JP2000090468A - Optical head device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク装置な
どに用いられる光学ヘッド装置に関するものであり、特
に微小で焦点深度の深い光ビームスポットを発生させる
超解像技術を利用して記録再生を行う光学ヘッド装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical head device used for an optical disk device and the like, and more particularly to recording and reproduction using a super-resolution technique for generating a small light beam spot with a large depth of focus. The present invention relates to an optical head device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来技術による超解像技術を利用した光
学ヘッド装置の例として従来より知られている方法に
は、例えば、特開平1-315040「光ヘッド装置及び情報記
録再生方式」、特開平2-222918「ビーム形状変換装
置」、特開平5-196896「集光装置」などが開示されてい
る。図11、図12、図13は上記開示された従来技術の内、
本発明に関連する部分を抽出しアレンジした光学ヘッド
装置の一例であり、以下、この要旨を説明する。2. Description of the Related Art Methods conventionally known as examples of optical head devices utilizing super-resolution technology according to the prior art include, for example, JP-A-1-315040, "Optical head device and information recording / reproducing method". Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 222-2918, "Beam shape conversion device", and Japanese Patent Application Laid-Open No. H5-196896, "Condensing device" are disclosed. FIGS. 11, 12, and 13 show the prior art disclosed above.
This is an example of an optical head device in which portions related to the present invention have been extracted and arranged, and the gist thereof will be described below.
【0003】図11において、半導体レーザ(レーザ光
源)1から発生したレーザ光はコリメートレンズ2で平
行光線に変換され、ビームスプリッタ3を透過し、対物
レンズ5によって光記録媒体6上にビームスポットとし
て集光される。レーザ光の光ビームの光軸上に配置され
る遮光板47によって光ビームの中心部分4dを遮光するこ
とにより、光記録媒体6上に集光される光ビームは微小
な焦点深度の深い光ビームスポットを発生することがで
きる。なお、光記録媒体6がビームスポットで書き換え
可能型のときは、図示省略された書き込み情報信号によ
りこの光ビームを変調することにより、情報を光記録媒
体6に書き込むことができる。In FIG. 11, a laser beam generated from a semiconductor laser (laser light source) 1 is converted into a parallel beam by a collimating lens 2, passes through a beam splitter 3, and is formed as a beam spot on an optical recording medium 6 by an objective lens 5. It is collected. The light beam condensed on the optical recording medium 6 is a light beam having a small focal depth by shielding the central portion 4d of the light beam by a light shielding plate 47 disposed on the optical axis of the light beam of the laser beam. Spots can be generated. When the optical recording medium 6 is of a rewritable type using a beam spot, information can be written on the optical recording medium 6 by modulating this light beam with a write information signal (not shown).
【0004】また、光記録媒体6に書き込まれた情報を
読み取るときは、この集光され予め定められた一定のパ
ワーの光ビームスポットが光記録媒体6で変調され、光
記録媒体6の面から反射する光信号を再び対物レンズ5
で光ビームに変換し、ビームスプリッタ3で反射して、
集光レンズ7を介して光検知器8に集光する。この結
果、光記録媒体6上に書き込まれた情報を読み取ること
ができる。When reading information written on the optical recording medium 6, the condensed light beam spot having a predetermined constant power is modulated by the optical recording medium 6, and is read from the surface of the optical recording medium 6. The reflected optical signal is again transmitted to the objective lens 5.
To be converted into a light beam, reflected by the beam splitter 3,
Light is condensed on a photodetector 8 via a condensing lens 7. As a result, information written on the optical recording medium 6 can be read.
【0005】特開平1-315040「光ヘッド装置及び情報記
録再生方式」に開示される遮光板47を用いた方法は、遮
光板47を用いることに伴う光量損失という課題がある。
この課題を解決する方法として特開平2-222918「ビーム
形状変換装置」で開示される方法がある。図12におい
て、図11との差異は図11の遮光板47に変わって、図12で
は円錐レンズ(プリズム)48が光ビームの光軸上に円錐
レンズ48の中心軸と一致して配置されている。[0005] The method using the light shielding plate 47 disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-315040 "Optical head device and information recording / reproducing method" has a problem of light quantity loss accompanying the use of the light shielding plate 47.
As a method for solving this problem, there is a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2222918/1990 “beam shape conversion device”. In FIG. 12, the difference from FIG. 11 is that the light shielding plate 47 in FIG. 11 is replaced. In FIG. 12, a conical lens (prism) 48 is arranged on the optical axis of the light beam so as to coincide with the central axis of the conical lens 48. I have.
【0006】かかる構成により、コリメートレンズ2お
よびビームスプリッタ3を透過した光ビームは、円錐レ
ンズ48によって光路を変更し、光ビームを輪帯状のコリ
メート光束に変換し、この輪帯状の光ビーム1aを対物レ
ンズ5で集光することにより超解像を発生させることが
できる。即ち、図11の遮光板47を用いた方法と同様に、
光ビームの光軸上の一定空間内にレーザ光が存在しない
領域4dをつくることができる。この結果、図11の遮光板
47を用いた方法と同様に微小な焦点深度の深い光ビーム
スポットを発生し、かつ、遮光板47による光ビームの光
量損失がない分だけ、強い光ビームスポットを光記録媒
体6上に発生することができる。With this configuration, the light beam transmitted through the collimating lens 2 and the beam splitter 3 is changed in optical path by the conical lens 48, and is converted into a ring-shaped collimated light beam, and the ring-shaped light beam 1a is converted. Super-resolution can be generated by condensing with the objective lens 5. That is, similar to the method using the light shielding plate 47 in FIG. 11,
A region 4d in which no laser light exists can be created in a certain space on the optical axis of the light beam. As a result, as shown in FIG.
Similar to the method using 47, a light beam spot with a minute depth of focus and a large depth of focus is generated, and a strong light beam spot is generated on the optical recording medium 6 as much as the light amount loss of the light beam by the light shielding plate 47 is not caused. be able to.
【0007】図13に図示される特開平5-196896「集光装
置」の光学ヘッド装置は、断面ビーム形状が楕円形であ
って発散性の光即ちレーザ光を発生する半導体レーザ光
源1と、このレーザ光源1からのレーザ光を概ね円形の
光ビームに補正するとともに光記録媒体(光ディスク)
6に導き, さらにこの光ディスク6から反射された光ビ
ームと光ディスク6に向かう光ビームを分離するビーム
スプリット面3aを含む偏光ビームスプリッタ3Aと、この
光ビームを輪帯状にレーザ光の進行波面の位相を変化さ
せる集光素子4Aと、偏光ビームスプリッタ3Aを介して分
離された光ビームを検出し光ディスク6の情報を再生す
る光検出器8とを有している。The optical head device of Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 5-96896 "Condenser" shown in FIG. 13 has a semiconductor laser light source 1 having an elliptical cross-sectional beam shape and generating divergent light, ie, laser light. The laser light from the laser light source 1 is corrected to a substantially circular light beam and an optical recording medium (optical disk)
6, a polarization beam splitter 3A including a beam splitting surface 3a for separating the light beam reflected from the optical disk 6 and the light beam traveling toward the optical disk 6, and the phase of the traveling wavefront of the laser light in an annular shape. And a photodetector 8 that detects the light beam split via the polarizing beam splitter 3A and reproduces information on the optical disk 6.
【0008】また、レーザ光源1と偏光ビームスプリッ
タ3Aとの間に発散性のレーザ光をコリメートするコリメ
ートレンズ2と、ビームスプリッタ3Aと光ディスク6と
の間に送光系と検出系との間のアイソレーションを整合
するλ/4板4Bと、光ビームを光ディスク6の記録面上に
集光させる対物レンズ5とを有している。また、偏光ビ
ームスプリッタ3Aと光検出器8との間に偏光ビームスプ
リッタ3Aを介して分離された光ビームを光検出器8の検
出面上に集光させる集光レンズ7Aと、この光ビームに対
して対物レンズ5を通過した光ビームが光ディスク6上
の所望の位置に所望のビームスポットで集束されるよう
にフォーカシングおよびトラッキングと呼ばれるビーム
スポット制御を可能とする制御用レーザビームを発生す
るシリンドリカルレンズ7Bとを有している。Further, a collimating lens 2 for collimating divergent laser light between the laser light source 1 and the polarizing beam splitter 3A, and a light transmitting system and a detecting system between the beam splitter 3A and the optical disk 6 A λ / 4 plate 4B for matching the isolation and an objective lens 5 for condensing the light beam on the recording surface of the optical disk 6 are provided. A condensing lens 7A for condensing the light beam separated via the polarizing beam splitter 3A between the polarizing beam splitter 3A and the photodetector 8 on the detection surface of the photodetector 8, On the other hand, a cylindrical lens that generates a control laser beam that enables beam spot control called focusing and tracking so that the light beam that has passed through the objective lens 5 is focused at a desired position on the optical disk 6 with a desired beam spot. 7B.
