JP2000021000A

JP2000021000A - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP2000021000A
Application number: JP10185007A
Authority: JP
Inventors: Takuji Nomura; 琢治野村; Koichi Murata; 浩一村田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-21
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JP4420990B2

Abstract

(57)【要約】【課題】量産性がよく、さらに小型の光磁気ヘッド装置
を得る。【解決手段】装置を構成する回折素子１４ｂは、２つの
基板表面に光学異方性媒質からなる格子が形成されてお
り、第１の異方性格子１１４と第２の異方性格子１１５
の光学異方軸が略直交しており、格子の少なくとも溝部
には等方性充填材１１３が充填され、かつ等方性充填材
１１３の屈折率の値が、光学異方性媒質の常光屈折率ま
たは異常光屈折率の値に等しい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクや光磁
気ディスク等の光記録媒体の光学的情報の書き込み・読
み取りを行う光ヘッド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光磁気ヘッド装置の一例を示す概
念的斜視図を図１１に示す。図１１中、半導体レーザ１
から出射した光はコリメートレンズ２、ビームスプリッ
タ３を透過し、反射プリズム４で反射した後、集光レン
ズ５にて光磁気記録媒体６に集光される。光磁気記録媒
体６で反射された戻り光は集光レンズ５、反射プリズム
４を透過した後、ビームスプリッタ３で反射されコリメ
ートレンズ７を透過しビームスプリッタ８に入射する。
ビームスプリッタ８で反射された光はシリンドリカルレ
ンズ９を透過して４分割光検出器１０で受光される。

【０００３】一方、ビームスプリッタ８を透過した光は
１／２波長板１１にて偏光方向が４５°回転され、検光
子１２によりＰ偏光成分およびＳ偏光成分に分離されて
２分割光検出器１３で受光される。光磁気記録媒体６上
に結ぶ光の焦点誤差の検出は、シリンドリカルレンズ９
と４分割光検出器１０により、楕円形の光の長軸・短軸
の向きによって検出する非点収差法によって検出され
る。また、光磁気記録媒体６に記録された情報は２分割
光検出器１３に到達し２分割された光の差分信号により
検出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の光磁気ヘッド装置においては、光学部品の点数が多い
ため構成が複雑であり、組立工数が多くなることから量
産性が悪い。さらに小型化、薄型化が困難であり、近年
需要が拡大している携帯向けの用途などには不向きであ
る。また、検光子には通常高価なウオラストンプリズム
を使用しており、さらに光学部品の点数が多いことによ
って光ヘッド装置のコストアップを招いている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、光源と、前記光源から
の出射光を光記録媒体上に集光させるための集光手段
と、前記光記録媒体からの反射戻り光を回折させる回折
素子と、前記回折素子を透過した出射光を受光する光検
出素子とを備えた光ヘッド装置において、前記回折素子
は１枚の基板または２枚の基板の異なる表面に光学異方
性媒質からなる第１と第２の２つの格子が形成されてお
り、前記光学異方性媒質からなる第１の格子の異常光屈
折率を示す方向と第２の格子の異常光屈折率を示す方向
とが略直交しており、前記２つの格子の少なくとも溝部
には光学等方性媒質が充填され、かつ前記光学等方性媒
質の屈折率の値が、前記光学異方性媒質の常光屈折率ま
たは異常光屈折率の値に略等しいことを特徴とする光ヘ
ッド装置を提供する。

【０００６】また、前記２つの格子がそれぞれ異なる基
板の表面に形成され、それぞれの格子面が前記光学等方
性媒質を挟んで向き合っていることを特徴とする上記の
光ヘッド装置を提供する。

【０００７】また、前記２つの格子のそれぞれの格子の
各凸部の断面形状が、非対称な鋸歯状または階段状であ
ることを特徴とする上記の光ヘッド装置を提供する。

【０００８】さらに、前記回折素子が、前記光検出素子
とともに光記録媒体上に結ぶ光焦点の誤差検出器として
の機能を有するように、前記回折素子の格子が形成され
ていることを特徴とする上記の光ヘッド装置を提供す
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の光ヘッド装置の場合、光
記録媒体として光磁気記録媒体を使用する光磁気ヘッド
装置として好ましく使用されるので、光磁気ヘッド装置
に限定して説明する。

【００１０】本発明の光磁気ヘッド装置においては、使
用される回折素子に特徴がある。この回折素子は１枚の
基板の異なる表面に光学異方性媒質からなる第１と第２
の２つの格子が形成されているか、または２枚の基板の
それぞれの一方の表面に別々に光学異方性媒質からなる
格子が形成されていてもよい。２枚の基板に光学異方性
媒質からなる格子が形成されている場合、第１の格子と
第２の格子は向かい合っていてもよいし、お互いに反対
側を向いていてもよいし、２枚の基板のそれぞれの同じ
側にあってもよい。

【００１１】そして、光学異方性媒質からなる第１の格
子の異常光屈折率を示す方向と第２の格子の異常光屈折
率を示す方向とが略直交しており、２つの格子の溝部に
は光学等方性媒質が充填されているかまたは格子の溝の
深さ以上の厚みの光学等方性媒質で埋められていてもよ
い。第１の格子と第２の格子の異常光屈折率を示す方向
が直交から１０°程度、さらにはこれらの格子による回
折光を受ける光検出素子の設置場所が許せば２０°程度
ずれていてもよい。以下、格子の溝の深さのことを単に
溝の深さという。

【００１２】さらに、光学等方性媒質の屈折率の値が、
光学異方性媒質の常光屈折率の値に略等しいかまたは異
常光屈折率の値に略等しい。これらの屈折率の等しさの
程度は、光学等方性媒質と光学異方性媒質との屈折率差
で０．０１程度であっても差し支えない。

