JPH07101522B2 - 光磁気情報再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、磁気光学効果を利用して記録媒体に磁気的に
記録された情報を再生する光磁気情報再生装置に関す
る。

〔従来技術〕

近年、半導体レーザ光により記録再生を行なう光メモリ
は、高密度記録メモリとして実用化への研究開発が盛ん
である。この内、既に製品化されたコンパクトデイスク
等に代表される再生専用光デイスクやDRAWタイプ光デイ
スクとともに、特に消去・書き換えが可能な光磁気デイ
スクが有望視されてきている。光磁気デイスクは、レー
ザスポツト照射による磁性薄膜の局所的温度上昇を利用
して磁気的に情報を記録し、磁気光学効果（特にカー効
果）により情報を再生するものである。ここでカー効果
とは、光が磁気記録媒体によって反射された場合に、偏
光面が回転する現象をさす。

従来の光磁気デイスク装置の基本的構成を第７図に示
す。第７図において、１は半導体レーザ、２はコリメー
タレンズ、11はハーフミラー、４は対物レンズ、６は光
磁気記録媒体、７は検光子、８は集光レンズ、９は光検
出器で、Ｐ偏光方向は紙面に平行、Ｓ偏光方向は垂直で
ある。

次に上記装置において、光磁気情報を再生する場合につ
いて説明する。半導体レーザ１からＰ偏光方向の直線偏
光として射出された光束は、コリメータレンズ２により
平行光束とされ、ハーフミラー11を通過する。Ｐ偏光成
分振幅透過率をtp、Ｓ偏光成分振幅透過率をtsとすれ
ば、11においては|tp|²＝|ts|²＝0.5である。光束は、
対物レンズ４により光磁気記録媒体６上に微小なスポツ
トとして結像される。媒体６上にあらかじめ磁区（ピツ
ト）が形成されている場合には、第８図に示す様に媒体
６からの反射光は、カー効果によりスポツト照射領域の
磁化方向上向きか又は下向きかに応じて、各々±θ_Ｋの
偏光面の回転を受ける。ここで、記録媒体６の振幅反射
率のＰ偏光成分をR,S偏光成分をＫとすれば次式が成り
立つ。

光磁気変調された反射光は、対物レンズ４で再び平行光
束とされ、ハーフミラー11で反射された後、検光子７で
強度変調された光束に変換される。即ち、第８図におい
て反射光束は、その振幅の検光子光学軸への正射影とし
て検光されるので、光磁気媒体への入射光強度をI_O、検
光子の光学軸のＰ偏光方向からの角度をθ_Ａとすれば、
カー回転角±θ_Ｋに応じて検光子を透過した光束の強度
Ｉ＋θ_K,I−θ_Ｋは各々（２）式のようにあらわせる。

θ_Ｋ≒１゜であるから、|R|²≫|K|²が成り立つので、
（２）式は、 とあらわせる。（３）式の括弧内第２項が光磁気変調成
分、第１項が非変調成分であり、各々の強度をI_K,I_Rと
おくことにする。

このような検出光束は集光レンズ８を経て、光検出器９
により光磁気信号として検出される。

ここでカー効果による偏光面回転角θ_Ｋは、一般には１
゜程度であり、検光子７を通過して得られる光磁気変調
成分が非常に微小な量であることを考えると、検光子の
光学軸の方位角θ_Ａは検出信号のC/N（搬送波と雑音と
の比）が最大となる様な最適位置に設定する必要があ
る。

そこで従来の光磁気情報記録再生装置においては検光子
７の光学軸の方位角θ_Ａは、（４）式であらわされる光
磁気変調成分強度を最大とするため、入射光束の偏光方
向に対して45゜に設定されていた。しかしながら、検出
信号に重畳される雑音を考慮すると、必ずしもθ_Ａ＝45
゜とすることにより最大のC/Nを得られるとは限らな
い。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を改良し、ピンフ
オトダイオードなどの増幅作用のない安価な光検出器を
用いて、簡単な構成でC/Nの良好な光磁気信号の再生が
可能な光磁気情報再生装置を提供することにある。

