10 toward the optical disk 11 side is p-polarized light, when this p-polarized light is incident on the waveguide element 13, the amount of light that is diffracted by the grating coupler 18 is The amount of light is extremely small, and most of the light passes through and heads towards the optical disk 11 side. On the other hand, when the reflected light from the optical disk 11 enters the grating coupler 18, it has passed through the λ/4 plate 14 twice and is in the S-polarized state. Wave element 13
It is coupled into the upper waveguide layer 17 for wave guidance and propagation. Here, a two-split waveguide lens 19 is provided on the waveguide layer 17 in the direction of diffraction by the grating coupler 18, and the waveguide beam is directed into two halves by the waveguide lens 19. The photodetecting elements 20 that receive these two divided waveguide beams are a pair of 20a and 2ob, 20c and 20d.
are provided as a pair on the end side of the waveguide element 13. That is, the waveguide element 13 is formed by integrally forming a waveguide layer 17, a grating coupler 18, a waveguide lens 19, and a photodetector element 18 on one substrate 16.

ここに、グレーティングカプラ１８は外部からの光の内
、所望の偏光方向の光を導波路層１７内に回折・結合さ
せるものであり、図示のものでは表面レリーフ型として
形成してなるものを示すが、この他、体積位相型、振幅
型などのグレーティングカプラ構造であってもよい。基
板１６は透明基板でよいが、不透明基板であっても例え
ばグレーテイングカプラ１８対応部分に透光性を持たせ
るように開口を形成したものでもよい。又、導波路層１
７は基板１６上にこの基板１６より高屈折率の導波層材
料を真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などによ
り積層形成してなる。ここに、この導波層材料としては
、高屈折ガラス、Ｓｉ。Here, the grating coupler 18 diffracts and couples light in a desired polarization direction among external light into the waveguide layer 17, and the one shown is formed as a surface relief type. However, in addition to this, a grating coupler structure such as a volume phase type or an amplitude type may be used. The substrate 16 may be a transparent substrate, but it may also be an opaque substrate, for example, with openings formed in the portion corresponding to the grating coupler 18 to provide light transmission. Moreover, the waveguide layer 1
7 is formed by laminating a waveguide layer material having a higher refractive index than the substrate 16 on the substrate 16 by vacuum evaporation, sputtering, CVD, or the like. Here, the waveguide layer material is high refractive glass or Si.

Ｎ４．Ｎｂ、○、、　Ｔａ、Ｏ，などの誘電体、ポリマ
などの有機物あるいはガラスへのイオン拡散、イオン交
換なども使用できる。そして、導波路レンズ１９として
は、導波路層１７上にＴ　ｉ　Ｏ，その他の誘電体を装
荷し、その部分の導波路層１７の実効屈折率を変化させ
てレンズ作用を持たせるように形成するとか、導波路層
１７に対してレンズ状パターンをイオン拡散させたり、
屈折率を変化させるようにして形成してもよい。更には
、光検出素子１８としては、例えばアモルファスシリコ
ンａ−３ｉ膜などにより形成したものを用いることがで
きる。ここに、これらの光検出素子２０ａ〜２０ｄは記
録読取り信号検出用、トラッキングエラー信号検出用及
びフォーカスエラー信号検出用に供されるため、２個ず
つが対となって平面的に所定間隔離間させて配置されて
おり（第１１図参照）、光検出素子２０ａ、２０ｂは導
波路レンズ１９からの一方の集光ビームを両者間中央位
置で受光し得るように併設され、光検出素子２０Ｃ９１
８側も同様に導波路レンズ１９からの他方の集光ビーム
を両者間中央位置で受光し得るように併設されている。N4. Ion diffusion into dielectric materials such as Nb, O, Ta, O, etc., organic materials such as polymers, or glass, ion exchange, etc. can also be used. The waveguide lens 19 is formed by loading TiO or other dielectric material on the waveguide layer 17 and changing the effective refractive index of the waveguide layer 17 in that portion to give it a lens effect. Alternatively, the lens-like pattern may be used to diffuse ions into the waveguide layer 17.
It may be formed to change the refractive index. Furthermore, as the photodetecting element 18, one formed of, for example, an amorphous silicon a-3i film can be used. Here, since these photodetecting elements 20a to 20d are used for detecting a recording read signal, a tracking error signal, and a focus error signal, two of them are arranged in pairs and separated by a predetermined distance in a plane. (see FIG. 11), and the photodetecting elements 20a and 20b are placed side by side so that they can receive one of the focused beams from the waveguide lens 19 at a central position between them, and the photodetecting elements 20C91
Similarly, the 8 side is also arranged so that it can receive the other focused beam from the waveguide lens 19 at a central position between the two.

