WO2004097815A1 - 光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置 - Google Patents

光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置 Download PDF

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WO2004097815A1
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Ryuichi Katayama
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Nec Corporation
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    • G11B7/0943—Methods and circuits for performing mathematical operations on individual detector segment outputs

Definitions

  • the present invention relates to an optical head device and an optical information recording / reproducing device for recording and / or reproducing information on / from an optical recording medium, and particularly to a plurality of types of optical recording media having different track pitches.
  • the present invention relates to an optical head device capable of obtaining a favorable force error signal by a differential astigmatism method, and an optical information recording / reproducing device incorporating the optical head device.
  • An astigmatism method is known as a method for detecting a force error signal in an optical head device incorporated in an optical information recording / reproducing device. Compared to the knife-edge method and the spot-size method, the astigmatism method makes it easier to detect the track error signal by the push-pull method and the phase difference method and to combine the optical system with the detection of the reproduction signal. There is.
  • a land Z group recording for performing recording and reproduction on both a land and a group of the optical recording medium is known.
  • a groove for performing tracking is formed in advance on a write-once or rewritable optical recording medium.
  • the land and the group correspond to a concave portion and a convex portion, respectively, when viewed from the side of the optical recording medium irradiated with the incident light.
  • the optical head device is an optical recording medium.
  • the correlation between the defocus amount of the optical recording medium and the signal level of the focus error signal is different between the case where the condensed spot formed on the body is on the land and the case where it is in the group.
  • the optical head device performs an access operation between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the optical recording medium, the light condensing spot formed by the optical head device on the optical recording medium is When crossing the groove of the optical recording medium, the signal level of the focus error signal fluctuates between the land and the group. This variation is called cross-groove noise.
  • the groove crossing noise occurs, the operation of the focus servo becomes unstable and recording and reproduction cannot be performed correctly.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a conventional optical head device for detecting a focus error signal by a differential astigmatism method. This optical head device is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-168631. As shown in FIG. 5, in this conventional optical head device, a semiconductor laser 1 is provided, and the laser light emitted from the semiconductor laser 1 is transmitted along the path of the laser light emitted from the semiconductor laser 1.
  • a collimator lens 2 that converts the incident light into light, a diffractive optical element 3b that transmits and diffracts the incident light, a beam splitter 11 that transmits a part of the incident light and reflects the remainder in a predetermined direction, and the incident parallel light
  • An objective lens 6 for converging light is provided, and a disc 7 as an optical recording medium is arranged at the focal point of the objective lens 6.
  • the direction perpendicular to the plane of FIG. 5 is the tangential direction of the track in the laser light irradiation area of the disk 7 (hereinafter, simply referred to as the tangential direction), and the vertical direction in the drawing is the laser light irradiation area of the disk 7.
  • Radial direction (hereinafter simply referred to as radial direction). Further, a cylindrical lens 8, a lens 9, and a photodetector 10 are arranged along the path of the light reflected by the beam splitter 11. Photodetector 10 consists of cylindrical lens 8 and lens 9 It is located between the two focal lines formed by the compound lens.
  • FIG. 6 is a plan view showing the diffractive optical element 3b.
  • a diffraction grating 23 is formed on the entire surface of the diffractive optical element 3b.
  • the direction in which the diffraction grating 23 extends is substantially parallel to the radial direction of the disk 7, but is slightly inclined from this radial direction.
  • the pattern of the grid is straight at regular intervals.
  • the circle shown by a broken line in the figure is the effective area of the objective lens 6.
  • a semiconductor laser 1 emits a laser beam, and the emitted beam becomes a parallel beam by a collimator lens 2 and becomes a main beam by a diffraction optical element 3b.
  • the light is split into three lights: a zero-order light, and a ⁇ first-order diffracted light that is a sub-beam. Some of these lights pass through the beam splitter 11 and are focused on the disk 7 by the objective lens 6. These lights are reflected by the disk 7. The three reflected lights from the disc 7 are transmitted through the objective lens 6 in the opposite direction, and a part of the light is reflected by the beam splitter 11, transmitted through the cylindrical lenses 8 and 9, and received by the photodetector 10. Is done.
  • FIG. 7 is a plan view showing the position of the light collecting spot on the disk 7.
  • the converging spots 14a, 14d, and 14e shown in FIG. 7 are converging spots of the 0th-order light, the + 1st-order diffracted light, and the 1st-order diffracted light from the diffractive optical element 3b, respectively.
  • Focus spot 14 a is on track 13
  • Focus spot 14 d is on the track adjacent to the right of track 13
  • Focus spot 14 e is on the track adjacent to the left of track 13 are doing.
  • the tracks adjacent to the left and right of the track 13 are groups, and when the track 13 is a group, the tracks adjacent to the left and right of the track 13 are lands.
  • FIG. 8 is a plan view showing the light receiving section of the photodetector 10 and the position of the light spot on the photodetector 10.
  • the photodetector 10 has three squares
  • the light receiving areas 15 X, 15 Y, and 15 Z are provided, and each of the light receiving areas 15 X, 15 Y, and 15 Z has four (2 X 2) matrix arrangements. It consists of a light receiving unit. That is, the light receiving area 15 X is divided into four square light receiving parts 15 a to 15 ci, and the light receiving area 15 y is divided into four square light receiving parts 15 e to 15 h, respectively.
  • the light receiving area 15 z is divided into four square light receiving sections 15 i to 15 1.
  • optical spots 16a, 16d and 16e are formed in the light receiving areas 15x, 15y, and 15z, respectively. It has become to be.
  • the light receiving sections 15a to 51 output electric signals according to the intensity of the incident light.
  • the light spot 16a is a zero-order light spot of the diffractive optical element 3b, and is received by the light receiving sections 15a to 15d.
  • the light spot 16 d is a light spot of the + 1st-order diffracted light of the diffractive optical element 3 b and is received by the light receiving sections 15 e to 15 h.
  • the light spot 16e is a light spot of the first-order diffracted light of the diffractive optical element 3b, and is received by the light receiving sections 15i to 151. Due to the action of the cylindrical lens 8 and the lens 9, the intensity distribution of the light spot in the tangential direction and the radial direction is switched.
  • the boundary between the light receiving sections 15e and 15f, the boundary between the light receiving sections 15g and 15h, the boundary between the light receiving sections 15a and 15b, and the light receiving section 15c The direction in which the boundary line with 15d, the boundary line between the light receiving parts 15i and 15j, and the boundary line between the light receiving parts 15k and 151, extend This corresponds to the tangential direction of the disk 7 at the spots 14a, 14d, and 14e.
  • the boundary between the light receiving sections 15 e and 15 g, the boundary between the light receiving sections 15 f and 15 h, the boundary between the light receiving sections 15 a and 15 c, and the light receiving section 15 b The direction in which the boundary line with 15d, the boundary line between the light-receiving parts 15i and 15k, and the boundary line between the light-receiving parts 15j and 151 extend is as shown in FIG. Light spot at 14a, 14d, 14e This corresponds to the radial direction of the disk 7.
  • the focus error signal FEM of the main beam by the astigmatism method is obtained by the following equation 1. be able to.
  • the focus error signal FE by the differential astigmatism method can be obtained by the following equation 3, where K is the light amount ratio between the main beam and the sub beam.
  • FIG. 9 (a) to 9 (c) show the calculation of various focus error signals by taking the defocus amount of the disk 7 on the horizontal axis and the signal level of the focus error signal normalized by the sum signal on the vertical axis. It is a graph which shows the example which performed.
  • FIG. 9 (a) shows the focus error signal of the main beam calculated by the above equation 1
  • FIG. 9 (b) shows the focus error signal of the sub beam calculated by the above equation 2
  • FIG. 9 (c) 7 shows a focus error signal by the differential astigmatism method calculated by Equation 3 above.
  • the black circles in the figure indicate the focus error signal when the main beam focus spot is located on the land
  • the white circles ( ⁇ ) indicate the main beam focus spots are located on the group. It shows the focus error signal when it is on.
  • the set calculation conditions are as follows: the wavelength of the light source is 405 nm, the numerical aperture of the objective lens 6 is 0.65, the track pitch (land and group width) is 0.34 ⁇ m, and the
  • Focus error signal by simple astigmatism method using only main beam As shown in Fig. 9 (a), the dependence of the focus error signal on the land on the defocus amount is different from the dependence of the focus error signal on the group in the defocus amount, as shown in Fig. 9 (a). Each time a spot crosses a land and a group, cross-groove noise is generated.
  • the focus error signal is detected by the differential astigmatism method using the main beam and the sub beam, as shown in Fig. 9 (c)
  • the dependence of the force error signal on the land on the defocus amount Since the dependence of the focus error signal in the groove and the groove on the defocus amount is the same, the generation of groove crossing noise can be suppressed.
  • the focused spot of the main beam and the focused spot of the sub beam must have a radius on the disk 7. It must be placed one track pitch apart in the direction. Therefore, when there are a plurality of types of optical recording media having different track pitches, in this optical head device, the differential astigmatism is applied only to one of the types of optical recording media. A good focus error signal cannot be obtained by the method.
  • a differential push-pull method has been proposed as a method of detecting a track error signal that can suppress such offset.
  • a differential push-pull method has been proposed that can handle a plurality of types of optical recording media having different track pitches. Therefore, the same configuration may be applied to the differential astigmatism method in order to cope with a plurality of types of optical recording media having different track pitches.
  • a conventional optical head device for detecting a track error signal by a differential push-pull method for a plurality of types of optical recording media having different track pitches is disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 9-198192. Is described in Japanese Patent Publication No. This optical head device is obtained by replacing the diffractive optical element 3b in the conventional optical head device shown in FIG. 5 with a diffractive optical element 3c described below.
  • FIG. 10 is a plan view showing the diffractive optical element 3c.
  • the diffractive optical element 3c is divided into two regions 12e and 12f by a straight line passing through the optical axis of the incident light and parallel to the tangential direction of the disk 7.
  • a diffraction grating 23 is formed in the region.
  • the direction in which the diffraction grating 23 extends is the radial direction of the disk 7, and the pattern of the grating is a straight line at equal intervals.
  • the phase of the grating in the region 12 e and the phase of the grating in the region 12 f are shifted from each other by ⁇ (half a pitch).
  • FIG. 11 is a plan view showing the position of the condensed spot on the disk 7.
  • the converging spots 14a, 14f, and 14g are converging spots of the 0th order light, the + 1st order diffracted light, and the 1st order diffracted light from the diffractive optical element 3c, respectively. These three focusing spots are located on the same track 13.
  • Track 13 is a land or a group. Since the sub-beams are shifted in phase by ⁇ from each other on the left and right sides of a straight line passing through the optical axis and parallel to the tangential direction of the disk 7, the focused spots 14f and 14g of the sub-beams are in the respective right regions. The intensity becomes 0 at the boundary between the left and right regions, and two peaks having the same intensity appear on the right and left sides when viewed from the center line of the track 13.
