JP2004079050A - Optical head and optical recording medium reproducing device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体に記録された情報を再生する光学ヘッド、および光記録媒体再生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
CD(Compact Disk)、DVD(Digital Versatile Disk)等の光記録媒体に記録された情報を光学的手段で読み出す(再生する)光記録媒体再生装置(光ディスクシステム)が用いられている。光記録媒体の記録層に光を照射して、記録層から反射された光の強度等を検知することで、光記録媒体からの情報の読み取り(必要に応じて書き込み等も)を行う。
ここで、近年、近接場光を用いて光記録媒体からの情報の読み出し、書き込みを行う方式の光学ヘッドが注目を集めてきている。この方式の光学ヘッドでは、開口数NAが1より小さい光源側の対物レンズと開口数NAが1より大きな光記録媒体側の固体イマージョンレンズ(SIL:Solid Immersion Lens)とを組み合わせた集光光学系を用いる。
固体イマージョンレンズの底面と光記録媒体の表面を100nm以下程度に近接させ、エバネセント光で光学的に結合(エバネッセントカップリング)することで、集光光学系全体として1を超える開口数NAを実現できる。高い開口数NAを有するため光ビームの焦点(スポットサイズ)を絞ることが可能となり、高記録密度での読み書きが実現可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、固体イマージョンレンズの底面と光記録媒体の表面とを近接した状態に保つ手法として、光学ヘッドをハードディスクドライブ(HDD)等で用いられているような浮上型にすることが考えられる。このためには、対物レンズおよび固体イマージョンレンズの小型化を図る必要がある。このような小型のレンズを作製するには、例えば一般的なモールド技術では困難であり、ドライエッチングあるいはウエットエッチングのような微細加工技術を用いることが考えられる。
この一方、ドライエッチングあるいはウエットエッチングを適用するには、レンズの一方の面が平面な平凸レンズであることが望ましい。
しかしながら、レンズが平凸形状であると、光記録媒体に入射する入射光に傾き(ティルト)があった場合にレンズの集光性の低下が大きくなる畏れがある。
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、小型化と良好なティルト特性の両立が可能な光学ヘッドおよび光記録媒体再生装置を提供することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
A.上記目的を達成するために本発明に係る光学ヘッドは、光源からの光が入射する凸型非球面形状の第1の面と、略平面形状の第2の面とを有し、開口数が1より小さい集光対物レンズと、前記第2の面に対向する凸型非球面形状の第3の面と、光記録媒体に対向し、かつ前記集光対物レンズを通過した前記光源からの光が集光する略平面形状の第4の面とを有し、屈折率が1より大きい固体イマージョンレンズと、を具備することを特徴とする。
集光対物レンズおよび固体イマージョンレンズの一方の面(第1、3の面)が非球面であるため、光記録媒体の面に対して光学ヘッドが傾いている(ティルトがある)場合にも集光性能を低下し難くすることができる。
また、集光対物レンズおよび固体イマージョンレンズの他方の面(第2、4の面)が平面であることから、ドライエッチング、ウエットエッチングのような微細加工技術の適用が容易になる。即ち、光学材料の一面をエッチングすることで、レンズを形成できる。このとき、エッチングされた側の面が非球面で、エッチングされていない側の面が平面となる。
以上のように、ティルト特性の向上と微細加工の容易性とを両立することで、小型かつティルト特性の良好なレンズの作成が容易に行えるようになる。
なお、この光学ヘッド全体としての開口数は、集光対物レンズの開口数と固体イマージョンレンズの屈折率の積で定まる。即ち、固体イマージョンレンズはその屈折率により光学ヘッド全体としての開口数の向上を図るものであり、それ自体の開口数を問題とする必要はない。
【0005】
(1)前記光学ヘッドが、前記光記録媒体との相対的な運動によって生じる空気の流れによって該光記録媒体から浮上する浮上型光学ヘッドであってもよい。
浮上型光学ヘッドを用いることで、光学ヘッドが光記録媒体を走査した場合でも、安定した読み取りが可能となる。
なお、「相対的」とは光記録媒体、光学ヘッドのいずれかまたは双方を移動すればよいことを意味する。
【0006】
(2)前記光学ヘッドが、前記光学ヘッドからの集束光の前記光記録媒体の厚み方向における集束位置を調節する集束位置調節手段をさらに具備してもよい。光記録媒体の適切な深さ(位置)に光を集束することが容易になる。
前記集束位置調節手段は、例えば、屈折率可変素子、楔型プリズムのいずれかを用いて構成できる。
【0007】
(3)前記光学ヘッドが、該光学ヘッドの収差を補正する収差補正手段をさらに具備してもよい。光記録媒体への光の集束性が向上する。
前記集束位置調節手段は、例えば、小型の液晶素子を用いて構成できる。
【0008】
B.本発明に係る光記録媒体再生装置は、光を発する光源と、前記光源からの光が入射する凸型非球面形状の第1の面と、略平面形状の第2の面とを有し、開口数が1より小さい集光対物レンズと、前記第2の面に対向する凸型非球面形状の第3の面と、光記録媒体に対向し、かつ前記集光対物レンズを通過した前記光源からの光が集光する略平面形状の第4の面とを有し、屈折率が1より大きい固体イマージョンレンズと、を備える光学ヘッドと、前記光学ヘッドによって集束された光に対応して前記光記録媒体から戻ってきた戻り光を集束する光学部材と、前記光学部材が集束した光を受光する受光部と、を具備することを特徴とする。
【0009】
集光対物レンズと固体イマージョンレンズの一方の面(第1、3の面)が非球面で、他方の面(第2、4の面)が平面のため、それぞれのレンズの2つの面の光軸合わせの必要がなく、かつ集光系全体として見た場合のティルト特性の向上と微細加工の容易性とを両立することが可能となる。即ち、小型かつティルト特性の良好なレンズを用いた光記録媒体再生装置の提供が可能となる。
なお、「戻り光」は、光記録媒体において、透過、反射、または発生した光のいずれかを含んでもよい。即ち、記録層からの情報の読み取りに記録層からの透過光、反射光、発生光のいずれを用いることもできる。
ここで、光記録媒体は光記録媒体再生装置自体に内蔵されてもよいし、光記録媒体再生装置に備えられたステージに着脱自在に設置されてもよい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施形態)
本実施形態では、光記録媒体10からの情報の読み出しに浮上型光学ヘッド80を用いた光記録媒体再生装置100を示す。
A.光記録媒体10の構成の詳細
まず、光記録媒体10の構成につき説明する。
光記録媒体10は、リードオンリー(読み出しのみ)、ライトワンス(write−once:追記型)、リライタブル(再書き込み可能)のいずれのタイプでもよい。即ち、光記録媒体再生装置100は、場合により光記録媒体10からの読み出し、書き込み、再書き込みのいずれを行っても差し支えない。
光記録媒体10には、トラッキングをどのように行うかによって、複数のバリエーションが有り得る。図1(A)、(B)は、光記録媒体10の構成例に係る光記録媒体10A、10Bをそれぞれ拡大して表した断面図である。
【0011】
光記録媒体10Aは、複数の記録層11A、および最下層のグルーブ層12Aを有する。光記録媒体10Aの記録層11Aには、光学的に読み出し可能な形で情報が記録される。記録層11Aには反射型の記録ピット(または記録マーク)が記録される。この記録ピットは、場合に応じて透過型を用いることも可能である。記録ピットに光が入射することで、光の反射、あるいは透過が生じ、この反射光あるいは透過光の強度等から情報を読み取ることができる。
【0012】
記録ピットから入射光の波長とは異なる光(例えば、蛍光)を発生させ、この発生光を用いて情報を読み取ることも可能である。この発生光は可干渉性のコヒーレント光、非干渉性のインコヒーレント光のいずれでも差し支えない。
通常の蛍光はインコヒーレント光なので、記録層11に蛍光物質を点在させこれを記録ピットとすることで、記録層11から記録した情報に対応してインコヒーレント光を発生させることができる。
【0013】
