JP2012185872A - Information recording and reproduction device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光の位相を用いて情報を記録・再生する方式及びそれを体現する情報記録再生装置に関わる。 The present invention relates to a method for recording / reproducing information using the phase of light and an information recording / reproducing apparatus embodying the method.
以下における説明中の用語の一部は、Blu-ray Disc(BD)で使用される表現を用いている。これらは、BD以外のシステムでは、別の呼称が用いられる可能性がある。しかし、当業者であれば容易に読み替えることができることである。 Some of the terms in the following description use expressions used in Blu-ray Disc (BD). These may have different names in systems other than BD. However, it can be easily read by those skilled in the art.
光ディスクの記録容量の拡大は、光源の短波長化と対物レンズの開口比(NA)の増大に加えてディスク1枚当たりの記録層数を増やすことにより実現されてきた。BDでは青色半導体レーザと、NAが0.85という高NA対物レンズを用いて2層で50GBの記録容量を実現している。更に、2010年には、記録層の数を3乃至4に増やすと同時に面記録密度も高めることにより100GB以上の記録容量を有するBDXLの実用化に至った。 Increasing the recording capacity of an optical disc has been realized by increasing the number of recording layers per disc in addition to shortening the wavelength of the light source and increasing the aperture ratio (NA) of the objective lens. BD uses a blue semiconductor laser and a high NA objective lens with an NA of 0.85 to achieve a recording capacity of 50 GB in two layers. Furthermore, in 2010, BDXL having a recording capacity of 100 GB or more was put to practical use by increasing the number of recording layers to 3 to 4 and simultaneously increasing the surface recording density.
記録波長の短波長化や対物レンズの高NA化は限界に近く、今後、面記録容量を大幅に向上させるのは容易でない。よって、上記以上の記録容量を実現するためには、記録層の数をさらに増大させるのが有力な解決手段の一つである。しかし、従来の多層光ディスクと同様の構成で記録層数を増大させようとすると記録容量当たりのコスト低減が実現しにくい可能性が高い。何故なら、現行の多層光ディスクの製造コスト及び歩留まりは、専ら記録層の形成プロセスに関わるからである。即ち、層数の増大は工程数の増大に直結し、最終的な歩留まりは、1層当たりのスタンパ工程の歩留まりの層数の冪乗で概ね決定されるからである。 Shortening the recording wavelength and increasing the NA of the objective lens are close to the limit, and it is not easy to greatly improve the surface recording capacity in the future. Therefore, in order to realize the above-described recording capacity, it is one effective solution to further increase the number of recording layers. However, if an attempt is made to increase the number of recording layers with a configuration similar to that of a conventional multilayer optical disc, there is a high possibility that it is difficult to realize a cost reduction per recording capacity. This is because the manufacturing cost and yield of the current multilayer optical disk are exclusively related to the recording layer formation process. That is, the increase in the number of layers is directly linked to the increase in the number of processes, and the final yield is generally determined by the power of the number of layers in the stamper process yield per layer.
そこで、従来の多層ディスクのように物理的に定義された記録層を有さない光ディスク及びその記録技術が検討されている。一例として、特許文献1に記載されている技術では、フォトリフラクティブ材料からなる記録領域中にマイクロホログラム、即ち微小な干渉縞を記録している。上記記録領域の中には、物理的に記録位置を規定する構造が無いので各マイクロホログラムの記録位置は、記録に用いる光(記録光)の焦点位置を間接的に制御することにより決定される。また、別の一例を挙げると、特許文献2のように記録領域中にボイド(空隙)を形成することにより記録を行うものもある。特許文献3には、記録時に短パルスレーザとCWレーザを併用してボイドを形成する技術が記載されている。これらの記録方法によれば、仮想的な記録層を比較的自由に増やすことが可能であり、ディスク1枚当たりの記録容量増大を図りやすい。尚、本明細書中では、以上のように記録領域中に物理的に記録位置を規定する層が無い方式について便宜上、空間記録と総称することとする。
In view of this, an optical disc that does not have a physically defined recording layer, such as a conventional multilayer disc, and a recording technique thereof have been studied. As an example, in the technique described in
上記の空間記録を含め、記録層の数を増大させた場合に問題となるのが再生している層からの反射光光量の減少である。記録用光源の出力は有限であるから、多数の記録層を有するディスクで再生光の入射面から見て最も奥に有る層に対して記録を行うためには、途中の各記録層の透過率が十分に高いことが要求される。逆に言うと、各層の光反射率及び吸収率は十分に小さい必要がある。また、吸収率が小さい記録層に対して記録を行うために記録膜の記録感度が高く設定されているため、再生時のピックアップの出射光(再生光)のパワーを大きくすることには限界がある。このため、一般的に再生時に記録層から返ってくる光量は記録層数が多いほど小さくなる。従って、再生信号の信号対雑音比(SNR)の低下が課題となる。 When the number of recording layers is increased including the spatial recording described above, the problem is a decrease in the amount of reflected light from the layer being reproduced. Since the output of the recording light source is finite, in order to perform recording on the innermost layer when viewed from the incident surface of the reproduction light with a disk having a large number of recording layers, the transmittance of each recording layer in the middle Is required to be sufficiently high. Conversely, the light reflectance and absorptance of each layer must be sufficiently small. In addition, since the recording sensitivity of the recording film is set high in order to perform recording on a recording layer having a low absorption rate, there is a limit to increasing the power of the emission light (reproduction light) of the pickup during reproduction. is there. For this reason, generally, the amount of light returned from the recording layer during reproduction decreases as the number of recording layers increases. Therefore, a reduction in the signal-to-noise ratio (SNR) of the reproduction signal becomes a problem.
