(57)【要約】光担体に記憶されたデータを読取る光ヘッド（図１の１５）を持つ装置が、前記担体を照射する第１レーザ（５０）又はマスタソース、及び前記担体からの反射光を検出ブランチ（６５）へ向けるオプティカルマウント（５８）を有し、非線形光素子（８０）が前記検出ブランチに配置される。この非線形光素子（８０）は、通例の検出器（７５）による検出前にその非線形特性により信号対雑音比を改善する。本発明はＤＶＤプレーヤ及び／又はレコーダに用いられ得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光担体に記憶されたデータを読取る光ヘッドを持つ装置であって、
−  前記担体を照射する光源又はマスタソース、及び
−  前記担体からの反射光を検出ブランチへ向けるオプティカルマウントを有し、
非線形光素子が前記検出ブランチに配置され、該非線形光素子に検出情報の信号対雑音比を改善するタイプが選ばれることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記マスタソースはレーザであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記非線形光素子は、前記反射光が注入されて光を前記検出情報をもたらす光検出器に放出するような第２レーザ又はスレーブレーザにより構築され、前記放出される光は非線形で単調的に前記反射光に関連付けられる大きさを持つことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記非線形光素子の第２光ビームが、第１光ビームの波長と異なる波長を持つことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の装置。
【請求項５】
第２レーザが、第１レーザと比較して高パワーのレーザであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
第２レーザが、該第２レーザに注入される光の偏光に応じて偏光を変えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
第２レーザが、前記光源から注入される光量に依存して横モードを変えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
光データ担体を読取る方法であって、
−  マスタ光源からデータ担体における反射後到来する光をスレーブレーザに注入するステップ、及び
−  検出情報の信号対雑音比の改善をもたらす非線形光素子を用いて前記データ担体から到来する光を検出する検出手段を設けるステップを有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置用の光ディスクドライブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光担体に記憶されたデータを読取る光ヘッドを持つ装置、換言するならドライブ、であって、
−  前記担体を照射する光源、及び
−  前記担体からの反射光を検出ブランチへ向けるオプティカルマウント(optical mounting)を有する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この装置は、多くのアプリケーション、とりわけ、光ディスクにより構築されるデータ担体用のアプリケーションを見出している。しばしば、ディスクに記憶されたデータは、質の悪い出力信号をもたらし、それら信号の可読性を改善するための処理を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、出力信号の出力品質を改善するための対策がとられた上述の装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、光担体に記憶されたデータを読取る光ヘッドを持つ斯かる装置が、
−  前記担体を照射する光源、換言するならマスタソース(master source)、及び
−  前記担体からの反射光を検出ブランチへ向けるオプティカルマウントを有し、
非線形光素子が前記検出ブランチに配置され、該非線形光素子に検出情報の信号対雑音比を改善するタイプが選ばれる。
【０００５】
本発明はまた、光データ担体を読取る方法であって、
−  マスタ光源からデータ担体における反射後到来する光をスレーブレーザに注入するステップ、及び
