JP3522562B2 - 光ヘッドおよび情報再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、浮上スライダ型
（フォイル軸受型）の光ヘッドおよびこの光ヘッドを使
用した情報再生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在広く普及している光ディスク装置に
おいては、光学系の回折限界が存在するために、集光ス
ポットの大きさが制限され、そのために光ディスク装置
における情報記録密度を大幅に向上させることは困難で
あった。

【０００３】これに対し、伝搬特性を持たない近接場光
を応用した再生方式では、記録ビットの大きさは使用す
る光源の波長の大きさよりも、むしろ近接場光を発生す
る開口の形状や寸法に大きく依存する要素が大きい。そ
のため、近接場光を用いた情報再生装置では、光源の波
長の数分の一から数十分の一の大きさの記録ビット情報
の再生が可能になる。この近接場光を応用することで情
報の記録密度を飛躍的に向上できることが、参考文献１
（Applied Physics Letters 61(2)，142(1992)）に紹介
されている。

【０００４】この文献１に紹介された方法は、尖鋭な光
ファイバの先端の開口（微小開口）の周囲に金属膜を蒸
着することで、近接場光の漏洩の低減を図っている。こ
の様な光ファイバ先端開口型では、光ファイバの先端に
近くなるにつれて徐々に光ファイバの直径が光源の波長
よりも小さくなるので、光透過率が極端に小さくなる。
このため、光ファイバの入力側末端において約１０ｍＷ
程度の光を導き入れたとしても、先端開口部からしみ出
してくる光の強度はｎＷオーダ、比率にして１０^-5〜１
０^-6程度にまで減衰されてしまう欠点があった。

【０００５】さらに、文献１に紹介された方法では、実
際の近接場光は微小開口から極近傍領域、距離にして光
源の波長オーダ未満にしか定在しないために、近接場光
を検出するためには微小開口と記録媒体表面との距離
は、用いる光源の波長未満に常に保たなくてはならな
い。そのため、尖鋭な光ファイバから近接場光をしみ出
させ、これを再生に応用する従来の方法では、近接場光
の強度が小さい上に、ファイバ先端と記録媒体表面間の
距離を光源の波長未満（約１０ｎｍ）に保って走査させ
ることが必要であった。この様な条件の下では、実用的
な再生速度を満たす情報再生装置の作製は困難であっ
た。

【０００６】上記のような条件を考慮して、特開平３−
１７１４３４号公報（先願）および特開平９−１９８
８３０号公報（先願）では、微小開口を浮上スライダ
に搭載することで、微小開口と記録媒体表面間の距離を
制御する方法を提案している。これらは、いずれも光源
の近くに微小開口を配置し、さらにこれを浮上スライダ
の浮上面内に作製することを提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先願
やで提案されている方法で情報再生を行うには、いく
つかの問題がある。光源、レンズ、ピンホールおよび受
光器などの送受光部を浮上スライダに搭載した光ヘッド
（送光ヘッド）を実際に作製する場合、データを高転送
速度でもって再生するために必要なパワーを十分備えた
光源、光源からの光を集光するためのレンズ、ピンホー
ル（微小開口）、および受光器の各構成項目を同一（単
一）の浮上スライダ中（上）に搭載し、かつその浮上ス
ライダ面と記録媒体表面間の距離を光源の波長未満に常
に保って制御できるような、小型軽量の光ヘッドを設計
・作製することは技術的に非常に困難と考えられる。

【０００８】さらに、光源を浮上スライダ上に搭載する
にはいくつかの作製上の問題が存在する。それは、光源
として提案されているレーザーダイオードは消費電力が
大きいので、発熱を伴うことである。レーザーダイオー
ドの高寿命化のためには、レーザーダイオードを高温劣
化から守る必要があり、そのためにはレーザーダイオー
ドと浮上スライダとの熱伝導性を考慮した構造設計や材
質の選定が必要になる。また、レーザーダイオードの光
を効率よく微小開口に導くためには、レーザーダイオー
ドの出射窓と微小開口との高精度アライメントが要求さ
れてくる。しかし、このような条件の下では、光ヘッド
の小型軽量化、製造および材料コストの削減は技術的に
非常に困難と考えられる。

