JP2009104753A - 光ヘッド装置およびそれを用いた情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】情報を記録する記録パルスとして、緩和振動を伴って発生するサブナノクラスのパルスレーザ光を用いて記録媒体に情報を記録する情報記録再生装置ならびにそれに用いる光ヘッド装置において、記録パルス長を安定化する。
【解決手段】この発明は、所定波長の光を出力するレーザ素子に駆動電流を供給するレーザ駆動回路（１０５）と、レーザ駆動回路に供給するレーザ駆動電流に、緩和振動を生じさせるための所定のタイミングパルスを供給するレーザ制御回路（１０４、１０５）と、を有し、レーザ制御回路は、レーザ素子からレーザ出力が出力可能に、レーザ駆動回路からレーザ素子に供給される閾値よりも大きなレーザ駆動電流を供給するとともに、タイミングパルスに基づいてレーザ駆動電流を閾値よりも小さいレベルに設定することを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

この発明は、サブナノクラスのパルスレーザ光を用いて記録媒体に情報を記録する情報記録再生装置ならびにそれに用いる光ヘッド装置に関する。

情報の記録、再生ならびに消去（繰り返し記録）に適した記録媒体として、光ディスクが広く利用されている。なお、光ディスクは、記録容量で区別すると、ＣＤ規格、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）規格に分類される。特に、映像および音声（音楽データ）の記録には、ＤＶＤ規格とＤＶＤ規格をさらに発展させたＨＤ ＤＶＤおよびＢＤ（ブルーレイディスク）が、記録容量の点で、幅広く使われている。

上記のような光ディスクへの記録方法として、記録パルス長さが１ｎｓ（ナノ秒）よりも小さい急峻なパルスを利用して、より高密度で情報を記録する方法が開発されている。この記録方法は、例えばサブナノパルス記録方法、あるいは緩和振動を利用した記録方法と称される。

特許文献１には、緩和振動を使った光ディスク記録装置／半導体レーザ駆動方法が開示されている。なお、文献１には、記録用のレーザ光を出力する際に、半導体レーザ素子に注入する電流を下げる、ことおよびその周期がおよそ２ＧＨｚから４ＧＨｚであることが記載されている。
特開２００２−１２３９６３

しかしながら、特許文献１に記載された記録装置／半導体レーザ駆動方法においては、記録用のレーザ光の立ち上がりおよび立ち下がり特性を改善するために、緩和振動を利用することを示すのみで、記録パルス長を安定化すること、および緩和振動により発生する急峻なパルスを情報の記録に利用することは言及されていない。

この発明の目的は、情報を記録する記録パルスとして、緩和振動を伴って発生するサブナノクラスのパルスレーザ光を用いて記録媒体に情報を記録する情報記録再生装置ならびにそれに用いる光ヘッド装置において、記録パルス長を安定化することである。

この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、所定波長の光を出力するレーザ素子と、前記レーザ素子に駆動電流を供給するレーザ駆動回路と、前記レーザ駆動回路に供給するレーザ駆動電流に、緩和振動を生じさせるための所定のタイミングパルスを供給するレーザ制御回路と、を有し、前記レーザ制御回路は、前記レーザ素子からレーザ出力が出力可能な前記レーザ駆動電流の最小の電流値（閾値）よりも大きなレーザ駆動電流を供給するとともに、前記タイミングパルスに基づいて前記レーザ駆動電流を前記閾値よりも小さいレベルに設定することを特徴とする光ヘッド装置である。

この発明によれば、緩和振動を伴って発生するサブナノクラスのレーザ光のパルス幅、すなわち記録パルス長が安定化される。これにより、記録密度を向上することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態が適用可能な情報記録再生装置（光ディスク装置）の構成の一例を示す。

図１に示す情報記録再生装置、すなわち光ディスク装置１は、光ピックアップ（ＰＵＨアクチュエータ）１０から出射されるレーザ光を、記録媒体すなわち光ディスクＤの情報記録層に集光することにより、光ディスクＤに情報を記録し、また光ディスクＤから情報を再生できる。

光ディスクＤは、図示しないディスクモータの図示しないターンテーブルに支持され、ディスクモータが所定の回転数で回転されることにより、所定の速度で回転される。

ＰＵＨ（光ピックアップ）１０は、図示しないピックアップ送り用モータにより情報の記録または再生もしくは消去の各動作時のそれぞれにおいて、光ディスクＤの径方向に、所定の速度で移動される。

ＰＵＨ１０には、図２を用いて以下に説明するように、所定波長、例えば波長が４０５ｎｍのレーザ光（光ビーム）を出力するレーザダイオード（ＬＤ）２１と、ＬＤ（レーザダイオード）２１から出力された光ビームを、光ディスクＤの記録面に集光するとともに光ディスクＤの記録面（信号面）から反射された反射光ビームを捕捉する対物レンズ２５が組み込まれている。

ＰＵＨ１０にはまた、ＬＤ２１から出力された光ビームが光ディスクＤの記録面で反射された反射光ビームを受光してその光強度に対応する電流または電圧を出力する光検出器（ＰＤ）１１および対物レンズ２５を光ディスクＤの面と垂直な方向へ移動させる図示しないフォーカス制御コイル、および対物レンズ２５を光ディスクＤの径方向へ移動させるトラッキング制御コイル２６等が組み込まれている。

