JPH0636325A - 光学式再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、大きさの異なるトラック幅を有する
種々の記録媒体に対しても、確実にサーボ制御が行え且
つ高精度に所望のデータが再生できる光学式再生装置を
提供する。 【構成】半導体レーザ１からコリメータレンズ２及び整
形プリズム３を介して出射された再生用光束の半分の位
相を残りの光束の位相に対して（２ｎ−１）λ／２
（ｎ；自然数、λ；再生用レーザー光の波長）倍変化さ
せる機能を有する位相シフト板１２を照明光路に対して
挿脱することによって、各種トラック幅に対応した大き
さの集光スポットを記録媒体上に形成可能に構成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスクや光カード
等の記録媒体からデータを光学的に再生する光学式再生
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の再生装置では、半導体レ
ーザから出射された再生用レーザー光（波長λ）を対物
レンズで波長程度に絞って記録媒体上に集光させてデー
タの再生を行っている。ここで、対物レンズの開口比を
ＮＡとすると、回折限界に絞られた再生用レーザー光の
直径（ω）は、 ω＝１．２２×（λ／ＮＡ） と表される。

【０００３】具体的には、λ＝０．８μｍ、ＮＡ＝０．
５とすると、ω＝２μｍとなる。レーザー光の強度分布
を考慮して１／ｅ² の強度以上の部分を再生用レーザー
光の再生用スポット径（ω´）とすると、ω´は、約
１．６μｍの円形となる。従って、現在、記録媒体に形
成されるマーク相互の間隔の最小値は、ω´程度に規制
されている（従来例１）。また、近年、データの高密度
化に伴って、特開平３−１４１０３３号公報に開示され
たような高密度多値記録方法が提案されている。

【０００４】かかる方法は、記録媒体のトラック幅方向
に記録用レーザー光を照射し、所定の間隔で複数のマー
クを並列して形成し、これらマーク相互の間隔変化に対
応したデータをトラック幅方向に記録する。同時に、複
数のマークを一組にして構成したマークセットをトラッ
ク長さ方向に所定の間隔で順次形成し、これらマークセ
ット相互の間隔変化に対応して符号化した他のデータを
トラック長さ方向に記録する。このような記録方法によ
れば、トラック長さ方向とトラック幅方向に別々のデー
タが記録されるので、記録媒体の記録密度が向上する。

【０００５】再生時には、まず、再生用レーザービーム
をトラック長さ方向に沿って走査する。このとき、マー
クセットを構成する複数のマークからは、これらマーク
相互の間隔に対応して極値が変化する回折光が発生す
る。かかる回折光によって形成される干渉・回折パター
ンの極大値相互の間隔又は極小値相互の間隔の変化を検
出することによって、マーク相互の間隔情報が、トラッ
ク幅方向のデータとして再生される。

【０００６】同時に、トラック長さ方向に走査される再
生用レーザー光によって、マークセットの有無が検出さ
れ、このとき検出されたマークセット相互の間隔情報
が、トラック長さ方向のデータとして再生される（従来
例２）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
２の方式では、マークをトラック幅方向に形成するた
め、従来例１に適用されているトラック幅ω´＝１．６
μｍに比べて広いトラック幅が必要となる。

【０００８】このため、従来例２に適用される再生用ビ
ーム光の集光スポットは、マークセット全体を同時に照
明できるように、従来例１の円形に対してトラック幅方
向に長い楕円形状に規定されている。

【０００９】従って、例えば、従来例２の再生光学系を
用いて、従来例１の再生光学系に適用される記録媒体か
らデータを再生する場合、隣接するトラックにも再生用
レーザー光が照射されてしまう。この結果、目的のデー
タに他のトラック上のデータがノイズとなって重合し
て、データの誤再生あるいはデータ再生不能という弊害
が発生する。

【００１０】一方、従来例１の再生光学系を用いて、従
来例２の再生光学系に適用される記録媒体からデータを
再生する場合、従来例１では円形の集光スポットを用い
ているため、トラック幅方向に形成されたマークセット
全体を同時に照明することができない。この結果、マー
クセットからの回折光を発生させることができないた
め、データ再生不能という弊害が発生する。集光スポッ
トの径を大きくさせることも考えられるが、このように
すると隣接するマークセットにも集光スポットがかかっ
てしまい、結果、他のマークセットからの反射回折光が
ノイズとなって重合して、データの誤再生あるいはデー
タ再生不能という弊害が発生する。

