JP4328302B2 - Optical recording apparatus and data writing method - Google Patents

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Description

本発明は、積層された複数の記録層を有する多層記録媒体に、光を用いてデータを書き込む光記録装置及びデータ書き込み方法に関する。   The present invention relates to an optical recording apparatus and a data writing method for writing data on a multilayer recording medium having a plurality of stacked recording layers using light.

従来、記録容量を増やすために、複数の記録層が積層された光記録媒体(多層記録媒体)が提案されている。この多層記録媒体の複数の記録層は、多層記録媒体の表面から各々異なる深さにあるため、このような多層記録媒体にデータを書き込むためには、光記録装置は、深さの異なる位置に光スポットを配置できる光記録装置(光ヘッド)を備えていることが望ましい。   Conventionally, in order to increase the recording capacity, an optical recording medium (multilayer recording medium) in which a plurality of recording layers are stacked has been proposed. Since the plurality of recording layers of the multilayer recording medium are at different depths from the surface of the multilayer recording medium, in order to write data on such a multilayer recording medium, the optical recording apparatus is located at positions having different depths. It is desirable to have an optical recording device (optical head) capable of arranging a light spot.

多層記録媒体において、1つの所望の記録層に光スポットを配置できる光ヘッドとして、レンズを光軸方向に位置制御する方法(レンズシフト方式)によるものがある。以下、対物レンズを位置制御する光ヘッドと、リレーレンズを位置制御する光ヘッドとについて説明する。ここで、図11を参照して、光スポットの位置を変化させることができる、従来のレンズシフト方式の光ヘッドについて説明する。図11は、従来のレンズシフト方式の光ヘッドの構成と、当該光ヘッド光学系を伝搬する光を示す模式図、(a)は、対物レンズを光軸方向に位置制御する光ヘッドの構成を示す模式図、(b)は、リレーレンズを光軸方向に位置制御する光ヘッドの構成を示す模式図である。   In a multilayer recording medium, as an optical head capable of arranging a light spot on one desired recording layer, there is a method using a lens position control in the optical axis direction (lens shift method). Hereinafter, an optical head that controls the position of the objective lens and an optical head that controls the position of the relay lens will be described. Here, a conventional lens shift type optical head capable of changing the position of the light spot will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional lens shift type optical head and the light propagating through the optical head optical system. FIG. 11A shows the configuration of the optical head for controlling the position of the objective lens in the optical axis direction. FIG. 2B is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical head that controls the position of the relay lens in the optical axis direction.

まず、図11(a)を参照して、対物レンズ103を光軸方向に位置制御することで、光スポット104の位置を変えることができる光ヘッド100について説明する。光ヘッド100は、光源101と、コリメータレンズ102と、対物レンズ103とを備える。光源101から出射された光は、まずコリメータレンズ102に入射し、平行光となって出射する。そして、この平行光は対物レンズ103に入射し、この対物レンズ103から出射された光は、光軸上における当該対物レンズ103から所定距離(焦点距離)だけ離れた位置に集光する。そのため、光源101及びコリメータレンズ102に対して、この対物レンズ103の光軸上の位置を調整することで、所望の記録層105に集光することができる。   First, an optical head 100 that can change the position of the light spot 104 by controlling the position of the objective lens 103 in the optical axis direction will be described with reference to FIG. The optical head 100 includes a light source 101, a collimator lens 102, and an objective lens 103. The light emitted from the light source 101 first enters the collimator lens 102 and is emitted as parallel light. The parallel light enters the objective lens 103, and the light emitted from the objective lens 103 is condensed at a position on the optical axis that is a predetermined distance (focal length) away from the objective lens 103. Therefore, the light can be condensed on a desired recording layer 105 by adjusting the position of the objective lens 103 on the optical axis with respect to the light source 101 and the collimator lens 102.

次に、図11(b)を参照して、リレーレンズ113を光軸方向に位置制御することで、光スポット116の位置を変えることができる光ヘッド110について説明する。光ヘッド110は、光源111と、第1のコリメータレンズ112と、リレーレンズ113と、第2のコリメータレンズ114と、対物レンズ115とを備える。なお、光ヘッド110は、光源側の光学系(第1のコリメータレンズ112及びリレーレンズ113)と、記録媒体側の光学系(第2のコリメータレンズ114と及び対物レンズ115)の2つに分離することができる。   Next, an optical head 110 that can change the position of the light spot 116 by controlling the position of the relay lens 113 in the optical axis direction will be described with reference to FIG. The optical head 110 includes a light source 111, a first collimator lens 112, a relay lens 113, a second collimator lens 114, and an objective lens 115. The optical head 110 is separated into two parts: an optical system on the light source side (first collimator lens 112 and relay lens 113) and an optical system on the recording medium side (second collimator lens 114 and objective lens 115). can do.

光源111から出射された光は、まず第1のコリメータレンズ112に入射し、平行光となって出射される。この平行光はリレーレンズ113に入射し、このリレーレンズ113から出射された光は、光軸上における当該リレーレンズ113から所定距離だけ離れた位置に配置された第2のコリメータレンズ114に入射する。そして、再び平行光となって第2のコリメータレンズ114から出射される。最後に、この平行光は対物レンズ115に入射し、光軸上における当該対物レンズ115から焦点距離だけ離れた位置に集光する。そのため、光源111及び第1のコリメータレンズ112に対して、このリレーレンズ113の光軸上の位置を調整することで、ニュートンの結像公式に従い、対物レンズ115から出射される光を所望の記録層117に集光させることができる。   The light emitted from the light source 111 first enters the first collimator lens 112 and is emitted as parallel light. The parallel light is incident on the relay lens 113, and the light emitted from the relay lens 113 is incident on a second collimator lens 114 disposed on the optical axis at a predetermined distance from the relay lens 113. . Then, it becomes parallel light again and is emitted from the second collimator lens 114. Finally, the parallel light enters the objective lens 115 and is condensed at a position away from the objective lens 115 on the optical axis by a focal length. Therefore, by adjusting the position of the relay lens 113 on the optical axis with respect to the light source 111 and the first collimator lens 112, the light emitted from the objective lens 115 can be recorded as desired according to Newton's imaging formula. The light can be condensed on the layer 117.

また、多層記録媒体の所望の記録層に光スポットを配置できる他の構成の光ヘッドとして、液晶シャッタ方式や、アキシコンプリズム方式によるものがある(例えば、特許文献1参照)。液晶シャッタ方式の光ヘッドは、2つで1組の環状の透明電極が表面と裏面とに取り付けられた液晶シャッタパネルを備える。この液晶シャッタパネルには、複数の組の透明電極が、同心円状に取り付けられている。そして、1組の透明電極に電圧を印加すると、2つの透明電極に挟まれた部分に電場が発生し、その領域に存在する液晶素子の配光が変わるため、その部分のみを透明化することができる。   Further, as an optical head having another configuration capable of arranging a light spot on a desired recording layer of a multi-layer recording medium, there is one using a liquid crystal shutter method or an axicon prism method (for example, see Patent Document 1). The liquid crystal shutter type optical head includes a liquid crystal shutter panel in which two sets of annular transparent electrodes are attached to the front surface and the back surface. A plurality of sets of transparent electrodes are attached to the liquid crystal shutter panel concentrically. When a voltage is applied to a pair of transparent electrodes, an electric field is generated in the portion sandwiched between the two transparent electrodes, and the light distribution of the liquid crystal element existing in that region changes, so that only that portion is made transparent. Can do.

そのため、液晶シャッタパネルに平行光が入射した場合に、この平行光は、液晶素子が透明化された部分のみを通過するため、環状の平行光となって出射する。そして、この環状の平行光は、対物レンズによって集光される。この対物レンズの表面には、レンズの中心からの距離に応じて形状や周期が異なる突起が設けられ、光の干渉によって、対物レンズに入射する環状の平行光の形状(半径と幅)に応じて、光軸上の異なる位置に光スポットを形成することができる。つまり、液晶シャッタパネル上の同心円状の透明電極の電圧を印加する組を選択することで、液晶シャッタパネルから出射される環状の平行光の形状(半径と幅)を変えることができる。そして、この平行光を、前記した対物レンズに入射することで、多層記録媒体における深さの異なる位置に光スポットを形成することができる。   Therefore, when parallel light is incident on the liquid crystal shutter panel, the parallel light passes only through the transparent part of the liquid crystal element and is emitted as annular parallel light. The annular parallel light is collected by the objective lens. The surface of the objective lens is provided with protrusions having different shapes and periods depending on the distance from the center of the lens, and depending on the shape (radius and width) of the annular parallel light incident on the objective lens due to light interference Thus, light spots can be formed at different positions on the optical axis. That is, the shape (radius and width) of the annular parallel light emitted from the liquid crystal shutter panel can be changed by selecting a set to which the voltage of the concentric transparent electrode on the liquid crystal shutter panel is applied. Then, by entering this parallel light into the objective lens described above, it is possible to form light spots at different depths in the multilayer recording medium.

また、アキシコンレンズ方式の光ヘッドは、光源からの光を環状の平行光に変換する2つのアキシコン(円錐プリズム)を備える(第1のアキシコンと第2のアキシコン)。光源からの平行光が第1のアキシコンに入射すると、環状の発散光となって出射する。この環状の発散光は、第2のアキシコンに入射し、環状の平行光となって出射する。このとき、第1のアキシコンから出射する光は発散光であるため、第1のアキシコンと第2のアキシコンの距離に応じて環状光の大きさ(半径)が拡大される。そのため、第1のアキシコンと第2のアキシコンとの距離を調節することで、第2のアキシコンから出射する環状の平行光の大きさ(半径)を変えることができる。そして、この平行光を、前記した液晶シャッタ方式と同様の対物レンズに入射することで、多層記録媒体における深さの異なる位置に光スポットを形成することができる。   The axicon lens type optical head includes two axicons (conical prisms) that convert light from the light source into annular parallel light (first axicon and second axicon). When parallel light from the light source enters the first axicon, it is emitted as annular divergent light. This annular divergent light is incident on the second axicon and emitted as annular parallel light. At this time, since the light emitted from the first axicon is diverging light, the size (radius) of the annular light is expanded according to the distance between the first axicon and the second axicon. Therefore, by adjusting the distance between the first axicon and the second axicon, the size (radius) of the annular parallel light emitted from the second axicon can be changed. Then, the parallel light is incident on the same objective lens as that of the liquid crystal shutter system described above, whereby light spots can be formed at different depths in the multilayer recording medium.

更に、他の構成の光ヘッドとして、波長多重方式によるものがある。この光ヘッドは、波長の異なる光を出射する複数の光源と、これらの光を多重化するコリメータレンズと、このコリメータレンズによって多重化された平行光を集光する円錐プリズム(対物レンズ)とを備える。複数の光源はコリメータレンズから焦点距離だけ離れた位置に配列し、各々の光源から出射された光は、コリメータレンズによって平行光に変換される。そして、平行光は円錐プリズムに入射し、この円錐プリズムによって集光された光は、円錐プリズムにより生じる軸上色収差によって、その波長に応じて深さの異なる位置に光スポットを形成することができる。   Furthermore, there is a wavelength multiplexing system as another type of optical head. The optical head includes a plurality of light sources that emit light having different wavelengths, a collimator lens that multiplexes these lights, and a conical prism (objective lens) that collects the parallel light multiplexed by the collimator lens. Prepare. The plurality of light sources are arranged at positions away from the collimator lens by a focal length, and light emitted from each light source is converted into parallel light by the collimator lens. The parallel light enters the conical prism, and the light collected by the conical prism can form light spots at different depths according to the wavelength due to axial chromatic aberration generated by the conical prism. .

また、隣接する記録層の間で生じるクロストーク(光学的熱的な干渉)による影響を小さくするためには、対物レンズによって集光される光の焦点深度と比較して、記録層の層間間隔を充分に大きくする必要がある。結局、記録層をできる限り増やすためには、隣接する記録層に集光するビームにより当該記録層で発生するクロストークが大きくならない範囲で、記録層の層間間隔を可能な限り狭くする必要がある。   In addition, in order to reduce the influence of crosstalk (optical and thermal interference) generated between adjacent recording layers, the interlayer spacing of the recording layers is compared with the focal depth of light collected by the objective lens. Must be large enough. In the end, in order to increase the number of recording layers as much as possible, it is necessary to make the interval between the recording layers as narrow as possible within a range in which the crosstalk generated in the recording layer is not increased by the beam condensed on the adjacent recording layer. .

ここで、層間間隔と記録媒体上におけるクロストークについて概算し、層間間隔の最小値を見積もる。合焦点(ビームウェスト)におけるスポットサイズ(半径)が、W0[m]であるガウシアンビームが光軸方向に伝搬しているとする。そして、記録層に集光するビームが、光軸付近ではほぼ平面波で、光軸に対して緩やかに曲率を変化させながら伝搬すると仮定して緩慢変化包絡線近似すると、ビームウェストから光軸方向にz[m]だけ伝搬した位置におけるビームサイズW(z)[m]は、以下の式(1)によって表される。ただし、kは波数で2π/λであり、λは波長である。 Here, the interlayer spacing and the crosstalk on the recording medium are estimated, and the minimum value of the interlayer spacing is estimated. It is assumed that a Gaussian beam whose spot size (radius) at the focal point (beam waist) is W 0 [m] propagates in the optical axis direction. Then, assuming that the beam focused on the recording layer is almost a plane wave near the optical axis and propagates while gradually changing the curvature with respect to the optical axis, approximating the slowly changing envelope, the beam waist extends to the optical axis direction. The beam size W (z) [m] at the position propagated by z [m] is expressed by the following equation (1). Here, k is a wave number of 2π / λ, and λ is a wavelength.

