JP3623959B2 - 光学的な走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、重なり合っている光および光磁気情報を有している組み合わされた光および光磁気情報担体を読み取るまたは記録するための光学的な走査装置であって、該情報担体上にデータがトラックに沿って記憶されている形式のものに関する。
公知の光記録担体は、例えば、光透過性の層に、光反射性のアルミニウム層が続くコンパクトディスクである。光反射性のアルミニウム層は、コンパクトディスクに記憶されているデータを表示する凹み、所謂ピットを有している。光学的な走査装置を用いて、コンパクトディスクのデータが読み取り可能である。その理由は、光反射性のアルミニウム層の反射特性は、ディスク上の凹みを形成するパターンに依存しているからである。しばしば溝とも称される凹みからは、しばしば陸地とも称される丘からよりも僅かな光しか反射されない。
それ故に、コンパクトディスクから反射される光の強度に基づいて、光学的な走査装置は、走査されるピットが例えば論理１なのかまたは論理０なのかを識別する。
光磁気ディスクという名称で公知の別のこの形式の光学的な記憶担体は、論文“Magnetoptische Versuche dauarn an"（in Funkchau 13,1986年６月、第37ないし41頁）に記載されている。
従来のコンパクトディスクとは異なって、光磁気ディスクは、ピットを有していない。光透過性の層の後に、データが記録可能でありかつそこからデータが読み取り可能である磁性層が設けられている。次に、光磁気ディスク上にデータがどのように書き込まれるかについて説明する。
ディスクにフォーカシングされるレーザビームを用いて、磁性層はキュリー温度より上に加熱される。しかし大抵は、磁性層を、キュリー温度より僅かに下の補償温度まで加熱することで十分である。ディスク上の焦点の後方に、電磁石が設けられており、この電磁石は、レーザビームによって加熱される領域を一方および他方の磁化方向において磁化する。レーザビームの遮断後、加熱された個所は再びキュリー温度以下に冷えるので、電磁石によって設定された磁化方向はそのまま維持される。いわばこの磁化方向は凍結する。このようにして、個々のビットが異なった磁化方向の磁区に記憶される。その際例えば、磁区の一方の磁化方向は論理１に相応し、一方反対の磁化方向は論理０を表示する。
データを読み取るために、カー効果が利用される。直線偏光された光ビームの偏光面は、磁化されたミラーにおける反射の際に測定可能な角度だけ回転される。ミラーがどの方向に磁化されているかに応じて、反射された光ビームの偏光面は右方向または左方向に回転される。しかしディスク上の個々の磁区は磁化されたミラーのように作用するので、走査する光ビームの偏光面は、そのとき走査される磁区の磁化方向に応じて、測定可能な角度だけ左方向または右方向に回転される。
ディスクから反射される光ビームの偏光面の回転に基づいて、光学的な走査装置は、いずれのビットが存在するか、すなわち論理１または論理０を識別する。ピットを有するコンパクトディスクとは異なって、光磁気ディスクは殆ど任意にしばしば消去および再書込み可能である。
西独国特許出願公開第3732875号公報から、光および光磁気ディスクの組み合わせであるディスク形状の記録担体が公知である。この記録担体には、ピットを用いたデータ、同時にディスクの磁性層におけるデータが記憶されている。ピットおよび磁区は上下に位置しているので、同一の個所に、ピットの形のデータ、同時に磁性層におけるデータが記憶されている。このディスクの記憶能力は、通常の光ディスクまたは光磁気ディスクの記憶能力の２倍の大きさである。
西独国特許出願公開第3732874号公報に、上述の３つの形式のディスクに次の理由から適している光学的な走査装置が記憶されている。つまりこの光学的な走査装置は、光ディスク、例えば、CD、光磁気ディスク、同時に西独国特許出願公開第3732875号公報から公知であるディスクからデータを読み取ることができるからである。
この光学的な走査装置では、レーザ光がディスク上にフォーカシングされかつそこから偏光ビームスプリッタに反射され、偏光ビームスプリッタはレーザ光を、その偏光方向に依存して第１の光検出器または第２の光検出器に反射する。第１の光検出器の光電圧と第２の光検出器の光電圧との差から、ディスクの磁区に記憶されているデータ信号が取り出される。第１の光検出器のホト電圧と第２の光検出器のホト電圧との和から、ディスク上のピットを用いて記憶されているデータを表すデータ信号が発生される。
