JP2655065B2 - 超解像光ヘッド装置 - Google Patents

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に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装
置に応用した例が提案されている（たとえば、特開平１
−３１５０４０号公報、特開平１−３１５０４１号公報
参照）。また、レーザ光源の部分的な光強度変調を行う
領域として、中心部を遮光し、その周辺部を透過し、そ
の周辺部を遮光するというような繰り返しパタンを用
い、輪帯状の遮光領域を連ねて超解像効果を得る光ヘッ
ド装置（以下超解像光ヘッド装置）が提案されている
（特開平２−９１８２９号公報参照）。

【０００４】この種の基本的な超解像光ヘッド装置の光
学系の構成を図４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５に示し併せて説明す
る。

【０００５】図４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４０に入射される。超解
像変調器４０は超解像変調器形状４０ａに示すような中
央部が遮光領域となっており、記録媒体７上の集束スポ
ットに超解像効果を与えるものである。そして、超解像
変調器４０を通過したレーザ光は、回折格子形状４１ａ
に示すような全域が直線状の回折格子４１を通過するこ
とで３ビーム化され、偏光ビーススプリッタ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８ａ，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ている。

【０００７】図５に示すように、記録媒体７上にはメイ
ンビーム３１の周囲にサイドローブ３２を持つメインス
ポット８と、メインビーム３３ａの周囲にサイドローブ
３４ａを持つサイドスポット８ａと、メインビーム３３
ｂの周囲にサイドローブ３４ｂを持つサイドスポット８
ｂが形成され、サイドスポット８ａ，８ｂは記録媒体７
上のトラック４５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
の強度分布は図５中の断面Ａ−Ａ′に示すように、強度
の絶対値のみが異なり、強度分布は同一となる。

【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
５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
上で受光され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収差法によって行われる。

【００１０】情報信号は、再結像位置にピンホール形状
１４ａに示す様な中央部を透過し、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３２を遮光し、メインビーム３１のみを光検出
器１５に導き、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
のメインビーム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】さらにまた、レーザ光の光強度変調を行う
超解像光ヘッド装置の場合、超解像変調器によるレーザ
光の損失のため、記録媒体に集光するメインスポットの
光量が低下し、トラックエラー検出法に３ビーム法を組
み合わせることによって、メインスポットの光量はさら
に低下する。そのため高出力のレーザ光源が必要に成る
という欠点があった。

【００１３】それ故に、本発明の目的はサイドローブ強
度の小さ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し、光量低下による高出力のレーザ
光源を必要としない超解像光ヘッド装置を提供すること
である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】したがって、本発明は上
記課題を解決するために、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輪帯状の領域を
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、回折格子によって得られたサイ
ドローブ強度の小さ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。

【００１５】

【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、サイドローブ強度の小さ
いサイドスポットとなるため、トラック追従の不安定性
の問題を解決している。さらにまた、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
たレーザ光の有効利用ができるため、レーザ光源の高出
力化の問題を解決している。

【００１６】

【実施例】図１〜図３を用いて本発明の一実施例の詳細
を説明する。

【００１７】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
解像変調器の一実施例を示す構成図、図３は本発明の超
解像光ヘッド装置により記録媒体上に形成されるスポッ
ト形状をシミュレーションにより求めた結果である。

【００１８】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。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
記録媒体上に形成されるスポット形状の関係について図
２、図３を用いて説明する。

【００２０】図２に示すように、超解像変調器形状３ａ
において、コリメートレンズ２０で平行化されたビーム
２０に対して、透過領域２１と遮光領域２２の繰り返し
パターンとすると記録媒体７上には超解像効果で縮小さ
れたメインスポット８が得られる。

【００２１】超解像変調器３の遮光領域は位相型の回折
格子２３で構成する。この回折格子２３の格子間隔は記
録媒体７上の０次回折光と１次回折光の集束スポットの
間隔が約２０μｍとなるように設定し、格子の凸部と凹
部の幅を一対一、位相差をπとすることで０次回折光は
発生しなくなり、遮光領域２２の透過率は０％となる。
また、回折格子２３の凸部と凹部の幅や位相差を設定
し、０次回折光を発生させることによって、遮光領域２
２の透過率の自由な選択が可能となる。

