JP2003242665A - 焦点誤差検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集束位置が異なる２つのサブビームを用い、
復路光学系における光量変化手段への入射状態（位置、
形状）の変化を利用して焦点誤差信号を得る焦点誤差検
出装置では、デフォーカス時にサブビーム強度検出用光
検出器にメインビームが漏れ込み、焦点誤差信号が得ら
れなくなるという課題があった。 【解決手段】メインビーム３１とサブビーム３２ａ、３
２ｂの偏光方位を変える。１／４波長板１６と偏光ビー
ムスプリッタ１３の組み合わせで、メインビーム３１と
サブビーム３２ａ、３２ｂを異なる光検出器面で検出す
るようにし、互いの光がそれぞれの光検出器へ混入する
ことを防ぐ。このことにより、焦点誤差信号検出範囲が
拡大し、また情報再生信号の信号品質も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報記録媒体に
情報の記録再生を行う光ピックアップ装置に備えられ、
情報媒体に対する光ピックアップ装置の焦点制御に適用
される焦点誤差検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、いわゆるマルチメディアの興隆に
伴い、デジタルの静止画や動画などの大容量のデータが
モバイル機器で取り扱われるようになってきている。そ
のようなデータは、一般に、光ディスクなどの大容量の
記録媒体に蓄積され、必要に応じてランダムアクセスし
て再生される。光ディスクは、ランダムアクセスが可能
であり、フレキシブル磁気ディスクなどの磁気記録媒体
よりも記録密度が高いため、上述の記録媒体として利用
されている。

【０００３】データの記録再生が可能な光ディスクの一
例として、相変化媒体が実用化されている。この相変化
媒体では、記録膜上に光ビームを集光させ、それにより
発生する熱によって記録膜に結晶質と非晶質の部分を選
択的に形成することで記録を行う。記録された情報の再
生は、結晶質と非晶質の両部分からの反射光量に差が生
じることを利用して行う。

【０００４】光ビームの形成には、光ピックアップ装置
が用いられる。光ピックアップ装置は、半導体レーザを
光源として、対物レンズにより微小な光スポットを光デ
ィスクに照射する。例えば、対物レンズの開口数が０．
６０、半導体レーザの波長が０．６５５μｍの場合、直
径約０．９μｍの集光スポットが光ディスクの記録膜に
形成される。この集光スポットを用いて記録膜に対する
データの記録と記録膜からのデータの再生を行う。光デ
ィスクは、データの記録再生時にスピンドルモータによ
り回転されるが、その際、面振れにより焦点誤差が発生
する。面振れにより光ディスクがレーザビームの焦点位
置からずれると、光ディスク面上のスポット径が大きく
なるため、再生時においては信号の変調度が低下して正
確な情報読み取りができなくなり、記録時においては微
小領域に所望の温度上昇が得られず正確な情報記録がで
きなくなる。そこで、光ディスクの焦点誤差を光学的に
検出する焦点誤差検出装置と、絞り込みビームの集光位
置を光ディスクに追従させるレンズアクチュエータ等を
備えた自動焦点制御機構が必要になる。対物レンズの開
口数が０．６０、波長０．６５５μｍの場合、焦点深度
は±１μｍとなるので、この範囲に集光位置を制御する
必要がある。

【０００５】モバイル用途の光ディスク読み出し装置と
しては、従来より、直径３０ｍｍ〜５０ｍｍの小径の光
ディスクに超小型の光ピックアップ装置を用いて情報の
記録再生を行う光ディスク装置が開発されている。例え
ば、日経エレクトロニクス２００１年７月１６日号に
は、半導体レーザ、光検出器、ミラーなどが集積された
「Ｓｉサブマウント」と、対物レンズ、１／４波長板、
偏光ビームスプリッタなどの光学部品から成る「光学ブ
ロック」とを合体した構造を有し、４．９３ｍｍ×３．
３ｍｍ×１．４ｍｍの外形寸法を実現した光ピックアッ
プ装置が記載されている。しかしながら、このような光
ピックアップ装置は、半導体レーザ、光検出器、光学部
品を集積化一体化した構造であるので、個別の位置調整
ができず、焦点誤差信号のオフセット調整が困難になる
という不都合がある。そこで、この超小型光ピックアッ
プ装置では、「Ｓｉサブマウント」と「光学ブロック」
の合体時に、実際に半導体レーザを発光させて、これを
光検出器でとらえながら最適位置への調整がなされる。
しかし、この手法では、調整コストの増加や、調整時の
部品性能劣化による歩留まり低下という別の不都合が発
生する。また、この超小型光ピックアップ装置では、焦
点誤差信号の検出にはビームサイズ法、トラッキング誤
差信号の検出にはプッシュプル法という一般的な手法が
採用されているが、スポットサイズ法、非点収差法、フ
ーコー法等の一般的な焦点誤差信号検出方式では、焦点
誤差信号のオフセット調整に光軸方向の調整が必要であ
り、小型化のため調整用光学部品を省略すると光学的調
整ではオフセットが除去できないという不都合もあっ
た。なお、電気的なオフセット調整によっても、ある程
度の補正は可能であるが、調整可能な範囲が光学的な調
整に比べて小さいため、焦点誤差信号のオフセットを低
減するためには光学部品の位置精度を初期状態で厳しく
管理する必要があり、光ピックアップ装置の組立コスト
が増加する。