−  検出情報の信号対雑音比の改善をもたらす非線形光素子を用いて前記データ担体から到来する光を検出するための検出手段を設けるステップを有する方法を提案する。
【０００６】
本発明の思想は、より良好な信号を得るための光学手段を用いることにある。本発明が推奨する非線形光学装置は、英国特許文献第GB 2 118 765号公報及び米国特許文献第US 4,748,630号公報に開示されている。本発明により提供される対策は、通例の電子回路を用いることなく信号対雑音比を改善する。
【０００７】
本発明のこれらの及びその他の特徴は、非限定的な例示として、以下に記載の実施例を参照して詳述されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、データ担体１、とりわけ、光ディスクが配置される装置を示す。データ担体は断面図で示されている。レンズ１２は光ビーム１４をこの担体上に合焦し、該担体はモータ３により円運動で駆動される。光源は光ヘッド（ＯＰＵ）１５に設けられ、該光ヘッドはスレーブレーザエッジ(slave laser edge)１６に配置される。このスレーブレーザエッジは、モータ１７を用いて大きく変位することが可能とされている。これら変位は矢印２８により示される方向に実行される。ユニット１６の出力部における信号ＯＰＴは信号分配器２７に供給される。信号分配器２７は、ディスクのコンテンツが当該装置の使用に関する他の何らかの情報と共に表示され得るような表示ユニット３０用の信号をもたらす。
【０００９】
図２は、本発明により実現される光ヘッド１６を示す。ヘッドは、この例ではダイオードレーザ５０により構築される光源を有する。この光源は直線偏光光をもたらし、偏光方向が通常の符号５１により示されている。ダイオードレーザ５０からの光ビームは、コリメータレンズ５５により平行にされ、偏光立方体ビームスプリッタ(polarizing cubic beam-splitter)５８を介して伝送される。４分の１波長板（λ／４板）６０を通過した後、上記光は対物レンズ６２により光ディスク１の情報層に合焦される。ディスクから反射される光は、符号６３により示される偏光をもってλ／４板６０を通過し、スプリッタ５８により検出ブランチ６５に向けて反射される。検出ブランチ６５において、ディスクから反射された光は、コリメータレンズ７８により検出器７５に合焦される。
【００１０】
本発明の一側面によれば、非線形光素子８０が前記検出ブランチに設けられる。非線形光素子は、当該素子の出力パワーを入力パワーの関数として与える、標準的な応答曲線によって定義づけられ得る。図３に一例が与えられている。本発明に適した非線形曲線の他の例は、本明細書の後のほうで示されるであろう。
【００１１】
入力強度Ｐｉｎの関数としての標準的な出力強度Ｐｏｕｔがこの図３に示されている。この曲線は、本発明の対策によって要求される非線形性の一タイプを示す。この図ではヒステリシス現象が観察される。しかしながら、ヒステリシスは必ずしも必要条件ではない。
【００１２】
図４に示される第１実施例は光の増幅を備える。非線形光素子８０は第２レーザダイオード１００を有する。第２レーザダイオード１００は、該レーザダイオード１００に注入される光量と比較して高い出力パワーを持つ。このレーザ１００はスレーブレーザと見なされ、レーザ５０はレーザマスタと見なされる。このスレーブレーザ１００は、偏光ビームスプリッタ１１０を介してディスク１からの光を受ける。この光は、レンズ１１５によってレーザ１００に合焦され、これはレーザ１００の動作を阻害することが意図されている。レーザ１００の光は、レンズ７８を介して検出器７５に向けられる。この第２実施例は、マスタレーザ５０から受けた光の関数としてのレーザ１００の光偏光の変化に基づく。スレーブレーザ１００の偏光方向は、スレーブレーザ１００に注入される（符号１１７）光の偏光方向と直交する（符号１１６）。しかしながら、反射光の量がある閾値を越えると、スレーブレーザ１００の偏光方向が変えられ、注入される光の偏光方向と揃えられることとなる。ゆえに、注入される光が低レベルの場合には、スレーブレーザ１００により放出される光が偏光ビームスプリッタ１１０を介して伝送される。注入される光の量が閾値を越えると、スレーブレーザ１００の偏光が変わり、偏光ビームスプリッタ５８によって反射される。それゆえ、素子８０からの出力は、注入される光の量が閾値（ＴＨＬ）を下回るか上回るかに依存し、閾値を下回る場合には“ハイ”であり、閾値を上回る場合には“ロー”である。
