JPH08180453A - 高密度光記録方法及びその装置 - Google Patents

高密度光記録方法及びその装置

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JPH08180453A
JPH08180453A JP7221441A JP22144195A JPH08180453A JP H08180453 A JPH08180453 A JP H08180453A JP 7221441 A JP7221441 A JP 7221441A JP 22144195 A JP22144195 A JP 22144195A JP H08180453 A JPH08180453 A JP H08180453A
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optical recording
phase
recording medium
focused
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JP7221441A
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Tae-Seok Park
太 錫 朴
Chul-Woo Lee
哲 雨 李
Jang-Hoon Yoo
長 勳 劉
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度光記録のために回折限界で集束される
光をフレネル回折現象でさらに集束して大きさがはるか
に縮められた光スポットを形成することにある。 【解決手段】 対物レンズ３により集束される光を回折
光学素子６でその焦点深度付近での光の位相や光量を空
間的に制御して光ディスク４上における光スポットを再
結像する。再結像する光スポットの直径はその回折光学
素子６が光の位相や光量を制御する部分の幅に応じて縮
められ、その際の光強度の分布は回折光学素子６と光デ
ィスク４間の間隔に従って変わる。理論的には無限に小
さい光スポットを形成することができるが、実用的に相
当な記録容量の増大を図ることができる。回折光学素子
４はスイングア−ムを有する光ピックアップ装置で浮動
型スライダとして応用可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は情報を記録するため
に光ディスクを光スポットで走査する光ピックアップに
おいて、その光スポットの大きさを縮めて高密度記録を
行う高密度光記録方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高密度光記録を行う一つの方法として記
録再生用光ピックアップの対物レンズにより光ディスク
に形成される光スポットの大きさを縮める方法がある。
ところが、平行な光をレンズで集束すれば、その焦点付
近の光スポットは無限に小さくならず、有限の太さの所
謂ビ−ムウェ−スト（beam waist) を形成する。このよ
うな現象はレンズの収差によることである。たとえ、回
折特性により無収差のレンズで光を集束しても光スポッ
トの大きさは無限に小さくならないが、これは光が波動
として回折する性質を有するからである。開口（apertu
re）の大きいレンズを使用したり単波長の光源を使用し
て光スポットをある程度縮めることができるが、その縮
小には限界がある。
【０００３】光スポットを縮める方法として、従来、対
物レンズの入射側に、その入射する光の一部を遮断させ
る遮蔽板やその一部の位相を変化させる位相アポダイザ
を設ける技術が広く知られている。
【０００４】図９は遮蔽板を用いて従来の光スポットの
大きさを縮める方法に関する。光源１から発生される光
はコリメ−ティングレンズ２により平行光となった後、
対物レンズ３により光ディスク４に光スポットとして形
成される。コリメ−ティングレンズ２と対物レンズ３と
の間に遮蔽板５が設けられている。遮蔽板５は対物レン
ズ３に入射する光の中心部を遮蔽する。この遮蔽板５を
通る光の周辺部が対物レンズ３により光ディスク４上に
光スポットとして形成される。このような方法は、所謂
フラウンホ−ファ（Fraunhoffer)の回折現象に基づいた