【０００９】なお、特開平９−１６７３２３号公報（先
願）には、磁気ヘッドブロックの浮上量をサブミクロ
ン以下の擬似コンタクトとして、記録情報の再生が可能
な磁気ヘッド支持構造が示されている。この磁気ヘッド
支持構造では、薄板状の浮上スライダの先端に磁気ヘッ
ドブロックを搭載し、この磁気ヘッドブロックの電磁変
換部を磁気記録媒体と対向させることによって、磁気記
録媒体からの記録情報の再生を行う。この先願の磁気
ヘッド支持構造において、磁気ヘッドブロックを送受光
部に置き換えることが考えられるが、送受光部が重たい
ためヘッド浮上量をサブミクロン以下の擬似コンタクト
とすることが難しく、発熱の問題も生じる。

【００１０】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、ヘッド浮上
量をサブミクロン以下の擬似コンタクトとすることが可
能で、発熱の問題も生じない光ヘッドおよびこの光ヘッ
ドを使用して光記録媒体上の記録情報を高精度で再生す
ることのできる情報再生装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の光ヘッドは、光記録媒体に対しその
先端面部を近接し対向浮上させた状態で配置される薄板
状の浮上スライダの先端面部に受光領域を形成し、この
受光領域への光を遮光膜で遮光するようにすると共に、
この遮光膜に受光領域への近接場光成分を通す微小開口
を開設したものである。この発明によれば、光記録媒体
の情報記録部に光記録媒体の光ヘッドと対向しない面側
から光ビームを照射し、情報記録部の情報記録ビットに
よって散乱放出された光ビームの近接場光成分を光ヘッ
ドの微小開口を通して受光領域にて受光させることが可
能となる。なお、本発明の光ヘッドでは、受光領域を、
互いに面積が等しい、その領域の一部が微小開口に対向
する第１の受光領域と、対向しない第２の受光領域とに
分割し、第１の受光領域からの受光信号と第２の受光領
域からの受光信号との差分を増幅することで、近接場光
による受光信号のみを効率よく得るようにする。

【００１２】また、本発明の情報再生装置は、光ヘッド
の浮上スライダの先端面部に対向する光記録媒体の情報
記録部に光記録媒体の光ヘッドと対向しない面側から光
ビームを照射する光学系と、この光学系から照射され情
報記録部の情報記録ビットによって散乱放出され微小開
口を通して受光領域にて受光される光ビームの近接場光
成分に基づいて光記録媒体上の記録情報を再生する記録
情報再生手段とを設けたものである。この発明によれ
ば、光ヘッドの浮上スライダの先端面部に対向する光記
録媒体の情報記録部に光ヘッドと対向しない面側から光
ビームが照射され、情報記録部の情報記録ビットによっ
て散乱放出された光ビームの近接場光成分が光ヘッドの
微小開口を通して受光領域にて受光され、受光された光
ビームの近接場光成分に基づいて光記録媒体上の記録情
報が再生される。

【００１３】

〔参考例〕

図１はこの発明の実施の形態の説明に入る前の参考例を
示す光ヘッドを使用した情報再生装置の要部を示す側断
面図である。同図において、１は浮上スライダ型（フォ
イル軸受型）の光ヘッド（受光ヘッド）、２は光記録媒
体、３はレーザダイオード（光源）、４は集光レンズで
ある。

