JP3787099B2

JP3787099B2 - 焦点誤差検出装置

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Publication number: JP3787099B2
Application number: JP2002035913A
Authority: JP
Inventors: 訓明岡田; 伸夫緒方; 千晶清岡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: JP2003242665A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体に情報の記録再生を行う光ピックアップ装置に備えられ、情報媒体に対する光ピックアップ装置の焦点制御に適用される焦点誤差検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、いわゆるマルチメディアの興隆に伴い、デジタルの静止画や動画などの大容量のデータがモバイル機器で取り扱われるようになってきている。そのようなデータは、一般に、光ディスクなどの大容量の記録媒体に蓄積され、必要に応じてランダムアクセスして再生される。光ディスクは、ランダムアクセスが可能であり、フレキシブル磁気ディスクなどの磁気記録媒体よりも記録密度が高いため、上述の記録媒体として利用されている。
【０００３】
データの記録再生が可能な光ディスクの一例として、相変化媒体が実用化されている。この相変化媒体では、記録膜上に光ビームを集光させ、それにより発生する熱によって記録膜に結晶質と非晶質の部分を選択的に形成することで記録を行う。記録された情報の再生は、結晶質と非晶質の両部分からの反射光量に差が生じることを利用して行う。
【０００４】
光ビームの形成には、光ピックアップ装置が用いられる。光ピックアップ装置は、半導体レーザを光源として、対物レンズにより微小な光スポットを光ディスクに照射する。例えば、対物レンズの開口数が０．６０、半導体レーザの波長が０．６５５μｍの場合、直径約０．９μｍの集光スポットが光ディスクの記録膜に形成される。この集光スポットを用いて記録膜に対するデータの記録と記録膜からのデータの再生を行う。光ディスクは、データの記録再生時にスピンドルモータにより回転されるが、その際、面振れにより焦点誤差が発生する。面振れにより光ディスクがレーザビームの焦点位置からずれると、光ディスク面上のスポット径が大きくなるため、再生時においては信号の変調度が低下して正確な情報読み取りができなくなり、記録時においては微小領域に所望の温度上昇が得られず正確な情報記録ができなくなる。そこで、光ディスクの焦点誤差を光学的に検出する焦点誤差検出装置と、絞り込みビームの集光位置を光ディスクに追従させるレンズアクチュエータ等を備えた自動焦点制御機構が必要になる。対物レンズの開口数が０．６０、波長０．６５５μｍの場合、焦点深度は±１μｍとなるので、この範囲に集光位置を制御する必要がある。
【０００５】
モバイル用途の光ディスク読み出し装置としては、従来より、直径３０ｍｍ〜５０ｍｍの小径の光ディスクに超小型の光ピックアップ装置を用いて情報の記録再生を行う光ディスク装置が開発されている。例えば、日経エレクトロニクス２００１年７月１６日号には、半導体レーザ、光検出器、ミラーなどが集積された「Ｓｉサブマウント」と、対物レンズ、１／４波長板、偏光ビームスプリッタなどの光学部品から成る「光学ブロック」とを合体した構造を有し、４．９３ｍｍ×３．３ｍｍ×１．４ｍｍの外形寸法を実現した光ピックアップ装置が記載されている。しかしながら、このような光ピックアップ装置は、半導体レーザ、光検出器、光学部品を集積化一体化した構造であるので、個別の位置調整ができず、焦点誤差信号のオフセット調整が困難になるという不都合がある。そこで、この超小型光ピックアップ装置では、「Ｓｉサブマウント」と「光学ブロック」の合体時に、実際に半導体レーザを発光させて、これを光検出器でとらえながら最適位置への調整がなされる。しかし、この手法では、調整コストの増加や、調整時の部品性能劣化による歩留まり低下という別の不都合が発生する。また、この超小型光ピックアップ装置では、焦点誤差信号の検出にはビームサイズ法、トラッキング誤差信号の検出にはプッシュプル法という一般的な手法が採用されているが、スポットサイズ法、非点収差法、フーコー法等の一般的な焦点誤差信号検出方式では、焦点誤差信号のオフセット調整に光軸方向の調整が必要であり、小型化のため調整用光学部品を省略すると光学的調整ではオフセットが除去できないという不都合もあった。なお、電気的なオフセット調整によっても、ある程度の補正は可能であるが、調整可能な範囲が光学的な調整に比べて小さいため、焦点誤差信号のオフセットを低減するためには光学部品の位置精度を初期状態で厳しく管理する必要があり、光ピックアップ装置の組立コストが増加する。
