JP2000149317A

JP2000149317A - 光ヘッドおよび光ディスク装置

Info

Publication number: JP2000149317A
Application number: JP10321656A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Kamiyanagi; 喜一上柳
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2000-05-30
Anticipated expiration: 2018-11-12
Also published as: JP3521770B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で、高記録密度を可能とし、色収差の発
生防止を図った光ヘッドおよび光ディスク装置を提供す
る。【解決手段】半導体レーザ２から出射されたレーザビ
ーム３ａはコリメータレンズ４によって平行ビーム３ｂ
に整形され、集光レンズ４’によって集光ビーム３ｂ’
として集光され、透明集光用媒体６の入射面６ａに垂直
に入射する。入射面６ａから入射した集光ビーム３ｂ’
は、第１の焦点Ｆａに集光された後、反射膜７Ｂによっ
て反射面６ｂに向けて反射され、反射膜７Ａにより反射
されてスポット形成面６ｃ上の第２の焦点Ｆｂに集光さ
れ、スポット形成面６ｃ上に光スポット９ａを形成す
る。この光スポット９ａに集光された光は、スポット形
成面６ｃから近接場光９ｂとして透明集光用媒体６の外
部に滲み出す。この近接場光９ｂにより、光ディスク８
の記録層８ａを照射することにより、記録・再生がなさ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ヘッドおよび光
ディスク装置に関し、特に、小型で、高記録密度を可能
とし、色収差の発生防止を図った光ヘッドおよび光ディ
スク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置においては、光ディスク
はコンパクトディスク（ＣＤ）からディジタルビデオデ
ィスク（ＤＶＤ）へと高密度・大容量化が進められてい
るが、コンピュータの高性能化やディスプレイ装置の高
精細化に伴い、ますます大容量化が求められている。

【０００３】光ディスクの記録密度は、基本的には記録
媒体上に形成される光スポットのサイズで抑えられる。
対物レンズによって集光する場合、光スポットの光強度
が１／２となるところの直径（光スポット径）Ｄ
_1/2は、次式(1) で与えられ、トラックの幅はほぼこれ
と等しくなる。Ｄ_1/2＝ｋλ／（ｎ・ＮＡ） …(1) ここに、ｋ：光ビームの強度分布に依存する比例定数
（通常０．５程度） λ：波長ｎ：光スポット位置の媒体の屈折率( 通常空気であり、
ほぼ１である。) ＮＡ：対物レンズの開口数

【０００４】従来の光ディスクで使われている対物レン
ズのＮＡは、０．５程度であるため、Ｄ_1/2は波長程度
であった。また、上記式(1) から分かるように、微小の
光スポットを得るためには、短波長化や対物レンズの高
ＮＡ化が有効であり、それぞれの開発努力がなされてい
る。ＤＶＤでは波長を０．６５μｍに短波長化し、また
対物レンズのＮＡはＣＤの場合の０．４５から０．６に
上げられ、これらによりＤＶＤではＣＤに対して約４倍
の高密度化が達成できた。波長については、さらに緑や
青色発光のレーザの開発が精力的になされている。一
方、ＮＡについては、０．６以上にすると光ディスクの
傾きによる信号強度変動の影響が大きくなり、プラスチ
ック基板を通して行う従来の光記録方式ではこれ以上に
ＮＡを上げることは難しい。このため、プラスチック基
板を通さず、プラスチック基板上に形成された記録層に
直接集光する方向へと移行しつつある。

【０００５】上記の記録層に直接集光する光記録方式で
は、光スポット径を抜本的に縮める手段として、昨今、
近接場光を用いる以下の２つの方式が提案されている。
これらはいずれも顕微鏡の高解像度化の技術が光記録に
応用されたものである。

【０００６】第１の方式は、先端をテーパ状に細く（数
十ナノメータ以下に）研磨した光プローブの先端から漏
れ出す近接場光を記録に用いるものである。この方式で
は、プローブの加工が難しく安定しない、プローブが機
械的衝撃に弱い、寿命が短い、光利用効率が１／１００
０以下と低い等といった問題が多く、実用化には多くの
改良を要する。

【０００７】第２の方式は、対物レンズの焦点付近に高
屈折率透明媒体からなる半球状のレンズ（Solid Immers
ion Lens（以下、「ＳＩＬ」と略す。））を置くことに
より、そのＳＩＬの底部の中心部に微小の光スポットを
形成し、それを用いて光記録を行うものであり、第１の
方式に比べて比較的実現性が高い技術といえる。このＳ
ＩＬの内部では光の波長はＳＩＬの屈折率に逆比例して
短くなるため、光スポットもそれに比例して小さくな
る。この光スポットに集光された光の大半はＳＩＬの半
球面に向かって全反射されるが、その一部はＳＩＬ外部
の光スポット近傍に近接場光として漏れ出す。その近傍
に（光の波長よりも十分小さい距離に）ＳＩＬと同程度
の屈折率を有する記録媒体を配置すると、近接場光がこ
の媒体とカップルして媒体内を伝播する伝播光となる。
この光を用いて媒体に記録することにより、高密度の記
録が可能となる。但し、対物レンズの収差はそのまま残
るため、対物レンズの収差は十分低く抑える必要があ
る。このＳＩＬによる集光方式には、次に説明する２つ
の型がある。

【０００８】図１５は、第１の型の光ヘッドを示す。こ
の光ヘッド５０は、平行光５１を集光する対物レンズ５
２と、この対物レンズ５２からの収束光５３に対して底
面５４ａが直交するように配置された半球状のＳＩＬ５
４とを有する。平行光５１が対物レンズ５２に入射する
と、平行光５１は対物レンズ５２により集光し、その対
物レンズ５２からの収束光５３はＳＩＬ５４の半球面５
４ｂに入射し、ＳＩＬ５４の底面５４ａの中心に集光し
て光スポット５５が形成される。この光ヘッド５０にお
ける光スポット５５の直径は、ＳＩＬ５４の屈折率に逆
比例して縮小される。この光スポット５５に記録媒体５
６を近づけると、光スポット５５近傍の近接場光は伝播
光となって記録媒体５６に入射する。

【０００９】図１６は、第２の型の光ヘッドを示す。こ
の光ヘッド５０は、平行光５１を集光する対物レンズ５
２と、この対物レンズ５２からの収束光５３に対して底
面５４ａが直交するように配置された裁底球状のＳＩＬ
５４とを有する。ＳＩＬ５４は、対物レンズ５２からの
収束光５３を屈折させてさらに集光させるように配置さ
れている。ＳＩＬ５４を平行光５１が半球面５４ｂの中
心５４ｃからｒ／ｎ（ｒはＳＩＬの半径）の位置に集光
するような構成にすることにより（Super SIL構造と称
する。）、ＳＩＬ５４による球面収差が小さく、かつ、
ＳＩＬ５４内部での開口数を図１５に示す対物レンズ５
２の開口数のｎ倍に上げることができ、さらに光スポッ
ト５５の微小化を図ることが可能になる。すなわち、光
スポットは次式(2) のように微小化される。Ｄ_1/2＝ｋλ／（ｎ・ＮＡｉ）＝ｋλ／（ｎ²・ＮＡｏ） …(2) ここに、ＮＡｉ：ＳＩＬ５４内部での開口数ＮＡｏ：ＳＩＬ５４への入射光のＮＡ

【００１０】しかし、このＳｕｐｅｒＳＩＬ５４への
入射光のＮＡ、すなわち入射角θの最大値θmax とＳＩ
Ｌ５の屈折率ｎには相反関係があり、両者を独立に大き
くできる訳ではない。

