JPH07320295A - Super-resolution optical head device - Google Patents
Super-resolution optical head deviceInfo
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- JPH07320295A JPH07320295A JP7067627A JP6762795A JPH07320295A JP H07320295 A JPH07320295 A JP H07320295A JP 7067627 A JP7067627 A JP 7067627A JP 6762795 A JP6762795 A JP 6762795A JP H07320295 A JPH07320295 A JP H07320295A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、集光ビームを情報記憶
面に集光して光学的に情報読出しを行なう超解像光ヘッ
ド装置に関し、特に光ディスク用光ヘッド装置、バーコ
ードスキャナー又は画像スキャナー等に適用可能な超解
像光ヘッド装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a super-resolution optical head device for condensing a condensed beam on an information storage surface to optically read information, and more particularly to an optical head device for an optical disk, a bar code scanner or an image scanner. The present invention relates to a super-resolution optical head device applicable to.
【0002】[0002]
【従来の技術】前記の超解像光ヘッド装置は、コヒーレ
ントビームを情報記憶面の微小スポットに集光ビームと
して集光する集光手段と、情報記憶面から反射されてく
る反射ビームの光強度を検出する光電変換手段とを備え
ており、回折限界又は回折限界以下の微小スポットの集
光ビームが得られるような工夫が種々成されている。2. Description of the Related Art The above-mentioned super-resolution optical head device detects a coherent beam as a focused beam on a minute spot on an information storage surface and a light intensity of a reflected beam reflected from the information storage surface. And various photoelectric conversion means are provided, and various measures are taken to obtain a focused beam of a diffraction limit or a minute spot below the diffraction limit.
【0003】図16は超解像光学系として良く知られた
輪帯状の開口部を用いる従来の結像光学系を再回折光学
系として示した概略構成図である。このような輪帯状開
口方式の超解像光学系は、光ヘッド装置への適用例とし
て以下の文献に報告されている。FIG. 16 is a schematic block diagram showing, as a re-diffraction optical system, a conventional imaging optical system using a well-known ring-shaped aperture as a super-resolution optical system. Such a ring-shaped aperture type super-resolution optical system is reported in the following documents as an example of application to an optical head device.
【0004】1)“High Density Optical Recording b
y Super resolution, ”Y.Yamada,Y.Hirose and K.Kubo
ta,Proc.Int.Symp.on Optical Memory,1989.Jap.J.of A
ppl.Phys.,Vol.28(1989)supplement 28-3,pp.197-200. 2)“Optical Head with Annular Phase-Shifting Apo
tizer,”Hideo Ando,Tsuneshi Yokota and Koki Tanou
e,Jap.J.Appl.Phys.,Vol.32(1993)pp.5269-5276,pt.1,N
O.11B. 図16に示すように、コヒーレント光源50から発せら
れたコヒーレントビームは、コリメートレンズ(第1の
フーリエ変換レンズ)51により平行光にされた後、輪
帯状開口部52の開口(1次元的にはスリット開口)5
2a,52bを通過して対物レンズ(第2のフーリエ変
換レンズ)53によって結像され、前記輪帯状開口部
(透過率)52のパワースペクトルとして図示されてい
るI(X)のような超解像スポットが得られる。1) "High Density Optical Recording b
y Super resolution, ”Y.Yamada, Y.Hirose and K.Kubo
ta, Proc.Int.Symp.on Optical Memory, 1989.Jap.J.of A
ppl.Phys., Vol.28 (1989) supplement 28-3, pp.197-200. 2) “Optical Head with Annular Phase-Shifting Apo
tizer, ”Hideo Ando, Tsuneshi Yokota and Koki Tanou
e, Jap.J.Appl.Phys., Vol.32 (1993) pp.5269-5276, pt.1, N
O.11B. As shown in FIG. 16, the coherent beam emitted from the coherent light source 50 is collimated by a collimating lens (first Fourier transform lens) 51, and then the aperture (1 (Dimensionally, slit opening) 5
2a, 52b, and an image is formed by an objective lens (second Fourier transform lens) 53, and a super-solution like I (X) is shown as a power spectrum of the annular opening (transmittance) 52. An image spot is obtained.
【0005】前記文献1)は、このような超解像スポッ
トを一次元的に構成し、メインローブだけをスリット状
ナイフエッジで取り出して利用する光ヘッドについて説
明している。また、前記文献2)は、2次元的に超解像
スポットを実現するため、輪帯状開口部として複数個の
位相分布及び所定の振幅分布を用い、図16において生
じているメインローブ外側のサイドローブの抑圧を図る
方式について説明している。後者の方式においてはサイ
ドローブの抑圧のため、輪帯状開口部の設計条件が最適
化されている。Reference 1) describes an optical head in which such a super-resolution spot is formed one-dimensionally and only the main lobe is taken out by a slit knife edge and used. In addition, the above-mentioned document 2) uses a plurality of phase distributions and a predetermined amplitude distribution as an annular opening in order to realize a two-dimensional super-resolution spot, and the side outside the main lobe that occurs in FIG. A method for suppressing lobes is described. In the latter method, the design condition of the annular opening is optimized to suppress the side lobe.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、輪帯状
開口部によりサイドローブを抑圧する方式では集光ビー
ムの強度が低下することは免れない。例えば、集光ビー
ムのピーク値が50%〜15%程度に低下する場合に、
メインローブの半値幅を回折限界の85%まで狭める
と、サイドローブの強度比がメインローブのピーク値の
7%程度になる。However, the method of suppressing the side lobes by the ring-shaped opening inevitably lowers the intensity of the focused beam. For example, when the peak value of the focused beam is reduced to about 50% to 15%,
When the full width at half maximum of the main lobe is narrowed to 85% of the diffraction limit, the intensity ratio of the side lobe becomes about 7% of the peak value of the main lobe.
【0007】上述したように、対物レンズの開口面に相
当する平面にスリット状又は輪帯状の開口部を設ける
と、サイドローブが或る程度抑圧された回折限界を超え
る超解像を得ることができる反面、結像面に至る光量が
著しく低減するので、メインローブの光量が減少すると
いう問題、及びサイドローブ遮蔽用の開口部を設けるこ
とに伴い、光学経路の調整に精度が要求されると共に光
学系を構成する部品の経時変化等により装置の信頼性が
低下すると言う問題がある上に、ビームの半値幅も高々
10〜20%程度に小さくなる。As described above, when a slit-shaped or ring-shaped opening is provided on the plane corresponding to the opening surface of the objective lens, it is possible to obtain a super-resolution in which the side lobe is suppressed to some extent and exceeds the diffraction limit. On the other hand, since the amount of light reaching the image plane is significantly reduced, the problem that the amount of light in the main lobe is reduced, and with the provision of the side lobe blocking opening, precision is required for adjustment of the optical path. In addition to the problem that the reliability of the apparatus is lowered due to changes in the components that make up the optical system over time, the full width at half maximum of the beam is reduced to at most 10 to 20%.
【0008】前記に鑑み、本発明は、シンプルな光学系
により、光量の著しい減少を招くことなく、回折限界の
ビーム幅を約70%〜50%程度にまで小さくすること
ができる極めて高性能の超解像光ヘッド装置を提供する
ことを目的とする。In view of the above, the present invention has an extremely high performance capable of reducing the diffraction-limited beam width to about 70% to 50% by a simple optical system without causing a significant decrease in the amount of light. An object is to provide a super-resolution optical head device.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項1の発明は、互いにインコヒーレントで且つ
主要部のサイズは互いに等しいが、ビーム中心に強度の
ピークを有する主ビームとビーム中心の少なくとも両側
に強度のピークを有する副ビームとを情報記憶面に重畳
して集光し、情報記憶面から反射されてきた光ビームを
分離して光強度を差動的に検出することによって超解像
光学系を実現するものである。In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a main beam and a beam which are incoherent to each other and whose main parts have the same size but have a peak of intensity at the beam center. By superimposing a sub-beam having an intensity peak on at least both sides of the center on the information storage surface and condensing, separating the light beam reflected from the information storage surface and differentially detecting the light intensity. It realizes a super-resolution optical system.
【0010】具体的に請求項1の発明が講じた解決手段
は、超解像光ヘッド装置を、主ビームとなる第1のコヒ
ーレント光を発する第1のコヒーレント光源と、前記第
1のコヒーレント光の偏光面と直交する偏光面を有する
か又は前記第1のコヒーレント光の波長と異なる波長を
有する第2のコヒーレント光を発する第2のコヒーレン
ト光源と、前記第2のコヒーレント光の入射を受け光軸
に垂直な面内でビーム中心の少なくとも両側にピーク値
を持ちビーム主要部のサイズが前記主ビームの主要部の
サイズと実質的に等しい光強度分布を有する副ビームを
出射する位相板と、前記第1のコヒーレント光源から出
射された主ビームと前記位相板から出射された副ビーム
とを重畳せしめて情報記憶面に集光する集光手段と、前
記主ビームと前記副ビームとが重畳してなる光ビームが
前記情報記憶面に設けられた光学的情報記憶担体にフォ
ーカシング及びトラッキングするように前記集光手段を
駆動させる駆動手段と、前記情報記憶面から反射してき
た光ビームの入射を受け該光ビームを主ビームと副ビー
ムとに偏光分離又は波長分離して出射する光分離手段
と、該光分離手段から出射された主ビーム及び副ビーム
の光強度を別々に検出して光強度信号を出力する光検出
手段と、該光検出手段から出力された光強度信号に基づ
き超解像走査信号を演算して出力する演算手段とを備え
ている構成とするものである。Specifically, a solution means taken by the invention of claim 1 is a super-resolution optical head device, which comprises a first coherent light source for emitting a first coherent light beam serving as a main beam, and a polarization of the first coherent light beam. A second coherent light source which emits a second coherent light beam having a polarization plane orthogonal to the plane or which has a wavelength different from the wavelength of the first coherent light beam, and an incident axis of the second coherent light beam on the optical axis A phase plate for emitting a sub-beam having a peak value on at least both sides of the beam center in a vertical plane and having a light intensity distribution in which the size of the main part of the beam is substantially equal to the size of the main part of the main beam; No. 1, a main beam emitted from the coherent light source and a sub-beam emitted from the phase plate, and condensing means for converging on the information storage surface; Drive means for driving the condensing means to focus and track an optical information storage carrier provided on the information storage surface, and a light reflected from the information storage surface. A beam splitting means which receives a beam incident and splits or splits the light beam into a main beam and a sub beam and outputs the light beam, and the light intensities of the main beam and the sub beam emitted from the light splitting device are separately detected. And a light detecting means for outputting a light intensity signal, and a calculating means for calculating and outputting a super-resolution scanning signal based on the light intensity signal output from the light detecting means. .
【0011】請求項2の発明は、請求項1の位相板に代
えてホログラム素子を用いることによって超解像光学系
を実現するものである。The invention of claim 2 realizes a super-resolution optical system by using a hologram element in place of the phase plate of claim 1.
【0012】具体的に請求項2の発明が講じた解決手段
は、超解像光ヘッド装置を、主ビームとなるコヒーレン
ト光を発する第1のコヒーレント光源と、前記第1のコ
ヒーレント光の偏光面と直交する偏光面を有するか又は
前記第1のコヒーレント光の波長と異なる波長を有する
第2のコヒーレント光を発する第2のコヒーレント光源
と、前記第2のコヒーレント光の入射を受け光軸に垂直
な面内でビーム中心の少なくとも両側にピーク値を持ち
ビーム主要部のサイズが前記主ビームの主要部のサイズ
と実質的に等しい光強度分布を有する副ビームを出射す
るホログラム素子と、前記第1のコヒーレント光源から
出射された主ビームと前記ホログラム素子から出射され
た副ビームとを重畳せしめて情報記憶面に集光する集光
手段と、前記主ビームと前記副ビームとが重畳してなる
光ビームが前記情報記憶面に設けられた光学的情報記憶
担体にフォーカシング及びトラッキングするように前記
集光手段を駆動させる駆動手段と、前記情報記憶面から
反射してきた光ビームの入射を受け該光ビームを主ビー
ムと副ビームとに偏光分離又は波長分離して出射する光
分離手段と、該光分離手段から出射された主ビーム及び
副ビームの光強度を別々に検出して光強度信号を出力す
る光検出手段と、該光検出手段から出力された光強度信
号に基づき超解像走査信号を演算して出力する演算手段
とを備えている構成とするものである。[0012] Specifically, a solution means taken by the invention of claim 2 is that a super-resolution optical head device is provided with a first coherent light source for emitting coherent light as a main beam, and a polarization plane of the first coherent light orthogonal to the first coherent light source. A second coherent light source which emits a second coherent light beam having a polarization plane which changes or which has a wavelength different from the wavelength of the first coherent light beam, and a plane which receives the second coherent light beam and is perpendicular to the optical axis. A hologram element for emitting a sub-beam having a peak value on at least both sides of the beam center and having a light intensity distribution in which the size of the main part of the beam is substantially equal to the size of the main part of the main beam; and the first coherent A main beam emitted from the light source and a sub beam emitted from the hologram element are superimposed on each other to condense them on the information storage surface, and the main beam. Drive means for driving the condensing means so that a light beam formed by superimposing a beam and the sub beam on the optical information storage carrier provided on the information storage surface is focused and tracked; A light separating unit that receives the reflected light beam and outputs the main beam and a sub beam by polarization separation or wavelength separation, and light intensity of the main beam and the sub beam emitted from the light separation unit. And a calculation means for calculating and outputting a super-resolution scanning signal based on the light intensity signal output from the light detection means. To do.
【0013】請求項3の発明は、位相板を介して光軸対
称の強度分布を有する副ビームをシンプルな構成で得る
ため、請求項1の構成に、前記位相板は、位相板中心回
りにN個(Nは2以上の整数)に分割されており前記第
2のコヒーレント光源から発せられた第2のコヒーレン
ト光に対して相対的位相差0,2π/N,(2π/N)
×2,(2π/N)×3,…,及び(2π/N)・(2
N−1)を順に与えるN個の領域を有し、該N個の領域
を通過する第2のコヒーレント光を前記副ビームとして
出射するという構成を付加するものである。According to the third aspect of the present invention, since the sub-beam having the intensity distribution with optical axis symmetry is obtained with a simple structure through the phase plate, the structure of the first aspect is characterized in that the phase plate is provided around the center of the phase plate. The relative phase difference is 0, 2π / N, (2π / N) with respect to the second coherent light emitted from the second coherent light source, which is divided into N pieces (N is an integer of 2 or more).
× 2, (2π / N) × 3, ..., and (2π / N) · (2
N-1) is sequentially provided, and the second coherent light passing through the N regions is emitted as the sub beam.
【0014】請求項4の発明は、副ビームをシンプルな
構成で得るため、請求項1又は2の構成に、前記位相板
は前記第2のコヒーレント光源に近接又は密接して該第
2のコヒーレント光源と一体に設けられているという構
成を付加するものである。According to the invention of claim 4, since the sub-beam is obtained with a simple structure, in the structure of claim 1 or 2, the phase plate is close to or in close proximity to the second coherent light source. The configuration in which it is provided integrally with the light source is added.
【0015】請求項5の発明は、互いに直交する偏光面
を有する主ビーム及び副ビームをシンプルな構成で得る
ため、請求項1又は2の構成に、前記第1及び第2のコ
ヒーレント光源は、それぞれの偏光面が互いに直交する
ように配置された一対の直線偏向レーザであるという構
成を付加するものである。According to the invention of claim 5, in order to obtain a main beam and a sub beam having polarization planes orthogonal to each other with a simple structure, in the structure of claim 1 or 2, the first and second coherent light sources are: A configuration is added in which the pair of linearly polarized lasers are arranged so that their respective polarization planes are orthogonal to each other.
【0016】請求項6の発明は、光分離手段をシンプル
に構成するため、請求項1又は2の構成に、前記光分離
手段は、屈折率一軸異方性を有する基板と該基板の上に
形成された偏光性ホログラム素子又は偏光性回折格子と
からなり前記光ビームを主ビームと副ビームとに偏光分
離する偏光分離手段であるという構成を付加するもので
ある。Since the invention of claim 6 is a simple structure of the light separating means, in the structure of claim 1 or 2, the light separating means comprises a substrate having a refractive index uniaxial anisotropy and the substrate. A configuration is added, which is a polarization splitting means that is formed by the formed polarizing hologram element or the polarizing diffraction grating and splits the light beam into a main beam and a sub beam.
【0017】請求項7の発明は、光分離手段をシンプル
に構成するため、請求項1又は2の構成に、光分離手段
は、多層膜誘電体フィルターからなり前記光ビームを主
ビームと副ビームとに波長分離する波長分離手段である
という構成を付加するものである。The seventh aspect of the present invention is a simple structure of the light splitting means. Therefore, in the configuration of the first or second aspect, the light splitting means comprises a multilayer film dielectric filter, and the light beam is a main beam and a sub beam. A configuration that is a wavelength separation means for wavelength separation is added to and.
【0018】請求項8の発明は、単一のコヒーレント光
源から発したコヒーレント光を偏光性位相板により、互
いに直交する偏光面を有しビーム中心にピーク値を有す
る主ビームと該主ビームの中心の少なくとも両側にピー
ク値を持つ副ビームとに分離し、主ビームと副ビームと
を情報記憶面に集光し、情報記憶面から反射されてきた
光ビームを偏光分離して光強度を差動的に検出すること
によって超解像光学系を実現するものである。According to an eighth aspect of the present invention, a coherent light beam emitted from a single coherent light source is processed by a polarizing phase plate to have a main beam having polarization planes orthogonal to each other and having a peak value at the beam center, and the center of the main beam. Is separated into a sub-beam having a peak value on at least both sides of the main beam, the main beam and the sub-beam are condensed on the information storage surface, and the light beam reflected from the information storage surface is polarized and separated to differentiate the light intensity. A super-resolution optical system is realized by detecting it selectively.
【0019】具体的に請求項8の発明が講じた解決手段
は、超解像光ヘッド装置を、コヒーレント光を発するコ
ヒーレント光源と、該コヒーレント光源から発せられた
コヒーレント光の入射を受け該コヒーレント光を主ビー
ムと該主ビームの偏光面と直交する偏光面を有し前記主
ビームの中心の少なくとも両側にピークを持ちビーム主
要部のサイズが前記主ビームの主要部のサイズと実質的
に等しい光強度分布を有する副ビームとに分離して出射
する偏光性位相板と、該偏光性位相板から出射された主
ビームと副ビームとを重畳せしめて情報記憶面に集光す
る集光手段と、前記主ビームと前記副ビームとが重畳し
てなる光ビームが前記情報記憶面に設けられた光学的情
報記憶担体にフォーカシング及びトラッキングするよう
に前記集光手段を駆動させる駆動手段と、前記情報記憶
面から反射してきた光ビームの入射を受け該光ビームを
主ビームと副ビームとに偏光分離して出射する偏光分離
手段と、該偏光分離手段から出射された主ビーム及び副
ビームの光強度を別々に検出して光強度信号を出力する
光検出手段と、該光検出手段から出力された光強度信号
に基づき超解像走査信号を演算して出力する演算手段と
を備えている構成とするものである。Specifically, the means for solving the problems according to the invention of claim 8 is a super-resolution optical head device, which mainly uses a coherent light source which emits coherent light and which receives the coherent light emitted from the coherent light source. A light intensity distribution having a beam and a plane of polarization orthogonal to the plane of polarization of the main beam, having peaks on at least both sides of the center of the main beam, and the size of the main part of the beam being substantially equal to the size of the main part of the main beam. A polarizing phase plate that separates and emits a sub-beam having a light beam, and a condensing unit that superimposes the main beam and the sub beam emitted from the polarizing phase plate on each other to condense on the information storage surface. The focusing means for focusing and tracking the light beam formed by superimposing the beam and the sub-beam on the optical information storage carrier provided on the information storage surface. A driving means for moving the light beam; a polarization separating means for receiving a light beam reflected from the information storage surface and separating the light beam into a main beam and a sub-beam; and emitting the light beam from the polarization separating means. Optical detection means for separately detecting the light intensities of the main beam and the sub-beam and outputting a light intensity signal, and an operation for calculating and outputting a super-resolution scanning signal based on the light intensity signal output from the light detection means And means.
