JP2655066B2 - 超解像光ヘッド装置 - Google Patents

超解像光ヘッド装置

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JP2655066B2
JP2655066B2 JP5334561A JP33456193A JP2655066B2 JP 2655066 B2 JP2655066 B2 JP 2655066B2 JP 5334561 A JP5334561 A JP 5334561A JP 33456193 A JP33456193 A JP 33456193A JP 2655066 B2 JP2655066 B2 JP 2655066B2
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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）。
【０００４】また、この提案例においては、記録媒体に
照射された超解像サイドローブが再生信号を劣化させる
ため、検出光学系の再結像位置にスリットやピンホール
を用い、良好な再生信号を得る光ヘッド装置が提案され
ている（特開平２−１２６２３号公報、特開平２−１２
６２４号公報）。また、さらに良好な再生信号を得るた
めに、メインビーム成分とサイドローブ成分を独立に検
出し、メインビーム成分からサイドローブ成分を電気的
に除去する光ヘッド装置が提案されている（特開平２−
２０６０３５号公報、特開平２−２０６０３６号公
報）。
【０００５】超解像技術を応用した光ヘッド装置（以下
超解像光ヘッド装置）のスポット形状について図５を用
いて説明する。
【０００６】また、上記の超解像光ヘッド装置におい
て、従来例の第一例として特開平２−１２６２４号公
報、第二例として特開平２−２０６０３６号公報に記載
の基本的な光学系の構成について、それぞれ図７および
図８を用いて説明する。図７および図８に示す超解像光
ヘッド装置の例は、記録媒体上に照射さた集光スポット
の一方向のみ超解像効果を得る（以下１次元超解像）例
であるが、集光スポットの両方向に超解像効果を得る
（以下２次元超解像）例にも適用できる。
【０００７】図５は２次元超解像によるスポット形状を
シミュレーションにより求めた結果である。（ａ）に記
録媒体上に形成されるスポット形状を示し、（ｂ）にピ
ンホール上（再結像位置）に形成されるスポット形状と
成分分布を示す。
【０００８】レーザ光源の波長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２５．０ｍｍ、２次
元遮光領域の半径１．４ｍｍとした時、記録媒体上には
０．８９×０．８１μｍのスポット径（１／ｅ２）が得
られ、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。
【０００９】この時の記録媒体上のスポット形状は図５
（ａ）に示すようなメインビーム３７とサイドローブ３
８から形成されており、メインビーム３７による記録媒
体上の情報の再生に対して、サイドローブ３８が前後左
右の情報を再生してしまうため、サイドローブ３８はメ
インビーム３７のノイズとして働く。
【００１０】また、ピンホール上に再結像したときの成
分分布は図５（ｂ）に示すように、記録媒体上のメイン
ビーム３７とサイドローブ３８を足し合わせた全成分３
９は記録媒体上のスポット形状と類似する。それに対し
て、記録媒体上のサイドローブ３８はピンホール上では
サイドローブ成分４０となり、一部分が中央部に混ざり
込む。
【００１１】第一例の超解像光ヘッド装置の光学系の構
成を図７（ａ）に示す。
【００１２】図７（ａ）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５０、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上に微小スポットを形成する。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８に入射される。
【００１３】この時、ビームスプリッタ８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８を透過し再集光レンズ１２で集光され
た後、再結像位置に設置されたスリット５１を通り、光
検出器１４で受光する。もう一方のビームはビームスプ
リッタ８で反射し再集光レンズ９で集光され、シリンド
リカルレンズ１０で非点収差を発生させて、光検出器１
１で受光するように構成される。
【００１４】超解像変調器５０の例として遮光帯を用い
る時には、遮光板形状５０ａに示すようにビーム５３の