【００１１】また、このような再生光学系では、再生
時、再生用レーザー光をトラック上に合焦状態で高精度
に追従させるために、トラッキングサーボが行われてい
る。トラッキングサーボ方法としては、例えば、プッシ
ュプル法や３ビーム法等が知られているが、いずれもト
ラックピッチ（トラック幅）の繰返周期を利用してトラ
ッキングエラー検出を行う方法である。

【００１２】従って、トラックピッチが変化したり、あ
るいは、トラック幅方向の集光スポットの大きさが変化
すると、トラッキングエラー信号の検出不能という弊害
が発生する。

【００１３】そこで、再生用レーザー光の集光スポット
形状を走査対象たるトラック幅に対応させる技術が開発
されており、例えば、ビームを変形させるものとして特
開昭５１−１９９１７、特開昭５２−３７４０４、特開
昭６２−２２９５４５、特開平１−１０９５３４、特開
平３−２０９６４４等が、整形プリズムの入射角度を変
化させるものとして特開平３−２１２８２９が、また、
フォーカスシフトさせるものとして特開昭６１−９２４
３２が、そして、ビームを重ね合わせるものとして特開
昭５２−１５３４０５が知られている。

【００１４】しかし、これらの技術にも、検出ビームの
波面が乱れ、ビームの分布形状が悪化してデータ再生が
困難になるという弊害や、検出ビームの焦点位置がずれ
て、フォーカス・トラッキングエラー検出性能が悪化す
るという弊害が残る。

【００１５】本発明は、このような弊害を除去するため
になされ、その目的は、大きさの異なるトラック幅を有
する種々の記録媒体に対しても、確実にサーボ制御が行
え且つ高精度に所望のデータが再生できる光学式再生装
置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、記録媒体からデータを光学的に再
生する光学式再生装置において、再生用レーザー光の集
光スポット形状を走査対象のトラック幅に適合させる光
学手段を備えている。

【００１７】

【作用】光学手段を介して再生用レーザー光を集光させ
ることによって、データの記録方式に対応して大きさが
異なるトラック幅を有する各種の記録媒体からデータが
再生される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例に係る反射型光
学式再生装置について、図１ないし図４を参照して説明
する。

【００１９】図１及び図３に示すように、本実施例の光
学式再生装置は、いわゆる位相シフト板１２を照明光路
に対して挿脱することによって、トラック幅に対応した
大きさの集光スポットを記録媒体上に形成可能に構成さ
れている。なお、位相シフト板１２は、一般的な光学ガ
ラス上にＺｎＳ等を成膜し且つトラック幅方向に２分割
して構成されており、再生用光束の半分の位相を残りの
光束の位相に対して（２ｎ−１）λ／２（ｎ；自然数、
λ；再生用レーザー光の波長）倍変化させる機能を有す
る。

【００２０】まず、図１及び図２に示すように、１．５
〜１．６μｍのトラック幅を有する記録媒体からデータ
を再生する場合、上述した位相シフト板１２を光路中か
ら回避させた状態において、半導体レーザ１から出射し
た再生用レーザー光は、コリメータレンズ２を介して断
面楕円状の平行光束に規制されて整形プリズム３に照射
される。整形プリズム３に照射された楕円状光束は、そ
の短軸方向に拡大されて略真円状光束に変換され、偏光
ビームスプリッタ４、λ／４板５及び対物レンズ６を介
して記録媒体（図２参照）上に集光される。

【００２１】対物レンズ６によって集光された再生用レ
ーザー光の集光スポット形状は、略真円状となり、例え
ば、レーザー波長λ＝０．７８μｍ、対物レンズ６の開
口比ＮＡ＝０．５とすると、 ω＝１．２２×（λ／ＮＡ） から、集光スポット径（ω）は略１．９μｍとなる。こ
のとき、記録媒体上の集光スポットは、図２に示すよう
な強度分布を有しており、幅１．５〜１．６μｍのトラ
ックを走査するのに最適な大きさとなる。記録媒体から
反射した反射回折光は、再び、対物レンズ６及びλ／４
板５を透過して偏光ビームスプリッタ４に照射される。

【００２２】このとき偏光ビームスプリッタ４に照射さ
れた反射回折光は、その偏光方向が最初の直線偏光に対
して９０°ずれた直線偏光に変換されている。このた
め、反射回折光は、偏光ビームスプリッタ４で全反射さ
れてビームスプリッタ８に照射され２方向に振り分けら
れる。

【００２３】その一方の反射回折光は、ビームスプリッ
タ８で反射されてデータ検出器１０に照射され、他方の
反射回折光は、ビームスプリッタ８を透過してフォーカ
ス・トラッキングエラー検出用臨界角プリズム９に照射
される。