【００１３】
図５は、図４に示されるこの素子８０の出力特性を示す。破線のカーブは、スレーブレーザ１００によりもたらされる出力パワーＰｏｕｔであり、Ｐｉｎは、光ディスクにおける反射後該レーザが前記マスタから受ける入力パワーである。斯様に出力パワーは“ハイ”か“ロー”の何れかであることが分かる。出力パワーのこれらレベルは、図５において、それぞれ、ＨＩ及びＬＯと参照される。入力レベルが閾値ＴＨＬを上回る場合、レベルはＨＩであり、入力レベルが閾値ＴＨＬを下回る場合、レベルはＬＯである。入力パワー、すなわち、注入パワーは１ｍｗ程度であり、“ハイ”と“ロー”のスイッチング時間は数百ピコ秒である。
【００１４】
他の方法は、レーザ１００の閾値条件を用いることである。ディスクから反射される光量が少ない場合、スレーブレーザは自身のレーザ発振閾値(lasing threshold)より下で動作し、ごく少量の光しか放出されない。反射光量が増加するに連れ、スレーブレーザは閾値より上で動作することが強制され、出力パワーがかなり増加する結果となる。電流が閾値を下回る場合放出される光パワーは非常に低い。ＨＩレベルとＬＯレベルとの出力パワー比は、自然放出が生じるモードの総数により決定される。この比の標準的な値は１０６〜１０７である。この実施例が図６に示されている。この図における同様の要素には、先の図面と同一の参照符号が付されている。ディスクから反射される光の注入がないスレーブレーザは、閾値直下に保たれる。自走(free-running)スレーブレーザの波長はλ２である。図１のマスタレーザにより放出される（ゆえに、ディスクからの反射後スレーブレーザに注入される）光は波長λ１を持つ。以下の２つの状況を区別することができる。
（ａ）スレーブレーザに注入される光の波長λ１が、（自走）スレーブレーザの波長λ２に非常に近い、すなわち、
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（ｂ）スレーブレーザに注入される光の波長が、スレーブレーザの放射波長よりもかなり短い、すなわち、λ１＜＜λ２
違いを理解するために、閾値より上で動作する半導体レーザのゲインＧ及び吸収ＡＢＳをエネルギＥＮの関数と見なす（図７を参照）。依存性が、最大値が（図７にＥｔｒと示される）レーザ発振波長(lasing wavelength)の位置を決定する正のゲインの領域により特徴付けられる。スレーブレーザはＥｔｒ＝１．５７ｅＶを伴う近赤外（＝７９０ｎｍ）で動作していると仮定する。スレーブレーザのゲイン領域の幅は、略々２５ｍｅＶであり、この波長において略々１５ｎｍに対応する。
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の場合、注入波長λ１はスレーブレーザの正のゲイン領域に入る。ここで、マスタレーザ及びスレーブレーザは、略々同一の放射波長を持つ同じタイプのものである。この状況においては、自走モードにあるスレーブレーザが閾値直下で動作していると仮定すると、光の注入は、レーザキャビティの光損失の削減に対応する。注入された光の結果、レーザは、注入波長において閾値より上に強制される。λ１＜＜λ２の場合、スレーブレーザに注入される光は吸収され、電子−正孔対に変換される。余分に生成された電子−正孔対の作用は、増加された注入電流レベルと同様である。このようにして、レーザはまた、閾値より上で動作することが強制され得る。
【００１５】
さらに他の具体化は、情報担体から反射される光の注入により誘発される横モードスイッチング(transverse mode switching)を用いることである。注入される光がない（または、注入される光がごく僅かの量しかない）場合、スレーブレーザは自走横モードで動作する（図８Ａ参照）。注入がある場合、他の横モードは自走モードより低損失であり、それゆえ、新規のレーザ発振モード(new lasing mode)である（図８Ｂ参照）。モード競合(mode competition)の非線形の側面に起因して、このことはモードスイッチを招くこととなる。検出器は、これらモードのうちの一方のモードのノード（これは他方のモードのアンチノード(anti-node)である）に配置され得る（図８Ａ及び図８Ｂでは、検出器はそれゆえ光軸上に配置されるべきである）。横モードスイッチングは、エッジエミッタ及びＶＣＳＥＬ(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)型のレーザと共に用いられ得る。
