JP3385983B2

JP3385983B2 - 光ヘッドおよび光ディスク装置

Info

Publication number: JP3385983B2
Application number: JP31237098A
Authority: JP
Inventors: 喜一上柳; 和夫馬場
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 2003-03-10
Anticipated expiration: 2018-11-02
Also published as: JPH11238238A

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、光スポットの微小化を図っ
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、これとは逆の方向から、プラスチック基板
上に形成された記録層に集光する方向へと移行しつつあ
る。

【０００５】上記の記録層にプラスチック基板を通さず
に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１３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１４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１３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１５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１６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１７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１８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１９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】一方、軽量化された従来の光ヘッドとし
て、文献「Digest of Optical Data Storage ('93)P.9
3. 」に示されたものがある（以下「従来例５」とい
う。）。この光ヘッドは、半導体レーザと検出部とを対
物レンズ部から分離して固定とし、対物レンズ部のみを
ＶＣＭで走行させる分離型光学系を採用したものであ
り、ＶＣＭを低周波域のトラッキングに用い、ガルバノ
ミラーを高周波域のトラッキングに用いた２段制御によ
りトラッキングを行っている。これにより、対物レンズ
を含む可動部の重量はＶＣＭを含めて７ｇと軽量化する
ことができる。また、２段制御によるトラッキングによ
り周波数帯域を約３０ｋＨｚ（利得は約８０ｄＢ）まで
拡大することができる。

【００２０】図２０は、文献「日経エレクトロニックス
誌(No.699 、P.13、'97.9.22) 」に記載された従来の光
ディスク装置（以下「従来例６」という。）を示す。こ
の光ディスク装置５００は、ガルバノミラーをトラッキ
ングに採用した分離光学系を有しており、光ディスク５
０１上を浮上走行する浮上スライダ５０５と、浮上スラ
イダ５０５に搭載されたＳＩＬ（図示せず）と対物レン
ズ５３０および立ち上げミラー５３１と、浮上スライダ
５０５を支持するアーム５３２と、アーム５３２を駆動
するＶＣＭ５３３と、固定光学系５３４と、固定光学系
５３４からの光を対物レンズ５３０に導くミラー５３５
とを有する。分離光学系を採用することにより、従来例
５と同様に、可動部の軽量化が図れ、トラッキングの周
波数帯域を拡大できる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例１およ
び従来例２によると、ＳＩＬの屈折率ｎと最大ＮＡmax
とに相反関係があるため、両者の積ｎ・ＮＡmax の理論
限界は０．８〜０．９であり、実際には０．７〜０．８
に抑えられ、光スポット径が大きく、高密度化が図れな
いという問題がある。

【００２２】また、従来例３の光ディスク装置５００に
よると、ＳＩＬ５４は直径が２ｍｍのものを用いている
ため、ビーム直径が約４ｍｍ必要となり、さらに、対物
レンズ５１６Ａは低収差・低色収差のものが必要である
ため、レンズサイズ( 直径ないし高さ) が大きくなるこ
とから、光学系が大型化する。また、ＳＩＬ５４に入射
するビームに収束ビームを用いているため、温度変動に
よって収束点が変化することから、自動焦点制御機構を
必要とする。従って、光ヘッドの重量が１０ｇ以上と重
く、高さが１０ｍｍ程度と高くなり、光ディスク５０１
を重ねた場合の間隔が大きくなって大容量化が難しく、
磁気ハードデイスクに比べて体積容量を高くできないと
いう問題がある。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
２５０μｍ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、ガル
バノミラーでは高周波域に限界があり、高データ転送レ
ートが図れないという問題がある。すなわち、光スポッ
トが微細化されるに比例してトラック幅は狭くなり、そ
れに伴いさらに高速・高性能のトラッキング制御が必要
となる。トラック幅は、ＤＶＤに見るように通常光スポ
ット径Ｄ_1/2の７割程度のサイズとなる。従って、Ｄ
_1/2がポットサイズ０．３１μｍの場合はトラック幅は
０．２μｍとなり、さらに青色レーザ（４１０ｎｍ）を
用いた場合はトラック幅は０．１μｍ以下となる。一
方、トラッキング精度は通常、トラック幅の１／１０程
度で行う必要があり、言い換えれば、±０．０１μｍの
精度のトラッキングが必要となる。また、光ディスクで
は予めトラックをスタンピングによって形成しているの
で、プロセス中に±数十ミクロンのトラック偏心が生じ
る。このトラックを±０．０１μｍの精度でトラッキン
グするためには、±０．０１μｍのトラッキング誤差を
検知して、±数十ミクロンの追従を行う訳であり、制御
系としては８０ｄＢの利得が必要となる。また、トラッ
キングの制御系は２次系であり、−４０ｄＢ／桁で帯域
が伸びるため、回転数を通常の３６００ｒｐｍとし、こ
の回転ディスクに対して０．０１μｍのトラッキングを
行うためには、２００ｋＨｚ程度の周波数帯域が必要と
なる。すなわち、上記に例示したようにガルバノミラー
を用いても帯域は３０ｋＨｚであり、１段制御でトラッ
キングを行うことは困難であり、回転速度を１桁以上下
げるか、ガルバノミラーよりも軽量・高性能の駆動機構
を用いる必要がある。高密度化とともに高いデータ転送
レートが求められることは当然であるが、回転速度を下
げることは、それに比例してデータ転送レートを低下さ
せることになり問題である。

