JP3202073B2

JP3202073B2 - 光学的情報記録再生装置

Info

Publication number: JP3202073B2
Application number: JP25358692A
Authority: JP
Inventors: 英司山口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 2001-08-27
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JPH0676298A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的に検出可能な形
態で情報の記憶がなされた情報記録媒体についての光学
的情報記録再生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学的情報記憶媒体の再生装置
は、図１８（ａ）に示しているような構成が一般的であ
る。すなわち、半導体レーザ１からの出射光を、コリメ
ータレンズ２で平行光にして、ビームスプリッタ３を経
て対物レンズ４に導き、ディスク５上に微小スポットを
形成させ、同時に、図示されないオートフォーカッシン
グおよびオートトラッキング制御手段により、情報トラ
ック上に前記微小スポットを安定に走査させる。ここで
使用される前記光学的情報記憶媒体には、所定の厚みの
情報ビット列が形成されている。通常、この情報ビット
の厚みは、情報ビットの領域と、そうでない領域とで
は、その反射光の位相差が概略πとなるように設定して
ある。このため、微小スポットが情報ビット上にきた時
には、回折により反射光量が大きく低下する。したがっ
て、情報の検出系では、反射光の全光量の変化を再生信
号として得ている。すなわち、図１８に示すように、情
報記憶媒体５からの反射光を対物レンズ４により受光
し、ビームスプリッタ３により検出系へ導き、集光レン
ズ１５により光検出器１６へ受光させて、電気信号へと
変換させる。図１９には、このようにして得られた再生
信号が例示してある。図１９（ａ）のように、情報ビッ
ト５ａ上を微小スポット１４が移動すると、反射光量は
図１９（ｂ）のように変化し、情報ビット５ａのエッジ
の付近で、急激に光量が変化する。この信号をスレショ
ールドレベルＩ_tで２値化することにより、情報信号を
得ることができる。

【０００３】また、光検出器１６に、図１８（ｂ）に示
すように、トラック方向に光軸を通る分割線で２分割に
した２つの受光面１６ａ，１６ｂを有する光検出器１６
を用いる場合、減算回路１７によって、それぞれの受光
面の検出信号の差動をとることにより、情報ビットの先
行エッジおよび後行エッジにおいてピーク出力を与える
ようにして、エッジを検出する装置が、既に知られてい
る（例えば、特願昭５８−８３０８２号明細書に開
示）。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、記
憶容量を増大する目的に沿うように、記憶媒体に対する
情報の書き込みを高密度化にした場合、上記従来例で
は、図２０に示したように、微小スポット１４の大きさ
よりも十分小さい情報ビットに対しては、反射光量の変
化が僅かであるために、安定な再生信号が得られないと
いう問題があった。また、前述したような２分割光検出
器の信号からの差をとった信号は、再生スポットが先行
エッジに差し掛かった場合と、後行エッジに差し掛かっ
た場合とで、再生信号のピーク位置がずれて、正確にエ
ッジを再生できない。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、上記事情に基いて成されたも
ので、光スポットよりも小さな情報ビットの再生を可能
にして、この再生に適応する情報記録媒体の記憶容量を
飛躍的に増大させることができるように工夫した光学的
情報記録再生装置を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
光学的情報記録媒体の情報再生において、反射光軸上か
ら、光スポットの走査方向にずれた位置の反射光の一部
の光束を検出するエッジ検出手段を用いて、情報媒体上
の情報ビットの光スポット走査方向に対して、先行する
エッジおよび後行するエッジを検出する手段を設けるこ
とにより、それぞれのエッジ検出信号から再生信号を合
成して、情報再生を行うのである。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明の特徴を最も良く表現したも
ので、同図において、符号１は光源であるところの半導
体レーザ、２は半導体レーザ１からの出射光を平行光束
にするコリメータレンズであり、この平行光束は、ビー
ムスプリッタ３を経て対物レンズ４により集光され、情
報記憶媒体５上に微小スポットを形成するのである。そ
して、上記微小スポットにおける情報記憶媒体５からの
反射光は、対物レンズ４により光学系に取り込まれ、そ
こで、ビームスプリッタ３へ入射し、検出光学系へと反
射される。この場合、上記検出光学系へ導かれた光束
は、ビームスプリッタ６により、２つの光束に分けら
れ、２つのエッジ検出光学系へ導かれる。上記エッジ検
出光学系は、集光レンズ７，９と光検出器８，１０とエ
ッジ信号抽出回路１１，１２とから構成されるもので、
その動作は、詳しく後述する。そして、それぞれのエッ
ジ検出光学系からのエッジ抽出信号を加算器１３にて合
成して情報再生信号を得るのである。

