JP2006324001A - 収差検出装置及びそれを備えた光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】収差誤差信号の感度を高くし、トラッキング制御時の対物レンズシフトによる光ビーム分離手段と光ビームとの中心ずれが発生しても収差誤差信号の感度変化を小さくすると共に、光ビーム分離手段と光検出器の光軸方向ずれが発生しても収差誤差信号にオフセットを発生しない収差検出装置及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】第１の偏光ホログラム素子２は、第１光ビームを通す第１の領域２ａと、光ビームの光軸を含まない第２光ビームを通す第２の領域２ｂ・第３の領域２ｃとに分割されている。第１の領域２ａは、光軸を通るラジアル方向の直線Ｄ１と平行な分割直線Ｄ２・Ｄ６と、分割直線Ｄ４と、所定角度だけハの字状に傾斜した分割直線Ｄ３・Ｄ５と、反対側に形成された分割直線Ｄ７と、第１の偏光ホログラム素子２の円弧Ｅ１・Ｅ２とで構成される各境界線により区画されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、集光光学系において発生する収差を検出するための収差検出装置及びそれを備えた光ピックアップ装置に関するものである。

近年、情報量の増大と共に光ディスクの記録密度を高くすることが求められている。光ディスクの高記録密度化は、光ディスクの情報記録層における線記録密度を高めることやトラックの狭ピッチ化により行われてきた。この光ディスクの高記録密度化に対応するためには、該光ディスクの情報記録層上に集光される光ビームのビーム径を小さくすることが必要である。

光ビームのビーム径を小さくする方法として、光ビームの短波長化と、光ディスクを記録再生する光ピックアップ装置の集光光学系としての対物レンズの開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）を大きくすることとが考えられる。

光ビームの短波長化に関しては、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)で一般に利用されてきた波長６５０ｎｍの赤色半導体レーザから波長４０５ｎｍの青紫色半導体レーザへの光源の置き換えが可能である。

一般に、光ディスクでは、埃や傷から情報記録層を保護するために、情報記録層がカバーガラスで覆われている。したがって、光ピックアップ装置の対物レンズを透過した光ビームは、カバーガラスを通過して、その下にある情報記録層上で集光されて焦点を結ぶことになる。

光ビームがカバーガラスを通過すると、球面収差（ＳＡ：Spherical Aberration）が発生する。通常、対物レンズはこの球面収差を相殺するように設計されている。しかしながら、カバーガラスの厚さが、予め定められた値からずれると、情報記録層に集光された光ビームには、球面収差が発生し、ビーム径が大きくなってしまい、情報を正しく読み書きすることができなくなるという問題が生じる。

また、近年では、光ディスクの厚さ方向へ記録情報の高密度化を進めることができるように、情報記録層を積層化して形成された多層光ディスクが既に商品化されている。

上記のような多層の情報記録層が形成された光ディスクでは、該光ディスクの表面（カバーガラス表面）から各情報記録層までの厚みがそれぞれ異なるので、光ビームが光ディスクのカバーガラスを通過する際に発生する球面収差が、各情報記録層で異なる。

さらに、高開口数（ＮＡ）の対物レンズでは、球面収差の誤差の影響が大きく、情報の読み取り精度の低下を招くという問題が生じる。そこで、高開口数（ＮＡ）の対物レンズを用いて高記録密度化を実現するためには球面収差を補正する必要がある。

球面収差を補正する技術として、例えば特許文献１には、光ディスクから反射して集光する復路の光ビームを、ホログラム素子によって、該光ビームの光軸に近い第１光ビームとその外側の第２光ビームとに分離し、第１光ビームの集光位置と第２光ビームの集光位置とが異なることを利用して球面収差を検出し、この検出結果に基づいて球面収差を補正する技術が開示されている。

上記特許文献１に記載された光ピックアップ装置の概略構成を、図２４に基いて説明する。

同図に示すように、光ピックアップ装置１００では、ホログラム素子１０２、コリメートレンズ１０３及び対物レンズ１０４は、半導体レーザ１０１の光ビーム出射面と光ディスク１０６の光ビーム反射面との間に形成される光軸に配置され、光検出器１０７は、上記ホログラム素子１０２の回折光の焦点位置に配置されている。

上記構成の光ピックアップ装置１００においては、半導体レーザ１０１から照射された光ビームは、ホログラム素子１０２を０次回折光として通過し、コリメートレンズ１０３によって平行光に変換された後、対物レンズ１０４を通過して、光ディスク１０６上の情報記録層１０６ｃ又は情報記録層１０６ｄに集光される。

一方、光ディスク１０６の情報記録層１０６ｃ又は情報記録層１０６ｄから反射された光ビームは、対物レンズ１０４及びコリメートレンズ１０３の順に各部材を通過してホログラム素子１０２に入射され、ホログラム素子１０２にて回折されて光検出器１０７上に集光される。上記光検出器１０７は、ホログラム素子１０２の＋１次光の焦点位置に配置されている。

上記光ディスク１０６は、カバーガラス１０６ａ、基板１０６ｂ、及びカバーガラス１０６ａと基板１０６ｂとの間に形成された２つの情報記録層１０６ｃ・１０６ｄから構成されている。つまり、光ディスク１０６は２層ディスクである。したがって、光ピックアップ装置１００は、情報記録層１０６ｃ又は情報記録層１０６ｄに光ビームを集光させることによって、各情報記録層１０６ｃ・１０６ｄから情報を再生する一方、各情報記録層１０６ｃ・１０６ｄへ情報を記録するようになっている。

上記ホログラム素子１０２について、図２５に基いて詳細に説明する。

上記ホログラム素子１０２は、３分割された３つの領域１０２ａ・１０２ｂ・１０２ｃを有している。第１の領域１０２ａは光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１０１と光軸を中心とする第１の半円弧Ｅ１０１（半径ｒ１）とで囲まれた領域であり、第２の領域１０２ｂは光軸を中心とする第２の半円弧Ｅ１０２（半径ｒ２）と上記第１の半円弧Ｅ１０１（半径ｒ１）と上記直線Ｄ１０１とで囲まれた領域である。第３の領域１０２ｃは上記直線Ｄ１０１に対して第１の半円弧Ｅ１０１及び第２の半円弧Ｅ１０２とは反対側の第３の半円弧Ｅ１０３（半径ｒ２）と直線Ｄ１０１とで囲まれた領域である。ホログラム素子１０２上での対物レンズ１０４のアパーチャによる有効径１０４Ｄの半径をｒとした時、半径ｒ１＝０．７ｒに設定することによって、球面収差誤差信号が最大となる。
特開２００２−１５７７７１号公報（２０００年５月３１日公開）

ところで、上記従来の光ピックアップ装置１００では、光軸を中心とする円弧（対物レンズ１０４のアパーチャで規定される光ビーム有効径１０４Ｄの約７０％の半径）にて光ビームを分離することによって、分離した光ビームの焦点位置ずれを最大にし、感度良く球面収差を検出することができる。

しかしながら、トラッキング制御時の対物レンズシフトにより光ビームと光ビーム分離手段との中心位置がずれると球面収差検出信号の感度が大きく低下するという問題点を有している。

さらに、焦点位置ずれを検出するためにナイフエッジ法を用いる場合の光ビーム分離手段の調整方法について考慮されていない。すなわち、ナイフエッジ法を用いる場合の光ビーム分離手段の調整方法では、光ビーム分離手段から光検出器までの間の光軸方向ずれがあった場合に、焦点誤差信号及び球面収差検出信号にそれぞれオフセットが発生するので、このオフセットを０にするように光ビーム分離手段を回転することにより行う。しかし、焦点誤差信号の調整量と球面収差検出信号の調整量とは一致しないため、焦点誤差信号のオフセットが消失しても、球面収差検出信号にはオフセットが残存するという問題点を有している。

さらに、この課題を解決する場合、焦点誤差信号補正用の補助受光領域が存在する光検出器を用いた光ピックアップ装置においては、焦点誤差信号にもオフセットが生じるという問題点を有している。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、光ビームの分離形状を最適化することによって、球面収差検出信号の感度の絶対値（信号品質）を確保した上で、トラッキング制御時の対物レンズシフトによる球面収差検出信号の感度変化を十分小さく抑制すること、さらに光ビーム分離手段の回転調整時の焦点誤差信号の調整量と球面収差検出信号の調整量を等しくし、両オフセットを十分小さく抑制すること、さらに補助受光領域のある光検出器を用いた光ピックアップ装置において上記該問題を解決することができる収差検出装置及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供することにある。

本発明の収差検出装置は、上記課題を解決するために、集光光学系を通過した光ビームを、該光ビームの光軸を含む第１光ビームと該光ビームの光軸を含まない第２光ビームとに分離する光ビーム分離手段と、上記光ビーム分離手段によって分離された２つの第１光ビーム及び第２光ビームの焦点位置に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出手段とを備えた収差検出装置において、上記光ビーム分離手段は、上記第１光ビームを通す第１の領域と、上記光ビームの光軸を含まない第２光ビームを通す第２の領域とに分割されていると共に、上記第１の領域は、光軸を通るラジアル方向の直線と平行な直線上における両端側にそれぞれ形成された第１の分割直線及び第２の分割直線と、上記第１の分割直線及び第２の分割直線よりも外周側にて、上記第１の分割直線及び第２の分割直線と平行に形成された第３の分割直線と、上記第１の分割直線及び第２の分割直線の各端から上記第３の分割直線に向かって互いに延びて形成され、かつ光軸を通るトラック方向の直線に対して互いに線対称で所定角度だけハの字状に傾斜した直線対からなる第４の分割直線及び第５の分割直線と、上記第１の分割直線及び第２の分割直線に対して、光軸を通るラジアル方向の直線を挟んだ反対側に形成され、かつ上記光軸を通るラジアル方向の直線と平行な第６の分割直線と、上記第１の分割直線と第６の分割直線との間及び上記第２の分割直線と第６の分割直線との間における、光ビーム分離手段の外周とで構成される各境界線により区画されていると共に、上記第２の領域は、光ビーム分離手段における中央側に形成された上記第１の領域を挟んだ両側において形成された２つの区画からなっていることを特徴としている。

本発明の収差検出装置は、上記課題を解決するために、前記第１の領域は、前記第６の分割直線の中央部分において、前記光軸を通るラジアル方向の直線に対して平行に対向する第７の分割直線を備えた矩形状凹部を有していることを特徴としている。

上記の発明によれば、第１の分割直線及び第２の分割直線、第３の分割直線、並びに第６の分割直線がラジアル方向と平行に形成されているため、対物レンズシフトの影響を受け難く、トラッキング制御時に対物レンズシフトが発生しても球面収差誤差信号の感度変化が小さい。したがって、トラッキング制御が行われても、常に精度よく球面収差を検出し、補正することができる。

また、第４の分割直線及び第５の分割直線が、光軸を通るトラック方向の直線に対して互いに線対称で所定角度だけハの字状に傾斜した直線対を有しているため、この領域から得られる球面収差成分が追加されるので、球面収差誤差信号の検出感度が高くなる。したがって、光ピックアップ装置の光学系で発生する迷光や、目的以外の情報記録層からの不要光の影響を受け難くなり、球面収差誤差信号の信号品質が確保できる。この結果、安定した球面収差検出を行うことができる。

さらに、第６の分割直線が、第１の分割直線及び第２の分割直線に対して、光軸を通るラジアル方向の直線を挟んだ反対側に形成され、かつ上記光軸を通るラジアル方向の直線と平行になっているので、ダブルナイフエッジ法を用いて焦点誤差信号を検出する場合において、光ビーム分離手段から光検出器までの間の光軸方向のずれを、例えば、光ビーム分離手段を回転して調整する際の、焦点誤差信号と球面収差誤差信号の調整量のずれを軽減することができる。