【００２５】また、従来例６の光ディスク装置５００に
よると、光ヘッドの移動に伴うビーム位置ずれを低減す
るために、ビーム直径を４〜５ｍｍとしているため、従
来例３と同様に、光ヘッドの高さは１０ｍｍ近くとな
り、光ディスク５０１を重ねた場合、間隔を大きく取ら
ねばならず、大容量化が難しい。また、波長は６８ｎｍ
と上記の例に比べて約２割短波長化されているにもかか
わらず、トラックピッチは０．３４μｍと、この系での
スポット径の理論値０．２μｍに比べて大きく設計され
ており、ＳＩＬの利点が十分生かされていない。

【００２６】上述したそれぞれの問題は、ＳＩＬ単独で
は十分に集光できず、対物レンズとの組合せで２段階の
集光が必要になるところから来るものであり、ＳＩＬを
用いた光ヘッドの本質的な問題である。

【００２７】従って、本発明の目的は、小型で、高記録
密度を可能とし、データ転送レートの向上を図った光ヘ
ッドおよび光ディスク装置を提供することにある。

【００２８】

【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、記録媒体の記録面に沿って平行レーザ光を
出射するレーザ光出射手段と、前記レーザ光出射手段か
らの前記平行レーザ光が入射する第１面、外側に反射体
が形成され前記第１面に入射した前記平行レーザ光を前
記反射体で反射する第２面、および前記記録媒体の前記
記録面に対向して設けられ、前記第２面で反射した前記
平行レーザ光が集光して光スポットが形成される第３面
を有し、対向する記録媒体部分を記録・再生する前記第
３面上の領域を定めたとき、該領域から滲み出た近接場
光が前記対向する記録媒体部分に伝播する高さに前記領
域が位置するように設けられた透明集光用媒体とを備
え、前記近接場光を用いて記録又は再生を行わせること
を特徴とする光ヘッドを提供する。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照射して、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、前記光ディスクの記録面に沿って
平行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平行レーザ光が入射する第１
面、外側に反射体が形成され前記第１面に入射した前記
平行レーザ光を前記反射体で反射する第２面、および前
記光ディスクの前記記録面に対向して設けられ、前記第
２面で反射した前記平行レーザ光が集光して光スポット
が形成される第３面を有し、対向する前記光ディスク部
分を記録・再生する前記第３面上の領域を定めたとき、
該領域から滲み出た近接場光が前記対向する光ディスク
部分に伝播する高さに前記領域が位置するように設けら
れた透明集光用媒体とを備え、前記近接場光を用いて記
録又は再生を行わせることを特徴とする光ディスク装置
を提供する。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
を照射して、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、前記光ディスクの記録面に沿って平行レーザ光を出
射するレーザ光出射手段と、前記レーザ光出射手段から
の前記平行レーザ光が入射する第１面、外側に反射体が
形成され前記第１面に入射した前記平行レーザ光を前記
反射体で反射する第２面、および前記光ディスクの前記
記録面に対向して設けられ、前記第２面で反射した前記
平行レーザ光が集光して光スポットが形成される第３面
を有し、対向する前記光ディスク部分を記録・再生する
前記第３面上の領域を定めたとき、該領域から滲み出た
近接場光が前記対向する光ディスク部分に伝播する高さ
に前記領域が位置するように設けられた透明集光用媒体
とを備え、前記近接場光を用いて記録又は再生を行わせ
ることを特徴とする光ディスク装置を提供する。