  • the grating phase in the region 12 e of the diffractive optical element 3 c and the grating phase in the region 12 f are shifted from each other by ⁇ . Shifting the sub-beam phase by ⁇ between the left and right sides of a straight line passing through the optical axis and parallel to the tangential direction of the disc 7 will make the converging spot of the main beam and the condensing spot of the sub-beam on the disc 7 Arranging them one track pitch apart in the radial direction has the same effect as track error signals by the differential push-pull method.
  • the present optical head device since the three focused spots are arranged on the same track, the relative position of the focused spot with respect to the track 13 does not depend on the track pitch, and the track pitch differs. It can handle multiple types of optical recording media.
  • the configuration of the light receiving unit of the photodetector 10 and the arrangement of the light spots on the photodetector 10 in this conventional optical head device are the same as those shown in FIG.
  • the light spots 16a, 16d, and 16e are light spots of the 0th-order light, the + 1st-order diffracted light, and the _1st-order diffracted light from the diffractive optical element 3c, respectively.
  • the calculation by the above equations 1 to 3 allows the focus error signal of the main beam and the sub beam by the astigmatism method and the differential astigmatism method. Focus error signal is obtained.
  • the present inventors divide the diffractive optical element into a plurality of regions in the optical head device, so that even if the objective lens shifts in the radial direction of the optical recording medium, A technology for correctly detecting the tilt (radial tilt) has been developed and disclosed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-307758). According to this technique, even if the objective lens shifts in the radial direction of the optical recording medium, no offset occurs in the radial tilt signal, and the radial tilt can be correctly detected.
  • FIG. 7A is a graph showing an example of the above, where (a) shows the focus error signal of the main beam calculated by the above equation 1, (b) shows the focus error signal of the sub beam calculated by the above equation 2, and (c) ) Shows the focus error signal calculated by the above-mentioned formula 3 by the differential astigmatism method.
  • the black circles in the figure indicate the focus error signal when the converging spot of the main beam is located on the land.
  • ( ⁇ ) shows the focus error signal when the focused spot of the main beam is located on the group. Note that the calculation conditions set in this calculation are the same as the conditions for calculating the focus error signal shown in FIGS. 9A to 9C.
  • Fig. 12 (a) when the focus error signal is detected by the simple astigmatism method using only the main beam, the focus error signal when the focused spot of the main beam is on the land And the focus error signal when the focused spot of the main beam is in the group are different from each other, so that groove crossing noise is generated.
  • the focus error signal is detected by the differential astigmatism method using the main beam and the sub beam, as shown in Fig. 12 (c), the dependence of the focus error signal on the land on the defocus amount The dependence of the focus error signal on the defocus amount in the group and that in the group near the origin, but differ in other parts, so that the generation of cross-groove noise cannot be sufficiently suppressed.
  • the focus signal levels of the land and the group are different from each other in the range of 1.5111 to +1.5 ⁇ , which is the actual fluctuation range of the defocus amount.
  • the dependence of the focus error signal of the main beam shown in Fig. 12 (a) on the defocus amount and the dependence of the sub beam focus error signal shown in Fig. 12 (b) on the defocus amount are close to the origin.
  • the land and the group do not reverse each other, and even if they are added, the difference in the defocus amount dependency between the land and the group is not sufficiently canceled.
  • the conventional optical head device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-81942 discloses an accurate track error signal independent of the track pitch for the track error signal by the differential push-pull method. However, it has no sufficient effect on the focus error signal by the differential astigmatism method.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the conventional optical head device, and An optical head device and an optical information device capable of obtaining a good focus error signal with sufficiently suppressed groove crossing noise by a differential astigmatism method for a plurality of types of optical recording media having different rack pitches.
  • An object of the present invention is to provide a recording and reproducing device.
  • An optical head device according to the present invention includes: a light source; a diffractive optical element that diffracts light emitted from the light source to split the light into a main beam and a sub beam; and an objective lens that condenses the main beam and the sub beam on an optical recording medium.
  • Astigmatism generating means for giving astigmatism to light reflected by the optical recording medium; and light for receiving the light transmitted through the astigmatism projection means and receiving the main beam and the sub-beam.
  • a first straight line that intersects with the optical axis of the light and extends in a direction in which the grating of the diffractive optical element extends, and that intersects with the optical axis and is orthogonal to the first straight line.
  • the first to fourth regions are divided by the second straight line, and the phase of the grating in the first region and the second region located at a diagonal of the first region is determined by the first and fourth regions.
  • the light emitted from the light source is split into a main beam and a sub-beam by the diffractive optical element, and is condensed and reflected on the optical recording medium via the objective lens, and the astigmatism is generated by the astigmatism generating means. And is received by the photodetector. At this time, the main beam and the sub beam are converged on an area including the same track of the optical recording medium, and the diffractive optical element is divided into four parts.
  • the focused spot of the sub-beam formed on the optical recording medium is:
  • the intensity becomes 0 in a region corresponding to the boundary between mutually adjacent regions in the diffractive optical element, and has four peaks in regions corresponding to the first to fourth regions. become.
  • the dependency of the sum of the focus error signal of the main beam and the focus error signal of the sub beam by the astigmatism method on the defocus of the optical recording medium is different from the case where the focused spot is located on the land and the case where the focused spot is located in the group.
  • the noise becomes substantially equal, and noise crossing the groove of the focus error signal can be suppressed.
  • the operation of the focus servo can be stabilized, and recording and reproduction can be performed with high accuracy.
  • by locating the converging spot of the main beam and the converging spot of the sub beam in an area including the same track it is possible to cope with a plurality of types of optical recording media having different track pitches.
  • the light source is preferably a semiconductor laser.
  • recording and reproduction can be performed with high accuracy, and the light source can be reduced in size and durability can be improved.
  • the diffractive optical element is emitted toward the objective lens, and at least a part of the light reflected from the optical recording medium and incident from the objective lens is converted into the astigmatism.
  • a beam splitter that emits light toward the generating means.
  • the beam splitter is a polarizing beam splitter that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light, and is provided between the polarized beam splitter and the objective lens. It is more preferred to have the quarter wave plate provided.
  • the light transmitted through the polarization beam splitter as P-polarized light on the outward path passes through the 1Z4 wavelength plate twice, becomes S-polarized light on the return path, and is reflected by the polarization beam splitter.
  • the optical system of the optical head device can be simplified, the loss when the light incident from the diffractive optical element is emitted toward the objective lens, and the light incident from the objective lens can be converted into astigmatism generating means. It is possible to reduce the loss at the time of emission toward.
  • An optical information recording / reproducing apparatus wherein: the optical head device; An error for generating a focus error signal of the main beam and the sub beam by the astigmatism method based on a detection signal of the detector, and outputting a sum of the focus error signals of the main beam and the sub beam as a focus error signal for focus servo.
  • a signal generating circuit ; and objective lens driving means for controlling the position of the objective lens based on the focus error signal for focus servo.
  • the error signal generation circuit generates a track error signal of the main beam and the sub beam by a push-pull method based on a detection signal of the photodetector, and the track error signal of the main beam and the track error signal of the sub beam.
  • the objective lens driving means further controls the position of the objective lens based on the track servo track error signal. preferable.
  • the converging spot of the main beam and the converging spot of the sub-beam in an area including the same track data can be recorded on a plurality of types of optical recording media having different track pitches. Recording and reproduction can be performed.
  • the focus error signal in the land and the focus error signal in the group ' substantially coincide with each other, a good focus error signal in which the groove crossing noise is sufficiently suppressed by the differential astigmatic method is obtained. be able to.
  • the operation of the focus servo can be stabilized, and recording and reproduction can be performed with high accuracy.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an optical information recording / reproducing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the diffractive optical element shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing the position of a condensed spot on the disk shown in FIG.
  • Figures 4 (a) to 4 (c) show examples of calculating various focus error signals by taking the disc defocus amount on the horizontal axis and the signal level of the focus error signal normalized by the sum signal on the vertical axis.
  • 5A and 5B are graphs showing (a) a focus error signal of a main beam, (b) a focus error signal of a sub-beam, and (c) a focus error signal by a differential astigmatism method.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a conventional optical head device that detects a focus error signal by a differential astigmatism method.
  • FIG. 6 is a plan view showing a diffractive optical element in this conventional optical head device.
  • FIG. 7 is a plan view showing a position of a condensed spot on a disk in a conventional optical head device.
  • FIG. 8 is a plan view showing the light receiving portion of the photodetector and the position of the light spot on the photodetector.
  • Figures 9 (a) to (c) show examples of calculating various focus error signals by taking the defocus amount of the disc on the horizontal axis and the signal level of the focus error signal normalized by the sum signal on the vertical axis.
  • 5A and 5B are graphs showing (a) a focus error signal of a main beam, (b) a focus error signal of a sub-beam, and (c) a focus error signal by a differential astigmatism method.
  • FIG. 10 is a plan view showing a diffractive optical element in a conventional optical head device.
  • FIG. 11 is a plan view showing the position of a condensed spot on a disk in this conventional optical head device.
  • the horizontal axis indicates the defocus amount of the disc
  • the vertical axis indicates the signal level of the focus error signal normalized by the sum signal, and calculates various focus error signals.
  • FIGS. 7A and 7B are graphs showing an example of a focus error signal of a main beam
  • FIG. 7B shows a focus error signal of a sub beam
  • FIG. 7C shows a focus error signal by a differential astigmatism method. Indicates a signal.
  • the present inventors have proposed that the condensing spots of the main beam and the sub-beam formed on the disk by the optical head device are located on the same track, and that the focus error signal is not detected.
  • the diffractive optical element was divided into four areas in a (2 x 2) matrix, and two areas diagonal to each other. The inventors have found that the above conditions can be satisfied by making the phase of the diffraction grating different by ⁇ between these two regions and forming four peaks at the converging spot of the sub-beam, and completed the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an optical information recording / reproducing apparatus according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a plan view showing the diffractive optical element shown in FIG.
  • the optical information recording / reproducing apparatus according to the present embodiment is, for example, a DVD (Digital Versatile Disc) drive.
  • an optical head device 31 is incorporated in the optical information recording / reproducing device according to the present embodiment.
  • the optical head device 31 is provided with a semiconductor laser 1, and the laser beam emitted from the semiconductor laser 1 along the path of the laser beam emitted by the semiconductor laser 1.
  • a collimator lens 2 that collimates the light, a diffractive optical element 3a that diffracts the incident light 3a, a polarization beam splitter 4 that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light in a predetermined direction, and vibrates in directions perpendicular to each other
  • a 1/4 wavelength plate 5 that provides a phase difference of 14 wavelengths between them and an objective lens 6 that converges the incident parallel light
  • the disc 7 which is an optical recording medium is positioned at the focal point. Note that the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 5 is the tangential direction at the laser beam irradiation position of the disk 7, and the vertical direction shown is the radial direction of the disk 7 at the laser light irradiation position.
