(57)【要約】  光学ヘッドは、記録媒体上で浮上しながら相対的に移動するスライダーと、そのスライダーの端部側面に設けられ、記録媒体上に光スポットを形成するための集光機能を有する光導波路と、前記光導波路に光束を導く導光光学系と、を備える。前記導光光学系からの光束を導入する光束結合部分を、前記光導波路の導波方向に対して平行な面に有し、前記光束結合部分に向けて光束を偏向させる反射面を前記導光光学系に有する。前記光束結合部分は、前記導光光学系から斜めに入射した光束の斜め入射による収差を補正する機能を有する。前記反射面と前記光束結合部分との間には、屈折率が１より大きい媒質部材を有する。
2009057429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドであって、
記録媒体上で浮上しながら相対的に移動するスライダーと、そのスライダーの端部側面に設けられ、記録媒体上に光スポットを形成するための集光機能を有する光導波路と、前記光導波路に光束を導く導光光学系と、を備え、
前記導光光学系からの光束を導入するものであって、前記導光光学系から斜めに入射した光束の斜め入射による収差を補正する機能を有する光束結合部分を、前記光導波路の導波方向に対して平行な面に有し、前記光束結合部分に向けて光束を偏向させる反射面を前記導光光学系に有することを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】
前記導光光学系が前記スライダー上に設けられており、前記スライダーの端部側面に向けて進み前記光導波路上を通過した光束を、前記反射面で折り返すことにより前記光束結合部分に入射させることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記光束結合部分がグレーティングカプラから成ることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記導光光学系が前記光束結合部分に対して平行光又は略平行光を入射させることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項５】
前記導光光学系が正のパワーを有することを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項６】
前記反射面が、平面反射面，曲面反射面又は回折反射面であることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項７】
記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドであって、
記録媒体上で浮上しながら相対的に移動するスライダーと、そのスライダーの端部側面に設けられ、記録媒体上に光スポットを形成するための集光機能を有する光導波路と、前記光導波路に光束を導く導光光学系と、を備え、
前記導光光学系からの光束を導入する光束結合部分を前記光導波路の導波方向に対して平行な面に有し、前記光束結合部分に向けて光束を偏向させる反射面を前記導光光学系に有し、前記反射面と前記光束結合部分との間に屈折率が１より大きい媒質部材を有することを特徴とする光学ヘッド。
【請求項８】
前記媒質部材と前記光束結合部分とが接触して配置されることを特徴とする請求項７記載の光学ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学ヘッドと、その光学ヘッドが取り付けられるサスペンションと、前記導光光学系に入射させる光を出射する光源部と、を備えたことを特徴とする光学記録装置。
【請求項１０】
前記光源部が、半導体レーザ，集光レンズ及び光ファイバーを有することを特徴とする請求項９記載の光学記録装置。
【請求項１１】
前記サスペンションの先端部に前記スライダーが配置されており、前記サスペンションの根元側に前記光源部が配置されていることを特徴とする請求項９記載の光学記録装置。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学ヘッドにおいて、光スポットの照射を受けた記録媒体の被照射部分に対して磁気情報の書き込みを行う磁気記録素子を更に有することを特徴とする光アシスト式磁気記録ヘッド。
【請求項１３】
請求項１２記載の光アシスト式磁気記録ヘッドを備えたことを特徴とする光アシスト式磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学ヘッド及び光学記録装置に関するものであり、例えば、情報記録に磁界と光を利用する光アシスト式磁気記録ヘッドと、それを備えた光アシスト式磁気記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録方式では、記録密度が高くなると磁気ビットが外部温度等の影響を顕著に受けるようになる。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界も大きくなる。記録ヘッドによって発生する磁界は飽和磁束密度によって上限が決まるが、この値は材料限界に近づいており飛躍的な増大は望めない。そこで、記録時に局所的に加熱して磁気軟化を生じさせ、保磁力が小さくなった状態で記録し、その後に加熱を止めて自然冷却することにより、記録した磁気ビットの安定性を保証する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、記録媒体の加熱を瞬間的に行うことが望ましい。また、加熱する機構と記録媒体とが接触することは許されない。このため、加熱は光の吸収を利用して行われるのが一般的であり、加熱に光を用いる方式は光アシスト式と呼ばれている。【０００３】
