JP3186841B2 - 光情報要素の読取りシステム - Google Patents
光情報要素の読取りシステムInfo
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Description
報の読取りに関する。
り可能な情報を蓄えたディスクは既によく知られてい
る。
基づいて動作する。情報要素は多くの場合、ピットのな
いトラック間スペースによって分離された環状トラック
に沿って存在する刻設ピットから成る。小表面に焦点合
わせされたレーザがトラック(及びトラック間スペース
の一部)を照射する。一度に1つだけのトラックが集束
ビームの下方を通るようにディスクがレーザの下方で回
転する。ビームは光検出器に向かって反射され、反射係
数はトラック内のピットの有無に従属する。このよう
に、ビームの下方をピットが通過するときに、反射ビー
ムの振幅変調が生じる。その結果として、光検出器がピ
ットの通過を示す変調信号を発生する。この信号を利用
して、有効情報の復元、即ち、各トラックに沿ったピッ
トの位置またはピットの幾何学的形態の復元が行なわれ
る。
スク表面は有効情報を検出するための基準面の機能を果
たす。
た極めて小さいピットに集束できるならば、高密度の情
報記憶が可能である。
向でトラックに対して且つ垂直方向でディスクの基準面
に対して極めて精密に位置決めされた極めて高精度のフ
ォーカシングレンズが必要である。また、できるだけ短
い波長の読取り用レーザを使用する必要がある。これら
の要件は製造コストの削減と必ずしも両立しない。
の読取り技術に関する制約から免除され、製造コスト
(レーザ集束光学系、位置サーボ制御機構系及びレーザ
自体のコスト)と性能特性(情報記憶密度、再生情報要
素の品質、など)とをより有利に調整し得る読取りシス
テムを提供することである。
報要素によって変調されたレーザビームの振幅(光エネ
ルギ)だけを検出するのでなく、変調されたレーザビー
ムのコヒーレント光波の振幅及び位相の双方を検出する
ことである。
種のコヒーレント電磁波を放出する)の波面は、この場
合には光情報要素から成る障害(光波の軌道上の平坦表
面の刻設ピットまたはその他の外乱)に出会うと、変形
され、障害の構造に直接関連した複素情報要素(数学的
な意味での複素要素:振幅及び位相)を搬送する。
って反射されたビーム)のエネルギ変調は、この複素情
報要素の1成分にすぎない。この成分が最も検出し易
い。空間の各点における波の振幅及び位相、すなわち、
障害によって変調された波面の正確な形状から成る複素
情報は、単なる反射ビームの総エネルギ情報よりも豊か
な情報を提供する。勿論、検出は容易ではない。実際
に、光検出器は受容エネルギだけしか測定しない。
する空間ゾーンに分配配置された光検出器アセンブリに
よって空間干渉縞パターンを形成するために、読取られ
るべき光情報要素によって変調されたレーザビームを参
照レーザビームと干渉させる手段と、縞パターンを生じ
させた光情報要素を復元するために、干渉縞の振幅及び
空間位相に基づいて光情報要素を処理する手段とを含む
光情報要素の読取りシステムを提供する。
ト光ビームが変調されたとき、該ビームは非変調形態の
同じビームと結合し得る。その結果として、ホログラ
ム、即ち、特定の干渉縞パターンが形成される。このパ
ターンの特性は、ビームを変調した障害に関する全部の
情報を隠蔽形態で含むことである。
ントを読取るために上記の特性を利用することである。
このために、ホログラムを光検出器アセンブリに投射
し、次いで光検出器から出力された信号を処理して初期
光情報要素を検索する。情報要素は従来の読取りシステ
ムを用いた場合よりも完全な形態で検索される。その理
由は、変調された電磁波の位相に関する情報要素が含ま
れるからである。実際、参照ビームと変調ビームとの合
