JP2004079123A - Optical disk device - Google Patents

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JP2004079123A
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Takashi Kono
河野 隆
Ikuo Nakano
中野 郁雄
Nobuo Ogata
緒方 伸夫
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress DC components in tracking error signals due to the shift of an objective lens and to enable highly accurate tracking servo. <P>SOLUTION: Defining the effective diameter of the objective lens as (a), the track pitch of a recording medium as d and the numerical aperture of the objective lens as NA, the width α in a radial direction when ±1st order diffracted lights are made incident on the objective lens satisfies α≤λ×a/(2d×NA), 0-order and ±1st order diffracted lights are converged on an optical disk through the objective lens and the return lights are detected on respective photodetectors having a division boundary in a direction orthogonal to a disk radial direction. Defining the differential signals of a 0-order light, +1st order light and a -1st order light as TE1, TE2 and TE3, sum output as A1, A2 and A3 and gain G2 as G2=A2/A3, the tracking error signals TES are defined as TES=TE1-G1×(TE2+G2×TE3). Also, at the time of defining an objective lens shift amount as b, the width α in the radial direction of the ±1st order diffracted lights satisfies 4b≤α. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク上のトラックに対しての記録あるいはトラックからの再生を行う際に、光スポットを光ディスク上の目的のトラックに位置決めするためのトラッキングエラー信号を生成する光ディスク装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ディスク装置において、光ディスクに書き込まれた情報を読み出す処理の担い手は、光ピックアップにより光ディスク上に形成される微小な光スポットとしてのレーザースポットである。即ち、この微小なレーザースポットが光ディスク上のトラックを走査することにより、光ディスクからの情報の読み出しが行われる。
【0003】
この場合、レーザースポットおよびトラックは微細であるため、振動などによってレーザースポットがトラックから外れてしまい、結果的に読み取りエラーが発生する恐れがある。したがって、光ディスクに書き込まれたデータを正確かつ連続的に読み出すには、レーザースポットをトラックに追従させるサーボ技術が不可欠である。このために、光ディスク装置では、トラッキングエラー信号に基づいて、レーザースポットをトラックに追従させるトラッキングサーボが一般に行われている。
【0004】
トラッキングサーボにおいて、光ディスクのラジアル方向への対物レンズシフトやチルトが発生すると、トラッキングエラー信号にはそれによるDC成分が加算され、本来のトラック中心とは異なる位置をスポットが走査する、もしくはサーボ外れが発生するといった問題が生じる。したがって、このときに走査している点からトラック中心までの距離をオフセットとすると、安定したトラッキングエラー信号を得るには、対物レンズシフト等によるオフセットを0に抑えこむ技術、即ちDC成分の無いトラッキングエラー信号が得られるサーボ方式の開発が不可欠である。
【0005】
トラッキングエラー信号におけるDC成分を抑制できる従来の技術としては、例えば特開平10−162389号公報に記載のものが知られている。同公報に記載の手法では、レーザ光源から光ディスクまでの光路中に、光束の断面積よりも小さい面積を有する円形の回折格子を配し、入射光束を0次回折光と±1次回折光とからなる3ビームに分割し、これら各光ビームにより得られた差動信号を用いてオフセットを相殺するようにしている。なお、以下では、0次回折光をメインビーム、±1次回折光をサブビームと称する。
【0006】
具体的には、上記円形の回折格子は、
λ:光源の波長
a:対物レンズの有効径
d:光ディスクのトラックピッチ
NA:対物レンズの開口数
としたときに、サブビームが対物レンズに入射する際の、サブビームの光束における光ディスクのラジアル方向の幅αが、条件
α≦λ×a/(2d×NA) ……(1)
を満足するようになっている。
【0007】
上記の式(1)を満足するような光束を発生させる回折格子を使用し、その回折格子によって分離された光束が対応する光検出器にて受光されることにより、メインビームによる差動信号にはトラックの位置情報(プッシュプル成分)と対物レンズシフトの情報(DC成分)とが含まれ、サブビームによる差動信号には対物レンズシフトの情報(DC成分)のみが含まれた状態となる。
【0008】
ここで、メインビームの差動信号をTE1’、サブビームの2つの差動信号をTE2’、TE3’とすると、トラッキングエラー信号TES’は
TES’=TE1’−G1’・(TE2’+G2’×TE3’) ……(2)
となる。
【0009】
上記の式(2)での演算は、メインビームおよびサブビームによる差動信号に含まれるDC成分をキャンセルすることに相当する。なお、同式中のゲインG1’はメインビームとサブビームとの光量比、ゲインG2’はサブビーム間の光量比によりそれぞれ定義されており、それぞれDC成分をキャンセルする役割とサブビーム間の光量ムラを解消する役割を担っている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光ディスクは益々高密度化されており、この高密度化に伴って高い精度のサーボ方式が要求されている。例えば、波長405nmの青紫色半導体LDとNA0.85の高NA対物レンズとを使用して記録再生される、0.32μmのトラックピッチと0.1mmの透明カバー層を有した直径120mmの大容量光ディスクが提案されている。このような光ディスクに対して安定な記録再生動作を行うには、光ディスク装置において上記オフセットとして0.005μm程度しか許容されず、非常に高精度なトラッキングサーボが必要となる。
【0011】
しかしながら、前述の従来公報に記載の技術は、上記の要望を十分に満足するものではなく、トラッキングサーボの精度としては不十分である。
【0012】
したがって、本発明は、対物レンズのシフトに起因するトラッキングエラー信号のDC成分を抑制し、高精度のトラッキングサーボを可能とする光ディスク装置の提供を目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の光ディスク装置は、光源と、対物レンズと、これら光源と対物レンズの間に配置された回折光学素子とを備え、
λ:光源の波長
a:対物レンズの有効径
d:記録媒体のトラックピッチ
NA:対物レンズの開口数
としたとき、該回折光学素子に形成された第1の回折格子によって回折された±1次回折光が対物レンズに入射する際のラジアル方向の幅αが以下の条件を満足し、
α ≦λ×a/(2d×NA)
0次回折光、±1次回折光それぞれが対物レンズによって光ディスク上に集光され、その戻り光が各光検出器上で検出される際、それら光検出器は、記録媒体のラジアル方向に直行する方向に相当する方向に少なくとも1本の分割境界線を有したものであり、
0次光を受光した光検出器の差動信号をTE1、和出力をA1
+1次光を受光した光検出器の差動信号をTE2、和出力をA2
−1次光を受光した光検出器の差動信号をTE3、和出力をA3
ゲインG2をG2=A2/A3としたとき、
ゲインG1を使用して、トラッキングエラー信号TESを
TES=TE1−G1×(TE2+G2×TE3)
とする光ディスク装置において、
b:対物レンズシフト量
としたときに、±1次回折光のラジアル方向の幅αは、4b≦αを満足することを特徴としている。
【0014】
対物レンズのシフト補償を高精度に行うためには、対物レンズのシフトに対して、メインビーム(回折格子による0次回折光と回折格子以外の領域における透過光とからなる光束)の差動信号のDC成分とサブビーム(回折格子による±1次回折光)の差動信号のDC成分との比が一定であること、即ち、両光束がそれぞれの光検出器上において分割境界線を跨いでいることが必要である。一方、対物レンズのシフト量が所定の値bに達すると、サブビームは光検出器の分割境界線を跨ぎきってしまうことになる。そこで、上記のように、4b≦αとすれば、この事態を防止することができ、この結果、光ディスクにおいて発生し得る対物レンズのシフトに対し、補償後の残留オフセットを許容範囲内に抑制することができる。
【0015】
上記の光ディスク装置は、0次回折光のRIM強度、および0時回折光と±1次回折光における光ディスクラジアル方向の幅との比に基づいてゲインG1を決定する構成としてもよい。
【0016】
上記の構成によれば、0次回折光のRIM強度、および0時回折光と±1次回折光における光ディスクラジアル方向の幅との比に基づいてゲインG1を決定することにより、信号TESのDC成分を0に抑え込めるゲインG1を設定することができ、また、上記G1を設計段階で決定することができる。さらに、使用する素子毎の光学パラメータをもとに上記の設定を各光ディスク装置に対して行えば、光ディスク装置ごとに生じる補償精度のばらつきを抑えることができる。
【0017】
上記の光ディスク装置は、フォーカスサーボON、ラジアルサーボOFFの状態で対物レンズをシフトさせながらゲインG1を連続的に変化させ、前記演算信号TESのDC成分が0になる時をゲインG1の最良値として決定する構成としてもよい。
【0018】
上記の構成によれば、上記のα≧4bを満足するような対物レンズのシフトに対し、ラジアルサーボONの状態で信号TESのDC成分を限りなく0に抑えることができ、結果として光ディスクラジアル方向に残留する残留オフセットをさらに適切に抑制でき、高精度のトラッキングサーボを行うことができる。即ち、対物レンズのシフトに対し、トラッキングエラー信号に急激なDC成分の増加が生じず、ラジアル方向に残留する残留オフセット量を大容量の光ディスクシステム(大容量の光ディスクとこれに対して記録再生可能な光ディスク装置とを備えたシステム)を安定に動作させるための許容範囲内に収めることができる。
【0019】
また、上記の構成によれば、光学系の調整段階においてゲインG1の設定ができ、装置毎に上記の手法を用いることにより、装置間での補償精度のばらつきを抑えることができる。
【0020】
上記の光ディスク装置において、前記回折光学素子には、第1の回折格子が形成された領域以外の領域における、少なくとも対物レンズへの入射光束の断面に相当する領域に、第1の回折格子とは回折方向が異なり、格子深さおよびデューティー比が等しい第2の回折格子が形成されている構成としてもよい。
【0021】
上記の構成によれば、回折光学素子を透過した例えば0次回折光(メインビーム)において、第1の回折格子を透過した光束と第2の回折格子を透過した光束との間に位相や振幅の分布が発生しない。したがって、光ディスク上の集光スポットのサイドローブ発生によるクロストークといったS/Nの悪化を抑制することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図1ないし図13に基づいて以下に説明する。
まず、図2を用いて本実施の形態における光学系の構成について説明する。図2は、本実施の形態の光ディスク装置のピックアップ装置における光学系を示している。
【0023】
