JP2001093167A - 光ヘッドのフォーカス誤差検出方法および装置 - Google Patents
光ヘッドのフォーカス誤差検出方法および装置Info
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- JP2001093167A JP2001093167A JP26571299A JP26571299A JP2001093167A JP 2001093167 A JP2001093167 A JP 2001093167A JP 26571299 A JP26571299 A JP 26571299A JP 26571299 A JP26571299 A JP 26571299A JP 2001093167 A JP2001093167 A JP 2001093167A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非点収差法のもつ温度特性が優れや経時劣化
が少ないという特長を保持しつつ、トラッククロスによ
るフォーカス誤差信号への漏れ込み量（変調）を低減
し、ランド／グルーブの両者の記録再生特性の違い、と
りわけデジタル記録におけるビットエラーレート特性を
改善する。 【解決手段】 非点収差を発生させる光学系１０とフォ
ーカス誤差検出４分割センサ１２の間に、２次元の光回
折を起こす回折格子１１を設けることによって、フォー
カス誤差検出系への光ディスクのランド／グルーブから
の回折光の影響を減ずることができる。
が少ないという特長を保持しつつ、トラッククロスによ
るフォーカス誤差信号への漏れ込み量（変調）を低減
し、ランド／グルーブの両者の記録再生特性の違い、と
りわけデジタル記録におけるビットエラーレート特性を
改善する。 【解決手段】 非点収差を発生させる光学系１０とフォ
ーカス誤差検出４分割センサ１２の間に、２次元の光回
折を起こす回折格子１１を設けることによって、フォー
カス誤差検出系への光ディスクのランド／グルーブから
の回折光の影響を減ずることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はランド／グルーブの
両者に記録再生する相変化光ディスクもしくは光磁気デ
ィスク装置の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出方法並
びに検出装置に関する。
両者に記録再生する相変化光ディスクもしくは光磁気デ
ィスク装置の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出方法並
びに検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ディスクの高密度の記録再生を行うた
めに、記録トラックのランド部やグルーブ部だけではな
く、その両方に記録を行うランド／グルーブ法が採られ
ている。図５にランド／グルーブ記録再生光ディスクの
構造を示す。図５（ａ）はディスクの平面図を、図５
（ｂ）は断面図を表す。ここではランド／グルーブのそ
れぞれの幅が０．６μｍ、ランド部分の高さが０．０７
μｍのものを例にとっている。光ヘッドの記録再生用の
光ビームは図５（ａ）に示す下方の基板側から入射され
る。光ヘッドの記録再生ビームを光ディスクの特定トラ
ックに常に焦点を合わせるサーボ機構はトラッキングサ
ーボとフォーカスサーボであり、そのうちフォーカスサ
ーボにおけるフォーカス誤差検出方法としては、非点収
差法とナイフエッジ法（フーコー法）を改良したダブル
ナイフエッジ法が代表例である。
めに、記録トラックのランド部やグルーブ部だけではな
く、その両方に記録を行うランド／グルーブ法が採られ
ている。図５にランド／グルーブ記録再生光ディスクの
構造を示す。図５（ａ）はディスクの平面図を、図５
（ｂ）は断面図を表す。ここではランド／グルーブのそ
れぞれの幅が０．６μｍ、ランド部分の高さが０．０７
μｍのものを例にとっている。光ヘッドの記録再生用の
光ビームは図５（ａ）に示す下方の基板側から入射され
る。光ヘッドの記録再生ビームを光ディスクの特定トラ
ックに常に焦点を合わせるサーボ機構はトラッキングサ
ーボとフォーカスサーボであり、そのうちフォーカスサ
ーボにおけるフォーカス誤差検出方法としては、非点収
差法とナイフエッジ法（フーコー法）を改良したダブル
ナイフエッジ法が代表例である。
【０００３】従来の非点収差法によるフォーカス誤差検
出光学系の原理を示しているのが図６であり、光ディス
ク基板１００、対物レンズ１１０、集束レンズ１２０、
円筒レンズ１３０、４分割光センサ１４０とから構成さ
れている。図には、光ディスク基板への記録再生ビーム
が合焦点の場合（ｂ）、合焦位置よりディスク基板が近
い場合（ａ）および離れている場合（ｃ）と、併せてそ
れぞれの状態に対応した４分割光センサ上の光の強度分
布を示す。ＡＢＣＤに４つに分割したセンサの対角のエ
レメントの光電変換出力の和の差＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋
Ｄ）からフォーカス誤差信号を検出している。ダブルナ
イフエッジ法のフォーカスエラ検出光学系については図
示しないが、一般的には非点収差法と同様４分割光セン
サが用いられており、同様のフォーカスエラー信号の検
出を行っている。
出光学系の原理を示しているのが図６であり、光ディス
ク基板１００、対物レンズ１１０、集束レンズ１２０、
円筒レンズ１３０、４分割光センサ１４０とから構成さ
れている。図には、光ディスク基板への記録再生ビーム
が合焦点の場合（ｂ）、合焦位置よりディスク基板が近
い場合（ａ）および離れている場合（ｃ）と、併せてそ
れぞれの状態に対応した４分割光センサ上の光の強度分
布を示す。ＡＢＣＤに４つに分割したセンサの対角のエ
レメントの光電変換出力の和の差＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋
