JP2006503391A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

光走査装置１が、干渉差のコントラストを用いて、光記録担体２から情報信号を検出する。２つの放射ビーム１３ａ、１３ｂが発生させられ、光記録担体の情報層上のデータトラックに沿って位置をずらされて配された、２つの別個のスポット１５ａ、１５ｂにそれぞれ集光される。ランドおよびピット内のスポットの相対的な位置は、反射ビーム１７ａと１７ｂとの間に光路長の差を生み出すことができる。この光路長の差により、２つのビームは、スポットのデータトラック内における相対的なランド／ピット位置に応じて、強め合うようにまたは弱め合うように干渉する。この干渉により、情報層４上のピットからランドへの遷移（またはその逆）を表す、検出可能な信号が生成される。

Description

本発明は、光記録担体を走査するための光走査装置に関するものである。

たとえばコンパクトディスク（ＣＤ）およびデジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）の記録装置や再生装置といった、既知の光走査装置では、入射して光記録担体から反射された放射を電子データ信号に変換することにより、その光記録担体上に記憶されたデータが取り出される。適当な電子回路を用いた適当な操作を用いることにより、データを適当な信号対雑音比で取り出すことができる。

かかる検出システムにおいては、高周波電子データ信号は、まずアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を用いて変換され、ゼロ交差後に、ジッターが最も低い選択された点において検出される。反射率のばらつきや、電子回路、記録担体、または放射源によりシステム中で誘起されるノイズは、信号対雑音比を悪化させ、ビットエラーレートを増大させる。

現在のところ、６４個の量子化レベルを有する６ビットのＡ／Ｄ変換器が用いられているが、より高い帯域幅の変換器を要するシステムも提案されている。高速のシステムでは、Ａ／Ｄ変換器のロック周波数が比較的高く、そのため、電力消費が高くなるという問題と、電磁的な互換性の問題とが生じる。

本発明によれば、光記録担体の、ピットとランドとの間に遷移を有する一連のピットおよびランドとして配されたデータトラックを含む情報層を、走査するための光走査装置であって、放射を発生させる放射源と、上記の放射を、光記録担体に向けて伝播し、光記録担体を走査した後に検出システムに向けて伝播する光学機構とを備え、上記の光学機構が、情報層上において互いに位置をずらされた２つの走査スポットをそれぞれ形成する、２つの放射ビームを発生させるものであり、上記の光学機構が、上記の２つの走査スポットを、データトラックの方向に沿って互いに整列させて配するようにされており、上記の検出システムが、２つの放射ビームの光路長の差であって、データトラック内の１つのピットと１つのランドとの間の遷移を示す光路長の差により生じる干渉の結果としての、反射ビームの変動を検出するように設計されていることを特徴とする光走査装置が提供される。

この装置は、光領域における干渉差のコントラストを用いて、情報信号を検出する。これにより、光走査装置の電子信号処理部分におけるＡ／Ｄ変換の複雑さを、低減することができる。

本発明のさらなる目的、利点、および特徴は、例として図面に示した本発明の好ましい実施形態の、以下のより詳細な説明から明らかである。

図１は、光記録担体２を走査する光学ヘッドを含む、光走査装置１の各要素を示した図である。記録担体２は、図２により詳細に示してあるように、片側に情報層が配された透明層３を含む光ディスクの形態を有している。情報層４は、反射性の金属コーティングを有していてもよい。情報層４の、透明層３と反対側の面は、保護層５によって周囲の環境の影響から保護されている。透明層３の、装置に面した側の面は、入射面６と呼ばれる。透明層３は、情報層に対して物理的な支持を与えることにより、記録担体の支持体として機能する。あるいは、たとえば保護層５によって、または情報層４に結合されたさらに別の情報層と透明層とによってというように、情報層４の他方の側にある層により物理的な支持を与えることとして、透明層３は、情報層を保護するという単一の機能を有するものとしてもよい。情報は、実質的に平行な同心状または螺旋状のトラック（図１および２には図示せず）に配された、光検出可能なマークの形態で、記録担体の情報層４に記憶されてもよい。マークは、ピットの形態を有し、ランド間に交互に点在させられたものであってもよい。これらのピットおよびランドは、それぞれ８ａおよび８ｂで示されている。