ものであって、その遮蔽板５により遮蔽される光量に比
例して大きさの縮められた光スポットを形成する。しか
しながら、このような従来の方法は光スポットの縮小率
が７０〜８０％に過ぎず、それ以上の記録密度向上を期
待することができなく、また光量の損失も多いという問
題点を有していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は高密度
光記録のために回折限界で集束される光をフレネル（Fr
esnel)回折現象でさらに集束して大きさがはるかに縮め
られた光スポットを形成し得る高密度光記録方法及びそ
の装置を提供するにある。
【０００６】本発明の他の目的は比較的光損失が少な
く、光スポットの大きさを縮めることができる高密度光
記録方法及びその装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに請求項１記載の第１の発明は、光源から発生される
光を対物レンズで集束して光記録媒体に光スポットを形
成して行う光記録方法において、前記対物レンズにより
集束される光の位相や光量を空間的に制御する回折光学
素子を使用してその集束される光を回折させることを要
旨とする。従って、高密度光記録のために回折限界で集
束される光をフレネル回折現象でさらに集束して大きさ
がはるかに縮められた光スポットを形成できる。
【０００８】請求項２記載の第２の発明は、前記回折光
学素子として、前記光の位相を変化させるように所定の
幅と深さに形成された溝を有する位相アポダイザを前記
対物レンズと光記録媒体との間に配置することを要旨と
する。従って、対物レンズにより回折の限界で集束され
る光の位相が部分的に変化され、位相の変化された光が
回折されて新たな光スポットが光ディスクに形成され
る。
【０００９】請求項３記載の第３の発明は、前記回折光
学素子を、前記対物レンズにより集束する光の焦点深度
内に配置することを要旨とする。従って、対物レンズに
より回折限界に集束される光をフレネル回折効果で回折
させる。
【００１０】請求項４記載の第４の発明は、光源と、こ
の光源から発生される光を光記録媒体に光スポットとし
て集束する対物レンズを含む光記録装置において、前記
対物レンズにより集束される光の位相や光量を空間的に
制御する回折光学素子を具備してその集束される光を回
折するように構成されたことを要旨とする。従って、高
密度光記録のために回折限界で集束される光をフレネル
回折現象でさらに集束して大きさがはるかに縮められた
光スポットを形成できる。
【００１１】請求項５記載の第５の発明は、前記回折光
学素子として前記対物レンズと光記録媒体との間に配置
され前記光の位相を変化させるように所定の幅と深さに
形成された溝を有する位相アポダイザを具備したことを
要旨とする。従って、対物レンズにより回折の限界で集
束される光の位相が部分的に変化され、位相の変化され
た光が回折されて新たな光スポットが光ディスクに形成
される。
【００１２】請求項６記載の第６の発明は、前記回折光
学素子が前記対物レンズにより集束される光の焦点深度
内に配置されたことを要旨とする。従って、対物レンズ
により回折限界に集束される光をフレネル回折効果で回
折させる。
【００１３】請求項７記載の第７の発明は、光源と、こ
の光源から発生される光を光記録媒体に集束し、前記光
記録媒体から反射光を受光する光学手段と、この光学手
段を支持するスイングア−ムと、該スイングア−ムを回
転揺らす回転アクチュエ−タとを含む高密度光記録装置
において、前記光記録媒体と対応する前記スイングア−
ムに支持され、前記光学手段と光学的に結合されて当該
光学手段により光記録媒体に集束される光の位相や光量
を空間的に制御する回折光学素子が具備されたことを要
旨とする。従って、比較的光損失が少なく、光スポット
の大きさを縮めることができる。
【００１４】請求項８記載の第８の発明は、前記回折光
学素子として前記光記録媒体と対応する面に所定の幅と
深さに形成されて前記光の位相を変化させる溝を有する
位相アポダイザが具備されたことを要旨とする。従っ
て、対物レンズにより回折の限界で集束される光の位相
が部分的に変化され、位相の変化された光が回折されて
新たな光スポットが光ディスクに形成される。
