JPH03157841A - 光学ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業−にの利用分野〕 本発明は、光磁気ディスク装置等の記録再生装置に用い
る光学ヘッドに関するものである。

〔従来の技術〕

偏光を利用して、情報の再生を行う記録再生装置の一例
に、光磁気ディスク装置を挙げ、これの光学ヘッドにつ
いて説明する。

光磁気ディスク装置の光学へ・ソドは、基本的に半導体
レーザー、ＰＢＳ　（偏光ビームスブリ・ンタ）、検光
子、光検出器からなつ°Ｃいる。半導体レーザーから出
射された直線偏光のレーザー光は、ＰＢＳを透過し、光
磁気記録媒体に照射され、そして、反射光として再びＰ
ＢＳに戻る。このとき、反射光の偏光面は光磁気記録媒
体の磁化の方向、すなわち記録情報に従って、左右いず
れかに回転している。このため、反射光は互いに直交す
る２つの偏光成分を持つ。ＰＢＳは、この互ｂ）ｃこ直
交する２つの偏光成分を各々異なる分光比、すなわち、
透過強度と反射強度との比率で透過し、反射する。この
分光比は記録情報を最も効率よく再生できるように設定
されており、半導体レー４Ｊ’から出射された直線偏光
のレーザー光と同じ方向の偏光成分については、分光比
を透過：反射７０：３０から８０：２０程度の割合とし
、これに直交する偏光成分については、分光比を透過二
反射０：１００程度の割合としている。上記分光比で反
射されたＰＢＳからの反射光は検光子に入射し、光検出
器に入射する。光検出器では記録媒体の磁化の方向によ
る強度差が検出され、情報が再生される。

ところで、上記光学ヘッドを小型化するためにＰＢＳや
検光子を、偏光特性を有する回折素子で置き換えること
が考えられる。

この場合、回折格子からの回折光が光磁気記録媒体を照
射するように光ヘッドを構成すると、例えば、第６図の
ようになる。ただし、コリメート・レンズ、集光レンズ
等は図示されていない。

半導体レーザーｌから出射されたレーザー光Ｌ１は、回
折素子７に入射し、回折素子７の透明基板２上に形成さ
れた回折格子２ａによって回折角（２θＩ）で回折され
、回折光１−ｚ＋がディスク基板３ａと磁性体膜からな
る記録膜３ｂとを有する光磁気ディスク３に照射される
。このとき、レーザー光Ｌ１の一部は回折素子７を透過
し、透過光Ｌ２゜とじて失われる。回折光ＬＳＩは光磁
気ディスク３で反射され、反射光り、として再び回折格
子２ａに戻るが、反射光り、の偏光面は記録膜３ｂの磁
化の方向、すなわち記録情報に従って、左右いずれかに
回転している。つまり、反射光Ｌ３は入射光偏光方位に
対して互いに直交する２つの偏光成分を持っている。回
折格子２ａは、この互いに直交する２つの偏光成分を各
々異なる分光比、すなわち回折強度と透過強度との比率
で回折し、透過する。そして、回折角（２θ１）で回折
された回折光Ｌ４１は半導体レーザー１に戻り、透過光
り、。

は、（１／２）波長板９で偏光面を略４５度回転させら
れた後、透明基板２とその上に形成された回折格子２ｂ
からなる回折素子８に入射し、直交する２つの偏光成分
、すなわち透過光Ｌ−ｓｏと回折格子２ｂによって回折
角（２θ１）で回折された回折光ＬＳＩとに分けられ、
光検出器５ａ・５ｂに入射する。光検出器５ａ・５ｂか
らの検出信号は、差動増幅器ＩＯに入力され、差動され
ることによって偏光面の回転方向が検出され、情報が再
生される。

上記光学ヘッドにおいて、回折素子７における回折格子
２ａのピッチを０．５９λ、透明基板２の屈折率を１．
４５とした場合の、回折素子７の透過光Ｌ４゜および回
折光Ｌ４１における直交する２つの偏光成分の強度比と
上記回折格子２ａの深さとの関係を第７図に示す。

ここで、Ｌ４゜（ＴＥ）は透過光Ｌ４゜における回折素
子７の回折格子２ａの方向と平行な方向の偏光成分を示
し、■、４．（ＴＥ）は回折光Ｌ４＋における回折素子
７の回折格子２ａの方向と平行な方向の偏光成分を示す
。また、Ｌ４゜（ＴＭ）は透過光Ｌ４０における回折素
子７の回折格子２ａの方向と垂直な方向の偏光成分を示
し、Ｌ、、（ＴＭ）は回折光Ｌ４１における回折素子７
の回折格子２ａの方向と垂直な方向の偏光成分を示す。

