KR20110056257A - 광 픽업, 광 정보 기록 방법 및 광 디스크 장치 - Google Patents

광 픽업, 광 정보 기록 방법 및 광 디스크 장치 Download PDF

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KR20110056257A
KR20110056257A KR1020107010935A KR20107010935A KR20110056257A KR 20110056257 A KR20110056257 A KR 20110056257A KR 1020107010935 A KR1020107010935 A KR 1020107010935A KR 20107010935 A KR20107010935 A KR 20107010935A KR 20110056257 A KR20110056257 A KR 20110056257A
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시오리 오기
고로 후지따
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소니 주식회사
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Abstract

광 디스크에 대한 정보의 기록 정밀도를 높인다. 광 디스크 장치(110)의 정보 광학계(150)는 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)으로서 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출력시키고, 보정 렌즈(162)에 의해 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시킴으로써 기록층(101)에 있어서 특이 피크광(LEP)에 의한 흡수 변화 영역(RA)을 먼곳으로 위치시킬 수 있으므로 특이 슬로프광(LES)에 의한 에너지 집중 영역(RE)을 목표 위치(QG)의 근방에 형성할 수 있어, 광 디스크(100)에 대한 정보의 기록 정밀도를 높일 수 있다.

Description

광 픽업, 광 정보 기록 방법 및 광 디스크 장치{OPTICAL PICKUP, OPTICAL INFORMATION RECORDING METHOD, AND OPTICAL DISK DEVICE}
본 발명은, 광 픽업, 광 정보 기록 방법 및 광 디스크 장치에 관한 것으로, 예를 들어 광 빔을 사용하여 광 디스크에 정보를 기록하는 광 디스크 장치에 적용하기에 적합한 것이다.
종래, 광 디스크 장치에 있어서는, CD(Compact Disc), DVD(Digital Versatile Disc) 및 Blu-ray Disc(등록 상표, 이하 BD라고 칭한다) 등의 원반 형상으로 이루어지는 광 디스크에 대하여 정보를 기록하고, 또한 당해 광 디스크로부터 당해 정보를 판독하도록 이루어진 것이 널리 보급되고 있다.
이러한 광 디스크 장치에서는, 음악 콘텐츠나 영상 콘텐츠 등의 각종 콘텐츠, 혹은 컴퓨터용의 각종 데이터 등과 같은 다양한 정보를 광 디스크에 기록하도록 이루어져 있다.
특히 최근에는 영상의 고 정밀화나 음악의 고 음질화 등에 의해 정보량이 증대하고, 또한 1매의 광 디스크에 기록하는 콘텐츠 수의 증가가 요구되고 있기 때문에, 당해 광 디스크의 한층 더한 대용량화가 요구되고 있다.
따라서, 이러한 광 디스크를 대용량화하는 방법의 하나로서, 정보를 나타내는 기록 피트의 형성에 2 광자 흡수 반응을 이용하여, 당해 기록 피트를 3차원으로 배열하는 것이 제안되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2005-37658 공보 일본 특허 공개 제2008-71433 공보
A.Toriumi and S.Kawata, Opt. Lett/Vol.23, No.24, 1998, 1924-1926
그런데 광 디스크에 기록 마크를 형성하는 방법으로서, 제1 광 빔을 집광하여 2 광자 흡수 반응에 의해 제1 반응을 발생시키고, 당해 반응이 발생한 영역에 재차 제2 광 빔을 집광하여 열반응 등과 같은 제2 반응을 발생시키는 방법을 생각할 수 있다.
광 디스크 장치는, 이러한 방법으로 광 디스크에 기록 마크를 형성하는 경우, 제1 광 빔을 집광하여 제1 반응을 발생시킨 후, 당해 반응이 발생한 변화 영역에 맞추어 제2 광 빔을 집광함으로써 제2 반응을 발생시키는 것이 가능해진다.
이때 광 디스크 장치는, 기본적으로 제1 광 빔의 초점 및 제2 광 빔의 초점의 양쪽을 모두 목표로 하는 위치에 맞출 수 있으면, 당해 목표로 하는 위치에 기록 마크를 정확하게 형성할 수 있다.
그러나 광 디스크의 종류에 따라서는, 제1 반응에 의해 변화 영역이 착색되는 경우가 있는데, 이때 당해 변화 영역에서는 광 빔의 투과율이 저하된다. 이 경우 광 디스크에서는, 제2 광 빔을 목표로 하는 위치에 맞추어 집광했다고 해도 당해 제2 광 빔이 조사된 측으로 치우쳐 제2 반응이 발생하여, 기록 마크가 목표로 하는 위치로부터 어긋나 형성되어 버린다.
이와 같이 광 디스크 장치는, 복수의 광 빔을 조사하여 기록 마크를 형성할 때에 제1 반응에 의해 착색되면, 광 디스크 내에 있어서의 원하는 위치에 기록 마크를 정확하게 형성할 수 없어, 정보의 기록 정밀도를 저하시켜 버리는 문제가 있었다.
본 발명은 이상의 점을 고려하여 이루어진 것으로, 광 디스크에 대한 정보의 기록 정밀도를 높일 수 있는 광 픽업, 광 정보 기록 방법 및 광 디스크 장치를 제안하고자 하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 광 픽업에 있어서는, 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스가 공급되었을 때, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사하는 반도체 레이저와, 레이저광의 파장에 따라 특이 피크광 및 특이 슬로프광에 있어서의 광축 또는 발산각을 서로 상위시키는 발산각 상위부와, 광 디스크의 기록층에 대하여, 특이 피크광을 집광하여 그 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후, 당해 특이 피크광의 초점과 다른 초점 위치에 특이 슬로프광을 집광함으로써, 제1 반응이 발생한 영역 중 특이 슬로프광이 조사된 부분에 제2 반응을 발생시켜 기록 마크를 형성시키는 대물 렌즈를 설치하도록 했다.
본 발명의 광 픽업에서는, 발산각 상위부에 의한 광축 또는 발산각의 상위의 정도를 적절하게 조정해 둠으로써, 제1 반응이 발생하는 반응 영역 중 특이 슬로프광이 조사되는 범위와 중복되는 부분에만, 즉 목표로 하는 위치에 기록 마크를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 픽업에 있어서는, 반도체 레이저에 대하여 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스를 공급함으로써, 당해 반도체 레이저로부터, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사시키고, 소정의 발산각 상위부에 의해, 레이저광의 파장에 따라 특이 피크광 및 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키고, 광 디스크의 기록층에 대하여, 소정의 대물 렌즈에 의해 특이 피크광을 집광하여 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후 특이 슬로프광을 집광함으로써, 제1 반응이 발생한 영역에 있어서의 당해 특이 슬로프광이 조사되는 측에 제2 반응을 발생시켜 기록 마크를 형성시키도록 하고, 발산각 상위부에서는, 기록층에 있어서 특이 슬로프광의 초점보다 먼 곳을 중심으로 하여 당해 초점을 포함하는 범위에서 상기 제1 반응을 발생시키도록, 특이 피크광 및 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키도록 했다.
이에 의해 본 발명의 광 픽업에서는, 특이 피크광의 초점 위치를 특이 슬로프광의 초점 위치보다 먼 곳에 위치시킬 수 있어, 제1 반응이 발생하는 반응 영역을 특이 피크광이 조사되는 측으로부터 멀리할 수 있다. 그 결과, 제1 반응에 의해 반응 영역이 착색되어, 특이 슬로프광에 의한 제2 반응이 당해 반응 영역 중 광 빔이 조사된 측으로 치우쳐 발생했다고 해도, 특이 슬로프광의 초점을 중심으로, 즉 목표로 하는 위치에 기록 마크를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 디스크 장치에 있어서는, 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스가 공급되었을 때, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사하는 반도체 레이저와, 레이저광의 파장에 따라 특이 피크광 및 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키는 발산각 상위부와, 광 디스크의 기록층에 대하여, 특이 피크광을 집광하여 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후 특이 슬로프광을 집광함으로써, 제1 반응이 발생한 영역에 있어서의 당해 특이 슬로프광이 조사되는 측에 제2 반응을 발생시켜 기록 마크를 형성시키는 대물 렌즈와, 대물 렌즈를 구동함으로써, 특이 피크광 및 특이 슬로프광에 있어서의 초점의 위치를 제어하는 렌즈 구동 제어부를 설치하고, 발산각 상위부는, 기록층에 있어서 특이 슬로프광의 초점보다 먼 곳을 중심으로 하여 당해 초점을 포함하는 범위에서 제1 반응을 발생시키도록, 특이 피크광 및 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키도록 했다.
이에 의해 본 발명의 광 디스크 장치는, 특이 피크광의 초점 위치를 특이 슬로프광의 초점 위치보다 먼 곳에 위치시킬 수 있어, 제1 반응이 발생하는 반응 영역을 특이 피크광이 조사되는 측으로부터 멀리할 수 있다. 그 결과, 제1 반응에 의해 반응 영역이 착색되어, 특이 슬로프광에 의한 제2 반응이 당해 반응 영역 중 광 빔이 조사된 측으로 치우쳐 발생했다고 해도, 특이 슬로프광의 초점을 중심으로, 즉 목표로 하는 위치에 기록 마크를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 픽업에 있어서는, 반도체 레이저에 대하여 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스가 공급되었을 때, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사시키고, 레이저광의 파장에 따라 특이 피크광 및 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키고, 광 디스크의 기록층에 특이 피크광을 집광하여 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후, 특이 슬로프광을 특이 피크광과 동일한 초점 위치에 집광하여 제1 반응이 발생한 영역에 제2 반응을 발생시킴으로써, 기록 마크를 형성하도록 했다.
본 발명의 광 픽업에서는, 특이 피크광 및 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키도록 함으로써, 특이 피크광 및 특이 슬로프광의 초점 위치를 서로 독립적으로 조정할 수 있다. 이 때문에 본 발명의 광 픽업에서는, 특이 피크광과 특이 슬로프광의 발광점이 상위한 경우에도, 특이 피크광에 의해 제1 반응이 발생하는 영역에 특이 슬로프광을 집광할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 광 픽업 및 광 정보 기록 방법에서는, 특이 슬로프광의 초점을 중심으로 한 기록 마크를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 디스크 장치에 있어서는, 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스가 공급되었을 때, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사하는 반도체 레이저와, 레이저광의 파장에 따라 특이 피크광 및 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키는 발산각 상위부와, 광 디스크의 기록층에, 특이 피크광을 집광하여 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후, 특이 슬로프광을 특이 피크광과 동일한 초점 위치에 집광하여 제1 반응이 발생한 영역에 제2 반응을 발생시킴으로써 기록 마크를 형성하는 대물 렌즈와, 대물 렌즈를 구동함으로써, 특이 피크광 및 특이 슬로프광에 있어서의 초점의 위치를 제어하는 렌즈 구동 제어부를 설치하도록 했다.
본 발명의 광 디스크 장치는, 특이 피크광 및 특이 슬로프광의 발산각을 상위시킴으로써, 특이 피크광 및 특이 슬로프광의 초점 위치를 서로 독립적으로 조정할 수 있다. 이 때문에 본 발명의 광 디스크 장치는, 특이 피크광과 특이 슬로프광의 발광점이 상위한 경우에도, 특이 피크광에 의해 제1 반응이 발생하는 영역에 특이 슬로프광을 집광할 수 있으므로, 당해 특이 슬로프광의 초점을 중심으로 한 기록 마크를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 픽업에 있어서는, 반도체 레이저에 대하여 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스를 공급함으로써, 당해 반도체 레이저로부터, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사시키고, 소정의 레이저광 이격부에 의해, 레이저광의 파장에 따라 특이 피크광의 광축과 특이 슬로프광의 광축을 이격시키고, 광 디스크의 기록층에 대하여, 소정의 대물 렌즈에 의해 특이 피크광을 집광하여 당해 특이 피크광의 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후 특이 슬로프광을 집광함으로써, 제1 반응이 발생한 영역에 있어서의 특이 슬로프광이 집광된 부분에 제2 반응을 발생시켜 기록 마크를 형성시키고, 레이저광 이격부는, 기록층에 있어서 제1 반응이 발생한 영역에 특이 슬로프광의 집광 영역을 일부 중복시키도록, 특이 피크광의 광축과 특이 슬로프광의 광축을 이격시키도록 했다.
이에 의해 본 발명의 광 픽업에서는, 특이 피크광의 광축 및 특이 슬로프광의 광축에 있어서의 이격의 정도에 따라 초점간의 거리를 변화시켜, 제1 반응이 발생하는 영역과 특이 슬로프광의 에너지가 집중되는 영역을 광 디스크의 면 방향으로 어긋나게 하여 중복 범위를 축소할 수 있으므로, 제2 반응이 발생하여 형성되는 기록 마크를 축소할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 디스크 장치에 있어서는, 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스가 공급되었을 때, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사하는 반도체 레이저와, 레이저광의 파장에 따라 특이 피크광의 광축과 특이 슬로프광의 광축을 이격시키는 레이저광 이격부와, 광 디스크의 기록층에 대하여, 특이 피크광을 집광하여 당해 특이 피크광의 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후 특이 슬로프광을 집광함으로써, 제1 반응이 발생한 영역에 있어서의 특이 슬로프광이 집광된 부분에 제2 반응을 발생시켜 기록 마크를 형성시키는 대물 렌즈와, 대물 렌즈를 구동함으로써, 특이 피크광 및 특이 슬로프광에 있어서의 초점의 위치를 제어하는 렌즈 구동 제어부를 설치하고, 레이저광 이격부는, 기록층에 있어서 제1 반응이 발생한 영역에 특이 슬로프광의 집광 영역을 일부 중복시키도록, 특이 피크광의 광축과 특이 슬로프광의 광축을 이격시키도록 했다.
이에 의해 본 발명의 광 디스크 장치에서는, 특이 피크광의 광축 및 특이 슬로프광의 광축에 있어서의 이격의 정도에 따라 초점간의 거리를 변화시켜, 제1 반응이 발생하는 영역과 특이 슬로프광의 에너지가 집중되는 영역을 광 디스크의 면 방향으로 어긋나게 하여 중복 범위를 축소할 수 있으므로, 제2 반응이 발생하여 형성되는 기록 마크를 축소할 수 있다.
본 발명에 따르면, 발산각 상위부에 의한 광축 또는 발산각의 상위의 정도를 적절하게 조정해 둠으로써, 제1 반응이 발생하는 반응 영역 중 특이 슬로프광이 조사되는 범위와 중복되는 부분에만, 즉 목표로 하는 위치에 기록 마크를 형성할 수 있다. 이와 같이 하여 본 발명에 따르면, 광 디스크에 대한 정보의 기록 정밀도를 높일 수 있는 광 픽업을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 특이 피크광의 초점 위치를 특이 슬로프광의 초점 위치보다 먼 곳에 위치시킬 수 있어, 제1 반응이 발생하는 반응 영역을 특이 피크광이 조사되는 측으로부터 멀리할 수 있다. 그 결과, 제1 반응에 의해 반응 영역이 착색되어, 특이 슬로프광에 의한 제2 반응이 당해 반응 영역 중 광 빔이 조사된 측으로 치우쳐 발생했다고 해도, 특이 슬로프광의 초점을 중심으로, 즉 목표로 하는 위치에 기록 마크를 형성할 수 있다. 이와 같이 하여 본 발명에 따르면, 광 디스크에 대한 정보의 기록 정밀도를 높일 수 있는 광 픽업 및 광 디스크 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 특이 피크광 및 특이 슬로프광의 발산각을 상위시킴으로써, 특이 피크광 및 특이 슬로프광의 초점 위치를 서로 독립적으로 조정할 수 있다. 이 때문에 본 발명에서는, 특이 피크광과 특이 슬로프광의 발광점이 상위한 경우에도 특이 피크광에 의해 제1 반응이 발생하는 영역에 특이 슬로프광을 집광할 수 있으므로, 당해 특이 슬로프광의 초점을 중심으로 한 기록 마크를 형성할 수 있다. 이와 같이 하여 본 발명에 따르면, 광 디스크에 대한 정보의 기록 정밀도를 높일 수 있는 광 픽업 및 광 디스크 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 특이 피크광의 광축 및 특이 슬로프광의 광축에 있어서의 이격의 정도에 따라 초점간의 거리를 변화시켜, 제1 반응이 발생하는 영역과 특이 슬로프광의 에너지가 집중되는 영역을 광 디스크의 면 방향으로 어긋나게 하여 중복 범위를 축소할 수 있으므로, 제2 반응이 발생하여 형성되는 기록 마크를 축소할 수 있다. 이와 같이 하여 본 발명에 따르면, 광 디스크의 기록 용량을 확대할 수 있는 광 픽업 및 광 디스크 장치를 실현할 수 있다.
도 1은 1 광자 흡수에 의한 기록 마크의 형성의 설명을 위한 개략 선적 단면도이다.
도 2는 2 광자 흡수에 의한 기록 마크의 형성의 설명을 위한 개략 선적 단면도이다.
도 3은 기록광 빔에 있어서의 광 강도의 변화의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 4는 2 광자 흡수 반응의 모습의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 5는 단펄스 광원 장치의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 6은 펄스 신호 및 레이저 구동 신호를 도시하는 개략 선도이다.
도 7은 주입 캐리어 밀도와 광자 밀도의 관계의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 8은 주입 캐리어 밀도와 캐리어 밀도의 관계의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 9는 주입 캐리어 밀도와 광자 밀도의 관계의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 10은 PT1에 있어서의 광자 밀도의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 11은 PT2에 있어서의 광자 밀도의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 12는 PT3에 있어서의 광자 밀도의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 13은 실제의 발광 파형을 도시하는 개략 선도이다.
도 14는 구동 신호와 광 강도의 관계를 나타내는 개략 선도이다.
도 15는 광 측정 장치의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 16은 각 펄스의 형상을 도시하는 개략 선도이다.
도 17은 펄스 신호와 구동 펄스의 관계를 나타내는 개략 선도이다.
도 18은 구동 펄스의 전압을 변화시켰을 때의 광 강도 특성을 도시하는 개략 선도이다.
도 19는 구동 펄스의 전압이 8.8[V]일 때에 있어서의 파장 특성 및 광 강도 특성을 도시하는 개략 선도이다.
도 20은 구동 펄스의 전압이 13.2[V]일 때에 있어서의 파장 특성 및 광 강도 특성을 도시하는 개략 선도이다.
도 21은 구동 펄스의 전압이 15.6[V]일 때에 있어서의 파장 특성 및 광 강도 특성을 도시하는 개략 선도이다.
도 22는 구동 펄스의 전압이 17.8[V]일 때에 있어서의 파장 특성 및 광 강도 특성을 도시하는 개략 선도이다.
도 23은 구동 펄스의 전압이 38.4[V]일 때에 있어서의 파장 특성 및 광 강도 특성을 도시하는 개략 선도이다.
도 24는 BPF의 유무에 따른 광 강도 특성의 상위를 도시하는 개략 선도이다.
도 25는 BPF의 유무에 따른 파장 특성의 상위를 도시하는 개략 선도이다.
도 26은 특이 출력광의 광 강도 특성을 도시하는 개략 선도이다.
도 27은 통상 출력광(A)과 특이 출력광(B)에 있어서의 발광점 및 초점의 상위의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 28은 광 디스크 장치의 전체 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 29는 광 디스크의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 30은 제1 실시 형태에 의한 광 픽업의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 31은 서보 광 빔의 광로를 도시하는 개략 선도이다.
도 32는 정보광 빔의 광로를 도시하는 개략 선도이다.
도 33은 가상 광학계의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 34는 제1 실시 형태에 있어서의 기록 마크의 형성의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 35는 제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 정보 광학계의 구성을 나타내는 개략 선적 회로도이다.
도 36은 제1 실시 형태에 있어서의 보정 렌즈의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 37은 보정 렌즈의 재료에 있어서의 파장과 굴절률의 관계를 나타내는 개략 선도이다.
도 38은 제1 실시 형태에 있어서의 파장과 초점 위치의 관계를 나타내는 개략 선도이다.
도 39는 제2 실시 형태에 있어서의 기록 마크의 형성의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 40은 제2 실시 형태에 있어서의 보정 렌즈의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 41은 제2 실시 형태에 있어서의 파장과 초점 위치의 관계를 나타내는 개략 선도이다.
도 42는 제3 실시 형태에 의한 광 픽업의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 43은 제3 실시 형태에 의한 기록 마크의 형성의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 44는 제3 실시 형태에 의한 정보 광학계의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 45는 웨지 프리즘의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 46은 광 디스크에 있어서의 초점의 위치의 설명을 위한 개략 선도이다.
도 47은 제3 실시 형태에 의한 입사각과 초점간의 거리의 관계를 나타내는 개략 선도이다.
도 48은 제4 실시 형태에 의한 광 픽업의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 49는 제4 실시 형태에 의한 정보 광학계의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 50은 회절 격자판의 구성을 도시하는 개략 선도이다.
도 51은 제4 실시 형태에 의한 입사각과 초점간의 거리의 관계를 나타내는 개략 선도이다.
도 52는 회절 격자의 홈 밀도와 초점간의 거리의 관계를 나타내는 개략 선도이다.
이하, 발명을 실시하기 위한 형태(이하 실시 형태로 한다)에 대해, 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 재생 원리
2. 반도체 레이저에 의한 광 빔의 출력 원리
3. 제1 실시 형태(보정 렌즈를 사용하여 특이 피크광의 초점을 특이 슬로프광의 초점보다 먼 곳에 맞추는 예)
4. 제2 실시 형태(보정 렌즈를 사용하여 특이 피크광의 초점을 특이 슬로프광의 초점과 동일 위치에 맞추는 예)
5. 제3 실시 형태(웨지 프리즘을 사용하여 특이 피크광에 의한 흡수 변화 영역을 특이 슬로프광에 의한 에너지 집중 영역으로부터 면 방향으로 어긋나게 하는 예)
6. 제4 실시 형태(회절 격자판을 사용하여 특이 피크광에 의한 흡수 변화 영역을 특이 슬로프광에 의한 에너지 집중 영역으로부터 면 방향으로 어긋나게 하는 예)
7. 다른 실시 형태
<1. 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 재생 원리>
우선, 광 디스크 등의 광 정보 기록 매체에 대한 정보의 기록 원리에 대하여 설명한다. 일반적으로, 대물 렌즈의 개구 수를 NA, 광 빔의 파장을 λ로 하면, 광 빔이 집광될 때의 스폿 직경(d)은, 다음의 수학식 1에 의해 표현된다.