【００１３】また、この光学異方性媒質からなる２つの
格子の断面形状は、凹凸型であってもよいし、正弦波状
であってもよいし、非対称な鋸歯状または階段状であっ
てもよい。ここで、光学異方性媒質からなる第１および
第２の２つの格子がそれぞれ異なる基板の表面に形成さ
れ、第１および第２のそれぞれの格子面が光学等方性媒
質を挟んで向き合っている構造をとることによって、回
折素子の構造が簡単になりその作製工程数が低減できて
好ましい。

【００１４】また、光学異方性媒質からなる第１および
第２の２つの格子のそれぞれの格子の各凸部の断面形状
が、非対称な鋸歯状または階段状とすることによって、
これらの格子による回折光が＋の次数または−次数のい
ずれかに略限定でき、その結果回折光の強度が大きくな
り、さらに検出素子の数も減らすことができて好まし
い。

【００１５】以下、それぞれの構成要素の個所において
本発明を具体的にかつ詳細に説明する。本発明の実施の
形態において、光源の位置の違いによって大きく２つの
部分に分けてある。第一の実施の形態は、光源である半
導体レーザチップが光検出素子に近接して設置されてい
る場合であり、第二の実施の形態は光源である半導体レ
ーザが光検出素子から分離されて、異なる場所に設置さ
れている場合である。

【００１６】以下の説明では、第１および第２の２つの
格子がそれぞれ異なる基板の表面に形成され、第１およ
び第２のそれぞれの格子面が光学等方性媒質を挟んで向
き合っている構造をとり、かつ第１および第２の２つの
格子のそれぞれの格子の各凸部の断面形状が、非対称な
鋸歯状または階段状に限定してある。

【００１７】まず、第一の実施の形態について詳細に説
明する。図２は本発明による光磁気ヘッド装置を示す概
念的斜視図である。この装置は光磁気記録媒体６に情報
を記録したり、光磁気記録媒体６から情報の再生をす
る。

【００１８】光検出モジュール１４は回折素子１４ａお
よびサブモジュール１４ｂから構成されており、上述し
た従来の光磁気ヘッド装置を示す図１１における、半導
体レーザ１、ビームスプリッタ３および８、シリンドリ
カルレンズ９、４分割光検出器１０、１／２波長板１
１、検光子１２、２分割光検出器１３の全てが有する機
能と同等の機能を備えるものである。

【００１９】光検出モジュール１４からの出射光はコリ
メートレンズ２によって平行光束にされ、反射プリズム
４を透過した後、集光手段である集光レンズ５にて光磁
気記録媒体６上に結像される。光磁気記録媒体６で反射
した戻り光は、集光レンズ５を透過した後、反射プリズ
ム４、コリメートレンズ７を透過し光検出モジュール１
４に入射する。

【００２０】図１は本発明による光磁気ヘッド装置にお
ける光検出モジュール１４の模式的断面図であり、サブ
モジュール１４ｂはサブモジュールパッケージ１００、
光源である半導体レーザチップ１０１および光検出素子
１０２ａ、１０２ｂを備えたシリコン基板１０３からな
る。半導体レーザチップ１０１からの出射光１０４は、
回折素子１４ａを透過して、コリメートレンズ、反射プ
リズム、集光レンズを透過した後、光磁気記録媒体にて
反射し、集光レンズ、反射プリズム、コリメートレンズ
を再度通過して戻り光１０５となり、回折素子１４ａに
入射した後、−１次回折光１０６ａ、＋１次回折光１０
６ｂに回折され、光検出素子１０２ａ、１０２ｂにて受
光される。

【００２１】以下、回折素子１４ａに関して図１を用い
て詳述する。図１において、回折素子１４ａはガラス基
板１０７、１０８、１０９、粘着層１１０、１／２波長
板１１１、接着層１１２、光学的等方媒質である等方性
充填材１１３、鋸歯状または階段状の断面形状を有する
格子であって、光学異方性媒質である第１の異方性格子
１１４および第２の異方性格子１１５からなる積層構造
を有している。

【００２２】これらの異方性格子１１４、１１５は半導
体プロセスなどで用いられるプレーナ法により多数個を
一括作製したのち、ダイシングソーなどを使用した切断
により素子化されればよい。ただし、ガラス基板はこれ
に限らず、透明なプラスチック基板などでもよい。

【００２３】ガラス基板１０７、１０８、１０９は光吸
収の少ない光学ガラスなどを用い、軽量化のため、厚み
は０．３〜０．６ｍｍ程度の薄板ガラスを用いることが
好ましい。また、ガラス基板１０７、１０９の表面には
誘電体多層膜などによる反射防止膜が施されていること
が好ましい。１／２波長板１１１は、第１の異方性格子
１１４に入射する戻り光１０５の偏光方向を、異方性格
子１１４の異常光屈折率を示す方向である光学異方軸に
対して４５°になるよう、偏光方向を回転させる作用を
有する。

【００２４】したがって、予め光学異方性媒質の異常光
屈折率を示す方向が光記録媒体からの反射戻り光であっ
て光学異方性媒質に入射する光の偏光方向と４５゜をな
すように設置されていると、すなわち異方性格子の光学
異方軸が、戻り光１０５の偏光方向に対して４５°傾く
ように設置されていれば、１／２波長板は必要ないた
め、ガラス基板１０７、粘着層１１０、１／２波長板１
１１、接着層１１２が不要となり、光学部品数が減らせ
てまた１／２波長板１１１を組み込む工程が省けて好ま
しい。ただしその場合は、ガラス基板１０８の表面に前
記反射防止膜を施すことが好ましい。