  • a cylindrical lens 8, a lens 9, and a photodetector 10 are arranged along the path of the light reflected by the polarization beam splitter 4, along the path of the light reflected by the polarization beam splitter 4, a cylindrical lens 8, a lens 9, and a photodetector 10 are arranged.
  • the cylindrical lens 8 and the lens 9 constitute astigmatism generating means for giving astigmatism to light.
  • the photodetector 10 is provided between two focal lines formed by a composite lens including the cylindrical lens 8 and the lens 9.
  • the astigmatism generating means may be constituted by a parallel plate provided at a predetermined angle to the lens and the optical axis of the incident light instead of the cylindrical lens and the lens.
  • the configuration of the photodetector 10 is the same as the photodetector of the conventional optical head device shown in FIG.
  • the light spots 16a, 16d and 16e are light spots of the 0th order light, the + 1st order diffracted light, and the 1st
  • the diffractive optical element 3a has a square shape, and has a region 12a, 1a by a straight line extending through the optical axis of the incident light in the tangential direction of the disk 7 and a straight line extending in the radial direction. It is divided into four square-shaped regions 2b, 12c, and 12d, and a diffraction grating 23 is formed in each region. That is, the regions 12 a to l 2 d are arranged in a (2 ⁇ 2) matrix. Region 12a is adjacent to region 12b and region 12c, and diagonal to region 12d It is in a positional relationship.
  • the pattern of the diffraction grating 23 is a straight line at equal intervals, and the direction in which the diffraction grating 23 extends is the radial direction of the disk 7.
  • the phase of the grating in the region 12a is equal to the phase of the grating in the region 12d
  • the phase of the grating in the region 12b is equal to the phase of the grating in the region 12c
  • the regions 12a and 12d The phase of the grating at and the phase of the grating in regions 12b and 12c are shifted from each other by ⁇ (for a half pitch).
  • phase of the + 1st-order diffracted light from the regions 12a and 12d and the phase of the + 1st-order diffracted light from the regions 12b and 12c are shifted from each other by ⁇ , and the regions 1 2 & and 1
  • the phase of the _ 1st-order diffracted light from 2 and the phase of the 1st-order diffracted light from the regions 12 b and 12 c are shifted from each other by ⁇ .
  • the circle shown by the broken line in the figure is the effective area of the objective lens 6.
  • the semiconductor laser 1 is driven outside the optical head device 31 in the optical information recording / reproducing device according to the present embodiment based on recording data input from the outside.
  • a recording signal generation circuit 17 for generating a recording signal for performing the operation is provided. Further, the recording signal output from the recording signal generating circuit 17 is input, and a driving signal for driving the semiconductor laser 1 is generated based on the recording signal, and the driving signal is output to the semiconductor laser 1.
  • a conductor laser drive circuit 18 is provided.
  • a preamplifier 19 for converting a current signal output from the photodetector 10 into a voltage signal is provided. Based on the voltage signal output from the preamplifier 19, a reproduction signal is generated and reproduced. A reproduction signal generation circuit 20 for outputting data to the outside is provided. An error signal generating circuit 21 for generating a focus error signal and a track error signal for driving the objective lens 6 based on the voltage signal output from the preamplifier 19 is provided. A track error signal is input, and an objective lens drive circuit 22 that generates a drive signal based on these signals is provided. An actuator (not shown) that receives the drive signal output from the objective lens drive circuit 22 and controls the position of the objective lens 6 is provided.
  • the objective lens driving means is constituted by the objective lens driving circuit 22 and the actuator. Further, in the optical information recording / reproducing apparatus according to the present embodiment, a spindle control circuit for rotating the disk 7, a positioner control circuit for moving the entire optical head device 31 with respect to the disk 7, and the like are provided. .
  • the recording operation on the disk 7 will be described.
  • recording data is externally input to the recording signal generation circuit 17.
  • the recording signal generation circuit 17 generates a recording signal for driving the semiconductor laser 1 based on the input recording data, and outputs the recording signal to the semiconductor laser driving circuit 18.
  • the semiconductor laser drive circuit 18 generates a drive signal based on the recording signal and outputs the drive signal to the semiconductor laser 1 of the optical head device 31.
  • the semiconductor laser 1 emits a laser beam based on the input drive signal.
  • This laser light is collimated by the collimator lens 2 and is divided by the diffractive optical element 3a into three lights of a 0th-order light as a main beam and a ⁇ 1st-order diffracted light as a sub-beam.
  • These lights enter the polarization beam splitter 4 as P-polarized light, pass almost completely therethrough, pass through the 14-wave plate 5, are converted from linearly polarized light to circularly polarized light, and are condensed on the disk 7 by the objective lens 6. You. As a result, data is written to the disk 7 and a signal is recorded.
  • FIG. 3 is a plan view showing the positions of the converging spots on the disk 7 shown in FIG.
  • the converging spots 14a, 14b, and 14c shown in FIG. 3 are the converging spots of the 0th-order light, the + 1st-order diffracted light, and the 1st-order diffracted light from the diffractive optical element 3a, respectively.
  • the three focal spots are located in the area containing the same track 13 You. Track 13 is a land or a group.
  • the sub-beam passes through the optical axis and is based on a straight line parallel to the tangential direction of the disk 7 and a straight line parallel to the radial direction, based on the upper left area and the lower right area, and the upper right area and the lower left area shown in the figure.
  • the phases are shifted from each other by ⁇ .
  • the upper left and upper right positions are based on the straight line passing through the center of each converging spot and extending in the tangential and radial directions of the disk 7. In the lower left and lower right, four peaks with the same intensity appear.
  • each of the light receiving sections 15a to 151 since the light incident on the photodetector 10 is given astigmatism, each of the light receiving sections 15a to 151 according to the deviation from the focal position of the disk 7, that is, the defocus amount. Fluctuates in intensity of light received.
  • the preamplifier 19 converts the input current signal into a voltage signal, and outputs the voltage signal to the reproduction signal generation circuit 20 and the error signal generation circuit 21.
  • the error signal generation circuit 21 generates a focus error signal and a track error signal for driving the objective lens 6 based on the voltage signal input from the preamplifier 19.
  • a focus error signal of the main beam and the sub-beam by the astigmatism method and a focus error signal by the differential astigmatism method can be obtained by the above-described formulas 1 to 3.
  • the track error signal TEM of the main beam by the push-pull method is It can be obtained by the calculation shown in Equation 4 below.
  • the track error signal TE by the differential push-pull method can be obtained by the following equation 6, where K is the light amount ratio between the main beam and the sub beam.
  • the objective lens drive circuit 22 drives the actuator based on the focus error signal and the track error signal input from the error signal generation circuit 21, and controls the position of the objective lens 6. Thereby, the operations of the focus servo and the track servo are performed.
  • the semiconductor laser driving circuit 18 does not drive the semiconductor laser 1 based on recording data input from the outside, but causes the semiconductor laser ⁇ to emit laser light with a constant output. Then, by the same operation as the above-described recording operation, the laser light is condensed and reflected on the disk 7 and is taken out by the photodetector 10 as a current signal.
  • the preamplifier 19 converts the current signal into a voltage signal and outputs the voltage signal to the reproduction signal generation circuit 20 and the difference signal generation circuit 21.
  • the reproduction signal generation circuit 20 generates a reproduction signal based on the voltage signal input from the preamplifier 19.
  • the reproduction signal D of the main beam can be obtained by the calculation shown in the following equation (7).
  • the reproduction signal generation circuit 20 outputs the reproduction signal D to the outside as reproduction data.
  • the signal from the disk 7 is reproduced.
  • the operations of the error signal generation circuit 21, the objective lens drive circuit 22, and the actuator are the same as in the above-described data recording.
  • the diffractive optical element 3a (see FIG. 2).
  • the main beam and the sub-beam which are transmitted or diffracted through the regions 12a and 12b of the diffractive optical element 3a among the laser beams collimated by the collimator lens 2 will be considered.
  • the phase of the grating in the area 12a of the diffractive optical element 3a and the phase of the grating in the area 12b are shifted from each other by ⁇ .
  • the focused spot of the main beam and the focused spot of the sub beam are Arranging them radially apart from each other on the track by one track pitch has the same effect as for the track error signal by the differential push-pull method.
  • the main beam and the sub beam transmitted or diffracted through the regions 12c and 12d of the diffractive optical element 3a are considered.
  • the phase of the grating in the regions 12a and 12d of the diffractive optical element 3a and the phase of the grating in the regions 12b and 12c are shifted from each other by ⁇ .
  • the phases of the sub beams are shifted by ⁇ between the upper left area and the lower right area of the straight line extending in the tangential direction and the radial direction of the disk 7 through the optical axis and the upper right area and the lower left area.
  • FIGS. 4 (a) to 4 (c) the horizontal axis indicates the defocus amount of the disc 7, and the vertical axis indicates the signal level of the focus error signal normalized by the sum signal.
  • FIG. 9 is a graph showing an example of calculation, in which (a) shows the focus error signal of the main beam calculated by the above equation 1, and (b) shows the focus error signal of the sub beam calculated by the above equation 2. (C) shows the focus error signal by the differential astigmatism method calculated by the above formula 3.
  • the solid circle (hata) indicates that the condensed spot is on the land.
  • the white circle ( ⁇ ) shows the focus error signal when the focused spot is located on the group, and the calculation conditions set in this calculation are as follows. 9 (a) Is the same as the conditions set when performing the calculations shown in optimum (c).
  • Fig. 4 (a) when the focus error signal is detected by the simple astigmatism method using only the main beam, the focus on the land Since the dependence of the error signal on the defocus amount is different from the dependence of the focus error signal on the groove in the groove, cross-groove noise is generated.
  • Fig. 4 (c) when the focus error signal is detected by the differential astigmatism method using both the main beam and the sub beam, the defocus amount of the focus error signal on the land
  • the dependence of the focus error signal on the groove and the defocus amount in the groove is approximately the same within the range of -1.3 to +1.5 zm, so the groove crossing noise is sufficiently suppressed. it can.
  • the polarization beam splitter 4 When the light incident on the optical disk is P-polarized light, this light passes through the polarizing beam splitter 4 and reciprocates with the disk 7, passes through the 1 Z 4 wave plate 5 twice, and is polarized from the objective lens 6. The light incident on the beam splitter 4 becomes S-polarized light. Since the polarizing beam splitter 4 transmits the P-polarized light and reflects the S-polarized light, the light that has entered the polarizing beam splitter 4 from the collimator lens 2 has substantially no loss. In addition to being able to emit light toward the objective lens 6, the light that has entered the polarization beam splitter 4 from the objective lens 6 can be emitted toward the cylindrical lens 8 with substantially no loss.
  • the phase of the grating in the regions 12a and 12d of the diffractive optical element 3a and the phase of the grating in the regions 12b and 12c are shifted from each other by ⁇ .