光アシスト式の磁気記録ヘッドとして、集光機能付きプラナー導波路を有する光学ヘッド部分と、その光学ヘッド部分からの射出光で照射された部分に磁気記録を行う磁気ヘッド部分と、を備えたものが、特許文献１で提案されている。そのプラナー導波路はヘッド先端に設けられており、ヘッド外に配置された光源からの平行光をグレーティングカプラを使ってプラナー導波路内に導く構成になっている。また、光アシスト式磁気記録ヘッドの他の従来技術として、サスペンション側から導いた光束を光学系で集光させ、ヘッドに貫通させた導波路の上端面(記録媒体に対向する光射出側端面とは反対側の端面)で結合させるものが、特許文献２で提案されている。
【特許文献１】米国特許第６，９４４，１１２号明細書
【特許文献２】特開２００７−２５７７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の記録ヘッドでは、グレーティングカプラに対する入射角度や入射位置の調整に高い精度が要求される。しかし、ヘッドよりも後ろ側(サスペンションと逆側)からグレーティングカプラに平行光を入射させる構成になっているため、ヘッドの移動に合わせて光束位置を調整するのはかなり難しく、高い結合効率を得ることは困難である。つまり、記録時や再生時のヘッド移動量が大きいため、ヘッド先端部の側面から光束を入射させる光学系の配置が困難であり、また、その光学系をヘッド外部に配置するには光学ヘッドの動きに追従する機構が必要となるが、それを簡単な構成で実現するのも困難である。特許文献２に記載の記録ヘッドについても同様である。つまり、導波路上端面での集光位置を光軸方向及び面内方向に合わせておく必要があるため、光学系位置の調整に高い精度が要求される。したがって、いずれの記録ヘッドにおいても高い結合効率は得にくいため、高い光利用効率で光スポットを得ることは困難である。【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、高精度の調整を必要とせずに高い光利用効率で微小な光スポットが得られる光学ヘッドと、それを備えた光学記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明の光学ヘッドは、記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドであって、記録媒体上で浮上しながら相対的に移動するスライダーと、そのスライダーの端部側面に設けられ、記録媒体上に光スポットを形成するための集光機能を有する光導波路と、前記光導波路に光束を導く導光光学系と、を備え、前記導光光学系からの光束を導入するものであって、前記導光光学系から斜めに入射した光束の斜め入射による収差を補正する機能を有する光束結合部分を、前記光導波路の導波方向に対して平行な面に有し、前記光束結合部分に向けて光束を偏向させる反射面を前記導光光学系に有することを特徴とする。【０００７】
第２の発明の光学ヘッドは、上記第１の発明において、前記導光光学系が前記スライダー上に設けられており、前記スライダーの端部側面に向けて進み前記光導波路上を通過した光束を、前記反射面で折り返すことにより前記光束結合部分に入射させることを特徴とする。【０００８】
第３の発明の光学ヘッドは、上記第１の発明において、前記光束結合部分がグレーティングカプラから成ることを特徴とする。【０００９】
第４の発明の光学ヘッドは、上記第１の発明において、前記導光光学系が前記光束結合部分に対して平行光又は略平行光を入射させることを特徴とする。【００１０】
第５の発明の光学ヘッドは、上記第１の発明において、前記導光光学系が正のパワーを有することを特徴とする。【００１１】
第６の発明の光学ヘッドは、上記第１の発明において、前記反射面が、平面反射面，曲面反射面又は回折反射面であることを特徴とする。【００１２】
第７の発明の光学ヘッドは、記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドであって、記録媒体上で浮上しながら相対的に移動するスライダーと、そのスライダーの端部側面に設けられ、記録媒体上に光スポットを形成するための集光機能を有する光導波路と、前記光導波路に光束を導く導光光学系と、を備え、前記導光光学系からの光束を導入する光束結合部分を前記光導波路の導波方向に対して平行な面に有し、前記光束結合部分に向けて光束を偏向させる反射面を前記導光光学系に有し、前記反射面と前記光束結合部分との間に屈折率が１より大きい媒質部材を有することを特徴とする。【００１３】
第８の発明の光学ヘッドは、上記第７の発明において、前記媒質部材と前記光束結合部分とが接触して配置されることを特徴とする。【００１４】
第９の発明の光学記録装置は、上記第１〜第８のいずれか１つの発明に係る光学ヘッドと、その光学ヘッドが取り付けられるサスペンションと、前記導光光学系に入射させる光を出射する光源部と、を備えたことを特徴とする。【００１５】
第１０の発明の光学記録装置は、上記第９の発明において、前記光源部が、半導体レーザ，集光レンズ及び光ファイバーを有することを特徴とする。【００１６】