【００１１】図１７は、鈴木氏がAsia-Pasific Data St
orage Conference (Taiwan、'97.7.) の#OC-1 において
解析したものであり、ＳｕｐｅｒＳＩＬ５４の屈折率
ｎとＮＡｏの関係を示す（以下「従来例１」とい
う。）。同図から分かるように、ＳＩＬの屈折率ｎを上
げて行くと、入射光のＮＡｏの採り得る最大値ＮＡｏma
x は次第に小さくなる。これは、最大値ＮＡｏmax 以上
にＮＡｏが増加して入射角がさらに大きくなると、その
光はＳＩＬ５４を通らずに直接記録媒体５６に入射する
ため、記録媒体５６の位置における光スポット５５が却
って広がるからである。例えば、屈折率ｎ＝２のとき、
ＮＡｏmax は０．４４であり、両者の積ｎ・ＮＡｏmax
は、両者のどのような組合せでも０．８〜０．９までで
ある。これは理論限界であり、実際にはそれよりもさら
に小さな値（０．７〜０．８）となる。

【００１２】このＳｕｐｅｒＳＩＬによる集光実験に
ついて、B.D.Terris他がAppl. Phys. Lett., Vol.68,
('96),P.141. において報告している（以下「従来例
２」という。）。この報告によると、屈折率ｎ＝１．８
３のＳｕｐｅｒＳＩＬを対物レンズと記録媒体の間に
置き、波長０．８３μｍのレーザ光を集光することによ
り０．３１７μｍの光スポット径を得ている。すなわ
ち、Ｄ_1/2＝λ／２．３相当の集光を達成しているが、
この場合のＮＡは０．４、ｎ・ＮＡmax は０．７３程度
である。また、この系を用いて従来の数倍の記録密度
（３．８×１０⁸ｂｉｔｓ／ｃｍ²）の可能性を検証し
ている。

【００１３】図１８は、米国特許５，４９７，３５９号
公報に記載された光ディスク装置（以下「従来例３」と
いう。）を示す。この光ディスク装置５００は、プラス
チック基板５０１ａに記録層５０１ｂを形成した光ディ
スク５０１と、基台５０２上に設けられ、光ディスク５
０１を軸５０３により回転駆動するモータ５０４と、光
ディスク５０１の記録層５０１ｂ上を浮上走行する透明
媒体からなる浮上スライダ５０５と、浮上スライダ５０
５に取り付けられた半球状のＳＩＬ５４と、半導体レー
ザの光ビームを整形し、集光する光学系、および光ディ
スク５０１からの反射光から自動焦点制御やトラッキン
グ制御用の信号やデータ信号を生成する検出光学系部５
１０と、検出光学系部５１０を支持するアーム５０６Ａ
と、アーム５０６Ａに取り付けられ、浮上スライダ５０
５を支持するアーム５０６Ｂと、基台５０２上に設けら
れ、アーム５０６Ａを駆動してＳＩＬ５４と検出光学系
部５１０とを同時にアクセスやトラッキングさせるヴォ
イスコイルモータ（ＶＣＭ）５０７とを有する。

【００１４】図１９は、従来例３のＳＩＬ５４および浮
上スライダ５０５の詳細を示す。浮上スライダ５０５
は、ＳＩＬ５４と同程度の屈折率を有する透明媒体で形
成されている。浮上スライダ５０５を半球状のＳＩＬ５
４と貼り合わせてレーザ光を浮上スライダ５０５の下面
に集光して光スポット５５を形成する構造とすることに
より、浮上スライダ５０５とＳＩＬ５４とからＳｕｐｅ
ｒＳＩＬが構成される。

【００１５】図２０は、従来例３の検出光学系部５１０
の詳細を示す。この検出光学系部５１０では、従来の最
も一般的な光学系が採用されており、特にＳＩＬ５４に
合わせて改良されたものではない。すなわち、この検出
光学系部５１０は、レーザ光５１１ａを出射する半導体
レーザ５１１と、半導体レーザ５１１からの出力光５１
１ａを平行光５１１ｂとするコリメータレンズ５１２
と、半導体レーザ５１１からの出力光５１１ｂと光ディ
スク５０１からの反射光とを分離するビームスプリッタ
１５１３と、ミラー５１４と、アクチュエータ５１５で
駆動されるとともに、半導体レーザ５１１からの平行光
５１１ｃを光ディスク５０１上に集光する対物レンズ５
１６Ａと、光ディスク５０１からの反射光をビームスプ
リッタ５１３で入射光と分離した後、レンズ５１６Ｂを
介して入力する光検出器５１７と、光検出器５１７から
出力されるデータ信号（ＤＡＴ）や制御用の信号（ＦＥ
Ｓ，ＴＥＳ）を増幅して出力するアンプ５１８とを有す
る。ＳＩＬ５４は、直径２ｍｍのものが用いられてお
り、製造上は妥当なサイズであるが、この場合、対物レ
ンズ５１６Ａの位置でのビーム径は約４ｍｍとなる。従
って、検出光学系部５１０の各光学系部品５１２，５１
３，５１４，５１６Ａ，５１６Ｂの有効開口はビーム径
と同程度の４ｍｍ以上のものが必要となる。

【００１６】また、この光ディスク装置５００は、ＶＣ
Ｍ５０７のみの１段制御によりトラッキング制御を行
い、対物レンズ５１６Ａをアクチュエータ５１５で駆動
する自動焦点制御を行っている。焦点深度はＮＡの自
乗、ｎの３乗に逆比例して減少するので、ＳＩＬ５４を
用いた集光の場合の焦点深度は０．２μｍ以下と小さく
なる。一方、対物レンズ５１６ＡとＳＩＬ５４間は収束
ビームとなるので、温度変動によるこの間隔の伸縮が生
じるため、焦点ずれが生じる。さらに温度によってレー
ザの発振波長が変動するため、対物レンズ５１６Ａの色
収差によりやはり焦点ずれが生じる。このため、高精度
の自動焦点制御を行うことにより、上記焦点ずれの発生
を防いでいる。

【００１７】ところで、光学系にＳＩＬを用いた光ディ
スク装置では、光ヘッドが記録媒体上を近接浮上して走
行するため、光ディスクを固定・非可換として用いる用
途が適するが、この場合、磁気ハードディスクが競合と
なる。このため、記録容量やデータ転送レートだけでな
く、ディスクを積層し、マルチヘッド・マルチディスク
とした場合の体積記録密度の高いことが必須となる。最
新のハードディスクの場合、ディスク間隔は３ｍｍ以下
であるため、光ヘッドの高さをハードディスクのヘッド
並み（２ｍｍ程度以下）に縮小する必要がある。

【００１８】図２１は、このような光ヘッドの小型化の
要求に対応してなされたものであり、上記米国特許５，
４９７，３５９号公報に記載された光ヘッド（以下「従
来例４」という。）を示す。この光ヘッド５０は、ＳＩ
Ｌ５４、対物レンズ５１６Ａおよび半導体レーザや検出
光学系を浮上スライダ５０５上に一体化して浮上走行さ
せたものである。同図では、半導体レーザや検出光学系
をまとめて単一ブロック５２０として図示され、ブロッ
ク５２０は、取付部材５２１によって浮上スライダ５０
５に取り付けられている。対物レンズ５１６Ａとブロッ
ク５２０との距離を短くして温度変化の影響を少なくし
ているので、自動焦点制御機構が不要となり、小型化が
図れる。

