(57)【要約】  ２つの出力ビーム（３０、３２）を与える光ピックアップユニット（ＯＰＵ）の静止状態の設計を、可能とする方法を提案する。双方のレーザービーム（３０、３２）は、適切な特性を有する、連続したスポットを結果としてもたらす。このＯＰＵの概念では、読出スポットと書込スポットとの両方が、焦点方向に十分に離間されて、同時に存在する。この形態は、電子回路において適切な焦点オフセットを導入することにより、読出しを行う状態から書込みを行う状態へと切り換えることを可能にする。
2007508657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報層の読出し／情報層への書込みを行う光読出／書込装置であって、
１つの放射ビームを発生させる放射源と、
前記放射ビームを前記情報層上に集光させる対物系とを含み、
前記対物系が、前記放射ビームを読出用ビームと書込用ビームとに分離するようにされたビームスプリット素子を含んでいることを特徴とする光読出／書込装置。
【請求項２】
前記対物系が、前記読出用ビームと前記書込用ビームとを、別個の位置に集光するようにされていることを特徴とする請求項１記載の光読出／書込装置。
【請求項３】
前記読出用ビームが前記情報層上に合焦させられているときは、前記書込用ビームは前記情報層の位置において該情報層上のデータに影響を及ぼすには不十分な強度を有することとなるように、前記対物系が構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光読出／書込装置。
【請求項４】
使用時において、前記読出用ビームおよび前記書込用ビームが、２つの焦点誤差信号を生成することを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光読出／書込装置。
【請求項５】
前記ビームスプリット素子が、前記読出用ビームを再整形するようにされていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の光読出／書込装置。
【請求項６】
前記読出用ビームが、該読出用ビームのリム強度が向上させられるように再整形されることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の光読出／書込装置。
【請求項７】
前記対物系が、前記読出用ビームまたは前記書込用ビームの一方を前記情報層上に合焦させる電子式焦点オフセット手段を含んでいることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の光読出／書込装置。
【請求項８】
前記ビームスプリット素子が、複屈折格子素子であることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の光読出／書込装置。
【請求項９】
前記ビームスプリット素子が、寄与効率が半径方向外側に行くに従って増大するようなサブ構造を有していることを特徴とする請求項７記載の光読出／書込装置。
【請求項１０】
前記半径方向外側に行くに従っての前記増大が、前記ビームの相対的なリム強度を増大させることを特徴とする請求項９記載の光読出／書込装置。
【請求項１１】
請求項１から１０いずれか１項記載の光読出／書込装置の一部を形成する光ピックアップ装置。
【請求項１２】
光読出／書込装置内において読出用ビームおよび書込用ビームを生成する方法であって、
放射源を用いて１つの放射ビームを発生させ、該放射ビームを対物系を用いて情報層上に集光させる工程を含み、
前記放射ビームが、前記対物系のビームスプリット素子によって、読出用ビームと書込用ビームとに分離されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１から１０いずれか１項記載の光読出／書込装置を用いて、情報層に書込みを行う方法。
【請求項１４】