本発明の上記目的は光磁気情報再生装置を、所定の方向
に偏光した光束を磁気的に情報が記録された記録媒体上
に照射する手段と、磁気光学効果により前記情報に応じ
て偏光状態に変調を受けた前記記録媒体からの反射又は
透過光束を検光する検光手段と、該検光手段を透過した
光束を光電検出する増幅作用のない光検出器と、前記光
検出器の検出信号を増幅し、前記情報を再生する増幅手
段とから構成し、前記光検出器に入射する磁気光学効果
により変調を受けない偏光成分強度の平均を_Ｒ、光磁
気信号観測周波数におけるこの強度ゆらぎの２乗平均を
ΔI² _R、ξ＝ΔI² _R/I² _R、前記記録媒体上における入射光
束の光量をI_O、前記記録媒体の振幅反射率をＲ、前記検
光手段を除く記録媒体より光検出器に至る光学系の光利
用効率をε、前記光検出器の光電変換効率をκ、電荷量
をｅ、光磁気信号観測周波数における前記増幅手段の熱
雑音をＴ、検出信号のバンド幅をΔＢ、前記検出手段の
振幅透過率をt_A、同じく検光手段の消光比をη_Ａとした
ときに、前記検光手段の光学軸と前記所定の方向とのな
す角度θ_Ａが以下の条件、 但し、 F_R＝ξ・（κε|t_A|²|R|²I_O）^２・ΔＢ Ｓ＝2eκε|t_A|²|R|²I_O・ΔＢ を満足するように設定することによって達成される。

〔実施例〕

以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図及び第２図は、本発明に基づく光磁気情報再生装
置の第１実施例を示し、夫々第１図は光学系の概略構成
図、第２図は信号処理回路の概略構成図である。第１図
において、21は半導体レーザ、22はコリメータレンズ、
23はハーフミラー、24は対物レンズ、26は光磁気記録媒
体、27は検光子、28は集光レンズ、29は光検出器で、Ｐ
偏光方向は紙面に平行、Ｓ偏光方向は垂直である。ま
た、13は検光子27を透過した光束を示し、この検出光束
13は第２図のように光検出器29で光電変換され、負荷抵
抗16を含む増幅器15によって電圧増幅されて、端子14よ
り再生信号として出力される。

上記ハーフミラー23はビーム整形機能を有し、これによ
り、楕円形の遠視野像をもつ半導体レーザ21の光束を、
記録媒体26上に効率良く円形スポツトとして結像するこ
とができる。また、面ａは光検出器29に迷光が入射しな
い様に所定の角度傾けてある。記録媒体26上にはトラツ
キング用の溝（不図示）が紙面垂直方向に形成されてお
り、対物レンズ24により記録媒体26上に集光された光束
は、この溝により回折される。25は、トラツクずれによ
って生ずる±１次回折光のアンバランスを検出するため
の光検出器であり、対物レンズ24の開口周縁に固定され
ている。このため、対物レンズ24がトラツク溝と垂直方
向に移動してもトラツキングエラー信号にオフセツトを
生じない利点がある。光検出器29はSi−ピンフオトダイ
オードなどの増幅作用のない光検出器であり、光磁気信
号及びフオーカスエラー信号の検出を行なう。フオーカ
スエラー検出には公知の方法を用いるが、本発明との直
接の関係はないので詳細な説明は省略する。

上記装置において、半導体レーザ21はＰ偏光光束を出射
する。この出射光束は、コリメータレンズ22で平行光と
なり、ハーフミラー23を透過して対物レンズ24によって
記録媒体26上に強度I_Oの光スポツトとして照射される。
そして、記録媒体26で反射された光束は、該記録媒体26
に磁気的に記録された情報に応じて偏光状態に変調を受
け、再び対物レンズ24を通ってハーフミラー23で反射
し、検光子27に導かれる。検光子27を通過した検出光13
は強度変調され、集光レンズ28を介して光検出器29で受
光される。