第１１の発明の光学記録装置は、上記第９の発明において、前記サスペンションの先端部に前記スライダーが配置されており、前記サスペンションの根元側に前記光源部が配置されていることを特徴とする。【００１７】
第１２の発明の光アシスト式磁気記録ヘッドは、上記第１〜第８のいずれか１つの発明に係る光学ヘッドにおいて、光スポットの照射を受けた記録媒体の被照射部分に対して磁気情報の書き込みを行う磁気記録素子を更に有することを特徴とする。【００１８】
第１３の発明の光アシスト式磁気記録装置は、上記第１２の発明に係る光アシスト式磁気記録ヘッドを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、集光機能を有する光導波路に導光光学系からの光束を導入する光束結合部分を有し、光束結合部分に向けて光束を偏向させる反射面を導光光学系に有する構成になっているため、高精度の調整を必要とせずに高い光利用効率で微小な光スポットを得ることが可能であり、その光スポットを用いて高密度の情報記録を行うことが可能である。さらに、導光光学系から斜めに入射した光束の斜め入射による収差を補正する機能を光束結合部分に有する構成、あるいは反射面と光束結合部分との間に屈折率が１より大きい媒質部材を有する構成により、光学ヘッドの小型化と光スポットの微小化を共に効果的に達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】光アシスト式磁気記録装置の概略構成例を示す斜視図。
【図２】光アシスト式磁気記録ヘッドの概略構成例を示す断面図。
【図３】ミラー型集光機能を有するプラナー導波路の具体例を示す平面図。
【図４】レンズ型集光機能を有するプラナー導波路の具体例を示す平面図。
【図５】プラナー導波路に有するグレーティングカプラの形状を示す模式図。
【図６】導光光学系を構成する屈折率分布レンズの光路図。
【図７】図６に示す屈折率分布レンズの球面収差図。
【図８】屈折率分布レンズと１回反射ミラーを組み合わせた光学ヘッドの概略構成例を示す断面図。
【図９】屈折率分布レンズと直角プリズムを組み合わせた光学ヘッドの概略構成例を示す断面図。
【図１０】屈折率分布レンズと直角プリズムと楔形ファイバーを組み合わせた光学ヘッドの概略構成例を示す断面図。
【図１１】球面反射ミラーを用いた光学ヘッドの概略構成例を示す断面図。
【図１２】回折反射ミラーを用いた光学ヘッドの概略構成例を示す断面図。
【図１３】図１１の光学ヘッドに用いられている球面反射ミラーを示す光路図。
【図１４】図１３の球面反射ミラーの横収差図。
【図１５】図１２の光学ヘッドに用いられている回折反射ミラーを示す光路図。
【図１６】図１５の回折反射ミラーの横収差図。
【図１７】屈折率分布レンズと１回反射プリズムを組み合わせた光学ヘッドの概略構成例を示す断面図。
【図１８】屈折率分布レンズと２回反射プリズムと楔形ファイバーを組み合わせた光学ヘッドの概略構成例を示す断面図。
【図１９】図１０の光学ヘッドにおいて直角プリズムをスライダーの角に接触させた構成例を示す断面図。
【符号の説明】
【００２１】
２    ディスク(記録媒体)
３    光アシスト式の磁気記録ヘッド(光学ヘッド)
７    光アシスト式の磁気記録装置(光学記録装置)
８    スライダー
８Ａ    プラナー導波路(光導波路)
８Ｂ    磁気ヘッド部(磁気記録素子，磁気再生素子)
８Ｇ    グレーティングカプラ(光束結合部分)
８Ｌ    低屈折率層
８Ｈ    高屈折率層
８ａ    ミラー型集光機能を有するプラナー導波路(光導波路)
８ｂ    レンズ型集光機能を有するプラナー導波路(光導波路)
９    導光光学系
９ｒ    反射面
９Ａ    屈折率分布レンズ(導光光学系)
９Ｂ    １回反射ミラー(導光光学系)
９ｂ    平面反射面(反射面)
９Ｃ    直角プリズム(導光光学系)
９ｃ１    平面反射面(反射面)
９ｃ２    平面反射面(反射面)
９Ｄ    楔形ファイバー(導光光学系)
９Ｅ    球面反射ミラー(導光光学系)
９ｅ    曲面反射面(反射面)
９Ｆ    回折反射ミラー(導光光学系)
９ｆ    回折反射面(反射面)
９Ｇ    １回反射プリズム(導光光学系)
９ｇ１    平面反射面(反射面)
９Ｈ    ２回反射プリズム(導光光学系)
９ｈ１    平面反射面(反射面)
９ｈ２    平面反射面(反射面)
１０    光ファイバー(光源部)
１１    集光レンズ(光源部)
１２    光源(光源部)
１３    保持部材
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る光学ヘッド(例えば光アシスト式磁気記録ヘッド)とそれを備えた光学記録装置(例えば光アシスト式磁気記録装置)等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態，具体例等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。【００２３】
図１に、光アシスト式の磁気記録ヘッド３を搭載した磁気記録装置(例えばハードディスク装置)７の概略構成例を示す。この磁気記録装置７は、記録用のディスク(磁気記録媒体)２と、支軸５を支点として矢印ｍＡ方向(トラッキング方向)に回転可能に設けられたサスペンション４と、サスペンション４に取り付けられたトラッキング用のアクチュエータ６と、サスペンション４の先端部に取り付けられた光アシスト式の磁気記録ヘッド３と、ディスク２を矢印ｍＢ方向に回転させるモータ(不図示)と、を筐体１内に備えており、磁気記録ヘッド３がディスク２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(図２中の矢印ｍＣ方向にディスク２が移動する。)。【００２４】
