JP3642972B2 - 光ピックアップの焦点誤差検出装置、及び光ピックアップの焦点誤差検出方法 - Google Patents
光ピックアップの焦点誤差検出装置、及び光ピックアップの焦点誤差検出方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの出射光により光ディスクに情報を書き込み又は光ディスクからの戻り光により光ディスクから情報を読み取る光ピックアップにおいて光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出装置、及び光ピックアップの焦点誤差検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ（Compact Disk）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の
光ディスクの表面の情報記録面に、光源から出射された出射光を照射して音楽やデータ等の光ディスク記録情報を書き込み、又は光ディスクの情報記録面で反射されて戻ってきた戻り光から光ディスク記録情報を読み取るために、光源と光学系と光検出系を備えた光ピックアップが用いられている。
【０００３】
この光ピックアップにおいては、情報を光ディスクに確実に書き込み又は光ディスクから情報を確実に読み取るため、出射光をつねに光ディスクの情報記録面の記録箇所（例えばトラック）上に照射するように制御（以下、「トラッキングサーボ制御」という。）し、かつ出射光がスポット状の点となって記録箇所に収束するように制御（以下、「フォーカシングサーボ制御」という。）する必要がある。
【０００４】
フォーカシングサーボ制御の方式としては、例えば「非点収差法」と「スポットサイズ法」が知られている。
【０００５】
非点収差法は、光学系の中にシリンドリカルレンズや平行平板等を配置し、戻り光を４分割ディテクタで受光し検出する方式である。
【０００６】
この構成により、出射光が光ディスクの情報記録面上に焦点を結んでいる（以下、「合焦している」という。）場合には、戻り光は４分割ディテクタの中央に円状に受光され、４分割ディテクタの各受光面の受光強度が均衡する。しかし、出射光が光ディスク上で合焦状態ではない場合には、戻り光が４分割ディテクタ上で傾斜した長円状となり、ディテクタの各受光面の受光強度が不均衡となる。このことから、各受光面で光電変換された光検出電気信号に所定の演算を施して得られた信号（以下、「フォーカスエラー信号」という。）により、出射光の光ディスク上での合焦又は非合焦を検出することができ、フォーカスエラー信号をフィードバックするように光授受光学系の対物レンズ等を制御することにより、フォーカシングサーボ制御を行うことができる。
【０００７】
非点収差法は、非合焦の検出感度が高い。また、光検出に４分割ディテクタを用いるため、ＤＰＤ（Differential Phase Detection）方式でのトラッキングサー
ボ制御のためのトラッキングエラー信号を演算しやすい。また、光ピックアップ全体を小型化できるため、３つの光スポットを用いる３ビーム方式の光ピックアップにも適用しやすい、という利点がある。
【０００８】
スポットサイズ法は、光検出系で戻り光を２つの光路に分割し、前方のディテクタに結ぶ焦点（以下、「前焦点」という。）と、後方のディテクタに結ぶ焦点（以下、「後焦点」という。）を生じるように構成する方式である。
【０００９】
この構成により、出射光が光ディスク上で合焦状態の場合には、前方ディテクタと後方ディテクタの戻り光スポットの大きさが等しくなる。しかし、出射光が光ディスク上で合焦状態ではない場合には、前方ディテクタと後方ディテクタの戻り光スポットの大きさが異なり、各ディテクタの受光強度が不均衡となる。このことから、各ディテクタで光電変換された光検出電気信号に所定の演算を施して得られたフォーカスエラー信号により、出射光の光ディスク上での合焦又は非合焦を検出することができ、フォーカスエラー信号をフィードバックするように光授受光学系の対物レンズ等を制御することにより、フォーカシングサーボ制御を行うことができる。
【００１０】
スポットサイズ法では、フォーカスエラー信号は、前方ディテクタからの光検出電気信号と後方ディテクタからの光検出電気信号との差分により演算される。したがって、出射光スポットが光ディスクのトラックを横切る際にフォーカスエラー信号に与えるノイズ（以下、「トラック横切りノイズ」という。）は２つのディテクタの差をとることにより相殺されるため、トラック横切りノイズの影響は受けない、という利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の光ピックアップの焦点誤差検出方法においては、以下のような問題があった。
【００１２】
１）非点収差法では、光ピックアップに収差（例えば非点収差など）がある場合には、トラック横切りノイズの影響を受ける。また、非点収差法では、光ディスクの厚みが一定でなく箇所によって厚み誤差がある場合には、ディテクタ上の戻り光スポットの形状がゆがみ、本来受光されるはずのない光が他の受光面に漏れ出し又は回り込むことがあり、ＤＰＤトラッキングエラー信号に誤差が生じる。
【００１３】
２）スポットサイズ法では、戻り光を複数の光路に分離するため、光ピックアップが大型化する。また、３ビーム方式との併用は構造が複雑となり困難である。
【００１４】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、トラック横切りノイズや光ディスク厚み誤差の影響を受けにくく３ビーム方式やＤＰＤ方式との併用が可能な光ピックアップの焦点誤差検出装置、及び光ピックアップの焦点誤差検出方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の光ピックアップの焦点誤差検出装置は、光源から出射された出射光により光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込み、又は前記光源から出射され前記光ディスクの情報記録面で反射されて戻った戻り光から前記光ディスク記録情報を読み取る光ピックアップにおいて前記出射光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出装置であって、前記戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離し、前記第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とするとともに、前記第２光路の光に前記第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする焦点誤差検出用光学素子と、受光領域が４分割されて形成された台形状の４つの第１受光部を有するとともに前記第 1 処理光において、第１象限領域及び第３象限領域に存在していた光をそれぞれ独立に受光して検出する第 1 光検出器と、
受光領域が４分割されて形成された他の台形状の４つの第２受光部を有するとともに前記第２処理光において、第２象限領域及び第４象限領域に存在していた光をそれぞれ独立に受光して検出する第２光検出器と、前記第１受光部の４つの部分が受光した各光の強度と前記第２受光部の４つの部分が受光した各光の強度に所定の演算を行い焦点誤差判別値を出力する焦点誤差判別値演算手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７記載の光ピックアップの焦点誤差検出方法は、光源から出射された出射光により光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込み、又は前記光源から出射され前記光ディスクの情報記録面で反射されて戻った戻り光から前記光ディスク記録情報を読み取る光ピックアップにおいて前記出射光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出方法であって、前記戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離し、前記第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とするとともに、前記第２光路の光に前記第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする焦点誤差検出用光学素子と、受光領域が４分割されて形成された台形状の４つの第１受光部を有するとともに前記第 1 処理光において、第１象限領域及び第３象限領域に存在していた光をそれぞれ独立に受光して検出する第 1 光検出器と、受光領域が４分割されて形成された他の台形状の４つの第２受光部を有するとともに前記第２処理光において、第２象限領域及び第４象限領域に存在していた光をそれぞれ独立に受光して検出する第２光検出器とを設け、前記第１受光部の４つの部分が受光した各光の強度と前記第２受光部の４つの部分が受光した各光の強度に所定の演算を行い焦点誤差判別値を出力することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ピックアップの焦点誤差検出装置の実施形態について、図面を参照しながら説明を行う。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態である光ピックアップの構成を示す図である。図１（Ａ）に示すように、この光ピックアップ１００は、光源である半導体レーザ１と、グレーティング２と、ビームスプリッタ３と、コリメータレンズ４と、ミラー５と、１／４波長板６と、対物レンズ７と、レンズ素子８と、光検出部９を備えて構成されている。また、対物レンズ７には、対物レンズ７を光軸方向の前後に移動可能な対物レンズ駆動機構（図示せず）が設けられている。