【００１９】図２２は、反射集光面を主に用いて集光す
る手段として、文献「Technical Digest of Data Stora
ge,('98)P.137 」に示されたカタデイオプテイク型の光
ヘッドを示す（以下「従来例５」という。）。この光ヘ
ッドは、平行レーザビーム２ｂが入射する凹球面状の入
射面１０１ａ、入射面１０１ａに対向する位置に設けら
れた集光面１０１ｂ、集光面１０１ｂの周囲に設けられ
た平面状反射面１０１ｃ、および入射面１０１ａの周囲
に形成された非球面状反射面１０１ｄを有する透明集光
用媒体１０１と、平面状反射面１０１ｃの表面に形成さ
れた平面状反射膜１０２と、非球面状反射面１０１ｄの
表面に形成された非球面状反射膜１０３とを有する。こ
のように構成された光ヘッドにおいて、平行レーザビー
ム２ｂが透明集光用媒体１０１の入射面１０１ａに入射
すると、入射面１０１ａに入射した平行レーザビーム２
ｂは、入射面１０１ａで拡散され、その拡散光２ｄは、
平面状反射謨１０２で反射し、その反射光２ｅは、非球
面状反射膜１０３でさらに反射して集光面１０１ｂに集
光し、集光面１０１ｂに光スポット９ａが形成される。
集光面１０１ｂから滲み出す近接場光９ｂによって光デ
ィスク８の記録層８ａへの記録および読み出しが可能に
なる。この透明集光用媒体１０１の平面状反射面１０１
ｃの開口数ＮＡは、０．８程度、透明集光用媒体１０１
の屈折率は１．８３であり、透明集光用媒体１０１内部
でのＮＡは約１．５が可能になる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例１によ
ると、レーザ光はＳＩＬの入射面では屈折せずに入射で
きるので、色収差が生ぜず、温度変動に伴う焦点ずれが
小さいという利点があるが、その反面、焦点面でのＮＡ
は対物レンズのそれに等しく、あまり大きな値は採れな
い。

【００２１】また、従来例２によると、レーザ光はＳＩ
Ｌの入射面で屈折させているので、ＮＡは大きくできる
が、色収差が発生し、焦点がずれるので、自動焦点制御
が必要となる。また、ＳＩＬの屈折率ｎと最大ＮＡｍａ
ｘとに相反関係があり、両者の積ｎ・ＮＡｍａｘの理論
限界は０．８〜０．９であり、実用的には０．７〜０．
８に抑えられるため、光スポット径を十分に絞れず、高
密度化が図れないという問題がある。

【００２２】また、従来例３のディスク装置５００によ
ると、対物レンズはＳＩＬの直上に配置され、ＳＩＬに
対する入射光はＳＩＬの光軸に従ってディスク面に対し
て垂直に入射っせるので、その光源であるレーザは更に
その上に置く必要があり、光ヘッドの高さが高くなると
いう問題がある。また、レーザの出力方向をディスク面
に平行にした場合は、４５度の立ち上げミラーを用いて
レーザを９０度折り曲げなくてはならない。従来例３で
は、ＳＩＬ直径を２ｍｍとしているため、ビーム径は４
ｍｍとなり、すなわち、ＳＩＬ５４の直径を小さくする
ことにより、光学系全体を縮小することは可能である
が、それとともに浮上スライダ５０５の厚さを薄くしな
ければならないため、限度がある。つまり、浮上スライ
ダ５０５の厚さは、中心から集光点までの距離ｒ／ｎに
ほぼ等しくなるが、屈折率が２の媒体を使用すると、半
径０．５ｍｍのとき、浮上スライダ５０５の厚さは２５
０μｍで機械的強度を保つほぼ限界の厚さとなり、これ
以上にＳＩＬ５４の半径を小さくすることは難しい。ま
た、光ヘッドの重量が１０ｇ以上と重くなると、高速の
トラッキングができず、データ転送レートを上げること
ができないという問題がある。

【００２３】また、従来例４の光ヘッド５０によると、
実際には、光ヘッド５０の小型化は難しく、自動焦点制
御機構が必要となるため、従来例３と同様に、光ヘッド
５０の高さが大きくなり、大容量化が難しいという問題
がある。すなわち、実際にはトラッキング制御用の信号
やデータ信号を生成するための光学系が必要である。さ
らに、縦方向に光学系を積み上げているため、取付部材
５２１の剛性を保つ必要から光学系が大きくなり、これ
らのことからこのタイプの光ヘッド５０では実際にはあ
まり小型化はできず、１０ｍｍ近くの高さが必要とな
る。さらに、この光ヘッド５０では光学系が有限系であ
るため、半導体レーザから対物レンズ５１６Ａまでの距
離を対物レンズ５１６Ａと焦点までの距離と同程度とし
ても、平行ビームを集光する場合のほぼ２倍、すなわち
像面側のＮＡを０．５程度とすると、ＮＡが１に近い対
物レンズ５１６Ａが必要となり、非現実である。このＮ
Ａの問題を軽減しようとすると、半導体レーザから対物
レンズ５１６Ａまでの距離を長くせざるを得ず、光ヘッ
ドのサイズは大きくなる。また、自動焦点制御は必要な
いとしているが、光学系が有限系であるため光学系支持
部材の温度変動による伸縮の影響を受けやすく、また、
レーザの波長変動による焦点ずれの補正も必要であり、
実際には自動焦点制御機構を取り除くことは困難であ
る。

【００２４】また、従来例５の光ヘッドによると、従来
例３と同様に、光ヘッドの高さが高くなり、小型化でき
ないという問題がある。また、入射面１０１ａで入射光
を屈折させるため、従来例２と同様に色収差が発生して
焦点がずれるので、自動焦点制御が必要になるという問
題がある。

【００２５】従って、本発明の目的は、小型で、高記録
密度を可能とした光ヘッドおよび光ディスク装置を提供
することにある。また、本発明の目的は、色収差の発生
防止を図った光ヘッドおよび光ディスク装置を提供する
ことにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、レーザ光を集光して光スポットを形成する
光ヘッドにおいて、前記レーザ光を出射するレーザ光出
射手段と、前記レーザ光出射手段からの前記レーザ光を
所定の点に集光する集光手段と、前記所定の点と前記光
スポットが形成される点とを２焦点とする回転楕円面の
一部からなり外側に反射体が形成された反射面、前記レ
ーザ光出射手段からの前記レーザ光が入射される入射
面、および前記光スポットが形成されるスポット形成面
を有し、前記集光手段によって集光され、前記所定の点
で反射あるいは屈折して前記反射面に向かうレーザ光を
前記反射体で反射させて前記集光面上の前記所定の点に
前記光スポットを形成する透明集光用媒体とを備えたこ
とを特徴とする光ヘッドを提供する。上記構成によれ
ば、回転楕円面の一部からなる反射面は、集光手段から
のレーザ光の光軸をほぼ垂直に曲げることが可能である
ため、集光手段の光軸をスポット形成面にほぼ平行に配
置することが可能になり、高さ方向が小型になる。ま
た、反射面で反射するレーザ光の半頂角は、集光手段に
よって所定の点に集光されるレーザ光の半頂角より増大
させることが可能になるため、光スポットの微小化が可
能になる。

【００２７】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、回転する光ディスクと、前記光ディスク上にレーザ
光を集光させて光スポットを形成し、この光スポットに
よって情報の記録あるいは再生を行う光ヘッドとを有す
る光ディスク装置において、前記光ヘッドは、前記レー
ザ光を出射するレーザ光出射手段と、前記レーザ光出射
手段からの前記レーザ光を所定の点に集光する集光手段
と、前記所定の点と前記光スポットが形成される点とを
２焦点とする回転楕円面の一部からなり外側に反射体が
形成された反射面、前記レーザ光出射手段からの前記レ
ーザ光が入射される入射面、および前記光スポットが形
成されるスポット形成面を有し、前記集光手段によって
集光され、前記所定の点で反射あるいは屈折して前記反
射面に向かうレーザ光を前記反射体で反射させて前記集
光面上の前記所定の点に前記光スポットを形成する透明
集光用媒体とを備えたことを特徴とする光ディスク装を
提供する。上記構成によれば、回転楕円面の一部からな
る反射面は、集光手段からのレーザ光の光軸をほぼ垂直
に曲げることが可能であるため、集光手段の光軸をスポ
ット形成面にほぼ平行に配置することが可能になり、高
さ方向が小型になり、光ディスク装置の小型化が図れ
る。また、反射面で反射するレーザ光の半頂角は、集光
手段によって所定の点に集光されるレーザ光の半頂角よ
り増大させることが可能になるため、光スポットの微小
化が可能になる。

