JPWO2003052756A1 - 光情報再生方法、光ヘッド装置、および光情報処理装置 - Google Patents

光情報再生方法、光ヘッド装置、および光情報処理装置 Download PDF

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Abstract

本発明の光情報再生方法は、情報が記録されている記録層と、記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光情報記録媒体に対して用いる再生方法である。本発明の光情報再生方法は、光記録媒体に第１の方向に偏光する収束光を照射し、前記光記録媒体からの反射光を、第１の方向に偏光する第１の偏光成分と、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２の偏光成分とに分離する。このように分離された第２の偏光成分により再生信号を検出する。

Description

技術分野
本発明は、光ディスクあるいは光カード等の情報を光学的に再生する光情報再生方法、光ヘッド装置、および光情報処理装置に関するものである。
背景技術
近年、社会の情報化が進むにつれて、大容量な外部記憶装置が望まれている。光学的な情報の記録においては、光の波長と対物レンズの開口数とで決まる回折限界が存在するため、従来、記録ピットのサイズの縮小による高密度化には限界があった。
そこで、さらなる高密度化を達成する手段として、集光スポット径よりも小さい記録マークを読み出すことを可能とする、いわゆる超解像記録再生の技術が提案されている。例えば、特開２０００−３４８３７７号公報には、近接場光を用いて光の回折限界を超えた記録再生を行う技術が開示されている。この従来技術について、以下に簡単に説明する。
図８には、超解像記録再生を行う際に用いられる光記録媒体の断面構成が示されている。この光記録媒体１は、透光性基板１１上に、第１の保護層１２、マスク層１３、第２の保護層１４、記録層１５、および第３の保護層１６がこの順に設けられて構成されている。第１〜第３の保護層１２，１４，１６は、ＺｎＳ−ＳｉＯ２からなる。記録層１５は、ＧｅＳｂＴｅ等の多元化合物等の相変化材料からなる。マスク層１３は、熱により酸素と銀に分解される酸化銀からなる。このような光記録媒体１に収束光Ｌ１を照射すると、マスク層１３に集光スポットが形成されて、この集光スポット内で温度が一定の閾値を越えた高温部において、酸化銀が酸素と銀に分解して屈折率が変化する。これにより、マスク層１３に集光スポット径よりも小さな、屈折率変化領域としての開口１７が形成される。この開口１７で発生した近接場光により、記録層１５に記録マーク１８を書き込む、または、記録された記録マーク１８を読み出すことができる。また、マスク層１３で生じた近接場光が到達可能な位置に記録層１５を設けることにより、高速書き込みおよび高速読み出しが可能となる。
従来、以上のような超解像記録再生においては、一般的な光ヘッド装置が用いられていた。図９に、一般的な光ヘッド装置１０１を用いて光記録媒体１の情報を再生する様子を示す。本図では、便宜上、横方向をＸ方向、紙面に対して垂直方向をＹ方向、縦方向をＺ方向としている。
放射光源である半導体レーザ１０２は、Ｘ方向に偏光する直線偏光を放射する。半導体レーザ１０２から出射した光は偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。偏光ビームスプリッタ１０３は、Ｘ方向に偏光する光を全て透過し、Ｙ方向に偏光する光を全て反射する機能を有する。この偏光ビームスプリッタ１０３を透過した光はコリメートレンズ１０４により平行光に変換され、１／４波長板１０５により円偏光に変換された後、対物レンズ１０６により光記録媒体１内へ収束される。光記録媒体１により反射された光は、再び対物レンズ１０６を経て１／４波長板１０５を通り、Ｙ方向に偏光する直線偏光に変換される。この直線偏光は、さらにコリメートレンズ１０４を通り、偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。偏光ビームスプリッタ１０３に入射した光はＹ方向に偏光しているため、偏光ビームスプリッタ１０３で反射される。この反射された光は、シリンドリカルレンズ１０７などによりサーボ信号検出の波面操作が行われて、その後、光検出器１０８で再生信号およびサーボ信号を検出する。なお、１／４波長板１０５および偏光ビームスプリッタ１０３は光の利用効率を上げるために用いられており、１／４波長板１０５を用いず、かつ、偏光ビームスプリッタ１０３を無偏光のビームスプリッタに変えても、情報の記録再生は実現できる。
以上のような方法で光情報の再生を行う場合、一般に用いられるレーザ光にはノイズ成分が含まれている。しかしながら、通常の（超解像再生ではない）再生においては十分な信号変調度が得られるため、このノイズ成分は問題とならない。これに対し、超解像再生の場合は、レーザ光のスポット径よりも小さい記録マークを読み出すために、再生信号の変調度が非常に小さくなってしまう。このため、レーザ光のノイズ成分の影響が無視できなくなり、Ｓ／Ｎが劣化するという問題が生じる。
発明の開示
本発明の光情報再生方法は、情報が記録されている記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体に対して用いる光情報再生方法であって、前記光記録媒体に第１の方向に偏光する収束光を照射して、前記マスク層の前記収束光が照射された領域内の一部に形成される光学特性変化領域を介して前記記録層に光を照射し、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２の偏光成分とに分離し、前記第２の偏光成分を用いて再生信号を検出することを特徴とする。
また、本発明の光ヘッド装置は、情報が記録されている記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体を再生する光ヘッド装置であって、第１の方向に偏光する光を放射する放射光源と、前記第１の放射光源からの放射光を前記光記録媒体上へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２の偏光成分とに分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系によって分離された前記第２の偏光成分を受けて再生信号を検出する光検出器とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の光情報処理装置は、情報が記録されている記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体と、第１の方向に偏光する直線偏光を放射する放射光源と、前記第１の放射光源からの放射光を前記光記録媒体上へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２の偏光成分とに分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系によって分離された前記第２の偏光成分を受けて再生信号を検出する光検出器とを備えた光ヘッド装置とを含むことを特徴とする。
発明の実施の形態
本発明の光情報再生方法は、情報が記録されている記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体に対して用いる光情報再生方法であって、前記光記録媒体に第１の方向に偏光する収束光を照射して、前記マスク層の前記収束光が照射された領域内の一部に形成される光学特性変化領域を介して前記記録層に光を照射し、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２の偏光成分とに分離し、前記第２の偏光成分を用いて再生信号を検出することを特徴とする。本発明の光情報再生方法が適用される光記録媒体からの反射光には、記録層にて反射した光とマスク層にて反射した光が含まれる。記録層にて反射した光は、記録層に記録された情報を反映した（再生情報を含む）変調度の高い光である。一方、マスク層にて反射した光は、再生情報を含まない光である。これらの光は偏光状態に違いがあり、具体的には、マスク層にて反射した光は照射された収束光と偏光状態が同じであるのに対し、記録層にて反射した光はマスク層の光学特性変化領域にて散乱することにより収束光の偏光方向に直交する偏光成分も含むという違いがある。本発明の光情報再生方法は、光記録媒体の反射光から、再生情報を反映した変調度の高い光に含まれる、照射光の偏光方向（第１の方向）と直交する方向（第２の方向）に偏光する成分（第２の偏光成分）を取り出し、これを用いて再生信号を検出する方法である。これより、変調率の高い再生信号が得られるので、超解像再生においてＳ／Ｎを向上させることができる。
