JP4420990B2

JP4420990B2 - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP4420990B2
Application number: JP18500798A
Authority: JP
Inventors: 琢治野村; 浩一村田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JP2000021000A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクや光磁気ディスク等の光記録媒体の光学的情報の書き込み・読み取りを行う光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光磁気ヘッド装置の一例を示す概念的斜視図を図１１に示す。図１１中、半導体レーザ１から出射した光はコリメートレンズ２、ビームスプリッタ３を透過し、反射プリズム４で反射した後、集光レンズ５にて光磁気記録媒体６に集光される。光磁気記録媒体６で反射された戻り光は集光レンズ５、反射プリズム４を透過した後、ビームスプリッタ３で反射されコリメートレンズ７を透過しビームスプリッタ８に入射する。ビームスプリッタ８で反射された光はシリンドリカルレンズ９を透過して４分割光検出器１０で受光される。
【０００３】
一方、ビームスプリッタ８を透過した光は１／２波長板１１にて偏光方向が４５°回転され、検光子１２によりＰ偏光成分およびＳ偏光成分に分離されて２分割光検出器１３で受光される。光磁気記録媒体６上に結ぶ光の焦点誤差の検出は、シリンドリカルレンズ９と４分割光検出器１０により、楕円形の光の長軸・短軸の向きによって検出する非点収差法によって検出される。また、光磁気記録媒体６に記録された情報は２分割光検出器１３に到達し２分割された光の差分信号により検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の光磁気ヘッド装置においては、光学部品の点数が多いため構成が複雑であり、組立工数が多くなることから量産性が悪い。さらに小型化、薄型化が困難であり、近年需要が拡大している携帯向けの用途などには不向きである。また、検光子には通常高価なウオラストンプリズムを使用しており、さらに光学部品の点数が多いことによって光ヘッド装置のコストアップを招いている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり、光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための集光手段と、前記光記録媒体からの反射戻り光を回折させる回折素子と、前記回折素子を透過した出射光を受光する光検出素子とを備えた光ヘッド装置において、前記回折素子は１枚の基板または２枚の基板の異なる表面に光学異方性媒質からなる第１と第２の２つの格子の各凸部が形成されており、前記光学異方性媒質からなる第１の格子の異常光屈折率を示す方向と第２の格子の異常光屈折率を示す方向とが略直交しており、前記２つの格子の少なくとも溝部には光学等方性媒質が充填され、かつ前記光学等方性媒質の屈折率の値が、前記光学異方性媒質の常光屈折率または異常光屈折率の値に略等しく、前記光源からの出射光の偏光状態は、前記第１、前記第２の異方性格子を通過した後も変化しないことを特徴とする光ヘッド装置。
【０００６】
また、第１の異方性格子と第２の異方性格子の長手方向が等しいことを特徴とする上記の光ヘッド装置を提供する。
また、前記２つの格子がそれぞれ異なる基板の表面に形成され、それぞれの格子面が前記光学等方性媒質を挟んで向き合っていることを特徴とする上記の光ヘッド装置を提供する。
【０００７】
また、前記２つの格子のそれぞれの格子の各凸部の断面形状が、非対称な鋸歯状または階段状であることを特徴とする上記の光ヘッド装置を提供する。
【０００８】
さらに、前記回折素子が、前記光検出素子とともに光記録媒体上に結ぶ光焦点の誤差検出器としての機能を有するように、前記回折素子の格子が形成されていることを特徴とする上記の光ヘッド装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の光ヘッド装置の場合、光記録媒体として光磁気記録媒体を使用する光磁気ヘッド装置として好ましく使用されるので、光磁気ヘッド装置に限定して説明する。
【００１０】
本発明の光磁気ヘッド装置においては、使用される回折素子に特徴がある。この回折素子は１枚の基板の異なる表面に光学異方性媒質からなる第１と第２の２つの格子が形成されているか、または２枚の基板のそれぞれの一方の表面に別々に光学異方性媒質からなる格子が形成されていてもよい。２枚の基板に光学異方性媒質からなる格子が形成されている場合、第１の格子と第２の格子は向かい合っていてもよいし、お互いに反対側を向いていてもよいし、２枚の基板のそれぞれの同じ側にあってもよい。
【００１１】