Ｄ）からフォーカス誤差信号を検出している。ダブルナ
イフエッジ法のフォーカスエラ検出光学系については図
示しないが、一般的には非点収差法と同様４分割光セン
サが用いられており、同様のフォーカスエラー信号の検
出を行っている。
【０００４】非点収差法とダブルナイフエッジ法の長短
を比較すると、第一にアライメントに対する余裕度の
点、とくにフォーカスセンサの位置ずれに対する感度が
あげられる。図６（ａ）にダブルナイフエッジ法（実
線）と非点収差法（波線）のフォーカスセンサの最適位
置からのずれに対するフォーカス零クロスの変化を示
す。フォーカス零クロス（ＦＺＸ）の定義を図６（ｂ）
に示す。４分割センサの隣り合う検出器の出力の差であ
るＡ−Ｂ出力とＣ−Ｄ出力を同時に出力した図を図６
（ｂ）示す。ここで図中、Ｘ字の交点となった部分が零
であれば４分割センサの中心にビームが位置しているこ
とになる。この位置からビームもしくはフォーカスセン
サがずれると図中、破線のようにＡ−Ｂ出力が変化し、
フォーカス零クロス点が変化する。このずれをＪとし、
（Ａ−Ｂ）信号の片側振幅をＫとするとＦＺＸは以下の
関係式で表現できる。 ＦＺＸ＝Ｊ／Ｋ＊１００（％） ダブルナイフエッジ法でフォーカスセンサ上のビーム直
径が３０μｍの場合、フォーカスセンサずれ１μｍに対
してフォーカス零クロスは１０％となる。これに対し
て、非点収差法であるとフォーカスセンサ上１００μｍ
のビームスポットの場合、フォーカスセンサずれ１０μ
ｍに対して、フォーカス零クロスが２％以下である。こ
のことから、ダブルナイフエッジ法に比べて非点収差法
はフォーカスセンサずれに対して安定している。このこ
とは、非点収差法の方が温度安定性や経時劣化の点から
ダブルナイフエッジ法より優れていることを意味する。
を比較すると、第一にアライメントに対する余裕度の
点、とくにフォーカスセンサの位置ずれに対する感度が
あげられる。図６（ａ）にダブルナイフエッジ法（実
線）と非点収差法（波線）のフォーカスセンサの最適位
置からのずれに対するフォーカス零クロスの変化を示
す。フォーカス零クロス（ＦＺＸ）の定義を図６（ｂ）
に示す。４分割センサの隣り合う検出器の出力の差であ
るＡ−Ｂ出力とＣ−Ｄ出力を同時に出力した図を図６
（ｂ）示す。ここで図中、Ｘ字の交点となった部分が零
であれば４分割センサの中心にビームが位置しているこ
とになる。この位置からビームもしくはフォーカスセン
サがずれると図中、破線のようにＡ−Ｂ出力が変化し、
フォーカス零クロス点が変化する。このずれをＪとし、
（Ａ−Ｂ）信号の片側振幅をＫとするとＦＺＸは以下の
関係式で表現できる。 ＦＺＸ＝Ｊ／Ｋ＊１００（％） ダブルナイフエッジ法でフォーカスセンサ上のビーム直
径が３０μｍの場合、フォーカスセンサずれ１μｍに対
してフォーカス零クロスは１０％となる。これに対し
て、非点収差法であるとフォーカスセンサ上１００μｍ
のビームスポットの場合、フォーカスセンサずれ１０μ
ｍに対して、フォーカス零クロスが２％以下である。こ
のことから、ダブルナイフエッジ法に比べて非点収差法
はフォーカスセンサずれに対して安定している。このこ
とは、非点収差法の方が温度安定性や経時劣化の点から
ダブルナイフエッジ法より優れていることを意味する。
【０００５】そこで、従来の非点収差法によるフォーカ
ス誤差信号を検出する光ヘッドによってランド／グルー
ブ記録をおこなった場合のフォーカスオフセットに対す
るビットエラーレート（ＢＥＲ）特性を図７に示す。
１，７変調デジタル記録／ＰＲ１，１再生をおこなった
場合、ランドとグルーブのビットエラーレート最小のフ
ォーカスオフセット点がずれ、さらにグルーブに比べて
ランドのビットエラーレート特性が劣化した結果となっ
た。
ス誤差信号を検出する光ヘッドによってランド／グルー
ブ記録をおこなった場合のフォーカスオフセットに対す
るビットエラーレート（ＢＥＲ）特性を図７に示す。
１，７変調デジタル記録／ＰＲ１，１再生をおこなった
場合、ランドとグルーブのビットエラーレート最小のフ
ォーカスオフセット点がずれ、さらにグルーブに比べて
ランドのビットエラーレート特性が劣化した結果となっ
た。
【０００６】また、トラッククロスによるフォーカス誤
差信号への漏れ込みをここでは変調と呼ぶとすると、従
来の非点収差法では、フォーカスオフセットの変調依存
性がダブルナイフエッジ方法に比べて大きいという実験
事実を得た。
差信号への漏れ込みをここでは変調と呼ぶとすると、従
来の非点収差法では、フォーカスオフセットの変調依存
性がダブルナイフエッジ方法に比べて大きいという実験
事実を得た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
非点収差式は大きな課題がある。本発明の目的は、従来
の非点収差法のもつ温度特性が優れ、経時劣化が少ない
という特長を保持しつつ、トラッククロスによるフォー
カス誤差信号への漏れ込み量（変調）を低減し、ランド
／グルーブの両者の記録再生特性の違い、とりわけデジ
タル記録におけるビットエラーレート特性を改善するこ
とにある。
非点収差式は大きな課題がある。本発明の目的は、従来
の非点収差法のもつ温度特性が優れ、経時劣化が少ない
という特長を保持しつつ、トラッククロスによるフォー
カス誤差信号への漏れ込み量（変調）を低減し、ランド
／グルーブの両者の記録再生特性の違い、とりわけデジ
タル記録におけるビットエラーレート特性を改善するこ
とにある。
【０００８】本発明者は、このようなフォーカスオフセ
ットに対する、ビットエラーレート特性のランド／グル
ーブの不一致と、トラッククロスによるフォーカス誤差
信号への漏れ込み（変調）の不具合が生ずる原因は、ラ
ンド／グルーブのディスクからの回折パタンの変化とこ
れに応じたフォーカス誤差信号検出手段のかねあいから
生じたものであることを突き止めた。すなわち、従来の
非点収差法の４分割センサ１４０に到達するフォーカス