【0009】かかる構成において、レーザ光源1から発
生されたレーザ光は、コリメートレンズ2を介して平行
光線の光ビームに変換され、偏光ビームスプリッタ3Aを
介してビームスポットが概ね円形に補正されて、集光素
子4Aに入射する。この集光素子4Aに入射する光ビーム
は、光ビームの中心部分と周辺部分のレーザ光と、これ
らのレーザ光とは進行波面の位相が 180°異なる輪帯状
の部分からなるレーザ光と、に波面が分割される。In such a configuration, the laser light generated from the laser light source 1 is converted into a parallel light beam via the collimating lens 2, and the beam spot is corrected to a substantially circular shape via the polarizing beam splitter 3A. The light enters the light-collecting element 4A. The light beam incident on the light-collecting element 4A is divided into laser light in the central part and the peripheral part of the light beam, and laser light composed of a ring-shaped part in which the phase of the traveling wave front differs from these laser lights by 180 °. The wavefront is split.
【0010】この波面分割された光ビームは、λ/4板4B
を介して円偏光に変換され、対物レンズ5によって集束
され光ディスク6の記録面上を照射する。この記録面を
照射する光ビームは、光ディスク6の記録面で反射さ
れ、光ディスク6に記録されている情報によって局所的
に反射率が変化する。この反射したレーザビームは、順
次再び、対物レンズ5、λ/4板4B、および集光素子4Aを
通過し、偏光ビームスプリッタ3Aに戻されるとともに、
ビームスプリット面3aによって反射され、集光レンズ7A
およびシリンドリカルレンズ7Bを介して光検出器8の検
出面上に集光し、電気信号に変換され、信号処理回路8A
で光ディスク6の記録面上の情報が再生される。なお、
信号処理回路8Aでは、対物レンズ5の制御信号を同時に
検出し、この制御信号に応じて対物レンズ5のレンズコ
イル5aを付勢し、光ディスク6上の所望の位置に所望の
ビームスポットで光ビームが集束されるトラッキングと
呼ばれるビームスポット制御をすることができる。[0010] The light beam split into wavefronts is a λ / 4 plate 4B.
The light is converted into circularly polarized light via the objective lens 5 and focused by the objective lens 5 to irradiate the recording surface of the optical disk 6. The light beam irradiating the recording surface is reflected on the recording surface of the optical disk 6, and the reflectance changes locally according to the information recorded on the optical disk 6. The reflected laser beam sequentially passes again through the objective lens 5, the λ / 4 plate 4B, and the condensing element 4A, and is returned to the polarizing beam splitter 3A.
Reflected by the beam splitting surface 3a and condensing lens 7A
The light is condensed on the detection surface of the photodetector 8 via the cylindrical lens 7B, is converted into an electric signal, and is processed by the signal processing circuit 8A.
Thus, information on the recording surface of the optical disk 6 is reproduced. In addition,
In the signal processing circuit 8A, the control signal of the objective lens 5 is simultaneously detected, and the lens coil 5a of the objective lens 5 is energized in accordance with the control signal, and the light beam is emitted to a desired position on the optical disk 6 with a desired beam spot. Can be controlled by a beam spot control called tracking.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】従来技術の特開平1-31
5040「光ヘッド装置及び情報記録再生方式」、あるいは
特開平2-222918「ビーム形状変換装置」に開示されてい
る超解像技術を利用した光学ヘッド装置または超解像発
生の方法は、遮光帯を用いることに伴う光量損失や円錐
レンズ(プリズム)を用いることで装置全体が大型にな
ってしまうという問題があった。また、このような超解
像技術では、超解像効果を用いないときと較べ、光ビー
ムスポット径は小さくできるが、光ビームスポットの強
度分布がメインローブ(主極大)に対してその周囲に発
生するサイドローブ(副極大)の強度を増大させてしま
うと言う課題がある。SUMMARY OF THE INVENTION Prior Art
5040 "Optical head device and information recording / reproducing method", or an optical head device using super-resolution technology disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2222918/1990 However, there is a problem that the entire device becomes large due to the loss of light amount accompanying the use of the lens and the use of a conical lens (prism). Also, with such a super-resolution technique, the diameter of the light beam spot can be made smaller than when the super-resolution effect is not used, but the intensity distribution of the light beam spot is close to the main lobe (main maximum). There is a problem that the intensity of the generated side lobe (sub local maximum) is increased.
【0012】このようなサイドローブの強度の増大は、
光記録媒体に記録された信号を再生するときに雑音成分
となり、信号雑音比(S/N比) を低下させる。また、特開
平5-196896に開示される集光装置は、超解像技術を利用
し、レーザ光の光軸を中心とする輪帯状領域にレーザ光
の進行波面の位相を 180°変化させることにより、ビー
ムスポット径の縮小およびメインローブに対するサイド
ローブの光強度分布を低減することが示されている。し
かし、光ビーム径と輪帯状領域の内径寸法・外径寸法と
のパラメータに依存する光ビームスポットのスポット径
縮小率およびメインローブに対するサイドローブの光強
度分布の低減の関係は必ずしも明確に開示されていな
い。Such an increase in the intensity of the side lobe is caused by
When a signal recorded on an optical recording medium is reproduced, the signal becomes a noise component, and the signal-to-noise ratio (S / N ratio) is reduced. Further, the condensing device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H5-196896 uses a super-resolution technique to change the phase of the traveling wavefront of the laser light by 180 ° in an annular region centered on the optical axis of the laser light. It shows that the beam spot diameter is reduced and the light intensity distribution of the side lobe with respect to the main lobe is reduced. However, the relationship between the spot diameter reduction rate of the light beam spot and the reduction of the light intensity distribution of the side lobe relative to the main lobe, which depends on the parameters of the light beam diameter and the inner and outer diameters of the annular zone, are not necessarily clearly disclosed. Not.
【0013】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、超解像
技術を利用し、遮光帯による光量損失や円錐レンズ(プ
リズム)による装置全体が大型になるという問題を解決
し、また、レーザ光の光軸を中心とする輪帯状領域にレ
ーザ光の進行波面の位相を変化させる位相変化手段を設
け、光ビーム径と輪帯状領域の内径寸法・外径寸法との
関係による、光ビームスポットのスポット径縮小率およ
びメインローブに対するサイドローブの光強度分布の低
減との関係を明らかにし、焦点深度の深い微小な光ビー
ムスポットを発生する光学ヘッド装置を提供することに
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to solve the above-mentioned problems and to utilize a super-resolution technique, to reduce the amount of light due to a light-shielding band, and to provide an apparatus using a conical lens (prism). In order to solve the problem that the whole becomes large, a phase changing means for changing the phase of the traveling wavefront of the laser light is provided in the annular area centered on the optical axis of the laser light, and the light beam diameter and the annular area are provided. Clarify the relationship between the spot diameter reduction ratio of the light beam spot and the reduction of the light intensity distribution of the side lobe with respect to the main lobe based on the relationship between the inner diameter and outer diameter, and generate a minute light beam spot with a deep depth of focus. An object of the present invention is to provide an optical head device.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、レーザ光を発するレーザ光源
と、このレーザ光を光記録媒体上に集光する光学素子
と、光記録媒体で変調され光記録媒体面から反射する光
信号を検知する光検知器とを備える光学ヘッド装置にお
いて、レーザ光源と光記録媒体面との間の光軸上に配置
され、レーザ光の光束断面を含む面内でこの光束断面の
中心軸を中心とする輪帯状領域にレーザ光の進行波面の
位相を変化させる位相変化手段を設け、この位相変化手
段の輪帯状領域を、輪帯内周の半径をr1、輪帯外周の半
径をr2、およびレーザ光の光束断面の半径をRとしたと
き、0<(r1/R)<1≦(r2/R)の範囲内に選定す
る。According to the present invention, there is provided a laser light source for emitting laser light, an optical element for condensing the laser light on an optical recording medium, and an optical recording medium. An optical head device comprising a photodetector for detecting an optical signal that is modulated and reflected from an optical recording medium surface, wherein the optical head device is disposed on an optical axis between a laser light source and the optical recording medium surface, and includes a light beam cross section of the laser light. Phase changing means for changing the phase of the traveling wavefront of the laser light is provided in an annular area centered on the central axis of the light beam cross section in the plane, and the annular area of the phase changing means is provided with a radius of the inner circumference of the annular area. Assuming that r1, the radius of the outer periphery of the annular zone is r2, and the radius of the light beam cross section of the laser beam is R, the values are selected within the range of 0 <(r1 / R) <1 ≦ (r2 / R).
