JP3984970B2 - 光ディスク装置、情報再生方法または記録方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスク装置に属し、特に高密度光記録の再に必要となる球面収差の検出、およびその補正手段を有する光ディスク装置及びその装置を用いた情報再生方法、記録方法に関する。

民生用光ディスクは、１２０ｍｍサイズのディスク片面６５０ＭＢのＣＤから、４．７ＧＢのＤＶＤ、さらに最近になって２３ＧＢのＢｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ（ＢＤ）へと大容量化されつつある。これによりＤＶＤはＮＴＳＣ画質の動画像を約２時間収録できるのに対して、ＢＤでは同じ２時間の録画をデジタルハイビジョン画質で収録可能とする。これらを実現しているのは、主に使用する半導体レーザの短波長化と、用いる対物レンズの高開口数（ＮＡ）化である。レーザの波長はＣＤが赤外の７８０ｎｍ、ＤＶＤが赤色の６５０ｎｍ、ＢＤでは一気に青紫色の４０５ｎｍへ短波長化されている。同様にＮＡはＣＤで０．４５、ＤＶＤで０．６、ＢＤで０．８５まで高分解能化された。集光するスポットサイズは波長をλとするとλ／ＮＡに比例するので、それを２乗したスポット面積の逆数比で比較すると、ＣＤに対してＤＶＤは２．６倍、ＤＶＤに対してＢＤは４．２倍の大容量化が可能である。実際にはＤＶＤはＣＤの７倍、ＢＤはＤＶＤの４．９倍の容量になっているが、不足分はエラー訂正などの信号処理技術により補われている。

このような大容量化のために、対物レンズの高ＮＡ化が行なわれると、副作用も起こる。それが収差の発生である。収差はいわゆるスポットのボケによる集光スポットの劣化、スポットサイズの増大であり、記録再生する信号の品質を劣化させる。対物レンズは、一定の集光条件のもとに最適に集光するように設計されており、実際の集光状態がその条件からずれた場合に収差の発生につながる。たとえばその条件は、ディスクの傾きや、ディスクの基板やカバー層の厚さである。もちろんディスクの傾きは０の状態が最適に集光できるが、傾きが０からずれた場合には傾き角や、基板の厚さにほぼ比例してコマ収差と呼ばれる収差が発生する。またディスクの基板の厚さや、カバー層の厚さが所定の最適値からずれていた場合には厚さずれに比例した球面収差と呼ばれる収差が発生する。そしてこれらの収差の発生において、ＮＡが大きいほど、その感度が増大する。コマ収差はＮＡの３乗、球面収差はＮＡの４乗に比例して増大する。つまり一般にＮＡが大きいほど、ディスクの傾きや厚さずれの許容範囲が狭くなる。

そこで収差の発生を部分的に軽減するために、ＤＶＤやＢＤへの高ＮＡ化では、ディスク基板の厚さを薄くしている。ＣＤでは１．２ｍｍの厚さであった基板をＤＶＤでは０．６ｍｍとし、ＢＤでは０．１ｍｍとしている。（ただし実際には０．１ｍｍではディスクの支持部材とはならないので、ＤＶＤやＣＤのように基板裏面から基板越しに記録膜に集光するのでなく、１．１ｍｍ厚の基板の記録膜面側にコーティングされた０．１ｍｍ厚のカバー層を透して集光する。）これによりコマ収差を発生させるディスク傾きの許容値はＢＤ、ＤＶＤともにＣＤ以来ほとんど同程度に維持されている。ところが、基板厚さずれによる球面収差は、もとの基板厚さには無関係に、最適な基板厚からの誤差に比例して発生するため、ＮＡの増大がそのまま基板厚誤差の許容範囲の狭窄につながっている。このためＤＶＤでは基板厚ずれの許容範囲が３０μｍであったのに対してＢＤでは３μｍと、ほぼ１／１０となっている。したがって記録膜が１層のＢＤ場合には、カバー層の厚さ誤差が３μｍ以内となるようにディスクを製造することが必要となるが、これは製造技術の進歩により可能な見通しである。しかし大容量化のために記録層を２０μｍ以上の層間隔をとって２層化する２層ディスクの場合には、第１層と第２層の切り替え時に層間隔分の厚みによって発生する球面収差変化を補正する必要がある。また、さらに層間膜を樹脂のスピンコーティングで塗布する場合に発生する塗布むらや、フィルムの貼り付けによって形成する場合の接着層の厚みむらなどに起因する層間隔の誤差を補正することが必要となる。

