JP2006018937A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブルーレーザーを含む短波長レーザーを用いる場合であっても、小型、薄型で温度変化等の耐環境変化特性も良好なコストの安い光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】光検出光学系に配置された、光軸を中心として光記録媒体からの反射光の内側と外側を分ける線、及び光軸を含む直線で分割される少なくとも４つの領域毎に光進行方向を変換する光路変換手段と、前記光検出光学系に配置された、前記光路変換手段を分割する光軸を含む直線と平行な直線に沿って配置された少なくとも４つの受光部を備えた受光手段、とを備える。
【選択図】図１３

Description

本発明は、ＤＶＤ等の高密度記録ディスク、コンパクトディスク等の光ディスクにおける記録再生に使用される光ピックアップ装置に関するものである。

光ディスク装置において従来、赤外レーザーや赤色レーザーなどの長波長レーザーを出射するレーザーダイオードを用いられていたが、最近では、ブルーレーザーを用いて、上記各レーザーを用いた場合よりも高密度記録を行うようになってきた。このような高密度記録に関する技術が、以下の特許文献において開示されている。
特開平１１−２２４４３６号公報 特開２０００−１２３３９４号公報 特開平１０−３３４４９４号公報

しかしながら、ノートブックパソコン等の電子機器に組み込まれる比較的、薄型で小型の光ディスクドライブ装置においては、特に高性能な温度変化等に対する耐環境特性が要求され、かつ高密度に記録再生するための光学系は波長が短く、ＮＡが大きいため球面収差が従来の光ディスク記録再生光学系よりも大きい。そのためそれを抑制するための手段が別途必要となり、小型化する上での大きな課題となっていた。

本発明は、前記の課題を解決するもので、ブルーレーザーを含む短波長レーザーを用いる場合であっても、小型、薄型で温度変化等の耐環境変化特性も良くコストの安い光ピックアップ装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、光記録媒体へ光ビームを集光する集光光学系と、光記録媒体からの反射光を検出する光検出光学系を有する光ピックアップ装置であって、前記光検出光学系に配置された、光軸を中心として光記録媒体からの反射光の内側と外側を分ける線、及び光軸を含む直線で分割される少なくとも４つの領域毎に光進行方向を変換する光路変換手段を有し、前記光検出光学系に配置された、前記光路変換手段を分割する光軸を含む直線と平行な直線に沿って配置された４つの受光部を備えた受光手段を有することを特徴とする光ピックアップ装置である。

本発明によると、球面収差検出を含む検出光学系の集積化が容易となり、かつ温度変化等に対する耐環境特性に優れた、安価で小型、薄型の光ピックアップ装置を実現することができる。

また、受光素子を回転調整することにより、受光素子、または発光点を光軸方向に位置調整することなく、容易にデフォーカス調整可能であるため集積光学部材の作成が容易で、球面収差制御が可能であるため高ＮＡ、短波長による高密度記録を実現できる。更に、波長変動に対しても安定的にフォーカス、及び球面収差制御を行うことができる。従って、小型、安価で使用環境の変化に対しても安定的に性能を確保できる光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第１の発明は、光記録媒体へ光ビームを集光する集光光学系と、光記録媒体からの反射光を検出する光検出光学系を有する光ピックアップ装置であって、前記光検出光学系に配置された、光軸を中心として光記録媒体からの反射光の内側と外側を分ける線、及び光軸を含む直線で分割される少なくとも４つの領域毎に光進行方向を変換する光路変換手段を有し、前記光検出光学系に配置された、前記光路変換手段を分割する光軸を含む直線と平行な直線に沿って配置された４つの受光部を備えた受光手段を有することを特徴とする光ピックアップ装置であり、光記録媒体からの反射光を光軸に対して内側と外側でそれぞれ独立に外乱に強いフォーカス制御信号、及び球面収差制御信号を検出することが可能となるため小型薄型かつ高信頼性の光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第２の発明は、前記受光手段の受光部は前記光路変換手段の光軸を含む直線の分割線に平行な分割線で各々分割された２つの受光素子で構成され、前記受光部は少なくとも８つの前記受光素子により構成されたことを特徴とする光ピックアップ装置であり、組み立て調整が容易な複合素子を実現することができるため、小型で安価な光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第３の発明は、前記光路変換手段は、光記録媒体からの反射光の内側の一方の領域の光は前記受光手段の受光部のうち最も端の受光部である第１受光部の分割線上に集光し、光記録媒体からの反射光の外側の同じ一方の領域の光は前記第１受光部の隣の受光部である第２受光部の分割線上に集光し、光記録媒体からの反射光の内側の他方の領域の光は前記第２受光部の隣の受光部である第３受光部の分割線上に集光し、光記録媒体からの反射光の外側の他方の光は前記第３受光部の隣の受光部である第４受光部の分割線上に集光させるように光路を変更することを特徴とする光ピックアップ装置であり、組み立て調整が容易な複合素子を実現することができるため、小型で安価な光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第４の発明は、前記受光手段において、最も端の受光部である第１受光部の一方の側の受光素子の信号出力と、前記第１受光部の隣の受光部である第２受光部の同じ一方の側の受光素子の信号出力と、前記第２受光部の隣の受光部である第３受光部の他方の側の受光素子の信号出力と、前記第３受光部の隣の受光部である第４受光部の同じ他方の側の受光素子の信号出力をそれぞれ加算した信号出力と、最も端の受光部である第１受光部の他方の側の受光素子の信号出力と、前記第１受光部の隣の受光部である第２受光部の同じ他方の側の信号出力と、前記第２受光部の隣の受光部である第３受光部の一方の側の受光素子の信号出力と、前記第３受光部の隣の受光部である第４受光部の同じ一方の側の受光素子の信号出力をそれぞれ加算した信号出力の差動をもって前記光ビームのフォーカス制御信号とすることを特徴とする光ピックアップ装置であり、安定的なフォーカス制御信号を得ることができるため、小型薄型かつ高信頼性の光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第５の発明は、前記受光手段において、外側の２つの受光部である第１受光部と第４受光部の一方の側の受光素子の信号出力と、内側の２つの受光部である第２受光部と第３受光部の他方の側の受光素子の信号出力をそれぞれ加算した信号出力と、外側の２つの受光部である第１受光部と第４受光部の他方の側の受光素子の信号出力と、内側の２つの受光部である第２受光部と第３受光部の一方の側の受光素子の信号出力をそれぞれ加算した信号出力の差動をもって球面収差制御信号としたことを特徴とする光ピックアップ装置であり、安定的な球面収差制御信号を得ることができるため、小型薄型かつ高信頼性の光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第６の発明は、前記集光光学系として、光源と、光源から出射した光を平行光へ変換する平行光変換手段と、平行光変換手段から出射される平行光を光記録媒体へ光ビー
ムを集光する集光手段を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置であり、記録の際に光の利用効率が高い集光光学系とすることができるため、小型薄型かつ高信頼性の光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第７の発明は、前記光源として半導体レーザーを用いたことを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ装置であり、安価で高性能な光源とすることができるため、安価な光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第８の発明は、前記平行光変換手段としてレンズを用いることを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ装置であり、安価で高性能な平行光変換手段とすることができるため、安価な光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第９の発明は、前記集光手段としてレンズを用いることを特徴とする光ピックアップ装置であり、安価で高性能な集光手段とすることができるため、安価な光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第１０の発明は、前記検出光学系として、光を直線偏光から円偏光へ変換する光位相変換手段と、偏光方向によって光を分離する偏光分離手段と、光路変換手段と、受光手段とを備えることを特徴とする光ピックアップ装置であり、記録の際に光の利用効率が高い集光光学系とすることができるため、小型薄型かつ高信頼性の光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第１１の発明は、前記光路変換手段として回折型光学素子を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置であり、安価な光路変更手段とすることができるため、安価な光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第１２の発明は、前記光路変換手段として偏光性回折型光学素子を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置であり、記録の際に光の利用効率が高い集光光学系とすることができるため、小型薄型かつ高信頼性の光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第１３の発明は、前記受光手段としてフォトダイオードを用いることを特徴とした光ピックアップ装置であり、安価で高性能な受光手段とすることができるため、安価な光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第１４の発明は、前記光位相変換手段として１／４波長板を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置であり、安価な光位相変換手段とすることができるため、安価な光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第１５の発明は、前記偏光分離手段として偏光分離膜を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置であり、安価な偏光分離手段とすることができるため、安価な光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第１６の発明は、前記偏光分離手段と、前記光路変換手段を同一の光集積部材としたことを特徴とする光ピックアップ装置であり、偏光分離手段と光路変換手段をそれぞれ単体で構成するよりも体積が小さく、温度変化等の外乱が発生しても互いの位置関係の変化量が小さいため小型薄型かつ高信頼性の光ピックアップ装置を提供することができる。

