JPH11296888A - 光超解像情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トラッキング誤差信号検出にプッシュプル方式
を用いた光情報記録再生装置において、高密度に光情報
を記録再生し、さらに、ディスク傾きによって生じるト
ラックオフセット量を低減することを課題とする。 【解決手段】トラッキング誤差信号検出にプッシュプル
方式を用いた光情報記録再生装置において、平行光束の
一部の光強度を減衰させる、あるいは一部に位相差を付
ける光学手段を、コリメートレンズと、トラッキング誤
差信号ディテクタへ光を分離するビームスプリッタとの
間の光路中に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光情報媒体に対して
情報の記録再生を行う光情報記録再生装置に係わり、特
に高密度記録再生に好適な超解像効果を利用した光情報
記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より一般的に用いられている光情報
記録再生装置の光学系は、図２に示すような、レーザ等
の光源から出射された光を集光レンズによって回折限界
まで絞り込み、相変化光ディスク或いは光磁気ディスク
等の光情報媒体が、追記型または書換型の場合には記録
膜に、再生専用型の場合には反射膜に合焦するものであ
った。集光レンズの回折限界値は、集光レンズの開口数
をNA、光の波長をλとしたとき、一般にλ／NAで表され
る。この回折限界値により、上記一般的な光情報記録再
生装置は記録再生密度が制限されていた。

【０００３】これに対して、光情報媒体に照射される光
ビームスポットの直径を、集光レンズの回折限界値より
も小径化できる超解像効果を利用することにより情報の
記録密度の向上を図った図３に示すような構成の高密度
記録対応型光ヘッドが特開平6-180851号公報に開示され
ている。

【０００４】図３において、参照符号21は半導体レーザ
を示し、この半導体レーザ21から出射された光はコリメ
ートレンズ22により平行光となり、平行光の中心部に配
置された遮光体あるいは位相付加体で構成する光学素子
23、第１のビームスプリッタ24を経て、対物レンズ25に
よって、光ディスク27の情報記録面28上に合焦される。
情報記録面28の焦点面28aで反射された光の一部は、第
１のビームスプリッタ24で反射され、さらに第２のビー
ムスプリッタ29で分離され、サーボ信号検出系210とデ
ータ信号検出系211に入射する。

【０００５】このデータ信号検出系211は、第２のビー
ムスプリッタ29からの入射光の偏光角を調整する半波長
板212と、検出レンズ213と、前記入射光をＳ偏光成分と
Ｐ偏光成分に分離する検光子214と、Ｓ偏光成分を検出
する第１の光検出器216とＰ偏光成分を検出する第２の
光検出器215とから構成される。また、サーボ信号検出
系210は光ヘッドのトラッキングや合焦の制御を行うた
めの信号を検出する光学系であり、図示はしないが周知
の光学系、例えば、フォーカス信号の検出には非点収差
法、トラッキング信号の検出にはプッシュプル法を用い
た光学系を用いることができる。

【０００６】超解像効果を利用する光ヘッド装置の光学
系は超解像光ヘッドと呼ばれており、従来周知の一般的
な光ヘッドの投光光学系に、図３に示したように、光学
素子23、すなわち平行光の中心部を遮光または減光する
空間フィルタあるいは平行光に位相分布をもたせる位相
付加体、を付加したものである。このような構成とする
ことにより、超解像効果が生じて回折限界値よりも直径
の小さなスポットを得ることができ、高密度記録再生が
可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示した従来の光情報記録再生装置や図３に示した従来の
超解像光ヘッドを用いた高密度光情報記録再生装置によ
れば、次のような問題点があった。一般に、光情報媒体
である光ディスクの中心穴の偏心、トラックの偏心や光
ディスクの回転機構の回転軸の軸ぶれなどによって、光
ヘッドから出射されて集光される光スポットの位置に対
して偏心が生じる。トラック上でデータ信号を正確に読
み出し、書込を行うためには光スポットがトラックを正
確にトラッキングしなければならない。

【０００８】トラッキングの方法は、村山登、他著「光
ディスク技術」などに詳述されているので、ここでは詳
しく触れないが、例えばプッシュプル法を用いたトラッ
キング信号検出によってサーボをかけてトラッキングを
行っている。プッシュプル法は、光ディスク上の案内溝
による０次と１次、−１次の回折光の重なる領域ではト
ラックずれによる干渉効果によって光強度分布が変化す
ることを利用して、トラックずれを検出する方法であ
る。書換可能の光情報記録再生装置の多くがトラッキン
グ誤差信号検出方法としてプッシュプル法を採用してい
る。