再生信号のSNR低下に対抗する技術として、特許文献4に記載のあるような光学干渉を応用した信号振幅増幅技術がある。即ち、再生光と共通の光源から得た参照光を記録層からの反射光と光検出器上で干渉させることにより再生信号を増幅するものである。尚、本明細書中では、このような再生光と共通の光源から得た参照光と再生光を光検出器上で干渉させる方式及びその再生光学系をそれぞれホモダイン検出及びホモダイン検出系と総称することとする。 As a technique to counter the SNR reduction of the reproduction signal, there is a signal amplitude amplification technique using optical interference as described in Patent Document 4. That is, the reproduction signal is amplified by causing the reference light obtained from the light source common to the reproduction light to interfere with the reflected light from the recording layer on the photodetector. In this specification, the reference light and reproduction light obtained from a light source common to such reproduction light and the reproduction optical system are collectively referred to as homodyne detection and homodyne detection systems, respectively. I will do it.
光ディスクドライブの主要な性能の一つは、記録及び再生の際のデータ転送速度(以後、単に転送速度という)である。これは、特に非民生分野で用いる場合に重要な性能項目である。転送速度は、第一義的には、線記録密度とディスクの線速度で決定される。また、ディスクの線速度は、実現可能なディスクの回転速度によって制限される。ほぼ全ての光ディスクに使用されている材料であるポリカーボネイト製で直径が12cmのディスクの場合、振動や変形を考慮すると回転速度の限界は10000rpm(rotations per minute)程度と考えられている。 One of the main performances of the optical disk drive is a data transfer speed during recording and reproduction (hereinafter simply referred to as transfer speed). This is an important performance item particularly when used in the non-consumer field. The transfer speed is primarily determined by the linear recording density and the linear velocity of the disk. Further, the linear velocity of the disk is limited by the realizable rotation speed of the disk. In the case of a disc made of polycarbonate, which is a material used for almost all optical discs and having a diameter of 12 cm, the limit of the rotational speed is considered to be about 10,000 rpm (rotations per minute) in consideration of vibration and deformation.
線記録密度は、第一義的には再生ヘッドの光学分解能で決定され、さらに、実用的な性能余裕(マージン)や信号処理による性能向上効果を考慮して決定されている。光学分解能は、ヘッドが使用する光源の波長と対物レンズの開口比とで決定づけられる。即ち、光ディスクドライブの転送速度の上限は、専ら実現可能なディスクの回転速度の上限と線記録密度で決定されることになる。以上の事項は、当業者には公知であるからこれ以上の詳述は省く。 The linear recording density is primarily determined by the optical resolution of the reproducing head, and is further determined in consideration of a practical performance margin (margin) and a performance improvement effect by signal processing. The optical resolution is determined by the wavelength of the light source used by the head and the aperture ratio of the objective lens. In other words, the upper limit of the transfer speed of the optical disc drive is determined solely by the upper limit of the disc rotation speed that can be realized and the linear recording density. Since the above matters are known to those skilled in the art, further details are omitted.
しかし、前述のように、光学分解能は既にほぼ限界に達している状況である。かかる状況で転送速度を現状よりも向上させるためには、従来、1チャネルクロック当たり1ビットを記録するバイナリ記録に代わり、1チャネルクロック当たり1ビットを超える情報を記録する多値記録方式が有望である。多値記録では、単位長さ当たりの記録容量も増えるので、当然、ディスクの記録容量増大にもつながる。 However, as described above, the optical resolution has already reached the limit. In order to improve the transfer speed in this situation, the conventional multi-value recording method for recording information exceeding 1 bit per channel clock is promising instead of binary recording for recording 1 bit per channel clock. is there. In multi-value recording, the recording capacity per unit length also increases, which naturally leads to an increase in the recording capacity of the disc.
多値記録方式に関しては、非特許文献1に記載されている技術がある。これは、従来記録型光ディスク媒体に用いられているのと同類の記録膜に対して記録波形を改良することにより、反射率を従来の2値変調から最大で8値変調に増やすことにより記録容量の増大を図るものである。しかし、再生信号の振幅は、従来の光ディスクと同じであるので、反射率の各階調に対応した信号レベル相互のSNRが低下するために転送速度を向上させるのには必ずしも適さない。
Regarding the multi-value recording method, there is a technique described in Non-Patent
先に述べたように、ディスクの回転速度及び線記録密度の向上に制約がある下において、現行技術と比べて転送速度を大幅に向上させるためには、1チャネルクロック当たり1ビットを記録するバイナリ記録に代わり、1チャネルクロック当たり1ビットを超える情報を記録する多値記録方式が一つの解である。尚、以下においては、1チャネルクロックに記録される情報単位を単にシンボルと呼ぶ。また、同様に混乱を来たさない範囲においてチャネルビットを単にビットと呼ぶ。また、符号化前の記録すべきデータをユーザデータと呼び、そのバイナリ表現における最小単位をユーザビットと呼ぶこととする。よって、例えば、符号化なしのバイナリ記録では、1シンボルが1ビット、即ち1ユーザビットに対応し、同じく符号化なしの8値記録であれば1シンボルが3ビット、即ち3ユーザビットに対応する。シンボルという表現は、当該分野において広範に使用される語句であるが、混乱を来たさない範囲では上記の意味で使用する。 As described above, in order to greatly improve the transfer speed as compared with the current technology under the restrictions on the improvement of the rotational speed and linear recording density of the disk, a binary that records 1 bit per channel clock is used. One solution is a multi-value recording method in which information exceeding 1 bit per channel clock is recorded instead of recording. In the following, an information unit recorded in one channel clock is simply called a symbol. Similarly, channel bits are simply referred to as bits within a range that does not cause confusion. Further, data to be recorded before encoding is referred to as user data, and the minimum unit in the binary representation is referred to as user bits. Thus, for example, in binary recording without encoding, one symbol corresponds to 1 bit, that is, 1 user bit, and in the case of 8-level recording without encoding, 1 symbol corresponds to 3 bits, that is, 3 user bits. . The expression “symbol” is a term widely used in the field, but is used in the above-mentioned meaning within a range that does not cause confusion.