【００１５】請求項９記載の第９の発明は、前記溝が前
記スイングア−ムの回転揺れる方向に形成されて、前記
位相アポダイザがその回転揺れの際溝と光記録媒体との
間に形成されるエア−クッションによりその光記録媒体
から浮上されるように構成されたことを要旨とする。従
って、回折光学素子は高密度記録のために光の位相を空
間的に制御するだけでなく、光ヘッドの浮動スライダと
しての機能も忠実に行う。
【００１６】請求項１０記載の第１０の発明は、前記ス
イングア−ムに沿って配線され、前記光学手段と前記光
源を光学的に連結する光繊維がさらに具備されたことを
要旨とする。従って、外部の光源と光学的に連結でき
る。
【００１７】請求項１１記載の第１１の発明は、前記光
学手段が相互垂直な入射面と出射面、該入射面と出射面
の周囲を延長してその入射面に入射される光が出射面を
通じて前記光記録媒体に集束されるように反射させる反
射面を有する反射鏡を含むことを要旨とする。従って、
反射面は入射面から入射される光を出射面を経由して光
ディスク上に集束されるように反射することで対物レン
ズの機能を行う。
【００１８】請求項１２記載の第１２の発明は、前記反
射面が球面や非球面又は楕円面のいずれか一つよりなる
ことを要旨とする。従って、装置の汎用性を向上でき
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明を詳細に説明する。
【００２０】図１は本発明の光記録方法により高密度記
録を行うための光学装置の配置を示す。その光学装置
は、例えば記録再生用光ピックアップの一部として適用
される。前述した図９のように、光学装置は光源１、コ
リメ−ティングレンズ２、対物レンズ３の順に配置され
ている。
【００２１】本発明においては、対物レンズ３と当該対
物レンズ３により光が集束される光ディスク４との間に
回折光学素子６が設けられている。この回折光学素子６
は対物レンズ３の焦点深度内に位置し、対物レンズ３に
より回折限界に集束される光をフレネル回折効果で回折
させる。図面において、回折光学素子６は、その集束さ
れる光の位相を空間的に制御する位相アポダイザとして
使用されたものであって、光ディスク４と対向する面に
位相反転のための溝６ａを有する。この溝６ａは所望の
光スポットの直径となる幅（ｗ）を有し、さらに望まし
くは回折効果が最大となる点を考慮して光の波長と同一
な深さ（ｔ）を有する。このような回折光学素子６によ
れば、対物レンズ３により回折の限界で集束される光の
位相が部分的に変化され、位相の変化された光が回折さ
れて新たな光スポットが光ディスク４に形成される。こ
のように光ディスク４に再結像される光スポットの強度
分布は、その光デイスク４と回折光学素子６間の間隔
（ｄ）に応じて異なる。
【００２２】本発明の実施形態として、図１の円内に示
したように、溝６ａの幅（ｗ）が対物レンズ３による集
束光の焦点深度内での対物レンズの直径の半分の大きさ
に形成されている。前記溝６ａを経由する光の中心部分
とそれ以外の部分を経由する部分の位相差を１８０°と
し、光ディスク４と回折光学素子６間の間隔（ｄ）を光
波長の１／４，１／２，３／４，１倍とする場合の各光
強度の分布は、シミュレ−ションの結果として図５乃至
図８に示す。すなわち、図５は本発明による高密度光記
録方法における回折光学素子と結像面間の間隔が光波長
の１／４倍である場合、その結像面での光スポットの光
強度分布を示した立体グラフである。図６は本発明によ
る高密度光記録方法における回折光学素子と結像面間の
間隔が光波長の１／２倍である場合、その結像面での光
スポットの光強度分布を示した立体グラフである。図７
は本発明による高密度光記録方法における回折光学素子
と結像面間の間隔が光波長の３／４倍である場合、その
結像面での光スポットの光強度分布を示した立体グラフ
である。図８は本発明による高密度光記録方法における
回折光学素子と結像面間の間隔が光波長と同一（１倍）
な場合、その結像面での光スポットの光強度分布を示し
た立体グラフである。なお、各図中のＺ軸が光強度を示
す。
【００２３】このようなシミュレ−ションの結果から明
らかなように前記した回折光学素子６が焦点深度内で十
分に光ディスク４と近い時には、その回折光学素子６の