走査装置１は、放射ビーム７を発する半導体レーザー９の形態の放射源を備えている。放射ビーム７は、光記録担体２の情報層４を走査するために用いられる。放射７は、コリメータレンズ１０に入射し、このコリメータレンズ１０は、放射ビーム７をコリメートされたビーム１１に変換する。コリメートされたビーム１１は、単一の１次ビーム１１から、２つの２次コヒーレント放射ビーム１３ａ、１３ｂを生成する光学要素１２に入射する。光学要素１２から出射したビーム１３ａ、１３ｂは、対物レンズ系１４に入射する。対物レンズ系１４は、１つ以上のレンズおよび／または格子を含むものであってもよい。図１の対物系１４は、ビーム１３ａ、１３ｂを、記録担体２上の２つの別個のスポット１５ａ、１５ｂに集光させる、単一のレンズ１４からなっている。２つのスポット１５ａ、１５ｂは、光記録担体２の走査方向に、互いに位置をずらされて配されている。

情報層４により反射された放射は、２つの発散ビームを形成し、対物系１４によって、実質的にコリメートされたビーム１７ａ、１７ｂに変換される。実質的にコリメートされたビーム１７ａ、１７ｂは、光学要素１２に入射し、そこで結合されて、ビームスプリッタ１９に入射する単一のビーム１８を形成する。ビームスプリッタ１９は、反射ビーム１８の少なくとも一部をコリメータレンズ２０に向けて伝播させることにより、行きのビームと反射ビームとを分離する。コリメータレンズ２０は、光検出器アレイを含む検出システム２１上に、放射を集光させる。検出システム２１は、放射を捉え、電気出力信号に変換する。これらの電気出力信号は、光学ヘッド１とは別に走査装置内に配されている信号処理回路２３によって処理される。

上記の電気出力信号の１つが、情報信号２２であり、この情報信号２２の値は、情報層４から読み出された情報を表す。情報信号２２は、信号処理回路２３によって処理済情報信号２４に変換され、さらに、エラー訂正のための情報処理ユニットによって処理されて、出力装置に受け渡される。

検出システムからの他の信号（図示せず）には、焦点誤差信号および半径方向誤差信号が含まれる。これらの信号は、情報信号の検出元であるビームとは別に装置内で生成される３つのビームの、検出システム２１内における検出によって生成されてもよい。焦点誤差信号は、たとえばランドを走査している際における、スポット１５ａ、１５ｂと情報層４との間の、軸方向の高さの差を表す。半径方向誤差信号は、情報層４の平面内における、スポット１５ａ、１５ｂと、そのスポットにより辿られている情報層内のデータトラック中心との間の距離を表す。

焦点誤差信号および半径方向誤差信号は、サーボ回路（図示せず）に供給される。このサーボ回路は、これらの信号を、光学ヘッド内の高帯域幅の機械的アクチュエータ（図示せず）を制御するための、焦点補正信号およびトラッキング補正信号に変換する。機械的な焦点アクチュエータは、対物系１４の焦点方向の位置を制御し、それにより、スポット１５ａ、１５ｂの軸方向の位置を、情報層４の平面と実質的に一致するように制御する。また、スポット１５ａ、１５ｂの半径方向の位置を、現在走査されている情報層内のトラックの中心を精確に辿るように制御する。半径方向に移動可能なアームのようなさらに別の機械的アクチュエータが、記録担体２の半径方向に光学ヘッド１の位置を変位させ、それにより、スポット１５ａ、１５ｂの半径方向の位置を、情報層４内で辿られるべきトラック上に来るように粗く制御する。記録担体２のトラックは、図１の紙面に垂直な方向に走っている。