誤差信号検出ビームを子細に見ると、図９に示すよう
に、光ディスクのランドもしくはグルーブによる反射０
次光２００と同時に、対物レンズによってランドもしく
はグルーブによる反射＋１次回折光２０１と反射−１次
回折光２０２が取り込まれており、これらが、４分割セ
ンサ１４０の各センサＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに偏って配分され
おり、光電変換されたフォーカス誤差信号抽出時に、ト
ラッククロス信号の回り込みとなって現れることが主因
である。
ットに対する、ビットエラーレート特性のランド／グル
ーブの不一致と、トラッククロスによるフォーカス誤差
信号への漏れ込み（変調）の不具合が生ずる原因は、ラ
ンド／グルーブのディスクからの回折パタンの変化とこ
れに応じたフォーカス誤差信号検出手段のかねあいから
生じたものであることを突き止めた。すなわち、従来の
非点収差法の４分割センサ１４０に到達するフォーカス
誤差信号検出ビームを子細に見ると、図９に示すよう
に、光ディスクのランドもしくはグルーブによる反射０
次光２００と同時に、対物レンズによってランドもしく
はグルーブによる反射＋１次回折光２０１と反射−１次
回折光２０２が取り込まれており、これらが、４分割セ
ンサ１４０の各センサＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに偏って配分され
おり、光電変換されたフォーカス誤差信号抽出時に、ト
ラッククロス信号の回り込みとなって現れることが主因
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る発明の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出方法は非点
収差を付加した光ビームを格子の回折により複数の光ビ
ームに角度分岐し、角度分岐されなおかつ空間的に部分
的に重なり合った複数の光ビームから４分割センサによ
るたすき掛けの差動検出によってフォーカス誤差信号を
抽出することを特徴とする。また、本発明の請求項２に
係わる発明の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出方法
は、前記複数の光ビームは少なくとも３本であり、３本
の光ビームの前記空間的および部分的な重なりは、少な
くとも前記３本の光ビームのうちの中心に位置する光ビ
ームに含まれる前記光ヘッドが有する光ディスクに情報
を記録再生する対物レンズによって取り込まれた前記光
ディスクのトラックからの＋１次回折光成分が、隣り合
う光ビームに含まれる前記トラックからの−１次回折光
成分と重なり、かつ前記中心に位置する光ビームに含ま
れる前記トラックからの−１次回折光成分が、前記隣り
合う光ビームとは別なる隣り合う光ビームに含まれる前
記トラックからの＋１次回折光成分とが重なることを特
徴とする。また、本発明の請求項３に係わる発明の光ヘ
ッドのフォーカス誤差信号検出装置は、光ディスクに情
報を記録再生する対物レンズが捕捉した前記光ディスク
からの反射光ビームに非点収差を付加する手段と、非点
収差が付加された反射光ビームを回折する周期位相格子
と、周期位相格子の回折によって角度分岐されなおかつ
空間的に部分的に重なり合った複数の光ビームを受光し
分割された４つの光検出器のたすき掛けの差動出力から
フォーカス誤差信号を出力する４分割センサを備えるこ
とを特徴とする。また、本発明の請求項４に係わる発明
の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出装置は、前記周期
位相格子の光を回折する回折方向が光ディスクの半径方
向と接線方向としたことを特徴とする。また、本発明の
請求項５に係わる発明の光ヘッドのフォーカス誤差信号
検出装置は、前記の請求項３の非点収差付加する手段が
円筒レンズもしくは光軸に斜めに挿入された平板を含む
ことを特徴とする。また、本発明の請求項６に係わる発
明の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出装置は、前記請
求項３の非点収差付加する手段と前記周期位相格子とを
一体としたホログラム素子で構成することを特徴とす
る。また、本発明の請求項７に係わる発明の光ヘッドの
フォーカス誤差信号検出装置は、前記請求項３の非点収
差付加する手段が、凹レンズと円筒レンズもしくは光軸
に斜めに挿入された平板とを含んで一体とし、前記周期
位相格子が光軸方向に調整可能としたことを特徴とす
る。また、本発明の請求項８に係わる発明の光ヘッドの
フォーカス誤差信号検出装置は、前記請求項３及び４記
載の前記周期位相格子が井桁状の格子を平板の片面に形
成したことを特徴とする。また、本発明の請求項９に係
わる発明の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出装置は、
前記請求項３及び４記載の前記周期位相格子が直線状の
格子を平板の表裏に直交して形成したことを特徴とす
る。
る発明の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出方法は非点
収差を付加した光ビームを格子の回折により複数の光ビ
ームに角度分岐し、角度分岐されなおかつ空間的に部分
的に重なり合った複数の光ビームから４分割センサによ
るたすき掛けの差動検出によってフォーカス誤差信号を
抽出することを特徴とする。また、本発明の請求項２に
係わる発明の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出方法
は、前記複数の光ビームは少なくとも３本であり、３本
の光ビームの前記空間的および部分的な重なりは、少な
くとも前記３本の光ビームのうちの中心に位置する光ビ
ームに含まれる前記光ヘッドが有する光ディスクに情報
を記録再生する対物レンズによって取り込まれた前記光
