(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射光源と、前記放射光源から出射する光ビームを受け情報担体上に集光する光ビーム収束手段と、前記放射光源と前記光ビーム収束手段との間にあって再生状態の時に前記光ビームを複数の光ビームに分岐し、記録状態の時に前記光ビームを分岐しない光ビーム分岐手段と、前記光ビーム分岐手段で分岐された複数の光ビームが前記情報担体の複数の情報トラック上にそれぞれ照射された後反射した光ビームをそれぞれ受ける複数の光検出器とからなり、
前記光ビーム分岐手段は、前記再生状態の時にダマングレーティングとして機能し、前記複数の光ビームを用いて、複数のトラックから信号を並列再生する情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録用光ディスク又は再生用光ディスクに対して、再生するときには複数の光ビームを発生させ再生信号の転送速度を早くし、記録をするときには一本の光ビームとして記録の効率を上げることができる高効率の情報記録再生装置に関する。
【０００２】
また再生時には光ビームを分割して３ビームトラッキングやDPP(Differential  Push-pull)トラッキング等の安定したトラッキングサーボ信号に使用し、記録時には一本の光ビームとして記録の効率を上げることができる高効率の情報記録再生装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来の光ディスクの記録時には光の利用効率を上げるため、放射光源から出射する光ビームを複数に分けることなく単一の光ビームとして使用する例が多い。一方、光ディスクの再生時には、ディスク上のトラックに追従させるためのトラッキングサーボを安定にするために複数の光ビームを用いて安定化を図ることが多くある。
【０００４】
また再生信号の転送レートをあげるため、複数の光ビームを用いて再生する方式も既に実用化されている。
【０００５】
以下従来よく用いられる代表的な再生方式の例を図８と図９を使って説明する。
【０００６】
図８は３本の光ビームを作り真ん中の光ビームで信号再生をして、両側の光ビームでトラッキングの安定化を図る方式を備えた情報記録再生装置を示している。
【０００７】
放射光源（半導体レーザ）１７０１を出射した光ビーム１７０２は回折格子１７０３で零次光ビームと＋１次光ビームおよび−１次光ビームの３本の光ビームに分割され、ビームスプリッター１７０４で反射して、光ビーム収束手段（対物レンズ）１７０５に入射する。光ビーム収束手段１７０５で収束された光ビームは記録情報担体１７０６に入射する。記録情報担体１７０６で反射した光ビームは再び光ビーム収束手段１７０５を透過して、ビームスプリッター１７０４を透過しサーボ信号や情報信号を再生する為の光検出器１７０８に入射する。ここで回折格子１７０３で分割された零次光ビームと＋１次光ビームおよび−１次光ビームの３本の光ビームはそれぞれ対応する光検出器１７０８、１７０９、１７１０に入射する。光検出器１７０８から情報信号を、光検出器１７０９と１７１０の差信号からトラッキングサーボの為の信号をそれぞれ得る。この方式は３ビーム方式と一般に呼称される方式でありよく知られた方式であるため詳細な説明は省略する。
【０００８】
光検出器１７０９と１７１０をそれぞれさらに半分に分割してそれぞれの光検出器に入射する光ビームの光スポットを信号トラック間に位置させてファーフィールド信号を取り、これらのファーフィールド信号と光検出器１７０８を分割して得たファーフィールド信号との差をとってトラッキング信号を補正するいわゆるＤＰＰ（Differential Push-pull）方式もこの３ビームに分割するという範疇に入る。この方式もよく知られた方式であるため詳細な説明は省略する。
【０００９】
図９は回折格子１７０３を詳細に示したもので、ガラス基板１８０１の一方の表面に一定の周期で位相段差が設けられて回折格子を形成している。１８０２，１８０３，１８０４は順に零次光ビーム、＋１次光ビーム、−１次光ビームを示している。この回折格子による零次光ビーム１８０２の光量は入射光ビームの光量の５０〜８０％程度となり、記録再生等に使うには出射パワーの大きなレーザを使う必要がありコストアップ等の要因となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