二二で、このような方式によるフォーカスエラー信号Δ
ｆ、トラッキングエラー信号Δを及び記録信号Ｓの検出
原理について説明する。ここに、光検出素子２０ａ〜２
０ｄの各々の検出信号をａ〜ｄとする。まず、フォーカ
スエラー信号ΔｆはΔｆ＝　（ａ十ｄ）　　　（ｂ十ｃ
） で示す。今、光ディスク１１が基準位置にあり、位置ず
れ等を生じていない正常時には、第１１図に示すように
導波路レンズ１９による２分割ビームは光検出素子２０
ａ、２０ｂの中間、光検出素子２０ｃ、２０ｄの中間に
各々集光され、ａ＝ｂ、ｃ＝ｄとなる。これにより、Δ
ｆ＝ｏであり、フォーカスエラーのない合焦状態である
ことが検出される。一方、光ディスク１１と対物レンズ
１５との距離が相対的に遠ざかった場合には、導波路レ
ンズ１９による２分割ビームの集光位置が第１２図（ａ
）に示すように光検出素子２０より手前位置となり、各
々の光検出素子２０ａ〜２０ｄの検出信号ａ　−ｄの状
態は、ａ＜ｂ、ｄ＜ｃなる状態となる。よって、フォー
カスエラー信号Δｆは、Δｆ＞Ｏとなり、合焦位置にな
いことが検出される。逆に、光ディスク１１と対物レン
ズ１５との距離が相対的に近づいた場合には、導波路レ
ンズ１９による２分割ビームの集光位置が第１２図（ｂ
）に示すように光検出素子２０より奥側位置となり、各
々の光検出素子２０ａ〜２０ｄの検出信号ａ　−ｄの状
態は、逆に、ａ＞ｂ、ｄ＞Ｃなる状態となる。よって、
フォーカスエラー信号Δｆは、Δｆ）Ｏとなり、合焦位
置にないことが検出される。つまり、フォーカスエラー
信号Δｆの正負に応じて焦点誤差方向が判定できるので
、このフォーカスエラー信号ΔｆがΔｆ＝ｏとなるよう
に対物レンズ１５（又は光ピツクアップ全体）をアクチ
ュエータ（図示せず）により光軸方向に移動させ、オー
トフォーカシングするものである。In 22, the focus error signal Δ by this method is
The principle of detecting f, the tracking error signal Δ, and the recording signal S will be explained. Here, the photodetecting elements 20a to 2
Let each detection signal of 0d be a to d. First, the focus error signal Δf is Δf= (a0d) (b0c
). Now, when the optical disk 11 is in the reference position and there is no positional deviation etc. in a normal state, the two-split beam by the waveguide lens 19 is transmitted to the photodetector element 20 as shown in FIG.
The light is focused at the middle of a and 20b and between the photodetecting elements 20c and 20d, so that a=b and c=d. This results in Δ
f=o, and a focused state without focus error is detected. On the other hand, when the distance between the optical disk 11 and the objective lens 15 becomes relatively long, the convergence position of the two-split beam by the waveguide lens 19 is changed as shown in FIG.
), the position is in front of the photodetecting element 20, and the states of the detection signals a to d of the respective photodetecting elements 20a to 20d are such that a<b and d<c. Therefore, the focus error signal Δf satisfies Δf>O, and it is detected that the focus error signal Δf is not at the in-focus position. On the other hand, when the distance between the optical disk 11 and the objective lens 15 becomes relatively close, the convergence position of the two-split beam by the waveguide lens 19 becomes as shown in FIG.
), the position is on the far side from the photodetecting element 20, and the states of the detection signals a to d of each of the photodetecting elements 20a to 20d are conversely such that a>b and d>C. Therefore,
The focus error signal Δf becomes Δf)O, and it is detected that the focus position is not in focus. In other words, since the direction of the focus error can be determined depending on the positive or negative sign of the focus error signal Δf, the objective lens 15 (or the entire optical pickup) is adjusted by an actuator (not shown) so that the focus error signal Δf becomes Δf=o. It moves in the axial direction and performs autofocusing.

一方、トラッキングエラー信号Δｔは、２分割・ビーム
の強度の差、即ち Δｔ＝　（ａ十ｂ）　−（ｃ十ｄ） として検出できる。例えば、光ディスク１１のトラック
上に正常に照射されている時には、導波路レンズ１９に
よる２分割ビームの強度は等しいので、Δ１＝０となる
。しかるに、トラックずれを生じた時には、２分割ビー
ムの強度に差が生じ、Δｔ（Ｏ又はΔ１＞０となり、そ
の正負によりずれ方向が判るので、Δ１＝０となるよう
に対物レンズ１５をアクチュエータによりトラック直交
方向（半径方向）に移動させることにより、オートラッ
キング動作させるものである。On the other hand, the tracking error signal Δt can be detected as the difference in intensity between the two divided beams, ie, Δt=(a+b)−(c+d). For example, when the track of the optical disk 11 is normally irradiated, the intensity of the two beams split by the waveguide lens 19 is equal, so Δ1=0. However, when a track misalignment occurs, a difference occurs in the intensity of the two divided beams, and Δt(O or Δ1>0. The direction of the misalignment can be determined by the sign or negative of the difference. Therefore, the objective lens 15 is adjusted by the actuator so that Δ1=0. Auto-tracking is performed by moving in a direction perpendicular to the track (radial direction).

