JP4384248B2 - Optical pickup and optical information recording apparatus or reproducing apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、光学的情報記録媒体(以下説明を簡略化するため、この光学的情報記録媒体を光ディスクと記す。)の記録面上に照射された光スポットにより、前記光ディスクに情報信号を記録、または既に記録された情報の再生をおこなう機能を有する光ピックアップおよびその光ピックアップを搭載した光学的情報記録または再生装置に係る。 The present invention records an information signal on the optical disc by a light spot irradiated on a recording surface of an optical information recording medium (for the sake of simplicity, this optical information recording medium will be referred to as an optical disc). Alternatively, the present invention relates to an optical pickup having a function of reproducing already recorded information and an optical information recording or reproducing apparatus equipped with the optical pickup.
光ピックアップは、一般に光ディスク内にある所定の記録トラック上に正しく集光スポットを照射するため、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を検出し、これら各エラー信号を用いて対物レンズの位置制御をおこなう構成になっている。このうちトラッキングエラー信号の検出方式としては、3スポット方式、プッシュプル方式、差動プッシュプル方式等が代表的な検出方式として知られている。(以下、説明を簡略化するため、便宜上この差動プッシュプル方式を従来型DPP方式と記す。)
特に従来型DPP方式は、比較的簡略な光学系によって感度の高いトラッキングエラー信号が検出できるうえ、対物レンズの変位や光ディスクの傾きなどに起因するトラッキングエラー信号のオフセットが良好に除去された信頼性の高いトラッキングエラー信号を検出できるという利点があり、近年、追記型もしくは書き換え型光ディスクに対応した光ピックアップを中心に広く採用されている方式である。(例えば、特許文献1参照)
ここで従来型DPP方式によるトラッキングエラー信号検出原理について簡単に説明する。従来型DPP方式を用いた光ピックアップでは、例えば図2に示すように、半導体レーザ光源1とハーフミラー3の間の光路中に回折格子2を配置している。この回折格子2は、一般に例えば図3に示すように一定の周期で等間隔に刻まれた直線状の格子溝を有し、半導体レーザ光源1から発した光束から0次光束および±1次回折光束の少なくとも合計3本の光束を回折分離する機能を備えている。そしてこれら3本の光束は、それぞれハーフミラー3、コリメートレンズ4、対物レンズ5を経てそれぞれ独立に集光され、図4の左側の図に示すように光ディスク10の信号記録面上に3個の集光スポット100、101、102を形成する。この時、3個の集光スポット100、101、102は、光ディスク10の半径方向、すなわち該光ディスク10の記録面上に周期的に設けられた案内溝11を垂直によぎる方向に関する照射位置間隔δが該案内溝11の周期(以下説明を簡略化するため、便宜上この案内溝周期をトラックピッチと記す。)Tpの略2分の1に一致するよう、回折格子を光軸回りに回転調整するなどの手段によってその照射位置が調整されている。そして前記各集光スポットの光ディスク反射光束は、再び対物レンズ5、コリメートレンズ4、ハーフミラー3に達する。そして一部の光量がこのハーフミラーを透過後、検出レンズ6を経て光検出器20に入射する。
In general, an optical pickup detects a focus error signal and a tracking error signal in order to correctly irradiate a focused spot on a predetermined recording track in an optical disc, and controls the position of the objective lens using these error signals. It has become. Of these, as a tracking error signal detection method, a three-spot method, a push-pull method, a differential push-pull method, and the like are known as representative detection methods. (Hereinafter, for the sake of simplicity, this differential push-pull method is referred to as a conventional DPP method for convenience.)
In particular, the conventional DPP method can detect a highly sensitive tracking error signal with a relatively simple optical system, and can reliably eliminate the tracking error signal offset caused by the displacement of the objective lens or the tilt of the optical disk. In recent years, this method is widely used mainly for optical pickups compatible with write-once or rewritable optical discs. (For example, see Patent Document 1)
Here, the principle of detecting a tracking error signal by the conventional DPP method will be briefly described. In an optical pickup using the conventional DPP method, for example, as shown in FIG. 2, a
この光検出器20には、例えば図4の右側の図に示すように、3個の2分割もしくは4分割受光面20a、20b、20cが配置されており、前記光ディスク反射光は各々独立に所定の受光面に入射し、それぞれ検出光スポット200、201、202を形成する。そして、この各受光面からの光電変換信号を減算器50a、50b、50cによってそれぞれ減算処理することにより、検出光スポット200、201、202それぞれごとにプッシュプル方式によるトラッキングエラー信号(以下説明を簡略化するため、便宜上この信号を単純にプッシュプル信号と記す。)が検出される。
For example, as shown in the diagram on the right side of FIG. 4, the
このとき光ディスク10上に集光されているメイン光スポット100に対応する検出光スポットを200、サブスポット101、102に対応する検出光スポットをそれぞれ201、202とし、これらの各検出光スポットから得られるプッシプル信号をSa、Sb、Scで表すと、光ディスク上の集光スポット100、101、102の位置関係から明らかに、プッシュプル信号SaとSbおよびScは、その位相が互いに約180度ずれている。すなわち、プッシュプル信号SaとSbおよびSaとScは、互いにその信号波形が逆相になって出力される。(SbとScは同位相。)したがって、この信号SaからSbとScの和信号を減算処理しても信号成分は打ち消されることなく、逆に増幅させることができる。
At this time, the detection light spot corresponding to the
一方、対物レンズの変位や光ディスクの傾きなどが生じると、それに起因して各プッシュプル信号に所定のオフセット成分が発生するが、このオフセット成分は明らかにディスク面上の集光スポット位置に関係なくSa、Sb、Scのいずれも同じ極性で発生する。したがって上記のような減算処理を行うと、各プッシュプル信号に含まれるオフセット成分だけが選択的に打ち消し合い、結果的にオフセット成分だけが完全に除去または大幅に低減された良好なトラッキングエラー信号を検出することができる。 On the other hand, when the displacement of the objective lens or the tilt of the optical disk occurs, a predetermined offset component is generated in each push-pull signal due to this, but this offset component is obviously independent of the focused spot position on the disk surface. All of Sa, Sb, and Sc are generated with the same polarity. Therefore, when the subtraction process as described above is performed, only the offset component included in each push-pull signal selectively cancels out, resulting in a good tracking error signal in which only the offset component is completely removed or greatly reduced. Can be detected.
すなわち、例えば図4の右側プッシュプル信号SbとScを加算器51によって加算処理し、さらにこの加算処理後の信号を増幅器52によって適当に増幅したのちに、減算器53によってメイン光スポット100のプッシュプル信号Saから減算処理することにより、このプッシュプル信号Saに含まれる上記オフセット成分を完全に除去または大幅に低減し、振幅だけを増幅させた良好なトラッキングエラー信号が出力されるわけである。
That is, for example, the right push-pull signals Sb and Sc in FIG. 4 are added by the
以上が従来型DPP方式の検出原理に関する概略説明である。なおこの従来型DPP方式は下記特許文献1等で開示された既に公知の技術であるためこれ以上の詳細な説明は省略する。
The above is a schematic description of the detection principle of the conventional DPP method. Since this conventional DPP method is a known technique disclosed in the following
上記したように従来型DPP方式は、比較的簡略な検出光学系によって感度の高いトラッキングエラー信号が検出できるうえ、対物レンズの変位や光ディスクの傾きなどに起因するトラッキングエラー信号のオフセット成分を完全に除去または大幅に低減することができるという特長があり、特に追記型や書き換え型光ディスクのように周期的に案内溝が設けられた光ディスクに適応した光ピックアップのトラッキングエラー信号検出方式として非常に有効である。 As described above, the conventional DPP method can detect a highly sensitive tracking error signal with a relatively simple detection optical system, and completely eliminates the offset component of the tracking error signal caused by the displacement of the objective lens or the tilt of the optical disk. It has the feature that it can be removed or greatly reduced, and it is very effective as a tracking error signal detection method for optical pickups that are especially suitable for optical disks with periodic guide grooves such as write once and rewritable optical disks. is there.
しかしながら一方で、この従来型DPP方式は以下に示すような実用上の問題点も抱えている。すなわち従来型DPP方式では上記したように、光ディスク上に照射される3個の集光スポットの照射位置間隔δをその光ディスクのトラックピッチTpの2分の1に合わせる必要がある。したがって、逆にトラックピッチが集光スポット間隔δの2倍から大きくはずれるような光ディスクに対しては、良好にトラッキングエラー信号を検出することができなくなってしまう。 However, this conventional DPP method also has practical problems as described below. That is, in the conventional DPP method, as described above, it is necessary to match the irradiation position interval δ of the three focused spots irradiated on the optical disc to one half of the track pitch Tp of the optical disc. Accordingly, a tracking error signal cannot be detected satisfactorily for an optical disc whose track pitch deviates greatly from twice the focused spot interval δ.
例えば、現在急速に需要が伸びている追記型もしくは書き換え型のDVD系光ディスクとして、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RWなどがあるが、このうちDVD−RAMは、そのトラックピッチが約1.48μmで記録容量が約2.6GBのタイプ(RAM1)と、トラックピッチが約1.23μmで記録容量が約4.7GBのタイプ(RAM2)の2種類が存在する。一方、DVD−RおよびDVD−RWのトラックピッチは0.74μmで、DVD−RAM1ディスクのトラックピッチのちょうど半分になっている。 For example, there are DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, and the like as write-once or rewritable DVD optical disks whose demand is rapidly increasing. Of these, DVD-RAM has a track pitch of about 1. There are two types: .48 μm and a recording capacity of about 2.6 GB (RAM1) and a track pitch of about 1.23 μm and a recording capacity of about 4.7 GB (RAM2). On the other hand, the track pitch of DVD-R and DVD-RW is 0.74 μm, which is exactly half the track pitch of DVD-RAM1 disc.
