JP2839502B2 - 光情報再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明はレーザ光で情報を記録再生する光ビデオデ
ィスクなどの光ディスク装置に用いる光情報再生装置に
関する。

（従来の技術） 光ビームを用いて情報円盤から信号を読み出すビデオ
ディスク装置では、情報信号を情報円盤上に幅0.4μ
ｍ、長さ0.5〜1.8μｍの凹凸でトラックピッチが1.6μ
ｍになる様に螺旋状または同心円状に記録している。こ
の情報を読み取るには、レーザビームを対物レンズで約
１μｍ径の微小スポットに集光し、その反射光を再び対
物レンズを通して受光素子に導き、電気信号として取り
出している。

最近、この光ビデオディスク装置では、半導体レーザ
の短波長化に伴ってさらに多量の情報を記録することが
試みられている。この際には、情報列方向の凹凸長さを
短かくする他に、トラックピッチを狭くすることで高密
度化が図られる。トラックピッチを狭くする際に問題と
なるのは、情報を読み出す光ビームスポットが有限の大
きさを持ち、例えばエアリパターンとして光強度が分布
しているため、トラックピッチを狭めた場合、隣りのト
ラックにも光ビームが当たり、このトラックの信号も同
時に検出してしまう。これをクロストークと言うが、こ
のクロストークを減少させる方法として、特開昭62−60
731号公報にみられる方法が知られている。これは第３
図に示す様に、隣接した３つのトラック31,32,33に同時
に３つの光ビーム34,35,36を照射し、真中の情報トラッ
ク32の両隣りの情報トラック31,33からの信号に各々ク
ロストーク量を掛けたものを真中の情報トラック32から
の信号より差し引く演算を行うことにより、クロストー
クを減少させる方法である。

しかしこの方法では、第３図から明らかな様に隣接ト
ラック31,32,33に照射する光ビーム34,35,36は情報トラ
ック方向に直角に並ぶ様に照射されており、しかもトラ
ックの中心に照射されている。光ビデオディスクでは、
トラックピッチは１〜1.6μｍ程度になるため、ビーム
間隔もこの程度の値になるので、トラックピッチが狭く
なるとこれらの光ビームは重なる様になり、この光ビー
ムを分離して検出することは困難になってくる。また、
３つのビームを別々の光検出器で受光するには、受光素
子の作り易さ調整のし易さなどのため、数100μｍは離
れるのが一般的であるが、この様にするには光ビームの
検出光学系の倍率を数100倍としなければならない。こ
の様な光学系は光路長がかなり長くなり、ピックアップ
全体として大きく、しかも重くなり、実用的でなくな
る。

また、両側の光ビーム34,36は両隣りのトラック31,32
の中心に照射する様にしているため、トラックピッチが
狭くなった場合、この光ビーム34,36はさらにその隣り
のトラック37,38の情報をも検出することになり、これ
らと中央ビーム35からの信号との差をとっても中央ビー
ムからみると、１つ置いた隣りのトラック37,38の信号
をクロストークとして拾うことになり、クロストーク減
少の効果がない。

一方、従来凹凸信号の検出は第10図に示すような方法
が用いられていた。つまり（ａ）において光源71からの
レーザ光をコリメーションレンズ472、ビームスプリッ
タ473を通して対物レンズ474で集光させ情報円盤475に
照射させる。この反射光を集光レンズ476で光検出器477
に集め、増幅器478を通して検出している。この検出で
は、対物レンズで集光されたビームスポットが信号凹凸
で回折されることにより、反射光量の変調を受けたこと
になるので、ビームスポットと凹凸の関数の積をフーリ
エ変換した成分が受光される。従って、対物レンズの開
口数NAと光の波長λで一義的に決まる変調度（MTF）し
か信号として得られない。上述したように半導体レーザ
の短波長化に伴い、凹凸波長やトラックピッチを短かく
して記録再生する高密度化が進んでいるが、上に述べた
従来の方法では対物レンズのNAや光の波長λが決まって
いれば、それによるMTFの限界があるため、より高密度
な記録再生ではNAを大きくするかλを小さくするかしな
ければC/Nの劣化が起ってしまう。