そして、光学異方性媒質からなる第１の格子の異常光屈折率を示す方向と第２の格子の異常光屈折率を示す方向とが略直交しており、２つの格子の溝部には光学等方性媒質が充填されているかまたは格子の溝の深さ以上の厚さの光学等方性媒質で埋められていてもよい。第１の格子と第２の格子の異常光屈折率を示す方向が直交から１０°程度、さらにはこれらの格子による回折光を受ける光検出素子の設置場所が許せば２０°程度ずれていてもよい。以下、格子の溝の深さのことを単に溝の深さという。
【００１２】
さらに、光学等方性媒質の屈折率の値が、光学異方性媒質の常光屈折率の値に略等しいかまたは異常光屈折率の値に略等しい。これらの屈折率の等しさの程度は、光学等方性媒質と光学異方性媒質との屈折率差で０．０１程度であっても差し支えない。
【００１３】
また、この光学異方性媒質からなる２つの格子の断面形状は、凹凸型であってもよいし、正弦波状であってもよいし、非対称な鋸歯状または階段状であってもよい。
ここで、光学異方性媒質からなる第１および第２の２つの格子がそれぞれ異なる基板の表面に形成され、第１および第２のそれぞれの格子面が光学等方性媒質を挟んで向き合っている構造をとることによって、回折素子の構造が簡単になりその作製工程数が低減できて好ましい。
【００１４】
また、光学異方性媒質からなる第１および第２の２つの格子のそれぞれの格子の各凸部の断面形状が、非対称な鋸歯状または階段状とすることによって、これらの格子による回折光が＋の次数または−次数のいずれかに略限定でき、その結果回折光の強度が大きくなり、さらに検出素子の数も減らすことができて好ましい。
【００１５】
以下、それぞれの構成要素の個所において本発明を具体的にかつ詳細に説明する。本発明の実施の形態において、光源の位置の違いによって大きく２つの部分に分けてある。第一の実施の形態は、光源である半導体レーザチップが光検出素子に近接して設置されている場合であり、第二の実施の形態は光源である半導体レーザが光検出素子から分離されて、異なる場所に設置されている場合である。
【００１６】
以下の説明では、第１および第２の２つの格子がそれぞれ異なる基板の表面に形成され、第１および第２のそれぞれの格子面が光学等方性媒質を挟んで向き合っている構造をとり、かつ第１および第２の２つの格子のそれぞれの格子の各凸部の断面形状が、非対称な鋸歯状または階段状に限定してある。
【００１７】
まず、第一の実施の形態について詳細に説明する。
図２は本発明による光磁気ヘッド装置を示す概念的斜視図である。この装置は光磁気記録媒体６に情報を記録したり、光磁気記録媒体６から情報の再生をする。
【００１８】
光検出モジュール１４は回折素子１４ａおよびサブモジュール１４ｂから構成されており、上述した従来の光磁気ヘッド装置を示す図１１における、半導体レーザ１、ビームスプリッタ３および８、シリンドリカルレンズ９、４分割光検出器１０、１／２波長板１１、検光子１２、２分割光検出器１３の全てが有する機能と同等の機能を備えるものである。
【００１９】
光検出モジュール１４からの出射光はコリメートレンズ２によって平行光束にされ、反射プリズム４を透過した後、集光手段である集光レンズ５にて光磁気記録媒体６上に結像される。光磁気記録媒体６で反射した戻り光は、集光レンズ５を透過した後、反射プリズム４、コリメートレンズ７を透過し光検出モジュール１４に入射する。
【００２０】
図１は本発明による光磁気ヘッド装置における光検出モジュール１４の模式的断面図であり、サブモジュール１４ｂはサブモジュールパッケージ１００、光源である半導体レーザチップ１０１および光検出素子１０２ａ、１０２ｂを備えたシリコン基板１０３からなる。半導体レーザチップ１０１からの出射光１０４は、回折素子１４ａを透過して、コリメートレンズ、反射プリズム、集光レンズを透過した後、光磁気記録媒体にて反射し、集光レンズ、反射プリズム、コリメートレンズを再度通過して戻り光１０５となり、回折素子１４ａに入射した後、−１次回折光１０６ａ、＋１次回折光１０６ｂに回折され、光検出素子１０２ａ、１０２ｂにて受光される。
【００２１】
以下、回折素子１４ａに関して図１を用いて詳述する。図１において、回折素子１４ａはガラス基板１０７、１０８、１０９、粘着層１１０、１／２波長板１１１、接着層１１２、光学的等方媒質である等方性充填材１１３、鋸歯状または階段状の断面形状を有する格子であって、光学異方性媒質である第１の異方性格子１１４および第２の異方性格子１１５からなる積層構造を有している。
【００２２】
これらの異方性格子１１４、１１５は半導体プロセスなどで用いられるプレーナ法により多数個を一括作製したのち、ダイシングソーなどを使用した切断により素子化されればよい。ただし、ガラス基板はこれに限らず、透明なプラスチック基板などでもよい。
【００２３】
ガラス基板１０７、１０８、１０９は光吸収の少ない光学ガラスなどを用い、軽量化のため、厚さは０．３〜０．６ｍｍ程度の薄板ガラスを用いることが好ましい。また、ガラス基板１０７、１０９の表面には誘電体多層膜などによる反射防止膜が施されていることが好ましい。１／２波長板１１１は、第１の異方性格子１１４に入射する戻り光１０５の偏光方向を、異方性格子１１４の異常光屈折率を示す方向である光学異方軸に対して４５°になるよう、偏光方向を回転させる作用を有する。
【００２４】
