WO1991000596A1 - Optical disk device - Google Patents

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WO1991000596A1
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light
optical disk
aperture
mark
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PCT/JP1990/000843
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Seiji Nishiwaki
Shinji Uchida
Junichi Asada
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention particularly relates to an optical disc device capable of excellently reproducing a signal recorded at an extremely high density.
  • a conventional optical disc device As shown in FIG. 1, light emitted from a semiconductor laser 8 is collimated by a focusing lens 9 and passed through a half mirror 30 to stop the lens. According to 31, the light is radiated while being narrowed down on the reflection surface 16 of the optical disc on which the signal mark is formed. A part of the irradiated light is reflected by the reflection surface 16, and the reflected light contains the information of the signal recorded on the disk. After passing through the lens 31, the light is reflected by the half mirror 30 to the photodetector 32, and the signal recorded on the disc is detected. This detection signal is amplified by the amplifier 33.
  • the recording density of a signal in the conventional optical disk device configured as described above is limited due to the technology of reproducing the signal, and is limited. The description is given below.
  • This signal mark is formed by heating a small area on the recording film.
  • a phase change is caused in the material to change the optical constant of a minute region, and those in which a minute ⁇ or a protrusion is formed on a disk.
  • the information recorded on the signal mark is irradiated with laser light focused on a minute spot on the signal mark, and is reproduced from the reflected light.
  • the amplitude reflectance ratio is As
  • the phase difference is 0S
  • the reflection from there is considered.
  • the amplitude reflectance ratio and the phase difference are measured on the basis of the reflected light outside the signal mark.
  • equation (2) If the integral of equation (2) is discretized and re-expressed, it becomes as in equation (2).
  • Ds is the area of the signal mark D
  • n is sufficiently large and the point cloud ( ⁇ , ??-) sufficiently covers the area D.
  • R ( ⁇ , 77) 1 + ⁇ A R ⁇ 5 (- ⁇ ", 77 -? 7 ra) D s / n--)
  • • ⁇ , ⁇ ) can be represented by the value at the center ( ⁇ c , ?? c) of the signal mark D.
  • the amount of reflected light detected by the photodetector (that is, collected by the aperture lens) is given by the following equation.
  • T (A R , f C, ?? C) T 0 + DS (AR + ⁇ *) I (c, 77 c)
  • the standardized reproduction signal amplitude ⁇ (difference in detection light amount depending on the presence or absence of the reproduction signal) is expressed by the following equation.
  • the track density is 1.3 tzm and the linear density is 1.3 / m. Is the upper limit of the signal density.
  • the signal density depends on the spot diameter d of the main lobe, and it seems that the signal density can be improved by adopting a ring-shaped aperture that reduces d.
  • the rise of the side lobes Since the loss is increased, the signal reproduction ability is rather degraded, and when reproduction is considered, it does not lead to higher density.
  • the wavelength of the laser light source 8 is made shorter and the aperture of the aperture lens 31 is made larger, the signal density can be improved without deteriorating the signal reproduction capability.
  • the present invention provides an optical disc device capable of reproducing a signal recorded at a higher density than before in a way that exceeds the diffraction limit of light.
  • a laser light source having a wavelength ⁇ and a minute
  • the coupling means is formed on the waveguide layer by a concentric or spiral periodic structure.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional optical disk device
  • FIG. 2 is a light intensity distribution diagram on an optical disk reflection surface
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical disk device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an external view of the optical disc apparatus of the embodiment
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the optical disc of the embodiment
  • FIG. 6 is a cross-section of the optical disc of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view of the optical disk device of the present embodiment.
  • a transparent layer 2 is formed of a low refractive index material on a Si substrate 1
  • a transparent layer 3 is formed of a high refractive index material thereon.
  • the transparent layer 3 includes a circular portion 3A and a ring-shaped portion 3B surrounding the circular portion 3A.
  • circular regions where the force brass 4A and 4B, which are made of concentric or spiral periodic structure gratings with respect to the central axis L are concentric with the central axis L, respectively. It is formed on the upper (or on the annular zone) and on the annular zone.
  • a transparent layer 3C having a high refractive index is formed on the surface of the transparent layer 3A with a transparent layer 5A having a low refractive index interposed therebetween, and the transparent layer 3C is formed on the inner peripheral side of the transparent layer 3B and the power brush 4B. Touch in the facing area. Is the surface of the transparent layer 3C concentric or spirally graded with respect to the central axis L? The force bra 4C is formed on a circular area concentric with the central axis L. On the surface of the transparent layer 3B, a transparent layer 5B having a low refractive index is formed so as to cover the area of the power brush 4B, and the refractive index of the transparent layer 5B is equal to that of the transparent layer 5A.
  • photodetectors 6A and 8B (6A faces the inner peripheral side of 6B) are formed at positions corresponding to the breaks between the transparent layers 3A and 3B.