【０００６】これらの課題を解決すべく、本願発明者ら
は先に図６乃至図１０に示す新しい焦点位置検出装置を
提案した。図６は本願発明者等が先に提案した焦点誤差
検出装置を適用した光ピックアップ装置の構成図、図７
は図６の焦点誤差検出装置に備えられる回折素子上の回
折格子の形状を説明する図、図８は図６の焦点誤差検出
装置における焦点誤差信号検出の原理を説明する図、図
９は図６の焦点誤差検出装置に備えられる光検出器上の
受光部の配置と光ビーム集光スポットとの位置関係及び
焦点誤差信号の演算回路を説明する図、図１０は図６の
焦点誤差検出装置から得られる焦点誤差信号波形と焦点
誤差との関係を説明する図である。

【０００７】図６において、半導体レーザ１１から放射
された光ビームは、コリメータレンズ１２に発散光ビー
ムとして入射し、コリメータレンズ１２により平行光ビ
ームとされる。この平行光ビームはビームスプリッタ１
３と回折素子４（サブビーム発生手段）を通過後、対物
レンズ１７により光ディスク１に集光される。光ディス
ク１で反射した光ビームは再び対物レンズ１７に入射
し、回折素子４（光量変化手段）を通過後、ビームスプ
リッタ１３に入射する。ビームスプリッタ１３で反射し
た光ビームはレンズ１８により集光されて光検出器５
（光検出手段）に入射する。光検出器５は複数の受光部
を備えており、焦点誤差信号（以下、ＦＥＳと表す）、
トラッキング誤差信号（以下、ＴＥＳと表す）、情報再
生信号（以下、ＲＦ信号と表す）等が検出される。

【０００８】回折素子４は、図６及び図７に示すよう
に、ガラスやプラスチック等からなる透明基板１４の表
面に、光ビームの一部の領域から２つのサブビームを発
生させるホログラムパターン（回折格子）１５ａ、１５
ｂを形成してなる。これらの各回折格子１５ａ、１５ｂ
によって生成される２つのサブビーム（±１次回折光）
はメインビーム（０次回折光）の集光点に対して、Ｘ方
向（光ディスク１のディスク面方向）にａμｍ、Ｚ方向
（光軸方向）にｂμｍずれた位置に集光するようになっ
ている。光ビームの自動焦点制御は、光検出器５から検
出したＦＥＳに基づき、図示しない駆動機構を用いて対
物レンズ１７単体あるいは光ピックアップ装置１０全体
をＺ方向に移動させることにより行われる。

【０００９】図７は回折素子４を光ディスク１側から見
た図である。破線で示した領域は対物レンズ１７の有効
径に対応する光ビーム入射領域２１であり、この光ビー
ム入射領域２１の一部に回折格子１５ａ、１５ｂが形成
されている。回折格子１５ａ、１５ｂの形状は、Ｘ方向
が長辺、Ｙ方向が短辺となる矩形であり、Ｘ方向が回折
方向となっている。そして、回折格子１５ａ、１５ｂに
は、メインビーム（０次回折光）の集光点に対して手前
側と奥側に略対称にデフォーカスした位置に２つのサブ
ビーム（±１次回折光）を集光させるホログラムパター
ンが形成されている。

【００１０】図８（ａ）〜（ｃ）を用いてＦＥＳ検出の
動作原理について説明する。なお、図８（ａ）〜（ｃ）
においては、説明のために図６の光学系を簡略化し、復
路光学系を展開して光ビームが光ディスク１を透過する
ように表している。また、往路光学系の回折素子４で発
生した２つのサブビームの一方のみを示している。

【００１１】半導体レーザ１１から出射された光ビーム
は、コリメータレンズ１２で平行光に変換される。平行
光は回折素子４に形成された回折格子１５ａ、１５ｂに
入射する。さらに、対物レンズ１７を通過して光ディス
ク１に集光される。その後、光ディスク１を通過して
（実際は反射して）、再び対物レンズ１７を通過して回
折素子４に入射する。回折格子１５ａ、１５ｂを透過し
た光ビームは、レンズ１８により光検出器５に集光され
る。

【００１２】図８（ａ）は光ディスク１が対物レンズ１
７の焦点にある場合で、往路光学系の回折格子１５ａ、
１５ｂで発生した光ビームは、ほぼ全光量が復路光学系
の回折格子１５ａ、１５ｂに入射し、その後レンズ１８
で集光されて光検出器５に入射する。また、図８（ｂ）
は光ディスク１が焦点より近くにある場合であり、図８
（ｃ）は光ディスクが焦点より遠くにある場合である。
このとき、往路光学系の回折格子で発生した光ビーム
は、復路光学系の回折格子１５ａ、１５ｂの位置からず
れるため、入射光量が減る。したがって、焦点位置にあ
るとき復路光学系の回折格子を透過する光は最大とな
る。

【００１３】もう一方のサブビームについても同様に、
光ディスク１の位置に応じて復路光学系で回析素子４
（光量変化手段）で回折する光量が変化する。２つのサ
ブビームはメインビームの焦点位置に対して対称にデフ
ォーカスした位置に焦点を形成するようになっているの
で、これら２つのサブビームについてトータル光量の差
信号を演算することで、メインビームの焦点位置でゼロ
クロスするＳ字曲線状のＦＥＳが得られる。