溝６ａの幅（ｗ）に近い直径を有する光スポットが結像
面に形成されることが分る。勿論、前記した回折光学素
子６の位相反転のための溝６ａの幅（ｗ）をさらに小さ
く形成して光スポットの大きさをさらに縮めることもで
きる。
【００２４】一方、前記した回折光素子６を光量分布を
部分的に遮断する前述した図９に示したような遮蔽板５
より構成してもほぼ同一な効果が得られる。
【００２５】次に、図２ないし図４は前述した本発明の
高密度光記録方法による高密度光記録装置であって、ス
イングア−ムを有するコンパクトな記録再生用光ピック
アップ装置に適用した場合である。スイングア−ム７
は、その一端部が回転アクチュエ−タ８と連結されて所
定の角度範囲内で回転揺れる。回転アクチュエ−タ８は
支持軸１０を有する回転板９、該回転板９に取り付けら
れた駆動コイル１１、この駆動コイル１１に鎖交される
磁束を発生する永久磁石１２、その磁束が流れるヨ−ク
１３よりなる。
【００２６】一方、スイングア−ム７の他端部には前述
したような回折光学素子６が支持されてある。回折光学
素子６には対物レンズとしての反射鏡１４が取り付けら
れている。反射鏡１４は相互垂直な入射面１４ａと出射
面１４ｂ、そしてこれらの周囲を球面や楕円面または非
球面のいずれか一つの形態に延長してなる反射面１４ｃ
を有する。即ち、その反射面１４ｃは、入射面１４ａか
ら入射される光を出射面１４ｂを経由して光ディスク４
上に集束されるように反射することで対物レンズの機能
を行う。反射鏡１４の入射面１４ａにはビ−ムスプリッ
タ１５が取り付けられており、ビ−ムスプリッタ１５に
は光繊維１６と光検出器１７がそれぞれ取り付けられて
いる。光繊維１６は前記したスイングア−ム７に沿って
配線され、外部の光源（図示せず）と光学的に連結され
る。このような光ピックアツプ装置は本出願人が１９９
４年１２月２９日付にて出願してアメリカ特許出願係属
中である０８／３６５，８２４号に示されている。
【００２７】前記した回折光学素子６の溝６ａは光ディ
スク４の放射方向であるスイングア−ム７の回転揺れの
方向に形成されるが、これは回転時にスイングア−ム７
と光ディスク４との間にエア−クッションを形成して回
折光学素子６が光ディスク４から実質的に浮上されて接
しないようにするためである。即ち、回折光学素子６は
高密度記録のために光の位相を空間的に制御するだけで
なく、光ヘッドの浮動スライダとしての機能も忠実に行
う。
【００２８】本発明によれば、対物レンズ（又は反射
鏡）の回折限界で集束される光をプレネル回折現象で再
結像されるように回折させるので、理論的には無限に小
さい光スポットが形成できる。しかしながら、実際に光
の利用効率、そして前述した回折光学素子と光ディスク
の結像面間の間隔に応じて１／２乃至１／１０程度に縮
められる。その故、光記録媒体の記録密度が４倍乃至１
００倍の増加が予想される。
【００２９】特に、本発明はその適用において、既存の
光ピックアップ光学系に追加的な材料費の負担が殆どな
く、その配置を大いに変形させたり、装置を大型にせず
に容易に施すことができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、第１の発明は、対
物レンズにより集束される光の位相や光量を空間的に制
御する回折光学素子を使用してその集束される光を回折
させる方法なので、高密度光記録のために回折限界で集
束される光をフレネル回折現象でさらに集束して大きさ
がはるかに縮められた光スポットを形成できる。
【００３１】第２の発明は、前記回折光学素子として、
前記光の位相を変化させるように所定の幅と深さに形成
された溝を有する位相アポダイザを前記対物レンズと光
記録媒体との間に配置するので、対物レンズにより回折
の限界で集束される光の位相が部分的に変化され、位相
の変化された光が回折されて新たな光スポットが光ディ
スクに形成される。
【００３２】第３の発明は、前記回折光学素子を、前記
対物レンズにより集束する光の焦点深度内に配置するの
で、対物レンズにより回折限界に集束される光をフレネ
ル回折効果で回折させる。
【００３３】第４の発明は、対物レンズにより集束され
る光の位相や光量を空間的に制御する回折光学素子を具
備してその集束される光を回折するように構成されたの