したがって、予め光学異方性媒質の異常光屈折率を示す方向が光記録媒体からの反射戻り光であって光学異方性媒質に入射する光の偏光方向と４５゜をなすように設置されていると、すなわち異方性格子の光学異方軸が、戻り光１０５の偏光方向に対して４５°傾くように設置されていれば、１／２波長板は必要ないため、ガラス基板１０７、粘着層１１０、１／２波長板１１１、接着層１１２が不要となり、光学部品数が減らせてまた１／２波長板１１１を組み込む工程が省けて好ましい。ただしその場合は、ガラス基板１０８の表面に前記反射防止膜を施すことが好ましい。
【００２５】
１／２波長板１１１の材質は、水晶板、ポリカーボネートなどの延伸した有機フィルムなどが一般的である。１／２波長板１１１は光学軸が適切な向きになるよう、粘着層１１０、接着層１１２により、ガラス基板１０７、１０８に保持される。等方性充填材１１３は所望の屈折率を有するアクリル、エポキシなどの有機接着剤を用い、異方性格子１１５を形成したガラス基板１０９上に適量を滴下した後、１／２波長板を接着したガラス基板１０８の第１の異方性格子１１４を形成した面と第２の異方性格子１１５を形成した面とを対向して貼り合わせ固化接着すればよい。
【００２６】
その際、第１の異方性格子１１４の光学異方軸の方向と、第２の異方性格子１１５の光学異方軸の方向が略直交するように接着する。また、接着時に格子の溝部に気泡が取り残されないよう、低粘度の接着剤を選択することが好ましく、また、接着剤滴下後の圧着時に工夫を要する。
【００２７】
第１、第２の異方性格子１１４、１１５は、ガラス基板１０８、１０９上に形成された高分子液晶薄膜などをドライエッチング法などを用いて作製される。ここで使用する高分子液晶としては、側鎖型を有する構造のものが好ましくアクリル系、シリコーン系、メタクリル系などを主成分とするものが例示できる。また、高分子液晶に限らず光異方性を有する誘電体であってもよく、この場合は直接異方性格子が形成される。また、第１、第２の異方性格子１１４、１１５に使用される光学異方性媒質の常光屈折率と異常光屈折率は等しい方が望ましい。
【００２８】
高分子液晶薄膜の形成は、ポリイミドなどの有機薄膜をラビング法などにより配向処理させたガラス基板上に光重合型モノマー液晶をスピンコート法などで所望の膜厚になるよう塗布した後、適切な温度環境下にて紫外線を照射し重合高分子化される。
【００２９】
格子の断面形状は、上述のように非対称な鋸歯状または階段状である。鋸歯状であれば回折の特性に優れ好ましいが、製作に困難を伴う。階段状の格子で所望の回折の特性が得られれば、製作の容易さから有利となる。薄膜化された高分子液晶は、フォトリソグラフィー法を用いたエッチング法や金型を用いたプレス法などで格子パターンが形成される。
【００３０】
ここでは、断面形状が階段状の格子の作製法について説明する。フォトリソグラフィー法によって４段階のステップを経て作製する、４段ステップ格子の形成法を示す概念図を図３に示す。図３（ａ）は、高分子液晶薄膜上に形成したフォトレジストをパターニングした様子を示す断面図である。すなわち、高分子液晶薄膜４２を成膜したガラス基板４３上にフォトレジスト４１をスピンコートし、通常の半導体プロセスなどで用いられるフォトリソグラフィー法により、マスクパターンを感光した後現像を行い、フォトレジストの格子パターンを形成する。この場合、フォトマスクは高分子液晶の配向方向、すなわち複屈折性の異方軸方向に対して所望の方向に格子の長手方向が一致するように配置する。
【００３１】
図３（ｂ）は、ドライエッチング法により高分子液晶薄膜をエッチングした様子を示す断面図である。フォトレジストパターンが形成されたガラス基板はドライエッチング法によりエッチング部の高分子液晶薄膜厚が未エッチング部の高分子液晶薄膜厚の１／３程度になるまでエッチングする。その際、フォトレジストも同時にエッチングされる。また、図３（ｃ）は、フォトレジストを再塗布してパターニングした様子を示す断面図である。つまり、フォトレジスト４４をスピンコート法にて塗布し、露光、現像を行うが、このとき用いるフォトマスクは図３（ａ）にて使用したフォトマスクの半分の格子周期とする。
【００３２】
図３（ｄ）は、ドライエッチング法により高分子液晶薄膜を再エッチングした様子を示す断面図である。つまり、再度ドライエッチングすることにより、先程（ｂ）でエッチングした部分のうちで、さらに除去すべき部分をエッチングして、４段ステップ格子を形成することができる。光学特性をさらに向上させる場合、さらにプロセス数を増加することで多段化し、理想的な斜面に近づけることが望ましい。また、理想的な鋸歯状であるブレーズ型格子を得るために、精密金型によるプレス法も格子形成手段として好ましい。
【００３３】
次に、本発明による光磁気ヘッド装置の信号検出方法に関して、図４および図５を用いて詳述する。図４は本発明における回折素子を透過する光の偏光特性を模式的に示すものである。光軸６０に垂直な面内に、Ｐ方向６１、およびＳ方向６２を図のように定め、光源である半導体レーザチップ１０１を偏光方向がＰ方向６１に対して４５°傾むくように配置する。次に、第１、第２の異方性格子１１４、１１５の格子方向をＳ方向に一致させ、第１の異方性格子１１４の−１次回折光の偏光方向６９の光が入射する位置に光検出素子１０２ａを、第２の異方性格子１１５の＋１次回折光の偏光方向６８の光が入射する位置に光検出素子１０２ｂを配する。