球面収差を検出して補正するための従来の技術は、たとえばＷＯ２００２／０２１５２０ （PCT出願/JP01/007422号、特許文献１）に記載されている。ここでは球面収差の検出方法として２種類の方法が示されている。１つは焦点検出を検出光束の光軸付近の光束と周辺部の光束に分けて別々に行い、それぞれの焦点位置のずれから検出するというものである。球面収差の本質は、光軸に近い光線と、遠い光線で焦点の位置が光軸方向に前後にずれることであり、これはそれを直接検出するというものである。この方法は焦点ずれ信号がリアルタイムに検出できるのと同様に、リアルタイムに球面収差の信号が検出できるので、ダイナミックなサーボ補償も実現できるという特徴がある。

第２の方法はプッシュプル法と呼ばれる検出方法によるトラッキング誤差信号（以下プッシュプル信号と呼ぶ）の最大振幅を与える焦点位置が、球面収差の値によって変化する現象を用いるものである。この方法も上記の従来例に記載されている。プッシュプル法によるトラッキング誤差信号検出では、ディスク上に周期的に形成された案内溝により、ディスクからの反射光が０次光と±１次回折光に分離し、これらが相互に干渉してトラッキング誤差に応じて干渉強度が変化する効果を利用する。すなわち、＋１次光と０次光の干渉強度と、−１次光と０次光の干渉強度を２分割光検出器で別々に受光し、その差動出力からトラッキング誤差信号を得る。光スポットがちょうどトラック上に位置している場合には、これらがバランスし、誤差信号は０となる。

また第３の方法が特開２００１−３５１２５５に記載されている。ここでは上記の最良像点の前後に焦点位置をずらした場合のプッシュプル信号を同時に得るために、ディスクに入射させる光を３ビームとし、２つのサブビームにあらかじめ最良像点前後の焦点ずれを与えておく方法が述べられている。さらにこれらのサブビームをディスク上の案内溝の周期の１／４だけメインビームからずらすか、実効的に同等の効果が得られるような回折格子を用いて、メインビームがトラック上に配置されたときに、２つのサブビームからのプッシュプル信号が最大値と最小値を与えるように配置しておく。これにより、トラッキング時には、球面収差の信号をサブビームのプッシュプル信号の差から求めることが可能となる。

差動プッシュプル法については例えば特開平１１−２９６８７５号に記載されている。プッシュプル法によるトラッキング検出は、１つの光スポットから簡便に、連続的なトラッキング信号を検出できる特長がある。しかしトラッキング制御に伴って入射する光に対して対物レンズがディスク半径方向に動く場合に、検出器上の光スポットも連動して動くことによってオフセットが発生する欠点がある。それに対して本従来例においては、ディスク上に３つの集光スポットを集光し、中心のメインスポットに対して、両側の２つのサブスポットをディスクの半径方向に、案内溝の周期の１／２だけずらして配置させる。これによってメインスポットに対して極性が１８０°反転したトラッキング信号をサブスポットから得ることができる。オフセットはメインスポットとサブスポットで同じ極性で発生するため、メインスポットのトラッキング信号とサブスポットのトラッキング信号の差動演算を行うことにより、オフセットのキャンセルされたトラッキング信号の検出が可能となる。

ＷＯ２００２／０２１５２０

特開２００１−３５１２５５号 特開平１１−２９６８７５号

しかし、上記特許文献１のプッシュプル法では、リアルタイムな信号検出ができないため、球面収差の値を学習し、少なくとも学習した領域の近傍では球面収差の制御値をその値に固定して記録再生を行う必要があり、制御精度が低下する恐れがある。
一方、特開２００１−３５１２５５の方法は、プッシュプル信号からリアルタイムな球面収差の信号が得られる特長があるが、まずトラッキングをかけないと球面収差が得られないこと、またサブビームのプッシュプル信号はメインビームとは位相が９０度しかずれていないため、対物レンズの移動にともなうプッシュプル信号のオフセットをキャンセルする差動プッシュプル信号を同時に得ることができないことが欠点となる。

