JP3879896B2

JP3879896B2 - Optical pickup device and focus error detection method

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Publication number: JP3879896B2
Application number: JP2000272090A
Authority: JP
Inventors: 昌和小笠原; 一小柳
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: JP2002092904A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームを用いて、光ディスクなどの光学式情報記録媒体に対し、情報信号を書き込み又は情報信号を読み出す光学式情報記録再生装置における光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップは、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）などの光ディスクの表面の情報記録面上に螺旋又は同心円状に形成されたピット列又はトラックなどへ、光源から射出された光ビームを集光しスポットを形成して、光ディスクの情報記録面で反射されて戻って来た戻り光から音楽やデータなどの記録情報を読み取るために、又はトラックなどへ記録情報を書き込むために、対物レンズを含む照射光学系と光検出系を備えている。
【０００３】
この光ピックアップにおいては、情報を光ディスクに確実に書き込み又は光ディスクから情報を確実に読み取るため、いわゆる対物レンズのフォーカスサーボ及びトラッキングサーボが不可欠である。トラッキングサーボ制御は、光ビームをつねに光ディスクの情報記録面の記録箇所（例えばトラック）上に照射するように、対物レンズのトラックに対する光ディスクの半径方向位置における位置制御である。フォーカシングサーボ制御は、光ビームがスポット状の点となって記録箇所に収束するように対物レンズの光軸方向（フォーカシング方向）の位置の合焦位置に対する誤差、すなわち焦点誤差が小になるように対物レンズの光軸方向における位置制御である。
【０００４】
フォーカシングサーボ制御の方式としては、例えば、戻り光の光学系中で光を２つの光路に分割し、それぞれ前方のディテクタに結ぶ焦点及び後方のディテクタに結ぶ焦点を生じるように構成して前方及び後方のディテクタ上の光スポットの大きさを比較するスポットサイズ法や、戻り光の光学系中にシリンドリカルレンズや平行平板などを配置し、戻り光を４分割ディテクタで受光しディテクタ上の光スポット形状を検出する非点収差法などが知られている。
【０００５】
スポットサイズ法では戻り光を分割するので光ピックアップ全体が大きくなるが、非点収差法では、非合焦の検出感度が高く、光検出に４分割ディテクタを用いるため、ＤＰＤ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｈａｓｅＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式でのトラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラー信号を演算しやすい。また、光ピックアップ全体を小型化できるため、３つの光スポットを用いる３ビーム方式の光ピックアップにも適用しやすい、という利点がある。
【０００６】
非点収差法を用いた従来の光ピックアップ装置の一例を図１に示す。半導体レーザ１からの光ビームは、偏光ビームスプリッタ３、コリメータレンズ４及び１／４波長板６を透過して、対物レンズ７によってその焦点付近に置かれている光ディスク５に集光され、光ディスク５の情報記録面のピット列（トラック）上で光スポットＳＰとなる。
【０００７】
光ディスク５から反射して戻る光は対物レンズ７で集められ、１／４波長板６及びコリメータレンズ４を透過して、偏光ビームスプリッタ３によって向きを変えられ、シリンドリカルレンズ８を通過して非点収差を付与され、トラック伸長方向とディスク半径方向とで直交する２線分によって４分割された受光面を有する４分割フォトディテクタ９の中心付近に光スポットＳＰを形成する。
【０００８】
シリンドリカルレンズ８は、図２に示すように、その中心軸が光ディスク５のトラック伸長方向に対して４５度の角度で伸長するように、戻り光の光路に配置されるので、対物レンズ７で収束する戻り光に非点収差を与え、線像Ｍ、非点収差が付与された光学系において光ビームが円形（最小散乱円）となる像面Ｂ（以下、最小散乱円像面という）及び線像Ｓを形成する。よって、シリンドリカルレンズ８は、光ディスク５の記録面に集光された光ビームの合焦時は最小散乱円像面Ｂにて図３（ａ）の如く円形の光スポットＳＰを４分割フォトディテクタ９に照射し、フォーカスが合っていない時（図１に示す光ディスク５から対物レンズ７が遠い（ｂ）又は近い（ｃ）時）は、図３（ｂ）又は（ｃ）の如く４分割された受光面の対角線方向に楕円形の光スポットＳＰを４分割フォトディテクタ９に照射する。
【０００９】
４分割フォトディテクタ９は、４つの各受光面に照射された光スポットの部分をその光強度に応じて各々電気信号に光電変換してフォーカスエラー検出回路１２に供給する。フォーカスエラー検出回路１２は、４分割フォトディテクタ９から供給される電気信号に基づいて所定の演算を施して得られた信号（以下、フォーカスエラー信号又はＦＥＳともいう）を生成し、アクチュエータ駆動回路１３に供給する。アクチュエータ駆動回路１３はフォーカシング駆動信号をアクチュエータ１５に供給する。アクチュエータ１５は、フォーカシング駆動信号に応じて対物レンズ７をフォーカシング方向に移動せしめる。このように、フォーカスエラー信号をフィードバックするようにして対物レンズの位置制御する。
【００１０】
図４に示すように、４分割フォトディテクタ９は直交する２本の分割線Ｌ１、Ｌ２を境界線として各々近接配置されかつ互いに独立した第１〜第４象限の４個の受光部ＤＥＴ１〜ＤＥＴ４から構成され、これにフォーカスエラー検出回路１２が接続されている。４分割フォトディテクタ９は、一方の分割線Ｌ１が光ディスク５の記録トラック伸長方向すなわち接線方向の写像に平行になり、かつ他方の分割線Ｌ２が半径方向の写像に平行になるように、配置されている。この４分割フォトディテクタ９の受光面中心Ｏに関して対称な受光部ＤＥＴ１とＤＥＴ３からの各光電変換出力は加算器２２で加算され、受光部ＤＥＴ２とＤＥＴ４からの各光電変換出力は加算器２１で加算され、これら加算器２１、２２の各出力が差動アンプ２３に供給される。差動アンプ２３は、供給信号の差を算出し、その差分信号をフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）として出力する。
【００１１】
このように従来のフォーカスエラー検出回路１２では、４分割フォトディテクタ９の出力をそれぞれ加算器２１及び２２により加算して、差動アンプ２３により求めフォーカスエラー成分を生成する。すなわち、４分割フォトディテクタ９の受光部の符号をその出力として示すと、フォーカスエラー信号ＦＥＳは、以下の式（１）によって示される。
【数１】
ＦＥＳ＝（ＤＥＴ１＋ＤＥＴ３）−（ＤＥＴ２＋ＤＥＴ４）……（１）
【００１２】
フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）のいわゆるＳ字特性を図５に示す。フォーカスが合っている合焦時は光スポット強度分布が４分割フォトディテクタ９の受光面中心Ｏに関して対称すわなち、接線方向及び半径方向において対称となる図３（ａ）の如き真円の光スポットが４分割フォトディテクタ９に形成されるので、対角線上にある受光部の光電変換出力をそれぞれ加算して得られる値は互いに等しくなり、フォーカスエラー成分は「０」となる。また、フォーカスが合っていない時は図３（ｂ）又は（ｃ）の如く受光部の対角線方向に楕円の光スポットが４分割フォトディテクタ９に形成されるので、対角線上にある受光部の光電変換出力をそれぞれ加算して得られる値は極性が互いに異なるものとなる。よって、差動アンプ２３により出力されるフォーカスエラー成分は、そのフォーカス誤差に応じた値となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非点収差法では、光ピックアップに非点収差など収差がある場合には、光ビームスポットが光ディスクのトラックを横切る際にフォーカスエラー信号に与えるノイズ（以下、「トラック横切りノイズ」という。）の影響を受ける。すなわち、図３（ａ）に示す合焦時の場合でもＦＥＳ＝０とならない場合がある。
【００１４】
光ピックアップ装置における不要な非点収差は、回折格子及びハーフミラー等の光学部品の光ビームの透過面が出射光ビームの光軸に対して傾いて垂直でない場合などのアライメントの精度が低い場合、また、半導体レーザの出射光ビーム自体に非点収差がある場合に生じ、さらに、光ビームの照射及び反射にかかわるディスク基板の複屈折によっても非点収差が発生してしまう。
【００１５】
この不要な非点収差は整形プリズムなどの光学部品によって多少相殺して解消することができるが、非点収差方向の接線（トラック）方向又は半径方向に対応する方向に対して例えば４５°方向に伸長するいわゆる斜め非点収差成分は光学系全体としては残ることになる。例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）製ディスク基板に集光光ビームを照射した場合、接線（トラック）方向又は半径方向に対して斜め４５°方向の非点収差が現れる。
【００１６】
非点収差法による光ピックアップ装置の照射光学系及び光検出光学系において、光学素子（光源の半導体レーザー、ＬＥＤなども含む）は、不要の非点収差が発生しないように設計されてはいるが、実際には不要の非点収差を完全に取り除くことは難しい。このようなフォーカスサーボに用いない不要の非点収差が存在する場合、情報記録面にランド及びグルーブを有する光ディスクからフォーカスエラー信号を得ようとすると、トラック横切りノイズが発生する。４分割フォトディテクタ９上の円形の光ビームスポット内において光強度の分布に偏りが生じるためである。
【００１７】
従来のＣＤ用光ピックアップでは、対物レンズの開口数ＮＡが小さく焦点深度が大きいために、該ノイズがフォーカスエラー信号に多少乗っても問題にならなかった。しかし、ＤＶＤ−ＲＡＭなどのランド及びグルーブのある光ディスクから情報を読み取る場合、対物レンズの開口数が大きく焦点深度が小さくなるので、フォーカスエラー信号に含まれる該ＦＥＳノイズの対物レンズのフォーカスサーボに与える影響が大きくなる。また、プッシュプルエラーが出るようにグルーブの深さが設定されている場合も影響が大きくなる。
【００１８】
さらに、図５に示すように、従来の非点収差法においては、最小散乱円像面Ｂを含む線像Ｍ及び線像Ｓ間の非点隔差が生じる範囲、すなわちフォーカスエラ−信号の有効範囲（キャプチャーレンジ）内で急峻な応答特性が得られる。本来有効でないキャプチャーレンジ外のフォーカスエラー信号は急峻ゼロになることが望ましい。しかし、従来のフォーカスエラー検出は、デフォーカスにより漸次、大きくなって楕円形スポットがディテクタをはみ出し時点から徐々に出力が出始めるので、また対角成分出力が漏れ込むので、急峻な特性が達成できない。近年の高密度光ディスクに対応して対物レンズの開口数が大きくなると対物レンズの動作距離の範囲が更に制限されるようになるので、従来の非点収差法の正確なキャプチャーレンジの検出が望まれる。
【００１９】
フォーカスサーボのキャプチャーレンジを正確に知る試みには、例えば、特開平８−１８５６３５号公報に開示されている非点収差法がある。かかる技術では、４分割フォトディテクタの外側に設けた補助ディテクタの出力により多層ディスクを再生する場合のキャプチャーレンジを検出している。しかし、かかる非点収差法では、デフォーカスにより連続的に大きくなっていく楕円スポットが４分割ディテクタをはみ出し時点から徐々に出力が出始めるので、急峻なキャプチャーレンジ検出信号特性が達成できない。
【００２０】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、トラック横切りノイズや光ディスク厚み誤差の影響を受けにくく３ビーム方式やＤＰＤ方式との併用が可能な光ピックアップ装置及び焦点誤差検出方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ピックアップ装置は、光学式記録媒体の情報記録面上のトラックに光ビームを集光してスポットを形成する照射光学系、及び、前記スポットから反射されて戻った戻り光を光検出器へ導く光検出光学系を有し、前記光ビームの焦点誤差を検出する光ピックアップ装置であって、
戻り光の光路に垂直な平面上において前記トラックの伸長方向及び該伸長方向に垂直な方向に対応して延在する２つの分割線を境に光路の中心から４分割された第１〜第４象限の領域を有し、前記分割線を境に同じ側の隣接する前記領域を通過する前記戻り光へ光路周りに互いに９０度回転した方向の非点収差を付与するとともに、前記戻り光を前記領域毎に少なくとも４つに分離する焦点誤差検出用光学素子と、
分離された前記戻り光を受光し、各々が非点収差が付与された光学系において光ビームが円形となる像面における前記分割線に対応する輪郭線を有しかつ前記輪郭線の一方に略平行に伸長する２分割線により分割された２つの受光領域からなる離間した複数の受光素子を有する光検出器と、を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記受光素子の前記２分割線は、前記トラックの伸長方向に垂直な方向に対応して延在することを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記受光素子の前記２分割線は、非点収差が付与された光学系において光ビームが円形となる像面における前記受光素子上の受光した前記戻り光のスポットによって生じる前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号が略等しくなる位置に、延在することを特徴とする。
【００２３】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記受光素子に接続され、前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号の差分の合計から焦点誤差信号を生成する演算回路を有することを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、非点収差によって生じる２つの線像範囲外における前記戻り光を受光する副受光素子を、前記受光素子の前記分割線に対応する前記輪郭線に沿って配置したことを特徴とする。
