JP2013191250A

JP2013191250A - 光記録再生装置

Info

Publication number: JP2013191250A
Application number: JP2012056509A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Sugawara; 克也菅原; Yuzo Kamiguchi; 裕三上口; Masahiro Kanamaru; 将宏金丸; Keiichiro Yusu; 圭一郎柚須; Masatoshi Sakurai; 正敏櫻井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】光記録媒体に情報を書き込む速度、及び光記録媒体に書き込まれた情報を読み出す速度を速くすることができる光記録再生装置を提供する。
【解決手段】光記録再生装置１００は、レーザー光を出射する発光素子１０と、前記レーザー光を偏向させる光偏向素子２０と、光偏向素子２０で偏向されたレーザー光を透過及び反射させるハーフミラー３０と、レーザー光を収束させるレンズ４０と、光記録媒体５０を固定及び回転させる回転部６０と、ハーフミラー３０で透過したレーザー光を受光する受光素子７０と、受光素子７０が受光したレーザー光の受光位置を検出する位置検出回路８０、９０と、位置検出回路８０、９０で検出された前記受光位置に基づいて、レーザー光を偏向させる偏向量を制御する制御部９５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光記録再生装置に関する。

光記録再生装置は、光記録媒体を用いて多くの情報を記録すること、及び光記録媒体に記録された情報の書き込み・読み出しの速度を速くすることが求められている。

光記録媒体に情報を書き込む速度、及び光記録媒体に記録された情報を読み出す速度を速くする方法は例えば２つある。

一つ目の方法は、光記録媒体に記録されているビットの大きさを小さくすることである。ビットの大きさを小さくすることで、単位時間当たりに光記録媒体に書き込む情報の量及び光記録媒体に記録された情報を読み出す量が増加する。これを実現するには、光記録媒体に情報を書き込むときに用いる光の波長を短くする。しかしながら、光の波長を短くすると光記録再生装置で用いる光学素子の材料選定、光記録再生装置の光学系の設計が難しくなる。

二つ目の方法は、光記録媒体の回転速度を速くすることである。しかしながら、光記録媒体の回転速度を速くすると、遠心力により光記録媒体が壊れやすくなり、現行の光記録再生装置で実現している最大回転速度を大幅に増加させることは困難である。

特開平１１−８６２９５号公報

上記したように、光記録媒体に情報を書き込む速度、及び光記録媒体に記録された情報を読み出す速度を速くすることは難しい。

そこで本発明の実施形態は、光記録媒体に情報を書き込む速度、及び光記録媒体に書き込まれた情報を読み出す速度を速くすることができる光記録再生装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る光記録再生装置は、取り出し可能な光記録媒体に対してレーザー光を照射することで書き込み・読み出しを行う光記録再生装置であって、前記レーザー光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射された前記レーザー光を前記光記録媒体の半径方向に沿って偏向させる光偏向素子と、前記光偏向素子で偏向された前記レーザー光を透過及び反射させるハーフミラーと、前記ハーフミラーで反射した前記レーザー光を前記光記録媒体に収束させるレンズと、前記光記録媒体を固定及び回転させる回転部と、前記ハーフミラーで透過した前記レーザー光を受光する受光素子と、前記受光素子が受光した前記レーザー光の受光位置を検出する位置検出回路と、前記位置検出回路で検出された前記受光位置に基づいて、前記光偏向素子が前記光記録媒体に照射される前記レーザー光を前記光記録媒体の半径方向に偏向させる偏向量を制御する制御部と、を備える。

本発明の第１の実施形態に係る光記録再生装置を示す図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。

以下図面を参照して、本発明の各実施形態を説明する。同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
（第１の実施形態）