【００１４】図９に示すように、光検出器５は５つの受
光部１０１〜１０５で構成される。受光部１０１には往
路の−１次回折光かつ復路の−１次回折光である１対の
スポット１１１が集光される。受光部１０２には往路の
−１次回折光かつ復路の０次回折光である１対のスポッ
ト１１２と、往路の０次回折光かつ復路の−１次回折光
である１対のスポット１１３が集光される。受光部１０
３には往路の０次回折光かつ復路の０次回折光であるス
ポット１１４と、往路の−１次回折光かつ復路の＋１次
回折光である１対のスポット１１５と、往路の＋１次回
折光かつ復路の−１次回折光である１対のスポット１１
６が集光される。受光部１０４には往路の＋１次回折光
かつ復路の０次回折光である１対のスポット１１７と、
往路の０次回折光かつ復路の＋１次回折光である１対の
スポット１１８が集光される。受光部１０５には往路の
＋１次回折光かつ復路の＋１次回折光である１対のスポ
ット１１９が集光される。したがって、５つの受光部に
対して９つのスポットが形成される。

【００１５】スポット１１２とスポット１１３、スポッ
ト１１５とスポット１１６、スポット１１７とスポット
１１８は、ほぼ同じ位置に集光する。受光部１０１〜１
０５からの出力信号をＦ〜Ｊであらわすと、ＦＥＳは差
動増幅器１２１（信号演算手段）の出力信号ＦＥＳ＝Ｆ
−Ｊで演算される。受光部１０２，１０３，１０４はＴ
ＥＳやＲＦ信号の検出や光検出器５の位置調整に利用さ
れる。

【００１６】図１０に実際に得られるＦＥＳを、出力信
号Ｆ，出力信号Ｊと共に示す。横軸は光ディスクの焦点
位置からのずれ量（フォーカス誤差）、縦軸は出力信号
強度（任意単位）を示している。

【００１７】光検出器５とスポット１１１〜１１９の位
置調整は、光量が最大である１１４が受光部１０３の中
央に入射するようにすればよい。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、本願発明者等
が先に提案した焦点誤差検出方法では、同じ光検出器面
でＦＥＳとＲＦ信号を検出していたので、以下の課題が
あった。

【００１９】光ディスク１の合焦点付近では、メインビ
ーム、サブビームともに絞られた状態で光検出器５に入
射する。しかし、光ディスク１のデフォーカスが大きく
なると、光検出器５の面上でメインビームのスポット１
１４が拡大し、ＦＥＳ検出に用いられる受光部１０１，
１０５にもメインビームが漏れ込み入射するようにな
る。メインビームの光量はサブビームの数十倍であるの
で、その一部がサブビーム用の受光部に入射すれば、メ
インビームの受光量がサブビームの受光量より大きくな
る場合があり、このときＦＥＳ検出はできなくなる。図
１０の信号波形においても、±４０μｍ以上のデフォー
カスで出力信号Ｆ、Ｊが急激に増大することが読み取れ
る。この影響により±４０μｍ以上のデフォーカスでは
ＦＥＳは不安定となる。例えば、このとき光検出器に位
置ずれが生じていると、受光部１０１，１０５に入射す
るメインビームの光量は等しくないため、出力信号Ｆ、
Ｊの差はゼロとはならず、ＦＥＳはＳ字形状の理想的な
波形を示さなくなる。

【００２０】この問題を防ぐために、メインビームがあ
る程度の光量以上であるとき、すなわち光ディスク１が
合焦点付近にある時だけ、ＦＥＳ検出を行うような回路
処理を行うが、この場合、その処理のための部品点数が
増大し、ＦＥＳ検出のための判断制御も複雑なものとな
る。またＦＥＳの検出範囲も広くとれない。

【００２１】また、ＲＦ信号検出用の受光部１０３に
は、メインビーム１１４と共にサブビームの迷光１１
５，１１６も入射する。光ビーム１１５，１１６は、光
ディスク１の情報信号の成分を含まないものの、その光
強度はメインビーム１１４の５％程度もあり、ＲＦ信号
の変調度を下げる要因となっており、その結果、ＲＦ信
号の品質劣化が引き起こされていた。

【００２２】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、光ピックアップ装置の光軸方向の調整が
不要で、光検出手段の位置調整精度も大幅に緩和可能で
あり、ＦＥＳ検出範囲が広く、ＲＦ信号品質を向上させ
た焦点誤差検出装置を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
達成するため、光源から出射した光ビームを集光手段に
より情報媒体に集光する往路光学系と、上記情報媒体で
反射した光ビームを上記集光手段により取り込み光検出
手段に導いて信号を生成する復路光学系とで構成され、
上記往路光学系に、メインビームの集光点に対して略対
称なデフォーカス位置に集束する２つのサブビームを発
生するサブビーム発生手段を備え、上記復路光学系に、
上記情報媒体で反射した光ビームに光量変化を与える光
量変化手段と、当該光量変化手段を通過した２つのサブ
ビームの光量を独立して検出する２つの受光部を備えた
光検出手段と、上記２つの受光部からの出力信号の差信
号を出力する信号演算手段を備えた焦点誤差検出装置で
あって、上記情報媒体に照射されるメインビームと上記
情報媒体に照射されるサブビームとの偏光状態が異なっ
ていることを特徴とする。

