JPH05250708A

JPH05250708A - 光学式情報記録再生装置

Info

Publication number: JPH05250708A
Application number: JP4045274A
Authority: JP
Inventors: Taizo Miyazaki; 泰三宮崎; Hideki Nihei; 秀樹二瓶; Nobuyoshi Muto; 信義武藤; Seiichi Ukai; 征一鵜飼; Shigeki Tsuchiya; 茂樹土谷; Kiyomitsu Suzuki; 清光鈴木; Satoshi Shimada; 嶋田　　智; Takao Sasayama; 隆生笹山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】小形軽量，情報の高速記録及び高速再生，高効
率による低消費電力を実現する光学式情報記録再生装置
と、それに用いる光ヘッド及び微動アクチュエータを提
供する。【構成】レーザ光を用いて情報の記録，再生，消去の少
なくとも一つを行なうためのディスクと、ディスクを直
接駆動するスピンドルモータと、ヘッドをディスクの半
径方向に移動可能ならしめるヘッド駆動アクチュエータ
を備えた光ディスク装置及び、トラッキング位置調整用
のアクチュエータ，可動子などを備えた光ヘッドを半導
体材料でエッチングなどの方法により一体形成した光ヘ
ッド及びアクチュエータを備えたことを特徴とする。【効果】これによって光ヘッドが軽量化でき、装置全体
の小形軽量化，情報の高速記録及び再生が実現できる。
さらに空気浮上によりフォーカシング調整機構が不要に
なり、より一層の高速応答化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光を情報記録，再生，消
去の主要手段もしくは補助手段として用いる装置、即ち
光ディスク装置、または光磁気ディスク装置，光カード
メモリ読みとり装置に係り、特に小型軽量，高速応答，
高効率の光ディスク、または光磁気ディスク，光カード
メモリ読みとり装置を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】ランダムに情報を取り扱える装置で、現
在広く用いられているものは磁気ディスクと光ディスク
である。また、将来的に普及が予想されているものに光
磁気ディスクがある。また現在広く用いられている磁気
カードに代わり、より大容量の光カードの普及も予想さ
れている。光学式情報記録再生装置は、磁気ディスクと
比較して、ビットあたりの記録面積が小さく、大容量の
データを扱えるという利点があるが、応答が遅いという
欠点も有している。光ディスクの光学系の例はラジオ技
術社発行の「光ディスク技術」９８頁記載の図１．１２
３「レーザ・ビームの流れ」に明示されている。光磁気
ディスクの光学系の代表例はオプトロニクス社発行「分
かりやすい光ディスク」３２頁記載の図−２．５に明示
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来例のうち、ラ
ジオ技術社発行の「光ディスク技術」の９８頁記載の図
１．１２３「レーザ・ビームの流れ」で示された光学系
は、フォーカシング、あるいはトラッキングを調整する
ため対物レンズをアクチュエータで駆動する構成となっ
ている。しかしレンズの質量は磁気ディスクの磁気ヘッ
ドと比較して非常に大きい。さらに多少トラッキングが
ずれても、ディスク面のどこかに集光させて、トラッキ
ングエラー信号を検出しなければならない関係上、規格
の要求するものより大きなレンズ径が必要とされる。こ
のような理由から対物レンズは大きく重たくならざるを
得ず、結果として小型化が難しく、さらに応答特性が悪
くなる。すなわち磁気ディスクのヘッドと比較して小型
化，高速化が不利である。

【０００４】さらに、揚力発生形状を光ディスクに用い
る方法としては、特開平1−307930号公報に開示されて
いる方法がある。しかし、この方法では従来の光学系を
そのまま用いているためにヘッド部分の充分な軽量化が
できないという欠点がある。本発明の目的は、光を情報
記録，再生，消去の主要手段もしくは補助手段として用
いる装置、即ち光ディスク装置、または光磁気ディスク
装置，光カードメモリ読みとり装置において、上述した
従来例の欠点を除き、特に小型軽量，高速応答の装置を
実現するのに好適な光学系を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的の小型軽量化，
高速応答化を達成する第一の手段は、アクチュエータと
ヘッドとを集積回路製造プロセスにより作成することで
ある。また、上記目的の小型軽量化，高速応答化を達成
する第二の手段は、ヘッドをディスクとの相対速度に応
じた揚力を発生する形状とする事である。

【０００６】

【作用】アクチュエータとヘッドとを集積回路製造プロ
セスにより作成することで、ヘッドを小型化できるため
高速応答化が実現できる。さらに全体的な小型軽量化も
期待できる。現在利用可能な微細加工のうち、最も安価
で、信頼性が高く、大量生産可能なものは、半導体製造
時に用いられるシリコンエッチングによる方法である。
この方法によりヘッドとアクチュエータを数ミリ四方の
シリコン基板に作り込むことができる。このため集積回
路製造プロセスはヘッドの小型化には最適の加工法であ
る。

【０００７】また、ディスクを用いる光学式情報記録再
生装置においては、ヘッドをディスクとの相対速度に応
じた揚力を発生させる形状とする事で、レーザ光をディ
スク面上に集光させるために必要なフォーカシング用ア
クチュエータを簡素化、あるいは省略することができ、
小型軽量化，高速応答化を実現できる。さらに、本発明
は集積回路製造プロセスによってヘッド部分の充分な小
型，軽量化を達成できるために、揚力発生形状の利点、
即ち小型，軽量，フォーカシング機構が省略できるこ
と、加工精度がよいこと等を充分に生かすことができ
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図を用いて説明する。図１は
本発明を光ディスク装置に適用したときの一実施例であ
る。同図において１０１は情報の記録，再生，消去の少
なくとも一つを行うための光ディスク、１０２は光ディ
スクを直接駆動するためのスピンドルモータ、１０３は
ディスク１０１に情報の記録，再生，消去の少なくとも
一つを行うためのヘッド、１０４はヘッド１０３をディ
スク１０１の半径方向に移動可能ならしめるリニアモー
タなどで構成するヘッド駆動アクチュエータ、１０５は
スピンドルモータ１０２の制御装置、１０６はヘッド駆
動アクチュエータ１０４の制御装置、１０７はヘッド１
０３の制御装置、１０８はディスクの信号処理装置、１
０９は上記制御装置１０５〜１０８を統括するドライブ
制御装置である。