その結果、光ビーム分離手段から光検出器までの間の光軸方向のずれが発生し、焦点誤差信号と球面収差誤差信号にオフセットが生じた際に、光ビーム分離手段の回転調整を行うことによって、焦点誤差信号及び球面収差誤差信号のいずれについてもオフセットを軽減することができる。

本発明の収差検出装置では、前記光軸を通るラジアル方向の直線と前記第６の分割直線との最短距離が、光ビーム分離手段上における、例えば対物レンズのアパーチャで規定される光ビーム有効径である半径光ビーム半径の３０％以下の範囲に設定されていることが好ましい。

これにより、球面収差誤差信号の感度の減少を抑制することができる。

また、光ビーム分離手段と光ビームとの位置ずれが発生した場合、トラック方向とラジアル方向のどちらに位置ずれした場合でも各領域から得られる信号が変化するので、光ビーム分離手段と光軸との位置あわせが可能になる。

その結果、位置あわせの分割パターンを形成する必要がないので、光ビームの全領域を利用したダブルナイフエッジ法による焦点誤差信号の検出が可能になり、安定したフォーカス制御を行うことができる。

本発明の収差検出装置では、前記第１の分割直線及び第２の分割直線は、光軸を通るラジアル方向の直線との最短距離が、光ビーム分離手段上における光ビーム半径の３０％以上の範囲に設定されていると共に、前記第３の分割直線は、光軸を通るラジアル方向の直線との最短距離が、光ビーム分離手段上における光ビーム半径の６０％以下の範囲に設定されていることが好ましい。

これにより、第１の分割直線及び第２の分割直線と光軸を通るラジアル方向の直線との最短距離、並びに第２の分割直線と光軸を通るラジアル方向の直線との最短距離が、光ビーム分離手段上の対物レンズのアパーチャで規定される光ビーム有効径の３０％と６０％との２本とすることによって、球面収差誤差信号の検出感度が高くなる。

本発明の収差検出装置では、前記直線対からなる第４の分割直線及び第５の分割直線における、前記第１の分割直線及び第２の分割直線に対する各傾斜角度が略４５度であることが好ましい。

このように、直線対の傾斜角度を略４５度に設定することによって、球面収差誤差信号の検出感度が最も高くなる。

本発明の収差検出装置では、前記第７の分割直線の長さは、光ビーム分離手段上における光ビーム半径の４８％以上の範囲に設定されていることが好ましい。

これにより、補助受光領域のある光検出器を用いた光ピックアップ装置において、オフセットのない焦点誤差信号を検出できる。

本発明の収差検出装置では、前記第６の分割直線は、光軸を含むように形成されていることが好ましい。

これにより、より正確な焦点誤差信号を得ることができる。

本発明の収差検出装置では、前記第７の分割直線と前記光軸を通るラジアル方向の直線との最短距離は、前記第１の領域において矩形状凹部が存在しないときの、光軸を通るラジアル方向の直線と、第６の分割直線と、光ビーム分離手段の外周とで囲まれた領域の面積と、前記第１の領域において矩形状凹部が存在するときの、光軸を通るラジアル方向の直線と、第６の分割直線と、光ビーム分離手段の外周とで囲まれた、上記矩形状凹部を除く領域の面積とが等しくなるように設定されていることが好ましい。

これにより、光ビーム分離手段から球面収差検出手段までの間の光軸方向のずれについて、光ビーム分離手段を回転調整する場合、焦点誤差信号と球面収差誤差検出信号の調整量のずれを軽減する効果を得ることができる。

本発明の光ピックアップ装置は、上記課題を解決するために、光源と、上記光源から照射される光ビームを光記録媒体に集光させる集光光学系と、上記集光光学系を通過した光ビームを、該光ビームの光軸を含む第１光ビームと、該光ビームの光軸を含まない第２光ビームとに分離する光ビーム分離手段と、上記光ビーム分離手段によって分離された２つの上記第１光ビーム及び第２光ビームの焦点位置に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出手段と、上記球面収差検出手段によって検出された球面収差を補正する球面収差補正手段とを備え、上記光ビーム分離手段は、上記第１光ビームを通す第１の領域と、上記光ビームの光軸を含まない第２光ビームを通す第２の領域とに分割されていると共に、上記第１の領域は、光軸を通るラジアル方向の直線と平行な直線上における両端側にそれぞれ形成された第１の分割直線及び第２の分割直線と、上記第１の分割直線及び第２の分割直線よりも外周側にて、上記第１の分割直線及び第２の分割直線と平行に形成された第３の分割直線と、上記第１の分割直線及び第２の分割直線の各端から上記第３の分割直線に向かって互いに延びて形成され、かつ光軸を通るトラック方向の直線に対して互いに線対称で所定角度だけハの字状に傾斜した直線対からなる第４の分割直線及び第５の分割直線と、上記第１の分割直線及び第２の分割直線に対して、光軸を通るラジアル方向の直線を挟んだ反対側に形成され、かつ上記光軸を通るラジアル方向の直線と平行な第６の分割直線と、上記第１の分割直線と第６の分割直線との間及び上記第２の分割直線と第６の分割直線との間における、光ビーム分離手段の外周とで構成される各境界線により区画されていると共に、上記第２の領域は、光ビーム分離手段における中央側に形成された上記第１の領域を挟んだ両側において形成された２つの区画からなっていることを特徴としている。

本発明の光ピックアップ装置では、前記第１の領域は、前記第６の分割直線の中央部分において、前記光軸を通るラジアル方向の直線に対して平行に対向する第７の分割直線を備えた矩形状凹部を有していることが好ましい。

上記の発明によれば、上記光ビーム手段を補助受光領域のある収差検出装置を用いた光ピックアップ装置に用いることにより、光ビーム分離手段から球面収差検出手段までの間の光軸方向のずれを、光ビーム分離手段を回転して調整する際の、焦点誤差信号と球面収差誤差信号の調整量のずれを軽減することによって、光ビーム分離手段の調整が容易になり、安価な光ピックアップ装置を提供することができる。

また、本発明の収差検出装置は、上記課題を解決するために、集光光学系を通過した光ビームを、該光ビームの光軸を含む第１光ビームと、上記光軸から見て上記第１光ビームよりも外側の第２光ビームとに分離する分離手段と、上記分離手段によって分離された光ビームの検出手段での照射位置に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出手段とを備えている収差検出装置において、上記光軸と第２光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離が、複数の情報記録層を持つ光記録媒体の非再生層から生じる不要反射光の照射半径よりも長くなるように設定されていると共に、上記球面収差検出手段は、第２光ビームの焦点位置を示す信号をもとに球面収差誤差信号を生成することを特徴としている。

上記の発明によれば、複数の情報記録層を持つ光記録媒体（多層ディスク）の非再生層から生じる不要反射光の影響を受けることなく球面収差誤差信号の検出が可能となり、多層ディスクの記録再生において、より正確な球面収差誤差信号の検出が可能となり、高信頼性の収差検出装置ひいては光ピックアップ装置を提供することができる。

本発明の収差検出装置では、前記球面収差検出手段は、第２光ビームの焦点位置を示す信号と、信号量を調整した焦点誤差信号とにより球面収差誤差信号を生成することが好ましい。

これにより、球面収差と焦点位置ずれとが同時に発生しているときに、焦点位置ずれの影響を極力抑えた球面収差誤差信号を検出することができ、正確な球面収差誤差信号の検出が可能となり、高信頼性の収差検出装置ひいては光ピックアップ装置を提供することができる。

本発明の収差検出装置は、以上のように、光ビーム分離手段は、上記第１光ビームを通す第１の領域と、上記光ビームの光軸を含まない第２光ビームを通す第２の領域とに分割されていると共に、上記第１の領域は、光軸を通るラジアル方向の直線と平行な直線上における両端側にそれぞれ形成された第１の分割直線及び第２の分割直線と、上記第１の分割直線及び第２の分割直線よりも外周側にて、上記第１の分割直線及び第２の分割直線と平行に形成された第３の分割直線と、上記第１の分割直線及び第２の分割直線の各端から上記第３の分割直線に互いに延びて形成され、かつ光軸を通るトラック方向の直線に対して互いに線対称で所定角度だけハの字状に傾斜した直線対からなる第４の分割直線及び第５の分割直線と、上記第１の分割直線及び第２の分割直線に対して、光軸を通るラジアル方向の直線を挟んだ反対側に形成され、かつ上記光軸を通るラジアル方向の直線と平行な第６の分割直線と、上記第１の分割直線と第６の分割直線との間及び上記第２の分割直線と第６の分割直線との間における、光ビーム分離手段の外周とで構成される各境界線により区画されていると共に、上記第２の領域は、光ビーム分離手段における中央側に形成された上記第１の領域を挟んだ両側において形成された２つの区画からなっているものである。

また、本発明の光ピックアップ装置は、以上のように、光源と、上記光源から照射される光ビームを光記録媒体に集光させる集光光学系と、上記集光光学系を通過した光ビームを、該光ビームの光軸を含む第１光ビームと、該光ビームの光軸を含まない第２光ビームとに分離する光ビーム分離手段と、上記光ビーム分離手段によって分離された２つの上記第１光ビーム及び第２光ビームの焦点位置に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出手段と、上記球面収差検出手段によって検出された球面収差を補正する球面収差補正手段とを備え、上記光ビーム分離手段は、上記第１光ビームを通す第１の領域と、上記光ビームの光軸を含まない第２光ビームを通す第２の領域とに分割されていると共に、上記第１の領域は、光軸を通るラジアル方向の直線と平行な直線上における両端側にそれぞれ形成された第１の分割直線及び第２の分割直線と、上記第１の分割直線及び第２の分割直線よりも外周側にて、上記第１の分割直線及び第２の分割直線と平行に形成された第３の分割直線と、上記第１の分割直線及び第２の分割直線の各端から上記第３の分割直線に互いに延びて形成され、かつ光軸を通るトラック方向の直線に対して互いに線対称で所定角度だけハの字状に傾斜した直線対からなる第４の分割直線及び第５の分割直線と、上記第１の分割直線及び第２の分割直線に対して、光軸を通るラジアル方向の直線を挟んだ反対側に形成され、かつ上記光軸を通るラジアル方向の直線と平行な第６の分割直線と、上記第１の分割直線と第６の分割直線との間及び上記第２の分割直線と第６の分割直線との間における、光ビーム分離手段の外周とで構成される各境界線により区画されていると共に、上記第２の領域は、光ビーム分離手段における中央側に形成された上記第１の領域を挟んだ両側において形成された２つの区画からなっているものである。

それゆえ、第１の分割直線及び第２の分割直線、第３の分割直線、並びに第６の分割直線がラジアル方向と平行に形成されているため、対物レンズシフトの影響を受け難く、トラッキング制御時に対物レンズシフトが発生しても球面収差誤差信号の感度変化が小さい。したがって、トラッキング制御が行われても、常に精度よく球面収差を検出し、補正することができる。

また、第４の分割直線及び第５の分割直線が、光軸を通るトラック方向の直線に対して互いに線対称で所定角度だけハの字状に傾斜した直線対を有しているため、この領域から得られる球面収差成分が追加されるので、球面収差誤差信号の検出感度が高くなる。したがって、光ピックアップ装置の光学系で発生する迷光や、目的以外の情報記録層からの不要光の影響を受け難くなり、球面収差誤差信号の信号品質が確保できる。この結果、安定した球面収差検出を行うことができる。