  • the reflective film 7 is formed in the transparent layer 5A so as to cover the detectors 6A and 6B and the end faces of the transparent layers 3A and 3B. Further, the Si substrate 1 near the central axis L is opened by etching or the like.
  • the linearly polarized light emitted from the semiconductor laser 8 is converted into parallel light by the converging lens 9, and then the electric field vector is polarized by the polarization conversion element 10 A with the center on the straight line L.
  • the force brush 4 After being converted to concentric circularly polarized light 11 (or radially polarized light whose electric field vector is radial) in the tangential direction of the circle parallel to the element 10 A, the force brush 4.
  • TE-mode (or TM-mode) guided light 12C is input-coupled into the waveguide layer 3C and propagates in the waveguide layer 3C toward the outer periphery.
  • the guided light 12C moves to the guided layer 3B in the outermost peripheral region of the guided layer 3C and becomes the guided light 12B.
  • the guided light 12B is radiated from the power bra 4B to become concentrically polarized light (or radiated polarized light) 13, and is converted into linearly polarized light 14 by passing through the polarization conversion element 10B.
  • the light is focused on a point F on the reflecting surface 16 of the optical disk 15.
  • the light reflected on the reflecting surface 16 is transmitted through the polarizer 10B and converted again into concentrically polarized light (or radiated polarized light) 17A and 17B, thereby guiding the reflected light from the optical disk.
  • Both the guided lights 18A and 188 are emitted at the outermost and innermost ends of the waveguide layers 3 and 3B, and received by the photodetectors 6A and 6B, respectively.
  • the reflection film 7 reflects the light emitted from the ends of the waveguide layers 3A and 3B and guides the light to the photodetectors 6A and 6B, while detecting the scattered light and disturbance light of the guided light 12C. 6A, 6B.
  • FIG. 4 is an external view of the optical disk device of the above embodiment, with a part thereof cut away.
  • the grating cabula 4B is divided into six regions by three straight lines passing through the center 0. That is, it is divided into areas of 4B1, 4B2, 4B3, 4B4, 4B5, and 4B6.
  • Force bras 4 B 1 and 4 B 4 are located diagonally at center 0, and their emitted light is both collected at point F C.
  • Force brass 4B2 and 4B5, and 4B3 and 4B6 are also located at diagonal positions of center 0, respectively, and their emitted light is converged on points FA and FB on central axis L. In addition, it is located at approximately the midpoint of F CiFA and FB.
  • the focus error signal is detected based on the difference in the amount of light coupled between the force blur 4B2, 4B5 and the force blur 4B3, 4B6, and the reproduced signal is detected by the force blur 4B1, 4B4, 4A.
  • the detection is performed from the sum of the combined light amounts.
  • FIG. 5 is a sectional view of an optical disc according to an embodiment of the present invention.
  • the optical disk is formed by forming a multilayer film of a dielectric layer 21, an active layer 22, a dielectric layer 23, and a reflective layer 24 on the surface of the transparent substrate 20, and furthermore, an adhesive layer 25 on the reflective layer 24 with an adhesive layer 25. Are formed by bonding.
  • the signal surface on which the signal mark is formed, that is, the active layer 22 is changed in phase.
  • a material whose optical constant changes due to heat such as a recording film of an -8-type optical disk, is used. And the signal mark formed by.
  • the reflection function for light incident from the transparent substrate 20 side differs in phase and amplitude inside and outside the signal mark, and the dielectric layers 21 and 23, the active layer 22, the dielectric layer 23, and the reflective layer 24 By appropriately selecting and combining the thicknesses of these layers and their optical constants,
  • the complex amplitude distribution immediately after radiation from the force bra is w (x, y), and the complex amplitude distribution of the reflected light in the same plane (force bra surface) is r (x, y). Then, the coupling efficiency of the reflected light to the guided light is approximately proportional to ISI 2 .
  • the pupil function P (x, y) of the force bra is expressed by the following equation. .
  • Equation (14) can be rewritten as follows.
  • the crosstalk of the signal is based on the intensity ratio I (c, ?? c) / 1 (0,0) of the light distribution at the signal position.
  • APCAR ⁇ C, 7? C) / AP (A R , 0,0) ⁇ I (c, 7? C) / K0 s 0) ⁇ 2
  • the reflected light from the signal mark is scattered, and the light distribution of the reflected light is outside the aperture (that is, the area of the ring-shaped grating coupler 4 mm), especially the circular area inside the ring. Run out. Therefore, when the signal mark is designed under the conditions of Eqs. (10) and (11), the crosstalk of the signal can be reduced, but most of the signal components in the reflected light are inside the power bra 4 mm. The light converges on a circular area, the detected light quantity decreases, and the signal quality (CZN) deteriorates.
  • the power brush 4 mm is formed in the circular region inside the power brush 4 mm, the reflected light in this region can also be converted into guided light and detected, and the signal quality can be improved. (CZN) and crosstalk removal can be achieved at the same time.
