JP2778493B2

JP2778493B2 - 焦点誤差検出装置

Info

Publication number: JP2778493B2
Application number: JP6319409A
Authority: JP
Inventors: 強長野
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JPH08161761A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンパクトディスク、
光磁気ディスク、相変化型光ディスク等の記録再生装置
や、半導体ウエハの露光装置等の光学装置に用いられて
光学系において結像される光学像の焦点位置の誤差を検
出するための焦点誤差検出方法及び検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の焦点誤差検出技術と
して、光学系により結像される円形の光束、すなわち光
学像の大きさを受光素子等により検出して焦点誤差を検
出する方式のものが提案されている。例えば、図１９に
示す焦点誤差検出装置は、結像対象で反射される光束か
ら２本の光束を分離し、それらの光の焦点の前後に受光
手段を設けることにより焦点誤差を検出する装置であ
る。

【０００３】この図１９の焦点誤差検出装置は、特開昭
６１−５９６３０号公報に開示されたものであり、レー
ザダイオード１０１から放射された直線偏光は、コリメ
ートレンズ１０２で平行光に変換され、偏光ビームスプ
リッタ１０３を透過し、１／４波長板１０４で円偏光に
変換される。そして、対物レンズ１０５で光ディスク１
０６に集光された光は、光ディスク１０６面で反射され
て、同じ光路を逆向きに進み、１／４波長板１０４で再
び直線偏光に変換される。往復で１／４波長板１０４を
２回透過した光は、往路と復路で直線偏光の向きが９０
°回転するため、偏光ビームスプリッタ１０３で反射さ
れ、コリメートレンズ１０７で収束光に変換される。し
かる上で、この収束光はビームスプリッタ１０８で２本
に分けられ、その上で光軸上の焦点の前方に置かれたフ
ォトダイオード１０９と、焦点の後方に置かれたフォト
ダイオード１１０とでそれぞれ受光される。

【０００４】そして、これらフォトダイオード１０９，
１１０から得られる信号により、光ディスクにおけるフ
ォーカス誤差信号とトラック誤差信号が得られる。フォ
ーカス誤差信号は前記対物レンズ１０５で集光された光
と光ディスク面との間の光軸方向の誤差であり、トラッ
ク誤差信号は光軸と直角な方向の誤差である。

【０００５】図２０に示すように、前記フォトダイオー
ド１０９は光電変換部としての受光面が３つに分割され
ており、光軸に対応する中央位置に領域１０９ｂが、そ
の両側に領域１０９ａ，１０９ｃが設けられ、各領域で
は光の強度、すなわち光を受光した面積に比例した起電
流を発生する。また、同様にフォトダイオード１１０に
おいても、領域１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃで構成さ
れる。

【０００６】また、同図には光ディスク１０６が面ぶれ
したときに、フォトダイオード１０９に形成されるスポ
ット１１１と、各光電変換部の領域から得られる信号の
関係が示される。ここでは、フォトダイオード１０９の
各領域１０９ａ〜１０９ｃから出力される起電流Ｓ１０
９ａ〜Ｓ１０９ｃを演算したものが出力ＯＵＴ１０９と
なる。ここでは、ＯＵＴ１０９＝−Ｓ１０９ａ＋Ｓ１０
９ｂ−Ｓ１０９ｃである。

【０００７】同様に、フォトダイオード１１０に形成さ
れるスポット１１２とその各領域１１０ａ〜１１０ｃの
起電流Ｓ１１０ａ〜１１０ｃを演算して得られる出力Ｏ
ＵＴ１１０＝−Ｓ１１０ａ＋Ｓ１１０ｂ−Ｓ１１０ｃの
関係を示す。

【０００８】したがって、図２１（ａ）に示すように、
一方の出力、ここでは出力ＯＵＴ１１０を負値とした出
力−ＯＵＴ１０９を得た上で、この負値を他方のＯＵＴ
１０９に加算することで、図２１（ｂ）のようにフォー
カス誤差信号（−Ｓ１０９ａ＋Ｓ１０９ｂ−Ｓ１０９
ｃ）−（−Ｓ１１０ａ＋Ｓ１１０ｂ−Ｓ１１０ｃ）を得
ることが可能となる。また、トラック誤差信号は、プッ
シュプル法によりＳ１０９ａ−Ｓ１０９ｃから得られ
る。

【０００９】また、図２２に示す従来の焦点誤差検出装
置は、特開昭６３−２２９６４号公報に開示されたもの
であり、レーザダイオード１０１から出射された光は、
レンズ１１５で光ディスク１０６に集光され、光ディス
ク１０６で反射されて、同じ光路を逆向きに進み、ホロ
グラム光学素子１１４で回折される。ホログラム光学素
子１１４の回折光は、フォトダイオード１１６の前方と
フォトダイオード１１７の後方に焦点を結ぶ。

【００１０】このフォトダイオード１１６と１１７にお
いても、図２０で示したのと同様に光電変換部を３つの
領域１１６ａ〜１１６ｃ，１１７ａ〜１１７ｃで構成
し、各領域からの起電流を演算することでフォーカス誤
差信号が得られる。即ち、この場合には、（−Ｓ１１６
ａ＋Ｓ１１６ｂ−Ｓ１１６ｃ）−（−Ｓ１１７ａ＋Ｓ１
１７ｂ−Ｓ１１７ｃ）から得られる。また、トラック誤
差信号は、（Ｓ１１６ａ−Ｓ１１６ｃ）−（Ｓ１１７ａ
−Ｓ１１７ｃ）から得られる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の焦点
誤差検出装置において、前記したフォトダイオード１０
９，１１０や１１６，１１７として、図２３（ａ）に示
すように、光電変換部の中央の領域の幅が広くて両側の
領域の幅が狭いフォトダイオード１２０と、同図（ｂ）
のように、中央の領域の幅が狭くて両側の領域の幅が広
いフォトダイオード１２１を用いたときのフォーカス誤
差信号について考察する。

【００１２】同図（ｃ）に光ディスク１０６が面ぶれし
たときにフォトダイオード１２０や１２１に形成される
スポット１２２とその出力ＯＵＴ１２０（＝−Ｓ１２０
ａ＋Ｓ１２０ｂ−Ｓ１２０ｃ）、ＯＵＴ１２２（＝−Ｓ
１２１ａ＋Ｓ１２１ｂ−Ｓ１２１ｃ）の関係を示す。こ
こで、Ｓ１２０ａ，Ｓ１２０ｂ，Ｓ１２０ｃはそれぞれ
フォトダイオード１２０の光電変換部の各領域１２０
ａ，１２０ｂ，１２０ｃの起電流であり、Ｓ１２１ａ，
Ｓ１２１ｂ，Ｓ１２１ｃはフォトダイオード１２１の光
電変換部の各領域１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃの起電
流である。

【００１３】一般に焦点誤差検出装置においては、焦点
誤差の検出感度を最大にするために、レンズで集光され
た光が光ディスク面の極めて近傍に焦点を結んでいると
きにフォトダイオードの出力が零になるように設計され
る。つまり、フォトダイオード１２０，１２１の場合に
はそれぞれの出力ＯＵＴ１２０，ＯＵＴ１２１が零とな
るように設計される。したがって、図２３（ａ），
（ｂ）から判るように、フォトダイオード１２０におけ
るスポット１２２のサイズは、フォトダイオード１２１
におけるスボット１２２のサイズよりも大きくする必要
がある。

【００１４】前記した図２２の焦点誤差検出装置におい
て、スポット１２２を大きくするためには、ホログラム
光学素子１１４に大きなレンズパワーを与え、フォトダ
イオード１１６の前方の焦点をより前方に移動させ、フ
ォトダイオード１１７の後方の焦点をより後方に移動さ
せる必要がある。逆に、スポット１２２を小さくするた
めには、ホログラム光学素子１１４に小さなレンズパワ
ーを与え、フォトダイオード１１６の前方の焦点を後方
に移動させ、フォトダイオード１１７の後方の焦点を前
方に移動させる必要がある。

【００１５】しかしながら、この種の焦点誤差検出装置
では、ホログラム光学素子１１４に与えるレンズパワー
を大きくすればするほど、レーザダイオード１０１の波
長変動に対して影響を受け易くなり、逆に、ホログラム
光学素子１１４に与えるレンズパワーを小さくすればす
るほど、レーザダイオード１０１の波長変動に対して影
響を受けにくくなる。したがって、フォトダイオード１
２１を用いれば、フォトダイオード１２０を用いるより
も、レーザダイオード１０１の波長変動に対して影響を
受けにくくなる。

