JP4036958B2 - 光情報記録再生ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光情報記録再生ヘッドに関し、特に光ディスクで反射された光束を受光するための光学系に関するものである。
【０００２】
近時、面記録密度が１０Ｇビット／（インチ）²を越える光磁気ディスク装置の開発が進んでいる。この装置では、例えば光磁気ディスクのトラックと交差する方向に回動する粗動用アームの先端部に設けた対物光学系に入射するレーザ光束の入射角をガルバノミラー等の偏向手段により微調整して、例えば０.３４μmと狭いトラックピッチレベル微動トラッキングを正確に行うようなことが考えられている。このような装置においては、光磁気ディスクにより反射された光束を受光素子で受光してトラッキングエラー信号を検出し、その結果に基づいて高精度でトラッキングを行うため、トラッキングエラー信号を高精度で検出する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上述のような背景に鑑みてなされたものであり、光磁気ディスクにより反射された光束を受光素子により受光する光情報記録再生装置において、受光素子による信号の検出を高精度で行うことを可能とする光情報記録再生ヘッドを提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の光情報記録再生ヘッドは、レーザ光源から射出された平行光束を偏向手段により偏向して対物光学系に入射させて光ディスクに集光させ、その反射光を受光するよう構成された光情報記録再生ヘッドにおいて、前記偏向手段の偏向面近傍と前記対物光学系の主平面近傍とを共役関係とするリレーレンズ群と、受光素子と、前記リレーレンズ群により前記偏向面近傍に投影された前記対物光学系の瞳像を前記受光素子に投影する集光レンズとを有し、前記集光レンズは前記受光素子の受光面近傍と前記偏向面近傍とを共役関係とすることを特徴としている。（請求項１）。
【０００５】
上記構成によれば、対物光学系の主平面近傍と偏向手段の偏向面近傍が共役な関係であり、かつ、偏向面近傍と受光素子の受光面とが共役関係となっているため、対物光学系の主平面と受光素子の受光面とが共役となり、対物光学系の主平面における光束の強度分布が受光素子の受光面に投影されるため、信号検出の精度を高めることができる。
【０００６】
なお、前記対物光学系に入射する平行光束の入射角度が前記光ディスクのトラッキング方向と平行な入射面内で変位する方向に前記偏向面が回転可能となっている（請求項２）。
【０００７】
また、前記偏向面近傍と前記受光素子の受光面近傍との物像間距離が前記集光レンズの焦点距離の約４倍とすることができる（請求項３）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、図１乃至図５を参照して、近年のコンピューターにまつわるハード、ソフトの進歩に伴う外部記憶装置への要求、特に大記憶容量への要求の高まりに対して提案された、ニア・フィールド記録（ＮＦＲ ： near field recording） 技術と呼ばれる記録再生方式を用いた光磁気ディスク記録再生装置の概要について説明する。
【０００９】
図１は光ディスクドライブ装置１の全体概要図である。ディスクドライブ装置１には、光ディスク２が、図示しないスピンドルモータの回転軸に装着されている。光ディスク２の情報を再生または記録するために回動（粗動）アーム３が光ディスク２の記録面に対して平行になるように取り付けられている。この回動アーム３はボイスコイルモーター４によって回転軸５を回転中心として光ディスク２と平行な面内で回動可能となっている。この回動アーム３の光ディスク２に対向する先端には、光学素子を搭載した浮上型光学ヘッド６が搭載されている。また、回動アーム３の回転軸５近傍には光源ユニットおよび受光ユニットを備えた光源モジュール７が配設され、回動アーム３と一体となって駆動する構成となっている。
【００１０】
図２、図３は回動アーム３の先端部を説明するものであり、特に浮上型光学ヘッド６を詳細に説明するものである。浮上型光学ヘッド６はフレクシャービーム８に取り付けられており、光ディスク２に対向して配置されている。また、フレクシャービーム８は他端で回動アーム３に固着されており、フレクシャービーム８の弾性力により先端部の浮上光学ユニット６を光ディスク２に接触させる方向に加圧している。
【００１１】