Figure 0004328302
Figure 0004328302

したがって、層間間隔をd[m]とすると、隣接する記録層に集光されているガウシアンビームの当該記録層におけるビームサイズ(半径)は、W(d)[m]となる。つまり、ビーム形状は、倍率[W(d)/W0]だけ拡大される。そして、クロストークは、エネルギ密度の比、つまり、ビームの面積比に反比例するため、隣接する記録層におけるクロストークP(d)は、以下の式(2)によって表される。
P(d)=20log[(W0/W(d))2]=40log(W0/W(d)) …(2)
Therefore, when the interlayer spacing is d [m], the beam size (radius) of the Gaussian beam focused on the adjacent recording layer in the recording layer is W (d) [m]. That is, the beam shape is expanded by a magnification [W (d) / W 0 ]. Since the crosstalk is inversely proportional to the energy density ratio, that is, the beam area ratio, the crosstalk P (d) in the adjacent recording layer is expressed by the following equation (2).
P (d) = 20 log [(W 0 / W (d)) 2 ] = 40 log (W 0 / W (d)) (2)

そして、ガウシアンビームを開口数NAである対物レンズ(凸レンズ)で集光した場合、そのスポットサイズ(半径)W0は、以下の式(3)によって表される。
0=0.46λ/NA …(3)
When the Gaussian beam is collected by an objective lens (convex lens) having a numerical aperture NA, the spot size (radius) W 0 is expressed by the following equation (3).
W 0 = 0.46λ / NA (3)

ここで、図12を参照して、ブルーレイディスク装置によって記録媒体にデータを記録する際の、クロストークについて説明する。図12は、青紫色(多ビーム)光ヘッドを搭載した多層光ディスク記録装置について、記録層の層間間隔と記録媒体上におけるクロストークの関係を示すグラフである。ここで、光ディスク装置の対物レンズの開口数NAを0.85、使用する青紫色レーザの波長λを0.405μm、記録層(記録媒体)の屈折率nを1.5とした。そして、隣接する記録層に集光するビームからのクロストークの許容値は、記録層の吸収率、熱伝送率、比熱などの材料パラメータや層構成に依存するため一概には決まらないが、クロストークP(d)が−50dB程度以下であれば問題ない場合が多い。したがって、図12に示すように、クロストークを考慮した場合には、層間間隔dは10μm程度以上必要であると推測できる。
特開平11−259895号公報
Here, with reference to FIG. 12, the crosstalk when data is recorded on the recording medium by the Blu-ray disc apparatus will be described. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the interlayer spacing of the recording layers and the crosstalk on the recording medium for a multilayer optical disk recording apparatus equipped with a blue-violet (multi-beam) optical head. Here, the numerical aperture NA of the objective lens of the optical disk apparatus was 0.85, the wavelength λ of the blue-violet laser used was 0.405 μm, and the refractive index n of the recording layer (recording medium) was 1.5. The allowable value of crosstalk from the beam focused on the adjacent recording layer depends on material parameters such as absorption rate, heat transfer rate and specific heat of the recording layer and the layer configuration. If the talk P (d) is about −50 dB or less, there is often no problem. Therefore, as shown in FIG. 12, when the crosstalk is taken into consideration, it can be estimated that the interlayer distance d is required to be about 10 μm or more.
JP-A-11-259895

しかしながら、レンズシフト方式では、同時に複数の記録層に光スポットを形成できない。また、ある記録層に記録した後に、他の記録層に記録する場合には、対物レンズを光軸方向に移動させる必要があり、フォーカシングが安定するまでに時間がかかる。更に、このレンズシフト方式では、他の記録層に記録する場合には、光スポットの位置を移動させるため、光スポットを形成している記録層を識別するためのID信号を、各記録層に埋め込む必要がある。   However, the lens shift method cannot simultaneously form light spots on a plurality of recording layers. Further, when recording on another recording layer after recording on a certain recording layer, it is necessary to move the objective lens in the optical axis direction, and it takes time until focusing is stabilized. Furthermore, in this lens shift method, when recording on another recording layer, an ID signal for identifying the recording layer forming the light spot is sent to each recording layer in order to move the position of the light spot. Need to embed.

また、液晶シャッタ方式では、ガウシアンビームから環状の平行光を生成する際に、エネルギ密度の高い中央部付近の光を遮断するため、光の利用効率が低下する。また、液晶シャッタパネル上に複数の同心円状の透明電極が取り付けられている場合には、複数の環状の平行光が生成される。そして、光の利用効率は各環状の平行光によって異なり、外側の平行光ほど光の利用効率が低下する。そのため、光源に半導体レーザダイオードや面発光レーザ等の一般的な光デバイスを用いた場合には、記録媒体へのデータの記録に必要となるビームの強度が得られず、実現は困難であった。   Further, in the liquid crystal shutter system, when annular parallel light is generated from a Gaussian beam, light near the central portion having a high energy density is blocked, so that light use efficiency is lowered. Further, when a plurality of concentric transparent electrodes are mounted on the liquid crystal shutter panel, a plurality of annular parallel lights are generated. The light utilization efficiency varies depending on each annular parallel light, and the light utilization efficiency decreases as the parallel light is more outer. For this reason, when a general optical device such as a semiconductor laser diode or a surface emitting laser is used as the light source, the intensity of the beam necessary for recording data on the recording medium cannot be obtained, which is difficult to realize. .

更に、液晶素子の配光の変化の速度は、記録媒体への記録の際の光の変調の速度と比べると遅いため、この方式の光ヘッドでは、液晶シャッタパネルをON/OFFすることによる光の変調は行えず、光源を駆動するドライブ回路によって光の変調を行わなくてはならない。そのため、同時に光軸上に異なる深さの位置に複数の光スポットを形成することはできても、記録パターン(変調波形)は同じとなるため、記録層ごとに異なるデータを記録することはできなかった。   Furthermore, since the speed of change in the light distribution of the liquid crystal element is slower than the speed of light modulation during recording on the recording medium, this type of optical head uses the light generated by turning on / off the liquid crystal shutter panel. Cannot be modulated, and the light must be modulated by a drive circuit for driving the light source. Therefore, even though multiple light spots can be formed at different depths on the optical axis at the same time, the recording pattern (modulation waveform) is the same, so different data can be recorded for each recording layer. There wasn't.

また、アキシコンレンズ方式では、環状の平行光を一度に1つしか生成できないため、同時に複数の記録層に光スポットを形成することができない。そして記録層を変える場合には、2つのアキシコンレンズ間の間隔を変える必要があり、アキシコンレンズの移動に時間がかかる。   Further, in the axicon lens method, only one annular parallel light can be generated at a time, and therefore, a light spot cannot be formed on a plurality of recording layers at the same time. When changing the recording layer, it is necessary to change the distance between the two axicon lenses, and it takes time to move the axicon lens.

また、波長多重方式では、対物レンズとしてアキシコンが使用されている。そのため、光源からの光(ガウシアンビーム)はコリメータレンズによって平行光に変換され、更に、このアキシコンによりベッセル分布をもつ光に変換されて出射される。このベッセル分布をもつ光の焦点深度は深いため、フォーカシングの調整が不要となり、その機構を省略することができる。一方で、焦点深度が深いと、光スポットのサイズが大きくなるため、記録密度(記録容量)が低下し、また、記録再生の速度が遅くなる。更に、隣接する記録層との間で生じるクロストークが大きくなるため、記録時においては、記録媒体上に形成される光スポットの品質(形状やサイズ)が劣化したり、再生時においては、光検出器上に形成される光スポットの品質が劣化したりする。   In the wavelength multiplexing method, an axicon is used as an objective lens. Therefore, light (Gaussian beam) from the light source is converted into parallel light by a collimator lens, and further converted into light having a Bessel distribution by this axicon and emitted. Since the depth of focus of light having this Bessel distribution is deep, adjustment of focusing is unnecessary, and the mechanism can be omitted. On the other hand, when the depth of focus is deep, the size of the light spot increases, so that the recording density (recording capacity) decreases, and the recording / reproducing speed decreases. Furthermore, since the crosstalk generated between adjacent recording layers becomes large, the quality (shape and size) of the light spot formed on the recording medium is deteriorated during recording, and the light spot is reproduced during reproduction. The quality of the light spot formed on the detector is deteriorated.

本発明は、前記従来技術の問題を解決するために成されたもので、複数の記録層に同時に光スポットを形成して、並列にデータを書き込むことができ、光の利用効率がよく、かつ、光スポットのサイズを小さく(焦点深度を浅く)することができる光記録装置及びデータ書き込み方法を提供することを目的とする。   The present invention was made to solve the problems of the prior art, and can simultaneously form data spots on a plurality of recording layers, write data in parallel, has good light utilization efficiency, and An object of the present invention is to provide an optical recording apparatus and a data writing method that can reduce the size of the light spot (shallow depth of focus).

前記課題を解決するため、請求項1に記載の光記録装置は、複数の記録層を備える多層記録媒体にデータの書き込みを行うための光を出射する光記録装置であって、各々異なる波長の光を出射する複数の光源と、この複数の光源から出射された光を、同一の光軸と前記波長ごとに異なる長さの半径とを有する円環状のビームに変換するビーム変換手段と、このビーム変換手段によって変換された円環状のビームを、前記多層記録媒体の各々異なる深さの記録層に、前記波長ごとに集光する集光手段とを備える構成とした。 In order to solve the above problems, an optical recording apparatus according to claim 1 is an optical recording apparatus that emits light for writing data on a multilayer recording medium including a plurality of recording layers, each having a different wavelength. A plurality of light sources for emitting light, and beam converting means for converting the light emitted from the plurality of light sources into an annular beam having the same optical axis and a different radius for each wavelength ; and Condensing means for condensing the annular beam converted by the beam converting means for each wavelength on recording layers of different depths of the multilayer recording medium.

これによって、光記録装置は、集光手段によって円環状のビームを集光し、各々のビームの半径と波長とに応じた深さの位置に光スポットを形成する。そのため、積層された各々の記録層に、各々の波長のビームを集光して光スポットを形成することができる。   As a result, the optical recording apparatus condenses the annular beam by the condensing means, and forms a light spot at a depth position corresponding to the radius and wavelength of each beam. Therefore, a light spot can be formed by condensing the beam of each wavelength on each of the stacked recording layers.

また、光記録装置は、円環状のビームを集光して光スポットを形成するため、ガウシアンビームを集光する場合と比べて、光スポットの大きさを小さくすることができる。定性的に説明すると、ガウシアンビームのエネルギ密度の分布は、光軸付近において高くなる。一方、円環状のビームのエネルギ密度の分布は、光軸付近ではゼロであり、光軸から所定距離だけ離れたところで最大となる。つまり、レンズ(集光手段)の外側の領域(開口数の大きい部分)にエネルギを集中させることができるため、円環状ビームの大きさが大きいほど、集光手段によって集光される光スポットの大きさを小さくできる。   In addition, since the optical recording apparatus collects an annular beam to form a light spot, the size of the light spot can be reduced as compared with a case where a Gaussian beam is condensed. To explain qualitatively, the energy density distribution of the Gaussian beam becomes higher near the optical axis. On the other hand, the energy density distribution of the annular beam is zero near the optical axis and becomes maximum at a predetermined distance from the optical axis. In other words, energy can be concentrated on the area outside the lens (condensing means) (the portion with a large numerical aperture), so the larger the size of the annular beam, the more the light spot collected by the condensing means. The size can be reduced.

なお、光源は、多層記録媒体に対するデータの書き込みに用いるレーザ光等の光を発光するものである。この光記録装置は、複数の光源を備え、それぞれの光源を、異なる波長で励振する。そして、光学系で生じる軸上色収差を利用することにより、それぞれの光源からの光が、異なる記録層に光スポットを形成する。この結果、光源ごとに光を変調させることで、それぞれの光スポットで異なるデータを同時に記録することができる。   The light source emits light such as laser light used for writing data to the multilayer recording medium. This optical recording apparatus includes a plurality of light sources, and each light source is excited with a different wavelength. Then, by utilizing axial chromatic aberration generated in the optical system, light from each light source forms a light spot on a different recording layer. As a result, by modulating the light for each light source, different data can be recorded simultaneously for each light spot.

また、請求項2に記載の光記録装置は、請求項1に記載の光記録装置において、前記ビーム変換手段が、前記光源から出射された光を前記同一の光軸をもつ光に多重化する光多重手段と、この光多重手段によって多重化された光を、前記波長ごとに異なる長さの半径を有する円環状のビームに変換する多重ビーム変換手段とを有する構成とした。   The optical recording apparatus according to claim 2 is the optical recording apparatus according to claim 1, wherein the beam converting unit multiplexes the light emitted from the light source into the light having the same optical axis. The optical multiplexing unit and the multiple beam converting unit that converts the light multiplexed by the optical multiplexing unit into an annular beam having a different radius for each wavelength are provided.

これによって、光記録装置は、波長の異なる光を多重化した後に、波長ごとに異なる長さの半径の円環状のビームを生成する。そして、各々の円環状のビームを集光し、半径と波長とに応じた深さの位置に光スポットを形成することができる。   As a result, the optical recording apparatus generates an annular beam having a different radius for each wavelength after multiplexing the light having different wavelengths. Then, each annular beam can be condensed to form a light spot at a depth corresponding to the radius and wavelength.

更に、請求項3に記載の光記録装置は、複数の記録層を備える多層記録媒体にデータの書き込みを行うための光を出射する光記録装置であって、各々異なる波長の光を出射する複数の光源と、この複数の光源から出射された光を、同一の光軸を有し、かつ、前記波長ごとに異なる長さの半径を有する円環上にエネルギ密度のピークを有するとともに、当該光軸に対して回転対称なエネルギ密度分布を有するビームに変換する回転対称ビーム変換手段と、この回転対称ビーム変換手段によって変換されたビームを、前記多層記録媒体の各々異なる深さの記録層に、前記波長ごとに集光する集光手段とを備える構成とした。   Furthermore, the optical recording apparatus according to claim 3 is an optical recording apparatus that emits light for writing data on a multilayer recording medium having a plurality of recording layers, each of which emits light of different wavelengths. And the light emitted from the plurality of light sources has an energy density peak on an annular ring having the same optical axis and a different length for each wavelength, and the light. A rotationally symmetric beam converting means for converting into a beam having an energy density distribution rotationally symmetric with respect to the axis, and a beam converted by the rotationally symmetric beam converting means on recording layers of different depths of the multilayer recording medium, Condensing means for condensing light for each wavelength.

これによって、光記録装置は、集光手段によって、波長ごとに異なる長さの半径を有する円環上にエネルギ密度のピークを有するビームを集光し、光学系で生じる軸上色収差を利用してこの半径と波長とに応じた深さの位置に光スポットを形成する。そして、記録層の層間間隔と光スポットの間隔を一致させることにより、積層された各々の記録層に、各々の波長のビームを集光して光スポットを形成することができる。   As a result, the optical recording apparatus collects a beam having an energy density peak on an annulus having a radius having a different length for each wavelength by the condensing means, and utilizes axial chromatic aberration generated in the optical system. A light spot is formed at a depth corresponding to the radius and the wavelength. Then, by matching the interval between the recording layers and the distance between the light spots, the light spots can be formed by condensing the beams of the respective wavelengths on the stacked recording layers.

