KR100337961B1 - 광학헤드및광기록장치 - Google Patents

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마사토시 요네쿠보
도시오 아리무라
다카오 미야자와
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

광 기록 매체의 트랙 피치에 대하여 상대적으로 긴 파장의 반도체 레이저와, 광학 초해상 기술을 사용함으로써, 종래의 CD-R에 대하여 기록 및 재생이라는 처리가 문제없이 행해지고, 또한, 고기록 밀도에 대응한 DVD 규격의 광 기록 매체의 처리를 행할 수 있는 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 광학 헤드 및 광 기록 장치에 있어서는, 광 기록 매체의 트랙 피치에 대하여 상대적으로 긴 파장의 반도체 레이저가 사용 가능하게 되기 때문에, 고밀도화의 한계를 타파하여, 저렴하고 신뢰성이 높은 고기록 밀도의 기록 및 재생이 가능한 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공할 수 있고, 또한, 장래에 한층 더 고밀도화가 되어도 대응할 수 있는 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공한다.

Description

광학 헤드 및 광 기록 장치
현재 시판되고 있는 광 디스크는, 예를 들면 컴팩트 디스크(CD)에 있어서는, 디스크의 기판 두께가 1.2mm이고, 정보를 기록하는 트랙 피치가 1.6㎛이다. 그리고, 이 CD를 재생하기 위해서, 파장이 0.78 ㎛의 레이저 광을 방출하는 반도체 레이저와, 개구수(NA)가 0.45의 대물 렌즈를 구비한 광학 헤드가 사용되고 있다. 또한, CD에서 광학 헤드에 의해서 얻어진 정보 신호를 처리하는 신호 재생 방법으로는, 트랜스버설 등화기 등에 의한 파형등화와 콤프레이터에 의한 디지털화에 의한 방법이 일반적으로 사용되고 있다.
근년, CD보다 고기록 밀도의 광 디스크가 규격화되어, 광 기록 매체로서 사용되도록 하고 있다. 고기록 밀도의 광 디스크의 하나인 디지털 비디오 디스크(DVD)로서, 디스크의 기판 두께를 0.6mm, 트랙 피치를 0.74㎛로 한 규정이 규격화되어 있고, 이 DVD 에 대하여 파장이 0.65㎛ 혹은 0.635㎛의 레이저 광을 개구수가 0.6의 대물 렌즈를 통해서 조사하는 광학 헤드를 사용하는 것이 고려되고있다. 그리고, 이 광학 헤드를 사용하여, DVD 등의 고기록 밀도의 광 디스크뿐만 아니라 종래의 CD 등을 포함시킨 복수의 규정의 광 디스크를 처리할 수 있는 광 기록 장치가 제안되어 있다.
그러나, DVD 용의 파장이 짧은 레이저 광을 사용하여 DVD를 재생함과 동시에 CD도 재생할 수 있는 광 기록 장치는, 근년, CD와 함께 많이 사용되고 있는 추기형의 CD(CD-R)를 사용할 수 없다. 이 CD-R은, 소량의 CD-ROM 생산. 데이터백업 혹은 CD의 시험제작 등에 사용되고 있으며, CD 용의 레이저 광의 파장(0.78㎛) 부근의 파장선택성이 강한 색소계의 광 기록 매체이다. 따라서, DVD 용의 레이저 광의 표준파장(0.65㎛) 부근에서는 반사율이 매우 낮아 사용할 수 없다. 광 디스크의 기록 혹은 재생에 사용되는 레이저 광의 파장의 규정은 트랙 피치를 고려하여 결정되어 있고, 예를 들면 CD에 대하여는 트랙 피치(1.6㎛)에 대한 광원의 파장(0.78㎛)의 비율이 0.49, 또한, DVD에 대하여는 트랙 피치(0.74㎛)에 대한 광원의 파장(0.65㎛)의 비율이 0.88이고, 어느쪽의 규격에 있어서도 트랙 피치보다 상당히 짧은 파장의 레이저 광이 사용되고 있다. 따라서, 이것들의 규격에 기초를 둔 파장이 짧은 레이저 광을 사용한 광 기록 장치에 있어서는, 디스크 두께가 다른 CD 및 DVD 에 대하여 레이저 광을 집광할 수 있도록 2 촛점 홀로그램 등을 사용함으로써 DVD 및 재생전용의 CD에 대한 재생은 가능하게 되지만, CD-R에 대한 호환성을 유지할 수 없다. 이 때문에, CD-R를 기록 또는 재생하기 위해서 파장이 긴 레이저 광을 사용한 별개의 광 기록 광치가 여전히 필요하게 된다.
그리하여, 본 발명에 있어서는, DVD, 재생전용의 CD 및 CD-R의 어느쪽의 규정의 광 디스크에 대하여도 일괄하여 기록 또는 재생가능한 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 현재 시판되고 있는 CD-R도 고밀도기록이 가능한 DVD 와 동시에 1 대로 처리가능한 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 그리고, 디지털 비디오 디스크(DVD)나 차세대의 고밀도 광 디스크 등과, 현재 시판되고 있는 CD나, 종래의 추기형의 CD(CD-R)와의 호환성을 확보하여, 한층더 고밀도화, 혹은 제조마진의 확대를 가능하게 하는 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은, 디지털 비디오 디스크(DVD)나 컴팩트 디스크(CD) 등의 광 기록 매체에 대하여 기록 혹은 재생이라는 처리를 행하는 광학 헤드 및 광 기록 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 광학 헤드의 구성을 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 나타내는 광학 헤드에 있어서, 반도체 레이저로부터 방출된 레이저 광의 강도 분포를 나타내는 그래프.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 나타내는 광학 헤드에 있어서 커버 플레이트에 의해서 광 강도 분포가 변환된 모양을 나타내는 그래프.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 나타내는 광학 헤드에 있어서, 광학적 초해상 현상을 가지고 집광된 스폿의 광 강도 분포를 나타내는 그래프.
도 5는 CD-R의 반사특성을 레이저 광의 파장에 대하여 나타내는 그래프.
도 6a 및 도 6b는 무한계의 비구면 광학계를 사용하여 광 강도 분포를 변환하는 모양을 도시한 도면.
도 7a 및 도 7b는 마스크판을 사용하여 광 강도 분포를 변환하는 모양을 도시한 도면.
도 8a 및 도 8b는 필터를 사용하여 광 강도 분포를 변환하는 모양을 도시한 도면.
도 9는 도 1에 나타내는 광학 헤드를 사용한 광 기록 장치의 개략 구성을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 관한 광학 헤드의 구성을 도시한 도면.
도 11a 내지 도 11c는 위상 가변 필터의 형상을 도시한 도면.
도 12a 및 도 12b는 도 10에 나타내는 광학 헤드에 있어서, 반도체 레이저로부터 방출된 레이저 광의 위상차 분포를 나타내는 그래프.
도 13a 및 도 13b는 도 10에 나타내는 광학 헤드에 있어서, 위상 가변 필터에 의해서 광위상차 분포가 변환된 모양을 나타내는 그래프.
도 14a 및 도 14b는 도 10에 나타내는 광학 헤드에 있어서, 광학적 초해상 현상을 가지고 집광된 스폿의 광 강도 분포를 나타내는 그래프.
도 15a 및 도 15b는 제 2 위상 가변 필터의 형상을 도시한 도면.
도 16a 및 도 16b은 제 3 위상 가변 필터의 형상을 도시한 도면.
도 17a 및 도 17b는 도 10에 나타내는 광학 헤드에 있어서, 제 2 위상 가변 필터를 삽입한 경우의 반도체 레이저로부터 방출된 레이저 광의 위상차분포를 나타내는 그래프.
도 18a 및 도 18b는 제 2 위상 가변 필터를 삽입한 경우의, 도 10에 나타내는 광학 헤드에 있어서, 위상 가변 필터에 의해서 광위상차 분포가 변환된 모양을 나타내는 그래프.
도 19a 및 도 19b는 제 2 위상 가변 필터를 삽입한 경우의, 도 10에 나타내는 광학 헤드에 있어서, 광학적 초해상 현상을 가지고 집광된 스폿의 광 강도 분포를 나타내는 그래프.
도 20a 및 도 20b는 제 4 위상 가변 필터의 형상을 도시한 도면.
도 21은 무한계의 광학 헤드에 광위상차 분포를 변환하는 소자를 사용한 모양을 도시한 도면.
도 22는 본 발명의 별도의 광학 헤드의 구성을 도시한 도면.
도 23a 및 도 23b는 도 22에 나타내는 광학 헤드의 차광 슬릿부의 레이저 광의 모양을 도시한 도면.
도 24a 및 도 24b는 도 10에 나타내는 광학 헤드에 사이드 로브 차광 기능을 가진 포토다이오드를 탑재한 경우의 포토다이오드부의 레이저 광의 모양을 도시한 도면.
도 25a 및 도 25b는 도 22에 나타내는 광학 헤드의 별도의 차광 슬릿부의 레이저 광의 모양을 도시한 도면.
도 26a 및 도 26b는 도 10에 나타내는 광학 헤드에 사이드 로브 차광 기능을 가진 포토다이오드를 탑재한 경우의 별도의 포토다이오드부의 레이저 광의 모양을 도시한 도면.
도 27은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 광학 헤드의 구성을 도시한 도면.
도 28a는 도 27에 나타내는 광학 헤드의 차광 슬릿부의 레이저 광의 모양을 도시한 도면.
도 28b는 도 27에 나타내는 광학 헤드로부터 차광 슬릿을 제거하고, 사이드 로브 차광 기능을 가진 포토다이오드를 탑재한 경우의 포토다이오드부의 레이저 광의 모양을 도시한 도면.
도 29는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 다른 광학 헤드의 구성을 도시한 도면.
[실시예]
이하에 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 나타내고, 또한 본 발명에 관하여 설명한다.
<제 1 실시예>
도 1에, 본 발명과 관계되는 광학 헤드의 구성예를 나타내고 있다. 본 예의 광학 헤드(10)는, 반도체 기판(1)의 거의 중앙에 설치된 반도체 레이저(2)와, 이 반도체 레이저(2)를 중심으로 반도체 기판(1)의 주위에 설치된 복수의 포토 다이오드(7)와, 두개의 비구면(3a, 3b)에 의해 구성된 광 강도 분포 변환 수단인 커버 플레이트(3)와, 반사광을 분리하기 위한 신호 분리용의 홀로그램 패턴(4a)이 형성된 홀로그램소자(4)와, 레이저 광을 집광하는 대물 렌즈(5)를 구비하고 있고, 자기적인 액추에이터(6)에 의해서 광학 헤드(10) 전체가 광 디스크(20)에 대한 포커싱이나 트래킹제어을 행할 수 있게 되어 있다.
본 예의 광학 헤드(10)의 반도체 레이저(2)는 파장이 0.78㎛의 근적외의 반도체 레이저이고, 이 반도체 레이저(2)로부터 방출된 레이저 광(8)이 광 강도 분포 변환 수단인 커버 플레이트(3)에 의해서 광 강도 분포가 변환되어, 대물 렌즈(5)에 입사한다. 레이저 광(8)은 대물 렌즈(5)에 의해서 광 디스크(20)의 기록면에 광학적 초해상 현상을 발생시키도록 집광된다. 광 디스크(20)로부터 반사된 반사광(9)은, 반대의 광로를 통하여 신호 분리용의 홀로그램 패턴(4a)에 의해서 포토 다이오드(7)의 방향으로 분리되고, 각각의 포토 다이오드(7)에 집광된다. 그리고, 반사광의 강도가 전기적인 신호로 변환되어 출력된다.
본 예의 커버 플레이트(3)에 설치된 두개의 비구면(3a, 3b)중, 제 1 면(3a)은 중심 및 주변이 평면이고, 이것들의 사이의 중간부가 입사하는 레이저 광(8)에 대하여 완만한 오목곡선면을 하고 있다. 따라서, 이 면에 입사한 레이저 광은, 그 광축(8a)에 가까운 중심부근 및 주변부근에서는 통상의 평면과 같이 굴절하여, 커버 플레이트내를 진행한다. 한편, 중간부에 입사한 레이저 광은 오목 렌즈작용에 의해 외측으로 발산하도록 굴절한다.
다음, 커버 플레이트(3)의 제 2 면(3b)은, 광축(8a)에 가까운 중심 및 주변이 평면이고, 이것들의 사이의 중간부가 입사한 레이저 광에 대하여 완만한 블록곡선을 하고 있다. 이 제 2 면(3b)에서는, 중심부근 및 주변부근에 입사한 레이저 광은 통상의 평면과 같이 굴절하여 방출된다. 한편, 중간부에 입사한 레이저 광은 블록 렌즈 작용에 의해 레이저 광의 방출각도가 수정된다.
따라서, 본 예의 커버 플레이트를 투과하는 레이저 광 중에서, 제 1 면(3a)의 중간부에 입사한 레이저 광은 주변부를 향하여 발산되고, 제 2 면(3b)에 도달하면 이 면(3b)의 중간부에 의해서 통상의 평면을 투과한 레이저 광과 같은 각도로 방출되도록 수정된다. 이 때문에, 제 1 면(3a)의 중간부에 입사한 레이저 광은 제 2 면(3b)의 위치에서 주변부 부근으로 위치를 바꾸고, 이것에 대하여, 중심 및 최외주의 레이저 광은 광강도가 변하지 않는다. 따라서, 본 예의 커버 플레이트(3)에 의해서, 레이저 광의 밀도 즉 광강도의 분포가, 중심부의 광강도가 감소하고, 외주부의 광강도가 증가하도록 변환된다. 제 2 면(3b)에 의해 굴절한 레이저 광은, 다시 파면이 거의 구면이 되도록 각도수정되고 있고, 파면 수차를 악화하지 않고서, 더욱이 광량을 손실하지 않게 대물 렌즈(5)에 대한 입사 동공 상의 광 강도 분포가 변환된다. 따라서, 반포체 레이저(2)로부터 방출된 레이저 광의 광량을 손실하지 않고 광학적 초해상 현상을 생기게 하여, 광 디스크(20)에 작은 스폿을 형성할 수 있다.
