JP2616461B2

JP2616461B2 - 超解像光ヘッド装置

Info

Publication number: JP2616461B2
Application number: JP6250041A
Authority: JP
Inventors: 昌彦佐藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1994-09-19
Publication date: 1997-06-04
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: JPH0887773A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は記録媒体上の情報を再生
する、あるいは記録媒体上に情報を記録・再生または記
録・再生・消去するための光記録再生装置に用いられる
光ヘッド装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光記録においては、ディスク上に形成さ
れた同心円状またはスパイラル状のトラック上の情報を
光学的に再生する光ディスクなどの装置がすでに実用化
されている。

【０００３】近年では記憶容量増大の要請に伴い、この
ような装置において記録密度を高めることが必要となっ
ており、そのために記録媒体上の集光するスポットを縮
小することが要求されている。しかし、スポットの大き
さはレーザ光源の波長、対物レンズのＮＡ（開口数）に
よって決定されるものの、半導体レーザの短波長化や対
物レンズの高ＮＡ化には限界がきている。そのため近年
では、レーザ光源の波長と対物レンズのＮＡによって決
まる回折限界スポット径以下のスポット径を得る超解像
技術の研究が進んでおり、この超解像技術を光ヘッドに
応用した例が提案されている（たとえば、特開平１−３
１５０４０号公報、特開平１−３１５０４１号公報参
照）。以下、超解像効果を得る光ヘッド装置を「超解像
光ヘッド装置」と呼ぶこととする。

【０００４】この種の超解像光ヘッド装置の光学系の基
本構成を図１０を用いて説明する。また記録媒体上に形
成されるスポット形状を図１１に示し併せて説明する。

【０００５】図１０の超解像光ヘッド装置において、レ
ーザ光源１から出射されたレーザ光は、コリメートレン
ズ２で平行光となり超解像変調器５１に入射される。超
解像変調器５１は、記録媒体７上の集束されるメインス
ポット８に超解像効果を与えるものである。そして、超
解像変調器５１を通過したレーザ光は、回折格子５２を
通過することで３ビーム化され、偏光ビームスプリッタ
４、λ／４板５を透過し、対物レンズ６により集光され
て記録媒体７上にメインスポット８とサイドスポット８
ａ，８ｂを形成する。

【０００６】また、記録媒体７から反射した情報信号光
は対物レンズ６、λ／４板５を通り、偏光ビームスプリ
ッタ４で全反射され、ビームスプリッタ９に入射され
る。この時、ビームスプリッタ９に入射した情報信号光
は２つのビームに分割され、一方のビームはビームスプ
リッタ９を透過し再集光レンズ１３で集光された後、再
結像位置に設置されたピンホール１４を通り、光検出器
１５で受光される。もう一方のビームはビームスプリッ
タ９で反射し再集光レンズ１０で集光され、シリンドリ
カルレンズ１１で非点収差を発生させて、光検出器１２
で受光される。

【０００７】記録媒体７上には、図１１に示すように、
サイドローブ４２を持つメインスポット８と、サイドロ
ーブ４２ａを持つサイドスポット８ａと、サイドローブ
４２ｂを持つサイドスポット８ｂとが形成される。サイ
ドスポット８ａ，８ｂは記録媒体７上のトラック４１の
両側に位置するように、メインスポット８を中心に微小
角度だけ回転した位置に照射される。メインスポット８
およびサイドスポット８ａ，８ｂは、強度の絶対値のみ
が異なり、同じ形状のサイドローブを有している。

【０００８】この超解像光ヘッド装置において、記録媒
体７に集光されたメインスポット８を所定のトラック４
１に追従させる方法としては、光検出器１２上で受光さ
れるサイドスポット８ａ，８ｂの光量の差を検出するこ
とによってトラックエラー信号を検出する公知の３ビー
ム法によって行われる。

【０００９】また、対物レンズ６より記録媒体７に集光
されたメインスポット８の焦点を合わせる方法として
は、記録媒体７で反射したビームから、シリンドリカル
レンズ１１を用いて非点収差を発生させ、光検出器１２
上で受光させる非点収差量からフォーカスエラー信号を
検出する公知の非点差法によって行われる。

