JP3521771B2 - 光ヘッド、光ディスク装置および光ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近接場光を利用し
た光ヘッド、光ディスク装置および光ヘッドの製造方法
に関し、特に、小型で、高記録密度化を可能とし、色収
差の発生防止を図った光ヘッド、光ディスク装置および
光ヘッドの製造方法に関する。

【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径で抑えられる。近
年、光スポット径を小さくする技術として顕微鏡の近接
場光の技術が光記録に応用されている。この近接場光を
用いた従来の光ディスク装置としては、例えば、文献
（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏ１．３５
（１９９６）Ｐ．４４３）、米国特許公報ＵＳＰ５４９
７３５９、および文献「Technical Digest of Data Sto
rage,('98)P.137 」に記載されたものがある。

【０００４】図１７(a) ，(b) は、文献（Ｊｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ＶＯＬ．３５（１９９６）Ｐ．
４４３）に記載された光ディスク装置を示す。この光デ
ィスク装置１９０は、図１７(a) に示すように、レーザ
光１９１ａを出射する半導体レーザ１９１と、半導体レ
ーザ１９１からのレーザ光１９１ａを平行ビーム１９１
ｂに整形するカプリングレンズ１９２と、入射端１９３
ａから出射端１９３ｂに向かって細くなるようにテーパ
状に研磨された光ファイバ１９３を有し、カプリングレ
ンズ１９２からの平行ビーム１９１ｂを入射端１９３ａ
から導入するプローブ１９４と、光ファイバ１９３の出
射端１９３ｂから漏れ出す近接場光１９１ｃによって記
録される記録媒体１９５とを有する。

【０００５】記録媒体１９５は、相変化媒体のＧｅＳｂ
Ｔｅからなる記録層１９５ａを有し、近接場光１９１ｃ
が入射されることによって加熱され、結晶／アモルファ
ス間の相変化を引き起こし、両者間の反射率変化を用い
て記録されるものである。

【０００６】光ラァイバ１９３は、入射端１９３ａが直
径１０μｍ、出射端１９３ｂが直径５０ｎｍに加工さ
れ、クラッド１９４ａを介してアルミニウム等の金属膜
１９４ｂでコーティングされており、出射端１９３ｂ以
外への光の漏れ出しを防いでいる。近接場光１９１ｃの
直径は、出射端１９３ｂの直径と同程度となるため、十
ＧＢ／ｉｎｃｈ² の高記録密度が可能となる。

【０００７】再生には，図１７(b) に示すように、記録
時と同様の光ヘッドを用いて、相変化を引き起こさない
程度の低パワーの近接場光１９１ｃを記録層１９５ａに
照射し、そこからの反射光１９１ｄを集光レンズ１９６
により光電子増倍管（以下「フォトマル」と略称す
る。）１９７に集光して検出することにより行う。

【０００８】図１８は、米国特許公報ＵＳＰ５４９７３
５９に記載された光ディスク装置の光ヘッドを示す。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
（Solid Immersion Lens）５４とを有する。平行光５１
を対物レンズ５２によって収束させ、その収東光５３を
球面状の入射面５４ｂに入射させると、収束光５３は入
射面５４ｂで屈折して底面５４ａに集光し、底面５４ａ
に光スポット５５が形成される。ＳＩＬ５４内部では、
光の波長はＳＩＬ５４の屈折率に逆比例して短くなるた
め、光スポット５５もそれに比例して小さくなる。この
光スポット５５に集光された光の大半は入射面５４ｂに
向かって全反射されるが、その一部は光スポット５５か
らＳＩＬ５４の外部に近接場光５７として滲み出す。底
面５４ａから光の波長より十分小さい距離にＳＩＬ５４
と同程度の屈折率を有する記録媒体５６を配置すると、
近接場光５７が記録媒体５６とカップルして記録媒体５
６内を伝播する伝播光となる。この伝播光によって、記
録媒体５６に情報が記録される。

【０００９】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（これを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５５は次式のように
微小化される。 Ｄ_1/2 ＝ｋλ／（ｎ・ＮＡｉ）＝ｋλ／（ｎ² ・ＮＡ
ｏ） ここに、ｋ：光ビームの強度分布に依存する比例常数
（通常０．５程度） λ：光ビームの波長 ｎ：ＳＩＬ５４の屈折率 ＮＡｉ：ＳＩＬ５４内部での開口数 ＮＡｏ：ＳＩＬ５４への入射光の開口数 平行光５１が光路上で吸収されることなく光スポット５
５として集光されるため、高い光利用効率が得られる。
この結果、比較的低出力の光源を用いることができ、ホ
トマルを用いなくても反射光の検出を行うことができ
る。