  • the amount of phase shift does not need to be exactly ⁇ , but may be approximately ⁇ . This is because the effect of suppressing the groove crossing noise by the differential astigmatism method is maximized when the phase shift is ⁇ , but the change in the effect of suppressing the groove crossing noise near the phase shift of ⁇ is This is because the effect of suppressing cross-groove noise hardly changes even if the amount of phase shift slightly changes from ⁇ .
  • the converging spots 14a, 14b, and 14c are located on the same track 13; however, the positions of the converging spots are exactly the same. It does not need to be on a track, but may be any area including the same track.
  • the effect of suppressing cross-groove noise by the differential astigmatism method is maximized when the focusing spot is located on the same track, but as long as the focusing spot is located near the same track, When the center of the spot deviates from the center line of the track, the effect of suppressing the groove crossing noise is gradual, and even if the arrangement of the focused spot slightly changes on the same track, the effect of suppressing the groove crossing noise is small. This is because it hardly changes.
  • the optical information recording / reproducing device is a recording / reproducing device that performs recording and reproduction on and from the disc 7.
  • the present invention is not limited to this, and may be a playback-only device that performs only playback on the disc 7.
  • the semiconductor laser 1 does not drive based on recording data input from the outside, but always emits a laser beam with a constant output.
  • the optical information recording / reproducing device is limited to a DVD drive. Instead, it may be a read-only device, such as a DVD-R (Digital Versatile Disc Recordable: writable DVD) drive, a DVD-ROM (Digital Versatile Disc-Read Only Memory) drive, or a DVD-RW.
  • DVD-R Digital Versatile Disc Recordable: writable DVD
  • DVD-ROM Digital Versatile Disc-Read Only Memory
  • CD-R Compact Disc Recordable: writable compact disk
  • CD-ROM Compact Disk Read Only Memory
  • the present invention relates to an optical head device for recording and / or reproducing data on and from an optical recording medium such as a DVD, DVD-R, DVD-ROM, DVD-RW, CD-R, CD-ROM, and optical information.
  • the present invention relates to a recording / reproducing device.

Landscapes

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Abstract

半導体レーザ（１）からの出射光を回折光学素子（３ａ）によりメインビームとサブビームとに分割する。回折光学素子（３ａ）は、ディスク（７）の接線方向に平行な直線及び半径方向に平行な直線により４つの領域に分割されている。一方の対角に位置する２つの領域における格子の位相と、他方の対角に位置する２つの領域における格子の位相とは、互いにπだけずれている。メインビームの集光スポットとサブビームの集光スポットとは同一のトラック上に配置されている。メインビームとサブビームとを用いて差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う。

Description

明 細 書 光へッド装置及び光学式情報記録再生装置 技術分野
本発明は、 光記録媒体に対して記録及びノ又は再生を行う光へッド装置 及び光学式情報記録再生装置に関し、 特に、 トラックピッチが相互に異な る複数種類の光記録媒体に対して、 差動非点収差法により良好なフォー力 ス誤差信号を得ることが可能な光へッド装置及びこの光へッド装置が組み 込まれた光学式情報記録再生装置に関する。 背景技術
光学式情報記録再生装置に組み込まれた光へッド装置におけるフォー力 ス誤差信号の検出方法として非点収差法が知られている。 非点収差法は、 ナイフエッジ法及びスポットサイズ法と比べ、 プッシュプル法及ぴ位相差 法によるトラック誤差信号の検出、 並びに再生信号の検出との光学系の複 合化が容易であるという特徴がある。
一方、 光記録媒体を高密度化する方法として、 光記録媒体のランド及び グループの両方に対して記録及び再生を行うランド Zグループ記録が知ら れている。 通常、 追記型及ぴ書換可能型の光記録媒体には、 トラッキング を行うための溝が予め形成されている。 ランド及びグループは、 光記録媒 体の入射光が照射される側から見て、 夫々凹部及び凸部に相当する。 このようなランド/グループ記録用の光記録媒体に対して非点収差法に よりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、 ランドにおいて光が反射した 場合のフォーカス誤差信号と、 グループにおいて光が反射した場合のフォ 一カス誤差信号とは相互に異なっている。 即ち、 光ヘッド装置が光記録媒 体上に形成する集光スポットがランドにある場合とグループにある場合と で、 光記録媒体のデフォーカス量とフォーカス誤差信号の信号レベルとの 相関関係が相互に異なる。 このため、 光ヘッド装置が光記録媒体の内周部 分と外周部分との間でアクセス動作を行う場合等に、 光へッド装置が光記 録媒体上に形成する集光スポッ トが、 光記録媒体の溝を横断すると、 フォ 一カス誤差信号の信号レベルがランドとグループとの間で変動する。 この 変動は溝横断雑音と呼ばれる。 溝横断雑音が発生するとフォーカスサーボ の動作が不安定になり、 記録及び再生を正しく行うことができなくなる。 そこで、 このような溝横断雑音を抑制できるフォーカス誤差信号の検出 方法として、 差動非点収差法が提案されている （例えば、 特開平 4一 1 6 8 6 3 1号公報参照。 ） 。 図 5は、 差動非点収差法によりフォーカス誤差 信号の検出を行う従来の光へッド装置を示すブロック図である。 この光へ ッド装置は、特開平 4一 1 6 8 6 3 1号公報に記載されているものである。 図 5に示すように、 この従来の光ヘッド装置においては、 半導体レーザ 1が設けられており、 この半導体レーザ 1が出射するレーザ光の経路に沿 つて、 半導体レーザ 1から出射されたレーザ光を平行光とするコリメータ レンズ 2、 入射した光を透過及び回折させる回折光学素子 3 b、 入射した 光の一部を透過させると共に残部を所定の方向に反射するビームスプリッ タ 1 1、 入射した平行光を収束させる対物レンズ 6が設けられており、 こ の対物レンズ 6の焦点に光記録媒体であるディスク 7が配置されるように なっている。 なお、 図 5の紙面に垂直な方向がディスク 7のレーザ光の照 射領域におけるトラックの接線方向（以下、単に接線方向という）であり、 図示の縦方向がディスク 7のレーザ光の照射領域における半径方向（以下、 単に半径方向という） となっている。 また、 ビームスプリッタ 1 1により 反射された光の経路に沿って、 円筒レンズ 8、 レンズ 9及び光検出器 1 0 が配置されている。 光検出器 1 0は、 円筒レンズ 8及びレンズ 9からなる 複合レンズにより形成される 2つの焦線の中間に設置されている。
図 6は回折光学素子 3 bを示す平面図である。 図 6に示すように、 回折 光学素子 3 bにおいては、 全面に回折格子 2 3が形成されている。 この回 折格子 2 3が延びる方向は、 ディスク 7の半径方向にほぼ平行であるが、 この半径方向から僅かに傾斜している。 格子のパタンは等間隔の直線状で ある。なお、図中に破線で示してある円は対物レンズ 6の有効領域である。 図 5及び図 6に示す従来の光へッド装置においては、 半導体レーザ 1が レーザ光を出射し、 この出射光はコリメータレンズ 2で平行光となり、 回 折光学素子 3 bによりメインビームである 0次光、 及びサブビームである ± 1次回折光の 3つの光に分割される。 これらの光の一部はビームスプリ ッタ 1 1を透過し、 対物レンズ 6でディスク 7上に集光される。 そして、 これらの光はディスク 7により反射される。 ディスク 7からの 3つの反射 光は対物レンズ 6を逆向きに透過し、 その一部がビームスプリッタ 1 1に より.反射され、 円筒レンズ 8、 レンズ 9を透過して光検出器 1 0で受光さ れる。
図 7は、ディスク 7上における集光スポッ トの位置を示す平面図である。 図 7に示す集光スポット 1 4 a、 1 4 d、 1 4 eは、 夫々回折光学素子 3 bからの 0次光、 + 1次回折光、 一 1次回折光の集光スポットである。 集 光スポット 1 4 aはトラック 1 3上、 集光スポット 1 4 dはトラック 1 3 の右側に隣接するトラック上、 集光スポット 1 4 eはトラック 1 3の左側 に隣接するトラック上に夫々位置している。 なお、 トラック 1 3がランド である場合、 トラック 1 3の左右に隣接するトラックはグループであり、 トラック 1 3がグループである場合、 トラック 1 3の左右に隣接するトラ ックはランドである。
図 8は、 光検出器 1 0の受光部及び光検出器 1 0上の光スポットの位置 を示す平面図である。 図 8に示すように、 光検出器 1 0には 3ケ所に正方 形の受光領域 1 5 X、 1 5 y、 1 5 zが設けられており、受光領域 1 5 x、 1 5 y、 1 5 zは夫々 （2 X 2) のマトリクス状に配列された 4つの受光 部により構成されている。 即ち、 受光領域 1 5 Xは夫々正方形の受光部 1 5 a〜l 5 ciに 4分割されており、 受光領域 1 5 yは夫々正方形の受光部 1 5 e〜l 5 hに 4分割されており、 受光領域 1 5 zは夫々正方形の受光 部 1 5 i〜1 5 1に 4分割されている。 そして、 レンズ 9を透過した光が 光検出器 1 0に入射すると、 受光領域 1 5 x、 1 5 y、 1 5 zに夫々光ス ポット 1 6 a、 1 6 d及ぴ 1 6 eが形成されるようになつている。 受光部 1 5 a〜l 5 1は、 入射された光の強さに応じて電気信号を出力するもの である。