【００１４】光ヘッド１は、薄板状の浮上スライダ（カ
ンチレバー）１−１を備え、光記録媒体２からの情報再
生に際し、この浮上スライダ１−１の先端面部１−２を
回転する光記録媒体２に対し近接し対向浮上させた状態
で配置される。浮上スライダ１−１の先端面部１−２に
は、インドーピング等の半導体プロセス手段を用いてフ
ォトダイオード領域（受光領域）１−３が形成されてお
り、このフォトダイオード領域１−３を覆うように遮光
膜１−５が絶縁層１−４を介して形成されている。遮光
膜１−５の上面には光を透過させる保護膜１−６が形成
されている。遮光膜１−５および保護膜１−６にはその
中央部に貫通して微小開口１−７が形成されている。な
お、この例では、保護膜１−６を貫通して微小開口１−
７を形成しているが、遮光膜１−５のみに微小開口１−
７を設け、この遮光膜１−５に設けられた微小開口１−
７を保護膜１−６で覆うようにしてもよい。

【００１５】また、浮上スライダ１−１には、図２に図
１におけるＡ方向から見た斜視図を示すように、プリア
ンプ１−９が形成されている。プリアンプ１−９はエッ
チングにより作製されたリード線１−１０を介してフォ
トダイオード領域１−３に接続されている。プリアンプ
１−９をフォトダイオード領域１−３の直近に配置する
ことで、フォトダイオード領域１−３とプリアンプ１−
９から構成される増幅回路の余分な浮遊容量を低減で
き、回路全体の応答特性を改善することができる。

【００１６】図３にフォトダイオード領域１−３，絶縁
層１−４，遮光膜１−５，保護膜１−６および微小開口
１−７よりなる受光部１−８の拡大断面図を示す。フォ
トダイオード領域１−３は導電性を示す。遮光膜１−５
は金属材質からなる。絶縁層１−４は、導電性を示すフ
ォトダイオード領域１−３と金属材質からなる遮光膜１
−５とを、電気的に絶縁するために設けられている。

【００１７】遮光膜１−５は、あまり薄いとその金属表
面から光がフォトダイオード領域１−３の内部にしみ込
むという現象が見られるので、その影響を少なくするた
めに、遮光膜１−５の材質は低侵入長を有する金属膜あ
るいはそれらの合金で形成される膜であることが望まし
い。例えば、Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａ
ｕ，Ａｇなどが代表的な金属として挙げられる。中でも
Ｔｉなどは低侵入長の他に高剛性を有しているので、フ
ォトダイオード領域１−３を保護するという目的をも兼
ね備えることが可能である。実際には、この厚さは金属
材質にも依存するが、概ね５０〜５００ｎｍ程度であ
る。

【００１８】フォトダイオード領域１−３のベースとな
る浮上スライダ１−１の形状（長さ、幅、厚み等）およ
び材質を調整することで、受光部１−８の加重を分散
し、安定した浮上特性を有するフォイル軸受型の光ヘッ
ド１として働かせることが可能になる。また、浮上スラ
イダ１−１のバネ定数と押しつけ加重を制御する事で、
微小開口１−７と記録媒体２の表面との距離を数１０ｎ
ｍから数１００ｎｍの範囲で、一定距離に保つことが可
能である。さらに押しつけ加重を強くすることで、微小
開口１−７を記録媒体２の表面に疑似コンタクトさせる
ことも可能である。

【００１９】すなわち、この参考例では、光ヘッド１に
は受光部のみで送光部が設けられておらず、軽量である
ため、ヘッド浮上量をサブミクロン以下の疑似コンタク
トとすることが可能である。また、光ヘッド１には送光
部が設けられていないので、発熱の問題も生じない。こ
の参考例では、後述する如く、伝搬距離の短い近接場光
の検出を行うので、微小開口１−７と記録媒体２の表面
との距離が小さい方が高ＳＮ比を得る上で得策であり、
微小開口１−７を記録媒体２の表面に疑似コンタクトさ
せることができる効果は極めて大きい。

【００２０】なお、この参考例では、遮光膜１−５を形
成する金属膜と記録媒体２の表面との距離が非常に近接
する。そこで、遮光膜１−５の接触による記録媒体２の
破損を避けるために、遮光膜１−５上にダイアモンドラ
イクカーボン（ＤＬＣ）のように光を透過させる保護膜
１−６を形成している。