ディスクのトラックからの＋１次回折光成分が、隣り合
う光ビームに含まれる前記トラックからの−１次回折光
成分と重なり、かつ前記中心に位置する光ビームに含ま
れる前記トラックからの−１次回折光成分が、前記隣り
合う光ビームとは別なる隣り合う光ビームに含まれる前
記トラックからの＋１次回折光成分とが重なることを特
徴とする。また、本発明の請求項３に係わる発明の光ヘ
ッドのフォーカス誤差信号検出装置は、光ディスクに情
報を記録再生する対物レンズが捕捉した前記光ディスク
からの反射光ビームに非点収差を付加する手段と、非点
収差が付加された反射光ビームを回折する周期位相格子
と、周期位相格子の回折によって角度分岐されなおかつ
空間的に部分的に重なり合った複数の光ビームを受光し
分割された４つの光検出器のたすき掛けの差動出力から
フォーカス誤差信号を出力する４分割センサを備えるこ
とを特徴とする。また、本発明の請求項４に係わる発明
の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出装置は、前記周期
位相格子の光を回折する回折方向が光ディスクの半径方
向と接線方向としたことを特徴とする。また、本発明の
請求項５に係わる発明の光ヘッドのフォーカス誤差信号
検出装置は、前記の請求項３の非点収差付加する手段が
円筒レンズもしくは光軸に斜めに挿入された平板を含む
ことを特徴とする。また、本発明の請求項６に係わる発
明の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出装置は、前記請
求項３の非点収差付加する手段と前記周期位相格子とを
一体としたホログラム素子で構成することを特徴とす
る。また、本発明の請求項７に係わる発明の光ヘッドの
フォーカス誤差信号検出装置は、前記請求項３の非点収
差付加する手段が、凹レンズと円筒レンズもしくは光軸
に斜めに挿入された平板とを含んで一体とし、前記周期
位相格子が光軸方向に調整可能としたことを特徴とす
る。また、本発明の請求項８に係わる発明の光ヘッドの
フォーカス誤差信号検出装置は、前記請求項３及び４記
載の前記周期位相格子が井桁状の格子を平板の片面に形
成したことを特徴とする。また、本発明の請求項９に係
わる発明の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出装置は、
前記請求項３及び４記載の前記周期位相格子が直線状の
格子を平板の表裏に直交して形成したことを特徴とす
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明のランド／グルーブ記録再
生用光ヘッドの基本構成を図１に示す。半導体レーザ１
からの出射光は、コリメータレンズ２によって平行光と
され、楔プリズム３１、偏光ビームスプリッタ３２、４
５°ミラー３３、１／４波長板３４からなる複合プリズ
ム３へ入射される。１／４波長板３４を透過した光ビー
ムは円偏光となり、対物レンズ４で集束され光ディスク
５で合焦となり光ディスクから反射される。光ディスク
からの反射光は逆順をたどり、偏光ビームスプリッタ３
２までもどるが、反射光は１／４波長板によって光ディ
スクに向かう光とは直交した偏光となっているため、こ
こで９０度偏向され、ハーフミラー６を一部が透過し、
２分割センサ７でプシュプル法によるトラッキング誤差
信号が検出される。この２分割センサ７の各エレメント
の光電変換出力をＥ，Ｆとするとトラッキング誤差信号
（ＴＥ）は、ＴＥ＝Ｅ−Ｆで抽出される。
生用光ヘッドの基本構成を図１に示す。半導体レーザ１
からの出射光は、コリメータレンズ２によって平行光と
され、楔プリズム３１、偏光ビームスプリッタ３２、４
５°ミラー３３、１／４波長板３４からなる複合プリズ
ム３へ入射される。１／４波長板３４を透過した光ビー
ムは円偏光となり、対物レンズ４で集束され光ディスク
５で合焦となり光ディスクから反射される。光ディスク
からの反射光は逆順をたどり、偏光ビームスプリッタ３
２までもどるが、反射光は１／４波長板によって光ディ
スクに向かう光とは直交した偏光となっているため、こ
こで９０度偏向され、ハーフミラー６を一部が透過し、
２分割センサ７でプシュプル法によるトラッキング誤差
信号が検出される。この２分割センサ７の各エレメント
の光電変換出力をＥ，Ｆとするとトラッキング誤差信号
（ＴＥ）は、ＴＥ＝Ｅ−Ｆで抽出される。
【００１１】前記のハーフミラー６によって反射され９
０度偏向したビーム成分は、収束レンズ８、凹レンズ
９、円筒レンズ１０を経てフォーカス誤差信号検出４分
割センサ１２へ至るが、本発明では、円筒レンズ１０と
フォーカス誤差信号検出４分割センサ１２との間に、格
子の方向が直交して設けられた直交回折格子１１を配設
してある。凹レンズ９は通常よく使われるように、収束
レンズ８による焦点位置を延ばすために設けているもの
である。
０度偏向したビーム成分は、収束レンズ８、凹レンズ
９、円筒レンズ１０を経てフォーカス誤差信号検出４分
割センサ１２へ至るが、本発明では、円筒レンズ１０と
フォーカス誤差信号検出４分割センサ１２との間に、格
子の方向が直交して設けられた直交回折格子１１を配設
してある。凹レンズ９は通常よく使われるように、収束
レンズ８による焦点位置を延ばすために設けているもの
である。
【００１２】収束レンズ８、凹レンズ９、円筒レンズ１
０を透過する光軸は１本であるが、直交回折格子１１を
透過すると、ｘ、ｙ方向に透過回折光を発生する。図２
に直交回折格子１１による透過回折の状態を図示する。
本図では、高次の回折光を省略して、ｘ、ｙ方向に±１
次の回折光と０次光の９ビーム出力の状態を表現してい
る。フォーカス誤差信号検出４分割センサ１２の受光面
は、図３に示すように、分割十字線の中央に上記の０次
（０，０）光２０が位置し、±１次光の４ビーム、すな
わち（＋１，０）光２１、（−１，０）光２２、（０，