도 2a 및 도 2b 내지 도 4a 및 도 4b에, 반도체 레이저(2)로부터 방출된 레이저 광(8)이 커버 플레이트(3)를 투과하여, 대물 렌즈(5)에 의해서 광학적 초해상 현상을 생기게 하여 광 디스크(20)에 집광되는 모양을 나타내고 있다. 반도체 레이저(2)가 타원형의 방출특성을 구비하고 있기 때문에, 반도체 레이저(2)로부터 방출된 레이저 광(8)의 강도 분포는 회전대칭이 되지 않고, 반도체 레이저의 방출방향에 따라서 다르다. 예를 들면, 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 도 1의 지면에 대하여 수직인 방향의 광강도의 분포(Q1)가 넓고, 평행한 방향의 광강도의 분포(Q2)가 좁은 레이저 광이 방출된다.
이러한 분포(Q1) 및 (Q2)를 구비한 레이저 광이 광 광도 분포 변환 수단인커버 플레이트(3)를 투과하면, 도 3a 및 도 3b에 나타내는 것 같은 강도 분포(Q1') 및 (Q2')로 변환된다. 즉, 커버 플레이트(3)에 의해서 광축(8a)에 가까운 중앙부의 성분이 주변부로 이행되기 때문에, 레이저 광의 수직인 성분의 분포(Q1)는 도 3a에 나타낸 바와 같이 주변부에 대하여 중앙부가 움푹팬 분포(Q1')로 변환된다. 또한, 레이저 광이 평행한 성분의 분포(Q2)는, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 중앙부가 감소하여 주변부가 증가한 분포(Q2')로 변환된다.
중앙부와 비교하여 주변부의 광강도의 쪽이 강하게 되도록 변환된 분포의 레이저 광이 대물 렌즈(5)에 의해서 집광되면, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이 광학적 초해상 현상의 현저한 분포(Q1" 및 Q2")가 얻어진다. 본 예의 파장이 0.78㎛의 레이저 광에 대하여 광 강도 분포를 변환하여, 도 3a에 나타낸 바와 같이 중앙부에 대한 주변부의 광강도의 비가 거의 2 정도로 되도록 하면, 광 디스크(20)에 집광되는 광스폿 직경으로서 0.9 내지 1㎛ 이하(l/e2의 강도와 직경)의 좁은 직경의 스폿을 얻을 수 있고, 종래의 1.2㎛ 정도의 스폿 직경과 비교하면 광 디스크에 집광하는 스폿 직경을 80 % 혹은 그 이하로 할 수 있다. 특히, 도 4a 에 도시한 바와 같이 수직방향의 성분은, l/e2의 강도가 0.9㎛ 이하로 폭이 좁은 피크가 얻어진다. 중심의 메인 로브(31)의 양측에 나타나는 사이드 로브(30)는, 광학적 초해상 현상이 보다 현저한 수직방향의 성분의 쪽이 크다. 그리하여, 본 예에 있어서는, 이보다 큰 사이드 로브(30)가 나타나는 방향을 광 디스크의 접선 방향에 맞춰, 사이드 로브에 의해서도 광 디스크에 기록되고 있는 정보에 관한 신호를 얻어, 보다 큰 공간주파수가 얻어지게 하고 있다.
본 예의 광학 헤드(10)에 의해서 광 디스크(20)에 직경이 1㎛ 혹은 그 이하의 스폿 직경을 형성할 수 있고, 이 스폿 직경은 상술한 고기록 밀도에 대응한 DVD 규격에 있어서의 파장이 0.65㎛ 혹은 0.63㎛의 레이저 광을 개구수가 0.6의 대물 렌즈로 광 디스크상에 집광한 스폿 직경에 거의 같다. 따라서, 본 예의 광학 헤드(10)를 사용하여 형성된 스폿 직경의 레이저 광에 의해서, DVD 규격에 대응한 평균 트랙 피치가 0.74㎛의 상변화형 광 디스크 등에 대하여 기록 혹은 재생이라는 처리를 행할 수 있다.
또한, 본 예의 광학 헤드(10)에 의해서 색소계의 기록층을 사용한 CD-R 에 대하여도 기록 혹은 재생이라는 처리를 행할 수 있다. 도 5에 레이저 광의 파장에 대한 CD-R의 반사특성을 나타내고 있다. 본 도면으로부터 알 수 있는 것같이, CD-R 은, 0.8㎛ 부근의 파장에 대하여 매우 높은 반사특성을 나타내는 데 대하여, 0.6 내지 0.7㎛의 파장에 대한 반사율은 매우 낮다. 따라서, DVD 규격에 대응한 파장이 0.65㎛ 혹은 0.63㎛의 레이저 광을 사용하였다면, 재생 혹은 기록이라는 처리를 행할 수 없다. 이것에 대하여, 본 예의 광학 헤드(10)에 있어서는, 파장이 0.78㎛의 레이저 광을 사용하고 있기 때문에 반사특성의 우수한 영역에서 CD-R의 처리를 행할 수 있다. 이 때문에, 본 예의 광학 헤드(10)를 사용함으로써, DVD 규격의 고기록 밀도의 광 디스크와, CD-R 이라는 색소계의 기록층을 구비한 광 디스크의 어느 것이나 일괄해서 처리할 수 있는 광 기록 장치를 실현하는 것이 가능하게 된다. 물론, 종래의 CD 규격의 광 디스크(CD)의 재생도 가능하다. 이와 같이, 본 발명에 의해, 파장이 0.78㎛(통상의 반도체 레이저에 있어서의 +/-4% 정도의 격차를 포함한다)의 레이저 광을 사용하여, 평균 트랙 피치가 0.74㎛(+/-4% 정도의 격차를 포함한다) 정도의 고기록 밀도의 광 디스크에 대하여 기록 혹은 재생이라는 처리가 가능한 광학 헤드를 실현할 수 있다. 또한, CD-R이라는 종래의 DVD 규격으로서는 처리를 행할 수 없는 광 기록 매체에 대하여도 호환성이 있는 광학 헤드를 제공할 수 있다.
본 예의 광학 헤드(10)에 있어서는, 도 3a에 도시한 바와 같이 레이저 광의 강도를 중심부에 대하여 주변부의 강도가 2 배 정도로 되도록 변환하고 있다. 물론, 또한 주변부의 강도를 올리고 0.5 내지 3.5배 정도로 하는 것도 가능하고, 이 것에 의해서 또한 직경이 작은 스폿을 광 디스크에 형성하여, 고밀도의 기록을 행하는 것도 가능하다. 그러나, 주변부의 강도를 올리면 사이드 로브(30)의 강도가 증가하고, 중심의 메인 로브(31)의 강도가 저하하기 때문에 광 디스크로부터의 반사광의 해상도가 악화할 가능성이 있다. 따라서, 중심부에 대한 주변부의 광강도는 3 배 정도 이하로 하는 것이 바람직하고, 또한, 본 예의 것과 같이 2 배 정도로 하는 것에 의해 사이드 로브의 강도를 메인 로브의 10 내지 5% 정도로 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 예와 같이 광 강도 분포 변환 수단으로서 중심부의 레이저 광을 완전히 차폐하지 않고, 중심부의 레이저 광의 강도를 0으로 하지 않는 광학계를 채용함으로써, 중심부에서의 레이저 광을 차폐하는 수단을 채용한 경우와 비교하여, 동일한 스폿 직경에 있어서 사이드 로브의 강도를 1/2 정도로 억제할 수 있다.
또한, 본 예의 광학 헤드(10)에 있어서는, 반도체 레이저로부터 방출된 레이저 광의 광 강도 분포를 변환하기 위해서, 2 개의 비구면(3a, 3b)을 구비한 커버 플레이트(3)에 의해서 유한계의 비구면 광학계를 채용하고 있다. 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 도 6a에 도시한 바와 같이, 콜리메니터 렌즈 등에 의해서 평행하게된 레이저 광에 대하여 무한계의 비구면소자(35)를 사용하여 광 강도 분포를 변환하여도 물론 좋다. 또한, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 광 강도 분포 변환 기능을 가지는 콜리메이트 렌즈(32)를 사용하는 것도 가능하다. 이것들의 비구면소자(3) 혹은 (35)를 사용하여 레이저 광의 강도 분포를 변환함으로써, 광 강도 분포 변환 수단에 있어서의 레이저 광의 손실을 방지하고, 에너지가 높은 스폿을 광 디스크에 성형할 수 있다. 따라서, 특히 높은 선출력을 필요로 하는 기록 가능한 광학 헤드 혹은 광 기록 장치에 적합하다. 또한, 본 예의 유한계의 비구면 광학 소자를 채용하는 경우는, 반도체 레이저(2)와 커버 플레이트(3)의 상대적인 위치관계를 확정하여, 축의 수차가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 사이드 로브가 다소 증가하는 경향으로 되지만, 도 7a 및 도 7b에 나타낸 마스크판(36)을 광 강도 분포 변환 수단으로서 사용하는 것도 가능하다. 도 7a 및 도 7b에 나타낸 예에서는 마스크판(36)을 대물 렌즈의 입사 동공 상의 중심부를 차폐하도록 설치함으로써, 중심부의 광감도를 저하시켜 상대적으로 주변부의 강광도를 높일 수 있다. 따라서, 대물 렌즈(45)에 의해서 현저한 광학적 초해상 현상을 발생시켜, 작은 직경의 스폿을 성형할 수 있다. 또한, 도8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이, 중심부의 투과율이 작은 필터(37)를 광 강도 분포 변환 수단으로서사용하여, 현저한 광학적 초해상 현상을 얻는 것도 가능하다. 이것들의 마스크판(36) 혹은 필터(37)를 사용한 경우는, 레이저 광이 다소 손실되지만, 저렴하므로 특히 재생 전용 등의 광학 헤드 혹은 광 기록 장치에 적합하다.
또한, 본 예의 광학 헤드(10)에 있어서는, 대물 렌즈(5)의 개구수를 현상황의 DVD 규격보다 크게 함으로써, 한층 더 해상도가 높은 신호를 얻는 것이 가능하고, 광 디스크에 대하여 또한 밀도가 높은 기록 혹은 재생을 행하는 것이 가능하게 된다. 고기록 밀도의 광 디스크에 있어서는 경사특성을 향상시키기 위해서 현상황의 CD 규격보다 얇은 0.6mm 전후의 두께의 디스크기판이 채용되고 있다. 이 광 디스크를 재생하는 때는, 코마 수차가 개구수의 3 승에 비례하여 증가하고, 레이저 광의 파장에는 반비례하여 감소한다. 이 때문에, 현상황의 DVD 규격에 있어서는, 파장이 0.63㎛ 혹은 0.65㎛의 레이저 광에 대하여 대물 렌즈의 개구수는 0.6 정도가 상한이다. 그러나, 본 예의 광학 헤드(10)에 있어서는, 파장이 0.78㎛의 레이저 광을 사용하여 DVD 규격의 고기록 밀도의 강 디스크에 대응할 수 있기 때문에, 코마 수차에 대한 렌즈의 성능을 올리지 않고서 대물 렌즈의 개구수를 약 0.64(+/-4% 정도의 오차를 포함한다) 정도까지 증가하는 것이 가능하다. 따라서, 대물 렌즈의 성능을 올리지 않고서, 작은 광스폿을 얻는 것이 가능하고, 한층더 높은 밀도로 광 기록 및 재생을 행할 수 있는 광학 헤드를 저렴하게 제공할 수 있다. 또한, DVD 규격의 광 디스크에 대응한 스폿 직경을 얻기 위해서 커버 플레이트 등의 광 강도 분포 변환 수단에 대한 부하를 작게 할 수 있기 때문에, 사이드 로브의 강도를 작게 할 수 있고, 신호의 해상도가 높은 광학 헤드를 제공할 수 있다.
도 9에, 본 예의 광학 헤드(10)를 사용한 광 기록 광치(11)의 개략 구성을 나타내고 있다. 본 예의 광 기록 장치(11)는, 광학 헤드(10)의 포토 다이오드에 의해서 신호로부터 포커스 에러 신호 및 트래킹 에러 신호 등의 서보계의 신호를 생성하고, 또한, RF 신호를 생성하는 등의 기능을 구비한 RF 엠플리파이어(12)와, 서보계의 신호에 근거하여 광학 헤드(10)의 포커싱 및 트래킹의 제어을 행하는 서보 제어 회로(13)와, 이 서보 제어 회로(13)에 의해서 제어되는 액추에이터(14)를 구비하고 있다. 또한, RF 엠플리파이어(12)로부터 출력된 RF 신호는, PRML 회로(15)에 입력되어, 부분 응답 방식(PR 방식) 및 최우복호법(ML 법)에 의해서 복호처리가 행하여진다. PR의 무게계수는 광스폿으로 사용하는 변조방식, 필요로 되는 성능을 고려하여 PR(1, 1) PR(1, 2, 1) 등이 선택된다. 그리고, 디지털 필터 등의 기능을 구비한 처리 회로(16)를 통해 외부의 컴퓨터 등에 광 디스크(20)로부터 판독된 데이터가 출력된다.