【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３を出射する半導体レーザ２と、半導体レーザ２の
出力光３を平行ビーム５に整形するコリメータレンズ４
と、平行ビーム５を集光する透明集光用媒体６と、透明
集光用媒体６の後述する第２面６ｂの表面に被着形成さ
れた反射膜７と、透明集光用媒体６の後述する第３面６
ｃ近傍に配置された記録媒体８とを有する。

【００３０】透明集光用媒体６は、平行ビーム５が入射
する第１面６ａ、第１面６ａに入射したレーザビーム５
を反射する第２面６ｂ、および第２面６ｂで反射したレ
ーザビームが集光する第３面６ｃからなる。第２面６ｂ
の表面に被着形成された反射膜７は、第１面６ａに入射
したレーザビーム５を反射して第３面６ｃ上に光スポッ
ト９を形成する。

【００３１】第２面６ｂは、透明集光用媒体６内部での
ＮＡを大きくするとともに、３面６ｃに微小の光スポッ
ト９を形成するため、回転放物面の一部を用いている。
回転放物面の断面（６ｂ）の主軸をｘ軸に、垂直軸をｙ
軸に採り、焦点位置を（ｐ，０）とすると、断面（６
ｂ）は、ｙ²＝４ｐｘ …(3) で表される。また、回転放物面を用いて透明集光用媒体
６の内部で集光する場合、原理的に無収差の集光が可能
であり（光学 :久保田広、岩波書店、P.283)、単一の集
光面により微小スポット９に集光することが可能にな
る。この場合の光スポット径Ｄ_1/2はＳＩＬの場合と同
様に次式(4) で与えられる。Ｄ_1/2＝ｋλ／（ｎ・ＮＡｉ） …(4) ここに、ＮＡｉ：透明集光用媒体６内部での開口数

【００３２】次に、上記光ヘッド１の動作を説明する。
半導体レーザ２からレーザビーム３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５に整形され、透明集光用媒体６の第１面６ａに入射
する。第１面６ａに入射したレーザビーム５は、第２面
６ｂの外側に形成された反射膜７で反射して第３面６ｃ
上に集束し、第３面６ｃ上に光スポット９を形成する。
光スポット９に集束した光が近接場光として漏れ出して
記録媒体８に伝搬し、光記録あるいは光再生が行われ
る。なお、第３面６ｃ上に光スポットを形成するために
は、その焦点深度内に第３面が位置するように、第２面
を形成すればよい。

【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) 回転放物面の焦点位置のｐをｐ＝０．１２５ｍｍと
し、回転放物面の上端を（ｘ，ｙ）＝（２ｍｍ、１ｍ
ｍ）とすると、この上端からの収束角は６０度以上が得
られ、この第３面６ｃのＮＡは０．９８となり、従来の
ＤＶＤにおけるＮＡ＝０．６の１．６倍以上に大きくす
ることができた。 (ロ) 高ＮＡが得られることから、光スポット９の微小化
が可能になる。 (ハ) 反射型の集光のため、色収差が生じない。 (ニ) 本実施の形態の光学系は、いわゆる無限系、すなわ
ちコリメータレンズ４と透明集光用媒体６との間のレー
ザビーム５は平行となっているため、温度変動に対する
焦点位置ずれが小さい。 (ホ) 光学系が記録媒体８に沿って配置できるので、光ヘ
ッド１の高さを低くすることができ、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。なお、反射層７にボリュームホログラムや凹凸のバ
イナリーホログラム等の反射型ホログラムを用いてもよ
い。

【００３４】図２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、透明透明集光用媒
体６の第２面６ｂを平面とし、反射層７にボリュームホ
ログラムや凹凸のバイナリーホログラム等の反射型ホロ
グラムを用いたものであり、他は第１の実施の形態と同
様に構成されている。透明透明集光用媒体６の第２面６
ａを平面とすることにより、生産性を上げることが可能
になる。