グルーブ層12Aは、記録層11に記録された情報を読み出す際のトラッキングを行う基準となる案内溝(グルーブ:groove)あるいはそれに準じる構造が形成された層である。このグルーブからの光の反射、透過、発生のいずれかを用いてトラッキングを行うことができる。
【0014】
一方、光記録媒体10Bは複数の記録層11Bを有するが、光記録媒体10Aと異なりグルーブ層を有しない。その代わりに記録層11Bそれぞれにトラッキングを行う基準となる案内溝(グルーブ:groove)あるいはそれに準じる構造が形成されている。
光記録媒体10には、光記録媒体10A、10Bのいずれを用いても差し支えない。
【0015】
B.浮上型光学ヘッド80の構成の詳細
次に、浮上型光学ヘッド80につき説明する。
図2は、浮上型光学ヘッド80の構成例を表す模式図である。
浮上型光学ヘッド80は、近接場光学を利用して光記録媒体10に対する信号の記録及び/又は再生を行うものであり、本図に示すように、スライダー部材81と、2群レンズ82,サスペンション83、焦点調節機構84とを備えている。
なお、収差補正素子126は、浮上型光学ヘッド80に入射する光の光路中に備えられているが、これを小型化して浮上型光学ヘッド80内に設置することも可能である。
浮上型光学ヘッド80は光記録媒体10に光を集光する集光光学系であり、光記録媒体再生装置100の光学系と平行光を通じて接続されている。
【0016】
スライダー部材81は、ハードディスク装置等で用いられるヘッドスライダーと同様に、サスペンション83によって光記録媒体10と相対向するように支持される。これにより、光記録媒体10に対する信号の書き込みや読み出しの際、光記録媒体10の回転等により光記録媒体10との間に生じる空気流を受けて、光記録媒体10上を50〜100nm程度の浮上量(距離d)で浮上しながら走行することができる。
スライダー部材81には、所定の箇所にその厚み方向に貫通する貫通孔81aが設けられている。この貫通孔81aには、2群レンズ82が配置されている。
【0017】
2群レンズ82は、対物レンズ85および固体イマージョンレンズ(SIL:Solid Immersion Lens)86から構成され、1以上の開口数NAを実現することができる。
対物レンズ85は、片面が非球面の凸面である第1の面85aと、他方の面が略平面とされた第2の面85bとを有し、光源側のレンズである。
固体イマージョンレンズ86は、対物レンズ85に対向される面が非球面の凸面とされた第3の面86aと、他方の面が略平面とされた第4の面86bとを有し、光記録媒体10に対向される側のレンズである。
対物レンズ85と固体イマージョンレンズ86は、その形状から、微細加工技術を用いた小型化が可能であり、かつ光軸に対して傾いた(ティルトがある)場合に収差の増大を抑えることが可能である。なお、この詳細は後述する。
【0018】
固体イマージョンレンズ86は、第4の面86bと光記録媒体10とを近接させることで、第4の面86bと光記録媒体10での近接場光学によるエバネッセンス光の滲み出しを利用している。固体イマージョンレンズ86の第4の面86bと光ディスクとの間の距離dを100nm程度以下とすることで、1以上の開口数NAを実現して光記録媒体10の高分解能での読み出し等を可能とする。
【0019】
第4の面86bと光記録媒体10との間を近接させると、第4の面86bと光記録媒体10との間での光の流入、流出がエバネセント光の滲み出しにより行われるようになる。この結果、第4の面86bと光記録媒体10との間の空気層の屈折率がこの空気層を通過する光に影響を及ぼさないようになり、光を通過させる媒質は実質的に固体イマージョンレンズ86のみとになる。
開口数NAは媒質の屈折率nに比例し、かつ空気層の屈折率(n0=1)よりも固体イマージョンレンズ86の屈折率nが大きいことから、開口数NAを大きくすることができる。
【0020】
サスペンション83は、それ自体の弾性またはスライダー部材81との間に弾性を有するサスペンションスプリングを設けることで、スライダー部材81の浮上量を適宜に保つことができる。
焦点調節機構84は、例えば電圧等の印加によって屈折率が変化する屈折率可変素子を用いることができる。屈折率可変素子は、液晶素子などを用いて構成できる。屈折率を変化することで、光路長が変化して焦点の位置を各記録層11に移動させることができる。この結果、光が集光する記録層11を適宜に選択することができる。
また、フォーカスエラー信号に基づいて、焦点の位置を制御することで、記録層11それぞれに対して最適な位置に焦点を合わせることが可能となる。
【0021】
(対物レンズレンズ85および固体イマージョンレンズ86の詳細)
図3は、本発明に係る対物レンズ85,固体イマージョンレンズ86の構成例である対物レンズOL、固体イマージョンレンズSILを表す側面図である。
既述のように、対物レンズOLは上面(S1)が非球面、下面(S2)が平面の凸平形状である。一方、固体イマージョンレンズSILは、上面が非球面(中心付近の領域:S3)と平面(非球面の領域の周辺領域)の組み合わせ形状で、下面が平面の凸平形状である。但し、固体イマージョンレンズSILの上面のうち平面の領域には光が通ることを予定していないので、光学特性には実質的な影響はない。
【0022】
具体的には対物レンズOLは、構成材料がGaP、開口数NAが0.8、直径D1が、0.5mm、中心厚T1が0.3mmの凸平形状である。固体イマージョンレンズSILは、構成材料がGaP(屈折率n=3.29(波長λ:650nmのとき))、直径D2が、0.5mm、中心厚T2(非球面部分の厚さ)が0.1mmである。
対物レンズOLと固体イマージョンレンズSILは、対物レンズOLの上面と固体イマージョンレンズSILの下面との距離Lが0.447mmになるように配置され、全体として実効的な開口数NAが2.6、有効径D0が0.376mm(波長650±10nmのとき)の集光系を実現している。
【0023】
図4は、対物レンズ85,固体イマージョンレンズ86の比較構成例である対物レンズOL0、固体イマージョンレンズSIL0を表す側面図である。
対物レンズOL0は、上面(S1)および下面面(S2)がいずれも非球面の両凸形状である。固体イマージョンレンズSIL0は、上面(S3)が球面で、下面(S4)が平面の凸平形状である。
【0024】
具体的には対物レンズOL0は、構成材料がNbFD82のガラス、開口数NAが0.6、直径D1が、1.4mm、中心厚T1が0.75mmの凸平形状である。固体イマージョンレンズSILは、構成材料がNbFD82のガラス(屈折率n=1.8(波長λ:650nmのとき))、開口数NAが1.1、直径D2が、0.5mm、中心厚T2が0.25mmである。
対物レンズOL0と固体イマージョンレンズSIL0は、対物レンズOL0の上面と固体イマージョンレンズSIL0の下面との距離Lが1.065mmになるように配置され、全体として実効的な開口数NAが1.1、有効径D0が0.9mm(波長650±10nmのとき)の集光系を実現している。
【0025】
以上のように、図3の実施例と図4の比較例とは、対物レンズOL1、OL0がそれぞれ凸平、両凸である点、および固体イマージョンレンズSIL、SIL0の上面がそれぞれ非球面、球面である点が相違する。なお、図4の比較例は、モールドにより製作することを考慮して、図3の場合よりサイズを大きくしている。
【0026】
図5は、図3の実施例と比較例1,2のティルト特性を対比して表すグラフである。
図5のグラフの横軸が、対物レンズOLおよび固体イマージョンレンズSILの軸に対する光の入射角(ティルト角)を表し、縦軸が収差の量を表す。
実線が図3の実施例(対物レンズが凸平、固体イマージョンレンズの上面が非球面、実効開口数NA:2.6)に、点線は比較例1(対物レンズが凸平形状、固体イマージョンレンズの上面が球面の例で、実効開口数NA:2.6)に対応する。また、一点鎖線が比較例2(図4に示した対物レンズが両凸、固体イマージョンレンズの上面が球面の例で、実効開口数NA:1.1)に対応する。
【0027】
比較例1は、固体イマージョンレンズの上面を球面としている点が実施例と異なる。SILの上面が非球面か球面のいずれであるかの相違がティルト特性に与える影響を明確にするためである。
比較例2は、既述のように、固体イマージョンレンズの上面を球面としている一方で、対物レンズの両面を非球面としている。実施例をティルト特性の良好な例(比較例2)と対比するためである。
【0028】
図3の実施例の場合では入射角が0°(対物レンズと固体イマージョンレンズの軸に平行に光が入射した場合)から3°程度変化しても、球面収差の量は0.04λ(λは波長)より小さいのに対して、比較例1の場合では入射角3°で0.3λよりも大きくなっている。
実施例のティルト特性は、比較例2のティルト特性が良好な場合と、勝るとも劣らない程良好であることが判る。
【0029】