また、本発明の光情報再生方法が適用される光記録媒体においては、そのマスク層に用いられる非線形光学材料として、アンチモン（Ｓｂ）、銀酸化物、半導体、カルコゲナイドガラス、およびサーモクロミック材料から選択される少なくとも一つを用いることができる。半導体としては、例えばシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素を含む半導体を用いることができる。また、サーモクロミック材料とは、温度に応じて可逆的に変色する材料のことである。
また、本発明の光情報再生方法においては、光記録媒体の反射光から分離された第１の偏光成分を用いてサーボ信号を検出することが望ましい。
本発明の光ヘッドは、情報が記録されている記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体を再生する光ヘッド装置であって、第１の方向に偏光する光を放射する放射光源と、前記第１の放射光源からの放射光を、前記光記録媒体上へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２の偏光成分とに分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系によって分離された前記第２の偏光成分を受けて再生信号を検出する光検出器とを備えたことを特徴とする。ここで用いられる光記録媒体からの反射光には、上述したように、記録層に記録された情報を反映した変調度の高い光（記録層にて反射した光）と、再生情報を含まない光（マスク層にて反射した光）とが含まれるが、本発明の光ヘッド装置によれば、光記録媒体の反射光から変調度の高い光のみを分離して再生信号を検出することができる。これにより、超解像再生においてＳ／Ｎを向上させることができる。
本発明の光ヘッド装置における偏光分離光学系は、例えば、第１の偏光成分を全て透過して第２の偏光成分を全て反射する、または、第１の偏光成分を全て反射して第２の偏光成分を全て透過する偏光ビームスプリッタを含む構成とすることができる。また、偏光分離光学系を、第１の偏光成分を全て回折して第２の偏光成分を全て透過する回折素子を含む構成や、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを分離する偏光プリズムを含む構成とすることも可能である。
また、本発明の光ヘッド装置は、前記偏光分離光学系によって分離された第１の偏光成分を受けてサーボ信号を検出するサーボ信号用光検出器をさらに備えることが望ましい。
また、本発明の光情報処理装置は、情報が記録されている記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体と、第１の方向に偏光する直線偏光を放射する放射光源と、前記第１の放射光源からの放射光を前記光記録媒体上へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２の偏光成分とに分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系によって分離された前記第２の偏光成分を受けて再生信号を検出する光検出器とを含む光ヘッド装置とを備えたことを特徴とする。本発明の光情報処理装置の光記録媒体からの反射光には、記録層に記録された情報を反映した変調度の高い光（記録層にて反射した光）と、再生情報を含まない光（マスク層にて反射した光）とが含まれるが、本発明の光情報処理装置によれば、光記録媒体からの反射光から変調度の高い光のみを分離して再生信号を検出することができる。これにより、超解像再生においてＳ／Ｎを向上させることができる。
また、本発明の光情報処理装置においては、前記光記録媒体のマスク層に用いられる非線形光学材料として、Ｓｂ、銀酸化物、半導体、カルコゲナイドガラス、およびサーモクロミック材料から選択される少なくとも一つを用いることができる。半導体としては、例えばＳｉやＧｅ等の元素を含む半導体を用いることができる。また、サーモクロミック材料とは、温度に応じて可逆的に変色する材料のことである。
また、本発明の光情報処理装置において、光ヘッド装置に含まれる偏光分離光学系を、例えば、第１の偏光成分を全て透過して第２の偏光成分を全て反射する、または、第１の偏光成分を全て反射して第２の偏光成分を全て透過する偏光ビームスプリッタを含む構成、第１の偏光成分を全て回折して第２の偏光成分を全て透過する回折素子を含む構成、あるいは、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを分離する偏光プリズムを含む構成とすることができる。
また、本発明の光情報処理装置において、前記光ヘッド装置が、前記偏光分離光学系によって分離された第１の偏光成分を受けてサーボ信号を検出するサーボ信号用光検出器をさらに含むことが望ましい。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
まず、本実施の形態において用いる光記録媒体の構成を、図１を用いて説明する。本実施の形態の光記録媒体１は、情報を記録再生するレーザ光の入射側から、透光性基板１１、第１の保護層１２、マスク層１３、第２の保護層１４、記録層１５、および保護層１６がこの順に設けられて構成されている。
透光性基板１１は、レーザ光に対して透明もしくは透明に近い材料からなり、レーザ光を透過またはほぼ透過する。透光性基板１１の表面にはレーザ光の案内溝が形成されていることが望ましく、図１においては案内溝が設けられた形状を示している。
マスク層１３は、入射する光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含む層である。本実施の形態においてはＳｂ膜を用いており、厚みを２０ｎｍとしている。
記録層１５は情報を記録する層であり、光や光の吸収による発熱により状態が変化する材料を用いる。本実施の形態ではＧｅ３０Ｓｂ１５Ｔｅ５５膜を用い、厚みを１５ｎｍとしている。
第１〜第３の保護層１２，１４，１６は、マスク層１３および記録層１５の保護と、記録層１３での効果的な光吸収を可能にするといった光学特性の調節とを主な目的として設けられる。本実施の形態では、ＺｎＳにＳｉＯ２を２０ｍｏｌ％混合した材料を用い、第１〜第３の保護層１２，１４，１６の各層の厚みをそれぞれ４０ｎｍ、２０ｎｍ、１３０ｎｍとしている。
次に、本実施の形態の光情報再生方法について、図２を用いて説明する。光記録媒体１に対して情報の記録再生を行う際には、対物レンズ（図示せず）で集光された収束光である直線偏光のレーザ光Ｌ１を照射する。この照射光は、対物レンズの開口での回折により、強度が中心部分に対して１／ｅ２である部分の半径が０．４１λ／ＮＡ（λは照射するレーザ光の波長、ＮＡは対物レンズの開口数）のガウス分布に近い形状の強度分布を持つ。
Ｓｂ膜（マスク層１３）では、照射されたレーザ光Ｌ１の中心部分が高温になり、光学特性が変化する。この結果、マスク層１３におけるレーザ光Ｌ１の照射領域のうち、レーザ光Ｌ１の光強度が所定の値よりも大きい部分に、光学特性が変化する領域（光学特性変化領域）が形成される。この光学特性変化領域は、レーザ光Ｌ１の透過率が高くなっており、開口１７となる。この開口１７の大きさは、マスク層１３に照射されたレーザ光Ｌ１のスポットよりも小さい。
このようにマスク層１３に形成された開口１７を介して透過したレーザ光Ｌ２により、記録層１５に情報を記録し、記録層から情報を再生する。記録再生可能な最小マークサイズは、開口１７のサイズにより決定され、回折限界にはよらない。このことにより、回折限界以下の情報の記録再生、いわゆる超解像記録再生が可能となる。