  • FIG. 6 is a sectional view of an optical disk according to another embodiment of the present invention.
  • the optical disc is formed by forming a multilayer film of a dielectric layer 21 and a reflective layer 24 on the surface of a transparent substrate 20, and furthermore, a reflective layer 24 is formed by an adhesive layer 25. And is adhered to the transparent substrate 26.
  • a concave (or convex) pit 28 (signal mark) as viewed from the transparent substrate 26 is formed on the surface of the transparent substrate 20, and the film thickness of the dielectric layer 21 is Differs inside and outside the unit. That is, in general, the film formation speed depends on the surface shape of the film formation surface, and the concave position is narrower in viewing angle than the convex position when viewed from the film formation side, so the film formation speed is slow and the film thickness is thin. .
  • the reflection function for light incident from the transparent substrate 20 side differs in phase and amplitude inside and outside the pit, and by controlling the film thickness of the dielectric layer 21 inside and outside the pit (10) , (11), and the same effects as in the above embodiment can be obtained. Since the present embodiment does not use an active layer whose optical constant changes due to heat, the object to be used is limited to reproduction only. However, there is an advantage that the structure is simpler and easier to manufacture than the above embodiment.
  • the signal crosstalk can be significantly reduced, and high-density signal reproduction exceeding the diffraction limit of light can be performed. .

Description

明 細 書
発明の名称
光デ ィ ス ク装置
技術分野
本発明は、 特に、 極めて高密度に記録された信号を良好に再 生可能な光ディ スク装置に関する。
背景技術
従来の光デ： ί ス ク装置における、 デ ィ スク上に記録された信 号の再生を、 ディ ス ク装置の構成と共に図面に基づいて説明す る。
従来の光ディ スク装置においては、 第 1図に示すように、 半 導体レーザー 8から出た光は集光レ ン ズ 9により平行光とされ、 ハーフ ミ ラ ー 3 0を経て絞り レ ン ズ 3 1 によ り、 信号マーク の 形成された光ディ スクの反射面 1 6上に絞り込まれた状態で照 射される。 照射された光の一部は反射面 1 6において反射され るが、 こ の反射光には、 デ ィ ス ク上に記録された信号の情報が 含まれており、 こ の反射光を再び絞り レ ン ズ 3 1を経たのちハ 一フ ミ ラー 3 0で光検出器 3 2へと反射して導き、 デ ィ スク上 の記録信号を検出する。 こ の検出信号は増幅器 3 3 に よ り増幅 される。
さて、 こ の様に構成された従来の光ディ ス ク装置における信 号の記録密度は、 その信号の再生技術の面から限界があり、 制 限を受けていた。 以下にその説明を行なう。
デイ スク上には、 微小な信号マークが多数形成されている。 この信号マー クの形態には、 記録膜上の微小領域を加熱して膜 材料に相変化を生ぜしめ微小領域の光学的定数を変化きせたも のや、 ディ ス ク に微小な囬部や凸部を形成したもの等がある。
こ の信号マークに記録された情報は、 微小なス ポ ッ ト に集光 されたレーザ光をその信号マーク に照射し、 その反射光から再 生される。
