JPS599086B2 - 光学的情報再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光学的に情報を再生する光学的情報再生装置
、特に半導体レーザを光源として用いた光学的情報再生
装置に関する。

光ビデオディスクや光ＰＣＭオーディオディスクから光
学的に情報を再生する情報再生装置には、光源として半
導体レーザを用いた光学的ピックアップが用いられる。

この光学的ピックアップには従来二種類のものがある。
その第１は、情報記録媒体からの反射光を光源たる半導
体レーザに帰還することにより、反射光の変化を半導体
レーザの出力光の変化に変換し、この出力光の変化を受
光器で検出することによつて記録情報に対応した電気信
号を得るものである。

この光学的ピックアップは、いわゆるＳＣＯＯＰで（Ｓ
ｅｌｆ−ＣｏｕｐｌｅｄＯｐｔｉｃａｌＰｉｃｋｕｐ）
と呼ばれている。第１図は、上記ＳＣＯＯＰによる情報
再生装置の概略構成図である。

１は半導体レーザ、２は情報記憶媒体を有するディスク
である。

その媒体は例えば円板状の基板に設けられており、凹凸
あるいは反射率変化として、情報を記録する。３は光検
出器、４１は半導体レーザからの光を平行光束にするた
めのレンズ、４２はレーザ光を、ディスク２の表面上で
、光の波長程度の長さのスポット径に集光するためのレ
ンズである。

この装置では、半導体レーザ１から射出されたレーザ光
はレンズ４１、４２によりディスク２−ヒの情報記憶媒
体に照射され、記録情報に応じた変調を受けて反射され
る。この変調された反射光は同じ光路を戻り半導体レー
ザ１に帰還される。ディスク２が半導体レーザの発振器
の一部になつていることが特徴である。即ち半導体結晶
の２つのへき面と、ディスク２との、３枚の鏡でつくる
光共振器によつて、レーザ発振が起こる。この装置に於
ては、ディスク２からの反射光の光量の変化に応じて半
導体レーザの発振光出力がコー変化するので、この発振
出力光の変化を光検出器３で検出することにより反射光
の変化を検出してデイスクに記録されてある情報信号に
対応した電気信号を得る。

この装置の特徴は、構成部品点数が少なくて済むので、
小型化、軽量化、低価格化ができ、更に光学調整が容易
な点にある。一方、この方式の欠点の一つに、信号の雑
音レベルが高い事があげられる。第２の光ピツクアツプ
は、上記光デイスクからの反射光を半導体レーザに帰還
することなく、直接光検出器で受光することにより記録
情報に対応した電気信号を得るものである。

この第２の光ピツクアツプは、例えば第１図に示す装置
において説明すれば、次のように構成される。即ち、光
デイスク２からの反射光が、半導体レーザ１に帰還され
ないように、半導体レーザ１とデイスク２との間に１／
４波長板と偏光プリズムを挿入するのである。この場合
の光ピツクアツプを以下に於ては、従来型の光学的ピツ
クアツプと呼ぶことにする。従来型の光ピツクアツプに
おいても、デイスクからの反射光がレーザに全く帰還し
ないわけではない。ＰＣＭオーデイオデイスクやビデオ
デイスクでは高分子樹脂を用いて、レプリカデイスクを
大量生産するが、レプリカ成型時に生じる応力のために
、レプリカデイスクはわずかな複屈折性を持つ。従つて
、従来型光ピツクアツプでレプリカデイスクから情報再
生する場合には、レプリカデイスクの持つ複屈折性のた
めに、デイスクからの反射光の一部が、半導体レーザに
帰還される。更に１／４波長板や偏光プリズムの光学的
調整ずれや、部品性能のばらつき等の原因によつても、
デイスクからの反射光が、半導体レーザに帰還される。
結局、従来型のピツクアツプにおいても、デイスクから
の反射光の数％は、半導体レーザに帰還され、レーザの
雑音レベルを高くしてしまう。以上を要するに、半導体
レーザを用いた光ピツクアツプでは、ＳＣＯＯＰでも、
従来型でも、反射光帰還による、半導体レーザのノイズ
発生が問題である。半導体レーザのノイズレベルが高い
と、ＰＣＭオーデイオプレーヤでは、音質の劣化を、ビ
デオデイスクプレーヤでは画質の劣化を引き起こす。本
発明の目的は、半導体レーザを光源として用いた光学的
情報再生装置において、上述の雑音の発生を抑止した情
報再生装置を提供するものである。

