(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光ビームを光学系を介して情報記録媒体に集光し、反射された光ビームを受光する光ピックアップに用いられる光導波路素子であって、
前記光ビームを伝搬させる導波層と、前記情報記録媒体から反射された光ビームの一部を前記導波層に入力結合し、残りを透過するグレーティングと、該グレーティングを透過した光ビームを受光する受光部とが積層形成され、
前記グレーティングには、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距離だけ遠ざかる場合の光ビームの照射状態に適合して前記導波層への結合効率を最大化する第１のグレーティングパターンと、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距離だけ近づく場合の光ビームの照射状態に適合して前記導波層への結合効率を最大化する第２のグレーティングパターンとが短冊状にて繰り返し交互に配置されて形成されると共に、
前記受光部には、該第１のグレーティングパターンと該第２のグレーティングパターンのそれぞれに対応する受光領域が設けられ、各受光領域が前記第１のグレーティングパターンおよび前記第２のグレーティングパターンの配置に対応した短冊状に分割されていることを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
前記第１のグレーティングパターンと前記第２のグレーティングパターンは、入射された光ビームの照射状態に適合するようにチャーピングした曲線グレーティングにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
光ビームに付与された位相差に応じて該光ビームを選択的に反射又は透過させる分離膜が最上部に更に積層形成され、該分離膜は、前記光源と前記光学系の間に配置されたビームスプリッタとして機能することを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の光導波路素子。
【請求項４】
光源から出射された光ビームを光学系を介して情報記録媒体に集光し、反射された光ビームを受光する光ピックアップであって、
前記光ビームを伝搬させる導波層と、前記情報記録媒体から反射された光ビームの一部を前記導波層に入力結合し、残りを透過するグレーティングと、該グレーティングを透過した光ビームを受光する受光部とが積層形成されてなる光導波路素子を備え、
前記グレーティングには、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距離だけ遠ざかる場合の光ビームの照射状態に適合して前記導波層への結合効率を最大化する第１のグレーティングパターンと、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距離だけ近づく場合の光ビームの照射状態に適合して前記導波層への結合効率を最大化する第２のグレーティングパターンとが短冊状にて繰り返し交互に配置されて形成されると共に、
前記受光部には、該第１のグレーティングパターンと該第２のグレーティングパターンのそれぞれに対応する受光領域が設けられ、各受光領域が前記第１のグレーティングパターンおよび前記第２のグレーティングパターンの配置に対応した短冊状に分割され、該受光領域からの受光出力の差信号に基づいてフォーカスエラー信号が生成されることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項５】
前記受光部の受光出力を用いて、フォーカスエラー信号に加えて、ＲＦ信号及びトラッキングエラー信号が生成されることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路に形成された微細な周期構造により光ビームを光導波路に入力結合させ、あるいは透過させるグレーティングと、光ビームを受光する受光部とを備える光導波路素子、及び、この光導波路素子を用いてフォーカスエラー信号を生成する光ピックアップの技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、集積回路技術を応用した光導波路素子を用いて構成した光ピックアップの開発が盛んに行われている。この種の光ピックアップは、グレーティングや受光部などを光導波路と共に一体的に基板上に集積して構成される。そして、グレーティングを用いて、外部に配置された光学系と光導波路素子の間で光ビームを入力結合又は出力結合することにより、光ピックアップとして機能させる。これにより、小型で信頼性の高い光ピックアップを実現することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光導波路素子を用いて、ＣＤやＤＶＤ等の光ピックアップを構成する場合、受光部を集積化する際の配置が問題となる。すなわち、情報記録媒体からの反射ビームを光導波路に入力結合し、その直下に第１の受光部を設けてＲＦ信号の検出やトラッキングエラーの検出を行うと共に、光導波路の伝搬光を受光する第２の受光部を設けてフォーカスエラー検出を行うのが通常の構成である。このような構成においては、フォーカスエラー検出を行う場合、例えばビームサイズ法等の広く知られた手法では、各ビームのフォーカス状態に差異を生じさせるための光量を光導波路に入力結合して第２の受光部に導く必要があるのに対し、ＲＦ信号の検出やトラッキングエラー検出を行う場合、光量や安定性を確保するため、入力結合後の導波光量をできるだけ少なくして第１の受光部の光量を増加する方が好ましい。