【００１６】一方、図１９の焦点誤差検出装置におい
て、スポットを大きくし、或いは小さくするためには、
フォトダイオード１０９や１１０の位置を前後させて、
スポット１２２のサイズを調整することになる。しかし
ながら、この場合においても、フォトダイオード１２１
を用いた場合は、焦点にフォトダイオードを近接させら
れるので、フォトダイオード１２０を用いた場合より
も、焦点誤差検出装置を小型化できる。

【００１７】一方、前記各焦点誤差検出装置において、
対をなすフォトダイオード１０９と１１０，或いは１１
６と１１７の各出力の差を取った場合には、レンズで集
光された光が光ディスク面に焦点を結んでいなくともゼ
ロクロスが生じ、これが擬似ゼロクロスとなる。このよ
うな疑似ゼロクロスが生じると、サーボ動作の開始の確
実性が低下される。この場合、前記したフォトダイオー
ド対として図２３（ａ）のフォトダイオード１２０を用
いれば、図２４（ａ）に示すようなゼロクロス特性とな
り、図２３（ｂ）のフォトダイオード１２１を用いれば
図２４（ｂ）に示すようなゼロクロス特性となる。この
結果、フォトダイオード１２０は、フォトダイオード１
２１に比較して正の振幅が持続し、負の振幅が小さいた
め、疑似ゼロクロスを生じる焦点ずれ量が大きくなり、
しかも、反転幅が小さくなるので、障害が発生しにくく
なる。

【００１８】このように、従来の焦点誤差検出装置にお
いては、使用するフォトダイオード対としてフォトダイ
オード１２０と１２１のいずれか一方に設定したときに
は、発光手段の波長変動に対する安定性や焦点誤差検出
装置の小型化と、サーボ動作の開始の確実性を両立する
ことができないという問題が生じる。

【００１９】

【発明の目的】本発明の目的は、発光手段の波長変動に
対する安定性を高めるとともに、焦点誤差の検出感度を
高めた焦点誤差検出装置を提供することにある。また、
本発明の他の目的は、小型化とサーボ動作の開始の確実
性を高めた焦点誤差検出装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
発光手段と、この発光手段から出射された光を結像対
象に集光する集光手段と、前記結像対象で反射された光
を少なくとも光αと光βの２本の収束光に分岐する分岐
手段と、分岐された一方の光の収束位置の前方に位置さ
れた第１の受光手段と、分岐された他方の光の収束位置
の後方に位置された第２の受光手段とを備え、前記第１
及び第２の各受光手段は一対のほぼ平行な線分で分割さ
れた３つの受光部を有し、前記分岐された各光のスポッ
トはそれぞれ要点が一致される一対の扇形とされ、その
要点が前記中央の受光部に位置されるとともに各スポッ
トが前記線分と交叉されることを特徴とする。

【００２１】また、本発明の第２の発明は、発光手段
と、この発光手段から出射された光を結像対象に集光す
る集光手段と、前記結像対象で反射された光を少なくと
も光αと光βの２本の収束光に分岐する分岐手段と、分
岐された一方の光の収束位置の前方に位置された第１の
受光手段と、分岐された他方の光の収束位置の後方に位
置された第２の受光手段とを備え、前記第１及び第２の
各受光手段は一対のほぼ平行な線分で分割された３つの
受光部を有し、前記分岐された各光のスポットはそれぞ
れ要点が所定の間隔をおょて対峙される一対の扇形とさ
れ、その要点が前記中央の受光部に位置されるとともに
各スポットが前記線分と交叉されることを特徴とする。

【００２２】更に、本発明の第３の発明は、発光手段
と、この発光手段から出射された光を結像対象に集光す
る集光手段と、前記結像対象で反射された光を少なくと
も光αと光βの２本の収束光に分岐する分岐手段と、分
岐された一方の光の収束位置の前方に位置された第１の
受光手段と、分岐された他方の光の収束位置の後方に位
置された第２の受光手段とを備え、前記第１及び第２の
各受光手段は１つの線分で分割された２つの受光部を有
し、前記分岐された各光のスポットはそれぞれ扇形とさ
れて前記線分と交叉されることを特徴とする。

【００２３】

【作用】第１の発明において、受光手段において受光さ
れるスポットの形状が扇形でその要点が共通であること
により、従来の円形スポットに比較して焦点誤差の検出
感度が高められる。即ち、図１８において、受光手段５
７は、本発明の焦点誤差検出装置に係る受光手段であ
り、ここに扇形のスポット５８が受光される。また、受
光手段１２３には従来の焦点誤差検出装置に係る受光手
段１であり、ここに円形のスポット１２４が受光され
る。そして、同図（ａ）が集光手段の焦点から結像対象
がずれているときを表し、同図（ｂ）が結像対象に集光
手段の焦点が結ばれているときを表している。

【００２４】ここで、受光手段５７の受光部５７ａ，５
７ｂ，５７ｃの起電流と、受光手段１２３の受光部１２
３ａ，１２３ｂ，１２３ｃの起電流を、それぞれ、Ｓ５
７ａ，Ｓ５７ｂ，Ｓ５７ｃ，Ｓ１２３ａ，Ｓ１２３ｂ，
Ｓ１２３ｃとすれば、Ｔ５７≡−Ｓ５７ａ＋Ｓ５７ｂ−Ｓ５７ｃＴ１２３≡−Ｓ１２３ａ＋Ｓ１２３ｂ−Ｓ１２３ｃで定義されるＴ５７とＴ１２３は、その変化率を焦点誤
差の検出感度を表す指標として考えることができる。

【００２５】したがって、１つの受光部に全光量が入射
したときに生じる起電流をｒとすると、同図（ａ）のと
きはＴ５７＝Ｔ１２３＝ｒとなり、同図（ｂ）のときは
概ねＴ５７＝−０．３ｒ、Ｔ１２３＝０．２ｒとなる。
つまり、Ｔ５７はＴ１２３に比べて急激に変化する。ゆ
えに、本発明の焦点誤差検出装置は、従来の焦点誤差検
出装置に比べて、焦点誤差の検出感度が高いと言える。

【００２６】第２の発明において、受光手段において受
光されるスポットの形状が扇形でその要点が互いに所要
の寸法で離されていることにより、発光手段の波長変動
に対する安定性や焦点誤差検出装置の小型化と、サーボ
動作の開始の確実性が両立される。即ち、図１９は、集
光手段の焦点と結像対象のずれと、本発明の焦点誤差検
出装置に係る受光手段５９に結ばれるスポット６０ａや
６０ｂと、−Ｓ５９ａ＋Ｓ５９ｂ−Ｓ５９ｃの関係を示
している。ここで、Ｓ５９ａ，Ｓ５９ｂ，Ｓ５９ｃは、
それぞれ、受光手段５９の受光部５９ａ，５９ｂ，５９
ｃの起電流である。

【００２７】ここで、スポット６０ａの中心と分割線５
９ｄの距離とスポット６０ｂの中心と分割線５９ｅの距
離は等しいので、これをｕとし、スポット６０ａの中心
と分割線５９ｅの距離とスポット６０ｂの中心と分割線
５９ｄの距離は等しいので、これをｗとすれば、ｕはｗ
より小さく、同図から明らかなように、本発明の焦点誤
差検出装置は、焦点ずれ量の領域６１ａにおいて中央の
受光部の幅がｕの２倍である従来の焦点誤差検出装置の
同じ特性を示し、焦点ずれ量の領域６１ｂにおいて中央
の受光部の幅がｗの２倍である従来の焦点誤差検出装置
と同じ特性を示す。つまり、発光手段の波長変動に対す
る安定性や焦点誤差検出装置の小型化と、サーボ動作の
開始の確実性を両立させることが可能である。

【００２８】ここで、スポット６０ａと６０ｂの頂角を
１８０°未満にすれば、前記した本発明の第１発明の焦
点誤差検出装置と同じ作用により、焦点誤差の検出感度
が向上する。

【００２９】第３の発明において、受光手段において受
光されるスポットの形状が扇形であり、これが２つの領
域を有するフォトダイオードにおいて受光されることに
より、発光手段の波長変動に対する安定性や焦点誤差検
出装置の小型化と、サーボ動作の開始の確実性が両立さ
れる。即ち、図２０は、集光手段の焦点と結像対象のず
れと、本発明の焦点誤差検出装置に係る受光手段６４に
結ばれるスポット６５と−Ｓ６４ａ＋Ｓ６４ｂの関係を
示している。

