JP2765226B2 - Optical disk drive - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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
好に再生可能なディスク装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a disk device capable of reproducing a signal recorded at an extremely high density satisfactorily.

背景技術 従来の光ディスク装置における、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。BACKGROUND ART Reproduction of a signal recorded on a disk in a conventional optical disk device will be described with reference to the drawings together with the configuration of the disk device.

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30を経て絞りレンズ31によ
り、信号マークの形成された光ディスクの反射面16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16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31を経たのちハーフミラー30で光
検出器32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33により増幅される。In a conventional optical disk apparatus, as shown in FIG. 1, light emitted from a semiconductor laser 8 is converted into parallel light by a condenser lens 9, passed through a half mirror 30, and formed with a signal mark by an aperture lens 31. Irradiation is performed in a state of being narrowed down on the reflection surface 16. A part of the irradiated light is reflected by the reflecting surface 16, and the reflected light includes information of a signal recorded on the disk. The light is reflected by the mirror 30 and guided to the photodetector 32 to detect a recording signal on the disk. This detection signal is amplified by the amplifier 33.

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。The recording density of a signal in a conventional optical disk device configured as described above has a limit in terms of a technique for reproducing the signal, and is limited. The description is given below.

ディスク上には、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
定数を変化させたものや、ディスクに微小な凹部や凸部
を形成したもの等がある。Many minute signal marks are formed on the disk. The signal mark is formed by heating a minute area on the recording film and causing a phase change in the film material to change the optical constant of the minute area, or forming a minute concave or convex part on the disk. There are things.

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。The information recorded on this signal mark is reproduced from the reflected light by irradiating the signal mark with laser light focused on a minute spot.

第１図の構成の光ディスク装置において、レーザ８の
波長がλ＝780nm、絞りレンズ31の開口数がNA＝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（（ξ，η）座標系とする）上に照射される光
強度分布Ｉ（ξ，η）は、第２図に示す曲線（ａ）とな
る。ここで、ｕ（ξ，η）を光振幅分布とすれば、Ｉ
（ξ，η）＝|u（ξ，η）|²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（ξ_c,η_ｃ）、振幅反射率比をA_s、位相差をφ_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。In the optical disk device having the configuration shown in FIG. 1, the wavelength of the laser 8 is λ = 780 nm, and the numerical aperture of the aperture lens 31 is NA = 0.50.
In the case where the laser intensity is uniform in the aperture, the light intensity distribution I (ξ, η) radiated on the disk reflection surface (referred to as the (ξ, η) coordinate system) is shown in FIG. The curve (a) shown in FIG. Here, if u (ξ, η) is an optical amplitude distribution, I
(Ξ, η) = | u (ξ, η) | ² Next, the center coordinates of the minute signal mark D on the disk reflecting surface are (ξ _c , η _c ), and the amplitude reflectance ratio is A _s , phase difference φ _s
And consider the reflection therefrom. Here, the amplitude reflectance ratio and the phase difference are measured based on the reflected light outside the signal mark.

さて、反射関数は次式で与えられる。 Now, the reflection function is given by the following equation.

デルタ関数δを使えば上式は次式に書き換えられる。 If the delta function δ is used, the above equation can be rewritten as the following equation.

ただし、A_R＝A_sexp（ｉφ_ｓ）−１ …（３） （２）式の積分を離散化して表現しなおすと（４）式の
様になる。ただし、D_sは信号マークＤの面積であり、ｎ
は十分大きく点群（ξ_m,η_ｍ）が領域Ｄを十分網羅する
ものとする。 However, A _R = A _s exp (iφ _s ) −1 (3) If the integral of equation (2) is discretized and expressed again, equation (4) is obtained. Here, D _s is the area of the signal mark D, and n
Is sufficiently large and the point group (ξ _m , η _m ) sufficiently covers the area D.

信号マークＤが光分布ｕ（ξ，η）に比べ狭い（例え
ば、直径の比で約1/2以下）ときには、ｕ（ξ_m,η_ｍ）
（ただしｍ＝1,2,…,n）を信号マークＤの中心（ξ_c,η
_ｃ）での値で代表できる。 When the signal mark D is narrower than the light distribution u (ξ, η) (for example, about 1/2 or less in diameter ratio), u (ξ _m , η _m )
(Where m = 1, 2,..., N) is the center of the signal mark D (ξ _c , η)
_c ) can be represented by the value in the above.

