JP2004348968A - 光ヘッド装置およびその光ヘッド装置を用いた情報記録再生装置ならびに情報記録再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対物レンズを介して記録層に集光される光が記録層と対物レンズとの間に位置される透明樹脂層の厚みムラの影響を受けない光ヘッド装置およびその光ヘッド装置を用いた情報記録再生装置ならびに情報記録再生方法および厚みムラ検出方法を提供する。
【解決手段】この発明の光ディスク装置１は、対物レンズ４の焦点ぼけを検出する焦点ぼけ検出系１０２と、記録媒体２の対物レンズに最も近接して設けられる透明樹脂層３ａの厚みのムラを検出する厚みムラ検出系１０３と、厚みムラ検出系により検出された透明樹脂層の厚みの変化に基づいて、対物レンズに入射される光の結像特性を変化させる厚みムラ補正機構１０１とを有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、この発明は、透明な基板または透明な保護層と、光反射層または記録層の単層もしくは複数層を有する情報記憶媒体に、光を透明な基板または透明な保護層の側から光反射層または記録層上に集光させ、その集束光の反射光ないし透過光を利用して光反射層または記録層上に記録された情報を再生可能で、もしくは情報記録媒体に情報を記録可能な光ヘッド装置およびその光ヘッド装置を用いた情報記録再生装置ならびに情報記録再生方法に係り、特に、
１．透明な基板または透明な保護層の厚みムラに起因する集束光の歪みすなわち球面収差の影響、または複数層配置された光反射層／記録層の集束光の層間移動により生じる集束光の歪みすなわち球面収差の状況を検出する球面収差検出方法単体の改良もしくは、光反射層／記録層と集束光との間の位置ずれにより生じる焦点ぼけの検出方法と前記球面収差検出方法との組み合わせ方法の改良、および
２．焦点ぼけ補正と球面収差補正を、同時にかつ安定に実行するための焦点ぼけ補正制御方法と球面収差補正制御方法の改良に関する。

特開２０００−１７１３４６号公報には、ナイフエッジ法により焦点ぼけ検出を行う焦点ぼけ検出系を持ち、対物レンズの焦点ぼけを検出するとともに、単一の光検出器７を用いて、球面収差量すなわち透明な記録媒体の基板の厚みムラを検出する例が示されている。

上述した公報に検出光学系では、光軸中心を含んで集光スポットを２分割するホログラム２により、中心から半分抜き出された光を、光軸中心に近い光２ａと光軸中心から遠い光２ｂとに分離し、合焦時における光磁気ディスク６に対する結像位置に配置された２分割検出器７ａと７ｂおよび７ｃと７ｄの分割境界線上で、分離された光軸中心に近い光２ａの集光スポットとＰ１と光軸中心から遠い光２ｂの集光スポットＰ２を、それぞれ検出している。

信号検出法としては、
ｉ）それぞれ、対を形成する２分割検出器のどちらか一方（７ａと７ｂあるいは７ｃと７ｄ）の検出信号の差分を検出して焦点ぼけ検出信号とする、
ii）それぞれ、対を形成する２分割検出器（７ａと７ｂおよび７ｃと７ｄ）の検出信号の差分値間の差を算出し、球面収差量を検出する、
ことが示されている。

上述した特開２０００−１７１３４６では、第５頁右欄の段落［００３６］に記載されているように、「光軸中心に近い光２ａ」もしくは「光軸中心から遠い光２ｂ」を用いて、フォーカス誤差（焦点ぼけ）を検出している。

しかしながら、同公報の第９頁左欄の段落［００９３］に記載されているように、「集光光学系１０の周縁部の光ビームである第２光ビーム２ｂは、球面収差の影響を受け易く、焦点位置を精密に調整し難い」と言う問題点があることが述べられている。従って、上述した公報では、「光軸に近い側の光２ａ」を用いて焦点誤差を調整することになるが、その場合、フォーカス誤差（焦点ぼけ）検出の検出感度が大幅に低下する問題がある。

すなわち、「光軸に近い側の光２ａ」を用いてフォーカス誤差（焦点ぼけ）を検出する場合、検出感度が低いため、正確な焦点ぼけ補正の制御が困難である。還元すると、特開２０００−１７１３４６に開示された方法では、高い精度で、しかも安定に焦点ぼけ（フォーカス誤差）を検出することは困難である。

このことは、記録密度がＤＶＤタイプの光ディスクに比較して数倍である片面で２層に記録可能な光ディスクにおいては、情報の記録および再生が困難とする問題を引き起こす。

この発明の目的は、対物レンズを介して記録層に集光される光が記録層と対物レンズとの間に位置される透明樹脂層の厚みムラの影響を受けない光ヘッド装置およびその光ヘッド装置を用いた情報記録再生装置ならびに情報記録再生方法を提供することである。

この発明は、基板の一方の面に、前記基板に近接して設けられる基板寄り記録層または光反射層と、前記基板寄り記録層または光反射層に積層され、所定の波長の光に透明なスペース層と、前記基板および前記基板寄り記録層または光反射層から離れた第２の記録層または光反射層と、前記第２の記録層または光反射層を保護する保護層と、を有する光記録媒体に、前記第２の記録層または光反射層および前記基板寄り記録層または光反射層の少なくとも一方に、前記保護層側から前記所定の波長の光を照射する光ヘッド装置において、前記第２の記録層または光反射層および前記基板寄り記録または光反射層の少なくとも一方に、前記保護層側から前記所定の波長の光を集光させる対物レンズの相対的位置に対する焦点ぼけ検出信号を用いて、前記第２の記録層または光反射層と前記基板寄り記録層または光反射層のいずれに前記対物レンズにより集光される前記所定波長の光が集光されているかを特定することを特徴とする光ヘッド装置を提供するものである。

また、この発明は、基板の一方の面に、前記基板に近接して設けられる基板寄り記録層または光反射層と、前記基板寄り記録層または光反射層に積層され、所定の波長の光に透明なスペース層と、前記基板および前記基板寄り記録層または光反射層から離れた第２の記録層または光反射層と、前記第２の記録層または光反射層を保護する保護層と、を有する光記録媒体の前記第２の記録層または光反射層および前記基板寄り記録層または光反射層の少なくとも一方に前記所定波長の光を集光する光ヘッド装置を含み、前記対物レンズの位置を検出する焦点ぼけ検出信号を用いて前記対物レンズの焦点ぼけ補正制御を行うとともに、前記焦点ぼけ補正制御時に、前記保護層の厚みムラを検出するための厚みムラ検出信号を用いて前記保護層の厚みムラを検出し、前記保護層の厚みムラの影響を除去しながら前記対物レンズの焦点ぼけの影響を除去し、前記記録媒体の記録層に記録されている情報を再生し、もしくは前記記録媒体に情報を記録する情報記録再生装置を提供するものである。

また、この発明は、基板に近接して設けられる第１の記録層または光反射層と、前記第１の記録層または光反射層に積層され、所定の波長の光に透明なスペース層と、前記スペース層に積層され、前記基板および前記第１の記録層または光反射層から離れて設けられた第２の記録層または光反射層と、前記第２の記録層または光反射層に積層され、前記第２の記録層または光反射層を保護する保護層と、を有する光記録媒体の、前記第２の記録層または光反射層および前記第１の記録層または光反射層の少なくとも一方に、前記保護層側から前記所定の波長の光を照射して情報を記録し、または既に記録されている情報を再生する方法において、第１の光検出信号に基づいて、前記第２の記録層または光反射層および前記第１の記録層または光反射層のいずれに、所定波長の光が集光されているかを特定し、第２の光検出信号に基づいて、前記第２の記録層または光反射層および前記第１の記録層または光反射層のいずれかに所定波長の光が集光されている状態で、前記保護層の厚みムラの影響を検出し、前記第１の光検出信号に基づいて対物レンズが所定の記録層または光反射層に前記所定波長の光を集光している状態である時に、第２の光検出信号の変動が所定の大きさよりも大きい場合に、対物レンズが所定波長の光を集光している前記所定の記録層または光反射層への集光状態が、対物レンズの焦点ぼけとは異なる変動を伴っていると判断して、対物レンズによる集光状態を変化させる第２のレンズの位置を、対物レンズの集光状態が所定の状態となるよう、変化させることを特徴とする情報記録再生方法である。

この発明の光ディスク装置の光ヘッド装置によれば、光ディスクの対物レンズ側に位置される透明樹脂層の厚みムラを正確に検出することができるので、透明樹脂層に厚みムラが生じた場合であっても、集束光の歪みすなわち球面収差の影響を除去して、高い記録密度で情報を記録可能な収束光を提供できる。

また、この発明によれば、光ディスクの対物レンズ側に位置される透明樹脂層に厚みムラが生じた場合であっても、集束光の歪みすなわち球面収差の影響を除去して、高い記録密度で情報を記録できる。

さらに、この発明によれば、光ディスクの対物レンズ側に位置される透明樹脂層の厚みムラを検出し、透明樹脂層の厚みムラの影響を除去しながら対物レンズの焦点ぼけの影響を除去し、記録媒体の記録層に記録されている情報を再生し、もしくは記録媒体に情報を記録することのできる情報記録再生装置が得られる。

またさらに、厚みムラ検出系は、検出対象である光のスポット断面半径を１とした時、ｒ≦０.８８を満たす範囲内で前記光の光量を減衰させ、あるいは光の位相特性を変化させ、もしくは、光の光量を減衰させるとともにその位相を変化させる光学素子を含むので、高い検出感度で、記録媒体の透明樹脂層の厚みムラを検出でき、それにより、高い記録密度での情報の記録を可能とする。

さらにまた、厚みムラ補正機構の応答周波数（遮断周波数）を、対物レンズの焦点ぼけの影響を除去する焦点ぼけ補正制御系の応答周波数（遮断周波数）よりも、低く設定したので、焦点ぼけ検出系と厚みムラ検出系との間に生じるクロストーク（干渉）の影響を受けない安定な厚みムラの検出が可能となる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１は、この発明の光ヘッド装置およびその光ヘッド装置が組み込まれる情報記録再生装置の基本構造を説明する概略図である。

図１に示される通り、この発明の光ヘッド装置およびその光ヘッド装置が組み込まれる情報記録再生装置１は、所定の波長のレーザ光を出射するレーザ素子２、レーザ素子２から出射されたレーザ光を、情報記録媒体、たとえば片面に２層の記録層が設けられ、高密度記録の可能な光ディスク３の任意の記録層に集光する対物レンズ４および光ディスク３の任意の記録層と対物レンズ４との間の距離が対物レンズ４に固有の焦点距離に一致するように、対物レンズ４の位置を変化させる焦点ぼけ補正用コイル５等からなる。

レーザ素子２と対物レンズ４との間には、光ディスク３のレーザ光が入射する側に設けられる表面カバー層３ａの厚みムラ（球面収差）の影響を補正する厚みムラ（球面収差）補正機構１０１が設けられている。

厚みムラ（球面収差）補正機構１０１は、光ディスク３とレーザ素子２との間に設けられ、レーザ素子２から光ディスク３に向かうレーザ光と光ディスク３の任意の記録層で反射されたレーザ光を分離するビームスプリッタ６で分離された光ディスク３の任意の記録面で反射されたレーザ光から、対物レンズ４の位置のずれである焦点ぼけを検出する焦点ぼけ検出系１０２が検出する焦点ぼけ成分に含まれる光ディスク３のカバー層３ａの厚みムラ（球面収差）の成分を取り出す厚みムラ（球面収差）検出系１０３により検出された厚みムラ成分に基づいて、対物レンズ４に入射されるレーザ光の状態を、厚みムラ（球面収差）哀異場合の状態に近づけるものである。なお、焦点ぼけ検出系１０２により検出された焦点ぼけに対応して、焦点ぼけ補正回路１０５により、対物レンズ４の位置が独立に制御される。

