JP3661694B2 - Optical head and optical disk apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ディスク装置に用いられる光ヘッド、および光ディスク装置に属し、特にその光スポット位置制御信号検出の高性能化技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
光ディスク装置における焦点位置制御方法の従来の技術は、例えば角田義人監修、電子情報通信学会編「光ディスクストレージの基礎と応用」初版(平成7年、コロナ社)79頁から83頁に記載されている。これによればフーコー方式(ナイフエッジ方式)、非点収差方式、ビームサイズ検出方式、像回転方式などがあるが、光学系の簡単さ、調整しやすさ、トラッキング検出との組み合わせやすさなどから、現状最も一般的なのは非点収差方式である。ところが非点収差方式には光ディスクの偏芯に伴って、記録膜面上で光スポットがトラックを横切るときに焦点ずれ信号に外乱が発生しやすいという問題点があった。この外乱は特に集光スポットに非点収差が生じた場合や、光検出器上で光スポットがずれた場合に発生しやすい。これを低減する方法として例えば検出光束の中心部を遮光する方法(特願平4ー314500、特願平5−102928)、対物レンズの回転調整によって低減する方法(特公平5ー68774)、検出系において非点収差のある光とない光の演算により外乱を低減する方法(特開平5−197980)などがあるが、いずれも根本的な解決方法ではなく、必ずしも十分な低減効果が得られていないのが現状である。
【0003】
またこの外乱は近日、製品化が予定されているDVD−RAMにおいて採用されているランドグルーブ型の光ディスクでは特に大きく発生する。これはランドグルーブ型の光ディスクでは、案内溝(グルーブ)の幅と案内溝間(ランド)部分との幅がほぼ等しく、この両側に情報を記録するため、案内溝自体のピッチは光スポットに比べて従来の光ディスクより大きくなっているため、もともと後で述べるプッシュプル方式によるトラッキング信号が非常に大きくなるためである。したがってDVD−RAM用の光ヘッドにおいては構成や調整の複雑なビームサイズ方式や、フーコー方式を使わざるを得ない状況となっている。
【0004】
光ディスク装置におけるトラッキング制御方法の従来の技術は、同様にして例えば角田義人監修、電子情報通信学会編「光ディスクストレージの基礎と応用」初版(平成7年、コロナ社)83頁から92頁に記載されている。これによれば3スポット型、回折光差動型(プッシュプル方式)などがある。CDなどの再生専用型では光学系の簡単さ、調整しやすさ、外乱に対する強さなどから3スポット型、光磁気ディスクやDVD−RAMなど記録時に大きなレーザ発光パワが必要な場合にはプッシュプル方式が主に採用されている。このとき互いにCDに対してプッシュプル方式、記録可能光ディスクに3スポット型が使えない事情もある。
【0005】
CDピックアップにおいては低価格の必要性から光ディスクの偏芯に集光スポットを追随させるために対物レンズをアクチュエータに搭載して動かすことで対応している。するともしプッシュプル方式を用いると、検出光束が光検出器上で動いてしまうため、それがオフセットとなって現れてしまう。また再生専用の光ディスクにおいて最も信号振幅が大きくなるλ/(4n)(λ:光波長、n:基板屈折率)のピット深さにおいては、半径方向のピット列の周期構造による回折光のうち0次光が小さくなるうえ、集光スポットがオフトラックしても0次光と±1次回折光の干渉強度にアンバランスが発生せず、トラッキング信号がとれないという問題がある。
【0006】
一方、記録可能光ディスク、特に光磁気ディスクにおいては通常、光ディスクの偏芯の補償はコースアクチュエータと呼ばれる、光ヘッド、ないし対物レンズとアクチュータ部分のみを搭載して目標トラック近傍まで光スポットを近づけるためのアクチュエータで行っている。つまりトラッキング誤差のうち低周波成分をコースアクチュエータで、高周波成分を対物レンズアクチュエータで補償する構成となっている。このようにして記録動作に必要な信頼性を高めている。したがって対物レンズアクチュエータの移動量はCDなどに比べて少ないため、3スポット型より光利用効率の高いプッシュプル方式を採用することができる。
【0007】
また記録可能光ディスクに3スポット型を用いると、光メモリシンポジウム’86論文集(1986年)127頁に述べられているように、以下のような問題点もある。まずDVD−RAMのような記録マークの反射率変化で記録するタイプの光ディスクでは記録動作時に先行サブスポットと後行サブスポットの光量が変わり、トラッキング信号にオフセットが発生する。また光磁気ディスクの場合には半導体レーザへの戻り光があるため、ディスク傾きによって迷光の干渉状態が両側のサブスポットでアンバランスとなり、やはりオフセットを生じる。さらにDVD−RAMにおいてはすでにのべたようにランドグルーブ型の光ディスクを用いている事情も3スポット型を使えない理由に挙げられる。すなわちランドグルーブ型ではもともとランド部とグルーブ部の反射光量を等しくする目的でその幅を等しくしているので、必然的に光スポットがオフトラックしても光量がほとんど変化せず、3スポット型のトラッキング信号はとれないのである。したがってDVD−RAMではプッシュプル方式を使わざるを得ないのであるが、光磁気ディスクと異なり、DVD−RAMではCDなみの低価格化が必要とされており、プッシュプル方式での対物レンズ移動に伴うトラッキング信号低減が必須となっている。
【0008】
DVD−RAMにおけるこの問題を解決する従来の技術は、例えばナショナル・テクニカル・レポート40巻6号(1994年)771頁から778頁に記載されている。ここでは対物レンズと、λ/4板と、偏光性回折格子を一体として2次元アクチュエータに搭載し、ディスクによる回折光の+1次回折光と−1次回折光の0次光との干渉領域をそれぞれ異なる回折角に回折させるように偏光性回折格子を構成する。このようにすると、検出器上で+1次回折光と−1次回折光の0次光との干渉領域を分離できるので、対物レンズが移動してもこれらの光が検出器をはずれないように、2分割光検出器を構成しておけば検出器上で光スポットが動くことによるオフセットは解消できることが示されている。
【0009】
また回折格子を偏光性にしていることにより、ディスクに向かう光が回折格子を透過するに当たっては回折効率をほぼ0となるようにし、ディスク反射光が再び、回折格子を透過するときに適切な回折効率となるようにすることができる。偏光性でない通常の回折格子であればディスクに向かう光も回折されてしまうため、光量損失が避けられないが、それをこのように偏光性回折格子とすることにより、必要な反射光での回折だけをおこし、光量損失を防ぐことができる。
【0010】
しかしながらこの従来例においては、対物レンズと、λ/4板と、偏光性回折格子を一体として2次元アクチュエータに搭載しているため、アクチュエータの可動部の重量が重くなり、アクチュエータの応答速度が低く制限されという問題点がある。光ディスクは記録密度と同時に転送速度も年々高速化しており、上記従来例では、今後一層の高速化に対応できない。
【0011】
対物レンズアクチュエータに対物レンズ以外の光学部品を搭載することなく、プッシュプル方式における対物レンズ移動に伴うトラッキング信号オフセットを解消する他の方法が、先に述べた光メモリシンポジウム’86論文集(1986年)127頁から132頁に開示されている。これは3スポットを用い、各々のプッシュプル方式によるトラッキング信号をメインスポットとサブスポットで差し引くことで、対物レンズ移動に伴うトラッキング信号オフセットを解消するもので、差動プッシュプル法(ディファレンシャルプッシュプル方式)と呼ばれている。すなわちサブスポットを案内溝の周期の半分だけメインスポットの両側にずらして配置することによって、オフトラックに伴うディスク反射光の干渉強度分布変化の反転した光を同時に検出し、オフセットが同相で含まれる逆相のトラッキング信号を生じせしめて、これらを差し引くことでオフセットのみをキャンセルさせる方法である。このときメインスポットとサブスポットの減算するときのゲイン比は、サブスポットを生じせしめる回折格子において、メインスポットとサブスポットに生じる光量差を補償するように選ぶ。本従来例を用いれば基本的には対物レンズアクチュエータに対物レンズ以外の光学部品を搭載することなく、プッシュプル方式における対物レンズ移動に伴うトラッキング信号オフセットを解消できる。しかしながら本従来例においては前記の、非点収差焦点ずれ検出方式において集光スポットが案内溝を横断するときの焦点ずれ信号への外乱の混入に関する対策がなんら講じられていない。また本従来においても述べられている、サブスポットの片側のみが記録済みトラック、もう一方が未記録トラックにあるときにオフセット低減が十分でない。さらに本従来例においては述べられていないが、案内溝上と案内溝間上で反射総光量が異なる場合にも、本従来例においてはオフセットが残留する。これは案内溝と案内溝間の幅が等しくない場合に生じるが、これらが等しいランドグルーブディスクを用いるDVD−RAMの場合にも、メインスポットが記録済みトラック、2つのサブスポットが未記録トラックにある場合、あるいはこの逆の場合にこのような状況が生じる。またさらに光スポットが複数存在するため、記録時に光利用効率の点で不利となる。
【0012】
またメインスポットとサブスポットのゲイン比は、本従来例に述べられているように、メインスポットと2つのサブスポットの光量の比の逆数に比例させたのでは、一般にはオフセットを完全にはキャンセルできない。というのは、後で説明するようにトラッキングのための案内溝が実効的にトラックピッチの1/2となっていない場合には、スポットが情報トラック上にあるときと、情報トラックからトラックピッチ(ランドグルーブディスクでは、グルーブピッチ)の1/2だけずれた位置にあるときとで反射率が異なるので、それを含めて補償するようにしないとオフセットが完全にはキャンセルされないことが本従来例では考慮されていないからである。オフセットの許容値は、光ディスクの記録密度が高いほど厳しく、近年ではこのような残留オフセットについても問題となっている。
【0013】
また本従来例では、案内溝間(ランド部)に情報トラックがあり、案内溝内(グルーブ部)には情報トラックのない光ディスクを用いていたため、メインスポットで情報を再生する場合に、サブスポットは情報トラック上になく、情報ピットの影響を受けることがなかった。しかしながらたとえばDVD−RAMに用いているランドグルーブディスクの場合には、メインスポットが情報トラック上にある場合、サブスポットも隣接トラック上にあることになり、情報ピットによる光量変動がトラッキング信号に対して外乱として作用する問題点がある。
【0014】
また、非点収差焦点ずれ信号への外乱の混入をキャンセル方法が、特開平4−168631に開示されている。ここでは回折格子によるメインスポットとサブスポットを、やはり案内溝周期の1/2だけずれて光ディスク上に配置させて、これをシリンドリカルレンズを介してそれぞれ4分割光検出器で受光する。それぞれにおいて4つの検出領域のうち、2つの対角方向2領域の和の差信号をとることで得られる焦点ずれ誤差信号を、メインスポットとサブスポットで入射光量比の逆数に比例したゲインで増幅して加算することにより、焦点ずれ誤差信号を得るというものである。光ヘッドの調整不良等により残留している非点収差や、光検出器の位置ずれなどの原因で、光スポットが案内溝を横切るときに発生する外乱は、当然ながら案内溝と同じ周期の周期関数であるため、位相が180°ずれたことに相当するメインスポットとサブスポットを実効的に同じ光量で加算すれば、外乱はキャンセルする。以下便宜的に本従来例を加算非点収差方式と呼ぶことにする。この場合に加算するゲインは、上記のディファレンシャルプッシュプル方式と異なり、本従来例に述べられているように、光ディスクに入射する光量が実効的に等価になるように、入射光量の逆数の比に比例させればよい。ところが本従来例においては、トラッキングの方法について何ら開示されていないという問題点があった。また仮に上記のディファレンシャルプッシュプル方式と組み合わせようとすると、上記従来例のままではメインスポットとサブスポットの増幅ゲイン比を、トラッキング信号の演算と、焦点ずれ信号の演算で等しくすることになり、実際には対物レンズシフトがある場合のトラッキング信号のオフセットがキャンセルできないという問題点があった。
【0015】
以上の従来技術に鑑み、本発明が解決すべき課題は焦点ずれ検出方式において、光ディスクの偏芯に伴って、記録膜面上で光スポットがトラックを横切るときに焦点ずれ信号に生じる外乱を根本的に解消することである。
【0016】
またそれと同時にトラッキング誤差信号に生じるレンズ移動に伴うオフセットを根本的にキャンセルすることである。
【0017】
またディファレンシャルプッシュプル方式のような、ディスク上の光スポットが案内溝を横断するのに伴う反射光束の強度変化が反転した光束を通常の光束と同時に生成し、同相のオフセット成分を含む逆相のトラッキング信号を作って同相オフセットをキャンセルする場合に、これらの光束の反射総光量の違いによって生じるオフセットをキャンセルすることである。
【0018】
またディファレンシャルプッシュプル方式において、トラッキング誤差信号に生じるレンズ移動に伴うオフセットをキャンセルすると同時に、焦点ずれ検出方式において、光ディスクの偏芯に伴って、記録膜面上で光スポットがトラックを横切るときに焦点ずれ信号に生じる外乱を根本的に解消することである。
【0019】
またディファレンシャルプッシュプル方式におけるサブスポットを、メインスポットと同一トラックにおいたまま、同様の対物レンズ移動に伴うトラッキング信号オフセットキャンセル効果を得ることである。
【0020】
またディファレンシャルプッシュプル方式と同様の効果をディスク上で1つのスポットだけが生じるようにして構成することである。
【0021】
またこれらの効果を特に非点収差焦点ずれ検出方式と、プッシュプルトラッキング検出方式に対して得ることである。
【0022】
またこれらの効果を得る光検出器形状を示すことである。
【0023】
またディファレンシャルプッシュプル方式と加算非点収差方式を組み合わせるのにあたって、対物レンズ移動によるトラッキング信号のオフセットのキャンセルの性能を向上させることである。
【0024】
またディファレンシャルプッシュプル方式と加算非点収差方式を組み合わせて、ランドグルーブディスクに適用するにあたって、情報ピットによる外乱の影響を除去することである。
【0025】
また以上の課題を光ディスク装置において解決することである。
