JPS5969732A - 薄膜型2次元フオ−カシング装置 - Google Patents

薄膜型2次元フオ−カシング装置

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JPS5969732A
JPS5969732A JP57180257A JP18025782A JPS5969732A JP S5969732 A JPS5969732 A JP S5969732A JP 57180257 A JP57180257 A JP 57180257A JP 18025782 A JP18025782 A JP 18025782A JP S5969732 A JPS5969732 A JP S5969732A
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thin film
voltage
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直久 井上
Kazuhiko Mori
和彦 森
Masaharu Matano
俣野 正治
Maki Yamashita
山下 牧
Isao Taguchi
功 田口
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Tateisi Electronics Co
Omron Tateisi Electronics Co
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    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/08Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
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    • G11B7/08547Arrangements for positioning the light beam only without moving the head, e.g. using static electro-optical elements
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    • G11B7/123Integrated head arrangements, e.g. with source and detectors mounted on the same substrate
    • G11B7/124Integrated head arrangements, e.g. with source and detectors mounted on the same substrate the integrated head arrangements including waveguides
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  • Optics & Photonics (AREA)
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  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)

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】 (1)発明の分野 この発明は各種の光応用機器に利用されるフォーカシン
グ装置に関し、特に、焦点位置が可変で2次元のフォー
力シングの可能なグレーティングレンズを用いた薄膜型
の装置に関づる。
(2)発明の背景 周知のように、レーザから出射されるレーザ光は位相の
そろったコヒーレントな光であり、このコヒーレント特
性のゆえに種々の計測に使用されており、また光通信等
にも利用されている。
レーザ“光のビーム径を絞るためにはレンズが使用され
ている。レンズは、例えば通常の凸レンズでは、レーザ
光のビームを数μmPiIgIまで絞り込める。この絞
り込みは2次元的に行なえる。これに対して2次元のフ
ォー力シングが行なえないレンズ′としては例えば、カ
マボコレンズ(シリンドリカルレンズ)があり、このレ
ンズで・は光ビームを一方向にしか絞り込めない(1次
元の)A−力レンズしか行なえない)。
現在、レーザ光の2次元のフォーカシングはしンズのみ
によって行われている。2次元のフォーカシングを行な
えることがレンズの最大の長所であるが、レンズには次
のような欠点も指摘されている。
(A)・・・焦点距離が一定であり、焦点距離を変える
ことができない。
(B)・・・そのため物体の移動等に合せ(焦点を移動
させる必要がある場合、レンズを移動させな1)ればな
らず、レンズ系の移動機構おJ、び駆動機構が必要とな
る。
(C)・・・レンズ系の移動機構おJ:び駆動機構は決
して小さなものではないし、レンズ自体J3よびそのホ
ルダも決してコンバク1−なものではなく、従ってフォ
ーカシング装置全体としては相当に大型の装置にならざ
るを嵜ず、また部品点数も多く高価なものとなってしま
う。
レーザビームをコンパクトな装置で絞り込もうとすれば
、上述のような通常のレンズに替えて、薄膜光導波路上
