JPH0969237A - 光ピックアップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 減衰体３の光学的特性を最適化することによ
り、メインローブ径の縮小を行うと共に、サイドローブ
の強度増加を抑える。 【解決手段】 光学的超解像を発生させる遮光体３によ
り、遮光された領域の光強度を０とするのではなく、光
軸付近の光を減衰させてその一部を通過させる構成であ
る。減衰体３の直径Ａまたは幅ａ、および透過率Ｔが次
の式で与えられる光学特性の最適値を有している。減衰
体による光の減衰領域の形状が円形の場合には、 （対物レンズ有効径）×０．５＜Ａ＜（対物レンズ有効
径）×０．７５ Ｔ＞０．２７ または、減衰体による光の減衰領域の形状が帯状の場合
には、 （対物レンズ有効径）×０．２５＜ａ＜（対物レンズ有
効径）×０．５ Ｔ＞０．５４

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光などを用
いて光ディスクなどの記録媒体に情報の記録再生を行う
光ピックアップに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来から用いられてきた磁気
光学効果を利用した記録再生が可能な光ディスクに用い
られる光ピックアップの光学系構成図である。

【０００３】図１１において、レーザ光を出射する半導
体レーザ１、平行光変換用のコリメートレンズ２、第１
ビームスプリッタ４および４５°ミラー５がそれぞれ一
直線状に配置されている。この４５°ミラー５に対して
９０°反射方向に対物レンズ６が配置されており、対物
レンズ６による集光スポット位置に光ディスク７が配置
されている。また、この第１ビームスプリッタ４への反
射光入射方向に対して垂直な方向位置に、第２ビームス
プリッタ９、集光レンズ１０、その母線の方向が紙面に
対して４５°方向に設定されたシリンドリカルレンズ１
１さらに光検出器１２を順次一直線状に配置しており、
光検出器１２に光ディスク７からの反射光が入射されて
受光される。

【０００４】また、第２ビームスプリッタ９への反射光
入射方向に対して垂直な方向位置に、集光レンズ１３、
１／２波長板１４さらに偏光ビームスプリッタ１５が一
直線状に配置されている。この偏光ビームスプリッタ１
５で分離された透過光と反射光方向にそれぞれ、光検出
器１６，１７が配置されており、光検出器１６，１７に
上記透過光と反射光が入射されて受光される。以上によ
り、従来の記録再生可能な光ピックアップが構成されて
いる。

【０００５】上記構成により、半導体レーザ１から出射
された光は、コリメートレンズ２により平行光に変換さ
れる。この平行光は、第１ビームスプリッタ４を透過
し、さらに４５°ミラー５により９０°方向を変えるよ
うに反射され、対物レンズ６に入射される。この対物レ
ンズ６に入射された光は、この対物レンズ６により、磁
気光学効果を利用した光ディスク７上に集光スポットを
形成する。

【０００６】このディスク７からの反射光は、同一の光
路を通リ半導体レーザ１に戻るが、その一部は第１ビー
ムスプリッタ４により９０°方向を変えて反射される。
この反射光は第２ビームスプリッタ９により、透過光と
反射光に分離され、その透過光は、第２ビームスプリッ
タ９を透過後、集光レンズ１０、さらに、その母線の方
向が紙面に対して４５°方向に設定されたシリンドリカ
ルレンズ１１を透過した後、光検出器１２上に集光され
る。この光検出器１２において、光ディスク７からの反
射光によりフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）およびトラ
ッキングエラー信号（ＴＥＳ）のサーボ誤差信号を生成
する。

【０００７】一方、第２ビームスプリッタ９により反射
された光は、別の集光レンズ１３により集光されるが、
その光は１／２波長板１４により光の偏光方位が４５°
回転された後、偏光ビームスプリッタ１５により透過光
と反射光に分離される。さらに、分離された光はそれぞ
れ、光検出器１６，１７により電気信号に変換され、そ
れぞれの出力を差動検出することにより、磁気光学効果
を利用して記録された情報が電気信号に変換されて再生
される。

【０００８】ここで、以上の光ピックアップの光量につ
いて計算する。

【０００９】図１１に示したような通常の光ピックアッ
プにおいて、ビームスプリッタ４，９，１５の光学的特
性は、次のような値がよく用いられている。

【００１０】 ビームスプリッタ４ 透過率：反射率＝0.6〜0.7：0.4〜0.3（Ｐ偏光） ビームスプリッタ９ 透過率：反射率＝0.5 ：0.5 （Ｐ偏光） 偏光ビームスプツリッタ１５ 透過率：反射率＝0.5 ：0.5 （Ｐ+45° 偏光） このような光学特性を持つビームスプツリタ４，９，１
５を用いた場合、レンズの結合効率を考慮した半導体レ
ーザ１の光出力をｉ₁とし、光ディスク７からの反射光
の強度をｉ₂とすれば、 対物レンズ６から出射される光出力 ＝半導体レーザ出力×ヒ゛ームスフ゜リッタ４透過率 ＝ｉ₁×（0.6〜0.7） ＝（0.6〜0.7）・ｉ₁ 光検出器１２で受光される光量 ＝光テ゛ィスク反射光×ヒ゛ームスフ゜リッタ４反射率×ヒ゛ームスフ゜リッタ９
透過率 ＝ｉ₂×（0.3〜0.4）×0.5 ＝（0.15〜0.2）・ｉ₂ 光検出器１６．１７で受光される光量 ＝光テ゛ィスク反射光×ヒ゛ームスフ゜リッタ４反射率×ヒ゛ームスフ゜リッタ９
反射率×ヒ゛ームスフ゜リッタ15反射,透過率 ＝ｉ₂×（0.3〜0.4）×0.5×0.5 ＝（0.075〜0.1）・ｉ₂ となる。

