JP2003157569A - 高密度マイクロ光学ヘッド - Google Patents
高密度マイクロ光学ヘッドInfo
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Abstract
組成され、下基板20は、プリズム21、第1平面式準
直鏡22、第1折り畳み鏡23及び第4折り畳み鏡24
を搭載し、上基板30は、第2折り畳み鏡31、第2平
面式準直鏡32、第3折り畳み鏡33、及び光検出器3
4を搭載し、光源40は、機械を利用して下基板20上
の適当な位置に接合され、短波長のレーザー光を提供
し、別に集光対物レンズ50が、機械で下基板20の適
当な位置に接合され、この位置に半導体平面工程技術で
円形孔が設けられている。上述の素子により高密度マイ
クロ光学ヘッドが形成される。
Description
係り、特に、半導体平面工程技術で製造されたヘッドで
あり、読み取りヘッド体積を縮小し並びに高密度ディス
ク読み書きに応用可能な、高密度マイクロ光学ヘッドに
関する。
生するレーザー光をフォーカシングし、且つ焦点を生活
にディスクのデータ記録層にあって維持し、この焦点を
記録層のデータトラック中央に保持し、データ記録層に
データを書き込み、データ記録層のデータを読み取り、
及びデータ記録層のデータを消去する。ディスク保存密
度が高くなり、歩留り要求が高まり、製造コストの削減
とヘッドのマイクロ化の要求にともない、これまでのヘ
ッドは使用に耐えられなくなっている。
る。読み取り動作実行時、光源1の発生するレーザー光
は発散光とされ、この発散光がA光路2Aでプリズム3
に入射し、一部のレーザー光が反射され準直鏡4に入射
し平行光に変えられ、その後、折り畳み鏡5に入射し、
レーザー光のA光路2Aが水平から上向きに変換され、
その後、集光対物レンズ6に入射し、この集光対物レン
ズ6がレーザー光を集光した後、さらにディスク7に投
射する。レーザー光はディスク7に反射された後集光対
物レンズ6及び折り畳み鏡5を経由して準直鏡4に入射
し、さらにプリズム3を経由し、一部屈折し透過しB光
路2Bに沿って光検出器8に入射する。この時、光検出
器8に入射した光信号は電気信号に変換され、該電気信
号のタイプは、ディスクデータ信号、集光誤差信号及び
トラッキングエラー信号を含み、そのうち、集光誤差信
号及びトラッキングエラー信号はサーバ回路で処理され
た後、電流が集光対物レンズ傍らの集光制御コイル9と
トラッキング制御コイル10にフィードバックされ、集
光誤差とトラッキングエラーが修正され、こうしてディ
スク信号の正確で、エラーの無い読み取りを確保する。
用しレーザーの駆動電流を変調し、レーザー光に必要な
明暗変化を発生させる。この変調したレーザー光はプリ
ズム3と準直鏡4を経由した後、発散光から平行光に変
えられ、さらに折り畳み鏡5による反射の後、集光対物
レンズ6で集光された後に、ディスク7に投射され、光
の明暗(強弱)の違いの形成する熱効果により、ディス
ク7の材料に異なる物理変化を発生させ、ディスク7へ
の0或いは1の異なる信号書き込みの効果を達成する。
消去動作実行時には、基本的に書き込み方法と類似し、
主要な違いは、含数発生器の変調する信号の違いにあ
る。ディスク入射光の形成する熱効果によりデータ層材
料に同じ物理変化を発生させる。こうしてディスクデー
タ消去の効果を達成する。
されるようであり、そのうち、プリズム3、準直鏡4、
折り畳み鏡5及び集光対物レンズ6は機械式精密モール
ディング加工され、その後、素子ベース11上に接着さ
れ、上述の素子を搭載するベース11は精密にモールデ
ィング形成され、光源1及び光検出器8は接合方式で該
ベース11の側面に固定される。周知の光学ヘッドの各
部品はいずれも立体式構造とされ、ゆえに体積を縮小し
にくく、また組立過程で、精密位置決めを必要とする。