【0015】より望ましくは、輪帯外周半径r2をレーザ
光の半径Rよりも小さく、輪帯状領域幅とレーザ光の光
束断面の半径との比((r2-r1)/R )を 0.5以下の範囲内
に選定するものとする。上記構成により、上述の遮光帯
を用いることに伴う光量損失や円錐レンズ(プリズム)
を用いることで装置全体が大型になるという問題が解決
できる。即ち、より具体的な手段として、位相変化手段
の輪帯状領域を0<(r1/R)<1の範囲に選択したとき、
超解像技術を利用してレーザ光源から発したレーザ光の
光量損失を少なくし、また装置全体を小さくすることが
ことができる。More preferably, the orbicular zone outer radius r2 is smaller than the radius R of the laser beam, and the ratio ((r2-r1) / R) of the orbicular zone width to the radius of the laser beam cross section is 0.5 or less. It shall be selected within the range. With the above configuration, the light amount loss and the conical lens (prism) due to the use of the above-described light shielding band
The problem that the whole apparatus becomes large can be solved by using. That is, as a more specific means, when the annular zone of the phase changing means is selected in the range of 0 <(r1 / R) <1,
Using the super-resolution technique, the loss of the light amount of the laser light emitted from the laser light source can be reduced, and the entire device can be reduced.
【0016】さらに超解像発生時のサイドローブ強度を
低減するためのより具体的な手段として、輪帯状領域を
0<(r1/R)<(r2/R)≦1の範囲に選択したとき、超解像
発生時のサイドローブ強度を低減し、光記録媒体に記録
された信号を再生するときの雑音成分を低減して信号雑
音比(S/N比) を向上させることができる。また特に、位
相変化手段の輪帯状領域を、輪帯状領域幅とレーザ光の
光束断面の半径との比((r2-r1)/R )を 0.5以下の範囲
内に選定したとき、光ビームスポットのスポット径縮小
率およびメインローブに対するサイドローブの光強度分
布の低減との関係が適切に選択することができるので、
焦点深度の深い微小な光ビームスポットを発生する光学
ヘッド装置を提供するができる。Further, as a more specific means for reducing the side lobe intensity at the time of occurrence of super-resolution, when the annular zone is selected in the range of 0 <(r1 / R) <(r2 / R) ≦ 1, Further, the signal-to-noise ratio (S / N ratio) can be improved by reducing the side lobe intensity at the time of occurrence of super-resolution and reducing the noise component when reproducing the signal recorded on the optical recording medium. In particular, when the orbicular region of the phase changing means is selected so that the ratio ((r2-r1) / R) of the orbicular region width to the radius of the light beam cross section of the laser beam is within 0.5 or less, Since the relationship between the spot diameter reduction rate of the and the reduction of the light intensity distribution of the side lobe with respect to the main lobe can be appropriately selected,
An optical head device that generates a minute light beam spot with a large depth of focus can be provided.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】図1は本発明による一実施例の光
記録媒体上にビームスポットを発生する光学ヘッド装置
の構成図、図2は本発明によるビームスポット相対光強
度分布を説明する説明図、図3は位相シフト板の一実施
例を説明する説明図、図4は位相シフト板の他実施例を
説明する説明図、図5は光ビーム径と位相シフト板の輪
帯部寸法をパラメータとするビームスポット径縮小率と
メインローブに集中するパワー効率との関係を説明する
説明図、図6は光ビーム径と位相シフト板の輪帯部寸法
をパラメータとするビームスポット径縮小率とサイドロ
ーブピーク比との関係を説明する説明図、図7は位相シ
フト板による光ビームの波面分割が2分割のときを説明
する説明図、図8は2分割のときビームスポット相対光
強度分布を説明する説明図、図9は2分割の位相シフト
板を説明する説明図、図10は2分割の位相シフト板の他
の例を説明する説明図、表1はビームスポット径縮小率
と(r1/R),(r2/R)のパラメータとの関係を説明する表で
あり、図11、図12、図13に対応する同一部材には同じ符
号が付してある。FIG. 1 is a block diagram of an optical head device for generating a beam spot on an optical recording medium according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view for explaining a beam spot relative light intensity distribution according to the present invention. FIG. 3 is an explanatory view for explaining an embodiment of the phase shift plate, FIG. 4 is an explanatory view for explaining another embodiment of the phase shift plate, and FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the beam spot diameter reduction rate as a parameter and the power efficiency concentrated on the main lobe. FIG. 6 shows the beam spot diameter reduction rate using the light beam diameter and the orbicular zone dimension of the phase shift plate as parameters. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a relationship with a side lobe peak ratio, FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a case where a wavefront is divided into two by a phase shift plate, and FIG. Explain FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a two-divided phase shift plate, FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining another example of a two-divided phase shift plate, and Table 1 shows a beam spot diameter reduction rate and (r1 / R ), (r2 / R) are tables describing the relationship with the parameters, and the same members corresponding to FIGS. 11, 12, and 13 are denoted by the same reference numerals.
【0018】図1において、光学ヘッド装置は、レーザ
光を発するレーザ光源(半導体レーザ)1と、このレー
ザ光を光記録媒体6に導き光記録媒体6に向かう光ビー
ムと光記録媒体6から反射される光ビームとを分離する
ビームスプリッタ3と、図示例では、光記録媒体6に向
かう光ビームの進行波面の位相を3領域のレーザ光束(1
a,1b,1c)に分割変化させる位相変化手段4と、この3領
域のレーザ光束(1a,1b,1c)を光記録媒体6上に集光する
光学素子(対物レンズ)5と、光記録媒体6で変調され
光記録媒体6の面から反射される光信号を検知する光検
知器8と、を備えて構成される。In FIG. 1, an optical head device includes a laser light source (semiconductor laser) 1 for emitting a laser beam, a laser beam guided to an optical recording medium 6 and reflected from the optical recording medium 6 and reflected from the optical recording medium 6. In the illustrated example, the beam splitter 3 separates the light beam to be transmitted from the laser beam into the optical recording medium 6.
a, 1b, 1c), an optical element (objective lens) 5 for converging the laser beam (1a, 1b, 1c) of the three regions on an optical recording medium 6, and an optical recording device. A photodetector 8 for detecting an optical signal modulated by the medium 6 and reflected from the surface of the optical recording medium 6.
【0019】また、図示例では、レーザ光源1とビーム
スプリッタ3との間に発散性のレーザ光をコリメートす
るコリメートレンズ2と、ビームスプリッタ3と光検出
器8との間にビームスプリッタ3を介して分離された光
ビームを光検出器8の検出面上に集光させる集光レンズ
7と、を備えて構成される。位相変化手段4は、レーザ
光源1と光記録媒体6の面との間の光軸90上に配置さ
れ、レーザ光の光束断面を含む面内でこの光束断面の中
心軸(90)を中心とする輪帯状領域(4a,4b,4c)によりこの
輪帯状領域(4a,4b,4c)を通過する光ビームが3領域のレ
ーザ光束(1a,1b,1c)として波面の位相を変化させ、進行
する。In the illustrated example, a collimating lens 2 for collimating a divergent laser beam between the laser light source 1 and the beam splitter 3 and a beam splitter 3 between the beam splitter 3 and the photodetector 8 are provided. And a condensing lens 7 for condensing the separated light beam on the detection surface of the photodetector 8. The phase changing means 4 is arranged on the optical axis 90 between the laser light source 1 and the surface of the optical recording medium 6, and is centered on the central axis (90) of the light beam cross section in a plane including the light beam cross section of the laser light. The light beam passing through the orbicular zone (4a, 4b, 4c) changes the phase of the wavefront as three regions of laser beam (1a, 1b, 1c) by the orbicular zone (4a, 4b, 4c). I do.