図２は、本発明の概念をより詳細に図解した図である。図２から見て取れるように、光学要素１２は、記録担体２の情報層４上にスポット１５ａ、１５ｂを同時に形成する２つの放射ビーム１３ａ、１３ｂを、生成するように設計されている。

２つの別個の放射ビーム１３ａ、１３ｂは、以下に述べるいくつかの方法のうちの１つにより生成される。しかしながら、単一の放射源から２つの放射ビームを形成することのできる任意の適当な方法または装置を用いてよい点に留意されたい。

上記に述べたように、２つのスポット１５ａ、１５ｂが、記録担体２の情報層４上に形成される。これらのスポット１５ａ、１５ｂは、情報層４内のデータトラックに沿って、互いに接線方向に位置をずらされて配されている。光学要素１２は、スポット１５ａ、１５ｂの双方がトラック内の同一の横断方向位置においてそのトラックを走査するよう、２つのスポット１５ａ、１５ｂを、トラックの接線方向に平行な線に沿って位置させるように設計されている。２つの放射ビームは単一の放射ビームから生成されるので、光学系への戻り光路における２つの放射ビームは、強め合うようにまたは弱め合うように干渉する。干渉の性質は、情報層４上におけるスポット１５ａ、１５ｂの相対的な配置をもたらすために用いられた光路に依存する。たとえば、スポット１５ａ、１５ｂの双方がランド上またはピット上に集光させられた場合、光路差はなく、干渉は強め合うものとなる。したがって、相当量の放射が、光ピックアップユニットを通って、検出システム２１上へと反射される。

しかしながら、一方のスポット１５ａがピット上にあり、他方のスポット１５ｂがランド上にあり、かつランドとピットとの間の高さの差が適当に選択されている場合には、２つのビームの間には、干渉が弱め合うものとなるような光路差が生じる。このことは、光ピックアップユニットを通って検出システム２１上へと反射される放射が、実質的になくなる状態をもたらす。

このようにして、ランドからピットへの遷移、およびその逆の遷移が、記録担体の情報層４内において検出される。

単一の放射源から２つの２次放射ビームを生成するために使用される光学要素１２は、ウォラストンプリズムであってもよい。ウォラストンプリズムは、通常、複屈折材料、すなわち互いに直交する方向において異なる光学特性を有する材料から形成される。放射ビームが複屈折材料に入射すると、互いに直交する偏光を有し、かつ互いに位置をずらされた２つのビームを発生させることができる。光学要素１２としてウォラストンプリズムを用いる場合には、プリズム１２の光学軸に対して４５°に配された偏光方向を有する直線偏光の放射源９が用いられる。また、偏光アナライザープレート（図示せず）が、検出システム２１とビームスプリッタ１９との間に配される。このとき、偏光アナライザープレートの光学軸は、対応の偏光方向に対して４５°に配される。

図３に示された本発明の別の１つの実施形態では、光学要素は、予め決められた位相関係を有する２つの２次ビームを生成する、回折格子を含んでいる。位相差πを有する２スポット格子は、単位距離（ｄ）につき１つの溝を有するバイナリ格子を用いて形成され得る。πの相対位相遅延を導入する２段階の高さと、等しい幅（０．５ｄ）のランドおよび溝とを用いた、かかる格子の一例の設計パラメータおよび性能が、以下の表に示されている。しかしながら、適当な特性を有する他の格子を用いてもよい点を理解されたい。