【００３５】図３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、透明透明集光用媒
体６の第２面６ｂに球面の一部を用い、反射層７にボリ
ュームホログラムや凹凸のバイナリーホログラム等の反
射型ホログラムを用いたものであり、他は第１の実施の
形態と同様に構成されている。第２面６ｂに球面を用い
た場合、若干集光性は劣るが、反射層７に反射型ホログ
ラムを用いることにより、集光性能を上げることが可能
になる。なお、反射層７としてＡｌ等の金属を透明集光
用媒体６の第２面６ｂに蒸着してもよい。

【００３６】図４(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１０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１
２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。

【００３７】リニアモータ１４は、トラッキング方向１
３に沿って設けられた一対の固定部１４Ａ，１４Ａと、
一対の固定部１４Ａ，１４Ａ上を移動する可動コイル１
４Ｂ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５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９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６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３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９を同図９’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３を平行光ビーム５に整形するコリ
メータレンズ４と、圧電素子２０およびコリメータレン
ズ４を浮上スライダ１８上に固定する溶融石英板２１
と、半導体レーザ１９からの平行光ビーム５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５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５を集光する透明集光用媒体６
と、透明集光用媒体６の第２面６ｂの外側にＡｌ等の金
属で蒸着形成された反射層７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
１、図２および図３に示す透明集光用媒体６と同様に、
第１面６ａおよび第２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１６ａが第３面
６ｂに相当するように構成されており、浮上スライダ１
８の下面１６ａに光スポット９が形成される。

【００４１】図７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９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９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８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３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θｈ
（図６(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６(a)参照）
の２５〜３０度に比べて１／２以下と小さい。一方、回
転放物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、上記の溶融石英板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３０
０ｋＨｚ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の上下走査により第
３面６ｃ上での光スポット９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１０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３が出射され
ると、半導体レーザ１９の出力光３は、コリメータレン
ズ４により平行光ビーム５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の第１面６ａに入射する。平行光ビーム５
は、１／４波長板２３を通過する際に、１／４波長板２
３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の第１面６ａに入射した円偏光の平行光ビーム５
は、第２面６ｂに被着形成された反射層７で反射して浮
上スライダ１８の下面１８ａに集光する。浮上スライダ
１８の下面１８ａに微小の光スポット９が形成される。
この光スポット９からは、浮上スライダ１８の下面１８
ａ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の第２面６
ｂ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２２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１０によれば、
以下の効果が得られる。 (イ) 透明集光用媒体６の第２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９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６
０以上が得られた。 (ハ) 温度変動に対する焦点位置ずれが小さい。すなわち、焦点ずれの主原因は温度変動であるが、本実
施の形態では光学系の殆どの部分でレーザビームは平行
光であり、この部分では熱膨張による焦点ずれは生じな
い。焦点ずれを起こす可能性のある箇所は、半導体レー
ザ１９からコリメートレンズ４までの部分とフリントガ
ラスからなる透明集光用媒体６による集光部分である。
フリントガラスの線膨張係数は９×１０^-6程度以下であ
り、光ディスク装置１０の使用温度範囲（１０〜５０
℃）での集光部の長さの変化は最大０．４μｍである。
また、この膨張は等方的に生じるため、これによる焦点
位置ずれは線膨張の１桁小さく、これによる焦点ずれは
無視できた。前者のコリメート部については、コリメー
トレンズ４に色収差補正を行うことと、コリメートレン
ズ４と半導体レーザ１９を低線膨張係数の溶融石英板
（線膨張係数は５×１０ ^-7）２１により接続してその間
の距離変動を抑えた。この部分による焦点位置ずれは、
温度変動４０度の範囲で０．０２μｍ以下であり、焦点
深度０．２μｍに対して十分無視できる範囲であった。

【００４９】図９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０．０１
μｍ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以上の利得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、３６００ｒ
ｐｍ回転時のアクセス時間は２０ｍｓ以下となる。