【0020】この位相変化手段4の輪帯状領域(4a,4b,4
c)は、輪帯内周の半径をr1、輪帯外周の半径をr2、およ
びレーザ光の光束断面の半径をRとしたとき、輪帯外周
半径r2をレーザ光束の半径Rよりも小さく、輪帯状領域
幅とレーザ光の光束断面の半径との比((r2-r1)/R )を
0.5以下の範囲内に選定する。かかる構成において、レ
ーザ光源1から発生されたレーザ光は、コリメートレン
ズ2を介して平行光線の光ビームに変換され、ビームス
プリッタ3を介して位相変化手段4に入射する。この位
相変化手段4に入射する光ビームは、位相シフト板41の
中心部分4aと周辺部分4cを透過したレーザ光束1a,1c
と、これらのレーザ光束1a,1c とは進行波面の位相が異
なる、位相シフト板の輪帯状部分4bを透過したレーザ光
束1bと、に波面が3分割される。The ring-shaped regions (4a, 4b, 4
c), the radius of the inner periphery of the annular zone is r1, the radius of the outer periphery of the annular zone is r2, and the radius of the light beam cross section of the laser beam is R, the outer peripheral radius of the annular zone r2 is smaller than the radius R of the laser beam, The ratio ((r2-r1) / R) between the width of the annular zone and the radius of the cross section of the laser beam is
Select within 0.5 or less. In such a configuration, the laser light generated from the laser light source 1 is converted into a parallel light beam via the collimator lens 2 and is incident on the phase changing means 4 via the beam splitter 3. The light beam incident on the phase changing means 4 is a laser beam 1a, 1c transmitted through the central portion 4a and the peripheral portion 4c of the phase shift plate 41.
The wavefront is divided into three parts: a laser beam 1b transmitted through the orbicular portion 4b of the phase shift plate, which has a different traveling wavefront from the laser beams 1a and 1c.
【0021】この波面分割された光ビーム(1a,1b,1c)
は、対物レンズ5によって集束され光記録媒体6の記録
面上を照射する。この記録面を照射する光ビームは、光
記録媒体6の記録面で反射され、光記録媒体6に記録さ
れている情報によって局所的に反射率または偏光などの
物理量が変化する。この反射した光ビームは、再び、対
物レンズ5、位相シフト板41を通過し、ビームスプリッ
タ3に戻されるとともに、ビームスプリット面3aによっ
て反射され、集光レンズ7を介して光検出器8の検出面
上に集光し、電気信号に変換され、図示省略された信号
処理回路で光記録媒体6の記録面上の情報が再生され
る。This wavefront-divided light beam (1a, 1b, 1c)
Are focused by the objective lens 5 and irradiate the recording surface of the optical recording medium 6. The light beam irradiating the recording surface is reflected by the recording surface of the optical recording medium 6, and a physical quantity such as a reflectance or a polarization locally changes depending on information recorded on the optical recording medium 6. The reflected light beam passes again through the objective lens 5 and the phase shift plate 41, is returned to the beam splitter 3, is reflected by the beam splitting surface 3a, and is detected by the photodetector 8 via the condenser lens 7. The light is condensed on the surface, converted into an electric signal, and the information on the recording surface of the optical recording medium 6 is reproduced by a signal processing circuit (not shown).
【0022】上記構成において、光ビームスポットのス
ポット径縮小率およびメインローブに対するサイドロー
ブの光強度分布の低減との関係を適切に選択することに
より、光学ヘッド装置として最適な焦点深度の深い微小
な光ビームスポットを発生することができる。以下次
に、スポット径縮小率およびメインローブに対するサイ
ドローブの光強度分布の低減との関係を説明する。初め
にスポット径の縮小に関して光ビームの波面分割が2分
割(図7〜図10)を説明し、次に波面分割が3分割のと
きを図1〜図6および表1を用いて説明する。In the above configuration, by appropriately selecting the relationship between the reduction ratio of the spot diameter of the light beam spot and the reduction of the light intensity distribution of the side lobe with respect to the main lobe, a fine and deep depth of focus optimal for an optical head device is obtained. A light beam spot can be generated. Next, the relationship between the spot diameter reduction rate and the reduction of the light intensity distribution of the side lobe with respect to the main lobe will be described. First, a description will be given of the case where the wavefront division of the light beam is divided into two (FIGS. 7 to 10) with respect to the reduction of the spot diameter. Next, the case where the wavefront division is divided into three will be described with reference to FIGS.
【0023】図7の(A) において、光学ヘッド装置は、
光軸90上に、半導体レーザ1と、コリメートレンズ2
と、ビームスプリッタ3と、位相シフト板44と、対物レ
ンズ5と、光軸90とビームスプリッタ3上で直行する光
軸91上に集光レンズ7と、光検知器8と、を備えてい
る。この光学ヘッドは光記録媒体6にレーザ光ビームを
集光、照射して情報の記録を行えるようにし、また光記
録媒体6で変調され、光記録媒体6の面から反射した光
信号をビームスプリッタ3で偏向して、集光レンズ7に
より光検知器8に導き、情報の再生を行えるように構成
されている。In FIG. 7A, the optical head device comprises:
A semiconductor laser 1 and a collimating lens 2 are placed on an optical axis 90.
, A beam splitter 3, a phase shift plate 44, an objective lens 5, a condensing lens 7 on an optical axis 91 orthogonal to the optical axis 90 and the beam splitter 3, and a photodetector 8. . The optical head converges and irradiates a laser beam onto the optical recording medium 6 so that information can be recorded. Further, an optical signal modulated by the optical recording medium 6 and reflected from the surface of the optical recording medium 6 is used as a beam splitter. The light is deflected by 3 and guided to a photodetector 8 by a condenser lens 7 so that information can be reproduced.
【0024】位相変化手段4を構成する位相シフト板44
は、図7の(B) に図示する位相シフト板44の正面図のよ
うに、レーザ光の進行波面の位相を変化させる領域4bが
斜線で図示する輪帯状になっており、この輪帯状領域4b
を透過したレーザ光の進行波面の位相が中心部分4aを透
過するレーザ光に対してδθだけ変化する。この輪帯領
域4bは、輪帯内周の半径をr1、輪帯外周の半径をr2、お
よびレーザ光の光束断面の半径をRとし、 (1)式で規定
される範囲とする。The phase shift plate 44 constituting the phase changing means 4
As shown in FIG. 7B, as shown in the front view of the phase shift plate 44, the region 4b for changing the phase of the traveling wavefront of the laser beam has a ring shape shown by oblique lines. 4b
The phase of the traveling wavefront of the laser beam transmitted through the laser beam changes by Δθ with respect to the laser beam transmitted through the central portion 4a. The orbicular zone region 4b has a radius defined by equation (1), where r1 is the radius of the inner periphery of the annular zone, r2 is the radius of the outer periphery of the annular zone, and R is the radius of the cross section of the laser beam.
【0025】[0025]
【数1】0<(r1/R)<1≦(r2/R)・・・(1) なおここで、輪帯状領域4bを透過したレーザ光の進行波
面の位相変化量はいかなる値をとってもよいが、(±1/
2 波長+整数倍の波長)、即ち(±π+2mπ;ただし
mは整数)であることが望ましい。0 <(r1 / R) <1 ≦ (r2 / R) (1) Here, the phase change amount of the traveling wavefront of the laser beam transmitted through the annular zone 4b may be any value. Good, but (± 1 /
(2 wavelengths + integer multiple wavelengths), that is, (± π + 2mπ; m is an integer).