【００３０】ここで、Ｓ６４ａとＳ６４ｂは、それぞ
れ、受光手段６４の受光部６４ａと６４ｂの起電流であ
る。本発明の焦点誤差検出装置は、スポット６５の中心
から分割線６４ｃまでの距離とスポット６５の中心から
縁６４ｄまでの距離を独立に選べるため、焦点ずれ量の
領域６６ａにおける特性と焦点ずれ量の領域６６ｂにお
ける特性を独立に決定でき、発光手段の波長変動に対す
る安定性や焦点誤差検出装置の小型化と、サーボ動作の
開始の確実性を両立させることが可能である。

【００３１】ここで、スポット６５の頂角を１８０°未
満にすれば、本発明の第１発明の焦点誤差検出装置と同
じ作用により、焦点誤差の検出感度が向上する。

【００３２】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本発明（第１の発明）の焦点誤差検出装置の第１
実施例を図１に基づいて説明する。同図（ａ）のよう
に、レーザダイオード１０１から放射された直線偏光
は、コリメートレンズ１０２で平行光に変換され、偏光
ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１０４
で円偏光に変換される。対物レンズ１０５で光ディスク
１０６に集光された光は、反射されて、同じ光路を逆向
きに進み、１／４波長板１０４で再び直線偏光に変換さ
れる。この往復で１／４波長板１０４を２回透過した光
は、往路と復路で直線偏光の向きが９０°回転するた
め、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、コリメー
トレンズ１０７で収束光に変換される。そして、透過反
射板１により一部は透過され、他の一部は反射される。

【００３３】この透過反射板１は、同図（ｂ）のよう
に、矩形した面積を対角線によって４つの領域に分割さ
れており、互いに対向する領域１ａと領域１ｂは光を反
射し、領域１ｃと領域１ｄは光を透過する。透過反射板
１で２本に分けられた光のうち、透過光は焦点の前方に
置かれた同図（ｃ）のフォトダイオード２で受光され、
反射光は焦点の後方に置かれた同図（ｄ）フォトダイオ
ード３で受光される。

【００３４】したがって、コリメートレンズ１０７によ
り光軸と直角な面の形状が円形の光束とされた光は、透
過反射板１によって領域１ａ〜１ｄに分割されるため、
各分割された光束の断面形状は扇形（１／４円形）とな
ってそれぞれフォトダイオード２，３で受光されること
になる。

【００３５】そして、フォーカス誤差信号は、フォトダ
イオード２の光電変換部２ａ，２ｂ，２ｃの起電流と、
フォトダイオード３の光電変換部３ａ，３ｂ，３ｃの起
電流を、それぞれＳ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ，Ｓ３ａ，Ｓ
３ｂ，Ｓ３ｃとすれば、−Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ−Ｓ２ｃ＋Ｓ
３ａ−Ｓ３ｂ＋Ｓ３ｃから得られる。また、トラック誤
差信号は、Ｓ２ａ−Ｓ２ｃから得られる。

【００３６】本発明（第１の発明）の焦点誤差検出装置
の第２実施例を図２に基づいて説明する。同図（ａ）に
おいて、レーザダイオード１０１から放射された直線偏
光光は、コリメートレンズ１０２で平行光に変換され、
偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１
０４で円偏光に変換される。対物レンズ１０５で光ディ
スク１０６に集光された光は、反射されて、同じ光路を
逆向きに進み、１／４波長板１０４で再び直線偏光に変
換される。往復で１／４波長板１０４を２回透過した光
は、往路と復路で直線偏光の向きが９０°回転するた
め、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、複合曲面
レンズ６に入射する。

【００３７】この複合曲面レンズ６は平面形状が矩形と
され、その平面部が同図（ｂ）のように、矩形の面積を
対角線と一つの二分線とで６つの領域６ａ〜６ｆに分割
されている。また、二分線を境に領域６ａ，６ｂ，６ｅ
と領域６ｃ，６ｄ，６ｆとでは互いに焦点距離が相違す
るレンズを構成するようになっている。これにより、同
図（ｃ）のように、対物レンズ１０５が光ディスク１０
６に焦点を結んでいるとき、領域６ａと６ｂは光軸６２
の点６３ａに焦点を結び、領域６ｃと６ｄは光軸６２の
点６３ｂに焦点を結ぶ。

【００３８】そして、この複合曲面レンズ６を透過した
光はそれぞれ点６３ａと点６３ｂの間に設けたフォトダ
イオード７において受光される。このフォトダイオード
７は受光面が同図（ｄ）のように大きく４分され、かつ
中央寄りの２つの領域は更に３分された構成とされてい
る。したがって、複合曲面レンズ６の領域６ｅと６ｆか
ら出射された光はそれぞれフォトダイオード７の光電変
換部７ｇと７ｈに集光される。領域６ａと６ｂから出射
された光は、光電変換部７ａ，７ｂ，７ｃで受光され、
領域６ｃと６ｄから出射された光は、光電変換部７ｄ，
７ｅ，７ｆで受光される。

【００３９】図３にフォトダイオード７に形成されるス
ポット８の形状を示す。図３（ａ）は光ディスク１０６
が対物レンズ１０５の焦点よりも近い時（後ピン）、同
図（ｂ）は対物レンズ１０５が光ディスク１０６に焦点
を結んでいる時（合焦）、同図（ｃ）は光ディスク１０
６が対物レンズ１０５の焦点よりも遠い時（前ピン）を
表している。図３から明らかなように、フォーカス誤差
信号は、フォトダイオード７の光電変換部７ａ，７ｂ，
７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆの起電流を、それぞれＳ７ａ，
Ｓ７ｂ，Ｓ７ｃ，Ｓ７ｄ，Ｓ７ｅ，Ｓ７ｆとすれば、−
Ｓ７ａ＋Ｓ７ｂ−Ｓ７ｃ＋Ｓ７ｄ−Ｓ７ｅ＋Ｓ７ｆから
得られる。トラック誤差信号は、フォトダイオード７の
光電変換部７ｇと７ｈの起電流を、それぞれ、Ｓ７ｇと
Ｓ７ｈとすれば、Ｓ７ｇ−Ｓ７ｈから得られる。

【００４０】本発明（第１の発明）の焦点誤差検出装置
の第３実施例を図４に基づいて説明する。図４（ａ）の
ように、レーザダイオード１０１から出射された光は、
ホログラム光学素子１８を透過され、レンズ１１５で光
ディスク１０６に集光され、光ディスク１０６で反射さ
れて、同じ光路を逆に進み、ホログラム光学素子１８で
回折される。ホログラム光学素子１８は図の左側から右
側に透過される際にその表面に設けた回折格子により回
折される。

【００４１】ホログラム光学素子１８は同図（ｂ）のよ
うに矩形面積の対角線により４つの領域１８ａ，１８
ｂ，１８ｃ，１８ｄに分割されており、領域１８ａと１
８ｂの＋１次回折光はフォトダイオード１９の前方に焦
点を結び、−１次回折光は、フォトダイオード２０の後
方に焦点を結ぶ。フォトダイオード１９は同図（ｃ）よ
うに、その光電変換部１９ａ，１９ｂ，１９ｃにおいて
前記＋１次回折光が受光され、フォトダイオード２０は
同図（ｄ）のように、その光電変換部２０ａ，２０ｂ，
２０ｃで−１次回折光が受光される。また、ホログラム
光学素子１８の領域１８ｃの回折光はフォトダイオード
１９の光電変換部１９ｄとフォトダイオード２０の光電
変換部２０ｅに集光され、ホログラム光学素子１８の領
域１８ｄの回折光はフォトダイオード２０の光電変換部
２０ｄとフォトダイオード１９の光電変換部１９ｅに集
光される。

【００４２】したがって、フォトダイオード１９の光電
変換部１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅの起電
流を、それぞれＳ１９ａ，Ｓ１９ｂ，Ｓ１９ｃ，Ｓ１９
ｄ，Ｓ１９ｅとし、フォトダイオード２０の光電変換部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの起電流を、
それぞれＳ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ２０ｃ，Ｓ２０ｄ，Ｓ
２０ｅとすれば、フォーカス誤差信号は、−１９ａ＋Ｓ
１９ｂ−Ｓ１９ｃ＋Ｓ２０ａ−Ｓ２０ｂ＋Ｓ２０ｃから
得られ、トラック誤差信号は、Ｓ１９ｄ−Ｓ１９ｅ−Ｓ
２０ｄ＋Ｓ２０ｅから得られる。