本願の第１７の発明は、前記光源と、前記受光手段と前記光集積部材を同一の複合素子
としたことを特徴とする光ピックアップ装置であり、温度変化等の外乱が発生しても互いの位置関係の変化量が小さいため小型薄型かつ高信頼性の光ピックアップ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置の要部斜視図である。まず、１０は光ディスクで、光ディスク１０は光を照射することで、情報の再生かもしくは情報の記録の少なくとも一方を行うことができる。具体的に光ディスク１０としては、情報の再生のみが行えるＣＤ−ＲＯＭディスク、ＤＶＤ−ＲＯＭディスク等、情報の再生に加えて情報の記録が行えるＣＤ−Ｒディスク、ＤＶＤ−Ｒディスク等、情報の再生に加えて情報の記録／消去が可能なＣＤ−ＲＷディスク、ＤＶＤ−ＲＷディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭディスク等が好適に用いられる。また、光ディスク１０としては、略赤色の光で情報の記録もしくは再生の少なくとも一方が行える記録層を備えるもの、略赤外光で情報の記録もしくは再生が行える記録層を備えるもの、略青色〜略青紫の光で情報の記録あるいは再生が行える記録層を備えるものが使用可能である。

更に光ディスク１０の大きさとしては、様々な直径を有する円盤状のものを用いることが可能であるが、好ましくは３ｃｍ〜１２ｃｍの直径を有する円盤状のものを好適に用いられる。更に、記録要領を増大させるために記録層を複数持つ多層ディスクを用いることもある。図示しているように、光ディスク１０の中心から外周側に向かってラジアル方向（以下「Ｒ方向」と略記する）、光ディスク１０の接線方向をタンジェンシャル方向（以下、「Ｔ方向」と略記する）と方向を定義する。

１は光ディスク１０に光を照射することで情報を光ディスク１０に記録及び光ディスク１０から情報を読み取るための光ピックアップである。以下、光ピックアップ１の主要構成部品について説明する。

３０は複合素子であり、レーザー、受光素子、プリズム等を内蔵している。この複合素子３０から出射された往路光２４ａは、図示していないがコリメータレンズ１２にて平行光に変換させられた後、立ち上げミラー１４により対物レンズ１５へ立ち上げられ、λ／４波長板を通り対物レンズ１５により光ディスク１０に集光させられる。光ディスク１０で反射してディスクの記録情報を有した復路光２４ｂは、対物レンズ１５を通ることにより再び平行光へ変換されλ／４波長板を通り立ち上げミラー１４で複合素子３０方向へ向かい最終的に複合素子３０に戻る。その結果、複合素子３０はこの復路光２４ｂを検出することによりディスク情報、及び光ディスク１０の記録面に対物レンズ１５による往路光２４ａのスポットを振動等の外乱が生じても良好に照射させるアクチュエーター１８を制御するためのサーボ情報を抽出してそれぞれ電気信号へ変換し、予め光ディスク１０に記録された記録情報を電気的に再現することが可能となる。以上の複合素子３０、コリメータレンズ１２、立ち上げミラー１４、アクチュエーター１８はピックアップ基台１９に搭載される。

次に、複合素子３０について説明する。図２は複合素子の全体を表す斜視図である。図２において、複合素子３０は光源１１と集積光学部材４０と受光素子５０、及び結合部材３３とを有する構成である。これらの構成要素を順に説明する。

まず、光源１１は汎用半導体レーザー３１をベース部材３２に固定したものである。極めて一般的な汎用半導体レーザー３１を使用することができるためコストの安いピックア
ップ装置を提供することができる。

また、集積光学部材４０は半導体レーザー３１のレーザー光射出窓上に、結合部材３３は半導体レーザー３１の平坦面上に、また受光素子５０は結合部材３３の側面に当てられてそれぞれ配置される。半導体レーザー３１への電源供給、及び受光素子５０への電源供給と電気信号の取得はフレキシブルケーブル３５により外部へ接続させることにより行われる。

次に、集積光学部材４０について図３を用いて説明する。図３は集積光学部材４０、光源１１及び受光素子５０の位置関係を示す断面図であり、紙面垂直方向がＴ方向、紙面水平方向がＲ方向とする。集積光学部材４０は基本的にガラス材を４角形にカットして形成されており、その内部に偏光分離膜４１と反射型ホログラム４２を有する構造となっている。偏光分離膜４１は入射する光の偏光の方向により反射、透過を制御する膜であり、また、反射型ホログラム４２は入射する光の反射光をある決まった方向へ進路変更する機能を有する光学素子である。まず、光源１１を出射した往路光２４ａは集積光学部材４０に入射しその内部の偏光分離膜４１に入射する。光源１１をこの透過率が略１００％となるように集積光学部材４０に対して配置することにより高い利用効率を得ることができる。

偏光分離膜４１を透過した往路光２４ａはそのまま集積光学部材４０を透過してコリメータレンズへ向かう。ディスクを反射した復路光２４ｂは先述の光学系を通過して再び集積光学部材４０に到達する。この復路光２４ｂはλ／４板により、その偏光方向が往路光に対して９０度回転した方向を持つため、集積光学素子内の偏光分離膜４１にて略１００％反射する。ここで反射した復路光２４ｂは次に反射型ホログラム４２にて受光素子５０の受光パターンに向かって進路変更され最終的に受光素子５０に到達する。

次に、反射型ホログラム４２によるフォーカス制御信号の取得方法について説明する。

図４は反射型ホログラム４２のホログラムパターンと受光素子５０の受光パターンとの関係を示す斜視図である。先述のとおりディスクで反射した復路光２４ｂは、集積光学部材４０に入射した後、偏光分離膜４１で反射して反射型ホログラム４２にて進路変更の作用を受ける。図示しているようにこの反射型ホログラム４２はＲ方向に平行な分割線によりそれぞれ領域４２ａと、４２ｂに分割されており、各々進路変更後の方向が異なるようにホログラムが形成されている。この場合、反射型ホログラム４２の領域４２ａに入射した光は受光パターン５１ａ上に、領域４２ｂに入射した光は受光パターン５１ｂ上にそれぞれ集光するようにホログラムが形成されている。