【０００４】
また、フォーカスエラー検出用の第２の受光部は、ＲＦ信号検出とトラッキングエラー検出を行う第１の受光部とは距離を離して配置する必要があるため、全体的に光導波路素子の面積を大きくせざるを得ない。そのため、光導波路素子の小型化に支障をきたし、コスト上昇を招くという点が問題であった。
【０００５】
そこで、本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、光導波路素子により光ピックアップを構成するに際し、１つの受光部のみで光ピックアップとして機能し、小型化及び低コスト化が可能な光ピックアップ、及びこの光ピックアップの構成要素としての光導波路素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の光導波路素子は、光源から出射された光ビームを光学系を介して情報記録媒体に集光し、反射された光ビームを受光する光ピックアップに用いられる光導波路素子であって、前記光ビームを伝搬させる導波層と、前記情報記録媒体から反射された光ビームの一部を前記導波層に入力結合し、残りを透過するグレーティングと、該グレーティングを透過した光ビームを受光する受光部とが積層形成され、前記グレーティングには、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距離だけ遠ざかる場合の光ビームの照射状態に適合して前記導波層への結合効率を最大化する第１のグレーティングパターンと、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距離だけ近づく場合の光ビームの照射状態に適合して前記導波層への結合効率を最大化する第２のグレーティングパターンとが短冊状にて繰り返し交互に配置されて形成されると共に、前記受光部には、該第１のグレーティングパターンと該第２のグレーティングパターンのそれぞれに対応する受光領域が設けられ、各受光領域が前記第１のグレーティングパターンおよび前記第２のグレーティングパターンの配置に対応した短冊状に分割されていることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、光源から光ビームが出射され、光学系を介して情報記録媒体に集光されて、反射された光ビームが光導波路素子に照射される。そして、導波層への入力カップラとしてのグレーティングにより、光ビームの一部が導波層に入力結合されるが、残りはグレーティングを透過して下方の受光部にて受光される。このとき、情報記録媒体と光学系との位置関係に応じて、両者が相対的に遠ざかるときは、第1のグレーティングパターンによる導波層への結合効率が最大となるのに対し、両者が相対的に近づくときは、第２のグレーティングパターンによる導波層への結合効率が最大となるように調整が施されると共に、両グレーティングパターンは短冊状にて繰り返し交互に配置されて形成される。そして、各グレーティングパターンの配置に対応した短冊状に分割された受光領域を有する受光部では、それぞれの結合効率が最大となる場合に、その受光領域での受光量が最小となる。
【０００８】
従って、それぞれの受光領域における受光出力の差をとると、Ｓ字カーブの特性が得られるため、容易にフォーカスエラー信号の生成を行うことができる。そのため、従来は受光部までの光路長をかなり必要としたフォーカスエラー検出を、グレーティング直下にて行うことができ、受光部の面積を小さく構成し、光集積化された光ピックアップの更なる小型化、低コスト化を実現できる。更に、例えば、グレーティングパターンの形成された奇数番目、偶数番目の領域で２種の特性を付与し、これに対応する受光部も同様の分割形状とすれば、フォーカスエラー信号の生成を容易に行うことができると共に、実効的なＮＡを高く保持して高い受光性能を得ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の光導波路素子は、請求項１に記載の光導波路素子において、前記第１のグレーティングパターンと前記第２のグレーティングパターンは、入射された光ビームの照射状態に適合するようにチャーピングした曲線グレーティングにより構成されることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用によって情報記録媒体から反射された光ビームがグレーティングに照射されると、第1のグレーティングパターンと第２のグレーティングパターンに施されているチャーピングした曲線グレーティングにより、実際には収束光として照射される光ビームに適宜の特性を付与した後、上述の導波層への入力結合が行われる。従って、情報記録媒体と光学系との位置関係に応じた導波層への結合効率を更に高精度に制御し、急峻なＳ字カーブを用いて正確なフォーカスエラー信号の生成を行うことができるため、光集積化された光ピックアップの小型化、高性能化を実現することができる。