【００５０】図１０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３１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１０全体を小型化でき
る。また、これにより、ディスクを高速（３６００ｒｐ
ｍ）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１１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、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
転放物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１２(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、例えば、再生時のように
ビームパワーが小さくてもよい場合には、透明集光用媒
体に入射させるレーザ光をコリメートレンズによってコ
リメートしなくてもよい。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
媒体の第３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
透明集光用媒体の第３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、透明集光用媒体の第１面に入射した平行レーザ光を
第２面の外側に形成した反射体で反射して第３面に光ス
ポットを形成するようにしたので、第３面に形成された
光スポットから第３面の外側に漏れ出す近接場光を光記
録／光再生に利用でき、さらに、透明集光用媒体内部で
の開口数を大きくできるので、光スポットの微小化を図
ることができる。この結果、高記録密度が可能になる。
また、対物レンズを用いることなしに光を集光できるの
で、光ヘッドの小型化が図れ、データ転送レートの向上
が図れる。また、透明集光用媒体の第１面に平行レーザ
光を入射させているので、温度変動に対する焦点位置ず
れが小さく、さらに光ヘッドの高さを低くすることがで
きる。

【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】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３】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４】(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５】図４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６】(a) は図４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７】図４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８】図４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９】図４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１０】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１１】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１２】(a) は図１１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１３】従来の第１の型の光ヘッドを示す図である。

【図１４】従来の第２の型の光ヘッドを示す図である。

【図１５】従来の屈折率ｎとＮＡの関係を示す図であ
る。

【図１６】従来の光ディスク装置を示す図である。

【図１７】図１６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１８】図１６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１９】従来の光ヘッドを示す図である。

