(57)【要約】【課題】微小な光スポット径の形成が可能となり、光ヘッドのホルダと反射ミラーとを高精度かつ信頼性が高く、さらに低コストで作製することができる光ヘッドを提供する。【解決手段】本光ヘッド１を作製する際に、光の反射面３となる内面形状を有する窪みが設けられたガラス製ホルダ２を用いる。このホルダ２の窪みに反射面３を被覆して高分子有機材料体４を埋め込む。反射面３で反射された収束光の集光位置の高分子有機材料体４に、ソリッドイマージョンレンズ６を埋め込む。さらに、コリメータレンズ７を介して反射面３へ光を出射する半導体レーザ６をコリメータレンズ７と一体に組み立て、この組み立て体をホルダ２の窪みに、ＬＤ用ホルダ１０，１１で固定する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の反射面となる内面形状を有する窪み部が設けられたホルダと、
前記窪み部に前記反射面を被覆するように埋め込まれた誘電体材料と、
前記誘電体材料の前記反射面で反射された収束光の集光位置に埋め込まれたソリッドイマージョンレンズとを備えたことを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】
前記反射面は、金属反射膜を被着したミラーが形成されていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項３】
前記反射面は、半回転放物面形状および半回転楕円面形状の何れかの形状を有することを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項４】
前記反射面は、平面形状を成し、その平面の内層にバイナリホログラムおよびフレネルレンズの何れかが配置されていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項５】
前記反射面は、平面形状を成し、かつ、前記ホルダに配置された対物レンズからの光を反射して前記ソリッドイマージョンレンズに集光することを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項６】
前記ソリッドイマージョンレンズは、半球型ソリッドイマージョンレンズおよび超半球型ソリッドイマージョンレンズの何れかであることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項７】
前記ソリッドイマージョンレンズの直径は、前記反射面からの収束光が形成する光スポットの径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項８】
前記ソリッドイマージョンレンズは、結晶材料で構成されることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項９】
前記ソリッドイマージョンレンズは、アモルファス材料で構成されることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１０】
前記ソリッドイマージョンレンズは、屈折率２．０以上の誘電体により構成されていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１１】
前記ホルダの窪み部に、前記反射面への光を出射する半導体レーザ、光ファイバおよび光導波路の何れかを固定したことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１２】
前記ホルダの窪み部に、前記反射面への光を透過するコリメータレンズおよび対物レンズの何れかを固定したことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１３】
前記ソリッドイマージョンレンズにおける集光位置となる底面の集光位置に、金属膜から成る開口およびボータイ型アンテナ、並びに誘電体材料から形成されたテーパー型開口の何れかが被着されたことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１４】
光の反射面となる内面形状を有する窪み部が設けられたホルダを用い、前記窪み部に前記反射面を被覆するように誘電体材料を埋め込む第１の工程と、
