JP4100397B2

JP4100397B2 - カートリッジ

Info

Publication number: JP4100397B2
Application number: JP2004376815A
Authority: JP
Inventors: 伸朗豊島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2018-12-16
Also published as: JP2005129229A

Description

本発明は、記録媒体に情報を記録し、また記録媒体に記録されている情報を再生する記録・再生装置に用いられるカートリッジに係り、特に、近接場光メモリ用の記録媒体と、従来方式の記録媒体（例えば、ＣＤ（ＣompactＤisc）やＤＶＤ（Ｄigital Ｖideo Ｄisc）などの記録媒体）の両方の記録媒体に対して情報の記録や再生を可能にする記録・再生装置に用いられるカートリッジに関する。

近年の情報社会において、処理すべき情報量は拡大の一途をたどり、それに伴って、記録媒体（メモリ）へ記録する情報も高密度・大容量化が要望されており、ＣＤやＤＶＤの如き記録媒体を用いた光メモリが普及している。現在実用化されている光メモリでは、レーザ光を回折限界にまで集光したレーザスポットを記録媒体へ照射し、このとき記録層に熱的・磁気的変調を与えることによって情報の記録を行い、一方記録ビットによって変調される反射光強度を検出することで情報の再生を行っている。このような情報記録方法での記録媒体上の記録密度はレーザ波長でほぼ決定されてしまう。近年のコンピュータ等の情報機器を取り巻く情報量の増大に対応していくために、回折限界を超えるような記録密度を達成する大容量光メモリが要求されている。このような次世代の大容量光メモリとして有望視されているものとして、近接場光を用いて情報の記録・再生を行ういわゆる近接場光メモリが提案されている。近接場メモリに関しては、特開平０９−２５１６６１号公報（特許文献１）、特開平１０−２０６６６０号公報（特許文献２）、特開平０８−１８０４５３号公報（特許文献３）などを参照されたい。

図２５は、近接場光メモリの従来例を示す図である。
レーザ光源１からの放射光は、レンズ２などの適当な光学系を介してプローブ３へ入射された後、該プローブ３中を導波し鋭く尖ったその先端部へと達し、該先端部近傍にエバネッセント場（近接場）を形成する。このプローブ３を、透明基板４上にフォトクロミック材料等を含む記録層５を形成した記録媒体に対して光の波長程度以下の距離にまで近づけると、プローブ３から記録層へのエネルギー伝搬が発生する。このとき、記録層５においてフォトクロミック反応が生じ、該記録層５の光透過率が変化する。このようにして記録層５の光透過率を選択的に変化させることで情報の記録を行う。

記録情報の読み出しは、エバネッセント場から基板側へ透過する光の強弱を光電子増倍管などで検出することにより行われる。そして、プローブ３または基板を走査すれば情報が選択的に記録された部位（記録マーク）の有無に応じた再生信号が得られる。このような光メモリは、プローブ３の先端部の鋭さを向上すれば光の回折限界による解像度を上回ることが可能になり、従来の光メモリの１００倍以上の高密度記録が可能になると考えられている。

特開平０９−２５１６６１号公報特開平１０−２０６６６０号公報特開平０８−１８０４５３号公報

ところで、ＣＤとＤＶＤを共通に取り扱うことが可能な記録再生装置が望まれているように、一般に異なる記録方式の記録媒体に対してそれぞれ記録媒体毎に異なる記録または再生装置を必要とするのでは不便である。近接場光メモリの場合も同様であり、その記録再生装置は従来の記録媒体に対しても同一の装置で記録または再生ができる方が望ましい。近接場光メモリでは、近接場光プローブと記録媒体を光の波長以下の距離まで近接させるため、記録媒体に塵やホコリなどが付着していると記録や再生に障害が生じることがある。

そこで、本発明の目的は、防塵され信頼性の高い近接場光による記録再生を実現することができるカートリッジ、集光度の高いカートリッジ、記録方式を容易に判別できるカートリッジを提供することである。

