JP2001189031A

JP2001189031A - 光ヘッドおよび光ディスク装置

Info

Publication number: JP2001189031A
Application number: JP2000252553A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Kamiyanagi; 喜一上柳
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2001-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体レーザの自己結合効果を用いて信号を
再生する場合に、再生信号のＳＮ比が高く、光ディスク
の高記録密度化が可能で、使用温度範囲わたって再生出
力の安定な光ヘッドおよび光ディスク装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ活性媒体２の後端面の高反
射膜２ｄと透明集光用媒体６の被集光面６ｃに形成され
た反射透過膜７とにより半導体レーザの共振器を構成す
る。反射透過膜７は、記録媒体８ａからの戻り光を検出
した信号の強度差が記録媒体８ａの記録情報に応じて大
きくなるような透過率を有する。これにより、光スポッ
ト９ａを小さくしてもＳＮ比の高い再生信号が得られ
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、半導体レーザの自己結合効果を用
いて信号を再生する場合に、再生信号のＳＮ比が高く、
光ディスクの高記録密度化が可能で、使用温度範囲わた
って再生出力の安定な光ヘッドおよび光ディスク装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクを高記録密度化するための記
録・再生方式の一つに、半導体レーザの自己結合効果を
用いる方式が知られている。この方式は、半導体レーザ
の出力光が光ディスクの記録媒体で反射し、その一部が
半導体レーザに再入射した場合に、その反射光の強度に
より半導体レーザの発振状態が変調されることを利用
し、その変調度合いを検出することにより、記録媒体の
記録情報を再生するものである。この変調度を大きくし
て半導体レーザをオンオフ変調させると、再生信号のＳ
／Ｎを大きくすることが可能となることから、本方式
は、高密度記録に有望な方式と言える。また、この半導
体レーザへの注入電流を増加することにより、上記の反
射光の有無に係わらず発振させることができ、そのレー
ザ光を使用して記録することが可能となる。

【０００３】この基本形の従来の光ヘッドとして、例え
ば、文献I(Ｈ.Ukita,Tech.Digestof ODS ‘91，ＴｕＣ
２−１，（１９９１）Ｐ．１３０．）に示されるものが
ある。

【０００４】この光ヘッドは、半導体レーザの後端面に
設けた高反射膜と光ディスクの記録媒体のみにより共振
器を構成する方式を用いたものであり、後端面に高反射
膜を設けた半導体レーザと、半導体レーザの後に集積さ
れ、半導体レーザが変調された時の出力変動を検出する
フォトダイオードとを備え、半導体レーザの出力側をテ
ーパ状のリッジにより絞ることにより、出力レーザビー
ムの径を細くしている。しかし、絞り過ぎるとレーザの
発振閾値が大幅に増加するため、光スポット径を約１μ
ｍ径程度とするのが限界であり、記録マークもその程度
となるため、現ＤＶＤの規格のマークサイズ（０．４５
μｍ長）に比べても大きく、このままでは、高記録密度
化はできない。

【０００５】これに対し、微小開口を有する高反射遮光
膜を共振器の一方のミラーとして用い、その微小開口か
ら漏れ出す微小のレーザ光を記録再生に使用する方式が
提案されている。

【０００６】この方式を用いた従来の光ヘッドとして、
例えば、文献II(A.Partovi, Tech.Digest of ISOM/ODS
‘99, ThC-1,(1999) P.352.)に示されるものがある。こ
の光ヘッドは、０．２５μｍの微小開口を有する高反射
膜を半導体レーザの出力端面に設けたものである。これ
により、光スポット径を０．２５μｍに微小化できる。

【０００７】また、半導体レーザの出力光を他の光学系
を介して記録媒体に照射して、その反射光を用いて自己
結合型の検出を行う方式としては、例えば、文献III(Mi
crooptics News（日本語）、Vol.16,No.4,（１９９８）
P.17、特開２０００−４８３９３号公報）、文献IV
（特開平１１−２５９８９４号公報）、文献Va（Appl.P
hys．Lett．,Vol.63（26）,(1993）p.355O)、文献Vb(US
P5,389,779（1995））、および文献VI（Jpn．J.Appl.Ph
ys，,Vol．37,(1998）p.3759、0 plus E Vol.20(2),(19
98)p.193）に示されるものがある。

【０００８】図２２は、上記文献IIIに記載された光ヘ
ッドを示す。この光ヘッド５０は、透明集光用媒体の出
力面に上記微小開口を有する遮光膜を設けたものであ
り、半導体レーザ５１と、半導体レーザ５１からのレー
ザ光を平行ビームに整形するコリメータレンズ５２と、
コリメータレンズ５２からの平行ビームを集光するセル
フォックレンズ５３と、セルフォックレンズ５３の出力
面に設けられた微小開口５４ａを有する遮光膜５４と、
半導体レーザ５１の出力光を検出するホトダイオード５
５とを有する。この構成により、半導体レーザ５１から
出射されたレーザ光は、セルフォックレンズ５３により
遮光膜５４の微小開口５４ａ部に集光され、その一部が
微小開口から近接場光の光スポット５７として記録媒体
５６ａに照射されて、記録を行う。再生時には、記録媒
体５６ａからの反射戻り光の一部が再度微小開口５４ａ
を通して半導体レーザ５１に再入射し、半導体レーザ５
１の光強度ないしインピーダンスを変調し、それらを検
出することにより、再生信号が形成される。

【０００９】図２３は、微小開口５４ａのサイズと光出
力の関係を示す。上記光ヘッドによると、同図から明ら
かなように、微小開口５４ａのサイズ０．２５μｍまで
小さくすることができ、光ディスク５６の記録媒体５６
ａ上に約０．２５μｍの微小の光スポット５７を形成す
ることができる。

【００１０】図２４は、上記文献IVに記載された光ヘッ
ドを示す。この光ヘッドは、半導体基板７０ａ上に形成
された活性層７０ｂを有してレーザ光を半導体基板７０
ａに対して水平に出射する端面発光型半導体レーザ７０
と、端面発光型半導体レーザ７０の後方に設けられたフ
ォトダイオード７１と、端面発光型半導体レーザ７０お
よびフォトダイオード７１を支持する支持基板７２と、
端面発光型半導体レーザ７０から出射されたレーザ光を
９０度曲げるプリズム７３と、プリズム７３で反射し、
対物レンズ７４を介して入射したレーザ光を被集光面７
５ａに集光するソリッドイマージョンレンズ７５とを有
する。対物レンズ７４およびソリッドイマージョンレン
ズ７５は、透明光学ガラスあるいは半導体からなる基板
７６にフォトリソグラフィ技術とドライエッチングとに
よって形成されて、この基板７６上にプリズム７３およ
び支持基板７２が固定されている。端面発光型半導体レ
ーザ７０からのレーザ光をソリッドイマージョンレンズ
７５の被集光面７５ａに集光させ、そこから放射される
伝播光や、染み出す近接場光を記録媒体５６ａに照射す
ることにより記録を行い、再生時には記録媒体５６ａか
らの反射戻り光をソリッドイマージョンレンズ７５によ
り再び集光して半導体レーザ７０に再入射させることに
より、やはりレーザの発振特性を変調してその変調度を
フォトダイオード７１により検出して再生信号を形成す
る。

【００１１】図２５は、文献Va、Vbに記載された光ヘッ
ドを示す。この光ヘッドは、Cavity‐SNOM（Scanning N
ear-field Optical Microscopy）と称されるテーパー型
のプローブの先端とレーザの裏面のミラーを用いて共振
器（Cavity）を構成し、そのプロープ先端に近接して試
料を走査することにより、試料上の情報を、自己結合効
果を用いて検出するものであり、裏面にミラー８０ａを
備え、その後方に光検出器８１が配置されたレーザ８０
と、レーザ８０から出射されたレーザ光を集光する対物
レンズ８２と、対物レンズ８２からのレーザ光を先端８
５まで導く光ファイバ８３とを有する。光ファイバー８
３は、一部にレーザ活性材料（Ｎｄ原子など）がドープ
され、テーパー型に研磨されたテーパー部８４を有し、
その先端８５は波長以下のサイズに狭められている。レ
ーザ８０から対物レンズ８２を介して光ファイバー８３
に入射したレーザ光は、その先端８５から近接場光を試
料８６に照射し、その反射光を用いてレーザ８０に自己
結合効果を生じさせる。試料８６からの情報収集は、こ
の光ファイバ８３のテーパー部８４を試料８６上に走査
させながら、反射光の強度変化によるレーザ８０の出力
変化を光検出器８１で検出することにより行う。