また、光記録装置は、同一の光軸と異なる長さの半径とを有する円環上にエネルギ密度のピークを有するとともに、当該光軸に対して回転対称なエネルギ密度の分布を有するビームを集光して光スポットを形成するため、ガウシアンビームを集光する場合と比べて、光スポットの大きさを小さくすることができる。つまり、ガウシアンビームのエネルギ密度の分布は、例えば、凸レンズや円錐プリズムのような集光手段の光軸付近において高くなる。一方、回転対称なエネルギ密度の分布を有するビームのエネルギ密度の分布は、光軸付近では低く、光軸から所定距離だけ離れたところで最大となる。したがって、円環状ビームと同様に、この距離が大きいほど光スポットの大きさは小さくなる。なお、回転対称なエネルギ密度の分布を有するビームには、例えば、ラゲールガウスビーム(Laguerre−Gaussian beam)、ヘルミートガウスビーム(Hermit−Gaussian beam)やインスガウスビーム(Ince−Gaussian beam)等が挙げられる。   In addition, the optical recording apparatus collects a beam having an energy density peak on a ring having the same optical axis and a different radius and having a rotationally symmetric energy density distribution with respect to the optical axis. Since the light spot is formed by light, the size of the light spot can be reduced as compared with the case where the Gaussian beam is condensed. In other words, the energy density distribution of the Gaussian beam becomes higher in the vicinity of the optical axis of the condensing means such as a convex lens or a conical prism. On the other hand, the energy density distribution of a beam having a rotationally symmetric energy density distribution is low in the vicinity of the optical axis and is maximized at a predetermined distance from the optical axis. Therefore, as with the annular beam, the larger the distance, the smaller the size of the light spot. Examples of the beam having a rotationally symmetric energy density distribution include a Laguerre-Gaussian beam, a Hermit-Gaussian beam, an Ins-Gaussian beam, and the like. It is done.

また、光記録装置は複数の光源を備え、それぞれの光源からの光が、異なる記録層に光スポットを形成するため、光源ごとに光を変調させることで、それぞれの光スポットで異なるデータを同時に記録することができる。   Further, the optical recording apparatus includes a plurality of light sources, and light from each light source forms a light spot on a different recording layer. Therefore, by modulating the light for each light source, different data can be simultaneously transmitted in each light spot. Can be recorded.

また、請求項4に記載の光記録装置は、請求項3に記載の光記録装置において、前記回転対称ビーム変換手段が、前記光源から出射された光を前記同一の光軸をもつ光に多重化する光多重手段と、この光多重手段によって多重化された光を、前記波長ごとに異なる長さの半径を有する円環上にエネルギ密度のピークを有するとともに、当該光軸に対して回転対称なエネルギ密度分布を有するビームに変換する多重回転対称ビーム変換手段とを有する構成とした。   The optical recording apparatus according to claim 4 is the optical recording apparatus according to claim 3, wherein the rotationally symmetric beam converting means multiplexes the light emitted from the light source into the light having the same optical axis. Optical multiplexing means, and light multiplexed by this optical multiplexing means has an energy density peak on an annulus having a different radius for each wavelength and rotational symmetry with respect to the optical axis. And a multiple rotationally symmetric beam converting means for converting into a beam having a uniform energy density distribution.

これによって、光記録装置は、波長の異なる光を多重化した後に、波長ごとに異なる長さの半径を有する円環上にエネルギ密度のピークを有するとともに、当該軸に対して回転対称なエネルギ密度分布を有するビームを生成する。そして、各々のビームを集光し、円環状ビームと同様に半径と波長とに応じた深さの位置に光スポットを形成することができる。   As a result, the optical recording apparatus has the energy density peak on the circular ring having the different radii for each wavelength after multiplexing the lights having different wavelengths, and the rotationally symmetric energy density with respect to the axis. A beam having a distribution is generated. Then, each beam can be condensed and a light spot can be formed at a position corresponding to the radius and the wavelength in the same manner as the annular beam.

また、請求項5に記載の光記録装置は、請求項4に記載の光記録装置において、前記多重回転対称ビーム変換手段が、フォトニック結晶デバイスからなる構成とした。これによって、光記録装置は、フォトニック結晶デバイスによって、入射端面から入射された光を、出射端面上において所定半径の円周上の所定の位置に導波することで、光多重手段によって多重化された光を、光の波長に応じた半径の回転対称なエネルギ分布を有するビームに変換することができる。   The optical recording apparatus according to claim 5 is the optical recording apparatus according to claim 4, wherein the multiple rotationally symmetric beam converting means is composed of a photonic crystal device. As a result, the optical recording device uses the photonic crystal device to guide the light incident from the incident end face to a predetermined position on the circumference of the predetermined radius on the output end face, and multiplex it by the optical multiplexing means. The converted light can be converted into a beam having a rotationally symmetric energy distribution with a radius corresponding to the wavelength of the light.

なお、フォトニック結晶デバイスに、入射端面において光が入射される位置から出射端面の所定半径の円上の所定の位置まで線欠陥あるいは点欠陥を人工的に導入し、光閉じ込め効果によって、その欠陥領域(導波路)に沿って光を導波させ、波長ごとに異なる長さの半径を有する円環上にエネルギ密度のピークを有するビームに変換することができる。そして、導波構造を出射端面上における所定半径の円上の所定間隔の位置に設けることで、回転対称なエネルギ分布を有するビームとすることができる。   In addition, a line defect or a point defect is artificially introduced into the photonic crystal device from a position where light is incident on the incident end face to a predetermined position on a circle having a predetermined radius on the outgoing end face, and the defect is caused by the light confinement effect. Light can be guided along a region (waveguide) and converted to a beam having an energy density peak on an annulus having a different radius for each wavelength. A beam having a rotationally symmetric energy distribution can be obtained by providing the waveguide structure at predetermined intervals on a circle having a predetermined radius on the emission end face.

更に、請求項6に記載のデータ書き込み方法は、複数の記録層を備える多層記録媒体にデータの書き込みを行うデータ書き込み方法であって、複数の光源から各々異なる波長の光を出射する光出射ステップと、この光出射ステップによって前記複数の光源から出射された光を、同一の光軸と前記波長ごとに異なる長さの半径とを有する円環状のビームに変換するビーム変換ステップと、このビーム変換ステップによって変換された円環状のビームを、前記多層記録媒体の各々異なる深さに積層された記録層に、前記波長ごとに集光する集光ステップとを含むことを特徴とする。 Furthermore, the data writing method according to claim 6 is a data writing method for writing data to a multilayer recording medium having a plurality of recording layers, and a light emitting step for emitting light of different wavelengths from a plurality of light sources. A beam conversion step for converting the light emitted from the plurality of light sources by the light emission step into an annular beam having the same optical axis and a radius having a different length for each wavelength ; and the beam conversion And a condensing step of condensing the annular beam converted by the steps for each wavelength on recording layers stacked at different depths of the multilayer recording medium.

これによって、データ書き込み方法は、集光ステップによって円環状のビームを集光し、各々のビームの半径と波長とに応じた深さの位置に光スポットを形成する。そのため、積層された各々の記録層に、各々の波長のビームを集光して光スポットを形成することができる。   As a result, the data writing method condenses the annular beam by the condensing step, and forms a light spot at a depth corresponding to the radius and wavelength of each beam. Therefore, a light spot can be formed by condensing the beam of each wavelength on each of the stacked recording layers.

更に、請求項7に記載のデータ書き込み方法は、複数の記録層を備える多層記録媒体にデータの書き込みを行うデータ書き込み方法であって、複数の光源から各々異なる波長の光を出射する光出射ステップと、この光出射ステップによって前記複数の光源から出射された光を、同一の光軸を有し、かつ、前記波長ごとに異なる長さの半径を有する円環上にエネルギ密度のピークを有するとともに、当該光軸に対して回転対称なエネルギ密度分布を有するビームに変換する回転対称ビーム変換ステップと、この回転対称ビーム変換ステップによって変換されたビームを、前記多層記録媒体の各々異なる深さの記録層に、前記波長ごとに集光する集光ステップとを含むことを特徴とする。   Furthermore, the data writing method according to claim 7 is a data writing method for writing data to a multilayer recording medium having a plurality of recording layers, and a light emitting step for emitting light of different wavelengths from a plurality of light sources. And the light emitted from the plurality of light sources by this light emitting step has an energy density peak on an annular ring having the same optical axis and having a different radius for each wavelength. A rotationally symmetric beam converting step for converting into a beam having an energy density distribution rotationally symmetric with respect to the optical axis, and recording the beams converted by the rotationally symmetric beam converting step at different depths on the multilayer recording medium. The layer includes a condensing step for condensing each wavelength.

これによって、データ書き込み方法は、集光ステップによって光を集光し、波長ごとに異なる長さの半径を有する円環上にエネルギ密度のピークを有するビームを集光して、この半径と波長とに応じた深さの位置に光スポットを形成する。そのため、積層された各々の記録層に、各々の波長の光を集光して光スポットを形成することができる。   As a result, the data writing method collects light by the condensing step, condenses a beam having an energy density peak on an annulus having a radius with a different length for each wavelength, A light spot is formed at a position corresponding to the depth. Therefore, it is possible to collect light of each wavelength on each of the stacked recording layers to form a light spot.

本発明に係る光記録装置及びデータ書き込み方法では、以下のような優れた効果を奏する。請求項1、請求項3、請求項6、又は請求項7に記載の発明によれば、波長の異なる複数の光を同時に集光して、多層記録媒体における異なる記録層に光スポットを形成することができるため、一度に複数の記録層にデータを書き込むことができる。そのため、光源の数に応じて書き込み速度を向上させることができる。   The optical recording apparatus and data writing method according to the present invention have the following excellent effects. According to the invention of claim 1, claim 3, claim 6 or claim 7, a plurality of lights having different wavelengths are simultaneously condensed to form light spots on different recording layers in the multilayer recording medium. Therefore, data can be written to a plurality of recording layers at a time. Therefore, the writing speed can be improved according to the number of light sources.

また、ガウシアンビームを集光する場合と比較して、より小さな光スポットを形成することができるため、従来の多層記録媒体の記録層よりも層間が狭い多層記録媒体に対して、隣接する記録層へのクロストーク(熱的な干渉)を防いでデータを書き込むことができる。そのため、厚さ方向に所定の範囲内に収めるべき、データを書き込む多層記録媒体の記録層の数を、従来の多層記録媒体に比べて増やすことができ、1枚の多層記録媒体に記録できるデータ量を増やすことが可能になる。   In addition, since a smaller light spot can be formed as compared with the case of condensing a Gaussian beam, an adjacent recording layer is smaller than the recording layer of the conventional multilayer recording medium. Data can be written while preventing crosstalk (thermal interference). Therefore, the number of recording layers of a multilayer recording medium for writing data, which should be within a predetermined range in the thickness direction, can be increased compared to a conventional multilayer recording medium, and data that can be recorded on one multilayer recording medium It becomes possible to increase the amount.

請求項2又は請求項4に記載の発明によれば、波長の異なる光を多重化した後に、波長ごとに異なる長さの半径の円環状又は回転対称のエネルギ密度分布のビームに変換するため、各々の光源からの光を一括して変換することができる。つまり、1つの光デバイスによって、円環状又は回転対称のエネルギ密度分布のビームに変換することができるため、デバイス同士を接続する際のアライメントが容易となり光の接続損失(軸ずれ損失)を減らすことができる。   According to the invention described in claim 2 or claim 4, in order to multiplex light having different wavelengths, the light is converted into an annular or rotationally symmetric energy density distribution beam having a different length for each wavelength. Light from each light source can be collectively converted. In other words, a single optical device can be converted into an annular or rotationally symmetric energy density distribution beam, which facilitates alignment when connecting the devices and reduces light connection loss (axis misalignment loss). Can do.

請求項5に記載の発明によれば、複数の波長の光が多重化された光を1つのデバイスによって変換することができるとともに、フォトニック結晶デバイスを用いてビーム形状を緩やかに連続的に変化させることで、低損失で変換することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, light in which a plurality of wavelengths is multiplexed can be converted by one device, and the beam shape is gradually and continuously changed using a photonic crystal device. By doing so, conversion can be performed with low loss.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[光ヘッド(光記録装置)の構成(第一の実施の形態)]
図1を参照して、本発明における第一の実施の形態である光ヘッド1の構成について説明する。図1は、光ヘッドの構成を示したブロック図である。光ヘッド(光記録装置)1は、複数の記録層7a〜7eが積層された多層記録媒体7にデータを書き込むものである。光ヘッド1は、光源2、ビーム変換手段6及び対物レンズ5を備える。なお、図1では光ヘッド1の各々の構成である光源2、ビーム変換手段6、対物レンズ5及び後記する波長多重回路3と多重ビーム変換回路4の間を所定間隔だけ離して示しているが、光ヘッド1は、すべての構成が光集積化されて形成されていてもよいし、所定間隔だけ離して形成されていてもよい。更に、所定間隔だけ離したその間隙に、光を導波する導波回路のような、出射された光を次の回路又はレンズ(波長多重回路3、多重ビーム変換回路4、対物レンズ5)に入射させる回路や光学系等を備えることとしてもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of Optical Head (Optical Recording Device) (First Embodiment)]
With reference to FIG. 1, the structure of the optical head 1 which is 1st Embodiment in this invention is demonstrated. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the optical head. The optical head (optical recording apparatus) 1 writes data on a multilayer recording medium 7 in which a plurality of recording layers 7a to 7e are laminated. The optical head 1 includes a light source 2, a beam converting means 6, and an objective lens 5. In FIG. 1, the light source 2, the beam converting means 6, the objective lens 5, and the wavelength multiplexing circuit 3 and the multiple beam converting circuit 4 described later are shown separated from each other by a predetermined interval. The optical head 1 may be formed by optically integrating all components, or may be formed at a predetermined interval. Furthermore, the emitted light, such as a waveguide circuit that guides light, is passed to the next circuit or lens (wavelength multiplexing circuit 3, multiple beam conversion circuit 4, objective lens 5) in the gap separated by a predetermined interval. An incident circuit, an optical system, or the like may be provided.

光源2は、多層記録媒体7にデータを書き込むためのレーザ光を出射するものである。ここで、光源2は、図示しない光源制御手段によって、レーザ光の発光のパターン(発光強度の変調)が制御されている。そのため、ここでは、光ヘッド1は、5つの光源2(2a〜2e)を備えることとした。更に、光源2(2a〜2e)を、各々波長λ1〜λ5(λ1<λ2<λ3<λ4<λ5)のレーザ光を発光する半導体レーザダイオードアレイとした。なお、ここで用いる光源2は、レーザ光等を発光するデバイスであればよく、例えば、面発光レーザ等であってもよい。 The light source 2 emits a laser beam for writing data on the multilayer recording medium 7. Here, the light source 2 has its light emission pattern (modulation of light emission intensity) controlled by light source control means (not shown). Therefore, here, the optical head 1 is provided with five light sources 2 (2a to 2e). Further, the light sources 2 (2a to 2e) are semiconductor laser diode arrays that emit laser beams having wavelengths λ 1 to λ 512345 ), respectively. The light source 2 used here may be a device that emits laser light or the like, and may be, for example, a surface emitting laser or the like.