実施例のような小型かつティルト特性が良好なレンズは、微細加工技術により製造することができる。ここで、実施例のレンズは対物レンズの片面が平面であるので、微細加工技術の適用が容易である。
この手法では、光学材料(例えばGaP)の上面をフォトリソグラフィーによってドライエッチングあるいはウェットエッチング加工することで、レンズを製造することができる。例えばグレイスケールマスクを用いて露光量を部分的に変化することで、エッチング量を部分的に調節して、所望の形状(非球面)を得ることができる。このとき、エッチングされなかった光学材料の下面は一般に平面となる。
なお、この手法の具体的内容は、文献(例えば、W.Daschner,P.Long, R.Stein, C. Wu, and S.H.Lee: ”Cost−effective mass fabrication of multilevel diffractive optical elements by use of a single optical exposure with a gray scale mask on high−energy beam−sensitive glass”, Appl. Opt. Vol.36(1997)No.20,p4675)等に示されている。
【0030】
以上の対物レンズOLと固体イマージョンレンズSILの特徴を纏めると以下のようになる。
(1)対物レンズOLと固体イマージョンレンズSILを平凸形状とすることができるので、ドライエッチング、ウェットエッチング(1回のみのエッチングでも可能)等の微細加工技術を用いて、小型のレンズを製作することができる。
【0031】
(2)対物レンズOLおよび固体イマージョンレンズSILの双方を小型にすることができることから、小型のスライダ(ナノスライダ)を用いて浮上型の光学ヘッドを構成することができる。この光学ヘッドはその固体イマージョンレンズSILの下面を光記録媒体10上に近接して(例えば、100nm程度以下の間隔で)安定に維持することが可能となる。この結果、近接場光(エバネセント光)を用いた近接場光記録・再生用集光系として光学ヘッドを機能させることが可能となる。
【0032】
ここで、浮上型光学ヘッド80全体としての開口数NAは、対物レンズ85の開口数NAと固体イマージョンレンズ86の屈折率nの積で定まる。この結果、高開口数の対物レンズ85と高屈折率の固体イマージョンレンズ86を組み合わせて1以上の開口数NAを実現することができる。固体イマージョンレンズ86は光記録媒体10とエバネセント光(いわば光の浸みだし)によって光学的に結合されていることから、それ自体の開口数NAは問題とはならない。
【0033】
(3)対物レンズOLおよび固体イマージョンレンズSILの双方の上面の形状を適切な非球面係数の組み合わせとすることで、両凸非球面の対物レンズを用いた場合(例えば、比較例2)と同等、またはそれ以上のティルト特性を得ることが可能となる。即ち、入射角度(ティルト角)に対する収差の変動が少ない光学系として、入射角のマージン(余裕)を大きくすることが可能となる。
【0034】
(浮上型光学ヘッド80の動作)
対物レンズ85側から入射した入射光は対物レンズ85,焦点調節機構84、固体イマージョンレンズ86、浮上型光学ヘッド80と光記録媒体10との間の空気層(距離d)を介して、光記録媒体10の記録層11に入射する。記録層11で反射された光はこの逆の経路を通って対物レンズ85から戻り光として出射する。
なお、後述するように記録層11の移動に拠って生じる収差(主として、球面収差)は収差補正素子126によって適宜に補正される。
【0035】
以上のような焦点位置の調節および収差の補正により、所望の記録層11への適切な集光、即ち情報の読み出し、書き込み等が可能となる。
また、近接場光学を用いて1以上の開口数NAを実現し、光記録媒体10への高分解能の読み出し、書き込み、即ち光記録媒体10の大容量化を図ることが可能となる。
【0036】
(浮上型光学ヘッド80の変形例)
焦点調節機構84は、屈折率可変素子以外の手段によって実現することも可能である。
図6は、1対のウエッジプリズム87a,87bによって焦点調節機構を実現した浮上型光学ヘッド80Aの構成を表す模式図である。
ウエッジ(楔型)プリズム87a,87bの楔型の部分が上下に重なり合って、全体として板状部材87を構成している。ウエッジプリズム87a,87bの相対的位置を調節することで、この板状部材87の厚みを可変することができる。この厚みの変化はこの板状部材87中を通過する光の光路長の変化をもたらす。この結果、ウエッジプリズム87a,87bのいずれかまたは双方を動かすことで、焦点位置を調節できる。
【0037】
焦点調節機構84を浮上型光学ヘッド80とは別個に設けることもできる。
図7は、1対のレンズ91,92から構成されるアフォーカル光学系93を用いて焦点位置の調節を行う例を表す模式図である。浮上型光学ヘッド80Bには焦点調節機構が設けられていない。これに代えて、アフォーカル光学系93を光記録媒体再生装置100の光学系中に組み込むことで光記録媒体10への焦点位置の調節を実現している。1対のレンズ91,92の距離を可変することで、対物レンズ85に入射する入射光の角度を微妙に変化させ、焦点位置の調節が可能となる。
【0038】
浮上型光学ヘッド80にはミラー等他の光学要素を付加することも可能である。図8は、ミラー88を有する浮上型光学ヘッド80Cの構成例である。対物レンズ85の上方にミラー88が備えられ、対物レンズ85はミラー88による反射を介して光記録媒体再生装置100の光学系との光の入射、出射を行う。
なお、サスペンション83Aは、サスペンションスプリングによってスライダー部材81の片側と接続されている。
【0039】
図9は,集光レンズ89、光ファイバ95を有する浮上型光学ヘッド80Dの構成例である。対物レンズ85から出射した光はミラー88,集光レンズ89を介して光ファイバ95の一端に送り込まれる。また、光ファイバ95の一端から出射した光は集光レンズ89、ミラー88を介して対物レンズ85に入射する。即ち、浮上型光学ヘッド80Dは、光ファイバ95を介して光記録媒体再生装置100の光学系との光の入出射を行う。
【0040】
C.収差補正素子126の詳細
収差補正素子126は、記録層11の移動によって生じる収差(主として球面収差)を補正して光記録媒体10の記録層11への光の集束効率を向上するための光学素子であり、例えば液晶素子を用いて構成できる。
収差補正素子126では、印加する電圧に応じて球面収差の補正量を変化させることができる。このため、浮上型光学ヘッド80の焦点の位置に対応して、適切に収差を補正することが可能となる。
【0041】
図10に収差の計算結果を表したグラフを示す。光記録媒体10の構成材料をSiO2として、固体イマージョンレンズ86の上面86aの中心(曲面頂上)から500μm程度下方に中心層(中心の記録層11)があると仮定して計算を行っている。
図10(A)が図2,6の場合(焦点位置調節手段を浮上型光学ヘッド80に組み込んだ場合)、図10(B)が図7の場合(焦点位置調節手段を浮上型光学ヘッド80の外部に設置した場合)に対応している。ここで、グラフの実線、破線がそれぞれ、開口数NAが0.88、1.047のときの計算結果である。
例えば、図10(A)の開口数NAが0.88の場合では、50μmの移動量で約0.2λ(rms値)の収差の変動が生じている。この0.2λの収差は、市販の球面収差補正液晶素子を用いて補正可能な範囲である。
【0042】
50μmの距離は、記録層11の間隔(層間隔)を5μmとすると10層に相当する。即ち、市販のグラデーション型球面収差補正液晶素子を用いることで10層程度の記録層11を有する光記録媒体10からの読み出し等が可能となる。この結果、光記録媒体10の記憶容量を単層の場合(開口数NAが1.047のとき)の10倍以上に増大することが可能なことが判る。
層間隔5μmという設定は、2層構造を有する従来のDVDディスクより小さいが、レーリー散乱を回避するのに充分な値であり(層間隔が小さくなり過ぎるとレーリー散乱が問題になる可能性が生じる)、蛍光検出を再生方式として選ぶ場合に有効となる。
【0043】
一般の蛍光はインコヒーレントであるので、ピットに対応するように蛍光物質を記録層11に散在させることで、インコヒーレント光の発生を用いた情報の読み取りを行うことが可能となる。
また、記録層11への入射光を発する光源(後述する光源121)にインコヒーレント光を発生するもの(例えば、レーザ光を発しないもの)を用いることでも、インコヒーレント光による記録層11からの情報の読み取りを実現できる。
以上のようにインコヒーレント光を用いて光記録媒体10からの情報の読み取りを行うことで、各記録層11間での光の干渉を抑え、より狭い層間隔の光記録媒体10の読み取りが可能となる。
【0044】