また、一般性をもたせて開口は焦点Ｆから見てα≦θ
≦β（θは光軸と光線とのなす角）の範囲であるとす
る。ここでα＝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。Also, for generality, the aperture is α ≦ θ when viewed from the focal point F.
It is assumed that ≤β (θ is the angle between the optical axis and the light beam). Here, if α = 0, the aperture is circular, and if α> 0, the aperture is an annular zone.

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。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,ξ_C,η_Ｃ）＝T₀＋D_S（A_R＋▲Ａ^* _R▼）Ｉ（ξ_C,
η_Ｃ） ＋（２πI_-1D_S ²/λ^２）|A_R|²I（ξ_C,η_Ｃ） …（５） ただし＊は共役複素数を表し、T₀,I_nは次式で定義さ
れる。 _{T (A R, ξ C,} η C) = T 0 + D S (A R + ▲ A * R ▼) I (ξ C,
_{η C) + (2πI -1 D} S 2 / λ 2) | A R | 2 I (ξ C, η C) ... (5) provided that * represents complex conjugate, T _0, I _n is defined as: Is done.

従って標準化された再生信号振幅ΔＰ（再生信号の有
無による検出光量の差）は次式で表される。 Therefore, the standardized reproduction signal amplitude ΔP (difference in the detected light amount depending on the presence or absence of the reproduction signal) is expressed by the following equation.

ΔＰ（A_R,ξ_C,η_Ｃ）＝Ｔ（A_R,ξ_C,η_Ｃ）/T₀−１ ＝２（D_SI（ξ_C,η_C,z）/T₀）× ｛−（１−A_Scosφ_Ｓ）＋（πI_-1D_S/λ^２）（A_S ²
−2A_Scosφ_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λ＝780nm、また開口はN
A＝0.50の円形開口である場合、以下の様にして求ま
る。ΔP (A _R , _C , η _C ) = T (A _R , ξ _C , η _C ) / T ₀ −1 = 2 (D _S I (ξ _C , η _C , z) / T ₀ ) × ｛− _{(1-A S cosφ S)} + (πI -1 D S / λ 2) (A S 2
−2A _S cos φ _s +1)｝ (8) To reproduce a signal from one signal mark satisfactorily, it is necessary to prevent a so-called crosstalk by separating a signal mark adjacent to the signal mark by a certain distance. is there. This distance is, for example, the wavelength of the laser is λ = 780 nm, and the aperture is N
In the case of a circular aperture of A = 0.50, it can be obtained as follows.

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（ξ_C,η_Ｃ）に位置するとすれば、検
出信号に対するクロストーク信号の比は次式で与えられ
る。Now, the center of the beam spot is located at coordinates (0,0),
Assuming that the signal mark is located at the coordinates (ξ _C , η _C ), the ratio of the crosstalk signal to the detection signal is given by the following equation.

ΔＰ（A_R,ξ_C,η_Ｃ）／ΔＰ（A_R,0,0） ＝Ｉ（ξ_C,η_Ｃ）/I（0,0） …（９） 従って、クロストークを−30dB以下、即ちΔＰ（A_R,
ξ_C,η_Ｃ）／ΔＰ（A_R,0,0）≦0.03とするには、第２図
の曲線（ａ）から、（ξ_C ²＋η_C ²）^1/2≧0.86μｍでな
ければならない時が分かる。すなわち、信号マークの直
径をd_Dとすると、隣接する信号マーク管の距離は、（d_D
/2＋0.86）μｍ以上必要であることとなる。ΔP (A _R , _C , η _C ) / ΔP (A _R , 0,0) = I (ξ _C , η _C ) / I (0,0) (9) Therefore, the crosstalk can be reduced to -30 dB or less. That is, ΔP (A _R ,
_{ξ C, η C) / ΔP} (A R, 0,0) in a ≦ 0.03 from curve of FIG. 2 ^{_{(a), (ξ C 2}} + η C 2) unless ^1/2 ≧ 0.86 .mu.m I know when not to be. That is, if the diameter of the signal mark and d _D, the distance of the adjacent signal marks tubes, (d _D
/2+0.86) μm or more is required.