検光子27を通って強度変調された光束13は、第２図に示
す光検出器29で光電流に変換される。光電変換効率κ
は、ｅを電荷量、ｈをプランク定数、ρを光検出器の量
子効率、νを光束の振動数として次式に与えられる。

ここで、信号読み出しにおける雑音源として次の４種の
雑音が考えられる。

１）非変調成分光I_Rの２乗平均強度ゆらぎΔI² _Rに起因
する雑音。

２）変調成分光I_Kの２乗平均強度ゆらぎΔI² _Kに起因す
る雑音。

３）光検出器のシヨツト雑音。

４）増幅器による熱雑音。

１）のΔI² _Rによる雑音、及び２）のΔI² _Kによる雑音
は、記録媒体の表面粗さや不均質性、半導体レーザの強
度変動等により生じ、媒体や半導体レーザなどの雑音源
によって決まる定数を各々ξ，ζ、非変調成分、変調成
分の実効値の平均を各々_R,_Ｋとすれば次式が成り立
つ。

但し、ΔＢは検出信号のバンド幅である。

ΔI² _Rに起因する雑音、ΔI² _Kに起因する雑音，シヨツト
雑音，熱雑音を各々F_R,F_K,S,Tとすれば次式であらわせ
る。

Ｓ＝Zeκ_ＲΔＢ （11） 但し、ｋはボルツマン定数、Teは等価雑音温度、R_fは負
荷抵抗16の抵抗値である。

（４），（５）式により、検光子光学軸方位角θ_Ａにつ
いて、光磁気変調成分強度I_Kはsin²θ_A,非変調成分強度
I_Rはcos²θ_Ａの依存性をもつことから、各雑音のθ_Ａ依
存性は次の様にあらわせる。

F_R∝cos⁴θ_Ａ （13） F_R∝sin²2θ_Ａ （14） Ｓ∝cos²θ_Ａ （15） Ｔ＝一定 （16） これらを用いて、C/Nをデシベル表示であらわせば、次
式の様になる。

（17）式のC/Nは検光子光学軸方位角θ_Ａの関数となる
ので、（17）をθ_Ａで偏微分して極値を求める。θ_Ａに
関して極値を求めれば次の様になる。

Ｓ＝ｅκ|R|I_Ocos²θ_Ａ・ΔＢ （20） ｔ＝Ｔ （21） （18）〜（21）式を満足する様な検光子の光学軸方位角
を設定してやれば、C/Nを最大値とすることができる。

第７図の説明においては信号レベル低下は、記録媒体及
び光学系により生じないとしたが、実際の光学系でC/N
を正確に予想するうえでは、考慮しなければならない。
信号レベル低下の原因としては次の２点が考えられる。

１）光量損失（吸収やケラレによる振幅の低下） ２）Ｐ−Ｓ偏光間位相差 光磁気変調成分強度の低下には１）及び２）が寄与し、
非変調成分強度の低下には１）のみが寄与する。

光磁気非変調成分強度の低下（光量の損失）を評価する
ため、光利用効率ε_Ｒを定義する。本発明では光利用効
率として、記録媒体上の光量と光検出器に到達する光量
の比に注目していることに注意されたい。本実施例では
ε_Ｒを求める際に以下の点を考慮した。

１）トラツキング用溝（ピツチ1.6μm,深さλ/8,λ＝83
5nm）からの回折光が対物レンズ入射瞳内に入射する場
合、これを光利用効率ε_０とする。

２）記録媒体から光検出器に至る光路中にある検光子を
除くｎ個の光学素子のＰ偏光方向振幅透過率（又は反射
率）の２乗の光路に沿った積を考え、光利用効率ε_１と
する。ｉ番目の光学素子の振幅透過率をt_Pi、反射率をr
_Piとすればε_１は次式であらわせる。