【００２５】１／２波長板１１１の材質は、水晶板、ポ
リカーボネートなどの延伸した有機フィルムなどが一般
的である。１／２波長板１１１は光学軸が適切な向きに
なるよう、粘着層１１０、接着層１１２により、ガラス
基板１０７、１０８に保持される。等方性充填材１１３
は所望の屈折率を有するアクリル、エポキシなどの有機
接着剤を用い、異方性格子１１５を形成したガラス基板
１０９上に適量を滴下した後、１／２波長板を接着した
ガラス基板１０８の第１の異方性格子１１４を形成した
面と第２の異方性格子１１５を形成した面とを対向して
貼り合わせ固化接着すればよい。

【００２６】その際、第１の異方性格子１１４の光学異
方軸の方向と、第２の異方性格子１１５の光学異方軸の
方向が略直交するように接着する。また、接着時に格子
の溝部に気泡が取り残されないよう、低粘度の接着剤を
選択することが好ましく、また、接着剤滴下後の圧着時
に工夫を要する。

【００２７】第１、第２の異方性格子１１４、１１５
は、ガラス基板１０８、１０９上に形成された高分子液
晶薄膜などをドライエッチング法などを用いて作製され
る。ここで使用する高分子液晶としては、側鎖型を有す
る構造のものが好ましくアクリル系、シリコーン系、メ
タクリル系などを主成分とするものが例示できる。ま
た、高分子液晶に限らず光異方性を有する誘電体であっ
てもよく、この場合は直接異方性格子が形成される。ま
た、第１、第２の異方性格子１１４、１１５に使用され
る光学異方性媒質の常光屈折率と異常光屈折率は等しい
方が望ましい。

【００２８】高分子液晶薄膜の形成は、ポリイミドなど
の有機薄膜をラビング法などにより配向処理させたガラ
ス基板上に光重合型モノマー液晶をスピンコート法など
で所望の膜厚になるよう塗布した後、適切な温度環境下
にて紫外線を照射し重合高分子化される。

【００２９】格子の断面形状は、上述のように非対称な
鋸歯状または階段状である。鋸歯状であれば回折の特性
に優れ好ましいが、製作に困難を伴う。階段状の格子で
所望の回折の特性が得られれば、製作の容易さから有利
となる。薄膜化された高分子液晶は、フォトリソグラフ
ィー法を用いたエッチング法や金型を用いたプレス法な
どで格子パターンが形成される。

【００３０】ここでは、断面形状が階段状の格子の作製
法について説明する。フォトリソグラフィー法によって
４段階のステップを経て作製する、４段ステップ格子の
形成法を示す概念図を図３に示す。図３（ａ）は、高分
子液晶薄膜上に形成したフォトレジストをパターニング
した様子を示す断面図である。すなわち、高分子液晶薄
膜４２を成膜したガラス基板４３上にフォトレジスト４
１をスピンコートし、通常の半導体プロセスなどで用い
られるフォトリソグラフィー法により、マスクパターン
を感光した後現像を行い、フォトレジストの格子パター
ンを形成する。この場合、フォトマスクは高分子液晶の
配向方向、すなわち複屈折性の異方軸方向に対して所望
の方向に格子の長手方向が一致するように配置する。

【００３１】図３（ｂ）は、ドライエッチング法により
高分子液晶薄膜をエッチングした様子を示す断面図であ
る。フォトレジストパターンが形成されたガラス基板は
ドライエッチング法によりエッチング部の高分子液晶薄
膜厚が未エッチング部の高分子液晶薄膜厚の１／３程度
になるまでエッチングする。その際、フォトレジストも
同時にエッチングされる。また、図３（ｃ）は、フォト
レジストを再塗布してパターニングした様子を示す断面
図である。つまり、フォトレジスト４４をスピンコート
法にて塗布し、露光、現像を行うが、このとき用いるフ
ォトマスクは図３（ａ）にて使用したフォトマスクの半
分の格子周期とする。

【００３２】図３（ｄ）は、ドライエッチング法により
高分子液晶薄膜を再エッチングした様子を示す断面図で
ある。つまり、再度ドライエッチングすることにより、
先程（ｂ）でエッチングした部分のうちで、さらに除去
すべき部分をエッチングして、４段ステップ格子を形成
することができる。光学特性をさらに向上させる場合、
さらにプロセス数を増加することで多段化し、理想的な
斜面に近づけることが望ましい。また、理想的な鋸歯状
であるブレーズ型格子を得るために、精密金型によるプ
レス法も格子形成手段として好ましい。

【００３３】次に、本発明による光磁気ヘッド装置の信
号検出方法に関して、図４および図５を用いて詳述す
る。図４は本発明における回折素子を透過する光の偏光
特性を模式的に示すものである。光軸６０に垂直な面内
に、Ｐ方向６１、およびＳ方向６２を図のように定め、
光源である半導体レーザチップ１０１を偏光方向がＰ方
向６１に対して４５°傾むくように配置する。次に、第
１、第２の異方性格子１１４、１１５の格子方向をＳ方
向に一致させ、第１の異方性格子１１４の−１次回折光
の偏光方向６９の光が入射する位置に光検出素子１０２
ａを、第２の異方性格子１１５の＋１次回折光の偏光方
向６８の光が入射する位置に光検出素子１０２ｂを配す
る。

【００３４】ここで、異方性格子の格子方向はＰ方向と
異なっていてもよく、第１の異方性格子の格子方向と第
２の異方性格子の格子方向が異なる向きであってもよ
い。また格子周期に関しても、２つの異方性格子で等し
くても、異なっていてもよい。その場合、光検出素子１
０２ａ、１０２ｂの位置を、前記回折光が入射しうる位
置に設置すればよい。次に、第１の異方性格子の異常光
方向６３、すなわち異常光屈折率を示す方向をＳ方向６
２に一致させ、第２の異方性格子の異常光方向６４をＰ
方向６１に一致させる。ここで、反対に第１の異方性格
子の異常光方向６３がＰ方向、第２の異方性格子の異常
光方向６４がＳ方向６２を向いてもよい。