【００１１】一方、光ディスクにおいて記録密度を高め
るためには、光ピックアップにより情報を読み出すため
に光ディスク上に形成される集光スポット径を縮小する
必要がある。

【００１２】一般に、集光スポット径は、レーザ光源の
波長に比例し、対物レンズの開口数（ＮＡ）に反比例す
ることが知られているが、開口数を大きくすれば、光デ
ィスクのソリによる傾きの許容値が小さくなり、現状以
上に大きくすることは困難である。

【００１３】また、一方、波長を短くする検討は、光ピ
ックアップの光源として用いられる半導体レーザにおい
て、各種行われているが、現在、実用化されている波長
域にも限界がある。

【００１４】そこで、光学系の回折限界を超える微小集
光スポットを実現するために光学的超解像の検討が各種
行われている。

【００１５】例えば、特開昭６３−２４７９２０号公報
や特開平２−１２６２４号公報には、対物レンズに入射
する光ビームの断面内で中心部分の光を完全に遮光（透
過率Ｔ＝０）して、光軸から外れた輪帯状（ドーナツ
状）領域を通る部分の光のみを対物レンズで集光し、光
学的超解像により回折限界以下の微小な集光スポットを
得る方法が開示されている。

【００１６】この光学的超解像を用いることにより、対
物レンズの開口数を大きくすることなく、光ピックアッ
プの光源である半導体レーザと対物レンズの間に光ビー
ムの中心部分の光の強度を減衰させる手段（以下遮光体
という）を配置するだけで、回折限界以下の微小な集光
スポットを得ることができる。

【００１７】また、光学的超解像を発生させる遮光体と
して特開平３−２５４４３３号公報には、回折格子を用
いて±１次回折光の発生による０次回折光（透過光）の
減衰を用いる方法が開示されているが、この回折格子の
特性は、特開昭６３−２４７９２０号公報や特開平２−
１２６２４号公報に開示されている遮光体の特性と同様
に光軸上の光強度が０（０次回折光強度＝０）となるよ
うに設定されており、その光学的特性に関しては何ら最
適化されていない。

【００１８】また、この回折格子により発生する±１次
回折光に関しても、０次回折光（透過光）に減衰を生じ
させるためのみに用いられており、±１次回折光を有効
に利用しているとは言えないものであった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の光ピックア
ップに光学的超解像を用いることにより、光ディスク上
の集光スポットを回折限界以下に小さく集光させること
ができ、光ディスクの高密度化を図ることができる。

【００２０】ところが、この光学的超解像の欠点として
は、光学的超解像を行うことによりメインローブ中心強
度（集光スポットの中心強度）に対して、サイドローブ
強度が大きくなることが上げられる。

【００２１】この関係を示したのが図１２であり、点線
で示した光学的超解像を用いない光ピックアップによる
光ディスク上の集光スポット径（メインロープ２０’の
強度が中心強度の１／ｅ²となる直径）Ｄ₁とサイドロー
ブ２１’の強度Ｓ₁に対して、実線で示した光学的超解
像を用いた光ピックアップによる集光スポットでは、そ
のスポット径（メインローブ２０の強度が中心強度の１
／ｅ²となる直径）Ｄ₂が小さくなり、それとは逆にサイ
ドローブ２１の強度Ｓ₂が大きくなっているのが解る。

【００２２】なお、図１２では、メインロープ２０、２
０’の中心強度を一定として、その集光スポット形状を
示している。この場合、遮光体の形状は帯状であり、透
過率Ｔ＝０、遮光体の幅は対物レンズの有効径×０．５
で計算したときの集光スポットの形状を示している。

【００２３】このように、光ディスクの情報再生におい
て、このサイドローブの強度が大きくなることにより再
生信号間にクロストークが発生し、再生信号が劣化して
いまうという問題を有していた。この問題を解決するた
めに、特開平２−１２６２４号公報には、光ディスクか
らの反射光を受光する検出器の前にスリットを設け、メ
インローブ成分の反射光のみを受光し、サイドローブ成
分の反射光に関しては、このスリットにより受光しない
ようにする構成が開示されている。

【００２４】以上のように、従来から提案されている透
過率を０とした完全に光を遮光する遮光体を用いた光ピ
ックアップでは、光学的超解像によりディスク上の集光
スポットの縮小が可能であるが、サイドローブ強度の増
加が大きく、再生信号の劣化を伴うが、これを防ぐた
め、光検出器の前にスリットを設けるなどの対応が必要
となり、このスリットと光ビームの位置調整のため、光
ピックアップの調製が困難となり、さらには、コストア
ップを招来する他、調整後の信頼性に対しても問題とな
っていた。

【００２５】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、遮光体の光学的条件を最適化することにより、集光
スポット径の縮小を実現することができ、かつサイドロ
ーブの強度の増加を抑えることができる光ピックアップ
を提供することを目的とする。

【００２６】また、光学的超解像を用いた光ピックアッ
プでは、このサイドローブの強度が大きくなる問題に加
えて、対物レンズに入射する光の強度を遮光体により減
衰させるため、半導体レーザの出力に対する対物レンズ
の出射パワーが小さくなるという結合効率の劣化が生
じ、記録に必要な集光スポットの光強度を得ることが難
しいとされていた。

