JP3885444B2 - 光読取装置および光記録読取装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録層の上に超解像膜が積層された光ディスクに対し、情報の記録・再生を行う光ディスク装置等の光読取装置および光記録読取装置に関し、特に、ＣＮＲを上げることができ、高速の読取が可能な光読取装置および光記録読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置においては、光ディスクはコンパクトディスク（ＣＤ）からディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）へと高密度・大容量化が進められているが、コンピュータの高性能化やディスプレイ装置の高精細化に伴い、ますます大容量化が求められている。その中で、光ディスクの記録媒体に近接して設けた超解像膜から放射される近接場光を用いて記録・再生を行う、いわゆるＳｕｐｅｒ−ＲＥＮＳ(Super-Resolution Near-field Structure)方式の光ディスク装置は、ＤＶＤなどに使用される従来型の光学系が使用でき、また、光ディスクを可換型にできることから、将来の光ディスクの高密度化に適した技術として注目されている。
【０００３】
このＳｕｐｅｒ−ＲＥＮＳ方式を採用した従来の光ディスク装置として、例えば、「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ、Ｖｏｌ．７３、ｐ．２０７８」（以下「文献I」という。）、および「Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．ＩＳＯＭ／ＯＤＳ'９９、ＴｕＤ−２９」（以下「文献II」という。）に示されるものがある。
【０００４】
図９は、上記文献Iに示されたディスク装置を示す。この光ディスク装置は、開口透過型の光ディスク２０Ａと、平行レーザビーム２ｂを対物レンズ８によって集光した収束光２ｄを光ディスク２０Ａに照射する照射光学系と、光ディスク２０Ａからの反射光１９ａを検出し、再生する再生光学系（図示せず）とを有する。開口透過型の光ディスク２０Ａは、ディスク基板２１上に、ＳｉＮからなる基板保護層２２、Ｓｂ超解像膜２３ａ、ＳｉＮからなる２０ｎｍ厚さのスペーサ誘電体層２４、ＧｅＳｂＴｅからなる相変化型記録層２５、およびＳｉＮからなる表面保護層２６が順次形成されている。Ｓｂ超解像膜２３ａは、ある温度以上に加熱されると、結晶−アモルファス間の相変化を生じ、光の吸収率が減少する。記録時に、同図（ａ）に示すように、平行レーザビーム２ｂを対物レンズ８により集光して適当な強度の収束光２ｄをＳｂ超解像膜２３ａに照射すると、Ｓｂ超解像膜２３ａの光スポット１７の中心部分が加熱されて結晶−アモルファス間の相変化を生じることにより光吸収率が減少し、その中心部分に微小開口１８ａが形成される。この微小開口１８ａを透過したレーザ光（近接場光）１９により、記録層２５に記録がなされる。レーザ光１９の波長を６３５ｎｍ、対物レンズ８の開口数を０．６とすると、光スポット１７の径は約０．５μｍとなるが、Ｓｂ超解像膜２３ａは、対物レンズ８による集光の回折限界を超えた微小な記録を可能とする、いわゆる超解像膜の役割を果たすので、記録層２５には、光スポット１７の径よりはるかに小さな０．１μｍ以下の記録マークを形成することができる。
【０００５】
再生時は、同図（ｂ）に示すように、微小開口１８ａと記録層２５により近接場光の散乱が生じ、その散乱光（反射光）１９ａが微小開口１８ａを通り、微小開口１８ａを２次点光源としてほぼ等方的に広がり、等方的な角度依存性を保ちつつ平行光１９ｂが再生光学系（図示せず）に導かれて光検出器（図示せず）に入射し、信号が再生される。
【０００６】
図１０は、上記文献IIに示された光ディスク装置を示す。この光ディスク装置は、反射散乱型の光ディスク２０Ｂと、上記文献Iと同様に、平行レーザビーム２ｂを対物レンズ８によって集光した収束光２ｄを光ディスク２０Ｂに照射する照射光学系と、光ディスク２０Ｂからの反射光を検出し、再生する再生光学系（図示せず）とを有する。反射散乱型の光ディスク２０Ｂは、上記Ｓｂ超解像膜２３ａの代わりにＡｇＯｘ超解像膜２３ｂを用い、基板保護層２２、スペーサ誘電体層２４および表面保護層２６は、材質として上記ＳｉＮの代わりにＳｉＯ2を用いたものである。ＡｇＯｘ超解像膜２３ｂは、ある温度以上に加熱されると、還元反応により、Ａｇを遊離するので、やはり超解像効果を生じさせることができる。すなわち、上記の構成により開口透過型と同様に収束光２ｄをＡｇＯｘ超解像膜２３ｂに集光すると、ＡｇＯｘ超解像膜２３ｂの光スポット１７の中心部が還元されてＡｇからなる微小金属体１８ｂが形成される。この微小金属１８ｂが収束光２ｄを散乱、あるいは微小金属体１８ｂ内に励起された表面プラズモンが近接場光１９ｃを放射するなどにより、記録層２５に記録がなされる。ＡｇＯｘ超解像膜２３ｂは、上記Ｓｂ超解像膜２３ａと同様に、対物レンズ８による集光の回折限界を超えた微小な記録を可能とする、いわゆる超解像膜の役割を果たすので、記録層２５には、光スポット１７の径よりはるかに小さな０．１μｍ以下の記録マークを形成することができる。
