(57)【要約】【課題】装置の大小に関わらず入射光学系の光軸と光導波路の光軸の調整を容易かつ高精度に行う。【解決手段】コア層の少なくとも一つの端面と、この端面と同じ側面を形成するクラッド層の端面とが異なる形状をなす積層型の光導波路と、この光導波路の端面に光を入射する入射光学系と、前記光導波路の光が入射された端面にて反射されて戻ってくる反射光の強度または強度変化を検出する光検出手段と、この光検出手段で検出した反射光の強度または強度変化に基づいて前記入射光学系の制御を行う制御手段と、この制御手段から受信する制御信号に応じて前記入射光学系の光軸を調整する光軸調整手段とを備える。【選択図】図１
2005234401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのコア層と少なくとも一つのクラッド層を積層して成る光導波路において、
前記コア層の少なくとも一つの端面と、この端面と同じ側面を形成する前記クラッド層の端面とが異なる形状をなすこと
を特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記コア層の端面が前記クラッド層の端面よりも略凹型に窪んでいること
を特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
前記コア層の端面が前記クラッド層の端面よりも略凸型に突出していること
を特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項４】
前記コア層と前記クラッド層の境界、または前記コア層の内部にホログラム情報を記録するホログラム情報記録手段を備えること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の光導波路。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の光導波路と、
この光導波路の端面に光を入射する入射光学系と、
前記光導波路の光が入射された端面にて反射されて戻ってくる反射光の強度または強度変化を検出する光検出手段と、
この光検出手段で検出した反射光の強度または強度変化に基づいて前記入射光学系の制御を行う制御手段と、
この制御手段から受信する制御信号に応じて前記入射光学系の光軸を調整する光軸調整手段と
を備えたことを特徴とする光軸調整システム。
【請求項６】
請求項４記載の光導波路と、
この光導波路で散乱されるホログラム情報をホログラムイメージとして再生する撮像手段と、
前記光導波路の端面に光を入射する入射光学系と、
前記光導波路の光が入射された端面にて反射されて戻ってくる反射光の強度または強度変化を検出する光検出手段と、
この光検出手段で検出した反射光の強度または強度変化に基づいて前記入射光学系の制御を行う制御手段と、
この制御手段から受信する制御信号に応じて前記入射光学系の光軸を調整する光軸調整手段と
を備えたことを特徴とする光軸調整システム。
【請求項７】
前記入射光学系は、
光を発生する光源と、
この光源から発生される光を透過すると共に、前記反射光を反射して光検出手段に送るハーフミラーと、
このハーフミラーを透過した光を集光して前記光導波路に入射する集光レンズ系と
を有することを特徴とする請求項５または６記載の光軸調整システム。
【請求項８】
前記入射光学系は、
前記光源から発生される光の一部を遮光する遮光用の光学素子を更に有すること
を特徴とする請求項７記載の光軸調整システム。
【請求項９】
前記集光レンズ系は、
互いに異なる偏光状態を有する複数の集光パターン形状を形成すること
を特徴とする請求項７または８記載の光軸調整システム。
【請求項１０】
少なくとも一つのコア層と少なくとも一つのクラッド層を積層する工程と、
この工程で積層したコア層とクラッド層に対して互いに異なる条件下で紫外線を照射する工程と、
この工程から所定時間経過後、前記積層したコア層および前記クラッド層を積層方向に沿って切断する工程と、
この工程で切断した前記コア層および前記クラッド層のベークを行う工程と
を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路、光軸調整システム、および光導波路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光導波路は、光を伝播するコア層と、このコア層よりもわずかに屈折率が小さいクラッド層とを積層して形成される。シングルモードの光導波路においては、一般にコア層とクラッド層の屈折率差は０.０１程度しかない。このような場合、光導波路の入射端面に垂直な方向（法線方向）から光を入射させたときの光導波路入射端面での反射率Ｒは、偏光方向に依存せず次の式で与えられる。
【０００３】
Ｒ＝｛（ｎ1−ｎ2）／（ｎ1＋ｎ2）｝2           （１）
ここで、ｎ1は空気の屈折率（ｎ1＝１.０）、ｎ2はコア層またはクラッド層の屈折率である。仮にコア層の屈折率をｎ2＝１.５２とすると、コア層の表面からの反射率（Ｒcore）は、式（１）より、
Ｒcore ＝（０.５２／２.５２）2 ＝０.０４２５７
となる。また、このコア層に積層されるクラッド層の屈折率をｎ2＝１.５１とすると、このクラッド層の表面からの反射率（Ｒclad）は、式（１）より、
Ｒclad ＝（０.５１／２.５１）2 ＝０.０４１２８
となる。したがって、コア層からの反射光とクラッド層からの反射光の強度比（反射率の比）は、
Ｒclad ／Ｒcore ＝１.０３１２５          （２）
と求められる。式（２）によれば、シングルモードの光導波路では、コア層からの反射光とクラッド層からの反射光の強度の違いがわずか３％程度にしか過ぎないことがわかる。
【０００４】
シングルモードの光導波路においてコア層への入射効率を向上させるためには、その光導波路の光軸と、光導波路に光を入射させる入射光学系の光軸とをいかに正確に調整（アライメント）するかが重要である。ところが、シングルモードの光導波路では、上記の如くコア層とクラッド層の屈折率差が非常に小さいため（式（２）を参照）、両層の純光学的な反射率の違いを検出することは困難と考えられていた。
【０００５】