先に述べたように、多値記録再生システムを実現する上において、情報を再生する際に得られる信号が振幅変調のみで情報を表現している場合、転送速度の向上は困難である。DVDやBDのような反射光強度変化を用いる光ディスクの場合で考えると、各シンボルの値を判別する光強度の間隔が狭まることになるので、各シンボルのレベルを判定する際の誤り率が2値記録再生の場合よりも大きくなる。このことは、高速転送に必要な帯域幅を有する回路系を用いた場合にはより顕著になるので、結果として高速転送を実現するのは困難になる。
本発明は、転送速度の向上が可能な多値記録再生を実現できる光記録再生システムを提供するものである。
As described above, in realizing a multilevel recording / reproducing system, when a signal obtained when reproducing information expresses information only by amplitude modulation, it is difficult to improve the transfer rate. Considering the case of an optical disk using a reflected light intensity change such as DVD or BD, since the interval of the light intensity for determining the value of each symbol is narrowed, the error rate when determining the level of each symbol is 2. It becomes larger than in the case of value recording / reproduction. This becomes more prominent when a circuit system having a bandwidth necessary for high-speed transfer is used, and as a result, it is difficult to realize high-speed transfer.
The present invention provides an optical recording / reproducing system capable of realizing multi-level recording / reproduction capable of improving the transfer rate.
本発明では、記録媒体中に微小な反射体を形成する手段を有する。そして、その反射体の記録深さを変調することによって多値記録を行う。 The present invention has means for forming a minute reflector in the recording medium. Then, multi-value recording is performed by modulating the recording depth of the reflector.
微小反射体の記録深さを変調する手段として、記録に用いる光の経路の光学的距離を変調する手段を用いる。また、別の方法によれば、記録光の波長を変調する手段を有する。また、別の方法によれば、有意な残留球面収差を有する収束光学素子と光線選択素子を有する。また、別の方法によれば、焦点距離が可変である光学素子を有する。 As means for modulating the recording depth of the minute reflector, means for modulating the optical distance of the light path used for recording is used. Further, according to another method, there is means for modulating the wavelength of the recording light. According to another method, it has a converging optical element having a significant residual spherical aberration and a light beam selecting element. According to another method, the optical element has a variable focal length.
本発明によって、再生時に光の位相情報として認識される状態を記録媒体中に記録することが可能になる。これにより、現行光ディス装置と同程度の複雑さの機構で光位相情報を用いた多値記録再生装置を実現できるようになる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, a state recognized as light phase information during reproduction can be recorded in a recording medium. As a result, it becomes possible to realize a multi-value recording / reproducing apparatus using optical phase information with a mechanism having the same degree of complexity as that of the current optical disc apparatus.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
高速転送に適した多値記録再生方法としては、振幅以外の情報、即ち位相を用いることが考えられる。光記録において位相を記録する方法としては、特許文献1に記載があるマイクロホログラムを応用する方法が考えられる。特許文献1に記載された方式においては、マイクロホログラムは、単に微小な反射体として用いられている。マイクロホログラムは、図2に示すように同一光源から発せられた2つのレーザ光を対向させた2つの対物レンズ108a,108bで同一個所に焦点を結ばせ、その焦点近傍に干渉縞を記録することにより記録マークを形成する。再生時には、現行の光ディスク同様に、このマイクロホログラムからなる記録マークからの反射光強度を検出する。
As a multilevel recording / reproducing method suitable for high-speed transfer, it is conceivable to use information other than amplitude, that is, a phase. As a method for recording a phase in optical recording, a method using a micro-hologram described in
マイクロホログラムに位相を記録するには、図3に示したように、記録に用いる2つのレーザ光のうち片方の位相を記録データに応じて変調すれば良い。半導体レーザ101を発したレーザ光をコリメートレンズ102で平行光線に変換した後、無偏光ハーフビームスプリッタ118で二分し、そのうち一方を、ミラー116aを経て対物レンズ108aを用いて記録媒体1中に焦点を結ばせる。もう一方のレーザ光は、位相変調器10を経た後に、同様にミラー116b,116c及び対物レンズ108bを経て記録媒体中に導かれ、2つのレーザ光線は同一個所で焦点を結ぶ。ここで、記録データに応じて位相変調器10を駆動するとマイクロホログラムを形成する干渉縞の光軸方向の位置が変化する。つまり、この方式によって記録されたマイクロホログラムを構成する干渉縞の列は、記録データ列に応じた位置変化をしている。マイクロホログラムに再生光を照射した場合を考えると、再生光はマイクロホログラムを構成する各干渉縞で反射され、マイクロホログラムは全体として一つの反射体とみなすことができる。よって、マイクロホログラムを構成する干渉縞の光軸方向の位置が変化すると反射された再生光の位相が変化する。従って、この再生反射光の位相変化を判別することにより各マイクロホログラムに記録された位相を知ることができる。また、マイクロホログラムを応用した位相記録においては、従来の光ディスクのような物理的に定義された記録面、或いは、記録層は存在しない。しかし、説明を簡単化するために、便宜上、マイクロホログラムが面状に記録されたものを記録層或いは記録面と呼ぶこととする。同様に、マイクロホログラムが列状に記録されたものをトラックと呼ぶこととする。
In order to record the phase in the micro-hologram, as shown in FIG. 3, one of the two laser beams used for recording may be modulated in accordance with the recording data. The laser beam emitted from the
しかし、マイクロホログラムを用いた位相記録方式は、対向する2つのレーザ光を記録媒体中に導入する必要があり、このことが、実用化を困難にしている。対向する2つのレーザ光を記録媒体中に導入するには、記録媒体の両側から光を入射させる必要がある。即ち、2つの対物レンズを媒体の両側に配置し、これらの位置を制御して媒体内の同一箇所に焦点を結ばせる必要がある。当然、現行の光ディスクと比較すると大幅に機構的な複雑さが増すことになる。 However, the phase recording method using a micro-hologram needs to introduce two opposing laser beams into a recording medium, which makes it difficult to put it into practical use. In order to introduce two opposing laser beams into the recording medium, it is necessary to make the light incident from both sides of the recording medium. That is, it is necessary to place two objective lenses on both sides of the medium and control their positions so as to focus on the same location in the medium. Of course, the mechanical complexity is greatly increased compared with the current optical disc.