光検出器１１により検出された信号は、後段に設けられる信号処理部において、情報の再生に用いられるデータ信号に、利用可能に処理される。また、光検出器１１からの出力は、対物レンズ２２（ＰＵＨ１０）の位置を、光ディスクＤの記録面に対して所定の位置関係に位置させるための制御信号、すなわちフォーカス制御コイルにフォーカス制御信号を供給するために利用されるフォーカスエラー信号ならびにトラッキング制御コイル２６にトラッキング制御信号を供給するために利用されるトラックエラー信号等に、利用可能に処理される。

なお、本発明の光ピックアップ（ＰＵＨ）１０が少なくともトラッキング制御のための反射光ビームが読み込み可能な光ディスクＤとしては、例えば新規格で現行のＤＶＤ規格の光ディスクに比較してさらに高密度記録が可能な（次世代）ＤＶＤ（以下「ＨＤ ＤＶＤ」と呼称する）規格の光ディスクが利用可能である。また、現行のＤＶＤ規格で情報の記録と消去が可能なＤＶＤ−ＲＡＭディスクおよびＤＶＤ−ＲＷディスクや、新たな情報の書き込みのみが可能なＤＶＤ−Ｒディスク、もしくは既に情報が記録されているＤＶＤ−ＲＯＭディスク等の、周知のさまざまな種類のディスクのそれぞれも利用可能であることはいうまでもない。

光ディスクＤから反射したレーザ光は、ＰＵＨ１０のフォトディテクタ（ＰＤ）１１で電気信号として検出される。ＰＤ１１の出力信号は、プリアンプ１２で増幅され、コントローラ（レンズ位置制御量設定装置（主制御装置））１００と接続されたサーボ回路（レンズ位置制御装置）１０１、ＲＦ信号処理回路（出力信号処理回路）１０２、およびアドレス信号処理回路１０３に出力される。

サーボ回路１０１では、ＰＵＨ１０に支持されている対物レンズ２２のフォーカスサーボ（対物レンズの焦点位置に対する光ディスクＤの記録層と対物レンズとの間の距離の差の制御）信号およびトラッキングサーボ（対物レンズの光ディスクＤのトラックを横切る方向の位置の制御）信号が生成され、各信号が、それぞれ、ＰＵＨ１０の図示しないフォーカスアクチュエータとトラッキングアクチュエータ（レンズ位置制御機構）とに出力される。

ＲＦ信号処理回路１０２では、ＰＤ１１により検出され、再生された信号からユーザーデータや管理情報が取り出され、アドレス信号処理回路１０３では、アドレス情報、すなわちＰＵＨ１０の対物レンズが現在対向している光ディスクＤのトラックまたはセクタを示す情報が取り出され、コントローラ１００に出力される。

コントローラ１００により、アドレス情報に基づいて、所望の位置のユーザーデータ等のデータを読み出すために、あるいは所望の位置にユーザーデータや管理情報を記録するために、ＰＵＨ１０の位置が制御される。

また、コントローラ１００では、情報の記録や情報の再生に際し、レーザ素子（ＬＤ）から出力されるレーザ光の強度が指示される。なお、コントローラ１００の指示により、所望の位置のアドレス（トラックあるいはセクタ）に既に記録されているデータが消去可能である。

光ディスクへの情報の記録時には、（コントローラ１００の制御により）記録信号処理回路１０４において、光ディスクへの記録に適した記録波形信号に変調された記録データすなわち記録信号がレーザ駆動回路（ＬＤＤ）１０５に供給される。ＰＵＨ１０のレーザ素子からは、ＬＤＤ１０５から供給されるレーザ駆動信号に対応して、記録すべき情報に応じて強度が変化されたレーザ光が出力される。これにより、光ディスクＤに情報が記録される。

図２は、図１に示した光ディスク装置のＰＵＨ（光ピックアップ）の一例を示す。

ＰＵＨ１０は、例えば半導体レーザ素子であるＬＤすなわち光源２１を含む。ＬＤ２１から出力されるレーザ光の波長は、例えば４０５ｎｍである。

ＬＤ（光源）２１からのレーザ光は、コリメートレンズ２２によりコリメート（平行光化）されるとともに、予め所定の位置に設けられている偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２３および１／４波長板（偏光制御素子）２４を通り抜けた後に、集光素子すなわち対物レンズ（ＯＬ）２５により捕獲される。対物レンズ２５に捕獲されたレーザ光は、対物レンズ２５により所定の収束性が与えられる（ＬＤ２１からのレーザ光は、対物レンズ２５に案内され、対物レンズ２５の焦点位置で最小光スポットを呈する）。なお、対物レンズ２５は、例えばプラスチック製で、その開口数ＮＡは、例えば０．６５である。

光ディスクＤの情報記録面で反射されたレーザ光は、対物レンズ２５により捕捉され、概ね平行な断面ビーム形状が与えられて、偏光ビームスプリッタ２３に戻される。なお、光ディスクＤから反射された反射レーザ光は、１／４波長板２４により、光ディスクＤに向かうレーザ光の偏光の方向と偏光の方向が９０度変化される。

偏光ビームスプリッタ２３に戻された反射レーザ光は、１／４波長板２４により偏光の方向が９０度回転された結果、偏光ビームスプリッタ２３で反射され、フォーカスレンズ２７により、フォトディテクタ１１の受光面に結像される。また、反射レーザ光は、フォーカスレンズ２７により所定の収束性が与えられる前段で、光分割素子２８を通過されることにより、フォトディテクタ（ＰＤ）１１に予め与えられている検出領域の配列に対応して、所定数に分割される。