図５は更に理解を容易にするために簡易的な等価光学系を示す図である。光ディスク１０上に照射されたディスク上スポット２１は光ディスク１０で反射して復路光２４ｂとなり、対物レンズ１５を通り平行光に変換された後コリメータレンズ１２で収束光に変換される。この収束光は反射型ホログラム４２にて進路を変換され受光素子５０上の受光パターン５１ａ、及び５１ｂ上に集光される。なお、反射型ホログラム４２は本来は反射型であるが理解を容易にするため等価的な透過型ホログラムとして図示している。受光パターン５１ａ、及び５１ｂはＲ方向に平行な分割線で分離されており、受光領域５１ａＡ、５１ａＢ、５１ｂＡ、５１ｂＢに到達した光は受光素子５０によりそれぞれ電気信号Ｖ５１ａＡ、Ｖ５１ａＢ、Ｖ５１ｂＡ、Ｖ５１ｂＢに変換されて検出される。図示しているように受光パターン上に集光されたスポット２２ａ、及び２２ｂは受光パターンの分割線上に集光されているため、受光領域５１ａＡと５１ａＢに入る光量が等しく、また受光領域５１ｂＡと５１ｂＢに入る光量が等しい。すなわち、式（１）、式（２）
Ａ＝Ｖ５１ａＡ＋Ｖ５１ｂＡ ・・・式（１）
Ｂ＝Ｖ５１ａＢ＋Ｖ５１ｂＢ ・・・式（２）
により、Ａ、Ｂを定義して、フォーカスエラー信号（ＦＥ）を、
ＦＥ＝Ａ−Ｂ ・・・式（３）
とすると、
ＦＥ＝０ ・・・式（４）
となる。

ここで、光ディスク１０が対物レンズ１５から離れた場合を考える。図６は光ディスク１０が対物レンズ１５から離れた場合の復路光２４ｂの変化を示す図である。光ディスク１０上のディスク上スポット２１は光ディスク１０が離れたために光ディスク１０による鏡像２１ｐを発生させる。対物レンズ１５から見るとあたかもディスク上スポット２１が紙面上方へ移動したように見えるため受光パターン上スポットも紙面上方の２２ｂｐ、２２ａｐへ移動する。その結果、図示するように受光領域５１ｂＢ、５１ａＢに入る光量が増加し、受光領域５１ｂＡ、５１ａＡに入る光量が減少する。即ち、Ｂが増加しＡが減少するため
ＦＥ＜０・・・式（５）
となる。

同様に、光ディスク１０が対物レンズ１５に近づく場合を考える。図７は光ディスク１０が対物レンズ１５に近づいた場合の復路光２４ｂの変化を示す図である。光ディスク１０上のディスク上スポット２１は光ディスク１０が近づいたために光ディスク１０による鏡像２１ｍを発生させる。対物レンズから見るとあたかもディスク上スポット２１が紙面下方へ移動したように見えるため受光パターン上スポットも紙面下方の２２ｂｍ、２２ａｍへ移動する。その結果、図示するように受光領域５１ｂＢ、５１ａＢに入る光量が減少し、受光領域５１ｂＡ、５１ａＡに入る光量が増加する。即ち、Ｂが減少しＡが増加するため、
ＦＥ＞０・・・式（６）
となる。

以上のことをまとめると、光ディスク１０が対物レンズ１５から遠ざかると、
ＦＥ＜０・・・式（５）
となり、光ディスク１０が対物レンズ１５へ近づくと、
ＦＥ＞０・・・式（６）
となるため、このＦＥ信号をもってフォーカス制御信号とすることができる。

次に、このフォーカス信号方式のメリットについて説明する。図８（ａ）は偏光分離膜４１も含めた集積光学部材４０の等価光学系を示す図である。光源１１から出射した往路光２４ａは偏光分離膜４１を透過してコリメータレンズ１２により平行光へ変換される。ディスクにて反射した復路光２４ｂはディスクの位置に変化がない場合、つまりデフォーカスが無い場合は平行光でコリメータレンズ１２に戻り、偏光分離膜４１で反射して反射型ホログラム４２により受光パターンへ導かれる。この反射型ホログラム４２はコリメータレンズ１２に平行光が戻る場合、つまりデフォーカスが無い場合に受光パターン上に焦点を結ぶように形成されている。しかるに、図８（ｂ）のように光源１１が光軸方向に取り付け誤差を生じて１１ｃの位置になった場合、この位置ズレ後の光源１１ｃから発した往路光２４ａは、コリメータレンズ１２との位置関係が適切でないため平行光からずれた状態となる。この図８（ｂ）の場合は光源１１とコリメータレンズ１２との距離が離れる方向であるため、弱収束光となってコリメータレンズ１２を出射する。こうなるとディスクからの反射光２４ｂはデフォーカスが生じていない状態でもコリメータレンズ１２に戻るときは平行光ではなく、それにより反射型ホログラム４２から出射する光もデフォーカスした状態で出射するため受光パターン上のスポットも光軸方向にずれて２２ｃの位置となる。

従って、光源１１の光軸方向の位置ズレが発生すると受光素子５０上でデフォーカスが発生するため何らかの方法でこのデフォーカスを調整することが必要となる。一つの方法としては光源１１、あるいは受光素子５０を光軸方向にデフォーカスが０となるまで位置調整することでデフォーカスをキャンセルすることが可能となるが、本実施の形態のように集積光学素子の形態をとると、光源１１、受光素子５０ともに光軸方向の位置調整は極めて困難であり何か別のデフォーカス調整方法が必要である。

図９は本実施の形態のデフォーカス調整方法を説明する図である。受光素子５０上でデフォーカスが発生すると、図９（ａ）に図示しているように受光パターン上のスポットが半円形となり、先述のＡ、あるいはＢが増えることによりデフォーカスを生じる（図の場合はＡが増加する）。ここで、図９（ｂ）に示すように受光パターン５１ｂと受光パターン５１ａの中間点を受光素子回転中心５３として、光軸方向（紙面垂直方向）を回転軸として受光素子全体を回転させると、相対的に各々の受光パターン上のスポットが右、あるいは左へ移動する。この図の場合、回転中心５３を中心として反時計周りに受光素子を回転させることにより、受光パターン５１ｂ上のスポットが相対的に右に移動した形となり回転前までは受光領域５１ｂＡに偏重していた光が５１ｂＡと５１ｂＢの中間に位置するようになる。同様に、受光パターン５１ａ上のスポットは相対的に左に移動する形となり回転前まで受光領域５１ａＡに偏重していた光が５１ａＡと５１ａＢの中間に位置するようになる。

従って、ＡとＢが等量となり結果的にデフォーカスをキャンセルすることが可能となる。即ち、本実施の形態のフォーカス信号方式は、２つの受光パターン５１ａと５１ｂの中間点を中心に光軸方向を回転軸として受光素子を回転調整することにより、受光素子、あるいは発光点を光軸方向に位置調整することなくデフォーカス調整可能であり、集積光学部材の形態をとる場合に特に有利な方式である。

次に球面収差補正について説明する。光ディスク１０はある特定の厚みを持つ透明なカバー層を有している。対物レンズ１５は往路光がこのカバー層を通して良好に結像するべく設計されているため、カバー層の厚みが特定の厚みからずれた場合、一般的に球面収差が発生して光ディスク１０上のスポット品質を劣化させる。カバー層の厚み誤差による球面収差は、ＮＡの４乗、波長の逆数に比例して大きくなるため、高密度記録のために高ＮＡ、短波長となるにつれてこの球面収差が無視できなくなる。従って、高密度記録ディスクに対応するためには何らかの球面収差補正手段が必要となる。また、カバー層厚み誤差は光ディスク１０の場所によって異なるため、この球面収差補正はリアルタイム制御が必要となり、カバー層厚み誤差による球面収差を検出して球面収差補正手段にフィードバックして制御する必要がある。