これらの方式には、共通の課題がある。即ち再生専用の場合にはさしたる問題はないが、記録を行う場合に光源のパワーが不足するという問題がある。
【００１１】
このパワー不足は再生時のビーム分割に原因があり、例えば３ビーム法では、中心の零次光ビーム、＋１次光ビーム、−１次光ビーム、及び高次回折ロスの光量割合は通常７：１：１：１程度となる。即ち中心の零次光ビームの光量は入射光ビームの光量に対して約３割落ちることになる。
【００１２】
マルチビーム再生では例えば７本の光ビームをほぼ均等に分割するためこの方式を使っての記録はほぼ不可能に近い。
【００１３】
本発明は上述のような記録時の光源のパワー不足を補い、さらに光学系の精度に影響のない記録と再生の互換を確保する方式を備えた情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は記録と再生の互換を確保するためにビーム分割手段である回折格子を記録時に取りさり、再生時に入れるというものである。この問題の解決の為に本発明者は回折格子を機械的に取り外すことを考えた。この考え方も基本的には本発明の範囲の内と考えられるが、回折格子の設定精度が厳しく製品として十分に精度を保つ機構の考案までには至らず記録と再生の互換を保つのは相対的に困難であった。
【００１５】
この回折格子の設定精度を保つために機械的に切り替えるのではなく電気的に切り替えることが考えられる。
【００１６】
この為本発明の実施の形態では、電気的に屈折率を変え回折格子を形成する。例えば電気を印可することで屈折率差を出し、電気を印可させないことで屈折率差の出ない材料を用いて回折素子を形成する。
【００１９】
本発明の情報記録再生装置は、放射光源と、前記放射光源から出射する光ビームを受け情報担体上に集光する光ビーム収束手段と、前記放射光源と前記光ビーム収束手段との間にあって再生状態の時に前記光ビームを複数の光ビームに分岐し、記録状態の時に前記光ビームを分岐しない光ビーム分岐手段と、前記光ビーム分岐手段で分岐された複数の光ビームが前記情報担体の複数の情報トラック上にそれぞれ照射された後反射した光ビームをそれぞれ受ける複数の光検出器とからなり、前記光ビーム分岐手段は、前記再生状態の時にダマングレーティングとして機能し、前記複数の光ビームを用いて、複数のトラックから信号を並列再生する。かかる構成によれば、再生状態の時に複数のトラックから情報信号を並列再生でき、記録状態の時に単数の光ビームとして単数のトラックに対して記録動作をさせることができる。
【００２０】
以上のように、本発明によれば、光源からの光ビームを複数に分割して安定なトラッキング制御を行なったり、複数の情報トラックを並列再生したりすることと、１つの光ビームのままで情報を記録することとを、共通する比較的低出力の光源を用いて行なうことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこの図面によって限定されるものではなく色々なバリエーションが想定できるものである。
【００２２】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態を図１（ａ）を用いて説明する。放射光源（半導体レーザ）１１０１を出射した光ビーム１１０２は光ビーム分岐手段１１０３を透過し、光ビーム分割手段１１０４で反射し、光ビーム収束手段（対物レンズ）１１０５を透過し、記録情報担体１１０６に入射する。
【００２３】
光ビーム分岐手段１１０３は状態１の時光ビームを分岐し、状態２の時光ビームを分岐しない素子であり、本実施の形態では液晶を用いた可変回折素子とした。
【００２４】
即ち状態１の時には液晶に電圧が印可され、状態２では液晶に電圧が印可されない。従って状態１では光ビーム分岐手段１１０３は回折素子として働き、状態２では光ビーム分岐手段１１０３は単なるガラス板と同じ透明板として働く。従って状態２では回折による光量ロスが発生しないので比較的光出力の少ないレーザを用いて情報記録を実現できる。レーザの製造歩留まりは光出力と大きく関連しておりコストダウンを図ることができる。
【００２５】
記録情報担体１１０６で反射した光ビームは再び光ビーム収束手段１１０５を透過し、光ビーム分割手段１１０４を透過してサーボ信号や情報信号を再生する為の光検出器１１０８に入射する。ここではサーボ信号検出の為の方法は詳述しないが、ホログラム等を用いてサーボ信号を検出し、フォーカスサーボやトラッキングサーボを行うことができる。この検出方法や、サーボの具体的な動作、方式は本発明とは直接関係がないので説明を省略する。