【００２１】図１は、光記録媒体２からの情報再生に際
し、光ヘッド１の先端面部１−２を記録媒体２の表面に
近づけた状態を示している。スライダ１−１の長さを長
くすることで、スライダ１−１の先端面部１−２に形成
した受光部１−８の微小開口１−７を、記録媒体２の表
面近傍にまで近接することが可能になる。また、スライ
ダ１−１を長くすることで、プリアンプ１−９からの出
力を外部と接続するリード線１−１１が、記録媒体２の
表面に接触する虞れを少なくることができる。

【００２２】また、この参考例において、微小開口１−
７を通ってフォトダイオード領域１−３にて受光される
光は、微小開口１−７の寸法（直径・形状・厚さ等）お
よび遮光膜１−５の材質に大きく依存する。微小開口１
−７の直径が光源の波長未満の場合、微小開口１−７を
通ってフォトダイオード領域１−３にて受光できる光
は、遮光膜１−５に照射されている光の成分の中でも、
伝搬特性を持たない近接場光成分のみに限定される。そ
こで、この参考例では、微小開口１−７の寸法を光源の
波長未満にすることで、遮光膜１−５に照射されている
光の内、近接場光成分のみを微小開口１−７を通してフ
ォトダイオード領域１−３にて受光させるようにしてい
る。

【００２３】具体的には、レーザダイオード３からの光
の波長（６００〜８００ｎｍ）を基準において、微小開
口１−７の寸法を半波長未満（≦λ／２）としており、
保護膜１−６の表面とフォトダイオード領域１−３の表
面との距離を４００ｎｍ未満、微小開口１−７の形状が
長方形，楕円等長軸および短軸を持つ形状である場合に
はその長軸方向の長さを４００ｎｍ未満、その他の形状
である場合にはその直径を４００ｎｍ未満としている。
なお、保護膜１−７の表面と記録媒体２の表面との距離
は、２０〜３５０ｎｍとする。

【００２４】レーザダイオード３と集光レンズ４は光記
録媒体２の光ヘッド１が配置された面とは反対側の面に
配置している。このレーザダイオード３と集光レンズ４
とで光学系が構成され、受光部１−８が形成された浮上
スライダ１−１の先端面部１−２に対向する光記録媒体
２の情報記録部２−１に光ビームＬＢを照射する。

【００２５】すなわち、この情報再生装置において、レ
ーザダイオード３から出た光ビームＬＢは、集光レンズ
４を経て、光記録媒体２の情報記録部２−１上に集光さ
れる。集光された光は情報記録部２−１の情報記録ビッ
トＩＢによって散乱放出される。この放出される散乱光
は近接場光および伝搬光からなる。光ヘッド１の受光部
１−８中の微小開口１−７を通過できるのは、この散乱
光の内、近接場光成分ＬＢａのみである。この微小開口
１−７を通過した近接場光成分ＬＢａはフォトダイオー
ド領域１−３にて受光される。フォトダイオード領域１
−３からの受光信号はリード線１−１０を介してプリア
ンプ１−９へ与えられ、増幅された後、リード線１−１
１を介して後段の回路へ出力される。この後段の回路に
おいて、プリアンプ１−９からの増幅された受光信号に
基づき、情報記録ビットＩＢの記録情報が再生される。

【００２６】この参考例では、微小開口１−７の寸法を
半波長未満としているので、フォトダイオード領域１−
３により読み取り可能な情報記録ビットの分解能は半波
長未満となり、半波長未満の大きさの情報記録ビットの
記録情報を読み取ることが可能となる。なお、微小開口
１−７の寸法を波長未満とすれば、読み取り可能な情報
記録ビットの分解能を波長未満とし、波長未満の大きさ
の情報記録ビットの記録情報を読み取ることが可能とな
る。