まず、球面収差補正手段の一例について説明する。図１０（ａ）は光ディスク１０のカバー層厚み誤差が無い状態を示す図である。光源１１から出射された往路光２４ａはコリメータレンズ１２で平行光へ変換され、対物レンズ１５により光ディスク１０の記録面にディスク上スポット２１を形成する。先述のとおり対物レンズ１５は光ディスク１０のカバー層が所定の厚みを有するときに良好に記録面上にディスク上スポット２１を形成するべく設計されているため、このカバー層の厚みに誤差がなければスポット品質に問題を生じない。

ここで、図１０（ｂ）に示すようにコリメータレンズ１２が光軸方向に位置ずれした場合、コリメータレンズ１２から出射後の往路光２４ａは平行光からずれて発散光、あるいは収束光となる。図の場合はコリメータレンズ１２が光源１１に近づく方向であるためコリメータ出射後は発散光となる。この光が対物レンズ１５に入射して光ディスク１０を通
過するとデフォーカスと共に球面収差を発生する。デフォーカスはフォーカスサーボ制御がかけられているため、アクチュエーター１８により対物レンズ１５を光軸方向へ移動させることにより除去することが可能であるが、球面収差は残ったままとなる。即ち、球面収差が発生する要因は、光ディスク１０のカバー層厚みが変化する場合と、コリメータレンズ１２が光軸方向に移動する場合の２つがあり、各々独立であるためカバー層厚みが変化して発生する球面収差を、コリメータレンズ１２を光軸方向に移動させて逆符号の球面収差をあえて発生させることによりキャンセルさせることが可能である。従って、コリメータレンズ１２を光軸方向に位置制御するアクチュエーター１８をピックアップに搭載することにより球面収差補正手段とすることができる。

続いて球面収差検出手段について説明する。図１１は収差の位相分布について説明する図である。対物レンズ１５を出射した往路光２４ａは光ディスク１０の記録面でディスク上スポット２１を形成するが、仮にそのまま光ディスク１０を通過してディスク記録面上のディスク上スポット２１を中心とした参照球面２５まで到達したとする。図示しているようにこの図は光軸と参照球面との交点を中心とした半径方向Ｒの参照球面上点における発光点からこの参照球面までの光の位相をΦ（Ｒ）で定義している。光学系に収差がまったく無い場合はΦは全てのＲにおいて０となるが、収差が存在する場合はΦはＲに対してある分布を持つ。

図１２は球面収差が発生した場合のΦ（Ｒ）の分布を示す。図中点線で示す２つのピークの内側と外側に領域を分けるとそれぞれ符号が異なる２つの放物線に近似することができる。Φ（Ｒ）が放物線となるのはデフォーカスしたときであるため、球面収差によるΦ（Ｒ）の分布はピークの内側と外側に分けると概略２つの異なるデフォーカスのみの収差となる。従って、前記ホログラムを光の径の内側と外側に領域を分け、各々独立にフォーカス信号をとってその差動信号をもって球面収差検出信号とすることができる。

次に、本実施の形態における球面収差検出手段について説明する。図１３は光学系に球面収差が発生しておらず、かつ光ディスク記録面にてデフォーカスがない状態での球面収差検出手段を図示している。光ディスク１０で反射した復路光２４ｂは対物レンズ１５を通り平行光に変換された後コリメータレンズ１２で収束光に変換される。この収束光は反射型ホログラム４２にて進路を変換され、受光素子５０上の受光パターン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ及び５１ｄ上に集光される。反射型ホログラム４２はＲ方向に平行な分割線で領域を分割されており、更に光軸を中心として復路光２４ｂの内側と外側を分ける円で領域をトータル４つに分割されている。これらのホログラム領域は図示しているようにビームの外側に対応する４２ａ、４２ｂは受光パターン５１ａ、５１ｂ上に、ビームの内側に対応する４２ｃ、４２ｄは受光パターン５１ｃ、５１ｄ上に集光され、受光素子上スポット２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄになるように形成されている。

受光パターン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ及び５１ｄはＲ方向に平行な分割線で分離されており、受光領域５１ａＡ、５１ａＢ、５１ｂＡ、５１ｂＢ、５１ｃＡ、５１ｃＢ、５１ｄＡ、５１ｄＢに到達した光は、受光素子５０によりそれぞれ電気信号Ｖ５１ａＡ、Ｖ５１ａＢ、Ｖ５１ｂＡ、Ｖ５１ｂＢ、Ｖ５１ｃＡ、Ｖ５１ｃＢ、Ｖ５１ｄＡ、Ｖ５１ｄＢに変換されて検出される。図示しているように受光パターン上に集光された２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄは受光パターンの分割線上に集光されているため、受光領域５１ａＡと５１ａＢ、受光領域５１ｂＡと５１ｂＢ、受光領域５１ｃＡと５１ｃＢ、受光領域５１ｄＡと５１ｄＢ、にそれぞれ入る光量が等しい。ここで、式（７）、式（８）、
Ａｉｎ＝Ｖ５１ｃＡ＋Ｖ５１ｄＡ ・・・式（７）
Ｂｉｎ＝Ｖ５１ｃＢ＋Ｖ５１ｄＢ ・・・式（８）
により、Ａｉｎ、Ｂｉｎを定義して、フォーカスエラー信号（ＦＥｉｎ）を、
ＦＥｉｎ＝Ａｉｎ−Ｂｉｎ ・・・式（９）
とすると、
ＦＥｉｎ＝０ ・・・式（１０）
となる。このＦＥｉｎは復路光２４ｂの内側領域のデフォーカス量に相当する。同様に、式（１１）、式（１２）、
Ａｏｕｔ＝Ｖ５１ａＡ＋Ｖ５１ｂＡ ・・・式（１１）
Ｂｏｕｔ＝Ｖ５１ａＢ＋Ｖ５１ｂＢ ・・・式（１２）
により、Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを定義して、フォーカスエラー信号（ＦＥｏｕｔ）を、
ＦＥｏｕｔ＝Ａｏｕｔ−Ｂｏｕｔ ・・・式（１３）
とすると、
ＦＥｏｕｔ＝０ ・・・式（１４）
となる。このＦＥｏｕｔは復路光２４ｂの外側領域のデフォーカス量に相当する。先述したように球面収差検出信号は復路光２４ｂの内側と外側のフォーカス信号の差動をとればよいので、
ＳＡＥ＝ＦＥｉｎ−ＦＥｏｕｔ ・・・式（１５）
と定義すればＳＡＥを球面収差検出信号として利用できる。この場合、
ＳＡＥ＝０ ・・・式（１６）
である。また、通常のフォーカスエラー信号は、
ＦＥ＝ＦＥｉｎ＋ＦＥｏｕｔ ・・・式（１７）
と定義すればよい。

以下、実際に球面収差が発生した場合の球面収差検出信号の様子について図１４を用いて説明する。図１４（ａ）はある量の球面収差が発生した場合の受光素子５０に復路光２４ｂがどのように到達するかを示す図である。光学系に球面収差があると光ディスク１０において往路光の内側と外側で異なるデフォーカスを生じる。そのために光ディスク１０による鏡像内側の領域はディスク上スポットの鏡像２１ｉｐ、外側の領域はディスク上スポットの鏡像２１ｏｐをそれぞれ発生させる。対物レンズからみるとあたかもディスク記録面から、内側の領域は紙面上方へ、外側の領域は紙面下方へそれぞれ移動したように見えるため、受光パターン上スポットも内側の領域は紙面上方の２２ｄｓａｐ、２２ｃｓａｐへ、外側の領域は紙面下方の２２ａｓａｐ、２２ｂｓａｐへ移動する。その結果、図示するように受光領域５１ｄＢと５１ｃＢ、受光領域５１ｂＡと５１ａＡが増加し、受光領域５１ｄＡと５１ｃＡ、受光領域５１ｂＢ、５１ａＢが減少する。即ち先述のＢｉｎ、Ａｏｕｔが増加してＡｉｎ、Ｂｏｕｔが減少するため、
ＦＥｉｎ＜０ ・・・式（１８）
ＦＥｏｕｔ＞０ ・・・式（１９）
となり、
ＳＡＥ＜０ ・・・式（２０）
となる。