【００２３】
また、図１（Ｂ）に示すように、光検出部９は、第１ディテクタ４１と、第２ディテクタ４２を有している。また、光検出部９は、さらに第３ディテクタ４３と、第４ディテクタ４４を有しているが、これらについては後述する。第１ディテクタ４１と第２ディテクタ４２には、それぞれ出力された光検出電気信号に基づき所定の演算を行う加算器や減算器からなる演算回路（図示せず）が接続されている。
【００２４】
半導体レーザ１から出射されたレーザ光Ｌは、グレーティング２を経てビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ３は、偏光鏡を有しており、入射したレーザ光Ｌはビームスプリッタ３を通過し、コリメータレンズ４を経て、ミラー５により光路を直角に変えられ、１／４波長板６を通過し、対物レンズ７から図の上方に位置する光ディスク（図示せず）の情報記録面に照射される。この照射光により、光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込むことができる。
【００２５】
レーザ光Ｌは、光ディスクの情報記録面で反射されて同じ光路を戻り、対物レンズ７と１／４波長板６とミラー５とコリメータレンズ４を経て再びビームスプリッタ３に入射する。この場合には、戻り光はビームスプリッタ３により半導体レーザ１への方向とは異なる方向へ光路を変えられ、レンズ素子８を通過して光検出部９に入射する。光検出部９は、受光した光を光電変換して光検出電気信号を出力する。光検出電気信号から光ディスク記録情報を読み取ることができる。
【００２６】
次に、この光ピックアップ１００における焦点誤差検出方法について説明する。この光ピックアップ１００は、図１（Ｂ）に示すように、ビームスプリッタ７で分離された戻り光を、レンズ素子８によって第１光路Ｐ１と第２光路Ｐ２に分割し、第１光路Ｐ１の戻り光を第１ディテクタ４１で受光し、第２光路Ｐ２の戻り光を第２ディテクタ４２で受光し、光電変換により出力された光検出電気信号に所定の演算を行ってフォーカスエラー信号を生成する。
【００２７】
また、上記の光ピックアップ１００におけるレンズ素子８は、第１象限領域、第２象限領域、第３象限領域、第４象限領域に、それぞれ偏心したシリンドリカルレンズ状の第１レンズ部３１と、第２レンズ部３２と、第３レンズ部３３と、第４レンズ部３４を配設して構成されている。図２には、各レンズ部３１〜３４の側面形状が図示されている。この図からわかるように、第１レンズ部３１と第３レンズ部３３からなる偏心シリンドリカルレンズの長軸方向は、第２レンズ部３２と第４レンズ部３４からなる偏心シリンドリカルレンズの長軸方向に対し角度９０度の方向となっている。
【００２８】
これらのレンズ部３１〜３４は、図２に示すように、戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光▲１▼、▲３▼を第１光路に分離するとともに、光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光▲２▼、▲４▼を第２光路に分離し、かつ、第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とするとともに、第２光路の光に第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする焦点誤差検出用光学素子の機能を有している。
【００２９】
上記において、第１象限領域とは、平面を水平方向のＸ軸と、Ｘ軸に垂直な上下方向のＹ軸とにより４つの領域に分割した場合に、Ｘ座標及びＹ座標がともに正の値となる領域をいう。また、第２象限領域とは、上記した４領域のうち、第１象限領域に隣接する領域であり、Ｘ座標が負の値でＹ座標が正の値となる領域をいう。また、第３象限領域とは、上記した４領域のうち、第２象限領域に隣接する領域であり、Ｘ座標及びＹ座標がともに負の値となる領域をいう。また、第４象限領域とは、上記した４領域のうち、第１象限領域及び第３象限領域に隣接する領域であり、Ｘ座標が正の値でＹ座標が負の値となる領域をいう。
【００３０】
図３は、上記の光ピックアップ１００における第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２の構成と作用を説明する図である。図３に示すように、第１ディテクタ４１は、全体の受光領域が４５度傾斜した正方形（以下、「第１の正方形」という。）の形状となっている。また、第２ディテクタ４２は、全体の受光領域が４５度傾斜した正方形（以下、「第２の正方形」という。）の形状となっており、第１の正方形の左上斜辺と第２の正方形の右下斜辺が各正方形に共有されるように配置されている。
【００３１】
また、第１ディテクタ４１は、第１の正方形の右下斜辺又は左上斜辺に平行となるとともに第１の正方形を２つの長方形に等分割する第１の等分割線６１と、第１の等分割線６１に対して第１の分割角度θ１をなす２つの平行分割線６２、６３によって４つの第１受光部Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に分割されている。すなわち、第１ディテクタ４１は、第１の正方形である受光領域が、稲妻状（略「Ｎ」字状又は略「Ｚ」字状）をなす分割線６１、６２、６３により４分割され、第１受光部Ａ１〜Ａ４は台形状の領域となっている。
【００３２】
また、第２ディテクタ４２は、第２の正方形の右上斜辺又は左下斜辺に平行となるとともに第２の正方形を２つの長方形に等分割する第２の等分割線６４と、第２の等分割線６４に対して第２の分割角度θ２をなす２つの平行分割線６５、６６によって４つの第２受光部Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４に分割されている。すなわち、第２ディテクタ４２は、第２の正方形である受光領域が、稲妻状（略「Ｓ」字状）をなす分割線６４、６５、６６により４分割され、第２受光部Ｂ１〜Ｂ４は台形状の領域となっている。第２ディテクタ４２において、第２の等分割線６４は、第１ディテクタ４１における第１の等分割線６１に対して垂直となっている。また、第１ディテクタ４１と第２ディテクタ４２の各受光部及び各分割線は、互いに鏡対称となっている。また、第１の分割角度θ１と第２の分割角度θ２は等しい角度となっている。
【００３３】
また、第１ディテクタ４１には、図１（Ｂ）に示すように、レンズ素子８から出射した第１光路Ｐ１の光（第１処理光）が入射する。この第１処理光のうち、第１象限領域で第１の非点収差を付与された光▲１▼は、図３に示すように、第１受光部Ａ１とＡ２にまたがるように入射する。また、第１処理光のうち、第３象限領域で第１の非点収差を付与された光▲３▼は、図３に示すように、第１受光部Ａ３とＡ４にまたがるように入射する。ここに、第１ディテクタ４１は、第１光検出器に相当している。
【００３４】
また、第２ディテクタ４２には、図１（Ｂ）に示すように、レンズ素子８から出射した第２光路Ｐ２の光（第２処理光）が入射する。この第２処理光のうち、第２象限領域で第２の非点収差を付与された光▲２▼は、図３に示すように、第２受光部Ｂ２とＢ３にまたがるように入射する。また、第２処理光のうち、第４象限領域で第２の非点収差を付与された光▲４▼は、図３に示すように、第２受光部Ｂ４とＢ１にまたがるように入射する。ここに、第２ディテクタ４２は、第２光検出器に相当している。
【００３５】
また、図２及び図３に示すように、レンズ素子８に入射する前の本来の光軸４５に対し、各ディテクタ４１、４２に照射される光像の中心軸は移動する。
【００３６】
次に、図４を参照しつつ、この光ピックアップ１００における焦点位置変化時の作用を説明する。図４（Ｂ）は、この光ピックアップ１００からの出射光が光ディスクの情報記録面上で合焦状態となっている場合に、第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２における戻り光スポットの状態を示した図である。