ビーム変換手段6は、光源2(2a〜2e)から出射されたレーザ光の各々を、同一の光軸をもつ所定半径の円環状のビームに変換するものである。ここで、ビーム変換手段6は、波長多重回路3と多重ビーム変換回路4とを備える。   The beam converting means 6 converts each laser beam emitted from the light source 2 (2a to 2e) into an annular beam having a predetermined radius and the same optical axis. Here, the beam conversion means 6 includes a wavelength multiplexing circuit 3 and a multiple beam conversion circuit 4.

波長多重回路(光多重手段)3は、光源2a〜2eから発光されたレーザ光を多重化するものである。ここでは、波長多重回路3を、内部において、複数の光の各々を導波する導波路を結合して1つの導波路とすることで、導波される波長の異なる光を多重化(合成)して、同一の光軸をもつ光として出射する埋込型導波路によって構成した。ここで、図2を参照して、波長多重回路3の構造について説明する。図2は、光ヘッドの波長多重回路の構造を示す斜視図である。   The wavelength multiplexing circuit (optical multiplexing means) 3 multiplexes the laser beams emitted from the light sources 2a to 2e. Here, the wavelength multiplexing circuit 3 is internally combined with a waveguide that guides each of a plurality of lights to form one waveguide, thereby multiplexing (combining) light having different wavelengths to be guided. Thus, it is configured by an embedded waveguide that emits light having the same optical axis. Here, the structure of the wavelength multiplexing circuit 3 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the wavelength multiplexing circuit of the optical head.

図2に示すように、波長多重回路3は、コア3aと、クラッド3bとを備えている。コア3aは、クラッド3bより屈折率が高く、コア3aとクラッド3bとの界面においてレーザ光を全反射させることで、光源2からのレーザ光をコア3aに閉じ込めて導波させることができる。コア3aは、入射端面3c側に5つの導波路を有し、波長多重回路3の内部において、この入射端面3c側の5つの導波路を1つの導波路に結合して、出射端面3d側において1つの導波路としている。そして、入射端面3c側の5つの導波路の各々の開口面には、光源2からのレーザ光の径をコア3aの開口面の径にまで拡大させるスポットサイズ変換器(図示せず)を介して光源2a〜2eが取り付けられている。これによって入射端面3c側の光源2a〜2eから入力された、発振波長の異なる5つのレーザ光は、コア3a内部において多重化され、5つのピーク波長(λ1〜λ5)の分布をもつ1本のレーザ光として出射端面3dから出射される。 As shown in FIG. 2, the wavelength multiplexing circuit 3 includes a core 3a and a clad 3b. The core 3a has a refractive index higher than that of the cladding 3b, and the laser light from the light source 2 can be confined and guided in the core 3a by totally reflecting the laser light at the interface between the core 3a and the cladding 3b. The core 3a has five waveguides on the incident end face 3c side. In the wavelength multiplexing circuit 3, the five waveguides on the incident end face 3c side are coupled to one waveguide, and on the output end face 3d side. One waveguide is used. Then, a spot size converter (not shown) that enlarges the diameter of the laser light from the light source 2 to the diameter of the opening surface of the core 3a is provided on each opening surface of the five waveguides on the incident end surface 3c side. The light sources 2a to 2e are attached. As a result, the five laser beams having different oscillation wavelengths input from the light sources 2a to 2e on the incident end face 3c side are multiplexed inside the core 3a and have a distribution of five peak wavelengths (λ 1 to λ 5 ). The laser beam is emitted from the emission end face 3d as a single laser beam.

ここで、光を単一モードで導波路内を伝搬させる必要があり、コア3aとクラッド3bとの間の比屈折率を小さくすることで、伝搬損失(レーザ光の強度の減衰)を少なくすることができる。つまり、可視光が単一モードで伝搬する導波路のコア3aのサイズは小さいため、相対的にコア3aの構造うねりなどの作製不整による影響が大きくなる。例えば、コア3aとクラッド3bとの境界におけるレイリー散乱などによって伝搬損失が増加するが、その大きさは、コア3aとクラッド3bとの比屈折率差の2.5乗に比例するため、比屈折率差を小さくするほど伝搬損失を小さくできる。   Here, it is necessary to propagate the light in the waveguide in a single mode, and the propagation loss (attenuation of the intensity of the laser light) is reduced by reducing the relative refractive index between the core 3a and the clad 3b. be able to. That is, since the size of the core 3a of the waveguide through which visible light propagates in a single mode is small, the influence of manufacturing irregularities such as the structural undulation of the core 3a becomes relatively large. For example, the propagation loss increases due to Rayleigh scattering at the boundary between the core 3a and the clad 3b, but the magnitude is proportional to the 2.5th power of the relative refractive index difference between the core 3a and the clad 3b. The propagation loss can be reduced as the rate difference is reduced.

このとき、伝搬するレーザ光のエネルギ密度は、ガウシアン分布に近い分布をもち、レーザ光の放射角は小さくなる。そのため、コア3aとクラッド3bとの比屈折率差を小さくすることで、外部の光デバイス(多重ビーム変換回路4)と効率よく接続できる。   At this time, the energy density of the propagating laser beam has a distribution close to a Gaussian distribution, and the radiation angle of the laser beam becomes small. Therefore, by reducing the relative refractive index difference between the core 3a and the clad 3b, it is possible to efficiently connect to an external optical device (multiple beam conversion circuit 4).

このようなコア3aとクラッド3bとしては、例えば、次のようなもので実現することができる。すなわち、単一モードで、波長400〜440nmの範囲のレーザ光を多重化する場合に、コア材にはパーフルオロアルケニルビニルエーテル環化重合体(CYTOP(登録商標))と有機ケイ素系化合物とを混合して屈折率を1.3484に調整したものを用い、一辺が2μmの正方形の端面を有し、クラッド3bに埋め込まれたコア3aを形成する。また、屈折率1.3450のCYTOP(登録商標)を用いて、クラッド3bを形成する。このような波長多重回路3によれば、70%程度の伝搬効率が得られる。   Such a core 3a and a clad 3b can be realized by the following, for example. That is, when laser light having a wavelength of 400 to 440 nm is multiplexed in a single mode, a perfluoroalkenyl vinyl ether cyclized polymer (CYTOP (registered trademark)) and an organosilicon compound are mixed as a core material. Then, the core 3a having a square end face with a side of 2 μm and embedded in the clad 3b is formed using a material whose refractive index is adjusted to 1.3484. Further, the cladding 3b is formed using CYTOP (registered trademark) having a refractive index of 1.3450. According to such a wavelength multiplexing circuit 3, a propagation efficiency of about 70% can be obtained.

なお、波長多重回路3は、例えば、導波路デバイスであってもよいし、また、波長の異なる光を光学的に合成するビームスプリッタやダイクロイックミラーであってもよい。そして、異なる波長で励振される光源2を、光軸に対して垂直方向に並べる従来の方式では、光軸方向に沿って複数の光スポットを同時に配置できないが、後記する多重ビーム変換回路4によってビーム形状(プロファイル)を制御することで、対物レンズ5によって形成される複数の光スポットを光軸上に同時に並べることができる。   The wavelength multiplexing circuit 3 may be, for example, a waveguide device, or a beam splitter or a dichroic mirror that optically synthesizes light having different wavelengths. In the conventional method in which the light sources 2 excited at different wavelengths are arranged in the direction perpendicular to the optical axis, a plurality of light spots cannot be simultaneously arranged along the optical axis direction. By controlling the beam shape (profile), a plurality of light spots formed by the objective lens 5 can be simultaneously arranged on the optical axis.

図1に戻って説明を続ける。多重ビーム変換回路(多重ビーム変換手段)4は、波長多重回路3から入射されたレーザ光を円環状のビーム(以下、円環状ビームという)に変換するものである。ここで、図3及び図4を参照して、ガウシアンビームを円環状ビームに変換する多重ビーム変換回路4の構造について説明する。図3は、光ヘッドの多重ビーム変換回路の構造と、その端面及び内部の断面の構造を示す模式図である。図4は、光ヘッドの多重ビーム変換回路から出射する円環状ビームを模式的に示す模式図、(a)は、光ヘッドの多重ビーム変換回路によって、波長λ1〜λ5のガウシアンビームを変換して得られる円環状ビームを模式的に示す模式図、(b)は、円環状ビームの径方向の光強度とピークの位置を模式的に示す模式図である。 Returning to FIG. 1, the description will be continued. The multiple beam conversion circuit (multiple beam conversion means) 4 converts the laser light incident from the wavelength multiplexing circuit 3 into an annular beam (hereinafter referred to as an annular beam). Here, the structure of the multiple beam conversion circuit 4 that converts a Gaussian beam into an annular beam will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of the multiple beam conversion circuit of the optical head and the structure of the end face and the internal cross section thereof. FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing an annular beam emitted from the multiple beam conversion circuit of the optical head, and FIG. 4A is a diagram illustrating conversion of a Gaussian beam having wavelengths λ 1 to λ 5 by the multiple beam conversion circuit of the optical head. FIG. 5B is a schematic diagram schematically showing the light intensity in the radial direction of the annular beam and the position of the peak.

まず、図3を参照して、多重ビーム変換回路4の構造について説明する。ここでは、多重ビーム変換回路4を、円錐形状の内部クラッド4cと円錐殻の形状のコア4aとを、全体の形状が円柱となるように外部クラッド4bによって構成した。そして、光ファイバと同様に、母材を線引きして作製した。なお、多重ビーム変換回路4は、例えば、円環状の干渉縞(0次光のない、円環状の高次回折光のみからなる光)を生成する回折格子や、ホログラム素子であってもよい。   First, the structure of the multiple beam conversion circuit 4 will be described with reference to FIG. Here, the multiple beam conversion circuit 4 is constituted by a conical inner clad 4c and a conical shell shaped core 4a by an outer clad 4b so that the entire shape is a cylinder. And like the optical fiber, it produced by drawing a preform | base_material. The multiple beam conversion circuit 4 may be, for example, a diffraction grating or a hologram element that generates an annular interference fringe (light having only zero-order high-order diffracted light without zero-order light).

そして、多重ビーム変換回路4は、入射端面4dの中央に円形のコア4aを形成し、多重ビーム変換回路4内部において、この導波路を円錐状に分岐して、出射端面4eにおいて所定半径の円周上に円環状のコア4aを形成している。そのため、多重ビーム変換回路4の内部のコア4aは、多重ビーム変換回路4の入射端面4dから出射端面4eに向かうにつれて、光の入射方向に直交する断面における半径が大きくなる。そして、入射端面4dから入射されたレーザ光は、多重ビーム変換回路4のコア4a内部に閉じ込められて、出射端面4eに向かって伝搬するにつれて半径が大きくなり、所定の半径の円環状ビームに変換されて出射端面4eから出射される。   The multiple beam conversion circuit 4 forms a circular core 4a at the center of the incident end face 4d, branches the waveguide into a conical shape inside the multiple beam conversion circuit 4, and has a circular shape with a predetermined radius at the output end face 4e. An annular core 4a is formed on the circumference. Therefore, the core 4a inside the multiple beam conversion circuit 4 has a larger radius in a cross section perpendicular to the incident direction of light as it goes from the incident end face 4d of the multiple beam conversion circuit 4 toward the exit end face 4e. The laser light incident from the incident end face 4d is confined inside the core 4a of the multiple beam conversion circuit 4, and the radius increases as it propagates toward the exit end face 4e, and is converted into an annular beam having a predetermined radius. And is emitted from the emission end face 4e.

そして、多重ビーム変換回路4は、それぞれアッベ数の異なるコア4a、外部クラッド4b及び内部クラッド4cからなり、外部クラッド4bが最もアッベ数が小さく、コア4a、内部クラッド4cの順にアッベ数が大きくなる。なお、アッベ数とは、光学材料の屈折率の波長分散特性を評価する数値であり、アッベ数が大きい媒質ほど、異なる波長に対して屈折率の変化が小さい。   The multiple beam conversion circuit 4 includes a core 4a, an outer cladding 4b, and an inner cladding 4c having different Abbe numbers. The outer cladding 4b has the smallest Abbe number, and the Abbe number increases in the order of the core 4a and the inner cladding 4c. . The Abbe number is a numerical value for evaluating the wavelength dispersion characteristic of the refractive index of the optical material. A medium having a larger Abbe number has a smaller change in the refractive index for different wavelengths.

そのため、ある波長(基準波長)の光に比べて、この基準波長より短い波長の光は、アッベ数の大きい内部クラッド4cの屈折率がわずかに大きくなり、中間のアッベ数のコア4aの屈折率が大きくなり、アッベ数の小さい外部クラッド4bの屈折率が非常に大きくなる。そのため、コア4aと内部クラッド4cとの屈折率差は大きくなり、コア4aと外部クラッド4bとの屈折率差は小さくなる。これによって、基準波長より短い波長の光のピークの位置は内部クラッド4c側にシフトされ、出射端面4eから出射される円環状ビームの半径は小さくなる。一方、基準波長より長い波長の光のピーク位置は、外部クラッド4b側にシフトされ、出射端面4eから出射される円環状ビームの半径は大きくなる。このようにして、コア4a、外部クラッド4b及び内部クラッド4cを構成する媒質のアッベ数を調整することで、多重ビーム変換回路4によって変換される円環状ビームの半径を波長で制御することができる。   Therefore, as compared with light having a certain wavelength (reference wavelength), the light having a wavelength shorter than the reference wavelength has a slightly higher refractive index of the inner cladding 4c having a large Abbe number, and the refractive index of the core 4a having an intermediate Abbe number. And the refractive index of the outer cladding 4b having a small Abbe number becomes very large. Therefore, the refractive index difference between the core 4a and the inner cladding 4c is increased, and the refractive index difference between the core 4a and the outer cladding 4b is decreased. As a result, the position of the peak of light having a wavelength shorter than the reference wavelength is shifted to the inner cladding 4c side, and the radius of the annular beam emitted from the emission end face 4e is reduced. On the other hand, the peak position of light having a wavelength longer than the reference wavelength is shifted to the outer cladding 4b side, and the radius of the annular beam emitted from the emission end face 4e is increased. Thus, by adjusting the Abbe number of the medium constituting the core 4a, the outer cladding 4b, and the inner cladding 4c, the radius of the annular beam converted by the multiple beam conversion circuit 4 can be controlled by the wavelength. .