さらに、第６の分割直線が、第１の分割直線及び第２の分割直線に対して、光軸を通るラジアル方向の直線を挟んだ反対側に形成され、かつ上記光軸を通るラジアル方向の直線と平行になっているので、ダブルナイフエッジ法を用いて焦点誤差信号を検出する場合において、光ビーム分離手段から光検出器までの間の光軸方向のずれを、例えば、光ビーム分離手段を回転して調整する際の、焦点誤差信号と球面収差誤差信号の調整量のずれを軽減することができる。

その結果、光ビーム分離手段から光検出器までの間の光軸方向のずれが発生し、焦点誤差信号と球面収差誤差信号にオフセットが生じた際に、光ビーム分離手段の回転調整を行うことによって、焦点誤差信号及び球面収差誤差信号のいずれについてもオフセットを軽減することができる。

したがって、光ビームの分離形状を最適化することによって、球面収差検出信号の感度の絶対値（信号品質）を確保した上で、トラッキング制御時の対物レンズシフトによる球面収差検出信号の感度変化を十分小さく抑制すること、さらに光ビーム分離手段の回転調整時の焦点誤差信号の調整量と球面収差検出信号の調整量を等しくし、両オフセットを十分小さく抑制することができる収差検出装置及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供するという効果を奏する。

また、本発明の収差検出装置は、以上のように、集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出手段とを備えている収差検出装置において、上記光軸と第２光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離が、複数の情報記録層を持つ光記録媒体の非再生層から生じる不要反射光の照射半径よりも長くなるように設定されていると共に、上記球面収差検出手段は、第２光ビームの焦点位置を示す信号をもとに球面収差誤差信号を生成するものである。

それゆえ、複数の情報記録層を持つ光記録媒体（多層ディスク）の非再生層から生じる不要反射光の影響を受けることなく球面収差誤差信号の検出が可能となり、多層ディスクの記録再生において、より正確な球面収差誤差信号の検出が可能となり、高信頼性の収差検出装置ひいては光ピックアップ装置を提供することができるという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図１４、及び図２６に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、本発明の収差検出装置を光記録媒体としての光ディスクに対して光学的に情報の記録・再生を行う光記録再生装置に備えられた光ピックアップ装置に用いた例について説明する。

本実施の形態の光記録再生装置は、図２に示すように、光ディスク（光記録媒体）６を回転駆動する図示しないスピンドルモータ、光ディスク６に情報を記録再生する光ピックアップ装置１０、並びに上記スピンドルモータ及び光ピックアップ装置１０を駆動制御するための図示しない駆動制御部及び制御信号生成回路を備えている。

上記光ピックアップ装置１０は、光ディスク６に光ビームを照射するための半導体レーザ（光源）１、偏光回折素子２２、コリメートレンズ３、対物レンズ（集光光学系）４、及び光検出器（球面収差検出手段）７を有している。なお、偏光回折素子２２及び光検出器（収差検出手段）７は、本発明の収差検出装置を構成している。

上記光ピックアップ装置１０では、光集積ユニット２０に搭載された半導体レーザ１から出射した光ビームは、コリメートレンズ３により平行光にされた後、対物レンズ４を通して光ディスク６に集光される。そして、光ディスク６から反射した光ビーム（以下、これを「戻り光」と呼ぶ）は、再び対物レンズ４とコリメートレンズ３とを通過して、光集積ユニット２０に搭載された光検出器７上に受光される。

コリメートレンズ３は、球面収差補正機構によって光軸方向（Ｚ方向）に駆動されるようになっており、光ピックアップ装置１０の光学系で生じる球面収差を補正するようになっている。

上記光ディスク６は、カバーガラス６ａ、基板６ｂ、及びカバーガラス６ａと基板６ｂとの間に形成された２つの情報記録層６ｃ・６ｄから構成されている。つまり、光ディスク６は２層ディスクであって、光ピックアップ装置１０は情報記録層６ｃ又は情報記録層６ｄに光ビームを集光させることによって、各情報記録層６ｃ・６ｄから情報を再生し、各情報記録層６ｃ・６ｄへ情報を記録するようになっている。

すなわち、上記構成の光ピックアップ装置１０においては、半導体レーザ１から照射された光ビームは、偏光回折素子２２を０次回折光として通過し、コリメートレンズ３によって平行光に変換された後、対物レンズ４を通過して、光ディスク６上の情報記録層６ｃ又は情報記録層６ｄに集光される。

一方、光ディスク６の情報記録層６ｃ又は情報記録層６ｄから反射された光ビームは、対物レンズ４及びコリメートレンズ３の順に各部材を通過して偏光回折素子２２に入射され、偏光回折素子２２にて回折されて光検出器７上に集光される。

したがって、以下の説明において、光ディスク６の情報記録層は情報記録層６ｃ又は情報記録層６ｄのいずれかを表し、光ピックアップ装置１０は、どちらの情報記録層６ｃ・６ｄにも光ビームを集光させ、情報を記録又は再生できるものとする。

上記図示しない制御信号生成回路は、上記光検出器７から得られた信号に基づいて、トラッキング誤差信号、焦点誤差信号（以下、「フォーカス誤差信号」という。）ＦＥＳ及び球面収差誤差信号ＳＡＥＳを生成する。トラック誤差信号はトラッキング駆動回路へ出力され、フォーカス誤差信号ＦＥＳはフォーカス駆動回路へへ出力され、球面収差誤差信号ＳＡＥＳは球面収差補正機構駆動回路へ出力されるようになっている。そして、各駆動回路では、各誤差信号に基づいて各部材の駆動制御を行う。

図示しないフォーカス駆動回路では、フォーカス誤差信号ＦＥＳが入力され、このフォーカス誤差信号ＦＥＳの値に基づいて、対物レンズ４を光軸方向に移動させて、該対物レンズ４の焦点位置ずれを補正するように、対物レンズ駆動機構を駆動制御する。

また、図示しない球面収差補正機構駆動回路では、球面収差誤差信号ＳＡＥＳが入力され、この球面収差誤差信号ＳＡＥＳの値に基づいて、コリメートレンズ３を光軸方向に移動させて、光ピックアップ装置１０の光学系で発生した球面収差を補正するように、図示しない球面収差補正用アクチュエータを駆動制御する。

図３（ａ）（ｂ）は、図２において図示した光集積ユニット２０を示す構成図である。なお、図３（ａ）は、光軸ＯＺ（図２参照）の方向（ｚ方向）から見た平面図である。また、図の煩雑化を避けるため、図３（ａ）においては、偏光ビームスプリッタ５と偏光回折素子２２と１／４波長板２３とは省略している。

上記光集積ユニット２０は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、半導体レーザ１と、光検出器７と、偏光ビームスプリッタ５と、偏光回折素子２２と、１／４波長板２３と、パッケージ２４とを備えている。

上記パッケージ２４は、ステム２４ａとベース２４ｂとキャップ２４ｃとによって構成されている。キャップ２４ｃには、光を通過させるための窓部２４ｄが形成されている。上記パッケージ２４内には、半導体レーザ１及び光検出器７が搭載されている。図３（ｂ）は、パッケージ２４内での半導体レーザ１及び光検出器７の配置関係を示すために、パッケージ２４を、図３（ａ）に図示したｚ方向（光軸方向）に対してｙ方向から見た側面図である。

図３（ｂ）に示すように、ステム２４ａ上に光検出器７が搭載されており、ステム２４ａの側部に半導体レーザ１が設けられている。半導体レーザ１から出射する光ビーム１１の光路と、光検出器７に受光される戻り光の光路とが確保されるように、半導体レーザ１の光ビーム出射部及び光検出器７の受光部が、キャップ２４ｃに形成された窓部２４ｄの領域に含まれるように配置されている。

次に、図３（ａ）（ｂ）に基づいて、各構成部材の配置を説明する。なお、以下の説明において、説明の便宜上、偏光ビームスプリッタ５における半導体レーザ１から出射する光ビーム１１が入射する面を、偏光ビームスプリッタ５の光ビーム入射面とし、偏光ビームスプリッタ５における戻り光が入射する面を、偏光ビームスプリッタ５の戻り光入射面とする。また、偏光回折素子２２における半導体レーザ１から出射する光ビーム１１が入射する面を、偏光回折素子２２の光ビーム入射面とし、偏光回折素子２２における戻り光が入射する面を、偏光回折素子２２の戻り光入射面とする。

図３（ｂ）に示すように、上記偏光ビームスプリッタ５は、パッケージ２４上に配置されている。具体的には、上記偏光ビームスプリッタ５の光ビーム入射面が、上記窓部２４ｄを覆うようにパッケージ２４上に配置されている。

上記偏光回折素子２２は、その光ビーム入射面が、上記偏光ビームスプリッタ５の戻り光入射面に対向するように、かつ、半導体レーザ１から出射する光ビームの光軸上に、配置されている。

上記半導体レーザ１は、波長λ＝４０５ｎｍの光ビーム１１を出射するものを使用している。また、本実施の形態では、該光ビーム１１は、図示した光軸方向（ｚ方向）に対してｘ方向の偏光振動面を有する直線偏光（Ｐ偏光）である。半導体レーザ１から出射された光ビーム１１は、偏光ビームスプリッタ５に入射する。

上記偏光ビームスプリッタ５は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面５ａと、反射ミラー（反射面）５ｂとを有している。

本実施の形態における上記偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面５ａは、図示した光軸方向（ｚ方向）に対してｘ方向の偏光振動面を有する直線偏光（Ｐ偏光）を透過し、該偏光振動面に垂直な偏光振動面を有する、すなわち、図示した光軸方向（ｚ方向）に対してｙ方向の偏光振動面を有する直線偏光（Ｓ偏光）を反射するような特性をもつ。

上記偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面５ａは、上記半導体レーザ１から出射されたＰ偏光を有する光ビームの光軸上に、該光ビーム１１が透過するように配置されている。上記反射ミラー５ｂは、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面５ａに対して平行になるように配置されている。

偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面５ａに入射した上記光ビーム１１（Ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面５ａをそのまま透過する。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面５ａを透過した上記光ビーム１１は、次に、上記偏光回折素子２２に入射する。

次に、上記偏光回折素子２２について詳細に説明する。上記偏光回折素子２２は、第１の偏光ホログラム素子（光ビーム分離手段）２及び第２の偏光ホログラム素子１２から構成されている。

上記第１の偏光ホログラム素子２及び第２の偏光ホログラム素子１２はいずれも、光ビーム１１の光軸上に配置されている。第１の偏光ホログラム素子２は、上記第２の偏光ホログラム素子１２よりも半導体レーザ１側に配置された構成となっている。なお、必ずしもこれに限らず、例えば、第２の偏光ホログラム素子１２を、上記第１の偏光ホログラム素子２よりも半導体レーザ１側に配置された構成とすることも可能である。

上記第２の偏光ホログラム素子１２はＰ偏光を回折させてＳ偏光を透過させる一方、上記第１の偏光ホログラム素子２はＳ偏光を回折させてＰ偏光を透過させる。これら偏光の回折は、各偏光ホログラム素子２・１２に形成された溝構造（格子）によって行われ、回折角度は、上記格子のピッチ（以下、これを「格子ピッチ」とよぶ）によって規定される。

上記第２の偏光ホログラム素子１２は、トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を検出するための３ビーム生成用のホログラムパターンが形成されている。