신호간의 간섭량을 제어하여 복호하는 부분 응답 방식(PR 방식) 및, 어떤 유한길이의 수신신호계열을 대상으로서 복호을 행하는 최우복호법(ML 법: Maximum Likelihood)을 PR 방식으로 조합한 PRML 법은, 디지털 전송을 행하는 파형 전송 기술에 있어서 공지의 기술이지만, 본 예에 있어서는, 이 기술을 좁은 트랙 피치화된 광 디스크에 있어서 신호를 분리하여 복호하기 위해서 사용하고 있다. PRML 법을 사용하여 복호화 처리를 행함으로써, 본 예의 광학 헤드 대신에 스폿 직경이 1.2㎛ 정도가 되는 고 NA의 대물 렌즈를 사용한 장파장의 광학 헤드를 사용하여도, 고기록 밀도에 대응한 좁은 트랙 피치의 광 디스크로부터 얻어진 신호를 분리하고, 정보를 복호하는 것이 가능하다. 따라서, PRML 회로를 구비한 광 기록 장치에 있어서는, 현상황의 CD 용의 장파장의 레이저 광을 사용한 스폿 직경의 큰 광학 헤드를 사용하여 DVD 규격의 광 디스크로부터 데이터를 복호하는 것이 가능하고, 동시에 장파장의 레이저 광에 의해서 CD-R에 대한 처리도 행할 수 있다.
본 예의 광 기록 장치에 있어서는, 또한, 광 강도 분포 변환 수단을 구비한 광학 헤드(10)를 채용함으로써, 그 광학적 초해상 현상에 의해서 증가한 광스폿의 사이드 로브가 반사한 신호에 대하여도 PRML 법을 사용하여 복호하는 것이 가능하게 되기 때문에, 한층더 신뢰성이 높은 재생처리를 행할 수 있어, 광 디스크에 있어서의 기록 밀도를 더욱 높이는 것이 가능하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 예의 광학 헤드 및 광 기록 장치에 있어서는, 고밀도의 DVD와, 장파장측에서 특성이 우수한 CD-R이라는 특성이 다른 광 디스크를 일괄해서 처리하는 것이 가능하고, 또한, 현상황의 CD 규격의 반도체 레이저를 사용하여 DVD 규격의 고기록 밀도의 광 디스크에 대하여 기록 혹은 재생이라는 처리가 가능하게 된다. 그리고, 광학적 초해상 현상, 개구수가 큰 대물 렌즈 및 PRML 법이라는 수단의 조합에 의해서 또한 기록 밀도가 높은 광 기록 매체에 대하여도 대처가 가능하다. 따라서, 저렴하고 이미 활용되어 신뢰성이 높은 반도체 레이저를 사용하여 금후의 고기록 밀도화에 대응가능한 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공할 수 있다. 또한, 비구면 광학계를 사용함으로써 반도체 레이저로부터 방출된 레이저 광의 광감도를 감소시키지 않고서 직경이 작은 스폿에 집광할 수 있기 때문에, 광 디스크에 기록을 행하기 위해서 충분한 에너지를 가진 스폿을 형성할 수 있다. 따라서, 고밀도기록의 재생뿐만 아니라, 쓰기(기록)도 충분히 행할 수 있는 광학 헤드 및 광 기록 장치를 저렴하고 신뢰성이 높은 장파장의 레이저 광을 사용하여 실현할 수 있다.
또한, 상기에 있어서는 현상황의 CD 규격에 따른 사양 및, DVD 규격에 따른 사양의 광 디스크 및 반도체 레이저에 기초를 둔 예에 대하여 설명하고 있지만, 본 발명은 상기의 사양의 것에 한정되는 것이 아닌 것은 물론이다. 광학적 초해상 현상, 개구수가 큰 대물 렌즈 및 PRML 법을 활용함으로써, 장파장의 레이저 광을 사용하여, 그 파장과 거의 같거나, 혹은 파장보다 좁은 트랙 피치의 광 디스크에 대하여, 보다 고밀도의 기록 및 재생이 가능한 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공할 수 있다.
또한, 광학적 초해상 현상, 개구수가 큰 대물 렌즈 및 PRML 법을 조합하여 활용하는데에, 광학적 초해상도현상을 진행시키면 사이드 로브가 증대하여 레이저 광의 이용 효율이 감소하는 것, 대물 렌즈의 개구수를 증대시키면 경사특성이 악화하여 코마 수차가 증대하여 대물 렌즈의 비용이 비싸게 되는 것 및, PRML 법에 의한 복호화 처리에 너무 의존하면 신호 처리 회로의 규모가 증대하는 것을 고려하는 것이 바람직하다. 따라서, 현상황에서는 광 강도 분포 변환 수단, 대물 렌즈 및 신호 처리 회로의 실현가능한 설계값을 고려하여, 레이저파장(λ)에 대한 트랙 피치(Tr)의 비 λ/Tr가 1.2 정도까지, 바람직하게는 1.1 정도로 멈추는 것이 바람직하다.
<제 2 실시예>
도 10에 본 발명과 관계되는 광학 헤드의 제 2 실시예를 나타낸다. 본 예의 광학 헤드(21)는, 반도체 기판(1)의 거의 중앙에 배치된 반도체 레이저(2)와, 이 반도체 레이저(2)를 중심으로 반도체 기판(1)의 주위에 설치된 복수의 포토 다이오드(7)와, 반사광을 분리하기 위한 신호 분리용의 홀로그램 패턴(4a)이 형성된 홀로그램소자(4)와, 굴절율이 일정한 기판에 요철을 설치하여 구성된 광위상차 부가 수단인 위상 가변 필터(50)와, 레이저 광을 집광하는 대물 렌즈(5)를 구비하고 있고, 자기적인 액추에이터(6)에 의해서 광학 헤드(21) 전체가 광 디스크(20)에 대한 포커싱이나 트래킹제어을 행할 수 있게 되어 있다.
본 예의 광학 헤드(21)의 반도체 레이저(2)도 파장이 0.78㎛의 근적외의 반도체 레이저이고, 이 반도체 레이저(2)로부터 방출된 레이저 광(8)이 광위상차 부가 수단인 위상 가변 필터(50)에 의해서 위상차가 부가되어, 대물 렌즈(5)에 입사한다. 레이저 광(8)은 대물 렌즈(5)에 의해서 광 디스크(20)의 기록면에 광학적 초해상 현상을 발생시키도록 집광된다. 광 디스크(20)로부터 반사된 반사광(9)은, 반대의 광로를 통하여 신호 분리용 홀로그램 패턴(4a)에 의해서 포토다이오드(7)의 방향으로 분리되어, 각각의 포토 다이오드(7)에 집광된다. 그리고, 반사광의 강도가 전기적인 신호로 변환되어 출력된다.
도 11a 내지 도 11c는 위상 가변 필터(50)의 상세한 내용도를 나타낸다. 도 11a는 정면도, 도 11b는 측면도를 나타내고 있다. 본 예의 위상 가변 필터(50)는 1축방향 (도 11a에서는 좌우방향)에 긴 2 개의 띠형상의 오목부(50a)가, 레이저 광의 광축중심(8a)에 대하여 도 11a의 상하 방향으로 대칭된 위치로 형성되고 있다.이 오목부(50a)는, 위상차를 부가하기 위한 것으로, 오묵하게 들어간 부분(오목부(50a))을 투과하는 레이저 광의 위상이 오묵하게 들어가지 않은 부분(평탄부(50b))을 투과하는 레이저 광의 위상과 비교하고 180˚위상이 지연되도록 (-π 레디안) 설계되어 있다. 이 띠형상의 오목부를 설치함으로써 대물 렌즈에 입사하는 레이저 광의 일부에 위상차를 부가하여, 광학초해상 현상을 생기게 하여, 광 디스크(20)에 작은 스폿을 형성할 수 있다.
도 12a 및 도 12b, 도 13a 및 도 13b, 도 14a 및 도 14b에 반도체 레이저(2)로부터 방출된 레이저 광 (8)이 위상 가변 필터(50)를 투과하여, 대물 렌즈(45)에 의해서 광학초해상 현상을 생기게하여 광 디스크(20)에 집광되는 모양을 나타내고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이 반도체 레이저(2)가 타원형의 방출특성을 구비하고 있기 때문에, 반도체 레이저(2)로부터 방출된 레이저 광(8)의 강도 분포는 회전대칭으로는 되지 않고, 반도체 레이저의 방출방향에 따라서 다르다. 즉, 예를 들면 도 11a 내지 도 11c는 지면에 대하여 수직인 방향의 광 강도 분포(Q1)가 넓고, 평행한 방향의 광 강도 분포(Q2)가 좁은 레이저 광이 방출된다. 그러나 위상 특성은 반도체 레이저의 방출특성에 상관없이 일정하고, 예를 들면, 도 12a 및 도 12b에 도시한 바와 같이, 도 11a 및 도 11b의 지면에 수직인 방향의 위상차(P1) 및 평행한 방향의 위상차(P2) 모두 0의 상태에 일치한 레이저 광이 방출된다. 이러한 위상차분포의 레이저 광이 광위상차 부가 수단인 위상 가변 필터(50)를 투과하면, 도 13a 및 도 13b에 나타내는 것 같은 위상차(P1', P2', P3")로 변환된다. 즉, 오목부(50a)를 투과하는 레이저 광은 180˚위상이 지연됨으로써, 레이저 광이 수직인 성분의 위상차(P1)는 (P1')로, 레이저 광이 평행한 성분의 위상차(P2)는 오목부(50a)가 없는 영역에서는 (P2')로, 오목부(50a)의 영역에서는 (P2')로 변환된다.
도 13a 및 도 13b에 나타내는 위상차의 레이저 광이 대물 렌즈(5)에 의해서 집광되면, 도 14a 및 도 14b에 도시한 바와 같이 수직인 방향으로 광학초해상 현상이 현저한 광 강도 분포(11)가 얻어진다. 띠형상오목부(50a)의 폭(d), 레이저 광축 중심에서 띠형상오목부(50a)의 폭(d) 중심까지의 거리(h)를 변화시킴으로써, 광 디스크상에 집광하는 레이저 광의 광스폿 직경, 메인 로브(23)의 양측에 나타나는 1차 사이드 로브(24), 2 차 사이드 로브(25), 3차 사이드 로브(26) 및 경우에 따라서는 그 이상 차수의 사이 드 로브강도가 변화한다. 본 예에서는 띠형상오목부(50a)의 폭(d)을 위상 가변 필터부에서의 유효 직경의 약 5%, 레이저 광축 중심에서 띠형상오목부(50a)의 폭(d) 중심까지의 거리(h)를 상기 유효 직경의 약 13%로 설정함으로써, 광 디스크(20)에 집광되는 수직방향의 광스폿 직경으로서 0.9 내지 1㎛ 이하(1/e2의 강도의 직경)의 좁은 직경의 스폿을 얻을 수 있고, 종래의 1.2㎛ 정도의 스콧 직경과 비교하면 광 디스크에 집광하는 스폿 직경을 80% 혹은 그 이하로 할 수 있다. 본 예의 위상 가변 필터를 사용하면 도 14a에 도시한 바와 같이 수직 방향 성분은 1/e2의 강도가 0.9㎛ 이하로 폭이 좁은 피크가 얻어진다. 또한, 중심의 메인 로브(23)의 양측에 나타나는 1차 사이드 로브(24), 2차 사이드 로브(25), 3차 사이드 로브(26)도 수직방향의 성분쪽이 크지만, 각각의 사이드 로브의 강도는 메인 로브의 5 내지 10% 정도로 압축되어 있다. 그러나, 평행방향 성분에 관하여는 초해상 성분은 거의 나타나지 않고, 위상 가변 필터를 삽입하지 않는 경우와 동등의 스폿 직경과 사이드 로브강도를 나타낸다. 그리하여, 본 예에 있어서는, 이보다 큰 사이드 로브(24, 25, 26)가 나타나는 방향을 광 디스크의 접선 방향에 합쳐, 사이드 로브에 의해서도 광 디스크에 기록되고 있는 정보에 관한 신호를 얻고, 보다 큰 공간주파수가 얻어지도록 하고 있다.
본 예의 광학 헤드(21)를 사용함으로써 광 디스크(20)에 직경이 1㎛ 혹은 그 이하의 스폿 직경을 형성할 수 있고, 제 1 실시예와 같이 DVD 규격에 대응한 평균 트랙 피치가 0.74㎛의 광 디스크나, 색소계의 기록층을 사용한 CD-R에 대하여도 재생, 혹은 기록이라고 하는 처리를 행할 수 있고, 물론, 종래의 CD 규격의 광 디스크(CD)의 재생도 가능하다.
본 예의 광학 헤드(21)에 있어서는, 도 11b에 도시한 바와 같이 오목부(50a)를 설치함으로써, 상기 오목부(50a)에 -180˚의 위상차를 부가하고 있지만, 도 11c에 나타낸 바와 같이 볼록부(50c)를 설치하고, +180˚의 위상차를 부가하여도 마찬가지로 초해상의 효과가 얻어진다. 또한, 오목부(50a) 또는 볼록부(50b)에 요철이 아니라, 기판재료의 굴절율을 바꿈으로써 -180˚ 또는 +180˚의 위상차를 부가함에 의하여도, 같은 효과가 얻어진다.
