JPH0253852B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は輝点走査により信号を再生する装置に
関する。

従来、記録媒体に情報を書き込み、またそこよ
り情報を読み出す装置として固定磁気ヘツド
VTR（video tape recorder）がある。

第１図Ａは、一般にニユーウエル方式と呼ばれ
ている方式で、テープＴは高速に反転回転を行な
い、且つ磁気ヘツドMHは例えば上から下へ移動
する方式である。

即ち、トラツクＴ１が記録される時、テープＴ
は右向きに走向し、テープＴがローラーＲ１に巻
き取られ終ると、反転して左向きに走向する。こ
の時磁気ヘツドMHは下方へ移動し、トラツクＴ
２を記録する。次にローラＲ２にテープＴが巻き
取られ終ると再び右側に走向し、トラツクＴ３を
記録するものである。

また第１図Ｂの例は、テープＴがエンドレスに
収納されており、一方向のみに高速走向し、一周
走向が終ると磁気ヘツドMHは下方へ移動し、次
のトラツクを記録するものである。

いずれの方式も一般的なヘリカル・スキヤン型
VTRをより小型化する為に提案されている方法
である。

しかしながら、第１図Ａ，Ｂのいずれの例も磁
気ヘツドMHは上下方向に移動する方式を採用し
ている。

この方式の欠点は、再生の際のトラツキングに
ある。即ちテープはヘリカル・スキヤン型に比べ
高速走向をしなければならず、その為テープのバ
タツキの問題が生じる。特に紙面で上下方向に揺
れる場合、再生ヘツドはトラツクからはずれ信号
再生が困難となる。

その為、この揺れを検出して、再生ヘツドを常
に信号トラツク上をトレースするように移動させ
なければならない。

上記２方式の例では、磁気ヘツドをメカニカル
に移動させるため高い周波数でのトラツキングは
困難である。それを解決するため、テープの揺れ
を最小限に押えるため、テープ走行系の精度向上
が必至で、それに伴ない装置として高価なものと
なる。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、高速なトラツキング制御が可能な信号再生装
置を提供することにある。

以下本発明による信号再生装置の実施例を説明
する。

本発明はヘツドを機械的に移動させる事なく記
録媒体に記録された信号を再生する装置である。
かかる特徴は本出願人による特願昭55−12939号
の明細書に示される如き走査素子を用いる処にあ
る。その素子は上記明細書にも詳細されている如
く、 １ 高速走査が可能 ２ 高分解能である ３ 大きな偏向角が取れる ４ コンパクト化且つローコスト化が可能 等である。

光集積型輝点走査素子を応用した記録、再生ヘ
ツドの信号記録、再生方法の利点を明確にする
為、先ず本出願人により提案されている輝点走査
素子の形態、原理等につき、その要点を説明す
る。

第２図は輝点走査素子の外観を示す。この輝点
走査素子は、基盤１上に形成された導波路２にプ
リズムカツプラー３、櫛の歯状電極６及び薄膜レ
ンズ９が設けられている。今レーザー平行光束４
がプリズムカツプラー３を通じて導波路２中に光
束５として導かれる。そして導波路を伝わる光束
５は、導波路２の１部に設けられた光偏光器の櫛
の歯状電極６によつて励起される超音波表面弾性
波７により回折作用をおこし偏向される。更にこ
の偏向光束８は薄膜レンズ９により薄膜導波路の
端面１０に輝点１１を形成するように集光され
る。即ち端面１０は、ｘ―ｚ面（図示）内でパワ
ーを有する薄膜レンズ９の集点面とほぼ一致した
位置に形成されており、集光光束は端面１０又は
その近傍にｘ方向において集光し、射出する。ま
たｘ―ｚ面と垂直なｙ方向には導波路の厚みｄ
（通常数μm）で限定されている。このような構成
において、本実施例の輝点走査素子では前記櫛の
歯状電極６に印加する高周波電圧の周波数を変化
させて、導波路上の超音波表面弾性波の波長を変
える事により偏向角を制御し、射出端面上で輝点
走査を行なう。このように輝点走査素子は、光偏
向器及び集光レンズを同一基盤上に設け、その導
波路の射出端面又はその近傍に輝点を形成し走査
する為、非常にコンパクトであるとともに精密な
調整が不用である等の利点を有している。