【００２４】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記副受光素子に接続されかつ、前記第１〜第４象限の領域における対角位置に存在する２組の領域からの前記戻り光により生じる前記副受光素子から出力される信号の和を演算する演算回路を有することを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記受光素子及び前記副受光素子に接続されかつ、前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号の差分の合計に、前記第１〜第４象限の領域における対角位置に存在する２組の領域からの前記戻り光により生じる前記副受光素子から出力される信号の差分を、加算するキャプチャーレンジ演算回路を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記副受光素子を、前記受光素子の前記分割線に対応する前記輪郭線の反対側の前記受光領域に、一体化したことを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記焦点誤差検出用光学素子は、前記第１〜第４象限の領域における一方の対角位置にそれぞれ配置される前記分割線の伸長方向を中心軸とするシリンドリカルレンズと、他方の対角位置にそれぞれ配置される前記分割線の伸長方向に対し９０度をなす方向を中心軸とするシリンドリカルレンズと、からなり、少なくとも一方の対角位置の領域にそれぞれ配置された前記シリンドリカルレンズの前記中心軸は前記分割線から平行に偏心させたことを特徴とする。
【００２６】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記少なくとも一方の対角位置の領域にそれぞれ配置された前記シリンドリカルレンズの前記中心軸は前記分割線から平行にかつ互いに逆側に偏心させたことを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記偏心されたシリンドリカルレンズが前記一方の対角位置の領域のみにそれぞれ配置され場合、残る他方の対角位置にそれぞれ配置される前記シリンドリカルレンズの領域にそれぞれ配置されかつ前記戻り光の光路に垂直な平面に対し異なる角度で傾斜した偏向プリズム面を設けたことを特徴とする。
【００２７】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記焦点誤差検出用光学素子は、前記第１〜第４象限の領域における一方の対角位置にそれぞれ配置される前記分割線の伸長方向を中心軸とするシリンドリカルレンズと、他方の対角位置にそれぞれ配置される前記分割線の伸長方向に対し９０度をなす方向を中心軸とするシリンドリカルレンズと、からなり、少なくとも一方の対角位置の領域にそれぞれ配置されかつ前記戻り光の光路に垂直な平面に対し傾斜した偏向プリズム面を設けたことを特徴とする。
【００２８】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記少なくとも一方の対角位置の領域にそれぞれ配置された前記偏向プリズム面は前記戻り光の光路に垂直な平面に対し異なる角度で傾斜させたことを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記偏向プリズム面が前記一方の対角位置の領域のみにそれぞれ配置され場合、残る他方の対角位置の領域にそれぞれ配置された前記シリンドリカルレンズの前記中心軸は前記分割線から平行にかつ互いに逆側に偏心させたことを特徴とする。
【００２９】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記受光素子は、前記焦点誤差検出用光学素子の前記分割線の一方に平行に並設されていることを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記照射光学系に回折格子を配置し、前記並設された前記受光素子の列の側方に、＋１次回折サブビーム及び−１次回折サブビームをそれぞれ受光する一対のサブ光検出器を有し、３ビーム方式によるトラッキング制御を行うことを特徴とする。
【００３０】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記焦点誤差検出用光学素子の前記第１〜第４象限の領域を通過する前記戻り光を独立に受光する対角位置に存在する２組の前記受光素子から出力されるそれぞれの合計信号の位相差分を検出する比較検出器を有し、位相差方式によるトラッキング制御を行うことを特徴とする。
【００３１】
本発明の光ピックアップ装置においては、光学式記録媒体の情報記録面上のトラックに光ビームを集光してスポットを形成する照射光学系、及び、前記スポットから反射されて戻った戻り光を光検出器へ導く光検出光学系を有する光ピックアップ装置における前記光ビームの焦点誤差を検出する焦点誤差検出方法であって、
戻り光の光路に垂直な平面上において前記トラックの伸長方向及び該伸長方向に垂直な方向に対応して延在する２つの分割線を境に光路の中心から４分割された第１〜第４象限の領域を有し、前記分割線を境に同じ側の隣接する前記領域を通過する前記戻り光へ光路周りに互いに９０度回転した方向の非点収差を付与するとともに、前記戻り光を前記領域毎に少なくとも４つに分離し、
分離された前記戻り光を受光し、各々が非点収差が付与された光学系において光ビームが円形となる像面における前記分割線に対応する輪郭線を有しかつ前記輪郭線の一方に略平行に伸長する２分割線により分割された２つの受光領域からなる離間した複数の受光素子を用いて、前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号の差分の合計から焦点誤差信号を生成することを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るの実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（光ピックアップ装置及び光路）
図６は、本発明の一実施形態である光ピックアップの構成を示す図である。図６に示すように、この光ピックアップ１００は、光源である半導体レーザ１と、グレーティング２と、偏光ビームスプリッタ３と、コリメータレンズ４と、ミラー２５と、１／４波長板６と、対物レンズ７と、透光性材料からなる焦点誤差検出用光学素子１８と、光検出器１９を備えている。対物レンズ７上には、離間して光ディスク５が装荷される。また、図７に示すように、焦点誤差検出用光学素子１８はシリンドリカルレンズの第１レンズ部３１、第２レンズ部３２、第３レンズ部３３及び第４レンズ部３４からなり、光検出器１９はこれらレンズ部に対応した第１受光素子３１ＰＤ、第２受光素子３２ＰＤ、第３受光素子３３ＰＤ及び第４受光素子３４ＰＤを一方の分割線に沿って列１９Ｌとして配置して備えている。これらについては詳しく後述する。なお、対物レンズ７には、対物レンズ７を光軸方向の前後に移動可能な従来技術と同様な対物レンズ駆動機構（図示せず）が設けられている。
【００３３】
半導体レーザ１から射出された光ビームは、グレーティング２を経て偏光ビームスプリッタ３に入射する。偏光ビームスプリッタ３は偏光鏡を有しており、入射した光ビームは偏光ビームスプリッタ３を通過し、コリメータレンズ４を経て、ミラー２５により光路を直角に変えられ、１／４波長板６を通過し、対物レンズ７から光ディスク５の情報記録面へ照射される。対物レンズ７は光ディスク５上に螺旋又は同心円状に形成されたピット列又はトラックへ光ビームを集光しスポットを形成する。この照射光ビームスポットにより、光ディスクの情報記録面に記録情報を書き込む、あるいは読み出すことができる。
【００３４】
光ディスクの情報記録面上の光ビームスポットにて反射された戻り光は、同じ光路を戻り、対物レンズ７、１／４波長板６、ミラー２５及びコリーメータレンズ４を経て、再び偏光ビームスプリッタ３に入射する。この場合には、戻り光は偏光ビームスプリッタ３により半導体レーザ１への方向とは異なる方向へ光路を変えられ、焦点誤差検出用光学素子１８へ導かれる。焦点誤差検出用光学素子１８を通過した戻り光は非点収差を付与されるとともに、図７に示すように、光路中央から第１レンズ部３１、第２レンズ部３２、第３レンズ部３３及び第４レンズ部３４により、それぞれ第１光路Ｐ１、第２光路Ｐ２、第３光路Ｐ３、及び第４光路Ｐ４に４分割されて、それぞれ光検出器１９の離間して配置された４つ第１受光素子３１ＰＤ、第２受光素子３２ＰＤ、第３受光素子３３ＰＤ及び第４受光素子３４ＰＤへ入射する。光検出器１９の各受光素子は、受光した光を光電変換して、光電変換により出力された光検出電気信号に所定の演算を行ってフォーカスエラー信号を生成する。
（焦点誤差検出用光学素子）
図７に示すように、焦点誤差検出用光学素子１８は例えばガラスから形成され、戻り光の光路に垂直な平面上において光ディスク５のトラックの伸長方向（接線方向）及び該伸長方向に垂直な方向（半径方向）に対応して延在する２つの分割線Ｌ１、Ｌ２を境に光路の中心から４分割された第１〜第４象限の領域を有し、それぞれの領域にシリンドリカルレンズ状の第１レンズ部３１、第２レンズ部３２、第３レンズ部３３及び第４レンズ部３４を配設して構成されている。
【００３５】
図８は焦点誤差検出用光学素子１８の正面図、左右側面図、上面図及び底面図を示す。なお、図８は光軸において光検出器１９側から見た図である。図示するように、第１〜第４レンズ部３１〜３４は分割線Ｌ１又はＬ２を境に同じ側の隣接する象限領域を通過する戻り光に対して互いに９０度回転した方向の非点収差（矢印）を付与するとともに、戻り光を象限領域毎に４つに分離する。たとえば、対角位置の象限にそれぞれ配置される第１及び第３レンズ部３１、３３は分割線Ｌ２（半径方向）の伸長方向に伸びる軸を中心軸としたシリンドリカルレンズのレンズ面からなる。ここで中心軸とは、シリンドリカルレンズの中心曲率半径中心の集合した直線である。他の対角位置の第２及び第４レンズ部３２、３４は分割線Ｌ１（接線方向）の伸長方向に伸びる軸を中心軸としたシリンドリカルレンズのレンズ面からなる。一方の対角位置のレンズ部の中心軸は、他方の対角位置のものに対し光軸周りに９０度回転している。この構成により、対角位置象限を通過する戻り光部分に互いに９０度回転した方向の非点収差を付与している。
【００３６】
さらに、図８に示すように、第１及び第３レンズ部３１、３３の中心軸は戻り光の光軸及び分割線Ｌ２を含む平面にて分割線Ｌ２に平行に互いに一致して存在する。一方、第２及び第４レンズ部３２、３４の中心軸は、戻り光の光軸及び分割線Ｌ１を含む平面から対称に、すなわち当該平面から互いに逆方向に等しい距離ＳＨで平行に変位した平面にて分割線Ｌ１に平行に、存在している。このように、第２及び第４レンズ部３２、３４の中心軸をそれぞれ分割線から平行に偏心したシリンドリカルレンズとすることにより、第１及び第３レンズ部３１、３３の非点収差を与えられた戻り光から第２及び第４レンズ部３２、３４の９０度回転した非点収差を与えられた戻り光を空間的に分離できる。第２及び第４レンズ部３２、３４の中心軸の距離ＳＨにより、光検出器１９における第２受光素子３２ＰＤ及び第４受光素子３４ＰＤの間隔を設定することができる。
【００３７】
上記において、第１象限領域とは、平面を水平方向のＸ軸と、Ｘ軸に垂直な上下方向のＹ軸とにより４つの領域に分割した直交ＸＹ座標の場合に、Ｘ座標及びＹ座標がともに正の値となる領域をいう。また、第２象限領域とは、上記した４領域のうち、第１象限領域に隣接する領域であり、Ｘ座標が負の値でＹ座標が正の値となる領域をいう。また、第３象限領域とは、上記した４領域のうち、第２象限領域に隣接する領域であり、Ｘ座標及びＹ座標がともに負の値となる領域をいう。また、第４象限領域とは、上記した４領域のうち、第１象限領域及び第３象限領域に隣接する領域であり、Ｘ座標が正の値でＹ座標が負の値となる領域をいう。
【００３８】
図９〜図１１を参照して、対角位置象限のレンズ部の非点収差による戻り光の分割を詳細に説明する。
図９において、焦点誤差検出用光学素子１８の第１及び第３レンズ部３１、３３のみが示されている。対物レンズからの戻り光の第１レンズ部３１を通過する第１象限領域における光成分は線像Ｍまでは第１象限領域を通過し、線像Ｍを過ぎると第２象限領域に移り、線像Ｓを過ぎると第３象限領域に移る。よって、キャプチャーレンジ内では第２象限領域内で分割線Ｌ２に沿った線像スポットから扇形状スポットを経て９０度傾いた分割線Ｌ１に沿った線像スポットへと変化する。キャプチャーレンジ外では第２象限領域内にスポットを形成しない。
【００３９】
一方、対角位置の第３レンズ部３３を通過する第３象限領域における光成分は線像Ｍまでは第３象限領域を通過し、線像Ｍを過ぎると第４象限領域に移り、線像Ｓを過ぎると第１象限領域に移る。よって、キャプチャーレンジ内では第４象限領域内で分割線Ｌ２に沿った線像スポットから扇形状スポットを経て９０度傾いた分割線Ｌ１に沿った線像スポットへと変化する。キャプチャーレンジ外では第４象限領域内にスポットを形成しない。
【００４０】
図１０において、焦点誤差検出用光学素子１８の第２及び第４レンズ部３２、３４のみが示されている。対物レンズからの戻り光の第２レンズ部３２を通過する第２象限領域における光成分は線像Ｍまでは第２象限領域を通過し、線像Ｍを過ぎると第３象限領域に移り、線像Ｓを過ぎると第４象限領域に移る。よって、キャプチャーレンジ内では第３象限領域内で分割線Ｌ１に沿った線像スポットから扇形状スポットを経て９０度傾いた分割線Ｌ２に沿った線像スポットへと変化する。キャプチャーレンジ外では第３象限領域内にスポットを形成しない。
【００４１】
一方、対角位置の第４レンズ部３４を通過する第４象限領域における光成分は線像Ｍまでは第４象限領域を通過し、線像Ｍを過ぎると第１象限領域に移り、線像Ｓを過ぎると第２象限領域に移る。よって、キャプチャーレンジ内では第１象限領域内で分割線Ｌ１に沿った線像スポットから扇形状スポットを経て９０度傾いた分割線Ｌ２に沿った線像スポットへと変化する。キャプチャーレンジ外では第１象限領域内にスポットを形成しない。
【００４２】
図１０において注意すべきことは、第２及び第４レンズ部３２、３４の中心軸がそれぞれ分割線Ｌ１から平行に偏心しているので、各象限領域の戻り光のスポットは分割線Ｌ１からが逆方向に離れるように変位し、空間的にさらに分離されている。
図１１は、図９及び図１０を合成した図である。図示するように、第１〜第４レンズ部３１〜３４により付与された非点収差によって、これらを通過する戻り光成分を象限領域毎に空間的に分割する。
（光検出器）
光検出器１９は、図７に示すように、第１〜第４レンズ部３１〜３４により分離された各戻り光成分を受光するように、それらの非点収差による最小散乱円像面Ｂに離間して配置された第１受光素子３１ＰＤ、第２受光素子３２ＰＤ、第３受光素子３３ＰＤ及び第４受光素子３４ＰＤを有している。各受光素子は、その受光領域で受光された光強度に応じて電気信号に光電変換し、出力する。また、第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤは分割線Ｌ２に沿って列１９Ｌとして配置されている。
【００４３】
図７に示すように、焦点誤差検出用光学素子１８の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの各々は分割線Ｌ１及びＬ２に対応する輪郭線ＰＬ１及びＰＬ２を有している。
