WO2013077153A1 - 光学素子用母材、光学素子、光アシスト磁気記録ヘッド、光学素子の製造方法 - Google Patents

光学素子用母材、光学素子、光アシスト磁気記録ヘッド、光学素子の製造方法 Download PDF

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optical
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PCT/JP2012/078072
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新藤 博之
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コニカミノルタ株式会社
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    • G11B5/60Fluid-dynamic spacing of heads from record-carriers
    • G11B5/6005Specially adapted for spacing from a rotating disc using a fluid cushion
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    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
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    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B2005/0002Special dispositions or recording techniques
    • G11B2005/0005Arrangements, methods or circuits
    • G11B2005/0021Thermally assisted recording using an auxiliary energy source for heating the recording layer locally to assist the magnetization reversal

Definitions

  • the present invention relates to an optical element base material, an optical element, an optically assisted magnetic recording head having the optical element, and a method for manufacturing the optical element.
  • HDD Hard Disk Drive
  • the interval between magnetic bits becomes narrow, and the polarity becomes unstable due to a superparamagnetic effect or the like. For this reason, a recording medium having a high coercive force is required.
  • a magnetic field required for recording also increases.
  • the upper limit of the magnetic field generated by the recording head is determined by the saturation magnetic flux density, but the value approaches the material limit, and there is a situation that a dramatic increase cannot be expected.
  • the magnetic bit is heated locally to cause magnetic softening, recording is performed with a reduced coercive force, and then the heating is stopped and natural cooling is performed to stabilize the recorded magnetic bit.
  • a recording method that guarantees the performance has been proposed. This method is called a “thermally assisted magnetic recording method”.
  • the recording medium is instantaneously heated. Further, the heating mechanism and the recording medium rotating at high speed are not allowed to contact. Therefore, heating is generally performed by irradiating a recording medium with a minute spot of laser light. This method using light for heating is called an “optically assisted magnetic recording method”.
  • laser light from a light source is reflected by a reflection surface (optical surface) of an optical element disposed on a slider.
  • the reflected laser light is incident on the optical waveguide formed on the slider and is irradiated on the plasmon probe formed on the output end of the optical waveguide.
  • the plasmon probe irradiated with the laser light generates near-field light.
  • the drawing method is a method of forming a desired optical element by stretching a base material while heating.
  • An optical element manufactured by the drawing method has a cross section reduced to a few tenths to a hundredth of the cross section of the base material. Therefore, even when the surface accuracy of the optical surface of the base material is low, the optical surface of the optical element formed by the drawing process can obtain high surface accuracy.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the base material O ′ and the optical element O.
  • the manufactured optical element O may be deformed (expanded) so that the outer surface thereof approaches a cylinder due to surface tension during heating and stretching. That is, the outer surface of the optical element O after drawing is deformed into a convex shape instead of a flat surface.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the base material O ′ and the optical element O.
  • the cross section of the base material and the cross section of the optical element are shown in the same size (actually, the cross section of the optical element manufactured by the drawing method is , Smaller than the cross section of the base material).
  • the outer surface of the optical element after drawing may be deformed (contracted) into a concave shape as shown in FIG.
  • the optical element used for the optically assisted magnetic recording head is required to have high accuracy. Therefore, when the optical element is manufactured by the drawing method, the influence of the deformation is large. In particular, when an optical surface formed on a part of the outer surface of the base material is deformed, there is a possibility of affecting the light reflection direction and the like. If the light reflection direction changes due to deformation of the optical surface, it becomes difficult to accurately guide the laser light from the light source to the optical waveguide.
  • the present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of easily obtaining a high-precision optical element using a drawing method.
  • the optical element base material according to claim 1 is used for manufacturing an optical element having an optical surface including an effective area satisfying optical performance as a part of an outer surface by a drawing process.
  • the base material for optical elements has a 1st bending part.
  • the first bent portion is provided in a portion other than the curved surface corresponding to the optical surface, and is formed so that the cross-sectional shape becomes a target cross-sectional shape by a drawing process.
  • an optical element base material according to claim 2 is the optical element base material according to claim 1, and is a cross section of a first bent portion with respect to a shape similar to a target cross-sectional shape.
  • the shape difference D satisfies the following mathematical formula.
  • an optical element base material described in claim 3 is the optical element base material described in claim 1 or 2, and has a second bent portion. The second bent portion is provided on a curved surface corresponding to the optical surface, and is formed so that a cross-sectional shape of the optical surface becomes a target cross-sectional shape by a drawing process.
  • R radius of curvature of the curved surface of the optical element base material corresponding to the optical surface
  • r radius of curvature of the optical surface in the target cross-sectional shape
  • r ′ when the optical element base material having a curved surface with a constant curvature radius R is drawn
  • a curvature radius at a predetermined position of an optical surface different from the target cross-sectional shape among the optical surfaces in the cross-sectional shape of the optical element obtained in claim 5 is an optical element according to any one of claims 1 to 4.
  • an optically assisted magnetic recording head comprising: a slider having an optical waveguide; a light source that outputs light in a direction orthogonal to the optical waveguide; and a light that reflects light from the light source and guides the light to the optical waveguide.
  • an optical element manufacturing method including a first bent portion forming step, a drawing process step, and a cutting step.
  • the first bent portion forming step the first bent portion is formed on the outer surface of the optical element base material so that the cross-sectional shape becomes a target cross-sectional shape by a drawing process.
  • drawing is performed until the cross section of the optical element base material has a predetermined size to obtain an intermediate product.
  • cutting step a plurality of optical elements are obtained by cutting the intermediate product.
  • An optical element manufacturing method according to an eighth aspect of the present invention is the optical element manufacturing method according to the seventh aspect, comprising a second bent portion forming step.
  • the second bent portion is formed on the curved surface of the optical element base material by the drawing process so that the cross-sectional shape of the optical surface becomes the target cross-sectional shape.
  • the optical element obtained by the drawing process has a desired shape by considering the deformation caused by the drawing process in advance and providing the optical element base material with the bent portions (first bent portion and second bent portion). It becomes. That is, according to the present invention, it is possible to easily obtain a highly accurate optical element by using a drawing method.
  • 1 is a perspective view showing an information recording apparatus according to a first embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view showing an optically assisted magnetic recording head according to a first embodiment. It is a perspective view which shows the optical element which concerns on 1st Embodiment. It is sectional drawing which shows the optical element which concerns on 1st Embodiment. It is a perspective view which shows the preform
  • an optically assisted magnetic recording device for example, a hard disk device, hereinafter sometimes referred to as “information recording device 1” equipped with an optically assisted magnetic recording head is capable of rotating a plurality of recording sheets, for example.
  • the disk 3 may be one.
  • the head support portion 5 is provided to be rotatable in the direction of arrow A (tracking direction) with the support shaft 6 as a fulcrum.
  • the tracking actuator 7 is attached to the head support portion 5.
  • the optical head 4 is attached to the tip of the head support 5.
  • a drive device (not shown) rotates the disk 3 in the direction of arrow B.
  • the information recording apparatus 1 is configured such that the optical head 4 can move relatively while flying over the disk 3.
  • FIG. 2 is a sectional view of the optical head 4.
  • FIG. 3 is a perspective view of the optical element 30.
  • FIG. 4 is a DD cross section of FIG.
  • the optical head 4 is a minute optical recording head that uses light for information recording on the disk 3.
  • the optical head 4 includes a slider 10, a light source unit 20, and an optical element 30.
  • the information recording apparatus 1 is configured such that the disk 3 is moved in the direction of arrow C, and the optical head 4 can move relatively while flying over the disk 3.
  • the rotation direction (arrow C direction) of the disk 3 is described as the y direction
  • the thickness direction of the optical head 4 is described as the z direction
  • the direction orthogonal to both the y direction and the z direction is described as the x direction.
  • the slider 10 is a square substrate formed of a material such as AlTiC, for example.
  • the slider 10 has a lower surface 10a that faces the disk 3, an upper surface 10b that is located on the opposite side of the lower surface 10a in the z direction, and a side surface 10c that is located at an end in the y direction.
  • a magnetic head portion 13 is formed on the slider 10.
  • the magnetic head unit 13 includes an optical waveguide 14, a magnetic recording unit (not shown), a magnetic information reproducing unit (not shown), and an electrode (not shown).
  • the magnetic head portion 13 is formed integrally with the slider 10, but a separate member may be attached to the side surface 10 c of the slider 10.
  • the optical waveguide 14 guides light from the light source unit 20 guided by the optical element 30 and forms a path for emitting the light toward the disk 3.
  • the optical waveguide 14 has an incident end 14a and an exit end 14b. Light from the light source unit 20 is incident on the incident end 14a.
  • the incident end 14 a is provided on the upper surface of the magnetic head unit 13 that is substantially flush with the upper surface 10 b of the slider 10. Light that has passed through the optical waveguide 14 is emitted from the emission end 14b.
  • the emission end 14 b is provided on the lower surface of the magnetic head portion 13 that is substantially flush with the lower surface 10 a of the slider 10.
  • the optical waveguide 14 is formed by laminating a lower clad layer, a core layer, and an upper clad layer (all not shown) in this order along the thickness direction (y direction) perpendicular to the direction in which light propagates. is there.
