JP2000276758A

JP2000276758A - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP2000276758A
Application number: JP11077460A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamazaki; 博行山崎; Manami Kuiseko; 真奈美杭迫; Yasushi Kobayashi; 恭小林
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】小型、軽量で光学系の設計上の自由度が大き
い近接場光用光ヘッド装置を得る。【解決手段】光の入射面１２ａと第１及び第２内面反
射面１２ｂ，１２ｃと出射面１２ｄとからなる高屈折率
媒質１２を備えた近接場光用光ヘッド。光源１５から放
射された光は入射面１２ａから高屈折率媒質１２へ入射
し、反射面１２ｂ，１２ｃでそれぞれ１回だけ反射し、
出射面１２ｄ上で集光され、近接場光Ｎとして浸み出
す。記録媒体１の記録層３と出射面１２ｄとのギャップ
は光の波長の１／４以下に設定されており、浸み出した
近接場光Ｎが記録層３を照射し、記録ピット３ａを形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ヘッド装置、特
に、光記録媒体への高密度光記録／再生／消去に用いら
れる光ヘッドに関する。

【０００２】

【発明の背景】近年、光学的に情報を記録／再生する光
メモリの分野においては、コンピュータの高速化やマル
チメディアの発達に伴い、より大容量の情報を記録でき
る、即ち、記録密度の著しく向上した装置が望まれ、近
接場光記録技術が提案されている。レーザ光を用いた従
来の光メモリにおいて、記録密度は光の回折限界で上限
が決まり、光の波長程度（約数百ｎｍ）のマークしか記
録／再生ができなかった。近年提案されている光の近接
場光現象を用いた光メモリでは、光の波長以下の微小開
口を有するファイバプローブやSolid Immersion Lens
（固浸レンズ）を用いて記録媒体（光ディスク）に対し
て光ヘッドと記録媒体との間隔を数十ｎｍまで近づけた
状態で記録／再生用の光を照射することで、光の回折限
界を超えて数十ｎｍという小さなマークを信号として書
き込み、読み取ることが可能である。

【０００３】

【従来の技術と課題】ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯ等伝搬光を用
いた従来の光メモリにおいては、集光レンズやミラー、
プリズム等多数の光学部品が光ヘッドに搭載されるた
め、光ヘッドが大型化して重くなり、磁気記録ヘッドで
一般的に用いられている空気膜潤滑原理に基づく空気浮
上方式を採用することは困難である。また、前記固浸レ
ンズを用いた光ヘッドにおいては、固浸レンズ自体は小
型、軽量であっても集光レンズを組み合わせる必要があ
り、やはり大型化重量化は避けられていない。

【０００４】最近では、ODF'98，Tokyo June 16，199
8に掲載された論文「Objective Lenses for DVD &
Near Field Optical Disk Pick-up」によって、
集光レンズを必要としないＳＩＭ（Solid Immersion
Mirror）が提案されている。このＳＩＭは高屈折率媒質
中で１回の屈折と２回の反射によって光を集光させるよ
うになっており、集光レンズが不要であるため小型、軽
量の光ヘッドが可能となる。しかし、このＳＩＭでは共
軸系の光学系を使用しているために設計上の制約が大き
いという問題点を有している。また、光の入射が記録媒
体の記録面と垂直方向であるために光路を折り曲げるミ
ラーが必要となり、ミラーのがたつき、位置ずれに対処
しなければならず、小型化、軽量化に反することにな
る。

【０００５】そこで、本発明の目的は、小型、軽量で、
光学系の設計上の自由度が大きい近接場光用光ヘッド装
置を提供することにある。

【０００６】

【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る光ヘッド装置は、入射面と二つの内面
反射面と出射面とからなる高屈折率媒質を備え、記録、
再生及び／又は消去のための光を入射面から入射させ、
二つの内面反射面でそれぞれ１回反射させて出射面近傍
に集光させるようにした。

【０００７】本発明において、入射面から入射した所定
波長の光は、高屈折率媒質中で２回だけ内面反射し、出
射面に集光され近接場光として浸み出す。この近接場光
を用いて記録／再生／消去を行う。本発明においては、
高屈折率媒質のみで小型、軽量のヘッドを構成すること
ができ、光学系が簡略化され、記録媒体とのギャップの
形成に空気浮上方式の採用が可能となる。

【０００８】さらに、入射光が平行光であれば前記二つ
の内面反射面をそれぞれ回転放物面と回転楕円面とすれ
ば、球面収差を補正することができ、拡散光であれば二
つの内面反射面を平面と回転楕円面とすれば同様に効果
を発揮する。また、前記出射面の集光部に微小開口を形
成すれば、近接場光をさらに小径化して高密度での記録
が可能となる。