前記ＰＢＳの分光比との対応から、回折素子７の回折強
度と透過強度との比率を、ＴＥ波についてはり、、（Ｔ
Ｅ）：　Ｌ４゜（ＴＥ）を７０＝３０から８０：２０程
度とし、ＴＭ波についてはＬ４１（ＴＭ）：　Ｌ４０　
（ＴＭ）を０：１００程度とすると、ＰＢＳと同等の効
率で情報を再生できることになる。この条件を満たす回
折格子２ａの深さは、図から明らかなように、はぼ０．
７７λである。

回折素子８の回折格子２ｂは、回折素子７の回折格子２
ａと同一の屈折率を有する基板２に同一のピッチを有す
る回折格子を同一方向に形成したものである。この回折
素子８では、直交する２つの偏光成分、すなわち回折格
子２ｂの方向と平行な方向の偏光成分であるＴＥ波と回
折格子２ｂの方向と垂直な方向の偏光成分であるＴＭ波
とを分離して取り出すために、回折強度と透過強度との
比率を、ＴＥ波についてはり、。（ＴＥ）　　：　Ｉ−
ｓ＋　（ＴＥ）を０：１００程度とし、ＴＭ波について
はり、。（ＴＭ）：　Ｌｓ＋　（ＴＭ）を１００：０程
度となるように、回折格子２ｂの深さが設定される。

第７図を参照すると、この条件をほぼ満足する回折格子
２ｂの深さは、１゜３λ程度である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の構成によれば、半導体し・−ザの発振
波長が温度や電源電流の変動によ−、て変化した場合、
回折角（２θ、）が波長に依存するため、記録膜３１）
を照射する回折光Ｌ２１の方向が変化するこｋになる。

そうなると、再生ずべき情報が記録されている記録膜３
ｂＪ−の位置から照射位置がずれ、正確な情報の再生が
できなくなるという問題が起こる。

さらＧこ、偏光特性をイｌ゛する回折素子７の回折角（
２θ、）が、例えば１２０度程爪上、かなり大きいため
１、半導体［／−ザー１の位置が、回折素子７から記録
膜３１）に向かう回折光ＬＺＩの方向に対して６０度爪
皮の方向になり、半導体レーザー１が光磁気記録媒体の
近くに配置されるなど、部品配置が制限され、コンパク
トな配置が取れないという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光学ヘッドは、レーザーから出射された直線偏
光したレーザー光を光磁気記録媒体に照射１−２、この
記録媒体からの反射光を検光子及び光検出器で受光して
偏光面の傾きを検出することにより記録情報の再生を行
う光学ヘッドにおいて、回折格子を透過した透過光が記
録媒体を照射するようにレーザーと記録媒体の間に回折
格子が配置され、直線偏光した」二記透過光が回折格子
に対してＴＭ波となるように回折格子が設し３られてい
ることを特徴としている。

〔作　用〕

１−記の構成Ｇこよれば、回折格子を透過（〜た透過光
が記録媒体を照射するよ・）に１ノーザーと記録媒体の
間に回折格子を配置１〜、直線偏光した上記透過光が回
折格子に対してＴＭ波となるように回折格子を設けたの
で、格子間隔、すなわちビ・ンチや凹凸の深さをある値
に設定することにより、記録媒体からの反射光に含まれ
る２つの直交する偏光成分、すなわち、回折格子に対し
てＴＭ波とＴＥ波となる偏光成分の内、記録媒体を照射
する透過光と同じ偏光成分であるために比較的強いＴＭ
波についてはある程度回折ｊ７、比較的弱いＴ　Ｅ波に
ついてはほとんど回折するように構成することができる
。このため、回折光は２つの直交する偏光成分を適度に
含んでおり、これを検光子及び光検出器で受光１．て偏
光面の傾きを検出すれば、記録情報の再生を行なえる。

この場合、記録媒体を照射する照射光は、回折格子で回
折された回折光ではなく、回折格子を透過しまた透過光
であるので、レーザーの発振波長が変動しても、記録媒
体−１−のレーザー光の照射位置が変わることはない。