【０００７】
再生時は、微小金属体１８ｂと記録層２５により近接場光の散乱が生じ、同図（ｂ）に示すように、散乱光（反射光）１９ｄはやはり等方的に広がり、微小金属体１８ｂの周りを通って、平行光１９ｂが再生光学系（図示せず）に導かれて光検出器（図示せず）に入射し、信号が再生される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９に示す従来の光ディスク装置によると、Ｓｂ超解像膜２３ａに集光された光スポット１７の径は約０．６μｍであるのに対し、微小開口１８ａのサイズは０．１μｍ以下となり、面積比で数十分の一と小さいので、大部分のレーザ光は、Ｓｂ超解像膜２３ａにおいて反射され、その反射光がディスク基板２１上の凹凸等によるノイズを拾って再生光学系に入射し、再生信号に混入してノイズを増大させるため、再生信号のＣＮＲ(Carrier to Ratio)が低いという問題がある。
【０００９】
図１０に示す従来の光ディスク装置によると、上記従来例と同様に、ＡｇＯｘ超解像膜２３ｂに集光された光スポット１７の径に対して微小金属体１８ｂのサイズが面積比で数十分の一と小さいので、光スポット１７の中心部に比べて比較的強度の弱い周辺部のレーザ光は、記録層２５まで到達し、記録層２５において反射され、その反射光がディスク基板２１上の凹凸等によるノイズを拾って再生光学系に入射し、ノイズを増大させるため、再生信号のＣＮＲが低いという問題がある。
【００１０】
図１１は、図１０に示す装置のＣＮＲを示す。図１０に示す装置によると、図１１に示すように、ＣＤやＤＶＤなど従来方式の記録では達成されていない０．１μｍ以下という微小マークの記録では、再生信号のＣＮＲが１０ｄＢ以下であるため、光ディスクでの信号再生に要求されるＣＲＮレベルである４５ｄＢの比べて著しく低く、誤差のない信号再生はできない。開口透過型のＣＮＲも同程度かそれ以下である。
【００１１】
また、収束光２ｄをＡｇＯｘ超解像膜２３ｂに対する法線方向からも集光しているため、反射散乱型において期待される共鳴プラズモン励起の条件が成り立たたず、微小金属体１８ｂでの散乱の増強効果がないため、記録・再生用の光強度を十分取れず、高速の記録・再生ができないという問題がある。
【００１２】
従って、本発明の目的は、ＣＮＲを上げることができ、高速の読取が可能な光読取装置および光記録読取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】
本発明は、上記目的を達成するため、情報が記録された記録層の上に超解像膜が積層された光記録媒体から前記情報を読み取る光読取装置において、中央部の光強度がその隣接部よりも低い光強度分布を有するレーザ光を前記超解像膜上に集光して照射する照射光学系と、前記レーザ光の照射に基づく前記光記録媒体からの反射光を中央部とその隣接部に分離し、前記反射光の前記中央部から前記情報を読み取る受光光学系とを備えたことを特徴とする光読取装置を提供する。
上記構成によれば、中央部の光強度がその隣接部よりも低い光強度分布を有するレーザ光を超解像膜上に集光して照射することにより、光記録媒体からの反射光の中央部は、主として信号成分からなり、ノイズ成分がほとんどなくなる。従って、光記録媒体からの反射光を中央部とその隣接部とに分離し、中央部の信号成分からなる反射光を信号再生用に用いることにより、ＣＮＲを上げることが可能となる。
超解像膜としては、開口透過型と反射散乱型のものを用いることができる。超解像膜として反射散乱型のものを用いた場合、レーザ光によって形成された微小金属体に表面プラズモンの共鳴を発生させると、そこから放射される近接場光の強度を数桁も上げることが可能となる。この共鳴条件は、入射レーザ光によって生じる近接場光と表面プラズモンの位相が一致させることであり、レーザ光を斜め入射とすることにより、それが可能性となる。
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するため、記録層の上に超解像膜が積層された光記録媒体に対し、情報の記録および読み取りを行う光記録読取装置において、中央部の光強度がその隣接部よりも低い光強度分布を有するレーザ光を前記超解像膜上に集光して照射する照射光学系と、前記レーザ光の照射に基づく前記光記録媒体からの反射光を中央部とその隣接部に分離し、前記反射光の前記中央部から前記情報を読み取る受光光学系と、前記情報に応じて前記照射光学系の光路を通過するレーザ光を変調する変調手段とを備えたことを特徴とする光記録読取装置を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光記録読取装置を適用した光ディスク装置を示す。