一般に記録用の光ディスクの場合、信号マークの直径
はレーザー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（すなわちエアリー円盤の第１暗線リング
の直径）は絞りレンズ31の開口数NAとレーザーの波長λ
に対し、ｄ＝1.22λ/NAによって関係付けられる。Generally, in the case of an optical disc for recording, the diameter of a signal mark is determined by the spot diameter d of a laser beam, and is related by approximately d _D ≒ d / 2. In general, the spot diameter d of the focused light (that is, the diameter of the first dark line ring of the Airy disk) is determined by the numerical aperture NA of the aperture lens 31 and the wavelength λ of the laser.
For d = 1.22λ / NA.

従って光ディスクの信号密度は、λ＝780nm、NA＝0.5
0の場合には、トラック密度1.3μｍ、線密度1.3μｍ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。Therefore, the signal density of the optical disk is λ = 780 nm, NA = 0.5
In the case of 0, the track density of 1.3 μm and the linear density of 1.3 μm are the limits at the time of signal reproduction, and are therefore the upper limits of the actual signal density.

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sinθ＝0.44〜0.60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14％程度まで達する。信号密度は蒸気の通りメ
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って
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。It is not realistic to use a ring-shaped aperture to reduce the spot diameter d and increase the signal density.
The reason is as follows. The curve (b) in FIG. 2 shows the light intensity distribution when the aperture is a ring zone of sin θ = 0.44 to 0.60. While the diameter of the main lobe is small, the side lobe also rises, and the peak is the main lobe. The peak of the lobe reaches about 14%. The signal density depends on the spot diameter d of the main lobe as in the case of steam, and it seems that the signal density can be improved by adopting a ring-shaped aperture where d becomes smaller. This leads to an increase in crosstalk, so that the signal reproduction capability is rather deteriorated, and when reproduction is considered, it does not lead to higher density.

また、レーザ光源８の短波長化と絞りレンズ31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。If the wavelength of the laser light source 8 is reduced and the aperture of the aperture lens 31 is increased, the signal density can be improved without deteriorating the signal reproduction capability.

しかし、光源とくに半導体レーザーの短波長化はきわ
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。However, shortening the wavelength of a light source, especially a semiconductor laser, is an extremely difficult technique, and it is said that development of a high-power short-wavelength laser takes a considerable amount of time.

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、ワーキングディ
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（ピックアップ）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。Further, as the aperture of the aperture lens becomes larger, (1) the depth of focus becomes shallower, and the tolerance for errors such as tilt of the lens with respect to the disc and defocusing decreases, and (2) prevention of contact between the disc base material and the lens. Therefore, since the working distance cannot be reduced, the aperture lens becomes large and heavy, and the frequency characteristic of the aperture lens driving mechanism (pickup) deteriorates. Therefore, there is a limit in increasing the aperture of the aperture lens.

この様に従来の光ディスク装置では光の回析限界を越
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
あった。As described above, it is impossible to practically reproduce a high-density signal exceeding the diffraction limit of light with the conventional optical disk device.

発明の開示 本発明はかかる課題に鑑み、光の回析限界を越えて従
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A_S、位相差をφ_Ｓ、信
号マークの面積をD_Sとした時、 （A_Scosφ_Ｓ−１）≧−D_S（A_S ²−2A_Scosφ_Ｓ＋１）²/4
λ^２ もしくは、A_Scosφ_Ｓ＝１を満たすことを特徴とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, the present invention provides an optical disk device capable of reproducing a signal recorded at a higher density than the conventional one, exceeding the diffraction limit of light. A signal surface on which a signal mark is formed, and coupling means for focusing laser light on the signal mark, receiving reflected light from the signal mark, and converting the reflected light into guided light. _S, when a phase difference phi _S, the area of the signal mark and the _{D S, (a S cosφ S} -1) ≧ -D S (a S 2 -2A S cosφ S +1) 2/4
λ ² or A _S cos φ _S = 1.

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。Further, the coupling means is formed on the waveguide layer by a concentric or spiral periodic structure.

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
実施例の光ディスク装置の断面図、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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional optical disk device, FIG. 2 is a light intensity distribution diagram on a reflection surface of an optical disk, FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical disk device according to an embodiment of the present invention, FIG. FIG. 5 is an external view of the optical disk device of the embodiment, FIG. 5 is a sectional view of the optical disk in the embodiment, and FIG. 6 is a sectional view of the optical disk in another embodiment of the present invention.

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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 3 is a sectional view of the optical disk device of the present embodiment.