【０００９】さらに、本発明に係る光ヘッド装置は、前
記高屈折率媒質の入射面に光導波路（例えば、光ファイ
バ）が接合されていてもよい。光導波路を用いれば光伝
搬路が外部からの振動、衝撃に対して安定する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光ヘッド装置
の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

【００１１】（第１実施形態、図１、図２、図３参照）
図１、図２において、１は記録媒体、１０は光ヘッド装
置を示す。記録媒体１は基板２上に記録層３を形成した
もので、回転駆動軸４を中心に回転駆動可能とされてい
る。なお、記録層３上には保護層が形成されていてもよ
い。

【００１２】光ヘッド装置１０は、アーム１１の先端に
高屈折率媒質１２を設けて光ヘッドを構成し、アーム１
１上に光源１５、コリメートレンズ１６（図２参照）、
偏光ビームスプリッタ１７、λ／４波長板１８、光検出
器１９を設けたものである。高屈折率媒質１２は、例え
ば、硝材ＬａＳＦ、ＬａＦ、ＢａＳＦなどからなり、入
射面１２ａ、第１の内面反射面１２ｂ、第２の内面反射
面１２ｃ、出射面１２ｄによって構成されている。入射
面１２ａと出射面１２ｄはそれぞれ平面である。

【００１３】一方、図３に示すように、第１の内面反射
面１２ｂで１回目の反射をした光を進行方向とは逆向き
に延長した線を結んだ点をＰ、その光が第２の内面反射
面１２ｃで２回目の反射をして集光する点をＯとする。
すると、第１の内面反射面１２ｂは点Ｐを焦点とする回
転放物面であり、第２の内面反射面１２ｃは点Ｐと点Ｏ
とを二つの焦点とする回転楕円面である。さらに、回転
放物面１２ｂと回転楕円面１２ｃは、それぞれの回転対
称軸が光源１５から放射された光の光束の中央を通らな
いように設定されている。また、内面反射面１２ｂ，１
２ｃはそれぞれ、光反射膜１３ａ，１３ｂ（例えば、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ）を成膜することに
よって形成されている。

【００１４】なお、回転放物面１２ｂと回転楕円面１２
ｃは、図３に示したＸＹＺ直交座標系で以下の式で表わ
される。Ｚ＝ｃＹ²／｛１＋（１−εｃ²Ｙ²）^1/2｝ｃ：曲率ここに、ε＝０のとき回転放物面１２ｂを表わし、ε＝
０．９１のとき回転楕円面１２ｃを表わす。

【００１５】光源１５の発光源に関しては、レーザダイ
オード又は発光ダイオードのいずれか、あるいはそれら
以外の発光源を使用してもよい。

【００１６】まず、記録プロセスについて説明する。光
源１５から放射された波長λの光はコリメートレンズ１
６で平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１７とλ／４
波長板１８を透過して入射面１２ａから高屈折率媒質１
２内に入射する。この入射光は反射面１２ｂ，１２ｃで
それぞれ１回だけ反射し、出射面１２ｄ上で集光され、
近接場光Ｎとして浸み出す。このとき、高屈折率媒質１
２の出射面１２ｄに集光する光束の中心光線Ｌは、出射
面１２ｄに対して垂直である。記録媒体１の記録層３と
出射面１２ｄとのギャップは波長λの１／４以下（５０
〜１００ｎｍ）に設定されており、浸み出した近接場光
Ｎが記録層３を照射し、記録ピット３ａを形成する。

【００１７】近接場光Ｎのスポット径Ｓ１（図３参照）
は、光が高屈折率媒質中を伝搬しているときのスポット
径と略同じ大きさであり、この光が空気中を伝搬すると
きのスポット径の１／ｎ（ｎは高屈折率媒質の屈折率）
となる。図２において、入射光の波長λが６５０ｎｍ、
高屈折率媒質１２の屈折率ｎが１．８、入射光（平行
光）のビーム径Ｗが１ｍｍ、高屈折率媒質１２の全高が
２．１ｍｍ、全長が３．５ｍｍの場合、スポット径Ｓ１
は約２６０ｎｍとなり、このときの記録密度は約７Gbit
／inch²と非常に高密度になる。

【００１８】また、前記高屈折率媒質１２の第１の内面
反射面１２ｂは点Ｐを焦点とする回転放物面とされ、第
２の内面反射面１２ｃは点Ｐと点Ｏとを二つの焦点とす
る回転楕円面とされているため、平行光に対して球面収
差を補正する作用を奏する。