より詳細には、半導体レーザ（ＬＤ）２１から発したレーザ光は、コリメートレンズ２２によりコリメートされる。このレーザ光は、直線偏光であり、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）２３を透過し、１／４波長板２５により偏光面が円偏光に変化（回転）され、対物レンズ２５により、光ディスクＤに集光される。

光ディスクＤに集光されたレーザ光は、光ディスクに記録されている記録マーク（記録マーク列）や、グルーブ等で変調される。

光ディスクＤの記録面で反射あるいは回折した反射レーザ光は、対物レンズ２５で再びほぼ平行化され、１／４波長板２４を再び通過されて、往路とは偏光の方向が９０度変化される。

このようにして、偏光の方向が往路と９０度変化された反射レーザ光は、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）２３の偏光面で反射され、光分割素子２８を通過されることにより、フォトディテクタ（ＰＤ）１１に予め与えられる検出領域に対応する複数の光束に分割されて、所定の方向に偏向される（分割されたレーザ光毎に、それぞれのレーザ光に対応して設けられているフォトディテクタの受光領域に向けて中心からの距離が変化される）。

以下、所定数に分割された反射レーザ光は、レンズ２７により、フォトディテクタ１１の所定の受光領域に、集光される。

図３は、レーザダイオードの構成（共振器長）を説明する概略図である。

レーザダイオード（ＬＤ）２１は、図示しないハウジング内に、図３に概略を示すような半導体レーザチップ３０を含む。

レーザチップ３０は、例えば厚さ（上下方向）ｔが０．１５ｍｍ、長さ（左右方向）Ｌが０．５ｍｍ、横幅（奥行き方向）ｄが０．２ｍｍ程度の微小ブロックである。

レーザチップ３０は、活性層３１が上下方向から第１および第２のクラッド３２，３３により挟み込まれたもので、それぞれのクラッドの上端３２ａおよび下端３３ａが、「−（マイナス）」電極（３２ａ）と「＋（プラス）」電極（３３ａ）である。

第１および第２のクラッド層３２，３３は、それぞれ、活性層３１の屈折率に対して、例えば５％程度低くなるよう材料選択されており、活性層３１にて発生した光は、上下のクラッド層との境界を反射しながら活性層３１内を進行し、鏡面３０ｆ，３０ｒ間を進行する間に次第に増幅され、所定のレベルまで増幅された時点で、鏡面３０ｆおよび３０ｒから、レーザ光として放出される。すなわち、レーザ光は、図３の例では、活性層３１が広がる方向と平行な方向であるｘ方向に出力される。なお、第１および第２の鏡面３０ｆ−３０ｒ間距離が、共振器長Ｌｔである。

図３に示すレーザチップ３０において、第１および第２の鏡面３０ｆ，３０ｒ間距離Ｌは、要求されるレーザ光のパルス長に依存して規定されるが、この例では、共振器長Ｌｔは約０．８ｍｍである。なお、後述する緩和振動の周期は、半値全幅で約１００ｐｓ（ピコ秒）である。

ＬＤ２１は、図１に示したＬＤＤ（レーザ駆動回路）１０５から駆動電流が供給されることによりレーザ光を出射（発振）する。なお、ＬＤＤ１０５からＬＤ２１に供給される駆動電流の立上がり時間は、約１ｎｓ（ナノ秒）である。

次に、図４（ａ）〜図４（ｄ）を用いて、記録媒体すなわち光ディスクＤの図示しない記録膜に情報を記録するために利用可能な記録パルスの生成方法（レーザ駆動方法）について説明する。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、半導体レーザ素子において、一般的なレーザ駆動電流とレーザ駆動電流供給された場合のレーザ光の出射（レーザ出力）との関係を示し、図４（ｃ）は、緩和振動パルス（特徴的なレーザ出力）を得ることのできるレーザ駆動電流の供給例であり、図４（ｄ）はこのようなレーザ電流が駆動された場合のレーザ出力を示す。

図４（ａ）および図４（ｃ）に示す通り、駆動電流は、バイアス電流Ｉｂｉとピーク電流Ｉｐｅの２レベルに制御されている。なお、バイアス電流がさらに２つのレベル、あるいは、３つのレベルに細分化されて制御される場合もあるがここでは、説明の簡易化のため、バイアス電流とピーク電流がそれぞれ１レベルずつの場合を用いて説明する。

通常の記録パルス生成の場合、ＬＤＤ１０５は、図４（ａ）に示すように、ＬＤ２１がレーザ発振を開始する閾値電流Ｉｔｈよりもやや高いレベルに設定されたバイアス電流Ｉｂｉをまず生成し、ＬＤ２１を予備的に駆動する。その後、時刻Ｂにてバイアス電流Ｉｂｉへと引き下げられるまでの間、時刻Ａにて、所望のピークパワーを得るためのピーク電流Ｉｐｅが印加される。このように、時刻Ａから時刻Ｂまでの間、ピーク電流Ｉｐｅが印加されることで、図４（ｂ）に示すようなレーザ出力（レーザ出射光強度の時間変化）が得られる。

すなわち、レーザ駆動電流の大きさが、バイアス電流Ｉｂｉである時刻Ａまでの間は、出射光強度は、ＬＤ２１から出力されるレーザ光は、光ディスクＤにデータを記録することができない極く低いパワーであるが、ピーク電流Ｉｐｅが印加され、レーザ光の強度が記録パワーまで増大される。時刻Ｂ以降は、出射光の強度は、再び低パワーとなることはいうまでもない。