도 15a 및 도 15b, 도 16a 및 도 16b, 도 20a 및 도 20b에 별도의 위상 가변 필터의 실시예를 나타낸다. 우선 도 15a 및 도 15b에 있어서, 도 15a는 정면도, 도 15b는 측면도를 나타내고 있다. 본 예의 위상 가변 필터(60)는 1 축방향(도 15a에서는 좌우 방향)에 긴 3 개의 띠형상의 오목부(60a, 60b)가, 레이저 광의 광축중심(8a)에 대하여 도 15a의 상하 방향으로 대칭 위치에 형성되고 있다. 이 오목부(60a, 60b)는, 위상차를 부가하기 위한 것으로, 오목하게 들어간 부분(오목부(60a, 60b))을 투과하는 레이저 광의 위상이 오목하게 들어가지 않은 부분(평탄부(60c))를 투과하는 레이저 광의 위상에 비교하여 180˚위상이 지연되도록 설계되고 있다. 이 띠형상의 오목부를 설치함으로써 대물 렌즈에 입사하는 레이저 광의 일부에 위상차를 부가하여, 광학초해상 현상이 생기게하여, 광 디스크(20)에 작은 스폿을 형성할 수 있다.
본 예에서는 띠형상오목부(60a)의 폭(d1) 및 오목부(60b)의 폭(d2)을 위상 가변 필터부에서의 유효 직경의 약 3%, 레이저 광축중심에서 띠형상오목부(60b)의 폭(d2) 중심까지의 거리(h1)를 상기 유효 직경의 약 28%로 설정하여, 도 10에 나타내는 광학 헤드(21)내에 위상 가변 필터(50)와 교체하여 마찬가지로 삽입함으로써, 광 디스크(20)에 집광되는 수직방향의 광스폿 직경으로서 0.9 내지 1㎛ 이하(1/e2의 강도의 직경)의 좁은 직경의 스폿을 얻을 수 있고, 도 11a 내지 도 11c에 나타낸 위상 가변 필터(50)와 동등한 특성을 실현하고 있다.
다음에 도 16a 및 도 16b에 나타내는 위상 가변 필터에 있어서, 도 16a는 정면도, 도 16b는 측면도를 나타낸다. 본 예의 위상 가변 필터(70)는 둥근띠형상의 오목부(70a, 70b)가, 레이저 광의 광축중심(8a)을 중심으로 한 위치에 형성되고 있고, 오목부(70a, 70b)를 투과하는 레이저 광에 -180˚의 위상차를 주도록 설계되고있다.
도 17a 및 도 17b, 도 18a 및 도 18b, 도 19a 및 도 19b에 광학 헤드(21)에 위상 가변 필터(50) 대신에 위상 가변 필터(70)를 장치한 경우의, 반도체 레이저(2)로부터 방출된 레이저 광(8)이 위상 가변 필터(70)를 투과하여, 대물 렌즈(45)에 의해서 광학초해상 현상을 생기게하여 광 디스크(20)에 집광되도록 나타나고 있다. 도 17a 및 도 17b에 나타낸 바와 같이 반도체 레이저로부터 방출된 레이저 광의 위상특성은 반도체 레이저의 방출특성에 상관없이 일정하고, 예를 들면, 도 11a 내지 도 11c에 나타내는 광학 헤드의 지면에 수직인 방향의 위상차(P3) 및 평행한 방향위상차(P4) 모두 0의 상태에 일치한 레이저 광이 방출된다. 이러한 위상차분포의 레이저 광이 광위상차 부가 수단인 위상 가변 필터(70)를 투과하면, 도 18a 및 도 18b에 나타낸 위상차(P3', P4')로 변환된다. 도 18a 및 도 18b에 나타내는 위상차의 레이저 광이 대물 렌즈(45)에 의해서 집광되면, 도 19a 및 도 19b에 도시한 바와 같이 수직인 방향, 평행한 방향 모두 광학초해상 현상이 현저한 광 강도 분포(13, 14)가 얻어진다.
도 16a 및 도 16b에 나타내는 둥근띠형상 오목부(70a)의 폭(d3), 레이저 광 중심오목부(70b)의 반경(r1) 및 레이저 광중심(8a)에서 둥근띠형상 오목부(70a)까지의 거리(r2)를 변화시킴으로써, 광 디스크상에 집광하는 레이저 광의 광스폿 직경, 메인 로브(39)의 양측에 나타나는 1차 사이드 로브(40), 2차 사이드 로브(41), 3차 사이드 로브(42) 및 경우에 따라서는 그 이상의 차수의 사이드 로브 강도가 변화한다. 본 예에서는 둥근띠형상 오목부(70a)의 폭(d3)을 위상 가변 필터부에서의유효 직경의 약 5%, 레이저 광중심 오목부(70b)의 반경(r1)을 상기 유효 직경의 약 10% 및 레이저 광중심(8a)에서 둥근띠형상 오목부(70a)까지의 거리(r2)를 상기 유효 직경의 약 65%로 설정함으로써, 광 디스크(20)에 집광되는 수직방향의 광스폿 직경으로서 0.9 내지 1㎛ 이하(1/e2의 강도의 직경)의 좁은 직경의 스폿을 실현하고 있다. 또한, 중심의 메인 로브(39)의 주위에 나타나는 1차 사이드 로브(40), 2차 사이드 로브(41), 3차 사이드 로브(42)도, 각각의 사이드 로브의 강도를 메인 로브의 5 내지 10% 정도로 누르고 있다. 위상 가변 필터(50) 및 위상 가변 필터(60)와 다른 점은, 평행한 방향으로도 현저한 광학초해상 현상이 나타나는 것으로, 그에 따라 평행방향의 사이드 로브가 커진다.
그 다음에 도 20a 및 도 20b에 나타내는 위상 가변 필터에 있어서, 도 20a는 정면도, 도 20b는 측면도를 나타낸다. 본 예의 위상 가변 필터(80)는 사이드 로브 강도가 작게 되도록 설계된 것으로, 둥근띠형상의 볼록부(80a), 둥근띠형상의 오목부(80b, 80c)가, 레이저 광의 광축중심(8a)을 중심으로 한 위치에 형성되어 있고, 볼록부(80a), 오목부(80b, 80c)를 투과하는 레이저 광에 각각 약 -90˚, 50˚, 290˚의 위상차를 주도록 설계되어 있다. 또한, 둥근띠형상 볼록부(801a)의 폭(d4)을 위상 가변 필터부에서의 유효 직경의 약 9%, 둥근띠형상 오목부(80b)의 폭(d5)을 위상 가변 필터부에서의 유효 직경의 약 11%, 둥근띠형상 오목부(80c)의 폭(d6)을 위상 가변 필터부에서의 유효 직경의 약 8% 및 평탄부(80d)의 반경(r3)을 상기 유효 직경의 약 10%로 설정함으로써, 광 디스크(20)에 집광되는 수직방향의 광스폿직경으로서 0.9 내지 1㎛ 이하(1/e2의 강도의 직경)의 좁은 직경의 스폿을 실현하고 있다. 또한, 중심의 메인 로브의 주위에 나타나는 1차 사이드 로브, 2차 사이드 로브, 3차 사이드 로브 및 그 이상의 사이드 로브도, 각각의 사이드 로브의 강도를 메인 로브의 5% 이하 정도로 누르고 있다. 위상 가변 필터(50, 60, 70)와 비교하여, 동일스폿 직경에 있어서 사이드 로브강도를 1/2 이하로 억제할 수 있다.
상술의 위상 가변 필터는 도 10에 나타내는 유한계 대물 렌즈를 사용한 계에 삽입하고 있지만, 도 21에 나타내는 무한계 대물 렌즈를 사용한 계에 삽입하여도, 상기와 같은 효과가 얻어진다. 반도체 레이저(2)로부터 방출된 레이저 광(8)은 콜리메이터 렌즈(33)를 투과함으로써 평행광으로 변환되어, 위상 가변 필터(90), 빔 분할기(29), 대물 렌즈(45)를 투과하여 광 디스크(20)상에 집광한다. 광 디스크(20)에서 반사된 레이저 광(9)은 반대의 경로를 통하여 빔 분할기(29)로 반사되어, 검출광학계(28)에 입사되어, 광 디스크(20)상에 있는 신호가 검출된다. 레이저 광(8)이 위상 가변 필터(90)를 투과하여, 대물 렌즈로 집광되는 것에 의해, 광 디스크상에 초해상스폿을 형성할 수 있다. 위상 가변 필터(90)는, 도 11a 내지 도 11c, 도 15a 및 도 15b, 도 16a 및 도 16b, 도 20a 및 도 20b에 나타낸 위상 가변 필터(50, 60, 70, 80)와 같은 형상의 것을, 사용할 수 있다.
또한, 제 1 실시예에 기술한 것같이, 광학 헤드(21)에 있어서도, 대물 렌즈(5)의 개구수를 현상황의 DVD 규격보다 크게 함으로써, 한층 더 해상고가 높은 신호를 얻는 것도 가능하다.
그런데, 초해상광학계를 사용한 경우에, 대물 렌즈로 레이저 광을 조른 경우의 사이드 로브가 문제가 되는 경우가 있다. 그리하여, 본 예의 광학 헤드에서는 그 대책으로서 포토 다이오드(7)에 입사하는, 광 디스크(20)에서 반사된 레이저 광(9)의 사이드 로브 성분을 차광하는 수법을 사용하고 있다. 예를 들면 도 22에 나타내는 광학 헤드(22)에서는 홀로그램소자(4)와 포토 다이오드(7) 사이의 반사광(9)의 집광점 부근에 광 디스크의 방사상 방향을 긴 쪽으로 하는 슬릿(18)을 삽입하여, 광 디스크의 접선 방향의 사이드 로브 성분을 차광하고 있다.(슬릿(18)을 제외하면 도 10에 나타내는 광학 헤드(21)와 구성이 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.)
도 23a 및 도 23b에 슬릿부의 상세도를 나타낸다. 도 23a는 도 11a 내지 도 11c 또는 도 15a 및 도 15b에 나타낸 것과 동등의 특성을 가진 위상 가변 필터를 광학 헤드에 사용한 경우의 상기 슬릿부를 나타내고 있다. 이 위상 가변 필터를 사용한 경우는, 사이드 로브 성분이 1축 방향으로만 발생하기 때문에, 1차 이후의 사이드 로브 성분(24, 25, 26) 및 경우에 따라서는 4차 이후의 성분도 슬릿(18)에 의해서 완전히 차광하는 것이 가능하다. 메인 로브(23)만이 슬릿(18)을 투과하여, 포토 다이오드(7)에 도달하는 구성으로 되어있다.
도 23b는 도 16a 및 도 16b 또는 도 20a 및 도 20b에 나타낸 것과 동등의 특성을 가진 위상 가변 필터를 광학 헤드에 사용한 경우의 상기 슬릿부를 나타내고 있다. 이 위상 가변 필터를 사용한 경우는, 도 23b에 나타내는 대로, 사이드 로브 성분이 광축중심에 대하여 동심에 원을 그리도록 발생하기 때문에, 1차 이후의 사이드 로브 성분(40, 41, 42) 및 경우에 따라서는 4차 이후의 성분의, 광 디스크의 접선 방향측을 슬릿(18)에 의해서 차광하도록 하고 있다.
도 10에 나타내는 광학 헤드(21)에서는 상기 슬릿(18)을 삽입하는 대신에, 포토 다이오드의 형상을 연구함으로써 대응하는 것도 가능하다. 결국, 포토 다이오드(7)를 광 디스크 방사상 방향을 긴 쪽으로 하는 장방형형상으로 하고, 광 디스크 접선 방향의 짧은 쪽은 레이저스폿의 메인 로브가 정확히 들어가는 길이로 하고, 사이드 로브 성분을 수광하지 않는 구성으로 하고 있다. 또한, 반사광(9)은 포토 다이오드(7)상에서 집광하도록 배치되고 있다.
도 24a 및 도 24b에 포토 다이오드부의 상세한 내용도를 나타낸다. 도 24a는 도 11a 내지 도 11a 또는 도 15a 및 도 15b에 나타낸 것과 동등한 특성을 가진 위상 가변 필터를 광학 헤드에 사용한 경우의 상기 포토 다이오드부를 나타내고 있다. 메인 로브 성분(23)만이 포토 다이오드(7)에서 수광가능하다.
도 24b는 도 16a 및 16b 또는 도 20a 및 도 20b에 나타낸 것과 동등한 특성을 가진 위상 가변 필터를 광학 헤드에 사용한 경우의 상기 포토 다이오드부를 나타내고 있다.
1차, 2차, 3차의 사이드 로브 성분(40, 41, 42)과, 경우에 따라서는 4차 이후의 또한 고차의 성분의 광 디스크의 접선 방향 성분을 마스크할 수 있다.
상기 슬릿 또는 포토 다이오드를 사용함으로써, 광 디스크(20)로부터 반사된 광 디스크의 접선 방향의 사이드 로브 성분을 포토 다이오드로 검출하지 않게 되기 때문에, 광학 헤드의 재생특성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
상기 슬릿 및 포토 다이오드의 짧은 쪽의 폭은, 레이저 광의 메인 로브가 투과하는데 매우 알맞은 폭으로 하고 있지만, 예를 들면 1차의 사이드 로브 강도가 낮고, 재생특성상 문제가 되지 않는 경우 등은, 상기 짧은 쪽의 폭은 2차 이후의 사이드 로브 성분을 마스크하는데 매우 알맞은 폭으로 설정하는 것도 가능하다.