西独国特許出願公開第3732874号公報に記載の光学的な走査装置は、西独国特許出願公開第3732875号公報に記憶されているようなディスクにおいて、ピットを用いて記憶されているデータ、同時に磁区に記憶されているデータを読み取ることができる。
しかしピットも、たとえ非常に僅かとはいえ、レーザから射出される光の偏光方向の回転を惹き起こすので、ピットの走査によって取り出されるデータ信号と磁区からカー効果を用いて読み取られるデータ信号との間のクロストークは完全には回避されない。このクロストオークを申し分なく減衰するために、個別データトラック間の最小距離並びにピットの最小長および最小幅が厳守されなければならない。しかしこの最小のディメンション（寸法）量は、記録担体の記憶容量を制限する。
それ故に本発明の課題は、不都合なクロストークをできるだけ完全に抑圧することである。
本発明はこの課題を冒頭に述べた形式の光学的な走査装置から出発して次のようにして解決する。すなわち、少なくとも、光ビームを情報担体の前記トラックにフォーカシングするためのフォーカシング手段と、情報担体にフォーカシングされた光の電気的なベクトルを、情報担体に記憶されているデータ信号のデータ周波数より著しく大きく選択されている変調周波数で、トラックに対して交番的に平行および垂直に周期的に切り換えるための電気光学偏光変調器と、読み取り時に情報担体によって反射された光をアナライズしかつ光ビームの、担体による反射後の偏光方向を表している少なくとも第１および第２のアナライズされた信号を供給するためのアナライズ手段と、第１および第２のアナライズされた信号を使用することによって光情報担体に記憶されているデータを表しているデータ信号および間接的なデータ信号を発生するための回路と、入力側において間接的なデータ信号を受信しかつ出力側において光磁気情報担体に記憶されているデータを表している最終的なデータ信号を供給するローパスフィルタとを有している。
図中、
第１図は、本発明の１実施例を示すブロック図であり、
第２図は、記録担体のデータトラックにおける電気的なベクトルの位置を示す略図であり、
第３図は、光電変調器を制御する矩形の制御信号と、データトラックにおける電気的なベクトルの対応する位置を示す線図であり、
第４図は、矩形の制御信号に依存する相互に垂直に位置する２つの偏光面における光強度を示す波形図であり、
第５図は、電光変調器の前および後の電気的なベクトルの方向を示す概略図であり、
第６図は、磁気的なデータ信号におけるクロストークを示す波形図である。
次に、第１図に示された実施例について説明する。
光源Ｌ、例えばレーザダイオードから射出された光は、コリメータレンズKL、プリズムビームスプリッタPM1および電気光学偏光変調器（以下電光変調器と略称する）EOMを介して対物レンズOLに到達する。対物レンズは、光を情報担体IM、例えば光磁気ディスクIMにフォーカシングする。光磁気ディスクIMから光は、対物レンズOL、電光変調器EOMおよびプリズムビームスプリッタPM1に戻り反射される。プリズムビームスプリッタは、光を直角にプリズムビームスプリッタPM2に偏向する。光の一部は、凸面レンズL1およびさらには、円柱レンズZLに到達する。円柱レンズは、光を、４象限光検出器として構成されている光検出器PD3に指向する。しかしプリズムビームスプリッタPM2は、光の一部を２分の１波長板PLに直角に偏向し、そこから光は偏光ビームスプリッタPOに達する。偏光ビームスプリッタPOに送出された光の偏光方向に依存して、一部はまっすぐに凸面レンズL2に案内される。凸面レンズは光を光検出器PD1に配向する。光の別の一部は、光を光検出器PD2に配向する凸面レンズL3に偏向される。光検出器PD1の出力側および光検出器PD2の出力側は、加算増幅器AVおよび差動増幅器DVの入力側に接続されている。加算増幅器AVの出力側において、ピットを用いて取り出されるデータ信号PSがピックアップ可能である。入力側が差動増幅器DVの出力側に接続されている低域フィルタTPの出力側において、光磁気ディスクの磁性層から取り出されるデータ信号MSがピックアップ可能である。電光変調器の制御入力側は、矩形の制御信号を発生するドライバ回路TSの出力側に接続されている。