この光学系において、光源からの光が光ディスクへ到達するまでの光路においては、光源となる半導体レーザ1、コリメータレンズ2、回折光学素子3、ビームスプリッタ4、対物レンズ5および光ディスク7が配置されており、それら光学素子の中心は光ディスク7の面に垂直な方向に一直線上に並んでいる。また、ビームスプリッタ4を始点として、上記光路に対して垂直な方向の光路においては、集光レンズ8、円筒形レンズ9および光検出器10が配置されている。半導体レーザ1から出射された光は、上記構成における各光学素子を順に経て、最終的に光検出器10に到達する。
【0024】
なお、6aは、アパーチャー形成部材6に形成された対物レンズアパーチャー(以下、単にアパーチャーと称する)である。このアパーチャー6aは円形の孔であり、アパーチャー形成部材6は対物レンズ5を保持している。アパーチャー6aの径は対物レンズの有効径に相当する。通常、アパーチャー6aの径は入射光束より小さく設定されており、入射光束においてアパーチャー6aの径より大きな部分を遮断する働きがある。これは、入射光束の断面が完全に円形に整形されていない場合に、良好な円形のビームを作るためである。他には、対物レンズ5のシフト発生時においても、アパーチャー6aを経由後の光束が円形の状態で対物レンズ5に入射するようにするためである。
【0025】
上記の回折光学素子3は、図3に示すように、中央部に帯形の回折格子11を有する。回折光学素子3への入射光束は、回折格子11による0次回折光と回折格子11以外の領域における透過光とからなる光束(以下、メインビームと称する)、および回折格子11による±1次回折光(以下、サブビームと称する)の3つの光束に回折される。これらメインビームとサブビームの関係を図4に示す。
【0026】
図3において、12,13は回折光学素子3への入射光束であり、小さい半径の円によって示される入射光束12は、対物レンズ5の有効径に相当する光束径を有する。また、大きい半径の円によって示される入射光束13は、コリメータレンズ2から回折光学素子3に入射する光束である。なお、同図中に矢印にて示したラジアル方向とタンジェンシャル方向は、それぞれ光ディスク7におけるラジアル方向とタンジェンシャル方向に相当する。
【0027】
回折光学素子3における回折格子11のラジアル方向の幅は、図2に示したように、回折光学素子3をコリメータレンズ2と対物レンズ5との間の平行光束中に配置しているので、回折格子11にて回折された±1次回折光が対物レンズ5に入射する際(対物レンズ5の入射瞳面上)の光束の幅αと一致する。
【0028】
この幅αは、
λ:光源の波長
a:対物レンズの有効径
d:光ディスクのトラックピッチ
NA:対物レンズの開口数
としたとき、条件
α≦λ×a/(2d×NA) ……(3)
を満足している。
【0029】
次に、光検出器10について説明する。光検出器10は、図1に示すように、3つの光検出器31〜33により構成されている。これら光検出器31〜33は、トラッキングエラー信号を得るため、光ディスク7上のタンジェンシャル方向と平行な方向に、少なくとも1つの分割境界線を有している。
【0030】
また、光検出器10によるフォーカス信号の検出には、いわゆる非点収差法が用いられている。したがって、光検出器31〜33のうちの光検出器31は、非点収差法によるフォーカス信号検出のために、4分割されたものとなっている。また、非点収差法によるフォーカス信号検出のために、図2に示すように、光検出器10の前段には円筒形レンズ9が設けられている。さらに、円筒形レンズ9は、レンズ効果を有する方向が光ディスク7上のラジアル方向およびタンジェンシャル方向から45度傾いた方向となるように配置されている。したがって、光ディスク7上における3つのレーザビームの配列方向(この場合タンジェンシャル方向)と差動信号を得るための光検出器31〜33における分割線の方向が90度異なっている。
【0031】
また、光ディスク装置は、図1に示すように、演算回路(演算部)14を備えている。この演算回路14は、上記3つのレーザビームを受光した各光検出器31〜33より出力された差動信号に基づいて、DC成分の無いトラッキングエラー信号を得るためのものである。
【0032】
演算回路14は、減算器50,53,54,58、加算器51,52,56およびゲインアンプ55,57を備えている。減算器50は、光検出器32における2分割の領域a,bの出力から差動信号を得る。加算器51,52は、光検出器31の4分割領域c〜fの出力である4信号を2信号に変換する。減算器54は、前記2信号から差動信号を得る。減算器53は、光検出器33の2分割領域g,hの出力から差動信号を得る。ゲインアンプ55は、減算器53の出力にゲインG2をかける。加算器56は、ゲインアンプ55の出力と減算器50の出力を加算する。ゲインアンプ57は、加算器56の出力にゲインG1をかける。減算器58は、減算器54の出力とゲインアンプ57の出力との差動信号を出力する。なお、光検出器31〜33において差動を取る方向は統一されている。
【0033】
図1において、メインビームおよびサブビームの各差動信号は、
TE1(メインビームの差動信号)=(c+d)−(e+f) ……(4)
TE2(サブビームの差動信号)=a−b ……(5)
TE3(サブビームの差動信号)=g−h ……(6)
であり、したがってトラッキングエラー信号TESは、
TES=TE1−G1・(TE2+G2×TE3) ……(7)
の演算により得られる。
【0034】
ここで、例えば光ディスク7の偏心などにより、例えばbμm程度の対物レンズ5のシフトが懸念される場合、シフト量bμmまでの補償を確実にするためには、サブビームの光束幅αを4bμm以上、即ち式(3)に
α≧4b ……(11)
といった限定を加える必要がある。この理由について説明する。
【0035】
本実施の形態では、メインビームおよびサブビームの差動信号を式(4)〜(6)のように演算することにより対物レンズ5のシフト補償を行うが、この補償機構(演算回路14)が高精度の性能を発揮するためには、ある対物レンズ5のシフトに対して、メインビームの差動信号のDC成分とサブビームの差動信号のDC成分との比が一定であること、つまり両光束がそれぞれの光検出器31〜33上において分割境界線を跨いでいることが前提としてある。
【0036】
しかしながら、対物レンズ5のシフト量が所定の値(bμm)に達すると、サブビームは光検出器32,33の分割境界線を跨ぎきってしまう。これは、光ディスク7のラジアル方向におけるサブビームの幅はメインビームの幅よりも小さく、また、光検出器31〜33上でのサブビームの移動量はメインビームの移動量よりも大きいことが要因である。ここで、サブビームの移動量がメインビームのそれよりも大きい点について図5(a)〜図5(c)を用いて説明する。
【0037】
図5(a)は光検出器31上におけるメインビームの光束を示し、図5(b)は光検出器32,33上におけるサブビームの光束を示し、図5(c)は対物レンズ5と光検出器31〜33との位置関係を示している。これらの図は、対物レンズ5が中立位置にある状態(対物レンズ5a)からOLsだけシフトした状態(対物レンズ5b)を示している。
【0038】
この場合、対物レンズ5の中心は、図5(c)に示すように、対物レンズ5への入射光束の中心と一致している中立位置21aからOLsだけ移動し、図中に二点鎖線にて示す位置21bに移動する。メインビームの中心は、図5(a)に示すように、光検出器31の中心と一致している中立位置23a(メインビーム24a)からMs1だけ移動し、位置23b(メインビーム24b)に移動する。なお、24b1はメインビーム24bの中心を示す。また、サブビームは、図5(b)に示すように、光検出器32,33の中心と一致している中立位置26a(サブビーム27a(28a))からSs1だけ移動し、位置26b(サブビーム27b(28b))に移動する。なお、27b1(28b1)はサブビーム27b(28b)の中心を示す。
【0039】
対物レンズ5の上記シフトによるメインビームとサブビームとの移動量の比は、図5(a),(b)中のパラメータを用いて、
Ms1/Ss1=1/2 ……(8)
のように表すことができる。
【0040】
この関係は、次のように図5(c)に基づいて説明可能である。
まず、対物レンズ5に入射するメインビームの光束径は対物レンズ5の有効径よりも大きいので、対物レンズ5がシフトした場合にもいわゆるけられが生じない。したがって、対物レンズ5のシフト後においてアパーチャー6a内を透過した直後の光束の中心(位置21b)は対物レンズ5(対物レンズ5b)の中心(位置21b)と一致し、光ディスク7から戻ってくる光束の中心は位置21bとなる。
【0041】
これに対し、サブビームにおける光ディスクラジアル方向の光束幅は対物レンズ5の有効径よりも小さいので、対物レンズ5のシフトにより、アパーチャー6a内を透過した直後の光束の中心(位置21a)は対物レンズ5(対物レンズ5b)の中心(位置21b)からずれることになる。このため、光ディスク7から戻ってくる光束の中心は位置22となる。
【0042】
なお、本明細書において、上記の「けられ」とは、対物レンズ5のシフトにより入射光束と対物レンズ5のアパーチャー6aの相対的な位置関係(光軸に垂直な面内での位置関係)が変化した結果、入射光束の最外周部がアパーチャー6a内を透過してしまう動作を意味する。具体的には、図6(a)に示すように、「けられ」が生じていない場合、入射光束Bの最外周部の光線はアパーチャー形成部材6上に入射する。これにより、対物レンズ5に入射する光束の断面は円形となる。一方、図6(b)に示すように、「けられ」が生じている場合、入射光束Bの最外周部の光線はアパーチャー6a内を通過する。これにより、対物レンズ5に入射する光束の断面は円形が欠けた形状となり、結果的に光ディスク7上の集光スポットに影響を及ぼすことになる(微小なスポットが少しぼやける)。
【0043】
上記の理由から、図5(a),(b)において、対物レンズ5のシフト後の光検出器31〜33上におけるメインビーム(メインビーム24b)およびサブビーム(サブビーム27b(28b))の光束中心は、それぞれ位置23b,26bとなり、上記の式(8)が成立する。
【0044】
このようなメインビームとサブビームの移動量の違いから、サブビームが光検出器32,33の分割境界線を跨ぎきってしまった状態を示したのが図9(a)(b)である。図9(a)は光検出器31上のメインビームの光束を示しており、図9(b)は光検出器32,33上のサブビームの光束を示している。この場合、メインビームの中心は、光検出器31の中心と一致している中立位置23a(メインビーム24a)からMs2だけ移動し、その結果、位置23c(メインビーム24c)に移動する。なお、24c1はメインビーム24cの中心を示す。また、サブビームは、光検出器32,33の中心と一致している中立位置26a(サブビーム27a(28a))からSs2だけ移動し、その結果、位置26c(サブビーム27c(28c))に移動する。なお、27c1(28c1)はサブビーム27c(28c)の中心を示す。また、光検出器31上におけるメインビームの光束径は対物レンズ5の有効径と一致し、サブビームにおける光ディスク7のラジアル方向の幅はαであり、対物レンズ5のシフト量はbである。
【0045】
上記の場合、対物レンズ5のシフト量bと対物レンズ5のシフトによるメインビームの移動量との関係は、
Ms2=b ……(12)
である。
【0046】
また、シフト量bだけ対物レンズ5がシフトした場合、図5(c)において、対物レンズ5の中心の中立位置21aと対物レンズ5のシフト後に光ディスク7から戻ってくるサブビームの光束における中心の位置22とは、シフト後における対物レンズ5の中心の位置21bに対して対称な位置関係となる。このため、対物レンズ5のシフト量bと対物レンズ5のシフトによるサブビームの移動量との関係は、
Ss2=2b ……(13)
である。また、図9(b)からも分かるように、
Ss2=α/2 ……(14)
である。
【0047】
上記の式(12)〜式(14)より、対物レンズ5のシフト量bμmまでの補償を確実にするためには、サブビームが分割境界線上を跨いでいる必要がある。したがって、回折格子の幅αは4bμm以上にする必要があり、このときの条件は前述した式(11)となる。
【0048】
図10に、異なる幅の帯形の回折格子11により回折された±1次回折光が対物レンズ5に入射する場合の対物レンズシフト量と、演算回路(式(7))で補償しきれずにトラッキングエラー信号TESにDC成分が残留した結果、発生するトラックオフセット(=残留オフセット)との関係についてのシミュレーション結果を示す。ここでは、一例として、帯形の回折格子11における光ディスク7のラジアル方向の幅が2.1mmである場合と1.2mmである場合とについて調べた。なお、シミュレーションの条件として、光束の幅(回折格子11における光ディスク7のラジアル方向の幅と等価)以外のパラメータは前述のシミュレーションの場合(図8)と同一である。
【0049】
前述の式(11)より、300μmまでの対物レンズ5のシフト補償を確実にするには、光束の幅が1.2mm以上でなければならない。この場合、光束の幅1.2mmおよび2.1mmは式(11)を満足する。したがって、これら光束を用いた場合には、図10に示すように、300μmまでの対物レンズ5のシフトに対して補償後のオフセットが小さく抑えられ、対物レンズ5のシフトに対する補償が確実に行われる。
