JP2000348375A - 情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 情報記録再生装置において、マルチ光ビーム
を用いて安定なトラッキング制御を行ったり、複数のト
ラックから信号を並列再生すると同時に、光ビームを１
本にして情報記録もできるようにする。 【解決手段】 印可電圧で回折光を出させたり、なくし
たりできる可変回折素子１１０３、１１１３を導入し
て、記録時に光ビームを一本にして強度を確保し、再生
時に複数の光ビームとして安定したトラッキング又は並
列再生を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録用光ディスク
又は再生用光ディスクに対して、再生するときには複数
の光ビームを発生させ再生信号の転送速度を早くし、記
録をするときには一本の光ビームとして記録の効率を上
げることができる高効率の情報記録再生装置に関する。

【０００２】また再生時には光ビームを分割して３ビー
ムトラッキングやDPP(DifferentialPush-pull)トラッキ
ング等の安定したトラッキングサーボ信号に使用し、記
録時には一本の光ビームとして記録の効率を上げること
ができる高効率の情報記録再生装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来の光ディスクの記録時には光の利用
効率を上げるため、放射光源から出射する光ビームを複
数に分けることなく単一の光ビームとして使用する例が
多い。一方、光ディスクの再生時には、ディスク上のト
ラックに追従させるためのトラッキングサーボを安定に
するために複数の光ビームを用いて安定化を図ることが
多くある。

【０００４】また再生信号の転送レートをあげるため、
複数の光ビームを用いて再生する方式も既に実用化され
ている。

【０００５】以下従来よく用いられる代表的な再生方式
の例を図８と図９を使って説明する。

【０００６】図８は３本の光ビームを作り真ん中の光ビ
ームで信号再生をして、両側の光ビームでトラッキング
の安定化を図る方式を備えた情報記録再生装置を示して
いる。

【０００７】放射光源（半導体レーザ）１７０１を出射
した光ビーム１７０２は回折格子１７０３で零次光ビー
ムと＋１次光ビームおよび−１次光ビームの３本の光ビ
ームに分割され、ビームスプリッター１７０４で反射し
て、光ビーム収束手段（対物レンズ）１７０５に入射す
る。光ビーム収束手段１７０５で収束された光ビームは
記録情報担体１７０６に入射する。記録情報担体１７０
６で反射した光ビームは再び光ビーム収束手段１７０５
を透過して、ビームスプリッター１７０４を透過しサー
ボ信号や情報信号を再生する為の光検出器１７０８に入
射する。ここで回折格子１７０３で分割された零次光ビ
ームと＋１次光ビームおよび−１次光ビームの３本の光
ビームはそれぞれ対応する光検出器１７０８、１７０
９、１７１０に入射する。光検出器１７０８から情報信
号を、光検出器１７０９と１７１０の差信号からトラッ
キングサーボの為の信号をそれぞれ得る。この方式は３
ビーム方式と一般に呼称される方式でありよく知られた
方式であるため詳細な説明は省略する。

【０００８】光検出器１７０９と１７１０をそれぞれさ
らに半分に分割してそれぞれの光検出器に入射する光ビ
ームの光スポットを信号トラック間に位置させてファー
フィールド信号を取り、これらのファーフィールド信号
と光検出器１７０８を分割して得たファーフィールド信
号との差をとってトラッキング信号を補正するいわゆる
ＤＰＰ（Differential Push-pull）方式もこの３ビーム
に分割するという範疇に入る。この方式もよく知られた
方式であるため詳細な説明は省略する。

【０００９】図９は回折格子１７０３を詳細に示したも
ので、ガラス基板１８０１の一方の表面に一定の周期で
位相段差が設けられて回折格子を形成している。１８０
２，１８０３，１８０４は順に零次光ビーム、＋１次光
ビーム、−１次光ビームを示している。この回折格子に
よる零次光ビーム１８０２の光量は入射光ビームの光量
の５０〜８０％程度となり、記録再生等に使うには出射
パワーの大きなレーザを使う必要がありコストアップ等
の要因となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】これらの方式には、共
通の課題がある。即ち再生専用の場合にはさしたる問題
はないが、記録を行う場合に光源のパワーが不足すると
いう問題がある。