図１に示すように、厚みムラ検出（球面収差検出）の原理では、焦点ぼけ補正が完全に行われた状態（合焦時）にのみ、厚みムラ検出（球面収差検出）信号が得られる。このことは、非常に高い精度で焦点ぼけを検出する必要があることを示し、その要求を満足するため、レーザ光のスポット断面の全てを用いて、焦点ぼけを検出する（但し、焦点ぼけの検出に、ナイフエッジ法を用いる場合には、最も検出精度が高く安定する光軸中心近傍を含む直線で分割して抜き出した半分の検出光を用いて焦点ぼけ検出を行う）ことで、レーザ光が多量の球面収差成分を含んでいる場合でも、非常に安定に、しかも精度良く、焦点ぼけを検出可能にしている。

図２は、図１に示した光ヘッド装置およびその光ヘッド装置を有する情報記録再生装置（以下、光ディスク装置と称する）の構成の一例を、より具体的に説明する概略図である。

図２に示すように、情報記録媒体すなわち光ディスク３の任意の記録層に情報を記録し、光ディスク３から情報を再生する光ディスク装置１０は、光ディスク３の所定の情報記録層３ｄまたは３ｂに、光源であるレーザ装置１１からのレーザ光１２を照射し、光ディスク３の任意の情報記録層３ｄまたは３ｂで反射されたレーザ光１２´を受光して、光ディスク３に記録されている情報を再生する。また、光ディスク３に情報を記録する際には、光ディスク３の任意の情報記録層に、記録すべきデータ（情報）に基づいて、レーザ装置１１に供給されるレーザ駆動電流の大きさが変化されることにより発光強度（光強度）が断続的に変化されたレーザ光が、照射される。なお、光ディスク３への情報の記録および光ディスク３からの情報の再生については、後段に詳細に説明する。また、図示しないが、光ディスク３の情報記録層３ｄおよび３ｂには、情報が記録される際のガイドとなる案内溝または既に記録された情報である信号マーク列が形成されていることはいうまでもない。

図２に示した光ディスク装置１０において、レーザ装置１１から出射されたレーザ光１２は、コリメートレンズ１３によりコリメートされて、偏向ビームスプリッタ１４に入射され、光ディスク３に向けてそのまま通過する。偏向ビームスプリッタ１４を通過したレーザ光１２は、λ／４板１５、厚みムラ補正用凹レンズ１６および厚みムラ補正用凸レンズ１７を順に通過して、対物レンズ１９に案内される。なお、厚みムラ補正用凸レンズ１７は、厚みムラ補正用凸レンズ駆動コイル１８により、光軸方向に、移動可能に形成されている。また、対物レンズ１９は、焦点ぼけ補正用コイル（フォーカスコイル）２０およびトラックずれ補正用コイル（トラックコイル）２１により、光軸方向および光ディスク３に予め形成されている図示しないトラック（案内溝）または信号マーク列を横切る方向のそれぞれの方向に、独立して移動可能に形成されている。

対物レンズ１９に案内されたレーザ光１２は、対物レンズ１９により所定の集束性が与えられ、光ディスク３の所定の記録層に集光される。なお、光ディスク（情報記録媒体）３は、基板３ｅの一方の面に、基板３ｅに近接して設けられる（基板寄り）記録層または光反射層３ｄ、レーザ光１２の波長に透明なスペース層３ｃ，基板３ｅおよび基板寄り記録層または光反射層３ｄから離れた（カバー層寄り）記録層または光反射層３ｂ，および透明保護層（光照射側カバー層）３ａが順に積層されたものである。

対物レンズ１９により光ディスク３の任意の記録層（または光反射層）３ｄと３ｂのいずれか一方に集光されたレーザ光１２は、情報の記録時には、記録層の相の特性を変化させ、集光された記録層に記録マーク（ピット）を形成する一方で、僅かに生じた反射レーザ光１２´が対物レンズ１９に戻される。一方、情報の再生時には、記録層の状態に応じて光強度が変化されて、再生レーザ光（反射レーザ光）１２´対物レンズ１９に戻される。なお、再生レーザ光１２´および反射レーザ光１２´のそれぞれは、以下に説明する信号再生系では、実質的に同様に取り扱われるので、以降、再生レーザ光１２´として説明を続ける。

対物レンズ１９に戻された再生レーザ光１２は、厚みムラ補正用凸レンズ１７、厚みムラ補正用凹レンズ１６およびλ／４板１５を通って、偏光ビームスプリッタ１４に戻され、偏光ビームスプリッタ１４により、レーザ装置１１から対物レンズ１９（光ディスク３）へ向かうレーザ光１２と分離される。

偏光ビームスプリッタ１４によりレーザ光１２から分離された再生レーザ光１２´は、ハーフプリズム２２により、概ね１／２ずつに分離される。

分離された一方の再生レーザ光１２´は、球面レンズ２３で所定の集束性が与えられた後、引き続いて設けられるシリンドリカルレンズ２４により、光軸に直交する方向（レーザ光１２´の断面）に関して、所定の結像特性が与えられて、焦点ぼけおよびトラックずれの検出に用いられる第１の光検出器２５の受光面に結像される。なお、第１の光検出器２５は、光軸を通り互いに直交する２直線により分割された４つの受光領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃおよび２５ｄを有する４分割検出器である。また、図１においては、受光面のパターンを説明するため、分離された再生レーザ光１２´が結像された状態を平面方向とした参考図を一体に表示している。

分離された残りの再生レーザ光１２´は、所定の回折パターンが形成されているホログラム素子２６および球面収差の検出を容易とするための増感用フィルタ２７を順に通過され、球面レンズ２８により所定の集束性が与えられて、第２の光検出器２９の受光面に結像される。なお、第２の光検出器２９は、光軸と直交する任意の一方向に、ホログラム素子２６を通過した０次光と±１次光とを受光可能に、３つの受光領域２９ａ，２９ｂおよび２９ｃが直列に配置された検出器である。また、図１においては、受光面のパターンを説明するため、分離された再生レーザ光１２´が結像された状態を平面方向とした参考図を一体に表示している。

なお、球面レンズ２３とシリンドリカルレンズ２４と第１の光検出器２５からなる光学系部分が図１における焦点ぼけ検出系１０２に対応し、ホログラム素子２６と球面収差検出用の増感フィルタ２７と球面レンズ２８と第２の光検出器２９からなる光学系部分が図１に示した厚みムラ（球面収差）検出系１０３に対応している。

また、厚みムラ補正用凹レンズ１６と厚みムラ補正用凸レンズ１７と厚みムラ補正凸レンズ駆動コイル１８からなる光学系部分が図１の厚みムラ（球面収差）補正機構１０１に対応し、厚みムラ補正凸レンズ駆動コイル１８に、図１で説明した球面収差補正回路１０４から、所定の大きさおよび極性の電流が供給されることで、厚みムラ補正用凸レンズ１７が移動されて厚みムラ補正用凸レンズ１７と厚みムラ補正用凹レンズ１６との間の距離が変化され、球面収差（光ディスク３のカバー層３ａの厚みムラ）の影響を補正することができる。

第１の光検出器（焦点ぼけおよびトラックずれ検出用）２５に結像された再生レーザ光１２´は、４つの受光領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃおよび２５ｄのそれぞれにより、照射されたレーザ光１２´の光強度に対応した電気信号（電流）に変換され、それぞれの受光領域に接続されているプリアンプ４１（２５ａ対応）、４２（２５ｂ対応）、４３（２５ｃ対応）および４４（２５ｄ対応）により、電圧値に変換される。

各プリアンプ４１ないし４４の出力は、プリアンプ４１の出力と４３の出力とを加算する加算器７１、プリアンプ４２の出力と４４の出力とを加算する加算器７２、プリアンプ４２の出力と４３の出力とを加算する加算器７３、プリアンプ４１の出力と４４の出力とを加算する加算器７４のそれぞれに入力される。

加算器７１の出力と加算器７２の出力は、対物レンズ１９の焦点ぼけの補正に利用される焦点ぼけ補正用コイル２０に供給されるべき焦点ぼけ制御信号を生成するために減算器８１で減算され、ゲイン・帯域設定回路８２で、所定のレベルに増幅（希に減衰）されたのち所定の帯域が設定され、位相補償回路８３で位相が補償されたのちスイッチ８４により、所定のタイミングで、加算器８５に出力される。

加算器８５に供給された（ゲインと帯域が設定され、位相補償された）信号は、基準電圧発生部８６から供給される基準電圧と加算され、増幅器８７により所定の大きさに増幅されて、スイッチ８４により設定されるタイミングで、フォーカスコイル２０に供給される。

加算器７３の出力と加算器７４の出力は、対物レンズ１９のトラックずれ補正のために、トラックすれ補正用コイル２１に供給されるべきトラックずれ制御信号を生成するために、減算器７５で減算され、ゲイン・帯域設定回路７６で、所定のレベルに増幅（希に減衰）されたのち所定の帯域が設定され、位相補償回路７７で位相が補償されたのち、増幅器７８により、所定の大きさに増幅されて、トラックコイル２１に供給される。

なお、加算器７３の出力と加算器７４の出力は、再生信号を得るために、さらに加算器９１で加算され、再生信号処理回路９２に供給される。

第２の光検出器（球面収差（カバー層の厚みムラ）検出用）２９に結像された再生レーザ光１２´は、０次光を受光する受光領域２９ａおよび±１次光を受光する２９ｂ，２９ｃのそれぞれにより、照射されたレーザ光１２´の光強度に対応した電気信号（電流）に変換され、それぞれの受光領域に接続されているプリアンプ３１（２９ｂ対応）、３２（２９ａ対応）および３３（２９ｃ対応）により、電圧値に変換される。

プリアンプ３１の出力とプリアンプ３３の出力は、それぞれ減算器５０と加算する加算器５１に供給され、±０次光により得られた電圧信号の差信号と和信号とが生成される。

減算器５０により得られた差信号は、ゲイン・帯域設定回路５２により所定のゲインに増幅（希に減衰）されたのち所定の帯域が設定され、位相補償回路５３で位相が補償されたのちスイッチ５４により、所定のタイミングで、加算器５５に出力される。

加算器５５に供給された（ゲインと帯域が設定され、位相補償された）差信号は、基準電圧発生部５６から供給される基準電圧と加算され、増幅器５７により所定の大きさに増幅されて、スイッチ５４により設定されるタイミングで、厚みムラ補正用凸レンズ駆動コイル１８に供給される。

加算器５１により得られた和信号は、和信号が±１次光に基づく強度を有することにより、和信号と比較可能とするためにプリアンプ３２からの出力が減衰器５８で所定のレベルに減衰された０次光が光電変換された信号と、比較器５９で比較される。この比較器５９の出力は、記録層間異常飛び検出信号（後述）６０として利用される。

次に、図３を用いて、光ディスク（情報記録媒体）３の（カバー層寄り）記録層３ｂにレーザ光１２が集光している状態で、透明保護層３ａの厚みが変化した時に生じる現象について説明する。

対物レンズ１９は、透明保護層（カバー層）３ａの厚みが理想の厚みの時に、最も集光（最小錯乱円がカバー層の深度に一致）するように設計されている。

透明保護層３ａの厚みが理想時より薄くなると球面収差が発生し、図３に示すように、対物レンズ１９の外側を通過するレーザ光１２は、内側を通過するレーザ光１２よりも光軸方向の手前側に集光する。従って、最小錯乱円の位置（光軸方向でレーザ光１２のスポット断面における光強度（中心強度）が最も大きくなる位置）は、球面収差がない時に比較してδだけ手前に移動する。逆に、透明保護層３ａの厚みが理想時より厚くなると、最小錯乱円の位置は、図３とは逆の方向（光軸方向の奥側）に移動する。

なお、透明保護層３ａの厚みが変化する時だけでなく、対物レンズ１９の（基板寄り）記録層３ｄと（カバー層寄り）層３ｂとの層間（３ｄ−３ｂ間）の移動時に、例えば（カバー層寄り）記録層３ｂに集光している状態で球面収差が０になるように対物レンズ１９の位置を補正した後、レーザ光１２のスポットを（基板寄り）記録層３ｄに移動させた時も、同様な現象が起きる。

透明保護層３ａの厚みの変化量が理想時に対して比較的小さい場合には、理想時からの厚みの変化量と図３に示した移動距離δは、近似的に比例関係と見なすことができる。

本発明は、上述の最小錯乱円の移動距離δとその方向を検出して、透明保護層３ａの厚みの変化に伴って発生する球面収差量もしくはレーザ光１２のスポット断面（集光スポット）が記録層３ｂ，３ｄ間を移動された際に生じる球面収差量を、高速に検出するものである。

