JPH02267732A - 光学的情報記録装置 - Google Patents

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、光を用いて情報を記録する光学的情報記録装
置に関するものである。

（従来の技術） 近年、コンパクトディスクや追記屋ディスクを利用した
電子ファイルシステム、或いは消去可能な光磁気材料、
相転移減材料を記録媒体に用いた光デイスクシステムな
どの光学的情報記録再生装置が研究開発され、また商品
化されている。また最近ではカード形態をした光学的記
録媒体（以下光カードと称す）へ情報を記録し、あるい
は再生する光カードシステムが注目されている。

このような光学的情報記録、再生装置においては、その
情報の記録に際して、記録情報に従って光ビームを変調
し、これを光学的記録媒体上で微小スポットに絞り、走
査する時に光学的に検出可能な記録ピット列（情報トラ
ック）を形成している。このような記録はディスク形状
の光学的記録媒体の場合には、該媒体を一定の角度また
は線速度を保って回転させながら、該媒体表面上に光ビ
ームスプツトを一定時間露光して行ない、また光カード
のように矩形状の媒体の場合には、その辺方向に一定速
度で往復運動させながら行なうのが通例である。

第１６図はこのような記録の様子を示している。

同図（ａ）は記録情報に従りて変調された光ビームの・
ぐワーを表わしており、ここでＰ、は媒体面上にビット
を記録するのに充分なノｅワーレペルであり、Ｐ、は記
録されない程度のパワーレベルを現わしている。同図（
ｂ）は同図（、）で示した光ビームによって媒体面上に
記録されたビットを模式的に示している。今、光ビーム
が時間ｔの間だけ照射されるとして、その間、光ビーム
のスポットは媒体面、上を相対的に速度マで走行すると
すれば、スポットが照射される長さは略Ｌ　＝　ｖ　ｔ
　＋　ｄ　（但し、ｄけ光ビームスポットの直径）とな
る。例えば、光ビームスポットの径を１．５μｍ、走査
速度を２ｍ／５ｅｅ（２Ｘ　１０’　μｍ／ｓｅｅ　）
、照射時間を１　μｓｅｃ　（ＩＸＩ　Ｏ’Ｓｅｅ　）
とすると、記録ビットの長さは上記りにほぼ等しいと考
えて、 Ｌ＝（２Ｘ１０）Ｘ（ＩＸＩＯ）＋１．５＝３．５μｍ
である。換言すれば、光ビームスポット径の２．３倍の
長さの長円形状のビットが形成されることになる、 （発明が解決しようとする課題） しかるに、記録媒体において、光ビームスポットの径、
走査速度、変調方式、媒体の感度などの同じ条件ならば
、情報の記録密度はビットの単位長さが短かい程、高く
なるのであり、また、一方ビットを形成するのに必要な
エネルギーは光ビームスポットのノ々ワーと照射時間の
積で決定されるのであって、パワーが使用する光源によ
って与えられる成る一定値以上出力できないとすると、
それを補う所定時間が必要となり、その間走行すること
Ｋよって形成されるビットの長さで記録密度が制限され
、それ以上の密度向上は出来なかった。

なお、ここで説明しているのは、ビットの長さに情報を
対応させる、所間、マーク長記録方式であるが、ビット
とビットとの間隔に情報を対応させるマーク間記録方式
においても、前記と同様にビットの長さが成る値以下に
小さく出来なければ記録密度をそれ以上向上させること
はでき表い。

加うるに、ヒートモードによる記録を行なう場合には、
上記のような長円形状のビットは、走行方向に対して形
状が非対称になることがある。このようなビットの一例
は第１７図に示すよう彦形状になる。このピッ）４０の
形は、光照射の開始時点から終了時点に向って、ふくら
んだ卵形あるいは涙滴形になることがあり、また、ビッ
トの周辺に囲のような縁（リム）４１が出来ることがあ
る。また、♂ブト４０の内部での反射率にムラが生じる
こともある。このような現象はビットから情報を再生し
た時、波形の歪みゃノイズの原因となシ、安定した信号
再生を妨げることになる。

