JPH03254433A - 光ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光ディスクの記録用ヘッド、再生用ヘッド
または記録再生兼用ヘッド等の光ヘッドに関し、光ヘッ
ドにより形成される集光スポット径を回折限界以下とし
て、光ディスクの記録密度、再生密度を向上させたもの
である。

〔従来の技術〕

光ディスクにおいて記録密度を高め、るためには、光ヘ
ッドにより形成される集光スポット径を縮小させる必要
がある。集光スポット径はレーザ光源波長に比例し集光
レンズ開口数に反比例するが、開口数は傾き許容等から
現状以上に大きくすることは難しい。光源波長について
も実用的な構成では可視光半導体レーザを用いるため限
界がある。

そこで、最近光学系の回折限界を超える微小スポットを
実現するために超解像手法の導入が検討されている。超
解像は、集光レンズに入射する光ビームの強度および位
相分布を変えることにより、均一な光ビーム入射時に形
成される集光スポット径よりも小さなスポット径を実現
するものである。

従来提案されていた超解像手法を第２図に示す。

これは、コリメート光の光軸上に遮光帯１０を配置して
、コリメート光の中心付近の強度を減衰させたうえで、
集光レンズ１２を通して光ディスク１４の記録面に集光
させるようにしたものである。

これにより、集光点においては実線で示すようなサイド
ローブ（±１次光）を伴うスポット分布を得ることがで
きる。このときのメインローブのスポット径は、遮光帯
１０の無い破線で示すスボット径より小さくなり、記録
再生密度が向上する。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記第２図の手法では、遮光帯１０は実用上はガラス基
板へ金属などをスパッタリングして得られるものと考え
るが、これでは次のような問題が生じる。

（ａ）　　超解像を得るためには遮光帯１０の遮光幅や
形状さらには遮光帯ユＯ自体の透過強度の調整が必要で
あるが、スパッタリングではこれらの調整を高精度に行
なうのが難しい。

（ｂ）　　スパッタリングは量産性に欠き、歩留りが悪
い。

この発明は、前記従来の技術における欠点を解決し、超
解像を得るための手段の調整が容易で、かつその量産性
および歩留りが良好な光ヘッドを提供しようとするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕 この発明は、透明または半透明材上に位相変化形の位相
格子を形成してなる超解像格子を光源からの光路上に配
設してなるものである。

〔作　用〕

この発明によれば、従来の遮光帯による入射光カットに
代えて位相格子により±１次光分岐させて、メインビー
ム（０次光）の光量エネルギを減少させることで超解像
を得ている。これによれば、位相格子は材料への穴あけ
、突起付は等で形成することができ、これはミクロ加工
技術により相当の高精度で任意の加工（穴、突起等のピ
ッチ、幅、深さ、高さ、形状等）が可能であるため、超
解像を得るための透過強度等の調整が容易となり、かつ
量産性、歩留りが良好となる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図に示す。レーザダイオード
１６からはレーザビームが出射される。

このレーザビームはレーザダイオード１６の活性層から
の出射方向（Ｑ上：垂直横モード、Ｑ／／。

水平横モード）により出射角が異なるが、この実施例で
はＱ上方向に対して超解像効果をかけるものとする。

レーザダイオード１６の出射光軸上には、この発明によ
る超解像格子１８が配設されている。この超解像格子１
８はガラス、樹脂など、使用する光源の波長に対して透
明または半透明な材料で作られている。その外形寸法ａ
Ｘｂはここを通過するレーザビームの断面積以上の大き
さが好ましく、また厚さは例えば１關前後のものを用い
ることができる。

超解像格子１８上には、第３図に示すように、ある大き
さの複数個の溝穴２ｏがある一定のピッチ間隔でＱ１方
向に同方向のビーム径以上にわたって形成されており、
いわゆる位相変化形の位相格子２１を構成している。溝
穴２０の形状は、この実施例では第３図中に拡大して示
すように、コサイン波形またはガウシアン波形等を上下
対称に重ね合わせた形に形成している。