図１２に示すように、第１受光素子３１ＰＤは輪郭線の一方ＰＬ２に略平行に伸長する２分割線６０により分割された２つの受光領域Ｂ１、Ｂ２からなる。第２受光素子３２ＰＤは２分割線６０により分割された２つの受光領域Ｃ１、Ｃ２からなる。第３受光素子３３ＰＤは２分割線６０により分割された２つの受光領域Ｄ１、Ｄ２からなる。第３受光素子３３ＰＤ及び第４受光素子３４ＰＤは２分割線６０により分割された２つの受光領域Ａ１、Ａ２からなる。すなわち、２分割線６０は、非点収差による最小散乱円像面において各受光素子上の受光した戻り光のスポットによって生じる一対の受光領域から出力される信号が略等しくなる位置に、延在する。なお、図１２に示す第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤは戻り光の光軸において焦点誤差検出用光学素子１８の背面から透視した図である。
【００４４】
光ピックアップ１００は、光検出器１９の受光素子の受光領域に接続された演算回路（図示せず）を備えて、フォーカスエラー信号などを出力する。フォーカスエラー信号は対物レンズ駆動機構へ供給される。
演算回路は、第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの受光領域（Ｂ１、Ｂ２）、（Ｃ１、Ｃ２）、（Ｄ１、Ｄ２）、（Ａ１、Ａ２）の符号をその出力として示すと、フォーカスエラー信号ＦＥＳは、以下の下式（２）によって示される演算を実行する。
【数２】
ＦＥＳ＝（Ａ１＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ２）−（Ａ２＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ１）……（２）
【００４５】
次に、図１３を参照しつつ、この光ピックアップ１００における対物レンズの焦点位置が変化した時の光検出器１９の作用を説明する。図１３（ａ）〜（ｅ）は図１１におけるスポット（ａ）〜（ｅ）に対応する。
【００４６】
図１３（ａ）は、この光ピックアップ１００からの光ビームが光ディスクの情報記録面で合焦状態となっている場合の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤにおける戻り光スポットの状態を示した図である。合焦時には、焦点誤差検出用光学素子１８のそれぞれの象限領域で非点収差を付与され分割された光がそれぞれの分割線６０を挟むようにしてそれぞれ同一の形状と大きさ（面積）の１／４円状すなわち扇状の光スポットとなって入射しする。よって、合焦時には、受光領域（Ｂ１、Ｂ２）、（Ｃ１、Ｃ２）、（Ｄ１、Ｄ２）、（Ａ１、Ａ２）の出力する光検出電気信号はそれぞれ等しいので、上記式（２）よりＦＥＳは零となる。
【００４７】
図１３（ｂ）は、この光ピックアップ１００からの光ビームが光ディスクの情報記録面上で非合焦状態となっており、対物レンズが光ディスクが合焦時よりも遠い場合の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤにおける戻り光スポットの状態を示した図である。光ディスクが遠い場合には、焦点誤差検出用光学素子１８の第１及び第３象限領域の第１及び第３レンズ部３１、３３で非点収差を付与された光は、Ｌ２方向に伸長する受光領域Ｂ１、Ｄ１上でＬ２方向に延びる線分状の光スポットとなってそれぞれ入射する。また、焦点誤差検出用光学素子１８の第２及び第４象限領域の第２及び第４レンズ部３２、３４で非点収差を付与された光は、受光領域（Ａ１、Ａ２）、（Ｃ１、Ｃ２）上でＬ１方向に延びる線分状の光スポットとなって受光領域を跨ぐように入射する。よって、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、これら線分状の光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有していのるで、上記式（２）よりＦＥＳは受光領域Ｂ１、Ｄ１出力の負の値となる。
【００４８】
図１３（ｃ）は、光ビームの非合焦状態で対物レンズが光ディスクが合焦時よりもさらに遠い場合の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤ近傍における戻り光スポットの状態を示した図である。光ディスクがキャプチャーレンジを越えてさらに遠い場合には、焦点誤差検出用光学素子１８の第１〜第４レンズ部３１〜３４で非点収差を付与された光成分は、それぞれ分割線を越えて対角線の反対側の象限領域に線分状から拡大した光スポットとなってそれぞれ入射する。したがって、光ディスクが合焦時よりもさらに遠い場合には、これら光スポットは、第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤが対応する分割線Ｌ１、Ｌ２に対応する輪郭線でその面積が制限されているので、いずれの受光素子にも達せずに、上記式（２）よりＦＥＳは零となる。
【００４９】
図１３（ｄ）は、この光ピックアップ１００からの光ビームが光ディスクの情報記録面上で非合焦状態となっており、対物レンズが光ディスクが合焦時よりも近い場合の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤにおける戻り光スポットの状態を示した図である。光ディスクが近い場合には、焦点誤差検出用光学素子１８の第１及び第３象限領域の第１及び第３レンズ部３１、３３で非点収差を付与された光は、受光領域（Ｂ１、Ｂ２）、（Ｄ１、Ｄ２）上でＬ１方向に延びる線分状の光スポットとなって受光領域を跨ぐように入射する。また、焦点誤差検出用光学素子１８の第２及び第４象限領域の第２及び第４レンズ部３２、３４で非点収差を付与された光は、Ｌ２方向に伸長する受光領域Ａ１、Ｃ１上でＬ２方向に延びる線分状の光スポットとなってそれぞれ入射する。よって、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、これら線分状の光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有していのるで、上記式（２）よりＦＥＳは受光領域Ａ１、Ｃ１出力の正の値となる。
【００５０】
図１３（ｅ）は、光ビームの非合焦状態で対物レンズが光ディスクが合焦時よりもさらに近い場合の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤ近傍における戻り光スポットの状態を示した図である。光ディスクがキャプチャーレンジを越えてさらに近い場合には、焦点誤差検出用光学素子１８の第１〜第４レンズ部３１〜３４で非点収差を付与された光成分は、それぞれ分割線を越えて対角線の反対側の象限領域に線分状から拡大した光スポットとなってそれぞれ入射する。したがって、光ディスクが合焦時よりもさらに近い場合には、これら光スポットは、第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤが対応する分割線Ｌ１、Ｌ２に対応する輪郭線でその面積が制限されているので、いずれの受光素子にも達せずに、上記式（２）よりＦＥＳは零となる。
【００５１】
したがって、上式（２）で表されるＦＥＳをフォーカスエラー信号として用いれば、ＦＥＳが零のときが合焦であり、ＦＥＳ値が正の値のときは光ディスクが合焦時よりも遠く、ＦＥＳ値が負の値のときは光ディスクが合焦時よりも近いと判別することができる。したがって、フォーカスエラー信号ＦＥの正負符号を反転させた電気信号をフィードバックするようにし、ＦＥＳ値が零になるように光ピックアップ１００の対物レンズ７に設けられた対物レンズ駆動機構（図示せず）を制御することにより、確実なフォーカシングサーボ制御を行うことができる。
【００５２】
なお、上記した受光素子の出力を用いて、下式（３）、
【００５３】
【数３】
ＲＦ＝Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｃ２＋Ｄ１＋Ｄ２……（３）
で表される値ＲＦを演算すれば、このＲＦ信号から、光ディスクに記録された記録情報を読み取ることができる。
【００５４】
また、下式（４）、（５）、（６）、（７）、
【００５５】
【数４】
ＤＰＤ１＝Ａ１＋Ａ２………………（４）、
ＤＰＤ２＝Ｂ１＋Ｂ２………………（５）、
ＤＰＤ３＝Ｃ１＋Ｃ２………………（６）、
ＤＰＤ４＝Ｄ１＋Ｄ２………………（７）、
で表される値ＤＰＤ１、ＤＰＤ２、ＤＰＤ３、ＤＰＤ４から位相を比較する比較検出器により演算すれば、これらの信号により、ＤＰＤ方式のトラッキングサーボ制御を行うことができる。この場合、上記演算回路が比較検出器を有する。
【００５６】
上記した光ピックアップ１００における焦点誤差検出方法では、戻り光のうち、第１〜第４象限領域の光はそれぞれ対角位置の象限へ分割されるので、各受光素子上では、象限間の干渉がない。このため、光ディスクの厚みが一定でなく箇所によって厚み誤差がある場合であっても、象限間での光の漏れ出しなどがなく、ＤＰＤトラッキングエラー信号に誤差が生じることはない。各受光素子上での象限ごとの光線の分離度を高めたため、受光素子の光軸ずれなどによるＤＰＤトラッキングエラー信号の劣化をある程度防止することができる。また、３ビーム方式との併用も支障なく行うことができる。
【００５７】
さらに、受光素子の２分割線を半径方向に伸長する設定したため、光検出器１９の半径方向への光軸ずれや調整ずれを生じた場合でも、図１４に示すように、受光素子上の光ビームスポット像は、２分割線６０に沿って移動するため、影響がない。
（トラック横切りノイズの減少）
情報記録面にグルーブ及びランドを設けた光ディスクから非点収差法を用い信号を再生する光ピックアップ装置において、フォーカスエラー信号が４分割光検出器から得られる場合、光スポットがランド及びグルーブを横切る際に発生する４５°方向の非点収差に起因するノイズ成分について調べた。
【００５８】
まず、図１５に示すように、光ディスク５の情報記録面の螺旋又は同心円状に形成されたランド１３１及びグルーブ１３２上に、照射光学系によって光ビームを照射し光スポットＳＰを形成し、光スポットＳＰを破線矢印で示すように（ａ）から（ｄ）へ半径方向へ移動させて、光スポットのトラック横切りの際のフォーカスエラー信号に乗るノイズについて調べる。但し、ピックアップの照射光学系に４５°方向のいわゆる斜め非点収差成分が残る場合で、ポリカーボネート（ＰＣ）製ディスク基板からなるＤＶＤ−ＲＡＭ光ディスクを用いる。なお、光ディスク５のグルーブ幅及びランド幅は等しい。
【００５９】
図１６（ａ）〜（ｄ）は、合焦時の真円の光スポットＳＰが図１５に示す位置（ａ）〜（ｄ）にある場合の４分割光検出器９の受光面に写像される光スポット強度分布をそれぞれ示す。グルーブ１３２中心付近では図１６（ａ）に示すような光スポット強度分布になりＢ２及びＤ２に暗部が生じ、さらに、移動してグルーブ及びランド境界のテーパ１３３付近通過点では図１６（ｂ）に示すような光スポット強度分布になりＡ２及びＢ２に暗部が生じ、さらに、移動してランド１３１中心付近では図１６（ｃ）に示すような光スポット強度分布になりＡ２及びＣ２に暗部が生じ、さらに、移動してランド−グルーブ境界のテーパ付近通過点では図１６（ｄ）に示すような光スポット強度分布になりＣ２及びＤ２に暗部が生じるが、上記フォーカスエラー信号の式から明らかなように、出力上キャンセルされる。よって、トラック横切りノイズのフォーカスエラー信号への影響をほとんどキャンセルすることができる。
【００６０】
従来の４分割ディテクタを用いた場合には、合焦状態ＦＥＳ＝０となるはずであるが、トラック（接線）方向に対して４５°方向の非点収差があるが故に、図１６（ａ）及び（ｃ）に示す状態で極大極小が起こるトラッククロス信号が生じＦＥＳは零にならず、グルーブ及びランドにおいて最大最小を繰り返すトラッククロス信号がＦＥＳへのノイズとなっていたが、本発明によりかかるノイズが解消された。
（他の実施形態）
第２実施形態は、上記実施形態の図７に示した焦点誤差検出用光学素子１８に代えて、図１７及び図１８に示す焦点誤差検出用光学素子１８ａを採用した以外、上記実施形態と同一である。焦点誤差検出用光学素子１８ａは、第１及び第３象限の第１及び第３レンズ部３１、３３の入力側に、戻り光の光路に垂直な平面に対しそれぞれ異なる角度で傾斜した偏向プリズム面１８１を設けた以外、図７に示した焦点誤差検出用光学素子１８と同一である。この実施形態の場合、分割線Ｌ１及び光軸を含む平面から当該平面に対称に傾斜する偏向プリズム面１８１の角度を調整することにより、光検出器１９における第１受光素子３１ＰＤ及び第３受光素子３３ＰＤの間隔GAPを設定することができる。
【００６１】
図１９及び図２０は第３実施形態の焦点誤差検出用光学素子１８ｂを示す。第３実施形態も上記実施形態の図７に示した焦点誤差検出用光学素子１８に代えて焦点誤差検出用光学素子１８ｂを用いた以外、第１の実施形態と同一である。焦点誤差検出用光学素子１８ｂは、第２及び第４象限の第２及び第４レンズ部３２、３４の入力側に、戻り光の光路に垂直な平面に対しそれぞれ異なる第２の角度で傾斜した偏向プリズム面１８２を設け光検出器１９における第２受光素子３２ＰＤ及び第４受光素子３４ＰＤの間隔を画定するようにした以外、図１７及び図１８に示した焦点誤差検出用光学素子１８ａと同一である。偏向プリズム面１８２を設けることにより、第２及び第４レンズ部３２、３４の中心軸を偏芯させたシリンドリカルレンズを用いることなく、戻り光の各象限ごとの空間的分離が可能となる。また、この第３実施形態の場合、分割線及び光軸を含む平面から当該平面に対称に又は非対称に傾斜する偏向プリズム面１８１及び１８２の角度を調整することにより、光検出器１９における第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの間隔及び位置を任意に設定することができる。
【００６２】
上記第３実施形態では偏向プリズム面と偏芯シリンドリカルレンズを組み合わせることが可能な焦点誤差検出用光学素子を用いたが、これに代えて、第４実施形態では、図２１に示す第１〜第４レンズ部３１〜３４に全て偏芯シリンドリカルレンズを用いた焦点誤差検出用光学素子１８ｃを採用する。焦点誤差検出用光学素子１８ｃは、中心軸が共に分割線Ｌ２から第１及び第４象限へ偏倚した第１及び第３レンズ部３１ｃ、３３ｃと、中心軸が共に分割線Ｌ１から第１及び第２象限へ偏倚した第２及び第４レンズ部３２ｃ、３４ｃとを備えている。
【００６３】
また、図２１に示すように、焦点誤差検出用光学素子１８ｃに入射する前の本来の光軸に対し、最小散乱円像面に照射される各光スポット像の中心は移動するので、光検出器１９の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの列１９Ｌを分割線に対して傾斜して配置する。図２２に光ピックアップ１００の対物レンズの焦点位置が変化した時の傾斜受光素子列１９Ｌ上のスポット形状の変化を示す。図２２（ａ）は光ビームが光ディスクの情報記録面での合焦時、図２２（ｂ）は対物レンズが光ディスクが合焦時よりも遠い非合焦時、図２２（ｃ）はキャプチャーレンジを越えてさらに遠い非合焦時、図２２（ｃ）は対物レンズが光ディスクが合焦時よりも近い非合焦時、図２２（ｃ）はキャプチャーレンジを越えてさらに近い非合焦時のスポット形状を示す。なお、図２２（ａ）〜（ｅ）は図１１におけるスポット（ａ）〜（ｅ）にほぼ対応する。図２２から明らかなように、第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの各々が合焦時のスポット形状に合わせて、分割線に対応する直角な輪郭線とからなる略三角形状を有しているので、キャプチャーレンジ外にて拡がったスポットの場合（図２２（ｃ）及び（ｅ））でも離間した素子の余白が確保され、隣接の受光素子に余計な光が漏れ込むことがない。