【００１１】このパワー不足は再生時のビーム分割に原
因があり、例えば３ビーム法では、中心の零次光ビー
ム、＋１次光ビーム、−１次光ビーム、及び高次回折ロ
スの光量割合は通常７：１：１：１程度となる。即ち中
心の零次光ビームの光量は入射光ビームの光量に対して
約３割落ちることになる。

【００１２】マルチビーム再生では例えば７本の光ビー
ムをほぼ均等に分割するためこの方式を使っての記録は
ほぼ不可能に近い。

【００１３】本発明は上述のような記録時の光源のパワ
ー不足を補い、さらに光学系の精度に影響のない記録と
再生の互換を確保する方式を備えた情報記録再生装置を
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は記録と再生の互
換を確保するためにビーム分割手段である回折格子を記
録時に取りさり、再生時に入れるというものである。こ
の問題の解決の為に本発明者は回折格子を機械的に取り
外すことを考えた。この考え方も基本的には本発明の範
囲の内と考えられるが、回折格子の設定精度が厳しく製
品として十分に精度を保つ機構の考案までには至らず記
録と再生の互換を保つのは相対的に困難であった。

【００１５】この回折格子の設定精度を保つために機械
的に切り替えるのではなく電気的に切り替えることが考
えられる。

【００１６】この為本発明の実施の形態では、電気的に
屈折率を変え回折格子を形成する。例えば電気を印可す
ることで屈折率差を出し、電気を印可させないことで屈
折率差の出ない材料を用いて回折素子を形成する。

【００１７】本発明の第１の情報記録再生装置は、放射
光源と、前記放射光源から出射する光ビームを受け情報
担体上に集光する光ビーム収束手段と、前記放射光源と
前記光ビーム収束手段との間にあって状態１の時に前記
光ビームを分岐し、状態２の時に前記光ビームを分岐し
ない光ビーム分岐手段と、前記光ビーム分岐手段で分岐
された光ビームを受ける光検出器とからなる。かかる構
成によれば、状態１の時に安定なトラッキング又は情報
信号の並列再生を行わさせ、状態２の時に相対的に低出
力の光源を用いながら記録を行わさせる事が出来る。

【００１８】上記に於いて、前記放射光源から出射する
光ビームを受け略平行光とするコリメート手段を更に有
し、前記光ビーム収束手段は前記略平行光を受け情報担
体上に集光することが好ましい。コリメート手段を入れ
ることで光ビーム収束手段への入射光ビームを略平行光
ビームとする事ができ、光ビーム収束手段の光軸方向の
位置依存性を軽減できる利点がある。

【００１９】本発明の第２の情報記録再生装置は、放射
光源と、前記放射光源から出射する光ビームを受け情報
担体上に集光する光ビーム収束手段と、前記放射光源と
前記光ビーム収束手段との間にあって状態１の時に前記
光ビームを複数の光ビームに分岐し、状態２の時に前記
光ビームを分岐しない光ビーム分岐手段と、前記光ビー
ム分岐手段で分岐された複数の光ビームが前記情報担体
の複数の情報トラック上にそれぞれ照射された後反射し
た光ビームをそれぞれ受ける複数の光検出器とからな
る。かかる構成によれば、状態１の時に複数のトラック
から情報信号を並列再生でき、状態２の時に単数の光ビ
ームとして単数のトラックに対して再生又は記録動作を
させることができる。

【００２０】以上のように、本発明によれば、光源から
の光ビームを複数に分割して安定なトラッキング制御を
行なったり、複数の情報トラックを並列再生したりする
ことと、１つの光ビームのままで情報を記録することと
を、共通する比較的低出力の光源を用いて行なうことが
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明するが、本発明はこの図面によって限定
されるものではなく色々なバリエーションが想定できる
ものである。

【００２２】（実施の形態１）本発明の第１の実施の形
態を図１（ａ）を用いて説明する。放射光源（半導体レ
ーザ）１１０１を出射した光ビーム１１０２は光ビーム
分岐手段１１０３を透過し、光ビーム分割手段１１０４
で反射し、光ビーム収束手段（対物レンズ）１１０５を
透過し、記録情報担体１１０６に入射する。