【００２４】このように、往路光学系にメインビームの
集光点に対して略対称なデフォーカス位置に集束する２
つのサブビームを発生するサブビーム発生手段を備える
と共に、復路光学系に情報媒体で反射した光ビームに光
量変化を与える光量変化手段と、当該光量変化手段を通
過した２つのサブビームの光量を独立して検出する２つ
の受光部を備えた光検出手段と、上記２つの受光部から
の出力信号の差信号を出力する信号演算手段を備え、情
報媒体に照射されるメインビームと情報媒体に照射され
るサブビームとの偏光状態を互いに異ならせると、ＲＦ
信号検出に用いる光ビームとＦＥＳ検出に用いる光ビー
ムとを偏光方位の違いを利用して完全に分離できるの
で、大きなデフォーカスによるＦＥＳの乱れを抑制する
ことができ、ＦＥＳの検出範囲を拡大できると共に、Ｒ
Ｆ信号の品質を向上させることができる。また、ＦＥＳ
検出用の光検出器と光ビームの位置調整は、光ビームの
集光スポットがそれぞれ所定の受光部に入射するように
合わせるだけでよく、光ピックアップ装置の光軸方向の
調整が不要になるので、各光学部品の位置調整の工程を
簡単化することができる。さらに、プッシュプル法を利
用してＴＥＳ信号検出を行う場合は、受光部の分割線に
光ビームの中心を合わせる必要があるが、サンプルサー
ボのような手法でＴＥＳ信号を検出する場合には、１つ
の受光部で光ビームを受光すればよいので、高精度の位
置調整が不要となり、光検出器と光ビームの位置調整に
要する工程を大幅に簡略化することができる。

【００２５】また、本発明は、前記の課題を達成するた
め、上記情報媒体に照射されるメインビームは円偏光で
あり、上記情報媒体に照射されるサブビームは直線偏光
であることを特徴とする。

【００２６】円偏光から直線偏光への変換及び直線偏光
から円偏光への変換は、往路光学系及び復路光学系に１
／４波長板を備えるだけで行うことができるので、情報
媒体に照射されるメインビームを円偏光とし、情報媒体
に照射されるサブビームを直線偏光とすると、往路光学
系及び復路光学系の構成を簡単なものにすることがで
き、焦点誤差検出装置を小型かつ安価に実施することが
できる。

【００２７】また、本発明は、前記の課題を達成するた
め、上記往路光学系及び上記復路光学系は、それぞれ偏
光ビームスプリッタと１／４波長板とを備え、かつ上記
１／４波長板は上記偏光ビームスプリッタと上記情報媒
体の間におかれており、上記情報媒体に照射されるメイ
ンビームは、上記往路光学系で１／４波長板を透過し、
上記情報媒体に照射されるサブビームは上記往路光学系
で上記１／４波長板を透過しないことを特徴とする。

【００２８】このように、往路光学系及び復路光学系に
偏光ビームスプリッタと１／４波長板とを備え、かつ１
／４波長板を偏光ビームスプリッタと情報媒体の間に配
置し、情報媒体に照射されるメインビームは、往路光学
系で１／４波長板を透過し、情報媒体に照射されるサブ
ビームは往路光学系で上記１／４波長板を透過しないと
いう構成にすると、往路光学系及び復路光学系に偏光ビ
ームスプリッタと１／４波長板とを備えるだけで、１つ
の半導体レーザよりＦＥＳの検出、ＴＥＳの検出及びＲ
Ｆ信号の検出に必要な複数の偏光方位が異なるビームを
生成することができるので、往路光学系及び復路光学系
の構成を簡単なものにすることができ、焦点誤差検出装
置を小型かつ安価に実施することができる。

【００２９】また、本発明は、前記の課題を達成するた
め、上記サブビーム発生手段及び上記光量変化手段は回
折格子よりなり、これらサブビーム発生手段及び光量変
化手段の形状は回折格子の回折方向が長辺となる矩形で
あり、これらサブビーム発生手段及び光量変化手段は上
記メインビームの光軸を含まず、かつ、上記メインビー
ムの光軸に対して点対称に配置されることを特徴とす
る。

