JPH0721874B2 - 読取・書込ヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は光デイスク用の読取・書込ヘツドに係り、その
ようなヘツドの製造方法を開示するものである。

光デイスクとは、変調された光ビームにより可動面上に
且つトラツクに沿つて配列された標識（又はスポツト）
の形で情報が記録される記録媒体のことであり、その光
学的特性が読取光ビームによつて検出されるものであ
る。これら光デイスクにより得られる高い記憶密度はデ
イジタル記録及び非デイジタル記録の両方にとつて興味
あるものであり、既に後者はビデオ・デイスクの形で用
途を拡げている。

個々の記録標識は約１ミクロンの径を持つており、この
ような標識の例はデイスクの個有のリフレクタンスを変
えるようそのデイスクの表面に書込レーザにより焼成さ
れた小さいピツトである。このようなピツト（又は他の
光学的不連続体）の発生及び読取はミクロン或いはそれ
以上の精度をもつてレーザ・ビームを集光及びトラツク
制御することを必要とする。ビームを１ミクロンのスポ
ツトに集光させるための光学装置は非常にわずかな焦点
深度のものであるため、デイスク面上の情報領域の上の
その光学装置の高さ（即ち、作業距離）は非常に厳密に
制御されなければならない。

B.従来の技術 既知の光デイスク装置では、レーザ・ビームの集光制
御、高さ制御及び位置制御は個々のエレメント（レン
ズ、鏡等）を精密な電子制御装置及び縦横の変位のため
の機械的作動装置と組合わせて構成した光学装置によつ
て達成されている。このような光ビームの案内装置は大
形で、高価でそして調節の難かしいものになりがちであ
る。それら大きな慣性はすばやい変位を妨げるものであ
り、強力な作動装置を必要とする。

このような既知の光学的ヘツドの１つの代表的な例は西
ドイツ特許出願公告2918931号に見ることができ、それ
におけるビームの集光は電磁コイルに装着された対物レ
ンズを変位することによつて達せられる。

これら光学ヘツドの複雑さ及び大きさは磁気デイスクに
使用される読取・書込ヘツドに比べて対照的である。こ
れら磁気デイスク用のものは簡単なデザインであり、量
産可能でありそしてエア・クツシヨン上に浮動すること
によりデイスク上に所定の距離を保持することが可能で
ある。これらの原理に基いた設計の光学ヘツドは1980年
12年発行のIBMテクニカル・デイスクロジヤ・ブリテイ
ン第23巻第7a号の第2994ページに開示されており、それ
の光学的読取・書込ヘツドはデイスク面上を浮動するよ
う空気力学的に形作られている。入出力は光をその光学
デイスクの面へ及び面から方向づけるためのスライダ内
の光フアイバ及び波動ガイドによつて達せられる。光フ
アイバの使用はこのヘツドの融通性を制限し、その製造
を複雑なものにする。更に光学的映像は中程度の質にし
かならない。

例えばヘツドの位置を制御するために追加のフアイバが
必要である場合、このヘツドの複雑さは更に増大する。

この従来技術のもう１つの欠点は、デイスクとヘツドと
の間の膜離を非常に小さくして塵埃に対する感度を上げ
る必要があるので、フアイバ光学装置の作業距離が小さ
いことである。

C.発明が解決しようとする問題点 上記のような従来技術の欠点が本発明の解決すべき問題
点である。従つて、本発明の目的は、すぐれた光学映像
の質、小さい寸法、小さい重量、低いコスト及び幅広い
適用性を持つた上記の種類の光学的読取・書込ヘツドを
提供することである。更に、このようなヘツドの製造方
法及びこのようなヘツドに適した磁気光学媒体を読取る
方法が開示されている。

D.問題点を解決するための手段 情報保持面が読取・書込ヘツドに関して移動する光学的
記憶装置において、そのヘツドは情報保持面への及び情
報保持面からの光ビームが多数の内部反射によつて案内
される。光ビームの形成及び集光は、その内部反射が起
つた本体の面における位置で一体化された光学素子によ
つて行われる。情報保持面上に光ビームを集光する２つ
の縦列に配置された非球面の反斜面によつて歪みのない
映像装置が得られる。入力ビーム光路及び反射したビー
ム光路の分離は偏光ビーム・スプリツタ及び関連の1/4
波長層によつて得られる。磁気光学情報保持面の読出し
のためには、信号・雑音比を増加するよう差動検知技法
と関連して不完全偏光ビーム・スプリツタが使用され
る。