【００１９】次に、再生プロセスについて説明する。前
記記録プロセスで説明した近接場光Ｎは記録層３で反射
し、該反射光は前記とは逆方向に進行し、高屈折率媒質
１２の入射面１２ａから出射され、λ／４波長板１８を
再度通過することにより、偏光ビームスプリッタ１７で
反射され、光検出器１９で検出される。この検出によっ
て、記録ピット３ａに対応した再生信号が得られる。λ
／４波長板１８を介在させているため、再生時の反射光
が光源１５に戻ることはなく、確実に光検出器１９の方
向に反射され、良好な再生信号を得ることができる。な
お、再生時の光源１５のパワーは記録時のパワーよりも
小さくてもよい。また、消去も前記と同様のプロセスが
行われるが、場合によっては光の波長を変える必要があ
る。

【００２０】本第１実施形態においては、光を高屈折率
媒質１２へ入射して２回の内面反射で出射面１２ｄ上に
集光させ、近接場光Ｎによって記録／再生／消去を行
う。ヘッドは高屈折率媒質１２のみで構成され、集光レ
ンズや反射ミラーを組み付ける必要なく、小型、軽量の
ヘッドを構成でき、空気膜潤滑原理に基づいて浮上させ
ることができる。また、集光レンズや反射ミラーが不要
であることと相俟って光学系の設計上の自由度が大き
い。

【００２１】（入射光のビームスポット形状、図４、図
５参照）入射光のビームスポットＳの形状としては、図
４、図５に示すような楕円形状が好ましい。図４は図３
のＡ−Ａ断面、図５は図３のＢ−Ｂ断面を示す。この入
射光は、そのビームスポットＳの長軸をＸ軸方向に一致
させたもので、高屈折率媒質１２中で集光点Ｏに集光し
たとき、Ｘ軸方向に大きい開口数の光を集光することが
でき、Ｚ軸方向のスポット径Ｓ１（図３参照）に比べて
Ｘ軸方向のスポット径Ｓ２（図５参照）が小さくなる。

【００２２】具体的には、図４に示すように、入射光の
ビームスポットＳの長軸ａが１．５ｍｍ、短軸ｂが１ｍ
ｍ、入射光の波長λが６５０ｎｍ、高屈折率媒質１２の
屈折率ｎが１．８、高屈折率媒質１２の全高が２．１ｍ
ｍ、全長が３．５ｍｍの場合、Ｚ軸方向のスポット径Ｓ
１は約２６０ｎｍとなるのに対して、Ｘ軸方向のスポッ
ト径Ｓ２は約２２０ｎｍとなる。従って、Ｘ軸方向が記
録媒体１の回転円周方向（記録方向）の場合、記録密度
が向上する。

【００２３】（第１実施形態の変形例）図６は第１実施
形態の他の変形例を示し、図２に示したコリメートレン
ズ１６を省略し、高屈折率媒質１２に拡散光を入射する
ようにしたものである。高屈折率媒質１２の入射面１２
ａは凸面とされ、入射した拡散光を平行光にコリメート
する。

【００２４】図７は第１実施形態のさらに他の変形例を
示し、高屈折率媒質１２の出射面１２ｄの集光部に微小
開口１４ａを設けた。微小開口１４ａは出射面１２ｄ上
に成膜した遮光膜１４に形成される。遮光膜１４は前記
光反射膜１３ａ，１３ｂと同じ材質であってもよい。微
小開口１４ａを設けることで近接場光Ｎのスポット径を
小さくすることができ、より高密度な記録が可能にな
る。

【００２５】（第２実施形態、図８参照）本第２実施形
態は、記録／再生／消去のためにそれぞれ波長λ₁，
λ₂，λ₃の光を用いたものである。図８に示すように、
構成自体は前記第１実施形態と同様であり、光源１５と
しては波長λ₁，λ₂，λ₃の光を放射する発光源を備
え、記録／再生／消去の際にそれぞれを切り換えて発光
させ、高屈折率媒質１２へ入射させる。

【００２６】この場合、記録層３としてはフォトクロミ
ック媒体を用いることが好ましい。具体例としては、東
京化成社製ジアリールエテン［１，２−ビス（２，４，
５−トリメチル−３−シエニル）−シス−１，２−ジシ
アノエテン］を挙げることができる。このような記録層
３に対しては、記録用には波長λ₁が３５５ｎｍの光を
用い、再生用には波長λ₂が５３２ｎｍの光を用い、消
去用には波長λ₃が７８０ｎｍの光を用いる。