【００３７】
図４（Ｂ）の下段及び図３の下段に示すように、合焦時には、レンズ素子８の第１象限領域で第１の非点収差を付与された第１処理光が第１ディテクタ４１の分割線６２を挟むようにして第１受光部Ａ１及びＡ２に１／４円状の光スポットとなって入射し、レンズ素子８の第３象限領域で第１の非点収差を付与された第１処理光が第１ディテクタ４１の分割線６３を挟むようにして第１受光部Ａ３及びＡ４に１／４円状の光スポットとなって入射する。
【００３８】
また、図４（Ｂ）の上段及び図３の上段に示すように、合焦時には、レンズ素子８の第２象限領域で第２の非点収差を付与された第２処理光が第２ディテクタ４２の分割線６６を挟むようにして第２受光部Ｂ２及びＢ３に１／４円状の光スポットとなって入射し、レンズ素子８の第４象限領域で第２の非点収差を付与された第２処理光が第２ディテクタ４２の分割線６５を挟むようにして第２受光部Ｂ４及びＢ１に１／４円状の光スポットとなって入射する。
【００３９】
この場合、合焦時には、第１受光部Ａ１の出力する光検出電気信号Ａ１と、第１受光部Ａ３の出力する光検出電気信号Ａ３、第２受光部Ｂ１の出力する光検出電気信号Ｂ１、第２受光部Ｂ３の出力する光検出電気信号Ｂ３はそれぞれ等しい。また、合焦時には、第１受光部Ａ２の出力する光検出電気信号Ａ２と、第１受光部Ａ４の出力する光検出電気信号Ａ４、第２受光部Ｂ２の出力する光検出電気信号Ｂ２、第２受光部Ｂ４の出力する光検出電気信号Ｂ４はそれぞれ等しい。
【００４０】
したがって、下式（１）
Ａ１＝Ａ３＝Ｂ１＝Ｂ３ ………（１）
と、下式（２）
Ａ２＝Ａ４＝Ｂ２＝Ｂ４ ………（２）
が成立する。
【００４１】
このことから、下式（３）
ＦＥ＝（Ａ１＋Ａ３＋Ｂ２＋Ｂ４）−（Ａ２＋Ａ４＋Ｂ１＋Ｂ３） ……（３）
で表される値ＦＥを、光検出部９の出力側に接続された演算回路（図示せず）によって演算すると、合焦時にはＦＥの値は零となる。
【００４２】
図４（Ａ）は、この光ピックアップ１００からの出射光が光ディスクの情報記録面上で非合焦状態となっており、光ディスクが合焦時よりも遠い場合に、第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２における戻り光スポットの状態を示した図である。
【００４３】
図４（Ａ）の下段に示すように、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、レンズ素子８の第１象限領域で第１の非点収差を付与された光は、第１ディテクタ４１の第１受光部Ａ１、Ａ２上で上下方向に延びる線分状の光スポットとなって入射し、レンズ素子８の第３象限領域で第１の非点収差を付与された光は、第１ディテクタ４１の第１受光部Ａ３、Ａ４上で上下方向に延びる線分状の光スポットとなって入射する。
【００４４】
この場合、第１ディテクタ４１上の線分状の２つの光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有している。また、分割線６２と６３は、各線分状光スポットをほぼ等分割する。したがって、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、第１ディテクタ４１においては、下式（４）
Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝Ａ４＝ｋ ………（４）
が成立する。ここに、ｋは任意の実数値である。
【００４５】
また、図４（Ａ）の上段に示すように、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、レンズ素子８の第２象限領域で第２の非点収差を付与された光は、第２ディテクタ４２の第２受光部Ｂ２で水平方向に延びる線分状の光スポットとなって入射し、レンズ素子８の第４象限領域で第２の非点収差を付与された光は、第２ディテクタ４２の第２受光部Ｂ４上で水平方向に延びる線分状の光スポットとなって入射する。
【００４６】
この場合、第２受光部Ｂ１の出力する光検出電気信号Ｂ１と第２受光部Ｂ３の出力する光検出電気信号Ｂ３は等しく零とみなせる。したがって、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、第２ディテクタ４２においては、下式（５）
Ｂ２＝Ｂ４＝２ｋ ………（５）
と、下式（６）
Ｂ１＝Ｂ３＝０ ………（６）
が成立する。
【００４７】
このことから、上式（３）に上記条件式（４）、（５）、（６）を代入すると、この場合のＦＥ値であるＦＥ１は、下式（７）
となり、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、ＦＥの値は正の値となる。
【００４８】
図４（Ｃ）は、この光ピックアップ１００からの出射光が光ディスクの情報記録面上で非合焦状態となっており、光ディスクが合焦時よりも近い場合に、第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２における戻り光スポットの状態を示した図である。
【００４９】
図４（Ｃ）の下段に示すように、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、レンズ素子８の第１象限領域で第１の非点収差を付与された光は、第１ディテクタ４１の第１受光部Ａ２で水平方向に延びる線分状の光スポットとなって入射し、レンズ素子８の第３象限領域で第１の非点収差を付与された光は、第１ディテクタ４１の第１受光部Ａ４上で水平方向に延びる線分状の光スポットとなって入射する。
【００５０】
この場合、第１受光部Ａ１の出力する光検出電気信号Ａ１と第１受光部Ａ３の出力する光検出電気信号Ａ３は等しく零とみなせる。したがって、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、第１ディテクタ４１においては、下式（８）
Ａ２＝Ａ４＝２ｋ ………（８）
と、下式（９）
Ａ１＝Ａ３＝０ ………（９）
が成立する。ここに、ｋは任意の実数値である。
【００５１】
また、図４（Ｃ）の上段に示すように、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、レンズ素子８の第２象限領域で第２の非点収差を付与された光は、第２ディテクタ４２の第２受光部Ｂ２、Ｂ３上で上下方向に延びる線分状の光スポットとなって入射し、レンズ素子８の第４象限領域で第２の非点収差を付与された光は、第２ディテクタ４２の第２受光部Ｂ４、Ｂ１上で上下方向に延びる線分状の光スポットとなって入射する。
【００５２】
この場合、第２ディテクタ４２上の線分状の２つの光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有している。また、分割線６５と６６は、各線分状光スポットをほぼ等分割する。したがって、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、第２ディテクタ４２においては、下式（１０）
Ｂ１＝Ｂ２＝Ｂ３＝Ｂ４＝ｋ ………（１０）
が成立する。
【００５３】
このことから、上式（３）に上記条件式（８）、（９）、（１０）を代入すると、この場合のＦＥ値であるＦＥ２は、下式（１１）
となり、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、ＦＥの値は負の値となる。
【００５４】
したがって、上式（３）で表される値ＦＥをフォーカスエラー信号として用いれば、ＦＥ値が零のときが合焦であり、ＦＥ値が正の値のときは光ディスクが合焦時よりも遠く、ＦＥ値が負の値のときは光ディスクが合焦時よりも近いと判別することができる。したがって、フォーカスエラー信号ＦＥの正負符号を反転させた電気信号をフィードバックするようにし、ＦＥ値が零になるように光ピックアップ１００の対物レンズ７に設けられた対物レンズ駆動機構（図示せず）を制御することにより、確実なフォーカシングサーボ制御を行うことができる。この場合、光検出部９の出力側に接続された演算回路（図示せず）は焦点誤差判別値演算手段に相当し、フォーカスエラー信号値ＦＥは焦点誤差判別値に相当している。
【００５５】
なお、上記した第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２の出力を用いて、下式（１２）
ＲＦ＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３＋Ｂ４ ………（１２）
で表される値ＲＦを演算すれば、このＲＦ信号から、光ディスクに記録された光ディスク記録情報を読み取ることができる。
【００５６】
また、下式（１３）、（１４）、（１５）、（１６）
ＤＰＤ１＝Ｂ１＋Ｂ４ ………（１３）
ＤＰＤ２＝Ｂ２＋Ｂ３ ………（１４）
ＤＰＤ３＝Ａ１＋Ａ２ ………（１５）
ＤＰＤ４＝Ａ３＋Ａ４ ………（１６）