図２に、磁気記録ヘッド３の概略構成例を断面図で示す。この磁気記録ヘッド３は、ディスク２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って、スライダー８，導光光学系９等を備えている。スライダー８は基板で構成されており、ディスク２の被記録部分の流入側から流出側にかけて順に(矢印ｍＣ方向)、プラナー導波路８Ａ，磁気ヘッド部８Ｂが、基板内部に積層状態で形成されている。プラナー導波路８Ａは、ディスク２の被記録部分を近赤外レーザー光でスポット加熱するための集光機能を有している(図３等)。磁気ヘッド部８Ｂは、ディスク２の被記録部分に対して磁気情報の書き込みを行う磁気記録素子を少なくとも有している。例えばハードディスク装置のように磁気再生機能を持たせる必要がある場合には、ディスク２に記録されている磁気情報の読み取りを行う磁気再生素子が、磁気ヘッド部８Ｂに更に含まれる構成となる。なお、プラナー導波路８Ａ，磁気ヘッド部８Ｂは、スライダー８と一体に形成されているが、別体に構成されたものをスライダー８に取り付けて構成してもよい。【００２５】
サスペンション４の根元側には、光源１２，集光レンズ１１及び光ファイバー１０から成る光源部が配置されている。光源１２は近赤外光源である半導体レーザから成っており、その半導体レーザからは近赤外波長(１５５０ｎｍ，１３１０ｎｍ等)のレーザー光が出射する。光源１２から出射したレーザー光は、集光レンズ１１で集光された後、光ファイバー１０を通って、スライダー８上に設けられている導光光学系９に入射する。導光光学系９は、スライダー８の先端部側面に向けてレーザー光をガイドし、プラナー導波路８Ａ上を通過したレーザー光を反射機能(反射面９ｒ)で折り返すことによりプラナー導波路８Ａに入射させる。プラナー導波路８Ａの側面(つまり、導波方向に対して平行な面)には、導光光学系９からのレーザー光を導入するグレーティングカプラ８Ｇが、光束結合部分として設けられている。そのグレーティングカプラ８Ｇからプラナー導波路８Ａに入射したレーザー光は、プラナー導波路８Ａの集光機能により、ディスク２に近づくに従って光束径が絞られて磁気記録ヘッド３から出射する。プラナー導波路８Ａから出射したレーザー光が、微小な光スポットとしてディスク２に照射されると、ディスク２の被照射部分の温度が一時的に上昇してディスク２の保磁力が低下する。その保磁力の低下した状態の被照射部分に対して、磁気記録部８Ｂにより磁気情報が書き込まれる。なお、光ファイバー１０の代わりに光導波路を必要に応じた形態で用いてもよい。【００２６】
図３と図４に、上記プラナー導波路８Ａの具体例を示す。図３に示すプラナー導波路８ａは、ミラー型集光機能を有するプラナーソリッドイマージョンミラー(ＰＳＩＭ)であり、図４に示すプラナー導波路８ｂは、レンズ型集光機能を有するプラナーソリッドイマージョンレンズ(ＰＳＩＬ)である。その導波路構造は、いずれも基板上に高屈折率層８Ｈを積層し、その周りに低屈折率層８Ｌを積層することにより構成され、高屈折率層８Ｈと低屈折率層８Ｌとの境界面での光学的作用(つまり、反射作用又は屈折作用)によりレーザー光が集光される。また、プラナー導波路８ａ，８ｂの上部には光束結合部分としてグレーティングカプラ８Ｇが設けられており、そのグレーティングカプラ８Ｇからプラナー導波路８ａ，８ｂ内へ平行光(又は略平行光)が導入される構成になっている。つまり、プラナー導波路８ａ，８ｂは、ディスク２に近づくに従って光束を絞る集光機能だけでなく、プラナー導波路８ａ，８ｂの側面側からの光束をグレーティングカプラ８Ｇで内部に取り込む結合機能も備えている。【００２７】
図３に示す高屈折率層８Ｈと低屈折率層８Ｌとの境界面では、その屈折率差によって全反射を生じさせる構成としている。境界面は略放物面の一部形状を成しているので、プラナー導波路８ａに平行光が入射すると、略放物面の焦点位置で光源像が形成されることになる。つまり、プラナー導波路８ａでは全反射を利用したミラー効果によりレーザー光を１方向に集光して、微小な光スポットを形成することができる。図４に示すプラナー導波路８ｂでは、高屈折率層８Ｈと低屈折率層８Ｌとの境界面が、シリンドリカル面の一部形状を成しており、その屈折率差によって屈折を生じさせる構成としている。境界面はシリンドリカル面の一部形状を成しているので、プラナー導波路８ｂに平行光が入射すると、シリンドリカル面の焦点位置で光源像が形成されることになる。つまり、プラナー導波路８ｂでは屈折率差を利用したレンズ効果によりレーザー光を１方向に集光して、微小な光スポットを形成することができる。【００２８】
上記のように集光機能を有するプラナー導波路８ａ，８ｂを用いれば、微小な光スポットを得ることができる。また磁気記録ヘッド３では、ヘッド先端にプラナー導波路８Ａが配置され、ヘッド先端部側面のグレーティングカプラ８Ｇで光束を光導波路内に導く構成になっているため、光束との結合面積を大きくすることができる。このため、光導波路端部に対し導波路幅で光束を結合させる場合と比べると、導光光学系９の配置精度を緩くすることができ、ヘッド全体の小型化が容易になる。しかし、プラナー導波路８Ａにグレーティングカプラ８Ｇを用いると、グレーティングカプラ８Ｇに対する入射角度や入射位置の調整に高い精度が要求されるため、高い結合効率を得ることが困難になる等の問題が生じてしまう。【００２９】