  • the core layer is formed of a material (for example, Ta 2 O 5 ) having a higher refractive index than each cladding layer (for example, formed of SiO 2 ).
  • a plasmon probe 15 as a near-field light generating element is disposed.
  • the light from the light source unit 20 guided by the optical element 30 enters the optical waveguide 14 from the incident end 14a and travels in the optical waveguide 14 toward the output end 14b.
  • the plasmon probe 15 provided at the emission end 14 b converts the light guided by the optical element 30 into near-field light and emits it toward the disk 3.
  • a magnetic recording unit (not shown) writes magnetic information to the recording portion of the disk 3.
  • a magnetic information reproducing unit (not shown) reads magnetic information recorded on the disk 3.
  • An electrode (not shown) is formed on the upper surface 10 b of the slider 10. The electrodes have a predetermined pattern shape and are connected to the light source unit 20 to supply driving power to the light source unit 20.
  • the slider 10 moves relative to the disk 3 that is a magnetic recording medium while flying, but there is a possibility of contact with the disk 3 if there is a dust attached to the disk 3 or a defect in the disk 3.
  • a hard material having high friction resistance as the material of the slider 10.
  • a ceramic material containing Al 2 O 3 , AlTiC, zirconia, TiN, or the like may be used.
  • the surface of the slider 10 on the disk 3 side may be subjected to a surface treatment for increasing the friction resistance.
  • high hardness can be obtained by using a DLC (Diamond Like Carbon) coating.
  • the light source unit 20 includes, for example, a semiconductor laser (Laser Diode: LD).
  • the light source unit 20 outputs light in a direction substantially orthogonal to the optical waveguide 14.
  • the “substantially orthogonal direction” refers to a direction in which light from the light source unit 20 can enter the optical surface 32 (effective area 32a, which will be described later) of the optical element 30.
  • the wavelength of light output from the semiconductor laser is from visible light to near infrared wavelength (wavelength band is about 0.6 ⁇ m to 2 ⁇ m. Specific wavelengths are 650 nm, 780 nm, 830 nm, and 1310 nm. , 1550 nm, and the like.
  • any one of materials such as GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlGaInP, InAlGaN, InGaN, GaN, GaInNA, GANASP, and AlGaNAs may be used. Then, a semiconductor laser can be manufactured by stacking layers necessary for light emission on the wafer.
  • the light source unit 20 is disposed on the upper surface 10 b of the slider 10.
  • the light source unit 20 has an emission surface 20a and a bottom surface 20b.
  • an emission end 20c for emitting light from the semiconductor laser to the outside of the light source unit 20 is formed.
  • the light source unit 20 outputs light from the emission end 20 c toward the optical element 30.
  • the optical element 30 is an element for reflecting and condensing light from the light source unit 20 and guiding it to the incident end 14 a of the optical waveguide 14. As shown in FIG. 3, the optical element 30 is made of, for example, a rectangular member, and an optical surface 32 is formed on a part of the outer surface 31 thereof. The optical surface 32 reflects light from the light source unit 20.
  • the optical element 30 is made of, for example, an optically transparent resin or glass.
  • the optical element 30 is formed, for example, by subjecting a base material made of glass such as quartz to a drawing process and a cutting process. Details of the manufacturing method of the optical element 30 will be described later.
  • the optical surface 32 is exposed to the outside. Therefore, the optical surface 32 functions as a surface reflection mirror.
  • the optical surface 32 can be formed of a metal film such as gold or aluminum, a reflective film of a dielectric multilayer film, or the like. Since the optical surface 32 is a surface reflection mirror, the light from the light source unit 20 does not enter the optical element 30. Therefore, it is possible to reduce the light amount loss due to the light passing through the optical element 30.
  • the optical surface 32 is formed in a cylindrical surface shape (a part of the cylindrical surface). As shown in FIG. 4, the optical surface 32 includes an effective area 32a that satisfies the required optical performance (for example, a function of reflecting light from the light source unit 20 in a predetermined direction) and a region 32b other than that. Has been.
  • the shape of the optical surface 32 is not limited to a circle (cylindrical), but may be a cylindrical surface composed of a part of an aspherical cross section such as an ellipse. Even in this case, the optical surface 32 includes an effective area 32a that satisfies the optical performance and a region 32b other than the effective area 32a.
  • Part of the outer surface 31 of the optical element 30 functions as a light source side bonding surface 31a and a magnetic head unit side bonding surface 31b.
  • the light source side bonding surface 31a is bonded to the emission surface 20a of the light source unit 20 via an adhesive or the like.
  • the magnetic head side bonding surface 31b is bonded to the upper surface of the magnetic head portion 13 (the upper surface 10b of the slider 10) via an adhesive or the like.
  • at least one of the light source side bonding surface 31a and the magnetic head unit side bonding surface 31b may be bonded by an adhesive or the like.
  • the areas of the light source side bonding surface 31a and the magnetic head unit side bonding surface 31b may be the same or different (FIG. 3 and the like show examples having different areas).
  • the cross-sectional shape of the optical element 30 used in the optical head 4 (for example, the cross-sectional shape shown in FIG. 4) is referred to as a “target cross-sectional shape”.
  • FIG. 5 is a perspective view of the optical element base material 30 ′.
  • 6 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a base material M ′ having a cross-sectional shape similar to the target cross-sectional shape and an optical element M manufactured by drawing the base material M ′.
  • the broken line in FIG. 6 shows a shape similar to the target cross-sectional shape.
  • the broken line in FIG. 7 indicates the target cross-sectional shape.
  • the cross-sectional shape of the optical element base material 30 ′ (base material M ′) and the cross-sectional shape of the optical element 30 (optical element M) are shown to be approximately the same size.
  • the outer shape (cross section) size of the optical element 30 (optical element M) is smaller than the outer shape (cross section) size of the optical element base material 30 ′ (base material M ′). (For example, about 1/10 to 1/100).
  • the optical element base material 30 ′ is a member from which the optical element 30 is based.
  • the optical element 30 is obtained by performing a drawing process or the like on the optical element base material 30 ′.
  • the optical element base material 30 ′ is provided with a first bent portion 31 ′ corresponding to the outer surface 31 of the optical element 30 and a curved surface 32 ′ corresponding to the optical surface 32 of the optical element 30.
  • the first bent portion 31 ′ is provided on the outer peripheral surface other than the curved surface 32 ′, and is formed so that the cross-sectional shape of the optical element 30 obtained by the drawing process becomes a target cross-sectional shape.
  • the drawing process when the drawing process is performed on the base material M ′ having a cross-sectional shape similar to the target cross-sectional shape, the surface tension generated by the heating and stretching performed during the drawing is obtained.
  • the cross-sectional shape of the obtained optical element M expands compared to the target cross-sectional shape (in FIG. 7, the cross-sectional shape expands by the difference d with respect to the target cross-sectional shape). That is, when the base material M ′ having a cross-sectional shape similar to the target cross-sectional shape is used, there is a high possibility that the cross-sectional shape of the optical element M obtained by the drawing process does not become the target cross-sectional shape.
  • the deformation of the outer surface 31 that occurs when the optical element base material 30 ′ having a shape similar to the optical element 30 is drawn is considered in advance, and the deformation in the opposite direction to the deformation (for example, against expansion)
  • a first bent portion 31 ′ that is contracted by that amount is formed on the optical element base material 30 ′. Therefore, the optical element 30 after the drawing process can be obtained in a desired shape. That is, the cross-sectional shape of the optical element 30 obtained when the optical element base material 30 ′ having the first bent portion 31 ′ is drawn is the target cross-sectional shape.
  • the first bent portion 31 ′ has a concave shape that is previously contracted by a difference D (described later) with respect to the target cross-sectional shape.
  • the shape of the first bent portion 31 ′ can be appropriately determined in consideration of conditions such as the material of the base material, the drawing speed (speed for drawing the base material), the heating temperature, and the like.
  • the difference between the cross-sectional shape of the optical element M obtained when the base material M ′ is drawn under the drawing condition f and the target cross-sectional shape is d (see FIG. 7), and the optical element base material 30 ′ by the drawing process is used.
  • the reduction rate ⁇ of The “reduction ratio” refers to the degree of contraction of the outer dimension (cross section) of the optical element with respect to the outer dimension (cross section) of the optical element base material when the optical element is manufactured by a drawing method.
  • the convex deformation (difference from the target cross-sectional shape) of the outer surface 31 of the optical element 30 occurs by d.
  • the conversion amount of d into the size of the optical element base material 30 ′ is d / ⁇ obtained by multiplying d by the inverse 1 / ⁇ of the reduction ratio.
  • the concave first bent portion 31 ′ expands. Then, the concave first bent portion 31 ′ becomes planar, that is, a target cross-sectional shape when the reduction ratio becomes ⁇ .
  • the optical element base material 30 ′ can be formed by denting each of the first bent portions 31 ′ by D.
  • the outer surface of the optical element may contract with respect to the outer surface of the base material.
  • the shapes of the first bent portions 31 ′ may all be the same shape or may be different shapes.
  • the outer surface 31 of the optical element 30 formed by the drawing process can be formed in a flat surface by providing the first bent portion 31 ′ in the optical element base material 30 ′. Therefore, when a part of the outer surface 31 functions as the light source side bonding surface 31a or the magnetic head unit side bonding surface 31b, positioning of the optical element 30 with respect to the light source unit 20 or the magnetic head unit 13 is facilitated.
