(57)【要約】【課題】従来よりも簡単な装置構成を用いて光の位相情報を多値記録する。【解決手段】ボイド１９を微小反射体として用い、位相記録を行う。レーザダイオード１３から発生されたレーザパルスは、コリメータレンズ１４で平行光に変換された後にレンズ１５で焦点を結ぶ。レンズ１５から焦点までの間の空間に屈折率変調器１６が挿入されている。一旦焦点を結んだレーザ光は、焦点の外側で発散光になり、レンズ１７で平行光に変換された後に対物レンズ１８によって記録可能領域１１内に焦点を結び、ボイド１９が形成される。屈折率変調器１６に電圧を印加することによって収束光路中の屈折率が変化させられると、レンズ１５によって結ぶ焦点の位置が変化する。すると、レンズ１７を出射する光は平行光ではなく、弱収束又は弱発散光になるので、対物レンズによってレーザ光が結ぶ焦点の位置も移動し、ボイド１９の記録深さを変調することができる。【選択図】図１
2012185872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を再生光の位相変化として読み出す情報記録再生装置において、
記録媒体中に形成される反射体の記録深さの変調により情報を記録することを特徴とする情報記録再生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の情報記録再生装置において、
第１のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光源から発生されたレーザ光を記録媒体に照射する光学系と、
前記光学系により前記レーザ光が前記記録媒体内に形成する焦点の深さを変調する変調手段と、
を有することを特徴とする情報記録再生装置。
【請求項３】
請求項２に記載の情報記録再生装置において、
前記変調手段は、印加電圧に応じて屈折率が変化する屈折率変調器を含むことを特徴とする情報記録再生装置。
【請求項４】
請求項２に記載の情報記録再生装置において、
前記変調手段は、光照射によって屈折率が変化する媒質及び前記媒質に光照射する第２のレーザ光源を含むことを特徴とする情報記録再生装置。
【請求項５】
請求項２に記載の情報記録再生装置において、
前記変調手段は、前記光学系中に設けられた焦点距離が変調可能である光学素子を含むことを特徴とする情報記録再生装置。
【請求項６】
請求項２に記載の情報記録再生装置において、
前記変調手段は、前記第１のレーザ光源の発振波長を制御する手段を含むことを特徴とする情報記録再生装置。
【請求項７】
請求項２に記載の情報記録再生装置において、
前記変調手段は、前記光学系中に設定した光学的距離が異なる複数の光路、及び前記複数の光路のうちの一つを選択する手段を含むことを特徴とする情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の位相を用いて情報を記録・再生する方式及びそれを体現する情報記録再生装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
以下における説明中の用語の一部は、Blu-ray Disc（ＢＤ）で使用される表現を用いている。これらは、ＢＤ以外のシステムでは、別の呼称が用いられる可能性がある。しかし、当業者であれば容易に読み替えることができることである。
【０００３】
光ディスクの記録容量の拡大は、光源の短波長化と対物レンズの開口比（ＮＡ）の増大に加えてディスク１枚当たりの記録層数を増やすことにより実現されてきた。ＢＤでは青色半導体レーザと、ＮＡが０．８５という高ＮＡ対物レンズを用いて２層で５０ＧＢの記録容量を実現している。更に、２０１０年には、記録層の数を３乃至４に増やすと同時に面記録密度も高めることにより１００ＧＢ以上の記録容量を有するＢＤＸＬの実用化に至った。
【０００４】
記録波長の短波長化や対物レンズの高ＮＡ化は限界に近く、今後、面記録容量を大幅に向上させるのは容易でない。よって、上記以上の記録容量を実現するためには、記録層の数をさらに増大させるのが有力な解決手段の一つである。しかし、従来の多層光ディスクと同様の構成で記録層数を増大させようとすると記録容量当たりのコスト低減が実現しにくい可能性が高い。何故なら、現行の多層光ディスクの製造コスト及び歩留まりは、専ら記録層の形成プロセスに関わるからである。即ち、層数の増大は工程数の増大に直結し、最終的な歩留まりは、１層当たりのスタンパ工程の歩留まりの層数の冪乗で概ね決定されるからである。