【０００９】プッシュプル法で問題になるのは、ディス
クの傾きなどがあると、光スポットが本来あるべき位置
のトラック中心にないにもかかわらず、トラッキング・
エラー信号が０を表示してあたかも光スポットがトラッ
ク中心にあるかのように示してしまうことである。これ
をトラックオフセットと呼んでいるが、トラックオフセ
ットがあると、光ディスク上の隣のトラックに記録され
ていた消したくない情報を消してしまったり、読み出す
べき情報とは異なった情報を誤って読み出してしまうと
いう問題が生じる。

【００１０】この問題を回避するために、光ディスクの
材質や大きさ、製作工程精度、また回転機構などの機械
精度を厳しくするなど製造過程に制限を課してきた。一
般に現行製品では、光軸などの機械的な傾きなどを含め
て約10mrad程度のディスク傾きまでならトラックオフセ
ットがあっても情報記録再生に支障がないとされてい
る。しかし、今後の光情報記録再生装置の製品のトレン
ドとしては、光ディスクなどの媒体は小さく、薄く、軽
くという方向にあり、回転する媒体としては面ぶれ傾き
が増加する傾向である。また媒体の小型化にともない光
情報記録再生装置自体も小型化が図られるため、その中
に含まれる光学系や回転機構系なども小さくなり、ディ
スク傾き増加の要因となる。このため、従来の光情報記
録再生装置や超解像光ヘッドを用いた高密度光情報記録
再生装置では、大きなトラックオフセットが生じ、光情
報媒体に高密度に記録された情報を読み取ることや、情
報を消去して新たに書き込んだりすることができないと
いう問題点があった。

【００１１】そこで、本発明の目的は、光情報媒体に高
密度で記録再生するのに適した光学系を備えた光情報記
録再生装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光情報記録再生装置を構成する光ヘッ
ドの光学系において、超解像効果による回折限界値以下
の小径スポットを形成して光情報媒体上に情報を高密度
記録する、あるいは高密度記録情報を読み取ることがで
きるように、光源からの出射光の平行光束の中心部に光
の透過率を下げる選択領域を設け、さらにその選択領域
の光束中の位置を検出する手段と、その検出結果に基づ
き前記選択領域の位置を変える手段を設けた構成とした
ものである。さらに、具体的に本発明の上記目的達成手
段について詳述すれば、以下の通りである。

【００１３】すなわち、上記目的は、光源と、該光源か
ら出射された出射光を集光して光情報媒体に合焦する第
１の集光手段と、前記光情報媒体への入射光と前記光情
報媒体からの反射光を分離する光分離手段と、前記反射
光を集光する第２の集光手段と、該第２の集光手段によ
って集光された前記反射光を検出する光検出手段と、前
記光分離手段によって反射された該光源からの出射光を
検出する第２の光検出手段と、前記光情報媒体を回転さ
せる回転手段を備えた光ヘッド装置において、前記光源
からの出射光の光束の一部に、前記出射光の一部の光強
度を減衰させる、あるいは前記出射光の一部に位相差を
付ける光学手段を設け、さらに前記第２の光検出手段に
よって前記光学手段の位置を調整する調整手段を備えた
光情報記録再生装置により、達成される。

【００１４】また、前記光学手段の形状は、短辺が前記
出射光の平行光束直径より短くて長辺が前記出射光の平
行光束直径より長い矩形とすることができる。さらに、
前記光学手段の前記出射光の平行光束内での配置は、前
記矩形の長辺が、前記第１の集光手段によって合焦され
てできる超解像光スポットについて、前記光情報媒体上
における前記超解像光スポットの走査方向に超解像効果
が生じる方向にする。

【００１５】また、上記光情報記録再生装置において、
前記光学手段は、前記光源からの出射光路中に、前記出
射光の一部の光強度を減衰させる遮蔽板や干渉フィル
タ、あるいは電圧を加えることによってその部分の屈折
率を変えることができるもの、たとえば液晶シャッタか
ら構成すれば好適である。あるいは、前記光学手段は、
前記光源からの出射光路中に、前記出射光の一部の位相
を変化させる位相差板から構成してもよい。

【００１６】前記第２の光検出手段は、前記光学手段に
よって２つの領域に分けられた光を、２分割のディテク
タによってそれぞれ検出し、その強度差を差信号として
検出することができる。前記差信号が０となるように前
記光学手段を前記調整手段によって位置調整することに
よって、前記出射光の平行光束の中心に前記光学手段の
中心を合わせることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図面を
用いて説明する。