又、光ディスク１１に記録されている情報の読取り信号
Ｓは、光検出素子２０ａ〜２０ｄの全出力の和、即ち Ｓ＝ａ＋ｂ＋ｃ十ｄ により求められる。Further, the read signal S of the information recorded on the optical disc 11 is determined by the sum of all outputs of the photodetecting elements 20a to 20d, that is, S=a+b+c+d.

このように、本出願人による既提案の導波素子１３を用
いた集積化構造によれば、光ピツクアップの小型化が期
待できる。しかるに、光ピツクアップの小型化のために
基板１６の長さを短くすると、フォーカスエラー信号Δ
ｆの検出感度が低下してしまう欠点がある。この点を第
１３図を参照して説明する。この第１３図は、便宜上、
光デイスク１１面から光検出素子２０付近までの光学系
主要部を同一平面に展開して示す説明図である。As described above, the integrated structure using the waveguide element 13 proposed by the present applicant can be expected to reduce the size of the optical pickup. However, if the length of the substrate 16 is shortened in order to miniaturize the optical pickup, the focus error signal Δ
There is a drawback that the detection sensitivity of f is reduced. This point will be explained with reference to FIG. This figure 13 is shown for convenience.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the main parts of the optical system from the surface of the optical disk 11 to the vicinity of the photodetecting element 20, developed on the same plane.

ここに、対物レンズ１５の開口数をＮＡ、　、焦点距離
をｆ、とし、導波路レンズ１９の開口数をＮＡ２、焦点
距離をｆ２とする。このような条件下では、通常、光デ
イスク１１面は対物レンズ１５の前側（図中、左側）の
焦点位置に一致するように設定され、光検出素子２０の
受光検出面は導波路レンズ１９の後側（図中、右側）の
焦点位置に一致するように設定される。Here, the numerical aperture of the objective lens 15 is NA, and the focal length is f, and the numerical aperture of the waveguide lens 19 is NA2, and the focal length is f2. Under such conditions, the surface of the optical disk 11 is usually set to match the focal position of the front side (left side in the figure) of the objective lens 15, and the light receiving and detecting surface of the photodetecting element 20 is set to match the focal position of the front side (left side in the figure) of the objective lens 15. It is set to match the focal position on the rear side (right side in the figure).

しかして、第１３図では光ディスク１１が基準位置（合
焦位置）より対物レンズ１５側に近づいた場合を示して
いる。光ディスク１１が対物レンズ１５に近づくと、ビ
ームの発散点は基準位置の場合に対してΔだけ対物レン
ズ５側に近づくことになる。この結果、光ディスク１１
で反射されて対物レンズ１５、導波路レンズ１９により
光検出素子２０側に集光されるビームの集光面は基準集
光面Ｐ、からΔ′だけ離れた集光面Ｐ、に移動する。Thus, FIG. 13 shows a case where the optical disc 11 has moved closer to the objective lens 15 than the reference position (focus position). When the optical disk 11 approaches the objective lens 15, the divergence point of the beam approaches the objective lens 5 by Δ compared to the reference position. As a result, the optical disc 11
The converging surface of the beam reflected by the objective lens 15 and the waveguide lens 19 toward the photodetecting element 20 side moves to a converging surface P separated by Δ' from the reference converging surface P.

この結果、光検出素子２０ａ〜２０ｄ側では、光ディス
ク１１がΔだけずれたことによる集光面のずれΔ′を、
基準検出面Ｐ、における横ずれＷとして検出するもので
ある。As a result, on the photodetecting elements 20a to 20d side, the shift Δ' of the light converging surface due to the shift of the optical disk 11 by Δ is
This is detected as a lateral shift W on the reference detection plane P.

よって、高感度なるフォーカスエラー信号Δｆを検出す
るためには、光デイスク１１面の位置ずれによる焦点ず
れ量Δと、光検出面における横ずれ量Ｗとの比、即ちＷ
／Δをできるだけ大きくすることが必要である。Therefore, in order to detect the focus error signal Δf with high sensitivity, the ratio of the amount of focus deviation Δ due to the positional deviation of the optical disk 11 surface to the amount of lateral deviation W on the light detection surface, that is, W
It is necessary to make /Δ as large as possible.