D.光記録媒体再生装置100の全体構成
図11は光記録媒体再生装置100の全体的な構成を表す模式図である。本図に示すように光記録媒体再生装置100は、光記録媒体10,光源(Light Source)121、コリメータレンズ(Collimator Lens)122,アナモルフィックプリズム(Anamorphic Prism)123,124、無偏光ビームスプリッタ(NPBS:Non−Polarization Beam Splitter)125、収差補正素子(Spherical aberration compensator)126,偏光ビームスプリッタ(PBS:PolarizationBeam Splitter)127,1/4波長板(QWP:Quarter−Wavelength Plate)128、アフォーカル光学系129,ダイクロイックコンバイナ(Dichroic Combiner)131、浮上型光学ヘッド80、ティルトサーボユニット160を有する。
【0045】
また、光源(Light Source)141、コリメータレンズ(Collimator Lens)142,アナモルフィックプリズム(Anamorphic Prism)143,1644、コンデンサーレンズ(Condenser Lenz)151〜153,受光ユニット30,モニタPD(Front monitor Photo Diode)171,172を有する。
【0046】
光記録媒体再生装置100は、光記録媒体10の全面から情報を読み出すために、光源121から出射した光ビームを光記録媒体10上で走査する走査手段(図示せず)を有している。例えば、光記録媒体10を回転し、かつ浮上型光学ヘッド80を光記録媒体10の回転中心に対して半径方向に移動可能とすることで、浮上型光学ヘッド80から出射された光により光記録媒体10のほぼ全面を走査することが可能となる。
【0047】
光源121は、RF信号およびフォーカスエラー信号の生成に用いる光源であり、波長λが例えば400nmである。波長を短くした方が光記録媒体10からの読み出しを高分解能で行える。
コリメータレンズ122は,光源121から出射された光を略平行光に変換する。
アナモルフィックプリズム123,124は、アナモルフィック光学系を構成し、コリメータレンズ122から出射した光を適切な形状に整形し、無偏光ビームスプリッタ125へ入射させる。
無偏光ビームスプリッタ125は、入射光の一部を反射し、他を透過するものであり、この反射量と透過量の比が例えば1:9に設定されている。
収差補正素子126は、前述のように浮上型光学ヘッド80等の球面収差を補正して光記録媒体10への光の集束効率を向上するための光学素子であり、例えば液晶素子を用いて構成できる。
【0048】
偏光ビームスプリッタ127は、所定の偏光成分の光を透過し、他の偏光成分の光を反射する光学素子である。
1/4波長板128は、直交する偏光成分に互いに1/4波長の位相差を付与する光学素子である。
アフォーカル光学系129は、前述のように一対のレンズから構成され、このレンズ間の距離を変化することで、光源121から出射した光が光記録媒体10上に集光する集光位置を調節し、読み取り等を行う記録層11の選択等を可能とする。
ダイクロイックコンバイナ131は、複数の波長の光を結合する光学素子であり、ここでは光源121,141から出射した光を結合している。
【0049】
光源141は、トラッキングエラー信号の生成に用いる光源である。
コリメータレンズ142は,光源141から出射された光を略平行光に変換する。
アナモルフィックプリズム143,144は、アナモルフィック光学系を構成し、コリメータレンズ142から出射した光を適切な形状に整形し、ダイクロイックコンバイナ131に入射させる。
コンデンサーレンズ151〜153は,受光ユニット30,モニタPD171,172に光を集束する。
モニタPD171,172は、光源121,141それぞれの出力をモニタする。
【0050】
光源141,アナモルフィックプリズム143,144は、光記録媒体10がトラッキング用のグルーブ層12Aを有する場合に有用である。一方、光記録媒体10Bのように各記録層11Bがトラッキング用のグルーブを有する場合には、光源141,アナモルフィックプリズム143,144を除外して、光源121からの光を情報読み出し用とトラッキング用の双方に用いても差し支えない。
【0051】
E.受光ユニット30の構成
受光ユニット30は、ホログラム素子31,ピンホール32,受光素子33〜35より構成される。
ホログラム素子31は,ホログラムによって偏光ビームスプリッタ127から入射してきた光を回折して受光素子33〜35それぞれに入射させる光学素子であり、また適切な回折パターンを予め形成しておくことにより、トラッキングおよびフォーカスの両サーボ信号に適したビームパターンを生成することを目的として挿入される。
【0052】
ピンホール32は,ホログラム素子31から受光素子33に入射してきた光の焦点に対応して形成された穴を有し、入射光の焦点付近を通る光を通過しそれ以外の光の受光素子33への入射を阻止する。
光記録媒体10上の集束光と受光素子33の集束光は互いに対応する焦点を有する。このため、受光素子33に集束する光をピンホール32に通過させることで、光記録媒体10上における焦点、即ち読み出しを行っている記録層11以外からの迷光(特に、読み出しの対象としていない記録層からの反射光)を除外し、信号のS/N比を向上することができる。
【0053】
穴の直径φとして、例えばエアリー円板の直径(1.22λ/NA)程度の値を採用するのが有効であると考えられる。受光素子33側の集束光のエアリー円板と光記録媒体10の記録層11上の集束光のエアリー円板とが対応している。このため、受光素子33側の集束光のエアリー円板内の光のみを通過させることで受光素子33に入射する光から迷光を除去することができると考えられる。穴の直径φをエアリー円板の直径よりも大きくし過ぎると受光素子33への入射光に迷光が増大する。一方、穴の直径φをエアリー円板の直径よりも小さくし過ぎると受光素子33への入射光の強度が低下する。
仮に受光素子33への入射光(光記録媒体10からの戻り光)の開口数NA(コンデンサーレンズ151の開口数)が0.1程度、光源121の波長λを400nmとすると、穴の直径φは5μm程度になる。
【0054】
受光素子33は、光記録媒体10からの戻り光を受光し、光記録媒体10に記録された情報をRF信号として生成するための素子である。
受光素子34,35は、光記録媒体10からの戻り光を受光し、光記録媒体10に対するトラッキングを行うためのトラッキングエラー信号を生成するための素子である。
この受光素子33と受光素子34,35とは、光源121,141それぞれに対応する受光素子であり、感受性の有する波長域を光源121,141それぞれの発光波長に対応させることが好ましい。
【0055】
フォーカスエラー信号の生成には、ナイフエッジ法を用いることができる。ナイフエッジ法は、光記録媒体10で反射された戻り光に対して非対称に一部を遮光するナイフエッジを配置する方法である。受光素子34,35からの出力の差を取ってフォーカスエラー信号を得ることができる。
【0056】
トラッキングエラー信号の出力は、受光素子34,35からの出力をプッシュプル法に基づき演算処理することで行える。記録層11のグルーブからの反射光を用いてトラッキングエラー信号を出力し、このトラッキングエラー信号に基づいて光記録媒体10へのトラッキング調整(トラッキングサーボ)を行うことができる。
【0057】
トラッキングエラー信号を得るのにDPD(Differential Phase Detection)法を用いることも考えられる。DPD法はグルーブのピット深さがλ/4程度とある程度の深さであることが要求され、記録層11Bの層数を増やしにくい意味がある。このため、本実施形態ではプッシュプル法を採用している。但し、これは記録層11の製作の容易性に基づくものに過ぎず、DPD法の適用を絶対的に排除するものではない。
また、後述するティルトの検出にピットの埋め込みを用いる場合には、光記録媒体10の製作効率の観点から、トラッキングエラー信号の生成にサンプルサーボ(Sample Servo)法を用いることも考えられる。
【0058】
F.ティルトサーボユニット160
ティルトサーボ(スキューサーボ)ユニット160は、ティルト(浮上型光学ヘッド80から光記録媒体10への入射光の光軸に対する光記録媒体10の傾き(ティルト、スキュー))の検出結果に基づき、光記録媒体10の面に入射光が垂直に入射するように調整する調整機構である。
【0059】
光記録媒体10は多層なので入射光の光軸Aに対して光記録媒体10が傾くと、情報の読み出し位置が記録層11ごとにずれてくる。これを説明するのが図12である。ここで、図12(A)は入射光の光軸Aに対して光記録媒体10の面が垂直(傾きがない)の場合であり、図12(B)は入射光の光軸Aに対して光記録媒体10の面が角度θ傾いている場合を表している。