ゆえに、ヘッドの製造と組立ステップが煩瑣で且つ歩留
りが低い。
は、周知の光学ヘッドに採用されている機械式精密加
工、位置決め及び組立が、煩瑣であるだけでなく歩留り
が悪い問題を解決することにある。
程技術及び簡単な整合接合を利用し、ディスクに読み書
きする光学ヘッドの体積をマイクロ化することにある。
ディスク読み取り可能な光学ヘッドを提供することにあ
る。
媒体上のデータの読み取りとディスク(60)へのデー
タの書き込みに用いられ、光学装置、光源(40)及び
集光対物レンズ(50)を具えた高密度マイクロ光学ヘ
ッドにおいて、該光学装置が、下基板(20)と上基板
(30)で組成され、そのうち下基板(20)はプリズ
ム(21)、第1平面式準直鏡(22)、第1折り畳み
鏡(23)、及び第4折り畳み鏡(24)を搭載し、該
上基板(30)は第2折り畳み鏡(31)、第2平面式
準直鏡(32)、第3折り畳み鏡(33)及び光検出器
(34)を搭載し、並びに半導体平面工程技術により以
上の部品が形成され、該光源(40)は下基板(20)
上の適当な位置に接合されて短波長のレーザー光を提供
し、集光対物レンズ(50)は下基板(20)上の適当
な位置に設けられ、上基板(30)及び下基板(20)
の整合接合により高密度マイクロ光学ヘッドが形成さ
れ、光源(40)の発射するレーザー光が光学装置を経
由し、該レーザー光の長軸及び短軸が二次校正され円形
平行光とされ、さらに集光対物レンズ(50)により集
光されて該ディスク(60)に投射され、ディスク(6
0)の反射するレーザー光が光検出器(34)に入射
し、光検出器(34)がディスクデータ信号及び集光、
トラッキングエラー信号を読み取ることを特徴とする、
高密度マイクロ光学ヘッドとしている。請求項2の発明
は、前記集光対物レンズ(50)が近接場光学レンズセ
ットとされ、近接場光CD読み取りに応用されることを
特徴とする、請求項1に記載の高密度マイクロ光学ヘッ
ドとしている。請求項3の発明は、前記第1折り畳み鏡
(23)及び第2折り畳み鏡(31)が45度の傾斜鏡
面とされたことを特徴とする、請求項1に記載の高密度
マイクロ光学ヘッドとしている。請求項4の発明は、前
記集光対物レンズ(50)が一組の平面式集光対物レン
ズセットとされ、該平面式集光対物レンズセットが、第
5折り畳み鏡(25)、第1集光対物レンズ(26)、
第6折り畳み鏡(27)、第7折り畳み鏡(35)及び
第2集光対物レンズ(36)で組成され、該第1集光対
物レンズ(26)、第5折り畳み鏡(25)及び第6折
り畳み鏡(27)が半導体平面工程技術により下基板
(20)に形成され、別に第2集光対物レンズ(36)
及び第7折り畳み鏡(35)が半導体平面工程技術によ
り上基板(30)に形成されたことを特徴とする、請求
項1に記載の高密度マイクロ光学ヘッドとしている。請
求項5の発明は、前記上基板(30)と下基板(20)
に、半導体平面工程技術によりフライ溝(70)が形成
されてフライヘッドとして使用されることを特徴とす
る、請求項1に記載の高密度マイクロ光学ヘッドとして
いる。請求項6の発明は、前記上基板(30)と下基板
(20)に、半導体平面工程技術により平面式コイル
(80)が形成されて光磁気ヘッドとして使用されるこ
とを特徴とする、請求項1に記載の高密度マイクロ光学
ヘッドとしている。請求項7の発明は、前記高密度マイ
クロ光学ヘッドがハードディスクフライ構造と結合され
て、集光とトラッキング機能を達成したことを特徴とす
る、請求項1に記載の高密度マイクロ光学ヘッドとして
いる。
密度マイクロ光学ヘッドの第1実施例の構造表示図であ
る。そのうち該高密度マイクロ光学ヘッドは、ディスク
上のデータを読み取り、及びディスクへのデータの書き
込みに用いられ、それは、下基板20及び上基板30で
組成された光学装置と、光源40、集光対物レンズ50