【００１３】
請求項３に記載の光導波路素子は、請求項１又は請求項２の何れかに記載の光導波路素子において、光ビームに付与された位相差に応じて該光ビームを選択的に反射又は透過させる分離膜が最上部に更に積層形成され、該分離膜は、前記光源と前記光学系の間に配置されたビームスプリッタとして機能することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、光源からの光ビームが光導波路素子の最上部に積層形成された分離膜によって反射され、情報記録媒体に集光される。一方、反射された光ビームには適宜の位相差が付与され、分離膜を透過してグレーティングに達する。その後は、請求項１に記載の発明と同様の作用により受光部の受光出力に基づくフォーカスエラー信号が生成される。従って、光導波路素子に多くの機能を取り込み、構成が簡単で小型化に好適な光ピックアップを実現できる。
【００１５】
請求項４に記載の光ピックアップは、光源から出射された光ビームを光学系を介して情報記録媒体に集光し、反射された光ビームを受光する光ピックアップであって、前記光ビームを伝搬させる導波層と、前記情報記録媒体から反射された光ビームの一部を前記導波層に入力結合し、残りを透過するグレーティングと、該グレーティングを透過した光ビームを受光する受光部とが積層形成されてなる光導波路素子を備え、前記グレーティングには、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距離だけ遠ざかる場合の光ビームの照射状態に適合して前記導波層への結合効率を最大化する第１のグレーティングパターンと、前記情報記録媒体と前記光学系が所定距離だけ近づく場合の光ビームの照射状態に適合して前記導波層への結合効率を最大化する第２のグレーティングパターンとが短冊状にて繰り返し交互に配置されて形成されると共に、前記受光部には、該第１のグレーティングパターンと該第２のグレーティングパターンのそれぞれに対応する受光領域が設けられ、各受光領域が前記第１のグレーティングパターンおよび前記第２のグレーティングパターンの配置に対応した短冊状に分割され、該受光領域からの受光出力の差信号に基づいてフォーカスエラー信号が生成されることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、光源から光ビームが出射され、コリメータレンズや対物レンズなどを含む光学系を介して情報記録媒体に集光されて、反射された光ビームが光導波路素子に照射される。そして、導波層への入力カップラとしてのグレーティングにより、光ビームの一部が導波層に入力結合されるが、残りはグレーティングを透過して下方の受光部にて受光される。このとき、情報記録媒体と光学系との位置関係に応じて、両者が相対的に遠ざかるときは、第１のグレーティングパターンによる導波層への結合効率が最大となるのに対し、両者が相対的に近づくときは、第２のグレーティングパターンによる導波層への結合効率が最大となるように調整が施されると共に、両グレーティングパターンは短冊状にて繰り返し交互に配置されて形成される。そして、各グレーティングパターンの配置に対応した短冊状に分割された受光領域を有する受光部では、それぞれ結合効率が最大となる場合に、その受光領域での受光量が最小となる。これらの受光領域からの受光出力の差をとって、フォーカスエラー信号が生成される。
【００１７】
従って、容易にフォーカスエラー信号の生成を行うことができると共に、従来は受光部までの光路長をかなり必要としたフォーカスエラー検出を、グレーティング直下にて行えるため、受光部の面積を小さく構成できる。よって、光導波路素子を用いることと相まって、光ピックアップの小型化、構成の簡素化、低コスト化を実現できる。更に、例えば、グレーティングパターンの形成された奇数番目、偶数番目の領域で２種の特性を付与し、これに対応する受光部も同様の分割形状とすれば、フォーカスエラー信号の生成を容易に行うことができると共に、実効的なＮＡを高く保持して高い受光性能を得ることができる。
【００２１】
請求項５に記載の光ピックアップは、請求項４に記載の光ピックアップにおいて、前記受光部の受光出力を用いて、フォーカスエラー信号に加えて、ＲＦ信号及びトラッキングエラー信号が生成されることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、請求項４に記載の発明と同様の作用によって受光部にて光ビームが受光されると、この受光出力からフォーカスエラー信号とＲＦ信号とトラッキングエラー信号の全てが生成される。従って、回路構成を簡略にし、小型かつ安価な光ピックアップを実現できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る光ピックアップの全体構成を示す斜視図である。図１に示す光ピックアップは、光導波路デバイス１と、光ビームを出射する半導体レーザ２と、光ディスク３に光ビームを照射するため光学系として、反射ミラー４、コリメータレンズ５、対物レンズ６とを含んで全体が構成される。