【０００６】
これらの課題を解決すべく、本願発明者らは先に図６乃至図１０に示す新しい焦点位置検出装置を提案した。図６は本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置を適用した光ピックアップ装置の構成図、図７は図６の焦点誤差検出装置に備えられる回折素子上の回折格子の形状を説明する図、図８は図６の焦点誤差検出装置における焦点誤差信号検出の原理を説明する図、図９は図６の焦点誤差検出装置に備えられる光検出器上の受光部の配置と光ビーム集光スポットとの位置関係及び焦点誤差信号の演算回路を説明する図、図１０は図６の焦点誤差検出装置から得られる焦点誤差信号波形と焦点誤差との関係を説明する図である。
【０００７】
図６において、半導体レーザ１１から放射された光ビームは、コリメータレンズ１２に発散光ビームとして入射し、コリメータレンズ１２により平行光ビームとされる。この平行光ビームはビームスプリッタ１３と回折素子４（サブビーム発生手段）を通過後、対物レンズ１７により光ディスク１に集光される。光ディスク１で反射した光ビームは再び対物レンズ１７に入射し、回折素子４（光量変化手段）を通過後、ビームスプリッタ１３に入射する。ビームスプリッタ１３で反射した光ビームはレンズ１８により集光されて光検出器５（光検出手段）に入射する。光検出器５は複数の受光部を備えており、焦点誤差信号（以下、ＦＥＳと表す）、トラッキング誤差信号（以下、ＴＥＳと表す）、情報再生信号（以下、ＲＦ信号と表す）等が検出される。
【０００８】
回折素子４は、図６及び図７に示すように、ガラスやプラスチック等からなる透明基板１４の表面に、光ビームの一部の領域から２つのサブビームを発生させるホログラムパターン（回折格子）１５ａ、１５ｂを形成してなる。これらの各回折格子１５ａ、１５ｂによって生成される２つのサブビーム（±１次回折光）はメインビーム（０次回折光）の集光点に対して、Ｘ方向（光ディスク１のディスク面方向）にａμｍ、Ｚ方向（光軸方向）にｂμｍずれた位置に集光するようになっている。光ビームの自動焦点制御は、光検出器５から検出したＦＥＳに基づき、図示しない駆動機構を用いて対物レンズ１７単体あるいは光ピックアップ装置１０全体をＺ方向に移動させることにより行われる。
【０００９】
図７は回折素子４を光ディスク１側から見た図である。破線で示した領域は対物レンズ１７の有効径に対応する光ビーム入射領域２１であり、この光ビーム入射領域２１の一部に回折格子１５ａ、１５ｂが形成されている。回折格子１５ａ、１５ｂの形状は、Ｘ方向が長辺、Ｙ方向が短辺となる矩形であり、Ｘ方向が回折方向となっている。そして、回折格子１５ａ、１５ｂには、メインビーム（０次回折光）の集光点に対して手前側と奥側に略対称にデフォーカスした位置に２つのサブビーム（±１次回折光）を集光させるホログラムパターンが形成されている。
【００１０】
図８（ａ）〜（ｃ）を用いてＦＥＳ検出の動作原理について説明する。なお、図８（ａ）〜（ｃ）においては、説明のために図６の光学系を簡略化し、復路光学系を展開して光ビームが光ディスク１を透過するように表している。また、往路光学系の回折素子４で発生した２つのサブビームの一方のみを示している。
【００１１】
半導体レーザ１１から出射された光ビームは、コリメータレンズ１２で平行光に変換される。平行光は回折素子４に形成された回折格子１５ａ、１５ｂに入射する。さらに、対物レンズ１７を通過して光ディスク１に集光される。その後、光ディスク１を通過して（実際は反射して）、再び対物レンズ１７を通過して回折素子４に入射する。回折格子１５ａ、１５ｂを透過した光ビームは、レンズ１８により光検出器５に集光される。
【００１２】
図８（ａ）は光ディスク１が対物レンズ１７の焦点にある場合で、往路光学系の回折格子１５ａ、１５ｂで発生した光ビームは、ほぼ全光量が復路光学系の回折格子１５ａ、１５ｂに入射し、その後レンズ１８で集光されて光検出器５に入射する。また、図８（ｂ）は光ディスク１が焦点より近くにある場合であり、図８（ｃ）は光ディスクが焦点より遠くにある場合である。このとき、往路光学系の回折格子で発生した光ビームは、復路光学系の回折格子１５ａ、１５ｂの位置からずれるため、入射光量が減る。したがって、焦点位置にあるとき復路光学系の回折格子を透過する光は最大となる。
【００１３】
もう一方のサブビームについても同様に、光ディスク１の位置に応じて復路光学系で回析素子４（光量変化手段）で回折する光量が変化する。２つのサブビームはメインビームの焦点位置に対して対称にデフォーカスした位置に焦点を形成するようになっているので、これら２つのサブビームについてトータル光量の差信号を演算することで、メインビームの焦点位置でゼロクロスするＳ字曲線状のＦＥＳが得られる。
【００１４】