また、記録層１５に記録された情報の再生は、レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ３を検出することにより行われる。反射光Ｌ３は、スポット中心部分の成分（中心光成分）Ｌ３ａ（図示せず）と、スポット周辺の光の成分（周辺光成分）Ｌ３ｂ（図示せず）からなる。中心光成分Ｌ３ａは、記録層１５に記録された情報を反映した変調度の高い光である。一方、周辺光成分Ｌ３ｂは、記録層１５に到達せずにマスク層１３で反射された光であり、再生情報を含まない。このため、反射光Ｌ３全体から再生信号を検出すると信号変調度が小さくなり、Ｓ／Ｎが劣化する。
そこで、本発明の光情報再生方法においては、反射光Ｌ３から中心光成分Ｌ３ａを取りだして再生信号として検出し、信号変調度を向上させて良好な再生を行う。本発明の光情報再生方法においては、反射光Ｌ３から周辺光成分Ｌ３ｂを取り除く際に、中心光成分Ｌ３ａと周辺光成分Ｌ３ｂの偏光の違いを利用する。周辺光成分Ｌ３ｂは、マスク層１３で反射された光であるので、偏光方向はレーザ光Ｌ１と同じ偏光状態になる。中心光成分Ｌ３ａは、開口１７を透過する際に散乱されるため、レーザ光Ｌ１と直交した偏光成分も含んでいる。従って、反射光Ｌ３からレーザ光Ｌ１と直交した偏光成分を取り出して検出することにより、変調度の大きな再生信号を得ることができる。これにより、ノイズの影響が小さくなり、Ｓ／Ｎを向上できる。
次に、本発明の光情報再生方法を行う際に用いられる光ヘッド装置の一例について説明する。図３に、本実施の形態における光ヘッド装置２を用いて光記録媒体１を再生する様子を示す。なお、本図では、便宜上、横方向をＸ方向、紙面に対して垂直方向をＹ方向、縦方向をＺ方向としている。
放射光源である半導体レーザ２１は、Ｘ方向（第１の方向）に偏光する直線偏光を放射する。半導体レーザ２１から出射したレーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ２２に入射する。偏光ビームスプリッタ２２としては、Ｘ方向に偏光する光を所望の比率（例えば、ここでは透過率８０％、反射率２０％）で透過と反射とに分離し、Ｙ方向（第２の方向）に偏光する光を全て反射する機能を有するものを用いる。偏光ビームスプリッタ２２を透過したレーザ光Ｌ１は、コリメートレンズ２３により平行光に変換され、対物レンズ２４により光記録媒体１内へ収束される。光記録媒体１の構造は、図１および図２に示したとおりである。また、光記録媒体１により反射された反射光Ｌ３は、再び対物レンズ２４およびコリメートレンズ２３を通り、偏光ビームスプリッタ２２に入射する。偏光ビームスプリッタ２２に入射した光は、Ｘ方向に偏光する光を２０％反射し、Ｙ方向に偏光する光を全て反射する。偏光ビームスプリッタ２２で反射された光は、さらに、偏光分離光学系である偏光ビームスプリッタ２５に入射する。偏光ビームスプリッタ２５は、Ｘ方向に偏光する光を全て透過し、Ｙ方向に偏光する光を全て反射する機能を有している。従って、この偏光ビームスプリッタ２５により、Ｘ方向に偏光する成分（第１の偏光成分）とＹ方向に偏光する成分（第２の偏光成分）とが分離される。
Ｙ方向に偏光する成分は光検出器２８により受光されて、光検出器２８により再生信号が検出される。また、偏光ビームスプリッタ２５を透過したＸ方向に偏光する光は、ホログラム素子２６に入射してサーボ信号を取るために波面が変形された後に、サーボ信号用光検出器である光検出器２７に入射する。光検出器２７は複数の受光領域を持ち、各受光領域から得られる信号からサーボ信号を得ることができる。
以上のように、本実施の形態の光ヘッド装置２によれば、記録された情報を反映する成分を反射光から分離して、Ｓ／Ｎの良好な超解像再生を行うことができる。
なお、本実施の形態では、偏光分離光学系として、Ｘ方向に偏光する光を全て透過し、Ｙ方向に偏光する光を全て反射する偏光ビームスプリッタを用いたが、Ｘ方向に偏光する光を全て反射し、Ｙ方向に偏光する光を全て透過する偏光ビームスプリッタを用いることも当然可能である。
（実施の形態２）
本発明の光ヘッド装置における他の実施の形態について説明する。図４に、本実施の形態の光ヘッド装置３を用いて光記録媒体１を再生する様子を示す。なお、本図では、便宜上、横方向をＸ方向、紙面に対して垂直方向をＹ方向、縦方向をＺ方向としている。
放射光源である半導体レーザ３１は、Ｘ方向（第１の方向）に偏光する直線偏光を放射する。半導体レーザ３１から出射したレーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ３２に入射する。偏光ビームスプリッタ３２としては、Ｘ方向に偏光する光を全て透過し、Ｙ方向（第２の方向）に偏光する光を全て反射する機能を有するものを用いる。偏光ビームスプリッタ３２を透過したレーザ光Ｌ１は、コリメートレンズ３３により平行光に変換され、対物レンズ３４により光記録媒体１内へ収束される。光記録媒体１の構造は、図１および図２に示したとおりである。また、光記録媒体１により反射された反射光Ｌ３は、再び対物レンズ３４およびコリメートレンズ３３を通り、偏光ビームスプリッタ３２に入射する。偏光ビームスプリッタ３２に入射した光は、Ｘ方向に偏光する光（第１の偏光成分）は全て透過し、Ｙ方向に偏光する光（第２の偏光成分）は全て反射する。すなわち、この偏光ビームスプリッタ３２が、反射光から第１の偏光成分と第２の偏光成分とを分離する偏光分離光学系として機能する。
Ｙ方向に偏光する成分は光検出器３５により受光されて、光検出器３５により再生信号が検出される。また、偏光ビームスプリッタ３２によって分離されたＸ方向に偏光する光はホログラム素子３６に入射し、ホログラム素子３６の回折により、サーボ信号を取るために波面が変形されてサーボ信号用光検出器である光検出器３７に入射する。光検出器３７は複数の受光領域を持ち、各受光領域から得られる信号からサーボ信号を得ることができる。本構成によれば、半導体レーザ３１とサーボ信号用の光検出器３７との近接配置が可能なため、安定性が高くなる。さらに、半導体レーザ３１、光検出器３７、およびホログラム素子３６を同一パッケージに集積化することにより、より安定性の高い光ヘッド装置が実現できる。
以上のように、本実施の形態の光ヘッド装置３によれば、記録された情報を反映する成分を反射光から分離して、Ｓ／Ｎの良好な超解像再生を行うことができる。
（実施の形態３）
本発明の光ヘッド装置における他の実施の形態について説明する。図５に、本実施の形態の光ヘッド装置４を用いて光記録媒体１を再生する様子を示す。なお、本図では、便宜上、横方向をＸ方向、紙面に対して垂直方向をＹ方向、縦方向をＺ方向としている。
放射光源である半導体レーザ４１は、Ｘ方向（第１の方向）に偏光する直線偏光を放射する。半導体レーザ４１から出射したレーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ４２に入射する。偏光ビームスプリッタ４２としては、Ｘ方向に偏光する光を所望の比率（例えば、ここでは透過率８０％、反射率２０％）で透過と反射とに分離し、Ｙ方向（第２の方向）に偏光する光を全て反射する機能を有するものを用いる。偏光ビームスプリッタ４２を透過したレーザ光Ｌ１は、コリメートレンズ４３により平行光に変換され、対物レンズ４４により光記録媒体１内へ収束される。光記録媒体１の構造は、図１および図２に示したとおりである。また、光記録媒体１により反射された反射光Ｌ３は、再び対物レンズ４４およびコリメートレンズ４３を通り、偏光ビームスプリッタ４２に入射する。偏光ビームスプリッタ４２に入射した光は、Ｘ方向に偏光する光を２０％反射し、Ｙ方向に偏光する光を全て反射する。偏光ビームスプリッタ４２で反射された光は、さらに偏光分離光学系である偏光異方性ホログラム４５に入射する。この偏光異方性ホログラム４５は、Ｘ方向に偏光する成分（第１の偏光成分）をサーボ信号を得るための所望の波面で回折し、Ｙ方向に偏光する成分（第２の偏光成分）を透過する回折素子であるため、これら二つの偏光成分を分離することができる。