【0026】従って、図7に図示する位相シフト板44を
透過したレーザ光の光束は、その進行波面の位相が変化
した輪帯状レーザ光束1bと、位相変化を伴わない中心部
の円筒状レーザ光束1aとが対物レンズ5によって集光さ
れ、両光束1a,1b の相互干渉作用を受けて、光記録媒体
6上にビームスポット径の縮小が行われる。発明者ら
は、Hygens-Fresnelの回折理論に基づいた計算(例えば
Y.Li and E.Wolf,J.Opt.Soc.Am.A.Vol1,No.8,801-808/A
ug.1984 参照)により、光記録媒体6上に集光されるレ
ーザビームスポットの強度分布を計算し、図8の図示す
る光記録媒体上のレーザビームスポット相対光強度分布
曲線に図示する計算結果を得ている。図8において、横
軸に集光スポット半径の相対値を、縦軸にメインローブ
ピーク値に対する光強度分布の相対値を示し、位相シフ
ト板44を用いなく半径Rのレーザ光を対物レンズ5で光
記録媒体6上に集光したときのレーザビームスポットの
強度分布を実線で示し、位相シフト板44の輪帯状領域4b
を用いてレーザ光の進行波面の位相をπだけ変化させた
レーザ光を対物レンズ5で光記録媒体6上に集光したと
きのレーザビームスポットの強度分布を点線で示す。Accordingly, the light beam of the laser light transmitted through the phase shift plate 44 shown in FIG. 7 is composed of an annular laser light beam 1b whose phase of the traveling wave front has changed and a cylindrical laser light beam at the center portion without phase change. The beam spot 1a is condensed by the objective lens 5, and the beam spot diameter is reduced on the optical recording medium 6 by the mutual interference between the two light beams 1a and 1b. The inventors have calculated (for example, based on the diffraction theory of Hygens-Fresnel)
Y.Li and E.Wolf, J.Opt.Soc.Am.A.Vol1, No.8,801-808 / A
ug.1984), the intensity distribution of the laser beam spot condensed on the optical recording medium 6 is calculated, and the calculation result shown in the relative light intensity distribution curve of the laser beam spot on the optical recording medium shown in FIG. Have gained. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the relative value of the focused spot radius, and the vertical axis indicates the relative value of the light intensity distribution with respect to the main lobe peak value. The intensity distribution of the laser beam spot when condensed on the optical recording medium 6 is shown by a solid line, and the annular zone 4b of the phase shift plate 44 is shown.
The intensity distribution of the laser beam spot when the laser beam whose phase of the traveling wavefront of the laser beam is changed by π using the objective lens 5 is condensed on the optical recording medium 6 is indicated by a dotted line.
【0027】この計算結果より、超解像を用いない実線
で図示するエアリーパターンに比べて、点線で図示され
る位相シフト板44により輪帯状領域4bを透過したレーザ
光の進行波面の位相を±π変化させたときの方が、より
小さなレーザビームスポット径を得ることができること
が確認できる。次に位相シフト板44の具体的な構造例に
ついて説明する。図9はその1例としての位相シフト板
45である。輪帯領域4bの輪帯内周半径をr1、輪帯外周半
径をr2、レーザ光の光束断面の半径をRとし、(1) 式に
よって規定される範囲に選び、輪帯領域4bの厚さをd、
屈折率nのレーザ光の透過物質(ガラスやプラスチック
スなど)で形成され、輪帯内周の内側の領域4aは貫通し
ている。なお、輪帯領域4bを形成するレーザ光の透過物
質の厚さdは、発生位相変化量をδθとすれば、(2)式
を満足する値に設計される。From this calculation result, the phase of the traveling wavefront of the laser beam transmitted through the annular zone 4b by the phase shift plate 44 shown by the dotted line is ±± compared to the Airy pattern shown by the solid line without using super-resolution. It can be confirmed that a smaller laser beam spot diameter can be obtained when π is changed. Next, a specific structure example of the phase shift plate 44 will be described. FIG. 9 shows a phase shift plate as one example.
45. The inner radius of the orbicular zone of the orbicular zone 4b is r1, the outer radius of the orbicular zone is r2, the radius of the laser beam cross section is R, and the radius is selected within the range defined by the equation (1). To d,
It is formed of a laser beam transmitting material (glass, plastics, or the like) having a refractive index of n, and a region 4a inside the inner periphery of the annular zone penetrates. The thickness d of the laser beam transmitting material forming the annular zone 4b is designed to a value that satisfies the expression (2), where the generated phase change is Δθ.
【0028】[0028]
【数2】 δθ=(2π/λa)・d・(1−n)・・・(2) ただし、λaは空気中のレーザ光の波長である。図10は
第2の構造例としての位相シフト板46である。図9に図
示した例と同様に、輪帯領域4bが輪帯内周の半径をr1、
輪帯外周の半径をr2、およびレーザ光の光束断面の半径
をRとし、(1) 式によって規定される範囲に選び、輪帯
領域4bの厚さをd、屈折率nのレーザ光の透過物質(ガ
ラスやプラスチックスなど)で形成され、輪帯内周の内
側の領域4aは厚さがd−Δdとする。輪帯領域4bを形成
するレーザ光の透過物質の輪帯内周の内側領域の厚さを
決定するΔdは、発生位相変化量をδθとすれば、(3)
式を各々満足するように設計される。Δθ = (2π / λa) · d · (1-n) (2) where λa is the wavelength of the laser beam in the air. FIG. 10 shows a phase shift plate 46 as a second structural example. As in the example shown in FIG. 9, the orbicular zone region 4b has a radius of the inner periphery of the orbicular zone r1,
Let r2 be the radius of the outer periphery of the orbicular zone, and R be the radius of the cross section of the light beam of the laser beam, select the range defined by the equation (1), set the thickness of the orbicular zone 4b to d, and transmit the laser beam having the refractive index n. A region (4a) formed of a substance (such as glass or plastics) inside the inner periphery of the orbicular zone has a thickness of d-Δd. Δd, which determines the thickness of the inner region of the inner periphery of the annular zone of the laser light transmitting material that forms the annular zone 4b, is expressed as follows: (3)
It is designed to satisfy each of the equations.
【0029】[0029]
【数3】 δθ=(2π/λa)・Δd・(1−n)・・・(3) ただし、λaは空気中のレーザ光の波長である。Δθ = (2π / λa) · Δd · (1-n) (3) where λa is the wavelength of the laser beam in the air.
【0030】[0030]
【実施例1】図1において、光学ヘッド装置は、光軸90
上に半導体レーザ1と、コリメートレンズ2と、ビーム
スプリッタ3と、位相シフト板41と、対物レンズ5と、
および光軸90とビームスプリッタ3上で直行する光軸91
上に集光レンズ7と、光検知器8と、を備えて構成され
る。この光学ヘッド装置は、光記録媒体6にレーザビー
ムを集光・照射して情報の記録が行えるように構成され
ている。また、光記録媒体6で変調され、光記録媒体6
の面から反射した光信号をビームスプリッタ3で偏向し
て集光レンズ7により光検知器8に導き、情報の再生を
行うように構成されている。Embodiment 1 In FIG. 1, an optical head device has an optical axis 90.
The semiconductor laser 1, the collimating lens 2, the beam splitter 3, the phase shift plate 41, the objective lens 5,
And an optical axis 91 orthogonal to the optical axis 90 and the beam splitter 3
It is provided with a condenser lens 7 and a photodetector 8 on the top. This optical head device is configured so that information can be recorded by converging and irradiating a laser beam on the optical recording medium 6. The optical recording medium 6 is modulated by the optical recording medium 6.
The optical signal reflected from the surface is deflected by the beam splitter 3 and guided to the photodetector 8 by the condenser lens 7 to reproduce information.
【0031】位相シフト板41は、図1の(B) に図示され
る正面図のように、レーザ光の進行波面の位相を変化さ
せる領域4bが輪帯状になっており、この輪帯状領域4bを
透過したレーザ光の進行波面の位相がδθだけ変化す
る。輪帯領域4bは、輪帯内周の半径をr1、輪帯外周の半
径をr2、およびレーザ光の光束断面の半径をRとし、
(4) 式によって規定される範囲とする。As shown in the front view of FIG. 1B, the phase shift plate 41 has an annular zone 4b for changing the phase of the traveling wavefront of the laser beam. Changes the phase of the traveling wavefront of the laser light transmitted through Δθ. The orbicular zone region 4b has a radius of the inner periphery of the annular zone as r1, a radius of the outer periphery of the annular zone as r2, and a radius of a light beam cross section of the laser beam as R,
(4) Within the range specified by the formula.
【0032】[0032]
【数4】0<(r1/R)<(r2/R)<1・・・(4) なおここで、輪帯状領域4bを透過したレーザ光の進行波
面の位相変化量はいかなる値をとってもよいが、(±1/
2 波長+整数倍の波長)、即ち(±π+2mπ;ただし
mは整数)であることが望ましい。0 <(r1 / R) <(r2 / R) <1 (4) Here, the phase change amount of the traveling wavefront of the laser beam transmitted through the annular zone 4b may be any value. Good, but (± 1 /
(2 wavelengths + integer multiple wavelengths), that is, (± π + 2mπ; m is an integer).