すなわち、本発明は、球面収差が発生した時に生じる光軸方向での最小錯乱円位置（中心強度が最大となる位置）のずれを利用して、球面収差量と球面収差の方向を検出することを特徴とする。なお、特開２０００−１７１３４６等に示される従来技術においては、従来の問題点の欄で前にで説明したように、検出光の一部のみを用いて焦点ぼけ検出を行うために、焦点ぼけ検出精度が低下し、焦点ぼけ検出が不安定になる。

図２に示した通り、本発明では、再生レーザ光１２´の全てを第１の光検出器２５で受光し、再生レーザ光１２´の全てを焦点ぼけ検出に利用するので、再生レーザ光１２´に球面収差成分が多量に含まれたとしても、安定かつ精度良く、焦点ぼけを検出できる。

また、図２に示したように、ホログラム素子２６を用い、再生レーザ光１２´の光軸に沿った方向の回折光が集光される位置を、所定量シフトしたので、球面レンズ２８を通過して所定の集束性が与えられた再生レーザ光１２´は、ホログラム素子２６の働きにより、＋１次の回折光は、第２の光検出器２９の受光面の後方に、−１次の回折光は、第２の光検出器２９の受光面の前方に、それぞれ、集光される。換言すると、第２の光検出器２９は、ホログラム素子２６を通った０次光が集光される位置であって、ホログラム素子２６により生成された±１次光が光軸に沿った方向で集光される際に、再生レーザ光１２´が集光される位置から見て対照的となる位置に、配置されている。これにより、第２の光検出器２９に結像された再生レーザ光１２´の０次光がサイズの小さな集光スポット１２ａとして、＋１次光および−１次光が０次光によるスポット１２ａよりもサイズの大きなスポット１２ｂ，１２ｃとして、それぞれ第２の光検出器２９の受光面の所定の位置に結像される。

図２に示すように、第２の光検出器２９内の光検出セル２９ａ，２９ｂおよび２９ｃにより、それぞれの光検出セルに照射された０次光スポット１２ａ，±１次光スポット１２ｂ，１２ｃの光量が検出される。また、±１次光スポット１２ｂ，１２ｃを検出するための光検出セル２９ｂおよび２９ｃは、それぞれ、光スポット１２ｂ，１２ｃの中心部のみを検出可能で、それぞれの光スポット１２ｂ，１２ｃの中心の光強度を検出するものである。なお、情報記憶媒体３のトラック方向（円周方向）が第２の光検出器２９に投影される方向は、図２における紙面の上下方向であり、光検出セル２９ｂ，２９ｃの長手方向をトラック方向と直交させることにより、情報記憶媒体上３の図示しないプリグルーブで反射された光に含まれる回折パターンの影響を受けにくくしている。

より詳細には、球面収差を検出する具体的な方法として、レーザ光１２の光軸に沿った方向での異なる２ヶ所（以下に説明する図４のＡ点とＢ点）において、ホログラム素子２６を用いて２つに分離したレーザ光１２の一部である２つの光スポット（±１次光スポット）１２ｂ，１２ｃのそれぞれの中心強度、または光スポット１２ｂおよび光スポット１２ｃのそれぞれの輝度分布の状態、または光スポット１２ｂと１２ｃのそれぞれのスポットサイズの少なくとも１つを比較することを特徴とする。すなわち、±１次光スポット１２ｂと１２ｃの中心強度、輝度分布あるいはスポットサイズのいずれかを比較することにより、透明保護層（カバー層）３ａの厚みムラに起因する球面収差の大きさ（量）と球面収差方向を検出している。

図４は、検出光学系の光軸に沿った方向において、球面レンズ２８による集束位置すなわち最小錯乱円の移動が生じた際の最小錯乱円の移動位置と対応する各位置でのレーザ光１２の光スポットの光強度の変化を説明する概略図である。

図４において、「０」の位置が球面収差がない状態の０次光に対する第２の光検出器２９の０次光検出セル２９ａの位置を、「Ａ」の位置が＋１次光に対する光検出セル２９ｂの位置を、「Ｂ」が−１次光に対する光検出セル２９ｃの位置を、それぞれ、示している。

図４から明らかなように、球面収差がない状態すなわち曲線αでは、「Ａ」の位置と「Ｂ」の位置のそれぞれで、±１次光の中心強度が一致するが、曲線βに示すように、わずかに球面収差が発生した場合には、「Ｂ」の位置での中心強度が「Ａ」の位置の中心強度よりも大きくなる。この中心強度の差が減算器５０により求められる。

なお、球面レンズ２８の焦点が、例えばカバー層寄りの記録層３ｂに合わせられている状態で、例えば外乱等の影響により、レーザ光１２のスポットが記録層３ｄへずれるような大きな変化が生じる（記録層間の異常飛びが発生する）と、曲線γに示すように、球面収差の大きさが大幅に増大されるので、「Ａ」の位置および「Ｂ」の位置の双方で、検出光量が大幅に低下する。

すなわち、記録層間の異常飛びが発生した場合には、第２の光検出器２９の光検出セル２９ｂ，２９ｃで検出される光量の合計が大幅に低下するので、図２に示した加算器５１の出力信号が大きく低下する。一方、光検出セル２９ａに照射されるレーザ光１２ａの光量低下は、記録層間の異常飛びが発生したとしても、わずかであるため、減衰器５８の出力信号は、それほど変化しない。そのため、両者の差異を、比較器５９により検出することで、記録層３ｄ−３ｂ間異常飛び検出信号６０を得ることができる。

次に、ホログラム素子２６を用いて生成させる±１次光の光軸に沿った方向での移動量（図４における距離Ａ０と距離Ｂ０）の最適な範囲について説明する。

始めに、図５を用いて、検出特性を検討する場合の検討モデルについて説明する。

図２において、レーザ装置１１から出射したレーザ光１２は、図５の左側に示すように、コリメートレンズ１３と対物レンズ１９を通過して、光ディスク３のカバー層寄り記録層３ｂあるいは基板寄り記録層３ｄ上に集光される。一方、光ディスクのカバー層寄り記録層３ｂまたは基板寄り記録層３ｄで反射された再生レーザ光１２´は、図５の右側に示すように、対物レンズ１９および球面レンズ２８を順に通過して所定の結像特性が与えられて、第２の光検出器２９上に照射される。

検出系の横倍率をＭとすると、記録層に向かうレーザ光１２に作用する対物レンズ１９と反射されたレーザ光１２´に作用する球面レンズ２８との間でレーザ光の光路が平行光状態である場合には、横倍率Ｍは、球面レンズ２８の焦点距離と対物レンズ１９の焦点距離の比率で与えられる。また、同じ光学系で、縦倍率は、Ｍ^２で与えられる。

図３を用いて前に説明したように、透明保護層３ａに厚みムラδｔが発生すると、光ディスク３の記録層３ｂまたは３ｄ上に対物レンズ１９により集束されるレーザ光１２の最小錯乱円の位置は、δだけずれる。しかし、記録層３ｂまたは３ｄで反射された後に対物レンズ１９に戻される検出用レーザ光１２は、もう一度透明保護層３ａの厚みムラδｔの影響を受ける。従って、第２の光検出器２９に結像されるレーザ光１２´の最小錯乱円の位置ずれ量ζは、対物レンズ１９と光ディスク３との間の往復分の２倍に縦倍率を掛けた値として、
ζ＝４Ｍ^２δ （１）
で示される。

対物レンズ１９の開口数をＮＡ、透明保護層３ａの屈折率をｎ、焦点ぼけ量をδｚとすると、焦点ぼけ量δｚと透明保護層３ａの厚みムラ発生時のデフォーカス係数ω_２０および球面収差係数ω_４０は、（２）式および（３）に示すように、

および

で与えられる。

ここで、（２）式のδｚの値を（１）のδに代入すると、
ζ＝８ω_２０（Ｍ／ＮＡ）^２ （４）
が得られる。

また、レーザ光１２の波長をλとしたとき、焦点ぼけ量δｚに対応した球面収差係数ω_２０の値に対するレーザ光１２のスポット中心強度の変化は、H. Ando et. al. : Jpn J. Appl. Phys. Vol. 32 (1993) Pt. 1, No. 11B p. 5272に記載されている（１０）式（ここでは、識別のため（Ｍ１０）式と表記する）で、η＝０と置いたときの式、

ｋ＝２π／λ （６）
で表される。

ここで、σは、σは、図５の左側である送光系で、対物レンズ１９に入射するレーザ光１２の断面強度分布をガウス分布と仮定した時に、中心に対してｅ^−２となる場所でのレーザ光１２のスポット直径の値と対物レンズ１９の直径との比率（Ａ／Ｗ値：Ａは開口の大きさ、Ｗはスポット径を表す）を意味している。

図６は、（５）式の計算結果を示すグラフである。

図６から明らかなように、焦点ぼけ量（デフォーカス量）δｚに対応した収差係数ω_２０に対する中心強度の変化が激しい領域は、中心強度が０．２から０．８の範囲となる。

中心強度が０．２になる焦点ぼけ量δｚに対応したデフォーカス係数（収差係数）ω_２０は、σ＝０の時に、０．６４λ、σ＝０．８の時に、０．６５となる。一方、中心強度が０．８になる焦点ぼけ量δｚに対応したデフォーカス（収差）係数ω_２０は、σ＝０の時およびσ＝０．８の時のいずれも０．２６λとなる。

従って、（４）式を利用すると、対物レンズ１９によるレーザ光１２の集光点から第２の光検出器２９までの距離（図４におけるＡＯの距離とＢＯの距離）の最適な範囲は、
ζ ≦ ５.２λ（Ｍ／ＮＡ）^２ （７）
および
ζ ≧ ２.１λ（Ｍ／ＮＡ）^２ （８）
で与えられる。

上述した通り、本発明の透明保護層３ａの厚みムラ検出（球面収差の検出）の原理は、透明保護層３ａの厚みムラを検出するための検出光学系とは別に、焦点ぼけ検出光学系（図１で、球面レンズ２３とシリンドリカルレンズ２４と第１の光検出器２５で構成される部分）を用意し、焦点ぼけ補正制御が実施された状態（合焦時）の厚みムラ検出系（球面収差の検出系）の検出信号を利用して、厚みムラ（球面収差）に起因する出力を補正することを特徴としている。

次に、図２に示した球面収差の検出のための増感用フィルタの構造と増感原理について説明する。

球面収差検出の増感用フィルタ２７は、再生レーザ光１２´の断面を少なくとも２つに分割〔光の光路断面で領域分割することを“波面分割”と一般に呼んでいる〕し、波面分割した光の一部に対して、
ｉ）透過光量、または
ii）位相特性
のいずれか一方あるいは両方を変化させて、球面収差を検出する際の実際の感度を増感するものである。このように、増感用フィルタ２７を用いることで、球面収差検出特性を増感させることは、今まで説明した本発明の考案内容とは別の独立した発明内容（本発明の独自の特徴）を意味している。

以下、増感の原理について、詳細に説明する。

図３を用いて前に説明した通り、球面収差が発生すると、対物レンズ１９に戻された再生レーザ光１２´の断面スポットは、光軸中心（光軸を含む所定半径の領域）の成分よりも外側を通過する成分が、内側すなわち光軸を含む領域を通過する成分よりも、手前側に集光する（図７（ａ）に、図７（ｂ）との比較を容易とするためにもう一度表示している）。この現象を利用して、図７（ｂ）に示すように、対物レンズ１９に入射する再生レーザ光１２´の断面スポットのうちの光軸中心から半径ｒまでを遮光すると、最小錯乱円の位置が、δからεまで移動する。

本発明は、最小錯乱円の位置が図７（ａ）および図７（ｂ）から理解される通り、δからεまで移動（増加）する量を利用して、球面収差を検出する際の検出特性を増感するものである。

最も球面収差検出が増加するｒの条件を、特性解析により検討するため、前に説明した図５との比較が容易な図８を計算モデルに用いる。

例えば、図２に示した光ディスク装置１０において、図５に示すように、透明保護層３ａの厚みがδｔだけ変化することで、レーザ光１２が対物レンズ１９と記録層３ｄとの間を往復されることで、２δｔに相当する球面収差が発生する。