で表される値ＤＰＤ１、ＤＰＤ２、ＤＰＤ３、ＤＰＤ４を演算すれば、これらの信号により、ＤＰＤ方式のトラッキングサーボ制御を行うことができる。
【００５７】
また、下式（１７）
ＰＰ＝（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ２＋Ｂ３）−（Ａ３＋Ａ４＋Ｂ１＋Ｂ４） …（１７）
で表される値ＰＰを演算すれば、プッシュプル（Push -Pull）法によるトラッキングサーボ制御を行うことができる。
【００５８】
また、図５に示すように、第１ディテクタ４１、第２ディテクタ４２の両側に第３ディテクタ４３と第４ディテクタ４４を配置することにより、いずれか一方を＋１次サブビーム用とし、他方を−１次サブビーム用とすることにより、３ビーム方式にも対応可能である。この場合、第３ディテクタ４３は第３光検出器に相当し、第４ディテクタ４４は第４光検出器に相当している。
【００５９】
上記した光ピックアップ１００における焦点誤差検出方法では、以下のような利点を有している。
【００６０】
（１）図３からわかるように、戻り光のうち、第１象限領域の光は第１受光部Ａ１とＡ２で分割され、第２象限領域の光は第２受光部Ｂ２とＢ３で分割され、第３象限領域の光は第１受光部Ａ３とＡ４で分割され、第４象限領域の光は第２受光部Ｂ４とＢ１で分割される。したがって、ディテクタ上では、象限間の干渉がない。このため、光ディスクの厚みが一定でなく箇所によって厚み誤差がある場合であっても、象限間での光の漏れ出し等がなく、ＤＰＤトラッキングエラー信号に誤差が生じることはない。
【００６１】
（２）ディテクタ上での象限ごとの光線の分離度を高めたため、ＤＰＤトラッキングエラー信号が、ディテクタの光軸ずれなどによって劣化することをある程度防止することができる。
【００６２】
（３）稲妻状をなす分割線によりディテクタを４分割したため、トラック横切りノイズのフォーカスエラー信号への影響をほとんどキャンセルすることができる。
【００６３】
（４）図３において、Ｘ軸方向がディスクにおける半径（ラジアル）方向に相当し、Ｙ軸方向がディスクにおけるトラック接線（タンジェント）方向に相当している。したがって、ディテクタがラジアル方向（Ｘ方向）に光軸ずれや調整ずれを生じた場合、ディテクタ上の光像は、分割線６２、６３、６５、６６に沿って移動するため、影響が少ない。
【００６４】
（５）３ビーム方式との併用も支障なく行うことができる。
【００６５】
上記した光ピックアップ１００において、レンズ素子８と、第１ディテクタ４１と、第２ディテクタ４２と、演算回路（図示せず）は、焦点誤差検出装置を構成している。
【００６６】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００６７】
例えば、上記実施形態においては、焦点誤差検出用光学素子として、偏心シリンドリカルレンズを組み合わせたレンズ素子２８を例に挙げて説明したが、本発明はこの例には限定されず、他の構成の焦点誤差検出用光学素子、例えば、第１ホログラム素子等であってもよい。要は、戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離し、第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とするとともに、第２光路の光に第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする焦点誤差検出用光学素子であれば、どのような構成のものであってもよいのである。
【００６８】
また、第１実施形態では、図１のように、レンズ素子８が光検出部９の手前に配置されているが、レンズ素子８と同様の機能を有し偏光作用を有する偏光レンズ素子を、ミラー５と１／４波長板６の間に設けてもよい。
【００６９】
また、図３に示す第１ディテクタ４１と第２ディテクタ４２は、他の構成であってもよい。例えば、分割線６２と６３を同じ長さだけ互いに近づけ又は離してもよい。この際、分割線６５と６６も同様に接近又は離反させる。あるいは、分割線６２、６３がなす第１の分割角度θ１を同じ角度だけ増減させてもよい。この場合、分割線６２、６３はつねに平行状態を保持させるようにする。また、この際、分割線６５、６６がなす第２の分割角度θ２も同様に増減させる。
【００７０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、光ディスクからの戻り光を２光路に分割するとともに、各分割光路の光に所定の非点収差を付与するとともに、稲妻状をなす分割線により４分割された受光部を有する２つの光検出器を用いるようにしたので、トラック横切りノイズや光ディスク厚み誤差の影響を受けにくく、３ビーム方式やＤＰＤ方式との併用が可能であり、非合焦検出の感度が高く、光ピックアップの小型化も可能である、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である光ピックアップの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態の光ピックアップにおけるレンズ素子の構成と作用を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける第１ディテクタ及び第２ディテクタの構成と作用を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点位置変化時の作用を説明する図である。
【図５】本発明の一施形態の光ピックアップにおける光検出部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ
２ グレーティング
３ ビームスプリッタ
４ コリメータレンズ
５ ミラー
６ １／４波長板
７ 対物レンズ
８ レンズ素子
９ 光検出部
３１ 第１レンズ部
３２ 第２レンズ部
３３ 第３レンズ部
３４ 第４レンズ部
４１ 第１ディテクタ
４２ 第２ディテクタ
４３ 第３ディテクタ
４４ 第４ディテクタ
４５ 本来の光軸
６１〜６６ ディテクタ分割線
１００ 光ピックアップ
Ａ１〜Ａ４ 第１受光部
Ｂ１〜Ｂ４ 第２受光部
Ｌ レーザ光
Ｐ１ 第１光路
Ｐ２ 第２光路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの出射光により光ディスクに情報を書き込み又は光ディスクからの戻り光により光ディスクから情報を読み取る光ピックアップにおいて光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出装置、及び光ピックアップの焦点誤差検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ（Compact Disk）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の
光ディスクの表面の情報記録面に、光源から出射された出射光を照射して音楽やデータ等の光ディスク記録情報を書き込み、又は光ディスクの情報記録面で反射されて戻ってきた戻り光から光ディスク記録情報を読み取るために、光源と光学系と光検出系を備えた光ピックアップが用いられている。
【０００３】
この光ピックアップにおいては、情報を光ディスクに確実に書き込み又は光ディスクから情報を確実に読み取るため、出射光をつねに光ディスクの情報記録面の記録箇所（例えばトラック）上に照射するように制御（以下、「トラッキングサーボ制御」という。）し、かつ出射光がスポット状の点となって記録箇所に収束するように制御（以下、「フォーカシングサーボ制御」という。）する必要がある。
【０００４】
フォーカシングサーボ制御の方式としては、例えば「非点収差法」と「スポットサイズ法」が知られている。
【０００５】
非点収差法は、光学系の中にシリンドリカルレンズや平行平板等を配置し、戻り光を４分割ディテクタで受光し検出する方式である。
【０００６】
この構成により、出射光が光ディスクの情報記録面上に焦点を結んでいる（以下、「合焦している」という。）場合には、戻り光は４分割ディテクタの中央に円状に受光され、４分割ディテクタの各受光面の受光強度が均衡する。しかし、出射光が光ディスク上で合焦状態ではない場合には、戻り光が４分割ディテクタ上で傾斜した長円状となり、ディテクタの各受光面の受光強度が不均衡となる。このことから、各受光面で光電変換された光検出電気信号に所定の演算を施して得られた信号（以下、「フォーカスエラー信号」という。）により、出射光の光ディスク上での合焦又は非合焦を検出することができ、フォーカスエラー信号をフィードバックするように光授受光学系の対物レンズ等を制御することにより、フォーカシングサーボ制御を行うことができる。
【０００７】
非点収差法は、非合焦の検出感度が高い。また、光検出に４分割ディテクタを用いるため、ＤＰＤ（Differential Phase Detection）方式でのトラッキングサー
