JPS61131245A

JPS61131245A - 光学信号再生装置

Info

Publication number: JPS61131245A
Application number: JP59251618A
Authority: JP
Inventors: Ritsu Takeda; 立武田; Minoru Saito; 実齊藤; Shinji Hara; 原　臣司
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1984-11-30
Filing date: 1984-11-30
Publication date: 1986-06-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、光デイスク装置、バーコードリーグ等の、光
学記録信号読み取り装置、より具体的には、前記装置に
おいてより高い分解能の光学ヘッドを有する、光学信号
再生装置に関するものである０（従来の技術）従来のこの種装置は、レーザ発振素子から発射されたコ
ヒーレント光をレンズ等からなる第１の光学系を用いて
記録媒体上に収束し、該媒体からの反射光または透過光
を第２の光学系を用いて受光素子に導き、受光素子の光
強度−電気変換特性により１次元電気信号（時間関数）
に変換後、等化回路により振幅・位相を調整してから情
報抽出回路により２進情報等を得ていた。

（発明が解決しようとする問題点）従来は上記のように１次元処理構成であったから、以下
のような欠点を生じていた。

まず照射レーザ光強度は、一般に中心はど大きく、周辺
はど小さい第９図（〜の如きガウス分布をなす。そのガ
ウス分布の直径は有限であり、理論的にも波長に比して
充分小さいビームスポットに集束することは不可能であ
る。したがって、例えば直径１μｍの情報ピットを波長
８００　ｎｍの光で読み取る場合、光スポツト径（１／
ｅ）は１μｍ以上となる。但し、ｅは自然定数。これを
用いて同図（Ｂ）の如き明度分布（情報ビット）をＸ方
向に走査して読み取ると、その単一の時間波形は同図（
Ｃ）のようにピット通過時間よりも裾野が広がる。その
結果、■）に示す・・・１０１・・・の如き明度分布を
再生すると計算で求まる実波形は同図［有］）の実線で
示すように情報″０″″の区間が歪をうけ、高密度記録
の妨げになっていた。なお、点線に示す波形−πｔ）は
希望する理想波形である。

また、これを解決する従来手段としては、前記１次元電
気信号（時間関数）に磁気記録と同様の等化回路による
再生電圧波形スリミング（細化）を施し、振幅の回復を
図るとともに隣接波形の干渉を抑圧する方法がある。し
かし光ビーム記録では磁気記録と異なり、情報ビットの
形状が円や楕円であることから完全な１次元記録とは言
えず、したがって１次元等化は充分な等化とは言えない
欠点があった。

さらに他の従来方法では、光学情報の２次元分布に着目
し、光軸からの半径距離に従って異なる濃度を有する減
衰光学フィルタや干渉フィルタを用いることにより、空
間周波数特性を調整して分解能を向上させる方法がある
。しかしこの方法は、利用光量の減少に伴うＳ／Ｎの低
下や、光学系が複雑・高価になる等の欠点があった。

したがって、本発明の目的は、前記従来技術が持ってい
た欠点を解欠するもので、従来利用していなかった記録
パターンの２次元情報・を利用する高精度々等化により
、よシ高い記録密度を実現することにある。

（問題点を解決するための手段）この発明は、上記目的を達成するため、受光素子上に形
成された光学情報の２次元分布を電気回路に導き、本来
光ビームが通過する光路に垂直な２次元断面内で行うべ
き光ビーム整形を、電気回路上において２次元の等化を
行うことによシ等価的なビーム整形効果を得るようにし
たものである。

（作　用）このようにすると、従来は利用が困難であった光ビーム
強度２次元分布の利用が可能になり、その結果として高
精度な等化によシ、よシ高い記録密度の利用が可能にな
る。