【００３４】
ここで、異方性格子の格子方向はＰ方向と異なっていてもよく、第１の異方性格子の格子方向と第２の異方性格子の格子方向が異なる向きであってもよい。また格子周期に関しても、２つの異方性格子で等しくても、異なっていてもよい。その場合、光検出素子１０２ａ、１０２ｂの位置を、前記回折光が入射しうる位置に設置すればよい。次に、第１の異方性格子の異常光方向６３、すなわち異常光屈折率を示す方向をＳ方向６２に一致させ、第２の異方性格子の異常光方向６４をＰ方向６１に一致させる。ここで、反対に第１の異方性格子の異常光方向６３がＰ方向、第２の異方性格子の異常光方向６４がＳ方向６２を向いてもよい。
【００３５】
先ず、光源である半導体レーザチップ１０１から出射光の偏光方向６５の光が第２の異方性格子１１５を透過する様子を説明する。図５は本発明における異方性格子の格子形状とこれにより生じる位相差を示す模式図である。図５（ａ）、図５（ｄ）はそれぞれ、第１、第２の異方性格子１１４、１１５の格子形状を示す断面図である。第２の異方性格子１１５は、格子方向がＳ方向、異常光方向がＰ方向であり、入射するＰ偏光は異常光線になるから、異方性格子の異常光屈折率ｎ_ｅと等方性充填材の屈折率ｎ_Ｓとの屈折率差Δｎ、および溝の深さｄとの積で与えられる次の式の位相差が生ずる。
Δｎ・ｄ＝（ｎ_ｅ−ｎ_Ｓ）・ｄ
【００３６】
図５（ｅ）はその位相差の様子を示すものであり、第２の異方性格子におけるＰ偏光に対する位相差形状を示す概念図である。回折理論より、周期的な位相差形状に光が入射した場合、回折光が生じ、その回折光強度は入射光強度に対する割合である回折効率η_ｍにより表される。ここでｍは回折次数であり、ｍ＝０、±１、±２・・である。図５（ｅ）の位相差形状のように、回折格子の断面を非対称な鋸歯状または階段状にして、形状を最適化した場合、回折効率は正負で非対称になり、かつ一方の回折効率を略０にすることができ、（１）式の関係となる。
η_Ｐ−１＞＞η_Ｐ＋１≒０・・・（１）
【００３７】
つまり、本構成の場合、生じた位相差形状は図５（ｅ）であるから、第２の異方性格子に入射したＰ偏光は、紙面左側に−１次回折光を生じ、紙面右側に生ずる＋１次回折光の光量は略０になる。また、Ｐ偏光の０次透過光と１次回折光の効率比η_Ｐ，０／η_Ｐ，−１は異方性格子の溝の深さｄに依存し、適切な溝の深さｄを選択することにより、（２）式のようにすることができる。
η_Ｐ０／η_Ｐ−１≒１・・・（２）
【００３８】
本発明においては、η_Ｐ０、η_Ｐ−１は３０〜４０％であり、η_Ｐ＋１は１％以下である。
【００３９】
一方、第２の異方性格子にＳ偏光が入射する場合、Ｓ偏光は常光線であるから、生じる位相差は（ｎ_ｏ−ｎ_Ｓ）・ｄになる。ここで、ｎ_ｏは異方性格子の常光屈折率であり、等方性充填材の屈折率ｎ_Ｓをｎ_ｏに等しくすれば、位相差は生じない。この様子を図５（ｆ）に、すなわち、第２の異方性格子におけるＳ偏光に対する位相差形状を示す概念図を示す。したがって、第２の異方性格子にＳ偏光が入射した場合は回折光は生じず、全て透過する。以上の説明により、偏光方向が４５°傾いた半導体レーザからの出射光のうち、Ｓ偏光成分は全透過するが、Ｐ偏光成分は全透過せず回折により透過光の強度はη_Ｐ０に低下する。
【００４０】
次に、第２の異方性格子を透過した光が、第１の異方性格子を透過する様子を説明する。第１の異方性格子は格子方向、異常光方向ともＳ方向であり、紙面に垂直な向きである。したがって、第２の異方性格子とは異なり、Ｐ偏光が常光線、Ｓ偏光が異常光線になるから、生ずる位相差形状は、図５（ｂ）、（ｃ）になる。ここで、図５（ｂ）は第１の異方性格子におけるＰ偏光に対する位相差形状を示す概念図であり、Ｐ偏光は回折されずに全透過する。一方、図５（ｃ）は第１の異方性格子におけるＳ偏光に対する位相差形状を示す概念図であり、前述の説明同様、Ｓ偏光は紙面右側の＋１次回折光を生じ、紙面左側に生ずる−１次回折光の光量は略０になる。
【００４１】
ここで、第１の異方性格子と第２の異方性格子の常光屈折率、異常光屈折率、溝の深さが等しい場合、両者の常光線に対する回折効率、および異常光線に対する回折効率は等しくなるので（３）〜（６）式のようになる。
η^１ _Ｓ＋１＝η^２ _Ｐ−１＝η_１・・・（３）
η^１ _Ｓ−１＝η^２ _Ｐ＋１≒０・・・・（４）
η^１ _Ｓ０＝η^２ _Ｐ０・・・（５）
η^１ _Ｐ０＝η^２ _Ｓ０＝１・・・（６）
【００４２】
ここでη^１は第１の異方性格子の回折効率、η^２は第２の異方性格子の回折効率を表し、（３）式ではη_１とおいた。
【００４３】
半導体レーザからの出射光において、第２の異方性格子を全透過したＳ偏光成分は、第１の異方性格子により回折し、透過光強度はη^２ _Ｓ０×η^１ _Ｓ０になる。一方、第２の異方性格子で回折されたＰ偏光成分は、第１の異方性格子においては全透過するため、透過光強度はη^２ _Ｐ０×η^１ _Ｐ０になる。
【００４４】