【００１０】情報信号は、中央部を透過し、その外側を
遮光するピンホール１４を用い、再結像位置に結像した
サイドローブを除去することで、記録媒体７上に形成さ
れたサイドローブ４２を遮光し、サイドローブの除去さ
れたメインスポット８の情報信号のみを光検出器１５に
導き、その光検出器１５によって受光された光量変化か
ら検出される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の超
解像光ヘッド装置では、記録媒体のトラック追従を行う
ためのサイドスポットにサイドローブが発生する。その
ため、トラックエラー信号を検出する光検出器で受光さ
れるビームには記録媒体上に照射されたサイドスポット
とサイドローブが混ざり合って受光され、トラックエラ
ー信号は隣接するトラックの影響を受けてクロストーク
ノイズ等のノイズ成分を含み、トラック追従が不安定に
なるという欠点があった。

【００１２】本発明の目的は、サイドローブの発生しな
いサイドスポットを形成することで安定したトラック追
従を可能とする超解像光ヘッド装置を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、超解像変調器の光強度を低下さ
せる領域として回折格子で構成される領域を用いること
により、超解像効果によって得られた回折限界以下のメ
インスポットと、回折格子の回折光によって得られたサ
イドローブの発生しないサイドスポットを形成し、安定
したトラック追従が可能となる構造としたものである。

【００１４】

【作用】この発明によれば、記録媒体のトラック追従を
行うためのサイドスポットは、サイドローブが発生しな
いため、トラック追従の不安定性の問題を解決してい
る。また、従来の超解像光ヘッド装置において光強度を
低下させるために損失していたレーザ光の一部が利用で
きるため、３ビーム化によるレーザ光源の高出力化の問
題も同時に解決している。

【００１５】

【実施例】図１〜図９を用いて本発明の一実施例の詳細
を説明する。

【００１６】図１は本発明による超解像光ヘッド装置の
光学系の一実施例を示す構成図、図２は本発明による超
解像変調器の原理を示す説明図、図３は本発明による超
解像変調器の他の実施例を示す構成図、図４は本発明に
よる記録媒体上に集光するスポットの説明図、図５は本
発明による超解像変調器の他の実施例を示す構成図、図
６は図５に示す超解像変調器による記録媒体上に集光す
るスポットの説明図、図７は本発明による超解像効果を
１次元方向のみとした場合の超解像変調器の一実施例を
示す構成図、図８は図７に示す超解像変調器による記録
媒体上に集光するスポットの説明図、図９は本発明によ
る超解像光ヘッド装置の光学系の他の実施例を示す構成
図である。

【００１７】まず、本発明の超解像光ヘッド装置の光学
系の構成を図１を用いて説明する。レーザ光源１から出
射されたレーザ光は、コリメートレンズ２で平行光とな
り、超解像変調器３を通過することで３ビーム化され、
偏光ビームスプリッタ４、λ／４板５を透過し、対物レ
ンズ６により集光されて記録媒体７上メインスポット８
とサイドスポット８ａ，８ｂを形成する。

【００１８】また、記録媒体７から反射した情報信号光
は対物レンズ６、λ／４板５を通り、偏光ビームスプリ
ッタ４で全反射され、ビームスプリッタ９に入射され
る。この時、ビームスプリッタ９に入射した情報信号光
は２つのビームに分割され、一方のビームはビームスプ
リッタ９を透過し再集光レンズ１３で集光された後、再
結像位置に設置されたピンホール１４を通り、光検出器
１５で受光する。もう一方のビームはビームスプリッタ
９で反射し再集光レンズ１０で集光され、シリンドリカ
ルレンズ１１で非点収差を発生させて、光検出器１２で
受光するように構成される。