【0026】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、
半導体レーザと、その出射光を半径方向に周期構造のある光ディスクに少なくとも1つの集光スポットとして集光する集光光学系と、前記光ディスクからの反射光を検出する光検出系と、受光光量を光電変換し、演算することによって前記光ディスク上に集光された光スポットの焦点ずれ信号とトラッキング誤差信号、及び前記光ディスクに記録されたデータ信号の少なくとも一つを得る電気回路から少なくとも構成される光ヘッドにおいて、前記集光光学系中に前記光ディスク上の集光スポットを前記周期構造が横断するのに伴う反射光束中の強度変化の極性が互いに略反転した複数の反射光を生成する手段を有し、前記光検出系にこれらの複数の反射光を分離して同時に検出する手段を有し、前記電気回路において前記強度変化に起因する焦点ずれ誤差信号の変動が互いに相殺しあうように各々の反射光の焦点ずれ誤差信号の和をとることにより焦点ずれ誤差信号を得る。
【0027】
またこのとき同時に極性の互いに反転した前記複数の反射光の各々のトラッキング誤差信号の差をトラッキング誤差信号とする。
【0028】
さらにこのとき極性の互いに反転した前記複数の反射光の各々のトラッキング誤差信号の差をトラッキング誤差信号とするのにあたって、前記電気回路において前記集光スポットの1つが前記光ディスクの情報トラック上にあるときの各々の反射総光量の逆数の比に比例したゲインで各々のトラッキング誤差信号を増幅したのち、これらの差を演算してトラッキング誤差信号とすることを特徴とする。
【0029】
またこれらにおいて、強度変化の極性が互いに略反転した複数の反射光を生成する手段が、前記半導体レーザと前記光分岐素子の間に配置された回折格子であって、光ディスク上でこの回折格子による±1次回折光の集光スポットが、0次光の集光スポットに対し、前記周期構造の周期の約半分だけ互いに反対方向に半径方向にずれて配置されるように前記回折格子が光ディスク半径方向に対して傾けて設置する。
【0030】
またあるいは強度変化の極性が互いに略反転した複数の反射光を生成する手段が、前記半導体レーザと前記光分岐素子の間に配置された回折格子であって、この回折格子がディスク半径方向に略λD/(2NA・P)(λ:光波長、NA:対物レンズ開口数、P:ディスク上半径方向周期構造の周期、D:回折格子上の有効光束径)おきに同じ幅の領域で格子の位相が反転しており、光ディスク上でこの回折格子による±1次回折光の集光スポットが、0次光の集光スポットと同一トラック上に配置されるように回折格子の格子の方向が光ディスク接線方向に対して平行に設置され、光検出系においてこれらを分離して検出し、0次光からの受光光量信号からデータ信号を得る。
【0031】
またあるいは強度変化の極性が互いに略反転した複数の反射光を生成する手段が、前記半導体レーザと前記光分岐素子の間に配置された偏光性位相シフタであって、この偏光性位相シフタがディスク半径方向に略λD/(2NA・P)(λ:光波長、NA:対物レンズ開口数、P:ディスク上の周期構造の周期、D:回折格子上の有効光束径)おきに同じ幅の領域で特定の方向に偏光した直線偏光成分の位相を相対的に反転させ、これと直交する直線偏光成分の位相は位相シフタ全体で変化しない構造であり、光検出系においてこれらの偏光成分を偏光分離素子を用いて分離して検出し、位相反転の加わらない偏光成分からデータ信号を得る。
【0032】
以上の構成を特に、焦点ずれ検出のために非点収差法、トラッキング誤差検出のためにプッシュプル法を用いて実現する。
【0033】
また光検出系において−1つの光スポットを4分割された光検出領域で受光する光検出領域が少なくとも2組ある光検出器用いる。
【0034】
また、半導体レーザと、その出射光を半径方向に案内溝などの周期構造のある光ディスクに集光する集光光学系と、前記光ディスクからの反射光を検出する光検出系と、反射光から光スポットの焦点ずれ信号とトラッキング誤差信号の両方を得る電気回路とを有する光ヘッドにおいて、回折格子などでサブスポットを案内溝周期の1/2だけメインスポットとずらして配置するなどして、集光スポットを前記周期構造が横断するのに伴う反射光束中の強度変化の極性が互いに略反転した2種類のそれぞれ少なくとも1つ以上の反射光を生成させる。光検出系ではこれらの複数の反射光を分離して検出し、前記電気回路において前記2種類の反射光のそれぞれ少なくとも1つによる焦点ずれ誤差信号をそれぞれ加算した焦点ずれ誤差信号を増幅してさらに加算することにより焦点ずれ誤差信号を得、前記2種類の反射光のそれぞれ少なくとも1つによるトラッキング誤差信号をそれぞれ加算したトラッキング誤差信号を増幅して減算することによりトラッキング誤差信号を得る。このとき光ディスクはランドグルーブディスクなど、前記周期構造が案内溝で構成され、光スポットが案内溝にあるときに対し、案内溝間にあるときの反射率の誤差が±30%以下であるディスクを用いることにより、2種類の反射光のトラッキング誤差信号の増幅ゲインの比が、前記2種類の反射光の焦点ずれ誤差信号の増幅ゲインの比に一致させる。
【0035】
また同様の光ヘッドにおいて、光ディスクがランドグルーブディスクでない場合、すなわち前記光スポットの1つが前記光ディスクの情報トラック上に位置する時と、前記情報トラックから前記周期構造の周期の1/2だけずれた位置に位置する時で反射率が異なる光ディスクの場合には、前記複数の反射光のトラッキング誤差信号の増幅ゲインの比が、前記複数の反射光の焦点ずれ誤差信号の増幅ゲインの比と異ならしめる。
【0036】
また光ヘッドにおいて、前記サブスポットの検出用の電気回路に光ディスクの記録情報の再生信号の周波数帯域を遮断する周波数特性を持たせる。
【0037】
また以上の光ヘッドに少なくともディスクの回転手段と光ディスクからの再生制御回路を具備した光ディスク装置を構成する。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
【0039】
図1は本発明の基本的な実施例における光学系の構成である。半導体レーザ101からの光は、回折格子102によって回折光を生じ、ビームスプリッタ103、立ち上げミラ−104、対物レンズ106を経て光ディスク107の上に、0次光のメインスポット108と±1次回折光の2つのサブスポット109、110を形成する。反射光は再び、対物レンズ106、立ち上げミラ−104を経て、ビームスプリッタ103を反射し、シリンドリカルレンズ111によって焦点ずれ検出のための非点収差を与えられ、光検出器115によって受光される。光検出器115は0次光用4分割光検出領域112、±1次回折光用4分割光検出領域113、114に分かれており、各々独立に検出される。ここでディスク上の±1次回折光は0次光から両側に案内溝ピッチの半分だけずれて配置されるように回折格子102はやや傾けて配置されている。
【0040】
図2はこのときの光ディスク上のスポット配置とそのときの反射光束の強度分布を示す図である。図中0次光201、±1次回折光202、203が、グルーブ部204、ランド部205に対して左側に若干ずれた場合、ちょうどオントラックの場合、若干右側にずれた場合を示している。このとき0次光検出光束206、±1次回折光検出光束207は図のようにトラックずれに対して強度変化が逆向きにずれる。これはディスク上の±1次回折光202、203が0次光に対して1/2トラックずれて配置されているためである。光ディスク上の集光スポットの位置に対してこのような検出光束強度分布が生じること自体は、先に述べた文献等にも述べられているように公知である。
【0041】
図3はこのときの検出器出力の回路演算方法を示す図である。ただし検出器上115では焦点ずれ検出のための非点収差により強度分布は90度回転している。ここで焦点ずれ信号(AF信号)はメインスポットとサブスポットの分割検出器112、113、114の対応する分割出力の同じ対角線方向成分を加え合わせてからその差動信号を差動増幅器303で演算することにより得られる。ディスク上の集光スポットが案内溝を横切るときのサブスポットの強度分布変化は、メインスポットと反転しているため、このようにすると外乱のみが相殺される。このとき通常、サブスポットの光量はメインスポットよりも小さくしておくため、その光量比分だけサブスポットの信号出力を増幅器301で増幅してから演算する。ただしここでサブスポットは2つあるので、実際にはサブスポット側のゲインはメインスポットの強度をA、サブスポットの強度をBとしたとき、メインスポットに対して、2つのサブスポットによる信号の増幅ゲインをそれぞれA/(2B)倍にすればよい。一方、トラッキング信号(TR信号)は図中、左右に分割される2領域ごとの出力をメインスポットとサブスポットで互い違いに足し合わせたのち、差動増幅器304で差動出力をとることによって得られる。ディスク上の集光スポットが案内溝を横切るときのサブスポットの強度分布変化は、メインスポットと反転しており、レンズシフトによるオフセットは反転しないため、このようにするとオフセット成分のみが相殺されたトラッキング信号が得られる。ここでメインスポットがランド上にある場合には、サブスポットはグルーブ上にあるためランド部と、グルーブ部の幅が異なる場合には反射光量に差が生じる。これによりオフセットキャンセルが十分でなくなるため、このような場合にはさらに増幅器302により、メインスポットとサブスポットの光量差を補償するようにサブスポットの信号を増幅している。例えば情報トラックがランドにある場合、ランドの反射率をa、グルーブの反射率をbとすれば、サブスポットの増幅器302のゲインはa/bとすればよい。また場合によってはメインスポットの方が出力が小さい場合もあり得る。このようなときには逆にメインスポット側を増幅すればよい。あるいは増幅器302のゲインを1以下にすればよい。以上により、レンズシフトによるオフセットのないトラッキング誤差信号と、案内溝横断時の外乱のない焦点ずれ誤差信号が同時に得られる。一方、再生信号はメインスポットの光量の総和を差動増幅器305により出力すればよい。ただしここでは再生専用光ディスクや、相変化型光ディスクなどの反射光量で信号を再生する光ディスクを想定している。しかしながら光磁気ディスクの場合にもその違いはデータ信号を偏光分離した2つの信号出力の差動信号とすることによる違いのみであり、焦点ずれ誤差信号およびトラッキング誤差信号は本実施例により検出可能である。
【0042】
図4はこのときの演算方法をまとめた図である。0次光の4分割光検出領域112の4つの出力a,b,c,d、±1次光の4分割光検出領域113、114のそれぞれ4つの出力e,f,g,h,i,j,k,lに対して、結局図のような演算をすればよい。ただしRFはデータ信号、AFは焦点ずれ信号、TRはトラッキング誤差信号である。
【0043】
上記の実施形態は、一般に光スポットが案内溝にある場合と、案内溝間にある場合で反射率が異なる場合を想定していた。しかしDVD−RAMに用いられるランドグルーブディスクにおいては、案内溝の幅がトラックピッチのほぼ1/2であり、光スポットがランドにある場合とグルーブにある場合で反射率がほぼ等しい。このため、図3のアンプ302を省略して、図22に示すような回路構成に簡略化することができる。ただランドグルーブディスクであっても製造誤差によりグルーブ部に対するランド部の反射率差が最大±10%程度有り得る。しかしこの程度の差であれば計算機シミュレーションによれば対物レンズの有効口径4mmとしたとき、レンズシフトが0.4mmあっても、グルーブピッチ1.48μmのDVD−RAMディスクにおいてトラックオフセットは0.01μm程度であるので、図22の構成でもトラックオフセットは許容できる。逆にトラックオフセットの許容値を仮に0.05μmとすれば同じ条件でグルーブ部に対するランド部の反射率差は1.6倍程度であった。通常のランドグルーブディスクでない光ディスクにおいては、これは2倍以上であるのでやはり図22の構成はランドグルーブディスクにしか適用できない。
【0044】
またランドグルーブディスクでは溝部にも、溝間部にも情報トラックがあるので、メインスポットが情報トラックにある場合に、サブスポットも当然、隣接する情報トラック上にある。この場合、ランドグルーブディスク以外では想定されていなかったサブスポットへの記録情報の混入が起こる。これを避けるためには図22における増幅器301に、図23に示すような周波数特性を持たせればよい。図23において横軸は周波数、左側縦軸は増幅器のゲインの周波数特性、右側の縦軸は検出器における情報トラックの再生信号の強度である。再生信号は焦点ずれ誤差信号や、トラッキング誤差信号などの制御信号に比べて高い周波数帯域にあるが、検出器で検出される信号はこれらが合成されている。ここで増幅器に再生信号帯域で低いゲインとなるような特性を持たせることによって、外乱のない制御信号を得ることができる。
【0045】
次に、このような方法で対物レンズ移動によるトラッキング信号のオフセットがキャンセルされることを解析的に説明する。ジャーナル・オブ・オプティカル・ソサイエティ・オブ・アメリカ1979年69巻1号4頁から24頁(J.Opt.Soc.Am,69、1(1979)4−24)の文献によれば、光ディスクの周期構造による反射光の分布は、スカラー回折近似において、光ディスクの反射率分布のm次のフーリエ係数Rmと、入射光振幅分布a(x,y)をm次の回折による分布ずれmNA/Pλ(NA:開口数、P:案内溝周期、λ:波長)だけずらして、スポット位置u0による位相成分exp(i2πmu0/P)をかけて加え合わせることによって得られる。すなわち
【0046】
【数1】
【0047】
である。ここでRmは光ディスクに振幅1の平行光を垂直に入射した場合のm次の回折光の複素振幅に相当しており、
【0048】
【数2】
【0049】
のように表せ、特に幅w、波長で規格化した溝深さdの矩形溝の場合には
【0050】
【数3】
【0051】
のようになる。ただしここで
【0052】
【数4】
【0053】
である。これらを用いると、入射光に収差がなく、振幅が対物レンズ瞳面内で一様だとすれば光ディスクの周期的な案内溝による0次光と±1次光の干渉強度は
【0054】
【数5】
【0055】
のように表せる。ここでただし
【0056】
【数6】
【0057】
である。これによりレンズ移動のない場合のプッシュプル方式によるトラッキング信号は
【0058】
【数7】
【0059】
のように表せる。
【0060】
ここで図5に示すように対物レンズ移動により2分割光検出器501上の光スポット502が動いたとすると、それぞれの2分割光検出器501の各分割領域の受光光量の増減から、通常のプッシュプル方式によるトラッキング信号はレンズ移動に起因するパラメタα(0<α<1)、β(0<β<1)を用いて
【0061】
【数8】
【0062】