さらに輝点走査素子の各構成部分について更に
詳しく説明する。

基盤１は圧電効果を有し、高周波の超音波が能
率良く伝播される材料が適しており、LiNbO₃，
LiTaO₃，ZnO等が望ましい。また導波路２は、
LiNbO₃基盤の場合はTiを高温（約1000℃）下で
in―diffuseして基盤上に数μmの厚さで形成する。
また、LiTaO₃基盤の場合は、Nb又はTiをin―
diffuseして得られる。更に他の例が前掲書に記
述されているが、本実施例の導波路は高屈折率で
かつ基盤との屈折率差が大きく導波路を薄くても
光が伝播される材料で形成される事が望ましい。
また導波路の屈折率が高い為、集光レンズで形成
される端面上の輝点は非常にスポツト径の小さ
い、つまりシヤープなものを得る事ができる。

偏向器は、超音波表面弾性波を利用するものが
望ましく、第３図に示した如く、圧電性の導波路
面上に形成された櫛の歯状電極６により超音波を
励起する。櫛の歯状電極のピツチａは励起する超
音波の中心波長の1/2に設定する。例えば
LiNbO₃基盤で電極ピツチａ＝8.7μmに設定すれ
ば200MHzの高周波電圧を印加した時、波長
17.5μmの超音波が励起可能である。（超音波の速
度は約3.5×10⁶mm／secである。）この一つの電極
で得られる偏向器の帯域は、励起された超音波が
作るブラツク型回折格子の角度選択幅と、この圧
電材と電極からなるトランデユーサー自身がもつ
帯域により制限される。前者のブラツク回折によ
り制限される帯域はProc IEEE64779（1976）E.
G.Lean等「Thin Film Acoustooptic Devices」
より次式で与えられる。

△υ₁＝2nυ／λ Λ／Ｗ (1) ここでｎ；導波路の屈折率 λ；入射光波長 υ；超音波速度 Ｗ；超音波幅 更に走査点数を拡張する時はC.S.Tsaiらによつ
て示された広帯域偏向器等を利用する事ができ
る。（SPIE vol 139，P139，1978）これは第３図
に示す如く、互いにピツチの異なる複数個の電極
を各波長帯域に応じて入射光に対してブラツク回
折条件を満たす角度に配置し、各々のトランデユ
ーサー１２に拡帯域の１部を分担させ、そして電
極に周波数が連続的に変わるいわゆるチヤープト
信号を入力して500MHzの広帯域を変化させるも
のである。これにより1250点の走査点を得る事が
可能である。

次に薄膜レンズ９としては、IEEE Quntum
Elect vol QE―13，P129，1977（by D.W.Vakey
＆Van E.Wood）にも示されているモードイン
デツクスレンズ（mode index lens）、ルネブル
クレンズ（Luneburg lens）、ジオデイツクレン
ズ（geodesic lens）等が適している。この後者
の二種のレンズにより理論解像限界に近い性能が
得られている。

薄膜レンズにより集光されるｘ方向における輝
点の大きさ（直径）δ_xは次式で与えられる。

δ_x＝1.27λo ｆ／nD (2) ここで ｎ：導波路の屈折率 λo：入射光束の波長 Ｄ：入射光束の光束幅 ｆ：薄膜レンズの焦点距離 である。

例えば、ｆ＝30mm，λo＝820mmｎ＝2.2，Ｄ＝10
mmのとき δ_x＝1.4μm となる。この場合に導波路の膜厚をほぼ1.4μmに
形成することによつて、射出端面１０においてほ
ぼ円形の輝点を得ることができる。

また、印加周波数を△νだけ偏奇させたときの
偏向角△φは次式で与えられる。

△φλo／nv△ν (3) 従つて、印加周波数を繰返し、連続的に変化さ
せることにより連続的輝点走査が行える。

この偏向角内で互いに分離可能な走査点数Ｎは
次式で与えられる。

Ｎ＝△ν・Ｄ／ｖ (4) 例えば、△ν＝50MHz，Ｄ＝10mm、ｖ＝3.5×
10⁶mm／secのとき、Ｎ＝143点となる。

このように光集積型の輝度走査素子においては
偏向器と集光レンズが同一基盤上に成されている
ため、コンパクトで配置ずれのない安定な素子と
なる。

以上が輝点走査素子の１形態と走査原理であ
る。

第５図を用いて上記素子を用いた本発明の一実
施例の説明を行なう。第５図Ａにおいて光集積型
輝点走査素子１２は、光源１３（例えば半導体レ
ーザ）、光コリメート用薄膜レンズ１４、光偏向
手段（光偏光器）１５、光集光用薄膜レンズ１
６、光導波部１７で構成されている。

