JP3674894B2 - 光記録媒体記録信号読取装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ディスクなどの光記録媒体に記録された信号を読み取る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より知られる光記録媒体記録信号読取用ピックアップの構成は、光源となるレーザー、ハーフミラー、コリメータレンズ、対物レンズ、光検出器からなっている。その構成において、レーザーを発した光はハーフミラーを経てコリメータレンズによって略平行光とされ、対物レンズに入射する。対物レンズを経た光は、波長λ及び対物レンズの開口数ＮＡに対して最小のスポット径（回折限界）のスポットをつくる。このスポットによって読み出せるピットまたはマーク、すなわち隣接するもの同士の反射特性が互いに異なる領域はその空間周波数がｆｃ＝２ＮＡ／λという遮断空間周波数以下となる大きさでなくてはならなかった。なぜならば、この光ディスクによって回折された光は平均反射率を示す０次光と、対物レンズ瞳と周波数によって決まる距離だけ離れた位置にあるプラス及びマイナス一次光に分けられるが、小さなピットではこの回折光成分が対物レンズの瞳の外に出てしまい、光ディスクの構造が情報として伝達されなくなるためである。すなわち、ピットまたはマークの大きさは光ディスク上で前記回折光成分を検出できるような大きさ以上であることが要求され、よって、大量の情報、例えば高精細テレビジョン用のディジタルデータを２時間分１２ｃｍ径の光ディスクに納めようとすると短波長の光源を用いたり、対物レンズの開口数をさらに大きくするなどの手段が必要であったが、これらは構成が複雑になったり、素子が安定性を欠くものであるという問題があった。
【０００３】
また、遮断周波数内の帯域であっても遮断周波数に近いような細かい構造では信号変調度が小さくなり、信号に含まれるノイズ成分が邪魔をして良質な信号を読み取ることができないという問題があった。また、トラックの間隔を高密度に詰めていくと隣接トラックの信号を多く拾ってしまい、この信号がノイズとなってやはり良質な信号が読み取れないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の装置で良好に読み出せなかった短いピットやマークによって記録された信号または近接して配置されたトラックの信号を、波長を短くしたり開口数を大きくしたりすることなく読み出すことができる読取装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による光記録媒体記録読取装置は、隣接するもの同士の反射特性が互いに異なる一連の領域からなる記録トラック上に信号が記録された光記録媒体から前記信号を読み取る読取装置であって、その光量分布形状が少なくとも中心部において互いに異なる少なくとも２つの光ビームを照射するビーム照射手段と、前記光記録媒体からの前記光ビームの反射光強度を各々検出する光検出手段と、前記光検出手段の検出出力自体またはこれらに所定の信号処理を施した後の信号の差分に基づく信号を読取信号とする差分検出手段とからなることを特徴とする光記録媒体記録信号読取装置である。
【０００６】
すなわち、本発明においては、光記録媒体（以下、単に光ディスクと称する）に分布形状の異なる２種類のスポットを同時に照射し、それぞれのスポットによる反射光に応じた電気信号の差分の時間変化を、光ディスクを走査することによって取り出す。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施例の構成を示した図である。半導体レーザー１から発せられた光はコリメータレンズ２によって略平行とされ、偏光ビームスプリッタ３に入射する。ここで、光の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ３の偏光軸方向に対して略４５度になるように配置されており、よって偏光ビームスプリッタ３によって反射ミラー４に向かう光路と、そのまま偏光ビームスプリッタ７に向かう光路とに分割される。反射ミラー４によって反射した光は波面収差付与手段５に入射する。ここで、波面収差付与手段５はホログラム板や厚み、屈折率、または透過率が部分的に異なるガラス板が用いられ、これを透過する光に特定の収差または強度分布を与えるものである。この光は反射ミラー６で再び反射し、偏光ビームスプリッタ７によって偏光ビームスプリッタ３を直進した光と合成される。