を具えている。図4は本発明の第1実施例の下基板20
構造表示図である。該下基板20は、プリズム21、第
1平面式準直鏡22、第1折り畳み鏡23及び第4折り
畳み鏡24を搭載し、並びに半導体平面工程技術でこれ
らの素子が形成されてい。図5は本発明の第1実施例の
上基板の構造表示図であり、そのうち、該上基板30
は、第2折り畳み鏡31、第2平面式準直鏡32、第3
折り畳み鏡33、及び光検出器34を搭載し、並びに半
導体平面工程技術でこれらの素子が形成されている。該
光源40は、機械を利用して下基板20上の適当な位置
に接合され、短波長のレーザー光を提供する。別に集光
対物レンズ50は、機械で下基板20の適当な位置に接
合され、この位置に半導体平面工程技術で円形孔が設け
られている。上述の素子により高密度マイクロ光学ヘッ
ドが形成される。
されるようであり、これは本発明の第1実施例の下基板
の製造フローを示す。まず、シリコン材料の下基板20
上に第1ホトレジスト層201を形成し(図6)、さら
にマスクを利用し不要なホトレジストを除去して第1ウ
インドウ202を形成し(図7)、その後、非等方性エ
ッチングにより、二面の45度傾斜鏡面の第1折り畳み
鏡23及び第4折り畳み鏡24を形成する(図8)。そ
の後、第1ホトレジスト層201を除去し、その後、S
iN或いはSiO2 を第1凹ウェル203部分に堆積さ
せ、研磨を行い(図9)、その後、さらに下基板20上
に第2ホトレジスト層204を形成し(図10)、さら
にマスクを利用して不要なホトレジストを除去して第2
ウインドウ205を形成し(図11)、その後、非等方
性エッチングによりプリズム21と第1平面式準直鏡2
2を形成する(図12)。
示されるようであり、これは本発明の第1実施例の上基
板の製造フローを示す。まず、シリコン材料の上基板3
0上に第3ホトレジスト層301を形成し(図13)、
さらにマスクを利用し不要なホトレジストを除去して第
3ウインドウ302を形成し(図14)、その後、非等
方性エッチングにより、二面の45度傾斜鏡面の第2折
り畳み鏡31及び第3折り畳み鏡33を形成する(図1
5)。その後、ホトレジストを除去し、SiN或いはS
iO2 を第2凹ウェル303部分に堆積させ、研磨を行
い(図16)、その後、さらに上基板30上に第4ホト
レジスト層304を形成し(図17)、さらにマスクを
利用して不要なホトレジストを除去して第4ウインドウ
305を形成し(図18)、その後、非等方性エッチン
グにより第2平面式準直鏡32を形成し(図19)、そ
の後、エピタキシャル、エッチング及びイオンレイアウ
ト等の方式を利用し、光検出器34を形成する(図2
0)。
セスについては、図3を参照されたい。上述のようにし
て半導体平面工程技術で下基板20と上基板30を完成
した後、さらに機械式固定接合方式で光源40と集光対
物レンズ50を下基板20に取り付ける。最後に上基板
30と下基板20を整合させて接合し、全体の高密度マ
イクロ光学ヘッド工程を完成する。本発明の高密度マイ
クロ光学ヘッドは半導体平面工程技術及び簡単な整合接
合を採用するだけであり、ステップが簡単で歩留りが良
く、且つ光学ヘッドの体積のマイクロ化を達成できる。
このほか、射出成形技術を利用し、上基板と下基板を形
成し、さらに光検出器、レーザー光源及び集光対物レン
ズを接合することが可能で、このモールディング材料は
高分子或いはガラスとされる。
構造については図21を参照されたい。図21は本発明
の高密度マイクロ光学ヘッドの第1実施例の光路構造図
である。読み取り動作実行時には、光源40の発射する
短波長の楕円形レーザー光がプリズム21により反射さ
れ右側の第1平面式準直鏡22に至った後、光束の長軸
方向が平行光に変えられ、この時、光束短軸方向は続け
て発散し、さらに第1折り畳み鏡23及び第2折り畳み
