(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の記録層を有する記録媒体に記録された情報を読み出す光情報読み出し装置であって、
第１、第２レーザ光と、
前記第１レーザ光と第２レーザ光を、情報読み出し対象としての前記記録層のいずれか一層上の同一位置に集光照射するための一つの集光レンズと、
前記記録層の一層から反射され、集光された、互いに光周波数の異なる第１レーザ光と第２レーザ光とを光電変換する光電変換手段と、
該光電変換手段の出力に基づいて、前記第１レーザ光と第２レーザ光のビート周波数成分を有する信号を検波し、前記記録層に記録された情報を再生する手段と、
を有することを特徴とする光情報読み出し装置。
【請求項２】
前記集光レンズは、前記第１レーザ光と第２レーザ光が、前記記録層の一層の移動方向を含む断面において、所定の角度をなして前記記録層の一層に照射されるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の光情報読み出し装置。
【請求項３】
前記記録層の一層から反射された第１レーザ光と第２レーザ光の光周波数差は、前記第１レーザ光と第２レーザ光が、前記記録媒体の回転による前記記録層の一層の回転移動によって受けるドップラーシフトにより発生されることを特徴とする請求項１記載の光情報読み出し装置。
【請求項４】
前記記録層の一層から反射された第１レーザ光と第２レーザ光の光周波数差は、前記記録媒体の回転による前記記録層の一層の回転移動速度と比例関係を有することを特徴とする請求項１記載の光情報読み出し装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光メモリ用の読み出し装置（以下光ピックアップと称する）を用いた光記録情報読み出し方法に関し、特に高密度光記録システムに好適な光記録情報読み出し装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報の記録・再生に光を用いる光メモリ・システムは、大容量性、ビット当りの低価格性、および媒体の可搬性といった長所を有する。このため、現在では、コンパクト・ディスクやビデオ・ディスク等の読み出し専用光メモリや、光磁気ディスクに代表される書換え型の光メモリとして実用化されている。この種の光メモリは、今後の情報化社会の進展に伴い、より一層の大容量化、小型化が望まれている。
【０００３】
図２０は光磁気ディスク用の光ピックアップの一従来例を示す。この光ピックアップは、光源となる半導体レーザ素子１９０１、コリメータ・レンズ１９０２、ビーム整形プリズム１９０３、第１のビーム・スプリッタ１９０４、対物レンズ１９０５、光磁気記録媒体１９０６、第２のビーム・スプリッタ１９０７、λ／２板１９０８、偏光ビーム・スプリッタ１９０９、信号光集光レンズ１９１０、１９１１、ＰＩＮ受光素子１９１２、１９１３、トラッキングエラー／フォーカスエラー検出用の光集光レンズ１９１５、トラッキングエラー／フォーカスエラー検出用の受光素子１９１６及び光磁気記録媒体（以下ディスクと称する）１９０６に磁界を印加するための磁石１９１７を備えている。以下にこの光ピックアップの動作を説明する。
【０００４】
半導体レーザ素子１９０１から斜め上方に出射されたレーザ光は、コリメータ・レンズ１９０２によって平行光に変換され、ビーム整形プリズム１９０３に入射する。ビーム整形プリズム１９０３に入射したレーザ光は円形のビームに整形される。ここで、半導体レーザ素子１９０１よりの出射光〜ビーム整形プリズム１９０３よりの出力光は、いずれも直線偏光である。
【０００５】
続いて、この直線偏光のレーザ光は、対物レンズ１９０５によって集光され、その上に位置するディスク１９０６に照射される。ディスク１９０６には、デジタル情報が垂直方向磁化として記録されており、レーザ光が反射される際に、記録情報に従ってレーザ光の偏波面がカー効果によって回転される。この時の偏波面の回転方向は、記録されたデジタル情報（デジタル信号）”１”、”０”に対応して反対になる。従って、この偏波面の回転方向を検出すれば、デジタル情報”１”、”０”を読み出すことができる。
【０００６】
ディスク１９０６により反射された信号光は第１のビーム・スプリッタ１９０４により光路を９０゜変更され、続いて第２のビーム・スプリッタ１９０７に入射し、ここで水平方向と垂直方向の２つの光に分岐される。分岐された光のうち、水平方向の光はトラッキングエラー／フォーカスエラー検出用ビームとなり、集光レンズ１９１５により集光された後、受光素子１９１６に導かれ、光電変換される。これにより、電気信号であるトラッキングエラー／フォーカスエラー信号が得られる。
【０００７】
一方、垂直方向に分岐された光は、記録信号検出用の光となり、λ／２板１９０８により偏波面が４５゜回転される。図２１はこの状態におけるディスク１９０６からの反射光の偏光成分を示す。ここで、ディスク１９０６からの反射光には、ディスク１９０６により偏波面を回転された光２００１と、その経路中に存在する各種の光学部品の表面等からの反射に起因する非回転成分２００２が重なった状態になっている。そして、この重なった状態の反射光を、λ／２板１９０８の出射側に設けられた偏光ビーム・スプリッタ１９０９が直交する２成分、即ち図２１に示すｓ波成分の光とｐ波成分の光に分離する。
【０００８】
ｐ波成分の光は偏光ビーム・スプリッタ１９０９をそのまま直進する。即ち、垂直下方に直進する。一方、ｓ波成分の光は偏光ビーム・スプリッタ１９０９により光路を９０゜変更されて、水平方向に向かう。続いて、ｐ波成分の光は集光レンズ１９１１に集光された後、高速ＰＩＮ受光素子１９１３に導かれ、光電変換される。同様に、ｓ波成分の光は集光レンズ１９１２に集光された後、高速ＰＩＮ受光素子１９１２に導かれ、光電変換される。２つの高速ＰＩＮ受光素子１９１３、１９１２によりそれぞれ光電変換された電気信号は、差動増幅器１９１４により所定レベルに増幅され、かつその差分が検出される。従って、図２１に示す非回転反射光２００２がキャンセルされ、結局、記録磁化により回転した光の成分である信号光２００１のみが電気信号として検出される。そして、差動増幅器１９１４の検出出力により記録情報が復元される。
【０００９】
なお、図２１に示す信号光２００１では、ｐ波成分の方がｓ波成分より大きいため、差動増幅器１９１４の検出出力、即ちｐ波成分−ｓ波成分は、正の値の電気信号になる。これに対して、信号光２００１とは逆方向に偏波面が回転した場合、即ち情報がディスク１９０６に反対方向の磁化として記録されている場合は、ｓ波成分の方が大きくなるので、検出出力は負の電気信号となる。
【００１０】
上記の光ピックアップでは、記録情報を検出する手段として、光強度の直接検波方式の差動増幅器１９１４を備えているが、他の直接検波方式の検出手段を備えた光ピックアップも公知である。いずれにしても、従来の光ピックアップでは、光磁気ディスクに限らず、全ての光ピックアップにおいて、光強度の直接検波方式が採用されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ディスク・メモリは今後増々、大容量化・高速読み出し化（高速アクセス化）が要請される傾向にある。このような要請に答えるためには、記録媒体のさらなる高密度化、及びディスクの高速回転化を実現する必要がある。しかるに、高密度化、高速回転化を図ると、これに伴って、１ビット当りの占有面積はさらに小さくなり、反射強度が弱くなると共に、１ビット当りの信号パルス幅も小さくなる。即ち、１ビット当りの信号光エネルギが減少することになる。
【００１２】
このような現状では、上記のような光強度検出機構を有する光ピックアップでは、信号光パワーレベルが受光回路におけるショット雑音や熱雑音のレベルに近づいてくる。このため、現状の波長７８０ｎｍの光を用いたシステムでは、１Ｍビット／ｍｍ２以上の高密度ディスクからの情報読み出しではビット誤り率が１０−５以上となり実用上不都合なものになる。その理由は、直接検波方式では反射光強度の減衰の４乗に比例して、また情報読み出しレートの増大の１乗に反比例してＣ／Ｎ値が劣化するためである。
【００１３】
このような従来の光ピックアップが有する問題点を解決する１つの方法として、光源としてより短波長のレーザ光を利用することが盛んに研究されている。しかしながら、短波長レーザ素子の実用化のタイミングが光ディスク・メモリの大容量化のニーズと必ずしも一致しないことや、短波長光を用いたとしてもその波長を用いてより大きな容量を有する光ディスク・メモリが必要になること等を考慮すると、結局、高感度の検出システムを開発することが必要になる。
【００１４】
また、記録情報の高密度化に関しては、記録媒体を多層にして実質的な記録密度を向上させる方法も検討されているが、従来の多層記録媒体からの情報読み出し方式では、多層の記録媒体からある特定の記録媒体層を選択する手段として、レーザ光を集光照射するためのレンズの焦点深度のみを利用するものを用いていた。このため、読み出し対象以外の層からの情報が反射光に重畳するおそれがあり、これらが雑音となるため、十分なビット誤り率での情報の読み出しを達成できないのが現状である。
【００１５】
上記の理由により、従来の光ピックアップでは、今後の光ディスク・メモリのより一層の大容量化、高密度化、高速アクセス化に対処することができない。
【００１６】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、１ビット当りの記録面積が小さくなり、読み出し信号光強度が微弱になった場合や、ビットの読み出しレートが１Ｍｂｐｓ以上に高速化された場合であっても、高精度に記録情報を読み出すことができる光記録情報読み出し方法およびその実施に使用する光記録情報読み出し装置を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、多層記録媒体を有する光システムにおいて、ある特定の記録媒体層のみからの信号を他層の影響なしに精度よく読み出すことができる光記録情報読み出し方法およびその実施に使用する光記録情報読み出し装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光記録情報の読み出し装置は、
複数の記録層を有する記録媒体と、
第１、第２レーザ光と、
前記第１レーザ光と第２レーザ光を、前記記録層のいずれか一層上の同一位置に集光照射するための一つの集光レンズと、
前記記録層の一層から反射された第１レーザ光と第２レーザ光とを合わせて光電変換する光電変換手段と、
該光電変換手段の出力に基いて、前記第１レーザ光と第２レーザ光のビート周波数成分を有する信号を検波する手段と、を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１９】
また、本発明の光記録情報の読み出し装置は、
記録層を有する記録媒体と、
該記録媒体が移動する方向に異なる角度成分を有する第１、第２レーザ光と、該第１、第２レーザ光を前記記録媒体の同一位置に集光するための一つの集光レンズと、
前記記録媒体で反射された第１レーザ光と第２レーザ光とを合わせて光電変換する光電変換手段と、
該光電変換手段の出力に基づいて、前記第１レーザ光と第２レーザ光のビート周波数成分を検出する周波数検出手段と、
該周波数検出手段の出力に応じて、前記記録媒体の回転数を制御する回転数制御手段と、を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２０】
また、前記記録媒体が、複数の記録層を有していてもよい。
【００２１】