【０００５】
そこで、従来の多層ディスクのように物理的に定義された記録層を有さない光ディスク及びその記録技術が検討されている。一例として、特許文献１に記載されている技術では、フォトリフラクティブ材料からなる記録領域中にマイクロホログラム、即ち微小な干渉縞を記録している。上記記録領域の中には、物理的に記録位置を規定する構造が無いので各マイクロホログラムの記録位置は、記録に用いる光（記録光）の焦点位置を間接的に制御することにより決定される。また、別の一例を挙げると、特許文献２のように記録領域中にボイド（空隙）を形成することにより記録を行うものもある。特許文献３には、記録時に短パルスレーザとＣＷレーザを併用してボイドを形成する技術が記載されている。これらの記録方法によれば、仮想的な記録層を比較的自由に増やすことが可能であり、ディスク１枚当たりの記録容量増大を図りやすい。尚、本明細書中では、以上のように記録領域中に物理的に記録位置を規定する層が無い方式について便宜上、空間記録と総称することとする。
【０００６】
上記の空間記録を含め、記録層の数を増大させた場合に問題となるのが再生している層からの反射光光量の減少である。記録用光源の出力は有限であるから、多数の記録層を有するディスクで再生光の入射面から見て最も奥に有る層に対して記録を行うためには、途中の各記録層の透過率が十分に高いことが要求される。逆に言うと、各層の光反射率及び吸収率は十分に小さい必要がある。また、吸収率が小さい記録層に対して記録を行うために記録膜の記録感度が高く設定されているため、再生時のピックアップの出射光（再生光）のパワーを大きくすることには限界がある。このため、一般的に再生時に記録層から返ってくる光量は記録層数が多いほど小さくなる。従って、再生信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）の低下が課題となる。
【０００７】
再生信号のＳＮＲ低下に対抗する技術として、特許文献４に記載のあるような光学干渉を応用した信号振幅増幅技術がある。即ち、再生光と共通の光源から得た参照光を記録層からの反射光と光検出器上で干渉させることにより再生信号を増幅するものである。尚、本明細書中では、このような再生光と共通の光源から得た参照光と再生光を光検出器上で干渉させる方式及びその再生光学系をそれぞれホモダイン検出及びホモダイン検出系と総称することとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−９７７２３号公報
【特許文献２】特開２００９−２３８２８５号公報
【特許文献３】特開２００９−２３８２８２号公報
【特許文献４】特開２００９−２５２３３７号公報
【特許文献５】米国特許第５，１７３，９０９号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 42 (2003) pp. 1062-1067
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
光ディスクドライブの主要な性能の一つは、記録及び再生の際のデータ転送速度（以後、単に転送速度という）である。これは、特に非民生分野で用いる場合に重要な性能項目である。転送速度は、第一義的には、線記録密度とディスクの線速度で決定される。また、ディスクの線速度は、実現可能なディスクの回転速度によって制限される。ほぼ全ての光ディスクに使用されている材料であるポリカーボネイト製で直径が１２ｃｍのディスクの場合、振動や変形を考慮すると回転速度の限界は１００００ｒｐｍ（rotations per minute）程度と考えられている。
【００１１】
線記録密度は、第一義的には再生ヘッドの光学分解能で決定され、さらに、実用的な性能余裕（マージン）や信号処理による性能向上効果を考慮して決定されている。光学分解能は、ヘッドが使用する光源の波長と対物レンズの開口比とで決定づけられる。即ち、光ディスクドライブの転送速度の上限は、専ら実現可能なディスクの回転速度の上限と線記録密度で決定されることになる。以上の事項は、当業者には公知であるからこれ以上の詳述は省く。
【００１２】