また、（ｂ）に示す様に凹凸信号列方向に２分割した
光検出器479,480で受光し、その差動出力を信号とする
方法も知られている。これは凹凸のエッジ部で回折され
た信号が強調されて得られるため高い周波数の検出は可
能であるが、低い周波数の凹凸（凹凸の長さや間隔が長
い信号）に関しては検出MTFが低下してしまう。従って
低周波成分も含む信号再生には具合が悪いという問題が
あった。

（発明が解決しようとする課題） 上述した様に、クロストークをなくすために、３つの
情報トラックの垂直方向に相並んだ３つの光ビームスポ
ットをそれぞれのトラック中心に照射するクロストーク
減少方法では、トラックピッチを狭くした場合３つのビ
ームを分離して検出することが困難になり、光学系も大
きくなりすぎ、しかも、１つ置いたさらに隣りのトラッ
クの信号分のクロストークが出てきてしまう。

又さらに、従来の検出方法では対物レンズのNAと光の
波長で決められるMTFで信号変調度が決められてしま
い、凹凸の大きさが小さくなった場合、検出信号のレベ
ルが低下して、C/Nが劣化してしまうので、より高密度
な情報の記録再生が不可能である。

そこでこの発明は、第１に光ピックアップを大きくす
ることなく、しかもトラッキング動作も容易に行えて、
両隣りのクロストークを減少させ、さらにその外側のト
ラックのクロストークも影響のない様な、高密度光情報
再生装置を提供することを目的とし、又本発明は第２に
同じ対物レンズと光の波長を用いてもより大きな変調度
が得られ、しかもノイズ成分は同じ割合では増大させ
ず、従って再生信号のC/Nを向上させることができ、よ
り高密度の記録再生も可能にすることのできる高解像光
情報記録再生装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、光ビームを発する光源を備え、この光源
から発せされた光ビームを情報媒体に導き微小スポット
に集光する光学手段と、前記情報媒体からの反射光また
は透過光を受光して電気信号に変換する、情報列方向に
関して２領域に分割された光検出器と、この光検出器に
よる２つの光検出器出力の和をとる第１の加算手段と、
前記２つの光検出器出力の差をとる引算手段と、前記加
算手段及び前記引算手段の出力の位相を合わせる位相調
整手段と、前記加算手段及び前記引算手段の出力の和を
とる第２の加算手段とを備えたことを特徴とする光情報
再生装置に関するものである。

（作用） 本発明では情報円盤からの反射光を２分割された光検
出器で受光し、その和から得られる対物レンズのNAと光
の波長λとで決まる低周波から高周波へ漸減するMTFを
もつ信号成分と、２分割光検出器の差をとることにより
NAとλとで決まる遮断周波数に至るまでの間にピークを
もつMTFをもつ信号成分を位相を合わせてから加えるこ
とにより、単一光検出器でのMTFより大きな変調度が得
られ、従って信号振幅を大きくすることができる。ま
た、差出力ではノイズ分が逓減させることができ、信号
振幅に対しノイズを小さくすることができるのでC/Nを
向上させることができる。従って、同じNAの対物レンズ
と光の波長を用いてもC/Nを向上させることができ、ま
た、より高密度な記録再生を実現できる。

（実施例） 以下に本発明の第１の発明に係る一実施例について図
面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図である。半
導体レーザ11から放射されたレーザビーム12はコリメー
ションレンズ13で平行光に変換され、回折格子14を通り
３本のビームに分割される。偏光ビームスプリッタ14、
４分の１波長板16を通過したビームは対物レンズ17で３
つのビームスポットに集光され、情報円盤18に照射され
る。情報円盤18で反射された光はもとの光路を戻り、偏
光ビームスプリッタ15で反射され集束レンズ系19を通っ
て３つの光検出器110,111,112で受光される。それぞれ
の光検出器出力は前置増幅器113,114,115で増幅され、
第１のビーム出力113は２τの遅延時間（τは情報円盤
の回転線速度ｖと３ビーム間隔ｌとからτ＝l/vで決め
られる）をもつ遅延回路116を通り、利得調整回路117に
至る。第２のビーム出力114はτの遅延時間をもつ遅延
回路118を通る。第３のビーム出力115はそのまま利得調
整回路119を通る。第１のビーム出力と第３のビーム出
力は、その後加算回路120で足し合される。この出力は
第２のビーム出力から引算回路121で引かれる。この出
力が情報信号となる。