【００４３】本発明（第１発明）の焦点誤差検出装置の
第４実施例を図５に基づいて説明する。同図（ａ）のよ
うに、レーザダイオード１０１から出射された光は、ホ
ログラム光学素子９を透過され、レンズ１１５で光ディ
スク１０６に集光され、光ディスク１０６で反射され
て、同じ光路を逆向きに進み、ホログラム光学素子９で
回折される。同図（ｂ）に示すように、ホログラム光学
素子９は矩形面積の対角線により領域９ａ，９ｂ，９
ｃ，９ｄの４つの領域に分割され、かつこのホログラム
光学素子９の周囲の上下左右のそれぞれ軸回り９０度異
なる４箇所にそれぞれフォトダイオード１０〜１３が配
置される。

【００４４】前記ホログラム光学素子９の領域９ａと９
ｂの＋１次回折光はフォトダイオード１０の前方に焦点
を結び、−１次回折光は、フォトダイオード１１の後方
に焦点を結ぶ。また、ホログラム光学素子９の領域９ｃ
と９ｄの＋１次回折光はフォトダイオード１２の前方に
焦点を結び、−１次回折光は、フォトダイオード１３の
後方に焦点を結ぶ。

【００４５】したがって、フォトダイオード１０の光電
変換部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの起電流と、フォトダイ
オード１１の光電変換部１１ａ，１１ｂ，１１ｃの起電
流と、フォトダイオード１２の光電変換部１２ａ，１２
ｂ，１２ｃの起電流と、フォトダイオード１３の光電変
換部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの起電流を、それぞれＳ１
０ａ，Ｓ１０ｂ，Ｓ１０ｃ，Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂ，Ｓ１
１ｃ，Ｓ１２ａ，Ｓ１２ｂ，Ｓ１２ｃ，Ｓ１３ａ，Ｓ１
３ｂ，Ｓ１３ｃとすれば、フォーカス誤差信号は、−Ｓ
１０ａ＋Ｓ１０ｂ−Ｓ１０ｃ＋Ｓ１１ａ−Ｓ１１ｂ＋Ｓ
１１ｃ−Ｓ１２ａ＋Ｓ１２ｂ−Ｓ１２ｃ＋Ｓ１３ａ−Ｓ
１３ｂ＋Ｓ１３ｃから得られ、トラック誤差信号は、Ｓ
１０ａ−Ｓ１０ｃ−Ｓ１１ａ＋Ｓ１１ｃから得られる。

【００４６】この第４実施例の焦点誤差検出装置は、第
３実施例の焦点誤差検出装置よりも多くの光量を焦点誤
差の検出に利用できるという特徴があり、レーザダイオ
ード１０１の消費電力を抑えたい場合や、光ディスク１
０６の反射率が低い場合、あるいは、フォトダイオード
１０，１１，１２，１３の光電変換効率が低い場合など
に有利である。

【００４７】本発明（第２発明）の焦点誤差検出装置の
第５実施例を図６に基づいて説明する。同図（ａ）のよ
うに、レーザダイオード１０１から放射された直線偏光
光は、コリメートレンズ１０２で平行光に変換され、偏
光ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１０
４で円偏光光に変換される。対物レンズ１０５で光ディ
スク１０６に集光された光は、反射されて、同じ光路を
逆向きに進み、１／４波長板１０４で再び直線偏光に変
換される。往復で１／４波長板１０４を２回透過した光
は、往路と復路で直線偏光の向きが９０°回転するた
め、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、コリメー
トレンズ１０７で収束光に変換される。ビームスプリッ
タ１０８で２本に分けられた光は、ハーフミラー１０８
で一部は透過され、一部は反射され、透過光は焦点の前
方におかれた分割偏向器２５を通してフォトダイオード
２７で受光される。また、反射光は焦点の後方に置かれ
た分割偏向器２６を通してフォトダイオード２８で受光
される。

【００４８】前記分割偏向器２５と分割偏向器２６は、
同図（ｂ）に示すように、互いに対向する傾斜角度の一
対の屈折面で凹状に形成したものであり、この屈折面の
中央に光軸を位置させることで、コリメートレンズ１０
７により収束された円形の断面を有する光を中央で２分
割して偏向させ、半円形の断面を有する２本の光に変換
し、それぞれをフォトダイオード２７，２８で受光させ
る。また、各フォトダイオード２７，２８はそれぞれ同
図（ｃ），（ｄ）に示すように、光電変換部２７ａ，２
７ｂ，２７ｃと２８ａ，２８ｂ，２８ｃで構成される。

【００４９】したがって、フォーカス誤差信号は、フォ
トダイオード２７の光電変換部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ
の起電流と、フォトダイオード２８の光電変換部２８
ａ，２８ｂ，２８ｃの起電流を、それぞれ、Ｓ２７ａ，
Ｓ２７ｂ，Ｓ２７ｃ，Ｓ２８ａ，Ｓ２８ｂ，Ｓ２８ｃと
すれば、−Ｓ２７ａ＋Ｓ２７ｂ−Ｓ２７ｃ＋Ｓ２８ａ−
Ｓ２８ｂ＋Ｓ２８ｃから得られる。また、トラック誤差
信号は、Ｓ２７ａ−Ｓ２７ｃから得られる。

【００５０】本発明（第２発明）の焦点誤差検出装置の
第６実施例を図７に基づいて説明する。同図（ａ）のよ
うに、レーザダイオード１０１から放射された直線偏光
は、コリメートレンズ１０２で平行光に変換され、偏光
ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１０４
で円偏光光に変換される。対物レンズ１０５で光ディス
ク１０６に集光された光は、反射されて同じ光路を逆向
きに進み、１／４波長板１０４で再び直線偏光に変換さ
れる。往復で１／４波長板１０４を２回透過した光は、
往路と復路で直線偏光の向きが９０°回転するため、偏
光ビームスプリッタ１０３で反射され、複合曲面レンズ
１１３で中央を境に２本の焦点距離の異なる収束光が接
した光に変換される。この複合曲面レンズ１１３はその
平面部が中心線を境に二分され、それぞれ異なる焦点距
離のレンズとして構成されたものである。

【００５１】前記複合曲面レンズ１１３を透過された光
は、分割偏向器３１で２本の収束光の境界面に垂直な面
で２分割され偏向されて、２本の収束光の焦点の間に置
かれたフォトダイオード３２で受光される。分割偏向器
３１は、同図（ｂ）に示すように、その平面部が中心線
を境に二分され、一方は凸状をした楔型、他方は凹状を
した楔型のそれぞれ屈折面として構成される。したがっ
て、同図（ｃ）に示すように、複合曲面レンズ１１３に
よりそれぞれ異なる焦点位置に結像されようとする光
は、更に分割偏向器３１によってそれぞれ２分割され、
結果として光軸に垂直な面の形状が半円をした光束とし
てフォトダイオード３２で受光されることになる。

【００５２】フォトダイオード３２は、同図（ｄ）のよ
うに、二分線３３により大きく２つの領域に分割された
構成とされる。そして、フォトダイオード３２の光電変
換部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ
の起電流を、それぞれ、Ｓ３２ａ，Ｓ３２ｂ，Ｓ３２
ｃ，Ｓ３２ｄ，Ｓ３２ｅ，Ｓ３２ｆとすれば、フォーカ
ス誤差信号は、−Ｓ３２ａ＋Ｓ３２ｂ−Ｓ３２ｃ＋Ｓ３
２ｄ−Ｓ３２ｅ＋Ｓ３２ｆから得られ、トラック誤差信
号は、Ｓ３２ａ＋Ｓ３２ｂ＋Ｓ３２ｃ−Ｓ３２ｄ−Ｓ３
２ｅ−Ｓ３２ｆから得られる。

【００５３】本発明（第２発明）の焦点誤差検出装置の
第７実施例を図８に基づいて説明する。同図（ａ）のよ
うに、レーザダイオード１０１から出射された光は、ホ
ログラム光学素子３４を透過した後レンズ１１５で光デ
ィスク１０６に集光され、光ディスク１０６で反射され
て、同じ光路を逆向きに進み、ホログラム光学素子３４
で回折される。ホログラム光学素子３４は、フォトダイ
オード３５の前方に焦点を結ぶ＋１次回折光と、フォト
ダイオード３６の後方に焦点を結ぶ−１次回折光を発生
させる。