図９に示すように、光検出器５は５つの受光部１０１〜１０５で構成される。受光部１０１には往路の−１次回折光かつ復路の−１次回折光である１対のスポット１１１が集光される。受光部１０２には往路の−１次回折光かつ復路の０次回折光である１対のスポット１１２と、往路の０次回折光かつ復路の−１次回折光である１対のスポット１１３が集光される。受光部１０３には往路の０次回折光かつ復路の０次回折光であるスポット１１４と、往路の−１次回折光かつ復路の＋１次回折光である１対のスポット１１５と、往路の＋１次回折光かつ復路の−１次回折光である１対のスポット１１６が集光される。受光部１０４には往路の＋１次回折光かつ復路の０次回折光である１対のスポット１１７と、往路の０次回折光かつ復路の＋１次回折光である１対のスポット１１８が集光される。受光部１０５には往路の＋１次回折光かつ復路の＋１次回折光である１対のスポット１１９が集光される。したがって、５つの受光部に対して９つのスポットが形成される。
【００１５】
スポット１１２とスポット１１３、スポット１１５とスポット１１６、スポット１１７とスポット１１８は、ほぼ同じ位置に集光する。受光部１０１〜１０５からの出力信号をＦ〜Ｊであらわすと、ＦＥＳは差動増幅器１２１（信号演算手段）の出力信号ＦＥＳ＝Ｆ−Ｊで演算される。受光部１０２，１０３，１０４はＴＥＳやＲＦ信号の検出や光検出器５の位置調整に利用される。
【００１６】
図１０に実際に得られるＦＥＳを、出力信号Ｆ，出力信号Ｊと共に示す。横軸は光ディスクの焦点位置からのずれ量（フォーカス誤差）、縦軸は出力信号強度（任意単位）を示している。
【００１７】
光検出器５とスポット１１１〜１１９の位置調整は、光量が最大である１１４が受光部１０３の中央に入射するようにすればよい。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出方法では、同じ光検出器面でＦＥＳとＲＦ信号を検出していたので、以下の課題があった。
【００１９】
光ディスク１の合焦点付近では、メインビーム、サブビームともに絞られた状態で光検出器５に入射する。しかし、光ディスク１のデフォーカスが大きくなると、光検出器５の面上でメインビームのスポット１１４が拡大し、ＦＥＳ検出に用いられる受光部１０１，１０５にもメインビームが漏れ込み入射するようになる。メインビームの光量はサブビームの数十倍であるので、その一部がサブビーム用の受光部に入射すれば、メインビームの受光量がサブビームの受光量より大きくなる場合があり、このときＦＥＳ検出はできなくなる。図１０の信号波形においても、±４０μｍ以上のデフォーカスで出力信号Ｆ、Ｊが急激に増大することが読み取れる。この影響により±４０μｍ以上のデフォーカスではＦＥＳは不安定となる。例えば、このとき光検出器に位置ずれが生じていると、受光部１０１，１０５に入射するメインビームの光量は等しくないため、出力信号Ｆ、Ｊの差はゼロとはならず、ＦＥＳはＳ字形状の理想的な波形を示さなくなる。
【００２０】
この問題を防ぐために、メインビームがある程度の光量以上であるとき、すなわち光ディスク１が合焦点付近にある時だけ、ＦＥＳ検出を行うような回路処理を行うが、この場合、その処理のための部品点数が増大し、ＦＥＳ検出のための判断制御も複雑なものとなる。またＦＥＳの検出範囲も広くとれない。
【００２１】
また、ＲＦ信号検出用の受光部１０３には、メインビーム１１４と共にサブビームの迷光１１５，１１６も入射する。光ビーム１１５，１１６は、光ディスク１の情報信号の成分を含まないものの、その光強度はメインビーム１１４の５％程度もあり、ＲＦ信号の変調度を下げる要因となっており、その結果、ＲＦ信号の品質劣化が引き起こされていた。
【００２２】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光ピックアップ装置の光軸方向の調整が不要で、光検出手段の位置調整精度も大幅に緩和可能であり、ＦＥＳ検出範囲が広く、ＲＦ信号品質を向上させた焦点誤差検出装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を達成するため、光源から出射した光ビームを集光手段により情報媒体に集光する往路光学系と、上記情報媒体で反射した光ビームを上記集光手段により取り込み光検出手段に導いて信号を生成する復路光学系とで構成され、上記往路光学系に、メインビームの集光点に対して略対称なデフォーカス位置に集束する２つのサブビームを発生するサブビーム発生手段を備え、上記復路光学系に、上記情報媒体で反射した光ビームに光量変化を与える光量変化手段と、当該光量変化手段を通過した２つのサブビームの光量を独立して検出する２つの受光部を備えた光検出手段と、上記２つの受光部からの出力信号の差信号を出力する信号演算手段を備えた焦点誤差検出装置であって、上記情報媒体に照射されるメインビームと上記情報媒体に照射されるサブビームとの偏光状態が異なっていることを特徴とする。
