(57)【要約】本発明は、複数のレーザビームを生成し、回転しているディスクに前記レーザビームを投射するための手段（２１，２２，１４，１５）と、ディスクにより回折された後にレーザビームを検出するための手段（２４，２５，２６）と、複数のレーザビームの１つに基づいて焦点エラー信号（２９）を決定するための手段（２４，２７，２８）とを有する二次元記憶ディスクのための光読み取り器／書き込み器に関する。複数のレーザビームは、第１偏光を有するビームアレイと、第１偏光に対して直交する第２偏光を有する専用焦点トラッキングビームとを有する。レーザビームは偏光依存性回折要素により生成される。又は、一の偏光を有するビームは複数のビームに回折され、他の偏光を有するビームと再結合されることが可能である。
2007535780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元記憶ディスクのための光読み取り器／書き込み器であって：
複数のレーザビームを生成し、回転しているディスクに前記レーザビームを投射するための手段；
前記ディスクにより回折された後に前記レーザビームを検出するための手段；及び
前記複数のレーザビームの１つに基づいて焦点エラー信号を決定するための手段；
を有する光読み取り器／書き込み器であり、
前記複数のレーザビームは、第１偏光を有するビームアレイと、前記第１偏光に対して直交する第２偏光を有する専用焦点トラッキングビームとを有し；
前記焦点エラー信号は前記焦点トラッキングビームに基づいている；
ことを特徴とする光読み取り器／書き込み器。
【請求項２】
請求項１に記載の光読み取り器／書き込み器であって、前記焦点トラッキングビームは前記レーザビームの１つ、好適には、前記ビームアレイの中央ビームと一致している、ことを特徴とする光読み取り器／書き込み器。
【請求項３】
請求項１に記載の光読み取り器／書き込み器であって、前記レーザビームを検出するための前記手段は、前記ビームアレイからの前記専用焦点トラッキングビームを分離するためのビーム分離器を有する、ことを特徴とする光読み取り器／書き込み器。
【請求項４】
請求項３に記載の光読み取り器／書き込み器であって、前記ビーム分離器は、一方向に読み出しビームアレイを及び他の方向に前記専用焦点トラッキングビームを反射するように備えられている偏光ビームスプリッタを有する、ことを特徴とする光読み取り器／書き込み器。
【請求項５】
請求項１に記載の光読み取り器／書き込み器であって、前記レーザ生成手段は、非偏光レーザビームを生成するためのレーザと前記レーザビームの光路内に備えられている回折要素とを有し、前記回折要素は、前記第１偏光を有する光を回折する一方、前記第２偏光を有する光を透過するように適合されている、ことを特徴とする光読み取り器／書き込み器。
【請求項６】
請求項５に記載の光読み取り器／書き込み器であって、前記回折要素は複屈折材料より成るバイナリ格子である、ことを特徴とする光読み取り器／書き込み器。
【請求項７】
請求項６に記載の光読み取り器／書き込み器であって、前記バイナリ格子は：
（ｎｅ−１）ｈ＝ｌλ
（ｎ０−１）ｈ＝φｓｔｅｐ／２π＋ｍλ
を満足する格子深さ；
を有する光読み取り器／書き込み器であり、
ここで、λはレーザの波長であり、ｎ０は常光屈折率であり、ｎｅは異常光屈折率であり、φｓｔｅｐは所望の回折を与えるために必要な前記バイナリ格子の位相ステップであり、そしてｌ及びｍは整数である、ことを特徴とする光読み取り器／書き込み器。
【請求項８】
請求項１に記載の光読み取り器／書き込み器であって、前記レーザ生成手段は、前記第１偏光を有する第１レーザビーム及び前記第２偏光を有する第２レーザビームを生成するための手段と、前記第１ビームを前記ビームアレイに回折するための前記第１ビームの前記光路内に備えられた回折要素と、前記第２ビームを前記ビームアレイと再結合するように備えられたコンバイナとを有する、ことを特徴とする光読み取り器／書き込み器。
【請求項９】
請求項８に記載の光読み取り器／書き込み器であって、第１及び第２偏光レーザビームを生成するための前記手段は、レーザビームを生成するためのレーザと、前記レーザビームの前記光路内に備えられた偏光ビームスプリッタとを有する、ことを特徴とする光読み取り器／書き込み器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元記憶ディスクのための光学読み取り器／書き込み器であって、複数のレーザビームを生成し、回転しているディスクに前記レーザビームを投射するための手段と、ディスクにより回折された後にビームを検出するための手段と、それら複数のビームに基づいて焦点エラー信号を決定するための手段とを有する、光学的読み取り器／書き込み器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光記憶は一次元で実行されている、即ち、連続したビットのトラックがディスク（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ）に書き込まれている。