＋１）光２３、（０，−１）光２４のが受光面によって
受光されるように４分割センサが配置されている。ここ
では、合焦の場合を表している。４分割センサ１２のエ
レメントをＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしたとき、フォーカス誤差
信号（ＦＥ）はＦＥ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）によっ
て、また、ＲＦ信号はＲＦ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄによって検
出される。
０を透過する光軸は１本であるが、直交回折格子１１を
透過すると、ｘ、ｙ方向に透過回折光を発生する。図２
に直交回折格子１１による透過回折の状態を図示する。
本図では、高次の回折光を省略して、ｘ、ｙ方向に±１
次の回折光と０次光の９ビーム出力の状態を表現してい
る。フォーカス誤差信号検出４分割センサ１２の受光面
は、図３に示すように、分割十字線の中央に上記の０次
（０，０）光２０が位置し、±１次光の４ビーム、すな
わち（＋１，０）光２１、（−１，０）光２２、（０，
＋１）光２３、（０，−１）光２４のが受光面によって
受光されるように４分割センサが配置されている。ここ
では、合焦の場合を表している。４分割センサ１２のエ
レメントをＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしたとき、フォーカス誤差
信号（ＦＥ）はＦＥ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）によっ
て、また、ＲＦ信号はＲＦ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄによって検
出される。
【００１３】格子ピッチで決定される透過回折光の回折
角は次のように設定する。図４に直交回折格子１１によ
って作られる５つのビームの４分割センサ１２上の配置
を、フォーカス誤差検出ビーム中に含まれる光ディスク
のランド／グルーブによる反射回折光成分を含めて表
す。図の分かりにくさを避けるために、５つのビームの
重なった部分は描いてない。この図では、直交回折格子
１１による（＋１，０）光すなわちｘ方向＋１次回折光
２１と（−１，０）光すなわちｘ方向−１次回折光２２
を最前面に描き、（０，＋１）光２３と（０，−１）光
２４を最背面に、（０，０）光２０を最前面と最背面の
中間に描いてある。この図に示すように、直交回折格子
１１を回折せずに透過した回折格子０次光成分２０すな
わち（０，０）光２０の中に含まれているランド／グル
ーブによる＋１次反射回折光成分（図示してない）と
（＋１，０）光２１中に含まれているランド／グルーブ
による−１次反射回折光成分２１−ｂとが重なり、
（０，０）光２０の中に含まれているランド／グルーブ
による−１次反射回折光成分（図示してない）と（−
１，０）光２１中に含まれているランド／グルーブによ
る＋１次反射回折光成分２２−ａとが重なるように、直
交回折格子１１のｘ軸方向の格子ピッチを定める。ま
た、ｙ軸方向には（０，＋１）光２３や（０，−１）光
２４の中に含まれているランド／グルーブによる±１次
反射回折光成分と（０，０）光２０中のそれとの重なり
の関係は持たせていないので、ｙ軸方向の格子ピッチは
任意でよいが、ここではｘ軸方向と同一としておく。
角は次のように設定する。図４に直交回折格子１１によ
って作られる５つのビームの４分割センサ１２上の配置
を、フォーカス誤差検出ビーム中に含まれる光ディスク
のランド／グルーブによる反射回折光成分を含めて表
す。図の分かりにくさを避けるために、５つのビームの
重なった部分は描いてない。この図では、直交回折格子
１１による（＋１，０）光すなわちｘ方向＋１次回折光
２１と（−１，０）光すなわちｘ方向−１次回折光２２
を最前面に描き、（０，＋１）光２３と（０，−１）光
２４を最背面に、（０，０）光２０を最前面と最背面の
中間に描いてある。この図に示すように、直交回折格子
１１を回折せずに透過した回折格子０次光成分２０すな
わち（０，０）光２０の中に含まれているランド／グル
ーブによる＋１次反射回折光成分（図示してない）と
（＋１，０）光２１中に含まれているランド／グルーブ
による−１次反射回折光成分２１−ｂとが重なり、
（０，０）光２０の中に含まれているランド／グルーブ
による−１次反射回折光成分（図示してない）と（−
１，０）光２１中に含まれているランド／グルーブによ
る＋１次反射回折光成分２２−ａとが重なるように、直
交回折格子１１のｘ軸方向の格子ピッチを定める。ま
た、ｙ軸方向には（０，＋１）光２３や（０，−１）光
２４の中に含まれているランド／グルーブによる±１次
反射回折光成分と（０，０）光２０中のそれとの重なり
の関係は持たせていないので、ｙ軸方向の格子ピッチは
任意でよいが、ここではｘ軸方向と同一としておく。
【００１４】上記のような、回折格子１１によってフォ
ーカス誤差検出ビーム中に含まれる光ディスクのランド
／グルーブによる反射回折光成分の重なりを設けること
により、（０，０）光２０中の光ディスクのランド／グ
ルーブによる±１次の反射回折光成分は、（＋１，０）
光２１中の光ディスクのランド／グルーブによる−１次
の反射回折光成分２１−ｂと（−１，０）光２２中のラ
ンド／グルーブによる＋１次の反射回折光成分２２−ａ
とによって干渉を介してそれぞれ振幅を減ぜられる。さ
らに図示していないが、（＋１，０）光２１中の光ディ
スクのランド／グルーブによる＋１次の反射回折光成分
２１−ａは、その上の高次のｘ方向＋２次の回折光中の
光ディスクのランド／グルーブによる−１次の反射回折
光成分によって、また、（−１，０）光２２中のランド
／グルーブによる−１次の反射回折光成分２２−ｂは、
その上の高次のｘ方向−２次の回折光中の光ディスクの
ランド／グルーブによる＋１次の反射回折光成分に自動