【０００９】ここでヘッド１０３は通常、微動アクチュ
エータ，フォーカシングアクチュエータ、そして対物レ
ンズを備えている。対物レンズは、レーザ発生手段（図
示せず）より発生されたレーザ光を集光させるためのレ
ンズである。微動アクチュエータはトラッキングを調節
するために、対物レンズを数ミリディスク半径方向に移
動させる能力を持ったアクチュエータである。フォーカ
シングアクチュエータは対物レンズをディスク軸方向に
移動させ、ディスク面上でレーザが集光するように調節
する働きをする。

【００１０】ところで、光磁気ディスクの場合は、上記
した構成に加え何らかの磁化手段を備えている。この磁
化手段はヘッド１０３内に配置される場合もあるし、ヘ
ッド１０３とは別の場所に磁気ヘッドとして取り付けら
れる場合もある。一般の光磁気ディスクでは後者の場合
が多いので、単に「ヘッド」と記した場合、光学系装置
を含む「光ヘッド」なのかそれとも磁化手段を含む「磁
気ヘッド」なのか、混乱をきたすことになる。本発明は
光学系に関するものであるため、単に「ヘッド」と記した
場合は「光ヘッド」を指すものとし、今後「ヘッド」と
「光ヘッド」とを区別せずに用いる。

【００１１】スピンドルモータ制御装置１０５はスピン
ドルモータ１０２を一定速度で回転せしめるためのモー
タ電流をスピンドルモータ１０２に供給する。

【００１２】ヘッド駆動アクチュエータ１０４の制御装
置１０６はドライブ制御回路１０９からの位置指令と、
ヘッド駆動アクチュエータ１０４の位置センサ（図示せ
ず）からの位置信号とによってヘッド駆動アクチュエー
タ１０４について位置制御を行う。

【００１３】ヘッド１０３の制御装置１０７はヘッド１
０３から信号処理回路１０８を介して得られる軌跡の情
報によって軌跡の制御を行う。

【００１４】信号処理装置１０８はヘッド１０３からの
情報によってヘッド１０３の制御装置１０７がヘッド１
０３を最適な位置に制御するための信号をヘッド１０３
の制御装置１０７に送るとともにドライブ制御装置１０
９に信号を送る。

【００１５】ドライブ制御装置１０９は外部からの信号
によってスピンドルモータ１０２の制御装置１０５，ヘ
ッド駆動アクチュエータ１０４の制御装置１０６，ヘッ
ド１０３の制御装置１０７を指令信号を送信するととも
に、各動作部の把握，信号の授受を行う。これによって
光ディスク装置のシステム制御を行う。

【００１６】ここで、本発明の第一の特徴はヘッド駆動
アクチュエータ１０４とそれによって動かされる可動子
を後述する集積回路製造プロセスによって作成すること
にある。このことによって、駆動される可動子質量が従
来例と比べ飛躍的に小さくできる。可動子質量の低下は
発生加速度の増加を意味する。これにより従来の光ディ
スクと比べて位置調整のためにかかる時間が少なくなる
ため、従来光ディスクの弱点とされてきた応答速度の遅
さを改善できる。

【００１７】本発明の第二の特徴である空気浮上形状に
ついては、図２にて詳述する。

【００１８】図２には本発明による光学系の一概念図を
示す。

【００１９】２０１は半導体レーザなどによるレーザ光
発生装置、２０２はハーフミラー、２０３はディスク面
からの戻り光を受光し、記録情報やトラッキングエラー
情報などを読み出す受光装置、２０４はレーザ光発生装
置２０１から発生するレーザ光をディスク面まで誘導す
る導波路、２０５はそりのような形状を持ちディスクの
回転とともに微小量浮上する一次可動子、２０６は一次
可動子２０５をディスクの半径方向に駆動せしめる粗動
アクチュエータ、２０７は質量が非常に小さい二次可動
子、２０８は二次可動子をディスクの半径方向に高速移
動可能ならしめ、トラッキングを調節する微動アクチュ
エータである。

【００２０】なお図１で示されるヘッド１０３は、本図
では一次可動子２０５，レーザ光出口を備えた二次可動
子２０７，微動アクチュエータ２０８が集積回路製造プ
ロセスで一体化してつくられる一部品に相当する。ま
た、ヘッド駆動アクチュエータ１０４は粗動アクチュエ
ータ２０６に相当する。以降、各構成部の詳細を説明す
る。

【００２１】ハーフミラー２０２はディスク面からの戻
り光を導波路２０４から抽出し、受光装置２０３へ送る
働きをする。

【００２２】受光装置２０３は戻り光の強度によって記
録信号を再生する。また、二次可動子内にトラッキング
検知手段を設けられない場合には、従来の光ディスク装
置と全く同様に、受光装置２０３の近傍にシリンドリカ
ルレンズやナイフエッジなどを備えることによってトラ
ッキングずれ検知装置とすることができる。トラッキン
グずれ検知手段については前出の文献などに詳しく記さ
れているため省略する。

【００２３】導波路２０４はレーザ光発生装置２０１か
ら発せられるレーザ光を二次可動子２０７まで誘導す
る。導波路２０４には、減衰の少ない光ファイバや、加
工の簡単な高分子導波路，エッチングなどによりアクチ
ュエータや回路と一体化できるシリコン導波路などを用
いることができる。また導波路２０４の二次可動子207
側端部にはロッドレンズやグレーティングレンズなどを
取り付ける。このことによってディスク面上にレーザ光
を集光させることが可能になる。