【００１８】〔実施例１〕図１は、本発明に係わる光情
報記録再生装置の一実施例を示す図であり、図１（ａ）
は光学系の要部概略構成図、図１（ｂ）は前記光学系で
使用する光学素子の形状の概略図である。同図では光情
報媒体の回転機構系や光情報記録再生装置の制御系など
は示さず省略されている。図１（ａ）において、参照符
号11は波長685nmnの半導体レーザを示し、半導体レーザ
11から出射された光はコリメートレンズ12を介して平行
光になる。コリメートレンズ12から出射される平行光
は、図示はしていないがビーム整形プリズムによって前
記平行光の光束断面がほぼ円形となるように整形され
る。このビーム整形プリズムからの平行光の光軸中心近
傍に、光軸に対して垂直に図１（ｂ）に示すような光学
素子14が挿入されている。光学素子14については後述す
る。半導体レーザ11から出射された光のうち光学素子14
を通った光は、ビームスプリッタ15を経て、対物レンズ
16によって光磁気ディスクなどの光情報媒体17の情報記
録面170上に合焦される。なお、半導体レーザ11からの
出射光は、光学素子14の矩形部14ａに入射する部分は光
強度が減衰されるので、超解像効果により対物レンズ16
を介して回折限界値以下に絞られて光情報媒体17の情報
記録面170上に合焦されている。

【００１９】光学素子14について説明する。光学素子14
の矩形部14ａは、図１（ｂ）に示すように、短い方の辺
の長さは平行光束直径Ｌより小さく、長い方の辺の長さ
は平行光束直径Ｌより長い矩形である。矩形部14ａはビ
ーム整形プリズムからの出射光の一部の光強度を減衰さ
せる、あるいは前記出射光の一部の位相を付加させるも
のであればよい。例えば、矩形部14ａが薄い金属板など
の遮蔽板、半導体レーザ11の波長の光を透過しないフィ
ルタなどであればよい。ほかにも、電圧を印加すると黒
くなって光の透過率が減衰する液晶の性質を用いて、液
晶フィルタのうち14ａに当たる部分だけ電圧を印加して
光強度を減衰させる光学素子として用いてもよい。

【００２０】本実施例における光情報記録再生装置で
は、トラッキング誤差信号検出方法としてプッシュプル
法を採用する。前記光情報記録再生装置のトラッキング
誤差信号検出系には、前述したように、半導体レーザ11
から出射された光のうち光学素子14を通った光が、ビー
ムスプリッタ15を経て、対物レンズ16によって光情報媒
体17の情報記録面170上に合焦された後、170上で反射さ
れ、対物レンズ16を再び経て、光学素子14より手前にあ
るビームスプリッタ15によって進路を変更されて導かれ
る。18はプッシュプル法を採用した一般の光情報記録再
生装置のトラッキング誤差信号検出用の２分割ディテク
タと同様のディテクタであればよく、光情報媒体17から
の０次と１次、−１次の回折光の干渉効果によってトラ
ックずれを検出する方法は、一般の光情報記録再生装置
におけるプッシュプル法と何ら変わりはない。

【００２１】図４に、プッシュプル法を採用した一般の
光情報記録再生装置の前記２分割ディテクタ上での光信
号振幅分布を、対物レンズ25によって合焦された光スポ
ットが光ディスク27のトラック中心にあり、かつ、前記
光情報媒体の半径方向へのディスク傾きが（ａ）０mra
d、（ｂ）10mradあるときそれぞれについてシミュレー
ションによって求めたものである。図４においてｘ方向
が光ディスク27の半径方向にあたる。このシミュレーシ
ョンは、H. H. Hopkins, "Diffraction theory of lase
r read-out systems for optical video discs," J. Op
t. Soc. Am., Vol. 69, No. 1, 4-24(1979)に基づく。
シミュレーション条件は、波長685 nmの半導体レーザに
ＮＡ0.3のコリメータレンズとＮＡ0.6の対物レンズを組
み合わせた平行光束径3.3 mmの光ヘッドとし、媒体は1.
4μｍピッチ、深さ46 nm、エッジ幅0.12μｍのランド・
グルーブ光磁気ディスクとした。前記２分割ディテクタ
は、図４の光信号振幅分布の右半分と左半分それぞれの
強度分布の差をとるように設定されており、トラッキン
グ誤差信号検出系は前記差が０のときに前記光スポット
がトラック中心にあると認識し、０以外の値の場合には
０となるように光ディスクの半径方向に走査、すなわち
トラッキングする。したがって図４（ｂ）のように光デ
ィスクが10mrad傾いていると、たとえ前記光スポットが
トラック中心上にあってもトラッキング誤差信号検出系
は前記光スポットがトラック中心にないと判断する。図
５に、一般の光情報記録再生装置において半径方向への
光ディスク傾きがあるときの、前記光スポットのトラッ
ク上の位置と、前記２分割ディテクタからの信号である
プッシュプル信号との関係を示す。計算条件は図４のと
きのものと同じである。図５のグラフの横軸が前記光ス
ポットのトラック上の実際の位置を示し、０のとき前記
光スポットがトラック中心にあることになる。ディスク
傾きがある場合でも、図５のグラフの縦軸を横切る切片
の値が０に近いほど、光情報記録再生装置の光学系がデ
ィスク傾きの影響を受けにくい系ということができる。
言い換えれば、図５のグラフの横軸の切片、トラックオ
フセット量が０に近いほど、トラッキング誤差信号検出
系がトラック中心位置と認識する位置と実際のトラック
中心位置とが近くなる。