一方第１の光検出器出力110と第３の光検出器出力112
とは、差動増幅器122で差をとるとトラッキング信号が
得られ、これを駆動回路123を通して対物レンズ駆動装
置124に加えると、光ビームをトラックに追従させるこ
とができる。

なお、光ピックアップとしては、この他に情報円盤と
対物レンズの距離を一定に保つために焦点サーボ機構が
必要だが、これは非点収差法などのよく知られた方法を
用いればよい。

第２図は本発明の情報トラックとビームスポットとの
関係を示す図である。（ａ）に示す様に中央ビーム22を
情報を読み出そうとするトラック25の中心に位置させ、
両側のビーム21,23は両隣りのトラック24,26の中央寄り
の境界にかかる様に配置する。これを実行するには回折
格子14を回転させればよい。この時の光ビーム強度の分
布は（ｂ）で示す様になる。即ち、中央ビーム22はトラ
ック25の中心線上に位置するが、光強度の分布のためそ
の裾野やサイドローブは、隣りのトラック24,26にかか
る様になり、これを検出したものがクロストークにな
る。また、第１のビーム21、第３のビーム23は隣のトラ
ック24,26の境界に位置しているのでそれぞれ第１トラ
ック24、第３トラック26の信号が検出できる。しかし、
サイドローブが第２のトラック25にかかるのでこの中央
トラックの信号もある程度検出される。第２ビーム22か
ら検出される第１トラック24、第３トラック26の成分と
第１ビーム21、第３ビーム23から得られるそのトラック
の信号成分が等しくなる様に、この両側の信号成分の利
得を調整し、中央ビーム22からの信号から差し引くとク
ロストーク成分が相殺される。この時第１ビーム信号、
第３ビーム信号に含まれる中央ビーム成分は極く小さく
なってしまうので中央信号成分はほとんどそのまま保た
れる。

また（ｂ）から明らかな様に、第１ビーム21、第３ビ
ーム23は、それぞれトラック中心からトラック幅の半分
だけ中央に寄っているため、さらに外側のトラック27,2
8には裾野やサイドローブのかかり方は減少している。
従って、このトラックからのクロストーク成分は非常に
少ない。

ところで、（ａ）に示す様に３つの光ビームは情報ト
ラック方向に位置が前後している。情報円盤の線速度を
ｖ（m/s）ビーム間隔をｌ（μｍ）とすると３ビームか
ら得られる信号はτ＝l/v（μｓ）だけ時間ずれがあ
る。従って、３ビームの和または差をとる場合先行して
いる第１ビーム21の出力は２τ、第２ビーム22の出力は
τだけ遅らせて演算を実行させれば時間ずれをなくすこ
とができる。

回転数一定の回転の場合には、情報円盤の再生半径位
置によって線速度ｖが変わるので、遅延時間τも変化す
るが、この場合には半径位置情報を検出して遅延時間を
変化させる可変遅延線を用いればよい。

３ビームの生成方法は回折格子ばかりでなく３個の半
導体レーザなどを用いても良い。

以上この発明によれば光ビーム径に比べてトラックピ
ッチが狭くなっても隣のトラックからのクロストークが
相殺されるので、クロストークのない良好な再生信号が
得られる。さらに、その外側の隣接トラックからのクロ
ストーク分は小さく押えることができるので、より高密
度な記録再生が可能である。

