JP4228476B2

JP4228476B2 - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP4228476B2
Application number: JP21310199A
Authority: JP
Inventors: 彰佐藤
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: US6236514B1; JP2001043550A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ヘッド装置、特に、高密度光メモリ（記録／再生）に用いられる光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
近年、光学的に情報を記録／再生する光メモリの分野においては、コンピュータの高速化やマルチメディアの発達に伴い、より大容量の情報を記録できる、即ち、記録密度の著しく向上した光ヘッド装置が望まれ、近接場光記録技術が提案されている。レーザ光を用いた従来の光メモリにおいては、記録密度は光の回折限界で上限が決まり、光の波長程度（３００ｎｍ程度）のマークしか記録／再生ができなかった。
【０００３】
近年提案されている近接場光を用いた光メモリでは、光の波長以下の微小開口を有するプローブやＳＩＬ（Solid Immersion Lens、固浸レンズ）を用いて光の波長以下のサイズの微小な光スポットを形成し、光ヘッドと記録媒体との間隔を数１０ｎｍまで近づけて記録／読取りを行うことで、光の回折限界を超えて２００ｎｍ以下の小さなマークを信号として書き込み、読み取ることが可能である。
【０００４】
【従来の技術と課題】
ところで、前記近接場光記録技術において、微小な光スポットを得るためには、なるべく高い開口数ＮＡで光を回折限界まで集光することが好ましい。そのため、従来では高屈折率物質からなるＳＩＬに対物レンズを用いて収束光を導く方法が提案されている（米国特許第５，１２５，７５０号明細書参照）。
【０００５】
しかし、ＳＩＬを用いた従来の光ヘッド装置では、レーザ光を平行光としてミラーで折り返し、対物レンズで集光してＳＩＬに入射させるため、ミラーや対物レンズ等の光学部品が必要で、光ヘッドの大型化、重量化は避けられないという問題点を有していた。
【０００６】
最近では、ＳＩＬに代えてＳＩＭ（Solid Immersion Mirror、固浸ミラー）を用いることが提案されている（ＯＤＦ’98,Tokyo June 16,1998、p59−62に掲載論文参照）。このＳＩＭは高屈折率物質中で１回の屈折と２回の反射によって光を集光させるようになっており、対物レンズが不要である。しかし、平行光としたレーザ光を折り返すミラーは必要であり、小型、軽量の光ヘッドとしては完全なものではない。また、ＳＩＭ、光源、ミラー等の光学部品を組み立てるため、光軸調整やピント調整が煩雑でもある。さらに、光の屈折が行われるために色収差が発生したり、温度変化で焦点距離が変化するといった問題点も有している。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、対物レンズ、折り返しミラー、フォーカシング補正機構が不要で、色収差の補正の必要がなく、小型、軽量、かつ、組立ての容易な光ヘッド装置を提供することにある。
【０００８】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、本発明に係る光ヘッド装置は、中心部に光透過部を有する平面状の第１の反射面と、前記光透過部に光を集光させる回転楕円面からなる第２の反射面と、該第２の反射面の中心部に位置する光を透過させる凹状の球面部とを備えた光学素子と、該光学素子の凹状球面部の中心点から拡散光を放射する光源部と、を備え、前記光源部の前記第１の反射面に関する共役点と前記光透過部とが回転楕円面の焦点になっていることを特徴とする。
【０００９】
以上の構成からなる光ヘッド装置において、光源部から放射された拡散光は凹状球面部を透過して光学素子に入射し、第１の反射面で反射し、さらに第２の反射面で反射し、第１の反射面の中心部に形成されて光透過部に集光され、光学素子の外部に出射する。
【００１０】