上記問題点を解決しているのが導光光学系９(図２)である。図２に示す磁気記録ヘッド３は、集光機能を有するプラナー導波路８Ａの側面に導光光学系９からの光束を導入するグレーティングカプラ８Ｇを有し、グレーティングカプラ８Ｇに向けて光束を偏向させる反射面９ｒを導光光学系９に有する構成になっている。これにより、高精度の角度調整や位置調整を必要とせずに、高い光利用効率で微小な光スポットを得ることが可能となり、その光スポットを用いて高密度の情報記録を行うことが可能となる。【００３０】
また、サスペンション４の先端に近い部分ほどディスク２の被記録部分に近づけることができるので、プラナー導波路８Ａはサスペンション４のより先端側に配置されるのが効率的である。光束が常にサスペンション４の先端方向に導かれるような構造にすることは、サスペンション４の先端部にスライダー８を配置し、サスペンション４の根元側に光源部(光源１２等)を配置することにより容易に可能となる。そして、プラナー導波路８Ａとの光学的な結合を行うために、スライダー８の先端部側面に向けて進みプラナー導波路８Ａ上を通過した光束を、反射面９ｒで折り返すことによりグレーティングカプラ８Ｇに入射させることが好ましい。【００３１】
上述した効果は、集光機能を有する光導波路の側面(つまり、導波方向に対して平行な面)に導光光学系からの光束を導入する光束結合部分を設け、その光束結合部分に向けて光束を偏向させる反射面を導光光学系に設けることにより得ることが可能である。そこで、そのような光学ヘッドの実施の形態を以下に挙げて、高密度の情報記録を可能とする光学ヘッドを更に詳しく説明する。以下に説明する光学ヘッドは前記磁気記録ヘッド３(図１，図２)に相当するが、記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドであれば、これに限らない。つまり、前述した磁気記録ヘッド３は、ディスク２に対する情報記録に光を利用する光アシスト式磁気記録ヘッドであるが、記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドは光アシスト式磁気記録ヘッドに限らない。例えば、近接場光記録，相変化記録等の記録を行う光学ヘッドにおいても、前記特徴的な光学構成(導光光学系９等)を採用することにより同様の効果を得ることが可能である。【００３２】
図８〜図１０に、光ファイバー１０から出射した発散光を平行光(又は略平行光)に変換した後、偏向するタイプの光学ヘッドの概略構成例を示す。図８に示す光学ヘッドは、屈折率分布レンズ９Ａと１回反射ミラー９Ｂとを組み合わせた構成になっており、図９に示す光学ヘッドは、屈折率分布レンズ９Ａと直角プリズム９Ｃとを組み合わせた構成になっており、図１０に示す光学ヘッドは、屈折率分布レンズ９Ａと直角プリズム９Ｃと楔形ファイバー９Ｄとを組み合わせた構成になっている。いずれの場合も、光ファイバー１０から射出した発散光は、導光光学系９(図２)の一部である屈折率分布レンズ９Ａによって平行光に変換される。【００３３】
図８に示す光学ヘッドでは、屈折率分布レンズ９Ａから射出した平行光が、導光光学系９の一部である１回反射ミラー９Ｂの平面反射面９ｂで折り返されることによって、グレーティングカプラ８Ｇに向けて偏向される。この１回反射ミラー９Ｂのように、１回の反射でレーザー光をグレーティングカプラ８Ｇに入射させる反射部材を用いた場合には、ヘッド先端から０．２５ｍｍ外に出た位置にミラーを１５°傾けて配置(つまり平面反射面９ｂに対する入射角度１５°)することで、直径０．１ｍｍの光束をグレーティングカプラ８Ｇに法線から３０°の角度(入射角度３０°)で入射させることが可能である。なお、１回反射ミラー９Ｂは、光ファイバー１０の保持部材と一体化された構成をとることにより、その薄型化に寄与している。【００３４】
図９に示す光学ヘッドでは、屈折率分布レンズ９Ａから射出した平行光が、導光光学系９の一部である直角プリズム９Ｃの２つの平面反射面９ｃ１，９ｃ２で折り返されることによって、グレーティングカプラ８Ｇに向けて偏向される。平行光の２回の反射を使う場合には、この直角プリズム９Ｃのように内面反射を２回を使う構成にすればよい。また、図９に示す光学ヘッドのように、グレーティングカプラ８Ｇに対して平行光を垂直入射させる場合には、グレーティングカプラ８Ｇとしてルーバー状の回折格子を用い、そこでの全反射によりプラナー導波路８Ａ内にレーザー光を導入する構成にするのが好ましい。【００３５】
図１０に示す光学ヘッドのように、楔形にカットしたコア無しの楔形ファイバー９Ｄ(又は楔形プリズム)を用いれば、光ファイバー１０からの射出光を傾けることが可能である。それに伴って直角プリズム９Ｃを傾けることができるので、グレーティングカプラ８Ｇに対して斜めに平行光を入射させることが可能となる。この楔形ファイバー９Ｄの長さは自由に設定することができる。【００３６】
図９，図１０に示す光学ヘッドにおいて、０．２ｍｍ角の立方体プリズムを４５度にカットした直角プリズム９Ｃを用いることにより、直径０．１ｍｍの光束を折り曲げることが可能である。また図９，図１０に示す光学ヘッドでは、保持部材１３が光ファイバー１０と直角プリズム９Ｃを両方とも保持しているが、その保持部材１３に直角プリズム９Ｃが(光路から外れた三角部分で)一体化された構成にしてもよい。そのように構成することにより、ヘッド全体の薄型化が可能となる。また、直角プリズムの内部の２回の反射を使う場合には、入射した光束に対する射出する光束の角度は、プリズムの取り付け角度によらず常に一定なので、微細なヘッドを組み立てるのが容易となる。【００３７】