偏光異方性ホログラム４５を透過したＹ方向に偏光する成分は、光検出器４６内にある受光領域により検出されて再生信号に変換される。一方、偏光異方性ホログラム４５にて回折されたＸ方向に偏光する成分は、光検出器４６内にある複数の受光領域により検出されてサーボ信号に変換される。なお、本構成においては、光検出器４６が再生信号用の光検出器とサーボ信号用の光検出器とを兼ねている構成である。
以上のように、本実施の形態の光ヘッド装置４によれば、記録された情報を反映する成分を反射光から分離して、Ｓ／Ｎの良好な超解像再生を行うことができる。
（実施の形態４）
本発明の光ヘッド装置における他の実施の形態について説明する。図６に、本実施の形態の光ヘッド装置５を用いて光記録媒体１を再生する様子を示す。なお、本図では、便宜上、横方向をＸ方向、紙面に対して垂直方向をＹ方向、縦方向をＺ方向としている。
放射光源である半導体レーザ５１は、Ｘ方向（第１の方向）に偏光する直線偏光を放射する。半導体レーザ５１から出射したレーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ５２に入射する。偏光ビームスプリッタ５２としては、Ｘ方向に偏光する光を所望の比率（例えば、ここでは透過率８０％、反射率２０％）で透過と反射とに分離し、Ｙ方向（第２の方向）に偏光する光を全て反射する機能を有するものを用いる。偏光ビームスプリッタ５２を透過したレーザ光Ｌ１は、コリメートレンズ５３により平行光に変換され、対物レンズ５４により光記録媒体１内へ収束される。光記録媒体１の構造は、図１および図２に示したとおりである。また、光記録媒体１により反射された反射光Ｌ３は、再び対物レンズ５４およびコリメートレンズ５３を通り、偏光ビームスプリッタ５２に入射する。偏光ビームスプリッタ５２に入射した光は、Ｘ方向に偏光する光を２０％反射し、Ｙ方向に偏光する光を全て反射する。偏光ビームスプリッタ５２で反射された光は、さらに偏光分離光学系であるウォラストンプリズム（偏光プリズム）５５に入射し、Ｘ方向に偏光する成分（第１の偏光成分）とＹ方向に偏光する成分（第２の偏光成分）とに分離される。
ウォラストンプリズム５５で分離されたＹ方向に偏光する成分は、光検出器５７内にある受光領域により検出されて再生信号に変換される。一方、ウォラストンプリズム５５にて分離されたＸ方向に偏光する成分は、光検出器５７内にある複数の受光領域により検出されてサーボ信号に変換される。なお、本構成においては、光検出器５７が再生信号用の光検出器とサーボ信号用の光検出器とを兼ねている構成である。
以上のように、本実施の形態の光ヘッド装置５によれば、記録された情報を反映する成分を反射光から分離して、Ｓ／Ｎの良好な超解像再生を行うことができる。
（実施の形態５）
本発明の光情報処理装置の一例について説明する。
図７には、本実施の形態の光情報処理装置の概略構成が示されている。光ディスク６１は円盤状の光記録媒体であり、回転機構６２によって回転される。光ディスク６１は、実施の形態１〜４で用いた光記録媒体１と同じ構成である。光ヘッド装置６３は実施の形態１〜４で説明した光ヘッド装置２〜５のうちの何れかであり、対物レンズの微動手段を有しているものである。光ヘッド装置６３は、光ディスク６１の所望の情報が存在するトラックのところまで駆動装置６４によって粗動される。また、光ヘッド装置６３は、光ディスク６１との位置関係に対応してフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を電気回路６６へ送る。電気回路６６はこれらの信号に対応して、光ヘッド装置６４へ対物レンズを微動させるための信号を送る。この信号によって、光ヘッド装置６４は光ディスク６１に対してフォーカスサーボと、トラッキングサーボを行い、光ディスク６１に対して情報の読みだし、または書き込みや消去を行う。また、電気回路６６は、再生信号が最適になるようにレーザ光の強度を調整し、光ディスク６１のマスク層に形成される開口のサイズを制御する機能も有している。
以上のような構成によれば、Ｓ／Ｎの良好な超解像再生が可能な光情報処理装置が実現できる。
なお、実施の形態１〜４においては、光記録媒体１のマスク層１３にＳｂ膜を用いた例を示したが、この限りではなく、光強度に応じて光学特性が可逆的に変化する材料であればよい。例えば、銀酸化物、半導体（Ｓｉ、Ｇｅ等の元素を含む半導体）、カルコゲナイドガラス、サーモクロミック材料等も使用可能である。また、記録層１５にＧｅ３０Ｓｂ１５Ｔｅ５５を用いた例を示したが、この限りでなく、光により情報が記録再生可能な材料（各種有機色素、カルコゲナイドガラス等）も使用可能である。また、記録層１３は、凹凸形状により予め情報が記録された反射膜であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
図１は、超解像記録再生に用いられる光記録媒体の構成の一例を示す断面図である。
図２は、光記録媒体に対して超解像記録再生を行う様子を示す断面図である。
図３は、本発明の実施の形態１における光ヘッド装置の概略構成を示す説明図である。
図４は、本発明の実施の形態２における光ヘッド装置の概略構成を示す説明図である。
図５は、本発明の実施の形態３における光ヘッド装置の概略構成を示す説明図である。
図６は、本発明の実施の形態４における光ヘッド装置の概略構成を示す説明図である。
図７は、本発明の実施の形態５における光情報処理装置の概略構成を示す説明図である。
図８は、光記録媒体に対して超解像記録再生を行う様子を示す断面図である。
図９は、従来の光ヘッド装置の概略構成を示す説明図である。
本発明は、光ディスクあるいは光カード等の情報を光学的に再生する光情報再生方法、光ヘッド装置、および光情報処理装置に関するものである。
近年、社会の情報化が進むにつれて、大容量な外部記憶装置が望まれている。光学的な情報の記録においては、光の波長と対物レンズの開口数とで決まる回折限界が存在するため、従来、記録ピットのサイズの縮小による高密度化には限界があった。
そこで、さらなる高密度化を達成する手段として、集光スポット径よりも小さい記録マークを読み出すことを可能とする、いわゆる超解像記録再生の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、近接場光を用いて光の回折限界を超えた記録再生を行う技術が開示されている。この従来技術について、以下に簡単に説明する。
図８には、超解像記録再生を行う際に用いられる光記録媒体の断面構成が示されている。この光記録媒体１は、透光性基板１１上に、第１の保護層１２、マスク層１３、第２の保護層１４、記録層１５、および第３の保護層１６がこの順に設けられて構成されている。第１〜第３の保護層１２，１４，１６は、ＺｎＳ−ＳｉＯ2からなる。記録層１５は、ＧｅＳｂＴｅ等の多元化合物等の相変化材料からなる。マスク層１３は、熱により酸素と銀に分解される酸化銀からなる。このような光記録媒体１に収束光Ｌ１を照射すると、マスク層１３に集光スポットが形成されて、この集光スポット内で温度が一定の閾値を越えた高温部において、酸化銀が酸素と銀に分解して屈折率が変化する。これにより、マスク層１３に集光スポット径よりも小さな、屈折率変化領域としての開口１７が形成される。この開口１７で発生した近接場光により、記録層１５に記録マーク１８を書き込む、または、記録された記録マーク１８を読み出すことができる。また、マスク層１３で生じた近接場光が到達可能な位置に記録層１５を設けることにより、高速書き込みおよび高速読み出しが可能となる。
従来、以上のような超解像記録再生においては、一般的な光ヘッド装置が用いられていた。図９に、一般的な光ヘッド装置１０１を用いて光記録媒体１の情報を再生する様子を示す。本図では、便宜上、横方向をＸ方向、紙面に対して垂直方向をＹ方向、縦方向をＺ方向としている。