  • the curved surface 32 ′ is a surface corresponding to the optical surface 32 of the optical element 30.
  • the curved surface 32 ′ forms the optical surface 32 by drawing the optical element base material 30 ′.
  • the drawing apparatus 100 includes rollers 101 and 102, a heating unit 103, an external dimension measuring unit 104, and a cutter 105.
  • the roller 101 feeds the optical element base material 30 ′ into the heating unit 103.
  • the heating unit 103 includes an electric furnace 103a and a temperature adjusting unit 103b.
  • the temperature adjustment unit 103b adjusts the temperature of the electric furnace 103a. Specifically, when the optical element base material 30 ′ is fed into the vicinity of the electric furnace 103 a by the roller 101, the temperature adjustment unit 103 b is electrically operated so as to heat more than the yield point of the material of the optical element base material 30 ′. The temperature of the furnace 103a is adjusted.
  • the roller 102 stretches the optical element base material 30 ′ heated by the heating unit 103 until the outer shape (cross-sectional) dimension becomes a predetermined size (drawing process).
  • the outer dimension measuring unit 104 is provided between the roller 101 and the roller 102.
  • the outer dimension measuring unit 104 measures the outer diameter of the optical element base material 30 ′ that has been subjected to the drawing process, and whether or not the outer dimension is a predetermined outer dimension (that is, the cross section has a predetermined size). Is determined).
  • the external dimension measuring unit 104 includes a laser unit 104a, a light receiving unit 104b, and an analysis unit 104c.
  • the laser unit 104a irradiates laser light to the optical element base material 30 ′ that has been subjected to the drawing process.
  • the light receiving unit 104b receives the laser light that has passed through the optical element base material 30 '.
  • the analysis unit 104c calculates the outer dimensions of the optical element base material 30 ′ based on the amount of light received by the light receiving unit 104b.
  • the cutter 105 is provided below the roller 102, and when the outer dimension measuring unit 104 determines that the outer dimension of the optical element base material 30 ′ is a predetermined dimension, the optical element base material 30. 'Is cut into a predetermined length, and the intermediate product P is formed. A plurality of optical elements 30 can be obtained by further cutting and processing the intermediate product P (for example, chamfering the cutting surface ridge line or coating the optical surface 32).
  • FIG. 9 is a flowchart showing a manufacturing procedure of the optical element 30 according to the present embodiment.
  • a simulation is performed based on the conditions of the drawing process and the shape of the first bent portion 31 ′ is determined. Based on the simulation result, the optical element base material 30 'is processed to form a first bent portion 31' (S10).
  • S10 is an example of a “first bent portion forming step”.
  • the optical element base material 30 ′ processed in S ⁇ b> 10 is sent to the drawing apparatus 100.
  • the optical element base material 30 ′ is heated and stretched by the heating unit 103 and the roller 102 of the drawing apparatus 100 (S 11).
  • the cutter 105 cuts the optical element base material 30 ′ to obtain an intermediate product P (S 12).
  • S11 and S12 are examples of the “drawing process”.
  • the intermediate product P is further cut and processed (for example, chamfering of the cutting surface ridge line or coating of the optical surface 32) by a cutting device or a processing device (both not shown) to obtain a plurality of optical elements 30.
  • S13 is an example of a “cutting step”.
  • the optical element base material 30 ′ includes an optical surface 32 including an effective area 32 a that satisfies the optical performance (for example, reflects light from the light source unit 20 in a predetermined direction) as a part of the outer surface 31. It is used for manufacturing the optical element 30 having a drawing process.
  • the optical element base material 30 ′ has a first bent portion 31 ′.
  • the first bent portion 31 ′ is provided in a portion other than the curved surface 32 ′ corresponding to the optical surface 32, and is formed so that the cross-sectional shape becomes a target cross-sectional shape by a drawing process.
  • the difference D in the cross-sectional shape of the first bent portion 31 ′ with respect to the shape similar to the target cross-sectional shape of the first bent portion 31 ′ is expressed by the formula (1). It is desirable to form so as to satisfy.
  • D d / ⁇ (1)
  • d Difference between the cross-sectional shape of the optical element 30 and the target cross-sectional shape obtained when the optical element base material 30 ′ having a cross-sectional shape similar to the target cross-sectional shape is drawn.
  • Optical element base material by the drawing process. 30 'reduction ratio
  • the optical element 30 performs a drawing process and a cutting process on the optical element base material 30 ′ described above (including a processing process such as chamfering of a cutting surface ridge line and coating of the optical surface 32). It is obtained by doing.
  • the method for manufacturing the optical element 30 includes a first bent portion forming step, a drawing process step, and a cutting step.
  • the first bent portion forming step the first bent portion 31 ′ is formed on the outer surface of the optical element base material 30 ′ so that the cross-sectional shape becomes the target cross-sectional shape by the drawing process.
  • drawing process drawing is performed until the cross section of the optical element base material 30 ′ has a predetermined size to obtain an intermediate product.
  • the intermediate product P is cut to obtain a plurality of optical elements 30.
  • the cross-sectional shape of the optical element 30 obtained by the drawing process is set to the target cross section. It can be a shape. That is, the optical element 30 obtained by the drawing process can be formed into a desired shape. Therefore, it is possible to easily obtain a highly accurate optical element using the drawing method.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a base material N ′ having a cross-sectional shape similar to the target cross-sectional shape and an optical element N manufactured by drawing the base material N ′.
  • FIG. 11 is a perspective view of the optical element base material 30 ′′.
  • 12 is a cross-sectional view taken along line FF in FIG.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a manufacturing procedure of the optical element according to the present embodiment. The broken line in FIG. 10 indicates the target cross-sectional shape.
  • the broken line in FIG. 12 shows a shape similar to the target cross-sectional shape. Also in this embodiment, the cross-sectional shape of the optical element base material and the cross-sectional shape of the optical element are shown with substantially the same size. In addition, it is assumed that the optical element obtained by drawing the optical element base material 30 ′′ in the present embodiment is the same as the optical element 30 in the first embodiment.
  • the curved surface of the base material may be deformed depending on the drawing conditions.
  • a drawing process is performed on a base material N ′ having a cross-sectional shape similar to the target cross-sectional shape, it is obtained by surface tension generated by heating and stretching performed at the time of drawing.
  • the cross-sectional shape of the optical element N expands compared to the target cross-sectional shape.
  • the curved surface N′b is pulled by the expansion of the outer surface N′a of the base material N ′. Therefore, the curvature radius of the optical surface Nb of the obtained optical element N increases as the portion is closer to the outer surface Na.
  • the curvature radius (r ′) of the portion close to the outer surface Na and the portion far from the outer surface Na (effective) of the optical surface Nb of the optical element N obtained after the drawing process It differs from the radius of curvature (r) near the center of the area.
  • the optical element when the NA of the optical element (optical surface) is small, the optical element can exhibit optical performance even if the effective area formed on the optical surface is narrow. That is, even if the radius of curvature of the region other than the effective area is different from the radius of curvature in the target cross-sectional shape due to the drawing process, it is unlikely to affect the optical performance of the optical element.
  • the radius of curvature in the effective area of the optical element may be different from the target radius of curvature (the radius of curvature of the effective area in the target cross-sectional shape) due to the drawing process. If the radius of curvature is different within the effective area, the optical performance of the optical element may be affected. For example, the reflection direction may change depending on the position where light from the light source unit 20 hits in the effective area. In this case, light cannot be efficiently guided to the optical waveguide 14.
  • the optical element base material 30 ′′ is a member that is a base of the optical element 30.
  • the optical element 30 is obtained by subjecting the optical element base material 30 ′′ to a drawing process or the like.
  • the optical element base material 30 ′′ is provided with a first bent portion 31 ′′ corresponding to the outer surface 31 of the optical element 30 and a curved surface 32 ′′ corresponding to the optical surface 32 of the optical element 30.
  • the first bent portion 31 ′′ is provided on the outer peripheral surface other than the curved surface 32 ′′, and is formed so that the cross-sectional shape of the optical element 30 obtained by the drawing process becomes the target cross-sectional shape. Since the first bent portion 31 ′′ has a structure substantially similar to that of the first bent portion 31 ′, detailed description thereof is omitted. In addition, according to the shape of the curved surface 32 ′′, the cross-sectional shapes of the first bent portion 31 ′′ adjacent to the curved surface 32 ′′ and the other first bent portions 31 ′′ can be different.
  • the curved surface 32 ′′ is a surface corresponding to the optical surface 32 of the optical element 30.
  • the curved surface 32 ′′ includes a region 32 ′′ a and a second bent portion 32 ′′ b.
  • the region 32 ′′ a is a region corresponding to the vicinity of the center of the effective area 32a of the optical surface 32.
  • the region 32 ′′ a is a region that is not easily deformed (change in the radius of curvature) by the drawing process.
  • the second bent portion 32 ′′ b is a region corresponding to the region 32b of the optical surface 32 and a part (peripheral portion) of the effective area 32a adjacent to the region 32b. It is formed to have a shape. That is, the second bent portion 32 ′′ b is a region that is susceptible to deformation (change in the radius of curvature) due to the drawing process.