【0020】請求項9の発明は、偏光分離手段をシンプ
ルに構成するため、請求項8の構成に、前記偏光分離手
段は屈折率一軸異方性を有する基板と該基板の上に形成
された偏光性ホログラム素子又は偏光性回折格子からな
るという構成を付加するものである。According to the ninth aspect of the present invention, since the polarization splitting means is simply configured, the polarization splitting means is formed on the substrate having the refractive index uniaxial anisotropy and on the substrate. A configuration including a polarizing hologram element or a polarizing diffraction grating is added.
【0021】請求項10の発明は、偏光性位相板をシン
プルな構成で得るため、請求項8の構成に、前記偏光性
位相板は、前記コヒーレント光源から発せられたコヒー
レント光を一の方向の偏光面を有する光成分と前記一の
方向と直交する他の方向の偏光面を有する光成分とに偏
光分離し、前記一の方向の偏光面を有する光成分を前記
主ビームとして出射し、前記他の方向の偏光面を有する
光成分に対して相対位相差を与えない第1の領域とπの
相対位相差を与える第2の領域とを有し、該第1及び第
2の領域を通過する光成分を前記副ビームとして出射す
るという構成を付加するものである。According to the tenth aspect of the invention, since the polarizing phase plate is obtained with a simple structure, the polarizing phase plate has a structure in which the coherent light emitted from the coherent light source is directed in one direction. The polarized light is separated into a light component having a polarization plane and a light component having a polarization plane in another direction orthogonal to the one direction, and a light component having a polarization plane in the one direction is emitted as the main beam, and It has a first region that does not give a relative phase difference to a light component having a polarization plane in another direction and a second region that gives a relative phase difference of π, and passes through the first and second regions. The configuration in which the light component to be emitted is emitted as the sub-beam is added.
【0022】請求項11の発明は、請求項10の構成
に、前記第1及び第2の領域は前記偏光性位相板におけ
る中心回りに分割された4領域に交互に2領域づつ形成
されているという構成を付加するものである。According to an eleventh aspect of the present invention, in the structure of the tenth aspect, the first and second regions are alternately formed in two regions in four regions divided around the center of the polarizing phase plate. Is added.
【0023】請求項12の発明は、偏光性位相板を介し
て光軸対称の強度分布を有する副ビームをシンプルな構
成で得るため、請求項8の構成に、前記偏光性位相板
は、前記コヒーレント光源から発せられたコヒーレント
光を一の方向の偏光面を有する光成分と前記一の方向と
直交する他の方向の偏光面を有する光成分とに偏光分離
し、前記一の方向の偏光面を有する光成分は相対的位相
差を与えることなく出射し、位相板回りにN個(Nは2
以上の整数)に分割されており前記他の方向の偏光面を
有する光成分に対して相対位相差0,2π/N,(2π
/N)×2,(2π/N)×3,…,及び(2π/N)
・(N−1)を順に与えるN個の領域を有し、該N個の
領域を通過する光成分を前記副ビームとして出射すると
いう構成を付加するものである。According to the twelfth aspect of the present invention, a sub-beam having an intensity distribution symmetrical with respect to the optical axis is obtained through the polarizing phase plate with a simple structure. The coherent light emitted from the coherent light source is polarized and separated into a light component having a polarization plane in one direction and a light component having a polarization plane in the other direction orthogonal to the one direction, and a polarization plane in the one direction. A light component having a value of N is emitted without giving a relative phase difference, and N (N is 2
Relative phase difference 0, 2π / N, (2π) with respect to a light component having a polarization plane in the other direction.
/ N) × 2, (2π / N) × 3, ..., and (2π / N)
-A configuration is added in which there are N regions that sequentially give (N-1) and the light component that passes through the N regions is emitted as the sub-beam.
【0024】請求項13の発明は、単一のコヒーレント
光源から交互に発生する一対のパルス列を用い、一方の
パルス列はビーム中心にピークを有する主ビームとし、
他方のパルス列には位相変調を加えることによって前記
主ビームの中心の少なくとも両側にピーク値を持つ副ビ
ームとし、主ビーム及び副ビームを情報記憶面に集光
し、情報記憶面から反射されてきた主ビーム及び副ビー
ムのパルス列を時間分離してその光強度を別々に検出
し、選択的に遅延時間を与えられた主ビーム及び副ビー
ムに対応する光強度を差動的に検出することによって超
解像光学系を実現するものである。According to a thirteenth aspect of the present invention, a pair of pulse trains alternately generated from a single coherent light source is used, and one pulse train is a main beam having a peak at the beam center,
Phase modulation is applied to the other pulse train to form a sub-beam having a peak value on at least both sides of the center of the main beam. The main beam and the sub-beam are focused on the information storage surface and reflected from the information storage surface. The pulse trains of the main beam and the sub-beam are time-separated to detect their light intensities separately, and the light intensities corresponding to the main beam and the sub-beams to which a delay time has been selectively applied are detected differentially to achieve the super It realizes a resolution optical system.
【0025】具体的に請求項13の発明が講じた手段
は、超解像光ヘッド装置を、第1のパルス列と該第1の
パルス列の各パルスに対して時系列的に交互に発生する
第2のパルス列とを有するコヒーレント光を発するコヒ
ーレント光源と、前記コヒーレント光の入射を受け該コ
ヒーレント光の波面に前記第1及び第2のパルス列に同
期して選択的に位相変移を与えることにより前記コヒー
レント光を前記第1のパルス列よりなる主ビームと前記
第2のパルス列よりなり前記主ビームの光軸に垂直な面
内でビーム中心の少なくとも両側にピーク値を持ちビー
ム主要部のサイズが前記主ビームの主要部のサイズと実
質的に等しい光強度分布を有する副ビームとを出射する
位相変調手段と、該位相変調手段から出射された主ビー
ム及び副ビームを情報記憶面に集光する集光手段と、前
記主ビーム及び副ビームが前記情報記憶面に設けられた
光学的情報記憶担体にフォーカシング及びトラッキング
するように前記集光手段を駆動させる駆動手段と、前記
情報記憶面から反射してきた主ビーム及び副ビームの光
強度を別々に検出して光強度信号を出力する光検出手段
と、該光検出手段から出力された光強度信号に対して前
記第1のパルス列と前記第2のパルス列と間のパルス列
間隔相当の遅延時間を選択的に与える遅延手段と、前記
光検出手段から出力された光強度信号と前記遅延手段に
より前記遅延時間を与えられた光強度信号とに基づき超
解像走査信号を演算して出力する演算手段とを備えてい
る構成とするものである。Specifically, the means taken by the thirteenth aspect of the present invention is a super-resolution optical head device in which the first pulse train and the second pulse train of the first pulse train are generated alternately in time series. A coherent light source that emits coherent light having a pulse train; and a coherent light that receives the coherent light and selectively imparts a phase shift to the wavefront of the coherent light in synchronization with the first and second pulse trains. The main beam composed of the first pulse train and the second pulse train have peak values on at least both sides of the beam center in the plane perpendicular to the optical axis of the main beam, and the size of the beam main part is the main part of the main beam. The phase modulation means for emitting a sub-beam having a light intensity distribution substantially equal to the size of the part, and the main beam and the sub-beam emitted from the phase modulation means Focusing means for focusing on a storage surface, driving means for driving the focusing means so that the main beam and the sub-beam focus and track the optical information storage carrier provided on the information storage surface, Light detecting means for separately detecting the light intensities of the main beam and the sub-beam reflected from the information storage surface and outputting a light intensity signal, and the first light intensity signal output from the light detecting means. Delay means for selectively providing a delay time corresponding to a pulse train interval between the pulse train and the second pulse train, a light intensity signal output from the photodetector means, and a light intensity given the delay time by the delay means. And a computing means for computing and outputting a super-resolution scanning signal based on the signal.
【0026】請求項14の発明は、単一のコヒーレント
光源から発したコヒーレント光を、偏光性位相板によ
り、互いに直交する偏光面を有しビーム中心にピーク値
を有する主ビームと該主ビームの中心の少なくとも両側
にピーク値を持つ副ビームとに分離し、往路光学系にお
いて主ビームと副ビームとを情報記憶面に集光し、復路
において情報記憶面から反射されてきた主ビームをホロ
グラム素子によって回折させると共に、主ビームと副ビ
ームとを偏光分離して光強度を差動的に検出することに
よって、超解像光学系を実現するものである。According to a fourteenth aspect of the present invention, a coherent light beam emitted from a single coherent light source is processed by a polarizing phase plate into a main beam having polarization planes orthogonal to each other and having a peak value at the beam center, and the main beam of the main beam. The main beam and the sub-beam are separated into a sub-beam having a peak value on at least both sides of the center, the main beam and the sub-beam are condensed on the information storage surface in the outward optical system, and the main beam reflected from the information storage surface on the return path is hologram element. The super-resolution optical system is realized by diffracting the light beam by the light beam and by differentially detecting the light intensities by polarization-separating the main beam and the sub beam.
【0027】具体的に請求項14の発明が講じた解決手
段は、超解像光ヘッド装置を、コヒーレント光を発する
コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源から発せら
れたコヒーレント光を、主ビームと、該主ビームの偏光
面と直交する偏光面を有し前記主ビームの中心の少なく
とも両側にピークを持ちビーム主要部のサイズが前記主
ビームの主要部のサイズと実質的に等しい光強度分布を
有する副ビームとに分離して出射する偏光性位相板と、
該偏光性位相板から出射された主ビームと副ビームとを
重畳せしめて情報記憶面に集光する集光手段と、前記主
ビームと前記副ビームとが重畳してなる光ビームが前記
情報記憶面に設けられた光学的情報記憶担体にフォーカ
シング及びトラッキングするように前記集光手段を駆動
させる駆動手段と、前記集光手段と一体に設けられ、前
記情報記憶面から反射してきた復路の光ビームを回折さ
せて前記コヒーレント光源の発光面とほぼ同一の平面上
に導くホログラム素子と、該ホログラム素子により回折
された復路の光ビームの入射を受け、該復路の光ビーム
を主ビームと副ビームとに偏光分離して出射する偏光分
離手段と、前記コヒーレント光源の発光面とほぼ同一の
平面上に設けられ、前記偏光分離手段から出射された主
ビーム及び副ビームの光強度を別々に検出して光強度信
号を出力する光検出手段と、該光検出手段から出力され
た光強度信号に基づき超解像走査信号を演算して出力す
る演算手段とを備えている構成とするものである。Specifically, a solution means taken by the invention of claim 14 is a super-resolution optical head device, a coherent light source for emitting coherent light, a coherent light emitted from the coherent light source, a main beam, and the main beam. A sub-beam having a plane of polarization orthogonal to the plane of polarization of, and having a peak at least at both sides of the center of the main beam and having a light intensity distribution in which the size of the main part of the beam is substantially equal to the size of the main part of the main beam. A polarizing phase plate that separates and emits
Condensing means for superimposing the main beam and the sub beam emitted from the polarizing phase plate on the information storage surface and a light beam formed by superposing the main beam and the sub beam are the information storage. Driving means for driving the condensing means so as to focus and track an optical information storage carrier provided on a surface, and a return light beam which is provided integrally with the condensing means and is reflected from the information storage surface. A hologram element that diffracts light to guide it on a plane substantially the same as the light emitting surface of the coherent light source, and receives a return light beam diffracted by the hologram element, and converts the return light beam into a main beam and a sub beam. The polarized beam splitting means for splitting and outputting the polarized light into the main beam and the sub beam emitted from the polarized beam splitting means are provided on the same plane as the light emitting surface of the coherent light source. Light detection means for separately detecting the light intensities of the above and outputting a light intensity signal, and a calculation means for calculating and outputting a super-resolution scanning signal based on the light intensity signal output from the light detection means. It is configured to be.
【0028】[0028]
【作用】請求項1の構成により、主ビームは通常のAiry
disc 状パターン又は光軸中心に光強度のピーク値を有
するビームとなり、副ビームの主要部は集光面で主ビー
ムの半値幅と等しいビームサイズを有し且つビーム中心
の少なくとも両側に副ビームのピークが形成され、情報
記憶面において主ビーム及び副ビームは互いにインコヒ
ーレントに重畳して集光され、主ビームと副ビームとが
情報記憶面で重畳してなる光ビームは情報記憶面から反
射された後、偏光分離又は波長分離されて主ビーム及び
副ビームとして独立に光強度が検出され、該光強度が差
動的に演算されることにより、等価的に主ビームの強度
分布と副ビームの強度分布との差分として走査された出
力信号が得られるので、超解像光信号をシンプル且つ確
実に得ることができる。With the structure of claim 1, the main beam is a normal Airy beam.
The beam has a disc-shaped pattern or a peak value of the light intensity at the center of the optical axis. A peak is formed, the main beam and the sub-beam are superposed on each other in incoherently on the information storage surface and condensed, and the light beam in which the main beam and the sub-beam are superposed on the information storage surface is reflected from the information storage surface. After that, the light intensity is independently detected as the main beam and the sub-beam by polarization separation or wavelength separation, and the light intensity is differentially calculated, so that the intensity distribution of the main beam and the sub-beam are equivalently obtained. Since the scanned output signal is obtained as the difference from the intensity distribution, the super-resolution optical signal can be obtained simply and reliably.
【0029】請求項2の構成により、主ビームは通常の
Airy disc 状パターン又は光軸中心に光強度のピーク値
を有するビームとなり、ホログラム素子から再生される
形で生成される副ビームの主要部は情報記憶面において
主ビームの半値幅と等しいビームサイズを有し且つ副ビ
ームのビーム中心の少なくとも両側に光強度のピークが
形成され、情報記憶面において主ビームと副ビームとは
インコヒーレントに重畳して集光され、主ビームと副ビ
ームとが情報記憶面において重畳してなる光ビームは情
報記憶面から反射された後、偏光分離又は波長分離され
て主ビーム及び副ビームとして独立に光強度が検出さ
れ、該光強度が差動的に演算されることにより、等価的
に主ビームの強度分布と副ビームの強度分布との差分と
して演算された出力信号が得られるので、超解像光信号
をシンプル且つ確実に得ることができる。According to the structure of claim 2, the main beam is a normal beam.
The beam has an airy disc-shaped pattern or a beam with a peak value of light intensity at the center of the optical axis, and the main part of the sub-beam generated in the form of being reproduced from the hologram element has a beam size equal to the half-value width of the main beam on the information storage surface. And a peak of the light intensity is formed on at least both sides of the beam center of the sub beam, and the main beam and the sub beam are incoherently superposed and condensed on the information storage surface, and the main beam and the sub beam are stored as information. The light beams superposed on the surface are reflected from the information storage surface, and then are polarized or wavelength-separated to independently detect the light intensities as a main beam and a sub beam, and the light intensities are differentially calculated. This makes it possible to obtain an output signal that is equivalently calculated as the difference between the intensity distribution of the main beam and the intensity distribution of the sub-beam, so that a super-resolution optical signal can be obtained simply and reliably. You can
【0030】請求項3の構成により、主ビームと、ビー
ム中心を軸として円環状にピークを有し主ビームと同軸
の副ビームとが重畳された光ビームを情報記憶面に集光
し、情報記憶面から反射してきた光ビームを主ビームと
副ビームとに偏光分離して独立に光強度を検出するの
で、回折限界よりも細い円形ビームを用いた場合と等価
な超解像光信号を安定して実現することができる。According to the structure of claim 3, a light beam in which a main beam and a sub-beam having an annular peak with the beam center as an axis and coaxial with the main beam are superimposed is condensed on an information storage surface, and information is recorded. Since the light beam reflected from the storage surface is polarized and separated into a main beam and a sub beam and the light intensity is detected independently, a super-resolution optical signal equivalent to that when a circular beam narrower than the diffraction limit is used is stably obtained. Can be realized.
【0031】請求項4の構成により、副ビームを出射す
る位相板は第2のコヒーレント光源に一体に設けられて
いるのでシンプルでコンパクトな超解像光信号を安定し
て実現することができる。According to the structure of claim 4, since the phase plate for emitting the sub-beam is provided integrally with the second coherent light source, a simple and compact super-resolution optical signal can be stably realized.
【0032】請求項5の構成により、偏光面が互いに直
交する一対の直線偏光レーザは、互いにインコヒーレン
トであり、容易に偏光分離できるので、請求項1又は2
の超解像光ヘッド装置をシンプルに実現できる。According to the structure of claim 5, the pair of linearly polarized lasers whose polarization planes are orthogonal to each other are incoherent to each other and can be easily polarized and separated.
The super resolution optical head device can be realized simply.
【0033】請求項6の構成により、偏光性ホログラム
素子又は偏光性回折素子は、主ビーム及び副ビームのう
ちの一方の偏光ビームの大半のエネルギー成分は±1次
回折光となり、他方の偏光ビームは0次回折光として透
過させるため、主ビーム及び副ビームを空間的に確実に
分離して光強度を検出できるので、超解像光信号を確実
に実現できる。According to the structure of claim 6, in the polarizing hologram element or the polarizing diffractive element, most of the energy components of the polarized beam of one of the main beam and the sub-beam is the ± first-order diffracted light, and the other polarized beam is Since the 0th-order diffracted light is transmitted, the main beam and the sub-beam can be spatially reliably separated and the light intensity can be detected, so that the super-resolution optical signal can be reliably realized.
【0034】請求項7の構成により、多層膜誘電体フィ
ルターが狭帯域バンドパスフィルターとして作用するた
め、波長が互いに異なる主ビーム及び副ビームを確実に
波長分離して光強度を検出できるので、超解像光信号を
確実に実現できる。According to the structure of claim 7, since the multilayer film dielectric filter acts as a narrow band pass filter, the main beam and the sub beam having different wavelengths can be reliably wavelength-separated to detect the light intensity. A resolution optical signal can be reliably realized.
【0035】請求項8の構成により、単一のコヒーレン
ト光源から出射されたコヒーレント光から偏光面が互い
に直交する主ビーム及び副ビームを得られ、しかも主ビ
ーム及び副ビームの主要部のサイズが等しく、主ビーム
は光軸中心が光強度のピークを有するビームとなり、副
ビームはビーム中心の少なくとも両側に光強度のピーク
が形成され、情報記憶面において主ビームと副ビームと
は互いにインコヒーレントに重畳して集光され、主ビー
ム及び副ビームは情報記憶面において重畳してなる光ビ
ームとして情報記憶面から反射された後、偏光分離され
て主ビーム及び副ビームとして独立に光強度が検出さ
れ、該光強度が差動的に演算されることにより、等価的
に主ビームの強度分布と副ビームの強度分布との差分と
して走査された出力信号が得られるので、超解像光信号
をシンプル且つ確実に得ることができる。According to the structure of claim 8, a main beam and a sub beam whose polarization planes are orthogonal to each other can be obtained from the coherent light emitted from a single coherent light source, and the main portions of the main beam and the sub beam have the same size. , The main beam becomes a beam having a light intensity peak at the optical axis center, and the sub beam has a light intensity peak formed on at least both sides of the beam center, and the main beam and the sub beam are superposed incoherently with each other on the information storage surface. Are condensed, and the main beam and the sub-beam are reflected from the information storage surface as a light beam which is superposed on the information storage surface, and then are polarized and separated to independently detect the light intensity as the main beam and the sub-beam. The light intensity is differentially calculated, so that the output is equivalently scanned as the difference between the intensity distribution of the main beam and the intensity distribution of the sub beam. Since No. is obtained, we are possible to obtain a super-resolution optical signal simply and reliably.
【0036】請求項9の構成により、請求項6と同様
に、超解像光信号を確実に実現することができる。With the structure of claim 9, the super-resolution optical signal can be surely realized as in the case of claim 6.
【0037】請求項10の構成により、偏光性位相板
は、一の方向の偏光面を有する主ビームをそのまま出射
し、一の方向と直交する他の方向の偏光面を有するビー
ムに対しては、0及びπの位相差を与えて、ビーム中心
の少なくとも両側にピークを有し且つビーム主要部のサ
イズが主ビームの主要部のサイズと等しい副ビームとし
て出射するため、主ビーム及び副ビームを情報記憶面に
おいて重畳して集光し、情報記憶面から反射した主ビー
ム及び副ビームを偏光分離して独立に光強度を検出する
ので、それぞれの光強度の出力信号を差動演算すること
により、少なくとも1次元方向には超解像となる光信号
を極めて安定して得ることができる。According to the structure of the tenth aspect, the polarizing phase plate emits the main beam having the polarization plane in one direction as it is, and for the beam having the polarization plane in the other direction orthogonal to the one direction. , 0, and π, the main beam and the sub-beams are emitted as a sub-beam having peaks on at least both sides of the beam center and having a beam main portion size equal to that of the main beam. Since the main beam and the sub beam reflected from the information storage surface are separated and polarized and the light intensities are independently detected, the output signal of each light intensity is differentially calculated. In addition, it is possible to obtain an extremely stable optical signal having super-resolution in at least one-dimensional direction.