（発明の目的） 本発明は上記事情にもとづいてなされたもので、少なく
とも記録を行ってｂる時には、記録媒体上に照射される
光ビームスポットを、記録媒体の走行方向に移動して、
相対的には停止した状態にして、−点で記録ピットが形
成できるように工夫した光学的情報記録装置を提供しよ
うとするものである。

（課題を解決するための手段） このため、本発明では光源から出射し走光束を、一定速
度で走行する記録媒体上に光ビームスポットとして集光
照射する光学系を具備し、上記光ビームスポットの出力
レベルに応じて記録媒体上に情報を記録するようにした
光学的情報記録装置において、走行する記録媒体に対し
て、前記光ビームスポットが相対的に静止するように、
上記光学系における光束を偏向制御する偏向手段を具備
し、該偏向制御のための偏向手段の掃引を一定周期で行
なう掃引信号印加手段あるいは該偏向制御のための偏向
手段の掃引時間を記録すべき情報に応じて変化するよう
にした掃引信号印加手段を有している。

（作用） したがって、記録媒体上における記録ビットは一点に形
成され、記録密度を向上でき、記録されるピットに非対
称な歪みがないので再生において、読取シ誤シを生じな
いなどの効果が得られる。また、１つのビットに多値の
情報を含ませることができるので、情報容量を増すこと
ができる。

（実施例） 以下、本発明を図面を参照して具体的に説明する。第１
図ないし第５図は本発明に係る掃引信号印加手段（後述
する）における掃引信号、パワーレベルなどの関係を示
すものであって、上記掃引信号は記録媒体面に集光され
る光ビームスポットを、記録媒体の走行方向に同速で偏
向させるために、偏向手段（後述する）に印加される。

該掃引信号は第１図に示されるように一定周期で鋸歯状
波を形成する信号波形を持つており、該掃引信号により
、光ビームスポットは記録媒体上を、同じ走行方向に同
じ速度で走査される。従って、掃引期間中は、光ビーム
スポットは記録媒体に対して相対的に静止し、−点に照
射されることになる。

第２図には上記光ビームスポットを生成するレーデ光線
などの光源の変調方法を図解している。

ここでは、レーデ光線のパワーは第１図の掃引信号の鋸
歯状波の立上りに同期しており、記録に必要なＰ、レベ
ルになシ、該レベルを一定時間保持した後、記録が行な
われない程度のパワーレベルＰ、に下げられる。その結
果、記録媒体面上では、第３図に示すように、情報信号
に応じて露光量の異なる円形のピットが一定間隔をおい
て形成される。

第４図は、このような記録方式に適した記録媒体の特性
曲線を表わすグラフである。ここでグラフの横軸は記録
媒体に加えられるエネルギー、縦軸は記録された信号を
再生したときの信号のコントラストまたは振幅を表わし
ている。図中の実線で示した特性曲線は記録媒体が静止
状態のときの特性、破線は記録媒体が光ビームスポット
に対して一定速度で走行している時の特性（対比のため
）を表わしている。一般に、ヒートモード記録では、熱
拡散の影響によシ、静上記録よシも走行しながら記録す
るほうが同じ信号コントラストを得るのく大きなエネル
ギーを必要とするが、本実施例では実線の記録特性とな
るので有利である。また、ここでは、特性曲線の傾斜部
が図のように比較的ゆるやかな（ガンマが低い）記録材
料を用いるのがよく、第２図で示したレーザ光線の露光
が、特性曲線の傾斜部の直線性の良い領域に対応するエ
ネルギーを与えるようにするのがよい。

第５図はかかる状態で記録されたビットを一定の・ぐワ
一　一定の速度の光ビームスポットを用いて再生したと
きの再生信号を表わしており、上述の説明における理由
で再生信号の振幅は記録時のレーザ光線の露光量に応じ
て複数の値を取り、かつ信号間隔は一定となる。したが
って、このような記録方式では２値以上の多値記録が可
能となり、記録容量を大幅に増大させることができ、ま
た、比較的少ないエネルギーで再生信号の品位の良い、
きれいな円形ビットを得ることができる。