に作成されたグレーティングレンズを用いることが考え
られる。しかし、従来のグレーティングレンズでは上記
カマボコレンズと同様に1次元のみのフォーカシングし
か行なえず、また焦点位置も一定となってしま・う。
(3)発明の目的 この発明の目的は、通常のレンズと同様な2次元の光ビ
ームの絞り込み()A−カシング)が行なえるどともに
、かつ焦点位−を変化させることができる装置で、しか
も従来のようなレンズの移動a3よび駆動系が必要なく
、コンパクトにこれを実現づることのできるフォーカシ
ング装置を提供Jることにある。
(4)発明の構成と効果 上記の目的を達成するために、この発明は、薄膜光導波
路を伝搬する光ビームを該導波路の平面内においてフォ
ーカシング1べく該導波路上に形成されたグレーティン
グレンズと、このグレーティングレンズの近傍の」−記
導波路十に形成され、印加電圧に応じて上記グレーティ
ングレンズの屈折率を変化させる電極と、上記グレーテ
ィングレンズを経た光ビームを上記導波路の表面から外
部に出射させるとともにその出射光ビームを該導波路ど
垂直な平面内においてフォーカシングすべく該導波路上
に形成されたヂャープ型グレーティングと、このチャー
プ型グレーテインクの近傍の上記導波路上に形成され、
印加電圧に応じて上記チセーブ型グレーティングの屈折
率を変化させる電極どを備えたことを特徴とづる。
この装置によれば、非常にコンパクトな先導波路を持っ
た基板上に全体を集積して作り込むことができ、2次元
フォーカシングと、電気的な制御による焦点位置の調整
が可能となる。
(5)実施例の説明 第1図はこの発明の一実施例による薄膜型2次元フォー
カシング装置を示す。この装置は、[1NbOs結晶か
らなる基板1に集積形成されたもので、基板1の表面に
は薄膜光導波路2が形成されている。導波路2上にはリ
フトA)法を用いた選択スパッタリングにより上部層3
aを所定パターンで蒸着してなるグレーティングレンズ
3が形成されでいる。また、このグレーティングレンズ
3の両側部には電極4.4が形成されており、この電極
4.4間に直流電源5から適宜な電圧が印加される。グ
レーティングレンズ3には簿膜光導波路2上を矢印Pで
示すように平行に伝搬する光が入射し、この光を矢印Q
で示づ−ように、導波路2の平面内においてフォーカシ
ングする。
グレーディングレンズ3を軽た光ビーム9の進行方向側
におりる導波路2上には、ホログラフィック露光法とイ
オンスパッタ法により、場所により周期の異なるブヤー
プ型グレーディング6が作成されている。また、このブ
ーtr−プ型グレーティング6の両側には電極7.7が
形成され、この電極7.7間に直流電源8により適宜な
電圧が印加される。
矢印Qのように導波路2を伝搬してブト−プ型クレーテ
ィング6に入射した光ビームは、矢印Rで承りように導
波路2の表面から斜め」−りへ出射づるどともに、導波
路2の平向と垂直な平面内においてフォーカシングの作
用が働く。
次に、上記の構成の動作をより詳細に説明する。
まず、グレーティングレンズ3の作用の詳細について、
この部分のみを抽出して示づ第2図に基づいて12明す
る。このグレーティングレンズ3は導波路2上のB点に
焦点を結ぶように設計されている。グレーティングレン
ズ3からのビーム光が集光される位置までの距1lll
fは、導波路2の基板1からの屈折率変化がΔ「1.レ
ンズ3の中心からの距離がL)/2であると、このフレ
ネル型のクレーティングレンズ3では、 Δnccctm(Bf八へ/2> 2+f ”−f )
’)・・・(1ン という関係式がある。ここでβは導波路2中のモードの
位相定数である。グレーディングレンズ3を挾む電極4
にN源5より電圧を印加することでし述のモードの位相
定数βが変化する。この位相定数βの変化によりクレー
ティングレンズ3の焦点距離fを変化させ冑る。電極4
.4の間隔が導波路2の躾厚に比較して1桁程度大きい
ならば、位相定数βの変化量は電極4.4間に印加する
電圧に比例し、屈折率変化Δnは一定である。つまり、
D/2<<fであるので、式1より、β(、4’ < 
o /2’ )−i−¥−j’−2’f)=一定となる
から、 β/(−一定となる。位相定数βが増加ジれば焦点外M
fもβに比例して増加し、例えば第2図の0点に移動す
る。またある電圧で位相定数βが減少すれば焦点はA点
に移動4る。このように、矢印Pのように入射する平行
なし、−ザビームがグレーティングレンズ3によって導
波路2の平面内で絞り込J、れる(フォーカシング)と
ともに、その焦点外#tは電極4.4に印加する電圧を
調整してクレーティングレンズ3の屈折率を変化させる
ことで変えることができる。
次に、チャープ型グレーディング6の作用について、こ
の部分のみの詳細を示り第3図に従って説明りる。導波
路2上に長さしにわたって作成したチャープ型グレーテ
ィング6は場所により周期が’14なってa3す、導波
路2を矢印。のように侵入しでくるレーザ光はこのクレ
ーティング6で外部に出射するが、その出射場所により
出射方向が巽なり、その結果出射した光はある点に集光
する。
第3図に示すように座標径を取れば、S (X。
Z)は、 X= [(k 2−β02)下/β0]Zλで示される
点になる。ここでk  (=2π/λ)は波数であり、
また、 β0ミkz (0)−β−2π/Δ(0)βLミkZ(