【００２８】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、同軸上に所定の間隔を有して配置された回転する複
数の光ディスクと、前記複数の光ディスク上にレーザ光
を集光させて光スポットを形成し、この光スポットによ
って情報の記録あるいは再生を行う複数の光ヘッドとを
有する光ディスク装置において、前記光ヘッドは、前記
レーザ光を出射するレーザ光出射手段と、前記レーザ光
出射手段からの前記レーザ光を所定の点に集光する集光
手段と、前記所定の点と前記光スポットが形成される点
とを２焦点とする回転楕円面の一部からなり外側に反射
体が形成された反射面、前記レーザ光出射手段からの前
記レーザ光が入射される入射面、および前記光スポット
が形成されるスポット形成面を有し、前記集光手段によ
って集光され、前記所定の点で反射あるいは屈折して前
記反射面に向かうレーザ光を前記反射体で反射させて前
記集光面上の前記所定の点に前記光スポットを形成する
透明集光用媒体とを備えたことを特徴とする光ディスク
装置を提供する。上記構成によれば、回転楕円面の一部
からなる反射面は、集光手段からのレーザ光の光軸をほ
ぼ垂直に曲げることが可能であるため、集光手段の光軸
をスポット形成面にほぼ平行に配置することが可能にな
り、高さ方向が小型になり、光ディスクの間隔を小さく
できる。また、反射面で反射するレーザ光の半頂角は、
集光手段によって所定の点に集光されるレーザ光の半頂
角より増大させることが可能になるため、光スポットの
微小化が可能になる。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る光ヘッドを示す。この光ヘッド１は、レーザビ
ーム３ａを出射する半導体レーザ２と、半導体レーザ２
の出力光３ａを平行ビーム３ｂに整形するコリメータレ
ンズ４と、平行ビーム３ｂを集光する集光レンズ４’
と、集光レンズ４’から集光ビーム３ｃが入射される略
半回転楕円体状の透明集光用媒体６とを有する。

【００３０】透明集光用媒体６は、集光レンズ４’から
集光ビーム３ｃが入射される入射面６ａと、回転楕円面
の一部から形成された反射面６ｂと、回転楕円面の第１
および第２の焦点Ｆａ，Ｆｂを有するスポット形成面６
ｃとを有する。透明集光用媒体６の反射面６ｂの表面に
は、反射膜７Ａが被着され、スポット形成面６ｃ上の第
１の焦点Ｆａの近傍の表面には、反射膜７Ｂが被着され
ている。入射面６ａは、曲率中心を第１の焦点Ｆａと一
致させた凸球面状に形成されている。

【００３１】図２は、透明集光用媒体６の詳細形状を示
す。同図に示すように、回転楕円面の断面（６ｂ）の主
軸をｘ軸に、垂直軸をｙ軸に採り、長径をａ、短径をｂ
とすると、断面（６ｂ）は、

【数１】と表され、２焦点Ｆａ，Ｆｂの座標は、

【数２】と表され、中央点Ｐの座標は、（ａ，ｂ）、離心率ｅ
は、ｅ＝（ａ²−ｂ²）／ａ² と表される。入射光３ｃ，３ｃ’は、第１の焦点Ｆａで
３ｄ，３ｄ’で示すように反射し、さらに３ｅ，３ｅ’
で示すように第２の焦点Ｆｂに集光する。反射光３ｄと
反射面６ｂの交点が中央点Ｐの右側にある場合は、集光
光３ｅの半頂角θｅの値は入射光３ｃの半頂角θｃより
大きくなる。従って、集光光３ｅのＮＡを入射光３ｃの
それより増大することが可能となる。例えば、回転楕円
面の長軸ａ，短軸ｂをそれぞれ１．２ｍｍ，１ｍｍと
し、集光レンズ４’のＮＡを０．５とし、図２に示すよ
うに第１の焦点Ｆａを中心とする球面状の入射面６ａに
垂直に入射し、入射光３ｃのｘ軸となす角を７０度とす
ると、入射光３ｃの半頂角θｃは３０度、反射光３ｄの
ｘ軸となす角は−７０度、集光光３ｅのｘ軸となす角は
約４２度となる。一方、入射光３ｃ’のｘ軸となす角は
１０度、集光光３ｅ’のｘ軸となす角は約２０度とな
る。従って、第２の焦点Ｆｂに集光する集光光３ｅのＮ
Ａは約０．８６と、従来例に比べて大きくできる。ま
た、この値は、離心率をさらに大きくすることによっ
て、さらに増大することが可能である。また、設計に応じて長軸ａ、短軸ｂの値を選ぶことによ
り、ＮＡの値を保ったまま、第２の焦点Ｆｂの原点から
の距離を適当に調節することができる。これは楕円面を
設定する自由度が２つあることによる。集光光３ｅのＮＡをＮＡｉとすると、第２の焦点Ｆｂで
の光スポット９ａの直径Ｄ_1/2は、次式で与えられる。Ｄ_1/2＝ｋ・λ／（ｎ・ＮＡｉ ) ここに、ｋは入射光の強度分布で決まる定数で、ガウス
ビームの場合、約０．５である。また、λは光源の波
長、ｎは透明集光用媒体６の屈折率であり、光源として
ＧalnAIP系の赤色レーザ（波長０．６３μｍ）、透明集
光用媒体６として重フリントガラス（ｎ＝１．８３）を
使用した場合、光スポット９ａの直径Ｄ _1/2として約
０．２μｍが得られる。これは従来例５などで得られて
いる値のほぼ半分である。

【００３２】次に、光ヘッド１の動作を説明する。半導
体レーザ２からレーザビーム３ａを出射すると、そのレ
ーザビーム３はコリメータレンズ４によって平行ビーム
３ｂに整形され、集光レンズ４’によって集光ビーム３
ｂ’として集光され、透明集光用媒体６の入射面６ａに
垂直に入射する。このようにして、入射面６ａから入射
した集光ビーム３ｂ’は、一旦第１の焦点Ｆａに集光さ
れた後、反射膜７Ｂによって反射面６ｂに向けて反射さ
れ、さらに反射面６ｂの反射膜７Ａにより反射されて、
スポット形成面６ｃ上の第２の焦点Ｆｂに集光され、ス
ポット形成面６ｃ上に光スポット９ａを形成する。この
光スポット９ａに集光された光は、スポット形成面６ｃ
から近接場光９ｂとして透明集光用媒体６の外部に滲み
出す。この近接場光９ｂにより、光ディスク８の記録層
８ａを照射することにより、記録・再生がなされる。ま
た、スポット形成面６ｃは、光ディスク８上を浮上走行
するためのスライダー面としても使用される。浮上高
は、光の波長やスポット径によっても異なるが、数十か
ら２００ｎｍである。

【００３３】上記構成の光ヘッド１によれば以下の効果
が得られる。 (イ) 反射面６ｂを回転楕円面状に形成することにより、
入射光の光軸をほぼディスクに平行な方向から垂直な方
向に変換すると共に、透明集光用媒体６内部でのＮＡを
増大し、スポット形成面６ｃに微小スポットを形成する
ことが可能となる。例えば、回転楕円面の長軸ａ、短軸
ｂをそれぞれ１．２ｍｍ、１ｍｍとしたとき、集光ビー
ムのＮＡは、０．８６となり、従来のＳＩＬ等の集光系
を用いた光ヘッドと比べて、ＮＡを大きくできる。 (ロ) 離心率ｅを更に大きくすることで、ＮＡをさらに大
きくすることも可能である。 (ハ) 高ＮＡが得られることから、光スポット９ａの微小
化が可能になる。 (ニ) 反射型の集光系のため、色収差が生じない。 (ホ) 反射面６ｂにより光軸をほぼ垂直に曲げることがで
きるため、光学素子はディスク面に対してほぼ水平にな
らべることができ、光ヘッドの高さを低くすることがで
きる。これによって、特に光ディスクを複数枚重ねて使
用する場合に、大容量化を図ることができる。また、光
ディスク装置全体を薄くできるので、携帯用端末のメモ
リとして使用する場合、小型化でき、有効である。