本実施形態では、図１および２に示した第１の実施形態と類似の機能を共通に有する要素は、１００だけ増分させられた同一の参照番号を保持している。図３から見て取れるように、放射源１０９により発生させられた単一の放射ビーム１０７は、バイナリ回折格子とコリメータレンズ１１０とを含む光学要素１３２に入射する。光学要素１３２は、光記録担体１０２の情報層上に上記と同様の態様で集光される、２つの２次放射ビーム１１３ａ、１１３ｂを生成する。光学要素１３２は、スポット１１５ａ、１１５ｂの双方がトラック内の同一の横断方向位置においてそのトラックを走査するよう、２つのスポット１１５ａ、１１５ｂを、トラックの接線方向に平行な線に沿って位置させるように設計されている。情報層から反射された放射は、ビームスプリッタ１１９に戻るように伝播される。ビームスプリッタ１１９は、反射ビーム１１７ａ、１１７ｂの少なくとも一部を検出システム１２１に向けて伝播させることにより、行きのビームと反射ビームとを分離する。ここで、反射ビームは、光学要素１３２を再び通過することなく検出システムへと伝播され、ビームスプリッタ１１９による反射後に再結合される点に留意されたい。ビームは、コリメータレンズ１２０による屈折後に、くさび形要素１３３および結合レンズ１３４に入射する。これらの要素は、２つの２次放射ビームを検出システム１２１において重ね合わせる。

光学要素１３２により位相差πが加えられているので、放射ビームは、スポット１１５ａ、１１５ｂの双方がランド上またはピット上にある場合、弱め合うように干渉し、一方のスポット１１５ａがランド上にあり、他方のスポット１１５ｂがピット上にある場合（あるいはその逆）、強め合うように干渉する。

上記の実施形態では、信号処理システム２３、１２３は、増幅により出力段を飽和させるような増幅器を含んでいてもよい。増幅器の出力は、信号処理回路２３、１２３内において、フリップフロップのような、後続データの抽出が行われ得るデジタル判定回路に供給されてもよい。増幅段は、ゼロレベルが判定回路の閾値レベルまで上昇する程には、ゼロレベルを増幅しないように設計されている。ゼロレベルを低減するために、電子的な高域通過フィルタが、増幅器の前段に挿入されてもよい。

図４Ａ、４Ｂおよび５を参照すると、検出システムの例示的な応答が見て取れる。図４Ｂは、図４Ａに概略的に示されているようなランド、ピット、および遷移の検出に対応する種々の状態における、検出情報信号２２、１２２を示している。双方のスポットがランド上またはピット上にある場合には、放射ビーム同士が弱め合うように干渉するので、検出システムに入射する放射はほぼゼロとなる。２つのスポットが遷移の各々の側にある場合は、放射ビームは強め合うように干渉し、より高い信号が検出システム上に入射する。この例では、光学機構内において２次ビーム間に位相差πを導入したため、ランドおよびピットにおいて低い信号レベルが観測され、遷移時において高い信号レベルが観測されるようになっているが、光学機構内において位相差が導入されない場合は、反対の状況が観測される。

図５は、光ピックアップユニットが記録担体の情報層のトラックに亘って走査される際の、ピットとランドとの間（およびその逆）の検出遷移においてピークを示す検出情報信号を示している。信号中のピークは、情報層内において放射がピットからランドへと（またはその逆）走査される際の、遷移時において発生させられる。ピークの幅は、走査スピード、スポット間の距離、および干渉の質によって決定される。

最適な信号対雑音比を得るためには、弱め合う干渉のレベルは、可能な限りゼロに近いものとされるべきである。最適なコントラストを得るためには、ピットの深さは、好ましくは波長の０．２５倍の光学的深さに設定される。１つの２次ビーム内における顕著なレベルの自己干渉を避けるために、トラックのピッチｐ、放射波長λ、および対物レンズの開口数ＮＡは、好ましくは、

との関係に従う。

上記に説明した本発明は、信号処理回路２３、１２３内に、複雑なＡ／Ｄ変換器を何ら必要としない。このことは、既に上記に述べた理由のために有利である。しかしながら、さらなる利点もある。たとえば、より高い帯域幅への拡大が単純であり、単に、より高い帯域幅の光検出器と、そのデータスピードで動作する判定回路とを要するのみである。従来型の光走査装置では、十分な分解能を達成するために、Ａ／Ｄ変換器がずっと速いスピードで動作する。