ボ制御のためのトラッキングエラー信号を演算しやすい。また、光ピックアップ全体を小型化できるため、３つの光スポットを用いる３ビーム方式の光ピックアップにも適用しやすい、という利点がある。
【０００８】
スポットサイズ法は、光検出系で戻り光を２つの光路に分割し、前方のディテクタに結ぶ焦点（以下、「前焦点」という。）と、後方のディテクタに結ぶ焦点（以下、「後焦点」という。）を生じるように構成する方式である。
【０００９】
この構成により、出射光が光ディスク上で合焦状態の場合には、前方ディテクタと後方ディテクタの戻り光スポットの大きさが等しくなる。しかし、出射光が光ディスク上で合焦状態ではない場合には、前方ディテクタと後方ディテクタの戻り光スポットの大きさが異なり、各ディテクタの受光強度が不均衡となる。このことから、各ディテクタで光電変換された光検出電気信号に所定の演算を施して得られたフォーカスエラー信号により、出射光の光ディスク上での合焦又は非合焦を検出することができ、フォーカスエラー信号をフィードバックするように光授受光学系の対物レンズ等を制御することにより、フォーカシングサーボ制御を行うことができる。
【００１０】
スポットサイズ法では、フォーカスエラー信号は、前方ディテクタからの光検出電気信号と後方ディテクタからの光検出電気信号との差分により演算される。したがって、出射光スポットが光ディスクのトラックを横切る際にフォーカスエラー信号に与えるノイズ（以下、「トラック横切りノイズ」という。）は２つのディテクタの差をとることにより相殺されるため、トラック横切りノイズの影響は受けない、という利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の光ピックアップの焦点誤差検出方法においては、以下のような問題があった。
【００１２】
１）非点収差法では、光ピックアップに収差（例えば非点収差など）がある場合には、トラック横切りノイズの影響を受ける。また、非点収差法では、光ディスクの厚みが一定でなく箇所によって厚み誤差がある場合には、ディテクタ上の戻り光スポットの形状がゆがみ、本来受光されるはずのない光が他の受光面に漏れ出し又は回り込むことがあり、ＤＰＤトラッキングエラー信号に誤差が生じる。
【００１３】
２）スポットサイズ法では、戻り光を複数の光路に分離するため、光ピックアップが大型化する。また、３ビーム方式との併用は構造が複雑となり困難である。
【００１４】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、トラック横切りノイズや光ディスク厚み誤差の影響を受けにくく３ビーム方式やＤＰＤ方式との併用が可能な光ピックアップの焦点誤差検出装置、及び光ピックアップの焦点誤差検出方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の光ピックアップの焦点誤差検出装置は、光源から出射された出射光により光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込み、又は前記光源から出射され前記光ディスクの情報記録面で反射されて戻った戻り光から前記光ディスク記録情報を読み取る光ピックアップにおいて前記出射光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出装置であって、前記戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離し、前記第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とするとともに、前記第２光路の光に前記第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする焦点誤差検出用光学素子と、受光領域が４分割されて形成された台形状の４つの第１受光部を有するとともに前記第 1 処理光において、第１象限領域及び第３象限領域に存在していた光をそれぞれ独立に受光して検出する第 1 光検出器と、
受光領域が４分割されて形成された他の台形状の４つの第２受光部を有するとともに前記第２処理光において、第２象限領域及び第４象限領域に存在していた光をそれぞれ独立に受光して検出する第２光検出器と、前記第１受光部の４つの部分が受光した各光の強度と前記第２受光部の４つの部分が受光した各光の強度に所定の演算を行い焦点誤差判別値を出力する焦点誤差判別値演算手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７記載の光ピックアップの焦点誤差検出方法は、光源から出射された出射光により光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込み、又は前記光源から出射され前記光ディスクの情報記録面で反射されて戻った戻り光から前記光ディスク記録情報を読み取る光ピックアップにおいて前記出射光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出方法であって、前記戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離し、前記第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とするとともに、前記第２光路の光に前記第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする焦点誤差検出用光学素子と、受光領域が４分割されて形成された台形状の４つの第１受光部を有するとともに前記第 1 処理光において、第１象限領域及び第３象限領域に存在していた光をそれぞれ独立に受光して検出する第 1 光検出器と、受光領域が４分割されて形成された他の台形状の４つの第２受光部を有するとともに前記第２処理光において、第２象限領域及び第４象限領域に存在していた光をそれぞれ独立に受光して検出する第２光検出器とを設け、前記第１受光部の４つの部分が受光した各光の強度と前記第２受光部の４つの部分が受光した各光の強度に所定の演算を行い焦点誤差判別値を出力することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ピックアップの焦点誤差検出装置の実施形態について、図面を参照しながら説明を行う。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態である光ピックアップの構成を示す図である。図１（Ａ）に示すように、この光ピックアップ１００は、光源である半導体レーザ１と、グレーティング２と、ビームスプリッタ３と、コリメータレンズ４と、ミラー５と、１／４波長板６と、対物レンズ７と、レンズ素子８と、光検出部９を備えて構成されている。また、対物レンズ７には、対物レンズ７を光軸方向の前後に移動可能な対物レンズ駆動機構（図示せず）が設けられている。
【００２３】
また、図１（Ｂ）に示すように、光検出部９は、第１ディテクタ４１と、第２ディテクタ４２を有している。また、光検出部９は、さらに第３ディテクタ４３と、第４ディテクタ４４を有しているが、これらについては後述する。第１ディテクタ４１と第２ディテクタ４２には、それぞれ出力された光検出電気信号に基づき所定の演算を行う加算器や減算器からなる演算回路（図示せず）が接続されている。
【００２４】
半導体レーザ１から出射されたレーザ光Ｌは、グレーティング２を経てビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ３は、偏光鏡を有しており、入射したレーザ光Ｌはビームスプリッタ３を通過し、コリメータレンズ４を経て、ミラー５により光路を直角に変えられ、１／４波長板６を通過し、対物レンズ７から図の上方に位置する光ディスク（図示せず）の情報記録面に照射される。この照射光により、光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込むことができる。
【００２５】
レーザ光Ｌは、光ディスクの情報記録面で反射されて同じ光路を戻り、対物レンズ７と１／４波長板６とミラー５とコリメータレンズ４を経て再びビームスプリッタ３に入射する。この場合には、戻り光はビームスプリッタ３により半導体レーザ１への方向とは異なる方向へ光路を変えられ、レンズ素子８を通過して光検出部９に入射する。光検出部９は、受光した光を光電変換して光検出電気信号を出力する。光検出電気信号から光ディスク記録情報を読み取ることができる。
【００２６】
次に、この光ピックアップ１００における焦点誤差検出方法について説明する。この光ピックアップ１００は、図１（Ｂ）に示すように、ビームスプリッタ７で分離された戻り光を、レンズ素子８によって第１光路Ｐ１と第２光路Ｐ２に分割し、第１光路Ｐ１の戻り光を第１ディテクタ４１で受光し、第２光路Ｐ２の戻り光を第２ディテクタ４２で受光し、光電変換により出力された光検出電気信号に所定の演算を行ってフォーカスエラー信号を生成する。