【００１０】図２０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。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１
０１ｂ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１
０１ｄ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２ｂ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１０
１の平面状反射面１０１ｃ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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光ディ
スク装置１９０によると、記録媒体上に数十ｎｍ程度の
微小の光スポットを形成できるが、光ファイバ１９３は
テーパ状であるため、光ファイバ１９３に入射したレー
ザの一部が内部に吸収され、光利用効率が１／１０００
以下と低くなるという問題がある。このため、反射光１
９１ｄの検出にフォトマル１９７を使用せざるを得ず、
光ヘッド部が大型で高価となる。また、フォトマル１９
７の応答速度が遅く、光ヘッド部が重いため、高速のト
ラッキングができない。従って、光ディスクを高速回転
させることができないので転送レートが低い等の多く問
題があり、実用化には多くの改良を必要とする。

【００１２】図１９は、図１８に示す従来の光ヘッド５
０の問題点を説明するための図で、鈴木氏がＡｓｉａ―
Ｐａｓｉｆｉｃ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ（Ｔａｉｗａｎ、’９７．７．）の ＯＣ
−１において解析したものであり、ＳＩＬ５４の屈折率
ｎとＮＡｏの関係を示す。ＳＩＬ５４への入射光のＮ
Ａ、すなわち入射角θの最大値θｍａｘとＳＩＬ５４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。同図から分かるように、ＳＩＬ５４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ＮＡｏｍａｘは次第に小さくなる。これは、最大値Ｎ
Ａｏｍａｘ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。

【００１３】このＳｕｐｅｒ ＳＩＬによる集光実験に
ついては、Ｂ．Ｄ．Ｔｅｒｒｉｓ他がＡｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏ１．６８，（’９６），Ｐ．１４
１．において報告している。この報告によると、屈折率
ｎ＝１．８３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程度
の記録密度０．３８×Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ² の可能性を検
証している。

【００１４】すなわち、従来の光ヘッド５０によると、
光利用効率は高いが、ＳＩＬの屈折率ｎと最大ＮＡｏｍ
ａｘとに相反関係があるため、両者の積ｎ・ＮＡｏｍａ
ｘ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、波長４００ｎｍのレーザ光を使用
しても光スポットはせいぜい直径０．２μｍ程度までし
か絞れず、プローブ１９４を用いて集光する従来例に比
べて光スポット径が数倍以上大きく、高記録密度化が図
れないという問題がある。

【００１５】また、図２０に示す従来の光ヘッドによる
と、平行レーザビーム２ｂを光ディスク面に垂直方向か
ら入射するため、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。

【００１６】従って、本発明の目的は、小型で、高記録
密度化を可能とし、色収差の発生防止を図った光ヘッ
ド、光ディスク装置および光ヘッドの製造方法を提供す
ることにある。

【００１７】

【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
集光する集光手段と、前記集光手段によって前記レーザ
光が集光された第１の点と前記光スポットが形成される
第２の点とを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、前記第１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
反射させて前記スポット形成面上の前記第２の点に前記
光スポットを形成する透明集光用媒体と、前記光スポッ
トを遮る位置に所定の方向のスリットを有して前記透明
集光用媒体の前記スポット形成面の表面に設けられた遮
光膜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、集光手段によって第１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、スポット
形成面上に形成される光スポットの微小化が可能にな
る。スポット形成面上に形成される光スポットをスリッ
トを有する遮光膜によって遮光することにより、スポッ
ト形成面上に形成される光スポットより微小の近接場光
スポットが得られる。

【００１８】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を有し、
回転する光ディスク上の記録トラックに対し、前記光ス
ポットに基づいて情報の記録あるいは再生を行う光ディ
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
の前記レーザ光を集光する集光手段と、前記集光手段に
よって前記レーザ光が集光される第１の点と前記光スポ
ットが形成される第２の点とを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、前記第１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スポット形成面上の前記第
２の点に前記光スポットを形成する透明集光用媒体と、
前記光スポットを遮る位置に前記記録トラックに直交す
る方向のスリットを有して前記透明集光用媒体の前記ス
ポット形成面の表面に設けられた遮光膜とを備えたこと
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、集光手段によって第１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、スポット形成面上に形成される光スポットの
微小化が可能になる。スポット形成面上に形成される光
スポットをスリットを有する遮光膜によって遮光するこ
とにより、スポット形成面上に形成される光スポットよ
り微小の近接場光スポットが得られる。

【００１９】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と、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
ィスクとを有し、前記複数の光ディスク上の記録トラッ
クに対し、前記光スポットに基づいて記録あるいは再生
を行う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集光する集光手段と、前
記集光手段によって前記レーザ光が集光される第１の点
と前記光スポットが形成される第２の点とを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、
前記第１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スポット形成
面上の前記第２の点に前記光スポットを形成する透明集
光用媒体と、前記光スポットを遮る位置に前記記録トラ
ックに直交する方向のスリットを有して前記透明集光用
媒体の前記スポット形成面の表面に設けられた遮光膜と
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
て第１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、スポット形成面上に形成され
る光スポットの微小化が可能になる。スポット形成面上
に形成される光スポットをスリットを有する遮光膜によ
って遮光することにより、スポット形成面上に形成され
る光スポットより微小の近接場光スポットが得られる。