図１は光記録再生装置１００の概略を示す図である。

光記録再生装置１００は、レーザー光を照射する発光素子１０と、発光素子１０から出射されたレーザー光を偏向させる光偏向素子２０と、光偏向素子２０で偏向されたレーザー光を反射させる偏光ビームスプリッタ９１と、偏光ビームスプリッターで反射したレーザー光を透過及び反射させるハーフミラー３０と、ハーフミラー３０で反射したレーザー光を収束させる対物レンズ４０と、対物レンズ４０で収束したレーザー光が照射される光記録媒体５０を固定し回転させる回転部６０と、ハーフミラー３０で透過したレーザー光を受光する受光素子７０と、受光素子７０で受光したレーザー光の受光位置を検出する位置検出回路８０、９０と、位置検出回路８０、９０で検出された受光位置をもとに光偏向素子２０が偏向させるレーザー光の偏向量を制御する制御部９５と、光記録媒体５０で反射したレーザー光を再生光として検出する反射光モニタ９２を備える。対物レンズ４０とハーフミラー３０との間には、１／４波長板９３が設けられても良い。

発光素子１０は、レーザーダイオードを用いることができる。レーザーダイオードは、青色レーザーダイオードを用いることができる。

光偏向素子２０は、導波路型を用いることができる。図２は導波路型の光偏向素子２０を示す図である。図２には、上面図と断面図を示されている。導波路型の光偏向素子２０は、導電性の単結晶基板２１上に形成されたクラッド層２２と、クラッド層２２上に形成されたコア層２３と、コア層２３上に形成されたクラッド層２４と、クラッド層２４上に形成された電極２５とを備える。

コア層２３は電気光学材料で形成されている。コア層２３には、ＭｇがドープされたＬｉＮｂＯ_３を用いることができる。ＭｇがドープされたＬｉＮｂＯ_３は、電気光学定数が大きく光損傷が少ない。クラッド層２２、２４はコア層２３より小さい屈折率を有する任意の材料を用いることができる。電極２５は、プリズム型の電極を用いる。電極２５と単結晶基板２１との間に電圧を掃印することでプリズム型電極下部にプリズム型の屈折率変調領域が形成され、レーザー光を高速に偏向させることができる。光偏向素子２０の大きさは、例えば２０μｍ×５００μｍ×３２０μｍである。

光偏向素子２０は、レーザー光を偏向させることでレーザー光が光記録媒体５０に照射される位置に変位を与える。光偏向素子２０には、電気光学素子、又は音響光学素子を用いることができる。また、光偏向素子２０には、ＭＥＭＳを用いることもできる。

ハーフミラー３０はビームスプリッターを代わりに用いても良い。

対物レンズ４０は、例えばＮＡが０．８５に近い高ＮＡのレンズを用いることができる。

光記録媒体５０は、例えばＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）、ＨＤ−ＤＶＤ（Ｈｉｇｈ−ＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）、及びＢＤ(Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ)を用いることができる。光記録媒体５０にレーザー光が収束されて記録用又は再生用のビームスポットが形成される。

回転部６０は、スピンドルモーターを用いることができる。光記録媒体５０は、回転部６０によって回転される。

受光素子７０は、図３に示すように、長手形状を有し、受光部７１（ＰＤ_Ｌ０〜ＰＤ_Ｌｎ、ＰＤ_Ｒ０〜ＰＤ_Ｒｎと表記：ｎは自然数）、を複数有している。受光部７１は受光素子７０の長手方向に沿って素子分離領域７２によって左右に２分割されている。紙面左側の受光部７１が、ＰＤ_Ｌ０〜ＰＤ_Ｌｎ、紙面右側の受光部７１がＰＤ_Ｒ０〜ＰＤ_Ｒｎに相当する。素子分離領域７２は、紙面左側の受光部７１と紙面右側の受光部７１で挟まれている。また、受光部７１は、長手方向に垂直な方向おいて複数の素子分離領域７３によって分割されている。受光素子７０の縁も素子分離領域７４によって囲まれている。受光素子７０には、例えばシリコンフォトダイオード、アバランシェダイオード、ＩｎＰダイオード、又はＩｎＧａＡｓダイオードを用いることができる。素子分離領域７２、７３、７４はシリコン酸化物を用いることができる。受光素子７０に照射されるレーザー光の触れ幅は、例えば長手方向において４００μｍ程度である。受光素子７０の受光面の大きさ（素子分離領域７２〜７４、全ての受光部７１の面積）は例えば５００μｍ×５０μｍである。

