(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  複数の記録層を備える多層記録媒体７にデータの書き込みを行うための光を出射する光ヘッド（光記録装置）１であって、各々異なる波長の光を出射する複数の光源２と、この複数の光源２から出射された光を、同一の光軸と各々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６と、ビーム変換手段６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７の各々異なる深さの記録層７ａ〜７ｅに、波長ごとに集光する対物レンズ（集光手段）５とを備えることを特徴とする。【選択図】      図１
2006252619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、同一の光軸と各々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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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４に記載の光記録装置。
【請求項５】
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５に記載の光記録装置。
【請求項６】
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、同一の光軸と各々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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
【数１】
2006252619.tif 000003
【００１４】
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）
【００１５】
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。
Ｗ0＝０．４６λ／ＮＡ          …（３）
【００１６】
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。
【特許文献１】特開平１０−５５６２０号公報（段落番号００１２〜００１６、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
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、同一の光軸と各々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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、同一の光軸と各々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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【発明の効果】
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
【数２】
2006252619.tif 000004
【００７０】
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。
【数３】
2006252619.tif 000005
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
【数４】
2006252619.tif 000006
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
［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。
【００７７】
（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。
【００７８】
（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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
（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。
【００８２】
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。
【００８３】
［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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
【数５】
2006252619.tif 000007
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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４ｂ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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
［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。
【００９７】
（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。
【００９８】
（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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
（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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【符号の説明】
【０１０５】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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