JP2004079123A - 光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対物レンズのシフトに起因するトラッキングエラー信号のＤＣ成分を抑制し、高精度のトラッキングサーボを可能とする。
【解決手段】ａ：対物レンズの有効径、ｄ：記録媒体のトラックピッチ、ＮＡ：対物レンズの開口数としたとき、±１次回折光が対物レンズに入射する際のラジアル方向の幅αがα　≦λ×ａ／（２ｄ×ＮＡ）を満足し、０次、±１次回折光が対物レンズを経て光ディスク上に集光され、戻り光がディスクラジアル方向に直行する方向に分割境界線を有した各光検出器上で検出され、０次光、＋１次光、−１次光の差動信号をＴＥ１、ＴＥ２、ＴＥ３、和出力をＡ１、Ａ２、Ａ３、ゲインＧ２をＧ２＝Ａ２／Ａ３としたとき、トラッキングエラー信号ＴＥＳを、ＴＥＳ＝ＴＥ１−Ｇ１×（ＴＥ２＋Ｇ２×ＴＥ３）とする。また、ｂ：対物レンズシフト量としたときに、±１次回折光のラジアル方向の幅αは４ｂ≦α　を満足する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク上のトラックに対しての記録あるいはトラックからの再生を行う際に、光スポットを光ディスク上の目的のトラックに位置決めするためのトラッキングエラー信号を生成する光ディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置において、光ディスクに書き込まれた情報を読み出す処理の担い手は、光ピックアップにより光ディスク上に形成される微小な光スポットとしてのレーザースポットである。即ち、この微小なレーザースポットが光ディスク上のトラックを走査することにより、光ディスクからの情報の読み出しが行われる。
【０００３】
この場合、レーザースポットおよびトラックは微細であるため、振動などによってレーザースポットがトラックから外れてしまい、結果的に読み取りエラーが発生する恐れがある。したがって、光ディスクに書き込まれたデータを正確かつ連続的に読み出すには、レーザースポットをトラックに追従させるサーボ技術が不可欠である。このために、光ディスク装置では、トラッキングエラー信号に基づいて、レーザースポットをトラックに追従させるトラッキングサーボが一般に行われている。
【０００４】
トラッキングサーボにおいて、光ディスクのラジアル方向への対物レンズシフトやチルトが発生すると、トラッキングエラー信号にはそれによるＤＣ成分が加算され、本来のトラック中心とは異なる位置をスポットが走査する、もしくはサーボ外れが発生するといった問題が生じる。したがって、このときに走査している点からトラック中心までの距離をオフセットとすると、安定したトラッキングエラー信号を得るには、対物レンズシフト等によるオフセットを０に抑えこむ技術、即ちＤＣ成分の無いトラッキングエラー信号が得られるサーボ方式の開発が不可欠である。
【０００５】
トラッキングエラー信号におけるＤＣ成分を抑制できる従来の技術としては、例えば特開平１０−１６２３８９号公報に記載のものが知られている。同公報に記載の手法では、レーザ光源から光ディスクまでの光路中に、光束の断面積よりも小さい面積を有する円形の回折格子を配し、入射光束を０次回折光と±１次回折光とからなる３ビームに分割し、これら各光ビームにより得られた差動信号を用いてオフセットを相殺するようにしている。なお、以下では、０次回折光をメインビーム、±１次回折光をサブビームと称する。
【０００６】
具体的には、上記円形の回折格子は、
λ：光源の波長
ａ：対物レンズの有効径
ｄ：光ディスクのトラックピッチ
ＮＡ：対物レンズの開口数
としたときに、サブビームが対物レンズに入射する際の、サブビームの光束における光ディスクのラジアル方向の幅αが、条件
α≦λ×ａ／（２ｄ×ＮＡ）　……（１）
を満足するようになっている。
【０００７】
上記の式（１）を満足するような光束を発生させる回折格子を使用し、その回折格子によって分離された光束が対応する光検出器にて受光されることにより、メインビームによる差動信号にはトラックの位置情報（プッシュプル成分）と対物レンズシフトの情報（ＤＣ成分）とが含まれ、サブビームによる差動信号には対物レンズシフトの情報（ＤＣ成分）のみが含まれた状態となる。
【０００８】
ここで、メインビームの差動信号をＴＥ１’、サブビームの２つの差動信号をＴＥ２’、ＴＥ３’とすると、トラッキングエラー信号ＴＥＳ’は
ＴＥＳ’＝ＴＥ１’−Ｇ１’・（ＴＥ２’＋Ｇ２’×ＴＥ３’）　……（２）
となる。
【０００９】
上記の式（２）での演算は、メインビームおよびサブビームによる差動信号に含まれるＤＣ成分をキャンセルすることに相当する。なお、同式中のゲインＧ１’はメインビームとサブビームとの光量比、ゲインＧ２’はサブビーム間の光量比によりそれぞれ定義されており、それぞれＤＣ成分をキャンセルする役割とサブビーム間の光量ムラを解消する役割を担っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光ディスクは益々高密度化されており、この高密度化に伴って高い精度のサーボ方式が要求されている。例えば、波長４０５ｎｍの青紫色半導体ＬＤとＮＡ０．８５の高ＮＡ対物レンズとを使用して記録再生される、０．３２μｍのトラックピッチと０．１ｍｍの透明カバー層を有した直径１２０ｍｍの大容量光ディスクが提案されている。このような光ディスクに対して安定な記録再生動作を行うには、光ディスク装置において上記オフセットとして０．００５μｍ程度しか許容されず、非常に高精度なトラッキングサーボが必要となる。
【００１１】
しかしながら、前述の従来公報に記載の技術は、上記の要望を十分に満足するものではなく、トラッキングサーボの精度としては不十分である。
【００１２】