また、対向する2つのレーザ光を記録媒体中に導入した場合、マイクロホログラムの記録される深さが問題である。即ち、微小な記録マークを形成するためには、NAが十分に大きな対物レンズを用いる必要があることは自明である。一方で、記録媒体は、自身の機械的強度を保持するために、一定以上の厚さを要することも自明である。即ち、現行と同等の1.2mm程度の厚さは必要である。仮に、記録媒体の厚み方向の中央付近だけを考えても0.6mm前後という非常に厚いカバー層を通した状態で球面収差を補正する必要がある。このことが非常に困難であることは、当業者であれば容易に理解できることである。また、このように厚いカバー層を通した場合、ディスクチルトの影響も極めて甚大であることもまた当業者であれば容易に理解できることである。 Further, when two opposing laser beams are introduced into the recording medium, the depth at which the micro-hologram is recorded is a problem. That is, it is obvious that it is necessary to use an objective lens having a sufficiently large NA in order to form a minute recording mark. On the other hand, it is obvious that the recording medium needs a certain thickness in order to maintain its own mechanical strength. In other words, a thickness of about 1.2 mm, which is equivalent to the current one, is necessary. Even if only the vicinity of the center in the thickness direction of the recording medium is considered, it is necessary to correct the spherical aberration while passing through a very thick cover layer of about 0.6 mm. This is very difficult for those skilled in the art to easily understand. In addition, it can be easily understood by those skilled in the art that when such a thick cover layer is passed, the influence of the disc tilt is extremely large.
ところで、マイクロホログラムを用いた位相記録ではマイクロホログラムは、微小な反射体として作用する。そして、位相情報は、前後のマイクロホログラムを構成する干渉縞の深さ方向の位置変調として記録される。これを図4で説明する。 By the way, in the phase recording using a micro hologram, the micro hologram acts as a minute reflector. The phase information is recorded as position modulation in the depth direction of the interference fringes constituting the front and rear micro-holograms. This will be described with reference to FIG.
図4は信号光、参照光の集光箇所における定在波の2次元強度分布を示したものである。横方向が信号光、参照光の光軸方向、縦方向がそれに垂直な(任意の)方向であり、色の濃い部分ほど強度が大きい。図4(a)強度分布図は、位相変調量が0の場合であり、図4(b)強度分布図は、位相変調量が2πΔl/λ(λは信号光、参照光の波長)、すなわち位相変調器によって光路長がΔlだけ変調されている場合の強度分布である。図4(a),(b)に示すように、光路長の変調Δlに対し、定在波のピーク位置がΔl/2だけシフトする。このような強度分布が媒体の屈折率変化として記録されたものに対して、光を照射すると、図4(c)のように、光軸方向の位置がΔl/2だけ変化したミラーで光が反射されるのとまったく同様に、図4(d)のように反射光の光路長がΔl変化する。よって、記録時の変調された位相が、再生光の位相として再生される。 FIG. 4 shows the two-dimensional intensity distribution of the standing wave at the condensing location of the signal light and the reference light. The horizontal direction is the signal light, the optical axis direction of the reference light, and the vertical direction is an (arbitrary) direction perpendicular thereto, and the darker the portion, the higher the intensity. 4A shows the intensity distribution when the phase modulation amount is 0, and FIG. 4B shows the intensity distribution when the phase modulation amount is 2πΔl / λ (λ is the wavelength of the signal light and the reference light), that is, It is an intensity distribution when the optical path length is modulated by Δl by the phase modulator. As shown in FIGS. 4A and 4B, the peak position of the standing wave is shifted by Δl / 2 with respect to the optical path length modulation Δl. When light is irradiated to such an intensity distribution recorded as a change in the refractive index of the medium, the light is reflected by a mirror whose position in the optical axis direction has changed by Δl / 2 as shown in FIG. In exactly the same manner as when the light is reflected, the optical path length of the reflected light changes by Δl as shown in FIG. Therefore, the modulated phase at the time of recording is reproduced as the phase of the reproduction light.
上述のように、位相情報は実効的な反射体の干渉縞の深さ方向(光軸方向)の位置変調として記録される。従って、マイクロホログラム以外の反射体の記録深さを変調して形成することで、位相変調された再生信号を得ることができる。この場合、記録時には、記録すべき位相情報は一旦振幅情報(深さ変調情報)に変換されるので、記録時には光の位相の性質は用いていないことになる。しかし、記録光の強度は十分に強いので雑音の影響は考慮する必要が無いので問題はない。また、記録深さを変調するのに、対物レンズを駆動するアクチュエータなど機械的な仕組みを使用することが考えられないこともない。しかし、このような機械的な仕組みは動作周波数が著しく低いために実用性が無い。 As described above, the phase information is recorded as a position modulation in the depth direction (optical axis direction) of the effective reflector interference fringes. Therefore, a phase-modulated reproduction signal can be obtained by modulating the recording depth of a reflector other than the micro-hologram. In this case, at the time of recording, the phase information to be recorded is once converted into amplitude information (depth modulation information), so that the phase characteristic of light is not used at the time of recording. However, since the intensity of the recording light is sufficiently strong, there is no problem because it is not necessary to consider the influence of noise. In addition, it is not unthinkable to use a mechanical mechanism such as an actuator for driving the objective lens to modulate the recording depth. However, such a mechanical mechanism is not practical because the operating frequency is extremely low.
