JPH09265653A

JPH09265653A - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JPH09265653A
Application number: JP8073549A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Shirakawa; 英和白川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1997-10-07
Anticipated expiration: 2016-03-28
Also published as: JP2862127B2

Abstract

(57)【要約】【目的】超解像光ヘッド装置の小型・軽量化。組み立
て工程の簡素化。クロストークの低減。【構成】レーザダイオード１１から出射した光ビーム
はグレーティングカップラ１２ａ、１２ｂおよび遮光帯
１３を通過し、集光レンズ１４に入射する。このとき集
光レンズ１４に入射する光ビームの光強度分布は、Ｘ方
向（遮光帯の長手方向）には遮光帯１３によって中心付
近が減衰した分布となり、Ｙ方向にはガウス分布とな
る。従って、集光レンズ１４によって光ディスク１５面
上に集光される光スポットの強度分布はＸ方向にのみ超
解像現象によりサイドローブをともなった分布となる。
Ｘ方向を光ディスク１５のトラックの接線方向とする。
反射戻り光をグレーティングカップラ１２ａ、１２ｂに
より光導波路１７に導き、フォトダイオード１６ａ、１
６ｂに集光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を利用して情報
の記録再生を行う情報入出力装置に用いられる光ヘッド
装置に関し、特に光の集光に超解像現象を利用した光ヘ
ッド装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置において記録密度を向上
させるには、光ヘッド装置によって記録媒体上に形成す
る光スポット径を縮小する必要がある。光スポット径は
光源の波長と集光レンズの開口数によって決定される
が、半導体レーザの短波長化には未だ未解決の問題があ
り、また開口数を大きくすることも収差発生の許容量な
どから限界がある。そこで、これら以外の方法で光スポ
ット径を縮小する手段として、超解像現象を利用するこ
とが検討されている。超解像は、集光レンズに入射する
光ビームの振幅あるいは位相分布を変化させることによ
り、通常の回折限界以上のスポット径を得る手法であ
る。

【０００３】超解像現象を利用した従来の光ヘッド装置
を図５に示す。レーザダイオード５１からの発散ビーム
はコリメートレンズ５２によって平行光となり、遮光帯
５３によって中心部の光強度が減衰され、偏光ビームス
プリッタ５５通過後１／４波長板５４を通って集光レン
ズ５６によって光ディスク５７の記録面上に集光され
る。このとき集光レンズ５６に入射する光ビームの光強
度分布を変化させているので、光ディスク５７の記録面
上での光強度は図６の実線で示すような通常のスポット
径よりも縮小されたサイドローブをともなった分布とな
る。情報信号を持った光ディスク５７からの反射光は、
再び集光レンズ５６、１／４波長板５４を通って偏光ビ
ームスプリッタ５５に反射されて信号検出系５８へ導か
れ、再生信号およびサーボ信号が検出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の超解像
現象を利用した光ヘッドは、すべてバルク光学素子群で
構成されている。そのため、製作には相互の位置合わせ
や接着等の煩雑なプロセスを必要とし、多大な組立工数
を要する。また、構成する部品数が多く、装置の小型・
軽量化が困難である。これらの課題を解決するための手
段として、光学素子群を薄膜導波路を用いて集積化する
試みがなされている。薄膜導波路において、光ビームの
入出力結合を行うグレーティングカップラに超解像現象
を利用するものとして、図７に示すような集光グレーテ
ィングカップラが特開平３−１５００３号公報で提案さ
れている。この集光グレーティングカップラでは、基板
上に光導波路７３を設け、その表面に集光グレーティン
グカップラ７１が形成されるが、グレーティングカップ
ラの中央部分７２にはグレーティングが形成されず平坦
となっている。

【０００５】このため、周辺部のグレーティングが形成
された部分でのみ結合が生じ、グレーティング開口面上
での光強度分布が一様ではなくなり超解像現象を利用で
きる。しかし、この構造では超解像現象が２次元的に生
じるため集光される光のスポットの周りに２次元的にリ
ング状のサイドローブが生じ、そのためこれをそのまま
光ヘッドに用いるとトラックと垂直方向にもサイドロー
ブが影響してクロストークが生じやすくなる。

【０００６】したがって、本発明の解決すべき課題は、
光ヘッド装置の小型・軽量化および製作工数の削減を実
現するとともに、超解像現象を利用するに際してクロス
トークの生じにくいようにすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、光ディス
クからの反射光を光導波路に導くグレーティングカップ
ラ上に光ディスクのトラックの接線方向と垂直方向に延
在する光強度（または位相）変調手段を配置し、この変
調手段によって超解像現象を利用できるようにすること
によって解決することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明による光ヘッド装置は、光
源と、光源とこの光源の光が照射される光ディスクとの
間に配置されるグレーティングカップラと、該グレーテ
ィングカップラの中央に直線的に配置される、該グレー
ティングカップラを透過して光ディスク上に集光される
光の強度または位相を変化させる光変調手段と、光源か
らの光を光ディスク上に集光する集光手段と、光ディス
クからの反射光の前記グレーティングカップラによって
導かれる光を導波する薄膜光導波手段と、前記薄膜光導
波手段内にあって前記グレーティングカップラによって
導かれた光を受光する一対の受光素子と、を備え、前記
光変調手段が光ディスクのトラックの接線方向と垂直の
方向に延在していることを特徴としている。