【００２３】光ビーム分岐手段１１０３は状態１の時光
ビームを分岐し、状態２の時光ビームを分岐しない素子
であり、本実施の形態では液晶を用いた可変回折素子と
した。

【００２４】即ち状態１の時には液晶に電圧が印可さ
れ、状態２では液晶に電圧が印可されない。従って状態
１では光ビーム分岐手段１１０３は回折素子として働
き、状態２では光ビーム分岐手段１１０３は単なるガラ
ス板と同じ透明板として働く。従って状態２では回折に
よる光量ロスが発生しないので比較的光出力の少ないレ
ーザを用いて情報記録を実現できる。レーザの製造歩留
まりは光出力と大きく関連しておりコストダウンを図る
ことができる。

【００２５】記録情報担体１１０６で反射した光ビーム
は再び光ビーム収束手段１１０５を透過し、光ビーム分
割手段１１０４を透過してサーボ信号や情報信号を再生
する為の光検出器１１０８に入射する。ここではサーボ
信号検出の為の方法は詳述しないが、ホログラム等を用
いてサーボ信号を検出し、フォーカスサーボやトラッキ
ングサーボを行うことができる。この検出方法や、サー
ボの具体的な動作、方式は本発明とは直接関係がないの
で説明を省略する。

【００２６】（実施の形態２）第２の実施の形態を図１
（ｂ）を用いて説明する。放射光源１１１１を出射した
光ビーム１１１２は光ビーム分岐手段１１１３、光ビー
ム分割手段１１１４を透過して、光ビーム収束手段１１
１５を透過し、記録情報担体１１１６に入射する。光ビ
ーム分岐手段１１１３は状態１の時光ビームを分岐し、
状態２の時光ビームを分岐しない素子であり、本実施の
形態では液晶を用いた可変回折素子とした。即ち状態１
の時には液晶に電圧が印可され、状態２では液晶に電圧
が印可されない。従って状態１では光ビーム分岐手段１
１１３は回折素子として働き、状態２では光ビーム分岐
手段１１１３は単なるガラス板と同じ透明板として働
く。従って状態２では回折による光量ロスが発生しない
ので比較的光出力の少ないレーザを用いて情報記録を実
現できる。

【００２７】記録情報担体１１１６で反射した光ビーム
は再び光ビーム収束手段１１１５を透過し、光ビーム分
割手段１１１４で回折されサーボ信号や情報信号を再生
する為の光検出器１１１８に入射する。ここではサーボ
信号検出の為の方法は詳述しないが、光ビーム分割手段
１１１４としてはホログラム等を用いており、光検出器
１１１８でサーボ信号を検出しフォーカスサーボやトラ
ッキングサーボを行うことができる。この検出方法や、
サーボの具体的な動作、方式は本発明とは直接関係がな
いので説明を省略する。

【００２８】（実施の形態３）上記第１の実施の形態に
コリメートレンズを追加した方式を図２（ａ）に示す。
放射光源１１０１から出射した光ビーム１１０２はコリ
メートレンズ１１２０により平行光となる。その他の動
作は第１の実施の形態と同じである。

【００２９】また、上記第２の実施の形態にコリメート
レンズを追加した方式を図２（ｂ）に示す。放射光源１
１１１から出射した光ビーム１１１２はコリメートレン
ズ１１３０により平行光となる。その他の動作は第２の
実施の形態と同じである。

【００３０】（実施の形態４）マルチビームを発生させ
る光ビーム分岐手段の実施の形態の概略図を図３に示
す。図３の（ａ）はマルチビームを発生させる深さｔの
回折格子を刻んだ可変回折素子の実施の形態を示してい
る。片面に凹凸溝状の回折格子が形成された硝子基板１
２０１と、両面が略平行平面の硝子基板１２０３との間
に回折格子部を満たすように屈折率可変部材１２０２が
満たされている。本実施の形態では屈折率可変部材の例
として液晶を使用した。液晶以外の固体結晶も使用でき
る。液晶１２０２が硝子と接する面には透明電極１２０
６，１２０８が設けられている。液晶１２０２は漏れな
いようにシール部材１２０４で封印されている。