このとき、２つの光は偏光ビームスプリッタ３によって分けられているので、偏光方向は異なっている。この光は対物レンズ９によって光ディスク１０の情報記録面に集光するように制御され、情報ピットまたはマークによって変調された光は再び対物レンズ９によって集められ、ビームスプリッタ８によって集光レンズ１１へと導かれる。ここで、この光は偏光ビームスプリッタ１２によって偏光方向を分けられ、それぞれ集光レンズ１１によって光検出器１３、１４上に焦点を結ぶ。波面収差付与手段５を経由した光の成分は、その像の中心部分強度が光検出器１３によって検出され、偏光ビームスプリッタ３を直進した光はその像の中心部強度が光検出器１４によって検出される。ここで、光ディスク上のスポットは図２（ａ）に示す形になるように動作している。図２（ａ）において、２１、２２、２３は情報トラックとなるピット列であり、波面収差付与手段５を経由した偏光成分によるビームスポット２４は、偏光ビームスプリッタ３を直進して特定の収差を与えられなかった偏光成分のビームスポット２５よりもトラックに沿う方向中心部分の強度が低下した強度分布となっている。図３は図２（ａ）における光ディスク上の変調方向のビーム分布形状を示しており、偏光ビームスプリッタ３を直進した偏光方向の光によるビーム分布形状３１（ビームスポット２５に相当）は、収差などの影響を受けないほぼ回折限界のビームとなっている。また、波面収差付与手段５を経由した偏光方向のビーム分布形状３２（ビームスポット２４に相当）は、波面収差付与手段５によって与えられた収差と強度分布によりその先頭部が抑えられた形状となっている。すなわち、最大値に対する半値全幅をビーム径とすると、ビーム径は広がっていることになる。または、実際の強度で比較すれば先頭部分が欠けた形となるように波面収差付与手段５によって形状が決められている。ここで、ビーム分布形状３１、３２はどちらもこの対物レンズを用いて実現できる形状であることを計算により確認した結果である。ここで、それぞれの光検出器の大きさは検出面においてビーム径（例えば、第１暗環の径）より小さい３３の領域となるように設定され、これにより、ビーム分布形状３１のビームによって検出された信号の中心部分は光検出器１４で、ビーム分布形状３２のビームによって検出された信号の中心部分は光検出器１３によって検出される。
【０００８】
また、光検出手段１３、１４の少なくとも一方が、光ディスク面上で記録トラックの接線方向において結像位置になるようにおかれた場合、その光検出器の長さは、光検出面上の２つのビームスポットのトラックの接線方向の長さのいずれよりも短くなるようにする。
また、光検出手段１３、１４の少なくとも一方が、光ディスク面上で記録トラックの接線に直交する方向において結像位置になるようにおかれた場合、その光検出器の長さは、光検出面上の２つのビームスポットのトラックの接線に直交する方向の長さのいずれよりも短くなるようにする。
【０００９】
例えば、記録トラックの接線方向（または接線方向に直交する方向）における２つのビーム分布形状が図３のようになっているとすれば、光検出器の長さは、２つのビームスポット３１、３２のビームスポットの長さ３４よりも短い３３になるようにする。
このときの信号検出の様子を計算した結果を図４に示している。図４（ａ）において、光ディスクに記録されている信号である記録信号４１において、出力が低くなっているところには反射率の低いマークが記録されている。この最短マーク長はビーム径によって決まる検出分解能の６割程度の長さしかなく、通常の検出方法ではこのマークを分解して検出することはできない。図４（ｂ）において、検出信号４２及び４３は、光ディスクを回転させたときにビーム分布３１及び３２によって検出される信号であり、重なり合った位置で照射されているが、偏光方向が異なるために分離して検出することができる。ここで、光ディスクが走査されることによってスポットが当たる範囲の平均反射率は変化するのでそれぞれ光ディスク回転による変調を受けているが、記録信号４１を直接反映したものにはなっていない。しかしながら、この２つのスポットは重なり合う位置で照射されており、検出信号４２と４３の差分を引算回路１５によって得ることでビーム分布３１と３２の分布の違いによる光量の変化を取り出すことができ、ここで光ディスクを走査することによって記録された記録信号４１を時間変化として検出することが可能になる。なお、引算回路１５は、検出信号４２と４３のレベル差をアナログ値として出力する。このとき、信号変調度４４は、従来の信号検出方式により大きなピットを検出した場合と比較すると小さくなっているが、この方式では同じ光源から発した光から２つの信号を取り出し、この差分によって目的の信号を得ているので大部分の雑音成分は相殺され、良好な信号対雑音比を得ることが可能になる。それゆえ、本発明によれば従来雑音に埋もれていた小さい信号を検出することが可能となる。さらに、光検出器によってビームの中央部だけを取り出し、この差分を演算することで２つのビームの強度差があるところだけが信号として検出されるので、遮断空間周波数より小さいピットをその０次光強度の時間変化としてとらえることができる。