【００２２】本実施例の光情報記録再生装置は、コリメ
ートレンズ12とビームスプリッタ15の間に光学素子14を
上述したように挿入することによって、前述した光超解
像効果を得られるだけでなく、図４（ｂ）に示したよう
な、２分割ディテクタ上での光信号振幅分布の非対称む
らを抑制することができる。図６に、本実施例の光情報
記録再生装置の前記２分割ディテクタ上での光信号振幅
分布を、対物レンズ１６によって合焦された光スポット
が光情報媒体１７のトラック中心にあり、かつ、前記光
情報媒体の半径方向へのディスク傾きが（ａ）０mrad、
（ｂ）10mradあるときそれぞれについてシミュレーショ
ンによって求めたものである。

【００２３】図６においてｘ方向が光情報媒体17の半径
方向にあたる。シミュレーション条件は、図４のシミュ
レーション条件と同様に、波長685 nmの半導体レーザに
ＮＡ0.3のコリメータレンズとＮＡ0.6の対物レンズを組
み合わせた平行光束径3.3 mmの光ヘッドとし、媒体は1.
4μｍピッチ、深さ46 nm、エッジ幅0.12μｍのランド・
グルーブ光磁気ディスクとした。また光学素子14は、前
記光学素子の短辺の長さが平行光束径の15％である矩形
遮蔽板とした。前記２分割ディテクタは、図６の光信号
振幅分布の右半分と左半分それぞれの強度分布の差をと
るように設定されており、トラッキング誤差信号検出系
は前記差が０のときに前記光スポットがトラック中心に
あると認識し、０以外の値の場合には０となるように光
ディスクの半径方向に走査、すなわちトラッキングす
る。

【００２４】図６（ｂ）のように光ディスクが10mrad傾
いていても光学素子14によって前記２分割ディテクタ上
での光信号振幅分布の非対称性が軽減され、前記光スポ
ットがトラック中心上にあってもトラッキング誤差信号
検出系は前記光スポットがトラック中心にないと判断し
てしまわない許容範囲におさえることができる。図７
に、本実施例の光情報記録再生装置において半径方向へ
の光ディスク傾きがあるときの、前記光スポットのトラ
ック上の位置と、前記２分割ディテクタからの信号であ
るプッシュプル信号との関係を示す。計算条件は図６の
ときのものと同じである。図７のグラフの横軸が前記光
スポットのトラック上の実際の位置を示し、０のとき前
記光スポットがトラック中心にあることになる。ディス
ク傾きがある場合でも、図７のグラフの縦軸を横切る切
片の値が、図５の一般の光情報記録再生装置に比べて０
に近くなり、本実施例の光情報記録再生装置の光学系が
ディスク傾きの影響を受けにくい系であることがわか
る。本実施例の光情報記録再生装置のトラックオフセッ
ト量は一般の光情報記録再生装置のトラックオフセット
量より小さくなる。

【００２５】以上のシミュレーションでは、シミュレー
ション条件を、波長685 nmの半導体レーザにＮＡ0.3の
コリメータレンズとＮＡ0.6の対物レンズを組み合わせ
た平行光束径3.3 mmの光ヘッドとし、媒体は1.4μｍピ
ッチ、深さ46 nm、エッジ幅0.12μｍのランド・グルー
ブ光磁気ディスク、また光学素子14は、前記光学素子の
短辺の長さが平行光束径の15％である矩形遮蔽板とした
が、これに限る必要は全くない。例えば、媒体の溝深さ
を半導体レーザの波長λの1/10、1/8、1/7…としたとき
のトラックオフセット量を計算によって求めたのが図８
である。また、前記光学素子の短辺の長さを変えれば、
前記光スポットの径が変わると同時に前記トラックオフ
セット量も変わってくる。