このとき、 光スポット 1 6 aは回折光学素子 3 bの 0次光の光スポット であり、 受光部 1 5 a ~l 5 dで受光される。 光スポット 1 6 dは回折光 学素子 3 bの + 1次回折光の光スポットであり、 受光部 1 5 e〜l 5 hで 受光される。 光スポット 1 6 eは回折光学素子 3 bの一 1次回折光の光ス ポットであり、 受光部 1 5 i ~1 5 1で受光される。 円筒レンズ 8及びレ ンズ 9の作用により、 光スポットにおける接線方向と半径方向との強度分 布は入れ替わつている。
なお、 受光部 1 5 eと 1 5 f との境界線、 受光部 1 5 gと 1 5 hとの境 界線、 受光部 1 5 aと 1 5 bとの境界線、 受光部 1 5 cと 1 5 dとの境界 線、 受光部 1 5 i と 1 5 j との境界線及び受光部 1 5 kと 1 5 1との境界 線が延びる方向は、 図 7に示すディスク 7上の集光スポット 1 4 a、 1 4 d、 1 4 eにおけるディスク 7の接線方向に相当する。 また、 受光部 1 5 eと 1 5 gとの境界線、 受光部 1 5 f と 1 5 hとの境界線、 受光部 1 5 a と 1 5 cとの境界線、 受光部 1 5 bと 1 5 dとの境界線、 受光部 1 5 i と 1 5 kとの境界線及ぴ受光部 1 5 j と 1 5 1 との境界線が延びる方向は、 図 7に示すディスク 7上の集光スポット 1 4 a、 1 4 d、 1 4 eにおける ディスク 7の半径方向に相当する。
受光部 1 5 a〜l 5 1から出力された電気信号を夫々 V 1 5 a〜V 1 5 1で表わすと、 非点収差法によるメインビームのフォーカス誤差信号 FE Mは、 下記数式 1により得ることができる。
FEM= (V 1 5 a +V 1 5 d) 一 (V 1 5 b +V 1 5 c) · · · (1) また、 非点収差法によるサブビームのフォーカス誤差信号 FE Sは、 下 記数式 2により得ることができる。
FE S= (V 1 5 e +V1 5 h+V 1 5 i +V1 5 1 ) - (V 1 5 f + V 1 5 g +V 1 5 j +V 1 5 k) · · · (2)
更に、 差動非点収差法によるフォーカス誤差信号 FEは、 メインビーム とサブビームとの光量比を Kとすると、 下記数式 3により得ることができ る。
F E = F EM+KX F E S ■ · · (3)
図 9 (a) 乃至 （c) は、 横軸にディスク 7のデフォーカス量をとり、 縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとつて、 各 種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図である。 図 9 (a) は上記数式 1により計算されたメインビームのフォーカス誤差信号を示し、 図 9 (b) は上記数式 2により計算されたサブビームのフォーカス誤差信 号を示し、 図 9 (c) は上記数式 3により計算された差動非点収差法によ るフォーカス誤差信号を示す。 また、 図中の黒丸 （き） はメインビームの 集光スポットがランド上に配置されている場合のフォーカス誤差信号を示 し、 白丸 （〇） はメインビームの集光スポットがグループ上に配置されて いる場合のフォーカス誤差信号を示す。 設定した計算条件は、 光源の波長 が 405 nm、 対物レンズ 6の開口数が 0. 65、 トラックピッチ （ラン ド及ぴグループの幅） が 0. 34 μ m、 溝の深さが 45 nmである。
メインビームのみを用いて単純な非点収差法によりフォーカス誤差信号 の検出を行う場合、 図 9 ( a ) に示すように、 ランドにおけるフォーカス 誤差信号のデフォーカス量依存性とグループにおけるフォーカス誤差信号 のデフォーカス量依存性とは相互に異なるため、 ディスク上の光スポット がランド及びグループを横切る度に溝横断雑音が発生する。 これに対し、 メインビームとサブビームを用いて差動非点収差法によりフォーカス誤差 信号の検出を行う場合、 図 9 ( c ) に示すように、 ランドにおけるフォー 力ス誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブにおけるフォーカス誤差 信号のデフォーカス量依存性とは同じであるため、 溝横断雑音の発生を抑 制できる。 これは、 図 9 ( a ) に示すメインビームのフォーカス誤差信号 のデフォーカス量依存性と図 9 ( b ) に示すサブビームのフォーカス誤差 信号のデフォーカス量依存性と力 ランドとグループとで互いに逆になり、 それらを加算することにより、 ランドとグループとにおけるデフォーカス 量依存性の違いが相殺されるためである。 即ち、 図 9 ( a ) の黒丸が示す 信号レベル （メインビームのスポットがランドにあるときのメインビーム の信号レベル） と図 9 ( b ) の黒丸が示す信号レベル （メインビームのス ポットがランドにあるときのサブビームの信号レベル）との和力 S、図 9 ( a ) の白丸が示す信号レベル （メインビームのスポットがグループにあるとき のメインビームの信号レベル） と図 9 ( b ) の白丸が示す信号レベル （メ インビームのスポットがグループにあるときのサブビ^"ムの信号レベル） との和に略等しくなるからである。
しかしながら、 図 5に示す従来の光ヘッド装置において、 差動非点収差 法により良好なフォーカス誤差信号を得るためには、 メインビームの集光 スポットとサブビームの集光スポットが、 ディスク 7上で半径方向に 1 ト ラックピッチ分だけ離れて配置されている必要がある。 従って、 トラック ピッチが相互に異なる複数種類の光記録媒体がある場合、 この光ヘッド装 置においては、 いずれか一種類の光記録媒体に対してしか、 差動非点収差 法により良好なフォーカス誤差信号を得ることはできない。
ところで、 光ヘッド装置においてプッシュプル法により トラック誤差信 号の検出を行う場合、対物レンズが光記録媒体の半径方向へシフトすると、 トラック誤差信号にオフセットが発生し、 記録及び再生を正しく行うこと ができなくなる。 このようなオフセットを抑制できるトラック誤差信号の 検出方法として、 差動プッシュプル法が提案されている。 また、 トラック ピッチが相互に異なる複数種類の光記録媒体に対応できる差動プッシュプ ル法も提案されている。 そこで、 差動非点収差法に関しても、 相互にトラ ックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対応するため、 同じ構成を適 用することが考えられる。
トラックピッチが相互に異なる複数種類の光記録媒体に対して、 差動プ ッシュプル法により トラック誤差信号の検出を行う従来の光へッド装置と しては、 特開平 9 _ 8 1 9 4 2号公報に記載されているものがある。 この 光へッド装置は、 図 5に示す従来の光へッド装置における回折光学素子 3 bを、 以下に述べる回折光学素子 3 cに置き換えたものである。
図 1 0は回折光学素子 3 cを示す平面図である。 図 1 0に示すように、 回折光学素子 3 cは、 入射光の光軸を通りディスク 7の接線方向に平行な 直線により、 2つの領域 1 2 e及び 1 2 f に分割されており、 各領域に回 折格子 2 3が形成されている。 回折格子 2 3が延びる方向はディスク 7の 半径方向であり、 格子のパタンは等間隔の直線状である。 また、 領域 1 2 eにおける格子の位相と領域 1 2 f における格子の位相は、 互いに π (半 ピッチ分） だけずれている。 これにより、 領域 1 2 eからの + 1次回折光 の位相と領域 1 2 f からの + 1次回折光の位相は互いに πだけずれ、 領域 1 2 eからの一 1次回折光の位相と領域 1 2 f からの一 1次回折光の位相 は互いに πだけずれる。 なお、 図中に破線で示してある円は対物レンズ 6 の有効領域である。 図 1 1はディスク 7上における集光スポットの位置を示す平面図である。 集光スポット 1 4 a、 1 4 f 、 1 4 gは、 夫々回折光学素子 3 cからの 0 次光、 + 1次回折光、 一 1次回折光の集光スポットである。 この 3つの集 光スポットは同一のトラック 1 3上に位置するようになっている。 なお、 トラック 1 3はランド又はグループである。 サブビームは光軸を通りディ スク 7の接線方向に平行な直線の左側と右側で位相が互いに πだけずれて いるため、 サブビームの集光スポット 1 4 f 及び 1 4 gは、 夫々の右側領 域と左側領域との境界部分で強度が 0になり、 トラック 1 3の中央線から 見て右側及び左側に、 強度が相互に等しい 2つのピークが出現する。
特開平 9— 8 1 9 4 2号公報に記載されているように、 回折光学素子 3 cの領域 1 2 eにおける格子の位相と領域 1 2 f における格子の位相とを 互いに πだけずらすことにより、 光軸を通りディスク 7の接線方向に平行 な直線の左側と右側とでサブビームの位相を互いに πだけずらすことは、 メインビームの集光スポットとサブビームの集光スポットとを、 ディスク 7上で半径方向に 1 トラックピッチ分だけ離して配置することと、 差動プ ッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては同等の効果を有する。 ま た、 本光ヘッド装置においては、 3つの集光スポットが同一のトラック上 に配置されているため、 トラック 1 3に対する集光スポットの相対的位置 がトラックピッチに依存せず、 トラックピッチが異なる複数種類の光記録 媒体に対応できる。
この従来の光へッド装置における光検出器 1 0の受光部の構成及ぴ光検 出器 1 0上の光スポッ トの配置は、 図 8に示すものと同じである。 但し、 光スポット 1 6 a、 1 6 d、 1 6 eは、 夫々回折光学素子 3 cからの 0次 光、 + 1次回折光、 _ 1次回折光の光スポッ トである。 この光ヘッド装置 においては、 上記数式 1乃至 3による演算により、 非点収差法によるメイ ンビーム及びサブビームのフォーカス誤差信号、 並びに差動非点収差法に よるフォーカス誤差信号を得るものとする。
また、 本発明者等は、 光ヘッド装置において、 回折光学素子を複数の領 域に分割することにより、 対物レンズが光記録媒体の半径方向にシフトし ても、 この光記録媒体の半径方向の傾き （ラジアルチルト） を正しく検出 する技術を開発し、開示した（特開 20 0 1— 3 0 7 3 5 8号公報参照。）。 この技術によれば、 対物レンズが光記録媒体の半径方向にシフトしても、 ラジアルチルト信号にオフセットが生じず、 ラジアルチルトを正しく検出 することができる。
しかしながら、 上述の従来の光へッド装置には以下に示すような問題点 がある。 図 1 2 (a ) 乃至 （c) は、 横軸にディスク 7のデフォーカス量 をとり、 縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをと つて、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、（a ) は上記数式 1により計算されるメインビームのフォーカス誤差信号を示し、 (b) は上記数式 2により計算されるサブビームのフォーカス誤差信号を 示し、 （c) は上記数式 3により計算される差動非点収差法によるフォー カス誤差信号を示す。 また、 図中の黒丸 （暴） はメインビームの集光スポ ットがランド上に位置しているときのフォーカス誤差信号を示し、 白丸
(〇） はメインビームの集光スポットがグループ上に位置しているときの フォーカス誤差信号を示す。なお、本計算において設定される計算条件は、 図 9 (a) 乃至 （c) に示すフォーカス誤差信号を計算したときの条件と 同じである。