より詳細に出射光強度を観測すると、図４（ｂ）においては、時刻Ａにおいて強度が記録パワーまで引き上げられた際に、定常の記録パワーに安定するまでに、強度が瞬間的に上昇して低下する様子が伺える（図中の矢印ｃ部分）。これは、ＬＤ２１の緩和振動によるものであり、通常の記録パルス生成においては、この緩和振動がなるべく小さくなるように制御を行なう。

緩和振動とは、このように半導体レーザにおいて、駆動電流があるレベルから閾値電流を大きく超える一定のレベルまで急激に上昇した際に生ずる、過渡的な振動現象である。

なお、緩和振動は、振動を繰り返す毎に小さくなり、やがて振動は治まる。

本発明の光記録装置においては、この緩和振動を積極的に記録に利用するものである。

すなわち、本来は、発生を抑制すべき緩和振動であるが、緩和振動に特有の「パルス長が短い」、「エネルギー量（光出力としてのレーザパワーの積分値）は、光ディスクＤの記録膜を記録レベルに変化させることができる場合がある」ことを利用して、パルス長が短く急峻な記録パルスを『安定に』得ることを、本発明で達成しようとするものである。

図４（ｃ）に示す通り、ＬＤＤ２１に、ＬＤＤ１０５から所定の特性の駆動電流を供給すると、図４（ｄ）に見られる通り、振動を伴うが、ピークレベルの高いレーザ出力が、僅かな時間だけ得られる。

より詳細には、ＬＤ２１に、閾値電流Ｉｔｈより低いレベルに設定されたバイアス電流Ｉｂｉを供給し、所定のタイミングすなわち時刻Ａにて、通常の記録パルス生成よりも早い立ち上がり時間で急激に、駆動電流を閾値電流Ｉｔｈよりも高いピーク電流レベルＩｐｅまで引き上げ、通常の記録パルス生成よりも短いナノ秒レベルの僅かな時間経過後の時刻Ｄにて、バイアス電流Ｉｂｉに戻す。

この場合、図４（ｄ）に見られるように、レーザ出力（レーザ出射光強度の時間変化）が得られる。

すなわち、図４（ｄ）において、閾値電流Ｉｔｈよりも低いバイアス電流Ｉｂｉにより駆動されている時刻Ａまでは、ＬＤ２１はレーザ発振を開始しておらず、無視できる程度のレベルであって、発光ダイオードとしての光出射がある程度である。その後、時刻Ａにおいて急激に電流が印加されることで、緩和振動が生じて出射光強度も急激に上昇する。

以下、緩和振動の振幅は次第に定常レベルに収束するが、所定の時間すなわち時刻Ｃを定めて、駆動電流を閾値電流Ｉｔｈよりも低いＩｂｉに設定することで、あるエネルギー量のレーザ光が得られる。なお、時刻Ｃは、図４（ｃ）および図４（ｄ）から明らかなように、緩和振動の２周期目のパルスが生成されたタイミングとしている。

このように、緩和振動によるパルスは、通常の記録パルスに比べて、非常に短い時間で出射光強度が上昇し、半導体レーザの構造によって決まる一定の周期で出射光強度が低下するという特徴を持っている。従って、緩和振動によるパルスを記録パルスに用いることにより、通常の記録パルスでは得られない、短い立ち上がり・立下り時間を持ち、かつ強いピーク強度を持った短パルスを得ることができる。

ところで、緩和振動の周期は、図３により説明した半導体レーザ素子（ＬＤ）のレーザチップの共振器長と関連があることが知られている。

一般的に知られた関係として、ＬＤの共振器長をＬと緩和振動周期Ｔには、
Ｔ ＝ ｋ・｛２ ｎＬ ／ｃ｝ …（１）
ここで、ｋは定数、
ｎは半導体レーザの活性層の屈折率、
ｃは光速（３．０×１０^８（ｍ／ｓ））
の関係がある。

従って、レーザチップの共振器長と緩和振動周期ひいては、緩和振動により生じる急峻なパルスのパルス幅は、比例関係があり、緩和振動パルス幅を長くしたい場合は、共振器長を長く、緩和振動パルス幅を短くしたい場合には、共振器長を短くすればよいことになる。

以下、緩和振動により生じる緩和振動パルスのパルス幅を、レーザチップの共振器長を制御して、任意に設定する方法を簡単に説明する。

図５は、共振器長が６５０μｍの半導体レーザによる緩和振動波形の計測結果である。

緩和振動パルス幅（ＦＷＨＭ）Ｗｒは、半値全幅で、およそ８１ｐｓ（ピコ秒）であることが解る。

ＬＤ２１のレーザチップ３０の共振器長と緩和振動パルス幅は、上述の通り、比例関係にあるから、レーザチップ３０の共振器長Ｌｔと、得られる緩和振動パルス幅（ＦＷＨＭ）Ｗｒの変換式として、
Ｗｒ（ｐｓ）＝Ｌ（μｍ）／８．０（μｍ／ｐｓ）…（２）
の関係が得られる。

図６（ａ）〜図６（ｃ）は、ＬＤＤ（レーザ駆動回路）からＬＤ（レーザ素子）に供給されるレーザ駆動電流の時間発展（ａ）、ＬＤから出射されるレーザ波形（ｂ）、ならびに出力レーザ波形によって光ディスクＤの記録膜に形成されるマーク（記録マーク）の形状を示す（ｃ）。

図６（ａ）において、光ディスクＤの記録膜上のレーザ光の集光点が記録マークを形成しない場所にある領域（Ａ）の区間では、ＬＤ２１から出射されるレーザ光のパワーは、光ディスクＤ上の位置情報を読み出すためと、サーボをかけておくために光ディスクＤから情報を再生する際に用いられる再生用のパワーに制御されている。すなわち、レーザ発振可能な駆動電流の閾値であるＩｔｈよりも大きなＩ２の大きさの駆動電流がＬＤ２１に供給される。