このような状況を打開するために、光導波路の入射端面に反射防止処理、より具体的にはＡＲコート膜の成膜処理を施すことにより、空気と光導波路との入射端面における反射を抑制し、出射端面からの反射戻り光を利用する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平７−１２８５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば光情報再生装置のような小型の装置に適用される光導波路の場合、その光導波路に入射される光としては、６５０〜７８０ｎｍ（１ｎｍ＝１０-9ｍ）程度の波長を有する赤色レーザ光が想定される。この入射光の波長に対して、光導波路のコア層の厚さは２〜数μｍ（１μｍ＝１０-6ｍ）程度が好ましいが、上述した成膜処理をそのような場合に適用することは、技術的に困難であった。
【０００７】
仮に何らかの技術的な工夫を施すことにより、光導波路の入射端面に均一な成膜処理を施すことができたとしても、上述したようにコア層とクラッド層とで両者の反射光の強度差分はわずか３％程度しか期待できない（式（２）を参照）。このため、光導波路の入射端面に集光された光について、その反射光がコア層からの反射光なのか、クラッド層からの反射光なのかを鮮明に区別し、その反射光強度または反射光の強度分布から光導波路の光軸と入射光学系の光軸を正確に調整することは困難であった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置の大小に関わらず光軸調整を容易かつ高精度に行うことのできる光導波路、光軸調整システム、および光導波路の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、少なくとも一つのコア層と少なくとも一つのクラッド層を積層して成る光導波路において、前記コア層の少なくとも一つの端面と、この端面と同じ側面を形成する前記クラッド層の端面とが異なる形状をなすことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記コア層の端面が前記クラッド層の端面よりも略凹型に窪んでいることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記コア層の端面が前記クラッド層の端面よりも略凸型に突出していることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記コア層と前記クラッド層の境界、または前記コア層の内部にホログラム情報を記録するホログラム情報記録手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の光導波路と、この光導波路の端面に光を入射する入射光学系と、前記光導波路の光が入射された端面にて反射されて戻ってくる反射光の強度または強度変化を検出する光検出手段と、この光検出手段で検出した反射光の強度または強度変化に基づいて前記入射光学系の制御を行う制御手段と、この制御手段から受信する制御信号に応じて前記入射光学系の光軸を調整する光軸調整手段とを備えたことを特徴とする光軸調整システムである。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の光導波路と、この光導波路で散乱されるホログラム情報をホログラムイメージとして再生する撮像手段と、前記光導波路の端面に光を入射する入射光学系と、前記光導波路の光が入射された端面にて反射されて戻ってくる反射光の強度または強度変化を検出する光検出手段と、この光検出手段で検出した反射光の強度または強度変化に基づいて前記入射光学系の制御を行う制御手段と、この制御手段から受信する制御信号に応じて前記入射光学系の光軸を調整する光軸調整手段とを備えたことを特徴とする光軸調整システムである。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の発明において、前記入射光学系は、光を発生する光源と、この光源から発生される光を透過すると共に、前記反射光を反射して光検出手段に送るハーフミラーと、このハーフミラーを透過した光を集光して前記光導波路に入射する集光レンズ系とを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記入射光学系は、前記光源から発生される光の一部を遮光する遮光用の光学素子を更に有することを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項７または８記載の発明において、前記集光レンズ系は、  互いに異なる偏光状態を有する複数の集光パターン形状を形成することを特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の発明は、少なくとも一つのコア層と少なくとも一つのクラッド層を積層する工程と、この工程で積層したコア層とクラッド層に対して互いに異なる条件下で紫外線を照射する工程と、この工程から所定時間経過後、前記積層したコア層および前記クラッド層を積層方向に沿って切断する工程と、この工程で切断した前記コア層および前記クラッド層のベークを行う工程とを有することを特徴とする光導波路の製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光の入射方向に対するコア層の入射端面とクラッド層の入射端面が異なる形状を有する光導波路を用いてコア層とクラッド層の入射端面からの反射光強度の差を大きく改善し、光導波路を構成するコア層とクラッド層の屈折率の差がたとえ微小であっても、装置の大小に関わらず、入射光学系の光軸とこの入射光学系に結合される光導波路の光軸との光軸調整を容易かつ高精度に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光導波路の端面の概略構成を示す図である。同図（ａ）に示す光導波路１は、コア層１１をクラッド層１３が挟むように積層して構成されている。この光導波路１では、コア層１１の端面の中心部が最も窪んだ形状、すなわち丸底構造をなしている。最も好ましいコア層１１入射端面の形状は、コア層１１の端面がクラッド層１３の端面よりも平坦かつ一様に矩形状に窪んでいるものであるが、実際には図１（ａ）に示すような形状でも同様の効果を得ることができる。以後の説明では、これらの形状を一括して「略凹型」に窪んだと表現する。
【００２２】