【００２７】そのため、光学的超解像を用いた光ピック
アップは、これまで光ディスクの情報を再生する再生専
用型に多く提案されており、情報の記録再生が可能な光
ピックアップに、この光学的超解像を用いることは提案
されていない。

【００２８】本発明では、減衰手段を回折格子により構
成し、この回折格子の光学的特性を最適化するととも
に、ディスク反射光が回折格子に再度入射して生じる１
次回折光からサーボ信号を検出することにより、記録再
生が可能な光ディスクに対応した光学的超解像を用いた
光ピックアップを提供する。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明の光ピックアップ
は、光学的超解像を発生させる遮光体などの減衰手段に
より、遮光された領域の光強度を０とするのではなく、
減衰手段により光軸付近の光を減衰させ、その一部を通
過させる構成となっている。

【００３０】この減衰手段の光学特性としては、減衰手
段により光強度が減衰される光の領域が、円形の形状を
有するときにはその直径をＡ、または、光ビームを横断
する帯状の形状を有するときにはその帯の幅をａとし、
減衰手段の光の減衰領域を通過した光の透過率をＴとす
れば、減衰手段による光の減衰領域の形状が円形の場合
には、 （対物レンズ有効径）×０．５＜Ａ＜（対物レンズ有効
径）×０．７５ Ｔ＞０．２７ または、減衰手段による光の減衰領域の形状が帯状の場
合には、 （対物レンズ有効径）×０．２５＜ａ＜（対物レンズ有
効径）×０．５ Ｔ＞０．５４ で与えられる光学特性を有しており、そのことにより上
記目的が達成される。

【００３１】この光学特性は、下記に示す回折格子を用
いて構成してもよいし、また、光を透過する平行平板の
一部に誘電体などにより、上記の条件を満足する反射膜
を設けることにより構成してもよいし、吸収層を設ける
ことにより構成しても良い。また、本発明による別の構
成では、好ましくは、上記構成に加えて、光源からの光
ビームを対物レンズを介して記録媒体上に集光し、記録
媒体上に得られる集光スポットにより記録媒体への情報
の記録再生を行う、光学的超解像効果を利用した光ピッ
クアップにおいて、対物レンズに入射する光ビームの断
面内での中心部（光軸付近）の光強度を減衰させる減衰
手段が回折格子により形成され、光ディスクからの反射
光が再度、この回折格子に入射した際に発生する１次回
折光を基に集光スポットが光ディスクの情報に追従する
ためのサーボ信号を生成するように構成されている。こ
の場合、好ましくは、対物レンズに入射する光量が減衰
手段により略０．８になり、該減衰手段に形成された回
折格子の０次回折効率が０．５〜０．６である。

【００３２】上記構成により、以下、その作用を説明す
る。

【００３３】本発明による光学的超解像の効果を用いた
光ピックアップにおいては、上記光学特性を有する減衰
手段を用いることにより、光学的超解像により得られる
集光スポット径の縮小率が同じ場合には、従来提案され
ている超解像用の減衰体の光学特性である透過率Ｔ＝０
の場合に比べて、発生するサイドローブの強度を約２／
３程度に抑えることが可能となる。

【００３４】このサイドローブ強度の抑制により、メイ
ンローブ中心強度に対するサイドローブ強度を十分小さ
くできるため、光ディスク反射光のメインロープ成分と
サイドローブ成分を光検出器で同時に検出しても、サイ
ドローブによる再生信号の劣化を無視することができ
る。

【００３５】このことから、光検出器の前にスリットを
設けてサイドローブによる影響を除去する必要がなくな
り、光ピックアップの調整が容易となる。さらに、これ
に加えて、調整後の信頼性に関しても向上する。

【００３６】また、減衰手段を回折格子で構成し、光デ
ィスクからの反射光が、この回折格子に再度入射して生
じる１次回折光を基に集光スポットが光ディスクの情報
に追従するためのサーボ信号を生成する構成とすること
により、光学的超解像効果により集光スポットの縮小が
可能であり、かつ、半導体レーザの出力に対する対物レ
ンズの出射パワー強度である結合効率を、超解像を用い
ない光ピックアップとほぼ同等とすることが可能とな
る。

【００３７】この構成により、情報の記録再生が可能な
光ピックアップにおいても光学的超解像を採用すること
ができる。上記のように、本発明による光ピックアップ
では、サイドローブの強度の増加を抑えらると共に、光
学的超解像により回折限界以下の集光スポットが得られ
るので、光ディスクの高密度化を図ることが可能とな
る。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００３９】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態における光ピックアップの光学系構成図である。

【００４０】図１において、半導体レーザ１、平行光変
換用のコリメートレンズ２、超解像用の減衰体３、ビー
ムスプリッタ４および４５°ミラー５がそれぞれ一直線
状に配置されている。この４５°ミラー５に対して９０
°反射方向に対物レンズ６が配置されており、対物レン
ズ６による集光スポット位置に光ディスク７が配置され
ている。また、このビームスプリッタ４への反射光入射
方向に対して垂直な方向位置に光検出器８を配置してお
り、光検出器８にディスク７からの反射光が入射されて
受光される。

【００４１】上記構成により、半導体レーザ１から出射
された光がコリメートレンズ２により平行光に変換さ
れ、超解像用の減衰体３、ビームスプリッタ４を透過し
た後、４５°ミラー５により反射されて、対物レンズ６
により、光ディスク７上に微小スポットで集光される。