（22）式においてｉ番目の光学素子で光束が反射される
場合には|t_pi|²のかわりに|r_pi|²を代入すればよい。な
お検光子の透過率はC/N計算の際変化量として取り扱う
のでε_１から除外してある。

１）,2）より光磁気非変調成分の光利用効率ε_Ｒは次式
であらわせる。

ε_Ｒ＝ε_０ε_１ （23） 次に光磁気変調成分の強度低下を考える。そのためには
光量損失の他にＰ−Ｓ偏光間の位相差について考慮しな
ければならない。

例えば第３図に示す様に記録媒体からの反射光は一般的
には第８図で示した様な直線偏光ではなくＰ偏光成分と
Ｓ偏光成分の間に生ずる位相差により、長軸がカー回転
角θ_Ｋだけ傾いた楕円偏光となることが知られている。
即ち記録媒体の振幅反射率のP,S偏光成分R,Kは（24）式
の様にあらわせる。

Ｒ＝|R|e^ｉα０ Ｋ＝|K|e^ｉβ０ （24） △_０＝α_０−β_０ 但しα₀,β_０は各振幅反射率の位相成分である。

この場合カー回転角θ_Ｋは、 とあらわせる。Δ_０＝ｎπ（ｎ＝整数）ならば記録媒体
からの反射光は直線偏光となるが、それ以外の場合には
θ_Ｋを減少させ好ましくない。

光学素子についても全く同様なことがいえて、本実施例
では光磁気変調成分の強度低下を評価するため光下利用
効率ε_Ｋを定義し、ε_Ｋを求める際、以下の点を考慮し
た。

即ち、光磁気変調成分に対しては記録媒体から光検出器
に至る光路中にある検光子を除くｎ個の光学素子のP,S
偏光方向振幅透過率（または反射率）の光路に沿った積
を考え、光利用効率ε_２とする。ｉ番目の光学素子のP,
S偏光方向振幅透過率を、t_pi,t_si（反射率ならr_pi,
r_si）とすれば、次式が成り立つ。

t_pi＝|t_pi|e^ｉαｉ t_si＝|t_si|e^ｉβｉ （26） △ｉ＝αｉ−βｉ （29）を用いてε_２次式の様にあらわす。

（30）において、ｉ番目の光学素子で光束が反射される
場合には|t_pi|・|t_si|のかわりに|t_pi||t_si|を代入すれ
ばよい。なお検光子の透過率はC/N計算の際に変化量と
して取り扱うのでε_２から除外してある。

これより光磁気変調成分の光利用効率εＫは次式であら
わされる。

ε_Ｋ＝ε_０ε_２ （28） 検光子についてもより正確な評価を行なう事にする。

検光子の振幅透過率をt_A、消光比をη_Ａとすれば（２）
式においてcosθ_Ａを sinθ_Ａを と置き換えて考えればよい。|R|²≫|K|²として光磁気変
調成分強度に対してはε_Ｋと次式で与えられる検光子の
透過率ε_３の積をとればよい。

ε_３＝|t_A|²（１−η_Ａ）sin2θ_Ａ （29） 但し検光子の振幅透過率はＰ−Ｓ偏光成分方向で等し
く、かつＰ−Ｓ偏光間に位相差を与えないものとした。

光磁気非変調成分に対しては、ε_Ｒと次式で与えられる
検光子の透過率ε_４の積をとればよい。

ε_４＝|t_A|²（cos²θ_Ａ＋η_Asin²θ_Ａ） （30） 以上より光磁気変調成分、非変調成分の強度を各々I_K,I
_Rとすれば、 I_R≒I₀ε_０ε₁|R|²|t_A|²（cos²θ_Ａ＋η_A sin²θ_Ａ） ＝I₀ε_R|R|²|t_A|²（cos²θ_Ａ＋η_A sin²θ_Ａ）（32） とあらわされる。

（31），（32）式を（17）式に代入して、C/Nを最大と
する検光子光学軸の入射光束偏光方向からの角度θ_Ａを
求めると次の様になる。

f_R′＝ξ（κε_R|t_A|²|R|²I₀）^２・△Ｂ （34） Ｓ′＝2eκε_R|t_A|²|R|²I₀・△Ｂ （35） ｔ′＝Ｔ （36） 以下に計算条件を示す。

