JPH0467255B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は円盤状記録媒体（以下デイスクと称
す）に、情報を再生する光デイスク装置に関する
ものである。

従来例の構成とその問題点 近年、光デイスク装置においては、その高密度
化が、最も必要とされてきている。

高密度に記録を行なうには、トラツク上にピツ
トを高密度で形成する、即ち単位長当りのピツト
数を増大させねばならない。

一方、一般に、光デイスク装置において、再生
可能なピツトの記録密度の上限は、光デイスク装
置に用いられる光源の波長λと、対物レンズの
NA（開口数）で決まるとされている。これを、
第１図を用いて説明する。

第１図は、理想レンズ（無収差レンズ）の
MTF（モジユレーシヨントランスフアーフアンク
シヨン）を示したものであり、横軸は空間周波
数、縦軸は変調度を示したものである。図中のν₀
はカツトオフ周波数であり、変調度が０となる空
間周波数を示す。

このν₀は、 ν₀＝２×NA／λ ……(1)式 で与えられる。

一般に、この空間周波数ν₀は解像限界と呼ば
れ、従来の光デイスク装置に於いては、これ以上
の空間周波数で形成されたピツトの再生を行うこ
とは考えられておらず、この空間周波数に対応す
る長さのピツトが解像限界であり、従つて高密度
化の限界とされてきた。

そこで、従来は、光源の短波長化と対物レンズ
の高NA化によりカツトオフ周波数を向上させる
という観点からの高密度化の取組みがなされてい
る。

しかしながら、光源の短波長化に関しては、半
導体レーザでは短波長化に伴い寿命が低下すると
言う課題があり、また、He−Neレーザ等の短波
長の気体レーザを用いると、装置が大型化すると
いう課題を有していた。

また、対物レンズの高NA化には、高NA化に
伴つて、デイスクの厚みむら、傾きによる収差量
が増加するという課題を有している。

発明の目的 本発明は、上記従来の課題を解消するもので、
従来、解像限界と考えられていた上記ピツト長よ
りも更に短い長さのピツトを有するデイスクの再
生を可能とする光デイスク装置を提供する事を目
的とする。

この目的を達成するための技術的手段は以下の
通りである。

現実の光学系では、第１図に示す理想的な
MTF特性とは異なり、MTFが０となる周波数ν₀
よりも高周波側の周波数帯域においても信号再生
に有用なMTF値が得られる。

従来の光デイスク装置における技術は、記録再
生には、あくまでも０〜ν₀までの周波数帯域を使
用するものであつた。そして、記録再生の高密度
化に対しては、上記の通り短波長の光源と高NA
値のレンズにより、周波数ν₀を更に高周波側にシ
フトさせて、使用する周波数帯域０〜ν₀を拡大し
ようとするものであつた。

これに対して、本願発明の技術思想は、現実の
光学系では、MTFが０となる周波数ν₀よりも高
周波側の周波数帯域においても信号再生に有用な
MTF値が得られることに着目して、この周波数
ν₀より高周波側の周波数帯域において再生を行な
おうとするものである。

発明の構成 そこで本発明は、レーザと、前記レーザからの
光ビームを円盤状記録媒体に集光する対物レンズ
と、前記円盤状記録媒体からの反射光を検出する
光検出器を備えた光デイスク装置であつて、周波
数ν₀よりも高周波側の周波数帯域において信号再
生を行なう光デイスク装置である。

実施例の説明 以下に、本発明の光デイスク装置の一実施例の
構成について、第２図および第３図を用いて説明
する。第２図は、本願発明の一実施例の光デイス
ク装置の全体構成図である。

第２図において、１はデイスク、２はデイスク
１を回転させるモータ、３は半導体レーザであ
り、４は記録信号に応じて半導体レーザ３の光強
度を変調する変調回路、５は半導体レーザ３から
発せられた光を平行光とすると共に、デイスク１
への入射光と反射光とを分離する光学系であり、
６はデイスク１にレーザ光を集光する対物レン
ズ、７はデイスク１からの反射光からの信号を検
出する光検出器である。

第３図は、本実施例装置の光学系のMTF特性
である。第３図に於いて横軸はトラツク上に形成
されたピツトの空間周波数ν、縦軸は再生信号の
変調度言い換えれば解像力を示している。

なお、デイスクのトラツク上に形成されたピツ
ト列の空間周波数ν（１／mm）と、デイスクが回
転することにより、このピツト列から反射される
反射光の、時間領域に於ける周波数（Hz）とは、
次の(2)式で関係付けられる。