【0033】従って、図1に図示する位相シフト板41を
透過したレーザ光の光束は、その進行波面の位相が変化
した輪帯断面状レーザ光束1bと、位相変化を伴わない中
心部の円筒状レーザ光束1aおよび輪帯断面状レーザ光束
1cが対物レンズ5により集光され、これらの光束1a,1b,
1cが相互干渉作用を受けて、光記録媒体6上にビームス
ポット径の縮小が行われる。Accordingly, the light beam of the laser light transmitted through the phase shift plate 41 shown in FIG. 1 is composed of an annular cross-sectional laser light beam 1b in which the phase of the traveling wave front is changed and a cylindrical light beam having a central portion which is not accompanied by a phase change. Laser beam 1a and annular zone cross section laser beam
1c is condensed by the objective lens 5, and these light fluxes 1a, 1b,
1c is subjected to the mutual interference effect, and the beam spot diameter is reduced on the optical recording medium 6.
【0034】かかる構成により、光記録媒体上に集光さ
れたレーザビームスポットの強度分布について発明者ら
は、上述の光ビームの波面分割を2分割のときでの説明
したように、 Hygens-Fresnel の回折理論に基づいた計
算を行うことにより、図2に図示する光記録媒体上のレ
ーザビームスポット相対光強度分布曲線に図示する計算
結果を得ている。With such a configuration, the inventors of the present invention have discussed the intensity distribution of the laser beam spot converged on the optical recording medium, as described above in the case of dividing the wavefront of the light beam into two, as described above. By performing the calculation based on the diffraction theory, the calculation result shown in the relative light intensity distribution curve of the laser beam spot on the optical recording medium shown in FIG. 2 is obtained.
【0035】図2において、横軸に集光スポット半径の
相対値を、縦軸にメインローブピーク値に対する光強度
分布の相対値を示し、位相シフト板44を用いて光ビーム
の波面分割を2分割のときのレーザ光を対物レンズ5で
光記録媒体6上に集光したときのレーザビームスポット
の強度分布を点線で示し、本発明の位相シフト板41の輪
帯状領域4bを用いて光ビームの波面分割を3分割のとき
のレーザ光の進行波面の位相をπだけ変化させたレーザ
光を対物レンズ5で光記録媒体6上に集光したときのレ
ーザビームスポットの強度分布を実線で示す。In FIG. 2, the horizontal axis represents the relative value of the focused spot radius, the vertical axis represents the relative value of the light intensity distribution with respect to the main lobe peak value, and the wavefront division of the light beam is performed using the phase shift plate 44. The intensity distribution of the laser beam spot when the laser beam at the time of division is focused on the optical recording medium 6 by the objective lens 5 is indicated by a dotted line, and the light beam is formed by using the orbicular region 4b of the phase shift plate 41 of the present invention. The solid line shows the intensity distribution of the laser beam spot when the laser beam obtained by changing the phase of the traveling wavefront of the laser beam by π when the wavefront is divided into three is converged on the optical recording medium 6 by the objective lens 5. .
【0036】この計算結果より、図8で説明した光ビー
ムの波面分割を2分割のときのレーザビームスポット相
対光強度分布曲線では、超解像を用いないときのエアリ
ーパターンにより形成されるビームスポット径よりも小
さなレーザビームスポット径が得られる反面、サイドロ
ーブ強度が増大していた。これに対して、本発明の図2
に図示する光ビームの波面分割を3分割のときは、レー
ザビームスポット径を増大させることなく、サイドロー
ブ強度を低減できることが確認できる。From the calculation results, the relative light intensity distribution curve of the laser beam spot when the wavefront of the light beam is divided into two as described with reference to FIG. 8 shows that the beam spot formed by the Airy pattern when the super-resolution is not used. Although a laser beam spot diameter smaller than the diameter was obtained, the side lobe intensity was increased. On the other hand, FIG.
It can be confirmed that when the wavefront division of the light beam shown in FIG. 4 is divided into three, the side lobe intensity can be reduced without increasing the laser beam spot diameter.
【0037】[0037]
【実施例2】ところで、(2) 式で規定されるr1/R及び
r2/Rの値をさまざまに変化させた場合のレーザビーム
スポット径の縮小率とメインローブに集中するレーザパ
ワー効率との関係を図5に示す。ここでレーザビームス
ポット径の縮小率とは、本発明による超解像を用いたと
きのレーザビームスポット径と超解像を用いないときの
レーザビームスポット径との比であり、またメインロー
ブに集中するレーザパワー効率ηとは、メインローブに
集中したレーザパワーと対物レンズに入射する全レーザ
パワーとの比である。Embodiment 2 By the way, r1 / R defined by the equation (2) and
FIG. 5 shows the relationship between the reduction ratio of the laser beam spot diameter and the laser power efficiency concentrated on the main lobe when the value of r2 / R is variously changed. Here, the reduction ratio of the laser beam spot diameter is a ratio between the laser beam spot diameter when using the super-resolution according to the present invention and the laser beam spot diameter when not using the super-resolution. The concentrated laser power efficiency η is the ratio of the laser power concentrated on the main lobe to the total laser power incident on the objective lens.
【0038】図5において、横軸に輪帯領域4bの内周半
径r1とレーザ光の光束断面の半径Rとの比(r1/R)をと
り、縦軸にレーザビームスポット径の縮小率をとり、輪
帯領域4bの外周半径r2とレーザ光の光束断面の半径Rと
の比(r2/R)をパラメータとしたレーザビームスポット径
の縮小率を実線で図示し、メインローブに集中するレー
ザパワー効率ηをパラメータとした特性図を点線で図示
する。In FIG. 5, the horizontal axis represents the ratio (r1 / R) of the inner radius r1 of the annular zone 4b to the radius R of the laser beam cross section, and the vertical axis represents the reduction rate of the laser beam spot diameter. The solid line shows the reduction rate of the laser beam spot diameter with the ratio (r2 / R) of the ratio (r2 / R) between the outer radius r2 of the annular zone 4b and the radius R of the cross section of the laser beam, and the laser concentrated on the main lobe. A characteristic diagram using the power efficiency η as a parameter is shown by a dotted line.
【0039】図5によれば、超解像によりレーザビーム
スポット径の縮小率を高めていくにしたがい、メインロ
ーブに集中するレーザパワー効率が低下していくことが
判る。例えば、レーザビームスポット径の縮小率が0.75
付近でメインローブに集中するレーザパワー効率は10%
程度まで低下するので、実用上のr1/Rおよびr2/Rの
設定範囲は図5に図示される範囲が望ましい。FIG. 5 shows that the laser power efficiency concentrated on the main lobe is reduced as the reduction ratio of the laser beam spot diameter is increased by super-resolution. For example, the reduction rate of the laser beam spot diameter is 0.75
Laser power efficiency concentrated on the main lobe in the vicinity is 10%
Therefore, the practical setting range of r1 / R and r2 / R is preferably the range shown in FIG.
【0040】さらに、r1/Rおよびr2/Rの値をさまざ
まに変化させたときのレーザビームスポット径の縮小率
とサイドローブピーク比との関係を図6に示す。即ち、
図6と図5の相違点は、図5がメインローブに集中する
レーザパワー効率ηをパラメータとした特性図を点線で
図示したのに対して、図6はサイドローブピーク比をパ
ラメータとして点線で図示したものである。なおここ
で、サイドローブピーク比とはサイドローブピーク値と
メインローブピーク値との比である。FIG. 6 shows the relationship between the reduction ratio of the laser beam spot diameter and the side lobe peak ratio when the values of r1 / R and r2 / R are variously changed. That is,
The difference between FIGS. 6 and 5 is that, while FIG. 5 shows the characteristic diagram in which the laser power efficiency η concentrated on the main lobe is a parameter as a dotted line, FIG. 6 shows the characteristic diagram in which the side lobe peak ratio is a parameter as a dotted line. It is illustrated. Here, the side lobe peak ratio is a ratio between the side lobe peak value and the main lobe peak value.