この光ディスク装置１は、レーザビーム２ａを出射する半導体レーザ２と、半導体レーザ２からのレーザビーム２ａを平行ビーム２ｂに整形するコリメータレンズ３と、コリメータレンズ３からの平行ビーム２ｂの中央部を遮光し、その隣接部を通過させる第１の遮光体４と、第１の遮光体４を透過した中空の平行ビーム２ｃと光ディスク２０Ａからの反射光２ｅとを分離する偏光ビームスプリッタ５と、第１の遮光体４および偏光ビームスプリッタ５を透過した平行ビーム２ｃを円偏光とする１／４波長板６と、平行ビーム２ｃを垂直方向に反射する折り返しミラー７と、ミラー７で反射した平行ビーム２ｃを光ディスク２０Ａに集光する対物レンズ８と、対物レンズ８からの収束光２ｄによって記録・再生される光ディスク２０Ａと、光ディスク２０Ａで反射し、偏光ビームスプリッタ５により分離された反射光２ｅ（信号光２ｅ1，正反射光２ｅ2）の中央部を通過させ、その隣接部を遮光する第２の遮光体９と、第２の遮光体９を透過した信号光２ｅ1を集光する集光レンズ１０と、集光レンズ１０からの収束光２ｆを縦方向と横方向の集光位置を変えて分割する円筒レンズ１１と、円筒レンズ１１からの分割光２ｇを検出する４分割型光検出器１２と、コンピュータ（図示せず）からの記録・再生信号１３に基づいて記録信号１４ａを半導体レーザ２に送り、光検出器１２からの反射信号１６を処理して再生する信号処理系１４と、光検出器１２からの反射信号１６に基づいてトラッキング制御および自動焦点制御を行う制御系１５とを有する。
【００１６】
制御系１５は、光検出器１２からの反射信号１６を基に、千鳥状にトラック左右に配置されたエンボスマークを用いたサンプルサーボ法（ラジオ技術社、ｐ．１０５、１９８８）によりトラッキング誤差信号を形成するとともに、円筒レンズ１１を用いた非点収差法により焦点誤差信号を形成し、トラッキング誤差信号に基づいてトラッキング制御を行うとともに、焦点誤差信号に基づいて自動焦点制御を行うものである。
【００１７】
光ディスク２０Ａは、開口透過型のものであり、ディスク基板２１上に、ＳｉＮからなる基板保護層２２、Ｓｂ超解像膜２３ａ、ＳｉＮからなる２０ｎｍ厚さのスペーサ誘電体層２４、ＧｅＳｂＴｅからなる相変化型記録層２５、およびＳｉＮからなる表面保護層２６が順次形成されている。
【００１８】
図１（ｂ）は、第１の遮光体４を示し、図１（ｃ）は、第２の遮光体９を示す。第１の遮光体４は、中心に設けられた円形の遮光部４ａと、その周辺に設けられた透光部４ｂとを備える。第２の遮光体９は、ドーナツ状の遮光部９ａと、その中心に設けられた透光部９ｂとを備える。第１の遮光体４の遮光部４ａと第２の遮光体９の遮光部９ａとは、光学的に相補関係にあり、第１の遮光体４の透光部４ｂを通過したレーザ光２ｄによるＳｂ超解像膜２３ａでの正反射光２ｅ2が遮光部９ａにより遮光されるように調整されている。第１の遮光体４の遮光部４ａの外径、および第２の遮光体９の遮光部９ａの内径は、対物レンズ８からのＳｂ超解像膜２３ａへの入射角θｉがＳｂ超解像膜２３ａで全反射する入射角θｃより若干大きくなるように設定されている。
【００１９】
半導体レーザ２は、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体結晶から構成される赤色発光（波長６５０ｎｍ）の半導体レーザを用いる。
【００２０】
次に、本装置の動作を説明する。信号処理系１４は、コンピュータ（図示せず）からの記録・再生信号１３に基づいて記録信号１４ａを半導体レーザ２に送る。半導体レーザ２が、記録信号１４ａに基づいてレーザビーム２ａを出射すると、そのレーザビーム２ａは、コリメータレンズ３によって平行ビーム２ｂに整形され、その中央部が第１の遮光体４の遮光部４ａによって遮光される。第１の遮光体４の透光部４ｂおよび偏光ビームスプリッタ５を通過した中空の平行ビーム２ｃは、１／４波長板６によって円偏光にされ、折り返しミラー７で反射し、対物レンズ８によって光ディスク２０Ａ上に集光される。対物レンズ８からの所定の光強度の収束光２ｄが、光ディスク２０ＡのＳｂ超解像膜２３ａに照射されると、その収束光２ｄの大部分が図１（ｄ）の２ｅ2に示すように、Ｓｂ超解像膜２３ａにより対物レンズ８方向に正反射されるとともに、光スポット１７の中心部分が加熱されて結晶−アモルファス間の相変化を生じることにより光吸収率が減少し、その中心部分に微小開口１８ａが形成され、その微小開口１８aから近接場光１９が染み出す。その近接場光１９は、記録層２５に達し、その近接場光１９の強度に応じて記録層２５をアモルファスと結晶間で変化させることにより、反射率が変化して記録がなされる。
【００２１】