L)−β−2π/Δ(L)である。更に、βは導波路2
のモードの位相定数である。Δ(0)はZ=0にお1ノ
るグレーティング6の周期であり、Δ(L)はZ=Lに
おけるクレーティング6の周期である。グレーティング
6の周期をZ−0で0.33μm 、Z=Lで0529
5μmどすると、L = l cm、λ=0.6328
μmならば、S(X、Z)÷(4,05,1゜28)と
なる(単位はcm)。
グレーティング6の作成においては、レジストとしてP
MMAを使用し、マイクロコンピュータ制御の電子ビー
ム露光機を使用することで、任意の周期を簡単に得られ
る。
上記チャープ型グレーディング6の焦点は、電極7.7
間に電圧を印加し、電極7,7間の導波路2の屈折率お
よびモードの位相定数を変化さけることで移動すること
ができる。焦点の移動は、」:記の8点では導波路2面
に垂直にリニアに変化すると考えて良い。以上により、
導波路2面に垂直な面でのフォーカシングと焦点の移動
が可能となる。
以上の2系統のフォーカシングにより通常のレンズと同
じように2次元の゛ノA−カシングが可能となり、しか
も焦点位置は電気的にIIIIJIIlツることができ
、この制御系には従来のようなレンズを移動さVる句動
部分は含まず、非常にコンパクトに1つの薄膜光導波路
上に構成することができる。
第4図は以上説明し/jこの発明の薄膜型2次元フォー
カシング装置の応用例を示している。この応用例は、デ
ィジタルA−ディオディスクシスデ、I!A (7)光
学式ピックアップに本発明を適用したちのである。
第4図において、第1図〜第3図と同一または対応する
部分に同一符号を付している。レーザダイオード9から
出射したビームは=1リメートレンズ14にJζり平行
化される。この平行化さ4′シたレープビームとIDI
’(1’ll形電極焔音波発振子10から発生した弾性
表面波がブラッグ角で交差し、光ビームの進行方向が適
宜に変化させられる。その後、光ビームは上述したグレ
ーティンクレンズ343よびチセープ型グレーティング
6を経て光導波路2から斜め上方に出射し、ディジタル
オーディオディスク12上のビット13に照射される。
ディスク12からの反射光は、シリコン基板8−ヒに上
記薄膜先導波路2と同一平面を成して形成されたフォト
ダイオードアレイA1〜C2からなる受光部に照射され
、)AトダイA−ドアレイA1〜C2の出力は同じくシ
リコン基板8上に集積形成された制御回路(マイク上1
プロセツ1)を含む)に入力され、この回路の演搾処理
によりフォーカス誤差、トラッキング誤差およびデータ
信号が検知される。また制御回路11は、」記フォーカ
ス誤差信号に基づいてグレーティングレンズ3の電極4
およびヂャーブ型クレーティング6の電極7に印加づる
電圧を制御し、ディスク12上のピッ1〜133に正し
く焦点を結ぶようにいわゆるフA −カスサーボの制御
を行なう。また、I D ’l−10に加える高周波信
号の周波数を制御Jることで、い1〕ゆるトラッキング
サーボの制御を行なう。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による薄膜型2次元フォー
カシング装置の構成を承り斜視図、第2図は同」−装置
にお()るグレーディングレンズ3の作用を示す図、第
3図は同上装置におけるヂp −ブ型グレーティング6
の作用を示づ図、第4図はこの発明の装置を応用しで構
成されるディジタルA−ディAディスクシステムの光学
式ピックアップを示1図である。 1・・・結晶基板 2・・・薄膜先導波路 3・・・グレーティングレンズ 4・・・電極 6・・・チャーブ型グレーiイング ア・・・電極 特W1出願人 立石電機株式会社 第1図   、5 1 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)薄膜先導波路を伝搬゛する光ビームを該導波路の
    平面内においてフォーカシングづべく該導波路上に形成
    されたグレーティングレンズと、このグレーティングレ
    ンズの近傍の上記導波路上に形成され、印加電圧に応じ
    て」:記グレ〜ティングレンズの屈折率を変化させる電
    極と、上記グレーティングレンズを経1=光ビームを上
    記導波路の表面から外部に出射させるとともにその出射
    光ビームを該導波路と重両な平面内においてフォーカシ
    ングすべく該導波路上に形成されたチャープ型グレーテ
    ィングと、このチャープ型グレーティングの近傍の上記
    導波路上に形成され、印加電圧に応じて上記チャープ型
    グレーティングの屈折率を変化させる電極とを備えてな
    る薄膜型2次元フォーカシング装置。
JP57180257A 1982-10-14 1982-10-14 薄膜型2次元フオ−カシング装置 Granted JPS5969732A (ja)

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US07/548,203 US5111447A (en) 1982-10-14 1990-07-05 Integral pick up for an optical digital disc using saw deflection and lense

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