【００２４】このように導波路２０４を用いることで二
次可動子２０７の小型化が可能になる。その理由を以下
に示す。

【００２５】従来のように、空気中をレーザ光が伝わ
り、そのレーザ光を対物レンズでディスク面上に集光さ
せる構成では、規格上必要な寸法よりも大きな対物レン
ズが必要である。なぜなら対物レンズの大きさに余裕が
ないと、ほんの少しの位置偏差によっても発光したレー
ザ光のすべてを集光させることができなくなり、ディス
ク面上の光強度が減少するからである。しかし、導波路
２０４を設けることにより、位置偏差による光強度減少
は起こらなくなるため、対物レンズ径を最小化できる。

【００２６】ＣＤ（コンパクトディスク）規格で比較す
ると、従来は対物レンズ直径は約４mmであったが、本手
法によると対物レンズ直径を約１mmにまで縮小できる。
これは質量にすると約２５６分の１の縮小に相当する。
なお、ディスク表面のゴミを考えなければ技術上はレン
ズ直径は数ミクロンにまで縮小可能である。

【００２７】一次可動子２０５の形状は本発明の特徴の
一つである。このようにディスクの回転とともに浮上す
る形状は磁気ディスクの磁気ヘッドとしてよく知られて
おり、公知であるので特に説明はしない。しかし光ディ
スクではこのような空気浮上形状はほとんど用いられて
いない。なぜなら、光ディスクでは光ヘッドの質量が磁
気ヘッドと比べてはるかに大きかったために非常に高速
でディスクを回さなければ浮上しないからである。また
そのような高速回転しているディスクから情報を読み出
すほど高速な情報処理系の構築も困難である。

【００２８】しかし本発明によれば、一次可動子２０
５，二次可動子２０７，微動アクチュエータ２０８をエ
ッチング，薄膜堆積などの、集積回路製造プロセスによ
るマイクロマシニング手法で形成するため全体の質量を
減少することができる。材料としてはＩＣ用のシリコン
や化合物半導体がそのまま利用できる。さらに駆動力と
して静電力を用いることにより、より小型化に有利にな
る。なぜなら静電力は一般に面積力と呼ばれる力の一種
であり、発生力が面積に比例する。そのため、全体の小
型化にともなって、質量に対する発生力の割合が増加す
る。このことから、静電力は電磁力に比べて小型化に有
利であり、アクチュエータの小型化が可能となるからで
ある。

【００２９】これらの理由により光ヘッドの質量を減少
させることができ、現状のディスク回転数で浮上が可能
になる。

【００３０】浮上することによって以下の利点が生じ
る。

【００３１】まずアクチュエータの機構を単純化できる
ことである。光ヘッドの浮上量が今磁気ヘッドの浮上量
のそれと同じ約０.２μｍであるとする。現在光ディス
クに用いられているレーザの波長は０.７８μｍであ
り、浮上量は波長よりも短い。通常光ディスクではうま
くディスク面上に集光させるためにディスク面の法線方
向に光ヘッドを駆動させる機構が必要である。これをフ
ォーカシングと言うが、本発明によればこの機構を大幅
に簡略化できる。なぜならたとえ光ヘッド浮上量が５０
％変動したとしても浮上量はレーザ波長以内に治まり、
集光状態はほとんど変化しないからである。

【００３２】次に外乱に対して強くなることが挙げられ
る。従来型の光ディスクでは、外部から振動や衝撃など
が加わると、光ヘッドに慣性力が働きフォーカシングや
トラッキングのずれを生じた。しかし本発明によればこ
れらの外乱は空気粘性によってある程度緩和される。空
気粘性は速度に比例して運動を妨げようとする方向に働
くため、特に速度変動を抑制する効果を持つからであ
る。この傾向はディスク面と、光ヘッドとの距離が小さ
くなればさらに顕著になる。

【００３３】そして、空気中のゴミや埃の影響を受け難
くなることが挙げられる。なぜならゴミや埃の直径は光
ヘッド浮上量よりはるかに大きいため光路内に侵入する
ことができず、光路の妨げにならないからである。

【００３４】なお、浮上量を調節するための機構として
は、精密な位置制御を必要としないことから例えばバネ
−ダンパ機構を用いることができる。これは磁気ディス
クのそれがほぼそのまま使用可能である。

【００３５】図３には本発明による光ヘッドの一例を示
す。

【００３６】２１１は二次可動子２０７に設けられた導
波路２０４のディスク面に近い側の端に取り付けられた
レンズであり、レーザ光の拡散を防ぐために設けられた
ものである。ここよりディスク面に向けてレーザが発光
される。

【００３７】２２１はフォトダイオードなどの受光素
子、２２２は二次可動子内の主導波路、２２３は二次可
動子内の主導波路２２２と外部からの導波路２０４とを
少なくとも光学的に接合する接合部、２３０は二次可動
子が一方向に可動するように設けられた運動拘束板バ
ネ、２４１は二個の受光素子２２１の出力差を発生する
コンパレータ、２４２は電極、２４３はコンパレータ２
４１の出力から紙面左側櫛形静電アクチュエータの電位
を計算，発生する左側電位決定回路、２４４は二次可動
子の電位を計算，発生する二次可動子電位決定回路、２
４５はコンパレータ２４１の出力から紙面右側櫛形静電
アクチュエータの電位を計算，発生する右側電位決定回
路、２４６は基板上に形成された導線、２４７はワイヤ
ボンディングにより取り付けられた導線、２５０は電気
的に絶縁された部分である。

【００３８】なお、図中には示していないが、コンパレ
ータ２４１，二次可動子電位決定回路２４４などの電子
回路部分は静電力による影響を受けないように充分シー
ルドされている。また本実施例では図面を簡単にするた
めワイヤボンディングで取り付けた導線２４７を使用し
ているが、多層基板にすることによりワイヤボンディン
グを一切用いない構造にすることは容易である。

