JP2004158073A - 受光装置、光検出装置、および、光信号再生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】受光するレーザー光と受光素子、受光素子同士の精密な位置関係を必要とせず、収差量検出、フォーカスエラー量検出に際し、さまざまな計算を可能とする受光装置、光検出装置、および、光信号再生装置を提供する。
【解決手段】集光された光を結像前後で、結像点Ｘから等距離で受光する第１、第２の受光素子４３＋、４３−を用い、それぞれの受光素子は、受光するレーザー光の略中心の光束を受光する第１の受光領域４３ａ＋、４３ａ−と、受光するレーザー光の略中心の光束を含まない光を受光する第２の受光領域４３ｂ＋、４３ｂ−と、この第２の受光領域に前記第１の受光領域とは反対側で隣接する第３の受光領域４３ｃ＋、４３ｃ−とを有する。収差量検出の計算、フォーカスエラー量検出の計算には、これら第１、第２の受光素子４３＋、４３−の各領域の出力を用いて状況に合わせた計算をする。
【選択図】 図８
【解決手段】集光された光を結像前後で、結像点Ｘから等距離で受光する第１、第２の受光素子４３＋、４３−を用い、それぞれの受光素子は、受光するレーザー光の略中心の光束を受光する第１の受光領域４３ａ＋、４３ａ−と、受光するレーザー光の略中心の光束を含まない光を受光する第２の受光領域４３ｂ＋、４３ｂ−と、この第２の受光領域に前記第１の受光領域とは反対側で隣接する第３の受光領域４３ｃ＋、４３ｃ−とを有する。収差量検出の計算、フォーカスエラー量検出の計算には、これら第１、第２の受光素子４３＋、４３−の各領域の出力を用いて状況に合わせた計算をする。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の受光装置、収差量検出装置、受光装置に関する。より詳しくは、集光された光の結像点の前後で光を検出するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光記録媒体の種類が多様化しつつある現代、その保護層の厚みもまた幾つかの種類のものが存在する。光ヘッドに記録されている情報を読み取る場合、媒体の保護層厚が設計値からずれている場合、対物光軸に対して傾きを持つ場合等に、光ビームの波面に球面収差が発生し、微小スポットを結像する際の妨げとなる。
【０００３】
また、近年の短波長高密度型光ヘッドの一部は、記録媒体に記録された情報を読み取るビームスポットをより小さく絞るために、０．８５以上の高い値の開口数で設計されている。この場合には、光学系に発生する収差、特に媒体の保護層膜厚の誤差によって生ずる球面収差が結像スポット径に大きく影響するため、これらを何らかの方法で検出し、補正する必要がある。
【０００４】
そのような背景から、これまでにもいくつかの収差検出方法が提案されてきた。特開１９９８−２１４４３６や特開２０００−５７６１６では、光が結像する点に受光素子を設け、受光素子をビームの光軸を中心に内外周で分けて、内外周用の各受光領域がそれぞれ十字の分割線で四分割され、各分割領域の信号出力を演算することにより、焦点誤差信号と球面収差信号を生成する方法が提案されている。さらに特開２０００−１７１３４６、特開２００２−３９９１５および特開２００２−５５０２４に示される方法は、光が結像する点に受光素子を設け、復路側の光ビームを内外周にわけ、各ビームをそれぞれ個別に２分割された受光素子に導いて、これらの信号を演算することにより焦点誤差信号と球面収差信号を生成している。
【０００５】
図１は、上記した従来の収差量検出装置に使用される受光装置の一例を表した図である。光源１０３は、レーザー光を発振し、光源１０３から発せられた光は、所定の経路を通り、図示しない光ディスクまで届く。そして、光ディスクの反射面で反射された光は、コリメートレンズ１０４を通り、ホログラム１０１の各領域に入射された反射光ごとに回折されて、それぞれ受光素子１０２中の所定の位置で結像される。
【０００６】
ホログラム１０１の内周領域１０１ａに入射された反射光は、受光素子１０２の内周光量検出領域１０２ａ上に設けられた図示しない分割線上で結像される。ホログラム１０１の外周領域１０１ｂに入射された反射光は、受光素子１０２の外周光量検出領域１０２ｂ上に設けられた図示しない分割線上で結像される。ホログラム１０１のトラッキング誤差信号用領域１０１ｃ、１０１ｄに入射された反射光は、それぞれ受光素子１０２のトラッキング誤差信号検出領域１０２ｃ、１０２ｄで結像される。なお、トラッキング誤差信号用領域１０１ｃ、１０１ｄからトラッキング誤差信号検出領域１０２ｃ、１０２ｄへの反射光の経路は図示していない。
【０００７】
そして、先に述べたように受光素子１０２ａ、１０２ｂは、図示しない分割線で２つの領域に分割され、反射光の球面収差量は、受光素子１０２ａ、１０２ｂの分割された各２つの領域の光量に応じて、それぞれの領域から発せられる電気信号全てを使用し、計算により求められていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開１９９８−２１４４３６号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２０００−５７６１６号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２０００−１７１３４６号公報
【００１１】
【特許文献４】
特開２００２−３９９１５号公報
【００１２】
【特許文献５】
特開２００２−５５０２４号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の受光装置を用いた収差量検出装置では、結像点付近の光を用いるため、収差量が略ゼロである状態で、ホログラムにより回折された反射光が各受光領域上でほぼ結像していなければならなかった。更に、少なくとも収差量を検出するために設けられた受光領域では、各受光領域が分割されており、径が僅か数から十数μｍをいう極小のスポットを各受光領域の分割線上に位置するよう調整する必要があった。また、受光領域の分割が十字の分割線で四分割されている場合には、十字の分割線の交点に、前記の極小スポットの中心が位置するよう設定する必要があった。
【００１４】
従って、ホログラム１０１と受光素子１０２中の各受光領域の位置関係の設定が困難であった。特に、受光素子１０２を図に示したように各領域を一体的にする場合には、受光素子の位置関係ばかりではなくその向きの設定も正確にしなければならず、製造上困難を極める。
【００１５】
さらに、スポット径が小さい為光の中心を含む光と光の中心を含まない外周の光を分離し、互いに異なる受光領域で受光させることが困難であった。仮に分割線を挟み、２つの受光領域で光を分離して受光できたとしても、せいぜい２分割程度しか出来なく、したがって、収差量やフォーカス補正量を算出する式にかなりの制限があった。
【００１６】
また、機器の温度変化により、レーザー光の周波数が僅かにずれた場合、ホログラムによる回折の方向が若干ずれ、上述した分割線から外れてしまうこともある。
【００１７】
更に、上述の収差量検出装置に用いられる光ピックアップのレーザー光がトラッキングサーボにより光ディスクの径方向に僅かにずれた場合にも、やはり上述した分割線から外れてしまうことがある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、上述の問題を解決し、製造が簡易で、また、温度変化による光の結像点のズレを問題としない、優れた受光装置、収差量検出装置、および、受光装置を提案するものである。
【００１９】
本発明に係る受光装置は、集光された光を結像前に受光する第１の受光素子と、集光された光を結像後に受光する第２の受光素子とを有する。これら第１の受光素子と第２の受光素子は、集光された光の結像点から略等距離に配され、各受光素子が受光した光に基づき電気信号を出力するものである。そして、第１の受光素子および第２の受光素子は、集光された光の略中心の光を含む光を受光する第１の受光領域と、第１の受光領域に隣接し集光された光の略中心の光を含まない光を受光する第２の受光領域と、この第２の受光領域に前記第１の受光領域とは反対側で隣接する第３の受光領域とを含んでいるのである。
【００２０】
このように受光する光の結像点付近に受光素子を配置しない構成をとることにより、受光素子の位置精度に余裕をもたせることができる。そして、集光された光の略中心の光を含む光を受光する第１の受光領域と、集光された光の略中心の光を含まない光を受光する第２の受光領域に加え、光の最外周付近の光を受光する第３の受光領域を設けることにより、像の外周部の光強度の弱い部分をも有効活用することができる。これにより、両受光素子の各受光領域からの出力を利用し、収差量検出、フォーカス補正量検出等で条件に応じた多様な計算を可能とすることができる。なお、本発明において「隣接」とは、隣り合う受光領域が接している状態の他、各受光領域を区分けする為等に必要な隙間を隔てて隣り合っている状態を含むものである。
【００２１】
更に、本発明に係る受光装置において、第１の受光素子と第２の受光素子が、両受光素子間の一点を順点として点対称の関係にあれば好適である。集光された光は、結像点前後で像が点対称の関係となるので、このような構成をとることで、結像点の一方にある受光素子と、結像点の他方にある受光素子で、ほぼ同一条件の光を受光することが可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る受光装置において、第１の受光領域の幅は、第２の受光領域の幅よりも大きい構成とすれば好適である。このような構成をとることにより、光軸が第１の受光領域の第２の受光領域との境界側ではない端部に外れる状態を防ぐことができるので、受光素子の取り付け位置に誤差や、受光装置を含んだ機器の温度変化等による、光軸のずれに対するマージンを得ることができる。
【００２３】
また、本発明に係る受光装置において第３の受光領域の幅は、前記第１の受光領域および前記第２の受光領域の幅よりも大きければやはり好適である。このような構成をとることにより、像の外周部の光強度の弱い部分を広い範囲で受光できるので、第３の受光領域からも高い出力が得られる。
【００２４】
また、本発明に係る受光装置において、第１の受光領域および第２の受光領域の幅の合計は、２０〜５０μｍであれば好適である。更にこのような条件のもとで、第１の受光領域および第２の受光領域の幅は、それぞれ１０〜３０μｍであれば好適である。また、第２の受光領域と第３の受光領域の境界と垂直な方向における第３の受光領域の幅は、４０〜１８０μｍであれば好適である。
【００２５】
また、本発明に係る受光装置において、第１の受光素子と第２の受光素子は、光の結像点から０．１〜０．５ｍｍの位置に配されていれば好適である。このような配置にすることにより、第１〜第３の受光領域で像が得られ、出力が十分得られる。
【００２６】
前述した発明に係る受光装置において、第１の受光素子は分光手段により分光された一方の光を受光し、第２の受光素子は分光された他方の光を受光する構成とすれば良い。このように分光することで、結像前の光と結像後の光を受光することが容易に可能となる。そして、この分光手段は、ハーフプリズム、平行平板素子、ホログラムのいずれかであれば尚良い。
【００２７】
更に、この分光手段がホログラムである場合には、第１の受光領域と第２の受光領域の境界が、前記ホログラムの格子方向と略垂直となる構成とされることが望ましい。ホログラムを透過するレーザー光の波長がシフトすると、レーザー光の回折角度は、ホログラムの格子方向と垂直に変化する。したがって、このような構成をとることで、装置の温度変化等による受光するレーザー光の波長がシフトした際にも各受光領域で略一定の受光ができるのである。なお、ホログラムの格子は、僅かに湾曲している場合があるが、本発明で意味するところの「格子方向と略垂直」とは、僅かに湾曲したホログラムの格子方向の平均した方向と略垂直の関係になっていれば良い。
【００２８】
そして、本発明に係る受光装置において、各受光素子が光記録媒体に照射した光の反射光を受光する構成とすれば、例えば、光ディスクのピックアップとしての使用に良好である。更に、このような条件のもと、第１の受光領域と第２の受光領域の境界は、反射光の光記録媒体のトラック成分方向と垂直であれば良好である。これは、トラッキングサーボの追従により、対物レンズが光ディスクのトラックに対し垂直な方向（径方向）にシフトした際の影響を抑えるためである。すなわちディスクに潜在するトラックの偏芯等により、対物レンズのシフトが起きた場合、反射したレーザー光の像が、トラック方向に対して垂直にシフトすることがある。このような場合でも、各受光領域で略一定の像を受光でき、安定した出力を得ることができる。
【００２９】
更に、本発明において、第１の受光素子の出力と前記第２の受光素子の出力に基づいた収差補正ドライブ電流により、光記録媒体に照射した光の反射光の収差量を補正する収差補正手段を有していれば更に良好である。
【００３０】
以上のような受光装置を用いた本発明に係る光検出装置では、前述した受光装置の第１の受光素子からの出力と第２の受光素子からの出力を用いて収差量を検出する収差量検出回路を有しているものである。このような収差量検出回路を有する光検出装置によれば、例えば、光ディスクの製造誤差に起因して反射光が球面収差を有している場合、その情報を良好に取得できるものである。そして、第１の受光素子における第１の受光領域、第２の受光領域、第３の受光領域に基づく出力をそれぞれａ＋，ｂ＋，ｃ＋とし、第２の受光素子における第１の受光領域、第２の受光領域、第３の受光領域に基づく出力をそれぞれａ−，ｂ−，ｃ−とした場合に、
ＡＢ＝ａ＋−ａ−
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−）
のいずれかの式を用いて、収差量ＡＢを検出することとすれば良好である。このような式を用いることにより、例えば、ＡＢ＝ａ＋−ａ−、または、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）、または、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）であれば、収差量の検出感度が高くなるという利点がある。また、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−）、または、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）であれば、光軸ズレに対するマージンが広くなるという利点がある。さらに、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）であれば、収差量の検出感度がより高くなるという利点がある。
【００３１】
また、以上のような受光装置を用いた本発明に係る光検出装置では、前述した受光装置の第１の受光素子からの出力と第２の受光素子からの出力を用いてフォーカス補正量を検出するフォーカス補正量検出回路を有しているものである。このような光検出装置によれば、フォーカスの補正量を適切に検出することが可能となる。そして、第１の受光素子における第１の受光領域、第２の受光領域、第３の受光領域に基づく出力をそれぞれａ＋，ｂ＋，ｃ＋とし、第２の受光素子における第１の受光領域、第２の受光領域、第３の受光領域に基づく出力をそれぞれａ−，ｂ−，ｃ−とした場合に、
ＦＯ＝ａ＋−ａ−
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）
ＦＯ（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−）
のいずれかの式を用いて、フォーカス補正量ＦＯを検出することとすれば良好である。フォーカス補正量の算出と収差量補正量の算出は、互いに独立して行われる性質のものであるため、各補正信号は互いに干渉しない方が望ましい。したがって、これらの計算式の選択には特に制限はなく、前記の収差補正信号とのバランスを考慮して望ましい条件に適合する算出式を用いれば良い。
【００３２】
また、本発明における光信号再生装置では、前述したこれら光検出装置を用いて、光記録媒体に照射した光の反射光を受光し、光記録媒体に記録された信号の再生を行うものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に即して詳細に説明する。また、説明のために使用する図は簡単のためスケールに脚色を施し模式的に表しているが、それは本発明の内容に何ら影響を与えるものではない。また、本発明は波長４０５ｎｍ、受光素子側の開口数０．１の青色のレーザー光を使用した光信号再生装置を例に取り説明する。
【００３４】
図２は、光信号再生装置の一態様である光ディスク再生装置１を表したブロック図である。光ディスク再生装置１は、図示しないチャッキング手段によりスピンドルモータ３に直接、あるいは、間接的にチャッキングされた光ディスク２に記録された情報を再生するものである。
【００３５】
この光ディスクの情報を読み出して、電気的な信号を出力する受光装置である光ピックアップ３０は、スライダ機構を備えたシャーシ２８に設けられており、スライドモータ２７で光ディスク２の径方向に移動可能となっている。
【００３６】
光ピックアップ３０から出力された電気信号は、データ再生信号であるＲＦ信号，フォーカスエラー信号，トラッキングエラー信号，収差量信号を求めるＲＦアンプ４に入力される。ＲＦアンプ４内では、光ピックアップ３０からの電気信号が演算器５に入力され、この演算器５では、光ピックアップ３０の後述する受光素子であるフォトダイオードからの電気信号を全て加算した後、ＲＦ信号を生成する。ＲＦ信号は波形等化器６に入力され、波形干渉等が少ない状態となるようＲＦ信号の波形を修正する。波形等化器６から出力された信号は、整形器７に入力されてパルス信号に変換される。このパルス信号は、信号処理回路１１に入力される。信号処理回路１１では、クロックの再生、同期検出、データ復調、誤り検出、誤り訂正等の処理を施す。そして、Ｄ／Ａコンバータでアナログ信号とされて出力端子１３から出力される。