すなわち、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面５ａを透過したＰ偏光の光ビーム１１は、上記偏光回折素子２２を構成する第１の偏光ホログラム素子２に入射すると、回折されてトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を検出するための３ビーム（メインビーム及び、２つのサブビーム）となって該第１の偏光ホログラム素子２から出射する。なお、３ビームを用いたＴＥＳ検出方法としては、３ビーム法や、差動プッシュプル（ＤＰＰ）法や、位相シフトＤＰＰ法等を用いることができる。

上記第１の偏光ホログラム素子２は、入射した光のうち、Ｓ偏光は回折させ、Ｐ偏光はそのまま透過させる。

すなわち、第１の偏光ホログラム素子２を出射したＰ偏光の光ビーム１１は、上記第２の偏光ホログラム素子１２に入射し、回折される。第２の偏光ホログラム素子１２で回折されたＰ偏光の光ビーム１１は、上記１／４波長板２３に入射する。なお、第１の偏光ホログラム素子２の詳細なホログラムパターンについては、後述する。

上記１／４波長板２３は、直線偏光を入射し、円偏光に変換して出射することができる。したがって、１／４波長板２３に入射したＰ偏光の光ビーム１１（直線偏光）は、円偏光の光ビームに変換されて、光集積ユニット２０から出射する。

光集積ユニット２０から出射した円偏光の光ビームは、コリメートレンズ３により平行光にされた後、対物レンズ４を介して光ディスク６に集光される。そして、光ディスク６によって反射された光ビームは、すなわち戻り光は、再び対物レンズ４とコリメートレンズ３を通過して、再び光集積ユニット２０の上記１／４波長板２３に入射する。

光集積ユニット２０の１／４波長板２３に入射する上記戻り光は円偏光であり、該１／４波長板２３によって、図示した光軸方向（ｚ方向）に対してｙ方向の偏光振動面を有する直線偏光（Ｓ偏光）に変換される。Ｓ偏光の戻り光は、上記第２の偏光ホログラム素子１２に入射し、そのまま透過した後、上記第１の偏光ホログラム素子２に入射する。

上記第１の偏光ホログラム素子２に入射したＳ偏光の戻り光は、０次回折光（非回折光）と、±１次回折光（回折光）とに回折されて出射する。該Ｓ偏光の戻り光は、上記偏光ビームスプリッタ５に入射し、上記偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面５ａによって反射され、反射ミラー５ｂによってさらに反射されて偏光ビームスプリッタ５から出射する。偏光ビームスプリッタ５から出射した該Ｓ偏光の戻り光は、上記光検出器７に受光される。上記光検出器７は、第１の偏光ホログラム素子２の＋１次光の焦点位置に配置されている。なお、上記光検出器７の受光部パターンについては、後述する。

第２の偏光ホログラム素子１２にて形成されるホログラムパターンは、３ビーム法又は差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）を用いたトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）の検出のための規則的な直線格子である。

上記第１の偏光ホログラム素子２は、図１に示すように、３分割され３つの領域２a・２ｂ・２ｃを有している。

第１の領域２ａは、光軸を含むラジアル方向に直交する直線Ｄ１に対して平行な分割直線Ｄ２・Ｄ６（直線Ｄ１との距離ｈ２）及び分割直線Ｄ４（直線Ｄ１との距離ｈ１、長さｗ１）と、光軸に直交するトラック方向（ｘ方向）に延びる直線に対して軸対称でありかつ所定角度（角度±θ）だけ傾斜した分割直線Ｄ３・Ｄ５と、直線Ｄ１に対して平行な分割直線Ｄ７（直線Ｄ１との距離ｈ３）と、光軸を中心とする円弧Ｅ１・Ｅ２（半径ｒ２）とで囲まれた領域である。

第２の領域２ｂは、分割直線Ｄ２〜Ｄ６と、光軸を中心とする円弧Ｅ３（半径ｒ２）とで囲まれた領域である。また、第３の領域２ｃは、光軸を中心とする円弧Ｅ４（半径ｒ２）と分割直線Ｄ７とで囲まれた領域である。

上述した分割線は全て光軸と直交する。領域２ｂを通過した光ビームが光検出器７上に集光するスポットをＳＰ１とし、同様に、領域２ａを通過した光ビームが光検出器上に集光するスポットをＳＰ２とし、領域２ｃを通過した光ビームが光検出器上に集光するスポットをＳＰ３とする。

第１の偏光ホログラム素子２上での対物レンズ４のアパーチャで規定される光ビームの有効径の半径をｒとした時、光軸を含む直線Ｄ１と分割直線Ｄ４との距離ｈ１＝０．６ｒ、光軸を含む直線Ｄ１と分割直線Ｄ２との距離ｈ２＝０．３ｒ、光軸を含む直線Ｄ１と分割直線Ｄ７との距離ｈ３＝０．１２５ｒ、θ=±４５ｄｅｇ、分割直線Ｄ４の長さｗ１＝０．６ｒとしている。半径ｒ２は、対物レンズシフトや調整誤差を考慮して半径ｒよりも十分大きくなるように設定している。

図４は、図２における光ディスク６のカバーガラス６ａの厚みに対して、対物レンズ４による集光ビームに球面収差が発生しないように、上記コリメートレンズ３の光軸方向の位置調整がなされている状態で情報記録層６ｃ上に合焦状態に集光している場合の、光検出器７上での光ビームを示している。さらに、第１の偏光ホログラム素子２の３つの領域２ａ・２ｂ・２ｃと＋１次回折光の進行方向の関係も示している。なお、実際は、第１の偏光ホログラム素子２の中心位置は、光検出器７の受光部７ａ〜７ｄの中心位置に対応する位置に設置されるが、説明のため、光軸方向（ｚ方向）に対してｙ方向にずらして図示している。

往路光学系において第２の偏光ホログラム素子１２で形成された３つの光ビーム（メインビーム、２つのサブビーム）１３は、光ディスク４で反射して復路光学系において第１の偏光ホログラム素子２により非回折光（０次回折光）１４と回折光（＋１次回折光）１５とに分離される。

図４に示すように、光検出器７は１４個の受光部７ａ〜７ｎで構成されている。光検出器７は、非回折光（０次回折光）１４及び回折光（＋１次回折光）１５のうち、ＲＦ信号やサーボ信号の検出に必要な光ビームを受光するための受光部を備えている。具体的には、第１の偏光ホログラム素子２の３つの非回折光（０次回折光）１４と、９つの回折光（＋１次回折光）１５との合計１２個のビームが形成される。そのうち、非回折光（０次回折光）１４は、プッシュプル法によるトラッキング誤差信号ＴＥＳの検出ができるように、ある程度の大きさを有した光ビームとなるように設計される。本実施の形態では、上記非回折光（０次回折光）１４のビーム径がある程度の大きさを有するように、光検出器７を、非回折光（０次回折光）１４の集光点に対して若干手前側にずらした位置に設置している。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、光検出器７を非回折光（０次回折光）１４の集光点に対して奥側にずらした位置に設置するものであってもよい。

このように、ある程度の大きさの光ビーム径を有した光ビームが受光部７ａ〜７ｄの境界部に集光されるので、これらの４つの受光部７ａ〜７ｄの出力が等しくなるように調整することによって、非回折光（０次回折光）１４と光検出器７との位置調整が可能である。

図５は、図４の状態から、図２における対物レンズ４が光ディスク６に近づいた場合の、光検出器７上での光ビームを示している。対物レンズ４が光ディスク６に近づくことによって、光ビームのビーム径が大きくなる。しかしながら、受光部７ａ〜７ｄからの光ビームのはみ出しは発生していない。

次に、図４及び図５を用いて、サーボ信号生成の動作について説明する。なお、ここでは受光部７ａ〜７ｎの出力信号をＳａ〜Ｓｎと表す。

まず、再生信号ＲＦは、非回折光（０次回折光）１４を用いて検出する。すなわち、再生信号ＲＦは、
ＲＦ＝Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｃ＋Ｓｄ
で与えることができる。

トラッキング誤差信号ＴＥＳは、
ＴＥＳ＝｛（Ｓａ＋Ｓｂ）−（Ｓｃ＋Ｓｄ）｝
−α｛（Ｓｅ−Ｓｆ）＋（Ｓｇ−Ｓｈ）｝
で与えられる。なお、ここで、αは対物レンズシフトや光ディスクチルトによるオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。

フォーカス誤差信号ＦＥＳは、ダブルナイフエッジ法を用いて検出する。すなわち、フォーカス誤差信号ＦＥＳは、
ＦＥＳ＝（Ｓｉ−Ｓｊ）−β（Ｓｋ−Ｓｌ）
で与えられる。なお、ここで、βは２スポット間の光量の違いによるオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。

フォーカス誤差信号ＦＥＳの検出動作を説明する。

まず、光ディスク６の情報記録層６ｃ又は情報記録層６ｄの何れかに焦点が一致している場合を考える。図４に示すように、集光スポットＳＰ１は受光部７ｋと受光部７ｌとの境界線上に集光するので、第１の出力信号（Ｓｋ−Ｓｌ）は０になる。一方、集光スポットＳＰ３も受光部７ｉと受光部７ｊとの境界線上に集光するので、第３の出力信号（Ｓｉ−Ｓｊ）も０になる。したがって、フォーカス誤差信号ＦＥＳは０になる。

次に、光ディスク６が対物レンズ４に近づくか遠ざかることによって、焦点位置が情報記録層６ｃ又は情報記録層６ｄからずれた場合を考える。図５に示すように、集光スポットＳＰ１及び集光スポットＳＰ３の形状がそれぞれ変化することにより、第１の出力信号（Ｓｋ−Ｓｌ）及び第３の出力信号（Ｓｉ−Ｓｊ）は、それぞれ焦点ずれに相当した値を出力する。したがって、フォーカス誤差信号ＦＥＳは焦点ずれに相当した０以外の値を示すことになる。

この結果、焦点位置を情報記録層と常に一致させておくためには、フォーカス誤差信号ＦＥＳの出力が常に０となるように対物レンズ４を光軸方向に移動させればよい。

次に、光ピックアップ装置１０の光学系に焦点ずれが無く球面収差が発生した場合を考える。球面収差は、光ディスク６のカバーガラス６ａの厚さ変化や、情報記録層６ｃと情報記録層６ｄとの層間ジャンプを行う際に発生する。

例えば、カバーガラス６ａの厚さが変化して球面収差が発生する場合、光ビームの光軸付近の光ビームと光ビーム外周部の光ビームとでは、ビームの焦点位置（ビーム径が最小になる位置）が異なってくる。したがって、第１の偏光ホログラム素子２の第１の領域２ａによって光ビームの光軸付近の光ビームを回折し、光ビームの光軸付近の光ビームの焦点ずれを検出した第２の出力信号（Ｓｍ−Ｓｎ）の値と、光ビーム外周部の光ビームの焦点ずれを検出した第１の出力信号（Ｓｋ−Ｓｌ）の値とは球面収差が発生すると０ではなくなり、球面収差量に応じた値を出力する。球面収差が発生することによる焦点位置ずれの方向は、ビーム内周部とビーム外周部とでは逆方向になる。したがって、上記第１の出力信号（Ｓｋ−Ｓｌ）の値と第２の出力信号（Ｓｍ−Ｓｎ）の値との差信号を演算することによって、感度のより高い球面収差誤差信号ＳＡＥＳを得ることができる。