図 1 2 (a) に示すように、 メインビームのみを用いて単純な非点収差 法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、 メインビームの集光スポ ットがランドにあるときのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性と、 メインビームの集光スポットがグループにあるときのフォーカス誤差信号 のデフォーカス量依存性とが相互に異なるため、 溝横断雑音が発生する。 また、 メインビーム及びサブビームを用いて差動非点収差法によりフォー カス誤差信号の検出を行う場合、 図 1 2 ( c ) に示すように、 ランドにお けるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とグループにおけるフォ 一カス誤差信号のデフォーカス量依存性は、原点付近では一致しているが、 それ以外の部分では異なるため、 やはり溝横断雑音の発生を十分に抑制で きない。 特に、 実際のデフォーカス量の変動範囲である一 1 . 5 111乃至 + 1 . 5 μ πιの範囲において、 ランドとグループとにおけるフォーカス信 号レベルが相互に異なっている。 これは、 図 1 2 ( a ) に示すメインビー ムのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性と図 1 2 ( b ) に示すサ ブビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とが、 原点付近以 外の範囲ではランドとグループとで互いに逆にならず、 それらを加算して も、 ランドとグループとにおけるデフォーカス量依存性の違いが十分に相 殺されないためである。
このように、 特開平 9 _ 8 1 9 4 2号公報に記載された従来の光へッド 装置は、 差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては、 トラッ クピツチに依存しない正確なトラック誤差信号を得られるという効果を有 するが、 差動非点収差法によるフォーカス誤差信号に関しては十分な効果 を有しない。
また、 特開 2 0 0 1— 3 0 7 3 5 8号公報に記載された光へッド装置に おいても、 ラジアルチルト信号に関しては対物レンズがシフトしても正確 な信号が得られるが、 特開平 9一 8 1 9 4 2号公報に記載された光へッド 装置と同様に、 差動非点収差法によるフォーカス誤差信号に関しては考慮 されておらず、 十分な効果が得られない。 発明の開示
本発明の目的は、 従来の光ヘッド装置における上述の課題を解決し、 ト ラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対して、 差動非点収差法に より溝横断雑音が十分に抑制された良好なフォーカス誤差信号を得ること ができる光へッド装置及び光学式情報記録再生装置を提供することにある。 本発明に係る光ヘッド装置は、 光源と、 この光源から出射した光を回折 させてメインビームとサブビームとに分割する回折光学素子と、 前記メイ ンビーム及びサブビームを光記録媒体に集光する対物レンズと、 前記光記 録媒体により反射された光に非点収差を与える非点収差発生手段と、 この 非点収差突生手段を透過した光を受光して前記メインビーム及びサブビー ムを受光する光検出器と、 を有し、 前記回折光学素子は、 前記光の光軸と 交わり前記回折光学素子の格子が延びる方向に延びる第 1の直線及び前記 光軸と交わり前記第 1の直線と直交する第 2の直線により第 1乃至第 4の 4つの領域に分割されており、 第 1の領域とこの第 1の領域の対角に位置 する第 2の領域における格子の位相と、 前記第 1及び第 2の領域に隣接し 相互に対角の位置にある第 3及び第 4の領域における格子の位相とが互い に実質的に πだけずれており、 前記メインビーム及びサブビームは前記光 記録媒体の同一トラックを含む領域に集光されることを特徴とする。
本発明においては、 光源から出射した光が回折光学素子によりメインビ ーム及びサブビームに分割され、 対物レンズを介して光記録媒体に集光し て反射され、 非点収差発生手段により非点収差を与えられて光検出器によ り受光される。 このとき、 メインビーム及びサブビームは光記録媒体の同 一トラックを含む領域に集光され、 また、 回折光学素子が 4分割されてお り、 この回折光学素子の格子の位相が、 相互に対角に位置する第 1及び第 2の領域と、 相互に対角に位置する第 3及び第 4の領域とで略 πだけずれ ているため、 光記録媒体に形成されたサブビームの集光スポットは、 回折 光学素子における相互に隣接する領域の境界部分に相当する領域で強度が 0になり、 第 1乃至第 4の領域に相当する領域に 4つのピークを持つよう になる。 これにより、 非点収差法によるメインビームのフォーカス誤差信 号とサブビームのフォーカス誤差信号との和の光記録媒体のデフォーカス 依存性が、 集光スポットがランドに位置する場合とグループに位置する場 合とで略等しくなり、 フォーカス誤差信号の溝横断雑音を抑制することが できる。 この結果、 フォーカスサーポの動作を安定化することができ、 記 録及び再生を精度良く行うことができる。 また、 メインビームの集光スポ ット及びサブビームの集光スポットを同一トラックを含む領域に位置させ ることにより、 トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対応でき る。
また、 本発明においては、 前記光源が半導体レーザであることが好まし い。 これにより、 記録及ぴ再生を精度良く行うことができると共に、 光源 を小型化し、 耐久性を向上させることができる。
更に、 前記回折光学素子から入射した光の少なくとも一部を前記対物レ ンズに向けて出射すると共に、 前記光記録媒体により反射され、 前記対物 レンズから入射した光の少なくとも一部を前記非点収差発生手段に向けて 出射するビームスプリッタを有することが好ましく、 このビームスプリッ タが P偏光を透過させると共に S偏光を反射する偏光ビームスプリッタで あり、 この偏光ビームスプリッタと前記対物レンズとの間に設けられた 1 / 4波長板を有することがより好ましい。 これにより、 往路において P偏 光として偏光ビームスプリッタを透過した光が、 1 Z 4波長板を 2回通過 することにより、 復路においては S偏光となり、 偏光ビームスプリッタに より反射される。この結果、光へッド装置の光学系を簡略化できると共に、 回折光学素子から入射した光を対物レンズに向けて出射する際の損失、 及 び対物レンズから入射した光を非点収差発生手段に向けて出射する際の損 失を低減することができる。
本発明に係る光学式情報記録再生装置は、 前記光ヘッド装置と、 前記光 検出器の検出信号に基づいて非点収差法による前記メインビーム及びサブ ビームのフォーカス誤差信号を生成し、 このメインビーム及びサブビーム のフォーカス誤差信号の和をフォーカスサーボ用フォーカス誤差信号とし て出力する誤差信号生成回路と、 前記フォーカスサーポ用フォーカス誤差 信号に基づいて前記対物レンズの位置を制御する対物レンズ駆動手段と、 を有することを特徴とする。
また、 前記誤差信号生成回路が、 前記光検出器の検出信号に基づいてプ ッシュプル法による前記メインビーム及ぴサブビームのトラック誤差信号 を生成し、 このメインビームのトラック誤差信号とサブビームのトラック 誤差信号との差をトラックサーボ用トラック誤差信号としてさらに出力す るものであり、 前記対物レンズ駆動手段が前記トラックサーポ用トラック 誤差信号に基づいて前記対物レンズの位置をさらに制御するものであるこ とが好ましい。
本発明によれば、 メインビームの集光スポット及ぴサブビームの集光ス ポットを同一トラックを含む領域に位置させることにより、 トラックピッ チが相互に異なる複数種類の光記録媒体に対してデータの記録及び再生を 行うことができる。 また、 ランドにおけるフォーカス誤差信号とグループ' におけるフォーカス誤差信号とが相互に略一致しているため、 差動非点収 差法により溝横断雑音が十分に抑制された良好なフォーカス誤差信号を得 ることができる。 これにより、 フォーカスサーボの動作を安定化すること ができ、 記録及び再生を精度良く行うことができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施形態に係る光学式情報記録再生装置を示すプロッ ク図である。
図 2は、 図 1に示す回折光学素子を示す平面図である。 図 3は、 図 1に示すディスク上の集光スポットの位置を示す平面図であ る。
図 4 ( a ) 乃至 （c ) は、 横軸にディスクのデフォーカス量をとり、 縦 軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、 各種 のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、 （a ) はメイ ンビームのフォーカス誤差信号を示し、 （b ) はサブビームのフォーカス 誤差信号を示し、 （c ) は差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示 す。
図 5は、 差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う従来の 光ヘッド装置を示すプロック図である。
図 6は、 この従来の光へッド装置における回折光学素子を示す平面図で ある。
図 7は、 従来の光へッド装置におけるディスク上の集光スポットの位置 を示す平面図である。
図 8は、 光検出器の受光部及び光検出器上の光スポットの位置を示す平 面図である。
図 9 ( a ) 乃至 （c ) は、 横軸にディスクのデフォーカス量をとり、 縦 軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、 各種 のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、 （a ) はメイ ンビームのフォーカス誤差信号を示し、 （b ) はサブビームのフォーカス 誤差信号を示し、 （c ) は差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示 す。
図 1 0は、 従来の光へッド装置における回折光学素子を示す平面図であ る。
図 1 1は、 この従来の光ヘッド装置におけるディスク上の集光スポット の位置を示す平面図である。 図 1 2 ( a ) 乃至 （c ) は、 横軸にディスクのデフォーカス量をとり、 縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとつて、 各 種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、 （a ) はメ インビームのフォーカス誤差信号を示し、 （b ) はサブビームのフォー力 ス誤差信号を示し、 （c ) は差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を 示す。 発明を実施するための最良の形態
本発明者等は、 前述の課題を解決するためには、 光ヘッド装置がデイス ク上に形成するメインビーム及びサブビームの集光スポットが同一トラッ ク上に位置し、 且つ、 フォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性が、 集 光スポットがランドに位置している場合とグループに位置している場合と で相互に等しくなることが必要であると考えた。 そして、 このような条件 を見出すべく鋭意実験研究を行った結果、 回折光学素子を （2 X 2 ) のマ トリクス状に 4つの領域に分けて、 相互に対角の位置にある 2領域と他の 2領域との間で回折格子の位相を πだけ異ならせ、 サブビームの集光スポ ットに 4つのピークを形成することにより、 前述の条件を満足できること を知見し、 本発明を完成した。