【００３７】
また、ＲＦアンプ４内では、データ出力される信号とは別に光ピックアップ３０の受光素子であるフォトダイオードからの電気信号が、それぞれフォーカスエラー検出回路８、トラッキングエラー検出回路９、収差量検出回路１０に入力される。これら各ブロックでフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、収差量信号の算出がそれぞれ行われ、サーボ処理回路１６に入力される。
【００３８】
サーボ処理回路１６では、フォーカス制御回路１７、トラッキング制御回路１８、収差量制御回路１９、スライド制御回路２０を有しており、ＲＦアンプ４からのフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、収差量信号等に基づいて、ピックアップ３０のフォーカス、トラッキング、収差、ピックアップ３０の位置のスライド調整を行うための各サーボ信号をフォーカス補正ドライバ２２、トラッキング補正ドライバ２３、収差補正ドライバ２４及びスライドドライバ２５に送る。また、このサーボ処理回路１６は、スピンドル制御回路２１も有し、スピンドルサーボ信号をスピンドルドライバ２６に送る。
【００３９】
トラッキング補正ドライバ２３では、サーボ処理回路１６からの各サーボ信号に応じて、光ピックアップ３０内のトラッキング手段を駆動するトラッキングドライブ電流を発する。そして、後述するようにトラッキングの補正が行われる。また、フォーカス補正ドライバ２２はサーボ処理回路１６からの各サーボ信号に応じてピックアップ１１のフォーカスレンズをフォーカス方向に動かすフォーカスドライブ電流を発する。また、収差補正ドライバ２４は、サーボ処理回路１６からのサーボ信号に応じて、後述する光ピックアップ３０内の収差補正手段を駆動する収差補正ドライブ電流を発する。この信号が基となり収差の補正が行われる。
【００４０】
更に、スライドドライバ２５はスライドサーボ信号に応じスライドモータ２７を介して光ピックアップ３０をスライドする電流を発生する。また、スピンドルドライバ２６は、スピンドルサーボ信号に応じてスピンドルモータ３の回転を制御する電流を発生する。
【００４１】
なお、システムコントローラ１４は、外部スイッチ１５からの信号、および、信号処理回路１１からの信号を受け、サーボ処理回路１６等に制御信号を送っている。
【００４２】
また、光信号再生装置として光ディスク再生装置で説明したが、これに加えて光信号の記録が可能な記録・再生タイプであっても、これに加えて一定の回路等を有することにより対応は可能であり、また、光信号再生装置として、その他の構成となっても良い。
【００４３】
図３は、本発明に係る受光装置の一実施の形態である光ピックアップの光学系を模式的に表した図である。なお、本光ピックアップの概念は、再生用としても記録用としても適用可能である。
【００４４】
光源である半導体レーザー装置３１は、波長λは４０５ｎｍの青色レーザーを発光する。この半導体レーザー装置３１から発せられるレーザー光は、適当に広がった段階でコリメータレンズ３２により平行光線とされる。レーザー光は、光の進行方向に直行する面での断面が楕円形状で発振されるため、ビーム成形用プリズム３３に入射され、かかるプリズムによる屈折で断面形状が略真円とされる。なお、半導体レーザー装置３１から発せられた状態では、レーザー光は、光ディスク２に対して所定の角度をなしているが、ビーム成形用プリズム３３を通過したレーザー光は、光ディスク２に対して垂直方向に屈折されている。
【００４５】
この半導体レーザー装置３１ は、光ディスク２から情報信号を再生する際は、一定の出力のレーザー光を出射し、光ディスク２に情報信号を記録する際は、記録する信号に応じて、出射するレーザー光の強度が変化する。なお、本発明において、半導体レーザー装置３１から出射されるレーザー光の波長は、規格により異なるものであり、特に限定されるものではない。
【００４６】
ビーム成形用プリズム３３を通過したレーザー光は、ハーフプリズムの一種である偏光ビームスプリッタ３４に入射される。偏光ビームスプリッタ３４により、半導体レーザー装置から発せられたレーザー光の約１０％程がパワーモニター用フォトダイオード４０の方に反射され、残りの９０％程が光ディスクに記録された情報を読み取るのに使用される。このパワーモニター用フォトダイオード４０は、半導体レーザー装置３１から発せられるレーザー光の強度を監視し、その結果を図示せぬ回路により半導体レーザー装置３１にフィードバックするものである。これは、必須の構成ではないが、特に記録用として光ピックアップ３０を動作させる場合に有効である。
【００４７】
ビームスプリッタ３４から出射されたレーザー光は、１／４波長板３５を通過し、レーザー光は、１／４波長板３５を透過する際に円偏光状態となされ、この円偏光光束が、光ディスクに入射される。
【００４８】
１／４波長板を通過したレーザー光は、収差補正レンズ３７に入射される。収差補正レンズは、単数のレンズによる場合と複数のレンズを組み合わせたレンズが使用される場合があり本発明においては、そのどちらでも良い。収差補正レンズ３７は、例えばコイルと磁石の組合せを部品として含む収差補正アクチュエータ３６でホールドされて収差補正手段を構成しており、前述の収差補正ドライブ電流により収差を補正する方向に調整される。
【００４９】
フォーカスレンズ３９は、２組のレンズ３９ａ、３９ｂからなるレンズがフォーカスアクチュエータ３８によりホールドされており、前述のフォーカスドライブ電流によりフォーカスを合わせる方向に調整される。このフォーカスレンズ３９により、レーザー光を、光ディスク２の反射面上に集光する。すなわち、１／４波長板３５によって円偏光状態とされたレーザー光は、フォーカスレンズ３９によって集光されて、光ディスク２の保護膜２ｂを介して、光ディスク２の反射面２ａに入射される。
【００５０】
なお、このフォーカスレンズ３９は、１枚のレンズからなるものであってもよく、図に示すよう２枚のレンズによって構成しても良い。２枚以上のレンズにより構成した場合には、開口数ＮＡ を大きくしても、各レンズ面の曲率をあまりきつくする必要がなく作製が容易であり、高記録密度化及び大容量化に適している。
【００５１】
光ディスク２は、全厚が１．２ｍｍであり、ポリカーボネート等からなる基板に反射面２ａが形成され、再生専用ディスクの場合は、この反射面２ａに信号が記録されている。この反射面は、反射面の凹凸で信号を記録する場合や、反射面の結晶状態が変化して信号を記録している場合等がある。記録型ディスクの場合は、ユーザーにより反射面２ａに信号を記録することが可能な構成となって、書き換え可能型のタイプと書き換え不可のタイプがある。更に、この反射面２ａを保護する保護膜２ｂは、やはりポリカーボネート等の透明樹脂で形成されており、その厚みは約０．１ｍｍとなっている。尚、本発明において光信号という概念は、このようにディスクの反射面に記録された信号をも含む概念である。
【００５２】
光ディスク２に入射されたレーザー光は、反射面２ａで反射された戻りのレーザー光となる。この戻りのレーザー光は、元の光路を辿ってフォーカスレンズ３９、収差補正レンズ３７を透過した後、１／４波長板３５に入射される。そして、この戻り光は、１／４波長板３５を透過することにより、入射時の偏光方向に対して９０度回転された直線偏光となり、その後、この戻りのレーザー光は、偏光ビームスプリッタ３４に入射され、受光ブロックＤに入射される。なお、偏光ビームスプリッタ３４の代わりにハーフミラーとして働く平行平板素子等を使用しても良い。
【００５３】
本実施の形態では、受光ブロックＤには、シリンドリカルレンズ４１と受光装置を含む受光部４２からなる。
【００５４】
図４は、図３に示した受光ブロックＤの一例を示したものである。本例の受光ブロックは、シリンドリカルレンズ４１と受光装置である受光部４２からなる。受光部４２は、受光素子である第１のフォトダイオード４３＋および第２のフォトダイオード４３−を含む構成となっている。
【００５５】
平行光線の状態で入射された戻りのレーザー光は、シリンドリカルレンズ４１により集束される。第１の受光素子である第１のフォトダイオード４３＋は、集束されたレーザー光を結像する前で受け、光の約５０％を受光して、残りの約５０％を反射する。反射されたレーザー光は、結像点Ｘで結像し、その後、発散する。そして、レーザー光が発散した後、第２の受光素子である第２のフォトダイオードで受光される。この第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードは、結像点Ｘに対して略等距離に設定されている。従って、第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−に映し出される像は、点対称のものとなり、像が円形の場合その径は、略同一である。
【００５６】
図５は、図３に示した受光ブロックＤの他の例を示したものである。本例においても受光ブロックＤは、シリンドリカルレンズ４１と受光部４２からなる。受光部４２は、ハーフプリズム４４と第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードを含む構成となっている。
【００５７】
平行光線の状態で入射された戻りのレーザー光は、シリンドリカルレンズ４１により集束される。ハーフプリズム４４は、レーザー光は約５０％が透過し残りの約５０％が反射する。反射したレーザー光は、結像する前に第１の受光素子である第１のフォトダイオード４３＋で受光される。そして、ハーフプリズム４４を透過したレーザー光は、結像点Ｘで結像し、その後、第２の受光素子である第２のフォトダイオードで受光される。なお、ハーフプリズム４４の変わりに、レーザー光の約５０％が透過し残りの約５０％が反射する平行平板素子でも同様に実施できる。
【００５８】
図では、ハーフプリズム４４で反射したレーザー光が、仮に第１のフォトダイオード４３＋を透過した場合の結像点を仮想結像点Ｘ’として表している。この仮想結像点Ｘ’とフォトダイオード４３＋の距離と結像点Ｘから第２のフォトダイオードまでの距離は略等距離に設定されており、このことが本実施の形態で、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードが結像点から等距離にあるということである。従って、収差等がない理想の状況下では、第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−に映し出される像は、対称のものとなり、像が円形の場合その径は、略同一である。
【００５９】
ところで、実際には、各フォトダイオード中には、受けた光を電気的に変換するための受光部と、その受光部を覆っている樹脂等からなるのが一般的である。従って、図４および図５に示した例、および、今後説明する例において、第１、第２の受光部４３＋、４３−が結像点から略等距離という概念は、この素子中の受光部が結像点から略等距離にあるということである。さらに、第１、第２のフォトダイオードに照射されるレーザー光の像を合わせるため、僅かに結像点からの距離をずらすことは、図４および図５に示した例、および、今後説明する例において、略等距離のという概念の範囲内である。
【００６０】
図６は、受光ブロックＤの他の実施の形態を表した図である。本例において、受光ブロックは、シリンドリカルレンズ４１と受光装置である受光部４２からなる。受光部４２は、ホログラム４５と一組の受光素子である第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−からなる。シリンドリカルレンズ４１を通過したレーザー光は、ホログラム素子４５を通過して分光される。分光した一方のレーザー光は、結像前に第１のフォトダイオード４３＋で受光される。ここで、仮に第１のフォトダイオード４３＋を透過した場合のレーザー光の結像点を図のように仮想結像点Ｘ’とした場合、結像点Ｘから第２のフォトダイオード４３−までの距離と仮想結像点Ｘ’から第１の結像点までの距離から略等距離に設定されている。このことが図５で示した実施の形態の場合と同様に本実施の形態で、第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−が結像点から略等距離にあるということである。
【００６１】
図７は、前述した受光素子であるフォトダイオード４３の受光領域を表した図である。なお、前述した第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−は配置が異なるのみで、個々のダイオード自体の構成は同じである為、説明の簡単のため第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−の区別をつけずにフォトダイオード４３としている。各フォトダイオード４３は、略長方形の平面構造であり、主に第１の受光領域４３ａ、第２の受光領域４３ｂ、第３の受講領域４３ｃの３つの長方形からなる領域に分類される。ここで、第１の受光領域４３ａ、第２の受光領域４３ｂ、第３の受講領域４３ｃの幅を順にａ、ｂ、ｃとする。
【００６２】
図４、図５に示した受光ブロックの場合、光ディスク２の反射面２ａで反射したレーザー光の像Ｚは、円形であるが、本実施の形態では、例えば図６に示したホログラムが受けたレーザー光の半分のみを受光素子の方向に屈折するよう格子を区切ってあり、レーザー光の半分が受光される構成となっている。
【００６３】
レーザー光の像Ｚの中心部分Ｚｃは、第１の受光領域４３ａに映し出される。第２の受光領域４３ｂは、レーザー光の中心部分の光は受光しないものの、第１の受光領域４３ａのすぐ脇に位置する為、比較的強いレーザー光を受光することができる。第３の受光領域４３ｃは、レーザー光の外延付近の光を受光する。このため第３の受光領域４３ｃは、他の受光領域よりも幅が広い構成となっている。また、第１の受光領域の端部でレーザー光の中心の光を受光する構成としたのでは、僅かな製造誤差等により、レーザー光の中心の光がフォトダイオード４３で受光されないことが予想されるため、第１の受光領域の幅は、第２の受光素子の幅よりも広い構成として、第１の受光領域で余裕を持ちレーザー光の中心の光を受光できる構成としてある。なお、受光領域の幅とは、異なる受光領域の境界方向における幅のことを意味する。
【００６４】
また、光ディスク２の反射面２ａで反射したレーザー光を全て受け像Ｚが円形である場合には、第１の受光領域の両側に第２の受光領域を形成し、それぞれの第２の受光領域の第１の受光領域とは反対側に第３の受光領域を設ける構成とすれば良い。つまり、この場合第１の受光領域が第２の受光領域で挟まれる形となり、第２の受光領域と第１の受光領域を合わせた領域が第３の受光領域で挟まれる形状となる。
【００６５】
図７の２ｃは、光ディスク２のトラック方向を示している。本実施の形態では、光ディスク２の反射面２ａで反射したレーザー光のトラック方向の成分が、第１の受光領域４３ａと第２の受光領域４３ｂの境界、および、第２の受光領域第３の受光領域の境界に対して垂直となるようフォトダイオード４３が設置される。これは、トラッキングサーボの追従により、フォーカスレンズ３９が光ディスク２のトラックに対し垂直な方向（径方向）にシフトした場合の影響を抑えるためである。すなわちディスクに潜在するトラックの偏芯等により、フォーカスレンズ３９のシフトが起きた場合、反射したレーザー光の像Ｚの方向が、図に示す像Ｚ’ようにトラック方向２ｃに対して垂直にシフトする。よって、このようにレーザー光のトラック方向の成分が、各受光領域の境界に対して垂直となるよう各フォトダイオード４３を設置すれば、フォーカスレンズ３９のシフトが起きても、各受光領域で受光される光量の変化は、最小に抑える、あるいは無くすことができ、各受光領域からの出力に影響がほぼ無い。
【００６６】
図８は、図６に示した実施の形態において、受光部４２を詳細に示した斜視図である。なお、図８において、ホログラム４５は、３つの領域４５ａ、４５ｂ、４５ｃに分割されているが、図６に示した例のホログラムは、図８に示された例に限らず、ホログラム４５が分割されていなくとも良い。ホログラム４５の半円の領域４５ａで回折されたレーザー光が、第１のフォトダイオード４３＋、第２のフォトダイオード４３−で受光される。第１のフォトダイオード４３＋に表れる像Ｚ＋と第２のフォトダイオード４３−に表れる像Ｚ−は、それぞれ結像前の＋１次光と結像後の−１次光の関係にあるため、互いに点対称の形状となっている。したがって、それぞれの第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−は、それぞれのフォトダイオードの間にの１点Ｃを順点として点対称な関係となっている。ただし、この点対象という意味は、２つのフォトダイオードを平面的に見た場合に点対称という意味であり、＋１次光、−１次光を結像点から等距離で受ける為に生じるような光の入射方向の段差等は誤差の内と考える。
【００６７】
また、図のように各フォトダイオードは、第１の領域４３ａ＋、４３ａ−と第２の受光領域４３ｂ＋、４３ｂ−の境界線、および第２の領域４３ｂ＋、４３ｂ−と第３の受光領域４３ｃ＋、４３ｃ−の境界線が、ホログラム４５の領域４５ａの格子であるグレーティングの方向に対し略垂直となるように設置される。これは、機器の温度変化等により、レーザー光の波長がシフトした場合の影響を抑えるためである。すなわち、温度変化等によりレーザー光の波長が変化すると、ホログラム４５により回折される角度が変化する。この角度の変化により、各フォトダイオードに表れる像Ｚ＋と像Ｚ−は、グレーティングに対して略垂直な方向に変化し、例えば図の点線で示した像Ｚ’＋と像Ｚ’−のようになる。各領域の境界がグレーティングに対し略垂直となるよう、フォトダイオード４３＋、４３−を設置することで、レーザー光の温度変化による影響を少なくすることができる。なお、ホログラムのグレーティングは、僅かに湾曲している場合もあるが、ここでは、この湾曲は無視してグレーティングの平均的な方向で考えている。
【００６８】