したがって、本発明は、対物レンズのシフトに起因するトラッキングエラー信号のＤＣ成分を抑制し、高精度のトラッキングサーボを可能とする光ディスク装置の提供を目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の光ディスク装置は、光源と、対物レンズと、これら光源と対物レンズの間に配置された回折光学素子とを備え、
λ：光源の波長
ａ：対物レンズの有効径
ｄ：記録媒体のトラックピッチ
ＮＡ：対物レンズの開口数
としたとき、該回折光学素子に形成された第１の回折格子によって回折された±１次回折光が対物レンズに入射する際のラジアル方向の幅αが以下の条件を満足し、
α　≦λ×ａ／（２ｄ×ＮＡ）
０次回折光、±１次回折光それぞれが対物レンズによって光ディスク上に集光され、その戻り光が各光検出器上で検出される際、それら光検出器は、記録媒体のラジアル方向に直行する方向に相当する方向に少なくとも１本の分割境界線を有したものであり、
０次光を受光した光検出器の差動信号をＴＥ１、和出力をＡ１
＋１次光を受光した光検出器の差動信号をＴＥ２、和出力をＡ２
−１次光を受光した光検出器の差動信号をＴＥ３、和出力をＡ３
ゲインＧ２をＧ２＝Ａ２／Ａ３としたとき、
ゲインＧ１を使用して、トラッキングエラー信号ＴＥＳを
ＴＥＳ＝ＴＥ１−Ｇ１×（ＴＥ２＋Ｇ２×ＴＥ３）
とする光ディスク装置において、
ｂ：対物レンズシフト量
としたときに、±１次回折光のラジアル方向の幅αは、４ｂ≦αを満足することを特徴としている。
【００１４】
対物レンズのシフト補償を高精度に行うためには、対物レンズのシフトに対して、メインビーム（回折格子による０次回折光と回折格子以外の領域における透過光とからなる光束）の差動信号のＤＣ成分とサブビーム（回折格子による±１次回折光）の差動信号のＤＣ成分との比が一定であること、即ち、両光束がそれぞれの光検出器上において分割境界線を跨いでいることが必要である。一方、対物レンズのシフト量が所定の値ｂに達すると、サブビームは光検出器の分割境界線を跨ぎきってしまうことになる。そこで、上記のように、４ｂ≦αとすれば、この事態を防止することができ、この結果、光ディスクにおいて発生し得る対物レンズのシフトに対し、補償後の残留オフセットを許容範囲内に抑制することができる。
【００１５】
上記の光ディスク装置は、０次回折光のＲＩＭ強度、および０時回折光と±１次回折光における光ディスクラジアル方向の幅との比に基づいてゲインＧ１を決定する構成としてもよい。
【００１６】
上記の構成によれば、０次回折光のＲＩＭ強度、および０時回折光と±１次回折光における光ディスクラジアル方向の幅との比に基づいてゲインＧ１を決定することにより、信号ＴＥＳのＤＣ成分を０に抑え込めるゲインＧ１を設定することができ、また、上記Ｇ１を設計段階で決定することができる。さらに、使用する素子毎の光学パラメータをもとに上記の設定を各光ディスク装置に対して行えば、光ディスク装置ごとに生じる補償精度のばらつきを抑えることができる。
【００１７】
上記の光ディスク装置は、フォーカスサーボＯＮ、ラジアルサーボＯＦＦの状態で対物レンズをシフトさせながらゲインＧ１を連続的に変化させ、前記演算信号ＴＥＳのＤＣ成分が０になる時をゲインＧ１の最良値として決定する構成としてもよい。
【００１８】
上記の構成によれば、上記のα≧４ｂを満足するような対物レンズのシフトに対し、ラジアルサーボＯＮの状態で信号ＴＥＳのＤＣ成分を限りなく０に抑えることができ、結果として光ディスクラジアル方向に残留する残留オフセットをさらに適切に抑制でき、高精度のトラッキングサーボを行うことができる。即ち、対物レンズのシフトに対し、トラッキングエラー信号に急激なＤＣ成分の増加が生じず、ラジアル方向に残留する残留オフセット量を大容量の光ディスクシステム（大容量の光ディスクとこれに対して記録再生可能な光ディスク装置とを備えたシステム）を安定に動作させるための許容範囲内に収めることができる。
【００１９】
また、上記の構成によれば、光学系の調整段階においてゲインＧ１の設定ができ、装置毎に上記の手法を用いることにより、装置間での補償精度のばらつきを抑えることができる。
【００２０】
上記の光ディスク装置において、前記回折光学素子には、第１の回折格子が形成された領域以外の領域における、少なくとも対物レンズへの入射光束の断面に相当する領域に、第１の回折格子とは回折方向が異なり、格子深さおよびデューティー比が等しい第２の回折格子が形成されている構成としてもよい。
【００２１】
上記の構成によれば、回折光学素子を透過した例えば０次回折光（メインビーム）において、第１の回折格子を透過した光束と第２の回折格子を透過した光束との間に位相や振幅の分布が発生しない。したがって、光ディスク上の集光スポットのサイドローブ発生によるクロストークといったＳ／Ｎの悪化を抑制することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１ないし図１３に基づいて以下に説明する。
まず、図２を用いて本実施の形態における光学系の構成について説明する。図２は、本実施の形態の光ディスク装置のピックアップ装置における光学系を示している。
【００２３】
この光学系において、光源からの光が光ディスクへ到達するまでの光路においては、光源となる半導体レーザ１、コリメータレンズ２、回折光学素子３、ビームスプリッタ４、対物レンズ５および光ディスク７が配置されており、それら光学素子の中心は光ディスク７の面に垂直な方向に一直線上に並んでいる。また、ビームスプリッタ４を始点として、上記光路に対して垂直な方向の光路においては、集光レンズ８、円筒形レンズ９および光検出器１０が配置されている。半導体レーザ１から出射された光は、上記構成における各光学素子を順に経て、最終的に光検出器１０に到達する。
【００２４】