請求項１から１０いずれか１項記載の光読出／書込装置を用いて、情報層の読出しを行う方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ツインビームの読出用／書込用ビームを有する光データ読出／書込装置、および光読出／書込装置内において読出用ビームと書込用ビームとを同時に生成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光記録システムが進歩する速さは、主として、半導体レーザーから得られる利用可能な光パワーに左右される。光ピックアップユニット（ＯＰＵ）の設計時には、１つの大きなジレンマに突き当たる。現行技術水準の半導体レーザーの光出力ビーム（とりわけ青色レーザーの場合）は、円形断面ではなく、ビーム発散の非対称性が大きいという特徴を有し、その非対称性は最大１：３もの値となる。ディスク上の光スポットは、理想的には円形形状とされるべきであり、このことは、ディスク上において妥当なスポットを得るためには、非対称な入射レーザービームを、（たとえばビーム整形を用いて）円形断面のビームに変換するか、対物レンズの入射瞳から溢れるように照射（オーバーフィル）しなくてはならないことを示唆する。ビーム整形とオーバーフィルとのいずれの手法も、現行のＯＰＵに適用されているが、いずれも、構成要素を追加することによりＯＰＵに追加コストを導入するか、貴重なレーザーパワーを失うという犠牲を払って適用されている。参考までに述べると、ブルーレイディスクのデータを十分な信頼性で読み出すのに適した青色光ピックアップの全体的な透過率は、典型的にはたった１５％しかない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、読出しを行う状態と書込みを行う状態とでは、完璧なスポットの要請に微妙な違いがある。ブルーレイディスクの規格では、リム強度は、接線方向と半径方向との両方に関して〜６５％でなくてはならない旨が規定されている。書込みを行う状態では、十分な信頼性でディスクへのデータ書込みを可能としながら、最小で４０％の値までのより低いリム強度が許容され得ることが実験的に示されている。結果として得られる光路の透過率は、３０％に上昇する（すなわち、２倍に増大する）。
【０００４】
したがって、この違いは、書込みを行う状態用には、高い透過率といくらか品質を落とされたスポットとの組合せを有し、読出しを行う状態用には、比較的低い透過率と高品質なスポットとの組合せを有するように、ＯＰＵを工夫することを許容する。
【０００５】
そのため、１つの状態ともう１つの状態との間で切換えを行う装置に基づいた方法がさらに提案されている。これらの提案の方法は、読出モード用には高いリム強度を保持し、書込モード用にはより高いビーム効率をもたらすものの、追加の切換装置を必要とする。そのため、これらの解決策はかなりコストがかかるものとなってしまう。別の影響としては、これらの装置のほとんどは、いくらかの光の損失をもたらすものであるということが挙げられる。
【０００６】
本発明の１つの目的は、上記の欠点に対処することである。
【０００７】
本発明の別の１つの目的は、コストのかかる切換装置を用いることなく、書込モード用には光読出／書込装置内で高いインカップル効率（ｉｎｃｏｕｐｌｅ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を実現し、読出モード用には高いリム強度を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面による、情報層の読出し／情報層への書込みを行う光読出／書込装置は、１つの放射ビームを発生させる放射源と、その放射ビームを情報層上に集光させる対物系とを含み、上記の対物系が、上記の放射ビームを読出用ビームと書込用ビームとに分離するようにされたビームスプリット素子を含むことを特徴とする。
【０００９】
ビームスプリット素子を有利に用いることにより、放射ビームが２つのビームに分離されるので、切換装置を用いることなく、単一の放射源から、読出用ビームと書込用ビームとを同時に生成することが可能となる。
【００１０】
好ましくは、上記の対物系は、読出用ビームと書込用ビームとを、別個の位置（好ましくは実質的に対物系の光軸に沿って離間された位置）に集光するようにされる。
【００１１】
スポットを離間させることは、所与の瞬間において、読出用ビームと書込用ビームとのいずれか一方のみを、情報層上に合焦させる点で有利である。この離間に鑑みて、読出用ビームおよび書込用ビームに由来する、２つの焦点誤差信号が存在することが好ましい。
【００１２】