【0060】
図12(A)では光軸Aの入射光で各記録層11Bへ入射される記録再生光とトラッキング層12へ入射する光それぞれの光軸が一致し、適切にトラッキングサーボをかけた状態での信号の記録再生ができるのに対して、図12(B)では光記録媒体10の傾きθに応じて、トラック方向にオフセットが生じていることが判る。この場合、適切な記録再生信号の生成は期待できない。
【0061】
このような光記録媒体10の傾きを修正するためにティルトサーボユニット160が用いられ、光記録媒体10に対する浮上型光学ヘッド80の傾きの調節等(光記録媒体10自体の傾きの調節も含む)を行う。
光記録媒体10の傾き(ティルト、スキュー)の検出には、例えば各記録層11上の同一の位置にティルトの基準となるピットを埋め込んでおく方法が考えられる。この基準ピットが同一光軸上に並ぶように(図12(A)参照)、光記録媒体10Bに対する入射光の光軸を調整する。
ティルトの検出には、この他に、光記録媒体10の傾きに応じて反射光の位置が変化することを用いた方式(反射光の位置の移動をティルトセンサで差動検出する方式)、DVD−RAMで用いられている方式、コマ収差を用いた方式等も考えられる。
【0062】
(光記録媒体再生装置100の動作)
光源121から発した直線偏光は、コリメータレンズ122で略平行光に変換され、アナモルフィックプリズム123,124で整形され、無偏光ビームスプリッタ125に入射する。無偏光ビームスプリッタ125に入射した光の一部は、コンデンサーレンズ152を経由して、モニタPD171に入射し出力がモニタされる。
【0063】
無偏光ビームスプリッタ125に入射した光の多くは、収差補正素子126に入射し、その後偏光ビームスプリッタ127を介して1/4波長板128に入射する。1/4波長板128に入射した直線偏光は、円偏光になり、アフォーカル光学系129,ダイクロイックコンバイナ131、浮上型光学ヘッド80を経由して、光記録媒体10に入射する。
光記録媒体10に入射した光は記録層11で反射され戻り光となる。この戻り光は、浮上型光学ヘッド80、ダイクロイックコンバイナ131、アフォーカル光学系129を経由し、1/4波長板128で往路とは直交した直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ127で反射され、コンデンサーレンズ151により受光ユニット30に集束され、RF信号、フォーカスエラー信号が生成される。
【0064】
光源141から発せられた光は、コリメータレンズ142で略平行光に変換され、アナモルフィックプリズム143,144で整形され、ダイクロイックコンバイナ131に入射する。ダイクロイックコンバイナ131に入射した光の一部は、コンデンサーレンズ153を経由して、モニタPD172に入射し、光源141の出力がモニタされる。
【0065】
ダイクロイックコンバイナ131に入射した光の多くは、浮上型光学ヘッド80を経由して、光記録媒体10に入射する。光記録媒体10に入射した光はトラッキング用のパターンが形成された層(図1(A)ではグルーブ層12A、図1(B)では記録層11B)で反射され戻り光となる。この戻り光は、浮上型光学ヘッド80、ダイクロイックコンバイナ131、アフォーカル光学系129を経由し1/4波長板128で直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ127で反射され、コンデンサーレンズ151により受光ユニット30に集束され、トラッキングエラー信号が生成される。
【0066】
(その他の実施形態)
本発明の実施形態は上記実施形態には限られず拡張、変更できる。拡張、変更された実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)例えば、光記録媒体再生装置は、光記録媒体が定常的に設置される固定方式と光記録媒体が着脱自在に設置されるリムーバブル(着脱可能)方式のいずれであってもよい。リムーバブル方式の場合には、光記録媒体再生装置にステージ(台)等光記録媒体保持手段を設け、この光記録媒体保持手段に光記録媒体を保持することになる。
【0067】
(2)光記録媒体の形状には、円板状その他の適宜な形状を採用することができる。
また、光記録媒体への情報の記録は、種々の手段によって行える。即ち、ここでいう光記録媒体は情報の読み出しが光学的手段で行えればよく、書き込み手段は限定されない。
【0068】
(3)上記実施形態では、光記録媒体に記録された情報の再生(読み出し)に光記録媒体再生装置を用いる場合を主として説明しているが、光記録媒体再生装置によって光記録媒体への情報の書き込み、消去等を行っても差し支えない。例えば、光磁気ディスクのように情報の書き込みを光学的に行う手段を光記録媒体再生装置に付与することができる。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型化と良好なティルト特性の両立が可能な光学ヘッドおよび光記録媒体再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光記録媒体の構成例を拡大して表した断面図である。
【図2】浮上型光学ヘッドの1構成例を表す斜視図である。
【図3】対物レンズ,固体イマージョンレンズの実施例を表す側面図である。
【図4】対物レンズ,固体イマージョンレンズの比較例を表す側面図である。
【図5】実施例と比較例のティルト特性を対比して表すグラフである。
【図6】浮上型光学ヘッドの1構成例を表す斜視図である。
【図7】アフォーカル光学系を用いて焦点位置の調節を行う例を表す模式図である。
【図8】浮上型光学ヘッドの1構成例を表す斜視図である。
【図9】浮上型光学ヘッドの1構成例を表す斜視図である。
【図10】球面収差を表したグラフである。
【図11】本発明の第1実施形態に係る光記録媒体再生装置の全体構成を示す模式図である。
【図12】入射光の光軸に対して光記録媒体が傾くと、情報の読み出し位置が記録層ごとにずれることを説明する図である。
【符号の説明】
10 光記録媒体
30 受光ユニット
31 ホログラム素子
32 ピンホール
33〜35 受光素子
80 浮上型光学ヘッド
81 スライダー部材
82 2群レンズ
83 サスペンション
84 焦点調節機構
85 対物レンズ
86 固体イマージョンレンズ
87 板状部材
87a,87b ウエッジプリズム
88 ミラー
89 集光レンズ
91,92 レンズ
93 アフォーカル光学系
95 光ファイバ
100 光記録媒体再生装置
121 光源
122 コリメータレンズ
123,124 アナモルフィックプリズム
125 無偏光ビームスプリッタ
126 収差補正素子
127 偏光ビームスプリッタ
128 波長板
129 アフォーカル光学系
131 ダイクロイックコンバイナ
141 光源
142 コリメータレンズ
143,144 アナモルフィックプリズム
151〜153 コンデンサーレンズ
160 ティルトサーボユニット
171,172 モニタPD[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical head for reproducing information recorded on an optical recording medium, and an optical recording medium reproducing device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An optical recording medium reproducing apparatus (optical disk system) for reading (reproducing) information recorded on an optical recording medium such as a CD (Compact Disk) and a DVD (Digital Versatile Disk) by an optical means is used. By irradiating the recording layer of the optical recording medium with light and detecting the intensity or the like of the light reflected from the recording layer, information is read from the optical recording medium (and writing is performed as necessary).