（実施例）第１図は本発明光学信号再生装置の一実施例を示す構成
図であって、１は発光素子、例えばレーザダイオード、
２はコリメータ、３は偏光ビームスプリッタ、４は１／
４波長板、５は対物レンズ、６は記録媒体、７は記録ピ
ット、８１は情報再生用受光素子である。第２図は第１
図の一部拡大図であって、（４）図に示すように情報再
生用受光素子８１は（Ｂ）図に示すように素子群８１ａ
〜８１ｎを同心円状にＮ分割した受光素子、９８〜９ｎ
は受光素子出力線、１０ａ〜ノｏｎは重み加算用抵抗器
、１ノは演算増幅器である。なお、この実施例では、ト
ラッキング・フォーカシング用受光回路は記入していな
いが、公知の手段を用いて制御しであるものとする。

このように、情報再生用受光素子８１は第２図の如く同
心円状のＮ個に分割されており、各々独立な出力線９ａ
〜９ｎに各部の光量に比例した電圧を出力する。このと
き、Ｎ個の各素子の受光面形状をどのように選択するか
は、光学理論から導かれる重み関数と素子の製造難易度
による。必要に応じた形状に変形することは本発明の効
果を妨げない。

いま、照射ビームの強度分布■が、Ｉ（ｒ）＝　ｅｘｐ　（−２ｒ　／ｗｏ）ただし、ｒ　
−ｘ　−１−ｙ　、　ｗｏはビームサイズの半径、ｒは
ビーム中心からの半径なるがウス分布（第９図（４））の如き形状であるとき
、Ｗ　（ｒ）　−ｅｘｐ　（−２ｒ　７ｗ１）ただし、Ｗ
ｌ−Ｗｏ／〆丁であるよう々重み関数（第３図（Ａ）＝＆÷→を演算」
首幅器（加算回路）１ノの入力に付与する。具体的には
、各輪帯形蛍光素子８１ａ〜８１ｎの平均半径をｒ　で
代表し、Ｗ　（ｒ　ｒ　）がその素子の相対感度となる
γ よう抵抗値を定める。このとき分割数Ｎが大きいほどＷ
　（ｒ）の近似度が良いことはいうまでもない。

その結果、受光素子出力群の加算出力としては、■とＷ
の積が得られるから同図（Ｂ）に示すように元のビーム
サイズＷ。の】／２に相当するＷ（ｒ）＝　ｅｘｐ　（
−２ｒ　７ｗ２）ただし、Ｗ２−Ｗｏ／２々るビーム分布のスポットで再生したに等しい効果を得
る。このときの単一ピソト再生波形は、記録媒体」二の
明度分布■１を同図（Ｃ）の如く、１１（ｒ）＝　１．
　　　ｒ　＜　０．５＝Ｏｒ）０．５と仮定するとその時間波形は、ピット中心とビーム中心
間の距離をｕ　−ｖ・ｔ（但しＶはビーム走行速度）と
して、であられされる。この積分の数値計算による近似波形を
求めると同図の）のごとき波形を得る。同様の手法で同
図（ト））の明度分布の再生波形は同図（Ｆ）で実線の
ように々す、比較のため示した余弦波が良い近似を与え
る。

以上のことは、比較的太いビームサイズのレーザを用い
ても、反射ビームに適当な重み関数を掛けてビットサイ
ズとビームサイズ（１／ｅ２）がほぼ等しくなるように
すれば、同図（目の如き稠密記録のときにも同図（ロ）
）のような正弦波に近い時間波形が得られることを意味
している。これを第９図（負の従来波形と比べれば、そ
の効果は歴然としており、振幅比較回路（図示せず）の
動作余裕が拡大するとともに、位相余裕も拡大しており
、いわゆる等化が行われている。