次に、光記録再生装置１００の動作原理について説明する。

図４は、光記録再生装置１００の原理を説明するための概略図である。

光記録再生装置１００は、図４に示されるように、光偏向素子２０により光記録媒体５０の半径方向にレーザー光を偏向させ、レーザー光を対物レンズ４０で光記録媒体５０に収束させる。このとき、光記録媒体５０は回転部６０により回転している。光偏向素子２０により光記録媒体５０の半径方向に偏向されるレーザー光の軌跡をデータトラック領域５３とする。この動作は、光記録再生装置１００の書き込み・読み込みにおいて共通である。

初めに、光記録再生装置１００の書き込み方法について説明する。

発光素子１０からレーザー光が出射され、光偏向素子２０でレーザー光が偏向される。光偏向素子２０を通過したレーザー光は、ハーフミラー３０で透過及び反射される。ハーフミラー３０で反射したレーザー光は対物レンズ４０により光記録媒体５０に収束される。光記録媒体５０にレーザー光が収束されることで、光記録媒体５０にビームスポット５１が形成される。ビームスポット５１により光記録媒体５０にデータスポット５２が形成され情報が書き込まれる。例えば、ビームスポット５１の大きさは、直径０．４μｍ程度の略円形状である。

図５は、ビームスポット５１を用いて光記録媒体５０にデータスポット５２を形成する方法の一例を示す図である。図５は、光記録媒体５０の一部を示す。図５に示されるように、光記録媒体５０の半径方向に沿ってデータトラック領域５３が複数形成されている。また、光記録媒体５０の回転方向に沿って、データトラック列５６が複数形成されている。図５では説明を簡単にするためにデータトラック領域５３が２つある例を示している。

ビームスポット５１は、光記録媒体５０の半径方向を光偏向素子２０によって移動する（図５の実線の矢印５４）。このとき、ビームスポット５１の光の強度を強くすることでデータスポット５２が光記録媒体５０に形成され情報が書き込まれる。半径方向において、ビームスポット５１がデータトラック領域５３の端まで来たら、回転方向において隣のデータトラック列５６にビームスポット５１は移動する（図５の破線の矢印５５）。光記録媒体５０が回転しているために、ビームスポット５１は隣のデータトラック列５６へ移動することができる。また、光記録媒体５０が回転しているために、データトラック領域５３は半径方向に対して傾いている。結果として、ビームスポット５１がデータトラック領域５３上を周期的な波形を軌跡として描くことになる。

半径方向におけるデータトラック領域５３の長さは、光偏向素子２０の偏向幅と動作周波数によって決定される。光記録媒体５０の回転速度を一定とした場合、データトラック領域５３の長さを長く設定できるほど、単位時間当たりの書き込み・読み出し速度を高速化できる。従がって、光偏向素子２０の偏向幅はできるだけ広く、かつ動作周波数はできるだけ高速なものが望ましい。

ここで、受光素子７０の受光部ＰＤ_Ｌ０から受光部ＰＤ_Ｌｎまでの長手方向がデータトラック領域５３の長手方向（光記録媒体５０の半径方向）に対応している。受光素子７０の長手方向に垂直な方向はデータトラック列５６の幅方向に対応している。レーザー光が光記録媒体５０に描くデータトラック列５６の軌跡は、受光素子７０上でレーザー光が描く軌跡と拡大投影の関係にある。この拡大投影の関係は、対物レンズ４０の倍率、対物レンズ４０の焦点距離、及び光偏向素子２０から受光素子７０までの距離によって決まる。