【００２７】
また、上記の光ピックアップ１００におけるレンズ素子８は、第１象限領域、第２象限領域、第３象限領域、第４象限領域に、それぞれ偏心したシリンドリカルレンズ状の第１レンズ部３１と、第２レンズ部３２と、第３レンズ部３３と、第４レンズ部３４を配設して構成されている。図２には、各レンズ部３１〜３４の側面形状が図示されている。この図からわかるように、第１レンズ部３１と第３レンズ部３３からなる偏心シリンドリカルレンズの長軸方向は、第２レンズ部３２と第４レンズ部３４からなる偏心シリンドリカルレンズの長軸方向に対し角度９０度の方向となっている。
【００２８】
これらのレンズ部３１〜３４は、図２に示すように、戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光▲１▼、▲３▼を第１光路に分離するとともに、光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光▲２▼、▲４▼を第２光路に分離し、かつ、第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とするとともに、第２光路の光に第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする焦点誤差検出用光学素子の機能を有している。
【００２９】
上記において、第１象限領域とは、平面を水平方向のＸ軸と、Ｘ軸に垂直な上下方向のＹ軸とにより４つの領域に分割した場合に、Ｘ座標及びＹ座標がともに正の値となる領域をいう。また、第２象限領域とは、上記した４領域のうち、第１象限領域に隣接する領域であり、Ｘ座標が負の値でＹ座標が正の値となる領域をいう。また、第３象限領域とは、上記した４領域のうち、第２象限領域に隣接する領域であり、Ｘ座標及びＹ座標がともに負の値となる領域をいう。また、第４象限領域とは、上記した４領域のうち、第１象限領域及び第３象限領域に隣接する領域であり、Ｘ座標が正の値でＹ座標が負の値となる領域をいう。
【００３０】
図３は、上記の光ピックアップ１００における第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２の構成と作用を説明する図である。図３に示すように、第１ディテクタ４１は、全体の受光領域が４５度傾斜した正方形（以下、「第１の正方形」という。）の形状となっている。また、第２ディテクタ４２は、全体の受光領域が４５度傾斜した正方形（以下、「第２の正方形」という。）の形状となっており、第１の正方形の左上斜辺と第２の正方形の右下斜辺が各正方形に共有されるように配置されている。
【００３１】
また、第１ディテクタ４１は、第１の正方形の右下斜辺又は左上斜辺に平行となるとともに第１の正方形を２つの長方形に等分割する第１の等分割線６１と、第１の等分割線６１に対して第１の分割角度θ１をなす２つの平行分割線６２、６３によって４つの第１受光部Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に分割されている。すなわち、第１ディテクタ４１は、第１の正方形である受光領域が、稲妻状（略「Ｎ」字状又は略「Ｚ」字状）をなす分割線６１、６２、６３により４分割され、第１受光部Ａ１〜Ａ４は台形状の領域となっている。
【００３２】
また、第２ディテクタ４２は、第２の正方形の右上斜辺又は左下斜辺に平行となるとともに第２の正方形を２つの長方形に等分割する第２の等分割線６４と、第２の等分割線６４に対して第２の分割角度θ２をなす２つの平行分割線６５、６６によって４つの第２受光部Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４に分割されている。すなわち、第２ディテクタ４２は、第２の正方形である受光領域が、稲妻状（略「Ｓ」字状）をなす分割線６４、６５、６６により４分割され、第２受光部Ｂ１〜Ｂ４は台形状の領域となっている。第２ディテクタ４２において、第２の等分割線６４は、第１ディテクタ４１における第１の等分割線６１に対して垂直となっている。また、第１ディテクタ４１と第２ディテクタ４２の各受光部及び各分割線は、互いに鏡対称となっている。また、第１の分割角度θ１と第２の分割角度θ２は等しい角度となっている。
【００３３】
また、第１ディテクタ４１には、図１（Ｂ）に示すように、レンズ素子８から出射した第１光路Ｐ１の光（第１処理光）が入射する。この第１処理光のうち、第１象限領域で第１の非点収差を付与された光▲１▼は、図３に示すように、第１受光部Ａ１とＡ２にまたがるように入射する。また、第１処理光のうち、第３象限領域で第１の非点収差を付与された光▲３▼は、図３に示すように、第１受光部Ａ３とＡ４にまたがるように入射する。ここに、第１ディテクタ４１は、第１光検出器に相当している。
【００３４】
また、第２ディテクタ４２には、図１（Ｂ）に示すように、レンズ素子８から出射した第２光路Ｐ２の光（第２処理光）が入射する。この第２処理光のうち、第２象限領域で第２の非点収差を付与された光▲２▼は、図３に示すように、第２受光部Ｂ２とＢ３にまたがるように入射する。また、第２処理光のうち、第４象限領域で第２の非点収差を付与された光▲４▼は、図３に示すように、第２受光部Ｂ４とＢ１にまたがるように入射する。ここに、第２ディテクタ４２は、第２光検出器に相当している。
【００３５】
また、図２及び図３に示すように、レンズ素子８に入射する前の本来の光軸４５に対し、各ディテクタ４１、４２に照射される光像の中心軸は移動する。
【００３６】
次に、図４を参照しつつ、この光ピックアップ１００における焦点位置変化時の作用を説明する。図４（Ｂ）は、この光ピックアップ１００からの出射光が光ディスクの情報記録面上で合焦状態となっている場合に、第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２における戻り光スポットの状態を示した図である。
【００３７】
図４（Ｂ）の下段及び図３の下段に示すように、合焦時には、レンズ素子８の第１象限領域で第１の非点収差を付与された第１処理光が第１ディテクタ４１の分割線６２を挟むようにして第１受光部Ａ１及びＡ２に１／４円状の光スポットとなって入射し、レンズ素子８の第３象限領域で第１の非点収差を付与された第１処理光が第１ディテクタ４１の分割線６３を挟むようにして第１受光部Ａ３及びＡ４に１／４円状の光スポットとなって入射する。
【００３８】
また、図４（Ｂ）の上段及び図３の上段に示すように、合焦時には、レンズ素子８の第２象限領域で第２の非点収差を付与された第２処理光が第２ディテクタ４２の分割線６６を挟むようにして第２受光部Ｂ２及びＢ３に１／４円状の光スポットとなって入射し、レンズ素子８の第４象限領域で第２の非点収差を付与された第２処理光が第２ディテクタ４２の分割線６５を挟むようにして第２受光部Ｂ４及びＢ１に１／４円状の光スポットとなって入射する。
【００３９】
この場合、合焦時には、第１受光部Ａ１の出力する光検出電気信号Ａ１と、第１受光部Ａ３の出力する光検出電気信号Ａ３、第２受光部Ｂ１の出力する光検出電気信号Ｂ１、第２受光部Ｂ３の出力する光検出電気信号Ｂ３はそれぞれ等しい。また、合焦時には、第１受光部Ａ２の出力する光検出電気信号Ａ２と、第１受光部Ａ４の出力する光検出電気信号Ａ４、第２受光部Ｂ２の出力する光検出電気信号Ｂ２、第２受光部Ｂ４の出力する光検出電気信号Ｂ４はそれぞれ等しい。
【００４０】
したがって、下式（１）
Ａ１＝Ａ３＝Ｂ１＝Ｂ３ ………（１）
と、下式（２）
Ａ２＝Ａ４＝Ｂ２＝Ｂ４ ………（２）
が成立する。
【００４１】
このことから、下式（３）
ＦＥ＝（Ａ１＋Ａ３＋Ｂ２＋Ｂ４）−（Ａ２＋Ａ４＋Ｂ１＋Ｂ３） ……（３）
で表される値ＦＥを、光検出部９の出力側に接続された演算回路（図示せず）によって演算すると、合焦時にはＦＥの値は零となる。
【００４２】
図４（Ａ）は、この光ピックアップ１００からの出射光が光ディスクの情報記録面上で非合焦状態となっており、光ディスクが合焦時よりも遠い場合に、第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２における戻り光スポットの状態を示した図である。
【００４３】
図４（Ａ）の下段に示すように、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、レンズ素子８の第１象限領域で第１の非点収差を付与された光は、第１ディテクタ４１の第１受光部Ａ１、Ａ２上で上下方向に延びる線分状の光スポットとなって入射し、レンズ素子８の第３象限領域で第１の非点収差を付与された光は、第１ディテクタ４１の第１受光部Ａ３、Ａ４上で上下方向に延びる線分状の光スポットとなって入射する。
【００４４】