また、差動プッシュプル法は非常にすぐれたトラッキング検出方式であるため、球面収差の検出と同時に差動プッシュプル法によるトラッキング誤差信号検出を行うことが望ましい。
本願発明の目的は、トラッキング時のレンズ移動に伴うオフセットの発生のない差動プッシュプル信号を得るのと同時に、光検出器の調整の容易なプッシュプル信号からの球面収差の信号検出を、できるだけリアルタイムで行なうことにある。

まず、本願の構成を説明するまえに、本願発明者らの検討結果を説明する。上記WO0221520 A1の第２の方法の原理について、即ち、プッシュプル信号の最大振幅を与える焦点位置が、球面収差によって変化する理由について以下に説明する。球面収差のある波面収差の関数は

で与えられる。ここでＷ４０は球面収差の波面収差係数、Ｗ２０は近軸焦点位置を基準としたときの焦点ずれの波面収差係数である。ρは対物レンズの絞り面において半径を１で規格化した半径座標である。このような波面収差があった場合の最良像点（最適な焦点位置）は２乗平均平方根波面収差（Root Mean Square波面収差: RMS波面収差）が最小となる位置である。この式の２乗平均と平均値の２乗が

であることから、ＲＭＳ波面収差は、

で与えられる。これが焦点ずれの収差係数に対して最小となる条件、

から、焦点ずれの波面収差係数は

のように、球面収差の波面収差係数と絶対値は同じで逆符号の値となる。この係数から実際の焦点ずれδが、

で与えられる。ここでプッシュプル信号を与える干渉強度はこのような波面収差を持った波面が、案内溝による光の回折効果を受けて０次光と±１次回折光に分離し、互いにずれて重なりあうことによって得られる。重なりあった波面の位相差分布が、収差によって一様でなくなることにより、プッシュプル信号の振幅が低下する。このずれ量を±１次回折光それぞれについて±Δｘとするとき、２つの波面の位相差は、

で近似できる。ここに球面収差のある波面収差を代入すると、極座標のρをｘｙ座標に置き換えて表すと、

のように表すことができる。プッシュプル信号の振幅が最大となる焦点位置はこの位相差のＲＭＳ値が焦点ずれによって極小となる位置と近似することができるので、上記と同様に２乗平均と平均値の２乗を求めると

となるので、ＲＭＳ値は

で与えられ、これを極小とする焦点ずれの波面収差が

を満たす条件から、焦点ずれの波面収差の値が

のように求められる。したがって球面収差のある波面の最良像点における焦点すれの波面収差値と、プッシュプル信号を最大とする焦点ずれの波面収差値のずれが、

で与えられることから、この波面収差に対応する焦点ずれ量としては

となる。すなわち球面収差が存在する場合に、プッシュプル信号を最大とする焦点位置は、球面収差の波面収差係数に比例してずれることになる。この現象を用いて上記従来例においては最良像点の前後位置に焦点位置をずらした場合のプッシュプル信号を検出し、これらの差動信号を得ることによって球面収差にほぼ比例した信号を得ることが述べられている。本方法の特徴は光検出器と光学系は従来の構成のまま、焦点位置をずらす調整フローを導入するだけで球面収差の検出が可能となる点である。しかし、この方法では、上述のように、リアルタイムな信号検出ができない。

そこで、上記課題を解決するための第１の手段として、以下の構成とする。
光源と、その光源からの光を、第１のビームと、前記第１のビームに対してデフォーカスされた第２のビームとしてともに媒体に向けて集光して照射する光学系と、前記媒体からの反射光を検出する光検出器と、前記第１のビームからの第１のプッシュプル信号振幅と、前記第２のビームからの第２のプッシュプル信号振幅を検出し、前記第１のプッシュプル信号振幅と前記第２のプッシュプル信号振幅から球面収差信号を生成する手段と、前記球面収差信号に基づいて、球面収差を補償する補償手段と、トラッキング制御がＯＦＦの間に前記球面収差信号の検出と、前記補償手段による球面収差の補償を開始し、トラッキング制御がＯＮの間は前記球面収差信号の検出をホールドするように制御する制御手段とを用いる。このようにすることで、トラッキング制御がＯＦＦの間に球面収差信号の検出を行え、また、トラッキング制御がONの時は球面収差信号の検出がホールドされているので、差動プッシュプル信号を、同時に得ることができる。なお、この構成によれば、従来の検出系をそのまま利用することができるので、あえて検出器パターンを従来と変更する必要もない。