光記録媒体５０上でのビームスポットの受光位置の検出は位置検出回路８０、９０によって行われる。図６は長手方向の位置検出回路８０の構成を示す図である。レーザー光は受光素子７０で検出され、受光素子７０がレーザー光を受光した光強度の情報が位置検出回路８０へ送られる。位置検出回路８０は、受光素子７０から送られた光強度の位置分布をもとに受光素子７０の長手方向におけるレーザー光の受光位置を検出する。この位置情報をもとに、データトラック列５６上でのビームスポット５１の位置を前述の拡大投影の関係から検知することができる。位置検出回路８０には不揮発メモリ８１が接続されている。不揮発メモリ８１には、予め設定されたデータトラック列５６の長手方向の長さの情報が格納されている。位置検出回路８０は不揮発メモリ８１に格納されているデータトラック列５６の長手方向の長さの情報と受光素子７０から送られてきた受光位置の情報を比較し、その結果を制御部９５へ送る。制御部９５は、不揮発メモリ８１に格納されたデータトラック列５６の長手方向の長さになるように、ビームスポット５１を制御する信号を光偏向素子２０へ送る。光偏向素子２０は、制御部９５から送られた信号に基づいてレーザー光の偏向量を調整する。

また、データトラック列５６の長手方向の長さに対物レンズ４０の倍率をかけた長さが、受光素子７０の長手方向を移動するレーザー光の距離よりも短くしてもよい。このようにすることで、光記録媒体５０の半径方向においてレーザー光がデータトラック列５６の長手方向を越えてしまっても受光素子７０でビームスポット５１の位置情報を検知することができる。よって、ビームスポット５１が受光素子７０の検知不能領域に出てしまうことによる誤作動を防ぐことができる。

図７は、短手方向の位置検出回路９０内の構成を示す図である。レーザー光は受光素子７０で受光され、受光素子７０がレーザー光を受光した光強度の情報が位置検出回路９０へ送られる。位置検出回路９０は、受光素子７０の短手方向における受光位置を検出する。これは、光記録媒体５０のデータトラック列５６の幅方向に相当する。位置検出回路９０には、図７に示されるように複数の差分回路を備えている。これらの差分回路では、素子分離領域７２に対して左側の受光部７１と右側の受光部７２の光強度の差分を取る。これらの光強度の差分の総和を取り、制御部９５へ光強度の差分の総和を送る。制御部９５は、光強度の差分の総和が小さくになるように、ビームスポット５１を制御する信号を光偏向素子２０に送る。光偏光素子２０は、制御部９５から送られた信号に基づいて偏向動作を調整する。

図８に示されるように、各受光部７１からの光強度の総和から差分を最終的に検出してもよい。この場合、素子分離領域７２に対して左側の受光部７１の光強度の総和と右側の受光部７１の光強度の総和との差分をとることになる。

位置検出回路９０からの光強度の差が小さい場合、位置検出回路８０のみでビームスポット５１を制御してもよい。

光記録再生装置１００は、ハーフミラー３０で透過したレーザー光を受光素子７０で受光することで光偏向素子２０の偏向量を制御する。従来のような光記録媒体からの反射光を受光せずに、レーザー光を直接受光することができる。よって、光偏向素子２０を用いることによって生じる新たな制御項目であるビームスポットの半径方向の偏向幅の制御を、光記録媒体５０に制御用の新たな構造を加えることなく実現することができる。

書き込みの順序は、光記録媒体５０に存在する内側のデータトラック領域５３から書き込んでもよいし、外側のデータトラック領域５３から書き込んでもよい。

次に光記録再生装置１００の読み出し方法について説明する。

読み出し時には、レーザー光の強度を書き込み時のレーザー光の強度よりも弱くする。ハーフミラー３０で反射したレーザー光は、例えば図４に示されるような光記録媒体５０に書き込まれたデータトラック列５６に沿って照射される。