  • a curved surface 32 ′′ is formed in advance so that the radius of curvature of the second bent portion 32 ′′ b is smaller than the radius of curvature of the region 32 ′′ a.
  • the first bent portion 31 ′′ adjacent to the curved surface 32 ′′ expands.
  • the second bent portion 32 ′′ b is expanded by being pulled by the expanding first bent portion 31 ′′, so that the cross-sectional shape of the obtained optical element 30 becomes equal to the target cross-sectional shape.
  • the shape of the second bent portion 32 ′′ b can be appropriately determined in consideration of conditions such as the material of the base material, the drawing speed, and the heating temperature.
  • a curvature radius of the curved surface 32 ′′ corresponding to the optical surface 32 is R
  • a curvature radius of the optical surface 32 in the target cross-sectional shape is r
  • a base material N ′ having a curved surface N′b with a constant curvature radius R is obtained.
  • the radius of curvature at a predetermined position of the optical surface different from the target cross-sectional shape is r ′.
  • the “predetermined position” is an arbitrary position in a part (peripheral part) of the effective area other than the effective area or adjacent to the area other than the effective area.
  • the radius of curvature R ′ of the second bent portion 32 ′′ b be a value satisfying the following mathematical formula (2).
  • the radius of curvature of the optical surface 32 after the drawing process becomes the radius of curvature r of the target cross-sectional shape.
  • the expansion rate of the outer surface of the base material is different from the deformation rate of the radius of curvature by traction, such correction is desirable.
  • the base material 30 ′′ for the optical element can be formed by setting the radius of curvature of the second bent portion 32 ′′ b to R ′.
  • the outer surface of the optical element may contract with respect to the outer surface of the base material.
  • the shape of the second bent portion 32 ′′ b may be the same shape or different shapes.
  • the optical surface is a cylindrical surface composed of a part of an aspherical cross section such as an ellipse
  • the local radius of curvature varies depending on a predetermined position on the optical surface.
  • R ′′ (r / r ′′) R
  • r ′′ is obtained when the base material N ′ is drawn when the curved surface N′b of the base material N ′ (see FIG. 10) has an aspheric shape similar to the target cross-sectional shape. This is the distance from the center position of the radius of curvature r near the center of the effective area of the optical element N to the predetermined position.
  • a simulation is performed based on the condition of the drawing process and the like to determine the shape of the first bent portion 31 ′′. Based on the simulation result, the optical element base material 30 ′′ is processed to form the first bent portion 31 ′′ (S20).
  • S20 is an example of a “first bent portion forming step”.
  • a simulation is performed based on the conditions of the drawing process and the shape of the second bent portion 32 ′′ b is determined. Based on the simulation result, the optical element base material 30 ′′ is processed to form the second bent portion 32 ′′ b (S21).
  • S21 is an example of a “second bent portion forming step”. It is desirable that the simulations be performed simultaneously. Moreover, S20 and S21 may be performed simultaneously.
  • the optical element base material 30 ′′ processed in S20 and S21 is sent to the drawing apparatus 100.
  • the optical element base material 30 ′′ is heated and stretched by the heating unit 103 and the roller 102 of the drawing apparatus 100 (S22).
  • the cutter 105 cuts the optical element base material 30 ′′ to obtain an intermediate product P (S23).
  • S22 and S23 are examples of the “drawing process”.
  • the intermediate product P is further cut and processed (for example, chamfering of the cutting surface ridge line or coating of the optical surface 32) by a cutting device or a processing device (both not shown) to obtain a plurality of optical elements 30.
  • S24 is an example of a “cutting step”.
  • the optical element base material 30 ′′ according to the present embodiment is provided on a curved surface 32 ′′ corresponding to the optical surface 32, and is formed so that the cross-sectional shape of the optical surface 32 becomes a target cross-sectional shape by a drawing process. It has 2 bending parts 32''b.
  • the curvature radius R ′ of the second bent portion 32 ′′ b satisfies the following formula (2).
  • R ′ (r / r ′) R (2)
  • R radius of curvature of the curved surface of the optical element base material corresponding to the optical surface
  • r radius of curvature of the optical surface in the target cross-sectional shape
  • r ′ when the optical element base material having a curved surface with a constant curvature radius R is drawn