のように表せる。この右辺第2項がオフセットに相当する。ここで数5において例えば回折格子によるサブスポットをトラックピッチの1/2だけずらすと考えると、右辺第3項のcosの中の位相がπずれるので、メインスポットのスポット位置u0に対して、サブスポットの干渉強度は、
【0063】
【数9】
【0064】
のようになる。また数7においても1/2トラックだけずれれば、トラッキング信号もやはり反転するからレンズ移動のあるときのサブスポットのトラッキング信号は
【0065】
【数10】
【0066】
となる。したがってメインスポットのトラッキング信号とサブスポットのトラッキング信号をさしひくことにより
【0067】
【数11】
【0068】
の信号が得られる。したがってメインスポットがオフトラック0、すなわちu0=0のとき、オフセットは
【0069】
【数12】
【0070】
となる。したがって溝幅がトラックピッチに対して1/2でないときには、オフセットが残留する。これは数11の上段右辺第2項からわかるように、メインスポットがオントラックにあるときに、その干渉強度がサブスポットの干渉強度と異なることに起因しているため、この強度変化を見込んで図4におけるゲインG2を設定しておくことによってキャンセルすることが可能である。またDVD−RAMのようにランドグルーブ方式の光ディスクの場合には、このようなゲイン設定をしなくとも、そのままでオフセットがキャンセルされる。
【0071】
以上においては、トラッキング信号のオフセットキャンセルの効果を説明したが、このように干渉位相の反転した光を同時に検出することで、非点収差焦点ずれ検出方式などで問題となる、スポットが案内溝を横断するのに伴う焦点ずれ信号への外乱もキャンセルしている。以下、その原理について説明する。非点収差焦点ずれ検出のトラック横断に伴う外乱の原因は大きく2つある、1つはディスク上の光スポットに対して加わる非点収差であり、もう1つは4分割検出器のずれである。ここでは非点収差による外乱の混入を例として説明する。非点収差の波面は非点収差係数W22、非点収差方位φを用いて
【0072】
【数13】
【0073】
のように表せる。これは有効口径のx、y座標で
【0074】
【数14】
【0075】
のように表せるので、非点収差を持った波面が光ディスクによって回折されて、その0次光と±1次回折光が対物レンズ瞳面で±δずれて重なるとすると、非点収差によって加わる干渉の位相差は
【0076】
【数15】
【0077】
のように近似できる。すると0次光と±1次回折光の干渉強度はこれを用いて
【0078】
【数16】
【0079】
のように表せる。ここで図6に示すように非点収差のある光ディスク反射光束602において代表点A,B,C,Dをとるとこれらの位置における干渉強度は数16より
【0080】
【数17】
【0081】
【数18】
【0082】
【数19】
【0083】
【数20】
【0084】
のように表せる。焦点ずれ検出のための検出器上で、基本的にこれらの強度がそのまま現れるとすると、焦点ずれ信号には
【0085】
【数21】
【0086】
のようにオフトラックu0に対してcos波形的な外乱が混入する。ここで集光スポットの案内溝横断に伴う強度分布変化が反転したスポットを同時に生成して加え合わせるすると、ψの位相がπずれて、数21の最初のsinの符号が反転したものを足し合わせることになるので、外乱は相殺する。このとき焦点ずれ信号の外乱のキャンセルには、ディファレンシャルプッシュプルのオフセットキャンセルのために必要となったような溝幅などによる溝部と溝間部での反射率差のためのゲインの調整は不要である。
【0087】
図7は、光ディスク上集光スポットが案内溝を横切る場合の強度変化の極性が反転した光束を同時に検出するための別の実施例である。ここでは光ディスクの半径方向に対して平行に配置された直線回折格子701を用いる。したがって回折格子による光ディスク上の±1次回折光は、0次光と同じトラック上に配置される。またしたがって反射光束を検出するための光検出器702の3つの4分割光検出領域112、113、114は光ディスク接線方向に平行に配置されている。
【0088】
本実施例で用いている回折格子701の詳細構造について図8を用いて説明する。この回折格子は案内溝周期P、対物レンズ開口数NA、回折格子挿入位置有効光束径D、に対して図のようにDλ/(2NA・P)の周期で格子の位相が反転した回折格子になっている。これは光ディスクの案内溝による回折光の0次光801に対して±1次回折光802、803の反射光束のずれによって決まる間隔となっている。このような回折格子による回折光は各周期ごとに回折光の波面の位相がπずれる。これは回折格子がもともとホログラムであることを思い起こせば、容易に理解できる。つまりホログラムはレーザ光のような干渉性の良い2つの光の干渉縞を写真乾板などに露光現像処理したものであり、これに露光したときの2つの光の一方を照射すると、露光したときのもう一方の光がホログラムの回折光として再生されるというものである。そこで上記のように周期的に波面が半波長ずれている光と平坦な波面の光を干渉させて干渉縞をつくったとすると、当然のことながら干渉縞はその位相ずれを反映して不連続に1/2縞の段差をつくる。したがって逆に、そのような回折格子に平坦な波面の光を入射すると、回折光の波面は周期的に1/2波長ずれることになるのである。
【0089】
図9は位相反転回折格子による回折光のさらに光ディスク案内溝による回折光の位相シフト領域の重なり方を説明する図である。位相反転回折格子による回折光が光ディスクによる案内溝によってさらに回折され、0次光と±1次光がオーバーラップする。しかしながら0次光と±1次光など互いに隣り合った回折光どおしでは、位相反転領域が重なることなく接するようになっている。このときの図の中のa,b,c,...で示した各領域に含まれる回折次数の任意の2つの間に、位相反転回折格子によって加わる位相差を図10にまとめる。これによれば0次光と±1次回折光など、トラッキング信号に寄与する隣接する回折次数の光の間の位相差は必ずπになっていることがわかる。そして+1次回折光と−1次回折光、0次光と±2次回折光など回折次数の差が2になるような回折光どうしの位相差は0となっている。したがって数5における干渉の位相差は、サブスポットを1/2トラックオフトラックさせることなく、それと等価な干渉強度反転が実現できる。このようにすると記録マークが中心スポットに対して両側トラックに非対称に存在しても、サブスポットの反射光量にはなんら非対称性が生じない。したがってトラッキング信号のオフセットキャンセルや、焦点ずれ誤差信号の外乱のキャンセルの効果がより安定となる。
【0090】
ここで位相反転回折格子は、対物レンズと一体とはなっておらず、光ディスクの偏芯に追随して対物レンズが移動した場合に、位相反転回折格子と対物レンズの光軸は相対的にずれることになる。図11はこの場合の位相シフト領域を示す図である。対物レンズ移動があっても位相シフト領域の継ぎ目が移動するだけで、干渉強度の反転にはなんら支障を生じないことがわかる。
【0091】
図12は光ディスク上集光スポットが案内溝を横切る場合の強度変化の極性が反転した光束を同時に検出するためのさらに別の実施例である。ここでは図7の位相反転回折格子にかわりに偏光性位相シフタ1201を用いている。これにより偏光性位相シフタ1201に入射する特定の方向の直線偏光成分の位相のみをDλ/(2NA・P)周期の領域において反転させ、検出器702の直前で、3ビームウォラストンプリズム1202により、偏光分離して検出する。このとき位相反転回折格子の場合のような、サブスポットは生じず、光ディスク107上の光スポットは1つしか存在しない。これによりサブスポットによる光量損失を軽減でき、記録可能な光ディスクに適した光ヘッドを構成できる。
【0092】
図13は偏光性位相シフタの原理を説明するための図である。ここではニオブ酸リチウム(LiNbO3)を用いた例を示す。ニオブ酸リチウム基板1301は紙面内方向に屈折率異方性の主軸1302を持ち、そこにグレーティングパターンに合わせてプロトン交換領域1303を形成する。さらにそのグレーティングパターンに合わせて、誘電体膜1304を形成する。このときグレーティングパターンとその間に入射する常光線1305、1306の位相差φo、異常光線1307、1308の位相差φeはそれぞれ以下のように表せる。
【0093】
【数22】
【0094】
ここでそれぞれの位相差を回折効率を考慮して適当な設計値に設定し、誘電体膜の厚さTdとプロトン交換領域の深さTpを未知数とする連立1次方程式として解けば、
【0095】
【数23】
【0096】
となり常光線と異常光線で所望の位相差を独立に与える偏光性グレーティングが設計できる。例えば波長λ=0.66μm、誘電体層屈折率nd=2.2でφo=0゜、φe=+180゜としようとすればTp=2.06μm、Td=0.07μmとすればよい。このようにすればプロトン交換領域について選択的に位相をπずらすことができ、すでに述べた実施例と同様のオフセットキャンセル効果が期待できる。
【0097】
以下、スカラー回折シミュレーションによる、焦点ずれ検出信号における集光スポットの案内溝横断時の外乱のキャンセル効果、および対物レンズ移動に伴う外乱のキャンセル効果について説明する。図14は通常の焦点ずれ検出系において、非点収差、球面収差、ディテクタずれが複合して存在するときの、焦点ずれ信号である。中心部分が膨らんでおり、かなり大きな外乱が生じていることがわかる。一方、図15は位相反転回折格子を用いることを想定した場合の計算結果である。これを見ると外乱がほとんどキャンセルしていることがわかる。図16はディファレンシャルプッシュプル方式でのメインスポットとサブスポットの焦点ずれ信号を足し合わせたときの焦点ずれ信号である。外乱がほとんどキャンセルできていることがわかる。
【0098】
図17は通常の非点収差焦点ずれ検出方式の受光面上でのトラッキング信号を対物レンズ移動を変えて計算したものである。オフセットがかなり大きく発生していることがわかる。図18は同様の計算を位相反転回折格子を用いたもの行ったものである。オフセットがほとんどキャンセルされていることがわかる。さらに図19はやはり同様の計算をディファレンテャシャルプッシュプル方式において適用した場合の実施例である。ともにオフセットが非常に小さくなっている。
【0099】
図20は特にCD,CD−R、DVDーROM、DVD−RAMの再生の可能な本発明による光学系構成の実施例である。半導体レーザはDVD用の650nm半導体レーザ2001とCD,CD−R用の780nmの半導体レーザ2002の2つを搭載している。CD−Rを再生するにはCDーRの記録膜の反射率の分光特性の関係から、780nmの半導体レーザ2002が必須である。各々の光はそれぞれ回折格子2003、2004に入射し、±1次回折光を生じる。ここで650nm用の回折格子2003は本発明でこれまで説明してきた回折格子であり、780nm用の回折格子はCDのトラッキング検出で通常用いられる3ビームトラッキング方式のためのサブスポット形成のための回折格子である。650nmの光は次にダイクロイックミラー2005を反射し、ビームスプリッタ2006を透過して、立ち上げミラー2007を反射し、DVD/CD互換対物レンズ2008により、DVD2009上に集光される。一方780nmの光はビームスプリッタ2006を反射し、立ち上げミラー2007を反射して、DVD/CD互換対物レンズ2008により、CDまたはCD−Rディスク2009に集光される。それぞれ反射光は、DVD/CD互換対物レンズ2008、立ち上げミラー2007を経て、ビームスプリッタ2006及びダイクロイックミラー2005を透過して、光学部品Gを透過して光検出器2010に集光される。
【0100】
図21はこの光学系構成において焦点ずれ検出方式を変えた、複数の実施例での光学部品G、及び検出器受光パターン構成、及び信号演算方法を説明する図である。焦点ずれ検出方式にビームサイズ検出を用いる場合には光学部品Gに曲線回折格子2101を用い、回折格子2003または2004による0、±1次回折光それぞれについて、光検出器面上で焦点よりもやや前の光スポットと、焦点よりやや後ろの光スポットを曲線回折格子2101の±1次回折光として出力させる。このとき曲線回折格子2101の回折効率を十分大きくしておき、0次光は生じないようにしておくと検出領域数を減らすことができる。こうして合計6個の光スポットのうち曲線回折格子2101の1組の±1次回折光から、ビームサイズ検出方式による焦点ずれ誤差信号が得られる。回折格子2003または2004の0次光の一方を4分割光検出器で受光することより、DVD−ROMで用いているDPD信号(ディファレンシャル・フェーズ・ディテクション)を得ることができる。また回折格子2003の0次光と回折光の1つから、オフセットキャンセルされたプッシュプル信号をえることができる。CD用の3ビームトラッキング信号は回折格子2004の±1次回折光の光量差から検出することができる。また回折格子2003、2004の0次光の総光量から再生RF信号を得ることができる。
【0101】
焦点ずれ検出方式としてダブルナイフエッジ方式を用いる場合には光学部品Gには、光分割プリズム2102を用いる。これにより光検出器上には回折格子2003、2004の回折光がそれぞれ4分割されている。回折光の一方の4つの光からダブルナイフエッジ方式による焦点ずれ誤差信号が得られる。プッシュプル方式によるトラッキング信号、DPD信号、3ビーム方式によるトラッキング信号、RF信号などはビームサイズ検出とほぼ同様にして図のように検出することができる。
【0102】
これらの焦点ずれ検出方式では検出器の分割線方向の選択によって、ずれや収差にも比較的、案内溝横断に伴う外乱が発生しにくいため、本実施例においては特に分布反転した光と加え合わせる構成をしめさなかったが、光学系の構成によって別の要求から外乱の発生しやすい分割線の構成が必要となることも有り得る。その場合には強度分布変化の反転した光同士の焦点ずれ誤差信号を加え合わせることで、非点収差方式以外の焦点ずれ検出方式においても外乱を低減することが可能となる。したがって本発明は従来、案内溝横断の外乱の観点から採用できなかった光学系構成をも可能にでき、設計の自由度を増大させることができる。
【0103】
非点収差焦点ずれ検出方式を採用する場合には、光学部品Gは不要である。というのは非点収差焦点ずれ検出のための非点収差は、ダイクロイックミラーを透過するときに生じる非点収差で代用できるからである。これは集束光が平行平板に入射した場合には非点収差が発生する原理を用いている。ここでは焦点ずれ検出においては外乱の観点からこれまで説明したように0次光と1次光の焦点ずれ誤差信号の和をとっている。従来、平行平板を用いて非点収差を導入する場合、平行平板は案内溝横断の外乱が発生しにくいようにトラックに対して45度をなすように挿入されていたが、本発明により外乱がキャンセルされることにより、このような制限を特に必要でなくなる。したがって場合によっては、光ヘッドの全体的な大きさをコンパクトに抑えるのに有効となり得る。またプッシュプル方式によるトラッキング信号については同様に分布反転したトラッキング信号との差をとっている。その他については他の焦点ずれ検出方式を採用した場合と同等である。