的に重なり、重なった光波成分によって干渉を介してそ
れぞれ振幅が減ぜられる。一方直交回折格子によるｙ軸
方向＋１次の回折光２３および−１次の回折光２４とは
０次光２０中の光ディスクのランド／グルーブによるの
反射回折光成分とは重なりを持っていない。これらの回
折光成分は、４分割センサの（Ａ＋Ｃ）と（Ｂ＋Ｄ）間
の受光光量のバランスをあたえ、Ｓ字を成すフォーカス
誤差信号の正負の振幅の対称を保証する。
ーカス誤差検出ビーム中に含まれる光ディスクのランド
／グルーブによる反射回折光成分の重なりを設けること
により、（０，０）光２０中の光ディスクのランド／グ
ルーブによる±１次の反射回折光成分は、（＋１，０）
光２１中の光ディスクのランド／グルーブによる−１次
の反射回折光成分２１−ｂと（−１，０）光２２中のラ
ンド／グルーブによる＋１次の反射回折光成分２２−ａ
とによって干渉を介してそれぞれ振幅を減ぜられる。さ
らに図示していないが、（＋１，０）光２１中の光ディ
スクのランド／グルーブによる＋１次の反射回折光成分
２１−ａは、その上の高次のｘ方向＋２次の回折光中の
光ディスクのランド／グルーブによる−１次の反射回折
光成分によって、また、（−１，０）光２２中のランド
／グルーブによる−１次の反射回折光成分２２−ｂは、
その上の高次のｘ方向−２次の回折光中の光ディスクの
ランド／グルーブによる＋１次の反射回折光成分に自動
的に重なり、重なった光波成分によって干渉を介してそ
れぞれ振幅が減ぜられる。一方直交回折格子によるｙ軸
方向＋１次の回折光２３および−１次の回折光２４とは
０次光２０中の光ディスクのランド／グルーブによるの
反射回折光成分とは重なりを持っていない。これらの回
折光成分は、４分割センサの（Ａ＋Ｃ）と（Ｂ＋Ｄ）間
の受光光量のバランスをあたえ、Ｓ字を成すフォーカス
誤差信号の正負の振幅の対称を保証する。
【００１５】干渉による振幅の減少は次のように解釈さ
れる。光ディスクのランド及びグルーブの繰り返しは、
光学的には厚さの薄い反射位相回折格子を成している。
位相回折格子による回折光の電界については、古く１９
６７年にＷ．Ｒ．ＫｌｅｉｎとＢ．Ｄ．Ｃｏｏｋによっ
て解析されている（小山次郎、西原浩共著「光波電子工
学」第１１６頁−第１２２頁、昭和５３年５月、コロナ
社刊を参照）。回折された平面波光の電界の波動をｚ方
向に伝搬する伝搬項と振幅項の積で表したとき、ｍ次
（ｍは０を含む正負の整数）回折光の振幅項φm は、 φm ＝ｅｘｐ（−ｊｍＱαｚ／（２Ｔ））×Ｊm （４κ
Ｔ・ｓｉｎ（Ｑαｚ／（２Ｔ））／（Ｑα）） で表される。ここで、Ｊm はｍ次のベッセル関数、Ｑは
格子の厚さの目安を与えるパラメータ、αは格子面に対
する光の入射角を表すパラメータ、κは格子の位相変調
の深さを表すパラメータである。上式φm の第１項の指
数関数の肩に掛かるｍＱαｚ／（２Ｔ）は格子からｚ伝
搬した地点でのｍ次回折波の電界振幅の位相を表す。平
面波が格子に垂直に入射したときにはα＝０であるの
で、ｍ次回折波の位相は、次数ｍによらず全て等しい。
しかしながら、光ディスクへの入射光は、大きなＮＡを
もつ収束光であり、また、光ヘッドがトラッククロスす
る場合の入射光とランド／グルーブが作る格子との成す
角度は常に厳格に垂直とはいいがたい。従って、ランド
／グルーブが作る格子による＋１次の回折光と−１次の
回折光の位相は異なるため、これらを直交回折格子を介
して干渉させると、干渉の振幅すなわちビジビリティは
１より低下し、光ディスクのランド／グルーブによる回
折波の強度は低下する。なお、直交回折格子による回折
では、入射する光はビームサイズが大きく平面波に近
く、また回折格子への入射角は垂直であるためα＝０に
相当し、ここでの０次を含む回折光間の位相ずれは発生
しない。
れる。光ディスクのランド及びグルーブの繰り返しは、
光学的には厚さの薄い反射位相回折格子を成している。
位相回折格子による回折光の電界については、古く１９
６７年にＷ．Ｒ．ＫｌｅｉｎとＢ．Ｄ．Ｃｏｏｋによっ
て解析されている（小山次郎、西原浩共著「光波電子工
学」第１１６頁−第１２２頁、昭和５３年５月、コロナ
社刊を参照）。回折された平面波光の電界の波動をｚ方
向に伝搬する伝搬項と振幅項の積で表したとき、ｍ次
（ｍは０を含む正負の整数）回折光の振幅項φm は、 φm ＝ｅｘｐ（−ｊｍＱαｚ／（２Ｔ））×Ｊm （４κ
Ｔ・ｓｉｎ（Ｑαｚ／（２Ｔ））／（Ｑα）） で表される。ここで、Ｊm はｍ次のベッセル関数、Ｑは
格子の厚さの目安を与えるパラメータ、αは格子面に対
する光の入射角を表すパラメータ、κは格子の位相変調
の深さを表すパラメータである。上式φm の第１項の指
数関数の肩に掛かるｍＱαｚ／（２Ｔ）は格子からｚ伝
搬した地点でのｍ次回折波の電界振幅の位相を表す。平
面波が格子に垂直に入射したときにはα＝０であるの
で、ｍ次回折波の位相は、次数ｍによらず全て等しい。
しかしながら、光ディスクへの入射光は、大きなＮＡを
もつ収束光であり、また、光ヘッドがトラッククロスす
る場合の入射光とランド／グルーブが作る格子との成す
角度は常に厳格に垂直とはいいがたい。従って、ランド
／グルーブが作る格子による＋１次の回折光と−１次の
回折光の位相は異なるため、これらを直交回折格子を介
して干渉させると、干渉の振幅すなわちビジビリティは
１より低下し、光ディスクのランド／グルーブによる回
折波の強度は低下する。なお、直交回折格子による回折
では、入射する光はビームサイズが大きく平面波に近
く、また回折格子への入射角は垂直であるためα＝０に
相当し、ここでの０次を含む回折光間の位相ずれは発生
しない。
【００１６】このように、フォーカス誤差検出４分割セ
ンサ１２の手前に、直交回折格子１１を設けることによ
って、ランド／グルーブに基づく光ディスクからの回折
光の影響を減ずることができた。これによって、フォー
カスセンサずれ１０μｍに対してフォーカス零クロスが
２％弱の安定したものとなった。さらに、フォーカスオ