さらに、具体的には、
（ａ）近接場光メモリの記録媒体の防塵効果を高め、記録再生の信頼性を向上させること、（ｂ）カートリッジ内に納められた近接場光プローブへの集光性能を向上させることによって、記録媒体に照射される近接場光強度を上げて良好な記録再生動作を実現すること、（ｃ）近接場光プローブ自体が収差補正の効果をある程度有する場合において、微小開口への集光性能を向上させて記録媒体に照射される近接場光強度を上げ、良好な記録再生動作を実現すること、（ｄ）記録・再生装置に挿入された記録媒体の記録方式を判別することによって、誤動作を防止し、装置の信頼性を向上させること、

上記目的を達成するために、本発明のカートリッジは、（１）アームホルダーに固定されたアームに固定された近接場光プローブを内部に含むとともに、透明窓を有するカートリッジであって、前記アームホルダーは光ピックアップユニットを搭載する移動ステージに設けられた脱着ユニットに脱着可能とすることで、光ピックアップユニットの対物レンズからの光が前記透明窓を透過して該カートリッジ内に照射された場合に、常に該近接場光プローブの微小開口近傍で回折限界まで集光されるように構成されていること、（２）内部に納められている記録媒体の記録方式を判別するための指標が設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、防塵された信頼性の高い近接場光による記録再生を実現することができるカートリッジ、集光度を向上させることができるカートリッジ、記録媒体の記録方式を判別することができるカートリッジを実現できる。

以下、本発明に対する実施例を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、ＣＤやＤＶＤなどの記録媒体（光ディスク）１８に対する記録再生を行う場合の構成図であり、光ピックアップユニット１０によって、記録媒体１８に光を選択的に照射して情報を記録し、記録媒体１８からの反射光を検出して情報を読取る。光ピックアップユニット１０の典型的な構成例は、例えば同図に示すように、半導体レーザ１１、偏光ビームスプリッタ１２、コリメータレンズ１３、１／４波長板１４、対物レンズ１５、シリンドリカルレンズ１６、フォトディテクタ（実施例は分割フォトダイオード１７の場合）から構成され、半導体レーザ１１からのレーザ光を偏光ビームスプリッタ１２で分割してコリメータレンズ１３、１／４波長板１４を介して対物レンズ１５で集光して記録媒体１８に照射する。また、記録媒体１８からの反射光強度を対物レンズ１５、１／４波長板１４、コリメータ１３、偏光ビームスプリッタ１２、シリンドリカルレンズ１６を介して分割ダイオード１７で検出して記録媒体１８に記録された情報を読取る。

図２は、近接場光メモリ用の記録媒体に対する記録・再生を行う場合の構成図であり、図１とは光ピックアップユニット１０の対物レンズ１５の集光位置に近接場光プローブ１９を具備する点が異なっている。図２においては、光ピックアップユニット１０からの光を近接場光プローブ１９を通して近接場光（エバネッセント場光）を生成して近接場光メモリ用の記録媒体２０に照射して情報を記録し、記録媒体２０からの反射光強度を分割フォトダイオード１７で検出して情報を読取る。光ピックアップユニット１０は図１と同様な構成を有している。本構成では、近接場光プローブ１９を設けたことにより近接場光メモリ用の記録媒体２０上に高密度で情報を記録したり読み出したりすることが可能になる。

本発明の第１の実施例は、ＣＤやＤＶＤなどの記録媒体（光ディスク）に対する記録再生を行う場合には図１に示すような光ピックアップユニット１０を用い、近接場光メモリ用の記録媒体の場合には図２に示すように光ピックアップユニット１０と近接場光プローブ１９からなる構成を用いるようにしたものであり、これにより、ほぼ同一の構成つまり近接場光メモリ用の記録媒体の場合のみ近接場光プローブを導入するだけで異なる記録方式の記録媒体への情報の記録再生を行うことが可能になる。