Figure pct00001
즉 동일한 대물 렌즈를 사용하는 경우, 개구 수(NA)가 일정해지기 때문에, 광 빔의 스폿 직경(d)은 당해 광 빔의 파장(λ)에 비례하게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 집광된 광 빔의 광 강도는 초점(FM) 부근에서 가장 커지고, 초점(FM)으로부터 이격될수록 작아진다. 예를 들어, 일반적인 광 정보 기록 매체(MD1)에 있어서 정보를 나타내는 기록 마크(RM)가 형성되는 경우, 1 광자 흡수 반응이 발생하고 있다. 이 1 광자 흡수에서는, 1 광자를 흡수함으로써 광반응이 발생하기 때문에, 광 빔의 광 강도에 비례하여 당해 광반응이 발생한다.
이 때문에 광 정보 기록 매체에서는, 기록광 빔(L1)에 있어서의 소정의 광 강도 이상이 되는 영역에 기록 마크(RM)가 형성된다. 즉 도 1에서는, 스폿 직경(d)과 동일 크기의 기록 마크(RM)가 형성된 경우를 나타내고 있다.
이에 대해 2 광자 흡수 반응의 경우, 동시에 2 광자를 흡수했을 때에만 반응이 발생하기 때문에, 광 빔의 광 강도의 2승에 비례하여 2 광자 흡수 반응이 발생한다. 이 때문에 2 광자 흡수 반응이 발생하는 광 정보 기록 매체(MD2)에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 기록광 빔(L1)에 있어서 광 강도가 매우 큰 초점(FM) 근방에만 기록 마크(RM)가 형성된다.
이 기록 마크(RM)는 기록광 빔(L1)의 스폿 직경(d)에 비하여 작은 크기가 되고, 그 직경(da)도 작아진다. 이 때문에 광 정보 기록 매체(MD2)에서는 고 밀도로 기록 마크(RM)를 형성시킴으로써 기록 용량의 대용량화가 가능해진다.
그런데 2 광자 흡수 재료 중에는 2 광자 흡수 반응에 의해 화학 변화를 야기하여, 그 광흡수 특성을 변화시키는 화합물(이하, 이것을 광 특성 변화 재료라고 칭한다)이 알려져 있다(예를 들어, 비특허문헌 1 참조).
예를 들어, 이 광 특성 변화 재료로 이루어지는 광 정보 기록 매체(MD2)에 대하여, 당해 광 특성 변화 재료가 원래 흡수하지 않은 파장으로 이루어지는 기록광 빔(L1)이, 도 3에 도시된 광 강도 특성(WL)과 같이, 시점 t1로부터 큰 광 강도로 일정한 조사 시간(tc)에 걸쳐 조사된 경우를 가정한다.
이 경우, 이 광 특성 변화 재료로 이루어지는 광 정보 기록 매체(MD2)는, 시점 t1에 있어서, 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이 기록광 빔(L1)에 의한 스폿(P)이 조사된다. 그 후 광 정보 기록 매체(MD2)는, 시점 t2에 있어서, 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이 2 광자 흡수 반응에 의해 당해 광 특성 변화 재료의 광흡수가 변화되어 기록광 빔(L1)에 의한 스폿(P)보다 작은 흡수 변화 영역(RA)을 형성한다.
이 흡수 변화 영역(RA)에서는 광 특성 변화 재료의 광흡수의 변화에 따라, 당해 기록광 빔(L1)을 흡수하여 발열을 발생시키게 된다. 또한, 흡수 변화 영역(RA)은 2 광자 흡수 반응에 의해 착색되어, 광 빔의 투과율이 저하된다.
그 후 광 정보 기록 매체(MD2)는 그대로 기록광 빔(L1)이 계속 조사되면, 기록광 빔(L1)을 흡수하여 열을 발생시켜, 시점 t3에 있어서 열반응에 의해 굴절률을 변화시키고 또는 공동(空洞)을 형성함으로써, 도 4의 (C)에 도시된 바와 같이 기록 마크(RM)를 형성한다.
이것을 환언하면, 광 정보 기록 매체(MD2)에서는, 2 광자 흡수 반응에 의해 형성된 흡수 변화 영역(RA) 중 계속하여 기록광 빔(L1)이 조사되어 열반응이 발생한 영역에 기록 마크(RM)가 형성되게 된다.
또한, 이와 같이 하여 형성된 기록 마크(RM)는, 광 강도가 비교적 약한 판독광 빔(L2)이 조사되면, 주위의 광 특성 변화 재료와의 사이에 굴절률이 상위함으로써, 당해 판독광 빔(L2)을 반사하여 복귀광 빔(L3)을 생성한다.
따라서 본 발명의 광 정보 기록 재생 장치는, 이러한 원리를 이용하여 정보를 기록하는 경우에는 광 정보 기록 매체(MD2)에 대하여 기록광 빔(L1)을 조사하여, 우선 2 광자 흡수 반응을 발생시켜 광흡수를 변화시키고, 계속하여 열반응에 의해 굴절률을 변화시키거나 혹은 공동을 형성시킴으로써 기록 마크(RM)를 형성하도록 이루어져 있다.
또한, 본 발명의 광 정보 기록 재생 장치는, 정보를 재생하는 경우, 광 정보 기록 매체(MD2)에 대하여 판독광 빔(L2)을 조사함과 함께, 복귀광 빔(L3)을 수광하도록 이루어져 있다. 이때 광 정보 기록 재생 장치는, 복귀광 빔(L3)의 광량 변화를 기초로 기록 마크(RM)의 유무를 검출하고, 그 검출 결과를 기초로 정보를 재생하도록 이루어져 있다.
<2. 반도체 레이저에 의한 단펄스 출력 원리>
다음에, 반도체 레이저로부터, 2 광자 흡수 반응을 발생할 수 있는 높은 광 강도로 이루어지고 짧은 펄스 형상으로 이루어지는 레이저광(LL)을 출력하는 원리에 대하여 설명한다.
[2-1. 단펄스 광원의 구성]
여기에서는, 도 5에 도시된 단펄스 광원 장치(1)를 예로 들어 설명한다. 이 단펄스 광원 장치(1)는 레이저 제어부(2)와 반도체 레이저(3)로 구성되어 있다.
반도체 레이저(3)는 반도체 발광을 이용하는 일반적인 반도체 레이저(예를 들어 소니 가부시끼가이샤제, SLD3233)로 이루어진다. 레이저 제어부(2)는, 반도체 레이저(3)로 공급하는 구동 신호(D1)를 제어함으로써, 당해 반도체 레이저(3)로부터 펄스 형상의 레이저광(LL)을 출력시키도록 이루어져 있다.
레이저 제어부(2)는, 소정의 타이밍에 복수 종류의 펄스 형상의 신호를 생성하는 펄스 신호 발생기(4) 및 반도체 레이저(3)를 구동하는 구동 회로(6)에 의해 구성되어 있다(상세하게는 후술한다).
펄스 신호 발생기(4)는, 그 내부에서 소정의 주기(TS)의 구형파로 이루어지는 동기 신호(SS)를 생성하고 있으며, 당해 동기 신호(SS)에 기초한 타이밍에 동작함과 함께, 당해 동기 신호(SS)를 외부의 측정 장치 등(도시하지 않음)으로 공급할 수 있도록 이루어져 있다.
또한, 펄스 신호 발생기(4)는, 도 6의 (A)에 도시된 바와 같이, 주기(TS)마다 펄스 형상으로 변화하는 펄스 신호(SL)를 생성하고, 이것을 구동 회로(6)로 공급한다. 이 펄스 신호(SL)는 구동 회로(6)에 대하여, 반도체 레이저(3)로 전원을 공급해야 할 타이밍, 기간 및 전압 레벨의 크기를 나타내고 있다.
구동 회로(6)는 펄스 신호(SL)를 기초로, 도 6의 (B)에 도시된 바와 같은 레이저 구동 신호(SD)를 생성하고, 이것을 반도체 레이저(3)로 공급한다.
이때 구동 회로(6)는 펄스 신호(SL)를 소정의 증폭률로 증폭시킴으로써 레이저 구동 신호(SD)를 생성한다. 이 때문에 레이저 구동 신호(SD)의 피크 전압(VD)은 펄스 신호(SL)의 피크 전압(VL)에 따라 변화하게 된다. 즉 레이저 구동 신호(SD)는, 구동 회로(6)의 증폭 특성에 의해 그 파형이 왜곡되어 있다.
반도체 레이저(3)는 레이저 구동 신호(SD)의 공급을 받으면, 도 6의 (C)에 도시된 바와 같이 광 강도(LT)를 펄스 형상으로 변화시키면서 레이저광(LL)을 출사한다. 이하에서는, 레이저광을 펄스 형상으로 출사하는 것을 「펄스 출력한다」라고 표기한다.
이와 같이 단펄스 광원 장치(1)는 레이저 제어부(2)의 제어에 의해, 다른 광학 부품 등을 이용하지 않고, 반도체 레이저(3)로부터 레이저광(LL)을 직접 펄스 출력하도록 이루어져 있다.
[2-2. 완화 진동 모드에 의한 레이저광의 펄스 출력]
그런데 일반적으로 레이저의 특성은, 소위 레이트 방정식에 의해 표현되는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 구속 계수(Γ), 광자 수명(τph[s]), 캐리어 수명(τs[s]), 자연 방출 결합 계수(Cs), 활성층 두께(d[mm]), 기본 전하량(q[C]), 최대이득(gmax), 캐리어 밀도(N), 광자 밀도(S), 주입 캐리어 밀도(J), 광속(c[m/s]), 투명화 캐리어 밀도(N0), 군 굴절률(ng) 및 면적(Ag)을 사용하면, 레이트 방정식은 다음의 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure pct00002
이어서, 수학식 2의 레이트 방정식을 기초로, 주입 캐리어 밀도(J)와 광자 밀도(S)의 관계를 산출한 결과를 도 7의 그래프에 나타내고, 주입 캐리어 밀도(J)와 캐리어 밀도(N)의 관계를 산출한 결과를 도 8의 그래프에 나타낸다.
즉 이들의 산출 결과는, 구속 계수 Γ=0.3, 광자 수명 τph=1e-12[s], 캐리어 수명 τs=1e-9[s], 자연 방출 결합 계수 Cs=0.03, 활성층 두께 d=0.1[㎛], 기본 전하량 q=1.6e-19[C] 및 면적 Ag=3e-16[㎠]으로서 얻어진 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일반적인 반도체 레이저는 주입 캐리어 밀도(J)(즉 레이저 구동 신호(SD))의 증대에 따라 캐리어 밀도(N)가 포화 상태의 바로 직전이 되는 포화 전 점(Sl)에 있어서, 발광을 개시한다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저는 주입 캐리어 밀도(J)의 증대에 수반하여 광자 밀도(S)(즉 광 강도)를 증대시킨다. 또한, 도 7과 대응하는 도 9에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저는, 주입 캐리어 밀도(J)의 한층 더한 증대에 수반하여, 광자 밀도(S)를 더욱 증대시키는 것을 알 수 있다.
다음에, 도 9에 도시된 특성 곡선 상에 주입 캐리어 밀도(J)가 비교적 큰 포인트(PT1) 및 당해 포인트(PT1)보다 주입 캐리어 밀도(J)가 순차적으로 작아지는 포인트(PT2 및 PT3)를 각각 선정했다.
계속해서, 포인트(PT1, PT2 및 PT3)에 있어서의, 레이저 구동 신호(SD)의 인가를 개시하고 나서의, 광자 밀도(S)가 변화하는 모습을 산출한 결과를 도 10, 도 11 및 도 12에 각각 나타낸다. 즉, 주입 캐리어 밀도(J)의 크기는 반도체 레이저로 공급되는 레이저 구동 신호(SD)의 크기에 대응하고 있으며, 또한 광자 밀도(S)의 크기는 광 강도의 크기에 대응하고 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 포인트(PT1)에 있어서, 광자 밀도(S)는, 소위 완화 진동에 의해 크게 진동하여 그 진폭이 커지고, 또한 진폭의 주기(즉 극소값부터 극소값까지)가 되는 진동 주기(ta)가 약 60[ps]로 작은 것이 확인되었다. 또한, 광자 밀도(S)의 값은 발광 개시 직후에 출현하는 제1파의 진폭이 가장 크고, 제2파, 제3파로 서서히 감쇠되다가, 드디어 안정된다.
이 포인트(PT1)의 광자 밀도(S)에 있어서의 제1파의 최대값은 약 3×1016으로, 광자 밀도(S)가 안정되었을 때의 값인 안정값(약 1×1016)의 약 3배이었다.
여기서, 레이저 구동 신호(SD)를 인가하기 시작하고 나서부터 발광을 개시할 때까지의 시간을 발광 개시 시간(τd)으로 하면 수학식 2로 표현된 레이트 방정식으로부터 당해 발광 개시 시간(τd)을 산출할 수 있다.
즉, 발진 이전에 광자 밀도 S=0이었다고 하면, 수학식 2에 있어서의 상단의 식은, 다음의 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
Figure pct00003
여기서 캐리어 밀도(N)를 임계값(Nth)으로 하면 발광 개시 시간(τd)을 다음의 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.
Figure pct00004
이와 같이 발광 개시 시간(τd)은, 주입 캐리어 밀도(J)에 반비례하는 것을 알 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 포인트(PT1)에서는 수학식 4로부터 발광 개시 시간(τd)이 약 200[ps]로 산출된다. 이 포인트(PT1)에서는, 반도체 레이저에 큰 전압값으로 이루어지는 레이저 구동 신호(SD)를 인가하고 있기 때문에, 당해 레이저 구동 신호(SD)를 인가하기 시작하고 나서부터 발광을 개시할 때까지의 발광 개시 시간(τd)도 짧게 되어 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 포인트(PT1)보다 레이저 구동 신호(SD)의 값이 작은 포인트(PT2)에서는, 명확한 완화 진동을 발생시키고 있기는 하지만, 포인트(PT1)에 비하여 진동의 진폭이 작아지고, 또한 진동 주기(ta)가 약 100[ps]로 커졌다.
또한, 포인트(PT2)의 경우, 수학식 4로부터 산출되는 발광 개시 시간(τd)은 약 400[ps]이 되어, 포인트(PT1)에 비하여 커졌다. 이 포인트(PT2)에서는, 광자 밀도(S)에 있어서의 제1파의 최대값은 약 8×1015로 되어, 안정값(약 4×1015)의 약 2배이었다.
도 12에 도시된 바와 같이, 포인트(PT2)보다 공급된 레이저 구동 신호(SD)의 값이 더 작은 포인트(PT3)에서는, 완화 진동이 거의 보이지 않았다. 또한, 포인트(PT3)의 경우, 수학식 4로부터 산출되는 발광 개시 시간(τd)은 약 1[ns]이 되어, 비교적 긴 것이 확인되었다. 이 포인트(PT3)의 광자 밀도(S)에 있어서의 최대값은 안정값과 거의 동일하며, 약 1.2×1015이었다.
그런데 일반적인 레이저광원에서는, 반도체 레이저에 대하여 포인트(PT3)와 같이 완화 진동이 거의 보이지 않는 비교적 낮은 전압의 레이저 구동 신호(SD)를 인가하도록 이루어져 있다. 즉 일반적인 레이저광원은, 레이저광의 출사 개시 직후에 있어서의 광 강도의 변동 폭을 작게 억제함으로써 레이저광(LL)의 출력을 안정시키도록 이루어져 있다.
이하에서는, 단펄스 광원 장치(1)에 있어서, 반도체 레이저(3)에 비교적 낮은 전압으로 이루어지는 레이저 구동 신호(SD)를 공급함으로써, 완화 진동을 발생시키지 않고 안정된 광 강도로 이루어지는 레이저광(LL)을 출력하는 동작 모드를, 통상 모드라고 칭한다. 또한, 이 통상 모드에 있어서 반도체 레이저(3)로 공급하는 레이저 구동 신호(SD)의 전압을 통상 전압(VN)이라고 칭하고, 당해 반도체 레이저(3)로부터 출력된 레이저광(LL)을 통상 출력광(LN)이라고 칭한다.
그 외에 본 실시 형태에 의한 단펄스 광원 장치(1)는 포인트(PT1 및 PT2)의 경우와 같이, 비교적 높은 전압의 레이저 구동 신호(SD)가 공급됨으로써, 광 강도 특성에 완화 진동을 발생시키는 동작 모드(이하, 이것을 완화 진동 모드라고 칭한다)를 갖고 있다.
이 완화 진동 모드의 경우, 단펄스 광원 장치(1)는 레이저 구동 신호(SD)의 전압(V)(이하 이것을 진동 전압(VB)이라고 칭한다)을 통상 전압(VN)보다 높이게 된다(예를 들어 1.5배 이상). 그 결과, 단펄스 광원 장치(1)는 레이저광의 순간적인 광 강도(LT)의 최대값을, 통상 모드의 경우보다 증대시킬 수 있다.
즉 단펄스 광원 장치(1)는 완화 진동 모드에서 동작하는 경우, 반도체 레이저(3)에 대하여 비교적 높은 진동 전압(VB)을 공급함으로써, 당해 진동 전압(VB)에 따른 큰 광 강도로 이루어지는 레이저광(LL)을 출사할 수 있다.
이것을 다른 관점에서 보면, 반도체 레이저(3)는 진동 전압(VB)으로 이루어지는 레이저 구동 신호(SD)가 인가됨으로써, 통상 전압(VN)을 인가하고 있던 종래에 비교하여 레이저광(LL)의 광 강도를 대폭 증가시키는 것이 가능해진다.
예를 들어 반도체 레이저는, 포인트(PT1)에 있어서 완화 진동의 제1파에 의한 광자 밀도(S)가 약 3×1016이며, 통상 전압(VN)을 인가한 경우를 나타내는 포인트(PT3)의 경우(약 1.2×1015)에 비하여 반도체 레이저(3)의 광 강도를 20배 이상으로 증대시키는 것이 가능해진다.
실제로, 일반적인 반도체 레이저(소니 가부시끼가이샤제, SLD3233VF)에 대하여, 비교적 높은 전압의 레이저 구동 신호(SD)를 인가했을 때에 측정된 광 강도 특성의 파형을 도 13에 나타낸다. 또한, 도 13에서는, 반도체 레이저에 대하여 직사각형의 펄스 형상으로 이루어지는 레이저 구동 신호(SD)를 공급하고, 그 결과 얻어진 레이저광(LL)의 광 강도 특성의 파형을 나타내고 있다.
이 도 13으로부터, 도 10 및 도 11에 있어서 광자 밀도(S)의 산출 결과로서 보인 완화 진동이, 실제의 광 강도의 변화로서도 발생하고 있는 것이 확인되었다.
여기서, 반도체 레이저(3)로 공급하는 레이저 구동 신호(SD)와 레이저광(LL)의 광 강도의 관계에 대해, 상세하게 검토한다.
도 14의 (A)는, 도 11과 마찬가지로 광자 밀도(S)의 시간 변화의 모습을 나타내고 있다. 예를 들어 도 14의 (B)에 도시된 바와 같이, 단펄스 광원 장치(1)의 레이저 제어부(2)는 완화 진동을 발생시키기에 충분한 진동 전압(VB1)으로 이루어지는 펄스 형상의 레이저 구동 신호(SD)를 반도체 레이저(3)로 공급한다.
이때 레이저 제어부(2)는 레이저 구동 신호(SD)를, 발광 개시 시간(τd)에 완화 진동의 진동 주기(ta)를 가산한 시간(즉 τd+ta, 이하 이것을 공급 시간(τPD)이라고 칭한다)에 걸쳐 로우 레벨로부터 하이 레벨로 상승시킴으로써 직사각형 형상의 펄스 신호로 한다.
또한, 설명의 사정상, 레이저 구동 신호(SD) 중 펄스 형상으로 상승되고 있는 부분을 구동 펄스(PD1)라고 칭한다.
그 결과 반도체 레이저(3)는 도 14의 (C)에 도시된 바와 같이, 완화 진동에 있어서의 제1파의 부분에만 상당하는 펄스 형상의 레이저광(LL)(이하, 이것을 진동 출력광(LB)이라고 칭한다)을 출사할 수 있다.
이때 레이저 제어부(2)는 펄스 형상으로 이루어지는 구동 펄스(PD)를 공급하고 있기 때문에, 높은 진동 전압(VB)의 인가 시간을 비교적 짧게 억제할 수 있어, 반도체 레이저(3)의 평균 소비 전력을 저하시켜 발열 등에 의한 당해 반도체 레이저(3)의 문제나 파괴를 방지할 수 있다.
한편 레이저 제어부(2)는, 도 14의 (D)에 도시된 바와 같이, 완화 진동을 발생시킬 수 있을 정도로 높은 전압이며, 또한 진동 전압(VB1)보다 낮은 진동 전압(VB2)으로 이루어지는 구동 펄스(PD2)를 반도체 레이저(3)로 공급할 수 있도록 이루어져 있다.
이 경우 반도체 레이저(3)는, 도 14의 (E)에 도시된 바와 같이 구동 펄스(PD1)가 공급된 경우에 비교하여 광 강도가 작은 진동 출력광(LB)을 출사할 수 있다.
이와 같이 단펄스 광원 장치(1)는 레이저 제어부(2)로부터 비교적 높은 진동 전압(VB)으로 이루어지는 구동 펄스(PD)(즉 구동 펄스(PD1 또는 PD2))를 반도체 레이저(3)로 공급하는 완화 진동 모드에서 동작할 수 있도록 이루어져 있다. 이때 단펄스 광원 장치(1)는 광 강도가 완화 진동에 의해 펄스 형상으로 변화하는 진동 출력광(LB)을 출사할 수 있도록 이루어져 있다.
[2-3. 특이 모드에 의한 레이저광의 펄스 출력]
또한, 단펄스 광원 장치(1)는, 통상 모드 및 완화 진동 모드 외에, 진동 전압(VB)보다 높은 특이 전압(VE)으로 이루어지는 구동 펄스(PD)를 반도체 레이저(3)로 공급하는 특이 모드에서 동작하도록 이루어져 있다.
이때 단펄스 광원 장치(1)는, 반도체 레이저(3)로부터 진동 출력광(LB)보다 더 큰 광 강도로 이루어지는 레이저광(LL)을 펄스 출력할 수 있도록 이루어져 있다.
[2-3-1. 광 측정 장치의 구성]
여기에서는, 단펄스 광원 장치(1)로부터 출사된 레이저광(LL)을 측정 및 분석하는 광 측정 장치(11)(도 15)를 사용함으로써, 단펄스 광원 장치(1)에 있어서의 구동 펄스(PD)의 전압(V)을 변화시킨 경우의 레이저광(LL)의 광 강도를 측정하는 실험을 행했다.
광 측정 장치(11)는 단펄스 광원 장치(1)의 반도체 레이저(3)로부터 레이저광(LL)을 출사시키고, 이것을 콜리메이터 렌즈(12)로 입사시킨다.