【0050】
一方、525μmまでの対物レンズ5のシフト補償を確実にするには、光束の幅が2.1mm以上でなければならない。仮にこの条件を誤り、光束の幅を2.1mmよりも狭い1.2mmと設定した場合、300μm以上の対物レンズ5のシフトでは補償後のオフセットが急激に大きくなる。このため、525μm以内の対物レンズ5のシフトに対応できないことが分かる。以上のことから、対物レンズ5のシフト補償機構として確実に補償できるシフト量が分かっている場合、光束の幅は式(11)に準じた設計値であることが必要であるといえる。
【0051】
また、図10において対物レンズシフトbμm以内の範囲で、残留オフセットを精度よく0付近に抑え込めているが、これは式(7)におけるゲインG1、G2を正しく設定し、信号TESにおけるDC成分をキャンセルできているためである。ここで本発明におけるゲインG1,G2について説明する。
【0052】
ゲインG1は、対物レンズのシフトによってメインビームの差動信号とサブビームの差動信号それぞれのDC成分をキャンセルするための係数である。式(7)より、それは式(11)を満足する対物レンズシフトが発生した時、ラジアルサーボOFFの状態での信号TESのDC成分が0となる際のメインビームの差動信号とサブビームの差動信号の比そのものである。また、ゲインG2は、サブビーム間の光量ムラを解消するためのものである。
【0053】
次に、ゲインG1,G2の決定方法について説明する。
ゲインG1は光学系の種々のパラメータに依存し、それらを基に決定されるはずである。この点から設計段階でゲインG1を決定することが可能である。従来技術(特開平10−162383号公報)では、ゲインG1の決定要素として、メインビームとサブビームの光量比のみを挙げ、それをもとにゲインを設定するとされていたが、これでは不十分である。本発明において行ったシミュレーションによれば、ゲインG1は光量比以外に、入射光束のRIM(周縁部)強度やメインビームとサブビームのラジアル方向の幅の比にも依存することが分かっている。
【0054】
ここで行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーション内容は、実際の光学系に準じたモデルを立て、式(11)を満足する対物レンズシフトが発生した時のメインビーム及びサブビームそれぞれの差動信号を求め、式(7)においてラジアルサーボOFFの状態での演算信号TESのDC成分が0になるゲインG1を算出するというものである。G2については後述するが、ここでG2を1と設定した。シミュレーションの条件は、
波長:405nm
対物レンズのNA:0.85
トラックピッチ:0.32μm
光ディスク上のカバー層の厚み:0.1mm
光ディスク上のカバー層の屈折率:1.6
対物レンズの有効径:φ3mm
光量比(メインビームの光量÷サブビームの光量):6
であり、メインビームとサブビームのラジアル方向の幅の比とRIM強度をパラメータとして計算した。結果を図11に示す。この図から、信号TESのDC成分を0に抑え込めるゲインG1は少なくともメインビームとサブビームのラジアル方向の幅の比やRIM強度に依存しており、よってゲインG1を光量比(=6)のみで規定できないことが分かる。
【0055】
以上のことから、設計段階でゲインG1を決定するには、メインビームとサブビームのラジアル方向の幅の比やRIM強度といった用いる光学系の光学パラメータに基づいてシミュレーションを行い、ラジアルサーボOFFの状態で信号TESのDC成分が0となるゲインG1を逆算すればよい。ここで、例えばRIM強度は半導体レーザーの放射角により決定され、素子ごとにそれぞれの性能のばらつきがあることを考慮すると、用いる光学素子全ての光学パラメータを測定した上で、それらを基にシミュレーションを行い、ゲインG1を逆算することが妥当である。
【0056】
また、ラジアルサーボOFFの状態で演算信号TESが0となる時のゲインG1が最良値という観点からすると、ゲインG1は光学系の調整段階で決定することも可能である。光学系をセットアップした後の調整段階において、ラジアルサーボOFFの状態で、式(11)を満足するように対物レンズをシフトさせながら、ゲインG1の値を連続的に変化させ、式(7)の演算信号が0となる時をゲインG1の最良値としてゲインG1を決定できる。前述のように、素子ごとの特性のばらつきを考慮すると、装置毎にこの調整方法を用いることで同素子の装置間のばらつきを抑え、結果的に補償制度のばらつきを抑えるため、有効である。ただしこの時、フォーカスサーボはONの状態であり、また、対物レンズのシフト量としては、式(11)の範囲内であることを注意しなければならない。
【0057】
また、ゲインG2はサブビーム間の光量比で決定される。したがって、
G2=A2/A3 ……(10)
のように、一方のサブビームの光量(この場合+1次回折光)をもう一方のサブビームの光量により規格化することで決定できる。なお、規格化するサブビームは+1次回折光であってもかまわない。
【0058】
次に、以上の光ディスク装置における対物レンズシフト補償の補償精度について説明する。
【0059】
図7は従来技術、即ち円形の回折格子を使用し、ゲインG1を光量比とした補償機構において、また、図8は本実施の形態、即ち帯形の回折格子を使用し、ゲインを光学系のパラメータに基づいたシミュレーションにより逆算した補償機構を使用した際のシミュレーション結果である。それぞれラジアルサーボがONの状態で式(11)を満足するように対物レンズがシフトした場合の、補償後の残留オフセットをシミュレーションした結果である。
【0060】
シミュレーションの条件は、
波長:405nm
対物レンズのNA:0.85
トラックピッチ:0.32μm
光ディスク上のカバー層の厚み:0.1mm
光ディスク上のカバー層の屈折率:1.6
対物レンズの有効径:φ3mm
帯形回折格子によって回折された±1次回折光が対物レンズに入射する際のラジアル方向の幅α:2.1mm
円形回折格子によって回折された±1次回折光が対物レンズに入射する際の直径:2.1mm
としている。
【0061】
図7および図8から、対物レンズが式(11)で規定される範囲においてシフトした場合の補償後の残留オフセット量は、従来技術よりも本実施の形態のほうが小さいことが明らかである。特に、上記の条件で規定される高密度光ディスクシステムにおいて許容されるオフセットが0.005μm程度であることを考慮すると、従来技術よりも本実施の形態の方が、対物レンズ5のより大きなシフトに対応可能であるとともに、オフセットをより小さく抑制できるため、有効である。
【0062】
なお、実際には光検出器10に対して、集光光学系を用いて光を集光しているため、光検出器10上のビーム径はそれぞれ上述のものとは異なるものの、式(11)の条件は変わらない。
【0063】
さらに、回折格子11は、回折方向が光ディスク7におけるタンジェンシャル方向であり、帯形の長手方向の端部にて回折された光が対物レンズ5に入射されないような長さ(図3のγ)となっている。このように設定することにより、アパーチャー透過後の光束がけられる状態(回折光の断面において、最外周部の光線がアパーチャー形成部材6上に入射せず、アパーチャー6a内に入射してしまう状態)を避けることができ、光束の断面が円形のまま、対物レンズに入射でき、微小なスポットを形成できる。
【0064】
次に、メインおよびサブビームそれぞれの光ディスク7上における配置を図12に示す。同図に示すように、メインビームの集光スポット41に対し、サブビームの集光スポット42,43は光ディスク7におけるタンジェンシャル方向に配置されている。サブビームから得られる差動信号にはトラック44の位置情報を示すプッシュプル信号が発生しないため、サブビームの集光スポット42,43のトラック44に対する配置は任意の配置で良い。例えば、メインビームの集光スポット41が位置するトラック44に対し、隣のトラック44に配置されていても良い。つまり、サブビームの集光スポット42,43についてのトラック44上での厳密な位置調整は不要であることを意味する。
【0065】
ただし、メインビームの集光スポット41に対し、サブビームの集光スポット42,43をラジアル方向(図12においてトラック44方向と直交する方向)に配置した場合には、光ディスク7の最内周のトラック44に対して読み/書きするためにメインビームの集光スポット41を最内周のトラック44に移動させると、メインビームの集光スポット41に対し内周側のサブビームの集光スポット(集光スポット42,43の何れか)がトラック44から外れることになる。したがって、集光スポット41〜43の並ぶ方向は可能な限りタンジェンシャル方向に平行であることが望ましい。
【0066】
次に、回折光学素子の他の例を図13に基づいて説明する。
同図に示す回折光学素子51は、2種類の回折格子11,52を有しており、中央部には、前記の回折光学素子3と同様、帯形の前記回折格子11を有し、その両側に、即ち回折格子11に対する光ディスク7のラジアル方向の両側にそれぞれ帯形の回折格子52を有している。回折格子52は、少なくとも対物レンズ5への入射光束13の断面に相当する領域に形成されている。即ち、回折格子52は、回折光学素子51の回折格子11が形成されている領域以外の領域の、対物レンズ5への入射光束の断面における少なくとも回折格子11への入射部分を除いた部分に相当する領域を有するように形成されている。これにより、入射光束は、回折光学素子51からはみ出すことなく入射可能である。
【0067】
回折格子52は、回折格子11に対して、格子の深さとデューティー比が一致する一方、回折方向が異なり、回折格子52による回折光がトラッキングエラー信号に影響しないような構成となっている。
【0068】
なお、上記デューティーとは次の意味である。即ち、回折格子の断面は山と谷の繰り返しの周期構造となっており、デューティー比とは、山一つ及び谷一つそれぞれの幅の比を意味する。このデューティー比によって、0次回折光が回折格子から受ける位相差量が変わってくると考えられる。したがって、図11に示した回折光学素子51において、回折格子11と回折格子52とのデューティー比が同じであれば、それぞれの領域で発生した0次回折光の間には位相差が発生しない一方、デューティー比が異なれば位相差が発生すると考えられる。ここでは、位相差が発生しないことが望ましい。
【0069】
上記の構成とすることにより、回折光学素子51を透過した0次回折光(メインビーム)において、回折格子11を透過した光束と回折格子52を透過した光束との間に位相や振幅の分布が発生しないため、光ディスク7上の集光スポットのサイドローブ発生によるクロストークといったS/Nの悪化を抑制することができる。
【0070】
以上の実施の形態においては、回折光学素子3,51がコリメータレンズ2と対物レンズ5との間の平行光束中に配置され、回折光学素子3,51から対物レンズ5までの光路において光束が収束・発散しない構成となっている。このために、帯形の回折格子11における光ディスク7のラジアル方向の幅と回折格子11にて回折された±1次回折光が対物レンズ5に入射する際(対物レンズ5の入射瞳面上)の光束のラジアル方向の幅αが一致している。
【0071】
しかしながら、本発明により得られる効果はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、回折光学素子3,51を光源(半導体レーザ1)とコリメータレンズ2との間の発散光束中に配置してもかまわない。あるいは、回折光学素子3,51と対物レンズ5との間に、凸レンズと凹レンズを組合せたビームエキスパンダー等のビーム径変換光学系を配置してもかまわない。
【0072】
これらの構成においては、帯形の回折格子11の幅と回折格子11によって回折された±1次回折光(サブビーム)が対物レンズに入射する際(対物レンズの入射瞳面上)の光束の幅αとが異なるものになる。この場合には、回折格子11により回折された±1次回折光(サブビーム)が対物レンズ5に入射する際(対物レンズ5の入射瞳面上)の光束の幅αが式(2)の条件を満足するように、回折格子11の幅を設定すればよい。
【0073】
以上のように、本発明のトラッキングエラー信号生成方法は、ビーム光を回折させてメインビームとサブビームとを生成し、これら両ビームを対物レンズにより記録媒体のトラックに集光させ、前記記録媒体からの戻り光を受光した光検出器のメインビームによる出力とサブビームによる出力とからトラッキングエラー信号を生成するトラッキングエラー信号生成方法において、補償精度を決定するゲインG1を設計段階で光学パラメータを加味してシミュレーションを行う方法、あるいは調整段階で信号TESのDC成分が0になるようにゲインG1を連続的に変化させるといった調整方法に基づいて決定し、補正する構成である。
【0074】
また、上記の光ディスク装置は、回折光学素子の前記回折格子を第1の回折格子としたときに、この第1の回折格子が形成されている領域以外の領域の、少なくとも前記対物レンズへの入射光束の断面に相当する領域に、第2の回折格子が形成されており、第2の回折格子と第1の回折格子とが、格子深さおよびデューティー比が互いに等しい構成としてもよい。これにより、光ディスク上のビームスポットのサイドローブ発生によるクロストークといったS/Nの悪化を抑制することができる。