【００１２】上記文献VIに記載された光ヘッドは、文献
Va、Vbに示す光ヘッドと基本構成は同等であるが、レー
ザ活性媒体として、半導体レーザを使用している点が、
文献Va、Vbに示す光ヘッドと異なる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記文献IIに
示された光ヘッドによると、半導体レーザ内のレーザビ
ームの直径は通常２〜３μｍと大きいため、半導体レー
ザの出力端面に設けた高反射膜の微小開口の直径を高記
録密度化に実際的に意味のある０．１μｍ程度にする
と、両者の面積比は数百分の一となり、微小開口からの
戻り光による変調度の割合はそれ以上に低くなり、十分
な信号強度を得ることができず、０．２５μｍの微小開
口が記録可能な限界となるため、光スポット径を０．１
μｍ以下にすることはできず、光ディスクの高記録密度
化が実現できないという問題がある。

【００１４】上記文献IIIに示された光ヘッドによる
と、透明集光用媒体としてセルフォックレンズ５３を用
いているため、実質的にはレーザ光のビーム径を半導体
レーザ５１の出力端面のそれよりも小さくすることはで
きず、２〜３μｍ程度の直径までにしか収束できない。
このため、そのレンズ５３の出力端面に微小開口５４ａ
を有する高反射膜５４を設けても、文献IIに示された光
ヘッドに比べて微小開口５４ａから放出されるレーザ光
の割合を増すことはできず、戻り光により十分に半導体
レーザ５１を変調できず、再生信号のＳＮ比が低いとい
う問題がある。

【００１５】上記文献IIIおよび文献IVに記載された光
ヘッドは、いずれも再生信号出力が安定しないという問
題がある。すなわち、両者の場合、半導体レーザ５１と
遮光膜５４や被集光面７５ａとの光路の間に、コリメー
タレンズ５２やプリズム７３、集光媒体（５３，７５）
などが入るため、その光路長は１ｍｍ以下にすることは
困難である。この光路長が温度により変動し、それによ
って戻り光の位相が、半導体レーザ内の発振光の位相に
対して変化する。そのために、ある一定強度の戻り光が
半導体レーザに入射しても、位相が一致した場合には、
レーザ光強度が増加し、反転した場合には、減少する。
光ディスク装置の場合、使用温度は０〜８０度までと広
く、また、光素子の膨張係数は、１０^-5のオーダーであ
るため、その距離変動は１０^-3ｍｍすなわち１μｍの
オーダーとなる。一方、位相が反転するまでの距離は、
１／２波長に相当し、赤色（６５０ｎｍ）の場合、０．
３３μｍ、青色レーザ（４００ｎｍ）の場合は、０．２
μｍと、上記の光路長変動に対してはるかに小さな値で
あり、温度により再生出力が大きく変動することが分か
る。これを抑えるには、温度調節や熱膨張の補正を行う
必要があり、装置が大きくなる、高価となるなど現実的
ではない。

【００１６】上記文献Va、Vbに記載された光ヘッドは、
テーパー部８４での光損失が大きいために共振器損失が
非常に大きくなる。本従来例では、テーパー部８４の先
端８５径を１５０ｎｍと比較的大きくしているが、それ
でも反射率は４％であり、９６％が損失となっている。
このために、パワー効率が悪く、本従来例では、Ｋｒイ
オンレーザによる光励起によりレーザ発振を行ってお
り、装置が大型となる。また、テーパー部８４の先端８
５径をこの種の装置として意味のある５０ｎｍ以下とす
ると、さらに損失が増大する。すなわち、文献VII（Dig
esl of 0ptical Data Storage 1996、ＯＷＡ1−1、p．2
14）に示されるように、開口５０ｎｍでは、透過率は、
０．０１％以下であり、残りの大半が、先端８５周辺の
金属膜によって吸収され、この先端８５を加熱すること
になる。文献VIII（Jpn.J．Appl.Phys．Vol．３５（１
９９６）p.４４３）に示されているように、１２ｍＷ以
上のレーザ光をテーパー型プローブに入射すると、プロ
ーブ先端部が溶解する。また、それ以下のパワーでも、
先端部の輻射熱により、試料を加熱するという問題があ
る。これらの問題から、この型の光ヘッドは、文献Vaに
あるように、近接場顕微鏡として試料からの情報検出に
は使用できても、光記録に使用することはできない。

【００１７】上記文献Vbでは、レーザ光源として半導体
レーザを使用する例も提案されているが、この場合も高
出力を必要とすることには変りない。そのような従来例
としては、文献VIに示す例がある。この例では、半導体
レーザを使用して信号再生のみを行っているが、その場
合でも、殆ど再生信号が得られていない。また、信号再
生のみでレーザの注入電流は５０ｍＡ以上必要であり、
消費電力としては１００ｍＷ以上となり、パワー効率が
悪いと共に、加熱により光ヘッドを歪ませるなどの問題
が生じる。さらに、本従来例のように相変化媒体に光記
録しようとすると、再生に必要なパワーの数倍が必要で
あり、文献VIIIで示される例では、パルス幅５ｍｓとい
うＤＶＤなどに比べても１万倍以上長いパルス幅のレー
ザ光を使用しても、記録パワーとして８ｍＷ以上が必要
とされ、ＤＶＤなどで使用されるパルス幅（数十ｎｓ）
ではワットクラスのレーザパワーが必要となり非現実と
なる。以上、詳述したように、開口などにより微小な近
接場光を形成して、それにより光記録・再生を行う場
合、消費電力を抑えて記録に必要な近接場光の強度を確
保するためには、共振器の光損失を減らし、レーザ発振
の効率を上げなければならず、テーパー型ファイバを用
いた共振器は光記録には不向きである。一方、再生に半
導体レーザの自己結合効果を利用する場合、戻り光によ
るレーザ発振の変調度を大きくするためには、共振器内
のレーザ光に対する戻り光の強度比をある程度大きくす
る必要があり、共振器損失には最適値が存在する。上記
した従来の自己結合効果を用いた光ヘッドでは、このよ
うな最適化は図られていない、あるいは不可能であっ
た。

【００１８】従って、本発明の目的は、半導体レーザの
自己結合効果を用いて信号を再生する場合に、再生信号
のＳＮ比が高く、光ディスクの高記録密度化が可能な光
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、本発明の他の目的は、使用温度範囲わたって再生出
力の安定な光ヘッドおよび光ディスク装置を提供するこ
とにある。

【００１９】

【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、後端面に高反射膜を有し、前端面に反射防
止膜を有して前記前端面からレーザ光を出射する半導体
レーザ活性媒体と、前記半導体レーザ活性媒体の前記前
端面から出射された前記レーザ光を集光して被集光面上
に光スポットを形成する透明集光用媒体と、前記透明集
光用媒体の前記被集光面に形成され、所定の透過率を有
して前記半導体レーザ活性媒体の前記高反射膜との間で
半導体レーザの共振器を構成するとともに、前記被集光
面上に形成された前記光スポットを前記所定の透過率に
応じて透過させて記録媒体に前記レーザ光を入射させる
反射透過膜と、前記記録媒体に入射した前記レーザ光の
戻り光に基づいて前記半導体レーザ活性媒体が発振する
状態を検出する検出器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、記録媒体からの戻
り光を検出した信号の強度差が記録媒体の記録情報に応
じて大きくなるように反射透過膜が有する所定の透過率
を設定すれば、光スポットの径を小さくしてもＳＮ比の
高い再生信号が得られる。

【００２０】本発明は、上記目的を達成するため、後端
面に高反射膜を有し、前端面に反射防止膜を有して前記
前端面からレーザ光を出射する半導体レーザ活性媒体
と、前記半導体レーザ活性媒体の前記前端面から出射さ
れた前記レーザ光を集光して被集光面上に光スポットを
形成する透明集光用媒体と、前記透明集光用媒体の前記
被集光面の集光位置に所定のサイズの開口を有し、前記
半導体レーザ活性媒体の前記高反射膜との間で半導体レ
ーザの共振器を構成するとともに、前記被集光面上に形
成された前記光スポットから前記開口を通して記録媒体
に前記レーザ光を入射させる反射遮光膜と、前記記録媒
体に入射した前記レーザ光の戻り光に基づいて前記半導
体レーザ活性媒体が発振する状態を検出する検出器とを
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、記録媒体からの戻り光を検出した信号の強度
差が記録媒体の記録情報に応じて大きくなるように反射
反射膜の開口のサイズを設定すれば、光スポットの径を
小さくしてもＳＮ比の高い再生信号が得られる。

【００２１】本発明は、上記目的を達成するため、後端
面に高反射膜を有し、前端面に反射防止膜を有して前記
前端面からレーザ光を出射する半導体レーザ活性媒体
と、前記半導体レーザ活性媒体の前記前端面から出射さ
れた前記レーザ光を集光して被集光面に光スポットを形
成する透明集光用媒体と、前記透明集光用媒体の前記被
集光面の集光位置に所定のサイズの開口を有するととも
に、前記透明集光用媒体側の面が、前記半導体レーザ活
性媒体からのレーザ光が反射して前記半導体レーザ活性
媒体に戻らないように傾斜面あるいは凹凸面を有する反
射遮光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、半導体レーザ活性媒体は、記録
媒体からの戻り光によりレーザ発振のオンオフを行うた
め、ＳＮ比の大きな信号が得られる。