계속하여 광 측정 장치(11)는, 레이저광(LL)을 콜리메이터 렌즈(12)에 의해 발산광으로부터 평행광으로 변환하여 집광 렌즈(15)로 입사시키고, 또한 집광 렌즈(15)에 의해 집광시킨다.
그 후 광 측정 장치(11)는 레이저광(LL)을 광 샘플 오실로스코프(16)(하마마쯔 포토닉스 가부시끼가이샤제, C8188-01)로 공급함으로써, 당해 레이저광(LL)의 광 강도를 측정하여, 그 시간 변화를 광 강도 특성(UT)(후술한다)으로서 나타내도록 이루어져 있다.
또한, 광 측정 장치(11)는, 레이저광(LL)을 광 스펙트럼 애널라이저(17)(가부시끼가이샤 에이디씨제, Q8341)로 공급함으로써, 당해 레이저광(LL)의 파장을 분석하여, 그 분포 특성을 파장 특성(UW)(후술한다)으로서 나타내도록 이루어져 있다.
또한, 광 측정 장치(11)는 콜리메이터 렌즈(12) 및 집광 렌즈(15) 사이에 파워 미터(14)(가부시끼가이샤 에이디씨제, Q8230)가 설치되어 있으며, 당해 파워 미터(14)에 의해 레이저광(LL)의 광 강도(LT)를 측정하도록 이루어져 있다.
또한, 광 측정 장치(11)는, 필요에 따라 콜리메이터 렌즈(12) 및 집광 렌즈(15) 사이에 BPF(Band Pass Filter)(13)를 설치할 수 있도록 이루어져 있다. 이 BPF(13)는 레이저광(LL)에 있어서의 특정 파장 성분의 투과율을 저감시킬 수 있다.
[2-3-2. 설정 펄스와 구동 펄스의 관계]
그런데 단펄스 광원 장치(1)에서는, 실제로 생성되는 펄스 신호(SL)나 레이저 구동 신호(SD) 등이 소위 고주파 신호이기 때문에, 각각의 파형이 이상적인 구형파로부터 변형된, 소위 「둔해진」 파형으로 될 것으로 예상된다.
따라서, 펄스 신호 발생기(4)에 대하여, 도 16의 (A)에 도시된 바와 같이 펄스폭(Ws)이 1.25[ns]로 이루어지는 직사각형 형상의 설정 펄스(PLs)를 포함하는 펄스 신호(SL)를 출력하도록 설정했다. 이 펄스 신호(SL)를 소정의 측정 장치에 의해 측정한 바, 도 16의 (B)에 도시된 바와 같은 측정 결과가 얻어졌다.
도 16의 (B)의 펄스 신호(SL)에 있어서, 설정 펄스(PLs)에 대응하여 생성되는 펄스(이하, 이것을 생성 펄스(PL)라고 칭한다)의 반값폭인 생성 펄스 반값폭(PLhalf)은 약 1.5[ns]이었다.
또한, 펄스 신호 발생기(4)로부터 구동 회로(6)에 대하여 상술한 펄스 신호(SL)를 공급했을 때에 당해 구동 회로(6)로부터 반도체 레이저(3)에 실제로 공급된 레이저 구동 신호(SD)에 대해서도 마찬가지로 측정한 바, 도 16의 (C)에 도시된 바와 같은 측정 결과가 얻어졌다.
이 레이저 구동 신호(SD)에 있어서, 생성 펄스(PL)에 대응하여 출현하는 펄스(즉 구동 펄스(PD))의 반값폭인 구동 펄스 반값폭(PDhalf)은 생성 펄스(PL)의 신호 레벨에 따라 약 1.5[ns] 내지 약 1.7[ns]의 범위에서 변화했다.
이때의 생성 펄스(PL)의 최대 전압값에 대한 구동 펄스(PD)에 있어서의 구동 펄스 반값폭(PDhalf)의 관계 및 당해 생성 펄스(PL)의 최대 전압값에 대한 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)의 관계를, 도 17에 겹쳐 나타낸다.
이 도 17로부터, 구동 회로(6)로 공급되는 생성 펄스(PL)의 최대 전압값이 증가함에 따라, 당해 구동 회로(6)로부터 출력되는 레이저 구동 신호(SD)에 있어서의 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)도 증가하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 17로부터, 구동 회로(6)로 공급되는 생성 펄스(PL)의 최대 전압값이 증가함에 따라 구동 펄스(PD)의 구동 펄스 반값폭(PDhalf)도 서서히 증가하는 것을 알 수 있다.
이것을 환언하면, 단펄스 광원 장치(1)는 일정한 펄스폭으로 이루어지는 설정 펄스(PLs)를 펄스 신호 발생기(4)에 설정한 경우에도 구동 회로(6)로 공급하는 생성 펄스(PL)의 최대 전압값을 변화시킴으로써, 당해 구동 회로(6)로부터 출력되는 레이저 구동 신호(SD)에 있어서의 구동 펄스(PD)의 펄스폭 및 전압값을 변화시킬 수 있다.
[2-3-3. 구동 펄스의 전압과 출력되는 레이저의 관계]
따라서, 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)을 여러 값으로 설정한 경우에 대해, 당해 구동 펄스(PD)에 따라 반도체 레이저(3)로부터 출력되는 레이저광(LL)의 광 강도를, 광 측정 장치(11)(도 15)의 광 샘플 오실로스코프(16)에 의해 각각 측정했다.
도 18의 (A) 및 (B)는 이 측정의 결과를 나타낸다. 또한, 이 도 18에 있어서, 시간축(횡축)은 상대적인 시간을 나타내고 있으며, 절대적인 시간을 나타내고 있지 않다. 또한, 이 측정에 있어서는, BPF(13)는 설치되어 있지 않다.
도 18의 (A)에 도시된 바와 같이, 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)이 8.8[V]일 때, 레이저광(LL)의 광 강도 특성(UT1)에는 비교적 폭넓은 작은 출력 피크(시간 1550[ps] 근방)가 1개만 확인되며, 완화 진동에 의한 진동은 보이지 않았다. 즉 광 강도 특성(UT1)은 단펄스 광원 장치(1)가 통상 모드에서 동작하여 반도체 레이저(3)로부터 통상 출력광(LN)을 출력하고 있는 것을 나타내고 있다.
또한, 도 18의 (A)에 도시된 바와 같이, 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)이 13.2[V]일 때, 레이저광(LL)의 광 강도 특성(UT2)에는 완화 진동에 의한 복수의 피크가 확인되었다. 즉 광 강도 특성(UT2)은 단펄스 광원 장치(1)가 완화 진동 모드에서 동작하여 반도체 레이저(3)로부터 진동 출력광(LB)을 출력하고 있는 것을 나타내고 있다.
한편, 도 18의 (B)에 도시된 바와 같이, 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)이 17.8[V], 22.0[V], 26.0[V] 및 29.2[V]일 때, 레이저광(LL)의 광 강도 특성(UT3, UT4, UT5 및 UT6)에는 비교적 빠른 시간에 선두의 피크로서 나타나는 피크 부분과, 그 후 미세한 진동을 수반하여 완만하게 감쇠되는 슬로프 부분이 확인되었다.
광 강도 특성(UT3, UT4, UT5 및 UT6)은 선두의 피크 부분 뒤에 큰 피크가 나타나지 않기 때문에, 제1파에 이어 제2파, 제3파의 피크를 갖는 완화 진동 모드에 의한 광 강도 특성(UT2)(도 18의 (A))에 비교하여 파형의 경향이 명백하게 다르다.
즉, 광 측정 장치(11)의 광 샘플 오실로스코프(16)에 있어서의 해상도가 약 30[ps] 이상이기 때문에 도 18 등에는 도시되지 않았지만, 별도의 스트리크 카메라를 사용한 실험에 의해, 선두 피크 부분의 피크 폭(반값폭)은 약 10[ps]인 것이 확인되었다.
이와 같이 광 샘플 오실로스코프(16)에 있어서의 해상도가 낮기 때문에, 광 측정 장치(11)로는 반드시 정확한 광 강도(LT)를 측정할 수 없을 가능성이 있다. 이 경우, 도 18 등에 있어서의 선두 피크 부분의 최대 광 강도는 실제의 값보다 낮게 나타나게 된다.
다음에, 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)을 변화시켰을 때의 레이저광(LL)에 대해서, 더욱 상세하게 분석한다.
여기에서는, 광 측정 장치(11)를 사용하여, 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)을 변화시켰을 때에 반도체 레이저(3)로부터 출사되는 레이저광(LL)에 대해, 그 광 강도 특성(UT) 및 파장 특성(UW)을 광 샘플 오실로스코프(16) 및 광 스펙트럼 애널라이저(17)에 의해 각각 측정했다.
도 19 내지 도 23은 이 측정의 결과를 각각 나타낸다. 즉 도 19의 (A) 내지 도 23의 (A)에서는 광 스펙트럼 애널라이저(17)에 의해 측정한 레이저광(LL)의 파장 특성(UW)(즉 파장마다 분해한 결과)을 나타내고 있다. 또한, 도 19의 (B) 내지 도 23의 (B)는, 도 18과 마찬가지로, 광 샘플 오실로스코프(16)에 의해 측정한 레이저광(LL)의 광 강도 특성(UT)(즉 시간 변화의 모습)을 나타내고 있다. 이 측정에 있어서, BPF(13)는 설치되어 있지 않다.
도 19의 (B)에 도시된 바와 같이, 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)이 8.8[V]일 때, 레이저광(LL)의 광 강도 특성(UT11) 파형에는 피크가 1개만 확인되었다. 이것으로부터, 이때 단펄스 광원 장치(1)는 통상 모드에서 동작하고 있으며, 당해 레이저광(LL)은 통상 출력광(LN)이라고 할 수 있다.
또한, 도 19의 (A)에 도시된 바와 같이, 이때의 파장 특성(UW11)에는 파장 약 404[nm]에서 1개의 피크만이 확인되었다. 이것으로부터, 이 레이저광(LL)의 파장은 약 404[nm]인 것을 알 수 있다.
도 20의 (B)에 도시된 바와 같이, 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)이 13.2[V]일 때, 레이저광(LL)의 광 강도 특성(UT12)에는 비교적 큰 피크가 복수 확인되었다. 이것으로부터, 이때 단펄스 광원 장치(1)는 완화 진동 모드에서 동작하고 있어, 당해 레이저광(LL)은 진동 출력광(LB)이라고 할 수 있다.
또한, 도 20의 (A)에 도시된 바와 같이, 이때의 파장 특성(UW12)에는 파장 약 404[nm] 및 약 407[nm]에서 2개의 피크가 확인되었다. 이것으로부터, 이 레이저광(LL)의 파장은 약 404[nm] 및 약 407[nm]인 것을 알 수 있다.
도 21의 (B)에 도시된 바와 같이, 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)이 15.6[V]일 때, 레이저광(LL)의 광 강도 특성(UT13)에는 선두의 피크 부분 및 완만하게 감쇠되는 슬로프 부분이 보였다.
이때 도 21의 (A)에 도시된 바와 같이, 파장 특성(UW13)에는 약 404[nm] 및 약 408[nm]에서 2개의 피크가 확인되었다. 이 파장 특성(UW13)에서는 완화 진동 모드에서 확인된 약 406[nm]의 피크가 장파장측으로 2[nm] 이동하고 있으며, 또한 398[nm] 근방이 약간 고조되어 있는 것이 확인되었다.
도 22의 (B)에 도시된 바와 같이, 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)이 17.8[V]일 때, 레이저광(LL)의 광 강도 특성(UT14)에는 선두의 피크 부분 및 완만하게 감쇠되는 슬로프 부분이 보였다.
또한, 도 22의 (A)에 도시된 바와 같이, 이때의 파장 특성(UW14)에서는 약 398[nm]과 약 403[nm]에서 2개의 큰 피크가 확인되었다. 이 파장 특성(UW14)에서는, 파장 특성(UW13)(도 21의 (A))에 비교하여 약 408[nm]의 피크가 매우 작아져 있으며, 그 대신에 약 398[nm]에서 큰 피크가 형성되어 있는 것이 확인되었다.
도 23의 (B)에 도시된 바와 같이, 구동 펄스(PD)의 최대 전압값(Vmax)이 38.4[V]일 때, 레이저광(LL)의 광 강도 특성(UT15)에는 선두의 피크 부분 및 완만하게 감쇠되는 슬로프 부분이 명확하게 보였다.
또한, 도 23의 (A)에 도시된 바와 같이, 이때의 파장 특성(UW15)에서는 약 398[nm] 및 약 404[nm]에서 2개의 피크가 확인되었다. 이 파장 특성(UW15)은 파장 특성(UW14)(도 22의 (A))에 비교하면, 약 408[nm]의 피크가 완전하게 소실되어 있으며, 또한 약 398[nm]에서 명확한 피크가 형성되어 있는 것이 확인되었다.
이들의 것으로부터, 단펄스 광원 장치(1)에서는, 진동 전압(VB)보다 큰 특이 전압(VE)(즉 최대 전압값(Vmax))으로 이루어지는 구동 펄스(PD)를 반도체 레이저(3)로 공급함으로써 진동 출력광(LB)과는 그 파형 및 파장이 다른 레이저광(LL)을 출력할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 이 레이저광(LL)의 발광 개시 시간(τd)은 상술한 레이트 방정식으로부터 도출되는 수학식 3과는 일치하지 않았다.
여기서 레이저광(LL)의 파장에 주목하자. 레이저광(LL)은, 최대 전압값(Vmax)이 높아짐에 따라 통상 출력광(LN)(도 19)으로부터 진동 출력광(LB)(도 20)으로 변화하고, 또한 당해 진동 출력광(LB)으로부터 그 파장을 변화시킨다.
구체적으로 진동 출력광(LB)(도 20)은, 그 파장 특성(UW12)에 있어서, 통상 출력광(LN)과 거의 동등한 파장(통상 출력광(LN)의 파장으로부터 ±2[nm] 이내)의 피크 외에, 당해 통상 출력광(LN)보다 약 3[nm](3±2[nm] 이내) 장파장측에 피크를 갖는다.
이에 대해 도 23에 도시된 레이저광(LL)은, 그 파장 특성(UW15)에 있어서, 통상 출력광(LN)과 거의 동등한 파장(통상 출력광(LN)의 파장으로부터 ±2[nm] 이내)의 피크 외에, 당해 통상 출력광(LN)보다 약 6[nm](6±2[nm] 이내) 단파장측에 피크를 갖는다.
따라서 이하에서는, 도 23에 도시된 바와 같은 레이저광(LL)을 특이 출력광(LE)이라고 칭하고, 단펄스 광원 장치(1)에 있어서 반도체 레이저(3)로부터 당해 특이 출력광(LE)을 출력하는 동작 모드를 특이 모드라고 칭한다.
[2-3-4. 특이 모드에 있어서의 레이저광의 파장]
그런데 최대 전압값(Vmax)이 15.6[V]일 때의 파장 특성(UW13)(도 21의 (A))에 대하여 최대 전압값(Vmax)이 17.8[V]일 때의 파장 특성(UW14)(도 22의 (A))을 비교하면, 장파장측의 피크는 소실되고, 대신에 단파장측의 피크가 출현하고 있다.
즉 파장 특성(UW)은, 최대 전압값(Vmax)의 상승에 수반하여 레이저광(LL)이 진동 출력광(LB)으로부터 특이 출력광(LE)으로 변화하는 과정에 있어서, 장파장측의 피크가 서서히 감소하고, 그 대신에 단파장측의 피크가 증대해 가는 것을 알 수 있다.
따라서, 이하에서는, 파장 특성(UW)에 있어서 단파장측의 피크 면적이 장파장측의 피크 면적 이상이 되는 레이저광(LL)을 특이 출력광(LE)으로 하고 당해 파장 특성(UW)에 있어서 단파장측의 피크 면적이 장파장측의 피크 면적 미만이 되는 레이저광(LL)을 진동 출력광(LB)으로 정의한다.
즉, 도 22와 같이 2개의 피크가 중복되는 경우에는, 통상 출력광(LN)의 파장으로부터 6[nm] 단파장측의 파장을 단파장측의 중심 파장으로 하고 당해 중심 파장±3[nm]의 범위에 있어서의 면적을 당해 피크의 면적으로 한다.
따라서, 이 정의에 의해, 최대 전압값(Vmax)이 15.6[V]일 때(도 21)의 레이저광(LL)은 진동 출력광(LB)이 되고, 최대 전압값(Vmax)이 17.8[V]일 때(도 22)의 레이저광(LL)은 특이 출력광(LE)이 된다.
다음에, 광 측정 장치(11)에 있어서 단펄스 광원 장치(1)를 특이 모드에서 동작시켜, 레이저광(LL)(즉 특이 출력광(LE))의 광 강도 특성(UT16) 및 파장 특성(UW16)을 측정했다. 또한, 광 측정 장치(11)에 BPF(13)를 설치함으로써 레이저광(LL)에 있어서의 파장 406±5[nm]의 투과율을 저하시키도록 한 상태에서, 마찬가지로 광 강도 특성(UT17) 및 파장 특성(UW17)을 측정했다.
도 24에, 광 강도 특성(UT16) 및 광 강도 특성(UT17)을 겹쳐 나타낸다. 이 도 24로부터 알 수 있듯이 BPF(13)가 설치되었을 때의 광 강도 특성(UT17)은 광 강도 특성(UT16)에 비교하여 피크 부분의 광 강도가 거의 동등한 것에 대해, 슬로프 부분의 광 강도가 크게 감소되었다.
이것은, 슬로프 부분의 파장이 약 404[nm]이기 때문에 BPF(13)에 의해 출사 고 강도가 감소한 것에 대해, 피크 부분의 파장이 약 398[nm]이기 때문에 BPF(13)에 의해서는 광 강도가 감소되지 않은 것을 나타내고 있다.
또한, 도 25의 (A) 및 (B)에, 파장 특성(UW16 및 UW17)을 각각 나타낸다. 즉 도 25는 파장 특성(UW16 및 UW17)을 각각 최대의 광 강도에 따라 정규화하고 있으며, 종축의 광 강도를 상대값으로 하고 있다.
파장 특성(UW16)(도 25의 (A))에서는, 광 강도 특성(UT16)에 있어서 큰 면적을 갖는 슬로프 부분에 대응하도록, 파장 404[nm]의 광 강도가 파장 398[nm]의 광 강도에 비하여 크게 되어 있다.
한편 파장 특성(UW17)에서는, 슬로프 부분의 감소에 수반하여 파장 404[nm]의 광 강도와 파장 398[nm]의 광 강도가 거의 동일 정도로 되었다.
이것으로부터도, 특이 출력광(LE)은 도 26에 도시된 광 강도 특성(UT)에 있어서의 특이 슬로프(ESL)의 파장이 약 404[nm]이며 특이 피크(EPK)의 파장이 약 398[nm]인 것, 즉 피크 부분의 파장이 슬로프 부분의 파장보다 짧은 것을 알았다.
이것을 환언하면, 특이 출력광(LE)의 광 강도 특성(UT)에 있어서의 피크 부분은, 통상 출력광(LN)의 경우에 비하여 그 파장이 약 6[nm] 단파장측으로 시프트하게 된다. 즉, 다른 실험에 있어서 통상 출력광(LN)의 파장이 상이한 그 외의 반도체 레이저를 사용한 경우에도 마찬가지의 결과를 얻을 수 있다.
또한, 광 측정 장치(11)에 있어서, 반도체 레이저(3)로서 소니 가부시끼가이샤제 SLD3233을 사용하여 특이 출력광(LE)을 측정한 바, 도 26에 도시된 바와 같은 광 강도 특성(UT20)이 얻어졌다.
이때, 특이 출력광(LE)에 있어서의 피크 부분(이하 이것을 특이 피크(EPK)라고 칭하고, 이때 출력되는 광 빔을 특이 피크광(LEP)이라고 칭한다)의 광 강도는, 파워 미터(14)에 의해 측정한 바, 약 12[W]이었다. 이 약 12[W]라는 광 강도는, 진동 출력광(LB)에 있어서의 최대의 광 강도(약 1 내지 2[W])에 비교하여 매우 큰 값이라고 할 수 있다. 즉 도 26에서는, 광 샘플 오실로스코프(16)의 해상도가 낮기 때문에, 이 광 강도는 나타나 있지 않다.
또한, 스트리크 카메라(도시하지 않음)에 의한 분석의 결과, 특이 출력광(LE)의 광 강도 특성(UT)은 특이 피크(EPK)에 있어서의 피크 폭이 10[ps] 정도로, 진동 출력광(LB)에 있어서의 피크 폭(약 30[ps])에 비교하여 작아지는 것도 확인되었다. 즉 도 26에서는, 광 샘플 오실로스코프(16)의 해상도가 낮기 때문에, 이 피크 폭은 나타나 있지 않다.
한편, 특이 출력광(LE)의 광 강도 특성(UT)에 있어서의 슬로프 부분(이하, 이것을 특이 슬로프(ESL)라고 칭하고, 이때 출력되는 광 빔을 특이 슬로프광(LES)이라고 칭한다)은, 그 파장이 통상 모드에 있어서의 레이저광(LL)의 파장과 동일하며, 최대의 광 강도는 약 1 내지 2[W] 정도이었다.
이와 같이 단펄스 광원 장치(1)는, 반도체 레이저(3)에 대하여 진동 전압(VB)보다 더 높은 특이 전압(VE)으로 이루어지는 레이저 구동 신호(SD)를 공급함으로써, 특이 출력광(LE)으로서 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출사할 수 있다.
[2-3-5. 특이 출력광에 있어서의 발광점의 이동]
다음에, 반도체 레이저(3)로부터 특이 출력광(LE)을 출력시킬 때에 있어서의 발광점의 위치를 조사했다.
도 27의 (A)는 반도체 레이저(3), 콜리메이터 렌즈(21) 및 집광 렌즈(22)를 조합한 광학계(20)를 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 도 27의 (A)는 이 광학계(20)에 있어서 반도체 레이저(3)로부터 통상 출력광(LN)이 출력된 상태를 나타내고 있다. 이때 통상 출력광(LN)은 그 발광점이 반도체 레이저(3)의 출사 단부면(3A)에 위치함과 함께 그 초점이 위치(QN)에 맺혀 있다.
또한, 도 27의 (A)와 대응하는 도 27의 (B)는 광학계(20)에 있어서 반도체 레이저로부터 특이 슬로프광(LES)이 출력된 상태를 파선으로 나타내고 있다. 이때 특이 슬로프광(LES)은 통상 출력광(LN)의 경우와 마찬가지로, 그 발광점이 반도체 레이저(3)의 출사 단부면(3A)에 위치함과 함께 그 초점이 위치(QN)에 맺혀 있다.