第６図に示す実施例では光ビームスポットの偏向のため
の掃引信号を、その掃引時間が記録すべき情報の値（多
値記録として）に応じてｆ調されるようにした状態を示
している。但し、この実施例では掃引の開始は一定周期
Ｔ毎に行なわれる。ここでは光ビームスポットの偏向に
よる走査速度は第１の実施例と同じく一定でらシ、記録
媒体に対して相対的に光ビームスポットが静止するよう
な速度に選択設定される。なお、掃引が終了して次の掃
引が開始されるまでの期間は、光ビームスＩットの偏向
は行なわれないので、光ビームスＩットは、記録媒体の
走行速度に対応じて、媒体上を相対的に移動することに
なる。なお、光ビームスポットの７卆ワーを、掃引して
いない位置では記録できないレベルとし、相対的に停止
している掃引時には記録できるレベルに設定しておけば
、光パワーの変調を行なわなくても２値的に記録ができ
るから、この場合にはレーザ光源にＤＣ点灯を採用でき
る。

第７図および第８図は本発明の第３の実施例における記
録方式を説明する図である。第７図は前述の実施例同様
Ｋ、光ビームスポットを偏向するための掃引信号を表わ
すもので、掃引時間が記録すべき情報に応じて変化する
所は第２の実施例と同じであるが、一定周期で掃引が開
始されるのではなく、成る掃引が終了すると直ちに、あ
るいは所定時間を介して（実施例では直ちに）次の掃引
が開始される不等時間周期になっている。この記録方式
によれば、第８図に示すように、記録されたビットの間
隔が情報に応じて変化すると同時に、もし前と同様に特
性曲線の傾斜部を記録に用いれば、再生信号の振幅も情
報に応じて多値を採るように変化させることができる。

あるいは、特性曲線の飽和領域を用いて記録すれば振幅
は一定となり、ピット間隔だけで情報を表わす通常のマ
ーク間記録も可能である。

第９図は本発明の記録装置の具体例を示す光学ヘッドの
構成である。ここでは光源である半導体レーザ１から出
射した光束はコリメータレンズ２で平行光束となり、音
響光学光偏向器３（以下Ａ１０偏向器と称す）を経由し
て第１のビームスプリッタプリズム４に投射される。該
ビームスプリッタプリズム４を直進した光束は対物レン
ズ５で集光され、光カードなどの記録媒体６上に所要径
の光ビームスポットを形成する。そして、その反射光は
対物レンズ５を逆行し、ビームスグリツタプリズム７で
一部分割されて第２のビームスプリッタプリズム７に入
シ、一部は分割されて光検出器１１へ、他は集光レンズ
８を介して光検出器１０に向かうが、途中のナイフェツ
ジ９で一部カットされる。

Ａ１０　（ｌｉ向器３には、掃引信号印加手段１２から
掃引信号（既述のようなタイミングで供給される）が入
力され、これによって、上記Ａ１０１ｌｌｉ向器３に入
射した光束は図中、ｒｉ！１線のように偏向され、その
偏向方向Ａは光カード６の送シ方向Ｂと同じでちる。こ
のためには、光カード６上での光？−ムスデットの走行
速度マ、対物レンズ５の焦点距離ｆ、偏向角θとする時
θが小さい条件で、 ｄθ マ　＝　ｆ　・□ ｆ から、光カード６の速度Ｖに対してマ＝Ｖを満足させる
ような掃引信号の印加が実現できる。その結果、走行中
の光カード６に対し、光ビームスポットを相対的に静止
した状態に保つことができるので、１点においてビーム
）４ワーを集中して光カード６に与えられる。なお、図
中実線で示した光束はＡ１０偏向器３で偏向を受けない
、所謂０次光であり、この０次光を常に一定光量だけ発
生させれば、これをオートフォーカス（ＡＦ）、オート
トラッキング（ＡＴ）のために用いることができる。第
９図の光学系では、ＡＦはナイフェツジ法で、ＡＴはプ
ツシニブル法で行なわれている。すなわち、光検出器１
０でＡＦエラー信号を、光検出器１１でＡＴエラー信号
を検出し、フィードバック回路（図示せず）および対物
レンズアクチエエータ（図示せず）を用いて対物レンズ
５を冨動するのである。