したがって、（５）、（６）式より、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の透過光強度は等しくなるから、半導体レーザからの出射光の偏光状態は、第１、第２の異方性格子を通過した後も変化しない。また、次に透過する１／２波長板１１１により偏光方向が４５°回転して、回折素子からの偏光方向Ｂである６７の光はＳ偏光になる。異方性格子により生じた回折光は、光磁気記録媒体に向かう途中の開口制限により、遮断され寄与しないことが好ましい。
【００４５】
次に、光磁気記録媒体にて反射した戻り光が回折素子に入射する場合を説明する。光磁気記録媒体にて反射した戻り光の偏光方向は、光磁気記録媒体の磁気モーメントによるカー効果により、記録された情報（磁気モーメントの向き）に対応したカー回転角、＋θ_ｋまたは−θ_ｋだけ回転している。つまり、回折素子に入射する光の偏光方向は、出射光と同じ偏光方向Ｂである６７から±θ_ｋ回転し、したがって、１／２波長板１１１を再度透過した光も、偏光方向Ａである６６から±θ_ｋ回転している。ここで、戻り光偏光のＰ偏光成分をＩ_Ｐ、Ｓ偏光成分をＩ_Ｓとして、そのうちのθ_ｋに比例した交流成分をα、直流成分をＩとすると、Ｉ_ＰとＩ_Ｓは次式のようになる。
Ｉ_Ｐ＝Ｉ＋αまたはＩ−α
Ｉ_Ｓ＝Ｉ−αまたはＩ＋α
【００４６】
ここで、交流成分αは、光磁気記録媒体に記録された情報によって変調された信号成分であり、この成分を検出すれば情報を読み取ることとなる。以下に、αの検出方法を示す。
【００４７】
上述の説明から、光磁気記録媒体からの戻り光で異方性格子を通過する光のうち、Ｐ偏光成分は第１の異方性格子では全透過するが、第２の異方性格子では＋１次回折光の偏光方向６８の光を生ずる。Ｓ偏光成分は第１の異方性格子にて−１次回折光の偏光方向６９の光を生じ、第２の異方性格子では全透過する。したがって、光磁気記録媒体側から入射する光のＰ偏光成分は＋１次回折光が入射する光検出素子１０２ｂにて検出でき、Ｓ偏光成分は−１次回折光が入射する光検出素子１０２ａにて検出できる。
【００４８】
光検出素子１０２ｂ、１０２ａに入射する光の強度Ｉ_Ｐ＋１、Ｉ_Ｓ−１は、（７）、（８）式であり、また光検出素子１０２ｂ、１０２ａの差動信号、つまりＩ_Ｐ＋１とＩ_Ｓ−１の差分は（９）式により光磁気信号αを検出することができる。
【００４９】
【数１】

【００５０】
ここで、η^２ _Ｐ＋１とη^１ _Ｓ−１をη_１をおいた。（４）式ではこれらの値はほとんど０であるが、格子への光の入射方向が（４）式の場合とは逆であるため、これらは０でなく大きさは（３）式に等しい。
【００５１】
上述の構成では、等方性充填材の屈折率ｎ_ｓを異方性格子の常光屈折率ｎ_ｏに等しくしたが、異常光屈折率ｎ_ｅに等しくした場合でも同様の効果を得ることができる。また、非対称格子の傾斜方向が上述の方向と逆向きであっても構わない。この場合、回折方向が変わり、Ｐ偏光は−１次側に回折され、Ｓ偏光は＋１次側に回折される。
【００５２】
次に、焦点誤差信号および、トラッキング誤差信号に関して詳述する。焦点誤差信号およびトラッキング誤差信号は、光検出素子１０２ａ、１０２ｂを各々分割して、分割された光検出素子の各々からの信号を演算することにより得ることができる。
【００５３】
通常、焦点誤差検出法にはスポットサイズ法、非点収差法、ナイフエッジ法等を用いる。これらは、２つの光検出素子に入射する２つの回折光の光スポットの大きさの違いで焦点誤差を検出するもの（スポットサイズ法）、１つの光スポットが円形となるかまたは楕円形となりその長軸と短軸の向きがどちらかによって焦点誤差を検出するもの（非点収差法）、半月形の光スポットの向きに応じて焦点誤差を検出するもの（ナイフエッジ法）である。
【００５４】
これらの形状の光スポットが、光磁気記録媒体上での焦点誤差の発生にともなって、光検出素子上に生じるように、各々の方法に応じて異方性格子の面内の形状を変形して作製すればよい。通常このような収差を発生させる格子の形状は、曲線状となる。
【００５５】
図６は、本発明による光磁気ヘッド装置における光検出素子上の光スポットを示す模式的上面図である。図６を用いてさらに詳しくスポットサイズ法を説明する。異方性格子を光のレンズ機能を有する格子形状にすることで、３分割した光検出素子７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅおよび７０ｆに入射する回折光の焦点距離を変え、焦点誤差に対応する光検出素子上の−１次回折光の光スポット７１および＋１次回折光の光スポット７２のサイズ変化から、焦点誤差信号Ｓ_ｆｅを（１０）式から検出する。
【００５６】
ここで、Ｉ_ａ、Ｉ_ｂ、Ｉ_ｃ、Ｉ_ｄ、Ｉ_ｅおよびＩ_ｆはそれぞれ、分割された光検出素子７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅおよび７０ｆより得られた信号強度である。
【００５７】
図６（ａ）は光磁気記録媒体が焦点位置より遠ざかった状態でＳ_ｆｅ＞０、（ｂ）は焦点が合っている場合でＳ_ｆｅ＝０、（ｃ）は光磁気記録媒体が焦点位置より近づいた状態でＳ_ｆｅ＜０を示す。
【００５８】
【数２】

【００５９】