また、区間（Ｃ）においては、Ｉ２よりもさらに大きなＩ３のレーザ駆動電流がＬＤ２１に供給され、最大値がＰ１に達する緩和振動パルスレーザ光（図６（ｂ）参照）が出力される。

なお、緩和振動パルス光が出力される領域（Ｃ）の直前の所定時間Ｔ１の間、すなわち領域（Ｂ）の間、閾値Ｉｔｈよりも小さいＩ１の大きさのレーザ駆動電流が、ＬＤ２１に供給される。

また、緩和振動終了後すなわち領域（Ｄ）におけるレーザ駆動電流の大きさは、再び、閾値Ｉｔｈよりも大きな前述のＩ２としている。

すなわち、緩和振動により得られる急峻なパルスレーザを用いて光ディスクＤに情報を記録する本発明においては、光ディスクＤに記録されている情報を再生するために必要なレーザパワー（再生パワー）に比較して、記録時に照射するレーザ光の時間平均パワーが小さく、光ディスクＤから情報を再生した直後に記録を始めた場合には、レーザから出射される平均レーザパワーを変動させる。

平均レーザパワーが変動することによりＬＤ２１の温度が変化してＬＤ２１の閾値電流も変動することになる。

この閾値の変動は、同じ電流をＬＤ２１に駆動している場合においても温度変化の前後で、レーザ強度を変化させる。よって、このような閾値の変化は、光ディスクＤの記録膜に良好なマークを記録するためには、生じないことが望ましい。

このような問題を避けるために、再生時と記録時のレーザの平均パワーを略等しくすることが望ましい。なお、記録時と再生時のレーザの平均パワーは、例えば再生時に用いる第１の平均パワー（Ａ）と、記録時に用いる第２の平均パワー（Ｂ）について、
０．８ ＜ Ａ／Ｂ ＜ １．２
の範囲内において、概ね温度変化の影響を無視できる程度であることが確認されている。

図７は、ＬＤ（レーザ素子）に供給される駆動時間の電流値をＩ１に設定する時間Ｔ１と緩和振動の最大強度Ｐ１との関係を示している。ＬＤは、波長４０５ｎｍ、共振器長８００μｍ、レーザ発振閾値３５ｍＡで、駆動電流を２０ｍＡから立ち上がり時間１５０ｐｓで急激に、駆動電流を１２０ｍＡまで流している。

既に説明した通り、緩和振動は、半導体レーザ（発振系）において、駆動電流があるレベルから閾値電流を大きく超える一定のレベルまで急激に上昇した際に生ずる、過渡的な振動現象であるから、記録パルスとして利用するためには、パルス幅（記録パルス長）が安定であることが必須である。なお、時間Ｔ１が小さい場合には、緩和振動によって生じるレーザの最大パワーＰ１が小さく、Ｔ１が長くなるにつれて、定常発振パワーの２．２倍程度までは、Ｐ１も大きくなることが確認されている。また、Ｐ１は、その後収束するが、本実施例では、緩和振動が収束した後のレーザ強度を、０．４５×Ｐ１としている。

緩和振動の先頭のピークパワーＰ１が大きい場合には、定常パワー発振での記録に比べて、トータルの記録エネルギーが小さくなることが分かっている。これは熱記録（レーザ光として供給される熱エネルギー量）によって記録マークが記録される光ディスクにおいては、通常の低パワーで長時間レーザを照射してマークを記録する場合に比較して熱拡散時間が１ｎｓ程度であるために、これより長い時間で記録する通常の記録波形では、レーザを照射している間も熱が拡散してしまうのに対して、緩和振動では、１ｎｓ以下の短い時間に大きなパワーを照射するために、レーザを照射している時間は熱の拡散が小さい。そのために、通常の１ｎｓを超える記録方法に比べて、パワーを時間積分した記録エネルギーは緩和振動を使った記録方法のほうが、小さくなる。上記のような、先頭の緩和振動のピークパワーＰ１が通常の定常レーザ強度の２．２倍になる場合には、記録エネルギーが通常の定常発振レーザの４０％程度に低下する。これによって、ピックアップヘッドの消費エネルギーも小さくなり、ピックアップヘッドの温度上昇が抑えられる。ピックアップヘッドの対物レンズやミラーなどの光学素子は温度上昇によって、熱膨張を起こし、変形するために、対物レンズで集光されるスポット径が大きくなり、記録されるマークの大きさが大きくなる。しかしながら緩和振動を使って記録を行えば、温度上昇が抑えられるために、このような問題を小さくすることができる。

特に、このような通常の定常なレーザの照射に比べて、記録エネルギーが小さくなる効果は、Ｐ１が定常レーザの２倍以上ある場合にこのような効果が顕著に見られるために、緩和振動を使ってマークを記録する場合には、Ｐ１が飽和する値の９０％の値になる、Ｔ１の期間が１ｎｓ以上であることが望ましいことがわかる。

さらに、Ｔ１が３ｎｓ以上であればほぼ飽和パワーと等しくなり、これ以上ではＴ１の期間のレーザ出力に対する影響がほぼ無いことが確認されている。従って、Ｔ１は、３ｎｓ以上であれば更に望ましい。