最近は、1台でこれら複数種類の光ディスクの記録あるいは再生に全てに適用できる光ピックアップの実用化が強く望まれている。しかしながら従来型DPP方式では、例えばDVD−RAMディスクで最適のトラッキングエラー信号が検出できるように3個の集光スポットの配置間隔を調整してしまうと、DVD−RやDVD−RWディスクに対しては、3個の集光スポットの配置間隔がディスクのトラックピッチそのものにほぼ一致してしまい、従来型DPP方式によるトラッキングエラー信号を検出することが困難になってしまう。すなわち、同一の光ピックアップでトラックピッチが異なる複数種類の光ディスクに対応させようとすると、ディスクの種類によっては、従来型DPP方式を用いて良好なトラッキングエラー信号を検出することが困難になってしまう場合がある。 In recent years, there has been a strong demand for practical use of an optical pickup that can be applied to all of the recording or reproduction of these plural types of optical disks with a single unit. However, in the conventional DPP method, for example, if the arrangement interval of the three converging spots is adjusted so that an optimal tracking error signal can be detected by a DVD-RAM disc, the DVD-R disc or the DVD-RW disc can be used. Since the arrangement interval of the three focused spots substantially coincides with the track pitch of the disk itself, it becomes difficult to detect a tracking error signal by the conventional DPP method. In other words, when trying to support a plurality of types of optical discs having different track pitches with the same optical pickup, it becomes difficult to detect a good tracking error signal using the conventional DPP method depending on the type of the disc. There is a case.
このような問題に対して最近、従来型DPP方式の利点を生かしつつディスクのトラックピッチの違いに依存せず、どのようなトラックピッチを有する光ディスクに対しても常に良好なトラッキングエラー信号が検出できる新しいトラッキングエラー信号検出方式が提案されている。(例えば、特許文献2等参照)
この特許文献2に開示されているトラッキングエラー信号検出方式は、前述した従来型DPP方式とほぼ同様の検出光学系でトラッキングエラー信号が検出できるが、唯一異なる点は、レーザ光源を発した光束を3本の光束に回折分離する回折格子として、例えば図5に示すように略半面27に形成された格子溝の周期構造の位相がもう一方の略半面28に形成された格子溝の周期構造の位相に対して略180度ずれた特殊な周期構造をもった回折格子26を用いる点である。本方式の具体的な検出原理については下記特許文献2に詳細に記載されているのでここでは省略するが、このような特殊な周期構造の格子溝パターンを持った回折格子26を図2における回折格子2と同様の位置に配置すると、図6の左側の図に示すように光ディスク10上に照射された3個の集光スポットを従来型DPP方式とは違って全く同一の案内溝11上を照射するように配置しても、図6の右側の図に示すようにメイン光スポット100に対応する検出光スポット200から検出されるプッシュプル信号Saとサブスポット101、102のそれぞれに対応する検出光スポット201,202から検出されるプッシュプル信号SbおよびScは、互いにその信号波形が逆位相になって出力される。(SbとScは同位相。)したがって従来型DPP方式と全く同様の演算回路によって従来型DPP方式と全く同様のトラッキングエラー信号が検出できるようになる。
Recently, a good tracking error signal can always be detected for an optical disc having any track pitch without relying on the disc track pitch difference while taking advantage of the conventional DPP method. A new tracking error signal detection method has been proposed. (For example, see
The tracking error signal detection method disclosed in
このように上記方式は、同一の案内溝上に3個の集光スポットを同時に照射しても従来型DPP方式と同様の差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号を検出できることから、結果的にディスクのトラックピッチの違いに全く依存せず、常トラッキングオフセットが良好に除去されたトラッキングエラー信号を検出することできる。 As described above, the above method can detect a tracking error signal by the differential push-pull method similar to the conventional DPP method even if three focused spots are simultaneously irradiated on the same guide groove. It is possible to detect a tracking error signal from which the tracking offset is satisfactorily removed without depending on the difference in track pitch.
このように、特許文献2に開示された新しいトラッキングエラー信号検出方式(以下説明を簡略化しかつ本発明の主旨を明確化するため、このトラッキングエラー信号検出方式をインライン型DPP方式と記す。)は、従来型DPP方式と同様の演算回路を用い、かつ従来型DPP方式の利点を生かしつつ、従来型DPPで問題となっていた光ディスクのトラックピッチ依存性を解消し、異なるトラックピッチを有する複数種類の光ディスクに対しても同一の光ピックアップで常に良好なトラッキングエラー信号を検出できるという大きな利点を有している。 As described above, the new tracking error signal detection method disclosed in Patent Document 2 (in order to simplify the description and clarify the gist of the present invention, this tracking error signal detection method is referred to as an inline DPP method). Multiple types having different track pitches by using the same arithmetic circuit as the conventional DPP method and eliminating the track pitch dependency of the optical disk, which has been a problem with the conventional DPP, while taking advantage of the conventional DPP method This optical disc has the great advantage that a good tracking error signal can always be detected with the same optical pickup.
しかしながら、上記インライン型DPP方式には実用上以下に示すような重大な問題点がある。 However, the inline DPP method has the following serious problems in practice.
すなわちインライン型DPP方式では、対物レンズがディスクの記録トラックに略直交する方向(以下説明を簡略化するため、この方向をトラッキング方向と記す。)に変位すると、その変位量に応じて検出されるトラッキングエラー信号の振幅が大幅に低下してしまうという問題が起こる。このような対物レンズのトラッキング方向変位に伴うトラッキングエラー信号の特性劣化を一般にトラッキングエラー信号の視野特性と称するが、前記インライン型DPP方式は、このトラッキングエラー信号の視野特性が従来型DPP方式比較して著しく悪い。このため従来のインライン型DPP方式を用いて実用的なトラッキングエラー信号を得るためには、対物レンズの許容変位幅を非常に狭い範囲に限定せざるを得ず、光ピックアップの実用性能が大きく阻害されるのが実情であった。 That is, in the in-line type DPP method, when the objective lens is displaced in a direction substantially orthogonal to the recording track of the disc (hereinafter, this direction will be referred to as a tracking direction for simplification), it is detected according to the amount of displacement. There arises a problem that the amplitude of the tracking error signal is greatly reduced. Such characteristic deterioration of the tracking error signal due to the displacement of the objective lens in the tracking direction is generally referred to as the visual field characteristic of the tracking error signal. The inline DPP method has a visual field characteristic of the tracking error signal as compared with the conventional DPP method. Remarkably bad. For this reason, in order to obtain a practical tracking error signal using the conventional inline DPP method, the allowable displacement width of the objective lens must be limited to a very narrow range, which greatly impedes the practical performance of the optical pickup. It was the actual situation.
しかも、従来このようなインライン型DPP方式の視野特性劣化の問題についてはどの公知文献も一切言及しておらず、したがって当然のことながらその改善手段も一切開示されていない。 In addition, no known document has been mentioned at all about the problem of deterioration in visual field characteristics of such an in-line DPP method, and therefore no improvement means is disclosed.
本発明の目的は、以上のような状況に鑑み、前記したようなインラインDPP方式の利点を保持したままインラインDPP方式における最大の問題点であるトラッキングエラー信号視野特性劣化の問題を改善し、ディスクのトラックピッチの違いや対物レンズのトラッキング方向変位への依存が少なく、トラックピッチが異なる複数種類の光ディスクに対して常にトラッキングオフセットが良好に除去された実用的なトラッキングエラー信号を検出することができる新しいトラッキングエラー信号検出手段を提供することにある。またこの新しいトラッキングエラー信号検出手段を用いた光ピックアップあるいは光学的情報記録または再生装置を提供することにある。り、特にそのトラッキングエラー信号検出手段の汎用性および信頼性の向上に有効な発明である。 An object of the present invention is to improve the tracking error signal visual field characteristic degradation problem which is the biggest problem in the inline DPP method while maintaining the advantages of the inline DPP method as described above, in view of the above situation, It is possible to detect a practical tracking error signal in which the tracking offset is always well removed for a plurality of types of optical discs with different track pitches, with little dependence on the track pitch difference and tracking direction displacement of the objective lens. It is to provide a new tracking error signal detection means. Another object of the present invention is to provide an optical pickup or optical information recording / reproducing apparatus using the new tracking error signal detecting means. In particular, the invention is effective for improving the versatility and reliability of the tracking error signal detecting means.