また、レーザーの位置は回折格子を隔てて、記録媒体の
反対側に配置されるので、部品配置が制限されることが
少ない。

〔実施例〕

本発明の−・実施例を第１図乃至第５図６コ基づいて説
明すれば、以Ｆのとおりである。

本発明に係る光学ヘッドを第１図に示す。この先学ヘッ
ドは、光磁気記録媒体の情報の再生、記録を行・）ため
に用いられるものであり、その構成は回折格子を透過し
た透過光（ＴＭ波）を記録媒体に照射するようにした点
を除いて、第６図で示した光学ヘッドと同様の構成であ
るので、第６図と同一の機能を有する部材には、同一の
参照番号を付し、その説明を省略する。

第１図において、半導体１ノーザー１から出射された直
線偏光のレーザー光Ｌ　、ば、透明基板２と透明基板２
上に形成された回折格子２Ｃとからなる回折素子１１を
透過し、透過光［，２゜が基板３ａと磁性体膜からなる
記録膜３ｂとを有する光磁気ディスク３に照射される。

このとき、レーザー光り、の一部は、回折素子１１の回
折格子２Ｃによって回折され、回折光Ｌ２１と１７で失
われる。透過光Ｌｚｏは、光磁気ディスク３で反射し、
反射光り、。

とじて再び回折素子１１に戻るが、反射光Ｌ’ｌの偏光
面ば記録膜３ｂの磁化の方向、すなわち記録情報に従っ
て、左右いずれかに回転している。つまり、反射光Ｌ３
ば入射光の偏光方位に対して互いに直交する偏光成分を
持っている。回折格子２Ｃば、この互いに直交する偏光
成分を各々異なる回折強度と透過強度との比率、すなわ
ち各々異なる分光比で回折し、透過する。そして、回折
光Ｌ４１に基づいて情報の再生が行われる。なお、透過
光Ｌ４゜は半導体レーザー１に戻る。

第１図で用いられた回折素子１１の拡大図を第２図に示
す。

回折素子１１は透明基板２と透明基板２上に形成された
回折格子２ｃからなっており、回折格子２Ｃはピッチｐ
の格子間隔で規則的に並んだ深さｄの多く凹凸からでき
ている。この回折格子２ｃによる回折角（２θ）はブラ
ッグの回折条件、２ｐｓｉｎθ−ｎλ によって与えられる。ここで、λはレーザー光の波長を
表し、ｎは整数である。偏光特性を付与するために、ピ
ッチｐは波長λよりも短く設定されているから、上記回
折条件を満たすにはｎは通常１である必要があり、した
がって、この場合の回折光は１次回折光となる。なお、
同じピッチｐを設定しても凹凸の深さｄによって、偏光
特性は大きく変わる。この回折素子１１が、第１図にお
いて、上記ブラッグの回折条件を満足するように配置さ
れている。なお、回折格子２ｃは、第１図のように透明
基板２の光磁気ディスク３側に形成されていてもよいし
、また、半導体レーザー１側に形成されていてもよい。

ただし、格子の方向、すなわち、凹凸の山（または谷）
の方向は、紙面に垂直でなければならない。

この回折格子２ＣのピッチＰを０．６５λ、透明基板２
の屈折率を１．４５とした場合の、回折素子１１の透過
光り、。および回折光Ｔ−４１における直交する２つの
偏光成分の強度比と上記回折格子２Ｃの深さとの関係を
第３図に示す。

ここで、Ｌ４゜（ＴＥ）は第１図における透過光Ｌ４゜
における回折素子１１の回折格子２Ｃの凹凸の山（また
は谷）の方向と平行な方向の偏光成分を示し、Ｌ、、（
ＴＥ）は回折光Ｌ４１における回折素子１２の回折格子
２Ｃの凹凸の山（または谷）の方向と平行な方向の偏光
成分を示す。また、Ｌ、。

（ＴＭ）は透過光Ｌ４゜における回折素子１１の回折格
子２Ｃの凹凸の山（または谷）の方向と垂直な方向の偏
光成分を示し、ｔ、　４＋　（Ｔ　Ｍ　）は回折光Ｌ４
１における回折素子１１０回折格子２Ｃの凹凸１ の山（または谷）の方向と垂直な方向の偏光成分を示す
。

従来例で示したＰＢＳの分光比との対応がら、回折素子
１１の透過強度と回折強度の比率、すなわち分光比を、
記録膜３ｂを照射する透過光Ｌ２゜と同じ偏光成分につ
いては、７０：３０がら８゜：２０程度とし、これに直
交する偏光成分については０　：　１００程度とすると
、ＰＢＳと同等の効率で情報を再生することができる。