【００２４】
このように、往路光学系にメインビームの集光点に対して略対称なデフォーカス位置に集束する２つのサブビームを発生するサブビーム発生手段を備えると共に、復路光学系に情報媒体で反射した光ビームに光量変化を与える光量変化手段と、当該光量変化手段を通過した２つのサブビームの光量を独立して検出する２つの受光部を備えた光検出手段と、上記２つの受光部からの出力信号の差信号を出力する信号演算手段を備え、情報媒体に照射されるメインビームと情報媒体に照射されるサブビームとの偏光状態を互いに異ならせると、ＲＦ信号検出に用いる光ビームとＦＥＳ検出に用いる光ビームとを偏光方位の違いを利用して完全に分離できるので、大きなデフォーカスによるＦＥＳの乱れを抑制することができ、ＦＥＳの検出範囲を拡大できると共に、ＲＦ信号の品質を向上させることができる。また、ＦＥＳ検出用の光検出器と光ビームの位置調整は、光ビームの集光スポットがそれぞれ所定の受光部に入射するように合わせるだけでよく、光ピックアップ装置の光軸方向の調整が不要になるので、各光学部品の位置調整の工程を簡単化することができる。さらに、プッシュプル法を利用してＴＥＳ信号検出を行う場合は、受光部の分割線に光ビームの中心を合わせる必要があるが、サンプルサーボのような手法でＴＥＳ信号を検出する場合には、１つの受光部で光ビームを受光すればよいので、高精度の位置調整が不要となり、光検出器と光ビームの位置調整に要する工程を大幅に簡略化することができる。
【００２５】
また、本発明は、前記の課題を達成するため、上記情報媒体に照射されるメインビームは円偏光であり、上記情報媒体に照射されるサブビームは直線偏光であることを特徴とする。
【００２６】
円偏光から直線偏光への変換及び直線偏光から円偏光への変換は、往路光学系及び復路光学系に１／４波長板を備えるだけで行うことができるので、情報媒体に照射されるメインビームを円偏光とし、情報媒体に照射されるサブビームを直線偏光とすると、往路光学系及び復路光学系の構成を簡単なものにすることができ、焦点誤差検出装置を小型かつ安価に実施することができる。
【００２７】
また、本発明は、前記の課題を達成するため、上記往路光学系及び上記復路光学系は、それぞれ偏光ビームスプリッタと１／４波長板とを備え、かつ上記１／４波長板は上記偏光ビームスプリッタと上記情報媒体の間におかれており、上記情報媒体に照射されるメインビームは、上記往路光学系で１／４波長板を透過し、上記情報媒体に照射されるサブビームは上記往路光学系で上記１／４波長板を透過しないことを特徴とする。
【００２８】
このように、往路光学系及び復路光学系に偏光ビームスプリッタと１／４波長板とを備え、かつ１／４波長板を偏光ビームスプリッタと情報媒体の間に配置し、情報媒体に照射されるメインビームは、往路光学系で１／４波長板を透過し、情報媒体に照射されるサブビームは往路光学系で上記１／４波長板を透過しないという構成にすると、往路光学系及び復路光学系に偏光ビームスプリッタと１／４波長板とを備えるだけで、１つの半導体レーザよりＦＥＳの検出、ＴＥＳの検出及びＲＦ信号の検出に必要な複数の偏光方位が異なるビームを生成することができるので、往路光学系及び復路光学系の構成を簡単なものにすることができ、焦点誤差検出装置を小型かつ安価に実施することができる。
【００２９】
また、本発明は、前記の課題を達成するため、上記サブビーム発生手段及び上記光量変化手段は回折格子よりなり、これらサブビーム発生手段及び光量変化手段の形状は回折格子の回折方向が長辺となる矩形であり、これらサブビーム発生手段及び光量変化手段は上記メインビームの光軸を含まず、かつ、上記メインビームの光軸に対して点対称に配置されることを特徴とする。
【００３０】
このように、回折格子よりなるサブビーム発生手段及び光量変化手段の形状を回折格子の回折方向が長辺となる矩形とし、メインビームの光軸を含まず、かつ、メインビームの光軸に対して点対称に配置すると、半導体レーザより出射された光ビームの一部の領域からメインビームの集光点に対して略対称なデフォーカス位置に集束する２つのサブビームを生成することができるので、往路光学系及び復路光学系の構成を簡単なものにすることができ、焦点誤差検出装置を小型かつ安価に実施することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る焦点誤差検出装置及びそれを用いた光ピックアップ装置の実施の形態を図１乃至図５に基づいて説明する。図１は実施形態例に係る焦点誤差検出装置を適用した光ピックアップ装置の構成を示す図、図２は実施形態例に係る焦点誤差検出装置に備えられるサブビーム発生素子の回折格子の形状を説明する図、図３は実施形態例に係る焦点誤差検出装置におけるサブビーム発生素子の役割を説明する図、図４は実施形態例に係る焦点誤差検出装置に備えられる光検出器上の受光部の配置と光ビーム集光スポットとの位置関係及び焦点誤差信号の演算回路を説明する図、図５は実施形態例に係る焦点誤差検出装置から得られる焦点誤差信号波形と焦点誤差との関係を説明する図である。なお、ここでは本発明に係る情報媒体の一例としてディスク状の情報媒体である光ディスクに適用して例を示すが、本発明はこのような構造に限定されるものではなく、カード状、シート状といった情報媒体にも適用可能である。