【００２６】
（実施の形態２）
第２の実施の形態を図１（ｂ）を用いて説明する。放射光源１１１１を出射した光ビーム１１１２は光ビーム分岐手段１１１３、光ビーム分割手段１１１４を透過して、光ビーム収束手段１１１５を透過し、記録情報担体１１１６に入射する。光ビーム分岐手段１１１３は状態１の時光ビームを分岐し、状態２の時光ビームを分岐しない素子であり、本実施の形態では液晶を用いた可変回折素子とした。即ち状態１の時には液晶に電圧が印可され、状態２では液晶に電圧が印可されない。従って状態１では光ビーム分岐手段１１１３は回折素子として働き、状態２では光ビーム分岐手段１１１３は単なるガラス板と同じ透明板として働く。従って状態２では回折による光量ロスが発生しないので比較的光出力の少ないレーザを用いて情報記録を実現できる。
【００２７】
記録情報担体１１１６で反射した光ビームは再び光ビーム収束手段１１１５を透過し、光ビーム分割手段１１１４で回折されサーボ信号や情報信号を再生する為の光検出器１１１８に入射する。ここではサーボ信号検出の為の方法は詳述しないが、光ビーム分割手段１１１４としてはホログラム等を用いており、光検出器１１１８でサーボ信号を検出しフォーカスサーボやトラッキングサーボを行うことができる。この検出方法や、サーボの具体的な動作、方式は本発明とは直接関係がないので説明を省略する。
【００２８】
（実施の形態３）
上記第１の実施の形態にコリメートレンズを追加した方式を図２（ａ）に示す。放射光源１１０１から出射した光ビーム１１０２はコリメートレンズ１１２０により平行光となる。その他の動作は第１の実施の形態と同じである。
【００２９】
また、上記第２の実施の形態にコリメートレンズを追加した方式を図２（ｂ）に示す。放射光源１１１１から出射した光ビーム１１１２はコリメートレンズ１１３０により平行光となる。その他の動作は第２の実施の形態と同じである。
【００３０】
（実施の形態４）
マルチビームを発生させる光ビーム分岐手段の実施の形態の概略図を図３に示す。図３の（ａ）はマルチビームを発生させる深さｔの回折格子を刻んだ可変回折素子の実施の形態を示している。片面に凹凸溝状の回折格子が形成された硝子基板１２０１と、両面が略平行平面の硝子基板１２０３との間に回折格子部を満たすように屈折率可変部材１２０２が満たされている。本実施の形態では屈折率可変部材の例として液晶を使用した。液晶以外の固体結晶も使用できる。液晶１２０２が硝子と接する面には透明電極１２０６，１２０８が設けられている。液晶１２０２は漏れないようにシール部材１２０４で封印されている。
【００３１】
透明電極にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide)等を用いることができる。
【００３２】
電圧の印可されないときの液晶の屈折率ｎc1、基板ガラスの屈折率ｎｇとすると以下の関係が成り立つ。
【００３３】
【数１】
0004309545.tif 000002
【００３４】
回折格子によって発生する位相差を△、光ビームの波長をλ、電圧が液晶を挟む透明電極の間に印可されたときの液晶の屈折率ｎ（ｖ）とすると、以下の関係が成り立つ。
【００３５】
△＝２π（ｎ（ｖ）−ｎｃ1）ｔ／λ
【００３６】
電圧が印可されないときには位相差が発生しないので入射光１２０５は回折されずにそのまま通過する。電圧が印可されるとｎ（ｖ）＞ｎｃ1となり回折格子が形成される。回折光１２０７は印可電圧で強度が変化するが通常一次回折光の強度が零次光の強度に対し６〜１４％となるように設定する。
【００３７】
図３の（ｂ）は可変回折素子の別の実施の形態である。ストライプ状の透明電極１２１６が設けられている硝子基板１２１１と、一様な透明電極１２１７が設けられている両面が略平行平面の硝子基板１２１３との間に回折格子部を満たすように屈折率可変部材１２１２が満たされている。本実施の形態では屈折率可変部材の例として液晶を使用した。液晶以外の固体結晶も使用できる。液晶は漏れないようにシール部材１２１４で封印されている。液晶は印可される電圧により屈折率を変化させる事のできる部材の代表的なものである。
【００３８】
液晶１２１２は透明電極１２１６，１２１７間に電圧が印可されていないときには一様な屈折率となり、透明電極１２１６，１２１７間に電圧を印可すると電極に挟まれた部分の屈折率が大きくなる。電圧の印可されないときの液晶の屈折率ｎc2、透明電極の屈折率ｎａとすると以下の関係が成り立つ。