【００２０】本発明は、上記目的を達成するため、レー
ザ光が集光される点と前記レーザ光によって光スポット
が形成される点とを２焦点とする略回転楕円体状を有
し、前記光スポットが形成されるスポット形成面を備え
た透明集光用媒体を準備し、前記透明集光用媒体の前記
スポット形成面に前記光スポットより小なる幅、および
前記光スポットより大なる長さを有する外径のホトレジ
スト層を形成し、前記透明集光用媒体の前記スポット形
成面の前記ホトレジスト層の存在しない領域を前記レー
ザ光の波長以下の所定の深さでエッチングによって除去
することにより凹部を形成し、前記凹部に遮光材料を堆
積させて前記外径に対応する開口を有した遮光膜を形成
することを特徴とする光ヘッドの製造方法を提供する。
上記構成によれば、ホトリソグラフィー法によってスポ
ット形成面上に形成される光スポットより小なる幅、光
スポットより大なる長さの開口を有する遮光膜を形成で
きる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１(a) ，(b) 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。

【００２２】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上の表
面には、光ディスク８上のトラック方向Ｘに直交する方
向Ｙのスリット７ａを有する遮光反射膜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。

【００２３】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、ｘ軸およびｙ軸に直交する
方向をｚ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。これは図２３に示す従来例など
で得られている値のほぼ半分である。

【００２４】遮光反射膜７Ｂは、チタン（Ｔｉ）からな
り、レーザ光の波長より小なる厚さ（例えば１０ｎｍ）
を有し、光スポット９ａに対応する位置にトラック方向
Ｘに直交する方向Ｙのスリット７ａを形成し、光スポッ
ト９ａから外部へ直接出射する光を遮断し、かつ、スリ
ット７ａを介して近接場光９ｂを形成するものである。
スリット７ａの幅をＷ、長さをＬ、光スポット９ａの直
径をＤ_1/2 とすると、Ｗ，ＬとＤ_1/2 の関係が、 Ｗ＜Ｄ_1/2 、かつ、Ｌ＞Ｄ_1/2 となるように設定している。これにより、長さ約
Ｄ_1/2 、幅Ｗの近接場光９ｂが形成される。本実施の形
態では、幅Ｗを光スポット９ａの径Ｄの数分の１程度以
下、すなわち、レーザ光の波長の１／１０程度（例えば
５０ｎｍ）にしている。なお、スリット幅Ｗは、光ディ
スクの高記録密度化技術およびスリット形成技術の進展
に応じて５０ｎｍより小さくしてもよい。また、遮光反
射膜７Ｂは、スリット７ａの周辺にレーザ光を吸収する
処理（例えば黒色処理）が施されていてもよく、レーザ
光を吸収する材料で形成されていてもよい。これにより
遮光反射膜７Ｂのスリット７ａの周辺で反射したレーザ
光によるＳ／Ｎ比の低下を防げる。

【００２５】スリット７ａの幅Ｗはレーザ波長の１／１
０程度と小さいため、このスリット７ａからは伝搬光は
出射せず、トラック方向Ｘにはスリット７ａの幅Ｗと同
程度、垂直方向にはその数倍の大きさの近接場光９ｂが
波長と同程度の近接の距離にまで滲み出している。この
近接場光９ｂに透明集光用媒体６と同程度の屈折率を有
する媒体、例えば、記録媒体８を近接配置することによ
り、近接場光９ｂが光ディスク８の記録層８ａ中に伝播
光となって入射し、この光によって記録層８ａへの記録
および読み出しが可能になる。この伝播光の光量は、次
式で表される。

【数３】 ここに、Ｉｏ：レーザの全パワー ω ：集光面６ｂでの光スポット９ａの半径 ａ ：スリット７ａの半幅 すなわち、赤色レーザの場合、スリット７ａを通過する
レーザ光の光量は光スポット９ａの全パワーの約２０
％、青色光の場合は３０％となり、従来の光ファイバを
使用した場合の１００倍以上に集光効率を改善すること
ができる。

【００２６】図３(a) 〜(d) は、遮光反射膜７Ｂの被着
方法およびスリット７ａの形成方法を示す。まず、略半
回転楕円体状の透明集光用媒体６の底面６ｄに電子ビー
ム露光用のフォトレジスト膜７０を塗布し、スリット７
ａに対応する部分を残すように電子ビームにより露光し
（図３(a) ）、現像の後、底面６ｄをドライエッチング
により約１００Ａ異方性にエッチングし、スポット形成
面６ｃを形成する（図３(b) ）。エッチングガスとして
はＣＦ４系のガスを使用する。次に、全面に遮光膜用の
Ｔｉ膜７１をスパッタリングにより約１００Ａ被着した
後（図３(c) ）、フォトレジスト膜７０を溶解すること
により、スリット７ａに対応するＴｉ膜７１をリフトオ
フする（図３(d) ）。このようにしてスリット７ａを有
する遮光反射膜７Ｂが形成される。なお、遮光反射膜７
Ｂは、遮光性、およびガラスとの優れた被着性を有する
膜であれば、Ｔｉ膜以外の他の膜でもよい。なお、遮光
反射膜７Ｂは、第１の焦点Ｆａの近傍に入射光３ｃを反
射する反射膜を形成し、第２の焦点Ｆｂの近傍にスリッ
ト７ａを有する遮光膜を形成してもよい。この場合、ス
リット７ａに対応する部分と遮光膜の周辺にホトレジス
ト膜を形成し、上述したホトリソグラフィー法によって
反射膜および遮光膜を形成できる。