＝2πrnν ……(2)式 ここで、 ｒ；再生の行われているトラツクの半径位置 ｎ；デイスク回転数（r.p.s） 第１図に示す理想的な光学系のMTFとは異な
り、本実施例装置等の現実の光学系のMTF特性
は、実際の対物レンズ設計時の補正しきれずに残
る球面収差、コマ収差等の残存収差、対物レンズ
の加工組立に起因する収差、フオーカス制御誤差
によるボケ、デイスクの厚みむら、傾き等に伴う
収差等々の種々の収差が存在するために、第３図
に示すようなものとなる。

つまり、実際の光デイスク装置の光学系の
MTF特性は、帯域m₀（０＜ν＜ν₀）では単調減
少している。さらに高い周波数帯域m₁では位相
が反転し、すなわちMTFは負値を持ち、かつ極
値A₁を持つ。以下、極値A₂、A₃、……、A_o-1，
A_o、A_o+1を持つ帯域m2、m3、……、m_o-1、m_o、
m_o+1でMTFは正負の値を周期的に繰り返す。

そして、第３図の意味するところは以下の通り
である。

いま、光デイスクにカツトオフ周波数ν₀以上の
周波数に対応する長さのピツトが形成されている
とする。

例えば、第３図に示す、MTFが最初に負とな
る帯域m₁に対応するピツト長のピツトが形成さ
れているとする。

帯域m₁は、カツトオフ周波数ν₀より高周波側
にあるから、本実施例装置の光学系の最小ビーム
スポツトは、当然、帯域m₁に対応するピツトの
長さよりは大きいが、第３図は、この光学系で、
帯域m₁に対応する長さのピツトが形成された光
デイスクを再生できることを示している。

第３図では、MTFが０となつた後も、負の値
のMTFと正の値のMTFとが交互に出現してお
り、これは、帯域m₁に限らず、周波数ν₀以上の
周波数帯域の信号の再生が可能であること、即ち
光学系のビーム径よりも小さな形状が解像できる
ことを意味している。

また、MTFが負と言うことの意味は、再生さ
れる信号に位相の反転が生じることを意味する。
つまり、例えば、白黒のストライプパターンを再
生する場合、原画とは白黒が逆転して再生され
る。

なお、一般に、第３図に示すカツトオフ周波数
ν₀は、第１図に示すν₀よりも小さくなる。

従来の光デイスク装置にあつては、記録再生は
帯域m₀において行なうものであつたが、本実施
例装置では、MTFが０となる周波数ν₀以上の周
波数帯域での再生を行なう。

さて、本実施例の光デイスク装置について、以
下その動作を説明する。

本実施例装置では、光デイスクのトラツク上に
は、第３図に示すMTFのカツトオフ周波数ν₀よ
り高い空間周波数のピツトが記録されている。

この記録は、例えば、短波長のレーザ光源と高
NA値のレンズを具備する記録装置により行なう
ことができる。

帯域m₁のこの周波数は、他のより高い周波数
帯域m_oに比べて帯域も広く、かつその極値A₁も
高く、カツトオフ周波数ν₀より高周波の他の帯域
よりも比較的高い解像力を有し、ピツトからの反
射光による再生を行なうのに好都合である。

記録された信号の再生は、本実施例装置では、
レーザ３を一定の光強度で駆動して光学系５、対
物レンズ６を介してデイスク１に光を照射し、デ
イスク１からの反射光を対物レンズ６、光学系５
を介して光検出器７で検出することにより行われ
る。

上記の通り、本実施例装置の最小ビーム径は、
この帯域に対応するピツト長よりも大きいが、そ
れにも拘らず、この帯域のピツト長が形成された
光デイスクを再生できることは上記の通りであ
る。

帯域m₁ではMTFが負となつているから、再生
信号には、いわば、白黒の反転が発生する。しか
しながら、カメラ、顕微鏡の場合とは異なり、光
デイスク装置では白黒が反転しても、光検出器７
の出力信号を公知のインバータ回路を用いること
で、容易に再反転させる事が可能であるから、現
実的には何ら問題ではない。

なお、第３図のMTF特性における周波数ν₀を
より高周波側にシフトさせて、より高密度の信号
再生を行なうには、例えば、「光学情報処理」辻
内順平、村田和美編 朝倉書店 昭和49年発行に
記載されており光学顕微鏡の分野で既に公知とな
つている回折格子走査法（128頁記載），アポデイ
ゼーシヨン法（144頁記載）、空間周波数フイルタ
リング法（233頁）等の方法を適宜、用いること
ができる。