かかる目的を達成するために、本発明は半導体レーザを
直流電流に高周波電流を重畳した電流により駆動して多
重縦モードで発振せしめることを特徴とするものである
。以下、まず半導体レーザを光源として用いた場合に発
生する雑音について詳細に説明する。

第１図に示す装置において、デイスク２がなく、したが
つて反射光の帰還が、半導体レーザ１に施こされない場
合に、横モードが制御された半導体レーザを直流電流で
駆動すると、単一縦モード発振する。これは半導体レー
ザが、ほぼ均一な利得スベクトルを有しているために、
直流電流駆動による定常発振時には、利得が損失を上ま
わつた、ある一つの縦モードに、レーザ光エネルギーが
集中するからである。しかしながら、デイスク２が有り
、反射光の帰還が半導体レーザに施こされる場合、半導
体レーザを直流電流で駆動すると、デイスクの微小変位
に伴なつて、単一発振縦モードが、隣りの単一縦モード
ヘジヤンプしたり、数本の縦モードが同時発振したりす
る。

反射光帰還がある半導体レーザの雑音レベルが高い原因
は、このような、発振縦モードの変化にある。発振縦モ
ードの変化は、半導体レーザのデイスク側面と、デイス
ク面とでつくる外部光共振器の共振モードと、半導体結
晶の２つのへき開面でつくる光共振器の共振モード（縦
モード）とが競合し、かつデイスクの変位に伴なつて外
部共振器の共振モードスペクトルが変化することによつ
て引き起こされる。

単一縦モード発振と多重縦モード発振とは、デイスクが
レーザ発振波長の半分（λ／２ミ０．４μｍ）変位する
毎に、交互に起こる。

これは、デイスクと半導体レーザ端面とがつくる外部共
振器の共振条件が、同一・波長に対しては、λ／２毎に
同一になるからである。反射光帰還時に発生するレーザ
ノイズには、２種類あり、第１のノイズは、単一縦モー
ド発振と多重縦モード発振と力＼デイスクのλ／２毎の
変位に対応して交互に起こることに原因する。

単一縦モード発振時の光出力は大きく、多重縦モード発
振時の光出力は小さい。従がつて、レーザ光出力は、デ
イスクがλ／２変位する毎に変化する。発振縦モードが
、単一か多重かに依つて、光出力が異なる原因は、外部
共振器を一枚の鏡とみなした場合の有効反射率が、単一
縦モード発振時は大きく多重縦モード発振時は小さいこ
とにある。単一縦モード発振は、外部共振器の有効反射
率が最大となるようなモードが選択されて起こる６多重
縦モード発振では、発振している幾本かのモードのすべ
てについて、外部共振部の有効反射率を最大にすること
はできないので、平均としては、単一縦モード発振時の
有効反射率より小さくなる。レーザ共振器を構成する鏡
の反射率が高い程、損失は小さく、発振しきい電流が小
さくなり、一定電流下では光出力が大きい。従つて、単
一縦モード発振時の方が、光出力は大きい。発振縦モー
ドが単一か多重かによる光出力変動の周波数帯域は、デ
イスクと半導体レーザとの距離が、λ／２変化する速さ
によつて決まり、デイスクのばたつき、回転数や自動焦
点制御の性能に依存するが、ほぼ、ＫＨｚ〜数１０ＫＨ
ｚの低帯域にある。第２のノイズは、０〜２ＧＨｚにわ
たる連続スベクトルノイズで、多重縦モード発振時に生
じる。