その後、検出光学系の球面レンズ２８に入射する手前で球面収差検出の増感用フィルタ２７を通過し、レーザ光１２の特性が一部変化される。

この球面収差が発生する場所とレーザ光１２の特性が変化される部分を、図８に示すように、レーザ光１２が対物レンズ１９に入射する直前部分に集中させ、球面収差がありしかも増感フィルタとして機能する「疑似球面収差発生＋増感用フィルタ機能付加素子１２７」を考える。

図８において、レーザ光１２が「疑似球面収差発生＋増感用フィルタ機能付加素子１２７」を通過した以降は、透明保護層３ａの厚みは、理想状態を維持するとし、光ディスク３内の集光スポット特性を、横倍率Ｍの検出光学系で拡大すると、図５に示した第２の光検出器２９の検出特性と、解析用の計算モデルである図８の第２の光検出器１２９での検出特性は、一致する。なお、図８に示すモデルの拡大特性（倍率）は、（１）式により、容易に換算できる。

図７では、対物レンズ１９へ入射するレーザ光に対して、光軸中心から半径ｒの位置まで遮光した増感用フィルタの例を示したが、図８では、「疑似球面収差発生＋増感用フィルタ機能付加素子１２７」の増感部の特性として、対物レンズ１９への入射するレーザ光に対して、半径ｂと半径ａの円周を境界領域として、同心円状に３領域に波面分割し、半径ｂと半径ａに囲まれたリング領域部分のみに対して透過光量の減衰と位相変化を与えた場合の中心強度が最大となる場所の位置εの変化を解析する。

半径ｂと半径ａに囲まれたリング領域部分のみに対して透過光量の減衰と位相変化を与える光学素子を光学の特定分野でアポタイザと呼んでいるので、図８に示した「疑似球面収差発生＋増感用フィルタ機能付加素子１２７」における球面収差検出の増感用フィルタとして機能する部分を、以降「アポタイザ」と呼んで説明する。

また、以下の計算において引用される（Ａ−１）式から（Ａ−１５）式は、H. Ando : Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38 (1999) Pt.1 No. 2A p. 764のAppendix A に記載されている各式を引用した式であるから、後段に開示するのみとし、導出のための詳細な説明は、省略する。

対物レンズ１９の瞳面上の座標を（Ｘ，Ｙ）とし、光ディスク３上の集光面での座標を（ｘ，ｙ）と定義する。集光スポットの複素振幅分布Ｇ（ｘ，ｙ）は、対物レンズ１９の瞳面の瞳関数ｇ（Ｘ，Ｙ）に対するフーリエ変換の関係にあるので、Ｐ_０を、対物レンズ１９の瞳面上でのフーリエ積分の範囲を示し、αを規格化定数とし、ｆを対物レンズ１９の焦点距離、ＮＡを対物レンズ１９の開口数とすると、レーザ光１２の波長がλで示されるとき、
Ｇ（ｘ，ｙ）
＝ αＦ｛ｇ（Ｘ，Ｙ）｝_Ｐ０ （２−１）
と記述できる。 対物レンズ１９へ入射するレーザ光の強度分布をガウス分布として近似し、Ｘ軸方向のＡ／Ｗ値を、σｘ（＝（Ａ／Ｗ）_Ｘ）、Ｙ軸方向におけるＡ／Ｗ値を、σｙ（＝（Ａ／Ｗ）_Ｙ）とし、対物レンズ１９のレンズシフトによる中心強度のずれ量をＸ_０とすると、

で表すことができる。但し、（２−２）式では、Ｘ_０を、Ｘ_０ ^２≒０と近似できる程度に十分小さいと見なしている。

上述した直交座標系表示を、
ｒ＝（Ｘ^２＋Ｙ^２）^１／２／（ｆＮＡ） （２−３）
φ＝tan^−１（Ｙ／Ｘ） （２−４）
ρ＝ＮＡ（Ｘ^２＋Ｙ^２）^１／２／λ （２−５）
φ＝tan^−１（ｙ／ｘ） （２−６）
を用いて極座標系に変換すると、

および、

となる。

ここで、

を用いると、（２−２）式は、

と変形される。

上述した条件に、さらに波面収差ω（ｒ，φ）が生じた時の対物レンズ１９の瞳面の瞳関数は、（２−10）式に対して、

ｋ ＝ ２π／λ （２−12）
と定式化される。

なお、光ディスク光学系では、波面収差ω（ｒ，φ）を多項式展開して、４次以下の項までを考えるとき、
球面収差ωｓを、
ωｓ（ｒ，φ）＝ω_４０（ｒ^４−Ｑｒ^２＋Ｒ）
（２−13）
デフォーカスωｄを、
ωｄ（ｒ，φ）＝ω_２０ｒ^２ （２−14）
として、検討の対象とすることが好ましい。

上述した（２−13）式において、Ｑは、移動定理において、中心強度が最大になる最適値を意味している。また、同（２−13）式において、Ｒは、位相項であり、中心強度に影響は及ぼさないが集光スポットの複素振幅分布における実部と虚部との配合比に影響を与える。

極座標系におけるフーリエ変換は、ヘンケルの変換式が適用され、（２−１）式に対して、
Ｇ（ρ，φ）＝αＨ｛ｇ(ｒ，φ)｝_Ｐ０
（２−15）
と表記される。

（２−11）式を、

と変形し、（２−16）式を（２−15）式に代入すると共に集光スポット振幅分布Ｇｔ（ρ，φ）を、
Ｇｏ（ρ，φ）：従来光学系の無収差時の集光スポット振幅分布、および
Ｇｗ（ρ，φ）：従来光学系の集光スポット振幅分布に及ぼす収差項、とし、
Ｇｔ（ρ，φ）
＝Ｇｏ（ρ，φ）＋Ｇｗ（ρ，φ） （２−17）
と表現すると、

および

となる。

また、（２−19）式のｅ^{−ｉｋω（ｒ，φ）}に対して、オイラーの公式

を適用すると、（２−19）式は、

と変形される。

なお、σ，σ₋，Δ_ＯＬのそれぞれの値が１より小さな値（１＞σ，１＞σ₋，１＞Δ_ＯＬ）を取る時には、（２−18）式および（２−19）式に対して、

の近似式を適用し、さらに、σ₋とΔ_ＯＬの値が１よりも充分小さくなる時（１＞σ₋，１＞Δ_ＯＬ）は、

と見なして計算を行う。

また、波面収差ω（ｒ，φ）の値が１より充分小さい時（１＞ｋω）は、（２−19）式に対し、

を適用して近似する。

アポタイザのリング領域の内周半径値をｂ（図７（ｂ）の「ｒ」に対応）、外周半径値をａ（図７（ａ）の「１」に対応）とし、リング領域内の複素透過振幅値をＴで表すとき、Ｔの値の設定条件を変えることで、任意の形状（タイプ）のアポタイザを得ることができる。

すなわち、
（Ａ）：Ｔが、Ｔ＝０であれば、“完全遮光形のアポタイザ”が、
（Ｂ）：Ｔが、Ｔ＝−１であれば、λ／２だけ位相がシフトした“位相形アポタイザ”が、
（Ｃ）：Ｔが、１ ＞ Ｔ ＞ ０であれば、透過光量を低下させる“光量減衰形アポタイザ”が、
（Ｄ）：Ｔが、Ｔ＝ｔｅ^ｉθであれば、“一般的な位相シフトと光量減衰を同時に発生させるアポタイザ”が、
それぞれ、定義される。

アポタイザのリング領域を通過した光が形成する光ディスク記録面上での集光スポットの複素振幅分布Ｇ_ａｎｌ（ρ，φ）は、（２−18）式と同様にヘンケル変換により求まるが、対物レンズ１９の瞳面上での積分範囲がリング領域Ｐ_ａｎｌ内に限られる。

すなわち、

で定義される。

さらに、バビネットの定理に従えば、リング状のアポタイザを通過した光による集光スポットの複素振幅分布Ｇｔ（ρ，φ）は、（２−18）式と（３−１）式から、
Ｇｔ（ρ，φ）
＝Ｇｏ（ρ，φ）−Ｇ_ａｎｌ（ρ，φ）
（３−２）
により示される。

また、収差が発生した場合には、（２−17）に対応する式は、
Ｇｏ（ρ，φ）を、従来の光学系の無収差時の集光スポットの振幅分布、および
Ｇ_ａｎｌ（ρ，φ）を、アポタイザのリング領域を通過した光が無収差時に形成する集光スポット振幅分布とするとき、
Ｇt（ρ，φ）
＝Ｇｏ(ρ，φ)−Ｇ_ａｎｌ(ρ，φ)
＋Ｇｗ(ρ，φ)−Ｇｗ_ａｎｌ(ρ，φ)
（３−３）
で表すことができる。

集光スポット特性に大きな影響を及ぼす重要なパラメーターとしてピーク効率ηを、

と定義すると、（３−４）式は、アポタイザの有無における集光スポットの中心強度比を意味する。

また、他の重要なパラメータとして、リング領域の中央部分の半径ｃを、

で定義する。

なお、無収差時の集光スポット中心強度を「１」に規格化する。

すなわち、
｜Ｇ_０（０，φ）−Ｇ_ａｎｌ（０，φ）｜^２＝１
（３−６）
と設定する。

（３−６）式を（３−４）式に代入すると、

が得られる。

（２−18）式において、σ₋とΔ_ＯＬの値が１より充分に小さい場合（１＞σ₋，Δ_ＯＬ）には、（Ａ−１）式と（Ａ−13）式より、

が得られるので、（３−７）式と（３−８）式から規格化定数αが、

により求められる。

また、別の条件として、σ，σ₋，Δ_ＯＬの全てが比較的小さな値を取る場合には、（Ａ−５）式、（Ａ−７）式、（Ａ−８）式および（Ａ−13）式から、

と近似される。

従って、（３−９）式は、

と変形される。

（３−11）式を（２−18）式に代入すると、（Ａ−13）式から、

が導き出される。

この（３−12）式は、Ｍ_ｍν（ρ）は、（Ａ−５）式で定義されるベッセル関数を含む積分定義式を意味する。

さらに、（３−１）式に（２−22）式と（３−11）式および（Ａ−14）式を適用すると、

が得られる。

。

（３−13）式において、一般的な位相シフトと光量減衰とを同時に発生させるアポタイザを使用した場合には、Ｔは、複素数（Ｔ＝ｔｅ^ｉθ）を取る。

ここで、
ε（ｃ）≡２（ａ−ｂ）ｃ（１−σ^２ｃ^２）
（３−14）
を定義し、複素数Ｔに対して（２−20）式と同様に、オイラーの公式を適用すると、（３−13）式は、

と変形される。

特に、ρ＝０の位置（集光スポット中心振幅位置）では、（３−７）式、（３−15）式および（Ａ−１）式から、

となるので、（３−16）式を（３−６）式に代入すると、ηに関する関係式、

が得られる。

特別な場合として、Ｔが実数である場合には、（３−６）式と（３−16）式から、

が導かれる。

この（３−18）式を（３−13）式に代入すると、近似式

が得られる。

なお、（３−12）式と（３−19）式は、σ₋とΔ_ＯＬが１より十分に小さい（１≫σ₋，１≫Δ_ＯＬ）ときは、

および、

と変形できる。

球面収差とデフォーカスが同時に発生した場合の波面収差は、（２−13）式と（２−14）式から、
ωｓ（ｒ，φ）
＝ω_４０（ｒ^４−Ｑｒ^２＋Ｒ）＋ω´_２０ｒ^２
（10−１）
となる。

ここで、
ω_２０＝ω´_２０−Ｑω_４０，ω_００≡ω_４０Ｒ
（10−２）
とすると、（10−１）式は、
ωｓ（ｒ，φ）
＝ω_４０ｒ^４＋ω_２０ｒ^２＋ω_００ （10−３）
と変形できる。

（２−10）式において、σ₋とΔ_ＯＬがともに１より充分に小さな値（１＞σ₋，１＞Δ_ＯＬ）を取る場合、（３−９）式と（10−３）式を（２−11）式に代入し、（Ａ−13）式を用いることで、