【０００８】次に、本出願人が特願平３−１９５８６４
号明細書（９１年７月９日出願）において開示したエッ
ジ検出法を、前述のエッジ検出光学系に応用した場合の
動作について、図２ないし図４を参照して具体的に説明
する。図２（ａ）には、情報記録媒体５の情報ビット面
５ａ上に光スポット１４を照射させている様子が示して
あり、図２（ｂ）には、ある特定の情報ビットのＡ−
Ａ’間の断面が示されている。この情報ビットは、周辺
領域に対して入射光側に凸の構造をしている。なお、説
明の便宜上、光スポット１４の走査方向に対して先行す
るエッジ（境界）を５ｓ，後行するエッジを５ｅと定義
づけることにする。

【０００９】図３（ａ）は、情報ビットの後行するエッ
ジ５ｅ上に光スポット１４が位置した状態を模式化して
示している。ここで、情報ビットのエッジに相当する部
分である５ｅは、紙面に鉛直な方向に関して光スポット
より十分に長いものとし、高さｈは、情報記憶媒体５の
透明基板の屈折率をｎ，半導体レーザ１の波長をλと想
定した時のほぼλ／４ｎとなっており、その反射光の位
相差はエッジの両側で１８０ｄｅｇとなる。また、Ｂ−
Ｂ’間には、対物レンズ４に相当する集光レンズが配置
されており、反射光は、平行光束となる。

【００１０】また、図３（ｂ）は、集光レンズ４を通過
して平行光束となったところでの反射光の一般的な強度
分布を、その光軸を通る直線Ｃ−Ｃ’において示したも
のである。計算の数値の一例を示すと、ｎ＝１．５，λ
＝７８０ｎｍ，ｈ＝０．１３μｍ，対物レンズの焦点距
離５ｍｍ，開口数０．５とした場合、反射光の光束径は
約５ｍｍとなる。また、Ｃ−Ｃ’における反射光の強度
分布は、高さの異なる２つのピーク位置をもち、その間
は、鋭く落ち込むディップ領域が存在する。このディッ
プの位置は、光軸から約０．５ｍｍほど小さい方のピー
ク側にずれた位置Ｓで示される。この強度分布の計算
は、ヘルムホルツの波動方程式を解いたもので、数値解
析法として境界要素法（電子通信学会論文誌１９８
６．６．６．：ｖｏｌ．Ｊ６９−Ｃ：Ｎｏ．６：７４０
〜７４６参照）を用いた。

【００１１】また、図４には、情報ビットに対して光ス
ポット１４を走査して行く時の反射光の強度分布の変化
が示されている。図４（ａ）においては、光スポット１
３が情報ビットに全然、差し掛かっていない状態であ
り、同図（ｂ）から（ｄ）にかけて、先行エッジ５ｓに
差し掛かり、同図（ｅ）では、再び、全然、差し掛らな
い状態となり、続いて、同図（ｆ）〜（ｈ）にかけて、
後行エッジ５ｅに差し掛かった状態になる。ここに示さ
れたように、先行エッジ５ｓまたは後行エッジ５ｅに差
し掛かった時に、ディップ領域が顕著となり、光軸に対
してずれる方向は、先行エッジと、後行エッジとで互い
に逆となる。そして、光スポットを走査させた時、この
ディップ領域における光強度の変化が最も激しい。した
がって、このディップ領域に対応した位置を受光するよ
うな受光素子を用いることにより、エッジ検出信号を取
り出すことが可能であることがわかる。

【００１２】このエッジ検出信号の抽出動作について
は、図５ないし図７を用いて具体的に説明する。図５
は、ディップ領域を検出するための光検出器８および１
０の受光面８ａおよび１０ａを説明するためのものであ
る。ここでは、図１に示したように、ビームスプリッタ
６で反射光束を２つに分け、これらを集光レンズ７およ
び９で集光し、光検出器８および１０に入射させる構成
となっているので、図３（ｂ）で示した光強度分布の縮
小パターンが、受光素子上に入射光として与えられる。
この時、平行光束におけるディップ領域の光軸からのず
れ量Ｓは、受光素子上ではＳ’となる。したがって、光
検出器８および１０の受光面は光軸からＳ’だけずれた
位置となっている訳である。