フセット変化に対して、ランド／グルーブの最小のビッ
トエラーレートの値が一致した。また、「変調」の影響
をうけないため安定したサーボ特性を確保できた。
ンサ１２の手前に、直交回折格子１１を設けることによ
って、ランド／グルーブに基づく光ディスクからの回折
光の影響を減ずることができた。これによって、フォー
カスセンサずれ１０μｍに対してフォーカス零クロスが
２％弱の安定したものとなった。さらに、フォーカスオ
フセット変化に対して、ランド／グルーブの最小のビッ
トエラーレートの値が一致した。また、「変調」の影響
をうけないため安定したサーボ特性を確保できた。
【００１７】上記のような、直交回折格子の格子ピッチ
は上記の光ヘッドの実施例では１００〜２００μｍと粗
いため、製作は容易である。一例としてポリカーボネー
ト等の薄板の片面に井桁の直交した位相格子を形成して
もよく、また薄板の両面に１次元位相格子を直交させて
設けてもよい。
は上記の光ヘッドの実施例では１００〜２００μｍと粗
いため、製作は容易である。一例としてポリカーボネー
ト等の薄板の片面に井桁の直交した位相格子を形成して
もよく、また薄板の両面に１次元位相格子を直交させて
設けてもよい。
【００１８】また、光ディスクのランド／グルーブに起
因する回折光成分間の重ね合わせのための、格子ピッチ
は厳密さを要求されない。なぜならば、重ね合わせの精
密な調整は、通常の非点収差光学系を構成している収束
レンズ８、凹レンズ９、円筒レンズ１０、４分割センサ
１２を調整した後、直交回折格子１１のみを光軸方向に
移動調整することで容易に行えるからである。
因する回折光成分間の重ね合わせのための、格子ピッチ
は厳密さを要求されない。なぜならば、重ね合わせの精
密な調整は、通常の非点収差光学系を構成している収束
レンズ８、凹レンズ９、円筒レンズ１０、４分割センサ
１２を調整した後、直交回折格子１１のみを光軸方向に
移動調整することで容易に行えるからである。
【００１９】また、円筒レンズや光軸に斜めに挿入した
平行平板などの非点収差を発生させる機能を司る光部品
と、この２次元回折格子の機能とを複合したホログラム
素子を用いれば、部品点数の削減を図ることもできる。
平行平板などの非点収差を発生させる機能を司る光部品
と、この２次元回折格子の機能とを複合したホログラム
素子を用いれば、部品点数の削減を図ることもできる。
【００２０】
【発明の効果】以上、本発明のように非点収差を発生さ
せる光学系とフォーカス誤差検出４分割センサの間に、
２次元の光回折を起こす回折格子を設けることによっ
て、ランド／グルーブに基づく光ディスクからの回折光
の影響を減ずることができ、機械的安定性や温度安定性
や信頼性に優れたランド／グルーブ記録用光ヘッドを得
ることが出来る。
せる光学系とフォーカス誤差検出４分割センサの間に、
２次元の光回折を起こす回折格子を設けることによっ
て、ランド／グルーブに基づく光ディスクからの回折光
の影響を減ずることができ、機械的安定性や温度安定性
や信頼性に優れたランド／グルーブ記録用光ヘッドを得
ることが出来る。
【図１】本発明の光ヘッドの実施例の構成を示す。
【図２】本発明の光ヘッドの実施例を構成する２次元回
折格子によるビーム分散を示す。
折格子によるビーム分散を示す。
【図３】本発明の光ヘッドの実施例におけるフォーカス
センサに照射されるフォーカス誤差検出光ビームの構成
を示す。
センサに照射されるフォーカス誤差検出光ビームの構成
を示す。
【図４】本発明の光ヘッドの実施例を構成するフォーカ
スセンサへに照射されるフォーカス誤差検出光ビームの
詳細な構成を示す。
スセンサへに照射されるフォーカス誤差検出光ビームの
詳細な構成を示す。
【図５】従来技術の説明に関し、ランド／グルーブ光デ
ィスクとビームスポットの配置を示す。
ィスクとビームスポットの配置を示す。
【図６】従来の非点収差によるフォーカス誤差検出光学
系の動作を示す図である。
系の動作を示す図である。
【図７】従来の説明に関し、フォーカスセンサずれとフ
ォーカス零クロスの変化を示す。
ォーカス零クロスの変化を示す。
【図８】従来の説明に関し、フォーカスオフセットずれ
と記録再生のビットエラーレート（ＢＥＲ）特性を示
す。
と記録再生のビットエラーレート（ＢＥＲ）特性を示
す。
【図９】従来の非点収差によるフォーカス誤差検出光学
系を構成する４分割センサ上の光分布の詳細を示す。
系を構成する４分割センサ上の光分布の詳細を示す。
１ 半導体レーザ ２ コリメータレンズ ３ 複合プリズム ４ 対物レンズ ５ 光ディスク ６ ハーフミラー ７ ２分割センサ ８ 収束レンズ ９ 凹レンズ １０ 円筒レンズ １１ 直交回折格子 １２ ４分割センサ ２０ （０，０）光 ２１ （＋１，０）光 ２１−ａ 反射回折光成分 ２１−ｂ 反射回折光成分 ２２ （−１，０）光 ２２−ａ 反射回折光成分 ２２−ｂ 反射回折光成分 ２３ （０，＋１）光 ２４ （０，−１）光 ３１ 楔プリズム ３２ 偏光ビームスプリッタ ３３ ４５°ミラー ３４ １／４波長板 １００ 光ディスク基板 １１０ 対物レンズ １２０ 集束レンズ １３０ 円筒レンズ １４０ ４分割光センサ ２００ 反射０次光 ２０１ 反射＋１次回折光 ２０２ 反射−１次回折光
Claims (9)
- 【請求項１】 非点収差を付加した光ビームを格子の回
折により複数の光ビームに角度分岐し、角度分岐されな
おかつ空間的に部分的に重なり合った複数の光ビームか
ら４分割センサによるたすき掛けの差動検出によってフ
ォーカス誤差信号を抽出することを特徴とする光ヘッド
のフォーカス誤差信号検出方法。 - 【請求項２】 前記複数の光ビームは少なくとも３本で
あり、３本の光ビームの前記空間的および部分的な重な
りは、少なくとも前記３本の光ビームのうちの中心に位
置する光ビームに含まれる前記光ヘッドが有する光ディ
スクに情報を記録再生する対物レンズによって取り込ま
れた前記光ディスクのトラックからの＋１次回折光成分
