JPH02206029A - 光ピックアップ - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は光ピックアップに関し、特に光ディスク等の情
報記録媒体においてレーザー光を記録部に集光し、その
反射光の強度変化にもとづいて光ディスクの記録情報を
読み取るための光ピックアップに関するものである。

（ロ）従来の技術 以下、従来の技術を第５図、第６図を参照して説明する
。

すなわち、コンパクトディスク等の光情報記録媒体の記
録情報の読み取りは、第５図に示すように、光記録媒体
２９にピット３０の有無の形で記録されている信号を、
例えば、レーザー光３１等を集光した光を記録媒体２９
の表面に照射し、その集光点からの反射光のレベル変化
を受光素子である光検出器３２ａ、３２ｂにより検出す
ることにより行われている。

従来の光ピックアップは、このような記録媒体２９から
の情報読み取りに使用される半導体レーザー等の光源３
３、レンズ３４ａ　、３４ｂ　。

３４Ｃ１ビームスプリツタ３５、ウェッジプリズム３６
、受光素子３２ａ、３２ｂ等の個別部品をユニット化し
た光学系と、さらに光を所定のピット列（トラック）に
正確に照射させるために電磁式あるいは機械式の方式に
て、上記光学系の焦点位置を光軸と直角方向（Ｙ方向）
に移動させるトラッキング制ｔｉ１１機構３７ａ、３７
ｂと、光軸方向（Ｚ方向）に移動させるフォーカシング
制御機構３８ａ　、３８ｂとにより構成されている。

方、近年いわゆる光導波路を用いた第６図に示すような
光ピックアップが提案されている（例エバ電子通信学会
論文誌ＶｏｌＪ６９−ｃ　、　Ｎ００５　。

ｐ６１０．１９８１）。

この光ピックアップは、基板３９の上に作製された光導
波路４０と、半導体レーザー４１、導波路４０の上に作
製された導波路形ビームスプリッタ−４２、導波光を基
板外の自由空間の一点に集光して光デイスク４４上のピ
ット４５の情報を読み取るためのフォーカシンググレー
ティングカプラ４３、光検出器４６ａ、４６ｂにより構
成され、第５図の個別光部品から組み立てられた光ピッ
クアップの光学系と同等の機能を有する。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかし、上記前者の個別光部品から組み立てられた光ピ
ックアップでは、光源３３、レンズ３４ａ　、３４ｂ　
、３４ｃ等を精密組み立て技術により組み立てるため、
複雑な光軸合わせや位置合わゼの作業が必要であるとと
もに、個別部品を組み合わせて作製するので、装置の小
型化が難しい。

＝３− 一方、光導波路上に個別光部品の機能と同等の機能を有
する導波路型部品を集積化した後者の光ピックアップで
は、上記のような光軸合わ１！等の必要がなく、小型化
も可能である訳であるが、この装置においても、当然ト
ラッキング制御機構、フォーカシング制御機構を必要と
するから、やはり装置の小型化には限界があり、光導波
路型を採用した利点を十分生かすことができない。

本発明は従来技術の有する上記問題点を解決するため導
波路型光ピックアップに表面弾性波を発生させて平行光
としてグレーティングカプラに向かう導波光を偏向させ
るための表面弾性波発生電極と、集光点可変手段として
の可変焦点機能を有する導波路型レンズとを設けること
によりトラッキング及びフォーカシング機能を有するよ
うにした光導波路型の光ピックアップを提供することに
ある。

（ニ）課題を解決するための手段 この発明は、基板上に作製した薄膜光導波路と当該光導
波路内に光を入射させるための光源と、上記薄膜光導波
路上に配設され、その光導波路内を伝搬する光源からの
導波光を平行光にするための導波路型レンズと、上記薄
膜光導波路内を伝搬する上記平行光を上記基板外の自由
空間の一点に集光し、それによって基板の外側に光源と
光導波路の対向空間に配設された光記録媒体上のピット
の情報を読み取りその集光点からの反射光を再び上記薄
膜光導波路内に導くためのフォーカシンググレーティン
グカプラと、上記薄膜光導波路内への反射光を検出する
光検出器と、当該光検出器に反射光を導くための導波路
型光ビームスプリッタを備えた光ピックアップにおいて
、 上記１１１１！光導波路上に表面弾性波を発生させ、そ
れによって光源からの平行光を薄膜光導波路の幅方向に
偏向しうる表面弾性波光偏向手段と、この光偏向手段と
フォーカシンググレーティングカプラとの間の薄膜光導
波路上に設けられ、薄膜光導波路内を伝搬する、上記偏
向された導波光を、薄膜光導波路内の温度分布を上記幅
方向に変化させることにより収束可能に制御し、それに
よってフォーカシンググレーティングカブラを介して集
光される基板外の集光点の位置を光軸方向に調整可能に
しうる集光点可変手段とを有する光ピックアップである
。