【００３５】先ず、光源である半導体レーザチップ１０
１から出射光の偏光方向６５の光が第２の異方性格子１
１５を透過する様子を説明する。図５は本発明における
異方性格子の格子形状とこれにより生じる位相差を示す
模式図である。図５（ａ）、図５（ｄ）はそれぞれ、第
１、第２の異方性格子１１４、１１５の格子形状を示す
断面図である。第２の異方性格子１１５は、格子方向が
Ｓ方向、異常光方向がＰ方向であり、入射するＰ偏光は
異常光線になるから、異方性格子の異常光屈折率ｎ_e と
等方性充填材の屈折率ｎ_S との屈折率差Δｎ、および溝
の深さｄとの積で与えられる次の式の位相差が生ずる。 Δｎ・ｄ＝（ｎ_e − ｎ_S ）・ｄ

【００３６】図５（ｅ）はその位相差の様子を示すもの
であり、第２の異方性格子におけるＰ偏光に対する位相
差形状を示す概念図である。回折理論より、周期的な位
相差形状に光が入射した場合、回折光が生じ、その回折
光強度は入射光強度に対する割合である回折効率η_m に
より表される。ここでｍは回折次数であり、ｍ＝０、±
１、±２・・である。図５（ｅ）の位相差形状のよう
に、回折格子の断面を非対称な鋸歯状または階段状にし
て、形状を最適化した場合、回折効率は正負で非対称に
なり、かつ一方の回折効率を略０にすることができ、
（１）式の関係となる。 η_P,-1＞＞η_P,+1 ≒０・・・（１）

【００３７】つまり、本構成の場合、生じた位相差形状
は図５（ｅ）であるから、第２の異方性格子に入射した
Ｐ偏光は、紙面左側に−１次回折光を生じ、紙面右側に
生ずる＋１次回折光の光量は略０になる。また、Ｐ偏光
の０次透過光と１次回折光の効率比η_P,0 ／η_P,-1は異
方性格子の溝の深さｄに依存し、適切な溝の深さｄを選
択することにより、（２）式のようにすることができ
る。 η_P,0 ／η_P,-1≒１・・・（２）

【００３８】本発明においては、η_P,0 、η_P,-1は３０
〜４０％であり、η_P,+1 は１％以下である。

【００３９】一方、第２の異方性格子にＳ偏光が入射す
る場合、Ｓ偏光は常光線であるから、生じる位相差は
（ｎ_o −ｎ_S ）・ｄになる。ここで、ｎ_o は異方性格子
の常光屈折率であり、等方性充填材の屈折率ｎ_S をｎ_o
に等しくすれば、位相差は生じない。この様子を図５
（ｆ）に、すなわち、第２の異方性格子におけるＳ偏光
に対する位相差形状を示す概念図を示す。したがって、
第２の異方性格子にＳ偏光が入射した場合は回折光は生
じず、全て透過する。以上の説明により、偏光方向が４
５°傾いた半導体レーザからの出射光のうち、Ｓ偏光成
分は全透過するが、Ｐ偏光成分は全透過せず回折により
透過光の強度はη_P,0 に低下する。

【００４０】次に、第２の異方性格子を透過した光が、
第１の異方性格子を透過する様子を説明する。第１の異
方性格子は格子方向、異常光方向ともＳ方向であり、紙
面に垂直な向きである。したがって、第２の異方性格子
とは異なり、Ｐ偏光が常光線、Ｓ偏光が異常光線になる
から、生ずる位相差形状は、図５（ｂ）、（ｃ）にな
る。ここで、図５（ｂ）は第１の異方性格子におけるＰ
偏光に対する位相差形状を示す概念図であり、Ｐ偏光は
回折されずに全透過する。一方、図５（ｃ）は第１の異
方性格子におけるＳ偏光に対する位相差形状を示す概念
図であり、前述の説明同様、Ｓ偏光は紙面右側の＋１次
回折光を生じ、紙面左側に生ずる−１次回折光の光量は
略０になる。

【００４１】ここで、第１の異方性格子と第２の異方性
格子の常光屈折率、異常光屈折率、溝の深さが等しい場
合、両者の常光線に対する回折効率、および異常光線に
対する回折効率は等しくなるので（３）〜（６）式のよ
うになる。 η¹ _S,+1 ＝η² _P,-1 ＝η₁ ・・・（３） η¹ _S,-1 ＝η² _P,+1 ≒０・・・（４） η¹ _S,0＝η² _P,0 ・・・（５） η¹ _P,0＝η² _S,0＝１・・・（６）

【００４２】ここでη¹ は第１の異方性格子の回折効
率、η² は第２の異方性格子の回折効率を表し、（３）
式ではη₁ とおいた。

【００４３】半導体レーザからの出射光において、第２
の異方性格子を全透過したＳ偏光成分は、第１の異方性
格子により回折し、透過光強度はη² _S,0×η¹ _S,0にな
る。一方、第２の異方性格子で回折されたＰ偏光成分
は、第１の異方性格子においては全透過するため、透過
光強度はη² _P,0×η¹ _P,0になる。

【００４４】したがって、（５）、（６）式より、Ｐ偏
光成分とＳ偏光成分の透過光強度は等しくなるから、半
導体レーザからの出射光の偏光状態は、第１、第２の異
方性格子を通過した後も変化しない。また、次に透過す
る１／２波長板１１１により偏光方向が４５°回転し
て、回折素子からの偏光方向Ｂである６７の光はＳ偏光
になる。異方性格子により生じた回折光は、光磁気記録
媒体に向かう途中の開口制限により、遮断され寄与しな
いことが好ましい。