以下に本発明の第２の発明に係る一実施例について図
面を参照しながら説明する。

第４図は本発明の一実施例の構成を示す図である。半
導体レーザ401から放射されたレーザビームはコリメー
ションレンズ402で平行光に変換され、ビームスプリッ
タ403を通過したビームは対物レンズ404で微小スポット
に集光され、情報円盤405に照射される。情報円盤405に
記録された信号凹凸で回折を受けた反射光はもとの光路
を戻り、ビームスプリッタ403で反射され、集束レンズ
径406を通して２分割光検出器407,408で受光される。こ
の２分割は凹凸列（情報列）と一致する方向に分割され
ている。それぞれの光検出器出力は加算回路（第１の加
算手段）409で加えられると同時に、引算回路（引算手
段）410で差がとられる。この差信号は遅延回路（位相
調整手段）411を通して和信号と同じ位相になる様合せ
られ第２の加算回路（第２の加算手段）412で加え合わ
され、これが情報信号になる。

ところで、こうした光ピックアップで情報円盤を再生
するには、情報円盤の変動に対して光ビームスポットを
追従させなければならないが、このための焦点合せサー
ボやトラッキングサーボは非点収差法や３ビーム法など
のよく知られている方法を用いればよく、本発明の目的
とは関係しないので省略する。

第５図は本発明の再生原理を示す図である。（ａ）に
示す様に情報凹凸による光の回折現象を入射ビーム側と
反射ビーム側に分けて考える。波長λの光ビームを開口
数NAの対物レンズ404で集光させて情報凹凸421に照射し
た場合光ビームスポットの振幅分布をｗ（ｘ）（原理を
簡単に表わすため１次元で取り扱う）とし凹凸分布の位
相変化を（ｘ）とすると、凹凸で回折を受けた光の分
布Ｐ（ｘ）はｗ（ｘ）（ｘ）のフーリエ変換 で表わされる。これを同じ対物レンズ14（レンズ開口半
径をａ、焦点距離をｆとするとNA＝a/fである）で集め
た光強度Ｑは である。この様にして得られる信号の変調度即ちMTFを
空間周波数軸で表わすと、（ｂ）図の（１）のカーブの
様になる。遮断空間周波数は2NA/λである。

また、２つの光検出器407,408の差をとった場合の光
強度は となる。この時のMTFは（ｂ）図の（２）のカーブとな
る。

この両者の信号を時間軸で対応させたものを（ｃ）に
示す。（４）は凹凸の形状を表わしている。この凹凸の
へこみの部分では光は大きく回折を受けるので２つの光
検出器407,408の全体に当る受光量は減少するため、和
信号は減り、（５）のような波形になる。また、凹凸の
エッジのところでは凹凸列方向への回折が大きくなるの
で、２つの光検出器407,408のどちらかに多くの光量が
受光されるので、差信号をとるエッジのところで振幅が
大きくなる様な（６）の信号になる。（５）と（６）を
比較すると約90゜の位相ずれがある。従って差信号と和
信号の位相を合せる様に差信号を遅延させて最大振幅を
加え合せると（ｂ）図の（３）に示すカーブの様に高域
で変調度を大きくとることができる。

これをノイズに着目してみる。第６図は照射される光
ビーム432と凹凸433および光検出器407,408との関係を
示す図である。光ビーム432は凹凸433上をトレースしな
がら信号を再生していくので、光検出器407,408上の検
出ビームは凹凸のエッジ部でのみ２分割光検出器407,40
8の境界431に直角方向に動く。情報円盤上のノイズを考
えてみると、表面の凹凸や凹凸の深さ、幅、長さのゆら
ぎがノイズの原因であるが、これは信号と同じ様にノイ
ズのエッジ部で境界431に直角方向の動きになるので差
をとると信号にこのノイズが同じMTFの形で重畳してく
る。しかしエッジ以外では境界431方向に広がる成分が
大きくなり、この変化は２分割光検出器の両方に同じ変
化となって現われるので差をとるとノイズ分は非常に小
さい。上に述べたエッジ部でのノイズは、再生信号をリ
ミッタを通すなどすれば除去できる。和信号については
ノイズもMTFがかかった形で重なる。また、レーザノイ
ズは光検出器407,408に対しほぼ同相と考れられるので
差をとれば減少させることができる。従って、和信号と
差信号を合計して考えるとC/Nは向上できることにな
る。

第７図は別の実施例を示す。第５図（ｃ）より明らか
な様に和信号と差信号は位相が約90゜ずれ、差信号は和
信号を微分した形であるので、差信号を積分回路441を
通すことでも位相を合わせることができる。