近年、二次元光記憶の概念が取り入れられてきた。二次元ディスクのフォーマットは、複数の平行なビット列を有する幅広螺旋に基づいている。並列読み出しは、幅広螺旋の全幅を走査するスポットアレイを生成する回折格子を通る単一のレーザビームを用いて実現される。そのようなシステムについては、文献“Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｔｏｒａｇｅ”，ｂｙ  Ｗｉｍ  Ｍ．Ｊ．Ｃｏｅｎｅ，ＯＳＡ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇｓ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ，Ｍａｙ  １１−１４，２００３，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ９０−９２に開示されている。
【０００３】
レーザの焦点トラッキングのために、焦点エラー信号が、アレイの中央スポットに基づく従来の方法（例えば、フーコー非点収差スポットサイズ）を用いて生成される。しかしながら、スポット間の小さい分離（ミクロンのオーダー）は、焦点から外れたときに、スポットが非常に迅速に重なり合うようにする。重なり合った領域においては、強度プロファイルは、隣接スポットからの干渉のために、非常に劣化し、それは焦点信号を乱す。その結果、キャプチャレンジ又は焦点のＳ字曲線長さは著しく減少される。従来の一次元光学読み取り器（例えば、ＣＤ  ＲＯＭドライブ）は約２乃至５μｍのキャプチャレンジを有し、二次元読み取り器は１μｍより小さいキャプチャレンジを有することが可能である。その課題はまた、ディスクの書き込み中に存在する。
【非特許文献１】“Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｔｏｒａｇｅ”，ｂｙ  Ｗｉｍ  Ｍ．Ｊ．Ｃｏｅｎｅ，ＯＳＡ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇｓ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ，Ｍａｙ  １１−１４，２００３，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ９０−９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上記課題を解決し、改善された焦点トラッキングを有する二次元光学読み取り器／書き込み器を提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、改善されたキャプチャレンジを有する二次元光学読み取り器／書き込み器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の及び他の目的は、上記の種類の光学読み取り器／書き込み器であって、前記の複数のビームは第１偏光を有するビームアレイと、前記第１偏光に対して垂直である第２偏光を有する専用焦点トラッキングビームとを有し、前記焦点エラー信号は前記焦点トラッキングビームに基づいている、光学読み取り器／書き込み器により達成される。
【０００７】
本発明にしたがって、１つの偏光を有するビームがディスクにおけるデータの実際のアクセスのために用いられ、第２偏光を有するビームが焦点トラッキングのために用いられる。その焦点トラッキングは、それ故、隣接ビームからの干渉を伴わずに、１つの単一ビームに基づいている。
【０００８】
焦点トラッキングビームは、ビームアレイのビームの一、好適には、中央ビームと一致することが可能である。このことは、焦点トラッキングのために用いられる反射ビームが、読み取り／書き込み中に実際に用いられるスポットにおいて反射されることを確実にする。殆どのアレイビーム（即ち、アレイビームが互いにアライメントされていない場合でさえ）において許容可能なフォーカシングを達成する可能性は中央ビームを用いることにより高くなる。
【０００９】
ビームを検出するための手段は、好適には、ビームアレイから専用焦点トラッキングビームを分離するためのビームセパレータを有する。このことは、読み取り／書き込みビームから専用焦点トラッキングビームを分離し、それ故、フーコー方法のようなトラッキング方法の適用を容易にする。読み取りの場合、読み出しビームはまた、高頻度のデータの処理を可能にするように分離される必要がある一方、書き込みの場合、焦点ビームを区別することは十分であることが可能である。
【００１０】
ビームセパレータは、一方向に読み出しビームアレイをそして異なる方向に専用焦点トラッキングビームを反射するように配置されている偏光ビームスプリッタを有することが可能である。当該技術分野において、そのようなビームスプリッタについて知られている。
【００１１】