【0075】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光ディスク装置は、光源と、対物レンズと、これら光源と対物レンズの間に配置された回折光学素子とを備え、
λ:光源の波長
a:対物レンズの有効径
d:記録媒体のトラックピッチ
NA:対物レンズの開口数
としたとき、該回折光学素子に形成された第1の回折格子によって回折された±1次回折光が対物レンズに入射する際のラジアル方向の幅αが以下の条件を満足し、
α ≦λ×a/(2d×NA)
0次回折光、±1次回折光それぞれが対物レンズによって光ディスク上に集光され、その戻り光が各光検出器上で検出される際、それら光検出器は、記録媒体のラジアル方向に直行する方向に相当する方向に少なくとも1本の分割境界線を有したものであり、
0次光を受光した光検出器の差動信号をTE1、和出力をA1
+1次光を受光した光検出器の差動信号をTE2、和出力をA2
−1次光を受光した光検出器の差動信号をTE3、和出力をA3
ゲインG2をG2=A2/A3としたとき、
ゲインG1を使用して、トラッキングエラー信号TESを
TES=TE1−G1×(TE2+G2×TE3)
とする光ディスク装置において、
b:対物レンズシフト量
としたときに、±1次回折光のラジアル方向の幅αは、4b≦αを満足する構成である。
【0076】
これにより、光ディスクにおいて発生し得る対物レンズのシフトに対し、補償後の残留オフセットを許容範囲内に抑制することができる。
【0077】
上記の光ディスク装置は、0次回折光のRIM強度、および0時回折光と±1次回折光における光ディスクラジアル方向の幅との比に基づいてゲインG1を決定する構成としてもよい。
【0078】
これにより、信号TESのDC成分を0に抑え込めるゲインG1を設定することができ、また、上記G1を設計段階で決定することができる。さらに、使用する素子毎の光学パラメータをもとに上記の設定を各光ディスク装置に対して行えば、光ディスク装置ごとに生じる補償精度のばらつきを抑えることができる。
【0079】
上記の光ディスク装置は、フォーカスサーボON、ラジアルサーボOFFの状態で対物レンズをシフトさせながらゲインG1を連続的に変化させ、前記演算信号TESのDC成分が0になる時をゲインG1の最良値として決定する構成としてもよい。
上記の構成によれば、上記のα≧4bを満足するような対物レンズのシフトに対し、ラジアルサーボONの状態で信号TESのDC成分を限りなく0に抑えることができ、結果として光ディスクラジアル方向に残留する残留オフセットをさらに適切に抑制でき、高精度のトラッキングサーボを行うことができる。即ち、対物レンズのシフトに対し、トラッキングエラー信号に急激なDC成分の増加が生じず、ラジアル方向に残留する残留オフセット量を大容量の光ディスクシステム(大容量の光ディスクとこれに対して記録再生可能な光ディスク装置とを備えたシステム)を安定に動作させるための許容範囲内に収めることができる。
【0080】
また、上記の構成によれば、光学系の調整段階においてゲインG1の設定ができ、装置毎に上記の手法を用いることにより、装置間での補償精度のばらつきを抑えることができる。
【0081】
上記の光ディスク装置において、前記回折光学素子には、第1の回折格子が形成された領域以外の領域における、少なくとも対物レンズへの入射光束の断面に相当する領域に、第1の回折格子とは回折方向が異なり、格子深さおよびデューティー比が等しい第2の回折格子が形成されている構成としてもよい。
【0082】
上記の構成によれば、回折光学素子を透過した例えば0次回折光(メインビーム)において、第1の回折格子を透過した光束と第2の回折格子を透過した光束との間に位相や振幅の分布が発生しない。したがって、光ディスク上の集光スポットのサイドローブ発生によるクロストークといったS/Nの悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態の光ディスク装置が備える光検出器の構成、およびこの光検出器の出力からトラッキングエラー信号を得るための演算回路を示す図である。
【図2】本発明の実施の一形態の光ディスク装置が備える光ピックアップ装置の光学系の構成を示す模式図である。
【図3】図2に示した回折光学素子の正面図である。
【図4】図2に示した回折光学素子により入射光束が回折されて生じるメインビームとサブビームの関係を示す説明図である。
【図5】図5(a)は、対物レンズのシフトが発生したときの光検出器上でのメインビームの移動を説明する模式図、図5(b)は同サブビームの移動を説明する模式図、図5(c)は、上記移動におけるメインビームとサブビームとの移動量の違いを説明する模式図である。
【図6】図6(a)は、入射光束の最外周部の光線がアパーチャー形成部材上に入射する場合を示す説明図、図6(b)は、入射光束の最外周部の光線がアパーチャー内を通過する場合を示す説明図である。
【図7】対物レンズのシフトに対する従来の補償機構における対物レンズのシフト量とトラッキングエラー信号に発生するオフセット量との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図8】対物レンズのシフトに対する本発明の実施の形態の補償機構における対物レンズのシフト量とトラッキングエラー信号に発生するオフセット量との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図9】図9(a)は、対物レンズのシフトにより、サブビームが光検出器の分割境界線を跨ぎきった場合における光検出器上でのメインビームの移動を説明する模式図、図9(b)は上記場合における光検出器上でのサブビームの移動を説明する模式図である。
【図10】対物レンズのシフトに対する本発明の実施の形態の補償機構において、±1次回折光の光束における光ディスクのラジアル方向の幅が、2.1mmである場合と1.2mmである場合とにおける対物レンズシフト量と残留しているトラックオフセット量(残留オフセット)との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図11】対物レンズのシフトに対する本発明の実施の形態の補償機構において、メインビームとサブビームの幅の比と(信号TESのDC成分が0となる時の)ゲインG1との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図12】本発明の実施の形態の光ディスク装置における、光ディスク上におけるメインビームおよびサブビームの集光スポットの位置関係を示す模式図である。
【図13】図3に示した回折光学素子の他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
1   半導体レーザ
3   回折光学素子
5   対物レンズ
6a   対物レンズアパーチャー
7   光ディスク
10   光検出器
11   回折格子
12  対物レンズの有効径
13  回折格子へ入射する光束の径
14   演算回路(演算部)
31〜33  光検出器
51   回折光学素子
52   回折格子
55,57   ゲインアンプ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical disc apparatus that generates a tracking error signal for positioning a light spot on a target track on an optical disc when recording or reproducing from a track on the optical disc.
[0002]
[Prior art]
In the optical disk device, a person who performs a process of reading information written on the optical disk is a laser spot as a minute light spot formed on the optical disk by the optical pickup. That is, the information is read from the optical disk by scanning the track on the optical disk with the minute laser spot.
[0003]
In this case, since the laser spot and the track are minute, the laser spot may deviate from the track due to vibration or the like, and as a result, a reading error may occur. Therefore, in order to accurately and continuously read data written on an optical disk, a servo technique for causing a laser spot to follow a track is indispensable. For this reason, in an optical disk device, a tracking servo that causes a laser spot to follow a track is generally performed based on a tracking error signal.
[0004]
In the tracking servo, when an objective lens shift or tilt occurs in the radial direction of the optical disc, a DC component due to the shift or tilt is added to the tracking error signal, and the spot scans a position different from the original track center, or the servo deviates. The problem arises. Therefore, assuming that the distance from the scanning point to the center of the track is set as an offset at this time, in order to obtain a stable tracking error signal, a technique for suppressing the offset due to an objective lens shift or the like to 0, that is, tracking without a DC component It is essential to develop a servo system that can obtain an error signal.
[0005]
As a conventional technique capable of suppressing a DC component in a tracking error signal, for example, a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-162389 is known. In the method described in the publication, a circular diffraction grating having an area smaller than the cross-sectional area of a light beam is arranged in an optical path from a laser light source to an optical disk, and an incident light beam is composed of a 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light. The beam is divided into three beams, and the offset is canceled by using a differential signal obtained by each of these light beams. Hereinafter, the 0th-order diffracted light is referred to as a main beam, and the ± 1st-order diffracted lights are referred to as sub-beams.