および

が得られる。

また、位相シフトと光量減衰を同時に発生させるアポタイザを使用した場合には、（２−19）式ないし（２−21）式、（３−１）式、（３−９）式、（10−３）式および（Ａ−14）式を用いて、

および、

を得ることができる。

本発明の説明では、（２−13）式に示した「Ｑ」の値を、ω_４０とσが比較的小さな値を取る条件の下で算出する。また、ここでは、（２−16）式に示した瞳関数おいて、σ₋≒０、Δ_ＯＬ≒０と見なす。

さらに、以下に詳細に説明するが、位相項Ｒは、中心強度に影響を及ぼさないので、ここでは、Ｒ＝０.０と置く。

（10−４）式ないし（10−９）式に、（２−23）式、（２−24）式および（３−11）式のそれぞれを近似した式に（３−14）式を適用すると、（10−５）式、（10−６）式、（10−８）および（10−９）式は、

および

と近似される。

ここで、

と置くことで、

と変形して得られた（10−16）式に、（３−14）式、（３−16）式、（10−４）式、（10−７）式、（10−10）式ないし（10−13）式のそれぞれを代入し、（３−17）式を適用すると、

および

が得られる。

一方、（10−17）式から、「ＳＡ ＞ ０」の条件下で｜Ｇｔ（０，φ）^２｜が最大値を取るときのω_２０の値は、一意的に求まり、

となる。

特に、ｋω_４０＝０のときは、（10−21）式は、
ｋω_２０＝−Ｓ_Ｃ／２Ｓ_Ａ （10−22）
となる。

アポタイザのリング領域を通過した光に、角度θの位相差が生じた場合には、（10−22）式で求まる焦点位置をずらした場所ω_２０で、集光スポットの中心強度が最大となる。この現象に対する詳細な考察は、後段に説明する。

アポタイザの形態として、Ｔが実数（遮光形または光量減衰形もしくは位相をλ／２だけシフトさせる位相形アポタイザ）である場合には、sinθ≒０となるので、（３−18）式、（10−２）式、（10−18）式、（10−19）式および（10−21）式の関係を利用すると、（２−13）式のＱの値は、
Ｑ＝−ω_２０／ω_４０≒Ｓ_Ｂ´／Ｓ_Ａ´
（10−23），

および

で表すことができる。

（10−23）式ないし（10−25）式から、球面収差が発生している時の中心強度が最大になるデフォーカス位置を示すＱの値は、球面収差量に依存しないことが分かる。

（10−23）式ないし（10−25）式から計算したｃとσが変化した時のＱの値の変化を図９に示す。

図９からも明らかなように、Ｑの値は、実質的に「１」もしくはその近傍の値をとなる。

図９から分かるように、アポタイザ使用時には、σ＝０．７の条件下では、
ｃ ＞ ０.６７と０.４４ ＞ ｃの位置で、従来光学系（η＝１００％）と比べてＱの値が大きくなり、
０.６７ ＞ ｃ ＞ ０.４４では、わずかに小さくなる。

また、この傾向は、ピーク効率ηが小さくなるに従って、顕著に現れてくる。なお、σ＝０．０の条件下では、
ｃ ＞ ０.７０と０.４５ ＞ ｃの範囲で、従来光学系（η＝１００％）と比べてＱの値が大きくなり、
０.７０ ＞ ｃ ＞ ０.４５では、わずかに小さくなる。

従って、どのような条件下でも、
ｃ ≦ ０.４４ （９）
の位置では、Ｑの値が大きくなり、
０.４５ ≦ ｃ ≦ ０.６７ （10）
の位置で、Ｑの値が小さくなる。

ω_４０は、球面収差量に対応し、（２）式が示すように、ω_２０は、球面収差発生時の情報記憶媒体３内での中心強度最大位置のずれ量δｚを示している。

従って、Ｑの値が従来（η＝１の時）と比べて大きくなっている条件下で球面収差検出感度が増加し、増感用フィルタの効果が現れることを示している。

なお、（３−５）式に示すように、ｃは、リング領域の中央部の半径であり、ｂ＝０の場合もあるので、図７（ｂ）に示したような所定の半径（ｒ）の開口を有する球面収差検出の増感用フィルタ１２７の増感用特性を発揮するための必要条件は、
ｒ≦０.４４×２＝０.８８
ｒ≦０.８８ （11）
となる。

以上をまとめると、図２に示した光ディスク装置１０において、球面収差を検出する際に用いる増感用フィルタ２７の具体的な形状は、再生レーザ光１２´のスポット断面半径を「１」とした時に、上記（11）式を満たす範囲内でレーザ光１２´の光量を減衰できる、レーザ光１２´の位相特性を変化できる、もしくはレーザ光１２´の光量を減衰するとともに位相特性を変化させることのできる形状である。

球面収差検出の増感用フィルタ２７は、全体がガラスまたは透明プラスチックの所定の厚さの透明な板で形成され、レーザ光１２´の光量を変化させる方法として、ＮＤフィルタと呼ばれるゼラチンまたは金属あるいは無機材料からなる透過光量減衰膜が、部分的すなわち（11）式を満たす範囲に、形成されたものである。

なお、位相特性を変化する方法としては、Ｓ_ｉＯ_２等の透明無機膜を、上記透明な板上の（11）式を満足する範囲に形成して、局所的な凹凸を形成することが一般的である。この方法によれば、球面収差検出の増感用フィルタ２７の厚みを局所的に変化させ、透過するレーザ光１２´のスポット断面内で、部分的に位相の変化をひき起こすことで、レーザ光１２´に対する感度を高めたと同じ結果が得られる。

ところで、図２に示した光ディスク装置（図１に示した光ヘッドおよびその光ヘッドを有する情報記録再生装置）の特徴は、高精度で、信頼性の高い焦点ぼけ検出系１０２（図１）を用いて焦点ぼけ補正回路１０５（図１）を動作させて、光ディスク３のカバー層３ａの厚みのムラに起因して球面収差が発生した場合であっても、安定に、焦点ぼけ補正を実行させて、常に合焦状況を確保した状態で波面収差検出系１０４（図１）により、光ディスク３のカバー層（透明保護層）３ａの厚みムラ、もしくは基板寄り記録層３ｄまたはカバー層寄り記録層３ｂのいづれか一方にレーザ光を集光させる時に生じる球面収差の状態を検出して球面収差補正機構１０１（図１）を駆動させて、厚みムラ（球面収差）の補正を行うことである。

しかし、例えば図２を例に説明すると、球面収差を補正する目的で、厚みムラ補正用凸レンズ１７を移動させると、送光系のレーザ光１２は、厚みムラ補正用凸レンズ１７を通過して対物レンズ１９に入る直前の状態では、厚みムラ補正用凸レンズ１７を移動させる前には平行光だった状態に対して、発散光または収束光に変化する。一方、対物レンズ１９によりレーザ光１２に与えられる集束性は一定であるから、結果として、光ディスク３に集光されるレーザ光１２の集束位置が変化することになる。

なお、図２に示した光ディスク装置１０において、焦点ぼけ検出・補正制御回路系１１１では、光ディスク３の記録層３ｄまたは記録層３ｂに、上記集光位置が一致するように制御が働くので、厚みムラ検出・補正制御回路系１１４が動作されて球面収差補正が行われると同時に焦点ぼけ検出・補正制御回路系１１１に影響が生じる。このように、厚みムラ検出・補正制御回路系１１４と焦点ぼけ検出・補正制御回路系１１１との間で互いに干渉（クロストーク）が生じるため、「焦点ぼけ補正制御」と「厚みムラ補正制御」の双方が、非常に不安定になる。

この問題を低減させるために、本発明では、焦点ぼけ補正制御と厚みムラ補正制御の応答速度を変化させて、両者間の干渉（クロストーク）を低減している。

図１０は、焦点ぼけ補正制御回路と厚みムラ補正制御回路のそれぞれの周波数特性（伝達関数）を比較するグラフである。

図１０に示されるように、本発明では、焦点ぼけ補正制御回路と厚みムラ補正制御回路のそれぞれの周波数特性（伝達関数）のＤＣレベルのサーボゲインを、焦点ぼけ補正制御回路のＤＣゲインＧofが、厚みムラ補正制御回路のＤＣゲインＧotよりも大幅に大きく設定している。また、補正制御が適用可能な限界を示すゲイン１倍時の応答周波数である遮断周波数（cut off frequensy）についても、焦点ぼけ補正制御回路の遮断周波数ｆcfが厚みムラ補正制御回路の遮断周波数ｆctよりも大きい状態すなわち、
ｆcf ≧ ｆct （12）
に設定している。

なお、（12）式に示した設定は、具体的には、図２に示した光ディスク装置１０においては、ゲイン・帯域設定回路５８とゲイン・帯域設定回路８３により容易に設定される。すなわち、図示しないが個々のゲイン・帯域設定回路５８とゲイン・帯域設定回路８３には、多くの場合、例えば抵抗比調整等によりリニアアンプのゲインが調整可能であるから、ＤＣゲインＧofとＧotの値を、それぞれ独立に設定できる。

また、対物レンズ１９の駆動機構（焦点ぼけ補正用コイル２０とトラックずれ補正用コイル２１）の構造と厚みムラ補正用凸レンズ１７の駆動機構（厚みムラ補正用コイル１８）の構造から、ＤＣゲインＧofとＧotとを設定したことに依存して決定される遮断周波数ｆcfとｆctとを、一意的に定めることは可能である。なお、遮断周波数ｆcfとｆctは、図示しないが、例えば図２に示した光ディスク装置１０において、ゲイン・帯域設定回路５８とゲイン・帯域設定回路８３に、コンデンサと抵抗の組で構成されるローパスフィルタを配置して、より積極的に遮断周波数ｆcfとｆctを設定してもよい。

上述したように、焦点ぼけ補正制御回路と厚みムラ補正制御回路のそれぞれの周波数特性（伝達関数）のＤＣレベルのサーボゲインを、焦点ぼけ補正制御回路のＤＣゲインＧofが、厚みムラ補正制御回路のＤＣゲインＧotに比較して大幅に大きく設定したことにより得られる効果について説明する。

例えば、図２に示した光ディスク装置１０において、光ディスク３のカバー層３ａの厚みが急に変化した場合あるいは対物レンズ１９が合焦状態にあった記録層が３ｂから３ｄへ、もしくは３ｄから３ｂに集光点が移動した場合、厚みムラ検出・補正制御回路系１１４が動作して、厚みムラ補正用凸レンズ１７が所定の方向へ所定量（距離）移動される。

しかし、厚みムラ補正制御回路系１１４の遮断周波数ｆctが焦点ぼけ補正制御回路系１１１の遮断周波数ｆcfに比較して充分低いため、厚みムラ補正用凸レンズ１７は、ゆっくり移動する。一方、焦点ぼけ補正制御回路１１１の遮断周波数ｆcfは、厚みムラ補正制御回路系１１４の遮断周波数ｆctに比較して、数倍高いので、ゆっくりした厚みムラ補正用凸レンズ１７の移動に比較して、高速で対物レンズ１９の位置が調整される。

これにより、厚みムラ補正用凸レンズ１７が移動されている間であっても、常に、高い精度で、対物レンズ１９の合焦状態が保持される。

なお、確認実験の結果、上述した効果が得られるためには、焦点ぼけ補正制御回路の遮断周波数ｆcfは、厚みムラ補正制御回路の遮断周波数ｆctに比較して、最低でも２倍は必要で有り、有る程度補正制御を安定化させるには、１０倍以上が望ましい。

つまり、最低条件として、
ｆcf ≧ ２ｆct （13）
の条件が必要で、望ましくは、
ｆcf ≧ １０ｆct （14）
であれば、一層、厚みムラ補正の効果が高められる。

図１１は、図２に示した光ディスク装置１０（図１に示した光ヘッドおよびその光ヘッドを用いた情報記録再生装置）における焦点ぼけ検出信号の特性と厚みムラ検出信号の特性を説明する概略図である。