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3Aとこれを取り巻く輪帯
状の部分3Bとからなり、それらの間は断絶している。透
明層3A、3B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をグレーティングからなるカプ
ラ4A、4B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。In FIG. 3, a transparent layer 2 made of a low refractive index material
Is formed, and a transparent layer 3 of a high refractive index material is formed thereon. The transparent layer 3 is composed of a circular portion 3A and a ring-shaped portion 3B surrounding the circular portion 3A. On the surfaces of the transparent layers 3A and 3B, couplers 4A and 4B made of gratings have a periodic structure concentric or spiral with respect to the central axis L. It is formed on the band region.

透明層3Aの表面には低屈折率の透明層5Aを挾んで高屈
折率の透明層3Cが形成され、透明層3Cは透明層3Bとカプ
ラ4Bの内周側に面した領域で接する。透明層3C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
ティングからなるカプラ4C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3Bの表面にはカプラ4B
の領域を覆う形で低屈折率の透明層5Bが形成されてお
り、透明層5Bの屈折率は透明層5Aに等しい。Si基板１に
は透明層3A,3B間の断絶部に相当する位置に光検出器6
A、6B（6Aは6Bの内周側に面している）が形成されてお
り、その検出器6A,6Bと透明層3A,3Bの端面を覆う形で透
明層5A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って開口状態にされ
ている。A transparent layer 3C having a high refractive index is formed on the surface of the transparent layer 3A with the transparent layer 5A having a low refractive index therebetween, and the transparent layer 3C is in contact with the transparent layer 3B in a region facing the inner peripheral side of the coupler 4B. On the surface of the transparent layer 3C, a coupler 4C formed of a concentric circle or a spiral grating with respect to the central axis L is formed on a circular region concentric with the central axis L. Coupler 4B on the surface of the transparent layer 3B
The transparent layer 5B having a low refractive index is formed so as to cover the area of the transparent layer 5B, and the refractive index of the transparent layer 5B is equal to that of the transparent layer 5A. A photodetector 6 is provided on the Si substrate 1 at a position corresponding to a break between transparent layers 3A and 3B.
A and 6B (6A faces the inner peripheral side of 6B) are formed, and a 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. Is formed. Also, the center axis L
The nearby Si substrate 1 is opened by etching or the like.

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10A
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10Aに平行な円の接線方向にある同心円偏光（または
電界ベクトルが動径方向にある放射偏光）の光11に変換
された後、カプラ4Cによって導波層3C内に入力結合し、
導波層3C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12Cとなる。12Cは導波層3Cの最
外周領域で導波層3Bに移り導波光12Bとなる。導波光12B
はカプラ4B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10Bを透過することで直線
偏光の光14に変換され、光ディスク15の反射面16上の点
Ｆに集光する。The linearly polarized light emitted from the semiconductor laser 8 is converted into parallel light by the condenser lens 9, and then the polarization conversion element 10 A
After the electric field vector is converted into concentric circularly polarized light 11 (or radially polarized light whose electric field vector is in the radial direction) in the tangential direction of the circle parallel to the polarizing element 10A with the center on the straight line L, the coupler 11 Input coupled into the waveguide layer 3C by 4C,
The light becomes the TE mode (or TM mode) guided light 12C that propagates in the outer circumferential direction in the waveguide layer 3C. 12C moves to the waveguide layer 3B in the outermost peripheral region of the waveguide layer 3C and becomes the guided light 12B. Guided light 12B
Radiates from coupler 4B and is concentrically polarized (or radiated polarized)
The light 13 is converted into linearly polarized light 14 by passing through the polarization conversion element 10B, and is condensed on a point F on the reflection surface 16 of the optical disk 15.

反射面16において反射する光は偏光子10Bを透過する
ことで再び同心円偏光（または放射偏光）の光17A、17B
に変換され、光ディスクからの反射光を導波光に変換す
る結合手段であるカプラ4Aと4Bにより、導波層3A、3B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TEモード（またはTMモード）の導波光18
A、18Bとなる。導波光18A、18Bともに導波層3A、3Bの最
外端部、最内端部で放射され、それぞれ光検出器6A、6B
に受光される。なお反射膜７は導波層3A、3Bの端部から
の放射光を反射して光検出器6A、6Bに導く一方、導波光
12Cの散乱光や外乱光が光検出器6A、6Bへ漏れ込むのを
防ぐ。The light reflected on the reflection surface 16 passes through the polarizer 10B, and is concentrically polarized light (or radiation polarized light) 17A, 17B again.
Are coupled into the waveguide layers 3A and 3B by couplers 4A and 4B, which are coupling means for converting the reflected light from the optical disc into the guided light, and the respective layers are directed toward the outer circumferential direction and the inner circumferential direction. Propagated TE mode (or TM mode) guided light 18
A, 18B. Both the guided lights 18A and 18B are emitted at the outermost and innermost ends of the waveguide layers 3A and 3B, respectively, and the photodetectors 6A and 6B respectively.
Received. The reflection film 7 reflects the radiation emitted from the ends of the waveguide layers 3A and 3B and guides the radiation to the photodetectors 6A and 6B.
This prevents 12C scattered light and disturbance light from leaking into the photodetectors 6A and 6B.

