(57)【要約】【課題】  光ピックアップ装置のディスクのビット形成と読み出しにおいて、受光対向領域の差信号でスポットの強度分布を検知するのと同時に、光量自体をとるようにし、ディスク面スポット内に入れられるマークの数あるいはマークのパターンを大幅に改善し、一層の高密度化を図ることを目的とする。【解決手段】  光ディスクのトラックに微小スポットを照射し、光ディスク上に記録された記録マークのパターンを読み取る光ピックアップ装置において、記録マークは、微小スポットが照射された１つのマークからの反射光が振幅と位相の異なる複数の光点状の反射可能な記録マークであり、当該マークの各領域からの反射光の合成出力とすることを特徴とする光ピックアップ装置を主たる構成にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスクのトラックに微小スポットを照射し、光ディスク上に記録された記録マークのパターンを読み取る光ピックアップ装置において、前記記録マークは、前記微小スポットが照射された１つのマークからの反射光が振幅と位相の異なる複数の光点状の反射可能な記録マークであり、当該マークの各領域からの反射光の合成出力とすることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記記録マークからの反射光を多分割して受光検出する分割受光素子と、当該受光素子からの個々の反射光の振幅と位相を読み取った情報を合成して信号を出力する手段を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３】
前記ディスクから検出受光素子までの光路中に、前記反射光の対称性変化拡大手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記反射光の対称性変化拡大手段はビーム中央部に設けた遮光手段であることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記反射光の対称性変化波面状態拡大手段は部分的に位相差をつけた位相板であることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置を備えたことを特徴とする光ディスクドライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ再生装置に関し、特に、ディスク上の集光スポットよりも小さなデータマークの位置情報を活用して多値の情報を読出す技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光ピックアップ装置は、ターンテーブルに載せられて回転するディスクなどの記録媒体に対物レンズによって微小スポットを照射し、その照射光量をコントロールすることにより記録媒体の組成を変化させ、これによって記録媒体の反射率を部分的に変化させて記録し、この記録を記録媒体の組成を変化させないような弱いスポットを照射して、記録によってなされた反射率の変化をその反射光量から検知して再生（読み取り）するものである。従って、記録及び再生においてディスクに照射されるスポットの径が、ディスクの記録密度を決定する大きな要因になっている。
【０００３】
従って、ディスクの記録密度を高めるためには、スポットの小径化が必要であり、現状の光ピックアップでは、対物レンズの開口数（ＮＡ）を高め、波長を短波長化することによって対応している。
【０００４】
さらに、記録密度を高めようとするには大きく分類すると３つの方向があり、第一は、さらにスポットを小径化して面内密度を高める方向であり、第２は面を重ねて多層化する方向であり、第３はスポット内のマークの大きさを変えて、多値化することである。
【０００５】
前記した第一の方向であるスポットを小径化して面内密度を高める方向は、通常の手段では既に限界に近いところまで来ている。これをさらに進める手段として、超解像、近接場等の方向の発明が考えられている。
【０００６】
超解像はビーム中央部を遮光し、周辺光だけを対物レンズにいれて、実効的にＮＡを高めるものであるが、記録時の光利用効率の問題や再生時のサイドローブによる誤差の問題等があって、実用化はかなり困難であると考えられる。
【０００７】
近接場も色々な試みが行なわれているが、近接場という言葉が示すとおり、微小スポットを作るヘッド（近接場プローブ、イマージョンレンズ等）を記録層に密着あるいは微小間隙で浮上させる。微小スポットを作るという点では多少の成果が上がっているが、ディスクの偏心にヘッドをどう追従させ、そのとき光をどう通すか、検出系の構成はどうするか、経時変化や温度特性の変化にどう対応するか等々、実際に、実用に供する場合の光ピックアップを構成する上での問題を数多く抱えている。