なお、本例においても、図７に示したように、光ディスク２で反射したレーザー光のトラック方向の成分が、第１の領域４３ａ＋、４３ａ−と第２の受光領域４３ｂ＋、４３ｂ−の境界線、および、第２の領域４３ｂ＋、４３ｂ−と第３の受光領域４３ｃ＋、４３ｃ−の境界線に対して垂直となるよう第１、第２のフォトダイオード４３＋、４３−が配置されることが好ましい。
【００６９】
図９は、図８で説明した３つの領域に分割されたホログラム４５を用いフォーカス補正量や収差補正量等を計算するための前提となる模式図である。本図では、レーザー光がメインビーム、第１のサブビーム、第２のサブビームからなる周波数の異なる３つのビームを使用した場合の例であり、ホログラム４５の各領域４５ａ、４５ｂ、４５ｃにより回折されたレーザー光が各フォトダイオードに映し出される像を示している。
【００７０】
領域４５ａで回折されたメインビームの＋１次光は、フォトダイオード４３＋で受光され、−１次光は、第２のフォトダイオード４３−で受光される。フォトダイオード４３＋で受光した像Ｚ＋の内、第１の領域４３ａ＋で受光したレーザー光が像ａ＋であり、第２の領域４３ｂ＋で受光したレーザー光が像ｂ＋であり、第３の領域４３ｃ＋で受光したレーザー光が像ｃ＋である。また、同様にフォトダイオード４３−で受光した像Ｚ−の内、第１の領域４３ａ−で受光したレーザー光が像ａ−であり、第２の領域４３ｂ−で受光したレーザー光が像ｂ−であり、第３の領域４３ｃ−で受光したレーザー光が像ｃ−である。
【００７１】
なお、メインビーム、第１のサブビーム、第２のサブビームの受光素子上でのビーム間隔は、本実施例では１２０μｍとしている。よって、受光素子４３＋、４３−にレーザー光が届く際には，メインビーム、第１のサブビーム、第２のサブビームの各間隔は、１２０μｍずれている。ここで、領域４５ａで回折された第１のサブビーム、第２のサブビームは、どのフォトダイオードでも受光されない設計とする必要がある。したがって、受光素子４３＋、４３−の素子幅は、１２０μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下とされる。
【００７２】
領域４５ｂで回折されるレーザー光は、第１、第２のフォトダイオード４３＋、４３−とは異なる他のフォトダイオードで受光される。この場合、領域４５ｂで回折されて分光されたメインビームは一方が＋１次光として結像前に１つのフォトダイオードで受光され、他方が−１次光として結像後に他のフォトダイオードで受光される。更に、領域４５ｃで分光された第１のサブビーム、第２のサブビームも一方が＋１次光として結像前にそれぞれに対応するフォトダイオードで受光され、他方が−１次光として結像後に他のフォトダイオードで受光される。
【００７３】
このような条件のもと、領域４５ｂで回折されたメインビーム、第１のサブビーム、第２のサブビームの＋１次側のレーザー光の像は、図のようにフォトダイオード上で、それぞれ順に像ｂｐ＋、像ｂｑ＋、像ｂｒ＋となり、−１次側のレーザー光は、フォトダイオード上で、それぞれ順に像ｂｐ−、像ｂｑ−、像ｂｒ−となる。
【００７４】
同様にして領域４５ｃで回折されるレーザー光も、やはり、第１、第２のフォトダイオード４３＋、４３−とは異なる他のフォトダイオードで、領域４５ｂで回折されたレーザー光を受光するフォトダイオードとも異なるフォトダイオード受光される。この場合、領域４５ｃで回折されて分光されたメインビームは一方が＋１次光として結像前に対応するフォトダイオードで受光され、他方が−１次光として結像後に他の対応するフォトダイオードで受光される。更に、領域４５ｃで分光された第１のサブビーム、第２のサブビームも一方が＋１次光として結像前に対応するフォトダイオードで受光され、他方が−１次光として結像後に他の対応するフォトダイオードで受光される。
【００７５】
このような条件のもと、領域４５ｃで回折されたメインビーム、第１のサブビーム、第２のサブビームの＋１次側のレーザー光の像は、図のようにフォトダイオード上で、それぞれ順に像ｃｐ＋、像ｃｑ＋、像ｃｒ＋となり、−１次側のレーザー光は、フォトダイオード上で、それぞれ順に像ｃｐ−、像ｃｑ−、像ｃｒ−となる。
【００７６】
そして、像ｂｐ＋と像ｂｐ−、像ｂｑ＋と像ｂｑ−、像ｂｒ＋と像ｂｒ−、像ｃｐ＋と像ｃｐ−、像ｃｑ＋と像ｃｑ−、像ｃｒ＋と像ｃｒ−の組合せにおいて、＋１次光がフォトダイオードを仮に透過した場合に結像するとされる仮想結像点からフォトダイオードまでの距離と、−１次光の結像点からフォトダイオードまでの距離は略同じに設定されている。したがって、各組合せにおいて、収差等がない理想状態ではそれぞれ互いに対して対称の形状となる。
【００７７】
なお、本実施の形態では、理解の容易のため領域４５ｂ、４５ｃで分光された各レーザー光も結像前と結像後に受光する方式を用いたが、領域４５ｂ、４５ｃは、トラッキング誤差信号を検出するためものであるため、＋１次と−１次のレーザー光を結像前と結像後に受光する必要はない。したがって、結像点の発熱によるフォトダイオード素子の劣化を避け、かつ、メインビームとサブビームが受光素子上で重なり合わないように適宜設計しても良い。
【００７８】
ここで、図９で示された各フォトダイオードの出力により収差量やフォーカスエラー量等を算出する方法について説明する。なお、図９で示した像の記号と、その像が写されるフォトダイオードからの出力信号は同じ記号を用いるものとする。そして、図２において、光ピックアップ３０からの電気信号が、それぞれフォーカスエラー検出回路８、トラッキングエラー検出回路９、収差量検出回路１０に入力され、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、収差量信号の計算がそれぞれ行われる。
【００７９】
収差量検出回路１０では、第１のフォトダイオード４３＋からの出力、第２のフォトダイオード４３−からの出力のみで収差量ＡＢを検出することができ、具体的には、ＡＢ＝ａ＋−ａ−となる。これは、単に第１のフォトダイオード４３＋の第１の領域からの出力、第２のフォトダイオード４３−の第１の領域からの出力を差分しただけであって、非常に簡易な計算で収差量を求めることができる。更に他の計算方法として、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−）があげられる。
【００８０】
また、本実施の形態では、トラッキング誤差の補正も可能とするため、第１、第２のフォトダイオード４３＋、４３−で受光されるレーザー光は、ホログラム４５で約半円状になされたものを使用しているが、収差量の算出やフォーカスエラーの算出等に関しては、全ての反射光を利用した円形のレーザー光を使用しても良い。
【００８１】
また、図９に示した各フォトダイオードからの出力を基にフォーカスエラー信号も単に第１のフォトダイオード４３＋からの出力、第２のフォトダイオード４３−からの信号のみで計算できる。具体的には、ＦＯ＝ａ＋−ａ−となる。これは、収差補正量の算出と同様に、非常に簡易な計算で収差量を求めることができる。更に他の計算方法として、ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）、ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）、ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）、ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）、ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−）あげられるのは、収差補正量の算出の場合と同様である。
【００８２】
また、トラッキングエラー信号は、例えばｔｒ＝（ｂｐ＋＋ｂｐ−−ｃｐ＋−ｃｐ−）−ｋ（ｂｑ＋＋ｂｑ−＋ｂｒ＋＋ｂｒ−−ｃｑ＋−ｃｑ−−ｃｒ＋−ｃｒ−）と計算できる。ただし、ｋは定数である。あるいはｔｒ＝（ｂｑ＋＋ｂｑ−＋ｃｑ＋＋ｃｑ−）−（ｂｒ＋＋ｂｒ−＋ｃｒ＋＋ｃｒ−）としても良い。
【００８３】
また、データとして出力される信号は、＋１次側、−１次側の全ての信号を加えたものとすればよい。
【００８４】
このようにして得られた、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、収差量信号が基となり、サーボ処理回路１６を経て、フォーカス補正ドライバ２２、トラッキング補正ドライバ２３、収差補正ドライバ２４からフォーカスドライブ電流、トラッキングドライブ電流、収差量補正ドライブが出力される。そして、図３に示したように、フォーカスドライブ電流でフォーカスアクチュエータ３８が働き、フォーカスレンズ３９の位置が調整される。また、トラッキングドライブ電流でトラッキングが補正される。収差量補正ドライブ電流で収差補正アクチュエータ３６が働き、収差補正レンズの位置が調整される。
【００８５】
このようにしてフォーカスとトラッキングの調整がなされると共に収差の軽減がなされる。この収差軽減の動作は、光ディスク２の信号を読み出す際、あるいは、読み出す前に１度補正し、その後は特に収差の補正をしない設定としても良い。または、連続して、あるいは複数回にわたって収差の補正をする設定としても良い。
【００８６】
図１０は、本発明に係る受光装置である光ピックアップの他の例を示したものである。なお、本実施の形態においても光ピックアップ３０’は、再生用としても記録用としても適用可能である。なお、図３に示した光ピックアップ３０と同様の構成にかかる部分は、同一の符号を付し細かな説明は省略する。
【００８７】
光源３１は、半導体レーザーであり、この光源３１から発せられるレーザー光は、コリメータレンズ３２により平行光線とされ、ビーム成形用プリズム３３に入射され、レーザー光が略真円とされる。これらの構成は、図３に示した光ピックアップの例と同様である。
【００８８】
ビーム成形用プリズム３３を通過したレーザー光は、ハーフプリズムの一種である第１の偏光ビームスプリッタ３４ａに入射される。本図では省略されているが、図３の場合と同様にパワーモニタフォトダイオードを設け、光源から発せられたレーザー光の約１０％程をパワーモニタフォトダイオードに反射させ、光源３１から発せられるレーザー光の強度を監視する構成としても良い。
【００８９】
第１のビームスプリッタ３４ａから出射されたレーザー光は、第２のビームスプリッタ３４ｂを通過する。先に述べた、パワーモニタフォトダイオードを第１のビームスプリッタ３４ａに応じた位置の変わりに第２のビームスプリッタ３４ｂに応じた位置に設けることもできる。第２のビームスプリッタ３４ｂを通過したレーザー光は、この後、１／４波長板３５、収差補正レンズ３７、フォーカスレンズ３９を通過する。ここでの動作も図３に示した光ピックアップの例と同様である。
【００９０】
なお、図３に示した例と同様、収差補正レンズ３７とフォーカスレンズ３９は、コイルと磁石の組合せを主要部品として含む収差補正アクチュエータ３６、フォーカスアクチュエータ３８でホールドされており、前述の収差補正ドライブ電流、フォーカスドライブ電流によりそれぞれ調整される。また、本光ピックアップは、トラッキング補正ドライバ２３からのトラッキングドライブ電流により、トラッキングの調整もされている。
【００９１】
フォーカスレンズ３９を通過したレーザー光は、光ディスク２ の保護膜２ｂを介して、光ディスク２の反射面２ａに入射される。反射面２ａに入射されたレーザー光は、この反射層で反射されて戻りのレーザー光となり、元の光路を辿ってフォーカスレンズ３９、収差補正レンズ３７を透過した後、１／４波長板３５に入射する。そして、この戻り光は、１／４波長板３５を透過することにより、入射時の直線偏光となり、その後、この戻りのレーザー光は、第２の偏光ビームスプリッタ３４ｂに入射する。
【００９２】
第２の偏光ビームスプリッタ３４ｂに入射した戻り光のレーザー光は、戻り光の約４５％を反射し、残りの５５％を透過する。透過したレーザー光は、第２の偏光ビームスプリッタ３４ｂから第１の偏光ビームスプリッタ３４ａに入射する。第１の偏光ビームスプリッタ３４ａに入射した戻り光のレーザー光は、戻り光の約８２％を反射し、残りの１８％を透過する。
【００９３】
こうして、第２、第１の偏光ビームスプリッタ３４ｂ、３４ａで反射された光は、それぞれ第２のシリンドリカルレンズ４１−と第１のシリンドリカルレンズ４１＋に入射されて、レンズの屈折により集光される。
【００９４】
第２の偏光ビームスプリッタ３４ｂで反射され、第２のシリンドリカルレンズ４１−で集光されたレーザー光は、結像点Ｘで結像後に拡散して第２の受光素子である第２のフォトダイオード４３−で受光される。また、第１の偏光ビームスプリッタ３４ａで反射され、シリンドリカルレンズ４１＋で集光されたレーザー光は、結像点前に第１の受光素子である第１のフォトダイオード４３＋で受光される。ここで、第１、第２のフォトダイオード３４＋、４３−の構成は、図７に示したフォトダイオードと同様である。
【００９５】
そして、第１のフォトダイオード４３＋をレーザー光が仮に透過した場合に第１のシリンドリカルレンズ４３＋で集光されたレーザー光の仮想結像点をＸ’とした場合、仮想結像点Ｘ’から第１のフォトダイオード４３＋までの距離と、結像点Ｘから第２のフォトダイオード４３−までの距離は、略同じ距離となるよう第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−が設置される。したがって、第１のフォトダイオード４３＋、第２のフォトダイオード４３−で受光されるレーザー光の像は、収差等がない理想の状態では対称の形となる。
【００９６】
なお、本実施の形態では、レーザー光をフォトダイオードに導く手段として、ハーフプリズムの１種である２つの偏光ビームスプリッタを用いたが、一方あるいは両方を光の一部が透過し、一部が反射するハーフミラー等の平行平板素子を用いても良い。
【００９７】
また、本例においても、図７に示したように、光ディスク２で反射したレーザー光のトラック方向の成分が、第１の受光領域４３ａと第２の受光領域４３ｂの境界、第２の受光領域４３ｂと第２の受光領域４３ｃの境界に対して垂直となるよう第１、第２のフォトダイオード４３＋、４３−が設置されることが好ましい。
【００９８】
図１１は、本発明に係る更に他の実施の形態を示した図である。本実施の形態は、フォトダイオードが光源である半導体レーザー装置の中に設けられている例である。なお、本実施の形態においても光ピックアップ３０”は、再生用としても記録用としても適用可能である。なお、図３、図１０に示した光ピックアップ３０、３０’と同様の構成にかかる部分は、同一の符号を付し細かな説明は省略する。
【００９９】
発光・受光を行う半導体レーザー装置５０の半導体レーザー素子レーザー光は、コリメータレンズ３２により平行光線とされ、ビーム成形用プリズム３３に入射され、レーザー光の真円とされる。これらの構成は、図３、図１０に示した光ピックアップ３０、３０’の例と同様である。
【０１００】
ビーム成形用プリズム３３を通過したレーザー光は、１／４波長板３５、収差補正レンズ３７、フォーカスレンズ３９を通過する。ここでの動作も図３、図１０に示した光ピックアップ３０、３０’の例と同様である。
【０１０１】
なお、図３、図１０に示した例と同様、収差補正レンズ３７とフォーカスレンズ３９は、コイルと磁石の組合せを主要部品として含む収差補正アクチュエータ３６、フォーカスアクチュエータ３８でホールドされており、前述の収差補正ドライバ２４からの収差補正ドライブ電流、フォーカス補正ドライバ２２からのフォーカスドライブ電流によりそれぞれ調整される。また、本光ピックアップは、トラッキング補正ドライバ２３からのトラッキングドライブ電流により、トラッキングの調整もされている。
【０１０２】
フォーカスレンズ３９を通過したレーザー光は、光ディスク２ の保護膜２ｂを介して、光ディスク２の反射面２ａに入射される。反射面２ａに入射されたレーザー光は、この反射層で反射されて戻りのレーザー光となり、元の光路を辿ってフォーカスレンズ３９、収差補正レンズ３７を透過した後、１／４波長板３５に入射する。ここでの動作も、図３、図１０に示した光ピックアップ３０、３０’と同様である。
【０１０３】
１／４波長板３５を通過したレーザー光の戻り光は、再びビーム成形用プリズム３３を通過して、コリメータレンズ３２で集光され、発光・受光を行う半導体レーザー装置５０内で受光される。
【０１０４】
図１２は、図１１に示した発光・受光を行う半導体レーザー装置５０の具体的構成を表した模式図である。この半導体レーザー装置５０は、円板状をした絶縁体からなる台座５１上に、この台座５１ と一体的にヒートシンク５６ が設けられている。ヒートシンク５６の上には発光素子である半導体レーザー素子５５ が、レーザー発振面を上方に向けて設置されている。半導体レーザー素子５５ から上方に向けて発振されるレーザー光は、図１１に示したとおり光ディスク２に照射される。なお、図示しないが、半導体レーザー素子５５により発振されるレーザー光を受光し得る位置に、モニター用フォトダイオードを設置しても良い。この場合、モニター用フォトダイオードの検出結果に基づいて、半導体レーザー素子５５から発振されるレーザー光の出力が調整される。
【０１０５】
台座５１上には、半導体レーザー素子５５から照射されて光ディスクにて反射されたレーザー光を受光し得る位置に、信号検出用の第１と第２の受光素子である第１のフォトダイオード５７＋と第２のフォトダイオード５７−が設置されている。また、台座５１ には、複数のリード５８が取り付けられており、台座５１ を貫通して、その上面に達し
た各リード端子５８の端部が、半導体レーザー素子５５ 、第１、第２のフォトダイオード５７＋、５７−と、図示しないワイヤーボンディングによってそれぞれ、電気的に接続されている。
【０１０６】
台座５１上のヒートシンク５６、半導体レーザー素子５５および第１、第２のフォトダイオード５７＋、５７−等は、台座５１に接着された外筐５２によって覆われている。この外筐５２は、底面が開放されて上面に開口部５４が設けられた円筒状をしている。上面の開口部５４は円形状をしており、この開口部５４は外筐５３の上面に取り付けられたホログラム５３によって閉塞されている。
【０１０７】