入射端面で反射される光の強度または強度分布を検出する場合、コア層１１とクラッド層１３の入射端面の断面部における入射方向の端面位置の違い（断面高さ）は、コア層１１の厚さにも依存するが、入射光の波長の１／４以下、特に１／６〜１／８程度であれば好ましい。これにより、入射端面のコア層１１から反射される光と、クラッド層１３から反射される光との間に位相差による干渉が生じ、単に屈折率の違いだけしか存在しない場合と比べて、コア層１１からの反射光とクラッド層１３からの反射光とではより大きな強度の違い、または反射光強度分布の違いを示すことが可能となる。
【００２３】
図２（ａ）は、光導波路１の入射端面の実際の表面形状の例として、分子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）で測定した結果の断面プロファイルを示す図である。同図においては、横軸ｘ（μｍ）が積層方向の座標を与える一方、縦軸ｈ（ｎｍ）が光の入射方向に平行な方向（積層方向に垂直な方向）の座標、すなわち断面の「高さ」を与える（座標系については図２（ｂ）を参照）。この断面プロファイルによれば、コア層１１の断面の高さがクラッド層１３の断面の高さより少なくとも５０ｎｍ程度窪んでいることがわかる。
【００２４】
本実施形態においては、特に小型の光軸調整システムを構成することを想定している。このような場合、光導波路に入射される光としては、半導体レーザ光（波長６５０〜７８０ｎｍ程度）が用いられる。そして、光導波路１におけるコア層の厚さは２μｍ未満、クラッド層の厚さは５μｍ以上が想定される。ちなみに、図２（ａ）では、入射光として波長６６０ｎｍの赤色レーザ光を想定している。したがって、この場合の窪みは入射光の１／４よりも小さくなる。
【００２５】
これに対して、図１（ｂ）に示す光導波路２は、コア層１２の入射端面がクラッド層１３の入射端面より突出している場合の側面図である。ここでも、コア層１２がクラッド層１３より突出している形状を総称して「略凸型」に突出と表現する。
【００２６】
図３は、本実施形態に係る光導波路の端面付近の別な構成例を示すものである。具体的には、図３（ａ）が入射端面付近の側面図であり、図３（ｂ）が入射端面付近の斜視図である。これらの図に示す光導波路３は、複数のコア層１１と複数のクラッド層１３を交互に積層させて構成される多層積層型光導波路３である。
【００２７】
以上説明した光導波路１〜３の製造方法について説明する。
【００２８】
これらの光導波路は、コア層とクラッド層に照射する紫外線照射による硬化速度（重合速度）を適宜制御することによって製造することができる。
【００２９】
具体的には、コア層に照射する紫外線照射量をクラッド層に照射する紫外線照射量よりも少なくすると、コア層内の重合度をクラッド層内の重合度よりも十分小さくすることができる。
【００３０】
このような紫外線照射量の調整に加えて、積層完了後に光導波路の入射端面を切断するまでの待ち時間をコントロールすることで、各層における重合の進展度合い（硬化完了の割合）が異なってくる。
【００３１】
本実施形態においては、以上の性質を適宜利用する。すなわち、紫外線を照射して所定の待ち時間（例えば、数時間〜数日程度）が経過した後、ダイシングソー等を用いて所望の位置にて光導波路を切断し、適切に高温化してベークを行う。ここで、コア層に比してクラッド層の紫外線照射量の方が少なく重合度が大きい場合、クラッド層の方が十分に硬化するため、切断およびベーク後もその切断面は形状変化を示さない。他方、コア層はクラッド層よりも重合度が小さいので、光導波路を切断した直後の該光導波路の端面近傍は十分に固化していない状態である。この状態で光導波路をベークすると、切断面近傍のコア層はベークによって重合が進展していくため、コア層の切断面近傍のみが収縮することになる。すなわち、ベーク後のコア層とクラッド層の切断面の端面形状を比較すると、コア層はクラッド層よりも収縮した分だけ略凹型に窪んだ構造になる。すなわち、光導波路１および３と同様のタイプの光導波路が形成される。
【００３２】
これに対して、コア層の重合度とクラッド層の重合度の大小関係を逆転させるように各層別に照射する紫外線の照射条件を変えた場合、今度はコア層がクラッド層よりも略凸型に突出した端面を形成する光導波路２と同タイプの光導波路が形成される。
【００３３】
従来、光導波路に光が入射される入射端面は、入射光の結合効率を向上させるために、研磨による鏡面加工仕上げが施されていることが多かった。その場合、入射端面の断面プロファイルを測定すると、コア層とクラッド層との境界面に段差は存在せず、きわめて平坦であり、層ごとに異なる形状を有することはなかった。すなわち、コア層とクラッド層の断面形状は略同一であった。
【００３４】
一般に、積層光導波路の入射端面を形成する際には、ダイシングソーを用いて光導波路を切断する。この切断加工において、ダイシングソーを構成するダイヤモンドブレードの硬さ、ブレード内のダイアモンド微粒子の粒径、結合剤などのブレード自体の製造条件に加えて、ブレードを送る速度やその回転数などの各種加工条件をサンプル切断時に最適化しておくことにより、切断面の断面形状を変化させることが可能である。
【００３５】
しかし、屈折率がわずかに０.０１程度しか異なっていないコア層とクラッド層から構成される光導波路の場合、両者の化学的な組成は非常に類似しているため、単に切断するだけでその両者に異なる断面形状を持たせることは困難であった。
【００３６】
これに対して、本実施形態においては、上記のごとく積層されて成るコア層とクラッド層とで互いに異なる重合速度を持つように紫外線照射量、紫外線照射方法、および紫外線照射時の最表層に接する大気の酸素濃度等を層ごとに制御することにより、最表層の重合速度を選択的に制御することが可能となる。
【００３７】
その上で、積層完了後、その積層した導波路を積層方向（図４のｘ軸に平行な方向）に沿って切断し、端面を形成するまでの経過時間を適切に選ぶことにより、コア層またはクラッド層のいずれか一方の層の硬化状態と、他方の層との硬化状態が互いに異なる条件下で切断を行うことができる。
【００３８】
この結果、本実施形態によれば、十分硬化していない方の層については、その切断面が収縮し、他方の層に対して切断後の切断形状が相対的に略凹型に窪んだ形状に変化するため、屈折率差が微小な場合でも、コア層とクラッド層の切断面の断面形状を変化させることが可能となる。
【００３９】