一般に誘電体を外部から加熱すると誘電体の屈折率は変
化する。例えば、ガラス、Ｌｉ　Ｎｂ　Ｏ３などでは屈
折率は上昇する。従ってこのような誘電体からなる薄膜
光導波路では光導波路上に発熱部を設けることにより発
熱部下部の屈折率を制御可能であり熱光学効果と言われ
る。

この熱光学効果を積極的に利用し、発熱部の温度分布に
温度勾配を与えると、発熱体直下の光導波路層の屈折率
分布は温度勾配に相当した屈折率勾配を生じこの部分を
通過した光は屈折率の高い方向に偏向される。

ずなわら、第３図に示すように、発熱部４の温度分布を
光導波路の幅方向（Ｙ方向）にその中央部が高温に両端
が低温になるように分布させると、発熱体下部の屈折率
変化量の分布も温度分布に対応して上記中央部で大きく
両端に近付くとともに単調に減少した分布となる。

しかも屈折率分布をレンズの等価屈折率分布と同様にす
ることによりこの発熱体９の下部を通過する平行光を収
束、あるいは発散させることができる。また発熱部の温
度分布を変えることにより、収束あるいは発散の度合い
を可変できる。このようにして可変焦点機能を有する可
変焦点レンズが作製される。

一方、薄膜光導波路上に表面弾性波を発生させ、弾性波
が伝搬している部分に導波光を導くと、音響光学効果に
より、音響光学ブラッグ回折を起こし、導かれた導波光
を表面弾性波発生用駆動電源を制御することでＹ方向に
任意の偏向角を有して偏向できる。これは、表面弾性波
光偏向器として良く知られている。この表面弾性波光偏
向器と上記の可変焦点レンズを従来の光導波路を用いた
光導波路型光ピックアップに付加することにより本発明
の目的とする光ピックアップが可能となる。

この発明における基板としては、材料がＬｉ　Ｎｂ　Ｏ
ｓ　、　Ｓｉ　、ガラス等のものが好ましい。

この発明における薄膜光導波路としては、（１）Ｌｉ　
Ｎｂ　Ｏｓ　基板を用いた場合ではこの基板上にプロト
ン交換、１１拡散等によって形成されたものや、（Ｉｆ
）　Ｓ　ｉあるいはガラス基板の場合には、その基板上
に１ｉＮｂ０３．Ｚｎｏ等の圧電性を有する誘電体をス
パッタリング等により形成されたものが好ましい。

この発明における表面弾性波光偏向手段は、例えば第４
図に示すように、圧電性光導波路２上に表面弾性波１９
を発生させる表面弾性波発生電極（以下、くし形電極と
いう）２０と、その駆動電源２４とから構成されている
。

くし形電極２０は本実施例では圧電性光導波路２を使用
してるので通常のへρ等を蒸着し、フォトリソグラフィ
技術によりくし形電極を形成すれば良いが、非圧電性光
導波路を使用した場合は光導波路上に圧電性材料、例え
ば、ＺｎＯ等の薄膜を形成し、その上にくし形電極を形
成すれば良い。

そして、表面弾性波１９の伝搬領域１９ａに達した光源
１２からの導波光である平行光は、回折偏向により平行
光の進行角が変化され、平行光の進路が導波路２の幅方
向（Ｙ方向）に可変される。