すなわち、球面収差誤差信号ＳＡＥＳは、以下の演算により得られる。

ＳＡＥＳ＝（Ｓｍ−Ｓｎ）−γ×（Ｓｋ−Ｓｌ）
球面収差誤差信号ＳＡＥＳの検出動作を説明する。

まず、球面収差が無い場合を考える。図４に示すように、集光スポットＳＰ１は受光部７ｋと受光部７ｌとの境界線上に集光するので、第１の出力信号（Ｓｋ−Ｓｌ）は０になる。一方、集光スポットＳＰ２も受光部７ｍと受光部７ｎとの境界線上に集光するので、第２の出力信号（Ｓｍ−Ｓｎ）も０になる。したがって、球面収差誤差信号ＳＡＥＳは０になる。

次に、球面収差が発生している場合を考える。図６に示すように、焦点位置ずれがないにも関わらず、集光スポットＳＰ１及び集光スポットＳＰ２は、集光状態からデフォーカス状態にそれぞれ変化する。したがって、第１の出力信号（Ｓｋ−Ｓｌ）及び第２の出力信号（Ｓｍ−Ｓｎ）は、それぞれ０以外の値を示すことになる。集光スポットＳＰ１と集光スポットＳＰ２とではデフォーカス方向が逆になるので、これらの信号の差信号を用いることにより感度の高い球面収差誤差信号ＳＡＥＳが検出できる。

さらに、光ピックアップ装置１０の光学系に若干の焦点ずれが残存した状態で球面収差が発生した場合を考える。この場合は、球面収差が無い場合でも焦点ずれの影響によって、集光スポットＳＰ１及び集光スポットＳＰ２がそれぞれデフォーカス状態になるため第１の出力信号（Ｓｋ−Ｓｌ）及び第２の出力信号（Ｓｍ−Ｓｎ）はそれぞれ０以外の値を示す。焦点ずれが小さい範囲では、第１の出力信号（Ｓｋ−Ｓｌ）及び第２の出力信号（Ｓｍ−Ｓｎ）の変化はそれぞれほぼ直線とみなせるので、係数γを最適化することにより球面収差誤差信号ＳＡＥＳへの焦点ずれの影響は除去することができる。なお、球面収差によるデフォーカスは集光スポットＳＰ１と集光スポットＳＰ２とでは逆極性であるので、係数βの最適化を行っても球面収差誤差信号ＳＡＥＳが出力しなくなることは無い。

しかしながら、多層ディスクの記録再生においては、受光部７ｍ・７ｎに非再生層からの不要反射光が入射する。図２６に多層ディスクの非再生層からの不要反射光Ｍが光検出器７上に作るスポットを示す。

不要反射光Ｍは、光軸を中心として半径Ｒの円形状であり、光検出器７上に集光する。受光部７ｍ・７ｎに不要反射光Ｍが入射したとき、この不要反射光Ｍが一様な光強度分布を持っていればオフセットは発生しないが、実際には一様分布でないため受光部７ｍに入射する光量と受光部７ｎに入射する光量とのアンバランスが生じ、オフセットが発生する。このため、第２の出力信号（Ｓｍ−Ｓｎ）にオフセットが生じ、球面収差誤差信号ＳＡＥＳ１に影響を及ぼし、正確な球面収差補正を行うことができない。なお、受光部７ｋと受光部７ｌとは不要反射光Ｍが集光しない位置、すなわち光軸から受光部７ｋ・７ｌまでの最短距離は不要反射光Ｍの半径Ｒよりも長く設定してある。

ここで、球面収差誤差信号ＳＡＥＳ２は不要反射光Ｍの影響を受けない受光部７ｋと受光部７ｌからの信号（第２の出力信号）とで生成することができる。

ＳＡＥＳ２＝Ｓｋ−Ｓｌ
この演算方式を用いることによって、多層ディスクの非再生層からの不要反射光Ｍの影響を受けない球面収差誤差信号ＳＡＥＳ２を生成することができる。

次に、光ピックアップ装置１０の光学系に焦点ずれが残存した状態で球面収差が発生した場合を考える。球面収差誤差信号ＳＡＥＳ２では、第１の出力信号と第２の出力信号との差をとらないため、焦点ずれによって球面収差誤差信号ＳＡＥＳ２が変化し、球面収差を正確に検出できないといった問題がある。

焦点位置ずれの影響を抑えるために球面収差誤差信号ＳＡＥＳ３を、フォーカス誤差信号ＦＥＳを用いて、
ＳＡＥＳ３＝（Ｓｋ−Ｓｌ）−δ×ＦＥＳ
で生成する。このとき定数δは、焦点ずれが生じても球面収差誤差信号ＳＡＥＳ３の変化が小さくなるように決定すればよい。球面収差が生じたときの焦点ずれにより第２の出力信号（Ｓｋ―Ｓｌ）にオフセットが生じたとき、フォーカス誤差信号ＦＥＳを加減算することにより、オフセットを減少させることができる。この演算方法により、球面収差と焦点ずれが同時に生じても、正確な球面収差誤差検出が可能となる。

以上の説明では、光ビームの中心と第２の偏光ホログラム素子１２の中心とが一致しているときを想定している。

実際の光ピックアップ装置１０では、光ディスク６の情報記録層６ｃ又は情報記録層６ｄ上に形成されたトラック上に光ビームを集光させるために、対物レンズ４を光ディスク６のラジアル方向（半径方向）に移動させて常にトラック上に集光させるトラッキング制御を行っている。

第１の偏光ホログラム素子２と対物レンズ４とが一体で製作されている場合は問題ないが、分離して光ピックアップ装置１０に装備されている場合には、トラッキング制御によって光ビームの中心は第１の偏光ホログラム素子２の中心とは一致しない状況が生じる。

このとき、従来の図２５に示す分割形状のホログラム素子１０２を用いた場合には、本来、ホログラム素子１０２の領域１０２ａと領域１０２ｂとでそれぞれ回折されるはずの光ビームの一部がそれぞれ別の領域で回折されてしまう。このように、光ビームの中心とホログラム素子１０２の中心とにずれがある場合と無い場合とでは、光検出器１０７の各領域１０２ａ・１０２ｂからの電気信号が変化する。そのため、球面収差量が一定であっても光ビームの中心とホログラム素子１０２の中心とのずれ量によって球面収差誤差信号ＳＡＥＳが変化する。

ここで、本実施の形態の第１の偏光ホログラム素子２を用いた場合の球面収差誤差信号ＳＡＥＳと光ディスク６のカバーガラス６ａの厚さ変化との関係を示すグラフを、図７（ａ）に示す。また、比較例として、図２５に示すようなホログラム素子１０２を用いた場合の球面収差誤差信号ＳＡＥＳと光ディスク６のカバーガラス６ａの厚さ変化との関係を示すグラフを、図７（ｂ）に示す。なお、ホログラム素子１０２の分割線の半径ｒ１は、半径ｒ１＝０．７ｒ、第１の偏光ホログラム素子２の分割線の一つである分割直線Ｄ４と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ１は、分割直線Ｄ４と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ１＝０．６ｒで計算した。

図７（ａ）に示すグラフは、第１の偏光ホログラム素子２の中心と光ビームの中心とがずれていないとき、すなわち、ずれ量が０μｍのときの球面収差誤差信号ＳＡＥＳを表示する。一方、図７（ｂ）に示すグラフは、第１の偏光ホログラム素子２の中心と光ビームの中心とが、トラッキング制御によって光ディスク６のラジアル方向に３００μｍずれたときの球面収差誤差信号ＳＡＥＳを表示している。対物レンズ４の有効径は半径ｒ＝１．５ｍｍであるので、３００μｍは有効径の２０％に相当する。

上記図７（ａ）（ｂ）に示すグラフから、第１の偏光ホログラム素子２の分割線で光ビームを分離した場合は、第１の偏光ホログラム素子２の中心と光ビームの中心とが３００μｍずれても球面収差誤差信号ＳＡＥＳに影響は殆どないが、ホログラム素子１０２の分割線にて光ビームを分割した場合には、ホログラム素子１０２の中心と光ビームの中心とのずれによって球面収差誤差信号ＳＡＥＳは明らかに影響を受けていることが分かる。

また、球面収差誤差信号ＳＡＥＳの信号感度の絶対値を比較すると、第１の偏光ホログラム素子２の分割線にて光ビームを分離した場合には、ホログラム素子１０２の場合よりも小さいが、十分な感度が得られることがわかる。

上記理由により、光軸が光ディスク６のラジアル方向へずれることによる球面収差誤差信号ＳＡＥＳへの影響を極力抑えるには、ラジアル方向に平行な直線による分割形状を使用すればよい。また、ホログラム素子１０２の分割線にて光ビームを分離した場合、球面収差誤差信号ＳＡＥＳの信号感度が最も高くなるため、第１の偏光ホログラム素子２の分割線はホログラム素子１０２の分割線に近似させる必要がある。この条件を満たすには、上述した第１の偏光ホログラム素子２上での対物レンズ４のアパーチャで規定される光ビームの有効径の半径をｒとした時、分割直線Ｄ４と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ１＝０．６ｒ、分割直線Ｄ２と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ２＝０．３ｒ、θ=±４５ｄｅｇ、分割直線Ｄ４の長さｗ１＝０．６ｒとする条件である。

図８（ａ）に、分割直線Ｄ４と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ１を０．４ｒ、０．６ｒ、０．８ｒにした場合の、球面収差誤差信号ＳＡＥＳと光ディスク６のカバーガラス６ａの厚さ変化との関係を示す。これより、分割直線Ｄ４と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ１が０．４ｒのとき、球面収差誤差信号ＳＡＥＳの検出感度が小さくなることがわかる。

また、図８（ｂ）に、分割直線Ｄ４と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ１を０．８ｒにし、第１の偏光ホログラム素子２の中心と光ビームのとの中心とが、トラッキング制御によって光ディスク６のラジアル方向に３００μｍずれたときの球面収差誤差信号ＳＡＥＳを示す。図８（ａ）に示す分割直線Ｄ４と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ１を０．６ｒにした場合と比較して、分割直線Ｄ４と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ１が０．８ｒのときは第１の偏光ホログラム素子２の中心と光ビームの中心とのずれによって、球面収差誤差信号ＳＡＥＳは大きく影響を受ける。以上のことより、分割直線Ｄ４と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ１を０．６ｒにするのが望ましい。

図９に、分割直線Ｄ２と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ２を０．４ｒ、０．６ｒ、０．８ｒにした場合の、球面収差誤差信号ＳＡＥＳと光ディスク６のカバーガラス６ａの厚さ変化との関係を示す。同図から、分割直線Ｄ２と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ２が０．２ｒ、０．４ｒのとき、球面収差誤差信号ＳＡＥＳの検出感度が小さくなるため、分割直線Ｄ２と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ２を０．３ｒにするのが望ましいことがわかる。

図１０（ａ）に、分割直線Ｄ４の長さｗ１を０．４ｒ、０．６ｒ、０．８ｒにした場合の、球面収差誤差信号ＳＡＥＳと光ディスク６のカバーガラス６ａの厚さ変化との関係を示す。分割直線Ｄ４の長さｗ１が０．８ｒ、０．６ｒ、０．４ｒの順で球面収差誤差信号ＳＡＥＳの検出感度が小さくなることが分かる。

また、図１０（ｂ）に、分割直線Ｄ４の長さｗ１を０．８ｒにし、第１のｆの中心と光ビームの中心とが、トラッキング制御によって光ディスク６のラジアル方向に３００μｍずれたときの球面収差誤差信号ＳＡＥＳを示す。図８（ａ）に示す分割直線Ｄ４と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ１を０．６ｒにした場合と比較して、分割直線Ｄ４と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ１が０．８ｒのとき第１の偏光ホログラム素子２と光ビームの中心ずれによって大きく影響を受ける。以上のことより、分割直線Ｄ４の長さｗ１を０．６ｒにすることが望ましい。