同様に、今度は球面収差が逆符号で発生した場合を考える。図１４（ｂ）は図１４（ａ）とは逆符号の球面収差が発生した場合の受光素子５０に復路光２４ｂがどのように到達するかを示す図である。図１４（ａ）とは逆の球面収差が発生しているので対物レンズからみるとあたかもディスク記録面から、内側の領域は紙面下方へ、外側の領域は紙面上方へそれぞれ移動したように見えるため、受光パターン上スポットも内側の領域は紙面下方の２２ｄｓａｍ、２２ｃｓａｍへ、外側の領域は紙面上方の２２ａｓａｍ、２２ｂｓａｍへ移動する。その結果、図示するように受光領域５１ｄＢと５１ｃＢ、受光領域５１ｂＡと５１ａＡが減少し、受光領域５１ｄＡと５１ｃＡ、受光領域５１ｂＢ、５１ａＢが増加する。即ち先述のＢｉｎ、Ａｏｕｔが減少してＡｉｎ、Ｂｏｕｔが増加するため
ＦＥｉｎ＞０ ・・・式（２１）
ＦＥｏｕｔ＜０ ・・・式（２２）
となり、
ＳＡＥ＞０ ・・・式（２３）
となる。

以上のことをまとめると、光学系がある量の球面収差を持つと、
ＳＡＥ＜０ ・・・式（２０）
となり、それとは逆符号の球面収差を持つと、
ＳＡＥ＞０ ・・・式（２３）
となるため、このＳＡＥ信号をもって球面収差検出信号とすることができる。

図１５は球面収差検出機能も備えた本実施の形態のデフォーカス調整方法を説明する図である。受光素子５０上でデフォーカスが発生すると、図１５（ａ）に図示しているように受光パターン上のスポットが半円形、あるいは円弧状となり、先述のＡｉｎ、Ａｏｕｔ、あるいはＢｉｎ、Ｂｏｕｔが増えることによりデフォーカスを生じる（図の場合はＡｉｎ、Ａｏｕｔが増加する）。ここで、図１５（ｂ）に示すように受光パターン５１ｄと受光パターン５１ａの中間点（受光パターン５１ｂと受光パターンｃとの中間点でもある）を受光素子回転中心５３として、光軸方向（紙面垂直方向）を回転軸として受光素子全体を回転させると、相対的に各々の受光パターン上のスポットが右、あるいは左へ移動する。この図の場合、回転中心５３を中心として反時計周りに受光素子を回転させることにより、受光パターン５１ｂ上のスポットが相対的に右に移動した形となり、回転前までは受光領域５１ｂＡに偏重していた光が５１ｂＡと５１ｂＢの中間に位置するようになる。同様に、受光パターン５１ｄ上のスポットは相対的に左へ、受光パターン５１ａと受光パターン５１ｃ上のスポットは相対的に左へ移動する形となり、回転前までそれぞれ受光領域５１ｄＡ、受光領域５１ａＡ、受光領域５１ｃＡに偏重していた光がそれぞれの受光パターンの分割線上に位置するようになる。従って、ＡとＢが等量となり結果的にデフォーカスをキャンセルすることが可能となる。

次に本実施の形態の受光素子の配置のメリットについて説明する。図１５（ｃ）は受光パターン５１ｃと５１ａの位置を入れ替えた場合の受光素子回転によるデフォーカス調整を示す図である。つまり、復路光２４ｂの外側領域を受光する受光パターンと内側領域を受光する受光パターンを中間点である受光素子回転中心５３に対してそれぞれ外側と内側に配置している。この状態で受光素子を回転してデフォーカス調整すると、図１５（ｃ）に示すように受光パターン５１ｄと５１ｃにてそれらの分割線上にスポットが位置するように回転調整すると、受光パターン５１ｂと５１ａにて分割線を通過してスポットを適切な位置に位置づけることができない。言い換えるとある受光素子回転角に対する復路光の内側領域のデフォーカス量と外側領域のデフォーカス量が異なるため両方をゼロとするデフォーカス調整が極めて困難である、と言える。本実施の形態のように復路光の内側領域を受光する受光パターンと外側を受光する受光パターンを交互に配置すると、確かにある受光素子回転角による受光素子上のスポットの移動量が復路光の内側を受光する２つの受光領域、及び復路光の外側を受光する２つの受光領域で異なるが、内側領域の受光パターンと外側領域の受光パターンが回転中心５３に対して対照的に位置するため、少なくとも内側領域と外側領域のデフォーカス量が一致し、両方をゼロとするデフォーカス調整が容易となる。

次に、受光パターン５１ａから５１ｄの各配置間隔について説明する。図１５（ｂ）に示すように４つの受光パターンの配置間隔を全て同じにすると、先述のとおりある受光素子回転角に対する復路光の内側領域のデフォーカス量と外側領域のデフォーカス量が同じになるため、両方をゼロとするデフォーカス調整が容易に可能となるが、仮に受光パターン５１ｂと５１ａの間隔と、受光パターン５１ｄと５１ｃの間隔、即ち復路光の内側領域の受光パターン間隔と外側領域の受光パターン間隔が異なる場合は、ある受光素子回転角に対する復路光の内側領域のデフォーカス量と外側領域のデフォーカス量が同じにならな
いため両方をゼロとするデフォーカス調整が困難となる。従って、復路光の内側領域の受光パターン間隔と外側領域の受光パターン間隔を略同等とすることが実際には必要となる。

図１６は波長が変動した場合の各受光パターン上のスポットの位置変化を示している。受光パターン上のスポット２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄはホログラムにより進路を変更させられているため、光の波長が変化するとその進路変更量が変化して受光パターン上矢印で示すように位置ずれする。その位置ずれの方向は進路変化の方向に一致するため、ホログラムによる進路変化の方向と各受光パターンの方向を略一致させる必要がある。即ち、ホログラム入射前の復路光はその光軸に沿って進行しているためこの光軸と各受光パターンを結ぶ直線を定義して、各受光パターンの分割方向をその直線に合わせる必要がある。更に、回転によるデフォーカス調整を容易にするためには全ての受光パターンをその直線上に配置することが望ましい。そうすると、光の波長が変動しても受光パターンの分割線上をスポットが変位するだけなのでなんら影響はない。

次に、フォーカスエラー信号と球面収差検出信号をそれぞれ独立に検出する場合の実施の形態について説明する。これまで説明した実施の形態ではフォーカスエラー信号、球面収差検出信号共に共通のホログラム領域と受光パターンを用いて、受光信号の演算によりフォーカスエラー信号と球面収差検出信号を分離していた。この場合、受光パターンの数を少なくできるため構造的にシンプルな受光素子を構成することが可能となるが、反面フォーカスエラー信号と球面収差検出信号それぞれにとって受光パターンを最適化することが不可能となる。そのため場合によってはフォーカスエラー信号と球面収差検出信号をそれぞれ独立に検出する必要性を生じる可能性もある。