前記誘電体材料の前記反射面で反射された収束光の集光位置に、ソリッドイマージョンレンズを埋め込む第２の工程とを含むことを特徴とする光ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記第１の工程は、レンズとこのレンズを介して前記反射面へ光を出射する光出射手段とを一体に組み立て、この組み立て体を前記ホルダに装着する工程を含むことを特徴とする請求項１４記載の光ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記レンズは、コリメータレンズおよび対物レンズの何れかであり、前記光出射手段は、半導体レーザ、光ファイバおよび光導波路の何れかであることを特徴とする請求項１５記載の光ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記ホルダは、前記反射面の型を有する金型を用いてモールド法により作製されることを特徴とする請求項１４記載の光ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
前記ソリッドイマージョンレンズの形状を成す突起部、および前記ソリッドイマージョンレンズの何れかを搭載した金型を用い、前記窪み部に埋め込まれた前記誘電体材料をモールドすることを特徴とする請求項１４記載の光ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録膜、光磁気記録膜等の記録媒体に情報の記録を行う高密度光メモリに使用される光ヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクへの光記録／再生装置の記録高密度化は、使用するレーザ光の短波長化、微小光スポット形成技術などにより着実に進歩してきた。実際、青色半導体レーザの実用化などの技術の進展により、３０Ｇバイトの容量を持つ次世代ＤＶＤ規格策定も行われている。しかし、これまでの光記録技術においては、光スポット径は光の回折現象により光の波長程度以下には小さくすることはできず、記録密度の限界に近づいていると推定されている。
【０００３】
この限界を超え、現在の記録密度の１桁以上の記録密度を実現する光記録技術として、近接場光を利用した技術が提案され注目されている。近接場光を形成する技術として、円錐状に加工したのち金属で被覆した光ファイバーの先端に、数十ｎｍの開口を設けたプローブや、ソリッドイマージョンレンズ（Ｓｏｌｉｄ　Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ　Ｌｅｎｓ：　ＳＩＬ）や、裁底球型の超半球対物レンズ（Ｓｕｐｅｒ−Ｈｅｍｉｓｏｈｅｒｉｃａｌ　ＳＩＬ：Ｓ−ＳＩＬ）が提案されており、これらの光学素子を用いてシステムにより実際に記録再生実験が行われ報告されている。
【０００４】
最近、ＩＳＯＭ　２００１（講演番号　Ｆｒ−Ｎ−０５，　ｐ２４２−２４３）においてＳ−ＳＩＬを用いて５０Ｇビット／平方インチの記録／再生ができることが報告されている。また、ＳＩＬと同様な集光特性を有する反射集光系のソリッドイマージョンミラー（Ｓｏｌｉｄ　Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ　Ｍｉｒｒｏｒ：　ＳＩＭ）が開発されている。
【０００５】
ＳＩＬやＳＩＭでレーザ光を集光したとき、光スポットの光強度が１／２になるところの直径Ｄ１／２（光スポット径）は次式（１）で求められる。
【０００６】
Ｄ１／２＝ｋλ／（ｎ・ＮＡ）…（１）
【０００７】
ここで、ｋ：光ビームの強度分布に依存する比例定数（通常０．５程度）、λ：波長、ｎ：光スポット径位置での媒体の屈折率、ＮＡ：対物レンズの開口数である。この式（１）から明らかなように、微小な光スポットを得るには、レーザの短波長化とともに、ＳＩＬやＳＩＭの開口数ＮＡの大きくするとともに、屈折率ｎの大きな材料で光ヘッドを作製することの必要性を認識することができる。
【０００８】
また、他の重要な課題として、光ヘッドのサイズ、特に光ヘッドの高さを抑えることがある。ＳＩＬやＳＩＭを用いた記録では、近接場光記録となるため、ヘッドと媒体の距離を１００ｎｍ以下に抑えねばならず、必然的に磁気ハードディスクのようなディスク固定型とせざるを得ない。この場合、容積記録密度が重要となり、光ヘッド高さを低くすることが求められるが、ＳＩＬの場合、集光には、さらに対物レンズが必要となり、光ヘッドの高さが高くなってしまう。
【０００９】
この光ヘッドの高さを抑えるアイディアとして、半回転放物面や半回転楕円面の反射面を有するＳＩＭや、フレネルミラーやバイナリミラーからなるＳＩＭが開発され、光ディスク面に対して平行方向に出力されるレーザ光を光ディスク面に垂直方向に折り曲げ、かつ、収束する光ヘッドが提案されている（特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−２３８２３８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の公報の光ヘッドにおいては、光ヘッドのＳＩＭが非対称形で支えにくい構造をしており、その反射面の面形状の作製が難しく、また、ＳＩＭを支えるホルダの構造が難しくなるので、作製費が高くなるという問題がある。