なお、０次光を用いずに、偏向する光束自体を用いて上
記と同様にＡＴエラー信号、ＡＦエラー信号を得ること
もできる。この際には光束の偏向の影響を避けるため、
光束の偏向方向と光検出器の分割線方向をそろえておけ
ばよい。あるいは、光束を偏向している間はＡＦおよび
ＡＴをホールドして置いて、偏向していない期間だけで
、ＡＦ。

ＡＴｔ−行なうサンプル・アンド・ホールドの手法を用
いてもよい。

第１０図は光カード６上での、偏光を受けた光ビームス
ノット１３および、偏光を受けない光ビームスポット（
０次光）１４を表わしている。光カード６が矢印Ｂ方向
に一定速度で走行するとき、それと同じ方向（矢印Ａ）
に同じ速度で偏向される光ビームスポット１３は相対的
には静止しており、偏向されない光ビームスポット１４
は相対的には光カード６と逆方向（矢印Ａ′）に、走行
することになる（光カード６の速度Ｖと同じ）。

記録した情報を再生する場合には、Ａ１０偏向器に対す
る掃引信号の印加を停止し、通常行なわれていると同様
に、光検出器１０．１１の出力信号から再生する。

第１１図は本発明に係る記録装置の別の実施例を示して
いる。ここでは、第９図に示す実施例における同一部材
については同一符号を付けて、説明を省略する。本実施
例が第９図のそれと異なる所は、光源としてプレイ状半
導体レーザ２０を用いたところである。このアレイ状半
導体レーデ２０は、その複数の発光部（ここでは２　＋
１！ｌとした）はその並び方向が光カード６上で、スポ
ットが走行方向（矢印Ｂ）と一致するように配置されて
いる。プレイ状半導体レーデ２０かも出射した２つの光
束（実線および破線で表わす）はコリメータレンズで平
行光束となシ、Ａ１０偏向器３によって、同時に同じ方
向に偏向される。通常、アレイ状半導体レーザのアレイ
間隔は極めて小さい（数μｍ〜ｍ数百μｍ）ので、２つ
の光束の角度差は小さく、従ってＡ１０偏向器３に対す
る入射角の違いは無視できる。

第１２図の符号２１．２２はプレイ状半導体レーザ２０
から出射した光束が対物レンズ５によって光カード６上
に集光された光ビームスポットである。これら光ビーム
スポット２１．２２は光カードの走行方向（矢印Ｂ）と
同じ方向に同じ速度で偏向されている（矢印ＣおよびＣ
／）。従って、光ビームスボッ）２１．２２の両方とも
相対的には光カード６上で静止した状態を保つ。

第１３図はこのような２つの光ビームスポット２１．２
２によって記録されたピットを表わしておシ、図中、符
号２１−１．２１−２．２１−３・・・は光ビームスポ
ット２１によって形成されたピット列、２２−１．２２
−２．２２−３・・・は光ビームスポット２２によりて
形成されたピット列である。そして、これらは交互に間
を埋める二うに配列されている。

このような配列は、光ビームスボッ）２１．２２の間隔
を適宜調整することで可能である。アレイ状半導体レー
ザ２０の各発光部はそれぞれ独立に変調が可能であるか
ら、各ピットの再生信号の振幅は所望の情報に応じて多
値に変調することができる。情報の再生を行なう場合に
はアレイ状半導体レーザ２０のいずれか一つの発光部だ
けをＤＣ点灯とし、偏向を停止すれば、通常の方法で再
生することができる。また、ＡＴ　、ＡＦも第９図の実
施例で説明したのと同様の方法で行なうことができる。