【００５４】前記ホログラム光学素子３４は、同図
（ｂ）のように、光軸上に位置される二分線によって領
域３４ａと３４ｂに２分割されており、これにより、ホ
ログラム光学素子３４で発生される＋１次回折光と−１
次回折光とはそれぞれ二分され、各々半円形をした光束
としてフォトダイオード３５，３６で受光される。同図
（ｃ）のように、＋１次回折光は、平行に並んだ２つの
半円形のスポット３７をフォトダイオード３５に形成
し、同図（ｄ）のように、−１次回折光は、平行に並ん
だ２つの半円形のスポット３８をフォトダイオード３６
に形成する。

【００５５】したがって、フォーカス誤差信号は、フォ
トダイオード３５の光電変換部３５ａ，３５ｂ，３５ｃ
の起電流を、それぞれ、Ｓ３５ａ，Ｓ３５ｂ，Ｓ３５ｃ
とし、フォトダイオード３６の光電変換部３６ａ，３６
ｂ，３６ｃの起電流を、それぞれ、Ｓ３６ａ，Ｓ３６
ｂ，Ｓ３６ｃとすれば、−Ｓ３５ａ＋Ｓ３５ｂ−Ｓ３５
ｃ＋Ｓ３６ａ−Ｓ３６ｂ＋Ｓ３６ｃから得られる。ま
た、トラック誤差信号は、Ｓ３５ａ＋Ｓ３５ｃ−Ｓ３６
ａ＋Ｓ３６ｃから得られる。

【００５６】本発明（第２発明）の焦点誤差検出装置の
第８実施例を図９に基づいて説明する。同図（ａ）のよ
うに、レーザダイオード１０１から出射された光は、ホ
ログラム光学素子４８を透過した後レンズ１１５で光デ
ィスク１０６に集光され、光ディスク１０６で反射され
て、同じ光路を逆向きに進み、ホログラム光学素子４８
で回折される。同図（ｂ）のように、ホログラム光学素
子４８は光軸を通る２本の対角線によって４つの領域４
８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄに分割されており、領域
４８ａと４８ｂの＋１次回折光は、フォトダイオード４
９の前方に焦点を結び、−１次回折光は、フォトダイオ
ード５０の後方に焦点を結ぶ。

【００５７】ここで、光束はホログラム光学素子４８の
４つの領域により４分割されるために各光束は扇形（１
／４円形）とされ、それぞれフォトダイオード４８，４
９で受光される。したがって、同図（ｃ）に示すフォト
ダイオード４９の光電変換部４９ａ，４９ｂ，４９ｃに
２つの扇形のスポット５１を形成し、同図（ｄ）に示す
フォトダイオード５０の光電変換部５０ａ，５０ｂ，５
０ｃに２つの扇形のスポット５２を形成する。ホログラ
ム光学素子４８の領域４８ｃの回折光は、フォトダイオ
ード４９の光電変換部４９ｄとフォトダイオード５０の
光電変換部５０ｅに集光され、ホログラム光学素子４８
の領域４８ｄの回折光は、フォトダイオード５０の光電
変換部５０ｄとフォトダイオード４９の光電変換部４９
ｅに集光される。

【００５８】したがって、フォトダイオード４９の光電
変換部４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄ，４９ｅの起電
流を、それぞれ、Ｓ４９ａ，Ｓ４９ｂ，Ｓ４９ｃ，Ｓ４
９ｄ，Ｓ４９ｅとし、フォトダイオード５０の光電変換
部５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅの起電流
を、それぞれ、Ｓ５０ａ，Ｓ５０ｂ，Ｓ５０ｃ，Ｓ５０
ｄ，Ｓ５０ｅとすれば、フォーカス誤差信号は、−Ｓ４
９ａ＋Ｓ４９ｂ−Ｓ４９ｃ＋Ｓ５０ａ−Ｓ５０ｂ＋Ｓ５
０ｃから得られ、トラック誤差信号は、Ｓ４９ｄ−Ｓ４
９ｅ−Ｓ５０ｄ＋Ｓ５０ｅから得られる。

【００５９】本発明（第２発明）の焦点誤差検出装置の
第９実施例を図１０に基づいて説明する。同図（ａ）の
ように、レーザダイオード１０１から出射された光は、
ホログラム光学素子３９を透過した後レンズ１１５で光
ディスク１０６に集光され、光ディスク１０６で反射さ
れて、同じ光路を逆向きに進み、ホログラム光学素子３
９で回折される。ホログラム光学素子３９は、同図
（ｂ）に示すように、光軸を通る２本の対角線によって
４つの領域３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄに分割され
ている。また、ホログラム光学素子３９に対して光軸の
回りに４つのフォトダイオード４０，４１，４２，４３
がそれぞれ直角位置に配置されている。

【００６０】そして、ホログラム光学素子３９の領域３
９ａと３９ｂの＋１次回折光は、フォトダイオード４０
の前方に焦点を結び、フォトダイオード４０に２つの扇
形（１／４円形）のスポット４４を形成し、−１次回折
光は、フォトダイオード４１の後方に焦点を結び、フォ
トダイオード４１に２つの扇形のスポット４５を形成す
る。さらに、ホログラム光学素子３９の領域３９ｃと３
９ｄの＋１次回折光は、フォトダイオード４２の前方に
焦点を結び、フォトダイオード４２に２つの扇形のスポ
ット４６を形成し、−１次回折光は、フォトダイオード
４３の後方に焦点を結び、フォトダイオード４３に２つ
の扇形のスポット４７を形成する。

【００６１】したがって、フォトダイオード４０の光電
変換部４０ａ，４０ｂ，４０ｃの起電流と、フォトダイ
オード４１の光電変換部４１ａ，４１ｂ，４１ｃの起電
流と、フォトダイオード４２の光電変換部４２ａ，４２
ｂ，４２ｃの起電流と、フォトダイオード４３の光電変
換部４３ａ，４３ｂ，４３ｃの起電流を、それぞれ、Ｓ
４０ａ，Ｓ４０ｂ，Ｓ４０ｃ，Ｓ４１ａ，Ｓ４１ｂ，Ｓ
４１ｃ，Ｓ４２ａ，Ｓ４２ｂ，Ｓ４２ｃ，Ｓ４３ａ，Ｓ
４３ｂ，Ｓ４３ｃとすれば、フォーカス誤差信号は、−
Ｓ４０ａ＋Ｓ４０ｂ−Ｓ４０ｃ＋Ｓ４１ａ−Ｓ４１ｂ＋
Ｓ４１ｃ−Ｓ４２ａ＋Ｓ４２ｂ−Ｓ４２ｃ＋Ｓ４３ａ−
Ｓ４３ｂ＋Ｓ４３ｃから得られ、トラック誤差信号は、
Ｓ４０ａ−Ｓ４０ｃ−Ｓ４１ａ＋Ｓ４１ｃから得られ
る。

【００６２】この第９実施例の焦点誤差検出装置は、第
８実施例の焦点誤差検出装置よりも多くの光量を焦点誤
差の検出に利用できるという特徴があり、レーザダイオ
ード１０１の消費電力を抑えたい場合や、光ディスク１
０６の反射率が低い場合、あるいは、フォトダイオード
４０，４１，４２，４３の光電変換効率が低い場合など
に有利である。

【００６３】本発明（第３発明）の焦点誤差検出装置の
第１０実施例を図１１に基づいて説明する。同図（ａ）
のように、レーザダイオード１０１から放射された直線
偏光は、コリメートレンズ１０２で平行光に変換され、
偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１
０４で円偏光に変換される。対物レンズ１０５で光ディ
スク１０６に集光された光は、反射されて同じ光路を逆
向きに進み、１／４波長板１０４で再び直線偏光に変換
される。往復で１／４波長板１０４を２回透過した光
は、往路と復路で直線偏光の向きが９０°回転するた
め、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、コリメー
トレンズ１０７で収束光に変換され、透過反射板６７に
照射される。

【００６４】透過反射板６７は、同図（ｂ）のように、
光軸に対して二分線により２つの領域６７ａ，６７ｂに
分割されており、領域６７ａは光を反射し、領域６７ｂ
は光を透過する。透過反射板６７で２本に分けられた光
は、光束が半円形とされ、それぞれ同図（ｃ），（ｄ）
に示すように、焦点の前方に置かれたフォトダイオード
６８と、焦点の後方に置かれたフォトダイオード６９で
受光される。