次に、プラナー導波路８Ａに設けられているグレーティングカプラ８Ｇの具体例を説明する。図５にグレーティングカプラ８Ｇの形状を模式的に示し、斜め入射による収差を補正した形状のグレーティングカプラ８Ｇの一例を以下に挙げる。例えば、面の法線から２０°傾いた平行光を入射させる場合のグレーティングの位相差係数は、C2:-1.7833E-01,C3:-1.2485E-07,C5:-1.1025E-07であり、面の法線から３０°傾いた平行光を入射させる場合のグレーティングの位相差係数は、C2:-2.6071E-01,C3:-1.2485E-07,C5:-1.1025E-07である。ただし直交座標系(X,Y,Z)において、光軸方向をZ軸方向とし、面の傾きをX軸周りにとった場合のZ軸方向のグレーティングの位相差を、式：位相差P(Z)=C2×Y＋C3×X2＋C4×X×Y＋C5×Y2で表すものとする(データにおいて表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してE-n=×10-nである。以下同様。)。このグレーティングの物理的形状は、図５に示すように円弧の一部分を並べた形状となる。【００３８】
図８等に示す光学ヘッドのように、導光光学系が光束結合部分に対して斜めに光束を入射させる構成では、その斜め入射による収差を補正する機能を光束結合部分が有することが好ましい。光束を導波路に結合するには、通常グレーティングカプラ等が使われる。光束を導波路に結合させるだけなら、直線状のグレーティングを設ければよい。しかし、導波路に結合させる場合にはグレーティング面に対し光束に角度を持たせて入射させるのが普通である。入射光束が傾いていると収差が発生し、光導波路で光束を絞っても収差が乗ってしまうため、きれいな点像を記録面に作ることができない。そこで、グレーティングの形状を入射角度に応じた円弧状とすれば、斜め入射による収差を補正することが可能である。例えば、入射角度が大きくなるほど、グレーティングの円弧において位相差を生成するための中心位置を光軸から外すことにより収差補正を行うことができる。【００３９】
導光光学系９としては、図８〜図１０に示す光学ヘッドのように、正のパワーを有する光学部材(屈折率分布レンズ９Ａ)と反射機能を有する光学部材(１回反射ミラー９Ｂ，直角プリズム９Ｃ)とを組み合わせて使用することができる。正パワーの光学部材として用いられている屈折率分布レンズ９Ａの一例として、そのコンストラクションデータを以下に示し、その光路図と球面収差図を図６，図７にそれぞれ示す。また、屈折率分布材料は式：n(r)=n0[1-{Sqrt(A)×r}2/2]で表される。ただし、n：屈折率、n0：基準屈折率、Sqrt(A)：２次の定数(mm-1単位)、ｒ：光軸からの高さ(直交座標系(x,y,z)においてz軸方向を光軸方向すると、r2=x2+y2である。)である。【００４０】
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【００４１】
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【００４２】
図８等に示す光学ヘッドのように、導光光学系は正のパワーを有することが好ましい。平行光を射出させることが可能なレーザを光源に使用した場合、導光光学系が正のパワーを有する必要は特にない。しかし、光束が広がってしまうような点光源に近い光源を用いたり、光源部に光ファイバー等を用いた場合には、光導波路の光束結合部分(グレーティングカプラ８Ｇに相当する。)に対し平行光(又は略平行光)にして導く必要がある。平行光(又は略平行光)を入射させる構成にすれば、光束結合部分に対する光線の入射角度をすべて同一にして高い結合効率を達成することが可能となる。【００４３】
また、レーザー光源，光ファイバー等から射出する光束は一般に発散状態にあるので、導光光学系中に正のパワーを有する部分が含まれていれば、光束結合部分に対し平行光(又は略平行光)を入射させることができる。図８〜図１０に示す光学ヘッドの場合、発散光を平行光(又は略平行光)に変換するための正パワーを有する光学素子と、レーザー光を偏向させるための反射機能を有する光学素子と、は別のものであるが、正パワーと反射機能を併せ持つ光学部材を用いた場合でも同様の効果を得ることが可能である。図１１，図１２に、正パワーと反射機能を併せ持った光学部材を有するタイプの光学ヘッドの概略構成例を示す。【００４４】
図１１に示す光学ヘッドでは、球面反射ミラー９Ｅで導光光学系９(図２)が構成されている。光ファイバー１０の先端は斜めにカットされており、その傾斜した端面によりレーザー光の射出方向が傾けられる。光ファイバー１０から射出した発散光は、球面反射ミラー９Ｅに入射して曲面反射面９ｅでの反射(曲面反射面９ｅには金属の反射コートが施されているが、必要に応じて全反射するように構成してもよい。)により偏向され、それと同時に平行光(又は略平行光)に変換される。また、この光学ヘッドでは、保持部材１３が光ファイバー１０と球面反射ミラー９Ｅを両方とも保持しているが、その保持部材１３に球面反射ミラー９Ｅが(光路から外れた部分で)一体化された構成にしてもよい。そのように構成することにより、ヘッド全体の薄型化が可能となる。【００４５】