【００１２】
これらのＳＩＭの量産には、モールド法を使用することが有効となるが、モールド可能なガラス材料の屈折率は、高々１．８ないし１．９程度であり、上記式（１）から分かるように、青色レーザを使用しても、０．２μｍ程度の光スポット形成が限界であるという問題がある。
【００１３】
また、そのガラス材料は、硬度が高く、超硬金属による金型形成が必要となるので、高価となり、モールド時には５００度以上の加熱が必要となる。このため、エネルギー効率が悪く、タクトタイムが長く、また金型の寿命が短いといった低信頼性化、高コスト化を招く問題がある。
【００１４】
また、ＳＩＭをプラスチック材料や低融点ガラスのモールドで作製することにより、大幅な低コスト化が可能となるが、これらの材料の屈折率は、せいぜい１．７までであり、形成されるスポット径がさらに大きくなるという問題がある。
【００１５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、微小な光スポット径の形成を可能とし、光ヘッドのホルダと反射面とを高精度かつ信頼性が高く、さらに低コストで作製することができる光ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記目的を達成するために、光の反射面となる内面形状を有する窪み部が設けられたホルダと、前記窪み部に前記反射面を被覆するように埋め込まれた誘電体材料と、前記誘電体材料の前記反射面で反射された収束光の集光位置に埋め込まれたソリッドイマージョンレンズとを備えたことを特徴とする光ヘッドを提供する。
【００１７】
第２の発明は、上記目的を達成するため、光の反射面となる内面形状を有する窪み部が設けられたホルダを用い、前記窪み部に前記反射面を被覆するように誘電体材料を埋め込む第１の工程と、前記誘電体材料の前記反射面で反射された収束光の集光位置に、ソリッドイマージョンレンズを埋め込む第２の工程とを含むことを特徴とする光ヘッドの製造方法を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッドの構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。この光ヘッド１は、ガラス製ホルダ２に形成された半回転放物面形状の凹形反射面３に、アルミニウム膜を蒸着により形成したＳＩＭ（ソリッドイマージョンミラー）１６と、このＳＩＭ１６の凹部内に埋め込まれた誘電体材料からなる高分子有機材料体４と、この高分子有機材料体４におけるＳＩＭ１６の焦点位置に埋め込まれた半球形高屈折率媒体を用いたＳＩＬ（ソリッドイマージョンレンズ）５と、ＬＤ（半導体レーザ）６と、コリメータレンズ７とを主な光学素子として構成されている。なお、凹形反射面３は、半回転楕円面形状であってもよい。
【００１９】
この光ヘッド１においては、ＬＤ６の出射光８がコリメータレンズ７により平行ビームに成形された後、ＳＩＭ１６により反射され、この反射光が高分子有機材料体４を透過してＳＩＬ５の底面中心に集光されるようになっている。
【００２０】
また、ガラス製ホルダ２は、例えば、モールドガラス（住田光学ガラス：ＰＧ３２５）により作製される。ＬＤ６は、ガラス製ホルダ２の凹形反射面３と対向する位置にＬＤ用ホルダ１０，１１によって固定されている。ＬＤ６には、波長７８０ｎｍの光を出射するＡｌＧａＡｓレーザを用いる。
【００２１】
また、ＳＩＬ５の半球状の入射面は、ＣｅＯ２等から形成された反射防止膜９で被覆されている。ＳＩＬ５の材料は、水素を含有するアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を用いる。アモルファスシリコンの屈折率は、３．８である。
【００２２】
図２は、このような構成の光ヘッド１の製造工程を示し、（ａ）および（ｃ）は第１および第２の金型２４，２７の断面図、（ｂ）はガラス製ホルダ２の断面図、（ｄ）はＬＤ用ホルダ１０，１１で固定されたＬＤ６およびコリメータレンズ７による光学素子部２８の断面図、（ｅ）はＬＤ用ホルダ１０，１１で固定されたＬＤ６の背面図、（ｆ）は光ヘッド１全体の断面図である。
【００２３】
第１の金型２４は、図２（ｃ）に示すように、ガラス製ホルダ２に半回転放物面形状のＳＩＭ１６並びに高分子有機材料体４とを埋め込むと共に、ＬＤ６並びにコリメータレンズ７をＬＤ用ホルダ１０，１１で固定する窪み２１を形成するための半回転放物面２２と、矩形部２３とを有する。第２の金型２７は、図２（ａ）に示すように、ガラス製ホルダ２の上部形状２５を形成するための窪み２６を有する。
【００２４】