【００２６】光学素子14の前記平行光束中の位置を検出
するために、ビームスプリッタ15をはさんでディテクタ
18に対向するように別のディテクタ19をおく。ディテク
タ19は例えば２分割ディテクタであれば、光学素子14に
よって前記平行光束が２つの光領域に分けられるので、
19のそれぞれの検出領域で前記光領域をそれぞれ検出す
るようにし、その検出信号の差信号をとることによって
光学素子14が前記平行光束の中心にあるかどうかがわか
る。あるいはディテクタ19にＣＣＤ（撮像素子）を用い
てもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、トラッキング誤差信号
検出にプッシュプル方式を用いた光情報記録再生装置に
おいて、平行光束の一部の光強度を減衰させる、あるい
は一部に位相差を付ける光学手段を設けることによっ
て、光学超解像効果による回折限界値以下の小径スポッ
トを形成して情報を高密度記録再生できるだけでなく、
光情報媒体であるディスクが傾いたときに生じるトラッ
クオフセット量を小さくする効果があり、ディスク傾き
の影響を受けにくい光情報高密度記録再生装置が提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光超解像情報記録再生装置の一実
施例を示す図である。

【図２】一般的な光情報記録再生装置の光学系を説明す
る図である。

【図３】高密度記録対応型光ヘッドを説明する図であ
る。

【図４】プッシュプル法を採用した一般の光情報記録再
生装置のトラッキング誤差信号ディテクタ上での光信号
振幅分布を示す図である。

【図５】一般の光情報記録再生装置における光スポット
のトラック上の位置とプッシュプル信号との関係を示す
図である。

【図６】本発明による光情報記録再生装置の一実施例に
おけるトラッキング誤差信号ディテクタ上での光信号振
幅分布を示す図である。

【図７】本発明による光情報記録再生装置の一実施例に
おける光スポットのトラック上の位置とプッシュプル信
号との関係を示す図である。

【図８】本発明による一実施例における光情報記録再生
装置で用いる媒体の溝深さと、トラックオフセット量の
関係を示す図である。

【符号の説明】

11、21…半導体レーザ、 12、22…コリメートレンズ、 14、23…光学素子、 15、24、29…ビームスプリッタ、 16、25…対物レンズ、 17…光情報媒体、 18、19…ディテクタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅田 麻理子 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株 式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 仲尾 武司 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所マルチメディアシステム開 発本部内 (72)発明者 有吉 哲夫 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株 式会社日立製作所中央研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、該光源から出射された出射光を集
   光して光情報媒体に合焦する第１の集光手段と、前記光
   情報媒体への入射光と前記光情報媒体からの反射光を分
   離する光分離手段と、前記反射光を集光する第２の集光
   手段と、該第２の集光手段によって集光された前記反射
   光を検出する光検出手段と、前記光分離手段によって反
   射された該光源からの出射光を検出する第２の光検出手
   段と、前記光情報媒体を回転させる回転手段を備えた光
   ヘッド装置において、 前記光源からの出射光の光束の一部に、前記出射光の一
   部の光強度を減衰させる、あるいは前記出射光の一部に
   位相差を付ける光学手段を前記光源と前記光分離手段の
   間の光路中に設け、さらに前記第２の光検出手段によっ
   て前記光学手段の位置を調整する調整手段を備えたこと
   を特徴とする光情報記録再生装置。
2. 【請求項２】前記光学手段の形状は、短辺が前記出射光
   の平行光束直径より短く、長辺が前記出射光の平行光束
   直径より長い矩形であり、かつ長辺の方向が、前記第１
   の集光手段に入射する際に、前記第１の集光手段によっ
   て集光された光スポット位置における前記光情報媒体の
   半径方向と平行である請求項１に記載の光情報記録再生
   装置。
3. 【請求項３】前記光学手段が、前記出射光の一部の光強
   度を減衰させる遮蔽板から成る請求項１又は請求項２に
   記載の光情報記録再生装置。
4. 【請求項４】前記光学手段が、前記出射光の一部の光強
   度を減衰させる干渉フィルタから成る請求項１又は請求
   項２に記載の光情報記録再生装置。
5. 【請求項５】前記光学手段が、前記出射光の一部の光の
   位相をずらす位相差板から成る請求項１又は請求項２に
   記載の光情報記録再生装置。