【００２５】
以上の構成において、光導波路デバイス１はマウントベース７上にボンディングされ、後述する積層構造を有している。また、半導体レーザ２は、サブマウント８に取り付けられており、光導波路デバイス１と半導体レーザ２が所定の位置関係を保つように、サブマウント８がマウントベース７上にボンディングされる。例えば、ＣＤやＣＤ−Ｒに用いる波長７８０ｎｍ、あるいはＤＶＤに用いる波長６５０ｎｍなどに対応した半導体レーザ２が使用可能である。
【００２６】
半導体レーザ２から出射された光ビームは、後述の作用により光導波路デバイス１上面で反射される。そして、反射ミラー４にて反射された後、コリメータレンズ５により平行ビームにされ、対物レンズ６を介して光ディスク３の情報記録面に集光され、ビームスポットＰを形成する。ビームスポットＰからの反射光は、再び、対物レンズ６、コリメータレンズ５、反射ミラー４を経由して、後述するように光導波路デバイス１の下層の受光部にて受光される。
【００２７】
このとき、対物レンズ６と光ディスク３の情報記録面との間の距離が適正である場合には、ビームスポットＰはジャストフォーカス状態となって良好に再生を行うことができる。これに対し、光ディスク３が相対的に対物レンズ６の方向に近づいたり離れたりして、上述の距離が変動すると、ビームスポットＰはデフォーカス状態となって再生性能の劣化を招く。従って、フォーカスエラー信号を検出して、光ディスク１に対するフォーカス状態を常に良好に保持する必要があるが、本実施形態では、後述のように光導波路デバイス１の構造の工夫によってフォーカスエラー検出を行っている。
【００２８】
次に、図２は本発明の実施形態に係る光導波路デバイス１の断面構造を示す図である。図２に示す光導波路デバイス１は、下から順に半導体基板１１、半導体基板１１上部のエピタキシャル層１２、アルミ遮光膜１３、第１ＳＯＧ（Spin on glass）層１４、ＳiＯ2層１５、導波層１６、第２ＳＯＧ層１７、往路復路分離膜１８が積層される構造を有する。また、導波層１６上部にはグレーティング２０が形成されている。更に、エビタキシャル層１２には、受光部３０が形成されている。
【００２９】
以上の構成において、半導体基板１１としては、例えばＮ型シリコン基板が用いられる。この半導体基板１１に対し、エビタキシャル成長により単結晶薄膜を成長させたエピタキシャル層１２を成膜した後、所定の配置に従ってＰ型拡散を施し、受光部３０が形成される。受光部３０が形成されない領域の上部には、アルミ遮光膜１３が成膜され、上方からの光を遮断する構造になっている。
【００３０】
第１ＳＯＧ層１４と第２ＳＯＧ層１７は、多層構造の間のバッファとして機能する。第１ＳＯＧ層１４は、アルミ遮光膜１３によって生じた段差を埋めるため、エピタキシャル層１２の上部に成膜され、第２ＳＯＧ層１７は、導波層１６の上部に成膜される。第１ＳＯＧ層１４と第２ＳＯＧ層１７の厚さは、上下の各層の構造と成膜条件に応じて自在に変えることができる。
【００３１】
導波層１６は、コーニング７０５９を材料として厚さ０．６５μｍに成膜され、グレーティング２０を介して入力結合された光ビームが導波モードで伝搬する光導波路として機能する。
【００３２】
グレーティング２０はＴｉＯ2からなり、０．１μｍの厚さに形成される。このグレーティング２０には、所定のグレーティングパターンが形成され、所定の波長を有する光ビームを入力結合させるカップラとして機能する。
【００３３】
ＳiＯ2層１５は、ＳiＯ2を材料として導波層１６の下層に厚さ０．７μｍで成膜され、光導波路のクラッド層として機能する。
【００３４】
上述の構造においては、光ビームを適切に導波層１６に結合し、導波モードにより効率的に伝搬させるため適切な屈折率を設定する必要がある。具体的には、導波層１６が屈折率１．５３、ＳiＯ2層１５が屈折率１．４７、第１ＳＯＧ層１４及び第２ＳＯＧ層１７が屈折率１．４３、グレーティング２０が屈折率２．０をそれぞれ有している。
【００３５】
また、第２ＳＯＧ層１７を表面研磨した後、その上部に蒸着により往路復路分離膜１８が成膜される。この往路復路分離膜１８は誘電体などの多層膜からなり、後述するようにビームスプリッタとして機能するものである。
【００３６】
以上のように構成された光導波路デバイス１を光ピックアップとして機能させる場合の動作について説明する。なお、図２では、光ビームが進行する方向を点線矢印で示している。
【００３７】
図２において、上述の半導体レーザ２から出射された光ビームは、往路復路分離膜１８に斜め方向から入射される。この往路復路分離膜１８に、ＴＥモードの光ビームを反射し、ＴＭモードの光ビームを透過するような特性を付与すると共に、往路復路分離膜１８にＴＥモードの光ビームが入射されるよう調整しておく。すると、ＴＥモードの光ビームが、いったん往路復路分離膜１８により反射されて、図１の光学系を介して光ディスク３の情報記録面に集光される。上述の光学系に図示しないλ／４波長板を配置すれば、反射された光ビームは、λ／４波長板の作用によってＴＭモードの光ビームに変換されるので、往路復路分離膜１８を透過する。