導光光学系９として用いられている球面反射ミラー９Ｅの一例として、そのコンストラクションデータを以下に示し、その光路図と横収差図(半画角0.00°でのタンジェンシャル光束(Y-FAN)の横収差(mm)を示している。)を図１３，図１４にそれぞれ示す。なお、偏心データはローカルな直交座標系(X,Y,Z)に基づいて表現されており、その直交座標系(X,Y,Z)では座標基準とする面の中心位置を原点(0,0,0)とする面頂点座標(X軸方向の平行偏心位置，Y軸方向の平行偏心位置，Z軸方向の平行偏心位置)で、平行偏心した面の位置(ｍｍ)を表すとともに、その面の面頂点を中心とする各軸周りの回転角度(X回転，Y回転，Z回転)で面の傾き(°)を表している。【００４６】
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【００４７】
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【００４８】
曲面反射面９ｅの代わりに、回折作用により反射集光させる回折光学素子(例えば、ＤＯＥ(diffractive  optical  element)，ＨＯＥ(holographic  optical  element)等)を用いてもよい。図１２に示す光学ヘッドでは、ＨＯＥ反射集光を行う回折反射ミラー９Ｆで導光光学系９(図２)が構成されている。光ファイバー１０の先端は斜めにカットされており、その傾斜した端面によりレーザー光の射出方向が傾けられる。光ファイバー１０から射出した発散光は、回折反射ミラー９Ｆに入射して回折反射面９ｆでの反射(必要に応じて金属の反射コート等を施してもよい。)により偏向され、それと同時に平行光(又は略平行光)に変換される。なお、回折反射ミラー９Ｆは、光ファイバー１０の保持部材と一体化された構成をとることにより、その薄型化に寄与している。【００４９】
導光光学系９として用いられている回折反射ミラー９Ｆの一例として、そのコンストラクションデータを以下に示し、その光路図と横収差図(半画角0.00°でのタンジェンシャル光束(Y-FAN)の横収差(mm)を示している。)を図１５，図１６にそれぞれ示す。なお、偏心データはローカルな直交座標系(X,Y,Z)に基づいて表現されており、その直交座標系(X,Y,Z)では座標基準とする面の中心位置を原点(0,0,0)とする面頂点座標(X軸方向の平行偏心位置，Y軸方向の平行偏心位置，Z軸方向の平行偏心位置)で、平行偏心した面の位置(ｍｍ)を表すとともに、その面の面頂点を中心とする各軸周りの回転角度(X回転，Y回転，Z回転)で面の傾き(°)を表している。また、直交座標系(X,Y,Z)において、光軸方向をZ軸方向とし、面の傾きをX軸周りにとった場合のZ軸方向の回折光学素子の位相差を、式：位相差P(Z)=C2×Y＋C3×X2＋C4×X×Y＋C5×Y2で表すものとする。【００５０】
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【００５１】
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【００５２】
前述した光学ヘッド(図２，図８〜図１２)は、導光光学系９に光ファイバー１０を組み合わせた構成になっているが、光ファイバー１０等の線状光学素子を使わずに、空中を伝播した光束(平行光束，発散光束等)を導光光学系９に組み合わせて構成してもよい。例えば、光ファイバー１０の代わりに点光源を配置したり、光ファイバー１０と屈折率分布レンズ９Ａの代わりに平行光を射出する光学素子を配置したりしてもよい。【００５３】
図９等に示す光学ヘッドのように、光束結合部分(図９の光学ヘッドの場合、グレーティングカプラ８Ｇ)とその光束結合部分に向けて光束を偏向させる反射面(図９の光学ヘッドの場合、直角プリズム９Ｃの２つの平面反射面９ｃ１，９ｃ２)との間に、屈折率が１より大きい媒質部材(図９の光学ヘッドの場合、直角プリズム９Ｃ)を有することが好ましい。さらに、そのような媒質部材(直角プリズム９Ｃ)と光束結合部分(グレーティングカプラ８Ｇ)とは接触して配置されることが好ましい。【００５４】
前記光源部(光源１２等；１次光源又は２次光源)から射出した光束を反射面で折り返すことによって、スライダーの側面にあるプラナー導波路に入射させると、その光束が平行光束であれば、光路長が小さいほど回折による光束の広がりは小さくなる。したがって、光束結合部分(グレーティングカプラ８Ｇに相当する。)とその光束結合部分に向けて光束を偏向させる反射面との間に、屈折率が１より大きい媒質部材を配置すれば、見かけの光路長を小さくすることが可能である。また、光束が略平行光束の場合でも、屈折率が１よりも大きい媒質を通過させることによって球面収差を補正することできる。したがって、強いパワーの導光光学系の使用が可能となり、より小さな光学ヘッドにすることが可能となる。【００５５】
さらに、スライダー側面のプラナー導波路に光束を結合させるときには、導光光学系とスライダーとの正確な位置決めが重要になる。光導波路に光束を結合させる場合、どのような結合部品を使っても結合損失はある程度出てしまう。損失をなるべく少なくするためには、結合するモード径と同じ光束径で、しかも正確な位置で結合させなければならない。設計で決まった光束径にすることは難しくないが、組み立ての際に設計値どおりの位置関係にできないことによる、光束径と入射位置の誤差が問題となる。本発明で想定しているような記録ヘッドには、長さが１ｍｍ程度、高さが０．５ｍｍ程度の非常に小さなスライダーを使用するので、位置合わせには非常に高い精度が要求される。【００５６】
