JP2000090468A - 光学ヘッド装置 - Google Patents

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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００４２】

【数５】０＜ (r2／Ｒ）−（r1／Ｒ) ≦0.5 ・・・(5)

【００４３】

【表１】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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

【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

【図３】位相シフト板の一実施例を説明する説明図

【図４】位相シフト板の他実施例を説明する説明図

【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

【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

【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

【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

【図９】２分割の位相シフト板を説明する説明図

【図10】２分割の位相シフト板の他の例を説明する説明
図

【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

【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

【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

【符号の説明】

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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光を発するレーザ光源と前記レーザ
   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）
2. 【請求項２】レーザ光を発するレーザ光源と前記レーザ
   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）＜１
3. 【請求項３】レーザ光を発するレーザ光源と前記レーザ
   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）≦0.5