再生時には、対物レンズ８からの中空の収束光２ｄによって微小開口１８ａから発生した近接場光１９が記録層２５の記録マークにより反射され、微小開口１８ａを通して信号光２ｅ1が垂直方向の上方に反射する。このとき、対物レンズ８からの中空の収束光２ｄのうちＳｂ超解像膜２３ａで反射した正反射光２ｅ2が信号光２ｅ1とともに反射光２ｅとして対物レンズ８により平行ビーム２ｅとされ、１／４波長板６により偏光方向を入射ビーム２ｃに対して９０度回転させられた後、偏光ビームスプリッタ５により９０度曲げられ、入射ビーム２ｃと分離されて再生光学系に入射する。偏光ビームスプリッタ５により９０度曲げられた反射光２ｅ（信号光２ｅ1，正反射光２ｅ2）は、第２の遮光体９の遮光部９ａによって正反射光２ｅ2が遮光され、信号光２ｅ1が透光部９ｂを透過する。第２の遮光体９を透過した信号光２ｅ1は、集光レンズ１０によって収束され、その収束光２ｆは、円筒レンズ１１によって縦方向と横方向の集光位置を変えて分割され分割光２ｇとして４分割型光検出器１２に入射する。光検出器１２は、信号光２ｅ1に対応する分割光２ｇを入射して反射信号１６を制御系１５および信号処理系１４に送る。制御系１５は、光検出器１２からの反射信号１６を基にトラッキング誤差信号および焦点誤差信号を形成し、トラッキング誤差信号に基づいてトラッキング制御を行うとともに、焦点誤差信号に基づいて自動焦点制御を行う。信号処理系１４は、光検出器１２からの反射信号１６を処理して再生する。
【００２２】
上述した第１の実施の形態によれば、中央部の光強度がその隣接部よりも低い光強度分布を有するレーザ光２ｄをＳｂ超解像膜２３ａ上に集光して照射しているので、光ディスク２０Ａからの反射光２ｅの中央部は、主として信号成分からなり、ノイズ成分がほとんどなくなる。さらに、近接場光１９の記録マークで反射した信号光２ｅ1は、微小開口１８ａを通過した後、ほぼ等方的に広がるので、第２の遮光体９によりその一部の遮光されるが、ディスクノイズ成分を有する正反射光２ｅ2は、光路の周辺部のみを通過して第２の遮光体９により遮光されるので、光検出器１２に入射するレーザ光２ｇは信号成分が主となり、ＣＮＲの高い信号再生が可能となる。
【００２３】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る光記録読取装置を適用した光ディスク装置の光ディスクを示す。この装置の光ディスク２０Ｂは、反射散乱型のものであり、第１の実施の形態の光ディスク２０Ａに対し、超解像膜としてＡｇＯｘ超解像膜２３ｂを用い、基板保護層２２、スペーサ誘電体層２４および表面保護膜２６として、相変化ディスクでよく使用されているＺｎＳをＳｉＯ2に加えたＳｉＯ2（ＺｎＳ−Ｓｉ2）を用いたものであり、他は第１の実施の形態と同様である。光スポット１７の光強度の強い中心部では、ＡｇＯｘはレーザ光２ｄにより還元されてＡｇを遊離する。この光還元反応によって形成されたＡｇ微小金属体１８ｂによりレーザ光２ｄが散乱され、また、Ａｇ微小金属体１８ｂ内でプラズモンが励起されて、そこから近接場光が発生する。この散乱光あるいは近接場光が記録層２５に入射し、記録・再生がなされる。一方、光スポット１７の光強度が弱い周辺部では、光還元反応が十分に進行せず、入射レーザ光２ｄの大半はＡｇＯｘ超解像膜２３ｂを透過し、記録層２５に入射し、記録層２５において反射・吸収される。反射光２ｅは、第１の実施の形態と同様に遮光体９によって遮光される。また、この吸収光の強度は、記録層２５に影響を与えない程度に抑える必要があり、そのためにはレーザ光２ｄの入射角θｉを大きくする必要があり、対物レンズ８の開口数を増大し、かつ、その周辺部のみをレーザ光が透過するように遮光体４のサイズを大きくする。スペーサ誘電体層２４のＺｎＳ−ＳｉＯ2の屈折率は、ＺｎＳ（屈折率２．３６）とＳｉＯ2（屈折率１．４６）の混合比で決まり、ＺｎＳの比率を０．１以下としたので、約１．５５となる。また、ＡｇＯｘの屈折率は２．５であるため、臨界角は約３８度となる。入射光のうちＳ偏波の反射率は入射角θｉとともに増加し、Ｐ偏波では、臨界角に相当する入射角θｉで一度減少した後、急速に反射が増大する。対物レンズ８の開口数ＮＡを、例えば、０．８５とすると、周辺光の入射角θｉは５０度以上にでき、大半の周辺入射光を反射させることができる。
【００２４】
第１の遮光体４の遮光部４ａは、第１の実施の形態と同様に、対物レンズ８からの収束光２ｄがＡｇＯｘ超解像膜２３ｂの下面において全反射する入射臨界角θｃより若干大きい角度で入射するように外径を決めている。スペーサ誘電体層２４のＺｎＳ−ＳｉＯ2の屈折率は、ＺｎＳ（屈折率２．３６）とＳｉＯ2（屈折率１．４６）の混合比で決まり、ＺｎＳの比率は０．１以下としたので、約１．５５となる。また、ＡｇＯｘの屈折率は２．５であるため、全反射の成り立つ入射臨界角角θｃは約３８度となり、対物レンズ８の開口数は、例えば、０．８５とする。
【００２５】
また、この入射条件は、Ａｇ微小金属体１８ｂにおいてプラズモン共鳴励起を生じさせる上でも好適である。すなわち、近接場ナノフォトニクスハンドブック（オプトロニクス社、１９９７、ｐ．１７７）に解説されているように、レーザ光を媒体側から斜入射させることにより、表面プラズモンの分散カーブとＡｇ微小金属体１８ｂ付近に形成される近接場光の分散カーブとを一致させることができ、プラズモンを励起することが可能となる。また、そのプラズモンにより近接場光を１０倍以上に増強でき、ＣＮＲの高い信号再生が可能となる。