反面、ＬＤＤ１０５からＬＤ２１に入射される電流の立ち上がり時間Ｔｒと立ち下がり時間Ｔｆ（それぞれ、ＬＤ２１に流れる最大電流の１０％から９０％まで変動するのに要する時間とする）は、ＬＤ２１，ＬＤＤ１０５及び、ＬＤＤ１０５からＬＤ２１までの図示しない配線の電気容量、誘導係数を全て考慮した状態で、それぞれ１５０ｐｓである。

なお、立ち下がり時間が遅い場合には、ＬＤＤ１０５に閾値以下の電流値に設定してからＬＤ２１に実際に流れる電流値が閾値以下になるまでの時間が長くなる。この時間は、ほぼ立ち下がり時間Ｔｆと等しいため、適当な大きさの緩和振動を発生させるためには、Ｔｆ＋０．８５ｎｓ以上の間隔のＴを用意することが有益である。すなわち、Ｔｆが１５０ｐｓであれば、Ｔ１は、１０００ｐｓ以上であることが好ましい。

図８は、図９に示すような駆動電流をＬＤに加えた場合のＬＤからのレーザ出力の波形である。つまり、以下の様にして電流を流す。レーザ発振閾値Ｉｔｈ以下のＩ１０Ａ電流から、急激にＬＤに閾値以上の電流Ｉ１０Ｂを流し、その後この電流を維持する。その場合に図８に示されるようなレーザ波形が得られる。つまり一定時間の間、４〜５回、緩和振動が発生した後に、定常出力のレーザ発振になる。

図８に示すように、ＬＤ２１のレーザチップ３０の共振器長が８００μｍである場合、ピークパワーＰ１を「１」とした場合に、０．４５×Ｐ１に収束する時間は、概ね１ｎｓ（図８の範囲を、緩和振動と規定した場合であっても１．５ｎｓ）である。なお、緩和振動が収束するまでの発生する緩和振動の回数はＬＤの共振器長に依らない。一方、緩和振動の周期は前記のように、共振器長に比例するために、共振器長Ｌｔ（μｍ）に対して、緩和振動が収束するまでの時間は、Ｌｔ／８００（ｎｓ）である。また、緩和振動を使った記録の場合には、緩和振動を伴わない定常パワーレーザ出力が長い場合には、マークの品位が低下する。これは、レーザが緩和振動している状態で、レーザを照射した時のディスクの記録層の上昇温度が、レーザが定常状態になっている状態でレーザを照射した時の上昇温度に比べて大きい。そのために、レーザが緩和振動している状態で記録したマーク幅はレーザが定常状態になっている状態で記録したマークに比べて幅が大きくなる。これによって、マークの幅が不均一になってしまい、マーク品位が低下する。よって、このような問題を防ぐために、記録パルス幅は緩和振動が定常状態に移行する時間よりも小さいことが望ましい。

従って、共振器長が８００μｍである場合には、記録パルス長、すなわち図６における区間（Ｃ）の長さは、１５００ｐｓ（１．５ｎｓ）よりも短い長さであればよい。

以上説明したように、緩和振動を使った記録においては、緩和振動により誘発された急峻な記録レーザパルスのパルス幅が、一般的な駆動電流の供給により生じるレーザ出力に比較して、１．５ｎｓ以下と短く、ピーク出力Ｐ１が大きなレーザ光が出射される。

これにより、熱記録（レーザ光として供給される熱エネルギー量）によって記録マークが記録される光ディスクにおいては、通常の低パワーで長時間レーザを照射してマークを記録する場合に比較して、緩和振動を使った記録方法では、記録エネルギーを小さくできる。

すなわち、緩和振動により得られる記録パルスを用いることで、光ディスクＤの記録膜にレーザ光が照射される時間は、緩和振動がないレーザ光を用いる場合よりも短縮されることにより、光ディスクの記録層のレーザが照射されている場所から他の場所に拡散する熱量が小さくなる。

このことは、記録パルスとして要求される平均のレーザパワーも、従来の記録方法に比べて小さくできることを示している。

なお、図１〜図９により説明した「サブナノパルス記録」においては、光ディスク（情報記録媒体）に記録される記録マーク列の１つひとつであるマーク長に対してレーザの発光時間が１０％を切る（１％−１０％）ようなレーザのパルス発光が行われるため、レーザ光の記録時のパワーの平均値は、再生時のパワーを下回ることがある。

一方で、記録媒体としての光ディスクの材質により、マーク部とスペース部の反射率差が低いものがある。このため、みかけ上のコントラストを向上させるため、情報記録が行なわれた状態のとき、マーク部またはスペース部の反射率が２％程度まで下がるようにした記録媒体が開発されている。

このような記録媒体への情報記録に、サブナノパルスによる記録方法を適用した場合、記録中に光ヘッド内の光検出器に戻ってくる平均光量が極めて小さくなる。このため検出信号の信号品位が著しく劣化し、そこから誤差信号を得て対物レンズを記録層の所定位置にとどめる動作（フォーカス・トラッキングサーボ）が不可能になることがある。

そこで発明者は、記録パルス間に高周波信号を重畳することにより平均光量を上げて、サブナノパルスによる記録を行いながら、かつ、正常にフォーカストラッキングサーボを実行できるようにした情報記録再生装置として、図１に示した光ディスク装置を提案済みである。

しかし、サブナノパルスを用いて記録パルスを生成した場合において、記録パルス間に高周波信号が重畳されたとき、記録パルスのエッジの電位（又電流）レベルに連続する高周波信号の電位（又は電流）レベルとの差が大きいと、ＬＤ（レーザ素子）２１に、不要な（意図しない）緩和振動を発生される虞がある。不要な緩和振動があると、レーザ光にムラが生じ、記録マークの乱れ、再生信号の乱れを生じることになる。