【００３２】
（実施の形態１）
図１において、半導体レーザ１１として波長λ＝６５５ｎｍのものが使用される。半導体レーザ１１から放射された光ビームはコリメータレンズ１２に発散光ビームとして入射し、コリメータレンズ１２により平行光ビームとされる。コリメータレンズ１２としては、焦点距離５．５ｍｍ、開口数０．１２のものが使用される。したがって、平行光ビームの直径は１．３２ｍｍである。この平行光ビームは偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３とサブビーム発生素子３を通過後、対物レンズ１７により光ディスク１に集光される。対物レンズ１７としては、焦点距離１ｍｍ、開口数０．６０のものが使用される。したがって、対物レンズ１７に入射する平行光ビームの直径は１．２ｍｍとなる。集光スポットは、直径約０．９μｍの略円形である。
【００３３】
ＰＢＳ１３の偏光膜１３ａは、Ｐ偏光（紙面に平行な成分をもつ直線偏光）の透過率が１００％、Ｓ偏光（紙面に垂直な成分を持つ直線偏光）の透過率が０％となるよう設計されている。半導体レーザ１１は、半導体レーザ１１から放射された光がＰ偏光となるよう配置する。
【００３４】
サブビーム発生素子３は、１／４波長板１６と回折格子（サブビーム発生手段）からなり、ガラスやプラスチック等からなる透明基板１４の表面の一部に、２つのサブビーム３２ａ、３２ｂを発生させるホログラムパターン（回折格子）１５ａ、１５ｂが形成されている。２つのサブビーム（±１次回折光）３２ａ，３２ｂはメインビーム（０次回折光）３１の集光点に対して、Ｘ方向にａμｍ、Ｚ方向（光軸方向）にｂμｍずれた位置に集光するようになっている。また１／４波長板１６は、回折格子１５ａ、１５ｂが形成されていない領域に設けられている。１／４波長板１６は、往路でＰ偏光を円偏光に、復路で円偏光をＳ偏光に変換する役割を果たす。
【００３５】
光ディスク１の情報記録面で反射された３本の光ビーム３１，３２ａ，３２ｂは、再び対物レンズ１７を経て、回折格子（光量変化手段）１５ａ，１５ｂ、１／４波長板１６を備えたサブビーム発生素子３を通過し、ＰＢＳ１３に入射する。メインビーム３１の反射戻り光の大部分はＰＢＳ１３において反射され、レンズ１８により集光されて光ビーム３３となり、複数の受光部１９を備えた光検出器５に入射する。
【００３６】
また、サブビーム３２ａ、３２ｂの反射戻り光の大部分はＰＢＳ１３を透過する。光源側においても、半導体レーザ１１とともに、光検出器が集積化ユニット２内に収められており、サブビーム３２ａ，３２ｂの反射戻り光はレンズ１２により集光されて、光ビーム３４ａ，３４ｂとなり、受光部２０ａ，２０ｂに導かれる。受光部２０ａ，２０ｂからはＦＥＳが、受光部１９からはＴＥＳ、ＲＦ信号が検出される。得られたＦＥＳに基づき図示しない駆動機構を用いて対物レンズ単体あるいは光ピックアップ装置全体をＺ方向に移動させて自動焦点制御が行われる。図１はメインビーム３１が光ディスク１の情報記録面に集光されたときの状態を示しており、このとき受光部２０ａ、２０ｂには、それぞれデフォーカス状態の光ビーム３４ａ，３４ｂが入射する。
【００３７】
図２（ａ）に、サブビーム発生素子３を光ディスク側から見た図を示す。図２（ｂ）はその断面図である。破線で示した領域は対物レンズ１７の有効径に対応する光ビーム入射領域２１であり、直径１．２ｍｍの円形である。この光ビーム入射領域の一部に回折格子１５ａ、１５ｂが形成されており、それ以外の領域には１／４波長板１６が設けられている。回折格子１５ａ、１５ｂの形状は、Ｘ方向が長辺、Ｙ方向が短辺となる矩形であり、Ｘ方向が回折方向となっている。具体的には、回折格子１５ａは光軸中心からＸ方向に０ｍｍ、Ｙ方向に０．４ｍｍずれた位置が中心で、Ｘ方向の幅が０．７５ｍｍ、Ｙ方向の幅が０．１ｍｍの矩形であり、回折格子１５ｂは光軸中心からＸ方向に０ｍｍ、Ｙ方向に−０．４ｍｍずれた位置が中心で、Ｘ方向の幅が０．７５ｍｍ、Ｙ方向の幅が０．１ｍｍの矩形である。そして、回折格子１５ａ、１５ｂには、メインビーム（０次回折光）３１の集光点に対して手前側と奥側に略対称にデフォーカスした位置に２つのサブビーム（±１次回折光）３２ａ，３２ｂを集光させるホログラムパターンが形成されている。具体的には、Ｘ方向に５０μｍ、Ｚ方向（光軸方向）に１５μｍずれた位置に集光するようになっている。図１の表記に対応させると、ａ＝５０μｍ、ｂ＝１５μｍとなる。回折格子の回折効率は、例えば、０次回折効率２０％、１次回折効率４０％（＋１次と−１次がそれぞれ４０％）に設定されている。サブビーム３２ａ、３２ｂはメインビーム３１の集光点に対してデフォーカスしており、トラックの影響を受けないので、光ディスク１の任意の位置に配置できる。しかし、２つのサブビーム３２ａ，３２ｂが反射率の異なる領域にまたがると、ＦＥＳにオフセットが発生して集光点が焦点深度の範囲外となる原因になるので、回折方向（Ｘ方向）はトラックに沿った方向（タンジェンシャル方向）とすることが好ましい。