【００１９】次に、本発明による超解像変調器の構成と
動作について図２，図３を用いて説明し、記録媒体上に
形成されるスポット形状を図４に示し併せて説明する。

【００２０】図１の超解像変調器３は、図２に示すよう
に、超解像変調器１７と、フィルタ１６とによって構成
され、超解像変調器１７は完全回折格子１７ａと回折格
子１７ｂで構成される。完全回折格子１７ａは位相型回
折格子であり、０次回折光（透過光）をほとんど発生さ
せず回折光のみを発生させるように位相差および凸部と
凹部の幅を設定する。また、回折格子１７ｂは格子間隔
を完全回折格子１７ａと同一とし、０次回折光と±１次
回折光が一定の割合（たとえば、０次回折光：±１次回
折光を２：１）で発生するように位相差および凸部と凹
部の幅を変えた位相型回折格子とする。

【００２１】また、フィルタ１６は超解像変調器１７の
完全回折格子１７ａに入射されるレーザ光の部分的な領
域のみを反射あるいは吸収を用い、回折格子１７ｂへの
入射光に対する回折格子１７ｂの±１次回折光の光量比
と、完全回折格子１７ａへの入射光に対する完全回折格
子１７ａの±１次回折光の光量比が概略一致するように
透過率が決定されている。たとえば、超解像変調器１７
の完全回折格子１７ａへの入射光に対する回折光の割合
を０次回折光を０％，±１次回折光を９０％，±２次以
上の回折光を１０％とし、回折格子１７ｂへの入射光に
対する回折光の割合を０次回折光を６０％，±１次回折
光を３０％，±２次以上の回折光を１０％とした場合に
は、完全回折格子１７ａの±１次回折光は９０％、回折
格子１７ｂの±１次回折光は３０％であるので、フィル
タ１６の透過率は約１／３（約３３％）とすれば良い。
また、透過率低下部１６ａは、たとえば金属薄膜を蒸着
したり、反射コーティングを施したり、光吸収する物質
を塗布したり分散させて封入するなどして容易に作ら
れ、透過率低下部１６ａを通過したレーザ光と透過部１
６ｂを通過したレーザ光に位相差を生じる場合には、い
ずれかに位相保証膜を施せば良い。

【００２２】次に、超解像変調器の動作について説明す
る。図２に示すように、強度分布２２の分布を持つレー
ザ光２１がフィルタ１６に入射されると、透過率低下部
１６ａを通過したレーザ光は中心部の強度分布２４ａの
ように強度が低下し、透過部１６ｂを通過したレーザ光
は周辺部の強度分布２４ｂのように強度分布２２の分布
を保ち、強度分布２４となる。さらにレーザ光２３が超
解像変調器１７に入射すると、０次回折光２５、＋１次
回折光２７および−１次回折光３０に分離される。０次
回折光２５が完全回折格子１７ａを通過すると、０次回
折光領域２５ａは０次回折光が発生しないため遮光領域
となり、回折格子１７ｂを通過した０次回折光領域２５
ｂは０次回折光が発生して強度分布２６となる。＋１次
回折光２７は完全回折格子１７ａを通過した１次回折光
領域２７ａの＋１次回折光と回折格子１７ｂを通過した
１次回折光領域２７ｂの＋１次回折光から強度分布２８
となる。ここで、完全回折格子１７ａで回折した＋１次
回折光の強度分布２８ａと回折格子１７ｂで回折した＋
１次回折光の強度分布２８ｂはフィルタ１６によって透
過率が調整されているため、滑らかに変化する強度分布
２８となり、強度分布２２と絶対値のみが異なる概略同
じ強度分布２８となる（フィルタ１６の透過率は強度分
布２８が滑らかに変化するように設定される）。また、
−１次回折光３０も＋１次回折光２７と同様に強度分布
２２と絶対値のみが異なる概略同じ強度分布３１とな
る。

【００２３】図３はフィルタ１６と超解像変調器１７を
一体の構造とした超解像変調器３０１の構成の実施例で
あり、超解像変調器３０１は完全回折格子３０１ａと回
折格子３０１ｂと完全回折格子３０１ａに入射するレー
ザ光の強度を低下する透過率低下膜３０１ｃとから構成
されている。

