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技術 フォトンモード光記録媒体の記録再生方法及び記録再生装置

出願人 三洋電機株式会社
発明者 辻岡強
出願日 1993年12月16日 (26年11ヶ月経過) 出願番号 1993-316731
公開日 1995年7月4日 (25年4ヶ月経過) 公開番号 1995-169056
状態 未査定
技術分野 光学的記録再生1 光学的記録再生4(ヘッド自体) 光ヘッド 半導体レーザ 半導体レーザ
主要キーワード アッテネーター フォトクロミック媒体 平均ノイズ ノイズ強度 mA未満 回折限界スポット 低パワーレベル 放射パワー
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この項目の情報は公開日時点(1995年7月4日)のものです。
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図面 (6)

目的

フォトンモード光記録媒体記録再生において、記録モードパワーレベルと超低パワー再生モードのパワーレベルとを同一の半導体レーザーで実現し、小型でかつ簡易な構造の光記録再生装置を得る。

構成

フォトンモード光記録媒体に情報記録する際には半導体レーザーのレーザー発振閾値以上の注入電流記録信号に応じて半導体レーザーに流し半導体レーザーからの放射光記録光として用い、フォトンモード光記録媒体に記録された情報を再生する際には半導体レーザーのレーザー発振閾値より小さな注入電流を一定レベルで半導体レーザーに流し半導体レーザーからのLED光再生光として用いることを特徴としている。

概要

背景

概要

フォトンモード光記録媒体記録再生において、記録モードパワーレベルと超低パワー再生モードのパワーレベルとを同一の半導体レーザーで実現し、小型でかつ簡易な構造の光記録再生装置を得る。

フォトンモード光記録媒体に情報記録する際には半導体レーザーのレーザー発振閾値以上の注入電流記録信号に応じて半導体レーザーに流し半導体レーザーからの放射光記録光として用い、フォトンモード光記録媒体に記録された情報を再生する際には半導体レーザーのレーザー発振閾値より小さな注入電流を一定レベルで半導体レーザーに流し半導体レーザーからのLED光再生光として用いることを特徴としている。

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請求項1

フォトンモード光記録媒体半導体レーザーを用いて記録再生する方法であって、前記フォトンモード光記録媒体に情報を記録する際には前記半導体レーザーのレーザー発振閾値以上の注入電流記録信号に応じて半導体レーザーに流し、該半導体レーザーからの放射光記録光として用い、前記フォトンモード光記録媒体に記録された情報を再生する際には前記半導体レーザーのレーザー発振閾値より小さな注入電流を一定のレベルで半導体レーザーに流し該半導体レーザーからの放射光を再生光として用いることを特徴とするフォトンモード光記録媒体の記録再生方法

請求項2

フォトンモード光記録媒体を記録再生するための装置であって、前記フォトンモード光記録媒体の記録再生が可能な波長の光を放射する半導体レーザー光源と、前記フォトンモード光記録媒体に情報を記録する際には前記半導体レーザー光源のレーザー発振閾値以上の注入電流を記録信号に応じて半導体レーザー光源に流し、かつ前記フォトンモード光記録媒体に記録された情報を再生する際には前記半導体レーザー光源のレーザー発振閾値より小さな注入電流を一定レベルで半導体レーザー光源に流すための半導体レーザー注入電流制御手段と、前記半導体レーザー光源からの放射光を前記フォトンモード光記録媒体上に集光するためのレンズ系と、前記フォトンモード光記録媒体からの反射光を検出する光検出器とを備えることを特徴とするフォトンモード光記録媒体の記録再生装置

技術分野

0001

本発明は、フォトンモード光記録媒体記録再生方法及び記録再生装置に関するものである。

0002

近年、書換え可能な光記録媒体として、フォトンモード反応を利用したフォトクロミック光記録の研究が活発に行われている。フォトクロミック材料所定波長の光を照射すると光化学反応により分子の構造が変化し、これに伴って特定波長の光に対する吸光度屈折率等の光学的特性変化が生じ、また他の波長の光や熱を加えることにより、変化した分子構造が元に戻るという性質を有している。従って、フォトクロミック光記録媒体の記録は特定波長の光照射による分子構造変化によって行われ、再生はこれに伴う光学的特性変化、特に吸光度の変化を検出することによって行われる。