外筐５３内は、通常は透明な光学部材で構成されるが、透明な流体材料が充填されて封入される場合もある。この流体材料 は、半導体レーザー素子５５ から発振されるレーザー光の波長を透過させ得る透明度を有した、例えばシリコンオイル、フッ素系不活性液体、鉱油等である。
【０１０８】
このような半導体レーザー装置３０ は、半導体レーザー素子５５から発振されるレーザー光が、流体材料およびホログラム５３を通って、光ディスクに照射される。
【０１０９】
光ディスクにて反射され図１１に示すコリメータレンズ３２で集光されたレーザー光は、ホログラム５３で分光されて、第１のフォトダイオードには結像前に照射され、第２のフォトダイオードには、結像点Ｘで一旦結像後、拡散された状態で照射されるようになっている。この際、第１のフォトダイオード５７＋を仮にレーザー光が透過した場合の結像点を仮想結像点Ｘ’とし、この仮想結像点Ｘ’から第１のフォトダイオードまでの距離と結像点Ｘから第２のフォトダイオード５７−までの距離は略等距離となるように第１のフォトダイオード５７＋と第２のフォトダイオード５７−が設置されている。
【０１１０】
なお、第１、第２のフォトダイオード５７＋、５７−は、図７に示したフォトダイオードと同様の構成をしており、各ダイオードは、主に２種類の領域の分類され、一方の種類の領域が他方の種類の領域で挟まれている構造となっている。第１の領域と第２の受光領域の境界線が、ホログラム５３の格子であるグレーティングに対し略垂直となるように設置されることが好ましい。
【０１１１】
また、本実施の形態においても、図７に示したように、光ディスク２で反射したレーザー光のトラック方向の成分が、第１の受光領域と第２の受光領域の境界、第２の受光領域と第３の受光領域の境界に対して垂直となるよう第１、第２のフォトダイオード５７＋、５７−が設置されることが好ましい。
【０１１２】
以上全ての実施の形態において、受光装置である光ピックアップと収差検出回路、収差制御回路、収差補正ドライバを含んだ装置として、収差量検出装置として働かせることも可能である。
【０１１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
本実施例において、受光装置であるフォトダイオードは、図６、図８を用いて説明したものと同様の概念である受光装置を用いたが、図８における半円状の領域４５ａのみを考慮し、他の領域４５ｂ、４５ｃは考慮されていない。そして、使用したフォトダイオードは、図７を用いて説明したものと同様の概念である受光素子を用いた。また、レーザー波長はλ＝４０５ｎｍであり、復路側の開口数ＮＡ＝０．１とした。
【０１１４】
また、各像の縦方向であるη軸方向が図６で示した、第１の領域、第２の領域、第３の領域の各境界方向となっている。したがって、かかる境界の方向と光ディスク２のトラック方向２ｃとが垂直となされている場合は、各像の横方向であるξ軸方向に図６で示すトラック方向２ｃの成分が含まれる。更に、ホログラムのグレーティングが、かかる境界の方向と垂直となされている場合は、やはり各像の横方向であるξ軸方向にグレーティングの成分が含まれる。
【０１１５】
図１３は、光ディスクの保護膜の厚さが規定の厚さ０．１ｍｍより２０μｍ薄い場合の像の様子と、像の中心を通る横軸方向での光強度のグラフをセットで表したものである。
【０１１６】
図においてＡは、結像点から−５００λすなわち０．２０３ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、光はξ＝０μｍ付近を中心に急進に立ち上がっていることが分かる。ξ＝８０μｍ付近にも極弱いピークが伺える。
【０１１７】
Ｂは結像点から−１０００λすなわち０．４０５ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、ξ＝３５μｍ付近で強いピークがあるが、Ａで示したピークと比較すると急峻性は薄れている。また、ξ＝７０μｍ付近から先にかけて弱い光の強度が観測される。
【０１１８】
Ｃは結像点から−２０００λすなわち０．８１μｍでの結果である。グラフからも明らかなように、ξ＝２０μｍ付近、４０μｍ付近でピークが表れ、ξ＝６０μｍ付近、９０μｍ付近でξ＝２０μｍ付近、４０μｍ付近のピークよりもやや強いピークが表れている。
【０１１９】
なお、結像点からの距離が＋５００λ、＋１０００λ、＋２０００λの像とグラフは、順にＡ，Ｂ，Ｃの像を点対象に折り返し、グラフも対称に返したものとなる。なお、グラフの縦軸のスケールが、Ａ，Ｂ，Ｃで異なっている。
【０１２０】
図１４は、光ディスクの保護膜の厚さが規定の厚さ０．１ｍｍで誤差のない場合の像の様子と、像の中心を通る横軸方向での光強度のグラフをセットで表したものである。したがって、本実施例では、デフォーカスを除く球面収差がおきていない。
【０１２１】
図においてＡは、結像点から−５００λすなわち０．２０３ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、光はξ＝５μｍ付近を中心にピークが伺える。
【０１２２】
Ｂは結像点から−１０００λすなわち０．４０５ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、ξ＝１０μｍ付近、２０μｍ付近、３０μｍ付近でピークが伺え、また、ξ＝８０μｍ付近にもピークが伺える。
【０１２３】
Ｃは結像点から−２０００λすなわち０．８１μｍでの結果である。グラフからも明らかなように、ξ＝２０μｍ付近から７０μｍ付近にかけて緩やかなピークが表れ、ξ＝１１０μｍ付近で急峻で強いピークが表れている。
【０１２４】
なお、結像点からの距離が＋５００λ、＋１０００λ、＋２０００λの像とグラフは、順にＡ，Ｂ，Ｃの像を点対象に折り返し、グラフも対称に返したものとなる。なお、グラフの縦軸のスケールが、Ａ，Ｂ，Ｃで異なっている。
【０１２５】
図１５は、光ディスクの保護膜の厚さが規定の厚さ０．６ｍｍより２０μｍ厚い場合の像の様子と、像の中心を通る横軸方向での光強度のグラフをセットで表したものである。
【０１２６】
図においてＡは、結像点から−５００λすなわち０．２０３ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、光はξ＝５μｍ付近を中心に急進に立ち上がっていることが分かる。ξ＝８０μｍ付近にも弱いピークが伺える。
【０１２７】
Ｂは結像点から−１０００λすなわち０．４０５ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、ξ＝１０μｍ付近で強いピークがあるが、Ａで示したピークと比較すると急峻性は薄れている。また、ξ＝８０μｍ付近に比較的強いピークがξ＝１００μ付近にもピークが伺える。
【０１２８】
Ｃは結像点から−２０００λすなわち０．８１ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、ξ＝２０μｍ付近でなだらかなピークが表れ、ξ＝１１０μｍ付近で急峻で強いピークが表れている。
【０１２９】
なお、結像点からの距離が＋５００λ、＋１０００λ、＋２０００λの像とグラフは、順にＡ，Ｂ，Ｃの像を点対象に折り返し、グラフも対称に返したものとなる。なお、グラフの縦軸のスケールが、Ａ，Ｂ，Ｃで異なっている。
【０１３０】
図１６、図１７は、図８を用いて説明した受光素子４３＋、４３−を用いて、複数の演算式を用いて計算した結果のグラフである。なお、本グラフでは、厚み誤差に相当する球面収差量に換算したスポットの強度分布をスカラ回折理論に基づくシミュレーションで算出し、各受光領域に落ちる光量を演算することにより信号出力を求めた。計算に用いた開口数ＮＡは０．１、波長は４０５ｎｍとした。図１６では、結像点Ｘから受光素子４３＋，４３−までの距離αを０．１６２ｍｍ（４００λ）として、図１７では、結像点Ｘから受光素子４３＋，４３−までの距離αを０．２４３ｍｍ（６００λ）としている。
【０１３１】
図１６のグラフでは、実線で表したＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ―＋ｃ＋）の曲線は、保護層膜厚誤差に対して然程変化していないことが表されている。したがって、本条件の場合には、本式をフォーカスエラー信号の検出に用いれば、球面収差量の変化に対して影響が少ないため、フィードバック制御を行う場合に互いに干渉することが少ないので好適である。また、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ａ−＋ｂ＋）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）が、保護層膜厚誤差に対して、次第に出力変化が大きくなることを示している。したがって、これらの式を用いた場合には、良好に収差量を検出することができる。また、図示しないがＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−）、および、ＡＢ＝ａ＋−ａ−の検出式を用いた場合でも良好に収差量を検出できることが確認された。従って、実用の際にはシステム上にて使用できる演算回路素子の状況等に応じて、適宜各式を使い分ければよい。
【０１３２】
図１７のグラフでは、実線で表したＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）の曲線が、保護層膜厚誤差に対して変化を示すようになったものの、他の曲線と比べて、逆の動向を示していることが分かる。また、保護層厚の誤差が±２０μｍ以上となると、出力信号が低下する。したがって、一定以上の収差量があると、保護層厚を誤認識する可能性がある。したがって、この条件の場合には収差量ＡＢの検出には適していないこととなる。また、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）が、保護層膜厚誤差に対して、次第に出力変化が大きくなることを示している。したがって、これらの式を用いた場合には、良好に収差量を検出することができる。このように、結像点Ｘから受光素子４３まで、一定の距離をおき配置された、受光領域がそれぞれ３分割された一組の受光素子を用いれば、結像点から受光素子の距離等の状況に応じて、さまざまな式を用い、収差量の検出やフォーカスエラーの検出ができることが分かる。
【０１３３】
図１８は、フォーカス補正量ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）が結像点Ｘから受光素子４３までの距離αによってどのように変化しているかを示したグラフで、第１の受光領域と第２の受光領域の合計の幅ａ＋ｂを適宜変化させたものである。本実施例では、素子全体の幅が１１０μｍとなっているため、図７に示した第１の受光領域と第２の受光領域の合計の幅ａ＋ｂが変化すれば、それに応じて第３の領域の幅ｃも変化する。グラフより、結像点から各受光素子までの距離が０．１〜０．５ｍｍの間では、出力値に大きな変化を有する曲線があるのに対して、結像点から各受光素子までの距離が０．５ｍｍ以上では、第１の受光領域と第２の受光領域の合計の幅ａ＋ｂをどのように選択しても然程出力値を得られないことを示している。
【０１３４】
なお、本例では、フォーカス補正量ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）としたが、前述のように各信号の演算方法はこれらのみに限らず、光学系や受光素子幅等の設計状況に応じて適宜決めればよい。また、本式による結果は、典型的なものであり、他の式による結果においても傾向的に大きな差はない。
【０１３５】
図１９は、図７を用いて説明した受光素子であるフォトダイオードの第１の受光領域４３ａの幅ａと第２の受光領域４３ｂの幅ｂの合計幅ａ＋ｂに対するフォーカス補正信号ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）表したものである。本グラフでは、結像点から受光素子までの距離αを適宜選択して表している。
【０１３６】
グラフからも分かるとおり、受光素子幅ａ＋ｂが５０μｍを超えると、結像点から受光素子までの距離αどのように選択しても然程出力が得られないことを示している。逆に合計幅ａ＋ｂが２０〜５０μｍでは、結像点から受光素子までの距離αを選択することにより、適宜出力を得ることができることを示している。
【０１３７】
なお、図１８，図１９に示したグラフにおいても、スポットの強度分布をスカラ回折理論に基づくシミュレーションで算出し、各受光領域に落ちる光量を演算することにより信号出力を求めた。計算に用いた開口数ＮＡは０．１、波長は４０５ｎｍとした。
【０１３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、３つの受光領域を有する受光素子を結像点から略等距離に配し、それぞれの受光領域からの出力を用いて適宜計算することができ、それに応じて良好な、収差量やフォーカス補正量を計算することができる。特に、結像点に受光素子を配さないことにより、各受光領域に光を位置させることができる。したがって、受光素子の位置、向きを容易に設定できることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の収差量検出装置に使用される受光装置の一例を表した図である。
【図２】本発明に係る光信号再生装置の一態様である光ディスク再生装置を表したブロック図である。
【図３】本発明に係る光信号検出装置の一実施の形態である光ピックアップの光学系を模式的に表した図である。
【図４】図３に示した受光ブロックの一例を示したものである。
【図５】図３に示した受光ブロックＤの他の例を示したものである。
【図６】図３に示した受光ブロックの他の実施の形態を表した図である。
【図７】第１または第２のフォトダイオードの受光領域を表した図である。
【図８】図７に示した受光ブロックの受光部を詳細に示した斜視図である。
【図９】図８で説明した３つの領域に分割されたホログラムを用い収差量等を計算するための前提となる模式図である。
【図１０】本発明に係る光信号検出装置である光ピックアップの他の例を示したものである。
【図１１】本発明に係る光信号検出装置である光ピックアップの更に他の実施の形態を示した図である。
【図１２】図１１に示した発光・受光を行う半導体レーザー装置の具体的構成を表した模式図である。
【図１３】受光素子に現れる像の様子と、像の中心を通る横軸方向での光強度のグラフをセットで表したものである。
【図１４】受光素子に現れる像の様子と、像の中心を通る横軸方向での光強度のグラフをセットで表したものである。
【図１５】受光素子に現れる像の様子と、像の中心を通る横軸方向での光強度のグラフをセットで表したものである。
【図１６】結像点と受光素子間の距離を０．１６２ｍｍとした場合の保護膜の厚み誤差に対する各計算式による信号の変化を示したグラフである。
【図１７】結像点と受光素子間の距離を０．２４３ｍｍとした場合の保護膜の厚み誤差に対する各計算式による信号の変化を示したグラフである。
【図１８】第１と第２の受光領域の各合計幅ごとで、結像点と受光素子の距離に対するフォーカス信号の出力値を示したものである。
【図１９】各結像点と受光素子の距離ごとで、第１と第２の受光領域の各合計幅に対するフォーカス信号の出力値を示したものである。
【符号の説明】
１ 光ディスク再生装置
２ 光ディスク
４ ＲＦアンプ
６ 波形等化器
７ 整形器
８ フォーカスエラー検出回路
９ トラッキングエラー検出回路
１０ 収差検出回路
１６ サーボ処理回路
１７ フォーカス制御回路
１８ トラッキング制御回路
１９ 収差制御回路
２２ フォーカスドライバ
２３ トラッキングドライバ
２４ 収差補正ドライバ
３０、３０’、３０” 光ピックアップ
３１、５０ 半導体レーザー装置
３２ コリメータレンズ
３３ ビーム成形用プリズム
３４ 偏光ビームスプリッタ
３５ １／４波長板
３７ 収差補正レンズ
３９ フォーカスレンズ
４１ シリンドリカルレンズ
４２ 受光部
４３＋、４３− 第１、第２の受光素子
４４ ハーフプリズム
４５、５３ ホログラム
５５ 発光素子
５７＋、５７− 第１、第２の受光素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の受光装置、収差量検出装置、受光装置に関する。より詳しくは、集光された光の結像点の前後で光を検出するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光記録媒体の種類が多様化しつつある現代、その保護層の厚みもまた幾つかの種類のものが存在する。光ヘッドに記録されている情報を読み取る場合、媒体の保護層厚が設計値からずれている場合、対物光軸に対して傾きを持つ場合等に、光ビームの波面に球面収差が発生し、微小スポットを結像する際の妨げとなる。
【０００３】
また、近年の短波長高密度型光ヘッドの一部は、記録媒体に記録された情報を読み取るビームスポットをより小さく絞るために、０．８５以上の高い値の開口数で設計されている。この場合には、光学系に発生する収差、特に媒体の保護層膜厚の誤差によって生ずる球面収差が結像スポット径に大きく影響するため、これらを何らかの方法で検出し、補正する必要がある。
【０００４】
そのような背景から、これまでにもいくつかの収差検出方法が提案されてきた。特開１９９８−２１４４３６や特開２０００−５７６１６では、光が結像する点に受光素子を設け、受光素子をビームの光軸を中心に内外周で分けて、内外周用の各受光領域がそれぞれ十字の分割線で四分割され、各分割領域の信号出力を演算することにより、焦点誤差信号と球面収差信号を生成する方法が提案されている。さらに特開２０００−１７１３４６、特開２００２−３９９１５および特開２００２−５５０２４に示される方法は、光が結像する点に受光素子を設け、復路側の光ビームを内外周にわけ、各ビームをそれぞれ個別に２分割された受光素子に導いて、これらの信号を演算することにより焦点誤差信号と球面収差信号を生成している。
【０００５】