（キャプチャーレンジ検出）
第５実施形態では、上記の第１〜第４実施形態に加えて、キャプチャーレンジ検出用の受光素子を設ける。具体的には、光検出器１９において、図２３に示すように、キャプチャーレンジ以外における戻り光を受光する副受光素子Ｅ、Ｆを第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの輪郭線ＰＬ１及びＰＬ２（分割線Ｌ１及びＬ２に対応する）に沿って配置する。なお、第１及び第３受光素子３１ＰＤ及び３３ＰＤの副受光素子Ｆは図２３に示すように、一体化できる。
【００６４】
図２４（図１３に対応する）に示すように光ビームが光ディスクへの合焦点（図２４（ａ））からずれると（図２４（ｂ）及び図２４（ｄ））、第１〜第４受光素子上の光スポットはそれぞれに与えられた非点収差によって線像になる。この位置がキャプチャーレンジ（Ｓ字特性ピーク）である。対物レンズがキャプチャーレンジを超え合焦点から離れて変移すると、線像になった光スポットは線像（輪郭線）を境に逆側に変化する（図２４（ｃ）及び図２４（ｅ））。キャプチャーレンジ検出用の副受光素子Ｅ、Ｆがその領域に配置されているため、副受光素子Ｅ、Ｆに接続されたキャプチャーレンジ検出回路は、Ｓ字特性ピークの信号を急峻に検知できる。
【００６５】
キャプチャーレンジ検出回路は、副受光素子（Ｅ、Ｆ）の符号をその出力として示すと、演算回路は以下の下式（８）によって示されるキャプチャーレンジ検出信号ＣＲの演算を実行するように、構成できる。
【数５】
ＣＲ＝Ｆ＋Ｅ……（８）
【００６６】
これは、第１〜第４象限の領域における対角位置に存在する２組の領域からの戻り光により生じる副受光素子から出力される信号の和を演算する演算回路で達成される。
【００６７】
また、第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの受光領域（Ｂ１、Ｂ２）、（Ｃ１、Ｃ２）、（Ｄ１、Ｄ２）、（Ａ１、Ａ２）及び副受光素子（Ｅ、Ｆ）の符号をその出力として示すと、演算回路が以下の下式（９）によって示されるフォーカスエラー信号ＦＥＳの演算を実行するように、構成できる。
【数６】
ＦＥＳ＝（Ａ１＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ２＋Ｆ）−（Ａ２＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ１＋Ｅ）
……（９）
【００６８】
これは、受光領域から出力される信号の差分の合計に、キャプチャーレンジ外の戻り光により生じる副受光素子から出力される信号Ｅ、Ｆの差分を、加算するキャプチャーレンジ演算回路を有することで達成される。すなわち、副受光素子Ｅ、Ｆで検知した信号で作った信号をフォーカスエラーから減算することにより、キャプチャーレンジ外にデフォーカスした場合に、図２５に示すように、フォーカスエラー信号ＦＥＳを急速に０に近づけることができる。これによって、膜厚さ方向に情報記録面が複数積層されたＤＶＤなどの多層ディスクなどにおけるフォーカスエラー信号のオフセットを防ぐこともできる。
【００６９】
更に、第６実施形態では、第４受光素子３４ＰＤにおける副受光素子Ｅを輪郭線ＰＬ２の反対側の受光領域Ａ１に一体化し、第１受光素子３１ＰＤにおける副受光素子Ｆを輪郭線ＰＬ２の反対側の受光領域Ｂ２に一体化し、第３受光素子３３ＰＤにおける副受光素子Ｆをの輪郭線ＰＬ２の反対側の受光領域Ｄ２に一体化し、第２受光素子３２ＰＤにおける副受光素子Ｅを輪郭線ＰＬ２の反対側の受光領域Ｃ２に一体化する。
【００７０】
図２３に示す構成だと受光素子毎に副受光素子を設ける必要があり、副受光素子から信号を取り出す端子数が増大したり演算が複雑になったりする。そこで、図２６に示すようにキャプチャーレンジ検出用の副受光素子をフォーカスエラーを得るため受光素子の一部と一体化することにより簡素化を図った。キャプチャーレンジ検出信号には本来不要な受光領域からの出力も加算されるが、元々そこには光スポットが無いため問題はない。さらにキャプチャーレンジ外にデフォーカスした場合にフォーカスエラーを０に近づける演算も特に外部に演算回路を設けなくてもよい。以下の下式（１０）によって示されるキャプチャーレンジ検出信号ＣＲが演算できる。
【数７】
ＣＲ＝Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２……（１０）
【００７１】
更に、第７実施形態では、差動プッシュプル法（ＤＰＰ）のために３ビーム用一対のサブ光検出器を設けた例を図２７に示す。
【００７２】
また、図２６に示したキャプチャーレンジ検出用の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの列１９Ｌの両側に、図２７に示すように、分割線Ｌ２に関して同じ側の合計受光出力を得るための第１サブ光検出器対Ｅ１、Ｅ２と第２サブ光検出器対Ｆ１、Ｆ２を配置することによって、いずれか一方を＋１次サブビーム用とし、他方を−１次サブビーム用とすることにより、３ビーム方式にも対応可能である。この場合、以下の下式（１１）によって示される差動プッシュプル信号ＤＰＰ並びに予備信号ＳｕｂＲＦ１及びＳｕｂＲＦ２が演算できる。
【数８】
ＤＰＰ＝（Ｅ１＋Ｆ１−Ｅ２−Ｆ２）
＋（Ａ１＋Ａ２＋Ｄ１＋Ｄ２−Ｂ１−Ｂ２−Ｃ１−Ｃ２）、
ＳｕｂＲＦ１＝Ｅ１＋Ｅ２、
ＳｕｂＲＦ２＝Ｆ１＋Ｆ２、…………（１１）
【００７３】
本発明ではキャプチャーレンジを正確に知ることのできる副受光素子を用いキャプチャーレンジ信号を得ることができるようになったので、たとえば非常に作動距離の小さい対物レンズを使用したピックアップにおいてフォーカスずれによる対物レンズの衝突を防ぐことができる。
【００７４】
さらに、キャプチャーレンジ外にデフォーカスしたフォーカスエラー信号からキャプチャーレンジ検出用ディテクタで得られた信号を減算することによって、フォーカスエラー信号を急速に０に近づけることができるため、多層ディスクなどを再生する場合、フォーカスエラー信号にオフセットが生じることがなくなる。
【００７５】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、上記実施形態においては、焦点誤差検出用光学素子として、シリンドリカルレンズを組み合せたレンズ素子を例に挙げて説明したが、本発明はこの例には限定されず、他の構成の焦点誤差検出用光学素子、例えば、同様の機能を有したブレーズド４分割ホログラム素子を用いてもよい。要は、光学式記録媒体の情報記録面上のトラックに光ビームを集光してスポットを形成する照射光学系、及び、スポットから反射されて戻った戻り光を光検出器へ導く光検出光学系を有する光ピックアップ装置において、戻り光の光路に垂直な平面上においてトラックの伸長方向及び該伸長方向に垂直な方向に対応して延在する２つの分割線を境に光路の中心から４分割された第１〜第４象限の領域を有し、分割線を境に同じ側の隣接する領域を通過する戻り光に対して互いに９０度回転した方向の非点収差を付与するとともに、戻り光を領域毎に少なくとも４つに分離し、分離された戻り光を受光し、各々が非点収差による最小散乱円像面における分割線に対応する輪郭線を有しかつ輪郭線の一方に略平行に伸長する２分割線により分割された２つの受光領域からなる離間した複数の受光素子を用いて、受光素子の２つの受光領域から出力される信号の差分の合計から焦点誤差信号を生成すればよいのである。
【００７６】
また、実施形態では、図６に示すように、焦点誤差検出用光学素子１８が光検出器１９の順に配置されているが、焦点誤差検出用光学素子１８と同様の機能を有し偏光作用を有する偏光レンズ素子を、ミラー２５と１／４波長６の間に設けてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、焦点誤差検出用光学素子によって、光ディスクからの戻り光を４つの光路に分割しかつ各分割光路の光に所定の非点収差を付与するとともに、離間して配置された複数の２分割受光素子からなる光検出器をもうけたので、トラック横切りノイズや光ディスク厚み誤差の影響を受けにくく、３ビーム方式や、ＤＰＤ方式との併用が可能となり、非合焦検出の感度が高く、光ピックアップ小型化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ピックアップ装置の構成を示す図。
【図２】光ピックアップ装置における非点収差法のシリンドリカルレンズの作用を説明する斜視図。
【図３】図２に示す光ピックアップにおける焦点位置変化時の４分割ディテクタの作用を説明する斜視図。
【図４】図２に示す光ピックアップにおけるフォーカスエラー検出回路の構成図。
【図５】図２に示す光ピックアップにより得られるフォーカスエラー信号特性を示すグラフ。
【図６】本発明の一実施形態である光ピックアップの構成を示す斜視図。
【図７】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子及び光検出器を説明する斜視図。
【図８】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子を説明する図。
【図９】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子の作用を説明する斜視図。
【図１０】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子の作用を説明する斜視図。
【図１１】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子の作用を説明する斜視図。
【図１２】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける光検出器の作用を説明する平面図。
【図１３】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点位置変化時の光検出器の作用を説明する平面図。
【図１４】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける光検出器の作用を説明する平面図。
【図１５】本発明の一実施形態の光ピックアップにおけるトラック横切りノイズ発生を説明する図。
【図１６】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける合焦時の光強度変に対する光検出器の作用を説明する平面図。
【図１７】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子を説明する斜視図。
【図１８】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子を説明する斜視図。
【図１９】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子を説明する斜視図。
【図２０】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子を説明する斜視図。
【図２１】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子及び光検出器を説明する斜視図。
【図２２】図２１に示す光ピックアップにおける焦点位置変化時の光検出器の作用を説明する平面図。
【図２３】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける光検出器の作用を説明する平面図。
【図２４】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点位置変化時の光検出器の作用を説明する平面図。
【図２５】本発明の一実施形態の光ピックアップにより得られるフォーカスエラー信号特性を示すグラフ。
【図２６】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける光検出器の作用を説明する平面図。
【図２７】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける合焦時の光検出器の作用を説明する平面図。
【符号の説明】
１半導体レーザ
２グレーティング
３偏光ビームスプリッタ
４コリメータレンズ
５光ディスク
６１／４波長板
７対物レンズ
１８焦点誤差検出用光学素子
１９光検出器
２５ミラー
３１第１レンズ部
３１ＰＤ第１受光素子
３２第２レンズ部
３２ＰＤ第２受光素子
３３第３レンズ部
３３ＰＤ第３受光素子
３４第４レンズ部
３４ＰＤ第４受光素子
６０２分割線
１００光ピックアップ
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２受光領域
Ｌ１、Ｌ２分割線
ＰＬ１、ＰＬ２輪郭線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical pickup device in an optical information recording / reproducing apparatus that writes an information signal to or reads an information signal from an optical information recording medium such as an optical disk using a light beam.
[0002]
[Prior art]
An optical pickup is emitted from a light source to a pit row or track formed spirally or concentrically on an information recording surface of an optical disk such as a CD (Compact Disk), a CD-ROM, or a DVD (Digital Versatile Disk). In order to read the recording information such as music and data from the return light reflected by the information recording surface of the optical disk and return, or to write the recording information on the track etc. In addition, an irradiation optical system including an objective lens and a light detection system are provided.