【００２７】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、遮光反射膜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から遮光反射膜７Ｂ上のスリット７ａを通して
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８
ａ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。

【００２８】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ＳＩ
Ｌ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。 また、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。 また、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。 (ロ) 反射型の集光系のため、色収差が生じない。 (ハ) 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。 (ニ) 微小化された光スポット９ａから滲み出す近接場光
を遮光反射膜７Ｂに形成したトラック方向Ｘに直交する
方向Ｙのスリット７ａによって絞っているので、従来の
Ｓｕｐｅｒ ＳＩＬを用いた場合と比較して、近接場光
９ｂのトラック方向Ｘの幅を数分の１に小さくできるの
で、トラック方向Ｘの記録密度を数倍に増大させること
ができる。 (ホ) 近接場光９ｂのトラック方向Ｘに直交する方向Ｙの
長さは、スポット径Ｄ _1/2 によって決まり、スポット径
Ｄ_1/2 を微小化できたことから、トラックピッチを縮小
させることができる。 (ヘ) 近接場光９ｂをレーザビーム３の波長より小さい幅
のスリット７ａで絞ってもスリット７ａからの伝播光の
中心部の光強度は変わらないため、高い光利用効率が得
られる。従って、数ミリワットの比較的低出力の半導体
レーザ２が光源として使用できる。また、光ディスク８
からの反射光もスリット７ａからの伝播光に比例して増
大するため、再生光の検出に従来光ディスクメモリに常
用されているＳｉ光検出器が使用でき、ホトマルを使用
しなくて済み、光ヘッド１が小型・軽量化できるととも
に、高速度の読み出しが可能となる。 (ト) 近接場光９ｂのトラック方向Ｘの幅はスリット幅Ｗ
で規定され、スポット形成面６ｃでのスポット径Ｄ_1/2
には依存しないため、コリメータレンズ４，集光レンズ
４’の収差や温度変化によるスポット径の変動の影響を
受け難く、信頼性の高い光ヘッドを提供できる

【００２９】図４(a) ，(b) は、遮光反射膜７Ｂの変形
例を示す。遮光反射膜７Ｂは、図４(a) に示すように、
透明集光用媒体６の底面のエッチング時に、スポット形
成面６ｃのスリット７ａ近傍の領域６ｃ’を傾ける等の
操作により被エッチング面を入射光に対して傾斜させ、
凸型あるいは凹型の円錐面状にしてもよい。また、図４
(b) に示すように、透明集光用媒体６の底面のエッチン
グ時に、比較的大電流で高速にエッチングする等の操作
によりエッチング面に細かい凹凸を形成してもよい。遮
光反射膜７Ｂのスリット７ａ近傍の領域６ｃ’の反射率
が高いと、遮光反射膜７Ｂで反射した光強度が、スリッ
ト７ａから戻る信号光に比べて強くなり、信号処理時の
前段増幅の増幅率を大きく取れなくなるため、Ｓ／Ｎが
低下する。一方、遮光反射膜７Ｂでの吸収率が高いと、
遮光反射膜７Ｂの光スポット９ａが照射された部分の温
度が上昇し、この熱が記録に影響を与えるため好ましく
ない。そこで、図４(a) ，(b) に示すような構造にする
ことにより、反射光３ｆが集光レンズ４’に戻らなくな
り、Ｓ／Ｎを向上させることができる。一方、スリット
７ａを通過する反射光は、入射光３ｅと同じ経路をたど
り、光検出器（図略）に入射する。これにより、光検出
器に入る迷光の割合を減らすことができるため、ＤＣ型
の前置増幅器の増幅率をあげることができ、Ｓ／Ｎを改
善することが可能となる。

【００３０】図５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。

【００３１】図６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。

【００３２】図７(a) ，(b) 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３ｃ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。

【００３３】図８(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。

【００３４】図９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。

【００３５】図１０は、第１の実施の形態に係る光ディ
スク装置１００の光ヘッド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、例えば、ＡｌＧａｌｎＰから
なり、波長６３０ｎｍのレーザビーム３ａを出射する端
面発光型の半導体レーザ２と、半導体レーザ２から出射
されたレーザビーム３ａを平行ビーム３ｂに整形するコ
リメータレンズ４と、半導体レーザ２を浮上スライダ１
８上に取り付ける溶融石英板からなるホルダ２０と、半
導体レーザ２を圧電素子４１を介して支持するホルダ３
７Ｃと、半導体レーザ２からの平行ビーム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２からの平行ビーム３ｂの直線
偏光を円偏光にする１／４波長板２３と、１／４波長板
２３からの平行ビーム３ｂを集光させる集光レンズ４’
および透明集光用媒体６と、浮上スライダ１８上に取り
付けられ、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。