この平行光の進路は、電源２４の周波数を変えることに
よりＹ方向に制御可能である。

この発明における集光点可変手段は、例えば、第１．４
図に示すように、発熱体９からなる可変焦点レンズ２２
と、その発熱体９への印加型８！５とから主としてなる
。

以下、具体的に作製法を述べる。

第１図において、ＬｉＮｂＯ３基板１上に「熱拡散によ
り導波路２を形成した後、まず、その導波路上にスパッ
タ等によりｓ；　０２　、ガラス等の絶縁物によるバッ
ファ層３を形成し、しかる後そのバッファ層上にニクロ
ム等の抵抗発熱体からなる薄膜電極４を設ける。

この際、電極４を、導波路２の屈折率の温度係数が正の
場合にはＹ方向に中央部が高温に、両端部で低温になる
ように粗密化したパターンで形成し、光導波路２の屈折
率の温度係数が負の場合は逆の温度分布にして形成する
。

電極４のパターンは、いわゆるフォトリソグラフィ技術
により作製され、例えば、第２図（ａｙ　＋ｂ＞に小す
ように、線状電極４ａのパターンが粗密分布をもたせて
形成されたり［ｉ２図（ａ）参照１゜さらに２つの線状
電極４ｂ、４ｃを組み合わせた電極パターンとしても良
い。

このようにして形成された発熱体９の温度変化量ＴのＹ
方向分布及び導波路内の屈折率変化ΔｎのＹ方向分布を
第３図に示す。

すなわち発熱体９の高温部で大ぎな屈折率増加が起き、
導波路レンズの等側屈折率分布と同等の屈折率分布を実
現できる。さらに発熱体９への印加電圧をＶ□からＶ２
　　（Ｖｔ　＜Ｖ２　）へ上昇させると温度変化量Δ′
「も増加され、屈折率変化Δｎも大きくなる。

このようにして作製された可変焦点レンズは、第１図に
示すように、駆動電源５の印加電圧を変化させることに
より光導波路層２内の幅方向（Ｙ方向）の屈折率を可変
でき、導波光の光路を第１光路６．第２光路７のように
任意の位置で集光可能となる。

このように、基板上に作製した薄膜光導波路上に当該光
導波路の幅方向に温度分布を与えるための発熱体部を形
成し、当該発熱体部の発熱量を制御することにより薄膜
光導波路内の温度分布を光導波路の幅方向に変化させ、
それによって薄膜光導波路内を伝搬する導波光を収束制
御可能とした可変焦点レンズ機能を有する可変焦点レン
ズを提供できる。

上記の光導波路及び光導波路上に形成される可変焦点レ
ンズを除く導波路型の光部品の作製技術はすべて公知の
技術であり例えば「光集積回路」西原著、オーム社、　
１９８５年等に詳しく述べられており上記以外の作製方
法も紹介されているのでここでは概略のみ述べた。

（ホ）作用 基板上に薄膜光導波路を作製し、当該光導波路内を伝搬
する光を入射させるための光源を導波路端に設け、上記
導波路上に光源からの導波光を平行光にするための導波
路レンズ、光源からの導波光と逆に伝搬する導波光を分
離するためのビームスプリッタと、導波光を偏向するた
めの表面弾性波発生部と、偏向された導波光の収束度合
いを調整するための可変焦点レンズと、導波路内を伝搬
してきた導波光を空間に放射し、かつ空間の一点に焦点
を結ばせるとともに焦点での反射光を再び光導波路内に
導くためのフォーカシンググレーティングカブラ及び上
記の逆の経路でビームスプリッタに伝搬した反射光を検
出するための受光素子を作製する。

この光ピックアップが、従来のフォーカシング制御、ト
ラッキング制御可能であることは光源から空間での焦点
位置までの光の伝搬を考えれば理解できる。

すなわち、光源から出てビームスプリッタを通過した平
行光は、表面弾性波により回折、偏向され、さらに可変
焦点レンズを通ることにより収束された光がフォーカシ
ンググレーティングカブラにより自由空間に焦点を結ぶ
。

ここで、偏向角のみを変化させた場合を考えると、可変
焦点レンズ、フォーカシンググレーティングカブラとい
う２次元レンズ系への入射角が変化することになり、空
間での焦点は基板と水平な方向の光導波路の幅方向に移
動することになる。

一方、偏向角を一定にし、可変焦点レンズの収束度を変
えるとフォーカシンググレーティングカブラへの入射光
の収束度が変化することから、自由空間での焦点位置は
光軸方向に変化することになる。このようにして従来、
可動コイル等によりレンズ位置を動かして焦点位置を可
変していたアクチュエータ部を光導波路上で実現でき、
小型な光ピックアップヘッドが供給される。

