JPH05197997A - 光学式情報再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ノイズレベルの確率密度がガウス分布に従うと
した場合、極大値付近の方がガウス分布の裾の広がりが
大きい。このため、ピークが同じレベルだけ離れた２つ
のガウス分布の重なり部分（図の斜線部）の面積も極大
値付近の方が大きくなる。この重なり部分は読み出し誤
り率を表す。従って極小値の位置を検出する方が極大値
の位置を検出するよりも読み出し誤りを小さくなる。 【効果】読み出し誤り率に対する所定の許容範囲の中で
ＰＤアレイのピッチを細かくでき、高密度記録・高転送
レートによる読み出しが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ディスクや光カー
ド等の記録媒体に記録されている情報を光学的に再生す
る光学式情報再生方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報化社会に伴い、取り扱う情報
の量は増加の一途をたどる傾向にあり、このため大量の
情報を処理できるシステムの提供が望まれている。現
在、これに応えるものとしては、情報を高密度で記録し
再生できる様々な光学式情報処理システムがある。この
システムでは、光学的に検出可能な物理的なマークに符
号化して記録媒体に情報を記録し、これらの物理的なマ
ークを光学的手段を用いて検出することにより情報を再
生する。このような物理的なマークとしては、記録媒体
に形成する凹凸や開口などがある。以下、この明細書中
ではこれらを総称してピットと呼ぶことにする。この場
合、アナログ情報は例えばトラック方向に情報に応じた
様々な長さを有するピットとして記録される。また、デ
ジタル情報はトラックに沿った一連のピット列として記
録される。このような記録の一例が現在普及しているコ
ンパクトディスクである。コンパクトディスクは音楽の
分野で広まっているが、最近ではＣＤ−ＲＯＭと呼ばれ
るコンピューターのメモリーとしても使用されている。
その記録容量は、パーソナルコンピューターに用いられ
ている5.25”フロッピーディスクの千倍以上に相当す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような光情報処理
システムは現在の要望にかなり応えているものの、その
一方ではさらに高密度での情報の記録が可能な新しい情
報処理システムが望まれてもいる。このような要望もあ
って、新しい処理システムの研究や開発が現在も盛んに
進められている。この発明の目的は、より高い密度での
情報の記録を達成することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】より高密度での情報記録
を達成する一方法として、記録トラックの幅方向に情報
に対応した間隔を有する複数のピットからなるピットの
組を記録媒体の記録トラックに沿って形成することによ
り情報を記録し、これらのピットの組にコヒーレント光
のビームを照射し、各ピットで回折された光によって、
それぞれのピットの組のピット間隔に対応して形成され
る干渉パターンから元の情報を再生することが考えられ
る。このようにして得られる干渉パターンでは、その極
大値の位置はピット間隔に依存して変化し、その間隔は
ピット間隔が広くなるにつれて狭くなる。従って、±１
次の回折光強度の極大値の間隔をフォトダイオードなど
を用いて検出することにより、ピット間隔に符号化して
記録した情報を再生することがよく行なわれている。

【０００５】しかし、干渉パターンの極大値付近では、
光量が多いために光源で発生するレーザーノイズの絶対
値も大きく、検出誤りが生じ易い。したがって検出誤り
を少なくするために光電変換素子アレイの配置間隔を広
くとらなければならない。これは位置検出の分解能を低
下させ、結果的に記録再生できる情報量を低下させる。
本発明の目的は、ノイズの影響による検出誤りが少な
く、情報を安定かつ正確に再生できる情報再生方法の提
供にある。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、記録媒体のトラックに沿って設けられている
ピットの組を構成する複数のピットの間隔として記録さ
れている情報を光学的に再生する光学式情報再生方法で
あり、ピットの組をコヒーレント光で照明して干渉パタ
ーンを得て、干渉パターンにおいて光強度が極小となる
位置を検出してピットの間隔を求めることにより情報を
再生する。

【０００７】

【作用】干渉パターンのピーク位置の検出は一般にフォ
トダイオード（ＰＤ）などの光電変換素子を用いて行な
う。その出力に含まれるノイズの成分として、光量変動
性ノイズとＰＤノイズとがある。光量変動性ノイズは光
量に比例して大きくなる。またＰＤノイズは光量の平方
根に比例して大きくなる。このため、極小値付近よりも
極大値付近の方が大きなノイズが存在する。従って、極
小値の位置を検出することにより、読み出し誤り率を小
さくすることができる。