【００３８】
次いで、光ビームは下方のグレーティング２０により、導波層１６にその一部が所望の結合効率で入力結合され、残りはグレーティング２０を透過して受光部３０に到達する。このように、グレーティング２０は光ビームに対するカップラとして機能する。グレーティング２０には、チャーピングした曲線グレーティングが施され、反射された収束光線の照射状態や集光位置に適合してグレーティングパターンの周期及び曲率が微妙に調整されているが、より詳しくは後述する。併せて、グレーティング２０から導波層１６に所望の結合効率で光ビームを入力結合させるため、グレーティング構造の高さが適切に調整されている。
【００３９】
本実施形態では、受光部３０からの受光出力に基づいて、ＲＦ信号の検出、トラッキングエラー信号の検出、フォーカスエラー信号の検出の全てを行う構成になっている。受光部３０の構造を含めた具体的な検出方法については後述する。
【００４０】
次に、本実施形態に係るフォーカスエラー検出の原理について、図３及び図４を参照して説明する。図３と図４は、光ディスク３が対物レンズ６に対し相対的に遠方又は近端にずれたとき、照射される光ビームのフォーカス状態の変化を示す図である。なお、実際には、光導波路デバイス１の入射面１ａに入射された光ビームは複雑な伝搬特性を示すが、図３及び図４では、簡単のため光ビームの照射状態を直線的に表している。
【００４１】
本実施形態では、フォーカス状態の変動範囲に対応する移動量としてΔｄ±１０μｍの場合を考える。図３は、光ディスク３が相対的に対物レンズ６に近づく「ニア」に対応するΔｄ＝−１０μｍの場合、図４は、光ディスク３が相対的に対物レンズ６から遠ざかる「ファー」に対応するΔｄ＝＋１０μｍの場合をそれぞれ示す。図３及び図４においては、Δｄ＝０μｍであって適正な位置にある場合の光ディスク３の情報記録面３ａ及び照射される光ビームを実線で示すと共に、光ディスク３が「ニア」又は「ファー」となって、Δｄ＝±１０μｍだけずれた位置にある場合の光ディスク３の情報記録面３ａ及び照射される光ビームを点線で示す。
【００４２】
図３（ａ）と図４（ａ）に実線で示すように、情報記録面３ａがΔｄ＝０μｍに位置するときは、光ビームはコリメータレンズ５と対物レンズ６を介して光ディスク３の情報記録面３ａに合焦する。そして、反射された光ビームが同様の経路で戻り、光導波路デバイス１の入射面１ａに入射して、受光部３０に達する。なお、図３（ａ）と図４（ａ）では簡単のため、光ビームの照射状態に対応し、焦点位置を頂点とする２つの３角形により表している。このとき、光導波路デバイス１に対しては、図１の配置に対応して、反射された光ビームが斜め方向から入射面１ａに入射され、しかも光ビームは収束光線となっている。本実施形態では、この収束光線のうち最も入射角度が小さくなる最外周部分では、図３（ｂ）と図４（ｂ）に示すように、入射面１ａの法線に対する入射角度θが２７．５°となるように配置されている。
【００４３】
一方、光ディスク３が「ニア」又は「ファー」の状態になると、光ディスク３の情報記録面３ａに光学系を介して光ビームを照射するときの焦点位置がずれるので、反射された光ビームも同様に焦点位置がずれることになる。そのため、光導波路デバイス１の入射面１ａに入射される際、上述した収束光線としての最外周部分の入射角度が上記θからずれる結果となって入射状態が変動するので、本実施形態では、これを利用して後述のフォーカスエラー検出を行うものである。
【００４４】
すなわち、図３（ａ）に点線で示すように、光ディスク３が「ニア」の状態になると、光ディスク３の情報記録面３ａに対し焦点位置が１０μｍだけ後方にずれ、同様に反射された光ビームも焦点位置が後方にずれる配置となる。よって、図３（ｂ）に示すように、収束光線の収束の度合いが緩くなり、その最外周部分での入射角度θ１は、図３（ｂ）に示すように、θよりも小さい２７．４３３°となる。
【００４５】
更に、図４（ａ）に点線で示すように、光ディスク３が「ファー」の状態になると、光ディスク３の情報記録面３ａに対し焦点位置が１０μｍだけ前方にずれ、同様に反射された光ビームも焦点位置が前方にずれる配置となる。よって、図４（ｂ）に示すように、収束光線がより収束の度合いが強くなり、その最外周部分での入射角度θ２は、θよりも大きい２７．５６８°となる。
【００４６】
ここで、上述したように、光導波路デバイス１内の導波層１６への結合効率は光ビームの照射状態とグレーティングパターンによって定まる。本実施形態では、グレーティング２０に、図３の照射状態のときに導波層１６への入力結合を生じる特性と、図４の照射状態のときに同様に導波層１６への入力結合を生じる特性をそれぞれ有する２種のグレーティングパターンを形成する。
【００４７】