【００３０】このように、回折格子よりなるサブビーム
発生手段及び光量変化手段の形状を回折格子の回折方向
が長辺となる矩形とし、メインビームの光軸を含まず、
かつ、メインビームの光軸に対して点対称に配置する
と、半導体レーザより出射された光ビームの一部の領域
からメインビームの集光点に対して略対称なデフォーカ
ス位置に集束する２つのサブビームを生成することがで
きるので、往路光学系及び復路光学系の構成を簡単なも
のにすることができ、焦点誤差検出装置を小型かつ安価
に実施することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る焦点誤差検出
装置及びそれを用いた光ピックアップ装置の実施の形態
を図１乃至図５に基づいて説明する。図１は実施形態例
に係る焦点誤差検出装置を適用した光ピックアップ装置
の構成を示す図、図２は実施形態例に係る焦点誤差検出
装置に備えられるサブビーム発生素子の回折格子の形状
を説明する図、図３は実施形態例に係る焦点誤差検出装
置におけるサブビーム発生素子の役割を説明する図、図
４は実施形態例に係る焦点誤差検出装置に備えられる光
検出器上の受光部の配置と光ビーム集光スポットとの位
置関係及び焦点誤差信号の演算回路を説明する図、図５
は実施形態例に係る焦点誤差検出装置から得られる焦点
誤差信号波形と焦点誤差との関係を説明する図である。
なお、ここでは本発明に係る情報媒体の一例としてディ
スク状の情報媒体である光ディスクに適用して例を示す
が、本発明はこのような構造に限定されるものではな
く、カード状、シート状といった情報媒体にも適用可能
である。

【００３２】（実施の形態１）図１において、半導体レ
ーザ１１として波長λ＝６５５ｎｍのものが使用され
る。半導体レーザ１１から放射された光ビームはコリメ
ータレンズ１２に発散光ビームとして入射し、コリメー
タレンズ１２により平行光ビームとされる。コリメータ
レンズ１２としては、焦点距離５．５ｍｍ、開口数０．
１２のものが使用される。したがって、平行光ビームの
直径は１．３２ｍｍである。この平行光ビームは偏光ビ
ームスプリッタ（ＰＢＳ）１３とサブビーム発生素子３
を通過後、対物レンズ１７により光ディスク１に集光さ
れる。対物レンズ１７としては、焦点距離１ｍｍ、開口
数０．６０のものが使用される。したがって、対物レン
ズ１７に入射する平行光ビームの直径は１．２ｍｍとな
る。集光スポットは、直径約０．９μｍの略円形であ
る。

【００３３】ＰＢＳ１３の偏光膜１３ａは、Ｐ偏光（紙
面に平行な成分をもつ直線偏光）の透過率が１００％、
Ｓ偏光（紙面に垂直な成分を持つ直線偏光）の透過率が
０％となるよう設計されている。半導体レーザ１１は、
半導体レーザ１１から放射された光がＰ偏光となるよう
配置する。

【００３４】サブビーム発生素子３は、１／４波長板１
６と回折格子（サブビーム発生手段）からなり、ガラス
やプラスチック等からなる透明基板１４の表面の一部
に、２つのサブビーム３２ａ、３２ｂを発生させるホロ
グラムパターン（回折格子）１５ａ、１５ｂが形成され
ている。２つのサブビーム（±１次回折光）３２ａ，３
２ｂはメインビーム（０次回折光）３１の集光点に対し
て、Ｘ方向にａμｍ、Ｚ方向（光軸方向）にｂμｍずれ
た位置に集光するようになっている。また１／４波長板
１６は、回折格子１５ａ、１５ｂが形成されていない領
域に設けられている。１／４波長板１６は、往路でＰ偏
光を円偏光に、復路で円偏光をＳ偏光に変換する役割を
果たす。

【００３５】光ディスク１の情報記録面で反射された３
本の光ビーム３１，３２ａ，３２ｂは、再び対物レンズ
１７を経て、回折格子（光量変化手段）１５ａ，１５
ｂ、１／４波長板１６を備えたサブビーム発生素子３を
通過し、ＰＢＳ１３に入射する。メインビーム３１の反
射戻り光の大部分はＰＢＳ１３において反射され、レン
ズ１８により集光されて光ビーム３３となり、複数の受
光部１９を備えた光検出器５に入射する。

【００３６】また、サブビーム３２ａ、３２ｂの反射戻
り光の大部分はＰＢＳ１３を透過する。光源側において
も、半導体レーザ１１とともに、光検出器が集積化ユニ
ット２内に収められており、サブビーム３２ａ，３２ｂ
の反射戻り光はレンズ１２により集光されて、光ビーム
３４ａ，３４ｂとなり、受光部２０ａ，２０ｂに導かれ
る。受光部２０ａ，２０ｂからはＦＥＳが、受光部１９
からはＴＥＳ、ＲＦ信号が検出される。得られたＦＥＳ
に基づき図示しない駆動機構を用いて対物レンズ単体あ
るいは光ピックアップ装置全体をＺ方向に移動させて自
動焦点制御が行われる。図１はメインビーム３１が光デ
ィスク１の情報記録面に集光されたときの状態を示して
おり、このとき受光部２０ａ、２０ｂには、それぞれデ
フォーカス状態の光ビーム３４ａ，３４ｂが入射する。