以下、 本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明す る。 図 1は本実施形態に係る光学式情報記録再生装置を示すブロック図で あり、 図 2は図 1に示す回折光学素子を示す平面図である。 本実施形態に 係る光学式情報記録再生装置は、例えば、 D V D (Digital Versati le Disc) ドライブである。 図 1に示すように、 本実施形態に係る光学式情報記録再 生装置においては、 光へッド装置 3 1が組み込まれている。 光へッド装置 3 1においては、 半導体レーザ 1が設けられており、 この半導体レーザ 1 が出射するレーザ光の経路に沿って、 半導体レーザ 1から出射されたレー ザ光を平行光とするコリメータレンズ 2、 入射した光を回折させる回折光 学素子 3 a、 P偏光を透過させ S偏光を所定の方向に反射する偏光ビーム スプリッタ 4、 相互に垂直な方向に振動する直線偏光が入射したときに、 これらの間に 1 4波長分の位相差を与える 1ノ4波長板 5、 入射した平 行光を収束させる対物レンズ 6が設けられており、 この対物レンズ 6の焦 点に光記録媒体であるディスク 7が位置するようになっている。 なお、 図 5の紙面に垂直な方向がディスク 7のレーザ光の照射位置における接線方 向であり、 図示の縦方向がディスク 7のレーザ光の照射位置における半径 方向となっている。
また、 偏光ビームスプリッタ 4により反射された光の経路に沿って、 円 筒レンズ 8、 レンズ 9及び光検出器 1 0が配置されている。 なお、 円筒レ ンズ 8及びレンズ 9により、 光に非点収差を与える非点収差発生手段が構 成されている。 光検出器 1 0は、 円筒レンズ 8及びレンズ 9からなる複合 レンズにより形成される 2つ焦線の中間に設置されている。 非点収差発生 手段は、 円筒レンズ及ぴレンズにより構成する代わりに、 レンズ及び入射 光の光軸に対して所定の角度だけ傾けて設置した平行平板により構成する ことも可能である。 光検出器 1 0の構成は、 前述の図 8に示す従来の光へ ッド装置の光検出器と同じである。 但し、 光スポット 1 6 a、 1 6 d、 1 6 eは、 夫々回折光学素子 3 aからの 0次光、 + 1次回折光、 一 1次回折 光の光スポットである。
更に、 図 2に示すように、 回折光学素子 3 aは正方形状であり、 入射光 の光軸を通りディスク 7の接線方向に延びる直線及び半径方向に延びる直 線により、 領域 1 2 a、 1 2 b、 1 2 c、 1 2 dの 4つの正方形状の領域 に分割されており、 各々の領域に回折格子 2 3が形成されている。 即ち、 領域 1 2 a〜l 2 dは （2 X 2 ) のマトリタス状に配列されている。 領域 1 2 aは領域 1 2 b及び領域 1 2 cと隣接しており、 領域 1 2 dとは対角 の位置関係にある。 回折格子 2 3のパタンは等間隔の直線状であり、 回折 格子 2 3が延びる方向はディスク 7の半径方向である。 また、 領域 1 2 a における格子の位相は領域 1 2 dにおける格子の位相と等しく、 領域 1 2 bにおける格子の位相は領域 1 2 cにおける格子の位相と等しく、 領域 1 2 a及び 1 2 dにおける格子の位相と領域 1 2 b及び 1 2 cにおける格子 の位相とは、 互いに π (半ピッチ分） だけずれている。 これにより、 領域 1 2 a及ぴ 1 2 dからの + 1次回折光の位相と領域 1 2 b及ぴ 1 2 cから の + 1次回折光の位相は互いに πだけずれ、 領域 1 2 &及び1 2 からの _ 1次回折光の位相と領域 1 2 b及び 1 2 cからの一 1次回折光の位相は 互いに πだけずれる。 なお、 図中に破線で示してある円は対物レンズ 6の 有効領域である。
更にまた、 図 1に示すように、 本実施形態に係る光学式情報記録再生装 置における光へッド装置 3 1の外部には、 外部から入力される記録データ に基づき、 半導体レーザ 1を駆動するための記録信号を生成する記録信号 生成回路 1 7が設けられている。 また、 記録信号生成回路 1 7から出力さ れた記録信号が入力され、 この記録信号に基づいて半導体レーザ 1を駆動 するための駆動信号を生成し、 これを半導体レーザ 1に対して出力する半 導体レーザ駆動回路 1 8が設けられている。
更にまた、 光検出器 1 0から出力された電流信号を電圧信号に変換する プリアンプ 1 9が設けられており、 このプリアンプ 1 9から出力された電 圧信号に基づいて再生信号を生成して再生データを外部へ出力する再生信 号生成回路 2 0が設けられている。 また、 プリアンプ 1 9から出力された 電圧信号に基づいて、 対物レンズ 6を駆動するためのフォーカス誤差信号 及びトラック誤差信号を生成する誤差信号生成回路 2 1が設けられており、 このフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号が入力され、 これらの信号 に基づいて駆動信号を生成する対物レンズ駆動回路 2 2が設けられており、 この対物レンズ駆動回路 2 2から出力された駆動信号が入力され、 対物レ ンズ 6の位置を制御するァクチユエータ （図示せず） が設けられている。 なお、 対物レンズ駆動回路 2 2及びァクチユエータにより対物レンズ駆動 手段が構成されている。 更に、 本実施形態に係る光学式情報記録再生装置 においては、 ディスク 7を回転させるスピンドル制御回路、 及び光ヘッド 装置 3 1全体をディスク 7に対して移動させるポジショナ制御回路等が設 けられている。
次に、 上述の如く構成された本実施形態に係る光学式情報記録再生装置 の動作について説明する。 先ず、 ディスク 7への記録動作について説明す る。 図 1に示すように、 先ず、 外部から記録データが記録信号生成回路 1 7に入力される。 そして、 この記録信号生成回路 1 7が入力された記録デ ータに基づき、 半導体レーザ 1を駆動するための記録信号を生成し、 半導 体レーザ駆動回路 1 8に対して出力する。 次に、 半導体レーザ駆動回路 1 8がこの記録信号に基づいて駆動信号を生成し、 光へッド装置 3 1の半導 体レーザ 1に対して出力する。
そして、 半導体レーザ 1が入力された駆動信号に基づいてレーザ光を出 射する。 このレーザ光はコリメータレンズ 2により平行光化され、 回折光 学素子 3 aによりメインビームである 0次光及ぴサブビームである ± 1次 回折光の 3つの光に分割される。 これらの光は偏光ビームスプリッタ 4に P偏光として入射してほぼ完全に透過し、 1 4波長板 5を透過して直線 偏光から円偏光に変換され、 対物レンズ 6でディスク 7上に集光される。 これにより、 ディスク 7にデータが書き込まれ、 信号が記録される。 図 3は図 1に示すディスク 7上における集光スポットの位置を示す平面 図である。 図 3に示す集光スポット 1 4 a、 1 4 b、 1 4 cは、 夫々回折 光学素子 3 aからの 0次光、 + 1次回折光、 一 1次回折光の集光スポッ ト である。 3つの集光スポットは同一のトラック 1 3を含む領域に位置され る。 なお、 トラック 1 3はランド又はグループである。 サブビームは光軸 を通りディスク 7の接線方向に平行な直線及び半径方向に平行な直線を基 準として、 図示の左上側の領域及ぴ右下側の領域と、 右上側の領域及ぴ左 下側の領域とで位相が互いに πだけずれている。 この結果、 サブビームの 集光スポット 1 4 b及ぴ 1 4 cにおいては、 各集光スポッ トの中心を通り ディスク 7の接線方向及び半径方向に沿って延びる直線を基準として、 左 上側、 右上側、 左下側、 右下側に、 強度が相互に等しい 4つのピークが出 現する。
これらの 3本のビームは、 ディスク 7により反射され、 対物レンズ 6を 逆向きに透過し、 1 Z 4波長板 5を透過して円偏光から往路と偏光方向が 直交した直線偏光に変換され、 偏光ビームスプリッタ 4に S偏光として入 射してほぼ完全に反射され、 円筒レンズ 8に向けて出射される。 この光が 円筒レンズ 8及びレンズ 9を透過することにより非点収差を与えられ、 光 検出器 1 0に入射する。 そして、 光検出器 1 0の各受光部 1 5 a乃至 1 5 1力 受光した光の強度に基づいて電流信号を生成し、 プリアンプ 1 9に 対して出力する。 このとき、 光検出器 1 0に入射する光は非点収差が与え られているため、 ディスク 7の焦点位置からのずれ、 即ちデフォーカス量 に応じて、 各受光部 1 5 a乃至 1 5 1が受光する光の強度が変動する。 次に、 図 1に示すように、 プリアンプ 1 9が入力された電流信号を電圧 信号に変換し、 再生信号生成回路 2 0及び誤差信号生成回路 2 1に対して 出力する。 そして、 誤差信号生成回路 2 1が、 プリアンプ 1 9から入力さ れる電圧信号に基づいて、 対物レンズ 6を駆動するためのフォーカス誤差 信号及びトラック誤差信号を生成する。 このとき、 上述の数式 1乃至 3に より、 非点収差法によるメインビーム及びサブビームのフォーカス誤差信 号、並びに差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を得ることができる。 なお、プッシュプル法によるメインビームのトラック誤差信号 T E Mは、 下記数式 4に示す演算により得ることができる。
TEM= (V 1 5 a +V 1 5 b) 一 (V 1 5 c +V 1 5 d) · · · (4) また、 プッシュプル法によるサブビームのトラック誤差信号 T E Sは、 下記数式 5に示す演算から得ることができる。
TE S = (V 1 5 e +V 1 5 f + V 1 5 i + V 1 5 j ) 一 (V 1 5 g + V 1 5 h + V 1 5 k +V 1 5 1 ) ■ · ■ (5)
更に、 差動プッシュプル法によるトラック誤差信号 TEは、 メインビー ムとサブビームの光量比を Kとすると、 下記数式 6により得ることができ る。
TE = TEM-KXTE S - ■ ■ (6)
そして、 対物レンズ駆動回路 22が、 誤差信号生成回路 21から入力さ れるフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号に基づいてァクチユエータ を駆動し、 対物レンズ 6の位置を制御する。 これにより、 フォーカスサー ポ及びトラックサーボの動作が行われる。
次に、 ディスク 7からの再生動作について説明する。 データの再生時に おいては、 半導体レーザ駆動回路 18は外部から入力される記録データに 基づいて半導体レーザ 1を駆動するのではなく、 半導体レーザ丄に一定の 出力でレーザ光を出射させる。 そして、 前述の記録動作と同様な動作によ り、 レーザ光がディスク 7上に集光して反射され、 光検出器 10により電 流信号として取り出される。 次いで、 プリアンプ 1 9がこの電流信号を電 圧信号に変換して再生信号生成回路 20及び 差信号生成回路 21に対し て出力する。
次に、 再生信号生成回路 20が、 プリアンプ 1 9から入力される電圧信 号に基づき、 再生信号を生成する。 メインビームの再生信号 Dは、 下記数 式 7に示す演算により得ることができる。
D = V 1 5 a + V 1 5 b + V 1 5 c + V 1 5 d · · · (7) そして、 再生信号生成回路 2 0がこの再生信号 Dを再生データとして外 部へ出力する。 これにより、 ディスク 7からの信号の再生が行われる。 な お、 誤差信号生成回路 2 1、 対物レンズ駆動回路 2 2及びァクチユエータ の動作は、 前述のデータ記録時と同様である。
本実施形態においては、 3つの集光スポットが同一のトラック上に配置 されているため、 トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対応で きる。 また、 本実施形態においては、 回折光学素子 3 a (図 2参照） を設 けることにより、 以下に示すような効果が得られる。 先ず、 コリメ一タレ ンズ 2により平行光となったレーザ光のうち、 回折光学素子 3 aの領域 1 2 a及ぴ 1 2 bを透過又は回折したメインビーム及びサブビームについて 考える。 特開平 9— 8 1 9 4 2号公報に記載されているように、 回折光学 素子 3 aの領域 1 2 aにおける格子の位相と領域 1 2 bにおける格子の位 相とを互いに πだけずらすことにより、 光軸を通りディスク 7の接線方向 に平行な直線の左側領域と右側領域とでサブビームの位相を互いに πだけ ずらすことは、 メインビームの集光スポットとサブビームの集光スポット とを、 ディスク 7上で半径方向に相互に 1 トラックピッチ分だけ離して配 置することと、 差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては同 等の効果を有する。 同様に、 コリメータレンズ 2により平行光となったレ 一ザ光のうち、 回折光学素子 3 aの領域 1 2 c及び 1 2 dを透過又は回折 したメインビーム及びサブビームについて考えると、 回折光学素子 3 aの 領域 1 2 cにおける格子の位相と領域 1 2 dにおける格子の位相とを互い に πだけずらすことにより、 光軸を通りディスク 7の接線方向に平行な直 線の左側領域と右側領域とでサブビームの位相を互いに πだけずらすこと は、 メインビームの集光スポットとサブビームの集光スポットとを、 ディ スク 7上で半径方向に相互に 1 トラックピッチ分だけ離して配置すること と、 差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては同等の効果を 有する。