読出用ビームと書込用ビームとの別個の合焦に鑑みて、読出用ビームが情報層上に合焦させられているときは、書込用ビームは情報層の位置においてその情報層上のデータに影響を及ぼすには不十分な強度を有することとなるように、上記の対物系が構成されていることが好ましい。
【００１３】
ある有利な形態では、読出用ビームと書込用ビームとはいずれも同時に情報面に当たるが、一方のビームのみが合焦状態になっていることにより、合焦状態となっていない方のビームは情報層に影響を及ぼさないという結果がもたらされる。
【００１４】
また、ビームスプリット素子は、読出用ビームを再整形するようにされていることが好ましい。
【００１５】
ある有利な形態では、読出用ビームは、読出動作のための読出用ビーム特性（好ましくは読出用ビームのリム強度）を改善するように再整形される。
【００１６】
好ましくは、上記の対物系は、読出用ビームまたは書込用ビームの一方を情報層上に合焦させる焦点オフセット手段を含むものとされる。さらに好ましくは、その焦点オフセット手段は、電子式焦点オフセット手段とされる。
【００１７】
電子式焦点オフセット手段を有利に用いることは、ビーム切換素子よりも有利な利点をもたらす。この利点には、製造コストの抑制、およびずっと向上させられた単純さが含まれる。
【００１８】
ビームスプリット素子は、好ましくは回折格子素子とされ、さらに好ましくは複屈折格子素子とされる。
【００１９】
また、ビームスプリット素子は、寄与効率が半径方向外側に行くに従って増大するようなサブ構造を有することが好ましい。
【００２０】
有利な形態では、この半径方向外側に行くに従っての寄与効率の増大は、ビームの相対的なリム強度を増大させる。
【００２１】
本発明は、上記の第１の側面に従う光読出／書込装置の一部を形成する、光ピックアップ装置もカバーする。
【００２２】
本発明の第２の側面による、光読出／書込装置内において読出用ビームおよび書込用ビームを生成する方法は、
放射源を用いて１つの放射ビームを発生させ、その放射ビームを対物系を用いて情報層上に集光させる工程を含み、
放射ビームが、上記の対物系のビームスプリット素子によって、読出用ビームと書込用ビームとに分離されることを特徴とする。
【００２３】
本発明は、上記の第１の側面に従う光読出／書込装置を用いて、情報層に書込みを行う方法もカバーする。
【００２４】
さらに、本発明は、上記の第１の側面に従う光読出／書込装置を用いて、情報層の読出しを行う方法もカバーする。
【００２５】
本明細書で説明するすべての特徴は、上記の本発明の側面のいずれとも、いかようにも組み合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明のよりよい理解のため、かつ本発明の実施形態がどのように実施され得るかを示すため、以下、例として、添付の図面を参照しながら説明を行う。
【００２７】
以下、２つの出力ビームを与える光ピックアップユニット（ＯＰＵ）の静止状態の設計を、可能とする方法を提案する。双方のレーザービームは、適切な特性を有する、連続したスポットを結果としてもたらす。このＯＰＵの概念では、読出スポットと書込スポットとの両方が、焦点方向に十分に離間されて、同時に存在する。その結果、それら２つの出力ビームの一方がディスクの情報層に合焦させられているときは、もう一方のビームはその情報層上のマークに顕著な影響を及ぼさないこととなる。出力ビームを合焦状態とするため対物レンズが光軸に沿って移動させられる際、２つの別個の焦点誤差信号が検出可能である。この焦点誤差信号を用いることにより、２つのビームのうちの一方を、情報層に合焦させることができる。この形態は、適切なスポットを情報層のディスク面に位置決めすることにより、読出しを行う状態から書込みを行う状態へと切り換えることを可能にする。
【００２８】
したがって、ここでの基本思想は、書込モードの観点より最適なビームから開始することであり、そのため高いインカップル効率と低いリム強度（たとえば、たった４０％のリム強度）とを有する。この構成では十分なパワーを有するので、そのパワーの一部を、別個の読出用ビームに流用することができる。残存の書込用ビームは、ディスクの情報層までの光路内の素子による影響を受けない。しかしながら、読出用ビームは、依然として読出しに十分なパワーを有し、かつ増大させられたリム強度を有するビームに再整形される。