【００２７】〔実施の形態１〕 上述した参考例ではフォトダイオード領域１−３を１つ
の領域とした。これに対して、実施の形態１では、図４
に示すように、フォトダイオード領域１−３を、微小開
口１−７にその領域の一部が対向する第１のフォトダイ
オード領域１−３１と、対向しない第２のフォトダイオ
ード領域１−３２とに分割している。第１のフォトダイ
オード領域１−３１と第２のフォトダイオード領域１−
３２とは、入射光が無い場合、そこからの受光信号が同
じとなるように両者の面積が決められている。また、プ
リアンプ１−９に代えて、第１のフォトダイオード領域
１−３１からの受光信号と第２のフォトダイオード領域
１−３２からの受光信号との差分を増幅する差分型プリ
アンプ１−１２を設けている。

【００２８】この情報再生装置では、図５に示されるよ
うに、レーザダイオード３から出た光ビームＬＢは、集
光レンズ４を経て、光記録媒体２の情報記録部２−１上
に集光される。集光された光は情報記録部２−１の情報
記録ビットＩＢによって散乱放出される。この放出され
る散乱光は、近接場光および伝搬光からなり、微小開口
１−７を通過した近接場光成分ＬＢａは第１のフォトダ
イオード領域１−３１にて受光される。この第１のフォ
トダイオード領域１−３１からの受光信号には近接場光
成分ＬＢａのシグナルが含まれる。一方、第２のフォト
ダイオード領域１−３２は、微小開口１−７が存在しな
いため、そこからの受光信号には近接場光成分ＬＢａの
シグナルが含まれない。

【００２９】第１のフォトダイオード領域１−３１から
の受光信号と第２のフォトダイオード領域１−３２から
の受光信号は差分型プリアンプ１−１２へ与えられる。
差分型プリアンプ１−１２は第１のフォトダイオード領
域１−３１からの受光信号と第２のフォトダイオード領
域１−３２からの受光信号との差分を増幅し、リード線
１−１１を介して後段の回路へ送る。この場合、差分型
プリアンプ１−１２では、微小開口１−７を通過して入
射された近接場光成分ＬＢａのシグナルのみを効率よく
増幅することになる。２つのフォトダイオード領域１−
３１，１−３２の出力の差分を増幅することで、フォト
ダイオードの暗電流による出力成分を打ち消すことがで
き、近接場光による受光信号のみを効率よく得ることが
できる。

【００３０】この実施の形態１は、照射している光の強
度が強い場合、特に効果的である。何故ならば、照射し
ている光強度が強い条件下では、微小開口１−７を取り
囲む遮光膜１−５を貫通して、フォトダイオード領域１
−３１に到達してしまう光が存在する虞れがあるからで
ある。この場合、フォトダイオード領域１−３１の出力
信号には、近接場光による変調信号の他に、透過光によ
るオフセット信号が重畳されることになる。フォトダイ
オード領域１−３１とフォトダイオード領域１−３２と
では、その面積が等しいので、両者の遮光膜１−５を透
過して来る光の出力成分は等しいはずであるから、両者
の差分を求めることで、この透過光によるオフセット信
号を効果的に除去できることになる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明の光ヘッドによると、光記録媒体に対しその先端面
部を近接し対向浮上させた状態で配置される薄板状の浮
上スライダの先端面部に受光領域を形成し、この受光領
域への光を遮光膜で遮光するようにすると共に、この遮
光膜に受光領域への近接場光成分を通す微小開口を開設
するようにしたので、光記録媒体の情報記録部に光記録
媒体の光ヘッドと対向しない面側から光ビームを照射
し、情報記録部の情報記録ビットによって散乱放出され
た光ビームの近接場光成分を光ヘッドの微小開口を通し
て受光領域にて受光させるようにすることが可能とな
り、浮上スライダから送光部を除去して軽量化を図り、
ヘッド浮上量をサブミクロン以下の疑似コンタクトとす
ることが可能となり、発熱の問題も生じないものとな
る。また、本発明の光ヘッドでは、受光領域を、互いに
面積が等しい、その領域の一部が微小開口に対向する第
１の受光領域と、対向しない第２の受光領域とに分割
し、第１の受光領域からの受光信号と第２の受光領域か
らの受光信号との差分を増幅することで、近接場光によ
る受光信号のみを効率よく得ることができるようにな
る。また、本発明の情報再生装置によると、上述した光
ヘッドを使用することにより、光記録媒体の情報記録部
の情報記録ビットによって散乱放出された光ビームの近
接場光成分を高ＳＮ比でもって検出することが可能とな
り、光記録媒体上の記録情報を高精度で再生することが
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態の説明に入る前の参考例
を示す光ヘッドを使用した情報再生装置の要部を示す側
断面図である。