【００１３】また、先行エッジ５ｓおよび後行エッジ５
ｅに対して、ディップ領域の光軸からのずれの方向は、
互いに逆となるので、先行エッジ５ｓの検出用に、受光
面８ａが、後行エッジ５ｅの検出用に受光面１０ａが、
それぞれ、対応して形成される。このような受光面を持
つ光検出器８および１０からの検出信号を説明したもの
が図６である。図６（ａ）は、情報ビットのパターン、
図６（ｂ）は、光検出器８の出力信号であり、先行エッ
ジの時に鋭いディップ信号が得られる。また、図６
（ｄ）は、光検出器１０の出力信号であり、後行エッジ
の時に鋭いディップ信号が得られる。以上の２つの光検
出器８および１０からの検出信号を、図７に示したエッ
ジ信号抽出回路において、基準電圧Ｌ_tに対して、コン
パレー１１ａおよび１２ｂで２値化する。この信号が、
図６（ｃ）および図６（ｅ）である。ここで、図６
（ｃ）は、図７のコンパレータ１１ａにおける出力信号
１１ｃであり、図６（ｅ）は、図７のコンパレータ１２
ａにおける出力信号１２ｃであり、それぞれのコンパレ
ータが、先行エッジのみの検出信号、および、後行エッ
ジのみの検出信号を出力させることが可能となる。

【００１４】また、図６（ｆ）は、同図（ｃ）および
（ｅ）の信号を、図７における加算器１３により加算し
た結果の信号１３ａを示したもので、これが、先行エッ
ジおよび後行エッジのエッジ信号をもつ、エッジ抽出信
号となる。これを情報再生信号とするためには、上記エ
ッジ抽出信号を、図示されない微分回路およびゼロクロ
ス検出回路を通して、処理する必要がある。以上のよう
な動作を経て、エッジ検出を行うことにより、光スポッ
トよりも小さい情報ビットの再生が可能となるのであ
る。

【００１５】また、本発明は、上記実施例において、情
報ビットの高さが概略λ／４ｎである場合について説明
したが、これと異なる高さの場合にも適用可能である。
すなわち、本出願人が特願平３−１９５８６４号明細書
に開示したように、エッジ部の高さに応じて、ディップ
の位置を求めることが可能なのである。

【００１６】その計算例が図８ないし図１１に示されて
いる。図８には、図３の場合と同様に、エッジ部１５１
に光スポット１３５を、その光軸中心を一致して、照射
している状態が表わされている。ここではエッジの高さ
１５５をｈとする。図９（Ａ）ないし（Ｄ）、図１０
（Ａ）ないし（Ｄ）は、エッジからの反射光の反射角度
に対する光強度分布を、いろいろな高さｈについて計算
した結果を示している。高さｈが、その時の波長をλと
した場合、１／８λ〜８／８λまで変えると、ディップ
の現われる角度が変わる。これをまとめて示したものが
図１１である。これは、前述した実施例では、図１１の
４０１−３に相当する。ここでは、極小値の位置は、角
度表示されているので、本発明を実施する場合には、対
物レンズの焦点距離をｆ’，極小値の角度方向をθとす
ると、平行光束の光軸中心からのずれＳは、Ｓ＝ｆ’ｓｉｎ（θ−９０）となる。この値を、いろいろなエッジ高さｈに適用する
ことにより、図５における受光面の、光軸からのずれ量
Ｓ’を求めることができる。

【００１７】図１２および図１３は、本発明の第２の実
施例を説明する図である。既に、ず４で説明したよう
に、光スポット１４が、エッジに差し掛かった時、最も
鋭いディップが生じるわけであるが、同時に、このディ
ップ位置の軸を境として、両側の光量差が最も大きくな
ることがわかる。したがって、図１２に示したように、
光軸から、Ｓ”だけずれた位置に分割線を有する２分割
された受光面８ｂ，８ｃおよび１０ｂ，１０ｃをもつ光
検出器８および１０を用いることで、それぞれの受光面
から２分割信号を得て、これを図１３の減算器１１ｃ，
１２ｃで差分することで、丁度、図６（ｂ）および
（ｄ）に相当する信号を得ることになる。したがって、
図１３に示した、コンパレータ１１ａ，１２ａ，加算器
１３からなるエッジ信号抽出回路により、エッジ抽出信
号を得ることが可能である。