図１７はフォーカスエラー信号と球面収差検出信号をそれぞれ独立に検出した場合の一例を示す図である。光ディスク１０で反射した復路光２４ｂは対物レンズ１５を通り平行光に変換された後コリメータレンズ１２で収束光に変換される。この収束光は反射型ホログラム４２にて進路を変換され受光素子５０上の受光パターン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ上に集光される。反射型ホログラム４２はＲ方向に平行な分割線で領域を分割されており、更に光軸を中心として復路光２４ｂの内側と中心部、及び中止部と外側を分ける２つの円で領域をトータル６つに分割されている。これらのホログラム領域は図示しているようにビームの外側に対応する４２ａ、４２ｂは受光パターン５１ａ、５１ｂ上に、ビームの内側に対応する４２ｃ、４２ｄは受光パターン５１ｃ、５１ｄ上に、ビームの中心部に対応する４２ｅ、４２ｆは受光パターン５１ｅ、５１ｆ上に集光され、受光素子上スポット２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆになるように形成されている。受光パターン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ及び５１ｄはＲ方向に平行な分割線で２分離されており、受光パターン５１ｅ、５１ｆはＲ方向に平行な分割線で４分割されている。受光領域５１ａＡ、５１ａＢ、５１ｂＡ、５１ｂＢ、５１ｃＡ、５１ｃＢ、５１ｄＡ、５１ｄＢ、５１ｅＡ、５１ｅＡ２、５１ｅＢ、５１ｅＢ２、５１ｆＡ、５１ｆＡ２、５１ｆＢ、５１ｆＢ２に到達した光は受光素子５０によりそれぞれ電気信号Ｖ５１ａＡ、Ｖ５１ａＢ、Ｖ５１ｂＡ、Ｖ５１ｂＢ、Ｖ５１ｃＡ、Ｖ５１ｃＢ、Ｖ５１ｄＡ、Ｖ５１ｄＢ、Ｖ５１ｅＡ、Ｖ５１ｅＡ２、Ｖ５１ｅＢ、Ｖ５１ｅＢ２、Ｖ５１ｆＡ、Ｖ５１ｆＡ２、Ｖ５１ｆＢ、Ｖ５１ｆＢ２に変換されて検出される。

図示しているように受光パターン上に集光された２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、及び２２ｆは受光パターンの分割線上に集光されているため、受光領域５１ａＡと５１ａＢ、受光領域５１ｂＡと５１ｂＢ、受光領域５１ｃＡと５１ｃＢ、受光領域５１ｄＡと５１ｄＢ、受光領域５１ｅＡと５１ｅＢ、受光領域５１ｆＡと５１ｆＢ、にそれぞれ入る光量が等しい。ここで、式（２４）、式（２５）、
Ａｉｎ＝Ｖ５１ｃＡ＋Ｖ５１ｄＡ ・・・式（２４）
Ｂｉｎ＝Ｖ５１ｃＢ＋Ｖ５１ｄＢ ・・・式（２５）
により、Ａｉｎ、Ｂｉｎを定義して、フォーカスエラー信号（ＦＥｉｎ）を、
ＦＥｉｎ＝Ａｉｎ−Ｂｉｎ ・・・式（２６）
とすると、
ＦＥｉｎ＝０ ・・・式（２７）
となる。このＦＥｉｎは復路光２４ｂの内側領域のデフォーカス量に相当する。同様に、式（２８）、式（２９）、
Ａｏｕｔ＝Ｖ５１ａＡ＋Ｖ５１ｂＡ ・・・式（２８）
Ｂｏｕｔ＝Ｖ５１ａＢ＋Ｖ５１ｂＢ ・・・式（２９）
により、Ａｏｕｔ、Ｂｏｕｔを定義して、フォーカスエラー信号（ＦＥｏｕｔ）を、
ＦＥｏｕｔ＝Ａｏｕｔ−Ｂｏｕｔ ・・・式（３０）
とすると、
ＦＥｏｕｔ＝０ ・・・式（３１）
となる。このＦＥｏｕｔは復路光２４ｂの外側領域のデフォーカス量に相当する。先述したように球面収差検出信号は復路光２４ｂの内側と外側のフォーカス信号の差動をとればよいので、
ＳＡＥ＝ＦＥｉｎ−ＦＥｏｕｔ ・・・式（３２）
と定義すればＳＡＥを球面収差検出信号として利用できる。この場合、
ＳＡＥ＝０ ・・・式（３３）
である。

この例のようにビームの中心部を挟んで外側と内側を分けると、中心部を挟まない場合に比較して球面収差による外側と内側のデフォーカス差がより大きくなる傾向となる。即ち、球面収差検出感度をアップさせることが可能となり、システム全体の球面収差補正機能の特性上この感度をチューニングする必要が生じた場合には有効な方法である。

また、式（３４）、式（３５）、
Ａｆ＝Ｖ５１ｅＡ＋Ｖ５１ｅＡ２＋Ｖ５１ｆＡ＋Ｖ５１ｆＡ２ ・・・式（３４）
Ｂｆ＝Ｖ５１ｅＢ＋Ｖ５１ｅＢ２＋Ｖ５１ｆＢ＋Ｖ５１ｆＢ２ ・・・式（３５）
により、Ａｆ、Ｂｆを定義して、フォーカスエラー信号（ＦＥｆ）を
ＦＥｆ＝Ａｆ−Ｂｆ ・・・式（３６）
とすると、
ＦＥｆ＝０ ・・・式（３７）
となる。

このように、フォーカスエラー信号と球面収差検出信号の受光パターンを別にすることで後段のアンプゲイン等を個別に設定でき、電気回路的な最適設計も可能である。それから、図示しているようにこのフォーカスエラー信号用受光パターン５１ｅ、５１ｆには受光領域５１ｅＡ２、５１ｅＢ２、５１ｆＡ２、５１ｆＢ２が、本来の受光領域の外側にフォーカスエラー信号演算にて逆符号で配置されている。デフォーカスが発生するとこれらの受光パターン上のスポットは半円の円弧状のビームとなりデフォーカスにつれて分割線に垂直方向にビームが大きくなる。受光領域の外側に逆符号の受光領域が配置されると、更にデフォーカスが大きくなって外側の受光領域にビームが入った場合に逆符号なのでフォーカスエラー信号が急速に０に収束することとなる。即ち、非常に狭いデフォーカス領域しかフォーカスエラー信号が存在しないこととなり、多層ディスクにて記録層から比較的近い距離で次の記録層がある場合そこからの反射光が無視できない場合に有効である。

以上のように、ホログラムの分割領域、及び、受光パターンの数、分割領域を増やすことで、フォーカスエラー信号、球面収差検出信号をそれぞれ独立に最適化させることが可能となる。ただ、構成が複雑化するため調整の容易さや製品コスト等のデメリットが生じ
る可能性があるが、そこは性能とのバランスからトータルとして最適な解を適用しなければならない。

次に、本実施の形態以外の受光パターン配置のオプションについて説明する。実際の受光素子配置ではスペース等の制約により理想的に直線に配置できない可能性もあり、いろいろな配置のオプションを考察する必要がる。図１８（ａ）から図１８（ｄ）は各受光パターンが直線から外れた配置をした場合を示す図である。

