JPS5856164B2 - ビデオデイスク ノ コウガクテキトラツキングソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、平坦な円盤上にらせん状にあるいは同心円
状に光学的不均一部分つまり光の反射面と非反射面とを
設けることにより信号を記録した装置、いわゆるビデオ
ディスクの情報検出装置、特に、光学的トラッキング装
置に関するものである。

ビデオディスクでは、第１図に模式的に示した如く、２
μｍ程度の間隔を設けたトラックに、幅が約０．８μｍ
１深さ約０．１６μｍ１長さ１〜４μｍのピット１（非
反射面）が設けられている。

ピットの長さおよびピットの間隔は、記録すべき信号に
応じて変化される。

このようにして記録された信号は、直径約１μｍに絞ら
れた光スポット２によって読み出される。

すなわち、光スポット２がピット（非反射面）上にある
場合とない場合（反射面に光スポットがある場合）とで
、反射光もしくは透過光をレンズで集光した時、その強
度が異ることにより、光スポット２がピット上にあるか
、あるいはないかを判定することができる。

この方法において、円盤を回転した場合、光スポット２
が常に、トラックの中心線上にあることが要求される。

このトラッキングを実現するための方法として、従来、
第１図に示す如く読み出し用の光スポットの前後に適当
な間隔をおいて補助の光スポット３及び４を照射し、か
つそれらのスポットが、トラックの中心線よりわずか右
及び左にずれるように配置する。

そしてこれら補助光スポットの反射光もしくは透過光の
平均強度の差をゼロとするようなサーボ系が用いられて
いる。

上述した読み出し用の光スポット及びトラッキング用の
光スポットは、１個のヘリウム・ネオンレーザ゛から出
た光ビームを位相回折格子に照射して得られる０次光及
び１次回折光が用いられている。

しかしながら、ヘリウム・ネオンレーザ゛のごときガス
レーザは効率が低く（ｏ、ｏ１％の程度）また装置の小
型化をさまたげているという欠点がある。

さらに、回折格子の使用も装置を複雑にする一つの要因
である。

以下、従来のかかる装置の欠点を説明する。従来の光源
であるＨｅ−Ｎｅレーザの大きさは長さ３０ＣＩｒＬ１
直径３．５ｃｒＩＬが出力１〜２ｍＷを出すためには最
低限必要となる。

このため、この光源を用いたビデオディスクの読み出し
装置の長さは光源を組み込んだ場合には３０ＣＴＬ以下
にすることが出来ず、非常に大きなものになる。

また、光源を組み込まないで、光学系だけを別にすると
光路の調整が必要となる。

ビデオディスクに記録された信号を連続的に、又はラン
ダムアクセスで任意のトラックを検索すする手段が必ず
必要であるが、そのためには読み出し装置はディスクの
半径方向に移動させなくてはならない。

ところが、上記のＨｅ−Ｎｅレーザを使用すると、光源
を組み込んだ場合には読み出し装置の形状が大きく、重
量が重いため駆動手段が犬がかりになり、ランダムアク
セス時の時間も長くなる。

また仮に光源を分離したとしても、光学系から光源まで
の光軸が、ディスク半径の移動距離の間にズレない様な
調整を行なわなければならない。

特に第１図で説明したトラッキング方法によれば３スポ
ツトのトラックに対する位置関係が厳密に合っていなけ
ればならないため、この光軸合せは十分に精度が出てい
なくてはならない。

これは実用上非常に困難なことである。

さらに、光源を組み込んだ場合においても別の欠点が生
じる。

すなわち、トラッキングを行なうためにスポットを動か
さなくてはならないが読み出し装置の重量が重く、形状
が太きいためにこれ全体を動かすことが出来ず、光偏向
器を用いざるを得ない。

つまり、半径方向の移動手段とトラッキングのための光
偏光器という二つの手段が必要となり、複雑、高価な装
置となる。

かかる点に鑑み本発明は、情報読み出し光及びトラッキ
ング用の光の光源及び光学系を簡素化した光学的情報検
出装置を提供せんとするものである。

かかる目的を達成するために、本発明は、光学的情報検
出装置の光源として、互いに分離された３個の発光部分
を有する単一の半導体レーザを用いることを特徴とする
。

以下図面により本発明を説明する。

第２図において、３個の発光領域を有する半導体レーザ
素子６（第３図参照）から放出される３本の光ビームは
中間レンズ７、ビームスプリッタ８、回転鏡９及び対物
レンズ１０を通った後、ビデオディスク５の表面に集光
される。

１１はレーザビームが集光された部分のビデオディスク
表面の拡大図で、第１図と同様に、読み出し用の光スポ
ットと、トラッキング用の光スポット及びピットが模式
的に示されている。