[0003]
In this optical pickup, so-called focus servo and tracking servo of an objective lens are indispensable in order to reliably write information on the optical disc or to read information from the optical disc. The tracking servo control is position control at a position in the radial direction of the optical disc with respect to the track of the objective lens so that a light beam is always irradiated onto a recording location (for example, a track) on the information recording surface of the optical disc. In the focusing servo control, an error with respect to the in-focus position in the optical axis direction (focusing direction) of the objective lens, that is, a focus error is reduced so that the light beam becomes a spot-like point and converges on the recording position. This is position control in the optical axis direction of the objective lens.
[0004]
As a method of focusing servo control, for example, the light is divided into two optical paths in the return light optical system, and a focal point connected to the front detector and a focal point connected to the rear detector are generated, respectively. A spot size method to compare the size of the light spot on the detector, and a cylindrical lens or parallel plate, etc. are placed in the return light optical system, and the return light is received by the quadrant detector, and the shape of the light spot on the detector is determined. An astigmatism method for detection is known.
[0005]
Since the spot size method divides the return light, the entire optical pickup becomes large. However, the astigmatism method has a high defocus detection sensitivity and uses a four-division detector for light detection, so a DPD (Differential Phase Detection) method is used. It is easy to calculate the tracking error signal for tracking servo control. Further, since the entire optical pickup can be reduced in size, there is an advantage that it can be easily applied to a three-beam optical pickup using three light spots.
[0006]
An example of a conventional optical pickup device using the astigmatism method is shown in FIG. The light beam from the semiconductor laser 1 passes through the polarization beam splitter 3, the collimator lens 4, and the quarter wavelength plate 6, and is condensed by the objective lens 7 onto the optical disk 5 placed near the focal point thereof. It becomes a light spot SP on the pit row (track) on the information recording surface.
[0007]
The light reflected and returned from the optical disk 5 is collected by the objective lens 7, passes through the quarter-wave plate 6 and the collimator lens 4, is redirected by the polarization beam splitter 3, passes through the cylindrical lens 8, and is astigmatized. A light spot SP is formed in the vicinity of the center of the four-divided photodetector 9 which is provided with aberration and has a light-receiving surface divided into four by two line segments orthogonal to each other in the track extending direction and the disk radial direction.
[0008]
As shown in FIG. 2, the cylindrical lens 8 is arranged in the optical path of the return light so that its central axis extends at an angle of 45 degrees with respect to the track extending direction of the optical disk 5. Astigmatism is given to the return light, line image M, image plane B (hereinafter referred to as the minimum scattering circle image plane) and line in which the light beam becomes circular (minimum scattering circle) in the optical system to which astigmatism is applied. An image S is formed. Therefore, the cylindrical lens 8 causes the light beam SP collected on the recording surface of the optical disk 5 to focus a circular light spot SP on the four-divided photodetector 9 as shown in FIG. When irradiation is not in focus (when the objective lens 7 is far (b) or close (c) from the optical disk 5 shown in FIG. 1), the light reception is divided into four as shown in FIG. 3 (b) or (c). The quadrant photodetector 9 is irradiated with an elliptical light spot SP in the diagonal direction of the surface.
[0009]
The four-divided photodetector 9 photoelectrically converts the portions of the light spot irradiated on each of the four light receiving surfaces into electric signals according to the light intensity and supplies them to the focus error detection circuit 12. The focus error detection circuit 12 generates a signal (hereinafter, also referred to as a focus error signal or FES) obtained by performing a predetermined calculation based on the electric signal supplied from the four-divided photodetector 9, and sends it to the actuator drive circuit 13. Supply. The actuator drive circuit 13 supplies a focusing drive signal to the actuator 15. The actuator 15 moves the objective lens 7 in the focusing direction according to the focusing drive signal. Thus, the position of the objective lens is controlled by feeding back the focus error signal.
[0010]
As shown in FIG. 4, the four-divided photodetector 9 is composed of four light receiving units DET1 to DET4 in the first to fourth quadrants that are adjacent to each other with two orthogonal dividing lines L1 and L2 as boundary lines. The focus error detection circuit 12 is connected to this. The four-divided photodetector 9 is arranged such that one dividing line L1 is parallel to the recording track extending direction of the optical disk 5, that is, a tangential mapping, and the other dividing line L2 is parallel to the radial mapping. Yes. The photoelectric conversion outputs from the light receiving portions DET1 and DET3 that are symmetrical with respect to the light receiving surface center O of the quadrant photodetector 9 are added by the adder 22, and the photoelectric conversion outputs from the light receiving portions DET2 and DET4 are added by the adder 21. The outputs of the adders 21 and 22 are supplied to the differential amplifier 23. The differential amplifier 23 calculates the difference between the supply signals and outputs the difference signal as a focus error signal (FES).
[0011]
As described above, the conventional focus error detection circuit 12 adds the outputs of the quadrant photodetector 9 by the adders 21 and 22, respectively, and obtains the focus error component by the differential amplifier 23. That is, when the code of the light receiving unit of the quadrant photodetector 9 is indicated as its output, the focus error signal FES is expressed by the following equation (1).
[Expression 1]
FES = (DET1 + DET3) − (DET2 + DET4) (1)
[0012]
The so-called S-characteristic of the focus error signal (FES) is shown in FIG. At the time of focusing, the light spot intensity distribution is symmetric with respect to the center O of the light receiving surface of the four-divided photodetector 9, and is symmetric in the tangential direction and radial direction as shown in FIG. Are formed in the four-divided photodetector 9, the values obtained by adding the photoelectric conversion outputs of the light receiving portions on the diagonal line are equal to each other, and the focus error component is “0”. When the focus is not achieved, an elliptical light spot is formed on the quadrant photodetector 9 in the diagonal direction of the light receiving portion as shown in FIG. 3B or 3C, so that the photoelectric conversion of the light receiving portion on the diagonal line is performed. The values obtained by adding the outputs differ from each other in polarity. Therefore, the focus error component output by the differential amplifier 23 has a value corresponding to the focus error.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the astigmatism method, when the optical pickup has aberration such as astigmatism, noise given to the focus error signal when the light beam spot crosses the track of the optical disc (hereinafter referred to as “track crossing noise”). Affected by. In other words, FES = 0 may not be achieved even in the in-focus state shown in FIG.
[0014]
Unnecessary astigmatism in the optical pickup device is caused when the alignment accuracy is low, such as when the transmission surface of the optical beam of an optical component such as a diffraction grating and a half mirror is not perpendicular to the optical axis of the outgoing light beam. Further, it occurs when the emitted light beam of the semiconductor laser itself has astigmatism, and astigmatism also occurs due to the birefringence of the disk substrate involved in the irradiation and reflection of the light beam.
[0015]
This unnecessary astigmatism can be canceled by canceling it with an optical component such as a shaping prism. However, the astigmatism is, for example, in a 45 ° direction with respect to the tangential (track) direction or the radial direction in the astigmatism direction The so-called oblique astigmatism component that expands remains in the entire optical system. For example, when a condensed light beam is irradiated onto a polycarbonate (PC) disk substrate, astigmatism appears in an oblique 45 ° direction with respect to the tangential (track) direction or the radial direction.
[0016]
In the irradiation optical system and the optical detection optical system of the optical pickup device based on the astigmatism method, the optical elements (including the semiconductor laser of the light source and the LED) are designed so that unnecessary astigmatism does not occur. Actually, it is difficult to completely remove unnecessary astigmatism. When there is an unnecessary astigmatism that is not used for the focus servo, when a focus error signal is obtained from an optical disk having lands and grooves on the information recording surface, a track crossing noise is generated. This is because the light intensity distribution is biased in the circular light beam spot on the quadrant photodetector 9.
[0017]
In the conventional optical pickup for CD, since the numerical aperture NA of the objective lens is small and the focal depth is large, there is no problem even if the noise is slightly on the focus error signal. However, when information is read from an optical disc having a land and a groove such as a DVD-RAM, the numerical aperture of the objective lens is large and the depth of focus is small. Therefore, the FES noise included in the focus error signal is given to the focus servo of the objective lens. The impact will be greater. In addition, the influence becomes large when the groove depth is set so that a push-pull error occurs.
[0018]
Further, as shown in FIG. 5, in the conventional astigmatism method, a range in which an astigmatic difference between the line image M and the line image S including the minimum scattering circular image plane B occurs, that is, an effective range of the focus error signal. A steep response characteristic can be obtained within the (capture range). It is desirable that the focus error signal outside the capture range which is not originally effective becomes steep zero. However, in the conventional focus error detection, the output becomes gradually larger from the point when the ellipse spot protrudes from the detector due to defocusing, and the output of the diagonal component leaks out, and the diagonal component output leaks, so that a steep characteristic cannot be achieved. . As the numerical aperture of the objective lens increases in response to recent high-density optical discs, the range of the objective lens operating distance is further limited, and therefore it is desired to detect the accurate capture range of the conventional astigmatism method. .
[0019]
As an attempt to accurately know the capture range of the focus servo, for example, there is an astigmatism method disclosed in JP-A-8-185635. In such a technique, the capture range in the case of reproducing a multi-layer disc is detected by the output of an auxiliary detector provided outside the four-divided photo detector. However, in such an astigmatism method, since an elliptical spot that continuously increases due to defocusing starts to output gradually from the point where the quadrant detector protrudes, steep capture range detection signal characteristics cannot be achieved.
[0020]
The present invention has been made to solve the above problems, and the problem to be solved by the present invention is that it is less susceptible to track crossing noise and optical disk thickness error, and can be used in combination with the 3-beam method or the DPD method. An optical pickup device and a focus error detection method are provided.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
An optical pickup device according to the present invention includes an irradiation optical system for condensing a light beam on a track on an information recording surface of an optical recording medium to form a spot, and optically detecting return light reflected and returned from the spot. An optical pickup device for detecting a focus error of the light beam, the optical pickup device having a light detection optical system that leads to a light source,
On the plane perpendicular to the optical path of the return light, the first to fourth segments divided into four from the center of the optical path with two extending lines corresponding to the extending direction of the track and the direction perpendicular to the extending direction as a boundary. Astigmatism in a direction rotated by 90 degrees around the optical path is given to the return light having a quadrant area and passing through the adjacent area on the same side with the dividing line as a boundary, and the return light is A focus error detecting optical element that separates at least four in each region;
In the optical system in which the separated return light is received and each is provided with astigmatism, the optical beam has a contour line corresponding to the dividing line on the image plane in which the light beam is circular, and is substantially on one of the contour lines. And a photodetector having a plurality of light receiving elements spaced apart from each other and formed by two light receiving regions divided by two dividing lines extending in parallel.
[0022]
In the optical pickup device of the present invention, the two dividing lines of the light receiving element extend corresponding to a direction perpendicular to the extension direction of the track.
In the optical pickup device of the present invention, the two-divided line of the light receiving element is a spot of the return light received on the light receiving element in an image plane in which the light beam is circular in the optical system to which astigmatism is given. The signals output from the two light receiving regions of the light receiving element generated by the above are extended to positions where they are substantially equal.
[0023]
The optical pickup device of the present invention includes an arithmetic circuit that is connected to the light receiving element and generates a focus error signal from a sum of differences of signals output from two light receiving regions of the light receiving element.
In the optical pickup device of the present invention, the secondary light receiving element that receives the return light outside the two line image ranges caused by astigmatism is arranged along the contour line corresponding to the dividing line of the light receiving element. It is characterized by that.
[0024]
In the optical pickup device of the present invention, from the sub light receiving element that is connected to the sub light receiving element and is generated by the return light from the two pairs of regions existing at diagonal positions in the first to fourth quadrant regions. An arithmetic circuit for calculating a sum of output signals is provided.
In the optical pickup device of the present invention, the first quadrant to the fourth quadrant is added to the sum of the differences between signals connected to the light receiving element and the sub light receiving element and output from the two light receiving areas of the light receiving element. And a capture range arithmetic circuit for adding a difference between signals output from the sub light receiving elements generated by the return light from the two sets of regions existing at the diagonal positions in FIG.
[0025]
In the optical pickup device of the present invention, the sub light receiving element is integrated with the light receiving region on the opposite side of the contour line corresponding to the dividing line of the light receiving element.
In the optical pickup device of the present invention, the focus error detecting optical element has a cylindrical axis whose central axis is the extending direction of the dividing line, which is arranged at one diagonal position in the first to fourth quadrant regions. A lens and a cylindrical lens having a central axis in a direction forming 90 degrees with respect to the extending direction of the dividing line, which is arranged at the other diagonal position, and is arranged in at least one diagonal area. The central axis of the cylindrical lens is decentered parallel to the dividing line.
[0026]
In the optical pickup device of the present invention, the central axes of the cylindrical lenses respectively disposed in the at least one diagonal region are decentered in parallel to the dividing line and opposite to each other. .
In the optical pickup device of the present invention, when the eccentric cylindrical lens is disposed only in the region of the one diagonal position, it is disposed in the region of the cylindrical lens respectively disposed in the other diagonal position. And a deflecting prism surface inclined at different angles with respect to a plane perpendicular to the optical path of the return light.
[0027]
In the optical pickup device of the present invention, the focus error detecting optical element has a cylindrical axis whose central axis is the extending direction of the dividing line, which is arranged at one diagonal position in the first to fourth quadrant regions. A lens and a cylindrical lens having a central axis in a direction forming 90 degrees with respect to the extending direction of the dividing line, which is arranged at the other diagonal position, and is arranged in at least one diagonal area. In addition, a deflecting prism surface inclined with respect to a plane perpendicular to the optical path of the return light is provided.