この場合、第１ディテクタ４１上の線分状の２つの光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有している。また、分割線６２と６３は、各線分状光スポットをほぼ等分割する。したがって、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、第１ディテクタ４１においては、下式（４）
Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝Ａ４＝ｋ ………（４）
が成立する。ここに、ｋは任意の実数値である。
【００４５】
また、図４（Ａ）の上段に示すように、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、レンズ素子８の第２象限領域で第２の非点収差を付与された光は、第２ディテクタ４２の第２受光部Ｂ２で水平方向に延びる線分状の光スポットとなって入射し、レンズ素子８の第４象限領域で第２の非点収差を付与された光は、第２ディテクタ４２の第２受光部Ｂ４上で水平方向に延びる線分状の光スポットとなって入射する。
【００４６】
この場合、第２受光部Ｂ１の出力する光検出電気信号Ｂ１と第２受光部Ｂ３の出力する光検出電気信号Ｂ３は等しく零とみなせる。したがって、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、第２ディテクタ４２においては、下式（５）
Ｂ２＝Ｂ４＝２ｋ ………（５）
と、下式（６）
Ｂ１＝Ｂ３＝０ ………（６）
が成立する。
【００４７】
このことから、上式（３）に上記条件式（４）、（５）、（６）を代入すると、この場合のＦＥ値であるＦＥ１は、下式（７）
【００４８】
図４（Ｃ）は、この光ピックアップ１００からの出射光が光ディスクの情報記録面上で非合焦状態となっており、光ディスクが合焦時よりも近い場合に、第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２における戻り光スポットの状態を示した図である。
【００４９】
図４（Ｃ）の下段に示すように、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、レンズ素子８の第１象限領域で第１の非点収差を付与された光は、第１ディテクタ４１の第１受光部Ａ２で水平方向に延びる線分状の光スポットとなって入射し、レンズ素子８の第３象限領域で第１の非点収差を付与された光は、第１ディテクタ４１の第１受光部Ａ４上で水平方向に延びる線分状の光スポットとなって入射する。
【００５０】
この場合、第１受光部Ａ１の出力する光検出電気信号Ａ１と第１受光部Ａ３の出力する光検出電気信号Ａ３は等しく零とみなせる。したがって、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、第１ディテクタ４１においては、下式（８）
Ａ２＝Ａ４＝２ｋ ………（８）
と、下式（９）
Ａ１＝Ａ３＝０ ………（９）
が成立する。ここに、ｋは任意の実数値である。
【００５１】
また、図４（Ｃ）の上段に示すように、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、レンズ素子８の第２象限領域で第２の非点収差を付与された光は、第２ディテクタ４２の第２受光部Ｂ２、Ｂ３上で上下方向に延びる線分状の光スポットとなって入射し、レンズ素子８の第４象限領域で第２の非点収差を付与された光は、第２ディテクタ４２の第２受光部Ｂ４、Ｂ１上で上下方向に延びる線分状の光スポットとなって入射する。
【００５２】
この場合、第２ディテクタ４２上の線分状の２つの光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有している。また、分割線６５と６６は、各線分状光スポットをほぼ等分割する。したがって、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、第２ディテクタ４２においては、下式（１０）
Ｂ１＝Ｂ２＝Ｂ３＝Ｂ４＝ｋ ………（１０）
が成立する。
【００５３】
このことから、上式（３）に上記条件式（８）、（９）、（１０）を代入すると、この場合のＦＥ値であるＦＥ２は、下式（１１）
【００５４】
したがって、上式（３）で表される値ＦＥをフォーカスエラー信号として用いれば、ＦＥ値が零のときが合焦であり、ＦＥ値が正の値のときは光ディスクが合焦時よりも遠く、ＦＥ値が負の値のときは光ディスクが合焦時よりも近いと判別することができる。したがって、フォーカスエラー信号ＦＥの正負符号を反転させた電気信号をフィードバックするようにし、ＦＥ値が零になるように光ピックアップ１００の対物レンズ７に設けられた対物レンズ駆動機構（図示せず）を制御することにより、確実なフォーカシングサーボ制御を行うことができる。この場合、光検出部９の出力側に接続された演算回路（図示せず）は焦点誤差判別値演算手段に相当し、フォーカスエラー信号値ＦＥは焦点誤差判別値に相当している。
【００５５】
なお、上記した第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２の出力を用いて、下式（１２）
ＲＦ＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３＋Ｂ４ ………（１２）
で表される値ＲＦを演算すれば、このＲＦ信号から、光ディスクに記録された光ディスク記録情報を読み取ることができる。
【００５６】
また、下式（１３）、（１４）、（１５）、（１６）
ＤＰＤ１＝Ｂ１＋Ｂ４ ………（１３）
ＤＰＤ２＝Ｂ２＋Ｂ３ ………（１４）
ＤＰＤ３＝Ａ１＋Ａ２ ………（１５）
ＤＰＤ４＝Ａ３＋Ａ４ ………（１６）
で表される値ＤＰＤ１、ＤＰＤ２、ＤＰＤ３、ＤＰＤ４を演算すれば、これらの信号により、ＤＰＤ方式のトラッキングサーボ制御を行うことができる。
【００５７】
また、下式（１７）
ＰＰ＝（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ２＋Ｂ３）−（Ａ３＋Ａ４＋Ｂ１＋Ｂ４） …（１７）
で表される値ＰＰを演算すれば、プッシュプル（Push -Pull）法によるトラッキングサーボ制御を行うことができる。
【００５８】
また、図５に示すように、第１ディテクタ４１、第２ディテクタ４２の両側に第３ディテクタ４３と第４ディテクタ４４を配置することにより、いずれか一方を＋１次サブビーム用とし、他方を−１次サブビーム用とすることにより、３ビーム方式にも対応可能である。この場合、第３ディテクタ４３は第３光検出器に相当し、第４ディテクタ４４は第４光検出器に相当している。
【００５９】
上記した光ピックアップ１００における焦点誤差検出方法では、以下のような利点を有している。
【００６０】
（１）図３からわかるように、戻り光のうち、第１象限領域の光は第１受光部Ａ１とＡ２で分割され、第２象限領域の光は第２受光部Ｂ２とＢ３で分割され、第３象限領域の光は第１受光部Ａ３とＡ４で分割され、第４象限領域の光は第２受光部Ｂ４とＢ１で分割される。したがって、ディテクタ上では、象限間の干渉がない。このため、光ディスクの厚みが一定でなく箇所によって厚み誤差がある場合であっても、象限間での光の漏れ出し等がなく、ＤＰＤトラッキングエラー信号に誤差が生じることはない。
【００６１】
（２）ディテクタ上での象限ごとの光線の分離度を高めたため、ＤＰＤトラッキングエラー信号が、ディテクタの光軸ずれなどによって劣化することをある程度防止することができる。
【００６２】
（３）稲妻状をなす分割線によりディテクタを４分割したため、トラック横切りノイズのフォーカスエラー信号への影響をほとんどキャンセルすることができる。
【００６３】
（４）図３において、Ｘ軸方向がディスクにおける半径（ラジアル）方向に相当し、Ｙ軸方向がディスクにおけるトラック接線（タンジェント）方向に相当している。したがって、ディテクタがラジアル方向（Ｘ方向）に光軸ずれや調整ずれを生じた場合、ディテクタ上の光像は、分割線６２、６３、６５、６６に沿って移動するため、影響が少ない。
【００６４】
（５）３ビーム方式との併用も支障なく行うことができる。
【００６５】
上記した光ピックアップ１００において、レンズ素子８と、第１ディテクタ４１と、第２ディテクタ４２と、演算回路（図示せず）は、焦点誤差検出装置を構成している。
【００６６】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００６７】
例えば、上記実施形態においては、焦点誤差検出用光学素子として、偏心シリンドリカルレンズを組み合わせたレンズ素子２８を例に挙げて説明したが、本発明はこの例には限定されず、他の構成の焦点誤差検出用光学素子、例えば、第１ホログラム素子等であってもよい。要は、戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離し、第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とするとともに、第２光路の光に第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする焦点誤差検出用光学素子であれば、どのような構成のものであってもよいのである。