次に、グレーティング２０の構造及び特性について図５及び図６を参照して説明する。図５は、グレーティング２０を含む光導波路デバイス１の断面構造を示す図である。グレーティング２０は導波層１６の表面に周期的な凹凸を設けてグレーティングパターンが形成される。このグレーティングパターンの周期は、例えば０．６μｍ程度である。
【００４８】
図５に示すように、このグレーティング２０に対し、所定の波長を有する光ビームが往路復路分離膜１８を通過した後、一定の入射角で入射する。このときの光ビームの波長や入射角等の諸条件に適合するように、グレーティングパターンが調整される。グレーティング２０の下部の導波層１６には、入力結合された光ビームが図中右方向に伝搬する。一方、入力結合されない光ビームは、グレーティング２０、導波層１６、ＳiＯ2層１５、第１ＳＯＧ層１４を透過して、下方の受光部３０によって受光される。
【００４９】
図６は、図５のグレーティングの特性に起因して、図３で説明した光ビームの入射角度に応じた受光部３０での受光量の変動を示す図である。図６に示すように、一定の入射角度で受光量が急激に減少しているが、これはグレーティング２０の入力結合の特性により最適となるピークを有することに対応している。すなわち、このピーク以外ではグレーティング２０を通過した光ビームは、そのまま透過して受光部３０によって受光されるが、ピークとなる入射角度においては、光ビームが入力結合されて導波層１６を伝搬するので、その分、受光部３０での受光量が減少することになる。このように光ビームの波長と入射角度に応じて適切なグレーティングパターンを実験等により決定すれば、所望の入射角度の光ビームのみを選択的に受光部３０にて受光することが可能となる。
【００５０】
なお、実際には、グレーティングパターンはチャーピングを施した曲線で構成することが好ましい。すなわち、上述のように収束光線として光ビームが照射される結果、照射領域によって入射角度が微妙に変動するため、グレーティングパターンは２次元的に凹凸形状の周期を光ビームの照射状態に応じて少しづつ変化させて構成すればよい。これにより、一定範囲に照射される収束光線を適切に導波層１６に入力結合させることができる。
【００５１】
本実施形態の場合は、上述のように光ディスク３の「ニア」と「ファー」に対応して、図６の特性において、それぞれピークのみ異なるように２つのグレーティングパターンの調整が施される。すなわち、一方は図３（ａ）の照射状態に適合し、他方は図３（ｂ）の照射状態に適合しているので、以下に述べるようにフォーカスエラー検出に利用することが可能となる。このような２つのグレーティングパターンを、後述するパターン形状の工夫により１つのグレーティング２０に形成し、構成の簡素化を図っている。
【００５２】
次に、図７を参照して、本実施形態におけるフォーカスエラー検出の原理を説明する。図７は、グレーティング２０を介して受光部３０で検出される受光レベルの特性を説明する図である。
【００５３】
図７（ａ）に、上述の２つの照射状態に対応して、光ディスク３の移動量Δｄに応じた受光レベルの変化を示す。光ディスク３が「ニア」であるΔｄ＝−１０μｍに適合する第１の特性は左側のカーブに従って変化し、光ディスク３が「ファー」であるΔｄ＝＋１０μｍに適合する第２の特性は右側のカーブに従って変化する。図７（ａ）の２つのカーブは共に形状が同じであるが、受光レベルの落ち込むピークがそれぞれΔｄ＝±１０μｍに一致するように各特性のグレーティングパターンが調整される。
【００５４】
図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるΔｄ＝−１０μｍに対応するカーブと、Δｄ＝＋１０μｍに対応するカーブとの差をとったときの出力レベルである。図７（ｂ）に示すように、Ｓ字カーブに従って出力レベルが変化することがわかる。このＳ字カーブにおいては、光ディスク３が適正な位置にあるΔｄ＝０μｍとなるとき、及びｄ±１０μｍを越える範囲では、出力レベルがゼロになる。一方、光ディスク３がΔｄ＝０μｍの状態から、「ニア」であるΔｄ＝−１０μｍに動くと出力レベルが正方向に変化し、「ファー」であるΔｄ＝＋１０μｍに動くと出力レベルが負方向に変化している。従って、Δｄ＝−１０μｍからΔｄ＝＋１０μｍまでの範囲では、Δｄの動きに連動するＳ字状の出力レベルの変化を読み取ることにより、光ディスク３のフォーカス状態の検出を行うことが可能となる。
【００５５】
次に、図８及び図９を参照して、本実施形態において上述のフォーカスエラー検出を行う場合のグレーティング２０及び受光部３０の構成について説明する。ここでは、グレーティング２０及び受光部３０を「ニア」と「ファー」に対応させるため、図８のように２分割のパターンを用いる方法と、図９のように短冊状のパターンを用いる方法の２つの場合について説明する。なお、図８（ａ）、図９（ａ）にグレーティング２０の構成を示し、図８（ｂ）、図９（ｂ）に受光部３０の構成を示す。
【００５６】
図８（ａ）に示すグレーティング２０では、「ニア」に対応した第１領域２０ａと「ファー」に対応した第２領域２０ｂとを並べて配置して全体のグレーティングパターンを構成している。第１領域２０ａ及び第２領域２０ｂは、それぞれが適合すべき光ビームの照射状態に対応して、その周期と曲率が微妙に異なるパターンとなっている。