【００３６】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
７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のスポッ
ト形成面１８ａに光スポット９ａが形成される。浮上ス
ライダ１８のスポット形成面１８ａには、図１に示した
のと同様に、スリット７ａを有する遮光膜７が被着形成
されている。スリット７ａは、同図(b)に示すように、
長手方向がトラック方向Ｘに直交する方向Ｙとなるよう
に形成される。

【００３７】浮上スライダ１８は、図１０(b) に示すよ
うに、スポット形成面１８ａに形成される光スポット９
ａの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浮上スライダ１８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０．０６μｍであ
る。

【００３８】光ヘッド駆動系１６は、記録時に、半導体
レーザ２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２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。

【００３９】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、干鳥マーク（Ｗｏｂ
ｂｌｅｄ Ｔｒａｃｋ）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。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。

【００４０】図１１は、圧電素子４１を示す。圧電素子
４１は、一対の電極端子４１０，４１０に接続された複
数の電極膜４１１と、電極膜４１１間に形成された多層
ＰＺＴ薄膜（厚さ約２０μｍ）４１２とからなる。この
圧電素子４１は、上記ホルダ３７Ｃに被着形成されてお
り、この圧電素子４１により集光用透明媒体６を支える
とともに、トラック方向Ｘに直交する方向Ｙ（トラッキ
ング方向）に走査する。

【００４１】次に、上記第１の実施の形態に係る光ディ
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１
６による駆動によって半導体レーザ２からレーザビーム
３ａが出射されると、半導体レーザ２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２
３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２
３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のスポ
ット形成面１８ａの第２の焦点Ｆｂに集光する。浮上ス
ライダ１８のスポット形成面１８ａに微小の光スポット
９ａが形成される。この光スポット９ａ下のスリット７
ａから光スポット９ａの光の一部が近接場光９ｂとして
浮上スライダ１８の下面の外側に漏れ出し、この近接場
光９ｂが光ディスク１２の記録層１２１に伝播して光記
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７Ａ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２
４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。

【００４２】上記第１の実施の形態に係る光ディスク装
置１００によれば、透明集光用媒体６の集光ビームのＮ
Ａは０．８６となり、この結果、スポット径Ｄ_1/2 約
０．２μｍの微小の光スポット９ｂが得られ、その約２
０％を幅５０ｎｍのスリット７ａを通して近接場光９ｂ
として光ディスク１２の記録層１２１に入射でき、超高
密度（６０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ² ）の超高密度の光記
録／光再生が可能になった。また、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
６ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ８ｍｍ、重量は０．６ｇと軽量
となった。このため、リニアモータ１４の可動コイル１
４Ｂとサスペンション１５を含めて可動部の重量を２．
０ｇ以下にできた。この結果、リニアモータ１４のみで
帯域５０ｋＨｚ以上、利得６０以上が得られた。従っ
て、６００ｒｐｍの回転下においてトラッキング可能で
あり、平均転送レートは６０Ｍｂｐｓが得られた。ま
た、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。また、透明集
光用媒体６の重量は、５ｍｇ以下と軽いため、透明集光
用媒体６を支持する系の共振周波数を３００ｋＨｚ以上
にでき、電極端子４１０，４１０間への印加電圧５Ｖで
０．５μｍ以上の変位が得られた。また、この圧電素子
４１とリニアモータ１４による２段制御により、８０ｄ
Ｂの利得で３００ｋＨｚの帯域が得られ、高速回転時
（３６００ｒｐｍ）下において５ｎｍの精度でトラッキ
ングを行うことができた。これにより、本実施の形態で
は転送レートを圧電素子４１を用いない場合の光ディス
ク装置１００の６倍、すなわち、３６０Ｍｂｐｓに上げ
ることができた。また、後述するマルチビームの光ヘッ
ドを使用した場合には、さらに８倍となり、５００Ｍｂ
ｐｓ近くの転送レートが得られた。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、３６００ｒｐｍ回転時のアクセス時間
は２０ｍｓ以下となる。

【００４３】なお、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５と偏光ビーム
スプリッタ２２の間に回折格子を挿入し、かっ、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。また、本実施の形態の光ヘッド１をそ
のまま追記型光ディスク（色素の光吸収により凹凸ビッ
トを形成したディスク）への記録および再生に用いるこ
とができる。また、浮上スライダ１８のスポット形成面
１８ａに形成される光スポット９ａの周辺に薄膜コイル
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２２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（Ｖ
ＣＳＥＬ）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、２ｍ
Ｗ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、色収差補正を不要に
できる。また、本実施の形態では、光スポットの駆動に
圧電素子を用いたが、これに限るものではなく、後述す
る図１５に示すような光スポット駆動型の半導体レーザ
を使用してもよい。

【００４４】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４３を使用したものである。光ヘッド１は回動軸
３３ａに回動可能に支持されたサスペンション３３によ
って回転型リニアモータ４３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４３は
光ディスク１２の外側に配置できるため、光へッド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、光ディスク１２を高速（３
６００ｒｐｍ）に回転することができ、平均３６０Ｍｂ
ｐｓ以上のデータ転送レートが可能になる。