【００３９】本光ヘッドは微動アクチュエータとして集
積回路製造プロセスによって形成された静電櫛形アクチ
ュエータを用いる。本方式ではアクチュエータ作製中に
受光素子２２１，二次可動子内主導波路２２２などの光
学素子と、コンパレータ241,二次可動子電位決定回路２
４４などの電子素子とを同時に作製することができる。
さらに駆動原理が磁気ではないため、光磁気ディスクに
用いる際に悪影響を及ぼさないという利点がある。

【００４０】図３における二次可動子内主導波路２２２
の詳細を図４に示す。

【００４１】ここで２１１は二次可動子内主導波路端か
らでるレーザ光の拡散を防ぐために設けられたレンズ、
２１２は反射板である。２１３はレーザ光が二次可動子
内主導波路２２２から漏れるのを防ぐために設けられた
クラッドである二次可動子内主導波路２２２はほかの部
分と同様シリコン基板上に形成される。その際、（１０
０）面のシリコン基板を図のような方向に配置して適当
なマスキングを行い、エッチングを施すと（１００）面
に対し５４.７４゜の角度を持つ面が作製でき、これを
反射板として用いる。このようにして二次可動子２０７
上に作製した狭溝にローカル酸化によるＳｉＯ₂層、あ
るいは蒸着によるＡｌ層を作成し、溶融ガラスを流し込
めば二次可動子内主導波路２２２が形成可能である。な
お、二次可動子内主導波路２２２の形成後、レーザ光の
漏れを防ぐためＳｉＯ₂層を堆積させ、クラッド２１３
を形成する。また、ディスク面に近い側の二次可動子内
主導波路端よりでる光を集光させるためには、二次可動
子内主導波路端に、グレーティングレンズ、またはロッ
ドレンズを取り付ける等の方法を用いる。グレーティン
グレンズはクラッド２１３の一部分をドライエッチング
することで容易に形成可能である。

【００４２】なお、反射板角度は４５°ではないため、
レーザ光はディスク面に垂直には当たらない。しかし、
空気浮上形状を採用しているためディスク面と取り付け
られたレンズ２１１との距離は非常に近い。そのためレ
ーザ光がディスク面に垂直に当たる場合と比べても不都
合はほとんど生じない。

【００４３】接合部２２３は、図３のように外部からの
導波路２０４が充分屈曲できるだけのスペースを持って
いる場合には直接ボンディングして、効率を上げること
ができる。しかしそれだけのスペースがとれない場合に
は伝送効率は多少落ちるがグレーティングカプラによる
光学的結合法を用いても差し支えない。また、反射鏡と
導波路を納めるための狭溝をエッチングで作製し、外部
からの導波路２０４を二次可動子内主導波路２２２とし
ても用いる構成にすることができる。

【００４４】つぎに本光ヘッドのトラッキング情報検出
法について述べる。

【００４５】通常の光ディスク装置、及び光磁気ディス
ク装置では、ディスク上の案内溝による回折現象をトラ
ッキング情報として使用している。この仕組みについて
はラジオ技術社発行「光ディスク技術」８５頁〜９１頁
に記載されている。本実施例では案内溝による回折光を
直接測定することによってトラッキング情報を得る。ト
ラッキングがずれるとふたつの受光素子２２１の検出す
る光強度がお互い異なる。それでコンパレータ２４１の
出力によってどれだけトラッキングがずれているのかが
わかる。

【００４６】従来はこの回折光を、レーザをディスク面
に集光させるための対物レンズを通して受光装置に戻し
て測定していた。このような方式が採用されていたの
は、従来の対物レンズが回折光の戻り位置を含むほど大
きかったためである。しかし、本手段によればレンズが
必要以上に大きくないため、回折光のディスク面からの
戻りを直接測定できる。このような構成とする事で、従
来機種の光軸ずれの問題が解決される。また、光ヘッド
がディスク面とある一定の浮上量を保つため、ディスク
面の傾きの影響を受けなくなるといった利点がある。

【００４７】本発明の他の実施例を図５に示す。なお、
電気的な処理方法は図３で示したものとほとんど同じで
あるため図中では記していない。

【００４８】ここで２２４は図４に示す方法で二次可動
子上に形成された二次可動子内測定用導波路であり、導
波路２０４とエヴァネッセントカップリングにより結合
されている。

【００４９】図６は図５に示した光ヘッドをディスクの
軸方向にみたものである。ここで２３１は導波路２０４
を固定するための押さえ板であり、導波路２０４の組み
付け後、導波路２０４が移動しないように接着される。
なお光ヘッド全体は図のようにディスクの半径方向に対
して少し傾けて配置される。

【００５０】図５に示した光ヘッドと図３に示した光ヘ
ッドとの大きな違いは、まず発光方向にある。図３に示
した光ヘッドではレンズ２１１から照射されるレーザ光
は紙面と垂直方向であるが、図５の光ヘッドでは導波路
２０４と同方向である。

【００５１】次に光ヘッド全体のディスク面に対する向
きにも違いがある。このような配置にすることで、導波
路２０４をそのまま二次可動子内主導波路として用いる
ことができ、伝送効率の向上が見込める。

【００５２】そして、トラッキング誤差検出手段も図３
のそれとは異なる。以下本実施例のトラッキング誤差検
出手段について説明する今、二次可動子内測定用導波路２２４はエヴァネッセン
トにより導波路２０４と結合されているので、光のしみ
出しを生じ、結果としてディスク面上に３個のレーザ光
が当たる。このうち二次可動子内測定用導波路２２４か
ら発光されるレーザ光をトラッキング誤差検出手段とし
て用いる。

【００５３】本実施例によるトラッキング誤差検出手段
の説明図を図７に示す。ここでも前例と同様案内溝によ
る回折光をトラッキング情報として使用する。

【００５４】ここで３０１は光ディスクの一部、３０２
は案内溝、３０３は情報を記録しているピット、３１１
は導波路２０４から照射されるレーザ光、３１２は二次
可動子内測定用導波路２２４から照射されるレーザ光で
ある。