一方、光磁気記録媒体上のトラックからの光の外れである、トラッキング誤差検出法には、再生専用に用いられる３ビーム法や、記録および再生に用いられるプッシュプル法等がある。３ビーム法の場合、半導体レーザ出射端近傍に３ビーム回折素子、および３ビーム光検出素子が必要になる。また、プッシュプル法の場合には、図６の３分割光検出素子において、トラッキング誤差信号Ｓ_ｔｅは（１１）式により検出できる。
【００６０】
上述の構成は、図１の光検出モジュール内に半導体レーザチップ１０１を備え、また、回折素子１４ａには、光磁気記録媒体に入射する光線である往路光線および光磁気記録媒体により反射した戻り光である復路光線の両者が入射する。したがって、往路光線の場合には、±１次以上の回折光が損失光（不要光）となり光磁気記録媒体に入射する光強度の低下を招いている。また、復路の場合には、０次透過光が損失光となるため、光検出素子に入射される光の利用効率は低下する。
【００６１】
しかし、利用効率の低下はあるものの光検出モジュール内に半導体レーザチップ１０１を備えているため、大幅な光学部品点数の低減と大幅な小型化、薄型化が期待できる。
【００６２】
以上が、第一の実施の形態についての説明であったが、次に、第二の実施の形態について光検出モジュールと光磁気ヘッド装置の構成ついてのみ簡単に説明する。他の部分は第一の実施の形態の説明で述べたものと同じである。
【００６３】
第一の実施の形態で述べた以上に往復路の光利用効率を高める手段として、光源である半導体レーザが光検出素子から分離されて、異なる場所に設置されている。
【００６４】
図８は本発明による他の実施態様の光磁気ヘッド装置を示す概念的斜視図である。光検出モジュール１５とは別に配された、光源である半導体レーザ１からの出射光は、コリメートレンズ２、ビームスプリッタ３、反射プリズム４、集光レンズ５を透過した後、光磁気記録媒体６で反射して、再度集光レンズ５、反射プリズム４を透過し、ビームスプリッタ３にて反射し、コリメートレンズ７を透過して光検出モジュール１５に入射する。本発明による光磁気ヘッド装置における光検出モジュールの模式的断面図を図７に示す。図１に示した光検出モジュールとの相違点は、図１の半導体レーザチップ１０１が本構成では内蔵されていないこと、および異方性格子１１４と１１５の溝の深さｄが異なることであり、その他は全て同じ構成である。ここで、１５ａおよび１５ｂはそれぞれ回折素子およびサブモジュールである。
【００６５】
本構成の場合、溝の深さｄを変えることにより、回折素子の０次透過効率が略０になる結果、信号検出に要する±１次回折効率が前述の構成に比べ高くなり、往復での光利用効率はおよそ１．５倍に向上する。しかし、図２と図８を比べてわかるように、図２の構成に比べ、本構成は部品点数が多いものの、従来例である図１１と比べ約半分に低減できて、小型化、コストダウンが図れる。
つまり、本構成は従来例と比べ光学部品点数が約半分に低減できるため、小型化、薄型化が可能であり、さらに光の利用効率が高いという特徴を有する。
【００６６】
【実施例】
「実施例１」
本実施例を、図１を用いて説明する。まず、異方性格子の作製法について述べる。異方性格子は常光屈折率が１．５５、異常光屈折率が１．６５の重合した高分子液晶を用いて作製した。２枚のガラス基板１０８、１０９の表面に互いに直交する向きに配向処理を施した後、スピンコート法により厚さ２．９μｍのモノマー液晶薄膜を形成後、紫外線照射を行い重合固化させ、高分子液晶薄膜とした。
【００６７】
格子の形成はフォトリソグラフィー法を用いて行い、ガラス基板１０８上に形成した高分子液晶薄膜をドライエッチングにより、第１の異方性格子１１４を形成した。同様にして、ガラス基板１０９上に形成した高分子液晶薄膜をドライエッチングし、第２の異方性格子１１５を形成した。第１の異方性格子と第２の異方性格子の長手方向は等しく、第１の異方性格子の長手方向は光学異方軸と平行にした。したがって、第２の異方性格子の長手方向は、光学異方軸に対して直交している。
【００６８】
第１、第２の異方性格子とも、格子周期は約１０μｍ、溝の深さは２．９μｍの４段ステップ格子で非対称なホログラムが形成されている。本実施例では、焦点誤差検出法にスポットサイズ法を使用したため、コンピュータシミュレーションによりスポットサイズ法として使用する最適なホログラムパターンを設計した。
【００６９】
次に、この異方性格子を組み込んだ回折素子の形成法に関して述べる。厚さ０．５ｍｍで片面に誘電体多層膜の反射防止膜が施されている光学規格のガラス基板１０７の反射防止膜のない面と、１／２波長板１１１で粘着材１１０が塗布された面とを貼り合わせた。ここで使用した１／２波長板１１１は、延伸されたポリカーボネートフィルム製で、厚さ１００μｍのものであった。次に、第１の異方性格子１１４が形成されたガラス基板の面とは反対側の面上に紫外線硬化型接着剤を適量滴下し、前記ガラス基板１０７に接着された１／２波長板１１１と貼り合わせた後、紫外線照射を行い重合接着した。この接着層１１２の厚さは約２０μｍであった。
【００７０】
次に、第２の異方性格子１１５が形成された表面に、スピンコート法により厚さ２０μｍのアクリル系の等方性充填材１１３を塗布し、この塗布面と上記層状物の第１の異方性格子面とを合わせ、紫外線照射により重合固化して接着した。この際、２つの異方性格子の異常光屈折率を示す方向が直交するようにした。重合固化後の等方性充填材１１３の屈折率は、異方性格子の常光屈折率に等しく１．５５である。以上のようにして形成された積層物を切断・分離して回折素子とした。