半導体レーザ21は波長λ＝835nmであり、記録媒体26上
で入射光量I₀＝２×10^-3Wとなる様にハーフミラー23透
過率|tp|²にかかわらず出力を調節されている。

記録媒体26にはGd,Tb,Fe,Coが用いられ、|R|²＝0.12,θ
_Ｋ＝0.74゜,P,S偏光方向振幅反射率の位相成分α₀,β_０
の位相差△_０は△_０＝20゜である。

光利用効率ε_０はトラツキング用溝（ピツチ1.6μm,深
さλ/8）からの回折光をN.A＝0.5の対物レンズで受ける
場合ε_０＝0.6となる。

光利用効率ε_１は記録媒体から光検出器に至るる光路中
にある検光子を除く光学素子の透過率（ハーフミラーで
は反射率）の積を考え、ε_１＝0.39である。

光利用効率ε_２は記録媒体から光検出器に至る光路中に
ある検光子を除く光学素子のP.S振幅透過率（ハーフミ
ラーでは反射率）の積を考えればよい。本実施例中で用
いたハーフミラー23はＰ−Ｓ偏光間に、△_HM＝160゜の
位相差を生じさせる様になっている。したがって記録媒
体で生ずる位相差△_０との間に、 △_０＋△_H.M＝π （37） なる関係があり、これにより光磁気変調成分強度低下を
防止している。その他本実施例では透過の際にＰ−Ｓ偏
光間に位相差を与える光学素子はないので また|t_pi|＝|t_si|であるから、ε_２＝0.39となる。

光検出器25は光電変換率Ｋ＝0.54のSi−ピンフオトダイ
オードである。記録媒体や半導体レーザなどの雑音源に
よって決まる定数ξ及びζは各々以下の様に与えられ
る。

ξ＝２×10^-13（R.I.N） ζ＝１×10^-11（R.I.N） また熱雑音Ｔはボルツマン定数ｋ＝1.38×10^-23、等価
雑音温度Te＝300［Ｋ］、負荷抵抗R_f＝１×10
^-5［Ω］、信号検出のバンド幅△Ｂ＝３×10⁴［1/Hz］
として、Ｔ＝５×10^-21と与えられる。

なお、光検出器のもつ容量などにより熱雑音Ｔは（12）
式の様な簡単な形で記述できないこともあるので、その
ような場合はこれに従う必要はない。

検光子は振幅透過率tpは|t_P|²＝0.84、消光比η_Ａ＝１
×10^-3である。

第４図は検光子の光学軸の入射光束偏光方向からの角度
θ_ＡとC/Nの関係を示した図である。（33）〜（36）式
で与えられる最適なθ_Ａ＝79.4゜で、本実施例のC/Nが
最大となることがわかる。θ_Ａ＝45゜とした従来の装置
の場合と比較すると、本実施例では8dB以上C/Nが向上し
ている。θ_Ａ＝70゜〜85゜とすれば十分に良好なC/Nが
得られる。

第５図は光磁気非変調成分強度の２乗平均ゆらぎを決め
る定数ξの値を、ξ＝１×10^-11,10^-12,10^-13,10^-14と
変化させた場合のθ_ＡとC/Nの関係を示した図である。

（33）式により、△I² _Rに起因する雑音F_Rやシヨツト雑
音Ｓが熱雑音Ｔより相対的に大きな場合、θ_Ａの最適値
は90゜に近づいていくことを示している。また、θ_Ａ最
適値におけるC/Nとθ_Ａ＝45゜のC/Nを比較すると、F_Aと
ＳがＴよりも相対的に大きくなると、よりC/Nが改善さ
れることがわかる。例えばξ＝１×10^-11の場合には18d
B以上C/Nが向上しており、本発明が非常に有効である。