図３〜６は、近接場光プローブ１９の構成例を説明するための図である。
図３は、円錐状の開口が設けられた部材からなる近接場光プローブ１９の例である。ここで、径の小さい側の開口は光の波長より小さい微小開口３１を有する。好ましくは開口部の円錐面には光が減衰しないように金属膜３２が設けられている。図４は、ガラスなどの透明材料３３の片面に光の波長より小さい微小開口３４を有する遮光膜３４を設けた近接場光プローブ１９の例である。図５は、先端を先鋭化した光ファイバ３６を光の波長以下の微小開口３９を有する支持体３７で支持し、光ファイバの先端から微小開口３９を通して近接場光を照射できるように構成された近接場光プローブ１９の例である。好ましくは光ファイバ３６の先鋭化した部分に当接する支持体３７の部分には図３と同様に金属膜３８を設けておく。図６は、半球レンズ４０の平面部分に光の波長より小さい微小開口４２を有する遮光膜４１を設けた近接場光プローブ１９の例である。

本実施例では、図３〜６に示すような光の波長以下の微小開口３１，３５，３９，４２を有するものを用い、これ全体が記録媒体の表面近傍を摺動またはフライングするスライダーとして機能するように構成されている。近接場光プローブを用いる場合も、光ピックアップユニット１０は、上述したように、ＣＤやＤＶＤなど従来の光メモリに用いられているものと同様の光学系の構成となっている。

フォトディテクタとしては本実施例では４分割された分割フォトダイオード１７を用いている。これによりＣＤやＤＶＤなどの記録媒体（光ディスク）においてトラッキングやフォーカシングの動作を可能にしている。近接場光プローブ１９が導入された場合には、微小開口とその近傍からの反射光を利用して上記のフォーカシングおよびトラッキングと同様の動作を行うことにより、常に近接場光プローブの中心に対物レンズの集光点が位置し、また図３，４のような構成の近接場光プローブの場合では微小開口３１，３５付近に、図５のような場合には光ファイバの入射端面にフォーカシングさせることができ、近接場光プローブ１９へ安定して光が導入されるようになる。

図７は、フォーカシングを説明するための図である。
フォーカシング動作は、同図（Ａ）に示すように、分割フォトダイオード１７の前に配置されたシリンドリカルレンズ１７２によって生じるビーム１７１の非点収差を利用して、分割されたフォトダイオード（分割された４つのフォトダイオードを便宜的に番号ａ，ｂ，ｃ，ｄを付与する）で検出された信号において、Ｋ＝（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）の絶対値が最小になるように対物レンズと近接場光プローブの距離を制御することにより行われる。同図（Ａ）は、上記Ｋの値は大きい状態、同図（Ｃ）は上記Ｋが小さいときの状態、同図（Ｂ）が上記Ｋが最小の状態を示している。

図８は、近接場光プローブの中心と対物レンズの集光点の位置合わせを説明するための図である。
近接場光プローブの中心と対物レンズの集光点の位置合わせは、図８においてＬ＝（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）またはＭ＝（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）の絶対値が最小となるように対物レンズを制御する。ビーム１７３が分割された４つのフォトダイオードａ，ｂ，ｃ，ｄの中心になる同図（Ｂ）の状態が上記Ｌ，Ｍの絶対値が最小になる状態である。

本実施例における対物レンズの制御は、従来の光ディスクの記録方式に用いられているコイルを用いた電磁力駆動によって行われる。ただし、対物レンズを動かせる範囲には制限があるので、これを超えることがないように近接場光プローブと光ピックアップユニットは同じ駆動機構により記録媒体上の粗動走査（シーク）を行うようにしている。