【図２０】従来の他の光ディスク装置を示す図である。

【符号の説明】

１光ヘッド２半導体レーザ３レーザビーム４コリメータレンズ５平行ビーム６透明集光用媒体６ａ第１面６ｂ第２面６ｃ第３面７反射膜８記録媒体９光スポット１０光ディスク装置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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平８−180453（ＪＰ，Ａ) 特開平５−62237（ＪＰ，Ａ) 特開平４−60931（ＪＰ，Ａ) 米国特許5497359（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/08 - 7/22 G02B 3/00 - 3/10 G02B 17/00 - 17/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】記録媒体の記録面に沿って平行レーザ光を
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平行レーザ光が入射す
る第１面、外側に反射体が形成され前記第１面に入射し
た前記平行レーザ光を前記反射体で反射する第２面、お
よび前記記録媒体の前記記録面に対向して設けられ、前
記第２面で反射した前記平行レーザ光が集光して光スポ
ットが形成される第３面を有し、対向する記録媒体部分
を記録・再生する前記第３面上の領域を定めたとき、該
領域から滲み出た近接場光が前記対向する記録媒体部分
に伝播する高さに前記領域が位置するように設けられた
透明集光用媒体とを備え、前記近接場光を用いて記録又
は再生を行わせる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、１より大なる屈折
率を有する構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項３】前記透明集光用媒体は、屈折率をｎ、前記
透明集光用媒体内の開口数をＮＡとしたとき、ｎ・ＮＡ
が０．８５以上となるように構成された請求項１記載の
光ヘッド。
【請求項４】前記透明集光用媒体の前記第１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５】前記透明集光用媒体の前記第３面は、少な
くとも前記光スポットが形成される領域内を平面とする
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の前記第２面は、回転
放物面の一部から構成された請求項１記載の光ヘッド。
【請求項７】前記透明集光用媒体の前記第２面は、球面
の一部から構成された請求項１記載の光ヘッド。
【請求項８】前記透明集光用媒体の前記第２面は、回転
放物面の一部から構成され、前記反射体は、回転放物面の一部をなすように形成され
た反射型ホログラムである構成の請求項１記載の光ヘッ
ド。
【請求項９】前記透明集光用媒体の前記第２面は、球面
の一部から構成され、前記反射体は、球面の一部をなすように形成された反射
型ホログラムである構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１０】前記透明集光用媒体の前記第２面は、平
面から構成され、前記反射体は、平面状に形成された反射型ホログラムで
ある構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１１】前記反射型ホログラムは、ボリュームホ
ログラムにより構成された請求項８，９または１０記載
の光ヘッド。
【請求項１２】前記反射型ホログラムは、凹凸型のバイ
ナリーホログラムにより構成された請求項８，９または
１０記載の光ヘッド。
【請求項１３】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、前記第１面および前記第２面を
有し、前記第２の透明媒体は、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第３面を有する構成の請求項１記載
の光ヘッド。
【請求項１４】前記レーザ光出射手段は、前記浮上スラ
イダ上に配置された構成の請求項１３記載の光ヘッド。
【請求項１５】前記透明集光用媒体は、前記第３面の前
記光スポットが形成される位置の周辺に薄膜コイルを設
けた構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１６】前記レーザ光出射手段は、前記レーザ光
を出射する半導体レーザを備えた構成の請求項１記載の
光ヘッド。
【請求項１７】前記半導体レーザは、端面発光型半導体
レーザである構成の請求項１６記載の光ヘッド。
【請求項１８】前記端面発光型半導体レーザは、活性層
が前記透明集光用媒体の前記第３面に垂直となるように
配置された構成の請求項１７記載の光ヘッド。
【請求項１９】前記端面発光型半導体レーザは、活性層
が前記透明集光用媒体の前記第３面に平行となるように
配置された構成の請求項１７記載の光ヘッド。
【請求項２０】前記半導体レーザは、面発光型半導体レ
ーザである構成の請求項１６記載の光ヘッド。
【請求項２１】前記第２面は、前記平行レーザ光を反射
して前記第３面上に前記光スポットを形成させる形状を
有する構成の請求項２０記載の光ヘッド。
【請求項２２】前記透明集光用媒体の前記第１面および
前記第３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２３】前記レーザ光出射手段は、レーザ光を出
射するレーザ光源と、前記レーザ光源を移動させて前記
光スポットが形成される位置を所定の方向に変位させる
圧電素子とを備えた構成の請求項１記載の光ヘッド。
【請求項２４】前記半導体レーザは、前記レーザ光を出
射する先端付近に設けられ、電流が分割して、あるいは
交互に印加されることにより、前記光スポットが形成さ
れる位置を所定の方向に変位させる一対の電極端子を備
えたビーム走査型半導体レーザである構成の請求項１６
記載の光ヘッド。
【請求項２５】回転する光ディスクと、前記光ディスク
上にレーザ光を照射して、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、前記光ディスクの記録面に沿って平行レーザ光を出射す
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平行レーザ光が入射す
る第１面、外側に反射体が形成され前記第１面に入射し
た前記平行レーザ光を前記反射体で反射する第２面、お
よび前記光ディスクの前記記録面に対向して設けられ、
前記第２面で反射した前記平行レーザ光が集光して光ス
ポットが形成される第３面を有し、対向する前記光ディ
スク部分を記録・再生する前記第３面上の領域を定めた
とき、該領域から滲み出た近接場光が前記対向する光デ
ィスク部分に伝播する高さに前記領域が位置するように
設けられた透明集光用媒体とを備え、前記近接場光を用
いて記録又は再生を行わせることを特徴とする光ディス
ク装置。
【請求項２６】前記光ディスクは、凹凸状のピット列に
より情報が記録された再生専用媒体である構成の請求項
２５記載の光ディスク装置。
【請求項２７】前記光ディスクは、光磁気記録媒体であ
る構成の請求項２５記載の光ディスク装置。
【請求項２８】前記光ディスクは、光相変化記録媒体で
ある構成の請求項２５記載の光ディスク装置。
【請求項２９】前記光ディスクは、色素の光吸収により
凹凸ビットを形成する追記型記録媒体である構成の請求
項２５記載の光ディスク装置。
【請求項３０】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
にレーザ光を照射して、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、前記光ディスクの記録面に沿って平行レーザ光を出射す
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平行レーザ光が入射す
る第１面、外側に反射体が形成され前記第１面に入射し
た前記平行レーザ光を前記反射体で反射する第２面、お
よび前記光ディスクの前記記録面に対向して設けられ、
前記第２面で反射した前記平行レーザ光が集光して光ス
ポットが形成される第３面を有し、対向する前記光ディ
スク部分を記録・再生する前記第３面上の領域を定めた
とき、該領域から滲み出た近接場光が前記対向する光デ
ィスク部分に伝播する高さに前記領域が位置するように
設けられた透明集光用媒体とを備え、前記近接場光を用
いて記録又は再生を行わせることを特徴とする光ディス
ク装置。