放射光源である半導体レーザ１０２は、Ｘ方向に偏光する直線偏光を放射する。半導体レーザ１０２から出射した光は偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。偏光ビームスプリッタ１０３は、Ｘ方向に偏光する光を全て透過し、Ｙ方向に偏光する光を全て反射する機能を有する。この偏光ビームスプリッタ１０３を透過した光はコリメートレンズ１０４により平行光に変換され、１／４波長板１０５により円偏光に変換された後、対物レンズ１０６により光記録媒体１内へ収束される。光記録媒体１により反射された光は、再び対物レンズ１０６を経て１／４波長板１０５を通り、Ｙ方向に偏光する直線偏光に変換される。この直線偏光は、さらにコリメートレンズ１０４を通り、偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。偏光ビームスプリッタ１０３に入射した光はＹ方向に偏光しているため、偏光ビームスプリッタ１０３で反射される。この反射された光は、シリンドリカルレンズ１０７などによりサーボ信号検出の波面操作が行われて、その後、光検出器１０８で再生信号およびサーボ信号を検出する。なお、１／４波長板１０５および偏光ビームスプリッタ１０３は光の利用効率を上げるために用いられており、１／４波長板１０５を用いず、かつ、偏光ビームスプリッタ１０３を無偏光のビームスプリッタに変えても、情報の記録再生は実現できる。
特開２０００−３４８３７７号公報
以上のような方法で光情報の再生を行う場合、一般に用いられるレーザ光にはノイズ成分が含まれている。しかしながら、通常の（超解像再生ではない）再生においては十分な信号変調度が得られるため、このノイズ成分は問題とならない。これに対し、超解像再生の場合は、レーザ光のスポット径よりも小さい記録マークを読み出すために、再生信号の変調度が非常に小さくなってしまう。このため、レーザ光のノイズ成分の影響が無視できなくなり、Ｓ／Ｎが劣化するという問題が生じる。
本発明の光情報再生方法は、情報が記録され、照射する光の反射強度により情報を読み出す記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体に対して用いる光情報再生方法であって、前記光記録媒体に第１の方向に偏光する収束光を照射して、前記マスク層の前記収束光が照射された領域内の一部に形成される光学特性変化領域を介して前記記録層に光を照射し、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する、前記光学特性変化領域での散乱により生成された第２の偏光成分とに分離し、前記第２の偏光成分を用いて再生信号を検出することを特徴とする。
また、本発明の光ヘッド装置は、情報が記録され、照射する光の反射強度により情報を読み出す記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体を再生する光ヘッド装置であって、第１の方向に偏光する光を放射する放射光源と、前記放射光源からの放射光を前記マスク層へ微小スポットに収束して前記マスク層へ収束光を照射し、前記マスク層の前記収束光が照射された領域内の一部に形成される光学特性変化領域を介して前記記録層に光を照射する集光光学系と、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する、前記光学特性変化領域での散乱により生成された第２の偏光成分とに分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系によって分離された前記第２の偏光成分を受けて再生信号を検出する光検出器とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の光情報処理装置は、情報が記録され、照射する光の反射強度により情報を読み出す記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体と、第１の方向に偏光する直線偏光を放射する放射光源と、前記放射光源からの放射光を前記マスク層へ微小スポットに収束して前記マスク層へ収束光を照射し、前記マスク層の前記収束光が照射された領域内の一部に形成される光学特性変化領域を介して前記記録層に光を照射する集光光学系と、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する、前記光学特性変化領域での散乱により生成された第２の偏光成分とに分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系によって分離された前記第２の偏光成分を受けて再生信号を検出する光検出器とを含む光ヘッド装置とを備えたことを特徴とする。
本発明の光情報再生方法、光ヘッド装置、および光情報処理装置によれば、変調率の高い再生信号が得られるので、超解像再生においてＳ／Ｎを向上させることができる。
本発明の光情報再生方法は、情報が記録され、照射する光の反射強度により情報を読み出す記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体に対して用いる光情報再生方法であって、前記光記録媒体に第１の方向に偏光する収束光を照射して、前記マスク層の前記収束光が照射された領域内の一部に形成される光学特性変化領域を介して前記記録層に光を照射し、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する、前記光学特性変化領域での散乱により生成された第２の偏光成分とに分離し、前記第２の偏光成分を用いて再生信号を検出することを特徴とする。本発明の光情報再生方法が適用される光記録媒体からの反射光には、記録層にて反射した光とマスク層にて反射した光が含まれる。記録層にて反射した光は、記録層に記録された情報を反映した（再生情報を含む）変調度の高い光である。一方、マスク層にて反射した光は、再生情報を含まない光である。これらの光は偏光状態に違いがあり、具体的には、マスク層にて反射した光は照射された収束光と偏光状態が同じであるのに対し、記録層にて反射した光はマスク層の光学特性変化領域にて散乱することにより収束光の偏光方向に直交する偏光成分も含むという違いがある。本発明の光情報再生方法は、光記録媒体の反射光から、再生情報を反映した変調度の高い光に含まれる、照射光の偏光方向（第１の方向）と直交する方向（第２の方向）に偏光する成分（第２の偏光成分）を取り出し、これを用いて再生信号を検出する方法である。これより、変調率の高い再生信号が得られるので、超解像再生においてＳ／Ｎを向上させることができる。
また、本発明の光情報再生方法が適用される光記録媒体においては、そのマスク層に用いられる非線形光学材料として、アンチモン（Ｓｂ）、銀酸化物、半導体、カルコゲナイドガラス、およびサーモクロミック材料から選択される少なくとも一つを用いることができる。半導体としては、例えばシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素を含む半導体を用いることができる。また、サーモクロミック材料とは、温度に応じて可逆的に変色する材料のことである。
また、本発明の光情報再生方法においては、光記録媒体の反射光から分離された第１の偏光成分を用いてサーボ信号を検出することが望ましい。
本発明の光ヘッド装置は、情報が記録され、照射する光の反射強度により情報を読み出す記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体を再生する光ヘッド装置であって、第１の方向に偏光する光を放射する放射光源と、前記放射光源からの放射光を前記マスク層へ微小スポットに収束して前記マスク層へ収束光を照射し、前記マスク層の前記収束光が照射された領域内の一部に形成される光学特性変化領域を介して前記記録層に光を照射する集光光学系と、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する、前記光学特性変化領域での散乱により生成された第２の偏光成分とに分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系によって分離された前記第２の偏光成分を受けて再生信号を検出する光検出器とを備えたことを特徴とする。ここで用いられる光記録媒体からの反射光には、上述したように、記録層に記録された情報を反映した変調度の高い光（記録層にて反射した光）と、再生情報を含まない光（マスク層にて反射した光）とが含まれるが、本発明の光ヘッド装置によれば、光記録媒体の反射光から変調度の高い光のみを分離して再生信号を検出することができる。これにより、超解像再生においてＳ／Ｎを向上させることができる。