第２図には、ピットPIを有する情報担体の３つのデータトラックＴが図示されている。データトラックの磁化方向は、異なった斜め線によって示されている。光磁気ディスクにフォーカシングされる光の電気的なベクトルEVは、トラック方向に対して平行であるかまたはトラック方向に対して垂直である。
第４図には、ドライバ回路TSによって発生される、電光変調器に対する矩形の制御信号RSが示されている。その下に、トラック方向における光強度LIPおよびトラック方向に対して垂直である光強度LISが示されている。矩形の制御信号RSのパルスでは、電気的なベクトルはトラック方向に対して平行である。それ故に、制御信号RSのパルスにおいて、光強度はデータトラックの方向で見て、同様に制御信号RSの矩形パルスに同期している。
これに対して制御信号RSのパルス休止期間では、電気的なベクトルは、トラック方向に対して垂直である。それ故に、光強度はトラック方向に対して垂直に見て、パルス休止期間の間パルス状である。したがって、データトラックの方向に見た光強度は、データトラックに対して垂直に見た強度とは逆相である。
よりよく理解するために、第３図にもう一度、ドライバ回路TSの矩形の制御信号RSが示されている。矩形の制御信号RSの下に、正しい順序で、データトラック上の電気的なベクトルEVの位置が示されている。パルスの際には電気的なベクトルはデータトラックに対して平行であり、一方パルス休止期間において電気的なベクトルはデータトラックに対して垂直である。電光変調器EOMは、電気的なベクトルEVを平行位置および再び逆に垂直位置に周期的に切り換える。
第５図には、電光変調器EOMの前および後の電気的なベクトルEVの方向が示されている。電光変調器EOMによって制御されて、電光変調器から光磁気ディスクに指向される光の電気的なベクトルEVがデータトラックに対して交番的に平行および垂直に存在するようになる。これに対して、光磁気ディスクから反射されかつ電光変調器EOMに透過する光の電気的なベクトルEVは常に、レーザダイオードＬから射出される光の電気的なベクトルに対して平行である。
ドライバ回路TSによって発生される矩形の制御信号RSの周波数は、光磁気ディスクから読み取られるデータ信号PSおよびMSの周波数より著しく大きい。矩形の制御信号RSの周波数は例えば50MHzであり、一方ピットを用いて取り出されるデータ信号PSの周波数および磁性層から取り出されるデータ信号の周波数は、CDプレーヤの場合、最高で720KHzである。
しかし、電光変調器の有限な切換速度および光の有限な速度のために、電光変調器から出る光の電気的なベクトルは、光磁気ディスクから反射される光が電光変調器に到来するとき、僅かにさらに回転される。それ故に、電光変調器から出る光および光磁気ディスクから逆に電光変調器に反射される光の電気的なベクトルは正確に平行ではなく、一方電気的なベクトルEVは別の位置に切り換えられるので、電気的なベクトルEVの切換期間に、楕円偏光された光が発生されるが、その傷害作用は無視できる程度である。
そこで本発明は、光磁気データ信号MSにおけるクロストークがピットの縁における反射による偏光面の不都合な回転によって惹き起こされるという第１の認識から出発している。さらに、本発明は、トラック方向に対して平行に延在する電気的なベクトルでは、生成されるクロストークの振幅が、トラック方向に対して垂直である電気的なベクトルとほぼ同じ大きさであるが、反対の極性であるという第２の認識から出発している。
そこで、電気的なベクトルの回転周波数はデータ信号の周波数より著しく大きく選択されているので、それぞれのピットは、トラック方向に対して垂直である電気的なベクトルによって複数回走査される。さらに、トラック方向に対して平行である電気的なベクトルにおいて生成されるクロストークは、トラック方向に対して垂直である電気的なベクトルの場合とほぼ同じ大きさであるが、反対の極性を有するので、それらは相互に大幅に打ち消される。換言すれば、このことは、光検出器PD1およびPD2に反射される光にはクロストークが殆どないことを意味している。その理由は、トラック方向に対して平行に延在する電気的なベクトルにおいて発生される生成クロストークおよびトラック方向に対して垂直である電気的なベクトルにおいて発生される生成クロストークは相互に消去されるからである。