[0028]
In the optical pickup device of the present invention, the deflecting prism surfaces respectively disposed in the at least one diagonal region are inclined at different angles with respect to a plane perpendicular to the optical path of the return light. .
In the optical pickup device of the present invention, when the deflecting prism surface is disposed only in the one diagonal position region, the central axis of the cylindrical lens disposed in the other diagonal position region is It is characterized by being decentered in parallel to the dividing line and opposite to each other.
[0029]
In the optical pickup device of the present invention, the light receiving element is arranged in parallel with one of the dividing lines of the focus error detecting optical element.
In the optical pickup device of the present invention, a pair of diffraction gratings is disposed in the irradiation optical system and receives the + 1st order diffracted subbeam and the −1st order diffracted subbeam on the side of the row of the light receiving elements arranged side by side. This sub-photodetector is used to perform tracking control by a three-beam method.
[0030]
In the optical pickup device of the present invention, from the two sets of light receiving elements that exist at diagonal positions that independently receive the return light that passes through the first to fourth quadrant regions of the focus error detecting optical element. It has a comparison detector for detecting the phase difference of each output total signal, and performs tracking control by the phase difference method.
[0031]
In the optical pickup device of the present invention, the irradiation optical system for focusing the light beam on the track on the information recording surface of the optical recording medium to form a spot, and the return light reflected from the spot and returning the light A focus error detection method for detecting a focus error of the light beam in an optical pickup device having a light detection optical system leading to a detector,
On the plane perpendicular to the optical path of the return light, the first to fourth segments divided into four from the center of the optical path with two extending lines corresponding to the extending direction of the track and the direction perpendicular to the extending direction as a boundary. Astigmatism in a direction rotated by 90 degrees around the optical path is given to the return light having a quadrant area and passing through the adjacent area on the same side with the dividing line as a boundary, and the return light is Separate into at least four per area,
In the optical system in which the separated return light is received and each is provided with astigmatism, the optical beam has a contour line corresponding to the dividing line on the image plane in which the light beam is circular, and is substantially on one of the contour lines. A focus error signal is generated from the sum of the differences of signals output from the two light receiving regions of the light receiving element, using a plurality of light receiving elements separated from each other by two light receiving regions divided by two dividing lines extending in parallel. It is characterized by doing.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Optical pickup device and optical path)
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an optical pickup according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the optical pickup 100 includes a semiconductor laser 1 as a light source, a grating 2, a polarization beam splitter 3, a collimator lens 4, a mirror 25, a quarter wavelength plate 6, and an objective lens. 7, a focus error detecting optical element 18 made of a translucent material, and a photodetector 19. On the objective lens 7, the optical disk 5 is loaded at a distance. As shown in FIG. 7, the focus error detecting optical element 18 includes a first lens portion 31, a second lens portion 32, a third lens portion 33, and a fourth lens portion 34 of a cylindrical lens. Includes a first light receiving element 31PD, a second light receiving element 32PD, a third light receiving element 33PD, and a fourth light receiving element 34PD corresponding to these lens portions, arranged in a row 19L along one dividing line. These will be described in detail later. Note that the objective lens 7 is provided with an objective lens driving mechanism (not shown) similar to the prior art that can move the objective lens 7 back and forth in the optical axis direction.
[0033]
The light beam emitted from the semiconductor laser 1 enters the polarization beam splitter 3 through the grating 2. The polarizing beam splitter 3 has a polarizing mirror, and the incident light beam passes through the polarizing beam splitter 3, passes through the collimator lens 4, the optical path is changed to a right angle by the mirror 25, and passes through the quarter wavelength plate 6. Then, the information recording surface of the optical disk 5 is irradiated from the objective lens 7. The objective lens 7 collects a light beam onto a pit row or track formed on the optical disk 5 in a spiral or concentric manner to form a spot. With this irradiation light beam spot, recorded information can be written to or read from the information recording surface of the optical disc.
[0034]
The return light reflected by the light beam spot on the information recording surface of the optical disk returns through the same optical path, passes through the objective lens 7, the quarter-wave plate 6, the mirror 25 and the collimator lens 4, and again through the polarization beam splitter 3. Is incident on. In this case, the return light has its optical path changed in a direction different from the direction toward the semiconductor laser 1 by the polarization beam splitter 3 and is guided to the focus error detecting optical element 18. The return light that has passed through the focus error detection optical element 18 is given astigmatism, and as shown in FIG. 7, the first lens unit 31, the second lens unit 32, the third lens unit 33, and the like from the center of the optical path. The fourth lens unit 34 divides the first optical path P1, the second optical path P2, the third optical path P3, and the fourth optical path P4 into four parts, respectively, and the four first parts arranged separately from the photodetector 19. The light enters the light receiving element 31PD, the second light receiving element 32PD, the third light receiving element 33PD, and the fourth light receiving element 34PD. Each light receiving element of the photodetector 19 photoelectrically converts the received light and performs a predetermined calculation on the light detection electric signal output by the photoelectric conversion to generate a focus error signal.
(Optical element for focus error detection)
As shown in FIG. 7, the focus error detecting optical element 18 is made of, for example, glass, and on the plane perpendicular to the optical path of the return light, the track extending direction (tangential direction) of the optical disc 5 and the direction perpendicular to the extending direction. It has regions in the first to fourth quadrants that are divided into four from the center of the optical path with two dividing lines L1 and L2 extending corresponding to (radial direction) as boundaries. The first lens unit 31, the second lens unit 32, the third lens unit 33, and the fourth lens unit 34 are arranged.
[0035]
FIG. 8 shows a front view, left and right side views, a top view, and a bottom view of the focus error detecting optical element 18. FIG. 8 is a view of the optical axis as viewed from the photodetector 19 side. As shown in the figure, the first to fourth lens portions 31 to 34 have astigmatism in directions rotated 90 degrees with respect to the return light passing through the adjacent quadrant regions on the same side with the dividing line L1 or L2 as a boundary ( (Arrow) is provided, and the return light is separated into four for each quadrant area. For example, the first and third lens portions 31 and 33 respectively disposed in the quadrants of the diagonal positions are formed of cylindrical lens lens surfaces with the axis extending in the extending direction of the dividing line L2 (radial direction) as the central axis. Here, the central axis is a straight line in which the central curvature radius centers of the cylindrical lenses are gathered. The second and fourth lens portions 32 and 34 at other diagonal positions are formed of cylindrical lens surfaces with the axis extending in the extending direction of the dividing line L1 (tangential direction) as the central axis. The central axis of the lens portion at one diagonal position is rotated 90 degrees around the optical axis with respect to that at the other diagonal position. With this configuration, astigmatism in a direction rotated by 90 degrees is given to returning light portions passing through the diagonal position quadrant.
[0036]
Further, as shown in FIG. 8, the central axes of the first and third lens portions 31 and 33 are in parallel with each other in parallel to the dividing line L2 on a plane including the optical axis of the return light and the dividing line L2. On the other hand, the central axes of the second and fourth lens portions 32 and 34 are symmetrically displaced from the plane including the optical axis of the return light and the dividing line L1, that is, are planes displaced in parallel at an equal distance SH from the plane in opposite directions. Exists parallel to the dividing line L1. As described above, the cylindrical lenses in which the central axes of the second and fourth lens portions 32 and 34 are decentered in parallel from the dividing line are respectively provided with the astigmatism of the first and third lens portions 31 and 33. The return light provided with astigmatism rotated 90 degrees of the second and fourth lens portions 32 and 34 can be spatially separated from the returned light. The distance between the second light receiving element 32PD and the fourth light receiving element 34PD in the photodetector 19 can be set by the distance SH between the central axes of the second and fourth lens portions 32 and 34.
[0037]
In the above, the first quadrant area is an orthogonal XY coordinate obtained by dividing a plane into four areas by a horizontal X axis and a vertical Y axis perpendicular to the X axis. This is a region where both values are positive. The second quadrant region is a region adjacent to the first quadrant region among the four regions described above, and is a region where the X coordinate is a negative value and the Y coordinate is a positive value. The third quadrant region is a region adjacent to the second quadrant region among the four regions described above, and is a region in which both the X coordinate and the Y coordinate are negative values. The fourth quadrant region is a region adjacent to the first quadrant region and the third quadrant region among the four regions described above, and is a region where the X coordinate is a positive value and the Y coordinate is a negative value. .
[0038]
Returning light division due to astigmatism of the lens portion in the diagonal position quadrant will be described in detail with reference to FIGS.
In FIG. 9, only the first and third lens portions 31 and 33 of the focus error detecting optical element 18 are shown. The light component of the return light from the objective lens in the first quadrant region passing through the first lens unit 31 passes through the first quadrant region up to the line image M, and after passing through the line image M, moves to the second quadrant region. After passing through the image S, it moves to the third quadrant region. Therefore, in the capture range, the line image spot along the dividing line L2 changes from the line image spot along the dividing line L2 to the line image spot along the dividing line L1 inclined by 90 degrees through the fan-shaped spot. Outside the capture range, no spots are formed in the second quadrant area.
[0039]
On the other hand, the light component in the third quadrant region passing through the third lens unit 33 at the diagonal position passes through the third quadrant region up to the line image M, and after passing through the line image M, moves to the fourth quadrant region. After S, the process moves to the first quadrant area. Therefore, in the capture range, the line image spot along the dividing line L2 changes from the line image spot along the dividing line L2 to the line image spot along the dividing line L1 inclined by 90 degrees through the fan-shaped spot. Outside the capture range, no spots are formed in the fourth quadrant area.
[0040]
In FIG. 10, only the second and fourth lens portions 32 and 34 of the focus error detecting optical element 18 are shown. The light component of the return light from the objective lens in the second quadrant area passing through the second lens portion 32 passes through the second quadrant area up to the line image M, and after passing through the line image M, moves to the third quadrant area. After passing the image S, it moves to the fourth quadrant area. Therefore, in the capture range, the line image spot along the dividing line L1 changes from the line image spot along the dividing line L1 to the line image spot along the dividing line L2 inclined by 90 degrees through the fan-shaped spot. Outside the capture range, no spots are formed in the third quadrant area.
[0041]
On the other hand, the light component in the fourth quadrant region passing through the fourth lens portion 34 at the diagonal position passes through the fourth quadrant region up to the line image M, and after passing through the line image M, moves to the first quadrant region. After S, the second quadrant area is entered. Therefore, in the capture range, the line image spot along the dividing line L1 changes from the line image spot along the dividing line L1 to the line image spot along the dividing line L2 inclined by 90 degrees through the fan-shaped spot. Outside the capture range, no spots are formed in the first quadrant area.
[0042]
In FIG. 10, it should be noted that since the central axes of the second and fourth lens portions 32 and 34 are decentered in parallel from the dividing line L1, the spot of the return light in each quadrant region is reversed from the dividing line L1. Displaced away in the direction and further spatially separated.
FIG. 11 is a composite of FIGS. 9 and 10. As shown in the drawing, the return light component passing therethrough is spatially divided for each quadrant by the astigmatism provided by the first to fourth lens portions 31 to 34.
(Photodetector)
As shown in FIG. 7, the light detector 19 receives the return light components separated by the first to fourth lens portions 31 to 34 on the minimum scattering circular image plane B due to their astigmatism. The first light receiving element 31PD, the second light receiving element 32PD, the third light receiving element 33PD, and the fourth light receiving element 34PD that are spaced apart are provided. Each light receiving element photoelectrically converts it into an electric signal according to the light intensity received in the light receiving region, and outputs it. The first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD are arranged as a row 19L along the dividing line L2.
[0043]
As shown in FIG. 7, each of the first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD of the focus error detecting optical element 18 has contour lines PL1 and PL2 corresponding to the dividing lines L1 and L2.
As shown in FIG. 12, the first light receiving element 31PD includes two light receiving regions B1 and B2 divided by a two dividing line 60 extending substantially parallel to one contour line PL2. The second light receiving element 32PD includes two light receiving regions C1 and C2 divided by a two-part dividing line 60. The third light receiving element 33PD includes two light receiving regions D1 and D2 divided by the two dividing lines 60. The third light receiving element 33PD and the fourth light receiving element 34PD are composed of two light receiving areas A1 and A2 divided by the two dividing lines 60. That is, the bisecting line 60 extends to a position where the signals output from the pair of light receiving regions generated by the spot of the return light received on each light receiving element on the minimum scattering circular image surface due to astigmatism are substantially equal. . Note that the first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD shown in FIG. 12 are perspective views seen from the back of the focus error detecting optical element 18 on the optical axis of the return light.
[0044]
The optical pickup 100 includes an arithmetic circuit (not shown) connected to the light receiving region of the light receiving element of the photodetector 19 and outputs a focus error signal and the like. The focus error signal is supplied to the objective lens driving mechanism.
When the arithmetic circuit indicates the light receiving areas (B1, B2), (C1, C2), (D1, D2), (A1, A2) of the first to fourth light receiving elements 31PD-34PD as its output, The error signal FES performs an operation represented by the following equation (2).
[Expression 2]
FES = (A1 + B2 + C1 + D2) − (A2 + B1 + C2 + D1) (2)
[0045]
Next, the operation of the photodetector 19 when the focal position of the objective lens in the optical pickup 100 changes will be described with reference to FIG. 13A to 13E correspond to spots (a) to (e) in FIG.