ちなみに、本実施形態の光導波路と同タイプに属する光導波路の一般的な製造方法については、次の文献に詳細な記載がある： K. Ishihara, H. Kubo, R. Yoshiyama, K. Yamauchi, M. Kawashima, Y. Miwa, and T. Kobayashi, "UV embossing process for multilayered waveguide holographic media," ODS2001, Santa Fe, U.S.A., MA5 April 2001。
【００４０】
次に、以上説明した光導波路を用いて構成される光軸調整システムについて説明する。以後の説明においては、光導波路として多層に積層され、コア層１１の入射端面がクラッド層１３の入射端面よりも略凹型に窪んだ形状をなす光導波路３を適用する場合について説明するが、これが一例に過ぎないことは勿論である。
【００４１】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る光軸調整システムの概略構成を示す説明図である。同図に示す光軸調整システム１００は、入射端面におけるコア層１１とクラッド層１３の光学反射率が異なる光導波路３に対して、光源２１、コリメートレンズ２２，ハーフミラー２３、および集光レンズ２５などの光学素子で構成される入射光学系、光導波路３から反射する光をハーフミラー２３で反射した後に集光する集光レンズ２６、およびこの集光レンズ２６で集光した反射光の強度または強度変化を検出する光検出器２７（光検出手段）が配置されて構成される。
【００４２】
また、光軸調整システム１００は、入射光学系の位置および向きを制御し、光源２１から出射される光の集光パターンの光導波路３の端面上での照射位置の粗動および微動を制御する光軸調整部２４（光軸調整手段）、および光検出器２７で検出した光信号に基づいて光軸調整部２４を制御する制御回路２８（制御手段）を備えている。
【００４３】
光軸調整部２４は、制御回路２８からの制御信号に基づいて照射位置の粗動および微動を行うアクチュエータを備えている。このアクチュエータとして、ステッピングモータ、ボイスコイルモータ、ＤＣ（直流）モータ、超音波モータなどを用いることができる。また、必要に応じて、アクチュエータと減速器を組み合わせて光軸調整部２４を構成してもよい。この場合には、集光パターンの照射位置、向き、照射角度等の制御を高精度に行うことが可能となる。なお、アクチュエータとして超音波モータを用いる場合は、粗動および微動を同一の素子で実現できるため、減速器を用いずに高精度を実現することができる。
【００４４】
光源２１としては、上述した赤色レーザ光等を発生可能なレーザ光源（半導体レーザ）が想定され、そのレーザ光の波長は、４００〜８００ｎｍ程度である。その他にも、単一波長の光を発生させることのできるものであればよく、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などでもよい。
【００４５】
光導波路３の入射端面に照射された光は、コア層１１とクラッド層１３とで照射領域によって異なる反射光を発生し、再び集光レンズ２５を通って入射光学系に戻る。この反射光は、光導波路３から見たときに集光レンズ２５の背後に配置されているハーフミラー２３における反射によって光路が曲げられ、集光レンズ２６を介して光検出器２７に集光される。この際、コア層１１とクラッド層１３とでは入射端面での反射特性がそれぞれ異なるため、光検出器２７によって検出される反射光は、反射領域ごとにその反射光の強度または強度分布が異なる。
【００４６】
図６は、光導波路３の入射端面に集光された集光パターンを光導波路３の導波面入射端面に平行な方向）に対して移動させた場合について、光検出器２７で検出される反射光の強度変化を模式的に示す図である。同図に示す強度曲線Ｉ1のピーク位置は、入射光学系から出射される集光パターンの中心が、コア層１１の入射端面の中心に位置したときの反射光強度を示している。これに対して、強度曲線Ｉ1のピークの間にある低い平坦部は、集光パターンがクラッド層１３の入射端面上に位置しているときの反射光強度である。この強度曲線Ｉ1において、ピーク部分と平坦部の反射光の強度差は、少なく見積もっても５％以上あり、場合によっては５０％程度になることもある。したがって、従来法における反射光の強度差が３％程度であったことに鑑みると、本実施形態の光導波路は、コア層とクラッド層の反射光を区別しやすい構成を有していることが分かる。
【００４７】
入射光学系の光軸と光導波路３の光軸を調整して最適な結合効率を持たせるために、項軸調整システム１００では、光検出器２７によって測定される反射光の強度が最大となるときの入射端面上の照射パターンの照射位置を検出し、常にその位置に照射パターンがくる最適な照射パターンの位置を、制御回路２８を介して光軸調整部２４にフィードバックする。以下、この制御回路２８における光軸調整部２４の制御方法について説明する。
【００４８】
図７は、入射端面からの反射光を複数のフォトダイオードを有する光検出器２７で検出する場合の光検出器２７の一構成例を示す図である。同図（ａ）に示す場合、光検出器２７は、拡大レンズ２７１と光検出器２７の本体部分に相当する受光部２７２を有する。
【００４９】
光導波路３からの反射光は、ハーフミラー２３および集光レンズ２６を通過後、拡大レンズ２７１で拡大された後、４分割された受光部２７２上に略円型の像として投影される。受光部２７２を構成する四つの受光素子であるフォトダイオード２７２Ａ、２７２Ｂ、２７２Ｃ、および２７２Ｄの検出窓から得られる像の出力をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤとすると、制御回路２８に具備される演算回路２８１に対して、（Ａ−Ｃ）と（Ｂ−Ｄ）が出力される。演算回路２８１では、この両者の差分を求めることにより、光導波路３の積層方向の位置調整用サーボ信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）が得られる。
【００５０】
制御回路２８は、求めたサーボ信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）を光軸調整部２４にフィードバックする。光軸調整部２４では、制御回路２８からの制御信号に基づいてサーボ信号の値が０となるようにアクチュエータが駆動し、入射光学系の光軸を移動させる。そして、光導波路３の入射端面に照射している集光パターンの位置を所望のコア層１１の中心位置に来るように調整を行う。図７（ｂ）は、このサーボ信号の値がちょうど０となる場合に受光部２７２に投影される像を示している。