尚、本明細書中では、このようにして位相変調された再生信号が得られるような記録を行う場合についても位相記録と呼ぶこととする。 In the present specification, the case where recording is performed so that a reproduction signal that has been phase-modulated in this way is also referred to as phase recording.
図1は、本発明による多値記録の原理を示す模式図である。この例は、特許文献2に記載があるボイドを微小反射体として用い、位相記録を行うものである。記録媒体は、基板12の上にニトロセルロース系樹脂からなる記録可能領域11が形成されている。位相記録の過程を説明する。レーザダイオード13は、記録クロックに同期した駆動パルスでパルス発光を繰り返す。レーザダイオードを発したレーザパルスは、コリメータレンズ14で平行光に変換された後にレンズ15で焦点を結ぶ。この際、レンズ15から焦点までの間の収束光線で通過する空間に屈折率変調器16が挿入されている。屈折率変調器16は、例えば、空間型光位相変調器を用いることができる。即ち、LiNbO3のような電気光学結晶に電圧信号を印加することにより、印加電圧の大きさに応じて屈折率を時間的に変化させるものである。一旦焦点を結んだレーザ光は、焦点の外側で発散光になる。この発散光は、レンズ17で平行光に変換された後に対物レンズ18によって記録可能領域11内に焦点を結び、パルスレーザによりボイド19が形成される。尚、屈折率変調器16への印加電圧が0である状態において、レンズ15の焦点は、レンズ17の焦点にあるものとしている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the principle of multilevel recording according to the present invention. In this example, phase recording is performed using a void described in
ところで、屈折率変調器16に電圧を印加することによって収束光路中の屈折率が変化させられると、この間の光学的距離が変化するのでレンズ15によって結ぶ焦点の位置が変化する。つまり、レンズ15の焦点の位置が、レンズ17の焦点位置の内側又は外側に移動する。すると、レンズ17を出射する光は平行光ではなく、弱収束又は弱発散光になり、対物レンズ18によってレーザ光が結ぶ焦点の位置も移動するのでボイド19の記録深さを変調することができる。
By the way, when the refractive index in the convergent optical path is changed by applying a voltage to the
記録可能領域11中で必要な焦点位置移動量は、概ねλ/2(大気中での値に換算)である。それに必要なレンズ15での焦点移動距離Δfは、
このように、本発明によると、マイクロホログラムのように記録媒体の両側から光を導入することなく光の位相情報を記録することが可能になる。 Thus, according to the present invention, it is possible to record the phase information of light without introducing light from both sides of the recording medium like a micro-hologram.
次に、記録媒体の記録可能領域に反射体を形成して位相記録された情報の再生方法について説明する。
反射体で反射された光の位相変化を検出する手段として、位相ダイバシティ方式ホモダイン検出技術(以下、ホモダイン検出と呼ぶ)を利用できる。以下に、これらについて説明する。初めに、ホモダイン検出について説明する。但し、当業者であればホモダイン検出及びそれを用いた光ディスク装置の構造及び動作に関しては特許文献4を参照することで容易に理解できるので、以下においては本発明の説明に必要な概要のみを説明する。
Next, a method for reproducing information recorded in phase by forming a reflector in the recordable area of the recording medium will be described.
As means for detecting the phase change of the light reflected by the reflector, a phase diversity type homodyne detection technique (hereinafter referred to as homodyne detection) can be used. These will be described below. First, homodyne detection will be described. However, since those skilled in the art can easily understand homodyne detection and the structure and operation of an optical disk apparatus using the same by referring to Patent Document 4, only the outline necessary for the description of the present invention will be described below. To do.
図5に、ホモダイン検出系の動作説明のための図を示す。半導体レーザ101からの光をコリメートレンズ102によって平行光として、λ/2板103を透過させて偏光ビームスプリッタ104に入射させる。偏光ビームスプリッタ104は分離面に入射するp偏光(以後、水平偏光と呼ぶ)をほぼ100%透過し、s偏光(以後、垂直偏光と呼ぶ)をほぼ100%反射させる機能を有している。このときλ/2板103の光軸のまわりの回転角度の調整することにより、透過光と反射光の強度比を調整することができる。偏光ビームスプリッタ104を透過した光は、λ/4板106aを透過して円偏光に変換され、2次元アクチュエータ107に搭載された対物レンズ108により、光ディスク1上の記録層に集光される。光ディスクからの反射光は同じ光路を戻り、対物レンズ108によって平行光とされ、λ/4板106aにより最初に入射したときとは90°偏光方向が回転した直線偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ104に入射する。すると偏光が90度回転しているため、反射して集光レンズ113に入射する。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the homodyne detection system. Light from the
一方、半導体レーザ101から出射し、偏光プリズム104を反射した光は、λ/4板106bを透過して円偏光に変換され2次元アクチュエータ107上に搭載されたミラー116に入射する。ミラー116により反射された光は同じ光路を戻り、λ/4板106bを経て偏光ビームスプリッタ104に入射する。往路と復路の2回λ/4板106bを通過し最初に入射したときとは90°偏光方向が回転した直線偏光に変換されているので、反射光は偏光ビームスプリッタ104を透過し、光ディスクからの反射光と光軸を互いに偏光が直交した状態で同軸となって集光レンズ113に入射する。集光レンズ113に入射した2つの光は、無偏光ビームスプリッタ118によってそれぞれ1対1の割合で反射、透過する。透過した光はλ/2板119を透過することにより偏光が45度回転した後、偏光ビームスプリッタ120によって水平偏光成分と垂直偏光成分に分離され、分離されたそれぞれの光は検出器121,122によって検出される。無偏光ビームスプリッタ118を反射した光はλ/4板123を通過した後、偏光ビームスプリッタ124によって水平偏光成分と垂直偏光成分に分離され、分離されたそれぞれの光は検出器125,126によって検出される。
On the other hand, the light emitted from the
光の干渉によって増幅信号を得る過程を詳細に説明する。集光レンズ113に入射する光は、水平偏光であるコーナーキューブ116からの戻り光と、垂直偏光である光ディスク1からの戻り光が同軸になったものである。従って光の偏光状態をジョーンズベクトルで表すと、次式となる。
A process of obtaining an amplified signal by light interference will be described in detail. The light incident on the
ここでEsは光ディスクからの戻り光の電場、Erはコーナーキューブプリズムからの戻り光の電場である。また、このベクトルの第一成分は水平偏光を、第二成分は垂直偏光を表す。 Here E s is the electric field of the return light from the optical disk, the E r is the electric field of the return light from the corner cube prism. The first component of the vector represents horizontal polarization, and the second component represents vertical polarization.