成によってホログラムが形成されるときは、位相情報要
素は変調ビームから消去されない。従来の読取りシステ
ムでは逆に、位相情報要素が完全に消去される。
極めて重要な利点を有している:−レーザビームが一度
に複数のトラックを照射でき、種々のトラックに対応す
る情報要素間の識別が電子信号処理によって行なわれる
ので、より低い精度の光学系を使用することが可能であ
る。
カシング欠陥を電子信号処理によって補正することが可
能である。
の垂直方向制御及びトラックからずれないための径方向
制御のために、精度の低いサーボ機構系を使用すること
が可能である。
要になるので、記憶ディスクのトラック間スペースを削
除することが可能である。大体の近似基準で十分であ
る。トラック間スペースを削除することによって、所与
の表面積に記憶される光情報要素の密度をほぼ2倍にで
きる。
別可能に設定するか、または、適正な刻設ピットの構造
(即ち定量可能な位相シフトを導入する構造)で位相弁
別を行なうことによって、記憶密度を更に改良すること
が可能である。
用され得る参照ビームが従来の読取りシステムにおいて
既に実用化されていることに注目されたい。実際には、
従来のシステムでは、入射レーザビームと変調反射ビー
ムとを分離しなければならないため、半透明分離板を使
用する。この処理によって入射レーザビームの光エネル
ギの半分は失われる。本発明は、この失なわれた半分の
光エネルギを参照ビームとして利用し、縞を形成させる
ために変調ビームと合成する。
報要素を蓄えたディスクの表面の上方に固定読取りヘッ
ドを維持し、回転するディスクに情報を記憶させる方法
を引き続き採用するのが好ましい。
アセンブリを使用し得る。このアレイは、ディスク上に
ラジアル(半径)方向に配置された情報要素集合によっ
てレーザビームが変調されるときに生じた干渉縞を受容
し且つ検出できるように配置される。
よっては複数の並列配置トラックを含む)ディスクのラ
ジアルエレメントを照射するように焦点合わせされると
き、アレイは、レーザビームのフォーカシング光学系に
対して該セグメントの像ゾーンに位置している。また、
参照ビームは、戻ってきた変調ビームに対して、該変調
ビームとの合成によってアレイに沿って分布した干渉縞
を生じるように配向される。
光検出器に向かって送出され、干渉縞が形成されるよう
に、参照ビームの入射角は変調ビームの入射角に対して
十分に傾斜している。但し、縞のピッチが過度に小さく
ならないように、且つ光検出器アレイによってこれらの
縞の空間位相及び振幅の測定を行なうことができるよう
に、アレイの光検出器の分布ピッチを考慮して、過度に
傾斜させないようにする。
復元するための信号処理は、全体として以下の手順で行
なわれる。信号の2次元(2D)フーリエ変換、非変調
参照ビームに対応する空間周波数成分を除去し且つ変調
ビーム成分だけを維持するためのフーリエ変換に対する
信号処理(この処理は、空間周波数ドメインにおける簡
単な変換である)、必要な場合には、フォーカシングレ
ンズの収差またはフォーカシング欠陥を補正するための
フーリエ変換に対する信号処理、周波数ドメインの関数
から実ドメインの関数に戻すための逆フーリエ変換など
である。実ドメインの関数はディスクに記録されていた
光情報要素を表す。
は有り得ない)、光検出器は2次元(2D)マトリック
スとして配列され、フーリエ変換は空間周波数の2次元
(2D)ドメインの変換である。
転させる場合には、光検出器はリニアアレイとして配列
され、フーリエ変換は、ディスクの移動及び通過に伴っ
て検出器から発生する経時変動信号の空間的時間的変換
である。逆変換は、空間周波数及び時間周波数の2次元
(2D)ドメインの関数から空間(1つの次元:ラジア
ル方向)及び時間の実ドメインの関数に戻す変換であ
り、ディスクのラジアルセグメントに沿って記録されて
いた情報要素及びその時間的推移を電気信号の形態で表