【００１０】
また、第２の実施例として、トラックに直交する方向、すなわち隣接トラックにまたがる方向にやはり偏光方向による強度分布の差を持たせるように構成すると、隣接トラックの影響を低減した信号を取り出すことができる。このときの光ディスク上のビームは図２（ｂ）のようになる。図２（ｂ）において、２６、２７、２８は情報トラックとなるピット列であり、半径方向にも効果を与えるように設計された波面収差付与手段５を経由した偏光成分によるビームスポット２９は、偏光ビームスプリッタ３を直進して特定の収差を与えられなかった偏光成分のビームスポット３０よりもトラックに沿う方向中心部分の強度が低下した強度分布となっている。
【００１１】
図５は、上記第２の実施例を実現する構成を示している。図５において、光学系は、光源である半導体レーザー５１、コリメータレンズ５２、偏光ホログラム素子５３、反射プリズム５４、ビームスプリッタ５５、対物レンズ５６、光ディスク５７、集光レンズ５８、偏光ビームスプリッタ５９、光検出器６０及び６１から構成されている。半導体レーザー５１から放射された直線偏光を持つ光はコリメータレンズ５２で平行光とされ、偏光ホログラム素子５３に入射する。ここで、偏光ホログラム素子５３は図６に示すような構造を持ったホログラム素子であり、複屈折性を持つ例えばニオブ酸リチウム結晶によって作られたホログラム６２と複屈折性を持たない例えば紫外線硬化性透明樹脂を用いた部分６３からなる。ここで、複屈折性を持たない部分６３の屈折率は複屈折性を持つ部分６２の常光に対する屈折率と等しくなるように選ばれており、この素子は異常光に対してのみホログラムとして作用するように構成されている。ここで、半導体レーザー５１はその偏光方向を、複屈折性を持つホログラム６２の異方性軸に対して４５度の方向に配置してあり、偏光ホログラム素子５３を透過した光は偏光方向によって異なるようになっている。光ディスクからの反射光は対物レンズ５６によって再び集められ、ビームスプリッタ５５を経て集光レンズ５８によって光検出器６０及び６１上に集められる。ここで、偏光ビームスプリッタ５９によって偏光方向に応じて光は２つに分けられている。
【００１２】
ホログラム素子５３は、図６を変形して図７に示すようにしてもよい。
第３の実施例として、図８はトラック方向に対して４５度の偏光方向を持つビームをピットに照射する方法を示している。図８において、ピットに照射されたビームの反射光は、その偏光方向におけるピットの長さが等しい（ｄ₁＝ｄ₂）ので、ピットにより受ける影響も等しくなる。第１及び第２の実施例に示すように、本発明は光ディスクからの反射光をビームスプリッタにより分離させるので、ピットにより受ける影響は両ビームとも等しい方がよい。つまり、この方法は、照射される２つのビームの偏光方向から見たピットの長さが異なる故に両ビームで異なった影響を受け、両ビームとも同じ偏光方向になってしまうことを防いでいる。
【００１３】
図９は、上記偏光ホログラムに代えて複合ホログラムを用いた第４の実施例を示している。図９において、複合ホログラム９３は、例えば図１０（ａ）に示すような回折格子を互いに９０度になるように貼り合わせ（１０２、１０３）、さらに図６に示した屈折率の異なる複屈折性を持たない素子１０１を貼り合わせており、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すような構造である。ここで、図１０（ｂ）、（ｃ）は互いに横方向から見た構造を示している。半導体レーザー９５から出たビームはホログラム層１０１にて偏光方向を変えられ、それぞれ強度分布の異なる進行方向の同じビームに分かれる。続いて、対物レンズ９２に直進し、光ディスク９１に集光される。光ディスクを反射して戻ってきたビームは、ホログラム層１０３にて半導体レーザー９５からの出射光とは別の方向へ進行し、さらにホログラム層１０２にて、ビームを２つの光検出器９６、９７へと分けられ、引算回路１５と同様な引算回路９０によって、光検出器９６、９７の検出信号の差分を得る。以上により、光源から光ディスクに向かう光路と、光ディスクから光検出器に向かう光路との共通の部分に複合ホログラムを配置することで、ピックアップ９４全体が小型化した構成をとることができる。