Here, in recent years, an optical head of a system for reading and writing information from an optical recording medium using near-field light has been receiving attention. In this type of optical head, a condensing optical system combining a light source side objective lens with a numerical aperture NA smaller than 1 and a solid immersion lens (SIL: Solid Immersion Lens) on an optical recording medium side with a numerical aperture NA larger than 1 is used. Is used.
By bringing the bottom surface of the solid immersion lens and the surface of the optical recording medium close to each other to about 100 nm or less and optically coupling (evanescent coupling) with evanescent light, it is possible to realize a numerical aperture NA exceeding 1 as the entire condensing optical system. . Since it has a high numerical aperture NA, the focus (spot size) of the light beam can be narrowed, and reading and writing at a high recording density can be realized.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Here, as a method of keeping the bottom surface of the solid immersion lens and the surface of the optical recording medium close to each other, it is conceivable that the optical head is of a floating type used in a hard disk drive (HDD) or the like. For this purpose, it is necessary to reduce the size of the objective lens and the solid immersion lens. It is difficult to produce such a small lens by, for example, a general molding technique, and it is conceivable to use a fine processing technique such as dry etching or wet etching.
On the other hand, in order to apply dry etching or wet etching, it is preferable that one surface of the lens is a plano-convex lens having a flat surface.
However, if the lens has a plano-convex shape, if the incident light incident on the optical recording medium has a tilt (tilt), there is a fear that the light condensing property of the lens is greatly reduced.
The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an optical head and an optical recording medium reproducing apparatus capable of achieving both miniaturization and good tilt characteristics.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
A. In order to achieve the above object, an optical head according to the present invention has a convex aspheric first surface on which light from a light source is incident, and a substantially planar second surface, and has a numerical aperture. A converging objective lens smaller than 1, a convex aspherical third surface facing the second surface, and light from the light source facing the optical recording medium and passing through the converging objective lens. And a solid immersion lens having a substantially planar fourth surface for condensing light and having a refractive index of greater than 1.
Since one of the surfaces (first and third surfaces) of the converging objective lens and the solid immersion lens is aspherical, even if the optical head is tilted (there is a tilt) with respect to the surface of the optical recording medium, the light is collected. The light performance can be hardly reduced.
Further, since the other surfaces (second and fourth surfaces) of the condensing objective lens and the solid immersion lens are flat, it is easy to apply a fine processing technique such as dry etching or wet etching. That is, a lens can be formed by etching one surface of the optical material. At this time, the surface on the etched side is an aspherical surface, and the surface on the unetched side is a plane.
As described above, by making both the improvement of the tilt characteristics and the easiness of fine processing compatible, it is possible to easily produce a lens having a small size and excellent tilt characteristics.
The numerical aperture of the optical head as a whole is determined by the product of the numerical aperture of the focusing objective lens and the refractive index of the solid immersion lens. That is, the solid immersion lens aims to improve the numerical aperture of the entire optical head by its refractive index, and does not need to consider the numerical aperture of itself.
[0005]
(1) The optical head may be a floating optical head that floats from the optical recording medium by a flow of air generated by relative movement with the optical recording medium.
The use of the floating optical head enables stable reading even when the optical head scans the optical recording medium.
Note that “relative” means that one or both of the optical recording medium and the optical head may be moved.
[0006]
(2) The optical head may further include a focusing position adjusting unit that adjusts a focusing position of the focused light from the optical head in a thickness direction of the optical recording medium. It becomes easy to focus light to an appropriate depth (position) of the optical recording medium.
The focusing position adjusting means can be configured using, for example, any one of a variable refractive index element and a wedge prism.
[0007]
(3) The optical head may further include aberration correction means for correcting aberration of the optical head. The convergence of light to the optical recording medium is improved.
The focusing position adjusting means can be configured using, for example, a small liquid crystal element.
[0008]
B. An optical recording medium reproducing apparatus according to the present invention has a light source that emits light, a first surface having a convex aspheric surface on which light from the light source is incident, and a second surface having a substantially planar shape, A condenser objective lens having a numerical aperture smaller than 1, a convex aspherical third surface facing the second surface, and the light source facing an optical recording medium and passing through the condenser objective lens And a solid immersion lens having a refractive index greater than 1 and a solid immersion lens having a refractive index greater than 1. An optical member for converging return light returned from an optical recording medium, and a light receiving unit for receiving light converged by the optical member are provided.
[0009]
Since one surface (first and third surfaces) of the condensing objective lens and the solid immersion lens is aspherical and the other surface (second and fourth surfaces) is flat, light on two surfaces of each lens is used. It is not necessary to align the axes, and it is possible to achieve both improvement in tilt characteristics and ease of fine processing when viewed as a whole light collecting system. That is, it is possible to provide an optical recording medium reproducing apparatus using a small lens having a good tilt characteristic.
The “return light” may include any of light transmitted, reflected, or generated in the optical recording medium. That is, any of transmitted light, reflected light, and generated light from the recording layer can be used for reading information from the recording layer.
Here, the optical recording medium may be built in the optical recording medium reproducing apparatus itself, or may be detachably mounted on a stage provided in the optical recording medium reproducing apparatus.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1st Embodiment)
In the present embodiment, an optical recording
A. First, the configuration of the
The
The
[0011]
The
[0012]
It is also possible to generate light (for example, fluorescence) different from the wavelength of the incident light from the recording pit, and read information using the generated light. This generated light may be either coherent light having coherence or incoherent light having no coherence.
Since ordinary fluorescent light is incoherent light, it is possible to generate incoherent light in accordance with information recorded from the recording layer 11 by scattering a fluorescent substance on the recording layer 11 and using this as recording pits.
[0013]
The
[0014]
On the other hand, the
As the
[0015]
B. Next, the floating type
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the flying
The floating
Although the
The floating
[0016]
The
The
[0017]
The
The
The
Due to their shapes, the
[0018]
The
[0019]
When the
Since the numerical aperture NA is proportional to the refractive index n of the medium, and the refractive index n of the
[0020]
The
As the
Further, by controlling the position of the focal point based on the focus error signal, it becomes possible to focus on the optimal position for each of the recording layers 11.
[0021]
(Details of the
FIG. 3 is a side view showing an objective lens OL and a solid immersion lens SIL which are configuration examples of the
As described above, the objective lens OL has an aspheric surface on the upper surface (S1) and a convex flat shape with a lower surface (S2) being flat. On the other hand, the solid immersion lens SIL has a combination of an aspherical surface (region near the center: S3) and a flat surface (peripheral region of the aspherical region) on the upper surface, and has a flat and convex lower surface. However, since light is not expected to pass through a planar region on the upper surface of the solid immersion lens SIL, there is no substantial effect on optical characteristics.
[0022]
Specifically, the objective lens OL has a convex flat shape in which the constituent material is GaP, the numerical aperture NA is 0.8, the diameter D1 is 0.5 mm, and the center thickness T1 is 0.3 mm. The solid immersion lens SIL is made of GaP (refractive index n = 3.29 (when wavelength λ: 650 nm)), diameter D2 is 0.5 mm, and center thickness T2 (the thickness of the aspherical portion) is 0. 1 mm.