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。グレーティングカプラ
4B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、4B1,4B2,4B3,4B4,4B5,4B6の領域に分
割されている。カプラ4B1および4B4は中心０の対角位置
にあり、その放射光は共に点FCに集光する。FIG. 4 is an external view of the optical disk device of the above embodiment, with a part thereof cut away. Grating coupler
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. The couplers 4B1 and 4B4 are located at diagonal positions of the center 0, and their emitted light is both focused on the point FC.

カプラ4B2と4B5、4B3と4B6もそれぞれ中心０の対角位
置にあり、それらの放射光は共に中心軸Ｌ上の点FA、FB
に集光する。なお、FCはFA、FBのほぼ中点に位置する。The couplers 4B2 and 4B5, and 4B3 and 4B6 are also located at diagonal positions of the center 0, respectively, and their emitted lights are both points FA and FB on the central axis L.
Focus on FC is located almost at the midpoint between FA and FB.

フォーカスエラー信号はカプラ4B2,4B5とカプラ4B3,4
B6における結合光量の差から検出を行い、再生信号はカ
プラ4B1,4B4,4Aでの結合光量の和から検出を行なう。Focus error signals are output from couplers 4B2, 4B5 and 4B3, 4
Detection is performed from the difference in the coupled light amounts at B6, and the reproduction signal is detected from the sum of the coupled light amounts at the couplers 4B1, 4B4, and 4A.

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、該電体層
21、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、27
は活性層22に集光された光を照射して過熱することで形
成した信号マークである。FIG. 5 is a sectional view of an optical disk according to an embodiment of the present invention. The optical disk has the electric layer on the surface of the transparent substrate 20.
It is formed by forming a multilayer film of 21, an active layer 22, a dielectric layer 23, and a reflective layer 24, and further bonding a transparent substrate 26 to the reflective layer 24 with an adhesive layer 25. The signal surface on which the signal mark is formed, that is, the active layer 22 is made of a material whose optical constant changes by heat, such as a recording film of a phase change optical disk.
Is a signal mark formed by irradiating the condensed light on the active layer 22 and heating it.

透明基板20側から入射する光に対する反射関数は信号
マークを内外で位相，振幅とも異なり、誘電体層21,2
3、活性層22、誘電体層23、反射層24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 （A_scosφ_ｓ−１）≧ −D_s（A_s ²2A_scosφ_ｓ＋１）²4λ^２ …（10） もしくは、 A_scosφ_ｓ＝１ …（11） を満たすように設計されている。ただしA_s,φ_ｓは、信
号マーク27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、D_sは信号マーク27の面積、λは
光源の波長である。The reflection function for the light incident from the transparent substrate 20 side differs between the signal marks inside and outside, both in phase and amplitude.
3, the active layer 22, the dielectric layer 23, the layers of the reflective layer 24 thickness or by selecting and combining these optical constants appropriately _{(A s cosφ s -1) ≧} -D s (A s 2 2A s cosφ ^{_{s +1) 2 4λ 2 ... (}} 10) or is designed to meet the _{a s cosφ s = 1 ... (} 11). Where A _s and φ _s are the amplitude reflectance ratio and the phase difference of the reflected light between the signal mark 27 and the outside of the signal mark, D _s is the area of the signal mark 27, and λ is the wavelength of the light source.

さて、本実施例において、カプ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（カプラ表
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|S|²に比例す
る。ただし、 である。Now, in this embodiment, the complex amplitude distribution immediately after emission from the coupler is w (x, y), and the complex amplitude distribution of the reflected light in the same plane (coupler surface) is r (x, y). The coupling efficiency of the reflected light to the guided light is approximately proportional to | S | ² . However, It is.