第 1図の構成の光デイ スク装置において、 レーザ 8の波長が λ = 780ηπι、 絞り レ ン ズ 3 1の開口数が N A = 0.50で、 開口内で はレーザ'の強度が一様な場合には、 デ ィ ス ク反射面（（^ ，？？ ）座 標系とする）上に照射される光強度分布 1(^ , ）は、 第 2図に示 す曲線 （ a ) となる。 こ こで、 u ， ）を光振幅分布とすれば、 1( ，？ 7 )= lu ( ，？？ ） 12で表わされ、
次に、 デ ィ スク反射面上の微小な信号マーク Dの中心座標を
( c,?? C)、 振幅反射率比を As、 位相差を 0 Sと し、 そこからの 反射について考察する。 こ こで、 振幅反射率比、 位相差は、 信 号マーク外での反射光を基準と して測定されるものである。
さて、 反射関数は次式で与えられる。
Asexp(i ø s) --- , 77 ) e D
(1)
R i V ) = [ 1 ― ， ）季 D
デルタ関数 <5を使えば上式は次式に書き換えられる,
R ( ，？ 7 )= 1 + . , 77 n )d d 77 "(2)
Figure imgf000004_0001
D
ただし、 AR = Asexp(i ø s )— 1 - (3)
(2)式の積分を離散化して表現しなおすと )式の様になる。
ただし、 Dsは信号マーク Dの面積であり、 nは十分大き く 点群 ( ^,??-)が領域 Dを十分網羅するも のとする。
R(^ , 77 )= 1 +∑AR<5 ( - ^„ , 77 - 7?ra)Ds/n-— )
m = 1
信号マーク Dが光分布 u ( ， 7? )に比べ狭い （例えば、 直径の 比で約 1 Z 2以下） ときには、 u ( f ra , m ) (ただし m = 1， 2， ·
• · ,η) を信号マーク Dの中心（ ^ c ,？? c )での値で代表できる。 また、 一般性をもたせて開口は焦点 Fから見てな ≤ 0 5 ( 0 は光軸と光線とのなす角）の範囲であるとする。 こ こ でな = 0で あれば開口は円形となり、 α > 0であれば開口は輪帯となる。 光検出器に検出される（すなわち絞り レ ン ズによ っ て集光され る）反射光の光量は次式で与えられる。
T (AR , f C , ?? C )= T0 + D S (AR+ Α* ) I ( c , 77 c )
+ (27Γ I -, Ds2/ A 2 ) i AR I2 I c , V c ) ---(5) ただし氺は共役複素数を表し、 T0 ， I nは次式で定義される。
Figure imgf000005_0001
従って標準化された再生信号振幅厶 Ρ (再生信号の有無による検 出光量の差）は次式で表される。
A P (AR , : c , 7? c)= T (AR , f c , ?? c )/T0 - 1
= 2(Ds I( : c , 7? c，ζ)/ΤΒ )Χ
|-(1-Ascos s ) + ( 7Γ Ι-ι Ds / λ 2 )(As£-2As cos s+1)}
"-(8)
さて、 1 つの信号マークから良好に信号を再生するには、 こ れに隣接する信号マークをある距離だけ離すこ とで、 いわゆる ク ロ ス トーク を防止する必要がある。 こ の距離は、 例えばレ ー ザの波長がス = 780nm、 また開口は NA = 0.50の円形開口である 場合、 以下の様にして求まる。
今、 ビーム スポ ッ ト の中心が座標（0,0)に位置し、 信号マーク が座標（^ c， 7? c )に位置する とすれば、 検出信号に対する ク ロ ス ト一ク信号の比は次式で与えられる。
△ P (AR ，^ c，？？ c)/厶 P (AR，0，0) = I(^ c， 7? c )/1(0，0) --(9) 従って、 ク ロ ス トークを- 30dB以下、 即ち△ P (AR , ^ c，？？ c )/
△ P (AR ,0，0)≤ 0.03とするには、 第 2図の曲線 （ a ) から、 c2 + ？? 。 2 ) 2≥ 0.8B^ mでなければならない事が分かる。 す なわち、 信号マーク の直径を dDとすると、 隣接する信号マーク 間の距離は、 （ dD/2 + 0.8B) 以上必要である こ と となる。 一般に記録用の光ディ ス ク の場合、 信号マー ク の直径はレー ザ一 ビー-ムの スポ ッ ト径 dによ ってき ま り、 およそ d D d /2で 関係付けられる。 そして、 一般に集束光のス ポ ッ ト径 d (すなわ ちエア リ 一円盤の第 1暗線 リ ングの直径）は絞り レン ズ 3 1 の開 口数 N Aとレーザーの波長 λに対し、 d = 1.22ス / Ν Αによつ て関係付られる。
従って光デ ィ スク の信号密度は、 λ = 780ηιη、 Ν Α = 0.50の場 合には、 ト ラ ッ ク密度 1.3 tz m、 線密度 1.3 / mが信号再生時の 限界であり、 従って実際上の信号密度の上限と言う事となる。
なお、 開口の形状を輪帯としてスポ ッ ト径 dを小さ く し、 信 号の高密度化を図る という考えは現実的ではない。 その理由は 以下の通りである。 第 2図の曲線 （ b ) は開口が sin0 = 0.44〜 0.B0の輪帯のときの光強度分布を示しており、 メ イ ン ローブの 径が小さ く なる一方、 サイ ド ロ ーブの盛り上がり も生じ、 その ピークがメ イ ンローブのピークの 14%程度まで達する。 信号密 度は上記の通り メ イ ン ローブのス ポ ッ ト径 dに依存し、 dが小 さ く なる輪帯開口の採用で信号密度の向上を図ることができ る 様に思えるが、 実際にはサイ ド ローブの盛り上がりが信号のク ロ ス ト ーク の増大を招く ので信号再生能力はかえつて劣化し、 再生を考慮した場合、 高密度化にはつながらないのである。