【００５５】図３の説明時にも記したように、案内溝に
照射された光は回折現象を起こす。この回折による戻り
光量はレーザスポット光の位置と、案内溝との相対位置
により変化する。二次可動子内測定用導波路２２４はそ
の戻り光を拾って受光素子２２１へ伝える。二個の受光
素子２２１の光量差によってトラッキング誤差を検出す
る。

【００５６】ここで導波路２０４から照射されるレーザ
光３１１と、二次可動子内測定用導波路２２４から照射
されるレーザ光３１２との距離が離れているのはお互い
の干渉光が影響を与えないようにするためである。この
ような構成をとることで、トラッキング誤差の検出精度
が非常に高い光ヘッドを実現できる。

【００５７】本発明の他の実施例を図８に示す。但し、
一次可動子，微動アクチュエータは図３とほとんど共通
なので、二次可動子だけを図示した。なお、この例で
は、二次可動子内の主導波路端，二次可動子内測定用導
波路２２４の端は図４に示したように作製されており、
レーザ光を紙面にほぼ垂直方向に照射する。

【００５８】本実施例の特徴は二次可動子内の主導波路
端が二次可動子内測定用導波路224の端より突出して配
置されていることである。このような構成をとることに
より情報記録ピット３０１と案内溝３０２とが同一直線
上にない場合でも前実施例に示した原理でトラッキング
誤差を正確に検知できる。

【００５９】本実施例で二次可動子内主導波路の端と、
二次可動子内測定用導波路２２４の端との距離について
は、幾何学的にある関係を満たす必要がある。図９は各
導波路の幾何学的位置関係について示したものであり、
以下、図に従って説明する。今、図のようにディスクの
案内溝の方向を「案内溝方向」、それに垂直な方向を
「半径方向」と呼ぶことにする。二個の二次可動子内測
定用導波路２２４から照射されるレーザ光３１２のそれ
ぞれの中心を結んだ線分の中点をＡとする。そしてレン
ズ２１１より照射されるレーザ光３１１の中心をＢとす
る。このときＡ−Ｂを半径方向に測った距離が情報記録
トラックと案内溝との距離に等しい。ところで現在、光
ヘッドのディスク面からの浮上量は光の波長以下である
ため、レーザ光がディスクに当たる位置と各導波路の端
の位置はほとんど同じであると見なせる。このことか
ら、二個の二次可動子内測定用導波路２２４の端のそれ
ぞれの中心を結んだ線分の中点と、二次可動子内の主導
波路端の中心とを、半径方向に測った距離が情報記録ト
ラックと案内溝との距離に等しいことが要求される。こ
れまで述べてきた例は全て導波路２０４を有するもので
あったが、二次可動子２０７内にレーザ光発生装置２０
１，受光素子２０３を内包する構成とし、導波路２０４
を廃しても差し支えない。この場合、発光素子の複雑な
レイヤ構造をもヘッド中に作成するため、多少プロセス
数は多くなるが、装置全体として最も小型化，軽量化が
可能となる方法である。

【００６０】図１０にその概念図を示す。これは光ディ
スク用の光ヘッドである。ここで３２１はレーザ発光素
子であり、ガリウム，砒素，インジウム，燐を主成分と
する化合物半導体によって作られる。なお、シリコン基
板上に化合物半導体を形成する方法は、Tom C. Chongら
の論文（Applied Physics Letters Ｖol.５１Ｎo.４
２７ July １９８７)に記載されており、公知の技術で
ある。原理は図４とほとんど同じである。但し導波路２
０４，二次可動子内主導波路２２２を備えておらず、レ
ーザ発光素子３２１を備えているという違いを有する。

【００６１】次に本実施例のトラッキング調節手段につ
いて説明する。

【００６２】図１０では示していないが本実施例では図
３に示したものと全く同じような受光素子を設ける。全
体形状は図１１（ｉ）で示したようになる。図３では案
内溝による回折光をトラッキング調節に利用したが、こ
こでは情報記録ピットによる回折光を直接受光するよう
な位置に、受光素子を配置する。この受光素子は記録情
報の読みだし、及びトラッキング調節に用いられる。以
下情報読みだし手段について説明する。

【００６３】通常、情報を読みだすためには、ディスク
からの戻り光を対物レンズを介して発光素子側に戻し、
ハーフミラーで戻り光を分離するという手段が用いられ
る。しかし本実施例ではハーフミラーを入れられないた
め、このような手段を用いることが出来ない。そのため
に本実施例では情報ピットによる光ディスクの回折光を
直接測ることによって情報を読みだす。

【００６４】いま、２個の受光素子の受ける光の総量に
注目する。このとき光量が多ければ回折光が多い、すな
わち記録ピットがあることを示す。また、光量が少なけ
ればレーザ光は回折していない、すなわち記録ピットが
ないことを示す。

【００６５】次に情報記録ピットによる回折光をトラッ
キング調節に用いる方法について説明する。

【００６６】２個の受光素子の受ける光量の差に注目す
る。記録ピットがある場合トラッキング調節がうまく出
来ていれば、光量差はほとんど零になる。一方どちらか
にずれている場合、ずれの量に応じた光量の不均衡が観
測される。一般に光ディスクではディスク面上にスピン
ドルモータ回転速度を観測する為の位置情報ピットが書
き込まれているため、少なくともその位置で受光素子は
光を受光することが出来、トラッキングの調節を行なえ
る。

【００６７】このようにして最小２個の受光素子で情報
の検出とトラッキング調節の双方が可能である。その結
果、従来のようなハーフミラー，シリンドリカルレンズ
等の光学部品が不必要となり、光ヘッド、さらには装置
全体の小型化が出来る。

【００６８】なお本例では一般的と思われるストライプ
構造のレーザを用いることを想定しているが、面発光型
の半導体レーザを用いても一向に差し支えない。面発光
型の半導体レーザを用いた場合、反射板２１２をも省略
することが出来る。