上記の方法によれば、２つの異なる光周波数を有する２つの光を光コヒーレント検波して記録媒体に記録された記録情報を読み出すので、後述の実施例中に詳細に示す理由により、電子回路による増幅では避けられない余分な雑音成分の増加を発生することなく、疑似的な信号増幅が可能になる。従って、この方法によれば、１ビット当りの信号光の光パワーが微弱な場合であっても、Ｃ／Ｎ比を劣化させることなく記録情報を読み出すことができる。
【００２２】
加えて、上記のように２つの光の光周波数差が一定になるように制御すると、記録情報の再生を精度よく行える。この理由についても、後述の実施例で詳細に説明する。
【００２３】
更には、光周波数の異なる２つの光を共焦点状態で記録媒体上に照射すれば、多層構造の記録媒体からの読み出しを行う場合において、読み出し対象の層以外の層からの雑音光の影響を排除できる。
【００２４】
本発明によれば、２つの半導体レーザ素子からのレーザ出力の光周波数差を一定にする為の複雑な帰還回路系を必要とせずに、光コヒーレント検波により生成されるビート信号の振幅変化を介して記録情報を読み出すことが可能となり、多層記録媒体ディスク１６００からも読み出し対象層以外の層での光の散乱の影響を全く受けることなく、記録情報を読み出すことが可能となった。このため、本実施例装置において、記録密度１Ｍ／ｍｍ２の２層ディスクより情報を読み出したところ、ビット誤り率１０−７が達成される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
図１は本発明方法の実施に使用される光記録情報読み出し装置のシステム構成を示す。以下にその構成を動作と共に説明する。
【００２６】
第１の半導体レーザ素子１０１から斜め上方に向けて出射された直線偏光である光周波数ν１の第１レーザ光は、コリメータ・レンズ１０２により平行光にされた後、ビーム整形用プリズム１０３およびビーム・スプリッタ１０４を経て、集光レンズ１０５に入射する。続いて、集光レンズ１０５によって集光されて、その上方に位置するディスク１０６に照射される。より具体的には、ディスク１０６の上面側に設けられた光磁気効果を有する記録媒体１０７に集光照射される。この記録媒体１０７には、上記従来技術のところで説明したように、デジタル情報が垂直方向磁化として記録されている。記録媒体１０７に照射されたレーザ光は、記録媒体１０７におけるカー効果により偏光面が一定の角度だけ回転した状態となって反射される。このときの偏光面の回転方向は記録媒体１０７に記録された磁化の方向によって決定される。このため、反射レーザ光の偏光面の回転方向を検出すれば記録情報が再生されるようになっている。
【００２７】
記録媒体１０７からの反射光は、集光レンズ１０５によって平行光にされた後、再度ビーム・スプリッタ１０４に入射し、ここで２つの光路に分岐される。分岐された一方の光は、元の経路を辿り、他方の分岐された光は水平方向の光となってビーム・スプリッタ１０８に入射し、ここで再度、水平方向の光と垂直方向の光に分岐される。
【００２８】
水平方向に分岐された反射レーザ光は、集光レンズ１０９を経て多分割フォトダイオード１１０に導かれ、ここで光電変換される。これにより、電気信号であるトラッキングエラー／フォーカスエラー信号が得られる。この電気信号は、図示しない光ピックアップ位置制御回路に入力される。位置制御回路は入力信号に基づき、ディスク１０６に入射されるレーザ光が記録媒体１０７に対して精度よくフォーカスされ、かつ、ディスク１０６に刻設されたトラックから外れることなくトラッキングされるようにレーザ光ピックアップ１００全体を制御する。即ち、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボを行う。
【００２９】
なお、図１ではレーザ光のうち主ビームのみを図示してあるが、実際にはディスク１０６への照射ビームを主ビームと２つの副ビームとの３ビームとしてトラッキングを行っている。
【００３０】
一方、ビーム・スプリッタ１０８により分岐された他方の反射レーザ光は、λ／２板１１１により偏光面を４５゜回転された後、偏光ビーム・スプリッタ１１２により偏光方向の直交する２つの成分に分離される。また、この偏光ビーム・スプリッタ１１２には反射レーザ光が入射される面に対して直交する面から、第２の半導体レーザ素子１１３より出射された光周波数ν２の第２レーザ光がコリメータ・レンズ１１４によって平行光にされた後入射されるようになっている。この第２レーザ光も上記の反射レーザ光同様に偏光方向の直交する２成分に分離される。
【００３１】
ここで、第２の半導体レーザ素子１１３とコリメータ・レンズ１１４は、この時の第２のレーザ光と反射レーザ光との波面が一致するように、その配置位置が設定されている。なお、両光の波面を一致させることの必要性および必要とされる波面一致精度については後述する。
【００３２】
加えて、第２レーザ光の光周波数ν２は反射光の光周波数ν１との差、ν１−ν２が一定となるように制御されている。但し、その詳細については後述する。
【００３３】
上記のようにして偏光ビーム・スプリッタ１１２により分離された２つの偏光成分の光は、それぞれ集光レンズ１１５、１１７を経てＰＩＮフォトダイオード１１６、１１８に導かれて光電変換される。
【００３４】
次に、図２に基づき偏光ビーム・スプリッタ１１２に入射される反射レーザ光と第２レーザ光の偏光方向の関係と、偏光ビーム・スプリッタ１１２による偏光分離の詳細を説明する。
【００３５】
ここで、図２において、横軸は偏光ビーム・スプリッタ１１２をＰＩＮフォトダイオード１１６側（下方向）に通過する偏光成分を示し、縦軸はＰＩＮフォトダイオード１１８側（左方向）に通過する偏光成分を示している。また、ベクトルＯＲ、ＯＡ、ＯＢおよびＯＬはそれぞれ以下のものを示している。
【００３６】
ベクトルＯＲ：ディスク１０６に照射された第１レーザ光の内記録媒体１０７との相互作用なしに、即ち偏光方向の回転なしに反射された反射ビーム
ベクトルＯＡ：記録媒体１０７により偏光方向が右回りに回転された反射レーザ光ベクトルＯＢ：記録情報が反転してベクトルＯＡとは反対方向に偏光方向が回転された反射レーザ光
ベクトルＯＬ：第２の半導体レーザ素子１１３より出射された第２レーザ光
但し、ベクトルＯＡ成分とベクトルＯＢ成分は記録媒体１０７に記録されたデジタル情報の”１”、”０”により切り替わるものであり、同時に両方の光が存在することはない。
【００３７】
図２からわかるように、偏光ビーム・スプリッタ１１２の２つの偏光分離方向に対して、反射レーザ光および第２レーザ光の偏光方向と基本的に４５゜をなすように配置が調整されている。即ち、４５゜からずれた偏光を有する光は記録媒体１０７とのカー効果により偏光方向が回転された成分のみとなるように調整されている。従って、ＰＩＮフォトダイオード１１６により受光される光は、図２の横軸のベクトル成分、即ちＯＡ（１）（又はＯＢ（１））、ＯＲ（１）、ＯＬ（１）の３ベクトルとなる。この内、ＯＡ（１）（又はＯＢ（１））、ＯＲ（１）の２つのベクトル成分を有するレーザ光は第１レーザ光の反射光であり、その光周波数はν１である。一方、ベクトルＯＬ（１）成分は第２レーザ光によるものであり、その光周波数はν２である。
【００３８】
ここで、一般にコヒーレント検波と称せられる、異なる光周波数を有する２つのレーザ光の波面を一致させて受光素子により電気信号に変換する場合は、２つの光が電界として加算された後に二乗検波されることになる。
【００３９】
従って、２つのレーザ光の光電界Ｅ１、Ｅ２を、
Ｅ１＝ａ１ｃｏｓ（２πν１ｔ＋φ１）    …（１）
Ｅ２＝ａ２ｃｏｓ（２πν２ｔ＋φ２）    …（２）
とすると、ＰＩＮフォトダイオード１１６により光電変換されて出力される電流Ｉは、下記（３）式で表される。
【００４０】
Ｉ＝η（Ｅ1＋Ｅ2）2 ＝η／２・｛ａ12＋ａ22＋２ａ1ａ2cos[ ２π（ν1−ν2）ｔ＋φ1−φ2]｝ …（３）
但し、
η：PINフォトダイオード116の光電変換効率等を含む比例定数
ａ1、ａ2：２つのレーザ光の電界振幅
φ1、φ2：２つのレーザ光の光位相
ｔ：時間である。
【００４１】
ここで、ＰＩＮフォトダイオード１１６が実質的に応答しない高周波成分は平均化した、２ν１成分、２ν２成分、ν１＋ν２成分である。また、上記（３）式中の第１項と第２項は通常の直接検波と同様に２つのレーザ光の強度に比例した直流電気成分の和を表しているが、第３項はレーザ光の光周波数ν１−ν２の周波数を有する交流電流成分が含まれることを表している。この交流電流成分は光コヒーレント検波特有のものであり、２つのレーザ光の進行方向が一致、即ち波面が一致し、かつ両レーザ光の周波数差ν１−ν２がＰＩＮフォトダイオード１１６の応答可能な周波数範囲にある場合にのみ検知される。
【００４２】
次に、光周波数は同一であるが、光位相のみが異なる２つのレーザ光を光コヒーレント検波した場合について説明する。２つのレーザ光の光電界を
Ｅ１＝ａ１ｃｏｓ（２πν１ｔ＋φ１）    …（４）
Ｅ２＝ａ２ｃｏｓ（２πν１ｔ＋φ２）    …（５）
とすると、ＰＩＮフォトダイオード１１６により光電変換されて出力される電流Ｉは、下記（６）式で表される。
【００４３】
0003545380.tif 000002
上記（６）式からわかるように、この場合は、通常の両レーザ光の強度に比例する成分以外に、両レーザ光の位相差に関連して電流成分が現れることになる。従って、両レーザ光の位相差関係が一定であれば、この成分は直流電流成分となり、交流成分は出力されない。
【００４４】
２つのレーザ光を上記のように光コヒーレント検波するためには、両レーザ光の波面が一致していることが重要である。以下にその理由を説明する。今、図３（ａ）に示すように、波面が角度δだけ傾いた２つのレーザ光３０１、３０２を合波した場合を仮定すると、この場合は図３（ｂ）に示すように、合波面内にν１−ν２成分の信号位相が正弦波状に反転する部分が存在する。このため、反転部分同士が互いに打ち消し合い、結果的にν１−ν２周波数成分の振幅が著しく低下する。
【００４５】
但し、実際の光コヒーレント検波では、合波の後にレンズで集光してＰＩＮフォトダイオード１１６、１１８で検波しているが、合波直後の位相関係がそのままＰＩＮフォトダイオード１１６、１１８上でも相似関係で再現されるため、平面波同士を合波した合波面で説明する場合と同様の現象を生ずる。
【００４６】
図４は、直径５ｍｍの２つの平面波レーザ光同士をコヒーレント検波した場合の、両レーザ光の波面のなす角度に対する周波数ν１−ν２の信号成分強度の変化を示す。図４より、波面が約０．０１゜傾くと、周波数ν１−ν２の信号成分の強度は−１０ｄＢに減衰することがわかる。この波面の一致精度は平面波状態での２つのレーザ光の重なり合う部分の面積が大きい程厳しくなる。
【００４７】
ここで、本実施例の記録情報読み出し装置では、反射レーザ光および第２レーザ光共に平面波であり、かつビーム径を３ｍｍとしたので、偏光ビーム・スプリッタ１１２において反射レーザ光の波面に対して０．０２゜以下の波面一致精度とするべく、半導体レーザ１１３素子およびコリメータ・レンズ１１４を配置する必要があった。
【００４８】
本実施例におけるＰＩＮフォトダイオード１１６では、上記のように３つのレーザ光をコヒーレント検波することになるが、上記の考察から容易にわかるように、交流電流成分として出力されるのは、ベクトルＯＬ（１）成分のレーザ光とベクトルＯＡ（１）（又はＯＢ（１））成分のレーザ光の検波出力、およびベクトルＯＬ（１）成分のレーザ光とベクトルＯＲ（１）成分のレーザ光の検波出力の２つとなる。
【００４９】
なお、以後添字（１）は偏光ビーム・スプリッタ１１２の偏光分離の２方向の光ベクトル成分の内の一方の方向のベクトル成分を示し、他方の方向のベクトル成分を添字（２）で示す。
【００５０】