また、 レーザ光源 8の短波長化と絞り レ ン ズ 3 1 の大開口化 を行なえば、 信号再生能力を劣化させる こ とな く信号密度を向 上でき る。
しかし、 光源と く に半導体レーザ一の短波長化はきわめて困 難な技術であ り、 大出力の短波長レーザーの開発にはかなり の 時間がかかる'とされている。
また絞り レ ン ズの大開口化に伴い、 （ 1 ) 焦点深度が浅く な り、 ディ スク に対するレ ン ズの傾きやディ フ ォ ーカス等の誤差 に対する-裕度が減少する、 （ 2 ) デ ィ ス ク基材と レ ン ズと の接 触防止のためには、 ヮ一キ ン グデ ィ ス タ ン スを小さ く できない ので絞り レ ンズが大き く重 く な り絞り レ ンズ駆動機構 （ ピ ッ ク ァ ッ プ） の周波数特性が劣化する、 等の問題が生じる こ とから 絞り レ ン ズの大開口化にも限界がある。
こ の様に従来の光ディ ス ク装置では光の回折限界を越える高 密度の信号の再生を実用的に行う こ とは不可能であつた。
発明の開示
本発明はかかる課題に鑑み、 光の回折限界を越えて従来よ り も高密度に記録された信号を良好に再生できる光ディ スク装置 を提供するも ので、 波長 λ のレーザー光源と、 微小な信号マー ク の形成された信号面と、 信号マークにレーザー光を集光する と ともに信号マークからの反射光を受光し導波光に変換する結 合手段とからなり、 信号マークにおける振幅反射率比を As、 位 相差を 0 S、 信号マー ク の面積を D sとした時、 (Ascos0 s-1 )≥— D s ( As2-2Ascos0 s+l)2/4ス 2
もし く は、 Ascos0s= 1を満たすことを特徵とする。
また、 結合手段が導波層上に、 同心円もし く はスパイ ラル状 に構成された周期構造によ り形成されることを特徴とする。 図面の簡単な説明
第 1図は従来例の光ディ スク装置の構成図、 第 2図は光ディ スク反射面上の光強度分布図、 第 3図は本発明の実施例の光デ イ スク装置の断面図、 第 4図は同実施例の光ディ スク装置の外 観図、 第 5図は同実施例における光ディ スクの断面面図、 第 6 図は本発明の他の実施例における光ディ スクの断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の実施例について第 3図から第 6図に基づき説 明する。 第 3図は本実施例の光ディ ス ク装置の断面図である。 第 3図に於いて、 Si基板 1上に低屈折率材で透明層 2を形成 し、 その上に高屈折率材で透明層 3が形成されている。 透明層 3は円形状の部分 3 Aとこれを取り巻く輪帯状の部分 3 Bとか らなり、 それらの間は断絶している。 透明層 3 A、 3 Bの表面 には中心軸 Lに対し同心円状もし くはスパイ ラ ル状の周期構造 のグレーティ ングからなる力ブラ 4 A、 4 Bがそれぞれ中心軸 Lに同心した円形領域上 （または輪帯領域上） と輪帯領域上に 形成されている。
透明層 3 Aの表面には低屈折率の透明層 5 Aを挟んで高屈折 率の透明層 3 Cが形成され、 透明層 3 Cは透明層 3 Bと力ブラ 4 Bの内周側に面した領域で接する。 透明層 3 Cの表面には中 心軸 Lに対し同心円もし く はスパイ ラル状のグレーテ ィ ングか らなる 力ブラ 4 Cが中心軸 Lに同心した円形の領域上に形成さ れている。 透明層 3 Bの表面には力ブラ 4 Bの領域を覆う形で 低屈折率の透明層 5 Bが形成されており、 透明層 5 Bの屈折率 は透明層 5 Aに等しい。 Si基板 1には透明層 3 A, 3 B間の断 絶部に相当する位置に光検出器 6 A、 8 B ( 6 Aは 6 Bの内周側 に面している）が形成されており、 その検出器 6 A ,6 Bと透明 層 3 A ,3 Bの端面を覆う形で透明層 5 A内に反射膜 7が形成さ れている。 また、 中心軸 L近傍の Si基板 1はエ ッ チ ン グ等によ つて開口状態にされている。
半導体レーザー 8を出射した直線偏光の光は集光レ ン ズ 9に より平行光となされ、 その後、 偏光変換素子 1 0 Aによって電 界ベ ク ト ルが、 直線 L上に中心を有し偏光素子 1 0 Aに平行な 円の接線方向にある同心円偏光 （または電界べク トルが動径方 向にある放射偏光） の光 1 1に変換された後、 力ブラ 4。によ つて導波層 3 C内に入力結合し、 導波層 3 C内を外周方向に向 かって伝搬する TEモー ド （または TMモー ド ）の導波光 12 C となる。 導波光 12 Cは導波層 3 Cの最外周領域で導波層 3 B に移り導波光 12 Bとなる。 導波光 12 Bは力ブラ 4 Bよ り放 射し同心円偏光 （または放射偏光） の光 13とな り、 偏光変換 素子 1 0 Bを透過するこ とで直線偏光の光 1 4に変換され、 光 ディ ス ク 1 5の反射面 16上の点 Fに集光する。
反射面 1 6において反射する光は偏光子 1 0 Bを透過する こ とで再び同心円偏光（または放射偏光）の光 17 A、 17 Bに変 換され、 光デ ィ スクからの反射光を導波光に変換する結合手段 である 力ブラ 4Aと 4 Bにより、 導波層 3 A、 3 B内に入力結 合してそれぞれ層内を外周方向、 内周方向に向かって伝搬する T Eモー ド（または T Mモー ド）の導波光 18 A、 18 Bとなる。 導波光 1 8 A、 188ともに導波層3 、 3 Bの最外端部、 最 内端部で放射され、 それぞれ光検出器 6 A、 6 Bに受光される。 なお反射膜 7は導波層 3 A、 3 Bの端部からの放射光を反射し て光検出器 6 A、 6 Bに導く一方、 導波光 12 Cの散乱光や外 乱光が光検出器 6 A、 6 Bへ漏れ込むのを防ぐ。