【００３８】
一方、１／４波長板１６の光軸は、Ｘ軸、Ｙ軸と４５度の角度をなす方向（矢印Ｅの方向）に設定されている。このとき１／４波長板１６は、Ｘ軸あるいはＹ軸に平行な成分をもつ直線偏光を円偏光に変換し、また逆に円偏光を直線偏光に変換する役割を果たす。往路において、Ｘ軸に平行な成分をもつ直線偏光は、１／４波長板透過後、円偏光となり、光ディスクで反射され再び１／４波長板を透過した後、Ｙ軸に平行な成分をもつ直線偏光となる。すなわち、往路と復路で１／４波長板を透過することによって、直線偏光の偏光方向は９０度回転することとなる。したがって、往復路で回折格子１５ａ、１５ｂ領域を透過する光ビームと、往復路で１／４波長板１６領域を透過する光ビームとでは、反射戻り光での偏光方位が異なる。
【００３９】
サブビーム発生素子の役割について、図３を用いてさらに詳しく説明する。半導体レーザから出射されＰＢＳ１３に入射する光４１はＰ偏光であり、ＰＢＳ１３を透過して、回折格子１５と１／４波長板１６とを備えたサブビーム発生素子３に入射する。光ビーム４１のうち、回折格子１５の領域を透過した光ビームからは、−１次回折光４３、０次回折光４４、＋１次回折光４５の３本の光ビームが形成され、これらの光ビームはＰ偏光の状態で対物レンズによって光ディスク上に集光される。そして、光ディスクで反射され、対物レンズを経て再びサブビーム発生素子３に入射する。このとき、回折格子１５を透過した光ビーム４６はＰ偏光であり、ＰＢＳ１３を透過する。この光ビーム４６からＦＥＳが得られる。一方、往路でサブビーム発生素子３に入射する光ビーム４１のうち、１／４波長板１６を透過した光ビーム４２は円偏光となり、光ディスク上に集光される。そして、光ディスクで反射された光ビームは、再びサブビーム発生素子３に入射する。このとき、再び１／４波長板１６を透過した光ビーム４７はＳ偏光となり、ＰＢＳ１３で反射される。この光ビーム４７から、ＴＥＳ信号及びＲＦ信号が検出される。従って、１／４波長板１６とＰＢＳ１３を組み合わせることによって、ＦＥＳ検出に用いる光ビーム４６と、ＲＦ検出に用いる光ビーム４７を完全に分離することができる。
【００４０】
往路光学系において発生した４本の光ビームは、さらに復路の光学系においてサブビーム発生素子を通過する時に４分割されるため、光検出器面には計１６本の光ビームが入射することになる。図４（ａ）、図４（ｂ）は、ＦＥＳ検出用及びＲＦ信号検出用の光検出器面における各光ビームの集光スポットと受光部パターンの位置関係を示しており、この図を用いて各光ビームの光路について説明する。
【００４１】
往路光学系で１／４波長板を透過し媒体に照射される光ビーム４１は円偏光であり、復路光学系でサブビーム発生素子を通過する時に、１／４波長板を透過する光ビーム６１、回折格子で回折される−１次回折光６２、０次回折光６３、＋１次回折光６４に分割される。光ビーム６１は１／４波長板によってＳ偏光となり、ＲＦ信号検出用の光検出器面に導かれる。光ビーム６２、６３、６４は、円偏光の状態でＰＢＳ１３に入射され、ＰＢＳ１３において２分割される。各光ビームの一部６２ａ、６３ａ、６４ａは、ＲＦ信号検出用の光検出器面に導かれ、６２ｂ、６３ｂ、６４ｂはＦＥＳ検出用の光検出器面に導かれる。
【００４２】
また、往路光学系の回折格子で発生する光ビーム４２、４３、４４はＰ偏光であり、復路光学系で同様に４分割される。光ビーム４２は１／４波長板１６を透過する光ビーム６５、回折格子１５で回折される−１次回折光６６、０次回折光６７、＋１次回折光６８に分割される。光ビーム４３は１／４波長板１６を透過する光ビーム６９、回折格子１５で回折される−１次回折光７０、０次回折光７１、＋１次回折光７２に分割される。光ビーム４４は１／４波長板１６を透過する光ビーム７３，回折格子１５で回折される−１次回折光７４，０次回折光７５，＋１次回折光７６に分割される。
【００４３】
光ビーム６５、６９、７３は円偏光であり、さらにＰＢＳ１３において２分割される。すなわち光ビーム６５、６９、７３は、それぞれ光ビーム６５ａと６５ｂ、６９ａと６９ｂ、７３ａと７３ｂに２分割され、光ビーム６５ａ、６９ａ、７３ａはＲＦ信号検出用の光検出器面に、光ビーム６５ｂ、６９ｂ、７３ｂはＦＥＳ検出用の光検出器面に導かれる。その他の光ビーム６６、６７、６８、７０、７１、７２、７４、７５、７６はＰ偏光であるため、ＰＢＳ１３を透過してＦＥＳ検出用の光検出器面に導かれる。