【００４５】次に、光磁気記録媒体にて反射した戻り光
が回折素子に入射する場合を説明する。光磁気記録媒体
にて反射した戻り光の偏光方向は、光磁気記録媒体の磁
気モーメントによるカー効果により、記録された情報
（磁気モーメントの向き）に対応したカー回転角、＋θ
_k または−θ_k だけ回転している。つまり、回折素子に
入射する光の偏光方向は、出射光と同じ偏光方向Ｂであ
る６７から±θ_k 回転し、したがって、１／２波長板１
１１を再度透過した光も、偏光方向Ａである６６から±
θ_k 回転している。ここで、戻り光偏光のＰ偏光成分を
Ｉ_P 、Ｓ偏光成分をＩ_S として、そのうちのθ_k に比例
した交流成分をα、直流成分をＩとすると、Ｉ_P とＩ_S
は次式のようになる。Ｉ_P ＝Ｉ＋αまたはＩ−α Ｉ_S ＝Ｉ−αまたはＩ＋α

【００４６】ここで、交流成分αは、光磁気記録媒体に
記録された情報によって変調された信号成分であり、こ
の成分を検出すれば情報を読み取ることとなる。以下
に、αの検出方法を示す。

【００４７】上述の説明から、光磁気記録媒体からの戻
り光で異方性格子を通過する光のうち、Ｐ偏光成分は第
１の異方性格子では全透過するが、第２の異方性格子で
は＋１次回折光の偏光方向６８の光を生ずる。Ｓ偏光成
分は第１の異方性格子にて−１次回折光の偏光方向６９
の光を生じ、第２の異方性格子では全透過する。したが
って、光磁気記録媒体側から入射する光のＰ偏光成分は
＋１次回折光が入射する光検出素子１０２ｂにて検出で
き、Ｓ偏光成分は−１次回折光が入射する光検出素子１
０２ａにて検出できる。

【００４８】光検出素子１０２ｂ、１０２ａに入射する
光の強度Ｉ_P+1 、Ｉ_S-1 は、（７）、（８）式であり、
また光検出素子１０２ｂ、１０２ａの差動信号、つまり
Ｉ_P+1 とＩ_S-1 の差分は（９）式により光磁気信号αを
検出することができる。

【００４９】

【数１】Ｉ_P,+1＝Ｉ_P ×η² _P,+1 ＝（Ｉ＋α）×η² _P,+1 または（Ｉ−α）×η² _P,+1・・・（７）Ｉ_S,-1＝Ｉ_S ×η¹ _S,-1 ＝（Ｉ−α）×η¹ _S,-1 または（Ｉ＋α）×η¹ _S,-1・・・（８）Ｒ_f ＝Ｉ_P+1 −Ｉ_S-1 ＝±α×（η² _P,+1 ＋η¹ _S,-1 ）＝±２αη₁ ・・・（９）

【００５０】ここで、η² _P,+1 とη¹ _S,-1 をη₁をおい
た。（４）式ではこれらの値はほとんど０であるが、格
子への光の入射方向が（４）式の場合とは逆であるた
め、これらは０でなく大きさは（３）式に等しい。

【００５１】上述の構成では、等方性充填材の屈折率ｎ
_s を異方性格子の常光屈折率ｎ_o に等しくしたが、異常
光屈折率ｎ_e に等しくした場合でも同様の効果を得るこ
とができる。また、非対称格子の傾斜方向が上述の方向
と逆向きであっても構わない。この場合、回折方向が変
わり、Ｐ偏光は−１次側に回折され、Ｓ偏光は＋１次側
に回折される。

【００５２】次に、焦点誤差信号および、トラッキング
誤差信号に関して詳述する。焦点誤差信号およびトラッ
キング誤差信号は、光検出素子１０２ａ、１０２ｂを各
々分割して、分割された光検出素子の各々からの信号を
演算することにより得ることができる。

【００５３】通常、焦点誤差検出法にはスポットサイズ
法、非点収差法、ナイフエッジ法等を用いる。これら
は、２つの光検出素子に入射する２つの回折光の光スポ
ットの大きさの違いで焦点誤差を検出するもの（スポッ
トサイズ法）、１つの光スポットが円形となるかまたは
楕円形となりその長軸と短軸の向きがどちらかによって
焦点誤差を検出するもの（非点収差法）、半月形の光ス
ポットの向きに応じて焦点誤差を検出するもの（ナイフ
エッジ法）である。

【００５４】これらの形状の光スポットが、光磁気記録
媒体上での焦点誤差の発生にともなって、光検出素子上
に生じるように、各々の方法に応じて異方性格子の面内
の形状を変形して作製すればよい。通常このような収差
を発生させる格子の形状は、曲線状となる。

【００５５】図６は、本発明による光磁気ヘッド装置に
おける光検出素子上の光スポットを示す模式的上面図で
ある。図６を用いてさらに詳しくスポットサイズ法を説
明する。異方性格子を光のレンズ機能を有する格子形状
にすることで、３分割した光検出素子７０ａ、７０ｂ、
７０ｃ、７０ｄ、７０ｅおよび７０ｆに入射する回折光
の焦点距離を変え、焦点誤差に対応する光検出素子上の
−１次回折光の光スポット８１および＋１次回折光の光
スポット８２のサイズ変化から、焦点誤差信号Ｓ_feを
（１０）式から検出する。

【００５６】ここで、Ｉ_a 、Ｉ_b 、Ｉ_c 、Ｉ_d 、Ｉ_e お
よびＩ_f はそれぞれ、分割された光検出素子７０ａ、７
０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅおよび７０ｆより得られ
た信号強度である。