なお、６ａは、アパーチャー形成部材６に形成された対物レンズアパーチャー（以下、単にアパーチャーと称する）である。このアパーチャー６ａは円形の孔であり、アパーチャー形成部材６は対物レンズ５を保持している。アパーチャー６ａの径は対物レンズの有効径に相当する。通常、アパーチャー６ａの径は入射光束より小さく設定されており、入射光束においてアパーチャー６ａの径より大きな部分を遮断する働きがある。これは、入射光束の断面が完全に円形に整形されていない場合に、良好な円形のビームを作るためである。他には、対物レンズ５のシフト発生時においても、アパーチャー６ａを経由後の光束が円形の状態で対物レンズ５に入射するようにするためである。
【００２５】
上記の回折光学素子３は、図３に示すように、中央部に帯形の回折格子１１を有する。回折光学素子３への入射光束は、回折格子１１による０次回折光と回折格子１１以外の領域における透過光とからなる光束（以下、メインビームと称する）、および回折格子１１による±１次回折光（以下、サブビームと称する）の３つの光束に回折される。これらメインビームとサブビームの関係を図４に示す。
【００２６】
図３において、１２，１３は回折光学素子３への入射光束であり、小さい半径の円によって示される入射光束１２は、対物レンズ５の有効径に相当する光束径を有する。また、大きい半径の円によって示される入射光束１３は、コリメータレンズ２から回折光学素子３に入射する光束である。なお、同図中に矢印にて示したラジアル方向とタンジェンシャル方向は、それぞれ光ディスク７におけるラジアル方向とタンジェンシャル方向に相当する。
【００２７】
回折光学素子３における回折格子１１のラジアル方向の幅は、図２に示したように、回折光学素子３をコリメータレンズ２と対物レンズ５との間の平行光束中に配置しているので、回折格子１１にて回折された±１次回折光が対物レンズ５に入射する際（対物レンズ５の入射瞳面上）の光束の幅αと一致する。
【００２８】
この幅αは、
λ：光源の波長
ａ：対物レンズの有効径
ｄ：光ディスクのトラックピッチ
ＮＡ：対物レンズの開口数
としたとき、条件
α≦λ×ａ／（２ｄ×ＮＡ）　……（３）
を満足している。
【００２９】
次に、光検出器１０について説明する。光検出器１０は、図１に示すように、３つの光検出器３１〜３３により構成されている。これら光検出器３１〜３３は、トラッキングエラー信号を得るため、光ディスク７上のタンジェンシャル方向と平行な方向に、少なくとも１つの分割境界線を有している。
【００３０】
また、光検出器１０によるフォーカス信号の検出には、いわゆる非点収差法が用いられている。したがって、光検出器３１〜３３のうちの光検出器３１は、非点収差法によるフォーカス信号検出のために、４分割されたものとなっている。また、非点収差法によるフォーカス信号検出のために、図２に示すように、光検出器１０の前段には円筒形レンズ９が設けられている。さらに、円筒形レンズ９は、レンズ効果を有する方向が光ディスク７上のラジアル方向およびタンジェンシャル方向から４５度傾いた方向となるように配置されている。したがって、光ディスク７上における３つのレーザビームの配列方向（この場合タンジェンシャル方向）と差動信号を得るための光検出器３１〜３３における分割線の方向が９０度異なっている。
【００３１】
また、光ディスク装置は、図１に示すように、演算回路（演算部）１４を備えている。この演算回路１４は、上記３つのレーザビームを受光した各光検出器３１〜３３より出力された差動信号に基づいて、ＤＣ成分の無いトラッキングエラー信号を得るためのものである。
【００３２】
演算回路１４は、減算器５０，５３，５４，５８、加算器５１，５２，５６およびゲインアンプ５５，５７を備えている。減算器５０は、光検出器３２における２分割の領域ａ，ｂの出力から差動信号を得る。加算器５１，５２は、光検出器３１の４分割領域ｃ〜ｆの出力である４信号を２信号に変換する。減算器５４は、前記２信号から差動信号を得る。減算器５３は、光検出器３３の２分割領域ｇ，ｈの出力から差動信号を得る。ゲインアンプ５５は、減算器５３の出力にゲインＧ２をかける。加算器５６は、ゲインアンプ５５の出力と減算器５０の出力を加算する。ゲインアンプ５７は、加算器５６の出力にゲインＧ１をかける。減算器５８は、減算器５４の出力とゲインアンプ５７の出力との差動信号を出力する。なお、光検出器３１〜３３において差動を取る方向は統一されている。
【００３３】
図１において、メインビームおよびサブビームの各差動信号は、
ＴＥ１（メインビームの差動信号）＝（ｃ＋ｄ）−（ｅ＋ｆ）　……（４）
ＴＥ２（サブビームの差動信号）＝ａ−ｂ　……（５）
ＴＥ３（サブビームの差動信号）＝ｇ−ｈ　……（６）
であり、したがってトラッキングエラー信号ＴＥＳは、
ＴＥＳ＝ＴＥ１−Ｇ１・（ＴＥ２＋Ｇ２×ＴＥ３）　……（７）
の演算により得られる。
【００３４】
ここで、例えば光ディスク７の偏心などにより、例えばｂμｍ程度の対物レンズ５のシフトが懸念される場合、シフト量ｂμｍまでの補償を確実にするためには、サブビームの光束幅αを４ｂμｍ以上、即ち式（３）に
α≧４ｂ　……（１１）
といった限定を加える必要がある。この理由について説明する。
【００３５】
本実施の形態では、メインビームおよびサブビームの差動信号を式（４）〜（６）のように演算することにより対物レンズ５のシフト補償を行うが、この補償機構（演算回路１４）が高精度の性能を発揮するためには、ある対物レンズ５のシフトに対して、メインビームの差動信号のＤＣ成分とサブビームの差動信号のＤＣ成分との比が一定であること、つまり両光束がそれぞれの光検出器３１〜３３上において分割境界線を跨いでいることが前提としてある。
【００３６】
しかしながら、対物レンズ５のシフト量が所定の値（ｂμｍ）に達すると、サブビームは光検出器３２，３３の分割境界線を跨ぎきってしまう。これは、光ディスク７のラジアル方向におけるサブビームの幅はメインビームの幅よりも小さく、また、光検出器３１〜３３上でのサブビームの移動量はメインビームの移動量よりも大きいことが要因である。ここで、サブビームの移動量がメインビームのそれよりも大きい点について図５（ａ）〜図５（ｃ）を用いて説明する。