しかし、前述のように、光学分解能は既にほぼ限界に達している状況である。かかる状況で転送速度を現状よりも向上させるためには、従来、１チャネルクロック当たり１ビットを記録するバイナリ記録に代わり、１チャネルクロック当たり１ビットを超える情報を記録する多値記録方式が有望である。多値記録では、単位長さ当たりの記録容量も増えるので、当然、ディスクの記録容量増大にもつながる。
【００１３】
多値記録方式に関しては、非特許文献１に記載されている技術がある。これは、従来記録型光ディスク媒体に用いられているのと同類の記録膜に対して記録波形を改良することにより、反射率を従来の２値変調から最大で８値変調に増やすことにより記録容量の増大を図るものである。しかし、再生信号の振幅は、従来の光ディスクと同じであるので、反射率の各階調に対応した信号レベル相互のＳＮＲが低下するために転送速度を向上させるのには必ずしも適さない。
【００１４】
先に述べたように、ディスクの回転速度及び線記録密度の向上に制約がある下において、現行技術と比べて転送速度を大幅に向上させるためには、１チャネルクロック当たり１ビットを記録するバイナリ記録に代わり、１チャネルクロック当たり１ビットを超える情報を記録する多値記録方式が一つの解である。尚、以下においては、１チャネルクロックに記録される情報単位を単にシンボルと呼ぶ。また、同様に混乱を来たさない範囲においてチャネルビットを単にビットと呼ぶ。また、符号化前の記録すべきデータをユーザデータと呼び、そのバイナリ表現における最小単位をユーザビットと呼ぶこととする。よって、例えば、符号化なしのバイナリ記録では、１シンボルが１ビット、即ち１ユーザビットに対応し、同じく符号化なしの８値記録であれば１シンボルが３ビット、即ち３ユーザビットに対応する。シンボルという表現は、当該分野において広範に使用される語句であるが、混乱を来たさない範囲では上記の意味で使用する。
【００１５】
先に述べたように、多値記録再生システムを実現する上において、情報を再生する際に得られる信号が振幅変調のみで情報を表現している場合、転送速度の向上は困難である。ＤＶＤやＢＤのような反射光強度変化を用いる光ディスクの場合で考えると、各シンボルの値を判別する光強度の間隔が狭まることになるので、各シンボルのレベルを判定する際の誤り率が２値記録再生の場合よりも大きくなる。このことは、高速転送に必要な帯域幅を有する回路系を用いた場合にはより顕著になるので、結果として高速転送を実現するのは困難になる。
本発明は、転送速度の向上が可能な多値記録再生を実現できる光記録再生システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明では、記録媒体中に微小な反射体を形成する手段を有する。そして、その反射体の記録深さを変調することによって多値記録を行う。
【００１７】
微小反射体の記録深さを変調する手段として、記録に用いる光の経路の光学的距離を変調する手段を用いる。また、別の方法によれば、記録光の波長を変調する手段を有する。また、別の方法によれば、有意な残留球面収差を有する収束光学素子と光線選択素子を有する。また、別の方法によれば、焦点距離が可変である光学素子を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によって、再生時に光の位相情報として認識される状態を記録媒体中に記録することが可能になる。これにより、現行光ディス装置と同程度の複雑さの機構で光位相情報を用いた多値記録再生装置を実現できるようになる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による位相記録の原理を示す模式図。
【図２】マイクロホログラム記録の様子を説明する図。
【図３】マイクロホログラムを応用した位相記録の方法を説明する図。
【図４】マイクロホログラム位相記録の説明図。
【図５】ホモダイン検出技術の説明図。
【図６】ガスの膨張を応用した変調例を示す図。
【図７】光学系の焦点距離変調を用いて記録深さを変調する一構成例を示す図。
【図８】副鏡の構造例を示す図。
【図９】記録光源の波長変調を用いて記録深さを変調する一構成例を示す図。
【図１０】光路切り替えにより記録深さを変調する一例の説明図。
【図１１】本発明を用いた記録再生装置の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