【図２】 図１において光ヘッドをＡ方向から見た斜視
図である。

【図３】 この光ヘッドの浮上スライダの先端面部に形
成された受光部の拡大断面図である。

【図４】 図５において光ヘッドをＡ方向から見た斜視
図である。

【図５】 本発明の実施の形態（実施の形態１）を示す
光ヘッドを使用した情報再生装置の要部を示す側断面図
である。

【符号の説明】

１…光ヘッド（受光ヘッド）、１−１…浮上スライダ、
１−２…先端面部、１−３…フォトダイオード領域、１
−３１…第１のフォトダイオード領域、１−３２…第２
のフォトダイオード領域、１−４…絶縁層、１−５…遮
光膜、１−６…保護膜、１−７…微小開口、１−８…受
光部、１−９…プリアンプ、１−１０，１−１１…リー
ド線、１−１２…差動型プランプ、２…光記録媒体、２
−１…情報記録部、３…レーザダイオード、４…集光レ
ンズ、ＩＢ…情報記録ビット、ＬＢ…光ビーム、ＬＢａ
…近接場光成分。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 康子 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 福澤 健二 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−171434（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−290404（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−131245（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−90152（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−269329（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/09 - 7/135 G11B 9/12 - 9/14

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光記録媒体に対しその先端面部を近接し
   対向浮上させた状態で配置される薄板状の浮上スライダ
   と、 この浮上スライダの先端面部に形成された受光領域と、 この受光領域への光を遮光する遮光膜と、 この遮光膜に開設され前記受光領域への近接場光成分を
   通す微小開口と、 第１の受光領域からの受光信号と第２の受光領域からの
   受光信号との差分を増幅する差分増幅手段とを備え、 前記受光領域は、互いに面積が等しい、その領域の一部
   が前記微小開口に対向する前記第１の受光領域と、対向
   しない前記第２の受光領域とに分割されている ことを特
   徴とする光ヘッド
2. 【請求項２】 請求項１において、前記遮光膜は、Ｗ，
   Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇなどの高反
   射率かつ低浸入長を有する金属あるいはこれらの金属の
   合金の薄膜であることを特徴とする光ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２において、前
   記遮光膜の上面に光を透過させる保護膜が形成されてい
   ることを特徴とする光ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記保護膜の表面と
   前記受光領域の表面との距離が４００ｎｍ未満、前記微
   小開口の形状が長軸および短軸を持つ形状である場合に
   はその長軸方向の長さが４００ｎｍ未満、その他の形状
   である場合にはその直径が４００ｎｍ未満とされている
   ことを特徴とする光ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れか１項記載の光ヘッ
   ドと、 この光ヘッドの浮上スライダの先端面部に対向する光記
   録媒体の情報記録部に光記録媒体の光ヘッドと対向しな
   い面側から光ビームを照射する光学系と、 この光学系から照射され前記情報記録部の情報記録ビッ
   トによって散乱放出され前記微小開口を通して前記受光
   領域にて受光される前記光ビームの近接場光成分に基づ
   いて前記光記録媒体上の記録情報を再生する記録情報再
   生手段とを備えたことを特徴とする情報再生装置。