【００４２】また、この光ディスク７からの反射光は、
同一の光路を通って半導体レーザ１に戻るが、反射光の
一部はビームスプリッタ４により反射される。このよう
に、ビームスプリッタ４で反射された光は、光検出器８
により受光されて、ディスク７に記録された情報が電気
信号に変換される。

【００４３】なお、この光学系では、サーボ信号の検出
系については、図示していないが、これらの検出系を有
することは言うまでもない。

【００４４】図２は、図１の減衰体３の一例を示す拡大
図であって、ａはその正面図、ｂはその側面図であり、
光の減衰領域の形状が円形の場合の減衰体を示してい
る。

【００４５】図２において、減衰体３’の領域３３は、
対物レンズ６に入射するレーザ光の平行光束径（直径
Ｃ）を示しており、また、領域３１は減衰体３’により
透過光量が減衰される光の減衰領域（直径Ａ）を示して
おり、その透過率はＴに設定されている。

【００４６】この減衰体３’による光の減衰は、減衰体
３’に入射する光の強度をＩとした場合、減衰領域３１
に入射した光は、その強度がＴ・Ｉとなり、また、領域
３３で減衰領域３１以外のドーナツ状領域に入射した光
は、その強度がＩのまま透過する。

【００４７】図３は、図１の減衰体３の他の例を示す拡
大図であって、ａはその正面図、ｂはその側面図であ
り、光の減衰領域の形状が帯状の場合の減衰体を示して
いる。図３において、減衰体３”の領域３３は、対物レ
ンズ６に入射する平行光束径（直径Ｃ）を示しており、
また、減衰領域３２は減衰体３”により減衰される光の
減衰領域（帯の幅ａ）を示しており、その透過率はＴに
設定されている。

【００４８】この減衰体３”による光の減衰も、図２の
場合と同様に、減衰体３”に入射する光の強度をＩとし
た場合、帯状の減衰領域３２に入射したレーザ光は、そ
の強度がＴ・Ｉとなり、また、この帯状の減衰領域３２
以外の領域３３に入射したレーザ光は、その強度がＩの
ままで透過する。

【００４９】まず、図２の円状減衰領域３１の直径Ａ、
および図３の帯状減衰領域３２の幅ａの最適値ついて考
察する。

【００５０】図４および図５は、図１の光ピックアップ
の光学系で得られる超解像効果を示す図であって、図４
は減衰領域の形状が円形（図２の減衰体３’）の場合の
光学特性を示し、また、図５は減衰領域の形状が帯状
（図３の減衰体３”）の場合の光学特性を示している。

【００５１】図４および図５において、対物レンズ６に
入射するレーザ光の平行光束径（直径Ｃ）に対して、直
径Ａおよび幅ａを変化させたときの集光スポット径を示
している。このときの減衰体３’，３”の透過率として
は、従来提案されているＴ＝０を含め、Ｔ＝０．２〜
０．７とした時のそれぞれの値を示している。

【００５２】この場合、横軸はそれぞれ、対物レンズ６
の有効径（図２および図３の領域３３（直径Ｃ）に相
当）と、図２の減衰領域３１の直径Ａ、または、図３の
減衰領域３２の幅ａとの比で示し、また、縦軸は集光ス
ポット径の比（Ｄ₂／Ｄ₁）で示している。

【００５３】この縦軸の集光スポット径の比（Ｄ₂／
Ｄ₁）は、図１に示した光学系において、超解像用の減
衰体３を設定しないときのスポット径Ｄ₁で正規化して
おり、超解像用の減衰体３’または３”を設定したとき
のスポット径Ｄ₂とした場合、その縦軸は、図１２に示
した集光スポット形状のＤ₂／Ｄ₁（スポット径の比）に
相当する。

【００５４】図４および図５から解るように、減衰領域
の大きさを変化させて行ったとき、減衰体の透過率が０
以上であれば、減衰領域が、ある大きさを有したときに
スポット径の縮小率（Ｄ₂／Ｄ₁）の最小となることが解
る。

【００５５】この減衰領域の最適値としては、図４に示
した減衰領域が円形の場合には、対物ンズ有効径（図２
のＣに相当）に対する減衰領域（図２のＡの直径）の比
（Ｃ／Ａに相当）を０．５〜０．７５に設定してやれ
ば、メインローブの縮小率（Ｄ₁／Ｄ₂）が最小となる。

【００５６】一方、図３に示した減衰領域が帯状の場合
には、対物レンズ有効径（図３のＣに相当）に対する減
衰領域（図３のａの幅）の比（ａ／Ｃに相当）を０．２
５〜０．５に設定してやれば、メイローブの縮小率（Ｄ
₂／Ｄ₁）が最小となる。

【００５７】次に、図２の減衰領域３１および図３の減
衰領域３２の透過率Ｔと集光スポット径、およびサイド
ローブ強度の関係について考察する。

【００５８】図６および図７は、図１の光ピックアップ
の光学系で得られる光ディスク上の集光スポットの光学
特性を示す図であって、図６は減衰領域の形状が円形
（図２の減衰体３’）の場合の光学特性を示し、図７は
減衰領域の形状が帯状（図３の減衰体３”）の場合の光
学特性を示している。

【００５９】図６および図７において、減衰体３’また
は３”の透過率をＴとしたときに（１−Ｔ）で示される
減衰領域３１，３２を透過する光の減衰率およびＴで示
される減衰領域３１，３２を透過する光の透過率を横軸
とし、減衰領域３１，３２の直径Ａまたは幅ａを、図４
および図５に示し結果を基に、光ディスク上のスポット
径が最小となるように設定したときに得られる集光スポ
ット径とサイドローブ強度の値を縦軸として示してい
る。