データスポット５２にレーザー光が照射されるとレーザー光がデータスポット５２で反射してハーフミラー３０へ入射する。ハーフミラー３０に入射したレーザー光は、ハーフミラー３０で反射して偏光ビームスプリッタ９１へ導かれる。偏光ビームスプリッタ９１へ入射したレーザー光は、偏光ビームスプリッタ９１を透過し、反射光モニタ９２へ入射する。

偏光ビームスプリッター９１をレーザー光が透過するのは、レーザー光に位相遅れが与えられているからである。反射光モニタ９２は、フォーカシング信号、及び再生信号を生成する。これらの信号は、制御部（図示せず）に送られる。制御部がフォーカシング信号を用いて対物レンズ４０の焦点距離を調整する。制御部が再生信号を読み出し情報を読みだす。

このようにして、反射光モニタ９２は、データスポット５２で反射したレーザー光を検出し、光記録媒体５０に書き込まれた情報を読み出す。
（第２の実施形態）

図９は、光記録再生装置２００を示す図である。

光記録再生装置２００は、主にＬＤ光量モニタを備えている点が光記録再生装置１００と異なる。

光記録再生装置２００の動作原理について図９を用いて説明する。

発光素子１０から出射されたレーザー光は、カップリングレンズを通過して光偏向素子２０に入射する。カップリングレンズには、シリンドリカルレンズを用いることができる。シリンドリカルレンズを用いることで、レーザー光を平面型導波路形状を有する光偏向素子２０へ入射させることができる。カップリングレンズを設けないで、発光素子１０と光偏向素子２０を直接接合しても良い。光偏向素子２０は、レーザー光を±１°の範囲で偏向してレーザー光を透過させる。

光偏向素子２０を通過したレーザー光はアナモルフィックレンズに入射する。アナモルフィックレンズは、光偏向素子２０から出射されたレーザー光の断面形状が楕円形状又は扁平形状であっても略円形状に整形する。

アナモルフィックレンズを通過したレーザー光は、偏光ビームスプリッター９１に入射する。レーザー光は偏光ビームスプリッター９１で反射及び透過する。偏光ビームスプリッター９１で反射したレーザー光は、コリメートレンズに入射する。コリメートレンズはレーザー光を平行光にする。コリメートレンズの配置位置は、光軸方向であれば変更可能である。コリメートレンズの配置位置を調整することで、球面収差を補正することができる。

コリメートレンズを通過したレーザー光は、ハーフミラー３０で透過及び反射する。ハーフミラー３０で反射したレーザー光は、１／４波長板９３、集光レンズ、対物レンズ４０を通過する。対物レンズ４０を透過したレーザー光は、ビームスポットとして光記録媒体５０に照射される。ビームスポットの強度が強い場合には、データスポットが光記録媒体５０に形成され情報が光記録媒体５０に書き込まれる。ビームスポットの強度が書き込み時の強度よりも弱い場合には、光記録媒体５０に形成されたデータスポットでビームスポットが反射し光記録媒体５０に書きこまれた情報が読み出される。

ハーフミラー３０を透過した光は、集光レンズで集光され、受光素子７０に入射する。

偏光ビームスプリッター９１を透過したレーザー光は、ＬＤ光量モニタに入射する。ＬＤ光量モニタは、レーザー光の強度を検知する。ＬＤ光量モニタで検出されたレーザー光の強度を用いて発光素子１０は出射するレーザー光の強度を調整する。

光記録媒体５０に照射され、光記録媒体５０で反射したレーザー光は、対物レンズ４０、集光レンズ、１／４波長板９３、ハーフミラー３０、コリメートレンズを通過する。コリメートレンズを通過したレーザー光は、偏光ビームスプリッター９１を透過してホログラムフィルタ、集光レンズを通過する。集光レンズを通過したレーザー光は、反射光モニタ９２に入射する。偏光ビームスプリッター９１をレーザー光が透過するのは、レーザー光に位相遅れが与えられているからである。反射光モニタ９２は、フォーカシング信号、及び再生信号を生成する。これらの信号は、制御部（図示せず）に送られる。制御部がフォーカシング信号を用いて対物レンズ４０の焦点距離を調整する。制御部が再生信号を読み出し情報を読みだす。