【００３４】図３は、本発明の第２の実施の形態に係る
光ヘッドを示す。この光ヘッド１は、第１の実施の形態
において、コリメータレンズ４と、集光レンズ４’との
間にプリズム５を配置したものであり、他は第１の実施
の形態と同様に構成されている。このようにプリズム５
を使用することにより、半導体レーザ２やコリメータレ
ンズ４をディスク面に対して平行に配置することがで
き、さらに、光ヘッド１全体を薄型化できる。透明集光
用媒体６の高さは約１ｍｍ、ディスク面からプリズム５
上部までの高さは２ｍｍ程度とすることが可能であり、
磁気ハードディスク用の磁気ヘッドと同程度の高さとな
る。また、プリズム５と集光レンズ４’を一枚のホログ
ラムで置き換えることも可能であり、それにより部品点
数を減らすとともに、光ヘッドを小型・薄型化すること
が可能となる。

【００３５】図４は、本発明の第３の実施の形態に係る
光ヘッドを示す。この光ヘッド１は、第２の実施の形態
において、透明集光用媒体６の入射面６ａを凹球面とし
たものであり、他は第２の実施の形態と同様に構成され
ている。この凹球面の入射面６ａの中心は第１の焦点Ｆ
ａと一致しており、その第１の焦点Ｆａは反射面６ｂを
構成する回転楕円面の内側に配置される。このような配
置により、集光レンズ４’により第１の焦点Ｆａに集光
された光は反射膜７Ｂにより反射されて入射面６ａに入
射する。この場合、入射面６ａに垂直に入射するため、
第１の実施の形態と同様に屈折せずに反射面６ｂに到達
し、第２の焦点Ｆｂに集光する。この場合の光スポット
９ａの径は第１の実施の形態と同程度に絞ることが可能
である。

【００３６】図５は、本発明の第４の実施の形態に係る
光ヘッドを示す。この光ヘッド１は、第１の実施の形態
において、入射面６ａをディスク面に対してほぼ垂直に
し、スポット形成面６ｃに対して回転楕円体の長軸Ｌを
傾け、入射面６ａに第１の焦点Ｆａを形成し、スポット
形成面６ｃに第２の焦点Ｆｂを形成し、反射層７Ｂを省
略したものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成
されている。このように構成することにより、入射光３
ｃは、ディスク面に対して平行に入射することができ、
半導体レーザ２や他の光学系４，４’などをディスク面
に対して平行に配置できるため、さらに光ヘッドの薄型
化が可能となるとともに、光ヘッドの組み立てが簡単と
なる。なお、第１および第３の実施の形態においても、
スポット形成面６ｃに対して回転楕円体の長軸Ｌを傾け
ることにより、第１の焦点Ｆａをスポット形成面６ｃか
ら離すことができ、スライダの設計がしやすくなるとと
もに、本実施の形態と同様に他の光学系をディスク面に
平行に配置できるため、同様の効果が期待できる。

【００３７】図６(a) は、本発明の第１の実施の形態に
係る光ディスク装置を示し、同図(b) は、同図(a) のＡ
−Ａ断面図である。この光ディスク装置１００は、円盤
状のプラスチック板１２０の一方の面にＧｅＳｂＴｅ相
変化材料からなる記録層１２１が形成され、図示しない
モータによって回転軸１１を介して回転する光ディスク
１２と、光ディスク１２の記録層１２１に対し光記録／
光再生を行う光ヘッド１と、光ヘッド１をトラッキング
方向１３に移動させるリニアモータ１４と、リニアモー
タ１４側から光ヘッド１を支持するサスペンション１５
と、光ヘッド１を駆動する光ヘッド駆動系１６と、光ヘ
ッド１から得られた信号を処理するとともに、光ヘッド
駆動系１６を制御する信号処理系１７とを有する。リニ
アモータ１４は、トラッキング方向１３に沿って設けら
れた一対の固定部１４Ａ，１４Ａと、一対の固定部１４
Ａ，１４Ａ上を移動する可動コイル１４Ｂとを備える。
この可動コイル１４Ｂから上記サスペンション１５によ
って光ヘッド１を支持している。

【００３８】図７は、光ディスク１２の詳細を示す。こ
の光ディスク１２は、光ヘッド１によって形成される光
スポット９ａの微小化に対応して高記録密度化を図った
ものである。プラスチック板１２０は、例えば、ポリカ
ーボネート基板等が用いられ、その一方の面にグルーブ
部１２ａが形成される。この光ディスク１２は、プラス
チック板１２０のグルーブ部１２ａが形成された側の面
に、Ａｌ反射膜層（１００ｎｍ厚）１２２、ＳｉＯ₂層
（１００ｎｍ厚）１２３、ＧｅＳｂＴｅ記録層（１５ｎ
ｍ厚）１２１、ＳｉＮ保護層（５０ｎｍ厚）１２４を積
層したものである。本実施の形態では、ランド部１２ｂ
に情報が記録してあり、トラックのピッチは０．２５μ
ｍ、グルーブ部１２ａの深さは約０．１μｍとしてい
る。マーク長は０．１３μｍ、記録密度は１９Ｇｂｉｔ
ｓ／ｉｎｃｈ²であり、１２ｃｍディスクでは２７ＧＢ
の記録容量に相当し、従来の７．６倍に高記録密度化で
きた。

【００３９】図８は、光ヘッド１を示し、同図(a) はそ
の側面図、同図(b) はその平面図である。光ヘッド１
は、光ディスク１２上を浮上する浮上スライダ１８を有
し、この浮上スライダ１８上に、レーザビーム３ａを出
射する端面発光型半導体レーザ１９と、端面発光型半導
体レーザ１９を上下方向に移動させることにより、光ス
ポット９ａを同図９ａ’で示すようにトラッキング方向
１３に変位させる圧電素子２０と、半導体レーザ１９か
ら出射されたレーザビーム３ａを平行光ビーム３ｂに整
形するコリメータレンズ４と、半導体レーザ１９からの
平行光ビーム３ｂと光ディスク１２からの反射光とを分
離する偏光ビームスプリッタ２２と、半導体レーザ１９
からの平行光ビーム３ｂの直線偏光を円偏光にする１／
４波長板２３と、半導体レーザ１９からの平行光ビーム
３ｂを集光する透明集光用媒体６と、透明集光用媒体６
の反射面６ｂの外側にＡｌ等の金属で蒸着形成された反
射層７Ａと、光ディスク１２からの反射光をビームスプ
リッタ２２を介して入力する光検出器２４とを各々配置
している。また、全体はヘッドケース２５内に収納さ
れ、ヘッドケース２５は、サスペンション１５の先端に
固定されている。

【００４０】透明集光用媒体６は、例えば、屈折率ｎ＝
１．９１を有する重フリントガラスからなり、高さ１ｍ
ｍ、長さ２ｍｍを有する。この透明集光用媒体６は、図
５に示す透明集光用媒体６と同様に、入射面６ａおよび
反射面６ｂを有するが、浮上スライダ１８を透明集光用
媒体６と等しい屈折率を有する透明媒体から構成し、浮
上スライダ１８の下面１８ａがスポット形成面６ｃに相
当するように構成されており、浮上スライダ１８の下面
１８ａに光スポット９ａが形成される。

【００４１】図９は、浮上スライダ１８の裏面を示す。
浮上スライダ１８は、下面１８ａに形成される光スポッ
ト９ａ周辺部以外の部分に負圧を生じるように溝１８ｂ
を形成している。この溝１８ｂによる負圧とサスペンシ
ョン１５のばね力との作用によって光スポット９ａと光
ディスク１２との間隔が、浮上量として一定に保たれ
る。本実施の形態では、浮上量は約０．１μｍである。
なお、下面１８ａが摺動面となる。