点光源は、光ファイバ、ライトガイド、光導波路あるいはレーザダイオード等の１点から拡散光を放射するものが用いられ、対物レンズや折り返しミラー等は不要であり、小型、軽量の光ヘッド装置とすることができる。しかも、光路は一つの光学素子で構成されるため、複雑な光軸調整、ピント調整も不要となる。また、光源部から放射された光は凹状球面部を透過して光学素子に入射し、レンズによる光の屈折が生じないため、色収差が発生することはなく、広い波長範囲の光を使用することができる。さらに、温度変化が生じても、素子が相似的に変化するため、焦点距離が変動することはなく、フォーカシング補正機構も不要となる。
【００１１】
特に、本発明にあっては、光学素子を高屈折率物質で構成し、第１の反射面に形成した光透過部の開口径を光の波長以下に設定すれば、該光透過部から近接場光を浸み出させることができ、高密度光メモリに好適な光ヘッド装置とすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ヘッド装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１３】
（第１実施形態、図１参照）
図１において、本発明の第１実施形態である光ヘッド装置１０Ａは、光学素子１１と、光ファイバ２１と、これらを保持する保持部材２２とで構成されている。光ファイバ２１は、従来周知のコアとクラッドからなる光導体であり、図示しない終端部に接続された光源からの光を先端のＡ点から拡散光として放射する。
【００１４】
光学素子１１は、高屈折率物質（好ましくは、屈折率が１．６以上）、例えば、屈折率１．８３３７５のガラス材ＳＦ５７からなり、平面状の第１の反射面１２と、回転楕円面からなる第２の反射面１３と、該第２の反射面１３の中心部に位置する凹状の球面部１４とからなる。
【００１５】
第１の反射面１２は半径０．５ｍｍの円形をなし、アルミニウム膜１５が成膜され、その中心部は半径０．０５ｍｍの開口１６とされている。第２の反射面１３にもアルミニウム膜１７が成膜されている。凹状球面部１４は前記光ファイバ２１の放射点Ａを中心とする半径０．１ｍｍの球面に形成されている。第２の反射面１３は第１の反射面１２の中心点Ｂと放射点Ａを焦点とする回転楕円面であり、放射点Ａと中心点Ｂとは光学的に共役関係にある。
【００１６】
以上の構成において、光ファイバ２１の点Ａから放射された拡散光は凹状球面部１４を透過して光学素子１１に入射し、第１の反射面１２で反射し、さらに第２の反射面１３で反射し、第１の反射面１２の中心点Ｂに集光され、開口１６から外部に出射する。なお、開口１６を半径１００ｎｍ程度の微小開口とすれば、該開口１６から近接場光が浸み出ることになる。
【００１７】
以上の如く、本第１実施形態にあっては、光ファイバ２１から光学素子１１へ屈折することなく導入された拡散光が光学素子１１の内面で２回反射され、開口１６から出射する。従って、対物レンズや折り返しミラーの不要なシンプルな構成の光ヘッド装置とすることができる。しかも、光の屈折がないので色収差を補正する必要がなく、複雑な光軸調整やピント調整も不要である。また、温度変化を生じても光学素子１１が相似的に変化するだけであり、フォーカシングの補正も不要となる。
【００１８】
（第２実施形態、図２参照）
図２において、本発明の第２実施形態である光ヘッド装置１０Ｂは、前述した光学素子１１と、光ファイバ２１と、光学素子１１を保持する保持部材２２と、光ファイバ２１を保持すると共に平面状の反射面２５を有する保持部材２３とで構成されている。光ファイバ２１は、保持部材２３の断面Ｖ字形状の溝部２４に固定されている。
【００１９】
光学素子１１は、屈折率１．８０５１８のガラス材ＳＦ６からなり、それ以外の構成は前記第１実施形態に示したものと同様である。光ファイバ２１の点Ａから放射された拡散光は保持部材２３の反射面２５で反射されて凹状球面部１４から光学素子１１に入射する。図２における点Ａ’は点Ａの反射面２５における鏡像点であり、凹状球面部１４は点Ａ’を中心とする半径０．２ｍｍの球面に形成されている。
【００２０】
以上の如く、反射面２５で反射された拡散光は凹状球面部１４を透過して光学素子１１に入射する。そして、反射面１２，１３で反射し、第１の反射面１２の中心点Ｂに集光され、開口１６から外部に出射することは前記第１実施形態と同様である。また、開口１６を半径１００ｎｍ程度の微小開口とすれば、該開口１６から近接場光が浸み出ることになる。