高速転送に適した多値記録再生方法としては、振幅以外の情報、即ち位相を用いることが考えられる。光記録において位相を記録する方法としては、特許文献１に記載があるマイクロホログラムを応用する方法が考えられる。特許文献１に記載された方式においては、マイクロホログラムは、単に微小な反射体として用いられている。マイクロホログラムは、図２に示すように同一光源から発せられた２つのレーザ光を対向させた２つの対物レンズ１０８ａ，１０８ｂで同一個所に焦点を結ばせ、その焦点近傍に干渉縞を記録することにより記録マークを形成する。再生時には、現行の光ディスク同様に、このマイクロホログラムからなる記録マークからの反射光強度を検出する。
【００２１】
マイクロホログラムに位相を記録するには、図３に示したように、記録に用いる２つのレーザ光のうち片方の位相を記録データに応じて変調すれば良い。半導体レーザ１０１を発したレーザ光をコリメートレンズ１０２で平行光線に変換した後、無偏光ハーフビームスプリッタ１１８で二分し、そのうち一方を、ミラー１１６ａを経て対物レンズ１０８ａを用いて記録媒体１中に焦点を結ばせる。もう一方のレーザ光は、位相変調器１０を経た後に、同様にミラー１１６ｂ，１１６ｃ及び対物レンズ１０８ｂを経て記録媒体中に導かれ、２つのレーザ光線は同一個所で焦点を結ぶ。ここで、記録データに応じて位相変調器１０を駆動するとマイクロホログラムを形成する干渉縞の光軸方向の位置が変化する。つまり、この方式によって記録されたマイクロホログラムを構成する干渉縞の列は、記録データ列に応じた位置変化をしている。マイクロホログラムに再生光を照射した場合を考えると、再生光はマイクロホログラムを構成する各干渉縞で反射され、マイクロホログラムは全体として一つの反射体とみなすことができる。よって、マイクロホログラムを構成する干渉縞の光軸方向の位置が変化すると反射された再生光の位相が変化する。従って、この再生反射光の位相変化を判別することにより各マイクロホログラムに記録された位相を知ることができる。また、マイクロホログラムを応用した位相記録においては、従来の光ディスクのような物理的に定義された記録面、或いは、記録層は存在しない。しかし、説明を簡単化するために、便宜上、マイクロホログラムが面状に記録されたものを記録層或いは記録面と呼ぶこととする。同様に、マイクロホログラムが列状に記録されたものをトラックと呼ぶこととする。
【００２２】
しかし、マイクロホログラムを用いた位相記録方式は、対向する２つのレーザ光を記録媒体中に導入する必要があり、このことが、実用化を困難にしている。対向する２つのレーザ光を記録媒体中に導入するには、記録媒体の両側から光を入射させる必要がある。即ち、２つの対物レンズを媒体の両側に配置し、これらの位置を制御して媒体内の同一箇所に焦点を結ばせる必要がある。当然、現行の光ディスクと比較すると大幅に機構的な複雑さが増すことになる。
【００２３】
また、対向する２つのレーザ光を記録媒体中に導入した場合、マイクロホログラムの記録される深さが問題である。即ち、微小な記録マークを形成するためには、ＮＡが十分に大きな対物レンズを用いる必要があることは自明である。一方で、記録媒体は、自身の機械的強度を保持するために、一定以上の厚さを要することも自明である。即ち、現行と同等の１．２ｍｍ程度の厚さは必要である。仮に、記録媒体の厚み方向の中央付近だけを考えても０．６ｍｍ前後という非常に厚いカバー層を通した状態で球面収差を補正する必要がある。このことが非常に困難であることは、当業者であれば容易に理解できることである。また、このように厚いカバー層を通した場合、ディスクチルトの影響も極めて甚大であることもまた当業者であれば容易に理解できることである。
【００２４】
ところで、マイクロホログラムを用いた位相記録ではマイクロホログラムは、微小な反射体として作用する。そして、位相情報は、前後のマイクロホログラムを構成する干渉縞の深さ方向の位置変調として記録される。これを図４で説明する。
【００２５】
図４は信号光、参照光の集光箇所における定在波の２次元強度分布を示したものである。横方向が信号光、参照光の光軸方向、縦方向がそれに垂直な（任意の）方向であり、色の濃い部分ほど強度が大きい。図４（ａ）強度分布図は、位相変調量が０の場合であり、図４（ｂ）強度分布図は、位相変調量が２πΔｌ／λ（λは信号光、参照光の波長）、すなわち位相変調器によって光路長がΔｌだけ変調されている場合の強度分布である。図４（ａ），（ｂ）に示すように、光路長の変調Δｌに対し、定在波のピーク位置がΔｌ／２だけシフトする。このような強度分布が媒体の屈折率変化として記録されたものに対して、光を照射すると、図４（ｃ）のように、光軸方向の位置がΔｌ／２だけ変化したミラーで光が反射されるのとまったく同様に、図４（ｄ）のように反射光の光路長がΔｌ変化する。よって、記録時の変調された位相が、再生光の位相として再生される。