【００６９】またトラッキング精度をあげたい場合、図
３，図８で示したようなトラッキング誤差測定手段をつ
け加えることもできる。

【００７０】図１１は発光，受光素子を一体化した可動
子の製法の一例を示したものである。なお、ここで用い
る製法は全て集積回路製造プロセスとして公知のもので
あり、例えば啓学出版社発行の「図説超ＬＳＩ工学」等
に記載されているため特に説明はしない。

【００７１】以下簡単に本図の説明を行なう。

【００７２】（ａ）は基板となるシリコン単結晶を示し
たものである。結晶方向は図のようにする。（ｂ）は異
方性エッチングとドライエッチングとを用い、シリコン
表面に対し角度を持ってエッチングされた面を作る。こ
の面はＡｌ蒸着、あるいは酸化により形成され、鏡面仕
上げされる。

【００７３】（ｃ）では、前加工によりできた穴に溶融
ガラスを封入する。その後（ｄ）のように封入ガラス上
にＳｉＯ₂薄膜を形成する。これはメタル蒸着による薄
膜でも良い。この薄膜は（ｅ）のようにドライエッチン
グされグレーティングレンズとなる。

【００７４】（ｆ）では、気相成長，メタル蒸着などに
より、「下駄の歯」形状を作成する。これは（ｇ）で異
方性エッチングを行ない、「そり」形状に加工される。
このようにして浮上形状が完成される。

【００７５】このようにしてできた形状を（ｈ）のよう
にドライエッチングする。この工程で出来たスペース
に、（ｉ）のように発光素子と受光素子とを形成する。
なお、発光素子，受光素子とも化合物半導体により実現
される。

【００７６】なお、本図では記入しなかったが、一次可
動子２０５，微動アクチュエータ２０８も各種集積回路
製造技術によって同一基板上に一体形成される。またこ
の際基板としてシリコンを用いたが、これは半導体製造
で培ったシリコン加工のノウハウがそのまま生かせ、ア
クチュエータの形成に有利であるからである。基板とし
て発光，受光素子の形成が容易なガリウム−砒素化合
物、あるいは高推力化の可能な高誘電率の有機化合物を
用いても一向に差し支えない。

【００７７】これまで、主に空気浮上する光ヘッドの実
施例について説明してきたが、図１２に空気浮上方式を
用いない例を挙げた。

【００７８】ここで２２５はグレーティングレンズやロ
ッドレンズなどの軽量なレンズ、２５１は導波路２０４
の支持装置、２６１はトラッキング補正用可動子、２６
２はトラッキング補正用静電櫛形アクチュエータ、２６
３はフォーカシング補正用可動子、２６４はフォーカシ
ング補正用静電櫛形アクチュエータである。

【００７９】２２５のレンズは屈折器をもかねている。
なぜなら異方性エッチングによって出来る反射板は正確
には４５度の角度を成さず、屈折器がなければディスク
面に垂直にレーザ光を当てることが出来ないからであ
る。先例でこのような屈折器をつけなかった理由は、二
次可動子内主導波路端とディスク面とが非常に近接して
いたため、レーザ光がディスク面に垂直に当たらなくと
もほとんど誤差を生じせしめなかったからである。

【００８０】このような屈折器は光ヘッド部を一体形成
した後、張り合わせることによって実現する。その後ド
ライエッチング等によるグレーティングレンズや、ロッ
ドレンズを張り付けることでレンズ２２５は完成され
る。このようにして小形軽量なレンズをフォーカシング
補正用可動子２６３に実装する。

【００８１】トラッキング補正用可動子２６１，フォー
カシング補正用可動子２６３は、これまで説明した実施
例では二次可動子２０７に相当する。

【００８２】本方法の情報検出手段，トラッキング誤差
やフォーカシング誤差検出手段は従来例と同じである。
しかし光学系が小さくできるためにアクチュエータの大
幅な小型化が実現できる。本方法は空気浮上方式ほどの
小型軽量化はできないが、従来の光ヘッドと比べると大
幅な小形軽量化ができる。

【００８３】本方法は特に光カード媒体を読みとる光カ
ードリーダとしての応用が期待される。それはある種の
光カード規格は、情報記録トラックの形状が円形を成し
ていないからである。その結果光ヘッド，記録媒体間の
相対速度が一定ではなく、空気浮上方式を用いることが
困難となるからである。

【００８４】図１３に、本発明の一実施例を示す。これ
はＣＤ（コンパクトディスク）装置に本発明を適用した
例である。

【００８５】２７０はレーザ光発生装置２０１，受光装
置２０３を含み、お互いの相対的位置関係が変化しない
ように固定する光学系ケーシング、２７１はハーフミラ
ー２０２からでる光の拡散を防ぐために設けられたロッ
ドレンズ、２７２はトラッキング信号作成用のシリンド
リカルレンズである。ここでは二次可動子２０７内にト
ラッキング検知用のセンサを設けていない構成としてい
るため、受光装置２０３内でトラッキング情報を検知す
る構成としている。もちろん図１０に示したような一体
型の光ヘッドを用いても差し支えない。

【００８６】粗動アクチュエータ２０６には単純に実現
できる回転方式を採用したが、より薄型化可能なリニア
方式を用いても差し支えない。

【００８７】上記のような構成とする事で全体的な光ヘ
ッドの大きさを約１cm四方にする事ができる。ＣＤの規
格ではディスク表面のスポット光直径が１mmであるた
め、ディスク面に近い側の二次可動子内主導波路端２０
９の直径も１mm以上にする必要がある。そのため光ヘッ
ドの大きさが１cm四方と大きくなっているが、それでも
従来の光ヘッドと比べて質量をはるかに小さくできる。
光磁気ディスクの新規格などでスポット光直径がさらに
小さく決定された場合には、この光ヘッドの大きさは数
mm四方くらいにまで小さくすることが可能で、磁気ディ
スク並の応答特性を実現することが可能になる。

【００８８】図１４は本発明の一実施例であり、記録媒
体に両面記録をする事によって情報記録容量を倍加させ
るものである。この方法は磁気ディスク装置では常識と
なっていることであるが、光ディスク装置では本発明に
よる光ヘッドを用いることによってはじめて効果的な装
置となる。