【００２４】レーザ光２１は透過率低下膜３０１ｃを通
過したのち完全回折格子３０１ａおよび回折格子３０１
ｂに入射され、０次回折光２５、＋１次回折光２７およ
び−１次回折光３０に分離される。０次回折光２５のう
ち、完全回折格子３０１ａを通過した０次回折光領域２
５ａは０次回折光が発生しないため遮光領域となり、回
折格子３０１ｂを通過した０次回折光領域２５ｂは０次
回折光が発生して強度分布２６となる。＋１次回折光２
７は、完全回折格子３０１ａを通過した１次回折光領域
２７ａの＋１次回折光と、回折格子３０１ｂを通過した
１次回折光領域２７ｂの＋１次回折光とにより強度分布
２８となる。ここで、完全回折格子３０１ａで回折した
＋１次回折光の強度分布２８ａは透過率低下膜３０１ｃ
によって強度分布２９から低下させられたもので、回折
格子３０１ｂで回折した＋１次回折光の強度分布２８ｂ
と合せられて滑らかに変化する強度分布２８となる。強
度分布２８は、強度分布２２と絶対値のみが異なるだけ
で概略同じ強度分布を持つ。また、−１次回折光３０も
＋１次回折光２７と同様に強度分布２２と絶対値のみが
異なる概略同じ強度分布３１となる。

【００２５】ここで、透過率低下膜３０１ｃで位相差が
発生する場合には、位相保証膜を設ければ良い。また、
透過率低下膜３０１ｃは完全回折格子３０１ａ上に設け
ても良い。

【００２６】図４は記録媒体上に形成されるスポット形
状を示したもので、記録媒体７上には、超解像変調器３
の透過光によって得られるサイドローブ４２を持つメイ
ンスポット８と、回折光によって得られるサイドスポッ
ト８ａ，８ｂが形成される。このときサイドスポット８
ａ，８ｂは、レーザ光源から出射された強度分布と概略
同じ分布となり、滑らかに変化する分布となるためサイ
ドローブは形成されない。また、サイドスポット８ａ，
８ｂは記録媒体７上のトラック４１の両側に位置するよ
うに、メインスポット８を中心に微小角度だけ回転した
位置に照射される。

【００２７】本発明の超解像変調器の他の実施例につい
て、図５〜図８を用いて説明する。

【００２８】図５は完全回折格子３０２ａと回折格子３
０２ｂを交互の繰り返しパターンとしたときの実施例で
ある。この超解像変調器３０２は、完全回折格子３０２
ａと回折格子３０２ｂと完全回折格子３０２ａに対応し
た透過率低下膜３０２ｃから構成される。図６に示すよ
うに、このとき記録媒体７上には、超解像変調器３０２
の透過光によって得られるサイドローブ４２を持つメイ
ンスポット８と、回折光によって得られるサイドスポッ
ト８ａ，８ｂが形成される。このときサイドスポット８
ａ，８ｂは、レーザ光源から出射された強度分布と概略
同じ分布となって滑らかに変化する強度分布となるため
サイドローブは形成されない。また、サイドスポット８
ａ，８ｂは記録媒体７上のトラック４１の両側に位置す
るように、メインスポット８を中心に微小角度だけ回転
した位置に照射される。

【００２９】この超解像変調器３０２を用いることで、
完全回折格子３０２ａの半径と回折格子３０２ｂの半径
を任意に設定することで、メインスポット８の周囲のサ
イドローブ４２の強度分布を変えることができるため、
１次のサイドローブの光量を減少することによって、サ
イドローブ４２によるメインスポット８への影響が軽減
されるという特徴を持つ。