【００３７】図２（ａ）に、サブビーム発生素子３を光
ディスク側から見た図を示す。図２（ｂ）はその断面図
である。破線で示した領域は対物レンズ１７の有効径に
対応する光ビーム入射領域２１であり、直径１．２ｍｍ
の円形である。この光ビーム入射領域の一部に回折格子
１５ａ、１５ｂが形成されており、それ以外の領域には
１／４波長板１６が設けられている。回折格子１５ａ、
１５ｂの形状は、Ｘ方向が長辺、Ｙ方向が短辺となる矩
形であり、Ｘ方向が回折方向となっている。具体的に
は、回折格子１５ａは光軸中心からＸ方向に０ｍｍ、Ｙ
方向に０．４ｍｍずれた位置が中心で、Ｘ方向の幅が
０．７５ｍｍ、Ｙ方向の幅が０．１ｍｍの矩形であり、
回折格子１５ｂは光軸中心からＸ方向に０ｍｍ、Ｙ方向
に−０．４ｍｍずれた位置が中心で、Ｘ方向の幅が０．
７５ｍｍ、Ｙ方向の幅が０．１ｍｍの矩形である。そし
て、回折格子１５ａ、１５ｂには、メインビーム（０次
回折光）３１の集光点に対して手前側と奥側に略対称に
デフォーカスした位置に２つのサブビーム（±１次回折
光）３２ａ，３２ｂを集光させるホログラムパターンが
形成されている。具体的には、Ｘ方向に５０μｍ、Ｚ方
向（光軸方向）に１５μｍずれた位置に集光するように
なっている。図１の表記に対応させると、ａ＝５０μ
ｍ、ｂ＝１５μｍとなる。回折格子の回折効率は、例え
ば、０次回折効率２０％、１次回折効率４０％（＋１次
と−１次がそれぞれ４０％）に設定されている。サブビ
ーム３２ａ、３２ｂはメインビーム３１の集光点に対し
てデフォーカスしており、トラックの影響を受けないの
で、光ディスク１の任意の位置に配置できる。しかし、
２つのサブビーム３２ａ，３２ｂが反射率の異なる領域
にまたがると、ＦＥＳにオフセットが発生して集光点が
焦点深度の範囲外となる原因になるので、回折方向（Ｘ
方向）はトラックに沿った方向（タンジェンシャル方
向）とすることが好ましい。

【００３８】一方、１／４波長板１６の光軸は、Ｘ軸、
Ｙ軸と４５度の角度をなす方向（矢印Ｅの方向）に設定
されている。このとき１／４波長板１６は、Ｘ軸あるい
はＹ軸に平行な成分をもつ直線偏光を円偏光に変換し、
また逆に円偏光を直線偏光に変換する役割を果たす。往
路において、Ｘ軸に平行な成分をもつ直線偏光は、１／
４波長板透過後、円偏光となり、光ディスクで反射され
再び１／４波長板を透過した後、Ｙ軸に平行な成分をも
つ直線偏光となる。すなわち、往路と復路で１／４波長
板を透過することによって、直線偏光の偏光方向は９０
度回転することとなる。したがって、往復路で回折格子
１５ａ、１５ｂ領域を透過する光ビームと、往復路で１
／４波長板１６領域を透過する光ビームとでは、反射戻
り光での偏光方位が異なる。

【００３９】サブビーム発生素子の役割について、図３
を用いてさらに詳しく説明する。半導体レーザから出射
されＰＢＳ１３に入射する光４１はＰ偏光であり、ＰＢ
Ｓ１３を透過して、回折格子１５と１／４波長板１６と
を備えたサブビーム発生素子３に入射する。光ビーム４
１のうち、回折格子１５の領域を透過した光ビームから
は、−１次回折光４３、０次回折光４４、＋１次回折光
４５の３本の光ビームが形成され、これらの光ビームは
Ｐ偏光の状態で対物レンズによって光ディスク上に集光
される。そして、光ディスクで反射され、対物レンズを
経て再びサブビーム発生素子３に入射する。このとき、
回折格子１５を透過した光ビーム４６はＰ偏光であり、
ＰＢＳ１３を透過する。この光ビーム４６からＦＥＳが
得られる。一方、往路でサブビーム発生素子３に入射す
る光ビーム４１のうち、１／４波長板１６を透過した光
ビーム４２は円偏光となり、光ディスク上に集光され
る。そして、光ディスクで反射された光ビームは、再び
サブビーム発生素子３に入射する。このとき、再び１／
４波長板１６を透過した光ビーム４７はＳ偏光となり、
ＰＢＳ１３で反射される。この光ビーム４７から、ＴＥ
Ｓ信号及びＲＦ信号が検出される。従って、１／４波長
板１６とＰＢＳ１３を組み合わせることによって、ＦＥ
Ｓ検出に用いる光ビーム４６と、ＲＦ検出に用いる光ビ
ーム４７を完全に分離することができる。

【００４０】往路光学系において発生した４本の光ビー
ムは、さらに復路の光学系においてサブビーム発生素子
を通過する時に４分割されるため、光検出器面には計１
６本の光ビームが入射することになる。図４（ａ）、図
４（ｂ）は、ＦＥＳ検出用及びＲＦ信号検出用の光検出
器面における各光ビームの集光スポットと受光部パター
ンの位置関係を示しており、この図を用いて各光ビーム
の光路について説明する。

【００４１】往路光学系で１／４波長板を透過し媒体に
照射される光ビーム４１は円偏光であり、復路光学系で
サブビーム発生素子を通過する時に、１／４波長板を透
過する光ビーム６１、回折格子で回折される−１次回折
光６２、０次回折光６３、＋１次回折光６４に分割され
る。光ビーム６１は１／４波長板によってＳ偏光とな
り、ＲＦ信号検出用の光検出器面に導かれる。光ビーム
６２、６３、６４は、円偏光の状態でＰＢＳ１３に入射
され、ＰＢＳ１３において２分割される。各光ビームの
一部６２ａ、６３ａ、６４ａは、ＲＦ信号検出用の光検
出器面に導かれ、６２ｂ、６３ｂ、６４ｂはＦＥＳ検出
用の光検出器面に導かれる。