差動増幅器DVの出力側における低域フィルタは、矩形の制御信号RSによって発生される周波数成分を、光磁気データ信号MSから取り除くことが必要である。
第６図には、記録担体の磁性層に記憶されているデータから取り出されるデータ信号MSが示されている。このデータ信号の周波数は、例えば10KHzとすることができる。しかしデータ信号MSには、ピットを用いて記憶されているデータから取り出されるデータ信号によって惹き起こされる、例えば100KHzを有する振動が重畳されている。100KHzの重畳された振動の振幅は、電気的なベクトルの周期的な回転によっておよび差動増幅器DVの出力側における低域フィルタTPのために著しく低減される。
本発明は、組み合わされた光並びに光磁気記録担体を読み取るまたは記録する光学的な走査装置である。本発明は有利には、データ処理に使用される。その理由はデータを同時に読み取りかつ書き込むことができるからである。

Claims (11)

1. 重なり合っている光および光磁気情報を有している組み合わされた光および光磁気情報担体を読み取るまたは記録するための光学的な走査装置であって、該情報担体上にデータがトラックに沿って記憶されている形式のものにおいて、
   少なくとも、
   光ビームを前記組み合わされた光および光磁気情報担体の前記トラックにフォーカシングするためのフォーカシング手段と、
   前記組み合わされた光および光磁気情報担体にフォーカシングされた光の電気的なベクトルを、前記組み合わされた光および光磁気情報担体に記憶されているデータ信号のデータ周波数より著しく大きく選択されている変調周波数で、前記トラックに対して交番的に平行および垂直に周期的に切り換えるための電気光学偏光変調器（EOM）と、
   読み取り時に前記組み合わされた光および光磁気情報担体によって反射された光をアナライズしかつ前記光ビームの、前記組み合わされた光および光磁気情報担体による反射後の偏光方向を表している少なくとも第１および第２のアナライズされた信号を供給するためのアナライズ手段（PO,PD1,PD2）と、
   前記第１および第２のアナライズされた信号を使用することによって、前記組み合わされた光および光磁気情報担体に光学的な情報として記憶されているデータを表しているデータ信号および間接的なデータ信号を発生するための回路（AV,DV）と、
   入力側において前記間接的なデータ信号を受信しかつ出力側において前記組み合わされた光および光磁気情報担体に光磁気情報として記憶されているデータを表している最終的なデータ信号を供給するローパスフィルタ（TP）と
   を有していることを特徴とする光学的な走査装置。
2. 更に偏光ビームスプリッタを有していて、
   前記アナライズ手段は第１および第２の光検出器手段（PD1,PD2）を有しており、かつ
   前記データ信号および前記間接的なデータ信号を発生するための回路は
   加算増幅器を有しており、該加算増幅器の入力側で前記第１および第２の光検出器手段からアナライズされた信号を受信しかつ出力側で前記光情報として記憶されているデータを表している前記データ信号を供給し、かつ
   差動増幅器を有しており、該差動増幅器の入力側で前記第１および第２の光検出器手段からアナライズされた信号を受信しかつ出力側で前記間接的なデータ信号を供給する
   請求項１記載の光学的な走査装置。
3. 重なり合っている光および光磁気情報を有している組み合わされた光および光磁気情報担体（IM）を読み取るまたは記録するための光学的な走査装置であって、該情報担体上にデータがトラックに沿って記憶されている形式のものにおいて、
   読み取り時に、光源（Ｌ）の光ビームが前記組み合わされた光および光磁気情報担体（IM）のトラックにフォーカシングされかつ該組み合わされた光および光磁気情報担体（IM）から偏光ビームスプリッタ（PO）を透過して第１の光検出器（PD1）に反射されかつ前記偏光ビームスプリッタ（PO）によって偏向されて第２の光検出器（PD2）に反射され、
   前記光源（Ｌ）から出射される光の光路に電気光学偏光変調器（EOM）が設けられており、該変調器は、前記組み合わされた光および光磁気情報担体（IM）にフォーカシングされた光の電気的なベクトルを、該組み合わされた光および光磁気情報担体（IM）に記録されている信号の周波数より著しく大きく選定されている周波数で、該組み合わされた光および光磁気情報担体（IM）の走査されるデータトラックに対して平行および垂直に交番的に、周期的に切り換えないし方向変換させ、かつ