す。
通には、位相関数
数である数値係数、jは−1の平方根を示す虚数、u及
びvは補正すべきフーリエ変換の変数(空間周波数及び
時間周波数または例外的に2つの空間周波数)〕が適当
である。
ンズの球面収差及びミスアラインメントによる収差のよ
うなその他の欠陥を極めて容易に補正し得る。フォーカ
シング欠陥の補正も可能である。
し、零の幅または1トラック幅よりもはるかに小さいト
ラック間スペースを有するディスクを使用しうる。
に示す非限定実施例に基づく以下の詳細な記載より明ら
かであろう。
取り装置の構造を概略的に示す。レーザLは、光学系O
B1によってコリメートされ並列ビームの形態で45°
傾斜した半透明ミラーM1に達するビームを放出する。
ミラーの主な機能は、反射ビームだけが光検出器に転送
されるように、入射ビームから反射ビームを分離するこ
とである。
し、別の部分は90°(図1の下方に)偏向される。偏
向された部分は損失になる。非偏向部分は、読取るべき
情報要素を光学的形態で蓄えたディスクDに投射され
る。この非偏向部分は、大口径光学系OB2によってデ
ィスクDの極めて小さい表面に焦点合わせされる(フォ
ーカシングスポットTFの直径は数μm)。
平面に配置し、該平面に垂直で系OB2の光軸に対して
側方にオフセットした軸線の回りで回転させる。従っ
て、ディスクの回転によってフォーカシングスポット
が、ディスクの表面の環状トラックを走査し得る。図示
しない機械的手段がディスクの回転軸を入射ビームの軸
線に対して可変的にオフセットさせ得るので、そのた
め、ディスクが複数の環状同心トラックを有すること、
及び、読取りを所望するトラックを選択することが可能
である。
ビームは、ディスクに記憶された情報の関数である反射
係数で反射される。ディスクが回転するので、走査され
たトラック上の情報要素の通過に従って反射係数の時間
変調が与えられる。
OB2を再度通過する。該ビームは45°傾斜した半透
明ミラーM1に達し、今度は図の上方に90°偏向され
て集束光学系OB3、及び、系OB3の下流の感光ダイ
オードPHDに達する。ダイオードPHDは電気信号を
発生する。該信号の変調は、ディスクがレーザビームの
下方を通過するときに反射されたビームのエネルギ変調
を表す。
を図2に示す。図1と対応する素子を同じ参照符号で示
す。この読取り装置は2つの重要な特徴を有する。第1
の特徴は、ミラーM1による損失であった入射ビーム部
分が再利用され、読取るべき光学情報要素によって変調
された反射ビームと合成するために使用されることであ
る。第2の特徴は、光エネルギから電気エネルギへの変
換が、1つのホトダイオードでなくホトダイオードアセ
ンブリBCCDによって行なわれることである。
ない、従ってディスクを指向しない入射ビーム部分、即
ち半透明ミラーM1によって90°偏向された入射ビー
ム部分が、光学系OB4及びその下流のミラーM2を指
向することである。ミラーM2は、このビームを上方に
返送する。ミラーM2によって返送されたビームは光学
系OB4を再度通過し、ディスクによって変調された反
射ビームの到達領域に到着する。実際、非変調ビームと
変調ビームとの混合が生じる領域は、半透明ミラーM1
の背後に存在する。変調ビームは、ミラーM1によって
図の上方に90°偏向され、非変調ビームはミラーM1
を上方に通過する。
分に分割する別のタイプのスプリッタを使用してもよ
い。
けを検出するためでなく、一方が変調ビームであり他方
が非変調ビームである2つのコヒーレント光ビームの間
の干渉が生じるゾーンのエネルギの空間分布を検出する
ために光検出器アセンブリBCCDが配置されている。
これに関しては、光源Lがコヒーレント光源であるこ
と、及び、従来技術のシステムでは同じくレーザを使用
するがそのコヒーレンス特性を利用していないことに注
目されたい。
