(57)【要約】光学情報担体上に格納された情報の読出しに対する装置が開示される。マスタ・レーザからの光は、光学担体から反射され、スレーブ・レーザの自由継続の偏光に対して略直交する偏光状態においてスレーブ・レーザと注入される。スレーブ・レーザの偏光をトグルするよう要求される注入光の量は、マスタ・レーザと自由継続のスレーブ・レーザとの間の波長の差異に依存する。２つのレーザの間の波長の差異を制御することによって、配置は、情報担体から異なるグレーレベルを読み込むことができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学情報担体上に格納された情報の光学読出しに対する装置であって：
マスタ・レーザと；
スレーブ・レーザと；
前記マスタ・レーザからの光を前記光学情報担体上へと方向付けるよう、前記情報担体から反射された光を受けるよう、及び、その結果前記反射光を前記スレーブ・レーザへと注入するよう、配置される光学系と；
前記マスタ・レーザの放射波長を調整し、それによって前記マスタ・レーザからの前記放射と前記スレーブ・レーザからの自由継続の放射との間の前記波長の差異を制御する、制御手段と、
を有する、装置。
【請求項２】
前記光学系は、前記注入光の偏光状態が前記スレーブ・レーザの自由継続の偏光に対して略直交して、前記マスタ・レーザからの光を前記スレーブ・レーザへと注入するよう配置される、
請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記マスタ・レーザの前記放射波長は、フィードバックのグレーティングを用いて確定される、
請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記マスタ・レーザの前記放射波長を調整する前記制御手段は、前記グレーティングの位置を調整するよう配置される、
請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記制御手段は、少なくとも２つの異なる波長の間で前記マスタ・レーザの前記放射波長をトグルするよう作動する、
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の装置。
【請求項６】
光学情報担体から情報を読み込む方法であって、
前記情報は、少なくとも２つの異なる反射率のマークの形で格納され、
前記方法は：
マスタ・レーザからの光を前記情報担体上へと方向付ける段階と；
前記情報担体から反射光を受ける段階と；
前記反射光をスレーブ・レーザへと注入する段階と；
前記マスタ・レーザと自由継続のスレーブ・レーザとの間の前記波長の差異を制御するよう、したがって読出し感度を調整するよう、前記マスタ・レーザの前記放射波長を調整する段階と、
を有する、方法。
【請求項７】
前記マスタ・レーザからの前記光は、前記スレーブ・レーザの自由継続の偏光に対して略直交する偏光状態において前記スレーブ・レーザへと注入される、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の装置を有する、光学ドライブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学情報担体上に格納された情報の光学読出しに対する装置に係る。本発明はまた、かかる光学読出し装置を有する光学ドライブ、及び、光学情報担体から情報を読み出す方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
光学データ記憶は、ますます一般的になってきており、近年の開発の多くが、より大きな容量のデータを以前と同等又は以前より小さい寸法の記憶手段上に格納すること目標とする。記憶領域を増加することなくより多くのデータを格納する１つの手法は、書込み及び読込みに使用される光に対してより短い波長を使用することである。記憶密度を高める他の手法は、多層記憶を使用することである。多層記憶において、情報は、複数の異なる反射率を生じさせるマーク（ｍａｒｋ）の形で記録される。即ち、１ビットより大きい情報は、記憶手段上で各マークにおいて格納される。このようにして、より多くの情報は、記憶領域を増加することなく記録され得る。