【００５７】図６（ａ）は光磁気記録媒体が焦点位置よ
り遠ざかった状態でＳ_fe＞０、（ｂ）は焦点が合ってい
る場合でＳ_fe＝０、（ｃ）は光磁気記録媒体が焦点位置
より近づいた状態でＳ_fe＜０を示す。

【００５８】

【数２】Ｓ_fe＝（Ｉ_a ＋Ｉ_c ＋Ｉ_e ）−（Ｉ_b ＋Ｉ_d ＋Ｉ_f ）・・・（１０）Ｓ_te＝（Ｉ_a ＋Ｉ_f ）−（Ｉ_c ＋Ｉ_d ）・・・（１１）

【００５９】一方、光磁気記録媒体上のトラックからの
光の外れである、トラッキング誤差検出法には、再生専
用に用いられる３ビーム法や、記録および再生に用いら
れるプッシュプル法等がある。３ビーム法の場合、半導
体レーザ出射端近傍に３ビーム回折素子、および３ビー
ム光検出素子が必要になる。また、プッシュプル法の場
合には、図６の３分割光検出素子において、トラッキン
グ誤差信号Ｓ_teは（１１）式により検出できる。

【００６０】上述の構成は、図１の光検出モジュール内
に半導体レーザチップ１０１を備え、また、回折素子１
４ａには、光磁気記録媒体に入射する光線である往路光
線および光磁気記録媒体により反射した戻り光である復
路光線の両者が入射する。したがって、往路光線の場合
には、±１次以上の回折光が損失光（不要光）となり光
磁気記録媒体に入射する光強度の低下を招いている。ま
た、復路の場合には、０次透過光が損失光となるため、
光検出素子に入射される光の利用効率は低下する。

【００６１】しかし、利用効率の低下はあるものの光検
出モジュール内に半導体レーザチップ１０１を備えてい
るため、大幅な光学部品点数の低減と大幅な小型化、薄
型化が期待できる。

【００６２】以上が、第一の実施の形態についての説明
であったが、次に、第二の実施の形態について光検出モ
ジュールと光磁気ヘッド装置の構成ついてのみ簡単に説
明する。他の部分は第一の実施の形態の説明で述べたも
のと同じである。

【００６３】第一の実施の形態で述べた以上に往復路の
光利用効率を高める手段として、光源である半導体レー
ザが光検出素子から分離されて、異なる場所に設置され
ている。

【００６４】図８は本発明による他の実施態様の光磁気
ヘッド装置を示す概念的斜視図である。光検出モジュー
ル１５とは別に配された、光源である半導体レーザ１か
らの出射光は、コリメートレンズ２、ビームスプリッタ
３、反射プリズム４、集光レンズ５を透過した後、光磁
気記録媒体６で反射して、再度集光レンズ５、反射プリ
ズム４を透過し、ビームスプリッタ３にて反射し、コリ
メートレンズ７を透過して光検出モジュール１５に入射
する。本発明による光磁気ヘッド装置における光検出モ
ジュールの模式的断面図を図７に示す。図１に示した光
検出モジュールとの相違点は、図１の半導体レーザチッ
プ１０１が本構成では内蔵されていないこと、および異
方性格子１１４と１１５の溝の深さｄが異なることであ
り、その他は全て同じ構成である。

【００６５】本構成の場合、溝の深さｄを変えることに
より、回折素子の０次透過効率が略０になる結果、信号
検出に要する±１次回折効率が前述の構成に比べ高くな
り、往復での光利用効率はおよそ１．５倍に向上する。
しかし、図２と図８を比べてわかるように、図２の構成
に比べ、本構成は部品点数が多いものの、従来例である
図１１と比べ約半分に低減できて、小型化、コストダウ
ンが図れる。つまり、本構成は従来例と比べ光学部品点
数が約半分に低減できるため、小型化、薄型化が可能で
あり、さらに光の利用効率が高いという特徴を有する。

【００６６】

【実施例】「実施例１」本実施例を、図１を用いて説明
する。まず、異方性格子の作製法について述べる。異方
性格子は常光屈折率が１．５５、異常光屈折率が１．６
５の重合した高分子液晶を用いて作製した。２枚のガラ
ス基板１０８、１０９の表面に互いに直交する向きに配
向処理を施した後、スピンコート法により厚さ２．９μ
ｍのモノマー液晶薄膜を形成後、紫外線照射を行い重合
固化させ、高分子液晶薄膜とした。

【００６７】格子の形成はフォトリソグラフィー法を用
いて行い、ガラス基板１０８上に形成した高分子液晶薄
膜をドライエッチングにより、第１の異方性格子１１４
を形成した。同様にして、ガラス基板１０９上に形成し
た高分子液晶薄膜をドライエッチングし、第２の異方性
格子１１５を形成した。第１の異方性格子と第２の異方
性格子の長手方向は等しく、第１の異方性格子の長手方
向は光学異方軸と平行にした。したがって、第２の異方
性格子の長手方向は、光学異方軸に対して直交してい
る。

【００６８】第１、第２の異方性格子とも、格子周期は
約１０μｍ、溝の深さは２．９μｍの４段ステップ格子
で非対称なホログラムが形成されている。本実施例で
は、焦点誤差検出法にスポットサイズ法を使用したた
め、コンピュータシミュレーションによりスポットサイ
ズ法として使用する最適なホログラムパターンを設計し
た。

【００６９】次に、この異方性格子を組み込んだ回折素
子の形成法に関して述べる。厚さ０．５ｍｍで片面に誘
電体多層膜の反射防止膜が施されている光学規格のガラ
ス基板１０７の反射防止膜のない面と、１／２波長板１
１１で粘着材１１０が塗布された面とを貼り合わせた。
ここで使用した１／２波長板１１１は、延伸されたポリ
カーボネートフィルム製で、厚さ１００μｍのものであ
った。次に、第１の異方性格子１１４が形成されたガラ
ス基板の面とは反対側の面上に紫外線硬化型接着剤を適
量滴下し、前記ガラス基板１０７に接着された１／２波
長板１１１と貼り合わせた後、紫外線照射を行い重合接
着した。この接着層１１２の厚みは約２０μｍであっ
た。