【０００８】
第二の方向である多層化は様々な試みがなされているようであるが、層間干渉や深層部の光量の問題、さらには多層間の結像特性の問題等が絡んで、重ねられる層数にはおのずと限界がある。
【０００９】
また第三の方向の多値化はマークの大きさで反射率を変えるものであるが、４値ないし８値程度が分解の限界とおもわれる。
【００１０】
従来の光ピックアップに立ち返って問題を見なおすと、特に問題なのは再生時であるといえる。記録時は、いわゆる筆先記録といわれるもので、光量をコントロールすることによりスポット中心の強度の強いところだけを利用して記録を行うことで実際のスポット径よりも数段小さなマークを形成することは可能である。一方再生時はスポットにかかるマークの反射率を忠実に拾ってしまうため、一つのスポット内に複数のマークが入り込むことは避けなければならず、これがマークの大きさ（あるいは間隔）を規制し、記録密度が上げられない要因となっている。
【００１１】
この点に着目し、１スポット内に複数のピットを入れて読めるようにしたものが提案されている。
【００１２】
これは、ディスク上のスポット内に複数のピットを入れたときのピットパターンによってディスクからの反射ビームの強度分布状態が変わることを利用して、このビームの光量分布を４分割素子で受光してその強度分布パターンをあらかじめ記憶されたパターンと比較してもとのピットパターンを選択する提案がされている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
この発明では、ディスク上のスポット内に複数のピットを入れたときのピットパターンによってディスクからの反射ビームの強度分布状態が変わることを利用して、このビームの光量分布を４分割素子で受光してその強度分布パターンをあらかじめ記憶されたパターンと比較してピットパターンを判定し、それに対応する論理値を出力するものである。
【特許文献１】特開平５−２４２４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、ピットによるビームパターンの変化は、ちょうどトラック誤差検出におけるプッシュ−プルパターンと同様であり、ピット深さに起因する位相差によって引き起こされる。
【００１５】
この特許文献１の発明には、２つの問題を抱えている。一つはディスクに穿たれるピットは、位相差を生じるための深さを持っている必要があり（特許文献１の段落００１３に「ピットの深さはλ／４以下とされている」と記載されている）、相変化型ディスクのようなマークに光量変化を持たせるディスクには、この発明は対応できない。
【００１６】
もう一つは、この特許文献１には、ビームのパターンしか検出しないため、ディスク上スポット内に同時に入れられるピット数は４個が限界であり、あまり大きな高密度化が期待できないという問題もある。
【００１７】
反射率の強弱で記録されたマークの場合、ピットの場合のような位相差は発生しないのでビームにマークのパターンは反映されない。しかしながら反射率差に伴う波面の傾斜は発生する。この波面の傾斜は対物レンズと検出系の集光レンズによって決まるディスク上スポットの共役点にビームを集光させた時、強度分布のズレとなって現れる。従ってこの共役点に分割受光素子を配すればこのズレを検出することができ、元のマークパターンを認識することができる。
【００１８】
特許文献１において、検出系にレンズが有り、一見このレンズの集光点（ディスク上スポットの共役点）に４分割素子が配してあるように見えるが、ピットに深さがあることを前提にした発明であることからすると、ビームの光量分布パターンを検出するものであることが、明らかである。この集光レンズは高速応答性を考慮して受光素子サイズを小さくする必要があるため、それにあわせてビームサイズを小さくするためと判断される。すなわち４分割素子は集光点（共役点）から外れたところにあり、実際に見ているパターンは平行ビーム上でのパターンと同義（合同）であると考えられる。これは受光素子とビームスポットのパターンの関係を記した特許文献１の図６〜７からも判断される。
【００１９】
ディスクに記録されるマークはピットといわれることが多いが、ピットという語を、以降、'マーク'と呼ぶことにする。ここでいうマークは、反射率を変化させる微小部分といった意味合いで用いており、マークが穴（反射率０）であってもかまわない。
【００２０】