【００６５】したがって、フォーカス誤差信号は、フォ
トダイオード６８の光電変換部６８ａ，６８ｂの起電流
と、フォトダイオード６９の光電変換部６９ａ，６９ｂ
の起電流を、それぞれ、Ｓ６８ａ，Ｓ６８ｂ，Ｓ６９
ａ，Ｓ６９ｂとすれば、−Ｓ６８ａ＋Ｓ６８ｂ＋Ｓ６９
ａ−Ｓ６９ｂから得られる。また、トラック誤差信号
は、Ｓ６８ａ＋Ｓ６８ｂ−Ｓ６９ａ−Ｓ６９ｂから得ら
れる。

【００６６】本発明（第３発明）の焦点誤差検出装置の
第１１実施例を図１２に基づいて説明する。同図（ａ）
のように、レーザダイオード１０１から放射された直線
偏光は、コリメートレンズ１０２で平行光に変換され、
偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１
０４で円偏光に変換される。対物レンズ１０５で光ディ
スク１０６に集光された光は、反射されて、同じ光路を
逆向きに進み、１／４波長板１０４で再び直線偏光に変
換される。往復で１／４波長板１０４を２回透過した光
は、往路と復路で直線偏光の向きが９０°回転するた
め、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、複合曲面
レンズ１１３で中央を境に２本の焦点距離の異なる収束
光が接した光に変換される。

【００６７】この光は、分割偏向器７２を透過される
が、分割偏向器７２は同図（ｂ）のように、光軸を挟ん
だ一方の領域はＶ字型に形成され、他方の領域は平坦に
形成されて前記複合曲面レンズ１１３とは直角な方向に
向けられているため、同図（ｃ）のように、入射された
２本の収束光は、その境界面に垂直な面で２分割され偏
向されて、２本の収束光の焦点の間に置かれた同図
（ｄ）に示すフォトダイオード７３で受光される。

【００６８】したがって、フォトダイオード７３の光電
変換部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ，７３
ｆ，７３ｇ，７３ｈの起電流を、それぞれ、Ｓ７３ａ，
Ｓ７３ｂ，Ｓ７３ｃ，Ｓ７３ｄ，Ｓ７３ｅ，Ｓ７３ｆ，
Ｓ７３ｇ，Ｓ７３ｈとすれば、フォーカス誤差信号は、
−Ｓ７３ａ＋Ｓ７３ｂ−Ｓ７３ｃ＋Ｓ７３ｄ＋Ｓ７３ｅ
−Ｓ７３ｆ＋Ｓ７３ｇ−Ｓ７３ｈから得られ、トラック
誤差信号は、Ｓ７３ａ＋Ｓ７３ｂ−Ｓ７３ｃ−Ｓ７３ｄ
＋Ｓ７３ｅ＋Ｓ７３ｆ−Ｓ７３ｇ−Ｓ７３ｈから得られ
る。

【００６９】本発明（第３発明）の焦点誤差検出装置の
第１２実施例を図１３に基づいて説明する。同図（ａ）
のように、レーザダイオード１０１から出射された光
は、ホログラム光学素子７５を透過した後レンズ１１５
で光ディスク１０６に集光され、光ディスク１０６で反
射されて、同じ光路を逆向きに進み、ホログラム光学素
子７５で回折される。ホログラム光学素子７５は、同図
（ｂ）のように、光軸を通る二分線によって２つの領域
７５ａ，７５ｂに分割されているため、フォトダイオー
ド７６の前方に焦点を結ぶ＋１次回折光と、フォトダイ
オード７７の後方に焦点を結ぶ−１次回折光を発生させ
る。

【００７０】このため、ホログラム光学素子７５の領域
７５ａの＋１次回折光は、同図（ｃ）のように、フォト
ダイオード７６にスポット７８ａを形成し、領域７５ｂ
の＋１次回折光は、同図（ｄ）のように、フォトダイオ
ード７６にスポット７９ａを形成する。また、領域７５
ａの−１次回折光はフォトダイオード７７にスポット７
８ｂを形成し、領域７５ｂの−１次回折光はフォトダイ
オード７７にスポット７９ｂを形成する。

【００７１】したがって、フォーカス誤差信号は、フォ
トダイオード７６の光電変換部７６ａ，７６ｂ，７６
ｃ，７６ｄの起電流を、それぞれ、Ｓ７６ａ，Ｓ７６
ｂ，Ｓ７６ｃ，Ｓ７６ｄとし、フォトダイオード７７の
光電変換部７７ａ，７７ｂ，７７ｃ，７７ｄの起電流
を、それぞれ、Ｓ７７ａ，Ｓ７７ｂ，Ｓ７７ｃ，Ｓ７７
ｄとすれば、−Ｓ７６ａ＋Ｓ７６ｂ＋Ｓ７６ｃ−Ｓ７６
ｄ＋Ｓ７７ａ−Ｓ７７ｂ−Ｓ７７ｃ＋Ｓ７７ｄから得ら
れる。また、トラック誤差信号は、Ｓ７６ａ−Ｓ７６ｂ
＋Ｓ７６ｃ−Ｓ７６ｄ−Ｓ７７ａ＋Ｓ７７ｂ−Ｓ７７ｃ
＋Ｓ７７ｄから得られる。

【００７２】本発明（第３発明）の焦点誤差検出装置の
第１３実施例を図１４に基づいて説明する。同図（ａ）
のように、レーザダイオード１０１から出射された光
は、ホログラム光学素子８０を透過した後レンズ１１５
で光ディスク１０６に集光され、光ディスク１０６で反
射されて、同じ光路を逆向きに進み、ホログラム光学素
子８０で回折される。ホログラム光学素子８０は、同図
（ｂ）のように、光軸を通る２本の対角線により４つの
領域８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄに分割されてい
る。

【００７３】そして、領域８０ａの＋１次回折光は、フ
ォトダイオード８１の前方に焦点を結び、同図（ｃ）の
ように、フォトダイオード８１の光電変換部８１ａと８
１ｃにスポット８３ａを形成する。また、−１次回折光
は、フォトダイオード８２の後方に焦点を結び、同図
（ｄ）のように、フォトダイオード８２の光電変換部８
２ｂと８２ｄにスポット８３ｂを形成する。

【００７４】さらに、領域８０ｂの＋１次回折光は、同
図（ｃ）のように、フォトダイオード８１の前方に焦点
を結び、フォトダイオード８１の光電変換部８１ｂと８
１ｄにスポット８４ａを形成する。また、−１次回折光
は、同図（ｄ）のように、フォトダイオード８２の後方
に焦点を結び、フォトダイオード８２の光電変換部８２
ａと８２ｃにスポット８４ｂを形成する。

【００７５】更に、ホログラム光学素子８０の領域８０
ｃの回折光は、フォトダイオード８１の光電変換部８１
ｅとフォトダイオード８２の光電変換部８２ｆに集光さ
れ、ホログラム光学素子８０の領域８０ｄの回折光は、
フォトダイオード８２の光電変換部８２ｅとフォトダイ
オード８１の光電変換部８１ｆに集光される。

【００７６】したがって、フォトダイオード８１の光電
変換部８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１
ｆの起電流を、それぞれ、Ｓ８１ａ，Ｓ８１ｂ，Ｓ８１
ｃ，Ｓ８１ｄ，Ｓ８１ｅ，Ｓ８１ｆとし、フォトダイオ
ード８２の光電変換部８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２
ｄ，８２ｅ，８２ｆの起電流を、それぞれ、Ｓ８２ａ，
Ｓ８２ｂ，Ｓ８２ｃ，Ｓ８２ｄ，Ｓ８２ｅ，Ｓ８２ｆと
すれば、フォーカス誤差信号は、−Ｓ８１ａ＋Ｓ８１ｂ
＋Ｓ８１ｃ−Ｓ８１ｄ＋Ｓ８２ａ−Ｓ８２ｂ−Ｓ８２ｃ
＋Ｓ８２ｄから得られ、トラック誤差信号は、Ｓ８１ｅ
−Ｓ８１ｆ−Ｓ８２ｅ＋Ｓ８２ｆから得られる。

【００７７】本発明（第３発明）の焦点誤差検出装置の
第１４実施例を図１５に基づいて説明する。同図（ａ）
のように、レーザダイオード１０１から出射された光
は、ホログラム光学素子８７を透過した後レンズ１１５
で光ディスク１０６に集光され、光ディスク１０６で反
射されて、同じ光路を逆向きに進み、ホログラム光学素
子８７で回折される。ホログラム光学素子８７は、同図
（ｂ）のように、光軸を通る２つの対角線により４つの
領域８７ａ，８７ｂ，８７ｃ，８７ｄに分割されてい
る。また光軸回りに４つのフォトダイオード８８，８
９，９０，９１が配置されており、フォトダイオード９
０は、フォトダイオード８８を軸９６の回りに９０°回
転させた位置にあり、フォトダイオード９１は、フォト
ダイオード８９を軸９６の回りに９０°回転させた位置
にある。