ここで、ベクトルＯＬ（１）成分、ベクトルＯＡ（１）成分およびベクトルＯＲ（１）成分のレーザ光の光電界は、それぞれ下記（７）式、（８）式、（９）式で表される。
ＥＬ（１）＝ａＬ（１）ｃｏｓ（２πν２ｔ）＋φＬ（１）    …（７）
ＥＡ（１）＝ａＡ（１）ｃｏｓ（２πν１ｔ）＋φＡ（１）    …（８）
ＥＲ（１）＝ａＲ（１）ｃｏｓ（２πν１ｔ）＋φＲ（１）    …（９）
従って、出力電流の交流成分は、
ＩＡＣ（１）＝ηａＡ（１）・ａＬ（１）ｃｏｓ［  ２π（ν１−ν２）ｔ＋φＡ（１）−φＬ（１）］  ＋ηａＲ（１）・ａＬ（１）ｃｏｓ［  ２π（ν１−ν２）ｔ＋φＲ（１）−φＬ（１）］  …（１０）
となる。
【００５１】
上記（１０）式中の２つの成分は同一周波数を有し、位相のみ異なる信号を表している。この位相の異なりは、ベクトルＯＡ成分のレーザ光とベクトルＯＲ成分のレーザ光の位相差に等しくなっている。これらの反射レーザ光を発生させるのはディスク１０６の表面又は記録媒体１０７の表面であるが、ディスク１０６で反射されるレーザ光は集光レンズ１０５により平行光に変換されず球面波発散光になるため、ＰＩＮフォトダイオード１１６に到達するまでにその感度が減衰する。また、半導体レーザ１１３から出射され、平行光である第２レーザ光と波面が一致しないため、光コヒーレント検波が不可能である。たとえ、ディスク１０６からの反射光があったとしても、ＰＩＮフォトダイオード１１６出力の直流成分にしか寄与しないからである。従って、ベクトルＯＡ成分のレーザ光とベクトルＯＲ成分のレーザ光の両方とも記録媒体１０７からの反射であり、両反射レーザ光の位相は一致することになる。即ち、φＡ（１）＝φＲ（１）となる。従って、この関係を導入すれば、上記（１０）式は下記（１１）式で表される。
【００５２】
ＩＡＣ（１）＝η（ａＡ（１）・ａＬ（１）＋ａＲ（１）・ａＬ（１））・ｃｏｓ［  ２π（ν１−ν２）ｔ＋φＲ（１）−φＬ（１）］    …（１１）
同様に、ＰＩＮフォトダイオード１１８においても、交流成分として出力されるのはベクトルＯＬ（２）成分のレーザ光とベクトルＯＡ（２）（又はＯＢ（２））成分のレーザ光の検波出力およびベクトルＯＬ（２）成分のレーザ光とベクトルＯＲ（２）成分のレーザ光の検波出力である。
【００５３】
よって、この場合の出力電流の交流成分は、下記（１２）式で表される。
【００５４】
ＩＡＣ（２）＝η（ａＡ（２）・ａＬ（２）＋ａＲ（２）・ａＬ（２））・ｃｏｓ［  ２π（ν１−ν２）ｔ＋φＲ（２）−φＬ（２）］    …（１２）
ここで、上記の（１１）式と（１２）式とを比較することにより、ＰＩＮフォトダイオード１１６、１１８からの電流出力の内の交流成分の振幅を比較する。図２に示すように、ベクトルＯＲとベクトルＯＬは偏光ビーム・スプリッタ１１２の偏光分離方向に対して４５゜の角度をなしている。
【００５５】
従って、
ａＲ（１）＝ａＲ（２）    …（１３）
ａＬ（１）＝ａＬ（２）    …（１４）
の関係が成立し、両式の振幅成分の差は、
△＝η（ａＡ（１）−ａＡ（２））・ａＬ（１）    …（１５）
となる。ここで、ベクトルＯＡの４５゜からの回転角度をθとすると、振幅成分の差は下記（１６）式で表される。
【００５６】
△＝ηａＡａＬｓｉｎθ    …（１６）
一方、記録媒体１０７でのカー効果を受けた反射レーザ光の回転角が反対方向の場合はベクトルＯＢ成分のレーザ光が信号光になるため、ベクトルＯＡの場合と同様にベクトルＯＢの４５゜からの回転角をθとすると、振幅成分の差は下記（１７）式で表される。
【００５７】
△＝−ηａＡａＬｓｉｎθ    …（１７）
以上の理由により、ＰＩＮフォトダイオード１１６、１１８により光コヒーレント検波された出力電流の交流成分の振幅の差分の正負により記録情報の”１”、”０”を判定できることがわかる。
【００５８】
また、上記の説明より、従来の直接検波方式による”１”、”０”信号に対応する信号成分は±ηａＡ２ｓｉｎθであるのに対し、光コヒーレント検波を応用した本実施例の場合の”１”、”０”に対応する信号成分は±ηａＡａＬｓｉｎθとなることがわかる。
【００５９】
ここで、ａＬは、第１レーザ光の光強度には依存せず、第２の半導体レーザ素子１１３より発生させられたレーザ光の光強度で任意に設定可能な値である。従って、ディスク１０６における高密度化や読み出しの高速化によりビット当りのａＡが小さくなった場合にも、ａＡ・ａＬとして信号成分を大きく保つことができる。即ち、第２レーザ光の振幅ａＬにより信号成分を含む反射レーザ光の振幅ａＡが疑似的に増幅されることになる。このような光の領域における増幅では、電子回路における増幅につきものの雑音成分の増幅はない。従って、純粋に信号成分のみを増幅できるので、Ｃ／Ｎ値を大幅に改善できる。
【００６０】
次に、実際の信号検出について図面に基づき詳細に説明する。上記のように、直交する２つの偏光成分を別々に光コヒーレント検波した後、ＰＩＮフォトダイオード１１６、１１８からの電気信号は高域通過フィルタ１１９、１２０により直流成分が除去される。続いて、直流成分を除去された電気信号は前置増幅器１２１、１２２に入力され、ここで信号として重要な交流成分が増幅される。続いて、中心通過周波数がν１−ν２に設定された狭帯域通過フィルタ１２３、１２４が交流成分から雑音成分を除去し、上記（１１）、（１２）式に示したν１−ν２成分（以下ビート成分と称する）のみを抽出する。本実施例では両レーザ光の光周波数差が１ＧＨｚとなるように設定したため、ビート信号周波数も１ＧＨｚである。
【００６１】
図５は前置増幅器１２１、１２２の出力波形を示す。同図からわかるように、記録信号の”１”、”０”に対応して、前置増幅器１２１、１２２の出力ビート信号の振幅が相互に変化している。また、同図から、本実施例では、記録信号が”１”の場合に前置増幅器１２１からのビート信号の振幅が大きくなり、記録信号”０”の場合に前置増幅器１２２からのビート信号の振幅が大きくなっている。この信号形態は、ビート信号周波数をキャリアとした振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）変調による信号伝送方式を表している。但し、２チャンネルによる差動型ＡＳＫである。
【００６２】
従って、信号を復調するためには、ビート信号周波数をデジタル情報情報読み出しレートＲ（本実施例ではＲ＝０．７Ｍｂｐｓ）よりも十分に高い周波数とする必要がある。但し、実際には、デジタル情報読み出しレートＲの２倍以上に設定することが最低限必要であり、好ましくは、１０倍以上に設定する。
【００６３】
また、このように電気信号においてＡＳＫ変調方式で変換することの利点としては、比較的キャリア波（ここではビート信号）の周波数や位相が不安定でも信号再生に問題を生じないという点が挙げられる。通常の無線通信の場合とは異なり、本実施例の場合には半導体レーザ自身のスペクトル線幅が１ＭＨｚであり、ν１−ν２が揺らぐこと、およびデジタル情報をもつディスク１０６が回転運動することにより発生するディスク振動によりφＡ（１）、φＡ（２）の値が変化することによりビート信号の周波数や位相が不安定となるのが普通である。従って、本実施例のようにＡＳＫ変調方式に一旦変換された信号からデジタル情報を再生する方式が適しているといえる。
【００６４】
上記のようにして、狭帯域通過フィルタ１２３、１２４を通過したビート成分の振幅値は、全波整流回路等の非同期型の振幅検波回路１２５、１２６により直流電圧として検出される。続いて、直流電圧成分に変換されたビート成分の振幅値を差動増幅回路１２７により差動増幅し、最後に、差動増幅回路１２７の出力の正負を信号レベル比較回路１２８により判定する。この判定結果により、上記（１６）式又は（１７）式に示した記録情報”１”、”０”に対応する信号成分の正負を判定でき、記録情報を読み出すことができる。
【００６５】
ここで、信号読み出しに十分なＣ／Ｎ値を確保するためには、光コヒーレント検波による信号成分の増幅と共に、雑音レベルの抑制が必要である。このため、本実施例では、以下に示す２点に重点を置いて検出システムを構成している。
【００６６】
前置増幅器１２１、１２２として低雑音指数特性を有する増幅器、例えば、ＧａＡｓ高電子移動トランジスタを使用する。
【００６７】
狭帯域通過フィルタ１２３、１２４の通過帯域幅をできるだけ狭く設定する。
【００６８】
なお、この通過帯域幅はビート信号周波数の短期／長期の揺らぎ幅と情報読み出し速度の和に律速される。本実施例では両方の半導体レーザ素子１０１、１１３から発生されるレーザ光のスペクトル線幅によりビート信号周波数の揺らぎ幅は決定されており、情報読み出し速度は０．７Ｍｂｐｓであったので、狭帯域通過フィルタ１２３、１２４の通過帯域幅としては３ＭＨｚとした。
【００６９】
次に、２つの半導体レーザ素子１０１、１１３からの第１レーザ光と第２レーザ光の光周波数差（ビート信号周波数）ν１−ν２を一定に保つ手段（自動周波数制御：ＡＦＣ）について説明する。ＰＩＮフォトダイオード１１８で光コヒーレント検波し、その電気出力から高帯域フィルタ１２０と前置増幅器１２２により抽出したビート信号成分を狭帯域フィルタ１２４に入力すると共に、その周波数弁別回路１２９入力し、交流成分の周波数を電圧値として検出する。この周波数弁別回路１２９としては検波帯域が広く同期に時間を要しない非同期検波が適しており、ここでは遅延検波回路を用いた。
【００７０】
続いて、ＰＩＤ制御回路１３０により周波数弁別回路１２９の出力を外部から入力する一定の設定電圧（図示せず）と一致するように制御信号を発生させ、この制御信号に従ってレーザ駆動回路１３１により第１の半導体レーザ素子１０１と第２の半導体レーザ素子１１３の駆動条件を変化、即ち制御する。レーザ駆動回路１３１は別途設けた自動パワー制御回路系（図示せず）からの制御信号に従い、両半導体レーザ１０１、１１３の光出力の制御（自動パワー制御：ＡＰＣ）も同時に行っている。なお、本実施例では、半導体レーザ素子として波長可変型レーザ素子を使用しており、そのレーザ光の光強度と光周波数をそれぞれ設けられた個別の制御端子により制御可能である。このような、帰還回路系を設けたことにより、光周波数差を一定に保ち、ビート信号周波数を一定に保つことができることが確認できた。
【００７１】
次に、初期状態における光周波数差の設定手段について説明する。初期状態では、両方の半導体レーザ素子１０１、１１３が無関係な光周波数を有するレーザ光を発するので、初期状態で上記の帰還回路による制御を実行することはできない。ディスク１０６をセットし、フォーカスサーボがかかった状態で初めて第１レーザ光のディスク１０６からの反射光がＰＩＮフォトダイオード１１８に到達し、光コヒーレント検波を行うことが可能になる。この状態では、普通、両レーザ光の光周波数が大きく異なっており、その差が高周波であるため、ＰＩＮフォトダイオード１１８、高域通過フィルタ１２０、前置増幅器１２２、周波数弁別回路１２９のいずれか（又は複数）の応答帯域外となるため、周波数弁別回路１２９の出力電圧は０Ｖである。
【００７２】
この状態で、まず、レーザ駆動回路１３１により第１の半導体レーザ素子１０１の駆動条件を一定に保持したまま、周波数弁別回路１２９の出力電圧をモニタし、第２の半導体レーザ素子１１３の光周波数を徐々に一定方向に走査する。この一連の動作は、周波数弁別回路１２９の出力電圧を監視するプロセッサ回路１３２により制御される。この時点では、ＰＩＤ制御回路１３０とレーザ駆動回路１３１との間を入切りするスイッチ回路１３３はＯＦＦ状態にあり、ＰＩＤ制御回路１３０はレーザ駆動回路１３１から切り離されている。従って、この状態では帰還回路は動作しない。
【００７３】