【００４２】また、往路光学系の回折格子で発生する光
ビーム４２、４３、４４はＰ偏光であり、復路光学系で
同様に４分割される。光ビーム４２は１／４波長板１６
を透過する光ビーム６５、回折格子１５で回折される−
１次回折光６６、０次回折光６７、＋１次回折光６８に
分割される。光ビーム４３は１／４波長板１６を透過す
る光ビーム６９、回折格子１５で回折される−１次回折
光７０、０次回折光７１、＋１次回折光７２に分割され
る。光ビーム４４は１／４波長板１６を透過する光ビー
ム７３，回折格子１５で回折される−１次回折光７４，
０次回折光７５，＋１次回折光７６に分割される。

【００４３】光ビーム６５、６９、７３は円偏光であ
り、さらにＰＢＳ１３において２分割される。すなわち
光ビーム６５、６９、７３は、それぞれ光ビーム６５ａ
と６５ｂ、６９ａと６９ｂ、７３ａと７３ｂに２分割さ
れ、光ビーム６５ａ、６９ａ、７３ａはＲＦ信号検出用
の光検出器面に、光ビーム６５ｂ、６９ｂ、７３ｂはＦ
ＥＳ検出用の光検出器面に導かれる。その他の光ビーム
６６、６７、６８、７０、７１、７２、７４、７５、７
６はＰ偏光であるため、ＰＢＳ１３を透過してＦＥＳ検
出用の光検出器面に導かれる。

【００４４】ＦＥＳ検出用の光検出器面は２つの受光部
２０ａ、２０ｂを備える。受光部２０ａには往路の−１
次回折光かつ復路の−１次回折光である１対の光ビーム
６６が集光される。また受光部２０ｂには、往路の＋１
次回折光かつ復路の＋１次回折光である１対の光ビーム
７６が集光される。受光部２０ａ、２０ｂからの出力信
号をＡ、Ｂで表すと、ＦＥＳは差動増幅器５４（信号演
算手段）の出力信号ＦＥＳ＝Ａ−Ｂで演算される。ま
た、光ビーム６６、７６以外の光ビームは、受光部２０
ａ、２０ｂ以外の領域に集光する。光ビーム６２ｂ、６
５ｂ、６７，７０は光検出器面の領域５１に集光され、
光ビーム６３ｂ、６８，６９ｂ、７１，７４は光検出器
の領域５２に集光され、光ビーム６４ｂ、７２，７３
ｂ、７５は光検出器面の領域５３に集光される。これら
の光ビームは受光部２０ａ、２０ｂとは離れた点に集光
するため、ＦＥＳ信号の信号品質を向上させることがで
きる。ＦＥＳ検出用の光検出器と光ビームの位置調整
は、光ビーム６６と７６の集光スポットがそれぞれ受光
部２０ａ、２０ｂに入射するように合わせればよいだけ
であるので、位置調整の工程を簡単化できる。

【００４５】またＲＦ信号検出量の光検出器面は、２つ
の受光部１９ａ、１９ｂを備え、受光部１９ａ、１９ｂ
には光ビーム６１、６３ａ、６９ａが入射する。検出器
はレンズ１８の焦点位置からずらした位置に配置する。
このように配置すると、広がったスポットが受光部に入
射し、プッシュプル信号が検出できるようになる。受光
部１９ａ、１９ｂからの出力信号をＣ，Ｄで表すと、Ｒ
Ｆ信号は増幅器５７の出力信号ＲＦ＝Ｃ＋Ｄで演算され
る。またＴＥＳは差動増幅器５８の出力信号ＴＥＳ＝Ｃ
−Ｄで演算される。この光ビーム６１、６３ａ、６９ａ
は光ディスク上では同一点に集光されるため、光ディス
ク上の情報信号によって同時に強度変調を受ける。それ
を合わせて検出するため、ＲＦ信号の信号品質は向上す
る。これ以外の光ビーム６２ａ、６５ａは領域５５に集
光し、光ビーム６４ａ、７３ａは領域５６に集光する。
これらの光ビームは受光部１９ａ、１９ｂとは離れた点
に集光するため、受光部のサイズを適切に設計すれば、
これらの光ビームは受光部１９ａ、１９ｂには入射しな
い。

【００４６】また、プッシュプル法を利用してＴＥＳ信
号検出を行う場合は、受光部１９ａと１９ｂの分割線に
光ビーム６１の中心を合わせる必要がある。しかし、サ
ンプルサーボのような手法でＴＥＳ信号を検出する場
合、一つの受光部で光ビームを受光すればよいので、高
精度の位置調整は不要で、光検出器と光ビームの位置調
整という工程を大幅に簡略化することができる。