【００１４】
また、上記実施例においては複合ホログラムを用いたが、液晶パネルを用いて偏光方向による透過率または波面を部分的に可変して様々な媒体に対応させるように構成することも可能である。
図１１は、偏光方向によらず、波長によって光を分離する場合の第５の実施例を示している。図１１は、例えば波長が６３０ｎｍである半導体レーザー光源１１１、波長が７８０ｎｍである半導体レーザー光源１１３、コリメータレンズ１１２及び１１４、半導体レーザー１１１と１１３からの光を合成するために用いるダイクロイックプリズム１１５、反射プリズム１１６、ビームスプリッタ１１７、対物レンズ１１８、光ディスク１１９、集光レンズ１２０、ダイクロイックプリズム１２１、光検出器１２２及び１２３から構成される系を示している。半導体レーザー１１１と１１３から出た光はコリメータレンズ１１２及び１１４によって略平行とされ、ダイクロイックプリズム１１５によって光軸をほぼ同一とするように合成される。この光は反射プリズム１１６で反射した後、ビームスプリッタ１１７を透過し、対物レンズ１１８によって光ディスク１１９上に集光する。ここで、２つのスポットはその波長及び瞳面上での分布形状が異なるので、異なる形状のスポットを形成する。例えば、半導体レーザー１１１の方をややデフォーカスして集光した場合には２つのビーム径は同等でその中心強度が異なった図３の３１、３２のような分布とすることができる。こうして２つの波長で得られた反射光は対物レンズ１１８、ビームスプリッタ１１７を経て、ダイクロイックプリズム１２１によって、６３０ｎｍの光は光検出器１２３に、７８０ｎｍの光は光検出器１２２に集光する。このようにして、分布形状の異なる重なり合った光によるそれぞれ中央部分の信号を得ることができ、引算回路１５と同様な引算回路１２４によって光検出器１２２、１２３の差分信号を得ることによって、上述した実施例同様に細かい構造の検出が可能になる。このような２つの波長を用いた構成では偏光を用いた構成と比べて、光源の持つノイズを打ち消すことができないためにノイズマージンは減少するが、双方に共通する外来ノイズの影響は低減することができ、特に２つの波長の光源を用いることによって低密度光ディスクとの共用記録情報読取を行うようなピックアップ装置に好適な構成となる。
【００１５】
この例においては、波長を６３０ｎｍと７８０ｎｍとして説明を行ったが、波長は勿論これに限定されるものではなく、例えばマルチモード発振するレーザーを用いてそのスペクトルを分離して用いたり、光非線形性を利用して短波長のレーザー光を得るＳＨＧ素子でその基本波と２倍高調波を用いるなど様々な構成が可能である。
【００１６】
第６の実施例として、光ディスク上の２つのスポットの形状を例えば図１２（ａ）のように異なったビーム径で中心位置をずらして重ね合わせたり、図１２（ｂ）のように一方のビームに双峰性をもたせて構成することもできる。このように重なり合う部分が存在し、分離することによって異なる信号が得られるものであれば、種々の構成が可能である。
【００１７】
上記実施例においては、光ディスクの半径方向の分布について言及していないが、これは２つのビームで概ね同等になっていれば良く、光検出器上にピット像を結ばせるように検出する場合には多トラックにまたがる形状のスポットを用いることも可能である。このときにはディスク半径方向における分布が必ずしも同等である必要はなく、走査方向の分布が上述したような関係になっていれば、同様の効果を発揮することができる。
【００１８】
上記実施例においては結像された光スポットのそれぞれ中央部分だけを光検出器で取り出すような、共焦点、あるいは半共焦点構成としてカットオフ周波数を超える細かい構造を読みとれるような構成としたが、これほど細かい構造を読み取る必要がない場合には光検出器上でビームを結像せずに、大きな光検出器を用いて信号光の全体強度を各々検出し、この差分をとるように構成しても良い。この場合には、上述した効果の内のノイズ低減による帯域幅拡大効果だけが得られるが、ピックアップの調整が容易になるという利点がある。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば走査方向に異なる分布形状を持つ２つのビームを互いに重なり合う部分があるように光ディスク上に照射し、これを分離して検出し、信号の差分をとるように構成したので、従来雑音に埋もれていた短いピットによる小さい信号を検出することが可能となる。さらに、２つのビームの強度差があるところだけが信号として検出されるので、遮断空間周波数より小さいピットをその０次光強度の時間変化としてとらえることができ、クロストークを低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】 本発明の第１及び第２の実施例のビームスポットを示している。