【0104】
以下、光磁気ディスク装置を例として、本発明による光ヘッドを光ディスク装置に用いた場合の実施例について説明する。
【0105】
光磁気ディスク装置2400は、光ヘッド2401と、制御回路、及び、モータなどの機構系から構成されている。
【0106】
まず光ヘッド2401において、半導体レーザ2402からの直線偏光は本発明による回折格子2424、光分岐素子2403を透過して、対物レンズ2404により光磁気ディスク2405上に集光される。このとき信号再生時は光スポットが記録ドメインの上にあるか否かによって反射光の偏光方向がそれぞれ逆向きに約1゜回転することにより記録情報を搬送する。信号記録時は磁界印加コイル2406によって光磁気ディスク2405があらかじめ初期化されている磁化方向とは逆向きの磁界を印加し、光スポットが照射されて磁気記録膜の転移温度(キュリー点)より高温となった領域だけ磁化を反転させて磁気ドメインを形成する。
【0107】
光磁気ディスク2406からの反射光は再び対物レンズ2404を通り、光分岐素子2403を反射して、第2の光分岐素子2407に入射する。まず第2の光分岐素子2407を反射した光はシリンドリカルレンズ2425を透過して、サーボ信号検出用光検出器2408に入射し、その中に内蔵された分割光検出器により焦点ずれ信号とトラッキング誤差信号の演算にそれぞれ複数必要となる信号を検出する。ここでシリンドリカルレンズは、同様の非点収差を発生する回折格子でもかまわない。一方、第2の光分岐素子2407を透過した光は、偏光分離素子2409により、光磁気ディスク2406に入射した光の偏光方向に対して、それぞれ+45゜、−45゜をなす直線偏光成分に分離され、2分割光検出器2410に入射する。したがって光磁気ディスクによる偏光回転がない場合はそれらは同じ光量となり、偏光回転がある場合はその回転方向に応じて2つの光量が増減する。つまり2分割光検出器の出力の差が光磁気再生信号となる。
【0108】
光ヘッド2401からの電気的な入出力はフレキシブル基板2411、2412を介して行われる。本実施例においては半導体レーザ2402の駆動とサーボ信号検出用光検出器2408の入出力をフレキシブル基板2411、2分割光検出器2410の入出力をフレキシブル基板2412によって行っている。
【0109】
半導体レーザ2402はユーザデータ2413をストアしたバッファメモリ2414のディジタル情報に応じて生成された、記録波形発生回路2415からの記録波形によりレーザ駆動回路2416で、その明滅を制御する。
【0110】
サーボ信号検出用光検出器2408による電流出力はサーボ信号演算回路2417によって電流電圧変換され、増幅され、本発明の演算方法によって演算され、焦点ずれ誤差信号、トラッキング誤差信号、ヘッド位置制御信号を生成する。前記2つの誤差信号は対物レンズアクチュエータ2418にフィードバックされ、集光スポットが光磁気ディスク2405の記録膜面の情報トラックの上に常にあるように閉ループ制御される。他方、ヘッド位置制御信号は光ヘッド2401を再生トラックの近傍にほぼ配置させるよう、ヘッド移動機構2419に入力される。こちらの制御はディジタル情報記録用の光磁気ディスクの場合にはやはり通常、閉ループ制御されるが、CD、DVD、MDなどにおいては開ループ制御させることが多い。本発明によりトラッキング信号、焦点ずれ誤差信号とも安定化させ、外乱に強く、記録再生の信頼性が向上する。
【0111】
2分割光検出器2410からの出力は通常、検出器内部に増幅器を内蔵させ、電圧出力とし、フレキシブル基板2412によって信号検出回路2420に入力され、差動増幅、イコライザ処理、2値化、復号処理されディジタル情報を再生する。出力情報はバッファメモリ2414にストアされる。
【0112】
光磁気ディスク2405はスピンドルモータ2421で回転されており、スピンドルモータ駆動回路2422によってその回転が制御されている。また磁界印加コイルは磁界印加コイル制御回路2423によってその磁化方向を制御されている。さらにこれらすべての制御回路はコントローラ2424で制御されている。
【0113】
本実施例においては、光磁気ディスク装置を例としたが、先に述べたDVD−RAMにおいても信号検出の光学系が光磁気方式でないだけで、ほぼ同様の構成で実現できる。またCD−ROMや、DVD−ROMにおいては、記録制御系が不要となるだけでそれ以外はほぼ同様の構成で光ディスク装置を実現できる。いずれについても本発明による光ヘッドを用いることで、焦点ずれ信号とトラッキング信号の安定化が図れ、対物レンズアクチュエータの可動部重量が軽く、高速化に対応でき、安価な光ディスク装置を実現できる。
【0114】
【発明の効果】
本発明によれば、回折格子などの安価な部品を対物レンズアクチュエータに搭載することなく、固定光学系に追加するのみで、焦点ずれ検出において光ディスクの偏芯に伴って記録膜面上で光スポットがトラックを横切るときに焦点ずれ信号に生じる外乱を根本的に解消でき、同時にトラッキング誤差信号に生じるレンズ移動に伴うオフセットを根本的にキャンセルできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本的な実施例における光学系の構成。
【図2】光ディスク上のスポット配置とそのときの反射光束の強度分布を示す図。
【図3】検出器出力の回路演算方法を示す図。
【図4】検出器出力の演算方法を示す図。
【図5】対物レンズ移動によるトラッキング信号オフセットを説明する図。
【図6】非点収差による焦点ずれ信号への外乱を説明する図。
【図7】位相反転回折格子を用いた実施例における光学系の構成。
【図8】位相反転回折格子の詳細構造を説明する図。
【図9】位相反転光の光ディスク案内溝による回折における位相シフト領域の重なり方を説明する図。
【図10】位相反転回折格子により光ディスク回折光に加わる干渉位相差。
【図11】対物レンズ移動がある場合の、位相反転光の光ディスク案内溝による回折における位相シフト領域の重なり方を説明する図。
【図12】偏光性位相シフタを用いた実施例における光学系の構成。
【図13】偏光性位相シフタの原理を説明するための図。
【図14】通常の焦点ずれ信号の案内溝横断による外乱の計算。
【図15】位相反転回折格子を用いた場合の焦点ずれ信号の案内溝横断による外乱の計算。
【図16】ディファレンシャルプッシュプル方式における焦点ずれ信号の案内溝横断による外乱の計算。
【図17】通常の焦点ずれ信号検出光束でのトラッキング信号のレンズシフト特性。
【図18】位相反転回折格子を用いた場合の焦点ずれ信号検出光束でのトラッキング信号のレンズシフト特性。
【図19】ディファレンシャルプッシュプル方式における焦点ずれ信号検出光束でのトラッキング信号のレンズシフト特性。
【図20】DVD、DVD−RAM、CD,CD−Rの再生の可能な本発明による光学系構成の実施例。
【図21】図20の実施例における検出構成の詳細を説明する図。
【図22】ランドグルーブディスクに対応した検出回路系構成図。
【図23】図22における増幅器301の周波数特性の説明図。
【図24】光磁気ディスク装置に用いた場合の実施例。
【符号の説明】
101‥‥半導体レーザ、102‥‥直線回折格子、103‥‥ビームスプリッタ、104‥‥立ち上げミラー、105‥‥対物レンズアクチュエータ、106‥‥対物レンズ、107‥‥光ディスク、108‥‥0次光、109‥‥1次回折光、110‥‥−1次回折光、111‥‥シリンドリカルレンズ、112‥‥0次光用4分割光検出領域、113‥‥+1次回折光用4分割光検出領域、114‥‥−1次回折光用4分割光検出領域、115‥‥光検出器、201‥‥0次光、202‥‥+1次回折光、203‥‥−1次回折光、204‥‥グルーブ部、205‥‥ランド部、206‥‥0次光反射光束、207‥‥±1次回折光反射光束、301、302‥‥増幅器、303、304、305‥‥差動増幅器、501‥‥2分割光検出器、502‥‥反射光束、601‥‥非点収差のある光ディスク反射光束、602‥‥4分割光検出器、701‥‥位相反転回折格子、702‥‥光検出器、801‥‥光ディスク案内溝による0次回折光、802‥‥光ディスク案内溝による+1次回折光、803‥‥光ディスク案内溝による−1次回折光、1201‥‥偏光性位相シフタ、1301‥‥ニオブ酸リチウム基板、1302‥‥結晶主軸方位、1303‥‥プロトン交換領域、1304‥‥誘電体膜、1305、1306‥‥常光線、1307、1308‥‥異常光線、2001‥‥650nm半導体レーザ、2002‥‥780nm半導体レーザ、2003‥‥本発明の回折格子、2004‥‥3ビームトラッキングサブビーム形成用回折格子、2005‥‥ダイクロイックミラー、2006‥‥ビームスプリッタ、2007‥‥立ち上げミラー、2008‥‥DVD/CDーR互換対物レンズ、2009‥‥DVDまたはDVD−RAMまたはCDまたはCD−R、G‥‥光学部品、2010‥‥光検出器、2101‥‥曲線回折格子、2102‥‥光分割プリズム、2400‥‥光磁気ディスク装置、2401‥‥光ヘッド、2402‥‥半導体レーザ、2403‥‥光分岐素子、2404‥‥対物レンズ、2405‥‥光磁気ディスク、2406‥‥磁界印加コイル、2407‥‥第2の光分岐素子、2408‥‥サーボ信号検出用光検出器、2409‥‥偏光分離素子、2410‥‥2分割光検出器、2411、2412‥‥フレキシブル基板、2413‥‥ユーザデータ、2414‥‥バッファメモリ、2415‥‥記録波形発生回路、2416‥‥レーザ駆動回路、2417‥‥サーボ信号演算回路、2418‥‥対物レンズアクチュエータ、2419‥‥ヘッド移動機構、2420‥‥信号検出回路、2421‥‥スピンドルモータ、2422‥‥スピンドルモータ駆動回路、2423‥‥磁界印加コイル制御回路、2424‥‥コントローラ、2425‥‥本発明による回折格子、2426‥‥シリンドリカルレンズ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical head used in an optical disc apparatus and an optical disc apparatus, and more particularly to a technique for improving the performance of detecting a light spot position control signal.
[0002]
[Prior art]
The conventional technique of the focal position control method in the optical disk apparatus is described in, for example, pages 79 to 83, supervised by Yoshito Tsunoda, edited by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, “Basics and Applications of Optical Disk Storage” (1995, Corona). . According to this, there are Foucault method (knife edge method), astigmatism method, beam size detection method, image rotation method, etc. From the simplicity of the optical system, ease of adjustment, ease of combination with tracking detection, etc. At present, the most common is the astigmatism method. However, the astigmatism method has a problem that disturbance of the defocus signal is likely to occur when the light spot crosses the track on the recording film surface due to the eccentricity of the optical disk. This disturbance is likely to occur particularly when astigmatism occurs in the focused spot or when the light spot shifts on the photodetector. As a method of reducing this, for example, a method of shielding the central portion of the detected light beam (Japanese Patent Application No. 4-314500, Japanese Patent Application No. 5-102928), a method of reducing by rotating the objective lens (Japanese Patent Application No. 5-68774), detection There are methods for reducing disturbances by calculating light with and without astigmatism in the system (Japanese Patent Laid-Open No. 5-197980), but none of them is a fundamental solution, and a sufficient reduction effect is not always obtained. There is no current situation.
[0003]