【００３９】
【数２】
0004309545.tif 000003
【００４０】
回折格子によって発生する位相差を△、光ビームの波長をλ、電圧が印可されたときの液晶の屈折率ｎ（ｖ）、液晶厚さをｄとすると、以下の関係が成り立つ。
【００４１】
△＝２π（ｎ（ｖ）−ｎｃ2）ｄ／λ
【００４２】
電圧が印可されないときには位相差が発生しないので入射光１２１５は回折されずにそのまま通過する。電圧が印可されるとｎ（ｖ）＞ｎｃ2となり回折格子が形成される。回折光１２１８は印可電圧で強度が変化するが通常一次回折光の強度が零次光の強度に対し６〜１４％となるように設定する。
【００４３】
位相差は目的により異なるが、例えば３ビームトラッキングやＤＰＰのトラッキング方式を使用する場合には、設計により差はあるが位相差がπ／６以下が標準である。もちろんこの範囲外での設計も考えられるが、光ビームの利用効率を考えるとやや損な光学系となる。
【００４４】
図３で示したような回折光を発生させたり零次光のみとさせる可変回折素子を用いてトラッキング制御を行なう実施形態を説明する。
【００４５】
可変回折素子に電圧が印可されると３本の光ビームが発生する。図４は３ビームトラッキングを行うときの光ディスク上の信号ピット１３０１と光スポット１３０２，１３０３，１３０４の関係を示している。各光スポットの反射光ビームは光ビーム収束手段１３０５で集光され光検出器１３０６，１３０７，１３０８で検出される。零次の光ビームは光検出器１３０６で＋１次及び−１次回折光はそれぞれ光検出器１３０７，１３０８で検出される。３ビームトラッキングの方式についてはすでに公知であり、ここでは詳細な説明は省略する。
【００４６】
可変回折素子に電圧が印可されないと、光ビームはそのまま通過して、ディスク上には光スポット１３０２のみができる。光ビーム収束手段１３０５で集光された反射光ビームはファーフィールドトラッキングができるように２分割された光検出器１３０６で検出される。この場合には光ビームの強度が低下しないので情報記録が可能になる。このように、可変回折素子に印加する電圧を制御することにより３ビームトラッキングとファーフィールドトラッキングとを切り替えることができる。
【００４７】
図５はＤＰＰ(Differential Push-pull)と呼ばれるトラッキングと、ファーフィールドトラッキングとを切り替える方式を示している。３本の光ビームは、ディスク上において、トラックセンタ上の光スポット１３０２とトラック間の光スポット１４０３，１４０４を形成する。光検出器１４０６，１４０７，１４０８は何れも２分割されておりそれぞれファーフィールドトラッキングができるようになっている。ＤＰＰの方式についてはすでに公知であり、ここでは詳細な説明は省略する。
【００４８】
可変回折素子に電圧が印可されると３本の光ビームが発生して、ＤＰＰ方式のトラッキングを行う事ができる。光ビーム収束手段１３０５で集光された反射光ビームは光検出器１４０６，１４０７，１４０８で検出される。零次の光ビームは光検出器１４０６で＋１次及び−１次回折光はそれぞれ光検出器１４０７，１４０８で検出される。
【００４９】
可変回折素子に電圧が印可されないと、光ビームはそのまま通過して、ディスク上には光スポット１３０２のみができる。光ビーム収束手段１３０５で集光された反射光ビームはファーフィールドトラッキングができるように２分割された光検出器１４０６で検出される。可変回折素子に電圧が印可されないと、光ビーム強度を強くすることができ情報記録が可能となる。
【００５０】
一方マルチビームで再生する場合には各光ビーム強度はほぼ均等になる必要がある。
【００５１】
この場合には回折格子の形状はいわゆる矩形ではなくダマングレーティング（Dammann grating）と呼称されるグレーティングとなり、位相差はおよそπ／３位となる。ダマングレーティングについては、J.Jahns et al.,“Dammann gratings for laser beam shaping”,Appl.opt.,Vol.23,No.12,pp.1267〜1275(1989).に詳述されており、説明は省略する。
【００５２】