【0038】請求項11の構成により、主ビームとビー
ム中心の4方向にわたってピークを有する副ビームとが
重畳された光ビームを情報記憶面に集光し、情報記憶面
から反射された光ビームを主ビームと副ビームとに偏光
分離して独立に光強度を検出するので、回折限界よりも
細い矩形ビームを用いた場合と等価な超解像光ヘッド装
置を安定して実現することができる。According to the eleventh aspect of the invention, the light beam in which the main beam and the sub-beam having peaks in four directions of the beam center are superposed is condensed on the information storage surface, and the light beam reflected from the information storage surface is collected. Since the main beam and the sub beam are polarized and separated and the light intensities are detected independently, a super-resolution optical head device equivalent to the case of using a rectangular beam narrower than the diffraction limit can be stably realized.
【0039】請求項12の構成により、請求項3の構成
と同様にして、回折限界よりも細い円形ビームを用いた
場合と等価な超解像光ヘッドを安定して実現することが
できる。According to the structure of the twelfth aspect, similarly to the structure of the third aspect, it is possible to stably realize a super-resolution optical head equivalent to the case where a circular beam narrower than the diffraction limit is used.
【0040】請求項13の構成により、主ビーム及び副
ビームを単一のコヒーレント光源から出射され時間的に
分離された一対のパルス列として得られ、しかも主ビー
ム及び副ビームの主要部のサイズが等しく、主ビームは
光軸中心が光強度のピーク値を有するビームとなり、副
ビームはビーム中心の少なくとも両側に光強度のピーク
が形成され、主ビームと副ビームとは、情報記憶面にお
いて時間的に分離され且つ等価的にインコヒーレントに
重畳して集光され、情報記憶面においてフォーカシング
及びトラッキング制御された光ビームとして情報記憶面
から反射された後、時間的に分離されて主ビーム及び副
ビームとして独立に光強度が検出され、該光強度に対応
する光強度信号は選択的に遅延されて差動的に演算され
ることにより、等価的に主ビームの強度分布と副ビーム
の強度分布との差分として演算された出力信号が得られ
るので、超解像光信号をシンプル且つ確実に得ることが
できる。According to the thirteenth aspect, the main beam and the sub-beam are obtained as a pair of pulse trains emitted from a single coherent light source and temporally separated, and the sizes of the main parts of the main beam and the sub-beam are equal. , The main beam becomes a beam having a light intensity peak value at the optical axis center, and the sub beam has a light intensity peak formed on at least both sides of the beam center. The light beams are separated and superposed equivalently incoherently, collected, and reflected from the information storage surface as a light beam subjected to focusing and tracking control on the information storage surface, and then temporally separated into a main beam and a sub beam. The light intensity is detected independently, and the light intensity signal corresponding to the light intensity is selectively delayed and differentially calculated, Since to the main beam of the intensity distribution and the computation output signal as the difference between the intensity distribution of the sub-beams are obtained, it is possible to obtain a super-resolution optical signal simply and reliably.
【0041】請求項14の構成により、単一のコヒーレ
ント光源から出射されたコヒーレント光から偏光面が互
いに直交する主ビーム及び副ビームが得られ、主ビーム
及び副ビームの各主要部のサイズがほぼ等しく、主ビー
ムは光軸中心が光強度のピークを有するビームとなり、
副ビームはビーム中心の少なくとも両側に光強度のピー
クを有するビームとなり、往路においては主ビームと副
ビームとは互いにインコヒーレントに重畳して情報記憶
面に集光される。主ビーム及び副ビームが情報記憶面に
おいて重畳してなる光ビームは、情報記憶面から反射さ
れた後、復路においてホログラム素子によって光軸外に
回折された後、偏光分離手段によって偏光分離され、主
ビーム及び副ビームとして別々に光強度が検出される。
主ビーム及び副ビームの各光強度が差動的に演算される
ことにより、等価的に主ビームの強度分布と副ビームの
強度分布との差分として走査された出力信号が得られる
ので、超解像信号をシンプル且つ確実に得ることができ
る。According to the structure of claim 14, a main beam and a sub beam whose polarization planes are orthogonal to each other are obtained from the coherent light emitted from a single coherent light source, and the sizes of the main parts of the main beam and the sub beam are almost the same. Equally, the main beam becomes a beam with a peak of light intensity at the optical axis center,
The sub-beam becomes a beam having a peak of light intensity on at least both sides of the beam center, and in the outward path, the main beam and the sub-beam are incoherently superposed on each other and focused on the information storage surface. The light beam in which the main beam and the sub-beam are superposed on the information storage surface is reflected from the information storage surface, diffracted by the hologram element on the return path, and then polarized and separated by the polarization separation means. Light intensity is detected separately for the beam and the sub-beam.
Since the light intensities of the main beam and the sub-beams are differentially calculated, the output signal scanned as the difference between the intensity distribution of the main beam and the intensity distribution of the sub-beam is equivalently obtained. The image signal can be obtained simply and reliably.
【0042】[0042]
(第1実施例)図1は、本発明の第1実施例に係る超解
像光ヘッド装置の概略構成を示している。(First Embodiment) FIG. 1 shows a schematic configuration of a super-resolution optical head device according to the first embodiment of the present invention.
【0043】同図に示すように、半導体レーザからなる
コヒーレント光源100から出射された光ビームは、コ
リメートレンズ101、開口部102及び集光レンズ1
03を通過して偏光性位相板104を照射する。光ビー
ムは偏光性位相板104により偏光面が互いに直交する
主ビームと副ビームとに分離された後、コリメートレン
ズ105、開口部106を介してミラー107により反
射され、その後、ビームスプリッタ108により方向を
変えられて、対物レンズ109によりピット状に情報が
記憶された光ディスク110の情報記憶面110aに集
光される。該情報記憶面110aにより反射された主ビ
ーム及び副ビームは、再び対物レンズ109により平行
光とされた後、ビームスプリッタ108を直進する。そ
の後、主ビーム130は後述する偏光性ホログラム素子
111により回折された後、集光レンズ112により集
光されて第1の光検出器113a及び第3の光検出器1
13cに至り、副ビーム131は同じく集光レンズ11
2により集光されて第2の光検出器113bに至る。
尚、第1〜第3の光検出器113a〜113bによって
集積型光検出器113が構成されており、該集積型光検
出器113の詳細な構造については後述する。As shown in the figure, the light beam emitted from the coherent light source 100 made of a semiconductor laser is a collimator lens 101, an opening 102 and a condenser lens 1.
After passing through 03, the polarizing phase plate 104 is illuminated. The light beam is separated by a polarizing phase plate 104 into a main beam and a sub beam whose polarization planes are orthogonal to each other, is reflected by a mirror 107 through a collimating lens 105 and an opening 106, and then is directed by a beam splitter 108. Then, the light is focused by the objective lens 109 on the information storage surface 110a of the optical disk 110 in which the information is stored in a pit form. The main beam and the sub beam reflected by the information storage surface 110a are collimated again by the objective lens 109 and then go straight through the beam splitter 108. After that, the main beam 130 is diffracted by the polarization hologram element 111, which will be described later, and then condensed by the condensing lens 112 to form the first photodetector 113a and the third photodetector 1.
13c, the sub-beam 131 is the same as the condenser lens 11
It is condensed by 2 and reaches the second photodetector 113b.
The first to third photodetectors 113a to 113b constitute an integrated photodetector 113, and the detailed structure of the integrated photodetector 113 will be described later.
【0044】第1及び第3の光検出器113a,113
cから出力された電気信号は合成された後、第1の増幅
器115により増幅され、第2の光検出器113bから
出力された電気信号は第2の増幅器116により増幅さ
れる。第1の増幅器115及び第2の増幅器116から
出力された出力信号は差動演算器117により演算され
る。The first and third photodetectors 113a, 113
After being combined, the electric signal output from c is amplified by the first amplifier 115, and the electric signal output from the second photodetector 113b is amplified by the second amplifier 116. The output signals output from the first amplifier 115 and the second amplifier 116 are calculated by the differential calculator 117.
【0045】尚、図1において、118は電磁式駆動手
段(ボイスコイル式アクチュエータ)、119はフォー
カシング誤差信号及びトラッキング誤差信号を演算する
演算手段、120は演算手段119からの出力信号によ
り電磁式駆動手段118を駆動する駆動部である。In FIG. 1, 118 is an electromagnetic driving means (voice coil actuator), 119 is a computing means for computing a focusing error signal and a tracking error signal, and 120 is an electromagnetic driving by an output signal from the computing means 119. It is a drive unit for driving the means 118.
【0046】第1実施例の特徴は、主ビームと主要部の
サイズが一致し、中央部を除く周辺部の光強度が主ビー
ムと実質的に等しい副ビームを簡単且つ安定して形成で
きるビーム整形光学系部121の構成にある。The feature of the first embodiment is that the main beam and the main portion have the same size, and a sub-beam that can easily and stably form a sub-beam whose peripheral portion except the central portion has substantially the same light intensity as the main beam. This is in the configuration of the shaping optical system unit 121.
【0047】第1実施例の特有の効果は次の通りであ
る。すなわち、主ビーム及び副ビームが単一のコヒーレ
ント光源100から出射した光ビームによって形成され
るため、主ビーム及び副ビームを別々の半導体レーザ、
光学系を介して整形する場合に比べて、メインローブ周
辺部における光強度が主ビームと副ビームとの間で等し
く且つ光軸ズレもない安定した走査光学系が得られるこ
とである。The effects peculiar to the first embodiment are as follows. That is, since the main beam and the sub-beam are formed by the light beam emitted from the single coherent light source 100, the main beam and the sub-beam are separated by different semiconductor lasers,
Compared with the case where shaping is performed via an optical system, a stable scanning optical system in which the light intensity in the peripheral portion of the main lobe is equal between the main beam and the sub beam and there is no optical axis shift can be obtained.
【0048】コヒーレント光源100を構成する半導体
レーザは、通常の市販品として得られる直線偏光の横モ
ードの単一ビームを出射する光源であって、第1実施例
においては、紙面にほぼ45°の方向に偏光面を設定し
ている。このようにすることにより、紙面に平行な方向
及び垂直な方向にそれぞれsin45°を乗じた成分が
存在する。一方、偏光性位相板104の結晶軸(図11
(e)を参照)を、そのZ−Y面が紙面と一致するよう
に設定することにより、主ビーム(常光)130及び副
ビーム(異常光)131が形成される。第1実施例にお
いては、偏光性位相板104として図9及び図10に基
づき後述する位相領域を有するものを用いることがで
き、第1実施例は、一般的に極めて安定な2次元的な超
解像光ヘッド装置を提供する。The semiconductor laser which constitutes the coherent light source 100 is a light source which emits a linearly polarized transverse mode single beam which is obtained as a normal commercial product, and in the first embodiment, it is approximately 45 ° on the paper surface. The plane of polarization is set to the direction. By doing so, there is a component obtained by multiplying sin 45 ° in the direction parallel to the paper surface and the direction perpendicular to the paper surface. On the other hand, the crystal axis of the polarizing phase plate 104 (see FIG.
(See (e)) is set such that its Z-Y plane coincides with the paper surface, whereby a main beam (ordinary light) 130 and a sub-beam (abnormal light) 131 are formed. In the first embodiment, as the polarizing phase plate 104, one having a phase region described later with reference to FIGS. 9 and 10 can be used, and the first embodiment is generally a very stable two-dimensional super plate. A resolution optical head device is provided.
【0049】尚、第1実施例において、開口部102の
開口サイズをやや狭めて、偏光性位相板104上のビー
ムサイズを対物レンズ109の回折限界のビームサイズ
の1.5倍よりも大きくしても、第1実施例の効果は特
に変わるものではない。その理由は、本発明の原理から
明らかなように、主ビーム及び副ビームのメインローブ
が中心部以外では互いに等しいプロファイルを持ち、差
動検出によって相殺されるからである。In the first embodiment, the aperture size of the aperture 102 is slightly narrowed to make the beam size on the polarizing phase plate 104 larger than 1.5 times the diffraction limit beam size of the objective lens 109. However, the effect of the first embodiment is not particularly changed. The reason is that, as is clear from the principle of the present invention, the main lobes of the main beam and the sub-beam have the same profile except for the central portion and are canceled by the differential detection.
【0050】図2(a),(b)は、第1実施例におい
て、主ビーム130及び副ビーム131の光強度分布が
情報記憶面においてどのようになっているかを模式的に
説明するものである。図2(a)においては、本発明の
超解像原理を分り易く1次元モデルで説明するため、偏
光性位相板104の上にXs 軸をとり、主ビーム130
もXs 軸に入射して、副ビーム131と同一のビームウ
エスト(beam waist)径W1 を有するとしている。図1
のコリメートレンズ105は図2(a)の第1の凸レン
ズ150に対応し、図1の対物レンズ109は図2
(a)の第2の凸レンズ151に対応し、図1の開口部
106は図2(a)の開口部152に対応する。ただ
し、波長λの光ビームの径W1 は、開口部152の直径
Dに対して回折限界のビーム径WR (WR はλ/(N・
A)=λ/sinα1 とほぼ等しい)よりも約1.5倍
だけ大きく設定している。2 (a) and 2 (b) are schematic illustrations of how the light intensity distributions of the main beam 130 and the sub-beam 131 on the information storage surface in the first embodiment are shown. is there. In FIG. 2A, in order to easily understand the super-resolution principle of the present invention with a one-dimensional model, the X s axis is set on the polarizing phase plate 104, and the main beam 130 is taken.
Also enters the X s axis and has the same beam waist diameter W 1 as the sub-beam 131. Figure 1
2A corresponds to the first convex lens 150 in FIG. 2A, and the objective lens 109 in FIG.
2A corresponds to the second convex lens 151, and the opening 106 in FIG. 1 corresponds to the opening 152 in FIG. 2A. However, the diameter W 1 of the light beam having the wavelength λ is the diffraction-limited beam diameter W R (W R is λ / (N ·
A) = λ / sin α 1 ), which is approximately 1.5 times larger than
【0051】また、第1及び第2の凸レンズ150,1
51は共にフーリエ変換レンズであり、f1 ・sinα
1 =f2 ・sinα2 =D/2…(1)なる関係式を満
している。このとき結像面X0 軸上においては、主ビー
ム130の強度分布160の主要部のサイズと副ビーム
131の強度分布161の主要部のサイズとは互いに等
しく、W2 (W2 は(f2 /f1 )・W1 とほぼ等し
い)となる。Further, the first and second convex lenses 150, 1
Reference numeral 51 is a Fourier transform lens, and f 1 · sin α
1 = f 2 · sin α 2 = D / 2 (1) is satisfied. At this time, on the image plane X 0 axis, the size of the main part of the intensity distribution 160 of the main beam 130 and the size of the main part of the intensity distribution 161 of the sub-beam 131 are equal to each other, and W 2 (W 2 is (f 2 / f 1 ) · W 1 ).
【0052】偏光性位相板104は、特定の偏光成分に
対して光軸上に位相差πを生じる段差d1 の位相境界を
有し、波長λの光に対する屈折率がnの基板であり、
(n−1)・d=λ/2の関係を有しているとした。従
って、X0 軸上において、互いに逆位相の振幅分布を有
する2つの波面162,163が重畳した結果として上
述の副ビーム131の強度分布161が得られる。副ビ
ーム131の強度分布161と主ビーム130の強度分
布160との差分Id (x0 )としては、図2(b)に
示すように、副ビーム131が光軸近傍で落込んだ部分
だけが残り、半値全幅(full width half maximum )g
0 は、回折限界の半値全幅gR に対して約70%のサイ
ズとなる。The polarizing phase plate 104 is a substrate having a phase boundary of a step d 1 which produces a phase difference π on the optical axis for a specific polarization component, and having a refractive index n for light of wavelength λ.
It is assumed that the relationship of (n-1) · d = λ / 2 is satisfied. Therefore, on the X 0 axis, the above-mentioned intensity distribution 161 of the sub-beam 131 is obtained as a result of the superposition of the two wavefronts 162 and 163 having the amplitude distributions of opposite phases. As shown in FIG. 2B, the difference I d (x 0 ) between the intensity distribution 161 of the sub beam 131 and the intensity distribution 160 of the main beam 130 is only the portion where the sub beam 131 is dropped near the optical axis. Remains, and full width half maximum g
The size of 0 is about 70% with respect to the full width at half maximum g R of the diffraction limit.
【0053】前記の超解像原理は、実際には図1に示し
た主ビーム130及び副ビーム131の光強度を検出す
る第1〜第3の光検出器113a,113b,113c
よりなる集積型検出器113及び信号演算処理部114
によって実現されることは既に述べた通りである。The above-mentioned super-resolution principle is actually the first to third photodetectors 113a, 113b, 113c for detecting the light intensity of the main beam 130 and the sub-beam 131 shown in FIG.
Integrated detector 113 and signal arithmetic processing unit 114
What is realized by is as described above.
【0054】図3は、図2と同様な光学系であるが、解
析的に取り扱えることができる分り易い変形例を模式的
に示している。図2に示す光学系と異なる点は、副ビー
ム131が距離δ=(λ・f1 )/Dだけ離れた2つの
点170,171によって与えられており、X0 軸にお
ける2つの点170,171に対応する回折像は、矩形
状の開口部152を介して回折限界の振幅分布173,
174を形成し、互いに位相がπだけ異なる。また振幅
分布173,174の中心はδ1 =δ×(f2/f1 )
だけ離れており、それぞれの振幅のピーク位置において
相手の振幅が0になるようにδ及びδ1 を設定している
ので、図3に図示したような強度分布175が得られ
る。これを解析的に示すと、X0 軸上において副ビーム
131として得られる双峰状ビームの複素振幅分布u1
(X0 )は、FIG. 3 is an optical system similar to that of FIG. 2, but schematically shows a modified example which can be handled analytically and is easy to understand. The difference from the optical system shown in FIG. 2 is that the sub-beam 131 is given by two points 170, 171 separated by a distance δ = (λf 1 ) / D, and two points 170 on the X 0 axis 170, The diffraction image corresponding to 171 is a diffraction-limited amplitude distribution 173 through the rectangular opening 152.
174, which are out of phase with each other by π. The center of the amplitude distributions 173 and 174 is δ 1 = δ × (f 2 / f 1 ).
Since δ and δ 1 are set so that the amplitude of the other party becomes 0 at the peak positions of the respective amplitudes, the intensity distribution 175 as shown in FIG. 3 is obtained. Analyzing this, the complex amplitude distribution u 1 of the bimodal beam obtained as the sub beam 131 on the X 0 axis
(X 0 ) is
【数1】 となり、強度分布I(X0 )は、I(X0 )=|u
1 (X0 )|2 …(3)となる。[Equation 1] And the intensity distribution I (X 0 ) is I (X 0 ) = | u
1 (X 0 ) | 2 (3)
【0055】(2)式において、sincX=(sin
X)/X…(4)であり、δ1 =δ×(f2 /f1 )=
(f2 ・λ)/D=(1/2)・(λ/sinα2 )…
(5)は、開口数sinα2 を有する光ヘッドの分解能
に相当し、Rayleighのcriterion(通常、接近した2点を
分解しうる最小間隔)に相当する。2次元への拡張につ
いては後述するが、その場合にはsinc関数の代りに
第1種ベッセル関数J1 (r)を用いることにより点像
の振幅及び強度分布が表わされる。光軸上に円形開口を
通して結像される点像(Airy pattern)の振幅分布は、
光軸中心からの距離rを用いて、u(r)=(2π(D
/2)2 ・J1 (R))/R…(6)で示される。ただ
し、R=(π・D・r)/(λ・f2 )で与えられる。In equation (2), sincX = (sin
X) / X ... (4), and δ 1 = δ × (f 2 / f 1 ) =
(F 2 · λ) / D = (1/2) · (λ / sin α 2 ) ...