【００４５】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１００
は、図１２に示す第２の実施の形態において、光ヘッド
１から半導体レーザ２、コリメータレンズ３、ホルダ３
７Ｃ、圧電素子４１からなるレーザビーム発生系、およ
びビームスプリッタ２２、１／４波長板２３、光検出器
２４からなる光検出系を分離して固定ユニット２００内
に配置し、光ヘッド１と固定ユニット２００とを光ファ
イバ２０１で光学的に接続したものである。

【００４６】上記第３の実施の形態に係る光ディスク装
置１００によれば、光ファイバー２０１からスポット形
成面までの距離が約１ｍｍと短く、この間での熱膨張・
収縮による焦点ずれは少なく、かつ、スリット幅により
近接場光のトラック方向の幅が一定とされているため、
温度変動の影響が少ないため、自動焦点制御を省くこと
ができる。また、第２の実施の形態の光ヘッド１からレ
ーザビーム発生系および光検出系を分離したので、光ヘ
ッド１のサイズは、高さ１ｍｍ、長さ／幅２ｍｍとな
り、重量は約１０ｍｇとなった。このような超軽量・薄
型の光ヘッド１を用いることにより、回転型リニアモー
夕４３による高速のトラッキングが可能となり、高転送
レート、小型の光ディスク装置を提供できる。また、こ
の光ディスク装置を後述する図１４の光ディスク装置と
同様のスタック型として、大容量の光ディスク装置を提
供することもできる。なお、高速のトラッキングを行う
ためには、従来提案されているように、サスペンション
３３にピエゾ素子（図示せず）を取付け、それによりサ
スペンダ３３先端部および光ヘッドを駆動してもよい。

【００４７】図１４は、本発明の第４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１００
は、図７に示す透明集光用媒体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１２０の上下面
に記録層１２１，１２１がそれぞれ被着された５枚の光
ディスク１２と、各光ディスク１２の記録層１２１上を
浮上走行する１０個の光ヘッド１と、回動軸４４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３３
と、サスペンション３３を駆動する回転型リニアモータ
４５とを有する。記録層１２１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４
５は、サスペンション３３が結合された可動片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、基本的には図７に示すものと同様であり、
回転放物面を有する透明集光用媒体６とＡｌＧａｌｎＮ
系のレーザ（６３０ｎｍ）を使用しており、光スポット
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０．０７μｍ、０．０５
μｍであり、片面の容量は３００ＧＢ、全体では３ＴＢ
である。

【００４８】図１５(a) ，(b) は、この第４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であり、基板４６０を有し、こ
の基板４６０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４６
１は、主部電極４６１ａと、左右一対の先端部電極４６
１ｂ，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段階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
（１０ＭＨｚ）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４と透
明集光用媒体６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。

【００４９】上記第４の実施の形態に係る光ディスク装
置１００によれば、５枚の光ディスク１２に情報を記録
できるので、１５ＴＢの大容量化が可能になる。なお、
光ヘッド１は、図１乃至図６に示すものを用いてもよ
い。これにより、光ヘッド１の高さを３ｍ以下にでき、
光ディスク装置の高さを小型化でき、体積容量を上げる
ことができる。

【００５０】図１６(a) ，(b) ，(c) は、本発明の第５
の実施の形態に係る光ディスク装置の主要部を示す。こ
の光ディスク装置１００は、図１０に示す第１の実施の
形態の光ディスク装置１００において、半導体レーザ２
を独立駆動可能な複数（例えば、８個）のレーザ素子を
備え、複数のレーザ素子から複数のレーザビーム３ａを
出射するものとし、遮光膜７Ｃに複数のスリット７ａを
形成し、光検出器２４を８分割のものを使用したもので
あり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。

【００５１】半導体レーザ２は、図１６(b) に示すよう
に、端面発光半導体レーザであり、活性層１９ａ、ｐ型
電極１９ｂ、ｎ型電極１９ｃを有する。ｐ型電極１９ｂ
の間隔ｄ₁ を例えば１５μｍにすることにより、レーザ
ビーム３ａの間隔を１５μｍにしている。

【００５２】遮光膜７Ｃは、図６(c) に示すように、レ
ーザビーム３ａの数に対応して８つのスリット７ａを有
する。コリメータレンズ４のＮＡは０．１６、透明集光
用媒体６でのＮＡは０．８、レーザビーム３ａの間隔ｄ
₁ は１５μｍであるので、スポット形成面６ｃでの光ス
ポット９ａの間隔、すなわち、スリット７ａの間隔ｄ ₂
は３μｍにしている。スリット７ａのアレイ軸方向Ｘ’
は、各スリット７ａがそれぞれ隣接するトラックの真上
に位置するように、光ディスク１２のトラック方向Ｘに
対してわずかに傾けてある。すなわち、それぞれの隣接
スリット７ａの記録トラックに対する垂直方向の間隔は
トラックピッチ（この場合、０．０７μｍ）ｐに等しく
なるように配列されている。トラック方向Ｘに対するス
リット７ａのアレイ軸方向Ｘ’の傾き角は２３ミリラジ
アンであり、この傾きはレーザアレイではその支持台の
傾き、スリットアレイでは形成時のフォトリソグラフィ
による調整で行う。