【００８９】従来型の光ディスクは、通常ディスクの片
面だけしか記録用に使用しない。なぜなら従来方式では
記録再生のために長い光路が必要であり、両面記録方式
にすると厚さが大幅に増加するからである。この様子は
図１５に図示している。

【００９０】光学系が占める厚さをｄｃ，ディスク厚さ
をｔとすると、片面記録時の装置厚さはｄｃ＋ｔ、両面
記録時の装置厚さは２ｄｃ＋ｔで表わされる。すなわち
両面記録することにより装置厚さは最低でもｄｃだけ増
える。従来の光ディスクではディスク厚さに対して光学
系厚さが非常に大きかったため両面記録化することによ
る厚さの増加量が非常に大きい。これでは対容積効率が
悪く、両面記録のメリットが無くなる。

【００９１】一方本発明では光学系の占める厚さはほと
んどディスク厚さと同じくらいである。そのため両面記
録化することによる厚さの増加はほとんどないといって
良く、光ディスクにおいてもさしたる体積あるいは重量
増加無く記録容量を倍加できる。

【００９２】図１６も本発明の一実施例である。これは
光ディスクを一定間隔をおいて積層化したものを記録媒
体とするものである。なお本図では図１４のように両面
記録化した例を示している。

【００９３】このようにして情報記録容量を増加させる
方法は磁気ディスクではハードディスクとして良く用い
られている。しかし従来の光ディスクでは図１５に示し
たように光路長の関係から、記録容量の対容積効率が良
くならない。本発明によれば光ヘッドの光学系が磁気ヘ
ッドと同程度の大きさに納めることができるために効率
よく記録容量を増加させることが出来る。

【００９４】なお、以上までに記載した本発明の光ヘッ
ドは全て集積回路製造技術による静電櫛形アクチュエー
タを使用したが、超小形超音波モータ，マイクロ空気圧
サーボ，ピエゾ素子及び変位拡大装置などを利用しても
本発明の目的は達成できることはいうまでもない。

【００９５】また、本説明中ではエッチングによる形状
加工例を示したが、本発明の主旨を変えない限りにおい
て他の加工法、すなわち電子ビーム加工，ワイヤ放電加
工，Ｘ線リソグラフィ技術等を用いても良いことはいう
までもない。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば、光ヘッドの質量を小さ
くできるため、トラッキング調整に要する時間を大幅に
短縮でき、高速応答を実現できる。

【００９７】また、集積回路製造プロセスによりアクチ
ュエータ，レンズ，センサなどを一体化して製造するこ
とができるため、製品組立時の光軸ずれや組み付け誤差
などが一切生じない。

【００９８】また、ディスクを用いる光学式情報記録再
生装置においては、光ヘッドを空気浮上させることによ
りフォーカシング調整用アクチュエータを省略でき、光
ヘッドの小型化、そしてそれに伴う高速応答化を実現で
きる。

【００９９】また、光ヘッドが現状のＩＣと同様に一部
品として大量生産できるために、量産効果による低価格
化も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光ディスク装置の構成図を示す。

【図２】本発明による光ヘッドとアクチュエータの概念
図を示す。

【図３】本発明による光ヘッドの一実施例を示す。

【図４】二次可動子内主導波路の詳細図を示す。

【図５】本発明による他の実施例を示す。

【図６】ディスク軸方向からみた図５の光ヘッドを示
す。

【図７】トラッキング誤差検出手段の説明図を示す。

【図８】本発明の他の実施例を示す。

【図９】各導波路の幾何学的位置関係の説明図を示す。

【図１０】発光，受光素子を一体化した可動子の概念図
を示す。

【図１１】発光，受光素子を一体化した可動子の製法の
一例を示す。

【図１２】空気浮上方式を用いない本発明の実施例を示
す。

【図１３】本発明をＣＤ装置に用いた一実施例を示す。

【図１４】両面記録化した光ディスク装置の例を示す。

【図１５】従来の光ヘッドによる両面記録化を示す。

【図１６】積層化した光ディスクを用いる光ディスク装
置の例を示す。

【符号の説明】

１０１…光ディスク、１０２…スピンドルモータ、１０
３…光ヘッド、１０４…ヘッド駆動アクチュエータ、１
０５…スピンドルモータの制御装置、１０６…ヘッド駆
動アクチュエータの制御装置、１０７…光ヘッドの制御
装置、１０８…ディスクの信号処理装置、１０９…ドラ
イブ制御装置、２２２…二次可動子内主導波路、２２４
…二次可動子内測定用導波路。