図１は、上記した従来の収差量検出装置に使用される受光装置の一例を表した図である。光源１０３は、レーザー光を発振し、光源１０３から発せられた光は、所定の経路を通り、図示しない光ディスクまで届く。そして、光ディスクの反射面で反射された光は、コリメートレンズ１０４を通り、ホログラム１０１の各領域に入射された反射光ごとに回折されて、それぞれ受光素子１０２中の所定の位置で結像される。
【０００６】
ホログラム１０１の内周領域１０１ａに入射された反射光は、受光素子１０２の内周光量検出領域１０２ａ上に設けられた図示しない分割線上で結像される。ホログラム１０１の外周領域１０１ｂに入射された反射光は、受光素子１０２の外周光量検出領域１０２ｂ上に設けられた図示しない分割線上で結像される。ホログラム１０１のトラッキング誤差信号用領域１０１ｃ、１０１ｄに入射された反射光は、それぞれ受光素子１０２のトラッキング誤差信号検出領域１０２ｃ、１０２ｄで結像される。なお、トラッキング誤差信号用領域１０１ｃ、１０１ｄからトラッキング誤差信号検出領域１０２ｃ、１０２ｄへの反射光の経路は図示していない。
【０００７】
そして、先に述べたように受光素子１０２ａ、１０２ｂは、図示しない分割線で２つの領域に分割され、反射光の球面収差量は、受光素子１０２ａ、１０２ｂの分割された各２つの領域の光量に応じて、それぞれの領域から発せられる電気信号全てを使用し、計算により求められていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開１９９８−２１４４３６号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２０００−５７６１６号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２０００−１７１３４６号公報
【００１１】
【特許文献４】
特開２００２−３９９１５号公報
【００１２】
【特許文献５】
特開２００２−５５０２４号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の受光装置を用いた収差量検出装置では、結像点付近の光を用いるため、収差量が略ゼロである状態で、ホログラムにより回折された反射光が各受光領域上でほぼ結像していなければならなかった。更に、少なくとも収差量を検出するために設けられた受光領域では、各受光領域が分割されており、径が僅か数から十数μｍをいう極小のスポットを各受光領域の分割線上に位置するよう調整する必要があった。また、受光領域の分割が十字の分割線で四分割されている場合には、十字の分割線の交点に、前記の極小スポットの中心が位置するよう設定する必要があった。
【００１４】
従って、ホログラム１０１と受光素子１０２中の各受光領域の位置関係の設定が困難であった。特に、受光素子１０２を図に示したように各領域を一体的にする場合には、受光素子の位置関係ばかりではなくその向きの設定も正確にしなければならず、製造上困難を極める。
【００１５】
さらに、スポット径が小さい為光の中心を含む光と光の中心を含まない外周の光を分離し、互いに異なる受光領域で受光させることが困難であった。仮に分割線を挟み、２つの受光領域で光を分離して受光できたとしても、せいぜい２分割程度しか出来なく、したがって、収差量やフォーカス補正量を算出する式にかなりの制限があった。
【００１６】
また、機器の温度変化により、レーザー光の周波数が僅かにずれた場合、ホログラムによる回折の方向が若干ずれ、上述した分割線から外れてしまうこともある。
【００１７】
更に、上述の収差量検出装置に用いられる光ピックアップのレーザー光がトラッキングサーボにより光ディスクの径方向に僅かにずれた場合にも、やはり上述した分割線から外れてしまうことがある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、上述の問題を解決し、製造が簡易で、また、温度変化による光の結像点のズレを問題としない、優れた受光装置、収差量検出装置、および、受光装置を提案するものである。
【００１９】
本発明に係る受光装置は、集光された光を結像前に受光する第１の受光素子と、集光された光を結像後に受光する第２の受光素子とを有する。これら第１の受光素子と第２の受光素子は、集光された光の結像点から略等距離に配され、各受光素子が受光した光に基づき電気信号を出力するものである。そして、第１の受光素子および第２の受光素子は、集光された光の略中心の光を含む光を受光する第１の受光領域と、第１の受光領域に隣接し集光された光の略中心の光を含まない光を受光する第２の受光領域と、この第２の受光領域に前記第１の受光領域とは反対側で隣接する第３の受光領域とを含んでいるのである。
【００２０】
このように受光する光の結像点付近に受光素子を配置しない構成をとることにより、受光素子の位置精度に余裕をもたせることができる。そして、集光された光の略中心の光を含む光を受光する第１の受光領域と、集光された光の略中心の光を含まない光を受光する第２の受光領域に加え、光の最外周付近の光を受光する第３の受光領域を設けることにより、像の外周部の光強度の弱い部分をも有効活用することができる。これにより、両受光素子の各受光領域からの出力を利用し、収差量検出、フォーカス補正量検出等で条件に応じた多様な計算を可能とすることができる。なお、本発明において「隣接」とは、隣り合う受光領域が接している状態の他、各受光領域を区分けする為等に必要な隙間を隔てて隣り合っている状態を含むものである。
【００２１】
更に、本発明に係る受光装置において、第１の受光素子と第２の受光素子が、両受光素子間の一点を順点として点対称の関係にあれば好適である。集光された光は、結像点前後で像が点対称の関係となるので、このような構成をとることで、結像点の一方にある受光素子と、結像点の他方にある受光素子で、ほぼ同一条件の光を受光することが可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る受光装置において、第１の受光領域の幅は、第２の受光領域の幅よりも大きい構成とすれば好適である。このような構成をとることにより、光軸が第１の受光領域の第２の受光領域との境界側ではない端部に外れる状態を防ぐことができるので、受光素子の取り付け位置に誤差や、受光装置を含んだ機器の温度変化等による、光軸のずれに対するマージンを得ることができる。
【００２３】
また、本発明に係る受光装置において第３の受光領域の幅は、前記第１の受光領域および前記第２の受光領域の幅よりも大きければやはり好適である。このような構成をとることにより、像の外周部の光強度の弱い部分を広い範囲で受光できるので、第３の受光領域からも高い出力が得られる。
【００２４】
また、本発明に係る受光装置において、第１の受光領域および第２の受光領域の幅の合計は、２０〜５０μｍであれば好適である。更にこのような条件のもとで、第１の受光領域および第２の受光領域の幅は、それぞれ１０〜３０μｍであれば好適である。また、第２の受光領域と第３の受光領域の境界と垂直な方向における第３の受光領域の幅は、４０〜１８０μｍであれば好適である。
【００２５】
また、本発明に係る受光装置において、第１の受光素子と第２の受光素子は、光の結像点から０．１〜０．５ｍｍの位置に配されていれば好適である。このような配置にすることにより、第１〜第３の受光領域で像が得られ、出力が十分得られる。
【００２６】
前述した発明に係る受光装置において、第１の受光素子は分光手段により分光された一方の光を受光し、第２の受光素子は分光された他方の光を受光する構成とすれば良い。このように分光することで、結像前の光と結像後の光を受光することが容易に可能となる。そして、この分光手段は、ハーフプリズム、平行平板素子、ホログラムのいずれかであれば尚良い。
【００２７】
更に、この分光手段がホログラムである場合には、第１の受光領域と第２の受光領域の境界が、前記ホログラムの格子方向と略垂直となる構成とされることが望ましい。ホログラムを透過するレーザー光の波長がシフトすると、レーザー光の回折角度は、ホログラムの格子方向と垂直に変化する。したがって、このような構成をとることで、装置の温度変化等による受光するレーザー光の波長がシフトした際にも各受光領域で略一定の受光ができるのである。なお、ホログラムの格子は、僅かに湾曲している場合があるが、本発明で意味するところの「格子方向と略垂直」とは、僅かに湾曲したホログラムの格子方向の平均した方向と略垂直の関係になっていれば良い。
【００２８】
そして、本発明に係る受光装置において、各受光素子が光記録媒体に照射した光の反射光を受光する構成とすれば、例えば、光ディスクのピックアップとしての使用に良好である。更に、このような条件のもと、第１の受光領域と第２の受光領域の境界は、反射光の光記録媒体のトラック成分方向と垂直であれば良好である。これは、トラッキングサーボの追従により、対物レンズが光ディスクのトラックに対し垂直な方向（径方向）にシフトした際の影響を抑えるためである。すなわちディスクに潜在するトラックの偏芯等により、対物レンズのシフトが起きた場合、反射したレーザー光の像が、トラック方向に対して垂直にシフトすることがある。このような場合でも、各受光領域で略一定の像を受光でき、安定した出力を得ることができる。
【００２９】
更に、本発明において、第１の受光素子の出力と前記第２の受光素子の出力に基づいた収差補正ドライブ電流により、光記録媒体に照射した光の反射光の収差量を補正する収差補正手段を有していれば更に良好である。
【００３０】
以上のような受光装置を用いた本発明に係る光検出装置では、前述した受光装置の第１の受光素子からの出力と第２の受光素子からの出力を用いて収差量を検出する収差量検出回路を有しているものである。このような収差量検出回路を有する光検出装置によれば、例えば、光ディスクの製造誤差に起因して反射光が球面収差を有している場合、その情報を良好に取得できるものである。そして、第１の受光素子における第１の受光領域、第２の受光領域、第３の受光領域に基づく出力をそれぞれａ＋，ｂ＋，ｃ＋とし、第２の受光素子における第１の受光領域、第２の受光領域、第３の受光領域に基づく出力をそれぞれａ−，ｂ−，ｃ−とした場合に、
ＡＢ＝ａ＋−ａ−
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−）
のいずれかの式を用いて、収差量ＡＢを検出することとすれば良好である。このような式を用いることにより、例えば、ＡＢ＝ａ＋−ａ−、または、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）、または、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）であれば、収差量の検出感度が高くなるという利点がある。また、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−）、または、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）であれば、光軸ズレに対するマージンが広くなるという利点がある。さらに、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）であれば、収差量の検出感度がより高くなるという利点がある。
【００３１】
また、以上のような受光装置を用いた本発明に係る光検出装置では、前述した受光装置の第１の受光素子からの出力と第２の受光素子からの出力を用いてフォーカス補正量を検出するフォーカス補正量検出回路を有しているものである。このような光検出装置によれば、フォーカスの補正量を適切に検出することが可能となる。そして、第１の受光素子における第１の受光領域、第２の受光領域、第３の受光領域に基づく出力をそれぞれａ＋，ｂ＋，ｃ＋とし、第２の受光素子における第１の受光領域、第２の受光領域、第３の受光領域に基づく出力をそれぞれａ−，ｂ−，ｃ−とした場合に、
ＦＯ＝ａ＋−ａ−
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）
ＦＯ（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−）
のいずれかの式を用いて、フォーカス補正量ＦＯを検出することとすれば良好である。フォーカス補正量の算出と収差量補正量の算出は、互いに独立して行われる性質のものであるため、各補正信号は互いに干渉しない方が望ましい。したがって、これらの計算式の選択には特に制限はなく、前記の収差補正信号とのバランスを考慮して望ましい条件に適合する算出式を用いれば良い。
【００３２】
また、本発明における光信号再生装置では、前述したこれら光検出装置を用いて、光記録媒体に照射した光の反射光を受光し、光記録媒体に記録された信号の再生を行うものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に即して詳細に説明する。また、説明のために使用する図は簡単のためスケールに脚色を施し模式的に表しているが、それは本発明の内容に何ら影響を与えるものではない。また、本発明は波長４０５ｎｍ、受光素子側の開口数０．１の青色のレーザー光を使用した光信号再生装置を例に取り説明する。
【００３４】
図２は、光信号再生装置の一態様である光ディスク再生装置１を表したブロック図である。光ディスク再生装置１は、図示しないチャッキング手段によりスピンドルモータ３に直接、あるいは、間接的にチャッキングされた光ディスク２に記録された情報を再生するものである。
【００３５】
この光ディスクの情報を読み出して、電気的な信号を出力する受光装置である光ピックアップ３０は、スライダ機構を備えたシャーシ２８に設けられており、スライドモータ２７で光ディスク２の径方向に移動可能となっている。
【００３６】
光ピックアップ３０から出力された電気信号は、データ再生信号であるＲＦ信号，フォーカスエラー信号，トラッキングエラー信号，収差量信号を求めるＲＦアンプ４に入力される。ＲＦアンプ４内では、光ピックアップ３０からの電気信号が演算器５に入力され、この演算器５では、光ピックアップ３０の後述する受光素子であるフォトダイオードからの電気信号を全て加算した後、ＲＦ信号を生成する。ＲＦ信号は波形等化器６に入力され、波形干渉等が少ない状態となるようＲＦ信号の波形を修正する。波形等化器６から出力された信号は、整形器７に入力されてパルス信号に変換される。このパルス信号は、信号処理回路１１に入力される。信号処理回路１１では、クロックの再生、同期検出、データ復調、誤り検出、誤り訂正等の処理を施す。そして、Ｄ／Ａコンバータでアナログ信号とされて出力端子１３から出力される。
【００３７】
また、ＲＦアンプ４内では、データ出力される信号とは別に光ピックアップ３０の受光素子であるフォトダイオードからの電気信号が、それぞれフォーカスエラー検出回路８、トラッキングエラー検出回路９、収差量検出回路１０に入力される。これら各ブロックでフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、収差量信号の算出がそれぞれ行われ、サーボ処理回路１６に入力される。
【００３８】
サーボ処理回路１６では、フォーカス制御回路１７、トラッキング制御回路１８、収差量制御回路１９、スライド制御回路２０を有しており、ＲＦアンプ４からのフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、収差量信号等に基づいて、ピックアップ３０のフォーカス、トラッキング、収差、ピックアップ３０の位置のスライド調整を行うための各サーボ信号をフォーカス補正ドライバ２２、トラッキング補正ドライバ２３、収差補正ドライバ２４及びスライドドライバ２５に送る。また、このサーボ処理回路１６は、スピンドル制御回路２１も有し、スピンドルサーボ信号をスピンドルドライバ２６に送る。
【００３９】
トラッキング補正ドライバ２３では、サーボ処理回路１６からの各サーボ信号に応じて、光ピックアップ３０内のトラッキング手段を駆動するトラッキングドライブ電流を発する。そして、後述するようにトラッキングの補正が行われる。また、フォーカス補正ドライバ２２はサーボ処理回路１６からの各サーボ信号に応じてピックアップ１１のフォーカスレンズをフォーカス方向に動かすフォーカスドライブ電流を発する。また、収差補正ドライバ２４は、サーボ処理回路１６からのサーボ信号に応じて、後述する光ピックアップ３０内の収差補正手段を駆動する収差補正ドライブ電流を発する。この信号が基となり収差の補正が行われる。
【００４０】
更に、スライドドライバ２５はスライドサーボ信号に応じスライドモータ２７を介して光ピックアップ３０をスライドする電流を発生する。また、スピンドルドライバ２６は、スピンドルサーボ信号に応じてスピンドルモータ３の回転を制御する電流を発生する。
【００４１】
なお、システムコントローラ１４は、外部スイッチ１５からの信号、および、信号処理回路１１からの信号を受け、サーボ処理回路１６等に制御信号を送っている。
【００４２】
また、光信号再生装置として光ディスク再生装置で説明したが、これに加えて光信号の記録が可能な記録・再生タイプであっても、これに加えて一定の回路等を有することにより対応は可能であり、また、光信号再生装置として、その他の構成となっても良い。
【００４３】
図３は、本発明に係る受光装置の一実施の形態である光ピックアップの光学系を模式的に表した図である。なお、本光ピックアップの概念は、再生用としても記録用としても適用可能である。
【００４４】
光源である半導体レーザー装置３１は、波長λは４０５ｎｍの青色レーザーを発光する。この半導体レーザー装置３１から発せられるレーザー光は、適当に広がった段階でコリメータレンズ３２により平行光線とされる。レーザー光は、光の進行方向に直行する面での断面が楕円形状で発振されるため、ビーム成形用プリズム３３に入射され、かかるプリズムによる屈折で断面形状が略真円とされる。なお、半導体レーザー装置３１から発せられた状態では、レーザー光は、光ディスク２に対して所定の角度をなしているが、ビーム成形用プリズム３３を通過したレーザー光は、光ディスク２に対して垂直方向に屈折されている。
【００４５】