と対物レンズOB1、OB2、OB4との存在によって
生じたビーム軌道は1つの非限定例にすぎないこと、及
び、非変調コヒーレント光ビームと読取るべき情報要素
によって変調されたビームとを光検出器アセンブリが配
列された同一ゾーンで干渉させることができる限り装置
及びビームの別の構成を採用し得ることは容易に理解さ
れよう。
ネルギ分布を2つの次元で検出するための光検出器の2
次元(2D)マトリックスから成る。しかしながら、情
報記憶手段として回転ディスク、即ち情報要素の時間変
調を与えるディスクを使用する場合には、光検出器のリ
ニアアレイを使用する。
ンで、非変調ビームの全体方向を変調ビームの全体方向
に対して傾斜させる必要があることを指摘しておく。こ
れは、適当な光学系によって容易に得られる。例えば、
系OB4のレンズの光軸を該レンズに到着する入射ビー
ムの軸に対して横にオフセットさせると、ミラーM1の
上方に存在するゾーンで非変調ビームを傾斜させ得る。
アセンブリBCCDによって検出可能な明確な干渉縞を
生じさせる必要があるためである。リニアアレイの場
合、一方のビームの他方のビームに対する傾斜角度は、
アレイBCCDを含む平面内に存在する。アレイBCC
Dは更に、干渉縞が該アレイの上に分布するように、全
体としてビームに対して横断方向に配置されている。
表面のホログラムを、2つのコヒーレント光ビームを用
いて形成することが理解されよう。
くシフトされないならば、ビームによって観測されたデ
ィスク表面の像に関する全情報をホログラムが含むよう
にするためには、情報要素の2つの次元を空間周波数に
よって表す(感光マトリックスによって観察可能な)2
次元(2D)平面にホログラムを展開することが必要で
あろう。しかしながら、ディスクが回転するので、情報
の次元の1つは時間によって表され、その結果として、
ホログラムの次元の1つが時間周波数によって表され
る。このような理由から、アレイから出力された電気信
号を時間周波数ドメインで分析できる限り、リニアホト
ダイオードアレイで十分である。アレイが多数の検出器
を含んでいるので、所望の情報の別の次元を得るために
空間周波数ドメインの干渉縞を分析し得る。
ている。処理回路SPの出力は、ディスクに記憶された
情報要素を表す情報要素を与える。この処理回路の機能
は、第一に、アレイに得られた情報要素を実空間/時間
ドメインにホログラム形態で再生することである。特
に、空間/時間電気信号を、フーリエ変換によって空間
周波数及び時間周波数のドメインを表す信号に変換す
る。第二に、特に光学系の欠陥を補正するために、この
周波数ドメインの信号処理を行なうことである。
像、コンピュータデータの再生のようなアプリケーショ
ンに応じて種々の方法で使用され得る光ディスクの情報
内容を直接表す信号を与える。
ロセッサSPは以下の処理を実行する。時刻tにアレイ
の横座標xに配置されていた検出器で受容した光エネル
ギを表すために、種々の検出器から出力された電気信号
の振幅S(x、t)に基づいて、信号S(x、t)のフ
ーリエ変換F(u、v)を実行する。
る空間周波数ドメインの変数であり、vは、実時間変数
tに対応する時間周波数ドメインの変数である。
調ビームと同じ光の非変調ビームとの合成によって生じ
た干渉縞のゾーン内のエネルギ分布を表す。
及び時間周波数のドメインにおける同じ干渉縞を情報損
を伴わずに表す。
波数の変数uに対して座標を平行移動させ、新しい初期
座標u’=u+u0及びv’=vを得る。
行移動は、周波数スペクトルを変化させずにシフトさせ
得る。シフトは、参照レーザの傾きに等しい値に選択さ
れる。この結果として、非変調レーザビームの存在の影
響を極めて簡単に除去することができ、読取られるべき
光学情報要素で変調されたビームから得られる情報要素
だけがスペクトル内に維持され得る。
レーザビームを集束させるレンズのひとみの方向及び寸