上記目的を実現するため本発明では、まずレーザ光源と該レーザ光源を発したレーザ光束を少なくとも3本の光束に分岐する光分岐手段と前記3本の光束を集光して光ディスクの記録面上に各々独立した3個の集光スポットを照射する集光光学系と前記3個の集光スポットの前記光ディスクからの反射光を各々2分割以上に分割された受光面で受光するように配置された光検出器とを具備した光ピックアップにおいて、
前記光分岐手段として、第1及び第2及び第3の少なくとも3つの領域に分割され各領域内で所定の周期構造を備えた回折格子であって、前記第1の領域は前記第2の領域と第3の領域の間に配置され、かつ前記第2の領域内では前記第1の領域内に備えられた周期構造の位相に対して略90度異なる位相を有する周期構造を備えるとともに前記第3の領域内では前記第2の領域内に備えられた周期構造の位相に対して略180度異なる位相を有する周期構造を備えた回折格子を設けた。
In order to achieve the above object, in the present invention, first, a laser light source, a light branching means for branching the laser light beam emitted from the laser light source into at least three light beams, and the three light beams are condensed on the recording surface of the optical disk. Are arranged so as to receive the reflected light from the optical disc of the three focused spots and the three focused spots on a light receiving surface divided into two or more parts. In an optical pickup equipped with a photo detector,
The light branching means is a diffraction grating that is divided into at least three regions of first, second, and third and has a predetermined periodic structure in each region, wherein the first region is the second region And the third region, and the second region includes a periodic structure having a phase that is approximately 90 degrees different from the phase of the periodic structure provided in the first region. In the
また前記光ディスクの記録面上に照射される3個の集光スポットを前記光ディスクの記録面上に周期的に設けられた案内溝に対して略直交する方向に関して略ゼロもしくは前記案内溝周期の略整数倍の間隔で配置した。 Further, the three focused spots irradiated on the recording surface of the optical disc are substantially zero in the direction substantially orthogonal to the guide grooves periodically provided on the recording surface of the optical disc or substantially the guide groove period. Arranged at intervals of integer multiples.
さらに光学的情報記録装置または再生装置として、前記した光ピックアップと、該光ピックアップ内に具備された前記光検出器の各受光面からの出力された信号に所定の演算処理を施すことにより、差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号を検出する機能を備えたトラッキングエラー信号検出装置を少なくとも具備した。 Further, as an optical information recording apparatus or reproducing apparatus, a predetermined arithmetic process is applied to the above-described optical pickup and signals output from the respective light receiving surfaces of the photodetector provided in the optical pickup, thereby obtaining a difference. At least a tracking error signal detection device having a function of detecting a tracking error signal by a dynamic push-pull method is provided.
さらに、光学的情報記録装置または再生装置として、レーザ光束を主光束と少なくとも2本以上の副光束に分岐し、複数本ある副光束の各々に関する前記プッシュプル信号のうち一部もしくは全部加算したのち所定の増幅率Kで増幅し、主光束に関するプッシュプル信号から減算することによって差動プッシュプル信号を生成する差動プッシュプル信号生成回路とを少なくとも備え、かつ前記光学的情報記録媒体内に設けられた前記案内溝の配置間隔の違いに応じて前記増幅率Kを可変とする構成とした。 Further, as an optical information recording apparatus or reproducing apparatus, the laser beam is branched into a main beam and at least two or more sub-beams, and a part or all of the push-pull signals for each of the plurality of sub-beams are added. A differential push-pull signal generation circuit that amplifies at a predetermined amplification factor K and generates a differential push-pull signal by subtracting from the push-pull signal related to the main light flux, and is provided in the optical information recording medium The amplification factor K is variable according to the difference in the arrangement interval of the guide grooves.
以上述べたように、本発明によれば、トラックピッチが異なる複数種類の光ディスクの記録、再生において、対物レンズの変位に伴うトラッキングエラー信号の振幅劣化や残留するオフトラック量が良好に改善された実用的なトラッキングエラー信号を検出できるので、高汎用性、高信頼性を備えた光ピックアップやそれを用いた光学的情報記録または再生装置を実現することができる。 As described above, according to the present invention, the amplitude deterioration of the tracking error signal accompanying the displacement of the objective lens and the remaining off-track amount are satisfactorily improved in recording and reproduction of a plurality of types of optical disks having different track pitches. Since a practical tracking error signal can be detected, an optical pickup having high versatility and high reliability and an optical information recording or reproducing apparatus using the optical pickup can be realized.
図1は本発明の光ピックアップの一例を示した概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an optical pickup according to the present invention.
図中の1は半導体レーザ光源、3はハーフミラーまたはビームスプリッタ、4はコリメートレンズ、5は対物レンズ、6は検出レンズ、10は光ディスク、20は所定のパターンで多分割された受光面をもつ光検出器である。対物レンズ5はレンズホルダー15内に固定され、所定の磁気回路によって構成された2次元アクチュエータ25によって光軸に沿った方向(以下、この方向をフォーカス方向と記す。)とトラッキング方向の2方向に駆動するようになっている。
In the figure, 1 is a semiconductor laser light source, 3 is a half mirror or beam splitter, 4 is a collimating lens, 5 is an objective lens, 6 is a detection lens, 10 is an optical disk, and 20 has a light receiving surface that is divided into a plurality of predetermined patterns. It is a photodetector. The
半導体レーザ1とハーフミラー3の間に配置されているのが、本発明で用いられる特殊回折格子30である。半導体レーザ1を発したレーザ光は、この特殊回折格子30によって0次光および±1次回折光の少なくとも3本の光束(図示せず。)に回折分離した後、ハーフミラー3を反射してコリメートレンズ4を経て対物レンズ5に達し、この対物レンズ5によって各々独立に光ディスク10の記録面上に集光されて3個の集光スポットを形成する。
Disposed between the
この時光ディスク10の記録面上に集光される3個の集光スポット100および101、102は、図8の左側の図に示すように、光ディスク10上に周期的に設けられた案内溝11のうち全く同一の案内溝上に同時に照射されるよう略一直線状に配置されている。
At this time, the three
そして各集光スポットのディスク反射光は、往路とほぼ同様の光路を逆にたどり対物レンズ5、コリメートレンズ4を経てハーフミラー3に到達したのち、その光量の一部がハーフミラー3を透過し、検出レンズ6を経て多分割光検出器20内に設けられた所定の受光面に入射する。そして多分割光検出器20内の各受光面から得られた検出信号から所定の演算回路を経てフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などの対物レンズ位置制御信号および光ディスク10の記録面に記録された情報信号などが検出される。この時トラッキングエラー信号については、図8の右側の図に示すように、多分割光検出器20の各受光面20a,20b,20cで検出された信号から減算器50a,50b,50cおよび加算器51、増幅器52、減算器53など従来型DPP方式と全く同様の演算回路を経て検出される。
Then, the disc reflected light of each condensing spot follows the optical path substantially the same as the forward path in reverse, reaches the
ところで、図4、図6、図8で示した例では、いずれも光検出器が少なくともディスクの半径方向に直交する方向、いわゆるディスクの接線方向に対応する方向に2分割された受光面を有し、この2分割受光面の各々からの出力信号の差から各集光スポットのプッシュプル信号を検出する構成になっている。通常、プッシュプル信号はディスクの半径方向に対応する方向に2分割された受光面からの出力信号の差信号から検出されるのが一般的である。しかしながら、図4、図6、図8に示した例はいずれもフォーカスエラー信号の検出方式として非点収差方式を採用した例を示しているため、検出器の受光面上の光スポットは強度分布が光軸回りに略90度回転してしまっている。このためプッシュプル信号は各図に示すように、ディスクの接線方向に対応する方向に2分割された受光面からの出力信号の差から検出するようになっている。なお、上記したような非点収差方式によるフォーカスエラー信号検出手段とプッシュプル方式あるいは差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号検出手段を組み合わせた場合の検出器受光面配置の特長については、既に公知の内容であり本発明とは直接的な関係が無いので、これ以上の詳細な説明は省略する。 In the examples shown in FIGS. 4, 6, and 8, the photodetector has a light receiving surface that is divided into two at least in a direction perpendicular to the radial direction of the disk, that is, in a direction corresponding to the so-called tangential direction of the disk. The push-pull signal of each focused spot is detected from the difference between the output signals from each of the two divided light receiving surfaces. In general, the push-pull signal is generally detected from the difference signal of the output signals from the light receiving surface divided into two in the direction corresponding to the radial direction of the disk. However, since the examples shown in FIGS. 4, 6, and 8 all employ an astigmatism method as a focus error signal detection method, the light spot on the light receiving surface of the detector has an intensity distribution. Has rotated about 90 degrees around the optical axis. For this reason, the push-pull signal is detected from the difference between the output signals from the light receiving surface divided in two in the direction corresponding to the tangential direction of the disk, as shown in each figure. The features of the detector light-receiving surface arrangement when combining the focus error signal detection means using the astigmatism method and the tracking error signal detection means using the push-pull method or the differential push-pull method as described above are already known. Since the contents are not directly related to the present invention, further detailed description is omitted.