この分光比に最も近い分光比を与える回折格子２ｃの深
さｄは、図に示されるように、１．５λ程度となり、そ
のとき、Ｌ４゜（ＴＭ）：　Ｌ４１（ＴＭ）＝８５　：
　１２、Ｌ４゜（ＴＥ）：　Ｌａ＋　（ＴＥ）　−１：
　９４となる。それゆえ、このときの記録膜３ｂを照射
する透過光Ｌ２゜は７Ｍ波である。したがって、また、
直線偏光したレーザー光り、の偏光方向と回折格子２ｃ
の凹凸の山（または谷）の方向は垂直に配置されている
。

上記の構成によれば、記録膜３ｂに照射する照射光は、
回折格子２ｃで回折された回折光１−ｚ＋で２ はなく、回折格子２ｃを透過した透過光Ｌ２０であるの
で、半導体レーザー１の発振波長が変動しても、記録媒
体上のレーザー光の照射位置が変わることはない。また
、半導体レーザー１の位置は回折格子２ｃを隔てて、光
磁気ディスク３０反対側に配置されるので、部品配置が
制限されることが少ない。しかも、回折素子ＩＩは従来
のＰＢＳよりも軽く小型であり、量産性が高い。

ところで、回折格子２ａのピッチｐを０．５９λ、透明
基板２の屈折率を１．４５とした場合の、回折素子７の
透過光Ｌ４゜および回折光Ｌ４１における直交する２つ
の偏光成分の強度比と上記回折格子２ａの深さとの関係
を示すグラフは、すでに第７図で示したが、ピッチｐが
０．６５λの場合（第３図）と異なり、回折光Ｌ４．（
ＴＭ）の強度は深さｄを変化させても、はとんどＯのま
まで変化しない。したがって、ピッチｐが０．５９λの
回折格子２ｃを備えた回折素子１１を第１図のように配
置したとしても、上記の分光比を満たす回折格子２ｃの
深さｄは存在しないから情報を再生　ｑ ４ 困難ごある。、二の、二とから、上記の分光比をある程
度溝たす回折格Ｆ−２Ｃの深さｄが存在するためには、
回折格子２ＣのピンチＰに制限があることがわかる。

そごで、回折素子１１における回折格子２Ｃのピッチを
パラメータとし２、透明基板２の屈折率を１７４５とし
、た場合の、回折素Ｆ１１の透過光ｌ−４０および回折
光１．４１における直交する２つの偏光成分の強度比と
１−１記回折格子２（７の深さｄとの関係を４（１）ル
た結果１．上記の分光比をある程度溝たず回折格子２ａ
の深さｄが存在し、したがって、情報の再生および記録
・消去が可能であるためには、記録膜３ｂを照射する透
過光Ｌ２０はＴＭ波とした場合、ピッチＰは０．６３λ
〜０．８３λでなりＪればならないことがわかった。

このことを説明するために、第４図と第５図に回折格子
２Ｃのピッチｐがそれぞれ０．６３λと０．８３λ、透
明基板２の屈折率を１．４５とした場合の、回折素子１
１の透過光Ｉ−７，。および回折光Ｉ−１゜における直
交する２つの偏光成分の強度比と１記回折格子２ｃの深
さｄとの関係を示す。

ピッチＰが下限０．６３λでは、第４図に示すように、
回折格子２ａの深ざｄを１．５λにしたとき、所望の分
光比に最も近い分光比が得られるが、その比は、Ｌ４．
（ＴＭ）：　１．、、Ｉ　（ＴＭ）　−９０＝５、Ｌ４
ｏ（ＴＥ）：　Ｌ＝＋　（１”Ｅ）　−〇、８　：９１
となり、回折光り、、（ＴＭ）の強度が弱く、信号を検
出する光検出器５ａ・５ｂの検出限界になる。したがっ
て、ピッチｐが０．６３λよりも小さいとき、回折格子
２Ｃを透過した透過光り、。

を記録膜３ｂに照射して、回折光［５４，から再生は困
難となる。

一方、ピンチＰが」二限０．８３λでは、第５図に示す
ように、回折格子２Ｃの深さｄを１．４λにしたとき所
望の分光比に最も近い分光比が得られるが、その比は、
１４．。（ＴＭ）：　Ｌ、、（ＴＭ）＝５０：４Ｂ、■
、４゜（ＴＢ）：　Ｌ４１　（ＴＥ）−３：９４となる
。ところで、Ｌ２゜（”Ｔ”Ｍ）　　：　ＬＺＩ　（Ｔ
Ｍ）は１．、、（ＴＭ）：　Ｌ４．（ＴＭ）に等しいか
ら、このとき記録膜３ｂを照射する透過光Ｉ７．。（５ Ｔ　Ｍ　）の強度は、回折格子２ｃ＆こ入射するレーザ
ー光の強度の約１′分になってし２まう。つまり、ピッ
チＰが０．８３λよりも大きくなると、情報の記録時に
必要とされる光源の光強度が大きくなり、通常の半導体
Ｌ−−−−ザー１を用いた場合、記録が困難となる。