更に、第２の半導体レーザ素子１１３から出射される第２レーザ光の光周波数を走査し続けると、ある時点で第２レーザ光の光周波数が第１レーザ光の光周波数に接近する。この時、その光周波数差がＰＩＮフォトダイオード１１８、高域通過フィルタ１２０、前置増幅器１２２および周波数弁別回路１２９の全ての応答速度帯域に入り、周波数弁別回路１２９の出力端子に正の出力電圧が出力される。なお、第２レーザ光の光周波数走査のステップは上記の回路系１１８、１２０、１２２、１２９の総合応答帯域より小さいことが必要であるため、本実施例では応答帯域を１ＭＨｚとした。
【００７４】
そして、周波数弁別回路１２９からの出力電圧がこの帰還回路を機能させるのに十分な範囲となる一定の範囲になったとプロセッサ回路１３２が判定すると、プロセッサ回路１３２はスイッチ回路１３３をＯＮし、ＰＩＤ制御回路１３０を動作させる。これにより、制御状態が帰還回路制御に切り替えられる。
【００７５】
上記のような回路構成とすると、従来例の問題点として指摘したディスクメモリの高密度化・高速読み出し化に伴う記録媒体１０７からの信号情報を含む反射レーザ光（本実施例のベクトルＯＡ成分、ベクトルＯＢ成分に相当）のビット当りのパワーが小さくなり直接検波方式での再生では実用的なビット誤り率を実現するのに必要なＣ／Ｎ値を確保できない場合であっても、本実施例の光コヒーレント検波によれば十分なＣ／Ｎ値を確保できる。従って、ディスクメモリの高密度化・高速アクセス化に十分に対処可能である。なお、実用的なビット誤り率は記録データの重要度や冗長度により異なるが、一般には１０−４〜１０−５とされる。
【００７６】
本実施例の装置を使用し、ビット読み出し速度１Ｍビット／ｍｍ２の記録密度を有するディスクを用いて記録情報を読み出したところ、ビット誤り率を１０−６とすることができた。これは、第２レーザ光の発生手段を装置内部に有し、この第２レーザ光の電界振幅により雑音成分の増幅を含まない純粋な信号成分のみの増幅を可能とする光コヒーレント検波を実施し、かつビート信号周波数をサブキャリアとするＡＳＫ変調信号として記録情報を読み出し／再生した結果による。
（実施例２）
本発明の他の実施例について説明する。
【００７７】
図６に本実施例の光記録情報読み出し装置の構成図を示す。第１の半導体レーザ素子６０１から出射した第１のレーザ光は、ホログラム板６０２を通ってコリメータ・レンズ６０３により平面波に変換される。この第１の半導体レーザ素子６０１からのレーザ光の光周波数はν１とした。平面波に変換された第１のレーザ光は、ビーム・スプリッタ６０４を通過し、集光レンズ６０５により集光され、光ディスク６０６に形成された記録媒体６０７に照射される。照射された、第１のレーザ光は、前述の実施例１と同様のカー効果により、反射レーザ光の偏光面が記録デジタル情報の１、０に対応して、反対方向に回転させられる。
【００７８】
記録媒体６０７で反射された反射レーザ光は、集光レンズ６０５により再び平面波に変換され、ビーム・スプリッタ６０４で２分される。ビーム・スプリッタ６０４を直進した反射レーザ光は、コリメータ・レンズ６０３により集光され、ホログラム板６０２に形成されたホログラムにより回折される。この回折光は、第１の半導体レーザ素子６０１の近傍に配置された多分割フォトダイオード６０８に照射され、光ディスク６０６における照射レーザ光のフォーカス状況およびトラッキング状況を検出するのに使用される。多分割フォトダイオード６０８からの出力は、図示しないピックアップ位置制御回路系に入力され、ピックアップ位置制御回路系は図示した光学系全体から成る光ピックアップ６０９をアクチュエータにより動かすことにより、フォーカスとトラッキング状態が一定となるようにする。
【００７９】
ビーム・スプリッタ６０４で２分されたレーザ光のうち、光路を直角に曲げられた反射レーザ光は、偏光ビーム・スプリッタ６１０により偏光方向の直交する２つの成分に分離される。このときの状況を図７に示す。前実施例と同様に、ベクトルＯＡ（またはベクトルＯＢ）は、カー効果により偏光方向が回転された信号成分を含む反射レーザ光であり、ベクトルＯＲは、カー効果なしに、つまり記録媒体６０７との相互作用なしに、反射された反射レーザ光である。
【００８０】
偏光ビーム・スプリッタ６１０には、これらの２つの反射レーザ光と共に、第２の半導体レーザ素子６１１から発せられた光周波数ν２を有する第２のレーザ光も同時に入射される。この第２のレーザ光は、コリメータ・レンズ６１２により平面波に変換された後に偏光ビーム・スプリッタ６１０に入射される。第２のレーザ光の偏光面は、図７のベクトルＯＬで示すように、偏光ビーム・スプリッタ６１０の偏光分離方向に対して４５゜の角度をなすようにした。このときの偏光面制御は、第２の半導体レーザ素子６１１を、光軸を中心に４５゜回転したように配置することにより対応した。また、反射レーザ光と第２のレーザ光とは共に、平面波の状態で偏光ビーム・スプリッタ６１０により合波される訳であるが、この時の両平面波の光波面は図３〜５で説明したように０．０３゜以下の精度で合波させる必要があるため（ビーム径は２ｍｍ）、第２の半導体レーザ素子６１１およびコリメータ・レンズ６１５は０．０３゜の実装精度で固定した。
【００８１】
偏光ビーム・スプリッタ６１０により分離されたそれぞれの偏光成分の光群は、集光レンズ６１３、６１５によりフォトダイオード６１４、６１６に入射され、光コヒーレント検波される。
【００８２】
図７において、横軸がフォトダイオード６１６の方向に進行する光群を表し、縦軸がフォトダイオード６１４の方向に進行する光群を表す。フォトダイオード６１６では、光周波数ν１を有する第１のレーザ光の反射光であるベクトルＯＲとベクトルＯＡ（１）（またはベクトルＯＢ（１））で表される光、および光周波数ν２を有するベクトルＯＬ（１）で表される第２のレーザ光が、光コヒーレント検波されることとなる。交流成分（ビート信号）を発生させるのは、ベクトルＯＡ（１）（またはベクトルＯＢ（１）とベクトルＯＬ、およびベクトルＯＲとベクトルＯＬである。ここで、記録情報の１、０に拠って、ベクトルＯＡの光が反射されるか、ベクトルＯＢの光が反射されるかが決定されるわけであるが、図７の横軸に対してはいずれの場合においても同一のベクトル成分を有する光（ベクトルＯＡ（１）＝ベクトルＯＢ（１））が到来することとなる。言い換えれば、フォトダイオード６１６からの出力電流に含まれるビート信号成分は、
ＩＡＣ（１）＝η（ａＡ（１）＋ａＲ）ａＬ（１）ｃｏｓ｛２π（ν１−ν２）ｔ＋φＡ（１）−φＬ（１）｝    …（１８）
と表され、その振幅は記録情報の１、０に依存せず一定となる。ただし、前実施例と同様の理由によりベクトルＯＡ（またはＯＢ）成分光とベクトルＯＲ成分光との光位相は一致しているとした。
【００８３】
一方、フォトダイオード６１４側では、第１の光周波数ν１を有するベクトルＯＡ（２）（またはＯＢ（２））成分光と、光周波数ν２を有するベクトルＯＬ（２）成分で表される第２のレーザ光との２つの光が光コヒーレント検波されることとなる。この場合のフォトダイオード６１４の出力電流のビート信号成分は、
ＩＡＣ（２）＝ηａＡ（２）ａＬ（２）ｃｏｓ｛２π（ν１−ν２）ｔ＋φＡ（２）−φＬ（２）｝…（１９）
となる。この場合、ベクトル−ＯＡ（２）＝ベクトルＯＢ（２）なる関係があり、記録情報の１、０が切り替わるたびに、フォトダイオード６１４から出力されるビート信号の位相が１８０゜反転することとなる。これは、図８に示したような、１、０情報を２つの位相状態に対応させて信号変調する２位相シフトキーイング（２ＰＳＫ）に相当する。
【００８４】
以上のようにフォトダイオード６１４からは記録情報が１、０反転する対応して２ＳＰＫにより変調されたビート信号が出力され、フォトダイオード６１６からは記録情報の１、０に依存せず一定の振幅を有するビート信号が出力されることとなる。そのため、フォトダイオード６１４の出力は信号再生用として用い、フォトダイオード６１６の出力は第１のレーザ光と第２のレーザ光との光周波数差を一定に保つための帰還制御に用いる。以下にその詳細を述べる。
【００８５】
まず、光周波数差を一定に保つための帰還制御について述べる。フォトダイオード６１６の出力は、まず、高帯域通過フィルタ６１７により直流成分を除去した後、ビート信号成分のみをゲイン可変前置増幅器６１８により増幅する。前置増幅器６１８の出力は２分され、その片方が周波数弁別回路６１９に入力される。周波数弁別回路６１９はビート信号周波数に対応した直流電圧を発生させ、この弁別電圧を自動波長制御回路６２０により別途入力される設定電圧と一致するように制御信号を出力する。この制御信号に従って、レーザ駆動回路６２１で２つのレーザの駆動条件を変化させることにより、２つのレーザ光の光周波数差が一定に保持される。
【００８６】
また、初期状態における光周波数差の制御は、実施例１と同様にプロセッサ回路６２２とスイッチ回路６２３とにより実現した。ただし、本実施例では、第１及び第２の半導体レーザ素子６０１、６１１として単一端子しか有しない波長安定化レーザ素子（分布帰還型レーザ素子）を適用したので、それぞれのレーザ光の光周波数を変化させるために半導体レーザ素子６０１、６１１の温度を変化させた。温度変化には半導体レーザ素子６０１、６１１近傍に併設した抵抗体による加熱を利用した。本実施例では２つの半導体レーザ素子６０１、６１１を制御する必要があり、片方の半導体レーザ素子の光周波数を一定にしたまま、他方の光周波数を一定の方向に走査することにより所望の光周波数差を実現した。また、片方の半導体レーザ素子のみの光周波数走査で所望の光周波数差が実現されない場合には、最初に光周波数走査を行った半導体レーザ素子の駆動条件を走査終了状態に維持したまま、他方の半導体レーザ素子の光周波数を最初に実行した光周波数走査とは逆方向に走査し、所望の光周波数差（ビート信号周波数）が得られるように制御した。このような温度による光周波数の制御については類似技術が特開平４−１３４９３７〜８に示されており、詳細はこれらを参照されたい。
【００８７】
次に、記録情報の読み出し／再生について説明する。フォトダイオード６１４からの出力を高帯域通過フィルタ６２４に与えて、ここで直流成分を除去し、ゲイン可変前置増幅器６２５によりビート信号成分のみを増幅する。増幅されたビート信号は、狭帯域通過フィルタ６２６に与えられ、ビート信号周波数成分以外の雑音が除去される。狭帯域通過フィルタ６２６の通過帯域の中心周波数は、ビート信号周波数ν１−ν２に一致させてあり、本実施例では２ＧＨｚとした。つまり、実施例１で説明したように、情報読み出しレート、ここでは５Ｍｂｐｓよりビート信号周波数が十分に高周波である必要があるからである。
【００８８】
また、狭帯域通過フィルタ６２６の通過帯域幅は、ビート信号の周波数揺らぎ幅と読み出し情報の転送レートとの和と同等に選択する必要があり、８ＭＨｚとした。この値は、半導体レーザ素子６０１、６１１における出力レーザ光のスペクトル線幅が０．４ＭＨｚであるからである。なお、情報読み出しレートは５Ｍｂｐｓとした。この狭帯域通過フィルタ６２６の出力信号波形は、図８に示したようなビート信号をキャリアとした２ＰＳＫ変調波形となっている。
【００８９】
狭帯域通過フィルタ６２６を通過したビート信号は、位相検波回路６２７により１８０゜ずつ反転する位相状態を正負の電圧として出力される。この場合の位相検波回路６２７としては、非同期検波方式である遅延検波回路を適用した。この回路としては、通常、無線通信用の回路として従来から適用されてきたものを利用することが可能であり、その詳細については畔柳編の「ディジタル通信回路」（産業図書、１９９０年）における第５章“無線伝送回路”、等を参考にされたい。
【００９０】