そのため、波長λ1〜λ5(λ1<λ2<λ3<λ4<λ5)のレーザ光が多重化されたレーザ光が多重ビーム変換回路4に入射すると、図4(a)に示すように、多重ビーム変換回路4からは、それぞれピーク半径r(λ1)〜r(λ5)の5つの円環状ビームb1〜b5が出射する。そして、この5つの円環状ビームb1〜b5は、平面C上において同心円状のピークを有する。そして、図4(b)に示すように、波長λ5の光のピーク半径r(λ5)が一番大きくなり、波長λ1の光のピーク半径r(λ1)が一番小さくなる。なお、図4(a)の平面Cは、多重ビーム変換回路4から出射した5つの円環状ビームb1〜b5からなる円環状多重ビームの伝搬方向(光軸方向)に直交する平面を示し、平面C上の矢印(r軸)は、円環状多重ビームの中心からの径方向を示す。更に、平面C上のr軸は、図4(b)のグラフのr軸と一致し、このグラフの下に、多重ビーム変換回路4の出射端面4eにおける、中心から径方向へのコア4a、外部クラッド4b及び内部クラッド4cの配置を模式的に示している。 Therefore, when a laser beam obtained by multiplexing laser beams having wavelengths λ 1 to λ 512345 ) is incident on the multiple beam conversion circuit 4, FIG. As shown, the multiple beam conversion circuit 4 emits five annular beams b1 to b5 having peak radii r (λ 1 ) to r (λ 5 ), respectively. The five annular beams b1 to b5 have concentric peaks on the plane C. Then, as shown in FIG. 4B, the peak radius r (λ 5 ) of the light with the wavelength λ 5 is the largest, and the peak radius r (λ 1 ) of the light with the wavelength λ 1 is the smallest. A plane C in FIG. 4A indicates a plane orthogonal to the propagation direction (optical axis direction) of the annular multiple beam composed of the five annular beams b1 to b5 emitted from the multiple beam conversion circuit 4. The arrow on C (r-axis) indicates the radial direction from the center of the annular multiple beam. Furthermore, the r-axis on the plane C coincides with the r-axis of the graph of FIG. 4B, and below this graph, the core 4a from the center to the radial direction on the exit end face 4e of the multiple beam conversion circuit 4 is shown. The arrangement of the outer cladding 4b and the inner cladding 4c is schematically shown.

図1に戻って説明を続ける。対物レンズ(集光手段)5は、多重ビーム変換回路4から出射された円環状多重ビームを集光するものである。ここで、対物レンズ5は、入射される光の波長によって屈折率が異なる波長分散特性を有し、この波長分散特性による軸上色収差によって、各々の波長λ1〜λ5の光を、光軸方向に対物レンズ5からの距離が異なる位置に集光する。ここでは、対物レンズ5を、円錐プリズムとした。なお、対物レンズ5は、円環状多重ビームを集光でき、波長分散特性を有するものであればよく、例えば、両凸レンズ等の凸レンズであってもよい。そして、円環状ビームの幅が狭い場合、凸レンズは円錐プリズムと同様に機能する。 Returning to FIG. 1, the description will be continued. The objective lens (condensing means) 5 condenses the annular multiple beam emitted from the multiple beam conversion circuit 4. Here, the objective lens 5 has a wavelength dispersion characteristic having a refractive index that varies depending on the wavelength of incident light. Due to axial chromatic aberration caused by this wavelength dispersion characteristic, the light of each wavelength λ 1 to λ 5 is converted into an optical axis. The light is condensed at a position where the distance from the objective lens 5 is different in the direction. Here, the objective lens 5 is a conical prism. The objective lens 5 may be any lens as long as it can condense an annular multiple beam and has wavelength dispersion characteristics. For example, it may be a convex lens such as a biconvex lens. And when the width | variety of an annular | circular shaped beam is narrow, a convex lens functions similarly to a conical prism.

ここで、図5を参照して、波長が長くなるほど屈折率が小さくなる光学材料よりなる円錐プリズムを対物レンズ5とした場合における、円環状多重ビームの光スポットについて説明する。図5は、光ヘッドの対物レンズに入射した円環状多重ビームの光スポットを説明するための説明図である。   Here, with reference to FIG. 5, the light spot of the annular multiple beam in the case where the objective lens 5 is a conical prism made of an optical material whose refractive index decreases as the wavelength becomes longer will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the light spot of the annular multiple beam incident on the objective lens of the optical head.

図5に示すように、対物レンズ5は、波長が長くなるほど屈折率が小さくなるので、波長λ1〜λ5(λ1<λ2<λ3<λ4<λ5)の5つのレーザ光が多重化されたレーザ光が入射すると、一番短い波長λ1の円環状ビームb1の屈折率が一番大きくなり、多層記録媒体7のレーザ光の照射面に一番近い1層目の記録層7aに光スポットc1を形成する。そして、波長λ2の円環状ビームb2の屈折率が次に大きくなり、2層目の記録層7bに光スポットc2を形成する。同様に、波長λ3の円環状ビームb3が3層目の記録層7cに光スポットc3を形成し、波長λ4の円環状ビームb4が4層目の記録層7dに光スポットc4を形成して、一番長い波長λ5の円環状ビームb5が、対物レンズ5から一番遠い最下層の記録層7eに光スポットc5を形成する。これによって、光ヘッド1は、各波長λ1〜λ5の光スポットを各記録層7a〜7eに形成でき、多層記録媒体7にデータを書き込むことができる。 As shown in FIG. 5, since the refractive index of the objective lens 5 decreases as the wavelength increases, five laser beams having wavelengths λ 1 to λ 512345 ) are obtained. Is incident, the refractive index of the annular beam b 1 having the shortest wavelength λ 1 becomes the largest, and the first layer recording closest to the laser light irradiation surface of the multilayer recording medium 7 is performed. A light spot c1 is formed on the layer 7a. Then, then increase the refractive index of the wavelength lambda 2 of the annular beam b2 forms a light spot c2 in the second recording layer 7b. Similarly, the light spot c3 is formed on the recording layer 7c of the annular beam b3 wavelength lambda 3 is the third layer, a light spot c4 form annular beam b4 of the wavelength lambda 4 is the recording layer 7d of the fourth layer Te, the annular beam b5 of the longest wavelength lambda 5, to form a light spot c5 the farthest lowermost recording layer 7e from the objective lens 5. As a result, the optical head 1 can form light spots having the wavelengths λ 1 to λ 5 on the recording layers 7 a to 7 e and write data to the multilayer recording medium 7.

そして、円環状多重ビームは、z軸を中心とする5つの円環状ビームからなるので、そのz軸と対物レンズ5の光軸とを一致させることで、対物レンズ5は、円環状多重ビームの各波長λ1〜λ5の光スポットを光軸上に配列させることができる。 Since the annular multiple beam is composed of five annular beams centered on the z axis, by aligning the z axis with the optical axis of the objective lens 5, the objective lens 5 can be Light spots having wavelengths λ 1 to λ 5 can be arranged on the optical axis.

更に、円環状ビームb1〜b5が多重化された円環状多重ビームを集光するので、記録層7a〜7eの各々に同時に光スポットc1〜c5を形成することができる。そして、図示しない光源制御手段によって、各々の光源2(2a〜2e)の発光パターンを制御することで、記録層7a〜7eごとに独立したデータを同時に書き込むことができる。そのため、一度に複数の記録層7a〜7eにデータを書き込むことで、光源2の数に応じて書き込み速度を向上させることができる。   Further, since the annular multiple beam obtained by multiplexing the annular beams b1 to b5 is condensed, the light spots c1 to c5 can be simultaneously formed on each of the recording layers 7a to 7e. Independent data can be simultaneously written for each of the recording layers 7a to 7e by controlling the light emission pattern of each light source 2 (2a to 2e) by a light source control means (not shown). Therefore, writing speed can be improved according to the number of the light sources 2 by writing data in the several recording layers 7a-7e at once.

また、各々の波長λ1〜λ5の円環状ビームは、それぞれz軸から半径r(λ1)〜r(λ5)だけ離れた位置においてエネルギ密度が最大になる。そして、円環状ビームを集光すると、ガウシアンビームのような、対物レンズの光軸付近でエネルギ密度の分布が高くなる光を集光する場合と比べて、光スポットのサイズを小さくすることができる。 Further, an annular beam of each wavelength lambda 1 to [lambda] 5, the energy density is maximized at the position separated by the radius from the z-axis, respectively r (λ 1) ~r (λ 5). When the annular beam is condensed, the size of the light spot can be reduced as compared with the case where the light whose energy density distribution is increased near the optical axis of the objective lens, such as a Gaussian beam. .

そのため、各々の光スポット間の間隔を短くしても、光の集光角が同じならば各々の光スポット間のクロストーク(熱的な干渉)を防ぐことができる。これによって、多層記録媒体7の層間間隔を狭くすることができ、一定範囲に積層できる記録層の数を増やすことができる。つまり、多層記録媒体7に記録できるデータ量を増やすことが可能になる。   Therefore, even if the interval between the respective light spots is shortened, crosstalk (thermal interference) between the respective light spots can be prevented if the light condensing angle is the same. Thereby, the interlayer interval of the multilayer recording medium 7 can be narrowed, and the number of recording layers that can be stacked in a certain range can be increased. That is, the amount of data that can be recorded on the multilayer recording medium 7 can be increased.

次に、図6を参照して、各光スポットc(c1〜c5)間の間隔について説明する。図6は、対物レンズに入射した円環状ビームの光路を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、ある波長λの円環状ビームのピーク半径をr(λ)とし、このピーク半径がr(λ)に対して充分に小さい半値幅の円環状ビームbが大気中(屈折率が1)から対物レンズ5(円錐プリズム)に入射する場合について説明する。   Next, with reference to FIG. 6, the space | interval between each light spot c (c1-c5) is demonstrated. FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing the optical path of the annular beam incident on the objective lens. Here, the peak radius of an annular beam having a certain wavelength λ is r (λ), and an annular beam b having a half-value width sufficiently small with respect to r (λ) is present in the atmosphere (with a refractive index of A case where the light enters the objective lens 5 (conical prism) from 1) will be described.

ここで、対物レンズ5(円錐プリズム)の底面の半径をy、入射側の円錐の開き角を2θ’度、出射側の円錐の開き角を2θ度、波長λにおける対物レンズ5の屈折率をn(λ)とすると、入射側の円錐の頂点P’と、光スポットcまでの距離zは、以下の式(4)によって表される。   Here, the radius of the bottom surface of the objective lens 5 (conical prism) is y, the opening angle of the entrance-side cone is 2θ ′ degrees, the opening angle of the exit-side cone is 2θ degrees, and the refractive index of the objective lens 5 at the wavelength λ is Assuming n (λ), the apex P ′ of the cone on the incident side and the distance z to the light spot c are expressed by the following equation (4).

Figure 0004328302
Figure 0004328302

なお、式(4)において、l(λ)は、波長λの円環状ビームbの対物レンズ5内における伝搬長、α(λ)は、波長λの円環状ビームbが大気中から対物レンズ5に入射した際の屈折角、β(λ)は、波長λの円環状ビームbが対物レンズ5から大気に出射する際の屈折角である。α(λ)及びβ(λ)は、スネルの法則によって、以下の式(5)で表される。

Figure 0004328302
In Expression (4), l (λ) is the propagation length of the annular beam b having the wavelength λ in the objective lens 5, and α (λ) is the annular lens b having the wavelength λ from the atmosphere. Is the refraction angle when the annular beam b having the wavelength λ is emitted from the objective lens 5 to the atmosphere. α (λ) and β (λ) are expressed by the following formula (5) according to Snell's law.
Figure 0004328302

次に、具体例を挙げて各光スポット間の距離について説明する。ここで、光源2a〜2eから出射するレーザ光の波長を、λ1=400[nm]、λ2=410[nm]、λ3=420[nm]、λ4=430[nm]、λ5=440[nm]とし、円環状多重ビームのピーク半径を、波長λ1の円環状ビームのピーク半径r(400)=1800[μm]、波長λ2の円環状ビームのピーク半径r(410)=1802[μm]、波長λ3の円環状ビームのピーク半径r(420)=1804[μm]、波長λ4の円環状ビームのピーク半径r(430)=1806[μm]、波長λ5の円環状ビームのピーク半径r(440)=1808[μm]とする。また、対物レンズ5(円錐プリズム)の材質をアッベ数Vが30、波長400nmの時の屈折率n(400)=1.7の重フリントガラスとし、θ=90[°]、θ’=29.4[°]、底面の半径y=2000[μm]として算出した。 Next, the distance between each light spot will be described with a specific example. Here, the wavelengths of the laser beams emitted from the light sources 2a to 2e are λ 1 = 400 [nm], λ 2 = 410 [nm], λ 3 = 420 [nm], λ 4 = 430 [nm], λ 5. = 440 [nm], the peak radius of the annular multiple beam is the peak radius r (400) of the annular beam with the wavelength λ 1 = 1800 [μm], and the peak radius r (410) of the annular beam with the wavelength λ 2 = 1802 [μm], peak radius r (420) of an annular beam with wavelength λ 3 = 1804 [μm], peak radius r (430) of an annular beam with wavelength λ 4 = 1806 [μm], wavelength λ 5 The peak radius r (440) of the annular beam is set to 1808 [μm]. The material of the objective lens 5 (conical prism) is a heavy flint glass having a refractive index n (400) = 1.7 when the Abbe number V is 30 and the wavelength is 400 nm, θ = 90 [°], θ ′ = 29. 4 [°] and the radius of the bottom surface y = 2000 [μm].

なお、アッベ数Vとは、光学材料の屈折率の波長分散特性を評価する数値であり、以下の式(6)で定義される。ここで、Nd、Nf、Ncは、材料の波長がそれぞれ589.2nm、486.1nm、656.3nmの光に対する屈折率である。   The Abbe number V is a numerical value for evaluating the wavelength dispersion characteristic of the refractive index of the optical material, and is defined by the following formula (6). Here, Nd, Nf, and Nc are refractive indexes with respect to light having a material wavelength of 589.2 nm, 486.1 nm, and 656.3 nm, respectively.