【００２６】
上述のように、位相情報は実効的な反射体の干渉縞の深さ方向（光軸方向）の位置変調として記録される。従って、マイクロホログラム以外の反射体の記録深さを変調して形成することで、位相変調された再生信号を得ることができる。この場合、記録時には、記録すべき位相情報は一旦振幅情報（深さ変調情報）に変換されるので、記録時には光の位相の性質は用いていないことになる。しかし、記録光の強度は十分に強いので雑音の影響は考慮する必要が無いので問題はない。また、記録深さを変調するのに、対物レンズを駆動するアクチュエータなど機械的な仕組みを使用することが考えられないこともない。しかし、このような機械的な仕組みは動作周波数が著しく低いために実用性が無い。
【００２７】
尚、本明細書中では、このようにして位相変調された再生信号が得られるような記録を行う場合についても位相記録と呼ぶこととする。
【００２８】
図１は、本発明による多値記録の原理を示す模式図である。この例は、特許文献２に記載があるボイドを微小反射体として用い、位相記録を行うものである。記録媒体は、基板１２の上にニトロセルロース系樹脂からなる記録可能領域１１が形成されている。位相記録の過程を説明する。レーザダイオード１３は、記録クロックに同期した駆動パルスでパルス発光を繰り返す。レーザダイオードを発したレーザパルスは、コリメータレンズ１４で平行光に変換された後にレンズ１５で焦点を結ぶ。この際、レンズ１５から焦点までの間の収束光線で通過する空間に屈折率変調器１６が挿入されている。屈折率変調器１６は、例えば、空間型光位相変調器を用いることができる。即ち、ＬｉＮｂＯ3のような電気光学結晶に電圧信号を印加することにより、印加電圧の大きさに応じて屈折率を時間的に変化させるものである。一旦焦点を結んだレーザ光は、焦点の外側で発散光になる。この発散光は、レンズ１７で平行光に変換された後に対物レンズ１８によって記録可能領域１１内に焦点を結び、パルスレーザによりボイド１９が形成される。尚、屈折率変調器１６への印加電圧が０である状態において、レンズ１５の焦点は、レンズ１７の焦点にあるものとしている。
【００２９】
ところで、屈折率変調器１６に電圧を印加することによって収束光路中の屈折率が変化させられると、この間の光学的距離が変化するのでレンズ１５によって結ぶ焦点の位置が変化する。つまり、レンズ１５の焦点の位置が、レンズ１７の焦点位置の内側又は外側に移動する。すると、レンズ１７を出射する光は平行光ではなく、弱収束又は弱発散光になり、対物レンズ１８によってレーザ光が結ぶ焦点の位置も移動するのでボイド１９の記録深さを変調することができる。
【００３０】
記録可能領域１１中で必要な焦点位置移動量は、概ねλ／２（大気中での値に換算）である。それに必要なレンズ１５での焦点移動距離Δｆは、
【数１】
2012185872.tif 000003
である。ここで、ｆ1，ｆ2はそれぞれレンズ１５及び１７の焦点距離であり、ｄ＝λ／２である。
【００３１】
このように、本発明によると、マイクロホログラムのように記録媒体の両側から光を導入することなく光の位相情報を記録することが可能になる。
【００３２】
次に、記録媒体の記録可能領域に反射体を形成して位相記録された情報の再生方法について説明する。
反射体で反射された光の位相変化を検出する手段として、位相ダイバシティ方式ホモダイン検出技術（以下、ホモダイン検出と呼ぶ）を利用できる。以下に、これらについて説明する。初めに、ホモダイン検出について説明する。但し、当業者であればホモダイン検出及びそれを用いた光ディスク装置の構造及び動作に関しては特許文献４を参照することで容易に理解できるので、以下においては本発明の説明に必要な概要のみを説明する。
【００３３】