【００５７】
一方、図８（ｂ）に示す受光部３０は、図８（ａ）のグレーティング２０の分割形状に対応して領域分割されている。また、この受光部３０は上述のフォーカスエラー信号に加えて、ＲＦ信号とトラッキングエラー信号の検出に対応させるため、通常の４分割形状として構成される。そのため、図８（ｂ）に示すように、グレーティング２０の分割方向に合致する縦方向の分割線と、横方向の分割線とによって、受光部３０は４つの領域３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄに分割される。これらの分割領域３０ａ〜３０ｄは、それぞれアルミ配線を介してボンディングパッドＢ０〜Ｂ３に接続され、領域ごとの受光信号を出力可能となっている。
【００５８】
図８（ｂ）の受光部３０においては、ボンディングパッドＢ０〜Ｂ３からの受光信号を用いることにより、フォーカスエラー信号、ＲＦ信号、トラッキングエラー信号を生成することができる。すなわち、Ｂ０〜Ｂ３の総和をとってＲＦ信号が得られる（各ボンディングパッドから得られる受光信号をＢ０〜Ｂ３で表記する）。また、上述の横方向の分割線がトラック方向に水平であるとして、Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の４分割出力を用いた位相差法によるトラッキングエラー信号が得られる。更に、Ｂ０＋Ｂ１とＢ２＋Ｂ３との差信号からフォーカスエラー信号が得られる。
【００５９】
一方、図９（ａ）に示すグレーティング２０では、「ニア」に対応した領域と「ファー」に対応した領域をそれぞれ短冊状に複数に分離し、これらを交互に並べて配置して全体のグレーティングパターンを構成している。すなわち、図９（ａ）の上部から、奇数番目の短冊状の領域と、偶数番目の短冊状の領域を、２種類の異なるグレーティングパターンでそれぞれ構成して、互い違いに並べている。各分割領域のグレーティングパターンの周期や曲率は、図８（ａ）の場合と同様でよいが、「ニア」又は「ファー」のグレーティングパターンがグレーティング２０の全体に幅広く分布することになるので、実効的にＮＡが増加する点で有利な構成である。
【００６０】
図９（ｂ）に示す受光部３０は、図９（ａ）のグレーティング２０の分割形状に対応して領域分割されている。受光部３０は、グレーティング２０と同様に横方向には短冊状に分割され、更に縦方向にも分割されて全部で１６個の分割領域が設けられている。そして、各分割領域からはアルミ配線を介して交互にボンディングパッドＢ０〜Ｂ７に接続されている。ボンディングパッドＢ１、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ７は、奇数番目の短冊状の領域に接続され、ボンディングパッドＢ０、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ６は、偶数番目の短冊状の領域に接続され、それぞれが受光信号を出力可能となっている。なお、ボンディングパッドＢ１、Ｂ２、Ｂ５、Ｂ６は、中央部分で図示されないアルミ配線を介して接続されている。
【００６１】
図９（ｂ）の受光部３０の場合も、フォーカスエラー信号、ＲＦ信号、トラッキングエラー信号を生成することができる。すなわち、Ｂ０〜Ｂ７の総和をとってＲＦ信号が得られる（各ボンディングパッドから得られる受光信号をＢ０〜Ｂ７で表記する）。また、Ｂ０＋Ｂ１、Ｂ２＋Ｂ３、Ｂ４＋Ｂ５、Ｂ６＋Ｂ７の４分割出力を用いた位相差法によるトラッキングエラー信号が得られる。更に、Ｂ０＋Ｂ３＋Ｂ５＋Ｂ６とＢ１＋Ｂ２＋Ｂ４＋Ｂ７との差信号からフォーカスエラー信号が得られる。
【００６２】
なお、図８、９の例では、グレーティングパターンと受光部３０の分割数が２及び８の場合を説明したが、これに限られることなく自由に分割数を設定できる。分割数を多くする方が検出精度において有利であるが、光導波路デバイス１の加工精度の面から一定の制約がある。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態に係る光導波路デバイス１では、グレーティング２０の作用に基づいて光ディスク３のフォーカスエラー信号を生成できるので、フォーカスエラー信号を生成するための専用の受光部が不要となり、受光部３０のみによってＲＦ信号、トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号の全てを生成することができる。そのため、光導波路デバイス１の面積を小さくすることができ、小型かつ低コストに光ピックアップを構成することができる。また、光量が十分に確保でき、安定した信号が得られる。