【０００３】
多層記憶を使用する際、情報の読出しは、従来技術の単層記録技術とは異なる手法で処理されなければならない。
【０００４】
米国特許第５，８５４，７７９号明細書（特許文献１）は、光ディスクから多層データを読み込む方法を開示する。該方法は、信号値の動的較正を有する複雑な信号処理に基づく。
【０００５】
しかしながら、光学情報担体からの情報の読出しに対する改善されたスキームが、一般的に求められている。
【特許文献１】米国特許第５，８５４，７７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、多層データ記憶媒体からの情報の読出しに対する新しい装置を与えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ダイオードレーザは、光学的記憶アプリケーションの不可欠な部分である。近い将来、約４０５ｎｍでの波長領域におけるデュアルストライプのダイオードレーザが使用可能になることは、予測される。デュアルストライプ・ダイオードレーザは、数百ミクロン離れた同一のマウントにおいて高出力レーザ及び低出力レーザを有する。
【０００８】
オープン・キャビティ（即ち、低反射率ファセットを有するキャビティ）に基づき、高出力ダイオードレーザは、例えば同一のデュアルストライプ・レーザの低出力レーザからである他のレーザからの光の注入に対して大変適切である。この種の注入によって、高出力レーザは、例えば注入された波長（波長ロッキング）と同一の波長を放出することを余儀なくされ得るか、あるいは、放射光の偏光は、注入光（偏光ロッキング）の偏光モードに対して変更され得る。上述されたデュアルストライプ・レーザにおいて、これは、高出力レーザを低出力レーザの波長及び／又は偏光に対してロックするよう低出力レーザが用いられ得る、ことを意味する。
【０００９】
例えば、この原理は、光学フリップ・フロップを与えるよう使用され得る。光学フリップ・フロップの背後にある原理は、偏光スイッチングに基づく。
【００１０】
本発明は、多層光学データ記憶の読出しを可能にする光ディスク上に格納された情報の読出しに対して請求項１記載の装置を与える。本発明の装置は、光学フリップ・フロップに基づく。
【００１１】
本発明の装置は、従来の単層データ記憶に対しても使用され得、続いて、以下に更に説明される通り従来技術を超える多大なる改善を与える。
【００１２】
本発明はまた、請求項６記載の光学情報担体から情報を読み出す方法、及び請求項８記載の光学ドライブを与える。
【００１３】
故に、本発明に従った装置を備えられた光学ドライブは、以下に更に説明される通り複数の有利点を有する。
【００１４】
本発明の一般的な有利点の中では、媒体のノイズに対する低減された感度、異なる媒体フォーマット間の互換性に関する強化された信頼性、及び読出し信号における増大された信号対雑音の比率が、言及される。
【００１５】
本発明は、光学情報担体から情報を読み出す光学フリップ・フロップの使用に基づく。このために、マスタ・レーザからの光は、情報担体から反射され、続いてスレーブ・レーザへと注入される。十分な量のマスタ・レーザからの光がスレーブ・レーザへと注入される際、スレーブ・レーザの状態は、注入光の状態にロックされるようになる。一般的に、注入光は、スレーブ・レーザにおいて増大されたゲインを生じさせるものとしてみなされ得る。本発明は、この注入に対するスレーブ・レーザの感度を選択するよう注入光の波長を制御するという考えに基づく。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の特徴及び有利点は、添付の図面を参照する以下の詳細な説明によって更に明らかにされる。
【００１７】
光学フリップ・フロップは、多種の手法で実装され得る。ここで示され、図１中に概略的に図示される例は、スレーブ・レーザを特定の偏光モードに対してロックするようマスタ・レーザからの光のスレーブ・レーザへの注入を有する。フリップ・フロップの状態は、スレーブ・レーザへと注入された光量によって、及び、マスタ・レーザとスレーブ・レーザとの間の波長の差異によって制御される。
【００１８】
始めに、この光学フリップ・フロップの背後にある原理は、図１を参照して説明される。