(5) corresponds to the resolution of an optical head having a numerical aperture sin α 2 and corresponds to Rayleigh's criterion (usually the minimum distance that can resolve two close points). The extension to two dimensions will be described later, but in that case, the Bessel function of the first kind J 1 (r) is used instead of the sinc function to represent the amplitude and intensity distribution of the point image. The amplitude distribution of the point image (Airy pattern) imaged through the circular aperture on the optical axis is
Using the distance r from the center of the optical axis, u (r) = (2π (D
/ 2) 2 · J 1 (R)) / R ... (6) However, it is given by R = (π · D · r) / (λ · f 2 ).
【0056】Airy disc と称されるメインローブの寸法
は、A=2×1.22×(λ・f2 )/D…(7)とな
り、矩形開口の場合のメインローブの寸法B=2×(λ
・f2 )/D…(8)に比べて1.22倍だけ大きくな
るに過ぎない。The size of the main lobe called Airy disc is A = 2 × 1.22 × (λ · f 2 ) / D (7), and the size of the main lobe B = 2 × in the case of a rectangular opening. (Λ
・ It is only 1.22 times larger than f 2 ) / D (8).
【0057】このように副ビーム131が情報記憶面に
おいて集光されて形成する双峰状ビームの中心部の窪み
は、コンピュータシミュレーションによると第2の凸レ
ンズ151(図1における対物レンズ109)の回折限
界のビーム径の約70%となる。主ビーム130の主要
部の寸法を副ビーム131の主要部の寸法と一致させ、
主ビーム130及び副ビーム131を別々に検出し、差
動演算器117により演算することにより、該差動演算
器117からの出力信号は、等価的には回折限界の約7
0%のビームサイズによって走査される信号に相当す
る。尚、主ビーム130及び副ビーム131のサイズ調
整は図1における開口部102により可能である。According to a computer simulation, the depression at the center of the bimodal beam formed by condensing the sub beam 131 on the information storage surface as described above is diffracted by the second convex lens 151 (objective lens 109 in FIG. 1). This is about 70% of the limit beam diameter. Match the dimensions of the main part of the main beam 130 with the dimensions of the main part of the sub-beam 131,
By detecting the main beam 130 and the sub-beam 131 separately and calculating them by the differential calculator 117, the output signal from the differential calculator 117 is equivalently equivalent to the diffraction limit of about 7
This corresponds to a signal scanned by a beam size of 0%. The sizes of the main beam 130 and the sub beam 131 can be adjusted by the opening 102 in FIG.
【0058】偏光性位相板104(又は通常の位相板)
の位相領域構成は、図9(a)に示すように、基準の厚
さを有する第1の領域10と該第1の領域10よりもd
1 だけ厚さが異なる第2の領域11とから成る。このよ
うにすると、集光面において図9(a)のXs 方向に双
峰状の光強度分布が得られることは既に説明した。従っ
て、Xs 方向に1次元の超解像効果が実現される訳であ
る。図5に基づき後述する独立した光学系によって主ビ
ームと副ビームとを形成する場合には、無偏光性位相板
でも効果は変わらない。Polarizing phase plate 104 (or normal phase plate)
As shown in FIG. 9A, the phase region configuration of the first region 10 has a first region 10 having a reference thickness and d is more than the first region 10.
And a second region 11 differing in thickness by one . It has already been described that, in this case, a bimodal light intensity distribution is obtained in the X s direction of FIG. 9A on the light collecting surface. Therefore, a one-dimensional super-resolution effect is realized in the X s direction. When the main beam and the sub beam are formed by the independent optical system described later based on FIG. 5, the effect is the same even with the non-polarizing phase plate.
【0059】図9(b)は偏光性位相板104(又は通
常の位相板)の他の構成例を示している。この例におい
ては、偏光性位相板104を4つの領域12,13,1
4,15により構成し、図9(c)に模式的に示すよう
に、副ビーム131の中央部に光強度の弱い2次元的窪
み16を実現している。FIG. 9B shows another configuration example of the polarizing phase plate 104 (or a normal phase plate). In this example, the polarizing phase plate 104 is divided into four regions 12, 13, 1
As shown in FIG. 9C, the two-dimensional depression 16 having weak light intensity is realized in the central portion of the sub-beam 131.
【0060】図10(a)は、偏光性位相板104(又
は通常の位相板)の位相領域のより好ましい他の構成例
を示しており、光軸の廻りに、0,π/2,π,(3/
2)πの順に4つの領域20,21,22,23を形成
し、1つおきに隣り合う領域間の位相差をπとしてい
る。このようにすると、図10(b)に模式的に示す像
面の中央部24は図9(b)の場合に比べてより窪みが
深い強度分布となる。FIG. 10A shows another more preferable example of the configuration of the phase region of the polarizing phase plate 104 (or a normal phase plate), which is 0, π / 2, π around the optical axis. , (3 /
2) Four regions 20, 21, 22, and 23 are formed in the order of π, and the phase difference between every other adjacent regions is π. By doing so, the central portion 24 of the image plane, which is schematically shown in FIG. 10B, has an intensity distribution with deeper depressions than in the case of FIG. 9B.
【0061】図10(c)も、偏光性位相板104(又
は通常の位相板)の位相領域の他の構成例を示してお
り、前記の考え方を一層拡張し、円周方向に8等分した
8つの領域30,31,32,33,34,35,3
6,37に、0から順に2π/8づつのステップで位相
差を設け、互いに向かい合う(つまり180°の角をな
す対極の)2つの領域間での位相差をπとしている。こ
のように円周をN分割して、それぞれ2π/Nづつ位相
差を生じるように偏光性位相板104の位相領域を構成
することによって限りなく理想に近い光軸対称型の副ビ
ーム131を形成することが可能になる。実用的には、
N=8とし、図10(d)に示す情報記憶面(X0 ,Y
0 )における副ビーム131の中心部38はほぼ光軸対
称の分布を実現している。FIG. 10C also shows another structural example of the phase region of the polarizing phase plate 104 (or a normal phase plate), which is further expanded from the above idea by dividing it into eight equal parts in the circumferential direction. Eight areas 30, 31, 32, 33, 34, 35, 3
6 and 37, a phase difference is provided in the order of 2π / 8 from 0, and the phase difference between two regions facing each other (that is, the opposite pole forming an angle of 180 °) is π. By thus dividing the circumference into N and configuring the phase regions of the polarizing phase plate 104 so as to generate a phase difference of 2π / N each, an optical axis symmetric sub-beam 131 that is as close to ideal as possible is formed. It becomes possible to do. In practical terms,
With N = 8, the information storage surface (X 0 , Y shown in FIG.
The central portion 38 of the sub-beam 131 in ( 0 ) realizes a distribution substantially symmetrical with respect to the optical axis.
【0062】図11(a)〜(d)は偏光性位相板10
4の製作プロセスの一例を示している。FIGS. 11A to 11D show the polarizing phase plate 10.
4 shows an example of the manufacturing process of No. 4.
【0063】まず、図11(a)に示すように、厚さ5
00μmのニオブ酸リチウム(LiNb03 )の結晶か
らなり屈折率が一軸異方性の基板180(X板)の表面
に、スパッタ法によりTa膜181を230オングスト
ロームの膜厚に形成する。First, as shown in FIG. 11A, the thickness 5
A Ta film 181 having a thickness of 230 angstroms is formed on the surface of a substrate 180 (X plate) made of a crystal of lithium niobate (LiNbO 3 ) of 00 μm and having a uniaxially anisotropic refractive index by a sputtering method.
【0064】次に、図11(b)に示すように、フォト
リソグラフィ及びドライエッチングによりTa膜181
に対してパターンニングして、半平面状のプロトン交換
マスク182を形成する。Next, as shown in FIG. 11B, the Ta film 181 is formed by photolithography and dry etching.
Is patterned to form a semi-planar proton exchange mask 182.
【0065】次に、図11(c)に示すように、プロト
ン交換マスク182をマスクとして温度260℃のピロ
リン酸(H4 P2 O7 )による熱処理を行ない、深さ
2.38μmのプロトン交換領域183を形成する。Next, as shown in FIG. 11 (c), heat treatment with pyrophosphoric acid (H 4 P 2 O 7 ) at a temperature of 260 ° C. is carried out using the proton exchange mask 182 as a mask to exchange protons with a depth of 2.38 μm. A region 183 is formed.
【0066】次に、沸酸(HF)によるエッチングによ
って、図11(d)に示すように、プロトン交換領域1
83に位相補償溝(深さd2 )を形成すると、図11
(e)に示すような偏光性位相板104が得られる。T
a膜181は沸酸により速やかに除去され、その後、プ
ロトン交換領域183が選択的にエッチングされる。Next, by etching with hydrofluoric acid (HF), as shown in FIG.
When a phase compensation groove (depth d 2 ) is formed in 83, FIG.
The polarizing phase plate 104 as shown in (e) is obtained. T
The a film 181 is rapidly removed by hydrofluoric acid, and then the proton exchange region 183 is selectively etched.
【0067】このようにすると、偏光性位相板104
は、Y方向の偏光面を有する偏光成分(常光と称する)
に対して位相段差を有する位相板となり、Z方向の偏光
面を有する偏光成分(異常光と称する)に対して一様な
透明基板となる。尚、前記位相補償溝の形成方法につい
ては後に詳述する。In this way, the polarizing phase plate 104
Is a polarization component having a plane of polarization in the Y direction (called ordinary light)
On the other hand, it becomes a phase plate having a phase step, and becomes a transparent substrate which is uniform with respect to a polarization component (called extraordinary light) having a polarization plane in the Z direction. The method of forming the phase compensation groove will be described in detail later.
【0068】常光に対して位相差πを与え、異常光に対
して一様な透明基板となる条件は、一般にプロトン交換
領域183の厚さd3 及び位相補償溝の深さd2 が (2π/λ)×{Δno ×d3 +(1−no )×d2 }=−π…(9) (2π/λ)×{Δne ×d3 +(1−ne )×d2 }=0…(10) を満足することにより実現される。ここに、λは入射光
の波長、no ,ne はそれぞれ基板(非プロトン交換
域)180に対する常光、異常光の屈折率、Δnoは常
光に対するプロトン交換による屈折率の減少分、Δne
は異常光に対するプロトン交換による屈折率の増加分で
ある。The condition that a transparent substrate that gives a phase difference π to ordinary light and is uniform to extraordinary light is that the thickness d 3 of the proton exchange region 183 and the depth d 2 of the phase compensation groove are (2π / λ) × {Δn o × d 3 + (1-n o) × d 2} = - π ... (9) (2π / λ) × {Δn e × d 3 + (1-n e) × d 2 } = 0 (10) is satisfied. Where λ is the wavelength of the incident light, n o and n e are the ordinary and extraordinary light refractive indices with respect to the substrate (non-proton exchange region) 180, Δn o is the decrease in the refractive index due to proton exchange with the ordinary light, and Δn e
Is the increase in refractive index due to proton exchange with respect to extraordinary light.
【0069】[表1]はニオブ酸リチウムよりなる基板
180の屈折率と、プロトン変換による屈折率変化のデ
ータ例を示している。[Table 1] shows data examples of the refractive index of the substrate 180 made of lithium niobate and the refractive index change due to proton conversion.
【0070】[0070]
【表1】 [Table 1]
【0071】図11においては、(0,π)が単に1次
元的な2領域として形成された偏光性位相板104を示
したが、同様の工程を用いて図9、図10に示す領域を
有する偏光性位相板104を製作し、2次元的な超解像
走査光学系を実現することも可能である。この場合に
は、πと異なる他の位相差φを常光に与える領域におい
ては(9)式の右辺は−φとおく。Although FIG. 11 shows the polarizing phase plate 104 in which (0, π) is formed as only one-dimensional two regions, the regions shown in FIGS. 9 and 10 are formed by the same process. It is also possible to realize the two-dimensional super-resolution scanning optical system by manufacturing the polarizing phase plate 104 having the same. In this case, the right side of the equation (9) is set to -φ in the region where another phase difference φ different from π is given to the ordinary light.
【0072】図7(a)は、図11で説明したニオブ酸
リチウム基板を用いた偏光性位相板104と同様のプロ
セスによって作成される偏光性ホログラム素子111の
概略構成を示し、図7(b)は図7(a)におけるb−
b線の断面構造を示している。図7(a)は、フォーカ
ス検出用の軸外しフレネルゾーンプレート(off-axisFr
esnel zone plate )のパターンとしてのプロトン交換
領域111a及び非プロトン交換領域111b、並びに
トラッキング誤差信号検出用のプッシュプル信号を検出
するための回折格子パターン111c,111dを示し
ている。FIG. 7A shows a schematic structure of a polarization hologram element 111 produced by the same process as the polarization phase plate 104 using the lithium niobate substrate described in FIG. 11, and FIG. ) Is b- in FIG.
The sectional structure of line b is shown. FIG. 7A shows an off-axis Fresnel zone plate (off-axisFr) for focus detection.
A proton exchange region 111a and a non-proton exchange region 111b as patterns of an esnel zone plate, and diffraction grating patterns 111c and 111d for detecting a push-pull signal for detecting a tracking error signal are shown.
【0073】偏光性ホログラム素子111は、プロトン
交換領域111a及び非プロトン交換領域111bから
なり、位相補償溝の深さd2 及びプロトン交換層の厚さ
d3は、前記の(9),(10)式を満たしている。The polarizing hologram element 111 is composed of a proton exchange region 111a and a non-proton exchange region 111b, and the depth d 2 of the phase compensation groove and the thickness d 3 of the proton exchange layer are the same as the above (9), (10). ) Is satisfied.
【0074】図8は、上述した集積型光検出器113の
構成を示している。図7に示す偏光性ホログラム素子1
11のフレネルゾーンプレート領域により回折された+
1次及び−1次の回折光(常光)のビーム32a及び3
2bは、一対の3分割型光検出器113a1 ,113a
2 ,113a3 (図1における第1の光検出器113a
に対応する)及び113c1 ,113c2 ,113c3
(図1における第3の光検出器113cに対応する)に
それぞれ入射し、スポットサイズディテクション(SS
D法)のフォーカス誤差信号を与える。また、偏光性ホ
ログラム素子111を透過した0次回折光(異常光)3
3は第2の光検出器113bに入射する。トラッキング
誤差信号は光検出器113c4 及び113c5 にそれぞ
れ入射するビーム32c及び32dの光強度の差動検出
によって実現される。FIG. 8 shows the structure of the integrated photodetector 113 described above. Polarizable hologram element 1 shown in FIG.
Diffracted by 11 Fresnel zone plate regions +
Beams 32a and 3 of first-order and -1st-order diffracted light (ordinary light)
2b is a pair of three-division photodetectors 113a 1 and 113a
2 , 113a 3 (first photodetector 113a in FIG. 1
And 113c 1 , 113c 2 , 113c 3
Each of them is incident on the corresponding spot size detection (SS corresponding to the third photodetector 113c in FIG. 1).
The focus error signal of the D method) is given. In addition, the 0th-order diffracted light (extraordinary light) 3 transmitted through the polarization hologram element 111
3 enters the second photodetector 113b. The tracking error signal is realized by differential detection of the light intensities of the beams 32c and 32d incident on the photodetectors 113c 4 and 113c 5 , respectively.
【0075】前記のようなホログラム素子(holographi
c optical element )を用いてサーボ信号検出を行なう
技術については、特開昭50−78341号、特開昭6
2−251025号、特開昭62−251026号、特
開昭63−229640及びUSP4,929,823
に開示されている。また、偏光性ホログラム素子を用い
た光ヘッドについてはUSP5,062,098に開示
されている。The hologram element (holographi) as described above
A technique for detecting a servo signal using a c optical element) is disclosed in JP-A-50-78341 and JP-A-6-74341.
2-251025, JP-A-62-251026, JP-A-63-229640 and USP 4,929,823.
Is disclosed in. An optical head using a polarizing hologram element is disclosed in USP 5,062,098.
【0076】本第1実施例によって光ディスク111の
情報記憶面110a(図1を参照)に記憶されている情
報の超解像読み取りが可能であることは、既に図1〜図
3に基づいて行なった説明により明らかである。要約す
れば、主ビームが検出される各信号(Sa1〜Sa3及びS
c1〜Sc5)の総和と、副ビームが検出される信号Sbを
差動的に演算処理することによってRF信号として対物
レンズ109の回折限界の約70%のビームサイズで走
査したのと等価な超解像の読み取りが実現できる。The fact that the information stored in the information storage surface 110a (see FIG. 1) of the optical disk 111 can be super-resolution read by the first embodiment has already been performed based on FIGS. The explanation is clear. In summary, each signal (S a1 -S a3 and S a) at which the main beam is detected is
c1 to S c5 ) and the signal S b from which the sub-beam is detected are differentially arithmetically processed, and equivalent to scanning with a beam size of about 70% of the diffraction limit of the objective lens 109 as an RF signal. Super-resolution reading can be realized.
【0077】以下、第1実施例の第1変形例について説
明する。The first modification of the first embodiment will be described below.
【0078】第1実施例においては、主ビーム(常光)
を用いてフォーカス誤差信号及びトラッキング誤差信号
を得たが、逆に副ビーム(異常光)がホログラム素子に
より回折されてサーボ信号を与えるようにすることも可
能である。この場合には、図7に示したホログラムパタ
ーンの向きを変えることなくホログラム素子の基板の結
晶軸の方向のみを90°回転させた状態でホログラム素
子を形成するだけでよい。このようにすると、副ビーム
は光軸近傍の光強度が0に近く、レンズ外周近傍の光強
度が大きいので、プッシュプル信号に対応する変調度の
大きいトラッキング誤差信号が得られる。In the first embodiment, the main beam (ordinary light)
Although the focus error signal and the tracking error signal are obtained by using, it is possible to conversely give the servo signal by diffracting the sub beam (abnormal light) by the hologram element. In this case, it is only necessary to form the hologram element while rotating only the direction of the crystal axis of the substrate of the hologram element by 90 ° without changing the orientation of the hologram pattern shown in FIG. In this case, the sub-beam has a light intensity near the optical axis close to 0 and a high light intensity near the lens outer periphery, so that a tracking error signal with a large modulation degree corresponding to the push-pull signal can be obtained.
【0079】以下、第1実施例の第2変形例について説
明する。The second modification of the first embodiment will be described below.
【0080】第1実施例の第2変形例としては、トラッ
キング信号を得る第3の構成が可能である。すなわち、
図7に示した回折格子パターン111c,111dを設
けずに、すべてのホログラム素子面をフレネルゾーンプ
レート111a,111bにより構成する。この場合に
は、図8に示した副ビーム検出用の第2の光検出器11
3bを図8のY方向に中央部で2分割された2つの光検
出器(図8においては図示されていない)により構成
し、該2つの光検出器からの差動出力を用いてトラッキ
ング信号を得ることも可能である。As a second modification of the first embodiment, a third structure for obtaining a tracking signal is possible. That is,
All the hologram element surfaces are configured by Fresnel zone plates 111a and 111b without providing the diffraction grating patterns 111c and 111d shown in FIG. In this case, the second photodetector 11 for detecting the sub beam shown in FIG.
3b is composed of two photodetectors (not shown in FIG. 8) divided into two in the Y direction of the center of FIG. 8, and a tracking signal is obtained by using a differential output from the two photodetectors. It is also possible to obtain
【0081】このようにすると、主ビームによるフォー
カシング誤差信号の影響を受けることなく、トラッキン
グ誤差信号が得られ、安定したトラッキングサーボが可
能になる。トラッキング誤差信号の安定検出はトラック
間距離がより狭くなるに従い困難となるが、第2変形例
においては、副ビームによるトラッキング制御に双峰状
又は4峰状等のビームパターンの特質を利用することに
よって、狭トラック化された光ディスクの安定した読み
出しが可能となる。By doing so, the tracking error signal can be obtained without being affected by the focusing error signal by the main beam, and stable tracking servo can be performed. Stable detection of the tracking error signal becomes more difficult as the track-to-track distance becomes narrower. However, in the second modification, the characteristics of the bimodal or four-modal beam pattern are used for tracking control by the sub beam. As a result, stable reading of an optical disc with a narrowed track becomes possible.