本発明の光ヘッド装置における偏光分離光学系は、例えば、第１の偏光成分を全て透過して第２の偏光成分を全て反射する、または、第１の偏光成分を全て反射して第２の偏光成分を全て透過する偏光ビームスプリッタを含む構成とすることができる。また、偏光分離光学系を、第１の偏光成分を全て回折して第２の偏光成分を全て透過する回折素子を含む構成や、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを分離する偏光プリズムを含む構成とすることも可能である。
また、本発明の光ヘッド装置は、前記偏光分離光学系によって分離された第１の偏光成分を受けてサーボ信号を検出するサーボ信号用光検出器をさらに備えることが望ましい。
また、本発明の光情報処理装置は、情報が記録され、照射する光の反射強度により情報を読み出す記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体と、第１の方向に偏光する直線偏光を放射する放射光源と、前記放射光源からの放射光を前記マスク層へ微小スポットに収束して前記マスク層へ収束光を照射し、前記マスク層の前記収束光が照射された領域内の一部に形成される光学特性変化領域を介して前記記録層に光を照射する集光光学系と、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する、前記光学特性変化領域での散乱により生成された第２の偏光成分とに分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系によって分離された前記第２の偏光成分を受けて再生信号を検出する光検出器とを含む光ヘッド装置とを備えたことを特徴とする。本発明の光情報処理装置の光記録媒体からの反射光には、記録層に記録された情報を反映した変調度の高い光（記録層にて反射した光）と、再生情報を含まない光（マスク層にて反射した光）とが含まれるが、本発明の光情報処理装置によれば、光記録媒体からの反射光から変調度の高い光のみを分離して再生信号を検出することができる。これにより、超解像再生においてＳ／Ｎを向上させることができる。
また、本発明の光情報処理装置においては、前記光記録媒体のマスク層に用いられる非線形光学材料として、Ｓｂ、銀酸化物、半導体、カルコゲナイドガラス、およびサーモクロミック材料から選択される少なくとも一つを用いることができる。半導体としては、例えばＳｉやＧｅ等の元素を含む半導体を用いることができる。また、サーモクロミック材料とは、温度に応じて可逆的に変色する材料のことである。
また、本発明の光情報処理装置において、光ヘッド装置に含まれる偏光分離光学系を、例えば、第１の偏光成分を全て透過して第２の偏光成分を全て反射する、または、第１の偏光成分を全て反射して第２の偏光成分を全て透過する偏光ビームスプリッタを含む構成、第１の偏光成分を全て回折して第２の偏光成分を全て透過する回折素子を含む構成、あるいは、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを分離する偏光プリズムを含む構成とすることができる。
また、本発明の光情報処理装置において、前記光ヘッド装置が、前記偏光分離光学系によって分離された第１の偏光成分を受けてサーボ信号を検出するサーボ信号用光検出器をさらに含むことが望ましい。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
まず、本実施の形態において用いる光記録媒体の構成を、図１を用いて説明する。本実施の形態の光記録媒体１は、情報を記録再生するレーザ光の入射側から、透光性基板１１、第１の保護層１２、マスク層１３、第２の保護層１４、記録層１５、および第３の保護層１６がこの順に設けられて構成されている。
透光性基板１１は、レーザ光に対して透明もしくは透明に近い材料からなり、レーザ光を透過またはほぼ透過する。透光性基板１１の表面にはレーザ光の案内溝が形成されていることが望ましく、図１においては案内溝が設けられた形状を示している。
マスク層１３は、入射する光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含む層である。本実施の形態においてはＳｂ膜を用いており、厚みを２０ｎｍとしている。
記録層１５は情報を記録する層であり、光や光の吸収による発熱により状態が変化する材料を用いる。本実施の形態ではＧｅ30Ｓｂ15Ｔｅ55膜を用い、厚みを１５ｎｍとしている。
第１〜第３の保護層１２，１４，１６は、マスク層１３および記録層１５の保護と、記録層１５での効果的な光吸収を可能にするといった光学特性の調節とを主な目的として設けられる。本実施の形態では、ＺｎＳにＳｉＯ2を２０ｍｏｌ％混合した材料を用い、第１〜第３の保護層１２，１４，１６の各層の厚みをそれぞれ４０ｎｍ、２０ｎｍ、１３０ｎｍとしている。
次に、本実施の形態の光情報再生方法について、図２を用いて説明する。光記録媒体１に対して情報の記録再生を行う際には、対物レンズ（図示せず）で集光された収束光である直線偏光のレーザ光Ｌ１を照射する。この照射光は、対物レンズの開口での回折により、強度が中心部分に対して１／ｅ2である部分の半径が０．４１λ／ＮＡ（λは照射するレーザ光の波長、ＮＡは対物レンズの開口数）のガウス分布に近い形状の強度分布を持つ。
Ｓｂ膜（マスク層１３）では、照射されたレーザ光Ｌ１の中心部分が高温になり、光学特性が変化する。この結果、マスク層１３におけるレーザ光Ｌ１の照射領域のうち、レーザ光Ｌ１の光強度が所定の値よりも大きい部分に、光学特性が変化する領域（光学特性変化領域）が形成される。この光学特性変化領域は、レーザ光Ｌ１の透過率が高くなっており、開口１７となる。この開口１７の大きさは、マスク層１３に照射されたレーザ光Ｌ１のスポットよりも小さい。
このようにマスク層１３に形成された開口１７を介して透過したレーザ光Ｌ２により、記録層１５に情報を記録し、記録層から情報を再生する。記録再生可能な最小マークサイズは、開口１７のサイズにより決定され、回折限界にはよらない。このことにより、回折限界以下の情報の記録再生、いわゆる超解像記録再生が可能となる。
また、記録層１５に記録された情報の再生は、レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ３を検出することにより行われる。反射光Ｌ３は、スポット中心部分の成分（中心光成分）Ｌ３ａ（図示せず）と、スポット周辺の光の成分（周辺光成分）Ｌ３ｂ（図示せず）からなる。中心光成分Ｌ３ａは、記録層１５に記録された情報を反映した変調度の高い光である。一方、周辺光成分Ｌ３ｂは、記録層１５に到達せずにマスク層１３で反射された光であり、再生情報を含まない。このため、反射光Ｌ３全体から再生信号を検出すると信号変調度が小さくなり、Ｓ／Ｎが劣化する。
そこで、本発明の光情報再生方法においては、反射光Ｌ３から中心光成分Ｌ３ａを取りだして再生信号として検出し、信号変調度を向上させて良好な再生を行う。本発明の光情報再生方法においては、反射光Ｌ３から周辺光成分Ｌ３ｂを取り除く際に、中心光成分Ｌ３ａと周辺光成分Ｌ３ｂの偏光の違いを利用する。周辺光成分Ｌ３ｂは、マスク層１３で反射された光であるので、偏光方向はレーザ光Ｌ１と同じ偏光状態になる。中心光成分Ｌ３ａは、開口１７を透過する際に散乱されるため、レーザ光Ｌ１と直交した偏光成分も含んでいる。従って、反射光Ｌ３からレーザ光Ｌ１と直交した偏光成分を取り出して検出することにより、変調度の大きな再生信号を得ることができる。これにより、ノイズの影響が小さくなり、Ｓ／Ｎを向上できる。
次に、本発明の光情報再生方法を行う際に用いられる光ヘッド装置の一例について説明する。図３に、本実施の形態における光ヘッド装置２を用いて光記録媒体１を再生する様子を示す。なお、本図では、便宜上、横方向をＸ方向、紙面に対して垂直方向をＹ方向、縦方向をＺ方向としている。