さらには、種々の検出器セグメントの差分信号の複雑な処理が避けられるので、電子的ノイズ源の抑制を実現することができる。加えて、ゼロ信号への非復帰に代えてゼロ信号への復帰がもたらされるので、限度の等化（ｌｉｍｉｔ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）を導入して、最も短いデータセグメントの信号を選択的に増分させることが、より容易に可能となる。

上記に具体的に述べた要素のすべては、実質的に同一の機能を実行する適当な代替要素に置き換えられてもよい点に留意されたい。

上記の実施形態は、本発明の説明のための例であることを理解されたい。本発明には、さらなる実施形態が考えられる。いずれの１つの実施形態に関連して説明されたいずれの特徴も、それのみで用いられてもよいし、説明された他の特徴と組み合わせて用いられてもよいし、また、他の任意の実施形態の１つあるいは複数の特徴と組み合わせて用いられてもよいし、または他の任意の実施形態の任意の組合せにおいて用いられてもよい。さらには、特許請求の範囲において規定される、上記では説明されていない等価形態および変更形態も、本発明の範囲から逸脱することなく採用することができる。

本発明の１つの実施形態に係る、２つの放射ビームを記録担体上に集光させる光ピックアップユニットを含む光走査装置の概略図 光記録担体上のピットおよびランドに入射する２つの２次放射ビームを示した、図１のピックアップユニットの概略図 本発明の別の１つの実施形態に係る、光走査装置の変更形態の概略図 光記録担体上における、２つの入射放射ビームの様々なデータトラック位置のいくつかを示した概略図 図４Ａに示した焦点位置に対応する、それぞれの検出器信号の出力レベルを示した図 本発明に係る光ピックアップユニットにより光記録担体が走査される際の、情報信号の応答の例を示した図

Claims (11)

1. 光記録担体の、ピットとランドとの間に遷移を有する一連の該ピットおよび該ランドとして配されたデータトラックを含む情報層を、走査するための光走査装置であって、放射を発生させる放射源と、該放射を、前記光記録担体に向けて伝播し、該光記録担体を走査した後に検出システムに向けて伝播する光学機構とを備え、該光学機構が、前記情報層上において互いに位置をずらされた２つの走査スポットをそれぞれ形成する、２つの放射ビームを発生させるものであり、前記光学機構が、前記２つの走査スポットを、前記データトラックの方向に沿って互いに整列させて配するようにされており、前記検出システムが、前記２つの放射ビームの光路長の差であって、前記データトラック内の１つのピットと１つのランドとの間の遷移を示す光路長の差により生じる干渉の結果としての、反射ビームの変動を検出するように設計されていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記光学機構が光学要素を含み、前記放射源が、前記光学要素によって２つの２次放射ビームに分割される単一の放射ビームを形成するものであることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記光学要素が、回折格子を含んでいることを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
4. 前記回折格子が、前記２つの２次放射ビームの間に、位相差を導入するものであることを特徴とする請求項３記載の光走査装置。
5. 前記回折格子が、前記２つの２次放射ビームの間に、πの位相差を生成するものことを特徴とする請求項４記載の光走査装置。
6. 前記光学機構が、前記２つの２次放射ビームを、前記情報層から前記検出システムへと前記光学要素に入射させずに伝播するようなものであることを特徴とする請求項２から５いずれか１項記載の光走査装置。
7. 前記光学要素が、複屈折材料を含んでいることを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
8. 前記光学要素が、ウォラストンプリズムを含んでいることを特徴とする請求項７記載の光走査装置。
9. 前記検出システムが、一連のピークを含む電気信号を生成するようにされていることを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の光走査装置。
10. 各ピークが、前記データトラック内の１つのランドと１つのピットとの間の遷移を表すものであることを特徴とする請求項９記載の光走査装置。
11. 前記検出システムが光検出器を含み、前記２つのビームが、前記光検出器の位置より前段において結合されることを特徴とする請求項１から１０いずれか１項記載の光走査装置。

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