【0082】(第2実施例)図4は、本発明の第2実施
例に係る超解像光ヘッド装置の概略構成を示している。(Second Embodiment) FIG. 4 shows a schematic configuration of a super-resolution optical head device according to a second embodiment of the present invention.
【0083】同図に示すように、半導体レーザからなる
コヒーレント光源200から出射された光ビームは、コ
リメートレンズ201、ホログラム素子202に至り、
該ホログラム素子202により偏光面が互いに直交する
主ビームと副ビームとに分離された後、ビームスプリッ
タ204により方向を変えられ、その後、対物レンズ2
05によりピット状の情報が記憶された光ディスク21
3の情報記憶面213aに集光される。該情報記憶面2
13aにより反射された主ビーム及び副ビームは、再び
対物レンズ205により平行光とされた後、ビームスプ
リッタ204を通過する。その後、主ビームは偏光性ホ
ログラム素子206により回折された後、集光レンズ2
07により集光されて第1の光検出器208a及び第3
の光検出器208cに至り、副ビームは同じく集光レン
ズ207により集光されて第2の光検出器208bに至
る。As shown in the figure, the light beam emitted from the coherent light source 200 composed of a semiconductor laser reaches the collimator lens 201 and the hologram element 202,
The hologram element 202 separates a main beam and a sub beam whose polarization planes are orthogonal to each other, and then the beam splitter 204 changes the direction, and then the objective lens 2
Optical disc 21 in which pit-like information is stored by 05
It is condensed on the third information storage surface 213a. The information storage surface 2
The main beam and the sub beam reflected by 13a are again collimated by the objective lens 205 and then pass through the beam splitter 204. After that, the main beam is diffracted by the polarizing hologram element 206, and then the condenser lens 2
07 collects the first photodetector 208a and the third photodetector 208a.
To the second photodetector 208b.
【0084】第1及び第3の光検出器208a,208
cから出力された電気信号は合成された後、第1の増幅
器209により増幅され、第2の光検出器208bから
出力された電気信号は第2の増幅器210により増幅さ
れる。第1の増幅器209及び第2の増幅器210から
出力された出力信号は差動演算器211により演算され
る。First and third photodetectors 208a, 208
The electric signal output from c is combined and then amplified by the first amplifier 209, and the electric signal output from the second photodetector 208b is amplified by the second amplifier 210. The output signals output from the first amplifier 209 and the second amplifier 210 are calculated by the differential calculator 211.
【0085】尚、図4において、212は電磁式駆動手
段(ボイスコイル式アクチュエータ)、214は演算処
理部215及び電磁式駆動手段212を駆動する駆動部
を有する制御部、216は主ビームと副ビームとを簡単
且つ安定して形成するビーム整形光学系部である。In FIG. 4, reference numeral 212 is an electromagnetic drive unit (voice coil actuator), 214 is a control unit having an arithmetic processing unit 215 and a drive unit for driving the electromagnetic drive unit 212, and 216 is a main beam and a sub beam. A beam shaping optical system unit that forms a beam with ease and stability.
【0086】ホログラム素子202は、図9及び図10
に基づき説明した偏光性位相板104(又は通常の位相
板)のいずれか1つを所定サイズのコヒーレント光によ
り照明し、透過光をコリメートした後、前記コヒーレン
ト光と、該コヒーレント光と可干渉である他の参照光と
を重畳して得られるホログラム素子である。ホログラム
素子202の製作過程においては、前記の無偏光性位相
板104を用いても効果は変わらない。The hologram element 202 is shown in FIGS.
After illuminating any one of the polarization phase plate 104 (or a normal phase plate) described above with a coherent light of a predetermined size and collimating the transmitted light, the coherent light and the coherent light can be interfered with each other. It is a hologram element obtained by superimposing it on some other reference light. In the process of manufacturing the hologram element 202, the effect does not change even if the non-polarizing phase plate 104 is used.
【0087】以下、前記のホログラム素子202につい
て図3を参照しながら説明する。The hologram element 202 will be described below with reference to FIG.
【0088】偏光性位相板104及び2つの点170,
171(実際には微小開口を有するスリット)を波長λ
の平行コヒーレント光により照射し、フーリエ変換レン
ズ(凸レンズ)150の焦点面(ξ軸)に参照光176
を導入して感光材料に干渉縞を記録する。このような任
意の物体からの回折波面を独立の参照光と重畳して作る
ホログラム技術については衆知であり、これ以上の詳し
い説明は不要であろう。ここでは、波長λ、参照光の入
射角θ及びレンズ焦点距離f1 を用いてホログラムを記
録したが、他の波長λ0 及びレンズ焦点距離f0 を用い
てもよい。このときの参照光の入射角θ0 は、sinθ
0 /sinθ=λ0 /λとなるように設定し、図4に示
すコリメートレンズ201の焦点距離をf1 =f0 ・λ
0 /λとすればよい。この他にも、等価的に同一の効果
が得られるようなホログラム記録・再生光学系のパラメ
ータ設定が可能である。The polarizing phase plate 104 and the two points 170,
171 (actually, a slit having a minute aperture) has a wavelength λ
Of parallel reference light 176 on the focal plane (ξ axis) of the Fourier transform lens (convex lens) 150.
To record interference fringes on the photosensitive material. The holographic technology for producing such a diffracted wavefront from an arbitrary object by superimposing it on an independent reference beam is well known, and further detailed description will be unnecessary. Here, the hologram is recorded using the wavelength λ, the incident angle θ of the reference light, and the lens focal length f 1 , but other wavelengths λ 0 and the lens focal length f 0 may be used. The incident angle θ 0 of the reference light at this time is sin θ
0 / sin θ = λ 0 / λ, and the focal length of the collimator lens 201 shown in FIG. 4 is f 1 = f 0 · λ
It may be 0 / λ. Besides this, it is possible to set the parameters of the hologram recording / reproducing optical system so as to equivalently obtain the same effect.
【0089】このように、偏光性位相板104と等価な
ホログラム素子202によりビームスプリッタを兼ねた
構成にすることにより、図4に示す主ビーム及び副ビー
ムは同軸上に形成されるが、別法として偏光性位相板1
04のホログラムをコンピュータ合成にもとづく手法に
より設計・製作することも勿論可能である。この場合の
特別の利点は、図10に基づき説明したN分割の偏光性
位相板104をコンピュータ上ではN→∞として理想化
したモデルから計算可能なことである。計算結果に基づ
き、リソグラフィに用い得るマスクパターンとして生成
したり、電子ビーム描画又はレーザビーム描画等の手段
によって複製が可能なレリーフ型ホログラムを得ること
ができる。In this way, the main beam and the sub beam shown in FIG. 4 are formed on the same axis by using the hologram element 202 equivalent to the polarizing phase plate 104, which also serves as the beam splitter. Polarizing phase plate 1
Of course, it is also possible to design and manufacture the 04 hologram by a method based on computer synthesis. A special advantage in this case is that the N-divided polarization phase plate 104 described with reference to FIG. 10 can be calculated from a model idealized as N → ∞ on a computer. Based on the calculation result, it is possible to obtain a relief hologram that can be generated as a mask pattern that can be used for lithography or that can be duplicated by means such as electron beam drawing or laser beam drawing.
【0090】第2実施例における偏光性ホログラム素子
206は、第1実施例の偏光性ホログラム111と同様
に構成されている。The polarization hologram element 206 in the second embodiment has the same structure as the polarization hologram 111 in the first embodiment.
【0091】同種の偏光性ホログラム素子については、
例えばUSP5,062,098等において応用例が開
示されていると共に、他の基板材料例えば液晶デバイス
が有する偏光異方性も利用可能である。Regarding the same type of polarizing hologram element,
For example, application examples are disclosed in USP 5,062,098 and the like, and polarization anisotropy possessed by other substrate materials such as liquid crystal devices can also be used.
【0092】ところが、前記第1及び第2実施例に係る
偏光性ホログラム素子111,206を製作するのに用
いた方法は、以下に説明するように製作精度及びコスト
の点で一段と優れている。すなわち、ニオブ酸リチウム
をプロトン交換した素子は前記の[表1]に示すように
プロトン交換した領域で異常光の大きな屈折率変化(Δ
ne )が生じるため、異常光に対しては回折効果が大き
い位相型回折格子として作用する。However, the method used to manufacture the polarizing hologram elements 111 and 206 according to the first and second embodiments is further excellent in manufacturing accuracy and cost, as will be described below. That is, in the device in which lithium niobate was proton-exchanged, as shown in [Table 1] above, a large change in the refractive index of the extraordinary light (Δ
n e ) is generated, and acts as a phase type diffraction grating having a large diffraction effect on extraordinary light.
【0093】しかしながら、プロトン交換した領域にお
いては常光に対しても若干の屈折率差(Δno )が生じ
る。このようにニオブ酸リチウムをプロトン交換したま
まの回折格子は異常光の屈折率と常光の屈折率変化とが
同時に生じ、前記の偏光分離機能を完全には実現できな
いので、何らかの位相補償を加える必要がある。従来の
方法(A.Ohba et al.,Jap.J.Appl.Phys.,28(1989)359)
においては、プロトン交換領域に誘電体膜を形成して常
光の位相差を補償していた。このため回折格子の製作
に、誘電体の堆積工程及びパターンニング工程を要する
ほか、位置合わせ精度の問題も残されていた。However, in the proton-exchanged region, a slight difference in refractive index (Δn o ) occurs even with ordinary light. In this way, the diffraction grating with lithium niobate exchanged with protons causes the refractive index change of extraordinary light and the change of the refractive index of ordinary light at the same time, and the polarization separation function cannot be fully realized. There is. Conventional method (A.Ohba et al., Jap.J.Appl.Phys., 28 (1989) 359)
In the above, a dielectric film was formed in the proton exchange region to compensate for the phase difference of ordinary light. Therefore, in order to manufacture the diffraction grating, a dielectric deposition process and a patterning process are required, and a problem of alignment accuracy remains.
【0094】図7(e)において模式的に示す偏光性ホ
ログラム素子(偏光分離素子)111は、基板(X板)
の表面にプロトン交換領域111aが格子状に形成さ
れ、偏光異方性のホログラム素子に形成されているが、
位相補償の方法としては、従来とは逆にプロトン交換領
域111aのみをエッチング(以後、これを位相補償溝
と称する)し、エッチング後のプロトン交換領域111
aを通過する異常光に対してプロトン非交換領域111
bとの位相差を相殺している。すなわち、位相補償溝は
屈折率1(=空気の屈折率)であり基板に比べて小さく
なる(常光:1−no ,異常光:1−ne )。従って異
常光のプロトン交換による増加分(Δne)を相殺し、
位相差を無くすときには、常光に対してはプロトン交換
による屈折率減少分(Δno )に位相補償溝による減少
分が加えられ位相差が逆に増大する。常光を最大効率で
回折し、異常光を回折しない条件は、上述の(9),
(10)式で与えられている。A polarizing hologram element (polarization separating element) 111 schematically shown in FIG. 7E is a substrate (X plate).
Proton exchange regions 111a are formed in a lattice pattern on the surface of, and are formed in a polarization anisotropic hologram element.
As a method of phase compensation, contrary to the conventional method, only the proton exchange region 111a is etched (hereinafter referred to as a phase compensation groove), and the proton exchange region 111 after etching is etched.
a non-proton exchange region 111 for extraordinary light passing through a
The phase difference with b is canceled out. That is, the phase compensating grooves is the refractive index 1 (= the refractive index of air) smaller than the substrate (ordinary light: 1-n o, the extraordinary light: 1-n e). Therefore, the increase (Δn e ) due to the proton exchange of the extraordinary light is canceled out,
When the phase difference is eliminated, the amount of decrease in the refractive index due to proton exchange (Δn o ) is added to the amount of decrease due to the phase compensation groove for ordinary light, and the phase difference is increased conversely. The conditions for diffracting ordinary light with maximum efficiency and not diffracting extraordinary light are (9),
It is given by the equation (10).
【0095】以下、偏光性ホログラム素子111の製作
方法について再び説明する。Hereinafter, a method of manufacturing the polarizing hologram element 111 will be described again.
【0096】偏光性ホログラム素子111は、図11に
示した偏光性位相板104と同様、フォトリソグラフィ
及びプロトン交換というプロセスを用いて容易に製作可
能である。すなわち、一軸異方性材料であるニオブ酸リ
チウム(LiNbO3 )の結晶よりなる基板上にTa膜
を形成した後、フォトリソグラフィ及びドライエッチン
グによりTa膜に対してパターンニングして、格子状の
プロトン交換マスクを形成する。次に、プロトン交換マ
スクをマスクとして温度260℃のピロリン酸により熱
処理を行ない、図11(c)において示したように、深
さ2.38μmのプロトン交換領域を形成する。ここで
沸酸エッチングは、プロトン交換領域に対してはエッチ
ングする一方、基板に対してはエッチングしない選択性
を有しており、この選択性を利用することによって、位
置合わせをすることなくプロトン交換領域111a(図
7を参照)よりなる位相補償溝を形成することが可能と
なる。位相補償溝の深さが増加するに伴い、常光におい
ては位相差が増大し、常光の1次回折光の効率ηo1は増
加し、透過率ηo0(0次回折光の効率)は減少する。一
方、異常光においては位相補償溝によりプロトン交換領
域111aの屈折率増加が相殺され、1次回折光の回折
効率ηe1が減少し、透過率が増加している。異常光の透
過率ηe0はエッチング深さ0.13μmのときに最小と
なる。このとき、消光比は、透過光(異常光)が24d
B、回折光(常光)が17dBであり、良好な特性が得
られている。Like the polarizing phase plate 104 shown in FIG. 11, the polarizing hologram element 111 can be easily manufactured by using the processes of photolithography and proton exchange. That is, after forming a Ta film on a substrate made of a crystal of lithium niobate (LiNbO 3 ) which is a uniaxial anisotropic material, patterning is performed on the Ta film by photolithography and dry etching to form lattice-like protons. Form a replacement mask. Next, using a proton exchange mask as a mask, heat treatment is performed with pyrophosphoric acid at a temperature of 260 ° C. to form a proton exchange region having a depth of 2.38 μm as shown in FIG. 11C. Here, hydrofluoric acid etching has a selectivity that does not etch the substrate while etching the proton exchange region. By utilizing this selectivity, proton exchange can be performed without alignment. It becomes possible to form a phase compensation groove composed of the region 111a (see FIG. 7). As the depth of the phase compensation groove increases, the phase difference in ordinary light increases, the efficiency η o1 of ordinary diffracted light of ordinary light increases, and the transmittance η o0 (efficiency of diffracted light of zero order) decreases. On the other hand, in extraordinary light, the increase in the refractive index of the proton exchange region 111a is offset by the phase compensation groove, the diffraction efficiency η e1 of the first-order diffracted light decreases, and the transmittance increases. The transmittance η e0 of extraordinary light becomes minimum when the etching depth is 0.13 μm. At this time, the extinction ratio is that the transmitted light (abnormal light) is 24d.
B, the diffracted light (ordinary light) is 17 dB, and good characteristics are obtained.
【0097】このようにして偏光ホログラム素子206
によって主ビーム及び副ビームは、良好な消光比をもっ
て図4に示す第1の光検出器208a及び第3の光検出
器208cと、第2の光検出器208bとによりそれぞ
れ検出される。第1実施例と同様、第1の光検出器20
8aと第3の光検出器208cとは電気的に接続され、
電気信号が加算される。第1〜第3の光検出器208a
〜208cからの出力信号は、演算処理部及びアクチュ
エータ駆動部を備えた制御部214に伝えられ、電磁式
駆動手段212が制御される。In this way, the polarization hologram element 206
The main beam and the sub-beam are respectively detected by the first photodetector 208a and the third photodetector 208c and the second photodetector 208b shown in FIG. 4 with a good extinction ratio. Similar to the first embodiment, the first photodetector 20
8a and the third photodetector 208c are electrically connected,
The electrical signals are added. First to third photodetectors 208a
Output signals from 208 c are transmitted to a control unit 214 including an arithmetic processing unit and an actuator driving unit, and the electromagnetic driving unit 212 is controlled.
【0098】(第3実施例)図5は、本発明の第3実施
例に係る超解像光ヘッド装置の概略構成を示している。(Third Embodiment) FIG. 5 shows a schematic configuration of a super-resolution optical head device according to a third embodiment of the present invention.
【0099】第3実施例は、第1及び第2実施例と異な
り、光源として波長が互いにわずかに異なるコヒーレン
ト光を出射する第1のコヒーレント光源301及び第2
のコヒーレント光源302を用いている。これに伴い、
主ビームと副ビームとの分離手段としては波長分離光学
系である多層膜干渉フィルタ309を用いている。The third embodiment differs from the first and second embodiments in that the first coherent light source 301 and the second coherent light source 301 and the second coherent light source which emit coherent light having slightly different wavelengths are used as the light sources.
The coherent light source 302 of is used. With this,
A multilayer interference filter 309, which is a wavelength separation optical system, is used as a means for separating the main beam and the sub beam.
【0100】図5に示すように、第1のコヒーレント光
源300から出射された波長λ1 の第1のコヒーレント
光よりなる主ビームは、開口部(図示されていない)を
有する第1のコリメートレンズ302及び第1のビーム
スプリッタ303を介して対物レンズ305に入射し、
光ディスク306の情報記憶面306aに集光される。
一方、位相板が一体に集積化された第2のコヒーレント
光源301からは、第1のコヒーレント光の波長λ1 と
はΔλだけ異なる波長λ2 =λ1 +Δλの第2のコヒー
レント光よりなる副ビームが出射される。副ビームは、
第2のコリメートレンズ304により平行光とされた
後、第2のビームスプリッタ307により反射され、そ
の後、第1のビームスプリッタ303を透過して対物レ
ンズ305により光ディスク306の情報記憶面306
aに集光される。主ビームと副ビームとは、光ディスク
306の情報記憶面306aにおいて重畳された後、情
報記憶面306aにより反射され、その後、フォーカシ
ング誤差信号及びトラッキング誤差信号を検出するため
のホログラム素子308によりで回折された後、波長分
離のための多層膜干渉フィルター309に入射する。そ
の後、多層膜干渉フィルター309のバンドパス特性に
従って、主ビームは多層膜干渉フィルター309により
反射されて集光レンズ310を介して第1の光検出器3
11に入射し、副ビームは多層膜干渉フィルター309
及び集光レンズ312を透過して第2の光検出器313
に入射する。第1の光検出器311から出力された電気
信号は第1の増幅器314により増幅され、第2の光検
出器313から出力された電気信号は第2の増幅器31
5により増幅される。第1の増幅器314からの出力信
号及び第2の増幅器315からの出力信号は差動演算器
316により演算されて、該差動演算器316から超解
像走査信号として出力される。また、電磁式駆動手段3
16への制御信号を出力する機構については図示してい
ないが第1及び第2の実施例と同様である。As shown in FIG. 5, the main beam of the first coherent light of the wavelength λ 1 emitted from the first coherent light source 300 has a first collimating lens having an opening (not shown). Incident on the objective lens 305 via 302 and the first beam splitter 303,
The light is focused on the information storage surface 306a of the optical disc 306.
On the other hand, from the second coherent light source 301 a phase plate are integrated together, made of the second coherent light only different wavelength λ 2 = λ 1 + Δλ Δλ is the wavelength lambda 1 of the first coherent light sub The beam is emitted. The secondary beam is
The collimated light is collimated by the second collimator lens 304, reflected by the second beam splitter 307, transmitted through the first beam splitter 303, and transmitted through the first beam splitter 303 to the information storage surface 306 of the optical disc 306 by the objective lens 305.
It is focused on a. The main beam and the sub beam are superposed on the information storage surface 306a of the optical disc 306, reflected by the information storage surface 306a, and then diffracted by the hologram element 308 for detecting a focusing error signal and a tracking error signal. After that, the light enters the multilayer interference filter 309 for wavelength separation. Then, according to the band pass characteristic of the multilayer interference filter 309, the main beam is reflected by the multilayer interference filter 309 and passes through the condenser lens 310 to the first photodetector 3.
11 and the sub-beam is a multilayer interference filter 309.
And a second photodetector 313 that passes through the condenser lens 312.
Incident on. The electric signal output from the first photodetector 311 is amplified by the first amplifier 314, and the electric signal output from the second photodetector 313 is amplified by the second amplifier 31.