In addition, this disturbance is particularly large in a land groove type optical disk adopted in a DVD-RAM that is scheduled for commercialization. In the land / groove type optical disc, the width of the guide groove (groove) is substantially equal to the width between the guide grooves (land), and information is recorded on both sides, so the pitch of the guide groove itself is smaller than that of the light spot. This is because the tracking signal based on the push-pull method, which will be described later, is very large because it is larger than the conventional optical disk. Therefore, in an optical head for DVD-RAM, a complicated beam size method and a Foucault method are inevitably used.
[0004]
The conventional technique of the tracking control method in the optical disk apparatus is similarly described in pages 83 to 92 of the first edition (1995, Corona) edited by Yoshito Tsunoda, edited by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 1995. ing. According to this, there are a 3-spot type, a diffracted light differential type (push-pull type), and the like. The read-only type such as CD is a three-spot type due to the simplicity of the optical system, ease of adjustment, strength against disturbance, etc. Push-pull when large laser emission power is required for recording such as magneto-optical disk and DVD-RAM The method is mainly adopted. At this time, there is also a situation where the push-pull method cannot be used for the CD and the three-spot type cannot be used for the recordable optical disc.
[0005]
In the CD pickup, the objective lens is mounted on the actuator and moved in order to follow the focused spot on the eccentricity of the optical disk because of the low cost. However, if the push-pull method is used, the detected light flux moves on the photodetector, and this appears as an offset. In addition, at a pit depth of λ / (4n) (λ: optical wavelength, n: substrate refractive index) at which the signal amplitude is the largest in a read-only optical disc, 0 of the diffracted light due to the periodic structure of the pit rows in the radial direction. There is a problem that the secondary light becomes small, and even if the focused spot is off-tracked, the interference intensity between the zero-order light and the ± first-order diffracted light does not generate an imbalance and a tracking signal cannot be obtained.
[0006]
On the other hand, in a recordable optical disc, particularly a magneto-optical disc, compensation for the eccentricity of the optical disc is usually called a coarse actuator, which is equipped with only an optical head or an objective lens and an actuator to bring the light spot close to the target track. It is done with an actuator. That is, the low frequency component of the tracking error is compensated by the coarse actuator, and the high frequency component is compensated by the objective lens actuator. In this way, the reliability required for the recording operation is increased. Therefore, since the amount of movement of the objective lens actuator is small compared to a CD or the like, a push-pull method with higher light utilization efficiency than the three-spot type can be adopted.
[0007]
Further, when a three-spot type is used for a recordable optical disk, there are the following problems as described in Optical Memory Symposium '86 Proceedings (1986), page 127. First, in an optical disk of a type that records by changing the reflectance of a recording mark such as a DVD-RAM, the light quantity of the preceding sub spot and the subsequent sub spot changes during the recording operation, and an offset occurs in the tracking signal. In the case of a magneto-optical disk, since there is light returning to the semiconductor laser, the interference state of stray light becomes unbalanced between the sub-spots on both sides due to the disk tilt, and an offset is also generated. Furthermore, in the DVD-RAM, as described above, the fact that the land-groove type optical disk is used can be cited as the reason why the 3-spot type cannot be used. That is, the land / groove type originally has the same width for the purpose of equalizing the reflected light quantity of the land part and the groove part, so that the light quantity inevitably hardly changes even if the light spot is off-tracked. A tracking signal cannot be taken. Therefore, the push-pull method must be used in the DVD-RAM, but unlike the magneto-optical disk, the DVD-RAM needs to be as low as a CD, and can move the objective lens in the push-pull method. The accompanying tracking signal reduction is essential.
[0008]
A conventional technique for solving this problem in the DVD-RAM is described, for example, in National Technical Report Vol. 40, No. 6 (1994), pages 771 to 778. Here, the objective lens, the λ / 4 plate, and the polarizing diffraction grating are integrally mounted on a two-dimensional actuator, and the interference areas of the + 1st order diffracted light of the disc and the 0th order light of the −1st order diffracted light are different from each other. A polarizing diffraction grating is configured to diffract to a diffraction angle. In this way, the interference region between the + 1st order diffracted light and the 0th order light of the −1st order diffracted light can be separated on the detector, so that even if the objective lens moves, these lights do not leave the detector. It is shown that if a split light detector is configured, an offset caused by the movement of the light spot on the detector can be eliminated.
[0009]
In addition, since the diffraction grating is made polarizing, the diffraction efficiency becomes almost zero when the light traveling to the disk passes through the diffraction grating, and appropriate diffraction is achieved when the disk reflected light again passes through the diffraction grating. To be efficient. If it is a normal diffraction grating that is not polarizable, the light going to the disk will also be diffracted, so light loss is inevitable, but by using it as a polarizing diffraction grating in this way, diffraction with the necessary reflected light is possible. It is possible to prevent light loss.
[0010]
However, in this conventional example, since the objective lens, the λ / 4 plate, and the polarizing diffraction grating are integrally mounted on the two-dimensional actuator, the moving part of the actuator becomes heavy and the response speed of the actuator is low. There is a problem that it is limited. The optical disc has a higher recording speed and a higher transfer speed year by year, and the conventional example cannot cope with further higher speed in the future.