前記実施例では、反射ビーム等化用ガウス分布に従う重
み係数群を実現するため、多数の同心分割受光素子を必
要としたが、本発明は必ずしも分割数が多い必要はない
。

第４図は他の実施例であって、８２は２分割受光素子、
１１は演算増幅器（減算回路）であって、その受光感度
分布は第５図（６）のように周辺部で負の値を有する。

このような感度分布を与えた受光回路で、記録媒体６上
の明度分布が第５図（Ｂ）の如き独立ぎットをＸ方向に
走査したときの受光素子出力の総和として得られる時間
波形は、同図（Ｃ）のように上記Ｆ　（ｕ）の式で計算
される。すなわち、周辺部の負の感度を有する部分の効
果によシ、再生波形の半値幅は同図（ｑに比して小さく
なるとともに、隣接ビソト存在予定点（同図（Ｃ）のｔ
軸」−±１の点）の電圧がほぼＯとなる。このことは、
隣接ビットの値が１またはＯの如何にかかわらず、その
隣接ビットの電圧を正確に出力できること、すなわち隣
接ビット干渉を排除できることを意味する。

また、第６図（４）に示す３ビツト連続・ぐタンの再生
にも効果を発揮する。従来法によりがんら重みを与えな
い場合、同図（Ｃ）の（Ｃ）曲線のように３ビツトの中
央振幅は単一波形（ｈ）に比しかカリ大きい。

ず、同図（Ｎのような長円になると考えられるから記録
領域（面積）は単一ビットの３倍よりもかなり大きいこ
とによる。

これらに対し、本実施例では第４図に示すように重み係
数は８　を′１とすれば８２ｂは−０，７なるａような重み係数を与えることによシ、感度分布が第５図
（Ｎのように負の部分をもつようになっているから、再
生波形に対するビーム周辺部の寄与が小さく、第６図（
Ｃ）の（ｄ）曲線の如き波形を得る。従来の波形に比べ
単一波形（ｆ）からの歪が小さいことがわかるとともに
、その傾斜部分は比較のため示した余弦波（ｇ）に極め
て近い。このことは、再生波形の直流成分の変動を低減
するから、振幅の１Ａ付近をスライスレベルとする振幅
検出回路の動作マージンを拡大するとともに、位相余裕
の拡大にも寄与している。なお、（ｅ）曲線は本発明を
適用したときの２　ｂｉｔ波形であり、その傾斜部は３
　ｂｉｔの場合と同一であることを示している。

これ１で述べた実施例では軸対称なビーム分布を仮定し
、さらに、受光面でもそのビーム分布の軸対称性が保存
されていると仮定した。しかし、照射ビームそのものが
軸対称でない場合や、照射ビームが軸対称でも光学系の
構成によっては反射（透過）光は軸対称では々い場合が
ある。例えば受光面で高次の干渉像を生じている場合に
は明暗像は格子状になる場合もある。このような場合に
は、第７図（５）のごとき格子分割の受光素子８３によ
り、必要な重み関数が実現できる。この構成では、重み
関数を切シ替えることによシ、任意のビーム形状・ピッ
ト形状に最適な等化が可能であるようが光学信号再生装
置が構成できる。なお、第７図（Ｂ）、（Ｃ）のように
受光素子の分割方向を８３′のようにＸ軸方向或は８３
′のようにＹ軸方向の一次元に限っても必要な等化特性
が受けられることは当然である。

以上の実施例では、先に述べたようにトラッキング・フ
ォーカシング用受光素子・回路は本発明とは別個に存在
するとして説明したが、光学系をより小形・簡明に構成
するためには、第７図■）に示す軸・放射両方向分割受
光素子８４を用いた受光回路が適切である。

なお、本発明の動作原理は、光学レンズ系においてレン
ズの中心部分を覆うこと（輪帯開口）によシ空間周波数
特性の低周波部分を抑圧し、相対的に高域強調として見
掛は分解能を向上させる手法に類似している。この手法
の得失はたとえば、久保田広著、岩波書店１９７１年発
行、波動光学第２４章３８７ページに記述されている。