【0041】図6において、例えば、レーザビームスポ
ット径の縮小率を0.86とし、このときのサイドローブピ
ーク比を5%程度に抑えるためにはr1/R=0.39、r2/
R=0.60にすればよいことがわかる。図5に図示する特
性図よりr1/Rおよびr2/Rの設計例を表1に示す。表
1 より本実施例における (4)式で規定されるr1/Rおよ
びr2/Rの値は、さらに(5)式の条件で設定されること
が望ましい。In FIG. 6, for example, the reduction ratio of the laser beam spot diameter is set to 0.86, and to suppress the side lobe peak ratio at this time to about 5%, r1 / R = 0.39, r2 / R
It is understood that R = 0.60 may be set. Table 1 shows design examples of r1 / R and r2 / R from the characteristic diagram shown in FIG. table
From FIG. 1, it is desirable that the values of r1 / R and r2 / R defined by the expression (4) in this embodiment are further set under the condition of the expression (5).
【0042】[0042]
【数5】0< (r2/R)−(r1/R) ≦0.5 ・・・(5)0 <(r2 / R) − (r1 / R) ≦ 0.5 (5)
【0043】[0043]
【表1】 [Table 1]
【0044】[0044]
【実施例3】次に位相シフト板41の具体的な構造例につ
いて説明する。図3はその1実施例としての位相シフト
板42である。位相シフト板42の輪帯領域4bの輪帯内周半
径をr1、輪帯外周半径をr2、およびレーザ光の光束断面
の半径をRとし、(4) 式で規定される範囲に選び、輪帯
領域4bの厚さをd、屈折率nのレーザ光の透過物質(ガ
ラスやプラスチックスなど)で形成され、輪帯内周の内
側の領域および輪帯外周の外側の領域は厚さがd−Δd
になるように製作する。なお、輪帯領域4bを形成するレ
ーザ光の透過物質の厚さdは (2)式を、輪帯内周の内側
及び輪帯外周の外側の領域の厚さを決定するΔdは、発
生位相変化量をδθとすれば、(6) 式を各々満足する値
に設計される。Third Embodiment Next, a specific structure example of the phase shift plate 41 will be described. FIG. 3 shows a phase shift plate 42 as one embodiment. Let r1 be the inner radius of the orbicular zone of the orbicular zone region 4b of the phase shift plate 42, r2 be the outer peripheral radius of the orbicular zone, and R be the radius of the light beam cross section of the laser beam. The band region 4b is formed of a laser beam transmitting material (glass, plastics, or the like) having a thickness of d and a refractive index of n, and the thickness of the region inside the inner periphery of the annular zone and the region outside the outer periphery of the annular zone is d. −Δd
Produce to be. The thickness d of the laser beam transmitting material forming the orbicular zone 4b is expressed by the following equation (2), and Δd which determines the thickness of the inner and inner peripheries of the orbital zone is the generated phase. Assuming that the change amount is Δθ, the values are designed to satisfy the respective expressions (6).
【0045】[0045]
【数6】 δθ=(2π/λa)・Δd・(1−n)・・・(6) ただし、λaは空気中のレーザ光の波長である。Δθ = (2π / λa) · Δd · (1-n) (6) where λa is the wavelength of the laser beam in the air.
【0046】[0046]
【実施例4】図4は図3に図示する位相シフト板42を位
相シフト半球レンズ43に変形した本発明の他の実施例の
構造を示したものである。図1との相違点は、図1の位
相シフト板41(42)が除去され、代わりに位相シフト半球
レンズ43が対物レンズ5と光記録媒体6との間の光軸90
上に配置される点である。図4において、位相シフト半
球レンズ43の球心は、対物レンズ5により球面波に変換
されたレーザ光の進行波面の集光点(幾何光学的焦点)
および光記録媒体6の情報記録面上が合致するP点に合
わせて配置される。また位相シフト半球レンズ43は、図
4の(A) に図示すように外側が凸球面、内側が凹球面形
状になっており、凸球面および凹球面の各々球心はP点
に合致するように構成する。なお光記録媒体6との作動
距離(ワーキングディスタンス)を維持するために、位
相シフト半球レンズ43の光記録媒体6側の面はP点より
も手前(対物レンズ5側)で切断された形状としてもよ
い。Fourth Embodiment FIG. 4 shows the structure of another embodiment of the present invention in which the phase shift plate 42 shown in FIG. The difference from FIG. 1 is that the phase shift plate 41 (42) of FIG. 1 has been removed, and instead the phase shift hemispherical lens 43 has an optical axis 90 between the objective lens 5 and the optical recording medium 6.
It is the point that is placed above. In FIG. 4, the spherical center of the phase-shift hemispherical lens 43 is the focal point (geometric optical focus) of the traveling wavefront of the laser light converted into a spherical wave by the objective lens 5.
In addition, the optical recording medium 6 is arranged at a point P where the information recording surface of the optical recording medium 6 matches. The phase-shift hemispherical lens 43 has a convex spherical surface on the outside and a concave spherical surface on the inside as shown in FIG. 4A, and the spherical centers of the convex spherical surface and the concave spherical surface coincide with the point P. To be configured. In order to maintain a working distance (working distance) with the optical recording medium 6, the surface of the phase-shift hemispherical lens 43 on the optical recording medium 6 side is cut away from the point P (the objective lens 5 side). Is also good.
【0047】図4の図示例では、位相シフト半球レンズ
43の凸球面上に光軸90およびP点を中心とした立体角度
θr(半値) で表現すると、対物レンズ5により球面波
に変換されたレーザ光の光束の収斂角度をθR(半値)
とすれば、(7) 式で規定される領域をΔdの深さで輪帯
状に切欠くことで、図3で図示した実施例と同様の作用
・効果を得ることができる。In the example shown in FIG. 4, a phase shift hemispherical lens
When expressed as a solid angle θr (half value) centered on the optical axis 90 and the point P on the 43 convex spherical surface, the convergence angle of the laser beam converted into a spherical wave by the objective lens 5 is θR (half value).
If the area defined by the equation (7) is cut out in an annular shape at a depth of Δd, the same operation and effect as the embodiment shown in FIG. 3 can be obtained.
【0048】[0048]
【数7】0<θr1<θr2<θR・・・(7) なおこの深さΔdは、例えばλa/2 とすることで効率よ
く超解像を発生させることができる。0 <θr1 <θr2 <θR (7) By setting the depth Δd to, for example, λa / 2, super-resolution can be efficiently generated.
【0049】[0049]
【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、レーザ光源と光記録媒体面との間の光軸上に配置さ
れ、レーザ光の光束断面を含む面内でこの光束断面の中
心軸を中心とする輪帯状領域にレーザ光の進行波面の位
相を変化させる位相変化手段を設け、この位相変化手段
の輪帯状領域を特定の範囲内に選定したので、レーザ光
源から発したレーザ光の光量損失を少なくし、また装置
全体を小さくすることができる他に、超解像技術を利用
した光ビーム径と輪帯状領域の内径寸法・外径寸法との
関係による、光ビームスポットのスポット径縮小率およ
びメインローブに対するサイドローブの光強度分布の低
減との関係を明らかにし、焦点深度の深い微小な光ビー
ムスポットを発生する光学ヘッド装置を提供することが
できる。As described above, according to the structure of the present invention, the laser beam is disposed on the optical axis between the laser light source and the surface of the optical recording medium, and the cross section of the light beam cross section is included in the plane including the laser beam cross section. Phase change means for changing the phase of the traveling wavefront of the laser light is provided in an annular area centered on the central axis, and the annular area of the phase change means is selected within a specific range. In addition to reducing the loss of light quantity and reducing the size of the entire device, the light beam spot is determined by the relationship between the light beam diameter using super-resolution technology and the inner and outer diameters of the annular zone. It is possible to clarify the relationship between the spot diameter reduction ratio and the reduction of the light intensity distribution of the side lobes with respect to the main lobe, and to provide an optical head device that generates a minute light beam spot with a large depth of focus.
【図1】本発明による一実施例の光記録媒体上にビーム
スポットを発生する光学ヘッド装置の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of an optical head device that generates a beam spot on an optical recording medium according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明によるビームスポット相対光強度分布を
説明する説明図FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a beam spot relative light intensity distribution according to the present invention.
【図3】位相シフト板の一実施例を説明する説明図FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an embodiment of a phase shift plate.
【図4】位相シフト板の他実施例を説明する説明図FIG. 4 is an explanatory view illustrating another embodiment of the phase shift plate.