が、隣り合う光ビームに含まれる前記トラックからの−
１次回折光成分と重なり、かつ前記中心に位置する光ビ
ームに含まれる前記トラックからの−１次回折光成分
が、前記隣り合う光ビームとは別なる隣り合う光ビーム
に含まれる前記トラックからの＋１次回折光成分とが重
なることを特徴とする前記請求項１記載の光ヘッドのフ
ォーカス誤差信号検出方法。 - 【請求項３】 光ディスクに情報を記録再生する対物レ
ンズが捕捉した前記光ディスクからの反射光ビームに非
点収差を付加する手段と、非点収差が付加された反射光
ビームを回折する周期位相格子と、周期位相格子の回折
によって角度分岐されなおかつ空間的に部分的に重なり
合った複数の光ビームを受光し分割された４つの光検出
器のたすき掛けの差動出力からフォーカス誤差信号を出
力する４分割センサを備えることを特徴とする光ヘッド
のフォーカス誤差信号検出装置。 - 【請求項４】 前記周期位相格子の光を回折する回折方
向が光ディスクの半径方向と接線方向としたことを特徴
とする前記請求項３記載の光ヘッドのフォーカス誤差信
号検出装置。 - 【請求項５】 前記請求項３の非点収差付加する手段が
円筒レンズもしくは光軸に斜めに挿入された平板を含む
ことを特徴とする前記請求項３記載の光ヘッドのフォー
カス誤差信号装置。 - 【請求項６】 前記請求項３の非点収差付加する手段と
前記周期位相格子とを一体としたホログラム素子で構成
することを特徴とする前記請求項３記載の光ヘッドのフ
ォーカス誤差信号装置。 - 【請求項７】 前記請求項３の非点収差付加する手段
が、凹レンズと円筒レンズもしくは光軸に斜めに挿入さ
れた平板とを含んで一体とし、前記周期位相格子が光軸
方向に調整可能としたことを特徴とする前記の請求項３
記載の光ヘッドのフォーカス誤差信号検出装置。 - 【請求項８】 前記周期位相格子は井桁状の格子を平板
の片面に形成したことを特徴とする前記請求項３及び４
記載の光ヘッドのフォーカス誤差信号装置。 - 【請求項９】 前記周期位相格子は直線状の格子を平板
の表裏に直交して形成したことを特徴とする前記請求項
３及び４記載の光ヘッドのフォーカス誤差信号装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26571299A JP3552607B2 (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 光ヘッドのフォーカス誤差検出方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26571299A JP3552607B2 (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 光ヘッドのフォーカス誤差検出方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001093167A true JP2001093167A (ja) | 2001-04-06 |
| JP3552607B2 JP3552607B2 (ja) | 2004-08-11 |
Family
ID=17420972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26571299A Expired - Fee Related JP3552607B2 (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 光ヘッドのフォーカス誤差検出方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3552607B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001048749A1 (fr) * | 1999-12-27 | 2001-07-05 | Sony Corporation | Tete optique, dispositif emetteur/recepteur de lumiere et appareil d'enregistrement lecture sur un support optique |
-
1999
- 1999-09-20 JP JP26571299A patent/JP3552607B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001048749A1 (fr) * | 1999-12-27 | 2001-07-05 | Sony Corporation | Tete optique, dispositif emetteur/recepteur de lumiere et appareil d'enregistrement lecture sur un support optique |
| US6940789B2 (en) | 1999-12-27 | 2005-09-06 | Sony Corporation | Optical pickup device that corrects the spot shape of reflected light beams |
| US7319644B2 (en) | 1999-12-27 | 2008-01-15 | Sony Corporation | Optical head, light-emitting/receiving device, and apparatus for recording/reproducing optical recording/recorded medium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3552607B2 (ja) | 2004-08-11 |
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