溝穴２０は、例えばＬＳＩ製造工程を応用して形成する
ことができる。すなわち、第４図に示すように、ＥＢ（
電子ビーム）露光装置にて、形成すべき溝穴２０の５倍
程度の寸法を有する溝穴パターン２１を形成し、これを
ホトマスクとしてステッパ５２に配置し、露光ビーム５
４をレンズ５６およびレチクル５０を介してレジスト５
８を塗布したガラス基板６０にユ１５に縮小するように
照射して、レジスト５８に溝穴２ｏの形状の穴２０’を
形成する。そして、イオンミーリングにより穴２０′の
位置のガラス基板６ｏを削り、その後レジスト５８を除
去することによりガラス基板６０に溝穴２０を形成して
超解像格子を製造することができる。

また、この方法以外にも、溝穴２ｏのパターンを形成し
た原型（マスク）を作って樹脂成形により超解像格子を
製造することもできる。

第１図において、超解像格子１８を通過したレーザビー
ムは、コリメータレンズ２２および対物レンズ２４を通
過してディスク記録面上に集光スポット２６を形成し、
ディスクの記録または再生を行なう。

第１図の構成によれば、超解像格子１８は位相変化形の
位相格子を構成しているため、ここを通過するレーザビ
ームは回折を生じて第５図に示すように±１次光を発生
する。これにより、メインビーム（０次光）の光量エネ
ルギが減少するので、前記従来の遮光帯１０（第２図）
による入射光カットと同様の効果が得られ、超解像現象
が得られる。したがって、溝穴２０の大きさ（幅、高さ
）、深さ、ピッチ、形状等を適宜選択することによって
、メインビームの強度、スポット径、回折角度、メイン
ビームと±１次光の強度の比等を任意に調整することが
できる。これにより、±１次光をコリメータレンズ２２
から外れるように回折させたり、アルいはコリメータレ
ンズ２２の範囲内に入ったとしても記録や再生が可能な
しきい値に達しない程度のレベルに下げることができ、
メインビームのみにより記録、再生を行なうことができ
る。

この発明の超解像格子の設計例について説明する。いま
、第６図および第７図に示すようにａ　：溝穴２０のピ
ッチ ｂ　＝溝穴２０の高さ θ　：光軸に対して発光点より溝穴２０を水平方向に望
む角度 ｄ　：溝穴２０の深さ ｎｌ　；超解像格子１８を構成する材料（ガラス、樹脂
など）の屈折率 ｎ２：超解像格子１８の周囲の屈折率（空気の場合ｎ　
２−１　） とする。ここで、０次回折光強度をＥ　　、１次回Δｎ
禦ｎｔ　　　ｎ　２ λ：使用波長 で表わされる。

また、光軸上でＥ。−〇　（Ｑ−０，５）となるように
すると、溝穴２０の形状をｃｏｓ関数で変化させた場合
、各θ角度位置でのｑは ただし、θｌ　： Ｅｏ−１となる角度（−溝穴 ２０の水平方向端部までの角度） で変化する。

光軸上でＥ　ｏ　＝　Ｏ（ｑ　＝　０　、　５　）とし
ているから、（１）式より、 となる。この式より、 πｄΔｎ　　　π λ　　　　　２ λ から溝穴２０の深さｄを決定することができる。

以上の原理に基づき具体的な設計例を考える。

θ上方向に超解像をかけるものとし、 λ−０．６７μｍ を使用する。また、第８図に示すように、ビーム角度（
θ±）方向−３５゜ 発光点から超解像格子１８までの距離−５ｍ＋ｓθ１−
６’ とする。

光軸上てＥ。−０（ｑ−０，５）となるように設計する
と、第８図に示すように、 Ｃ（溝穴２０の幅）−０，２１ｍｍ ｂ（溝穴２０の高さ）−０，０４８關 ｄ（溝穴２０の深さ）＝０．６７μｍ とすればよいことになる。

１次回折光による誤記録を防ぐには例えば１次回折光強
度を小さくすればよい。これには、光軸上でのＥ。値を
変える（ｑまたはｄを変える）か、またはθ１を変える
などの方法がある。また、１次回折光による誤再生を防
ぐには、例えば光ディスクからの反射光が信号検出用フ
ォトダイオードに入射しないようにピッチａを決めれば
よい、　−ｈ記設計の場合は８３μｍ以下にすればよい
。