本発明は、上述した実情を考慮してなされたもので、特許文献１はビームのパターンを検出している。これに対し本発明では受光対向領域の差信号でスポットの強度分布を検知するのと同時に、光量自体（受光和光量）をとるようにし、ディスク面スポット内に入れられるマークの数あるいはマークのパターンを大幅に改善し、一層の高密度化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光ディスクのトラックに微小スポットを照射し、光ディスク上に記録された記録マークのパターンを読み取る光ピックアップ装置において、前記記録マークは、前記微小スポットが照射された１つのマークからの反射光が振幅と位相の異なる複数の光点状の反射可能な記録マークであり、当該マークの各領域からの反射光の合成出力とする光ピックアップ装置を特徴とする。
【００２２】
また、請求項２に記載の発明は、前記記録マークからの反射光を多分割して受光検出する分割受光素子と、当該受光素子からの個々の反射光の振幅と位相を読み取った情報を合成して信号を出力する手段を有する光ピックアップ装置を特徴とする。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明は、前記ディスクから検出受光素子に至る光路中に、前記反射光の対称性変化拡大手段を設けた請求項１に記載の光ピックアップ装置を特徴とする。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明は、前記反射光の対称性変化拡大手段はビーム中央部に設けた遮光手段である請求項３記載の光ピックアップ装置を特徴とする。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明は、前記反射光の対称性変化波面状態拡大手段は部分的に位相差をつけた位相板である請求項３記載の光ピックアップ装置を特徴とする。
【００２６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置を備えた光ディスクドライブ装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、光ディスクのトラックに微小スポットを照射し、光ディスク上に記録された記録マークのパターンを読み取る光ピックアップ装置において、前記記録マークは、前記微小スポットが照射する１つのマーク内に、マークからの反射光が振幅と位相が異なる複数の領域を反射できる記録マークであり、当該マークの各領域からの反射光を組み合わせ合成して出力とすることを特徴とする光ピックアップ装置により、光量と波面状態を同時に検出することにより、媒体面のスポット内に複数のマークが入ってもパターンとして検出可能になるため、マークを小さくでき、高密度記録が可能になり、媒体面のスポット内に複数のマークを収めることができ、パターンとして認識ができるため、データの読出しが速くなり、転送速度を高めることができる。
また、ビーム中央部を遮光することにより、位相板を組み合わせて光路内に配することにより、検出感度を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照しながら、本発明の光ピックアップ装置を最良の形態により、詳細に説明する。
【００２９】
図１に本発明の光ピックアップの構成を示す。
【００３０】
半導体レーザ（ＬＤ）からの発光は、カップリングレンズ（ＣＬ）で平行にされ、往路と復路を分離するビームスプリッタ１を通り、立上げミラー２によって光路が曲げられ、ディスク３方向に向かう。対物レンズ４によりディスク３上に微小スポット５を結び、ここでデータの読み取りが行われる。
【００３１】
ディスクからの反射光は対物レンズ、立上げミラーと逆に戻り、ビームスプリッタ１により、往路（入射光）と分離されて検出系に導かれる。検出系は集光レンズ６を備え、対物レンズと集光レンズとによって決まるディスク面スポット７の共役点８に分割受光素子９が配されている。この分割受光素子の和及び対向エレメント間の差を取り出す手段１０及び、この和と差の組み合わせからマークのパターンを判断する手段（デコーダ）１１を備えている。
【００３２】
図２〜３に本発明の光ピックアップ装置での位相差発生の原理を示す。
【００３３】
図２の（Ａ）はビームの重ねあわせを説明するための図であり、（Ｂ）〜（Ｃ）は発生する位相差を見るためのスポット近傍の拡大図である。また図３（Ａ）〜（Ｄ）はビームが重なった時の光量及び位相の状態を示すグラフである。
【００３４】
ディスク媒体からの反射ビームの位相状態は、媒体面の各点を発光点とみなして、光線を重ね合わせればわかる。
【００３５】
図２（Ａ）に、光軸に対称な２点Ａ、Ｂが発光点として、示してある。スポット自体は光軸を中心にガウス分布に近い強度分布を持っているが、Ａ点、Ｂ点は光軸対称な２点であるので光量（発光量）は等しい。また、点Ａ、点Ｂは媒体面上の反射点であり、媒体に平行な平面波が反射するのであるから、両点の位相も等しい。
【００３６】