この半導体レーザー装置３１ は、光ディスク２から情報信号を再生する際は、一定の出力のレーザー光を出射し、光ディスク２に情報信号を記録する際は、記録する信号に応じて、出射するレーザー光の強度が変化する。なお、本発明において、半導体レーザー装置３１から出射されるレーザー光の波長は、規格により異なるものであり、特に限定されるものではない。
【００４６】
ビーム成形用プリズム３３を通過したレーザー光は、ハーフプリズムの一種である偏光ビームスプリッタ３４に入射される。偏光ビームスプリッタ３４により、半導体レーザー装置から発せられたレーザー光の約１０％程がパワーモニター用フォトダイオード４０の方に反射され、残りの９０％程が光ディスクに記録された情報を読み取るのに使用される。このパワーモニター用フォトダイオード４０は、半導体レーザー装置３１から発せられるレーザー光の強度を監視し、その結果を図示せぬ回路により半導体レーザー装置３１にフィードバックするものである。これは、必須の構成ではないが、特に記録用として光ピックアップ３０を動作させる場合に有効である。
【００４７】
ビームスプリッタ３４から出射されたレーザー光は、１／４波長板３５を通過し、レーザー光は、１／４波長板３５を透過する際に円偏光状態となされ、この円偏光光束が、光ディスクに入射される。
【００４８】
１／４波長板を通過したレーザー光は、収差補正レンズ３７に入射される。収差補正レンズは、単数のレンズによる場合と複数のレンズを組み合わせたレンズが使用される場合があり本発明においては、そのどちらでも良い。収差補正レンズ３７は、例えばコイルと磁石の組合せを部品として含む収差補正アクチュエータ３６でホールドされて収差補正手段を構成しており、前述の収差補正ドライブ電流により収差を補正する方向に調整される。
【００４９】
フォーカスレンズ３９は、２組のレンズ３９ａ、３９ｂからなるレンズがフォーカスアクチュエータ３８によりホールドされており、前述のフォーカスドライブ電流によりフォーカスを合わせる方向に調整される。このフォーカスレンズ３９により、レーザー光を、光ディスク２の反射面上に集光する。すなわち、１／４波長板３５によって円偏光状態とされたレーザー光は、フォーカスレンズ３９によって集光されて、光ディスク２の保護膜２ｂを介して、光ディスク２の反射面２ａに入射される。
【００５０】
なお、このフォーカスレンズ３９は、１枚のレンズからなるものであってもよく、図に示すよう２枚のレンズによって構成しても良い。２枚以上のレンズにより構成した場合には、開口数ＮＡ を大きくしても、各レンズ面の曲率をあまりきつくする必要がなく作製が容易であり、高記録密度化及び大容量化に適している。
【００５１】
光ディスク２は、全厚が１．２ｍｍであり、ポリカーボネート等からなる基板に反射面２ａが形成され、再生専用ディスクの場合は、この反射面２ａに信号が記録されている。この反射面は、反射面の凹凸で信号を記録する場合や、反射面の結晶状態が変化して信号を記録している場合等がある。記録型ディスクの場合は、ユーザーにより反射面２ａに信号を記録することが可能な構成となって、書き換え可能型のタイプと書き換え不可のタイプがある。更に、この反射面２ａを保護する保護膜２ｂは、やはりポリカーボネート等の透明樹脂で形成されており、その厚みは約０．１ｍｍとなっている。尚、本発明において光信号という概念は、このようにディスクの反射面に記録された信号をも含む概念である。
【００５２】
光ディスク２に入射されたレーザー光は、反射面２ａで反射された戻りのレーザー光となる。この戻りのレーザー光は、元の光路を辿ってフォーカスレンズ３９、収差補正レンズ３７を透過した後、１／４波長板３５に入射される。そして、この戻り光は、１／４波長板３５を透過することにより、入射時の偏光方向に対して９０度回転された直線偏光となり、その後、この戻りのレーザー光は、偏光ビームスプリッタ３４に入射され、受光ブロックＤに入射される。なお、偏光ビームスプリッタ３４の代わりにハーフミラーとして働く平行平板素子等を使用しても良い。
【００５３】
本実施の形態では、受光ブロックＤには、シリンドリカルレンズ４１と受光装置を含む受光部４２からなる。
【００５４】
図４は、図３に示した受光ブロックＤの一例を示したものである。本例の受光ブロックは、シリンドリカルレンズ４１と受光装置である受光部４２からなる。受光部４２は、受光素子である第１のフォトダイオード４３＋および第２のフォトダイオード４３−を含む構成となっている。
【００５５】
平行光線の状態で入射された戻りのレーザー光は、シリンドリカルレンズ４１により集束される。第１の受光素子である第１のフォトダイオード４３＋は、集束されたレーザー光を結像する前で受け、光の約５０％を受光して、残りの約５０％を反射する。反射されたレーザー光は、結像点Ｘで結像し、その後、発散する。そして、レーザー光が発散した後、第２の受光素子である第２のフォトダイオードで受光される。この第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードは、結像点Ｘに対して略等距離に設定されている。従って、第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−に映し出される像は、点対称のものとなり、像が円形の場合その径は、略同一である。
【００５６】
図５は、図３に示した受光ブロックＤの他の例を示したものである。本例においても受光ブロックＤは、シリンドリカルレンズ４１と受光部４２からなる。受光部４２は、ハーフプリズム４４と第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードを含む構成となっている。
【００５７】
平行光線の状態で入射された戻りのレーザー光は、シリンドリカルレンズ４１により集束される。ハーフプリズム４４は、レーザー光は約５０％が透過し残りの約５０％が反射する。反射したレーザー光は、結像する前に第１の受光素子である第１のフォトダイオード４３＋で受光される。そして、ハーフプリズム４４を透過したレーザー光は、結像点Ｘで結像し、その後、第２の受光素子である第２のフォトダイオードで受光される。なお、ハーフプリズム４４の変わりに、レーザー光の約５０％が透過し残りの約５０％が反射する平行平板素子でも同様に実施できる。
【００５８】
図では、ハーフプリズム４４で反射したレーザー光が、仮に第１のフォトダイオード４３＋を透過した場合の結像点を仮想結像点Ｘ’として表している。この仮想結像点Ｘ’とフォトダイオード４３＋の距離と結像点Ｘから第２のフォトダイオードまでの距離は略等距離に設定されており、このことが本実施の形態で、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードが結像点から等距離にあるということである。従って、収差等がない理想の状況下では、第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−に映し出される像は、対称のものとなり、像が円形の場合その径は、略同一である。
【００５９】
ところで、実際には、各フォトダイオード中には、受けた光を電気的に変換するための受光部と、その受光部を覆っている樹脂等からなるのが一般的である。従って、図４および図５に示した例、および、今後説明する例において、第１、第２の受光部４３＋、４３−が結像点から略等距離という概念は、この素子中の受光部が結像点から略等距離にあるということである。さらに、第１、第２のフォトダイオードに照射されるレーザー光の像を合わせるため、僅かに結像点からの距離をずらすことは、図４および図５に示した例、および、今後説明する例において、略等距離のという概念の範囲内である。
【００６０】
図６は、受光ブロックＤの他の実施の形態を表した図である。本例において、受光ブロックは、シリンドリカルレンズ４１と受光装置である受光部４２からなる。受光部４２は、ホログラム４５と一組の受光素子である第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−からなる。シリンドリカルレンズ４１を通過したレーザー光は、ホログラム素子４５を通過して分光される。分光した一方のレーザー光は、結像前に第１のフォトダイオード４３＋で受光される。ここで、仮に第１のフォトダイオード４３＋を透過した場合のレーザー光の結像点を図のように仮想結像点Ｘ’とした場合、結像点Ｘから第２のフォトダイオード４３−までの距離と仮想結像点Ｘ’から第１の結像点までの距離から略等距離に設定されている。このことが図５で示した実施の形態の場合と同様に本実施の形態で、第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−が結像点から略等距離にあるということである。
【００６１】
図７は、前述した受光素子であるフォトダイオード４３の受光領域を表した図である。なお、前述した第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−は配置が異なるのみで、個々のダイオード自体の構成は同じである為、説明の簡単のため第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−の区別をつけずにフォトダイオード４３としている。各フォトダイオード４３は、略長方形の平面構造であり、主に第１の受光領域４３ａ、第２の受光領域４３ｂ、第３の受講領域４３ｃの３つの長方形からなる領域に分類される。ここで、第１の受光領域４３ａ、第２の受光領域４３ｂ、第３の受講領域４３ｃの幅を順にａ、ｂ、ｃとする。
【００６２】
図４、図５に示した受光ブロックの場合、光ディスク２の反射面２ａで反射したレーザー光の像Ｚは、円形であるが、本実施の形態では、例えば図６に示したホログラムが受けたレーザー光の半分のみを受光素子の方向に屈折するよう格子を区切ってあり、レーザー光の半分が受光される構成となっている。
【００６３】
レーザー光の像Ｚの中心部分Ｚｃは、第１の受光領域４３ａに映し出される。第２の受光領域４３ｂは、レーザー光の中心部分の光は受光しないものの、第１の受光領域４３ａのすぐ脇に位置する為、比較的強いレーザー光を受光することができる。第３の受光領域４３ｃは、レーザー光の外延付近の光を受光する。このため第３の受光領域４３ｃは、他の受光領域よりも幅が広い構成となっている。また、第１の受光領域の端部でレーザー光の中心の光を受光する構成としたのでは、僅かな製造誤差等により、レーザー光の中心の光がフォトダイオード４３で受光されないことが予想されるため、第１の受光領域の幅は、第２の受光素子の幅よりも広い構成として、第１の受光領域で余裕を持ちレーザー光の中心の光を受光できる構成としてある。なお、受光領域の幅とは、異なる受光領域の境界方向における幅のことを意味する。
【００６４】
また、光ディスク２の反射面２ａで反射したレーザー光を全て受け像Ｚが円形である場合には、第１の受光領域の両側に第２の受光領域を形成し、それぞれの第２の受光領域の第１の受光領域とは反対側に第３の受光領域を設ける構成とすれば良い。つまり、この場合第１の受光領域が第２の受光領域で挟まれる形となり、第２の受光領域と第１の受光領域を合わせた領域が第３の受光領域で挟まれる形状となる。
【００６５】
図７の２ｃは、光ディスク２のトラック方向を示している。本実施の形態では、光ディスク２の反射面２ａで反射したレーザー光のトラック方向の成分が、第１の受光領域４３ａと第２の受光領域４３ｂの境界、および、第２の受光領域第３の受光領域の境界に対して垂直となるようフォトダイオード４３が設置される。これは、トラッキングサーボの追従により、フォーカスレンズ３９が光ディスク２のトラックに対し垂直な方向（径方向）にシフトした場合の影響を抑えるためである。すなわちディスクに潜在するトラックの偏芯等により、フォーカスレンズ３９のシフトが起きた場合、反射したレーザー光の像Ｚの方向が、図に示す像Ｚ’ようにトラック方向２ｃに対して垂直にシフトする。よって、このようにレーザー光のトラック方向の成分が、各受光領域の境界に対して垂直となるよう各フォトダイオード４３を設置すれば、フォーカスレンズ３９のシフトが起きても、各受光領域で受光される光量の変化は、最小に抑える、あるいは無くすことができ、各受光領域からの出力に影響がほぼ無い。
【００６６】
図８は、図６に示した実施の形態において、受光部４２を詳細に示した斜視図である。なお、図８において、ホログラム４５は、３つの領域４５ａ、４５ｂ、４５ｃに分割されているが、図６に示した例のホログラムは、図８に示された例に限らず、ホログラム４５が分割されていなくとも良い。ホログラム４５の半円の領域４５ａで回折されたレーザー光が、第１のフォトダイオード４３＋、第２のフォトダイオード４３−で受光される。第１のフォトダイオード４３＋に表れる像Ｚ＋と第２のフォトダイオード４３−に表れる像Ｚ−は、それぞれ結像前の＋１次光と結像後の−１次光の関係にあるため、互いに点対称の形状となっている。したがって、それぞれの第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−は、それぞれのフォトダイオードの間にの１点Ｃを順点として点対称な関係となっている。ただし、この点対象という意味は、２つのフォトダイオードを平面的に見た場合に点対称という意味であり、＋１次光、−１次光を結像点から等距離で受ける為に生じるような光の入射方向の段差等は誤差の内と考える。
【００６７】
また、図のように各フォトダイオードは、第１の領域４３ａ＋、４３ａ−と第２の受光領域４３ｂ＋、４３ｂ−の境界線、および第２の領域４３ｂ＋、４３ｂ−と第３の受光領域４３ｃ＋、４３ｃ−の境界線が、ホログラム４５の領域４５ａの格子であるグレーティングの方向に対し略垂直となるように設置される。これは、機器の温度変化等により、レーザー光の波長がシフトした場合の影響を抑えるためである。すなわち、温度変化等によりレーザー光の波長が変化すると、ホログラム４５により回折される角度が変化する。この角度の変化により、各フォトダイオードに表れる像Ｚ＋と像Ｚ−は、グレーティングに対して略垂直な方向に変化し、例えば図の点線で示した像Ｚ’＋と像Ｚ’−のようになる。各領域の境界がグレーティングに対し略垂直となるよう、フォトダイオード４３＋、４３−を設置することで、レーザー光の温度変化による影響を少なくすることができる。なお、ホログラムのグレーティングは、僅かに湾曲している場合もあるが、ここでは、この湾曲は無視してグレーティングの平均的な方向で考えている。
【００６８】
なお、本例においても、図７に示したように、光ディスク２で反射したレーザー光のトラック方向の成分が、第１の領域４３ａ＋、４３ａ−と第２の受光領域４３ｂ＋、４３ｂ−の境界線、および、第２の領域４３ｂ＋、４３ｂ−と第３の受光領域４３ｃ＋、４３ｃ−の境界線に対して垂直となるよう第１、第２のフォトダイオード４３＋、４３−が配置されることが好ましい。
【００６９】
図９は、図８で説明した３つの領域に分割されたホログラム４５を用いフォーカス補正量や収差補正量等を計算するための前提となる模式図である。本図では、レーザー光がメインビーム、第１のサブビーム、第２のサブビームからなる周波数の異なる３つのビームを使用した場合の例であり、ホログラム４５の各領域４５ａ、４５ｂ、４５ｃにより回折されたレーザー光が各フォトダイオードに映し出される像を示している。
【００７０】
領域４５ａで回折されたメインビームの＋１次光は、フォトダイオード４３＋で受光され、−１次光は、第２のフォトダイオード４３−で受光される。フォトダイオード４３＋で受光した像Ｚ＋の内、第１の領域４３ａ＋で受光したレーザー光が像ａ＋であり、第２の領域４３ｂ＋で受光したレーザー光が像ｂ＋であり、第３の領域４３ｃ＋で受光したレーザー光が像ｃ＋である。また、同様にフォトダイオード４３−で受光した像Ｚ−の内、第１の領域４３ａ−で受光したレーザー光が像ａ−であり、第２の領域４３ｂ−で受光したレーザー光が像ｂ−であり、第３の領域４３ｃ−で受光したレーザー光が像ｃ−である。
【００７１】
なお、メインビーム、第１のサブビーム、第２のサブビームの受光素子上でのビーム間隔は、本実施例では１２０μｍとしている。よって、受光素子４３＋、４３−にレーザー光が届く際には，メインビーム、第１のサブビーム、第２のサブビームの各間隔は、１２０μｍずれている。ここで、領域４５ａで回折された第１のサブビーム、第２のサブビームは、どのフォトダイオードでも受光されない設計とする必要がある。したがって、受光素子４３＋、４３−の素子幅は、１２０μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下とされる。
【００７２】
領域４５ｂで回折されるレーザー光は、第１、第２のフォトダイオード４３＋、４３−とは異なる他のフォトダイオードで受光される。この場合、領域４５ｂで回折されて分光されたメインビームは一方が＋１次光として結像前に１つのフォトダイオードで受光され、他方が−１次光として結像後に他のフォトダイオードで受光される。更に、領域４５ｃで分光された第１のサブビーム、第２のサブビームも一方が＋１次光として結像前にそれぞれに対応するフォトダイオードで受光され、他方が−１次光として結像後に他のフォトダイオードで受光される。
【００７３】
このような条件のもと、領域４５ｂで回折されたメインビーム、第１のサブビーム、第２のサブビームの＋１次側のレーザー光の像は、図のようにフォトダイオード上で、それぞれ順に像ｂｐ＋、像ｂｑ＋、像ｂｒ＋となり、−１次側のレーザー光は、フォトダイオード上で、それぞれ順に像ｂｐ−、像ｂｑ−、像ｂｒ−となる。
【００７４】
同様にして領域４５ｃで回折されるレーザー光も、やはり、第１、第２のフォトダイオード４３＋、４３−とは異なる他のフォトダイオードで、領域４５ｂで回折されたレーザー光を受光するフォトダイオードとも異なるフォトダイオード受光される。この場合、領域４５ｃで回折されて分光されたメインビームは一方が＋１次光として結像前に対応するフォトダイオードで受光され、他方が−１次光として結像後に他の対応するフォトダイオードで受光される。更に、領域４５ｃで分光された第１のサブビーム、第２のサブビームも一方が＋１次光として結像前に対応するフォトダイオードで受光され、他方が−１次光として結像後に他の対応するフォトダイオードで受光される。