従って、 メインビーム及びサブビーム全体について考えると、 回折光学 素子 3 aの領域 1 2 a及び 1 2 dにおける格子の位相と、 領域 1 2 b及ぴ 1 2 cにおける格子の位相とを互いに πだけずらすことにより、 光軸を通 りディスク 7の接線方向に延びる直線及び半径方向に延びる直線の左上側 領域及び右下側領域と、 右上側領域及び左下側領域とでサブビームの位相 を互いに πだけずらすことは、 メインビームの集光スポットとサブビーム との集光スポットを、 ディスク 7上で半径方向に相互に 1 トラックピッチ 分だけ離して配置することと、 差動プッシュプル法によるトラック誤差信 号に関しては同等の効果を有する。
更に、 本実施形態においては、 光へッド装置 3 1がディスク 7上に形成 する集光スポットがランド及びグループを横断しても、 溝横断雑音の発生 を抑制することができる。 以下、 この効果について説明する。 図 4 ( a ) 乃至 （c ) は、 横軸にディスク 7のデフォーカス量をとり、 縦軸に和信号 で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとつて、 各種のフォー力 ス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、 （a〉 は上記数式 1によ り計算されるメインビームのフォーカス誤差信号を示し、 （b〉 は上記数 式 2により計算されるサブビームのフォーカス誤差信号を示し、 （c ) は 上記数式 3により計算される差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を 示す。 また、 図 4 ( a ) 乃至 （c ) において、 黒丸 （秦） は集光スポット がランド上に位置している場合のフォーカス誤差信号を示し、 白丸 （〇） は集光スポットがグループ上に位置している場合のフォーカス誤差信号を 示す。 なお、 本計算において設定される計算条件は、 図 9 ( a ) 乃至 （c ) に示す計算を行う際に設定した条件と同じである。
図 4 ( a ) に示すように、 メインビームのみを用いて単純な非点収差法 によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、 ランドにおけるフォーカス 誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブにおけるフォーカス誤差信号 のデフォーカス量依存性とは相互に異なるため、 溝横断雑音が発生する。 これに対し、 図 4 ( c ) に示すように、 メインビーム及ぴサブビームの双 方を用いて差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、 ランドにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブに おけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とは、 デフォーカス量 がー 1 . 乃至 + 1 . 5 z mの範囲内でほぼ一致しているため、 溝横 断雑音を十分に抑制できる。 これは、 図 4 ( a ) に示すメインビームのフ オーカス誤差信号のデフォーカス量依存性と図 4 ( b ) に示すサブビーム のフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とが、 デフォーカス量が一 1 . 5 // 111乃至+ 1 . 5 μ πιの範囲内でランドとグループとで互いに逆に なり、 それらを加算することにより、 ランドとグループとにおけるデフォ 一カス量依存性の違いが十分に相殺されるためである。
このように、 本実施形態においては、 トラックピッチが異なる複数種類 の光記録媒体に対し、 差動非点収差法により溝横断雑音が十分に抑制され た良好なフォーカス誤差信号を得ることができる。 また、 トラックピッチ が異なる複数種類の光記録媒体に対し、 差動プッシュプル法によりオフセ ットが抑制された良好なトラック誤差信号を得ることができる。
更にまた、 本実施形態に係る光ヘッド装置 3 1においては、 偏光ビーム スプリッタ 4と対物レンズ 6との間に 1 / 4波長板 5が設けられているた め、 コリメータレンズ 2から偏光ビームスプリッタ 4に入射する光が P偏 光であるとき、 この光が偏光ビームスプリッタ 4を透過してディスク 7と の間を往復する間に 1 Z 4波長板 5を 2回通過し、 対物レンズ 6から偏光 ビームスプリッタ 4に入射する光が S偏光となる。 そして、 偏光ビームス プリツタ 4が P偏光を透過させ S偏光を反射するものであるため、 コリメ ータレンズ 2から偏光ビームスプリッタ 4に入射した光を実質的に損失無 く対物レンズ 6に向けて出射させることができると共に、 対物レンズ 6か ら偏光ビームスプリッタ 4に入射した光を実質的に損失無く円筒レンズ 8 に向けて出射させることができる。
なお、 本実施形態においては、 回折光学素子 3 aの領域 1 2 a及び 1 2 dにおける格子の位相と、領域 1 2 b及び 1 2 cにおける格子の位相とは、 互いに πだけずれて 、るが、 この位相のずれ量は厳密に πである必要はな く、 ほぼ πであれば良い。 これは、 差動非点収差法による溝横断雑音の抑 制効果は位相のずれ量が πのときに最大になるが、 位相のずれ量が πの近 傍における溝横断雑音の抑制効果の変化は緩やかであり、 位相のずれ量が πから多少変化しても、 溝横断雑音の抑制効果は殆んど変化しないためで ある。
また、 本実施形態においては、 集光スポット 1 4 a、 1 4 b、 1 4 cは 同一のトラック 1 3上に位置するようになっているが、 この集光スポット の位置は厳密に同一のトラック上である必要はなく、 同一トラックを含む 領域であれば良い。 差動非点収差法による溝横断雑音の抑制効果は集光ス ポットの配置が同一のトラック上のときに最大になるが、 集光スポットが 同一トラックの近傍に位置している限り、 集光スポットの中心がトラック の中心線から外れたときの溝横断雑音の抑制効果の変化は緩やかであり、 集光スポットの配置が同一のトラック上から多少変化しても、 溝横断雑音 の抑制効果は殆んど変化しないためである。
本実施形態に係る光学式情報記録再生装置は、 ディスク 7に対して記録 及び再生を行う記録再生装置である。 しかしながら、 本発明はこれに限定 されず、ディスク 7に対して再生のみを行う再生専用装置であってもよい。 この場合、 半導体レーザ 1は、 外部から入力された記録データに基づいて 駆動されるのではなく、 常に一定の出力でレーザ光を出射する。
なお、本実施形態に係る光学式情報記録再生装置は D V Dドライブに限定 されず、再生専用装置であってもよく、 DVD— R (Digital Versatile Disc Recordable:書込可能 DVD) ドライブ、 DVD-ROM (Digital Versatile Disc - Read Only Memory：読出専用 DVD) ドライブ、 又は DVD— RW
(Digital Versatile Disk Rewritable)等であってもよく、 C D— R (Compact Disc Recordable:書込可能コンパク トディスク）又は CD— ROM (Compact Disk Read Only Memory：読出専用コンパク トディスク） 等であってもよい。 産業上の利用可能性
本発明は、 DVD、 DVD-R, DVD-ROM, DVD— RW、 CD 一 R、 CD-R OM等の光記録媒体に対して記録及び/又は再生を行う光 へッド装置及び光学式情報記録再生装置に関する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 光源と、 この光源から出射した光を回折させてメインビームとサブビ ームとに分割する回折光学素子と、 前記メインビーム及ぴサブビームを光 記録媒体に集光する対物レンズと、 前記光記録媒体により反射された光に 非点収差を与える非点収差発生手段と、 この非点収差発生手段を透過した 光を受光して前記メインビーム及びサブビームを受光する光検出器と、 を 有し、 前記回折光学素子は、 前記光の光軸と交わり前記回折光学素子の格 子が延びる方向に延びる第 1の直線及び前記光軸と交わり前記第 1の直線 と直交する第 2の直線により第 1乃至第 4の 4つの領域に分割されており、 第 1の領域とこの第 1の領域の対角に位置する第 2の領域における格子の 位相と、 前記第 1及び第 2の領域に隣接し相互に対角の位置にある第 3及 び第 4の領域における格子の位相とが互いに実質的に πだけずれており、 前記メインビーム及ぴサブビームは前記光記録媒体の同一トラックを含む 領域に集光されることを特徴とする光へッド装置。
2 . 前記光記録媒体の形状が円板状であり、 前記第 1の直線が前記光記録 媒体の光が照射される領域におけるトラックの接線方向に平行であり、 前 記第 2の直線が前記光記録媒体の前記領域における半径方向に平行である ことを特徴とする請求項 1に記載の光へッド装置。
3 . 前記メインビームは前記回折光学素子を透過した 0次光であり、 前記 サブビームは前記回折光学素子により回折された一 1次回折光及び + 1次 回折光であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の光へッド装置。
4 . 前記光源が半導体レーザであることを特徴とする請求項 1乃至 3のい ずれか 1項に記載の光へッド装置。
5 . 前記回折光学素子から入射した光の少なくとも一部を前記対物レンズ に向けて出射すると共に、 前記光記録媒体により反射され、 前記対物レン ズから入射した光の少なくとも一部を前記非点収差発生手段に向けて出射 するビームスプリツタを有することを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれ か 1項に記載の光へッド装置。
6 . 前記ビームスプリッタが P偏光を透過させると共に S偏光を反射する 偏光ビームスプリッタであり、 この偏光ビームスプリッタと前記対物レン ズとの間に設けられた 1 / 4波長板を有することを特徴とする請求項 5に 記載の光へッド装置。
7 . 請求項 1乃至 6のいずれか 1項に記載された光ヘッド装置と、 前記光 検出器の検出信号に基づいて非点収差法による前記メインビーム及びサブ ビームのフォーカス誤差信号を生成し、 このメインビーム及びサブビーム のフォーカス誤差信号の和をフォーカスサーポ用フォーカス誤差信号とし て出力する誤差信号生成回路と、 前記フォーカスサーボ用フォーカス誤差 信号に基づいて前記対物レンズの位置を制御する対物レンズ駆動手段と、 を有することを特徴とする光学式情報記録再生装置。
8 . 前記誤差信号生成回路が、 前記光検出器の検出信号に基づいてプッシ ュプル法による前記メインビーム及びサブビームのトラック誤差信号を生 成し、 このメインビームのトラック誤差信号とサブビームのトラック誤差 信号との差をトラックサーボ用トラック誤差信号としてさらに出力するも のであり、 前記対物レンズ駆動手段が前記トラックサーボ用トラック誤差 信号に基づいて前記対物レンズの位置をさらに制御するものであることを 特徴とする請求項 7に記載の光学式情報記録再生装置。
9 . 前記光源の出力を制御する光源駆動手段を有することを特徴とする請 求項 7又は 8に記載の光学式情報記録再生装置。
1 0 . 前記光源駆動手段が外部から入力される記録データに基づいて前記 光源を駆動するものであることを特徴とする請求項 9に記載の光学式情報 記録再生装置。
1 1 . 前記光源駆動手段が前記光源を一定の出力で駆動するものであるこ とを特徴とする請求項 9に記載の光学式情報記録再生装置。
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