図９は、光ピックアップユニットを搭載する移動ステージの具体的構成例を示す図である。同図において、５０は移動ステージ、５１は光ピックアップユニット、５２はガイド、５３は送りネジ、５６は近接場光プローブ、５７は近接場光プローブを保持するアーム、５５はアームホルダー、５４はアームホルダーを脱着する脱着ユニット、５８は記録媒体である。同図に示すように、例えば、近接場光プローブ５６と光ピックアップユニット５１が同じ移動ステージに固定された状態で記録媒体５８上を走査することで近接場光プローブ５６は常に光ピックアップユニット５１内にある対物レンズの下方に位置させることができる。この駆動機構は、従来の記録方式のおいて、トラック方向と光ピックアップユニット５１との位置関係を一定に保つために、リニア駆動（直線移動）となっている。

近接場光プローブ５６自体はアーム５７の先端に取り付けられた圧電体素子（ピエゾ素子）などによってトラックに沿うように微動できるようになっている。そして、前述のようにこの微動に追従して光ピックアップユニット５１内の対物レンズが駆動され、効率よく光が導入されるようになっている。近接場光プローブ５６を保持するアーム５７は、脱着ユニット（電磁石などによる）５４によって移動ステージ５０と切り離すことができるようになっており、近接場光メモリ用の記録媒体以外の記録媒体が本実施例の記録再生装置に挿入された場合には、図１０のように移動ステージ５０から切り離して記録媒体の脇に配置されたアームホルダー５５に保持しておき、近接場光メモリ用の記録媒体が挿入された場合にのみ脱着ユニット５４によってアーム５７を移動ステージ５０に固定して記録再生を行うようになっている。

図１１〜１３は収差の補正を説明するための図であり、１５は対物レンズ、６０は基板、６１は記録層、６２は補正板、６３は近接場光プローブを示している。光ピックアップユニットに装着される対物レンズ１５は、図１１に示すように、基板６１を透過して記録層６１へ集光するように設計されているので、この対物レンズ１５を用いて、図１２のように近接場光プローブ６３に集光入射させた場合には収差が生じて十分集光されず、近接場光の生成効率が低下してしまう。そこで、図１３に示す実施例では、近接場光プローブ６３の導入と同時に近接場光プローブ６３と対物レンズ１５の間に、この収差を補正するための透明な補正板６４を挿入し、これによって十分集光された光が近接場光プローブ５６へ導入できるようにしている。

図１４は、上述した補正板６４を図９の構成に適用した実施例であり、光ピックアップユニット５１内の対物レンズと近接場光プローブ５６との間に配置されるように、補正板６４をアームホルダー５５に取り付けるようにしたものである。

図１５は、上述した収差の問題を解決する別の実施例を示す図である。本実施例は、近接場光プローブ６５に収差補正領域３３’を持たせ、近接場光プローブ６５中の光路で上述の収差を補正するようにしたものである。近接場光プローブ自体の性能（効率）としては図１３に示した構成の方がよいが、本例では補正板を別途設ける必要がないので構成を簡単にすることができるという効果がある。

近接場光プローブとして図５のような光ファイバを利用したものを用いた場合には、収差の問題は、図１４の実施例のように補正板を挿入することで解決できるが、この構成では光ファイバへの光の結合効果までを最適化することはできない。つまり、光メモリ用の対物レンズではＮＡ（開口数）が大きすぎてしまい、光ファイバに入射されずに反射されてしまう割合が大きくなってしまうという問題点がある。図１６は、この問題点を解決するための実施例であり、対物レンズ１５とコリメータレンズ１３の間にビーム径を調節するアパーチャ６５を設けて実効的な対物レンズのＮＡ（開口数）を変化させることによって、近接場光プローブを構成する光ファイバ６７と対物レンズ１５の結合効率を最適化するようにしている。

図１７は、補正板とアパーチャを一体化させた例である。この一体化構造を図１６における補正板６２の位置に配置させることで収差とＮＡ（開口数）の補正を一つの素子で行うことで、部品点数を減らすとともにコストの低減を実現することができる。

