(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、基板上に形成されたバッファ層と、このバッファ層の上に形成された導波路層と、この導波路層の上に形成されたクラッド層を有するスラブ型導波路と、このスラブ型導波路へ外部光を結合・励振するプリズムカプラと、前記スラブ型導波路内に設けられ、導波光の光軸近傍を含む導波光の右半分と左半分とをそれぞれ取り込む２つの導波路型反射集光器と、この２つの導波路型反射集光器のそれぞれの焦点位置近傍に設けた第１、第２の分割型光検出器とを備えた導波路型光信号検出素子において、
前記２つの導波路型反射集光器は、それぞれ異なる焦点距離を持ち、且つ、前記第１の分割型光検出器に各々接続された第１の差動増幅器と第１の加算器と、前記第２の分割型光検出器に各々接続された第２の差動増幅器と第２の加算器と、前記第１の加算器と前記第２の加算器に各々接続された第３の差動増幅器と第３の加算器とを備えることを特徴とする導波路型光信号検出素子。
【請求項２】
前記第１の差動増幅器及び前記第２の差動増幅器から出力される信号をフォーカス誤差信号とし、前記第３の差動増幅器から出力される信号をトラック誤差信号とし、前記第３の加算器から出力される信号をＲＦ信号とすることを特徴とする請求項１記載の導波路型光信号検出素子。
【請求項３】
通常は焦点距離の短い方の前記導波路型反射集光器側に配置された前記第２の分割型光検出器における差信号をフォーカス誤差信号として用い、前記第２の分割型光検出器の検出領域を越えた場合には、焦点距離の長い方の前記導波路型反射集光器側に配置された前記第１の分割型光検出器の差信号をフォーカス誤差信号として用いることを特徴とする請求項１または２記載の導波路型光信号検出素子。
【請求項４】
前記導波路型光信号検出素子を、光ディスクに対して情報の記録・再生を行う光ピックアップに用いたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の導波路型光信号検出素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、光ディスクメモリ等の光ピックアップに用いられ、光ディスクのフォーカシング制御を行うための導波路型光信号検出素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、種々の導波路デバイスが提案されているが、それらの多くは、スラブ導波路上に光源や集光路、反射偏向路、スプリッタ、光検出器、分波器、光結合器の機能素子を集積配置したものである。
具体的な構成としては、例えば、基板上に、バッファ層、導波路層、クラッド層を積層し、この導波路層に接着層によってプリズムカプラを接着したものである。
これらの導波路デバイスの中で、反射型集光器とその焦点に分割型の光検出器を配置構成したタイプのものや、図１０に示すように、一対の前記反射型集光器３０ａ，３０ｂを導波光の光軸対称に並配置し、各々の反射型集光器３０ａ，３０ｂの焦点に分割型光検出器の光検出器１６，１７及び２０，２１を配置構成したタイプ（外部光結合器にプリズムカプラ５を用いている）のものがある。
【０００３】
このタイプの導波路デバイスは、光ディスクに対して情報の記録・再生を行う光ピックアップにおけるフォーカス誤差信号、トラック誤差信号、ＲＦ信号を検出する導波路型光信号検出素子として提案されており、これは並配置した一対の反射型集光器の各々の光学的仕様、即ち焦点距離やＮＡが同一となっている。例えば、同図に示すように、光検出器１６，１７による検出信号をＩ１６，Ｉ１７、又光検出器２０，２１による検出信号をＩ２０，Ｉ２１とすると、
フォーカス誤差信号は、（Ｉ１６＋Ｉ２１）−（Ｉ１７＋Ｉ２０）
トラック誤差信号は、  （Ｉ１６＋Ｉ１７）−（Ｉ２０＋Ｉ２１）
ＲＦ信号は、          （Ｉ１６＋Ｉ１７）＋（Ｉ２０＋Ｉ２１）
を各々算出することにより得ることができる。
