JP2806113B2 - 光ディスク装置 - Google Patents

光ディスク装置

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JP2806113B2
JP2806113B2 JP3346029A JP34602991A JP2806113B2 JP 2806113 B2 JP2806113 B2 JP 2806113B2 JP 3346029 A JP3346029 A JP 3346029A JP 34602991 A JP34602991 A JP 34602991A JP 2806113 B2 JP2806113 B2 JP 2806113B2
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青児 西脇
潤一 麻田
真司 内田
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    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/08Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers

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  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光ディスクに形成された
信号を再生する光ディスク装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光ディスク信号の高密度化への要
望が強く、様々な方式によるアプローチがなされてい
る。光ディスク表面に集光される光スポットの直径dは
一般に下式で表される。
【0003】d=1.21λ/NA ここで、λは光源の波長、NAは対物レンズの開口数で
ある。
【0004】したがって、光ディスク信号の高密度化は
半導体レーザー光源の短波長化と対物レンズの高NA化
によって達成できる。しかし現状のところ、短波長化は
GaAs系III−V族で600nmまでは可能であるが、そ
の後の目処がたってない。高NA化も対物レンズの加工
が困難なことや、ディスク傾きやディフォーカスなどの
誤差に弱いなどの課題がある。
【0005】これに対し、高NA化の一形態でありその
欠点の一部を補う方式として、輪帯開口の採用による高
密度化の提案がある。
【0006】以下、図面を参照しながら、上記した輪帯
開口による従来の光ディスク装置の一例について説明す
る。
【0007】例えば日経エレクトロニクス(1991年、No5
28、p129)記載の光ディスク装置があり、図7はこの従
来例における光ディスク装置の構成図を示す。
【0008】図7において、1は半導体レーザー光源、
2はコリメートレンズ、3、8はビームスプリッター、
4は遮光体、5は対物レンズ、6は光ディスク基板、7
は光ディスク信号面、9は制御信号検出光学系、10は
制御信号検出器、11は収束レンズ、12はピンホー
ル、13は再生信号検出器、14は信号増幅器、23は
信号処理回路である。なお、遮光体4をコリメートレン
ズ2、ビームスプリッター3の間に置く方式もあるが、
ここでは取り上げない。
【0009】図7においてレーザー光源1を出射するレ
ーザー光はコリメートレンズ2により平行ビームに変換
され、ビームスプリッター3を透過し、遮光体4により
光軸近傍の光が遮光され、対物レンズ5により光ディス
ク基板6の裏面にある光ディスク信号面7上に集光され
る。
【0010】その反射光は対物レンズ5により集光され
た後、遮光体4により再び光軸近傍の光が遮光され、ビ
ームスプリッター3を反射してビームスプリッター8に
至る。ビームスプリッター8を反射する光は、制御信号
検出光学系9を経て制御信号検出器10で受光され、光
ディスク信号面に対するフォーカス信号、トラッキング
信号が検出される。また、ビームスプリッター8を透過
する光は収束レンズ11によりピンホール12上に集光
され、その透過光を検出器13で受光して再生信号を得
る。再生信号は増幅器14により増幅され、信号処理回
路23により検出信号に変換される。
【0011】図8は光ディスク信号面上の信号マークと
再生信号、検出信号の関係を示しており、信号マーク1
6a、16b、16c、16dの存在により再生信号1
7が変化する。この再生信号17をある検出レベル17
Rと比較して、これを越えるか否かで0と1の判定がな
され、検出信号22が得られる。
【0012】図9(a)は、遮光体4を挿入することに
よる効果を示す説明図である。遮光体4の挿入により対
物レンズ開口面出射直後の光分布は輪帯上にあり、焦平