ビデオデイスクからの再生で、ビデオ信号のＳ／Ｎを劣
化させる。ここでは、この２種のノイズをビデオ帯域ノ
イズと呼ぶことにする。このノイズは反射光帰還がある
場合でも、発振縦モードが単一である場合には発生しな
い。反射光帰還によつて多重縦モード発振しているとき
に限つて、ビデオ帯域ノイズが発生する。実際には、デ
イスクがλ／２変動する毎に、単一縦モード発振と多重
縦モード発振とが交互に起こるので、ビデオ帯域ノイズ
は必ず発生する。次に、図を用いてノイズ発生の実際を
詳しく説明する。

デイスクと半導体レーザとの間の距離が、時間とともに
変化する場合、発振縦モードの変化に伴なう半導体レー
ザの光出力変動が、情報の再生信号や、光スポツト制御
信号等における信号対雑音比を劣化させる。

例えば、デイスクからの情報再生の場合、回転に伴なう
デイスクのばたつきにより、デイスタと半導体レーザと
の間の距離が変化し、半導体レーザの光出力変動が生ず
る。第２図はこの状況を示す図である。第２図において
、縦軸は、半導体レーザの光出力（ＭＷ）を示し、横軸
は、デイスクのばたつきによるデイスク変位（μｍ）を
示し、実線が、直流電流による駆動を行つた場合の光出
力の変化を表わしている。

なお、直流電流による駆動は第３図に示す如き実線で行
なわれる。第３図において、縦軸は電流の大きさ（ＭＡ
）、横軸は時間（ＮＳ）を示している。第２図において
、デイスクが、光スポツト焦点位置から±１０μｍずれ
ると、半導体レーザ出力が減ることを示している。

これはデイスクからの反射光のうち、半導体レーザの出
射口に帰還される光量が減ることによる。デイスクの１
μｍ以下の微小な変位によつて、上記の大まかな変化以
外に、λ／２毎に細かな光出力変動が生ずる。これが第
１種の低帯域ノイズである。この光出力変動は、光出力
ＤＣ分の「『）τの大きさである。光出力が落ち込んだ
ときは、縦モード多重発振しており、このときビデオノ
イズが増加する。光スポツトの自動焦点制御によつて、
光スポツト焦点位置を、デイスク変位に追従させること
ができる。しかしデイスクと光スポツト焦点位置とを１
μｍ以下の精度で一定に保つことは、自動制御技術をも
つてしても困難であり、発振縦モードの変化に伴なう光
出力変動は、自動焦点制御をかけても、除くことは難か
しい。本発明は、半導体レーザの駆動方法に特徴をもた
せることにより、上記の、発振縦モードの変化に伴なう
光出力変動を抑止することである。

第４図に、本発明の一実施例の構成を示す。第４図の１
，２，３，４１，４２は、第１図に示したものと同一で
ある。半導体レーザは、直流電流源５と、高周波電流源
６と、２つの電流源から供給される電流によつて１駆動
される。第４図における、Ｒ，Ｌ，Ｃは各々、抵抗、コ
イル、コンデンサでありＬ及びＣは、２つの電流源が独
立に半導体レーザを駆動できるようにするために挿入さ
れている。高周波交流電流によつて駆動することによつ
て、反射光帰還による半導体レーザの光出力変動を抑止
することができる。なお、直流電流と高周波電流とによ
る半導体レーザ駆動は、第３図に示す如く、直流電流（
実線で示す）に高周波電流（点線で示す）を重畳した形
式でなされる。かかる本発明の駆動を用いた場合の作用
及び効果について、図面により説明する。