この機能構成による導波路型光信号検出素子は、フォーカス誤差信号の検出感度と検知幅（フォーカス引き込み幅）は常に一定であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の導波路型光信号検出素子においては、光ディスクにおけるフォーカス誤差信号の検出感度と検知幅（フォーカス引き込み幅）は常に一定であって、高検出感度でしかも検知幅が広いという要望に応えることができなかった。例えば、外乱等によって光ディスクの位置が大きくずれた場合は、検知幅が狭いためにデフォーカスの検知領域を越えてしまい、デフォーカス量を検知できないという問題点があった。
そこで、この発明は、上述した従来の問題点を解消して、光ピックアップのフォーカス誤差信号を高感度（高精度）に検出でき、且つ検知幅も広い導波路型光信号検出素子を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の要旨とするところは、少なくとも、基板上に形成されたバッファ層と、このバッファ層の上に形成された導波路層と、この導波路層の上に形成されたクラッド層を有するスラブ型導波路と、このスラブ型導波路へ外部光を結合・励振するプリズムカプラと、前記スラブ型導波路内に設けられ、導波光の光軸近傍を含む導波光の右半分と左半分とをそれぞれ取り込む２つの導波路型反射集光器と、この２つの導波路型反射集光器のそれぞれの焦点位置近傍に設けた第１、第２の分割型光検出器とを備えた導波路型光信号検出素子において、前記２つの導波路型反射集光器は、それぞれ異なる焦点距離を持ち、且つ、前記第１の分割型光検出器に各々接続された第１の差動増幅器と第１の加算器と、前記第２の分割型光検出器に各々接続された第２の差動増幅器と第２の加算器と、前記第１の加算器と前記第２の加算器に各々接続された第３の差動増幅器と第３の加算器とを備えたことにある（請求項１）。そして、この導波路型光信号検出素子においては、前記第１の差動増幅器及び前記第２の差動増幅器から出力される信号をフォーカス誤差信号とし、前記第３の差動増幅器から出力される信号をトラック誤差信号とし、前記第３の加算器から出力される信号をＲＦ信号とする（請求項２）。さらに、この導波路型光信号検出素子においては、通常は焦点距離の短い方の前記導波路型反射集光器側に配置された前記第２の分割型光検出器における差信号をフォーカス誤差信号として用い、前記第２の分割型光検出器の検出領域を越えた場合には、焦点距離の長い方の前記導波路型反射集光器側に配置された前記第１の分割型光検出器の差信号をフォーカス誤差信号として用いる（請求項３）。
また、本発明では、前記導波路型光信号検出素子を、光ディスクに対して情報の記録・再生を行う光ピックアップに用いたことを特徴とする（請求項４）。
【０００６】
【作用】
本発明の導波路型光信号検出素子では、２つの導波路型反射集光器は、それぞれ異なる焦点距離を持つため、導波光の集光位置のずれに関して、その検出感度は高いが検出角度範囲は狭い分割型光検出器と、検出感度は低いが検出角度範囲は広い分割型光検出器とを有することになる。
そして、本発明の導波路型光信号検出素子では、前記第１の分割型光検出器に各々接続された第１の差動増幅器と第１の加算器と、前記第２の分割型光検出器に各々接続された第２の差動増幅器と第２の加算器と、前記第１の加算器と前記第２の加算器に各々接続された第３の差動増幅器と第３の加算器とを備えており、前記第１の差動増幅器及び前記第２の差動増幅器から出力される信号をフォーカス誤差信号とし、前記第３の差動増幅器から出力される信号をトラック誤差信号とし、前記第３の加算器から出力される信号をＲＦ信号としており、さらに、通常は焦点距離の短い方の前記導波路型反射集光器側に配置された前記第２の分割型光検出器における差信号をフォーカス誤差信号として用い、前記第２の分割型光検出器の検出領域を越えた場合には、焦点距離の長い方の前記導波路型反射集光器側に配置された前記第１の分割型光検出器の差信号をフォーカス誤差信号として用いるので、フォーカシングの検出感度を、焦点距離の異なる２つの導波路型反射集光器で２段に切り換えることができる。