【０００８】

【実施例】次に図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明しよう。

【０００９】この実施例において使用する光学系を図２
に示す。レーザーダイオード（ＬＤ）１２から射出され
た光ビームはコリメートレンズ１４によって平行ビーム
にされ、ビーム整形プリズム１６によってビームの断面
形状が整形される。平行ビームは、偏光ビームスプリッ
ター（ＰＢＳ）１８とλ／４板２０を透過し、対物レン
ズ２２により記録媒体２４に集光される。記録媒体２４
は例えばプラスチック基板に金属や有機媒体を蒸着によ
り記録膜が設けられ、その記録膜には図３に示すような
多数の凹凸のピット２８が形成されている。ピットの組
を構成する２つのピット２８はトラック中心に対して対
称な位置に設けられ、それらは互いの距離を情報として
持つようにトラック幅方向に位置変調されている。この
ようなピットの組に対してレーザービーム３０を照射す
る。ピットの組で反射された光は、図２において、対物
レンズ２２に入射し、λ／４板２０を通って偏光ビーム
スプリッターに入射する。ＬＤ１２から射出された直線
偏光はλ／４板２０を２回通過することにより偏光方向
が９０°回転されるため、偏光ビームスプリッター１８
で反射される。この反射光が干渉パターン２６を作り出
す。

【００１０】干渉パターンの極小値の位置を検出するた
めの回路を図１に示す。図１に示すように、干渉パター
ンの極小位置近傍にフォトダイオードアレイ（ＰＤアレ
イ）３２が配置されている。ＰＤアレイ３２の各素子か
らの出力は所定の比較器３４の＋側入力端子とその隣の
比較器３４の−側入力端子に入力される。図１に示した
干渉パターンに対しては、比較器３４の出力は左側から
ＨＨＬＬＬとなる。図に示すように、各比較器３４の出
力は２つに分けられ、一方は所定のＡＮＤゲート回路３
６にそのまま入力され、他方はインバータを介してその
隣のＡＮＤゲート回路３６に入力される。図１の場合、
ＡＮＤゲート回路３６の出力は左側からＬＨＬＬとな
り、極小の位置を示す部分がレベルＨで表される。これ
をプライオリティエンコーダー３８に入力することによ
り極小位置を示す２進データが出力される。図の例で
は、プライオリティエンコーダー３８の入力が０から数
えて３番目すなわち「２」を表すため、プライオリティ
エンコーダー３８の出力は「ＨＬ」となる。ここで、極
小値の位置を検出する方が極大値の位置を検出するより
も読み出し誤りが少なくなる理由について、図４と図５
と図６を参照して説明しよう。

【００１１】図４に示すように、干渉パターンの極小値
近傍に位置するＰＤアレイの３素子をＡ，Ｂ，Ｃとし、
極大値近傍に位置するＰＤアレイの３素子をＤ，Ｅ，Ｆ
とする。各素子Ａ〜Ｆの光電変換出力は図５に示すよう
に、素子Ｅの出力が最も大きく極大を表し、素子Ｄと素
子Ｆの出力は素子Ｅの出力よりも小さくなる。また、素
子Ｂの出力が最も小さく極小を表し、素子Ａと素子Ｃの
出力は素子Ｂの出力よりも大きくなる。ところで、本発
明において被検査対象となる干渉パターンは、光学系が
反射型であっても透過型であっても同等であり、例えば
透過型においてピット（開口）に光量分布が一定の平面
波を照射したときの開口関数のフーリエ変換の２乗で得
られる。ピット幅が十分に小さく、その大きさの影響を
無視すると、干渉パターンはｃｏｓ関数の様に変化する
ので、極大付近の光量と極小付近の光量の変化率は等し
いと近似できる。この場合、素子Ｅと素子Ｄ（または素
子Ｆ）との光量差と、素子Ｂと素子Ａ（または素子Ｃ）
との光量差とは等しい。各出力に含まれるノイズの成分
としては、光量変動性ノイズとＰＤノイズが考えられ
る。光量変動性ノイズはレーザーの相対雑音をＲＩＮと
すると、次式となる。

【００１２】

【数１】 ここでＰ₀ は光パワー、Ｐ_n は光ノイズパワー、Δｆは
帯域幅である。従って、光ノイズ電流ｉ_n は（２）式と
なる。

【００１３】

【数２】

【００１４】ここでＲＩＮ、Δｆが一定の条件では、光
ノイズ電流ｉ_n は光パワーが大きいほど大きい。つまり
図４において、極小値付近よりも極大値付近の方がその
光量に比例した大きなノイズが存在する。また、ＰＤノ
イズｉ_n2は次式で表すことができる。

【００１５】

【数３】

【００１６】ここにｑは電子電荷、Ｉ_L は光電流であ
る。従って、光電流の平方根に比例してノイズが大きく
なる。つまり、この場合にも極小値付近よりも極大値付
近の方が大きなノイズが存在する。