  • a second bent portion forming step can be provided.
  • the second bent portion forming step the second bent portion 32 ′′ b is formed such that the cross-sectional shape of the optical surface 32 becomes the target cross-sectional shape by the drawing process with respect to the curved surface 32 ′′ of the optical element base material 30 ′′.
  • the second bent portion 32 ′′ b is provided on the curved surface 32 ′′ of the optical element base material 30 ′′, thereby obtaining the optical obtained by the drawing process.
  • the cross-sectional shape of the element 30 can be more accurately set as the target cross-sectional shape. That is, the optical element 30 obtained by the drawing process can be formed into a desired shape. Therefore, it is possible to easily obtain a highly accurate optical element using the drawing method.
  • the configuration of the present embodiment it is possible to easily obtain a highly accurate optical element even when the optical element (optical surface) to be manufactured has a large NA.
  • SYMBOLS 1 Information recording device 2 Housing 3 Disc 4 Optical assist magnetic recording head (optical head) DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Head support part 6 Support axis 7 Tracking actuator 10 Slider 10a Lower surface 10b Upper surface 10c Upper surface 10c Side surface 13 Magnetic head part 14 Optical waveguide 14a Incidence end 14b Emission end 15 Plasmon probe 20 Light source part 20a Emission surface 20b Bottom surface 20c Emission end 30 Optical element 30 ′ Base material for optical element 31 Outer surface 31 ′ First bent portion 32 Optical surface 32a Effective area 32b Region 32 ′ Curved surface

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Abstract

 光学素子用母材は、光学性能を満たす有効エリアを含む光学面を外面の一部に有する光学素子を線引き処理により製造するために用いられる。光学素子用母材は、第1屈曲部を有する。第1屈曲部は、光学面に対応する曲面以外の部分に設けられ、線引き処理により断面形状が目標断面形状になるように形成されている。

Description

光学素子用母材、光学素子、光アシスト磁気記録ヘッド、光学素子の製造方法
 この発明は、光学素子用母材、光学素子、当該光学素子を有する光アシスト磁気記録ヘッド、及び当該光学素子の製造方法に関する。
 ハードディスク装置(HDD:Hard Disk Drive)に用いられる磁気記録方式は、記録密度を高くしようとすると磁気ビットの間隔が狭くなり、超常磁性効果等により極性が不安定となる。このため、高い保磁力を有する記録媒体が必要になるが、そのような記録媒体を使用すると記録時に必要な磁場も大きくなる。ここで、記録ヘッドによって発生する磁場は飽和磁束密度によって上限が決まるが、その値は材料限界に近付いており飛躍的な増大が望めないという実情がある。そこで、記録時に磁気ビットを局所的に加熱して磁気軟化を生じさせて、保磁力が小さくなった状態で記録し、その後、加熱を止めて自然冷却することにより、記録された磁気ビットの安定性を保証する記録方式が提案されている。この方式は、「熱アシスト磁気記録方式」と呼ばれている。
 熱アシスト磁気記録方式では、記録媒体の加熱が瞬間的に行われることが望ましい。また、加熱する機構と高速で回転する記録媒体とが接触することは許されない。そのため、加熱はレーザ光の微小スポットを記録媒体に照射して行われることが一般的である。加熱に光を用いるこの方式は、「光アシスト磁気記録方式」と呼ばれている。
 光アシスト磁気記録方式では、光源からのレーザ光をスライダ上に配置される光学素子の反射面(光学面)で反射させる。反射されたレーザ光は、スライダに形成された光導波路に入射され、光導波路の出射端に形成されたプラズモンプローブに照射される。レーザ光が照射されたプラズモンプローブは、近接場光を発生させる。
 ここで、円柱レンズやプリズム等の光学素子を製造する手法として、線引き法と呼ばれる方法がある。線引き法は、母材を加熱しながら延伸することにより、所望の光学素子を形成する方法である。線引き法により製造される光学素子は、その断面が母材の断面の数十分の一から数百分の一まで縮小される。よって、母材における光学面の面精度が低い場合であっても、線引き処理により形成された光学素子の光学面は高い面精度を得ることができる。
国際公開2002/091038号 特開2003-329817号公報
 しかし、線引き法では、母材の材質や線引きの条件(線引きの速度、温度等)により、所望の光学素子を得ることができない場合がある。図14は、母材O´及び光学素子Oの断面図である。たとえば、母材O´に対して線引き処理を行うと、加熱延伸時の表面張力により、製造される光学素子Oは、その外面が円柱に近づくような変形(膨張)を生ずる場合がある。すなわち、線引き後の光学素子Oの外面は、平面ではなく凸状に変形する。なお、図14では、外面の変形を理解し易くするため、母材の断面と光学素子の断面とを同じ大きさで示している(実際には、線引き法により製造された光学素子の断面は、その母材の断面よりも小さくなる)。或いは、線引きの条件によっては、特許文献1の図4A等にあるように、線引き後の光学素子の外面が凹状に変形(収縮)する場合もありうる。
 このように、従来の線引き法では、母材と異なる外面形状(断面形状)を有する光学素子が製造される可能性(所望の光学素子を得られない可能性)があった。
 ここで、光アシスト磁気記録ヘッドに使用される光学素子は高い精度が求められる。よって、その光学素子を線引き法で製造する場合には、変形による影響は大きいものとなる。特に、母材の外面の一部に形成された光学面が変形した場合には、光の反射方向等に影響を与える可能性がある。光学面の変形により光の反射方向が変わると、光源からのレーザ光を精度よく光導波路に導くことが困難となる。
 この発明は上記の問題点を解決するものであり、線引き法を用いて高精度な光学素子を容易に得ることが可能な技術を提供することを目的とする。
 請求項1記載の光学素子用母材は、光学性能を満たす有効エリアを含む光学面を外面の一部に有する光学素子を線引き処理により製造するために用いられる。光学素子用母材は、第1屈曲部を有する。第1屈曲部は、光学面に対応する曲面以外の部分に設けられ、線引き処理により断面形状が目標断面形状になるように形成されている。
 また、上記課題を解決するために、請求項2記載の光学素子用母材は、請求項1記載の光学素子用母材であって、目標断面形状と相似な形状に対する第1屈曲部の断面形状の差Dは、以下の数式を満たす。
 D=d/α
 但し、
 d:目標断面形状と相似な断面形状を有する光学素子用母材を線引き処理した場合に得られる光学素子の断面形状と目標断面形状との差
 α:線引き処理による光学素子用母材の縮小率
 また、上記課題を解決するために、請求項3記載の光学素子用母材は、請求項1又は2記載の光学素子用母材であって、第2屈曲部を有する。第2屈曲部は、光学面に対応する曲面に設けられ、線引き処理により光学面の断面形状が目標断面形状になるように形成されている。
 また、上記課題を解決するために、請求項4記載の光学素子用母材は、請求項3記載の光学素子用母材であって、第2屈曲部の曲率半径R´は、以下の数式を満たす。
 R´=(r/r´)R
 但し、
 R:光学面に対応する光学素子用母材の曲面の曲率半径
 r:目標断面形状における光学面の曲率半径
 r´:一定の曲率半径Rの曲面を有する光学素子用母材を線引き処理した場合に得られる光学素子の断面形状における光学面のうち、目標断面形状と異なる光学面の所定位置における曲率半径
 また、請求項5記載の光学素子は、請求項1から4のいずれかに記載の光学素子用母材に対して線引き処理及び切断処理を施すことにより得られる。
 また、請求項6記載の光アシスト磁気記録ヘッドは、光導波路を有するスライダと、光導波路と直交する方向に光を出力する光源と、光源からの光を反射し、光を光導波路に導く請求項5記載の光学素子と、を有する。
 また、請求項7記載の光学素子の製造方法は、第1屈曲部形成工程と、線引き処理工程と、切断工程とを有する。第1屈曲部形成工程は、光学素子用母材の外面に対して、線引き処理により断面形状が目標断面形状になるように第1屈曲部を形成する。線引き処理工程は、光学素子用母材の断面が所定の大きさとなるまで線引きし、中間生成体を得る。切断工程は、中間生成体を切断することにより、複数の光学素子を得る。
 また、請求項8記載の光学素子の製造方法は、請求項7記載の光学素子の製造方法であって、第2屈曲部形成工程を有する。第2屈曲部形成工程は、光学素子用母材の曲面に対して、線引き処理により光学面の断面形状が目標断面形状になるように第2屈曲部を形成する。
 このように、線引き処理による変形を予め考慮し、光学素子用母材に屈曲部(第1屈曲部、第2屈曲部)を設けておくことによって、線引き処理によって得られる光学素子は所望の形状となる。すなわち、この発明によれば、線引き法を用いて高精度な光学素子を容易に得ることが可能となる。