【００１９】
低出力レーザ１０はマスタ・レーザを構成し、高出力レーザ２０はスレーブ・レーザである。適切には、これらのレーザは、デュアルストライプ・レーザの２つのレーザであり得る。マスタ・レーザ１０は、グレーティング１１からのフィードバックを使用して安定される。グレーティング１１の方向性は、マスタ・レーザ１０への所望される動作波長のフィードバックによってマスタ・レーザ１０の放射波長を確定する。
【００２０】
目標は、マスタ・レーザ１０からの光をスレーブ・レーザの自由継続の偏光の法線である偏光においてスレーブ・レーザ２０へと注入することである。本明細書中、「自由継続（ｆｒｅｅ−ｒｕｎｎｉｎｇ）」は、注入のないレーザの状態を意味する。注入光に対する一定の出力を上回って、マスタ・レーザ１０からの注入は、スレーブ・レーザ２０を注入光の波長及び偏光に対してロックする効果を有する。即ち、スレーブ・レーザは、他の偏光状態に対してトグルする。光学フリップ・フロップの動作は、注入光の量及びその波長に依存するスレーブ・レーザ２０の偏光状態間でのトグルである。
【００２１】
光学フリップ・フロップをトグルするよう、マスタ・レーザ１０からの光は、種々の反射率の面から反射される。実際の実行において、当然のことながら、この面は光記録媒体又は記憶手段３０である。
【００２２】
より特には、マスタ・レーザからの光が可変反射面３０に反射され、続いて適切な偏光でスレーブ・レーザ２０へと注入されるよう、波長板と偏光ビームスプリッタ１２（ＰＢＳ）との組合せが使用される。マスタ・レーザ１０からの光は、偏光ビームスプリッタ１２（ＰＢＳ）を介して、続いて偏光回転ブランチ１３に沿って通される。偏光の回転は、四分の一波長板１４（λ／４板）を介して光を送ることによって得られ、光の偏光が１つのパッセージ後に円偏光されるよう方向付けられる。円偏光は、続いて、平面鏡１５から前出のＰＢＳ１２に向かって反射し戻され、そのため偏光は、円偏光から波長板１４の第２の通過後に元の偏光から９０°回転された直線偏光へと変形される。光の偏光が９０°回転されているため、ＰＢＳ１２は、光を可変反射面３０（光学記憶ディスク）に向かって反射する効果を有する。この反射面に到達する前に、光は、円偏光を獲得するよう他の四分の一波長板１６を通過する。記憶媒体３０から反射された後、光は、第２の四分の一波長板１６を再度通り、入射光に対して９０°回転される偏光を与えるため、光はＰＢＳ１２を介してスレーブ・レーザ２０に向かって通過する。スレーブ・レーザに注入される前は、偏光が９０°回転されるよう二分の一波長板１７（λ／２板）を通るため、光はスレーブ・レーザ２０の自由継続の偏光の法線である。レーザの方向性に依存して、当業者には十分理解される通り、実施例によってはλ／２板が割愛されることもあり得る。レンズ１８ａ−ｃは、光を集束する／平行にするよう与えられる。
【００２３】
注入のない、自由継続のスレーブ・レーザ２０は、電気的横モード（ＴＥモード）において作動し、レーザの接合に対して平行である電場ベクトルを有する。マスタ・レーザ１０からの注入は、磁気的横モード（ＴＭモード）のスレーブ・レーザへの注入に対応し、スレーブ・レーザの接合の法線である注入光の電場ベクトルを有する。マスタ・レーザ１０からの注入ＴＭモード光の出力が一定レベルを超える際、スレーブ・レーザ２０の偏光モードは、電気的横（ＴＥ）から磁気的横（ＴＭ）に変化する。即ち、スレーブ・レーザの偏光は、注入光の偏光に対してロックされる。最も実際的な状況においては、スレーブ・レーザは、駆動電流の変調によってパルスされ、発振閾値を少し下回ったところでスレーブ・レーザはマスタ・レーザからの注入に対して非常に敏感である。
【００２４】
スレーブ・レーザ２０におけるＴＥモードからＴＭモードへの偏光状態のスイッチングは、ＴＭモードのゲインがＴＥモードのゲインを超えるとすぐに発生する。同様にＴＭモードからＴＥモードの戻るスイッチングは、ＴＥモードのゲインがＴＭモードのゲインを超える際に発生する。ＴＭ偏光の注入の結果として、スレーブ・レーザにおけるＴＭモードのゲインは、増加され、徐々にＴＥモードのゲインを超える。
【００２５】