0003

このようなフォトクロミック光記録では、異なる吸収スペクトルを有する複数の材料を用い、各材料に対応する複数の波長のレーザー光を用いて記録する波長多重記録や、記録レーザー偏光面に一致する配向を有する分子を選択的に反応させる偏光多重記録等の方法によって、従来の光磁気記録相変化光記録などのヒートモード記録よりも高密度な記録が達成できる。

0004

ところで、このようなフォトンモード光記録では、光化学反応に閾値が存在しないため、再生を繰り返すことによって徐々に反応が進行し、ついには記録された情報が破壊されてしまうという問題があった。このような問題を解消するため、本発明者は未だ公知ではない特願平5−88854号公報において、下記の式(I)のPrep (W)の近傍あるいは下記の式(II)のPrep (W)の範囲内の超低パワー再生光を用いて再生する「超低パワー再生方式」を提案している。

0005

0006

(ここで、SNRはシステムに必要なSNパワー比(PP/rms)、eは電気素量1.6×10-19 (C)、Bはシステムの帯域幅(Hz)、ηは光検出器ゲイン1に対する感度(A/W)、γはピックアップ効率、Rave は光記録媒体の平均反射率、ΔRは光記録媒体の記録部と未記録部との反射率の変化量を示す。)

0007

0008

(ここで、SNRはシステムに必要なSNパワー比(PP/rms)、eは電気素量1.6×10-19 (C)、Bはシステムの帯域幅(Hz)、ηは光検出器のゲイン1に対する感度(A/W)、γはピックアップ効率、Rave は光記録媒体の平均反射率、ΔRは光記録媒体の記録部と未記録部との反射率の変化量、kはボルツマン定数1.38×10-23 (J・K-1)、Tは絶対温度(K)、Iamp は再生用プリアンプ平均ノイズ電流(A)、Zは再生用プリアンプのインピーダンス(Ω)を示す。)

0009

このような「超低パワー再生方式」では、フォトンモード光記録媒体に記録された情報を再生するために数nW〜数μWの非常に低いレーザーパワーを使用する。従って、フォトクロミック媒体に記録しかつ超低パワーで再生を行うための装置として、同一のレーザー光源を用いて記録と再生を行う場合には、ピックアップ内部に光パワーの調整が可変アッテネーターなどの特別な光学素子を設ける必要があった。また、記録用光源とは別に再生用の光源を設ける場合には、あらかじめ超低パワーレベルまでパワー減衰させた手段を設けた再生用光源が必要となる。このため、「超低パワー再生方式」を用いるフォトンモード光記録媒体の従来の記録再生方法では、装置が複雑化しかつ大型化すると共にコストの高いものになるという問題点があった。

0010

本発明の目的は、このような従来の問題点を解消し、装置が複雑化及び大型化することなく、同一の光源で記録及び再生を行うことのできるフォトンモード光記録媒体の記録再生方法及び記録再生装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

本発明のフォトンモード光記録媒体の記録再生方法は、フォトンモード光記録媒体に情報を記録する際には半導体レーザーレーザー発振閾値以上の注入電流記録信号に応じて半導体レーザーに流し、該半導体レーザーからの放射光記録光として用い、フォトンモード光記録媒体に記録された情報を再生する際には半導体レーザーのレーザー発振閾値より小さな注入電流を一定のレベルで半導体レーザーに流し、該半導体レーザーからの放射光を再生光として用いることを特徴としている。

0012

また本発明のフォトンモード光記録媒体の記録再生装置は、フォトンモード光記録媒体の記録再生が可能な波長の光を放射する半導体レーザー光源と、フォトンモード光記録媒体に情報を記録する際には半導体レーザー光源のレーザー発振閾値以上の注入電流を記録信号に応じて半導体レーザー光源に流し、かつフォトンモード光記録媒体に記録された情報を再生する際には半導体レーザー光源のレーザー発振閾値より小さな注入電流を一定レベルで半導体レーザー光源に流すための半導体レーザー注入電流制御手段と、半導体レーザー光源からの放射光をフォトンモード光記録媒体上に集光するためのレンズ系と、フォトンモード光記録媒体からの反射光を検出する光検出器とを備えることを特徴としている。