第1実施形態に係る情報記録装置を示す斜視図である。 第1実施形態に係る光アシスト磁気記録ヘッドを示す断面図である。 第1実施形態に係る光学素子を示す斜視図である。 第1実施形態に係る光学素子を示す断面図である。 第1実施形態に係る光学素子用母材を示す斜視図である。 第1実施形態に係る光学素子用母材を示す断面図である。 光学素子用母材、及び線引き処理を行って得られる光学素子の一例を示す断面図である。 第1実施形態に係る線引き装置を示す図である。 第1実施形態に係る光学素子の製造方法を示すフローチャートである。 光学素子用母材、及び線引き処理を行って得られる光学素子の一例を示す断面図である。 第2実施形態に係る光学素子用母材を示す斜視図である。 第2実施形態に係る光学素子用母材を示す断面図である。 第2実施形態に係る光学素子の製造方法を示すフローチャートである。 光学素子用母材、及び線引き処理を行って得られる光学素子の一例を示す断面図である。
<第1実施形態>
 図1から図9を用いて第1実施形態に係る光学素子(光学素子用母材)等について説明する。
[情報記録装置の構成]
 図1に示すように、光アシスト磁気記録ヘッドを搭載した光アシスト磁気記録装置(たとえばハードディスク装置、以下「情報記録装置1」という場合がある)は、たとえば、記録用の複数枚の回転可能なディスク(磁気記録媒体)3と、ヘッド支持部5と、トラッキング用アクチュエータ7と、光アシスト磁気記録ヘッド4(以下、「光ヘッド4」という場合がある)と、図示しない駆動装置と、を筐体2内に備えている。なお、ディスク3は1枚であってもよい。ヘッド支持部5は、支軸6を支点として矢印Aの方向(トラッキング方向)に回動可能に設けられている。トラッキング用アクチュエータ7は、ヘッド支持部5に取り付けられている。光ヘッド4は、ヘッド支持部5の先端に取り付けられている。図示しない駆動装置は、ディスク3を矢印Bの方向に回転させる。情報記録装置1は、光ヘッド4がディスク3の上で浮上しながら相対的に移動しうるように構成されている。
[光アシスト磁気記録ヘッド]
 次に、図2から図4を参照して、光ヘッド4の概略構成例を説明する。図2は光ヘッド4の断面図である。図3は、光学素子30の斜視図である。図4は、図3のD-D断面である。
 光ヘッド4は、ディスク3に対する情報記録に光を利用する微小光記録ヘッドである。光ヘッド4は、スライダ10と、光源部20と、光学素子30とを有する。情報記録装置1は、ディスク3を矢印C方向に移動させ、光ヘッド4がディスク3上で浮上しながら相対的に移動しうるように構成されている。なお、本実施形態では、ディスク3の回転方向(矢印C方向)をy方向、光ヘッド4の厚み方向をz方向、y方向及びz方向の双方に直交する方向をx方向として説明する。
(スライダ)
 スライダ10は、たとえば、AlTiC等の材料で形成される方形状の基板である。スライダ10は、ディスク3と対向する下面10aと、下面10aに対してz方向の反対側に位置する上面10bと、y方向の端部に位置する側面10cとを有する。
 スライダ10には、磁気ヘッド部13が形成される。磁気ヘッド部13は、光導波路14と、図示しない磁気記録部と、図示しない磁気情報再生部と、図示しない電極とを有する。なお、本実施形態において、磁気ヘッド部13はスライダ10と一体に形成されているが、別体で形成されたものをスライダ10の側面10cに取り付けることでもよい。
 光導波路14は、光学素子30によって導かれた光源部20からの光を導光し、ディスク3に向けて出射するための経路を形成している。光導波路14は、入射端14aと、出射端14bとを有する。入射端14aには、光源部20からの光が入射する。入射端14aは、スライダ10の上面10bと略同一面上にある磁気ヘッド部13の上面に設けられる。出射端14bからは、光導波路14内を通過した光が出射する。出射端14bは、スライダ10の下面10aと略同一面上にある磁気ヘッド部13の下面に設けられる。光導波路14は、下部クラッド層、コア層、上部クラッド層(いずれも図示しない)を、光が伝播する方向とは直交する厚み方向(y方向)に沿って、この順番に積層させたものである。コア層は、各クラッド層(例えば、SiOで形成)よりも屈折率の高い素材(例えば、Ta)で形成されている。これにより、光導波路14に導かれた光は、コア層と、各クラッド層との間で全反射しながらディスク3に向かって伝播する。
 光導波路14の出射端14b近傍には、近接場光発生素子としてのプラズモンプローブ15が配置される。
 光学素子30により導かれた光源部20からの光は、入射端14aから光導波路14に入射し、出射端14bに向かって光導波路14内を進む。出射端14bに設けられているプラズモンプローブ15は、光学素子30により導かれた光を近接場光に変換し、ディスク3に向けて出射する。
 なお、図示しない磁気記録部は、ディスク3の被記録部分に対して磁気情報の書き込みを行う。図示しない磁気情報再生部は、ディスク3に記録されている磁気情報の読み取りを行う。図示しない電極は、スライダ10の上面10bに形成される。電極は、所定のパターン形状を有し、光源部20と接続されることにより、光源部20に駆動電力を供給する。
 また、スライダ10は、浮上しながら磁気記録媒体であるディスク3に対して相対的に移動するが、ディスク3に付着したごみやディスク3に欠陥がある場合には、ディスク3と接触する可能性がある。その場合に発生する摩擦を低減するために、スライダ10の材質には耐摩擦性の高い硬質の材料を用いることが好ましい。例えば、Alを含むセラミック材料、AlTiCやジリコニア、又はTiNなどを用いればよい。また、摩擦防止のために、スライダ10のディスク3側の面に、耐摩擦性を増すための表面処理を行ってもよい。例えば、DLC(Diamond Like Carbon)被膜を用いることにより、高い硬度が得られる。
(光源部)
 光源部20は、たとえば半導体レーザ(Laser Diode:LD)を含んで構成されている。光源部20は、光導波路14と略直交する方向に光を出力する。「略直交する方向」とは、光源部20からの光が光学素子30の光学面32(有効エリア32a。後述)に入射することができる方向をいう。半導体レーザから出力される光の波長は、可視光から近赤外の波長(波長帯としては、0.6μm~2μm程度である。また、具体的な波長としては、650nm、780nm、830nm、1310nm、1550nmなどが挙げられる。
 半導体レーザを構成する材料としては、たとえば、GaAs、AlGaAs、InGaAs、AlGaInP、InAlGaN、InGaN、GaN、GaInNA、GaNAsP、及びAlGaNAsなどの材料のうちのいずれかを用いればよい。そして、発光に必要な層をウェハ上に積層することにより、半導体レーザを作製することができる。
 光源部20は、スライダ10の上面10bに配置される。光源部20は、出射面20aと、底面20bとを有している。出射面20aには、半導体レーザからの光が光源部20外に出射するための出射端20cが形成されている。光源部20は、出射端20cから光学素子30に向けて光を出力する。
(光学素子)
 光学素子30は、光源部20からの光を反射・集光させて光導波路14の入射端14aに導くための素子である。図3に示すように、光学素子30は、たとえば、方形状の部材からなり、その外面31の一部に光学面32が形成されている。光学面32は、光源部20からの光を反射させる。
 光学素子30は、たとえば、光学的に透明な樹脂又はガラスで構成されている。光学素子30は、たとえば、石英などのガラスからなる母材を線引き処理及び切断処理等を施すことにより形成される。光学素子30の製法の詳細については後述する。
 本実施形態において、光学面32は外部に露出している。従って、光学面32は表面反射ミラーとして機能する。光学面32は、金、アルミなどの金属膜、誘電体多層膜の反射膜等で形成することができる。光学面32が表面反射ミラーであるため、光学素子30内部に光源部20からの光が入射することが無い。よって、光が光学素子30内部を透過することによる光量損失を低減する事ができる。
 光学面32は、円筒面状(円筒面の一部)に形成されている。図4に示すように、光学面32は、要求される光学性能(たとえば、光源部20からの光を所定方向に反射させる機能)を満たす有効エリア32a、及びそれ以外の領域32bを含んで構成されている。
 なお、光学面32の形状は円(円筒)に限るものではなく、楕円など非球面の断面の一部から成るシリンドリカル面でもよい。その場合であっても、光学面32は、光学性能を満たす有効エリア32a及びそれ以外の領域32bを含む。
 光学素子30の外面31のうち一部は、光源側接合面31a及び磁気ヘッド部側接合面31bとして機能する。光源側接合面31aは、接着剤等を介して光源部20の出射面20aと接合される。磁気ヘッド部側接合面31bは、接着剤等を介して磁気ヘッド部13の上面(スライダ10の上面10b)と接合される。なお、光学素子30を光ヘッド4に接合する際には、光源側接合面31a及び磁気ヘッド部側接合面31bの少なくとも一方が接着剤等により接合されていればよい。光源側接合面31a及び磁気ヘッド部側接合面31bの面積は等しくてもよいし、異なっていてもよい(図3等は、面積の異なる例を示している)。
 本実施形態において、光ヘッド4に用いられる光学素子30の断面形状(たとえば、図4に示す断面形状)を「目標断面形状」という。
[光学素子用母材]
 次に、図5から図7を参照して、光学素子用母材30´について説明する。図5は、光学素子用母材30´の斜視図である。図6は、図5におけるE-E断面である。図7は、目標断面形状と相似な断面形状を有する母材M´、及び母材M´を線引き処理することにより製造された光学素子Mの一例を示す断面図である。図6の破線は、目標断面形状と相似な形状を示す。図7の破線は、目標断面形状を示す。なお、本実施形態では、光学素子用母材30´(母材M´)の断面形状と、光学素子30(光学素子M)の断面形状とをほぼ同じ大きさで示しているが、光学素子30を線引き法により製造する場合、一般的に、光学素子30(光学素子M)の外形(断面)寸法は光学素子用母材30´(母材M´)の外形(断面)寸法よりも縮小される(たとえば1/10から1/100程度)。
 光学素子用母材30´は、光学素子30の元となる部材である。光学素子用母材30´を線引き処理等することにより、光学素子30が得られる。光学素子用母材30´は、光学素子30の外面31に対応する第1屈曲部31´、及び光学素子30の光学面32に対応する曲面32´が設けられている。
 第1屈曲部31´は、曲面32´以外の外周面に設けられ、線引き処理により得られる光学素子30の断面形状が目標断面形状になるように形成されている。
 ここで、図7に示すように、目標断面形状と相似な断面形状を有する母材M´に対して線引き処理を行う場合、線引きの際に施される加熱・延伸によって生じる表面張力により、得られる光学素子Mの断面形状は目標断面形状に比べ膨張する(図7では、目標断面形状に対して差dだけ膨張している)。すなわち、目標断面形状と相似な断面形状を有する母材M´を用いる場合、線引き処理により得られる光学素子Mの断面形状は、目標断面形状とならない可能性が高い。