浮上型光学ユニット６は浮上スライダー９、対物レンズ１０、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）１１、磁気コイル１２から構成されており、光源モジュール７から出射された平行なレーザー光束１３を光ディスク２上に収束させるはたらきをする。また、回動アーム３の先端部には前記レーザー光束１３を浮上型光学ユニット６に導くために立ち上げミラー３１が固着されている。 立ち上げミラー３１により対物レンズ１０に入射したレーザー光束１３は、対物レンズ１０の屈折作用により収束される。この集光点近傍にはソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）１１が配置されており、前記収束光を更に微細なエバネッセント光１５として光ディスク２に照射させる。
【００１２】
また、光ディスク２に面したソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）１１の周囲には、光磁気記録方式で記録するための磁気コイル１２が形成されており、記録時には必要な磁界を光ディスク２の記録面上に印加出来るようになっている。このエバネッセント光１５と磁気コイル１２により、光ディスク２への高密度な記録および再生が可能となる。なお、浮上型光学ユニット６は光ディスク２の回転による空気流により微小量浮上するものであり、光ディスク２の面振れ等に追従する。このため従来の光ディスク装置では必要であった対物レンズの焦点制御（フォーカスサーボ）が不要となっている。
【００１３】
以下、図４、図５を用いて回動アーム３上に搭載された光源モジュール７および浮上型光学ユニット６へ導かれる光束に関し詳細に説明する。回動アーム３は先端部に浮上型光学ユニット６を搭載し、他端にはボイスコイルモーター４を駆動するための駆動コイル１６が固着されている。駆動コイル１６は扁平状のコイルであり、図示せぬ磁気回路内に空隙をおいて挿入配置されている。回転軸５と回動アーム３はベアリング１７、１７により回動自在に締結されており、駆動コイルに電流を印加すると磁気回路との電磁作用により回転軸５を回転中心として回動アーム３を回動させることができる。
【００１４】
回動アーム３上に搭載された光源モジュール７には半導体レーザー１８、レーザー駆動回路１９、コリメートレンズ２０、複合プリズムアッセイ２１、レーザーパワーモニターセンサー２２、反射プリズム２３、データ検出センサー２４、およびトラッキング検出センサー２５が配置されている。半導体レーザー１８から放出された発散光束状態のレーザー光束は、コリメートレンズ２０によって平行光束に変換される。この平行光束の断面形状は半導体レーザー１８の特性から長円状であり、光ビームを光ディスク２上に微小に絞り込むには都合が悪いため略円形断面に変換する必要がある。このためコリメートレンズ２０から出射された断面長円状の平行光束を、複合プリズムアッセイ２１に入射させることにより平行光束の断面形状を整形する。
【００１５】
複合プリズムアッセイ２１の入射面２１ａは入射光軸に対して所定の斜面を形成しており、入射光を屈折させることにより平行光束の断面形状を長円形状から略円形形状に整形することが出来る。整形されたレーザー光束は複合プリズムアッセイ２１内を進み第１のハーフミラー面２１ｂに入射する。第１のハーフミラー面２１ｂは光ディスク２から得られた情報を、データ検出センサー２４、およびトラッキング検出センサー２５に導くために設定されているが、往路においては半導体レーザー１８から出射されたレーザーの出力パワーを検出するためのレーザーパワーモニターセンサー２２への光束を分離する役目を果たす。
【００１６】
レーザーパワーモニターセンサー２２は受光した光の強度に比例した電流を出力するため、図示せぬレーザーパワーコントロール回路にこの出力を帰還させることにより半導体レーザー１８の出力を安定化させることが出来る。複合プリズムアッセイ２１から出射された略円形断面形状をもったレーザー光束１３は偏向ミラー２６に照射され、レーザー光束１３の進行方向が変えられる。この偏向ミラー２６は紙面に垂直な軸を回動中心とするガルバノモーター２７に取り付いており、レーザー光束１３を紙面に平行な方向に微小角度振ることが出来るようになっている。
【００１７】
また、ガルバノモーター２７には偏向ミラー２６の回転角度を検出する偏向ミラー位置検出センサー２８が配設されている。偏向ミラー２６を反射したレーザー光束１３は、第１のリレーレンズ２９および第２のリレーレンズ（イメージングレンズ）３０を経て、立ち上げミラー３１で反射後浮上型光学ユニット６に至る。この第１のリレーレンズ２９および第２のリレーレンズ３０は、偏向ミラー２６の反射面と浮上型光学ユニット６に配置されている対物レンズ１０の瞳面（主平面）との関係を共役関係になるようにするもので、リレーレンズ光学系を形成するものである。すなわち光ディスク２上の集光ビームが所定のトラックから僅かにずれた場合、偏向ミラー２６を僅かに回転させることにより対物レンズ１０に入射させるレーザー光束１３を傾かせ、光ディスク２上の焦点を移動させて補正するものである。しかしながら、この方式で焦点の補正を行う時、偏向ミラー２６と対物レンズ１０の光学的距離が長い場合は、対物レンズ１０へ入射するレーザー光束１３の移動量が大きくなり、対物レンズ１０に入射出来なくなる場合がある。