【００７８】ホログラム光学素子８７の領域８７ａの＋
１次回折光は、フォトダイオード８８の前方に焦点を結
び、フォトダイオード８８に扇形（１／４円形）のスポ
ット９２ａを形成し、−１次回折光は、フォトダイオー
ド８９の後方に焦点を結び、フォトダイオード８９に扇
形のスポット９２ｂを形成する。領域８７ｂの＋１次回
折光は、フォトダイオード８８の前方に焦点を結び、フ
ォトダイオード８８に扇形のスポット９３ａを形成し、
−１次回折光は、フォトダイオード８９の後方に焦点を
結び、フォトダイオード８９に扇形のスポット９３ｂを
形成する。

【００７９】さらに、領域８７ｃの＋１次回折光は、フ
ォトダイオード９０の前方に焦点を結び、フォトダイオ
ード９０に扇形のスポット９４ａを形成し、−１次回折
光は、フォトダイオード９１の後方に焦点を結び、フォ
トダイオード９１に扇形のスポット９４ｂを形成する。
領域８７ｄの＋１次回折光は、フォトダイオード９０の
前方に焦点を結び、フォトダイオード９０に扇形のスポ
ット９５ａを形成し、−１次回折光は、フォトダイオー
ド９１の後方に焦点を結び、フォトダイオード９１に扇
形のスポット９５ｂを形成する。

【００８０】したがって、フォトダイオード８８の光電
変換部８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄの起電流と、フ
ォトダイオード８９の光電変換部８９ａ，８９ｂ，８９
ｃ，８９ｄの起電流と、フォトダイオード９０の光電変
換部９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄの起電流と、フォ
トダイオード９１の光電変換部９１ａ，９１ｂ，９１
ｃ，９１ｄの起電流を、それぞれ、Ｓ８８ａ，Ｓ８８
ｂ，Ｓ８８ｃ，Ｓ８８ｄ，Ｓ８９ａ，Ｓ８９ｂ，Ｓ８９
ｃ，Ｓ８９ｄ，Ｓ９０ａ，Ｓ９０ｂ，Ｓ９０ｃ，Ｓ９０
ｄ，Ｓ９１ａ，Ｓ９１ｂ，Ｓ９１ｃ，Ｓ９１ｄとすれ
ば、フォーカス誤差信号は、−Ｓ８８ａ＋Ｓ８８ｂ＋Ｓ
８８ｃ−Ｓ８８ｄ＋Ｓ８９ａ−Ｓ８９ｂ−Ｓ８９ｃ＋Ｓ
８９ｄ−Ｓ９０ａ＋Ｓ９０ｂ＋Ｓ９０ｃ−Ｓ９０ｄ＋Ｓ
９１ａ−Ｓ９１ｂ−Ｓ９１ｃ＋Ｓ９１ｄから得られ、ト
ラック誤差信号は、Ｓ８８ａ−Ｓ８８ｂ＋Ｓ８８ｃ−Ｓ
８８ｄ−Ｓ８９ａ＋Ｓ８９ｂ−Ｓ８９ｃ＋Ｓ８９ｄから
得られる。

【００８１】ここで、第１４実施例の焦点誤差検出装置
は、第１３実施例の焦点誤差検出装置よりも多くの光量
を焦点誤差の検出に利用できるという特徴があり、レー
ザダイオード１０１の消費電力を抑えたい場合や、光デ
ィスク１０６の反射率が低い場合、あるいは、フォトダ
イオード８８，８９，９０，９１の光電変換効率が低い
場合などに有利である。

【００８２】ここで、前記した各実施例のうち、第１実
施例、第２実施例、第５実施例、第６実施例、第１０実
施例、第１１実施例の各焦点誤差検出装置においては、
偏光ビームスプリッタをビームスプリッタに交換すれ
ば、光の利用率は低くなるが、１／４波長板が省略で
き、構成を簡略化することができる。

【００８３】また、前記各実施例は、焦点誤差を検出す
るための結像対象として光磁気ディスク等の光ディスク
を用いた例を示しているが、この結像対象としてフォト
リソグラフィ技術によりパターンを露光する際の半導体
ウエハやその他の対象物を用いた場合にも本発明を同様
に適用でき、それぞれにおける焦点誤差を検出すること
が可能である。

【００８４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の第１の発明
では、受光手段において受光されるスポットの形状が扇
形でその要点が共通であることにより、従来の円形スポ
ットに比較して焦点誤差の検出感度が高められるという
効果を得ることができる。

【００８５】また、本発明の第２の発明では、受光手段
において受光されるスポットの形状が扇形でその要点が
互いに所要の寸法で離されていることにより、発光手段
の波長変動に対する安定性や焦点誤差検出装置の小型化
と、サーボ動作の開始の確実性が両立されるという効果
を得ることができる。

【００８６】更に、本発明の第３の発明では、受光手段
において受光されるスポットの形状が扇形であり、これ
が２つの領域を有するフォトダイオードにおいて受光さ
れることにより、発光手段の波長変動に対する安定性や
焦点誤差検出装置の小型化と、サーボ動作の開始の確実
性が両立されるという効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図である。

【図２】本発明の第２実施例の構成図である。

【図３】第２実施例のフォトダイオードにおけるスポッ
トを示す図である。

【図４】本発明の第３実施例の構成図である。

【図５】本発明の第４実施例の構成図である。

【図６】本発明の第５実施例の構成図である。

【図７】本発明の第６実施例の構成図である。

【図８】本発明の第７実施例の構成図である。

【図９】本発明の第８実施例の構成図である。

【図１０】本発明の第９実施例の構成図である。

【図１１】本発明の第１０実施例の構成図である。

【図１２】本発明の第１１実施例の構成図である。

【図１３】本発明の第１２実施例の構成図である。

【図１４】本発明の第１３実施例の構成図である。

【図１５】本発明の第１４実施例の構成図である。

【図１６】本発明の焦点誤差検出装置の第１の作用を説
明するための図である。

【図１７】本発明の焦点誤差検出装置の第２の作用を説
明するための図である。

【図１８】本発明の焦点誤差検出装置の第３の作用を説
明するための図である。

【図１９】従来の焦点誤差検出装置の第１の例を示す構
成図である。

【図２０】従来の焦点誤差検出装置の第１の例の作用を
説明するための図である。

【図２１】前記第１の例における信号処理を説明するた
めの図である。

【図２２】従来の焦点誤差検出装置の第２の例を示す構
成図である。

【図２３】従来の焦点誤差検出装置における課題を説明
するための図である。

【図２４】従来の焦点誤差検出装置における他の課題を
説明するための図である。

【符号の説明】

１透過反射板２，３フォトダイオード４，５スポット６複合曲面レンズ７フォトダイオード９ホログラム光学素子１０，１１，１２，１３フォトダイオード１８ホログラム光学素子１９，２０フォトダイオード２５，２６分割偏向器２７，２８フォトダイオード３１分割偏向器３２フォトダイオード３４ホログラム光学素子３５，３６フォトダイオード３９ホログラム光学素子４０，４１，４２，４３フォトダイオード４８ホログラム光学素子４９，５０フォトダイオード６７透過反射板６８，６９フォトダイオード７２分割偏向器７３フォトダイオード７５ホログラム光学素子７６，７７フォトダイオード８０ホログラム光学素子８１，８２フォトダイオード８７ホログラム光学素子８８，８９，９０，９１フォトダイオード１０１レーザダイオード（発光手段）１０２コリメートレンズ１０３偏光ビームスプリッタ１０４１／４波長板１０５対物レンズ（結像レンズ）１０６光ディスク（結像対象）１０７コリメートレンズ１０８ビームスプリッタ（偏向手段）１０９，１１０フォトダイオード１１３複合曲面レンズ１１４ホログラム光学素子１１５レンズ１１６，１１７，１２０，１２１フォトダイオード