【００５１】
図８は、集光ビームスポットの照射位置に応じたサーボ信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）の変化の概略を示す説明図である。同図に示す場合、点Ｐが図７（ｂ）に示すサーボ信号０の状態に相当している。
【００５２】
なお、全てのフォトダイオードの出力和Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄをモニタリングすることで、集光パターンの入射端面上におけるフォーカスずれを検出することも可能である。この場合、出力和Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの値を常に最大にするように入射光学系の位置と向きを調整することによってフォーカスずれを検出し、この検出結果のジャストフォーカス位置からのずれを修正することができる。
【００５３】
ところで、所望のコア層１１に光を入射させたい場合は、まず光導波路３の積層最上面もしくは最下面、または別途設ける基準面に集光パターンを移動させた後、集光パターンを入射端面上の所定の方向（例えば積層方向）に走査させながら、反射光強度のピーク位置を検出したり、そのピーク数を数えたりする。所定の数のピークを検出した時点で、入射端面上を走査する集光パターンを停止させ、この結果（ピーク位置およびピーク数）を適当な記憶手段に記憶しておく。この記憶した結果を読み出して制御を行うことにより、所望のコア層１１に入射光学系からの光を最適な結合効率をもって入射することが可能となる。これは、光導波路３としてＤＶＤ（Digital Versatile Disk）や光ディスク等の光情報記録媒体を想定した場合、モニタリングした結果を利用してトラッキングを行う際に特に有効であるが、一般的な光導波路３に適用することも勿論可能である。
【００５４】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、光の入射方向に対するコア層の一つの端面と、この端面と同じ側面を形成する前記クラッド層の端面とが異なる形状をなす光導波路を構成することにより、コア層とクラッド層との屈折率差が微小であっても、コア層とクラッド層の反射光の区別を容易にすることができる。
【００５５】
小型の光情報再生装置などでは、光学顕微鏡のような精密光学測定器や精密ステージ類を装置内に含めることは困難である。そこで従来は、光導波路の光軸と入射光学系の光軸調整に際して、光導波路の出射端近傍に光検出器を配置し、実際に光導波路を伝播してきた光の強度分布をＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子またははフォトダイオードなどの光検出器を用いてモニタリングしながらアライメント調整を行っていた。しかしながら、この場合には光検出器の位置を光導波路の出射端近傍に配置することが必要となり、光導波路が導波方向に長い形状を有する場合、装置全体の構成が大きくなってしまうことに加え、入射光学系と光検出器を別々に配置する必要があるため装置の部品点数も増えてしまい、結局は装置の小型・低価格化を実現するのが難しくなっていた。
【００５６】
この点、本実施形態によれば、上記の如くコア層とクラッド層の反射光の区別が容易な光導波路を適用して光軸調整システムを構成することにより、ＤＶＤや光ディスク等の光情報記録媒体を再生する光情報再生装置のような小型装置の場合でも、入射光学系と光導波路の光軸調整を容易に行うことが可能となる。
【００５７】
（第１の実施形態の変形例）
図４は、本実施形態の一変形例に係る光導波路の概略構成を示す図である。同図に示す光導波路４は、コア層１１とクラッド層１３の境界の一部に、ホログラム情報を記録するホログラム情報記録手段として、微小な散乱因子の集合体が所定のパターンを形成して成るホログラム情報記録部１７を備えている。この結果、光導波路４は、その中にホログラム情報を記録した情報記録層が多数積層された積層導波路メモリとしての機能を具備することになる。
【００５８】
図９は、この光導波路４を用いて構成される光軸調整システムの概略構成を示す図である。同図に示す光軸調整システム２００において、光導波路４に入射光学系から光が入射すると、この内部に設けられたデータ領域としてのホログラム情報記録部１７によってコア層１１を伝播する光が散乱（または回折）される。この散乱（または回折）された光は、導波路４内のコア層１１やクラッド層１３などを透過して、光導波路４の外部に達し、２次元光強度分布および位相分布を有するホログラムイメージを結像する。このホログラムイメージが結像する位置に、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子７１（撮像手段の一部）を配置することにより、光導波路４を伝達してくるホログラム情報を結像してホログラムイメージとして再生することができる。
【００５９】
異なる層に設けられるホログラム情報記録部１７に記録されたホログラム情報を再生するには、光軸調整部２４によって集光レンズ２５の位置を移動すればよい。この結果、多数のホログラム情報をホログラムイメージとして再生することが可能となる。
【００６０】
なお、ホログラム情報記録部１７は、コア層１１とクラッド層１３の境界に設ける以外に、例えばコア層１１内部に設けることも可能である。
【００６１】
上述した点を除く光軸調整システム２００の構成は、上述した光軸調整システム１００と同じである。
【００６２】
以上説明した本実施形態の一変形例に係る光軸調整システムによれば、上記第１の実施形態と同様の効果、すなわち入射光学系の光軸と光導波路の光軸を容易かつ高精度にアライメントできるので、効率よく入射光を光導波路に結合させることができる。したがって、鮮明なホログラムイメージを再生することが可能となる。
【００６３】
（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る光軸調整システムの概略構成を示す説明図である。同図に示す光軸調整システム３００において、光導波路３に加えて、光源２１、コリメートレンズ２２、ハーフミラー２３、集光レンズ２５などの光学素子で構成される入射光学系、光導波路３から反射する光をハーフミラー２３で反射した後に集光する集光レンズ２６、およびこの集光レンズ２６で集光した光を検出する光検出器２７が配置してある点については、上記第１の実施形態と同じである。本実施形態においても、光導波路３を適用するのはあくまでも一例に過ぎず、その他上述した光導波路１または２を用いて光軸調整システムを構成し得ることは勿論である。