図１１に、θを±４５ｄｅｇ、±９０ｄｅｇにした場合の、球面収差誤差信号ＳＡＥＳと光ディスク６のカバーガラス６ａの厚さ変化との関係を示す。θを±４５ｄｅｇにすることにより、球面収差誤差信号ＳＡＥＳの信号感度が高くなることがわかる。

また、ラジアル方向に平行な直線による分割形状のため、第１の偏光ホログラム素子２の中心と光ビームの中心とのずれによって球面収差誤差信号ＳＡＥＳは影響を受けない。

次に、図４〜図６、並びに図１２及び図１３に基いて、第１の偏光ホログラム素子２の調整方法について説明する。

まず、図２に示すように、光ディスク６からの戻り光を第１の偏光ホログラム素子２に入射させる。次いで、第１の偏光ホログラム素子２を通過した非回折光（０次回折光）１４が、図４に示すように、光検出器７ａ〜７ｄに均等に入射するように第１の偏光ホログラム素子２をＸ、Ｙ方向に位置調整することにより、第１の偏光ホログラム素子２の中心と光軸とのずれを調整する。

さらに、第１の偏光ホログラム素子２が、図１に示すような分割形状の場合、第１の偏光ホログラム素子２の上で上記光ビーム１１がＸ方向に移動した場合には、第１の領域２ａから検出される光量と第２の領域２ｂから検出される光量との比率が変化する。一方、第１の偏光ホログラム素子２の上で光ビーム１１がＹ方向に移動した場合には、第１の領域２ａから検出される光量及び第２の領域２ｂから検出される光量を加算した光量と、第３の領域２ｃから検出される光量との比率が変化する。したがって、これらの光量関係を利用して第１の偏光ホログラム素子２の中心位置と光ビーム１１の中心位置とを合わせることが可能になる。その結果、位置あわせの分割パターンを形成する必要がないので、光ビーム１１の全領域を利用したダブルナイフエッジ法によるフォーカス誤差信号ＦＥＳの検出が可能になるので、安定したフォーカス制御を行うことができる。

また、第１の偏光ホログラム素子２と光検出器７との間で光軸方向のずれが生じていた場合、図５の場合と同様に、集光スポットＳＰ１・ＳＰ２・ＳＰ３はデフォーカスした状態となる。つまり、第１の出力信号（Ｓｋ−Ｓｌ）及び第３の出力信号（Ｓｉ−Ｓｊ）はいずれも０でなく、したがって、
ＦＥＳ＝（Ｓｉ−Ｓｊ）−β（Ｓｋ−Ｓｌ）
は０にならず、これがフォーカス誤差信号ＦＥＳのオフセットとなる。この調整方法として、第２の偏光ホログラム素子１２を回転して調整することが知られている。

図１２（ｂ）は、比較例を示すものであり、第１の偏光ホログラム素子２の形状において分割直線Ｄ７が光軸と一致した場合（光軸を含む直線Ｄ１と分割直線Ｄ７との距離ｈ３が０である場合）の第１の偏光ホログラム素子８２における回転調整の説明図である。

第１の偏光ホログラム素子８２を回転することにより集光スポットＳＰ１・ＳＰ２・ＳＰ３が非回折光（０次回折光）１４の集光スポットを中心として回転する。集光スポットＳＰ１・ＳＰ２と集光スポットＳＰ３とは回転中心を挟んで対面しているため、各集光スポットの移動量のＹ成分は正負逆になる。これにより、第１の出力信号（Ｓｋ−Ｓｌ）と第３の出力信号（Ｓｉ−Ｓｊ）とが逆に増減し、その結果、フォーカス誤差信号ＦＥＳが０になる回転量がある。

しかしながら、フォーカス誤差信号ＦＥＳを０に調整しても、球面収差誤差信号ＳＡＥＳは同時に０にならずオフセットが発生する。図１３(ｂ)は、図１２（ｂ）に示すホログラム素子形状の第１の偏光ホログラム素子８２を用いた際の、カバーガラス６ａの厚さ変化が生じたときの球面収差誤差信号ＳＡＥＳを示している。横軸はカバーガラス６ａの厚さ変化、縦軸は回転調整後の球面収差誤差信号ＳＡＥＳである。また、第１の偏光ホログラム素子８２と光検出器７の間の光軸方向ずれが０．２ｍｍ生じ、回転調整を行ったときの球面収差誤差信号ＳＡＥＳを示す。＋０．２ｍｍのグラフは、第１の偏光ホログラム素子８２と光検出器７との間が０．２ｍｍ離れる方向にずれたこと、−０．２ｍｍのグラフは第１の偏光ホログラム素子８２と光検出器７との間が０．２ｍｍ狭まる方向にずれたことを示している。この図から、光軸方向ずれを回転調整すると、カバーガラス６ａの厚さ変化がない場合に、球面収差誤差信号ＳＡＥＳにオフセットが発生することがわかる。

このオフセット量の発生原因について説明する。

球面収差誤差信号ＳＡＥＳを生成する集光スポットＳＰ１及び集光スポットＳＰ２は、回転中心つまり光軸ＯＺからそれぞれ距離Ｌ１・Ｌ２だけ離れているとする。第１の偏光ホログラム素子８２の回転調整量をθとすると、回転調整を行うと集光スポットＳＰ１は−Ｙ方向にＬ１ｓｉｎθ、集光スポットＳＰ２は−Ｙ方向にＬ２ｓｉｎθ移動する。

例えば、図１２（ｂ）に示すように、Ｌ１＞Ｌ２であれば、集光スポットＳＰ１は集光スポットＳＰ２よりも移動量が大きい。すなわち、同図（ｂ）において、第１の偏光ホログラム素子８２を回転すると、集光スポットＳＰ１は移動量が大きいため、受光領域７ｋ上から受光領域７ｌ上に大部分が移動する。それに比べて、集光スポットＳＰ２は移動量が小さいため、受光領域７ｍ上から受光領域７ｎ上にはあまり移動しない。したがって、第１の出力信号（Ｓｋ−Ｓｌ）と第２の出力信号（Ｓｍ−Ｓｎ）との差である球面収差誤差信号ＳＡＥＳは０にならない。

この課題は、集光スポットＳＰ２における見かけのｙ方向成分の移動量を増やすこと、すなわち、集光スポットＳＰ２を受光領域７ｎ上により多く集光することによって解決することができる。

図１２（ａ）は、図１に示す第１の偏光ホログラム素子２を用いた場合の光検出器７上の集光スポットを表している。図１に示すホログラム形状のように、分割直線Ｄ７を光軸である光軸を含む直線Ｄ１と分割直線Ｄ７との距離ｈ３（＞０）に設け、第２の偏光ホログラム素子１２と光検出器７との間に光軸方向のずれが生じ、第１の偏光ホログラム素子２の回転調整を行ったときに、集光スポットＳＰ２が受光領域７ｎ上に集光する。すなわち、光軸を中心として複数のラジアル方向の分割直線Ｄ２・Ｄ６とは反対側に分割直線Ｄ７を設けることによって、フォーカス誤差信号ＦＥＳ及び球面収差誤差信号ＳＡＥＳの両方共、同時にオフセットを取り除くことができる。

図１３（ａ）は、図１〜図１２（ａ）のホログラム素子形状の場合に、第１の偏光ホログラム素子２と光検出器７との間に光軸方向のずれが生じ、第１の偏光ホログラム素子２の回転調整を行った後の球面収差誤差信号ＳＡＥＳを示している。回転調整を行っても球面収差誤差信号ＳＡＥＳにオフセットが発生しない効果を確認した。

ここで、図１において、光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１と分割直線Ｄ７との距離ｈ３は、ｈ２以下の長さである必要がある。すなわち、光軸を含む直線Ｄ１と分割直線Ｄ７との距離ｈ３が、分割直線Ｄ２と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ２よりも大きければ、球面収差誤差信号ＳＡＥＳの信号感度の絶対値が不足し、球面収差誤差信号ＳＡＥＳの信頼性を確保できない。

この原因について、図４（ａ）（ｂ）に基いて説明する。図４（ａ）（ｂ）は、図６に示す状態の受光領域７ｍ・７ｎと集光スポットＳＰ２の拡大図である。図１４（ａ）は、〔光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１と分割直線Ｄ７との距離ｈ３〕と〔分割直線Ｄ２と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ２〕とが等しい状態を示す。集光スポットＳＰ２は受光部７ｍと７ｎとの分割線上に集光する。このとき、受光部７ｍと受光部７ｎとの分割線と光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１とは一致している。このため、光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１、分割直線Ｄ２・Ｄ６、及び分割直線Ｄ２の延長線、円弧Ｅ１・Ｅ２とで囲まれる領域と、分割直線Ｄ７及び円弧Ｅ１・Ｅ２とで囲まれる領域から生じた各々の集光スポットから生成される信号Ｓｍと信号Ｓｎとは等しいため、光検出器７上で互いに打ち消し合う。すなわち、分割直線Ｄ３・Ｄ４・Ｄ５、及び分割直線Ｄ２を延長した部分で囲まれる台形上の領域から生じた集光スポットでのみ球面収差誤差信号ＳＡＥＳを生成するため、図１に示す状態（ｈ３＜ｈ２）と比較して、球面収差誤差信号ＳＡＥＳの絶対値が減少する。さらに、図１４（ｂ）に示すように、〔光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１と分割直線Ｄ７との距離ｈ３〕が〔分割直線Ｄ２と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ２〕よりも大きくなると、分割直線Ｄ３・Ｄ４・Ｄ５、及び分割直線Ｄ２を延長した部分で囲まれる台形状の領域からなる信号を、分割直線Ｄ７、及び円弧Ｅ１・Ｅ２で囲まれる領域からなる信号が打ち消してしまい、さらに、球面収差誤差信号ＳＡＥＳの絶対値が不足する。したがって、〔光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１と分割直線Ｄ７との距離ｈ３〕は、〔分割直線Ｄ２と光軸を含む直線Ｄ１との距離ｈ２〕以下にする必要がある。

このように、本実施の形態の収差検出装置及びそれを備えた光ピックアップ装置１０では、収差検出装置は、対物レンズ４を通過した光ビーム１１を、該光ビーム１１の光軸を含む集光スポットＳＰ２と該光ビーム１１の光軸を含まない集光スポットＳＰ１・ＳＰ３とに分離する第１の偏光ホログラム素子２と、この第１の偏光ホログラム素子２によって分離された集光スポットＳＰ２・ＳＰ１・ＳＰ３の焦点位置に基づいて、対物レンズ４の球面収差を検出する光検出器７とを備えている。

上記第１の偏光ホログラム素子２は、上記第１光ビームを通す第１の領域２ａと、光ビームの光軸を含まない第２光ビームを通す第２の領域２ｂ・第３の領域２ｃとに分割されていると共に、第１の領域２ａは、光軸を通るラジアル方向の直線と平行な直線上における両端側にそれぞれ形成された分割直線Ｄ２・Ｄ６と、分割直線Ｄ２・Ｄ６よりも外周側にて、分割直線Ｄ２・Ｄ６と平行に形成された分割直線Ｄ４と、分割直線Ｄ２・Ｄ６の各端から分割直線Ｄ４に向かって互いに延びて形成され、かつ光軸を通るトラック方向の直線Ｄ１に対して互いに線対称で所定角度だけハの字状に傾斜した直線対からなる分割直線Ｄ３・Ｄ５と、この分割直線Ｄ２・Ｄ６に対して、光軸を通るラジアル方向の直線Ｄ１を挟んだ反対側に形成され、かつ上記光軸を通るラジアル方向の直線Ｄ１と平行な分割直線Ｄ７と、分割直線Ｄ２と分割直線Ｄ７との間及び分割直線Ｄ６と分割直線Ｄ７との間において、第１の偏光ホログラム素子２の円弧Ｅ１・Ｅ２とで構成される各境界線により区画されていると共に、上記第２の領域２ｂ・第３の領域２ｃは、第１の偏光ホログラム素子２における中央側に形成された上記第１の領域２ａを挟んだ両側において形成された２つの区画からなっている。