従って、前記導波路型光信号検出素子を、光ディスクに対して情報の記録・再生を行う光ピックアップに用いた場合には、光ディスクのデフォーカス量が小さい通常時は、焦点距離の短い方の前記導波路型反射集光器側に配置された前記第２の分割型光検出器における差信号をフォーカス誤差信号として用いて、高感度なフォーカス誤差検出を行う。また、外乱等によって光ディスクのデフォーカス量が大きい時には、焦点距離の長い方の前記導波路型反射集光器側に配置された前記第１の分割型光検出器の差信号をフォーカス誤差信号として用いることにより、検知幅の広いフォーカス誤差検出を行う。
【０００７】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。図１において、導波路型光信号検出素子７は、シリコン基板１上にバッファ層として熱酸化膜２が、その上にスラブ型の導波路層としてシリコンオキシナイトライド膜３が、このシリコンオキシナイトライド膜３（以後、導波路層３と言う）の上にクラッド層として導波路層３より屈折率の低いシリコンオキシナイトライド膜４が形成されていて、導波路層３には、接着層６によりプリズムカプラ５が接合されている。
そして、図２に示すように、このプリズムカプラ５より導波路層３に結合・励振された導波光８の光軸１０の左半分を反射させる導波路型反射集光器９ａ及び９ｂが配置され、導波光１４を焦点１１へ集光させる。又導波光８の光軸１０の右半分を反射させる導波路型反射集光器１２ａ及び１２ｂが配置され、導波光１８を焦点１３へ集光させる。
この焦点１１の後方に、焦点１１へ向かう導波光１４の光軸成分１５に対してスラブ平面内において略垂直となるように、第１の分割型光検出器を構成する２つの光検出器１６及び１７が光軸１５に対して対称に並置されている。同様に、焦点１３の後方に、焦点１３へ向かう導波光１８の光軸成分１９に対してスラブ平面内において略垂直となるように、第２の分割型光検出器を構成する２つの光検出器２０及び２１が光軸１９に対して対称に並置されている。
【０００８】
さらに、図５に示すように、第１の分割型光検出器を構成する光検出器１６及び１７は差動増幅器２２に接続され、第２の分割型光検出器を構成する光検出器２０及び２１も同様に差動増幅器２３に接続されている。
尚、図６に示すように、差動増幅器２２の前段に、初段増幅器３４及び３５を、又差動増幅器２３の前段に初段増幅器３６及び３７を設けた構成にしても良い。
また、導波路型反射集光器９ａ，９ｂ及び導波路型反射集光器１２ａ，１２ｂの配置構成は、上記実施例に限らず、図３あるいは図４に示す構成も考えられる。同図において、同一部材には同一番号を付している。
上記構成において、プリズムカプラ５より導波路層３に結合・励振された導波光８の光軸１０近傍よりその左半分が導波路型反射集光器９ａ及び９ｂによって反射されて焦点１１へ集光され、導波光８の光軸１０近傍よりその右半分が導波路型反射集光器１２ａ及び１２ｂによって反射されて焦点１３へ集光される。このように、外部光が平行光である場合、導波光８は焦点１１と焦点１３に分離・集光され、差動増幅器２２，２３から得られる信号はゼロとなる。
【０００９】
また、外部光が発散光である場合は、導波光８の集光位置が焦点位置１１及び１３に対して導波光８の進行方向へいくらかずれる。この時、焦点１１に対する集光位置のずれ量をΔＺ１１、焦点１３に対する集光位置のずれ量をΔＺ１３とすると、導波路型反射集光器９及び１２の焦点距離が異なっているためにΔＺ１１≠ΔＺ１３となる。この場合においては、差動増幅器２２，２３において得られる信号を各々Ｉ２２，Ｉ２３（図７参照、光検出器１６，１７等の信号を各々Ｉ１６，Ｉ１７等とする）とすると、Ｉ２２＜Ｉ２３となる。また、前記発散光の発散角θが増大して行く場合、Ｉ２２及びＩ２３は共に増大するが、増分はＩ２３の方が大きい。
【００１０】
さらに、外部光が収束光である場合は、導波光８の集光位置が焦点位置１１、１３よりも前方へずれることになり、前記ずれ量ΔＺ１１とΔＺ１３はΔＺ１１≠ΔＺ１３であり、差動増幅器２２，２３による信号Ｉ２２’，Ｉ２３’は前記Ｉ２２，Ｉ２３とは符号が逆転するが｜Ｉ２２’｜＜｜Ｉ２３’｜であり、収束角θが増大すると増加率は｜Ｉ２３’｜の方が大きいため、｜Ｉ２２’｜＜｜Ｉ２３’｜の差も増大する。