[0011]
Another method of eliminating the tracking signal offset caused by the objective lens movement in the push-pull method without mounting optical components other than the objective lens on the objective lens actuator is described in the Optical Memory Symposium '86 Proceedings (1986). 127 to 132. This method uses 3 spots and subtracts the tracking signal by each push-pull method from the main spot and sub-spot to eliminate the tracking signal offset accompanying the movement of the objective lens. The differential push-pull method (differential push-pull method) )is called. In other words, by shifting the sub-spots to both sides of the main spot by a half of the guide groove period, it is possible to simultaneously detect the light in which the change in the interference intensity distribution of the disc reflected light accompanying off-track is reversed and the offset is included in the same phase. This is a method of canceling only the offset by generating a tracking signal having a reverse phase and subtracting these signals. At this time, the gain ratio when subtracting the main spot and the sub-spot is selected so as to compensate for the light amount difference generated in the main spot and the sub-spot in the diffraction grating that generates the sub-spot. If this conventional example is used, the tracking signal offset due to the movement of the objective lens in the push-pull method can be eliminated basically without mounting optical components other than the objective lens on the objective lens actuator. However, in this conventional example, no countermeasure is taken regarding the mixing of disturbance into the defocus signal when the focused spot crosses the guide groove in the astigmatism defocus detection method. Further, as described in the prior art, offset reduction is not sufficient when only one side of the sub-spot is on a recorded track and the other is on an unrecorded track. Further, although not described in this conventional example, an offset remains in this conventional example even when the total reflected light amount differs between the guide grooves and between the guide grooves. This occurs when the width between the guide groove and the guide groove is not equal. In the case of a DVD-RAM using a land groove disk having the same width, the main spot is a recorded track and the two sub-spots are unrecorded tracks. This situation occurs in some cases and vice versa. Further, since there are a plurality of light spots, it is disadvantageous in terms of light utilization efficiency during recording.
[0012]
In addition, as described in this conventional example, the gain ratio between the main spot and the sub spot is proportional to the reciprocal of the light amount ratio between the main spot and the two sub spots. Can not. This is because, as will be described later, when the guide groove for tracking is not effectively ½ of the track pitch, when the spot is on the information track, the track pitch ( In the land / groove disc, the reflectivity differs depending on the position shifted by ½ of the groove pitch). In this conventional example, the offset cannot be completely canceled unless compensation is included. It is because it is not considered. The allowable offset value is more strict as the recording density of the optical disk is higher. In recent years, such a residual offset has also become a problem.
[0013]
In this conventional example, since there is an information track between the guide grooves (land portion) and an optical disk without the information track is used in the guide groove (groove portion), the sub-spot is used when reproducing information at the main spot. Was not on the information track and was not affected by the information pits. However, in the case of a land / groove disk used for DVD-RAM, for example, when the main spot is on the information track, the sub-spot is also on the adjacent track, and the light quantity fluctuation due to the information pits is caused by the tracking signal. There is a problem that acts as a disturbance.
[0014]
Japanese Patent Laid-Open No. 4-168631 discloses a method for canceling the mixing of disturbance into an astigmatism defocus signal. Here, the main spot and the sub spot due to the diffraction grating are also arranged on the optical disc so as to be shifted by ½ of the guide groove period, and are received by the quadrant photodetector through the cylindrical lens. In each of the four detection areas, the defocus error signal obtained by taking the difference signal of the sum of the two areas in the diagonal direction is amplified with a gain proportional to the reciprocal of the incident light quantity ratio between the main spot and the sub spot. And adding them to obtain a defocus error signal. Naturally, the disturbance that occurs when the light spot crosses the guide groove due to astigmatism remaining due to misalignment of the optical head, misalignment of the photodetector, etc., has the same period as the guide groove. Since the function is a function, the disturbance is canceled if the main spot and the sub spot corresponding to a phase shift of 180 ° are effectively added with the same amount of light. Hereinafter, this conventional example will be referred to as an additive astigmatism method for convenience. In this case, the gain to be added is different from the above-described differential push-pull method, as described in the conventional example, in the ratio of the reciprocal of the incident light quantity so that the light quantity incident on the optical disk is effectively equivalent. What is necessary is just to make it proportional. However, this conventional example has a problem that no tracking method is disclosed. Also, if it is attempted to combine with the differential push-pull method described above, the amplification gain ratio of the main spot and the sub-spot will be made equal in the tracking signal calculation and the defocus signal calculation in the conventional example. However, there is a problem that the offset of the tracking signal cannot be canceled when there is an objective lens shift.
[0015]
In view of the above prior art, the problem to be solved by the present invention is that in the defocus detection method, the disturbance that occurs in the defocus signal when the light spot crosses the track on the recording film surface due to the eccentricity of the optical disk is fundamental. It is to eliminate it.
[0016]
At the same time, the offset accompanying the lens movement that occurs in the tracking error signal is fundamentally canceled.
[0017]
Also, like the differential push-pull method, a light beam in which the intensity change of the reflected light beam is reversed as the light spot on the disk crosses the guide groove is generated at the same time as the normal light beam. When canceling the in-phase offset by creating a tracking signal, the offset caused by the difference in the total reflected light quantity of these light beams is canceled.
[0018]
Also, in the differential push-pull method, the offset caused by the lens movement that occurs in the tracking error signal is canceled, and at the same time, in the defocus detection method, the focal point when the light spot crosses the track on the recording film surface due to the eccentricity of the optical disk. This is to fundamentally eliminate the disturbance generated in the deviation signal.
[0019]
Another object is to obtain the same tracking signal offset canceling effect accompanying the movement of the objective lens while keeping the sub spot in the differential push-pull method on the same track as the main spot.
[0020]
Further, the same effect as that of the differential push-pull method is configured such that only one spot is generated on the disk.
[0021]
Further, these effects are obtained particularly for the astigmatism defocus detection method and the push-pull tracking detection method.
[0022]
Moreover, it is to show a photodetector shape that obtains these effects.
[0023]
Further, in combining the differential push-pull method and the additive astigmatism method, it is to improve the performance of canceling the tracking signal offset by moving the objective lens.
[0024]
In addition, when the differential push-pull method and the additive astigmatism method are combined and applied to a land groove disk, the influence of disturbance due to information pits is removed.
[0025]
Another object of the present invention is to solve the above problems in an optical disc apparatus.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems,
A semiconductor laser, a condensing optical system that condenses the emitted light as at least one condensing spot on an optical disk having a periodic structure in a radial direction, a light detection system that detects reflected light from the optical disk, and a received light amount Light comprising at least an electric circuit that obtains at least one of a defocus signal and a tracking error signal of a light spot focused on the optical disc by photoelectric conversion and calculation, and a data signal recorded on the optical disc In the head, the condensing optical system has means for generating a plurality of reflected lights in which the polarities of the intensity changes in the reflected light flux as the periodic structure traverses the condensing spot on the optical disc are substantially reversed. And a means for separating and simultaneously detecting the plurality of reflected lights in the light detection system, which is caused by the intensity change in the electric circuit. Obtaining a focus error signal by variation of the focus error signal is the sum of focus error signals of the reflected light of each such offset each other.
[0027]
At this time, the difference between the tracking error signals of the plurality of reflected lights whose polarities are reversed at the same time is defined as a tracking error signal.
[0028]
Further, at this time, when the difference between the tracking error signals of the plurality of reflected lights whose polarities are reversed from each other is used as the tracking error signal, when one of the focused spots is on the information track of the optical disc in the electric circuit Each of the tracking error signals is amplified by a gain proportional to the ratio of the reciprocal of the total reflected light quantity of each of the signals, and the difference between them is calculated to obtain a tracking error signal.
[0029]
Further, in these, the means for generating a plurality of reflected lights whose polarities of intensity change are substantially inverted from each other is a diffraction grating disposed between the semiconductor laser and the optical branching element, and the diffraction grating is formed on the optical disk by the diffraction grating. The diffraction grating is arranged in the radial direction of the optical disc so that the condensing spot of ± 1st order diffracted light is radially displaced in the opposite direction by about half the period of the periodic structure with respect to the condensing spot of 0th order light. Installed at an angle with respect to.
[0030]
Alternatively, the means for generating a plurality of reflected lights whose intensities of the polarities are substantially reversed from each other is a diffraction grating disposed between the semiconductor laser and the optical branching element, and the diffraction grating is substantially in the disk radial direction. λD / (2NA · P) (λ: optical wavelength, NA: numerical aperture of objective lens, P: period of radial periodic structure on disk, D: effective beam diameter on diffraction grating) every other region of the same width The phase of the diffraction grating is tangent to the optical disc so that the converging spot of ± 1st order diffracted light by this diffraction grating is placed on the same track as the condensing spot of 0th order light on the optical disc. It is installed in parallel to the direction, and these are separated and detected by the light detection system, and a data signal is obtained from the received light amount signal from the 0th order light.
[0031]
Alternatively, the means for generating a plurality of reflected lights whose intensity change polarities are substantially reversed from each other is a polarizing phase shifter disposed between the semiconductor laser and the optical branching element, and the polarizing phase shifter is a disk. Areas of the same width in the radial direction every approximately λD / (2NA · P) (λ: optical wavelength, NA: objective lens numerical aperture, P: period of the periodic structure on the disk, D: effective beam diameter on the diffraction grating) The phase of the linearly polarized light component polarized in a specific direction is relatively inverted, and the phase of the linearly polarized light component orthogonal thereto is not changed by the entire phase shifter. A data signal is obtained from a polarization component not subjected to phase inversion by detecting it separately using an element.
[0032]
In particular, the above configuration is realized using the astigmatism method for defocus detection and the push-pull method for tracking error detection.
[0033]
In the light detection system, a light detector having at least two pairs of light detection regions for receiving one light spot in the light detection region divided into four is used.
[0034]
Further, a semiconductor laser, a condensing optical system for condensing the emitted light on an optical disk having a periodic structure such as a guide groove in the radial direction, a light detection system for detecting reflected light from the optical disk, and light from the reflected light In an optical head having an electric circuit that obtains both a spot defocus signal and a tracking error signal, the sub-spot is shifted from the main spot by a half of the guide groove period by a diffraction grating or the like. At least one kind of reflected light is generated in each of two types in which the polarities of the intensity changes in the reflected light flux accompanying the periodic structure traversing the spot are substantially reversed from each other. The light detection system separately detects the plurality of reflected lights, and amplifies a defocus error signal obtained by adding a defocus error signal obtained by at least one of the two kinds of reflected lights in the electric circuit, and further A defocus error signal is obtained by addition, and a tracking error signal is obtained by amplifying and subtracting the tracking error signal obtained by adding the tracking error signals of at least one of the two types of reflected light. At this time, the optical disk is a land / groove disk or the like, in which the periodic structure is constituted by a guide groove, and the error of the reflectance when the light spot is between the guide grooves is ± 30% or less as compared to when the light spot is in the guide groove. By using it, the ratio of the amplification gains of the tracking error signals of the two types of reflected light is matched with the ratio of the amplification gains of the defocus error signals of the two types of reflected light.
[0035]
Further, in the same optical head, when the optical disk is not a land-groove disk, that is, when one of the light spots is positioned on the information track of the optical disk, it is shifted from the information track by 1/2 of the period of the periodic structure. In the case of an optical disc having different reflectivity when positioned at a position, the amplification gain ratio of the tracking error signal of the plurality of reflected lights is made different from the amplification gain ratio of the defocus error signal of the plurality of reflected lights. .
[0036]
In the optical head, the electric circuit for detecting the sub spot has a frequency characteristic for cutting off a frequency band of a reproduction signal of recorded information on the optical disk.