また、スポット径、サイドローブを変えるには、Ｅｏを
変える方法と０１を変える方法があり、それぞれ次のよ
うになる。

第８図の設計例によるシミュレーション結果を第９図〜
第１２図に示す。第９図は対物レンズ入射光強度分布、
第１０図は射出瞳面におけるＱ上方向の光量分布、第１
１図はＱ上方向の集光スポット強度分布、第１２図は第
１１図の縦軸を拡大したものである。これによれば、ス
ポット径は０．８μｍ（１／ｅ２）となっていることが
わかる。

第１３図〜第１６図は、同様の場合における超解像格子
１８を入れない場合のシミュレーション結果を示すもの
である。この場合のスポット径は１．０μｍ（１／ｅ２
）であり、超解像格子１８を入れることによってスポッ
ト径が縮小されることがわかる。

なお、溝穴２０の幅Ｃを変える（すなわちＥ。

−１となる角度θ１を変える）と、第１７図に示すよう
に０次光の中心近傍強度の落ち込み幅が変化する。例え
ば幅りを広くすると、落ち込み幅は（イ）→（ロ）のよ
うに広くなる。この場合前述したようにスポット径は小
となり、サイドローブは増加する。

〔変更例〕

前記実施例では、基板上に溝孔２０を形成することによ
り超解像格子１８を作成したが、第１４図に示す超解像
格子３０のように、ガラス等の基板３２上に溝孔２０と
同形状の突起３４を形成することにより位相格子３７を
作成することもできる。

また、前記実施例では溝孔２０の形状をコサイン波形と
したが、ガウシアン波形や第１５図に示す超解像格子３
６のように四角形状の溝穴３８もしくはその他の形状の
溝穴（または突起等）により位相格子４１を形成するこ
ともできる。

また、前記実施例では超解像格子１８を単体で構成した
が、第１６図の超解像格子３つのように、光路中のレン
ズ４０やビームスプリッタ等の端面または内部に溝穴４
２や突起、空洞等を形成して位相格子４３を構成するこ
ともできる。

また、前記実施例ではＱ上方向についてスポット径を回
折限界以下としたが、Ｑ／／方向についても同様に溝穴
や突起等を形成することによりスポット径を回折限界以
下とすることができる。

また、この発明は再生専用光ヘッドに適用することもで
きる。再生時にサイドローブの影響を除去するには、例
えば光検出器の手前にスリットを配置してメインビーム
成分のみ切り出す方法等が考えられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、従来の遮光帯
による入射光カットに代えて位相格子により±１次光分
岐させて、メインビーム（０次光）の光量エネルギを減
少させることで超解像を得ており、位相格子は材料への
穴あけ、突起付は等形成することができ、これはミクロ
加工技術により相当の高精度で任意の加工（穴、突起等
のピッチ、深さ、高さ、形状等）が可能であるため、超
解像を得るための透過強度等の調整が容易となり、かつ
量産性、歩留りが良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す斜視図である。 第２図は、従来の超解像手法を示す斜視図である。 第３図は、第１図の超解像格子１８の構成を示す斜視図
である。 第４図は、この発明の超解像格子の製造方法の一例を示
す工程図である。 第５図は、第３図の超解像格子によるビームの回折状態
を示す斜視図である。 第６図、第７図は、溝穴の設計例について説明する図で
ある。 第８図は、超解像格子の実際の設計例を示す斜視図であ
る。 第９図〜第１２図は、第８図の設計によるシミュレーシ
ョン結果で、第９図は対物レンズ人射光強度分布、第１
０図は射出瞳面におけるＱ上方向の光量分布、第１１図
はＱ上方向の集光スポット強度分布、第１２図は第１１
図の縦軸を拡大したものである。 第１３図〜第１６図は、同様の場合における超解像格子
を入れない場合のシミュレーション結果を示す図である
。 第１７図は、溝穴の幅を変えた時の０次光の中心近傍強
度の落ち込み幅の変化を示す図である。 第９図〜第１２図図は、それぞれこの発明の超解像格子
の他の実施例を示す斜視図である。 １８．３０，３６．３９・・・超解像格子、２０゜３８
．４２・・・溝穴、２１．３７，４１．４３・・・位相
格子、３４・・・突起。 第３図 第５図 レジ゛ヌｌ−除去 第４ ＡＪ、ぞ、 （第６かｘ−ｘ矢陳） 第６図 第７図 第８ 図 、７人打差 第１７図 第１８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　透明または半透明材上に位相変化形の位相格子を形成
   してなる超解像格子を光源からの光路上に配設してなる
   光ヘッド。