【００３７】
図５（ａ）は光検出器３１上におけるメインビームの光束を示し、図５（ｂ）は光検出器３２，３３上におけるサブビームの光束を示し、図５（ｃ）は対物レンズ５と光検出器３１〜３３との位置関係を示している。これらの図は、対物レンズ５が中立位置にある状態（対物レンズ５ａ）からＯＬｓだけシフトした状態（対物レンズ５ｂ）を示している。
【００３８】
この場合、対物レンズ５の中心は、図５（ｃ）に示すように、対物レンズ５への入射光束の中心と一致している中立位置２１ａからＯＬｓだけ移動し、図中に二点鎖線にて示す位置２１ｂに移動する。メインビームの中心は、図５（ａ）に示すように、光検出器３１の中心と一致している中立位置２３ａ（メインビーム２４ａ）からＭｓ１だけ移動し、位置２３ｂ（メインビーム２４ｂ）に移動する。なお、２４ｂ１はメインビーム２４ｂの中心を示す。また、サブビームは、図５（ｂ）に示すように、光検出器３２，３３の中心と一致している中立位置２６ａ（サブビーム２７ａ（２８ａ））からＳｓ１だけ移動し、位置２６ｂ（サブビーム２７ｂ（２８ｂ））に移動する。なお、２７ｂ１（２８ｂ１）はサブビーム２７ｂ（２８ｂ）の中心を示す。
【００３９】
対物レンズ５の上記シフトによるメインビームとサブビームとの移動量の比は、図５（ａ），（ｂ）中のパラメータを用いて、
Ｍｓ１／Ｓｓ１＝１／２　……（８）
のように表すことができる。
【００４０】
この関係は、次のように図５（ｃ）に基づいて説明可能である。
まず、対物レンズ５に入射するメインビームの光束径は対物レンズ５の有効径よりも大きいので、対物レンズ５がシフトした場合にもいわゆるけられが生じない。したがって、対物レンズ５のシフト後においてアパーチャー６ａ内を透過した直後の光束の中心（位置２１ｂ）は対物レンズ５（対物レンズ５ｂ）の中心（位置２１ｂ）と一致し、光ディスク７から戻ってくる光束の中心は位置２１ｂとなる。
【００４１】
これに対し、サブビームにおける光ディスクラジアル方向の光束幅は対物レンズ５の有効径よりも小さいので、対物レンズ５のシフトにより、アパーチャー６ａ内を透過した直後の光束の中心（位置２１ａ）は対物レンズ５（対物レンズ５ｂ）の中心（位置２１ｂ）からずれることになる。このため、光ディスク７から戻ってくる光束の中心は位置２２となる。
【００４２】
なお、本明細書において、上記の「けられ」とは、対物レンズ５のシフトにより入射光束と対物レンズ５のアパーチャー６ａの相対的な位置関係（光軸に垂直な面内での位置関係）が変化した結果、入射光束の最外周部がアパーチャー６ａ内を透過してしまう動作を意味する。具体的には、図６（ａ）に示すように、「けられ」が生じていない場合、入射光束Ｂの最外周部の光線はアパーチャー形成部材６上に入射する。これにより、対物レンズ５に入射する光束の断面は円形となる。一方、図６（ｂ）に示すように、「けられ」が生じている場合、入射光束Ｂの最外周部の光線はアパーチャー６ａ内を通過する。これにより、対物レンズ５に入射する光束の断面は円形が欠けた形状となり、結果的に光ディスク７上の集光スポットに影響を及ぼすことになる（微小なスポットが少しぼやける）。
【００４３】
上記の理由から、図５（ａ），（ｂ）において、対物レンズ５のシフト後の光検出器３１〜３３上におけるメインビーム（メインビーム２４ｂ）およびサブビーム（サブビーム２７ｂ（２８ｂ））の光束中心は、それぞれ位置２３ｂ，２６ｂとなり、上記の式（８）が成立する。
【００４４】
このようなメインビームとサブビームの移動量の違いから、サブビームが光検出器３２，３３の分割境界線を跨ぎきってしまった状態を示したのが図９（ａ）（ｂ）である。図９（ａ）は光検出器３１上のメインビームの光束を示しており、図９（ｂ）は光検出器３２，３３上のサブビームの光束を示している。この場合、メインビームの中心は、光検出器３１の中心と一致している中立位置２３ａ（メインビーム２４ａ）からＭｓ２だけ移動し、その結果、位置２３ｃ（メインビーム２４ｃ）に移動する。なお、２４ｃ１はメインビーム２４ｃの中心を示す。また、サブビームは、光検出器３２，３３の中心と一致している中立位置２６ａ（サブビーム２７ａ（２８ａ））からＳｓ２だけ移動し、その結果、位置２６ｃ（サブビーム２７ｃ（２８ｃ））に移動する。なお、２７ｃ１（２８ｃ１）はサブビーム２７ｃ（２８ｃ）の中心を示す。また、光検出器３１上におけるメインビームの光束径は対物レンズ５の有効径と一致し、サブビームにおける光ディスク７のラジアル方向の幅はαであり、対物レンズ５のシフト量はｂである。
【００４５】
上記の場合、対物レンズ５のシフト量ｂと対物レンズ５のシフトによるメインビームの移動量との関係は、
Ｍｓ２＝ｂ　……（１２）
である。
【００４６】
また、シフト量ｂだけ対物レンズ５がシフトした場合、図５（ｃ）において、対物レンズ５の中心の中立位置２１ａと対物レンズ５のシフト後に光ディスク７から戻ってくるサブビームの光束における中心の位置２２とは、シフト後における対物レンズ５の中心の位置２１ｂに対して対称な位置関係となる。このため、対物レンズ５のシフト量ｂと対物レンズ５のシフトによるサブビームの移動量との関係は、
Ｓｓ２＝２ｂ　……（１３）
である。また、図９（ｂ）からも分かるように、
Ｓｓ２＝α／２　……（１４）
である。
【００４７】
上記の式（１２）〜式（１４）より、対物レンズ５のシフト量ｂμｍまでの補償を確実にするためには、サブビームが分割境界線上を跨いでいる必要がある。したがって、回折格子の幅αは４ｂμｍ以上にする必要があり、このときの条件は前述した式（１１）となる。
【００４８】
図１０に、異なる幅の帯形の回折格子１１により回折された±１次回折光が対物レンズ５に入射する場合の対物レンズシフト量と、演算回路（式（７））で補償しきれずにトラッキングエラー信号ＴＥＳにＤＣ成分が残留した結果、発生するトラックオフセット（＝残留オフセット）との関係についてのシミュレーション結果を示す。ここでは、一例として、帯形の回折格子１１における光ディスク７のラジアル方向の幅が２．１ｍｍである場合と１．２ｍｍである場合とについて調べた。なお、シミュレーションの条件として、光束の幅（回折格子１１における光ディスク７のラジアル方向の幅と等価）以外のパラメータは前述のシミュレーションの場合（図８）と同一である。