【００４２】図１０は、端面発光型半導体レーザ１９お
よび圧電素子２０を示す。端面発光型半導体レーザ１９
は、例えば、ＡｌＧａｌｎＰからなり、波長６３０ｎｍ
のレーザビーム３ａを出射するものである。半導体レー
ザ１９の活性層１９０は、光デイスク１２の面に対して
垂直に配置している。端面発光型半導体レーザ１９は、
活性層１９０の面に平行な面におけるビーム広がり角θ
ｈ（図８(b) 参照）は８〜１０度と活性層１９０の面に
直交する面におけるビーム広がり角θｖ（図８(a) 参
照）の２５〜３０度に比べて１／２以下と小さい。一
方、回転楕円面を有する透明集光用媒体６の開口は、上
下方向が、左右方向の１／２であり、半導体レーザ１９
を上記のように配置することにより、殆ど光損失なし
に、レーザ光を透明集光用媒体６に入射することが可能
になる。端面発光型半導体レーザ１９を用いることによ
り、小型（例えば０．３×０．４×０．４ｍｍ）で軽量
（例えば０．５ｍｇ以下）のレーザ光源となり、光ヘッ
ド１の小型・軽量化を図ることができる。

【００４３】圧電素子２０は、電極端子２００，２００
に接続された複数の電極膜２０１と、電極膜２０１間に
形成された多層ＰＺＴ薄膜( 厚さ約２０μｍ）２０２と
からなる。この圧電素子２０は、浮上スライダ１８上に
設けられた溶融石英板２１に被着し、さらにその上に半
導体レーザ１９を重ねている。半導体レーザ１９の重量
は０．５ｍｇ以下と軽いため、半導体レーザ１９を支持
する系の共振周波数を３００ｋＨｚ以上にでき、電極端
子２００，２００間への印加電圧５Ｖで０．５μｍ以上
の変位が得られた。この圧電素子２０による半導体レー
ザ１９の上下走査によりスポット形成面６ｃ上での光ス
ポット９ａをトラッキング方向１３に走査することがで
きる。

【００４４】光ヘッド駆動系１６は、記録時に、半導体
レーザ１９の出力光を記録信号により変調することによ
り、記録層１２１に結晶／アモルファス間の相変化を生
じさせ、その間の反射率の違いとして記録し、再生時に
は、半導体レーザ１９の出力光を変調せずに、連続して
照射し、記録層１２１での上記の反射率の違いを反射光
の変動として光検出器２４により検出するようになって
いる。

【００４５】信号処理系１７は、光検出器２４が検出し
た光ディスク１２からの反射光に基づいてトラッキング
制御用の誤差信号およびデータ信号を生成し、誤差信号
をハイパスフィルタとローパスフィルタによって高周波
域の誤差信号と低周波域の誤差信号を形成し、これらの
誤差信号に基づいて光ヘッド駆動系１６に対しトラッキ
ング制御を行うものである。ここでは、トラッキング用
の誤差信号をサンプルサーボ方式( 光ディスク技術、ラ
ジオ技術社、P.95) によって生成するようになってお
り、このサンプルサーボ方式は、千鳥マーク(Wobbled T
rack) を間欠的にトラック上に設け、それからの反射強
度の変動から誤差信号を生成する方式である。また、ト
ラッキング制御は、低周波域の誤差信号に基づいてリニ
アモータ１４を制御し、高周波域の誤差信号に基づいて
圧電素子２０を制御する２段制御により行うようになっ
ている。サンプルサーボ方式の場合、記録信号とトラッ
キング誤差信号とは時分割的に分離されているので、両
者の分離は再生回路におけるゲート回路によって行う。
なお、グルーブ部１２ａからの反射光との干渉を利用す
るプッシュプル方式で誤差信号を生成してもよい。

【００４６】上述したようにサンプルサーボ方式の採用
により記録信号とトラッキング誤差信号とは時分割的に
分離されているので、光検出器２４としては、分割型の
ものは必要なく、例えば、１ｍｍ角のＰＩＮフォトダイ
オードを用いることができる。光検出器２４として分割
型である必要がないため、検出系を大幅に簡素・軽量化
できる。

【００４７】次に、この光ディスク装置１００の動作を
説明する。光ディスク１２は、図示しないモータによっ
て所定の回転速度で回転し、浮上スライダ１８は、光デ
ィスク１２の回転によって発生する負圧とサスペンショ
ン１５のばね力との作用によって光ディスク１２上を浮
上走行する。光ヘッド駆動系１６による駆動によって端
面発光型半導体レーザ１９からレーザビーム３ａが出射
されると、半導体レーザ１９の出力光３ａは、コリメー
タレンズ４により平行光ビーム３ｂに整形された後、偏
光ビームスプリッタ２２および１／４波長板２３を通
り、透明集光用媒体６の入射面６ａの第１の焦点Ｆａに
入射する。平行光ビーム３ｂは、１／４波長板２３を通
過する際に、１／４波長板２３によって直線偏光から円
偏光に変わる。透明集光用媒体６の入射面６ａの第１の
焦点Ｆａに入射した円偏光の平行光ビーム３ｂは、屈折
して反射面６ｂに到達し、反射面６ｂに被着形成された
反射層７Ａで反射して浮上スライダ１８の下面１８ａの
第２の焦点Ｆｂに集光する。浮上スライダ１８の下面１
８ａに微小の光スポット９ａが形成される。この光スポ
ット９ａからは、浮上スライダ１８の下面１８ａの外側
に近接場光が漏れ出し、この近接場光が光ディスク１２
の記録層１２１に伝搬して光記録あるいは光再生が行わ
れる。光ディスク１２で反射した反射光は、入射光の経
路を逆にたどり、透明集光用媒体６の反射面６ｂに被着
形成された反射層７で反射して偏光ビームスプリッタ２
２で９０度方向に反射し、光検出器２４に入射する。信
号処理系１７は、光検出器２４に入射した光ディスク１
２からの反射光に基づいてトラッキング制御用の誤差信
号およびデータ信号を生成し、誤差信号に基づいて光ヘ
ッド駆動系１６に対しトラッキング制御を行う。

【００４８】上記構成の光ディスク装置１００によれ
ば、以下の効果が得られる。 (イ) 透明集光用媒体６の反射面６ｂでの最大反射角が６
０度となり、ＮＡは０．８６が得られ、この結果、スポ
ット径Ｄ_1/2約０．２μｍの微小の光スポット９ａが得
られ、超高密度（１９Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²）の光記
録／光再生が可能になった。 (ロ) 自動焦点制御を行わずに記録再生ができるため、自
動焦点制御機構が不要となり、光ヘッド１の重量を大幅
に減らすことができ、小型化が図れた。すなわち、光ヘ
ッド１のサイズは、高さ２ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ６ｍ
ｍ、重量は０．２ｇと軽量となった。このため、リニア
モータ１４の可動コイル１４Ｂとサスペンション１５を
含めて可動部の重量を１．０ｇ以下にできた。この結
果、リニアモー１４のみで帯域３０ｋＨｚ以上、利得８
０以上が得られた。

【００４９】図１１は、トラッキング制御特性を示す。
このリニアモータ１４と圧電素子２０による２段制御に
より、同図の２６に示すように２００ｋＨｚの帯域が得
られ、高速回転時（３６００ｒｐｍ）下において０．０
１μｍの精度でトラッキングを行うことができた。２７
はリニアモータ１４の応答特性であり、両者を合成して
２段制御することにより、８０ｄＢの利得２８が得られ
た。また、１２ｃｍのディスクにおいて１０ｍｓ以下の
平均シーク速度を達成した。これにより、３６００ｒｐ
ｍ回転時のアクセス時間は２０ｍｓ以下となる。

【００５０】図１２は、本発明の第２の実施の形態に係
る光ディスク装置を示す。第１の実施の形態では、シー
ク動作にリニアモータ１４を使用したが、この第２の実
施の形態では、ハードディスクに使用する回転型リニア
モータ３０を使用したものである。光ヘッド１は回動軸
３１に回動可能に支持されたサスペンション３２によっ
て回転型リニアモータ３０に接続されている。このよう
な構成とすることにより、回転型リニアモータ３０は光
ディスク１２の外側に配置できるため、光ヘッド１をさ
らに薄型にでき、光ディスク装置１００全体を小型化で
きる。また、これにより、ディスクを高速（３６００ｒ
ｐｍ）に回転することができ、平均５０Ｍｂｐｓ以上の
データ転送レートが可能になる。また、この装置では、
トラッキング方向は、半導体レーザの光出力方向と垂直
になるため、トラッキングのためには、半導体レーザあ
るいはその出力ビームを導体レーザの光出力方向と垂直
な方向に走査しなければならないことは、言う迄もな
い。