注入されたレーザダイオードにおける偏光双安定の存在は、以前報告されている（Ｙ．Ｍｏｒｉ外著、「High  switching-speed  optical  RS  flip-flop  constructed  of  a  TM-wave  injected  semiconductor  laser」、Int.  Electron.  Devices  Meeting、Technical  Digest、610-613、ロスアンジェルス、米国、１９８６年）。注入レベルが一定の値、ＰＴＥ−ＴＭを超える際、スレーブ・レーザの偏光モードはＴＥからＴＭに変わる。注入レベルを他の値ＰＴＭ−ＴＥを下回るよう低下させることで、ＴＭからＴＥにスレーブ・レーザの状態を戻す。第２のレベルＰＴＭ−ＴＥが一般的に第１のレベルＰＴＥ−ＴＭより低いため、系は双安定である。これは、注入電力の関数としてＴＭモードにおける出力を示す図２中に概略的に図示される。この双安定は、光学フリップ・フロップの原則である。
【００２６】
光学フリップ・フロップの状態は、スレーブ・レーザからの出力偏光を監視することによって確定され得る。加えて、スレーブ・レーザがＴＭ状態においてレーザ作用を有するがＴＥ状態にある際はレージングしないよう閾値に近くバイアスレベルが選択される場合、典型的にはダイオードのパッケージに一体化される監視光ダイオード（ＭＰＤ）は、フリップ・フロップの状態を検出するよう使用され得る。言い換えれば、スレーブ・レーザがレージングする場合はフリップ・フロップは第１の状態（ＴＭ状態）にあり、レージングしない場合は第２の状態（ＴＥ状態）にある。それ故に、十分な注入は、レージングに達するようスレーブ・レーザに対して求められる。
【００２７】
（低反射及び光反射のマーク又は点の形での）光ディスク３０上に記憶された情報の読出し中、情報は、スレーブ・レーザ２０へと注入されたＴＭ偏光の密度変化へと変換される。上述された通り、バイアスレベルがスレーブ・レーザの閾値に近く選択される場合、レーザダイオードのパッケージにおいて一体化されたＭＰＤは、続いてビット検出に対して使用され得る。ＭＰＤは、広い帯域幅（数ＧＨｚ）を有し、レーザがレージングするか否かの検出に対して大変適している。
【００２８】
本発明によれば、光学記憶媒体から情報を読み込むよう光学フリップ・フロップを使用するという考えは、多層光学データ記憶における情報の読出しにまで及ぶ。
【００２９】
本発明は、スレーブ・レーザ２０の偏光をマスタ・レーザ１０の偏光に対してロックするよう所望される注入電力が２つのレーザ間の波長における差異に依存する、という事実に基づく。マスタ・レーザ１０の波長が自由継続のスレーブ・レーザ２０の波長から逸れば逸れるほど、ロッキングを達成するようより多くの光（より高出力）が注入されなければならない。上述された説明を再度参照すると、これは、２つのレーザの間の波長の差異が増大される際に、転位レベルＰＴＥ−ＴＭ及びＰＴＭ−ＴＥは、より高い注入レベル（図２中の右側）に向かって動く、ことを意味する。
【００３０】
マスタ・レーザと自由継続のスレーブ・レーザとの間の波長の差異は、マスタ・レーザ１０に対する出力波長を安定化させ且つ選択するよう使用されるグレーティング１１の方向性によって確定される。ここで、上述された現象を使用することによって、光学フリップ・フロップにおける偏光モードのスイッチングは、２つのレーザ間の波長の差異に依存して実現され得る。波長における小さな差異は、記憶された情報のより感度の高い読出しに繋がる（情報担体からのより少ない反射は、スレーブ・レーザのロッキングを達成するよう所望される）。これは続いて、記憶された情報においてグレーレベルを解像するよう使用され得る。読出しに対して光学フリップ・フロップを使用する主要な利点は、媒体のノイズに対する低下された感度である。本明細書において説明される通り、ビットは、記憶手段３０からの反射光が一定の閾値を横断する際に検出される。これは、記憶手段３０において固有である反射率変動が閾値を横断するほど大きくない限りいかなる効果も有さないという結果を有する。これは、多層データ記憶と関連して特に有利である。
【００３１】