このとき、それぞれのビームのデフォーカス量が、プッシュプル信号を読み取れる程度のデフォーカス量としておく。これはＮＡ０．８５で±０．４μｍ程度、λ＝０．４０５μｍの場合、デフォーカスの波面収差係数Ｗ２０で、約０．３６λ程度である。このとき、たとえば第１のビームは＋０．４μｍ、第２のビームは−０．４μｍというように、最良像点に対して前後にデフォーカスさせる。
図１はＮＡ０．８５、波長０．４０５μｍ、トラックピッチ０．３２μｍにおけるプッシュプル信号のデフォーカス特性の計算結果である。すでに説明したようにカバー層厚ずれにより球面収差の値が変化すると、ピークの位置がずれていることがわかる。ここでプッシュプル信号が読み取れる限界のデフォーカス量は、カバー層厚によらず、プッシュプル信号が最大となるデフォーカス量に対してほぼ±１μｍの範囲となっている。

図２は図１から求められた球面収差の検出信号である。ここでは２つのビームのデフォーカス量を±０．１μｍから、０．１μｍ刻みに±０．６μｍまで６通りに変えて求めている。それぞれカバー層厚ずれ±１０μｍの範囲でほぼカバー層厚ずれに比例した検出信号が得られていることがわかる。ここで検出感度はデフォーカス量±０．４μｍでほぼ飽和し、±０．５μｍからはカバー層厚ずれ検出範囲が±１０μｍ以下に狭くなっている。これは図１において、たとえばカバー層厚ずれが１０μｍあるとデフォーカス量がー０．５μｍでプッシュプル信号振幅がほぼ０となることによる。したがってNA０．８５、波長０．４０５μｍではデフォーカス量は±略０．４μｍが最適となる。

ここでカバー層厚ずれ検出範囲が±１０μｍ程度のため、これは２層ディスクの層間隔に比べるとやや狭い。従って、２層以上の多層媒体のときには、層間ジャンプにおいて補償誤差が±１０μｍ以内程度となるように、層間隔分の球面収差の補償値を概略的に切り替えて、その後の補償残差を検出して補償すればよい。
このようにして検出した球面収差信号を用いて補償素子を駆動することにより、集光スポットの球面収差を良好に補償することが可能となる。

また第２の手段としては、前記第１の手段において、第１、第２のビームは、前記所定の層に集光するメインビームに対して前後にデフォーカスされた第１，第２のサブビームであることを特徴とする。メインビームは所定の層に集光させ、前後にデフォーカスされた２つのサブビームをディスク上の案内溝の周期の略１／２だけメインビームからずらして配置しておくことにより、メインビームからのプッシュプル信号と、２つのサブビームのプッシュプル信号の極性を反転させることができる。差動プッシュプル法を用いてこれらの信号の差動信号をとることにより、トラッキングサーボがＯＮの状態でディスク偏心に追随して対物レンズが動いても、トラッキング信号にオフセットが発生しないようにすることができる。このとき、サブビームはメインビームに比べてデフォーカスにより振幅が低下しているため、メインビームに対する振幅低下分を補償するような、適切な増幅ゲインで増幅することが必要である。