[0006]
Specifically, the circular diffraction grating is:
λ: wavelength of light source
a: Effective diameter of objective lens
d: track pitch of the optical disk
NA: numerical aperture of the objective lens
When the sub-beam is incident on the objective lens, the radial width α of the optical beam of the sub-beam in the optical disc is a condition.
α ≦ λ × a / (2d × NA) (1)
Is to be satisfied.
[0007]
By using a diffraction grating that generates a light beam that satisfies the above expression (1), the light beam separated by the diffraction grating is received by a corresponding photodetector, so that a differential signal due to the main beam is obtained. Contains the position information of the track (push-pull component) and the information of the objective lens shift (DC component), and the differential signal by the sub-beam contains only the information of the objective lens shift (DC component).
[0008]
Here, assuming that the differential signal of the main beam is TE1 ′ and the two differential signals of the sub beam are TE2 ′ and TE3 ′, the tracking error signal TES ′ is
TES ′ = TE1′−G1 ′ · (TE2 ′ + G2 ′ × TE3 ′) (2)
It becomes.
[0009]
The calculation in the above equation (2) corresponds to canceling the DC component included in the differential signal by the main beam and the sub beam. In the equation, the gain G1 'is defined by the light amount ratio between the main beam and the sub-beam, and the gain G2' is defined by the light amount ratio between the sub-beams. Have a role to do.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, optical discs have been increasingly densified, and with this densification, a servo system with high accuracy has been required. For example, a large capacity of 120 mm in diameter having a track pitch of 0.32 μm and a transparent cover layer of 0.1 mm, which is recorded and reproduced using a blue-violet semiconductor LD having a wavelength of 405 nm and a high NA objective lens having an NA of 0.85. Optical disks have been proposed. In order to perform a stable recording / reproducing operation on such an optical disk, an optical disk device allows only about 0.005 μm as the offset, and requires an extremely high-accuracy tracking servo.
[0011]
However, the technique described in the above-mentioned conventional publication does not sufficiently satisfy the above-mentioned demand, and is insufficient in the accuracy of tracking servo.
[0012]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical disk device that suppresses a DC component of a tracking error signal caused by a shift of an objective lens and enables high-accuracy tracking servo.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, an optical disc device of the present invention includes a light source, an objective lens, and a diffractive optical element arranged between the light source and the objective lens,
λ: wavelength of light source
a: Effective diameter of objective lens
d: track pitch of the recording medium
NA: numerical aperture of the objective lens
When the ± 1st-order diffracted light diffracted by the first diffraction grating formed on the diffractive optical element enters the objective lens, a radial width α satisfies the following condition;
α ≦ λ × a / (2d × NA)
When the 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light are condensed on the optical disk by the objective lens, and the returned light is detected on each photodetector, the photodetectors are directed in a direction perpendicular to the radial direction of the recording medium. Has at least one dividing boundary line in a direction corresponding to
The differential signal of the photodetector that has received the zero-order light is TE1 and the sum output is A1.
The differential signal of the photodetector receiving the +1 order light is TE2, and the sum output is A2
The differential signal of the photodetector receiving the primary light is TE3, and the sum output is A3.
When the gain G2 is G2 = A2 / A3,
The tracking error signal TES is calculated using the gain G1.
TES = TE1-G1 × (TE2 + G2 × TE3)
Optical disc device,
b: Objective lens shift amount
Where the width α in the radial direction of the ± 1st-order diffracted light satisfies 4b ≦ α.
[0014]
In order to perform the objective lens shift compensation with high accuracy, the differential signal of the main beam (a luminous flux composed of the zero-order diffracted light by the diffraction grating and the transmitted light in a region other than the diffraction grating) is required for the shift of the objective lens. The ratio between the DC component and the DC component of the differential signal of the sub-beam (± 1st-order diffracted light by the diffraction grating) is constant, that is, both light beams straddle the dividing boundary on each photodetector. is necessary. On the other hand, when the amount of shift of the objective lens reaches the predetermined value b, the sub-beam crosses over the dividing boundary of the photodetector. Therefore, as described above, if 4b ≦ α, this situation can be prevented, and as a result, the residual offset after compensation for the shift of the objective lens that can occur on the optical disc is suppressed to within an allowable range. be able to.
[0015]
The above optical disk device may be configured to determine the gain G1 based on the RIM intensity of the 0th-order diffracted light and the ratio between the 0-time diffracted light and the width of the ± 1st-order diffracted light in the optical disc radial direction.
[0016]
According to the above configuration, the DC component of the signal TES is determined by determining the gain G1 based on the RIM intensity of the 0th-order diffracted light and the ratio between the 0-time diffracted light and the width of the ± 1st-order diffracted light in the radial direction of the optical disk. The gain G1 that can be suppressed to 0 can be set, and the G1 can be determined at the design stage. Furthermore, if the above-mentioned setting is performed for each optical disk device based on the optical parameters of each element to be used, it is possible to suppress variation in compensation accuracy occurring for each optical disk device.
[0017]
The above optical disc apparatus continuously changes the gain G1 while shifting the objective lens in a state where the focus servo is on and the radial servo is off, and the time when the DC component of the arithmetic signal TES becomes 0 is set as the best value of the gain G1. It may be configured to be determined.
[0018]
According to the above configuration, the DC component of the signal TES can be suppressed to 0 as much as possible in the radial servo ON state with respect to the shift of the objective lens satisfying the above α ≧ 4b. Thus, the residual offset remaining in the head can be more appropriately suppressed, and highly accurate tracking servo can be performed. That is, the DC component of the tracking error signal does not suddenly increase in response to the shift of the objective lens, and the residual offset amount remaining in the radial direction can be reduced by using a large-capacity optical disc system (a large-capacity optical disc and a recording / reproducing apparatus for this). System with a simple optical disk device) within the allowable range for stable operation.
[0019]
Further, according to the above configuration, the gain G1 can be set at the stage of adjusting the optical system, and by using the above-described method for each device, it is possible to suppress variation in compensation accuracy between devices.
[0020]
In the above optical disc device, the diffractive optical element may include a first diffraction grating in an area other than the area where the first diffraction grating is formed, at least in an area corresponding to a cross section of a light beam incident on the objective lens. A configuration in which a second diffraction grating having different diffraction directions and the same grating depth and duty ratio may be formed.
[0021]
According to the above configuration, in the 0th-order diffracted light (main beam) transmitted through the diffractive optical element, for example, the phase and amplitude of the light flux transmitted through the first diffraction grating and the light transmitted through the second diffraction grating are changed. No distribution occurs. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the S / N such as the crosstalk due to the generation of the side lobe of the focused spot on the optical disk.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
First, the configuration of the optical system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows an optical system in the pickup device of the optical disk device of the present embodiment.
[0023]
In this optical system, a semiconductor laser 1, a collimator lens 2, a diffractive optical element 3, a beam splitter 4, a beam splitter 4, an objective lens 5, and an optical disk 7 are arranged in an optical path until light from the light source reaches the optical disk. The centers of these optical elements are aligned on a straight line in a direction perpendicular to the surface of the optical disk 7. In an optical path perpendicular to the optical path starting from the beam splitter 4, a condenser lens 8, a cylindrical lens 9, and a photodetector 10 are arranged. The light emitted from the semiconductor laser 1 passes through the optical elements in the above configuration in order, and finally reaches the photodetector 10.
[0024]
Reference numeral 6a denotes an objective lens aperture (hereinafter, simply referred to as an aperture) formed on the aperture forming member 6. The aperture 6a is a circular hole, and the aperture forming member 6 holds the objective lens 5. The diameter of the aperture 6a corresponds to the effective diameter of the objective lens. Normally, the diameter of the aperture 6a is set smaller than the incident light beam, and has a function of blocking a portion of the incident light beam that is larger than the diameter of the aperture 6a. This is to produce a good circular beam when the cross section of the incident light beam is not perfectly circular. Another reason is that even when the shift of the objective lens 5 occurs, the light beam having passed through the aperture 6a enters the objective lens 5 in a circular state.
[0025]
The above-mentioned diffractive optical element 3 has a band-shaped diffraction grating 11 at the center as shown in FIG. The light beam incident on the diffractive optical element 3 includes a light beam (hereinafter, referred to as a main beam) composed of a zero-order diffracted light beam by the diffraction grating 11 and a transmitted light beam in a region other than the diffraction grating 11, and a ± 1st-order diffracted light beam (hereinafter, referred to as a main beam). (Hereinafter, referred to as a sub-beam). FIG. 4 shows the relationship between the main beam and the sub beam.
[0026]
In FIG. 3, reference numerals 12 and 13 denote incident light beams to the diffractive optical element 3, and the incident light beam 12 indicated by a circle having a small radius has a light beam diameter corresponding to the effective diameter of the objective lens 5. An incident light beam 13 indicated by a circle having a large radius is a light beam incident on the diffractive optical element 3 from the collimator lens 2. Note that the radial direction and the tangential direction indicated by arrows in the figure correspond to the radial direction and the tangential direction on the optical disk 7, respectively.
[0027]
Since the width of the diffraction grating 11 in the radial direction of the diffractive optical element 3 is, as shown in FIG. 2, the diffractive optical element 3 is arranged in a parallel light beam between the collimator lens 2 and the objective lens 5, When the ± 1st-order diffracted light diffracted by the grating 11 enters the objective lens 5 (on the entrance pupil plane of the objective lens 5), it matches the width α of the light beam.
[0028]
This width α is
λ: wavelength of light source
a: Effective diameter of objective lens
d: track pitch of the optical disk
NA: numerical aperture of the objective lens
And the condition
α ≦ λ × a / (2d × NA) (3)
Are satisfied.
[0029]
Next, the photodetector 10 will be described. The photodetector 10 includes three photodetectors 31 to 33, as shown in FIG. These photodetectors 31 to 33 have at least one dividing boundary line in a direction parallel to the tangential direction on the optical disk 7 in order to obtain a tracking error signal.
[0030]
A so-called astigmatism method is used for detecting the focus signal by the photodetector 10. Therefore, the photodetector 31 of the photodetectors 31 to 33 is divided into four for detecting the focus signal by the astigmatism method. As shown in FIG. 2, a cylindrical lens 9 is provided in front of the photodetector 10 for focus signal detection by the astigmatism method. Further, the cylindrical lens 9 is arranged such that the direction having the lens effect is inclined 45 degrees from the radial direction and the tangential direction on the optical disc 7. Therefore, the arrangement direction (in this case, the tangential direction) of the three laser beams on the optical disk 7 is different from the direction of the dividing line in the photodetectors 31 to 33 for obtaining the differential signal by 90 degrees.