以ｌ−の実施例では、回折素子１１に設けられた回折格
子２ｃは空気と接した状態に置かれたが、回折格７２Ｃ
を保護するために保護膜を設けるよ・）にし、でもよい
。この場合、回折格子２Ｃのピッチｐは変わらないが、
深さｄは保護膜の屈折率によって変化するので、以下の
ように補正する必要がある。すなわち、本実施例では空
気の屈折率を１、透明基板２の屈折率ｎ、を１．４５と
して、回折格子２Ｃの凹凸の深さｄを示し７たので、屈
折率ｎ、の保護膜を使用したときの凹凸の深さは一ト記
ｄの（ｎ、−１）／　（ｎ、−ｎｌ　）倍にすればよい
。

なお、フォーカス用及びトラッキング用サーボ信号の生
成には、回折光Ｌ４１を用いてもよいし、６ または、透過光１−４０を用い、従来のサーボ信号生成
用のホｔｉグラムを設けるようにしてもよい。

〔発明の効果］ 本発明の光学ヘッドは、以」―のように、回折格子を透
過した透過光が記録媒体を照射するようにレーザーと記
録媒体の間に回折格子が配置され、直線偏光した上記透
過光が回折格子に対してＴＭ波となるように回折格子を
設け、格子間隔、すなわちピッチや凹凸の深さをある値
に設定することにより、記録媒体からの反射光に含まれ
る２つの直交する偏光成分、すなわち、回折格′：Ｆ−
乙こ対ｔ、てＴＭ波とＴ　Ｆ、波となる偏光成分の内、
記録媒体杏照射する透過光と同じ偏光成分であるために
比較的強いＴＭ波についてはある程度回折１−１比較的
弱いＴＥ波についてはほとんど回折するように構成する
ことができる。このため、回折光は入射光偏光方位に対
して２つの直交する偏光成分を適度に含んでおり、これ
を検光子及び光検出器で受光して偏光面の傾きを検出す
れば、記録情報の再生を行なえる。この場合、記録媒体
を照射する照射７ ８ 光は、回折格子で回折された回折光ではなく、回折格子
を透過した透過光であるので、レーザーの発振波長が変
動しても、記録媒体上のレーザー光の照射位置が変わる
ことはない。また、レーザーの位置は回折格子を隔てて
、記録媒体の反対側に配置されるので、部品配置が制限
されることが少ないという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は、本発明の一実施例を示すものであ
る。 第１図は、本発明に係る光学ヘッドを示す説明図である
。 第２図は、回折素子の拡大図である。 第３図は、ピッチが０．６５λの回折格子のＴＭ波およ
びＴＥ波の強度比と格子深さとの関係を示すグラフであ
る。 第４図は、ピッチが０．６３λの回折格子のＴＭ波およ
びＴＥ波の強度比と格子深さとの関係を示すグラフであ
る。 第５図は、ピッチが０．８３λの回折格子のＴＭ波およ
びＴＥ波の強度比と格子深さとの関係を示すグラフであ
る。 第６図は、回折素子を用いた光学ヘッドの考えうる一例
として、回折光を記録媒体に照射するようにした構成を
示すものである。 第７図は、ピッチが０．５９λの回折格子のＴＭ波およ
びＴＥ波の強度比と格子深さとの関係を示すグラフであ
る。 ■は半導体レーデ−１２Ｃは回折格子、１１は回折素子
、３は光磁気ディスク、３ｂは記録膜である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザーから出射された直線偏光したレーザー光を
   光磁気記録媒体に照射し、この記録媒体からの反射光を
   光検出器で受光して偏光面の傾きを検出することにより
   記録情報の再生を行う光学ヘッドにおいて、 回折格子を透過した透過光が記録媒体を照射するように
   レーザーと記録媒体の間に回折格子が配置され、直線偏
   光した上記透過光が回折格子に対してＴＭ波となるよう
   に回折格子が設けられていることを特徴とする光学ヘッ
   ド。