이에 대해, 광학계(20)에 있어서 반도체 레이저로부터 특이 피크광(LEP)이 출력된 경우, 도 27의 (B)에 실선으로 나타낸 바와 같이, 그 초점은 위치(QN)보다 바로 앞의 위치(QP)에 맺혔다. 이것으로부터, 특이 피크광(LEP)의 발광점은, 반도체 레이저(3)의 내부의 점(3B)에 위치하고 있는 것을 알았다.
여기서, 콜리메이터 렌즈(21)의 NA를 0.161로 하고 집광 렌즈(22)의 NA를 0.837로 했을 때에 특이 피크광(LEP)의 초점이 형성된 위치(QP)는 위치(QN)로부터 0.37[㎛]만큼 앞이 되었다. 이것을 기초로, 특이 피크광(LEP)의 발광점을 산출한 바, 반도체 레이저(3)의 점(3B)은 출사 단부면(3A)으로부터 내부로 10[㎛]의 위치가 되었다.
이와 같이 반도체 레이저(3)는, 특이 출력광(LE)을 출력시킨 경우, 특이 슬로프광(LES)의 출력 시에는 통상 출력광(LN)의 출력 시와 마찬가지로 출사 단부면(3A)을 발광점으로 하지만, 특이 피크광(LEP)의 출력 시에는 그 발광점이 내부의 점(3B)으로 이동하는 것이 판명되었다. 따라서 이 발광점 위치의 상위는, 실제의 레이저에 있어서의 발광점의 어긋남과 측정 광학계의 색수차를 포함한 가상적인 발광점 위치의 상위이다.
<3.제1 실시 형태>
다음에, 제1 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 도 28에 도시된 광 디스크 장치(110)에 의해, 상술한 정보의 기록 재생 원리 및 반도체 레이저에 의한 광 빔의 출력 원리에 기초하여, 광 디스크(100)에 정보를 기록하고, 또한 당해 광 디스크(100)로부터 정보를 재생하도록 이루어져 있다.
[3-1. 광 디스크의 구성]
도 29에 단면도를 도시한 바와 같이, 광 디스크(100)는 광 디스크 장치(110)로부터 레이저광(LL)에 상당하는 정보광 빔(LM)을 조사함으로써 정보가 기록되도록 이루어져 있다. 또한, 광 디스크(100)는 당해 정보광 빔(LM)을 반사하여 정보 반사광 빔(LMr)으로 하고 이것이 광 디스크 장치(110)에 검출됨으로써 정보가 재생되도록 이루어져 있다.
실제로 광 디스크(100)는 전체적으로 대략 원판 형상으로 구성되어 있고, 정보를 기록하기 위한 기록층(101)의 양면을 기판(102 및 103) 사이에 끼운 구성을 갖고 있다.
광 디스크 장치(110)는 광원으로부터 출사된 정보광 빔(LM)을 대물 렌즈(118)에 의해 광 디스크(100)의 기록층(101) 내에 집광하도록 이루어져 있다.
기록층(101)은, 파장 약 404[nm]의 광을 2 광자 흡수하는 2 광자 흡수 재료를 함유하고 있다. 이 2 광자 흡수 재료는, 광 강도의 2승에 비례하여 2 광자 흡수를 발생시키는 것이 알려져 있고, 광 강도가 매우 큰 광에 대해서만 2 광자 흡수를 발생시킨다. 또한, 이 2 광자 흡수 재료로서는, 헥사디인 화합물, 시아닌 색소, 메로시아닌 색소, 옥소놀 색소, 프탈로시아닌 색소 및 아조 색소 등을 사용할 수 있다.
기록층(101)은 비교적 강한 강도로 이루어지는 정보광 빔(LM)이 당해 기록층(101) 내에 조사되면, 2 광자 흡수에 의해 예를 들어 2 광자 흡수 재료를 기화시켜 기포를 형성하고, 그 결과 초점(FM)의 위치에 기록 마크(RM)를 기록한다.
이때 기록층(101)은, 2 광자 흡수 재료이기 때문에, 광 강도의 2승에 비례하여 반응이 발생한다. 즉 기록층(101)은, 예를 들어 렌즈에 의해 집광된 초점 근방과 같이 매우 강도가 큰 정보광 빔(LM)만을 흡수하여 반응을 발생시키고, 당해 초점 이외와 같이 강도가 작은 정보광 빔(LM)에 의해서는 거의 반응을 발생시키지 않는다. 이 때문에 기록층(101)은, 전체의 투과율을 높게 유지할 수 있다.
또한, 광 디스크(100)는 기록층(101)과 기판(102) 사이에 서보층(104)이 형성되어 있다. 서보층(104)에는 서보용의 안내 홈이 형성되어 있고, 구체적으로는 일반적인 BD-R(Recordable) 디스크 등과 마찬가지의 랜드 및 그루브에 의해 나선 형상의 트랙(이하, 이것을 서보 트랙이라고 칭한다)(KS)이 형성되어 있다.
이 서보 트랙(KS)에는, 소정의 기록 단위마다 일련의 번호로 이루어지는 어드레스가 부여되어, 정보를 기록 또는 재생할 때에 서보 광 빔(LS)(후술한다)이 조사되어야 할 서보 트랙(이하, 이것을 목표 서보 트랙(KSG)이라고 칭한다)을 당해 어드레스에 의해 특정할 수 있도록 이루어져 있다.
또한, 서보층(104)은, 소위 파장 선택성을 갖고 있으며, 예를 들어 파장 약 660[nm]의 적색 광 빔을 높은 반사율로 반사하는 한편, 파장 약 404[nm]의 청자색 광 빔을 고 투과율로 투과하도록 이루어져 있다.
광 디스크 장치(110)는 광 디스크(100)에 대하여 파장 약 660[nm]로 이루어지는 서보 광 빔(LS)을 조사한다. 이때 서보 광 빔(LS)은 광 디스크(100)의 서보층(104)에 의해 반사되어 서보 반사광 빔(LSr)이 된다.
광 디스크 장치(110)는 서보 반사광 빔(LSr)을 수광하고, 그 수광 결과를 기초로 대물 렌즈(118)를 광 디스크(100)에 근접 또는 이격시키는 포커스 방향으로 위치 제어함으로써, 서보 광 빔(LS)의 초점(FS)을 서보층(104)에 맞추도록 이루어져 있다.
또한, 광 디스크 장치(110)는, 서보 광 빔(LS)과 정보광 빔(LM)의 광축(XL)을 서로 거의 일치시키고 있다. 이에 의해 광 디스크 장치(110)는 정보광 빔(LM)의 초점(FM)을 기록층(101) 내에 있어서의 목표 서보 트랙(KSG)에 대응한 개소에, 즉 목표 서보 트랙(KSG)을 지나 서보층(104)에 수직한 법선 위에 위치시킨다.
그 결과, 광 디스크(100)에는 기록층(101) 내에 있어서의 목표 서보 트랙(KSG)을 지나는 법선 상의 목표로 하는 위치(이하 이것을 목표 위치(QG)라고 칭한다)에 기록 마크(RM)가 형성된다.
또한, 이와 같이 하여 형성된 기록 마크(RM)는 광 디스크(100)의 조사면(100A) 및 서보층(104) 등의 각 면과 거의 평행한 평면 형상으로 배치되고, 당해 기록 마크(RM)에 의한 마크층(Y)을 형성한다.
한편, 광 디스크 장치(110)는 광 디스크(100)로부터 정보를 재생할 때, 예를 들어 조사면(100A)측으로부터 목표 위치(QG)에 대하여 정보광 빔(LM)을 집광한다. 여기서 초점(FM)의 위치(즉 목표 위치(QG))에 기록 마크(RM)가 형성되어 있는 경우, 당해 정보광 빔(LM)이 당해 기록 마크(RM)에 의해 반사되어, 정보 반사광 빔(LMr)이 된다.
광 디스크 장치(110)는, 정보 반사광 빔(LMr)을 검출함과 함께 그 검출 결과에 따른 검출 신호를 생성하여, 당해 검출 신호를 기초로 기록 마크(RM)가 형성되어 있는지의 여부를 검출한다.
이와 같이 광 디스크(100)는 광 디스크 장치(110)에 의해 정보가 기록 또는 재생되는 경우, 당해 광 디스크 장치(110)에 의해 서보 광 빔(LS)을 병용하면서 정보광 빔(LM)이 목표 위치(QG)에 조사되도록 이루어져 있다.
[3-2. 광 디스크 장치의 구성]
다음에, 광 디스크 장치(110)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 도 28에 도시된 바와 같이, 광 디스크 장치(110)는 제어부(111)를 중심으로 구성되어 있다. 제어부(111)는, 도시하지 않은 CPU(Central Processing Unit)와, 각종 프로그램 등이 저장되는 ROM(Read Only Memory)과, 당해 CPU의 워크 에리어 등으로서 사용되는 RAM(Random Access Memory)에 의해 구성되어 있다.
제어부(111)는 광 디스크(100)에 정보를 기록하는 경우, 구동 제어부(112)를 통하여 스핀들 모터(115)를 회전 구동시켜, 턴테이블(도시하지 않음)에 적재된 광 디스크(100)를 원하는 속도로 회전시킨다.
또한, 제어부(111)는 구동 제어부(112)를 통하여 스레드 모터(116)를 구동시킴으로써 광 픽업(117)을 이동축(G1 및 G2)을 따라 트래킹 방향, 즉 광 디스크(100)의 내주측 또는 외주측을 향하는 방향으로 크게 이동시키도록 이루어져 있다.
광 픽업(117)은 대물 렌즈(118) 등의 복수의 광학 부품이나 단펄스 광원부(120) 등이 내장되어 있으며, 제어부(111)의 제어에 기초하여 광 디스크(100)에 정보광 빔(LM) 및 서보 광 빔(LS)(도 29)을 조사하도록 이루어져 있다.
또한, 광 픽업(117)은 서보 광 빔(LS)이 광 디스크(100)에 의해 반사되어 이루어지는 서보 반사광 빔(LSr)을 검출하고, 그 검출 결과에 기초한 복수의 검출 신호를 생성하고, 이들을 신호 처리부(113)로 공급한다.
신호 처리부(113)는 검출 신호를 사용한 소정의 연산 처리를 행함으로써, 포커스 에러 신호(SFE) 및 트래킹 에러 신호(STE)를 각각 생성하고, 이들을 구동 제어부(112)로 공급한다.
즉 포커스 에러 신호(SFE)는 서보 광 빔(LS)의 서보층(104)에 대한 포커스 방향의 어긋남량을 나타내는 신호이다. 또한, 트래킹 에러 신호(STE)는 서보 광 빔(LS)의 목표로 하는 서보 트랙(KS)(즉 목표 서보 트랙(KSG))에 대한 트래킹 방향의 어긋남량을 나타내는 신호이다.
구동 제어부(112)는, 포커스 에러 신호(SFE) 및 트래킹 에러 신호(STE)를 기초로, 대물 렌즈(118)를 구동하기 위한 포커스 구동 신호 및 트래킹 구동 신호를 생성하고, 이들을 광 픽업(117)의 2축 액추에이터(119)로 공급한다.
광 픽업(117)의 2축 액추에이터(119)는 포커스 구동 신호 및 트래킹 구동 신호에 기초하여 대물 렌즈(118)를 포커스 방향 및 트래킹 방향으로 각각 이동시킨다(이하, 이들을 각각 포커스 제어 및 트래킹 제어라고 칭한다).
구동 제어부(112)는 이 포커스 제어 및 트래킹 제어를 행함으로써, 대물 렌즈(118)에 의해 집광되는 서보 광 빔(LS)의 초점(FS)을 목표가 되는 마크층(Y)(이하, 이것을 목표 마크층(YG)이라고 칭한다)의 목표 서보 트랙(KSG)에 추종시킨다.
이때 제어부(111)는 외부로부터 공급되는 기록 정보를 신호 처리부(113)로 공급한다. 신호 처리부(113)는 기록 정보에 소정의 변조 처리 등을 실시하여 기록 데이터를 생성하여, 레이저 제어부(2)로 공급한다.
레이저 제어부(2)는 기록 데이터에 기초하여 특이 출력광(LE)으로 이루어지는 정보광 빔(LM)을 출사함으로써, 목표 마크층(YG)의 목표 위치(QG)에 기록 마크(RM)를 형성시킨다. 이와 같이 하여 광 디스크 장치(110)는 광 디스크(100)에 정보를 기록할 수 있다.
또한, 광 픽업(117)은 광 디스크(100)로부터 정보를 재생하는 경우, 기록 시와 마찬가지로 서보 광 빔(LS)의 초점(FS)을 목표 서보 트랙(KSG)에 추종시킴과 함께, 광 강도가 비교적 약한 정보광 빔(LM)을 목표 마크층(YG)의 목표 위치(QG)에 조사한다.
이때 정보광 빔(LM)은 기록 마크(RM)가 형성되어 있는 개소에 있어서 반사되어, 정보 반사광 빔(LMr)이 된다. 광 픽업(117)은 이 정보 반사광 빔(LMr)을 검출하고, 그 검출 결과에 기초한 검출 신호를 생성하고, 이것을 신호 처리부(113)로 공급한다.
신호 처리부(113)는 검출 신호에 대하여 소정의 복조 처리 및 복호화 처리 등을 실시함으로써 목표 마크층(YG)의 목표 위치(QG)에 기록 마크(RM)로서 기록되어 있는 정보를 복원한다. 이와 같이 하여 광 디스크 장치(110)는 광 디스크(100)에 있어서의 목표 위치(QG)로부터 정보를 재생할 수 있다.
이와 같이 광 디스크 장치(110)는, 광 픽업(117)으로부터 서보 광 빔(LS) 및 정보광 빔(LM)을 출사하고, 또한 서보 반사광 빔(LSr) 및 정보 반사광 빔(LMr)을 검출한다. 이에 의해 광 디스크 장치(110)는 광 디스크(100)에 대한 정보의 기록 및 재생을 행하도록 이루어져 있다.
[3-3. 광 픽업의 구성]
다음에, 광 픽업(117)의 구성에 대하여 설명한다. 이 광 픽업(117)은, 도 30에 도시된 바와 같이 레이저 제어부(2)와, 주로 대물 렌즈(118)의 서보 제어를 행하는 서보 광학계(130)와, 주로 정보의 재생 또는 기록을 행하는 정보 광학계(150)를 갖고 있다.
광 픽업(117)은, 레이저 다이오드(131)로부터 출사된 서보 광 빔(LS) 및 반도체 레이저(3)로부터 출사된 정보광 빔(LM)을 각각 서보 광학계(130) 및 정보 광학계(150)를 통과시켜 동일한 대물 렌즈(118)로 입사하고, 광 디스크(100)에 각각 조사하도록 이루어져 있다.
레이저 제어부(2)는 구동 펄스(PG)를 포함하는 레이저 구동 신호(SD)를 생성하고, 이것을 반도체 레이저(3)로 공급하도록 이루어져 있다.
[3-3-1. 서보 광 빔의 광로]
도 30과 대응하는 도 31에 도시된 바와 같이, 서보 광학계(130)에서는, 대물 렌즈(118)를 통과시켜 서보 광 빔(LS)을 광 디스크(100)에 조사함과 함께, 당해 광 디스크(100)에 의해 반사되어 이루어지는 서보 반사광 빔(LSr)을 포토디텍터(143)에 의해 수광하도록 이루어져 있다.
즉 레이저 다이오드(131)는 제어부(111)(도 28)의 제어에 기초하여, 파장 약 660[nm]의 발산광으로 이루어지는 서보 광 빔(LS)을 발사하여, 콜리메이터 렌즈(133)로 입사시킨다. 콜리메이터 렌즈(133)는, 서보 광 빔(LS)을 발산광으로부터 평행광으로 변환하여, 편광 빔 스플리터(134)로 입사시킨다.
편광 빔 스플리터(134)는, 광 빔의 편광 방향에 따라 반사율 및 투과율이 상위하여, P편광으로 이루어지는 서보 광 빔(LS)의 거의 모두를 투과시켜, 1/4 파장판(136)으로 입사시킨다.
1/4 파장판(136)은 P편광(즉 직선 편광)으로 이루어지는 서보 광 빔(LS)을 원편광(예를 들어 우측 원편광)으로 변환하여 다이크로익 프리즘(137)으로 입사시킨다.
다이크로익 프리즘(137)은, 반사 투과면(137S)이 광 빔의 파장에 따라 반사율이 상위하여, 파장 약 660[nm]의 광 빔을 반사시킴과 함께, 파장 약 404[nm]의 광 빔을 투과시키도록 이루어져 있다.
실제로 다이크로익 프리즘(137)은, 반사 투과면(137S)에 의해 서보 광 빔(LS)을 반사하고, 이것을 대물 렌즈(118)로 입사시킨다.
대물 렌즈(118)는 서보 광 빔(LS)을 집광하여, 광 디스크(100)의 조사면(100A)측으로부터 서보층(104)을 향하여 조사한다. 이때 서보 광 빔(LS)은 도 29에 도시된 바와 같이 기판(102)을 투과하여 서보층(104)에 있어서 반사됨으로써, 서보 광 빔(LS)과 반대 방향을 향하는 서보 반사광 빔(LSr)이 된다. 또한, 서보 반사광 빔(LSr)은 원편광에 있어서의 선회 방향이 서보 광 빔(LS)과는 반전되어 있다.
이 후 서보 반사광 빔(LSr)은 대물 렌즈(118)에 의해 평행광으로 변환된 후, 다이크로익 프리즘(137)으로 입사된다. 다이크로익 프리즘(137)은, 서보 반사광 빔(LSr)을 반사하고, 이것을 1/4 파장판(136)으로 입사시킨다.
1/4 파장판(136)은 원편광으로 이루어지는 서보 반사광 빔(LSr)을 S편광(즉 직선 편광)으로 변환하여, 편광 빔 스플리터(134)로 입사시킨다. 편광 빔 스플리터(134)는 S편광으로 이루어지는 서보 반사광 빔(LSr)을 반사 투과면(134S)에 의해 반사하여, 집광 렌즈(141)로 입사시킨다.
집광 렌즈(141)는 서보 반사광 빔(LSr)을 수렴시켜, 원통형 렌즈(142)에 의해 비점 수차를 갖게 한 후 포토디텍터(143)에 조사한다.
포토디텍터(143)는 복수의 수광 영역을 갖고 있으며, 각 수광 영역에 있어서 서보 반사광 빔(LSr)의 광량에 따른 검출 신호를 각각 생성하고, 이들을 신호 처리부(113)(도 28)로 송출한다.
즉 서보 광학계(130)에서는, 대물 렌즈(118)에 의해 서보 광 빔(LS)이 집광되어 광 디스크(100)의 서보층(104)에 조사될 때의 합초 상태가, 집광 렌즈(141)에 의해 서보 반사광 빔(LSr)이 집광되어 포토디텍터(143)에 조사될 때의 합초 상태에 반영되도록 각종 광학 부품의 광학적 위치가 조정되고 있다.
신호 처리부(113)는, 소위 비점 수차법에 기초하여 서보 광 빔(LS)의 초점(FS)과 광 디스크(100)의 서보층(104)의 어긋남량을 나타내는 포커스 에러 신호(SFE)를 산출하고, 이것을 구동 제어부(112)로 공급한다.
또한, 신호 처리부(113)는, 소위 푸시 풀법에 기초하여 초점(FS)과 광 디스크(100)의 서보층(104)에 있어서의 목표 서보 트랙(KSG)의 어긋남량을 나타내는 트래킹 에러 신호(STE)를 산출하고, 이것을 구동 제어부(112)로 공급한다.
구동 제어부(112)는 포커스 에러 신호(SFE)를 기초로 포커스 구동 신호를 생성하여, 당해 포커스 구동 신호를 2축 액추에이터(119)로 공급한다. 이와 같이 하여 구동 제어부(112)는 서보 광 빔(LS)이 광 디스크(100)의 서보층(104)에 합초되도록 대물 렌즈(118)를 피드백 제어(즉 포커스 제어)한다.
또한, 구동 제어부(112)는 트래킹 에러 신호(STE)를 기초로 트래킹 구동 신호를 생성하여, 당해 트래킹 구동 신호를 2축 액추에이터(119)로 공급한다. 이와 같이 하여 구동 제어부(112)는, 서보 광 빔(LS)이 광 디스크(100)의 서보층(104)에 있어서의 목표 서보 트랙(KSG)에 합초되도록 대물 렌즈(118)를 피드백 제어(즉 트래킹 제어)한다.
이와 같이 서보 광학계(130)는 서보 광 빔(LS)을 광 디스크(100)의 서보층(104)에 조사하여, 그 반사광인 서보 반사광 빔(LSr)의 수광 결과를 신호 처리부(113)로 공급하도록 이루어져 있다. 이에 따라 구동 제어부(112)는 당해 서보 광 빔(LS)을 당해 서보층(104)의 목표 서보 트랙(KSG)에 합초시키도록, 대물 렌즈(118)의 포커스 제어 및 트래킹 제어를 행하도록 이루어져 있다.
[3-3-2. 정보광 빔의 광로]
한편 정보 광학계(150)는 도 30과 대응하는 도 32에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)을 출사하여 대물 렌즈(118)에 의해 광 디스크(100)에 집광되도록 이루어져 있다. 이와 함께 정보 광학계(150)는 정보광 빔(LM)이 광 디스크(100)에 의해 반사되어 이루어지는 정보 반사광 빔(LMr)을 수광하도록 이루어져 있다.
즉 반도체 레이저(3)는 레이저 제어부(2)로부터 공급되는 레이저 구동 신호(SD)에 기초하여, 발산광으로 이루어지는 정보광 빔(LM)을 발사하여 콜리메이터 렌즈(152)로 입사시킨다.
콜리메이터 렌즈(152)는, 정보광 빔(LM)을 발산광으로부터 평행광으로 변환하여 편광 빔 스플리터(154)로 입사시킨다. 즉 콜리메이터 렌즈(152)는 정보광 빔(LM)의 수차를 보정하는 기능도 갖고 있다.
편광 빔 스플리터(154)는 반사 투과면(154S)에 있어서, 반사 투과면(134S)과 마찬가지로, P편광으로 이루어지는 광 빔을 투과시킴과 함께 S편광으로 이루어지는 광 빔을 반사시키도록 이루어져 있다. 실제로 편광 빔 스플리터(154)는 반사 투과면(154S)에 있어서 P편광으로 이루어지는 정보광 빔(LM)을 투과시키고, 또한 구면 수차 등을 보정하는 LCP(Liquid Crystal Panel)(156)를 통과하여 1/4 파장판(157)으로 입사시킨다.