図５に、ホモダイン検出系の動作説明のための図を示す。半導体レーザ１０１からの光をコリメートレンズ１０２によって平行光として、λ／２板１０３を透過させて偏光ビームスプリッタ１０４に入射させる。偏光ビームスプリッタ１０４は分離面に入射するｐ偏光（以後、水平偏光と呼ぶ）をほぼ１００％透過し、ｓ偏光（以後、垂直偏光と呼ぶ）をほぼ１００％反射させる機能を有している。このときλ／２板１０３の光軸のまわりの回転角度の調整することにより、透過光と反射光の強度比を調整することができる。偏光ビームスプリッタ１０４を透過した光は、λ／４板１０６ａを透過して円偏光に変換され、２次元アクチュエータ１０７に搭載された対物レンズ１０８により、光ディスク１上の記録層に集光される。光ディスクからの反射光は同じ光路を戻り、対物レンズ１０８によって平行光とされ、λ／４板１０６ａにより最初に入射したときとは９０°偏光方向が回転した直線偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。すると偏光が９０度回転しているため、反射して集光レンズ１１３に入射する。
【００３４】
一方、半導体レーザ１０１から出射し、偏光プリズム１０４を反射した光は、λ／４板１０６ｂを透過して円偏光に変換され２次元アクチュエータ１０７上に搭載されたミラー１１６に入射する。ミラー１１６により反射された光は同じ光路を戻り、λ／４板１０６ｂを経て偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。往路と復路の２回λ／４板１０６ｂを通過し最初に入射したときとは９０°偏光方向が回転した直線偏光に変換されているので、反射光は偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、光ディスクからの反射光と光軸を互いに偏光が直交した状態で同軸となって集光レンズ１１３に入射する。集光レンズ１１３に入射した２つの光は、無偏光ビームスプリッタ１１８によってそれぞれ１対１の割合で反射、透過する。透過した光はλ／２板１１９を透過することにより偏光が４５度回転した後、偏光ビームスプリッタ１２０によって水平偏光成分と垂直偏光成分に分離され、分離されたそれぞれの光は検出器１２１，１２２によって検出される。無偏光ビームスプリッタ１１８を反射した光はλ／４板１２３を通過した後、偏光ビームスプリッタ１２４によって水平偏光成分と垂直偏光成分に分離され、分離されたそれぞれの光は検出器１２５，１２６によって検出される。
【００３５】
光の干渉によって増幅信号を得る過程を詳細に説明する。集光レンズ１１３に入射する光は、水平偏光であるコーナーキューブ１１６からの戻り光と、垂直偏光である光ディスク１からの戻り光が同軸になったものである。従って光の偏光状態をジョーンズベクトルで表すと、次式となる。
【００３６】
【数２】
2012185872.tif 000004
【００３７】
ここでＥsは光ディスクからの戻り光の電場、Ｅrはコーナーキューブプリズムからの戻り光の電場である。また、このベクトルの第一成分は水平偏光を、第二成分は垂直偏光を表す。
【００３８】
この光は無偏光ビームスプリッタによって２分割され、透過光は軸方向が水平偏光方向から見て２２．５度の方向にfast軸を持つλ／２板を通過する。このときジョーンズベクトルは次式となる。
【００３９】
【数３】
2012185872.tif 000005
【００４０】
次に、偏光ビームスプリッタによって水平偏光成分が透過し、垂直偏光成分が反射するため、透過する光と反射する光の電場はそれぞれ、次式のようになる。
【００４１】
【数４】
2012185872.tif 000006
【００４２】
一方、無偏光ビームスプリッタを反射した光は、軸方向が水平偏光方向から見て４５度の方向にfast軸を持つλ／４板を通過する。このときジョーンズベクトルは、次式となる。
【００４３】
【数５】
2012185872.tif 000007
【００４４】
次に、偏光ビームスプリッタによって水平偏光成分が透過し、垂直偏光成分が反射するため、透過する光と反射する光の電場はそれぞれ次式のようになる。
【００４５】
【数６】
2012185872.tif 000008
【００４６】
従って、４つの検出器１２１，１２２，１２５，１２６の検出信号はそれぞれ、次式で表される。ηは検出器の光−電気変換効率である。
【００４７】
【数７】
2012185872.tif 000009
【００４８】
従って、アナログ減算器１３０及び１３１の出力は、それぞれ次式のようになる。
【００４９】
【数８】
2012185872.tif 000010