【００２９】
表１には、読出モードおよび書込モードのいくつかの特性が示されている。書込用には、レーザーからの利用可能な最大パワーは、６０ｍＷパルスである。二層型ディスクの場合には、ディスク上において１０ｍＷパルスのパワーが必要とされる。４０％のリム強度を有する従来型の光路については、光路の効率は、典型的には３０％である。このことは、このモードで必要とされるのは、最大レーザーパワーのたった〜６０％のみであることを意味する。その結果、レーザーのパワーの〜４０％を読出しの場合のために分離すると、読出モード用に、１２ｍＷｃｗ（３０ｍＷｃｗの４０％）のレーザーパワーを利用可能なものとして得ることができる。ディスク上で必要とされるパワーは、０．８ｍＷｃｗである。このビームは、書込モードと同一の光路を伝播するので、光路（ビーム強度再整形素子を除く）の効率は、書込モードの場合と同じ３０％である。このことから、読出しの場合においてディスク上で十分なパワーを得るために、ビーム再整形素子に要求される効率は、たった〜２５％であることが導き出せる。上記で述べたように、再整形素子は、読出用ビームのみに作用できるものであり、書込用ビームには作用しない。
【表１】
2007508657.tif 000003
【００３０】
光路の実施形態
図１に、ツインビームの解決策のための光路の一例が示されている。
【００３１】
レーザー１０は、放射ビーム１２を、コリメータレンズ１４に向けて発する。放射ビーム１２は、このコリメータレンズ１４を通過して、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１６へと伝播し、さらに傾斜複屈折格子（ｔｉｌｔｅｄ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ  ｇｒａｔｉｎｇ）１８、および１／４波長板２０へと伝播する。複屈折格子１８は、ビーム１２を、読出用ビーム３０と書込用ビーム３２とに分離する。対物レンズ２２は、読出用ビーム３０をディスク２４上に合焦させる。その後、読出用ビーム３０は、ＰＢＳ１６へと戻るように反射され、サーボレンズ２６および検出器２８へと伝播する。図から見て取れるように、書込用ビーム３２は、ディスク２４の後方で合焦させられている。
【００３２】
２つのビーム３０、３２は、傾斜複屈折格子１８により生成される。ビーム１２の入射時の偏光状態は、格子１８の光軸とある角度をなしている（図２参照）。書込用ビーム３２は、ディスク２４へと向かう際、格子１８による作用を受けない。一方、読出用ビーム３０は、回折され再整形される。そのため、読出用ビーム３０と書込用ビーム３２とは、互いに異なるｚ方向位置に合焦する。読出用ビーム３０がディスク２４の情報層に合焦しているときは、反射されたビームも検出器２８に合焦する一方、書込用ビーム３２は、ディスク２４と検出器２８とのいずれにも焦点が合っていない状態となる。書込用ビーム３２をディスク２４上に合焦させたときには、状況は逆転する。
【００３３】
ビームスプリットと読出用ビームの再整形とを担う素子１８として、我々は、バイナリタイプの複屈折格子を用いることを提案する（たとえば、国際公開ＷＯ０２／４９０２４号（＝整理番号ＰＨＮＬ０００６８３）参照。この文献の内容は、参照により本明細書に含まれているものとする）（図１および２参照）。複屈折材料の光軸は、Ｚ軸（伝播軸）に沿っている。この複屈折材料は、伝播ビームがＸ軸に沿った偏光状態を有しているときの屈折率がｎｅに等しくなり、Ｙ軸に沿った偏光状態を有しているときの屈折率がｎｏに等しくなるように、アラインメント取りをされる。ここで、レーザービームの６０％がｎｏの屈折率を被り（書込用ビーム）、同レーザービームの４０％がｎｅの屈折率を被る（読出用ビーム）ように、レーザービームの偏光状態がＸ軸とある角度をなす場合を考える。格子を構成するバイナリ段は、
【数１】
2007508657.tif 000004
に等しい高さを有する段であるものとする。
【００３４】
その結果、書込用ビーム３２に対しては、格子１８は、２πの倍数に等しい位相段のみを生じさせ、したがってゼロ次回折のみが選択される。しかしながら、読出用ビーム３０に対しては、各段はもはや２πの倍数に等しくなく、したがってゼロ次以外の次数の回折も選択される。段を適切に設計することにより、好きな回折次数を、高い効率をもって選択することができる。この選択は、格子１８のピッチの設計と相俟って、読出用ビーム３０と書込用ビーム３２とを、対物レンズ２２を通過した後の異なる位置に合焦させることを可能とする（たとえば、前述の国際公開ＷＯ０２／４９０２４号参照）。