1/4 파장판(157)은, 정보광 빔(LM)을 P편광(즉 직선 편광)으로부터 원편광(예를 들어 좌측 원편광)으로 변환하여 릴레이 렌즈(158)로 입사시킨다.
릴레이 렌즈(158)는 정보광 빔(LM)의 광축 방향으로 이동할 수 있는 가동 렌즈(158A) 및 고정된 고정 렌즈(158B)에 의해 구성되어 있다.
실제로 릴레이 렌즈(158)는 가동 렌즈(158A)에 의해 당해 정보광 빔(LM)을 평행광으로부터 수렴광으로 변환하고, 수렴 후에 발산광이 된 당해 정보광 빔(LM)을 고정 렌즈(158B)에 의해 다시 수렴광으로 변환하여 미러(159)로 입사시킨다.
미러(159)는 정보광 빔(LM)을 반사함으로써 그 진행 방향을 변화시켜, 보정 렌즈(162)(상세하게는 후술한다)를 순차적으로 통과시켜 다이크로익 프리즘(137)으로 입사시킨다. 다이크로익 프리즘(137)은 반사 투과면(137S)에 있어서 파장 약 404[nm]로 이루어지는 정보광 빔(LM)을 투과시켜, 이것을 대물 렌즈(118)로 입사시킨다.
대물 렌즈(118)는 정보광 빔(LM)을 집광하여 광 디스크(100)에 조사한다. 이때 정보광 빔(LM)은, 도 29에 도시된 바와 같이 기판(102)을 투과하여 기록층(101) 내에 합초된다.
여기서 정보광 빔(LM)의 초점(FM)의 위치는, 당해 정보광 빔(LM)이 릴레이 렌즈(158)의 고정 렌즈(158B)로부터 출사될 때의 수렴 상태에 따라 정해지게 된다. 즉 초점(FM)은 가동 렌즈(158A)의 위치에 따라 기록층(101) 내를 포커스 방향으로 이동하게 된다.
실제로 정보 광학계(150)는, 제어부(111)(도 28)에 의해 가동 렌즈(158A)의 위치가 제어되도록 이루어져 있다. 이에 의해 정보 광학계(150)는 광 디스크(100)의 기록층(101) 내에 있어서의 정보광 빔(LM)의 초점(FM)(도 29)의 깊이(ZM)(즉 서보층(104)으로부터의 거리)를 조정하여 목표 위치(QG)에 초점(FM)을 합치시키도록 이루어져 있다.
이때 정보광 빔(LM)은 대물 렌즈(118)에 의해 목표 위치(QG)에 집광됨으로써, 당해 목표 위치(QG)에 기록 마크(RM)를 형성한다.
한편 정보광 빔(LM)은 광 디스크(100)에 기록된 정보를 판독하는 재생 처리 시, 목표 위치(QG)에 기록 마크(RM)가 기록되어 있는 경우에는 초점(FM)에 집광된 정보광 빔(LM)이 당해 기록 마크(RM)에 의해 반사되어 정보 반사광 빔(LMr)으로 된다.
이때 정보 반사광 빔(LMr)은, 정보광 빔(LM)과 반대 방향으로 진행되어 대물 렌즈(118)로 입사된다. 또한, 정보 반사광 빔(LMr)은 원편향에 있어서의 선회 방향이 정보광 빔(LM)으로부터 반전된다.
즉 정보광 빔(LM)은, 목표 위치(QG)에 기록 마크(RM)가 기록되어 있지 않은 경우에는 그 거의 모두가 광 디스크(100)를 투과한다. 이 때문에 상술한 정보 반사광 빔(LMr)은 거의 생성되지 않는다.
대물 렌즈(118)는 정보 반사광 빔(LMr)을 어느 정도 수렴시켜, 다이크로익 프리즘(137), 보정 렌즈(162) 및 미러(159)를 순차적으로 통과시켜 릴레이 렌즈(158)로 입사시킨다.
릴레이 렌즈(158)는 정보 반사광 빔(LMr)을 평행광으로 변환하여, 1/4 파장판(157)으로 입사시킨다. 1/4 파장판(157)은 원편광으로 이루어지는 정보 반사광 빔(LMr)을 S편광(즉 직선 편광)으로 변환하여, LCP(156)를 통하여 편광 빔 스플리터(154)로 입사시킨다.
편광 빔 스플리터(154)는 S편광으로 이루어지는 정보 반사광 빔(LMr)을 반사 투과면(154S)에 의해 반사시켜, 멀티 렌즈(165)로 입사시킨다. 멀티 렌즈(165)는, 정보 반사광 빔(LMr)을 집광하여, 핀 홀판(166)을 통하여 포토디텍터(167)에 조사시킨다.
핀 홀판(166)은 멀티 렌즈(165)에 의해 집광되는 정보 반사광 빔(LMr)의 초점을 구멍부(166H) 내에 위치시키도록 배치되어 있어, 당해 정보 반사광 빔(LMr)을 그대로 통과시킨다. 한편 핀 홀판(166)은 초점이 구멍부(166H) 내에 형성되지 않은 광, 즉 광 디스크(100) 내에 있어서의 목표 위치(QG) 이외의 개소에 있어서 반사된 광(소위 미광) 등에 대해서는 차단한다.
그 결과 포토디텍터(167)는 미광의 영향을 받지 않고, 정보 반사광 빔(LMr)의 광량에 따른 재생 검출 신호를 생성하고, 이것을 신호 처리부(113)(도 28)로 공급한다.
신호 처리부(113)는 재생 검출 신호에 대하여 소정의 복조 처리나 복호화 처리 등을 실시함으로써 재생 정보를 생성하여, 이 재생 정보를 제어부(111)로 공급하도록 이루어져 있다.
이와 같이 정보 광학계(150)는 레이저 제어부(122)로부터의 레이저 구동 신호(SD)에 기초하여 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)을 출사하여 광 디스크(100)에 조사하도록 이루어져 있다. 또한, 정보 광학계(150)는 광 디스크(100)로부터의 정보 반사광 빔(LMr)을 수광하여, 그 수광 결과를 신호 처리부(113)로 공급하도록 이루어져 있다.
[3-4. 기록 마크의 형성 위치]
다음에, 광 디스크(100)의 기록층(101)에 있어서 기록 마크(RM)가 형성되는 위치에 대하여 설명한다.
[3-4-1. 가상적인 광학계에 있어서의 기록 마크의 형성]
우선, 광 픽업(117)에 있어서의 정보 광학계(150)와 대비하기 위해서, 당해 정보 광학계(150)와 대응하는 가상 광학계(150V)를 상정한다.
도 33에 도시된 바와 같이, 가상 광학계(150V)는 반도체 레이저(3), 콜리메이터 렌즈(152) 및 대물 렌즈(118)에 의해 구성되어 있고, 당해 반도체 레이저(3)로부터 특이 출력광(LE)으로 이루어지는 정보광 빔(LM)을 출사하도록 이루어져 있다. 즉 콜리메이터 렌즈(152) 및 대물 렌즈(118)의 NA는, 광학계(20)(도 27의 (B))의 경우와 마찬가지로 각각 0.161 및 0.837로 한다.
반도체 레이저(3)는, 특이 출력광(LE)을 출사하는 경우, 도 26에 도시된 바와 같이 우선 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)을 출사하고, 계속하여 파장 404[nm]로 이루어지는 특이 슬로프광(LES)을 출사하게 된다.
여기서 반도체 레이저(3)는, 우선 특이 피크광(LEP)을 출사할 때, 광학계(20)(도 27의 (B))의 경우와 마찬가지로, 그 발광점이 특이 슬로프광(LES)에 있어서의 발광점인 출사 단부면(3A)으로부터 내부로 약 10[㎛] 이동한 개소가 된다.
이에 따라 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)은, 도 27의 (B)에 도시된 경우와 마찬가지로, 정보광 빔(LM)이 원래 합초해야 할 목표 위치(QG)보다 약 0.3[㎛] 전방측에 위치한다. 여기에서는, 설명의 사정상, 목표 위치(QG)의 깊이(즉 서보층(104)으로부터의 거리)를 깊이(ZG)로 하고 초점(FMP)의 깊이를 깊이(ZP)로 한다.
이때 광 디스크(100)의 기록층(101)에서는, 도 34의 (A)에 도시된 바와 같이, 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP) 근방에 있어서 2 광자 흡수 반응이 발생함으로써 당해 기록층(101)을 구성하는 재료의 광흡수가 변화되어, 흡수 변화 영역(RA)을 형성한다.
이 흡수 변화 영역(RA)은, 2 광자 흡수 반응에 의해 착색되기 때문에, 그 주위에 비교하여 광 빔의 투과율이 저하되고 있다.
한편 반도체 레이저(3)는 특이 피크광(LEP)에 이어 특이 슬로프광(LES)을 출사할 때, 광학계(20)(도 27의 (B))의 경우와 마찬가지로, 그 발광점을 출사 단부면(3A)으로 한다.
이때 기록층(101)에서는, 도 34의 (A)에 도시된 바와 같이 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)이, 깊이(ZG)인 목표 위치(QG), 즉 흡수 변화 영역(RA)의 중심으로부터 약 0.3[㎛] 먼 곳에 위치하고 있다.
또한, 흡수 변화 영역(RA)은, 2 광자 흡수 반응에 의해 착색되어 있기 때문에, 특이 슬로프광(LES)의 투과율을 저하시킨다. 이 때문에 특이 슬로프광(LES)의 에너지는 초점(FMS)을 중심으로 한 영역이 아니고, 당해 흡수 변화 영역(RA)에 있어서의 입사면(100A)측으로 치우친 영역(이하 이것을 에너지 집중 영역(RE)이라고 칭한다)에 집중한다.
이때 기록층(101)에서는, 흡수 변화 영역(RA) 및 에너지 집중 영역(RE)이 겹친 부분을 중심으로 기록 마크(RM)가 형성된다. 그 결과 기록 마크(RM)는 목표 위치(QG) 및 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)보다 입사면(100A)측으로 치우친 위치에 형성되게 된다.
이와 같이 가상 광학계(150V)에서는, 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)으로서 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출사한 결과, 목표 위치(QG)로부터 입사면(100A)측으로 크게 어긋난 개소에 기록 마크(RM)를 형성해 버린다.
[3-4-2. 보정 렌즈에 의한 기록 마크 형성 위치의 보정]
따라서 정보 광학계(150)는 보정 렌즈(162)에 의해 기록 마크(RM)의 형성 위치를 보정하도록 이루어져 있다.
도 35는 정보 광학계(150)에 있어서의 일부의 부품을 나타내고 있으며, 반도체 레이저(3)로부터 출사된 정보광 빔(LM)이 콜리메이터 렌즈(152), 보정 렌즈(162) 및 대물 렌즈(118)를 순차적으로 통과하여 광 디스크(100)에 조사되는 모습을 모식적으로 나타내고 있다.
즉 도 33에 나타내는 정보 광학계(150)는 가상 광학계(150V)에 보정 렌즈(162)를 추가한 구성으로 되어 있다.
보정 렌즈(162)는, 도 36에 도시된 바와 같이 볼록 렌즈 형상으로 이루어지는 볼록 렌즈부(162A)와 오목 렌즈 형상으로 이루어지는 오목 렌즈부(162B)가 접합면(162S)에 있어서 접합되어 있다.
볼록 렌즈부(162A)는, 정보광 빔(LM)이 입사되는 입사면(162AJ)이 비교적 큰 곡률 반경의 곡면으로 구성됨과 함께, 당해 정보광 빔(LM)을 출사하는 출사면(162AK)이 비교적 작은 곡률 반경의 곡면으로 구성되어 있다.
또한, 볼록 렌즈부(162A)는, 소정의 유리 재료(M1)에 의해 구성되어 있다. 이 유리 재료(M1)는 파장 405[nm]에 있어서의 굴절률(N1(405))이 1.780이며, 분산(νd1)이 53.3으로 되어 있다.
오목 렌즈부(162B)는 정보광 빔(LM)이 입사되는 입사면(162BJ)이 볼록 렌즈부(162A)의 출사면(162AK)과 거의 동등한 곡면으로 구성됨과 함께, 당해 정보광 빔(LM)을 출사하는 출사면(162BK)이 평면으로 구성되어 있다.
또한, 오목 렌즈부(162B)는 볼록 렌즈부(162A)와 다른 광학 특성을 갖는 유리 재료(M2)에 의해 구성되어 있다. 이 유리 재료(M2)는 파장 405[nm]에 있어서의 굴절률(N2(405))이 1.789이며, 분산(νd2)이 53.3으로 되어 있다. 즉 유리 재료(M2)는 유리 재료(M1)에 비교하여 파장 405[nm]에 있어서의 굴절률(N)이 거의 동등하지만, 분산(νd)은 크게 상위하다.
여기서, 유리 재료(M1) 및 유리 재료(M2)에 있어서의 광의 파장과 굴절률의 관계를, 도 37에 특성 곡선(UN1 및 UN2)으로서 나타낸다. 유리 재료(M1) 및 유리 재료(M2)는 서로의 분산(νd)이 상위한 것 및 특성 곡선(UN1 및 UN2)이 상위한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 광의 파장이 변화되었을 때에 있어서의, 서로의 굴절률의 변화의 정도가 상위하다.
이 보정 렌즈(162)(도 36)는, 파장 405[nm]의 광 빔에 관한 것으로, 볼록 렌즈부(162A)의 유리 재료(M1)와 오목 렌즈부(162B)의 유리 재료(M2)로 굴절률(N)이 거의 동등해진다. 이 때문에 보정 렌즈(162)는 파장 405[nm]의 광 빔이 입사되었을 때, 접합면(162S)에 있어서 당해 광 빔을 거의 굴절시키지 않고 투과시킨다.
이에 대해 보정 렌즈(162)는 파장 405[nm] 이외의 파장으로 이루어지는 광 빔에 관한 것으로, 볼록 렌즈부(162A)의 유리 재료(M1)와 오목 렌즈부(162B)의 유리 재료(M2)에 따라 굴절률(N)이 상위하다. 이 때문에 보정 렌즈(162)는 파장 405[nm] 이외의 광 빔이 입사되었을 때, 접합면(162S)에 있어서 당해 광 빔을 굴절시켜, 당해 접합면(162S)을 렌즈로서 작용시킨다.
즉 보정 렌즈(162)는 파장 404[nm]로 이루어지는 특이 슬로프광(LES)에 대하여 거의 작용하지 않고 투과시켜, 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)에 대하여 접합면(162S)을 오목 렌즈로서 작용시켜 발산각을 확대하도록 변환한다.
그 결과 보정 렌즈(162)는 당해 보정 렌즈(162)가 설치되어 있지 않은 가상 광학계(150V)의 경우에 비교하여 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)을 특이 슬로프광(LES)이 입사되는 입사면(100A)으로부터 멀리할 수 있다.
초점(FMP)에 대해서는, 가상 광학계(150V)의 경우(도 34의 (A))에 비교하여 입사면(100A)측으로부터 약 0.3[㎛] 먼 곳으로 이동시키면, 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)이 위치하는 목표 위치(QG)(즉 깊이(ZG))에 맞출 수 있다. 이 경우 정보 광학계(150)는, 도 34의 (A)와 대응하는 도 34의 (B)에 도시된 바와 같이 목표 위치(QG)를 중심으로 하여 흡수 변화 영역(RA)을 형성할 수 있다.
그러나 기록층(101) 내에서는, 이 경우에도 착색되어 있는 흡수 변화 영역(RA)에 있어서의 입사면(100A)측으로 치우쳐 에너지 집중 영역(RE)이 형성된다. 이 때문에 기록 마크(RM)는, 도 34의 (B)에 도시된 바와 같이 여전히 목표 위치(QG)로부터 입사면(100A)측으로 어긋난 위치에 형성되어 버린다.
이 때문에 보정 렌즈(162)는 초점(FMP)을 입사면(100A)측으로부터 목표 위치(QG)(즉 깊이(ZG))보다 먼 곳으로 이동시키도록 이루어져 있다.
여기서, 가상 광학계(150V)(도 33) 및 정보 광학계(150)(도 35)에 있어서의, 정보광 빔(LM)의 파장과 초점(FM)의 깊이(ZM)의 관계를, 도 38에 각각 특성 곡선(UF1 및 UF3)으로서 나타낸다.
즉 도 38은 목표 위치(QG)의 깊이(ZG)를 기준 위치로 하고, 초점(FM)의 상대적인 위치(즉 깊이(ZM))를 종축에 나타내고 있다. 또한, 도 38은 정보광 빔(LM)의 발광점을 반도체 레이저(3)의 출사 단부면(3A)(도 27)에 통일시킨 경우에 있어서의 초점(FM)의 위치를 나타내고 있다.
특성 곡선(UF1)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 가상 광학계(150V)의 경우, 보정 렌즈(162)가 설치되어 있지 않기 때문에 정보광 빔(LM)의 파장과 무관하게 초점(FM)의 깊이(ZM)는 변화하지 않는다.
이에 대해 특성 곡선(UF3)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 정보 광학계(150)의 경우, 보정 렌즈(162)의 존재에 따라, 정보광 빔(LM)의 파장에 따라 초점(FM)의 깊이는 변화된다.
특히 정보 광학계(150)는 파장 405[nm] 부근에서는 초점(FM)을 기준 위치(QG)와 동등한 깊이(ZG)에 위치시키지만, 파장 398[nm] 부근에서는 초점(FM)을 약 0.6[㎛] 먼 곳으로 이동시킬 수 있다. 이 약 0.6[㎛]라는 깊이는, 도 27의 (B)에 있어서의 위치(QN)와 위치(QP)의 거리인 0.3[㎛]보다 커지도록 설정된 값이다.
즉 보정 렌즈(162)는 광학 설계에 기초하여, 볼록 렌즈부(162A)의 광축 부분에 있어서의 두께(HA)를 1.3[mm], 오목 렌즈부(162B)의 광축 부분에 있어서의 두께(HB)를 0.8[mm]로 했다. 또한, 보정 렌즈(162)는 입사면(162AJ)의 곡률 반경(R1)을 92.178[mm], 출사면(162AK) 및 입사면(162BJ)의 곡률 반경(R2)을 모두 4.147[mm]로 했다.
그 결과 정보 광학계(150)는, 도 34의 (B)와 대응하는 도 34의 (C)에 도시된 바와 같이, 특이 피크광(LEP)에 있어서의 초점(FMP)을 입사면(100A)측으로부터 보아, 특이 슬로프광(LES)에 있어서의 초점(FMS)이 위치하는 목표 위치(QG)보다 먼 곳에 위치시킬 수 있다.
이에 의해 광 디스크(100)의 기록층(101)에서는, 목표 위치(QG)보다 먼 곳에 위치하는 초점(FMP)을 중심으로 하여, 특이 피크광(LEP)에 의한 2 광자 흡수 반응이 발생하여 흡수 변화 영역(RA)이 형성된다.
이때 흡수 변화 영역(RA)은 그 중심이 목표 위치(QG)보다 먼 곳에 있으며, 또한 입사면(100A)측의 부분이 목표 위치(QG)를 포함하는 범위에 형성된다. 또한, 흡수 변화 영역(RA)은 2 광자 흡수 반응에 의해 착색된다.
또한, 기록층(101)에서는, 특이 슬로프광(LES)이 입사면(100A)측으로부터 조사됨으로써 흡수 변화 영역(RA)에 있어서의 입사면(100A)측의 부분, 즉 목표 위치(QG)를 중심으로 한 부분에 에너지 집중 영역(RE)이 형성된다. 그 결과 기록층(101)에는 목표 위치(QG)를 중심으로 하여 기록 마크(RM)가 형성된다.
즉 도 38에는, 파장 398[nm]로 이루어지는 정보광 빔(LM)의 초점(FM)을, 보정 렌즈(162)에 의해 파장 404[nm]일 때보다 약 0.3[㎛] 먼 곳으로 이동시키는 경우의 특성 곡선(UF2)도 나타내고 있다.
이 경우, 보정 렌즈(162)의 설계로서, 예를 들어 입사면(162AJ)의 곡률 반경(R1)을 162.238[mm], 출사면(162AK) 및 입사면(162BJ)의 곡률 반경(R2)을 모두 7.240[mm]로 할 수 있다.
이와 같이 정보 광학계(150)는 보정 렌즈(162)에 의해 특이 슬로프광(LES)을 투과하는 한편, 특이 피크광(LEP)을 굴절시키도록 이루어져 있다. 이에 의해 정보 광학계(150)는, 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)을 목표 위치(QG)에 고정한 채, 특이 피크광(LEP)에 있어서의 초점(FMP)의 깊이(ZP)를 변화시켜, 당해 초점(FMP)을 당해 초점(FMS)과 동일한 목표 위치(QG)보다 먼 곳에 위치시킬 수 있다.
[3-5. 동작 및 효과]
이상의 구성에 있어서, 광 디스크 장치(110)의 정보 광학계(150)는 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)으로서 특이 출력광(LE)의 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출력시킨다.
이때 정보 광학계(150)는 콜리메이터 렌즈(152), 보정 렌즈(162) 및 대물 렌즈(118)를 순차적으로 통과시켜, 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 광 디스크(100)의 기록층(101)에 순차적으로 조사시킨다.
보정 렌즈(162)는 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)에 대하여 오목 렌즈로서 작용함으로써 그 발산각을 변화시키는 한편, 특이 슬로프광(LES)을 그대로 투과시킨다(도 35).
대물 렌즈(118)는 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 각각 집광함으로써, 광 디스크(100)의 기록층(101) 내에 초점(FMP 및 FMS)을 각각 형성시킨다.
이때 정보 광학계(150)는, 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시키고 있기 때문에, 당해 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)을, 입사면(100A)측으로부터 보아 특이 슬로프광의 초점(FMS)보다 먼 곳에 위치시킬 수 있다.
따라서 정보 광학계(150)는 기록층(101) 내에 있어서, 목표 위치(QG)보다 먼 곳에 치우친 위치에 흡수 변화 영역(RA)을 형성할 수 있다. 이 때문에 기록층(101)에서는, 입사면(100A)측으로부터 특이 슬로프광(LES)이 조사되었을 때에 흡수 변화 영역(RA) 중 입사면(100A)측으로 치우친 부분에 에너지 집중 영역(RE)이 형성된다.
그 결과 정보 광학계(150)는 보정 렌즈(162)가 설치되어 있지 않은 가상 광학계(150V)의 경우(도 34의 (A))와 달리, 기록 마크(RM)를 원래 형성해야 할 위치, 즉 목표 위치(QG)를 중심으로 한 위치에 형성할 수 있다.
그 결과 정보 광학계(150)는 광 디스크(100)의 기록층(101)에 대한 정보의 기록 정밀도를 높일 수 있다.