図１１（ａ）は、横軸が光ディスク３に対する対物レンズ１９の相対的位置に対する焦点ぼけ検出信号で、縦軸が、例えば図２に示した減算器８１の出力信号を示している。光ディスク３は、例えば図２に示した通り、基板３ｅの一方の面に順に積層された第２（基板寄り）記録層３ｄと、第１（カバー層寄り）記録層３ｂとを有するから、焦点ぼけ検出信号は、記録層３ｄ位置と記録層３ｂ位置の２ヶ所で、「０クロス（信号レベルが基準レベルを通過）」する。

図１１（ｂ）は、横軸が光ディスク３に対する対物レンズ１９の相対的位置に対する焦点ぼけ検出信号を示し、縦軸が、第１の光検出器２５の光検出セル２５ａ，２５ｂ，２５ｃおよび２５ｄに照射される再生レーザ光１２´のトータル光量の変化、例えば図２における加算器７５の出力信号を示している。加算器７５から出力される和信号のレベルは、記録層３ｄ位置の近傍と記録層３ｂ位置の近傍で極大値を取り、それ以外の位置すなわち対物レンズ１９の位置がずれて、いずれの記録層にも合焦状態にない場合には、第１の光検出器２５の個々の光検出セル２５ａ，２５ｂ，２５ｃおよび２５ｄに結像される再生レーザ光１２´のスポットサイズは大きくなるものの各光検出セル２５ａ，２５ｂ，２５ｃおよび２５ｄから大きくはみ出すために、大幅に低下する。

図１１（ｃ）および図１１（ｅ）は、横軸が、厚みムラ補正用凸レンズ１７の移動量を示し、縦軸が厚みムラ補正用凸レンズ１７の位置に対する厚みムラ検出信号の変化を示している。また、図１１（ｄ）および図１１（ｆ）は、横軸が、厚みムラ補正用凸レンズ１７の移動量を示し、縦軸が厚みムラ検出用の検出セル（例えば図２に示した第２の光検出器２９の検出領域（検出セル）２９ｂと２９ｃ）に照射される±１次光の和の変化を表している。なお、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）は、（基板寄りの）記録層３ｄの近傍で球面収差が補正された状態（レーザ光１２´の集光スポットが記録層３ｄ近傍にある時に球面収差量が少ない状態）を、図１１（ｅ）と図１１（ｆ）は、（カバー層寄りの）記録層３ｂ近傍で球面収差が補正された状態（レーザ光１２´の集光スポットが記録層３ｂ近傍にいる時に球面収差量が少ない状態）を、それぞれ、表している。

例えば、光ディスク３の（基板寄りの）記録層３ｄまたはその近傍にレーザ光１２が集光され、その合焦状態に合わせて球面収差が補正されている場合には、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）に示したような検出特性が得られる。

なお、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）に示すような検出信号が得られている状態からレーザ光１２の集光位置を（カバー層寄りの）記録層３ｂに移動させると、焦点ぼけ検出の差信号と和信号は、図１１（ａ）および図１１（ｂ）で説明したように変化した後、（カバー層寄りの）記録層３ｂの位置で焦点ぼけ検出・補正制御がかかる。

また、この発明においては、（12）式ないし（14）式に示した通り、対物レンズ１９の焦点ぼけ補正が、厚みムラ補正用凸レンズ１７による厚みムラ補正に比較して、２〜１０倍の速度で実行されるので、レーザ光１２の集光位置が、記録層３ｄ位置から記録層３ｂ位置に（もしくは記録層３ｂから記録層３ｄに）移動させた直後から、高速で合焦状態が確保される。それに対して、（12）式ないし（14）式から明らかなように、厚みムラ補正制御については、応答速度を焦点ぼけ補正に比較して１０〜２倍に遅らせているため、レーザ光１２が集光される位置を、例えば記録層３ｄ位置から記録層３ｂ位置に移動させた直後は、厚みムラ補正（球面収差補正）が不十分であり、従って、球面収差検出用の第２の光検出器２９の各検出セル２９ｂおよび２９ｃに結像された±１次光スポットのスポットサイズが非常に大きくなり（輝度が低下して）、厚みムラ検出用の差信号（図１１（ｃ））の信号振幅と和信号（図１１（ｄ））の信号振幅が小さくなるので、（12）式ないし（14）式に示した本発明の特徴を生かして外乱振動などにより起因して、レーザ光１２の集光位置が記録層３ｄ位置から記録層３ｂ位置に（もしくは記録層３ｂから記録層３ｄに）突然変化するような、記録層間異常飛びを検出することが可能となる。

すなわち、焦点ぼけ検出用の差信号と和信号は、前に説明したように、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す特性を有するから、記録層間異常飛びにより、レーザ光１２が集光される位置が突然変化したとしても、和信号レベルは、記録層３ｂの近傍で、図１１（ｂ）に示すＬfc以上の大きさを維持できる。また、記録層３ｄの近傍で厚みムラ（球面収差）補正が実行されていたとしても、図１１（ｄ）に示すように厚みムラ検出用の和信号（例えば図２の加算器５１の出力信号）レベルが、Ｌth以上の大きさを有している。

従って、その直後にレーザ光１２集光位置が記録層３ｂの近傍に移動すると、（12）式ないし（14）式に示した理由から、厚みムラ検出・補正制御回路系１１４は追従できず、球面収差検出用レーザ光１２ｂ，１２ｃのスポットが球面収差検出用検出セル２９ｂおよび２９ｃから大きくはみ出してしまい、厚みムラ検出用の和信号（例えば図２に示す加算器５１の出力信号）レベルが、Ｌth（図１１（ｄ））を大きく下回わるので、厚みムラ検出用の和信号のレベルが、Ｌth以上か否か、図２に示した比較器５７の出力で判定することで、記録層間異常飛び検出信号６０を得ることができる。

以下、図１２ないし図１６を用いて、図２に示した光ディスク装置の応用例または変形例を説明する。なお、図２（および図１）に示したと類似した構成には同じ符号を附して詳細な説明を省略する。また、図２に示した光ディスク装置の構成に関し、図１に示した光ヘッド装置およびその光ヘッド装置を用いた情報記録再生装置の構成と対比したが、図１２に示す光ディスク装置においても同様の関係があることはいうまでもない。

図１２に示す光ディスク装置２１０は、図２により前に説明した光ディスク装置１０に用いたホログラム素子２６を取り除いて、球面レンズ２８と第２の光検出器２９（図２の光ディスク装置１０）との間に、ハーフミラー２０１を配置したことを特徴としている。また、ハーフミラー２０１を用いたことにより、第２の光検出器２２９に向かう再生レーザ光１２´が分割されるので、第３の光検出器２３０が追加されている（図２と同様、光検出器２２９と２３０については、光学系の配置と受光面に結像されたスポットの両方が便宜的に示されている）。

なお、第２の光検出器２２９および第３の光検出器２３０のそれぞれは、再生レーザ光１２´が球面レンズ２８により与えられた集束性により集束される際に形成する最小錯乱円の手前と奥の所定の位置（最小錯乱円の中心から概ね等しい位置）に設けられる。また、最小錯乱円の中心から第２の光検出器２２９までの距離および第３の光検出器２３０までの距離については、前に説明した（７）式および（８）式に従って定義されている。

図１２に示した光ディスク装置２１０では、球面レンズ２８の光軸に沿って結像される再生レーザ光１２´を検出するために必要な光検出セルおよびその出力の処理に利用されるプリアンプならびに高価なホログラム素子が省略可能である。但し、図２に示した光ディスク装置１０と同様に、記録層間異常飛びを検出可能とするために、再生信号検出系１１３の加算器９１の出力を分岐して減衰器５８により所定レベルまで減衰した再生信号を、比較器５９に入力している。

図１３に示す光ディスク装置３１０は、図２により前に説明した光ディスク装置１０の焦点ぼけ検出系に、ナイフエッジ法を用いた例である。なお、図１３に示す光ディスク装置３１０では、ホログラム素子３０１にナイフエッジ法に対応可能な回折パターンすなわち平面方向の模式図から明らかなように、ナイフエッジとして機能する遮光部３０１ａと±１次光スポットを生成する回折パターン３０１ｂ（３０１ｃ）とを、光軸中心を含む直線で区分して与えている。また、図１３に示す光ディスク装置３１０の構成は、ホログラム素子３０１のパターンのない部分（ホログラム素子３０１がない状態と等価であり、実際には、遮光部３０１ａの境界部）と球面レンズ２８と第２の光検出器３２９の中央の２つの光検出セル３２９ａおよび３２９ｄとにより定義される光学系が図１に示した光ヘッド装置およびその光ヘッド装置を有する情報記録再生装置における焦点ぼけ検出系１１１に対応し、ホログラム素子３０１の回折パターン部分３０１ｂ（３０１ｃ）と球面レンズ２８と第２の光検出器３２９の残りの２つの光検出セル３２９ｂおよび３２９ｃとにより定義される光学系が同厚みムラ（球面収差）検出系１１４に対応する。但し、一部の光学部品を兼用したものの、球面収差検出系１１４と焦点ぼけ検出系１１１については、独立に設けている。

図１３に示した光ディスク装置３１０では、ホログラム素子３０１を用いたことで、単一の球面レンズ２８と単一の光検出器３２９のみで球面収差検出系１１４と焦点ぼけ検出系１１１とを兼用させて、光ヘッド装置の大きさを低減し、さらに軽量としたことを特徴とする。なお、焦点ぼけ検出系１１１を、球面収差検出系１１４と兼用したことにより、ハーフプリズム２２で分割された再生レーザ光１２´の他の一方は、トラックずれの検出のみを分担することになり、第１の光検出器３２５も２分割で済む。それに伴って、信号処理回路（トラックずれ検出・補正制御回路系１１２）で用いるプリアンプの数が低減されている。

また、図１３に示した光ディスク装置３１０では、ナイフエッジ法において最も検出精度が高く安定する光軸中心近傍を含む直線で分割して抜き出した半分の検出光１２ａを用いて焦点ぼけを検出する構成としたので、焦点ぼけ検出の精度を向上できるのみならず、最も高い検出信頼性を確保している。

図１４に示す光ディスク装置４１０では、図１３に示した光ディスク装置３１０とと同様に、焦点ぼけ検出法としてナイフエッジ法を採用し、±１次光スポットを生成するためのホログラム素子４０１のホログラムパターンに、図２に示した光ディスク装置１０で用いた増感フィルタと同様に機能する球面収差検出の増感用フィルタに類似したパターンを用いて、増感処理を施している。

図１４に示す光ディスク装置４１０では、ホログラム素子４０１は、４０１ａ，４０１ｂ，４０１ｃの３領域に分割された構造を有し、領域４０１ｃを通過するレーザ光１２ｃのみを用いて球面収差を検出することを特徴とする。なお、領域４０１ｂと領域４０１ｃの境界線の半径値ｒは、（11）式を満足するように設定されているので、球面収差の検出に対して増感されており、この増感分の信号を検出して球面収差検出に利用している。また、対応する光検出器４２９の検出領域も、０次光（中心部分）が結像される４２９ａ，４２９ｄと±１次光（外郭部分）が結像されるされる４２９ｂ，４２９ｃとに区分されている。なお、中間部分すなわちレーザ１２により形成されるスポットのうちの中心部分と外郭部分との間に定義されるスポット１２ｂは、この例では利用しない。

図１４に示した光ディスク装置４１０においては、図１３に示した光ディスク装置３１０と同様に、ナイフエッジ法において最も検出精度が高く安定する光軸中心近傍を含む直線で分割して抜き出した半分の検出光１２ａを用いて焦点ぼけを検出する構成としたので、焦点ぼけ検出の精度を向上できるのみならず、最も高い検出信頼性を確保している。

図１５に示す光ディスク装置５１０は、図１４に示した光ディスク装置４１０を、さらに改良したもので、ホログラム素子５０１は、第１ないし第５の５つの領域すなわち領域５０１ａ，５０１ｂ（内側），（２つめの）５０１ｂ（外側），５０１ｃおよび５０１ｄを有し、領域５０１ｂを通過するレーザ光１２ｂと領域５０１ｃを通過するレーザ光１２ｃを用いて球面収差を検出することを特徴としている。また、領域５０１ｃと領域５０１ａとの間の境界線の半径は、図１４または図１３に示した光ディスク装置と同様に、（11）式を満足するもので、球面収差を増感することができる。なお、対応する光検出器５２９の検出領域も、０次光（中心部分）が結像される５２９ａ，５２９ｄと±１次光（外郭部分）が結像されるされる５２９ｂ，５２９ｃとに区分されている。また、中間部分すなわちレーザ１２により形成されるスポットのうちの中心部分と外郭部分との間に定義されるスポット１２ａと１２ｄの一部は、この例では利用しない。