E.実施例 第1A図及び第1B図は本発明の実施例をそれぞれ断面図及
び平面図で示すものである。光学的読取・書込ヘツドは
ビーム案内素子が上面に設けられた平板状の透明は基体
より成る。光デイスク２の情報保持面１は集光されたビ
ーム５、好ましくは単色レーザ・ビーム、によつて走査
されるべきトラツク４に沿つて光学的不連続部３を有す
る面１は塵埃に対してその装置が感応し難くするために
透明な光デイスクの底面に設けられるのが好ましい。

ビーム５は基体６の一端から集光ビームとして出て行
く。それは基体６の上面の切り込みにおいて斜めの向き
に設けられたレーザ10によつてその基体の他端で発生さ
れる。レーザ10から光デイスク２上の出口までのビーム
の光路全体は基体６内にあり、多数の内部反射によつて
斜めにビームを案内する。そのビームに影響を与えそし
てそのビームを形成するための光学的素子が、その内部
反射が生じる位置における基体の外面上に設けられる。
それらの素子は基体の外面6a、6bの両方で使用可能であ
るが、製造を容易にするには片方の面6aだけで使用され
る。特に、レーザ10からの光路には次のような素子を設
けることができる。

○ ゾーン・プレート即ちホログラム・レンズ12‥‥レ
ーザ10から出たビームを細長い形にするために円筒状の
鏡として作用する。

○ 偏光ビーム・スプリツタ14a‥‥その上部に格子14b
が設けられビーム５を１つの主ビームと２つの補助ビー
ムに分離させる。それらの補助ビームは主ビームに関し
て対称的に離れており、主ビームの焦点Ｆの前後でトラ
ツク４上のＦ′、Ｆ″に集光される。格子14bは分散し
たビームが上面6aにおけるビームと正規の反射に対応す
る方向で互いに平行に進むよう形成される。

○ 1/4波長層15‥‥ビームを円形に偏光する。このよ
うな層は等方性スパツタリングによつて得ることができ
る。

○ ゾーン・プレート（又は、ホログラム・レンズ）16
‥‥ビーム５を基体の面6aに対し直角の方向に反射し、
そしてそれを光デイスク２の情報保持面１上に集光す
る。

集光されたビーム５は情報保持面１で反射されそしてゾ
ーン・プレート16を経て1/4波長層15へ戻る。その層15
は円形偏光を元のレーザ・ビームの偏光に直角な線形偏
光に再変換する。偏光ビーム・スプリツタ14aはその反
射したビームをレーザ・ビーム5aの軸からビーム5bへ方
向転換する。ビーム5bはゾーン・プレート13（シリンダ
・レンズとして作用する）を通つて、レーザ10と共に切
り込みに配置された四象限検出器11上に集光される。ト
ラツク制御サーボのための補助ビームは更にフオト・ダ
イオード11b、11cへ向けられる。サーボ信号が四象限フ
オトダイオード及び補助フオト・ダイオードから発生さ
れ、参照番号７で示されたヘツド作動器のための制御信
号を取出すよう通常の方法で処理される。

この実施例では、光学素子12〜16蒸着、スパツタリン
グ、エツチングのような通常の技術によつて基体の表面
6aに直接に設けられる。ゾーン・レンズ或いはホログラ
フ素子は通常の方法で、例えば所望の入射ビーム及び反
射ビームに対応するビームを光感知プレートへ対物ビー
ム又は基準ビームとして向けることによつて或いは合成
ホログラム・レンズを使うことによつて、形成される。
レーザ10及びフオトダイオード11は基体上に直接に作ら
れてもよく或いは適合したインデツクスを有する樹脂で
もつてその基体に固着される別個の素子でもよい。基体
の下面6bは、反射層でもつて及び両面は付加的な保護層
でもつて被覆可能である。

基体６の光デイスク２上の高さは作動器７を介して制御
されてもよく或いは浮動の高さを自動的に制御するよう
下面6b（又はその面の一部分）を空気フオイルのように
形成することによつて磁気読取・書込ヘツドのようにし
てもよい。その場合、作動器７は自動的な高さ調節を可
能にするよう可撓性でなければならない。基体６自体は
剛性であり、ガラス、水晶又はプラスチツク材より成る
ものでよい。その基体の代表的なものの寸法は11×３×
1.5mmである。