反射面上の複素振幅分布ｕ（ξ，η）を使って、Ｓは
次式に書き換えられる。Using the complex amplitude distribution u (ξ, η) on the reflecting surface, S can be rewritten as

信号マークＤがディスク面上での光分布ｕ（ξ，η）に
比べ小さいときには、ｕ（ξ_m,η_ｍ）（ただしｍ＝1,2,
…,n）を信号マークＤの中心（ξ_c,η_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ΔＰ（再生信号振幅）は次
式で与えられる。 When the signal mark D is smaller than the light distribution u (ξ, η) on the disk surface, u (ξ _m , η _m ) (where m = 1, 2,
.., N) can be represented by the value at the center (ξ _c , η _c ) of the signal mark D. Therefore, the standardized light amount variation ΔP (reproduced signal amplitude) of the input-coupled guided light with or without the reproduced signal. Is given by the following equation.

ΔＰ（A_R,ξ_C,η_Ｃ）＝|S（A_R,ξ_C,η_Ｃ）/S₀|²−１ ＝|1＋D_sA_Ru²（ξ_c,η_ｃ）/S₀|²−１ …（14） ただし である。 _{ΔP (A R, ξ C,} η C) = | S (A R, ξ C, η C) / S 0 | 2 -1 = | 1 + D s A R u 2 (ξ c, η c) / S 0 | ² -1 ... (14) where It is.

開口形状が焦点Ｆから見てα≦θ≦β（θは光軸と光
線とのなす角）の輪帯の場合、カプラの瞳関数Ｐ（x,
y）は次式で表される。When the aperture shape is an annular zone of α ≦ θ ≦ β (θ is the angle between the optical axis and the light ray) when viewed from the focal point F, the pupil function P (x,
y) is represented by the following equation.

放射光の振幅が|w（x,y）｜＝Ｐ（x,y）cos²θで表され
るとすると（14）式は次式に書き換えられる。 Assuming that the amplitude of the emitted light is represented by | w (x, y) | = P (x, y) cos ² θ, the expression (14) can be rewritten as the following expression.

ΔＰ（A_R,ξ_C,η_Ｃ）＝（D_s/2πf²I_-1）Ｉ（ξ_c,
η_ｃ） ×｛A_R＋▲Ａ^* _R▼＋（D_s/2πf²I_-1）|A_R|²I
（ξ_c,η_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
（ξ_c,η_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。 _{ΔP (A R, ξ C,} η C) = (D s / 2πf 2 I -1) I (ξ c,
η _c ) × ｛A _R + ▲ A ^* _R ▼ + (D _s / 2πf ² I _-1 ) | A _R | ² I
(Ξ _c , η _c )｝ (17) Accordingly, as in the above-described conventional example, the center of the beam spot is located at the coordinates (0, 0), and the center of the signal mark is located at the coordinates (ξ _c , η _c ). If so, the signal crosstalk in this embodiment is given by:

ΔＰ（A_R,ξ_C,η_Ｃ）／ΔＰ（A_R,0,0）＝｛（ξ_c,η
_ｃ）/I（0,0）｝ ×｛A_R▲Ａ^* _R▼＋（２πI_-1D_s/λ^２）|A_R|²I（ξ_c,
η_ｃ）/I（0,0）｝ ／｛A_R▲Ａ^* _R▼＋（２πI_-1D_s/λ^２）|A_R|
²｝ …（18） なおＩ（ξ_c,η_ｃ）/I（0,0）１の時には次式に近似
される。ΔP (A _R , ξ _C , η _C ) / ΔP (A _R , 0,0) = ｛(ξ _c , η
_c ) / I (0,0)｝ × ｛A _R ▲ A ^* _R ▼ + (2πI _-1 D _s / λ ² ) | A _R | ² I (ξ _c ,
η _c ) / I (0,0)｝ / ｛A _R ▲ A ^* _R ▼ + (2πI _-1 D _s / λ ² ) | A _R |
² ｝ (18) Note that when I (ξ _c , η _c ) / I (0,0) 1, it is approximated by the following equation.