【００６０】このスポット径およびサイドローブ強度
は、図１に示した光学系において、超解像用の減衰体
３’または３”を設定しないときのスポット径、サイド
ローブ強度で正規化しており、その縦軸は、図１２に示
した集光スポット形状のＤ₂／Ｄ₁（スポット径の比）、
およびＳ₂／Ｓ₁（サイドーブ強度の比）に相当する。

【００６１】なお、図６および図７中の点線は、比較の
ために、図３に示す各透過率を有する減衰体を用いたと
きに得られる最小スポット径と同じスポット径（Ｄ₂／
Ｄ₁）を、従来から提案されている光の透過率Ｔ＝０の
特性を持つ減衰体（遮光体）を採用して実現したときの
サイドローブ強度を示している。以上のように、本実施
形態による光ピックアップでは、光学的超解像を発生さ
せる減衰体により、遮光された領域の光の強度を０とす
るのではなく、減衰体により光軸付近の光を減衰させ、
その一部を通過させる構成とすることにより、図６およ
び図７に示したように、従来提案されていた透過率Ｔ＝
０の減衰体を使用する場合に比べて、同じスポット径
（Ｄ₂／Ｄ₁）を得る条件下でサイドローブの強度の増加
を抑えることができる。

【００６２】次に、図６および図７より、サイドローブ
強度の増加の許容値について考察する。

【００６３】通常、再生信号間のクロストークは、−２
５ｄＢ以下であれば、良好な信号再生が可能であると言
われており、サイドローブにより、この再生信号間のク
ロストークが発生するとすれば、メインローブ中心強度
（集光スポット中心強度）に対し、−２５ｄＢとなるサ
イドローブ強度が許容の限界となる。

【００６４】この限界を示したのが図６および図７に示
した−２５ｄＢの値であり、図６に示した減衰体による
光の減衰領域の形状が円形の場合には、減衰体の透過率
Ｔが Ｔ＞０．２７ （式１） となり、図７に示した減衰体による光の減衰領域の形状
が帯状の場合には、減衰体の透過率Ｔが Ｔ＞０．５４ （式２） となる。

【００６５】つまり、図２に示した円形の減衰領域３１
で超解像を行う場合には、（式１）を満足し、図３に示
した帯状の減衰領域３２で超解像を行う場合には、（式
２）を満足するような減衰体を用いることにより、従
来、提案されていた透過率Ｔ＝０の減衰体を使用する場
合に比べて、サイドローブの強度を約２／３に抑えるこ
とができ、かつ、サイドローブの強度をメインローブ中
心強度（集光スポット中心強度）に対し、−２５ｄＢ以
下とすることができるので、スリットなどを用いサイド
ローブの影響を除去しなくても、再生信号間のクロスト
ークを抑えることができ、良好な再生信号を得ることが
できる。

【００６６】この性能は、減衰領域が円形の場合には、
対物レンズ有効径（図２のＣに相当）に対して、０．５
〜０．７５の減衰領域（図２のＡの直径）とし、また、
減衰領域が帯状の場合には、対物レンズ有効径（図３の
Ｃに相当）に対して、０．２５〜０．５の減衰領域（図
３のａの幅）とすることにより、実現することができ
る。

【００６７】これにより、検出器の前にスリットを設け
る必要がなく、調整が容易な光ピックアップを構成する
ことが可能となり、さらに調整後の信頼性も向上する。
なお、光学的超解像により集光スポットが縮小されるた
め、光ディスクを高密度化できることは言うまでもな
い。

【００６８】（第２実施形態）図８は本発明の第２実施
形態におけるピックアップの光学系構成図である。

【００６９】図８において、レーザ光を出射する半導体
レーザ１、回折格子で構成された減衰体２３、平行光変
換用のコリメートレンズ２、第１ビームスプリッタ４お
よび４５°ミラー５がそれぞれ一直線状に配置されてい
る。この４５°ミラー５に対して９０°反射方向に対物
レンズ６が配置されており、対物レンズ６による集光ス
ポット位置に、磁気光学効果を利用した情報の記録再生
が可能な光ディスク７が配置されている。また、この第
１ビームスプリッタ４への反射光入射方向に対して垂直
な方向位置に、集光レンズ１３、１／２波長板１４さら
に偏光ビームスプリッタ１５が一直線状に配置されてい
る。この偏光ビームスプリッタ１５で分離された透過光
と反射光方向にそれぞれ、光検出器１６，１７が配置さ
れており、光検出器１６，１７に上記透過光と反射光が
入射されて受光される。

【００７０】この減衰体２３は、その一部に回折格子が
形成されており、±１次回折光の発生による０次回折光
の減衰を基に光学的超解像を行う構成となっている。光
ディスク７からの反射光のうち、この減衰体２３で回折
された光が集光される位置に、サーボ信号検出用の光検
出器２２が配置されている。

【００７１】なお、この回折格子の領域は、図２および
図３に示した減衰領域３１または３２と同じ形状となっ
ている。

【００７２】上記構成により、半導体レーザ１から出射
された光は、減衰体２３を透過した後、コリメートレン
ズ２により平行光に変換される。このコリメートレンズ
により変換された平行光は、ビームスプリッタ４を透過
した後、４５°ミラー５により９０°方向を変えて反射
され、その反射光は対物レンズ６により磁気光学効果を
利用した光ディスク７上に集光スポットを形成する。