[0037]
Further, an optical disk apparatus is provided in which the above optical head is provided with at least a disk rotating means and a reproduction control circuit for the optical disk.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0039]
FIG. 1 shows the configuration of an optical system in a basic embodiment of the present invention. The light from the
[0040]
FIG. 2 is a diagram showing the spot arrangement on the optical disc at this time and the intensity distribution of the reflected light beam at that time. In the figure, the 0th-
[0041]
FIG. 3 is a diagram showing a circuit calculation method of the detector output at this time. However, on the
[0042]
FIG. 4 summarizes the calculation method at this time. Four outputs a, b, c, and d of the zero-order light quadrant
[0043]
In the above-described embodiment, it is assumed that the reflectance is generally different between the case where the light spot is in the guide groove and the case where the light spot is between the guide grooves. However, in the land / groove disk used in the DVD-RAM, the width of the guide groove is approximately ½ of the track pitch, and the reflectance is almost the same when the light spot is in the land and in the groove. For this reason, the
[0044]
In the land / groove disc, since there are information tracks in both the groove and the groove, when the main spot is in the information track, the sub spot is naturally on the adjacent information track. In this case, recording information is mixed into sub-spots that are not assumed except for land-groove discs. In order to avoid this, the
[0045]
Next, it will be analytically described that the offset of the tracking signal due to the movement of the objective lens is canceled by such a method. According to the Journal of Optical Society of America, 1979, Vol. 69, No. 1,
[0046]
[Expression 1]
[0047]
It is. Here, Rm corresponds to the complex amplitude of the mth-order diffracted light when the parallel light having an amplitude of 1 is vertically incident on the optical disk,
[0048]
[Expression 2]
[0049]
In the case of a rectangular groove having a groove depth d normalized by a width w and a wavelength,
[0050]
[Equation 3]
[0051]
become that way. Where
[0052]
[Expression 4]
[0053]
It is. If these are used, if the incident light has no aberration and the amplitude is uniform in the objective lens pupil plane, the interference intensity of the zero-order light and the ± first-order light by the periodic guide groove of the optical disk is
[0054]
[Equation 5]
[0055]
It can be expressed as Where
[0056]
[Formula 6]
[0057]
It is. As a result, the tracking signal by push-pull method when there is no lens movement is
[0058]
[Expression 7]
[0059]
It can be expressed as
[0060]
Here, as shown in FIG. 5, if the
[0061]
[Equation 8]
[0062]
It can be expressed as The second term on the right side corresponds to the offset. Here, assuming that the sub-spot by the diffraction grating is shifted by ½ of the track pitch in
[0063]
[Equation 9]
[0064]
become that way. Also, in
[0065]
[Expression 10]
[0066]
It becomes. Therefore, by subtracting the main spot tracking signal and the sub spot tracking signal,
[0067]
[Expression 11]
[0068]
Is obtained. Therefore, when the main spot is off-
[0069]
[Expression 12]
[0070]
It becomes. Therefore, an offset remains when the groove width is not ½ of the track pitch. As can be seen from the second term on the upper right side of Equation 11, when the main spot is on-track, the interference intensity is different from the interference intensity of the sub-spot, so this intensity change is expected. Cancellation is possible by setting the gain G2 in FIG. Further, in the case of a land groove type optical disk such as a DVD-RAM, the offset is canceled as it is without setting such a gain.
[0071]
In the above, the effect of the offset cancellation of the tracking signal has been described. However, by simultaneously detecting the light with the reversed interference phase in this way, the spot becomes a problem in the astigmatism defocus detection method, etc. Disturbances to the defocus signal accompanying crossing are also cancelled. Hereinafter, the principle will be described. There are two major causes of disturbance associated with track crossing in astigmatism defocus detection. One is astigmatism applied to the light spot on the disk, and the other is a four-divided detector shift. . Here, description will be given by taking as an example the mixing of disturbance due to astigmatism. The wave front of astigmatism uses astigmatism coefficient W22 and astigmatism azimuth φ.
[0072]
[Formula 13]
[0073]
It can be expressed as This is the x and y coordinates of the effective aperture
[0074]
[Expression 14]
[0075]
Therefore, if the wavefront having astigmatism is diffracted by the optical disk, and the zero-order light and the ± first-order diffracted light overlap with each other by ± δ on the objective lens pupil plane, interference caused by astigmatism is caused. The phase difference is
[0076]
[Expression 15]
[0077]
It can be approximated as follows. Then, the interference intensity between 0th order light and ± 1st order diffracted light is used
[0078]
[Expression 16]
[0079]
It can be expressed as Here, when representative points A, B, C, and D are taken in an optical disc reflected
[0080]
[Expression 17]
[0081]
[Expression 18]
[0082]
[Equation 19]
[0083]
[Expression 20]
[0084]
It can be expressed as Assuming that these intensities appear as they are on the detector for defocus detection, the defocus signal is
[0085]
[Expression 21]
[0086]
As shown, a disturbance having a cosine waveform is mixed into the off-track u0. Here, when a spot in which the intensity distribution change accompanying the crossing of the guide groove of the condensing spot is reversed is generated and added at the same time, the phase of ψ is shifted by π, and the one in which the sign of the first sin in
[0087]
FIG. 7 shows another embodiment for simultaneously detecting a light beam in which the polarity of the intensity change when the focused spot on the optical disk crosses the guide groove is reversed. Here, a
[0088]
A detailed structure of the
[0089]
FIG. 9 is a diagram for explaining how the phase shift areas of the diffracted light by the phase inversion diffraction grating and the diffracted light by the optical disc guide groove overlap. The diffracted light by the phase inversion diffraction grating is further diffracted by the guide groove by the optical disc, and the zero order light and the ± first order light overlap. However, the diffracted lights adjacent to each other such as 0th order light and ± 1st order light are in contact with each other without overlapping the phase inversion regions. A, b, c,. . . The phase differences applied by the phase inversion diffraction grating between any two diffraction orders included in each region shown in FIG. 10 are summarized in FIG. This shows that the phase difference between adjacent diffraction orders that contribute to the tracking signal, such as 0th order light and ± 1st order diffracted light, is always π. The phase difference between the diffracted lights, such as + 1st order diffracted light and −1st order diffracted light, 0th order light and ± 2nd order diffracted light, and the like so that the difference in diffraction order is 2, is zero. Therefore, the interference phase difference in
[0090]
Here, the phase inversion diffraction grating is not integrated with the objective lens, and when the objective lens moves following the eccentricity of the optical disk, the optical axes of the phase inversion diffraction grating and the objective lens are relatively shifted. It will be. FIG. 11 is a diagram showing a phase shift region in this case. It can be seen that even if the objective lens is moved, only the seam of the phase shift region is moved, and there is no problem in reversing the interference intensity.
[0091]
FIG. 12 shows still another embodiment for simultaneously detecting a light beam in which the polarity of the intensity change when the focused spot on the optical disk crosses the guide groove is reversed. Here, a
[0092]
FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of the polarizing phase shifter. Here, an example using lithium niobate (LiNbO3) is shown. The
[0093]
[Expression 22]
[0094]
Here, if each phase difference is set to an appropriate design value in consideration of diffraction efficiency, and solved as a simultaneous linear equation with the thickness Td of the dielectric film and the depth Tp of the proton exchange region as unknowns,
[0095]
[Expression 23]
[0096]
Therefore, it is possible to design a polarizing grating that gives a desired phase difference independently between ordinary rays and extraordinary rays. For example, if the wavelength λ = 0.66 μm, the dielectric layer refractive index nd = 2.2, and φo = 0 ° and φe = + 180 °, then Tp = 2.06 μm and Td = 0.07 μm. In this way, the phase can be selectively shifted by π with respect to the proton exchange region, and the same offset canceling effect as in the above-described embodiment can be expected.
[0097]
In the following, a description will be given of the effect of canceling disturbance when the focused spot crosses the guide groove in the defocus detection signal and the effect of canceling disturbance due to the movement of the objective lens by the scalar diffraction simulation. FIG. 14 shows a defocus signal when an astigmatism, a spherical aberration, and a detector shift are present in combination in an ordinary defocus detection system. It can be seen that the central part is swollen and a considerably large disturbance has occurred. On the other hand, FIG. 15 shows a calculation result when it is assumed that a phase inversion diffraction grating is used. As you can see, the disturbance is almost cancelled. FIG. 16 shows a defocus signal when the defocus signals of the main spot and the sub spot in the differential push-pull method are added. It can be seen that the disturbance is almost cancelled.
[0098]
FIG. 17 shows the tracking signal on the light receiving surface of the normal astigmatism defocus detection method calculated by changing the objective lens movement. It can be seen that the offset is considerably large. FIG. 18 shows a similar calculation using a phase-inversion diffraction grating. It can be seen that the offset is almost cancelled. Further, FIG. 19 shows an embodiment when the same calculation is applied to the differential push-pull method. Both offsets are very small.
[0099]
FIG. 20 shows an embodiment of an optical system configuration according to the present invention that can reproduce CDs, CD-Rs, DVD-ROMs, and DVD-RAMs. Two semiconductor lasers, a 650
[0100]
FIG. 21 is a diagram for explaining the optical component G, detector light-receiving pattern configuration, and signal calculation method in a plurality of embodiments in which the defocus detection method is changed in this optical system configuration. When beam size detection is used for the defocus detection method, a
[0101]
When the double knife edge method is used as the defocus detection method, the
[0102]
In these defocus detection methods, disturbances due to crossing of the guide grooves are less likely to occur due to the selection of the dividing line direction of the detector. Therefore, in this embodiment, in addition to the light whose distribution has been reversed. Although the configuration has not been shown, it is possible that a configuration of a dividing line that is likely to generate a disturbance due to another requirement is required depending on the configuration of the optical system. In that case, by adding the defocus error signals of the lights whose intensity distributions are inverted, disturbance can be reduced even in defocus detection methods other than the astigmatism method. Therefore, the present invention can also enable an optical system configuration that has not been conventionally adopted from the viewpoint of disturbance across the guide groove, and can increase the degree of freedom in design.
[0103]
When the astigmatism defocus detection method is employed, the optical component G is not necessary. This is because astigmatism for detecting astigmatism defocus can be substituted by astigmatism generated when passing through the dichroic mirror. This is based on the principle that astigmatism occurs when focused light is incident on a parallel plate. Here, in the defocus detection, the sum of defocus error signals of the 0th order light and the 1st order light is taken from the viewpoint of disturbance as described above. Conventionally, when introducing astigmatism using a parallel plate, the parallel plate has been inserted at 45 degrees with respect to the track so that the disturbance across the guide groove does not occur easily. By being canceled, such a restriction is not particularly necessary. Therefore, in some cases, it can be effective to keep the overall size of the optical head compact. Similarly, the tracking signal using the push-pull method is different from the tracking signal whose distribution is inverted. Others are the same as when other defocus detection methods are employed.
[0104]
Hereinafter, an example in which the optical head according to the present invention is used in an optical disk apparatus will be described by taking a magneto-optical disk apparatus as an example.
[0105]
The magneto-
[0106]
First, in the
[0107]
The reflected light from the magneto-
[0108]
Electrical input / output from the
[0109]
The
[0110]
The current output from the servo
[0111]
The output from the two-divided
[0112]
The magneto-
[0113]
In the present embodiment, the magneto-optical disk device is taken as an example, but the DVD-RAM described above can be realized with substantially the same configuration only if the signal detection optical system is not a magneto-optical system. In addition, in the CD-ROM and DVD-ROM, an optical disc apparatus can be realized with substantially the same configuration except that a recording control system is not required. In any case, by using the optical head according to the present invention, the defocus signal and the tracking signal can be stabilized, the moving part weight of the objective lens actuator is light, the speed can be increased, and an inexpensive optical disc apparatus can be realized.
[0114]
【The invention's effect】
According to the present invention, an inexpensive spot such as a diffraction grating is not added to the objective lens actuator, but only added to the fixed optical system. Disturbances that occur in the defocus signal when the lens crosses the track can be fundamentally eliminated, and at the same time, the offset due to lens movement that occurs in the tracking error signal can be fundamentally canceled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the configuration of an optical system in a basic embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a spot arrangement on an optical disc and an intensity distribution of a reflected light beam at that time.
FIG. 3 is a diagram showing a circuit calculation method of detector output.
FIG. 4 is a diagram illustrating a calculation method of a detector output.