このように位相の等しい２点から発したビームは光軸上の点Ｐ０では、同位相で重なる。しかしながら、光軸から角度θの方位にある点Ｐでは、点Ａからの距離と点Ｂからの距離が異なるため位相差が生じることになる。ビームの重なりを見る点Ｐまでの距離Ｌは光軸中心からの点Ａ、Ｂまでの距離ｄに対して極めて大きいので、点Ａから点Ｐに進む光線Ａと、点Ｂから点Ｐに進む光線Ｂとは、平行とみなしても差し支えない。この様子を示したのが図２（Ｂ）〜（Ｃ）の図である。
【００３７】
図２（Ｃ）に示すように、方位θ方向に向かう光線Ａはスポット中心から方位θに向かう光線に対してｄ＊ｓｉｎθだけ位相が進み、光線Ｂはスポット中心から方位θに向かう光線に対してｄ＊ｓｉｎだけ位相が遅れる。しかし、前述したように方位Ｐ０（光軸方向）では図２中段左図に示すように両光線間に位相差は発生しない。
【００３８】
図３（Ａ）〜（Ｄ）のグラフは光線の重ね合わせによる光量（振幅）及び位相の変化を示す。グラフ（Ａ）は方位Ｐ０の場合であり、振幅も位相も同じ光線が重なるので、合成されたものは振幅が２倍で位相がずれない。グラフ（Ｂ）は方位θの場合であり、振幅は同じで位相が±にずれた光線の重ね合わせであり、合成されたものは、振幅は方位０より小さいが、位相が±が相殺され、結果的に位相がずれない。
【００３９】
図３（Ｃ）および（Ｄ）は、スポットの下側（Ｂ点）に反射率の低いマークがかかって反射光の光量が低下した場合の光線の重ね合わせを示している。図３（Ｃ）は、方位０の場合であり、振幅は異なるが位相は同じ光線の重ね合わせであり、振幅が両光線の和になり、位相がずれない。図３（Ｄ）は、方位θの場合であり、振幅が異なり位相が±にずれた光線の重ね合わせであるので、合成されたものは、振幅は方位０より小さく、位相もずれたものになる。本図の場合には位相の進んだ光線Ａのほうが強度が強いため、合成された光線も（方位０に比べて）位相が進んだものになる。
【００４０】
図示しないが-θ方向では光量はθ方向と同じだが位相が遅れた光線のほうが強度が強いため、θ方向と同量だけ位相が遅れたものになる。
【００４１】
このように媒体面のスポット内で反射率差があると反射光は光量の分布は光軸対称であるが、位相は光軸を挟んで±にずれたビームとなって戻ってくる。この時、反射率の高い側は位相が進み、反射率の低い側は位相が遅れる。従ってこの位相情報を光量と同時に検出することにより、同一スポット内に複数のマークが入っても検出可能となる（請求項１）。
【００４２】
説明は光軸対称な２点のみについて行ったが、実際的には各方位θでｄを０からスポット半径まで光量分布を加味しつつ積分する必要がある。これはｄの大きさにかかわらず、光軸対称な２点では常に上記記述の内容が当てはまるので、総合的な結果もこれに倣う。
【００４３】
図４は、この位相状態と結像の関係を模式的に示したものである。図の左側が媒体面であり、右側が検出系の受光面である。媒体面からの反射光は対物レンズで平行光に戻されるが、媒体面の反射率に差があると、反射率の高い側は位相が進み、低い側は位相が遅れる。すなわち、波面（等位相面）が平面波ではなく傾斜を持った波面になる。これが対物レンズと検出系の集光レンズによって決まる媒体面の共役関係位置では光量分布が対称でないスポットとなって結像される。この非対称性は分割受光素子で光量差として検出できる。従って図４に示す４パターン（白白、白黒、黒白、黒黒。各々図４の（ａ）〜（ｄ）に示す。）の検出が可能になる（請求項２）。
【００４４】
図５は、これを縦横の２×２のマトリックスに配置したシミュレーションデータである。図中、大きな円がスポットサイズであり、小さな円が記録マークであり、マーク外の反射率１、記録マークは塗りつぶしていないものが反射率１（マーク外と同じ）とし、塗りつぶしたものが反射率０とした場合の共役点上の４分割素子の受光光量を示している。４マーク分を一つの検出スポット内に入れて、共役点上に配した４分割素子で受光し、総和で光量を対向部分の差で波面情報を検知できることが分かる。
【００４５】
これにより図６に示すような１６通りのパターンを判別することが可能になる。なお、記録マークは図５のような独立した組み合わせ以外にも、図１１に示す様々な形状の組み合わせが可能である。また、マークは反射率の変化のほかに、穴や溝であっても検出できる。
【００４６】
また、光量と波面情報を同時にとっていることにより、マークのサイズやパターンを工夫すればさらなる高密度化が可能となる。
【００４７】
図１２は、その一例であり、マーク自体の大きさを２段階に変えることにより、図６に示した１６通りのパターンの２倍の３２通りに増やした例である。ここでマークの大きさを図１３のように３段階にすれば、認識可能なパターンはさらに増やすことができる。
【００４８】
図１４は、さらに別のパターン例で、６４通りの認識が可能である。