面上での光強度分布は24b(輪帯開口NA=0.45〜0.7
0として計算)に相当する。
【0013】なお参考として、円形開口(NA0.54)によ
る焦平面(信号面)上での光強度分布を24aに示すが、
開口面積を統一しているので、両者の光量が等しい場
合、Strehl強度も一致する。分布24bは分布24aに
比べメインローブ径は小さいが、サイドローブが盛り上
がる欠点がある。このためサイドローブ位置に信号マー
クが存在する場合の影響は大きく、再生信号にクロスト
ークや符号間干渉が強く現われる。
【0014】図9(b)は、ピンホール12を挿入する
ことによる効果を示す説明図である。24cはピンホー
ル12上での光強度分布であり、信号面上での光強度分
布24bに相似する。従って、ピンホール12がその上
の集束光24cのメインローブのみを透過するようにし
ておけば、信号面上集束光24bのサイドローブ位置に
信号マークがにあっても、その影響は現れないはずであ
る。このためクロストークや符号間干渉が小さく、高密
度信号の再生が可能であると考えられている。
【0015】図10、図11は高密度信号の再生が可能
であるか否かを判定するため、上記従来の光ディスク装
置による再生信号の観測波形(アイパターン)を理論計算
により描かせた図である。
【0016】図10は、トラックピッチ1.6μm、ク
ロック周波数0.3μmで、CD相当の信号密度を有す
る光ディスクの場合であって、同図(a)は、円形開口
による観測波形を参考として示し、同図(b)が輪帯開
口の場合の観測波形である。なお、縦軸は信号振幅で、
信号面を鏡面とした場合の検出光量で標準化しており、
横軸は時間軸である。
【0017】図11は、トラックピッチ1.2μm、ク
ロック周波数0.2μmで、CDの2倍相当の信号密度
を有する光ディスクの場合であって、同図(a)は、円
形開口による観測波形を参考として示し、同図(b)が
輪帯開口の場合の観測波形である。なお、縦軸は信号振
幅で、信号面を鏡面とした場合の検出光量で標準化して
おり、横軸は時間軸である。
【0018】また、図10及び図11における比較で
は、光源の波長は780nmに固定しており、また円形
開口の場合のNAは0.54、輪帯開口の場合のNAは
0.45〜0.70としている。
【0019】デジタル信号の場合、光ディスクの信号密
度はトラックピッチΛとクロック周波数Tで決まる。ピ
ッチΛ、周波数Tを小さくしていけば、符号間干渉(あ
る信号マークを読み取るときの、これに隣接する信号マ
ークによる影響)が発生する。CDで採用されている変
調方式(EFM、Eight to Forteen Modulation)の場
合、符号間干渉の大きい最悪の信号マーク配置は3Tの
マーク長と11Tのマーク間長の周期パターン、11T
のマーク長と3Tのマーク間長の周期パターンの組合せ
だと言われる。
【0020】図10、図11はこれに7Tのマーク長と
7Tのマーク間長の周期パターンも組合せた場合の波形
である。また両側の隣接トラック上の信号配置は走査ト
ラック上のそれと相似であるが、クロストークの影響を
考慮するため、同期している場合と、7Tだけずれてい
る場合とを重ね書きした。図中、記号aで示したx印を
取り囲むひし形状の領域がアイであり、x印に対し信号
レベルが大きいか小さいかで1と0の判定を行うため、
アイは振幅方向(図では上下方向)、時間軸方向(図では
左右方向)とも開いている方が好ましい。
【0021】図10、図11では、光源の波長λを78
0nmに固定して円形開口(NA0.54)と輪帯開口(NA
=0.45〜0.70)とを比較したが、マーク長を基準長(3
T、7T、11Tなど)から若干ずらすことでアイを開
かせることができ、この操作でいずれもCDの2倍程度
の密度の信号を再生できることが示されている。2倍以
上のパターンは示していないが、この前後に分解能の限
界がある。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の光デ
ィスク装置に於て以下の問題点があった。
【0023】まず第1にピンホール12を挿入しても、
クロストークや符号間干渉を小さくする効果が得られな
いことである。計算の結果、ピンホール12の有無(有
の場合はピンホール径の大小)にかかわらず、図10、
図11に殆ど変化のないことが確認されている(図1
0、図11ではピンホールなしの場合を示した)。
【0024】第2に、図10、図11から分かるよう
に、輪帯開口を用いてもアイの開口度(振幅方向、時間
軸方向の開き具合い)に円形開口に対する優位性が認め
られないことである。従って、遮光体4とピンホール1
2を挿入していないそれまでの光学系にくらべ優位性は
ない。
【0025】本発明はかかる問題点に鑑み、高密度信号
の再生を可能とする光ディスク装置を提供することを目