ところで、上記のように図1や図8で示した本発明の第1の実施例は、図6等によって既に紹介した従来のインライン型DPP方式を用いた光ピックアップとほぼ同一の光学系構成および集光スポット配置になっているが、半導体レーザ1とハーフミラー3の間に設けられた特殊回折格子30の格子パターンが特に異なっている。
By the way, as described above, the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 8 has almost the same optical system configuration and optical system configuration as the conventional optical pickup using the inline DPP method already introduced by FIG. Although it is a condensing spot arrangement, the grating pattern of the
図7は、本発明で用いられる回折格子30の格子パターンを示した斜視図である。回折格子30の格子面には一定の周期で格子溝が形成されているが、その格子面は図のように格子溝が刻まれている方向に対して直交する分割線で少なくとも3つの領域に分割されている。すなわち光ディスク10のトラッキング方向に相当する方向に少なくとも3つの領域31、32、33に分割されているわけである。このうち中央部の領域32は所定の幅Wをもっている。またこの中央部領域32内に周期的に設けられている格子溝の位相に対して領域32に隣接する領域31内に周期的に設けられている格子溝の位相は+90度ずれている。すなわち、領域31内に設けられている格子溝は中央部領域32内に設けられている格子溝に対して格子溝周期の約4分の1分だけ配置がずれているわけである。一方、反対側に隣接している領域33内に設けられている格子溝の位相は中央部領域32内に設けられている格子溝の位相に対して−90度ずれている。すなわち、領域33内に設けられている格子溝は中央部領域32内に設けられている格子溝に対して、領域31内に設けられている格子溝とは反対側に格子溝周期の約4分の1分だけ配置がずれているわけである。したがって、領域31と領域33内に設けられた格子溝は、互いに位相で180度すなわち格子溝周期の2分の1分だけ配置がずれている。
FIG. 7 is a perspective view showing a grating pattern of the
このような特殊な格子パターンを持った回折格子30で回折分離された±1次回折光束は光波の波面(等位相面)が所定の変調をうける。図9はその様子を示した図で、例えば平面的な波面(等位相面)140をもった光束130が回折格子30に入射すると、回折格子30によって回折分離された+1次回折光束151と−1次回折光束152が有する波面(等位相面)161および162は、図のように波長λの4分の1ずつすなわち位相で90度ずつ3段階にシフトした階段状の波面形状になる。この時、3段階にシフトした波面のうち中央部領域の幅は図中に示すように特殊回折格子30の中央部領域の幅Wに一致している。また波面161と162は図中に示すように互いに位相関係が反転し、凹凸が反転した波面形状となっている。一方、格子をそのまま通過する0次光束150は格子パターンの影響を受けないので、入射光束130と同様の平面的な波面(等位相面)160をもつ。なお、上記の説明では、簡単のために特殊回折格子30に入射する光束140が平面的な波面(等位相面)を有する平行光束である場合について説明したが、図1の実施例のように半導体レーザ光源1から発した発散光束が直接回折格子30に入射するような場合、すなわち特殊回折格子30に入射する光束が略球面の波面形状になっているような場合においても、当然のことながら、この特殊回折格子30で回折分離した±1次回折光束は上記と同様の位相変調を受け、3段階にシフトした階段状の波面形状になる。
The ± 1st-order diffracted light beam diffracted and separated by the
次に、上記のように3領域に分割した特殊な回折格子を用いて、3段階の階段状にシフトした波面(等位相面)をもつ±1次回折光束を用いると、なぜ従来のインライン型DPP方式と全く同様の手段でトラッキングエラー信号を検出しても従来のインライン型DPP方式よりもトラッキングエラー信号の視野特性が改善されるかその理由を以下に説明する。 Next, if a ± 1st order diffracted light beam with a wavefront (equal phase surface) shifted in three steps using a special diffraction grating divided into three regions as described above is used, why is the conventional inline type The reason why the visual field characteristic of the tracking error signal is improved as compared with the conventional inline DPP method even if the tracking error signal is detected by the same means as in the DPP method will be described below.
まず初めに、インライン型DPP方式のトラッキングエラー信号検出原理について簡単に説明する。 First, the tracking error signal detection principle of the inline DPP method will be briefly described.
前述したように従来のインライン型DPP方式では、半導体レーザ光源1を発したレーザ光束を3本の光束に回折分離するための回折格子として図5に示したような2分割された領域を持つ特殊回折格子26を用いる。このような特殊回折格子でレーザ光束を回折分離すると、±1次回折光束は左右の段差が波長λの2分の1すなわち位相で180度分だけシフトとした2段階の階段状の波面をもった状態になり、この状態を保持したままコリメートレンズ、対物レンズ等を経て光ディスクの記録面上に集光される。(この集光スポットを便宜上サブ光スポットと記す。)
一方、前記特殊回折格子をそのまま通過する0次光の波面は何の位相変調も受けず、コリメートレンズを経たのち平面的な波面をもつ平行光束として対物レンズに入射し、前記±1次回折光束と同様光ディスクの記録面上に集光される。(この集光スポットを便宜上メイン光スポットと記す。)
ところで、周期的に案内溝が形成された光ディスク記録面にレーザ光束が集光されされると、その反射光束はディスクの案内溝によって回折され、少なくとも0次光束および±1次回折光に分離する。そして対物レンズの瞳面内でこれら0次光および±1次回折光が互いに所定距離だけずれた状態で重なって進行し光検出器の受光面に達する。そしてこの受光面上で前記0次光と±1次回折光が重畳した領域では、0次光と±1次回折光との干渉効果により所定の光強度になる。その際、この光強度は重畳される0次光と±1次回折光が持つ波面の位相の相対的な差に応じて明暗が決まる。そしてこの0次光波面と±1次回折光波面の位相差はディスク案内溝に対する集光スポットの相対位置により順次変化していく。
As described above, in the conventional in-line type DPP method, a special diffraction grating having two divided regions as shown in FIG. 5 is used as a diffraction grating for diffracting and separating the laser beam emitted from the semiconductor
On the other hand, the wavefront of the 0th order light passing through the special diffraction grating is not subjected to any phase modulation, and after passing through a collimating lens, enters the objective lens as a parallel light beam having a planar wavefront, and the ± 1st order diffracted light flux In the same manner as in FIG. (This focused spot is referred to as a main light spot for convenience.)
By the way, when the laser beam is condensed on the optical disk recording surface on which the guide groove is periodically formed, the reflected beam is diffracted by the guide groove of the disk and separated into at least a zero-order beam and ± first-order diffracted light. In the pupil plane of the objective lens, the 0th-order light and the ± 1st-order diffracted light travel in an overlapping manner while being shifted from each other by a predetermined distance, and reach the light receiving surface of the photodetector. In the region where the 0th order light and the ± 1st order diffracted light are superimposed on the light receiving surface, the light intensity becomes a predetermined light intensity due to the interference effect between the 0th order light and the ± 1st order diffracted light. At this time, the light intensity is determined depending on the relative difference in phase between wavefronts of the superposed 0th order light and ± 1st order diffracted light. Then, the phase difference between the 0th-order light wavefront and the ± 1st-order diffracted light wavefront sequentially changes depending on the relative position of the focused spot with respect to the disk guide groove.
図10は、2分割特殊回折格子を用いた従来のインライン型DPP方式においてメイン光スポットとサブ光スポットのディスク反射光束がそれぞれ検出器受光面上に達した際、各受光面上の検出光スポットの中でディスクの案内溝によって回折分離され所定距離だけずれて重畳している0次光と±1次回折光の波面の位相関係と、その位相関係によって生じた干渉効果による光強度の明暗の状態を光ディスク上の集光スポットとディスクの案内溝との相対位置関係に応じて分類し模式的に表した図である。 FIG. 10 shows the detection light spot on each light receiving surface when the disk reflected light flux of the main light spot and the sub light spot reaches the detector light receiving surface in the conventional inline type DPP method using the two-part special diffraction grating. The phase relationship between the wavefronts of the 0th order light and the ± 1st order diffracted light which are diffracted and separated by a guide groove of the disk and are shifted by a predetermined distance, and the light intensity brightness state due to the interference effect caused by the phase relationship FIG. 6 is a diagram schematically showing the classification according to the relative positional relationship between the focused spot on the optical disc and the guide groove of the disc.
図10において、まずメイン光スポットに注目すると、受光面上の検出光スポット200内では、前述したようにディスクの案内溝によって回折分離されて生じた0次光と±1次回折光がそれぞれ一定距離だけ左右にずれて重畳されているが、その波面はいずれも略平面になっている。そして例えば図中に示すように光ディスク上集光スポットがディスク案内溝11の真中(状態名(A))もしくは案内溝間の真中(状態名(C))にある状態では、ディスク案内溝によって生じた0次光波面と±1次回折光波面は、互いに+90度または−90度の位相差をもつが、そこから集光スポットが徐々にずれるにしたがって各波面の位相関係も順次変化し、集光スポットが案内溝の周期の4分の1だけずれた位置に達した状態(状態名(B))または反対側に案内溝の周期の4分の1だけずれた位置に達した状態(状態名(D))では、ディスク案内溝によって生じた±1次回折光の波面のうちどちらか一方が0次光の波面に対して0度、他方が180度の位相差をもつようになっている。しかも状態(B)と状態(D)では、その位相差の関係が左右(+1次回折光と0次光の重畳領域および−1次回折光と0次光の重畳領域)で反転している。
In FIG. 10, first, focusing on the main light spot, in the
このため+1次回折光と0次光の重畳領域および−1次回折光と0次光の重畳領域での明暗の光強度変化がディスク上集光スポットとディスク案内溝の相対位置関係によって連続的に変化し、しかもその変化の様相が左右の重畳領域で完全に反転している。そこで、この光強度変化を少なくとも2分割された光検出器で左右別々に検出し、その差動信号を出力させることによっていわゆるプッシュプル方式によるトラッキングエラー信号が検出できるわけである。 For this reason, the change in light intensity between bright and dark in the overlapping region of the + 1st order diffracted light and the 0th order light and in the overlapping region of the −1st order diffracted light and the 0th order light changes continuously depending on the relative positional relationship between the focused spot on the disc and the disc guide groove. Moreover, the aspect of the change is completely reversed in the left and right overlapping regions. Therefore, a tracking error signal by a so-called push-pull method can be detected by detecting the change in light intensity separately on the left and right with a photodetector divided into at least two and outputting the differential signal.