ここでは、光デイスク装置に最も適していると
思われるアポデイゼーシヨン法について、第４
図、第５図を用いて簡単に説明する。

この方法によれば、第３図に示す周波数ν₀がよ
り高周波側にシフトする。従つて、上記実施例と
同様に、この周波数ν₀より高周波側の周波数帯域
を再生信号の帯域として用いれば、周波数特性を
改善することができる。

第４図において、同図ａは対物レンズの瞳関数
を示し、円９は、対物レンズの開口に相当する。
同図ｂは点像強度分布を示すものである。また第
５図は、アポデイゼーシヨン法の具体例である輪
帯開口フイルタの説明図である。輪帯開口フイル
タ１０は、中央部に遮光部１１を有している。

一般に光デイスク装置の対物レンズの集光は回
折光学的に考えることができる。従つて、対物レ
ンズの開口中心部と周辺部の点像強度分布への寄
与は以下のように説明できる。

レンズ開口が大きいほど回折光は中心部に集ま
り、逆にレンズ開口が小さいほど回折光は外側に
集まる。従つて、レンズ開口中心部は点像強度分
布の周辺強度に影響し、レンズ開口周辺部は点像
強度分布の中心強度に影響する。

一方、対物レンズのMTFの低周波部のコント
ラストは点像強度分布の周辺部に影響され、高周
波部の解像力は点像強度分布の中心部に影響され
る。

その結果、対物レンズのMTFの低周波部はレ
ンズ開口周辺部に、高周波部はレンズ中心部に影
響されることとなる。

別の観点からも上記のレンズ開口とMTFの関
係は説明できる。すなわち、レンズ開口の自己相
関関係がMTFであるから、開口の中心部の振幅
変化は、わずかに開口をずらして重ねたところ、
つまり低周波部に大きく影響がでる。また開口の
周辺部の振幅変化は開口を大きくずらしたとこ
ろ、すなわち高周波部に大きく影響がでる。

アポデイゼーシヨン法とは、上記のレンズ開口
とMTFの関係を用いるものであり、レンズ開口
に対応する瞳の複素振幅透過関数である瞳関数に
分布をもたせることで、MTF特性を改善する手
法である。すなわち、レンズ透過光の中心部と周
辺部の振幅あるいは位相に分布を与えるものであ
る。

そこで、本実施例装置において具体的にアポデ
イゼーシヨン法を実現するには、第５図に示した
対物レンズ６の中心部の透過光量を減衰させるよ
う、第５図に示す輪帯開口フイルタを対物レンズ
６の入射側あるいは射出側に配置すればよい。

このような輪帯開口フイルタを用いることで点
像強度分布の周辺部の強度を抑圧し、中心部をシ
ヤープにすることでMTFの高周波部の特性を改
善できる。さらに、この輪帯開口フイルタに蒸着
する光学薄膜の厚みを半径方向に分布させて位相
分布を与えることにより特性が改善される。もち
ろん対物レンズ６の表面に直接、成膜しても同様
の効果が得られることは言うまでもない。

発明の効果 本発明の光デイスク装置は、対物レンズ６の高
NA化あるいは半導体レーザ３の短波長化により
解像限界を向上させるという従来の試みとは異な
り、MTFのカツトオフ周波数より高い周波数の
信号を再生する事で、デイスク上の信号ピツト長
を短くできる。その結果、光デイスク装置の高密
度化が実現でき、その工業的効果は極めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は理想対物レンズを用いた場合のMTF
特性図、第２図は本発明の一実施例装置の構成
図、第３図は同実施例装置のMTF特性図、第４
図、第５図は、アポデイゼーシヨン法の説明図で
ある。 １……デイスク、３……レーザ、６……対物レ
ンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザと、前記レーザからの射出された光ビ
   ームを円盤状記媒体に集光する対物レンズと、前
   記円盤状記録媒体からの反射光を検出する光検出
   器を備え、かつ前記対物レンズと前記レーザの波
   長で決まるモジユレーシヨントランスフアフアン
   クシヨンのカツトオフ周波数より高い周波数の信
   号を再生信号に用いることを特徴とする光デイス
   ク装置。 ２ 再生信号に用いる、カツトオフ周波数より高
   い周波数として、モジユレーシヨントランスフア
   フアンクシヨンが最初に負になる帯域の信号を用
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の光デイスク装置。