【００６４】
この光軸調整システム３００では更に、コリメートレンズ２２とハーフミラー２３の間に遮光用の光学素子であるスリット３１が設けられている。また、ハーフミラー２３と集光レンズ２６の間にもスリット３２が設けられている。
【００６５】
一般に、光導波路３の入射端面からの反射光の強度を増加させるには、反射光の集光パターンを広くすればよい。しかし、単純な円形状の集光パターンの場合、その集光パターンが照射する領域が反射光強度の高いコア層１１だけではなく、クラッド層１３にも照射される可能性が高い。このような場合には、入射端面を照射する光の強度が増加しても、反射光の強度変化のコントラスト、すなわち「（反射光のピーク強度−反射光の暗部の強度）／（反射光のピーク強度＋反射光の暗部の強度）」が必ずしも増加するとは限らない。
【００６６】
反射光の強度変化のコントラストを増加させるには、集光パターンの照射領域がコア層１１のみを照射するように集光パターンを形成することが望ましい。そのためには、入射光学系の集光レンズ２５として、非球面集光パターンを形成する特殊な回折型のフレネルレンズ、楕円形状のレンズ、シリンドリカルレンズなどを用いる方法がある。しかし、高価な光学素子を利用しないで、容易に量産可能な球面レンズを用いて同等の効果を得るには、入射光学系の光路中に遮光用のスリット３１を設け、集光パターンが光導波路３の導波面の方向と平行な方向に長くなるように変形させればよい。
【００６７】
図１１は、スリット３１を設けたことによって変形されて光導波路３に照射される集光ビームスポットの例を模式的に示す説明図である。同図においては、スリット３１の配置の仕方によって、コア層１１の積層方向の厚みよりも薄く、なおかつ積層方向と垂直な方向に対して広がった集光ビームスポットの例を示している。より具体的には、図１１（ａ）が矩形状の集光ビームスポットＡ1 の場合を、図１１（ｂ）が楕円形状の集光ビームスポットＡ2の場合をそれぞれ示している。なお、図１１に示す集光ビームスポットＡ1 およびＡ2 は、主として強度分布に寄与する領域を模式的に示したものに過ぎず、図示した領域にのみ入射光が照射することを意味するものではない。
【００６８】
図１２は、本実施形態において、集光ビームスポットの照射位置と反射光強度の関係を示す図である。同図に示す強度曲線Ｉ2は、スリット３１を設けない場合の強度曲線Ｉ3（実質的に強度曲線Ｉ1と同じ）に比べて、その反射光強度のピークが一段と大きくなる。
【００６９】
以上のような方法で反射光のコントラストを増加させることにより、反射光のＳＮ比が改善されるため、光導波路３のコア層１１とクラッド層１３をより鮮明に区別しやすくなり、高精度かつ高速での光軸調整を行うことが可能になる。
【００７０】
図１０でハーフミラー２３と集光レンズ２６の間に設けられるスリット３２は、光検出器２７に入射する反射光の大きさをスリット３２自身の大きさと位置を調整することによって一意に決定する。
【００７１】
なお、スリット３２を設ける代わりに、ハーフミラー２３と集光レンズ２５の間にスリットを挿入してもよい。このようなスリットを設けることにより、光導波路３の入射端面からの反射光を全て光検出器２７に入射することができるので、特に集光パターンの照射位置によって反射光の強度分布が大きく変化する場合等において顕著な効果を発揮する。
【００７２】
本実施形態において、スリット３１以外の上記スリットについては、光軸調整システム３００に要求される特性に応じて適宜選択して設けることが望ましい。この意味では、スリットをハーフミラー２３と集光レンズ２５の間、およびハーフミラー２３と集光レンズ２６の間の双方に設けることも勿論可能であるし、共に省略して光軸調整システムを構成することも可能である。更に、ハーフミラー２３の代わりに偏光ビームスプリッタを用いることも可能である。
【００７３】
以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
加えて本実施形態によれば、遮光用のスリットを適宜挿入することにより、コア層からの反射とクラッド層からの反射のコントラストをより鮮明にすることが可能となる一方、要求される特性に柔軟に対応可能な光軸調整システムを構成することができる。
【００７５】
なお、本実施形態の光軸調整システムにおいても、光導波路としてホログラム情報を記録したホログラム情報記録部１７を有する光導波路４を適用することができる。この際には、あわせてホログラムイメージを結像する位置に撮像素子７１を設けておけば、上記第１の実施形態の変形例と同様の効果を得ることができる。このように光導波路４を適用可能な点については、本発明の全ての実施形態に共通する事項なので、以後説明する実施形態においては、重複を避けるためにこの点の記載を省略する。
【００７６】
（第３の実施形態）
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る光軸調整システムの概略構成を示す説明図である。同図に示す光軸調整システム４００は、光導波路３に加えて、光源２１、コリメートレンズ２２、ハーフミラー２３、集光レンズ２５などの光学素子で構成される入射光学系、光導波路３から反射する光をハーフミラー２３で反射した後に集光する集光レンズ２６、および光導波路３で反射して戻ってくる光を検出する光検出器２７が配置してある。
【００７７】
本実施形態では、更に、コリメートレンズ２２とハーフミラー２３の間に集光レンズ２９が設けられる一方、ハーフミラー２３と光検出器２７の間には遮光用のスリット３３が設けられている。このうちスリット３３は、入射光学系の集光レンズ２５と光学的に共焦点となる位置Ａに設けられている。
【００７８】
このような構成を有する光軸調整システム４００において、スリット３３を通過して光検出器２７に到達する光は、入射光学系によって集光され、光導波路３の入射端面上から反射されて戻ってくる反射光に限定される。すなわち、外部から入ってくる迷光成分（フレアーや不要散乱光等）が除去される。したがって、光検出器２７では、光導波路３の入射端面からの反射光だけを検出することが可能になる。