【００７５】
このような条件のもと、領域４５ｃで回折されたメインビーム、第１のサブビーム、第２のサブビームの＋１次側のレーザー光の像は、図のようにフォトダイオード上で、それぞれ順に像ｃｐ＋、像ｃｑ＋、像ｃｒ＋となり、−１次側のレーザー光は、フォトダイオード上で、それぞれ順に像ｃｐ−、像ｃｑ−、像ｃｒ−となる。
【００７６】
そして、像ｂｐ＋と像ｂｐ−、像ｂｑ＋と像ｂｑ−、像ｂｒ＋と像ｂｒ−、像ｃｐ＋と像ｃｐ−、像ｃｑ＋と像ｃｑ−、像ｃｒ＋と像ｃｒ−の組合せにおいて、＋１次光がフォトダイオードを仮に透過した場合に結像するとされる仮想結像点からフォトダイオードまでの距離と、−１次光の結像点からフォトダイオードまでの距離は略同じに設定されている。したがって、各組合せにおいて、収差等がない理想状態ではそれぞれ互いに対して対称の形状となる。
【００７７】
なお、本実施の形態では、理解の容易のため領域４５ｂ、４５ｃで分光された各レーザー光も結像前と結像後に受光する方式を用いたが、領域４５ｂ、４５ｃは、トラッキング誤差信号を検出するためものであるため、＋１次と−１次のレーザー光を結像前と結像後に受光する必要はない。したがって、結像点の発熱によるフォトダイオード素子の劣化を避け、かつ、メインビームとサブビームが受光素子上で重なり合わないように適宜設計しても良い。
【００７８】
ここで、図９で示された各フォトダイオードの出力により収差量やフォーカスエラー量等を算出する方法について説明する。なお、図９で示した像の記号と、その像が写されるフォトダイオードからの出力信号は同じ記号を用いるものとする。そして、図２において、光ピックアップ３０からの電気信号が、それぞれフォーカスエラー検出回路８、トラッキングエラー検出回路９、収差量検出回路１０に入力され、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、収差量信号の計算がそれぞれ行われる。
【００７９】
収差量検出回路１０では、第１のフォトダイオード４３＋からの出力、第２のフォトダイオード４３−からの出力のみで収差量ＡＢを検出することができ、具体的には、ＡＢ＝ａ＋−ａ−となる。これは、単に第１のフォトダイオード４３＋の第１の領域からの出力、第２のフォトダイオード４３−の第１の領域からの出力を差分しただけであって、非常に簡易な計算で収差量を求めることができる。更に他の計算方法として、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−）があげられる。
【００８０】
また、本実施の形態では、トラッキング誤差の補正も可能とするため、第１、第２のフォトダイオード４３＋、４３−で受光されるレーザー光は、ホログラム４５で約半円状になされたものを使用しているが、収差量の算出やフォーカスエラーの算出等に関しては、全ての反射光を利用した円形のレーザー光を使用しても良い。
【００８１】
また、図９に示した各フォトダイオードからの出力を基にフォーカスエラー信号も単に第１のフォトダイオード４３＋からの出力、第２のフォトダイオード４３−からの信号のみで計算できる。具体的には、ＦＯ＝ａ＋−ａ−となる。これは、収差補正量の算出と同様に、非常に簡易な計算で収差量を求めることができる。更に他の計算方法として、ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）、ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）、ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）、ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）、ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−）あげられるのは、収差補正量の算出の場合と同様である。
【００８２】
また、トラッキングエラー信号は、例えばｔｒ＝（ｂｐ＋＋ｂｐ−−ｃｐ＋−ｃｐ−）−ｋ（ｂｑ＋＋ｂｑ−＋ｂｒ＋＋ｂｒ−−ｃｑ＋−ｃｑ−−ｃｒ＋−ｃｒ−）と計算できる。ただし、ｋは定数である。あるいはｔｒ＝（ｂｑ＋＋ｂｑ−＋ｃｑ＋＋ｃｑ−）−（ｂｒ＋＋ｂｒ−＋ｃｒ＋＋ｃｒ−）としても良い。
【００８３】
また、データとして出力される信号は、＋１次側、−１次側の全ての信号を加えたものとすればよい。
【００８４】
このようにして得られた、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、収差量信号が基となり、サーボ処理回路１６を経て、フォーカス補正ドライバ２２、トラッキング補正ドライバ２３、収差補正ドライバ２４からフォーカスドライブ電流、トラッキングドライブ電流、収差量補正ドライブが出力される。そして、図３に示したように、フォーカスドライブ電流でフォーカスアクチュエータ３８が働き、フォーカスレンズ３９の位置が調整される。また、トラッキングドライブ電流でトラッキングが補正される。収差量補正ドライブ電流で収差補正アクチュエータ３６が働き、収差補正レンズの位置が調整される。
【００８５】
このようにしてフォーカスとトラッキングの調整がなされると共に収差の軽減がなされる。この収差軽減の動作は、光ディスク２の信号を読み出す際、あるいは、読み出す前に１度補正し、その後は特に収差の補正をしない設定としても良い。または、連続して、あるいは複数回にわたって収差の補正をする設定としても良い。
【００８６】
図１０は、本発明に係る受光装置である光ピックアップの他の例を示したものである。なお、本実施の形態においても光ピックアップ３０’は、再生用としても記録用としても適用可能である。なお、図３に示した光ピックアップ３０と同様の構成にかかる部分は、同一の符号を付し細かな説明は省略する。
【００８７】
光源３１は、半導体レーザーであり、この光源３１から発せられるレーザー光は、コリメータレンズ３２により平行光線とされ、ビーム成形用プリズム３３に入射され、レーザー光が略真円とされる。これらの構成は、図３に示した光ピックアップの例と同様である。
【００８８】
ビーム成形用プリズム３３を通過したレーザー光は、ハーフプリズムの一種である第１の偏光ビームスプリッタ３４ａに入射される。本図では省略されているが、図３の場合と同様にパワーモニタフォトダイオードを設け、光源から発せられたレーザー光の約１０％程をパワーモニタフォトダイオードに反射させ、光源３１から発せられるレーザー光の強度を監視する構成としても良い。
【００８９】
第１のビームスプリッタ３４ａから出射されたレーザー光は、第２のビームスプリッタ３４ｂを通過する。先に述べた、パワーモニタフォトダイオードを第１のビームスプリッタ３４ａに応じた位置の変わりに第２のビームスプリッタ３４ｂに応じた位置に設けることもできる。第２のビームスプリッタ３４ｂを通過したレーザー光は、この後、１／４波長板３５、収差補正レンズ３７、フォーカスレンズ３９を通過する。ここでの動作も図３に示した光ピックアップの例と同様である。
【００９０】
なお、図３に示した例と同様、収差補正レンズ３７とフォーカスレンズ３９は、コイルと磁石の組合せを主要部品として含む収差補正アクチュエータ３６、フォーカスアクチュエータ３８でホールドされており、前述の収差補正ドライブ電流、フォーカスドライブ電流によりそれぞれ調整される。また、本光ピックアップは、トラッキング補正ドライバ２３からのトラッキングドライブ電流により、トラッキングの調整もされている。
【００９１】
フォーカスレンズ３９を通過したレーザー光は、光ディスク２ の保護膜２ｂを介して、光ディスク２の反射面２ａに入射される。反射面２ａに入射されたレーザー光は、この反射層で反射されて戻りのレーザー光となり、元の光路を辿ってフォーカスレンズ３９、収差補正レンズ３７を透過した後、１／４波長板３５に入射する。そして、この戻り光は、１／４波長板３５を透過することにより、入射時の直線偏光となり、その後、この戻りのレーザー光は、第２の偏光ビームスプリッタ３４ｂに入射する。
【００９２】
第２の偏光ビームスプリッタ３４ｂに入射した戻り光のレーザー光は、戻り光の約４５％を反射し、残りの５５％を透過する。透過したレーザー光は、第２の偏光ビームスプリッタ３４ｂから第１の偏光ビームスプリッタ３４ａに入射する。第１の偏光ビームスプリッタ３４ａに入射した戻り光のレーザー光は、戻り光の約８２％を反射し、残りの１８％を透過する。
【００９３】
こうして、第２、第１の偏光ビームスプリッタ３４ｂ、３４ａで反射された光は、それぞれ第２のシリンドリカルレンズ４１−と第１のシリンドリカルレンズ４１＋に入射されて、レンズの屈折により集光される。
【００９４】
第２の偏光ビームスプリッタ３４ｂで反射され、第２のシリンドリカルレンズ４１−で集光されたレーザー光は、結像点Ｘで結像後に拡散して第２の受光素子である第２のフォトダイオード４３−で受光される。また、第１の偏光ビームスプリッタ３４ａで反射され、シリンドリカルレンズ４１＋で集光されたレーザー光は、結像点前に第１の受光素子である第１のフォトダイオード４３＋で受光される。ここで、第１、第２のフォトダイオード３４＋、４３−の構成は、図７に示したフォトダイオードと同様である。
【００９５】
そして、第１のフォトダイオード４３＋をレーザー光が仮に透過した場合に第１のシリンドリカルレンズ４３＋で集光されたレーザー光の仮想結像点をＸ’とした場合、仮想結像点Ｘ’から第１のフォトダイオード４３＋までの距離と、結像点Ｘから第２のフォトダイオード４３−までの距離は、略同じ距離となるよう第１のフォトダイオード４３＋と第２のフォトダイオード４３−が設置される。したがって、第１のフォトダイオード４３＋、第２のフォトダイオード４３−で受光されるレーザー光の像は、収差等がない理想の状態では対称の形となる。
【００９６】
なお、本実施の形態では、レーザー光をフォトダイオードに導く手段として、ハーフプリズムの１種である２つの偏光ビームスプリッタを用いたが、一方あるいは両方を光の一部が透過し、一部が反射するハーフミラー等の平行平板素子を用いても良い。
【００９７】
また、本例においても、図７に示したように、光ディスク２で反射したレーザー光のトラック方向の成分が、第１の受光領域４３ａと第２の受光領域４３ｂの境界、第２の受光領域４３ｂと第２の受光領域４３ｃの境界に対して垂直となるよう第１、第２のフォトダイオード４３＋、４３−が設置されることが好ましい。
【００９８】
図１１は、本発明に係る更に他の実施の形態を示した図である。本実施の形態は、フォトダイオードが光源である半導体レーザー装置の中に設けられている例である。なお、本実施の形態においても光ピックアップ３０”は、再生用としても記録用としても適用可能である。なお、図３、図１０に示した光ピックアップ３０、３０’と同様の構成にかかる部分は、同一の符号を付し細かな説明は省略する。
【００９９】
発光・受光を行う半導体レーザー装置５０の半導体レーザー素子レーザー光は、コリメータレンズ３２により平行光線とされ、ビーム成形用プリズム３３に入射され、レーザー光の真円とされる。これらの構成は、図３、図１０に示した光ピックアップ３０、３０’の例と同様である。
【０１００】
ビーム成形用プリズム３３を通過したレーザー光は、１／４波長板３５、収差補正レンズ３７、フォーカスレンズ３９を通過する。ここでの動作も図３、図１０に示した光ピックアップ３０、３０’の例と同様である。
【０１０１】
なお、図３、図１０に示した例と同様、収差補正レンズ３７とフォーカスレンズ３９は、コイルと磁石の組合せを主要部品として含む収差補正アクチュエータ３６、フォーカスアクチュエータ３８でホールドされており、前述の収差補正ドライバ２４からの収差補正ドライブ電流、フォーカス補正ドライバ２２からのフォーカスドライブ電流によりそれぞれ調整される。また、本光ピックアップは、トラッキング補正ドライバ２３からのトラッキングドライブ電流により、トラッキングの調整もされている。
【０１０２】
フォーカスレンズ３９を通過したレーザー光は、光ディスク２ の保護膜２ｂを介して、光ディスク２の反射面２ａに入射される。反射面２ａに入射されたレーザー光は、この反射層で反射されて戻りのレーザー光となり、元の光路を辿ってフォーカスレンズ３９、収差補正レンズ３７を透過した後、１／４波長板３５に入射する。ここでの動作も、図３、図１０に示した光ピックアップ３０、３０’と同様である。
【０１０３】
１／４波長板３５を通過したレーザー光の戻り光は、再びビーム成形用プリズム３３を通過して、コリメータレンズ３２で集光され、発光・受光を行う半導体レーザー装置５０内で受光される。
【０１０４】
図１２は、図１１に示した発光・受光を行う半導体レーザー装置５０の具体的構成を表した模式図である。この半導体レーザー装置５０は、円板状をした絶縁体からなる台座５１上に、この台座５１ と一体的にヒートシンク５６ が設けられている。ヒートシンク５６の上には発光素子である半導体レーザー素子５５ が、レーザー発振面を上方に向けて設置されている。半導体レーザー素子５５ から上方に向けて発振されるレーザー光は、図１１に示したとおり光ディスク２に照射される。なお、図示しないが、半導体レーザー素子５５により発振されるレーザー光を受光し得る位置に、モニター用フォトダイオードを設置しても良い。この場合、モニター用フォトダイオードの検出結果に基づいて、半導体レーザー素子５５から発振されるレーザー光の出力が調整される。
【０１０５】
台座５１上には、半導体レーザー素子５５から照射されて光ディスクにて反射されたレーザー光を受光し得る位置に、信号検出用の第１と第２の受光素子である第１のフォトダイオード５７＋と第２のフォトダイオード５７−が設置されている。また、台座５１ には、複数のリード５８が取り付けられており、台座５１ を貫通して、その上面に達し
た各リード端子５８の端部が、半導体レーザー素子５５ 、第１、第２のフォトダイオード５７＋、５７−と、図示しないワイヤーボンディングによってそれぞれ、電気的に接続されている。
【０１０６】
台座５１上のヒートシンク５６、半導体レーザー素子５５および第１、第２のフォトダイオード５７＋、５７−等は、台座５１に接着された外筐５２によって覆われている。この外筐５２は、底面が開放されて上面に開口部５４が設けられた円筒状をしている。上面の開口部５４は円形状をしており、この開口部５４は外筐５３の上面に取り付けられたホログラム５３によって閉塞されている。
【０１０７】
外筐５３内は、通常は透明な光学部材で構成されるが、透明な流体材料が充填されて封入される場合もある。この流体材料 は、半導体レーザー素子５５ から発振されるレーザー光の波長を透過させ得る透明度を有した、例えばシリコンオイル、フッ素系不活性液体、鉱油等である。
【０１０８】
このような半導体レーザー装置３０ は、半導体レーザー素子５５から発振されるレーザー光が、流体材料およびホログラム５３を通って、光ディスクに照射される。
【０１０９】
光ディスクにて反射され図１１に示すコリメータレンズ３２で集光されたレーザー光は、ホログラム５３で分光されて、第１のフォトダイオードには結像前に照射され、第２のフォトダイオードには、結像点Ｘで一旦結像後、拡散された状態で照射されるようになっている。この際、第１のフォトダイオード５７＋を仮にレーザー光が透過した場合の結像点を仮想結像点Ｘ’とし、この仮想結像点Ｘ’から第１のフォトダイオードまでの距離と結像点Ｘから第２のフォトダイオード５７−までの距離は略等距離となるように第１のフォトダイオード５７＋と第２のフォトダイオード５７−が設置されている。
【０１１０】
なお、第１、第２のフォトダイオード５７＋、５７−は、図７に示したフォトダイオードと同様の構成をしており、各ダイオードは、主に２種類の領域の分類され、一方の種類の領域が他方の種類の領域で挟まれている構造となっている。第１の領域と第２の受光領域の境界線が、ホログラム５３の格子であるグレーティングに対し略垂直となるように設置されることが好ましい。
【０１１１】
また、本実施の形態においても、図７に示したように、光ディスク２で反射したレーザー光のトラック方向の成分が、第１の受光領域と第２の受光領域の境界、第２の受光領域と第３の受光領域の境界に対して垂直となるよう第１、第２のフォトダイオード５７＋、５７−が設置されることが好ましい。
【０１１２】
以上全ての実施の形態において、受光装置である光ピックアップと収差検出回路、収差制御回路、収差補正ドライバを含んだ装置として、収差量検出装置として働かせることも可能である。
【０１１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
本実施例において、受光装置であるフォトダイオードは、図６、図８を用いて説明したものと同様の概念である受光装置を用いたが、図８における半円状の領域４５ａのみを考慮し、他の領域４５ｂ、４５ｃは考慮されていない。そして、使用したフォトダイオードは、図７を用いて説明したものと同様の概念である受光素子を用いた。また、レーザー波長はλ＝４０５ｎｍであり、復路側の開口数ＮＡ＝０．１とした。
【０１１４】
また、各像の縦方向であるη軸方向が図６で示した、第１の領域、第２の領域、第３の領域の各境界方向となっている。したがって、かかる境界の方向と光ディスク２のトラック方向２ｃとが垂直となされている場合は、各像の横方向であるξ軸方向に図６で示すトラック方向２ｃの成分が含まれる。更に、ホログラムのグレーティングが、かかる境界の方向と垂直となされている場合は、やはり各像の横方向であるξ軸方向にグレーティングの成分が含まれる。
【０１１５】
図１３は、光ディスクの保護膜の厚さが規定の厚さ０．１ｍｍより２０μｍ薄い場合の像の様子と、像の中心を通る横軸方向での光強度のグラフをセットで表したものである。
【０１１６】
図においてＡは、結像点から−５００λすなわち０．２０３ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、光はξ＝０μｍ付近を中心に急進に立ち上がっていることが分かる。ξ＝８０μｍ付近にも極弱いピークが伺える。
【０１１７】