【００７３】この光ディスク７からの反射光は、同一の
光路を通り半導レーザ１に戻るが、反射光の一部はビー
ムスプリッタ４により反射される。このビームスプリッ
タ４における反射光は、集光レンズ１３により集光され
るが、その光は１／２波長板１４により光の偏光方位を
４５°回転された後、偏光ビームスプリッタ１５により
透過光と反射光に分離される。

【００７４】これら透過光と反射光に分離された光はそ
れぞれ、光検出器１６，１７により電気信号に変換さ
れ、それぞれの出力を差動検出することにより、磁気光
学効果を利用して記録された情報が電気信号変換されて
再生される。

【００７５】一方、ビームスプリッタ４を透過したディ
スク反射光は、コリメートレンズ２により集光される
が、その一部は、回折格子で構成された減衰体２３によ
り回折されて、サーボ信号検出用の光検出器２２に集光
される。

【００７６】この減衰体２３および光検出器２２による
サーボ信号の検出は、この減衰体（回折格子）２３に非
点収差の発生機能を持たせ、非点収差法を用いて、フォ
ーカスエラー信号を検出してもよいし、また、減衰体
（回折格子）２３にナイフエッジの機能を持たせること
により、ナイフエッジ法によるフォーカスエラー信号の
検出を行ってもよい。

【００７７】また、トラッキングエラー信号の検出に関
しては、サーボ信号検出用の光検出器２２の受光面を光
ディスク７のトラック方向と平行方向に分割、差動検出
することにより、プッシュプル法によるトラッキングエ
ラー信号検出を行ってもよいし、また、別の回折格子を
追加することにより光ディスク状に３つのスポットを形
成し、３ビーム法によるトラッキングエラー信号検出を
行ってもよい。この３ビーム用の回折格子を減衰体２３
のもう一方の面に構成してもなんら問題は生じない。

【００７８】次に、本実施形態による光ピックアップの
光量について計算する。

【００７９】減衰体２３に形成された回折格子の特性
は、後述する理由により、その０次回折率が０．５〜
０．６に設定されており、かつ、対物レンズ６に入射す
る光量は、この減衰体２３により発生する±１次回折光
の影響で、減衰体２３を設定しない場合に対して、０．
８となるように設定されている。

【００８０】また、図８に示したビームスプリッタ４，
１５の光学的特性は、以下のように設定されている。

【００８１】 ビームスプリッタ４ 透過率：反射率＝0.75〜0.85：0.25〜0.15（Ｐ偏光） ビームスプリッタ１５ 透過率：反射率＝0.5 ：0.5 （Ｐ+45°偏光） この光学的特性を持つビームスプツリタ４，９，１５を
用いた場合、レンズの結合効率を考慮した半導体レーザ
１の光出力をｉ₁とし、光ディスク７からの反射光の強
度をｉ₂とすれば、 対物レンズ６から出射される光出力 ＝半導体レーザ出力×減衰体21による光量損失×ヒ゛ームスフ
゜リッタ４透過率 ＝ｉ₁×0.8×（0.75〜0.85） ＝（0.6〜0.68）・ｉ₁ 光検出器２２で受光される光量 ＝光テ゛ィスク反射光×ヒ゛ームスフ゜リッタ４透過率×減衰体3'によ
る回折光量×１次光のみ使用 ＝ｉ₂×（0.75〜0.85）×0.2×0.5 ＝（0.075〜0.085）・ｉ₂ 光検出器１６．１７で受光される光量 ＝光テ゛ィスク反射光×ヒ゛ームスフ゜リッタ４反射率×ヒ゛ームスフ゜リッタ15
透過,反射率 ＝ｉ₂×（0.15〜0.25）×0.5 ＝（0.075〜0.13）・ｉ₂ となる。

【００８２】このように、従来例の図１１の光学系と本
実施形態の図８の光学系では、上記の計算よりわかるよ
うに、対物レンズ６から出射されるレーザ光出力と光検
出器１６，１７で受光される光量がほぼ等しくなる。

【００８３】このことから、図８に示した光学系の構成
とすることにより、従来の光学系とほぼ同等の対物レン
ズ出射出力と光ディスクに記録された情報を再生するた
めの光量が得られ、従来と同じ記録パワー、再生信号光
量が得られる。

【００８４】また、図８に示した本実施形態による光学
系では、光検出器２２で検出されるサーボ信号検出用の
光量が、従来の光学系に対して、約１／２となってしま
うが、サーボ信号は、再生信号に比べて、十分な信号品
質が得られるため、このサーボ信号光量の低下は光ピッ
アッブの性能に何ら影響を与えない。

【００８５】次に、図９および図１０を用いて、上記の
減衰体２３の光学的特性の最適値について説明する。

【００８６】図９および図１０は、図１に示した減衰領
域３１、３２の直径Ａまたは幅ａを変化させたときの減
衰体２３による半導体レーザ１の光量の損失（ＬＤパワ
ーが一定の時のディスク上の集光スポット強度の低下）
を横軸とし、そのときディスク上の集光スポット径を実
線で示し、サイドローブ強度を点線で示している。

【００８７】また、減衰体の透過率を０．１〜０．７と
した時のそれぞれの値を示している。

【００８８】この集光スポット径、およびサイドローブ
強度は、図８に示した光学系において、超解像用の減衰
体２３を設定しないときのスポット径、サイドローブ強
度で正規化しであり、その縦軸は、図１２に示した集光
スポット形状のＤ₂／Ｄ₁（スポット径の比）、およびＳ
₂／Ｓ₁（サイドローブ強度の比）に相当する。