【００７９】
図１４は、本実施形態の光軸調整システム４００を用いた場合の集光ビームスポットの照射位置と反射光強度の関係を示す図である。同図に示すように、光軸調整システム４００の光検出器２７で検出される強度曲線Ｉ4のピーク（コア層１１を照射した場合に対応）は、スリット３３を用いない場合の強度曲線Ｉ5のピークと比べて、その絶対値は小さいが、ピーク幅が狭くなるため、コア層からの反射光とクラッド層からの反射光のコントラストを一段と鮮明にすることが可能となる。
【００８０】
以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、入射光学系の集光レンズと光学的に共焦点となる位置に遮光用のスリットを設けることにより、上記二つの実施形態と同様の効果に加えて、外部からの迷光成分を除去し、コア層とクラッド層から反射される光のコントラストを一段と鮮明にすることができる。
【００８１】
（第４の実施形態）
図１５は、本発明の第４の実施形態に係る光軸調整システムの概略構成を示す説明図である。同図に示す光軸調整システム５００は、光源２１、コリメートレンズ２２、ハーフミラー２３を透過した光が、ハーフミラー４１に到達して２つの光路に分割される。そのうちの一つは、ハーフミラー４１をそのまま透過して、波長板であるλ／４板４３によって右回りの円偏光に変換され、集光レンズ４５を介して光導波路３の入射端面上に入射される。もう一方の光、すなわちハーフミラー４１によって反射された光は、ミラー４２で反射されてλ／４板４４に入射することにより、左回りの円偏光に変更され、集光レンズ４６を介して光導波路３の入射端面上に入射される。なお、ここでの円偏光の左右はあくまでも説明の便宜上定義したものであり、各々の偏光が逆周りでありさえすれば一向に構わない。以上が光軸調整システム５００における入射光学系をなしている。
【００８２】
光導波路３の入射端面に集光され、照射された光は、各々反射されて再び各集光レンズ４５および４６によって集められる。その後、二つの光路をたどる光が透過するλ／４板４３および４４の方向が異なるため、それぞれ異なる方向の直線偏光に変換される。この結果、反射されて戻ってくる光は、ハーフミラー２３によって反射され、偏光ビームスプリッタ５１によってｐ波成分とｓ波成分に分割され、その各々の強度または強度分布が異なる光検出器５６と５７で検出される。
【００８３】
なお、図１５に示すように検光子５４および５５を挿入することによって二つの集光ビームスポットからの反射光を高い精度で分離することができるが、これらは要求精度に応じて設けられるべきものであり、本実施形態に係る光軸調整システムにおいて必須の構成要素ではない。
【００８４】
光検出器５６および５７で検出された反射光の各直線偏光成分の強度または強度分布は制御回路５８に送られる。そして制御回路５８からは、集光レンズ４５および４６の照射位置の粗動および微動を行う光軸調整部４７に対して制御信号が送出される。
【００８５】
図１６は、光導波路３の入射端面上に集光された二つの円偏光による集光ビームスポットを、照射位置に応じて模式的に示す説明図である。同図（ａ）〜（ｃ）においては、集光される位置が光導波路３の入射端面において積層方向にずれており、集光ビームスポットの中心位置のずれ量がコア層１１の厚さ分に等しい場合を示している。なお、この図１６においても、集光ビームスポットＳ1およびＳ2として記載してある略円形領域が、主として強度分布に寄与する領域を模式的に示したものに過ぎず、その領域にのみ入射光が照射することを意味するものではないことは、上述した図１１と同様である。
【００８６】
このうち図１６（ａ）は、集光レンズ４５による集光ビームスポットＳ1がクラッド層１３を照射する一方、集光レンズ４４による集光ビームスポットＳ2がコア層１１を照射する場合を示す図である。図１６（ａ）の場合、光検出器５６は、図で上側に位置する集光ビームスポットＳ1の反射光を検出し、出力値|Ｓ1|を示す一方で、光検出器５７は、下に位置する集光ビームスポットＳ2の反射光を検出し、出力|Ｓ2|を示すものとする。今、コア層１１を照射する集光ビームスポットＳ2の方がクラッド層１３を照射する集光ビームスポットＳ1よりも反射光強度が強いため、二つの光検出器５６および５７の出力値の差分（|Ｓ1|−|Ｓ2|）を制御回路５８で求めた場合、その値は負（|Ｓ1|−|Ｓ2|＜０）となる。
【００８７】
図１６（ｃ）は、逆に集光ビームスポットＳ1がコア層１１を照射する一方、集光ビームスポットＳ2がクラッド層１３を照射している場合を示している。この場合には、両者の各々の光検出器からの出力値の差分は正（|Ｓ1|−|Ｓ2|＞０）となる。
【００８８】
図１６（ｂ）は、コア層１１の位置が二つの集光ビームスポットＳ1、Ｓ2の丁度中心に位置する場合を示している。この場合、集光ビームスポットＳ1および集光ビームスポットＳ2は、いずれもコア層１１とクラッド層１３の両方をまたぐ形で照射しており、光検出器５６および５７からの出力信号はコア層１１からの反射光とクラッド層１３からの反射光の和に相当する出力値を示している。このため、二つの光検出器５６および５７の出力値の差分は０（|Ｓ1|−|Ｓ2|＝０）となる。このときコア層１１に入射する光は、二つの集光ビームスポットＳ1およびＳ2の合成された偏光方向成分をもつ光が入射することになる。
【００８９】
このように、集光レンズ４５および４６によって光導波路３の入射端面に集光される二つの集光ビームスポットからの反射光を別々の光検出器５６および５７で求め、その差分信号を検出することにより、集光ビームスポットが光導波路３の入射端面のどの位置を照射しているかをより精密に検出することが可能になる。
【００９０】
以上説明した本発明の第４の実施形態が、上記三つの実施形態と同様の効果を奏するものであることはいうまでもない。
【００９１】
加えて本実施形態によれば、集光ビームスポットと光導波路内のコア層との位置関係をより精密に検出することが可能になるので、更に高精度にて集光ビームスポットをコア層を集光できることになる。
【００９２】
なお、図１５では、光導波路３に集光される照射パターンを形成するレンズとして２つの集光レンズ４５と４６を記載しているが、これは光導波路３の入射端面において、積層方向に異なった位置に二つの集光ビームスポットＳ1およびＳ2を形成するためである。このため、図１５中では便宜上別々の光学素子として記載しているが、実際には複数の集光ビームスポットを形成することのできる回折型のフレネルレンズや、異なる集光ビームスポット位置を形成する複数のレンズを一体加工したレンズを用いても同様であり、得られる効果も同一である。