記録テープ１８の走行と伴に、連続的あるいは
間歇的に光束を偏向する事により、テープ走行方
向に平行あるいはほぼ平行な記録トラツクを持つ
信号記録が行なえる。

今、チヤープト信号により、周波数帯域700M
Hzの偏向を行なうと、(3)式より、偏向角△φは約
0.0745rad.となる。

但し、ｎ＝2.2，ｖ＝3.5×10⁶mm／sec，λo＝
0.82μmを用いた。テープ幅を１／8inch（約3.2mm）
とすると、焦点距離約40mmの薄膜レンズ１６を用
いると走査幅ｌ＝ｆ・△φ(4)より、光スポツト19
は約３mm走査する事となり、ほぼテープ幅全域を
走査できる。

また、表面弾性波を横切る光束の幅を５mmとす
ると、薄膜レンズによる輝点の集光径は(2)式によ
り約3μmとなり、約1000点の分解点数が取れる。
従つて、信号トラツク幅とトラツク間隔をそれぞ
れ3μmずつに設定すると500本の信号トラツクが
記録出来る。なお、記録信号方向の輝点１９の径
は、導波路の厚さにより規定されるためトラツク
を太く取つても信号記録密度は影響されない。例
えば導波路の厚さを1μmとすると、上記の例にお
いては輝点１９のパターンは3μm×1μmのスリツ
ト状となる。

またレスポンス時間τは τ＝Ｄ／Ｖ (5) によつて与えられるから上記例ではτ＝2μmとな
り約500KHzの光偏向が可能である。

更に信号記録は、第５図Ｂに示す如く、テープ
走行方向と垂直方向に対して角θの角度で輝点１
９が傾むくように行なうのが信号再生上好まし
い。

更に、再生時に使用する光分割手段２０も輝点
走査素子に設けておく事も以下に示す再生手段で
は望ましい。

信号記録は、光源１３（例えば半導体レーザ）
を所望の信号（例えばTV信号）で輝度変調を行
ない、同時に光偏向手段１５に前記した如くチヤ
ープト信号を印加して光偏向を行ない、輝点１９
を既に述べた如く走査する。その結果、テープ走
行方向と平行あるいはほぼ平行の記録トラツクで
信号記録が行える。

例えば上述の制御の１ブロツク図を第５図Ｃに
示す。図中DETは検出器で、第１図Ａに示すタ
イプであれば反転信号を検出し、パルスを発生
し、第１図Ｂのタイプであれば、テープが１回転
する毎に信号を出すように構成し、該信号を検出
しパルスを発生する。

CNTはカウンタで、検出器DETからのパルス
をカウントし、所定カウント即ちテープに記録さ
れるトラツク数迄カウントしたらパルスを発生
し、再び初期状態にもどる。

CONTは偏向制御回路で、積分回路、電圧制
御型発振器を有し、検出器DETのパルスを積分
回路で積分し、その積分出力を電圧制御型発振器
に印加する。

積分回路は検出器DETからのパルスを受ける
毎にその出力電圧が大きくなり、カウンタCNT
の出力で初期状態にもどる。従つて光集積型輝点
走査素子には記録テープ１８の走行方向に平行な
記録トラツクをつくることができる。

一方FGは画像情報出力器で、例えばTV信号
を出力する。MODはFM変調器でTV信号をFM
変調する。Ｐはパワアンプで、FM変調された信
号を増巾し、光源１３の輝度を変調する為に用い
られる。

再生系は記録材のtypeによりそれぞれ好ましい
系がある。記録媒体が光透過型である場合、即ち
記録テープ材が光透過物質で、記録材が銀塩ある
いは染料、金属薄膜、アモルフアス薄膜等のヒー
トモードタイプの記録材である場合、第６図に示
す構成で再生を行なう。

第６図Ａは再生系の１例である。

再生系は、輝点走査素子１２とレンズ２１、長
尺光検出器２２，２３，２４とから構成される。

再生時には、光源１３にはDC信号を与え、一
様輝度の発光をさせる。また記録時には使用しな
かつた光分割手段２０を作動させる。光分割手段
２０は、光偏向手段と同様、表面弾性波回折格子
を利用する。光偏光手段は、ブラツク回折規象を
利用したのに対し、光分割手段はラマン・ナス回
折現象を利用し、高次の回折光を生じさせ光分割
を行なう。また、印加する信号は、光偏向手段で
はチヤープト信号であるが、光分割手段は一定周
波数の信号を与える。例えば互いに5μm離れた輝
点２５，２６，２７を生じさせるには(3)，(4)式よ
り約1.2MHzの信号を印加すれば良い。