第 4図は上記実施例の光ディ ス ク装置を、 その一部を切り欠 いて示した外観図である。 グレーティ ングカブラ 4 Bは中心 0 を通る 3つの直線で六つの領域に分割されている。 すなわち、 4 B 1 ,4 B 2 ,4 B 3 ,4 B 4 ,4 B 5 ,4 B 6の領域に分割され ている。 力ブラ 4 B 1および 4 B 4は中心 0の対角位置にあり、 その放射光は共に点 F Cに集光する。
力ブラ 4 B 2と 4 B 5、 4 B 3と 4 B 6もそれぞれ中心 0の 対角位置にあり、 そ らの放射光は共に中心軸 L上の点 FA、 F Bに集光する。 なお、 F C iF A、 F Bのほぼ中点に位置す る。
フ ォーカスエラー信号は力ブラ 4 B 2，4 B 5と 力ブラ 4 B 3 ,4 B 6における結合光量の差から検出を行い、 再生信号はカブ ラ 4 B 1，4 B 4 ,4 Aでの結合光量の和から検出を行なう。
第 5図は本発明の実施例における光ディ スクの断面図を示す。 光ディ スクは、 透明基板 20の表面に、 誘電体層 2 1、 活性層 22、 誘電体層 23、 反射層 24の多層膜を成膜し、 更に反射 層 24に接着層 25で透明基板 26を接着して形成されている。 信号マークが形成される信号面、 すなわち活性層 22は相変化 -8- 型光デ ィ スク の記録膜のよ うな、 熱によって光学定数の変化す る材料が用いられており、 2 7 は活性層 2 2に集光された光を 照射して加熱する こ とで形成した信号マークである。
透明基板 2 0側から入射する光に対する反射関数は信号マー クの内外で位相，振幅とも異な り、 誘電体層 2 1 , 2 3、 活性層 2 2、 誘電体層 2 3、 反射層 2 4の各層の厚みやこれらの光学 定数を適宜選択して組み合わせる こ とによ り
( Ascos0 s -1)≥ - Ds ( As2-2Aseos0 s +1 )2/4 λ 2 ---(10) もし く は、 '
Ascos0 s = 1 ---(11) を満たすよ う に設計されている。 ただし AS， 0 Sは、 信号マーク
2 7 と、 信号マーク外とにおける反射光の振幅反射率比と位相 差であ り、 Dsは信号マーク 2 7の面積、 λは光源の波長である。
さて、 本実施例において、 力ブラからの放射直後の複素振幅 分布を w(x，y)とし、 また同じ面 （力ブラ表面） 内での反射光の 複素振幅分布を r (x，y)とする と反射光の導波光への結合効率は 近似的に I S I2に比例する。 ただし、
S二 ,y) r (X，y)dxdy ---(12)
Figure imgf000011_0001
でめる。
反射面上の複素振幅分布 u i ^ , ?? )を使って、 Sは次式に書き 換 x_りれる。
Figure imgf000011_0002
信号マーク Dがディ スク面上での光分布 u ，η )に比べ小さい と きには、 u ( ^ ra，？7 ra) (ただし m = 1，2 ,· · · ,η) を信号マーク Dの中心（ c， c )での値で代表でき るので、 入力結合した導波 光の、 再生信号の有無に伴う標準化された光量変化量△ P (再生 信号振幅）は次式で与えられる。
A P (AR , : C , 7? C )= I S (AR , : C , 7? C )/ S 0 I2 - 1
= I 1 + Ds AR υ 2 ( f c ,？? c)/ S 0 I2 - 1 ---(14) ただし
S -( 15) める。
開口形状が焦点 Fから見て ≤ 0≤ )S ( 0は光軸と光線とのな す角）の輪帯の場合、 力ブラ の瞳関数 P (x，y)は次式で表される。
f tana≤ (x2+y2 )5 /2≤ f tan/S
P (x,y) = --( 16)
0 --- ±. L >人クト
、
放射光の振幅が iw(x，y)i= P (x,y)cos2 0で表される とする と（14)式は次式に書き換えられる。
Δ P (AR c , 7? c ) = (DS /2TT f2 I-, )I( f c ,？? c)
X {AR+AR* +(Ds/2?r f -i ) IAR I2 c , 77 c ) }--- ( 17) 従って、 上記従来例と同様に、 ビーム スポ ッ ト の中心が座標 (0，0)に位置し、 信号マーク の中心が座標（f C , 7? C )に位置する とすれば、 本実施例における信号のク ロ ス トーク は次式で与え られる。
ΔΡ(Ακ ,^ς , ?7 c)/AP(AR ,0,0) = ( K 7 c , 7? c)/I (0,0)}
X (AR+AR* +(2TT I-iDs/ 2)lAR 12 1( C，？7 C )/ 1 (0，0) }
/{AR+A +(2 TT I-iDs/λ 2 ) IAR I2 } --- (18) なお I ( ^ c， 7? c )/I (0，0) 1の時には次式に近似される。
ΔΡ(ΑΚ , ^ c , 7? c)/AP(AR ,0,0)
= i(^c , ?? c)/I(0,0,z){l + Dc(2?r I-iDs/λ 2 )} --- (13) ただし、 DC二 I AR 12/ (AR + AR ) (20) 従って
1 /Dc≥一 π 〖- ---(21) であれば信号のク 口 ス トークは信号位置での光分布の強度比 I( c，？？ c )/1 (0,0)よ り も小さ く、 IDC Iが大きいほどク π ス ト一 クは小さ く なる。 特に、 反射面の信号マークにおいて、 次式
Figure imgf000013_0001
の関係が成り立てば（18)式は次式に書き換えられる。