【０００９】本発明による光ヘッドは、上記のように構
成されているので、従来バルク光学素子群で構成された
ものが薄膜導波路上に集積化されることになり、プレー
ナ技術により一体形成することができ、相互の位置合わ
せや接着等の煩雑なプロセスが必要ではなくなる。特に
超解像現象を得るための光ビームの振幅または位相を変
化させる素子は、従来は対物レンズとの煩雑な光軸調整
を必要としていたが、これをグレーティングカップラと
一体形成することにより容易になる。また、構成される
素子数が削減され、平面上に集積化できるので装置の小
型・軽量化が可能となる。さらに、超解像現象によって
生じるサイドローブの発生領域をトラック接線方向に制
限しているので、サイドローブの回り込みによるクロス
トークが生じにくくなる。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。［第１の実施例］図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１
の実施例を示す平面図と側面図である。この光ヘッド装
置は、光源としてのレーザダイオード１１と、レーザダ
イオード１１の出射光を光ディスク１５面上に集光する
集光レンズ１４と、光ディスク１５の反射光を受光する
フォトダイオード１６ａおよび１６ｂと、光ディスク１
５の反射光を基板１８上に形成された光導波路１７に結
合してフォトダイオード１６ａおよび１６ｂ下に集光す
るグレーティングカップラ１２ａおよび１２ｂと、グレ
ーティングカップラ１２ａとグレーティングカップラ１
２ｂの間の分割領域に設けられた適当な幅の遮光帯１３
と、を有する。ここで、グレーティングカップラ１２ａ
および１２ｂは、光導波路１７の表面に直線に近い形状
に刻まれたグレーティングであって、エッチングまたは
モールディングによって形成される。また、フォトダイ
オード１６ａ、１６ｂは光導波路１７上に設けられ、図
示されてはいないが、フォトダイオード下にはグレーテ
ィングカップラが刻まれており、これによりフォトダイ
オード下に集光された戻り光はフォトダイオードに導か
れる。

【００１１】レーザダイオード１１から出射した光ビー
ムはグレーティングカップラ１２ａおよびグレーティン
グカップラ１２ｂを通過し、集光レンズ１４に入射す
る。このとき集光レンズ１４に入射する光ビームの光強
度分布は、図２に示すように、Ｘ方向には遮光帯１３に
よって中心付近が減衰した分布となり、Ｙ方向にはガウ
ス分布となる。従って、集光レンズ１４によって光ディ
スク１５面上に集光される光スポットの強度分布はＸ方
向にのみ超解像現象によりサイドローブをともなった分
布となる。図２に示すように、Ｘ方向をトラック接線方
向とし、Ｙ方向をトラック垂直方向とすれば、超解像現
象によって縮小された光スポットにより高密度に記録さ
れた情報信号を読み取ることができ、トラック垂直方向
にはサイドローブが生じないので隣接トラックからのク
ロストークは生じにくくなる。

【００１２】グレーティングカップラを分割する素子と
しては、前記の条件を満たしていれば遮光帯１３に代え
位相を変化させる素子を用いてもよい。グレーティング
カップラ１２ａおよび１２ｂはそれぞれフォトダイオー
ド１６ａおよび１６ｂに集光するようにパターンが形成
されている。従って、光ディスク１５からの反射光は再
び集光レンズを通過した後、グレーティングカップラ１
２ａおよびグレーティングカップラ１２ｂによって光導
波路１７に導かれるとともに波面２分割されてそれぞれ
フォトダイオード１６ａおよびフォトダイオード１６ｂ
下に集光される。フォトダイオード１６ａおよびフォト
ダイオード１６ｂに入射する光は中央で２分割されてい
るので、これらの和信号および差信号により再生信号お
よびサーボ信号が検出される。

【００１３】［第２の実施例］図３（ａ）、（ｂ）は、
本発明の第２の実施例を示す平面図と側面図である。こ
の光ヘッド装置は、光源としてのレーザダイオード３１
と、基板３８上に形成された、レーザダイオード３１の
出射光を導波する光導波路３７と、レーザダイオード３
１からの発散導波光を光ディスク３５面上に集光する集
光グレーティングカップラ３３と、集光グレーティング
カップラ３３を中央で分割する適当な幅の分割領域３４
と、光ディスク３５からの反射戻り光を受光するフォト
ダイオード３６ａおよび３６ｂと、光ディスク３５から
の反射戻り導波光を２分割してフォトダイオード３６ａ
および３６ｂに集光するグレーティングビームスプリッ
タ３２と、を有する。集光グレーティングカップラ３３
は、発散導波光を光ディスク３５面上の一点に集光する
ようにオフアクシスの同心円状に近いパターンに形成さ
れているが、中央の分割領域３４にはパターンが形成さ
れずに平坦になっている。また、グレーティングビーム
スプリッタ３２は中央で方向が変わる直線に近いグレー
ティングとなっている。これらのグレーティング３２、
３３は、光導波路の表面に刻まれたものであり、エッチ
ングによって形成される。本実施例においては、基板３
８にシリコン（Ｓｉ）を用いており、フォトダイオード
３６ａ、３６ｂは基板内に形成されている。