ΔＰ（A_R,ξ_C,η_Ｃ）／ΔＰ（A_R,0,0） ＝Ｉ（ξ_c,η_ｃ）/I（0,0,z）｛１＋D_c（２πI_-1D_s
/λ^２）｝ …（19） ただし、D_C＝|A_R|²/（A_R＋▲Ａ^* _R▼） …（20） 従って 1/D_c≧−πI_-1D_s/λ^２ …（21） であれば信号のクロストークは信号位置での光分布の強
度比Ｉ（ξ_c,η_ｃ）/I（0,0）よりも小さく、|D_c|が大
きいほどクロストークは小さくなる。特に、反射面の信
号マークにおいて、次式 A_R＋▲Ａ^* _R▼＝０ …（22） の関係が成り立てば（18）式は次式に書き換えられる。ΔP (A _R , ξ _C , η _C ) / ΔP (A _R , 0,0) = I ( _{ｃ c} , η _c ) / I (0,0, z) ｛1 + D _c (2πI _-1 D _s
/ λ ² )｝ (19) where D _C = | A _R | ² / (A _R + ▲ A ^* _R ▼) ··· (20) Therefore, 1 / D _c ≧ −πI ₋₁ D _s / λ ² … the intensity ratio of the light distribution in the crosstalk signal the position of the if signal it is _{(21) I (ξ c,} η c) / I (0,0) less than, | D _c | greater the crosstalk is small Become. In particular, in the signal mark on the reflective surface, if the following equation is established, the following equation is satisfied: A _R + ▲ A ^* _R = 0 (22)

ΔＰ（A_R,ξ_c,η_ｃ）／ΔＰ（A_R,0,0） ＝｛Ｉ（ξ_c,η_ｃ）/I（0,0）｝^２ …（23） カプラの開口が円形形状でNA＝0.5（sinα＝0,sinβ
＝0.5）の場合には（７）式よりπI_-1〜1/2であり、（2
1）式は近似的に（10）式に書き換えられる。また（2
2）式は（11）式に一致する。この様に信号マークが（1
0）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
（（９）式参照）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ΔＰ（A_R,ξ_c,η_ｃ）／ΔＰ（A_R,0,0）
≦0.03となる条件はＩ（ξ_c,η_ｃ）/I（0,0）≦0.18で
あり、第２図の曲線（ａ）からは、（ξ_c ²＋η_c ²）^1/2
≧0.59μｍであれば良いことになる。すなわち、信号マ
ークの直径をd_Dとすると隣接する信号マーク間の距離は
（d_D/2＋0.59）μｍであればよく、d_Dを従来例と同一の
0.95μｍとした場合、トラック密度、線密度の限界はそ
れぞれ1.07μｍ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。ΔP (A _R , ξ _c , η _c ) / ΔP (A _R , 0,0) = {I (ξ _c , η _c ) / I (0,0)} ² (23) The opening of the coupler is circular And NA = 0.5 (sinα = 0, sinβ
= 0.5), it is πI _-1 to 1/2 according to equation (7), and (2
Equation (1) is approximately rewritten as equation (10). Also (2
Equation (2) matches equation (11). In this way, the signal mark (1
If the expression (0) is satisfied, the crosstalk of the signal can be significantly reduced. In particular, if the expression (11) is satisfied, the crosstalk is the crosstalk when the conventional light-collecting element is used (Expression (9)). ), And can be significantly reduced. If formula (11) is satisfied, the crosstalk is -30dB
Hereinafter, ΔP (A _R , _{R c} , η _c ) / ΔP (A _R , 0,0)
The condition of ≦ 0.03 is I (ξ _c , η _c ) / I (0,0) ≦ 0.18. From the curve (a) in FIG. 2, (ξ _c ² + η _c ² ) ^1/2
It suffices if ≧ 0.59 μm. In other words, between the signal marks adjacent to the diameter of the signal mark and d _D distance (may be a d _D /2+0.59)μm, the d _D conventional example same as
When it is set to 0.95 μm, the limits of the track density and the linear density are each compressed to 1.07 μm. This value exceeds the conventional limit value, and signal reproduction with a recording density exceeding the light diffraction limit can be performed.

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、−30
dB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
（ξ₀ ²＋η₀ ²）^1/2≧0.39μｍであれば良いことが分か
る。Also, by adopting an annular shape for the opening, the curve (b) in FIG.
When the light intensity distribution becomes
Even when adjacent signal marks are present, the resulting level of crosstalk is −34 dB and −30 dB.
It can be much lower than dB. As for the main lobe, it can be understood that (す る に は₀ ² + η ₀ ² ) ^1/2 ≧ 0.39 μm is sufficient to achieve the crosstalk of −30 dB or less.