【００５３】次に、上記第５の実施の形態に係る光ディ
スク装置１００の動作を説明する。半導体レーザ２から
複数のレーザビーム３ａが出射されると、半導体レーザ
２からの複数のレーザビーム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７
Ａで反射してスポット形成面６ｃの第２の焦点Ｆｂに集
光する。スポット形成面６ｃに微小の複数の光スポット
９ａが形成される。この複数の光スポット９ａ下の複数
のスリット７ａから複数の近接場光９ｂが透明集光用媒
体６の外側に滲み出し、この近接場光９ｂが光ディスク
１２の記録層１２１に伝播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７Ａで反射して偏光ビームスプリ
ッタ２２で入射ビームと分離された後、集光レンズ２６
により８分割の光検出器２４に集光される。

【００５４】上記第５の実施の形態に係る光ディスク装
置１００によれば、８個のスリット７ａからの８個の独
立に変調可能な近接場光９ｂにより、独立に８本の記録
トラックを同時に記録・再生することができ、記録再生
の転送レートを８倍にすることができる。なお、スリッ
ト７ａのアレイの長さは２０μｍ程度であり、その間の
トラックの曲がりは０．００７μｍとトラック幅の１／
１０程度であるので、これによるトラックずれは無視で
きる。また、スリット７ａの数は必ずしも８個に限るも
のではなく、用途により増減可能である。なお、透明集
光用媒体６は、図１乃至図６に示すものを用いてもよ
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、スポット形成面上に形成される光スポッ
トを微小化でき、さらにその光スポットをスリットを有
する遮光膜によって遮光しているので、スポット形成面
上に形成される光スポットより微小の近接場光スポット
が得られ、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】(a) は本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッ
ドの主要部を示す図、(b) はその底面図である。

【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】(a) 〜(a) は第１の実施の形態に係る遮光反射
膜の形成方法を示す図である。

【図４】(a) ，(b) は第１の実施の形態に係る遮光反射
膜の変形例を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッドの主
要部を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態に係る光ヘッドの主
要部を示す図である。

【図７】(a) は本発明の第４の実施の形態に係る光ヘッ
ドの主要部を示す図、(b) はその底面図である。

【図８】(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９】第１の実施の形態に係る光ディスクの詳細を示
す断面図である。

【図１０】(a) は第１の実施の形態に係る光ヘッドの縦
断面図、(b) は横断面図である。

【図１１】第１の実施の形態に係る圧電素子の断面図で
ある。

【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る光ディスク
装置の斜視図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る光ディスク
装置の斜視図である。

【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る光ディスク
装置の断面図である。

【図１５】(a) ，(b) は第４の実施の形態に係る半導体
レーザを示す図である。

【図１６】(a) は本発明の第５の実施の形態に係る光デ
ィスク装置の主要部を示す図、(b) はその半導体レーザ
を示す図、(c) はその遮光膜を示す図である。

【図１７】(a) は従来の光ディスク装置を示す図、(b)
はその再生時の動作を示す図である。

【図１８】従来の他の光ディスク装置を示す図である。

【図１９】図１８における屈折率ｎとＮＡの関係を示す
図である。

【図２０】従来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，３ｂ，３ｃ，３ｃ’，３ｄ，３ｄ’，３ｅ，３
ｅ’ レーザビーム ４ コリメータレンズ ４’ 集光レンズ ５ プリズム ６ 透明集光用媒体 ６ａ 入射面 ６ｂ 反射面 ６ｃ スポット形成面 ６ｃ’ スリット近傍の領域 ６ｄ 底面 ７Ａ 反射膜 ７Ｂ 遮光反射膜 ７Ｃ 遮光膜 ７ａ スリット ８ 光ディスク ９ａ 光スポット ９ｂ 近接場光 １２ 光ディスク １２ａ グルーブ部 １３ トラッキング方向 １４ リニアモータ 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 １８ａ スポット形成面 １８ｂ 溝 １９ａ 活性層 １９ｂ ｐ型電極 １９ｃ ｎ型電極 ２０ ホルダ ２２ 偏光ビームスプリッタ ２３ １／４波長板 ２４ 光検出器 ２５ ヘッドケース ２６ 集光レンズ ３３ サスペンション ３３ａ 回動軸 ３７Ｃ ホルダ ４１ 圧電素子 ４３ 回転型リニアモータ ４４ 回動軸 ４５ 回転型リニアモータ ４５ａ 可動片 ４５ｂ ヨーク ４５ｃ 電磁石 ４６ 半導体レーザ ７０ フォトレジスト膜 ７１ Ｔｉ膜 １００ 光ディスク装置 １２０ プラスチック基板 １２１ 記録層 ２００ 固定ユニット ２０１ 光ファイバ ４１０ 電極端子 ４１１ 電極膜 ４１２ 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 ４６３ 活性層 ｄ₁ ｐ型電極の間隔 ｄ₂ スリットの間隔 Ｆａ 第１の焦点 Ｆｂ 第２の焦点 Ｌ 回転楕円体の長軸 Ｘ トラック方向 Ｘ’ スリットのアレイ軸方向 Ｙ トラック方向に直交する方向 Ｐ 中央点 ｐ トラックピッチ θｅ 集光光の半頂角 θｃ 入射光の半頂角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−113741（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−228233（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−53138（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−62237（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−5667（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−81602（ＪＰ，Ｕ) 特表 平９−501261（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/135 G11B 7/125 G11B 7/22