第５図ａ−ｄは、半導体レーザの縦モード発振スペクト
ルを示しており、その縦軸は光強度、その横軸は波長を
示している。

直流電流駆動で定常発振させ、反射光帰還がない場合は
、第５図ａのように単一縦モード発振する。反射光帰還
があるとデイスクが変動している場合、時間平均してス
ペクトルを見れば、第５図ｂのように多重縦モード発振
している。さて、第３図の点線で示したような、直流分
と高周波の交流電流とを重ね合わせた電流で半導体レー
ザを駆動すると、発振スペクトルは第５図ｃのように多
重縦モード発振となる。

ここで、重要なことはレーザ発振が高周波でオン・オフ
されるように、高周波電流の振幅を十分大きくする必要
があることである。すなわち、直流分と高周波分の重ね
合わせた電流の最小値は、発振しきい電流より小さくな
るようにする。レーザ発振の立ち上がり時には、均一な
スペクトル広がりをもつ半導体レーザにおいても、いく
つかの縦モードがレーザ発振する。従つて、高周波でレ
ーザ発振がオン・オフされると、多重縦モード発振状態
が保たれることになる。高周波電流を流すことにより、
多重縦モード発振させると、第２図の点線で示したよう
に、半導体レーザの光出力はデイスク変位に対して、な
めらかに変化し、λ／２毎の光出力変動は抑止される。

すなわち、単一縦モードと多重縦モードとが交互に起こ
ることによつて生じる第１種の低帯域ノイズは、完全に
抑止される。高周波駆動により常に多重縦モード発振状
態が保たれ、単一縦モード発振することはないからであ
る。更に高周波電流駆動により、第２種のビデオ帯域ノ
イズも、かなりの程度抑止される。

第５図ｄは、反射光帰還があるとき高周波駆動した場合
の発振スペクトルである。第５図ａと第５図ｃとではビ
デオノイズないが、第５図ｂではビデオノイズ大きく、
第５図ｄではビデオノイズが第５図ｂより小さくなる。
第６図は、ビデオノイズレベルが高周波駆動によつて抑
止されることを示す特性曲線図である。

なお、その縦軸は反射帰還量を対数表示してある。使用
したレーザは、ＣＳＰ型（ＣｈａｎｎｅｌｅｄＳｕｂｓ
ｔｒａｔｅＰｌａｎｅｒ）半導体レーザで、発振しきい
電流が６０ｍＡのものである。図において、本発明によ
らない場合を実線で示し、本発明による場合（直流分７
５ｍＡに対し、１２０ＭＨｚ，５０ｍＡｐｐの高周波分
を重畳して変調した場合）を点線で示してある。反射光
帰還が１００％のとき、すなわち、ＳＣＯＯＰの場合の
光ピツクアツプの場合、ビデオノイズは約１０ｄＢ抑止
されている。従来型の光ヘツドでも数％の反射光帰還は
避けられないが、この場合にも高周波駆動によつてビデ
オノイズを抑止できることが第６図かられかる。高周波
駆動に使用する周波数に対するビデオノイズ抑止効果を
第７図に示した。但し、特性曲線はＣＳＰレーザ、直流
電流７５ｍＡ変調電流振幅５０ｍＡｐｐでの場合を示し
ている。第７図から周波数は５０ＭＨｚ以上でノイズ抑
止効果が著しい。これは５０ＭＨｚ以上で縦モード多重
発振となるからである。なお、第７図において、実線は
１００％帰還した場合を示し、一点鎖線は０．５％帰還
の場合を示す曲線である。高周波駆動電流の周波数は、
デイスクから再生しようとする情報の周波数より、十分
高い周波数である必要があることは当然である。