ここに、横倍率ＭをＭ＝ｆ、／ｆ、と定義すると、前述
したずれ量Δ、Δ′間には Δ′　＝Ｍ２・Δ＝（ｆ、／ｆ、）”・Δ　・・・・・
・・・・・・・（１）なる関係がある。又、基準集光面
Ｐ。における横ずれ量Ｗと面Ｐ、・２１間のずれ量Δ′
との間にはＷ＝ＮＡ、・Δ′　　　　　　　　・・・・
・・・・・・・・（２）なる関係が成立する。この結果
、 Ｗ＝（ｆ　、／　ｆ　、）”・ＮＡ、・Δ　　　・・・
・・・・・・・・・（３）となる。又、開ロ数ＮＡ、、
ＮＡ、間にはＮＡ、＝（ｆ、／ｆ、）・ＮＡ、　　　　
　・・・・・・・・・・・・（４）なる関係があり、こ
れを（３）式に代入すると、Ｗ＝（ｆ、／ｆ、）・ＮＡ
、・Δ　　　・・・・・・・・・・・・（５）となる。Here, if the lateral magnification M is defined as M=f, /f, then the above-mentioned deviation amounts Δ and Δ' will be Δ' = M2・Δ=(f, /f,)''・Δ...・
There is a relationship (1). Also, the reference light condensing surface P. The amount of lateral deviation W and the amount of deviation Δ' between the plane P and 21 in
There is W=NA, ・Δ′ ・・・・
...The following relationship (2) holds true. As a result, W=(f,/f,)”・NA,・Δ...
......(3). Also, opening number NA,...
NA, NA between = (f, /f,)・NA,
There is a relationship (4), and when this is substituted into equation (3), W = (f, /f,)・NA
,・Δ・・・・・・・・・(5).

よって、フォーカスエラー信号Δｆの検出感度Ｓは、 ｓ＝Ｗ／Δ＝（ｆ、／ｆ、）−ＮＡ、　　・−・−・・
・・・・（６）として示される。Therefore, the detection sensitivity S of the focus error signal Δf is: s=W/Δ=(f,/f,)−NA, ・−・−・
... is shown as (6).

この（６）式によれば、検出感度Ｓを高めるためには、
一般に、対物レンズ１５の開口数ＮＡ、及び焦点距＠ｆ
、が光ディスク１１に対する集光スポット径、差動距離
などの点から決まっているので、導波路レンズ１９の焦
点距離ｆ２をできるだけ大きくすればよいといえる。According to this equation (6), in order to increase the detection sensitivity S,
Generally, the numerical aperture NA of the objective lens 15 and the focal length @f
, is determined from the focal spot diameter and differential distance with respect to the optical disk 11, so it can be said that the focal length f2 of the waveguide lens 19 should be made as large as possible.

ところが、第１０図及び第１１図に示した構成に戻り、
この導波路レンズ１９の焦点距離ｆ、を大きくした場合
を考えると、導波路レンズ１９と光検出素子２０との間
の距離をその焦点距離ｆ２分だけ離して設置する必要が
あり、導波素子１３の長さが長くなってしまう。これで
は、導波素子１３を用いた集積化による小型・軽量化と
いう本来の目的に反することとなってしまうものである
。However, the configuration returns to the one shown in FIGS. 10 and 11,
Considering the case where the focal length f of this waveguide lens 19 is increased, it is necessary to set the distance between the waveguide lens 19 and the photodetecting element 20 by the distance of the focal length f2, and the waveguide element 13 becomes longer. This goes against the original purpose of reducing size and weight through integration using the waveguide element 13.

目的 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、フォー
カスエラー信号の検出感度を低下させることなく、導波
素子方式による光ピツクアップの集積・小型化を実現し
て高速アクセス化を図ることができる光情報記録再生装
置を得ることを目的とする。Purpose The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to achieve high-speed access by realizing the integration and miniaturization of optical pickups using a waveguide element method without reducing the detection sensitivity of focus error signals. The object of the present invention is to obtain an optical information recording/reproducing device that can perform the following steps.