【００４４】
ＦＥＳ検出用の光検出器面は２つの受光部２０ａ、２０ｂを備える。受光部２０ａには往路の−１次回折光かつ復路の−１次回折光である１対の光ビーム６６が集光される。また受光部２０ｂには、往路の＋１次回折光かつ復路の＋１次回折光である１対の光ビーム７６が集光される。受光部２０ａ、２０ｂからの出力信号をＡ、Ｂで表すと、ＦＥＳは差動増幅器５４（信号演算手段）の出力信号ＦＥＳ＝Ａ−Ｂで演算される。また、光ビーム６６、７６以外の光ビームは、受光部２０ａ、２０ｂ以外の領域に集光する。光ビーム６２ｂ、６５ｂ、６７，７０は光検出器面の領域５１に集光され、光ビーム６３ｂ、６８，６９ｂ、７１，７４は光検出器の領域５２に集光され、光ビーム６４ｂ、７２，７３ｂ、７５は光検出器面の領域５３に集光される。これらの光ビームは受光部２０ａ、２０ｂとは離れた点に集光するため、ＦＥＳ信号の信号品質を向上させることができる。ＦＥＳ検出用の光検出器と光ビームの位置調整は、光ビーム６６と７６の集光スポットがそれぞれ受光部２０ａ、２０ｂに入射するように合わせればよいだけであるので、位置調整の工程を簡単化できる。
【００４５】
またＲＦ信号検出量の光検出器面は、２つの受光部１９ａ、１９ｂを備え、受光部１９ａ、１９ｂには光ビーム６１、６３ａ、６９ａが入射する。検出器はレンズ１８の焦点位置からずらした位置に配置する。このように配置すると、広がったスポットが受光部に入射し、プッシュプル信号が検出できるようになる。受光部１９ａ、１９ｂからの出力信号をＣ，Ｄで表すと、ＲＦ信号は増幅器５７の出力信号ＲＦ＝Ｃ＋Ｄで演算される。またＴＥＳは差動増幅器５８の出力信号ＴＥＳ＝Ｃ−Ｄで演算される。この光ビーム６１、６３ａ、６９ａは光ディスク上では同一点に集光されるため、光ディスク上の情報信号によって同時に強度変調を受ける。それを合わせて検出するため、ＲＦ信号の信号品質は向上する。これ以外の光ビーム６２ａ、６５ａは領域５５に集光し、光ビーム６４ａ、７３ａは領域５６に集光する。これらの光ビームは受光部１９ａ、１９ｂとは離れた点に集光するため、受光部のサイズを適切に設計すれば、これらの光ビームは受光部１９ａ、１９ｂには入射しない。
【００４６】
また、プッシュプル法を利用してＴＥＳ信号検出を行う場合は、受光部１９ａと１９ｂの分割線に光ビーム６１の中心を合わせる必要がある。しかし、サンプルサーボのような手法でＴＥＳ信号を検出する場合、一つの受光部で光ビームを受光すればよいので、高精度の位置調整は不要で、光検出器と光ビームの位置調整という工程を大幅に簡略化することができる。
【００４７】
図５に実際に得られるＦＥＳを、出力信号Ａ、Ｂと共に示す。横軸は光ディスクの焦点位置からのずれ量（フォーカス誤差）、縦軸は出力信号強度（任意単位）を示している。本実施の形態では、出力信号Ａ、Ｂは、光ディスクがサブビームの焦点位置にある時に最大となり、光ディスクの位置がサブビームの焦点からずれるほど小さくなり、最後にはゼロになる。ＦＥＳは、出力信号Ａ、Ｂの差から求められ、図に示されるように、焦点誤差０の時に信号強度０となり、デフォーカス２０μｍ程度でピークをもち、さらにデフォーカスが大きくなると０になるという理想的なＳ字形状の波形を示す。
【００４８】
従来例においては、同じ光検出器面でＲＦ信号とＦＥＳ信号を検出していたため、焦点誤差が大きくなると、ＲＦ信号検出に利用する光ビームのスポット径が広がり、ＦＥＳ検出に利用する受光部に入射するという問題が生じていた。この光ビームの光強度はＦＥＳ検出に利用する光ビームの光強度の数十倍であるので、その光ビームの漏れ込みによって、ＦＥＳ信号は乱された。
【００４９】
しかし、本発明では、ＲＦ信号検出に用いる光ビームと、ＦＥＳ検出に用いる光ビームを完全に分離するので、デフォーカスが大きくなっても、ＦＥＳ検出に利用する受光部２０ａ、２０ｂへの迷光の漏れ込みを小さく抑えることができ、ＦＥＳ検出範囲を拡大することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、往路光学系にメインビームの集光点に対して略対称なデフォーカス位置に集束する２つのサブビームを発生するサブビーム発生手段を備えると共に、復路光学系に情報媒体で反射した光ビームに光量変化を与える光量変化手段と、当該光量変化手段を通過した２つのサブビームの光量を独立して検出する２つの受光部を備えた光検出手段と、上記２つの受光部からの出力信号の差信号を出力する信号演算手段を備え、情報媒体に照射されるメインビームと情報媒体に照射されるサブビームとの偏光状態を互いに異ならせたので、ＲＦ信号検出に用いる光ビームとＦＥＳ検出に用いる光ビームとを偏光方位の違いを利用して完全に分離することができ、大きなデフォーカスによるＦＥＳの乱れを抑制することができて、ＦＥＳの検出範囲を拡大できると共に、ＲＦ信号の品質を向上させることができる。