鏡31に入射し、光束長軸と短軸が90度回転し、その
後、第2平面式準直鏡32に入射した後、光束短軸方向
が平行光に変わり、同時に、楕円形光束が円形光束に整
形され、光束の長軸と短軸方向のエネルギー分布が同じ
となり、且つ第1平面式準直鏡22及び第2平面式準直
鏡32を経由したレーザー光が良好な準直効果を達成
し、さらに第3折り畳み鏡33及び集光対物レンズ50
に入射し、この集光対物レンズ50がレーザー光を集光
した後、さらにディスク60のデータ層に投射する。レ
ーザー光がディスク60に反射された後にもとの経路を
経由してプリズム21に戻り、この時、光束の一部はプ
リズム21を透過した後に第4折り畳み鏡24に入射
し、その後、光検出器34に入射する。このとき、光信
号(ディスクデータ信号、集光エラー信号等を含む)が
電気信号に変換され、ディスクデータの読み取り動作を
完成する。
過程によりデータ書き込みの位置を探した後、含数発生
器変調レーザの駆動電流を利用し、光源の発射する短波
長レーザー光に必要な明暗(強弱)変化を発生させ、さ
らに読み取り過程の経路を経由し、レーザー光を集光し
た後、さらにディスクデータ層に投射し、光の明暗(強
弱)の違いにより形成される熱効果によりディスクに異
なる物理変化を発生させ、ディスクに0と1の異なる信
号を書き込む効果を達成する。消去動作実行時には、基
本的に書き込み方法と類似し、主要な違いは、含数発生
器の変調する信号の違いにある。ディスク入射光の形成
する熱効果によりデータ層材料に同じ物理変化を発生さ
せる。こうしてディスクデータ消去の効果を達成する。
ズの数値孔径(NA)値を高めることにより、集光スポ
ットサイズを縮小でき、高密度のディスクを読み取るこ
とができる。本発明の模擬結果によると、本発明の高密
度マイクロ光学ヘッドは、数値孔径(Numerica
l Aperture;NA)値が0.85の対物レン
ズと、405nm波長のレーザー光を採用し、並びに保
護層厚さが0.1mmのディスクを組み合わせ、光学設
計ソフト(該ソフトはZemaxとされる)を利用しシ
ュミレートを実行し、図22の本発明のディスク上集光
スポット分布図を得られる。そのうち、該幾何光学シュ
ミレートの集光スポット分布範囲90Aは周知の光学ヘ
ッドの回折リミット(Airy Disc)集光スポッ
ト分布範囲90Bより小さく、これにより平面式光学素
子設計のマイクロ光学ヘッドシステムの採用により高密
度光ディスク(HD−DVDディスク)以上の読み取り
を達成できることが証明された。このほか、このマイク
ロ光学ヘッドシステム集光スポットの点分布関数(po
int spread function)を計算する
と、図23の本発明の集光スポットのエネルギー分布表
示図に示されるように、集光スポットのエネルギー分布
は円形対称高ガウス分布関数とされ、一般の伝統的な光
学素子で設計した光学ヘッドと違いがない。ゆえに本発
明の高密度マイクロ光学ヘッドの集光スポット品質は良
好である。このほか、本発明の集光対物レンズは近接場
光学レンズセット例えば(SIL,SNOMとされ)と
され得て、本発明を近接場光ディスク(Near fi
eld光ディスク)の読み書きに応用できる。
2実施例の下基板の構造表示図及び上基板の構造表示図
である。本実施例中の第1実施例と同じ或いは相当する
素子は同じ符号で表示している。本実施例と上述の第1
実施例の違いは、第2実施例中の集光対物レンズ50が
一組の平面式集光対物レンズとされ、該平面式集光対物
レンズが第5折り畳み鏡35と第2集光対物レンズ36
で組成され、該第5折り畳み鏡25、第1集光対物レン
ズ26及び第6折り畳み鏡27が半導体平面工程技術で
下基板20に形成され、別に第7折り畳み鏡35及び第
2集光対物レンズ36が半導体平面工程技術で上基板3
0に形成され、並びに二次集光を行う。本実施例の光学