【００７０】次に、第２の異方性格子１１５が形成され
た表面に、スピンコート法により厚さ２０μｍのアクリ
ル系の等方性充填材１１３を塗布し、この塗布面と上記
層状物の第１の異方性格子面とを合わせ、紫外線照射に
より重合固化して接着した。この際、２つの異方性格子
の異常光屈折率を示す方向が直交するようにした。重合
固化後の等方性充填材１１３の屈折率は、異方性格子の
常光屈折率に等しく１．５５である。以上のようにして
形成された積層物を切断・分離して回折素子とした。

【００７１】形成された回折素子の大きさは、縦３ｍ
ｍ、横３ｍｍ、厚さ１．８ｍｍであり、光学特性は、Ｐ
偏光が入射した場合、透過効率が３９％、１次回折効率
が３５％、−１次回折効率が０．５％であり、Ｓ偏光が
入射した場合、透過効率が３９％、−１次回折効率が３
５％、＋１次回折効率が０．５％であり、弱い高次回折
光もあった。ここでいうＳ偏光とは、第１の異方性格子
の異常光屈折率を示す方向に平行に偏光した光であり、
Ｐ偏光とはＳ偏光方向に直交する向きに偏光した光であ
る。

【００７２】回折素子１４ａは、波長６５０ｎｍを有す
る半導体レーザチップ１０１、３分割光検出素子１０２
ａ、１０２ｂを備えたシリコン基板１０３が搭載された
樹脂のサブモジュールパッケージ１００に組み付けら
れ、調整されて接着剤で固定された。

【００７３】作製された光検出モジュール１４を図２に
示す光磁気ディスクヘッド装置に組み込み、光磁気記録
媒体６に情報の記録・再生を行った。前述のように、焦
点誤差検出にはスポットサイズ法を用い、３分割光検出
素子１０２ａ、１０２ｂの各分割検出素子からの信号を
演算し、合焦点制御を行った。また、トラッキング誤差
検出は、プッシュプル法により、光検出素子１０２ａと
１０２ｂを使用して行った。光磁気記録情報の再生信号
は、光検出素子１０２ａと１０２ｂの差動信号により得
られ、本実施例においては良好な再生信号を得ることが
できた。

【００７４】「実施例２」図９は本発明による第２の実
施例の光磁気ヘッド装置における光検出モジュールの模
式的断面図である。ここで、１６は光検出モジュール、
１６ａは回折素子、１６ｂはサブモジュールであり、他
の同符号は上述のものと同じものを意味する。

【００７５】まず、異方性格子の作製法について述べ
る。異方性格子は常光屈折率が１．５５、異常光屈折率
が１．６５の重合した高分子液晶を用いて作製した。２
枚のガラス基板１０８、１０９の表面に互いに直交する
向きに配向処理を施した後、スピンコート法により厚さ
４．８μｍのモノマー液晶薄膜を形成後、紫外線照射を
行い重合固化させ、高分子液晶薄膜を作製した。

【００７６】格子の形成はフォトリソグラフィー法を用
いて行い、ガラス基板１０８上に形成した高分子薄膜を
ドライエッチングにより第１の異方性格子１１４を形成
した。同様にして、ガラス基板１０９上に形成した高分
子液晶をドライエッチングし、第２の異方性格子１１５
を形成した。第１の異方性格子と第２の異方性格子の長
手方向は等しく、第１の異方性格子の長手方向は光学異
方軸と平行にした。したがって、第２の異方性格子の長
手方向は、光学異方軸に対して直交している。

【００７７】第１、第２の異方性格子とも、格子周期は
約１０μｍ、溝の深さは４．８μｍの４段ステップ格子
で非対称なホログラムが形成されている。本実施例で
は、焦点誤差検出法にスポットサイズ法を使用したた
め、コンピュータシミュレーションによりスポットサイ
ズ法として使用する最適なホログラムパターンを設計し
た。

【００７８】次に、この異方性格子を組み込んだ回折素
子１６ａの形成法に関して述べる。第２の異方性格子１
１５が形成された表面に、スピンコート法により厚さ２
０μｍのアクリル系の等方性充填材１１３を塗布し、こ
の塗布面と上記層状物の第１の異方性格子面とを合わ
せ、紫外線照射により重合固化して接着した。この際、
２つの異方性格子の異常光屈折率を示す方向が直交する
ようにした。重合固化後の等方性充填材１１３の屈折率
は、常光屈折率に等しく１．５５である。以上のように
して形成された積層物を切断・分離して回折素子とし
た。

【００７９】形成された回折素子１６ａの大きさは、縦
３ｍｍ、横３ｍｍ、厚さ１．３ｍｍであり、光学特性
は、Ｐ偏光が入射した場合、透過効率が０．５％、＋１
次回折効率が７９％、−１次回折効率が０．５％であ
り、Ｓ偏光が入射した場合、透過効率が０．５％、−１
次回折効率が７９％、＋１次回折効率が０．５％であ
り、弱い高次回折光もあった。ここでいうＳ偏光とは、
第１の異方性格子の異常光屈折率を示す方向に平行に偏
光した光であり、Ｐ偏光とはＳ偏光方向に直交する向き
に偏光した光である。