0013

超低パワー再生方式で再生する場合、再生モードの数nW〜数μWのパワーレベル記録モードの数mW以上のパワーレベルを切り換える必要があるが、従来、このような半導体レーザーの放射パワーの制御は不可能であると考えられていた。従って、従来半導体レーザーを記録再生の際の光源として使用する場合には、レーザー発振閾値以上の注入電流で動作させ使用している。本発明では、超低パワーで再生させる際レーザー発振閾値より小さな注入電流を流すことにより、自然発光LED発光)させ、その放射光を再生光として使用している。

0014

本発明では、記録モードの際、従来と同様に半導体レーザーを発振閾値以上で用いて記録を行っており、記録に必要なレーザーパワーを得ることができる。一方、再生モードの際には、発振閾値より小さな注入電流を用い、LED発光領域で使用している。このようにLED発光領域で使用することにより、数nW〜数μWの非常に低いレーザーパワーを使用して再生することができ、注入電流を変化させることによって数mW以上の光を放射する記録モードと、数μW以下の超低パワーの光を放射する再生モードの切換を容易に行うことができる。

0015

また、フォトンモード光記録において高密度記録可能とするためには、記録及び再生の際に光の回折限界で決まる微小スポットにまで半導体レーザーからの放射光を集光することが必要となる。本発明において、記録モードの際の放射光はレーザー光であるので、対物レンズにより回折限界のスポットまで集光が可能である。また再生モードの際には、LED発光であるので、対物レンズにより集光することにより発光点の大きさと同じレベルのスポットにまで集光することができる。

0016

図3は、半導体レーザーの一般的な構造を示す斜視図である。図3を参照して、この半導体レーザーでは、n形GaAs基板1の上に、n型Aly Ga1-x Asクラッド層2、p形GaAs活性層3、p形Alx Ga1-x Asクラッド層4、p形GaAs層5を積層することにより構成されており、下面に電極6、上面に幅wの電極7が設けられている。このような半導体レーザーにおいて発光点の大きさは、活性層3の厚みd及び電極の幅wで決まる領域となる。一般に活性層の厚みdは0.1〜1μmであり、幅wは1〜数μm程度である。一方、回折限界によるスポットの大きさは、対物レンズの開口数をNA、光の波長をλとすると、λ/NA程度であり、1〜2μm程度である。従って、幅wが1〜2μm程度以下の半導体レーザーを用いることにより、LED放射光でも回折限界スポット匹敵するスポットにまで集光することが可能となる。

0017

図4は、本発明に従う記録再生装置の一実施例を示す概略構成図である。半導体レーザー11としては、例えば630nm付近レーザーを放射し、かつ活性層の大きさが1〜2μm程度以下の半導体レーザーが用いられている。この半導体レーザー11は、半導体レーザー注入電流制御回路17により、記録モード時には記録信号に対応した発振閾値以上の注入電流によって変調されたレーザーパルスが放射され、再生モード時には発振閾値より小さな注入電流によって一定レベルのLED光が放射されるようになっている。

0018

半導体レーザー11から放射された光は、コリメートレンズ12により整形され、干渉フィルタ32、偏光ビームスプリッター13、及び1/4波長板14を通り、ダイクロックミラー30により反射され、対物レンズ系31により、フォトンモード光記録媒体40のディスク面上へ集光される。

0019

再生モード時には、レーザー半導体11からLED光が放射され、記録モードの際のレーザー光と同様にダイクロックミラー30で反射されて対物レンズ系31を透過しフォトンモード記録媒体40上で集光され、フォトンモード記録媒体40から反射された光はダイクロックミラー30で反射され、1/4波長板14を通り、偏光ビームスプリッター13で光検出器16側へ光路が変換され、レンズ15を通って光検出器16へ入射し、再生出力が得られる。光検出器16としては、アバランシェフォトダイオード等のように光電流自己増幅作用を有するものが望ましい。なお、一般に半導体レーザーからのLED発光は、レーザー光に比較してスペクトルブロードになっていることが多い。このような場合、対物レンズ系31やコリメートレンズ12の色収差が大きいと、記録時の焦点の位置と再生時の焦点の位置がずれたり、再生時の集光能力が低下したりするという問題を生じるので、そのような色収差ができるだけ小さいレンズを使用することが望ましい。また、光学系の中にレーザー発振波長と同じ波長成分のみを透過する干渉フィルター32を設置しておくことが望ましい。