しかし、ヘツドとデイスクの間の距離が非常に小さいの
で、空気力学的な高さ制御は塵埃のない境界においては
得策である。ここに提案されたヘツドに容易に組込み可
能な公知の光学的サーボ制御方法によつて更に大きい間
隙（約1mm）が得られる。

本発明の別の実施例では、特定の素子12〜16並びにレー
ザ10及びフオトダイオード11のための切り込みは基体10
の表面上に直接に形成されず、別個の部分、例えばプラ
スチツク体に形成され、そしてそれが平らな基体の表面
に固定される。格子、ゾーン・プレート、カタジオプト
リツク・レンズ等のような光学素子はモールデイング
（成形）、エツチング等により外被部分内に作ることが
できる。

第２図は外被部分20、例えばモールドされたプラスチツ
クによる本発明の好ましい実施例を示す。このプラスチ
ツクの平らな底面は透明な基体６の上面に光学的不連続
性のないように固定される。情報保持面１上に集光され
るべきビーム5aは、レーザ10から水平方向に出て外被部
分20の表面における光学的格子21によつて偏光される。
同時に、その外被部分20はレーザ・ビームを基体６へ偏
向し、その細長い横断面に修正する。これらの特徴を持
つた光学的格子はこの分野では周知である。基体６の底
面における最初の反射の後、ビーム5aは上部に多くの格
子を持つた外被部分20のドーム形部分23に達する。その
格子は、ビームを基体へ戻すように反射しそしてトラツ
ク・サーボのための２つの補助的ビームを発生するよう
に刻み目をつけられている。その反射したビームは、基
体６及び外被部分20の間における1/4波長板25の上に置
かれた偏光ビーム・スプリツタ24を通る。然る後、その
ビームは第１及び第２の非球面反射体26a、26bで反射さ
れる。それら反射体は光デイスク２の情報保持層１上に
ビームを集光するイメージ・システムを形成する。

情報保持層１で反射したビームは再び第１及び第２の非
球面反射体26に達し、そこから平行ビームとして出る。
それの分極の面は、分極ビーム・スプリツタ24において
反射される前に1/4波長板25を再び通過した時の入射ビ
ームの分極の面に対し直角となるであろう。そこで、そ
の反射したビームは、レーザからの種々の光学路の長さ
（入射ビームの場合）及び光検出器までの種々の光学路
の長さ（反射ビームの場合）を補償する反射体22（例え
ば、ドロイド形式のもの）に達する。更に、反射体22
は、自動集光制御のために使用されるべき四象限フオト
ダイオードからサーボ信号を発生させる人工的な非点収
差を生ずる。

反射率を増加させるために、反射被覆27及び保護被覆28
でもつて外被部分20及び基体６の底面を被つてもよい。
光学的な質を高めるためには、基体及び外被部分は複屈
折を示さず且つ同じ熱拡散を持つた光学的に一致した材
料から成らなければならない。ガラスとガラス、プラス
チツクとプラスチツク或いはガラスとプラスチツクのよ
うな適当な材料の組合せでもよい。

別個の外被部分20を使うことは、すべてのビーム形成素
子が基体６の上面に直接に設けられる第１図の実施例に
対していくつかの利点を持つている。最も重要な点は、
２つの非球面反射体26a、26bが、レーザ光源と光検出器
との間の光伝送のために光行差のない無収差映像素子を
与えることである。第２図におけるビーム光路の第２の
利点はレーザ及び光検出器を基体上の共通のハウジング
内に設けることができることである。反射・ビーム整形
器21及び反射体22は基体６において切り込みが必要とな
らないように外被部分20において容易に形成可能であ
る。

第２図の実施例は、基体を別個にすることなく１つの同
質の本体においても実現可能である。この場合、基体と
外被部分との間のインターフエースにおける第２図に示
された光学素子は起伏面の中に又は下面に設けることも
可能である。

非球面反射体26a、26bの正確な形状は第２図の実施例に
おける個々の光線をトレースすることによつて及び次の
ような状態を注目することによつて幾何光学から計算す
ることが可能である。

○ ２つの接合板の間の光路の一様性 ○ 反射及び屈折の法則 ○ 正弦状態 ２つの反射体の表面は次のような多項式によつて分解し
て表わすことができる。

ｘ、ｙ面は対称面であり、奇数のｊに対してはaij＝０
となるように光学軸を含んでいる。ｉ＋ｊ≦９に対して
即ち第９次までの多項式に対して十分な光学的質が得ら
れる。