従って従来例の場合と同一条件のd_D＝0.95μｍで比較
した場合、トラック密度、線密度の限界は0.87μｍ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。Therefore, when compared with the case of the conventional example under the same condition of d _D = 0.95 μm, the limit of the track density and the linear density is compressed to 0.87 μm, and the characteristic of the annular opening which cannot be adopted in the conventional example is effectively utilized. be able to.

なお一般にφ_ｓ≠０の信号マークからの反射光は散乱
しやすく、反射光の光分布は開口（すなわち輪帯形状の
グレーティングカプラ4B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カ
プラ4Bの内側の円形領域に集まり、検出光量は低下し信
号品質（C/N）は劣化する。Generally, the reflected light from the signal mark of φ _s ≠ 0 is easily scattered, and the light distribution of the reflected light protrudes outside the opening (that is, the area of the grating coupler 4B having the annular shape), particularly, the circular area inside the annular shape. . Therefore, when a signal mark is designed under the conditions of equations (10) and (11), the signal crosstalk can be reduced, but most of the signal components in the reflected light gather in the circular area inside the coupler 4B, and The light quantity decreases and the signal quality (C / N) deteriorates.

よって本実施例のごとく、カプラ4Bの内側の円形領域
内にカプラ4A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（C/N）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。Therefore, if the coupler 4A is formed in the circular area inside the coupler 4B as in the present embodiment, the reflected light in this area can also be converted into the guided light and detected, and the signal quality (C / N) can be improved. And elimination of crosstalk.

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21、反射層24の多層膜を形成し、更に反射層24を接着
層25によって透明基板26に接着して形成される。FIG. 6 is a sectional view of an optical disk according to another embodiment of the present invention. The optical disk 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 further bonding the reflective layer 24 to a transparent substrate 26 by an adhesive layer 25.

透明基板20の表面には透明基板26から見て凹状（また
は凸状）のピット28（信号マーク）が形成されており、
誘電体層21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。Concave (or convex) pits 28 (signal marks) are formed on the surface of the transparent substrate 20 when viewed from the transparent substrate 26,
The thickness of the dielectric layer 21 differs inside and outside the pit. That is, in general, the film forming speed depends on the surface shape of the film forming surface, and the concave position as viewed from the film forming side has a narrower viewing angle than the convex position, so that the film forming speed is slow and the film thickness is small.

従って透明基板20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21の膜厚を管理することで（10），（11）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。本実施例は熱によって光学定数の変化
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。Therefore, the reflection function for the light incident from the transparent substrate 20 side differs in the phase and the amplitude inside and outside the pit, and by controlling the film thickness of the dielectric layer 21 inside and outside the pit, the expressions (10) and (11) are satisfied. It can be designed 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.

なお、反射光が導波層内に入力結合するときの関係式
（12）は、本実施例で示したもの以外の形態のカプラで
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（いわゆるカプラ）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る。It should be noted that the relational expression (12) when the reflected light is input-coupled into the waveguide layer is satisfied even if the coupler has a form other than that shown in the present embodiment. Therefore, even if the configuration of the optical head is other than that of the above-described embodiment, the effect of removing crosstalk can be obtained in the same manner as long as the configuration is such that the reflected light from the optical disk is converted into guided light (so-called coupler). .

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。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the optical disk device of the present invention, signal crosstalk can be significantly reduced, and high-density signal reproduction exceeding the diffraction limit of light can be performed.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 7/24 G11B 7/135──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. ⁶ , DB name) G11B 7/24 G11B 7/135

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項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λ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A_S、位相差をφ_Ｓ、信号マークの面積
をD_Sとした時、 （A_Scosφ_Ｓ−１）≧−D_S（A_S ²−2A_Scosφ_Ｓ＋１）²/4
λ^２ もしくは、 A_Scosφ_Ｓ＝１ を満たすことを特徴とする光ディスク装置。1. A laser light source, a signal surface on which a signal mark is formed, and coupling means for converging laser light having a wavelength λ on the signal surface, receiving reflected light from the signal surface, and converting the reflected light into guided light. consists, when the shot an amplitude reflectance ratio outside signal mark signal a _S, a phase difference phi _S, the area of the signal mark and the _{D S, (a S cosφ S} -1) ≧ -D S (a ^{_{S 2 -2A S cosφ S +1)}} 2/4
An optical disc device satisfying λ ² or A _S cosφ _S = 1. 【請求項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装置。2. An optical disk device according to claim 1, wherein said coupling means is constituted by a concentric or spiral periodic structure on the waveguide layer.