構成 本発明は、上記目的を達成するため、光情報を記録した
記録媒体に対してレーザ光源からのレーザ光を対物レン
ズを介して集光照射し、前記記録媒体からの反射光から
情報読取り信号とフォーカスエラー信号とトラックエラ
ー信号とを検出する光情報記録再生装置において、前記
レーザ光源からの照射光を透過させ前記記録媒体からの
反射光を回折させるグレーティングカプラと、このグレ
ーティングカプラによる回折光を導波させる導波路層と
、この導波路層中を伝搬する回折光を収束させるレンズ
部材と、このレンズ部材による収束回折光を途中で折返
す反射部材と、前記レンズ部材からこの反射部材を経て
前記導波路層により導波される光情報を受光する光検出
素子とを同一基板に装荷又は形成した導波素子を設けて
なり、導波素子中のレンズ部材・光検出素子間に反射部
材が存在することにより、レンズ部材の焦点距離を長く
して焦点エラー検出感度を高めるようにしても、光路の
折返しにより導波素子自体、従って光ピツクアップを大
きくする必要がないようにしたことを特徴とするもので
ある。Structure In order to achieve the above object, the present invention irradiates a recording medium on which optical information is recorded with condensed laser light from a laser light source through an objective lens, and obtains an information read signal from the reflected light from the recording medium. An optical information recording/reproducing device that detects a focus error signal and a track error signal, the grating coupler transmitting the irradiated light from the laser light source and diffracting the reflected light from the recording medium, and the grating coupler diffracting the diffracted light by the grating coupler. A waveguide layer that guides the wave, a lens member that converges the diffracted light propagating in this waveguide layer, a reflective member that reflects the converged diffracted light by this lens member on the way, and a light that is transmitted from the lens member through this reflective member. A waveguide element is provided in which a photodetector element that receives optical information guided by the waveguide layer is loaded or formed on the same substrate, and a reflective member is provided between the lens member and the photodetector element in the waveguide element. Due to its presence, even if the focus error detection sensitivity is increased by increasing the focal length of the lens member, there is no need to increase the size of the waveguide element itself, and hence the optical pickup, by folding the optical path. It is something to do.

本発明の第一の実施例を第１図及び第２図に基づいて説
明する。基本構成としては、前述した本出瀬人による既
提案内容に準するものであり、第１０図ないし第１３図
で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示す。本実
施例では、導波素子１３において、導波路層１７の右側
端面に反射部材となる反射面２１を全幅に渡って形成し
たものである。ここに、この反射面２１はグレーティン
グカプラ１８により回折され導波路層１７中を伝搬する
光をレンズ部材としての導波路レンズ１９により光検出
素子２０に対して集光させる前の途中において、折返し
反射させるためのものである。A first embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 1 and 2. The basic configuration is based on the content already proposed by Seto Motodade mentioned above, and the same parts as shown in FIGS. 10 to 13 are indicated using the same reference numerals. In this embodiment, in the waveguide element 13, a reflective surface 21 serving as a reflective member is formed over the entire width on the right end surface of the waveguide layer 17. Here, this reflecting surface 21 causes the light that is diffracted by the grating coupler 18 and propagates in the waveguide layer 17 to be reflected back on the way before being focused on the photodetecting element 20 by the waveguide lens 19 serving as a lens member. It is for the purpose of

これにより、光検出素子２０ａ〜２０ｄは第１１図等に
示した場合と異なり、導波素子１３の導波路層１７にお
いて逆サイド（左側）に配設されている。As a result, the photodetecting elements 20a to 20d are arranged on the opposite side (left side) of the waveguide layer 17 of the waveguide element 13, unlike the case shown in FIG. 11 and the like.

これによれば、フォーカスエラー信号Δの検出感度を向
上させるために導波路レンズ１９の焦点距離ｆ２を大き
くしても、光検出素子２０までの光路が長くても反射面
２１により折返されてほぼ半分にされているので、導波
素子１３自体を長くする必要がない。よって、小型にし
て、フォーカスエラー信号Δｆの検出感度を高めること
ができる。又、導波素子１３（導波路層１７）全体を有
効に活用できるものでもある。According to this, even if the focal length f2 of the waveguide lens 19 is increased in order to improve the detection sensitivity of the focus error signal Δ, even if the optical path to the photodetecting element 20 is long, the optical path will be reflected by the reflective surface 21 and almost Since it is halved, there is no need to lengthen the waveguide element 13 itself. Therefore, the detection sensitivity of the focus error signal Δf can be increased while reducing the size. Further, the entire waveguide element 13 (waveguide layer 17) can be effectively utilized.

なお、反射面２１は、導波素子１３の端面を研磨処理し
た後、その面にＡＱ、Ｃｕ、Ａｕなどの高反射率の金属
膜を蒸着して形成すればよい。又、光検出素子２０ａ〜
２０ｄにより検出される信号ａ　−ｄに基づくフォーカ
スエラー信号Δｆ、トラッキングエラー信号Δを及び情
報信号Ｓについての処理は前述した説明の場合と同様で
ある。Note that the reflective surface 21 may be formed by polishing the end surface of the waveguide element 13 and then depositing a high reflectance metal film such as AQ, Cu, or Au on that surface. Moreover, the photodetecting elements 20a~
The processing of the focus error signal Δf, the tracking error signal Δ, and the information signal S based on the signals a to d detected by 20d is the same as that described above.