放射光源である半導体レーザ２１は、Ｘ方向（第１の方向）に偏光する直線偏光を放射する。半導体レーザ２１から出射したレーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ２２に入射する。偏光ビームスプリッタ２２としては、Ｘ方向に偏光する光を所望の比率（例えば、ここでは透過率８０％、反射率２０％）で透過と反射とに分離し、Ｙ方向（第２の方向）に偏光する光を全て反射する機能を有するものを用いる。偏光ビームスプリッタ２２を透過したレーザ光Ｌ１は、コリメートレンズ２３により平行光に変換され、対物レンズ２４により光記録媒体１内へ収束される。光記録媒体１の構造は、図１および図２に示したとおりである。また、光記録媒体１により反射された反射光Ｌ３は、再び対物レンズ２４およびコリメートレンズ２３を通り、偏光ビームスプリッタ２２に入射する。偏光ビームスプリッタ２２に入射した光は、Ｘ方向に偏光する光を２０％反射し、Ｙ方向に偏光する光を全て反射する。偏光ビームスプリッタ２２で反射された光は、さらに、偏光分離光学系である偏光ビームスプリッタ２５に入射する。偏光ビームスプリッタ２５は、Ｘ方向に偏光する光を全て透過し、Ｙ方向に偏光する光を全て反射する機能を有している。従って、この偏光ビームスプリッタ２５により、Ｘ方向に偏光する成分（第１の偏光成分）とＹ方向に偏光する成分（第２の偏光成分）とが分離される。
Ｙ方向に偏光する成分は光検出器２８により受光されて、光検出器２８により再生信号が検出される。また、偏光ビームスプリッタ２５を透過したＸ方向に偏光する光は、ホログラム素子２６に入射してサーボ信号を取るために波面が変形された後に、サーボ信号用光検出器である光検出器２７に入射する。光検出器２７は複数の受光領域を持ち、各受光領域から得られる信号からサーボ信号を得ることができる。
以上のように、本実施の形態の光ヘッド装置２によれば、記録された情報を反映する成分を反射光から分離して、Ｓ／Ｎの良好な超解像再生を行うことができる。
なお、本実施の形態では、偏光分離光学系として、Ｘ方向に偏光する光を全て透過し、Ｙ方向に偏光する光を全て反射する偏光ビームスプリッタを用いたが、Ｘ方向に偏光する光を全て反射し、Ｙ方向に偏光する光を全て透過する偏光ビームスプリッタを用いることも当然可能である。
（実施の形態２）
本発明の光ヘッド装置における他の実施の形態について説明する。図４に、本実施の形態の光ヘッド装置３を用いて光記録媒体１を再生する様子を示す。なお、本図では、便宜上、横方向をＸ方向、紙面に対して垂直方向をＹ方向、縦方向をＺ方向としている。
放射光源である半導体レーザ３１は、Ｘ方向（第１の方向）に偏光する直線偏光を放射する。半導体レーザ３１から出射したレーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ３２に入射する。偏光ビームスプリッタ３２としては、Ｘ方向に偏光する光を全て透過し、Ｙ方向（第２の方向）に偏光する光を全て反射する機能を有するものを用いる。偏光ビームスプリッタ３２を透過したレーザ光Ｌ１は、コリメートレンズ３３により平行光に変換され、対物レンズ３４により光記録媒体１内へ収束される。光記録媒体１の構造は、図１および図２に示したとおりである。また、光記録媒体１により反射された反射光Ｌ３は、再び対物レンズ３４およびコリメートレンズ３３を通り、偏光ビームスプリッタ３２に入射する。偏光ビームスプリッタ３２に入射した光は、Ｘ方向に偏光する光（第１の偏光成分）は全て透過し、Ｙ方向に偏光する光（第２の偏光成分）は全て反射する。すなわち、この偏光ビームスプリッタ３２が、反射光から第１の偏光成分と第２の偏光成分とを分離する偏光分離光学系として機能する。
Ｙ方向に偏光する成分は光検出器３５により受光されて、光検出器３５により再生信号が検出される。また、偏光ビームスプリッタ３２によって分離されたＸ方向に偏光する光はホログラム素子３６に入射し、ホログラム素子３６の回折により、サーボ信号を取るために波面が変形されてサーボ信号用光検出器である光検出器３７に入射する。光検出器３７は複数の受光領域を持ち、各受光領域から得られる信号からサーボ信号を得ることができる。本構成によれば、半導体レーザ３１とサーボ信号用の光検出器３７との近接配置が可能なため、安定性が高くなる。さらに、半導体レーザ３１、光検出器３７、およびホログラム素子３６を同一パッケージに集積化することにより、より安定性の高い光ヘッド装置が実現できる。
以上のように、本実施の形態の光ヘッド装置３によれば、記録された情報を反映する成分を反射光から分離して、Ｓ／Ｎの良好な超解像再生を行うことができる。
（実施の形態３）
本発明の光ヘッド装置における他の実施の形態について説明する。図５に、本実施の形態の光ヘッド装置４を用いて光記録媒体１を再生する様子を示す。なお、本図では、便宜上、横方向をＸ方向、紙面に対して垂直方向をＹ方向、縦方向をＺ方向としている。
放射光源である半導体レーザ４１は、Ｘ方向（第１の方向）に偏光する直線偏光を放射する。半導体レーザ４１から出射したレーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ４２に入射する。偏光ビームスプリッタ４２としては、Ｘ方向に偏光する光を所望の比率（例えば、ここでは透過率８０％、反射率２０％）で透過と反射とに分離し、Ｙ方向（第２の方向）に偏光する光を全て反射する機能を有するものを用いる。偏光ビームスプリッタ４２を透過したレーザ光Ｌ１は、コリメートレンズ４３により平行光に変換され、対物レンズ４４により光記録媒体１内へ収束される。光記録媒体１の構造は、図１および図２に示したとおりである。また、光記録媒体１により反射された反射光Ｌ３は、再び対物レンズ４４およびコリメートレンズ４３を通り、偏光ビームスプリッタ４２に入射する。偏光ビームスプリッタ４２に入射した光は、Ｘ方向に偏光する光を２０％反射し、Ｙ方向に偏光する光を全て反射する。偏光ビームスプリッタ４２で反射された光は、さらに偏光分離光学系である偏光異方性ホログラム４５に入射する。この偏光異方性ホログラム４５は、Ｘ方向に偏光する成分（第１の偏光成分）をサーボ信号を得るための所望の波面で回折し、Ｙ方向に偏光する成分（第２の偏光成分）を透過する回折素子であるため、これら二つの偏光成分を分離することができる。
偏光異方性ホログラム４５を透過したＹ方向に偏光する成分は、光検出器４６内にある受光領域により検出されて再生信号に変換される。一方、偏光異方性ホログラム４５にて回折されたＸ方向に偏光する成分は、光検出器４６内にある複数の受光領域により検出されてサーボ信号に変換される。なお、本構成においては、光検出器４６が再生信号用の光検出器とサーボ信号用の光検出器とを兼ねている構成である。
以上のように、本実施の形態の光ヘッド装置４によれば、記録された情報を反映する成分を反射光から分離して、Ｓ／Ｎの良好な超解像再生を行うことができる。
（実施の形態４）
本発明の光ヘッド装置における他の実施の形態について説明する。図６に、本実施の形態の光ヘッド装置５を用いて光記録媒体１を再生する様子を示す。なお、本図では、便宜上、横方向をＸ方向、紙面に対して垂直方向をＹ方向、縦方向をＺ方向としている。
放射光源である半導体レーザ５１は、Ｘ方向（第１の方向）に偏光する直線偏光を放射する。半導体レーザ５１から出射したレーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ５２に入射する。偏光ビームスプリッタ５２としては、Ｘ方向に偏光する光を所望の比率（例えば、ここでは透過率８０％、反射率２０％）で透過と反射とに分離し、Ｙ方向（第２の方向）に偏光する光を全て反射する機能を有するものを用いる。偏光ビームスプリッタ５２を透過したレーザ光Ｌ１は、コリメートレンズ５３により平行光に変換され、対物レンズ５４により光記録媒体１内へ収束される。光記録媒体１の構造は、図１および図２に示したとおりである。また、光記録媒体１により反射された反射光Ｌ３は、再び対物レンズ５４およびコリメートレンズ５３を通り、偏光ビームスプリッタ５２に入射する。偏光ビームスプリッタ５２に入射した光は、Ｘ方向に偏光する光を２０％反射し、Ｙ方向に偏光する光を全て反射する。偏光ビームスプリッタ５２で反射された光は、さらに偏光分離光学系であるウォラストンプリズム（偏光プリズム）５５に入射し、Ｘ方向に偏光する成分（第１の偏光成分）とＹ方向に偏光する成分（第２の偏光成分）とに分離される。