これにより、第１の偏光ホログラム素子２から光検出器７までの間の光軸方向のずれが発生し、フォーカス誤差信号ＦＥＳ及び球面収差誤差信号ＳＡＥＳにオフセットが生じた際に、第１の偏光ホログラム素子２の回転調整を行うことによって、フォーカス誤差信号ＦＥＳ及び球面収差誤差信号ＳＡＥＳのいずれについてもオフセットを軽減することができる。

なお、本実施の形態では、光ディスク６の情報記録層から反射した光ビーム１１を光検出器７に導くための手段として、第１の偏光ホログラム素子２を使用したが、これに限定されるものではなく、例えば、ビームスプリッタとウェッジプリズムとを組み合わせたものを使用しても良い。しかしながら、装置の小型化を図る点からは、ホログラム素子を使用するのが好ましい。

また、本実施に形態では、光源と光検出器とを一体化したホログラム素子レーザの例で説明したが、必ずしもこれに限らず、光源に単体の半導体レーザを用いて、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）により光路を分割して、その反射光を光検出器７で受光する構成とすることも可能である。この場合は、復路の光学系に光ビーム分離手段を配置すればよい。

また、本実施の形態では、球面収差補正機構としてコリメートレンズ３を駆動したが、コリメートレンズ３と対物レンズ４との間に配置した図示しないビームエキスパンダを構成する２つのレンズの間隔を調整する機構を用いてもよい。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１５ないし図２３、及び図２７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の光記録再生装置は、前記実施の形態１と同様、図１５に示すように、光ディスク（光記録媒体）６を回転駆動するスピンドルモータ（図示せず）、光ディスク６に情報を記録再生する光ピックアップ装置３０、上記スピンドルモータ及び光ピックアップ装置３０を駆動制御するための図示しない駆動制御部及び制御信号生成回路を備えている。

上記光ピックアップ装置３０は、光ディスク６に光ビームを照射するための半導体レーザ（光源）１、第１の偏光ホログラム素子（光ビーム分離手段）３２、コリメートレンズ３、対物レンズ（集光光学系）４及び光検出器（収差検出手段）３７を有している。

光ディスク６の情報記録層６ｃ又は情報記録層６ｄから反射された光ビームは、対物レンズ４、コリメートレンズ３の順に各部材を通過して第１の偏光ホログラム素子３２に入射され、第１の偏光ホログラム素子３２にて回折されて光検出器３７上に集光される。

図１６（ａ）（ｂ）は、光集積ユニット４０の構成を示した構成図である。なお、図１６（ｂ）は、図示した光軸方向（ｚ方向）に対してｙ方向から見た側面図である。実施の形態１の光集積ユニット２０との相違点は、第１の偏光ホログラム素子２及び光検出器７の代わりに、第１の偏光ホログラム素子３２及び光検出器３７を有する点である。第１の偏光ホログラム素子３２についての詳細な説明は後述する。

図１７（ａ）（ｂ）に基いて、補助受光領域を備えた光検出器３７について説明する。

図１７（ａ）に示すように、光検出器３７は、前記実施の形態１における光検出器７の受光部７ａ〜７ｎまでの受光領域と同様の、受光領域３７ａ〜３７ｎと補助受光領域３７ｏ〜３７ｔとを備えている。受光領域３７ａ〜３７ｔからの出力信号をＳａ〜Ｓｔとする。

フォーカス誤差信号ＦＥＳは、ダブルナイフエッジ法を用いて検出する。すなわち、フォーカス誤差信号ＦＥＳは、
ＦＥＳ＝（Ｓｉ＋Ｓｐ−Ｓｊ−Ｓｏ）−β（Ｓｋ＋Ｓｒ−Ｓｌ−Ｓｑ）
で与えられる。なお、ここで、βは２スポット間の光量の違いによるオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。

図１８は、フォーカス誤差信号ＦＥＳのカーブを示す図である。実線のグラフが補助受光領域３７ｏ〜３７ｔがある場合、点線のグラフが補助受光領域３７ｏ〜３７ｔのない場合のフォーカス誤差信号ＦＥＳカーブを示している。フォーカス誤差信号ＦＥＳ引き込み範囲−ｄ１〜＋ｄ１を越えた領域で、緩やかに０に収束していたのを急激に０に収束することができる。これにより、２層ディスクを再生した際に、フォーカス誤差信号ＦＥＳオフセットが十分小さい独立した２本（２層）のフォーカス誤差信号ＦＥＳカーブが得られるため、正常なフォーカスサーボを行うことができる。

しかしながら、補助受光領域３７ｏ〜３７ｔを備えた光検出器３７と、図１に示す実施の形態１で説明した第１の偏光ホログラム素子２とを同時に用いると、図１９(ａ)に示すように、Δｄ２というオフセットが発生してしまう。オフセットΔｄ２が発生しているデフォーカス量のときの集光スポットの状態を、図１７（ｂ）に示す。同図（ｂ）において、円弧３３はオフセットΔｄ２が発生しているデフォーカス量のときの第１の偏光ホログラム素子３２上の光ビームの有効径を示す。このデフォーカス状態で、集光スポットＳＰ３は補助受光領域３７ｏにのみ入射するため、
ＦＥＳ＝−Ｓｏ
となり、フォーカス誤差信号ＦＥＳに、オフセットΔｄ２が生じることになる。

ここで、オフセットΔｄ２を取り除くためには、受光領域３７ｉに集光させる必要がある。この効果を得る第１の偏光ホログラム素子３２について次に説明する。

上記第１の偏光ホログラム素子３２は、図２０に示すように、３分割された３つの領域である第１の領域３２a、第２の領域３２ｂ及び第３の領域３２ｃを有している。

第１の領域３２ａは、光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１と平行な分割直線Ｄ２・Ｄ６（光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１との距離ｈ２）及び分割直線Ｄ４（光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１との距離ｈ１、長さｗ２と）と、トラック方向の直線に対して線対称で所定角度（角度±θ）だけ傾斜した分割直線Ｄ３・Ｄ５と、光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１と平行な複数の分割直線Ｄ８・Ｄ９（光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１との距離ｈ４）と、トラック方向の複数の分割直線Ｄ１０・Ｄ１１、ラジアル方向の分割直線Ｄ１２と、光軸を中心とする円弧Ｅ１・Ｅ２（半径ｒ２）とで囲まれた領域である。

すなわち、第１の領域３２ａは、実施の形態１の分割直線Ｄ７の中央部分において、光軸を通るラジアル方向の直線Ｄ１に対して平行に対向する分割直線Ｄ１２を備えた矩形状凹部を有している。

第２の領域３２ｂは、分割直線Ｄ２〜Ｄ６と光軸を中心とする円弧Ｅ３（半径ｒ２）とで囲まれた領域である。第３の領域３２ｃは、光軸を中心とする円弧Ｅ４（半径ｒ２）と、光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１と、平行な複数の分割直線Ｄ８・Ｄ９（光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１との距離ｈ４）と、トラック方向の複数の分割直線Ｄ１０・Ｄ１１と、ラジアル方向の分割直線Ｄ１２とで囲まれた領域である。分割直線Ｄ１２は、光軸を含む。上述の分割線は全て光軸と直交する。

第２の領域３２ｂを通過した上記光ビーム１１が、上記光検出器３７上に集光するスポットをＳＰ１とし、同様に、第１の領域３２ａを通過した上記光ビーム１１が光検出器３７上に集光するスポットをＳＰ２とし、第３の領域３２ｃを通過した上記光ビーム１１が上記光検出器３７上に集光するスポットをＳＰ３とする。第１の偏光ホログラム素子３２上での対物レンズ４のアパーチャで規定される光ビーム１１の有効径の半径をｒとしたとき、光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１との距離ｈ１＝０．６ｒ、光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１との距離ｈ２＝０．３ｒ、光軸を含むラジアル方向の直線Ｄ１との距離ｈ４＝０．２１ｒ、θ=±４５ｄｅｇ、分割直線Ｄ４の長さｗ２＝０．６ｒ、分割直線Ｄ１２の長さｗ３＝０．６ｒとしている。半径ｒ２は、対物レンズシフトや調整誤差を考慮して半径ｒよりも十分大きくなるように設定している。

図２１に、オフセットΔｄ２が発生しているデフォーカス量のときの光ビーム１１が、第１の偏光ホログラム素子３２を通過し、光検出器３７上に集光したときの状態を示す。第１の領域３２aの中央部分に分割直線Ｄ１０〜Ｄ１２によって構成される矩形領域を設けることにより、集光スポットＳＰ３が受光領域３７ｉ上に集光するため
ＦＥＳ＝Ｓｉ−Ｓｏ
となり、フォーカス誤差信号ＦＥＳのオフセットΔｄ２を軽減することができる。図１９（ｂ）に、このときのフォーカス誤差信号ＦＥＳカーブを示す。オフセットΔｄ２が軽減されていることが分かる。

分割直線Ｄ１２と光軸ＯＺとの距離を小さくするほど、受光領域３７ｉ上に集光する光ビーム量が多くなり、オフセットΔｄ２を軽減することができる。

また、上述した第１の偏光ホログラム素子３２のように、分割直線Ｄ１２と光軸ＯＺとの最短距離が０の場合、すなわち、分割直線Ｄ１２が光軸ＯＺを含む場合、図２１に示すように、集光スポットＳＰ３の分割線と光受光領域３７ｉ・３７ｊの分割線とが一致する。このため、デフォーカスした状態でナイフエッジ法を用い安定した焦点誤差検出を行うことができるので、分割直線Ｄ１２は光軸を含むことが望ましい。

図２７に多層ディスクの非再生層からの不要反射光Ｍが光検出器３７上に作るスポットを示す。不要反射光Ｍは光軸を中心として半径Ｒの円形状であり、光検出器３７上に集光する。受光部３７ｋ・３７ｌ・３７ｇ・３７ｒは不要反射光Ｍが集光しない位置、すなわち光軸から受光部３７ｋ・３７ｌまでの最短距離は不要反射光Ｍの半径Ｒよりも長く設定されている。

受光部３７ｋ・３７ｌ・３７ｇ・３７ｒは、不要反射光Ｍが集光しない位置に設定してある。ここで、球面収差誤差信号ＳＡＥＳ４は不要反射光Ｍの影響を受けない受光部３７ｋ・３７ｌ・３７ｇ・３７ｒからの信号にて生成することができる。

ＳＡＥＳ４＝（Ｓｋ＋Ｓｒ）−（Ｓｌ＋Ｓｇ）
この演算方式を用いることによって、多層ディスクの非再生層からの不要反射光Ｍの影響を受けない球面収差誤差信号ＳＡＥＳ４を生成することができる。

次に、光ピックアップ装置１０の光学系に焦点ずれが残存した状態で球面収差が発生した場合を考える。球面収差誤差信号ＳＡＥＳ４でも実施の形態１の球面収差誤差信号ＳＡＥＳ２と同様に、焦点ずれによって球面収差誤差信号ＳＡＥＳ４が変化し、球面収差を正確に検出できないといった問題がある。