一方、サブ光スポットついては、前述したように従来のインライン型DPP方式の場合光束内の波面が互いに180度位相ずれがある2段階の階段状波面になっており、その階段状の波面形状は光ディスクを反射して光検出器の受光面に達しても保持される。そしてメイン光スポットと全く同様、光ディスク案内溝によって±1次回折光が回折分離し0次光に対して一定距離だけ左右にずれた状態で重畳し、その重畳部分において干渉効果により0次光波面と+1次回折光波面および0次光波面と−1次回折光波面との相対的な位相ずれ量に応じて明暗の光強度変化が生じる。しかもディスク上集光スポットと案内溝の相対位置関係(例えば状態名(A)〜(D))によってディスク案内溝によって生じた±1次回折光とし0次光の波面の平均的な位相差が所定の変化をしめすのもメイン光スポットと全く同様である。 On the other hand, as described above, in the case of the conventional inline type DPP method, the sub-light spot has a two-step staircase wavefront in which the wavefronts in the light flux are 180 degrees out of phase with each other. Even if the light is reflected and reaches the light receiving surface of the photodetector, it is held. In exactly the same way as the main light spot, ± 1st order diffracted light is diffracted and separated by the optical disc guide groove and superimposed on the 0th order light while being shifted to the left and right by a certain distance. The light intensity changes between bright and dark depending on the relative phase shift amount between the + 1st order diffracted light wavefront and the 0th order diffracted light wavefront. Moreover, the average phase difference of the wavefront of the 0th-order light is defined as ± first-order diffracted light generated by the disk guide groove by the relative positional relationship between the focused spot on the disk and the guide groove (for example, state names (A) to (D)). This change is exactly the same as the main light spot.
しかしながら、サブ光スポットの場合は前述したように左右で互いに180度位相ずれがある2段階の階段状波面になっているために、ディスク上集光スポットと案内溝の相対位置関係(例えば状態名(A)〜(D))によって決まる±1次回折光と0次光の波面の平均的な位相差がメイン光スポットと全く同様であっても、その結果として生じる左右の干渉領域での明暗の光強度変化は図中に示すようにメイン光スポットの場合に対して完全に反転する。このことは、以下のことを意味している。すなわち、インライン型DPPの場合、メイン光スポットとサブ光スポットのディスク案内溝に対する相対位置が全く同じであっても、出力されるプッシュプル信号はその信号波形の位相が完全に反転して出力されることを意味している。インライン型DPP方式では、図6に示すようにメイン光スポットとサブ光スポットが同時に同一の案内溝上に照射するような集光スポット配置にしても従来型DPP方式と同様のトラッキングエラー信号が得られるのは、上記理由による。 However, in the case of the sub-light spot, since it has a two-step staircase wavefront that is 180 degrees out of phase with each other as described above, the relative positional relationship between the focused spot on the disc and the guide groove (for example, the state name) Even if the average phase difference between the wavefronts of the ± 1st order diffracted light and 0th order light determined by (A) to (D)) is exactly the same as that of the main light spot, the resulting contrast in the left and right interference regions The change in light intensity is completely reversed with respect to the case of the main light spot as shown in the figure. This means the following. That is, in the case of an inline type DPP, even if the relative positions of the main light spot and the sub light spot with respect to the disc guide groove are exactly the same, the output push-pull signal is output with the signal waveform phase completely inverted. It means that. In the in-line type DPP method, the same tracking error signal as in the conventional DPP method can be obtained even if the condensing spot arrangement is such that the main light spot and the sub light spot are simultaneously irradiated onto the same guide groove as shown in FIG. This is due to the above reason.
次に上記したようなインライン型DPP方式において、対物レンズがトラッキング方向、すなわち光ディスクの半径方向に所定の変位量Sだけ変位した場合を考える。この場合は当然のことながら、図11に示すように特殊回折格子26内の領域27と領域28との境界線と対物レンズ5の中心光軸との間に距離Sに相当する位置ずれが生じる。この結果、特殊回折格子26を回折分離した+1次もしくは−1次回折光束の波面161は、位相が階段状にシフトする境界線と対物レンズの中心光軸の間に相対ずれが生じ、180度の位相差がついた左右の波面の幅に差が生じる。さらにこの+1次もしくは−1次回折光束の波面161はディスクを反射することにより、ディスク反射光束の波面171に変換されるが、このディスク反射光束の波面171は対物レンズ中心光軸を対称軸としてディスク入射光束の波面161を軸対称に反転させた波面形状をもつので、やはりディスク入射光束の波面161と同様に180度の位相差がついた左右の波面の幅に差がついた状態で光検出面に入射する。
Next, consider the case where the objective lens is displaced by a predetermined displacement amount S in the tracking direction, that is, the radial direction of the optical disk in the inline type DPP method as described above. In this case, as a matter of course, as shown in FIG. 11, a positional shift corresponding to the distance S occurs between the boundary line between the
図12は、上記のように対物レンズが変位することにより、180度の位相差がついた左右の波面の幅に差が生じ対物レンズの中心光軸に対して非対称な波面形状になった±1次回折光束を集光した形成されたサブ光スポットが、ディスクを反射し光検出器の受光面20b(もしくは20C)に達し検出光スポット201(または202)となった場合に、この検出光スポット201(または202)の中でディスクの案内溝によって回折分離され所定距離だけずれて重畳している0次光と±1次回折光の波面の位相関係と、その位相関係によって生じた干渉効果による光強度の明暗の状態を光ディスク上の集光スポットとディスクの案内溝との相対位置関係に応じて分類し模式的に表した図である。
図12と図10を比較すると明らかであるが、例えば集光スポットがディスク案内溝に対してその周期の4分の1だけずれた位置にある状態(状態名(B)または(D))では、対物レンズの変位が無い図10の場合は、左右の重畳領域内では領域内全面にわたってディスク案内溝で回折分離した0次光と±1次回折光の波面の位相差が0度もしくは180度で統一されているため、その部分の光強度も全面暗部もしくは明部に統一されている。
一方、図12のように、対物レンズ変位によって前述したように180度の位相差がついた波面の幅に差が生じた場合は、状態名(B)または(D)の場合でも左右の重畳領域内でも部分的に0次光と±1次回折光の波面の位相差が0度から180度へ、あるいは180度から0°へ推移した領域が現れ、その結果、明部中に一部暗部が、あるいは暗部中に一部明部が現れてくる。このように領域内で一部明暗が反転した領域が現れることにより、左右の検出面からの検出された信号の差信号から得られるプッシュプル信号は、明らかにその変調度が減少してしまう。これが、2分割特殊回折格子を用いた従来のインラインDPP方式が従来型DPP方式にくらべトラッキングエラー信号の視野特性が劣化している主原因である。
FIG. 12 shows that when the objective lens is displaced as described above, the widths of the left and right wave fronts having a phase difference of 180 degrees are different, resulting in an asymmetric wave front shape with respect to the central optical axis of the objective lens. When the sub-light spot formed by condensing the first-order diffracted light beam reflects the disk and reaches the
As apparent from comparison between FIG. 12 and FIG. 10, for example, in a state (state name (B) or (D)) where the condensing spot is at a position shifted by a quarter of its period with respect to the disc guide groove. In the case of FIG. 10 where there is no displacement of the objective lens, the phase difference between the wavefronts of the 0th order light and the ± 1st order diffracted light diffracted and separated by the disc guide groove over the entire area in the left and right overlapping areas is 0 degree or 180 degrees. Since it is unified, the light intensity of the part is unified to the dark part or the bright part.
On the other hand, as shown in FIG. 12, when the objective lens displacement causes a difference in the width of the wavefront having a phase difference of 180 degrees as described above, the left and right superimpositions are applied even in the case of the state name (B) or (D). Even within the region, a region where the phase difference between the wavefronts of the 0th order light and the ± 1st order diffracted light has changed from 0 degree to 180 degrees or from 180 degrees to 0 ° appears, and as a result, a part of the bright part is a dark part However, some bright parts appear in the dark part. As a result of the partial inversion of light and darkness in the region, the push-pull signal obtained from the difference signal of the signals detected from the left and right detection surfaces clearly decreases in modulation. This is the main cause of deterioration in the visual field characteristics of the tracking error signal in the conventional inline DPP method using the two-part special diffraction grating compared to the conventional DPP method.