ところで、実際の光ディスク６０６は高速で回転運動をしており、記録媒体６０７の光照射面は振動するため、この振動に応じて（１９）式のφＡ（２）は変化する。一般に、光ディスク面のピックアップとの相対振動振幅は、数μｍであり光の波長（７８５ｎｍ）より大きいために、φＡ（２）は１０００゜以上にわたって変化する。このディスク６０６の振動により、ビート信号位相が１８０゜分変化する速度が情報読み出しレート（ここでは５Ｍｂｐｓ）と同等か、それ以上の場合には、信号の再生は不可能となる。すなわち、ディスク６０６の振動による位相変化と、記録情報の１、０反転による位相変化とが区別できなくなる。本実施例では、このような状況にならないように、以下のように対処する。
【００９１】
集光レンズ６０５としてＮＡの大きな、つまり焦点深度の浅いレンズを用いて、第１のレーザ光の波長の１／４程度のフォーカスエラーまでを検出可能とすること、および、光ピックアップ６０９のフォーカス制御のためのアクチュエータとして高速応答型アクチュエータを適用すること等によりフォーカスサーボ系を充実させ、ディスクとピックアップとの相対振動周波数の低周波化（２ＭＨｚ以下）を図るようにした。
【００９２】
位相検波回路６２７において、通常のＰＬＬ検波回路の出力を通過帯域を情報読み出しレート相当（５ＭＨｚ）からその２倍（１０ＭＨｚ）の範囲とした狭帯域通過フィルタ（図示せず）を通し、この帯域内に存在する位相変化分に相当する電圧変換のみを検出の対策を講じた。
【００９３】
このようにすることにより、位相検波回路６２７の出力として、読み出し情報の１、０反転時に対応して電圧が変化するような信号が出力される。最後に、この信号に基づいて信号再生回路６２８は記録信号を再生した。
【００９４】
本実施例では、位相検波回路６２７への入力信号の振幅が一定となるように、第２の半導体レーザ素子６１１のレーザ出力強度と前置増幅器６１８、６２５の増幅率とを、帰還回路系により制御した。この場合、電子回路（前置増幅器６１８、６２５）による増幅では、フォトダイオード６１４、６１６の周辺回路や高域通過フィルタ６１７、６２４で発生する各種雑音も増幅してしまう上、実際上必ず前置増幅器６１８、６２５において過剰な雑音が発生する。一方、光コヒーレント検波では疑似的に信号振幅を雑音の増加なしに増幅することができる。従って、光コヒーレント検波機能を最大限に発揮させることが望ましい。
【００９５】
具体的構成としては、本実施例では次のようにした。前述した前置増幅器６１８の出力を周波数弁別回路６１９に入力すると共に振幅検波回路６２９に与え、振幅検波回路６２９によりビート信号振幅を直流電圧として検出し、この電圧値を自動ゲイン制御回路６３０に入力する。自動ゲイン制御回路６３０は、入力した電圧値と、別途外部より与えられる設定電圧とを比較し、これらが一致するように制御信号を出力する。この制御信号は、レーザ駆動回路６２１と前置増幅器６１８、６２５とに入力され、これに従って半導体レーザ素子６１１の第２のレーザ光強度と２つの前置増幅器６１８、６２５のゲインが変化させられる構成とした。
【００９６】
この帰還回路系により、前置増幅器６１８の出力ビート信号振幅が一定となり、等価的に前置増幅器６２５の出力ビート信号増幅も一定となる。この場合の制御の指針としては、出来る限り半導体レーザ素子６１１の出力レーザ光強度を大きくすることにより光コヒーレント検波による疑似的ビート信号振幅の増幅を優先することが重要であり、半導体レーザ素子６１１の構造上の出力限界やフォトダイオード６１４、６１６の光入力強度に対する制限より、半導体レーザ素子６１１のレーザ光出力強度を増加させられない場合に限り、前置増幅器６１８、６２５による増幅を利用するようにした。
【００９７】
このように光コヒーレント検波を実行することにより、（１９）式に示したようにフォトダイオード６１４からのビート信号振幅は、第２のレーザ光の電界振幅により疑似的に増幅された形となっており、ビット当たりの信号光パワーが低下した状態でも、高いＣ／Ｎ値を得ることが可能となる。また、上記の光コヒーレント検波による疑似的増幅に加えて、本実施例では、図８に示すように、光コヒーレント検波にしたビート信号がビート信号周波数をキャリア周波数とする２ＰＳＫ変調信号となっているので、Ｃ／Ｎの値がかなり低い状態でも相対的に高いビット誤り率で信号を再生することが可能である利点も合わせ有している。例えば、１０−４のビット誤り率を実現するに必要なＣ／Ｎ値を、実施例１で用いたＡＳＫ方式と本実施例における２ＰＳＫとで比較すると、
ＡＳＫ（振幅検波）の場合                    １５ｄＢ
２ＰＳＫ（遅延検波）の場合                ９．４ｄＢ
となる。より詳細には前述の「ディジタル通信回路」ｐ．２３５を参照して下さい。
【００９８】
このことからも分かるように、ＡＳＫ方式に対して５．６ｄＢ低いＣ／Ｎ値の信号でもビット誤り率１０−４での信号再生が可能である。ただし、ＡＳＫ変調方式と比較してキャリアとなるビート信号の周波数や位相が安定していることが必要であり、本実施例では半導体レーザ素子６０１、６１１に狭スペクトル線幅（０．４ＭＨｚ）を有する素子を適用することや、上記のようなφＡ（２）の揺らぎ成分を抑制することなどの対策が必要であった。実際に、１Ｍ／ｍｍ２の記録密度のディスクから本実施例装置により情報を読み出したところ、５Ｍｂｐｓと情報読み出し速度を高速化したにも拘らず、１０−６のビット誤り率を実現できた。
（実施例３）
本発明の更に他の実施例について説明する。
【００９９】
上述した実施例１、２では記録媒体として光磁気効果を用いたものを説明したが、本実施例３では記録媒体として光の散乱効果を利用したもの（通常のコンパクトディスクにおける光情報読み出し方法と同じ）を使用する。
【０１００】
図９に本実施例３の光記録情報読み出し装置の構成図を示す。半導体レーザ素子９０１から発せられた、光周波数：ν１を有する第１のレーザ光は、コリメータ・レンズ９０２により平面波に変換され、ビーム・スプリッタ９０３を通過して集光レンズ９０４により光ディスク９０５に照射される。光ディスク９０５にはピットの有無として情報が記録された記録媒体９０６が配置されており、この記録媒体９０６に第１のレーザ光が最小のスポットサイズとなる点で照射されることとなる。記録媒体９０６で反射された第１のレーザ光（以後、信号光と呼ぶ。）は、再び集光レンズ９０４により平面波に変換され、ビーム・スプリッタ９０３により光路を直角に変換された後、ビーム・スプリッタ９０７に入射される。
【０１０１】
一方、第２の半導体レーザ素子９１０から発せられた、光周波数ν２を有する第２のレーザ光は、コリメータ・レンズ９１１により平面波に変換された後、ビーム・スプリッタ９０７に入射される信号光と合波される。ビーム・スプリッタ９０７で合波された信号光と第２のレーザ光とは共に平面波であり、その波面は一致するように第２の半導体レーザ素子９１０およびコリメータ・レンズ９１１の位置を調整した。なお、この場合、レーザビーム径は１ｍｍであったので、合波において要求される波面一致精度は約０．０５°であった。
【０１０２】
ビーム・スプリッタ９０７で合波された両レーザ光は、集光レンズ９０８により集光され、フォトダイオード９０９に至る。フォトダイオード９０９の出力は、高域通過フィルタ９１２により直流成分を除去された後、増幅器９１３によりビート信号のみが増幅される。合波後の両光の偏光方向の関係を図１０に示す。第２のレーザ光をベクトルＯＬで、信号光をベクトルＯＲ（またはＯＲ’）で示している。
【０１０３】
情報は、記録媒体９０６上のピットの有無として記録されている。このため、第１のレーザ光が集光されてディスク９０５に照射された場所にピットが無い場合、つまり記録媒体９０６表面が鏡面の場合には、照射レーザ光の大部分が同一の光路を戻りレンズ９０４により平面波に変換され、フォトダイオード９０９まで到達する。一方、ピットが有る場合には、照射レーザ光の半分以上がレンズ９０４の有効ＮＡより大きな角度をもって散乱されるため、平面波としてフォトダイオード９０９まで達する成分が減少する。従って、図１０において、ベクトルＯＲはピットが無い場合の信号光を、ベクトルＯＲ’はピットが有る場合の信号光を示している。
【０１０４】
また、本実施例では第２のレーザ光と第１のレーザ光の偏光面が一致するように配置してある。このような条件下でフォトダイオード９０９で光コヒーレント検波した場合に出力されるν１−ν２の周波数を有するビート信号成分は、
ＩＡＣ＝ηａＲａＬｃｏｓ｛２π（ν１−ν２）ｔ＋φＲ−φＬ｝    …（２０）
となる。ここで、記録情報の１、０によって変化するパラメータはａＲであり、ａＲとａＲ’の間で変化する。
【０１０５】
増幅器９１３の出力波形例を図１１に示す。この図から理解されるように、増幅器９１３の出力は、記録情報の１、０に対応してビート信号の振幅が変化するＡＳＫ変調方式となる。
【０１０６】
このＡＳＫ変調信号は、狭帯域通過フィルタ９１４を通してビート信号周波数以外の不要な雑音成分が除去された後、振幅検波回路９１５により振幅が検出される。ここでの振幅検波回路９１５としては、通常の包落線検波回路を用いた。これにより、図１１に示した信号振幅に対応した電圧が出力される。最後に、この出力が電圧比較回路９１６に入力され、信号が再生される。
【０１０７】
本実施例においても、（２０）式から分かるように記録情報に関連した信号振幅は、第２のレーザ光により疑似的に増幅された形となっているため、実施例１、２と同様の理由により、通常の直接検波と比較して高いＣ／Ｎ値を得ることができる。
【０１０８】
次に、本実施例３における２つの半導体レーザ素子９０１、９１０相互の光周波数差保持の機構について説明する。第１および第２の半導体レーザ素子９０１、９１０の各々には、単一モードの光ファイバ９１７が結合されている。第１の半導体レーザ素子９０１から裏面に出射された光は、光ファイバ９１７に入射され、分岐部９１８により２分された後、片方は出力モニタ用のフォトダイオード９２０に入射される。これにより、第１の半導体レーザ素子９０１の出力レーザ強度が、フォトダイオード９２０により検出される。一方、２分された他方の光は、方向性結合器から構成される合波部９２２に導かれる。
【０１０９】
第２の半導体レーザ素子９１０から裏面に出射された光も同様に、光ファイバ９１７に入射され、分岐部９１９により２分された後、片方はフォトダイオード９２１へ、他方は合波部９２２に導波される。
【０１１０】
上記合波部９２２において、第１のレーザ光と第２のレーザ光とは、それぞれ１：１に混合されて、２つのフォトダイオード等から成るバランス型受光回路９２３に入射され、光コヒーレント検波される。バランス型受光回路９２３からの出力は、高域通過フィルタ９２４により直流成分を除去され、増幅器９２５で適宜増幅された後、周波数弁別回路９２６にて周波数弁別される。この周波数弁別出力は、比例（Ｐ）制御回路９２７に入力される。Ｐ制御回路９２７は、この周波数弁別出力と別途外部より与えられる直流設定電圧とを比較し、この両者が一致するように制御信号を出力する。この制御信号に従いレーザ駆動回路９２８は第１および第２の半導体レーザ素子９０１、９１０の駆動条件を制御する。これにより、両者の悲哀周波数差ν１−ν２が一定に保持されることとなる。これらの制御の方法や初期状態での設定等は、実施例１で説明した内容と同等であるため、ここでの詳細説明は省略する。
【０１１１】
前述した実施例１、２においては２つのレーザ光の光周波数差の制御にディスクでの第１のレーザ光の反射が必須であったが、本実施例では、このような構成としているので、光ディスク９０５が装置に装着されない状態でも光周波数差の制御を実行することが可能となる。従って、前述の実施例構成ではディスク交換後ごとに実行が必要であった光周波数制御の初期動作を不要とすることが可能となった。但し、電源投入時のみ必要である。