【００２２】例えば、レーザ光源を波長６８０ｎｍ、放
射角８°×２１°、対物レンズを焦点距離４．１ｍｍ、
ＮＡ０．５５、コリメートレンズを焦点距離２５．０ｍ
ｍ、中心部の遮光領域の半径を０．５ｍｍ、周辺部の遮
光領域の半径を０．８ｍｍ〜１．８ｍｍ、遮光領域２２
の透過率を０％としたときの記録媒体７上には、透過光
２４により得られる図３（ａ）に示すようなメインスポ
ット８と＋１次回折光２４ａおよび−１次回折２４ｂに
より得られる（ｂ）に示すようなサイドスポット８ａ，
８ｂが形成される。メインスポット８はメインビーム３
１とサイドローブ３２から形成され、メインビーム３１
のスポット径（１／ｅ２）は０．９２×０．８２μｍと
なることから、回折限界のスポット径（１／ｅ２）の
１．１０×１．０１μｍに対して約８０％のスポット径
縮小効果が得られる。また、サイドスポット８ａ，８ｂ
も同様にメインビーム３３とサイドローブ３４から形成
され、メインビーム３３のスポット径（１／ｅ２）は
１．２７×１．１９μｍとなり、サイドローブ３４の強
度はメインビーム３３の強度の４．１％となる。

【００２３】また、サイドスポット８ａ，８ｂは記録媒
体７上のトラック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。

【００２４】この実施例では、高次のサイドローブを発
生させて、１次のサイドローブ強度が６．１％と小さい
メインスポットを形成でき、さらに回折格子によって得
られたサイドスポットはサイドローブ強度を４．１％に
低下することが可能となる。

【００２５】すなわち、図４の従来例に示した中央部の
みを半径１．４ｍｍの遮光領域とする超解像変調器を用
いた場合、メインスポットのメインビーム径（１／ｅ
２）は０．８９×０．８１μｍと同程度に縮小すること
が可能となるが、メインスポットの１次サイドローブ強
度は１６．６％と大きい。この超解像光ヘッドに新たに
回折格子を追加する場合では、サイドスポットのサイド
ローブ強度も１６．６％となる。また、遮光領域を回折
格子とした場合には、サイドスポットのメインビーム径
（１／ｅ２）は１．７２×１．６６μｍと拡大するため
実用不可能である。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】情報信号は、中央部のみを透過し周辺部を
遮光するピンホール形状１４ａに示すような中央部を透
過し、その周囲を全て遮光するピンホール１４を用い
て、メインスポット８のサイドローブ３２を遮光し、メ
インスポット８のメインビーム３１のみを光検出器１５
に導き、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。

【００２９】なお、実施例ではコリメートレンズを用い
た無限系の光学系の例を述べたが、コリメートレンズを
用いない有限系の光学系においても適用可能である。

【００３０】また、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。

【００３１】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。

【００３２】

【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
れる輪帯状の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、回折格子に
よって得られたサイドローブ強度の小さいサイドスポッ
トを形成できるため、安定したトラック追従が可能と成
るという効果を有する。さらにまた、３ビーム化に伴う
レーザ光の損失が無いため、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一実施例を示す構
成図である。

【図３】本発明の超解像光ヘッド装置により記録媒体上
に形成されるスポット形状をシミュレーションにより求
めた結果である。

【図４】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５】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 超解像変調器 ３ａ 超解像変調器形状 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 １４ａ ピンホール形状 ２０ ビーム ２１ 透過領域 ２２ 遮光領域 ２３ 回折格子 ２４ 透過光 ２４ａ ＋１次回折光 ２４ｂ −１次回折光 ３１ メインビーム ３２ サイドローブ ３３，３３ａ，３３ｂ メインビーム ３４，３４ａ，３４ｂ サイドローブ ４０ 超解像変調器 ４０ａ 超解像変調器形状 ４１ 回折格子 ４１ａ 回折格子形状 ４５ トラック

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光源からの出射光の部分的な光強度
   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、前記出射光の中
   央部とその周辺部の輪帯状領域を遮光する遮光部を設け
   た超解像変調器を備え、 前記中央部及び輪帯状領域を回折格子によって構成し、 前記超解像変調器によって回折限界以下に縮小された第
   一のスポットと、前記回折格子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。