【００８０】回折素子１６ａは、３分割光検出素子１０
２ａ、１０２ｂを備えたシリコン基板１０３が搭載され
た樹脂のサブモジュールパッケージ１００に組み付けら
れ、調整されて接着剤で固定された。図１０は本発明に
よる第２の実施例における光磁気ヘッドの概念的斜視図
であり、作製された光検出モジュール１６を図１０の光
磁気ヘッド装置に組み込み、光磁気記録媒体６に情報の
記録・再生を行った。光源である半導体レーザ１０１の
波長は６５０ｎｍであり、出射光の偏光方向とＰ偏光方
向とのなす角度が４５°になるように、半導体レーザの
向きを決めた。

【００８１】前述のように、焦点誤差検出にはスポット
サイズ法を用い、３分割光検出素子１０２ａ、１０２ｂ
の各分割検出素子からの信号を演算し、合焦点制御を行
った。また、トラッキング誤差検出は、プッシュプル法
により、光検出素子１０２ａ、１０２ｂを使用して行っ
た。光磁気記録情報の再生信号は、光検出素子１０２ａ
と１０２ｂの差動信号により得られ、本実施例において
は光利用効率の高い良好な再生信号を得ることができ
た。

【００８２】

【発明の効果】以上のように、本発明の光ヘッド装置に
おいては、光学部品の点数が少ないため構成が単純であ
り、組立工数が少なくなることから量産性がよい。さら
に小型化、薄型化が可能であり、携帯向けの用途などに
は好適である。

【００８３】また、本発明の光ヘッド装置の場合、光記
録媒体として光磁気記録媒体（光磁気ディスク）を使用
する光磁気ヘッド装置が好ましく使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光磁気ヘッド装置における光検出
モジュールの模式的断面図。

【図２】本発明による光磁気ヘッド装置を示す概念的斜
視図。

【図３】４段ステップ格子の形成法を示す概念図。
（ａ）高分子液晶薄膜上に形成したフォトレジストをパ
ターニングした様子を示す断面図、（ｂ）ドライエッチ
ング法により高分子液晶薄膜をエッチングした様子を示
す断面図、（ｃ）フォトレジストを再塗布してパターニ
ングした様子を示す断面図、（ｄ）再ドライエッチング
法により高分子液晶薄膜をさらにエッチングした様子を
示す断面図。

【図４】本発明による光磁気ヘッド装置における回折素
子を透過する光の偏光特性を示す概念図。

【図５】異方性格子の格子形状とこれにより生じる位相
差を示す図。（ａ）第１の異方性格子の格子形状を示す
断面図、（ｂ）第１の異方性格子におけるＰ偏光に対す
る位相差形状を示す概念図、（ｃ）第１の異方性格子に
おけるＳ偏光に対する位相差形状を示す概念図、（ｄ）
第２の異方性格子の格子形状を示す断面図、（ｅ）第２
の異方性格子におけるＰ偏光に対する位相差形状を示す
概念図、（ｆ）第２の異方性格子におけるＳ偏光に対す
る位相差形状を示す概念図。

【図６】本発明による光磁気ヘッド装置における光検出
素子上の光スポットを示す模式的上面図。（ａ）光記録
媒体が焦点位置より遠い場合、（ｂ）光記録媒体が焦点
位置にある場合、（ｃ）光記録媒体が焦点位置より近い
場合。

【図７】本発明による光磁気ヘッド装置における光検出
モジュールの模式的断面図。

【図８】本発明による他の実施形態の光磁気ヘッド装置
を示す概念的斜視図。

【図９】本発明による第２の実施例の光磁気ヘッド装置
における光検出モジュールの模式的断面図。

【図１０】本発明による第２の実施例における光磁気ヘ
ッドの概念的斜視図。

【図１１】従来の光磁気ヘッド装置の一例を示す概念的
斜視図。

【符号の説明】

１：半導体レーザ２：コリメートレンズ３：ビームスプリッタ４：反射プリズム５：集光レンズ６：光磁気記録媒体７：コリメートレンズ８：ビームスプリッタ９：シリンドリカルレンズ１０：４分割光検出器１１：１／２波長板１２：検光子１３：２分割光検出器１４：光検出モジュール１４ａ：回折素子１４ｂ：サブモジュール１５：光検出モジュール１５ａ：回折素子１５ｂ：サブモジュール１６：光検出モジュール１００：サブモジュールパッケージ１０１：半導体レーザチップ１０２ａ：光検出素子１０２ｂ：光検出素子１０３：シリコン基板１０７：ガラス基板１０８：ガラス基板１０９：ガラス基板１１０：粘着層１１１：１／２波長板１１２：接着層１１３：等方性充填材１１４：第１の異方性格子１１５：第２の異方性格子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源からの出射光を光記録媒
体上に集光させるための集光手段と、前記光記録媒体か
らの反射戻り光を回折させる回折素子と、前記回折素子
を透過した出射光を受光する光検出素子とを備えた光ヘ
ッド装置において、前記回折素子は１枚の基板または２
枚の基板の異なる表面に光学異方性媒質からなる第１と
第２の２つの格子が形成されており、前記光学異方性媒
質からなる第１の格子の異常光屈折率を示す方向と第２
の格子の異常光屈折率を示す方向とが略直交しており、
前記２つの格子の少なくとも溝部には光学等方性媒質が
充填され、かつ前記光学等方性媒質の屈折率の値が、前
記光学異方性媒質の常光屈折率または異常光屈折率の値
に略等しいことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】前記２つの格子がそれぞれ異なる基板の表
面に形成され、それぞれの格子面が前記光学等方性媒質
を挟んで向き合っ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２つの格子のそれぞれの格子の各凸部
の断面形状が、非対称な鋸歯状または階段状であること
を特徴とする請求項１または２記載の光ヘッド装置。
【請求項４】前記回折素子が、前記光検出素子とともに
光記録媒体上に結ぶ光焦点の誤差検出器としての機能を
有するように、前記回折素子の格子が形成されているこ
とを特徴とする請求項１、２または３記載の光ヘッド装
置。