フロントページの続き (72)発明者鵜飼征一茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者土谷茂樹茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者鈴木清光茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者嶋田智茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者笹山隆生茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光発生手段を有し、該レーザ光を用
いて情報の記録，再生，消去の少なくとも一つを行なう
ためのディスクと、該ディスクを直接駆動するスピンド
ルモータと、該レーザ光をディスク面上へ集光させる機
能を持つヘッドを該ディスクの半径方向に移動可能なら
しめるヘッド駆動アクチュエータを備えた光学式情報記
録再生装置において、前記ヘッド駆動アクチュエータと、前記ヘッド駆動アク
チュエータによって駆動される可動子の少なくとも一つ
が、半導体を材料とし、半導体素子製造手段によって形
成したことを特徴とする光学式情報記録再生装置。
【請求項２】請求項１において、前記ヘッド駆動アクチ
ュエータを、広範囲可動可能な粗動アクチュエータと精
密位置制御可能な微動アクチュエータにて構成し、前記
粗動アクチュエータによって可動される一次可動子と、
前記微動アクチュエータと、前記微動アクチュエータに
よって可動される二次可動子とを、半導体素子製造手段
にて一体形成したことを特徴とする光学式情報記録再生
装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記可動子の
材料としてシリコン、またはガリウム，砒素，インジウ
ム，燐を主成分とする化合物半導体を用い、半導体素子
製造手段であるフォトリソグラフィ，酸化，薄膜堆積，
エッチング，拡散，イオン注入の少なくとも一つ以上の
手段を用いて製造することを特徴とする光学式情報記録
再生装置。
【請求項４】請求項１において、前記ヘッド駆動アクチ
ュエータを静電力によって駆動する光学式情報記録再生
装置。
【請求項５】請求項２において、前記二次可動子内にデ
ィスク面からの反射光強度を測定する光強度測定手段を
少なくとも一つ備えたことを特徴とする光学式情報記録
再生装置。
【請求項６】請求項５において、前記一次可動子、また
は前記二次可動子内に、前記光強度測定手段より得られ
る信号の処理回路，前記処理回路より得られる情報を用
いて前記粗動アクチュエータへの指令信号を作成する回
路，前記処理回路より得られる情報を用いて前記微動ア
クチュエータへの指令信号を作成する回路，前記微動ア
クチュエータのドライバ、のうち少なくとも一つを、前
記一次可動子または前記二次可動子上に半導体素子製造
手段によって一体形成したことを特徴とする光学式情報
記録再生装置。
【請求項７】請求項２において、前記一次可動子、また
は前記二次可動子内に、ガリウム，砒素，インジウム，
燐を主成分とする化合物半導体で形成されたレーザ発光
素子を備えたことを特徴とする光学式情報記録再生装
置。
【請求項８】請求項２において、前記微動アクチュエー
タを静電櫛形アクチュエータとしたことを特徴とする光
学式情報記録再生装置。
【請求項９】請求項６において、前記二次可動子内に、
二個の光強度測定手段と、前記光強度測定手段のそれぞ
れに外部光強度を伝えるための二次可動子内測定用導波
路と、レーザ光発生手段より発生されたレーザ光をディ
スク面上へ伝える二次可動子内主導波路とを備え、前記
二次可動子内測定用導波路は、前記二次可動子内主導波
路と、エヴァネッセンスカプラにより組み合わされてお
り、前記二個の光強度測定手段から発生する出力信号の
演算結果をトラッキングエラー信号とする、ディスク面
内に案内溝を有する光学式情報記録再生装置。
【請求項１０】請求項９において、前記二個の二次可動
子内測定用導波路の端のそれぞれの中心を結んだ線分の
中点と、ディスク面に近い側の二次可動子内主導波路端
の中心とで形成される線分の長さを二次可動子内主導波
路突出量とし、情報の記録，再生，消去の少なくとも一
つが行なえるようにディスク及び一次可動子、二次可動
子を配置した場合において、二次可動子内主導波路突出
量の、ディスクの半径方向成分が、情報記録トラックと
案内溝との距離に等しいことを特徴とする、ディスク面
内に案内溝を有する光学式情報記録再生装置。
【請求項１１】請求項６において、前記二次可動子内主
導波路または前記二次可動子内測定用導波路の、発光端
または受光端に、屈折率分布レンズを二次可動子内に備
えたことを特徴とする光学式情報記録再生装置。
【請求項１２】請求項６において、前記二次可動子内主
導波路または前記二次可動子内測定用導波路の、発光端
または受光端に、エッチングによりグレーティングレン
ズを二次可動子内に一体形成したことを特徴とする光学
式情報記録再生装置。
【請求項１３】請求項１において、前記ヘッドがディス
クとの相対速度に応じた揚力を発生させる形状を有し、
ディスクの定速回転時に該ヘッドが一定量浮上する手段
を持つ光学式情報記録再生装置。
【請求項１４】請求項１３において、前記ディスク一枚
につき二個以上の記録，再生用の前記ヘッドを有する光
学式情報記録再生装置。
【請求項１５】請求項１３において、同一軸まわりに回
転する、少なくとも二枚以上の光もしくは光磁気ディス
クを積層した形状を有する光学式情報記録再生装置。
【請求項１６】レーザ光発生手段と、レーザ光を用いて
情報の記録，再生，消去の少なくとも一つを行なうため
のカードと、前記レーザ光をディスク面上へ集光させる
機能を持つヘッドと、前記ヘッドを駆動するヘッド駆動
アクチュエータと、前記カード上の情報記録トラックに
添って駆動するようヘッドを駆動する制御手段とを有す
る光学式情報記録再生装置において、前記ヘッドと、前記ヘッド駆動アクチュエータのうち少
なくとも一つが、半導体を材料とし、半導体素子製造手
段によって形成することを特徴とする光学式情報記録再
生装置。
【請求項１７】レーザ光発生手段を有し、レーザ光を用
いて情報の記録，再生，消去の少なくとも一つを行なう
ためのカードと、前記レーザ光をディスク面上へ集光さ
せる機能を持つヘッドと、前記カードを駆動するカード
駆動アクチュエータと、前記ヘッドが相対的に該カード
上の情報記録トラックに添って駆動するようカードを駆
動する制御手段とを有する光学式情報記録再生装置にお
いて、前記ヘッドと、前記カード駆動アクチュエータのうち少
なくとも一つが、半導体を材料とし、半導体素子製造手
段によって形成することを特徴とする光学式情報記録再
生装置。
【請求項１８】請求項１６または１７において、前記ア
クチュエータの材料としてシリコン、またはガリウム，
砒素，インジウム，燐を主成分とする化合物半導体を用
い、半導体製造手段としてフォトリソグラフィ，酸化，
薄膜堆積，エッチング，拡散，イオン注入の少なくとも
一つ以上の手段を用い、該ヘッドと、該ヘッド駆動アク
チュエータのうち少なくとも一つを形成したことを特徴
とする光学式情報記録再生装置。
【請求項１９】請求項１８において、該ヘッド内にトラ
ッキングずれを補正するトラッキングアクチュエータ
と、集光状態を調節するフォーカシングアクチュエータ
とを備え、静電力による櫛形アクチュエータによって、
該トラッキングアクチュエータと該フォーカシングアク
チュエータのうち少なくとも一つを駆動することを特徴
とした光学式情報記録再生装置。