[0046]
FIG. 13A shows the state of the return light spot in the first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD when the light beam from the optical pickup 100 is in focus on the information recording surface of the optical disc. FIG. At the time of focusing, each of the divided light beams provided with astigmatism in each quadrant region of the focus error detecting optical element 18 ¼ of the same shape and size (area) sandwiching the respective dividing lines 60. It enters as a circular or fan-shaped light spot. Therefore, at the time of focusing, the light detection electric signals output from the light receiving areas (B1, B2), (C1, C2), (D1, D2), (A1, A2) are equal to each other. Becomes zero.
[0047]
FIG. 13B shows the first to fourth cases where the light beam from the optical pickup 100 is out of focus on the information recording surface of the optical disk, and the objective lens is farther than when the optical disk is in focus. It is the figure which showed the state of the return light spot in light receiving element 31PD-34PD. When the optical disk is far, the light provided with astigmatism by the first and third lens portions 31 and 33 in the first and third quadrant areas of the focus error detecting optical element 18 is received by extending in the L2 direction. The light beams enter as segmented light spots extending in the L2 direction on the regions B1 and D1, respectively. Further, the light provided with astigmatism by the second and fourth lens portions 32 and 34 in the second and fourth quadrant regions of the focus error detecting optical element 18 is received in the light receiving regions (A1, A2), (C1, C2) It becomes a line-shaped light spot extending in the L1 direction on the upper side and enters so as to straddle the light receiving region. Therefore, when the optical disk is farther than when focused, these line-shaped light spots have the same shape and size (area). It becomes a negative value of the outputs of the regions B1 and D1.
[0048]
FIG. 13C is a diagram showing the state of the return light spot in the vicinity of the first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD when the objective lens is further away than when the optical disk is in focus when the light beam is out of focus. It is. When the optical disc is further beyond the capture range, the light components to which astigmatism is given by the first to fourth lens portions 31 to 34 of the focus error detecting optical element 18 are diagonally crossing the dividing line, respectively. Are incident on the quadrant region on the opposite side as a light spot enlarged from a line segment. Therefore, when the optical disc is further away than when focused, the area of these light spots is limited by the contour lines corresponding to the dividing lines L1 and L2 corresponding to the first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD. Therefore, it does not reach any of the light receiving elements, and FES becomes zero from the above equation (2).
[0049]
FIG. 13D shows the first to fourth cases in which the light beam from the optical pickup 100 is out of focus on the information recording surface of the optical disc, and the objective lens is closer than when the optical disc is in focus. It is the figure which showed the state of the return light spot in light receiving element 31PD-34PD. When the optical disk is close, the light provided with astigmatism by the first and third lens portions 31 and 33 in the first and third quadrant areas of the focus error detecting optical element 18 is received in the light receiving areas (B1, B2). ), (D1, D2), and becomes a line-shaped light spot extending in the L1 direction so as to cross the light receiving region. Further, the light provided with astigmatism by the second and fourth lens portions 32 and 34 in the second and fourth quadrant regions of the focus error detecting optical element 18 is on the light receiving regions A1 and C1 extending in the L2 direction. In this case, the light beams become linear light spots extending in the L2 direction. Therefore, when the optical disk is closer than when focused, these line-shaped light spots have the same shape and size (area), so that FES is received by the above equation (2). The region A1 and C1 output are positive values.
[0050]
FIG. 13E is a diagram showing the state of the return light spot in the vicinity of the first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD when the objective lens is further closer than when the optical disk is in focus when the light beam is out of focus. It is. When the optical disk is further closer than the capture range, the light components to which astigmatism is given by the first to fourth lens portions 31 to 34 of the focus error detecting optical element 18 are respectively diagonally crossing the dividing line. Are incident on the quadrant region on the opposite side as a light spot enlarged from a line segment. Therefore, when the optical disc is closer than the focused one, the area of these light spots is limited by the contour lines corresponding to the dividing lines L1 and L2 corresponding to the first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD. Therefore, it does not reach any of the light receiving elements, and FES becomes zero from the above equation (2).
[0051]
Therefore, if the FES represented by the above equation (2) is used as the focus error signal, the focus is when the FES is zero, and the optical disk is farther than the focus when the FES value is positive. When the value is a negative value, it can be determined that the optical disk is closer than the focused one. Therefore, an electric signal obtained by inverting the sign of the focus error signal FE is fed back, and an objective lens driving mechanism (not shown) provided in the objective lens 7 of the optical pickup 100 is set so that the FES value becomes zero. By controlling, reliable focusing servo control can be performed.
[0052]
In addition, the following formula (3), using the output of the light receiving element described above,
[0053]
[Equation 3]
RF = A1 + A2 + B1 + B2 + C1 + C2 + D1 + D2 (3)
If the value RF represented by is calculated, the recorded information recorded on the optical disc can be read from this RF signal.
[0054]
Further, the following formulas (4), (5), (6), (7),
[0055]
[Expression 4]
DPD1 = A1 + A2 (4),
DPD2 = B1 + B2 (5),
DPD3 = C1 + C2 (6),
DPD4 = D1 + D2 (7),
If the signal is calculated by a comparison detector for comparing phases from the values DPD1, DPD2, DPD3, and DPD4 expressed by the following, DPD tracking servo control can be performed using these signals. In this case, the arithmetic circuit has a comparison detector.
[0056]
In the focus error detection method in the optical pickup 100 described above, the light in the first to fourth quadrant areas of the return light is divided into the quadrants in the diagonal positions, so that there is interference between quadrants on each light receiving element. Absent. For this reason, even if the thickness of the optical disk is not constant and there is a thickness error depending on the location, there is no light leakage between quadrants, and no error occurs in the DPD tracking error signal. Since the degree of separation of the light beam in each quadrant on each light receiving element is increased, it is possible to prevent the deterioration of the DPD tracking error signal due to the optical axis shift of the light receiving element to some extent. Also, the combined use with the three beam system can be performed without any trouble.
[0057]
Further, since the dividing line of the light receiving element is set to extend in the radial direction, even if the optical axis shift or adjustment shift in the radial direction of the photodetector 19 occurs, as shown in FIG. Since the beam spot image moves along the bisecting line 60, there is no influence.
(Reduce noise across tracks)
In an optical pickup device that reproduces a signal using an astigmatism method from an optical disk having grooves and lands on the information recording surface, when the focus error signal is obtained from a quadrant photodetector, the light spot crosses the lands and grooves. The noise component due to the astigmatism in the 45 ° direction generated in the above was investigated.
[0058]
First, as shown in FIG. 15, the light spot SP is formed by irradiating a light beam on the land 131 and the groove 132 formed in a spiral or concentric shape on the information recording surface of the optical disc 5 by an irradiation optical system. The SP is moved in the radial direction from (a) to (d) as indicated by the broken line arrow, and the noise on the focus error signal when the light spot crosses the track is examined. However, when a so-called oblique astigmatism component in the 45 ° direction remains in the pickup optical system, a DVD-RAM optical disk made of a polycarbonate (PC) disk substrate is used. The groove width and land width of the optical disk 5 are equal.
[0059]
16 (a) to 16 (d) are mapped onto the light receiving surface of the quadrant photodetector 9 when the perfect light spot SP at the time of focusing is at the positions (a) to (d) shown in FIG. The light spot intensity distribution is shown respectively. In the vicinity of the center of the groove 132, the light spot intensity distribution as shown in FIG. 16 (a) is obtained, dark portions are generated in B2 and D2, and further, at the passing point in the vicinity of the taper 133 at the groove / land boundary, as shown in FIG. 16 (b). As shown in FIG. 16C, the light spot intensity distribution shown in FIG. 16 (c) is generated near the center of the land 131, and the dark parts appear in A2 and C2. Further, at the passing point near the taper at the land-groove boundary, the light spot intensity distribution as shown in FIG. 16 (d) is obtained, and dark portions are generated in C2 and D2, but as is apparent from the above formula of the focus error signal. , Canceled on output. Therefore, the influence of the track crossing noise on the focus error signal can be almost canceled.
[0060]
When the conventional quadrant detector is used, the in-focus state FES = 0 should be obtained, but because there is astigmatism in the 45 ° direction with respect to the track (tangential) direction, FIG. And the track cross signal in which the maximum and minimum occur in the state shown in (c) occurs, the FES does not become zero, and the track cross signal that repeats the maximum and minimum in the groove and land becomes noise to the FES. Noise has been eliminated.
(Other embodiments)
The second embodiment is the same as the above embodiment except that the focus error detecting optical element 18a shown in FIGS. 17 and 18 is employed instead of the focus error detecting optical element 18 shown in FIG. 7 of the above embodiment. It is. The focus error detecting optical element 18a is a deflecting prism surface inclined at different angles with respect to a plane perpendicular to the optical path of the return light on the input side of the first and third lens portions 31 and 33 in the first and third quadrants. Except for the provision of 181, it is the same as the focus error detecting optical element 18 shown in FIG. 7. In the case of this embodiment, the first light receiving element 31PD and the third light receiving element in the photodetector 19 are adjusted by adjusting the angle of the deflection prism surface 181 that is symmetrically inclined with respect to the plane including the dividing line L1 and the optical axis. An interval GAP of 33 PD can be set.
[0061]
19 and 20 show a focus error detecting optical element 18b of the third embodiment. The third embodiment is the same as the first embodiment except that the focus error detecting optical element 18b is used instead of the focus error detecting optical element 18 shown in FIG. 7 of the above embodiment. The focus error detection optical element 18b is inclined at different second angles with respect to the plane perpendicular to the optical path of the return light on the input side of the second and fourth lens portions 32 and 34 in the second and fourth quadrants. Except for providing a deflection prism surface 182 and demarcating the interval between the second light receiving element 32PD and the fourth light receiving element 34PD in the photodetector 19, it is the same as the optical element 18a for focus error detection shown in FIGS. is there. By providing the deflection prism surface 182, it is possible to spatially separate the return light for each quadrant without using a cylindrical lens in which the central axes of the second and fourth lens portions 32 and 34 are decentered. Further, in the case of the third embodiment, by adjusting the angles of the deflection prism surfaces 181 and 182 that are inclined symmetrically or asymmetrically with respect to the plane from the plane including the dividing line and the optical axis, The interval and position of the fourth light receiving elements 31PD to 34PD can be arbitrarily set.
[0062]
In the third embodiment, the focus error detecting optical element capable of combining the deflecting prism surface and the eccentric cylindrical lens is used. Instead, in the fourth embodiment, the first to the first elements shown in FIG. A focus error detecting optical element 18c using an eccentric cylindrical lens is adopted for all of the four lens portions 31 to 34. The focus error detecting optical element 18c has first and third lens portions 31c and 33c whose central axes are both deviated from the dividing line L2 to the first and fourth quadrants, and whose central axes are both first and first from the dividing line L1. 2nd and 4th lens parts 32c and 34c biased to 2 quadrants are provided.
[0063]
Further, as shown in FIG. 21, the center of each light spot image irradiated on the minimum scattering circular image plane moves with respect to the original optical axis before entering the optical element 18c for focus error detection. The row 19L of the first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD of the container 19 is arranged to be inclined with respect to the dividing line. FIG. 22 shows changes in the spot shape on the inclined light receiving element array 19L when the focal position of the objective lens of the optical pickup 100 changes. FIG. 22A shows a state in which the light beam is focused on the information recording surface of the optical disk, FIG. 22B shows a state in which the objective lens is out of focus farther than when the optical disk is in focus, and FIG. FIG. 22C shows a state in which the objective lens is out of focus closer than when the optical disk is in focus, and FIG. 22C shows a state in which the objective lens is out of focus even beyond the capture range. The spot shape is shown. 22A to 22E substantially correspond to spots (a) to (e) in FIG. As is clear from FIG. 22, each of the first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD has a substantially triangular shape including a right-angled contour line corresponding to the dividing line in accordance with the spot shape at the time of focusing. Therefore, even in the case of a spot that spreads outside the capture range (FIGS. 22C and 22E), the margins of the separated elements are secured, and unnecessary light does not leak into the adjacent light receiving elements.
(Capture range detection)
In the fifth embodiment, in addition to the first to fourth embodiments, a light receiving element for detecting a capture range is provided. Specifically, in the photodetector 19, as shown in FIG. 23, the auxiliary light receiving elements E and F that receive the return light outside the capture range are used as the contour lines PL1 and PL2 of the first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD. (Corresponding to the dividing lines L1 and L2). The sub-light-receiving elements F of the first and third light-receiving elements 31PD and 33PD can be integrated as shown in FIG.
[0064]
As shown in FIG. 24 (corresponding to FIG. 13), when the light beam deviates from the focal point (FIG. 24A) on the optical disk (FIGS. 24B and 24D), the first to fourth The light spot on the light receiving element becomes a line image by the astigmatism given thereto. This position is the capture range (S-characteristic peak). When the objective lens moves beyond the capture range and away from the focal point, the light spot that has become a line image changes to the opposite side of the line image (contour line) (FIGS. 24C and 24E). . Since the sub light receiving elements E and F for detecting the capture range are arranged in that region, the capture range detecting circuit connected to the sub light receiving elements E and F can detect the signal of the S-shaped characteristic peak sharply.
[0065]
The capture range detection circuit is configured so that when the sign of the sub light receiving element (E, F) is indicated as its output, the arithmetic circuit executes the calculation of the capture range detection signal CR represented by the following equation (8). it can.
[Equation 5]
CR = F + E (8)
[0066]
This is achieved by an arithmetic circuit that calculates the sum of the signals output from the secondary light receiving elements generated by the return light from the two pairs of regions existing at diagonal positions in the first to fourth quadrant regions.
[0067]
In addition, the light receiving areas (B1, B2), (C1, C2), (D1, D2), (A1, A2) and the sub light receiving elements (E, F) of the first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD are indicated. When expressed as the output, the arithmetic circuit can be configured to execute the calculation of the focus error signal FES represented by the following equation (9).