この光は無偏光ビームスプリッタによって2分割され、透過光は軸方向が水平偏光方向から見て22.5度の方向にfast軸を持つλ/2板を通過する。このときジョーンズベクトルは次式となる。 This light is divided into two by a non-polarizing beam splitter, and the transmitted light passes through a λ / 2 plate having a fast axis in the direction of 22.5 degrees when viewed from the horizontal polarization direction. At this time, the Jones vector is as follows.
次に、偏光ビームスプリッタによって水平偏光成分が透過し、垂直偏光成分が反射するため、透過する光と反射する光の電場はそれぞれ、次式のようになる。 Next, since the horizontal polarization component is transmitted by the polarization beam splitter and the vertical polarization component is reflected, the electric fields of the transmitted light and the reflected light are respectively expressed by the following equations.
一方、無偏光ビームスプリッタを反射した光は、軸方向が水平偏光方向から見て45度の方向にfast軸を持つλ/4板を通過する。このときジョーンズベクトルは、次式となる。 On the other hand, the light reflected by the non-polarizing beam splitter passes through a λ / 4 plate having a fast axis in the direction of 45 degrees as viewed from the horizontal polarization direction. At this time, the Jones vector is expressed by the following equation.
次に、偏光ビームスプリッタによって水平偏光成分が透過し、垂直偏光成分が反射するため、透過する光と反射する光の電場はそれぞれ次式のようになる。 Next, since the horizontal polarization component is transmitted by the polarization beam splitter and the vertical polarization component is reflected, the electric fields of the transmitted light and the reflected light are respectively expressed by the following equations.
従って、4つの検出器121,122,125,126の検出信号はそれぞれ、次式で表される。ηは検出器の光−電気変換効率である。
Accordingly, the detection signals of the four
従って、アナログ減算器130及び131の出力は、それぞれ次式のようになる。 Accordingly, the outputs of the analog subtractors 130 and 131 are as follows:
ここで、φは再生光と参照光の位相差である。尚、本明細書では、以後、特に混乱を生じない限りにおいて参照光と再生光の位相差のことを単に位相と呼ぶ(記号はφ)。 Here, φ is the phase difference between the reproduction light and the reference light. In the present specification, hereinafter, the phase difference between the reference light and the reproduction light is simply referred to as a phase (the symbol is φ) unless particularly confusing.
式(13)及び式(14)から解るように、2つのアナログ減算器の出力から参照光と再生光の位相差を知ることができる。よって、この位相差を時系列的に観測することにより記録時の位相変調量を再現できることは当業者であれば容易に理解できることである。尚、位相は反射体の実効的な反射面の位置として記録され、これを反射光で再生するのであるから、記録時の位相変調量は再生時に意図する位相変化量の1/2として記録すべきであることは当業者であれば当然理解されることである。 As understood from the equations (13) and (14), the phase difference between the reference light and the reproduction light can be known from the outputs of the two analog subtractors. Therefore, those skilled in the art can easily understand that the phase modulation amount during recording can be reproduced by observing this phase difference in time series. The phase is recorded as the position of the effective reflecting surface of the reflector, and this is reproduced by reflected light. Therefore, the phase modulation amount at the time of recording is recorded as 1/2 of the phase change amount intended at the time of reproduction. It should be understood by those skilled in the art that this should be done.