中央部に遮光領域５２を設ける事で、記録媒体７上に回
折限界以下のスポット径となるメインビームとサイドロ
ーブが形成される。
【００１５】情報信号光からサイドローブ成分を除去す
る方法として、再結像位置にスリット形状５１ａに示す
様な中央部を透過領域５４とし、その外側を遮光領域５
５とするスリット５１を用い、再結像位置に結像したサ
イドローブを光学的に除去する。
【００１６】光検出器１４の受光部形状を図７（ｂ）に
示す。受光部形状５６には一個の受光部５８があり、ス
リット５１を透過したメインビームのみがメインビーム
スポット５７として受光される。
【００１７】第二例の超解像光ヘッド装置の光学系の構
成を図８（ａ）に示す。
【００１８】図８（ａ）において、レーザ光源１から対
物レンズ６に至るまでの光学系は、第一例の光学系と同
一であるので説明を省略する。
【００１９】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８に入射される。この
時、ビームスプリッタ８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８
を透過し再集光レンズ１２で集光し、再結像位置に設置
された光検出器１４で受光する。もう一方のビームはビ
ームスプリッタ８で反射し再集光レンズ９で集光され、
シリンドリカルレンズ１０で非点収差を発生させて、光
検出器１１で受光するように構成される。
【００２０】光検出器１４の受光部形状を図８（ｂ）に
示す。受光部形状５９には三個の受光部があり、メイン
ビーム受光部６１ａにはメインビームスポット６０ａが
受光され、サイドローブ受光部６１ｂにはサイドローブ
スポット６０ｂが受光されるように構成されている。
【００２１】第一例より高精度にサイドローブ成分を除
去するために、再結像位置に設置された光検出器１４の
メインビーム受光部６１ａの信号とサイドローブ受光部
６１ｂの信号をそれぞれ異なるゲインの増幅器を通して
引き合わせることで、図５（ｂ）に示すサイドローブ成
分４０の中央部へ混ざり込みを電気的に除去する。
【００２２】この超解像光ヘッド装置では、図７および
図８の対物レンズ６より記録媒体７に集光されたビーム
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１０を用いて非点
収差を発生させ、光検出器１１の光量変化を検出するこ
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。
【００２３】また、記録媒体７に集光されたビームを所
定のトラックに追従させる方法としては、記録媒体７か
ら反射したビームを受光する光検出器１１のファーフィ
ールドの光量変化を検出することによって、トラッキン
グエラー信号を検出する公知のプッシュプル法によって
行われる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら第一例の
従来例の超解像光ヘッドでは図５に示すように、記録媒
体上で形成されていたサイドローブ３８が再結像位置で
はサイドローブ成分４０となり、中央部のみを透過する
スリットあるいはピンホールでは、再生信号の劣化が防
止できないという欠点があった。
【００２５】また、第二例の実施例の超解像光ヘッド装
置においては、対物レンズの焦点距離を４．１ｍｍ、再
集光レンズの焦点距離を３０ｍｍとした時の光学系の倍
率は７．３倍となり、記録媒体上のスポット径を０．８
μｍ、サイドローブまでの距離を０．９μｍとすると、
メインビーム受光部の大きさは約６μｍ、メインビーム
受光部中心とサイドローブ受光部中心間の距離は約７μ
ｍとなってしまうため、現状の技術ではこのような大き
さの受光部をもつ光検出器を作製することは不可能であ
る。また、メインビームとサイドローブの受光部が約１
〜２μｍと近接するため、受光部およびその周辺部に照
射されたビームが受光部に回り込み、受光部の十分な応
答が得られなくなるという欠点があった。
【００２６】それ故に、本発明の目的はサイドローブ成
分の情報信号への混ざり込みを除去することで、劣化の
少ない再生信号を容易に得ることを可能とし、実現可能
な超解像光ヘッド装置を提供することである。
【００２７】
【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、記録媒体から反射したレーザ
光の再結像位置に超解像スポットを再結像する光学系を
設け、この結像位置にメインビーム成分とサイドローブ
成分を反射，回折，屈折等の方法を用いて光学的に分離
する手段を設け、メインビーム成分とサイドローブ成分
を独立に検出することによって、劣化の少ない再生信号
を容易に得ることが可能な構造としたものである。
【００２８】