Amplified by 5. The output signal from the first amplifier 314 and the output signal from the second amplifier 315 are calculated by the differential calculator 316 and output from the differential calculator 316 as a super-resolution scanning signal. In addition, the electromagnetic drive means 3
Although the mechanism for outputting the control signal to 16 is not shown, it is the same as in the first and second embodiments.
【0101】第2のコヒーレント光源301としては、
図12に示すように、半導体レーザ320のビーム出射
端面である活性層出力端320aに近接して位相板32
1(4つの位相領域321a〜321dを有する)を一
体集積化したもの、又は、図13に示すように、半導体
レーザ320に位相板322を密着して一体化したもの
を用いることができる。As the second coherent light source 301,
As shown in FIG. 12, the phase plate 32 is placed close to the active layer output end 320a which is the beam emitting end face of the semiconductor laser 320.
1 (having four phase regions 321a to 321d) can be integrated, or as shown in FIG. 13, a semiconductor laser 320 can be used in which a phase plate 322 is closely attached and integrated.
【0102】第3実施例の変形例として、波長分離では
なく偏光分離の原理によって光学系を構成してもよい。
すなわち、第1のコヒーレント光源300と第2のコヒ
ーレント光源301として、互いに直交する偏光面を有
するものを用い、多層膜干渉フィルター309の代りに
偏光ビームスプリッタを用い、ホログラム素子308と
して第1実施例又は第2実施例と同様の偏光性ホログラ
ム素子111,206を用いることができる。As a modification of the third embodiment, the optical system may be constructed by the principle of polarization separation instead of wavelength separation.
That is, as the first coherent light source 300 and the second coherent light source 301, those having polarization planes orthogonal to each other are used, a polarization beam splitter is used instead of the multilayer film interference filter 309, and the hologram element 308 is used as the first embodiment. Alternatively, the polarization hologram elements 111 and 206 similar to those in the second embodiment can be used.
【0103】(第4実施例)図6は、本発明の第4実施
例に係る超解像光ヘッド装置の概略構成を示している。(Fourth Embodiment) FIG. 6 shows the schematic arrangement of a super-resolution optical head device according to the fourth embodiment of the present invention.
【0104】第4実施例は、主ビーム及び副ビームの信
号検出方法として時間分離方式を用いている。The fourth embodiment uses a time separation method as a signal detection method for the main beam and the sub beam.
【0105】図6に示すように、コヒーレント光源40
0から出射されパルス変調される直線偏光のパルス状ビ
ーム光は、集光レンズ401によりビーム整形された
後、位相変調器402に入射し、その後、コリメートレ
ンズ403、開口部404、偏光性ビームスプリッタ4
05及び4分の1波長板406を通過した後、対物レン
ズ407により光ディスク408の情報記憶面408a
に集光される。情報記憶面108aにより反射されたパ
ルス状ビームは、再び、4分の1波長板406、偏光性
ビームスプリッタ405、ホログラム素子409及び集
光レンズ410を通って光検出器411に入射する。第
1の制御部412は、コヒーレント光源400及び位相
変調器402を同期して駆動すると共に、主ビームと副
ビームとが交互に光ディスク408の情報記憶面408
aに到達して反射されるように制御する。As shown in FIG. 6, the coherent light source 40
The linearly polarized pulsed beam light emitted from 0 and subjected to pulse modulation is beam-shaped by the condensing lens 401 and then incident on the phase modulator 402, and thereafter, the collimator lens 403, the opening 404, and the polarization beam splitter. Four
The information storage surface 408a of the optical disc 408 is passed through the objective lens 407 after passing through the 05 and quarter wave plate 406.
Is focused on. The pulsed beam reflected by the information storage surface 108a again enters the photodetector 411 through the quarter-wave plate 406, the polarizing beam splitter 405, the hologram element 409, and the condenser lens 410. The first control unit 412 drives the coherent light source 400 and the phase modulator 402 in synchronization with each other, and the main beam and the sub beam alternate between the information storage surface 408 of the optical disc 408.
It is controlled so that it reaches a and is reflected.
【0106】光検出器411に入射するパルス状ビーム
の主ビームは第1の増幅器413を介して差動演算器4
14に入力され、パルス状ビームの副ビームは第2の増
幅器415及び遅延素子416を介して差動演算器41
4に入力される。そして、差動演算器415からは超解
像信号が出力端子417を介して出力される。遅延素子
416は主ビームと副ビームとのパルス間隔tを調整す
るものである。The main beam of the pulsed beam incident on the photodetector 411 is passed through the first amplifier 413 to the differential calculator 4
The sub-beam of the pulsed beam that is input to the differential beam calculator 14 is passed through the second amplifier 415 and the delay element 416 to the differential calculator 41
4 is input. Then, the super-resolution signal is output from the differential calculator 415 through the output terminal 417. The delay element 416 adjusts the pulse interval t between the main beam and the sub beam.
【0107】ホログラム素子409により回折されるフ
ォーカシング誤差信号及びトラッキング誤差信号は、第
1実施例と同様に、光検出器411により受光された
後、サーボ信号として第2の制御部418に送られる。
第2の制御部418は前記サーボ信号に基づき、電磁式
駆動手段419を駆動する。The focusing error signal and the tracking error signal diffracted by the hologram element 409 are received by the photodetector 411 and then sent to the second controller 418 as a servo signal, as in the first embodiment.
The second controller 418 drives the electromagnetic drive unit 419 based on the servo signal.
【0108】位相変調器402は、図14に示すよう
に、ニオブ酸リチウム結晶又はPLZTよりなる強誘電
体結晶420がZ軸方向の上下方向から上部電極421
A及び下部電極421Bにより挟み込まれ、上部電極4
21A及び下部電極421Bが第1の制御部412に組
み込まれた電圧印加電源に接続されたものである。但
し、電圧は、図14に示すように、位相変調器402に
入射する直線偏光のビーム430の2分の1部分に対し
てΔne ×lの光路差を有するようなビーム431が生
じるように印加する。In the phase modulator 402, as shown in FIG. 14, a ferroelectric crystal 420 made of lithium niobate crystal or PLZT is used as an upper electrode 421 from the vertical direction in the Z-axis direction.
A and the lower electrode 421B sandwich the upper electrode 4
21A and the lower electrode 421B are connected to a voltage application power supply incorporated in the first control unit 412. However, the voltage is such that as shown in FIG. 14, a beam 431 having an optical path difference of Δn e × l with respect to a half of the linearly polarized beam 430 incident on the phase modulator 402 is generated. Apply.
【0109】 Δne =(1/2)×N3 ×Eγ33…(11) Δne ×l=λ2 /2…(12) 電気光学定数γ33はほぼ30×10-12 m/vであり、
λ2 はほぼ0.4×10-6mであり、L=10-2m、N
をほぼ2(屈折率)とすると、必要な電界Eはほぼ2×
105 v/m=200v/mmとなる。[0109] In Δn e = (1/2) × N 3 × Eγ 33 ... (11) Δn e × l = λ 2/2 ... (12) electro-optic constant gamma 33 is approximately 30 × 10 -12 m / v Yes,
λ 2 is approximately 0.4 × 10 -6 m, L = 10 -2 m, N
Is about 2 (refractive index), the required electric field E is about 2 ×
10 5 v / m = 200 v / mm.
【0110】図15(a)は、タンタル酸リチウムより
なる強誘電体結晶422(図14に示す強誘電体結晶4
20の上半分に相当する)に、上部電極421A及び下
部電極421Bを介して約20kvの高電界を印加して
形成した分極反転構造を有する位相変調器402の概略
構成を示している。電圧の印加により、位相変調器40
2に入射する直線偏光のビーム432に対して±Δn×
lの位相差がビーム433に生じており、図14に示す
位相変調器402に比べて1/2の電圧印加により図1
4に示す位相変調器402と同等の光路差を生じさせる
ことができる。このとき、図9(b)や図10(a)の
ような2次元的位相領域形成を実現するには、図14又
は図15(a)に示すような位相変調器402を直交
(X−Z面内で90°回転)して重ね合わせるか、又は
図15(b)に示すような透明電極423A〜423D
を光ビームの入射面及び出射面に形成して電圧を印加す
ればよい。尚、図15(a),(b)において、424
は位相変調器402に電圧を印加する電源部である。FIG. 15A shows a ferroelectric crystal 422 made of lithium tantalate (ferroelectric crystal 4 shown in FIG. 14).
(Corresponding to the upper half of 20) shows a schematic configuration of the phase modulator 402 having a domain-inverted structure formed by applying a high electric field of about 20 kv through the upper electrode 421A and the lower electrode 421B. By applying the voltage, the phase modulator 40
± Δn × for linearly polarized beam 432 incident on 2
A phase difference of 1 is generated in the beam 433, and by applying a voltage that is 1/2 of that of the phase modulator 402 shown in FIG.
An optical path difference equivalent to that of the phase modulator 402 shown in FIG. 4 can be generated. At this time, in order to realize the two-dimensional phase region formation as shown in FIG. 9B or FIG. 10A, the phase modulator 402 as shown in FIG. 14 or FIG. Rotate 90 ° in the Z plane) and superimpose them, or transparent electrodes 423A to 423D as shown in FIG.
May be formed on the incident surface and the exit surface of the light beam and a voltage may be applied. In addition, in FIGS. 15A and 15B, 424
Is a power supply unit that applies a voltage to the phase modulator 402.
【0111】(第5実施例)図16は、本発明の第5実
施例に係る超解像光ヘッド装置の概略構成を示してい
る。(Fifth Embodiment) FIG. 16 shows the schematic arrangement of a super-resolution optical head device according to the fifth embodiment of the present invention.
【0112】第5実施例は、往復光路型のシンプルな光
学系を構成するため、集光手段として、一体化された対
物レンズとホログラム素子とを用い、コンパクトな超解
像光ヘッドを実現している。Since the fifth embodiment constitutes a simple optical system of a reciprocating optical path type, a compact super-resolution optical head is realized by using an integrated objective lens and hologram element as the light collecting means. .
【0113】図16(a)に示すように、コヒーレント
光源500から発せられたコヒーレント光は、往路にお
いて、コヒーレント光源500に近接して設けられた屈
折率一軸異方性を有する基板501に形成された4分割
の偏光性位相板502(0,π/2,π,3π/2)を
通過することにより、偏光面が互いに直交する主ビーム
(→)及び副ビーム(◎)を生成する。主ビーム及び副
ビームは、対物レンズ503と一体に設けられたホログ
ラム素子504を通過し、該ホログラム素子504の0
次透過光は、対物レンズ503によって光ディスク50
5の情報記憶面505aに重畳して集光される。情報記
憶面505aからの反射ビームは、復路において、対物
レンズ503及びホログラム素子504を通過する。ホ
ログラム素子504により回折された1次回折光は、対
物レンズ503の光軸外に進行して、基板501におけ
る偏光性位相板502と隣接する領域に形成された図1
7(b)に示す偏光性回折格子506に入射する。偏光
性回折格子506に入射した光は、該偏光性回折格子5
06によって主ビームと副ビームとに偏光分離された
後、図17(a)に示す光検出器508により検出され
る。尚、図17(c)は、主ビーム及び副ビームの各光
強度分布を示している。As shown in FIG. 16A, the coherent light emitted from the coherent light source 500 is formed on a substrate 501 having a uniaxial anisotropy of refractive index, which is provided close to the coherent light source 500 on the outward path. A main beam (→) and a sub-beam (⊚) whose polarization planes are orthogonal to each other are generated by passing through the four-divided polarizing phase plate 502 (0, π / 2, π, 3π / 2). The main beam and the sub-beam pass through the hologram element 504 provided integrally with the objective lens 503, and the hologram element 504's 0
The next transmitted light is transmitted through the objective lens 503 to the optical disk 50.
No. 5 information storage surface 505a is superimposed and condensed. The reflected beam from the information storage surface 505a passes through the objective lens 503 and the hologram element 504 on the return path. The first-order diffracted light diffracted by the hologram element 504 travels outside the optical axis of the objective lens 503 and is formed in a region of the substrate 501 adjacent to the polarizing phase plate 502.
The light enters the polarizing diffraction grating 506 shown in FIG. The light incident on the polarization diffraction grating 506 is reflected by the polarization diffraction grating 5
After being polarized and separated into a main beam and a sub beam by 06, it is detected by a photodetector 508 shown in FIG. Note that FIG. 17C shows the light intensity distributions of the main beam and the sub beams.
【0114】以下、ホログラム素子504の作用及び光
検出器508による超解像走査信号の検出方法について
詳しく説明する。The operation of the hologram element 504 and the method of detecting the super-resolution scanning signal by the photodetector 508 will be described in detail below.
【0115】まず、ホログラム素子504は、復路の光
ビームを対物レンズ503の光軸外に回折させて往路の
光ビームと分離するビームスプリッタ機能、分離した光
ビームからフォーカシング信号及びトラッキングサーボ
信号を得るための光ビーム形成機能、並びにRF信号を
検出する機能を複合的に有している。信号は各種の方式
に形成できるが、第5実施例においては、図17(a)
に示すように、フォーカシング誤差信号をスポットサイ
ズディテクション(SSD)方式により、トラッキング
誤差信号をプッシュプル(PP)方式で得るようにして
いる。SSD方式は、特願昭62−251025号等に
開示されているが、第5実施例のホログラム素子504
は、対物レンズ503と一体化するのに適するように、
ブレーズ化ホログラムとして下記の文献に詳述されてい
るような領域分離型のフレネルゾーンプレート2枚を重
畳したものにより構成している。First, the hologram element 504 has a beam splitter function of diffracting the returning light beam out of the optical axis of the objective lens 503 to separate it from the going light beam, and obtains a focusing signal and a tracking servo signal from the separated light beam. It has a combined function of forming a light beam and a function of detecting an RF signal. The signal can be formed by various methods, but in the fifth embodiment, as shown in FIG.
As shown in, the focusing error signal is obtained by the spot size detection (SSD) method and the tracking error signal is obtained by the push-pull (PP) method. The SSD method is disclosed in Japanese Patent Application No. 62-251025, etc., and the hologram element 504 of the fifth embodiment is used.
Is suitable for integration with the objective lens 503,
As a blazed hologram, it is constituted by superimposing two area-separated Fresnel zone plates as described in detail in the following documents.
【0116】Makoto Kato et al.;"Recent advances in
optical pickup head withholographic optical eleme
nts", Proc. SPiE,vol.1507,p.p.36-44.,EuropianCongr
ess on Optics, Holographic Optics III:Principles a
nd Applications,12-15 March 1991,The Hague,The Net
herlands. 尚、第5実施例においては、ホログラム素子504がコ
ヒーレント光源500側に位置し、対物レンズ503が
光ディスク505側に位置するが、これらの配置は逆で
あってもよい。Makoto Kato et al .; "Recent advances in
optical pickup head with holographic optical eleme
nts ", Proc. SPiE, vol.1507, pp36-44., EuropianCongr
ess on Optics, Holographic Optics III: Principles a
nd Applications, 12-15 March 1991, The Hague, The Net
herlands. In the fifth embodiment, the hologram element 504 is located on the coherent light source 500 side and the objective lens 503 is located on the optical disk 505 side, but these arrangements may be reversed.
【0117】図17(a)に示されるように、コヒーレ
ント光源500と一体に集積化された光検出器508の
基板509上に、SSD方式のフォーカシング誤差信号
検出用の素子端子510a,510bが設けられてい
る。フォーカシング誤差信号は、素子端子510a,5
10bにより主ビームによって形成された一対の光ビー
ム511a,511bとして分離して検出される。ま
た、トラッキング誤差信号は、光検出器508の基板5
09上に形成された素子端子510c,510dによ
り、一対の光ビーム511c,511dとして検出され
る。As shown in FIG. 17A, on the substrate 509 of the photodetector 508 integrated with the coherent light source 500, element terminals 510a and 510b for detecting the SSD type focusing error signal are provided. Has been. The focusing error signal is transmitted to the element terminals 510a and 5a.
10b separates and detects a pair of light beams 511a and 511b formed by the main beam. Further, the tracking error signal is transmitted to the substrate 5 of the photodetector 508.
The element terminals 510c and 510d formed on the upper surface 09b of the light beam detect the light beams 511c and 511d.
【0118】副ビームは、偏光性回折格子506により
±1次回折光として分離され、主ビームの両側におい
て、素子端子512a,512b,512c,512
d,512e,512fによりそれぞれ検出される。超
解像走査信号は、RF信号として、素子端子510a,
510b,510c,510dの合計出力信号から素子
端子512a,512b,512c,512d,512
e,512fの合計出力信号を減算して得られる。但
し、適当な増幅回路をそれぞれ経て演算の最適化を図る
ことは設計上の問題に属するのでこれ以上の説明は省略
する。The sub-beams are separated into ± 1st-order diffracted lights by the polarization diffraction grating 506, and element terminals 512a, 512b, 512c, 512 are provided on both sides of the main beam.
d, 512e, 512f, respectively. The super-resolution scanning signal is converted into an RF signal as an element terminal 510a,
From the total output signals of 510b, 510c and 510d, the element terminals 512a, 512b, 512c, 512d and 512 are output.
It is obtained by subtracting the total output signals of e and 512f. However, optimizing the calculation through each suitable amplifier circuit is a design problem, and therefore further description will be omitted.
【0119】第5実施例においては、偏光性位相板50
2は4分割されていたが、他の数の領域に分割されてい
てもよいのは当然である。また、偏光性位相板502の
製造プロセスについては、偏光性回折格子と共に既に詳
しく説明したので、ここでは省略する。In the fifth embodiment, the polarizing phase plate 50 is used.
Although 2 is divided into four, it goes without saying that it may be divided into other numbers of regions. Further, the manufacturing process of the polarizing phase plate 502 has already been described in detail together with the polarizing diffraction grating, and therefore will be omitted here.
【0120】第5実施例に係る超解像光ヘッド装置にお
いては、次のような効果が得られる。すなわち、往復光
路型の光学系を構成したため、コンパクトでシンプルな
超解像走査光学系の光ヘッド装置が実現できる。偏光性
位相板520と偏光性回折格子506とを同一の基板5
01上に近接して形成したので、非常に安定性が良い。
コヒーレント光源500と光検出器508とを同一の基
板509上に一体に集積したので、組立及び調整が容易
であると共に、経年変化、温度変化及び機械的変形に対
して極めて安定性が良い。尚、コヒーレント光源500
と光検出器508とを同一の基板509上に設ける技術
は、例えばシリコン基板上に一体形成したエッチドミラ
ーによって基板509面に垂直に光ビームを出射する構
造、及び光検出器508を前記のシリコン基板上に集積
化する構造として衆知である。The following effects can be obtained in the super-resolution optical head device according to the fifth embodiment. That is, since the optical system of the reciprocating optical path type is configured, a compact and simple optical head device of the super-resolution scanning optical system can be realized. The polarizing phase plate 520 and the polarizing diffraction grating 506 are the same substrate 5
Since it is formed close to No. 01, it is very stable.
Since the coherent light source 500 and the photodetector 508 are integrally integrated on the same substrate 509, they are easy to assemble and adjust and extremely stable against aging, temperature change and mechanical deformation. Incidentally, the coherent light source 500
The technique of providing the photodetector 508 and the photodetector 508 on the same substrate 509 is, for example, a structure for emitting a light beam perpendicular to the surface of the substrate 509 by an etched mirror integrally formed on a silicon substrate, and the photodetector 508 described above. It is well known as a structure integrated on a silicon substrate.
【0121】また、第5実施例において、トラッキング
誤差信号を素子端子510cの出力信号と素子端子51
0dの出力信号との差動信号として検出する際、素子端
子512aからの出力信号と素子端子512bからの出
力信号との和を素子端子510cからの出力信号から適
当な割合で減算すると共に、素子端子512cからの出
力信号と素子端子512dからの出力信号との和を素子
端子510dからの出力信号から適当な割合で減算する
ことにより、通常の手段では困難であった高密度記録時
のトラッキング誤差信号を明瞭に検出することが可能と
なる。In addition, in the fifth embodiment, the tracking error signal is output from the element terminal 510c and the element terminal 51.