焦点位置ずれの影響を抑えるために球面収差誤差信号ＳＡＥＳ５を、フォーカス誤差信号ＦＥＳを用いて、
ＳＡＥＳ５＝｛（Ｓｋ＋Ｓｒ）−（Ｓｌ＋Ｓｇ）｝−δ×ＦＥＳ
にて生成する。このとき定数δは、焦点ずれが生じても球面収差誤差信号ＳＡＥＳ５の変化が小さくなるように決定すればよい。球面収差が生じたときの焦点ずれにより（Ｓｋ＋Ｓｒ）−（Ｓｌ＋Ｓｇ）にオフセットが生じたとき、フォーカス誤差信号ＦＥＳを加減算することにより、オフセットを減少させることができる。この演算方法により、球面収差と焦点ずれとが同時に生じても、正確な球面収差誤差検出が可能となる。

次に、図２２に分割直線Ｄ１２の長さを変更したときのフォーカス誤差信号ＦＥＳカーブを示す。第１の偏光ホログラム素子３２上での対物レンズ４のアパーチャで規定される光ビーム１１の有効径の半径をｒとしたとき、実線は分割直線Ｄ１２が長さｗ３＝０．４８ｒのときのフォーカス誤差信号ＦＥＳカーブを示す。一方、破線は、分割直線Ｄ１２が長さｗ３＝０．２４ｒのときのフォーカス誤差信号ＦＥＳカーブを示す。分割直線Ｄ１２の長さｗ３が０．４８ｒよりも短いと、フォーカス誤差信号ＦＥＳカーブにオフセットが発生することがわかる。このため、分割直線Ｄ１２の長さｗ３は、０．４８ｒ以上にすることが望ましい。

上述したとおり、光軸ＯＺを中心として複数のラジアル方向の分割直線Ｄ２・Ｄ６とは反対側に分割直線を設けることによって、第１の偏光ホログラム素子３２と光検出器３７との間の光軸方向ずれが生じて第１の偏光ホログラム素子３２を回転調整したときの、球面収差誤差信号ＳＡＥＳのオフセットを軽減する。本実施の形態の第１の偏光ホログラム素子３２においても、同様の効果を得るため、複数のラジアル方向の直線Ｄ８・Ｄ９を設ける。

しかしながら、実施の形態１の第１の偏光ホログラム素子２に比べて、本実施の形態の第１の偏光ホログラム素子３２では、分割直線Ｄ１０・Ｄ１１・Ｄ１２からなる矩形領域を設けているため、第１の偏光ホログラム素子３２を回転調整したときに、受光領域３７ｎ上に集光する集光スポットＳＰ２の光量が小さくなる。このため、球面収差誤差信号ＳＡＥＳにオフセットが発生する。

この課題を解決するために、複数のラジアル方向の分割直線と光軸ＯＺとの距離ｈ４を、実施の形態１における分割直線Ｄ７と光軸ＯＺとの距離ｈ３よりも大きくすることことによって、第１の偏光ホログラム素子３２と光検出器３７との間の光軸方向ずれが生じ、第１の偏光ホログラム素子３２を回転調整したときの、球面収差誤差信号ＳＡＥＳのオフセットを軽減する。このとき、前記実施の形態１における第１の偏光ホログラム素子２の直線Ｄ１及び分割直線Ｄ７、並びに円弧Ｅ１・Ｅ２で囲まれる面積と、本実施の形態の第１の偏光ホログラム素子３２の直線Ｄ１及び分割直線Ｄ８・Ｄ９・Ｄ１１・Ｄ１２並びに円弧Ｅ１・Ｅ２で囲まれる面積とが等しくなるように、光軸ＯＺとの距離ｈ４を決めることによって、第１の偏光ホログラム素子３２において、第１の偏光ホログラム素子２と同様の効果を最も得ることができる。

図２３は、上述の条件で、分割直線と光軸ＯＺとの距離ｈ４の長さを設定したとき（光軸ＯＺとの距離ｈ４＝０．２１ｒ）の図２０のホログラム素子形状を用いた場合に、カバーガラスの厚さ変化が生じたときの球面収差誤差信号ＳＡＥＳを示している。横軸はカバーガラス６ａの厚さ変化、縦軸は回転調整後の球面収差誤差信号ＳＡＥＳである。また、第２の偏光ホログラム素子１２との間に、軸方向ずれが０．２ ｍｍ生じ、回転調整を行ったときの球面収差誤差信号ＳＡＥＳを示す。＋０．２ ｍｍのグラフは第２の偏光ホログラム素子１２と光検出器３７との間が０．２ ｍｍ離れる方向にずれたこと、−０．２ ｍｍのグラフは第１の偏光ホログラム素子３２と光検出器７との間が０．２ ｍｍ狭まる方向にずれたことを示している。回転調整を行っても球面収差誤差信号ＳＡＥＳにオフセットが発生しない効果を確認した。

また、実施の形態１と同様の効果であるトラッキング制御が行われても、常に精度よく球面収差を検出し、補正することができるという効果と、光ビーム分離手段から光検出器までの間の光軸方向のずれを光ビーム分離手段を回転し調整する際の、焦点誤差信号と球面収差誤差信号の調整量のずれを軽減する効果とが得られる。

本発明は、集光光学系において発生する収差を検出するための収差検出装置及び光ピックアップ装置に適用することができる。

本発明における光ピックアップ装置の実施の一形態を示すものであり、光ピックアップ装置における第２の偏光ホログラム素子の構成を示す平面図である。 上記光ピックアップ装置の概略構成を示す断面図である。 （ａ）は上記光ピックアップ装置に用いられる光集積ユニットを示す平面図であり、（ｂ）は上記光集積ユニットを示す断面図である。 上記光ピックアップ装置に用いられる光検出器を示すものであり、焦点ずれ及び球面収差のない状態での光検出器上での集光スポットの集光状態を示す平面図である。 上記光ピックアップ装置に用いられる光検出器を示すものであり、球面収差のない状態で焦点ずれが発生している場合の光検出器上での集光スポットの集光状態を示す平面図である。 上記光ピックアップ装置に用いられる光検出器を示すものであり、焦点位置ずれがない状態で球面収差が発生している場合の光検出器上での集光スポットの集光状態を示す平面図である。 （ａ）は上記光ピックアップ装置における、球面収差誤差信号と光ディスクのカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフであり、（ｂ）従来例の光ピックアップ装置における球面収差誤差信号と光ディスクのカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフである。 （ａ）（ｂ）は、上記光ピックアップ装置における、球面収差誤差信号と光ディスクのカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフである。 上記光ピックアップ装置における、球面収差誤差信号と光ディスクのカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフである。 （ａ）（ｂ）は、上記光ピックアップ装置における、球面収差誤差信号と光ディスクのカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフである。 上記光ピックアップ装置における、球面収差誤差信号と光ディスクのカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフである。 （ａ）は上記第２の偏光ホログラム素子を回転調整した状態での光検出器上での集光スポットの集光状態を示す平面図であり、（ｂ）は、比較例としての第２の偏光ホログラム素子を回転調整した状態での光検出器上での集光スポットの集光状態を示す平面図である。 （ａ）は図１２（ａ）の場合における球面収差誤差信号と光ディスクのカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフであり、（ｂ）は図１２（ｂ）の場合において、第２の偏光ホログラム素子と光検出器との間に光軸方向のずれがあり、第２の偏光ホログラム素子の回転調整を行ったときの、球面収差誤差信号と光ディスクのカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフである。 （ａ）（ｂ）は、焦点ずれが発生している場合の光検出器上での集光スポットの集光状態を示す平面図である。 本発明における光ピックアップ装置の他の実施の形態を示すものであり、上記光ピックアップ装置の概略構成を示す断面図である。 （ａ）は上記光ピックアップ装置に用いられる光集積ユニットを示す平面図であり、（ｂ）は上記光集積ユニットを示す断面図である。 （ａ）は上記光ピックアップ装置に用いられる光検出器を示すものであり、焦点ずれ及び球面収差のない状態での光検出器上での集光スポットの集光状態を示す平面図であり、（ｂ）は、フォーカス誤差信号カーブにオフセットが発生する状態で焦点ずれが発生している場合の光検出器上での集光スポットの集光状態を示す平面図である。 上記光ピックアップ装置の光検出器で検出されるフォーカス誤差信号カーブを示すグラフである。 （ａ）は実施の形態１の第２の偏光ホログラム素子を用いた場合において、光検出器で検出されるフォーカス誤差信号カーブを示すグラフであり、（ｂ）は実施の形態２の第２の偏光ホログラム素子を用いた場合において、光検出器で検出されるフォーカス誤差信号カーブを示すグラフである。 上記光ピックアップ装置における第２の偏光ホログラム素子の構成を示す平面図である。 図１７（ｂ）と同様の焦点ずれが発生している場合の光検出器上での集光スポットの集光状態を示す平面図である。 上記第２の偏光ホログラム素子を用いた光ピックアップ装置で検出されるフォーカス誤差信号カーブを示すものであり、直線ｗ３の長さを変更したときを対比して示すグラフである。 上記第２の偏光ホログラム素子を用いた光ピックアップ装置における球面収差誤差信号と光ディスクのカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフである。 従来技術を示すものであり、光ピックアップ装置の概略構成を示す断面図である。 上記光ピックアップ装置における第２の偏光ホログラム素子の詳細構造を示す平面図である。 実施の形態１の第２の偏光ホログラム素子を用いた場合において、光検出器上での集光スポットの集光状態を示す平面図である。 実施の形態２の第２の偏光ホログラム素子を用いた場合において、光検出器上での集光スポットの集光状態を示す平面図である。

符号の説明

１ 半導体レーザ（光源）
２ 第１の偏光ホログラム素子（光ビーム分離手段）
３ コリメートレンズ
４ 対物レンズ（集光光学系）
６ 光ディスク（光記録媒体）
６ａ カバーガラス
７ 光検出器（球面収差検出手段）
１０ 光ピックアップ装置
１１ 光ビーム
１２ 第２の偏光ホログラム素子
２０ 光集積ユニット
３０ 光ピックアップ装置
３２ 第１の偏光ホログラム素子（光ビーム分離手段）
３７ 光検出器
４０ 光集積ユニット
Ｄ１ 光軸を含むラジアル方向の直線
Ｄ２〜Ｄ１２ 分割直線
Ｅ１〜Ｅ４ 円弧（分割線）
ＦＥＳ 焦点（フォーカス）誤差信号
Ｍ 不要反射光
ＯＺ 光軸
ＳＡＥＳ 球面収差誤差信号
ＳＰ１〜ＳＰ３ 集光スポット

Claims (2)

1. 集光光学系を通過した光ビームを、該光ビームの光軸を含む第１光ビームと、上記光軸から見て上記第１光ビームよりも外側の第２光ビームとに分離する分離手段と、上記分離手段によって分離された光ビームの検出手段での照射位置に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出手段とを備えている収差検出装置において、
   上記光軸と第２光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離が、複数の情報記録層を持つ光記録媒体の非再生層から生じる不要反射光の照射半径よりも長くなるように設定されていると共に、
   上記球面収差検出手段は、第２光ビームの焦点位置を示す信号をもとに球面収差誤差信号を生成することを特徴とする収差検出装置。
2. 前記球面収差検出手段は、第２光ビームの焦点位置を示す信号と、信号量を調整した焦点誤差信号とにより球面収差誤差信号を生成することを特徴とする請求項１記載の収差検出装置。

Images