【００２７】本第２実施形態における記録／再生／消去
の各プロセスは、光源のλ₁，λ₂，λ₃を切り換える以
外は前記第１実施形態と同様である。

【００２８】（第３実施形態、図９、図１０参照）図９
及び図１０に示すように、本第３実施形態は、高屈折率
媒質４２に光導波路４６を接合して光ヘッド装置４０と
したものである。光導波路４６は、アーム４１上に搭載
した３本の光ファイバ４６ａ，４６ｂ，４６ｃ（コア５
１をクラッド５２で被覆した周知のものである。）から
なり、それらの各端部は光分岐回路４７で結合されてい
る。光ファイバ４６ａの他端は光源４５に接合され、光
ファイバ４６ｂの他端は高屈折率媒質４２の入射面４２
ａに接合され、光ファイバ４６ｃの他端は光検出器４８
に接合されている。これらの光ファイバ４６ａ，４６
ｂ，４６ｃとしては、コア５１の径が４μｍ、クラッド
５２の径が１２５μｍのシングルモードファイバを使用
した。

【００２９】光源４５は、レーザダイオードや発光ダイ
オード等の発光源とコリメートレンズと対物レンズとを
組み合わせたもので、コリメートされた所定波長の光が
光ファイバ４６ａに入射される。高屈折率媒質４２は入
射面４２ａ、第１の内面反射面４２ｂ、第２の内面反射
面４２ｃ、出射面４２ｄによって構成されている。入射
面４２ａ、第１の内面反射面４２ｂ、出射面４２ｄはそ
れぞれ平面である。

【００３０】一方、図１０に示すように、第１の内面反
射面４２ｂで１回目の反射をした光を進行方向とは逆向
きに延長した線を結んだ点（つまり、光ファイバ４６ｂ
の出射点Ｒの、第１の内面反射面４２ｂに対する鏡像
点）をＰ、その光が第２の内面反射面４２ｃで２回面の
反射をして集光する点をＯとする。すると、第２の内面
反射面４２ｃは点Ｐと点Ｏとを二つの焦点とする回転楕
円面である。そして、回転楕円面４２ｃは、その回転対
称軸が光源４５から放射された光の光束の中央を通らな
いように設定されている。内面反射面４２ｂ，４２ｃに
はそれぞれ光反射膜４３ａ，４３ｂが成膜されている。

【００３１】記録プロセスにおいて、光源４５から放射
された波長λの光は光ファイバ４６ａに入射され、光分
岐回路４７から光ファイバ４６ｂを通じて高屈折率媒質
４２に入射する。この入射光は反射面４２ｂ，４２ｃで
それぞれ１回だけ反射し、出射面４２ｄ上で集光され、
近接場光Ｎとして浸み出す。このとき、高屈折率媒質４
２の出射面４２ｄに集光する光束の中心光線Ｌは、出射
面４２ｄに対して垂直である。記録媒体１の記録層３と
出射面４２ｄとのギャップは波長λの１／４以下（５０
〜１００ｎｍ）に設定されており、浸み出した近接場光
Ｎが記録層３を照射し、記録ピット３ａを形成する。

【００３２】ところで、高屈折率媒質４２の内面反射面
４２ｃは、光ファイバ４６ｂの出射点（言い換えると、
光ファイバ４６ｂの端面から出射される光のビームウェ
スト点）Ｒと、集光点Ｏとを二つの焦点とする回転楕円
面とされている。光ファイバ４６ｂから出射される光は
拡散光であり、反射面４２ｃを回転楕円面とすること
は、このような拡散光に対して球面収差を補正する作用
を奏する。

【００３３】一方、再生プロセスにおいて、前記近接場
光Ｎは記録層３で反射した後、前記とは逆方向に進行
し、光ファイバ４６ｂの端面で集光する。この反射光は
光ファイバ４６ｂを通じて光分岐回路４７で光ファイバ
４６ｃに導かれて光検出器４８で検出される。この検出
によって、記録ピット３ａに対応した再生信号が得られ
る。なお、再生時の光源４５のパワーは記録時のパワー
よりも小さくてもよい。また、消去も前記同様のプロセ
スで行われるが、場合によっては光の波長を変える必要
がある。

【００３４】本第３実施形態の作用、効果は、前記第１
実施形態の作用、効果に加えて、高屈折率媒質が光導波
路と接合されているため、記録媒体１の振動に基づくア
ーム４１の振動や外部からの振動、衝撃に対して安定し
ており、光軸がぶれることがなく、安定した記録／再生
が可能となる。