【００１８】
この様な現象を回避するため、第１のリレーレンズ２９および第２のリレーレンズ３０によって、偏向ミラー２６の反射面と対物レンズ１０の瞳面との関係を共役関係になるように設定している。すなわち、偏向ミラー２６を回動すると、対物レンズ１０に入射するレーザー光束１３の入射角度が変化して、光ディスク２上で集光ビームがトラッキング方向に移動することを利用して、正確なトラッキング制御が可能となるようにしている。なお、光ディスク２の内周／外周に渡るアクセス動作は、ボイスコイルモーター４により回動アーム３を回動させて行い、極微小なトラッキング制御のみ偏向ミラー２６を回動させて行う。
【００１９】
光ディスク２から反射されて戻ってきた復路のレーザー光束１３は、往路と逆に進み偏向ミラー２６に反射されて複合プリズムアッセイ２１に入射する。その後第１のハーフミラー面２１ｂで反射され、第２のハーフミラー面２１ｃに向かう。第２のハーフミラー面２１ｃは、トラッキング検出センサー２５へ向かう透過光と、データ検出センサー２４へ向かう反射光を生成し、復路のレーザー光束を分離する。第２のハーフミラー面２１ｃを透過したレーザー光束はトラッキング検出センサー２５へ照射され、トラッキング誤差信号を出力する。
【００２０】
一方、第２のハーフミラー面２１ｃで反射されたレーザー光束はウォラストンプリズム３２により偏光分離され、かつ集光レンズ３３によって収束光に変換後、反射プリズム２３で反射されてデータ検出センサー２４に照射される。データ検出センサー２４は２つの受光領域をもっており、ウォラストンプリズム３２により偏光分離された２つの偏光ビームをそれぞれ受光することにより、光ディスク２に記録されているデータ情報を読みとりデータ信号を出力する。なお、正確には前記トラッキング誤差信号およびデータ信号は図示せぬヘッドアンプ回路によって生成され、制御回路または情報処理回路に送られるものである。
【００２１】
次に、図６を参照して、本発明にかかる受光素子および受光光学系の配置について説明する。
【００２２】
図６および図７は、本発明の実施の形態における光学系の配置を示す図である。図６、７に示す実施形態においては、上記のディスクドライブ装置１における複合プリズムアッセイ２１をプリズム２１１、集光レンズ３３Ｍ、プリズム２１２に分割して所定の位置に配置している。なお、上記のディスクドライブ装置１において用いられる素子と同一のものは、図６および図７においても同一の番号を付し、説明は省略する。また、図６および図７では、簡単のために対物光学系の部分の光路を展開して示し、かつ、SIL１１を省略した形で図示してある。
【００２３】
図６に示す例では、半導体レーザ１８から射出されコリメートレンズ２０で平行光束とされたレーザビームはプリズム２１１の入射面２１１ａにより整形され、ハーフミラー面２１１ｂに入射する。ハーフミラー面２１１ｂを透過した光束は偏向ミラー２６により偏向され、第１のリレーレンズ２９、第２のリレーレンズ３０を介して対物レンズ１０に入射し、光ディスク２の情報記録面に集光する。ここで、偏向ミラー２６の偏向面（反射面）と対物レンズ１０の主平面とはリレーレンズ２９、３０により共役となっている。
【００２４】
光ディスク２で反射された復路の光束（反射光束）は、入射光の経路を逆行して、偏向ミラー２６に入射し、プリズム２１１に入射する。ここで、前述のように対物レンズ１０の主平面と偏向ミラー２６の偏向面とが共役関係となっているため、対物レンズの瞳での反射光束の強度分布がそのまま偏向ミラー２６の偏向面に投影されることになる。
【００２５】
前記反射光束はさらに、ハーフミラー面２１１ｂで反射され集光レンズ３３Ｍを介してプリズム２１２に入射する。プリズム２１２に入射した光束のうち一部はハーフミラー２１２ａを透過してトラッキング検出センサー２５に入射し、ハーフミラー２１２ａにより反射された光束は、ウォラストンプリズム３２を介してデータ検出センサー２４に入射する。
【００２６】
ここで、集光レンズ３３Ｍとトラッキング検出センサー２５とは、トラッキング検出センサー２５の受光面と偏向ミラー２６の偏向面とがほぼ共役な関係となるように配置されている。すなわち、トラッキング検出センサー２５と集光レンズ３３Ｍとの距離をａ、集光レンズ３３Ｍと偏向ミラー２６の偏向面との距離をｂとし、集光レンズ３３Ｍの焦点距離をｆで表すと、集光レンズ３３Ｍとトラッキング検出センサー２５の受光面とは次式（１）の関係を満たす任意の位置に配置されている。