２つの反射体26a、26bによつて収差のない映像装置が得
られることが示された。第3A図及び第3B図はテレセント
リツク・エントリ・ビーム30のための計算された光路を
持つた光学的読取・書込ヘツドにおけるイメージ形成部
分の断面図及び等角投影図である。このようなビームは
第２図の実施例においては光路の残り部分で適当な素子
により利用可能である。単色レーザに代つて白色光が使
用される場合、第３図におけるイメージ素子の出口面に
無色の補償プレート32が付加されなければならない。

光学的質の低い簡単な光学装置は面26aに対して楕円面
をそして面26bに対して平面鏡を用いる。

上述の光学的読取・書込ヘツドは、周囲からの反射率が
異なる情報保持面上の小さいスポツト又は標識によつて
情報が記録されるすべての記憶媒体に対して使用可能で
ある。磁気光学的記憶媒体に対しては、読取られたビー
ムの偏光状態は標識がそれらの近傍に関して反転した磁
化を持つことによつてむしろその強度よりも影響され
る。この場合、この提案された光学的読取・書込ヘツド
の設計は光学ビームの偏光方向が平坦でない表面での傾
いた反射によつて変化しないことを保証するものであ
る。この条件は２つの非球面の反射面を持つた上記のイ
メージ・システムによつて満足される。

しかし、既知の磁気光学材料は偏光方向のわずかな変化
しか生ぜず、その読取られた信号における許容し得る信
号・雑音比を得るのを困難にしている。従つて、第4A図
及び第4B図に概略的に示された構成によつて磁気光学的
媒体に対する通常の読取方法を修正することが提案され
ており、一体化された光学的読取・書込ヘツドにおいて
実施したものが第5A図乃至第5E図に示される。

第4A図においては、光デイスク２上の磁気光学的情報保
持面１（磁化方向が面に直角である）はレーザ10からレ
ンズL1、ビーム・スプリツタ41及びレンズL2を通る光ビ
ームにより照射されるものとして示されている。ビーム
・スプリツタ41はそのビームのうち強度I1をもつた部分
だけが送られる（そして面１で反射される）ような不完
全偏光ビーム・スプリツタである。この部分の約10％が
I2によつて示され、偏光方向を45゜だけ回転するプレー
ト42を通つて偏光ビーム・スプリツタ43、44に衝突す
る。それらスプリツタはビーム強度I3及びI4をそれぞれ
L3及びL4へ偏向し、フオトダイオード45、46上に集光さ
せる。これらの光検出器の出力は差動増幅器47に与えら
れる。

この偏光ビーム・スプリツタ41は通常の多層偏光ビーム
・スプリツタにおける層の数を減らすことによつて得る
ことができる。

第4B図は第4A図の種々な部分的ビームの強度Iiの偏光及
び偏光方向を示す。不完全偏光ビーム・スプリツタ41
は、層１で反射した強度I1全体の通常の偏光角に関して
I2の偏光角を増大するように動作する。そこで強度I2
は、偏光ビーム・スプリツタ43及び44によつて、I1に対
し45゜の方向の軸に沿つて成分I3、I4に分解される。こ
の分解は差動増幅器47の出力信号を対称性のものにし、
偏光面を回転させなくするすべての妨害に対して感応し
なくする。この信号の信号・雑音比は少なくとも８倍の
レーザ・パワーを使つた磁気光学的媒体に対する通常の
読取制定に対応する。

第5A図乃至第5E図は、第4A図の光学素子が平らな平行の
基体６に固定された外被部分20内に一体化される磁気光
学的材料のための一体化された光学的読取・書込ヘツド
を示す。第4A図における光学的構成素子に対応する第5A
乃至第5E図内の素子は同じ参照番号を有するが、破線を
加えられる。第5B乃至第5E図は第5A図におけるローマ数
字により示された軸に沿つた断面を示す。

外被部分20の切り込みにおけるレーザ10の出力ビームは
凹面リフレクタ50によつて偏向され、不完全偏光ビーム
・スプリツタ41を通り、非球面リフレクタ26a及び26bに
よつて記録層１へ結像される。反射した光は同じ光路を
通つて戻り、不完全偏光ビーム・スプリツタ41によつて
平面鏡51へ部分的に反射される。その平面鏡51は不完全
偏光ビーム・スプリツタ41上に設けられ、軸II−IIの方
向にビーム・スプリツタ41へ戻るようビームを反射す
る。