【００１６】
エッジエミッタ半導体レーザを用いることに代えて、ＶＣＳＥＬを検出ブランチにおいて用いることもできる。この状況において、図２に示されるマスタレーザは従来のエッジ放出レーザであり、図４及び図６に示されるスレーブレーザはＶＣＳＥＬである。ＶＣＳＥＬによって放出される光の偏光方向は、バイアス電流を変えることにより変わり得るので、ＶＣＳＥＬは、偏光スイッチングに基づく非線形素子８０に適している。ＶＣＳＥＬの鏡面反射率(mirror reflectivity)は、エッジエミッタの対応する反射率よりもかなり高い。これにより、注入される光の波長がＶＣＳＥＬの放射波長に近い場合、光をＶＣＳＥＬに注入することが困難である。ゆえに、非線形素子８０にＶＣＳＥＬを用いる場合、ＶＣＳＥＬの波長を注入される光の波長よりもかなり長くしておくことが有利である。
【００１７】
実際の状況では、スレーブレーザは電流変調によりパルス化される。閾値直下において、スレーブレーザはマスタレーザからの注入に非常に敏感である。
【００１８】
非線形光素子がヒステリシスを示す状況では、図５に示される応答関数が、図９に示される応答関数により置き換えられる。ディスクからの反射光が図９の上側のカーブに示される時間依存性を持つと仮定する。注入レベルがＰＴＥ−ＴＭを越えるたびに、スレーブレーザは自身の状態をＴＥからＴＭに変更する（図９の下側のカーブ参照）。反射光のレベルがＰＴＭ−ＴＥより下がると、スレーブレーザの状態はＴＥに戻る。反射光は、実際には、図９の上側のカーブに示されるような狭いパルス特性を持つ必要はない。満たされるべき条件は、注入される光の量がＰＴＥ−ＴＭを越えるかＰＴＭ−ＴＥより下がるかの何れかである。
【００１９】
スレーブレーザがＴＭ状態でレーザ作用を持つが、ＴＥ状態にある場合はレーザ発振しないような閾値近くにバイアスレベルが選択される場合、集積モニタフォトダイオード(monitoring photodiode: MPD)がビット検出のために用いられてもよい。ＭＰＤは広帯域幅（数ＧＨｚ）を持ち、レーザが発振している(lasing)か否かを検出するのに適している。
【００２０】
利点
光ディスクドライブにおけるディスクの標準光読取りパワー(typical optical read-out power)は略々０．５ｍＷである。読取りパワーをこの値を越えて増加させると、ＲＷ媒体に書込まれた情報を消去するであろう。＋ＲＷディスクに関する現実的な反射係数は、０．１５（未書込み）及び０（既書込み）であり、平均反射係数は０．０７５となる。これは、（変換ゲインが０．２Ａ／Ｗであると仮定して）検出器において誘発される標準電流(typical currents)が、
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であることを意味する。検出器ノイズから全体ノイズへの寄与(contribution)は、以下のように与えられる。
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ここで、＜ｉ＞は検出器における平均電流であり、ωＣは検出器の容量性抵抗であり、ｋＢＴは温度Ｔのエネルギ換算であり、ｆは検出器の周波数帯域幅である。高速アプリケーションについては検出器の周波数帯域幅を増加させる必要があり、このことは、検出器ノイズからの寄与が相応に増加することを意味する。
【００２１】
ブルーレイ(BLU-RAY: BD)プレーヤにおいて、優勢なノイズ源は、レーザノイズ（ＲＩＮ）及び（ΔＶ／Ｖの式により与えられる）検出器ノイズである。ＲＩＮは、周波数ｆに対して直線的に増加する。しかしながら、ＲＩＮは、ｆ２に伴って増加する検出器ノイズパワー（ΔＶ／Ｖ）２と比較されるべきである。１×のＢＤについてはＲＩＮが優勢なノイズ項である。検出器ノイズは高速になるに連れ優勢となる。
【００２２】
上述したように、検出ブランチに配置される非線形光素子は、それ自身のレーザ（エッジエミッタ又はＶＣＳＥＬの何れか）を組み込んでいる。非線形光素子（ＮＯＥ）からの出力がハイである場合、放射される光パワーは０．５ｍＷであると仮定する。この光は検出器に達し、電流
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を誘発する。非線形光素子がない状況と比較すると、電流ゲインは１００／８＝１２．５であり、２２ｄＢに相当する。この場合は、ＮＯＥの導入が、検出器ノイズの寄与を２２ｄＢ分低減させる。これは、周波数帯域幅の増加を可能にするであろう。