Figure 0004328302
Figure 0004328302

更に、400〜440nmの波長の帯域では、屈折率が波長に比例して変化すると仮定して算出した。その結果、前記の式(4)及び式(5)より、円環状多重ビームは、対物レンズ5(円錐プリズム)の光源側の頂点P’から約4.1mmの位置に集光し、各光スポットc1〜c5の間隔は8.3μmとなった。そして、各光スポットを、この間隔(8.3μm)ずつ離して配置すれば、十分にクロストークを小さくすることができる。なお、対物レンズ5の波長分散特性は、この対物レンズ5を構成する光学材料のアッベ数に依存する。そして、対物レンズ5をアッベ数が小さく、屈折率の小さい光学材料で構成することで、光スポット間の間隔を広くすることができる。このように、光ヘッド1において、集光手段を構成する光学系の軸上色収差を積極的に利用して、光スポット間の間隔を所望の長さに調整することができる。   Furthermore, in the wavelength band of 400 to 440 nm, the calculation was performed assuming that the refractive index changes in proportion to the wavelength. As a result, from the above formulas (4) and (5), the annular multiple beam is condensed at a position of about 4.1 mm from the vertex P ′ on the light source side of the objective lens 5 (conical prism). The interval between the spots c1 to c5 was 8.3 μm. And if each light spot is spaced apart by this interval (8.3 μm), the crosstalk can be sufficiently reduced. The wavelength dispersion characteristic of the objective lens 5 depends on the Abbe number of the optical material constituting the objective lens 5. The distance between the light spots can be increased by forming the objective lens 5 with an optical material having a small Abbe number and a small refractive index. As described above, in the optical head 1, the interval between the light spots can be adjusted to a desired length by positively utilizing the axial chromatic aberration of the optical system constituting the light condensing means.

なお、ここでは多重ビーム変換回路4が正の波長分散特性をもつ場合について説明したが、外部クラッド4bと内部クラッド4cの構成材料を交換し、外部クラッド4bが最もアッベ数が大きく、コア4a、内部クラッド4cの順にアッベ数を小さくなるように設定することで、負の波長分散特性をもつ多重ビーム変換回路4とすることができる。例えば、r(400)=1800、r(410)=1798、r(420)=1796、r(430)=1794、r(440)=1792とした場合には、各光スポット(図示せず)の間隔は3.1μmとなる。このとき、光学系(対物レンズ5とビーム変換手段6)による軸上色収差は小さくなるが、光スポットを分離する効果は損なわれない。   Here, the case where the multiple beam conversion circuit 4 has a positive wavelength dispersion characteristic has been described. However, the constituent materials of the outer cladding 4b and the inner cladding 4c are exchanged, and the outer cladding 4b has the largest Abbe number, and the core 4a, By setting the Abbe number to be smaller in the order of the inner cladding 4c, the multiple beam conversion circuit 4 having negative chromatic dispersion characteristics can be obtained. For example, when r (400) = 1800, r (410) = 1798, r (420) = 1799, r (430) = 1794, r (440) = 1789, each light spot (not shown) The interval is 3.1 μm. At this time, axial chromatic aberration due to the optical system (objective lens 5 and beam converting means 6) is reduced, but the effect of separating the light spot is not impaired.

[光ヘッド(光記録装置)の動作(第一の実施の形態)]
次に、図1を参照(適宜図2及び図3参照)して、多層記録媒体7にデータを書き込むために、本発明における光ヘッド1が、記録層7a〜7eにレーザ光の光スポットを形成する動作について説明する。
[Operation of Optical Head (Optical Recording Device) (First Embodiment)]
Next, referring to FIG. 1 (refer to FIG. 2 and FIG. 3 as appropriate), in order to write data on the multilayer recording medium 7, the optical head 1 in the present invention applies a light spot of laser light to the recording layers 7a to 7e. The operation to be formed will be described.

(光出射ステップ)
波長多重回路3のコア3a(図2参照)の、入射端面3c側の5つの開口面に図示しないスポットサイズ変換器を介して取り付けられた光源2(2a〜2e)は、互いに波長の異なるレーザ光を出射する。この光源2(2a〜2e)は、図示しない光源制御手段によって、レーザ光の発光パターンが制御され、光源2(2a〜2e)から出射されたレーザ光は、図示しないスポットサイズ変換器を介して波長多重回路3のコア3aに入射する。
(Light emission step)
The light sources 2 (2a to 2e) attached to the five opening surfaces on the incident end surface 3c side of the core 3a (see FIG. 2) of the wavelength multiplexing circuit 3 via spot size converters (not shown) are lasers having different wavelengths. Emits light. In this light source 2 (2a to 2e), the light emission pattern of the laser light is controlled by a light source control means (not shown), and the laser light emitted from the light source 2 (2a to 2e) passes through a spot size converter (not shown). The light enters the core 3 a of the wavelength multiplexing circuit 3.

(ビーム変換ステップ)
そして、波長多重回路3は、入射されたレーザ光をコア3aに沿って導波する。このコア3aは、波長多重回路3の内部において、各々の波長のレーザ光を導波する5つの導波路を結合して1つの導波路とし、出射端面3d(図2参照)側に1つの開口面を有しているため、入射された異なる波長のレーザ光は、多重化されて出射端面3dまで導波される。
(Beam conversion step)
The wavelength multiplexing circuit 3 guides the incident laser light along the core 3a. The core 3a is formed by combining five waveguides that guide laser beams of respective wavelengths into one waveguide inside the wavelength multiplexing circuit 3, and one opening on the emission end face 3d (see FIG. 2) side. Since it has a surface, the incident laser beams of different wavelengths are multiplexed and guided to the exit end surface 3d.

そして、多重化されたレーザ光は、多重ビーム変換回路4の入射端面4d(図3参照)の中央のコア4a(図3参照)から入射される。この多重ビーム変換回路4は、当該多重ビーム変換回路4内部のコア4a内部に沿って、入射されたレーザ光を導波する。このコア4aは、当該多重ビーム変換回路4の内部において、円錐状に分岐し、出射端面4e(図3参照)の所定半径の円上の位置まで形成されているため、入射端面4d側から入射されたレーザ光は、円環状ビームに変換されて、出射端面4eから出射される。   The multiplexed laser light is incident from the central core 4a (see FIG. 3) of the incident end face 4d (see FIG. 3) of the multiple beam conversion circuit 4. The multiple beam conversion circuit 4 guides the incident laser light along the core 4 a inside the multiple beam conversion circuit 4. Since the core 4a branches in a conical shape inside the multiple beam conversion circuit 4 and is formed up to a position on a circle having a predetermined radius on the exit end face 4e (see FIG. 3), the core 4a enters from the entrance end face 4d side. The laser beam thus converted is converted into an annular beam and emitted from the emission end face 4e.

ここで、多重ビーム変換回路4に入射されたレーザ光は、当該多重ビーム変換回路4を構成するコア4a、外部クラッド4b及び内部クラッド4cの波長依存性(媒質のアッベ数)によって、波長ごとに各々ピーク半径が異なる円環状ビームが多重化されている円環状多重ビームに変換される。   Here, the laser light incident on the multiple beam conversion circuit 4 depends on the wavelength dependency (the Abbe number of the medium) of the core 4a, the outer cladding 4b, and the inner cladding 4c constituting the multiple beam conversion circuit 4 for each wavelength. Each of the annular beams having different peak radii is converted into a multiplexed annular beam.

(集光ステップ)
そして、円環状多重ビームは、対物レンズ5に入射される。対物レンズ5は、入射された光の波長によって屈折率が異なるため、波長分散特性(軸上色収差)によって、各々の波長の光を、多層記録媒体7内部において光軸方向に異なる深さに積層されている各々の記録層(7a〜7e)に集光する。
(Condensing step)
Then, the annular multiple beam is incident on the objective lens 5. Since the refractive index of the objective lens 5 varies depending on the wavelength of the incident light, the light of each wavelength is stacked at different depths in the optical axis direction inside the multilayer recording medium 7 due to the wavelength dispersion characteristics (axial chromatic aberration). The light is condensed on each of the recording layers (7a to 7e).

以上の動作によって、光ヘッド1は、各々の光源2a〜2eから出射されたレーザ光を、それぞれ記録層7a〜7eに集光して光スポットを形成する。そのため、光源2の発光を制御する図示しない光源制御手段によって、各々の記録層(7a〜7e)に対応する光源2(2a〜2e)の発光パターンを制御することで、多層記録媒体7にデータを書き込むことができる。   Through the above operation, the optical head 1 focuses the laser beams emitted from the light sources 2a to 2e on the recording layers 7a to 7e, respectively, to form light spots. Therefore, the light source control means (not shown) that controls the light emission of the light source 2 controls the light emission patterns of the light sources 2 (2a to 2e) corresponding to the respective recording layers (7a to 7e), whereby data is stored in the multilayer recording medium 7. Can be written.

[光ヘッド(光記録装置)の構成(第二の実施の形態)]
次に、図7を参照して、本発明における第二の実施の形態である光ヘッド1Aの構成について説明する。図7は、光ヘッドの構成を示したブロック図である。光ヘッド(光記録装置)1Aは、複数の記録層7a〜7eが積層された多層記録媒体7にデータを書き込むものである。光ヘッド1Aは、光源2、回転対称ビーム変換手段6A及び対物レンズ5Aを備える。なお、図1では光ヘッド1Aの各々の構成である光源2、回転対称ビーム変換手段6A、対物レンズ5A及び後記する波長多重回路3と多重回転対称ビーム変換回路4Aの間を所定間隔だけ離して示しているが、光ヘッド1Aは、すべての構成が一体化されて形成されていてもよい。更に、所定間隔だけ離したその間隙に、光を導波する導波回路のような出射された光を次の回路又はレンズ(波長多重回路3、多重回転対称ビーム変換回路4A、対物レンズ5A)に入射させる回路や光学系等を備えることとしてもよい。
[Configuration of Optical Head (Optical Recording Device) (Second Embodiment)]
Next, the configuration of the optical head 1A according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the optical head. The optical head (optical recording apparatus) 1A writes data on a multilayer recording medium 7 in which a plurality of recording layers 7a to 7e are stacked. The optical head 1A includes a light source 2, a rotationally symmetric beam converting means 6A, and an objective lens 5A. In FIG. 1, the light source 2, the rotationally symmetric beam converting means 6A, the objective lens 5A, and the wavelength multiplexing circuit 3 and the multiple rotationally symmetric beam converting circuit 4A described later are separated from each other by a predetermined interval. Although shown, the optical head 1A may be formed by integrating all components. Further, the emitted light such as a waveguide circuit that guides light into the gap separated by a predetermined distance is sent to the next circuit or lens (wavelength multiplexing circuit 3, multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A, objective lens 5A). It is good also as providing the circuit and optical system, etc. which enter into this.

光ヘッド1Aは、光ヘッド1(図1参照)のビーム変換手段6に代えて回転対称ビーム変換手段6Aを、また、対物レンズ5に代えて対物レンズ5Aを備えて構成した。光ヘッド1A内の回転対称ビーム変換手段6A及び対物レンズ5A以外の構成は、図1に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。   The optical head 1A includes a rotationally symmetric beam converting unit 6A instead of the beam converting unit 6 of the optical head 1 (see FIG. 1), and an objective lens 5A instead of the objective lens 5. Since the configuration other than the rotationally symmetric beam conversion means 6A and the objective lens 5A in the optical head 1A is the same as that shown in FIG. 1, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

回転対称ビーム変換手段6Aは、光源2(2a〜2e)から出射されたレーザ光の各々を、同一の光軸を有し、かつ、波長ごとに異なる長さの半径を有する円環上にエネルギ密度のピークを有するとともに、当該光軸に対して回転対称なエネルギ密度分布を有するビームに変換するものである。ここで、回転対称ビーム変換手段6Aは、波長多重回路3と多重回転対称ビーム変換回路4Aとを備える。なお、波長多重回路3は、図1に示したものと同一であるので説明を省略する。   The rotationally symmetric beam converting means 6A energizes each of the laser beams emitted from the light sources 2 (2a to 2e) on an annular ring having the same optical axis and having a different radius for each wavelength. The beam is converted into a beam having a density peak and having an energy density distribution rotationally symmetric with respect to the optical axis. Here, the rotationally symmetric beam converting means 6A includes a wavelength multiplexing circuit 3 and a multiple rotationally symmetric beam converting circuit 4A. The wavelength multiplexing circuit 3 is the same as that shown in FIG.

多重回転対称ビーム変換回路(多重回転対称ビーム変換手段)4Aは、波長多重回路3から入射されたレーザ光を、同一の光軸を有し、かつ、波長ごとに異なる長さの半径を有する円環上にエネルギ密度のピークを有するとともに、当該光軸に対して回転対称なエネルギ密度分布を有するビームに変換するものである。なお、ここでは、回転対称ビーム変換手段6Aは、所定の半径の円環上に等間隔で2m個のエネルギ密度のピークを有するm次のラゲールガウスビーム(以下、LGビームという)に変換することとする。   The multiple rotationally symmetric beam conversion circuit (multiple rotationally symmetric beam conversion means) 4A is a circle having the same optical axis and a radius having a different length for each wavelength. The beam is converted into a beam having an energy density peak on the ring and a rotationally symmetric energy density distribution with respect to the optical axis. Here, the rotationally symmetric beam converting means 6A converts the beam into an mth order Laguerre Gaussian beam (hereinafter referred to as an LG beam) having 2m energy density peaks at equal intervals on a ring with a predetermined radius. And

ここで、図8から図10を参照して、2m個のエネルギ密度のピークを有するLGビームと、ガウシアンビームをLGビームに変換する多重回転対称ビーム変換回路4Aの構造とについて説明する。図8は、LGビームのエネルギ密度の分布を示す模式図、(a)は、LGビームの進行方向に直交する平面におけるLGビームのエネルギ密度を模式的に示す模式図、(b)は、LGビームの径方向におけるエネルギプロファイルを示すグラフである。図9は、光ヘッドの多重回転対称ビーム変換回路の構造を示す模式図、(a)は、多重回転対称ビーム変換回路と、その端面及び内部の構造を示す模式図、(b)は、(a)における多重回転対称ビーム変換回路のA−A断面における構造を示す模式図である。図10は、光ヘッドの多重回転対称ビーム変換回路によって、波長λ1〜λ5のガウシアンビームを変換して得られたLGビームのピークの位置を示す模式図である。 Here, the LG beam having 2m energy density peaks and the structure of the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A for converting the Gaussian beam into the LG beam will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a schematic diagram showing the energy density distribution of the LG beam, FIG. 8A is a schematic diagram schematically showing the energy density of the LG beam in a plane orthogonal to the traveling direction of the LG beam, and FIG. It is a graph which shows the energy profile in the radial direction of a beam. FIG. 9 is a schematic diagram showing the structure of the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit of the optical head, (a) is a schematic diagram showing the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit, its end face, and the internal structure, and (b) is ( It is a schematic diagram which shows the structure in the AA cross section of the multiple rotation symmetry beam conversion circuit in a). FIG. 10 is a schematic diagram showing a peak position of an LG beam obtained by converting a Gaussian beam with wavelengths λ 1 to λ 5 by a multiple rotationally symmetric beam conversion circuit of the optical head.