The objective lens OL and the solid immersion lens SIL are arranged such that the distance L between the upper surface of the objective lens OL and the lower surface of the solid immersion lens SIL is 0.447 mm, and the effective numerical aperture NA as a whole is 2.6. A light focusing system with an effective diameter D0 of 0.376 mm (at a wavelength of 650 ± 10 nm) is realized.
[0023]
FIG. 4 is a side view showing an objective lens OL0 and a solid immersion lens SIL0, which are comparative examples of the
The objective lens OL0 has a biconvex shape in which both the upper surface (S1) and the lower surface (S2) are aspherical. The solid immersion lens SIL0 has a convex flat shape in which the upper surface (S3) is spherical and the lower surface (S4) is flat.
[0024]
Specifically, the objective lens OL0 has a convex and flat shape in which the constituent material is NbFD82 glass, the numerical aperture NA is 0.6, the diameter D1 is 1.4 mm, and the center thickness T1 is 0.75 mm. The solid immersion lens SIL is made of glass of NbFD82 (refractive index n = 1.8 (when wavelength λ: 650 nm)), numerical aperture NA is 1.1, diameter D2 is 0.5 mm, and center thickness T2 is 0.25 mm.
The objective lens OL0 and the solid immersion lens SIL0 are arranged such that the distance L between the upper surface of the objective lens OL0 and the lower surface of the solid immersion lens SIL0 is 1.065 mm, and the effective numerical aperture NA is 1.1 as a whole. A light focusing system having an effective diameter D0 of 0.9 mm (at a wavelength of 650 ± 10 nm) is realized.
[0025]
As described above, the embodiment of FIG. 3 and the comparative example of FIG. 4 are different from each other in that the objective lenses OL1 and OL0 are convex / planar and biconvex, respectively, and that the top surfaces of the solid immersion lenses SIL and SIL0 are aspherical and spherical, respectively. Is different. The size of the comparative example of FIG. 4 is larger than that of the case of FIG. 3 in consideration of manufacturing by a mold.
[0026]
FIG. 5 is a graph showing the tilt characteristics of the embodiment of FIG. 3 and Comparative Examples 1 and 2 in comparison.
The horizontal axis of the graph in FIG. 5 represents the incident angle (tilt angle) of light with respect to the axes of the objective lens OL and the solid immersion lens SIL, and the vertical axis represents the amount of aberration.
The solid line is the embodiment of FIG. 3 (the objective lens is convex and flat, the top surface of the solid immersion lens is aspherical, the effective numerical aperture NA: 2.6), and the dotted line is Comparative Example 1 (the objective lens is convex and flat, the solid immersion lens). Is an example of a spherical upper surface, which corresponds to an effective numerical aperture NA: 2.6). A dashed line corresponds to Comparative Example 2 (an example in which the objective lens shown in FIG. 4 is biconvex and the top surface of the solid immersion lens is spherical, and the effective numerical aperture NA is 1.1).
[0027]
Comparative example 1 is different from the example in that the upper surface of the solid immersion lens is spherical. This is to clarify the effect of the difference between the upper surface of the SIL and the spherical surface on the tilt characteristics.
In Comparative Example 2, as described above, the upper surface of the solid immersion lens is spherical, while both surfaces of the objective lens are aspherical. This is to compare the example with an example having good tilt characteristics (Comparative Example 2).
[0028]
In the case of the embodiment of FIG. 3, even if the incident angle changes from 0 ° (when light is incident parallel to the axes of the objective lens and the solid immersion lens) to about 3 °, the amount of spherical aberration is 0.04λ (λ Is smaller than the wavelength), whereas in the case of Comparative Example 1, it is larger than 0.3λ at an incident angle of 3 °.
It can be seen that the tilt characteristics of the example are as good as the tilt characteristics of the comparative example 2 when the tilt characteristics are good and as good as the tilt characteristics.
[0029]
A lens having a small size and good tilt characteristics as in the embodiment can be manufactured by a fine processing technique. Here, in the lens of the embodiment, since one surface of the objective lens is flat, it is easy to apply the fine processing technology.
In this method, a lens can be manufactured by subjecting the upper surface of an optical material (for example, GaP) to dry etching or wet etching by photolithography. For example, a desired shape (aspherical surface) can be obtained by partially adjusting the amount of exposure by partially changing the amount of exposure using a gray scale mask. At this time, the lower surface of the optical material that has not been etched is generally flat.
It should be noted that the specific contents of this technique are described in literatures (for example, W. Dashner, P. Long, R. Stein, C. Wu, and SH Lee: "Cost-effective mass fabricating abstraction derivative illustrations." In a single optical exposure with a gray scale mask on high-energy beam-sensitive glass ", Appl. Opt. Vol. 36 (1997) No. 20, p.
[0030]
The characteristics of the objective lens OL and the solid immersion lens SIL are summarized as follows.
(1) Since the objective lens OL and the solid immersion lens SIL can be formed in a plano-convex shape, a small lens is manufactured using a fine processing technique such as dry etching or wet etching (one-time etching is also possible). can do.
[0031]
(2) Since both the objective lens OL and the solid immersion lens SIL can be miniaturized, a floating optical head can be configured using a small slider (nano slider). This optical head can stably maintain the lower surface of the solid immersion lens SIL close to the optical recording medium 10 (for example, at an interval of about 100 nm or less). As a result, the optical head can function as a light-collecting system for near-field light recording / reproduction using near-field light (evanescent light).
[0032]
Here, the numerical aperture NA of the entire floating
[0033]
(3) By combining the shapes of the upper surfaces of both the objective lens OL and the solid immersion lens SIL with appropriate aspherical coefficients, it is equivalent to using a biconvex aspherical objective lens (for example, Comparative Example 2). , Or higher tilt characteristics. That is, it is possible to increase the margin of the incident angle as an optical system in which the variation of the aberration with respect to the incident angle (tilt angle) is small.
[0034]
(Operation of the floating optical head 80)
The incident light from the
As will be described later, aberrations (mainly spherical aberrations) caused by the movement of the recording layer 11 are appropriately corrected by the
[0035]
By adjusting the focal position and correcting the aberration as described above, it is possible to appropriately condense light on a desired recording layer 11, that is, read and write information.
In addition, by using near-field optics, a numerical aperture NA of 1 or more can be realized, and high-resolution reading and writing on the
[0036]
(Modification of the flying optical head 80)
The
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of a floating optical head 80A in which a focus adjustment mechanism is realized by a pair of
The wedge-shaped portions of the wedge (wedge-shaped)
[0037]
The
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example in which the focal position is adjusted using an afocal optical system 93 including a pair of lenses 91 and 92. The floating
[0038]
It is also possible to add another optical element such as a mirror to the floating
The
[0039]
FIG. 9 shows a configuration example of a floating optical head 80D having a
[0040]
C. The
The
[0041]
FIG. 10 is a graph showing the calculation results of the aberration. The calculation is performed on the assumption that the constituent material of the
10 (A) is the case of FIGS. 2 and 6 (when the focus position adjusting means is incorporated in the floating optical head 80), and FIG. 10 (B) is the case of FIG. 7 (where the focus position adjusting means is the floating optical head 80). When installed outside). Here, the solid line and the broken line of the graph are the calculation results when the numerical aperture NA is 0.88 and 1.047, respectively.
For example, when the numerical aperture NA in FIG. 10A is 0.88, a change in aberration of about 0.2λ (rms value) occurs with a movement amount of 50 μm. This 0.2λ aberration is in a range that can be corrected using a commercially available spherical aberration correcting liquid crystal element.
[0042]
The distance of 50 μm corresponds to 10 layers when the interval (layer interval) of the recording layers 11 is 5 μm. That is, by using a commercially available gradation type spherical aberration correcting liquid crystal element, reading from the
The setting of the layer spacing of 5 μm is smaller than that of a conventional DVD disk having a two-layer structure, but is a value sufficient to avoid Rayleigh scattering. This is effective when fluorescence detection is selected as a reproduction method.
[0043]
Since general fluorescent light is incoherent, it is possible to read information using the generation of incoherent light by dispersing fluorescent substances in the recording layer 11 so as to correspond to the pits.