この導波路型光信号検出素子７（以後、センサ７と言う）は、上記のように、差動増幅器２２，２３の信号から外部光の平行度、発散・収束角度を検出する異なる検出感度を持つセンサとしての機能を有するが、発散あるいは収束角度が所定の値を越えると光検出器１６，１７等への入射光量がゼロになるので、この光検出器１６，１７の角度検出機能は失われる。また、検出感度を高くすると、検出角度範囲が狭くなり、検出感度を低くすると、検出角度範囲は広くなるという特性を備えているので、当該センサ７は、検出信号Ｉ２２，Ｉ２３をフォーカシング誤差信号として用い、レンズアクチュエータへのフィードバック制御を行う光ピックアップ等の用途に適している。
【００１１】
したがって、光ディスクに対してオンフォーカス状態に対物レンズ位置がある場合、高感度なる分割型光検出器でフォーカシング制御を実行し、又外乱等によって光ディスク位置が大きくずれた場合にも、低感度ながらデフォーカス検知幅の広い他方の分割型光検出器を用いてフォーカシング制御を行う。即ち、高感度なる分割型光検出器のデフォーカス検知幅の限界まで追い込んだ後、低感度なる分割型光検出器によるフォーカシング制御へ切り換える。
そこで、上記センサ７を光源分離型光ピックアップに用いた場合について説明する。図８に示すように、光源（ＬＤ）３８からの光がコリメータレンズ３９を介して偏向ビームスプリッタ４０ヘ入射する。又光ディスク（光情報記録媒体）４３からの光は対物レンズ４２、１／４λ板４１、偏向ビームスプリッタ４０を介して当該センサ７のプリズムカプラ５ヘ入射する。センサ７の構成は図２に示したものと同様であって、同一部材には同一番号が付されている。
【００１２】
さらに、図９に示すように、第１の分割型光検出器を構成する光検出器１６及び１７には第１の差動増幅器２２及び第１の加算器２４が接続され、第２の分割型光検出器を構成する光検出器２０及び２１にも同様に第２の差動増幅器２３及び第２の加算器２５が接続され、第１の加算器２４及び第２の加算器２５には第３の差動増幅器２７及び第３の加算器２８が接続されている。
この構成において、光源３８を射出した発散光はコリメータレンズ３９によって平行光とされ、偏向ビームスプリッタ４０によって光ディスク４３方向へ反射される。この反射光は１／４λ板４１によって円偏光に変換され、対物レンズ４２により光ディスク４３の記録面上に集光される。この記録面上にて反射された前記集光光は対物レンズ４２を介して１／４λ板４１により直線偏光に変換され、偏向ビームスプリッタ４０を透過してプリズムカプラ５へ入射し、センサ７の導波路内へ導光される。
【００１３】
ところで、このセンサ７の光ディスク４３のトラック溝方向に対する配置構成については、図８に示すように、このセンサ７のｙ方向成分が光ディスク４３のトラック溝方向と一致するように配置すると、オントラック時には、図９に示す第１の加算器２４から出力される光検出器１６，１７の和信号Ｉ２４と第２の加算器２５から出力される光検出器２０，２１の和信号Ｉ２５はＩ２４＝Ｉ２５となる。また、図８において、対物レンズ４２による集光スポットの位置が＋ｙ方向へはずれるとＩ２４＜Ｉ２５、又は逆に−ｙ方向へはずれるとＩ２４＞Ｉ２５となる。
したがって、図９に示すように、トラック誤差信号（Ｔｒ）は第３の差動増幅器２７から出力される、光検出器１６，１７の和信号Ｉ２４と光検出器２０，２１の和信号Ｉ２５の差信号Ｉ２７（Ｉ２５−Ｉ２４）を用い、又ＲＦ信号（ピット信号）は第３の加算器２８から出力される、前記Ｉ２４とＩ２５の和信号Ｉ２８を用いる。そして、フォーカス誤差信号は、第１の差動増幅器２２から出力される光検出器１６，１７の差信号Ｉ２２、あるいは第２の差動増幅器２３から出力される光検出器２０，２１の差信号Ｉ２３を用いる。
【００１４】