まず、LGビームについて説明する。LGビームは、エネルギ密度が、円座標系(r,θ)において以下の式(7)で表されるような、回転対称な(高いエネルギ密度を有する2m個のピークが180/m度の間隔で現れる)分布をもつ。また、このピークが現れる半径r0,mは以下の式(8)で表される。なお、U0,mはm次のLGビームのエネルギ密度を示している。また、mは2以上の自然数、U0及びω0は定数である。 First, the LG beam will be described. The LG beam is rotationally symmetric (2 m peaks having a high energy density are spaced at an interval of 180 / m degrees, as expressed by the following formula (7) in the circular coordinate system (r, θ). Distribution). The radius r 0, m at which this peak appears is expressed by the following formula (8). U 0, m represents the energy density of the m-th order LG beam. M is a natural number of 2 or more, and U 0 and ω 0 are constants.

Figure 0004328302
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そして、例えば、m=2の時に、平面CにおけるLGビームのエネルギ密度は、図8(a)に示すように、平面CA上において4個のピークが90°間隔で現れ、また、図8(b)に示すように、中心部(z軸近傍)はエネルギ密度がゼロになる。なお、図8(a)の平面CAは、円柱座標系のz軸に直交する平面(rθ平面)を示し、光の進行方向はz軸方向(紙面を貫く方向)と一致する。ここで、ω0が波長依存性をもつ場合、ピークの半径r0,mは、波長によって異なる。そして、ω0が正の波長依存性をもつ場合には、波長が長くなるほどピークの半径r0,mは大きくなる。 For example, when m = 2, as shown in FIG. 8A, the energy density of the LG beam in the plane C has four peaks appearing at 90 ° intervals on the plane CA, and FIG. As shown in b), the energy density is zero at the center (near the z-axis). Note that a plane CA in FIG. 8A indicates a plane (rθ plane) orthogonal to the z-axis of the cylindrical coordinate system, and the traveling direction of light coincides with the z-axis direction (the direction penetrating the paper surface). Here, when ω 0 has wavelength dependence, the peak radius r 0, m varies depending on the wavelength. When ω 0 has a positive wavelength dependency, the peak radius r 0, m increases as the wavelength increases.

次に、図9を参照して、多重回転対称ビーム変換回路4Aの構造について説明する。ここでは、多重回転対称ビーム変換回路4Aを、フォトニック結晶デバイスによって構成した。フォトニック結晶デバイスは、屈折率の異なる2種類以上の物質を、光の波長程度のサイズで周期的に配置した光デバイスであり、ある周波数領域の光(ここではレーザ光)を伝搬させない性質を有する。図9(a)に示すように、ここでは、屈折率の異なる2種類の物質を、当該多重回転対称ビーム変換回路4Aを構成する媒質、及び、空孔4Aa、4Aa、…内の空気とし、媒質内に光の波長程度の径の空孔4Aa、4Aa、…を周期的に配置させている。そして、周期的に配置された空孔4Aa、4Aa、…の一部を人工的に欠損させ、人工欠陥4Abを形成する。図9(b)に示すように、入射端面4Ac側から出射端面4Adまで3次元的に人工欠陥4Ab(図9(a)参照)を導入することで、多重回転対称ビーム変換回路4Aは、その人工欠陥4Abに沿って光を導波させることができる。   Next, the structure of the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A will be described with reference to FIG. Here, the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A is configured by a photonic crystal device. A photonic crystal device is an optical device in which two or more kinds of substances having different refractive indexes are periodically arranged with a size of about the wavelength of light, and does not propagate light in a certain frequency region (here, laser light). Have. As shown in FIG. 9 (a), here, two kinds of substances having different refractive indexes are used as the medium constituting the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A and the air in the holes 4Aa, 4Aa,. In the medium, holes 4Aa, 4Aa,... Having a diameter approximately equal to the wavelength of light are periodically arranged. Then, a part of the periodically arranged holes 4Aa, 4Aa,... Is artificially lost to form an artificial defect 4Ab. As shown in FIG. 9B, by introducing a three-dimensional artificial defect 4Ab (see FIG. 9A) from the incident end face 4Ac side to the outgoing end face 4Ad, the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A Light can be guided along the artificial defect 4Ab.

そして、図9(a)に示すように、多重回転対称ビーム変換回路4Aは、入射端面4Acの中央に1つの導波路を形成し、多重回転対称ビーム変換回路4A内部において、この導波路を2m本(図9では4本)に分岐して、2m個のピークが180/m度の間隔で現れる回転対称なエネルギ密度の分布をもつレーザ光、つまり、m次のLGビーム(図9では2次のLGビーム)に変換する。そして、3次元的に人工欠陥4Abを導入することで、m次LGビームのピーク半径r0,mを大きくさせながらデバイス内を伝搬させる。なお、図9には、入射端面4Acの中央から導波路を4本に分岐して、入射端面4Acから入射したレーザ光を2次のLGビームに変換する多重回転対称ビーム変換回路4Aを示している。また、次数mは、2以上の自然数であればよく、次数mが大きいほど、LGビームの高次回折光(サイドローブ)は抑圧され、かつ、その形状が環状に近づく。
Then, as shown in FIG. 9A, the multiple rotation symmetric beam conversion circuit 4A forms one waveguide at the center of the incident end face 4Ac, and this waveguide is 2 m inside the multiple rotation symmetric beam conversion circuit 4A. The laser beam has a rotationally symmetric energy density distribution, ie, an m-order LG beam (2 in FIG. 9). Next LG beam). Then, by introducing the artificial defect 4Ab three-dimensionally, it propagates in the device while increasing the peak radius r 0, m of the m-th order LG beam. FIG. 9 shows a multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A that divides the waveguide into four from the center of the incident end face 4Ac and converts the laser light incident from the incident end face 4Ac into a secondary LG beam. Yes. The order m may be a natural number equal to or greater than 2, and the higher the order m, the higher the order diffracted light (side lobe) of the LG beam is suppressed, and the shape becomes closer to a ring.

また、前記の式(7)の定数U0及びω0は、人工欠陥4Abや空孔4Aaの配置の周期等の、多重回転対称ビーム変換回路4Aを構成するフォトニック結晶デバイスの構造により制御することができる。そして、この多重回転対称ビーム変換回路4Aを構成するフォトニック結晶デバイスの波長依存性が、屈折率の1次関数で表される場合、光源2a〜2eから出射されるレーザ光の波長の差が等間隔であれば、図10に示すように、等間隔なピーク半径のLGビームb’(b’1〜b’5)が多重化されたLG多重ビームを生成することができる。ここでは、多重回転対称ビーム変換回路4Aは波長λ1〜λ5(λ1<λ2<λ3<λ4<λ5)の5つのレーザ光が多重化されたレーザ光が入射し、5つのピークの半径r0,2をもつLG多重ビームが出射される。そして、このLG多重ビームは、平面CA上において、5つの同心円上に各々の波長λ1〜λ5のLGビームのピークを有し、波長λ1の光のピークが一番内側の円上に、波長λ5の光のピークが一番外側の円上にある。なお、平面CAは、図8の平面CAに対応し、円柱座標系のz軸に直交する平面(rθ平面)を示している。 In addition, the constants U 0 and ω 0 in the above equation (7) are controlled by the structure of the photonic crystal device that constitutes the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A, such as the arrangement period of the artificial defects 4Ab and the holes 4Aa. be able to. When the wavelength dependence of the photonic crystal device constituting the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A is expressed by a linear function of the refractive index, the difference in wavelength of the laser light emitted from the light sources 2a to 2e is If they are equally spaced, as shown in FIG. 10, LG multiplexed beams in which LG beams b ′ (b′1 to b′5) with equally spaced peak radii are multiplexed can be generated. Here, the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A receives a laser beam obtained by multiplexing five laser beams having wavelengths λ 1 to λ 512345 ). An LG multiple beam with one peak radius r 0,2 is emitted. Then, the LG multiple beams on a plane CA, has five peaks of LG beams of each wavelength lambda 1 to [lambda] 5 concentrically, on a circle of the inner peak wavelength lambda 1 of the light is the most The peak of light of wavelength λ 5 is on the outermost circle. The plane CA corresponds to the plane CA in FIG. 8 and indicates a plane (rθ plane) orthogonal to the z-axis of the cylindrical coordinate system.

また、多重回転対称ビーム変換回路4Aをフォトニック結晶デバイスで構成することで、光閉じ込め効果によってレーザ光の伝搬損失を小さくすることができる。更に、波長多重回路3と、多重回転対称ビーム変換回路4Aとを一体加工することで、波長多重回路3と多重回転対称ビーム変換回路4Aとを接続する際に生じる損失を非常に小さくすることができる。なお、図8から図10では、2次のLGビームを例に挙げて説明したが、次数mは2以上の自然数であればよく、多重回転対称ビーム変換回路4Aは、例えば、入射された光を3次のLGビームに変換するものであってもよいし、4次以上のLGビームに変換するものであってもよい。この次数mが大きいほど高次回折光は小さくなるが、設計・製作の観点から、次数mを5から8までの自然数とすることが好ましい。   Further, by configuring the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A with a photonic crystal device, it is possible to reduce the propagation loss of the laser light due to the optical confinement effect. Furthermore, by integrally processing the wavelength division multiplexing circuit 3 and the multiple rotation symmetric beam conversion circuit 4A, it is possible to greatly reduce the loss that occurs when the wavelength division multiplexing circuit 3 and the multiple rotation symmetry beam conversion circuit 4A are connected. it can. 8 to 10, the second-order LG beam has been described as an example. However, the order m may be any natural number equal to or greater than 2, and the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A may include, for example, incident light. May be converted into a third-order LG beam, or may be converted into a fourth-order or higher LG beam. The higher the order m, the smaller the higher-order diffracted light. However, from the viewpoint of design and production, it is preferable to set the order m to a natural number from 5 to 8.

図7に戻って説明を続ける。対物レンズ(集光手段)5Aは、多重回転対称ビーム変換回路4Aから出射されたLG多重ビームを集光するものである。ここで、対物レンズ5Aは、入射される光の波長によって屈折率が変化する波長分散特性を有し、この波長分散特性により軸上色収差が発生する。これにより、各々の波長λ1〜λ5の光を、光軸方向に対物レンズ5からの距離が異なる位置に集光する。なお、この対物レンズ5Aは、対物レンズ5(図1参照)に比べて入射する光を円環状多重ビームからLG多重ビームとしただけで、機能は同じものである。そして、ここでは、対物レンズ5Aを、円錐プリズムとしたが、対物レンズ5Aは、LG多重ビームを集光でき、波長分散特性を有するものであればよく、例えば、両凸レンズ等の凸レンズであってもよい。そして、LG多重ビームの幅が十分に狭い場合、凸レンズは円錐プリズムと同様に機能する。 Returning to FIG. 7, the description will be continued. The objective lens (condensing means) 5A condenses the LG multiple beam emitted from the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A. Here, the objective lens 5A has a wavelength dispersion characteristic in which the refractive index changes depending on the wavelength of incident light, and axial chromatic aberration is generated by this wavelength dispersion characteristic. Thereby, the light of each wavelength (lambda) 1- (lambda) 5 is condensed to the position where the distance from the objective lens 5 differs in an optical axis direction. The objective lens 5A has the same function as the objective lens 5 (see FIG. 1) except that the incident light is changed from an annular multiple beam to an LG multiple beam. Here, the objective lens 5A is a conical prism. However, the objective lens 5A may be any lens as long as it can collect the LG multiple beam and has wavelength dispersion characteristics. For example, the objective lens 5A is a convex lens such as a biconvex lens. Also good. When the width of the LG multiple beam is sufficiently narrow, the convex lens functions similarly to a conical prism.

[光ヘッド(光記録装置)の動作(第二の実施の形態)]
次に、図7を参照(適宜図2及び図9参照)して、多層記録媒体7にデータを書き込むために、本発明における光ヘッド1Aが、記録層7a〜7eにレーザ光の光スポットを形成する動作について説明する。
[Operation of Optical Head (Optical Recording Device) (Second Embodiment)]
Next, referring to FIG. 7 (refer to FIG. 2 and FIG. 9 as appropriate), in order to write data on the multilayer recording medium 7, the optical head 1A in the present invention applies a light spot of laser light to the recording layers 7a to 7e. The operation to be formed will be described.

(光出射ステップ)
光源2(2a〜2e)は、互いに波長の異なるレーザ光を出射する。この光源2(2a〜2e)は、図示しない光源制御手段によって、レーザ光の発光パターンが制御され、光源2(2a〜2e)から出射されたレーザ光は、図示しないスポットサイズ変換器を介して波長多重回路3のコア3a(図2参照)に入射する。
(Light emission step)
The light sources 2 (2a to 2e) emit laser beams having different wavelengths. In this light source 2 (2a to 2e), the light emission pattern of the laser light is controlled by a light source control means (not shown), and the laser light emitted from the light source 2 (2a to 2e) passes through a spot size converter (not shown). The light enters the core 3a (see FIG. 2) of the wavelength multiplexing circuit 3.

(回転対称ビーム変換ステップ)
そして、波長多重回路3は、入射されたレーザ光をコア3aに沿って導波し、入射された異なる波長のレーザ光を、多重化して出射する。そして、多重化されたレーザ光は、フォトニック結晶デバイスからなる多重回転対称ビーム変換回路4Aの入射端面4Ac(図9(a)参照)の中央の人工欠陥4Ab(図9(a)参照)から入射される。
(Rotationally symmetric beam conversion step)
The wavelength multiplexing circuit 3 guides the incident laser light along the core 3a, and multiplexes and emits the incident laser beams having different wavelengths. Then, the multiplexed laser light is transmitted from the artificial defect 4Ab (see FIG. 9A) at the center of the incident end face 4Ac (see FIG. 9A) of the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A made of a photonic crystal device. Incident.

この多重回転対称ビーム変換回路4Aは、当該多重回転対称ビーム変換回路4A内部の人工欠陥4Abが連続する領域(導波路)に沿って、入射されたレーザ光を導波する。この導波路は、当該多重回転対称ビーム変換回路4Aの内部において2m本に分岐し、2m個のピークが180/m度の間隔で現れる回転対称なエネルギ密度の分布をもつ、m次のLGビームに変換される。このLGビームは、多重回転対称ビーム変換回路4Aの内部を伝搬するにつれてピーク半径が徐々に大きくなり、出射端面4Adから出射される。   The multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A guides incident laser light along a region (waveguide) where the artificial defect 4Ab inside the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A is continuous. This waveguide has an m-th order LG beam having a distribution of rotationally symmetric energy density in which 2 m peaks are branched into 2 m inside the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A and 2m peaks appear at intervals of 180 / m degrees. Is converted to The LG beam gradually increases in peak radius as it propagates inside the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A, and is emitted from the emission end face 4Ad.