又、レンズ部材としては、第３図に示すように導波路レ
ンズ１９に代えて、導波型グレーティングレンズ２２を
用いてもよい。この導波型グレーティングレンズ２２は
、例えばグレーティングパターン状に高屈折率材料をフ
ォトリソグラフィー法により導波路層１７上に装荷する
とか、あるいはグレーティングパターン状に不純物拡散
、イオン交換、プロトン交換等の方法によりグレーティ
ング状に屈折率パターンを導波路層１７中に形成するこ
とにより設ければよい。Further, as a lens member, a waveguide grating lens 22 may be used instead of the waveguide lens 19 as shown in FIG. This waveguide type grating lens 22 is produced by, for example, loading a high refractive index material onto the waveguide layer 17 in the form of a grating pattern using a photolithography method, or by applying a method such as impurity diffusion, ion exchange, proton exchange, etc. in the form of a grating pattern. It may be provided by forming a grating-like refractive index pattern in the waveguide layer 17.

又、第４図に示すように導波型フレネルレンズ２３をレ
ンズ部材として用いるようにしてもよい。Further, as shown in FIG. 4, a waveguide Fresnel lens 23 may be used as the lens member.

この導波型フレネルレンズ２３も導波型グレーティング
レンズ２２の場合と同様の方法で装荷又は形成すればよ
い。This waveguide Fresnel lens 23 may also be loaded or formed in the same manner as the waveguide grating lens 22.

更に、第５図に示すようにレンズ部材を兼用するグレー
ティングカプラ２４を用いるようにしてもよい。即ち、
グレーティングカプラ１８の場合には直線状等間隔形状
のものであったが、このグレーティングカプラ２４のよ
うに曲線状不等間隔形状とすることにより、導波路層１
７への回折・結合機能と、回折光の集光機能とを持たせ
たものである。この場合、回折光の２分割のために薄膜
プリズム２５を用いればよい。Furthermore, as shown in FIG. 5, a grating coupler 24 which also serves as a lens member may be used. That is,
In the case of the grating coupler 18, the shape was linear and equally spaced, but by making it curved and unevenly spaced like this grating coupler 24, the waveguide layer 1
It has a function of diffraction and coupling to 7 and a function of condensing diffracted light. In this case, a thin film prism 25 may be used to split the diffracted light into two.

ところで、本実施例構成をベースとして、第７図に示す
ように、より高集積化を図るようにしてもよい。即ち、
導波素子１３自体についても高集積化を図るため、Ｓｉ
、ＧａＡｓどの不透明な半導体基板２６を用い、光検出
素子２０ａ〜２０ｄをこの基板２６に対するＳｉの拡散
によりフォトダイオード構造に形成するようにしたもの
である。Incidentally, based on the configuration of this embodiment, higher integration may be achieved as shown in FIG. That is,
In order to achieve high integration of the waveguide element 13 itself, Si
An opaque semiconductor substrate 26 such as GaAs or the like is used, and the photodetecting elements 20a to 20d are formed into a photodiode structure by diffusing Si into the substrate 26.

２７は外部引出用のＡＲ電極である。又、導波路層１７
における導波損失を抑えるために基板２６との間にはバ
ッファ層２８が形成されている。このバッファ層２８は
例えばＳｉＯ，、ＳｉＯなどが用いられる。なお、基板
２６は不透明であるので、グレーテイングカプラ１８対
応部分はエツチングなどにより開口２６ａが形成され、
透光性が確保されている。又、第７国力式の場合には、
反射面２１は例えばＳｉによる基板２６をへき開により
端面を出し、その端面にＡＱなとの金属膜を蒸着するこ
とにより形成される。つまり、ガラス等の基板１６の端
面研磨による場合よりも、この基板２６のへき開端面に
よる方が、より高品質（反射率）の反射面２１を簡単に
形成することができる。27 is an AR electrode for external extraction. Moreover, the waveguide layer 17
A buffer layer 28 is formed between the substrate 26 and the substrate 26 in order to suppress waveguide loss. This buffer layer 28 is made of, for example, SiO, SiO, or the like. Note that since the substrate 26 is opaque, an opening 26a is formed in the portion corresponding to the grating coupler 18 by etching or the like.
Translucency is ensured. Also, in the case of the 7th national power formula,
The reflective surface 21 is formed by, for example, cleaving a substrate 26 made of Si to expose an end face, and depositing a metal film such as AQ on the end face. In other words, the reflective surface 21 of higher quality (reflectance) can be formed more easily by using the cleaved end surface of the substrate 26 than by polishing the end surface of the substrate 16, such as glass.

ところで、二の第７図では、対物レンズ等についても一
体化を図っているものである。即ち、コリメートレンズ
としてのマイクロフレネルレンズ２９、対物レンズとし
てのマイクロフレネルレンズ３ｏを用い、半導体レーザ
１０及び光デイスク１１以外の部材を導波素子１３に一
体化したものである。これにより、光ピツクアップの小
型・軽量化及び薄型化が可能となる。By the way, in FIG. 2, the objective lens and the like are also integrated. That is, a micro Fresnel lens 29 as a collimating lens and a micro Fresnel lens 3o as an objective lens are used, and components other than the semiconductor laser 10 and the optical disk 11 are integrated into the waveguide element 13. This allows the optical pickup to be made smaller, lighter, and thinner.