更には、ビットの検出が２つの状態（光学フリップ・フロップの状態、即ち偏光状態）の間の転移の検出にまで低減されるため、従来技術のディスクドライブにおいて典型的には実施されるスライサは現在では使用されない。かかるスライサの目的は、記憶手段からの反射光が変調されるあたりのＤＣレベルを検出することである。このＤＣレベルは、必ずしも一定ではないが、時間が経つとばらつきを見せ得る。しかしながら、光学フリップ・フロップに対しては、ＤＣレベルは一定である。
【００３２】
ダイナミック・レンジ、即ちマークと空き領域との間の反射率における許容される差異は、記憶媒体の種類に依存する。例えば、リード／ライト・ディスク（ＲＷディスク）は、リードオンリー・ディスク（ＲＯＭディスク）とは異なるダイナミック・レンジを有する。かさねて、情報の検出が閾値の転移の検出にまで低減されるため、光学フリップ・フロップを有する読出しは、互換性に関して強化された信頼性を提供する。
【００３３】
低出力ダイオードレーザとは対照的に、４０５ｎｍ前後で動作する高出力ダイオードレーザは極めてノイズがある、ことは既知である。本発明の実施において、スレーブ・レーザ２０のより大きなノイズは、低出力マスタ・レーザ１０からのよりノイズの少ない光を注入する結果として低減される見込みである。検出器ノイズ、即ち検出器に達する光子の数における変動はまた、情報がフリップ・フロップの２つの状態の間を区別することによって検出されるという事実によって、光学フリップ・フロップの場合においては問題ではない。
【００３４】
図３を参照し、光学記憶手段からのグレーレベルのビット・パターンの読出しがこれより説明される。
【００３５】
マスタ・レーザ１０によって発される波長がスレーブ・レーザ２０の自由継続の波長に近い際、多少低い注入レベルは、スレーブ・レーザの偏光モードを電気的横（ＴＥ）から磁気的横（ＴＭ）に（即ち、自由継続状態からロックされた状態に）切り替えるよう所望される。スレーブ・レーザ２０へと注入された香料は、マスタ・レーザ１０の放射ｈ素津力によって、及び光学記憶手段３０上に書き込まれたマークの反射率によって確定される。逸れ故に、マスタ・レーザ１０の一定出力で、偏光状態を切り替えるよう所望される光の量は、記憶手段３０上のマークの反射率によって初期的に確定される。実質上は、マスタ・レーザ１０と自由継続のスレーブ・レーザ２０との間の所定の波長の差異に対して、偏光スイッチングを達成するよう一定の反射率が所望される。マスタ・レーザ１０と自由恵贈スレーブ・レーザ２０との間の波長の違いがより大きくされる場合、情報面２０のより高い反射率は、（マスタ・レーザの出力が一定に保持されると仮定して）スイッチングを達成するよう必要とされる。この背後にある理由は、上述された通り、注入−ロッキングが注入電力及び波長の差異のいずれもの機能であること、である。したがって、記憶手段３０上のマークの異なるグレーレベルは、マスタ・レーザ１０の波長を制御することによって読み込まれ得、反射率の高い情報構造が読み込まれる際は、より大きな波長の差異が選択され、また、反射率のより低い情報構造が読み込まれる際は、より小さな波長の差異が選択される。マスタ・レーザ１０によって発される光の波長は、このレーザを安定させるよう使用されるグレーティング１１を用いて適切に制御される。しかしながら、マスタ・レーザ１０の出力波長を制御する他の手段は、使用され得る。
【００３６】
これより、図３中に示される通り記憶手段３０がビットパターンを有すると仮定する。該図は、グレーレベル（太い実線湾曲線）を使用して書き込まれた２０ビットパターンを図示する。上述された通り、マスタ・レーザ１０と自由継続のスレーブ・レーザ２０との間の波長の差異を増大させることは、結果としてより高い値に向かうスイッチングレベルＰＴＥ−ＴＭ及びＰＴＭ−ＴＥのシフトをもたらす。続いてかかるシフトは、（かさねて、マスタ・レーザ１０の出力電源が一定に維持されると仮定して）光学フリップ・フロップの状態の切り替えを達成するよう、記憶手段上のマークのより高い反射率が所望される状況に対応する。
【００３７】
図３中の実線湾曲線は、スレーブ・レーザ２０へと注入されたＴＭ偏光の量を示すものと考えられ得る。それ故に、マスタ・レーザ１０と自由継続のスレーブ・レーザ２０との間の波長の差異を制御することによって、反射光の一定量がスレーブ・レーザ２０の偏光を切り替えるよう十分であるべきか否かを制御することが可能である。波長の差異が比較的小さい際は、偏光を切り替えるには少量の反射光で十分である。波長の差異が大きくなるほど、スイッチングを達成するよう所望される反射光の量は増大する。