【００７１】
形成された回折素子の大きさは、縦３ｍｍ、横３ｍｍ、厚さ１．８ｍｍであり、光学特性は、Ｐ偏光が入射した場合、透過効率が３９％、１次回折効率が３５％、−１次回折効率が０．５％であり、Ｓ偏光が入射した場合、透過効率が３９％、−１次回折効率が３５％、＋１次回折効率が０．５％であり、弱い高次回折光もあった。ここでいうＳ偏光とは、第１の異方性格子の異常光屈折率を示す方向に平行に偏光した光であり、Ｐ偏光とはＳ偏光方向に直交する向きに偏光した光である。
【００７２】
回折素子１４ａは、波長６５０ｎｍを有する半導体レーザチップ１０１、３分割光検出素子１０２ａ、１０２ｂを備えたシリコン基板１０３が搭載された樹脂のサブモジュールパッケージ１００に組み付けられ、調整されて接着剤で固定された。
【００７３】
作製された光検出モジュール１４を図２に示す光磁気ディスクヘッド装置に組み込み、光磁気記録媒体６に情報の記録・再生を行った。前述のように、焦点誤差検出にはスポットサイズ法を用い、３分割光検出素子１０２ａ、１０２ｂの各分割検出素子からの信号を演算し、合焦点制御を行った。また、トラッキング誤差検出は、プッシュプル法により、光検出素子１０２ａと１０２ｂを使用して行った。光磁気記録情報の再生信号は、光検出素子１０２ａと１０２ｂの差動信号により得られ、本実施例においては良好な再生信号を得ることができた。
【００７４】
「実施例２」
図９は本発明による第２の実施例の光磁気ヘッド装置における光検出モジュールの模式的断面図である。ここで、１６は光検出モジュール、１６ａは回折素子、１６ｂはサブモジュールであり、他の同符号は上述のものと同じものを意味する。
【００７５】
まず、異方性格子の作製法について述べる。異方性格子は常光屈折率が１．５５、異常光屈折率が１．６５の重合した高分子液晶を用いて作製した。２枚のガラス基板１０８、１０９の表面に互いに直交する向きに配向処理を施した後、スピンコート法により厚さ４．８μｍのモノマー液晶薄膜を形成後、紫外線照射を行い重合固化させ、高分子液晶薄膜を作製した。
【００７６】
格子の形成はフォトリソグラフィー法を用いて行い、ガラス基板１０８上に形成した高分子薄膜をドライエッチングにより第１の異方性格子１１４を形成した。同様にして、ガラス基板１０９上に形成した高分子液晶をドライエッチングし、第２の異方性格子１１５を形成した。第１の異方性格子と第２の異方性格子の長手方向は等しく、第１の異方性格子の長手方向は光学異方軸と平行にした。したがって、第２の異方性格子の長手方向は、光学異方軸に対して直交している。
【００７７】
第１、第２の異方性格子とも、格子周期は約１０μｍ、溝の深さは４．８μｍの４段ステップ格子で非対称なホログラムが形成されている。本実施例では、焦点誤差検出法にスポットサイズ法を使用したため、コンピュータシミュレーションによりスポットサイズ法として使用する最適なホログラムパターンを設計した。
【００７８】
次に、この異方性格子を組み込んだ回折素子１６ａの形成法に関して述べる。第２の異方性格子１１５が形成された表面に、スピンコート法により厚さ２０μｍのアクリル系の等方性充填材１１３を塗布し、この塗布面と上記層状物の第１の異方性格子面とを合わせ、紫外線照射により重合固化して接着した。この際、２つの異方性格子の異常光屈折率を示す方向が直交するようにした。重合固化後の等方性充填材１１３の屈折率は、常光屈折率に等しく１．５５である。以上のようにして形成された積層物を切断・分離して回折素子とした。
【００７９】
形成された回折素子１６ａの大きさは、縦３ｍｍ、横３ｍｍ、厚さ１．３ｍｍであり、光学特性は、Ｐ偏光が入射した場合、透過効率が０．５％、＋１次回折効率が７９％、−１次回折効率が０．５％であり、Ｓ偏光が入射した場合、透過効率が０．５％、−１次回折効率が７９％、＋１次回折効率が０．５％であり、弱い高次回折光もあった。ここでいうＳ偏光とは、第１の異方性格子の異常光屈折率を示す方向に平行に偏光した光であり、Ｐ偏光とはＳ偏光方向に直交する向きに偏光した光である。
【００８０】
回折素子１６ａは、３分割光検出素子１０２ａ、１０２ｂを備えたシリコン基板１０３が搭載された樹脂のサブモジュールパッケージ１００に組み付けられ、調整されて接着剤で固定された。
図１０は本発明による第２の実施例における光磁気ヘッドの概念的斜視図であり、作製された光検出モジュール１６を図１０の光磁気ヘッド装置に組み込み、光磁気記録媒体６に情報の記録・再生を行った。光源である半導体レーザ１０１の波長は６５０ｎｍであり、出射光の偏光方向とＰ偏光方向とのなす角度が４５°になるように、半導体レーザの向きを決めた。図１０で図８と同じ要素は、同じ符号を付してある。また、１６ａおよび１６ｂはそれぞれ回折素子およびサブモジュールである。
【００８１】