【００２６】
図３は、本発明の第３の形態に係る光記録読取装置を適用した光ディスク装置の要部を示す。この第３の実施の形態は、第２の遮光体９の代わりに、反射光２ｅの中央部を反射し、その隣接部を通過させるミラー９０を配置したものであり、ミラー９０で反射した信号光２ｅ1を検出する信号光検出器１２ａと、ミラー９０の周囲を通過した正反射光２ｄ2を集光レンズ１０および円筒レンズ１１を介して検出する４分割型光検出器１２とを備える。
【００２７】
制御系１５は、周辺光２ｆを検出した４分割型光検出器１２からの検出信号に基づいて、自動焦点制御とトラッキング制御用の誤差信号形成を行い、それぞれ非点収差法とサンプルサーボ法で行う。
【００２８】
上記第３の実施の形態によれば、制御用として中央部の信号光２ｅ1に比べて光強度の高い周辺光２ｆを使用できるため、安定した制御が可能となる。信号光２ｅ1は分割せずに、記録信号の再生にのみ使用するため、ＣＮＲを上げることが可能となる。なお、周辺光２ｆにより粗トラッキングを、この中央部の信号光２ｅ1により記録トラックの精細トラッキングを行ってもよい。この方式を用いることにより、粗トラッキング機構を用いて高速に目標トラックに近づいた後、精細トラッキングをさせることができ、また両者を合わせることにより広帯域高利得で安定なトラッキングが可能となる。
【００２９】
図４は、本発明の第４の実施の形態に係る光記録読取装置を適用した光ディスク装置の要部を示す。この第４の実施の形態は、第１の実施の形態における第１の遮光体４と第２の遮光体９を共用化して、偏光ビームスプリッタ５の中心部にミラー５ａを配置したものである。これにより、半導体レーザ２からの平行ビーム２ｂは、ミラー５ａによって中空の平行ビーム２ｃを光ディスク２０（２０Ａ又は２０Ｂ）側に照射することができ、光ディスク２０Ａ，２０Ｂからの反射光２ｅの周辺部は偏光ビームスプリッタ５を通過して、半導体レーザ２の方向に戻り、反射光２ｅの中央部はミラー９ｂで反射して集光レンズ１０および円筒レンズ１１を介して４分割型光検出器１２に入射する。この第４の実施の形態によれば、ミラー５ａにより入射光２ｂと反射光２ｅを分離できるので、１／４波長板６を不要にできるとともに、光ディスク２０には直線偏光のレーザ光を照射できる。これはプラズモン励起に好適である。すなわち、ｐ偏波の条件で微小金属体１８ｂに入射する場合に、近接場光のプラズモンによる増強効果を最大にできる。
【００３０】
図５は、本発明の第５の実施の形態に係る光記録読取装置を適用した光ディスク装置の要部を示す。この第５の実施の形態は、第１の実施の形態において、第２の遮光体９の代わりに偏光ビームスプリッタ５の中心部にミラー５ａを配置し、ミラー５ａの周囲に偏光依存性のビームスプリッタ膜５ｂを形成し、ビームスプリッタ５で折り曲げられた反射光２ｅを別の偏光ビームスプリッタ５’によって信号光２ｅ1と正反射光２ｅ2とに分離し、図３と同様に、信号光２ｅ1を信号光検出器１２ａによって検出し、正反射光２ｅ2を４分割型光検出器４によって検出するようにしたものである。
【００３１】
図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第６の実施の形態に係る半導体レーザを示す。この半導体レーザは、第１の実施の形態の第１の遮光体４の代わりに、半導体レーザの光出力面の光スポット位置にその中心部を遮るように遮光体４’を設けたものであり、（ａ），（ｂ）は、赤色（６５０ｎｍ）発光の端面発光型半導体レーザを示し、（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、赤色（６５０ｎｍ）発光の面発光型半導体レーザを示す。
【００３２】
端面発光型半導体レーザ３０は、同図（ａ），（ｂ）に示すように、電流狭窄層３４により発振領域を限定する埋め込みリッジ型構造のレーザを示すが、他の型のレーザ構造も使用可能である。この端面発光型半導体レーザ３０は、同図（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板３１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３２ａ、ＧａＩｎＰ活性層３３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３２ｂ、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層３４、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３５、ｎ電極３７ａおよびｐ電極３７ｂを有し、同図（ｂ）に示すように、後端に設けられた高反射多層膜３９ａと、出力面に設けられた低反射多層膜３９ｂと、低反射多層膜３９ｂ上の活性層３３ａの中心部延長上に形成された遮光体４’とを有する。このように構成された端面発光型半導体レーザ３０は、次にように製造される。