【作用】この発明によれば、再結像位置にメインビーム
成分とサイドローブ成分を光学的に分離する手段を設け
ることで、メインビーム成分とサイドローブ成分を独立
に検出することが可能となる。
【００２９】また、光学的に分離したメインビーム成分
には僅かなサイドローブ成分が混ざり込んでおり、独立
に検出されたサイドローブ成分を用いて、サイドローブ
成分の混ざり込みを電気的に除去することによって、再
生信号のサイドローブ成分による劣化の問題を解決して
いる。
【００３０】
【実施例】図１から図４及び図６を用いて本発明の一実
施例の詳細を説明する。
【００３１】図１，図４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
よるメインビームとサイドローブを光学的に分離する別
の実施例を示す構成図、図３は本発明によるサイドロー
ブを部分的に分離する手段の実施例を示す構成図、図６
は本発明による超解像光ヘッド装置と従来方式による超
解像光ヘッド装置の再生信号のジッタ値測定結果のグラ
フである。
【００３２】本発明の超解像光ヘッド装置の光学系の一
実施例を図１を用いて説明する。
【００３３】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、
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上に微小スポットを
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８に入射される。
【００３４】この時、ビームスプリッタ８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８で反射し再集光レンズ９で集光され、
シリンドリカルレンズ１０で非点収差を発生させて、光
検出器１１で受光する。
【００３５】もう一方のビームはビームスプリッタ８を
透過し再集光レンズ１２で集光された後、再結像位置に
設置されたメインビームとサイドローブを分離する反射
型ピンホール１３に再結像され、メインビームは、反射
型ピンホール１３を透過して光検出器１４により受光す
る。また、サイドローブは反射型ピンホール１３で反射
され再集光レンズ１２通り、ビームスプリッタ８で反射
され、再集光レンズ１５で集光されて光検出器１６で受
光されるように構成される。
【００３６】超解像変調器３の例として２次元の遮光板
を用いる時には、遮光板形状３ａに示すようにビーム１
７の中央部に遮光領域１８を設ける事で、記録媒体７上
に回折限界以下のスポット径となるメインビームとサイ
ドローブが形成される。
【００３７】また、反射型ピンホール１３は反射型ピン
ホール形状１３ａに示すような透過領域１９と反射領域
２０からなり、透過領域１９の外径は再結像されるメイ
ンビーム径と概略等しい径（約６μｍ）に設定されてお
り、反射型ピンホール１３上に再結像された超解像スポ
ットはメインビームのみが透過でき、サイドーブは全て
反射するように光学的に分離される。
【００３８】情報信号の再生は、記録媒体７から反射し
た全ての情報信号光から、反射型ピンホール１３でメイ
ンビームのみに光学的に分離した光検出器１４のメイン
ビーム信号と、独立して検出された光検出器１６のサイ
ドローブ信号に異なるゲインの増幅器を通して引き合わ
せることでメインビーム内に内在するサイドローブ成分
を電気的に除去することによって行われる。
【００３９】次に本発明の超解像光ヘッド装置の動作に
ついて説明する。
【００４０】この超解像光ヘッド装置では、対物レンズ
６より記録媒体７に集光されたビームの焦点を合わせる
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１０を用いて非点収差を発生させ、
光検出器１１の光量変化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。
【００４１】また、記録媒体７に集光されたビームを所
定のトラックに追従させる方法としては、記録媒体７か
ら反射したビームを受光する光検出器１１のファーフィ
ールドの光量変化を検出することによって、トラッキン
グエラー信号を検出する公知のプッシュプル法によって
行われる。
【００４２】本発明によるメインビームとサイドローブ
を光学的に分離する別の実施例を図２を用いて説明す
る。
【００４３】図２（ａ）はメインビームとサイドローブ
の分離に回折を用いたときの一実施例である。集光ビー
ム２３の再結像されたスポット形状２４のメインビーム
のみを透過する透過領域と、サイドローブを完全回折
（０次回折光のない回折）をする回折領域からなる回折
型ピンホール２１（図１の反射型ピンホール１３の反射