レンズ２１は、輝点２５，２６，２７の像をテ
ープを通してそれぞれ長尺光検出器２３，２４，
２２上に結像させる。Ｂ図に輝点２５，２６，２
７と信号パターン、検出器２２，２３，２４の相
対位置を示す。

輝点２５は信号トラツク上をトレースし、輝点
２６，２７はトラツク間をトレースする。光検出
器２２，２３，２４は、それぞれ輝点が独立に受
光面に結像されるように、３つの輝点がなす直線
と角θを持つて配置されている。

輝点２５がトラツク上をトレースしている時輝
点２６，２７は一部隣接するトラツク上と一部ト
ラツク間を同時にトレースする。今、輝点２５が
図において、上方にミス・トラツキングを起す
と、輝点２６を受光する受光器２２にはRF信号
成分が大きくなり、また輝点２７を受光する検出
器２４には、バイアス成分（RF信号成分が少な
くなる）が大きくなり、トラツキング誤差信号が
検出出来、この誤差信号を持つて光偏向手段を制
御する。第６図Ｃは上述の制御を行なう為のブロ
ツク図である。同図に於いて、第５図Ｃと同じも
のには同一符号を付した。今回の説明に出てくる
ものを説明する。

DET1，DET2，DET3は光検出器で、光検出
器２２，２３，２４に該当する。

EAはエラーアンプで、光検出器DET1，
DET3の出力を受け、上述の如く誤差信号を出力
する。

偏向制御回路CONTは積分回路INTの出力と
エラーアンプEAの出力を受ける差動アンプDA
を有し、該出力が電圧制御型発振器OSCに印加
され、発振器OSCの発振周波数を制御する。

CONT1は制御回路で、光分割手段２０に印加
する為の周波数信号を発生し、スイツチSW1の
切換で素子１２に印加される。

CONT2は制御回路で、スイツチSW2の切換
で、その出力が半導体レーザ１３に印加される。
この出力は半導体レーザ１３より一定の輝度の光
を出させる為である。

上述の如く素子１２より出力される光ビームが
正しくトレースしていないときも、それが光検知
器DET1，DET3で検知され、それをエラーアン
プEAで判断し、誤差信号を出力する。差動アン
プDAは積分回路INTの出力とエラーアンプEA
の出力とを入力し正しくトレースさせるような電
圧を出力し発振器OSCに入れる。発振器OSCは
その周波数を変え、素子１２の光ビームの偏向を
制御する。

記録テープ１８の情報は光検知器DET2より取
り出し再生する。

上述の如く結像レンズ２１の配通せず、第６図
Ｄに示した如く、テープの背後に直接光検出器２
２，２３，２４を配置しても良い。

記録材がMnBi，GdCo，GdFe，TbFe，
GdTbFe等のアモルフアス磁性薄膜の場合、光
energyの熱による磁区反転記録が同様の方法で
行なえ、再生にはFraday効果、あるいはKerr効
果として知られている磁気光学効果を利用出来
る。

第７図は、透過によるFraday効果による再生
系を示したものである。

光導波路において、光束がシングルモード伝播
をしている場合、磁気材を照明する光は、良い偏
光状態が保たれている。

磁気材を光が透過する際磁区の向きにより偏光
角が回転し（Fraday効果）第７図に示す如くテ
ープ１８と光検出器２２，２３，２４の間に偏光
板２８を配通する事により偏光角変調が明暗変調
として検出出来る。

また、Kerr効果による再生が可能である。

第８図に、Kerr効果による再生ヘツドの１例
を示す。素子の先端にDyFe，TbFe，GdCo等の
アモルフアス磁性体による磁気転写膜層４０をス
パツタリングにより設け、更に保護の為に（機械
的摩耗や酸化に対する保護）保護膜層４１を設け
る。この保護膜層はTa₂O₅，SiO₂，ZnO₂，
TiO₂Cr₂O₃等が使用可能である。

磁気信号が記録されたテープ４２に密接又は近
接させる事により、磁気転写膜４０にテープの磁
気信号が転写される。

光源４３からの光は、レンズ４４、光分割手段
４５、光偏向手段４６、レンズ４７により既に述
べた如く、テープから信号が転写された転写膜４
０上に３つのスポツトを結ぶ。