これらの第１および第２の金型２４，２７を用いてガラスモールド法によりガラス製ホルダ２を形成する。なお、モールドガラスには、住田光学ガラス：ＰＧ３２５を使用する。次に、ガラス製ホルダ２の半回転放物面形状の凹形反射面３に、アルミニウム膜を蒸着してＳＩＭ１６を形成する。
【００２５】
次に、図２（ｄ）および（ｅ）に示すように、一方のＬＤ用ホルダ１０にＬＤ６を埋め込むようにボンディングした後、他方のＬＤ用ホルダ１１でカバーし、さらに、コリメータレンズ７を位置調整して各ホルダ１０，１１に接着する。ホルダ１０，１１の材料としては単結晶Ｓｉを使用する。
【００２６】
また、本光ヘッド１において、ＬＤ６の出射光８をＳＩＭ１６でＳＩＬ５の底面中央に集光するためには、高精度にコリメートし、かつ、凹形反射面３である半回転放物面の光軸に平行に入射する必要がある。そのためにＬＤ６を点灯し、コリメータレンズ７からの出射光８が平行になるように、コリメータ（図示せず）を用いて調整する。また、コリメータレンズ７の焦点距離を調整することで、ＬＤ６とコリメータレンズ７との間を高分子有機材料で埋め込むことも可能であり、それにより、より信頼性の高い光学素子部２８の作製が可能となる。高分子有機材料としては、特に限定されるものではなく、通常のＵＶ硬化樹脂などが使用できる。
【００２７】
次に、図２（ｆ）に示すように、光学素子部２８をガラス製ホルダ２に取り付け、ＳＩＭ１６の窪み部分に高分子有機材料体４を埋め込む。さらに、その高分子有機材料体４の集光位置に、直径１μｍ、深さ０．５μｍの半球状の窪み２９をＦＩＢを用い掘って形成し、ＳＩＬ５を埋め込んだ。ＳＩＬ５の位置決めには、ＬＤ６を点灯し、その焦点位置を中心に窪み２９を形成することで行い、これにより高精度の位置合わせが可能となる。
【００２８】
この他、高分子有機材料体４の埋め込み時の金型（図略）に、半球上の突起を設けてそれを用いて窪み２９を形成してもよい。この方法によって作製工程を減らすことができる。ＳＩＬ５の材料には、水素を含有するアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を用い、窪み２９に熱ＣＶＤ法により、埋め込んだ後、研磨ないしエッチングにより余分のアモルファスシリコンを除去した。また、ＳＩＬ５の材料としては、ＧａＰやＧａＮなどの結晶や、ＴｉＯ２やＮｂＯｘなどの酸化膜も使用することができる。これらの材料では、短波長での透過率が高いため、４０５〜４５０ｎｍのレーザが使用可能となる。
【００２９】
このような方法で作製された光ヘッド１において、ＬＤ６の出射光８がコリメータレンズ７により平行ビームに成形された後、ＳＩＭ１６により反射され、この反射光が高分子有機材料体４を透過してＳＩＬ５の底面中心に集光される。この集光により、０．１μｍの光スポットが形成できた。この光スポットから漏れだした近接場光で近接して配置した相変化媒体の光ディスク１２に、光記録あるいは光再生が行われる。但し、ＳＩＭ１６で集光されたレーザ光を効率よく使用するために、半球型のＳＩＬ５の直径は、ＳＩＭ１６で集光されたレーザスポット径以上が好ましいので、上記のように１μｍとした。
【００３０】
この構成の光ヘッド１を用いて光ディスク１２に光記録を行った結果、８０Ｇｂｉｔ／（ｉｎｃｈ）２以上の記録密度が得られた。高分子有機材料体４と反射防止膜９とがない構成においても光記録・再生は可能であったが、高分子有機材料体４と反射防止膜９は、それぞれＣＮ比を向上させる作用が認められた。
【００３１】
また、ＬＤ６に発振波長６６０ｎｍのＧａＩｎＰ系赤色レーザを用いた場合、ＳＩＬ５の形成材料である半球型高屈折率媒体としてＧａＰを使用してもよい。また、発振波長４０５ｎｍのＧａＮ系青色レーザでは、ＴｉＯ２（屈折率約２．８）を使用することが好ましい。
【００３２】
また、ＩｎＧａＮを活性層とする４５０ｎｍのレーザを使用すれば、高屈折率媒体としてＧａＰ（屈折率３．８７）がＳＩＬ５に使用できる。これにより、６５ｎｍの光スポットを殆ど光損失なしに形成でき、さらに高密度の記録が可能となる。つまり、ＳＩＬ５には、屈折率２．０以上の誘電体が用いるのが好ましい。さらに、ＳＩＬ５の集光位置外側に、よく知られた金属開口やボータイ型アンテナ、テーパー型誘電体開口などを使用することにより、さらに微小な近接場光を高効率に形成でき、高密度光記録に供することができることは云うまでもない。
【００３３】
このように、第１の実施の形態に係る光ヘッド１によれば、金型２４，２７でホルダ２を形成した後、そのホルダ２自体を金型として、ＳＩＭ１６部分の高分子有機材料体４を作製することができるので、低コストで量産性のよいＳＩＭ１６の作製が可能となる。
【００３４】
さらに、その高分子有機材料体４におけるＳＩＭ１６の集光位置にＳＩＬ５を埋め込むので、ＳＩＬ５を高精度に支持することが可能となる。
【００３５】