法に対応する成分に制限する濾過処理を実行する。
補正する信号処理を行なうことも可能である。最も補正
し易い欠陥は、
補正の振幅を表す係数〕で示される直角位相関数の使用
によって修正できる欠陥である。
正の利点は、周波数(空間及び時間周波数)ドメインで
行なわれることである。光学型欠陥はときには実ドメイ
ンよりも周波数ドメインでより容易に表れる。
(u’、v)から2つの実変数の関数G(z、t)〔空
間変数(z)及び時間変数(t)〕を検索するために逆
フーリエ変換を行なう。この関数は、レーザビームによ
って照射されたディスクのラジアル(半径方向)セグメ
ントに沿って測定されたz座標上の光学情報要素の経時
変化を表す。
は、ラジアルセグメント上の1つ以上の隣合うトラック
を同時に照射し得る。逆フーリエ変換によって得られた
出力信号は、種々のz座標領域に対応する種々のトラッ
クに対応するであろう。従って、処理回路SPの出力で
所定のトラックを選択し得る。このために関数G(z、
t)は、zがある範囲の値となるように選択される。本
発明によれば、複数のトラックを同時に読取ること(ス
テレオモード読取り、など)さえも可能である。言い換
えると、信号処理を行なう際に、考察中のゾーンz毎に
異なる変調G(z、t)を与えることによって並列する
種々のトラックを検索するならば、従来技術のようにフ
ォーカシングスポットをトラックと同じ幅に縮小する必
要がない。
スポットの場合、トラック幅を従来技術よりも小さくで
きる。従って、ディスクの同じ表面積におけるトラック
数が増加する。
存在しない場合の反射係数基準を与えるためにトラック
間に基準面が必要であったが、本発明によれば、並列配
置されたトラックをトラック間の基準面を全く要せずに
読取ることが可能である。これもまた、情報の記憶密度
を増加する。
精度を下げてもよく、フーリエ変換に対する電子処理に
よってフォーカシング欠陥を補正できるので、フォーカ
シングの近似サーボ制御(ディスクの外面に関する高さ
方向のサーボ制御)で十分なことである。同様にして、
レーザのラジアル駆動モータによってラジアル方向の位
置決めを簡単に行なうことができる。従来技術のように
トラックの縁に対して精密な位置決めを行なう必要はな
い(従来技術ではトラックと隣接トラック間スペースと
を含む場所にビームを精密に配置しなければならなかっ
た)。
ック間スペースを全く設けずにまたはトラック幅よりも
はるかに小さい幅のトラック間スペースを維持して並列
された光ディスクを示す概略図である。これは従来技術
では全く不可能であった。情報要素は、一定幅のトラッ
ク中で可変な位置及び長さを有するピットとして示され
ている。しかしながら、情報要素が、刻設ピットの形態
でなく、屈折率の局部的変化のような別の形態でもよ
い。
さ及び間隔の変化を有するだけでなく、深さの変化を有
するように構成することも可能である。
トラックを有する記憶ディスクの表面の概略図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 光情報要素の読取りシステムであって、 レーザ源ビームを生成するためのレーザ源と、 前記レーザ源ビームから参照レーザビームと読取りレー
ザビームとを生成するための生成手段と、 光情報要素によって位相と振幅とが変調された前記読取
りレーザビームである変調されたレーザビームを作成す
るために、光情報要素上に前記読取りレーザビームを向
けるための手段と、前記参照レーザビームを前記変調されたレーザビームに
対して傾斜させることによって、 前記参照レーザビーム
と前記変調されたレーザビームとの間で干渉を作り出
し、それによって空間干渉パターンを作成するための干
渉手段と、 空間干渉パターンを受け取るよう配置され、空間干渉パ
ターンに対応する信号を供給する検出手段と、 光情報要素に対応する情報を復元するように、検出手段