이에 의해 정보 광학계(150)는, 예를 들어 기존의 기록 마크(RM)를 기준으로 하여 새로운 기록 마크(RM)의 형성 위치를 정하는 경우에, 오차의 누적에 의해 당해 새로운 기록 마크(RM)의 형성 위치가 원래 기록해야 할 위치로부터 크게 상위해 버리는 것을 방지할 수 있다.
그런데 특이 출력광(LE)은, 시간의 경과에 수반하여 특이 피크광(LEP)으로부터 특이 슬로프광(LES)으로 전환된다. 이 때문에 정보 광학계(150)에 있어서는, 이 전환의 타이밍에 맞추어 정보광 빔(LM)의 광로 중에 보정 렌즈를 가동하는 등의 방법도 생각할 수 있다.
그러나 특이 출력광(LE)은 수십[ps]라는 매우 짧은 시간에 특이 슬로프광(LES)으로부터 특이 피크광(LEP)으로 전환되기 때문에, 일반적으로 이 전환의 타이밍에 맞추어 매우 고속으로 기계적인 동작을 행하는 것은 곤란하다고 할 수 있다.
이에 대해 정보 광학계(150)는 보정 렌즈(162)의 광학 특성을 이용하고 있어, 기계적인 동작을 수반할 필요가 없기 때문에 안정적으로 특이 슬로프광(LES)에 거의 영향을 미치지 않고 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시킬 수 있다.
또한, 보정 렌즈(162)는 통상 출력광(LN)과 마찬가지의 파장 404[nm]로 이루어지는 특이 슬로프광(LES)에 대하여 전혀 작용하지 않는 한편, 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시키고 있다.
이 때문에 보정 렌즈(162)는 통상 출력광(LN)에 대해서도 거의 영향을 미치는 일이 없다. 따라서 정보 광학계(150)에서는, 광 디스크(100)로부터 정보를 재생할 때에 보정 렌즈(162)에 영향받지 않고, 통상 출력광(LN) 또는 진동 출력광(LB)으로 이루어지는 정보광 빔(LM)을 목표 위치(QG)에 합초시킬 수 있다.
이상의 구성에 의하면, 광 디스크 장치(110)의 정보 광학계(150)는 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)으로서 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출력시키고, 보정 렌즈(162)에 의해 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시킨다. 이에 의해 정보 광학계(150)는 기록층(101)에 있어서 특이 피크광(LEP)에 의한 흡수 변화 영역(RA)을 먼 곳으로 위치시킬 수 있다. 그 결과 정보 광학계(150)는, 특이 슬로프광(LES)에 의한 에너지 집중 영역(RE)을 목표 위치(QG)의 근방에 형성할 수 있으므로, 광 디스크(100)에 대한 정보의 기록 정밀도를 높일 수 있다.
<4.제2 실시 형태>
제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 광 디스크 장치(110)와 대응하는 광 디스크 장치(210)(도 28)에 의해, 상술한 정보의 기록 재생 원리 및 반도체 레이저에 의한 광 빔의 출력 원리에 기초하여, 광 디스크(100)에 정보를 기록하고, 또한 당해 광 디스크(100)로부터 정보를 재생하도록 이루어져 있다.
즉 광 디스크(100)(도 29)의 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 그 설명을 생략한다.
[4-1. 광 디스크 장치 및 광 픽업의 구성]
제2 실시 형태에 의한 광 디스크 장치(210)(도 28)는 제1 실시 형태에 의한 광 디스크 장치(110)에 비교하여 광 픽업(117)을 대신하는 광 픽업(217)을 갖고 있는 점이 다르지만, 그 외의 점에 대해서는 마찬가지로 구성되어 있다.
광 픽업(217)(도 30)은, 제1 실시 형태에 의한 광 픽업(117)에 비교하여, 정보 광학계(150)를 대신하는 정보 광학계(250)를 갖고 있는 점이 다르지만, 그 외의 점에 대해서는 마찬가지로 구성되어 있다.
정보 광학계(250)(도 30)는 제1 실시 형태에 의한 정보 광학계(150)에 비교하여 보정 렌즈(162)를 대신하는 보정 렌즈(262)를 갖고 있는 점이 다르지만, 그 외의 점에 대해서는 마찬가지로 구성되어 있다.
[4-2. 기록 마크의 형성 위치]
다음에, 제2 실시 형태에 의해 광 디스크(100)의 기록층(101)에 있어서 기록 마크(RM)가 형성되는 위치에 대하여 설명한다.
[4-2-1. 가상적인 광학계에 있어서의 기록 마크의 형성]
우선, 광 픽업(217)에 있어서의 정보 광학계(250)와 대비하기 위해, 당해 정보 광학계(250)와 대응하는 가상 광학계(250V)(도 33)를 상정한다.
가상 광학계(250V)는, 제1 실시 형태에 있어서의 가상 광학계(150V)와 마찬가지로, 반도체 레이저(3), 콜리메이터 렌즈(152) 및 대물 렌즈(118)에 의해 구성되어 있고, 당해 반도체 레이저(3)로부터 특이 출력광(LE)으로 이루어지는 정보광 빔(LM)을 출사하도록 이루어져 있다.
반도체 레이저(3)는 특이 출력광(LE)을 출사하는 경우, 도 26에 도시된 바와 같이, 우선 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)을 출사하고, 계속하여 파장 404[nm]로 이루어지는 특이 슬로프광(LES)을 출사하게 된다.
여기서 반도체 레이저(3)는, 우선 특이 피크광(LEP)을 출사할 때, 광학계(20)(도 27의 (B))의 경우와 마찬가지로, 그 발광점이 특이 슬로프광(LES)에 있어서의 발광점인 출사 단부면(3A)으로부터 내부로 약 10[㎛] 이동한 개소가 된다.
이에 따라 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)은, 도 27의 (B)에 도시된 경우와 마찬가지로, 정보광 빔(LM)이 원래 합초해야 할 목표 위치(QG)보다 약 0.3[㎛] 전방측에 위치한다. 여기에서는, 설명의 사정상, 목표 위치(QG)의 깊이(즉 서보층(104)으로부터의 거리)를 깊이(ZG)로 하고 초점(FMP)의 깊이를 깊이(ZP)로 한다.
이때 광 디스크(100)의 기록층(101)에서는, 도 39의 (A)에 도시된 바와 같이 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP) 근방에 있어서 2 광자 흡수 반응이 발생함으로써, 당해 기록층(101)을 구성하는 재료의 광흡수가 변화되어, 흡수 변화 영역(RA)을 형성한다.
한편 반도체 레이저(3)는 특이 피크광(LEP)에 이어 특이 슬로프광(LES)을 출사할 때, 광학계(20)(도 27의 (B))의 경우와 마찬가지로, 그 발광점을 출사 단부면(3A)으로 한다.
이때 기록층(101)에서는, 도 39의 (A)에 도시된 바와 같이 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)이 목표 위치(QG)에 위치한다. 이 때문에 당해 특이 슬로프광(LES)의 에너지는, 그 초점(FMP)의 근방의 영역(이하 이것을 에너지 집중 영역(RE)이라고 칭한다)에 집중한다.
그러나 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)은, 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)(즉 깊이(ZP))보다 광 디스크(100)의 입사면(100A)측으로부터 보아 약 0.3[㎛] 먼 곳이 되는 목표 위치(QG)(즉 깊이(ZG))에 위치하고 있다.
이때 기록층(101)에서는, 흡수 변화 영역(RA) 및 에너지 집중 영역(RE)이 겹친 부분을 중심으로 기록 마크(RM)가 형성된다. 그 결과 기록 마크(RM)는 목표 위치(QG)보다 약간 입사면(100A)측으로 치우친 위치에 형성되게 된다.
이와 같이 가상 광학계(250V)에서는, 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)으로서 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출사한 결과, 목표 위치(QG)로부터 입사면(100A)측으로 어긋난 개소에 기록 마크(RM)를 형성해 버린다.
[4-2-2. 보정 렌즈에 의한 기록 마크 형성 위치의 보정]
따라서 정보 광학계(250)는 보정 렌즈(262)에 의해 기록 마크(RM)의 형성 위치를 보정하도록 이루어져 있다.
정보 광학계(250)는, 도 35에 모식적으로 도시한 바와 같이 반도체 레이저(3)로부터 출사된 정보광 빔(LM)이 콜리메이터 렌즈(152), 보정 렌즈(262) 및 대물 렌즈(118)를 순차적으로 통과하여 광 디스크(100)에 조사된다.
보정 렌즈(262)는, 도 36과 대응하는 도 40에 도시된 바와 같이 제1 실시 형태에 의한 보정 렌즈(162)와 마찬가지로, 볼록 렌즈 형상으로 이루어지는 볼록 렌즈부(262A)와 오목 렌즈 형상으로 이루어지는 오목 렌즈부(262B)가 접합면(262S)에 있어서 접합되어 있다.
볼록 렌즈부(262A)는, 제1 실시 형태에 있어서의 볼록 렌즈부(162A)와 마찬가지로, 정보광 빔(LM)이 입사되는 입사면(262AJ)이 비교적 큰 곡률 반경의 곡면으로 구성됨과 함께, 당해 정보광 빔(LM)을 출사하는 출사면(262AK)이 비교적 작은 곡률 반경의 곡면으로 구성되어 있다. 또한, 볼록 렌즈부(262A)는 볼록 렌즈부(162A)와 마찬가지로, 유리 재료(M1)에 의해 구성되어 있다.
오목 렌즈부(262B)는, 제1 실시 형태에 있어서의 오목 렌즈부(262B)와 마찬가지로, 정보광 빔(LM)이 입사되는 입사면(262BJ)이 볼록 렌즈부(262A)의 출사면(262AK)과 거의 동등한 곡면으로 구성됨과 함께, 당해 정보광 빔(LM)을 출사하는 출사면(262BK)이 평면으로 구성되어 있다. 또한, 오목 렌즈부(262B)는 오목 렌즈부(262B)와 마찬가지로, 유리 재료(M2)에 의해 구성되어 있다.
유리 재료(M1) 및 유리 재료(M2)는 서로의 분산(νd)이 상위한 것 및 특성 곡선(UN1 및 UN2)이 상위한 것에 의해, 도 37에 도시된 바와 같이 광의 파장이 변화되었을 때에 있어서의, 서로의 굴절률의 변화의 정도가 상위하다.
따라서 보정 렌즈(262)(도 40)는, 파장 405[nm]의 광 빔에 관한 것으로, 볼록 렌즈부(262A)의 유리 재료(M1)와 오목 렌즈부(262B)의 유리 재료(M2)로 굴절률(N)이 거의 동등해진다. 이 때문에 보정 렌즈(262)는, 파장 405[nm]의 광 빔이 입사되었을 때, 접합면(262S)에 있어서 당해 광 빔을 거의 굴절시키지 않고 투과시킨다.
한편 보정 렌즈(262)는, 파장 405[nm] 이외의 파장으로 이루어지는 광 빔에 관한 것으로, 볼록 렌즈부(262A)의 유리 재료(M1)와 오목 렌즈부(262B)의 유리 재료(M2)에 따라 굴절률(N)이 상위하다. 이 때문에 보정 렌즈(262)는 파장 405[nm]이외의 광 빔이 입사되었을 때, 접합면(262S)에 있어서 당해 광 빔을 굴절시켜, 당해 접합면(262S)을 렌즈로서 작용시킨다.
즉 보정 렌즈(262)는, 제1 실시 형태에 의한 보정 렌즈(162)와 마찬가지로, 파장 404[nm]로 이루어지는 특이 슬로프광(LES)에 대하여 거의 작용하지 않고 투과시켜, 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)에 대하여 접합면(262S)을 오목 렌즈로서 작용시켜 발산각을 확대하도록 변환한다.
그 결과 보정 렌즈(262)는, 당해 보정 렌즈(262)가 설치되어 있지 않은 가상 광학계(250V)의 경우에 비교하여 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)을 입사면(100A)으로부터 멀리할 수 있다.
여기서, 가상 광학계(250V)(도 33) 및 정보 광학계(250)(도 35)에 있어서의, 정보광 빔(LM)의 파장과 초점(FM)의 깊이(ZM)의 관계를, 도 41에 각각 특성 곡선(UF11 및 UF12)으로서 나타낸다.
즉 도 41은, 목표 위치(QG)의 깊이(ZG)를 기준 위치로 하고, 초점(FM)의 상대적인 위치(즉 깊이(ZM))를 종축에 나타내고 있다. 또한, 정보광 빔(LM)의 발광점에 대해서는 반도체 레이저(3)의 출사 단부면(3A)(도 27)에 통일시키고 있다.
특성 곡선(UF11)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 가상 광학계(250V)의 경우, 보정 렌즈(262)가 설치되어 있지 않기 때문에 정보광 빔(LM)의 파장과 무관하게 초점(FM)의 깊이(ZM)는 변화하지 않는다.
이에 대해 정보 광학계(250)의 경우, 특성 곡선(UF12)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 보정 렌즈(262)의 존재에 따라, 정보광 빔(LM)의 파장에 따라 초점(FM)의 깊이는 변화된다.
특히 정보 광학계(250)는 파장 405[nm] 부근에서는 초점(FM)의 깊이(ZM)를 기준 위치(QG)의 깊이(ZG)와 동일하게 하지만, 파장 398[nm] 부근에서는 초점(FM)의 깊이(ZM)를 약 0.3[㎛] 깊게 하는 것, 즉 먼 곳으로 이동시킬 수 있다. 이 약 0.3[㎛]라는 깊이는 제1 실시 형태에 있어서의 깊이 약 0.6[㎛]와 달리, 도 27의 (B)에 있어서의 위치(QN)와 위치(QP)의 거리에 맞추어 설정된 값이다.
즉 보정 렌즈(262)는 광학 설계에 기초하여 볼록 렌즈부(262A)의 광축 부분에 있어서의 두께(HA)를 1.3[mm], 오목 렌즈부(262B)의 광축 부분에 있어서의 두께(HB)를 0.8[mm]로 했다. 또한, 보정 렌즈(262)는 입사면(262AJ)의 곡률 반경(R1)을 162.238[mm], 출사면(262AK) 및 입사면(262BJ)의 곡률 반경(R2)을 모두 7.240[mm]로 했다.
그 결과 정보 광학계(250)는, 도 39의 (A)와 대응하는 도 39의 (B)에 도시된 바와 같이 특이 피크광(LEP)에 있어서의 초점(FMP)의 깊이(ZP)를, 특이 슬로프광(LES)에 있어서의 초점(FMS)의 깊이(ZG)에 일치시킬 수 있다. 즉 정보 광학계(250)는, 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP) 및 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)을 모두 목표 위치(QG)에 위치시킬 수 있다.
이에 의해 광 디스크(100)의 기록층(101)에서는, 흡수 변화 영역(RA) 및 에너지 집중 영역(RE)이 모두 목표 위치(QG)를 중심으로 형성되기 때문에, 기록 마크(RM)가 당해 목표 위치(QG)를 중심으로 하여 형성된다.
이와 같이 정보 광학계(250)는, 보정 렌즈(262)에 의해, 특이 슬로프광(LES)을 투과하는 한편, 특이 피크광(LEP)을 굴절시키도록 이루어져 있다. 이에 의해 정보 광학계(250)는 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)을 목표 위치(QG)에 고정한 채, 특이 피크광(LEP)에 있어서의 초점(FMP)의 깊이(ZP)를 변화시켜, 당해 초점(FMP)을 당해 초점(FMS)과 동일한 목표 위치(QG)에 위치시킬 수 있다.
[4-3. 동작 및 효과]
이상의 구성에 있어서, 제2 실시 형태에 의한 광 디스크 장치(210)의 정보 광학계(250)는 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)으로서 특이 출력광(LE)의 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출력시킨다.
이때 보정 광학계(250)는 콜리메이터 렌즈(152), 보정 렌즈(262) 및 대물 렌즈(118)를 순차적으로 통과시켜, 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 광 디스크(100)의 기록층(101)에 순차적으로 조사시킨다.
보정 렌즈(262)는, 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)에 대하여 오목 렌즈로서 작용함으로써 그 발산각을 변화시키는 한편, 특이 슬로프광(LES)을 그대로 투과시킨다(도 35).
대물 렌즈(118)는 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 각각 집광함으로써, 광 디스크(100)의 기록층(101) 내에 초점(FMP 및 FMS)을 각각 형성시킨다.
이때 정보 광학계(250)는 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시키고 있기 때문에, 당해 특이 피크광(LEP)에 있어서의 초점(FMP)의 깊이(ZP)를, 특이 슬로프광의 초점(FMS)과 동등한 깊이(ZG)에 맞출 수 있다.
따라서 정보 광학계(250)는 기록층(101) 내에 있어서, 특이 슬로프광(LES)에 의한 에너지 집중 영역(RE)의 중심을, 특이 피크광(LEP)에 의해 형성되는 흡수 변화 영역(RA)의 중심인 목표 위치(QG)에 맞출 수 있다.
그 결과 정보 광학계(250)는, 흡수 변화 영역(RA) 및 에너지 집중 영역(RE)이 겹치는 부분에, 목표 위치(QG)를 중심으로 한 기록 마크(RM)를 형성할 수 있다(도 39의 (B)).
이때 정보 광학계(250)는, 보정 렌즈(262)가 설치되어 있지 않은 가상 광학계(250V)의 경우(도 39의 (A))와 달리, 기록 마크(RM)를 원래 형성해야 할 위치, 즉 목표 위치(QG)를 중심으로 한 위치에 형성할 수 있다.
그 결과 정보 광학계(250)는, 광 디스크(100)의 기록층(101)에 대한 정보의 기록 정밀도를 높일 수 있다.
이에 의해 정보 광학계(250)는, 예를 들어 기존의 기록 마크(RM)를 기준으로 하여 새로운 기록 마크(RM)의 형성 위치를 정하는 경우에, 오차의 누적에 의해 당해 새로운 기록 마크(RM)의 형성 위치가 원래 기록해야 할 위치로부터 크게 상위해 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 정보 광학계(250)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 보정 렌즈(262)의 광학 특성을 이용하고 있으며, 기계적인 동작을 수반할 필요가 없기 때문에, 안정적으로 특이 슬로프광(LES)에 거의 영향을 미치지 않고 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시킬 수 있다.
또한, 보정 렌즈(262)는, 통상 출력광(LN)과 마찬가지의 파장 404[nm]로 이루어지는 특이 슬로프광(LES)에 대하여 전혀 작용하지 않는 한편, 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시키고 있다.
이 때문에 보정 렌즈(262)는 통상 출력광(LN)에 대해서도 거의 영향을 미치는 일이 없다. 따라서 정보 광학계(250)에서는 광 디스크(100)로부터 정보를 재생 할 때에 보정 렌즈(262)에 영향받지 않고, 통상 출력광(LN) 또는 진동 출력광(LB)으로 이루어지는 정보광 빔(LM)을 목표 위치(QG)에 합초시킬 수 있다.
이상의 구성에 의하면, 제2 실시 형태에 의한 광 디스크 장치(210)의 정보 광학계(250)는 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)으로서 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출력시키고, 보정 렌즈(262)에 의해 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시킨다. 이에 의해 정보 광학계(250)는 기록층(101)에 있어서 특이 피크광(LEP)에 의한 흡수 변화 영역(RA) 및 특이 슬로프광(LES)에 의한 에너지 집중 영역(RE)을 모두 목표 위치(QG)를 중심으로 형성할 수 있다. 그 결과 정보 광학계(250)는, 목표 위치(QG)를 중심으로 기록 마크(RM)를 형성할 수 있고, 광 디스크(100)에 대한 정보의 기록 정밀도를 높일 수 있다.
<5.제3 실시 형태>
제3 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 광 디스크 장치(110)와 대응하는 광 디스크 장치(310)(도 28)에 의해, 상술한 정보의 기록 재생 원리 및 반도체 레이저에 의한 광 빔의 출력 원리에 기초하여, 광 디스크(100)에 정보를 기록하고, 또한 당해 광 디스크(100)로부터 정보를 재생하도록 이루어져 있다.
즉 광 디스크(100)(도 29)의 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 그 설명을 생략한다.
[5-1. 광 디스크 장치 및 광 픽업의 구성]
제3 실시 형태에 의한 광 디스크 장치(310)(도 28)는, 제1 실시 형태에 의한 광 디스크 장치(110)에 비교하여, 광 픽업(117)을 대신하는 광 픽업(317)을 갖고 있는 점이 다르지만, 그 외의 점에 대해서는 마찬가지로 구성되어 있다.
광 픽업(317)은, 도 42에 도시된 바와 같이, 제1 실시 형태에 의한 광 픽업(117)에 비교하여, 정보 광학계(150)를 대신하는 정보 광학계(350)를 갖고 있는 점이 다르지만, 그 외의 점에 대해서는 마찬가지로 구성되어 있다.
정보 광학계(350)는, 제1 실시 형태에 의한 정보 광학계(150)에 비교하여, 보정 렌즈(162)를 대신하는 웨지 프리즘(361)을 갖고 있는 점이 다르지만, 그 외의 점에 대해서는 마찬가지로 구성되어 있다.
[5-2. 기록 마크의 형성 위치]
다음에, 제3 실시 형태에 의해 광 디스크(100)의 기록층(101)에 있어서 기록 마크(RM)가 형성되는 위치에 대하여 설명한다.
[5-2-1. 가상적인 광학계에 있어서의 기록 마크의 형성]
우선, 광 픽업(317)에 있어서의 정보 광학계(350)와 대비하기 위해, 당해 정보 광학계(350)와 대응하는 가상 광학계(350V)를 상정한다.
가상 광학계(350V)는, 제1 실시 형태에 있어서의 가상 광학계(150V)(도 33)와 마찬가지로, 반도체 레이저(3), 콜리메이터 렌즈(152) 및 대물 렌즈(118)에 의해 구성되어 있고, 당해 반도체 레이저(3)로부터 특이 출력광(LE)으로 이루어지는 정보광 빔(LM)을 출사하도록 이루어져 있다.
반도체 레이저(3)는 특이 출력광(LE)을 출사하는 경우, 도 26에 도시된 바와 같이 우선 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)을 출사하고, 계속하여 파장 404[nm]로 이루어지는 특이 슬로프광(LES)을 출사하게 된다.
즉 반도체 레이저(3)는, 우선 특이 피크광(LEP)을 출사한다. 이때 광 디스크(100)의 기록층(101)에서는, 도 43의 (A)에 도시된 바와 같이 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP) 근방에 있어서, 2 광자 흡수 반응이 발생함으로써 당해 기록층(101)을 구성하는 재료의 광흡수가 변화되어 흡수 변화 영역(RA)을 형성한다.