【０１１２】
また、半導体レーザ素子９０１、９１０の出力レーザ光強度の自動制御は、フォトダイオード９２０、９２１からの出力と設定電圧とをＰ制御回路９２９、９３０により比較制御することにより行った。
【０１１３】
実際に図９に示した構成の光記録情報読み出し装置を用いて、２Ｍ／ｍｍ２密度で記録されたディスクから情報読み出し速度３Ｍｂｐｓで情報を読み出したところ、１０−７のビット誤り率が達成され、本発明を適用したことによる効果を確認できた。
（実施例４）
本発明の更に他の実施例について説明する。
【０１１４】
上記の３つの実施例１〜３では、従来技術の問題である記録情報の高密度化や高速読み出し化に伴う情報読み出し時のビット誤り率の低下を防止するために、単層記録媒体の光ディスクおいて低ビット誤り率を確保する方法を示した。
【０１１５】
ところで、高密度化に伴う情報読み出し時のビット誤り率低下の防止対策としては、上記方法の他に、記録媒体を多層に形成したディスクから情報読み出す方法も考えられる。即ち、ビット当りの情報記録面積を一定とし、記録媒体を厚み方向に多重化する方法である。このような、多重記録媒体ディスクからの情報読み出し方法は、従来より検討されているが、多層記録媒体の内のどの層の情報を読み出すかの選択には、レンズにより集光されたレーザビームの焦点深度を利用しているため、他層の状態が読み出すべき層からの情報を有する反射レーザ光に雑音を重畳することとなり、実用上十分なビット誤り率を得ることが困難となっていた。
【０１１６】
本発明は、上記のような多層記録媒体光ディスクの情報読み出しにも適用でき、その効果を発揮することが可能である。
【０１１７】
以下に、本実施例の光記録情報読み出し装置を図１２に基づいて説明する。図１２は、記録媒体を２層にした多層光ディスク装置に適用させた場合における、本実施例の光記録情報読み出し装置の構成図を示す。光ディスク１２００は、第１記録媒体層１２０１と第２記録媒体層１２０２とが透明な分離層１２０３を挟み平行に配置された状態とした。この記録媒体１２０１、１２０２には、デジタル情報が散乱／非散乱の２状態として記録されている。
【０１１８】
２波長半導体レーザ素子１２０４の第１レーザストライプ１２０５および第２レーザストライプ１２０６から発せられた第１および第２のレーザ光は、レンズアレイ１２０７によりそれぞれ平面波に変換される。２波長半導体レーザ素子１２０４における２つのレーザストライプ１２０５、１２０６の間隔と、レンズアレイ１２０７の２つの光学軸との間隔は一致させる。ここでは２０００μｍとした。また、図示したような平面波に変換された両レーザ光ビームが空間的に重ならないように、半導体レーザ素子１２０４のビーム放射角度およびレンズアレイ１２０７のレンズの焦点距離を設計した。
【０１１９】
ここで、第１のレーザ光と第２のレーザ光の光周波数はそれぞれν１、ν２であり、その差ν１−ν２は一定に保たれている。また、第１レーザ光と第２レーザ光はそれぞれ直線偏光状態を有しており、両者の偏光方向は一致している。
【０１２０】
このような条件下において、平面波に変換された２つのレーザ光は、ビーム・スプリッタ１２０８によりそれぞれ２分される。ビーム・スプリッタ１２０８を直進通過した両レーザ光は、レンズ１２０９により同一焦点位置Ｆに集光される。焦点位置Ｆに集光された２つのレーザ光は、この焦点位置Ｆ付近のみで同一空間を共有することとなる。より詳細には、光ディスク１２００の記録媒体付近の拡大図である図１３に示すように、２つの平面波レーザ光１３０１、１３０２がレンズ１２０９により同一焦点位置Ｆに集光されている。
【０１２１】
焦点位置Ｆに光散乱体が存在する場合（記録情報が“１”の場合に相当）には、第１レーザ光および第２光レーザ光ともこの光散乱体により散乱され、焦点位置Ｆを中心とする同一の波面を有する球面波となって反射される。この同一波面を有する第１および第２の球面波レーザ光は、レンズ１２０９により同一波面の平面波１３０３（以後、信号レーザ光とも呼ぶ。）に変換され、ビーム・スプリッタ１２０８へと入射することとなる。ビーム・スプリッタ１２０８により直角に進行方向を変換された信号レーザ光１３０３は、ビーム・スプリッタ１２１９により２分され、片方は光ピックアップ１２２９の位置制御のための多分割フォトダイオード１２２０へレンズ１２２１を介して入射される。一方、ビーム・スプリッタ１２１９により分岐された他方の信号レーザ光１３０３は、レンズ１２２２を透過してフォトダイオード１２２３に入射される。レンズ１２０９の焦点位置Ｆにて散乱反射された第１及び第２のレーザ光は、上述のようにレンズ１２０９により同一波面を有す平面波１３０３に変換されているため、フォトダイオード１２２３の受光面上での両レーザ光の波面はおのずと一致しており、光コヒーレント検波することが可能となる。従って、両レーザ光の光周波数差に相当する周波数を有するビート信号が発生させられることとなる。
【０１２２】
一方、焦点位置Ｆに光散乱体が存在しない場合には、両レーザ光は第１記録媒体層１２０１を透過または境面反射することとなる。第１記録媒体層１２０１を透過したレーザ光１３０４、１３０５は分離層１２０３を通過して第２記録媒体層１２０２へ達する。第２記録媒体層１２０２にも情報の１、０に対して、光散乱体が分布配置されているので、それぞれのレーザ光は散乱を受けることとなる。
【０１２３】
例えば、第１のレーザ光は点Ｑで、第２のレーザ光は点Ｐで散乱されたとする。すると、点Ｐで散乱された第１のレーザ光と点Ｑで散乱された第２のレーザ光は、それぞれ散乱点Ｐ、Ｑを中心とする球面波１３０６、１３０７として反射されることとなる。点Ｐ、Ｑはレンズ１２０９の焦点位置Ｆとは異なっているため、散乱球面波１３０６、１３０７はレンズ１２０９で平面波には変換されない。この場合、第２記録媒体層１２０２がレンズ１２０９の焦点位置Ｆより遠方に存在するため、収束球面波１３０６′、１３０７′へと変換されることとなる。更には、第１と第２のレーザ光は、レンズ１２０９の焦点位置Ｆでのみ同一空間を共有するように光学系を配置しているので、点Ｐと点Ｑは同一点となることはあり得ない。
【０１２４】
従って、点Ｐ、点Ｑで散乱反射された球面波１３０６、１３０７の波面は必ず異なることとなり、フォトダイオード１２２３で光コヒーレント検波することは不可能である。この場合は、波面の異なる２つのレーザ光の合波検波になるが、図３および図４を用いて説明した平面波の光コヒーレント検波の場合と同様の議論が可能であり、波面の傾き角度が大きい場合にはビート信号成分を出力することは不可能となる。以下に、その理由について詳細に説明する。ここで、レンズ１２０９の焦点距離をｆ、透明分離層１２０３の厚さをｄ（簡単化のために記録媒体層１２０１、１２０２の厚さは０とする）、レンズ１２０９の光軸を中心として点Ｐと点Ｑが距離ａだけ隔てた位置に存在すると仮定する。ただし、
ｆ＋ｄ》ａ    …（２１）
である。
【０１２５】
レンズ１２０９の中心位置を原点とする図１３に示したようなｘ−ｚ座標を取ると、点Ｐと点Ｑとで散乱されたレーザ光がレンズ１２０９を通過して再び集光される位置Ｐ′（ｘｐ′，ｚｐ′）、（ｘＱ′，ｚＱ′）は一般のレンズの結像関係の式より、
ｘｐ′＝−ａｆ／ｄ    …（２２）
ｘＱ′＝ａｆ／ｄ        …（２３）
ｚｐ′＝ｚＱ′＝ｆ（ｄ＋ｆ）／ｄ≒ｆ２／ｄ    …（２４）
と算出される。本実施例ではｆ＝５ｍｍ、ｄ＝５０μｍとしたので、（２４）式よりｚｐ´＝ｚＱ´＝５００ｍｍとなる。このｚｐ´の値は、レンズ１２０９とレンズ１２２２との間隔（本実施例では５０ｍｍ）より大きいために、実際にはこれら２つの散乱レーザ光は集光されることなく、レンズ１２２２とフォトダイオード１２２３によって光コヒーレント検波されることとなる。
【０１２６】
この関係を図１４に示す。ここで、２枚のレンズ１２０９と１２２２との間隔をＡ、レンズ１２０９の有効開口径を２Ｄとした。レンズ１２２２の位置での有効面積内での両レーザ光１３０６´、１３０７´の波面の傾きに起因する光の波面遅れξは、近似的に、
ξ≒ａｆＤ／ｄ（ｚｐ´−Ａ）    …（２５）
と表せる。このため、この値がレーザ光波長λ０以上となると、光コヒーレント検波時のビート信号の強度は顕著に減衰することとなる。従って、点Ｐと点Ｑからの散乱レーザ光が光コヒーレント検波され相当の強度を有するビート信号を発生せない状態における両点の最小間隔２ａｍｉｎは、
２ａｍｉｎ≒２ｄλ０（ｚｐ′−Ａ）／ｆＤ    …（２６）
となる。
【０１２７】
本実施例におけるレーザ波長は、第１レーザ光及び第２レーザ光ともほぼ７８５ｎｍであり、レンズ１２０９の有効径は１０ｎｍとしたので、（２６）式より点Ｐと点Ｑからの２つの散乱反射光がフォトダイオード１２２３でビート信号を誘起させないためには、２ａ≧２ａｍｉｎ＝１μｍなる条件が必要となることが分かる。実際の装置では、レンズ１２０９に入射する前の第１のレーザ光と第２の光レーザ光の平面波同士の間隔２Ｓを２００μｍとしたため、第２記録媒体層１２０２位置での両光の透過光の隔たり２σは約２０μｍとなり、本実施例で上記の条件（２６）式が満たされることはあり得ない。つまり、第２記録媒体層１２０２の位置において１μｍしか離れていない２点に、第１レーザ光と第２光レーザ光とのそれぞれが照射される状況はない。この条件を式に表すと、下記（２７）式となる。
【０１２８】
２σ≧２ａｍｉｎ    …（２７）
従って、第１記録媒体層１２０１を透過し、第２記録媒体層１２０２に存在する光散乱体により散乱された光は、フォトダイオード１２２３に入射した場合にも、第１レーザ光と第２レーザ光の光周波数差ν１−ν２に相当する周波数を有する強度の大きなビート信号を発生させることはない。
【０１２９】
このようにして、第１記録媒体層１２０１における焦点位置Ｆに光散乱体が存在する場合にのみ、光コヒーレント検波された第１及び第２レーザ光からなる信号レーザ光はフォトダイオード１２２３の出力電流に両光の光周波数差ν１−ν２を周波数とするビート信号成分が含まれることとなる。
【０１３０】
したがって、フォトダイオード１２２３の出力を高帯域通過フィルタ１２２４を通し、このビート信号成分を抽出し、前置増幅器１２２５により増幅した。前置増幅器１２２５の出力波形例を図１５に示す。その波形は、第１と第２のレーザ光の光周波数差ν１−ν２を有するビート信号が第１記録媒体に記録されたデジタル信号の１、０に従ってその振幅が変調された形、すなわちＡＳＫ変調された形となっている。次に、このような信号を狭帯域通過フィルタ１２２６に与えて、ビート周波数成分以外の周波数成分を有する雑音を除去した後、振幅検波回路１２２７により包落線検波した。振幅検波回路１２２７の出力電圧を電圧比較器１２２８により比較し、記録情報を再生した。
【０１３１】
以上のように、第１記録媒体層１２０１に光散乱体の有無として記録された情報を読み出すことが可能となった。
【０１３２】
上記のように本発明を実施し、ビート信号より情報を再生することにより、レンズ１２０９の焦点位置Ｆに存在する記録媒体層（この場合は１２０１）からの情報のみを選択的に読み出すことが可能となり、従来困難であった多層からの反射情報と確実に分離することができるようになった。
【０１３３】
以上の説明では、第１記録媒体層１２０１を情報読み出し対象として説明したが、逆に第２記録媒体層１２０２から情報を読み出す場合にも、同様の方法により第１記録媒体層１２０１での光散乱の影響なしに信号再生を実行することが可能であった。ただし、この場合には、レンズ１２０９の焦点位置Ｆを第２記録媒体層１２０２位置に一致させるように光ピックアップ１２２９の位置を制御する必要がある。この光ピックアップ１２２９の位置制御には、多分割フォトダイオード１２２０からの出力を第１記録媒体層１２０１に焦点位置Ｆが一致する状態からわざとずらすことにより実行した。なお、トラッキングは第１記録媒体層と第２記録媒体層は同じであるため、記録媒体を多層にしたことによる新たな機構は必要なかった。