【００１８】なお、ここで、前述した分割線を光軸上に
もってきた場合には、光量分布が光軸を通るトラック方
向に垂直な直線に対して、対称性を有していないため
に、差分をとった信号は、明らかに、エッジ上でピーク
値を示さないことになる。

【００１９】図１４には、本発明の第３の実施例を適用
した光学系の構成が示されている。ここでは、情報記憶
媒体として光磁気媒体２１を用い、そのために、検出光
学系中に検光子としての偏光ビームスプリッタ２０を用
い、光磁気成分であるＰ偏光のみを透過させ、光磁気媒
体２１に入射させた直線偏光であるＳ偏光を反射させ
る。そして、Ｄに示す位置に配置した、図示されない、
光スポット位置サーボ用誤差検出光学系へと反射光を導
いている。なお、その他の光学系については、図１と同
様な光学素子について、同一符号を付して、その説明を
省略する。

【００２０】図１５（ａ）は、光磁気媒体２１の磁化反
転部分に直線偏光（Ｓ偏光）を入射した時の様子を示し
たものである。同図において、光スポット２２の半分は
上向き磁化の部分に、他の半分の領域は下向き磁化の部
分に照射している。良く知られているように、入射した
直線偏光は、磁気カー効果により、偏光面がわずかに回
転し、また、磁化の向きにより、その方向が反転する。
すなわち、Ｓ偏光が入射したとすると、新たにＰ偏光が
発生することになる。この様子が図１５（ｂ）に示して
ある。同図において、入射光の偏光方向は、符号２３ａ
の方向であり、ここでは、磁気面を反射することにより
偏光面が回転し、符号２３ｂまたは２３ｃで示した偏光
となる。これらの偏光は、入射光２３ａと垂直な偏光成
分２３ｄおよび２３ｅを持つことが明らかで、これら偏
光成分は、互いに位相が１８０°だけずれたものとな
る。この点を言い換えれば、図１５（ａ）において、エ
ッジを境界とした光スポット２２の照射領域は、互いに
位相の１８０°違った位相物体として取り扱うことがで
きる。したがって、位相の点に注目すると、第１および
第２の実施例における情報ビットと全く同じ扱いをする
ことができる。

【００２１】また、図１６は、光磁気記録において一般
的なＰ偏光とＳ偏光を干渉させ、同相成分除去のために
差動検出を行うための光学系を示したものである。同図
において、符号２４はビームスプリッタであり、ここで
反射された光は、図示されないサーボ検出光学系Ｄへ導
かれる。そして、通過した光は、λ／２板２５を通り、
その偏光面を４５°回転し、偏光ビームスプリッタ２０
に入射する。偏光ビームスプリッタ２０を透過した光
は、符号６ないし１３で既に示す構成のエッジ検出光学
系ＥおよびＥ’（図１６参照）へと導かれ、そこで、そ
れぞれのエッジ検出信号の差動をとることにより、所望
のエッジ検出信号を得ることができる。