【００２２】

【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。同図（ａ）は、光ヘッドの側
面図、同図（ｂ）は底面図である。この光ヘッド１は、
半導体レーザ活性媒体２と、半導体レーザ活性媒体２か
らの誘導放出光３ａを平行ビーム３ｂに整形するコリメ
ータレンズ４Ａと、コリメータレンズ４Ａからの平行ビ
ーム３ｂをほぼ直角に折り曲げるフォールディングミラ
ー５と、フォールディングミラー５からの平行ビーム３
ｂを集光する対物レンズ４Ｂと、対物レンズ４Ｂから入
射される収束ビーム３ｃを集光して底面である被集光面
６ｃ上に光スポット９ａを形成する透明集光用媒体６
と、透明集光用媒体６の被集光面６ｃの表面に形成さ
れ、被集光面６ａ上に形成された光スポット９ａから光
ディスク８の記録媒体８ａに近接場光スポット９ｂを照
射する反射透過膜７と、少なくとも対物レンズ４Ｂ、フ
ォールディングミラー５、透明集光用媒体６および反射
透過膜７を支持し、光ディスク８上を浮上走行する浮上
スライダ１２とを有する。

【００２３】透明集光用媒体６は、ここでは、ソリッド
・イマージョン・レンズ（Solid Immersion Lens：ＳＩ
Ｌ）と称される半球状のものを用いており、収束ビーム
３ｃが屈折せずに垂直に入射する半球面状の入射面６ａ
と、収束ビーム３ｃが集光して光スポット９ａが形成さ
れる被集光面６ｃとを有する。

【００２４】被集光面６ｃ上の光スポット９ａの直径Ｄ
_1/2（光強度が１／２となる位置の直径）は、次式
（２）で与えられる。Ｄ_1/2＝ｋ・λ／（ｎ・ＮＡｉ） ……（２）ここに、ｋは比例定数でガウスビームの場合は、約０．
５であり、λは入射レーザ光の波長、ｎは透明集光用媒
体６の屈折率、ＮＡｉは透明集光用媒体６内部での開口
数であり、本実施の形態では透明集光用媒体６としてＳ
ＩＬを使用しており、入射面６ａでの屈折がないため、
対物レンズ４ＢのＮＡに等しい。記録に際しては、記録
媒体８ａを被集光面６ｃにレーザ光の波長の数分の一に
まで近づけ、近接場光スポット９ｂが実質的に余り広が
らない範囲で行うため、近接場光スポット９ｂの直径も
同程度となる。また、光記録の場合、通常、光強度がピ
ークの１／２となる位置での光強度が記録の閾値になる
ように設定されるため、記録マークの直径は、ほぼＤ
_1/2となる。半導体レーザ活性媒体２としてＧａＡｌＩ
ｎＰ系の赤色レーザ（波長６３０ｎｍ）、透明集光用媒
体６として重フリントガラス（屈折率２．０）を用い、
対物レンズ４ＢのＮＡを０．８とすると、光スポット径
Ｄ_1/2は、約０．１８μｍとなり、最小記録マークの直
径もほぼそれと同程度となる。また、ＧａＩｎＮを材料
とする青色レーザを使用すると、発振波長は４００ｎｍ
であり、スポット径は０．１２μｍと大幅に縮小でき、
それに伴い、記録再生密度を上げることができる。

【００２５】図２は、半導体レーザ活性媒体２を示す。
半導体レーザ活性媒体２は、ｎ型ＧａＡｓ基板２ａと、
基板２ａ上に形成された活性層２ｂと、活性層２ｂ上に
形成されたｐ型ＧａＡｓ層２ｃと、後端面に形成された
高反射膜２ｄと、出力側端面に形成された反射防止膜２
ｅと、使用時には逆バイアスが印加される活性部電極２
ｆ、光検出部電極２ｇおよびｎ型電極２ｈとを備え、半
導体レーザ活性媒体２の後端面に形成された高反射膜２
ｄと透明集光用媒体６の被集光面６ｃに形成された反射
透過膜７との間で半導体レーザの共振器を構成し、活性
部電極２ｆとｎ型電極２ｈ間に順方向に電流を印加する
ことにより活性層２ｂにてレーザ発振を行って反射透過
膜７を通して近接場光スポット９ｂを出力し、光検出部
電極２ｇとｎ型電極２ｈとの間の光検出部２ｘによって
半導体レーザ活性媒体２の発振状態を検出するものであ
る。

【００２６】反射透過膜７は、所定の透過率を有するも
のが用いられる。以下、それについて図面を参照して説
明する。

【００２７】図３は、半導体レーザ活性媒体２への注入
電流とレーザ出力の関係を示す。また、同図は、半導体
レーザの共振器の出力端である反射透過膜７での光損失
をパラメータとして示している。記録媒体８ａから戻り
光がある場合は、等価的に光損失が低下するため、半導
体レーザの共振器の正味損失は、反射透過膜７の透過率
から反射戻り率を引いた値となる。ここに、「反射戻り
率」とは、出力光に対し、記録媒体８ａで反射した後、
半導体レーザ活性媒体２に再入射する戻り光の光強度比
をいう。この反射戻り率は、実際には、共振器内での位
相に対する戻り光の位相ずれを考慮する必要があるが、
記録媒体８ａとの距離が波長の数分の一と小さく、ま
た、変動も少ないため、その位相ずれを一定として、位
相ずれを考慮した等価的な反射戻り率をＲとすると、こ
の半導体レーザの光出力Ｐは、次式（１）で近似でき
る。Ｐ＝Ｃ・（Ｇ／（Ｌ＋（Ｔ−Ｒ）−１））・（Ｔ−Ｒ） ……（１）ここに、Ｔは反射透過膜７の透過率、Ｇは一往復当りの
利得、Ｌは一往復当りの共振器の内部損失、Ｃは定数で
ある。

【００２８】反射透過膜７は、上記式（１）の光出力Ｐ
の戻り光があるときの最大値と戻り光がないときの最小
値の差が最も大きくなるような透過率Ｔが得られるよう
に、材料および厚さを選定すればよい。反射透過膜７の
材料としては、例えば、銀（Ａｇ）薄膜や他の金属膜、
ＳｉＯ₂とＣｅＯ₂等の薄膜を重ねた誘電体多層膜、光強
度に依存して透過率が非線型に変化する、多光子吸収膜
や可飽和吸収膜等のいわゆる超解像膜等を用いることが
できる。誘電体多層膜を用いた場合は、吸収の少ないの
で、式（１）から分かるように、変調度を大きく取るこ
とができる。超解像膜を用いた場合は、光スポット９ａ
の中心部の光強度の高い部分のみを出射させることがで
き、これによって出力レーザ光を絞ることができ、さら
に高記録密度化が可能となる。

【００２９】次に、ＳＮ比の高い再生信号が得られる理
由を図３を参照して説明する。上記式（１）から分かる
ように、利得と損失（Ｌ＋（Ｔ−Ｒ））が等しくなった
ところで発振が開始、すなわち閾値に達し、その後は近
似的には直線的に増加する。図３において、曲線Ａは、
反射戻り率Ｒが大きい場合、Ｂは小さい場合を示し、
Ｃ，Ｄは従来例の図２０に示すセルフォックレンズ５３
の出力面に開口５４ａを有する高反射膜５４を用いた場
合を示す。この図から分かるように、いずれの場合も注
入電流が小さい場合は、レーザ発振は行われず、曲線Ｅ
を辿って僅かに光出力が増大する。この光出力の大部分
は自然放出光であり、注入電流が増大するにつれて誘導
放出光の割合が増加し、やがてレーザ発振の閾値に至
る。反射戻り率Ｒが大きい場合（Ａ）は、小さい注入電
流で、低い場合（Ｂ）は、大きい注入電流でレーザ発振
の閾値に至る。両者の閾値差が大きいため、その中間の
電流値ｄの電流を注入することにより、戻り光の強度の
大小により、曲線Ａ，Ｂ間でオンオフ変調ができ、Ｓ／
Ｎを高くとることができる。従来の開口を用いた場合
（Ｃ，Ｄ）は、高反射膜５４による反射が大きいため、
共振器の損失（Ｌ＋（Ｔ−Ｒ）が小さくなり、閾電流値
は低いが、透過率Ｔが小さいため、同図に示すように、
反射戻り率Ｒが大きい場合（Ｃ）と、小さい場合（Ｄ）
との差が小さくなり（原理的にＲ＞Ｔ）、オンオフ変調
が難しくなる。