【０１３４】
また、より精度の良いフォーカスサーボをかけることを目的として多分割フォトダイオード１２２０での受光に光コヒーレント検波を導入し、ビート信号振幅としてそれぞれのフォトダイオードからの出力を検出する方法も実施した。このようにビート信号を光ピックアップ１２２９位置制御に応用することにより、フォーカスサーボがかかった状態での制御の安定性は非常に高いことが分かった。ただし、本方法の場合、多分割フォトダイオード１２２０の各エレメントビート信号周波数より高い応答周波数を有するものを選択すること、および各フォトダイオード個々に高域通過フィルタ、前置増幅器、狭帯域通過フィルタ、振幅検波の各回路（信号検出系における１２２４〜１２２７と同等の回路）を併設する必要がある。
【０１３５】
次に、２波長半導体レーザ素子１２０４に含まれる２つのレーザ１２０５、１２０６の光周波数差を一定に保つための機構について説明する。ビーム・スプリッタ１２０８により２分された他方の２つの平面波レーザ光はミラー１２１０、ビーム・スプリッタ１２１１により波面が一致する様に合波され、レンズ１２１２によりフォトダイオード１２１３の受光面上に集光される。フォトダイオード１２１３ではこれら２つのレーザ光が光コヒーレント検波させることとなり、実施例１〜３で説明したのと同様に、高域通過フィルタ１２１４、前置増幅器１２１５、周波数弁別回路１２１６、比例積分（ＰＩ）制御回路１２１７、レーザ駆動回路１２１８により構成される帰還制御系により２つのレーザ光の光周波数差ν１−ν２を一定に保持した。詳細な回路構成や動作に関しては、実施例１〜３で詳細に説明したのでここでは省略する。
【０１３６】
本実施例装置を用いて実際に記録密度０．７Ｍ／ｍｍ２の光ディスクより情報を読み出したところ、情報読み出しレート１Ｍｂｐｓにおいて１０−６のビット誤り率を達成することができ、さらに多層に記録された情報を互いに影響なしに読み出すことが可能となった。
【０１３７】
（実施例５）
次に、本発明の第５の実施例について説明する。
【０１３８】
図１６に本実施例の光記録情報読み出し装置の構成図を示す。本実施例における光メモリディスク１６００は、第１記録媒体層１６０１と第２記録媒体層１６０２とを有しており、それらが厚さｄの透明分離層により分離された構造となっている。情報は、記録媒体層１６０１、１６０２における光散乱体の有無により記録されている。実際の記録媒体層１６０１、１６０２には液晶材料を溶媒中に分散させたものを適用している。この場合、記録情報の書き込みは、レーザ光により液晶分子または液晶層１６０１、１６０２の上下に位置する光吸収膜で光吸収させることにより液晶層１６０１、１６０２を過熱し、その後、自然急冷することにより、液晶分子の配列がランダム化される現象を利用した。ただし、前実施例共、記録媒体層１６０１、１６０２は液晶材料に限られる訳ではなく、情報を光の散乱状態として記録できるものであればよく、本発明の効果には何ら支障はない。例えば、書き換え不可能なピットをスタンプ方式でプラスチック材料に印刻したディスク等が考えられる。
【０１３９】
半導体レーザ素子１６０３から出射されたレーザ光は、レンズ１６０４によりビーム・スプリッタ１６０５に集光される。ビーム・スプリッタ１６０５でレーザ光は２分された後、それぞれのレーザ光は、同一のレンズ１６０６により２つの平面波に変換される。この２つの平面波は、集光レンズ１６０７により光メモリディスク１６００に集光照射される。この状態を図１７に拡大して表す。この図から分かるように、まったく同一の光周波数を有する２つのレーザ光１７０１、１７０２が角度：２αをなして、第２記録媒体層１６０２上の共焦点位置Ｆに集光照射されている。
【０１４０】
第２記録媒体層１６０２の光照射（共焦点）位置Ｆに光散乱体が存在する場合には、両レーザ光１７０１、１７０２の散乱反射光は、レンズ１６０７により再び平面波（以下レーザ光ともいう）１７０３に変換されることとなる。すなわち、２つのレーザ光１７０１、１７０２の反射光の波面は一致することとなる。
【０１４１】
このとき、光メモリディスク１６００はモータ（図示せず）により回転運動しているため、光照射位置Ｆにおける第２記録媒体層１６０２は、速度ｖで（図中では左方向へ）移動していることとなる。このように、２つの同一光周波数のレーザ光が移動物体に移動方向と平行にある角度をなして照射された場合、その移動物体で反射されるレーザ光１７０３はドップラーシフトを受けることとなる（レーザドップラー効果の詳細は、例えば「Ｏ    ｐｌｕｓ    Ｅ」Ｎｏ．１５０（５月）ｐ．１０９を参照されたい）。
【０１４２】
ここで、レーザ光１７０１が第２記録媒体層１６０２により散乱反射されたレーザ光（第１のレーザ光）の光周波数ν１  と、レーザ光１７０２が同様にして散乱反射されたレーザ光（第２のレーザ光）の光周波数ν２  とは、それぞれ（２８）、（２９）式となる。
ν１＝ν０（１＋２ｖｓｉｎα／ｃ）    …（２８）
ν２＝ν０（１−２ｖｓｉｎα／ｃ）    …（２９）
ただし、ν０  は記録媒体１７０２照射前のレーザ光１７０１、１７０２の光周波数を表している。
【０１４３】
上記（２８）式、（２９）式より、両レーザ光の光周波数差：ν１−ν２は、
ν１−ν２＝４ν０ｖｓｉｎα／ｃ    …（３０）
となり、照射するレーザ光の周波数ν０と速度ｖはほぼ一定であるので一定の値となる。ここでは、光メモリディスク１６００の上下方向の移動運動は無視した。実際には、光メモリディスク１６００は回転運動しながら上下に振動し、その移動速度成分により第１の第２のレーザ光１７０３の光周波数差は（３０）式よりずれることとなるが、実際の装置では光メモリディスク１６００の回転による記録媒体１６０１、１６０２の移動速度ｖは２０ｍ／ｓ以上と上下方向の振動に起因する光メモリディスク１６００の移動速度より充分に大きいので、この影響は無視できるからである。
【０１４４】
このようにして、第２記録媒体層１６０２の光散乱体により反射された２つの異なる光周波数ν１、ν２を有するレーザ光１７０３が波面が一致した状態でミラー１６０８に入射することとなる（以後、この波面が一致した第１および第２レーザ光１７０３を信号光と呼ぶ）。
【０１４５】
その後、ミラー１６０８により光路を９０゜  変換された信号光１７０３は、ビーム・スプリッタ１６０９により２分され、ビーム・スプリッタ１６０９を直進する信号光１７０３はレンズ１６１０により集光され多分割フォトダイオード１６１１に入射される。この多分割フォトダイオード１６１１からの出力に従って、ピックアップ１６２２の位置を制御し、集光照射位置Ｆが第２記録媒体層１６０２表面になるようにした。
【０１４６】
一方、ビーム・スプリッタ１６０９で２分された他方の信号光１７０３は、レンズ１６１２で集光されてフォトダイオード１６１３に入射される。信号光１７０３は、上述のように共焦点Ｆからの散乱反射光として同一の波面を有しているため、フォトダイオード１６１３で両レーザ光１７０３は光コヒーレント検波されることとなる。第１のレーザ光と第２のレーザ光の光周波数差は、（３０）式で表されるようにほぼ一定であるため、フォトダイオード１６１３の出力にはこの光周波数差に一致した周波数を有するビート信号が含まれることとなる。
【０１４７】
以上のように、第２記録媒体層１６０２の光照射位置Ｆに光散乱体が存在する場合には、フォトダイオード１６１３からの出力にビート信号成分が含まれることとなる。一方、光照射位置Ｆに光散乱媒体がなく反射がほとんど無い場合には、信号光１７０３の強度は極度に小さくなり、このためフォトダイオード１６１１の出力に含まれるビート信号成分の振幅も減衰する。
【０１４８】
次に、第２記録媒体層１６０２に焦点位置Ｆを設定した状態における第１記録媒体層１６０１からの散乱反射光の影響について説明する。この場合、図１７における点Ｐ、Ｑからレーザ光が散乱反射されることとなるが、レーザ光照射光学系の性質上これら２つの点が一致することは有り得ない。また、第２記録媒体層１６０２に照射される２つの平面波レーザ光１７０１、１７０２の間隔２Ｓは２ｍｍとし、使用したレンズ１６０７の焦点距離ｆは５．５ｍｍ、透明分離層１６０３の厚さは１０μｍとしたため、第１記録媒体層１６０１における点ＰとＱとの間の距離２σが取り得る最小の値は２８μｍとなる。
【０１４９】
ここで、実施例４での（２１）式〜（２７）式における議論と同様の考察により、第１記録媒体層１６０１における異なる２点から散乱反射される光がフォトダイオード１６１３においてビート信号を生成するためには、実際的な光学構成においてはその点間の距離が１０μｍ未満となる必要があることが分かる。従って、上記の点ＰとＱとの間隔２σ（最低でも２８μｍ）では、フォトダイオード１６１３上での波面がずれ、ビート信号は生成されない。
【０１５０】
以上のことより、フォトダイオード１６１３の出力にビート信号が含まれるのは、第２記録媒体層１６０２のレーザ照射位置Ｆに光散乱体が存在する場合のみであることが分かる。この場合において、フォトダイオード１６１３の出力は高域通過フィルタ１６１４により直流成分を除去した後、前置増幅器１６１５によりビート信号成分を増幅した。
【０１５１】
この前置増幅器１６１５の出力波形例を図１８に示す。この出力波形は、第２記録媒体層１６０２における記録情報の１、０に対応して、ビート信号振幅が変化するＡＳＫ変調信号となっている。このＡＳＫ変調信号からの信号再生には、前述の実施例と同様に、狭帯域通過フィルタ１６１６、包落線検波回路１６１７、電圧比較回路１６１８を用いた。また、本実施例ではｖ＝２０ｍ／ｓ、２α＝４０゜  としたため、ビート信号周波数ν１−ν２は６６ＭＨｚであった。このビート信号周波数ν１−ν２は記録媒体からの情報の読み出しレートＲ＝１．５Ｍｂｐｓよりも充分に高くなっており、ＡＳＫ信号からのビット信号再生が可能であった。
【０１５２】
また、光メモリディスク１６００を回転させる方式としては、角速度一定方式と速度一定方式があるが、ここでは狭帯域通過フィルタ１６１６の通過帯域幅をできるだけ狭くするために、速度一定方式を選択した。この速度一定方式を制御は以下のように行った。
【０１５３】
まず、前置増幅器１６１５からのビート信号の周波数を周波数弁別回路１６１９により検出した。（３０）式に示すように、ビート信号周波数ν１−ν２には速度ｖの情報が含まれているため、この検出値と別途外部より与えられる設定電圧値とを比例（Ｐ）制御回路１６２０により比較し、これらが一致するようにモータ駆動回路１６２１によりモータの回転速度を変化させることにより、速度を一定に保つことができた。
【０１５４】
また、（３０）式から分かるようにビート信号周波数は速度ｖと照射レーザ光の光周波数ν０とにより決定されるため、速度を制御するためにはレーザ光周波数ν０を一定にする必要がある。このため、本実施例では、半導体レーザ素子として波長変動の少ない分布帰還型レーザ素子を適用した。なお、速度を一定に保つ他の方法として、再生されたビット情報のレートを検出し、その値が一定となるようにモータの回転数を制御する方法も可能あり、同様の効果が得られた。
【０１５５】
以上のような構成とすることにより、２つの半導体レーザ素子からのレーザ出力の光周波数差を一定にする為の複雑な帰還回路系を必要とせずに、光コヒーレント検波により生成されるビート信号の振幅変化を介して記録情報を読み出すことが可能となり、多層記録媒体ディスク１６００からも読み出し対象層以外の層での光の散乱の影響を全く受けることなく、記録情報を読み出すことが可能となった。このため、本実施例装置において、記録密度１Ｍ／ｍｍ２の２層ディスクより情報を読み出したところ、ビット誤り率１０−７が達成された。