つづいて、本発明の第二の実施例を第７図により説明す
る。本実施例は、反射部材として導波路グレーティング
によるブラッグ型反射器３１を用いたものである。即ち
、導波路層１７上に表面レリーフ型グレーティングとし
ての誘電体物質を装荷するとか、導波路層１７中に対し
てイオン拡散、プロトン交換方法などでグレーティング
状の屈折率変化を与えることにより形成できる。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a Bragg reflector 31 made of a waveguide grating is used as a reflecting member. That is, it can be formed by loading a dielectric material as a surface relief type grating on the waveguide layer 17, or by giving a grating-like refractive index change to the waveguide layer 17 by ion diffusion, proton exchange, etc. .

この時、グレーティングパターンの実効屈折率変化量を
適切に定めれば、導波路層１７を導波するビームはこの
ブラッグ反射器３１部分で反射−次回折光となり、殆ど
光検出素子２ｏ側に向けて反射させることができる。つ
まり、本実施例は回折による反射を利用するものである
。At this time, if the amount of change in the effective refractive index of the grating pattern is appropriately determined, the beam guided through the waveguide layer 17 becomes a reflected-order diffracted light at this Bragg reflector 31, and most of it is directed toward the photodetecting element 2o side. It can be reflected. In other words, this embodiment utilizes reflection due to diffraction.

本実施例によれば、プレーナプロセスにてブラッグ型反
射器３１を導波素子１３に装荷又は形成することができ
、端面の研磨処理等を必要としないので、導波素子１３
の作製上、一貫性を持たせることができる。According to this embodiment, the Bragg reflector 31 can be loaded or formed on the waveguide element 13 by a planar process, and there is no need for polishing the end face.
can be made consistently.

更に、発明の第三の実施例を第８図により説明する。本
実施例は、反射部材として、導波路ミラー３２を用いた
ものである。この導波路ミラー３２は反応性イオンエツ
チング、反応性イオンビームエツチングなどのドライエ
ツチングにより導波路層１７を貫通する（場合によって
は、基板１６の途中まで）ように直方体状にエツチング
して凹部３３を形成し、この凹部３３において導波路層
１７の端面にＡＱ、Ｃｕ、Ａｕなどの金属膜を蒸着形成
してなる。Furthermore, a third embodiment of the invention will be explained with reference to FIG. In this embodiment, a waveguide mirror 32 is used as the reflecting member. This waveguide mirror 32 is etched into a rectangular parallelepiped shape by dry etching such as reactive ion etching or reactive ion beam etching so as to penetrate the waveguide layer 17 (in some cases, halfway through the substrate 16). A metal film such as AQ, Cu, or Au is formed on the end face of the waveguide layer 17 in the recess 33 by vapor deposition.

なお、これらの実施例では、導波素子１３において、導
波路レンズ１９等のレンズ部材と光検出素子２０との間
に１面のみの反射部材（２１，３２，３２）を設けて、
光束を１回だけ折返すようにしたが、反射面を更に複数
面として折返し回数を増やし、実質的な光学パスを更に
短縮化させるようにしてもよい。このため、光検出素子
２０は左側に設けられるとは限らず、例えば反射部材（
２１，３２，３２）による反射光束を再度折返させて右
側で受光させるようにしてもよい。In addition, in these embodiments, in the waveguide element 13, a reflecting member (21, 32, 32) on only one surface is provided between a lens member such as the waveguide lens 19 and the photodetector element 20,
Although the light beam is folded back only once, it is also possible to use a plurality of reflective surfaces to increase the number of folds, thereby further shortening the actual optical path. For this reason, the photodetecting element 20 is not necessarily provided on the left side, and for example, the reflective member (
21, 32, 32) may be reflected again and received on the right side.