APCAR ^ C , 7? c)/AP(AR ,0,0) = {I( c , 7? c )/K0s0)}2
---(23) 力ブラ の開口が円形形状で N A = 0,5(sinな：: 0,sinyS=0.5)の 場合には（7)式よ り 7Γ し 〜 1/2であ り、 （21)式は近似的に（10)式 に書き換えられる。 また（22)式は（11)式に一致する。 この様に 信号マークが（10)式を満たせば、 信号のク ロ ス トーク を著し く 小さ く する こ とができ、 特に（11)式を満たす場合にはク ロ ス ト ークは、 従来の集光素子を用いた場合のク ロ ス トーク （（3)弍参 照）の 2乗に等し く な り著し く低減できる。 （11)式を満たす場合 には、 ク ロ ス トークが- 30dB以下、 すなわち△ P (J ， f c ,？? c )/ 厶？ [¾ ,0,0) 0.03となる条件は 1 ( :(： ， 7? (：)/ 1 (0，0)≤0.18で あり、 第 2図の曲線 （ a ) からは、 （ c2+77 c2 ) 2≥ 0.53 m であれば良いこ とになる。 すなわち、 信号マークの直径を dDと する と隣接する信号マーク間の距離は（ dD/2+0.53) z mであれ ばよ く、 dDを従来例と同一の 0.35^ mと した場合、 ト ラ ッ ク密 度、 線密度の限界はそれぞれ 1.07 z mにまで圧縮される。 こ の 値は従来の限界値を越えるものであり、 光の回折限界を越えた 記録密度の信号再生を行う ことができ る。 また、 開口に輪帯形状を採用して第 2図の曲線 （b ) の光強 度分布になる とき、 サイ ド ローブピーク位置に、 隣接する信号 マークが存在する場合であっても、 それによ り生じる ク ロス ト ーク の レベルは- 34dBであ り、 -3 OdBを十分に下回る こ とが出 来る。 またメ イ ンローブについて見れば、 ク ロ ス トーク - 30dB以 下を達成するには（^ 02 + ?? 02 ) 2≥ 0.3S ji mであれば良いこ と が分かる。
従って従来例の場合と同一条件の d D = 0.S5;z mで比較した場 合、 ト ラ ッ ク密度、 線密度の限界は 0.87 /z mまで圧縮され、 従 来例では採用できなかった輪帯開口の特徴を効果的に生かすこ とができ る。
なお一般に の信号マークからの反射光は散乱しゃす く、 反射光の光分布は開口（すなわち輪帯形状のグレ ーテ ィ ン グカブ ラ 4 Βの領域）の外部、 特に輪帯の内側の円形領域にはみでる。 従って（10) , (11)式等の条件下で信号マークを設計した場合、 信 号のク ロ ス トークを小さ く できる反面、 反射光中の信号成分の 多く が力ブラ 4 Βの内側の円形領域に集ま り、 検出光量は低下 し信号品質 （ CZN) は劣化する。
よって本実施例のごと く、 力ブラ 4 Βの内側の円形領域内に 力ブラ 4 Αを形成すれば、 この領域の反射光をも導波光に変換、 検出する'こ とができ、 信号品質 （ CZN) の向上と ク ロ ス ト ー ク除去との両立を図るこ とができ る。
第 6図は本発明の他の実施例における光ディ ス ク の断面図を 示す。 光デ ィ スクは透明基板 20の表面に、 誘電体層 2 1、 反 射層 24の多層膜を形成し、 更に反射層 24を接着層 25によ つて透明基板 2 6に接着して形成される。
透明基,板 2 0 の表面には透明基板 2 6から見て凹状（または 凸状）の ピ ッ ト 2 8 (信号マーク ）が形成されてお り、 誘電体層 2 1 の膜厚がピ ッ ト 内外で異なる。 即ち、 一般に成膜速度は成膜 面の表面形状に依存し、 成膜側から見て凹状の位置は凸状の位 置に比べ視野角が狭いので成膜速度は遅 く膜厚が薄く なる。
従って透明基板 2 0側から入射する光に対する反射関数は ピ ッ ト 内外で位相，振幅とも異な り、 ピ ッ ト 内外での誘電体層 2 1 の膜厚を管理する こ とで（1 0 )，（1 1 )式を満たすよ うに設計するこ とができ、 上記の実施例と同じ効果が得られる。 本実施例は熱 によつて光学定数の変化する活性層を用いないので使用対象を 再生専用に限るが、 上記実施例に比べ構成が簡単で製造しやす い利点がある。
なお、 反射光が導波層内に入力結合すると きの関係式（1 2 )は、 本実施例で示したもの以外の形態の力ブラであっても成立つ。 従って、 光ヘ ッ ドの構成は上記実施例以外のも のであっても光 ディ ス クからの反射光を導波光に変換する形態（いわゆる 力ブラ )のものであれば、 同じよう にク ロ ス トー ク除去の効果が得られ 産業上の利用可能性
以上本発明の光ディ スク装置によ り、 信号のク ロ ス トーク を 著し く 小さ く するこ とができ、 光の回折限界を越えた高密度の 信号再生'を行う こ とができ る。

Claims

請求の範囲
1. レーザー光源と、 信号マーク の形成された信号面と、 前記 信号面に波長ス のレーザー光を集光する とともに信号面からの 反射光を.受光し導波光に変換する結合手段とからなり、 前記射 信号の信号マーク外に対する振幅反射率比を As、 位相差を 0S、 信号マーク の面積を Dsとした時、
(Ascos0 s-l)≥ - Ds (As2-2Ascos0 s + l)2/4 λ 2 もし く は、
A s cos ø s =.1
を満たすこ とを特徴とする光ディ スク装置。
2. 請求の範囲第 1項において、 前記結合手段が導波層上の同 心円も し く はスパイ ラ ル状の周期構造により構成される こ とを 特徴とする光ディ ス ク裝置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5702760A (en) * 1992-06-05 1997-12-30 J.M. Voith Gmbh Process for coating running webs