すなわち、このような見掛けの分解能向上は、原物体の
正確な写像を得る目的では利益をもたらさない。

しかし、光学ヘッドのように、再生すべき情報が特定の
周期構造をなす場合にはその分解能を有効に向上させ得
る。

本実施例は、との輪帯開口の概念を拡張し、さらにこれ
を光学系では々くヘッドの電気回路上で実現したものと
言うことができる。

知られているように光ビーム記録における再生動作では
、媒体面上の情報点が反射する回折光のうち、０次と±
１次の回折光のみが対物レンズに入射する。対物レンズ
表面での光強度分布は受光素子８１又は８２に導かれフ
ォーカス信号、トラッキング信号、データ信号を発生さ
せる。このとき受光素子が拡大された再回折像面にある
ものと考えれば（罰記文献第２３章３７１ページ）、プ
リグループ等の構造が受光系に感知できるためには、少
なくとも０次と±１次の回折光が対物レンズに返らねば
ならない。しかし、０次光そのものの明暗情報のみでデ
ータ信号の再生ができる相変態媒体や追記形媒体の場合
には、±１次の回折光は無くとも良いから対物レンズの
周辺部は不要であり、覆いを被せる方が隣接トランクか
らのクロストークが低減され、Ｓ／Ｈの良い信号が得ら
れる場合がある。

この反対に、データ情報分解能の向上、すなわち線記録
密度向上の観点からは空間周波数特性をバイパス系にす
れば良い場合が有る。これは高次の回折光まで利用して
いる通常の写真レンズ等においては、レンズの中心部分
を覆うことに相当する。しかし、元もと０次と±１次の
回折光のみが通過している光学ヘッド系では、ノ・イ・
ぐス系を構成することはとりもなおさず０次光を抑圧す
ることである。いま、解析の容易な１次元の０次光と±
１次光の振幅を各々Ａｏ、　Ａ１としｆを対物レンズの
焦点距離、Ｆを再回折像までの距離とすると拡大像の振
幅は、但し１．＝Ｖ／：１、を−物体間隔、Ｘ−受光素子中心
を通るトラック幅方向の直綜がらの距離。

で表されるから、Ａｏ−０でもその像の周期δ８−Ｆｔ
／ｆや中心位置が判別できる。その場合、Ａｏが無いこ
とにより全光量は減少するがコントラストは向上するの
で、２値判別回路にとっては有利な場合がある。この性
質は２次元の場合にも成り立つ。

本発明は、この対物レンズの輪帯開口、すなわち周波数
特性整形フィルタ挿入位置を対物レンズのはるか後方に
移動したものと言うことができ、第８図（Ａ）のように
受光素子の直前に置いたものと等価である。すなわち、
対物レンズ５から受光素子８ま、では平行光路であるか
ら、その途中のどこに光学フィルタ６をおいても等価で
ある。

したがって本発明では、光学的調整を要しないようフィ
ルタをさらに後方へ移動し、受光素子の後方、すなわち
電気回路上に置くことにしたものである。このとき２次
元の強度分布情報が失われないよう、素子受光面を２次
元に分割し、各々の素子要素の電気出力を個々に出力・
増幅させる。

この出力を所望の光学フィルタの透過率分布に等しい重
み関数にしたがって加算（減算）シ、所望の電気信号を
得る。これで、対物レンズの直前に分布整形フィルタ７
を置いた第８図（Ｂ）の場合と等価な電気信号を得たこ
とになる。

（発明の効果）以上説明したよう尾、本発明による光学信号再生装置で
は、従来は利用が困難であった光ビーム強度２次元分布
の利用が可能になる。２次元分布利用の結果として、光
学系が２次元フーリエ変換系であるとき、フーリエ変換
面に置いた分割受光素子の出力に重みを与えることは、
２次元周波数フィルタを構成する。したがって１、光ビ
ームの等測的整形とその結果得られる再生波形等化効果
が得られる利点がある。