これに対して、本発明では前述したように特殊回折格子として3分割された領域をもつ回折格子を用いる。このような回折格子を用いると、この回折格子によって回折分離して光ディスクに入射およびこの光ディスクを反射した+1次回折光束は、図9および図13に示すように、90度ずつ3段階にシフトした階段状の波面を持っている。(なお、図13では、−1次回折光束の波面については特に図示していないが、図9から明らかなように、−1次回折光束は+1次回折光束に対して波面の凹凸が逆転した波面になる。)
図14は、本発明の3分割特殊回折格子を用いることにより、上記のような3段階の階段状位相シフトを有する波面を持った場合に、図13に示すように対物レンズのディスク半径方向への変位により、波面形状が対物レンズ中心光軸に対して左右非対称になった+1次回折光束が対物レンズによってサブ光スポットとして光ディスクの記録面上に集光され、さらに光ディスクを反射して光検出器の受光面20bに達し検出光スポット201となった場合に、この検出光スポット201の中でディスクの案内溝によって回折分離され所定距離だけずれて重畳している0次光と±1次回折光の波面の位相関係と、その位相関係によって生じた干渉効果による光強度の明暗の状態を光ディスク上の集光スポットとディスクの案内溝との相対位置関係に応じて分類し模式的に表した図である。
図14と図12を比較すると明らかあるが、本発明の3分割特殊回折格子を用いた図14の場合と、従来の2分割特殊回折格子を用いた図12の場合とでは左右の各干渉領域内における明暗光強度分布の発生状況が明らかに異なる。例えば図12の状態名(B)または(D)において部分的に明暗が反転していた領域が図14に示した本発明では、いずれもディスクの案内溝によって回折分離されて生じた0次光と±1次回折光の位相差が±90度になり、明部と暗部のちょうど中間的な光強度となる。上記説明は特殊回折格子30で回折分離した±1次回折光束のうち+1次回折光束について述べたものであるが、当然のことながら、−1次回折光に対しても同様の現象が起こる。その結果、本発明を用いて各サブ光スポットから検出されたプッシュプル信号は、対物レンズ変位に対する変調度低下率が2分割特殊回折格子を用いる従来のインライン型DPP方式よりも小さく抑えられ、その結果として差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号の視野特性も大幅に改善されるわけである。
In contrast, in the present invention, as described above, a diffraction grating having a region divided into three is used as a special diffraction grating. When such a diffraction grating is used, the + 1st order diffracted light beam that is diffracted and separated by the diffraction grating and incident on the optical disk and reflected from the optical disk is shifted in three stages by 90 degrees as shown in FIGS. Has a stepped wavefront. (Note that in FIG. 13, the wavefront of the −1st order diffracted light beam is not shown in particular, but as is clear from FIG. 9, the wavefront unevenness of the −1st order diffracted light beam is reversed with respect to the + 1st order diffracted light beam. (It becomes a wave front.)
FIG. 14 shows a case where a wavefront having a three-step staircase phase shift as described above is used in the radial direction of the objective lens as shown in FIG. + 1st order diffracted light beam whose wavefront shape is asymmetrical with respect to the central optical axis of the objective lens due to the displacement of is focused on the recording surface of the optical disc as a sub-light spot by the objective lens, and is further reflected on the optical disc to detect light 0th order light and ± 1st order diffracted light that are diffracted and separated by a guide groove of the disk and shifted by a predetermined distance in the
14 and FIG. 12, it is clear that the interference regions on the left and right sides are different between the case of FIG. 14 using the three-part special diffraction grating of the present invention and the case of FIG. 12 using the conventional two-part special diffraction grating. The situation of light and dark light intensity distribution is clearly different. For example, in the present invention shown in FIG. 14, the region where the light and darkness is partially reversed in the state name (B) or (D) in FIG. And ± 1st order diffracted light has a phase difference of ± 90 degrees, which is an intermediate light intensity between the bright part and the dark part. In the above description, the + 1st order diffracted light beam of the ± 1st order diffracted light beams diffracted and separated by the
図15は、以下に示す所定のパラメータを持つ光ピックアップでDVD−RAM1ディスク(記録容量2.6GB、案内溝周期1.48μm)を再生した場合に、対物レンズのトラッキング方向すなわちディスク半径方向への変位量とインライン型DPP方式で検出されるトラッキングエラー信号(以下、簡単のため便宜上このトラッキングエラー信号をDPP信号と記す。)の振幅との関係、すなわちDPP信号の視野特性を計算機シミュレーションにより求めた結果である。横軸に対物レンズの変位量をとり、縦軸に2分割特殊回折格子を用いた従来のインライン型DPP方式を用い、かつ対物レンズ変位量がゼロの時におけるDPP信号振幅を100%とした時の相対的なDPP信号振幅を取っている。なお図中には、従来のインライン型DPP方式の他、3分割特殊回折格子を用いた本発明のインライン型DPP方式を用いた場合について3種類の視野特性を示している。この3種類は、3分割特殊回折格子30の中央部領域32のディスク半径方向に相当する方向の幅Wを変えたもので、この幅Wを対物レンズに入射する直前の光束において中央部領域に相当する波面の幅に換算して0.3mm、0.5mm、0.8mmの3種類について計算している。
FIG. 15 shows the tracking direction of the objective lens, that is, the radial direction of the disc when a DVD-
なお、計算機シミュレーションに用いた光ピックアップの主要なパラメータは以下のとおり、
(1)レーザ光波長:660nm
(2)倍率:約6.3倍
(3)対物レンズNA:約0.64
図15から明らかなように、3分割特殊回折格子を用いた本発明のインライ型DPP方式を用いた場合は、2分割特殊回折格子を用いた従来のインライン型DPP方式に比べ、対物レンズ変位がゼロ付近におけるDPP信号振幅が低下しているが、一方で対物レンズ変位に対するDPP信号振幅低下比率も小さく抑えられていることがわかる。すなわち視野特性が改善されているわけである。なお、対物レンズ変位がゼロ付近におけるDPP信号振幅の低下は、出力されたDPP信号を適当な増幅器を経由して所定の増幅率で増幅してやれば良く特に問題にならない。
The main parameters of the optical pickup used in the computer simulation are as follows:
(1) Laser light wavelength: 660 nm
(2) Magnification: about 6.3 times (3) Objective lens NA: about 0.64
As apparent from FIG. 15, when the in-line type DPP method of the present invention using the three-part special diffraction grating is used, the objective lens displacement is smaller than that of the conventional in-line type DPP method using the two-part special diffraction grating. It can be seen that the DPP signal amplitude in the vicinity of zero is reduced, but the DPP signal amplitude reduction ratio with respect to the objective lens displacement is also kept small. That is, the visual field characteristics are improved. It should be noted that the decrease in the amplitude of the DPP signal when the objective lens displacement is near zero is not particularly problematic as long as the output DPP signal is amplified at a predetermined amplification rate via an appropriate amplifier.
次に図16は、図15の計算機シミュレーションで用いたのと同じパラメータの光ピックアップでDVD−RAM2ディスク(記録容量4.7GB、案内溝周期1.23μm)を再生した場合のインライン型DPP方式で得られるDPP信号振幅の視野特性を計算機シミュレーションにより求めた結果である。図の縦軸、横軸および図中のパラメータは、図15と全く同一である。図16からも明らかなように、DVD−RAM2ディスクを再生した場合でも、3分割特殊回折格子を用いた本発明のインラインDPP方式の方が、2分割特殊回折格子を用いた従来のインラインDPP方式よりも明らかに視野特性が改善されていることがわかる。
Next, FIG. 16 shows an inline DPP method when a DVD-
ところで図15および図16からわかるように、3分割特殊回折格子を用いた本発明のインライン型DPP方式では、DVD−RAM1、DVD−RAM2いずれの光ディスクを再生する場合においても、特殊回折格子の中央部領域の幅が広ければ広いほど、すなわち図中のWが大きければ大きいほど、対物レンズ変位に対するDPP信号振幅の低下率が小さく抑えられていることがわかる。しかしながら、詳細に検討していくと、特殊回折格子の中央部領域の幅を極端に広くすると、DPP信号の波形に歪みが逆に大きくなってしまうという弊害が表れてくる。詳細な計算および検討を進めていった結果、この中央部領域の幅は、対物レンズに入射する直前の光束において中央部領域に相当する波面の幅Wに換算して、対物レンズの開口直径の10%から40%、望ましくは、20%から30%の間に設定するのがよいことがわかった。 As can be seen from FIGS. 15 and 16, in the in-line DPP method of the present invention using a three-part special diffraction grating, the center of the special diffraction grating can be used when reproducing either an optical disk of DVD-RAM1 or DVD-RAM2. It can be seen that the lower the width of the partial area, that is, the larger W in the figure, the smaller the rate of decrease in the DPP signal amplitude with respect to the objective lens displacement. However, when examined in detail, if the width of the central region of the special diffraction grating is extremely widened, the adverse effect that the distortion of the waveform of the DPP signal increases conversely appears. As a result of proceeding with detailed calculations and examinations, the width of the central region is converted to the width W of the wave front corresponding to the central region in the light beam immediately before entering the objective lens, and the aperture diameter of the objective lens is calculated. It has been found that it should be set between 10% and 40%, preferably between 20% and 30%.
なお、DVD−R/RWディスクを再生した場合については、特に図示していないが、本発明の3分割特殊回折格子を用いたインラインDPP方式を用いても従来型DPP方式と全く同様の良好な視野特性が得られる。 Although the DVD-R / RW disc is not particularly shown, even if the inline DPP method using the three-part special diffraction grating of the present invention is used, it is exactly the same as the conventional DPP method. Visual field characteristics can be obtained.