的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の光ディスク装置はレーザー光源と、レーザ
ー光源と、このレーザー光源からのレーザー光を信号マ
ークの形成された光ディスク信号面上に収束する集光手
段と、信号面を反射し、集光手段を経た戻り光を検出す
る検出手段と、検出手段による再生信号を微分し2階微
分信号を得る微分回路とからなり、集光手段による収束
光の分布が開口面出射直後で輪帯上にあり、信号マーク
のエッジ位置を前記2階微分信号と検出レベルとのクロ
ス点によって検出することを特徴とする。
【0027】
【作用】本発明は上記した構成によって、信号面上の集
束光のメインローブ径を小さくできるので、再生信号の
変曲点を信号マークのエッジ位置によく対応させること
ができ、2階微分信号と検出レベルとのクロス点を検出
することで、変曲点、すなわち信号マークのエッジ位置
を正確に検出することができる。
【0028】
【実施例】以下、本発明の実施例の光ディスク装置につ
いて、図面を参照しながら説明する。なお従来例と同一
の機能を有する部材には同一番号を付し、詳しい説明は
省略する。
【0029】図1は本発明の実施例における光ディスク
装置の構成を示すものであり、信号処理回路15を除い
て、図7に示した従来例と全く同じである。
【0030】図1においてレーザー光源1を出射するレ
ーザー光はコリメートレンズ2により平行ビームに変換
され、ビームスプリッター3を透過し、遮光体4により
光軸近傍の光が遮光され、対物レンズ5により光ディス
ク基板6の裏面にある光ディスク信号面7上に集光され
る。その反射光は対物レンズ5により集光された後、遮
光体4により再び光軸近傍の光が遮光され、ビームスプ
リッター3を反射してビームスプリッター8に至る。
【0031】ビームスプリッター8を反射する光は制御
信号検出光学系9を経て制御信号検出器10で受光さ
れ、光ディスク信号面に対するフォーカス信号、トラッ
キング信号が検出される。
【0032】また、ビームスプリッター8を透過する光
は収束レンズ11によりピンホール12上に集光され、
その透過光を検出器13で受光して再生信号を得る。再
生信号は増幅器14により増幅され、信号処理回路15
により2階微分信号に基づく検出信号に変換される。
【0033】図2は光ディスク信号面上の信号マークと
再生信号、検出信号の関係を示しており、信号マーク1
6a、16b、16c、16dの存在により再生信号1
7が変化する。
【0034】信号18は再生信号17の微分波形であ
り、信号19は2階微分波形である。微分信号18と検
出レベル18Pによりゲート信号を得、そのゲート内で
2階微分信号19と検出レベル19Rとのクロス点を検
出し、クロス点を始点とするパルス信号20を得る。
【0035】また同様にして微分信号18と検出レベル
18Mによりゲート信号を得、そのゲート内で2階微分
信号19と検出レベル19Rとのクロス点を検出し、ク
ロス点を始点とするパルス信号21を得る。検出信号2
2はパルス信号20、21の始点で反転する信号として
得られる。
【0036】図3〜図6は、高密度信号の再生が可能で
あるか否かを判定するため、本実施例における光ディス
ク装置による2階微分信号の観測波形(アイパターン)を
理論計算により描かせた図である。
【0037】図3は、CD相当の記録密度の光ディスク
(トラックピッチ1.6μm、クロック周波数0.3μ
m)を、図4は図3の場合の2.4倍の記録密度の光デ
ィスク(同1μm、同0.2μm)を、図5では3倍の
記録密度の光ディスク(同1μm、同0.16μm)
を、図6では4倍の記録密度の光ディスク(同0.8μ
m、同0.15μm)を再生した場合の観測波形であ
る。
【0038】なお、図3(a)、図4(a)には、参考
として円形開口による観測波形も示した。また、図3〜
図6において、縦軸は信号振幅で、信号面を鏡面とした
場合の検出光量で標準化しており、横軸は時間軸であ
る。
【0039】図10、図11と同様、3Tのマーク長と
11Tのマーク間長の周期パターン、11Tのマーク長
と3Tのマーク間長の周期パターン、7Tのマーク長と
7Tのマーク間長の周期パターンを組合せた場合の波形
であり、両側の隣接トラック上の信号配置は走査トラッ
ク上のそれと同期している場合と、7Tだけずれている
場合とを重ね書きした。図中、記号aで示したx印を取
り囲むひし形状の領域が2階微分信号に於けるアイであ
る。
【0040】図10、図11の場合と同様に、アイは振
幅方向(上下方向)、時間軸方向(左右方向)とも開いてい
る方が好ましく、マーク長を基準長(3T、7T、11
Tなど)から若干ずらすことでアイを開かせている。
【0041】円形開口(NA0.54)ではCDの2.4倍程度