계속하여 반도체 레이저(3)는, 특이 피크광(LEP)에 이어 특이 슬로프광(LES)을 출사한다. 이때 기록층(101)에 있어서, 당해 특이 슬로프광(LES)의 에너지는 그 초점(FMP)의 근방의 영역(이하 이것을 에너지 집중 영역(RE)이라고 칭한다)에 집중한다.
그 결과, 기록층(101)에서는, 흡수 변화 영역(RA) 및 에너지 집중 영역(RE)이 겹친 부분을 중심으로 기록 마크(RM)가 형성된다.
이와 같이 가상 광학계(350V)에서는, 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)으로서 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출사한 결과, 기록층(101) 내에 있어서 목표 위치(QG)를 중심으로 기록 마크(RM)를 형성하도록 이루어져 있다.
[5-2-2. 웨지 프리즘에 의한 기록 마크 형성 위치의 보정]
다음에, 정보 광학계(350)에 있어서의 웨지 프리즘(361)에 의한 기록 마크(RM)의 형성 위치의 보정에 대하여 설명한다.
도 33과 대응하는 도 44는 정보 광학계(350)에 있어서의 일부의 부품을 나타내고 있지만, 가상 광학계(350V)(도 33)의 구성에 대하여 웨지 프리즘(361)이 추가되어 있다.
정보 광학계(350)는, 반도체 레이저(3)로부터 출사된 정보광 빔(LM)이 콜리메이터 렌즈(152), 웨지 프리즘(361) 및 대물 렌즈(118)를 순차적으로 통과하여 광 디스크(100)에 조사된다.
웨지 프리즘(361)은 도 45에 도시된 바와 같이 입사면(361J) 및 출사면(361K)이 모두 평면 형상으로 형성되어 있고, 또한 입사면(361J)에 대하여 출사면(361K)을 평행으로부터 약간 경사지게 하여, 측면으로부터 보아 사다리꼴 형상으로 구성되어 있다. 즉 입사면(361J)과 출사면(361K)이 이루는 각도는 18°9′이다.
또한, 웨지 프리즘(361)은, BK7이라고 불리는 광학 유리 재료로 구성되어 있고, 광의 파장에 따라 굴절률이 상위하다. 실제로 웨지 프리즘(361)을 구성하는 유리 재료는 파장 405[nm]의 광에 대해서는 굴절률이 1.530이며, 파장 398[nm]의 광에 대해서는 굴절률이 1.531로 되어 있다.
이 때문에 웨지 프리즘(361)은 정보광 빔(LM)으로서의 특이 피크광(LEP)(파장 398[nm])과 특이 슬로프광(LES)(파장 404[nm])에 대해 서로 상위한 굴절각으로 각각 굴절시킨다.
이에 의해 특이 피크광(LEP)은, 도 44에 도시된 바와 같이 그 광축(XP)이 특이 슬로프광(LES)의 광축(XS)으로부터 분리되어, 당해 광축(XS)으로부터 약간 떨어져 진행된다.
이에 수반하여 광 디스크(100)의 기록층(101)에서는, 도 46에 도시된 바와 같이 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)이, 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)으로부터 광 디스크(100)의 면 방향으로 거리(ΔF)만큼 이격된 위치에 형성된다.
이것은, 기록층(101)에 있어서, 도 43의 (A)에 도시된 상태에 비교하여, 흡수 변화 영역(RA)이 에너지 집중 영역(RE)으로부터 광 디스크(100)의 면 방향으로 거리(ΔF)만큼 이동시킴으로써, 그 중복 범위를 축소하는 것을 의미하고 있다.
그 결과 기록층(101)에서는, 도 43의 (B)에 도시된 바와 같이 흡수 변화 영역(RA) 및 에너지 집중 영역(RE)이 겹친 부분에 기록 마크(RM)가 형성된다. 이 기록 마크(RM)에 있어서의 광 디스크(100)의 면 방향에 관한 길이(이하 이것을 면 방향 길이(dr)라고 칭한다)는, 도 43의 (A)에 도시된 경우에 비교하여 대폭 단축된 것으로 된다.
그런데 웨지 프리즘(361)에 있어서의 입사면(361J)의 법선(XJ)과, 입사하는 정보광 빔(LM)이 이루는 각도를 입사각(θ)으로 하면, 웨지 프리즘(361)의 광학적 성질에 따라 광축(XP)이 광축(XS)으로부터 이격되는 정도는 당해 입사각(θ)에 따라 변화된다.
도 47은 정보 광학계(350)에 있어서의 입사각(θ)과 초점간의 거리(ΔF)의 관계를 나타낸다. 이 도 47로부터, 예를 들어 입사각 θ=5[°]로 했을 때, 초점간의 거리 ΔF=0.41[㎛]로 된다.
실제로, 정보 광학계(350)는 웨지 프리즘(361)에 대한 정보광 빔(LM)의 입사각(θ)이 5[°]로 되도록 각 광학 부품이 배치되어 있다. 이 때문에 정보 광학계(350)는, 도 43의 (B)에 도시된 바와 같이 기록층(101)에 있어서, 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)을 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)으로부터 광 디스크(100)의 면 방향으로 거리 ΔF=0.41[㎛] 이격시킨다.
한편, 파장 405[nm]의 광 빔을 NA가 0.85인 대물 렌즈에 의해 집광했을 때의 빔 직경(dp)은 일반적인 계산식에 의해 약 0.58[㎛]로 산출된다.
따라서 정보 광학계(350)는 기록 마크(RM)의 면 방향 길이(dr)를 0.17[㎛]로 할 수 있다. 이 0.17[㎛]라는 길이는, BD 방식의 광 디스크에 있어서의 최단 마크 길이와 동등한 것이기 때문에, 이와 같이 형성된 기록 마크(RM)는, 실용상 충분히 재생 가능한 크기로 되어 있다.
이와 같이 웨지 프리즘(361)은, 특이 슬로프광(LES)과 특이 피크광(LEP)을 서로 상위한 굴절각으로 굴절시켜, 기록층(101) 내에 집광되어 이루어지는 초점(FMP) 및 초점(FMS)을 서로 이격시킨다. 이에 의해 정보 광학계(350)는 흡수 변화 영역(RA)의 형성 위치를 광 디스크(100)의 면 방향으로 어긋나게 하여, 에너지 집중 영역(RE)과 부분적으로 겹침으로써 면 방향 길이(dr)가 비교적 작은 기록 마크(RM)를 형성할 수 있다.
[5-3. 동작 및 효과]
이상의 구성에 있어서, 제3 실시 형태에 의한 광 디스크 장치(310)의 정보 광학계(350)는, 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)으로서 특이 출력광(LE)의 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출력시킨다.
그 후 정보 광학계(350)는 콜리메이터 렌즈(152), 웨지 프리즘(361) 및 대물 렌즈(118)를 순차적으로 통과시켜, 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 광 디스크(100)의 기록층(101)에 순차적으로 조사시킨다.
웨지 프리즘(361)은, 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)과 파장 404[nm]로 이루어지는 특이 슬로프광(LES)을, 서로 상위한 굴절각으로 각각 굴절시킨다(도 44).
이에 의해 특이 피크광(LEP)은 광축(XP)이 광축(XS)으로부터 이격되기 때문에, 대물 렌즈(118)에 의해 집광되었을 때 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)으로부터 광 디스크(100)의 면 방향으로 이동한 위치에 초점(FMP)을 형성한다.
따라서 정보 광학계(350)는, 기록층(101) 내에 있어서, 특이 슬로프광(LES)에 의한 에너지 집중 영역(RE)을 특이 피크광(LEP)에 의해 형성되는 흡수 변화 영역(RA)의 내부가 아니고, 당해 흡수 변화 영역(RA)으로부터 일부 밀려나오도록 위치시킬 수 있다.
그 결과 정보 광학계(350)는 흡수 변화 영역(RA) 및 에너지 집중 영역(RE)이 겹치는 부분에 비교적 작은 기록 마크(RM)를 형성할 수 있다(도 43의 (B)).
이때 정보 광학계(350)는, 흡수 변화 영역(RA) 내에 에너지 집중 영역(RE)을 위치시킨 경우(도 43의 (A))보다 기록 마크(RM)의 면 방향 길이(dr)를 축소할 수 있으므로, 기록층(101)에 있어서의 기록 밀도를 향상시킬 수 있다.
예를 들어 정보 광학계(350)는, 웨지 프리즘(361)의 설치 방향이나 설치 각도 등의 설정에 의해, 광 디스크(100)에 있어서의 트랙을 따른 방향(즉 원주 방향)에 관하여 면 방향 길이(Dr)를 축소할 수 있다.
이에 의해 광 디스크 장치(110)는, 광 디스크(100)에 있어서의 원주 방향에 관한 정보의 기록 밀도를 높일 수 있으므로, 기록 용량을 증가시킬 수 있음과 함께, 당해 광 디스크(100)의 회전 속도를 그다지 높이지 않고도, 정보의 기록 속도를 높일 수 있다.
또한, 정보 광학계(350)는, 웨지 프리즘(361)의 설치 방향이나 설치 각도 등의 설정에 의해, 광 디스크(100)에 있어서의 반경 방향에 관하여 면 방향 길이(Dr)를 축소시킬 수도 있다.
이에 의해 광 디스크 장치(110)는, 광 디스크(100)에 있어서의 트랙끼리의 간격(소위 트랙 피치)을 좁힐 수 있으므로, 기록 용량을 증가시킬 수 있다.
이상의 구성에 의하면, 제3 실시 형태에 의한 광 디스크 장치(110)의 정보 광학계(350)는, 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)으로서 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출력시키고, 웨지 프리즘(361)에 의해 서로 상위한 굴절각으로 굴절시킨다. 이에 의해 정보 광학계(350)는 기록층(101)에 있어서 특이 피크광(LEP)에 의한 흡수 변화 영역(RA)과 특이 슬로프광(LES)에 의한 에너지 집중 영역(RE)의 중복 범위를 축소할 수 있다. 그 결과, 정보 광학계(350)는 기록층(101)에 있어서의 기록 마크(RM)의 면 방향 길이(dr)를 축소할 수 있어, 정보의 기록 밀도를 높일 수 있다.
<6.제4 실시 형태>
[6-1. 광 디스크 장치 및 광 픽업의 구성]
제4 실시 형태에서는, 제3 실시 형태에 있어서의 광 디스크 장치(310)와 대응하는 광 디스크 장치(410)(도 28)에 의해, 상술한 정보의 기록 재생 원리 및 반도체 레이저에 의한 광 빔의 출력 원리에 기초하여, 광 디스크(100)에 정보를 기록하고, 또한 당해 광 디스크(100)로부터 정보를 재생하도록 이루어져 있다.
즉 광 디스크(100)(도 29)의 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 그 설명을 생략한다.
도 42와의 대응 부분에 동일 부호를 붙인 도 48에 도시된 바와 같이, 광 픽업(417)은 광 픽업(317)에 비교하여, 정보 광학계(350)를 대신하는 정보 광학계(450)가 설치되어 있는 점이 다르지만, 그 외의 점은 마찬가지로 구성되어 있다.
정보 광학계(450)는 정보 광학계(350)에 비교하여 웨지 프리즘(361)을 대신하는 회절 격자판(461)이 설치되어 있는 점이 다르지만, 그 외의 점은 마찬가지로 구성되어 있다.
여기서, 정보 광학계(450)에 있어서의 일부의 부품을 도 44와 대응하는 도 49에 도시한다. 도 49에 도시된 정보 광학계(450)는, 반도체 레이저(3)로부터 출사된 정보광 빔(LM)이 콜리메이터 렌즈(152), 회절 격자판(461) 및 대물 렌즈(118)를 순차적으로 통과시켜 광 디스크(100)에 조사시킨다.
회절 격자판(461)은, 도 50에 도시된 바와 같이 정보광 빔(LM)이 입사되는 입사면(461J)이 평면 형상으로 형성되는 한편, 출사면(461K)에는 다수의 홈이 새겨짐으로써 회절 격자(461G)가 형성되어 있다.
여기서 회절 격자판(461)은, 출사면(461K)에 형성된 회절 격자(461G)의 일반적인 성질에 따라, 정보광 빔(LM)의 파장에 따라 회절각을 상위시킨다.
또한, 회절 격자판(461)은, 웨지 프리즘(361)과 마찬가지로 BK7이라고 불리는 광학 유리 재료로 구성되어 있고, 광의 파장에 따라 굴절률이 상위하다. 실제로 회절 격자판(461)을 구성하는 유리 재료는, 파장 405[nm]의 광에 대해서는 굴절률이 1.530이며, 파장 398[nm]의 광에 대해서는 굴절률이 1.531로 되어 있다.
즉 회절 격자판(461)은, 정보광 빔(LM)으로서의 특이 피크광(LEP)(파장 398[nm])과 특이 슬로프광(LES)(파장 404[nm])에 대해, 서로 상위한 회절각으로 각각 회절시킨다.
이에 의해 특이 피크광(LEP)은, 도 49에 도시된 바와 같이, 제3 실시 형태(도 44)와 마찬가지로, 그 광축(XP)이 특이 슬로프광(LES)의 광축(XS)으로부터 이격되어, 당해 광축(XS)으로부터 약간 떨어져 진행된다.
이에 따라 광 디스크(100)의 기록층(101)에서는, 제3 실시 형태(도 46)와 마찬가지로, 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)이 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)으로부터 광 디스크(100)의 면 방향으로 거리(ΔF)만큼 이격된 위치에 형성된다.
그 결과 기록층(101)에서는, 역시 제3 실시 형태(도 43의 (B))와 마찬가지로, 흡수 변화 영역(RA) 및 에너지 집중 영역(RE)이 겹친 부분에, 도 43의 (A)의 경우보다 면 방향 길이(dr)가 대폭 단축된 기록 마크(RM)가 형성된다.
그런데 회절 격자판(461)에 있어서의 입사면(461A)의 법선(XJ)과, 입사되는 정보광 빔(LM)이 이루는 각도를 입사각(θ)으로 하면, 당해 회절 격자판(461)의 광학적 성질에 따라, 광축(XP)이 광축(XS)으로부터 이격하는 정도는 당해 입사각(θ)에 따라 변화된다. 도 51은 정보 광학계(450)에 있어서의 입사각(θ)과 초점간의 거리(ΔF)의 관계를 나타낸다.
또한, 회절 격자판(461)의 회절 격자(461G)는 회절 격자로서의 원리상, 그 홈의 피치에 따라 정보광 빔(LM)의 회절각을 상위시킨다. 도 52는 정보광 빔(LM)의 입사각(θ)을 0[°]로 했을 때의, 회절 격자(461G)의 홈의 피치와 초점간의 거리(ΔF)의 관계를 나타낸다.
여기서 도 51 및 도 52를 비교하면, 정보 광학계(450)에 있어서의 초점간의 거리(ΔF)는 회절 격자판(461)에 대한 입사각(θ)의 변화에 대해서는 거의 변화하지 않지만, 회절 격자(461G)에 있어서의 홈의 피치에 따라 크게 변화하는 것을 알 수 있다.
실제로 정보 광학계(450)는 회절 격자판(461)에 대한 정보광 빔(LM)의 입사각(θ)을 0[°]로 하고 회절 격자(461G)에 있어서의 홈의 피치를 22.2[㎛], 즉 1㎛당 홈 수를 약 0.045로 하고 있다. 이 경우, 도 52에 나타낸 관계로부터 초점간의 거리(ΔF)는 제1 실시 형태와 거의 동등한 약 0.41[㎛]로 된다.
이에 의해 정보 광학계(450)는 기록 마크(RM)의 면 방향 길이(dr)를, 제3 실시 형태와 거의 마찬가지인 0.17[㎛]로 할 수 있다.
이와 같이 회절 격자판(461)은, 특이 슬로프광(LES)과 특이 피크광(LEP)을 서로 상위한 회절 각도로 회절시켜, 제3 실시 형태와 마찬가지로 기록층(101) 내에 집광되어 이루어지는 초점(FMP) 및 초점(FMS)을 서로 이격시킨다. 이에 의해 정보 광학계(450)는, 흡수 변화 영역(RA)의 형성 위치를 광 디스크(100)의 면 방향으로 어긋나게 하여, 에너지 집중 영역(RE)과 부분적으로 겹침으로써 면 방향 길이(dr)가 비교적 작은 기록 마크(RM)를 형성할 수 있다.
[6-2. 동작 및 효과]
이상의 구성에 있어서, 제4 실시 형태에 있어서의 광 디스크 장치(410)의 정보 광학계(450)는 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)으로서 특이 출력광(LE)의 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출력시킨다.
그 후 정보 광학계(450)는, 콜리메이터 렌즈(152), 회절 격자판(461) 및 대물 렌즈(118)를 순차적으로 통과시켜 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 광 디스크(100)의 기록층(101)에 순차적으로 조사시킨다.
회절 격자판(461)은 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)과 파장 404[nm]로 이루어지는 특이 슬로프광(LES)을 서로 상위한 회절 각도로 각각 회절시킨다(도 49).
이에 의해 특이 피크광(LEP)은, 광축(XP)이 광축(XS)으로부터 이격되기 때문에, 대물 렌즈(118)에 의해 집광되었을 때, 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)으로부터 광 디스크(100)의 면 방향으로 이동한 위치에 초점(FMP)을 형성한다.
따라서 정보 광학계(450)는, 기록층(101) 내에 있어서, 특이 슬로프광(LES)에 의한 에너지 집중 영역(RE)을, 특이 피크광(LEP)에 의해 형성되는 흡수 변화 영역(RA)의 내부가 아니고, 당해 흡수 변화 영역(RA)으로부터 일부 밀려나오도록 위치시킬 수 있다.
그 결과 정보 광학계(450)는, 제3 실시 형태에 있어서의 정보 광학계(350)와 마찬가지로, 흡수 변화 영역(RA) 및 에너지 집중 영역(RE)이 겹치는 부분에, 비교적 작은 기록 마크(RM)를 형성할 수 있다(도 43의 (B)).
또한, 회절 격자판(461)은 입사각(θ)에 따라서는 초점간의 거리(ΔF)가 거의 변화하지 않고, 회절 격자(461G)에 있어서의 홈의 피치에 따라 초점간의 거리(ΔF)가 변화된다(도 51, 도 52). 이 때문에 광 픽업(417)은, 회절 격자판(461)의 회절 격자(461G)에 있어서의 홈의 피치가 적절하게 형성되어 있으면, 당해 회절 격자판(461)의 설치 정밀도가 낮았다고 해도, 초점간의 거리(ΔF)를 원하는 거리로부터 변동시켜 버릴 우려가 적다.
그 외, 정보 광학계(450)는 제3 실시 형태에 있어서의 정보 광학계(350)와 거의 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있다.
이상의 구성에 의하면, 제4 실시 형태에 의한 광 디스크 장치(410)의 정보 광학계(450)는 반도체 레이저(3)로부터 정보광 빔(LM)으로서 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)을 순차적으로 출력시키고, 회절 격자판(461)에 의해 서로 상위한 회절 각도로 회절시킨다. 이에 의해 정보 광학계(450)는 기록층(101)에 있어서 특이 피크광(LEP)에 의한 흡수 변화 영역(RA)으로부터 특이 슬로프광(LES)에 의한 에너지 집중 영역(RE)을 일부 밀려나오게 할 수 있다. 그 결과 정보 광학계(450)는 제3 실시 형태에 있어서의 정보 광학계(350)와 마찬가지로, 기록층(101)에 있어서의 기록 마크(RM)의 면 방향 길이(dr)를 축소할 수 있어, 정보의 기록 밀도를 높일 수 있다.
<7. 그 외 실시 형태>
또한, 상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 보정 렌즈(162)에 의해 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시키는 한편, 특이 슬로프광(LES)의 발산각에 대해서는 변화시키지 않도록 한 경우에 대하여 설명했다.
그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 보정 렌즈(162)에 의해 특이 슬로프광(LES)의 발산각을 변화시키는 한편, 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시키지 않도록 해도 된다. 이 경우, 특이 슬로프광(LES)에 있어서의 초점(FMS)의 깊이(Z)를 특이 피크광(LEP)에 있어서의 초점(FMP)의 깊이(ZP)에 맞출 수 있다. 나아가, 보정 렌즈(162)에 의해 특이 피크광(LEP) 및 특이 슬로프광(LES)의 발산각을 모두 변화시키도록 해도 된다. 제2 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 볼록 렌즈 형상의 볼록 렌즈부(162A)와 오목 렌즈 형상의 오목 렌즈부(162B)를 접합면(162S)에 있어서 접합시킨 보정 렌즈(162)를 사용하는 경우에 대하여 설명했다.
그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 그 외 다양한 렌즈를 조합한 보정 렌즈를 사용하도록 해도 된다. 이 경우, 보정 렌즈로서는, 구성하는 각 렌즈의 분산이 서로 상위함으로써, 보정 렌즈 전체적으로, 특이 피크광(LEP)의 파장 398[nm]에 있어서의 굴절률과 특이 슬로프광(LES)의 파장 404[nm]에 있어서의 굴절률이 상위하면 된다. 제2 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 볼록 렌즈부(162A)를 유리 재료(M1)에 의해 구성함과 함께 오목 렌즈부(162B)를 유리 재료(M2)에 의해 구성하는 경우에 대하여 설명했다.
그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 볼록 렌즈부(162A) 및 오목 렌즈부(162B)를, 각각 임의의 유리 재료 또는 수지 재료 등에 의해 구성하도록 해도 된다. 이 경우, 볼록 렌즈부(162A)와 오목 렌즈부(162B)에 있어서, 특이 슬로프광(LES)의 파장 404[nm]에 있어서의 굴절률이 거의 동등하고 특이 피크광(LEP)의 파장 398[nm]에 있어서의 굴절률이 상위하면 된다. 제2 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 보정 렌즈(162)에 의해 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시키는 한편, 특이 슬로프광(LES)을 그대로 투과하도록 한 경우에 대하여 설명했다.
그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 예를 들어 홀로그램이나 회절 격자 등, 혹은 이들을 조합한 다양한 광학 소자에 의해, 특이 피크광(LEP)의 발산각을 변화시키는 한편, 특이 슬로프광(LES)을 그대로 투과하도록 해도 된다. 제2 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 보정 렌즈(162)에 의해 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)을 0.6[㎛] 먼 곳으로 위치시키도록 한 경우에 대하여 설명했다.
그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 기록 마크(RM)에 있어서의 깊이 방향의 크기나, 에너지 집중 영역(RE)의 크기 등에 따라 초점(FMP)의 이동 폭을 임의의 값으로 해도 되는데, 요는 당해 에너지 집중 영역(RE)이 목표 위치(QG)를 중심으로 형성되면 된다.