   前記第１および第２の光検出器（PD1,PD2）の出力側は加算増幅器（AV）の入力側に接続されており、該加算増幅器の出力側から、前記組み合わされた光および光磁気情報担体に光情報として記憶されているデータを表しているデータ信号（PS）が取り出され、
   かつ前記第１および第２の光検出器（PD1,PD2）の出力側は差動増幅器（DV）の入力側に接続されており、該差動増幅器の出力側は、低域フィルタ（TP）の入力側に接続されており
   かつ該低域フィルタ（TP）の出力側で、前記組み合わされた光および光磁気情報担体（IM）に光磁気情報として記憶されているデータを表しているデータ信号が取り出される
   ことを特徴とする光学的な走査装置。
4. 前記データは前記組み合わされた光および光磁気情報担体中に、磁性層における光磁気情報としてもピット（PI）を用いて光情報としても記憶されている
   請求項１から３までのいずれか１項記載の光学的な走査装置。
5. 前記電気光学偏光変調器（EOM）は、前記組み合わされた光および光磁気情報担体（IM）にフォーカシングされた光の電気的なベクトル（EV）が前記組み合わされた光および光磁気情報担体（IM）の走査されるデータトラックに対して交番的に周期的に平行および垂直であるように、ドライバ回路（TS）によって制御信号（RS）を用いて制御される
   請求項１から４までのいずれか１項記載の光学的な走査装置。
6. 前記制御信号（RS）は、矩形のパルス信号である
   請求項５記載の光学的な走査装置。
7. 前記矩形の制御信号（RS）のオンオフ比は1:1である
   請求項６記載の光学的な走査装置。
8. 前記矩形状の制御信号（RS）の周波数は、前記組み合わされた光および光磁気情報担体（IM）に記録された信号の周波数より著しく大きく選択されている
   請求項６または７記載の光学的な走査装置。
9. 前記光源（Ｌ）によって発生される光は、コリメータレンズ（KL）、第１のプリズムビームスプリッタ（PM1）、電気光学偏光変調器（EOM）および対物レンズ（OL）を透過し、該対物レンズは前記光を前記記録担体（IM）にフォーカシングし、かつ該情報担体（IM）は前記光ビームを、前記対物レンズ（OL）および前記電気光学偏光変調器（EOM）を透過して前記第１のプリズムビームスプリッタ（PM1）に戻し反射し、該第１のプリズムビームスプリッタは前記光を第２のプリズムビームスプリッタ（PM2）に偏向し、かつ前記光の一部は前記第２のプリズムビームスプリッタ（PM2）を真っ直ぐ透過しかつ凸面レンズ（L1）および円柱レンズ（ZL）を介して第３の光検出器（PD3）を照射し、かつ前記光の一部は前記第２のプリズムビームスプリッタ（PM2）から２分の１波長板（PL）、偏光ビームスプリッタ（PO）および第２の凸面レンズ（L2）を透過して前記第１の光検出器（PD1）に指向され、かつ前記偏光ビームスプリッタ（PO）は、前記光の一部を、第３の凸面レンズ（L3）を透過して前記第２の光検出器（PD2）に指向し、かつ前記第１の光検出器（PD1）および前記第２の光検出器（PD2）の出力側は、加算増幅器（AV）の入力側および出力側に低域フィルタ（TP）が接続されている差動増幅器（DV）の入力側に接続されており、かつ前記加算増幅器（AV）の出力側に、前記組み合わされた光および光 磁気情報担体（IM）に光情報として記憶されたデータを表しているデータ信号（PS）が取り出されかつ前記低域フィルタ（TP）の出力側に、前記組み合わされた光および光磁気情報担体（IM）に光磁気情報として記憶されているデータを表しているデータ信号（MS）が取り出される
   請求項３記載の光学的な走査装置。
10. 第３の光検出器（PD3）は、４つのホトダイオード（A,B,C,D）から成る４象限光検出器として構成されている
    請求項９記載の光学的な走査装置。
11. 前記第３の光検出器（PD3）の出力信号から、前記情報担体（IM）に前記光ビームをフォーカシングするためのフォーカシングエラー信号が発生される
    請求項10記載の光学的な走査装置。

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