で、高密度光記録のために回折限界で集束される光をフ
レネル回折現象でさらに集束して大きさがはるかに縮め
られた光スポットを形成できる。
【００３４】第５の発明は、前記回折光学素子として前
記対物レンズと光記録媒体との間に配置され前記光の位
相を変化させるように所定の幅と深さに形成された溝を
有する位相アポダイザを具備したので、対物レンズによ
り回折の限界で集束される光の位相が部分的に変化さ
れ、位相の変化された光が回折されて新たな光スポット
が光ディスクに形成される。
【００３５】第６の発明は、前記回折光学素子が前記対
物レンズにより集束される光の焦点深度内に配置された
ので、対物レンズにより回折限界に集束される光をフレ
ネル回折効果で回折させる。
【００３６】第７の発明は、光記録媒体と対応する前記
スイングア−ムに支持され、前記光学手段と光学的に結
合されて当該光学手段により光記録媒体に集束される光
の位相や光量を空間的に制御する回折光学素子が具備さ
れたので、比較的光損失が少なく、光スポットの大きさ
を縮めることができる。
【００３７】第８の発明は、前記回折光学素子として前
記光記録媒体と対応する面に所定の幅と深さに形成され
て前記光の位相を変化させる溝を有する位相アポダイザ
が具備されたので、対物レンズにより回折の限界で集束
される光の位相が部分的に変化され、位相の変化された
光が回折されて新たな光スポットが光ディスクに形成さ
れる。
【００３８】第９の発明は、前記溝が前記スイングア−
ムの回転揺れる方向に形成されて、前記位相アポダイザ
がその回転揺れの際溝と光記録媒体との間に形成される
エア−クッションによりその光記録媒体から浮上される
ように構成されたので、回折光学素子は高密度記録のた
めに光の位相を空間的に制御するだけでなく、光ヘッド
の浮動スライダとしての機能も忠実に行う。
【００３９】第１０の発明は、前記スイングア−ムに沿
って配線され、前記光学手段と前記光源を光学的に連結
する光繊維がさらに具備されたので、外部の光源と光学
的に連結できる。
【００４０】第１１の発明は、前記光学手段が相互垂直
な入射面と出射面、該入射面と出射面の周囲を延長して
その入射面に入射される光が出射面を通じて前記光記録
媒体に集束されるように反射させる反射面を有する反射
鏡を含むので、反射面は入射面から入射される光を出射
面を経由して光ディスク上に集束されるように反射する
ことで対物レンズの機能を行う。
【００４１】第１２の発明は、前記反射面が球面や非球
面又は楕円面のいずれか一つよりなるので、装置の汎用
性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高密度光記録方法を説明するため
に示した配置図（円内は抜粋拡大図）である。
【図２】本発明による高密度光記録方法を適用したスイ
ングア−ム方式の光ピックアップ装置を示した平面図で
ある。
【図３】図２に示された光ピックアップ装置の側面図で
ある。
【図４】図２に示された光ピックアップ装置の部分分離
斜視図である。
【図５】本発明による高密度光記録方法における回折光
学素子と結像面間の間隔が光波長の１／４である場合、
その結像面での光スポットの光強度分布を示した立体グ
ラフである。
【図６】本発明による高密度光記録方法における回折光
学素子と結像面間の間隔が光波長の１／２である場合、
その結像面での光スポットの光強度分布を示した立体グ
ラフである。
【図７】本発明による高密度光記録方法における回折光
学素子と結像面間の間隔が光波長の３／４である場合、
その結像面での光スポットの光強度分布を示した立体グ
ラフである。
【図８】本発明による高密度光記録方法における回折光
学素子と結像面間の間隔が光波長と同一な場合、その結
像面での光スポットの光強度分布を示した立体グラフで
ある。
【図９】従来の遮蔽板を用いる高密度光記録方法を説明
するために示した配置図である。
【符号の説明】
１ 光源 ２ コリメ−ティングレンズ ３ 対物レンズ ４ 光ディスク ６ 回折光学素子 ６ａ 溝 ７ スイングア−ム ８ 回転アクチュエ−タ ９ 回転板 １０ 支持軸 １１ 駆動コイル １２ 永久磁石 １３ ヨ−ク １４ 反射鏡 １５ ビ−ムスプリッタ １６ 光繊維 １７ 光検出器