【００２１】
本第２実施形態の作用効果も前記第１実施形態と同様である。また、第２実施形態にあっては、保持部材２３を光ファイバ２１と一体的に保持部材２２に対して矢印Ｘ方向に移動させることで光軸を調整することができ、光ファイバ２１を単独で保持部材２２，２３に対して矢印Ｘ方向に移動させることでフォーカシングを調整することができる。
【００２２】
（第３実施形態、図３参照）
図３において、本発明の第３実施形態である光ヘッド装置１０Ｃは、前述した光学素子１１と、点光源としてのレーザダイオード２６と、光学素子１１及びレーザダイオード２６を保持する保持部材２２とで構成されている。
【００２３】
光学素子１１は、屈折率１．７２０００のガラス材ＬａＫ１０からなり、それ以外の構成は数値を含めて前記第１実施形態に示したものと同様である。凹状球面部１４はレーザダイオード２６の発光点Ａを中心とした球面に形成され、その寸法は半径０．１ｍｍである。
【００２４】
レーザダイオード２６の点Ａから放射された拡散光は凹状球面部１４を透過して光学素子１１に入射する。そして、反射面１２，１３で反射し、第１の反射面１２の中心点Ｂに集光され、開口１６から外部に出射することは前記第１、第２実施形態と同様である。また、開口１６を半径１００ｎｍ程度の微小開口とすれば、該開口１６から近接場光が浸み出ることになる。本第３実施形態の作用効果も前記第１、第２実施形態と同様である。
【００２５】
（製造方法、図４参照）
次に、前記光ヘッド装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの製造方法、特に、光学素子１１への成膜方法について説明する。
【００２６】
まず、ガラスモールド法によって回転楕円面、平面及び球面部１４を有する光学素子１１を成形する（図４（Ａ）参照）。
【００２７】
次に、球面部１４にプラスチック球３１を載せてマスキングした状態で、回転楕円面にアルミニウム膜１７をスパッタリング法等で成膜し、第２の反射面１３とする（図４（Ｂ）参照）。その後、平面にアルミニウム膜１５をスパッタリング法等で成膜し、第１の反射面１２とし（図４（Ｃ）参照）、該アルミニウム膜１５の中心部をフォトリソグラフィ法等で部分的に除去して開口１６を形成する（図４（Ｄ）参照）。
【００２８】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る光ヘッド装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００２９】
特に、光学素子の材料や、反射膜の材料、成膜方法、あるいは開口の大きさやその形成方法、さらに光源部の種類は任意である。また、光の出射部である開口は円形のみならず、スリット形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である光ヘッド装置の要部を示す断面図。
【図２】本発明の第２実施形態である光ヘッド装置の要部を示す断面図。
【図３】本発明の第３実施形態である光ヘッド装置の要部を示す断面図。
【図４】前記光ヘッド装置の製作プロセスを示す説明図。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…光ヘッド装置
１１…光学素子
１２…第１の反射面
１３…第２の反射面
１４…凹状球面部
１６…開口
２１…光ファイバ
２６…レーザダイオード

Claims

中心部に光透過部を有する平面状の第１の反射面と、前記光透過部に光を集光させる回転楕円面からなる第２の反射面と、該第２の反射面の中心部に位置する光を透過させる凹状の球面部とを備えた光学素子と、
前記光学素子の凹状球面部の中心点から拡散光を放射する光源部と、
を備え、
前記光源部の前記第１の反射面に関する共役点と前記光透過部とが回転楕円面の焦点になっていること、
を特徴とする光ヘッド装置。
前記光学素子は高屈折率物質からなり、前記光透過部の開口径は光の波長以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド装置。
前記凹状球面部の中心点に光ファイバの放射点を配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ヘッド装置。