【００９３】
特に、集光レンズ４５および４６の代わりとして、λ／４板４３および４４の機能を具備する回折素子を組み込んだフレネルレンズを用いれば、ハーフミラー４１およびミラー４２が不要となるため、部品点数も削減でき、光軸調整システム全体の更なる小型化が可能になる。
【００９４】
（第４の実施形態の変形例）
図１７は、本発明の第４の実施形態の一変形例に係る光軸調整システムの概略構成を示す説明図である。同図に示す光軸調整システム６００は、上述した光軸調整システム５００のハーフミラー４１を偏光ビームスプリッタ６１に置き換えると共に、２つのλ／４板４３および４４を取り除いた構成を有する。したがって、光導波路３における集光ビームスポットＳ1およびＳ2は円偏光ではなく、直線偏光となる。
【００９５】
図１８は、光導波路３の入射端面上に集光された二つの直線偏光による集光ビームスポットを照射位置に応じて模式的に示す説明図である。同図においては、二つの光検出器５６および５７の出力値|Ｓ1|および|Ｓ2|の差分|Ｓ1|−|Ｓ2|を制御回路５８で求め、その結果が（ａ）正（|Ｓ1|−|Ｓ2|＞０）、（ｂ）０（|Ｓ1|−|Ｓ2|＝０）、（ｃ）負（|Ｓ1|−|Ｓ2|＜０）となる場合をそれぞれ表しており、この意味では図１６と本質的に同じである。また、集光ビームスポットＳ1およびＳ2として記載してある円形領域が、主として強度分布に寄与する領域を模式的に示したものに過ぎず、その領域にのみ入射光が照射することを意味するものではないことも、図１６の場合と同じである。
【００９６】
なお、偏光ビームスプリッタ６１、ミラー４２、集光レンズ４５および４６を、複数の焦点を有する回折型フレネルレンズで置き換えることも可能である。
【００９７】
この一変形例が、上記第４の実施形態と同様の効果を奏するものであることはいうまでもない。
【００９８】
ここまで、本発明の好ましい実施形態を第１〜第４の実施形態として詳述してきたが、本発明の構成はそれらの実施形態に限定されるものではなく、例えば上記各実施形態を適宜組み合わせることによって新たな実施の形態を構成しても勿論構わない。
【００９９】
このように、本発明は、ここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的事項を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光導波路の入射端面の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光導波路の入射端面の形状を分子間力顕微鏡で測定したときの断面プロファイルを示す図である。
【図３】図１（ａ）の光導波路を多重に積層したときの光導波路の入射端面の構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の一変形例に係る光導波路の入射端面の構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る光軸調整システムの概略構成を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る光軸調整システムにおける集光ビームスポットの照射位置と反射光強度の関係を示す図である。
【図７】複数の検出窓を有する検出器を用いた場合の例を示す図である。
【図８】集光ビームスポットの照射位置と演算回路から出力されるサーボ信号の関係を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の一変形例に係る光軸調整システムの概略構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る光軸調整システムの概略構成を示す説明図である。
【図１１】遮光用スリットによって変形された集光ビームスポットの例を示す説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る光軸調整システムにおける集光ビームスポットの照射位置と反射光強度の関係を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る光軸調整システムの概略構成を示す説明図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る光軸調整システムにおける集光ビームスポットの照射位置と反射光強度の関係を示す図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る光軸調整システムの概略構成を示す説明図である。
【図１６】光導波路の入射端面上に集光された二つの円偏光による集光ビームスポットを照射位置に応じて示す説明図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態の一変形例に係る光軸調整システムの概略構成を示す説明図である。
【図１８】光導波路の入射端面上に集光された二つの直線偏光による集光ビームスポットを照射位置に応じて示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１、２、３、４  光導波路
１１、１２  コア層
１３  クラッド層
１７  ホログラム情報記録部
２１  光源
２２  コリメートレンズ
２３、４１  ハーフミラー
２４、４７  光軸調整部
２５、２６、２９、４５、４６、５４、５５  集光レンズ
２７、５６、５７  光検出器
２８、５８  制御回路
３１、３２、３３  スリット
４２  ミラー
４３、４４  λ／４板
５１、６１  偏光ビームスプリッタ
５２、５３  検光子
７１  撮像素子
１００、２００、３００、４００、５００、６００  光軸調整システム
２７１  拡大レンズ
２７２  受光部
２７２Ａ、２７２Ｂ、２７２Ｃ、２７２Ｄ  フォトダイオード
２８１  演算回路
Ｓ1 、Ｓ2  集光ビームスポット
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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