まず、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板３１に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３２ａ、ＧａＩｎＰ活性層３３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３２ｂ、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層３４、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３５をエピタキシー成長により積層した後、ｎ電極３７ａとｐ電極３７ｂを形成する。その後、同図（ｂ）に示すように、ヘキ開により適当な長さに切り出した後、共振器形成のために、後端には高反射多層膜３９ａを、出力面には低反射多層膜３９ｂを形成した後、低反射多層膜３９ｂ上の活性層３３ａの中心部延長上に遮光体４’を形成する。遮光体４’の形状としては、円形でも可能であるが、矩形状の方が縦方向の位置精度が緩和でき、好適である。低反射多層膜３９ｂと遮光体４’との間に誘電体膜から形成される位相調整層（図示せず）を挿入してもよい。金属の遮光体４’での反射の場合、位相が１８０度反転するが、それを調整層により一層補正することにより、遮光体４’で反射して共振器に戻るレーザ光と共振器内のレーザ光との位相が揃えられるため、共振器内のレーザ光強度が増強され、遮光体４’の挿入による光利用効率の低下を防ぐことができる。
【００３３】
このように、端面発光型半導体レーザ３０の出力端面に遮光体４’を設けることにより、中央部の光強度がその隣接部よりも低い光強度分布を有するレーザビーム３８ａを出射させることができ、このレーザビーム３８ａを集光することにより、超解像膜２３ａ，２３ｂでの正反射光２ｅ2と記録層２５からの信号光２ｅ1を分離でき、高ＣＮＲの再生が可能となる。また、反射型の超解像膜を使用した場合は、超解像膜の表面に対して斜め入射となり、また、全反射させることができるので、プラズモン励起の効率を高めることができる。
【００３４】
図６（ｃ）〜（ｅ）は、面発光型半導体レーザ３０ａを示す。面発光型半導体レーザ３０ａは、同図（ｃ）に示すように、Ａｓｏｘの拡散を用いた電流と発振領域の狭窄層３４により発振領域３４ａを限定する酸化埋め込みリッジ型構造のレーザを示すが、他の構成のものも使用可能である。この面発光型半導体レーザ３０ａは、ＧａＡｓ半導体基板３１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ高反射多層膜３９ｃ、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層３２ｃ、ＧａＩｎＰ活性層３３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層３２ｄ、ＡｌＡｓ層３４ａ、ＡｌＯｘ電流狭窄層３４ｂ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ高反射多層膜３９ｄ、ｎ電極３７ａおよびｐ電極３７ｂを有する。このように構成された面発光型半導体レーザ３０ａは、次のように製造される。すなわち、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板３１に、共振器用のｎ型高反射多層膜３９ｃ、ｎ型スペーサ層３２ｃ、活性層３３、ｐ型スペーサ層３２ｄ、電流と発振領域の狭窄層３４ａ、ｐ型高反射多層膜３９ｄを順次エピタキシー成長により積層した後、ＡｌＡｓ層３４ａを周辺から熱酸化させて、ＡｌＯｘ電流狭窄層３４ｂを形成する。その後、ｎ電極３７ａとｐ電極３７ｂを形成する。
【００３５】
遮光体４’の形状は、同図（ｄ）に示すような円形状でもよく、また、同図（ｅ）に示すように、中心を通る矩形状でもよい。矩形状とすることにより、面発光レーザ３０ａの周辺部の発振モードが固定されるため、安定したレーザ発振が可能となる。
【００３６】
図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第７の実施の形態に係る半導体レーザを示す。この第７の実施の形態は、第１〜第５の実施の形態のように、第１の遮光体を用いずに、少なくとも中心部の強度が周辺部よりも弱いレーザ光を出射する半導体レーザを用いたものである。同図（ａ）は、ｘ＝０，ｙ＝１のＴＥＭ０１モードを示し、同図（ｂ）は、ｒ＝１，θ＝０のＴＥＭ０１モードを示し、同図（ｃ）は、ｘ＝１，ｙ＝０のＴＥＭ１０モードを示し、同図（ｄ）は、ｘ＝１，ｙ＝１のＴＥＭ１１モードを示す。いずれの場合も、少なくとも中央部２００が低い光強度を有し、斜線で施した周辺部の領域２１０に記録、再生に必要な光強度を有するレーザ光を出射する。この第７の実施の形態によれば、反射信号光のＣＮＲを上げることができ、また、光利用効率を上げられるため、記録・再生光の強度を上げることができ、高密度・高転送レートの記録・再生が可能となる。