【００３０】実際には、半導体レーザ活性媒体２のＧａ
ＡｌＩｎＰなどの活性層２ｂの単位長さ当りの利得は、
０〜３００ｃｍ^-1程度で注入電流とともに増加し、光損
失αは１０ｃｍ^-1であり、活性層２ｂの長さは０．０３
ｃｍ程度であるため、利得Ｇは０〜９、損失は０．３と
なる。戻り光と半導体レーザ活性媒体２とのカプリング
効果を高めるためには、反射透過膜７の透過率は１０％
以上と高いほうがよく、反射透過膜７の透過率を例えば
５０％に設定すると、利得Ｇ＝０．８でレーザ発振を開
始する。

【００３１】光ディスクとしては、ＤＶＤ−ＲＯＭなど
の再生専用型光ディスクや、書き換え型の相変化光ディ
スクを用いることができる。

【００３２】光ディスクとして再生専用型光ディスクを
用いた場合は、その記録マークの高反射部での反射率は
８０％と高いため、この戻り光のある場合には、反射透
過膜７の損失は、０．０６程度となり、閾値利得は０．
３６程度と戻り光のない場合の半分以下となる（この場
合の閾値電流値は一般的に１０〜２０ｍＡである）。こ
のため、高反射時の閾値電流値ａと低反射時の閾値電流
値ｂとは２倍以上の差となる。従って、再生時の電流値
をｂよりも十分低い電流値ｄに設定することにより、光
ディスクの記録マークの高反射部でのみ発振し、記録マ
ークの低反射部ではレーザ発振せず、矢印ｅに示すよう
にレーザ発振のオンオフ変調がなされるので、大きな信
号出力が得られ、Ｓ／Ｎを高めることができる。一方、
従来の微小開口の例では、開口の透過率は、０．０１以
下であり、反射光が１００％変調されたとしても、高反
射時と低反射時の光損失はそれぞれ０．３と０．３１程
度の差しかなく、殆ど変調度が取れない。

【００３３】光ディスクとして書き換え型の相変化光デ
ィスクを用いた場合は、結晶部とアモルファス部の反射
率はそれぞれ０．３と０．１程度であるので、それぞれ
の場合の全損失は０．４５と０．３５程度となり、その
差は０．１とＲＯＭの場合の数分の一となるが、閾値電
流値にして３ｍＡ以上の差が取れるので、十分な信号再
生ができる。また、相変化ディスクの記録時には、閾値
電流値ｂよりも十分大きな電流値ｆにおいてマークを形
成することになり、戻り光の有無の差を吸収して安定し
てマーク形成を行うことができる。

【００３４】次に、この光ヘッド１の再生動作を説明す
る。半導体レーザ活性媒体２から誘導放出光３ａを出射
すると、その誘導放出光３ａは、コリメータレンズ４Ａ
によって平行ビーム３ｂに整形され、フォールディング
ミラー５によってほぼ直角に折り曲げられた後、対物レ
ンズ４Ｂによって集光されて透明集光用媒体６の入射面
６ａに入射する。透明集光用媒体６に入射した収束ビー
ム３ｃは、透明集光用媒体６により集光され、被集光面
６ｃに光スポット９ａを形成する。被集光面６ｃに形成
された光スポット９ａは、反射透過膜７から近接場光ス
ポット９ｂとして漏れ出し、光ディスク８の記録媒体８
ａに入射し、記録媒体８ａ上に形成された記録マークを
照射する。光ディスク８の記録媒体８ａの記録状態に応
じて記録媒体８ａからの戻り光の強度が異なる。記録媒
体８ａ上の記録マークに照射された近接場光スポット９
ｂは、記録マークで反射しその戻り光は、照射時と逆の
経路を辿り、反射透過膜７を透過して半導体レーザ活性
媒体２に入射する。この戻り光による半導体レーザ活性
媒体２の自己結合効果により、光ディスク８からの戻り
光の強度に応じて半導体レーザ活性媒体２が発振する。
戻り光の強度が大きい場合と小さい場合の中間の電流値
を注入電流として設定してあるので、半導体レーザ活性
媒体２の光検出部２ｘは、半導体レーザ活性媒体２の発
振状態を検出し、光検出部電極２ｇから検出信号を出力
する。

【００３５】上述した第１の実施の形態によれば、微小
な光スポット９ａが得られるとともに、再生時にレーザ
のオンオフ変調ができるため、Ｓ／Ｎの高い信号再生が
可能となり、ひいては高密度記録が可能となる。なお、
透明集光用媒体６としてスーパーソリッド・イマージョ
ン・レンズ(Super Solid Immersion Lens：Ｓ−ＳＩＬ)
と称される裁底球状で、かつ、中心からｒ／ｎ（ｒは半
径、ｎは媒体屈折率）の底面に被集光面を有するものを
用いてもよい。これにより、本実施の形態と同様の効果
が得られる。この場合、入射面で屈折するため、透明集
光用媒体内部での開口数ＮＡｉをさらに高められるた
め、より微小径の光スポットが得られ、さらに高記録密
度化ができる。また、本実施の形態では、半導体レーザ
の共振器の出力面である反射遮光膜７を記録媒体８ａに
近接できるため、戻り光の位相が対物レンズ４Ａ，４
Ｂ、フォルディングミラー５、透明集光用媒体６等の光
素子の熱膨張の影響を受けないため、温度変動に対して
安定な信号再生が可能となる。

【００３６】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る
光ヘッドを示す。同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は底
面図である。なお、同図において、Ｘはトラック方向を
示し、Ｙはトラック方向Ｘに直交する方向を示す。この
第２の実施の形態は、第１の実施の形態の反射透過膜７
の代わりに、微小の開口１０ａを有する反射遮光膜１０
を用いたものであり、半導体レーザ活性媒体２の後端面
の高反射膜２ｄと反射遮光膜１０との間で共振器が構成
されている。開口１０ａのサイズは、光スポット９ａの
直径よりも小さく、例えば、幅０．１μｍ、長さ０．１
μｍの矩形状を有する。

【００３７】このように構成された第２の実施の形態に
よれば、透明集光用媒体６として微小な光スポット９ａ
が得られるＳＩＬを用いているため、反射遮光膜１０上
での光スポット９ａの径は０．２μｍ以下にでき、開口
１０ａのサイズを０．１μｍとした場合、両者の面積比
は０．２５となり、近接場光スポット９ｂはほぼガウス
型の強度分布を有するため、中心部にパワーが集中して
おり、従って開口１０ａの実質透過率は、０．５程度と
第１の実施の形態と同程度にでき、従って反射光とレー
ザとのカプリング効率も同様に高められ、Ｓ／Ｎの高い
再生信号が得られる。すなわち、第１の実施の形態と同
様に、再生信号の高Ｓ／Ｎ化が図れ、従来困難であった
高密度記録再生が可能となる。

【００３８】なお、開口１０ａは光スポット９ａの直径
よりも小さい円形でもよい。また、開口１０ａのサイズ
は、０．１μｍ以下にすることも可能であり、それによ
りさらに高記録密度化を図ることができる。また、図４
（ｃ）に示すように、矩形の開口１０ａのトラック方向
Ｘと直交する方向Ｙを近接場光スポット９ｂの直径より
も大きくしてもよい。これにより、戻り光と半導体レー
ザ活性媒体２のカプリング効率を大きくできるので、ト
ラック方向Ｘの開口幅を狭めることができ、実質的に記
録密度を本実施の形態と同程度にできるとともに、近接
場光スポット９ｂをトラック方向Ｘに直交する方向Ｙに
走査できるので、それを用いて高速のトラッキングを行
うことができる。

【００３９】図５は、本発明の第３の実施の形態に係る
光ヘッドを示す。この第３の実施の形態は、透明集光用
媒体６として平板状のものを用いたものであり、透明集
光用媒体６は、平行なレーザビーム３ｂが入射する入射
面６ａと、入射面６ａに対向する位置に設けられた被集
光面６ｃを有し、入射面６ａに、平行ビーム３ｂを集光
する透過型のホログラム１１を配置し、被集光面６ｃの
表面に反射透過膜７を配置したものである。この第３の
実施の形態によれば、開口数０．８以上の集光が可能で
あるので、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

【００４０】図６は、本発明の第４の実施の形態に係る
光ヘッドを示す。この第４の実施の形態は、透明集光用
媒体６として回転放物面型のものを用い、コリメータレ
ンズ４Ａの出力ビーム３ｂを直接この透明集光用媒体６
に入射している点が第１の実施の形態と異なり、他は第
１の実施の形態と同様に構成されている。