【００２４】データ検出器１０は、幅方向多値記録検出
用リニアアレイ又は２分割フォトダイオード等が適用可
能であり、照射された反射回折光の光強度変化（即ち、
回折パターン変化）を検出してデータ再生を行う。具体
的には、２分割フォトダイオードを適用した場合、各受
光素子（図示しない）から出力された信号をＰＤ₁ 、Ｐ
Ｄ₂ とすると、（ＰＤ₁ −ＰＤ₂ ）／（ＰＤ₁ ＋Ｐ
Ｄ₂ ）なるレシオ演算を行うことによって、回折パター
ンに対応するレシオ値からデータが再生される。また、
臨界角プリズム９に照射された反射回折光は、全反射さ
れてフォーカス・トラッキング・データ検出用４分割フ
ォトダイオード１１に照射される。

【００２５】４分割フォトダイオード１１は、対角位置
の受光素子（図示しない）から出力された信号に対して
差演算を施してフォーカス・トラッキングエラー信号を
検出する。なお、データ検出は、これら４つの受光素子
から出力された信号の総和を検出することによっても可
能である。

【００２６】次に、図３及び図４に示すように、３．０
〜３．２μｍのトラック幅（即ち、図２に示すトラック
幅の略２倍のトラック幅）を有する記録媒体からデータ
を再生する場合について説明する。

【００２７】なお、このようなトラックを有する記録媒
体には、トラック幅方向に一対のマーク（マーク径；１
μｍ）が形成され、これらマーク相互の間隔変化（１．
２〜２μｍの間で変化）に対応してトラック幅方向デー
タが符号化されて記録され、且つ、これらマークを一組
にして構成したマークセットがトラック長さ方向に形成
され、これらマークセット相互の間隔変化に対応してト
ラック長さ方向データが符号化されて記録されている
（図示しない）。

【００２８】かかる記録媒体からデータを再生する場
合、図１に示す光学式再生装置を構成する整形プリズム
３と偏光ビームスプリッタ４との間の光路中に上述した
位相シフト板１２を挿入する。

【００２９】この結果、位相シフト板１２を介して導光
された光束は、その半分の光束の位相が残りの光束の位
相に対して相対的に（２ｎ−１）λ／２だけずらされて
記録媒体（図４参照）上に集光される。

【００３０】このとき、記録媒体上の集光スポットは、
図４に示すような双峰性の強度分布を有しており、その
トラック幅方向の大きさは、図１及び図２に示す集光ス
ポット径の略２倍、即ち、略４μｍとなる（図２及び図
４を比較して参照）。従って、幅３．０〜３．２μｍの
トラックを走査するのに最適な大きさとなる。

【００３１】走査時、双峰性のピークでマークセットを
照明すると、各マークセットからはマーク間隔に対応し
た干渉パターンを有する反射回折光が発生する。なお、
一対のマークを照明するレーザー光は、位相シフト光で
なくとも、例えば、一般的なガウス分布を有するビーム
で照明することも可能である。しかし、本実施例に適用
された位相シフト光は、その双峰性の各ピークの位相が
相対的に逆位相となっているため、干渉パターンの強度
が増し検出性能を向上させることができる。

【００３２】このように、本実施例の光学式再生装置
は、セットされる記録媒体のトラック幅の大きさに対応
した形状を有する集光スポットを記録媒体上に投光させ
ることができるため、集光スポットが他のトラックにシ
フトした場合、このシフト量を高精度に検出することが
可能となり、結果、トラッキングエラー信号の検出能力
が向上する。従って、例えば、プッシュプル法等による
トラッキングサーボを高精度に行うことができる。この
ため、トラック幅に対応して記録された所望のデータを
高精度に再生することが可能となる。

【００３３】なお、上述したように位相シフト板１２を
光路中に挿脱させる方法の他に、両面に透明導電膜の電
極を設けた液晶又はポッケルス効果（一次電気光学効
果）を有するＰＬＺＴ結晶を光路中に固定し、これら液
晶に電圧を印加して、その電界によって液晶の屈折率を
変化させても位相シフト板１２の挿脱と同様の作用・効
果を奏する。

【００３４】次に、本発明の第２の実施例に係る反射型
光学式再生装置について、図５及び図６を参照して説明
する。なお、本実施例の説明に際し、第１の実施例と同
一の構成には同一符号を付してその説明を省略する。

【００３５】本実施例の光学式再生装置には、第１及び
第２の半導体レーザ１ａ、１ｂが用いられており、これ
ら２つの半導体レーザ１ａ、１ｂから出射される光束
は、夫々、ファーフィールドパターンが１：２．５の軸
比を有する楕円状光束となるように構成されている。