한편, 상기 트랙 접선 방향의 사이드 로브 성분을 차광하여, 메인 로브 성분만을 포토 다이오드로 검출하였다고 해도, 재생 신호 특성이 개선되지 않는 경우가 있다. 그 경우는 또한 메인 로브 성분의 일부를 차광함으로써 개선효과가 얻어지는 것을 실험에 의해서 확인하고 있다. 도 25a 및 도 25b에 그 일례를 나타낸다. 본 도면은 도 23a 및 도 23b과 같이 도 22에 나타낸 광학 헤드(22)에 있는 슬릿(18) 대신에, 광 디스크의 트랙 접선 방향으로 폭이 좁은 슬릿(19)을 삽입한 경우에, 반사광(9)이 슬릿(19)에 입사하는 모양을 나타내고 있다. 도 25a는 도 11a 내지 도 11c 또는 도 15a 및 도 15b에 나타낸 것과 동등의 특성을 가진 위상 가변 필터를 광학 헤드에 사용한 경우의 상기 슬릿부를 나타내고 있다. 이 위상 가변 필터를 사용한 경우는, 사이드 로브 성분이 1 축방향으로만 발생하기 때문에, 1차 이후의 사이드 로브 성분(24, 25, 26) 및 경우에 따라서는 4차 이후의 성분도 슬릿(19)에 의해서 완전히 차광하는 것이 가능하다. 또한 메인 로브(23)의 일부도 슬릿(19)에 의해서 차광하는 구성으로 되어있다. 본 도면에서는 메인 로브(23)의 트랙 접선 방향의 스폿 직경의 중심부의 약 40%만이 슬릿(10)을 투과하고, 포토 다이오드(7)에 도달하는 구성으로 되어있다.
도 25b는 도 16a 및 도 16b 또는 도 20a 및 도 26b에 나타낸 것과 동등한 특성을 가진 위상 가변 필터를 광학 헤드에 사용한 경우의 상기 슬릿부를 나타내고 있다. 도 25b에 나타내는 대로, 1차 이후의 사이드 로브 성분(40, 41, 42) 및 경우에 따라서는 4차 이후의 성분의, 광 디스크의 트랙 접선 방향측을 슬릿(19)에 의해서 차광하고, 또한 메인 로브(39)의 일부도 도 25a와 같이 차광하도록 하고 있다.
상기 슬릿은, 메인 로브(23) 또는 (39)의 슬릿에서의 회절의 악영향을 고려하여, 두께를 1㎛ 이하의 것을 사용하고 있다. 광학글라스상에 크롬 등의 금속을 증착하여, 에칭 등에 의해서 제작된 것을 사용하고 있다.
또한, 상기 슬릿(19)을 삽입하는 대신에, 포토 다이오드의 형상을 연구함으로써 대응하는 것도 가능하다. 결국, 포토 다이오드(7)를 광 디스크 방사상 방향을 긴 쪽으로 하는 장방형형상으로 하며, 광 디스크 접선 방향의 짧은 쪽은 레이저스폿의 메인 로브가 일부 수광되지 않는 폭으로 하고 있다.
도 26a 및 도 26b에 포토 다이오드부의 상세한 내용도를 나타낸다. 도 26a는 도 11a 내지 도 11c 또는 도 15a 및 도 15b에 나타낸 것과 동등한 특성을 가진 위상 가변 필터를 광학 헤드에 사용한 경우의 상기 포토 다이오드부를 나타내고 있다. 메인 로브 성분(23)의 일부를 차광된 상태로 포토 다이오드(7)에서 수광가능하다.
도 24b는 도 16a 및 도 16b 또는 도 20a 및 도 20b에 나타낸 것과 동등한 특성을 가진 위상 가변 필터를 광학 헤드에 사용한 경우의 상기 포토 다이오드부를 나타내고 있다. 1차, 2차, 3차 사이드 로브 성분(40, 41, 42)과, 경우에 따라서는 4차 이후의 또한 고차의 성분 및 메인 로브(39)의 일부의 광 디스크의 접선 방향성분을 마스크할 수 있다.
상기 슬릿 또는 포토 다이오드를 사용함으로써, 광 디스크(20)로부터 반사된 광 디스크의 접선 방향의 메인 로브 성분의 일부를 포토 다이오드로 검출하지 않게 된다. 실험에 의하면, 메인 로브에 대하여, 광 디스크의 트랙 접선 방향의 양측에서 차광하여 간 결과, 광학 헤드의 재생특성이 서서히 좋게 되고, 강도 직경에 대하여 약 60%(한쪽 30% 씩)의 차광에 있어서 최량이 되는 점이 얻어졌다. 이와 같이, 메인 로브의 광 디스크 트랙 접선 방향의 차광을 행함으로써, 광학 헤드의 재생특성을 향상시키는 것이 가능하게 되는 경우가 있다.
또한, 상기 슬릿 및 포토 다이오드는 제 1 실시예에 나타낸 비구면 광학계를 사용한 초해상소자, 마스크판을 사용한 초해상소자, 중심부의 투과율이 작은 필터를 사용한 초해상소자 등, 광 강도 분포 변환 수단과 조합하여도 같은 효과가 얻어진다.
본 예의 광학 헤드도 개구수 0.64의 대물 렌즈와 조합하여 사용하는 것, 부분 응답 방식, PRML 법 등과 조합하여 사용하는 것도 가능하다. 또한, 광 기록 장치의 구성도 도 9에 나타내는 광학 헤드(10)와 본 예의 광학 헤드를 갈아끼우는 것에 의해 표현할 수 있지만, 이 들은 제 1 실시예에 있어서 상세히 기술되고 있기 때문에, 본 예에서는 생략한다.
<제 3 실시예>
도 27에 본 발명과 관계되는 광학 헤드의 제 3 실시예를 나타낸다. 본 예의 광학 헤드(27)는, 반도체 기판(1)의 거의 중앙에 배치된 반도체 레이저(2)와, 이반도체 레이저(2)를 중심으로 반도체 기판(1)의 주위에 설치된 복수의 포토 다이오드(7)와, 반사광을 분리하기 위한 신호 분리용의 홀로그램 패턴(4a)이 형성된 홀로그램소자(4)와, 레이저 광을 집광하는 대물 렌즈(5)와, 광 디스크(20)로부터의 반사광(9)의 메인 로브의 일부를 차광하는 차광 마스크(19)를 구비하고 있고, 자기적인 액추에이터(6)에 의해서 광학 헤드(27) 전체가 광 디스크(20)에 대한 포커싱이나 트래킹제어을 행할 수 있게 되어 있다.
본 예의 광학 헤드(27)의 반도체 레이저(2)도 파장이 0.78㎛의 근적외의 반도체 레이저이고, 이 반도체 레이저(2)로부터 방출된 레이저 광(8)이 대물 렌즈(5)에 입사하여, 광 디스크(20)의 기록면에 집광된다. 광 디스크(20)로부터 반사된 반사광(9)은, 반대의 광로를 통하여 신호 분리용 홀로그램 패턴(4a)에 의해서 포토 다이오드(7)의 방향으로 분리되고, 반사광(9)의 집광점에 배치된 차광 마스크(19)에 의해서 반사광(9)의 메인 로브의 일부가 차광된 후, 각각의 포토 다이오드(7)에 의해서 수광되어, 반사광의 강도가 전기적인 신호로 변환되어 출력된다.
도 27에 나타내는 광학 헤드(27)에서는 광 디스크(20)에 집광된 레이저 광의 강도 직경은, 광학적 초해상 현상을 발생시키는 소자가 삽입되고 있지 않기 때문에, 레이저 광의 파장의 1.3 배보다 커져 버린다. 그 때문에, 레이저 광의 파장과 거의 같거나, 혹은 좁은 트랙 피치의 광 기록 매체에 대하여, 기록용헤드로서는 사용할 수 없다. 그러나, 재생헤드로서 사용하는 것은, 차광 마스크(19)를 반사광(9)의 집광점 부근에 삽입함으로써 가능하게 된다.
차광 마스크(19) 부근의 모양을 도시한 도면을 도 28a에 나타낸다. 포토 다이오드(7)를 향하여 집광하는 반사광(9)의 집광점 부근에 차광 마스크(19)을 삽입하고, 도 25a 및 도 25b의 차광 마스크(19)와 같이 메인 로브(43)의 광 디스크 트랙 접선 방향의 일부를 차광하고 있다. 메인 로브(43)의 광 디스크 트랙 접선 방향의 양측에서 삽입하는 차광 마스크의 삽입량을 늘려가는 것에 의해 재생 신호 특성은, 서서히 향상하여, 집광점에서의 메인 로브의 광 디스크 트랙 접선 방향 스폿 직경의 한쪽 약 30%(계 60%)씩을 차광하는 점에서 최량이 된다. 이 상태로, 레이저 광의 파장과 거의 같거나, 혹은 파장보다 좁은 평균 트랙 피치를 구비한 광 기록 매체로부터의 재생 신호 특성은, 예를 들면 파장 0.63㎛ 혹은 0.65㎛의 레이저를 탑재한 DVD 규격의 광학 헤드를 사용한 경우와, 동등의 특성을 나타내는 것이 실험에 의해서 확인되고 있다. 또한, 파장이 긴 0.78㎛의 레이저를 사용하고 있기 때문에, CD-R에 대한 기록 또는 재생, CD에 대한 재생도 물론 가능한 구성으로 되어 있다.
상기 차광 마스크(19)도, 차광부에서의 회절의 악영향을 제외하기 위해서, 두께가 1㎛ 이하의 것을 사용하고 있다.
상기 차광을 차광 마스크가 아니라, 포토 다이오드형상을 고안하여 같은 효과를 얻은 예를 도 28b에 나타낸다. 상기의 경우, 반사광(9)의 집광점을 포토 다이오드(7)상으로 하고, 광 디스크 트랙 접선 방향의 메인 로브(43)의 차광 폭을 포토 다이오드(7)의 폭으로 정하고 있다.
본 예의 광학 헤드(27)도 개구수 0.64의 대물 렌즈와 조합하여 사용하는 것, 부분 응답 방식, PRML 법 등과 조합하여 사용하는 것도 가능하다. 또한, 광 기록장치의 구성도 도 9에 나타내는 광학 헤드(10)와 본 예의 광학 헤드를 갈아끼우는 것에 의해 표현할 수 있지만, 이 들은 제 1 실시예에 있어서 상세히 기술되고 있기 때문에, 본 예에서는 생략한다.
그런데, 실제로는, 도 27에 나타내는 것 같은 광학 헤드에 있어서, 파장 0.78㎛의 레이저 광원과, 개구수(NAi: 상공간에서의 개구수) 0.65, 배율 4.15배의 유한계 대물 렌즈를 사용하고, 또한 홀로그램소자(4)와 포토 다이오드(7) 사이에 오목 렌즈를 삽입하여 실험을 행하였다. 포토 다이오드(7)에 입사하는 레이저 광의 개구수가 0.035가 되도록 오목 렌즈를 설계하였다. 상기의 경우, 물체측 개구수와 파장의 비를 취하면 22.3(0.78㎛/0.035)이 된다. 이 수치 22.3㎛가 포토 다이오드(7)를 향하여 집광하는 메인 로브의 스폿 직경의 지표가 되지만, 본 예의 경우의 상기 집광점에서의 스폿 직경은 실측값으로 약 19.0㎛가 되었다. 차광 마스크(19)의 광 디스크의 트랙 접선 방향의 폭을 19㎛에서 0.5㎛ 건너마다 준비하여 순차 집광점부근에 삽입하여 간 바, 약 40% 폭의 7.6㎛와 투과하는 차광 마스크를 삽입한 곳(즉, 한쪽 5.7㎛ 씩 차광한 바)에서 최량의 지터값이 얻어졌다. 또한, 차광 마스크(19)를 떼어내고, 도 28b에 나타낸 바와 같이 포토 다이오드(7)의 패턴의 광 디스크의 트랙 접선 방향의 폭이 7.6㎛인 것을 시험제작하여 실험한 바, 상기와 같은 결과가 얻어졌다.
무한계의 대물 렌즈를 사용한 과학 헤드에 사용한 예를 도 29에 나타낸다. 반도체 레이저(2)로부터 방출된 레이저 광(8)은 빔 분할기(51)에서 반사된 후, 콜리메이터 렌즈(33)를 투과함으로써 평행광이 되고, 대물 렌즈(45)에 입사하여, 광디스크(20)의 기록면에 집광된다. 광 디스크(20)에서 반사된 반사광은 반대의 광로를 통하여 빔 분할기(29)에 입사하고, 일부의 빛은 빔 분할기(29)를 투과하여, 콜리메이터 렌즈(33), 빔 분할기(51)를 투과 후, 포토 다이오드(55)에 집광되어, 반사광의 강도가 전기적인 신호로 변환되어 출력된다. 이 포토 다이오드(55)의 출력으로부터, 포커스에러신호, 트랙에러신호가 구해진다. 한편, 광 디스크(20)로부터의 반사광의 별도의 일부는 빔 분할기(29)에서 반사되어, 검출 렌즈(52), 오목 렌즈(53)를 투과후, 차광 마스크(19)부에서 집광되어, 포토 다이오드(54)에 입사된다. 마찬가지로 반사광의 강도가 전기적인 신호로 변환되어 광 디스크에 기록되고 있는 정보 신호가 출력된다. 도 28a 및 도 28b의 광학 헤드에 있어서, 반도체 레이저(2)는 파장 0.78㎛의 레이저 광원으로, 대물 렌즈(45)는 개구수(Nai) 0.64의 무한계의 것을 사용하고 있다. 포토 다이오드(54)에 입사하는 반사광(9)의 개구수를 0.05가 되도록 검출 렌즈(52)와 오목 렌즈(53)가 설계되고 있다. 상기의 경우, 포토 다이오드(54)에 입사하는 반사광(9)의 개구수와 파장의 비를 취하면 15.6이 된다. 이 수치 15.6㎛ 포토 다이오드(7)를 향하여 집광하는 메인 로브의 스폿 직경의 지표가 되지만, 본 예의 경우의 상기 집광점에서의 스폿 직경은 실측값으로 약 13.3㎛가 되었다. 차광 마스크(19)의 광 디스크 트랙 접선 방향폭을 13.3㎛에서 0.5㎛ 건너마다 준비하여 순차 집광점부근에 삽입하여 간 바, 약 40% 폭의 5.3㎛를 투과하는 차광 마스크를 삽입한 곳(즉, 한쪽 4.0㎛ 씩 차광한 바)에서 최량의 지터값이 얻어졌다.