（へ）実施例 以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。しか
し、これによって本発明が限定されるものではない。

第１図は本発明の可変焦点レンズの一実施例を示す概略
斜視図である。

第１図において、ＬｉＮｂ○３基板１上にＴ１熱拡散に
より薄膜光導波路２を形成する。さらに当該光導波路２
上に例えばスパッター等により８１０２、ガラス等の絶
縁物によるバッファー層３を設け、バッファー層３上に
例えばニクロム等の抵抗発熱体９からなる薄膜電極４を
設ける。このようにして可変焦点レンズ２２が形成され
る。

次に上記可変焦点レンズを応用した光ピックアップの実
施例を図面を参照にして説明する。

第４図は本発明の一実施例の概略斜視図である。

当該光ピックアップは例えばＬ　＋　Ｎｂ　Ｏｓ　、Ｓ
ガラス等の基板１上では、例えばＬｉＮｂＯ３、ＺｎＯ
等の圧電性をもつ誘電体をスパッタリング等により形成
あるいはＬｉ　Ｎｂ　Ｏａ基板ではプロトン交換、Ｔ１
拡散等の技術により薄膜光導波路層２を形成し当該光導
波路上に光源となる半導体レーザー１２からの導波光を
平行光とするための導波路型コリメートレンズ１３、戻
り光と光源からの導波光を分離するためのビームスプリ
ッタ１４、戻り光を受光器１７ａ、１７ｂに導くための
収束レンズ１５、ウェッジプリズム１６さらに受光器１
７ａ、１７ｂ及びビームスプリッタ−１４により反射さ
れた光源からの導波光を反射し表面弾性波１９の伝搬領
域に導くためのりフレフタ１８、表面弾性波１９を発生
させるための電極２０、表面弾性波による非回折光（０
次光）をカットするための無反射体２１、′上記発熱体
９からなる可変焦点レンズ２２及び導波光を空間の一点
に集光し、かつ当該集光点からの反射光を再び導波路内
に伝搬させるフォーカシンググレーティングカブラ２３
を形成する。ここでコリメートレンズ１３、収束レンズ
１５、ウェッジプリズム１６は光導波路層上２に例えば
Ｓｔ　ａ　Ｎ４等をスパッタリング等のＣＶＤ法で堆積
させ、電子ビーム又は光学的なりソグラフィ技術により
作製される。

又ビームスプリッタ−１４、リフレクタ１８、フォーカ
シンググレーティングカブラ２３は上記と同様にスパッ
タリング等によりＳｉ　３　Ｎ４等を堆積接電子ビーム
リソグラフィー等の微細加工技術によりいわゆるグレー
ティング回折格子を形成することにより作製される。無
反則体２１は導波路層２を直角にエツチングし溝を形成
することにより作製される。

受光器１７ａ、１７ｂは導波路」二に形成されたａ−３
ｉｐｉｎダイオードからなるものが使用されるが、端面
に受光素子を設けても良い。

次にこの光ピックアップの動作について説明する。

光源である半導体レーザー１２から出た光はコリメート
レンズ１３により平行光となり、ビームスプリッタ１４
により反射されリフレクタ１８を通り表面弾性波１９の
伝搬領域に達する。ここで光源からの光は表面弾性波１
９によりＹ方向に回折偏向され可変焦点レンズ２２に向
かう。このとき、非回折光（０次光）は無反射体２１で
伝搬しなくなる。

そして可変焦点レンズ２２内で平行光はやや収束しフォ
ーカシンググレーティングカブラ２３により空間２６に
焦点を結ぶ。今表面弾性波発生電極２０の駆動電源２４
の周波数を変えると可変焦点レンズ２２に伝搬してゆく
平行光の進行角がＹ方向に変化し、フォーカシンググレ
ーティングカブラ−２３により先はどと違う位置２７に
焦点を結ぶ。つまり表面弾性波発生電極２０の駆動電源
２４の周波数を変えることにより焦点をＹ方向にスキャ
ン可能となる。