[0031]
Further, the optical disk device includes an arithmetic circuit (arithmetic unit) 14 as shown in FIG. The arithmetic circuit 14 is for obtaining a tracking error signal having no DC component based on the differential signals output from the photodetectors 31 to 33 that have received the three laser beams.
[0032]
The arithmetic circuit 14 includes subtractors 50, 53, 54, 58, adders 51, 52, 56 and gain amplifiers 55, 57. The subtracter 50 obtains a differential signal from the outputs of the two divided areas a and b in the photodetector 32. The adders 51 and 52 convert the four signals output from the four divided areas c to f of the photodetector 31 into two signals. The subtractor 54 obtains a differential signal from the two signals. The subtractor 53 obtains a differential signal from the outputs of the two divided areas g and h of the photodetector 33. The gain amplifier 55 multiplies the output of the subtractor 53 by a gain G2. The adder 56 adds the output of the gain amplifier 55 and the output of the subtractor 50. The gain amplifier 57 multiplies the output of the adder 56 by a gain G1. The subtractor 58 outputs a differential signal between the output of the subtractor 54 and the output of the gain amplifier 57. Note that the directions in which differentials are taken in the photodetectors 31 to 33 are unified.
[0033]
In FIG. 1, each differential signal of the main beam and the sub beam is
TE1 (differential signal of main beam) = (c + d)-(e + f) (4)
TE2 (sub beam differential signal) = ab (5)
TE3 (sub beam differential signal) = gh (6)
Therefore, the tracking error signal TES is
TES = TE1−G1 · (TE2 + G2 × TE3) (7)
Is obtained.
[0034]
Here, if there is a concern that the objective lens 5 may be shifted by, for example, about b μm due to the eccentricity of the optical disk 7, for example, the light beam width α of the sub-beam is set to 4 b μm or more, in order to ensure the compensation up to the shift amount b μm. In equation (3)
α ≧ 4b (11)
It is necessary to add such a limitation. The reason will be described.
[0035]
In the present embodiment, the shift compensation of the objective lens 5 is performed by calculating the differential signals of the main beam and the sub beam as shown in the equations (4) to (6). In order to exhibit the performance of accuracy, the ratio of the DC component of the differential signal of the main beam and the DC component of the differential signal of the sub beam is constant with respect to a shift of a certain objective lens 5, that is, both light beams Is assumed to straddle the dividing boundary line on each of the photodetectors 31 to 33.
[0036]
However, when the shift amount of the objective lens 5 reaches a predetermined value (b μm), the sub-beam crosses over the dividing boundary of the photodetectors 32 and 33. This is because the width of the sub beam in the radial direction of the optical disk 7 is smaller than the width of the main beam, and the amount of movement of the sub beam on the photodetectors 31 to 33 is larger than the amount of movement of the main beam. . Here, the point that the movement amount of the sub beam is larger than that of the main beam will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (c).
[0037]
FIG. 5A shows the luminous flux of the main beam on the photodetector 31, FIG. 5B shows the luminous flux of the sub-beam on the photodetectors 32 and 33, and FIG. The positional relationship with the detectors 31 to 33 is shown. These figures show a state (objective lens 5b) shifted by OLs from a state where the objective lens 5 is at the neutral position (objective lens 5a).
[0038]
In this case, the center of the objective lens 5 moves by OLs from the neutral position 21a which coincides with the center of the light beam incident on the objective lens 5 as shown in FIG. Move to the position 21b indicated by the arrow. As shown in FIG. 5A, the center of the main beam moves by Ms1 from the neutral position 23a (main beam 24a) coinciding with the center of the photodetector 31, and moves to the position 23b (main beam 24b). I do. 24b1 indicates the center of the main beam 24b. Further, as shown in FIG. 5B, the sub beam moves by Ss1 from the neutral position 26a (sub beam 27a (28a)) coinciding with the centers of the photodetectors 32 and 33, and moves to the position 26b (sub beam 27b ( Move to 28b)). 27b1 (28b1) indicates the center of the sub beam 27b (28b).
[0039]
The ratio between the amount of movement of the main beam and the amount of movement of the sub-beam due to the shift of the objective lens 5 is determined by using the parameters shown in FIGS.
Ms1 / Ss1 = 1/2 (8)
Can be expressed as
[0040]
This relationship can be explained based on FIG. 5C as follows.
First, since the beam diameter of the main beam incident on the objective lens 5 is larger than the effective diameter of the objective lens 5, so-called shaking does not occur even when the objective lens 5 is shifted. Therefore, the center (position 21b) of the light beam immediately after passing through the aperture 6a after the shift of the objective lens 5 coincides with the center (position 21b) of the objective lens 5 (object lens 5b), and the light beam returning from the optical disk 7 Is the position 21b.
[0041]
On the other hand, since the light beam width of the sub beam in the radial direction of the optical disk is smaller than the effective diameter of the objective lens 5, the center (position 21 a) of the light beam immediately after passing through the aperture 6 a is shifted by the objective lens 5. It will deviate from the center (position 21b) of (objective lens 5b). Therefore, the center of the light beam returning from the optical disk 7 is located at the position 22.
[0042]
Note that, in the present specification, the above-mentioned “blur” refers to the relative positional relationship between the incident light beam and the aperture 6a of the objective lens 5 due to the shift of the objective lens 5 (the positional relationship in a plane perpendicular to the optical axis). As a result, the outermost part of the incident light beam passes through the inside of the aperture 6a. Specifically, as shown in FIG. 6A, when the “blur” does not occur, the light beam at the outermost periphery of the incident light beam B is incident on the aperture forming member 6. Thereby, the cross section of the light beam incident on the objective lens 5 becomes circular. On the other hand, as shown in FIG. 6B, when “blur” occurs, the light beam at the outermost periphery of the incident light beam B passes through the aperture 6a. As a result, the cross section of the light beam incident on the objective lens 5 has a shape lacking a circular shape, and consequently affects the condensed spot on the optical disk 7 (a minute spot is slightly blurred).
[0043]
For the above reasons, in FIGS. 5A and 5B, the luminous flux centers of the main beam (main beam 24b) and the sub beam (sub beam 27b (28b)) on the photodetectors 31 to 33 after the shift of the objective lens 5 are shown. Are at positions 23b and 26b, respectively, and the above equation (8) is established.
[0044]
FIGS. 9A and 9B show a state in which the sub beam has crossed over the dividing boundary of the photodetectors 32 and 33 due to the difference in the movement amount between the main beam and the sub beam. FIG. 9A shows the luminous flux of the main beam on the photodetector 31, and FIG. 9B shows the luminous flux of the sub-beams on the photodetectors 32 and 33. In this case, the center of the main beam moves by Ms2 from the neutral position 23a (main beam 24a) coinciding with the center of the photodetector 31, and as a result, moves to the position 23c (main beam 24c). 24c1 indicates the center of the main beam 24c. Further, the sub beam moves by Ss2 from the neutral position 26a (sub beam 27a (28a)) coinciding with the center of the photodetectors 32 and 33, and as a result, moves to the position 26c (sub beam 27c (28c)). Here, 27c1 (28c1) indicates the center of the sub beam 27c (28c). The light beam diameter of the main beam on the photodetector 31 matches the effective diameter of the objective lens 5, the width of the sub-beam in the radial direction of the optical disk 7 is α, and the shift amount of the objective lens 5 is b.
[0045]
In the above case, the relationship between the shift amount b of the objective lens 5 and the movement amount of the main beam due to the shift of the objective lens 5 is as follows.
Ms2 = b (12)
It is.
[0046]
When the objective lens 5 is shifted by the shift amount b, in FIG. 5C, the neutral position 21a of the center of the objective lens 5 and the center position of the light beam of the sub-beam returning from the optical disk 7 after the shift of the objective lens 5 22 is symmetrical with respect to the center position 21b of the objective lens 5 after the shift. Therefore, the relationship between the shift amount b of the objective lens 5 and the movement amount of the sub beam due to the shift of the objective lens 5 is as follows.
Ss2 = 2b (13)
It is. Also, as can be seen from FIG.
Ss2 = α / 2 (14)
It is.
[0047]
From the above equations (12) to (14), in order to ensure the compensation up to the shift amount b μm of the objective lens 5, the sub beam needs to straddle on the dividing boundary line. Therefore, the width α of the diffraction grating needs to be 4 bμm or more, and the condition at this time is the above-described equation (11).
[0048]
FIG. 10 shows the shift amount of the objective lens when the ± 1st-order diffracted light diffracted by the band-shaped diffraction gratings 11 having different widths enters the objective lens 5 and the tracking without being completely compensated by the arithmetic circuit (Equation (7)). The simulation result about the relationship with the track offset (= residual offset) generated as a result of the DC component remaining in the error signal TES is shown. Here, as an example, the case where the radial width of the optical disk 7 in the band-shaped diffraction grating 11 is 2.1 mm and the case where it is 1.2 mm were examined. As parameters for the simulation, parameters other than the width of the light beam (equivalent to the width of the diffraction grating 11 in the radial direction of the optical disk 7) are the same as those in the above-described simulation (FIG. 8).
[0049]
According to the above equation (11), the width of the light beam must be 1.2 mm or more to ensure the shift compensation of the objective lens 5 up to 300 μm. In this case, the widths of the light beams 1.2 mm and 2.1 mm satisfy Expression (11). Therefore, when these light beams are used, as shown in FIG. 10, the offset after compensation for the shift of the objective lens 5 up to 300 μm is suppressed to be small, and the shift for the objective lens 5 is surely compensated. .
[0050]
On the other hand, in order to ensure the shift compensation of the objective lens 5 up to 525 μm, the width of the light beam must be 2.1 mm or more. If this condition is erroneously set and the width of the light beam is set to 1.2 mm, which is narrower than 2.1 mm, the offset after compensation becomes sharply large when the objective lens 5 is shifted to 300 μm or more. For this reason, it can be seen that the shift of the objective lens 5 within 525 μm cannot be handled. From the above, it can be said that when the shift amount that can be reliably compensated for as the shift compensation mechanism of the objective lens 5 is known, the width of the light beam needs to be a design value according to the equation (11).
[0051]
In FIG. 10, the residual offset is accurately suppressed to around 0 within the range of the objective lens shift of b μm. This is because the gains G1 and G2 in the equation (7) are set correctly, and the DC component in the signal TES is canceled. Because it is done. Here, the gains G1 and G2 in the present invention will be described.
[0052]
The gain G1 is a coefficient for canceling each DC component of the main beam differential signal and the sub beam differential signal by shifting the objective lens. From the equation (7), it can be seen that the difference between the main beam differential signal and the sub beam when the DC component of the signal TES in the radial servo OFF state becomes 0 when the objective lens shift satisfying the equation (11) occurs. This is the ratio of the motion signals. The gain G2 is for eliminating unevenness in the amount of light between the sub beams.
[0053]
Next, a method for determining the gains G1 and G2 will be described.