即ち、半導体レザ６の３個の発光部分からの３個の光ス
ポットの内の１つは、記録された情報の読み出しに、他
の２つは調整用にそれぞれ供され、かつこれらの３つの
光スポットはトラック上およびトラックに対して両側に
やや偏った位置にそれぞれ存在するよう半導体レーザ６
が配置されている。

ビデオディスク５の表面から反射された光は再び対物レ
ンズ１０を通り、回転鏡９及びビームスプリッタ−８で
反射されて、３個の受光部を有するシリコンフォトダイ
オード１２に照射される。

反射された読み出し用の光ビームは、フォトダイオード
１２によって電気信号に変換され、信号処理回路１３に
導かれ、最終的にはテレビジョンセットの入力となる。

反射されたトラッキング用の２個の光ビームは、フォト
ダイオード１２によって電気信号に変換され、それぞれ
、ローパスフィルターを含む増幅回路１４．１５に導か
れ、その出力は差動増幅器１６を通った後、ガルバノメ
ータコイル１７に導かれる。

該コイルは回転鏡９の回転軸に接続されている。

トラッキング用の光ビームの強度が等しく、かつ読み出
し用の光スポットが正確にトラックの中心線上にあれば
、増幅器１４及び１５の出力は等しく、従って差動増幅
器１６の出力電流は七゛口で、ガルバノメータコイル１
７には力が働かない。

しかし、読み出し用の光スポットがトラックの中心線か
らずれると、増幅器１４及び１５の出力は等しくなくな
り、差動増幅器１６からガルバノメータコイルに、上記
したスポットのずれに比例した電流が、このずれを減少
させるように供給される。

かくして、読み出し用の光スポットはディスクの回転中
、常にトラックの中心線付近に保たれる。

中心線からのずれは±０，２μｍの程度であり、よい信
号雑音比を得るにじゅうぶんである。

ディスクの回転に伴ない、光スポットをゆっくりとディ
スクの半径方向に移動させるにはシンクロナスモータな
どの機械的手段を用いる。

第３図は、上記した実施例に用いられる半導体レーザ素
子６の構造の一例を示している。

この半導体レーザは室温で連続動作が可能なＧ ａ Ａ
５ＡｌＧａＡｓダブルへテロ構造レーザで、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１８（厚さ約１００μｍ）上に、連続液相成長
法によって順次ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡＳ層１９（ｘ’
：：０．３厚さ約５μｍ）、ドープしないＧａＡｓ層２
０（活性層とも呼ばれる。

厚さ約０．５μｍ）、Ｐ型ＡｌＸ Ｇ ａ １−Ｘ Ａ
８層２１（厚さ約２μｍ）、Ｐ型ＧａＡｓ層２２（厚
さ約１μｍ）を成長させ、Ｐ型ＧａＡｓ層２２にはオー
ム接触をとるためにＺｎを拡散する。

さらに３個のレーザビームを得るために、大部分の電流
が流れる領域をストライプ状に限定して、レーザ光は活
性層２０の３個の部分２４．２５．２６のみから放出さ
れる。

レーザのキャビディは結晶のへき開面によって構成され
、へき開面の間隔は約３００μｍである。

３個のレーザ発振領域を互いに分離するために、レーザ
の発振領域をストライプ状に限定するには、選択拡散、
メサエッチなど種々の方法を用いることができるが、本
実施例ではプロトンの打込みによって生じる高抵抗領域
を利用している。

すなわち、電流を集中すべきストライプ領域を金などで
マスクしておき、２５０ｋＶ程度に加速したプロトンを
結晶の表面に打ち込む。

ドーズ量は１０１５／ＣＩ？Ｌの程度である。

この打ち込みによって、表面から深さ約２．５μｍの領
域が高抵抗となり、電流は主として低抵抗のストライプ
領域にのみ流れ、互いに分離された３個のレーザ発振領
域２４，２５．２６が得られる。

プロトンを打ち込んだ領域（高抵抗領域）は光学吸収が
大きく、レーザ発振のしきい電流が高くなる傾向がある
のでこれを避けるために４５０℃で１５分間熱処理を行
うことが望ましい。

この熱処理によって打ち込み部分の抵抗を減少させるこ
となく光学吸収を減少させることができる。

プロトンを打ち込んだ後、電極金属２３及び２９を蒸着
し、電源２７から負荷抵抗２８を通して、しきい電流以
上の電流をレーザ素子に流すことにより、レーザ発振が
行われる。