When detecting as a differential signal with the output signal of 0d, the sum of the output signal from the element terminal 512a and the output signal from the element terminal 512b is subtracted from the output signal from the element terminal 510c at an appropriate ratio, and the element By subtracting the sum of the output signal from the terminal 512c and the output signal from the element terminal 512d from the output signal from the element terminal 510d at an appropriate ratio, a tracking error during high-density recording, which was difficult with ordinary means, It is possible to detect the signal clearly.
【0122】前述のようにして得られたサーボ信号を、
一体化された対物レンズ503及びホログラム素子50
4を駆動するアクチュエータ515へフィードバックす
ることは衆知の技術であるので説明は省略する。The servo signal obtained as described above is
Integrated objective lens 503 and hologram element 50
Since feedback to the actuator 515 for driving No. 4 is a known technique, its description is omitted.
【0123】以上のように、本発明の各実施例を詳述し
たので、従来の光学系を用いた光ヘッド装置における回
折限界のビームの約70%のビームサイズを等価的に実
現した本発明の超解像光ヘッド装置の構成及び作用は明
らかに了解されよう。As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. Therefore, the present invention equivalently realizing a beam size of about 70% of the diffraction limit beam in the optical head device using the conventional optical system. The structure and operation of the super-resolution optical head device will be clearly understood.
【0124】本発明の重要な効果は、対物レンズの開口
数を高くせずに(例えば、コンパクトディスクのプレー
ヤに組込まれている光ヘッドではNA=0.45、波長
λ=0.78μm)、また光源波長も変えることなく、
約2倍の高密度化ディスクが読み取れることである。コ
ンパクトディスクプレーヤにおける光ヘッドの焦点深度
は約1.5μm程度とされ、フォーカシング制御は容易
であるが、高い開口数(例えばNA=0.6)の対物レ
ンズと、短波長光源(例えばλ=0.43μm)を使う
ときには、焦点深度は、波長に比例し、開口数の2乗に
逆比例して短くなる。An important effect of the present invention is that the numerical aperture of the objective lens is not increased (for example, NA = 0.45, wavelength λ = 0.78 μm in an optical head incorporated in a compact disc player). Also, without changing the light source wavelength,
That is, about twice as high a densified disc can be read. The depth of focus of the optical head in a compact disc player is about 1.5 μm, and focusing control is easy, but an objective lens with a high numerical aperture (for example, NA = 0.6) and a short-wavelength light source (for example, λ = 0) are used. .43 μm), the depth of focus is proportional to the wavelength and decreases inversely with the square of the numerical aperture.
【0125】 1.5μm×(430/780)×(0.45/0.60)2 =1.5μm× 0.31(略0.47μmに等しい)…(13) 従って、本発明の超解像光学系を光ヘッド装置に用いる
と、短波長光源を用いて高密度光ディスクをシンプル且
つ安価なプレーヤにより読み取れることになり、従来の
サーボ信号検出技術及び制御技術を用いても容易に安定
した光ディスク装置が実現できるという多大な効果を発
揮するものである。1.5 μm × (430/780) × (0.45 / 0.60) 2 = 1.5 μm × 0.31 (equal to approximately 0.47 μm) (13) Therefore, the super solution of the present invention When the image optical system is used in an optical head device, a high-density optical disc can be read by a simple and inexpensive player by using a short-wavelength light source, and a stable optical disc can be easily obtained even by using conventional servo signal detection technology and control technology. This is a great effect that the device can be realized.
【0126】換言すれば、本発明によると、主ビームの
光強度と副ビームの光強度との差動的演算処理が行なわ
れる結果、対物レンズの回折限界解像度を基準にした焦
点深度は2倍以上も深くなるという極めて顕著な効果を
有するものである。In other words, according to the present invention, as a result of the differential calculation processing of the light intensity of the main beam and the light intensity of the sub beam, the focal depth based on the diffraction limit resolution of the objective lens is doubled. It has a very remarkable effect of deepening the above.
【0127】[0127]
【発明の効果】請求項1の発明に係る超解像光ヘッド装
置によると、被走査面においては、互いにインコヒーレ
ントな主ビーム及び副ビームが重畳されて走査され、主
ビームはAiry disc 状パターン又はビーム中心に強度の
ピークを有するビームプロファイルを形成し、副ビーム
は主要部のサイズが主ビームと等しくビーム中心の少な
くとも両側にピーク値を有する双峰状の強度分布を持っ
ており、主ビーム及び副ビームは、情報記憶面から反射
した後にそれぞれの偏光面又は波長が異なることを利用
して分離され、独立して光検出器に導かれ光強度が差動
的に演算処理されるので、光学系の解像性能としては使
用する対物レンズの回折限界を越えてさらに約70%の
ビーム幅を等価的に実現することができる。According to the super-resolution optical head device of the first aspect of the invention, the main beam and the sub-beam which are incoherent to each other are superposed and scanned on the surface to be scanned, and the main beam is an Airy disc-shaped pattern or beam. A beam profile having an intensity peak at the center is formed, and the sub-beam has a bimodal intensity distribution in which the size of the main part is equal to the main beam and the peak values are at least on both sides of the beam center. The beam is separated from the information storage surface after being reflected by the different polarization planes or wavelengths, is independently guided to the photodetector, and the light intensity is differentially processed. Regarding the resolution performance of, the beam width of about 70% can be equivalently realized beyond the diffraction limit of the objective lens used.
【0128】また、情報記憶面においては、同軸ビーム
として重畳された主ビームと副ビームとは、これら両ビ
ームが互いに直交する偏光面又は互いに異なる波長を有
しているという性質を利用して容易に空間的に分離して
光検出することが可能であるため、シンプルで確実な超
解像光信号を得ることが可能である。Further, on the information storage surface, the main beam and the sub beam superposed as coaxial beams can be easily utilized by utilizing the property that these two beams have mutually orthogonal polarization planes or different wavelengths. Since it is possible to spatially separate and detect light, it is possible to obtain a simple and reliable super-resolution optical signal.
【0129】なお、双峰状の強度分布を有する副ビーム
の生成は、透過光の波長に対して相対位相差が0からπ
に変移する段差を有した位相板によって簡単に実現する
ことができ、前記位相板を主ビームとほぼ同一の強度分
布を有するコヒーレント光で照射することによって双峰
状ビームの周辺部は主ビーム周辺部と実質的に同一の強
度分布を実現できる。このようなビーム波形整形は、主
ビーム又は副ビームが通過する開口部の開口径を最適化
することにより行なうことができる。The generation of the sub-beam having the bimodal intensity distribution has a relative phase difference of 0 to π with respect to the wavelength of the transmitted light.
It can be easily realized by a phase plate having a step difference that shifts to, and by irradiating the phase plate with coherent light having almost the same intensity distribution as the main beam, the peripheral part of the bimodal beam is surrounded by the main beam periphery. The intensity distribution substantially the same as that of the part can be realized. Such beam waveform shaping can be performed by optimizing the aperture diameter of the opening through which the main beam or the sub beam passes.
【0130】請求項2の発明に係る超解像光ヘッド装置
によると、副ビームの生成が位相板のホログラム素子に
よって実現されるので、たとえ位相板の製作過程に複雑
な処理を要することがあっても、位相板自体は1つだけ
あればよく、工業的にはホログラム素子を量産して使用
できること、また位相板を実際に製作せず、単にコンピ
ュータ上で設計するコンピュータ生成によるホログラム
(computer generatedhologram )の手法を用いること
も可能であるので、設計及び製作の自由度が極めて高め
られる。According to the super-resolution optical head device of the second aspect of the present invention, since the generation of the sub-beam is realized by the hologram element of the phase plate, even if the phase plate manufacturing process requires complicated processing. , Only one phase plate itself is required, and it is industrially possible to mass-produce and use hologram elements. Moreover, without actually manufacturing the phase plate, a computer-generated hologram that is simply designed on a computer is used. Since it is also possible to use the method, the degree of freedom in designing and manufacturing is greatly increased.
【0131】請求項3の発明に係る超解像光ヘッド装置
によると、請求項1又は2の位相板を軸対称の偏光性位
相板として実現したため、請求項1又は2の超解像光学
系を軸対称の超解像ビーム光学系と等価な性能で、しか
もシンプル且つ安定に実現できるという多大の効果を得
ることができる。According to the super-resolution optical head device of the third aspect of the present invention, since the phase plate of the first or second aspect is realized as an axially symmetric polarizing phase plate, the super-resolution optical system of the first or second aspect is used as an axis. It is possible to obtain a great effect that the performance is equivalent to that of a symmetric super-resolution beam optical system and that it can be realized simply and stably.
【0132】請求項4の発明に係る超解像光ヘッド装置
によると、位相板が第2のコヒーレント光源に一体に設
けられているため、安定した副ビームをシンプルな構成
で得られる。According to the super-resolution optical head device of the fourth aspect of the present invention, since the phase plate is provided integrally with the second coherent light source, a stable sub-beam can be obtained with a simple structure.
【0133】請求項5の発明に係る超解像光ヘッド装置
によると、請求項1又は2の発明における主ビーム及び
副ビームの互いに直交した偏光面の生成が、一対の直線
偏光レーザの発光面を単に所定の位置関係に設定するだ
けで実現できるため、シンプルな構成の光学系で目的を
達しうる。According to the super-resolution optical head device of the fifth aspect of the present invention, the generation of the polarization planes of the main beam and the sub-beams orthogonal to each other in the first or second aspect of the invention simply causes the pair of linearly polarized lasers to emit light. Since it can be realized only by setting a predetermined positional relationship, the objective can be achieved with an optical system having a simple structure.
【0134】請求項6の発明に係る超解像走査光学装置
によると、偏光分離を平板上の偏光性ホログラム素子又
は回折格子によって実現できるため、偏光性ビームスプ
リッタを使用する場合に比べてコンパクトで且つ低コス
トの超解像走査光学系を実現することができる。According to the super-resolution scanning optical device in the sixth aspect of the present invention, since the polarization separation can be realized by the polarization hologram element or the diffraction grating on the flat plate, it is more compact than the case where the polarization beam splitter is used. Moreover, a low-cost super-resolution scanning optical system can be realized.
【0135】請求項7の発明に係る超解像光ヘッド装置
によると、波長分離を多層膜誘電体フィルタによって実
現できるため、該フィルタの狭帯域バンドパス透過率特
性及びその逆特性を有する反射率特性によって波長差の
小さい2波長を効率良く分離、検出できる。According to the super-resolution optical head device of the seventh aspect of the present invention, since wavelength separation can be realized by the multilayer dielectric filter, the narrow bandpass characteristic of the filter and the reflectance characteristic having its inverse characteristic are used. Two wavelengths with a small wavelength difference can be efficiently separated and detected.
【0136】請求項8の発明に係る超解像光ヘッド装置
によると、単一のコヒーレント光源から出射したビーム
を偏光性位相板に導き、その共役面に被走査面を設ける
ので、主ビーム及び副ビームは互いの光軸が全くずれる
ことなく走査され、極めて安定で且つ良質の超解像走査
光学系を極めてシンプルな構成により実現できる。According to the super-resolution optical head device of the present invention, the beam emitted from a single coherent light source is guided to the polarizing phase plate, and the surface to be scanned is provided on the conjugate surface thereof. Are scanned without their optical axes being displaced at all, and an extremely stable and high-quality super-resolution scanning optical system can be realized with an extremely simple configuration.
【0137】請求項9の発明に係る超解像光ヘッド装置
によると、請求項6の発明と同様に、コンパクトで且つ
低コストの超解像走査光学系を実現することができる。According to the super-resolution optical head device of the ninth aspect, a compact and low-cost super-resolution scanning optical system can be realized as in the sixth aspect of the invention.
【0138】請求項10の発明に係る超解像光ヘッド装
置によると、主ビーム及び副ビームは、単一のコヒーレ
ント光源より出射したコヒーレント光を偏光性位相板に
導くことにより、偏光分離と同時に生成されるので、主
ビーム及び副ビームの周辺部の強度分布は同一形状で揃
っており、ビーム走査を行なっても光軸が互いにずれる
ことがなく、極めて安定で高性能の超解像光ヘッド装置
を実現できる。According to the super-resolution optical head device of the tenth aspect of the present invention, the main beam and the sub-beam are generated at the same time as the polarization separation by guiding the coherent light emitted from the single coherent light source to the polarizing phase plate. Therefore, the intensity distributions of the peripheral portions of the main beam and the sub-beam are the same shape, and the optical axes do not deviate from each other even when the beam scanning is performed, and an extremely stable and high-performance super-resolution optical head device can be realized. .
【0139】請求項11の発明に係る超解像光ヘッド装
置によると、請求項10の発明に係る超解像走査光学系
が、矩形状の超解像ビームの光学系と等価な性能で、し
かもシンプルに実現できるという効果を有する。According to the super-resolution optical head device of the eleventh aspect of the present invention, the super-resolution scanning optical system of the tenth aspect of the invention has a performance equivalent to that of the rectangular super-resolution beam optical system and is simple. It has the effect that it can be realized.
【0140】請求項12の発明に係る超解像光ヘッド装
置によると、請求項3の発明と同様にして、請求項1又
は2の超解像走査光学系を軸対称の超解像ビーム走査光
学系と等価な性能で、しかもシンプル且つ安定に実現で
きるという多大の効果を得ることができる。According to the super-resolution optical head device of the twelfth aspect of the invention, similar to the third aspect of the invention, the super-resolution scanning optical system of the first or second aspect is axially symmetric. It is possible to obtain a great effect that the performance is equivalent to, and can be realized simply and stably.
【0141】請求項13の発明に係る超解像光ヘッド装
置によると、単一のコヒーレント光源、集積化された単
一の光検出器並びに遅延素子を用いて時間分離された主
ビームと副ビームの信号処理を行なうので、シンプルな
光学系で超解像光ヘッド装置を実現できる。According to the super-resolution optical head device of the thirteenth aspect of the present invention, the signals of the main beam and the sub-beam which are time-separated by using a single coherent light source, a single integrated photodetector and a delay element are provided. Since the processing is performed, the super-resolution optical head device can be realized with a simple optical system.
【0142】請求項14の発明に係る超解像光ヘッド装
置によると、単一のコヒーレント光源及び光検出器を同
一の平面上に設けたので、組立て及び調整が容易である
と共に経年変化、温度変化及び機械的変形に対して極め
て安定性が良く、また、集光手段とホログラム素子とを
一体化したので、コンパクトでシンプルな光学系により
超解像光ヘッド装置を実現できる。According to the super-resolution optical head device of the fourteenth aspect of the invention, since the single coherent light source and the photodetector are provided on the same plane, assembly and adjustment are easy, and secular change, temperature change and The super-resolution optical head device can be realized with a compact and simple optical system because it is extremely stable against mechanical deformation and the light converging means and the hologram element are integrated.
【図1】本発明の第1実施例に係る超解像光ヘッド装置
の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a super-resolution optical head device according to a first embodiment of the invention.
【図2】本発明の各実施例に共通する副ビームの生成及
び超解像光学系の構成原理を1次元的モデルで示した概
略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing, as a one-dimensional model, a sub-beam generation common to each embodiment of the present invention and a configuration principle of a super-resolution optical system.
【図3】本発明の各実施例に共通する超解像光学系の原
理を簡単な1次元的モデルで示した概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing the principle of a super-resolution optical system common to each embodiment of the present invention with a simple one-dimensional model.
【図4】本発明の第2実施例に係る超解像光ヘッド装置
の概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a super-resolution optical head device according to a second embodiment of the invention.
【図5】本発明の第3実施例に係る超解像光ヘッド装置
の概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a super-resolution optical head device according to a third embodiment of the invention.
【図6】本発明の第4実施例に係る超解像光ヘッド装置
の概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a super-resolution optical head device according to a fourth embodiment of the invention.
【図7】本発明の第1及び第2実施例における偏光性ホ
ログラム素子の概略構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a polarizing hologram element in first and second embodiments of the present invention.
【図8】本発明の第1及び第2実施例に共通する集積化
された光検出器の構成例を説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of an integrated photodetector common to the first and second embodiments of the present invention.
【図9】本発明の各実施例に共通する副ビーム生成のた
めの位相板の構成例を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a phase plate for generating a sub beam common to each embodiment of the present invention.
【図10】本発明の各実施例に共通する副ビーム生成の
ための位相板の他の構成例を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating another configuration example of a phase plate for generating a sub beam common to each embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第4実施例における偏光性回折格子
の構成例を説明する概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a polarizing diffraction grating according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
【図12】本発明の第3実施例における副ビーム生成用
光源と位相板の構成例を説明する図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of a sub beam generating light source and a phase plate in a third embodiment of the present invention.
【図13】本発明の第3実施例における副ビーム生成用
光源と位相板の他の構成例を説明する図である。FIG. 13 is a diagram for explaining another configuration example of the sub beam generating light source and the phase plate in the third embodiment of the present invention.
【図14】本発明の第4実施例における位相変調器の構
成例を説明する図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of a phase modulator according to a fourth embodiment of the present invention.
【図15】本発明の第4実施例における位相変調器の他
の構成例を説明する図である。FIG. 15 is a diagram illustrating another configuration example of the phase modulator according to the fourth embodiment of the present invention.
【図16】本発明の第5実施例に係る超解像光ヘッド装
置の概略構成図である。FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a super-resolution optical head device according to a fifth embodiment of the invention.
【図17】(a)は第5実施例におけるコヒーレント光
源と光検出器とが同一の基板上に形成された状態を示す
平面図であり、(b)は第5実施例における偏光性位相
板と偏光性回折格子とが同一の基板に形成された状態を
示す平面図であり、(c)は第5実施例における主ビー
ム及び副ビームの光強度分布を示す図である。17A is a plan view showing a state in which a coherent light source and a photodetector in the fifth embodiment are formed on the same substrate, and FIG. 17B is a polarizing phase plate in the fifth embodiment. FIG. 6C is a plan view showing a state in which the and the polarization diffraction grating are formed on the same substrate, and FIG. 13C is a view showing the light intensity distributions of the main beam and the sub beam in the fifth embodiment.
【図18】従来の輪帯状開口を用いた超解像光学系を説
明する概略構成図である。FIG. 18 is a schematic configuration diagram illustrating a conventional super-resolution optical system using a ring-shaped aperture.