Ｂは結像点から−１０００λすなわち０．４０５ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、ξ＝３５μｍ付近で強いピークがあるが、Ａで示したピークと比較すると急峻性は薄れている。また、ξ＝７０μｍ付近から先にかけて弱い光の強度が観測される。
【０１１８】
Ｃは結像点から−２０００λすなわち０．８１μｍでの結果である。グラフからも明らかなように、ξ＝２０μｍ付近、４０μｍ付近でピークが表れ、ξ＝６０μｍ付近、９０μｍ付近でξ＝２０μｍ付近、４０μｍ付近のピークよりもやや強いピークが表れている。
【０１１９】
なお、結像点からの距離が＋５００λ、＋１０００λ、＋２０００λの像とグラフは、順にＡ，Ｂ，Ｃの像を点対象に折り返し、グラフも対称に返したものとなる。なお、グラフの縦軸のスケールが、Ａ，Ｂ，Ｃで異なっている。
【０１２０】
図１４は、光ディスクの保護膜の厚さが規定の厚さ０．１ｍｍで誤差のない場合の像の様子と、像の中心を通る横軸方向での光強度のグラフをセットで表したものである。したがって、本実施例では、デフォーカスを除く球面収差がおきていない。
【０１２１】
図においてＡは、結像点から−５００λすなわち０．２０３ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、光はξ＝５μｍ付近を中心にピークが伺える。
【０１２２】
Ｂは結像点から−１０００λすなわち０．４０５ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、ξ＝１０μｍ付近、２０μｍ付近、３０μｍ付近でピークが伺え、また、ξ＝８０μｍ付近にもピークが伺える。
【０１２３】
Ｃは結像点から−２０００λすなわち０．８１μｍでの結果である。グラフからも明らかなように、ξ＝２０μｍ付近から７０μｍ付近にかけて緩やかなピークが表れ、ξ＝１１０μｍ付近で急峻で強いピークが表れている。
【０１２４】
なお、結像点からの距離が＋５００λ、＋１０００λ、＋２０００λの像とグラフは、順にＡ，Ｂ，Ｃの像を点対象に折り返し、グラフも対称に返したものとなる。なお、グラフの縦軸のスケールが、Ａ，Ｂ，Ｃで異なっている。
【０１２５】
図１５は、光ディスクの保護膜の厚さが規定の厚さ０．６ｍｍより２０μｍ厚い場合の像の様子と、像の中心を通る横軸方向での光強度のグラフをセットで表したものである。
【０１２６】
図においてＡは、結像点から−５００λすなわち０．２０３ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、光はξ＝５μｍ付近を中心に急進に立ち上がっていることが分かる。ξ＝８０μｍ付近にも弱いピークが伺える。
【０１２７】
Ｂは結像点から−１０００λすなわち０．４０５ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、ξ＝１０μｍ付近で強いピークがあるが、Ａで示したピークと比較すると急峻性は薄れている。また、ξ＝８０μｍ付近に比較的強いピークがξ＝１００μ付近にもピークが伺える。
【０１２８】
Ｃは結像点から−２０００λすなわち０．８１ｍｍでの結果である。グラフからも明らかなように、ξ＝２０μｍ付近でなだらかなピークが表れ、ξ＝１１０μｍ付近で急峻で強いピークが表れている。
【０１２９】
なお、結像点からの距離が＋５００λ、＋１０００λ、＋２０００λの像とグラフは、順にＡ，Ｂ，Ｃの像を点対象に折り返し、グラフも対称に返したものとなる。なお、グラフの縦軸のスケールが、Ａ，Ｂ，Ｃで異なっている。
【０１３０】
図１６、図１７は、図８を用いて説明した受光素子４３＋、４３−を用いて、複数の演算式を用いて計算した結果のグラフである。なお、本グラフでは、厚み誤差に相当する球面収差量に換算したスポットの強度分布をスカラ回折理論に基づくシミュレーションで算出し、各受光領域に落ちる光量を演算することにより信号出力を求めた。計算に用いた開口数ＮＡは０．１、波長は４０５ｎｍとした。図１６では、結像点Ｘから受光素子４３＋，４３−までの距離αを０．１６２ｍｍ（４００λ）として、図１７では、結像点Ｘから受光素子４３＋，４３−までの距離αを０．２４３ｍｍ（６００λ）としている。
【０１３１】
図１６のグラフでは、実線で表したＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ―＋ｃ＋）の曲線は、保護層膜厚誤差に対して然程変化していないことが表されている。したがって、本条件の場合には、本式をフォーカスエラー信号の検出に用いれば、球面収差量の変化に対して影響が少ないため、フィードバック制御を行う場合に互いに干渉することが少ないので好適である。また、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ａ−＋ｂ＋）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）が、保護層膜厚誤差に対して、次第に出力変化が大きくなることを示している。したがって、これらの式を用いた場合には、良好に収差量を検出することができる。また、図示しないがＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−）、および、ＡＢ＝ａ＋−ａ−の検出式を用いた場合でも良好に収差量を検出できることが確認された。従って、実用の際にはシステム上にて使用できる演算回路素子の状況等に応じて、適宜各式を使い分ければよい。
【０１３２】
図１７のグラフでは、実線で表したＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）の曲線が、保護層膜厚誤差に対して変化を示すようになったものの、他の曲線と比べて、逆の動向を示していることが分かる。また、保護層厚の誤差が±２０μｍ以上となると、出力信号が低下する。したがって、一定以上の収差量があると、保護層厚を誤認識する可能性がある。したがって、この条件の場合には収差量ＡＢの検出には適していないこととなる。また、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）、ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）が、保護層膜厚誤差に対して、次第に出力変化が大きくなることを示している。したがって、これらの式を用いた場合には、良好に収差量を検出することができる。このように、結像点Ｘから受光素子４３まで、一定の距離をおき配置された、受光領域がそれぞれ３分割された一組の受光素子を用いれば、結像点から受光素子の距離等の状況に応じて、さまざまな式を用い、収差量の検出やフォーカスエラーの検出ができることが分かる。
【０１３３】
図１８は、フォーカス補正量ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）が結像点Ｘから受光素子４３までの距離αによってどのように変化しているかを示したグラフで、第１の受光領域と第２の受光領域の合計の幅ａ＋ｂを適宜変化させたものである。本実施例では、素子全体の幅が１１０μｍとなっているため、図７に示した第１の受光領域と第２の受光領域の合計の幅ａ＋ｂが変化すれば、それに応じて第３の領域の幅ｃも変化する。グラフより、結像点から各受光素子までの距離が０．１〜０．５ｍｍの間では、出力値に大きな変化を有する曲線があるのに対して、結像点から各受光素子までの距離が０．５ｍｍ以上では、第１の受光領域と第２の受光領域の合計の幅ａ＋ｂをどのように選択しても然程出力値を得られないことを示している。
【０１３４】
なお、本例では、フォーカス補正量ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）としたが、前述のように各信号の演算方法はこれらのみに限らず、光学系や受光素子幅等の設計状況に応じて適宜決めればよい。また、本式による結果は、典型的なものであり、他の式による結果においても傾向的に大きな差はない。
【０１３５】
図１９は、図７を用いて説明した受光素子であるフォトダイオードの第１の受光領域４３ａの幅ａと第２の受光領域４３ｂの幅ｂの合計幅ａ＋ｂに対するフォーカス補正信号ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）表したものである。本グラフでは、結像点から受光素子までの距離αを適宜選択して表している。
【０１３６】
グラフからも分かるとおり、受光素子幅ａ＋ｂが５０μｍを超えると、結像点から受光素子までの距離αどのように選択しても然程出力が得られないことを示している。逆に合計幅ａ＋ｂが２０〜５０μｍでは、結像点から受光素子までの距離αを選択することにより、適宜出力を得ることができることを示している。
【０１３７】
なお、図１８，図１９に示したグラフにおいても、スポットの強度分布をスカラ回折理論に基づくシミュレーションで算出し、各受光領域に落ちる光量を演算することにより信号出力を求めた。計算に用いた開口数ＮＡは０．１、波長は４０５ｎｍとした。
【０１３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、３つの受光領域を有する受光素子を結像点から略等距離に配し、それぞれの受光領域からの出力を用いて適宜計算することができ、それに応じて良好な、収差量やフォーカス補正量を計算することができる。特に、結像点に受光素子を配さないことにより、各受光領域に光を位置させることができる。したがって、受光素子の位置、向きを容易に設定できることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の収差量検出装置に使用される受光装置の一例を表した図である。
【図２】本発明に係る光信号再生装置の一態様である光ディスク再生装置を表したブロック図である。
【図３】本発明に係る光信号検出装置の一実施の形態である光ピックアップの光学系を模式的に表した図である。
【図４】図３に示した受光ブロックの一例を示したものである。
【図５】図３に示した受光ブロックＤの他の例を示したものである。
【図６】図３に示した受光ブロックの他の実施の形態を表した図である。
【図７】第１または第２のフォトダイオードの受光領域を表した図である。
【図８】図７に示した受光ブロックの受光部を詳細に示した斜視図である。
【図９】図８で説明した３つの領域に分割されたホログラムを用い収差量等を計算するための前提となる模式図である。
【図１０】本発明に係る光信号検出装置である光ピックアップの他の例を示したものである。
【図１１】本発明に係る光信号検出装置である光ピックアップの更に他の実施の形態を示した図である。
【図１２】図１１に示した発光・受光を行う半導体レーザー装置の具体的構成を表した模式図である。
【図１３】受光素子に現れる像の様子と、像の中心を通る横軸方向での光強度のグラフをセットで表したものである。
【図１４】受光素子に現れる像の様子と、像の中心を通る横軸方向での光強度のグラフをセットで表したものである。
【図１５】受光素子に現れる像の様子と、像の中心を通る横軸方向での光強度のグラフをセットで表したものである。
【図１６】結像点と受光素子間の距離を０．１６２ｍｍとした場合の保護膜の厚み誤差に対する各計算式による信号の変化を示したグラフである。
【図１７】結像点と受光素子間の距離を０．２４３ｍｍとした場合の保護膜の厚み誤差に対する各計算式による信号の変化を示したグラフである。
【図１８】第１と第２の受光領域の各合計幅ごとで、結像点と受光素子の距離に対するフォーカス信号の出力値を示したものである。
【図１９】各結像点と受光素子の距離ごとで、第１と第２の受光領域の各合計幅に対するフォーカス信号の出力値を示したものである。
【符号の説明】
１ 光ディスク再生装置
２ 光ディスク
４ ＲＦアンプ
６ 波形等化器
７ 整形器
８ フォーカスエラー検出回路
９ トラッキングエラー検出回路
１０ 収差検出回路
１６ サーボ処理回路
１７ フォーカス制御回路
１８ トラッキング制御回路
１９ 収差制御回路
２２ フォーカスドライバ
２３ トラッキングドライバ
２４ 収差補正ドライバ
３０、３０’、３０” 光ピックアップ
３１、５０ 半導体レーザー装置
３２ コリメータレンズ
３３ ビーム成形用プリズム
３４ 偏光ビームスプリッタ
３５ １／４波長板
３７ 収差補正レンズ
３９ フォーカスレンズ
４１ シリンドリカルレンズ
４２ 受光部
４３＋、４３− 第１、第２の受光素子
４４ ハーフプリズム
４５、５３ ホログラム
５５ 発光素子
５７＋、５７− 第１、第２の受光素子
Claims (19)
- 集光された光を結像前に受光する第１の受光素子と、集光された光を結像後に受光する第２の受光素子とを有し、前記第１の受光素子と前記第２の受光素子は、前記集光された光の結像点から略等距離に配され、各受光素子が受光した光に基づき電気信号を出力する受光装置であって、
前記第１の受光素子および前記第２の受光素子は、前記集光された光の略中心の光を含む光を受光する第１の受光領域と、第１の受光領域に隣接し集光された光の略中心の光を含まない光を受光する第２の受光領域と、この第２の受光領域に前記第１の受光領域とは反対側で隣接する第３の受光領域とを含んでいることを特徴とする受光装置。 - 前記第１の受光素子と前記第２の受光素子が、両受光素子間の一点を順点として点対称の関係にあることを特徴とする請求項１記載の受光装置。
- 前記第１の受光領域の幅は、前記第２の受光領域の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載の受光装置。
- 前記第３の受光領域の幅は、前記第１の受光領域および前記第２の受光領域の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の受光装置。
- 前記第１の受光領域および前記第２の受光領域の幅の合計は、２０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の受光装置。
- 前記第１の受光領域および前記第２の受光領域の幅は、それぞれ１０〜３０μｍであることを特徴とする請求項５記載の受光装置。
- 前記第３の受光領域の幅は、４０〜１８０μｍであることを特徴とする請求項５または６に記載の受光装置。
- 前記第１の受光素子と前記第２の受光素子は、前記光の結像点から０．１〜０．５ｍｍの位置に配されていることを特徴とする請求項１から７いずれかに記載の受光装置。
- 前記第１の受光素子は分光手段により分光された一方の光を受光し、前記第２の受光素子は分光された他方の光を受光することを特徴とする請求項１から８いずれかに記載の受光装置。
- 前記分光手段は、ハーフプリズム、平行平板素子、ホログラムのいずれかであることを特徴とする請求項９記載の受光装置。
- 前記分光手段がホログラムである場合に、前記第１の受光領域と第２の受光領域の境界、および、前記第２の受光領域と第３の受光領域の境界は、前記ホログラムの格子方向と略垂直であることを特徴とする１０記載の受光装置。
- 前記各受光素子は、光記録媒体に照射した光の反射光を受光することを特徴とする請求項１から１１いずれかに記載の受光装置。
- 前記第１の受光領域と第２の受光領域の境界、および、前記第２の受光領域と第３の受光領域の境界は、前記反射光の前記光記録媒体のトラック成分方向と垂直であることを特徴とする請求項１２記載の受光装置。
- 前記第１の受光素子の出力と前記第２の受光素子の出力に基づいた収差補正ドライブ電流により、前記光記録媒体に照射した光の反射光の収差量を補正する収差補正手段を有することを特徴とする請求項１から１３いずれかに記載の受光装置。
- 請求項１から１４のいずれかに記載の受光装置の前記第１の受光素子からの出力と前記第２の受光素子からの出力を用いて収差量を検出する収差量検出回路を有していることを特徴とする光検出装置。
- 前記第１の受光素子における前記第１の受光領域、前記第２の受光領域、前記第３の受光領域に基づく出力をそれぞれａ＋，ｂ＋，ｃ＋とし、
前記第２の受光素子における前記第１の受光領域、前記第２の受光領域、前記第３の受光領域に基づく出力をそれぞれａ−，ｂ−，ｃ−とした場合に、
以下のいずれかの式を用いて、前記収差量ＡＢを検出することを特徴とする請求項１５記載の光検出装置。
ＡＢ＝ａ＋−ａ−
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）
ＡＢ＝（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−） - 請求項１から１４のいずれかに記載の受光装置の前記第１の受光素子からの出力と前記第２の受光素子からの出力を用いてフォーカス補正量を検出するフォーカス補正量検出回路を有していることを特徴とする光検出装置。
- 前記第１の受光素子における前記第１の受光領域、前記第２の受光領域、前記第３の受光領域に基づく出力をそれぞれａ＋，ｂ＋，ｃ＋とし、
前記第２の受光素子における前記第１の受光領域、前記第２の受光領域、前記第３の受光領域に基づく出力をそれぞれａ−，ｂ−，ｃ−とした場合に、
以下のいずれかの式を用いて、前記フォーカス補正量ＦＯを検出することを特徴とする請求項１７記載の光検出装置。
ＦＯ＝ａ＋−ａ−
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−）−（ｂ＋＋ａ−）
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ＋）
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋＋ｃ−）−（ａ−＋ｂ−＋ｃ＋）
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ−＋ｃ＋）−（ａ−＋ｂ＋＋ｃ−）
ＦＯ＝（ａ＋＋ｂ＋）−（ａ−＋ｂ−） - 光記録媒体に照射した光の反射光を受光し、前記光記録媒体に記録された信号の再生を行う光信号再生装置であって、
請求項１３から１８いずれかに記載の光検出装置とを有することを特徴とする光信号再生装置。
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