光検出器の周波数特性を考慮して再生情報の周波数の５
倍以上、好ましくは１０倍以上となすのが好ましい。再
生情報の周波数は、ビデオデイスクやＰＣＭオーデイオ
デイスクの場合、１〜１０ＭＨｚである。一方、半導体
レーザを、多重縦モード発振させるためには５０ＭＨｚ
以上の高周波電流で駆動する必要がある。発振器、光検
出の検出回路の実用上の観点から数１００ＭＨｚ程度迄
を使用する。従つて、５０ＭＨｚ以上の高周波電流で半
導体レーザを駆動すれば、多重縦モード発振によつて、
光出力変動を抑止でき、かつ、デイスクからの再生信号
よりも、十分高い周波数なので、再生信号に不都合な影
響を及ぼすこともない。すなわち、光検出器及び検出回
路系の、周波数応答特性は、再生信号帯域までのひてお
り、半導体レーザ駆動の高周波域では応答しないように
しておけばよい。第８図は、，′イズ抑止効果の高周波
電流の振幅依存性を示している。

但し、第８図は、ＣＳＰレーザ、発振しきい電流６０ｍ
Ａｓ直流動作電流７５ｍＡ変調電流周波数１２０ＭＨｚ
にてとつたものである。レーザ発振がオン・オフして縦
モード多重となつてはじめてノイズ抑止効果がでる。第
８図からノイズ抑止効果が（７５ｍＡ−６０ｍＡ）×２
＝３０ｍＡｐｐ？上で著しく、上記のことを支持する。

なお、第８図において、実線は１００％帰還の場合によ
る曲線を示し、一点鎖線は、２．７％帰還の場合による
曲線を示している。

第９図は反射光帰還による半導体レーザノイズ発生を調
べる測定系の構成を示す図である。

半導体レーザ１から出た光はレンズ９０で平行光束にさ
れてから集光レンズ９１で、デイスク２上に集光される
。半導体レーザ１とデイスク２との間の距離は約３０！
ＲＬである。デイスク２は、ボイスコイル９２によつて
光スポツトの焦点深度方向に振動できるようになつてい
る。レーザ出力は、デイスク２側とは反対側に出射され
るレーザ光を光検出器３で検出する。光検出器の出力を
、ＣＲＴ９３上に表示したり、ビデオアンプ９４で増幅
した後、スペクトルアナライザ９５で周波数分析する。
レーザ駆動電流は直流源５からの直流分と、高周波発振
器６からの交流分との重ね合わせた電流である。？上の
如く半導体レーザを光源として用いた情報再生装置にお
いて、デイスクからの反射光が半導体レーザに帰還する
ことによつて生ずるノイズは、半導体レーザを高周波電
流駆動して多重縦モード発振させることによつて抑止で
きる。

本発明はＳＣＯＯＰによる情報再生装置にも、従来型の
光ピツクアツプによる情報再生装置にも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、反射光帰還型の半導体レーザを用いた光ピツ
クアツプの構成図、第２図は、デイスク変位に対する半
導体レーザ光出力の関係を示した図、第３図は、半導体
レーザの駆動電流の時間変化を示した図、第４図は本発
明の一実施例の構成を示す図、第５図ａ−ｄは、半導体
レーザの縦モード発振スペクトルを示す図、第６，ｒ，
８図は、ビデオノイズレベルが高周波駆動により抑止さ
れることを説明する図、第９図は、半導体レーザのノイ
ズを測定する測定系の構成を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 情報記録媒体上にレーザ光を照射するための半導体
   レーザ素子と、該情報記録媒体からの反射光を利用して
   該情報記録媒体に記録された情報に対応する電気信号を
   得るための光電変換手段とからなる光学的情報再生装置
   において、上記半導体レーザ素子が、直流電流駆動によ
   り単一縦モードで発振する半導体レーザ素子であると共
   に、該半導体レーザ素子が多重縦モードで発振するよう
   に上記直流電流に重畳される高周波電流を供給する高周
   波電流源を有することを特徴とする光学的情報再生装置
   。 ２ 上記高周波電流の周波数は、上記情報記録媒体に記
   録された上記情報の周波数の５倍以上であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の光学的情報再生装置
   。 ３ 上記高周波電流の周波数は、５０ＭＨｚ以上である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学的情
   報再生装置。