【００３０】図７は完全回折格子３０３ａと回折格子３
０３ｂの領域を方形状にして超解像効果を１次元方向の
みとした場合の実施例である。この超解像変調器３０３
は、完全回折格子３０３ａと回折格子３０３ｂと完全回
折格子３０３ａに対応した透過率低下膜３０３ｃから構
成される。図８に示すように、このとき記録媒体７上に
は、超解像変調器３０３の透過光によって得られるサイ
ドローブ４２を持つメインスポット８と、回折光によっ
て得られるサイドスポット８ａ，８ｂが形成される。こ
のときサイドスポット８ａ，８ｂは、レーザ光源から出
射された強度分布と概略同じ分布となるためサイドロー
ブは形成されない。また、サイドスポット８ａ，８ｂは
記録媒体７上のトラック４１の両側に位置するように、
メインスポット８を中心に微小角度だけ回転した位置に
照射される。

【００３１】この超解像変調器３０３を用いることで、
超解像効果は１次元方向に限定するとサイドローブ４２
の全光量が減少するため、サイドローブ４２によるメイ
ンスポット８への影響が軽減できるという特徴を持つ。

【００３２】ここで、超解像効果を１次元方向に限定し
た場合にも、完全回折格子３０３ａと回折格子３０３ｂ
を繰り返しパターンとすることが可能であり、サイドロ
ーブ４２の強度分布を変えて、さらに、サイドローブ４
２によるメインスポット８への影響が軽減できるという
特徴を持つ。

【００３３】図９は本発明による超解像光ヘッド装置の
光学系の他の実施例を示す。

【００３４】レーザ光源１から出射されたレーザ光は、
超解像変調器３を通過することで３ビーム化され、偏光
ビームスプリッタ４、λ／４板５を透過し、有限系対物
レンズ１８により集光されて記録媒体７上メインスポッ
ト８とサイドスポット８ａ，８ｂを形成する。また、記
録媒体７から反射した情報信号光を検出する光学構成は
図１に示す光学系と同様なので説明は省略する。

【００３５】この超解像光ヘッド装置では、有限系対物
レンズ１８を用いることで光学構成が簡略化できるた
め、超解像光ヘッド装置の小型・薄型化が可能となると
いう効果を持つ。

【００３６】本発明の超解像光ヘッド装置において、記
録媒体７に集光されたメインスポット８を所定のトラッ
クに追従させる方法としては、記録媒体７から反射した
サイドスポット８ａ，８ｂを光検出器１２上で独立に受
光し、それぞれの受光光量の差を検出することによって
トラックエラー信号を検出する公知の３ビーム法によっ
て行われる。

【００３７】また、対物レンズ６あるいは有限系対物レ
ンズ１８より記録媒体７に集光されたメインスポット８
の焦点を合わせる方法としては、記録媒体７から反射し
たビームから、シリンドリカルレンズ１１を用いて非点
収差を発生させ、その非点収差量を検出することによっ
てフォーカスエラー信号を検出する公知の非点収差法に
よって行われる。

【００３８】情報信号は、中央部を透過し、その外側を
遮光するピンホール１４を用い、再結像位置に結像した
サイドローブを除去することで、記録媒体７上に形成さ
れたサイドローブ４２を遮光し、サイドローブの除去さ
れたメインスポット８の情報信号のみを光検出器１５に
導き、その光検出器１５によって受光された光量変化か
ら検出される。

【００３９】なお、本装置は再生専用の記録媒体、追記
型の記録媒体、あるいは書換型の記録媒体に用いられる
全ての超解像光ヘッド装置に対しても適用可能である。

【００４０】この実施例では、記録媒体に対するフォー
カスエラー検出方法の一方法について示したが、他の公
知のいずれの方法でも適用可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、超解像
変調器の光強度を低下させる領域として回折格子で構成
される領域を用いることで、超解像効果によって得られ
た回折限界以下のメインスポットと、回折格子の回折光
によって得られたサイドローブの発生しないサイドスポ
ットを形成しできるため、安定したトラック追従が可能
となるという効果を有する。さらにまた、光強度を低下
させるために損失していたレーザ光の一部が利用するこ
とで、３ビーム化に伴うレーザ光の損失が減少できるた
め、レーザ光源の低出力化が可能となるという効果も併
せ持つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超解像光ヘッド装置の光学系の一
実施例を示す構成図である。