【００３１】透明電極にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide)
等を用いることができる。

【００３２】電圧の印可されないときの液晶の屈折率ｎ
c1、基板ガラスの屈折率ｎｇとすると以下の関係が成り
立つ。

【００３３】

【数１】

【００３４】回折格子によって発生する位相差を△、光
ビームの波長をλ、電圧が液晶を挟む透明電極の間に印
可されたときの液晶の屈折率ｎ（ｖ）とすると、以下の
関係が成り立つ。

【００３５】△＝２π（ｎ（ｖ）−ｎｃ1）ｔ／λ

【００３６】電圧が印可されないときには位相差が発生
しないので入射光１２０５は回折されずにそのまま通過
する。電圧が印可されるとｎ（ｖ）＞ｎｃ1となり回折
格子が形成される。回折光１２０７は印可電圧で強度が
変化するが通常一次回折光の強度が零次光の強度に対し
６〜１４％となるように設定する。

【００３７】図３の（ｂ）は可変回折素子の別の実施の
形態である。ストライプ状の透明電極１２１６が設けら
れている硝子基板１２１１と、一様な透明電極１２１７
が設けられている両面が略平行平面の硝子基板１２１３
との間に回折格子部を満たすように屈折率可変部材１２
１２が満たされている。本実施の形態では屈折率可変部
材の例として液晶を使用した。液晶以外の固体結晶も使
用できる。液晶は漏れないようにシール部材１２１４で
封印されている。液晶は印可される電圧により屈折率を
変化させる事のできる部材の代表的なものである。

【００３８】液晶１２１２は透明電極１２１６，１２１
７間に電圧が印可されていないときには一様な屈折率と
なり、透明電極１２１６，１２１７間に電圧を印可する
と電極に挟まれた部分の屈折率が大きくなる。電圧の印
可されないときの液晶の屈折率ｎc2、透明電極の屈折率
ｎａとすると以下の関係が成り立つ。

【００３９】

【数２】

【００４０】回折格子によって発生する位相差を△、光
ビームの波長をλ、電圧が印可されたときの液晶の屈折
率ｎ（ｖ）、液晶厚さをｄとすると、以下の関係が成り
立つ。

【００４１】△＝２π（ｎ（ｖ）−ｎｃ2）ｄ／λ

【００４２】電圧が印可されないときには位相差が発生
しないので入射光１２１５は回折されずにそのまま通過
する。電圧が印可されるとｎ（ｖ）＞ｎｃ2となり回折
格子が形成される。回折光１２１８は印可電圧で強度が
変化するが通常一次回折光の強度が零次光の強度に対し
６〜１４％となるように設定する。

【００４３】位相差は目的により異なるが、例えば３ビ
ームトラッキングやＤＰＰのトラッキング方式を使用す
る場合には、設計により差はあるが位相差がπ／６以下
が標準である。もちろんこの範囲外での設計も考えられ
るが、光ビームの利用効率を考えるとやや損な光学系と
なる。

【００４４】図３で示したような回折光を発生させたり
零次光のみとさせる可変回折素子を用いてトラッキング
制御を行なう実施形態を説明する。

【００４５】可変回折素子に電圧が印可されると３本の
光ビームが発生する。図４は３ビームトラッキングを行
うときの光ディスク上の信号ピット１３０１と光スポッ
ト１３０２，１３０３，１３０４の関係を示している。
各光スポットの反射光ビームは光ビーム収束手段１３０
５で集光され光検出器１３０６，１３０７，１３０８で
検出される。零次の光ビームは光検出器１３０６で＋１
次及び−１次回折光はそれぞれ光検出器１３０７，１３
０８で検出される。３ビームトラッキングの方式につい
てはすでに公知であり、ここでは詳細な説明は省略す
る。

【００４６】可変回折素子に電圧が印可されないと、光
ビームはそのまま通過して、ディスク上には光スポット
１３０２のみができる。光ビーム収束手段１３０５で集
光された反射光ビームはファーフィールドトラッキング
ができるように２分割された光検出器１３０６で検出さ
れる。この場合には光ビームの強度が低下しないので情
報記録が可能になる。このように、可変回折素子に印加
する電圧を制御することにより３ビームトラッキングと
ファーフィールドトラッキングとを切り替えることがで
きる。