또한, 상술한 제2 실시 형태에 있어서는, 보정 렌즈(262)에 의해, 파장 398[nm]로 이루어지는 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)을 0.3[㎛] 먼 곳으로 위치시키도록 한 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)의 이동 폭을 임의의 값으로 해도 되는데, 요는 흡수 변화 영역(RA)이 목표 위치(QG)를 중심으로 형성되면 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 특이 슬로프광의 발광점이 반도체 레이저(3)의 출사 단부면(3A)(도 27의 (B))에 위치하고, 특이 피크광의 발광점이 당해 출사 단부면(3A)으로부터 약 10[㎛] 내부의 점(3B)에 위치하는 경우에 대하여 설명했다.
그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 특이 피크광(LEP)의 발광점이 점(3B)이외의 개소에 위치하는 경우에 적용해도 된다. 이 경우, 특이 피크광(LEP)의 발광점으로서는, 반도체 레이저(3)의 내부 또는 외부 무엇이든 좋다. 또한, 특이 피크광(LEP)의 발광점은 특이 슬로프광(LES)의 광축 위에 있는 것이 바람직하나, 당해 광축 위로부터 벗어나 있어도 된다. 이 경우, 특이 피크광(LEP)과 특이 슬로프광(LES)의 광축이 상위하기 때문에, 예를 들어 프리즘을 사용하여 양자의 광축을 일치시키거나 하면 된다. 제2 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 제3 및 제4 실시 형태에 있어서는, 웨지 프리즘(361) 및 회절 격자판(461)에 의해 특이 피크광(LEP)의 광축(XP)을 특이 슬로프광(LES)의 광축(XS)으로부터 이격하도록 한 경우에 대하여 설명했다.
그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 광 빔의 파장에 따라 그 진행 방향을 상위시킬 수 있는 다른 광학 소자를 사용함으로써, 특이 피크광(LEP)의 광축(XP)을 특이 슬로프광(LES)의 광축(XS)으로부터 이격하도록 해도 된다.
또한, 상술한 제3 실시 형태에 있어서는, 웨지 프리즘(361)에 있어서의 입사각(θ)을 5[°]로 함으로써, 특이 피크광(LEP)의 초점(FMP)과 특이 슬로프광(LES)의 초점(FMS)의 초점간의 거리(ΔF)를 0.41[㎛]로 하는 경우에 대하여 설명했다.
그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 웨지 프리즘(361)에 있어서의 입사각(θ)을 변화시킴으로써 초점간의 거리(ΔF)를 다양한 값으로 하도록 해도 된다. 이 경우, 초점간의 거리(ΔF)가 특이 피크광(LEP)에 있어서의 빔 직경(dp)을 초과하지 않는 범위이면, 기록 마크(RM)를 형성하는 것이 가능해진다. 제4 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 기록 마크(RM)로서는, 판독 시에 정보광 빔(LM)이 조사되었을 때, 포토디텍터(167)에 있어서 검출 가능한 정도의 광 강도로 이루어지는 정보 반사광 빔(LMr)을 반사할 수 있는 크기이면 된다. 예를 들어, 상술한 바와 같이 면 방향 길이(dr)를 0.17[㎛] 이상으로 하는 것을 생각할 수 있다.
또한, 상술한 제3 실시 형태에 있어서는, 웨지 프리즘(361)을 유리 재료(BK7)에 의해 구성하도록 한 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 그 외 다양한 유리 재료나 수지 재료 등에 의해 웨지 프리즘(361)을 구성하도록 해도 된다. 이 경우, 웨지 프리즘(361)의 구성 재료가 광의 파장에 따라 다른 굴절률을 나타내면 된다. 또한, 웨지 프리즘(361) 대신에, 그 외 다양한 형상으로 이루어지는 프리즘을 사용하도록 해도 된다.
또한, 상술한 제4 실시 형태에 있어서는, 회절 격자판(461)의 회절 격자(461G)에 있어서의 홈의 피치를 22.2[㎛]로 한 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 기록층(101)에 형성하려는 기록 마크(RM)의 면 방향 길이(dr)에 따라, 당해 홈의 피치를 임의로 설정하면 된다. 또한, 회절 격자판(461)의 구성 재료로서는, 그 외 다양한 유리 재료나 수지 재료 등을 사용할 수 있다.
또한, 상술한 제1 내지 제4 실시 형태에 있어서는, 기록층(101)에 있어서, 특이 피크광(LEP)에 의해 2 광자 흡수 반응을 발생시켜 흡수 변화 영역(RA)을 형성하고, 특이 슬로프광(LES)의 에너지 집중 영역(RE)과 당해 흡수 변화 영역(RA)의 중복 범위에 열반응을 발생시켜 기록 마크(RM)를 형성하는 경우에 대하여 설명했다.
그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 특이 피크광(LEP)에 의해 임의의 제1 반응을 발생시키고, 특이 슬로프광(LES)의 에너지 집중 영역(RE)과 제1 반응이 발생한 영역의 중복 범위에서 임의의 제2 반응을 발생시켜 기록 마크(RM)를 형성하도록 해도 된다. 이 경우 기록층(101)으로서는, 특이 피크광(LEP)에 의해 제1 반응을 발생시키고, 당해 제1 반응이 발생한 부분에 특이 슬로프광이 조사됨으로써 제2 반응을 발생시키는 재료에 의해 구성되어 있으면 된다.
또한, 상술한 제1 내지 제4 실시 형태에 있어서는, 반도체 레이저(3)로부터 출사되는 레이저광(LL)(정보광 빔(LM))의 파장을 404[nm]로 한 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 당해 레이저광(LL)을 다른 파장으로 하도록 해도 된다. 이 경우, 광 디스크(100)에 있어서의 기록층(101)의 구성 재료 등을 적절하게 선정함으로써, 당해 기록층(101) 내에 있어서의 목표 위치(QG)의 근방에 기록 마크(RM)를 적절하게 형성할 수 있으면 된다. 예를 들어, 파장과 집광시의 빔 직경의 관계 등을 고려하여 당해 파장을 390 내지 460[nm]의 범위로 하는 것을 생각할 수 있다.
또한, 상술한 제1 내지 제4 실시 형태에 있어서는, 레이저 제어부(2)로부터 반도체 레이저(3)로 직사각형 형상의 펄스 전류를 공급하도록 한 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않는데, 요는 단시간에 걸쳐 큰 진동 전압(VB)으로 이루어지는 펄스 전류를 반도체 레이저(3)로 공급하면 되고, 예를 들어 정현파 형상으로 이루어지는 구동 펄스(PD)를 공급하도록 해도 된다.
또한, 상술한 제1 내지 제4 실시 형태에 있어서는, 반도체 레이저(3)로서 일반적인 반도체 레이저(소니 가부시끼가이샤제, SLD 3233 등)를 사용하도록 한 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않는데, 요는 p형과 n형의 반도체를 사용하여 레이저 발진을 행하는 소위 반도체 레이저이면 된다. 더욱 바람직하게는, 일부러 완화 진동을 크게 발생시키기 쉽게 한 반도체 레이저를 사용하면 된다.
또한, 상술한 제1 내지 제4 실시 형태에 있어서는, 기록층(101)이 비선형 흡수를 나타내는 2 광자 흡수 재료를 함유하도록 한 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 비선형 흡수를 나타내는 재료로서, 예를 들어 플라즈몬 공명을 발생시키는 은이나 금의 나노 입자를 사용하도록 해도 된다. 또한, 광 에너지의 적산량에 따라 기록 마크(RM)를 형성하는 기록층에 대하여 정보광 빔(LM)을 조사하도록 해도 된다.
또한, 상술한 제1 내지 제4 실시 형태에 있어서는, 기록층(101)에 2T 내지 11T의 마크 길이를 갖는 기록 마크(RM)를 형성해도 되고, 또한 1T 마크에 대하여 「1」과 「0」을 할당하고, 기록 마크(RM)의 유무에 따라 정보를 기록하도록 해도 된다. 또한, 1개의 기록 마크(RM)(즉 1T)에 대하여 1개의 진동 출력광(LB)일 필요는 없고, 2개 이상의 진동 출력광(LB)에 의해 기록 마크(RM)를 형성해도 된다.
또한, 상술한 제1 내지 제4 실시 형태에 있어서는, 서보층(104)에 안내 홈으로 이루어지는 나선 형상의 트랙을 형성하도록 한 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 예를 들어 안내 홈을 대신하여 피트 등이 형성되거나, 혹은 안내 홈과 피트 등이 조합되어 있어도 된다. 또한, 서보층(104)의 트랙은, 나선 형상이 아니고 동심원 형상이어도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 서보 광학계(130)에 의해 서보층(104)을 사용하여 서보 제어를 행하도록 한 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 예를 들어 기록층(101) 내에 미리 위치 결정의 기준이 되는 서보용 마크를 형성해 두고, 서보 광학계(130)에 의해 당해 서보용 마크를 사용하여 서보 제어를 행하도록 해도 된다. 이 경우, 광 디스크(100)의 서보층(104)을 생략할 수 있다. 제2 내지 제4 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 공동으로 이루어지는 기록 마크(RM)를 형성하도록 한 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 예를 들어 화학 변화에 따라 굴절률을 국소적으로 변화시킴으로써 기록 마크(RM)를 형성하도록 해도 된다.
또한, 상술한 제1 내지 제4 실시 형태에 있어서는, 광 디스크(100)의 기판(102)측으로부터 정보광 빔(LM)을 조사하도록 한 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 예를 들어 정보광 빔(LM)을 기판(103)측의 면으로부터 조사하도록 하는 등, 정보광 빔(LM)을 각각 어느 한 면, 혹은 양면으로부터 조사하도록 해도 된다. 또한, 정보광 빔(LM)을 양면으로부터 조사하는 방법에 대해서는, 예를 들어 특허문헌 2에 기재된 방법을 사용할 수 있다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 광 디스크 장치(110)가 광 디스크(100)에 정보를 기록하고, 또한 당해 정보를 재생하도록 한 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 광 디스크 장치(110)가 광 디스크(100)에 대하여 정보의 기록만을 행하도록 해도 된다. 제2 내지 제4 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 반도체 레이저로서의 반도체 레이저(3)와, 발산각 상위부로서의 보정 렌즈(162)와, 대물 렌즈로서의 대물 렌즈(118)에 의해 광 픽업으로서의 광 픽업(117)을 구성하는 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 그 외 다양한 구성으로 이루어지는 반도체 레이저와, 발산각 상위부와, 대물 렌즈에 의해 광 픽업을 구성하도록 해도 된다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 반도체 레이저로서의 반도체 레이저(3)와, 발산각 상위부로서의 보정 렌즈(162)와, 대물 렌즈로서의 대물 렌즈(118)와, 렌즈 구동 제어부로서의 구동 제어부(112) 및 2축 액추에이터(119)에 의해 광 디스크 장치로서의 광 디스크 장치(110)를 구성하는 경우에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은 이에 한정하지 않고, 그 외 다양한 구성으로 이루어지는 반도체 레이저와, 발산각 상위부와, 대물 렌즈와, 렌즈 구동 제어부에 의해 광 디스크 장치를 구성하도록 해도 된다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명은, 예를 들어 영상 콘텐츠나 음성 콘텐츠 등과 같은 대용량의 정보를 광 디스크 등의 기록 매체에 기록하고 또는 재생하는 광 정보 기록 재생 장치 등에서도 이용할 수 있다.
3 : 반도체 레이저
100 : 광 디스크
101 : 기록층
110, 210, 310, 410 : 광 디스크 장치
111 : 제어부
112 : 구동 제어부
113 : 신호 처리부
117, 217, 317, 417 : 광 픽업
118 : 대물 렌즈
150, 250, 350, 450 : 정보 광학계
162, 262 : 보정 렌즈
361 : 웨지 프리즘
461 : 회절 격자판
461G : 회절 격자
LL : 레이저광
LM : 정보광 빔
LE : 특이 출력광
LEP : 특이 피크광
LES : 특이 슬로프광
XP, XS : 광축
FM, FMP, FMS : 초점
QG : 목표 위치
RA : 흡수 변화 영역
RE : 에너지 집중 영역
RM : 기록 마크

Claims (20)

  1. 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스가 공급되었을 때, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사하는 반도체 레이저와,
    상기 레이저광의 파장에 따라 상기 특이 피크광 및 상기 특이 슬로프광에 있어서의 광축 또는 발산각을 서로 상위시키는 발산각 상위부와,
    광 디스크의 기록층에 대하여, 상기 특이 피크광을 집광하여 그 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후, 당해 특이 피크광의 초점과 다른 초점 위치에 상기 특이 슬로프광을 집광함으로써, 상기 제1 반응이 발생한 영역 중 상기 특이 슬로프광이 조사된 부분에 제2 반응을 발생시켜 기록 마크를 형성시키는 대물 렌즈를 갖는, 광 픽업.
  2. 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스가 공급되었을 때, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사하는 반도체 레이저와,
    상기 레이저광의 파장에 따라 상기 특이 피크광 및 상기 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키는 발산각 상위부와,
    광 디스크의 기록층에 대하여, 상기 특이 피크광을 집광하여 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후 상기 특이 슬로프광을 집광함으로써, 상기 제1 반응이 발생한 영역에 있어서의 당해 특이 슬로프광이 조사되는 측에 제2 반응을 발생시켜 기록 마크를 형성시키는 대물 렌즈를 갖고,
    상기 발산각 상위부는,
    상기 기록층에 있어서 상기 특이 슬로프광의 초점보다 먼 곳을 중심으로 하여 당해 초점을 포함하는 범위에서 상기 제1 반응을 발생시키도록, 상기 특이 피크광 및 상기 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키는, 광 픽업.
  3. 제2항에 있어서, 상기 발산각 상위부는,
    상기 특이 슬로프광의 발산각을 변화시키지 않고, 상기 특이 피크광의 발산각을 변화시키는, 광 픽업.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반도체 레이저는,
    광 강도가 진동하지 않는 통상 출력광 및 상기 특이 슬로프광을 출사할 때는 출사 단부면을 발광점으로 하는 한편, 상기 특이 피크광을 출사할 때는 당해 출사 단부면 이외의 개소를 발광점으로 하는, 광 픽업.
  5. 제1항에 있어서, 상기 발산각 상위부는,
    서로 분산이 상위한 재료로 이루어지는 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 갖고, 당해 제1 렌즈 및 당해 제2 렌즈 사이에서, 상기 특이 슬로프광의 파장에 있어서의 굴절률이 거의 동등한 한편, 상기 특이 피크광의 파장에 있어서의 굴절률이 상위한, 광 픽업.
  6. 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스가 공급되었을 때, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사하는 반도체 레이저와,
    상기 레이저광의 파장에 따라 상기 특이 피크광 및 상기 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키는 발산각 상위부와,
    광 디스크의 기록층에 대하여, 상기 특이 피크광을 집광하여 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후 상기 특이 슬로프광을 집광함으로써 상기 제1 반응이 발생한 영역에 있어서의 당해 특이 슬로프광이 조사되는 측에 제2 반응을 발생시켜 기록 마크를 형성시키는 대물 렌즈와,
    상기 대물 렌즈를 구동함으로써, 상기 특이 피크광 및 상기 특이 슬로프광에 있어서의 초점의 위치를 제어하는 렌즈 구동 제어부를 갖고,
    상기 발산각 상위부는,
    상기 기록층에 있어서 상기 특이 슬로프광의 초점보다 먼 곳을 중심으로 하여 당해 초점을 포함하는 범위에서 상기 제1 반응을 발생시키도록, 상기 특이 피크광 및 상기 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키는, 광 디스크 장치.
  7. 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스가 공급되었을 때, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사하는 반도체 레이저와,
    상기 레이저광의 파장에 따라 상기 특이 피크광 및 상기 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키는 발산각 상위부와,
    광 디스크의 기록층에, 상기 특이 피크광을 집광하여 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후, 상기 특이 슬로프광을 상기 특이 피크광과 동일한 초점 위치에 집광하여 상기 제1 반응이 발생한 영역에 제2 반응을 발생시킴으로써, 기록 마크를 형성하는 대물 렌즈를 갖는, 광 픽업.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반도체 레이저는,
    광 강도가 진동하지 않는 통상 출력광 및 상기 특이 슬로프광을 출사할 때는 출사 단부면을 발광점으로 하는 한편, 상기 특이 피크광을 출사할 때는 당해 출사 단부면 이외의 개소를 발광점으로 하고,
    상기 발산각 상위부는,
    상기 특이 슬로프광의 발산각을 변화시키지 않고, 상기 특이 피크광의 발산각을 변화시키는, 광 픽업.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반도체 레이저는,
    상기 특이 피크광을 출사할 때는 당해 반도체 레이저의 내부에 있어서의 소정 개소를 발광점으로 하고,
    상기 발산각 상위부는,
    상기 특이 슬로프광의 발산각을 변화시키지 않고, 상기 특이 피크광의 발산각을 확대시키는, 광 픽업.
  10. 제8항에 있어서, 상기 발산각 상위부는,
    서로 분산이 상위한 재료로 이루어지는 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 갖고, 당해 제1 렌즈 및 당해 제2 렌즈 사이에서, 상기 특이 슬로프광의 파장에 있어서의 굴절률이 거의 동등한 한편, 상기 특이 피크광의 파장에 있어서의 굴절률이 상위한, 광 픽업.
  11. 제1항에 있어서, 상기 발산각 상위부는,
    서로 분산이 상위한 재료로 이루어지는 제1 렌즈 및 제2 렌즈에 의해 구성되어 있는, 광 픽업.
  12. 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스가 공급되었을 때, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사하는 반도체 레이저와,
    상기 레이저광의 파장에 따라 상기 특이 피크광 및 상기 특이 슬로프광의 발산각을 상위시키는 발산각 상위부와,
    광 디스크의 기록층에, 상기 특이 피크광을 집광하여 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후, 상기 특이 슬로프광을 상기 특이 피크광과 동일한 초점 위치에 집광하여 상기 제1 반응이 발생한 영역에 제2 반응을 발생시킴으로써, 기록 마크를 형성하는 대물 렌즈와,
    상기 대물 렌즈를 구동함으로써, 상기 특이 피크광 및 상기 특이 슬로프광에 있어서의 초점의 위치를 제어하는 렌즈 구동 제어부를 갖는, 광 디스크 장치.
  13. 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스가 공급되었을 때, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사하는 반도체 레이저와,
    상기 레이저광의 파장에 따라 상기 특이 피크광의 광축과 상기 특이 슬로프광의 광축을 이격시키는 레이저광 이격부와,
    광 디스크의 기록층에 대하여, 상기 특이 피크광을 집광하여 당해 특이 피크광의 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후 상기 특이 슬로프광을 집광함으로써, 상기 제1 반응이 발생한 영역에 있어서의 상기 특이 슬로프광이 집광된 부분에 제2 반응을 발생시켜 기록 마크를 형성시키는 대물 렌즈를 갖고,
    상기 레이저광 이격부는,
    상기 기록층에 있어서 상기 제1 반응이 발생한 영역에 상기 특이 슬로프광의 집광 영역을 일부 중복시키도록, 상기 특이 피크광의 광축과 상기 특이 슬로프광의 광축을 이격시키는, 광 픽업.
  14. 제13항에 있어서, 상기 레이저광 이격부는,
    상기 특이 피크광의 파장 및 상기 특이 슬로프광의 파장에 있어서의 굴절률이 서로 상위한 재료에 의해 구성된 프리즘으로 이루어지는, 광 픽업.
  15. 제14항에 있어서, 상기 프리즘은,
    상기 레이저광의 입사각에 따라 상기 특이 피크광의 광축에 있어서의 굴절각과 상기 특이 슬로프광의 광축에 있어서의 굴절각을 변화시킴으로써, 상기 특이 피크광의 광축과 상기 특이 슬로프광의 광축의 이격 정도를 변화시키는, 광 픽업.
  16. 제13항에 있어서, 상기 레이저광 이격부는,
    상기 레이저광의 입사면 또는 출사면에 회절 격자가 형성된 회절 격자판으로 이루어지는, 광 픽업.
  17. 제16항에 있어서, 상기 회절 격자판은,
    상기 회절 격자의 홈의 피치에 따라, 상기 특이 피크광의 광축에 있어서의 회절각과 상기 특이 슬로프광의 광축에 있어서의 회절각을 변화시킴으로써, 상기 특이 피크광의 광축과 상기 특이 슬로프광의 광축의 이격 정도를 변화시키는, 광 픽업.
  18. 제13항에 있어서, 상기 레이저광 이격부는,
    상기 초점간 거리를 상기 특이 피크광의 초점 근방에 있어서의 빔 직경보다 짧게 하도록, 상기 특이 피크광의 광축과 상기 특이 슬로프광의 광축의 이격 정도가 조정되고 있는, 광 픽업.
  19. 제13항에 있어서, 상기 레이저광 분리부는,
    상기 광 디스크의 상기 기록층에 있어서, 상기 특이 슬로프광의 초점으로부터 당해 광 디스크의 접선 방향으로 되는 위치에 상기 특이 피크광의 초점을 형성시키도록, 상기 특이 피크광의 광축과 상기 특이 슬로프광의 광축을 이격시키는, 광 픽업.
  20. 펄스 형상으로 이루어지고 소정의 특이 전압으로 이루어지는 구동 펄스가 공급되었을 때, 펄스 형상의 광 강도 특성을 갖는 특이 피크광과, 당해 특이 피크광보다 광 강도가 작은 슬로프 형상의 광 강도 특성을 갖고 당해 특이 피크광과 다른 파장으로 이루어지는 특이 슬로프광을, 레이저광으로서 순차적으로 출사하는 반도체 레이저와,
    상기 레이저광의 파장에 따라 상기 특이 피크광의 광축과 상기 특이 슬로프광의 광축을 이격시키는 레이저광 이격부와,
    광 디스크의 기록층에 대하여, 상기 특이 피크광을 집광하여 당해 특이 피크광의 초점 근방의 영역에 제1 반응을 발생시킨 후 상기 특이 슬로프광을 집광함으로써, 상기 제1 반응이 발생한 영역에 있어서의 상기 특이 슬로프광이 집광된 부분에 제2 반응을 발생시켜 기록 마크를 형성시키는 대물 렌즈와,
    상기 대물 렌즈를 구동함으로써, 상기 특이 피크광 및 상기 특이 슬로프광에 있어서의 초점의 위치를 제어하는 렌즈 구동 제어부를 갖고,
    상기 레이저광 이격부는,
    상기 기록층에 있어서 상기 제1 반응이 발생한 영역에 상기 특이 슬로프광의 집광 영역을 일부 중복시키도록, 상기 특이 피크광의 광축과 상기 특이 슬로프광의 광축을 이격시키는, 광 디스크 장치.
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