図１８および図１９は、記録媒体と近接場光プローブをカートリッジ化した実施例を示す図であり、図１８は横から見た断面図、図１９は上から見た構成図である。
近接場光メモリでは、近接場光プローブと記録媒体を光の波長以下の距離まで近接させるため、記録媒体に塵やホコリなどが付着していると記録や再生に障害が生じることがある。そこで、図１８に示すように、少なくとも近接場光メモリ用の記録媒体７１はカートリッジ７０に収納された状態で記録・再生装置に出し入れするようにし、また、近接場光プローブ５６も同一のカートリッジ７０に収納し、記録・再生装置から取り出した場合にも外界の塵やホコリが中に入らないようにした。

そして、図１８および図１９に示すように、カートリッジ７０に透明窓７３を設けておき、光ピックアップユニット５１との光相互作用はこの透明窓７３を介して行うようにした。一方、アーム５７は図１９に示すアームガイド７４上を滑って移動できる防塵板７２に固定されており、これに脱着ユニット５４が結合することによって近接場光プローブ５６と光ピックアップユニット５１を同じ移動ステージ５０で走査させることができるようになっている。防塵板７２は、アーム５７と脱着ユニット５４を接続する機能とともに、アーム５７が動いたときにアームガイド７４に隙間が開いてカートリッジ７０外から塵やホコリが入ってこない機能を持っている。
本実施例では、以上のようにカートリッジ７０を防塵することで、信頼性の高い近接場光による記録再生を実現することができる。当然ながら、従来方式の記録媒体の場合には、光ピックアップユニット７０を従来方式と同様に駆動することで記録再生を行うことができる。

図２０は、透明窓７３に補正板の機能を持たせた実施例である。
前述したように、光ピックアップユニット７０の対物レンズをそのまま使用したのでは、収差が生じて十分集光されず、近接場光の生成効率が低下してしまう。そこで、図２０に示す実施例では、記録媒体を納めたカートリッジの透過窓を光が透過するときの光学的距離と従来の記録媒体の基板で生じる光学的距離が等しくなるように透明窓を構成しておくことによって、近接場光プローブへの集光度を向上させるようにしている。

図２１および図２２は、収差補正の別の実施例を説明するための図である。
近接場光プローブとして光ファイバを利用したものを用いた場合には、前述したように収差の補正とＮＡ（開口数）の最適化を行う必要がある。そこで、図２１の示す実施例では、透明窓７３で収差補正を行い、光ピックアップユニット７０内のアパーチャ６５でＮＡ（開口数）の最適化を行ない光ファイバと対物レンズの光結合効率を向上させるようにしている。収差の問題を解決する別の実施例として、図２２では、近接場光プローブ５６としてそれ自体である程度収差を補正できるもの（図１５参照）を用い、透明窓７３と近接場光プローブ５６の両方を光が通過したときに収差が補正されて集光されるようにした。

図２３および図２４は、カートリッジに記録方式を判別するための判別タブを設けた場合の実施例を示す図である。
上述したように、近接場光メモリ用の記録媒体をカートリッジに納めた場合、カートリッジで記録再生装置に挿入される場合と記録媒体であるディスクだけで挿入される場合（従来の記録媒体）の両方を取り扱うようにするのは構成が複雑になり得策ではない。従来の記録媒体の場合も、同じようにカートリッジに納めた方が装置側として取り扱いが便利でありコストも低減される。このように、記録再生装置に挿入される記録媒体の全て同形のカートリッジに納める場合、挿入された記録媒体の記録方式がどの方式であるが判別する必要がある。そこで図２３に示す実施例では、記録方式を判別するために、従来のフレキシブルディスクにおける書き込み禁止用のノッチと同様なスライド式のタブをカートリッジに設けておき、これを検出することで記録装置が挿入された記録媒体の記録方式を自動的に判別できるようにしている。判別タブの検出手段としては、例えば、図２４に示すように判別タブの位置によって固定端７６を軸に回動する部材によりスイッチ７７がオン／オフされることで、記録方式の判別を電気信号に変換して得ることができる。