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5274720A (en) * 1991-08-22 1993-12-28 Olympus Optical Co., Ltd. Optical system having a ring-shaped waveguide
US5345435A (en) * 1991-08-30 1994-09-06 Sony Corporation Optical disc and method for recording on optical disc
US5471548A (en) * 1993-01-15 1995-11-28 Eastman Kodak Company Segmented waveguide gratings used as optical recording sensors
EP0709938B1 (en) * 1994-10-31 2002-01-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Wavelength locking device, beam collimating device, and optical disk apparatus
WO2004072686A2 (en) * 2003-02-12 2004-08-26 California Institute Of Technology Radial bragg ring resonator
US20110013056A1 (en) * 2009-07-17 2011-01-20 Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware Color filters and demosaicing techniques for digital imaging
KR102407142B1 (ko) 2017-06-30 2022-06-10 삼성전자주식회사 빔 스티어링 소자 및 이를 포함하는 전자 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57501980A (ja) * 1980-12-18 1982-11-04
JPS60263350A (ja) * 1984-06-08 1985-12-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光ピツクアツプ

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3482147D1 (de) * 1983-06-27 1990-06-07 Optical Disc Corp Optisches duennfilm-aufzeichnungsmedium mit hohem kontrast.
JPS63164034A (ja) * 1986-12-26 1988-07-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光導波路型光ピツクアツプ
GB8728342D0 (en) * 1987-12-03 1988-01-06 Bt & D Technologies Ltd Light sources
KR920006309B1 (ko) * 1987-12-29 1992-08-03 마쓰시다 덴기 산교 가부시기가이샤 광학헤드 장치
JP2736894B2 (ja) * 1988-05-27 1998-04-02 株式会社日立製作所 光ピックアップ並びにそれを備えた光ディスク装置及びロータリエンコーダ
EP0360466B1 (en) * 1988-09-09 1997-01-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical information recording medium and information recording and reproducing method therefor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57501980A (ja) * 1980-12-18 1982-11-04
JPS60263350A (ja) * 1984-06-08 1985-12-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光ピツクアツプ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP0431194A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5702760A (en) * 1992-06-05 1997-12-30 J.M. Voith Gmbh Process for coating running webs

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DE69014281T2 (de) 1995-04-27
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US5159650A (en) 1992-10-27

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