【００４７】図５はＤＰＰ(Differential Push-pull)と
呼ばれるトラッキングと、ファーフィールドトラッキン
グとを切り替える方式を示している。３本の光ビーム
は、ディスク上において、トラックセンタ上の光スポッ
ト１３０２とトラック間の光スポット１４０３，１４０
４を形成する。光検出器１４０６，１４０７，１４０８
は何れも２分割されておりそれぞれファーフィールドト
ラッキングができるようになっている。ＤＰＰの方式に
ついてはすでに公知であり、ここでは詳細な説明は省略
する。

【００４８】可変回折素子に電圧が印可されると３本の
光ビームが発生して、ＤＰＰ方式のトラッキングを行う
事ができる。光ビーム収束手段１３０５で集光された反
射光ビームは光検出器１４０６，１４０７，１４０８で
検出される。零次の光ビームは光検出器１４０６で＋１
次及び−１次回折光はそれぞれ光検出器１４０７，１４
０８で検出される。

【００４９】可変回折素子に電圧が印可されないと、光
ビームはそのまま通過して、ディスク上には光スポット
１３０２のみができる。光ビーム収束手段１３０５で集
光された反射光ビームはファーフィールドトラッキング
ができるように２分割された光検出器１４０６で検出さ
れる。可変回折素子に電圧が印可されないと、光ビーム
強度を強くすることができ情報記録が可能となる。

【００５０】一方マルチビームで再生する場合には各光
ビーム強度はほぼ均等になる必要がある。

【００５１】この場合には回折格子の形状はいわゆる矩
形ではなくダマングレーティング（Dammann grating）
と呼称されるグレーティングとなり、位相差はおよそπ
／３位となる。ダマングレーティングについては、J.Ja
hns et al.,“Dammann gratings for laser beam shapi
ng”,Appl.opt.,Vol.23,No.12,pp.1267〜1275(1989).に
詳述されており、説明は省略する。

【００５２】図６にダマングレーティングの形状をした
実施の形態を示す。マルチビームを発生させる深さの三
角状の回折格子を刻んだ可変回折素子の実施の形態であ
る。片面に回折格子を形成した硝子基板１５０１と、両
面が略平行平面の硝子基板１５０３との間に回折格子部
を満たすように屈折率可変部材１５０２が満たされてい
る。屈折率可変部材の例として液晶を使用した。液晶以
外の固体結晶も使用できる。液晶１５０２が硝子と接す
る面には透明電極１５０６，１５０８が設けられてい
る。液晶１５０２は漏れないようにシール部材１５０４
で封印されている。可変回折素子に電圧が印可されると
零次光ビーム１５０５と強度がほぼ同じ複数本の回折光
ビーム１５０７が発生する。この複数本の光ビームをそ
れぞれ光ディスク上の異なる情報トラック上の信号ピッ
トに照射する。

【００５３】図７にこのようなマルチビームを照射した
ときの光スポット１６０２と信号ピット１６０１の様子
を模式的に示した。本実施の形態では７本のほぼ均一な
光ビームによる光スポット１６０２がディスク上の７本
の情報トラック上にそれぞれ形成されている。この光ビ
ームの数は回折格子の設計により任意の個数にすること
ができるが、数が多くなりすぎると光ビームのなす視野
角が収差上の制限を越えるため実際上そんなに多くする
ことができない。光ビーム収束手段１６０５で集光され
た反射光ビームは光検出器アレー１６０７で検出され
る。この７本ビームの場合には少なくとも７個の光検出
器で検出される。実際の再生ではいずれか１本の光ビー
ムをサーボのために使用する。

【００５４】可変回折素子に電圧が印可されないと、光
ビームはそのまま通過して、ディスク上には一つの光ス
ポットのみができる。光ビーム収束手段１６０５で集光
された反射光ビームはファーフィールドトラッキングが
できるように２分割された光検出器（図示せず）で検出
される。この場合には光ビームの強度が低下しないので
情報記録が可能になる。