【００４９】
前述の式（１１）より、３００μｍまでの対物レンズ５のシフト補償を確実にするには、光束の幅が１．２ｍｍ以上でなければならない。この場合、光束の幅１．２ｍｍおよび２．１ｍｍは式（１１）を満足する。したがって、これら光束を用いた場合には、図１０に示すように、３００μｍまでの対物レンズ５のシフトに対して補償後のオフセットが小さく抑えられ、対物レンズ５のシフトに対する補償が確実に行われる。
【００５０】
一方、５２５μｍまでの対物レンズ５のシフト補償を確実にするには、光束の幅が２．１ｍｍ以上でなければならない。仮にこの条件を誤り、光束の幅を２．１ｍｍよりも狭い１．２ｍｍと設定した場合、３００μｍ以上の対物レンズ５のシフトでは補償後のオフセットが急激に大きくなる。このため、５２５μｍ以内の対物レンズ５のシフトに対応できないことが分かる。以上のことから、対物レンズ５のシフト補償機構として確実に補償できるシフト量が分かっている場合、光束の幅は式（１１）に準じた設計値であることが必要であるといえる。
【００５１】
また、図１０において対物レンズシフトｂμｍ以内の範囲で、残留オフセットを精度よく０付近に抑え込めているが、これは式（７）におけるゲインＧ１、Ｇ２を正しく設定し、信号ＴＥＳにおけるＤＣ成分をキャンセルできているためである。ここで本発明におけるゲインＧ１，Ｇ２について説明する。
【００５２】
ゲインＧ１は、対物レンズのシフトによってメインビームの差動信号とサブビームの差動信号それぞれのＤＣ成分をキャンセルするための係数である。式（７）より、それは式（１１）を満足する対物レンズシフトが発生した時、ラジアルサーボＯＦＦの状態での信号ＴＥＳのＤＣ成分が０となる際のメインビームの差動信号とサブビームの差動信号の比そのものである。また、ゲインＧ２は、サブビーム間の光量ムラを解消するためのものである。
【００５３】
次に、ゲインＧ１，Ｇ２の決定方法について説明する。
ゲインＧ１は光学系の種々のパラメータに依存し、それらを基に決定されるはずである。この点から設計段階でゲインＧ１を決定することが可能である。従来技術（特開平１０−１６２３８３号公報）では、ゲインＧ１の決定要素として、メインビームとサブビームの光量比のみを挙げ、それをもとにゲインを設定するとされていたが、これでは不十分である。本発明において行ったシミュレーションによれば、ゲインＧ１は光量比以外に、入射光束のＲＩＭ（周縁部）強度やメインビームとサブビームのラジアル方向の幅の比にも依存することが分かっている。
【００５４】
ここで行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーション内容は、実際の光学系に準じたモデルを立て、式（１１）を満足する対物レンズシフトが発生した時のメインビーム及びサブビームそれぞれの差動信号を求め、式（７）においてラジアルサーボＯＦＦの状態での演算信号ＴＥＳのＤＣ成分が０になるゲインＧ１を算出するというものである。Ｇ２については後述するが、ここでＧ２を１と設定した。シミュレーションの条件は、
波長：４０５ｎｍ
対物レンズのＮＡ：０．８５
トラックピッチ：０．３２μｍ
光ディスク上のカバー層の厚み：０．１ｍｍ
光ディスク上のカバー層の屈折率：１．６
対物レンズの有効径：φ３ｍｍ
光量比（メインビームの光量÷サブビームの光量）：６
であり、メインビームとサブビームのラジアル方向の幅の比とＲＩＭ強度をパラメータとして計算した。結果を図１１に示す。この図から、信号ＴＥＳのＤＣ成分を０に抑え込めるゲインＧ１は少なくともメインビームとサブビームのラジアル方向の幅の比やＲＩＭ強度に依存しており、よってゲインＧ１を光量比（＝６）のみで規定できないことが分かる。
【００５５】
以上のことから、設計段階でゲインＧ１を決定するには、メインビームとサブビームのラジアル方向の幅の比やＲＩＭ強度といった用いる光学系の光学パラメータに基づいてシミュレーションを行い、ラジアルサーボＯＦＦの状態で信号ＴＥＳのＤＣ成分が０となるゲインＧ１を逆算すればよい。ここで、例えばＲＩＭ強度は半導体レーザーの放射角により決定され、素子ごとにそれぞれの性能のばらつきがあることを考慮すると、用いる光学素子全ての光学パラメータを測定した上で、それらを基にシミュレーションを行い、ゲインＧ１を逆算することが妥当である。
【００５６】
また、ラジアルサーボＯＦＦの状態で演算信号ＴＥＳが０となる時のゲインＧ１が最良値という観点からすると、ゲインＧ１は光学系の調整段階で決定することも可能である。光学系をセットアップした後の調整段階において、ラジアルサーボＯＦＦの状態で、式（１１）を満足するように対物レンズをシフトさせながら、ゲインＧ１の値を連続的に変化させ、式（７）の演算信号が０となる時をゲインＧ１の最良値としてゲインＧ１を決定できる。前述のように、素子ごとの特性のばらつきを考慮すると、装置毎にこの調整方法を用いることで同素子の装置間のばらつきを抑え、結果的に補償制度のばらつきを抑えるため、有効である。ただしこの時、フォーカスサーボはＯＮの状態であり、また、対物レンズのシフト量としては、式（１１）の範囲内であることを注意しなければならない。
【００５７】
また、ゲインＧ２はサブビーム間の光量比で決定される。したがって、
Ｇ２＝Ａ２／Ａ３　……（１０）
のように、一方のサブビームの光量（この場合＋１次回折光）をもう一方のサブビームの光量により規格化することで決定できる。なお、規格化するサブビームは＋１次回折光であってもかまわない。
【００５８】
次に、以上の光ディスク装置における対物レンズシフト補償の補償精度について説明する。