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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集光する集
   光手段と、 前記集光手段によって前記レーザ光が集光された第１の
   点と前記光スポットが形成される第２の点とを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、前記第１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スポ
   ット形成面上の前記第２の点に前記光スポットを形成す
   る透明集光用媒体と、 前記光スポットを遮る位置に所定の方向のスリットを有
   して前記透明集光用媒体の前記スポット形成面の表面に
   設けられた遮光膜とを備えたことを特徴とする光ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】前記透明集光用媒体は、前記第１の点に設
   けられ、前記集光手段によって前記第１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。
3. 【請求項３】前記透明集光用媒体の前記入射面は、前記
   第１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。
4. 【請求項４】前記透明集光用媒体の前記入射面は、前記
   第１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。
5. 【請求項５】前記透明集光用媒体は、前記第１の点を前
   記入射面上に有し、前記集光手段によって前記第１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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。
9. 【請求項９】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、同一の平面からなり、前記第１お
   よび第２の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。
10. 【請求項１０】前記透明集光用媒体の前記スポット形成
    面は、平面からなり、前記第１および第２の点を前記平
    面上に有し、前記反射部材および前記遮光膜は、前記平
    面上に形成された単一の遮光反射膜からなる構成の請求
    項２記載の光ヘッド。
11. 【請求項１１】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。
12. 【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。
13. 【請求項１３】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。
14. 【請求項１４】レーザ光を集光して光スポットを形成す
    る光ヘッドを有し、回転する光ディスク上の記録トラッ
    クに対し、前記光スポットに基づいて情報の記録あるい
    は再生を行う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集光する集
    光手段と、 前記集光手段によって前記レーザ光が集光される第１の
    点と前記光スポットが形成される第２の点とを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、前記第１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スポット
    形成面上の前記第２の点に前記光スポットを形成する透
    明集光用媒体と、 前記光スポットを遮る位置に前記記録トラックに直交す
    る方向のスリットを有して前記透明集光用媒体の前記ス
    ポット形成面の表面に設けられた遮光膜とを備えたこと
    を特徴とする光ディスク装置。
15. 【請求項１５】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、および前記記録あるいは前記再
    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１４記載の光ディスク装置。
16. 【請求項１６】レーザ光を集光して光スポットを形成す
    る光ヘッドと、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を有し、前記複数の光ディ
    スク上の記録トラックに対し、前記光スポットに基づい
    て記録あるいは再生を行う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集光する集
    光手段と、 前記集光手段によって前記レーザ光が集光される第１の
    点と前記光スポットが形成される第２の点とを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、前記第１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スポット
    形成面上の前記第２の点に前記光スポットを形成する透
    明集光用媒体と、 前記光スポットを遮る位置に前記記録トラックに直交す
    る方向のスリットを有して前記透明集光用媒体の前記ス
    ポット形成面の表面に設けられた遮光膜とを備えたこと
    を特徴とする光ディスク装置。
17. 【請求項１７】レーザ光が集光される点と前記レーザ光
    によって光スポットが形成される点とを２焦点とする略
    回転楕円体状を有し、前記光スポットが形成されるスポ
    ット形成面を備えた透明集光用媒体を準備し、 前記透明集光用媒体の前記スポット形成面に前記光スポ
    ットより小なる幅、および前記光スポットより大なる長
    さを有する外径のホトレジスト層を形成し、 前記透明集光用媒体の前記スポット形成面の前記ホトレ
    ジスト層の存在しない領域を前記レーザ光の波長以下の
    所定の深さでエッチングによって除去することにより凹
    部を形成し、 前記凹部に遮光材料を堆積させて前記外径に対応する開
    口を有した遮光膜を形成することを特徴とする光ヘッド
    の製造方法。
18. 【請求項１８】前記ホトレジスト層の形成する段階は、
    前記透明集光用媒体の前記スポット形成面の外緑に前記
    遮光膜の外径を決定するホトレジスト層を形成する段階
    を含む構成の請求項１７記載の光ヘッドの製造方法。
19. 【請求項１９】前記凹部を形成する段階は、前記凹部の
    前記ホトレジスト層近傍の座面に光散乱用の複数の微小
    の凹凸を形成する段階を含む構成の請求項１７記載の光
    ヘッドの製造方法。
20. 【請求項２０】前記凹部を形成する段階は、前記凹部の
    前記ホトレジスト層近傍の座面を傾斜面に形成する段階
    を含む構成の請求項１７記載の光ヘッドの製造方法。