【００５５】このように、可変回折素子に電圧が印可さ
れる時には、複数の光ビームを形成して対応する複数の
トラック上に照射して、信号で変調された反射光をそれ
ぞれ対応する光検出器で検出することができる。可変回
折素子に電圧が印可されないときには光ビームは一本と
なり光ビーム強度を強くすることができる。この方式を
用いて光ディスクに記録及び再生をすることができる。
従来はマルチビームでの簡単な構成で記録動作と再生動
作との互換を行うことが困難であったが、本発明により
容易に情報記録とマルチ光ビーム読み出しとの互換を行
うことができるようになった。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ビーム
分岐手段を使った情報記録再生装置によって、従来困難
であったマルチ光ビームを用いて安定な制御を行った
り、複数のトラックから信号を並列再生すると同時に、
光ビームを１本にして情報記録もできるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の情報記録再生装置の光学構成を示す図

【図２】本発明の情報記録再生装置の別の光学構成を示
す図

【図３】本発明の光ビーム分岐手段の実施の形態例を示
す断面図

【図４】本発明の情報記録再生装置において３ビームト
ラッキング制御を行なう場合のディスク上の光スポット
の配置を示す図

【図５】本発明の情報記録再生装置においてＤＰＰトラ
ッキング制御を行なう場合のディスク上の光スポットの
配置を示す図

【図６】本発明の光ビーム分岐手段の別の実施の形態例
を示す断面図

【図７】本発明の情報記録再生装置においてマルチビー
ム再生を行なう場合のディスク上の光スポットの配置を
示す図

【図８】従来例の情報記録再生装置の光学構成を示す図

【図９】従来の回折素子の例を示す断面図

【符号の説明】

１１０１，１１１１，１７０１ 放射光源（半導体レー
ザ） １１０２，１１１２ 光ビーム １１０３，１１１３ 光ビーム分岐手段（可変回折素
子） １１０４、１１１４ 光ビーム分割手段 １１０５，１１１５，１３０５，１７０５ 光ビーム収
束手段（対物レンズ） １１０６，１１１６，１７０６ 記録情報担体 １１０８，１１１８ 光検出器 １１２０，１１３０ コリメートレンズ １２０２，１２１２，１５０２ 液晶

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松▲ざき▼ 圭一 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 和田 秀彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射光源と、前記放射光源から出射する
   光ビームを受け情報担体上に集光する光ビーム収束手段
   と、前記放射光源と前記光ビーム収束手段との間にあっ
   て状態１の時に前記光ビームを分岐し、状態２の時に前
   記光ビームを分岐しない光ビーム分岐手段と、前記光ビ
   ーム分岐手段で分岐された光ビームを受ける光検出器と
   からなる情報記録再生装置。
2. 【請求項２】 前記放射光源から出射する光ビームを受
   け略平行光とするコリメート手段を更に有し、前記光ビ
   ーム収束手段は前記略平行光を受け情報担体上に集光す
   る請求項１記載の情報記録再生装置。
3. 【請求項３】 放射光源と、前記放射光源から出射する
   光ビームを受け情報担体上に集光する光ビーム収束手段
   と、前記放射光源と前記光ビーム収束手段との間にあっ
   て状態１の時に前記光ビームを複数の光ビームに分岐
   し、状態２の時に前記光ビームを分岐しない光ビーム分
   岐手段と、前記光ビーム分岐手段で分岐された複数の光
   ビームが前記情報担体の複数の情報トラック上にそれぞ
   れ照射された後反射した光ビームをそれぞれ受ける複数
   の光検出器とからなる情報記録再生装置。
4. 【請求項４】 状態１が再生状態であり、状態２が記録
   状態である請求項１〜３のいずれかに記載の情報記録再
   生装置。
5. 【請求項５】 前記光ビーム分岐手段が可変回折素子で
   ある請求項１〜３のいずれかに記載の情報記録再生装
   置。
6. 【請求項６】 前記光ビーム分岐手段は、前記状態１の
   時にダマングレーティングとして機能する請求項３記載
   の情報記録再生装置。