によって供給された前記信号を処理するための処理手段
とを備えるシステム。 - 【請求項2】 参照レーザビームと変調されたレーザビ
ームとが、検出手段が配置された領域内で互いに対して
ほぼ斜めの方向に伝播する請求項1に記載の読取りシス
テム。 - 【請求項3】 検出手段が光検出器のアレイである請求
項1に記載のシステム。 - 【請求項4】 前記生成手段が、レーザ源ビームを前記
参照レーザビームと前記読取りレーザビームとに分離す
るために、レーザ源ビームの経路に配置された分離要素
を更に含み、 前記干渉手段が、前記分離要素へ参照レーザビームを反
射するためのミラーと、前記分離要素へ変調されたレー
ザビームを向ける手段とを更に含み、前記分離要素が、
それによって、反射された参照ビームと前記変調された
レーザビームとを受け取り、反射された参照ビームと変
調されたレーザビームとの両方を前記検出手段へ向ける
ようにされている請求項1に記載のシステム。 - 【請求項5】 処理手段が、 検出手段により受け取られた信号のフーリエ変換を作成
するフーリエ変換手段と、 前記フーリエ変換の空間周波数シフトを実行し、それに
よってシフトされたフーリエ変換を生成するフィルタリ
ング手段と、 実ドメインで光情報要素を表す信号を作り出すために、
前記フーリエ変換の逆フーリエ変換を実行する逆フーリ
エ変換手段とを備える請求項4に記載のシステム。 - 【請求項6】 更に、変調されたレーザビームに現れる
システムの光学的欠陥を補正するための補正手段を備
え、前記補正手段が、シフトされたフーリエ変換を処理
するための手段を備える請求項5に記載のシステム。 - 【請求項7】 補正手段が、フーリエ変換に、 【数1】 〔ここで、kは行うべき補正の大きさの関数である数値
係数、jは−1の平方根を示す虚数、u及びvはフーリ
エ変換の変数〕の形態の位相関数を乗算する手段を備え
る請求項6に記載のシステム。 - 【請求項8】 処理手段が、 検出手段により受け取られた信号のフーリエ変換を作成
するフーリエ変換手段と、 前記フーリエ変換の空間周波数シフトを実行し、それに
よってシフトされたフーリエ変換を生成するフィルタリ
ング手段と、 実ドメインで光情報要素を表す信号を作り出すために、
前記フーリエ変換の逆フーリエ変換を実行する逆フーリ
エ変換手段とを備える請求項1に記載のシステム。 - 【請求項9】 更に、変調されたレーザビームに現れる
システムの光学的欠陥を補正するための補正手段を備
え、前記補正手段が、シフトされたフーリエ変換を処理
するための手段を備える請求項8に記載のシステム。 - 【請求項10】 補正手段が、フーリエ変換に、 【数2】 〔ここで、kは行うべき補正の大きさの関数である数値
係数、jは−1の平方根を示す虚数、u及びvはシフト
されたフーリエ変換の変数〕の形態の位相関数を乗算す
る手段を備える請求項9に記載のシステム。 - 【請求項11】 隣合う同心トラックを含み、前記同心
トラックのいずれの幅より実質的に狭い幅を有する、同
心トラックの間のトラック間スペースを有する光ディス
クを更に備える請求項1から10のいずれか一項に記載
のシステム。 - 【請求項12】 前記トラック間スペースが実質的に零
である請求項11に記載のシステム。 - 【請求項13】 同心トラックが更にピットを備え、該
ピットは、長さおよび間隔において変調されていること
に加えて、深さにおいて変調されている請求項11に記
載のシステム。 - 【請求項14】 同心トラックが更にピットを備え、該
ピットは、長さおよび間隔において変調されていること
に加えて、深さにおいて変調されている請求項12に記
載のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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