また、直径１μｍといった微小なＳＩＬ５が使用できるので、高屈折率のＳＩＬ５を使用できることになり、屈折率の低い材料でＳＩＭ１６を使用しても微小な光スポットの形成が可能となる。
【００３６】
従って、本光ヘッド１においては、微小な光スポット径の形成が可能となり、光ヘッドのホルダと反射ミラーとを高精度かつ信頼性が高く、さらに低コストで作製することができる。
【００３７】
また、この効果を有する本光ヘッド１を光記録に使用することにより、小型軽量の光ヘッドで微小光スポットが得られるため、高速・高密度で、かつ、容積記録密度の大きな光記録装置の提供が可能となる。
【００３８】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッドの構成を示す断面図である。この光ヘッド１は、図１に示した半回転放物面形状の反射面３およびＳＩＭ１６をそれぞれ平面形状の反射面３、およびＳＩＭ１６とし、このＳＩＭ１６を凸凹のバイナリーホログラムやフレネルレンズ等から形成したものである。その他の部分は第１の実施の形態と同様に構成されている。このＳＩＭ１６やガラス製ホルダ２は、総て平面から構成されているため、金型作製が容易となる。
【００３９】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る光ヘッドの構成を示す断面図である。この光ヘッド１は、図１に示したコリメータレンズ７に代えて集光レンズ（対物レンズ）１３を用い、高分子有機材料体４に代えてガラス製ホルダ２に４５度直角プリズム１４を組み合わせたものである。また、ＬＤ６からのレーザビームは、集光レンズ１３により４５度直角プリズム１４の対面である反射面３に焦点が結ばれる。さらに、高屈折率を示すアモルファスシリコンを、４５度直角プリズム１４における反射面３の焦点位置に埋め込みＳＩＬ５としている。このように４５度直角プリズム１４を用いることによって、光ヘッド集光部の高さを低減することができる。また、４５度直角プリズム１４のフォトニック結晶を最適化することで高密度記録が可能となる。
【００４０】
また、上記第１〜第３の実施の形態においては、ＬＤ６から光が供給される構成としたが、光ファイバ又は光導波路を用い、これらをガラス製ホルダ２の窪み２１にＬＤ６のように固定しても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘電体材料の反射面の集光位置にソリッドイマージョンレンズを埋め込むので、ソリッドイマージョンレンズを高精度に支持することが可能となる。
【００４２】
このような構造によって微小なソリッドイマージョンレンズが使用可能となるので、高屈折率のソリッドイマージョンレンズを使用できることになり、屈折率の低い材料で超半球型のソリッドイマージョンレンズを使用しても微小な光スポットの形成が可能となる。
【００４３】
また、光の反射面となる内面形状を有する窪み部が設けられたホルダを用い、そのホルダ自体を金型として、ソリッドイマージョンミラーとなる反射面を被覆して誘電体材料をホルダの窪み部に埋め込むことができるので、低コストで量産性のよい光ヘッドの作製が可能となる。また、ソリッドイマージョンミラーを強固に支持することができる。
【００４４】
従って、本光ヘッドにおいては、微小な光スポット径の形成が可能となり、光ヘッドのホルダと反射ミラーとを高精度かつ信頼性が高く、さらに低コストで作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッドの構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッドの製造工程を示す断面図であり、（ｅ）は（ｄ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッドの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る光ヘッドの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１　光ヘッド
２　ホルダ
３　反射面
４　高分子有機材料体
５　ＳＩＬ（ソリッドイマージョンレンズ）
６　ＬＤ（半導体レーザ）
７　コリメータレンズ
８　レーザ出射光
９　反射防止膜
１０　ＬＤ用ホルダ
１２　光ディスク
１３　対物レンズ
１４　反射プリズム
１６　ＳＩＭ
２１，２６，２９　窪み
２２　金型の半回転放物面
２３　金型の矩形部
２４，２７　金型
２５　ホルダの上部形状
２８　光学素子部
【図１】
2004133965.tif 000003
【図２】
2004133965.tif 000004
【図３】
2004133965.tif 000005
【図４】
2004133965.tif 000006