室温でレーザを連続的に（すなわち直流電流で）動作さ
せるためには、レーザ素子を銅などのヒートシンクに装
着する。

なお、各ストライプの幅が５μｍ１ストライプ間隔が５
０μｍの素子の場合、室温連続動作におけるしきい電流
は１２０ｍＡである。

動作電流を１６０ｍＡとした時、各ストライプ領域の一
つのへき開面から放出されるレーザ出力は約３ｍＷであ
り、ビデオディスクの読み出しにはじゅうぶんである。

本実施例の半導体レーザ素子では、素子のへき開面上に
おけるレーザ発光のスポットの大きさは５μｍ Ｘ ０
．５μｍで非対称の形状をしている。

１０倍の対物レンズでこの光を集光させるとスポットの
形状は１μｍＸ１μｍの程度になるので発光領域の非対
称は実用上問題にならない。

１０倍の対物レンズを用いた場合には、ビデオディスク
上の光スポットの間隔は５μｍとなる。

上記したごとき半導体レーザを用いるに際し、２個のト
ラッキング用光スポット３及び４の間に光強度の差があ
る場合には、これを補正するように増幅器１４及び１５
の増幅率を調整するのである。

以上のように、ビデオディスクの読み出し用光源として
、３個の発光部分を有する単一の半導体レーザを用いる
ことにより光学的装置、電気的駆動回路などが著しく簡
素化される。

すなわち、半導体レーザはヘリウム・ネオンレーザに比
べ、はるかに小形で、かつ、固体素子であるために信頼
性が高く、また、位相回折格子も不要である。

また半導体レーザは電圧的２■、電流１６０ ｍＡで動
作するのでその駆動回路はガスレーザの場合に比べ極め
て簡単である。

また電気−光変換効率も３φの程度で、ヘリウム・ネオ
ンレーザの場合よりも２桁以上高い。

また半導体レーザの３個の発光領域は、共通の電源によ
り駆動されており、かつ、共通のヒートシンクに装着さ
れているので、２個のトラッキング用の光ビームの強度
は、電源の変動ヒートシンクの温度の変化に対し全く同
様ニ応答するので、サーボ系はこれら外界変動に対して
安定である。

さらに、本発明によれば、トラッキングに際して次のよ
うな利点が生じるのである。

即ち、第１に気体ガスレーザの場合、３点スポットを作
成するために位相格子を押入し、その１次光を利用する
が、このため０次の光量が低下すると同時に１次光も大
きく出来ない。

ところが、半導体レーザを使用した場合には３つの半導
体レーザから発光する光量は独立に出来るのでトラッキ
ング動作に使用するスポットの光量は大きくなり、トラ
ッキング信号のレベルが大きくなる。

第２に３点の光スポットの位置は半導体プロセスによっ
て作成されるために、位置の精度が良い。

このため、位相格子のような光学部品の不要なことと共
に光学系組み立て時の調整がいらない。

従って工程数を少く出来る。

第３に半導体レーザは変調することが出来るので、トラ
ッキング用の２つの半導体レーザを特定の周波数で変調
することによって、トラッキング信号はこの周波数の振
幅変調を受ける。

従って、雑音等の外乱の影響を受けることなくトラッキ
ング信号を検出できるので正確な制御が可能となる。

第４に光学部品の減少に伴って読み出し装置の大きさは
非常に小型化できるのでトラッキングのための移動手段
とディスク半径の移動手段は１つのもので共用できる。

例えばアームとかボイスコイル等が使用できる。

以上に述べたように、本発明によれば、ビデオディスク
の光学的読み出し、及び光学的トラッキング装置が著し
く小型化され、またその信頼性も高くなる。

実施例ではＧａＡｓ−Ａ７ＧａＡｓ半導体レーザを用い
であるが、これは可視、もしくは近赤外領域で室温で連
続動作の可能なレーザであればいかなる半導体レーザで
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ビデオディスクの光学的読み出し及びトラッ
キングの方法を示す原理図、第２図は、本発明の１実施
例を示す図、第３図は該実施例で用いられる半導体レー
ザの構造を示す断面図及び結線図である。 第１図〜第３図において、１はビデオディスクに設けら
れたピット、２は読み出し用の光スポット、３，４は光
学的トラッキング用の光スポット、５はビデオディスク
７．６は半導体レーザ、８はビームスプリッタ−１９は
回転鏡、１０は対物レンズ、１２はシリコンフォトディ
テクタ、１３は信号処理回路、１４．１５はローパスフ
ィルターを含む増幅器、１６は差動増幅器、１７はガル
バノメータコイル、２０は半導体レーザの活性層、２４
，２５．２６は半導体レーザの発光領域、２７は半導体
レーザの電源である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光学的に読み取り得る形態で、回転方向に沿って分
   布する情報トラック上に順次情報が記録されているディ
   スクと、このディスクに記録された情報を読み出すため
   の光源とを備え、この光源には互いに分離された３個の
   発光部分を有する単一の半導体レーザが用いられ、上記
   ３個の発光部分からの３個の光スポットの内の１つは記
   録された情報の読み出しに、他の２つはトラッキング調
   整用にそれぞれ供され、かつ、これらの３つの光スポッ
   トは上記情報トラック上および上記トラックに対して両
   側にやや偏った位置にそれぞれ存在するよう上記半導体
   レーザが配置されていることを特徴とする光学的情報検
   出装置。