【００８９】なお、図９は、減衰領域の形状が円形（図
２の減衰体）の場合の特性を示し、図１０は、減衰領域
の形状が帯状（図３の減衰体）の場合の特性を示してい
る。上記の光量計算において、減衰体２３の全透過光量
０．８と設定することにより、従来の光学系と同じ光量
が得られるという上記の見積結果を基に、図９および図
１０において、集光スポットの中心強度（メインロープ
中心強度）の低下を０．８に限定して考えると、つぎの
（１），（２）のようになる。

【００９０】（１）減衰体の減衰領域における光の透過
率Ｔを０．５〜０．６とすれば、従来提案されている透
過率Ｔ＝０の場合とほぼ同じ集光スポット径の縮小が可
能となる。

【００９１】（２）減衰体の透過率を０．５〜０．６と
することにより、従来提案されている透過率Ｔ＝０の場
合に比べ、サイドロープ強度を約２／３（減衰領域が円
形の場合）、または約３／４減衰領域が帯状の場合）に
抑えることができる。

【００９２】このように、減衰体を回折格子で構成し、
回折格子の０次回折効率を０．５〜０．６とし、かつ、
光ディスクの反射光が、この回折格子に入射して生じる
１次回折光を基に、サー信号を生成する構成とすること
により、光学的超解像による集光スポットの縮小が可能
であり、かつ、超解像を用いない光ピックアップとほぼ
同様の光の結合効率が得られる。このことから、情報の
記録再生が可能な光ピックアップにおいても光学的超解
像を採用することができ、集光スポットの縮小に対応し
て、光ディスクの高密度化が可能となる。

【００９３】したがって、従来の光学的超解像を用いた
光ピックアップでは、このサイドローブの強度が大きく
なる問題に加えて、対物レンズに入射する光を減衰体に
より減衰させるため、半導体レーザの出力に対する対物
レンズの出射パワーが小さくなるという結合効率の劣化
が生じ、記録に必要な集光スポットの光強度を得ること
が難しいとされていた。そのため、光学的超解像を用い
た光ピックアップは、これまで光ディスクの情報を再生
する再生専用型に多く提案されており、情報の記録再生
が可能な光ピックアップに、この光学的超解像を用いる
ことは、あまリ提案されていなかった。これに対して、
本実施形態の光ピックアップでは、減衰体を回折格子に
より構成し、この回折格子の光学的特性を最適化すると
ともに、ディスク反射光が回折格子に再度入射して生じ
る１次回折光からサーボ信号を検出することにより、記
録再生が可能な光ディスクに対応した光学的超解像を用
いた光ピックアップを提供するものである。

【００９４】なお、上記各実施形態において、図１に示
した第１実施形態では、減衰体３をコリメートレンズ２
とビームスプリッタ４との間に配置した例を示したが、
この減衰体３は半導体レーザ１から対物レンズ６の間の
どの位置に配置されてもよいし、また、図１に示した他
の光学部品の表面に本発明の条件を満足する減衰体を形
成することによっても実現することができる。また、図
８に示した第２実施形態において、半導体レーザ１と光
検出器２２を同一のパッケージに収納してもよく、さら
に、減衰体２３をこのパッケージの上に固定して、一体
化することも可能である。

【００９５】また、上記第１実施形態において、図３に
示した減衰体の減衰領域が帯状の場合、帯の方向をどち
らの方向の設定してもよいが、帯の長手方向を光ディス
ク７のトラックに対して、直交方向に設定するほうが、
超解像の効果により集光スポットが光ディスクのトラッ
ク方向に縮小されるため、ディスクの高密度化に対し
て、より大きな効果を得ることができる。

【００９６】さらに、上記図４、図５、図６、図７、図
９および図１０は、以下に示すような条件で行ってい
る。

【００９７】 波長 ６９０ｎｍ 対物レンズの開口数（ＮＡ） ０．５５ （対物レンズに入射する光の強度分布は均一としている。） 減衰体（遮光体）を設定しないときのメインローブ径 1.04μmφ(1/e2) 減衰体（遮光体）を設定しないときのサイドローブ強度 １．８６％（メイン ローブ強度を１００％としたとき） 減衰体（遮光体）の減衰（遮光）領域と非減衰（遮光）領域との光の位相差 透過率Ｔ＝０のとき ０ 透過率Ｔ＝０．１のとき λ／５．１ 透過率Ｔ＝０．２のとき λ／５．７ 透過率Ｔ＝０．３のとき λ／６．３ 透過率Ｔ＝０．４のとき λ／７．１ 透過率Ｔ＝０．５のとき λ／８．０ 透過率Ｔ＝０．６のとき λ／９．２ 透過率Ｔ＝０．７のとき λ／１１．０

【００９８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、所定の最
適な光学特性を有する減衰手段を用いることにより、光
学的超解像により得られる集光スポット径の縮小が同じ
場合であっても、従来から提案されている超解像用の減
衰手段の光学特性である透過率Ｔ＝０の場合に比べて、
発生するサイドローブ強度を約２／３程度に抑えること
ができる。このため、光ディスク反射光のメインローブ
成分とサイドローブ成分を光検出器で同時に検出して
も、サイドローブによる再生信号の劣化を無視すること
ができる。このことから、光検出器の前にスリットを設
けてサイドローブの影響を除去する必要がなくなるた
め、光ピックアップの調整が容易となリコストダウンを
も図ることができると共に、調整後の信頼性に関して
も、その性能の向上を図ることができる。