【００４１】透明集光用媒体６は、平行ビーム３ｂが入
射する入射面６ａと、入射面６ａに入射した平行ビーム
３ｂを反射する反射面６ｂと、反射面６ｂからの収束光
３ｃが集光し、光スポット９ａが形成される被集光面６
ｃとを有し、反射面６ｂの表面には金属等からなる反射
膜１３が形成されている。反射面６ｂは、透明集光用媒
体６内部での収束光３ｃの収束角を大きくし、被集光面
６ｃに微小の光スポット９ａを形成するため、回転放物
面の一部からなる。回転放物面の断面の主軸をＸ軸に、
垂直軸をＺ軸に採り、焦点位置Ｆの座標を（ｐ，０）、
高さをｚとすると、断面は、ｚ² ＝４ｐｘと表される。また、回転放物面を用いてその焦点に集光
する場合、原理的に無収差の集光が可能であり(光学：
久保田、岩波書店、Ｐ．２８３)、単一の集光面６ｂに
より微小の光スポット９ａを形成することが可能にな
る。この場合の光スポット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は比例定数でガウスビームの場合は約０．５
であり、λは入射レーザ光の波長、ｎは透明集光用媒体
６の屈折率、ＮＡｉは透明集光用媒体６内部での開口数
である。本実施の形態では、半導体レーザ活性媒体２と
して、赤色発光（６３０ｎｍ）のＧａＩｎＰ系媒体を使
用し、ＮＡｉは０．８とした。

【００４２】上述した第４の実施の形態によれば、反射
透過膜７上での光スポット径は、第１の実施の形態と同
様に０．２μｍ以下となり、第１の実施の形態と同様の
高記録密度化が可能となる。また、この透明集光用媒体
６の高さについては、加工上の問題以外に特に制限はな
く、０．５ｍｍにすることも可能であることから、光ヘ
ッド１のサイズを磁気ヘッドと同程度に小型化できる。
なお、透明集光用媒体６の反射面６ｂを回転楕円面の一
部から構成してもよい。これにより、回転放物面を用い
た透明集光用媒体と同様の効果が得られる。

【００４３】図７は、本発明の第５の実施の形態に係る
光ヘッドを示す。この第５の実施の形態は、図６に示す
第４の実施の形態の透明集光用媒体６の入射面６ａを凸
状にしたものである。凸状の入射面６ａは、コリメータ
レンズの役割を果たすので、コリメータレンズ４Ａを省
略することができる。

【００４４】図８は、本発明の第６の実施の形態に係る
光ヘッドを示す。この第６の実施の形態は、第４の実施
の形態において、回転楕円面の反射面６ｂの一方の焦点
Ｆ1を入射面６ａ上に形成し、他方の焦点Ｆ2を被集光面
６ｃ上に形成し、図６のコリメータレンズ４Ａを省略
し、入射面６ａに半導体レーザ活性媒体２の出力面を当
接し、入射面６ａ上の焦点Ｆ1と半導体レーザ活性媒体
２の出力位置を一致させたものである。この第６の実施
の形態によれば、部品点数が減らせるとともに、光ヘッ
ドの組み立て調整が簡素化でき、小型化を図ることがで
きる。

【００４５】図９は、本発明の第７の実施の形態に係る
光ヘッドを示す。この第７の実施の形態は、断面三角形
状の透明集光用媒体６を用い、透明集光用媒体６の反射
面６ｂの表面に、集光作用を有する反射型のホログラム
１１を配置したものであり、他は第４の実施の形態と同
様に構成されている。反射型のホログラム１１として
は、バイナリホログラムでもボリュームホログラムでも
よい。この第７の実施の形態によれば、反射面６ｂを平
坦にできるため、透明集光用媒体６の加工性を高くでき
る。

【００４６】図１１は、本発明の第９の実施の形態に係
る光ヘッドを示す。この第９の実施の形態は、第1の実
施の形態の形態において、対物レンズ４Ｂ、および半球
状の透明集光用媒体６の代わりにカタディオプティック
（Catadioptic）型の透明集光用媒体６を使用したもの
である。この透明集光用媒体６は、平行なレーザビーム
３ｂが入射する凹球面状の入射面６ａと、入射面６ａに
対向する位置に設けられた被集光面６ｃと、入射面６ａ
の周囲に形成された非球面状の反射面６ｂとを有し、非
球面状の反射面６ｂの表面に、反射膜１３を形成したも
のである。この第９の実施の形態によれば、第1の実施
の形態と同様の効果が得られるとともに、対物レンズが
不要であることから、小型化が可能となる。なお、反射
膜１３の代わりに反射型のホログラムを用いてもよい。

【００４７】図１２（ａ），（ｂ）は、本発明の第１０
の実施の形態に係る光ヘッドを示す。この第１０の実施
の形態は、透明集光用媒体６としてＳ−ＳＩＬを用いた
ものであり、その被集光面６ｃ上には、微小の開口１０
ａを有する反射遮光膜１０が形成されている。また、反
射遮光膜１０は、同図（ａ）に示すように、上面１０ｂ
が凸型の円錐面状を有する。これにより、反射遮光膜１
０の上面１０ｂに照射した光ビーム３ｄは反射するが、
その反射光３ｃは半導体レーザ活性媒体２に戻らず、開
口１０ａを通過したレーザ光のみが戻るため、Ｓ／Ｎ比
を向上させることができる。なお、透明集光用媒体６
は、他の実施の形態のものを用いてもよい。また、反射
遮光膜１０の上面１０ｂは、同一方向に傾斜した面でも
よい、凹型の円錐面状でもよく、同図（ｂ）に示すよう
に、細かい凹凸を形成してもよい。

【００４８】なお、第１〜第１０の実施の形態におい
て、半導体レーザ活性媒体２中に、複数の活性層２ｂ、
活性部電極２ｆおよび光検出部電極２ｇを十数μｍない
し３０μｍ程度の間隔で平行に配置することにより、複
数の近接場光スポット９ｂを発生させるようにしてもよ
い。これにより、これらの複数の近接場光スポット９ｂ
を複数のトラック上をトラッキングさせることにより、
複数のトラックに対して同時に記録再生を行うことが可
能となり、高転送レート化が達成できる。また、第３〜
第９の実施の形態において、反射透過膜７の代わりに第
２の実施の形態と同様に微小の開口１０ａを有する反射
遮光膜１０を用いてもよい。これにより、第２の実施の
形態と同様の効果が得られる。

【００４９】図１３は、本発明の第１１の実施の形態に
係る光ディスク装置２０を示す。この光ディスク装置２
０は、円盤状のアルミニウム基板１２２の一方の面に記
録層１２１が形成され、モータ２２の回転軸２２１を介
して回転する光ディスク１２０と、光ディスク１２０の
記録層１２１に対して記録再生を行う第４の実施の形態
と同様に構成された光ヘッド１と、光ヘッド１を光ディ
スク１２０の内外周にわたってアクセスし、かつ、トラ
ッキングさせるリニアモータ２３と、リニアモータ２３
側から光ヘッド１を支えるスイングアーム２４と、光ヘ
ッド１を駆動する光ヘッド駆動系２５と、光ヘッド１に
レーザ駆動信号を送り、かつ、光ヘッド１からの信号を
処理する信号処理系２６とを有する。なお、光ディスク
１２０の基板１２２の材料としては、アルミニュウムだ
けでなく、Ｓｉや表面研磨を施したポリカーボネイト等
を使用してもよい。

【００５０】信号処理系２６は、光ヘッド１に設けられ
た半導体レーザ活性部の光検出部が検出した光ディスク
１２０からの戻り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、誤差信号はハイパス
フィルタとロウパスフィルタによって高周波域と低周波
域の誤差信号に分け、これらの誤差信号に基づいて光ヘ
ッド駆動系２５に対してトラッキング制御をさせるもの
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．９
５）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 Mark)を間欠的にト
ラック上に設け、それらからの戻り光の強度変化から誤
差信号を生成するものである。また、トラッキング制御
は、低周波の誤差信号に基づいてスイングアーム２４駆
動用のリニアモータ２３を制御し、高周波の誤差信号に
基づいてビーム走査型の半導体レーザ活性媒体２を制御
しする２段制御方式となっており、低周波から高周波ま
での精密なトラッキングを可能としている。サンプルサ
ーボの場合、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り行う。