【００３５】なお、本第３実施形態においても、図６に
示した変形例を採用することができる。さらに、図７に
示したように、出射面４２ｄの集光点Ｏに微小開口を形
成してもよいし、図８に示した三つの波長λ₁，λ₂，λ
₃を用いてもよい。また、光導波路としては光ファイバ
以外にＺｎＯ層からなる薄膜導波路等を用いることもで
きる。

【００３６】（他の実施形態）なお、本発明に係る光ヘ
ッド装置は前記各実施形態に限定するものではなく、そ
の要旨の範囲内で種々に変更することができる。特に、
光ヘッドと記録媒体とのギャップを維持する方式は空気
浮上方式に限らず種々の方式を採用することができる。
また、出射面は、記録媒体に接近しやすくするために記
録媒体に向かって凸の曲面であってもよい。また、実施
例では、光束の中心光線Ｌは出射面に垂直であったが、
垂直方向を中心に±１０度の入射角度であればよい。こ
れより大きな角度で入射すると、微小開口通過における
効率が低下したり、浸み出し光分布の乱れが生じるの
で、好ましくない。また、光源や光学素子の構成、高屈
折率媒質の形状は任意に変更可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である光ヘッド装置を示
す概略構成図。

【図２】前記第１実施形態での近接場光の発生を示す説
明図。

【図３】前記第１実施形態の高屈折率媒質内での光の進
行を示す説明図。

【図４】入射光のビームスポット形状を示す説明図、図
３のＡ−Ａ断面である。

【図５】入射光のビームスポット形状と近接場光の発生
を示す説明図、図３のＢ−Ｂ断面である。

【図６】前記第１実施形態の一変形例を示す概略構成
図。

【図７】前記第１実施形態の他の変形例を示す概略構成
図。

【図８】本発明の第２実施形態である光ヘッド装置を示
す概略構成図。

【図９】本発明の第３実施形態である光ヘッド装置を示
す概略構成図。

【図１０】前記第３実施形態の高屈折率媒質内での光の
進行を示す説明図。

【符号の説明】

１…記録媒体１０，４０…光ヘッド装置１２，４２…高屈折率媒質１２ａ，４２ａ…入射面１２ｂ，４２ｂ…第１の内面反射面１２ｃ，４２ｃ…第２の内面反射面１２ｄ，４２ｄ…出射面１４ａ…微小開口４６…光導波路Ｌ…光束の中心光線Ｓ…ビームスポット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林恭大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 5D119 AA01 AA22 BA01 DA01 DA05 DA07 EB02 EB04 HA63 JA35 JA36 JA48 JB02 LB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射面と二つの内面反射面と出射面とか
らなる高屈折率媒質を備え、記録、再生及び／又は消去
のための光を前記入射面から入射させ、前記二つの内面
反射面でそれぞれ１回反射させて出射面近傍に集光させ
ることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】前記二つの内面反射面のうち一方の内面
反射面は回転放物面であり、他方の内面反射面は回転楕
円面であり、かつ、前記回転放物面と前記回転楕円面の
それぞれの回転対称軸が前記光の光束の中央から外れて
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】前記入射面は平面であり、該平面にコリ
メートされた平行光を入射させることを特徴とする請求
項２記載の光ヘッド装置。
【請求項４】前記入射面は凸面であり、該凸面に拡散
光を入射させることを特徴とする請求項２記載の光ヘッ
ド装置。
【請求項５】前記入射面に入射する光のビームスポッ
ト形状は楕円であることを特徴とする請求項１、請求項
２、請求項３又は請求項４記載の光ヘッド装置。
【請求項６】前記二つの内面反射面のうち一方の内面
反射面は平面であり、他方の内面反射面は回転楕円面で
あ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７】前記高屈折率媒質の入射面に光導波路が
接合されていることを特徴とする請求項６記載の光ヘッ
ド装置。
【請求項８】前記回転楕円面は、前記光導波路の出射
点の、前記平面の内面反射面に対する鏡像点と、前記出
射面の集光点とを二つの焦点とする回転楕円面であり、
かつ、前記回転楕円面の回転対称軸が前記光の光束の中
央から外れていることを特徴とする請求項７記載の光ヘ
ッド装置。
【請求項９】前記出射面の集光部に微小開口が形成さ
れていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７又は請求
項８記載の光ヘッド装置。
【請求項１０】記録と再生と消去のための光は少なく
とも二つの異なる波長の光を用いることを特徴とする請
求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請
求項６、請求項７、請求項８又は請求項９記載の光ヘッ
ド装置。
【請求項１１】前記高屈折率媒質の出射面に集光する
光束の中心光線は前記出射面に対して略垂直であること
を特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項
９又は請求項１０記載の光ヘッド装置。