【００５１】図１３は、本発明の第３の実施の形態に係
る光ディスク装置を示す。この光ディスク装置は、第１
の実施の形態に係る光ディスク装置と同様の光ヘッド１
を、５枚重ねのディスクスタック型の光ディスク装置に
適用したものであり、プラスチック基板４１の上下面に
記録媒体４２，４２がそれぞれ被着された５枚の光ディ
スク４０と、各光ディスク４０の記録媒体４２上を浮上
走行する１０個の光ヘッド１と、回動軸４３によって光
ヘッド１を回動可能に支持するサスペンション４４と、
サスペンション４４を駆動する回転型リニアモータ４５
とを有する。記録媒体４２としては、相変化型の媒体で
も光磁気型の媒体でもよい。回転型リニアモータ４５
は、サスペンション４４が直結された可動片４５ａと、
ヨーク４５ｂによって連結され、可動片４５ａを駆動す
る電磁石４５ｃ，４５ｃとからなる。この光ヘッド１の
構造は、基本的には第１の実施の形態と同様であり、回
転楕円面を有する透明集光用媒体６とＡｌＧａｌｎＮ系
のレーザ（４１０ｎｍ）を使用しており、スポット径は
０．２μｍである。ディスク径は１２ｃｍ、トラックピ
ッチとマーク長はそれぞれ０．１６μｍ、０．１９μｍ
であり、片面の容量は６０ＧＢ、全体では１．２ＴＢで
ある。

【００５２】図１４(a) ，(b) は、この第３の実施の形
態に係る半導体レーザを示す。この半導体レーザ４６
は、ビーム走査型半導体レーザであり、基板４６０を有
し、その上面に上部電極４６１、下面に下部電極４６
２、中央に活性層４６３をそれぞれ形成したものであ
る。活性層４６３の発振狭窄部の主部４６４ａと先端部
４６４ｂの幅はそれぞれ３μｍ、５μｍであり、長さは
それぞれ３００μｍ、５０μｍである。上部電極４６１
は、主部電極４６１ａと、左右一対の先端部電極４６１
ｂ，４６１ｂとからなる。活性層４６３の発振部は発振
狭窄部４６４ａ，４６４ｂにより狭窄され、先端部電極
４６１ｂ，４６１ｂに分割して、あるいは交互に電流を
流すことにより、出力光ビームは左右に走査される。こ
の走査幅は１μｍ、走査周波数は３０ＭＨｚまで可能で
ある。このレーザビーム走査とリニアモータ４５により
２段制御のトラッキングを行った。また、トラッキング
制御用の誤差信号の生成は、レーザビームのウォブリン
グ法により行った。すなわち、レーザビームを高速（１
０ＭＨｚ）に０．０３μｍ左右走査することにより、記
録面上での光スポットはコリメータレンズと透明集光用
媒体のＮＡ比に比例して、約０．０１μｍウォブリング
される。これにより、記録トラックからの反射信号が変
調され、その変調信号を走査周波数に同期して検波する
ことにより、誤差信号が生成される。

【００５３】上記構成によれば、レーザビームを高速左
右走査することで、機械的な可動部なしの高速トラッキ
ングが可能になった。また、回転型リニアモータ４５を
用いることにより、平均シーク時間は第１の実施の形態
と同様に１０ｍｓ以下を実現することができた。さら
に、透明集光用媒体６を用いることにより、小型で１Ｔ
Ｂ以上の超大容量で、高速の光ディスク装置が可能にな
った。

【００５４】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず、種々な変形が可能である。例えば、トラッキング
制御用の誤差信号の生成には、上記実施の形態では、サ
ンプルサーボ方式を用いたが、周囲的に記録トラックを
蛇行させて、それによる反射光の変調を蛇行周波数に同
期させて検出し、誤差信号を生成するウォブルドトラッ
ク方式を用いてもよい。また、再生専用ディスクのトラ
ッキングには、ＣＤで行われているように３スポット方
式を用いることも可能である。すなわち、コリメータレ
ンズと偏光ビームスプリッタの間に回折格子を挿入し、
かつ、その±一次光それぞれのディスクからの反射光を
検出する光検出素子を主ビーム検出用素子の両側に配置
し、その出力の差分を取ることにより、誤差信号の生成
が可能となる。また、記録トラック側面部からの回折光
の左右のアンバランスを検出して誤差信号を生成するプ
ッシュプル型の制御を行うことも可能である。この場合
はその回折光を２分割型の光検出素子に入射し、その差
動出力誤差信号を生成する。しかし、本実施の形態で
は、半導体レーザを走査しているため、光検出素子の光
スポットもそれに合わせて左右に動く。これによる誤信
号は、半導体レーザの走査に同期して光検出素子を左右
に走査することで抑えることができる。また、本実施の
形態の光ヘッドを、そのまま追記型光ディスクへの記録
および再生に用いることができる。また、透明集光用媒
体のスポット形成面（浮上スライダの下面）の光スポッ
ト集光部周辺に薄膜コイルを装着し、磁界変調を行うこ
とにより、光磁気媒体を用いての光磁気記録も可能とな
る。但し、再生の場合には、光の偏波面の回転を偏光解
析によって検出して信号を生成するため、偏光ビームス
プリッタを非偏光のスプリッタに変え、光検出素子の手
前に検光子を配置する必要がある。また、レーザ源とし
て本実施の形態では、端面発光型レーザを用いたが、面
発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いることも可能であ
る。面発光型レーザの場合、基本モード（ＴＥＭ₀₀）の
最大出力は、２ｍＷ程度と端面発光型レーザの１／１０
以下であるが、本実施の形態では従来の光ディスク装置
で使用されている光スポット径の数分の１に絞られてい
るため、光密度が１桁以上高くできることから、面発光
型半導体レーザでも記録が可能となる。また、面発光型
半導体レーザの場合、温度による波長変動が小さく、色
収差補正が不要にできる。また、半導体レーザは、本実
施の形態では、市販で最も短波長（６３０ｎｍ）の半導
体レーザを用いたが、現在開発中のＡｌＧａｌｎＮ系の
青色レーザ（４１０ｎｍ）も、全く同様に用いることが
できる。この場合、光スポット径は０．１５μｍ以下に
することができ、さらに２倍以上の高密度化が可能とな
る。また、透明集光用媒体は、本実施の形態では、屈折
率１．９１の重フリントガラスを用いたが、屈折率は１
より大きれば上限はなく、さらに高い屈折率の材料を用
いることもできる。例えば、硫化カドミウムＣｄＳ（屈
折率２．５）や閃亜鉛鉱ＺｎＳ（屈折率２．３７）等の
結晶性材料を用いてもよい。これにより、光スポット径
をさらに２割以上縮小でき、記録密度を５割程度増大す
ることが可能となる。また、光記録媒体としては、凹凸
ピットを有する再生専用ディスクや光磁気記録材料や相
変化材料を用いた記録・再生用媒体、色素などの光吸収
により凹凸ピットを形成して記録を行う追記型媒体等の
各種の記録媒体を用いることができる。また、半導体レ
ーザとして端面発光型半導体レーザを用いる場合、活性
層が透明集光用媒体のスポット形成面（浮上スライダの
下面）に対して平行となるように配置してもよい。

【００５５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、集光手段からのレーザ光の光軸を回転楕円面の一部
からなる反射面によってほぼ垂直に曲げることが可能で
あるため、集光手段の光軸をスポット形成面にほぼ平行
に配置することが可能になり、高さ方向の小型化を図る
ことができる。また、透明集光用媒体内部での開口数を
大きくできるので、光スポットを微小化でき、高記録密
度が可能になる。また、透明集光媒体の入射面にレーザ
光が垂直に入射するような形状とすることにより、色収
差の発生防止が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッドを示
す図である。