本実施例の記録装置では、多値化による記録容量の増大
と、これに加えてピット列の線密度を増大させることが
可能になるから、更に容量増大が実現できる。

なお、上記実施例では光源としてアレイ状半導体レーザ
を用いたが、その代りに通常の半導体レーデを２個以上
用い、それらから出射する光束をビームスグリツタなど
で合成して使用しても、同等の効果を期待できる。

第１４図は本発明の記録装置を示す第３の実施例の光学
系で、ちる。ここでは光偏向手段として分散プリズム３
１を用いており、半導体レーデとしては発振波長可変の
半導体レーデ３０を用いるが、他は第９図に示す実施例
と同一である。

上記半導体レーザ３０としては、分布帰還型（ＤＦＢレ
ーザ）、外部共振器型（ＥＧＣレーザ）などが開発され
ており、成る波長範囲内で連続的あるいは一定間隔をお
いて波長制御が可能である。

例えば、上記ＥＧＣレーザの場合、中心波長８２０ｎｍ
、波長可変範囲３０　ｎｍ以上、波長設定精度士０、１
５　ｎｍ以内、最大出力１２ｍＷの特性を有し、電流制
御によシ、任意の波長でシングルモード発振を行なうこ
とができる。

分散プリズム３１は、プリズムに用いられるガラス材料
の屈折率が波長によって異なる、すなわち分散作用を有
することを利用して、発振波長可変の半導体レーザ３０
と組合わせ、光偏向手段として、該プリズム３１を通過
する光束の出射方向を偏向させるのである。なお、本実
施例では、分散プリズム３１は光束径を一方向に拡大し
、略等方の純度分布を有する光束に変換するビーム整形
プリズムも兼ねている。

第１５図は、分散プリズム３１の拡大図である。

半導体レーデから出射し、コリメータレンズで平行な光
にされた基準波長（中心波長）λ。を有する光束は、図
のように、プリズムの第１面（斜面）Ｋ入射角１゜で入
射し、界面で屈折された後、第２面に垂直に入射し、屈
折作用を受けないでそのまま透過する。ここで、第２面
に対し垂直に入射するという条件は必ずしも必要ではな
く、プリズムが光束径の変換の目的で使用される一形態
にすぎない。

今、半導体レーザの波長を中心波長λ０からλ。

（λ、〉λ。）に、あるいはλ！（λ、くλ。）に変化
させると、分散プリズム通過後の光束の方向はそれぞれ
δ１およびａ、だけ変化する。このプリズムの設計例を
下表に例示する。

頂角θおよび第１面入射角（１０）は前に述べた光束径
の変換比率を２．４倍として導出した値である。

しかして、半導体レーザの波長を制御可能な範囲内で掃
引したとすると、プリズム通過光束の角度変化（δ）に
よって、媒体面（ピックアップレンズの焦点面）におけ
る光ビームスポットが偏向される。その速度マは対物レ
ンズ５の焦点距離をｆとすると、 で表わされる。ｄδ／ｄλは用いるプリズム硝材の分散
特性で定まシ、前に出たプリズムの場合、−定値２．５
６　Ｘ　１０　　ｒａｄ１ａｎ／ｎｍとなる。焦点距離
ｆも一定であるから、波長掃引の速度ｄλ／ａｔを任意
の値に設定すれば、媒体面上における光ビームスポット
を所望のスピードで偏向することが可能となる。

従って、第１４図に示すように、光ビームスポットを光
カード６０走行方向（矢印Ｂ）と同じ方向（矢印Ｄ）に
同じ速度で偏向させることによシ相対的に静止した状態
での情報記録を行なうことが出来る。

なお、上述のように半導体レーザの波長を変化させると
、コリメータレンズあるいは対物レンズに対して、波長
の変化量に対応する色収差が発生し、コリメーを度ある
いはフォーカス位置が変化することになるが、コリメー
タレンズや対物レンズを通常知られている設計技術を用
いて色補正することにより、このような問題は容易に解
決できる。また、かかる変化が焦点深度の許容範囲内で
あれば、色補正を行う必要はない。