0020

また、本実施例の記録再生装置では、超低パワー再生時にフォーカストラッキングサーボが不安定にならないように、サーボ用の光学系が別途設けられている。このよなうサーボ用の光学系の光源21としては、例えば、波長830nmの半導体レーザーを用いることができる。光源21からの放射光は、コリメートレンズ22により整形され、偏光ビームスプリッター23及び1/4波長板24を通りダイクロックミラー30を通って対物レンズ系31によりフォトンモード光記録媒体40のディスク面上に集光される。反射光は、1/4波長板24及び偏光ビームスプリッター23の作用により、光路が変換されて、フォーカス/トラッキングエラー検出用光学系25へ入射する。フォーカス/トラッキングエラー検出用光学系25としては、公知の光学系を用いることができ、これによって得られたフォーカス/トラッキングエラー信号に基づいて、フォーカス/トラッキング回路26により、対物レンズ系31が駆動され、サーボが実行される。なお、光源21の出力は、記録モードの際も再生モードの際も一定でよい。

0021

図1及び図2は、光記録媒体40のディスク面における半導体レーザー11からの放射光の光強度と注入電流量との関係を示しており、図1縦軸及び横軸共に線形プロットしたものであり、図2は縦軸及び横軸共に対数でプロットしたものである。図1から明らかなように、この半導体レーザーの発振閾値が注入電流でおよそ33mAに存在することがわかる。従って、本実施例の装置の場合、記録モードでは注入電流33mA以上で、再生モードでは注入電流33mA未満で使用することになる。図1及び図2から明らかなように、記録モードでは数mW程度のレーザー光が直線性よく得られており、再生モードでは数mAの注入電流によって数10〜数100nWのLED光が直線性よく得られている。

0022

光記録媒体40のディスク面上でのレーザースポット径は、記録モード(注入電流45mA)で1.27μmであり、再生モード(注入電流5mA)で1.29μmであり、ほとんど変わらなかった。これらの数値は、対物レンズの開口数NA=0.5及び波長=0.63μmから決まる回折限界の値(λ/mA)1.26μmにほぼ一致している。

0023

上記のことから明らかなように、記録時には半導体レーザーのレーザー発振閾値以上の注入電流を記録信号に応じて注入し、再生時にはレーザー発振閾値より小さな注入電流を一定レベルで注入することにより、超低パワー再生方式の記録再生を単一のレーザーで行うことができる。また微小なスポットで記録光及び再生光を集光し高密度な記録が可能となる。

0024

図5は、光記録媒体のディスク面における注入電流と放射光の相対的ノイズ強度との関係を示す図である。図5に示すプロットは、半導体レーザーを1MHzの周波数強度変調し、光検出器で検出した出力をスペクトラムアナライザー解析し、信号レベルに対するノイズレベルの比を測定して得られたものである。図5から明らかなように、レーザー発振閾値付近ノイズが急激に増大していることがわかる。従って、発振閾値より小さな注入電流で半導体レーザーを動作させる場合においても、発振閾値に近い値での動作はSN比の点からできるだけ避けるほうが望ましいことがわかる。

発明の効果

0025

本発明では、記録モード時に半導体レーザーのレーザー発振閾値以上の注入電流を流すことにより半導体レーザーからレーザー光を放射しこれを記録光として用い、再生モードの際にはレーザー発振閾値より小さな注入電流を一定レベルで半導体レーザーに流し半導体レーザーからLED光を放射しこれを再生光として用いている。このため、単一の半導体レーザーで、超低パワー再生が可能となり、フォトンモード光記録媒体の繰り返し可能回数を大幅に向上させることができる。また、単一のレーザーで記録及び再生が可能であるため、装置自体が簡略化され、小型化及び低コスト化を図ることができる。

図面の簡単な説明

0026

図1半導体レーザーの注入電流と放射光強度の関係を線形プロットで示す図。
図2半導体レーザーの注入電流と放射光強度の関係を対数プロットで示す図。
図3一般的な半導体レーザーの構造を示す斜視図。
図4本発明に従う一実施例の記録再生装置を示す概略構成図。
図5半導体レーザーの注入電流と相対的なノイズレベルとの関係を示す図。

--

0027

11…半導体レーザー
12…コリメートレンズ
13…偏光ビームスプリッター
14…1/4波長板
15…レンズ
16…光検出器
21…サーボ用光
22…コリメートレンズ
23…偏光ビームスプリッター
24…1/4波長板
25…フォーカス/トラッキングエラー検出用光学系
30…ダイクロックミラー
31…対物レンズ系
40…フォトンモード光記録媒体

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