【図２】本発明による超解像変調器の原理を示す説明図
である。

【図３】本発明による超解像変調器の一実施例を示す構
成図である。

【図４】本発明による記録媒体上に集光するスポットの
説明図である。

【図５】本発明による超解像変調器の他の実施例を示す
構成図である。

【図６】本発明の図５に示す超解像変調器による記録媒
体上に集光するスポットの説明図である。

【図７】本発明による超解像効果を１次元方向のみとし
た場合の超解像変調器の一実施例を示す構成図である。

【図８】本発明の図７に示す超解像変調器による記録媒
体上に集光するスポットの説明図である。

【図９】本発明による超解像光ヘッド装置の光学系の他
の実施例を示す構成図である。

【図１０】従来例の超解像光ヘッド装置の光学系の構成
図である。

【図１１】従来例の記録媒体上に形成されるスポット形
状を示す説明図である。

【符号の説明】

１レーザ光源２コリメートレンズ３，３０１，３０２，３０３超解像変調器３０１ａ，３０２ａ，３０３ａ完全回折格子３０１ｂ，３０２ｂ，３０３ｂ回折格子３０１ｃ，３０２ｃ，３０３ｃ透過率低下膜４偏光ビームスプリッタ５ λ／４板６対物レンズ７記録媒体８メインスポット８ａサイドスポット８ｂサイドスポット９ビームスプリッタ１０再集光レンズ１１シリンドリカルレンズ１２光検出器１３再集光レンズ１４ピンホール１６フィルタ１６ａ透過率低下部１６ｂ透過部１７超解像変調器１７ａ完全回折格子１７ｂ回折格子１８有限系対物レンズ２１レーザ光２２強度分布２３レーザ光２４，２６，２８，２８ａ，２８ｂ，２９，３１，３２
強度分布２４ａ中心部の強度分布２４ｂ周辺部の強度分布２５０次回折光（透過光）２５ａ０次回折光領域２５ｂ０次回折光領域２７＋１次回折光（回折光）２７ａ＋１次回折光領域２７ｂ＋１次回折光領域３０ −１次回折光（回折光）４１トラック４２サイドローブ４２ａサイドローブ４２ｂサイドローブ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源からの出射光の光強度を変調
させることによって記録媒体上に回折限界以下のスポッ
ト径を形成する超解像光ヘッド装置において、前記レーザ光源と対物レンズとの間に、回折効率の異な
る２つ以上の回折格子領域から構成され、前記出射光の
光強度を変調する超解像変調器と、前記超解像変調器の
回折光の部分的な領域の光強度を低下するフィルタを備
え、前記超解像変調器の透過光によって回折限界以下に縮小
された第一のスポットと、前記超解像変調器の回折光に
よって前記記録媒体に形成される２個以上の第二のスポ
ットを形成し、第一のスポットは前記記録媒体に情報の記録、再生、消
去を行なうために用い、第二のスポットは前記記録媒体
の記録トラックに追従させるために用いることを特徴と
する超解像光ヘッド装置。
【請求項２】前記回折格子領域は、レーザ光の光軸を
中心として配置され０次回折光が小さくなるように回折
効率が設定された円領域と、前記円領域の周りに配置さ
れ０次回折光と１次回折光が所定の割合で発生するよう
に回折効率が設定された領域とから成り、前記フィルタ
は前記円領域の光強度を低下させる請求項１に記載の超
解像光ヘッド装置。
【請求項３】前記回折格子領域は、レーザ光の光軸を
中心として配置され０次回折光が小さくなるように回折
効率が設定された方形領域と、前記円領域の周りに配置
され０次回折光と１次回折光が所定の割合で発生するよ
うに回折効率が設定された領域とから成り、前記フィル
タは前記方形領域の光強度を低下させる請求項１に記載
の超解像光ヘッド装置。
【請求項４】前記回折格子領域は、回折効率の異なる
複数の領域が交互に配置されて成る請求項１ないし３の
いずれか１項に記載の超解像光ヘッド装置。
【請求項５】前記超解像変調器と前記フィルタを一体
の構造とした請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
超解像光ヘッド装置。