また、ホログラム素子５０１に関し、（10）式に示した範囲の検出光特性を変化させる（光量減衰または／および位相変化）場合には、球面収差を検出する際の感度が逆に低下することを上述したが、図１５に示した光ディスク装置５１０においては、逆にこの特性を積極的に活用している。すなわち、光検出器５２０上で検出感度が増加されているレーザ光１２ｃと、逆に検出感度が低下しているレーザ光１２ｂとを組み合わせることで、球面収差を検出する際の感度を、一層向上させることができる。

ところで、図１４に示した光ディスク装置４１０と図１５に示した光ディスク装置５１０に用いられるホログラム素子４０１および５０１では、回折パターン内のデューティを、５０％としている。すなわち、０次回折光成分を０（回折せずにそのまま直進する透過光の光量比が０）になるように設計してある。また、同時に、ホログラム素子４０１および５０１の構造をブレーズ格子と同様に機能するようなブレーズ化（回折部分が傾斜を持ち、特定方向へ回折し易くさせる構造）して、回折光のほとんどが＋１次回折光になるように（すなわち−１次回折光の光量比率がほとんど０になるように）工夫してある。さらに、回折縞の中心位置をずらして、＋１次回折光の光軸中心を、光検出セル４２９ｂ（５２９ｂ）と４２９ｃ（５２９ｃ）との間の境界線上もしくは光検出セル４２９ａ（５２９ａ）と４２９ｄ（５２９ｄ）との間の境界線上に投射させるようにパターンを最適化している。

このことは、図７（ｂ）を用いて前に説明した通り、対物レンズ１９に入射するレーザ光１２の光軸中心から半径ｒまでの部分を遮光（または透過光量を減衰あるいは位相変化）すると、合焦時の中心強度の最大位置（最小錯乱円）が、εだけずれることを利用し、このεの位置を、発光点と見なした場合、εから発光した光は、光ディスク３の記録層３ｂあるいは３ｄで反射されて再び対物レンズ１９に戻された後に収束光となることを利用して、その収束光を、図８の右側に示した検出光学系に入射させると、第２の光検出器２９の近傍での集光点のずれ量ζが、（１）式のδをεに置き換えた値と等しくなることを示している。

従って、この収束光を、従来の焦点ぼけ検出用光学系で検出すると、擬似的な焦点ぼけ検出信号が得られる。このように、図８に示す光学系モデルにおいて、擬似球面収差発生＋増感用フィルタ機能付加素子２６で擬似的に球面収差を発生させると共にレーザ光１２の光軸中心から半径ｒまでの部分を遮光（または透過光量減衰あるいは位相変化）すると、合焦時であるにも関わらず、光ディスク３の記録層３ｂまたは３ｄの手前εの所で中心強度が最大となり（この位置が擬似的な発光点と見なされ）、図８の右側の検出光学系を経た後には第２の光検出器２９上では擬似的な焦点ぼけ信号が検出される。

以上の理由から、光ディスク３の透明保護層（カバー層）３ａの厚みのムラにより球面収差が発生した場合、第１の検出光学系（焦点ぼけ検出系）を用いて、正確に焦点ぼけ補正を行い、同時に第２の検出光学系（球面収差検出系）により光軸中心から半径ｒまでの部分を遮光（または透過光量減衰あるいは位相変化）させた後に、従来の既存の焦点ぼけ検出光学系で、信号検出をすると、擬似的な焦点ぼけ検出信号の形で球面収差量を検出できる。その現象を利用して球面収差検出系を構成した例を図１６に示す。

図１６に示す光ディスク装置６１０は、球面収差検出用に、一般的な焦点ぼけ検出法として知られている非点収差法を利用している。すなわち図１６に示すようにホログラム素子６０１は、第１および第２の領域６０１ｂと６０１ｃの２領域に分割されるとともに、各領域の回折縞の中心がずらされることで、領域６０１ｃで回折した＋１次回折光の光軸中心が、光検出器６２５の第５ないし第８の光検出セル６２５ｅ，６２５ｆ，６２５ｇおよび６２５ｈに囲まれた中心位置に結像されるように定義されている。なお、ホログラム素子６０１の２つの領域６０１ｂと６０１ｃは、図１５（または図１４）に説明したホログラム素子５０１（４０１）と同様に、それぞれ、ブレーズ格子と同様に機能するようなブレーズ化（回折部分が傾斜を持ち、特定方向へ回折し易くさせる構造）されているので、＋１次回折光強度は、−１次光回折光強度よりもはるかに大きくなる。従って、各回折光強度の比率は、０次回折光強度、＋１次回折光強度、−１次光強度、＋２次光強度、−２次光強度の順に、１：１：０：０：０となる。

なお、ホログラム素子６０１の中央部分を通過した０次回折光（直進透過光）は、球面レンズ２３とシリンドリカルレンズ２４を通過して、光検出器６２５の光検出セル６２５ａないし６２５ｄ上に照射され、広く非点収差法と呼ばれている焦点ぼけ検出方法により焦点ぼけ量を検出し、焦点ぼけ検出・補正制御回路系１１１により焦点ぼけ補正用コイル２０に電流を流して対物レンズ１９の位置を移動させて焦点ぼけ補正を行う。

また、ホログラム素子６０１の第１の領域６０１ｂと第２の領域６０１ｃとの間の境界線（境界円）の半径ｒは、前に説明した（11）式を満足するように、設定されている。従って、光ディスク３上の記録層３ｂあるいは３ｄに常に焦点を合わせた状態でホログラム素子６０１の領域６０１ｃで回折した＋１次回折光は、球面収差検出感度が増感されて、あたかも図５に示したモデルにおいて、図７（ｂ）で説明したように集光位置がδからεへ増加し、その増加量が検出光学系上で、（１）式に示すように、さらに拡大される。このように、球面収差の位置（最小錯乱円の位置）のδからεへの変化の差分に応じて、光検出セル６２５ｅ，６２５ｆ，６２５ｇおよび６２５ｈに照射されるレーザ光１２ｃは、擬似的焦点ぼけ量を発生させる。その結果、光検出器６２５上に投影されるレーザ光１２ｃのパターンは、図１６（光検出セル６２５ｅ，６２５ｆ，６２５ｇおよび６２５ｈ）に示した通り、（光検出セル６２５ａ，６２５ｂ，６２５ｃおよび６２５ｄに結像されたような）完全な円形を保持した環状の形状から、楕円形の環状になる。

このパターン変化を、厚みムラ検出・補正制御回路系１１４で信号処理した後、厚みムラ（球面収差）量に換算し、厚みムラ補正用凸レンズ駆動コイル１８に対応する電流を流して厚みムラ補正用凸レンズ１７を所定の方向に、所定量移動させることで、光ディスク３のカバー層３ａの厚みムラにより発生する球面収差の影響を除去することができる。また、図１６に示した光ディスク装置６１０も、図１に示した光ヘッド装置およびその光ヘッド装置を用いた情報記録再生装置と同様の構成であることは、いうまでもない。なお、球面収差検出系１１４と焦点ぼけ検出系１１１は、兼用であるが、球面収差検出系１１４で用いられるレーザ光と焦点ぼけ検出系１１１で用いられるレーザ光とは、ホログラム素子６０１で完全に分離されているので、光学的には、クロストークのない独立系と見なすことができる。

以下に、図２に示した光ディスク装置１０に組み込まれるホログラム素子２６を用いた波面分割のためのホログラム素子の領域分割に用いた数式（Ａ−１）〜（Ａ−15）を示す。

Ａ１）ベッセル関数の定義とベッセル関数を含む展開
ベッセル関数は、

と定義される。

（Ａ−１）式より、

が導かれる。

上述したベッセル関数は、

に示す特性を有するから、（Ａ−３）式から、

が得られる。

従って、

が得られる。

（Ａ−１）式を（Ａ−５）式に代入すると、

と置き換えられる。

（Ａ−６）式から、

および

が得られる。

なお、ｇ（ｒ，φ）をヘンケル変換すると、

および

となる。

ｇ（ｒ，φ）が、

の構造を有するとき、（Ａ−10）式は、

となる。

（Ａ−13）式は、（Ａ−12）式を（Ａ−11）式に代入し、（Ａ−４）式を用いることで、（Ａ−13）式が、ｂ≦ｒ≦ａおよびｂ≒ａの条件下で、

および、

と定義される。

また、以下に示す、

は、上述した（５）式を導くために用いられる。

以上説明したように、この発明の光ディスク装置の光ヘッド装置は、所定の波長の光を供給する光源と、光源からの光を記録媒体の記録層に集光する対物レンズと、対物レンズを、光軸方向および記録媒体に予め形成されている案内溝または信号マーク列を横切る方向に移動させる対物レンズ移動機構と、対物レンズの焦点ぼけを検出する焦点ぼけ検出系と、記録媒体の対物レンズに最も近接して設けられる透明樹脂層の厚みのムラを検出する厚みムラ検出系と、厚みムラ検出系により検出された記録媒体の透明樹脂層の厚みの変化に基づいて、光源から対物レンズに入射される光の結像特性を変化させる厚みムラ補正機構と、を有することから、焦点ぼけ検出系により検出された焦点ぼけ検出信号を用いて対物レンズの焦点ぼけ補正制御を行うとともに、焦点ぼけ補正制御時における厚みムラ検出系により検出される厚みムラ検出信号を用いて、透明樹脂層の厚みムラを検出することができるので、透明樹脂層に厚みムラが生じた場合であっても、集束光の歪みすなわち球面収差の影響を除去して、高い記録密度で情報を記録可能な収束光を提供できる。

また、この発明は、所定の波長の光を供給する光源と、光源からの光を記録媒体の記録層に集光する対物レンズと、対物レンズを、光軸方向および記録媒体に予め形成されている案内溝または信号マーク列を横切る方向に移動させる対物レンズ移動機構と、対物レンズの焦点ぼけを検出する焦点ぼけ検出系と、記録媒体の対物レンズに最も近接して設けられる透明樹脂層の厚みのムラを検出する厚みムラ検出系と、厚みムラ検出系により検出された記録媒体の透明樹脂層の厚みの変化に基づいて、光源から前記対物レンズに入射される光の結像特性を変化させる厚みムラ補正機構と、を有することを特徴とする光ヘッド装置を有し、焦点ぼけ検出系により検出された焦点ぼけ検出信号を用いて、対物レンズの焦点ぼけ補正制御を行うとともに、焦点ぼけ補正制御時における厚みムラ検出系により検出される厚みムラ検出信号を用いて、透明樹脂層の厚みムラを検出することを特徴とする情報記録媒体の透明樹脂層の厚みムラを検出できるので、透明樹脂層に厚みムラが生じた場合であっても、集束光の歪みすなわち球面収差の影響を除去して、高い記録密度で情報を記録できる。

さらに、この発明は、所定の波長の光を供給する光源と、光源からの光を記録媒体の記録層に集光する対物レンズと、対物レンズを、光軸方向および記録媒体に予め形成されている案内溝または信号マーク列を横切る方向に移動させる対物レンズ移動機構と、対物レンズの焦点ぼけを検出する焦点ぼけ検出系と、記録媒体の前記対物レンズに最も近接して設けられる透明樹脂層の厚みのムラを検出する厚みムラ検出系と、厚みムラ検出系により検出された記録媒体の透明樹脂層の厚みの変化に基づいて、光源から対物レンズに入射される光の結像特性を変化させる厚みムラ補正機構と、を有することを特徴とする光ヘッド装置を有し、焦点ぼけ検出系により検出された焦点ぼけ検出信号を用いて、対物レンズの焦点ぼけ補正制御を行うとともに、焦点ぼけ補正制御時における厚みムラ検出系により検出される厚みムラ検出信号を用いて、透明樹脂層の厚みムラを検出し、透明樹脂層の厚みムラの影響を除去しながら対物レンズの焦点ぼけの影響を除去し、記録媒体の記録層に記録されている情報を再生し、もしくは記録媒体に情報を記録することのできる情報記録再生装置を達成できる。