以上本発明の具体的な実施例を説明したが、本発明はこれらに限らず、本発明の主旨を逸脱しない限り様々な変形が可能なことはいうまでもない。例えば、光ピックアップユニット１０や移動ステージ５０として示した構成は単に一例を示したに過ぎず、構成を限定するものではない。また、判別タブ７５も必ずしもスライド式である必要はなく、記録方式を識別できるものであれば如何なる構成でも良く、例えば切り欠きを設けたり識別マークを印刷しておいてもよい。

ＣＤやＤＶＤなどの記録媒体（光ディスク）に対する記録再生を行う場合の構成図である。近接場光メモリ用の記録媒体に対する記録・再生を行う場合の構成図である。近接場光プローブの構成例を説明するための図である（その１）。近接場光プローブの構成例を説明するための図である（その２）。近接場光プローブの構成例を説明するための図である（その３）。近接場光プローブの構成例を説明するための図である（その４）。フォーカシングを説明するための図である。近接場光プローブの中心と対物レンズの集光点の位置合わせを説明するための図である。光ピックアップユニットを搭載する移動ステージの具体的構成例を示す図である。近接場光メモリ用の記録媒体以外の記録媒体が本実施例の記録再生装置に挿入された場合の図である。収差の補正を説明するための図である（その１）。収差の補正を説明するための図である（その２）。収差の補正を説明するための図である（その３）。補正板を図９の構成に適用した実施例である。収差の問題を解決する別の実施例を示す図である。収差の問題点を解決するための全体構成例を示す図である。補正板とアパーチャを一体化させた例である。記録媒体と近接場光プローブをカートリッジ化した実施例を示す図である（上から見た構成図）。記録媒体と近接場光プローブをカートリッジ化した実施例を示す図である（横から見た断面図）。透明窓に補正板の機能を持たせた実施例である。収差補正の別の実施例を説明するための図である（その１）。収差補正の別の実施例を説明するための図である（その２）。カートリッジに記録方式を判別するための判別タブを設けた場合の実施例を示す図である（その１）。カートリッジに記録方式を判別するための判別タブを設けた場合の実施例を示す図である（その２）。近接場光メモリの従来例を示す図である。

符号の説明

１：レーザ光源、２，６：レンズ、３：プローブ、４：透明基板、５，６１：記録層、７：光検出器、１０，５１：光ピックアップユニット、１１：半導体レーザ、１２：偏光ビームスプリッタ、１３：コリメータレンズ、１４：１／４波長板、１５：対物レンズ、１６，１７２：シリンドリカルレンズ、１７：分割フォトダイオード（フォトディテクタ）、２０：近接場光メモリ用記録媒体、３１，３５，３９，４２：微小開口、３２，３８：金属膜、３３：透明材料、３３’：収差補正領域、３４，４１，６８：遮光膜、３６，６７：光ファイバ、３７，６６：支持体、５０：移動ステージ、５１：光ピックアップユニット、５２：ガイド、５３：送りネジ、５４：脱着ユニット、５５：アームホルダー、５６，６３，６５：近接場光プローブ、５７：アーム、５８，７１：記録媒体、５９，８０：モーター、６０：基板、６２，６４：補正板、６９：透明部材、７０：カートリッジ、７２：防塵膜、７３：透明窓、７４：アームガイド、７５：判別タブ、７６：固定端、７７：スイッチ。

Claims

アームホルダーに固定されたアームに固定された近接場光プローブを内部に含むとともに、透明窓を有するカートリッジであって、前記アームホルダーは光ピックアップユニットを搭載する移動ステージに設けられた脱着ユニットに脱着可能とすることで、光ピックアップユニットの対物レンズからの光が前記透明窓を透過して該カートリッジ内に照射された場合に、常に該近接場光プローブの微小開口近傍で回折限界まで集光されるように構成されていることを特徴とするカートリッジ。
内部に納められている記録媒体の記録方式を判別するための指標が設けられていることを特徴とする請求項１記載のカートリッジ。