【００３７】
図８(ａ）,(ｂ）は、本発明の第８の実施の形態に係る遮光体を示す。第１の実施の形態において、第１の遮光体４の遮光部４ａの形状は、同図(ａ）に示すように、一方向に長い矩形状とし、その隣接部を透光部４ｂとしてもよい。この場合は、第２の遮光体９の遮光部９ａは、第１の遮光体４の遮光部４ａと相補関係となるように中央部に一方向に長い矩形状の透光部９ｂを配置し、その隣接部に遮光部９ａを配置する。このような構成にすることにより、遮光体４，９の遮光部４ａ，９ａの矩形状の長手方向の位置精度を緩和させることができる。
【００３８】
なお、本発明の照射光学系と受光光学系を超解像膜を用いていない他の光ディスクに適用することも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光読取装置によれば、光記録媒体からの反射光の中央部にノイズ成分が含まれないように、中央部の光強度がその隣接部よりも低いレーザ光を超解像膜上に照射し、光記録媒体からの反射光の中央部を信号再生用に用いることにより、ＣＮＲを上げることが可能となる。
また、超解像膜として反射散乱型のものを用いた場合に、斜方向から近接場光を微小金属体に照射することによって光強度を十分とることができ、高速の読取が可能となる。
本発明の光記録読取装置によれば、ＣＮＲを上げることが可能となり、超解像膜として反射散乱型のものを用いた場合に、高速の記録および読取が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る光記録読取装置を適用した光ディスク装置を示す図、（ｂ）は第１の遮光体を示す図、（ｃ）は第２の遮光体を示す図、（ｄ）は超解像膜における入射光と反射光との関係を示す図
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る光記録読取装置を適用した光ディスク装置の要部を示す図
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る光記録読取装置を適用した光ディスク装置の要部を示す図
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る光記録読取装置を適用した光ディスク装置の要部を示す図
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る光記録読取装置を適用した光ディスク装置の要部を示す図
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る半導体レーザに関し、（ａ），（ｂ）は端面発光型半導体レーザを示す図、（ｃ），（ｄ），（ｅ）は面発光型半導体レーザを示す図
【図７】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第７の実施の形態に係る半導体レーザによる光パターンを示す図
【図８】（ａ），（ｂ）は本発明の第８の実施の形態に係る遮光体を示す図
【図９】（ａ），（ｂ）は開口透過型の超解像膜を用いた従来の光ディスク装置の要部を示す図
【図１０】（ａ），（ｂ）は反射散乱型の超解像膜を用いた従来の光ディスク装置の要部を示す図
【図１１】図１０に示す装置のＣＮＲを示す図
【符号の説明】
１ 光ディスク装置
２ 半導体レーザ
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｆ，２ｇ レーザ光
２ｄ 収束光
２ｅ 反射光
２ｅ1 信号光
２ｅ2 正反射光
３ コリメータレンズ
４ 第１の遮光体
４’ 遮光体
４ａ 遮光部
４ｂ 透光部
５，５’ 偏光ビームスプリッタ
５ａ ミラー
５ｂ ビームスプリッタ膜
６ １／４波長板
７ ミラー
８ 対物レンズ
９ 第２の遮光体
９ａ 遮光部
９ｂ 透光部
１０ 集光レンズ
１１ 円筒レンズ
１２ ４分割型光検出器
１２ａ 信号光検出器
１３ 記録・再生信号
１４ａ 記録信号
１４ 信号処理系
１５ 制御系
１６ 反射信号
１７ 光スポット
１８ａ 微小開口
１８ｂ 微小金属体
１９，１９ｃ 近接場光
１９ａ，１９ｄ 散乱光
１９ｂ 平行光
２０，２０Ａ，２０Ｂ 光ディスク
２１ ディスク基板
２２ 基板保護層
２３ａ Ｓｂ超解像膜
２３ｂ ＡｇＯｘ超解像膜
２４ スペーサ誘電体層
２５ 記録層
２６ 表面保護層
３０ 端面発光型半導体レーザ
３０ａ 面発光型半導体レーザ
３１ 半導体基板
３２ａ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３２ｂ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３２ｃ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層
３２ｄ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層