再生波形等化の結果として、・ぐルス幅の小さい単一再
生波形が得られる。捷だ隣接ビットが連続したことによ
る再生信号の非線形性を低減できるから、ビット間隔を
小さく、即ち、線記録密度とトラック密度の両方の記録
密度を高めろことが可能になる利点を生ずる。

ここで本発明の利点は、光学フィルタを単に電気回路に
置き換えるだけの効果ではないことに留意されたい。即
ち、光学フィルタでは負の強度を与えることが不可能で
あるのに対し、電気回路上のフィルタではそれが可能に
なることである。このことは次のように言い替えること
ができる。電磁波としての光の空間分布を利用したい場
合、たとえば、位相情報を含めた波動として処理をする
場合、従来は干渉フィルタなどの光学的手段による外な
かったが、本発明を用いれば部分的とはいえ、２次元空
間情報を電気回路上に導いて処理することが可能になっ
た。

すなわち、光そのものには正負の振幅が存在するのに、
現状の受光素子はエネルギー感知素子であるため負の振
幅が利用できなかった。しかし光−電気変換後の電気信
号は正負の値を取り得るので、本発明を用いれば光学理
論など別の手段でエネルギー情報から位相・振幅情報が
復元できる場合に限り、その振幅・位相情報を再現して
利用すｒ１７）るととが可能であると言える。よって、本発明の受光素
子に与える重み関数を適切に設定することにより、極め
て広範囲の分野で効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光学信号再生装置の一実施例を示す構成
図、第２図（蜀は第１図の一部拡大図で、（Ｂ）は情報
再生用受光素子の正面図、第３図（４）〜（Ｆ？）は本
発明適用結果の計算例を示す説明図、第４図は本発明の
第２の実施例を示しくＡ）はその要部拡大図、（Ｂ）は
情報再生用受光素子の正面図、第５図（Ａ）〜（Ｃ）及
び第６図（４）〜Ｃ）は同じその効果の説明図、第７図
（Ａ）〜■）は情報再生用受光素子の他の実施例を示す
図、第８図（４）、（Ｂ）は本発明の光学理論による説
明図、第９図囚〜（樽は従来の光学信号再生装置による
適用結果の説明図である。１・・・発光素子、２・・・コリメータ、３・・・偏光
ビームスプリッタ、４・・・１／４波長板、５・・・対
物レンズ、６・・・記録媒体、７・・・記録ビット、８
，８１，８２゜８３．８４・・・情報再生用受光素子、
９ａ〜９ｎ・・・受光素子出力線、１０ａ〜１０ｎ・・
・重み加算用抵抗、　１）・・・演算増幅器。し− ｑ〕改）−−−−（わ　　ω

Claims

【特許請求の範囲】

（１）発光素子と、情報を光学的に再生し得るよう記録
した媒体と、該媒体上の光学情報を導く光学系と、該光
学情報を検知する情報再生用受光素子と、該受光素子出
力処理回路、からなる光学信号再生装置において：受光面をＮ（Ｎ＞１）個に分割した情報再生用受光素子
と；該受光素子の受光面の分割要素各々に対応する正ま
たは負の重み係数を記憶する手段と、該Ｎ個の電気信号
に該重み係数を各々乗ずる手段と、乗じた結果の信号を
すべて加算又は減算する手段と、加算後の電気信号から
２進情報を検出する手段と、から構成される受光素子出
力処理回路と；からなることを特徴とする光学信号再生
装置。
（２）重み係数Ｗが、Ｗ＝ｆ（Ｒ）但し、Ｒは受光素子中心からの距離なる関数に従うことを特徴とする特許請求範囲第１項記
載の光学信号再生装置。
（３）重み係数Ｗが、Ｗ＝ｆ（Ｘ、Ｙ）但し、Ｘは受光素子中心を通るトラック幅方向の直線か
らの距離、Ｙは受光素子中心を通るトラック長手方向の
直線からの距離なる関数に従うことを特徴とする特許請求範囲第１項記
載の光学信号再生装置。