第６図（Ａ），（Ｂ）は夫々本発明の第４実施例を示す
概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）を矢印Ａ方向から見た図
を示している。第６図（Ａ），（Ｂ）において第１図と
同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略す
る。本実施例においても、光検出器29以後の信号処理系
は第２図示の如く構成される。本実施例は第１実施例の
ハーフミラー23の代わりにハーフミラー10を用い、この
ハーフミラー10の透過光を検出するように構成したもの
である。ハーフミラー10の面ｂは光検出器29に迷光が入
射しない様に所定の角度傾けてある。

本実施例では、第１図の説明文中で使用したP,S偏光方
向を各々置き換えて考えれば良い。

また第１図及び第６図ではハーフミラー23及び10を用い
ているが、これを偏光ビームスプリツタと置き換えても
本発明は有効である。例えば特開昭58−189612号で公知
な偏光ビームスプリツタ（|r_P|²＝0.2,|r_S|²＝１）を第
１図で用いればよりC/Nを向上させることができる。第
６図では例えば|t_S|²＝0.2,|t_P|²＝１なる特性を持つ偏
光ビームスプリツタを用いれば、よりC/Nを向上させる
ことができる。

本発明は以上説明した実施例の他にも種々の応用が可能
である。例えば実施例では光磁気記録媒体の反射光を検
出したが、光磁気記録媒体を通過してフアラデー効果に
よって変調を受けた光束を検出するように構成しても良
い。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明は光磁気情報再生装置におい
て、検光子光学軸の入射光束偏光方向からの角度を従来
の45゜から最適な角度に設定する事により、信号検出の
C/Nを向上させる効果を有する。更には本発明により高
いC/Nが得られるので従来の装置の様な複雑な検出系が
不要となり装置の信頼性を高め、且つ製造コストを低減
する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光学系を示す概略図、第２
図は第１図示の実施例の信号処理系を示す概略図、第３
図は光磁気記録媒体からの反射光の偏光状態を示す図、
第４図及び第５図は夫々本発明における検光子の光学軸
方位角とC/Nとの関係を示す図、第６図（Ａ），（Ｂ）
は夫々本発明の他の実施例を示す概略図、第７図は従来
の光磁気情報再生装置の例を示す概略図、第８図は一般
的な光磁気信号検出の原理を示す図である。 13……検出光、21……半導体レーザ、 22……コリメータレンズ、23……ハーフミラー、 24……対物レンズ、26……光磁気記録媒体、 27……検光子、28……集光レンズ、 29……光検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の方向に偏光した光束を磁気的に情報
   が記録された記録媒体上に照射する手段と、磁気光学効
   果により前記情報に応じて偏光状態に変調を受けた前記
   記録媒体から反射又は透過光束を検光する検光手段と、
   該検光手段を透過した光束を光電検出する増幅作用のな
   い光検出器と、前記光検出器の検出信号を増幅し、前記
   情報を再生する増幅手段とから成り、前記光検出器に入
   射する磁気光学効果により変調を受けない偏光成分強度
   の平均を_Ｒ、光磁気信号観測周波数におけるこの強度
   ゆらぎの２乗平均を 前記記録媒体上における入射光束の光量をI_O、前記記録
   媒体の振幅反射率をＲ、前記検光手段を除く記録媒体よ
   り光検出器に至る光学系の光利用効率をε、前記光検出
   器の光量返還効率をκ、電荷量をｅ、光磁気信号観測周
   波数における前記増幅手段の熱雑音をＴ、検出信号のバ
   ンド幅ΔＢ、前記検光手段の振幅透過率をt_A、同じく検
   光手段の消光比をη_Ａとしたときに、前記検光手段の光
   学軸を前記所定の方向となす角度θ_Ａが夫々以下の条
   件、 但し、 F_R＝ξ・（κε|t_A|²|R|²I_O）^２・ΔＢ Ｓ＝2eκε|t_A|²|R|²I_O・ΔＢ を満足することを特徴とした光磁気情報再生装置。