領域２０を回折格子としたもの）を再結像位置に設置
し、メインビームを透過光２３ａとして光検出器２２の
メインビーム受光部２２ａに導き、サイドローブを±１
次回折光２３ｂとしてサイドローブ受光部２２ｂに導
く。
【００４４】図２（ｂ）はメインビームとサイドローブ
の分離に屈折を用いたときの一実施例である。集光ビー
ム２６の再結像されたスポット形状２４のメインビーム
のみを透過する透過領域と、サイドローブを屈折する屈
折領域からなる屈折型ピンホール２５（図１の反射型ピ
ンホール１３の反射領域２０を屈折構造としもの）を再
結像位置に設置し、メインビームを透過光２３ａとして
光検出器２２のメインビーム受光部２２ａに導き、サイ
ドローブを屈折光２６ｂとしてサイドローブ受光部２２
ｂに導く。
【００４５】図２における情報信号の再生は、メインビ
ーム受光部２２ａから得られるメインビーム信号と、サ
イドローブ受光部２２ｂから得られるサイドローブ信号
に異なるゲインの増幅器を通して引き合わせることでメ
インビーム内に内在するサイドローブ成分を電気的に除
去することによって行われる。
【００４６】本発明によるサイドローブを部分的に分離
する手段の実施例を図３に示す。
【００４７】図３（ａ）は反射吸収型ピンホールの構成
を示している。反射吸収型ピンホール２７は透過領域２
７ａ，反射領域２７ｂ，吸収領域２７ｃから構成され、
再結像された超解像スポットから、メインビームに混ざ
り込む影響の大きい次数のサイドローブのみを反射さ
せ、サイドローブ検出用光検出器に導くものである。
【００４８】図３（ｂ）は別の反射吸収型ピンホールの
構成を示している。反射吸収型ピンホール２８は透過領
域２８ａ，反射領域２８ｂ，吸収領域２８ｃから構成さ
れ、再結像された超解像スポットから、メインビームに
混ざり込む影響の大きい符号間干渉成分のみを反射さ
せ、サイドローブ検出用光検出器に導くものである。
【００４９】図３を示す反射吸収型ピンホールは、メイ
ンビーム成分に混ざり込みの多い部分のみを空間的に分
離できるため、サイドローブ成分の電気的除去の効果が
高いとうい効果がある。
【００５０】また、メインビームとサイドローブを分離
する別のピンホールの例として、入射表面に反射率分布
を持たせ、裏面に吸収層を設けるピンホールは、サイド
ローブ成分の影響に合わせた電気的除去を行うことがで
きる。
【００５１】本発明の超解像光ヘッド装置の光学系の別
の実施例を図４を用いて説明する。
【００５２】レーザ光源１から対物レンズ６に至るまで
の光学系は図１の光学系と同一であるため、図１の光学
系と異なる部分についてのみ説明する。
【００５３】記録媒体７から反射した情報信号光はビー
ムスプリッタ８により２方向に分離され、さらにビーム
スプリッタ３０により２方向に分離される。ビームスプ
リッタ８を透過したビームは再集光レンズ１２で集光さ
れた後、再結像位置に設置されたピンホール３１により
メインビームとサイドローブが分離され、メインビーム
のみがピンホール３１を透過して光検出器１４に受光さ
れる。また、ビームスプリッタ３０で反射したビームは
再集光レンズ１５で集光された後、再結像位置に設置さ
れた反転ピンホール３２によりメインビームとサイドロ
ーブが分離され、サイドローブのみが反転ピンホール３
２を透過して光検出器１６に受光される。ピンホール３
１はピンホール形状３１ａに示すような透過領域３４と
遮光領域３３からなり、メインビームのみが透過領域３
４を透過できるように構成されている。また、反転ピン
ホール３２はピンホール形状３２ａに示すような遮光領
域３５と透過領域３６からなり、サイドローブのみが透
過領域３６を透過できるように構成されている。
【００５４】情報信号の再生は、光検出器１４のメイン
ビーム信号と、独立して検出された光検出器１６のサイ
ドローブ信号に異なるゲインの増幅器を通して引き合わ
せることでメインビーム内に内在するサイドローブ成分
を電気的に除去することによって行われる。
【００５５】反転ピンホール３２の構成を遮光領域の形
状や透過率分布の選定によって、サイドローブ成分の影
響に合わせた電気的除去を行うことができるという効果
がある。
【００５６】図６は本発明による超解像光ヘッド装置と
従来方式（従来技術の第一例：ピンホールのみを使用し
たとき）による超解像光ヘッド装置の再生信号のジッタ
値測定結果のグラフである。
【００５７】本発明による方式（本提案方式）のジッタ
値は線密度１．０倍（ＣＤ：コンパクトディスク比）の
時は線４２、線密度１．５倍の時は線４４となり、従来
方式の線４１，線４３より約２割のジッタ値低減効果が
あった。
【００５８】なお、実施例に示す超解像変調器はレーザ
光の部分的な強度変調を行うもの、位相変調を行うもの
等超解像変調の種類は問わない。