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源から発生される光を対物レンズで集
    束して光記録媒体に光スポットを形成して行う光記録方
    法において、 前記対物レンズにより集束される光の位相や光量を空間
    的に制御する回折光学素子を使用してその集束される光
    を回折させることを特徴とする高密度光記録方法。
  2. 【請求項２】 前記回折光学素子として、前記光の位相
    を変化させるように所定の幅と深さに形成された溝を有
    する位相アポダイザ（apodizer) を前記対物レンズと光
    記録媒体との間に配置することを特徴とする請求項１記
    載の高密度光記録方法。
  3. 【請求項３】 前記回折光学素子を、前記対物レンズに
    より集束する光の焦点深度内に配置することを特徴とす
    る請求項１又は請求項２記載の高密度光記録方法。
  4. 【請求項４】 光源と、この光源から発生される光を光
    記録媒体に光スポットとして集束する対物レンズを含む
    光記録装置において、 前記対物レンズにより集束される光の位相や光量を空間
    的に制御する回折光学素子を具備してその集束される光
    を回折するように構成されたことを特徴とする高密度光
    記録装置。
  5. 【請求項５】 前記回折光学素子として前記対物レンズ
    と光記録媒体との間に配置され前記光の位相を変化させ
    るように所定の幅と深さに形成された溝を有する位相ア
    ポダイザを具備したことを特徴とする請求項４記載の高
    密度光記録装置。
  6. 【請求項６】 前記回折光学素子が前記対物レンズによ
    り集束される光の焦点深度内に配置されたことを特徴と
    する請求項４又は請求項５記載の高密度光記録装置。
  7. 【請求項７】 光源と、この光源から発生される光を光
    記録媒体に集束し、前記光記録媒体から反射光を受光す
    る光学手段と、この光学手段を支持するスイングア−ム
    と、該スイングア−ムを回転揺らす回転アクチュエ−タ
    とを含む高密度光記録装置において、 前記光記録媒体と対応する前記スイングア−ムに支持さ
    れ、前記光学手段と光学的に結合されて当該光学手段に
    より光記録媒体に集束される光の位相や光量を空間的に
    制御する回折光学素子が具備されたことを特徴とする高
    密度光記録装置。
  8. 【請求項８】 前記回折光学素子として前記光記録媒体
    と対応する面に所定の幅と深さに形成されて前記光の位
    相を変化させる溝を有する位相アポダイザが具備された
    ことを特徴とする請求項７記載の高密度光記録装置。
  9. 【請求項９】 前記溝が前記スイングア−ムの回転揺れ
    る方向に形成されて、前記位相アポダイザがその回転揺
    れの際溝と光記録媒体との間に形成されるエア−クッシ
    ョンによりその光記録媒体から浮上されるように構成さ
    れたことを特徴とする請求項８記載の高密度光記録装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記スイングア−ムに沿って配線さ
    れ、前記光学手段と前記光源を光学的に連結する光繊維
    がさらに具備されたことを特徴とする請求項７記載の高
    密度光記録装置。
  11. 【請求項１１】 前記光学手段が相互垂直な入射面と出
    射面、該入射面と出射面の周囲を延長してその入射面に
    入射される光が出射面を通じて前記光記録媒体に集束さ
    れるように反射させる反射面を有する反射鏡を含むこと
    を特徴とする請求項７又は請求項１０記載の高密度光記
    録装置。
  12. 【請求項１２】 前記反射面が球面や非球面又は楕円面
    のいずれか一つよりなることを特徴とする請求項１１記
    載の高密度光記録装置。
JP7221441A 1994-12-26 1995-08-30 高密度光記録方法及びその装置 Pending JPH08180453A (ja)

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