図1の例では電気光学結晶を用いた屈折率変調器を例に挙げたが、これ以外の原理の屈折率変調器を用いることも当然可能である。図6は、一例としてガスの膨張を応用した例である。即ち、パルスレーザ20を位相変調信号と同期して発光させ、その出力でガスセル21中のガスを加熱する。記録光の収束光路上のガスが膨張することにより焦点位置を変化させる。焦点位置の変化量は、パルスレーザの出力を調整することにより行う。ガスセルの代わりに、記録光の収束光路上に液体を封入したセル、あるいは固体媒質を配置し、それを同様の原理で加熱膨張させることで屈折率変調器を構成することも可能である。
In the example of FIG. 1, a refractive index modulator using an electro-optic crystal is taken as an example, but it is naturally possible to use a refractive index modulator of a principle other than this. FIG. 6 shows an example in which gas expansion is applied as an example. That is, the
記録深さを変調する別の方式として、図1のレンズ15に相当する光学素子の焦点距離を変調することが考えられる。図7に、その一例を示す。レーザダイオード13の出射光をコリメートレンズ14とレンズ15の代わりに反射光学系を用いて焦点に集光している点が図1の例と異なる。即ち、レーザダイオード13を出射したレーザ光は、主鏡26で反射され副鏡25に向かう。そして、副鏡25で反射されて主鏡26の中央の穴を通って、焦点を結んだ後にレンズ17によって平行光に変換される。そして、副鏡25は、圧電効果を用いて焦点距離を変えることができる。
As another method for modulating the recording depth, it is conceivable to modulate the focal length of the optical element corresponding to the
図8に、そのような副鏡の構造例を示す。図8は断面図で、本体は圧電体31からなる。図中の矢印は、圧電体の分極方向を示す。表面は、反射面と電極を兼ねた金属膜32でほぼ全面が覆われている。裏面には、その中心付近の一部のみを電極30が覆っている。金属膜32と電極30の間に電圧を印加すると圧電効果により、電極に両側を挟まれた中央部付近のみが伸縮しようとする結果、鏡全体の曲率がわずかに変化し、焦点距離が変化する。必要とされている焦点位置変位は、マイクロメートル単位であるからこのような方式でも十分な量が得られる。また、副鏡の直径と厚みは、小さくし易いので高速駆動に有利である。
FIG. 8 shows an example of the structure of such a secondary mirror. FIG. 8 is a cross-sectional view, and the main body includes a
記録深さを変調する別の方式として、記録光の波長を変調することが考えられる。特許文献5に記載があるように、記録光源に使用されるレーザダイオードを波長可変とすることが可能である。発振波長を制御する方法には、温度を制御する方法の他、共振器を構成する導波路の屈折率を電流注入により制御する方法も可能である。 As another method for modulating the recording depth, it is conceivable to modulate the wavelength of the recording light. As described in Patent Document 5, it is possible to make the wavelength of a laser diode used for a recording light source variable. As a method for controlling the oscillation wavelength, in addition to a method for controlling the temperature, a method for controlling the refractive index of the waveguide constituting the resonator by current injection is also possible.
簡単のために、薄肉球面レンズで考える。このようなレンズの焦点距離fは、次式で表すことができる。 For simplicity, consider a thin spherical lens. The focal length f of such a lens can be expressed by the following equation.
ここで、nは屈折率、r1及びr2は、2つの面の曲率半径である。よって、屈折率変化による焦点距離変化Δfは、次式のようになる。 Here, n is the refractive index, and r 1 and r 2 are the radii of curvature of the two surfaces. Therefore, the focal length change Δf due to the refractive index change is expressed by the following equation.
ここで、Δnは、波長変化に対する屈折率変化である。仮に、n=1.5,r1=3mm,r2=−3mmとして、1nmあたり屈折率が1×e-4変化する硝材を使用したレンズであれば、波長の変調範囲は0.33nm程度となる。 Here, Δn is a refractive index change with respect to a wavelength change. If n = 1.5, r 1 = 3 mm, r 2 = −3 mm, and a lens using a glass material whose refractive index changes by 1 × e −4 per 1 nm, the wavelength modulation range is about 0.33 nm. It becomes.
現行の光ディスクドライブでは、対物レンズなどの主要な光学素子は、色収差を補正したものを使用することがある。色消し光学系では、入射光の波長変化に対する焦点の移動量は必ずしも単調にならない。よって、波長変調を用いて、記録深さを変調する場合には、波長が長くなった場合に対物レンズの焦点距離が、少なくとも単調に伸びるように光学系全体を設計する必要がある。 In the current optical disk drive, a main optical element such as an objective lens may use a chromatic aberration-corrected one. In an achromatic optical system, the amount of movement of the focal point with respect to a change in wavelength of incident light is not always monotonous. Therefore, when the recording depth is modulated using wavelength modulation, it is necessary to design the entire optical system so that the focal length of the objective lens at least monotonously increases as the wavelength increases.
より小さな波長変調範囲で十分な記録深さ変調を得るための構成の一例を図9に示す。この例では、より小さな波長変調範囲で十分な記録深さ変調を得るために、光学系の一部に高分散ガラスからなるレンズを使用している。波長可変レーザダイオード36を出射したレーザ光は、コリメータレンズ14で平行光に変換された後、高分散レンズ35aにより焦点を結ぶ。高分散レンズ35aは、コリメータレンズ14や対物レンズ18と比べて分散が大きな材料で作られている。焦点を過ぎた発散光は、もう一つの高分散レンズ35bによって平行光に変換され、対物レンズ18に入射する。レーザの発振波長が伸びた場合、集光側の高分散レンズ35aの焦点位置がもう一方の高分散レンズ35bに近づくので対物レンズ18への入射光がその分、発散傾向になり記録媒体中の焦点の位置が深くなる。
An example of a configuration for obtaining sufficient recording depth modulation in a smaller wavelength modulation range is shown in FIG. In this example, in order to obtain sufficient recording depth modulation in a smaller wavelength modulation range, a lens made of high dispersion glass is used as a part of the optical system. The laser light emitted from the wavelength
記録深さを変調する別の方式として、光路を選択することにより光学的距離を変更することが考えられる。それを実施した一例を図10に示す。レーザダイオード13は、記録クロックに同期した駆動パルスでパルス発光を繰り返す。レーザダイオード13を発したレーザパルスは、コリメータレンズ14で平行光に変換された後にレンズ15で焦点を結ぶ。レンズ15とその焦点の間には、液晶素子40と距離調節板41が挿入されている。一旦焦点を結んだレーザ光は、焦点の外側で発散光になる。この発散光は、レンズ17で平行光に変換された後に対物レンズ18によって記録可能領域内に焦点を結び、パルスレーザによりボイド19が形成される。
As another method for modulating the recording depth, it is conceivable to change the optical distance by selecting an optical path. An example of this is shown in FIG. The
液晶素子40は、上下に2等分されている。電圧を印加していない状態では、いずれの領域も入射した直線偏光であるレーザダイオード13の出射光を透過しないようになっている。また、位相変調信号に応じて上又は下半分のみレーザ光を透過させるように駆動される。そして、距離調整板41は、レンズ15の出射光路の下半分のみを占める光学ガラス板である。よって、位相変調信号により光路の下半分が選択された場合、距離調整板41内では屈折率が高い分、焦点の位置が光源側に近くなる。この結果、記録深さが変調される。
The
図10では簡単のために2値の例を用いて説明した。しかし、液晶素子の分割数を増やし、その各領域に割り付けた位相に対応する距離調整板を用意すれば、より多くの位相値に対応することができる。 For the sake of simplicity, FIG. 10 has been described using a binary example. However, if the number of divided liquid crystal elements is increased and a distance adjusting plate corresponding to the phase assigned to each area is prepared, more phase values can be handled.