【００３５】
最後のステップは、読出用ビーム３０の強度分布を再整形するステップである。書込用ビーム３２に影響を与えることなくこのステップを実行するには、以下のようにすることができる。読出用ビーム３０用に選択された回折次数への格子１８の透過率は、ビーム３０の半径方向の関数として増加しなくてはならない。従来型の格子は、多くの円環状領域からなり、各領域は同一のサブ構造を有している。このサブ構造は、ある特定の回折次数に対し、各領域がどれだけの効率分寄与するかを規定する。従来型の格子では、このサブ構造はすべての領域に関して同一であり、したがって各領域は、特定の次数に対して同じ割合だけ寄与する。しかしながら、各領域についてサブ構造を異なるものとすることにより、特定の回折次数への寄与分は、各領域で異なるようになる。領域の寄与効率が半径方向に増大していくようにすれば、回折された光線の中心部分の強度は、リム強度に対して減少させられ、その結果、相対的なリム強度が増加する。
【００３６】
ここで、４０％のリム強度を有するガウシアン・ビームを考える。このビームは、ビームの中心における強度をＩO 、規格化された入射瞳の半径をｒ（入射瞳の縁（リム）においてｒ＝１）とすると、
【数２】
2007508657.tif 000005
と表すことができる。
【００３７】
このビームを、６５％のリム強度を有するビームに変形するには、上記のビームの中心部分の強度が、もとの強度の６１．５％に低減されなくてはならない。かかる再整形されたビームは、
【数３】
2007508657.tif 000006
と表すことができる。
【００３８】
再整形されたビームの合計の強度は、もとのビームの合計の強度よりも２５％低い。すなわち、この再整形は、７５％の透過効率で得られる。この値は、最低限の条件（２５％の透過効率）よりも高い。結果として、０．８ｍＷｃｗのディスク上パワー、３０％の光路効率、および７５％の再整形効率という条件は、３．６ｍＷｃｗのレーザーパワーを必要とするということを意味する（全レーザーパワーの１２％（表２参照））。実際上、このことは、レーザーパワーの６０％を超える割合分を、書込用ビーム３２のために確保できることを意味する。
【表２】
2007508657.tif 000007
【００３９】
表２より、レーザー１０を最大パワーの７０％に設定して、２１％が上記の本発明に従う読出用ビーム３０用となり、７９％が書込用ビーム３２用となるようにビームを分離すると、読出しおよび書込みが可能となることが導き出せる。その結果、レーザーパワーの３０％が残存し、この残存分は、より高速でディスクの読出し／書込みを行うために利用されてもよい。また、光路中のレーザーとして、より低い最大出力パワーを有する（したがってより安価な）レーザーを許容してもよい。
【００４０】
図２に示されているように、ディスクに向かう際の図では、書込用ビーム３２は複屈折格子１８による作用を受けないが、ディスク２４から反射されて来ると、偏光角度が行き方向のビームの偏光角度に対して垂直となり（１／４波長板のため）、書込用ビーム３２は作用を受けるようになる。読出用ビーム３０については、逆のことが言える。検出器上のスポットは回折限界のスポットである必要はないので、検出器への戻り光路における書込用ビームの作用は許容される。
【００４１】
本発明は、たとえばブルーレイディスクのための、記録用光ピックアップに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】読出用ビームと書込用ビームとを同時に与える光ピックアップユニットの概略図
【図２】複屈折格子の、ディスクに向かう際と検出器に向かう際との模式的な前面図
【図１】
2007508657.tif 000008
【図２】
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【国際調査報告】
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