【００３８】
図３のビットパターンを一例として取ると、記憶手段は、３つの異なる反射率のマークを有し、結果として３つの異なる光レベルはスレーブ・レーザへと注入される。図３中に示される状況においては、最も高い反射率（マーク１−３、８−１０、及び１８−２０）は常にバイナリ１として解釈され、最も低い反射率（マーク１１−１５）は常にバイナリ０として解釈される。しかしながら、第３の中間の反射率（マーク４−７、及び１６−１７）は、前出の２つのレーザ間の波長の差異に依存して、バイナリ１又は０のいずれか一方として解釈され得る。
【００３９】
マスタ・レーザ１０の出力波長がλ０（より小さい波長の差異）又はλ１（より大きい波長の差異）のいずれか一方に設定され得る、と仮定する。マスタ・レーザ１０の出力波長がマスタ・レーザとスレーブ・レーザとの間のより小さい波長の差異を与えてλ０に設定される場合、これらの中間の反射率のマークからの反射は、スレーブ・レーザのロッキングを達成するよう十分である。これは、図３中の２つのビットシーケンスのより低い方によって図示される。最も低い反射率のマークだけは、スレーブ・レーザがロックを解除され自由継続となるよう、ＰＴＭ−ＴＥを下回る反射（注入）出力に終る。
【００４０】
これより、マスタ・レーザの出力波長がマスタ・レーザとスレーブ・レーザとの間のより大きい波長の差異を与えてλ１に設定される、と仮定する。これは、図示される通り切替え閾値ＰＴＥ−ＴＭ及びＰＴＭ−ＴＥの上方向シフトに対応する。上述された状況とは対照的に、中間の反射率のマーク（マーク４−７、及び１６−１７）からの反射は、もはやスレーブ・レーザのロッキングを達成するには十分ではない。したがって、中間の反射率のマークは、バイナリ０として解釈される。解釈される。言い換えれば、これらの中間の反射率のマークからの反射からもたらされる注入電力は閾値ＰＴＭ−ＴＥより低く、２つのレーザ間の波長の差異がより大きいため以前の状況におけるより高い値にシフトされており、故にスレーブ・レーザを自由継続にしておく。
【００４１】
マスタ・レーザに対する２つの異なる波長を参照して説明がなされてきているが、当然のことながらより多くの波長に対して本発明を実行することは明らかである。したがって、本発明は、複数のグレーレベルを有する多層記録に対する装置を与える。
【００４２】
マスタ・レーザの出力波長の調整は、上述された通りフィードバックグレーティングを用いて達成される。しかしながら、調整はまた、マスタ・レーザの電気的制御を介して、マスタ・レーザに対して結合された調整可能なグレーティング、又は他の適切な手段によって達成され得る。明白には、本発明は、マスタ・レーザの出力波長の調整の特定の手法に限定されるものではない。
【００４３】
最後に、本発明は、特には多層記憶と関連付けて、光学情報担体から情報からの向上され且つ単純化された情報の読出しを与える。本発明は、光学フリップ・フロップの使用に基づき、該フリップ・フロップの感度は、スレーブ・レーザからの自由継続の放射波長と比較してマスタ・レーザからの放射波長を用いて制御される。情報の読出しは、光学フリップ・フロップの状態を監視することによって実行され、該状態は、この典型的な場合においてスレーブ・レーザのロックされた状態／ロックを解除された状態である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に従った光学フリップ・フロップに対する典型的な設定を概略的に図示する。
【図２】光学フリップ・フロップの双安定性を示すグラフである。
【図３】本発明に従った光学フリップ・フロップを使用する多層記録の読出しを図示する。
【図１】
2007516557.tif 000003
【図２】
2007516557.tif 000004
【図３】
2007516557.tif 000005
【国際調査報告】
2007516557.tif 000006
2007516557.tif 000007
2007516557.tif 000008