本発明の一実施形態にしたがって、レーザ生成手段は、レーザビームを生成するためのレーザとビームの光路中に配置された回折要素とを有し、回折要素は第１方向に偏光した光を回折するように、また、第１方向に対して垂直な他の方向に偏光した光を透過するように適合される。回折要素は、それ故、第１偏光を有するビームアレイを生成し、単一ビームは異なる（及び、直交する）偏光を有する。入射レーザビームの何れの偏光に関して回折要素の方向を調節することにより、焦点ビームとビームアレイとの間のパワー分配を制御することができる。
【００１２】
そのような回折要素は複屈折材料から成るバイナリ格子により実現され、格子深さは、一の偏光の光について所望の回折が達成される一方、垂直方向の偏光の光について回折が存在しないように選択される。このことは、格子深さが次式を満足するようにすることにより達成され、
（ｎｅ−１）ｈ＝ｌλ
（ｎ０−１）ｈ＝φｓｔｅｐ／２π＋ｍλ
ここで、λはレーザの波長であり、ｎ０は常光屈折率であり、ｎｅは異常光屈折率であり、φｓｔｅｐは所望の回折を与えるために必要なバイナリ格子の位相ステップであり、ｌ及びｍは整数である。そのような格子は製造することが困難ではない。
【００１３】
他の実施形態にしたがって、レーザ生成手段は、前記第１偏光と有する第１レーザビーム及び前記第２偏光を有する第２レーザ偏光を生成するための手段と、前記第１ビームを前記ビームアレイに回折するために第１ビームの光路内に備えられた回折要素と、前記第２ビームを前記ビームアレイと再結合させるように備えられたコンバイナとを有する。この実施形態は、上記のような偏光依存性回折要素を必要としないが、それに代えて、レーザビームの一がビームアレイに回折された後に、異なる偏光を有するレーザビームを共に結合させるものである。
【００１４】
第１及び第２偏光レーザビームを生成するための手段は、レーザビームを生成するためのレーザと、そのレーザビームの光路内に備えられた偏光ビームスプリッタとを有することが可能である。レーザビームの偏光に関して適切にビームスプリッタを方向付けることにより、直交する偏光及び本質的に等しいパワーを有する２つのレーザを得ることができる。
【００１５】
本発明の上記の及び他の特徴について、以下、現在、好適な本発明の実施形態を示す添付図を参照して詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
光ディスク１における二次元記憶の原理について、図１に示している。情報は、複数の、ここでは、５列の平行なビット列３と幅広バンド４とを有する幅広螺旋２に記憶される。図１における実施例においては、ビット列３は、ビットの六方格子を構成するように径方向において互いにアライメントされている。このことは、各々のビット５、６は物理的に六角形のビットセル７、８と関連付けられていることを意味する。代表的には、値ゼロを有するビットのビットセル７は一様に平坦な領域を有する一方、値１を有するビットについてのビットセル８は、その六角形領域の中央に孔９を有する。そのような孔９の大きさは、好適には、信号折り返しを削除するように、ビットセル領域の半分に匹敵する又はそのビットセルより小さく、即ち、０ロのクラスタ及び１のクラスタの両者は完全なミラーをもたらす。
【００１７】
図２は、螺旋２の全体の幅に対してスポットアレイを形成するように、コリメータレンズ１４及び対物レンズ１５によりディスク１にフォーカシングされるビーム１３アレイを生成する回折格子を通るレーザビームを用いて、図１におけるディスクからの並列読み出しが、従来、どのように実現するかを示している。各々のビーム１３はディスク１により反射され且つ回折され、次いで、ビームスプリッタ１６により反射され、処理器１８により実行される二次元信号処理のための入力として用いられる複数の高周波数波形を生成する複数の仕切りを有する光検出器１７により検出される。そのようなシステムについては、文献“Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｔｏｒａｇｅ”，ｂｙ  Ｗｉｍ  Ｍ．Ｊ．Ｃｏｅｎｅ，ＯＳＡ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇｓ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ，Ｍａｙ  １１−１４，２００３，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ９０−９２に開示されている。
【００１８】
本発明の第１実施形態について、図３に示していて、図２における要素に対応する要素には同じ参照番号が付けられている。この実施形態においては、回折要素２３であって、ここでは、バイナリ格子が、レーザ２１からのビームの光路内に備えられている。格子２３は、第１偏光の光について及び第１偏光に対して垂直方向の第２偏光についての回折要素として機能するように適合されている。
【００１９】