【００３６】まず、１．５〜１．６μｍのトラック幅を
有する記録媒体からデータを再生する場合、第１の半導
体レーザ１ａを作動させる。第１の半導体レーザ１ａか
ら出射した再生用レーザー光は、第１のコリメータレン
ズ２ａを介して断面楕円状の平行光束に規制されて整形
プリズム３に照射される。整形プリズム３に照射された
楕円状光束は、ビームスプリッタ１４を透過した後、偏
光ビームスプリッタ４、λ／４板５及び対物レンズ６を
介して記録媒体（図２参照）上に集光される。

【００３７】このとき、記録媒体上の集光スポットは、
図５に示すような強度分布（Ａ）を有しており、幅１．
５〜１．６μｍのトラックを走査するのに最適な大きさ
となる。

【００３８】次に、３．０〜３．２μｍのトラック幅
（即ち、図２に示すトラック幅の略２倍のトラック幅）
を有する記録媒体からデータを再生する場合、第１の半
導体レーザ１ａを停止させた後、第２の半導体レーザ１
ｂを作動させる。第２の半導体レーザ１ｂから出射した
再生用レーザー光は、第２のコリメータレンズ２ｂを介
して断面楕円状の平行光束（トラック幅方向と直交する
方向に楕円長軸を有する光束）に規制されてビームスプ
リッタ１４に照射される。このビームスプリッタ１４で
反射された再生用レーザー光は、偏光ビームスプリッタ
４、λ／４板５及び対物レンズ６を介して記録媒体（図
６参照）上に集光される。

【００３９】このとき、記録媒体上の集光スポットは、
図６に示すような強度分布（Ｂ）を有し且つトラック幅
方向に楕円長軸を有する楕円形状となる。具体的には、
レーザー波長λ＝０．７８μｍ、対物レンズＮＡ＝０．
５とすると、短軸方向の長さは２μｍ、長軸方向の長さ
は５μｍとなる。従って、幅３．０〜３．２μｍのトラ
ックを走査するのに最適な大きさとなる。

【００４０】このように、本実施例の光学式再生装置
は、機械的な動作が無く、且つ、２つの半導体レーザの
ＯＮ、ＯＦＦ制御による電気的な切り換えだけで、種類
の異なるトラック幅を有する記録媒体からデータを簡単
且つ高精度に再生することができる。

【００４１】なお、半導体レーザから出射される楕円状
ビームをそのまま適用する方法としては、上述の第２の
実施例の他に、図７に示すような構成を有する再生装置
が適用できる。

【００４２】図７に示すように、本変形例の光学式再生
装置は、半導体レーザ（図示しない）とこの半導体レー
ザから出射された再生用レーザー光を断面楕円状の平行
光束に規制するコリメータレンズ（図示しない）とが内
蔵されたレーザー光束出射ユニット１５を備えている。
このようなレーザー光束出射ユニット１５は、図中符号
Ｃ、Ｄで示す光路に適宜選択的に切り換えて再生用レー
ザー光束を出射可能に構成されている。

【００４３】まず、１．５〜１．６μｍのトラック幅を
有する記録媒体からデータを再生する場合、レーザー光
束出射ユニット１５から光路Ｃに出射された再生用レー
ザー光束は、整形プリズム３を介して断面真円状の平行
光束に規制された後、第１のビームスプリッタ１４ａ、
偏光ビームスプリッタ４、λ／４板５及び対物レンズ６
を介して記録媒体（図２参照）上に集光される。

【００４４】このとき、記録媒体上の集光スポットは、
図７に示すような強度分布（Ｃ）を有しており、幅１．
５〜１．６μｍのトラックを走査するのに最適な大きさ
となる。

【００４５】次に、３．０〜３．２μｍのトラック幅を
有する記録媒体からデータを再生する場合、レーザー光
束出射ユニット１５から光路Ｄに出射された再生用レー
ザー光束は、第２のビームスプリッタ１４ｂ及び第１の
ビームスプリッタ１４ａで順次反射され、偏光ビームス
プリッタ４、λ／４板５及び対物レンズ６を介して記録
媒体（図６参照）上に集光される。

【００４６】このとき、記録媒体上の集光スポットは、
図６に示すような強度分布（Ｄ）を有しており、幅３．
０〜３．２μｍのトラックを走査するのに最適な大きさ
となる。