ウォラストンプリズム５５で分離されたＹ方向に偏光する成分は、光検出器５７内にある受光領域により検出されて再生信号に変換される。一方、ウォラストンプリズム５５にて分離されたＸ方向に偏光する成分は、光検出器５７内にある複数の受光領域により検出されてサーボ信号に変換される。なお、本構成においては、光検出器５７が再生信号用の光検出器とサーボ信号用の光検出器とを兼ねている構成である。
以上のように、本実施の形態の光ヘッド装置５によれば、記録された情報を反映する成分を反射光から分離して、Ｓ／Ｎの良好な超解像再生を行うことができる。
（実施の形態５）
本発明の光情報処理装置の一例について説明する。
図７には、本実施の形態の光情報処理装置の概略構成が示されている。光ディスク６１は円盤状の光記録媒体であり、回転機構６２によって回転される。光ディスク６１は、実施の形態１〜４で用いた光記録媒体１と同じ構成である。光ヘッド装置６３は実施の形態１〜４で説明した光ヘッド装置２〜５のうちの何れかであり、対物レンズの微動手段を有しているものである。光ヘッド装置６３は、光ディスク６１の所望の情報が存在するトラックのところまで駆動装置６４によって粗動される。また、光ヘッド装置６３は、光ディスク６１との位置関係に対応してフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を電気回路６６へ送る。電気回路６６はこれらの信号に対応して、光ヘッド装置６４へ対物レンズを微動させるための信号を送る。この信号によって、光ヘッド装置６４は光ディスク６１に対してフォーカスサーボと、トラッキングサーボを行い、光ディスク６１に対して情報の読みだし、または書き込みや消去を行う。また、電気回路６６は、再生信号が最適になるようにレーザ光の強度を調整し、光ディスク６１のマスク層に形成される開口のサイズを制御する機能も有している。
以上のような構成によれば、Ｓ／Ｎの良好な超解像再生が可能な光情報処理装置が実現できる。
なお、実施の形態１〜４においては、光記録媒体１のマスク層１３にＳｂ膜を用いた例を示したが、この限りではなく、光強度に応じて光学特性が可逆的に変化する材料であればよい。例えば、銀酸化物、半導体（Ｓｉ、Ｇｅ等の元素を含む半導体）、カルコゲナイドガラス、サーモクロミック材料等も使用可能である。また、記録層１５にＧｅ30Ｓｂ15Ｔｅ55を用いた例を示したが、この限りでなく、光により情報が記録再生可能な材料（各種有機色素、カルコゲナイドガラス等）も使用可能である。また、記録層１３は、凹凸形状により予め情報が記録された反射膜であっても構わない。
本発明の光情報再生方法、光ヘッド装置、および光情報処理装置は、光記録媒体に記録された情報の再生において、超解像再生を行う場合等に好適に用いられる。
図１は、超解像記録再生に用いられる光記録媒体の構成の一例を示す断面図である。 図２は、光記録媒体に対して超解像記録再生を行う様子を示す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１における光ヘッド装置の概略構成を示す説明図である。 図４は、本発明の実施の形態２における光ヘッド装置の概略構成を示す説明図である。 図５は、本発明の実施の形態３における光ヘッド装置の概略構成を示す説明図である。 図６は、本発明の実施の形態４における光ヘッド装置の概略構成を示す説明図である。 図７は、本発明の実施の形態５における光情報処理装置の概略構成を示す説明図である。 図８は、光記録媒体に対して超解像記録再生を行う様子を示す断面図である。 図９は、従来の光ヘッド装置の概略構成を示す説明図である。

Claims (14)

  1. 情報が記録されている記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体に対して用いる光情報再生方法であって、
    前記光記録媒体に第１の方向に偏光する収束光を照射して、前記マスク層の前記収束光が照射された領域内の一部に形成される光学特性変化領域を介して前記記録層に光を照射し、
    前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２の偏光成分とに分離し、
    前記第２の偏光成分を用いて再生信号を検出することを特徴とする光情報再生方法。
  2. 前記非線形光学材料が、アンチモン、銀酸化物、半導体、カルコゲナイドガラス、およびサーモクロミック材料から選択される少なくとも一つである請求の範囲１に記載の光情報再生方法。
  3. 前記光記録媒体からの反射光から分離された第１の偏光成分を用いてサーボ信号を検出する請求の範囲１に記載の光情報再生方法。
  4. 情報が記録されている記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体を再生する光ヘッド装置であって、
    第１の方向に偏光する光を放射する放射光源と、
    前記第１の放射光源からの放射光を、前記光記録媒体上へ微小スポットに収束する集光光学系と、
    前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２の偏光成分とに分離する偏光分離光学系と、
    前記偏光分離光学系によって分離された前記第２の偏光成分を受けて再生信号を検出する光検出器とを備えたことを特徴とする光ヘッド装置。
  5. 前記偏光分離光学系が、第１の偏光成分を全て透過して第２の偏光成分を全て反射する、または、第１の偏光成分を全て反射して第２の偏光成分を全て透過する偏光ビームスプリッタを含む請求の範囲４に記載の光ヘッド装置。
  6. 前記偏光分離光学系が、第１の偏光成分を全て回折して第２の偏光成分を全て透過する回折素子を含む請求の範囲４に記載の光ヘッド装置。
  7. 前記偏光分離光学系が、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを分離する偏光プリズムを含む請求の範囲４に記載の光ヘッド装置。
  8. 前記偏光分離光学系によって分離された第１の偏光成分を受けてサーボ信号を検出するサーボ信号用光検出器をさらに備えた請求の範囲４に記載の光ヘッド装置。
  9. 情報が記録されている記録層と、前記記録層に近接して配置され、入射光の強度に応じて光学特性が変化する非線形光学材料を含むマスク層とを備えた光記録媒体と、
    第１の方向に偏光する直線偏光を放射する放射光源と、前記第１の放射光源からの放射光を前記光記録媒体上へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記光記録媒体からの反射光を、前記第１の方向に偏光する第１の偏光成分と前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２の偏光成分とに分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系によって分離された前記第２の偏光成分を受けて再生信号を検出する光検出器とを含む光ヘッド装置とを備えたことを特徴とする光情報処理装置。
  10. 前記非線形光学材料が、アンチモン、銀酸化物、半導体、カルコゲナイドガラス、およびサーモクロミック材料から選択される少なくとも一つである請求の範囲９に記載の光情報再生装置。
  11. 前記偏光分離光学系が、第１の偏光成分を全て透過して第２の偏光成分を全て反射する、または、第１の偏光成分を全て反射して第２の偏光成分を全て透過する偏光ビームスプリッタを含む請求の範囲９に記載の光情報再生装置。
  12. 前記偏光分離光学系が、第１の偏光成分を全て回折して第２の偏光成分を全て透過する回折素子を含む請求の範囲９に記載の光情報再生装置。
  13. 前記偏光分離光学系が、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを分離する偏光プリズムを含む請求の範囲９に記載の光情報再生装置。
  14. 前記光ヘッド装置が、前記偏光分離光学系によって分離された第１の偏光成分を受けてサーボ信号を検出する光検出器をさらに含む請求の範囲９に記載の光情報処理装置。
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