ここで、多重回転対称ビーム変換回路4Aに入射されたレーザ光は、当該多重回転対称ビーム変換回路4Aを構成するフォトニック結晶デバイスの波長依存性によって、波長ごとに各々ピーク半径が異なるLGビームが多重化されているLG多重ビームに変換される。   Here, the laser light incident on the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A has LG beams having different peak radii for each wavelength due to the wavelength dependence of the photonic crystal device constituting the multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A. It is converted into a multiplexed LG multiple beam.

(集光ステップ)
そして、LG多重ビームは、対物レンズ5Aに入射される。対物レンズ5Aは、入射する光の波長によって屈折率が変化するため、波長分散特性(軸上色収差)によって、各々の波長の光を、多層記録媒体7内部において光軸方向に異なる深さに積層されている各々の記録層(7a〜7e)に集光する。
(Condensing step)
The LG multiple beam is incident on the objective lens 5A. Since the refractive index of the objective lens 5A varies depending on the wavelength of the incident light, the light of each wavelength is stacked at different depths in the optical axis direction inside the multilayer recording medium 7 due to the wavelength dispersion characteristics (axial chromatic aberration). The light is condensed on each of the recording layers (7a to 7e).

以上の動作によって、光ヘッド1Aは、各々の光源2a〜2eから出射されたレーザ光を、LGビームに変換した後に、それぞれ記録層7a〜7eに集光して光スポットを形成する。そのため、光源2の発光を制御する図示しない光源制御手段によって、各々の記録層(7a〜7e)に対応する光源2(2a〜2e)の発光パターンを制御することで、多層記録媒体7にデータを書き込むことができる。   Through the above operation, the optical head 1A converts the laser light emitted from each of the light sources 2a to 2e into an LG beam, and then focuses the light on the recording layers 7a to 7e to form a light spot. Therefore, the light source control means (not shown) that controls the light emission of the light source 2 controls the light emission patterns of the light sources 2 (2a to 2e) corresponding to the respective recording layers (7a to 7e), whereby data is stored in the multilayer recording medium 7. Can be written.

ここで、光ヘッド1Aは、各々の光源2a〜2eから出射されたレーザ光を、フォトニック結晶デバイスからなる多重回転対称ビーム変換回路4AによってLGビームに変換することができる。そして、フォトニック結晶デバイスとすることで、波長分散を大きくすることができるため、LGビームのピーク半径を、各々の光源2a〜2eの発振波長によって大きく制御することができる。その結果、光ヘッド1Aは、対物レンズ5Aの軸上色収差を利用して、多層記録媒体7に集光される光スポットの間隔を十分に広く設定することができる。また、多重回転対称ビーム変換回路4Aによって変換されるLGビームの次数mは、大きいほど高次回折光(サイドローブ)は抑圧され、かつ、その形状が環状に近づくため、対物レンズ5Aによって、真円に近い形状の光スポットを形成することができる。   Here, the optical head 1A can convert the laser light emitted from each of the light sources 2a to 2e into an LG beam by a multiple rotationally symmetric beam conversion circuit 4A made of a photonic crystal device. Since the wavelength dispersion can be increased by using the photonic crystal device, the peak radius of the LG beam can be largely controlled by the oscillation wavelength of each of the light sources 2a to 2e. As a result, the optical head 1A can set a sufficiently wide interval between the light spots collected on the multilayer recording medium 7 by using the axial chromatic aberration of the objective lens 5A. Further, as the order m of the LG beam converted by the multiple rotationally symmetric beam converting circuit 4A is larger, the higher-order diffracted light (side lobe) is suppressed and the shape approaches a ring shape. It is possible to form a light spot having a shape close to.

本発明における第一の実施の形態である光ヘッドの構成を示したブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of an optical head according to a first embodiment of the present invention. 本発明における第一の実施の形態である光ヘッドの波長多重回路の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the wavelength division multiplexing circuit of the optical head which is 1st embodiment in this invention. 本発明における第一の実施の形態である光ヘッドの多重ビーム変換回路の構造と、その端面及び内部の断面の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram showing the structure of the multiple beam conversion circuit of the optical head according to the first embodiment of the present invention, and the structure of its end face and the internal cross section. 本発明における第一の実施の形態である光ヘッドの多重ビーム変換回路から出射する円環状ビームを模式的に示す模式図、(a)は、光ヘッドの多重ビーム変換回路によって、波長λ1〜λ5のガウシアンビームを変換して得られる円環状ビームを模式的に示す模式図、(b)は、円環状ビームの径方向の光強度とピークの位置を模式的に示す模式図である。Schematic diagram showing schematically an annular beam emitted from the multi-beam conversion circuit of the optical head is a first embodiment of the present invention, (a) is, by multi-beam conversion circuit of the optical head, the wavelength lambda 1 ~ A schematic diagram schematically showing an annular beam obtained by converting a Gaussian beam of λ 5 , and (b) is a schematic diagram schematically showing the light intensity in the radial direction of the annular beam and the peak position. 本発明における第一の実施の形態である光ヘッドの対物レンズに入射した円環状多重ビームから光スポットが形成される様子を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating a mode that a light spot is formed from the annular | circular shaped multiple beam which injected into the objective lens of the optical head which is 1st embodiment in this invention. 本発明における第一の実施の形態である光ヘッドの対物レンズに入射した円環状ビームの光路を模式的に示した模式図である。It is the schematic diagram which showed typically the optical path of the annular beam which injected into the objective lens of the optical head which is 1st embodiment in this invention. 本発明における第二の実施の形態である光ヘッドの構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the optical head which is 2nd embodiment in this invention. 本発明における第二の実施の形態の2次のLGビームのエネルギ密度の分布を示す模式図、(a)は、LGビームの進行方向に直交する平面におけるLGビームのエネルギ密度を模式的に示す模式図、(b)は、LGビームの径方向におけるエネルギプロファイルを示すグラフである。The schematic diagram which shows distribution of the energy density of the secondary LG beam of 2nd embodiment in this invention, (a) shows typically the energy density of LG beam in the plane orthogonal to the advancing direction of LG beam. Schematic (b) is a graph showing an energy profile in the radial direction of the LG beam. 本発明における第二の実施の形態である光ヘッドの多重回転対称ビーム変換回路の構造を示す模式図、(a)は、多重回転対称ビーム変換回路と、その端面及び内部の構造を示す模式図、(b)は、(a)における多重回転対称ビーム変換回路のA−A断面における構造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a structure of a multiple rotation symmetric beam conversion circuit of an optical head according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4A is a schematic diagram showing a multiple rotation symmetric beam conversion circuit, its end face, and an internal structure. (B) is a schematic diagram which shows the structure in the AA cross section of the multiple rotation symmetry beam conversion circuit in (a). 本発明における第二の実施の形態である光ヘッドの多重回転対称ビーム変換回路によって、波長λ1〜λ5のガウシアンビームを変換して得られたLGビームのピークの位置を示す模式図である。It is a schematic diagram showing the position of the peak of the LG beam obtained by converting the Gaussian beams of wavelengths λ 1 to λ 5 by the multiple rotationally symmetric beam converting circuit of the optical head according to the second embodiment of the present invention. . 従来方式であるレンズシフト方式の光ヘッドの構成と、当該光ヘッド光学系を伝搬する状態を示す模式図、(a)は、対物レンズを光軸方向に位置制御する光ヘッドの構成を示す模式図、(b)は、リレーレンズを光軸方向に位置制御する光ヘッドの構成を示す模式図である。A schematic diagram showing a configuration of a conventional lens shift type optical head and a state of propagation through the optical head optical system, (a) is a schematic diagram showing a configuration of an optical head that controls the position of the objective lens in the optical axis direction. FIG. 2B is a schematic diagram showing the configuration of an optical head that controls the position of the relay lens in the optical axis direction. 青紫色(多ビーム)光ヘッドを搭載した多層光ディスク記録装置について、記録層の層間間隔と記録媒体上におけるクロストークの関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the interlayer spacing of recording layers and crosstalk on a recording medium for a multilayer optical disk recording apparatus equipped with a blue-violet (multi-beam) optical head.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A 光ヘッド(光記録装置)
2 光源
3 波長多重回路(光多重手段)
4 多重ビーム変換回路(多重ビーム変換手段)
4A 多重回転対称ビーム変換回路(多重回転対称ビーム変換手段)
5、5A 対物レンズ(集光手段)
6 ビーム変換手段
6A 回転対称ビーム変換手段
7 多層記録媒体
1, 1A optical head (optical recording device)
2 Light source 3 Wavelength multiplexing circuit (optical multiplexing means)
4 Multiple beam conversion circuit (Multi beam conversion means)
4A Multiple rotation symmetry beam conversion circuit (Multi rotation symmetry beam conversion means)
5, 5A Objective lens (condensing means)
6 Beam conversion means 6A Rotationally symmetric beam conversion means 7 Multilayer recording medium

Claims (7)

複数の記録層を備える多層記録媒体にデータの書き込みを行うための光を出射する光記録装置であって、
各々異なる波長の光を出射する複数の光源と、
この複数の光源から出射された光を、同一の光軸と前記波長ごとに異なる長さの半径とを有する円環状のビームに変換するビーム変換手段と、
このビーム変換手段によって変換された円環状のビームを、前記多層記録媒体の各々異なる深さの記録層に、前記波長ごとに集光する集光手段とを備えることを特徴とする光記録装置。
An optical recording apparatus that emits light for writing data on a multilayer recording medium having a plurality of recording layers,
A plurality of light sources each emitting light of a different wavelength;
Beam converting means for converting the light emitted from the plurality of light sources into an annular beam having the same optical axis and a different length for each wavelength ; and
An optical recording apparatus comprising: condensing means for condensing the annular beam converted by the beam converting means for each wavelength on recording layers of different depths of the multilayer recording medium.
前記ビーム変換手段が、
前記光源から出射された光を前記同一の光軸をもつ光に多重化する光多重手段と、
この光多重手段によって多重化された光を、前記波長ごとに異なる長さの半径を有する円環状のビームに変換する多重ビーム変換手段とを有することを特徴とする請求項1に記載の光記録装置。
The beam converting means is
An optical multiplexing means for multiplexing the light emitted from the light source into the light having the same optical axis;
2. The optical recording according to claim 1, further comprising multiple beam conversion means for converting the light multiplexed by the optical multiplexing means into an annular beam having a different radius for each wavelength. apparatus.
複数の記録層を備える多層記録媒体にデータの書き込みを行うための光を出射する光記録装置であって、
各々異なる波長の光を出射する複数の光源と、
この複数の光源から出射された光を、同一の光軸を有し、かつ、前記波長ごとに異なる長さの半径を有する円環上にエネルギ密度のピークを有するとともに、当該光軸に対して回転対称なエネルギ密度分布を有するビームに変換する回転対称ビーム変換手段と、
この回転対称ビーム変換手段によって変換されたビームを、前記多層記録媒体の各々異なる深さの記録層に、前記波長ごとに集光する集光手段とを備えることを特徴とする光記録装置。
An optical recording apparatus that emits light for writing data on a multilayer recording medium having a plurality of recording layers,
A plurality of light sources each emitting light of a different wavelength;
The light emitted from the plurality of light sources has the same optical axis, and has an energy density peak on an annular ring having a different radius for each wavelength. Rotationally symmetric beam converting means for converting into a beam having a rotationally symmetric energy density distribution;
An optical recording apparatus comprising: a condensing unit that condenses the beam converted by the rotationally symmetric beam converting unit for each wavelength on recording layers of different depths of the multilayer recording medium.
前記回転対称ビーム変換手段が、
前記光源から出射された光を前記同一の光軸をもつ光に多重化する光多重手段と、
この光多重手段によって多重化された光を、前記波長ごとに異なる長さの半径を有する円環上にエネルギ密度のピークを有するとともに、当該光軸に対して回転対称なエネルギ密度分布を有するビームに変換する多重回転対称ビーム変換手段とを有することを特徴とする請求項に記載の光記録装置。
The rotationally symmetric beam converting means is
An optical multiplexing means for multiplexing the light emitted from the light source into the light having the same optical axis;
The beam multiplexed by the optical multiplexing means has an energy density peak on an annulus having a different radius for each wavelength, and a beam having an energy density distribution rotationally symmetric with respect to the optical axis. 4. The optical recording apparatus according to claim 3 , further comprising a multiple rotationally symmetric beam converting means for converting into an optical recording medium.
前記多重回転対称ビーム変換手段が、フォトニック結晶デバイスからなることを特徴とする請求項に記載の光記録装置。 5. The optical recording apparatus according to claim 4 , wherein the multiple rotationally symmetric beam converting means is a photonic crystal device. 複数の記録層を備える多層記録媒体にデータの書き込みを行うデータ書き込み方法であって、
複数の光源から各々異なる波長の光を出射する光出射ステップと、
この光出射ステップによって前記複数の光源から出射された光を、同一の光軸と前記波長ごとに異なる長さの半径とを有する円環状のビームに変換するビーム変換ステップと、
このビーム変換ステップによって変換された円環状のビームを、前記多層記録媒体の各々異なる深さの記録層に、前記波長ごとに集光する集光ステップとを含むことを特徴とするデータ書き込み方法。
A data writing method for writing data to a multilayer recording medium having a plurality of recording layers,
A light emitting step for emitting light of different wavelengths from a plurality of light sources;
A beam converting step of converting the light emitted from the plurality of light sources by the light emitting step into an annular beam having the same optical axis and a different radius for each wavelength ;
A data writing method comprising: a condensing step of condensing the annular beam converted by the beam converting step for each wavelength on recording layers of different depths of the multilayer recording medium.
複数の記録層を備える多層記録媒体にデータの書き込みを行うデータ書き込み方法であって、
複数の光源から各々異なる波長の光を出射する光出射ステップと、
この光出射ステップによって前記複数の光源から出射された光を、同一の光軸を有し、かつ、前記波長ごとに異なる長さの半径を有する円環上にエネルギ密度のピークを有するとともに、当該光軸に対して回転対称なエネルギ密度分布を有するビームに変換する回転対称ビーム変換ステップと、
この回転対称ビーム変換ステップによって変換されたビームを、前記多層記録媒体の各々異なる深さの記録層に、前記波長ごとに集光する集光ステップとを含むことを特徴とするデータ書き込み方法。
A data writing method for writing data to a multilayer recording medium having a plurality of recording layers,
A light emitting step for emitting light of different wavelengths from a plurality of light sources;
The light emitted from the plurality of light sources by this light emitting step has an energy density peak on an annular ring having the same optical axis and having a different radius for each wavelength, and A rotationally symmetric beam converting step for converting into a beam having an energy density distribution rotationally symmetric with respect to the optical axis;
A data writing method comprising: a condensing step for condensing the beam converted by the rotationally symmetric beam converting step for each wavelength on recording layers of different depths of the multilayer recording medium.
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