ところで、図15および図16に示した計算機シミュレーションでは、計算を簡略化するため、メイン光スポット(特殊回折格子をそのまま通過する0次光束から形成される光ディスク上集光スポット)と2個のサブ光スポット(特殊回折格子によって回折分離した±1次回折光束から形成される光ディスク上集光スポット)の検出光量の和は同一であるとして、
DPP信号=[メイン光スポットから得られるプッシュプル信号]−
[前後2個のサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の和]
として計算した。しかしながら実際の光ピックアップでは、特殊回折格子における0次光および±1次回折光それぞれの回折効率の差などによって、明らかにメイン光スポットとサブ光スポットの光量には差が生じ、その結果各集光スポットから得られるプッシュプル信号振幅には大きな差が生じている。したがって、実際の光ピックアップでDPP信号を出力する場合は、サブ光スポットから得られるプッシュプル信号に所定の増幅率Kを導入して、
DPP信号=[メイン光スポットから得られるプッシュプル信号]−
K×[前後2個のサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の和]
とするのが一般的である。しかもこのKの値の中身をさらに細かく分析すると、
K=K1×K2
このうち、K1については以下の式であらわされる。
K1=[メイン光スポットから得られる検出光量]
÷[前後2個のサブ光スポットから得られる検出光量の和]
一方、K2は、メイン光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度とサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度の違いを補償するための所定の補償係数である。
By the way, in the computer simulations shown in FIGS. 15 and 16, in order to simplify the calculation, the main light spot (the focused spot on the optical disk formed from the zeroth-order light beam that passes through the special diffraction grating as it is) and two subs Assuming that the sum of the detected light amounts of the light spot (the focused spot on the optical disc formed from ± 1st order diffracted light beams diffracted and separated by a special diffraction grating) is the same,
DPP signal = [push-pull signal obtained from the main light spot] −
[Sum of push-pull signals obtained from two front and rear sub-light spots]
As calculated. However, in the actual optical pickup, the light quantity of the main light spot and the sub light spot is clearly different due to the difference in diffraction efficiency between the 0th order light and the ± 1st order diffracted light in the special diffraction grating. There is a large difference in the amplitude of the push-pull signal obtained from the spot. Therefore, when outputting a DPP signal with an actual optical pickup, a predetermined amplification factor K is introduced into the push-pull signal obtained from the sub light spot,
DPP signal = [push-pull signal obtained from the main light spot] −
K × [sum of push-pull signals obtained from two front and rear sub-light spots]
Is generally. Moreover, if we further analyze the contents of this K value,
K = K1 × K2
Among these, K1 is expressed by the following equation.
K1 = [detected light amount obtained from the main light spot]
÷ [Sum of detected light intensity obtained from two sub-light spots before and after]
On the other hand, K2 is a predetermined compensation coefficient for compensating for the difference between the modulation degree of the push-pull signal obtained from the main light spot and the modulation degree of the push-pull signal obtained from the sub light spot.
一般に従来型DPP方式や2分割特殊回折格子を用いた従来のインライン型DPP方式では、メイン光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度とサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度は同じ変調度を持つものとして、K2を無視、すなわち強制的にK2=1とし、K=K1としていた。 In general, in the conventional DPP method and the conventional in-line DPP method using a two-split special diffraction grating, the modulation degree of the push-pull signal obtained from the main light spot and the modulation degree of the push-pull signal obtained from the sub light spot are the same modulation. K2 is ignored, that is, K2 = 1 forcibly and K = K1.
しかしながら、本発明の3分割特殊回折格子を用いたインラインDPP方式ではメイン光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度とサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度には明らかな差が生じる。(一般にメイン光スポットから得られるプッシュプル信号変調度>サブ光スポットから得られるプッシュプル信号変調度である。)このため、K2として1以上の所定の値を設定するのが望ましく、しかもそのK2の最適値は、ディスクのトラックピッチ(案内溝周期)に依存して変化することがわかった。 However, in the in-line DPP method using the three-split special diffraction grating of the present invention, there is a clear difference between the degree of modulation of the push-pull signal obtained from the main light spot and the degree of modulation of the push-pull signal obtained from the sub light spot. (In general, the push-pull signal modulation degree obtained from the main light spot> the push-pull signal modulation degree obtained from the sub light spot.) For this reason, it is desirable to set a predetermined value of 1 or more as K2, and K2 It has been found that the optimum value of f varies depending on the track pitch (guide groove period) of the disk.
図17は、DVD−RAM1ディスクを再生した場合の対物レンズ変位量とDPP信号の残留オフトラック量(光ピックアップから検出されたDPP信号のトラッキングサーボ引き込み点すなわちゼロクロス点と実際の案内溝中央とのずれ量)の関係を、K2の値を変えて計算したものである。なお、計算に用いた光ピックアップのパラメータは図15および図16の計算機シミュレーションで用いたパラメータと同一である。
FIG. 17 shows the objective lens displacement amount and the residual off-track amount of the DPP signal when the DVD-
図17から明らかなように、従来通りK2=1.0とすると、対物レンズが変位した場合にまだ多くのオフトラック量が残留するが、K2を徐々に大きくしていくと、それに比例してこの残留オフトラック量が徐々に減少していくことがわかる。しかし詳細に計算を進めていった結果、K2の値をあまり大きくしてしまうと3分割特殊回折格子の中央部領域の幅を広げていった場合と同様にDPP信号波形の歪みが大きくなってしまうので、むやみにK2の値を大きく出来ないということがわかった。検討の結果、DVD−RAM1ディスクを再生する場合、その最適なK2の値は1.4〜1.6程度である。
As is apparent from FIG. 17, if K2 = 1.0 as in the conventional case, a large amount of off-track remains when the objective lens is displaced, but in proportion to K2 that is gradually increased. It can be seen that the residual off-track amount gradually decreases. However, as a result of the detailed calculation, if the value of K2 is increased too much, the distortion of the DPP signal waveform increases as in the case where the width of the central region of the three-part special diffraction grating is increased. As a result, it was found that the value of K2 could not be increased unnecessarily. As a result of examination, when a DVD-
図18は、DVD−RAM2ディスクを再生した場合に、図17と同様、対物レンズ変位量とDPP信号の残留オフトラック量の関係を、K2の値を変えて計算したものである。DVD−RAM2を再生する場合もK2の値を変化させると対物レンズ変位に伴う残留オフトラック量は変化するが、DVD−RAM2の場合、最適なK2は1.2〜1.4程度であり、この範囲にK2を設定しておけば対物レンズ変位が+0.3mm〜−0.3mm間で残留オフトラック量をほぼゼロにすることができる。
FIG. 18 shows the relationship between the objective lens displacement amount and the residual off-track amount of the DPP signal when the value of K2 is changed when a DVD-RAM2 disc is reproduced. Even when reproducing the DVD-
一方、DVD−R/RWディスク(案内溝周期0.74μm)を再生した場合については、特に図示していないが、最適なK2値として従来通り1.0に設定しておけば、対物レンズ変位が+0.3mm〜−0.3mm間で残留オフトラック量をほぼゼロにすることができる。 On the other hand, when a DVD-R / RW disc (guide groove period 0.74 μm) is reproduced, it is not particularly shown, but if the optimum K2 value is set to 1.0 as before, the objective lens displacement Is between +0.3 mm and -0.3 mm, the residual off-track amount can be made substantially zero.
なお、図5に示す従来の2分割の特殊回折格子を用いたインライン型DPP方式の場合においても、最適なK2の値をディスクの種類によって可変にすることで残留オフトラック量を良好に低減することができる。 Even in the case of the inline type DPP method using the conventional two-split special diffraction grating shown in FIG. 5, the amount of residual off-track can be reduced well by making the optimum K2 value variable depending on the type of the disk. be able to.
以上が本発明の原理の概要である。次に本発明の別の実施例について説明する。図1および図8に示した実施例は、メイン光スポットと前後2個のサブ光スポットが同時に光ディスクの同一案内溝上を照射するように配置されているが、もちろんそれに限定されるものではなく、メイン光スポットとサブ光スポットのディスク半径方向に関する間隔は、ディスクのトラックピッチすなわち案内溝周期の整数倍であれば、本発明のインライン型DPP方式と全く同様の手段でDPP信号が検出できる。例えばDVD−RAM1ディスク再生時に、図19の(1)に示すように、メイン光スポット100とサブ光スポット101および102のディスク半径方向に関する間隔をディスク案内溝11の1周期分1.48μmにほぼ一致するように設定すると、この集光スポット配置のままDVD−R/RWディスクを再生すると、図19の(2)のようにメイン光スポット100とサブ光スポット101および102は、案内溝11の周期で2周期分離れた別々の案内溝の真上に同時に集光されることになり、やはりインライン型DPP方式によるトラッキングエラー信号検出ができることになる。なお、このときDVD−RAM2ディスクの案内溝周期は1.23μmであるから、上記集光スポット配置でDVD−RAM2ディスクを再生する場合は、メイン光スポットがある案内溝の真中にある時、サブ光スポットは隣接案内溝の真上から若干ずれるが、そのずれ量は僅かでありインライン型DPP方式によるトラッキングエラー信号検出には特に大きな弊害とはならない。また、当然のことながらメイン光スポット100とサブ光スポット101および102のディスク半径方向に関する間隔は、上記の値に限定されるものではなく、例えばDVD−RAM1ディスクの案内溝周期1.48μmとDVD−RAM2ディスクの案内溝周期1.23μmの中間値である1.36μm程度に設定することも可能である。
The above is the outline of the principle of the present invention. Next, another embodiment of the present invention will be described. The embodiment shown in FIGS. 1 and 8 is arranged so that the main light spot and the two front and rear sub-light spots simultaneously irradiate the same guide groove of the optical disk, but of course not limited thereto. If the distance between the main light spot and the sub light spot in the radial direction of the disk is an integral multiple of the track pitch of the disk, that is, the guide groove period, the DPP signal can be detected by the same means as in the inline DPP method of the present invention. For example, when a DVD-
次に本発明の別の実施例について図20を用いて説明する。図20は本発明を用いた光ピックアップの別の一実施例を示した図で、図中に示された各光学部品については、図1に示した本発明の第1の実施例と同じ光学部品には同じ番号を付している。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 20 is a diagram showing another embodiment of the optical pickup using the present invention. The optical components shown in the figure are the same as those in the first embodiment of the present invention shown in FIG. The parts are given the same numbers.