図６にダマングレーティングの形状をした実施の形態を示す。マルチビームを発生させる深さの三角状の回折格子を刻んだ可変回折素子の実施の形態である。片面に回折格子を形成した硝子基板１５０１と、両面が略平行平面の硝子基板１５０３との間に回折格子部を満たすように屈折率可変部材１５０２が満たされている。屈折率可変部材の例として液晶を使用した。液晶以外の固体結晶も使用できる。液晶１５０２が硝子と接する面には透明電極１５０６，１５０８が設けられている。液晶１５０２は漏れないようにシール部材１５０４で封印されている。可変回折素子に電圧が印可されると零次光ビーム１５０５と強度がほぼ同じ複数本の回折光ビーム１５０７が発生する。この複数本の光ビームをそれぞれ光ディスク上の異なる情報トラック上の信号ピットに照射する。
【００５３】
図７にこのようなマルチビームを照射したときの光スポット１６０２と信号ピット１６０１の様子を模式的に示した。本実施の形態では７本のほぼ均一な光ビームによる光スポット１６０２がディスク上の７本の情報トラック上にそれぞれ形成されている。この光ビームの数は回折格子の設計により任意の個数にすることができるが、数が多くなりすぎると光ビームのなす視野角が収差上の制限を越えるため実際上そんなに多くすることができない。光ビーム収束手段１６０５で集光された反射光ビームは光検出器アレー１６０７で検出される。この７本ビームの場合には少なくとも７個の光検出器で検出される。実際の再生ではいずれか１本の光ビームをサーボのために使用する。
【００５４】
可変回折素子に電圧が印可されないと、光ビームはそのまま通過して、ディスク上には一つの光スポットのみができる。光ビーム収束手段１６０５で集光された反射光ビームはファーフィールドトラッキングができるように２分割された光検出器（図示せず）で検出される。この場合には光ビームの強度が低下しないので情報記録が可能になる。
【００５５】
このように、可変回折素子に電圧が印可される時には、複数の光ビームを形成して対応する複数のトラック上に照射して、信号で変調された反射光をそれぞれ対応する光検出器で検出することができる。可変回折素子に電圧が印可されないときには光ビームは一本となり光ビーム強度を強くすることができる。この方式を用いて光ディスクに記録及び再生をすることができる。従来はマルチビームでの簡単な構成で記録動作と再生動作との互換を行うことが困難であったが、本発明により容易に情報記録とマルチ光ビーム読み出しとの互換を行うことができるようになった。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ビーム分岐手段を使った情報記録再生装置によって、従来困難であったマルチ光ビームを用いて安定な制御を行ったり、複数のトラックから信号を並列再生すると同時に、光ビームを１本にして情報記録もできるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の情報記録再生装置の光学構成を示す図
【図２】本発明の情報記録再生装置の別の光学構成を示す図
【図３】本発明の光ビーム分岐手段の実施の形態例を示す断面図
【図４】本発明の情報記録再生装置において３ビームトラッキング制御を行なう場合のディスク上の光スポットの配置を示す図
【図５】本発明の情報記録再生装置においてＤＰＰトラッキング制御を行なう場合のディスク上の光スポットの配置を示す図
【図６】本発明の光ビーム分岐手段の別の実施の形態例を示す断面図
【図７】本発明の情報記録再生装置においてマルチビーム再生を行なう場合のディスク上の光スポットの配置を示す図
【図８】従来例の情報記録再生装置の光学構成を示す図
【図９】従来の回折素子の例を示す断面図
【符号の説明】
１１０１，１１１１，１７０１  放射光源（半導体レーザ）
１１０２，１１１２  光ビーム
１１０３，１１１３  光ビーム分岐手段（可変回折素子）
１１０４、１１１４  光ビーム分割手段
１１０５，１１１５，１３０５，１７０５  光ビーム収束手段（対物レンズ）
１１０６，１１１６，１７０６  記録情報担体
１１０８，１１１８  光検出器
１１２０，１１３０  コリメートレンズ
１２０２，１２１２，１５０２  液晶
【図１】
0004309545.tif 000004
【図２】
0004309545.tif 000005
【図３】
0004309545.tif 000006
【図４】
0004309545.tif 000007
【図５】
0004309545.tif 000008
【図６】
0004309545.tif 000009
【図７】
0004309545.tif 000010
【図８】
0004309545.tif 000011
【図９】
0004309545.tif 000012