鏡51の指向性はそれがビーム・スプリツタ41と共に第4A
図における45゜回転器をシユミレートするようなもので
ある。２つの強度I3及びI4はビーム・スプリツタ41によ
り発生された部分的ビームを更に平らな面の鏡55及び基
体の後面で反射することによつて及びそれらビームが鏡
54によつて光検出器11へ偏向される前にわずかな角度で
それらビームを再結合することによつて発生される。鏡
54はそれら検出器上にビームを集めるよう凹面される
か、或いは平面である場合には、光路内の像形成素子と
結合されてもよい。

外被部分20はこれらヘツドのうちのいくつかを組込んだ
成形型枠による精密成形によつて容易に量産可能であ
る。成形型枠自体は高精度で製造される原成形から、例
えば電気食刻によつて、得ることができる。成形工程の
後、個々のヘツドは分離され、基体に接着され、そして
レーザ・光検知アセンブリを設けられるだけである。こ
の最後のステツプは、電子的アセンブリがそのヘツドに
固定される前の正確な調整を必要とする唯一のステツプ
である。効果的な冷却のために、その電子的アセンブリ
の収納部はアクチユエータ・アームと熱的に連結され
る。

第６図は本発明の読取・書込ヘツドのための製造ステツ
プを概略的に示すものである。第１のステツプでは、基
体６が平らな且つ平行な面に作られる。基体と外被部分
との間のインターフエースにおける各光学素子は所望の
光学特性を持つた適当な層（1/4波長層又はビーム・ス
プリツタ層）を付着することによつて発生され、光食刻
工程により表面の適当な位置に所望の形が得られる（ス
テツプ63、64）。

多数の外被部分が陰性モデル60で型を取られ（ステツプ
61）、表面の光学的な質を良くするよう研磨され（ステ
ツプ62）、然る後その成形された部分がインターフエー
ス部分で光学的不連続を生じないよう基体に接着される
（ステツプ65）。これは基体と外被部分のインデツクス
に一致したインデツクスを持つた接着剤を使うことによ
つて得ることができる。接着工程の後、レーザー・ダイ
オード10及び光検知アセンブリ11がその外被部分に加え
られ、そして調節される（ステツプ66）。個々のヘツド
が切断によつて互いに分離される（ステツプ67）前又は
後にその完全なアセンブリの機能テストが行われる。

１つの簡単な成形工程に続いてレーザ・光検出アセンブ
リを挿入することにより、基体を使用しない本発明の実
施例が製造可能である。

ここに提案された読取・書込ヘツドの像形成部分は他の
光学的適用のための分離においても使用可能である。第
３図に示された映像素子の平らな出力面を出る平行ビー
ムは他の光学素子の取付けを容易にするので、以下の利
点を持つたイメージ装置が実現可能である。即ち、 小さなサイズ 長い作業距離 自由な作業空間 頭上の隙間 高加速度に対する無感能性 簡単な量産 従つて、このイメージ装置はマニピユレータ及び検査装
置に対して特に適している。

【図面の簡単な説明】

第1A図及び第1B図はそれぞれ本発明の第１実施例の断面
図及び平面図、第２図は本発明の第２実施例を示す図、
第3A図及び第3B図は第２図の外被部分におけるビーム集
光素子の拡大断面図及びその集光素子における計算され
た光路の等角投影図、第4A図及び第4B図は主要ビーム光
路及び分極ベクトルを示す図、第5A図は本発明の第３実
施例を示す図、第5B図乃至第5E図は第5A図の実施例の断
面図、第６図は第２図の読取・書込ヘツドの製造ステツ
プを概略的に示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可動の情報保持面を有する光学的記憶装置
   用の読取・書込ヘツドであつて、光ビームを案内する為
   の透明で細長のビーム案内体であつて、一方の端部が前
   記情報保持面の上に位置付けられ、他方の端部が光ビー
   ム発生手段及び光ビーム検出手段を同一の外面（6a）に
   保持し、前記一方の端部と他方の端部との間の外面（6
   a,6b）間での複数の内部反射により前記ビーム発生手段
   からの光ビーム及び前記情報保持面で反射した光ビーム
   を案内するビーム案内体と、 前記ビーム案内体における前記内部反射が生じる位置に
   設けられ、前記光ビームを制御するための光学素子とを
   具備したことを特徴とする、 読取・書込ヘツド。
2. 【請求項２】前記細長のビーム案内体の前記外面の少な
   くとも一方が、外被部分（20）を有することを特徴とす
   る、 特許請求の範囲第（１）項に記載の読取・書込ヘツド。