또 하나의 실시예로서, 도 29의 광학 헤드에 있어서, 반도체 레이저(2)의 파장을 0.78㎛, 대물 렌즈(45)의 개구수(Nai)를 0.65로 하고, 포토 다이오드(54)에 입사하는 반사광(9)의 개구수를 0.02가 되도록 검출 렌즈(52)와 오목 렌즈(53)를 설계하였다. 상기의 경우, 포토 다이오드(54)에 입사하는 반사광(9)의 개구수와 파장의 비를 취하면 39가 된다. 이 수치 39㎛가 포토 다이오드(7)를 향하여 집광하는 메인 로브의 스폿 직경의 지표가 되지만, 본 예의 경우의 상기 집광점에서의 스폿 직경은 실측값으로 약 33㎛가 되었다. 차광 마스크(19)의 광 디스크의 트랙 접선 방향의 폭을 33㎛에서 0.5㎛ 건너마다 준비하여, 순차 집광점부근에 삽입하여 간 바, 약 40% 폭의 13.2㎛와 투과하는 차광 마스크를 삽입한 곳(즉, 한쪽 9.9㎛ 씩 차광한 바)에서 최량의 지터값이 얻어졌다. 또한, 무한계의 대물 렌즈를 사용한 경우도, 차광 마스크(19) 대신에 포토 다이오드(54)의 패턴의 광 디스크 트랙 접선 방향폭에 의해서 메인 로브를 차광함으로서도, 같은 결과가 얻어진다.
포토 다이오드에 입사하는 레이저 광의 개구수를 작게 하고자 하면, 포토 다이오드에 레이저 광을 집광시키는 검출 렌즈(도 27의 광학 헤드(27)인 경우는 유한계 대물 렌즈(5))와 포토 다이오드간의 거리가 커져, 광학 헤드가 커져 버린다. 또한 한편, 상기 개구수를 크게하고자 하면, 포토 다이오드 부근에 집광하는 레이저 광의 강도 직경이 작게 되어 버리고, 폭이 좁은 차광 마스크 또는 포토 다이오드가 필요하게 된다. 차광 마스크를 저렴하게 대량으로 만들고자 하면, 폭이 좁은 것은 가공이 어렵게 된다. 또한, 포토 다이오드 형성에 있어서도 마찬가지로 너무 폭이 좁은 패턴폭은 실용적이지 않다. 또한, 광학 헤드 조립시의 위치조정도 어렵게 되어 버린다. 광학 헤드의 크기, 차광 마스크의 가공 또는 포토 다이오드 등을 고려하면, 상기 광 디스크의 트랙 접선 방향의 차광 마스크폭 또는 광 디스크의 트랙 접선 방향의 포토 다이오드의 패턴폭은 3 내지 13㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다. 결국, 포토 다이오드에 입사하는 레이저 광의 개구수는 0.1 정도 이하, 바람직하게는 0.02 내지 0.05 정도, 또한 바람직하게는 0.035 정도가 바람직하다.
상기 개구수를 선택함으로써, 차광 마스크 또는 포토 다이오드가 가공가능하게 되어, 상기 메인 로브의 일부를 차광함으로써 레이저 광의 파장과 거의 같거나 또는 상기 파장보다 좁은 평균트랙 피치를 구비한 광기억매체에 대한 재생을 실현할 수 있다. 또한, 광학 헤드의 소형화도 동시에 가능하게 된다.
본 예에서는 대물 렌즈의 개구수는 0.65의 것을 사용하고 있지만, 실험을 행한 결과, 코마 수차는 문제가 되지 않고, 0.66 정도까지는, 충분히 실용적으로 된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예의 광학 헤드에 있어서도, 고밀도의 DVD의 재생과, 장파장측에서 특성이 우수한 CD-R이라는 특성이 다른 광 디스크를 일괄해서 취급하는 것이 가능하게 된다.
상술한 바와 같이, DVD의 트랙 피치에 합치한 파장이 짧은 레이저 광으로서는 CD-R의 처리는 불가능하다. 그리하여, 본 발명에 있어서는, 종래의 규격화된 사양과 다르고, DVD 와 같은 좁은 트랙 피치화된 광 기록 매체에 대하여, 그 트랙 피치에 거의 같거나, 혹은 트랙 피치보다 길은, CD-R의 처리에 알맞은 파장이 긴 레이저 광을 조사하여 처리할 수 있도록 하고 있다. 즉, 본 발명의, 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과 레이저 광을 광 기록 매체에 집광하는 대물 렌즈를 가지는 광학 헤드에 있어서는, 레이저 광의 파장과 거의 같거나, 혹은 파장보다 좁은 평균 트랙 피치를 구비한 광 기록 매체에 대하여 정보의 기록 혹은 재생의 적어도 어느 것이 가능한 것을 특징으로 하고 있고, 파장이 긴 레이저 광을 광 기록 매체의 트랙 피치에 합치한 스폿 직경으로 집광시키기 위해서, 대물 렌즈로부터 방출된 레이저 광이 광학적 초해상 현상(超解像現象)이 생기도록, 대물 렌즈에 입사되는 레이저 광의 광 강도 분포를 변환하는 광 강도 분포 변환 수단을 설치하도록 하고 있다. 따라서, 본 발명의 광학 헤드는, 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과, 레이저 광의 파장의 1.3 배 이하의 강도 직경의 스폿을 광 기록 매체에 형성하는 집광 수단과, 광 기록 매체로부터 반사된 반사광을 검출하는 검출 수단을 가지고 있고, 집광 수단이, 광 기록 매체에 면한 대물 렌즈와, 대물 렌즈에 입사되는 레이저 광의 광 강도 분포를 변환하는 광 강도 분포 변환 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한, 강도 직경(强度直涇)이란 레이저 광의 중심에 대한 강도가 1/e2이 되는 직경을 말한다.
본 발명의 광학 헤드에 있어서는, 광 강도 분포 변환 수단에 의해서 대물 렌즈의 입사 동공(入射瞳孔)에서의 광강도 분포를 변환함에 의하여 광학적 초해상 현상을 발생시켜, 통상의 광학계를 사용한 경우보다 작은 광스폿을 얻을 수 있다. 따라서, 강도 직경이 파장의 1.3 배 이하가 되도록 광 기록 매체에 집광시키는 것이 가능하게 되어, 레이저 광의 파장과 거의 같거나, 혹은 좁은 트랙 피치의 광 기록 매체에 대하여도 기록 혹은 재생의 처리를 행할 수 있다. 또한, CD-R에 대하여도, 그것에 사용되고 있는 색소의 파장 선택성에 합치한 파장이 긴 레이저 광에 의해서 처리를 행할 수 있다. 따라서, DVD 등의 고밀도의 광 기록 매체에 대하여도, 또한, 색소계의 기록층을 구비한 CD-R 등의 광 기록 매체에 대하여도 호환성이 있는 광학 헤드를 제공할 수 있다.
광학적 초해상 현상은 대물 렌즈의 입사 동공 상에서 중심의 강도보다 대물 렌즈 주변의 강도를 올림으로써 일어나게 할 수 있다. 입사 동공 상에서의 레이저광의 광 강도 분포는, 중심에 대한 주변의 광강도의 비를 1.5 내지 3.5 배 정도, 더욱 바람직하게는 3 배 이하, 한층더 바람직하게는 2 배 정도로 하는 것이 바람직하다. 이것은 너무 극단적으로 주변의 강도가 커지면, 사이드 로브가 커져 폐해가 있기 때문이다. 중심에 대하여 주변의 강도가 2 배 정도이면, 사이드 로브의 강도는 메인 로브의 10 내지 5% 정도가 되기 때문에 바람직하다. 한편, 사이드 로브의 증가현상은 후술하는 부분 응답 방식 혹은 부분 응답 방식과 최우복호법(最尤復號法)을 조합시킨 신호 처리 수단과 병용하는 경우는 적극적으로 이용하는 것도 가능하다.
또한 광 기록 매체로부터 반사된 반사광을 집광하는 검출 렌즈와, 상기 집광된 반사광을 검출하는 검출 수단과, 상기 검출 수단에 집광하는 레이저 광의 집광점부근에 광 기록 매체 트랙 접선 방향의 적어도 사이드 로브 성분을 차광하는 수단을 설치하고, 상기 광학적 초해상 현상에 의해서 커진 사이드 로브에 의한 폐해를 제거하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한, 메인 로브의 일부를 또한 차광함에 의하여, 메인 로브에 혼입한 상기 유해한 노이즈 성분을 제거할 수 있고, 재생 신호품질을 또한 향상시키는 것도 가능하다.
광 강도 분포 변환 수단에는 비구면 광학계를 사용하는 것이 가능하고, 예를 들면, 유한계 혹은 무한계의 비구면 광학 소자 등을 사용하여 입사 동공 상의 강도 분포를 변환할 수 있다. 콜리메이트 렌즈를 비구면으로 하여 레이저 광을 평행광으로 하는 콜리메이트 기능과 강도 분포 변환 수단으로서의 기능을 합쳐서 갖게 하는 것도 가능하다. 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 광에 대하여는, 유한계의 비구면 광학계를 사용하는 것이 가능하고, 상기의 경우는, 축외 수차는 보정되지 않기 때문에 레이저 광원과 비구면 광학계의 상대적 위치는 조정의 후에, 고정하여 두는 것이 바람직하다. 비구면 광학계를 사용하면, 광 광도 분포 변환 수단에 있어서의 레이저 광의 손실을 방지할 수 있기 때문에, 특히 높은 광출력(광강도)를 필요로 하는 쓰기(기록) 가능한 광학 헤드 혹은 광 기록 장치에 적합하다.
또한, 광 강도 분포 변환 수단에는, 대물 렌즈의 입사 동공 상의 중심부를 차폐하는 수단이나, 레이저 광의 투과율에 분포를 주는 필터링 수단 등을 사용하여도 좋다. 이것들의 수단은, 레이저 광의 다소의 손실을 수반하지만, 광학계 혹은 광학 소자를 저렴하게 제공할 수 있기 때문에 특히 재생 전용 등의 광학 헤드 혹은 광 기록 장치에 적합하다.
한편, 본 발명에 있어서는, 상술의 광학 초해상 현상을 생기게 하는 별도의 방법으로서, 대물 렌즈에 입사되는 레이저 광에 위상차를 부가하는 수단을 설치하는 방법도 사용하고 있다.
본 발명의, 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과, 레이저 광을 광 기록 매체에 집광하는 대물 렌즈를 가지는 광학 헤드에 있어서, 레이저 광의 파장과 거의 같거나, 혹은 파장보다 좁은 평균 트랙 피치를 구비한 광 기록 매체에 대하여 정보의 기록 혹은 재생의 적어도 어느것인가 가능한 것을 특징으로 하고 있고, 파장이 긴 레이저 광을 기록 매체의 트랙 피치에 합치한 스폿 직경에 집광시키기 위해서, 대물 렌즈로부터 방출된 레이저 광이 광학적 초해상 현상이 생기도록, 대물 렌즈에 입사되는 레이저 광에 위상차를 부가하는 광위상차 부가 수단을 설치하도록 하고있다. 따라서, 본 발명의 광학 헤드는, 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과, 레이저 광의 파장의 1.3 배 이하의 강도 직경의 스폿을 광 기록 매체에 형성하는 집광 수단과, 광 기록 매체로부터 반사된 반사광을 검출하는 검출 수단을 가지고 있고, 집광 수단이, 광 기록 매체에 면한 대물 렌즈와, 대물 렌즈에 입사되는 레이저 광에 위상차를 부가하는 광위상차 부가 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광학 헤드에 있어서는, 광위상차 부가 수단에 의해서 대물 렌즈에 입사하는 레이저 광에 위상차를 부가함에 의하여 광학적 초해상 현상을 발생시켜, 통상의 광학계를 사용한 경우보다 작은 광스폿을 얻을 수 있다. 따라서, 강도 직경이 파장의 1.3배 이하가 되도록 광 기록 매체에 집광시키는 것이 가능하게 되어, 레이저 광의 파장과 거의 같거나, 혹은 좁은 트랙 피치의 광 기록 매체에 대하여도 기록 혹은 재생의 처리를 행할 수 있다. 또한, CD-R 에 대하여도, 그것에 사용되고 있는 색소의 파장선택성에 합치한 파장이 긴 레이저 광에 의해서 처리를 행할 수 있다. 따라서, DVD 등의 고밀도의 광 기록 매체에 대하여도, 또한, 색소계의 기록층을 구비한 CD-R 등의 광 기록 매체에 대하여도 호환성이 있는 광학 헤드를 제공할 수 있다.