固体物質で内面反射のプリズムを作製して反射面を構成した場合、その固体物質をスライダー側面に当てるようにすれば、プラナー導波路との位置合わせを精度良く行うことが可能になる。反射面が空気と接するようなミラーの場合には、たとえミラーの保持部材とスライダーとの位置合わせを行うことができたとしても、保持部材とミラーとの位置ズレがあるため、精度良く位置を合わせることは難しい。反射面を構成する媒質部材を位置合わせ部材と兼用することにより、部品点数を増やすことなくコンパクト化と位置決めとを両立させることができる。【００５７】
反射面を有する導光光学系(図９の光学ヘッドの場合、直角プリズム９Ｃ)の保持部材を機械加工で作製する場合、角度の誤差は数分程度である。しかし、プリズム面の１つがプラナー導波路の光束結合部分(図９の光学ヘッドの場合、グレーティングカプラ８Ｇ)に接するように設計しておくことで、プリズムの加工精度と同じ位置合わせが可能となる。例えば、図９に示す直角プリズム９Ｃでは、誤差を数秒程度に抑えることが可能である。【００５８】
図９に示す直角プリズム９Ｃを１辺が０．３ｍｍのプリズムとすると、この中を通る光線の長さは０．４２ｍｍ位である。このとき、プリズムの屈折率を１．５０７とすると、見かけの光路長は０．２７９ｍｍとなる。このため、回折による光束幅の広がりは０．０１ｍｍよりも小さくできるので、ほぼ設計値通りの結合効率となる。【００５９】
図９の光学ヘッドと同様、反射面と光束結合部分との間に屈折率が１より大きい媒質部材を有する光学ヘッドの構成例を、図１７及び図１８に示す。図１７に示す光学ヘッドは、屈折率分布レンズ９Ａと１回反射プリズム９Ｇを組み合わせたものであり、図１８に示す光学ヘッドは、屈折率分布レンズ９Ａと２回反射プリズム９Ｈと楔形ファイバー９Ｄを組み合わせたものである。【００６０】
図１７に示す光学ヘッドは、導光光学系として１回反射プリズム９Ｇ(９ｇ１：平面反射面)を有している。プリズム内での反射が１回なので、１回反射プリズム９Ｇとしては、プラナー導波路８Ａに接しているプリズム面９ｇ３と、反射面であるプリズム面９ｇ１と、の角度精度が充分に小さいプリズムを使用すればよい。なお、平面反射面９ｇ１とプラナー導波路８Ａ側面との成す角度は、例えば３０°である。【００６１】
図１８に示す光学ヘッドは、導光光学系として２回反射プリズム９Ｈ(９ｈ１，９ｈ２：平面反射面)を用いて、プラナー導波路８Ａに結合する角度を持たせたものである。２つの平面反射面９ｈ１，９ｈ２同士の相対角度を９０°にすれば、プリズム加工ではかなり高精度の作製が可能となる。そのためには、プラナー導波路８Ａに接するプリズム面９ｈ３とどちらか一方のプリズム反射面９ｈ１，９ｈ２との成す角度を、治具を使って精度良く加工すればよい。なお、最初の反射面９ｈ１とプラナー導波路８Ａ側面との成す角度は、例えば６５°である。【００６２】
図１０に示す光学ヘッドではプラナー導波路８Ａと直角プリズム９Ｃとが面で接触しない構成になっているが、例えば図１９に示すように、光源部とパワーを持つ光学部品(屈折率分布レンズ９Ａ)と直角プリズム９Ｃとを位置合わせして保持部材１３で固定した後、スライダー８の角とプリズム面９ｃ３とを接触させて(線接触した状態で)組み立てる構成にすれば、縦横の位置合わせを容易に行うことができる。つまり、媒質部材(直角プリズム９Ｃ)と光導波路(プラナー導波路８Ａ)とを接触させる構成にすれば、光束方向(光ファイバー１０の軸方向)の位置決めをも容易に行うことができる。【００６３】
図１１に示す光学ヘッドのように球面反射ミラー９Ｅを使う場合には、ボールレンズから加工することで精度の良い球面反射ミラー９Ｅを作製することができる。ボールレンズの加工では、多くの部品を一度に加工することができるので、正確な曲率半径と真球度の高いレンズが得られる。平面部分を加工する場合も同様であり、多くの部品を一度に加工することで厚みの管理を正確に行うことができるため、一般的なレンズの加工と比べて誤差をかなり小さくすることができる。したがって、曲率半径０．５ｍｍ程度の非常に小さいレンズでも、誤差が０．５λ(λ：波長)以下の精密な加工が可能である。【００６４】
図１１に示す構成では、光線が媒質内を通る距離は０．４５ｍｍ程度である。光ファイバー１０から射出した発散光を透過させる構成になっているので、ミラー面である曲面反射面９ｅによる球面収差の補正が可能である。【００６５】
プリズム又はミラーをプラナー導波路と接触させて配置した場合(図９等)、プラナー導波路の光束結合部分(例えばグレーティングカプラ８Ｇ)を保護することができる。光束結合部分が空気中にむき出しになっていると、ハンドリング時に汚れたり、ヘッド駆動中にゴミが付着してしまうことがある。光束結合部分には回折格子(例えばグレーティングカプラ８Ｇ)等の微小構造を使う場合が多いので、このような汚れやゴミは容易に取り除くことができない。このような問題は、媒質部材で表面を覆うことで解決可能である。なお、回折面は接着剤で埋めてしまわない限り、固体媒質が接触していても必要な機能を損なうことはない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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