そこで、不要な緩和振動を生じさせないように高周波信号を、記録パルス間に重畳するようにしている。

その一例としては、図１０に示すが、記録されるデータ（ＮＲＺＩ）と、それに対応するレーザダイオード（ＬＤ）の駆動電流波形が、記録パルス期間（Ｖ１）と、高周波信号重畳期間（Ｖ２）を含むとき、記録パルス１２ａは、マーク部１１ａで１回もしくは複数回出力される。また、記録パルス期間（Ｖ１）以外では、高周波信号１２ｂが、マーク部１１ａ、スペース部１１ｂに関係なく出力される。これにより、レーザダイオードの平均光強度が維持される。

記録パルス期間（Ｖ１）の駆動電流により、ＬＤ２１は、高周波信号重畳期間（Ｖ２）の発光強度よりも記録パルス期間（Ｖ１）で強く発光する。この強発光により、光ディスクの記録層に熱変化が発生し、記録マークが形成される。高周波信号重畳期間（Ｖ２）の駆動電流は、レーザダイオードの平均光強度が光ディスクの記録層に熱または光変化を起こさせない程度の強度となるような電流値である。

この光強度は、多くの場合、光ディスクの記録層から情報を読み出すときの強度である。図に示す閾値電流のレベルは、レーザダイオードが発光を開始する或いは発光を停止する境目となるレベルである。緩和振動を得るためには、レーザダイオードは、この閾値電流レベル以下のレベルから急峻に変化する記録パルスが必須である。したがって、記録のためには、光ディスクの記録層から情報を読み出すときの光強度を得る電流値から、一旦、閾値電流以下に低下させて、急峻に変化する記録パルス１２ａを得る必要がある。記録モードにおいて、光ディスクから情報を読み出すときの光強度としては、アドレスなどを読取るときに必要である。なお、記録パルス１２ａと高周波信号１２ｂの間には、駆動電流が、バイアス電流として一定になる期間が設けられてもよい。

上記したように、サブナノパルスを使用した記録では、レーザダイオードに緩和振動と呼ばれる状態を作り出し、高い発光強度の光を得る。そのため、記録パルス１２ａ以後駆動電流を止めた後も、発光強度が減衰しながら発光が持続する。緩和振動が収まるまで記録パルス１２ａの後に駆動電流が一定のバイアス期間を設けることにより、安定な記録が可能となる。なお、記録パルス１２ａは、図１に示したレーザ駆動回路（ＬＤＤ）１０５に、図示しないが、高周波信号１２ｂを出力可能に、高周波重畳回路を追加すればよいことは、容易に理解される。

上記した説明において、レーザダイオードの駆動電流と、ＮＲＺＩ波形の関係については、説明をわかりやすくするために、図１０のように１種類を示した。しかし、チャンネルデータに応じてＮＲＺＩ波形としては各種の波形が用いられる。またこのＮＲＺＩ波形に応じて、記録媒体に対して効果的にマーク部、スペース部を形成するための記録パルスが生成される。

なお、本発明は、上述のいずれかの実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記のいずれかの実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

この発明の一実施形態が適用される情報記録再生装置（光ディスク装置）の一例を示す概略図。 図１に示した光ディスク装置に組み込まれる光ヘッド（ＰＵＨ）の一例を示す概略図。 図２に示したＰＵＨに組み込まれるレーザ素子における共振器長を説明する概略図。 図３に示したレーザ素子の発光とレーザ駆動電流の関係を説明する概略図。 図３に示したレーザ素子により出力されるパルスレーザの出力波形の一例を示す概略図。 図２に示したＰＵＨのレーザ素子に供給される駆動電流とレーザ出力波形と記録膜に形成される記録マーク（の形成過程）の関係を説明する概略図。 図６に示したレーザ出力波形と「Ｔ１」期間との関係を説明する概略図。 図２に示したＰＵＨに組み込まれるレーザ素子における共振器長が８００μｍである場合の緩和振動パルスの波形を説明する概略図。 図８に示したレーザ出力波形が得られるレーザ発振条件の一例を説明する概略図。 図１〜図９により説明した「サブナノパルス記録」における、記録されるデータ（ＮＲＺＩ）と、それに対応するレーザダイオード（ＬＤ）の駆動電流波形との関係の一例を説明する概略図。

符号の説明

１…光ディスク装置（情報記録再生装置）、１０…光ピックアップ（ＰＵＨアクチュエータ）、１１…フォトディテクタ（光検出器）、１２…プリアンプ、２１…レーザダイオード（ＬＤすなわち光源）、２２…コリメートレンズ、２３…偏光ビームスプリッタ、２４…１／４波長板、２５…対物レンズ、２６…トラッキングコイル、２７…フォーカスレンズ、２８…回折素子（光分割素子）、３０…レーザチップ（ＬＤ）、３１…活性層、３２，３３…クラッド、１００…コントローラ（主制御ユニット）、１０１…サーボ回路、１０２…ＲＦ信号処理回路、１０３…アドレス信号処理回路、１０４…記録信号処理回路、１０５…レーザ駆動回路（ＬＤＤ）。

Claims (13)