図１８（ａ）はビームの内側領域を受光する受光パターン５１ｂと５１ａが紙面右側、ビームの外側領域を受光する受光パターン５１ｄと５１ｃが紙面左側にオフセットさせて配置した場合を示す。この場合もビーム内側を受光する受光パターン５１ｂと５１ａの間隔と、ビーム外側を受光する受光パターン５１ｄと５１ｃの間隔が等しく、更にビーム内側を受光する受光パターンとビーム外側を受光する受光パターンが交互に配置されているため、回転調整によるビーム内側とビーム外側のデフォーカス感度がそれぞれ相等しくなる回転中心５３が必ず存在する。また、波長変動が生じた場合、光軸と受光素子との交点５４と各受光パターンを結ぶ線に沿って各受光パターン上のスポットが移動する。

従って、受光パターンの分割線に平行な直線上に各受光パターンが配置されていないため各受光パターン上のスポットは図面上左右どちらかの受光領域に偏重する。しかしながら、例えば受光パターン５１ｂにて受光領域５１ｂＢにスポットが偏重する場合は、受光パターン５１ａでは受光領域５１ａＡに偏重するためフォーカスエラー信号を演算する際に打ち消しあう結果となり、波長変動によるフォーカスエラー信号、及び球面収差検出信号の影響は小さい。

図１８（ｂ）は全ての受光パターンを斜め直線上に配置した場合を示す。先述の図１８（ａ）の場合と同様に、ビーム内側を受光する受光パターン５１ｂと５１ａの間隔と、ビーム外側を受光する受光パターン５１ｄと５１ｃの間隔が等しく、更にビーム内側を受光する受光パターンとビーム外側を受光する受光パターンが交互に配置されているため、回転調整によるビーム内側とビーム外側のデフォーカス感度がそれぞれ相等しくなる回転中心５３が必ず存在する。また、波長変動が生じた場合、光軸と受光素子との交点５４と各受光パターンを結ぶ線に沿って各受光パターン上のスポットが移動し、各受光パターン上のスポットは図面上左右どちらかの受光領域に偏重する。この場合、例えば受光パターン５１ｂにて受光領域５１ｂＢにスポットが偏重する場合は、受光パターン５１ａでは受光領域５１ａＢに偏重するためフォーカスエラー信号を演算による打消しの効果が無くフォーカスエラー信号にオフセットを生じる。球面収差信号はビーム内側のデフォーカスとビーム外側のデフォーカスの差動であるため波長変動による内側と外側のデフォーカスが等しければ演算により打ち消されるが、光軸と受光素子との交点５４と各受光パターンを結ぶ線と受光パターンを分割する分割線のなす角が各受光パターンでそれぞれ異なるため波長変動による内側と外側のデフォーカスは等しくならない。

図１８（ｃ）は外側に配置されている２つの受光パターンを図面右側に、内側に配置されている２つの受光パターンを図面左側に配置した場合を示す。これも先述の図１８（ａ）の場合と同様に、ビーム内側を受光する受光パターン５１ｂと５１ａの間隔と、ビーム外側を受光する受光パターン５１ｄと５１ｃの間隔が等しく、更にビーム内側を受光する受光パターンとビーム外側を受光する受光パターンが交互に配置されているため、回転調整によるビーム内側とビーム外側のデフォーカス感度がそれぞれ相等しくなる回転中心５３が必ず存在する。また、波長変動が生じた場合、光軸と受光素子との交点５４と各受光パターンを結ぶ線に沿って各受光パターン上のスポットが移動し、各受光パターン上のスポットは図面上左右どちらかの受光領域に偏重する。

この場合、例えば受光パターン５１ｂにて受光領域５１ｂＢにスポットが偏重する場合は先述の図１８（ｂ）の場合と同様に受光パターン５１ａでは受光領域５１ａＢに偏重するが、受光パターン５１ｄでは受光領域５１ｄＡに、受光パターン５１ｃでは受光領域５１ｃＡにそれぞれ偏重する。そのためフォーカスエラー信号の演算では打消しの効果がありフォーカスエラー信号のオフセットは小さくなるが、球面収差信号はビーム内側のデフォーカスとビーム外側のデフォーカスの差動であるため打消しの効果は無くオフセットを生じる。

図１８（ｄ）はビームの内側領域を受光する受光パターン５１ｂと５１ａが紙面右側、ビームの外側領域を受光する受光パターン５１ｄと５１ｃが紙面左側にオフセットさせ、かつ直線状ではなく四方に配置した場合を示す。この配置は図１８（ａ）にて受光パターン５１ｂと５１ｄ、受光パターン５１ａと５１ｃをそれぞれ図中横に並べて配置したものと等価である。この場合は４つの受光パターンの中心点を回転中心５３とすれば回転によるデフォーカス調整ができる。また、波長変動が生じた場合、光軸と受光素子との交点５４と各受光パターンを結ぶ線に沿って各受光パターン上のスポットが移動し、各受光パターン上のスポットは図面上左右どちらかの受光領域に偏重する。この場合、例えば受光パターン５１ｂにて受光領域５１ｂＢにスポットが偏重する場合は受光パターン５１ａでは受光領域５１ａＡに偏重するため、フォーカスエラー信号、球面収差検出信号共に打ち消す効果により影響は小さい。ただし、光ディスク１０のデフォーカスが進行すると各々の受光パターン上のスポットは半円のビームとなり図中横方向に拡大していき、非常に大きなデフォーカスに対してはついに横の受光パターンにまで達して信号の乱れを生じる恐れがある。

図１９（ａ）から図１９（ｄ）は、前記図１８（ａ）から（ｄ）にて説明した波長変動による課題を解決するために、受光パターンの分割線を光軸と受光素子との交点５４と受光パターンとを結ぶ線に平行にした場合を図示している。この場合、波長変動が生じた場合でも受光パターン上のスポットは分割線上を移動するため、確かにフォーカスエラー信号、及び球面収差検出信号のオフセットは全く生じない。しかしながら、このように分割線を斜めにしてしまうと図中縦方向に非常に高い受光素子調整精度が要求され、受光素子上のスポット位置のバラツキを考慮するとこの調整は非常に困難になることが予想される。

本発明は、ブルーレーザーを含む短波長レーザーを用いる場合であっても、小型、薄型で温度変化等の耐環境変化特性も良くコストの安い光ピックアップ装置として利用することができる。

本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置を示す斜視図 本発明の一実施の形態における複合素子を示す斜視図 本発明の一実施の形態における複合素子を示す断面図 本発明の一実施の形態における反射型ホログラムのホログラムパターンと受光素子の受光パターンとの関係を示す斜視図 本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置の簡易的な等価光学系を示す図 本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置の光ディスクが対物レンズから離れた場合の復路光の変化を示す図 本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置の光ディスクが対物レンズに近づいた場合の復路光の変化を示す図 本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置の偏光分離膜も含めた集積光学素子の等価光学系を示す図 本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置のデフォーカス調整方法を示す図 本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置の球面収差補正手段の一例について説明する図 本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置の収差の位相分布について説明する図 本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置の球面収差が発生した場合のΦ（Ｒ）の分布を示す図 本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置の光学系に球面収差が発生しておらず、かつ光ディスク記録面にてデフォーカスがない状態での球面収差検出手段を示す図 本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置の実際に球面収差が発生した場合の球面収差検出信号の様子を示す図 本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置の球面収差検出機能も備えたデフォーカス調整方法を説明する図 本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置の波長が変動した場合の各受光パターン上のスポットの位置変化を示す図 フォーカスエラー信号と球面収差検出信号をそれぞれ独立に検出した場合の一例を示す図 各受光パターンが直線から外れた配置をした場合を示す図 波長変動による課題を解決するために、受光パターンの分割線を光軸と受光素子との交点と受光パターンとを結ぶ線に平行にした場合を示す図