１／ｆ ＝ １／ａ ＋ １／ｂ ・・・・ （１）
【００２７】
対物レンズ１０の主平面と偏向ミラー２６の偏向面とが共役関係にあり、かつ偏向ミラー２６の偏向面とトラッキング検出センサー２５の受光面とが共役関係にあることから、上記のような構成により、対物レンズ１０の主平面とトラッキング検出センサー２５の受光面とが共役関係となる。従って、対物レンズ１０の瞳位置での反射光束の情報（強度分布）がそのままトラッキング検出センサー２５に投影されることになり、高精度な信号検出が可能となる。
【００２８】
もしも、トラッキングセンサー２５が偏向ミラー２６の偏向面と共役な位置になければ、偏向ミラー２６の偏向面上に投影された像は、トラッキングセンサー２５上ではぼけた状態で投影されることになり、光量の損失や位相の乱れなどが発生してトラッキングの追従精度が低下したり、偏向ミラー２６の偏向面上での対物レンズの瞳像の移動に伴ってトラッキング信号のオフセットエラーが発生したりする場合がある。しかし、図６に示す構成によれば、対物レンズの瞳像がトラッキング検出センサー２５の受光面上の同位置に投影されるため、そのような問題を防ぐことができる。
【００２９】
図７は上記の式（１）においてａ＝ｂの場合、すなわち、ａ＝ｂ＝２ｆとなる場合を示している。言い換えれば、偏向ミラー２６の偏向面と、最終的に像が投影されるトラッキング検出センサー２５の受光面との物像間距離が集光レンズの焦点距離の４倍となっている場合の構成を示している。この場合には、偏向ミラー２６の偏向面上に投影された対物レンズの瞳像が等倍でトラッキング検出センサー２５の受光面上に投影される。したがって、もしもリレーレンズ光学系の倍率が等倍であれば、対物レンズの瞳位置での光束の強度分布がそのまま（等倍で）トラッキング検出センサー２５の受光面上に投影される。
【００３０】
なお、上記実施の形態では、トラッキング検出センサー２５の受光面が偏向ミラー２６と共役な関係になっている。データ検出センサー２４の受光面も同様に偏向ミラー２６の偏向面とほぼ共役な関係となるように配置しても良い。
【００３１】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、受光素子による信号の検出を高精度で行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光磁気ディスク装置の基本構成を示す図である。
【図２】回動アームの先端部を示す図である。
【図３】浮上型光学ユニットを示す断面図である。
【図４】偏向ミラーと浮上型光学ユニットを示す平面図である。
【図５】回動アームの側断面図である。
【図６】本発明の実施形態の光学系の構成を示す図である。
【図７】図６に示す構成において、偏向ミラーと受光素子との物像間距離が集光レンズの焦点距離の４倍となる場合を示す図である。
【符号の説明】
２ 光ディスク
３ 回動アーム
６ 浮上型光学ユニット
８ フレクシャー
２４ データ検出センサー
２５ トラッキング検出センサー
２６ 偏向ミラー
２９ 第１のリレーレンズ
３０ 第２のリレーレンズ（イメージングレンズ）
３３Ｍ 集光レンズ
２１１ プリズム
２１２ プリズム

Claims (3)

1. レーザ光源から射出された平行光束を偏向手段により偏向して対物光学系に入射させて光ディスクに集光させ、その反射光を受光するよう構成された光情報記録再生ヘッドにおいて、
   前記偏向手段の偏向面近傍と前記対物光学系の主平面近傍とを共役関係とするリレーレンズ群と、
   受光素子と、
   前記リレーレンズ群により前記偏向面近傍に投影された前記対物光学系の瞳像を前記受光素子に投影する集光レンズとを有し、
   前記集光レンズは前記受光素子の受光面近傍と前記偏向面近傍とを共役関係とすることを特徴とする光情報記録再生ヘッド。
2. 前記対物光学系に入射する平行光束の入射角度が前記光ディスクのトラッキング方向と平行な入射面内で変位する方向に前記偏向面が回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生ヘッド。
3. 前記偏向面近傍と前記受光素子の受光面近傍との物像間距離が前記集光レンズの焦点距離の約４倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の光情報記録再生ヘッド。

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