【００４７】図５に実際に得られるＦＥＳを、出力信号
Ａ、Ｂと共に示す。横軸は光ディスクの焦点位置からの
ずれ量（フォーカス誤差）、縦軸は出力信号強度（任意
単位）を示している。本実施の形態では、出力信号Ａ、
Ｂは、光ディスクがサブビームの焦点位置にある時に最
大となり、光ディスクの位置がサブビームの焦点からず
れるほど小さくなり、最後にはゼロになる。ＦＥＳは、
出力信号Ａ、Ｂの差から求められ、図に示されるよう
に、焦点誤差０の時に信号強度０となり、デフォーカス
２０μｍ程度でピークをもち、さらにデフォーカスが大
きくなると０になるという理想的なＳ字形状の波形を示
す。

【００４８】従来例においては、同じ光検出器面でＲＦ
信号とＦＥＳ信号を検出していたため、焦点誤差が大き
くなると、ＲＦ信号検出に利用する光ビームのスポット
径が広がり、ＦＥＳ検出に利用する受光部に入射すると
いう問題が生じていた。この光ビームの光強度はＦＥＳ
検出に利用する光ビームの光強度の数十倍であるので、
その光ビームの漏れ込みによって、ＦＥＳ信号は乱され
た。

【００４９】しかし、本発明では、ＲＦ信号検出に用い
る光ビームと、ＦＥＳ検出に用いる光ビームを完全に分
離するので、デフォーカスが大きくなっても、ＦＥＳ検
出に利用する受光部２０ａ、２０ｂへの迷光の漏れ込み
を小さく抑えることができ、ＦＥＳ検出範囲を拡大する
ことができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
往路光学系にメインビームの集光点に対して略対称なデ
フォーカス位置に集束する２つのサブビームを発生する
サブビーム発生手段を備えると共に、復路光学系に情報
媒体で反射した光ビームに光量変化を与える光量変化手
段と、当該光量変化手段を通過した２つのサブビームの
光量を独立して検出する２つの受光部を備えた光検出手
段と、上記２つの受光部からの出力信号の差信号を出力
する信号演算手段を備え、情報媒体に照射されるメイン
ビームと情報媒体に照射されるサブビームとの偏光状態
を互いに異ならせたので、ＲＦ信号検出に用いる光ビー
ムとＦＥＳ検出に用いる光ビームとを偏光方位の違いを
利用して完全に分離することができ、大きなデフォーカ
スによるＦＥＳの乱れを抑制することができて、ＦＥＳ
の検出範囲を拡大できると共に、ＲＦ信号の品質を向上
させることができる。また、ＦＥＳ検出用の光検出器と
光ビームの位置調整は、光ビームの集光スポットがそれ
ぞれ所定の受光部に入射するように合わせるだけでよ
く、光ピックアップ装置の光軸方向の調整が不要になる
ので、各光学部品の位置調整の工程を簡単化することが
できる。さらに、プッシュプル法を利用してＴＥＳ信号
検出を行う場合は、受光部の分割線に光ビームの中心を
合わせる必要があるが、サンプルサーボのような手法で
ＴＥＳ信号を検出する場合には、１つの受光部で光ビー
ムを受光すればよいので、高精度の位置調整が不要とな
り、光検出器と光ビームの位置調整に要する工程を大幅
に簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例に係る焦点誤差検出装置を適用した
光ピックアップ装置の構成を示す図である。

【図２】実施形態例に係る焦点誤差検出装置に備えられ
るサブビーム発生素子の回折格子の形状を説明する図で
ある。

【図３】実施形態例に係る焦点誤差検出装置におけるサ
ブビーム発生素子の役割を説明する図である。

【図４】実施形態例に係る焦点誤差検出装置に備えられ
る光検出器上の受光部の配置と光ビーム集光スポットと
の位置関係及び焦点誤差信号の演算回路を説明する図で
ある。

【図５】実施形態例に係る焦点誤差検出装置から得られ
る焦点誤差信号波形と焦点誤差との関係を説明する図で
ある。

【図６】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置
を適用した光ピックアップ装置の構成を示す図である。

【図７】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置
に備えられる回折素子上の回折格子の形状を説明する図
である。

【図８】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置
における焦点誤差信号検出の原理を説明する図である。

【図９】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装置
に備えられる光検出器上の受光部の配置と光ビーム集光
スポットとの位置関係及び焦点誤差信号の演算回路を説
明する図である。

【図１０】本願発明者等が先に提案した焦点誤差検出装
置から得られる焦点誤差信号波形と焦点誤差との関係を
説明する図である。

【符号の説明】

１ 光ディスク ３ サブビーム発生素子 ５ 光検出器 １１ 半導体レーザ １２ コリメータレンズ １３ 偏光ビームスプリッタ １５ａ，１５ｂ 回折格子 １６ １／４波長板 １７ 対物レンズ １８ レンズ １９ａ，１９ｂ 受光部 ２０ａ，２０ｂ 受光部 ４１〜４７ 光ビーム ６１〜７６ 光ビーム

フロントページの続き (72)発明者 清岡 千晶 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5D118 AA06 AA07 AA14 BA01 CA22 CD02 CF02 CG04 CG14 CG24 5D119 AA20 AA28 AA36 AA38 AA39 EA03 EB12 EC13 EC40 EC48 JA12 JA22 JA32 LB03 5D789 AA20 AA28 AA36 AA38 AA39 EA03 EB12 EC13 EC40 EC48 JA12 JA22 JA32 LB03

Claims (4)

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