【００１７】ノイズレベルの確率密度がガウス分布に従
うとすると、図４の例におけるノイズの分布の様子は図
６のようになる。つまり、同じレベルだけ離れた２点Ｂ
とＡ（またはＣ）およびＥとＤ（またはＦ）を中心にノ
イズが分布するノイズレベルは、極大値付近の方がガウ
ス分布のすその広がり方が大きく、このため２つのガウ
ス分布の重なり部分（図の斜線部）の面積も大きくな
る。この部分は、極大値に対してはＥのレベルよりＤ
（またはＦ）のレベルが大きくなる確率を、また極小値
に対してはＢのレベルよりＡ（またはＣ）のレベルが小
さくなる確率を表しており、つまり読み出し誤り率を表
している。以上の説明から分かるように、極小値の位置
を検出する方が極大値の位置を検出するよりも読み出し
誤りを小さくできる。これは、一定の読み出し誤り率に
対してＰＤアレイのピッチを細かくできることを意味す
る。従って、高密度記録・高転送レートによる読み出し
が可能となる。

【００１８】干渉パターンの極小値の位置を検出するた
めの別の回路を図７に示す。光量データは局所発振器４
０のクロックによるシリアル転送によってリニアセンサ
ー３２から読み出される。この出力は２つに分けられ、
一方は比較器４４の−側入力端子に直接入力され、他方
は１素子転送時間分のディレイライン１２を介して比較
器４４の＋側入力端子に入力され、レベル比較される。
比較器４４の各端子への２つの入力信号を図８Ａに実線
と破線で示す。比較器４４の出力は図８Ｂのようにな
る。比較器４４の出力は２つに分けられ、一方はＡＮＤ
ゲート４８に直接入力され、他方は１素子時間分のディ
レイライン４６とインバーターを介して入力される。Ａ
ＮＤゲート４８の出力波形を図８Ｃに示す。この出力
は、シフトレジスタ５０によってシリアル・パラレル変
換され、さらにプライオリティエンコーダー３８で極小
位置を表す２進データに変換される。この構成によれば
非常に回路規模を小さく、さらに安価に実現することが
できる。

【００１９】図７に示した検出回路の変形例を図９に示
す。この構成では、局所発振器４０によるクロックをカ
ウンター５２で計数し、比較器４４の立ち上がり（極小
位置を示す）によってラッチ５４の状態を変化させ、出
力する。従って、極小位置までのクロック数すなわち極
小位置を示す２進データが出力される。

【００２０】図７に示した検出回路の別の変形例を図１
０に示す。この構成では、比較器の出力を積分器５６に
よって積分することにより、極小位置に対応するアナロ
グ電圧が出力され、Ａ／Ｄコンバーター５８によって、
２進データに変換される。積分回路５６としては、ＰＬ
Ｌの位相比較器に使われるチャージポンプ回路が使用で
きる。

【００２１】本発明は上述の実施例に限定されることな
く種々多くの変形が可能である。例えば図３においてピ
ットの組を構成するピットの数は２個としたが、３個以
上でもよい。なおピットの数を増やすと干渉パターンの
ローブが鋭くなり、検出精度の向上に効果的である。ま
た実施例では、反射型の記録媒体で説明したが、透過型
の記録媒体を用いてもよい。透過回折パターンを検出す
ることにより同様に情報を再生できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、ピットの組を照明して
得られる干渉パターンに対して、ノイズの影響の少ない
極小値を検出することにより情報の再生を行なうので、
検出誤り率を小さくすることができる。これは、ある許
容される検出誤り率に対しては、光電変換素子のピッチ
を細かくできることを意味し、一つのピットの組に記録
できるビット数を増やすことができるようになり、高記
録密度・高転送レートを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】干渉パターンの極小値の位置を検出するための
回路を示す。

【図２】本発明において使用する光学系を示す。

【図３】記録媒体に形成されているピットの様子を示
す。

【図４】ＰＤアレイの各素子と干渉パターンの極小・極
大の位置の関係を示す。

【図５】図４の各素子の光電変換出力を示す。

【図６】ノイズレベルの確率密度がガウス分布に従うと
きの図４の例におけるノイズの分布の様子を示す。

【図７】干渉パターンの極小値の位置を検出するための
別の回路を示す。

【図８】図７の回路における比較器の入力波形と出力波
形およびＡＮＤゲートの出力波形を示す。

【図９】図７に示した検出回路の変形例を示す。

【図１０】図７に示した検出回路の別の変形例を示す。

【符号の説明】

１２…レーザーダイオード、２４…記録媒体、２８…ピ
ット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体のトラックに沿って設けられて
   いるピットの組を構成する複数のピットの間隔として記
   録されている情報を光学的に再生する光学式情報再生方
   法であり、 ピットの組をコヒーレント光で照明して干渉パターンを
   得る工程と、 干渉パターンにおいて光強度が極小となる位置を検出し
   てピットの間隔を求めることにより情報を再生する工程
   とを有する光学式情報再生方法。