また、前述したように、第１の分割型光検出器の光検出器１６，１７の差信号Ｉ２２の特性については、フォーカス誤差検出感度は第２の分割型光検出器の光検出器２０，２１の差信号Ｉ２３よりも低いが、フォーカス誤差検出可能なデフォーカス幅（フォーカス引き込み幅）は広い。したがって、オンフォーカス周辺の時は、差信号Ｉ２３を用いてアクチュエータへのフィードバック制御を行い、外乱等によって光ディスク４３位置が大きくずれて差信号Ｉ２３の検出領域を越えた場合、差信号Ｉ２２を用いたフィードバック制御へ切り換える。例えば、図７に示すように、差信号Ｉ２３がＩｔｈに達したら、差信号Ｉ２２のフィードバック制御に切り換える構成にする。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の導波路型光信号検出素子においては、導波路型反射集光器は、それぞれ異なる焦点距離を持ち、且つ、第１の分割型光検出器に各々接続された第１の差動増幅器と第１の加算器と、第２の分割型光検出器に各々接続された第２の差動増幅器と第２の加算器と、前記第１の加算器と前記第２の加算器に各々接続された第３の差動増幅器と第３の加算器とを備えるので、従来のようなバルク光学系を用いた素子では困難であった構成、即ち同一検出素子内に、導波路素子の特徴を失うことなく感度の異なる２つのセンサ機能を集積化していて、且つコンパクトな構成が可能となる。
そして、請求項２，３の導波路型光信号検出素子においては、前記第１の差動増幅器及び前記第２の差動増幅器から出力される信号をフォーカス誤差信号とし、前記第３の差動増幅器から出力される信号をトラック誤差信号とし、前記第３の加算器から出力される信号をＲＦ信号としており、さらに、通常は焦点距離の短い方の前記導波路型反射集光器側に配置された前記第２の分割型光検出器における差信号をフォーカス誤差信号として用い、前記第２の分割型光検出器の検出領域を越えた場合には、焦点距離の長い方の前記導波路型反射集光器側に配置された前記第１の分割型光検出器の差信号をフォーカス誤差信号として用いるので、フォーカシングの検出感度を、焦点距離の異なる２つの導波路型反射集光器で２段に切り換えることができる。
また、請求項４のように、前記導波路型光信号検出素子を、光ディスクに対して情報の記録・再生を行う光ピックアップに用いた場合には、光ディスクのデフォーカス量が小さい時は、焦点距離の短い方の前記導波路型反射集光器側に配置された前記第２の分割型光検出器における差信号をフォーカス誤差信号として用い、また、光ディスクのデフォーカス量が大きい時には、焦点距離の長い方の前記導波路型反射集光器側に配置された前記第１の分割型光検出器の差信号をフォーカス誤差信号として用いるので、フォーカシングの検出感度を焦点距離の異なる２つの導波路型反射集光器で２段に切り換えることにより、高精度なフォーカシング機能と広いフォーカシング範囲とを併せ持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の導波路型光信号検出素子を示す側面図である。
【図２】この発明の実施例の導波路型光信号検出素子を示す平面図である。
【図３】この発明の他の実施例の導波路型光信号検出素子を示す平面図である。
【図４】この発明の他の実施例の導波路型光信号検出素子を示す平面図である。
【図５】差動増幅器を接続した光検出器を示す構成図である。
【図６】差動増幅器及び初段増幅器を接続した光検出器を示す構成図である。
【図７】フォーカス誤差信号とディスク位置ずれとの関係を示す特性線図である。
【図８】光ディスクと光ピックアップを示す概略構成図である。
【図９】光ピックアップにおける誤差信号検出回路を示す構成図である。
【図１０】従来の導波路型光信号検出素子を示す平面図である。
【符号の説明】
１              基板
２              バッファ層
３              導波路層
４              スラブ型導波路
５              プリズムカプラ
９ａ，９ｂ      導波路型反射集光器
１２ａ，１２ｂ  導波路型反射集光器
１６，１７      第１の分割型光検出器を構成する光検出器
２０，２１      第２の分割型光検出器を構成する光検出器
４３            光ディスク
【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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【図１０】
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