ヘッドの製造は上述の第1実施例で採用する技術により
完成する。
ドの第2実施例の光路構造図である。読み取り動作実行
時には、光源40の発生した短波長の楕円形レーザー光
がプリズム21に入射し、レーザー光が右側の第1平面
式準直鏡22へと反射された後、光束長軸方向が平行光
に変えられ、この時光束短軸方向は続いて発散し、さら
に第1折り畳み鏡23及び第2折り畳み鏡31に入射し
て光束の長軸と短軸が90度回転し、その後、第2平面
式準直鏡32に入射した後、光束の短軸方向が平行光に
変えられる。この時、楕円形光束が円形光束に整形さ
れ、光束の長軸及び短軸方向のエネルギー分布が同じと
なり、且つ第1平面式準直鏡22及び第2平面式準直鏡
32を経由したレーザー光が二次準直を達成し、さらに
第3折り畳み鏡33に入射し、その後、第5折り畳み鏡
25を経由して光路が水平方向を呈し、その後、第1集
光対物レンズ26で集光されて光束が水平方向で一次集
光され、その後、さらに第6折り畳み鏡27及び第7折
り畳み鏡35を経由して光路が90度回転し、その後、
収斂光が第2集光対物レンズ36に入射し、光束が90
度方向に二次集光され、該レーザー光集光の後に、さら
にディスク60のデータ層に投射される。レーザー光は
ディスク60に反射された後に元の経路を経由しプリズ
ム21に戻り、この時、光束の一部がプリズム21を透
過した後、第4折り畳み鏡24に入射し、その後光検出
器34に入射する。この時、光信号(ディスクデータ信
号、集光誤差信号を含む)が変換されて電気信号とさ
れ、ディスク60データの読み取り動作を完成する。
によりデータ書き込みの位置を探した後、含数発生器変
調レーザの駆動電流を利用し、光源の発射する短波長レ
ーザー光に必要な明暗(強弱)変化を発生させ、さらに
読み取り過程の経路を経由し、レーザー光を集光した
後、さらにディスクデータ層に投射し、光の明暗(強
弱)の違いにより形成される熱効果によりディスクに異
なる物理変化を発生させ、ディスクに0と1の異なる信
号を書き込む効果を達成する。消去動作実行時には、基
本的に書き込み方法と類似し、主要な違いは、含数発生
器の変調する信号の違いにある。ディスク入射光の形成
する熱効果によりデータ層材料に同じ物理変化を発生さ
せる。こうしてディスクデータ消去の効果を達成する。
採用した場合も、レーザー光の波長を低くし、集光対物
レンズの数値孔径(NA)値を高くし、集光スポットサ
イズを縮小でき、高密度光ディスクの読み取りを達成で
きる。
実施例及び第2実施例の構造中、下基板20及び上基板
30は半導体平面工程技術を利用し形成したフライ溝7
0をフライヘッドに用いることができ(図27)、ま
た、半導体平面工程技術で形成した平面式コイル80を
光磁気ヘッドとして使用することもできる(図28)。
このほか、該高密度マイクロ光学ヘッドとハードディス
クフライ構造を結合させ、集光とトラッキングの機能を
達成できる。
周知の光学ヘッドに採用されている機械式精密加工、位
置決め及び組立が、煩瑣であるだけでなく歩留りが悪い
問題を解決している。
導体平面工程技術及び簡単な整合接合を利用し、ディス
クに読み書きする光学ヘッドの体積をマイクロ化してい
る。
密度ディスク読み取り可能な光学ヘッドを提供してい
る。
例構造表示図である。
る。
る。
図である。
図である。
図である。
図である。
示図である。
示図である。
示図である。
示図である。
示図である。
示図である。
示図である。
示図である。
示図である。
示図である。
示図である。
施例の光路構造図である。
る。
ー分布図である。
ある。
ある。
施例の光路構造図である。
表示図である。
ヘッドとされた表示図である。
インドウ 203 第1凹ウェル 204 第2ホ
トレジスト層 205 第2ウインドウ 21 プリズム 22 第1平面
式準直鏡 23 第1折り畳み鏡 24 第4折り