このことは、複屈折材料から成るバイナリ格子を用いて達成され、ここで、格子の格子深さは、１つの偏光の光について必要な位相深さが得られ、そして直交する変更の光については位相深さ２πの倍数であるようになっている。式で表すと、次式に対応し、
（ｎｅ−１）ｈ＝ｌλ
（ｎ０−１）ｈ＝φｓｔｅｐ／２π＋ｍλ      
ここで、λはレーザの波長であり、ｎ０は常光屈折率であり、ｎｅは異常光屈折率であり、φｓｔｅｐは所望の回折を与えるために必要なバイナリ格子の位相ステップであり、ｌ及びｍは整数である。
【００２０】
上記の式は格子に必要な高さステップ及び屈折率を決定する。ｎｅについて解くと、ｎｅ＝１＋（ｌ・（ｎ０−１）／（φｓｔｅｐ／２π））が得られる。実際の値φｓｔｅｐ／２π≒０．４及びｎ０≒１．５を代入すると、ｌ＝ｍ＝１について、異常光屈折率ｎｅ＝１．３６及び高さｈ＝１．１３μｍが得られる。それらの特性を有する格子は、既存の技術を用いて実現するには困難ではない。
【００２１】
回折要素２３は、それ故、一方向に偏光しているレーザビームアレイと直交方向に偏光している１つの単一レーザビームとを生成する。そのビームアレイについての焦点ビームのパワーは、入射ビームの何れの偏光に対して回折要素の方向により決定される。ビームアレイ及び単一ビーム（焦点ビーム）の両者は同じレーザから生じるため、それらは一致し、好適には、焦点ビームはビームアレイの中央ビームと一致する。
【００２２】
ビームアレイ及び専用焦点トラッキングビームは、次いで、図２を参照して上記したものと同様な方式で、ディスクにフォーカシングされ、反射される。反射されたビームは、次いで、反射焦点ビームから高周波数読み出しデータを有する反射ビームアレイを分離するように適合されたビーム分離器２４に方向付けられる。この分離は、ここでは、偏光ビームスプリッタにより達成され、その偏光ビームスプリッタは、一方向に１つの偏光の光をそして異なる方向に直交した偏光の光を方向付ける。
【００２３】
高周波数読み出しデータは、本質的には図２を参照して上記した同じ方法で、処理器２６における二次元信号処理のための入力として用いられる複数の高周波数波形を生成する光学的な複数の仕切りを有する光検出器２５の方に方向付けられる。焦点ビームは、それに代えて、他の光検出器２７及び他の処理器２８の方に方向付けられ、焦点トラッキング信号２９を生成する。この信号は、上記のように、光学システム１５をトラッキングするように用いられる。
【００２４】
本発明の第２実施形態について、図４に示している。この場合、レーザ２１からのビームは、先ず、偏光ビームスプリッタ３１により２つに分割され、その結果、直交偏光を有する２つのレーザビームが得られる。レーザ２１からもたらされる第１レーザビームは、典型的には、偏光されている、又は、少なくとも殆どが偏光されていることに留意する必要がある。第１レーザビームの偏光に対してビームスプリッタの方向を調節することにより、ビームのパワーを制御することができる。偏光ビームの一は標準的な回折要素１２、例えば、図２における回折要素のようなバイナリ格子の方に方向付けられ、ビームアレイに回折される。他の偏光ビームは、表面３３、３４から透過ミラー３５（即ち、逆ビームスプリッタ）に反射することにより案内され、それはビームアレイと結合される。結果的に得られるビームの結合は、図３の偏光依存性格子２２により得られるビームと同等である。
【００２５】
当業者は、本発明が上記の好適な実施形態に決して限定されないことを理解することができる。それと対照的に、多くの修正及び変形が、同時提出の特許請求の範囲内で可能であり、同様な又は類似する結果を得るために、光学要素の種々の組み合わせを用いることが可能である。例えば、１個又は数個の偏光依存性格子が、偏光ビームスプリッタ２４に代えて用いられることが可能である。また、本発明については光読み取り器に関して詳述したが、本発明は、同様に、同じ焦点トラッキングを必要とする光書き込み器に適用することが可能である。
【００２６】
用語“を有する”及びその用語の派生表現は、請求項に列挙した要素又は段階以外の要素又は段階の存在を排除するものではない。要素又は段階の単数表現はその要素又は段階の複数の存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】光ディスクにおける二次元記憶のレイアウトを示す図である。
【図２】従来技術にしたがった図１のディスクの並列読み出しを示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態にしたがった光読み取り器についての構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態にしたがった光読み取り器についての構成を示す模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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