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光手段と、この発光手段から出射され
た光を結像対象に集光する集光手段と、前記結像対象で
反射された光を少なくとも光αと光βの２本の収束光に
分岐する分岐手段と、分岐された一方の光の収束位置の
前方に位置された第１の受光手段と、分岐された他方の
光の収束位置の後方に位置された第２の受光手段とを備
え、前記第１及び第２の各受光手段は一対のほぼ平行な
線分で分割された３つの受光部を有し、前記分岐された
各光のスポットはそれぞれ要点が一致される一対の扇形
とされ、その要点が前記中央の受光部に位置されるとと
もに各スポットが前記線分と交叉されることを特徴とす
る焦点誤差検出装置。
【請求項２】発光手段と、この発光手段から出射され
た光を結像対象に集光する集光手段と、前記結像対象で
反射された光を少なくとも光αと光βの２本の収束光に
分岐する分岐手段と、前記光αの収束位置の前方にあ
り、一対のほぼ平行な線分である分割線Ａと分割線Ｂで
分割された３つの受光部を有し、前記光αの光軸が前記
分割線Ａと前記分割線Ｂに挟まれた受光部を通る受光手
段γと、前記光βの収束位置の後方にあり、一対のほぼ
平行な線分である分割線Ｃと分割線Ｄで分割された３つ
の受光部を有し、前記光βの光軸が前記分割線Ｃと前記
分割線Ｄに挟まれた受光部を通る受光手段δとを備え、
前記光αは、前記分割線Ａと前記分割線Ｂの中央を光軸
が通る光ηと光θで構成され、前記光ηが前記受光手段
γに形成するスポットιと前記光θが前記受光手段γに
形成するスポットκは、いずれも１８０°未満の頂角を
有する扇型であり、しかも、前記スポットιの中心と前
記スポットκの中心の中間点に関して互いにほぼ点対称
で、前記スポットιの中心線も前記スポットκの中心線
も前記分割線Ａと前記分割線Ｂにほぼ垂直であること
と、前記光βは、前記分割線Ｃと前記分割線Ｄの中央を
光軸が通る光λと光μで構成され、前記光λが前記受光
手段δに形成するスポットνと前記光μが前記受光手段
δに形成するスポットξは、いずれも１８０°未満の頂
角を有する扇型であり、しかも、前記スポットνの中心
と前記スポットξの中心の中間点に関して互いにほぼ点
対称で、前記スポットνの中心線もスポットξの中心線
も前記分割線Ｃと前記分割線Ｄにほぼ垂直であることと
を特徴とする焦点誤差検出装置。
【請求項３】集光手段と発光手段との間に偏向手段と
してハーフミラーが配置され、前記結像対象で反射され
た光を出射光の光軸外へ偏向させる請求項１または２の
焦点誤差検出装置。
【請求項４】集光手段と発光手段との間に回折手段が
配置され、前記結像対象で反射された光を回折して２本
に分岐された収束光を出力する請求項１または２の焦点
誤差検出装置。
【請求項５】発光手段と、この発光手段から出射され
た光を結像対象に集光する集光手段と、前記結像対象で
反射された光を少なくとも光αと光βの２本の収束光に
分岐する分岐手段と、分岐された一方の光の収束位置の
前方に位置された第１の受光手段と、分岐された他方の
光の収束位置の後方に位置された第２の受光手段とを備
え、前記第１及び第２の各受光手段は一対のほぼ平行な
線分で分割された３つの受光部を有し、前記分岐された
各光のスポットはそれぞれ要点が所定の間隔をおいて対
峙される一対の扇形とされ、その要点が前記中央の受光
部に位置されるとともに各スポットが前記線分と交叉さ
れることを特徴とする焦点誤差検出装置。
【請求項６】発光手段と、この発光手段から出射され
た光を結像対象に集光する集光手段と、前記結像対象で
反射された光を少なくとも光αと光βの２本の収束光に
分岐する分岐手段と、前記光αの収束位置の前方にあ
り、一対のほぼ平行な線分である分割線Ａと分割線Ｂで
分割された３つの受光部を有し、前記光αの光軸が前記
分割線Ａと前記分割線Ｂに挟まれた受光部を通る受光手
段γと、前記光βの収束位置の後方にあり、一対のほぼ
平行な線分である分割線Ｃと分割線Ｄで分割された３つ
の受光部を有し、前記光βの光軸が前記分割線Ｃと前記
分割線Ｄに挟まれた受光部を通る受光手段δとを備えた
焦点誤差検出装置において、前記光αは光ηと光θから
構成され、前記ηが前記受光手段γに形成するスポット
ιと前記光θが前記受光手段γに形成するスポットκ
は、いずれも１８０°以下の頂角を有する扇型で、前記
スポットιの中心ρと前記スポットκの中心σの中間点
に関して互いにほぼ点対称であり、前記スポットιの中
心線も前記スポットκの中心線も前記分割線Ａと前記分
割線Ｂにほぼ垂直で、前記中心ρと前記分割線Ａの距離
は、前記中心σと前記分割線Ｂの距離に等しくて、前記
中心ρと前記分割線Ｂの距離よりも短く、前記集光手段
が前記結像対象に焦点を結んでいるときに、前記スポッ
トιが前記分割線Ａを跨ぐことと、前記光βは光λと光
μから構成され、前記光λが前記受光手段δに形成する
スポットνと前記光μが前記受光手段δに形成するスポ
ットξは、いずれも１８０°以下の頂角を有する扇型
で、前記スポットνの中心τと前記スポットξの中心υ
の中間点に関して互いにほぼ点対称であり、前記スポッ
トνの中心線も前記スポットξの中心線も前記分割線Ｃ
と前記分割線Ｄにほぼ垂直で、前記中心τと前記分割線
Ｃの距離は、前記中心υと前記分割線Ｄの距離に等しく
て、前記中心τと前記分割線Ｄの距離よりも短く、前記
集光手段が前記結像対象に焦点を結んでいるときに、前
記スポットνが前記分割線Ｃを跨ぐこととを特徴とする
焦点誤差検出装置。
【請求項７】集光手段と発光手段との間に偏向手段と
してハーフミラーが配置され、前記結像対象で反射され
た光を出射光の光軸外へ偏向させる請求項５または６の
焦点誤差検出装置。
【請求項８】集光手段と発光手段との間に回折手段が
配置され、前記結像対象で反射された光を回折して２本
に分岐された収束光を出力する請求項５または６の焦点
誤差検出装置。
【請求項９】発光手段と、この発光手段から出射され
た光を結像対象に集光する集光手段と、前記結像対象で
反射された光を少なくとも光αと光βの２本の収束光に
分岐する分岐手段と、分岐された一方の光の収束位置の
前方に位置された第１の受光手段と、分岐された他方の
光の収束位置の後方に位置された第２の受光手段とを備
え、前記第１及び第２の各受光手段は１つの線分で分割
された２つの受光部を有し、前記分岐された各光のスポ
ットはそれぞれ１８０°未満の頂角の扇形とされて前記
線分と交叉されることを特徴とする焦点誤差検出装置。
【請求項１０】発光手段と、この発光手段から出射さ
れた光を結像対象に集光する集光手段と、前記結像対象
で反射された光を少なくとも光αと光βの２本の収束光
に分岐する分岐手段と、前記光αの収束位置の前方に受
光手段γと、前記βの収束位置の後方に受光手段δとを
備えた焦点誤差検出装置において、前記受光手段γは分
割線Ａで２つに分割された受光部Ｅと受光部Ｆを備え、
前記光αの光軸は前記受光部Ｆを通り、前記光αが前記
受光手段γに形成するスポットεは１８０°以下の頂角
を有する扇型で、このスポットεの中心線が前記分割線
Ａにほぼ垂直であり、前記集光手段が前記結像対象に焦
点を結んでいるときに、前記スポットεが前記分割線Ａ
を跨ぐことと、前記受光手段δは分割線Ｃで２つに分割
された受光部Ｈと受光部Ｉを備え、前記光βの光軸は前
記受光部Ｉを通り、前記光βが前記受光手段δに形成す
るスポットζは１８０°未満の頂角を有する扇型で、こ
のスポットζの中心線が前記分割線Ｃにほぼ垂直であ
り、前記集光手段が前記結像対象に焦点を結んでいると
きに、前記スポットζが前記分割線Ｃを跨ぐこととを特
徴とする焦点誤差検出装置。
【請求項１１】集光手段と発光手段との間に偏向手段
としてハーフミラーが配置され、前記結像対象で反射さ
れた光を出射光の光軸外へ偏向させる請求項９または１
０の焦点誤差検出装置。
【請求項１２】集光手段と発光手段との間に回折手段
が配置され、前記結像対象で反射された光を回折して２
本に分岐された収束光を出力する請求項９または１０の
焦点誤差検出装置。