【００５９】
図７は従来技術、即ち円形の回折格子を使用し、ゲインＧ１を光量比とした補償機構において、また、図８は本実施の形態、即ち帯形の回折格子を使用し、ゲインを光学系のパラメータに基づいたシミュレーションにより逆算した補償機構を使用した際のシミュレーション結果である。それぞれラジアルサーボがＯＮの状態で式（１１）を満足するように対物レンズがシフトした場合の、補償後の残留オフセットをシミュレーションした結果である。
【００６０】
シミュレーションの条件は、
波長：４０５ｎｍ
対物レンズのＮＡ：０．８５
トラックピッチ：０．３２μｍ
光ディスク上のカバー層の厚み：０．１ｍｍ
光ディスク上のカバー層の屈折率：１．６
対物レンズの有効径：φ３ｍｍ
帯形回折格子によって回折された±１次回折光が対物レンズに入射する際のラジアル方向の幅α：２．１ｍｍ
円形回折格子によって回折された±１次回折光が対物レンズに入射する際の直径：２．１ｍｍ
としている。
【００６１】
図７および図８から、対物レンズが式（１１）で規定される範囲においてシフトした場合の補償後の残留オフセット量は、従来技術よりも本実施の形態のほうが小さいことが明らかである。特に、上記の条件で規定される高密度光ディスクシステムにおいて許容されるオフセットが０．００５μｍ程度であることを考慮すると、従来技術よりも本実施の形態の方が、対物レンズ５のより大きなシフトに対応可能であるとともに、オフセットをより小さく抑制できるため、有効である。
【００６２】
なお、実際には光検出器１０に対して、集光光学系を用いて光を集光しているため、光検出器１０上のビーム径はそれぞれ上述のものとは異なるものの、式（１１）の条件は変わらない。
【００６３】
さらに、回折格子１１は、回折方向が光ディスク７におけるタンジェンシャル方向であり、帯形の長手方向の端部にて回折された光が対物レンズ５に入射されないような長さ（図３のγ）となっている。このように設定することにより、アパーチャー透過後の光束がけられる状態（回折光の断面において、最外周部の光線がアパーチャー形成部材６上に入射せず、アパーチャー６ａ内に入射してしまう状態）を避けることができ、光束の断面が円形のまま、対物レンズに入射でき、微小なスポットを形成できる。
【００６４】
次に、メインおよびサブビームそれぞれの光ディスク７上における配置を図１２に示す。同図に示すように、メインビームの集光スポット４１に対し、サブビームの集光スポット４２，４３は光ディスク７におけるタンジェンシャル方向に配置されている。サブビームから得られる差動信号にはトラック４４の位置情報を示すプッシュプル信号が発生しないため、サブビームの集光スポット４２，４３のトラック４４に対する配置は任意の配置で良い。例えば、メインビームの集光スポット４１が位置するトラック４４に対し、隣のトラック４４に配置されていても良い。つまり、サブビームの集光スポット４２，４３についてのトラック４４上での厳密な位置調整は不要であることを意味する。
【００６５】
ただし、メインビームの集光スポット４１に対し、サブビームの集光スポット４２，４３をラジアル方向（図１２においてトラック４４方向と直交する方向）に配置した場合には、光ディスク７の最内周のトラック４４に対して読み／書きするためにメインビームの集光スポット４１を最内周のトラック４４に移動させると、メインビームの集光スポット４１に対し内周側のサブビームの集光スポット（集光スポット４２，４３の何れか）がトラック４４から外れることになる。したがって、集光スポット４１〜４３の並ぶ方向は可能な限りタンジェンシャル方向に平行であることが望ましい。
【００６６】
次に、回折光学素子の他の例を図１３に基づいて説明する。
同図に示す回折光学素子５１は、２種類の回折格子１１，５２を有しており、中央部には、前記の回折光学素子３と同様、帯形の前記回折格子１１を有し、その両側に、即ち回折格子１１に対する光ディスク７のラジアル方向の両側にそれぞれ帯形の回折格子５２を有している。回折格子５２は、少なくとも対物レンズ５への入射光束１３の断面に相当する領域に形成されている。即ち、回折格子５２は、回折光学素子５１の回折格子１１が形成されている領域以外の領域の、対物レンズ５への入射光束の断面における少なくとも回折格子１１への入射部分を除いた部分に相当する領域を有するように形成されている。これにより、入射光束は、回折光学素子５１からはみ出すことなく入射可能である。
【００６７】
回折格子５２は、回折格子１１に対して、格子の深さとデューティー比が一致する一方、回折方向が異なり、回折格子５２による回折光がトラッキングエラー信号に影響しないような構成となっている。
【００６８】
なお、上記デューティーとは次の意味である。即ち、回折格子の断面は山と谷の繰り返しの周期構造となっており、デューティー比とは、山一つ及び谷一つそれぞれの幅の比を意味する。このデューティー比によって、０次回折光が回折格子から受ける位相差量が変わってくると考えられる。したがって、図１１に示した回折光学素子５１において、回折格子１１と回折格子５２とのデューティー比が同じであれば、それぞれの領域で発生した０次回折光の間には位相差が発生しない一方、デューティー比が異なれば位相差が発生すると考えられる。ここでは、位相差が発生しないことが望ましい。
【００６９】
上記の構成とすることにより、回折光学素子５１を透過した０次回折光（メインビーム）において、回折格子１１を透過した光束と回折格子５２を透過した光束との間に位相や振幅の分布が発生しないため、光ディスク７上の集光スポットのサイドローブ発生によるクロストークといったＳ／Ｎの悪化を抑制することができる。
【００７０】
以上の実施の形態においては、回折光学素子３，５１がコリメータレンズ２と対物レンズ５との間の平行光束中に配置され、回折光学素子３，５１から対物レンズ５までの光路において光束が収束・発散しない構成となっている。このために、帯形の回折格子１１における光ディスク７のラジアル方向の幅と回折格子１１にて回折された±１次回折光が対物レンズ５に入射する際（対物レンズ５の入射瞳面上）の光束のラジアル方向の幅αが一致している。