【図３】 本発明の第１の実施例のビーム分布形状を示している。
【図４】 本発明の第１の実施例における信号検出の様子の計算結果を示している。
【図５】 本発明の第２の実施例を示す構成図である。
【図６】 本発明の第２の実施例における１のホログラム素子を示している。
【図７】 本発明の第２の実施例における他のホログラム素子を示している。
【図８】 本発明の第３の実施例を説明する図である。
【図９】 本発明の第４の実施例を示す構成図である。
【図１０】 本発明の第４の実施例におけるホログラム素子を示している。
【図１１】 本発明の第５の実施例を示す構成図である。
【図１２】 本発明の第６の実施例を説明する図である。
【符号の説明】
１、５１、９５、１１１、１１３ 半導体レーザー
２、５２、１１２、１１４ コリメータレンズ
３、７、１２、５９ 偏光ビームスプリッタ
８、５５、１１７ ビームスプリッタ
４、６ 反射ミラー
５ 波面収差付与手段
９、５６、９２、１１８ 対物レンズ
１０、５７、９１、１１９ 光ディスク
１１、５８、１２０ 集光レンズ
１３、１４、６０、６１、９６、９７、１２２、１２３ 光検出器
１５、９０、１２４ 引算回路
２１〜２３、２６〜２８ 情報トラックとなるピット列
２４、２５、２９、３０ ビームスポット
３１、３２ ビーム分布形状
４１ 記録信号
４２、４３ 検出信号
４４ 信号変調度
５３ 偏光ホログラム素子
５４、１１６ 反射プリズム
９３ 複合ホログラム素子
９４ ピックアップ
１１５、１２１ ダイクロイックプリズム

Claims (10)

1. 隣接するもの同士の反射特性が互いに異なる一連の領域からなる記録トラック上に信号が記録された光記録媒体から前記信号を読み取る読取装置であって、
   その光量分布形状が少なくとも中心部において互いに異なる少なくとも２つの光ビームを照射するビーム照射手段と、
   前記光記録媒体からの前記光ビームの反射光強度を各々検出する光検出手段と、
   前記光検出手段の検出出力自体またはこれらに所定の信号処理を施した後の信号の差分に基づく信号を読取信号とする差分検出手段と、からなることを特徴とする光記録媒体記録信号読取装置。
2. 前記２つのビームは前記記録媒体の記録面上において互いに重なるように照射され、前記記録トラックの接線方向において互いに異なる強度分布を有することを特徴とする請求項１記載の光記録媒体記録信号読取装置。
3. 前記２つのビームは前記光記録媒体上において互いに重なるように照射され、前記記録トラックの接線に直交する方向において互いに異なる強度分布で照射されていることを特徴とする請求項１記載の光記録媒体記録信号読取装置。
4. 前記２つのビームはその偏光方向が互いに異なるものであることを特徴とする請求項１記載の光記録媒体記録信号読取装置。
5. 前記２つのビームはトラックの接線方向に対して４５度の偏光方向を持つことを特徴とする請求項１記載の光記録媒体記録信号読取装置。
6. 請求項１記載の光記録媒体記録信号読取装置であって、前記光ビームに波面収差を付与する波面収差付与手段を更に備え、前記波面収差付与手段は、前記光ビームの少なくとも１つに波面収差を付与することを特徴とする光記録媒体記録信号読取装置。
7. 前記波面収差付与手段はホログラム素子であることを特徴とする請求項６記載の光記録媒体記録信号読取装置。
8. 前記ビームが複数であり、互いに波長が異なることを特徴とする請求項１記載の光記録媒体記録信号読取装置。
9. 前記光検出手段は前記記録トラックの接線方向において前記媒体面の結像位置におかれ、その検出手段の長さは検出面上における２つの光ビームスポットの長さのいずれよりも短くなっていることを特徴とする請求項１記載の光記録媒体記録信号読取装置。
10. 前記光検出手段は前記記録トラックの接線に直交する方向において前記媒体面の結像位置におかれ、その検出手段の長さは検出面上における２つの光ビームスポットの長さのいずれよりも短くなっていることを特徴とする請求項１記載の光記録媒体記録信号読取装置。

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