【００５１】図１４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１２０上を浮上走行する浮上スライ
ダ３１を有し、この浮上スライダ３１の上に、半導体レ
ーザ活性媒体２と、半導体レーザ活性媒体２からの誘導
放出光３ａを平行光ビーム３ｂに整形するコリメータレ
ンズ４Ａと、半導体レーザ活性媒体２を支持する石英板
３２と、コリメータレンズ４Ａからの平行光ビーム３ｂ
を集光する回転放物面からなる反射面６ｂを有する透明
集光用媒体６と、透明集光用媒体６の反射面６ｂの表面
にＡｌなどの金属で蒸着形成された反射膜１３とを配置
している。透明集光用媒体６の被集光面６ｃの表面に、
図４（ｃ）と同様のスリット状の開口１０ａを有する反
射遮光膜１０を配置している。また、全体はヘッドケー
ス３６内に収納され、ヘッドケース３６は、サスペンシ
ョン３７の先端に固定されている。また、光ディスク１
２０の記録層１２１として、ここでは相変化型の記録媒
体を用いる。

【００５２】透明集光用媒体６は、例えば、屈折率ｎ＝
２．０を有する重フリントガラスからなり、高さ０．６
ｍｍ、長さ０．９ｍｍ、幅１．８ｍｍを有する。この透
明集光用媒体６の被集光面６ｃは、浮上スライダ３１の
一部を形成する。また、浮上スライダ３１は、正圧を生
じる凸部３１ａと、負圧を生じる凹部３１ｂを有し、両
者のバランスにより、１００ｎｍ程度ないし、それ以下
の適当な浮上高を保つ。なお、浮上スライダ３１の部材
の屈折率が透明集光用媒体６の屈折率と等しい媒体で構
成し、浮上スライダ３１の下面が、透明集光用媒体６の
被集光面６ｃを兼ねてもよい。

【００５３】図１５（ａ），（ｂ）は、この第１１の実
施の形態に係る半導体レーザ活性媒体２を示す。同図
（ａ）は上面図、同図（ｂ）は出力側の端面図である。
この半導体レーザ活性媒体２は、ビーム走査型のもので
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４６２、中央に活性層４６３をそれぞれ
形成し、活性層４６３の後端面に高反射膜４６５、先端
面に反射防止膜４６６を形成したものである。また、高
反射膜４６５と透明集光用媒体６の被集光面６ｃ上の反
射透過膜７とで共振器を構成している。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３００μ
ｍ、５０μｍである。上部電極４６１は、主部電極４６
１ａと、左右一対の先端部電極４６１ｂ，４６１ｂと、
光検出部電極４６１ｃ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、さ
らに、先端部電極４６１ｂ，４６１ｂに分割して、交互
に電流を流すことにより、出力レーザビームは左右に走
査される。この走査幅は約１μｍで、走査周波数は３０
ＭＨｚまで可能である。この出力レーザビームの走査
は、トラッキングの高周波部分に使用する。

【００５４】図１６は、このビーム走査型の半導体レー
ザ活性媒体２をトラッキングに使用した場合の、近接場
光スポット９ｂとトラック８ｃの位置関係を示す。通
常、光ディスク１２０では、１００μｍ程度の偏心は避
けることができない。このため、近接場光スポット９ｂ
を同図矢印方向（トラック方向に直交する方向）にトラ
ッキングする必要がある。

【００５５】図１７は、サーボ特性を示す。トラック幅
は０．２μｍ程度以下であり、その１／１０以下のトラ
ッキング精度が必要であり、また、高転送レート化のた
め６０００ｒｐｍ以上の光ディスク１２０の回転数が必
要になることから、同図に示すように、利得８０ｄＢ以
上、帯域３０ｋＨｚ以上が必要となる。機械的なサーボ
のみでは、このような要求を満たすことができないの
で、１０ｋＨｚ程度以上の高周波領域にレーザ光の走査
を用いた２段サーボにより、上記の要求を満たしてい
る。また、光検出部電極４６１ｃに逆バイアスを印加し
て光検出部電極４６１ｃと下部電極４６２との間の部分
を光検出部として作動させることにより、信号再生を行
う。

【００５６】活性層４６３の材料としては、ＡｌＧａＩ
ｎＰを使用し、発振波長は６３０ｎｍである。透明集光
用媒体６の屈折率は２．０、ＮＡは０．８５であり、被
集光面６ｃ上での光スポット９ａのスポットサイズは、
式（２）から分かるように約０．２μｍとなる。

【００５７】次に、この光ディスク装置２０の動作を説
明する。光ディスク１２０は、モータ２２によって所定
の回転速度で回転し、浮上スライダ３１は、光ディスク
１２０の回転によって生じる正・負圧とサスペンション
３７のバネによって光ディスク１２０上を浮上走行し、
光ヘッド駆動系２５により所定のトラック上をトラッキ
ングする。信号処理系２６による駆動によって半導体レ
ーザの共振器を構成する反射遮光膜１０の開口１０ａか
ら近接場光スポット光９ｂが漏れ出し、この近接場光ス
ポット光９ｂが光ディスク１２０の記録層１２１に伝播
し、光記録が行われる。

【００５８】再生に際しては、光ディスク１２０で反射
した光は、入射光の経路を逆に辿り、反射遮光膜１０の
開口１０ａを通して半導体レーザ活性媒体２に入射し、
半導体レーザ活性媒体２を変調する。この半導体レーザ
活性媒体２の発振状態の変調は、光検出部電極４６１ｃ
と下部電極４６２との間の光検出部で検知され、光検出
部電極４６１ｃから検出信号として取り出される。信号
処理系２６は、記録時には光検出部２ｘに入射した光デ
ィスク１２０からの戻り光に基づいてトラッキング用の
誤差信号を生成してヘッド駆動系２５を作動して、レー
ザビーム３ａとスイングアーム２４を走査してトラッキ
ングを行う。また、再生時には、光ディスク１２０の記
録層１２１に記録させない程度の低強度のレーザ光を出
射するように半導体レーザ活性媒体２を駆動し、光ディ
スク１２０からの戻り光により誤差信号を生成する。

【００５９】上記構成の光ディスク装置２０によれば、
以下の効果が得られる。（イ）微細な記録マークの再生においても、変調度が大
きく、かつ、歪みのない、従ってジッタの少ない再生信
号が得られるため、再生時の解像度を大幅に上げること
ができ、光ディスクの大幅な高記録密度化が可能とな
る。（ロ）小型の光ヘッドが作製可能なため、高速のトラッ
キングが可能となる。（ハ）光スポット９ａの直径は０．２μｍであり、約ト
ラック幅は０．２μｍ、トラックピッチは０．２５μ
ｍ、グルーブ部の深さは、約０．０５μｍとした場合
に、マーク長０．１μｍの情報を記録および再生するこ
とができる。すなわち、従来の自己結合効果を用いた記
録再生の場合に比べて５倍以上の高記録密度化が図れ
る。記録密度は約４０Ｇｂｉｔｓ／（ｉｎｃｈ）²であ
り、３．５インチディスクでは、約４０ＧＢの記録容量
に相当し、従来の光ディスクの８倍以上に高記録密度化
ができる。なお、光ヘッド１として他の実施の形態の光
ヘッドを用いてもよい。

【００６０】図１８および図１９は、本発明の第１１の
実施の形態に係る光ディスク装置を示す。反射遮光膜１
０の開口１０ａの形状は、図１８に示すように、各辺が
光スポット９ａの直径よりも小さい矩形状でもよい。半
導体レーザ活性媒体２としてビーム走査型のものを用い
た場合は、開口１０ａの範囲内、すなわち０．１μｍ程
度の範囲内で近接場光スポット９ｂの強度分布を左右に
動す。また、低周波側のトラッキングには、図１９に示
すように、機械的サーボの他にピエゾ素子を用いる。

【００６１】図２０は、本発明の第１３の実施の形態に
係る光ディスク装置２０を示す。この光ディスク装置２
０は、第１０の実施の形態の透明集光用媒体６を用いた
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、回転軸６６によって回
転され、アルミニューム基板６１の上下面に記録媒体６
２，６２がそれぞれ被着された５枚の光ディスク６０
と、各光ディスク６０の記録媒体６２，６２上を浮上走
行する１０個の光ヘッド１と、回転軸６３によって光ヘ
ッド１を回転可能に支持するサスペンション６４と、サ
スペンション６４を駆動する回転型リニアモータ６５と
を有する。回転型リニアモータ６５は、サスペンション
６４が直結される可動片６５ａと、ヨーク６５ｂによっ
て連結され、可動片６５ａを駆動する電磁石６５ｃ，６
５ｃとからなる。この光ヘッド１およびサスペンション
６４の構造は、第１０の実施の形態と同様である。この
ように構成された第１２の実施の形態によれば、光スポ
ット径も第１０の実施の形態と同様であり、ディスク径
を３．５インチとした場合、記録容量は４００ＧＢにで
きる。なお、光ヘッドとして、第５〜第８の実施の形態
の光ヘッドを使用してもよい。