【０１５６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明においては以下のような効果を有する。
【０１５７】
（１）光記録情報読み出しにおいて、情報読み出しレートより大きな周波数差を有する２つのレーザ光を用いて光コヒーレント検波することにより、１ビット当たりの光パワーが微弱となった場合にでも記録情報再生に十分なＣ／Ｎ値を確保できる。
【０１５８】
（２）光周波数が異なる２つの光を共焦点状態で光記録媒体上に照射することにより、多層光記録媒体の特定の媒体からの記録情報再生において十分なＣ／Ｎ値を確保できる。
【０１５９】
（３）光コヒーレント検波出力のビート信号成分の周波数を検知し、その値を一定に保つ制御を実行して２つの光の周波数差を一定に保つことにより、情報再生時のキャリア周波数が安定化され、記録情報再生におけるビット誤り率を小さく抑制することができる。
【０１６０】
（４）共焦点状態で記録媒体上に照射する２つの光を同一光源からの同一周波数を有する光とすると共に、記録媒体の移動によりそれらの反射光の光周波数にドップラーシフトを与えることにより、単一のレーザ光源でかつ光周波数シフトのための余分な素子を必要とすることなく、光周波数差が一定の値を有する２つのレーザ光を得ることが可能となり、光コヒーレント検波を利用する光記録情報読み出しシステムの簡素化・装置の小型化ができるようになる。
【０１６１】
また、本発明は、上記実施例に限られるものではなく、具体的な光学構成や電気回路構成が異なる場合、信号再生における信号処理方法が異なる場合、ビート信号周波数や情報読み出しレート、情報記録密度、使用した半導体レーザ素子のスペクトル線幅、等の各種数値が異なる場合、あるいは、多層記録媒体の層数が２層以上の場合にも、効果を発揮することは言うまでもない。更には、受光素子に光コヒーレント検波するための２つの異なる波長を生成する手段が実施例（自動周波数制御回路の利用、ディスクの移動を利用したドップラーシフト効果の利用）と異なる場合にも効果を発揮することは言うまでもない。その場合としては、例えば、図１９に示すように、１つの半導体レーザ素子からの光をビーム・スプリッタ２１０１にて２分し、片方を音響光学素子２１０３にて光周波数をシフトさせる方法を適用した場合等が考えられる。
【０１６２】
この場合、ビーム・スプリッタ２１０１にて２分された他方のレーザ光はビーム・スプリッタ２１０２を介して光ディスクに照射される。光ディスクにより反射された光はビーム・スプリッタ２１０２により方向を変換された後に、ビーム・スプリッタ２１０５に入射され、音響光学素子２１０３により光周波数を変換された光はミラー２１０４にて方向を変換された後ビーム・スプリッタ２１０５に入射される。ビーム・スプリッタ２１０５ではこの２つの異なる光周波数を有するレーザ光は波面が一致した状態で合波され、受光素子へと導かれることとなる。
【０１６３】
また、本発明によれば、２つの半導体レーザ素子からのレーザ出力の光周波数差を一定にする為の複雑な帰還回路系を必要とせずに、光コヒーレント検波により生成されるビート信号の振幅変化を介して記録情報を読み出すことが可能となり、多層記録媒体ディスク１６００からも読み出し対象層以外の層での光の散乱の影響を全く受けることなく、記録情報を読み出すことが可能となった。このため、本実施例装置において、記録密度１Ｍ／ｍｍ２の２層ディスクより情報を読み出したところ、ビット誤り率１０−７が達成された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る光記録情報読み出し装置の構成図である。
【図２】実施例１の光記録情報読み出し装置における、偏光ビーム・スプリッタで合波される第１のレーザ光と第２のレーザ光との偏光関係を示す図である。
【図３】実施例１の説明図であり、（ａ）は２つの平面波が微小に傾いて合波された場合の波面の模式図であり、（ｂ）はその場合の合波面上でのν１−ν２信号成分の位相関係を示す図である。
【図４】実施例１の説明図であり、２つの平面波を光コヒーレント検波した場合の波面のずれとビート信号強度の関係を示す図である。
【図５】実施例１の光記録情報読み出し装置における前置増幅器の出力信号波形例を示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係る光記録情報読み出し装置の構成図である。
【図７】実施例２の光記録情報読み出し装置において偏光ビーム・スプリッタで合波される第１のレーザ光と第２のレーザ光の偏光関係を示す図である。
【図８】実施例２の光記録情報読み出し装置における前置増幅器の出力波形例を示す図である。
【図９】本発明の実施例３に係る光記録情報読み出し装置の構成図である。
【図１０】実施例３の光記録情報読み出し装置においてビーム・スプリッタで合波される第１のレーザ光と第２のレーザ光の偏光関係を示す図である。
【図１１】実施例３の光記録情報読み出し装置における増幅器の出力波形例を示す図である。
【図１２】本発明の実施例４に係る光記録情報読み出し装置の構成図である。
【図１３】実施例４の光記録情報読み出し装置における２つの記録媒体層からの散乱反射光の状態を示す図である。
【図１４】実施例４の光記録情報読み出し装置における読み出し対象でない記録媒体層において散乱反射されたレーザ光の信号受光用レンズ開口における波面状態の説明図である。
【図１５】実施例４の光記録情報読み出し装置における前置増幅器の出力電圧波形例を示す図である。
【図１６】本発明の実施例５に係る光記録情報読み出し装置の構成図である。
【図１７】実施例５の光記録情報読み出し装置における２つの記録媒体層からの散乱反射光の状態を示す図である。
【図１８】実施例５の光記録情報読み出し装置における前置増幅器の出力電圧波形例を示す図である。
【図１９】本発明の適用が可能であり、異なる２つの光周波数を得るために音響光学素子を用いた光学系の構成を示す図である。
【図２０】従来の光記録情報読み出し装置の構成図である。
【図２１】従来の光記録情報読み出し装置において偏光ビーム・スプリッタで分波される信号光の偏光状態を示す図である。
【符号の説明】
１０１    半導体レーザ素子
１０２    コリメータ・レンズ
１０３    ビーム整形用プリズム
１０４    ビーム・スプリッタ
１０５    集光レンズ
１０６    ディスク
１０７    記録媒体
１０８    ビーム・スプリッタ
１０９    集光レンズ
１１０    多分割フォトダイオード
１１１    λ／２板
１１２    偏光ビーム・スプリッタ
１１３    半導体レーザ素子
１１４    コリメータ・レンズ
１１５、１１７    集光レンズ
１１６、１１８    ＰＩＮフォトダイオード
１１９、１２０    高域通過フィルタ
１２１、１２２    前置増幅器
１２３、１２４    狭帯域通過フィルタ
１２５、１２６    振幅検波回路
１２７    差動増幅回路
１２８    比較回路
１２９    周波数弁別回路
１３０    ＰＩＤ制御回路
１３１    レーザ駆動回路
１３２    プロセッサ回路
１３３    スイッチ回路
６０１    半導体レーザ素子
６０２    ホログラム板
６０３    コリメータ・レンズ
６０４    ビーム・スプリッタ
６０５    集光レンズ
６０６    光ディスク
６０７    記録媒体
６０８    多分割フォトダイオード
６０９    光ピックアップ
６１０    偏光ビーム・スプリッタ
６１１    半導体レーザ素子
６１２    コリメータ・レンズ
６１５    コリメータ・レンズ
６１４、６１６    フォトダイオード
６１７    高帯域通過フィルタ
６１８    前置増幅器
６１９    周波数弁別回路
６２０    自動波長制御回路
６２１    レーザ駆動回路
６２２    プロセッサ回路
６２３    スイッチ回路
６２４    高帯域通過フィルタ
６２５    前置増幅器
６２６    狭帯域通過フィルタ
６２７    位相検波回路
６２８    信号再生回路
６２９    振幅検波回路
６３０    自動ゲイン制御回路
９０１    半導体レーザ素子
９０２    コリメータ・レンズ
９０３    ビーム・スプリッタ
９０４    集光レンズ
９０５    光ディスク
９０６    記録媒体
９０７    ビーム・スプリッタ
９０８    集光レンズ
９０９    フォトダイオード
９１０    半導体レーザ素子
９１１    コリメータ・レンズ
９１２    高域通過フィルタ
９１３    増幅器
９１４    狭帯域通過フィルタ
９１５    振幅検波回路
９１６    電圧比較回路
９１７    光ファイバ
９１８、９１９    分岐部
９２０、９２１    フォトダイオード
９２２    合波部
９２３    受光回路
９２４    高域通過フィルタ
９２５    増幅器
９２６    周波数弁別回路
９２７、９２９、９３０    比例制御回路
９２８    レーザ駆動回路
１２００  光ディスク
１２０１  第１記録媒体層
１２０２  第２記録媒体層
１２０３  分離層
１２０４  ２波長半導体レーザ素子
１２０５  第１レーザストライプ
１２０６  第２レーザストライプ
１２０７  レンズアレイ
１２０８  ビーム・スプリッタ
１２０９  レンズ
１２１０  ミラー
１２１１  ビーム・スプリッタ
１２１２  レンズ
１２１３  フォトダイオード
１２１９  ビーム・スプリッタ
１２２０  多分割フォトダイオード
１２２１、１２２２  レンズ
１２２３  フォトダイオード
１２２４  高帯域通過フィルタ
１２２５  前置増幅器
１２２６  狭帯域通過フィルタ
１２２７  振幅検波回路
１２２８  電圧比較器
１２２９  光ピックアップ
１３０１、１３０２  平面波レーザ光
１３０３  信号レーザ光
１３０４、１３０５  レーザ光
１３０６、１３０７  （散乱）球面波
１３０６′、１３０７′  収束球面波
１６００  光メモリディスク
１６０１  第１記録媒体層
１６０２  第２記録媒体層
１６０３  半導体レーザ素子
１６０４  レンズ
１６０５  ビーム・スプリッタ
１６０６  レンズ
１６０７  集光レンズ
１７０１、１７０２  レーザ光
１７０３  平面波
【図１】
0003545380.tif 000003
【図２】
0003545380.tif 000004
【図３】
0003545380.tif 000005
【図４】
0003545380.tif 000006
【図５】
0003545380.tif 000007
【図６】
0003545380.tif 000008
【図７】
0003545380.tif 000009
【図８】
0003545380.tif 000010
【図９】
0003545380.tif 000011
【図１０】
0003545380.tif 000012
【図１１】
0003545380.tif 000013
【図１２】
0003545380.tif 000014
【図１３】
0003545380.tif 000015
【図１４】
0003545380.tif 000016
【図１５】
0003545380.tif 000017
【図１６】
0003545380.tif 000018
【図１７】
0003545380.tif 000019
【図１８】
0003545380.tif 000020
【図１９】
0003545380.tif 000021
【図２０】
0003545380.tif 000022
【図２１】
0003545380.tif 000023