マークのサイズやパターンはこのようにいろいろ考えられ、これを適正化することできわめて高密度なディスクの再生が可能になる。
【００４９】
位相差は方位角が大きいほど（すなわちビームの周辺部ほど）大きいので、図７に示すようなビーム中央を遮光することにより、波面情報の検出感度を高めることができる。往路復路の共通部分で遮光すれば往路（照明系）に超解像効果を持たせることができ、また、往路を避けて復路の検出系で遮光すれば、往路（照明系）の光量損失を防ぐことができる。
【００５０】
また部分的に位相差を持たせた位相板を入れれば位相差が助長される側と位相差が相殺される側が出るので、例えば図８に示すように、互いに逆の位相特性を持たせた位相板を組み合わせて光路中に入れれば、一方の位相板は位相差を拡大し一方の位相板は位相差を減じるので、両者の差を検出することで検出感度を高めることができる。実際に両者の差を検出するには、各々別の位置に結像させる必要があるため、図９に示すようにビームスプリッタでビームを分ける手段、あるいはプリズムやホログラムで各々のビームの向きを変える等の手段が必要になる。
【００５１】
なお、位相情報を検出するのに分割受光素子を用いたが、位相情報の分かったビームと干渉させること等によっても位相情報の検出は可能である。
【００５２】
本発明は、ディスクスポットの共役点に分割受光素子を配置したり、和信号と対向差信号の両方からマークのパターンを認識したりすることである。仮に使われるディスクが反射率差ではなく、深さを持つピットで記録されたもののみであれば、分割素子は共役点におく必要はない。この場合でも、和信号と対向差信号の両方からピットパターンを検出すれば同様に高密度パターンの読み取りが可能である。
【００５３】
光ピックアップは図１０に示すようにドライブ内に設置され、図示しないシークレールをガイドとしてディスクの内周から外周まで走査される。ドライブ内にはこのシークのためのモータや、ディスクを回転させるスピンドルモータ、さらには信号処理回路等が組み込まれる。
【００５４】
本発明の光ピックアップを搭載した光ディスクドライブはディスクの高密度光に対応できる。
【００５５】
なお、本発明は各実施の形態に示す事項に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、上記各実施の形態の中で示唆した以外にも、上記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の光ピックアップの構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の位相差発生の原理を示す説明図であり、（Ａ）はビームの重ねあわせを説明するための図であり、（Ｂ）〜（Ｃ）は発生する位相差を見るためのスポット近傍の拡大図である。
【図３】ビームが重なった時の光量及び位相の状態を示すグラフである。
【図４】本発明の位相状態と結像の関係を示した模式図である。
【図５】本発明のディスクに形成されるディスク面スポットのシミュレーションデータ図である。
【図６】本発明のディスク面スポットの１６通りのパターン図である。
【図７】本発明のビーム中央の遮光により情報検出を高感度にした説明断面図である。
【図８】本発明の位相板による高感度化の実験例を示す断面説明図である。
【図９】本発明のビームスプリッタ、ホログラム等でビームを分ける方法の説明断面図である。
【図１０】本発明の光ピックアップの構成の他の概略平面構成図である。
【図１１】本発明のディスク面スポットの他のパターン図である。
【図１２】本発明のマークの大きさを２段階に変え１６通りのパターンを２倍に増やしたデータ図である。
【図１３】マークの大きさを３段階にした例を示す図である。
【図１４】本発明の６４通りのパターンの認識が可能なデータ図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    ビームスプリッタ
２    立上げミラー
３    ディスク
４    対物レンズ
５    微小スポット
６    集光レンズ
７    ディスク面スポット
８    共役点
９    分割受光素子
１０    分割受光素子の和及び対向エレメント間の差を取り出す手段
１１    デコーダ
１２    強度中心
１３    マーク（列）
１４    共役点スポット
１５    強度（円のサイズ）
１６    遮光体
ＬＤ    レーザダイオード
【図１】
2007059027.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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