The gain G1 depends on various parameters of the optical system and should be determined based on them. From this point, it is possible to determine the gain G1 at the design stage. In the prior art (Japanese Patent Laid-Open No. 10-162383), only the light amount ratio between the main beam and the sub beam is described as a determining factor of the gain G1, and the gain is set based on the ratio. However, this is insufficient. is there. According to the simulation performed in the present invention, it is known that the gain G1 depends not only on the light amount ratio but also on the RIM (peripheral portion) intensity of the incident light beam and the ratio of the width of the main beam and the sub beam in the radial direction.
[0054]
The simulation performed here will be described. The contents of the simulation are as follows: a model is created according to the actual optical system, and the differential signal of each of the main beam and the sub-beam when the objective lens shift satisfying the expression (11) is obtained. In this state, the gain G1 at which the DC component of the operation signal TES becomes 0 is calculated. Although G2 will be described later, G2 is set to 1 here. The simulation conditions are
Wavelength: 405 nm
NA of objective lens: 0.85
Track pitch: 0.32 μm
Thickness of cover layer on optical disc: 0.1 mm
Refractive index of cover layer on optical disk: 1.6
Effective diameter of objective lens: φ3mm
Light intensity ratio (main beam light intensity / sub beam light intensity): 6
The ratio of the width of the main beam and the sub beam in the radial direction and the RIM intensity were calculated as parameters. The results are shown in FIG. From this figure, the gain G1 that can suppress the DC component of the signal TES to 0 depends at least on the ratio of the width of the main beam and the sub beam in the radial direction and the RIM intensity. Therefore, the gain G1 can be obtained only by the light amount ratio (= 6). It turns out that it cannot be specified.
[0055]
From the above, to determine the gain G1 in the design stage, a simulation is performed based on the optical parameters of the optical system to be used, such as the ratio of the width of the main beam and the sub beam in the radial direction and the RIM intensity, and the radial servo is turned off. The gain G1 at which the DC component of the signal TES becomes 0 may be calculated backward. Here, for example, the RIM intensity is determined by the radiation angle of the semiconductor laser, and considering that there is a variation in the performance of each element, a simulation is performed based on the measured optical parameters of all the optical elements used. It is appropriate to perform the reverse calculation of the gain G1.
[0056]
Further, from the viewpoint that the gain G1 when the operation signal TES becomes 0 in the state of the radial servo OFF is the best value, the gain G1 can be determined at the stage of adjusting the optical system. In the adjustment stage after setting up the optical system, the value of the gain G1 is continuously changed while the objective lens is shifted so as to satisfy Expression (11) in a state where the radial servo is turned off. The gain G1 can be determined using the time when the operation signal becomes 0 as the best value of the gain G1. As described above, in consideration of the variation in the characteristics of each element, it is effective to use this adjustment method for each device to suppress the variation between the devices of the same device and, as a result, the variation in the compensation system. However, at this time, it should be noted that the focus servo is in the ON state, and the shift amount of the objective lens is within the range of Expression (11).
[0057]
Further, the gain G2 is determined by the light amount ratio between the sub beams. Therefore,
G2 = A2 / A3 (10)
As described above, it can be determined by normalizing the light amount of one sub-beam (in this case, the + 1st-order diffracted light) by the light amount of the other sub-beam. Note that the sub beam to be normalized may be + 1st-order diffracted light.
[0058]
Next, the compensation accuracy of the objective lens shift compensation in the above optical disk device will be described.
[0059]
FIG. 7 shows a conventional technique, that is, a compensation mechanism using a circular diffraction grating and a gain G1 as a light amount ratio. FIG. 8 shows this embodiment, that is, a band-shaped diffraction grating using an optical system. 12 is a simulation result when using a compensation mechanism calculated backward by a simulation based on the parameter of FIG. This is a simulation result of the residual offset after compensation when the objective lens is shifted so as to satisfy Expression (11) in a state where the radial servo is ON.
[0060]
The simulation conditions are
Wavelength: 405nm
NA of objective lens: 0.85
Track pitch: 0.32 μm
Thickness of cover layer on optical disc: 0.1 mm
Refractive index of cover layer on optical disk: 1.6
Effective diameter of objective lens: φ3mm
Radial width α: 2.1 mm when ± 1st-order diffracted light diffracted by the band-shaped diffraction grating enters the objective lens
Diameter when the ± 1st-order diffracted light diffracted by the circular diffraction grating enters the objective lens: 2.1 mm
And
[0061]
From FIGS. 7 and 8, it is clear that the residual offset amount after compensation when the objective lens is shifted in the range defined by the equation (11) is smaller in the present embodiment than in the related art. In particular, considering that the allowable offset in the high-density optical disk system defined by the above conditions is about 0.005 μm, the present embodiment provides a larger shift of the objective lens 5 than the conventional technique. This is effective because it can be handled and the offset can be suppressed smaller.
[0062]
Since the light is actually condensed on the photodetector 10 using the condensing optical system, the beam diameters on the photodetector 10 are different from those described above, however, the expression (11) is used. The condition of ()) does not change.
[0063]
Further, the diffraction grating 11 has a length such that the diffraction direction is the tangential direction of the optical disk 7 and the light diffracted at the longitudinal end of the band is not incident on the objective lens 5 (γ in FIG. 3). It has become. By setting as described above, the state in which the light flux after passing through the aperture is cut off (in the cross section of the diffracted light, the light beam at the outermost periphery does not enter the aperture forming member 6 but enters the aperture 6a) It can be avoided and can enter the objective lens while keeping the cross section of the light beam circular, and a minute spot can be formed.
[0064]
Next, the arrangement of the main and sub beams on the optical disk 7 is shown in FIG. As shown in the figure, the focused spots 42 and 43 of the sub beam are arranged in the tangential direction on the optical disk 7 with respect to the focused spot 41 of the main beam. Since the push-pull signal indicating the position information of the track 44 is not generated in the differential signal obtained from the sub-beam, the arrangement of the condensed spots 42 and 43 of the sub-beam on the track 44 may be arbitrary. For example, it may be arranged on a track 44 adjacent to the track 44 on which the condensing spot 41 of the main beam is located. In other words, it means that it is not necessary to precisely adjust the positions of the condensed spots 42 and 43 of the sub-beams on the track 44.
[0065]
However, when the converging spots 42 and 43 of the sub beam are arranged in the radial direction (the direction orthogonal to the direction of the track 44 in FIG. 12) with respect to the converging spot 41 of the main beam, the innermost track of the optical disc 7 When the focused spot 41 of the main beam is moved to the innermost track 44 in order to read / write to / from the 44, the focused spot 41 of the sub-beam on the inner peripheral side (focus Either of the spots 42 and 43) comes off the track 44. Therefore, it is desirable that the direction in which the condensing spots 41 to 43 are arranged is as parallel as possible to the tangential direction.
[0066]
Next, another example of the diffractive optical element will be described with reference to FIG.
The diffractive optical element 51 shown in the figure has two types of diffractive gratings 11 and 52, and has a band-shaped diffractive grating 11 at the center similarly to the diffractive optical element 3. Band-shaped diffraction gratings 52 are provided on both sides, that is, on both sides of the optical disk 7 in the radial direction with respect to the diffraction grating 11. The diffraction grating 52 is formed at least in a region corresponding to a cross section of the light beam 13 incident on the objective lens 5. In other words, the diffraction grating 52 corresponds to a portion of the diffractive optical element 51 other than the region where the diffraction grating 11 is formed, excluding at least the portion of the light beam incident on the objective lens 5 that is incident on the diffraction grating 11. It is formed so as to have a region to be formed. Thus, the incident light beam can enter without diffusing from the diffractive optical element 51.
[0067]
The diffraction grating 52 has a configuration in which the grating depth and the duty ratio are different from those of the diffraction grating 11, but the diffraction directions are different, and the light diffracted by the diffraction grating 52 does not affect the tracking error signal.
[0068]
Here, the duty has the following meaning. That is, the cross section of the diffraction grating has a periodic structure in which peaks and valleys are repeated, and the duty ratio means the ratio of the width of one peak and one valley. It is considered that the amount of phase difference that the 0th-order diffracted light receives from the diffraction grating changes depending on the duty ratio. Therefore, in the diffractive optical element 51 shown in FIG. 11, if the duty ratios of the diffraction grating 11 and the diffraction grating 52 are the same, no phase difference occurs between the 0th-order diffracted lights generated in the respective regions, It is considered that a phase difference occurs if the duty ratios are different. Here, it is desirable that no phase difference occurs.
[0069]
With the above configuration, in the 0th-order diffracted light (main beam) transmitted through the diffractive optical element 51, a distribution of phase and amplitude occurs between the light transmitted through the diffraction grating 11 and the light transmitted through the diffraction grating 52. Therefore, deterioration of S / N such as crosstalk due to generation of side lobes of the focused spot on the optical disk 7 can be suppressed.
[0070]
In the above embodiment, the diffractive optical elements 3 and 51 are arranged in a parallel light beam between the collimator lens 2 and the objective lens 5, and the light beams converge in the optical path from the diffractive optical elements 3 and 51 to the objective lens 5. -It does not diverge. Therefore, the width of the band-shaped diffraction grating 11 in the radial direction of the optical disk 7 and the ± 1st-order diffracted light diffracted by the diffraction grating 11 are incident on the objective lens 5 (on the entrance pupil plane of the objective lens 5). The width α of the light beam in the radial direction matches.
[0071]
However, the effect obtained by the present invention is not limited to such a configuration. For example, the diffractive optical elements 3 and 51 are arranged in the divergent light beam between the light source (semiconductor laser 1) and the collimator lens 2. It doesn't matter. Alternatively, a beam diameter conversion optical system such as a beam expander combining a convex lens and a concave lens may be arranged between the diffractive optical elements 3 and 51 and the objective lens 5.
[0072]
In these configurations, the width of the band-shaped diffraction grating 11 and the width α of the light flux when the ± 1st-order diffracted light (sub-beam) diffracted by the diffraction grating 11 enters the objective lens (on the entrance pupil plane of the objective lens) Will be different. In this case, when the ± first-order diffracted light (sub-beam) diffracted by the diffraction grating 11 enters the objective lens 5 (on the entrance pupil plane of the objective lens 5), the width α of the light beam satisfies the condition of Expression (2). What is necessary is just to set the width of the diffraction grating 11 to satisfy it.
[0073]
As described above, the tracking error signal generating method of the present invention generates a main beam and a sub-beam by diffracting a beam light, and converges both beams on a track of a recording medium by an objective lens. In the tracking error signal generating method for generating a tracking error signal from the output of the main beam and the output of the sub-beam of the photodetector that has received the return light, the gain G1 for determining the compensation accuracy is taken into account in the design stage in consideration of optical parameters. The configuration is determined and corrected based on a method of performing a simulation or an adjustment method of continuously changing the gain G1 so that the DC component of the signal TES becomes 0 in the adjustment stage.