【００２２】図１７は、本発明の第４の実施例を示すも
ので、ここでは、情報記録媒体上の情報ビットに、光ス
ポットが照射している状態が示されている。図１７
（ａ）は、再生専用情報記録媒体や、光強度変調による
ＷＯＲＭ（Writer Once ReadMaltiple ）媒体や、消去
可能な媒体において、一般的な情報ビット３１に再生用
光スポットが照射された状態を示しており、同図におい
て、光スポットが３０ａの位置にきた状態は、情報ビッ
ト３１ｂの、先行するエッジに差し掛かった場合を、ま
た、光スポット３０ｂの位置にきた状態は、情報ビット
３１ｃの、後行するエッジに差し掛かった場合を表わ
す。前述した第１ないし第３の実施例においては、情報
ビットのエッジが直線である場合の再生を述べてきた
が、さらに厳密にエッジを再生する場合には、スポット
照射状態３０ａおよび３０ｂにおいて、円弧状である情
報ビットのエッジについて、補正を行えばよい。すなわ
ち、先の実施例における光学系を用い、図５における受
光面８ａ、および、光軸からのずれＳ’を微調すること
により、あるいは、図１２（ａ）および（ｂ）における
分割線の光軸からのずれＳ’を微調することにより、上
記補正を行うことができる。一方、図１７（ｂ）は、情
報記録媒体として光磁気媒体を用い、高強度の光スポッ
トを照射しながら、外部印加磁界を高速に変調すること
による、いわゆる磁界変調記録方式により記録された情
報ビットについて示したものである。この場合も、図１
７（ａ）と同様に、図５におけるＳ’、あるいは、図１
２におけるＳ’の値を微調すれば良い。但し、先行エッ
ジと後行エッジの微調量は、図１７（ａ）において同じ
方向に補正すれば良かったが、ここでは、互いに反対の
方向に補正する値をとることになる。このように、情報
ビットのエッジ形状に対応した補正を加えることによ
り、より正確な情報再生を行うことができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、光学的情
報記録媒体の情報再生において、反射光軸上から、光ス
ポットの走査方向にずれた位置の反射光の一部の光束を
検出するエッジ検出手段を用いて、情報媒体上の情報ビ
ットの光スポット走査方向に対して先行するエッジおよ
び後行するエッジを検出する手段を設けることにより、
それぞれのエッジ検出信号から再生信号を合成して情報
再生を行うので、光スポットよりも小さな情報ビットの
再生が可能となり、前記情報記憶媒体の記憶容量を飛躍
的に増大させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による再生光学系の構成
図である。

【図２】光スポットを情報ビットに照射させた状態を説
明する図である。

【図３】情報ビットのエッジからの反射光を説明する図
である。

【図４】情報ビット上で光スポットを走査させた時の反
射光の変化を示す図である。

【図５】光検出器を説明する図である。

【図６】エッジ検出を説明する図である。

【図７】エッジ信号抽出回路図である。

【図８】所定高さのエッジに光スポットを照射させた状
態を説明する断面図である。

【図９】エッジからの各方位における反射光の強度分布
特性を説明する図である。

【図１０】エッジからの各方位における反射光の強度分
布特性を説明する図である。

【図１１】エッジからの各方位における反射光の強度分
布特性を説明する図である。

【図１２】第２の実施例における光検出器を説明する図
である。

【図１３】第２の実施例におけるエッジ信号抽出回路図
である。

【図１４】第３の実施例における再生光学系の構成図で
ある。

【図１５】第３の実施例における情報ビットからの反射
光を説明する図である。

【図１６】第３の実施例における別の再生光学系の構成
図である。

【図１７】第４の実施例における情報ビットを光スポッ
トの関係を説明する図である。

【図１８】従来の再生光学系の構成図である。

【図１９】従来の再生光学系の構成図である。

【図２０】従来の再生装置における情報ビットの再生信
号を説明する図である。

【符号の説明】

１半導体レーザ４対物レンズ５情報記憶媒体８，１０光検出器１１，１２エッジ信号抽出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/00 - 7/013 G11B 7/135

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】情報ビットである微小領域とそれ以外の
領域における反射光の位相が互いに異なるようにして情
報が記録された情報記憶媒体についての光学的情報再生
装置において、前記情報ビットの光スポットの走査方向に対して先行す
るエッジのみを検出する手段を反射光の光軸上からずら
して配置し、後行するエッジのみを検出する手段を、前
記先行エッジ検出手段と前記光軸をはさんで反対側に配
置し、それぞれの検出出力信号から再生信号を合成して
情報再生を行うように構成したことを特徴とする光学的
情報記録再生装置。
【請求項２】前記エッジ検出手段は、光軸上から前記
光スポットの走査方向にずれた位置に分割線を有する２
分割光検出器を含むことを特徴とする請求項１に記載の
光学的情報記録再生装置。
【請求項３】前記情報記憶媒体は、光磁気記録媒体で
あることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の光学
的情報記録再生装置。
【請求項４】前記光検出器は、前記先行する情報ビッ
トのエッジを検出する手段におけるスポット走査方向の
配置位置の光軸からのズレ量と前記後行する情報ビット
のエッジを検出する手段におけるスポット走査方向の配
置位置の光軸からのズレ量とを僅かに異ならせて配置し
たことを特徴とする請求項２に記載の光学的情報記録再
生装置。