畳み鏡 25 第5折り畳み鏡 26 第1集光
対物レンズ 27 第6折り畳み鏡 30 上基板 301 第3ホトレジスト層 302 第3ウ
インドウ 303 第2凹ウェル 304 第4ホ
トレジスト層 305 第4ウインドウ 31 第2折り畳み鏡 32 第2平
面式準直鏡 33 第3折り畳み鏡 34 光検出
器 35 第7折り畳み鏡 36 第2集
光対物レンズ 40 光源 50 集光対物レンズ 60 ディスク 70 フライ溝 80 平面式コイル 90A 集光スポット分布範囲 90B 回折リミット集光スポット分布範囲
Claims (7)
- 【請求項1】 記録媒体上のデータの読み取りとディス
ク(60)へのデータの書き込みに用いられ、光学装
置、光源(40)及び集光対物レンズ(50)を具えた
高密度マイクロ光学ヘッドにおいて、 該光学装置が、下基板(20)と上基板(30)で組成
され、そのうち下基板(20)はプリズム(21)、第
1平面式準直鏡(22)、第1折り畳み鏡(23)、及
び第4折り畳み鏡(24)を搭載し、該上基板(30)
は第2折り畳み鏡(31)、第2平面式準直鏡(3
2)、第3折り畳み鏡(33)及び光検出器(34)を
搭載し、並びに半導体平面工程技術により以上の部品が
形成され、 該光源(40)は下基板(20)上の適当な位置に接合
されて短波長のレーザー光を提供し、 集光対物レンズ(50)は下基板(20)上の適当な位
置に設けられ、上基板(30)及び下基板(20)の整
合接合により高密度マイクロ光学ヘッドが形成され、光
源(40)の発射するレーザー光が光学装置を経由し、
該レーザー光の長軸及び短軸が二次校正され円形平行光
とされ、さらに集光対物レンズ(50)により集光され
て該ディスク(60)に投射され、ディスク(60)の
反射するレーザー光が光検出器(34)に入射し、光検
出器(34)がディスクデータ信号及び集光、トラッキ
ングエラー信号を読み取ることを特徴とする、高密度マ
イクロ光学ヘッド。 - 【請求項2】 前記集光対物レンズ(50)が近接場光
学レンズセットとされ、近接場光CD読み取りに応用さ
れることを特徴とする、請求項1に記載の高密度マイク
ロ光学ヘッド。 - 【請求項3】 前記第1折り畳み鏡(23)及び第2折
り畳み鏡(31)が45度の傾斜鏡面とされたことを特
徴とする、請求項1に記載の高密度マイクロ光学ヘッ
ド。 - 【請求項4】 前記集光対物レンズ(50)が一組の平
面式集光対物レンズセットとされ、該平面式集光対物レ
ンズセットが、第5折り畳み鏡(25)、第1集光対物
レンズ(26)、第6折り畳み鏡(27)、第7折り畳
み鏡(35)及び第2集光対物レンズ(36)で組成さ
れ、該第1集光対物レンズ(26)、第5折り畳み鏡
(25)及び第6折り畳み鏡(27)が半導体平面工程
技術により下基板(20)に形成され、別に第2集光対
物レンズ(36)及び第7折り畳み鏡(35)が半導体
平面工程技術により上基板(30)に形成されたことを
特徴とする、請求項1に記載の高密度マイクロ光学ヘッ
ド。 - 【請求項5】 前記上基板(30)と下基板(20)
に、半導体平面工程技術によりフライ溝(70)が形成
されてフライヘッドとして使用されることを特徴とす
る、請求項1に記載の高密度マイクロ光学ヘッド。 - 【請求項6】 前記上基板(30)と下基板(20)
に、半導体平面工程技術により平面式コイル(80)が
形成されて光磁気ヘッドとして使用されることを特徴と
する、請求項1に記載の高密度マイクロ光学ヘッド。 - 【請求項7】 前記高密度マイクロ光学ヘッドがハード
ディスクフライ構造と結合されて、集光とトラッキング
機能を達成したことを特徴とする、請求項1に記載の高
密度マイクロ光学ヘッド。
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