100 コヒーレント光源 104 偏光性位相板(位相板) 109 対物レンズ(集光手段) 110 光ディスク 110a 情報記憶面 111 偏光性ホログラム素子(光分離手段)(偏光分
離手段) 113a 第1の光検出器(光検出手段) 113b 第2の光検出器(光検出手段) 113c 第3の光検出器(光検出手段) 117 差動演算器(演算手段) 118 電磁式駆動手段(駆動手段) 200 コヒーレント光源 202 ホログラム素子 205 対物レンズ(集光手段) 206 偏光性ホログラム素子(光分離手段)(偏光分
離手段) 208a 第1の光検出器(光検出手段) 208b 第2の光検出器(光検出手段) 208c 第3の光検出器(光検出手段) 211 差動演算器(演算手段) 212 電磁式駆動手段(駆動手段) 213 光ディスク 213a 情報記憶面 300 第1のコヒーレント光源 301 第2のコヒーレント光源 305 対物レンズ(集光手段) 306 光ディスク 306a 情報記憶面 308 ホログラム素子 309 多層膜干渉フィルタ(光分離手段)(波長分離
手段) 311 第1の光検出器(光検出手段) 313 第2の光検出器(光検出手段) 316 電磁式駆動手段(駆動手段) 400 コヒーレント光源 402 位相変調器(位相変調手段) 407 対物レンズ(集光手段) 408 光ディスク 408a 情報記憶面 411 光検出器(光検出手段) 414 差動演算器(演算手段) 416 遅延素子(遅延手段) 419 電磁式駆動手段(駆動手段) 500 コヒーレント光源 502 偏光性位相板 503 対物レンズ(集光手段) 504 ホログラム素子 505 光ディスク 505a 情報記憶面 506 偏光性回折格子(偏光分離手段) 508 光検出器 515 アクチュエーター(駆動手段)100 Coherent Light Source 104 Polarizing Phase Plate (Phase Plate) 109 Objective Lens (Condensing Means) 110 Optical Disk 110a Information Storage Surface 111 Polarizing Hologram Element (Light Separation Means) (Polarization Separation Means) 113a First Photo Detector (Light Detection means) 113b second photodetector (light detection means) 113c third photodetector (light detection means) 117 differential calculator (calculation means) 118 electromagnetic drive means (drive means) 200 coherent light source 202 hologram Element 205 Objective lens (condensing means) 206 Polarizing hologram element (light separating means) (polarization separating means) 208a First photodetector (light detecting means) 208b Second photodetector (light detecting means) 208c 3 photodetector (photodetector) 211 differential calculator (calculator) 212 electromagnetic drive unit (drive unit) 213 light Disc 213a Information storage surface 300 First coherent light source 301 Second coherent light source 305 Objective lens (condensing means) 306 Optical disc 306a Information storage surface 308 Hologram element 309 Multilayer interference filter (light separating means) (wavelength separating means) 311 First photodetector (light detecting means) 313 Second photodetector (light detecting means) 316 Electromagnetic driving means (driving means) 400 Coherent light source 402 Phase modulator (phase modulating means) 407 Objective lens (condensing Means) 408 Optical disc 408a Information storage surface 411 Photodetector (photodetection means) 414 Differential calculator (calculation means) 416 Delay element (delay means) 419 Electromagnetic driving means (driving means) 500 Coherent light source 502 Polarizing phase plate 503 Objective lens (condensing means) 504 Holographic element 505 Optical disk 505a Information storage surface 506 Polarizing diffraction grating (polarization separating means) 508 Photodetector 515 Actuator (driving means)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 博昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山本 和久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── (72) Inventor Hiroaki Yamamoto 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Kazuhisa Yamamoto, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (14)
発する第1のコヒーレント光源と、 前記第1のコヒーレント光の偏光面と直交する偏光面を
有するか又は前記第1のコヒーレント光の波長と異なる
波長を有する第2のコヒーレント光を発する第2のコヒ
ーレント光源と、 前記第2のコヒーレント光の入射を受け、光軸に垂直な
面内でビーム中心の少なくとも両側にピーク値を持ちビ
ーム主要部のサイズが前記主ビームの主要部のサイズと
実質的に等しい光強度分布を有する副ビームを出射する
位相板と、 前記第1のコヒーレント光源から出射された主ビームと
前記位相板から出射された副ビームとを重畳せしめて情
報記憶面に集光する集光手段と、 前記主ビームと前記副ビームとが重畳してなる光ビーム
が前記情報記憶面に設けられた光学的情報記憶担体にフ
ォーカシング及びトラッキングするように前記集光手段
を駆動させる駆動手段と、 前記情報記憶面から反射してきた光ビームの入射を受
け、該光ビームを主ビームと副ビームとに偏光分離又は
波長分離して出射する光分離手段と、 該光分離手段から出射された主ビーム及び副ビームの光
強度を別々に検出して光強度信号を出力する光検出手段
と、 該光検出手段から出力された光強度信号に基づき超解像
走査信号を演算して出力する演算手段とを備えているこ
とを特徴とする超解像光ヘッド装置。1. A first coherent light source which emits a first coherent light beam as a main beam, and a polarization plane orthogonal to a polarization plane of the first coherent light beam or a wavelength of the first coherent light beam. A second coherent light source that emits second coherent light having different wavelengths, and a beam main part that receives the second coherent light and has a peak value on at least both sides of the beam center in a plane perpendicular to the optical axis. A phase plate that emits a sub-beam having a light intensity distribution whose size is substantially equal to the size of the main part of the main beam; a main beam emitted from the first coherent light source; and a phase beam emitted from the phase plate. The information storage surface is provided with a condensing unit for superimposing the sub-beam on the information storage surface and a light beam formed by superposing the main beam and the sub-beam. Driving means for driving the focusing means so as to focus and track the optical information storage carrier, and the incidence of the light beam reflected from the information storage surface to polarize the light beam into a main beam and a sub beam. A light separating means for separating or separating the wavelengths and emitting the light; a light detecting means for separately detecting the light intensities of the main beam and the sub-beam emitted from the light separating means and outputting a light intensity signal; and the light detecting means. A super-resolution optical head device, comprising: a computing means for computing and outputting a super-resolution scanning signal based on the light intensity signal output from
第1のコヒーレント光源と、 前記第1のコヒーレント光の偏光面と直交する偏光面を
有するか又は前記第1のコヒーレント光の波長と異なる
波長を有する第2のコヒーレント光を発する第2のコヒ
ーレント光源と、 前記第2のコヒーレント光の入射を受け、光軸に垂直な
面内でビーム中心の少なくとも両側にピーク値を持ちビ
ーム主要部のサイズが前記主ビームの主要部のサイズと
実質的に等しい光強度分布を有する副ビームを出射する
ホログラム素子と、 前記第1のコヒーレント光源から出射された主ビームと
前記ホログラム素子から出射された副ビームとを重畳せ
しめて情報記憶面に集光する集光手段と、 前記主ビームと前記副ビームとが重畳してなる光ビーム
が前記情報記憶面に設けられた光学的情報記憶担体にフ
ォーカシング及びトラッキングするように前記集光手段
を駆動させる駆動手段と、 前記情報記憶面から反射してきた光ビームの入射を受
け、該光ビームを主ビームと副ビームとに偏光分離又は
波長分離して出射する光分離手段と、 該光分離手段から出射された主ビーム及び副ビームの光
強度を別々に検出して光強度信号を出力する光検出手段
と、 該光検出手段から出力された光強度信号に基づき超解像
走査信号を演算して出力する演算手段とを備えているこ
とを特徴とする超解像光ヘッド装置。2. A first coherent light source that emits coherent light as a main beam, and a polarization plane orthogonal to the polarization plane of the first coherent light, or a wavelength different from the wavelength of the first coherent light. A second coherent light source that emits the second coherent light, and a beam main part having a peak value on at least both sides of the beam center in a plane perpendicular to the optical axis upon receiving the second coherent light. A hologram element that emits a sub-beam having a light intensity distribution that is substantially equal to the size of the main part of the main beam, a main beam that is emitted from the first coherent light source, and a sub-beam that is emitted from the hologram element. And a light beam formed by superimposing the main beam and the sub-beam on the information storage surface. Driving means for driving the condensing means so as to focus and track an optical information storage carrier provided, and the incidence of the light beam reflected from the information storage surface, the main beam and the sub-beam A light separating means for emitting polarized light or wavelength separated light, and a light detecting means for separately detecting the light intensities of the main beam and the sub-beams emitted from the light separating means and outputting a light intensity signal, A super-resolution optical head device, comprising: a computing means for computing and outputting a super-resolution scanning signal based on the light intensity signal output from the light detecting means.
(Nは2以上の整数)に分割されており前記第2のコヒ
ーレント光源から発せられた第2のコヒーレント光に対
して相対的位相差0,2π/N,(2π/N)×2,
(2π/N)×3,…,及び(2π/N)・(2N−
1)を順に与えるN個の領域を有し、該N個の領域を通
過する第2のコヒーレント光を前記副ビームとして出射
することを特徴とする請求項1に記載の超解像光ヘッド
装置。3. The phase plate is divided into N pieces (N is an integer of 2 or more) around the center of the phase plate, and is relative to the second coherent light emitted from the second coherent light source. Phase difference 0, 2π / N, (2π / N) × 2
(2π / N) × 3, ..., And (2π / N) · (2N−
2. The super-resolution optical head device according to claim 1, wherein the super-resolution optical head device has N areas for sequentially giving 1), and emits the second coherent light passing through the N areas as the sub-beam.
光源に近接又は密接して該第2のコヒーレント光源と一
体に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に
記載の超解像光ヘッド装置。4. The super-resolution light according to claim 1, wherein the phase plate is provided close to or in close proximity to the second coherent light source and integrally with the second coherent light source. Head device.
は、それぞれの偏光面が互いに直交するように配置され
た一対の直線偏光レーザであることを特徴とする請求項
1又は2に記載の超解像光ヘッド装置。5. The super laser according to claim 1, wherein the first and second coherent light sources are a pair of linearly polarized lasers arranged such that their polarization planes are orthogonal to each other. Resolution optical head device.
有する基板と該基板の上に形成された偏光性ホログラム
素子又は偏光性回折格子からなり、前記光ビームを前記
主ビームと前記副ビームとに偏光分離する偏光分離手段
であることを特徴とする請求項1又は2に記載の超解像
光ヘッド装置。6. The light separating means comprises a substrate having a refractive index uniaxial anisotropy and a polarizing hologram element or a polarizing diffraction grating formed on the substrate, and the light beam is divided into the main beam and the light beam. 3. The super-resolution optical head device according to claim 1, wherein the super-resolution optical head device is a polarization splitting device that splits the light into polarized light into a sub beam.
ターからなり、前記光ビームを前記主ビームと前記副ビ
ームとに波長分離する波長分離手段であることを特徴と
する請求項1又は2に記載の超解像光ヘッド装置。7. The light separating means is a wavelength separating means composed of a multilayer film dielectric filter and wavelength-separating the light beam into the main beam and the sub beam. The super-resolution optical head device described in 1.
源と、 該コヒーレント光源から発せられたコヒーレント光の入
射を受け、該コヒーレント光を、主ビームと、該主ビー
ムの偏光面と直交する偏光面を有し前記主ビームの中心
の少なくとも両側にピークを持ちビーム主要部のサイズ
が前記主ビームの主要部のサイズと実質的に等しい光強
度分布を有する副ビームとに分離して出射する偏光性位
相板と、 該偏光性位相板から出射された主ビームと副ビームとを
重畳せしめて情報記憶面に集光する集光手段と、 前記主ビームと前記副ビームとが重畳してなる光ビーム
が前記情報記憶面に設けられた光学的情報記憶担体にフ
ォーカシング及びトラッキングするように前記集光手段
を駆動させる駆動手段と、 前記情報記憶面から反射してきた光ビームの入射を受
け、該光ビームを主ビームと副ビームとに偏光分離して
出射する偏光分離手段と、 該偏光分離手段から出射された主ビーム及び副ビームの
光強度を別々に検出して光強度信号を出力する光検出手
段と、 該光検出手段から出力された光強度信号に基づき超解像
走査信号を演算して出力する演算手段とを備えているこ
とを特徴とする超解像光ヘッド装置。8. A coherent light source that emits coherent light, and a coherent light that is incident on the coherent light emitted from the coherent light source, has a main beam, and a plane of polarization orthogonal to the plane of polarization of the main beam. A polarizing phase plate which has a peak on at least both sides of the center of the main beam and which is split into a sub-beam having a light intensity distribution in which the size of the beam main part is substantially equal to the size of the main part of the main beam, A condensing means for superimposing a main beam and a sub-beam emitted from the polarizing phase plate on the information storage surface and condensing the main beam and the sub-beam on the information beam; Driving means for driving the condensing means to focus and track an optical information storage carrier provided on the storage surface, and light reflected from the information storage surface. When the beam is incident on the beam, the light beam is polarized and separated into a main beam and a sub beam and emitted, and the light intensities of the main beam and the sub beam emitted from the polarization beam splitter are detected separately. Super-resolution light, which comprises: a light detecting means for outputting a light intensity signal according to the above; and a calculating means for calculating and outputting a super-resolution scanning signal based on the light intensity signal output from the light detecting means. Head device.
を有する基板と該基板の上に形成された偏光性ホログラ
ム素子又は偏光性回折格子からなることを特徴とする請
求項8に記載の超解像光ヘッド装置。9. The polarization separating means comprises a substrate having a refractive index uniaxial anisotropy and a polarizing hologram element or a polarizing diffraction grating formed on the substrate. Super resolution optical head device.
ト光源から発せられたコヒーレント光を一の方向の偏光
面を有する光成分と前記一の方向と直交する他の方向の
偏光面を有する光成分とに偏光分離し、前記一の方向の
偏光面を有する光成分を前記主ビームとして出射し、前
記他の方向の偏光面を有する光成分に対して相対位相差
を与えない第1の領域とπの相対位相差を与える第2の
領域とを有し、該第1及び第2の領域を通過する光成分
を前記副ビームとして出射することを特徴とする請求項
8に記載の超解像光ヘッド装置。10. The light component having a polarization plane of the coherent light emitted from the coherent light source, the polarization component having a polarization plane in one direction, and the polarization component having a polarization plane in another direction orthogonal to the one direction. A first region that is polarized and separated into and emits a light component having a polarization plane in the one direction as the main beam, and does not give a relative phase difference to a light component having a polarization plane in the other direction. 9. The super-resolution optical head according to claim 8, further comprising: a second region that provides a relative phase difference of π, and a light component that passes through the first and second regions is emitted as the sub-beam. apparatus.
性位相板における中心回りに分割された4領域に交互に
2領域づつ形成されていることを特徴とする請求項10
に記載の超解像光ヘッド装置。11. The first and second regions are formed so that two regions are alternately formed in four regions divided around the center of the polarizing phase plate.
The super-resolution optical head device described in 1.
ト光源から発せられたコヒーレント光を一の方向の偏光
面を有する光成分と前記一の方向と直交する他の方向の
偏光面を有する光成分とに偏光分離し、前記一の方向の
偏光面を有する光成分は相対的位相差を与えることなく
出射し、位相板回りにN個(Nは2以上の整数)に分割
されており前記他の方向の偏光面を有する光成分に対し
て相対位相差0,2π/N,(2π/N)×2,(2π
/N)×3,…,及び(2π/N)・(N−1)を順に
与えるN個の領域を有し、該N個の領域を通過する光成
分を前記副ビームとして出射することを特徴とする請求
項8に記載の超解像光ヘッド装置。12. The light component having coherent light emitted from the coherent light source, the light component having a polarization plane in one direction, and the light component having a polarization plane in another direction orthogonal to the one direction. The light component having a polarization plane in one direction is emitted without giving a relative phase difference, and is divided into N (N is an integer of 2 or more) around the phase plate. Relative phase difference 0, 2π / N, (2π / N) × 2, (2π
/ N) × 3, ..., And (2π / N) · (N−1) in order, and the light component passing through the N areas is emitted as the sub-beam. The super-resolution optical head device according to claim 8, which is characterized in that.
の各パルスに対して時系列的に交互に発生する第2のパ
ルス列とを有するコヒーレント光を発するコヒーレント
光源と、 前記コヒーレント光の入射を受け、該コヒーレント光の
波面に前記第1及び第2のパルス列に同期して選択的に
位相変移を与えることにより、前記コヒーレント光を、
前記第1のパルス列よりなる主ビームと、前記第2のパ
ルス列よりなり前記主ビームの光軸に垂直な面内でビー
ム中心の少なくとも両側にピーク値を持ちビーム主要部
のサイズが前記主ビームの主要部のサイズと実質的に等
しい光強度分布を有する副ビームとを出射する位相変調
手段と、 該位相変調手段から出射された主ビーム及び副ビームを
情報記憶面に集光する集光手段と、 前記主ビーム及び副ビームが前記情報記憶面に設けられ
た光学的情報記憶担体にフォーカシング及びトラッキン
グするように前記集光手段を駆動させる駆動手段と、 前記情報記憶面から反射してきた主ビーム及び副ビーム
の光強度を時間分離して別々に逐次検出して光強度信号
を出力する光検出手段と、 該光検出手段から出力された光強度信号に対して前記第
1のパルス列と前記第2のパルス列と間のパルス列間隔
相当の遅延時間を選択的に与える遅延手段と、 前記光検出手段から出力された光強度信号と前記遅延手
段により前記遅延時間を与えられた光強度信号とに基づ
き超解像走査信号を演算して出力する演算手段とを備え
ていることを特徴とする超解像光ヘッド装置。13. A coherent light source that emits coherent light having a first pulse train and second pulse trains that are alternately generated in time series with respect to each pulse of the first pulse train, and the incidence of the coherent light. Receiving the coherent light, by selectively giving a phase shift to the wavefront of the coherent light in synchronization with the first and second pulse trains,
A main beam composed of the first pulse train, and a main beam composed of the second pulse train, having a peak value on at least both sides of the beam center in a plane perpendicular to the optical axis of the main beam, and having a beam main portion size of the main beam. Phase modulating means for emitting a sub-beam having a light intensity distribution substantially equal to the size of the main part, and condensing means for condensing the main beam and the sub-beam emitted from the phase modulating means on an information storage surface. Driving means for driving the focusing means so that the main beam and the sub-beam are focused and tracked on an optical information storage carrier provided on the information storage surface, and a main beam reflected from the information storage surface, Light detection means for outputting the light intensity signal by sequentially detecting the light intensity of the sub-beam separately and sequentially, and the first light intensity signal output from the light detection means. Delay means for selectively providing a delay time corresponding to a pulse train interval between the pulse train and the second pulse train, a light intensity signal output from the photodetector means, and light given the delay time by the delay means. A super-resolution optical head device, comprising: a computing means for computing and outputting a super-resolution scanning signal based on the intensity signal.
光源と、 前記コヒーレント光源から発せられたコヒーレント光
を、主ビームと、該主ビームの偏光面と直交する偏光面
を有し前記主ビームの中心の少なくとも両側にピークを
持ちビーム主要部のサイズが前記主ビームの主要部のサ
イズと実質的に等しい光強度分布を有する副ビームとに
分離して出射する偏光性位相板と、 該偏光性位相板から出射された主ビームと副ビームとを
重畳せしめて情報記憶面に集光する集光手段と、 前記主ビームと前記副ビームとが重畳してなる光ビーム
が前記情報記憶面に設けられた光学的情報記憶担体にフ
ォーカシング及びトラッキングするように前記集光手段
を駆動させる駆動手段と、 前記集光手段と一体に設けられ、前記情報記憶面から反
射してきた復路の光ビームを回折させて前記コヒーレン
ト光源の発光面とほぼ同一の平面上に導くホログラム素
子と、 該ホログラム素子により回折された復路の光ビームの入
射を受け、該復路の光ビームを主ビームと副ビームとに
偏光分離して出射する偏光分離手段と、 前記コヒーレント光源の発光面とほぼ同一の平面上に設
けられ、前記偏光分離手段から出射された主ビーム及び
副ビームの光強度を別々に検出して光強度信号を出力す
る光検出手段と、 該光検出手段から出力された光強度信号に基づき超解像
走査信号を演算して出力する演算手段とを備えているこ
とを特徴とする超解像光ヘッド装置。14. A coherent light source that emits coherent light, a main beam of the coherent light emitted from the coherent light source, and a polarization plane orthogonal to the polarization plane of the main beam, and at least both sides of the center of the main beam. A polarizing phase plate which is split into a sub-beam having a peak in the beam and having a light intensity distribution substantially equal to the size of the main portion of the main beam, and which is emitted; And a light beam formed by superimposing the main beam and the sub-beam on the information storage surface, and a light beam formed by superposing the main beam and the sub-beam on the information storage surface. Driving means for driving the light converging means so as to focus and track the information storage carrier, and the light converging means are provided integrally with the drive means and reflected from the information storage surface. A hologram element that diffracts the return light beam and guides it on a plane substantially the same as the light emitting surface of the coherent light source, and receives the return light beam that is diffracted by the hologram element and receives the return light beam as a main beam. A polarization splitting means for splitting and outputting the polarized light into a sub beam and a sub beam, and the light intensity of the main beam and the sub beam emitted from the polarization splitting means, which are provided on substantially the same plane as the light emitting surface of the coherent light source. And a calculation means for calculating and outputting a super-resolution scanning signal based on the light intensity signal output from the light detection means. Super resolution optical head device.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7067627A JPH07320295A (en) | 1994-03-29 | 1995-03-27 | Super-resolution optical head device |
KR1019950020217A KR100214046B1 (en) | 1995-03-27 | 1995-07-10 | A super-resolution optical head device |
EP95112881A EP0735527B1 (en) | 1995-03-27 | 1995-08-16 | Super-resolution optical head apparatus |
DE69519563T DE69519563T2 (en) | 1995-03-27 | 1995-08-16 | Optical head device with high resolution |
US08/888,529 US6115345A (en) | 1995-03-27 | 1997-07-07 | Super-resolution optical head apparatus |
US09/465,773 US6185168B1 (en) | 1995-03-27 | 1999-12-17 | Super-resolution optical head apparatus |
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JP5899494 | 1994-03-29 | ||
JP6-58994 | 1994-03-29 | ||
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07320295A true JPH07320295A (en) | 1995-12-08 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07320295A (en) |
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1995
- 1995-03-27 JP JP7067627A patent/JPH07320295A/en not_active Withdrawn
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