 そこで、本実施形態では、光学素子30と相似形の光学素子用母材30´を線引き処理した場合に生じる外面31の変形を予め考慮し、その変形と逆方向の変形(たとえば、膨張に対しては、その分だけ収縮)を与えた第1屈曲部31´を光学素子用母材30´に形成する。よって、線引き処理後の光学素子30を所望の形状で得ることが可能となる。すなわち、第1屈曲部31´を有する光学素子用母材30´を線引き処理した場合に得られる光学素子30の断面形状は、目標断面形状となる。
 たとえば、図6に示すように、第1屈曲部31´を予め目標断面形状に対して差D(後述)だけ収縮させた凹形状としておく。この第1屈曲部31´を有する光学素子用母材30´が膨張するような線引きの条件で処理することで、得られる光学素子30の断面形状は、目標断面形状と等しくなる。
 なお、第1屈曲部31´の形状は、母材の材質、線引きを行う速度(母材を牽引する速度)、加熱の温度等の条件を考慮して適宜定めることができる。
 たとえば、母材M´を線引き条件fで線引き処理した場合に得られる光学素子Mの断面形状と目標断面形状との差をd(図7参照)とし、線引き処理による光学素子用母材30´の縮小率αとする。なお、「縮小率」とは、光学素子を線引き法により製造する場合において、光学素子用母材の外形(断面)寸法に対する光学素子の外形(断面)寸法の収縮度合いをいう。このとき、条件fで線引き処理する場合における、目標断面形状と相似な形状に対する第1屈曲部31´の断面形状の差D(図6参照)は、以下の数式(1)を満たす値となることが望ましい。
 D=d/α・・・・(1)
 線引き条件fにおいて縮小率αの場合、光学素子30の外面31における凸形状の変形(目標断面形状に対する差)がdだけ生じる。このdの光学素子用母材30´の大きさへの換算量は、dに縮小率の逆数1/αを乗じたd/αとなる。この換算量d/αを線引き処理による変形(凸形状)と逆方向、すなわち、凹形状の変形として光学素子用母材30´の外面に予め与えることにより、第1屈曲部31´が形成される。第1屈曲部31´が形成された光学素子用母材30´を線引き条件fで線引き処理した場合、凹形状の第1屈曲部31´が膨張する。そして、凹形状の第1屈曲部31´は、縮小率がαとなった時点で平面状、すなわち、目標断面形状となる。
 数式(1)の算出結果に基づいて、第1屈曲部31´それぞれをDだけ凹ませることにより、光学素子用母材30´を形成することができる。
 線引き処理の条件によっては、母材の外面に対して光学素子の外面が収縮する場合もある。この場合には、光学素子用母材30´に凸形状の第1屈曲部31´を形成することも可能である。また、第1屈曲部31´の形状は、全てが等しい形状であってもよいし、それぞれ異なる形状であってもよい。
 なお、光学素子用母材30´に第1屈曲部31´を設けることにより、線引き処理によって形成される光学素子30の外面31を平面に形成することができる。よって、外面31の一部が、光源側接合面31a又は磁気ヘッド部側接合面31bとして機能する場合、光学素子30の光源部20又は磁気ヘッド部13に対する位置決めが容易となる。
 曲面32´は、光学素子30の光学面32に対応する面である。光学素子用母材30´を線引き処理等することで、曲面32´は光学面32を形成する。なお、本実施形態においては、線引き処理による曲面32´の変形はないものとして扱う(曲面32´の変形を考慮する例については、第2実施形態で述べる)。
[線引き装置]
 次に、図8を参照して、線引き法に用いる線引き装置100について説明する。線引き装置100は、ローラ101・102と、加熱部103と、外形寸法測定部104と、カッター105とを含んで構成されている。
 ローラ101は、光学素子用母材30´を加熱部103へ送り込む。
 加熱部103は、電気炉103aと、温度調整部103bとを含んで構成されている。温度調整部103bは、電気炉103aの温度調整を行う。具体的には、ローラ101により光学素子用母材30´が電気炉103a近傍に送り込まれると、温度調整部103bは、光学素子用母材30´の材質の屈伏点以上に加熱を行うよう電気炉103aの温度調整を行う。
 ローラ102は、加熱部103で加熱された状態の光学素子用母材30´を、その外形(断面)寸法が所定の大きさになるまで引き伸ばす(線引き処理)。
 外形寸法測定部104は、ローラ101とローラ102との間に設けられている。外形寸法測定部104は、線引き処理された光学素子用母材30´の外径を測定し、その外形寸法が所定の外形寸法になっているか否か(すなわち、断面が所定の大きさになっているか)を判断する。外形寸法測定部104は、レーザ部104aと、受光部104bと、解析部104cとを含んで構成されている。レーザ部104aは、線引き処理された光学素子用母材30´に対してレーザ光を照射する。受光部104bは、光学素子用母材30´を通過したレーザ光を受光する。解析部104cは、受光部104bにより受光された光量等に基づいて光学素子用母材30´の外形寸法を算出する。
 カッター105は、ローラ102の下部に設けられ、外形寸法測定部104により、光学素子用母材30´の外形寸法が所定の寸法になっていると判断された場合に、光学素子用母材30´を所定の長さに切断し、中間生成体Pを形成する。この中間生成体Pを更に切断、加工(たとえば、切断面稜線の面取りや光学面32のコーティング)することにより、複数の光学素子30を得ることができる。
[光学素子の製造方法]
 図9を参照して、線引き装置100を使用した光学素子30の製造方法について説明する。図9は、本実施形態に係る光学素子30の製造手順を示すフローチャートである。
 まず、線引き処理の条件等に基づいてシミュレーションを行い、第1屈曲部31´の形状を決定する。シミュレーション結果に基づいて光学素子用母材30´を加工し、第1屈曲部31´を形成する(S10)。S10は、「第1屈曲部形成工程」の一例である。
 S10で加工された光学素子用母材30´を線引き装置100に送り込む。線引き装置100の加熱部103及びローラ102により、光学素子用母材30´は、加熱・延伸される(S11)。
 延伸された光学素子用母材30´の外形寸法が所定の値になると、カッター105は、光学素子用母材30´を切断し、中間生成体Pを得る(S12)。S11及びS12は、「線引き処理工程」の一例である。
 そして、切断装置や加工装置(いずれも図示なし)により、中間生成体Pを更に切断・加工(たとえば、切断面稜線の面取りや光学面32のコーティング)することにより、複数の光学素子30を得ることができる(S13)。S13は、「切断工程」の一例である。
[作用・効果]
 本実施形態の作用及び効果について説明する。
 本実施形態に係る光学素子用母材30´は、光学性能を満たす(たとえば、光源部20からの光を所定の方向に反射させる)有効エリア32aを含む光学面32を外面31の一部に有する光学素子30を線引き処理により製造するために用いられる。光学素子用母材30´は、第1屈曲部31´を有する。第1屈曲部31´は、光学面32に対応する曲面32´以外の部分に設けられ、線引き処理により断面形状が目標断面形状になるように形成されている。
 また、本実施形態に係る光学素子用母材30´において、第1屈曲部31´の形状を、目標断面形状と相似な形状に対する第1屈曲部31´の断面形状の差Dが数式(1)を満たすように形成することが望ましい。
 D=d/α・・・・(1)
 但し、
 d:目標断面形状と相似な断面形状を有する光学素子用母材30´を線引き処理した場合に得られる光学素子30の断面形状と目標断面形状との差
 α:線引き処理による光学素子用母材30´の縮小率
 本実施形態に係る光学素子30は、上述の光学素子用母材30´に対して線引き処理及び切断処理等(たとえば、切断面稜線の面取りや光学面32のコーティング等の加工処理を含む)を行うことで得られる。
 また、本実施形態に係る光学素子30の製造方法は、第1屈曲部形成工程と、線引き処理工程と、切断工程とを含む。第1屈曲部形成工程は、光学素子用母材30´の外面に対して、線引き処理により断面形状が目標断面形状になるように第1屈曲部31´を形成する。線引き処理工程は、光学素子用母材30´の断面が所定の大きさとなるまで線引きし、中間生成体を得る。切断工程は、中間生成体Pを切断することにより、複数の光学素子30を得る。
 このように、線引き処理による変形を予め考慮し、光学素子用母材30´の外面に第1屈曲部31´を設けておくことにより、線引き処理により得られる光学素子30の断面形状を目標断面形状とすることができる。つまり、線引き処理によって得られる光学素子30を所望の形状とすることができる。従って、線引き法を用いて高精度な光学素子を容易に得ることが可能となる。
<第2実施形態>
 次に、図10から図13を用いて第2実施形態に係る光学素子(光学素子用母材)等について説明する。なお、第1実施形態と同様の構成等については、詳細な説明を省略する場合がある。図10は、目標断面形状と相似な断面形状を有する母材N´、及び母材N´を線引き処理することにより製造された光学素子Nの一例を示す断面図である。図11は、光学素子用母材30´´の斜視図である。図12は、図11におけるF-F断面である。図13は、本実施形態に係る光学素子の製造手順を示すフローチャートである。図10の破線は、目標断面形状を示す。図12の破線は、目標断面形状と相似な形状を示す。なお、本実施形態においても、光学素子用母材の断面形状と、光学素子の断面形状とをほぼ同じ大きさで示している。また、本実施形態における光学素子用母材30´´を線引き処理して得られる光学素子は、第1実施形態の光学素子30と同じものであるとする。
 第1実施形態では、線引き処理による光学素子用母材30´の曲面32´の変形はないものとして説明を行った。
 しかし、線引きの条件によっては、母材の曲面が変形する場合がある。たとえば、図10に示すように、目標断面形状と相似な断面形状を有する母材N´に対して線引き処理を行う場合、線引きの際に施される加熱・延伸によって生じる表面張力により、得られる光学素子Nの断面形状は目標断面形状に比べ膨張する。このとき、母材N´の外面N´aが膨張することにより、曲面N´bが牽引される。よって、得られる光学素子Nの光学面Nbは、外面Naに近い部分ほど曲率半径が大きくなる。たとえば、曲面N´bの曲率半径がRの場合に、線引き処理後に得られる光学素子Nの光学面Nbのうち、外面Naに近い部分の曲率半径(r´)と外面Naから遠い部分(有効エリアの中心付近)の曲率半径(r)とは異なる。
 ここで、光学素子(光学面)のNAが小さい場合には、光学面に形成される有効エリアが狭くても、その光学素子は光学性能を発揮することができる。すなわち、線引き処理によって有効エリア以外の領域の曲率半径が目標断面形状における曲率半径と異なった場合であっても、光学素子の光学性能に影響を与える可能性は低い。
 一方、光学素子(光学面)のNAが大きい場合には、光学面に形成される有効エリアも広く形成される。よって、線引き処理により光学素子の有効エリアにおける曲率半径が目標曲率半径(目標断面形状における有効エリアの曲率半径)と異なる可能性がある。有効エリア内で曲率半径が異なると、光学素子の光学性能に影響を与える可能性がある。たとえば、有効エリア内で光源部20からの光が当たった位置によって反射方向が変わる可能性がある。この場合、光導波路14に光を効率的に導くことができない。
 本実施形態では、線引き処理による曲面の変形を考慮した光学素子用母材30´´の構成について説明を行う。