[0074]
In the above optical disk device, when the diffraction grating of the diffractive optical element is a first diffraction grating, at least the area other than the area where the first diffraction grating is formed is incident on the objective lens. A second diffraction grating may be formed in a region corresponding to the cross section of the light beam, and the second diffraction grating and the first diffraction grating may be configured to have the same grating depth and duty ratio. As a result, it is possible to suppress the deterioration of S / N such as crosstalk due to generation of side lobes of the beam spot on the optical disk.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, the optical disc device of the present invention includes a light source, an objective lens, and a diffractive optical element arranged between the light source and the objective lens.
λ: wavelength of light source
a: Effective diameter of objective lens
d: track pitch of the recording medium
NA: numerical aperture of the objective lens
When the ± 1st-order diffracted light diffracted by the first diffraction grating formed on the diffractive optical element enters the objective lens, a radial width α satisfies the following condition;
α ≦ λ × a / (2d × NA)
When the 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light are condensed on the optical disk by the objective lens, and the returned light is detected on each photodetector, the photodetectors are directed in a direction perpendicular to the radial direction of the recording medium. Has at least one dividing boundary line in a direction corresponding to
The differential signal of the photodetector that has received the zero-order light is TE1 and the sum output is A1.
The differential signal of the photodetector receiving the +1 order light is TE2, and the sum output is A2
The differential signal of the photodetector receiving the primary light is TE3, and the sum output is A3.
When the gain G2 is G2 = A2 / A3,
The tracking error signal TES is calculated using the gain G1.
TES = TE1-G1 × (TE2 + G2 × TE3)
Optical disc device,
b: Objective lens shift amount
In this case, the width α of the ± 1st-order diffracted light in the radial direction satisfies 4b ≦ α.
[0076]
This makes it possible to suppress the residual offset after compensation for the shift of the objective lens that may occur in the optical disc within an allowable range.
[0077]
The above optical disk device may be configured to determine the gain G1 based on the RIM intensity of the 0th-order diffracted light and the ratio between the 0-time diffracted light and the width of the ± 1st-order diffracted light in the optical disc radial direction.
[0078]
Thus, the gain G1 that can suppress the DC component of the signal TES to 0 can be set, and the G1 can be determined at the design stage. Furthermore, if the above-mentioned setting is performed for each optical disk device based on the optical parameters of each element to be used, it is possible to suppress variation in compensation accuracy occurring for each optical disk device.
[0079]
The above optical disc apparatus continuously changes the gain G1 while shifting the objective lens in a state where the focus servo is on and the radial servo is off, and the time when the DC component of the arithmetic signal TES becomes 0 is set as the best value of the gain G1. It may be configured to be determined.
According to the above configuration, the DC component of the signal TES can be suppressed to 0 as much as possible in the radial servo ON state with respect to the shift of the objective lens satisfying the above α ≧ 4b. Thus, the residual offset remaining in the head can be more appropriately suppressed, and highly accurate tracking servo can be performed. That is, the DC component of the tracking error signal does not suddenly increase in response to the shift of the objective lens, and the residual offset amount remaining in the radial direction can be reduced by using a large-capacity optical disc system (a large-capacity optical disc and a recording / reproducing apparatus for this). System with a simple optical disk device) within the allowable range for stable operation.
[0080]
Further, according to the above configuration, the gain G1 can be set at the stage of adjusting the optical system, and by using the above-described method for each device, it is possible to suppress variation in compensation accuracy between devices.
[0081]
In the above optical disc device, the diffractive optical element may include a first diffraction grating in an area other than the area where the first diffraction grating is formed, at least in an area corresponding to a cross section of a light beam incident on the objective lens. A configuration in which a second diffraction grating having different diffraction directions and the same grating depth and duty ratio may be formed.
[0082]
According to the above configuration, in the 0th-order diffracted light (main beam) transmitted through the diffractive optical element, for example, the phase and amplitude of the light flux transmitted through the first diffraction grating and the light transmitted through the second diffraction grating are changed. No distribution occurs. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the S / N such as the crosstalk due to the generation of the side lobe of the focused spot on the optical disk.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a photodetector included in an optical disc device according to an embodiment of the present invention, and an arithmetic circuit for obtaining a tracking error signal from an output of the photodetector.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical system of an optical pickup device included in the optical disc device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a front view of the diffractive optical element shown in FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between a main beam and a sub beam generated by diffracting an incident light beam by the diffractive optical element shown in FIG.
5A is a schematic diagram illustrating movement of a main beam on a photodetector when a shift of an objective lens occurs, and FIG. 5B is a schematic diagram illustrating movement of the sub beam. FIG. 5C is a schematic diagram illustrating the difference in the amount of movement between the main beam and the sub beam in the above movement.
FIG. 6A is an explanatory view showing a case where a light beam at an outermost peripheral portion of an incident light beam is incident on an aperture forming member, and FIG. It is explanatory drawing which shows the case where it passes through inside.
FIG. 7 is a graph showing a simulation result of a relationship between a shift amount of an objective lens and an offset amount generated in a tracking error signal in a conventional compensation mechanism for a shift of an objective lens.
FIG. 8 is a graph showing a simulation result of a relationship between a shift amount of the objective lens and an offset amount generated in the tracking error signal in the compensation mechanism according to the embodiment of the present invention with respect to the shift of the objective lens.
FIG. 9A is a schematic diagram illustrating movement of a main beam on a photodetector when a sub-beam crosses over a division boundary of the photodetector due to a shift of an objective lens; (B) is a schematic diagram for explaining the movement of the sub-beam on the photodetector in the above case.
FIG. 10 shows the compensation mechanism according to the embodiment of the present invention for the shift of the objective lens when the radial width of the optical disk of the ± 1st-order diffracted light beam is 2.1 mm or 1.2 mm. 11 is a graph showing a simulation result on a relationship between an objective lens shift amount and a remaining track offset amount (residual offset).
FIG. 11 is a simulation of the relationship between the width ratio of the main beam and the sub beam and the gain G1 (when the DC component of the signal TES becomes 0) in the compensation mechanism according to the embodiment of the present invention for the shift of the objective lens. It is a graph which shows a result.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a positional relationship between condensed spots of a main beam and a sub beam on an optical disk in the optical disk device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a front view showing another example of the diffractive optical element shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor laser
3 Diffractive optical element
5 Objective lens
6a Objective lens aperture
7 Optical disk
10 Photodetector
11 diffraction grating
12 Effective diameter of objective lens
13 Diameter of light beam incident on diffraction grating
14 Arithmetic circuit (arithmetic unit)
31-33 Photodetector
51 Diffractive optical element
52 diffraction grating
55,57 gain amplifier

Claims (4)

光源と、
対物レンズと、
これら光源と対物レンズの間に配置された回折光学素子とを備え、
λ:光源の波長
a:対物レンズの有効径
d:記録媒体のトラックピッチ
NA:対物レンズの開口数
としたとき、該回折光学素子に形成された第1の回折格子によって回折された±1次回折光が対物レンズに入射する際のラジアル方向の幅αが以下の条件を満足し、
α ≦λ×a/(2d×NA)
0次回折光、±1次回折光それぞれが対物レンズによって光ディスク上に集光され、その戻り光が各光検出器上で検出される際、それら光検出器は、記録媒体のラジアル方向に直行する方向に相当する方向に少なくとも1本の分割境界線を有したものであり、
0次光を受光した光検出器の差動信号をTE1、和出力をA1
+1次光を受光した光検出器の差動信号をTE2、和出力をA2
−1次光を受光した光検出器の差動信号をTE3、和出力をA3
ゲインG2を
G2=A2/A3
としたとき、
ゲインG1を使用して、トラッキングエラー信号TESを
TES=TE1−G1×(TE2+G2×TE3)
とする光ディスク装置において、
b:対物レンズシフト量
としたときに、±1次回折光のラジアル方向の幅αは、
4b≦α
を満足することを特徴とする光ディスク装置。
A light source,
An objective lens,
With a diffractive optical element arranged between these light sources and the objective lens,
λ: wavelength of light source a: effective diameter of objective lens d: track pitch of recording medium NA: numerical aperture of objective lens ± 1st time diffracted by the first diffraction grating formed in the diffractive optical element The width α in the radial direction when the folded light is incident on the objective lens satisfies the following conditions,
α ≦ λ × a / (2d × NA)
When the 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light are condensed on the optical disk by the objective lens, and the returned light is detected on each photodetector, the photodetectors are directed in a direction perpendicular to the radial direction of the recording medium. Has at least one dividing boundary line in a direction corresponding to
The differential signal of the photodetector that has received the zero-order light is TE1 and the sum output is A1.
The differential signal of the photodetector receiving the +1 order light is TE2, and the sum output is A2
The differential signal of the photodetector receiving the primary light is TE3, and the sum output is A3.
When the gain G2 is G2 = A2 / A3
And when
Using the gain G1, the tracking error signal TES is calculated as TES = TE1−G1 × (TE2 + G2 × TE3)
Optical disc device,
b: When the shift amount of the objective lens is set, the width α in the radial direction of the ± first-order diffracted light is
4b ≦ α
An optical disk device characterized by satisfying the following.
0次回折光のRIM強度、および0時回折光と±1次回折光における光ディスクラジアル方向の幅の比とに基づいてゲインG1を決定することを特徴とする請求項1に記載の光ディスク装置。2. The optical disk device according to claim 1, wherein the gain G1 is determined based on the RIM intensity of the 0th-order diffracted light and the ratio of the width of the 0th-order diffracted light and the ± 1st-order diffracted light in the radial direction of the optical disc. フォーカスサーボON、ラジアルサーボOFFの状態で対物レンズをシフトさせながらゲインG1を連続的に変化させ、前記演算信号TESのDC成分が0になる時をゲインG1の最良値として決定することを特徴とする請求項1に記載の光ディスク装置。The gain G1 is continuously changed while shifting the objective lens with the focus servo ON and the radial servo OFF, and the time when the DC component of the arithmetic signal TES becomes 0 is determined as the best value of the gain G1. The optical disk device according to claim 1, wherein 前記回折光学素子には、第1の回折格子が形成された領域以外の領域における、少なくとも対物レンズへの入射光束の断面に相当する領域に、第1の回折格子とは回折方向が異なり、格子深さおよびデューティー比が等しい第2の回折格子が形成されていることを特徴とする請求項1記載の光ディスク装置。The diffractive optical element has a diffraction direction different from that of the first diffraction grating, at least in a region other than the region where the first diffraction grating is formed, corresponding to a cross section of a light beam incident on the objective lens. 2. The optical disk device according to claim 1, wherein a second diffraction grating having the same depth and the same duty ratio is formed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009230833A (en) * 2008-03-25 2009-10-08 Sanyo Electric Co Ltd Optical pickup device

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