【００９９】また、減衰手段を回折格子で構成し、光デ
ィスクの反射光が、この回折格子に入射して生じる１次
回折光をもとに、集光スポットが光ディスクの情報に追
従するためのサーボ信号を生成する構成とすることによ
り、これまで光ピックアップに光学的超解像効果を利用
する際にロスとなっていた減衰手段による減衰分で信号
を生成することが可能となり、光の利用効率を向上する
ことができる。

【０１００】このように、減衰手段を回折格子で構成す
ることにより、光学的超解像の効果により集光スポット
の縮小が可能であり、かつ、半導体レーザの出力に対す
る対物レンズの出射パワー強度である結合効率を、上記
実施形態で示したように超解像を用いない光ピックアッ
プとほぼ同等とすることができるため、これまで、光デ
ィスクの情報を再生する再生専用型ピックアップを対象
としてきた光学的超解像を、情報の記録再生が可能な光
ピックアップに採用することが可能となる。

【０１０１】このように、本発明による光ピックアップ
では、サイドローブの強度の増加を抑えることができる
と共に、光学的超解像により回折限界以下の微小な集光
スポットを得ることができるため、光ディスクの高密度
化をより図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における光ピックアップ
の光学系構成図である。

【図２】図１の減衰体３の一例を示す拡大図であって、
ａはその正面図、ｂはその側面図である。

【図３】図１の減衰体３の他の例を示す拡大図であっ
て、ａはその正面図、ｂはその側面図である。

【図４】図１の光ピックアップの光学系の一例で得られ
る超解像効果を示す図であって、減衰領域の形状が円形
（図２の減衰体３’）の場合の光学特性を示す図であ
る。

【図５】図１の光ピックアップの光学系の他の例で得ら
れる超解像効果を示す図であって、減衰領域の形状が帯
状（図３の減衰体３”）の場合の光学特性を示す図であ
る。

【図６】図１の光ピックアップで得られる光ディスク上
の集光スポットの光学特性である、透過率に対するスポ
ット径およびサイドローブ強度の関係を示す図であっ
て、減衰体による光の減衰領域の形状が円形の場合を示
す図である。

【図７】図１の光ピックアップで得られる光ディスク上
の集光スポットの光学特性である、透過率に対するスポ
ット径およびサイドローブ強度の関係を示す図であっ
て、減衰体による光の減衰領域の形状が帯状の場合を示
す図である。

【図８】本発明の第２実施形態における光ピックアップ
の光学系構成図である。

【図９】図８の光ピックアップで得られる光ディスク上
の集光スポットの光学特性である、集光スポットの中心
強度に対するスポット径およびサイドローブ強度の関係
を示す図であって、減衰体による光の減衰領域の形状が
円形の場合を示す図である。

【図１０】図８の光ピックアップで得られる光ディスク
上の集光スポットの光学特性である、集光スポットの中
心強度に対するスポット径およびサイドローブ強度の関
係を示す図であって、減衰体による光の減衰領域の形状
が帯状の場合を示す図である。

【図１１】磁気光学効果を利用した記録再生可能な光デ
ィスクに用いられる従来の光ピックアップの光学系構成
図である。

【図１２】光学的超解像を行ったときと行わないときの
光ディスク上の集光スポットの形状を示す図ある。

【符号の説明】 １ 半導体レーザ ３，３’，３”，２３ 減衰体 ６ 対物レンズ ７ 光ディスク ８，２２ 光検出器 ２０，２０’ メインロープ ２１，２１’ サイドローブ ３１，３２ 光の減衰領域 ３３ 対物レンズに入射する平行光束領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 秀朗 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズに入射する光ビームの中心部
   分の光強度を減衰させる減衰手段を、光源と対物レンズ
   の間に配置することにより光学的超解像効果を利用し、
   該光源からの光ビームを該対物レンズを介して記録媒体
   上に集光し、該記録媒体上に得られる集光スポットによ
   り該記録媒体に対して少なくとも再生を行う光ピックア
   ップにおいて、 該減衰手段により光強度が減衰される光の領域が、円形
   の形状を有するときにはその直径をＡ、または、光ビー
   ムを横断する帯状の形状を有するときにはその帯の幅を
   ａとし、該減衰手段の光の減衰領域を通過した光の透過
   率をＴとすれば、 該減衰手段による光の減衰領域の形状が円形の場合に
   は、 （対物レンズ有効径）×０．５＜Ａ＜（対物レンズ有効
   径）×０．７５ Ｔ＞０．２７ または、該減衰手段による光の減衰領域の形状が帯状の
   場合には、 （対物レンズ有効径）×０．２５＜ａ＜（対物レンズ有
   効径）×０．５ Ｔ＞０．５４ で与えられる光学特性を有する構成とした光ピックアッ
   プ。
2. 【請求項２】 前記減衰手段が回折格子により構成さ
   れ、前記記録媒体からの反射光が再度、この回折格子に
   入射した際に発生する１次回折光に基づいて、該記録媒
   体上に得られる集光スポットが該記録媒体の情報に追従
   するためのサーボ信号を生成する構成とした請求項１記
   載の光ピックアップ。
3. 【請求項３】 前記対物レンズに入射する光量が前記減
   衰手段により略０．８になり、該減衰手段に形成された
   回折格子の０次回折効率が０．５〜０．６である請求項
   ２記載の光ピックアップ。