符号の説明

１ 光ピックアップ
１０ 光ディスク
１１ 光源
１２ コリメータレンズ
１４ 立ち上げミラー
１５ 対物レンズ
１８ アクチュエーター
１９ ピックアップ基台
２１ ディスク上スポット
２１ｐ ディスク上スポットの鏡像
２１ｍ ディスク上スポットの鏡像
２１ｉｐ ディスク上スポットの鏡像
２１ｉｍ ディスク上スポットの鏡像
２１ｏｐ ディスク上スポットの鏡像
２１ｏｍ ディスク上スポットの鏡像
２２ａ 受光素子上スポット
２２ｂ 受光素子上スポット
２２ｃ 受光素子上スポット
２２ｄ 受光素子上スポット
２２ｅ 受光素子上スポット
２２ｆ 受光素子上スポット
２２ａｐ 受光素子上スポット
２２ａｍ 受光素子上スポット
２２ｂｐ 受光素子上スポット
２２ｂｍ 受光素子上スポット
２２ａｓａｐ 受光素子上スポット
２２ａｓａｍ 受光素子上スポット
２２ｂｓａｐ 受光素子上スポット
２２ｂｓａｍ 受光素子上スポット
２２ｃｓａｐ 受光素子上スポット
２２ｃｓａｍ 受光素子上スポット
２２ｄｓａｐ 受光素子上スポット
２２ｄｓａｍ 受光素子上スポット
２４ａ 往路光
２４ｂ 復路光
２４ｂｉ 復路光
２４ｂｏ 復路光
２５ 参照球面
３０ 複合素子
３１ 半導体レーザー
３２ ベース部材
３３ 結合部材
３５ フレキシブルケーブル
４０ 集積光学部材
４１ 偏光分離膜
４２ 反射型ホログラム
４２ａ ホログラム領域
４２ｂ ホログラム領域
４２ｃ ホログラム領域
４２ｄ ホログラム領域
４２ｅ ホログラム領域
４２ｆ ホログラム領域
５０ 受光素子
５１ａ 受光パターン
５１ｂ 受光パターン
５１ｃ 受光パターン
５１ｄ 受光パターン
５１ｅ 受光パターン
５１ｆ 受光パターン
５１ａＡ 受光領域
５１ａＢ 受光領域
５１ｂＡ 受光領域
５１ｂＢ 受光領域
５１ｃＡ 受光領域
５１ｃＢ 受光領域
５１ｄＡ 受光領域
５１ｄＢ 受光領域
５１ｅＡ 受光領域
５１ｅＢ 受光領域
５１ｅＡ２ 受光領域
５１ｅＢ２ 受光領域
５１ｆＡ 受光領域
５１ｆＢ 受光領域
５１ｆＡ２ 受光領域
５１ｆＢ２ 受光領域
Ｖ５１ａＡ 電気信号
Ｖ５１ａＢ 電気信号
Ｖ５１ｂＡ 電気信号
Ｖ５１ｂＢ 電気信号
Ｖ５１ｃＡ 電気信号
Ｖ５１ｃＢ 電気信号
Ｖ５１ｄＡ 電気信号
Ｖ５１ｄＢ 電気信号
Ｖ５１ｅＡ 電気信号
Ｖ５１ｅＢ 電気信号
Ｖ５１ｅＡ２ 電気信号
Ｖ５１ｅＢ２ 電気信号
Ｖ５１ｆＡ 電気信号
Ｖ５１ｆＢ 電気信号
Ｖ５１ｆＡ２ 電気信号
Ｖ５１ｆＢ２ 電気信号
５３ 受光素子回転中心
５４ 光軸と受光素子の交点

Claims (17)

1. 光記録媒体へ光ビームを集光する集光光学系と、光記録媒体からの反射光を検出する光検出光学系を有する光ピックアップ装置であって、前記光検出光学系に配置された、光軸を中心として光記録媒体からの反射光の内側と外側を分ける線、及び光軸を含む直線で分割される少なくとも４つの領域毎に光進行方向を変換する光路変換手段を有し、前記光検出光学系に配置された、前記光路変換手段を分割する光軸を含む直線と平行な直線に沿って配置された少なくとも４つの受光部を備えた受光手段を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記受光手段の受光部は前記光路変換手段の光軸を含む直線の分割線に平行な分割線で各々分割された少なくとも２つの受光素子で構成され、前記受光部は少なくとも８つの前記受光素子により構成されたことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
3. 前記光路変換手段は、光記録媒体からの反射光の内側の一方の領域の光は前記受光手段の受光部のうち最も端の受光部である第１受光部の分割線上に集光し、光記録媒体からの反射光の外側の同じ一方の領域の光は前記第１受光部の隣の受光部である第２受光部の分割線上に集光し、光記録媒体からの反射光の内側の他方の領域の光は前記第２受光部の隣の受光部である第３受光部の分割線上に集光し、光記録媒体からの反射光の外側の他方の光は前記第３受光部の隣の受光部である第４受光部の分割線上に集光させるように光路を変更することを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
4. 前記受光手段において、最も端の受光部である第１受光部の一方の側の受光素子の信号出力と、前記第１受光部の隣の受光部である第２受光部の同じ一方の側の受光素子の信号出力と、前記第２受光部の隣の受光部である第３受光部の他方の側の受光素子の信号出力と、前記第３受光部の隣の受光部である第４受光部の同じ他方の側の受光素子の信号出力をそれぞれ加算した信号出力と、
   最も端の受光部である第１受光部の他方の側の受光素子の信号出力と、前記第１受光部の隣の受光部である第２受光部の同じ他方の側の信号出力と、前記第２受光部の隣の受光部である第３受光部の一方の側の受光素子の信号出力と、前記第３受光部の隣の受光部である第４受光部の同じ一方の側の受光素子の信号出力をそれぞれ加算した信号出力の差動をもって前記光ビームのフォーカス制御信号とすることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。
5. 前記受光手段において、外側の２つの受光部である第１受光部と第４受光部の一方の側の受光素子の信号出力と、内側の２つの受光部である第２受光部と第３受光部の他方の側の受光素子の信号出力をそれぞれ加算した信号出力と、
   外側の２つの受光部である第１受光部と第４受光部の他方の側の受光素子の信号出力と、内側の２つの受光部である第２受光部と第３受光部の一方の側の受光素子の信号出力をそれぞれ加算した信号出力の差動をもって球面収差制御信号としたことを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。
6. 前記集光光学系として、光源と、光源から出射した光を平行光へ変換する平行光変換手段と、平行光変換手段から出射される平行光を光記録媒体へ光ビームを集光する集光手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
7. 前記光源として半導体レーザーを用いたことを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ装置。
8. 前記平行光変換手段としてレンズを用いることを特徴とする請求項６記載の光ピックアッ
   プ装置。
9. 前記集光手段としてレンズを用いることを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ装置。
10. 前記検出光学系として、光を直線偏光から円偏光へ変換する光位相変換手段と、偏光方向によって光を分離する偏光分離手段と、光路変換手段と、受光手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
11. 前記光路変換手段として回折型光学素子を用いたことを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ装置。
12. 前記光路変換手段として偏光性回折型光学素子を用いたことを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ装置。
13. 前記受光手段としてフォトダイオードを用いることを特徴とした請求項１０記載の光ピックアップ装置。
14. 前記光位相変換手段として１／４波長板を用いたことを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ装置。
15. 前記偏光分離手段として偏光分離膜を用いたことを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ装置。
16. 前記偏光分離手段と、前記光路変換手段を同一の光集積部材としたことを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ装置。
17. 前記光源と、前記受光手段と前記光集積部材を同一の複合素子としたことを特徴とする請求項１６記載の光ピックアップ装置。

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