【００６８】
また、第１実施形態では、図１のように、レンズ素子８が光検出部９の手前に配置されているが、レンズ素子８と同様の機能を有し偏光作用を有する偏光レンズ素子を、ミラー５と１／４波長板６の間に設けてもよい。
【００６９】
また、図３に示す第１ディテクタ４１と第２ディテクタ４２は、他の構成であってもよい。例えば、分割線６２と６３を同じ長さだけ互いに近づけ又は離してもよい。この際、分割線６５と６６も同様に接近又は離反させる。あるいは、分割線６２、６３がなす第１の分割角度θ１を同じ角度だけ増減させてもよい。この場合、分割線６２、６３はつねに平行状態を保持させるようにする。また、この際、分割線６５、６６がなす第２の分割角度θ２も同様に増減させる。
【００７０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、光ディスクからの戻り光を２光路に分割するとともに、各分割光路の光に所定の非点収差を付与するとともに、稲妻状をなす分割線により４分割された受光部を有する２つの光検出器を用いるようにしたので、トラック横切りノイズや光ディスク厚み誤差の影響を受けにくく、３ビーム方式やＤＰＤ方式との併用が可能であり、非合焦検出の感度が高く、光ピックアップの小型化も可能である、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である光ピックアップの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態の光ピックアップにおけるレンズ素子の構成と作用を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける第１ディテクタ及び第２ディテクタの構成と作用を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点位置変化時の作用を説明する図である。
【図５】本発明の一施形態の光ピックアップにおける光検出部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ
２ グレーティング
３ ビームスプリッタ
４ コリメータレンズ
５ ミラー
６ １／４波長板
７ 対物レンズ
８ レンズ素子
９ 光検出部
３１ 第１レンズ部
３２ 第２レンズ部
３３ 第３レンズ部
３４ 第４レンズ部
４１ 第１ディテクタ
４２ 第２ディテクタ
４３ 第３ディテクタ
４４ 第４ディテクタ
４５ 本来の光軸
６１〜６６ ディテクタ分割線
１００ 光ピックアップ
Ａ１〜Ａ４ 第１受光部
Ｂ１〜Ｂ４ 第２受光部
Ｌ レーザ光
Ｐ１ 第１光路
Ｐ２ 第２光路
Claims (7)
- 光源から出射された出射光により光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込み、又は前記光源から出射され前記光ディスクの情報記録面で反射されて戻った戻り光から前記光ディスク記録情報を読み取る光ピックアップにおいて前記出射光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出装置であって、
前記戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離し、前記第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とするとともに、前記第２光路の光に前記第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする焦点誤差検出用光学素子と、
受光領域が４分割されて形成された台形状の４つの第１受光部を有するとともに前記第 1 処理光において、第１象限領域及び第３象限領域に存在していた光をそれぞれ独立に受光して検出する第 1 光検出器と、
受光領域が４分割されて形成された他の台形状の４つの第２受光部を有するとともに前記第２処理光において、第２象限領域及び第４象限領域に存在していた光をそれぞれ独立に受光して検出する第２光検出器と、
前記第１受光部の４つの部分が受光した各光の強度と前記第２受光部の４つの部分が受光した各光の強度に所定の演算を行い焦点誤差判別値を出力する焦点誤差判別値演算手段
を備えることを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出装置。 - 請求項１記載の光ピックアップの焦点誤差検出装置において、前記焦点誤差検出用光学素子は、前記光軸垂直面上の第１象限領域及び第３象限領域にそれぞれ配置されるとともに第１の方向を長軸とする偏心シリンドリカルレンズと、前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域にそれぞれ配置されるとともに前記第１の方向に対し９０度の方向を長軸とする偏心シリンドリカルレンズを有して構成されることを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出装置。
- 請求項１記載の光ピックアップの焦点誤差検出装置において、前記第１光検出器の受光領域は４５度傾斜した第１の正方形状に形成され、前記第１の正方形の一辺に平行となるとともに前記第１の正方形を２つの長方形に等分割する第１の等分割線と、前記第１の等分割線に対して第１の分割角度をなす２つの平行分割線によって分割され、前記第２光検出器の受光領域は４５度傾斜した第２の正方形状に形成されるとともに前記第１の正方形と一辺を共有するように配置され、前記第１の等分割線に垂直となるとともに前記第２の正方形を２つの長方形に等分割する第２の等分割線と、前記第２の等分割線に対して第２の分割角度をなす２つの平行分割線によって分割されることを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出装置。
- 請求項１記載の光ピックアップの焦点誤差検出装置において、前記第１光検出器及び第２光検出器の側方に、＋１次サブビーム用の第３光検出器と、−１次サブビーム用の第４光検出器を備え、３ビーム方式による制御を行うことを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出装置。
- 請求項１記載の光ピックアップの焦点誤差検出装置において、ＤＰＤ方式による制御を行うことを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出装置。
- 請求項３記載の光ピックアップの焦点誤差検出装置において、前記第１の等分割線に対して第１の分割角度をなす２つの平行分割線と前記第２の等分割線に対して第２の分割角度をなす２つの平行分割線は、それぞれラジアル方向に略平行であることを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出装置。
- 光源から出射された出射光により光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込み、又は前記光源から出射され前記光ディスクの情報記録面で反射されて戻った戻り光から前記光ディスク記録情報を読み取る光ピックアップにおいて前記出射光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出方法であって、
前記戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離し、前記第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とするとともに、前記第２光路の光に前記第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする焦点誤差検出用光学素子と、
受光領域が４分割されて形成された台形状の４つの第１受光部を有するとともに前記第 1 処理光において、第１象限領域及び第３象限領域に存在していた光をそれぞれ独立に受光して検出する第 1 光検出器と、
受光領域が４分割されて形成された他の台形状の４つの第２受光部を有するとともに前記第２処理光において、第２象限領域及び第４象限領域に存在していた光をそれぞれ独立に受光して検出する第２光検出器と設け、前記第１受光部の４つの部分が受光した各光の強度と前記第２受光部の４つの部分が受光した各光の強度に所定の演算を行い焦点誤差判別値を出力することを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出方法。
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