Further, by using a light source that emits incoherent light (for example, a light source that does not emit laser light) as a light source (
As described above, by reading information from the
[0044]
D. Overall Configuration of Optical Recording
[0045]
Also, a light source (Light Source) 141, a collimator lens (Collimator Lens) 142, an anamorphic prism (Anamorphic Prism) 143, 1644, a condenser lens (Condenser Lens) 151 to 153, a
[0046]
The optical recording
[0047]
The
The
The
The
The
[0048]
The
The quarter-
The afocal
The
[0049]
The
The
The
The
The
[0050]
The
[0051]
E. FIG. The
The
[0052]
The
The focused light on the
[0053]
It is considered effective to adopt, for example, a value about the diameter of an Airy disk (1.22λ / NA) as the diameter φ of the hole. The Airy disk of the focused light on the
Assuming that the numerical aperture NA (numerical aperture of the condenser lens 151) of light incident on the light receiving element 33 (return light from the optical recording medium 10) is about 0.1 and the wavelength λ of the
[0054]
The
The
The
[0055]
The knife edge method can be used to generate the focus error signal. The knife edge method is a method of disposing a knife edge that asymmetrically shields a part of return light reflected by the
[0056]
The output of the tracking error signal can be performed by performing arithmetic processing on outputs from the
[0057]
It is also conceivable to use a DPD (Differential Phase Detection) method to obtain a tracking error signal. The DPD method requires that the pit depth of the groove be a certain depth of about λ / 4, which means that it is difficult to increase the number of recording layers 11B. For this reason, the present embodiment employs the push-pull method. However, this is based only on the ease of manufacturing the recording layer 11, and does not absolutely exclude the application of the DPD method.
In addition, when burying of pits is used for tilt detection described later, it is conceivable to use a sample servo method for generating a tracking error signal from the viewpoint of the manufacturing efficiency of the
[0058]
F. Tilt servo unit 160
The tilt servo (skew servo) unit 160 performs optical recording based on a detection result of tilt (tilt (tilt, skew) of the
[0059]
Since the
[0060]
In FIG. 12A, the optical axis of the recording / reproducing light incident on each
[0061]
The tilt servo unit 160 is used to correct the tilt of the
To detect the tilt (tilt, skew) of the
In addition to the tilt detection, a method using a change in the position of the reflected light according to the inclination of the optical recording medium 10 (a method of differentially detecting the movement of the position of the reflected light by the tilt sensor), a DVD -A method used in a RAM, a method using coma, and the like are also conceivable.
[0062]
(Operation of Optical Recording Medium Reproducing Apparatus 100)
The linearly polarized light emitted from the
[0063]
Most of the light that has entered the
Light incident on the
[0064]
The light emitted from the
[0065]
Most of the light that has entered the
[0066]
(Other embodiments)
The embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment, and can be extended and changed. Extended and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(1) For example, the optical recording medium reproducing apparatus may be either a fixed type in which the optical recording medium is steadily installed or a removable (removable) type in which the optical recording medium is detachably installed. In the case of the removable system, the optical recording medium reproducing device is provided with an optical recording medium holding means such as a stage (table), and the optical recording medium holding means holds the optical recording medium.
[0067]
(2) The optical recording medium may have a disc shape or any other appropriate shape.
Further, information can be recorded on the optical recording medium by various means. That is, the optical recording medium referred to here may be any device as long as information can be read by optical means, and the writing means is not limited.
[0068]
(3) In the above embodiment, the case where the optical recording medium reproducing apparatus is used for reproducing (reading) the information recorded on the optical recording medium is mainly described. Writing, erasing, etc. may be performed. For example, means for optically writing information, such as a magneto-optical disk, can be provided to an optical recording medium reproducing apparatus.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical head and an optical recording medium reproducing apparatus capable of achieving both miniaturization and good tilt characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a configuration example of an optical recording medium.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration example of a flying optical head.
FIG. 3 is a side view illustrating an embodiment of an objective lens and a solid immersion lens.
FIG. 4 is a side view illustrating a comparative example of an objective lens and a solid immersion lens.
FIG. 5 is a graph showing tilt characteristics of an example and a comparative example in comparison.
FIG. 6 is a perspective view illustrating a configuration example of a floating optical head.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example in which a focal position is adjusted using an afocal optical system.
FIG. 8 is a perspective view illustrating a configuration example of a flying optical head.
FIG. 9 is a perspective view illustrating a configuration example of a floating optical head.
FIG. 10 is a graph showing spherical aberration.
FIG. 11 is a schematic diagram showing the overall configuration of the optical recording medium reproducing device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram for explaining that, when the optical recording medium is inclined with respect to the optical axis of incident light, the information reading position shifts for each recording layer.
[Explanation of symbols]
Claims (7)
前記第2の面に対向する凸型非球面形状の第3の面と、光記録媒体に対向し、かつ前記集光対物レンズを通過した前記光源からの光が集光する略平面形状の第4の面とを有し、屈折率が1より大きい固体イマージョンレンズと、
を具備することを特徴とする光学ヘッド。A condensing objective lens having a convex aspheric first surface on which light from the light source is incident and a substantially planar second surface, and having a numerical aperture smaller than 1;
A third surface having a convex aspherical shape facing the second surface, and a third surface having a substantially planar shape facing the optical recording medium and collecting light from the light source passing through the focusing objective lens. 4, a solid immersion lens having a refractive index greater than 1;
An optical head comprising:
ことを特徴とする請求項1記載の光学ヘッド。2. The optical head according to claim 1, wherein the optical head is a floating optical head that floats from the optical recording medium by a flow of air generated by a relative movement with the optical recording medium.
ことを特徴とする請求項1記載の光学ヘッド。2. The optical head according to claim 1, further comprising a focusing position adjusting unit that adjusts a focusing position of the focused light from the optical head in a thickness direction of the optical recording medium.
ことを特徴とする請求項3に記載の光学ヘッド。The optical head according to claim 3, wherein the focusing position adjusting unit includes a variable refractive index element.
ことを特徴とする請求項3に記載の光学ヘッド。The optical head according to claim 3, wherein the focusing position adjusting means includes a wedge-shaped prism.
ことを特徴とする請求項1記載の光学ヘッド。2. The optical head according to claim 1, wherein the optical head further comprises an aberration correcting unit for correcting an aberration of the optical head.
前記光源からの光が入射する凸型非球面形状の第1の面と、略平面形状の第2の面とを有し、開口数が1より小さい集光対物レンズと、前記第2の面に対向する凸型非球面形状の第3の面と、光記録媒体に対向し、かつ前記集光対物レンズを通過した前記光源からの光が集光する略平面形状の第4の面とを有し、屈折率が1より大きい固体イマージョンレンズと、を備える光学ヘッドと、
前記光学ヘッドによって集束された光に対応して前記光記録媒体から戻ってきた戻り光を集束する光学部材と、
前記光学部材が集束した光を受光する受光部と、
を具備することを特徴とする光記録媒体再生装置。A light source that emits light,
A converging objective lens having a convex aspheric first surface on which light from the light source is incident and a substantially planar second surface, the numerical aperture of which is smaller than 1, and the second surface A third surface of a convex aspherical shape facing the optical recording medium, and a fourth surface of a substantially planar shape facing the optical recording medium and condensing light from the light source passing through the converging objective lens. An optical head comprising: a solid immersion lens having a refractive index greater than 1;
An optical member for focusing return light returned from the optical recording medium in response to the light focused by the optical head;
A light receiving unit that receives the light focused by the optical member,
An optical recording medium reproducing apparatus, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002236256A JP2004079050A (en) | 2002-08-14 | 2002-08-14 | Optical head and optical recording medium reproducing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=32020483
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008508652A (en) * | 2004-07-27 | 2008-03-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Initial focus optimization for optical scanning devices |
-
2002
- 2002-08-14 JP JP2002236256A patent/JP2004079050A/en active Pending
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