【図２】第１の実施の形態に係る透明集光用媒体の詳細
形状を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッドを示
す図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係る光ヘッドを示
す図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態に係る光ヘッドを示
す図である。

【図６】(a) は本発明の第１の実施の形態に係る光ディ
スク装置を示す図、(b) は(a)のＡ−Ａ断面図である。

【図７】図６に示す光ディスク装置で用いた光ディスク
の断面図である。

【図８】(a) は図６に示す光ディスク装置で用いた光ヘ
ッドの側面図、(b) はその光ヘッドの平面図である。

【図９】図６に示す光ディスク装置で用いた浮上スライ
ダの裏面図である。

【図１０】図６に示す光ディスク装置で用いた半導体レ
ーザ走査部を示す図である。

【図１１】図６に示す光ディスク装置におけるトラッキ
ング制御特性を示す図である。

【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る光ディスク
装置を示す図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る光ディスク
装置を示す図である。

【図１４】(a) は図１３に示す光ディスク装置で用いた
半導体レーザを示す平面図、(b)はその断面図である。

【図１５】従来の第１の型の光ヘッドを示す図である。

【図１６】従来の第２の型の光ヘッドを示す図である。

【図１７】従来の屈折率ｎとＮＡの関係を示す図であ
る。

【図１８】従来の光ディスク装置を示す図である。

【図１９】図１８に示す光ディスク装置のＳＩＬおよび
浮上スライダを示す図である。

【図２０】図１８に示す光ディスク装置の検出光学系部
を示す図である。

【図２１】従来の光ヘッドを示す図である。

【図２２】従来の他の光ヘッドを示す図である。

【符号の説明】

１光ヘッド２半導体レーザ３ａレーザビーム３ｂ平行ビーム４コリメータレンズ６透明集光用媒体６ａ入射面６ｂ反射面６ｃスポット形成面７Ａ，７Ｂ反射膜８光ディスク８ａ記録層９ａ光スポット９ｂ近接場光１１回転軸１２光ディスク１２ａグルーブ部１２ｂランド部１３トラッキング方向１４リニアモータ１４Ａ固定部１４Ｂ可動コイル１５サスペンション１６光ヘッド駆動系１７信号処理系１８浮上スライダ１８ｂ溝１９端面発光型半導体レーザ２０圧電素子２１溶融石英板２２偏光ビームスプリッタ２３１／４波長板２４光検出器２５ヘッドケース３０回転型リニアモータ３１回動軸３２サスペンション４０光ディスク４１プラスチック基板４２記録媒体４３回動軸４４サスペンション４５回転型リニアモータ４５ａ可動片４５ｂヨーク４５ｃ電磁石１００光ディスク装置１２１ＧｅＳｂＴｅ記録層１２２Ａｌ反射膜層１２３ＳｉＯ₂層１２４ＳｉＮ層１９０活性層２００電極端子２０１電極膜２０２多層ＰＺＴ薄膜４６０基板４６１上部電極４６１ａ主部電極４６１ｂ先端部電極４６２下部電極４６３活性層４６４ａ発振狭窄部の主部４６４ｂ発振狭窄部の先端部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を集光して光スポットを形成する
光ヘッドにおいて、前記レーザ光を出射するレーザ光出射手段と、前記レーザ光出射手段からの前記レーザ光を所定の点に
集光する集光手段と、前記所定の点と前記光スポットが形成される点とを２焦
点とする回転楕円面の一部からなり外側に反射体が形成
された反射面、前記レーザ光出射手段からの前記レーザ
光が入射される入射面、および前記光スポットが形成さ
れるスポット形成面を有し、前記集光手段によって集光
され、前記所定の点で反射あるいは屈折して前記反射面
に向かう前記レーザ光を前記反射体で反射させて前記集
光面上の前記所定の点に前記光スポットを形成する透明
集光用媒体とを備えたことを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】前記透明集光用媒体は、前記所定の点に設
けられ、前記集光手段によって前記所定の点に集光され
た前記レーザ光を前記反射面に向けて反射させる反射部
材を備えた構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項３】前記透明集光用媒体の前記入射面は、前記
所定の点を中心とする凹球面の一部からなり、前記反射
部材で反射した前記レーザ光が入射される構成の請求項
２記載の光ヘッド。
【請求項４】前記透明集光用媒体の前記入射面は、前記
所定の点を中心とする凸球面の一部からなり、前記集光
手段によって集光された前記レーザ光が入射される構成
の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項５】前記透明集光用媒体は、前記所定の点を前
記入射面上に有し、前記集光手段によって前記所定の点
に集光された前記レーザ光を前記反射面に向けて屈折さ
せる構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項６】前記透明集光用媒体の前記スポット形成面
は、平面からなる構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項７】前記透明集光用媒体の前記入射面は、平面
からなる構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項８】前記透明集光用媒体の前記入射面および前
記スポット形成面は、それぞれ平面からなり、互いに直
交する構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項９】前記透明集光用媒体の前記反射面および前
記スポット形成面は、同一の平面からなり、前記２焦点
を前記平面上に有する構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１０】前記集光手段は、集光レンズである構成
の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１１】前記レーザ光出射手段は、前記レーザ光
を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源からの前記レ
ーザ光を平行光に整形するコリメートレンズとを備えた
構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１２】前記レーザ光出射手段は、前記レーザ光
を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源からの前記レ
ーザ光を所定の方向に偏向する偏向部材とを備えた構成
の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１３】回転する光ディスクと、前記光ディスク
上にレーザ光を集光させて光スポットを形成し、この光
スポットによって情報の記録あるいは再生を行う光ヘッ
ドとを有する光ディスク装置において、前記光ヘッドは、前記レーザ光を出射するレーザ光出射手段と、前記レーザ光出射手段からの前記レーザ光を所定の点に
集光する集光手段と、前記所定の点と前記光スポットが形成される点とを２焦
点とする回転楕円面の一部からなり外側に反射体が形成
された反射面、前記レーザ光出射手段からの前記レーザ
光が入射される入射面、および前記光スポットが形成さ
れるスポット形成面を有し、前記集光手段によって集光
され、前記所定の点で反射あるいは屈折して前記反射面
に向かうレーザ光を前記反射体で反射させて前記集光面
上の前記所定の点に前記光スポットを形成する透明集光
用媒体とを備えたことを特徴とする光ディスク装置。
【請求項１４】前記透明集光用媒体は、互いに密着し、
同一の屈折率を有する第１の透明媒体と第２の透明媒体
とからなり、前記第１の透明媒体は、前記入射面および前記反射面を
有し、前記第２の透明媒体は、前記光ディスクの回転に伴って
前記光ディスク上を浮上走査する浮上スライダであり、
前記浮上スライダが前記スポット形成面を有し、前記レーザ光出射手段、および前記光記録あるいは前記
光再生に必要な光学系を前記浮上スライダ上に配置した
構成の請求項１３記載の光ディスク装置。
【請求項１５】同軸上に所定の間隔を有して配置された
回転する複数の光ディスクと、前記複数の光ディスク上
にレーザ光を集光させて光スポットを形成し、この光ス
ポットによって情報の記録あるいは再生を行う複数の光
ヘッドとを有する光ディスク装置において、前記光ヘッドは、前記レーザ光を出射するレーザ光出射手段と、前記レーザ光出射手段からの前記レーザ光を所定の点に
集光する集光手段と、前記所定の点と前記光スポットが形成される点とを２焦
点とする回転楕円面の一部からなり外側に反射体が形成
された反射面、前記レーザ光出射手段からの前記レーザ
光が入射される入射面、および前記光スポットが形成さ
れるスポット形成面を有し、前記集光手段によって集光
され、前記所定の点で反射あるいは屈折して前記反射面
に向かうレーザ光を前記反射体で反射させて前記集光面
上の前記所定の点に前記光スポットを形成する透明集光
用媒体とを備えたことを特徴とする光ディスク装置。