３３ ＧａＩｎＰ活性層
３３ａ 活性層
３４ ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層
３４ａ 狭窄層の発振領域
３４ｂ ＡｌＯｘ電流狭窄層
３５ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
３７ａ，３７ｂ 電極
３８ａ レーザビーム
３９ａ，３９ｃ，３９ｄ 高反射多層膜
３９ｂ 低反射多層膜
９０ ミラー
１１０ 磁気ディスク
２００ 中央部
２１０ 領域

Claims (15)

  1. 情報が記録された記録層の上に超解像膜が積層された光記録媒体から前記情報を読み取る光読取装置において、
    中央部の光強度がその隣接部よりも低い光強度分布を有するレーザ光を前記超解像膜上に集光して照射する照射光学系と、
    前記レーザ光の照射に基づく前記光記録媒体からの反射光を中央部とその隣接部に分離し、前記反射光の前記中央部から前記情報を読み取る受光光学系とを備えたことを特徴とする光読取装置。
  2. 前記照射光学系は、前記照射光学系の光路中に設けられ、前記光強度分布を形成する光学素子を備えた構成の請求項１記載の光読取装置。
  3. 前記照射光学系は、前記レーザ光を出射するレーザ光源を備え、
    前記光学素子は、前記レーザ光源と前記光記録媒体との間の光路中に設けられ、中央部がその隣接部よりも低い透光性を有する光フィルタである構成の請求項２記載の光読取装置。
  4. 前記照射光学系は、前記レーザ光を出射するレーザ光源を備え、
    前記光学素子は、前記レーザ光源の出力面に設けられ、中央部がその隣接部よりも低い透光性を有する光フィルタである構成の請求項２記載の光読取装置。
  5. 前記照射光学系は、ＴＥＭ０１モード，ＴＥＭ１１モード等のＴＥＭモードにより前記光強度分布を有するレーザ光を出射する半導体レーザを備えた構成の請求項１記載の光読取装置。
  6. 前記受光光学系は、前記受光光学系の光路中に設けられ、中央部がその隣接部よりも高い透過性を有する光フィルタを備えた構成の請求項１記載の光読取装置。
  7. 前記受光光学系は、前記反射光よりも小さい外形を有し、前記反射光の前記中央部をその入射方向と異なる方向に反射し、前記反射光の前記隣接部を通過させる反射面を有する反射光学素子を備えた構成の請求項１記載の光読取装置。
  8. 前記照射光学系および前記受光光学系は、前記照射光学系と前記受光光学系の共通する光路中に設けられ、前記光強度分布を形成するとともに、前記反射光の中央部をその入射方向と異なる方向に反射する共通の光学素子を備えた構成の請求項１記載の光読取装置。
  9. 前記照射光学系は、前記照射光学系の光路中に設けられ、前記光強度分布を形成する光学素子を備え、
    前記照射光学系および前記受光光学系は、前記照射光学系および前記受光光学系の共通する光路中に設けられ、中央部を単純反射膜とし、その隣接部を偏光に応じて反射あるいは透過させる偏光ビームスプリッタを備えた構成の請求項１記載の光読取装置。
  10. 前記受光光学系は、前記反射光の前記中央部から自動焦点用誤差信号あるいはトラッキング誤差信号を形成する誤差信号形成手段を備えた構成の請求項１記載の光読取装置。
  11. 前記受光光学系は、前記反射光の前記隣接部から自動焦点用誤差信号あるいはトラッキング誤差信号を形成する誤差信号形成手段を備えた構成の請求項１記載の光読取装置。
  12. 前記超解像膜は、開口透過型の超解像膜であって、
    前記受光光学系は、前記開口透過型の超解像膜からの正反射光を前記反射光の前記隣接部として分離する構成の請求項１記載の光読取装置。
  13. 前記超解像膜は、反射散乱型の超解像膜であり、
    前記受光光学系は、前記記録膜からの正反射光を前記反射光の前記隣接部として分離する構成の請求項１記載の光読取装置。
  14. 情報が記録された記録層の上に超解像膜が積層された光記録媒体から前記情報を読み取る光読取装置において、
    レーザ光を斜め方向から前記超解像膜上に集光して照射する照射光学系と、
    前記レーザ光の照射に基づく前記光記録媒体からの反射光を中央部とその隣接部に分離し、前記反射光の前記中央部から前記情報を読み取る受光光学系とを備えたことを特徴とする光読取装置。
  15. 記録層の上に超解像膜が積層された光記録媒体に対し、情報の記録および読み取りを行う光記録読取装置において、
    中央部の光強度がその隣接部よりも低い光強度分布を有するレーザ光を前記超解像膜上に集光して照射する照射光学系と、
    前記レーザ光の照射に基づく前記光記録媒体からの反射光を中央部とその隣接部に分離し、前記反射光の前記中央部から前記情報を読み取る受光光学系と、
    前記情報に応じて前記照射光学系の光路を通過するレーザ光を変調する変調手段とを備えたことを特徴とする光記録読取装置。
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