【００７１】
しかしながら、本発明により得られる効果はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、回折光学素子３，５１を光源（半導体レーザ１）とコリメータレンズ２との間の発散光束中に配置してもかまわない。あるいは、回折光学素子３，５１と対物レンズ５との間に、凸レンズと凹レンズを組合せたビームエキスパンダー等のビーム径変換光学系を配置してもかまわない。
【００７２】
これらの構成においては、帯形の回折格子１１の幅と回折格子１１によって回折された±１次回折光（サブビーム）が対物レンズに入射する際（対物レンズの入射瞳面上）の光束の幅αとが異なるものになる。この場合には、回折格子１１により回折された±１次回折光（サブビーム）が対物レンズ５に入射する際（対物レンズ５の入射瞳面上）の光束の幅αが式（２）の条件を満足するように、回折格子１１の幅を設定すればよい。
【００７３】
以上のように、本発明のトラッキングエラー信号生成方法は、ビーム光を回折させてメインビームとサブビームとを生成し、これら両ビームを対物レンズにより記録媒体のトラックに集光させ、前記記録媒体からの戻り光を受光した光検出器のメインビームによる出力とサブビームによる出力とからトラッキングエラー信号を生成するトラッキングエラー信号生成方法において、補償精度を決定するゲインＧ１を設計段階で光学パラメータを加味してシミュレーションを行う方法、あるいは調整段階で信号ＴＥＳのＤＣ成分が０になるようにゲインＧ１を連続的に変化させるといった調整方法に基づいて決定し、補正する構成である。
【００７４】
また、上記の光ディスク装置は、回折光学素子の前記回折格子を第１の回折格子としたときに、この第１の回折格子が形成されている領域以外の領域の、少なくとも前記対物レンズへの入射光束の断面に相当する領域に、第２の回折格子が形成されており、第２の回折格子と第１の回折格子とが、格子深さおよびデューティー比が互いに等しい構成としてもよい。これにより、光ディスク上のビームスポットのサイドローブ発生によるクロストークといったＳ／Ｎの悪化を抑制することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光ディスク装置は、光源と、対物レンズと、これら光源と対物レンズの間に配置された回折光学素子とを備え、
λ：光源の波長
ａ：対物レンズの有効径
ｄ：記録媒体のトラックピッチ
ＮＡ：対物レンズの開口数
としたとき、該回折光学素子に形成された第１の回折格子によって回折された±１次回折光が対物レンズに入射する際のラジアル方向の幅αが以下の条件を満足し、
α　≦λ×ａ／（２ｄ×ＮＡ）
０次回折光、±１次回折光それぞれが対物レンズによって光ディスク上に集光され、その戻り光が各光検出器上で検出される際、それら光検出器は、記録媒体のラジアル方向に直行する方向に相当する方向に少なくとも１本の分割境界線を有したものであり、
０次光を受光した光検出器の差動信号をＴＥ１、和出力をＡ１
＋１次光を受光した光検出器の差動信号をＴＥ２、和出力をＡ２
−１次光を受光した光検出器の差動信号をＴＥ３、和出力をＡ３
ゲインＧ２をＧ２＝Ａ２／Ａ３としたとき、
ゲインＧ１を使用して、トラッキングエラー信号ＴＥＳを
ＴＥＳ＝ＴＥ１−Ｇ１×（ＴＥ２＋Ｇ２×ＴＥ３）
とする光ディスク装置において、
ｂ：対物レンズシフト量
としたときに、±１次回折光のラジアル方向の幅αは、４ｂ≦αを満足する構成である。
【００７６】
これにより、光ディスクにおいて発生し得る対物レンズのシフトに対し、補償後の残留オフセットを許容範囲内に抑制することができる。
【００７７】
上記の光ディスク装置は、０次回折光のＲＩＭ強度、および０時回折光と±１次回折光における光ディスクラジアル方向の幅との比に基づいてゲインＧ１を決定する構成としてもよい。
【００７８】
これにより、信号ＴＥＳのＤＣ成分を０に抑え込めるゲインＧ１を設定することができ、また、上記Ｇ１を設計段階で決定することができる。さらに、使用する素子毎の光学パラメータをもとに上記の設定を各光ディスク装置に対して行えば、光ディスク装置ごとに生じる補償精度のばらつきを抑えることができる。
【００７９】
上記の光ディスク装置は、フォーカスサーボＯＮ、ラジアルサーボＯＦＦの状態で対物レンズをシフトさせながらゲインＧ１を連続的に変化させ、前記演算信号ＴＥＳのＤＣ成分が０になる時をゲインＧ１の最良値として決定する構成としてもよい。
上記の構成によれば、上記のα≧４ｂを満足するような対物レンズのシフトに対し、ラジアルサーボＯＮの状態で信号ＴＥＳのＤＣ成分を限りなく０に抑えることができ、結果として光ディスクラジアル方向に残留する残留オフセットをさらに適切に抑制でき、高精度のトラッキングサーボを行うことができる。即ち、対物レンズのシフトに対し、トラッキングエラー信号に急激なＤＣ成分の増加が生じず、ラジアル方向に残留する残留オフセット量を大容量の光ディスクシステム（大容量の光ディスクとこれに対して記録再生可能な光ディスク装置とを備えたシステム）を安定に動作させるための許容範囲内に収めることができる。
【００８０】
また、上記の構成によれば、光学系の調整段階においてゲインＧ１の設定ができ、装置毎に上記の手法を用いることにより、装置間での補償精度のばらつきを抑えることができる。
【００８１】
上記の光ディスク装置において、前記回折光学素子には、第１の回折格子が形成された領域以外の領域における、少なくとも対物レンズへの入射光束の断面に相当する領域に、第１の回折格子とは回折方向が異なり、格子深さおよびデューティー比が等しい第２の回折格子が形成されている構成としてもよい。
【００８２】