【００１４】レーザダイオード３１からの出射光は、端
面結合された光導波路３７に導波され、グレーティング
ビームスプリッタ３２を通過した後、集光グレーティン
グカップラ３３によって光ディスク３５面上に集光され
る。このとき、集光グレーティングカップラ３３の開口
面上の光強度分布は、分割領域３４では結合が生じない
ので、図４に示すように、Ｘ方向には入力導波光を反映
したガウス分布の中央が減衰した分布となり、Ｙ方向に
は導波光の回折による減衰を反映した指数関数分布とな
る。従って、集光レンズ３５面上に集光される光スポッ
トの強度分布はＸ方向にのみ超解像現象によりサイドロ
ーブをともなった分布となり、Ｙ方向には指数関数分布
を反映したｓｉｎｃ関数（シンク関数）となる。

【００１５】図４に示すように、Ｘ方向をトラック接線
方向とし、Ｙ方向をトラック垂直方向とすれば、超解像
現象によって縮小された光スポットにより高密度に記録
された情報信号を読み取ることができる。この実施例で
は、図４に示すように、トラック垂直方向にもサイドロ
ーブが生じるが、超解像現象によって生じるＸ方向のサ
イドローブよりも相対的に弱いので隣接トラックからの
クロストークは生じにくくなっている。集光グレーティ
ングカップラ３３に入射する反射戻り光は再び光導波路
３７に導波され、中央で分割されたグレーティングビー
ムスプリッタ３２によってフォトダイオード３６ａおよ
び３６ｂに導かれる。すなわち、光ディスク３５からの
反射光は、波面２分割されてそれぞれフォトダイオード
３６ａおよびフォトダイオード１３ｂに集光するので、
これらの和信号および差信号により再生信号およびサー
ボ信号が得ることができる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光ヘ
ッド装置は、光導波路上に形成された、中央に光変調手
段を有するグレーティングカップラを介して光源の出射
光を光ディスクに照射し、その反射光をこのグレーティ
ングカップラにより薄膜光導波路に導き２つの受光素子
上に集光するものであるので、超解像現象を利用した光
ヘッド装置の小型・軽量化、および作製プロセスの簡略
化を実現できる。また、グレーティングカップラ中央に
設けられた光変調手段が光ディスクトラックの接線方向
と垂直方向に延在しているので、クロストークの少ない
記録・再生を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の平面図と側面図。

【図２】本発明の第１の実施例の動作説明図。

【図３】本発明の第２の実施例の平面図と側面図。

【図４】本発明の第２の実施例の動作説明図。

【図５】超解像現象を利用した従来の光ヘッド装置の構
成を示す図。

【図６】超解像現象による光強度分布の変化を示す図。

【図７】薄膜導波路を用いて構成した、超解像現象を利
用した従来の集光グレーティングカップラの斜視図。

【符号の説明】

１１、３１、５１レーザダイオード１２ａ、１２ｂグレーティングカップラ１３、５３遮光帯１４、５６集光レンズ１５、３５、５７光ディスク１６ａ、１６ｂ、３６ａ、３６ｂフォトダイオード１７、３７、７３光導波路１８、３８基板３２グレーティングビームスプリッタ３３、７１集光グレーティングカップラ３４分割領域５２コリメートレンズ５４１／４波長板５５偏光ビームスプリッタ５８信号検出系７２中央部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、光源とこの光源の光が照射され
る光ディスクとの間に配置されるグレーティングカップ
ラと、該グレーティングカップラの中央に直線的に配置
される、該グレーティングカップラを透過して光ディス
ク上に集光される光の強度または位相を変化させる光変
調手段と、光源からの光を光ディスク上に集光する集光
手段と、光ディスクからの反射光の前記グレーティング
カップラによって導かれる光を導波する薄膜光導波手段
と、前記薄膜光導波手段と結合されて前記グレーティン
グカップラによって導かれた光を受光する一対の受光素
子と、を備えた光ヘッド装置において、前記光変調手段
は光ディスクのトラックの接線方向と垂直の方向に延在
していることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】前記グレーティングカップラが、前記光
変調手段によって分けられた部分毎に光ディスクからの
反射光をそれぞれ異なる受光素子上に集光する機能を有
していることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装
置。
【請求項３】前記光源の出射光が前記薄膜光導波手段
および前記グレーティングカップラを介して光ディスク
に導かれ、前記グレーティングカップラが前記集光手段
を兼ねていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド
装置。
【請求項４】前記グレーティングカップラと前記受光
素子との間の薄膜光導波手段内に導かれた反射光をそれ
ぞれの受光素子に集光するビームスプリッタが形成され
ていることを特徴とする請求項３記載の光ヘッド装置。