【図5】光ビーム径と位相シフト板の輪帯部寸法をパラ
メータとするビームスポット径縮小率とメインローブに
集中するパワー効率との関係を説明する説明図FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a relationship between a beam spot diameter reduction rate using a light beam diameter and an annular zone dimension of a phase shift plate as parameters, and power efficiency concentrated on a main lobe.
【図6】光ビーム径と位相シフト板の輪帯部寸法をパラ
メータとするビームスポット径縮小率とサイドローブピ
ーク比との関係を説明する説明図FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a relationship between a beam spot diameter reduction rate and a side lobe peak ratio using a light beam diameter and a ring zone dimension of a phase shift plate as parameters.
【図7】位相シフト板による光ビームの波面分割が2分
割のときを説明する説明図FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a case where a wavefront of a light beam is divided into two by a phase shift plate.
【図8】2分割のときビームスポット相対光強度分布を
説明する説明図FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a beam spot relative light intensity distribution in the case of two divisions.
【図9】2分割の位相シフト板を説明する説明図FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a two-phase shift plate.
【図10】2分割の位相シフト板の他の例を説明する説明
図FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating another example of a two-phase shift plate.
【図11】従来技術による超解像技術を利用した光学ヘッ
ド装置の構成図FIG. 11 is a configuration diagram of an optical head device using a super-resolution technology according to the related art.
【図12】従来技術による超解像技術を利用した他の光学
ヘッド装置の構成図FIG. 12 is a configuration diagram of another optical head device using super-resolution technology according to the related art.
【図13】従来技術による超解像技術を利用した他の光学
ヘッド装置の構成図FIG. 13 is a configuration diagram of another optical head device using super-resolution technology according to the related art.
1 レーザ光源 1a,1b,1c レーザ光 1d レーザ光が存在しない領域 2 コリーメートレンズ 3 ビームスプリッタ 3A 偏光ビームスプリッタ 3a ビームスプリット面 4 位相変化手段 41,42,44,45,46 位相シフト板 43 位相シフト半球レンズ 47 遮光板 48 円錐レンズ 4a 中心部分 4b,4c 輪帯状領域 5 対物レンズ 6 光記録媒体 7,7A 集光レンズ 7B シリンドリカルレンズ 8 光検出器 90,91 光軸 r1 輪帯内周の半径 r2 輪帯外周の半径 R レーザ光の光束断面の半径 δθ 位相差 d 輪帯領域4bの厚さ Δd 輪帯内周の内側領域4aの空隙部分の厚さ λa 空気中のレーザ光の波長 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 1a, 1b, 1c Laser light 1d Region where laser light does not exist 2 Collimate lens 3 Beam splitter 3A Polarization beam splitter 3a Beam split surface 4 Phase changing means 41,42,44,45,46 Phase shift plate 43 Phase Shift hemispherical lens 47 Light shield plate 48 Conical lens 4a Central part 4b, 4c Ring-shaped area 5 Objective lens 6 Optical recording medium 7,7A Condensing lens 7B Cylindrical lens 8 Photodetector 90,91 Optical axis r1 Radius of inner circumference of ring r2 Radius of outer circumference of annular zone R Radius of cross section of laser beam δθ Phase difference d Thickness of annular zone 4b Δd Thickness of air gap in inner zone 4a of inner circumference of annular zone λa Wavelength of laser beam in air
Claims (3)
光を光記録媒体上に集光する光学素子と、光記録媒体で
変調され、光記録媒体面から反射した光信号を検知する
光検知器からなる光学ヘッド装置において、 前記レーザ光の光束断面を含む面内で該光束断面の中心
軸を中心とした輪帯状領域に前記レーザ光の進行波面の
位相を変化させる手段をレーザ光源と光記録媒体との間
の光軸上に設け、前記輪帯状領域の輪帯内周の半径をr
1、輪帯外周の半径をr2、及び前記レーザ光の光束断面
の半径をRとすれば、前記輪帯領域は下式により規定さ
れていることを特徴とする光学ヘッド装置。 0<(r1/R)<1≦(r2/R)1. A laser light source that emits laser light, an optical element that focuses the laser light on an optical recording medium, and a photodetector that detects an optical signal modulated by the optical recording medium and reflected from the optical recording medium surface. An optical head device comprising: a laser light source and an optical recording device that change a phase of a traveling wavefront of the laser light in an annular region centered on a central axis of the light beam cross section in a plane including the light beam cross section of the laser light. Provided on the optical axis between the medium and the medium, the radius of the inner circumference of the annular zone of the annular zone is r
1. An optical head device wherein the annular zone area is defined by the following equation, where r2 is the radius of the outer circumference of the annular zone and R is the radius of the cross section of the light beam of the laser beam. 0 <(r1 / R) <1 ≦ (r2 / R)
光を光記録媒体上に集光する光学素子と、光記録媒体で
変調され、光記録媒体面から反射した光信号を検知する
光検知器からなる光学ヘッド装置において、 前記レーザ光の光束断面を含む面内で該光束断面の中心
軸を中心とした輪帯状領域に前記レーザ光の進行波面の
位相を変化させる手段をレーザ光源と光記録媒体との間
の光軸上に設け、前記輪帯状領域の輪帯内周の半径をr
1、輪帯外周の半径をr2、及び前記レーザ光の光束断面
の半径をRとすれば、前記輪帯領域は下式により規定さ
れていることを特徴とする光学ヘッド装置。 0<(r1/R)<(r2/R)<12. A laser light source for emitting a laser beam, an optical element for condensing the laser beam on an optical recording medium, and a photodetector for detecting an optical signal modulated by the optical recording medium and reflected from the optical recording medium surface. An optical head device comprising: a laser light source and an optical recording device that change a phase of a traveling wavefront of the laser light in an annular region centered on a central axis of the light beam cross section in a plane including the light beam cross section of the laser light. Provided on the optical axis between the medium and the medium, the radius of the inner circumference of the annular zone of the annular zone is r
1. An optical head device wherein the annular zone area is defined by the following equation, where r2 is the radius of the outer circumference of the annular zone and R is the radius of the cross section of the light beam of the laser beam. 0 <(r1 / R) <(r2 / R) <1
光を光記録媒体上に集光する光学素子と、光記録媒体で
変調され、光記録媒体面から反射した光信号を検知する
光検知器からなる光学ヘッド装置において、 前記レーザ光の光束断面を含む面内で該光束断面の中心
軸を中心とした輪帯状領域に前記レーザ光の進行波面の
位相を変化させる手段をレーザ光源と光記録媒体との間
の光軸上に設け、前記輪帯状領域の輪帯内周の半径をr
1、輪帯外周の半径をr2、及び前記レーザ光の光束断面
の半径をRとすれば、前記輪帯領域は下式により規定さ
れていることを特徴とする光学ヘッド装置。 0<(r2/R)−(r1/R)≦0.53. A laser light source for emitting laser light, an optical element for condensing the laser light on an optical recording medium, and a photodetector for detecting an optical signal modulated by the optical recording medium and reflected from the optical recording medium surface. An optical head device comprising: a laser light source and an optical recording device that change a phase of a traveling wavefront of the laser light in an annular region centered on a central axis of the light beam cross section in a plane including the light beam cross section of the laser light. Provided on the optical axis between the medium and the medium, the radius of the inner circumference of the annular zone of the annular zone is r
1. An optical head device wherein the annular zone area is defined by the following equation, where r2 is the radius of the outer circumference of the annular zone and R is the radius of the cross section of the light beam of the laser beam. 0 <(r2 / R)-(r1 / R) ≦ 0.5
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10252198A JP2000090468A (en) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | Optical head device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10252198A JP2000090468A (en) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | Optical head device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000090468A true JP2000090468A (en) | 2000-03-31 |
Family
ID=17233873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10252198A Pending JP2000090468A (en) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | Optical head device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000090468A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002251766A (en) * | 2001-02-23 | 2002-09-06 | Konica Corp | Object lens, condensing optical system, optical pickup device and recording/reproducing device |
| WO2007046284A1 (en) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Nec Corporation | Optical head and optical disc device |
-
1998
- 1998-09-07 JP JP10252198A patent/JP2000090468A/en active Pending
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|---|---|---|---|---|
| JP2002251766A (en) * | 2001-02-23 | 2002-09-06 | Konica Corp | Object lens, condensing optical system, optical pickup device and recording/reproducing device |
| WO2007046284A1 (en) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Nec Corporation | Optical head and optical disc device |
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