【００６４】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の改良変形が可能である。例えば、上述の説明では光導波路デバイス１を用いて光ピックアップを構成する場合について説明したが、個別部品を用いて光ピックアップを構成してもよい。すなわち、上述のグレーティング２０、受光部３０と同様の機能を備えるグレーティング素子、受光素子を配置すると共に、グレーティングパターンの調整で回折効率を適切に調整する。このように構成された光ピックアップでは、１つの受光素子によってＲＦ信号、トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号を検出できる上、グレーティング素子と受光素子を近接配置することが可能なので、光ピックアップを小型かつ安価にすることが可能となる。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、情報記録媒体と光学系の位置関係に応じて、光導波路素子のグレーティングに導波層への入力カップラとしての特性が異なる２種のグレーティングパターンを形成し、これに対応して受光部の受光領域を設けるようにしたので、グレーティングの下層の受光部にてＳ字カーブの特性に基づくフォーカスエラー信号を容易に生成でき、受光部の面積を小さくして光集積化ピックアップの更なる小型化、低コスト化が可能となる。更に、例えば、グレーティングパターンの形成された奇数番目、偶数番目の領域で２種の特性を付与し、これに対応する受光部も同様の分割形状とすれば、フォーカスエラー信号の生成を容易に行うことができると共に、実効的なＮＡを高く保持して高い受光性能を得ることができる。
【００６６】
請求項２に記載の発明によれば、光導波路素子のグレーティングに、チャーピングした曲線グレーティングを施すようにしたので、導波層への結合効率を高精度に制御することで、正確なフォーカスエラー信号の生成を行い、光集積化ピックアップの小型化、高性能化を図ることが可能となる。
【００６８】
請求項３に記載の発明によれば、光導波路素子の最上部に、光ビームに付与された位相差に応じて光ビームを選択的に反射又は透過させる分離膜を更に積層形成したので、多くの機能を光導波路素子に取り込み、光ピックアップの構成を簡単にして小型化することが可能となる。
【００６９】
請求項４に記載の発明によれば、情報記録媒体と光学系の位置関係に応じて、光導波路素子のグレーティングに導波層への入力カップラとしての特性が異なる２種のグレーティングパターンを形成し、これに対応して受光部の受光領域を設けるようにしたので、グレーティングの下層の受光部にてＳ字カーブの特性に基づくフォーカスエラー信号を容易に生成でき、光集積化ピックアップの更なる小型化、構成の簡素化、低コスト化を図ることができる。更に、例えば、グレーティングパターンの形成された奇数番目、偶数番目の領域で２種の特性を付与し、これに対応する受光部も同様の分割形状とすれば、フォーカスエラー信号の生成を容易に行うことができると共に、実効的なＮＡを高く保持して高い受光性能を得ることができる。
【００７１】
請求項５に記載の発明によれば、受光部の受光出力を用いてフォーカスエラー信号、ＲＦ信号及びトラッキングエラー信号を生成するようにしたので、回路構成が簡略で、小型かつ安価な光ピックアップを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光ピックアップの全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光導波路デバイスの断面構造を示す図である
【図３】光ディスクが「ニア」の位置にある場合の光ビームのフォーカス状態の変化を示す図である。
【図４】光ディスクが「ファー」の位置にある場合の光ビームのフォーカス状態の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るグレーティングの断面構造を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係るグレーティングに光ビームが入射する場合の入射角度に依存して受光部の受光量が変動する様子を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るグレーティングを介して受光部で検出される受光レベルの特性を説明する図である。
【図８】本発明に実施形態において、２分割パターンを用いたフォーカスエラー検出に対応するグレーティング及び受光部の構成を示す図である。
【図９】本発明に実施形態において、短冊状のパターンを用いたフォーカスエラー検出に対応するグレーティング及び受光部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…光導波路デバイス
２…半導体レーザ
３…光ディスク
４…反射ミラー
５…コリメータレンズ
６…対物レンズ
７…マウントベース
８…サブマウント
１１…半導体基板
１２…エピタキシャル層
１３…アルミ遮光膜
１４…第１ＳＯＧ層
１５…ＳiＯ2層
１６…導波層
１７…第２ＳＯＧ層
１８…往路復路分離膜
２０…グレーティング
３０…受光部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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