効果 本発明は、上述したようにグレーティングカプラと導波
路層とレンズ部材と、このレンズ部材による収束回折光
を途中で折返す反射部材と、レンズ部材からこの反射部
材を経て導波路層により導波される光情報を受光する光
検出素子とを同一基板に装荷又は形成した導波素子を設
けることにより、導波素子中のレンズ部材・光検出素子
間に反射部材が存在するので、レンズ部材の焦点距離を
長くすることによりフォーカスエラー信号の検出感度を
高めるようにしても、必要光路長は長いものの反射部材
により光路の折返しにより導波素子自体、従って光ピツ
クアップを大きくする必要がなく、小型にして達成する
ことができ、よって、フォーカシング制御等の良好なる
状態で高速アクセス化を図ることができるものである。Effects As described above, the present invention includes a grating coupler, a waveguide layer, a lens member, a reflecting member that returns convergent diffracted light by the lens member on the way, and a waveguide layer that passes from the lens member through this reflecting member. By providing a waveguide element in which a photodetector element that receives the optical information to be received is mounted or formed on the same substrate, a reflective member is present between the lens member and the photodetector element in the waveguide element. Even if the detection sensitivity of the focus error signal is increased by increasing the focal length, the required optical path length is long, but since the optical path is folded by the reflective member, there is no need to increase the size of the waveguide element itself, and therefore the optical pickup, and the device can be made smaller. Therefore, high-speed access can be achieved with good focusing control and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図ないし第２図は本発明の第一の実施例を示すもの
で、第１図は概略平面図、第２図は概略側面図、第３図
はレンズ変形例を示す概略平面図、第４図はレンズ変形
例の他側を示す概略平面図、第５図はグレーティングカ
プラ及びレンズ変形例を示す概略平面図、第６図は全体
的構造の変形例を示す概略側面図、第７図は本発明の第
二の実施例を示す概略平面図、第８図は本発明の第三の
実施例を示す概略平面図、第９図はバルク型の従来例を
示す概略側面図、第１０図ないし第１３図は本出願人に
よる既提案内容を示すもので、第１０図は概略側面図、
第１１図は概略平面図、第１２図はフォーカスエラー信
号検出動作を説明するための概略平面図、第１３図は展
開平面図である。 １０・・・半導体レーザ、１１・・・光ディスク（記録
媒体）、１３・・・導波素子、１５・・・対物レンズ、
１６・・・基板、１７・・・導波路層、１８・・・グレ
ーティニゲカプラ、１９・・・導波路レンズ（レンズ部
材）、２０ａ〜２０ｄ・・・光検出素子、２１・・・反
射面＜／ｉ射部材）、２２・・・導波型グレーティング
レンズ（レンズ部材）、２３・・・導波型フレネルレン
ズ（レンズ部材）、２４・・・グレーティングカプラ（
兼レンズ部材）、２６・・・基板、３０・・・マイク［
フレネルレンズ（対物レンズ）、３１・・・ブラツピ型
反射器（反射部材）、３２・・・導波路ミラー（万射部
材）1 and 2 show a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a schematic plan view, FIG. 2 is a schematic side view, and FIG. 3 is a schematic plan view showing a modified example of the lens. 4 is a schematic plan view showing the other side of the modified lens; FIG. 5 is a schematic plan view showing the grating coupler and the modified lens; FIG. 6 is a schematic side view showing a modified overall structure; 8 is a schematic plan view showing a third embodiment of the present invention, FIG. 9 is a schematic side view showing a conventional bulk type example, and FIG. Figures 10 to 13 show the content of the proposal already made by the applicant, and Figure 10 is a schematic side view;
FIG. 11 is a schematic plan view, FIG. 12 is a schematic plan view for explaining the focus error signal detection operation, and FIG. 13 is a developed plan view. 10... Semiconductor laser, 11... Optical disk (recording medium), 13... Waveguide element, 15... Objective lens,
16... Substrate, 17... Waveguide layer, 18... Gratiny coupler, 19... Waveguide lens (lens member), 20a-20d... Photodetection element, 21... Reflection 22... Waveguide grating lens (lens member), 23... Waveguide Fresnel lens (lens member), 24... Grating coupler (
double-lens member), 26... board, 30... microphone [
Fresnel lens (objective lens), 31...Bratspi reflector (reflection member), 32... Waveguide mirror (ray member)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 光情報を記録した記録媒体に対してレーザ光源からのレ
ーザ光を対物レンズを介して集光照射し、前記記録媒体
からの反射光から情報読取り信号とフォーカスエラー信
号とトラックエラー信号とを検出する光情報記録再生装
置において、前記レーザ光源からの照射光を透過させ前
記記録媒体からの反射光を回折させるグレーテイングカ
プラと、このグレーテイングカプラによる回折光を導波
させる導波路層と、この導波路層中を伝搬する回折光を
収束させるレンズ部材と、このレンズ部材による収束回
折光を途中で折返す反射部材と、前記レンズ部材からこ
の反射部材を経て前記導波路層により導波される光情報
を受光する光検出素子とを同一基板に装荷又は形成した
導波素子を設けたことを特徴とする光情報記録再生装置
。Laser light from a laser light source is focused and irradiated onto a recording medium on which optical information is recorded through an objective lens, and an information read signal, a focus error signal, and a track error signal are detected from the reflected light from the recording medium. The optical information recording and reproducing device includes: a grating coupler that transmits the irradiated light from the laser light source and diffracts the reflected light from the recording medium; a waveguide layer that guides the diffracted light by the grating coupler; A lens member that converges the diffracted light propagating in the waveguide layer, a reflecting member that returns the convergent diffracted light by the lens member on the way, and light that is guided by the waveguide layer from the lens member through the reflecting member. 1. An optical information recording/reproducing device comprising a waveguide element in which a photodetector element for receiving information is mounted or formed on the same substrate.