【００６２】図２１は、本発明の第１４の実施の形態に
係る光ヘッドの側面図を示す。この光ヘッド１は、第２
の実施の形態の対物レンズ４Ｂ、およびＳＩＬの透明集
光用媒体６をセルフォックレンズからなる透明集光用媒
体６に置き換えたものであり、他は第２の実施の形態と
同様に構成されている。なお、反射透過膜７の代わり
に、第2の実施の形態に係る光ヘッドと同様に開口を有
する反射遮光膜を使用してもよい。

【００６３】この第１４の実施の形態によれば、半導体
レーザの共振器は、反射透過膜７と半導体レーザ活性媒
体２の後端面に形成された高反射膜２ｄとから構成す
る。これによって比較的光損失の少ない共振器が形成で
きる。また、セルフォックレンズを透明集光用媒体６に
使用した場合、被集光面６ｃでのスポット径は１〜２μ
ｍと大きくなるが、この反射透過膜７で反射された光の
大半は共振器内に止まるため、光損失とはならない。ま
た、この反射透過膜７あるいは半導体レーザ活性媒体２
の後端面の高反射膜２ｄの反射率を調整することによ
り、自己結合効果が大きくなるように半導体レーザの光
損失を調整することが可能となる。また、セルフォック
レンズの場合、形状が円筒形であるため、支えやすく、
浮上スライダと一体化して光ヘッドを組み立てる上で好
都合である。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ヘッド
および光ディスク装置によれば、記録媒体からの戻り光
を検出した信号の強度差が記録媒体の記録情報に応じて
大きくなるように反射透過膜が有する所定の透過率を設
定することにより、光スポット径を小さくしてもＳＮ比
の高い再生信号が得られるので、半導体レーザの自己結
合効果を用いて信号を再生する場合に、再生信号のＳＮ
比が高く、光ディスクの高記録密度化が可能となる。ま
た、記録媒体からの戻り光を検出した信号の強度差が記
録媒体の記録情報に応じて大きくなるように反射反射膜
の開口のサイズを設定することにより、光スポット径を
小さくしてもＳＮ比の高い再生信号が得られるので、半
導体レーザの自己結合効果を用いて信号を再生する場合
に、再生信号のＳＮ比が高く、光ディスクの高記録密度
化が可能となる。また、本発明の光ヘッドおよび光ディ
スク装置によれば、半導体レーザの共振器の出力面を記
録媒体に近接できるため、戻り光の位相が光素子の熱膨
張の影響を受けないため、使用温度範囲にわたって再生
出力の安定化が図れる。

【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に関
し、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図

【図２】第１の実施の形態に係る半導体レーザ活性媒体
の構成を示す図

【図３】第１の実施の形態に係る注入電流と光出力の関
係を示す図

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッドに関
し、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は他の実
施の形態を示す底面図

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る光ヘッドの側
面図

【図６】本発明の第４の実施の形態に係る光ヘッドの側
面図

【図７】本発明の第５の実施の形態に係る光ヘッドの側
面図

【図８】本発明の第６の実施の形態に係る光ヘッドの側
面図

【図９】本発明の第７の実施の形態に係る光ヘッドの側
面図

【図１０】本発明の第８の実施の形態に係る光ヘッドの
側面図

【図１１】本発明の第９の実施の形態に係る光ヘッドの
側面図

【図１２】（ａ），（ｂ）は本発明の第１０の実施の形
態に係る光ヘッドの断面図

【図１３】本発明の第１１の実施の形態に係る光ディス
ク装置の斜視図

【図１４】第１１の実施の形態に係る光ディスク装置に
適用した光ヘッドに関し、（ａ）は側面図、（ｂ）は底
面図

【図１５】（ａ），（ｂ）は第１１の実施の形態に係る
光ディスク装置に適用した半導体レーザを示す図

【図１６】第１１の実施の形態に係る光ディスク装置に
おけるレーザ光とトラックの関係を示す図

【図１７】第１１の実施の形態に係る光ディスク装置に
おけるサーボ特性と２段サーボを示す図

【図１８】本発明の第１２の実施の形態に係る光ディス
ク装置におけるレーザ光とトラックの関係を示す図

【図１９】第１２の実施の形態に係る光ディスク装置に
おけるサーボ特性と２段サーボを示す図

【図２０】本発明の第１３の実施の形態に係る光ディス
ク装置を示す側面図

【図２１】本発明の第１４の実施の形態に係る光ヘッド
に関し、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。

【図２２】従来の光ヘッドを示す図

【図２３】従来の光ヘッドの開口サイズに対する光出力
の関係を示す図

【図２４】従来の自己結合型レーザを搭載した浮上型光
ヘッドを示す図である。

【図２５】従来のテーパー型ファイバを使用した自己結
合型レーザを用いた光ヘッドを示す図である。

【符号の説明】

１光ヘッド２半導体レーザ活性媒体２ａｎ型ＧａＡｓ基板２ｂ活性層２ｃｐ型ＧａＡｓ層２ｄ高反射膜２ｅ反射防止膜２ｆ活性部電極２ｇ光検出部電極２ｈｎ型電極２ｘ光検出部３ａ，３ｂ，３ｃレーザビーム４Ａコリメータレンズ４Ｂ対物レンズ５フォールディングミラー６透明集光用媒体６ａ入射面６ｂ反射面６ｃ被集光面７反射透過膜８光ディスク８ａ記録媒体８ｂ基板８ｃトラック９ａ光スポット９ｂ近接場光スポット１０反射遮光膜１０ａ開口１１ホログラム１２浮上スライダ１３反射膜２０光ディスク装置２２モータ２３リニアモータ２４スイングアーム２５光ヘッド駆動系２６信号処理系３１浮上スライダ３１ａ，３１ｂ浮上スライダの部分３２石英板３５光検出器３６ヘッドケース３７サスペンション５０光ヘッド５１半導体レーザ５１ａ高反射膜５１ｂ反射防止膜５２コリメータレンズ５３セルフォックレンズ５４ａ開口５４遮光膜５５ホトダイオード５６光ディスク５６ａ記録媒体５７光スポット６０光ディスク６１アルミニューム基板６２記録媒体６３回転軸６４サスペンション６５回転型リニアモータ６５ａ可動片６５ｂヨーク６５ｃ電磁石６６回転軸７０端面発光型半導体レーザ７０ａ半導体基板７１フォトダイオード７２支持基板７３プリズム７４対物レンズ７５ソリッドイマージョンレンズ７５ａ被集光面７６基板８０レーザ８０ａミラー８１光検出器８２対物レンズ８３光ファイバ８４テーパー部８５先端８６試料１２０光ディスク１２１記録層１２２アルミニウム基板２２１回転軸４６０基板４６１ｃ光検出部電極４６１ａ主部電極４６１上部電極４６１ｃ電極４６２下部電極４６３活性層４６４ａ主部４６４ｂ先端部４６５高反射膜４６６反射防止膜４６１ｂ先端部電極４６４ａ，４６４ｂ発振狭窄部Ｆ1，Ｆ2 焦点Ｘトラック方向Ｙトラック方向に直交する方向