Kerr効果により信号磁気パターンに応じて反
射光は、偏光角が回転するが、偏光角が回転した
反射光は光導波路内を伝播されない。（光導波路
内を伝播する条件は、偏光状態に関与している事
は良く知られている。）記録patternにより偏光角
が回転されない状態の時、反射光は元の光路を戻
るが、光偏光手段４６と光分割手段４５の内に設
けられたグレーテイング構造によるビーム・スプ
リツター４８により偏向される。更に新たな薄膜
レンズ４９により光検出器５０，５１，５２上に
信号検出用輝点とトラツキング検出用輝点を形成
する。以上の構成により信号再生が可能である。

他の実施形態を第９図，第１０図に示す。これ
らの実施形態は以上までの実施形態と光導波路へ
の光導入、あるいは光導波路からの光導出にカツ
プラーを用いた例である。

第９図において、５３，５４はプリズム・カツ
プラーと一般に呼ばれている光導入あるいは光導
出エレメントである。光束５５はカツプラー５３
により導波路５６に導入され、導波路内を全反射
しながら伝播する。光は光偏向手段５７により前
例で説明した如く偏向される。偏向された光はカ
ツプラー５４により導波路５６内から導出され
る。

信号記録の場合は、レンズ５８により記録材５
９上に光を集光させて、且つ光を明暗変調させ、
光偏向手段にチヤープト信号を印加し輝点６０を
走査させて行なう。再生の場合、レンズ５８の前
に位相格子６１を配置し光分割を行ない、レンズ
６２により記録材５９上の輝点６０を光検出器６
３上に結像させて行なう。

また、プリズム５４と記録材５７の間にビー
ム・スプリツターを配置し、反射で信号読み出し
を行なう事も可能である。

また、記録材が前述した光−磁気効果を用いた
ものであれば、記録材５９と光検出器の間に偏光
板を配置する事により信号読み出しが可能であ
る。

第１０図は、他の実施例で光７０は、光導波路
上に置かれた低屈折率材層７２を中間層としたホ
ログラム・カツプラー７１により導波路内に導入
される。ホログラム・カツプカーは基本的にグレ
ーテイング構造であるが、レンズ作用を持たせる
事も可能で、例えばホログラム・カツプラー７４
で光導波路内から取り出した光束を記録材７５上
に集光させ、外部レンズなしに輝点７６を作る事
が出来る。

導波路７３には、光分割手段７７と光偏向手段
７８が設けられており光分割，輝点走査が可能で
ある。

信号記録時は、光分割手段７８にチヤープト信
号を印加し、光を明滅変調させる。信号読み取り
時は、反射読み出しの場合、輝点走査素子を透過
する光束をレンズ７９により光検出器８０上に集
光させて行なう。

この場合も、前記例と同様、記録材の種類によ
り偏光板等の他のエレメントを用いる事が可能で
ある。

以上説明したように、本発明は、光集積型輝点
走査素子を用い、且つ記録再生を行なう事によ
り、従来問題であつたテープ走行系の精度を緩め
る事が可能となり、小型、安価な信号再生装置を
可能にする。

この事の主たる理由は既に述べたように、輝点
走査素子は高速走査が可能で、トラツキング制御
が容易に行なえる所にある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは従来の信号記録方式を説明する
図、第２図は輝点走査素子の１例図、第３図は表
面弾性波による光偏向を示す図、第４図は表面弾
性波による光偏向角を大きく取る方法を示す図、
第５図ａ，ｂ，ｃは輝点走査素子を用いた記録を
行なう為の説明図、第６図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは本発
明の信号再生装置の一実施例を説明する為の説明
図、第７図は本発明の他の実施例を示す説明図、
第８図は磁気転写膜を用いた再生用輝点走査素子
を示す図、第９図，第１０図はカツプラーを用い
た輝点走査素子の信号記録，再生法を示す図。 ２０……光分割手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源と、該光源から発した光束を記録媒体上
   に形成されたトラツクに照射する光学系と、前記
   光束の媒体による反射光または透過光を受光し、
   前記トラツクに記録された信号を再生するととも
   に、トラツキング誤差信号を検出する光検出器
   と、検出された誤差信号を用いて前記光束のトラ
   ツキング制御を行なう手段とから成る信号再生装
   置において、 前記トラツキング制御手段が、前記光源から発
   した光を伝搬して媒体に導く薄膜導波路と、該導
   波路中を伝搬する光を回折によつて偏向せしめる
   弾性表面波を発生するトランスデユーサと、該ト
   ランスデユーサに高周波信号を印加する発振器と
   から成り、前記トラツキング誤差信号に応じて、
   前記発振器の発振周波数を変化させ、前記光束の
   偏向方向を制御することによつて、トラツキング
   制御を行なうことを特徴とする信号再生装置。