【００５０】
ここで、φは再生光と参照光の位相差である。尚、本明細書では、以後、特に混乱を生じない限りにおいて参照光と再生光の位相差のことを単に位相と呼ぶ（記号はφ）。
【００５１】
式(13)及び式(14)から解るように、２つのアナログ減算器の出力から参照光と再生光の位相差を知ることができる。よって、この位相差を時系列的に観測することにより記録時の位相変調量を再現できることは当業者であれば容易に理解できることである。尚、位相は反射体の実効的な反射面の位置として記録され、これを反射光で再生するのであるから、記録時の位相変調量は再生時に意図する位相変化量の１／２として記録すべきであることは当業者であれば当然理解されることである。
【００５２】
図１の例では電気光学結晶を用いた屈折率変調器を例に挙げたが、これ以外の原理の屈折率変調器を用いることも当然可能である。図６は、一例としてガスの膨張を応用した例である。即ち、パルスレーザ２０を位相変調信号と同期して発光させ、その出力でガスセル２１中のガスを加熱する。記録光の収束光路上のガスが膨張することにより焦点位置を変化させる。焦点位置の変化量は、パルスレーザの出力を調整することにより行う。ガスセルの代わりに、記録光の収束光路上に液体を封入したセル、あるいは固体媒質を配置し、それを同様の原理で加熱膨張させることで屈折率変調器を構成することも可能である。
【００５３】
記録深さを変調する別の方式として、図１のレンズ１５に相当する光学素子の焦点距離を変調することが考えられる。図７に、その一例を示す。レーザダイオード１３の出射光をコリメートレンズ１４とレンズ１５の代わりに反射光学系を用いて焦点に集光している点が図１の例と異なる。即ち、レーザダイオード１３を出射したレーザ光は、主鏡２６で反射され副鏡２５に向かう。そして、副鏡２５で反射されて主鏡２６の中央の穴を通って、焦点を結んだ後にレンズ１７によって平行光に変換される。そして、副鏡２５は、圧電効果を用いて焦点距離を変えることができる。
【００５４】
図８に、そのような副鏡の構造例を示す。図８は断面図で、本体は圧電体３１からなる。図中の矢印は、圧電体の分極方向を示す。表面は、反射面と電極を兼ねた金属膜３２でほぼ全面が覆われている。裏面には、その中心付近の一部のみを電極３０が覆っている。金属膜３２と電極３０の間に電圧を印加すると圧電効果により、電極に両側を挟まれた中央部付近のみが伸縮しようとする結果、鏡全体の曲率がわずかに変化し、焦点距離が変化する。必要とされている焦点位置変位は、マイクロメートル単位であるからこのような方式でも十分な量が得られる。また、副鏡の直径と厚みは、小さくし易いので高速駆動に有利である。
【００５５】
記録深さを変調する別の方式として、記録光の波長を変調することが考えられる。特許文献５に記載があるように、記録光源に使用されるレーザダイオードを波長可変とすることが可能である。発振波長を制御する方法には、温度を制御する方法の他、共振器を構成する導波路の屈折率を電流注入により制御する方法も可能である。
【００５６】
簡単のために、薄肉球面レンズで考える。このようなレンズの焦点距離ｆは、次式で表すことができる。
【００５７】
【数９】
2012185872.tif 000011
【００５８】
ここで、ｎは屈折率、ｒ1及びｒ2は、２つの面の曲率半径である。よって、屈折率変化による焦点距離変化Δｆは、次式のようになる。
【００５９】
【数１０】
2012185872.tif 000012
【００６０】
ここで、Δｎは、波長変化に対する屈折率変化である。仮に、ｎ＝１．５，ｒ1＝３ｍｍ，ｒ2＝−３ｍｍとして、１ｎｍあたり屈折率が１×ｅ-4変化する硝材を使用したレンズであれば、波長の変調範囲は０．３３ｎｍ程度となる。
【００６１】
現行の光ディスクドライブでは、対物レンズなどの主要な光学素子は、色収差を補正したものを使用することがある。色消し光学系では、入射光の波長変化に対する焦点の移動量は必ずしも単調にならない。よって、波長変調を用いて、記録深さを変調する場合には、波長が長くなった場合に対物レンズの焦点距離が、少なくとも単調に伸びるように光学系全体を設計する必要がある。
【００６２】