[Formula 6]
FES = (A1 + B2 + C1 + D2 + F) − (A2 + B1 + C2 + D1 + E)
...... (9)
[0068]
This is achieved by having a capture range arithmetic circuit that adds the difference between the signals E and F output from the secondary light receiving elements generated by the return light outside the capture range to the total difference between the signals output from the light receiving area. Is done. That is, when the signal generated by the signals detected by the sub light receiving elements E and F is subtracted from the focus error by defocusing outside the capture range, the focus error signal FES is rapidly reduced to 0 as shown in FIG. Can be approached. Thereby, it is possible to prevent an offset of a focus error signal in a multilayer disc such as a DVD in which a plurality of information recording surfaces are stacked in the film thickness direction.
[0069]
Further, in the sixth embodiment, the sub light receiving element E in the fourth light receiving element 34PD is integrated with the light receiving area A1 on the opposite side of the contour line PL2, and the sub light receiving element F in the first light receiving element 31PD is integrated on the side opposite to the contour line PL2. Is integrated with the light receiving region B2, the sub light receiving element F of the third light receiving element 33PD is integrated with the light receiving region D2 on the opposite side of the contour line PL2, and the sub light receiving element E of the second light receiving element 32PD is opposite to the contour line PL2. It is integrated into the light receiving area C2 on the side.
[0070]
In the configuration shown in FIG. 23, it is necessary to provide a sub light receiving element for each light receiving element, which increases the number of terminals for extracting a signal from the sub light receiving element and makes the calculation complicated. Therefore, as shown in FIG. 26, the sub-light-receiving element for detecting the capture range is integrated with a part of the light-receiving element in order to obtain a focus error. Although the output from the light receiving area which is not originally necessary is also added to the capture range detection signal, there is no problem because there is no light spot there originally. Further, the calculation for bringing the focus error close to 0 when defocusing is performed outside the capture range does not require an operation circuit in particular. A capture range detection signal CR expressed by the following equation (10) can be calculated.
[Expression 7]
CR = A2 + B2 + C2 + D2 (10)
[0071]
Furthermore, in the seventh embodiment, an example in which a pair of sub-photodetectors for three beams is provided for the differential push-pull method (DPP) is shown in FIG.
[0072]
Further, on both sides of the column 19L of the first to fourth light receiving elements 31PD to 34PD for detecting the capture range shown in FIG. 26, as shown in FIG. 27, a total light receiving output on the same side with respect to the dividing line L2 is obtained. By arranging the first sub-detector pair E1, E2 and the second sub-detector pair F1, F2, one of them is for the + 1st order sub-beam and the other is for the -1st order sub-beam, so that 3 The beam system can also be supported. In this case, the differential push-pull signal DPP and the spare signals SubRF1 and SubRF2 expressed by the following equation (11) can be calculated.
[Equation 8]
DPP = (E1 + F1-E2-F2)
+ (A1 + A2 + D1 + D2-B1-B2-C1-C2),
SubRF1 = E1 + E2,
SubRF2 = F1 + F2, (11)
[0073]
In the present invention, since a capture range signal can be obtained by using a sub-light-receiving element that can accurately know the capture range, for example, an objective lens caused by a focus shift in a pickup using an objective lens having a very small working distance. Can prevent collisions.
[0074]
Furthermore, the focus error signal can be quickly brought close to 0 by subtracting the signal obtained by the capture range detection detector from the focus error signal defocused outside the capture range. , No offset occurs in the focus error signal.
[0075]
The present invention is not limited to the above embodiments. Each of the embodiments described above is an exemplification, and any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and has the same operational effects can be used. It is included in the technical scope of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, a lens element combining a cylindrical lens has been described as an example of a focus error detection optical element. However, the present invention is not limited to this example, and focus error detection of other configurations is performed. For example, a blazed quadrant hologram element having the same function may be used. In short, an irradiation optical system that focuses a light beam on a track on an information recording surface of an optical recording medium to form a spot, and light detection optics that guides return light reflected and returned from the spot to a photodetector In an optical pickup apparatus having a system, the optical pickup device is divided into four from the center of the optical path on the plane perpendicular to the optical path of the return light, with two dividing lines extending corresponding to the extension direction of the track and the direction perpendicular to the extension direction. The astigmatism in the direction rotated by 90 degrees with respect to the return light passing through the adjacent areas on the same side with the dividing line as a boundary, and the return light Is divided into at least four for each region, and the separated return light is received, each having a contour line corresponding to the dividing line in the minimum scattering circular image surface due to astigmatism and substantially parallel to one of the contour lines. Divided by two dividing lines Two using a plurality of light receiving elements spaced consisting receiving region is the may be generated focus error signal from the sum of the difference of the signals output from the two light receiving areas of the light receiving element.
[0076]
In the embodiment, as shown in FIG. 6, the focus error detecting optical element 18 is arranged in the order of the photodetector 19, but has the same function as the focus error detecting optical element 18 and has a polarization function. A polarizing lens element having the same may be provided between the mirror 25 and the quarter wavelength 6.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the focus error detection optical element divides the return light from the optical disk into four optical paths and imparts predetermined astigmatism to the light in each of the divided optical paths. Since a photodetector composed of a plurality of two-divided light receiving elements arranged apart from each other is provided, it is less affected by track crossing noise and optical disk thickness error, and can be used in combination with the three-beam method or the DPD method. The focus detection sensitivity is high, and the optical pickup can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical pickup device.
FIG. 2 is a perspective view for explaining the operation of an astigmatism cylindrical lens in an optical pickup device.
3 is a perspective view for explaining the operation of a four-divided detector when a focal position is changed in the optical pickup shown in FIG.
4 is a configuration diagram of a focus error detection circuit in the optical pickup shown in FIG. 2. FIG.
5 is a graph showing a focus error signal characteristic obtained by the optical pickup shown in FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of an optical pickup that is an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view for explaining a focus error detecting optical element and a photodetector in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a focus error detection optical element in the optical pickup according to the embodiment of the invention.
FIG. 9 is a perspective view for explaining the operation of a focus error detecting optical element in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view for explaining the operation of the optical element for detecting a focus error in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view for explaining the operation of the optical element for detecting a focus error in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a plan view for explaining the operation of the photodetector in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a plan view for explaining the operation of the photodetector when the focal position is changed in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a plan view for explaining the operation of the photodetector in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating generation of noise across a track in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a plan view for explaining the operation of the photodetector with respect to the light intensity change at the time of focusing in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a perspective view illustrating an optical element for detecting a focus error in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a perspective view illustrating an optical element for detecting a focus error in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a perspective view illustrating an optical element for detecting a focus error in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a perspective view for explaining a focus error detecting optical element in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a perspective view illustrating a focus error detection optical element and a photodetector in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
22 is a plan view for explaining the operation of the photodetector when the focal position is changed in the optical pickup shown in FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a plan view for explaining the operation of the photodetector in the optical pickup according to the embodiment of the present invention;
FIG. 24 is a plan view for explaining the operation of the photodetector when the focal position is changed in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a graph showing a focus error signal characteristic obtained by the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a plan view for explaining the operation of the photodetector in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a plan view for explaining the operation of the photodetector at the time of focusing in the optical pickup according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor laser
2 grating
3 Polarizing beam splitter
4 Collimator lens
5 Optical disc
6 1/4 wave plate
7 Objective lens
18 Optical element for focus error detection
19 Photodetector
25 mirror
31 1st lens part
31PD 1st light receiving element
32 Second lens part
32PD second light receiving element
33 Third lens unit
33PD Third light receiving element
34 Fourth lens section
34PD 4th light receiving element
60 Dividing line
100 optical pickup
A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2
L1, L2 dividing line
PL1, PL2 contour line

Claims

光学式記録媒体の情報記録面上のトラックに光ビームを集光してスポットを形成する照射光学系、及び、前記スポットから反射されて戻った戻り光を光検出器へ導く光検出光学系を有し、前記光ビームの焦点誤差を検出する光ピックアップ装置であって、戻り光の光路に垂直な平面上において前記トラックの伸長方向及び該伸長方向に垂直な方向に対応して延在する２つの分割線を境に光路の中心から４分割された第１〜第４象限の領域を有し、前記分割線を境に同じ側の隣接する前記領域を通過する前記戻り光へ光路周りに互いに９０度回転した方向の非点収差を付与するとともに、前記戻り光を前記領域毎に少なくとも４つに分離する焦点誤差検出用光学素子と、分離された前記戻り光を受光し、各々が非点収差が付与された光学系において光ビームが円形となる像面における前記分割線に対応する輪郭線を有しかつ前記輪郭線の一方に略平行に伸長する２分割線により分割された２つの受光領域からなる離間した複数の受光素子を有する光検出器と、を有することを特徴とする光ピックアップ装置。 An irradiation optical system that focuses a light beam on a track on an information recording surface of an optical recording medium to form a spot, and a light detection optical system that guides return light reflected and returned from the spot to a photodetector And an optical pickup device that detects a focus error of the light beam, and extends in a direction perpendicular to the extension direction of the track and a direction perpendicular to the extension direction on a plane perpendicular to the optical path of the return light. The first to fourth quadrants divided from the center of the optical path with two dividing lines as a boundary, and each other around the optical path to the return light passing through the adjacent region on the same side with the dividing line as the boundary A focusing error detecting optical element for providing astigmatism in a direction rotated by 90 degrees and separating the return light into at least four for each region, and receiving the separated return light, each receiving astigmatism. In an optical system with aberration A plurality of spaced apart light receiving areas each having a contour line corresponding to the parting line on the image plane where the light beam is circular and divided by two parting lines extending substantially parallel to one of the contour lines. And an optical detector having a light receiving element.

前記受光素子の前記２分割線は、前記トラックの伸長方向に垂直な方向に対応して延在す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。 2. The optical pickup device according to claim 1, wherein the two-part dividing line of the light receiving element extends in a direction perpendicular to an extension direction of the track.

前記受光素子の前記２分割線は、非点収差が付与された光学系において光ビームが円形となる像面における前記受光素子上の受光した前記戻り光のスポットによって生じる前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号が略等しくなる位置に、延在することを特徴とする請求項１又は２記載の光ピックアップ装置。 The two dividing lines of the light receiving element are the two light receptions of the light receiving element caused by the spot of the return light received on the light receiving element on the image plane where the light beam is circular in the optical system provided with astigmatism. 3. The optical pickup device according to claim 1, wherein the optical pickup device extends to a position where signals output from the region become substantially equal.

前記受光素子に接続され、前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号の差分の合計から焦点誤差信号を生成する演算回路を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の光ピックアップ装置。 4. The arithmetic circuit according to claim 1, further comprising an arithmetic circuit that is connected to the light receiving element and generates a focus error signal from a sum of differences of signals output from two light receiving regions of the light receiving element. Optical pickup device.

非点収差によって生じる２つの線像範囲外における前記戻り光を受光する副受光素子を、前記受光素子の前記分割線に対応する前記輪郭線に沿って配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１記載の光ピックアップ装置。 The sub-light-receiving element that receives the return light outside two line image ranges caused by astigmatism is arranged along the contour line corresponding to the dividing line of the light-receiving element. 5. The optical pickup device according to any one of 4 above.

前記副受光素子に接続されかつ、前記第１〜第４象限の領域における対角位置に存在する２組の領域からの前記戻り光により生じる前記副受光素子から出力される信号の和を演算する演算回路を有することを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。 The sum of signals output from the sub light receiving element generated by the return light from the two sets of areas connected to the sub light receiving element and present at diagonal positions in the first to fourth quadrant areas is calculated. 6. The optical pickup device according to claim 5, further comprising an arithmetic circuit.

前記受光素子及び前記副受光素子に接続されかつ、前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号の差分の合計に、前記第１〜第４象限の領域における対角位置に存在する２組の領域からの前記戻り光により生じる前記副受光素子から出力される信号の差分を、加算するキャプチャーレンジ演算回路を有することを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。 Two sets that are connected to the light receiving element and the sub light receiving element and exist at diagonal positions in the first to fourth quadrants in the sum of the differences of signals output from the two light receiving areas of the light receiving element. 6. The optical pickup device according to claim 5, further comprising a capture range arithmetic circuit for adding a difference between signals output from the sub light receiving element generated by the return light from the region.

前記副受光素子を、前記受光素子の前記分割線に対応する前記輪郭線の反対側の前記受光領域に、一体化したことを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。 6. The optical pickup device according to claim 5, wherein the sub light receiving element is integrated with the light receiving region on the opposite side of the contour line corresponding to the dividing line of the light receiving element.

前記焦点誤差検出用光学素子は、前記第１〜第４象限の領域における一方の対角位置にそれぞれ配置される前記分割線の伸長方向を中心軸とするシリンドリカルレンズと、他方の対角位置にそれぞれ配置される前記分割線の伸長方向に対し９０度をなす方向を中心軸とするシリンドリカルレンズと、からなり、少なくとも一方の対角位置の領域にそれぞれ配置された前記シリンドリカルレンズの前記中心軸は前記分割線から平行に偏心させたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１記載の光ピックアップ装置。 The focus error detecting optical element includes a cylindrical lens centering on the extending direction of the dividing line, which is arranged at one diagonal position in the first to fourth quadrant regions, and the other diagonal position. A cylindrical lens whose central axis is a direction that forms 90 degrees with respect to the extending direction of the dividing line that is arranged, and the central axis of each of the cylindrical lenses that is arranged in at least one diagonal region is The optical pickup device according to claim 1, wherein the optical pickup device is eccentric in parallel with the dividing line.