【００５９】また、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。
【００６０】さらにまた、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。
【００６１】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、トラックエラー検出方法の一方法
について示していたが、他の公知のいずれの方法でも適
用可能である。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、超解像光
ヘド装置において、再結像位置にメインビーム成分とサ
イドローブ成分を光学的に分離する手段を設け、メイン
ビーム成分とサイドローブ成分を独立に検出し、メイン
ビーム成分に混ざり込んでいるサイドローブ成分を電気
的に除去することによって、サイドローブ成分による劣
化の少ない再生信号を得ることかできるという効果があ
る。
【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】本発明によるメインビームとサイドローブを光
学的に分離する別の実施例を示す構成図である。
【図３】本発明によるサイドローブを部分的に分離する
手段の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明による超解像光ヘッド装置の光学系の別
の実施例を示す構成図である。
【図５】超解像光ヘッド装置によ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６】本発明による超解像光ヘッド装置と従来方式に
よる超解像光ヘッド装置の再生信号のジッタ値測定結果
のグラフである。
【図７】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８】別の従来例の超解像光ヘッド装置の光学系の構
成図である。
【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（２次元の遮光板） ３ａ 遮光板形状 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 ビームスプリッタ ９ 再集光レンズ １０ シリンドリカルレンズ １１ 光検出器 １２ 再集光レンズ １３ 反射型ピンホール １３ａ 反射ピンホール形状 １４ 光検出器 １５ 再集光レンズ １６ 光検出器 １７ ビーム １８ 遮光領域 １９ 透過領域 ２０ 反射領域 ２１ 回折型ピンホール ２２ 光検出器 ２２ａ メインビーム受光部 ２２ｂ サイドローブ受光部 ２３ 集光ビーム ２３ａ 透過光 ２３ｂ ±１次回折光 ２４ 再結像されたスポット形状 ２５ 屈折型ピンホール ２６ａ 透過光 ２６ｂ 屈折光 ２７ 反射吸収型ピンホール ２７ａ 透過領域 ２７ｂ 反射領域 ２７ｃ 吸収領域 ２８ 反射吸収型ピンホール ２８ａ 透過領域 ２８ｂ 反射領域 ２８ｃ 吸収領域 ３０ ビームスプリッタ ３１ ピンホール ３１ａ ピンホール形状 ３２ 反転ピンホール ３２ａ 反転ピンホール形状 ３３ 遮光領域 ３４ 透過領域 ３５ 遮光領域 ３６ 透過領域 ３７ メインビーム ３８ サイドローブ ３９ 全成分 ４０ サイドローブ成分 ４１，４２，４３，４４ 線 ５０ 超解像変調器（遮光帯） ５０ａ 遮光板形状 ５１ スリット ５１ａ スリット形状 ５２ 遮光領域 ５３ ビーム ５４ 透過領域 ５５ 遮光領域 ５６ 受光部形状 ５７ メインビームスポット ５８ 受光部 ５９ 受光部形状 ６０ａ メインビームスポット ６０ｂ サイドローブスポット ６１ａ メインビーム受光部 ６１ｂ サイドローブ受光部

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位相あ
    るいは強度を変調することによって、記録媒体上に回折
    限界以下のスポット径となる超解像スポットを形成する
    超解像光ヘッドにおいて、 前記記録媒体から反射したレーザ光を集光し、第二の超
    解像スポットを再結像する光学系を有し、 前記第二の超解像スポットからメインビーム成分とサイ
    ドローブ成分を光学的に分離する手段を有し、 前記光学的に分離する手段により、前記メインビーム成
    分と前記サイドローブ成分を独立した光検出器に導き、前記メインビーム成分を示す信号と前記サイドローブ成
    分を定数倍した信号との差から再生信号を得る ことを特
    徴とする超解像光ヘッド装置。
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