【００２３】
このように、ここで提示された思想は、例えばＢＤプレーヤにおいて（高速アプリケーションについて優勢なノイズ項である）検出器ノイズからの寄与を減少させる可能性を提供する。
【００２４】
読取りのために非線形光素子を用いる他の利点は、媒体ノイズに対する感度の低下である。上述したように、ディスクからの反射光が閾値を横切る場合ビットが検出される。これは、ディスク材料に固有の反射率のばらつきが、閾値を横切るような大きさでない限り重要な役割を果たさないことを意味する。
【００２５】
さらに、ビットの検出が２つの状態（ＨＩ及びＬＯ）間の遷移の検出まで低減されるので、このことは、現行のディスクドライブで実現されているスライサ(slicer)が余剰であろうことを意味する。スライサの目的は、ディスクからの反射光が変調されるＤＣレベル（このＤＣレベルは必ずしも一定でなく、変動（fluctuations）を呈すかもしれない）を検出することにある。しかしながら、非線形光素子についてＤＣレベルは一定である（図５参照）。
【００２６】
ダイナミックレンジ、すなわち、マークと空空間(empty space)との反射率の差はディスクのタイプに依存し、例えば、＋ＲＷディスクはＲＯＭディスクと異なるダイナミックレンジを持つ。ここでも、情報の検出が閾値遷移(threshold transition)まで低減されるので、非線形光素子を用いた読取りは、互換性の堅牢さ(compatibility robustness)の増加をもたらす。
【００２７】
低パワーダイオードレーザと対照的に、４０５ｎｍ周辺で動作する高パワーダイオードレーザはノイズが多い(noisy)ことが知られている。レーザノイズは、低パワーダイオードレーザからのよりノイズの少ない光の注入の結果として低減されることであろう。
【００２８】
幾つかの参考文献を本開示の説明のために引用する。
[1] A. Sapia, P. Spano, and B. Daino, “Polarization switching in semiconductor lasers driven via injection from an external radiation”,  
Appl. Phys. Lett. 50, 57-59, 1987 
[2] Y. Mori, J. Shibata, and T. Kajiwara, “High switching-speed optical RS
flip-flop constructed of a TM-wave injected semiconductor laser”, 
Int. Electron Devices Meeting Technical Digest, 610-613, Los Angeles, 1986 
[3] Z. G. Pan et al., “Optical injection induced polarization bistability in vertical-cavity surface emitting lasers”, 
Appl. Phys. Lett. 63, 2999-3001, 1993 
[4] G. Knowles, S. J. Sweeney, T. E. Sale, and  . R. Adams, “Self-heating effects in red (665 nm) VCSELs”, 
IEEE Proc. Optoelectron. 5/6, 256-260, 2001 
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による装置を示す。
【図２】本発明による前記装置に備わる光ヘッドを示す。
【図３】本発明の作用を説明する曲線である。
【図４】本発明による光ヘッドの第２実施例を示す。
【図５】前記第２実施例の応答関数を示す。
【図６】本発明による光ヘッドの第３実施例を示す。
【図７】本発明の説明図を示す。
【図８】パワーをレーザスレーブに注入するやり方を示す。
【図９】前記第３実施例に関する変調波形を示す。
【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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【国際調査報告】
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