図11は、光ディスク装置の構成の一例を示したものである。光ディスク1は、スピンドルモータ52によって回転される。光ヘッド51は、記録再生に用いる光源、対物レンズをはじめとする光学系などで構成されている。本発明に基づく装置であるので再生光学系にホモダイン検出方式を用いている。ピックアップは、スライダ53によりシークを行う。シーク及びスピンドルモータの回転などはメイン回路54からの指示によって行う。メイン回路には、信号処理回路やフィードバック調節計などの専用回路及びマイクロプロセッサ、メモリなどが搭載されている。光ディスク装置全体の動作を制御するのはファームウェア55である。ファームウェアは、メイン回路中のメモリに格納されている。
FIG. 11 shows an example of the configuration of the optical disc apparatus. The
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. In addition, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor. Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a recording device such as a memory, a hard disk, or an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
1:記録媒体、
11:記録可能領域、12:基板、13:レーザダイオード、14:コリメータレンズ、15:レンズ、16:屈折率変調器、17:レンズ、18:対物レンズ、19:ボイド、20:パルスレーザ、21:ガスセル、25:副鏡、26:主鏡、30:電極、31:圧電体、32:金属膜、35a,35b:高分散レンズ、36:波長可変レーザダイオード、40:液晶素子、41:距離調整板、52:スピンドルモータ、53:スライダ、54メイン回路、55:ファームウェア、101:半導体レーザ、102:コリメートレンズ、103:λ/2板、104:偏光ビームスプリッタ、106a,106b:λ/4板、107:2次元アクチュエータ、108:対物レンズ、113:集光レンズ、116a〜116c:ミラー、118:無偏光ハーフビームスプリッタ、119:λ/2板、120:偏光ビームスプリッタ、121,122:検出器、123:λ/4板、124:偏光ビームスプリッタ、125,126:検出器
1: recording medium,
11: Recordable area, 12: Substrate, 13: Laser diode, 14: Collimator lens, 15: Lens, 16: Refractive index modulator, 17: Lens, 18: Objective lens, 19: Void, 20: Pulse laser, 21 : Gas cell, 25: Secondary mirror, 26: Primary mirror, 30: Electrode, 31: Piezoelectric body, 32: Metal film, 35a, 35b: High dispersion lens, 36: Wavelength tunable laser diode, 40: Liquid crystal element, 41: Distance Adjustment plate, 52: spindle motor, 53: slider, 54 main circuit, 55: firmware, 101: semiconductor laser, 102: collimating lens, 103: λ / 2 plate, 104: polarization beam splitter, 106a, 106b: λ / 4 Plate 107: two-dimensional actuator 108: objective lens 113:
Claims (7)
記録媒体中に形成される反射体の記録深さの変調により情報を記録することを特徴とする情報記録再生装置。 In an information recording / reproducing apparatus that reads information as a phase change of reproduction light,
An information recording / reproducing apparatus for recording information by modulating a recording depth of a reflector formed in a recording medium.
第1のレーザ光源と、
前記第1のレーザ光源から発生されたレーザ光を記録媒体に照射する光学系と、
前記光学系により前記レーザ光が前記記録媒体内に形成する焦点の深さを変調する変調手段と、
を有することを特徴とする情報記録再生装置。 The information recording / reproducing apparatus according to claim 1,
A first laser light source;
An optical system for irradiating a recording medium with laser light generated from the first laser light source;
Modulation means for modulating the depth of focus formed by the optical system in the recording medium by the laser beam;
An information recording / reproducing apparatus comprising:
前記変調手段は、印加電圧に応じて屈折率が変化する屈折率変調器を含むことを特徴とする情報記録再生装置。 The information recording / reproducing apparatus according to claim 2,
The information recording / reproducing apparatus characterized in that the modulation means includes a refractive index modulator whose refractive index changes according to an applied voltage.
前記変調手段は、光照射によって屈折率が変化する媒質及び前記媒質に光照射する第2のレーザ光源を含むことを特徴とする情報記録再生装置。 The information recording / reproducing apparatus according to claim 2,
The information recording / reproducing apparatus, wherein the modulation means includes a medium whose refractive index changes by light irradiation and a second laser light source for irradiating the medium with light.
前記変調手段は、前記光学系中に設けられた焦点距離が変調可能である光学素子を含むことを特徴とする情報記録再生装置。 The information recording / reproducing apparatus according to claim 2,
The information recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the modulation means includes an optical element provided in the optical system and capable of modulating a focal length.
前記変調手段は、前記第1のレーザ光源の発振波長を制御する手段を含むことを特徴とする情報記録再生装置。 The information recording / reproducing apparatus according to claim 2,
The information recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the modulation means includes means for controlling an oscillation wavelength of the first laser light source.
前記変調手段は、前記光学系中に設定した光学的距離が異なる複数の光路、及び前記複数の光路のうちの一つを選択する手段を含むことを特徴とする情報記録再生装置。 The information recording / reproducing apparatus according to claim 2,
The information recording / reproducing apparatus, wherein the modulation means includes a plurality of optical paths having different optical distances set in the optical system, and a means for selecting one of the plurality of optical paths.
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