図1に示した本発明の第1の実施例では、特殊回折格子30を半導体レーザ光源1とハーフミラー3の間の光路中に配置していたが、特殊回折格子30の配置位置はこれに限定されるものではなく、光源から対物レンズの間の光路中であればどこに配置しても構わない。例えば図20に示した実施例では、特殊回折格子30を対物レンズ5の直下に配置し、対物レンズ5と同じレンズホルダー15内に固定することで、2次元アクチュエータ25によって対物レンズ5と一緒に駆動するようになっている。このような構成にすると、対物レンズ5が変位しても対物レンズ5と特殊回折格子30との相対位置関係は変化しないので、前述したような対物レンズ変位に伴う視野特性の劣化をさらに改善できる。
In the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the
なお図20に示したように、特殊回折格子30を対物レンズ5の直下に配置すると、この特殊回折格子30には半導体レーザ光源1を発し光ディスク10に入射する往路のレーザ光束とともに、光ディスク10を反射し光検出器20に達する復路のレーザ光束も通過することになる。このため通常の回折特性を有する回折格子を用いると復路光束も回折して不要な迷光を発生させてしまい、これが光ピックアップの性能を低下させる怖れがある。このような問題を避けるためには、例えば特定の偏光方向の光束は所定の回折効率で回折するが、その偏光方向に直交する偏光方向を持った光束は回折光を発生させずそのまま光束を通過させる特性を持った偏光性回折格子を特殊回折格子30として用い、かつこの特殊回折格子30と対物レンズ5との間の光路中に4分の1波長板40を配置することで、前記往路光束と復路光束の偏光方向を自動的に直交させる手段を用いればよい。
As shown in FIG. 20, when the
ところで、これまで述べた実施例はいずれも光ピックアップを構成する各光学部品をそれぞれ独立に配置した構成になっているが、当然のことながら本発明はこのような光ピックアップに限定されるものではない。例えば図21に示した実施例では、半導体レーザ光源1、光検出器20などを同一の筐体41内に収納したいわゆる半導体レーザモジュールを用いている。(なお、本図中に示された各光学部品については、図1および図20に示した本発明の他の実施例と同じ光学部品には同じ番号を付している。)
図21の実施例では、半導体レーザ光源から発したレーザ光束が筐体41外に出射する際の窓部にあたるところに所定の厚さを有する透明基板42を配置し、筐体41の内部を封止している。そしてこの透明基板42の上面には半導体レーザ光源を発し光ディスク10に向かう往路光束の光路と光ディスク10を反射してきた復路光束の光路を分離し、復路光束を光検出器20に導く機能を持ったホログラム素子43が配置されている。また本発明で用いる特殊回折格子30は透明基板42の下面に配置されている。
By the way, all of the embodiments described so far are configured so that the optical components constituting the optical pickup are independently arranged, but it is a matter of course that the present invention is not limited to such an optical pickup. Absent. For example, in the embodiment shown in FIG. 21, a so-called semiconductor laser module in which the semiconductor
In the embodiment of FIG. 21, a
このように半導体レーザ光源や光検出器などを1個の筐体内に収納した半導体レーザモジュールを用いた光ピックアップは、光ピックアップを小型化、薄型化できるという利点を有している。 As described above, the optical pickup using the semiconductor laser module in which the semiconductor laser light source, the photodetector, and the like are housed in one casing has an advantage that the optical pickup can be reduced in size and thickness.
なお、図21では光検出器20の具体的な受光面形状や配置については特に図示していないが、当然のことながら、差動プッシュプル方式でトラッキングエラー信号を検出できるような構成であれば、どのような構成の半導体レーザモジュールでもよい。
In FIG. 21, the specific shape and arrangement of the light receiving surface of the
また、当然のことながら本発明が適用されるのは、図1、図20、図21にそれぞれ示した光ピックアップに限定されるものではなく、差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号検出手段を用いた光ピックアップであればどのような構成の光ピックアップにも適用できる。 Of course, the present invention is not limited to the optical pickups shown in FIGS. 1, 20, and 21, but uses tracking error signal detection means of a differential push-pull method. The present invention can be applied to any configuration of optical pickups.
最後に、本発明の光ピックアップを搭載した光学的情報再生装置または光学的情報記録再生装置に関する実施例を図22に示す。 Finally, an embodiment relating to an optical information reproducing apparatus or an optical information recording / reproducing apparatus equipped with the optical pickup of the present invention is shown in FIG.
60は例えば図1または図20、図21の実施例に示すような構成を有する光ピックアップである。なおこの光ピックアップ60には、光ディスク10の半径方向(内外周方向)にその位置をスライドできる機構が設けられており、アクセス制御回路72からのアクセス制御信号に応じて位置制御がおこなわれる。
レーザ点灯回路76からは所定のレーザ駆動電流が光ピックアップ60内の半導体レーザ光源に供給され、所定の光量でレーザ光が出射する。また光ピックアップ60内の所定の光検出器から検出された各種サーボ信号および情報信号は、サーボ信号生成回路74及び情報信号再生回路75に送られる。サーボ信号生成回路74では、これら検出信号からフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が生成され、これを基にアクチュエータ駆動回路73を経て光ピックアップ60内の2次元アクチュエータを駆動することにより、対物レンズの位置制御がおこなわれる。また情報信号再生回路75では前記検出信号から光ディスク10に記録された情報信号が再生される。
A predetermined laser drive current is supplied from the
なお前記サーボ信号生成回路74及び情報信号再生回路75で得られた信号の一部はコントロール回路70に送られる。このコントロール回路70には、レーザ点灯回路76やアクセス制御回路72、スピンドルモータ駆動回路71など接続されており、それぞれ光ピックアップ60内の半導体レーザ発光光量の制御、アクセス方向および位置の制御、光ディスク10を回転させるスピンドルモータ77の回転制御等が行われる。また、コントロール回路70の内部には前記サーボ信号生成回路74及び情報信号再生回路75で得られた信号から光ディスクの種類を判別するディスク判別回路(図示せず。)が設けられており、その判別結果から例えばサーボ信号生成回路74の内部に備えられたDPP信号生成回路(図示せず。)のサブプッシュプル信号(=サブ光スポットから得られたプッシュプル信号)の増幅ゲイン(前記K2に相当)等を自動的にコントロールできるようになっている。
Part of the signals obtained by the servo signal generation circuit 74 and the information
1 半導体レーザ光源、5 対物レンズ、10 光ディスク、11 案内溝、20 光検出器、26 2分割特殊回折格子、30 3分割特殊回折格子、100 光ディスク面上メイン光スポット、101・102 光ディスク面上サブ光スポット、200・201・202 検出面上光スポット
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記レーザ光源が発するレーザ光を回折させて、少なくとも3本の光束に分岐させる回折格子と、 A diffraction grating that diffracts laser light emitted from the laser light source and branches the light into at least three light beams;
前記レーザ光源が発するレーザ光を光ディスクに集光させる対物レンズと、 An objective lens for condensing the laser beam emitted from the laser light source onto the optical disc;
前記光ディスクからの反射光を検出する検出器と、 A detector for detecting reflected light from the optical disc;
を有し、Have
前記回折格子は、所定の周期構造を有する、第1の領域、第2の領域、第3の領域の少なくとも3つの領域に分割されており、 The diffraction grating is divided into at least three regions of a first region, a second region, and a third region having a predetermined periodic structure;
前記第1の領域は、前記第2の領域と前記第3の領域の間に配置され、 The first region is disposed between the second region and the third region;
前記第2の領域の周期構造の位相は、前記第3の領域の周期構造の位相に対して略180度異なっており、 The phase of the periodic structure of the second region is approximately 180 degrees different from the phase of the periodic structure of the third region,
前記第1の領域の周期構造の位相は、前記第2の領域の周期構造の位相、及び、前記第3の領域の周期構造の位相の両方の位相と異なる、光ピックアップ。 The phase of the periodic structure of the first region is different from both the phase of the periodic structure of the second region and the phase of the periodic structure of the third region.
前記レーザ光源が発するレーザ光を回折させて、少なくとも3本の光束に分岐させる回折格子と、 A diffraction grating that diffracts laser light emitted from the laser light source and branches the light into at least three light beams;
前記レーザ光源が発するレーザ光を光ディスクに集光させる対物レンズと、 An objective lens for condensing the laser beam emitted from the laser light source onto the optical disc;
前記光ディスクからの反射光を検出する検出器と、 A detector for detecting reflected light from the optical disc;
を有し、Have
前記回折格子は、周期構造の位相が互いに略180度異なる2つの領域の間に、当該2つの領域と周期構造の位相の異なる領域が形成されている光ピックアップ。 The diffraction grating is an optical pickup in which a region having a phase difference between the two regions and the periodic structure is formed between two regions having a phase difference of approximately 180 degrees from each other.
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