光記録媒体５０と１／４波長板９２との間に設けられた対物レンズ４０、集光レンズ、及びハーフミラー３０と受光素子７０との間に設けられた集光レンズにより、光記録媒体５０でのビームスポットの半径方向への偏向量と受光素子７０上でのビームスポットの長手方向の偏向量は拡大投影の関係にある。ここで、光偏向素子２０が光記録媒体５０に照射されるレーザー光を半径方向に偏向させる偏光量に対物レンズ４０、及び集光レンズの倍率をかけた大きさは、受光素子７０の長手方向における長さよりも小さくしてもよい。すなわち、データトラック列５６の長手方向の長さに対物レンズ４０、及び集光レンズの倍率をかけた長さが、受光素子７０の長手方向を移動するレーザー光の距離よりも短くしてもよい。このようにすることで、光記録媒体５０の半径方向においてレーザー光がデータトラック列５６の長手方向を越えてしまっても受光素子７０でビームスポット５１の位置情報を検知することができる。よって、ビームスポット５１が受光素子７０の検知不能領域に出てしまうことによる誤作動を防ぐことができる。なお、集光レンズの数は設計に応じて変更してよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…発光素子、２０…光偏向素子、３０…ハーフミラー、４０…対物レンズ、５０…光記録媒体、６０…回転部、７０…受光素子、８０、９０…位置検出回路、９５…制御部、１００…光記録再生装置

Claims

取り出し可能な光記録媒体に対してレーザー光を照射することで書き込み・読み出しを行う光記録再生装置において、
前記レーザー光を出射する発光素子と、
前記発光素子から出射された前記レーザー光を前記光記録媒体の半径方向に沿って偏向させる光偏向素子と、
前記光偏向素子で偏向された前記レーザー光を透過及び反射させるハーフミラーと、
前記ハーフミラーで反射した前記レーザー光を前記光記録媒体に収束させるレンズと、
前記光記録媒体を固定及び回転させる回転部と、
前記ハーフミラーで透過した前記レーザー光を受光する受光素子と、
前記受光素子が受光した前記レーザー光の受光位置を検出する位置検出回路と、
前記位置検出回路で検出された前記受光位置に基づいて、前記光偏向素子が前記光記録媒体に照射される前記レーザー光を前記光記録媒体の半径方向に偏向させる偏向量を制御する制御部と、
を備える光記録再生装置。
前記受光素子は、長手形状を有し、前記長手形状の長手方向に直交する方向に分割されている請求項１に記載の光記録再生装置。
前記受光素子の長手方向は、前記光記録媒体の半径方向に対応していることを特徴とする請求項２に記載の光記録再生装置。
前記レーザー光が前記受光素子の長手方向に動くとき、前記光偏向素子は前記レーザー光を前記光記録媒体の半径方向に偏向させる請求項１乃至請求項３の何れかひとつに記載の光記録再生装置。
前記受光素子は、前記長手方向において素子分離領域を有し、前記素子分離領域を挟んで左右に２分割された一対の第１及び第２の受光部を有する請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の光記録再生装置。
前記位置検出回路は、前記第１の受光部及び前記第２の受光部が検出した前記レーザー光の強度の差分を検出する請求項５に記載の光記録再生装置。
前記ハーフミラーと前記光記録媒体との間に設けられた少なくとも一つの第１のレンズ、及び前記ハーフミラーと前記受光素子との間に設けられた少なくとも一つの第２のレンズを更に備え、
前記光偏向素子が前記光記録媒体に照射される前記レーザー光を半径方向に偏向させる偏向量に前記第１のレンズの倍率及び前記第２のレンズの倍率をかけた大きさは、前記受光素子の前記長手方向における長さよりも小さい請求項２乃至請求項６の何れか一つに記載の光記録再生装置。