またさらに、厚みムラ検出系は、検出対象である光のスポット断面半径を１とした時、ｒ≦０.８８を満たす範囲内で前記光の光量を減衰させ、あるいは光の位相特性を変化させ、もしくは、光の光量を減衰させるとともにその位相を変化させる光学素子を含むので、高い検出感度で、記録媒体の透明樹脂層の厚みムラを検出でき、それにより、高い記録密度での情報の記録を可能とする。

さらにまた、厚みムラ補正機構の応答周波数（遮断周波数）を、対物レンズの焦点ぼけの影響を除去する焦点ぼけ補正制御系の応答周波数（遮断周波数）よりも、低く設定したので、焦点ぼけ検出系と厚みムラ検出系との間に生じるクロストーク（干渉）の影響を受けない安定な厚みムラの検出が可能な情報記録再生装置が得られる。

なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形・変更が可能である。

また、各実施の形態は可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合組み合わせによる効果が得られる。

さらに、上記実施の形態には種々な段階の発明が含まれており、この出願で開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。たとえば、実施の形態に示される全構成要件から１または複数の構成要件が削除されても、この発明の効果のうち少なくとも１つが得られるときは、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。

なお、従来技術である特開２０００−１７１３４６では、第８頁の右欄の段落［００８２］に示されるように、
ＳＡ＝（Ｓ３−Ｓ４）−（Ｓ１−Ｓ２）×Ｋ
で球面収差を検出するとの記載があり、一方で、焦点ぼけ検出は、同第７頁の右欄の段落［００６７］に示されるように、
ＦＥＳ＝Ｓ１−Ｓ２
で算出しており、明らかに、球面収差検出系の一部を焦点ぼけ検出系でも利用しており、本願の図１に示すように、厚みムラ（球面収差）補正機構１０１と焦点ぼけ検出系１０２とを、分離させ、独立した構成させている本発明の特徴とは異なっている。

この発明の光ヘッド装置およびその光ヘッド装置が組み込まれる情報記録再生装置の基本構造を説明する概略図。 図１に示した光ヘッド装置およびその光ヘッド装置を有する情報記録再生装置（以下、光ディスク装置と称する）の構成の一例を、より具体的に説明する概略図。 図２に示した光ディスク装置において、光ディスク（情報記録媒体）のカバー層寄り記録層にレーザ光が集光している状態で、対物レンズ寄りの透明保護層の厚みが変化した時に生じる現象すなわち球面収差による最小錯乱円のずれの発生を説明する概略図。 図２に示した光ディスク装置において、検出光学系の光軸に沿った方向の球面レンズによる集束位置すなわち最小錯乱円の移動が生じた際の最小錯乱円の移動位置と対応する各位置でのレーザ光の光スポットの光強度の変化を説明する概略図。 図４に示した距離Ａ０と距離Ｂ０の最適な範囲を定義するためのホログラム素子により生成される±１次光の光軸に沿った方向での移動量およびその検出特性を説明する概略図。 （５）式の計算結果を示すグラフ。 図３を用いて説明した球面収差の発生を増大することによる検出感度の向上が可能な原理を説明する概略図。 図４に示した距離Ａ０と距離Ｂ０の最適な範囲を定義するためのホログラム素子により生成される±１次光の光軸に沿った方向での移動量およびその検出特性を提供可能な原理を説明する概略図。 （10−23）式ないし（10−25）式から計算したｃとσが変化した時のＱの値の変化を示すグラフ。 焦点ぼけ補正制御回路と厚みムラ補正制御回路のそれぞれの周波数特性（伝達関数）を比較するグラフ。 図２に示した光ディスク装置１０（図１に示した光ヘッドおよびその光ヘッドを用いた情報記録再生装置）における焦点ぼけ検出信号の特性と厚みムラ検出信号の特性を説明する概略図。 図２に示した光ディスク装置の別の実施の形態を説明する概略断面図。 図２に示した光ディスク装置のさらに別の実施の形態を説明する概略断面図。 図２に示した光ディスク装置のまたさらに別の実施の形態を説明する概略断面図。 図２に示した光ディスク装置のさらにまた別の実施の形態を説明する概略断面図。 図２に示した光ディスク装置のまたさらに別の実施の形態を説明する概略断面図。

符号の説明

１…光ディスク装置（情報記録再生装置）、２…レーザ素子（光源）、３…光ディスク（情報記録媒体）、３ａ…対物レンズ側カバー層（透明樹脂層）、３ｂ…対物レンズ寄り記録層または反射層、３ｃ…スペース層、３ｄ…基板寄り記録層または反射層、３ｅ…基板、４…対物レンズ、５…焦点ぼけ補正用コイル、６…ビームスプリッタ、１０…光ディスク装置、１１…レーザ素子、１２…レーザ光、１２´…再生（反射）レーザ光、１３…コリメートレンズ、１４…偏向ビームスプリッタ、１５…λ／４板、１６…厚みムラ補正用凹レンズ、１７…厚みムラ補正用凸レンズ、１８…厚みムラ補正用凸レンズ駆動コイル１、１９…対物レンズ、２０…焦点ぼけ補正用コイル（フォーカスコイル）、２１…トラックずれ補正用コイル（トラックコイル）、２２…ハーフプリズム、２３…球面レンズ、２４…シリンドリカルレンズ、２５…第１の光検出器（焦点ぼけ検出用）、２６…ホログラム素子、２７…増感用フィルタ、２８…球面レンズ、２９…第２の光検出器（厚みムラ検出用）、１０１…厚みムラ（球面収差）補正機構、１０２…焦点ぼけ検出系、１０３…厚みムラ（球面収差）検出系、１０４…球面収差補正回路、１０５…焦点ぼけ補正回路、１１１…焦点ぼけ検出・補正制御回路系、１１４…厚みムラ検出・補正制御回路系、１２７…疑似球面収差発生＋増感用フィルタ機能付加素子、１２９…光検出器、２０１…ハーフミラー、２２９…第２の光検出器、２３０…第３の光検出器、３２５…第２の光検出器（２分割）、４０１…（ナイフエッジパターン付き）ホログラム素子、４２９…第２の光検出器、５０１…（ブレーズ格子状）ホログラム素子、５２９…第２の光検出器、６０１…（複合型）ホログラム素子、６２５…光検出器（複合型）。

Claims (11)

1. 基板の一方の面に、前記基板に近接して設けられる基板寄り記録層または光反射層と、前記基板寄り記録層または光反射層に積層され、所定の波長の光に透明なスペース層と、前記基板および前記基板寄り記録層または光反射層から離れた第２の記録層または光反射層と、前記第２の記録層または光反射層を保護する保護層と、を有する光記録媒体に、前記第２の記録層または光反射層および前記基板寄り記録層または光反射層の少なくとも一方に、前記保護層側から前記所定の波長の光を照射する光ヘッド装置において、
   前記第２の記録層または光反射層および前記基板寄り記録または光反射層の少なくとも一方に、前記保護層側から前記所定の波長の光を集光させる対物レンズの相対的位置に対する焦点ぼけ検出信号を用いて、前記第２の記録層または光反射層と前記基板寄り記録層または光反射層のいずれに前記対物レンズにより集光される前記所定波長の光が集光されているかを特定することを特徴とする光ヘッド装置。
2. 前記対物レンズの位置が、前記第２の記録層または光反射層と前記基板寄り記録層または光反射層のいずれかに前記対物レンズにより集光されている状態において、極大値を示す光検出信号を出力する光検出器をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
3. 前記対物レンズの近傍に独立して、または前記対物レンズと一体に、前記保護層の厚みムラの影響を補正する第２のレンズが設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
4. 前記対物レンズの位置が、前記第２の記録層または光反射層と前記基板寄り記録層または光反射層のいずれかに前記対物レンズにより集光されている集光状態において、前記対物レンズにより集光されている記録層または光反射層への前記集光状態と異なる集光状態が生じたことを検出する厚みムラ検出器をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の光ヘッド装置。
5. 前記厚みムラ検出器は、前記対物レンズの位置が、前記第２の記録層または光反射層と前記基板寄り記録層または光反射層のいずれかに前記対物レンズにより集光されている状態において、極大値を示す光検出信号を出力する光検出器の出力が前記極大値またはそれに類似した大きさの光検出信号を出力している状態で生じる入射光量の変動を検出することを特徴する請求項４記載の光ヘッド装置。
6. 基板の一方の面に、前記基板に近接して設けられる基板寄り記録層または光反射層と、前記基板寄り記録層または光反射層に積層され、所定の波長の光に透明なスペース層と、前記基板および前記基板寄り記録層または光反射層から離れた第２の記録層または光反射層と、前記第２の記録層または光反射層を保護する保護層と、を有する光記録媒体の前記第２の記録層または光反射層および前記基板寄り記録層または光反射層の少なくとも一方に前記所定波長の光を集光する光ヘッド装置を含み、
   前記対物レンズの位置を検出する焦点ぼけ検出信号を用いて前記対物レンズの焦点ぼけ補正制御を行うとともに、前記焦点ぼけ補正制御時に、前記保護層の厚みムラを検出するための厚みムラ検出信号を用いて前記保護層の厚みムラを検出し、前記保護層の厚みムラの影響を除去しながら前記対物レンズの焦点ぼけの影響を除去し、前記記録媒体の記録層に記録されている情報を再生し、もしくは前記記録媒体に情報を記録する情報記録再生装置。
7. 前記対物レンズの位置が、前記第２の記録層または光反射層と前記基板寄り記録層または光反射層のいずれかに前記対物レンズにより集光されている状態において、極大値を示す光検出信号を出力する光検出器をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の情報記録再生装置。
8. 前記対物レンズの近傍に独立して、または前記対物レンズと一体に、前記保護層の厚みムラの影響を補正する第２のレンズが設けられていることを特徴とする請求項６記載の情報記録再生装置。
9. 前記対物レンズの位置が、前記第２の記録層または光反射層と前記基板寄り記録層または光反射層のいずれかに前記対物レンズにより集光されている集光状態において、前記対物レンズにより集光されている記録層または光反射層への前記集光状態と異なる集光状態が生じたことを検出する厚みムラ検出器をさらに含むことを特徴とする請求項８記載の情報記録再生装置。
10. 前記厚みムラ検出器は、前記対物レンズの位置が、前記第２の記録層または光反射層と前記基板寄り記録層または光反射層のいずれかに前記対物レンズにより集光されている状態において、極大値を示す光検出信号を出力する光検出器の出力が前記極大値またはそれに類似した大きさの光検出信号を出力している状態で生じる入射光量の変動を検出することを特徴する請求項９記載の情報記録再生装置。
11. 基板に近接して設けられる第１の記録層または光反射層と、前記第１の記録層または光反射層に積層され、所定の波長の光に透明なスペース層と、前記スペース層に積層され、前記基板および前記第１の記録層または光反射層から離れて設けられた第２の記録層または光反射層と、前記第２の記録層または光反射層に積層され、前記第２の記録層または光反射層を保護する保護層と、を有する光記録媒体の、前記第２の記録層または光反射層および前記第１の記録層または光反射層の少なくとも一方に、前記保護層側から前記所定の波長の光を照射して情報を記録し、または既に記録されている情報を再生する方法において、
    第１の光検出信号に基づいて、前記第２の記録層または光反射層および前記第１の記録層または光反射層のいずれに、所定波長の光が集光されているかを特定し、
    第２の光検出信号に基づいて、前記第２の記録層または光反射層および前記第１の記録層または光反射層のいずれかに所定波長の光が集光されている状態で、前記保護層の厚みムラの影響を検出し、
    前記第１の光検出信号に基づいて対物レンズが所定の記録層または光反射層に前記所定波長の光を集光している状態である時に、第２の光検出信号の変動が所定の大きさよりも大きい場合に、対物レンズが所定波長の光を集光している前記所定の記録層または光反射層への集光状態が、対物レンズの焦点ぼけとは異なる変動を伴っていると判断して、対物レンズによる集光状態を変化させる第２のレンズの位置を、対物レンズの集光状態が所定の状態となるよう、変化させることを特徴とする情報記録再生方法。

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