なお、光を偏向する手段としては、上述の実施例で用い
たもの以外に、Ｅ１０偏向器、ガルバノミラ−などの公
知手段を用いることもできる。

また、上記実施例では記録媒体として光カードにつき説
明したが、光ディスク、光磁気ディスクなど、記録媒体
に対して光ビームスポットを相対的に移動させながら情
報の記録を行なう装置については、総て本発明を適用で
きることは勿論である。

（発明の効果） 本発明は以上詳述したようになり、多重による記録や高
密度の記録が可能となシ、情報容量の大幅向上が期待で
きると共に、記録されるビットの形状が安定する結果、
高品位で再生信号を得ることができる。また、従来の安
定走行による記録（光ビームスポットと記録媒体との相
対速度）Ｋ比べれば、少ないエネルギーで記録が可能に
なり、記録装置の低コスト化にも寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る記録装置における掃引信号の印加
状況を示すグラフ、第２図はこれに対応するレーザノ９
ワーを示すグラフ、第３図は光ビームスイツトで形成さ
れたピットの模式図、第４図は信号コントラストとエネ
ルギーの関係を示すグラフ、第５図は上記ピットに対応
する再生イサ号のグラフ、第６図は掃引信号の印加状況
の別例を示すグラフ、第７図は更に別例を示すグラフ、
第８図はその時のピットの模式図、第９図は本発明の記
録装置ｉｔＫおける光学ヘッドの光学系の一例を示す図
、第１０図はここにおける光ビームスポットの動きを示
す図、第１１図は上記光学系の別例を示す図、第１２図
はここにおける光ビームスポットの動きを示す図、第１
３図は形成されたピットの配列を示す図、第１４図は上
記光学系の更に別例を示す図、第１５図は分散プリズム
の機能説明図、第１６図は従来例に′おける光ビームの
・ぐワーレベルのグラフ、第１７図は従来例で形成され
るピットの形状を示す図である。 １・・・半導体レーザ、３・・・Ａ１０備向器、１２・
・・掃引信号印加手段、２ｏ・・・アレイ状半導体レー
ザ、３０・・・発振波長可変半導体レーザ、３工・・・
分散プリズム、６・・・光カード

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源から出射した光束を、一定速度で走行する記録
   媒体上に光ビームスポットとして集光照射する光学系を
   具備し、上記光ビームスポットの出力レベルに応じて記
   録媒体上に情報を記録するようにした光学的情報記録装
   置において、走行する記録媒体に対して前記光ビームス
   ポットが相対的に静止するように上記光学系における光
   束を偏向制御する偏向手段を具備し、該偏向制御のため
   の偏向手段の掃引を一定周期で行なう掃引信号印加手段
   を有することを特徴とする光学的情報記録装置。 ２、光源から出射した光束を、一定速度で走行する記録
   媒体上に光ビームスポットとして集光照射する光学系を
   具備し、上記光ビームスポットの出力レベルに応じて記
   録媒体上に情報を記録するようにした光学的情報記録装
   置において、走行する記録媒体に対して前記光ビームス
   ポットが相対的に静止するように上記光学系における光
   束を偏向制御する偏向手段を具備し、該偏向制御のため
   の偏向手段の掃引時間を記録すべき情報に応じて変化す
   るようにした掃引信号印加手段を有することを特徴とす
   る光学的情報記録装置。 ３、上記掃引信号印加手段は偏向手段の掃引周期を一定
   にしていて、その中での掃引時間を記録すべき情報に応
   じて変化するようにしている請求項２の光学的情報記録
   装置。 ４、上記掃引信号印加手段は前段の掃引が終了すると、
   直ちにあるいは一定時間を介して次の掃引を開始するよ
   うにした請求項２の光学的情報記録装置。 ５、上記光源が独立に変調可能な複数の光源から成り、
   かつ上記複数の光源によって記録媒体上に形成される複
   数の光ビームスポットが記録媒体の走行方向に関して並
   列されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記
   載の光学的情報記録装置。