FIG. 5 is a diagram illustrating a tracking signal offset due to objective lens movement.
FIG. 6 is a diagram for explaining a disturbance to a defocus signal due to astigmatism.
FIG. 7 shows a configuration of an optical system in an embodiment using a phase inversion diffraction grating.
FIG. 8 illustrates a detailed structure of a phase inversion diffraction grating.
FIG. 9 is a diagram for explaining how phase shift regions overlap in diffraction of phase-inverted light by an optical disc guide groove.
FIG. 10 shows an interference phase difference applied to the optical disc diffracted light by the phase inversion diffraction grating.
FIG. 11 is a diagram for explaining how phase shift regions overlap in diffraction by an optical disc guide groove of phase-inverted light when there is an objective lens movement.
FIG. 12 shows a configuration of an optical system in an example using a polarizing phase shifter.
FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of a polarizing phase shifter.
FIG. 14 shows a calculation of a disturbance due to traversing a guide groove of a normal defocus signal.
FIG. 15 is a diagram illustrating a calculation of a disturbance due to crossing of a guide groove of a defocus signal when a phase inversion diffraction grating is used.
FIG. 16 shows the calculation of disturbance caused by crossing the guide groove of the defocus signal in the differential push-pull method.
FIG. 17 shows a lens shift characteristic of a tracking signal with a normal defocus signal detection light beam.
FIG. 18 shows a lens shift characteristic of a tracking signal with a defocus signal detection light beam when a phase inversion diffraction grating is used.
FIG. 19 is a lens shift characteristic of a tracking signal with a defocus signal detection light beam in a differential push-pull method.
FIG. 20 shows an embodiment of an optical system configuration according to the present invention capable of reproducing DVD, DVD-RAM, CD, and CD-R.
FIG. 21 is a diagram for explaining the details of the detection configuration in the embodiment of FIG. 20;
FIG. 22 is a configuration diagram of a detection circuit system corresponding to a land groove disk.
23 is an explanatory diagram of frequency characteristics of the
FIG. 24 shows an embodiment when used in a magneto-optical disk apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記半導体レーザから出射された出射光を半径方向に周期構造のある光ディスクに少なくとも1つの集光スポットとして集光する集光光学系中に、前記光ディスク上の集光スポットを前記周期構造が横断するのに伴う反射光束中の強度変化の極性が互いに略反転した複数の反射光を生成する手段と、
前記光ディスクからの前記複数の反射光を分離して検出する光検出系と、
前記光ディスクからの反射光を半導体レーザからの光路から分岐する光分岐素子と、
前記複数の反射光から前記集光スポットの焦点ずれ誤差信号とトラッキング誤差信号を得る電気回路とを有し、
強度変化の極性が互いに略反転した複数の反射光を生成する手段が、前記半導体レーザと前記光分岐素子の間に配置された回折格子であって、
この回折格子がディスク半径方向に略λD/(2NA・P)(λ:光波長、NA対物レンズ開口数、P:ディスク上の周期構造の周期、D:回折格子上の有効光束径)おきに同じ幅の領域で格子の位相が反転しており、光ディスク上でこの回折格子による±1次回折光の集光スポットが、0次光の集光スポットと同一トラック上に配置されるように回折格子の格子の方向が光ディスク接線方向に対して平行に設置され、光検出系においてこれらを分離して検出し、0次光からの受光光量信号からデータ信号を得、
前記電気回路では、前記強度変化に起因する焦点ずれ誤差信号の変動が互いに相殺し合うように、前記複数の反射光の各々の焦点ずれ誤差信号の和を取ることにより焦点ずれ誤差信号を得、前記集光スポットの1つが前記光ディスクの情報トラック上にあるときの各々の反射総光量の逆数の比に比例したゲインで、前記極性の互いに略反転した複数の反射光の各々のトラッキング誤差信号を増幅した後、前記増幅された各々のトラッキング誤差信号の差を演算してトラッキング誤差信号を得ることを特徴とする光ヘッド。A semiconductor laser;
In the condensing optical system that condenses the emitted light emitted from the semiconductor laser as at least one condensing spot on an optical disc having a periodic structure in the radial direction, the periodic structure traverses the condensing spot on the optical disc. Means for generating a plurality of reflected lights in which the polarities of the intensity changes in the reflected light flux accompanying the above are substantially reversed;
A light detection system for separately detecting the plurality of reflected lights from the optical disc;
A light branching element for branching the reflected light from the optical disk from the optical path from the semiconductor laser;
An electrical circuit for obtaining a defocus error signal and a tracking error signal of the focused spot from the plurality of reflected lights,
The means for generating a plurality of reflected lights whose polarities of intensity change are substantially reversed from each other is a diffraction grating disposed between the semiconductor laser and the optical branching element,
This diffraction grating is approximately λD / (2NA · P) (λ: optical wavelength, NA objective lens numerical aperture, P: period of the periodic structure on the disk, D: effective beam diameter on the diffraction grating) in the disk radial direction. The diffraction grating is such that the phase of the grating is reversed in the region of the same width, and the condensing spot of ± 1st order diffracted light by this diffraction grating is arranged on the same track as the condensing spot of 0th order light on the optical disk. The direction of the grating is set parallel to the optical disc tangential direction, and these are separated and detected by the light detection system, and a data signal is obtained from the received light amount signal from the zero order light,
In the electric circuit, a defocus error signal is obtained by taking the sum of the defocus error signals of each of the plurality of reflected lights so that fluctuations in the defocus error signal due to the intensity change cancel each other. A tracking error signal of each of a plurality of reflected lights having substantially opposite polarities is obtained with a gain proportional to the ratio of the reciprocal of the total amount of reflected light when one of the focused spots is on the information track of the optical disc. An optical head characterized by obtaining a tracking error signal by calculating a difference between the amplified tracking error signals after amplification.
前記半導体レーザから出射された出射光を半径方向に周期構造のある光ディスクに少なくとも1つの集光スポットとして集光する集光光学系中に、前記光ディスク上の集光スポットを前記周期構造が横断するのに伴う反射光束中の強度変化の極性が互いに略反転した複数の反射光を生成する手段と、
前記光ディスクからの前記複数の反射光を分離して検出する光検出系と、
前記光ディスクからの反射光を半導体レーザからの光路から分岐する光分岐素子と、
前記複数の反射光から前記集光スポットの焦点ずれ誤差信号とトラッキング誤差信号を得る電気回路とを有し、
強度変化の極性が互いに略反転した複数の反射光を生成する手段が、前記半導体レーザと前記光分岐素子の間に配置された偏光性位相シフタであって、
前記偏光性位相シフタがディスク半径方向に略λD/(2NA・P)(λ:光波長、NA対物レンズ開口数、P:ディスク上の周期構造の周期、D:回折格子上の有効光束径)おきに同じ幅の領域で特定の方向に偏光した直線偏光成分の位相を相対的に反転させ、
前記特定の方向に偏光した直線偏光成分と直交する直線偏光成分の位相は、位相シフタ全体で変化しない構造であり、
光検出系において、前記偏光成分を偏光分離素子を用いて分離して検出し、位相反転の加わらない偏光成分からデータ信号を得、
前記電気回路では、前記強度変化に起因する焦点ずれ誤差信号の変動が互いに相殺し合うように、前記複数の反射光の各々の焦点ずれ誤差信号の和を取ることにより焦点ずれ誤差信号を得、前記集光スポットの1つが前記光ディスクの情報トラック上にあるときの各々の反射総光量の逆数の比に比例したゲインで、前記極性の互いに略反転した複数の反射光の各々のトラッキング誤差信号を増幅した後、前記増幅された各々のトラッキング誤差信号の差を演算してトラッキング誤差信号を得ることを特徴とする光ヘッド。A semiconductor laser;
In the condensing optical system that condenses the emitted light emitted from the semiconductor laser as at least one condensing spot on an optical disc having a periodic structure in the radial direction, the periodic structure traverses the condensing spot on the optical disc. Means for generating a plurality of reflected lights in which the polarities of the intensity changes in the reflected light flux accompanying the above are substantially reversed;
A light detection system for separately detecting the plurality of reflected lights from the optical disc;
A light branching element for branching the reflected light from the optical disk from the optical path from the semiconductor laser;
An electrical circuit for obtaining a defocus error signal and a tracking error signal of the focused spot from the plurality of reflected lights,
A means for generating a plurality of reflected lights whose polarities of intensity change are substantially reversed from each other is a polarization phase shifter disposed between the semiconductor laser and the optical branching element,
The polarizing phase shifter is approximately λD / (2NA · P) in the disc radial direction (λ: optical wavelength, NA objective lens numerical aperture, P: period of the periodic structure on the disc, D: effective beam diameter on the diffraction grating) Relatively invert the phase of the linearly polarized light component polarized in a specific direction in the same width region,
The phase of the linearly polarized light component orthogonal to the linearly polarized light component polarized in the specific direction is a structure that does not change throughout the phase shifter,
In the light detection system, the polarization component is separated and detected using a polarization separation element, and a data signal is obtained from the polarization component not subjected to phase inversion,
In the electric circuit, a defocus error signal is obtained by taking the sum of the defocus error signals of each of the plurality of reflected lights so that fluctuations in the defocus error signal due to the intensity change cancel each other. A tracking error signal of each of a plurality of reflected lights having substantially opposite polarities is obtained with a gain proportional to the ratio of the reciprocal of the total amount of reflected light when one of the focused spots is on the information track of the optical disc. An optical head characterized by obtaining a tracking error signal by calculating a difference between the amplified tracking error signals after amplification.
前記光ディスクの周期構造が案内溝によって構成され、前記集光スポットの1つが案内溝上に位置する時に対し、案内溝間に位置する時の反射率差が±10%以下である光ディスクであって、前記2種類の反射光のトラッキング誤差信号の増幅ゲインの比が、前記2種類の反射光の焦点ずれ誤差信号の増幅ゲインの比に等しいことを特徴とする光ヘッド。The optical head according to claim 1 or 2,
The optical disk has a periodic structure constituted by guide grooves, and the difference in reflectance when positioned between the guide grooves is ± 10% or less with respect to when one of the focused spots is positioned on the guide grooves, An optical head, wherein a ratio of amplification gains of tracking error signals of the two types of reflected light is equal to a ratio of amplification gains of defocus error signals of the two types of reflected light.
前記光ディスクは、前記集光スポットの1つが、前記光ディスクの情報トラック上に位置するときと、前記情報トラックから前記周期構造の周期の1/2だけずれた位置に位置するときで、反射率が異なる光ディスクであって、前記複数の反射光のトラッキング誤差信号の増幅ゲインの比が、前記複数の反射光の焦点ずれ誤差信号の増幅ゲインの比と異なることを特徴とする光ヘッド。The optical head according to claim 1 or 2,
The optical disc has a reflectivity when one of the focused spots is located on an information track of the optical disc and at a location shifted from the information track by a half of the period of the periodic structure. An optical head, which is a different optical disk, wherein an amplification gain ratio of tracking error signals of the plurality of reflected lights is different from an amplification gain ratio of defocus error signals of the plurality of reflected lights.
前記焦点ずれ検出のために非点収差法、前記トラッキング誤差検出のためにプッシュプル法を用いたことを特徴とする光ヘッド。The optical head according to any one of claims 1 to 4,
An optical head using an astigmatism method for detecting the defocus and a push-pull method for detecting the tracking error.
前記光検出系に1つの光スポットを4分割された光検出領域で受光する光検出領域が少なくとも2組ある光検出器を有することを特徴とする光ヘッド。The optical head according to claim 5, wherein
An optical head comprising: a photodetector having at least two sets of light detection regions for receiving one light spot in a light detection region divided into four in the light detection system.
前記電気回路に、光ディスクの記録情報の再生信号の周波数帯域を遮断する、
周波数特性を有することを特徴とする光ヘッド。The optical head according to claim 3 or 4,
Cutting off the frequency band of the reproduction signal of the recording information of the optical disc in the electric circuit;
An optical head having frequency characteristics.
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