上記の構成によれば、回折光学素子を透過した例えば０次回折光（メインビーム）において、第１の回折格子を透過した光束と第２の回折格子を透過した光束との間に位相や振幅の分布が発生しない。したがって、光ディスク上の集光スポットのサイドローブ発生によるクロストークといったＳ／Ｎの悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の光ディスク装置が備える光検出器の構成、およびこの光検出器の出力からトラッキングエラー信号を得るための演算回路を示す図である。
【図２】本発明の実施の一形態の光ディスク装置が備える光ピックアップ装置の光学系の構成を示す模式図である。
【図３】図２に示した回折光学素子の正面図である。
【図４】図２に示した回折光学素子により入射光束が回折されて生じるメインビームとサブビームの関係を示す説明図である。
【図５】図５（ａ）は、対物レンズのシフトが発生したときの光検出器上でのメインビームの移動を説明する模式図、図５（ｂ）は同サブビームの移動を説明する模式図、図５（ｃ）は、上記移動におけるメインビームとサブビームとの移動量の違いを説明する模式図である。
【図６】図６（ａ）は、入射光束の最外周部の光線がアパーチャー形成部材上に入射する場合を示す説明図、図６（ｂ）は、入射光束の最外周部の光線がアパーチャー内を通過する場合を示す説明図である。
【図７】対物レンズのシフトに対する従来の補償機構における対物レンズのシフト量とトラッキングエラー信号に発生するオフセット量との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】対物レンズのシフトに対する本発明の実施の形態の補償機構における対物レンズのシフト量とトラッキングエラー信号に発生するオフセット量との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】図９（ａ）は、対物レンズのシフトにより、サブビームが光検出器の分割境界線を跨ぎきった場合における光検出器上でのメインビームの移動を説明する模式図、図９（ｂ）は上記場合における光検出器上でのサブビームの移動を説明する模式図である。
【図１０】対物レンズのシフトに対する本発明の実施の形態の補償機構において、±１次回折光の光束における光ディスクのラジアル方向の幅が、２．１ｍｍである場合と１．２ｍｍである場合とにおける対物レンズシフト量と残留しているトラックオフセット量（残留オフセット）との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】対物レンズのシフトに対する本発明の実施の形態の補償機構において、メインビームとサブビームの幅の比と（信号ＴＥＳのＤＣ成分が０となる時の）ゲインＧ１との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施の形態の光ディスク装置における、光ディスク上におけるメインビームおよびサブビームの集光スポットの位置関係を示す模式図である。
【図１３】図３に示した回折光学素子の他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
１　　　半導体レーザ
３　　　回折光学素子
５　　　対物レンズ
６ａ　　　対物レンズアパーチャー
７　　　光ディスク
１０　　　光検出器
１１　　　回折格子
１２　　対物レンズの有効径
１３　　回折格子へ入射する光束の径
１４　　　演算回路（演算部）
３１〜３３　　光検出器
５１　　　回折光学素子
５２　　　回折格子
５５，５７　　　ゲインアンプ

Claims (4)

1. 光源と、
   対物レンズと、
   これら光源と対物レンズの間に配置された回折光学素子とを備え、
   λ：光源の波長
   ａ：対物レンズの有効径
   ｄ：記録媒体のトラックピッチ
   ＮＡ：対物レンズの開口数
   としたとき、該回折光学素子に形成された第１の回折格子によって回折された±１次回折光が対物レンズに入射する際のラジアル方向の幅αが以下の条件を満足し、
   α　≦λ×ａ／（２ｄ×ＮＡ）
   ０次回折光、±１次回折光それぞれが対物レンズによって光ディスク上に集光され、その戻り光が各光検出器上で検出される際、それら光検出器は、記録媒体のラジアル方向に直行する方向に相当する方向に少なくとも１本の分割境界線を有したものであり、
   ０次光を受光した光検出器の差動信号をＴＥ１、和出力をＡ１
   ＋１次光を受光した光検出器の差動信号をＴＥ２、和出力をＡ２
   −１次光を受光した光検出器の差動信号をＴＥ３、和出力をＡ３
   ゲインＧ２を
   Ｇ２＝Ａ２／Ａ３
   としたとき、
   ゲインＧ１を使用して、トラッキングエラー信号ＴＥＳを
   ＴＥＳ＝ＴＥ１−Ｇ１×（ＴＥ２＋Ｇ２×ＴＥ３）
   とする光ディスク装置において、
   ｂ：対物レンズシフト量
   としたときに、±１次回折光のラジアル方向の幅αは、
   ４ｂ≦α
   を満足することを特徴とする光ディスク装置。
2. ０次回折光のＲＩＭ強度、および０時回折光と±１次回折光における光ディスクラジアル方向の幅の比とに基づいてゲインＧ１を決定することを特徴とする請求項１に記載の光ディスク装置。
3. フォーカスサーボＯＮ、ラジアルサーボＯＦＦの状態で対物レンズをシフトさせながらゲインＧ１を連続的に変化させ、前記演算信号ＴＥＳのＤＣ成分が０になる時をゲインＧ１の最良値として決定することを特徴とする請求項１に記載の光ディスク装置。
4. 前記回折光学素子には、第１の回折格子が形成された領域以外の領域における、少なくとも対物レンズへの入射光束の断面に相当する領域に、第１の回折格子とは回折方向が異なり、格子深さおよびデューティー比が等しい第２の回折格子が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。

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