の信号密度でアイが殆どふさがり、2倍前後に分解能の
限界があるが、本実施例である輪帯開口(NA=0.45〜
0.70)では4倍密度の信号も再生できる。
【0042】図9(a)に示したように、輪帯開口はサ
イドローブが大きく、メインローブ径が小さい。サイド
ローブが大きいことは符号間干渉により再生信号にDC
成分が加わる(すなわち全体として上下する)効果として
現れる。したがって再生信号を微分、または2階微分す
ることでDC成分を除去でき、メインローブ径の小さい
特長をいかすことができる。
【0043】一方、メインローブ径が小さいことは再生
信号の変曲点が信号マークのエッジ位置によく対応する
効果として現れる。再生信号の変曲点は2階微分信号と
検出レベルとのクロス点として現れるので、このクロス
点が信号マークのエッジ位置によく対応することにな
る。従って2階微分信号に基づくアイパターンは信号密
度が高くなっても安定し、輪帯開口との組合せで高密度
信号の再生が可能となる。
【0044】なお、上記実施例ではピンホール12の有
無(有の場合はピンホール径の大小)にかかわらず、図3
〜図6に殆ど変化のないことが確認されており(図3〜
図6はピンホールなしの場合を示している)、ピンホー
ル12を省いてもその効果は同一である(ピンホールの
効果は、信号面がディフォーカスしても信号検出特性の
劣化が少ないなど、別のところにある)。
【0045】また、本実施例では遮光体4をビームスプ
リッター3と対物レンズ5の間に置いたが、コリメート
レンズ2とビームスプリッター3の間にあってもよい。
この場合、光ディスク信号面への集光は輪帯開口でなさ
れるが、反射光の検出は円形開口でなされ、上記実施例
とは異なった信号検出特性を示すが、2階微分検出と輪
帯開口との組合せで高密度信号の再生が可能となる原理
は変わらない。
【0046】さらに、上記実施例ではレンズ、プリズム
等のバルクの光学素子を用いた光学系で説明したが、グ
レーティングレンズやフォーカシンググレーティングカ
プラ等の他の原理に基づく集光素子であっても、その集
光素子による収束光の分布が開口面出射直後で輪帯上に
あれば、これを2階微分検出と組合せることで高密度信
号の再生が可能となる。
【0047】
【発明の効果】以上、本発明の光ディスク装置により、
光ディスクの信号密度が高くなっても安定したアイパタ
ーンが得られ、大幅な信号の高密度化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ディスク装置の一実施例を示す構成
【図2】同実施例装置における光ディスク信号面上の信
号マークと信号の関係図
【図3】同実施例装置における2階微分信号のアイパタ
ーン図
【図4】同実施例装置における2階微分信号のアイパタ
ーン図
【図5】同実施例装置における2階微分信号のアイパタ
ーン図
【図6】同実施例装置における2階微分信号のアイパタ
ーン図
【図7】従来の光ディスク装置の構成図
【図8】従来例装置における光ディスク信号面上の信号
マークと信号の関係図
【図9】従来例装置において、光ビームの一部を遮光し
た場合の効果の説明図
【図10】従来例装置における再生信号のアイパターン
【図11】従来例装置における再生信号のアイパターン
【符号の説明】
1 半導体レーザー光源 2 コリメートレンズ 3、8 ビームスプリッター 4 遮光体 5 対物レンズ 6 光ディスク基板 7 光ディスク信号面 9 制御信号検出光学系 10 制御信号検出器 11 収束レンズ 12 ピンホール 13 再生信号検出器 14 信号増幅器 15 信号処理回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−306440(JP,A) 特開 平2−137128(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11B 7/00 G11B 7/135 G11B 20/10 321

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザー光源と、前記レーザー光源からの
    レーザー光を信号マークの形成された光ディスク信号面
    上に収束する集光手段と、前記信号面を反射し、前記集
    光手段を経た戻り光を検出する検出手段と、前記検出手
    段による再生信号を微分し2階微分信号を得る微分回路
    とからなり、前記集光手段による収束光の分布が開口面
    出射直後で輪帯上にあり、前記信号マークのエッジ位置
    を前記2階微分信号と検出レベルとのクロス点によって
    検出することを特徴とする光ディスク装置。
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