また、和信号の方を遅延させることで位相を合せても
よい。

第８図はまた別の実施例である。凹凸の長さが長く凹
凸波長も長くなる低周波信号分が多く含まれる場合には
（ａ）に示す様に差動出力（ｂ）は凹凸のエッジ部のみ
がピークをもつパルス状波形になるので、これを遅延し
て加えることはできない。特に低周波領域に対しては和
信号（５）のMTFは大きいので、高周波領域のみ差信号
を加えてもよい。この場合の回路構成を（ｂ）に示す。
２つの光検出器407,408の和出力409の高域成分（検出信
号が略正弦波になる領域）を高域通過フィルタ51で分離
しコンパレータ52で高域信号と低域信号の状態を検出す
る。この信号をもとに高域信号の再生の時のみスイッチ
回路453をオンさせ、遅延させた差信号の和信号と加え
合せる。このようにすれば高域成分のC/Nが向上でき
る。高域通過フィルター51は低域通過フィルタで低域信
号を検出しても同じことである。

第９図は低域成分のC/Nも向上できる別の実施例であ
る。凹凸の長さの長い時には（ａ）に示す様に差信号
（６）はエッジ部で正または負のパルスが出てくるの
で、正方向のパルスが出た時には正の状態を保持し、負
方向のパルスの時には負の状態を保持する様にすれば
（７）に示す様な凹凸の形状に等しい信号が得られる。
この状態を実現する回路例を（ｂ）に示す。差出力410
で正のコンパレータ461,負のコンパレータ462で状態を
検出し状態保持回路463で凹凸周期に等しい波形（７）
を得る。コンパレータ461,462ではパルスの立上りまた
は立下りで比較するので凹凸即ち和信号とは若干の時間
ずれがある。これは遅延回路464で時間合せを行い、和
信号と加え合せると、低域成分も信号加算が実行でき
る。凹凸列では凹凸のエッジ位置が信号として有効なの
でこの様にエッジ位置検出でも良いことになる。

以上この発明によると高周波域まで信号振幅を増大さ
せることができ、またノイズ成分は相対的には低く押え
られるので、再生信号のC/Nを向上させることができ
る。このことは従来と同じNAの対物レンズ、レーザの光
波長を用いてもより高密度またはよりC/Nの高い情報記
録再生が実現できることになる。

また、この発明で述べた方法は凹凸列と直角方向のト
ラッキング方向についても同様の効果が得られるので、
同様の構成でトラッキング信号のC/Nをおさずにトラッ
クピッチを狭くすることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば光ピックアップを大きくすることなく
クロストークによる影響もつよい光情報再生装置を提供
できる。さらに再生信号のC/Nも向上させることができ
るのでより高密度でかつ高解像の光情報再生装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は本発明の
効果を説明する図、第３図は従来例を示す図、第４図は
本発明の一実施例を示す図、第５図は本発明の再生原理
を示す図、第６図は本発明の光ビームと光検出器の関係
を示す図、第７図、第８図、第９図は本発明の別の実施
例を示す図、第10図は従来例を示す図である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームを発する光源を備え、この光源か
   ら発せされた光ビームを情報媒体に導き微小スポットに
   集光する光学手段と、前記情報媒体からの反射光または
   透過光を受光して電気信号に変換する、情報列方向に関
   して２領域に分割された光検出器と、この光検出器によ
   る２つの光検出器出力の和をとる第１の加算手段と、前
   記２つの光検出器出力の差をとる引算手段と、前記加算
   手段及び前記引算手段の出力の位相を合わせる位相調整
   手段と、前記加算手段及び前記引算手段の出力の和をと
   る第２の加算手段とを備えたことを特徴とする光情報再
   生装置。
2. 【請求項２】前記位相調整手段は、前記引算手段の出力
   を遅延させるものであることを特徴とする請求項１記載
   の光情報再生装置。
3. 【請求項３】前記位相調整手段は、前記引算手段の出力
   を通す積分回路であることを特徴とする請求項１記載の
   光情報再生装置。