【００４７】なお、本変形例の他の例としては、レーザ
ー光束出射ユニット１５の出射方向は固定しておいて、
光路中にハーフミラー等の光路変更手段を配置しても同
様の作用・効果を奏する。

【００４８】次に、本発明の第３の実施例に係る反射型
光学式再生装置について、図８及び図９を参照して説明
する。なお、本実施例の説明に際し、第１の実施例と同
一の構成には同一符号を付してその説明を省略する。

【００４９】本実施例の光学式再生装置は、図３に示す
光学式再生装置に適用された位相シフト光を用いて、大
きさの異なる幅を有するトラックからデータを再生でき
るように構成されている。

【００５０】位相シフト板１２を介して記録媒体上に集
光された集光スポットは、図８及び図９に示すような双
峰性の強度分布１６を有しており、幅３．０〜３．２μ
ｍのトラックを走査するのに最適な大きさとなることは
上述した通りである。

【００５１】本実施例の光学式再生装置は、かかる双峰
性の各ピークで幅１．５〜１．６μｍのトラックを２本
同時に走査して、各トラックに夫々記録された別々のデ
ータを同時に再生できるように構成されている（図９参
照）。

【００５２】図９に示すように、本実施例の光学式再生
装置において、１．５〜１．６μｍのトラック幅を有す
る記録媒体からデータを再生する場合、記録媒体上に集
光された位相シフト光は、その双峰性の各ピークで、幅
１．５〜１．６μｍのトラックを２つ同時に照明する。

【００５３】２つのトラックに形成されたマークから夫
々同時に反射した反射回折光は、再び、対物レンズ６及
びλ／４板５を介して偏光ビームスプリッタ４で反射さ
れ、第１のビームスプリッタ８ａを透過した後、第２の
ビームスプリッタ８ｂによって、その反射回折光の一部
が結像レンズ１８に導光され、２分割フォトダイオード
１７に結像される。

【００５４】かかる光路は、回折限界に近い距離にある
ため、未記録部分と記録部分とのコントラストは低くな
る。しかし、二値化データであるので検出には支障はな
く、２分割フォトダイオード１７の夫々の受光素子に照
射された光量の変化から２つのトラックに記録されたデ
ータを同時に再生することができる。

【００５５】なお、３．０〜３．２μｍのトラック幅を
有する記録媒体からデータを再生する場合には、反射回
折光は、第１のビームスプリッタ８ａを介してデータ検
出器１０に導光され、レシオ演算によってデータの再生
が行われる。また、データの再生中、反射回折光は、臨
界角プリズム９を介してフォーカス・トラッキング・デ
ータ検出用４分割フォトダイオード１１に照射され、フ
ォーカス・トラッキングエラー信号が検出される。

【００５６】このように、本実施例の光学式再生装置
は、位相シフト板１２を光路中に固定配置させた状態で
トラック幅の異なる記録媒体からデータを高精度に再生
することができるため、装置の構成が簡略化されコスト
的にも有利である。なお、上述した各実施例では、反射
型光学式再生装置について説明したが、本発明は透過型
にも適用できることは言うまでもない。

【００５７】

【発明の効果】本発明の光学式再生装置は、集光スポッ
ト形状を走査対象のトラック幅に適合させる光学手段を
備えているため、大きさの異なるトラック幅を有する種
々の記録媒体に対しても、確実なサーボ制御且つ高精度
なデータ再生を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る光学式再生装置の
構成を概略的に示す図。

【図２】図１に示す装置によって記録媒体上に集光され
た集光スポットの強度分布を示す図。

【図３】図１に示す装置に位相シフト板を挿入してトラ
ック幅の広い記録媒体からデータを再生する際に構成さ
れる再生光学系を示す図。

【図４】図３に示す装置によって記録媒体上に集光され
た集光スポットの強度分布を示す図。

【図５】本発明の第２の実施例に係る光学式再生装置の
構成を概略的に示す図。

【図６】図５に示す装置によって記録媒体上に集光され
た集光スポットの強度分布を示す図。

【図７】図５に示す装置の変形例に係る光学式再生装置
の構成を概略的に示す図。

【図８】本発明の第３の実施例に係る光学式再生装置の
構成を概略的に示す図。

【図９】図８に示す装置によって記録媒体上に集光され
た集光スポットの強度分布を示す図。

【符号の説明】

１…半導体レーザ、２…コリメータレンズ、３…整形プ
リズム、１２…位相シフト板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体からデータを光学的に再生する
   光学式再生装置において、 再生用レーザー光の集光スポット形状を走査対象のトラ
   ック幅に適合させる光学手段を備えていることを特徴と
   する光学式再生装置。