また、ＦＥＳ検出用の光検出器と光ビームの位置調整は、光ビームの集光スポットがそれぞれ所定の受光部に入射するように合わせるだけでよく、光ピックアップ装置の光軸方向の調整が不要になるので、各光学部品の位置調整の工程を簡単化することができる。さらに、プッシュプル法を利用してＴＥＳ信号検出を行う場合は、受光部の分割線に光ビームの中心を合わせる必要があるが、サンプルサーボのような手法でＴＥＳ信号を検出する場合には、１つの受光部で光ビームを受光すればよいので、高精度の位置調整が不要となり、光検出器と光ビームの位置調整に要する工程を大幅に簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例に係る焦点誤差検出装置を適用した光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態例に係る焦点誤差検出装置に備えられるサブビーム発生素子の回折格子の形状を説明する図である。
【図３】実施形態例に係る焦点誤差検出装置におけるサブビーム発生素子の役割を説明する図である。
【図４】実施形態例に係る焦点誤差検出装置に備えられる光検出器上の受光部の配置と光ビーム集光スポットとの位置関係及び焦点誤差信号の演算回路を説明する図である。
【図５】実施形態例に係る焦点誤差検出装置から得られる焦点誤差信号波形と焦点誤差との関係を説明する図である。
【図６】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置を適用した光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【図７】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置に備えられる回折素子上の回折格子の形状を説明する図である。
【図８】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置における焦点誤差信号検出の原理を説明する図である。
【図９】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置に備えられる光検出器上の受光部の配置と光ビーム集光スポットとの位置関係及び焦点誤差信号の演算回路を説明する図である。
【図１０】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置から得られる焦点誤差信号波形と焦点誤差との関係を説明する図である。
【符号の説明】
１光ディスク
３サブビーム発生素子
５光検出器
１１半導体レーザ
１２コリメータレンズ
１３偏光ビームスプリッタ
１５ａ，１５ｂ回折格子
１６１／４波長板
１７対物レンズ
１８レンズ
１９ａ，１９ｂ受光部
２０ａ，２０ｂ受光部
４１〜４７光ビーム
６１〜７６光ビーム

Claims

光源から出射した光ビームを集光手段により情報媒体に集光する往路光学系と、上記情報媒体で反射した光ビームを上記集光手段により取り込み光検出手段に導いて信号を生成する復路光学系とで構成され、
上記往路光学系に、メインビームの集光点に対して略対称なデフォーカス位置に集束する２つのサブビームを発生するサブビーム発生手段を備え、
上記復路光学系に、上記情報媒体で反射した光ビームに光量変化を与える光量変化手段と、当該光量変化手段を通過した２つのサブビームの光量を独立して検出する２つの受光部を備えた光検出手段と、上記２つの受光部からの出力信号の差信号を出力する信号演算手段を備えた焦点誤差検出装置であって、
上記情報媒体に照射されるメインビームと上記情報媒体に照射されるサブビームとの偏光状態が異なっていることを特徴とする焦点誤差検出装置。
上記情報媒体に照射されるメインビームは円偏光であり、上記情報媒体に照射されるサブビームは直線偏光であることを特徴とする請求項１に記載の焦点誤差検出装置。
上記往路光学系及び上記復路光学系は、それぞれ偏光ビームスプリッタと１／４波長板とを備え、かつ上記１／４波長板は上記偏光ビームスプリッタと上記情報媒体の間におかれており、上記情報媒体に照射されるメインビームは、上記往路光学系で１／４波長板を透過し、上記情報媒体に照射されるサブビームは上記往路光学系で上記１／４波長板を透過しないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焦点誤差検出装置。
上記サブビーム発生手段及び上記光量変化手段は回折格子よりなり、これらサブビーム発生手段及び光量変化手段の形状は回折格子の回折方向が長辺となる矩形であり、これらサブビーム発生手段及び光量変化手段は上記メインビームの光軸を含まず、かつ、上記メインビームの光軸に対して点対称に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の焦点誤差検出装置。