前述のように、焦点誤差検出にはスポットサイズ法を用い、３分割光検出素子１０２ａ、１０２ｂの各分割検出素子からの信号を演算し、合焦点制御を行った。また、トラッキング誤差検出は、プッシュプル法により、光検出素子１０２ａ、１０２ｂを使用して行った。光磁気記録情報の再生信号は、光検出素子１０２ａと１０２ｂの差動信号により得られ、本実施例においては光利用効率の高い良好な再生信号を得ることができた。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光ヘッド装置においては、光学部品の点数が少ないため構成が単純であり、組立工数が少なくなることから量産性がよい。さらに小型化、薄型化が可能であり、携帯向けの用途などには好適である。
【００８３】
また、本発明の光ヘッド装置の場合、光記録媒体として光磁気記録媒体（光磁気ディスク）を使用する光磁気ヘッド装置が好ましく使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光磁気ヘッド装置における光検出モジュールの模式的断面図。
【図２】本発明による光磁気ヘッド装置を示す概念的斜視図。
【図３】４段ステップ格子の形成法を示す概念図。（ａ）高分子液晶薄膜上に形成したフォトレジストをパターニングした様子を示す断面図、（ｂ）ドライエッチング法により高分子液晶薄膜をエッチングした様子を示す断面図、（ｃ）フォトレジストを再塗布してパターニングした様子を示す断面図、（ｄ）再ドライエッチング法により高分子液晶薄膜をさらにエッチングした様子を示す断面図。
【図４】本発明による光磁気ヘッド装置における回折素子を透過する光の偏光特性を示す概念図。
【図５】異方性格子の格子形状とこれにより生じる位相差を示す図。（ａ）第１の異方性格子の格子形状を示す断面図、（ｂ）第１の異方性格子におけるＰ偏光に対する位相差形状を示す概念図、（ｃ）第１の異方性格子におけるＳ偏光に対する位相差形状を示す概念図、（ｄ）第２の異方性格子の格子形状を示す断面図、（ｅ）第２の異方性格子におけるＰ偏光に対する位相差形状を示す概念図、（ｆ）第２の異方性格子におけるＳ偏光に対する位相差形状を示す概念図。
【図６】本発明による光磁気ヘッド装置における光検出素子上の光スポットを示す模式的上面図。（ａ）光記録媒体が焦点位置より遠い場合、（ｂ）光記録媒体が焦点位置にある場合、（ｃ）光記録媒体が焦点位置より近い場合。
【図７】本発明による光磁気ヘッド装置における光検出モジュールの模式的断面図。
【図８】本発明による他の実施形態の光磁気ヘッド装置を示す概念的斜視図。
【図９】本発明による第２の実施例の光磁気ヘッド装置における光検出モジュールの模式的断面図。
【図１０】本発明による第２の実施例における光磁気ヘッドの概念的斜視図。
【図１１】従来の光磁気ヘッド装置の一例を示す概念的斜視図。
【符号の説明】
１：半導体レーザ
２：コリメートレンズ
３：ビームスプリッタ
４：反射プリズム
５：集光レンズ
６：光磁気記録媒体
７：コリメートレンズ
８：ビームスプリッタ
９：シリンドリカルレンズ
１０：４分割光検出器
１１：１／２波長板
１２：検光子
１３：２分割光検出器
１４：光検出モジュール
１４ａ：回折素子
１４ｂ：サブモジュール
１５：光検出モジュール
１５ａ：回折素子
１５ｂ：サブモジュール
１６：光検出モジュール
１００：サブモジュールパッケージ
１０１：半導体レーザチップ
１０２ａ：光検出素子
１０２ｂ：光検出素子
１０３：シリコン基板
１０７：ガラス基板
１０８：ガラス基板
１０９：ガラス基板
１１０：粘着層
１１１：１／２波長板
１１２：接着層
１１３：等方性充填材
１１４：第１の異方性格子
１１５：第２の異方性格子

Claims

光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための集光手段と、前記光記録媒体からの反射戻り光を回折させる回折素子と、前記回折素子を透過した出射光を受光する光検出素子とを備えた光ヘッド装置において、前記回折素子は１枚の基板または２枚の基板の異なる表面に光学異方性媒質からなる第１と第２の２つの格子の各凸部が形成されており、前記光学異方性媒質からなる第１の格子の異常光屈折率を示す方向と第２の格子の異常光屈折率を示す方向とが略直交しており、前記２つの格子の少なくとも溝部には光学等方性媒質が充填され、かつ前記光学等方性媒質の屈折率の値が、前記光学異方性媒質の常光屈折率または異常光屈折率の値に略等しく、前記光源からの出射光の偏光状態は、前記第１、前記第２の異方性格子を通過した後も変化しないことを特徴とする光ヘッド装置。
第１の異方性格子と第２の異方性格子の長手方向が等しいことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
前記２つの格子がそれぞれ異なる基板の表面に形成され、それぞれの格子面が前記光学等方性媒質を挟んで向き合っていることを特徴とする請求項１または２記載の光ヘッド装置。
前記２つの格子のそれぞれの格子の各凸部の断面形状が、非対称な鋸歯状または階段状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光ヘッド装置。
前記回折素子が、前記光検出素子とともに光記録媒体上に結ぶ光焦点の誤差検出器としての機能を有するように、前記回折素子の格子が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光ヘッド装置。