より小さな波長変調範囲で十分な記録深さ変調を得るための構成の一例を図９に示す。この例では、より小さな波長変調範囲で十分な記録深さ変調を得るために、光学系の一部に高分散ガラスからなるレンズを使用している。波長可変レーザダイオード３６を出射したレーザ光は、コリメータレンズ１４で平行光に変換された後、高分散レンズ３５ａにより焦点を結ぶ。高分散レンズ３５ａは、コリメータレンズ１４や対物レンズ１８と比べて分散が大きな材料で作られている。焦点を過ぎた発散光は、もう一つの高分散レンズ３５ｂによって平行光に変換され、対物レンズ１８に入射する。レーザの発振波長が伸びた場合、集光側の高分散レンズ３５ａの焦点位置がもう一方の高分散レンズ３５ｂに近づくので対物レンズ１８への入射光がその分、発散傾向になり記録媒体中の焦点の位置が深くなる。
【００６３】
記録深さを変調する別の方式として、光路を選択することにより光学的距離を変更することが考えられる。それを実施した一例を図１０に示す。レーザダイオード１３は、記録クロックに同期した駆動パルスでパルス発光を繰り返す。レーザダイオード１３を発したレーザパルスは、コリメータレンズ１４で平行光に変換された後にレンズ１５で焦点を結ぶ。レンズ１５とその焦点の間には、液晶素子４０と距離調節板４１が挿入されている。一旦焦点を結んだレーザ光は、焦点の外側で発散光になる。この発散光は、レンズ１７で平行光に変換された後に対物レンズ１８によって記録可能領域内に焦点を結び、パルスレーザによりボイド１９が形成される。
【００６４】
液晶素子４０は、上下に２等分されている。電圧を印加していない状態では、いずれの領域も入射した直線偏光であるレーザダイオード１３の出射光を透過しないようになっている。また、位相変調信号に応じて上又は下半分のみレーザ光を透過させるように駆動される。そして、距離調整板４１は、レンズ１５の出射光路の下半分のみを占める光学ガラス板である。よって、位相変調信号により光路の下半分が選択された場合、距離調整板４１内では屈折率が高い分、焦点の位置が光源側に近くなる。この結果、記録深さが変調される。
【００６５】
図１０では簡単のために２値の例を用いて説明した。しかし、液晶素子の分割数を増やし、その各領域に割り付けた位相に対応する距離調整板を用意すれば、より多くの位相値に対応することができる。
【００６６】
図１１は、光ディスク装置の構成の一例を示したものである。光ディスク１は、スピンドルモータ５２によって回転される。光ヘッド５１は、記録再生に用いる光源、対物レンズをはじめとする光学系などで構成されている。本発明に基づく装置であるので再生光学系にホモダイン検出方式を用いている。ピックアップは、スライダ５３によりシークを行う。シーク及びスピンドルモータの回転などはメイン回路５４からの指示によって行う。メイン回路には、信号処理回路やフィードバック調節計などの専用回路及びマイクロプロセッサ、メモリなどが搭載されている。光ディスク装置全体の動作を制御するのはファームウェア５５である。ファームウェアは、メイン回路中のメモリに格納されている。
【００６７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００６８】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【符号の説明】
【００６９】
１：記録媒体、
１１：記録可能領域、１２：基板、１３：レーザダイオード、１４：コリメータレンズ、１５：レンズ、１６：屈折率変調器、１７：レンズ、１８：対物レンズ、１９：ボイド、２０：パルスレーザ、２１：ガスセル、２５：副鏡、２６：主鏡、３０：電極、３１：圧電体、３２：金属膜、３５ａ，３５ｂ：高分散レンズ、３６：波長可変レーザダイオード、４０：液晶素子、４１：距離調整板、５２：スピンドルモータ、５３：スライダ、５４メイン回路、５５：ファームウェア、１０１：半導体レーザ、１０２：コリメートレンズ、１０３：λ／２板、１０４：偏光ビームスプリッタ、１０６ａ，１０６ｂ：λ／４板、１０７：２次元アクチュエータ、１０８：対物レンズ、１１３：集光レンズ、１１６ａ〜１１６ｃ：ミラー、１１８：無偏光ハーフビームスプリッタ、１１９：λ／２板、１２０：偏光ビームスプリッタ、１２１，１２２：検出器、１２３：λ／４板、１２４：偏光ビームスプリッタ、１２５，１２６：検出器
【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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