광학적 초해상 현상은 대물 렌즈에 입사하는 레이저 광의 일부에 위상차를 줌으로써 일어나게 할 수 있다. 대물 렌즈에 입사하는 레이저 광의, 광 기록 매체의 방사상 방향을 길이방향으로 하는 복수의 띠형상 영역에 -180˚의 위상차를 주는 것이 바람직하다. 또는, 대물 렌즈에 입사하는 레이저 광의 광축 중심부의, 복수의 둥근띠형상 영역에 -180˚의 위상차를 주는 것이 바람직하다.
둥근띠 폭, 둥근띠 직경을 바꿈으로써 또는 띠 폭, 레이저 광축 중심에서 띠까지의 거리를 바꿈으로써, 메인 로브의 직경, 사이드 로브의 강도가 변화한다. 상술한 둥근띠 폭, 둥근띠 직경 또는 띠 폭, 레이저 광축 중심에서 띠까지의 거리를 최적화함으로써, 바람직하게는 사이드 로브의 광도를 메인 로브의 10 내지 5% 정도로 하고 있다. 한편, 사이드 로브의 증가형상은 후술하는 부분 응답 방식 혹은 부분 응답 방식과 최우복호법을 조합시킨 신호 처리 수단과 병용하는 경우는 적극적으로 이용하는 것도 가능하다.
위상차를 부가하는 수단에는, 대물 렌즈에 입사하는 레이저 광에, 굴절율이 일정한 기판표면에 요철을 설치한 필터링 수단이나, 기판의 굴절율을 변화시킨 필터링 수단 등을 사용하는 것이 가능하다. 어느쪽의 경우도 투명기판을 사용하기 때문에, 레이저 광의 손실을 방지할 수 있기 때문에, 특히 높은 선출력(광강도)을 필요로 하는 쓰기(기록) 가능한 광학 헤드 혹은 광 기록 장치에 적합하다.
또한 본 발명의 광학 헤드에 있어서는, 광 기록 매체로부터 반사된 반사광을 집광하는 검출 렌즈와, 상기 집광된 반사상을 검출하는 검출 수단과, 상기 검출 수단에 집광하는 레이저 광의 집광점부근에 광 기록 매체상의 트랙 접선 방향의 적어도 사이드 로브 성분을 차광하는 수단을 설치하고, 상기 광학적 초해상 형상에 의해서 커진 사이드 로브에 의한 폐해를 제거하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있고, 광 디스크 재생 신호에 혼입하는 유해한 사이드 로브로부터의 노이즈 성분을 제거할 수 있고, 재생 신호품질을 향상시키고 있다, 또한, 메인 로브의 일부를 또한 차광함으로써, 메인 로브에 혼입한 상기 유해한 노이즈 성분을 제거할 수있고, 재생 신호품질을 또한 향상시키는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 광학 헤드에 있어서는, 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과, 레이저 광을 광 기록 매체에 집광하는 대물 렌즈를 가지며, 레이저 광의 파장과 거의 같거나, 혹은 상기 파장보다 좁은 평균 트랙 피치를 구비한 광 기록 매체에 대하여 정보의 재생이 가능한 것을 특징으로 하고 있고, 상기 광학적 초해상 현상을 사용하는 일없이, 광 기록 매체로부터 반사된 반사광을 집광하는 집광 렌즈와, 상기 집광된 반사광을 검출하는 검출 수단과, 상기 검출 수단에 집광하는 레이저 광의 강도 직경의 광 기록 매체 트랙 접선 방향을 각각 약 30% 씩 양측에서 차광하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 레이저 광의 파장이 약 0.78㎛이고, 상기 광 기록 매채로부터 반사된 반사광을 검출하는 검출 수단에 입사하는 레이저 광의 개구수를 0.08 이하 정도, 바람직하게는 0.05 내지 0.02 정도, 더욱 바람직하게는 0.035로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 이 개구수를 작게 하면 광학 헤드의 크기가 커지고, 크게하고자 하면, 차광 마스크의 폭 또는 포토다이오드의 패턴폭의 가공이 곤란하게 되고, 또한, 광학 헤드의 조립도 곤란하게 되기 때문이다.
레이저 광의 파장이 거의 같거나, 혹은 상기 파장보다 좁은 평균 트랙 피치를 구비한 광 기록 매체에 대하여, 파장이 긴 레이저 광을 사용함으로써 상기 트랙 피치에 합치하지 않는 스폿 직경으로 집광시키기 위해서, 정보의 기록은 불가능하지만, 상기 차광 수단을 사용함으로써 재생처리는 가능하게 된다. 또한, CD-R에 대하여는, 거기에 사용되고 있는 색소의 파장선택성에 합치한 파장이 긴 레이저 광에의해서 기록 또는 재생의 처리를 행할 수 있다. DVD 등의 고밀도의 광 기록 매체에 대하여도, 색소계의 기록층을 구비한 CD-R 등의 광 기록 매체에 대하여도 호환성이 있는 광학 헤드를 제공할 수 있다.
상술한 DVD 와 같은 고기록 밀도의 광 기록 매채(광 디스크)에는, 일반적으로 두께가 0.6mm 전후의 기판이 채용되고 있다. 이 고밀도 기록 매체의 광 디스크를 재생하는 때는, 코마 수차가 개구수의 3 승에 비례하여 증가하기 때문에 광학 헤드에 사용되는 대물 렌즈의 개구수는 0.6 정도가 상한이다. 한편, 코마 수차는 레이저 광의 파장에 반비례한다. 본 발명에 있어서는, 광 기록 매체의 평균 트랙 피치에 거의 같은 파장, 즉, 상술한 현상황의 DVD 규격보다 긴 파장의 레이저 광을 사용하고 있기 때문에, 대물 렌즈의 개구수를 0.6 이상으로 하여도, 코마 수차의 증가를 방지할 수 있다. 따라서, 광 기록 매체에 대하여 또한 작은 광스폿을 얻는 것이 가능하고, 한층더 높은 밀도로 광기록 및 재생을 행할 수 있는 광학 헤드를 제공하는 것이 가능하게 된다.
예를 들면, 현상황의 CD 규격에 사용하고 있는 파장이 약 0.78㎛의 레이저 광을 채용하면, 개구수가 약 0.64의 대물 렌즈를 채용하여도 코마 수차의 증가를 방지할 수 있다. 따라서, 광 강도 분포 변환 수단에 의해서 발생된 광학적 초해상 현상에 의한 광스폿을 또한 작게 할 수 있고, 기록 밀도를 또한 향상할 수 있다. 또한, 작은 스폿 직경을 얻기위한 광 강도 분포 변환 수단의 역할을 줄일 수 있고, 사이드 로브도 작게 할 수 있다. 또한 위상차에 의한 초해상 형상을 사용한 경우도, 광위상차 부가 수단에 의해서 발생된 광학적 초해상 현상에 의한 광스폿을 또한 작게 할 수 있고, 기록 밀도를 또한 향상할 수 있다. 또한, 작은 스폿 직경을 얻기위한 광위상차 부가 수단의 역할을 작게 하는 것이 가능하게 된다.
이러한 장파장의 레이저 광을 사용하여 트랙 피치가 좁은 광 기록 매체를 처리할 수 있는 광학 헤드를 채용하고, 이 광학 헤드를 광 기록 매체의 기록트랙에 추종시키는 서보기구를 채용하여 기록 혹은 재생의 적어도 어느 것인가를 행함으로써 고기록 밀도의 DVD 및 파장의 선택성이 높은 CD-R의 어느 것이나 일괄해서 취급할 수 있는 광 기록 장치를 실현할 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 광학 헤드를 사용하여 광파장의 레이저 광의 스폿 직경을 작게 하는 대신에, 좁은 트랙 피치화 된 광 기록 매체에 대하여 스폿 직경이 큰 빔을 조사하여, 그 반사된 반사광을 정보 신호로 변환하고, 또한, 이 정보 신호에 대하여 복호화 처리를 행하여 레이저 광의 파장에 거의 같은 트랙 피치의 각각의 트랙에 기록된 정보를 재생하는 것도 가능하다. 이러한 신호 처리에는, 신호간의 간섭량을 제어하여 복호하는 부분 응답 방식(PR 방식)이 적합하다. 또한, 어떤 유한길이의 수신신호계열을 대상으로서 복호를 행하는 최우복호법(Maximum Likelihood, ML 법)을 PR 방식과 조합한 PRML 법을 채용함으로써, 복호된 정보의 에러율을 또한 개선할 수 있다.
또한, 광 강도 분포 변환 수단 또는 광위상차 부가 수단을 구비한 광학 헤드를 채용하면, 그 광학적 초해상에 의해서 증가한 광스폿의 사이드 로브가 반사한 신호도 PRML 법을 사용하여 복호할 때에 유익한 정보가 된다. 즉 사이드 로브에 의한 신호도 적당한 방식의 PR 방식을 선택함으로써 유효하게 이용가능하게 되어 신호의 재생에 기여할 수 있고, ML 법에 의해 복호처리함으로써 한층더 광 기록 매체에 있어서의 기록 밀도를 높이고, 기록/재생의 신뢰성을 또한 향상할 수 있는 광 기록 장치를 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 광학 헤드 혹은 광 기록 장치에 의해서, 고밀도의 DVD와, 장파장측에 특성이 우수한 CD-R 이라는 특성이 다른 광 기록 매체를 일괄해서 처리하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 광학 헤드 및 광 기록 장치에 의해서, 장파장의 레이저 광을 사용하여 고기록 밀도의 광 기록 매체에 대하여 기록 혹은 재생이라는 처리가 가능하게 되기 때문에, 광학 헤드 및 광 기록 장치의 비용절감 및 신뢰성의 향상이라는, 더욱 큰 효과를 얻을 수 있다.
즉, 광원인 반도체 레이저는 현상황의 CD 용에서는 0.78㎛이고, DVD 용에서는 0.65㎛ 혹은 0.635㎛이다. 금후는 또한 단파장 레이저의 개발이 예상되고, 또한, 레이저 광의 출력은 판독전용의 5mW 클래스에서 기록용의 30mW 이상으로 개발이 진행되고 있다. 그러나, 반도체 레이저의 개발동향이 나타낸 바와 같이, 장파장보다 단파장의 쪽이 제조가 어렵고, 또한 저출력보다 고출력의 쪽이 제조가 어렵다. 이 제조의 어려운 점은 그대로 생산성, 나아가서는 부품비용에 영향을 주고, 단파장의 반도체 레이저는 장파장의 반도체 레이저보다 비싸고, 또한, 고출력의 반도체 레이저는 저출력의 반도체 레이저보다 비싸다. 따라서 고기록 밀도의 광 기록 매체에 대응가능한 광학 헤드 및 광 기록 장치는, 보다 낮은 기록 밀도의 광 기록 매체에 대응한 현상황의 것보다 매우 비싸게 된다. 또한, 쓰기(기록)가 가능한 광학 헤드 및 광 기록 장치는, 재생(판독)전용의 광학 헤드 및 광 기록 장치보다 비싸게 된다.
이것에 대하여, 본 발명의 광학 헤드 및 광 기록 장치는, 장파장의 반도체 레이저를 사용하여 고기록 밀도의 광 기록 매체에 대하여 기록/재생이 가능하고, 현재 이미 저렴하게 대량 생산되고 있는 반도체 레이저를 사용하여 기록 밀도를 향상할 수 있다. 예를 들면, DVD 규격의 트랙 피치가 0.74㎛의 고밀도기록 매체에 대하여, 현상황의 CD 규격의 파장이 0.78㎛ 대의 반도체 레이저를 사용하여, 고밀도의 기록/재생을 실현할 수 있다. 0.78㎛ 대의 반도체 레이저는 CD 용으로서 대량으로 대량생산되고 있고, 매우 생산성이 좋다. 한편, 0.65㎛ 부근의 반도체 레이저는 제조가 어렵고 비싸고, 또한 기록용의 고출력레이저는 대단히 생산성이 나쁘고, 매우 비싸다. 이와 같이, 본 발명의 광학 헤드 및 광 기록 장치에 의해서, 보다 긴 파장의 생산성이 좋은 반도체 레이저를 사용하여 고밀도의 신호 재생이 가능하게 되고, 또한, 생산성이 좋은 고출력의 반도체 레이저를 이용하여 고밀도의 신호의 기록이 가능하게 된다.
또한, 광 강도 분포 변환 수단으로서 비구면 광학계를 채용하여 광학적 초해상 현상을 발생시킴으로써, 레이저 광이 작은 스폿에 충분히 집중시켜지기 때문에 재생용뿐만아니라 기록용의 광학 헤드 및 광 기록 장치를 저렴하게 공급 가능하게 된다.
또한, 광위상차 부가 수단을 사용한 경우도, 광위상차 부가 수단으로서 광로중의 일부에 광로차를 제공함으로써 광학적 초해상 현상을 발생시키는 것에 의해, 레이저 광을 작은 스폿에 충분히 집중시킬 수 있기 때문에, 재생용뿐만 아니라 기록용의 광학 헤드 및 광 기록 장치를 저렴하게 공급 가능하게 된다.
또한, 광파장의 레이저 광을 사용함으로써, 코마 수차 등의 대물 렌즈의 특성이 향상되기 때문에, 저렴한 장파장의 반도체 레이저와, 종래의 렌즈가공기술을 적용하여 용이하게 제작 가능한 대물 렌즈를 사용하여, 작은 광스폿에 의한 신호재생이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 광학 헤드 및 광 기록 장치에 있어서는, 광학적 초해상 현상, 대물 렌즈의 개구수의 증가, 검출소자에 입사하는 레이저 광의 일부 차광, 또한, PRML 법에 의한 복호화라는 요소를 조합시킴으로써, 광 기록 매체에 기록 혹은 재생 가능한 정보의 기록 밀도를 또한 향상할 수 있다고 하는 장점도 있다. 또한, 기록 혹은 재생에 있어서의 신호의 분해능력을 향상하는 것도 가능하게 되기 때문에, 광학 헤드 및 광 기록 장치의 성능 및 신뢰성을 대폭 향상할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 의해, 장파장의 레이저를 사용한, 저렴하고 고기록 밀도에 대응할 수 있고, 또한, 신뢰성이 높은 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공할 수 있다.