次に可変焦点レンズ２２の駆動電［５の電圧を変え、当
該レンズを通過する平行光の収束を強めた場合を考える
とフォーカシンググレーティングカブラ２３へより収束
した光が入るから空間での焦点は基板１よりの２８に移
る。このように可変焦点レンズ２２の焦点位置を変える
ことにより７方向のスキャンが可能となる。ここでＹ方
向のスキャンは従来のピックアップのトラッキング制御
機構に相当し、Ｚ方向のスキャンが）Ａ−カシング制御
機構に相当することは言うまでもない。

（ト）発明の効果 以上述べてきたようにこの発明によれば、可変焦点レン
ズ、表面弾性波発生電極を薄膜光導波路上に形成した光
導波路型ピックアップを作製することにより、表面弾性
波による光の回折を利用して導波光を光導波路の幅方向
に偏向でき、さらに、基板外の集光点の位置を上記幅方
向及び焦点方向の２軸で可変調整可能にでき、これによ
り、従来、個別物品で作製された光ピックアップのフォ
ーカシング及びトラッキング制御機構を光導波路上に組
込んでこれと一体化できるものであり、その結果、小型
軽量で高信頼性を有する光ピックアップを提供できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における可変焦点レンズを示
す概略斜視図、第２図（ωおよび＋ｂ＞はそれぞれ上記
可変焦点レンズの発熱体部電極パターンを示す構成説明
図、第３図（ωおよび（ｌ））はそれぞれ上記実施例に
おける可変焦点レンズの要部構成説明図および発熱体の
温度変化および屈折率変化を示１特性図、第４図は本発
明の一実施例を示す光ピックアップの概略斜視図、第５
図および第６図はそれぞれ光ピックアップの従来技術例
を示す構成説明図および概略斜視図である。 １・・・・・・基板、　　２・・・・・・光導波路、３
・・・・・・バッファー層、 ４・・・・・・抵抗発熱体薄膜電極、 ４ａ、４ｂ、４ｃ・・・・・・抵抗発熱体薄膜電極、５
・・・・・・可変焦点レンズの駆動電源、６．７・・・
・・・光路、９・・・・・・発熱体、１２・・・・・・
半導体レーザー １３・・・・・・コリメートレンズ、 １４・・・・・・ビームスプリッタ、 １５・・・・・・収束レンズ、 １６・・・・・・ウェッジプリズム、 １７ａ、１７ｂ・・・・・・受光素子、１８・・・・・
・リフレクタ−１９・・・・・・表面弾性波、２０・・
・・・・表面弾性波発生電極、２１・・・・・・無反射
体、２２・・・・・・可変焦点レンズ、２３・・・・・
・フォーカシンググレーティングカブラ、２４・・・・
・・表面弾性波発生用駆動電源、２６．２７．２８・・
・・・・焦点。 ヘー 第３図 （ａ） （ｂ） ４丁 Δｎ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に作製した薄膜光導波路と、当該光導波路内
   に光を入射させるための光源と、上記薄膜光導波路上に
   配設され、その光導波路内を伝搬する光源からの導波光
   を平行光にするための導波路型レンズと、上記薄膜光導
   波路内を伝搬する上記平行光を上記基板外の自由空間の
   一点に集光し、それによって基板の外側に光源と光導波
   路の対向空間に配設された光記録媒体上のピットの情報
   を読み取りその集光点からの反射光を再び上記薄膜光導
   波路内に導くためのフオーカシンググレーティングカプ
   ラと、上記薄膜光導波路内への反射光を検出する光検出
   器と、当該光検出器に反射光を導くための導波路型光ビ
   ームスプリッタを備えた光ピックアップにおいて、 上記薄膜光導波路上に表面弾性波を発生させ、それによ
   つて光源からの平行光を薄膜光導波路の幅方向に偏向し
   うる表面弾性波光偏向手段と、この光偏向手段とフォー
   カシンググレーティングカプラとの間の薄膜光導波路上
   に設けられ、薄膜光導波路内を伝搬する、上記偏向され
   た導波光を、薄膜光導波路内の温度分布を上記幅方向に
   変化させることにより収束可能に制御し、それによつて
   フォーカシンググレーティングカプラを介して集光され
   る基板外の集光点の位置を光軸方向に調整可能にしうる
   集光点可変手段とを有する光ピックアップ。