[光学素子用母材]
 光学素子用母材30´´は、光学素子30の元となる部材である。光学素子用母材30´´を線引き処理等することにより、光学素子30が得られる。光学素子用母材30´´は、光学素子30の外面31に対応する第1屈曲部31´´、及び光学素子30の光学面32に対応する曲面32´´が設けられている。
 第1屈曲部31´´は、曲面32´´以外の外周面に設けられ、線引き処理により得られる光学素子30の断面形状が目標断面形状になるように形成されている。第1屈曲部31´´は、第1屈曲部31´とほぼ同様の構造であるため詳細な説明を省略する。なお、曲面32´´の形状に合わせて、曲面32´´に隣接する第1屈曲部31´´とそれ以外の第1屈曲部31´´との断面形状を異ならせることも可能である。
 曲面32´´は、光学素子30の光学面32に対応する面である。本実施形態において、曲面32´´は、領域32´´aと、第2屈曲部32´´bとを含んで構成されている。領域32´´aは、光学面32の有効エリア32aの中心付近に対応する領域である。領域32´´aは、線引き処理による変形(曲率半径の変化)を受け難い領域である。第2屈曲部32´´bは、光学面32の領域32b及びそれに隣接する有効エリア32aの一部(周辺部)に対応する領域であって、線引き処理により光学面32の断面形状が目標断面形状になるように形成されている。すなわち、第2屈曲部32´´bは、線引き処理による変形(曲率半径の変化)を受け易い領域である。
 たとえば、図12に示すように、予め第2屈曲部32´´bの曲率半径が領域32´´aの曲率半径よりも小さくなるように曲面32´´を形成しておく。この光学素子用母材30´´が膨張するような線引きの条件で線引き処理することで、曲面32´´に隣接する第1屈曲部31´´が膨張する。そして、膨張する第1屈曲部31´´に牽引されて第2屈曲部32´´bが広がることにより、得られる光学素子30の断面形状は、目標断面形状と等しくなる。
 なお、第2屈曲部32´´bの形状は、母材の材質、線引きを行う速度、加熱の温度等の条件を考慮して適宜定めることができる。
 たとえば、光学面32に対応する曲面32´´の曲率半径をRとし、目標断面形状における光学面32の曲率半径をrとし、一定の曲率半径Rの曲面N´bを有する母材N´を線引き処理した場合に得られる光学素子Nの断面形状における光学面のうち、目標断面形状と異なる光学面の所定位置における曲率半径をr´とする。なお、「所定位置」とは、有効エリア以外、或いは有効エリア以外の領域と隣接する有効エリアの一部(周辺部)における任意の位置である。たとえば、本実施形態では、曲面32´´と第1屈曲部31´´が隣接する位置を示す。このとき、第2屈曲部32´´bの曲率半径R´は、以下の数式(2)を満たす値となることが望ましい。
 R´=(r/r´)R・・・・(2)
 曲面Nbの外面Naに近い部分は、線引き処理により外面N´aの膨張に牽引されて曲率半径が目標曲率半径rよりも大きい半径r´となる。従って、線引き処理による曲率半径の変形率r´/rの逆数r/r´を曲面32´´の曲率半径Rに乗じた値を光学素子用母材30´´の外面に予め与えることにより、曲率半径R´(=(r/r´)R)を有する第2屈曲部32´´bが形成される。このように第2屈曲部32´´bを予め設定しておけば、線引き処理後の光学面32の曲率半径は、目標断面形状の曲率半径rとなる。一般に、母材の外面の膨張率と牽引による曲率半径の変形率とは異なるため、このような補正が望ましい。
 数式(2)の算出結果に基づいて、第2屈曲部32´´bの曲率半径をR´とすることにより、光学素子用母材30´´を形成することができる。
 線引き処理の条件によっては、母材の外面に対して光学素子の外面が収縮する場合もある。この場合には、領域32´´aの曲率半径に対して第2屈曲部32´´bの曲率半径を大きくすることも可能である。また、第2屈曲部32´´bの形状は、全てが等しい形状であってもよいし、それぞれ異なる形状であってもよい。
 また、光学面が楕円など非球面の断面の一部から成るシリンドリカル面の場合には、光学面上の所定位置により局所的な曲率半径が異なる。このような場合には、有効エリア中心付近に対応する母材の曲面における曲率半径Rの中心位置から所定位置までの距離をR´´とした場合、R´´=(r/r´´)Rと設定すればよい。ここで、r´´は母材N´(図10参照)の曲面N´bが目標断面形状と相似な非球面形状となっている場合に、この母材N´を線引き処理した場合に得られる光学素子Nの有効エリア中心付近における曲率半径rの中心位置から所定位置までの距離である。
[光学素子の製造方法]
 図13を参照して、光学素子用母材30´´を用いた光学素子30の製造方法について説明する。
 まず、線引き処理の条件等に基づいてシミュレーションを行い、第1屈曲部31´´の形状を決定する。シミュレーション結果に基づいて光学素子用母材30´´を加工し、第1屈曲部31´´を形成する(S20)。S20は、「第1屈曲部形成工程」の一例である。
 同様に、線引き処理の条件等に基づいてシミュレーションを行い、第2屈曲部32´´bの形状を決定する。シミュレーション結果に基づいて光学素子用母材30´´を加工し、第2屈曲部32´´bを形成する(S21)。S21は、「第2屈曲部形成工程」の一例である。上記シミュレーションは同時に行われることが望ましい。また、S20及びS21が同時に行われてもよい。
 S20及びS21で加工された光学素子用母材30´´を線引き装置100に送り込む。線引き装置100の加熱部103及びローラ102により、光学素子用母材30´´は、加熱・延伸される(S22)。
 延伸された光学素子用母材30´´の外形寸法が所定の値になると、カッター105は、光学素子用母材30´´を切断し、中間生成体Pを得る(S23)。S22及びS23は、「線引き処理工程」の一例である。
 そして、切断装置や加工装置(いずれも図示なし)により、中間生成体Pを更に切断・加工(たとえば、切断面稜線の面取りや光学面32のコーティング)することにより、複数の光学素子30を得ることができる(S24)。S24は、「切断工程」の一例である。
[作用・効果]
 本実施形態の作用及び効果について説明する。
 本実施形態に係る光学素子用母材30´´は、光学面32に対応する曲面32´´に設けられ、線引き処理により光学面32の断面形状が目標断面形状になるように形成された第2屈曲部32´´bを有する。
 また、本実施形態に係る光学素子用母材30´´において、第2屈曲部32´´bの曲率半径R´が、以下の数式(2)を満たすように形成することが望ましい。
 R´=(r/r´)R・・・・(2)
 但し、
 R:光学面に対応する光学素子用母材の曲面の曲率半径
 r:目標断面形状における光学面の曲率半径
 r´:一定の曲率半径Rの曲面を有する光学素子用母材を線引き処理した場合に得られる光学素子の断面形状における光学面のうち、目標断面形状と異なる光学面の所定位置における曲率半径
 また、本実施形態に係る光学素子30の製造方法においては、第2屈曲部形成工程を設けることができる。第2屈曲部形成工程は、光学素子用母材30´´の曲面32´´に対して、線引き処理により光学面32の断面形状が目標断面形状になるように第2屈曲部32´´bを形成する。
 このように、線引き処理による曲面の変形を予め考慮し、光学素子用母材30´´の曲面32´´に第2屈曲部32´´bを設けておくことにより、線引き処理により得られる光学素子30の断面形状をより正確に目標断面形状とすることができる。つまり、線引き処理によって得られる光学素子30を所望の形状とすることができる。従って、線引き法を用いて高精度な光学素子を容易に得ることが可能となる。また、本実施形態における構成によれば、製造する光学素子(光学面)のNAが大きい場合であっても、高精度な光学素子を容易に得ることが可能となる。
 1 情報記録装置
 2 筺体
 3 ディスク
 4 光アシスト磁気記録ヘッド(光ヘッド)
 5 ヘッド支持部
 6 支軸
 7 トラッキング用アクチュエータ
 10 スライダ
 10a 下面
 10b 上面
 10c 側面
 13 磁気ヘッド部
 14 光導波路
 14a 入射端
 14b 出射端
 15 プラズモンプローブ
 20 光源部
 20a 出射面
 20b 底面
 20c 出射端
 30 光学素子
 30´ 光学素子用母材
 31 外面
 31´ 第1屈曲部
 32 光学面
 32a 有効エリア
 32b 領域
 32´ 曲面

Claims (8)

  1.  光学性能を満たす有効エリアを含む光学面を外面の一部に有する光学素子を線引き処理により製造するために用いられる光学素子用母材であって、
     前記光学面に対応する曲面以外の部分に設けられ、線引き処理により断面形状が目標断面形状になるように形成された第1屈曲部を有することを特徴とする光学素子用母材。
  2.  目標断面形状と相似な形状に対する前記第1屈曲部の断面形状の差Dは、以下の数式を満たすことを特徴とする請求項1記載の光学素子用母材。
     D=d/α
     但し、
     d:目標断面形状と相似な断面形状を有する光学素子用母材を線引き処理した場合に得られる光学素子の断面形状と目標断面形状との差
     α:線引き処理による光学素子用母材の縮小率
  3.  前記光学面に対応する曲面に設けられ、線引き処理により前記光学面の断面形状が目標断面形状になるように形成された第2屈曲部を有することを特徴とする請求項1又は2記載の光学素子用母材。
  4.  前記第2屈曲部の曲率半径R´は、以下の数式を満たすことを特徴とする請求項3記載の光学素子用母材。
     R´=(r/r´)R
     但し、
     R:光学面に対応する光学素子用母材の曲面の曲率半径
     r:目標断面形状における光学面の曲率半径
     r´:一定の曲率半径Rの曲面を有する光学素子用母材を線引き処理した場合に得られる光学素子の断面形状における光学面のうち、目標断面形状と異なる光学面の所定位置における曲率半径
  5.  請求項1から4のいずれかに記載の光学素子用母材に対して線引き処理及び切断処理を施すことにより得られる光学素子。
  6.  光導波路を有するスライダと、
     前記光導波路と直交する方向に光を出力する光源と、
     前記光源からの光を反射し、前記光を前記光導波路に導く請求項5記載の光学素子と、
     を有する光アシスト磁気記録ヘッド。
  7.  光学素子用母材の外面に対して、線引き処理により断面形状が目標断面形状になるように第1屈曲部を形成する第1屈曲部形成工程と、
     前記光学素子用母材の断面が所定の大きさとなるまで線引きし、中間生成体を得る線引き処理工程と、
     前記中間生成体を切断することにより、複数の光学素子を得る切断工程と、
     を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
  8.  光学素子用母材の曲面に対して、線引き処理により光学面の断面形状が目標断面形状になるように第2屈曲部を形成する第2屈曲部形成工程を更に有することを特徴とする請求項7記載の光学素子の製造方法。
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