또한, 장파장의 레이저 광을 사용하여 좁은 트랙 피치에 대응한 광학 헤드 및 광 기록 장치를 실현하기 위해서, 광학적 초해상도 현상을 진행시키면 사이드 로브가 증대하여 레이저 광의 이용 효율이 감소하고, 대물 렌즈의 개구수를 증대시키면 경사특성(기록 매체가 광축에 대하여 기우는 것에 의한 수차의 발생을 말한다.)이 악화하여 코마 수차가 증대하기 때문에 대물 렌즈의 비용이 비싸게 되고, 또한, PRML 법에 의한 복호화 프로세스에 너무 의존하면 신호 처리 회로의 규모가 증대한다. 따라서, 현상황에서는 광 강도 분포 변환 수단 또는 광위상차 부가 수단, 대물 렌즈 및 신호 처리 회로에 대한 부하를 고려하면 레이저파장(λ)에 대한 트랙 피치(Tr)의 비 λ/Tr를 1.2 정도까지, 바람직하게는 1.1 정도까지로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 의해, 재생특성 혹은 기록특성에 파장의존성이 있고, 단파장으로서는 사용하기 어려운 종래의 광 기록 매체에 대하여도 호환성을 확보하고, 종래보다도 트랙 피치에 대하여 상대적으로 긴 파장의 반도체 레이저를 사용하능하게 하여, 고밀도화의 한계를 타파하고, 부품비용의 감소를 실현하고, 또한 저렴하고 기록 가능한 광학 헤드 및 광 기록 장치가 실현가능하게 된다. 또한 장래의 고밀도화에도 대응할 수 있는 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 CD-R에 대하여 기록 및 재생이라는 처리가 문제없이 행해지고, 또한, 고기록 밀도에 대응한 DVD 규격의 광 기록매체의 처리를 행할 수 있는 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공할 수 있다. DVD 규격의 0.65㎛의 파장의 레이저 광으로서는 CD-R의 반사율은 15% 정도가 되고, 대개 흡수하기 때문에, DVD의 재생파워에 있어서도 CD-R에 기록된 데이터가 파괴되는 위험성이 있는 것에 대하여, 본 발명의 광학 헤드 및 광 기록 장치에 있어서는, 반사율이 충분히 높은 0.78㎛를 사용할 수 있기 때문에, 정보가 파괴되는 위험없이 안전하게 처리를 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학 헤드 및 광 기록 장치에 있어서는, 광 기록 매체의 트랙 피치에 대하여 상대적으로 긴 파장의 반도체 레이저가 사용가능하게 되기 때문에, 고밀도화의 한계를 타파하고, 저렴하고 신뢰성이 높은 고기록 밀도의 기록 및 재생이 가능한 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공할 수 있고, 또한 장래의 한층더 고밀도화되어도 대응할 수 있는 광학 헤드 및 광 기록 장치를 제공할 수 있다.

Claims (36)

  1. 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광을 광 기록 매체에 집광하는 대물 렌즈를 가지며, 상기 레이저 광의 파장과 거의 같거나 또는 상기 파장보다 좁은 평균 트랙 피치를 구비한 상기 광 기록 매체에 대하여 정보의 기록 및 재생 중 적어도 하나가 가능한 광학 헤드에 있어서,
    상기 대물 렌즈로부터 방출된 상기 레이저 광이 광학적 초해상 현상을 생기게 하도록, 상기 대물 렌즈에 입사되는 상기 레이저 광의 광 강도 분포를 변환하는 광 강도 분포 변환 수단을 가지고,
    상기 광 강도 분포 변환 수단은 상기 대물 렌즈의 입사 동공 상에 있어서의 상기 레이저 광 중심의 광강도에 대하여 주변의 광강도를 1.5 내지 3.5배 정도로 하는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 광의 파장이 약 0.78㎛이고, 상기 대물 렌즈의 개구수가 약 0.64인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광 강도 분포 변환 수단은 상기 대물 렌즈의 입사 동공상에 있어서의 상기 레이저 광 중심의 광강도보다 주변의 광강도를 올리는 비구면 광학계인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 비구면 광학계는 유한계인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 광 기록 매체로부터 반사된 반사광을 집광하는 검출 렌즈와,
    상기 집광된 반사광을 검출하는 검출 수단과,
    상기 검출 수단에 집광된 레이저 광의 광 기록 매체의 트랙 접선 방향의 적어도 사이드 로브 성분을 차광하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 비구면 광학계는 콜리메이트 기능을 겸비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 광 기록 매체로부터 반사된 반사광을 집광하는 검출 렌즈와,
    상기 집광된 반사광을 검출하는 검출 수단과,
    상기 검출 수단에 집광된 레이저 광의 광 기록 매체의 트랙 접선 방향의 적어도 사이드 로브 성분을 차광하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광 강도 분포 변환 수단은 상기 대물 렌즈의 입사 동공 상에 있어서의 상기 레이저 광 중심의 광강도에 대하여 주변의 광강도를 약 2배로 하는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광 강도 분포 변환 수단은 상기 대물 렌즈의 입사 동공 상의 중심부를 차폐하는 수단 또는 레이저 광의 투과율에 분포를 부여하는 필터링 수단인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  10. 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과, 적어도 광 기록 매체의 트랙 접선 방향에 대하여 상기 레이저 광의 파장의 1.3배 이하의 1/e2의 강도 직경의 스폿을 광 기록 매체에 형성하는 집광 수단과, 상기 광 기록 매체로부터 반사된 반사광을 검출하는 검출 수단을 가지며,
    상기 집광 수단이 상기 광 기록 매체에 면한 대물 렌즈와, 상기 대물 렌즈로부터 방출된 상기 레이저 광이 광학적 초해상 현상을 생기게 하도록 상기 대물 렌즈에 입사되는 상기 레이저 광의 광 강도 분포를 변환하는 광 강도 분포 변환 수단을 구비하고,
    상기 광 강도 분포 변환 수단은 상기 대물 렌즈의 입사 동공 상에 있어서의 상기 레이저 광 중심의 광강도에 대하여 주변의 광강도를 1.5 내지 3.5배 정도로 하는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 레이저 광의 파장이 약 0.78㎛이고, 상기 대물 렌즈의 개구수가 약 0.64인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 광 강도 분포 변환 수단은 상기 대물 렌즈의 입사 동공 상에 있어서의 상기 레이저 광 중심의 광강도보다 주변의 광강도를 올리는 비구면 광학계인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 비구면 광학계는 유한계인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 비구면 광학계는 콜리메이트 기능을 겸비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 광 강도 분포 변환 수단은 상기 대물 렌즈의 입사 동공 상에 있어서의 상기 레이저 광의 중심의 광 강도에 대하여 주변의 광강도를 약 2배로 하는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 광 강도 분포 변환 수단은 상기 대물 렌즈의 입사 동공 상의 중심부를 차폐하는 수단 또는 레이저 광의 투과율에 분포를 부여하는 필터링 수단인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  17. 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광을 광 기록 매체에 집광하는 대물 렌즈를 가지며, 상기 레이저 광의 파장과 거의 같거나 또는 상기 파장보다 좁은 평균 트랙 피치를 구비한 상기 광 기록 매체에 대하여 정보의 기록 및 재생 중 어느 하나가 가능한 광학 헤드에 있어서,
    상기 대물 렌즈로부터 방출된 상기 레이저 광이 광학적 초해상 현상을 생기게 하도록, 상기 대물 렌즈에 입사하는 상기 레이저 광에 위상차를 부가하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 레이저 광의 파장이 약 0.78㎛이고, 상기 대물 렌즈의 개구수가 약 0.64인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 위상차를 부가하는 수단은 상기 대물 렌즈에 입사하는 상기 레이저 광의 상기 광 기록 매체의 트랙 수직 방향을 길이 방향으로 하는 복수의 띠형상 영역에 약 180˚의 위상차를 부여하는 위상 가변 필터인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 위상차를 부가하는 수단은 상기 대물 렌즈에 입사하는 상기 레이저 광의 광축 중심부의 복수의 둥근띠 형상 영역에 약 180˚의 위상차를 부여하는 위상 가변 필터인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 위상차를 부가하는 수단은 굴절율이 일정한 기판 표면에 요철을 설치한 필터링 수단 또는 기판의 굴절율을 변화시킨 필터링 수단인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  22. 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과, 적어도 광 기록 매체의 트랙 접선 방향에 대하여 상기 레이저 광의 파장의 1.3배 이하의 1/e2의 강도 직경의 스폿을 광 기록 매체에 형성하는 집광 수단과, 상기 광 기록 매체로부터 반사된 반사광을 검출하는 검출 수단을 가지며, 상기 집광 수단이 상기 광 기록 매체에 면한 대물 렌즈와, 상기 대물 렌즈로부터 방출된 상기 레이저 광이 광학적 초해상 현상이 생기도록, 상기 대물 렌즈에 입사하는 상기 레이저 광에 위상차를 부가하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 레이저 광의 파장이 약 0.78㎛이고, 상기 대물 렌즈의 개구수가 약 0.64인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 위상차를 부가하는 수단은 상기 대물 렌즈에 입사하는 상기 레이저 광의 상기 광 기록 매체의 트랙 수직 방향을 길이 방향으로 하는 복수의 띠형상 영역에 약 180˚의 위상차를 부여하는 위상 가변 필터인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 위상차를 부가하는 수단은 상기 대물 렌즈에 입사하는 상기 레이저 광의 광축 중심부의 복수의 둥근띠 형상 영역에 약 180˚의 위상차를 부여하는 위상 가변 필터인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 위상차를 부가하는 수단은 굴절율이 일정한 기판 표면에 요철을 설치한 필터링 수단 및 기판의 굴절율을 변화시키는 필터링 수단 중 하나인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  27. 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과,
    상기 레이저 광을 광 기록 매체에 집광하는 대물 렌즈와,
    상기 광 기록 매체로부터 반사된 반사광을 집광하는 검출 렌즈와,
    상기 집광된 반사광을 검출하는 검출 수단과,
    상기 레이저 광원으로부터 방출되어 상기 대물 렌즈에 입사하는 레이저 광에 위상차를 부가하는 필터링 수단을 가지며,
    상기 검출 수단에 집광하는 레이저 광의 광 기록 매체의 트랙 접선 방향의 적어도 사이드 로브 성분을 차광하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 레이저 광의 파장이 약 0.78㎛이고, 상기 대물 렌즈의 개구수가 약 0.64인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 필터링 수단은 굴절율이 일정한 기판 표면에 요철을 설치한 필터링 수단 또는 기판의 굴절율을 변화시키는 필터링 수단인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  30. 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광을 광 기록 매체에 집광하는 대물 렌즈를 가지며, 상기 레이저 광의 파장과 거의 같거나 또는 상기 파장보다 좁은 평균 트랙 피치를 구비한 상기 광 기록 매체에 대하여 정보의 재생이 가능한 광학 헤드에 있어서,
    광 기록 매체로부터 반사된 반사광을 집광하는 검출 렌즈와, 상기 집광된 반사광을 검출하는 검출 수단과, 상기 검출 수단에 집광하는 레이저 광의 강도 직경의 광 기록 매체의 트랙 접선 방향을 각각 약 30% 씩 양측에서 차광하는 수단을 가지며, 상기 검출 수단에 입사하는 레이저 광의 개구수를 약 0.1 이하로 하는 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 레이저 광의 파장이 약 0.78㎛이고, 상기 대물 렌즈의 개구수가 약 0.64인 것을 특징으로 하는 광학 헤드.
  32. 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 광을 대물 렌즈에 의해서 광 기록 매체에 집광하여 상기 광 기록 매체로부터 반사된 반사광에 의해서 상기 광 기록 매체에 기록된 정보 신호를 얻는 광학 헤드를 가지며, 상기 레이저 광의 파장과 거의 같거나 또는 상기 파장보다 좁은 평균 트랙 피치를 구비한 상기 광 기록 매체로부터 상기 정보 신호를 취득 가능한 광 기록 장치에 있어서,
    상기 정보 신호를 부분 응답 방식에 의해서 처리하는 신호 처리 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 광 기록 장치.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 신호 처리 수단은 또한, 최우복호법을 사용하여 복호화처리를 행하는 것을 특징으로 하는 광 기록 장치.
  34. 제 32 항에 있어서, 상기 광학 헤드는 상기 대물 렌즈로부터 방출된 상기 레이저 광이 광학적 초해상 현상이 생기도록, 상기 대물 렌즈에 입사되는 상기 레이저 광의 광 강도 분포를 변환하는 광 강도 분포 변환 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 광 기록 장치.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 광학 헤드는 상기 대물 렌즈로부터 방출된 상기 레이저 광이 광학적 초해상 현상이 생기도록, 상기 대물 렌즈에 입사되는 상기 레이저 광에 위상차를 부가하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 광 기록 장치.
  36. 제 32 항에 있어서, 상기 레이저 광의 파장이 약 0.78㎛이고, 상기 광학 헤드의 대물 렌즈의 개구수가 약 0.64인 것을 특징으로 하는 광 기록 장치.
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