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 5/32 Ｇ０２Ｂ 17/08 Ａ５Ｄ１１９ 17/08 Ｇ１１Ｂ 7/004 Ｂ５Ｆ０４９Ｇ１１Ｂ 7/004 7/125 Ｂ５Ｆ０７３ 7/125 7/13 ５Ｆ０８８ 7/13 Ｈ０１Ｓ 5/028 Ｈ０１Ｌ 31/0232 5/14 31/10 Ｇ０２Ｂ 1/10 ＺＨ０１Ｓ 5/028 Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｄ 5/14 31/10 ＡＦターム(参考） 2H042 DA08 DB05 DD07 DE00 2H049 CA05 CA20 2H087 KA13 TA01 TA03 TA06 2K009 CC14 CC42 EE00 5D090 AA01 CC12 CC16 DD03 EE12 FF03 LL01 LL02 5D119 AA05 AA11 AA22 AA43 BA01 CA06 CA07 DA01 DA05 EA02 FA05 FA36 JA45 JA47 JA48 JA64 KA01 5F049 MA04 MB07 NA19 NB10 RA07 5F073 AA62 AA83 AB21 AB25 AB27 AB29 BA05 CA14 CB20 EA27 5F088 AA03 AB07 BA15 BB10 EA09 KA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】後端面に高反射膜を有し、前端面に反射防
止膜を有して前記前端面からレーザ光を出射する半導体
レーザ活性媒体と、前記半導体レーザ活性媒体の前記前端面から出射された
前記レーザ光を集光して被集光面上に光スポットを形成
する透明集光用媒体と、前記透明集光用媒体の前記被集光面に形成され、所定の
透過率を有して前記半導体レーザ活性媒体の前記高反射
膜との間で半導体レーザの共振器を構成するとともに、
前記被集光面上に形成された前記光スポットを前記所定
の透過率に応じて透過させて記録媒体に前記レーザ光を
入射させる反射透過膜と、前記記録媒体に入射した前記レーザ光の戻り光に基づい
て前記半導体レーザ活性媒体が発振する状態を検出する
検出器とを備えたことを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】前記反射透過膜が有する前記所定の透過率
は、前記記録媒体の記録情報に応じた光強度を有する前
記戻り光の検出により前記検出器から出力される検出信
号の強度差がほぼ最大となるように設定される構成の請
求項１記載の光ヘッド。
【請求項３】前記反射透過膜が有する前記所定の透過率
は、１０％以上を有する構成の請求項１記載の光ヘッ
ド。
【請求項４】前記反射透過膜は、金属膜、誘電体多層
膜、あるいは超解像膜から形成された請求項１記載の光
ヘッド。
【請求項５】前記透明集光用媒体は、０．８以上の開口
数を有し、前記被集光面に直径０．２μｍ以下の前記光
スポットを形成する構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項６】前記透明集光用媒体は、半球状あるいは裁
底球状を有し、球面部を前記入射面とし、底面部を前記
被集光面とする構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項７】前記透明集光媒体は、屈折率分布型マイク
ロレンズから構成され、前記屈折率分布型マイクロレン
ズの底面部を前記被集光面とする構成の請求項１記載の
光ヘッド。
【請求項８】前記透明集光用媒体は、前記入射面に入射
した前記レーザ光を反射させて前記被集光面に前記光ス
ポットを形成する反射面を有し、前記反射面は、回転放物面の一部、あるいは回転楕円面
の一部から構成され、前記反射面の表面に反射体が形成
された請求項１記載の光ヘッド。
【請求項９】前記透明集光用媒体は、前記入射面に入射
した前記レーザ光を反射させて前記被集光面に前記光ス
ポットを形成する反射面を有し、前記反射面は、平面から構成され、前記反射面の表面
に、前記入射面に入射した前記レーザ光を集光する集光
作用を有する反射型ホログラムが形成された請求項１記
載の光ヘッド。
【請求項１０】前記透明集光用媒体は、前記入射面の表
面に、前記入射面に入射した前記レーザ光を集光する集
光作用を有する透過型ホログラムが形成された請求項１
記載の光ヘッド。
【請求項１１】後端面に高反射膜を有し、前端面に反射
防止膜を有して前記前端面からレーザ光を出射する半導
体レーザ活性媒体と、前記半導体レーザ活性媒体の前記前端面から出射された
前記レーザ光を集光して被集光面上に光スポットを形成
する透明集光用媒体と、前記透明集光用媒体の前記被集光面の集光位置に所定の
サイズの開口を有し、前記半導体レーザ活性媒体の前記
高反射膜との間で半導体レーザの共振器を構成するとと
もに、前記被集光面上に形成された前記光スポットから
前記開口を通して記録媒体に前記レーザ光を入射させる
反射遮光膜と、前記記録媒体に入射した前記レーザ光の戻り光に基づい
て前記半導体レーザ活性媒体が発振する状態を検出する
検出器とを備えたことを特徴とする光ヘッド。
【請求項１２】前記透明集光用媒体は、０．８以上の開
口数を有することを特徴とする請求項１１記載の光ヘッ
ド。
【請求項１３】前記光スポットは、０．２μｍ以下の直
径を有することを特徴とする請求項１１記載の光ヘッ
ド。
【請求項１４】前記開口は、前記透明集光用媒体あるい
は高屈折率透明媒体により埋め込まれていることを特徴
とする請求項１１記載の光ヘッド。
【請求項１５】前記反射遮光膜の前記開口は、前記記録
媒体の記録情報に応じた光強度を有する前記戻り光の検
出により前記検出器から出力される検出信号の強度差が
ほぼ最大となるような前記所定のサイズを有する構成の
請求項１１記載の光ヘッド。
【請求項１６】前記反射遮光膜の前記開口は、前記光ス
ポットの直径よりも小さい円形状を有する構成の請求項
１１記載の光ヘッド。
【請求項１７】前記反射遮光膜の前記開口は、前記光ス
ポットの直径よりも小さい矩形状を有し、それぞれの辺
は前記記録媒体上の記録トラックに直交する方向、ある
いは平行な方向に形成された構成の請求項１１記載の光
ヘッド。
【請求項１８】前記反射遮光膜の前記開口は、矩形状を
有し、長手方向の辺が前記光スポットの直径よりも長
く、短手方向の辺が前記光スポットの直径よりも短く、
かつ、前記長手方向の辺が前記記録媒体上の記録トラッ
クに直交する構成の請求項１１記載の光ヘッド。
【請求項１９】前記透明集光用媒体は、半球状あるいは
裁底球状を有し、球面部を前記入射面とし、底面部を前
記被集光面とする構成の請求項１１記載の光ヘッド。
【請求項２０】前記透明集光用媒体は、屈折率分布型マ
イクロレンズから構成され、前記屈折率分布型マイクロ
レンズの底面部を前記被集光面とする構成の請求項１１
記載の光ヘッド。
【請求項２１】前記透明集光用媒体は、前記入射面に入
射した前記レーザ光を反射させて前記被集光面に前記光
スポットを形成する反射面を有し、前記反射面は、回転放物面の一部、あるいは回転楕円面
の一部から構成され、前記反射面の表面に反射体が形成
された請求項１１記載の光ヘッド。
【請求項２２】前記透明集光用媒体は、前記入射面に入
射した前記レーザ光を反射させて前記被集光面に前記光
スポットを形成する反射面を有し、前記反射面は、平面から構成され、前記反射面の表面
に、前記入射面に入射した前記レーザ光を集光する集光
作用を有する反射型ホログラムが形成された請求項１１
記載の光ヘッド。
【請求項２３】前記透明集光用媒体は、前記入射面の表
面に、前記入射面に入射した前記レーザ光を集光する集
光作用を有する透過型ホログラムが形成された請求項１
１記載の光ヘッド。
【請求項２４】後端面に高反射膜を有し、前端面に反射
防止膜を有して前記前端面からレーザ光を出射する半導
体レーザ活性媒体と、前記半導体レーザ活性媒体の前記前端面から出射された
前記レーザ光を集光して被集光面に光スポットを形成す
る透明集光用媒体と、前記透明集光用媒体の前記被集光面の集光位置に所定の
サイズの開口を有するとともに、前記透明集光用媒体側
の面が、前記半導体レーザ活性媒体からのレーザ光が反
射して前記半導体レーザ活性媒体に戻らないように傾斜
面あるいは凹凸面を有する反射遮光体とを備えたことを
特徴とする光ヘッド。
【請求項２５】記録媒体を有する光ディスクと、前記光
ディスクの前記記録媒体上にレーザ光を集光させて光ス
ポットを形成し、この光スポットの照射により記録およ
び再生を行う光ヘッドを有する光ディスク装置におい
て、前記光ヘッドは、後端面に高反射膜を有し、前端面に反射防止膜を有して
前記前端面からレーザ光を出射する半導体レーザ活性媒
体と、前記半導体レーザ活性媒体の前記前端面から出射された
前記レーザ光を集光して被集光面上に光スポットを形成
する透明集光用媒体と、前記透明集光用媒体の前記被集光面に形成され、所定の
透過率を有して前記半導体レーザ活性媒体の前記高反射
膜との間で半導体レーザの共振器を構成するとともに、
前記被集光面上に形成された前記光スポットを前記所定
の透過率に応じて透過させて前記記録媒体に前記レーザ
光を入射させる反射透過膜と、前記記録媒体に入射した前記レーザ光の戻り光に基づい
て前記半導体レーザ活性媒体が発振する状態を検出する
検出器とを備えたことを特徴とする光ディスク装置。
【請求項２６】記録媒体を有する光ディスクと、前記光
ディスクの前記記録媒体上にレーザ光を集光させて光ス
ポットを形成し、この光スポットの照射により記録およ
び再生を行う光ヘッドを有する光ディスク装置におい
て、前記光ヘッドは、後端面に高反射膜を有し、前端面に反射防止膜を有して
前記前端面からレーザ光を出射する半導体レーザ活性媒
体と、前記半導体レーザ活性媒体の前記前端面から出射された
前記レーザ光を集光して被集光面上に光スポットを形成
する透明集光用媒体と、前記透明集光用媒体の前記被集光面の集光位置に所定の
サイズの開口を有し、前記半導体レーザ活性媒体の前記
高反射膜との間で半導体レーザの共振器を構成するとと
もに、前記被集光面上に形成された前記光スポットから
前記開口を通して前記記録媒体に前記レーザ光を入射さ
せる反射遮光膜と、前記記録媒体に入射した前記レーザ光の戻り光に基づい
て前記半導体レーザ活性媒体が発振する状態を検出する
検出器とを備えたことを特徴とする光ディスク装置。