1. 所定波長の光を出力するレーザ素子と、
   前記レーザ素子に駆動電流を供給するレーザ駆動回路と、
   前記レーザ駆動回路に供給するレーザ駆動電流に、緩和振動を生じさせるための所定のタイミングパルスを供給するレーザ制御回路と、
   を有し、
   前記レーザ制御回路は、前記レーザ素子からレーザ出力が出力可能な前記レーザ駆動電流の最小の電流値（閾値）よりも大きなレーザ駆動電流を供給するとともに、前記タイミングパルスに基づいて前記レーザ駆動電流を前記閾値よりも小さいレベルに設定することを特徴とする光ヘッド装置。
2. 前記タイミングパルスにより生起された前記緩和振動が維持される時間は、前記レーザ素子の共振器長に依存して設定されることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
3. 前記タイミングパルスにより生起された前記緩和振動が維持される時間は、前記レーザ素子の共振器長が８００μｍである場合、１．５ｎｓ（ナノ秒）以下に設定されることを特徴とする請求項２記載の光ヘッド装置。
4. 前記タイミングパルスにより前記レーザ制御回路から前記レーザ素子に供給される前記駆動電流の大きさが変化される時間は、前記レーザ素子の共振器長に基づいて規定されることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
5. 前記タイミングパルスにより前記レーザ制御回路から前記レーザ素子に供給される前記駆動電流の大きさが変化される時間は、前記レーザ素子の共振器長が８００μｍである場合、１ｎｓ（ナノ秒）以上に規定されることを特徴とする請求項４記載の光ヘッド装置。
6. 前記レーザ駆動回路から前記レーザ素子に供給される前記レーザ駆動電流の大きさは、前記タイミングパルスが供給される前と前記緩和振動が維持された後で、概ね等しいことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
7. 前記レーザ駆動回路から前記レーザ素子に供給される前記レーザ駆動電流の大きさは、
   記録媒体からの情報の再生に利用される第１のレーザ光のパワーをＡ、記録媒体への情報の記録に利用される第２のレーザ光のパワーをＢ、とするとき、
   ０．８＜Ａ／Ｂ＜１．２
   に設定されることを特徴とする請求項６記載の光ヘッド装置。
8. 所定波長の光を出力するレーザ素子と、
   前記レーザ素子に駆動電流を供給するレーザ駆動回路と、前記レーザ駆動回路に供給するレーザ駆動電流に、緩和振動を生じさせるための所定のタイミングパルスを供給するレーザ制御回路と、
   前記レーザ素子からの前記光を前記記録媒体の記録層に案内する送光系と、
   前記光が前記記録媒体の記録層で反射された反射光を捕捉し、前記反射光の強度に対応する再生信号を出力する受光系と、
   を有し、前記レーザ制御回路は、前記レーザ素子からレーザ出力が出力可能に、前記レーザ駆動回路から前記レーザ素子に供給される閾値よりも大きなレーザ駆動電流を供給するとともに、前記タイミングパルスに基づいて前記レーザ駆動電流よりを前記閾値よりも小さいレベルに設定する光ヘッド装置と、
   前記受光系により得られた再生信号に基づいて、記録媒体に記録されている情報を再生する情報再生回路と、
   を有することを特徴とする情報記録再装置。
9. 所定波長の光を出力するレーザ素子と、
   前記レーザ素子に駆動電流を供給するレーザ駆動回路と、前記レーザ駆動回路に供給するレーザ駆動電流に、緩和振動を生じさせるための所定のタイミングパルスを供給するレーザ制御回路と、
   前記レーザ素子からの前記光を前記記録媒体の記録層に案内する送光系と、
   前記光が前記記録媒体の記録層で反射された反射光を捕捉し、前記反射光の強度に対応する再生信号を出力する受光系と、
   を有し、前記レーザ制御回路は、前記レーザ素子からレーザ出力が出力可能に、前記レーザ駆動回路から前記レーザ素子に供給される閾値よりも大きなレーザ駆動電流を供給するとともに、前記タイミングパルスに基づいて前記レーザ駆動電流よりを前記閾値よりも小さいレベルに設定する光ヘッド装置と、
   前記レーザ制御回路に、記録媒体に記録すべき情報に基づく記録信号を供給する記録信号処理回路と、
   を有することを特徴とする情報記録再装置。
10. 記録媒体に、記録情報により強度変調されたレーザ光を照射して記録マークを形成する情報記録方法において、
    レーザ素子に供給するレーザ駆動電流の大きさを、記録パルスを発生すべきタイミングの前段において、所定期間、レーザ素子からレーザ出力が出力可能な閾値よりも小さい大きさに設定して緩和振動を生じさせ、
    記録パルスとして所定期間前記緩和振動が維持された時点で、レーザ駆動電流の大きさを、再びレーザ素子からレーザ出力が出力可能な閾値に設定する
    ことを特徴とする情報記録方法。
11. 前記記録パルスを発生すべきタイミングの前段において、レーザ素子からレーザ出力が出力可能な閾値よりもレーザ駆動電流の大きさが小さく設定される期間＜＜Ｔ１＞＞は、１ｎｓ（ナノ秒）以上に設定されることを特徴とする請求項１０記載の情報記録方法。
12. 前記記録パルス（緩和振動）が維持される動電流の大きさが小さく設定される期間は、レーザ素子の共振器長が８００μｍである場合、１．５ｎｓ（ナノ秒）以下に設定されることを特徴とする請求項１０記載の情報記録方法。
13. 前記レーザ駆動電流の大きさは、
    記録媒体からの情報の再生に利用される第１のレーザ光のパワーをＡ、記録媒体への情報の記録に利用される第２のレーザ光のパワーをＢ、とするとき、
    ０．８＜Ａ／Ｂ＜１．２
    に設定されることを特徴とする請求項１０記載の情報記録方法。

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