また第３の手段としては、前記第１の手段において、デフォーカスされたサブビームを、曲線回折格子によって形成する。曲線回折格子は、同心円状に配置され、そのピッチが周辺にほど細かくなる、いわゆるフレネルゾーンプレートを、中心をずらしてカットしたものであり、フレネルゾーンプレートの効果として回折ビームにレンズ作用を与えることができる。このレンズ作用は＋１次回折光と、−１次回折光で方向が逆向きとなり、＋１次回折光に凸レンズ作用を与えると、−１次回折光には凹レンズ作用が加わる。逆に＋１次回折光に凹レンズ作用を与えると、−１次回折光には凸レンズ作用が加わる。これらの回折光により、回折しない０次光によって形成されるメインビームに対して、前後逆向きに同じ量だけ焦点ずれのあるサブビームが制御性よく形成される。

また第４の手段としては、第１の手段を方法にしたものであり、光源からの光を媒体の所定の層に焦点を合わせたメインビームと、メインビームの前後にデフォーカスされた第１、第２のサブビームを照射し、前記媒体の反射光から、前記第１または第２のサブビームからの第１の信号振幅と、前記メインビームからの第２の信号振幅を検出し、トラッキング制御がＯＦＦのときに、前記第１の信号振幅と前記第２の信号振幅による、球面収差信号の検出を開始し、トラッキング制御がＯＮときに、前記トラッキング制御ＯＦＦの時に検出した球面収差信号に基づいて球面収差を補償する。

本発明により、トラッキング時のレンズ移動に伴うオフセットの発生のない差動プッシュプル信号を得るのと同時に球面収差の信号検出を行なうことができる。またそのためにサブビームにデフォーカスを予め与えておくことにより、サブビームのデフォーカス量が安定に与えられ、制御精度が向上する。

（第１の実施形態）
図３を用いて、本発明の第1の実施形態を説明する。半導体レーザ３０１からの光はコリメートレンズ３０２により平行光とされ、曲線回折格子３０３により、回折しないで直進する０次光と、曲線格子のレンズ作用によって０次光に対しやや収束気味の＋１次回折光と、やや発散気味のー１次回折光に分離される。ただし簡単のため、これらの回折光は曲線回折格子３０３を出た直後には図示されていない。次にこれらの光はビームスプリッタ３０４、球面収差補償素子３０５を透過し、立ち上げミラー３０６で反射されて、トラッキングアクチュエータ３０７に搭載された対物レンズ３０８により光ディスク３０９にメインビーム３１０、サブビーム３１１、３１２として集光される。２つのサブビームが曲線回折格子３０３による回折光の集光スポットであり、メインビームに比べ、焦点の位置が光軸に沿って前後方向にずれている。光ディスク３０９はスピンドルモータ３１３により回転させられる。

反射光はビームスプリッタ３０４を反射し、集光レンズ３１４、シリンドリカルレンズ３１５により光検出器３１６上に集光される。ここでディスク面上の３つのスポットに対応したスポットが分離して検出される。本実施例においては焦点ずれ信号検出のために非点収差法を用いているため、シリンドリカルレンズ３１５によって非点収差を発生させている。光検出器３１６からの信号はトラッキング信号検出回路３１７に入力され、メインビームと２つのサブビームのそれぞれのプッシュプル信号を生成する。このうち、２つのサブビームのプッシュプル信号は加算器３１８により加算され、増幅回路３１９によって増幅されて、差動増幅器３２０により、メインビームのプッシュプル信号との差をとることによって差動プッシュプル信号を得る。これはＣＰＵ３２１からのトラッキング制御信号によりスイッチング回路３２２を介してアクチュエータ３０７にフィードバックされる。２つのサブビームのプッシュプル信号は振幅検出回路３２３により、振幅に比例した電圧信号を出力し、差動増幅回路３２４で、それらの差をとって球面収差信号を出力する。

球面収差信号はＣＰＵ３２１からのＳＡ制御信号によりスイッチング回路３２５でＯＮ／ＯＦＦ制御され、それが同じくＣＰＵからのトラッキング制御信号により、サンプル、ホールド状態を切り替えるサンプルホールド回路３２６に入力される。サンプルホールド回路３２６を介した球面収差信号は、球面収差補償素子にフィードバックされる。これによって球面収差が補償される。ただし球面収差の検出ができるのは、プッシュプル信号が得られる間だけであり、トラッキング制御がされている状態では、球面収差の検出ができない。このためこの場合には直前のトラッキング制御されていないときの球面収差信号を、トラッキング制御がされている間にも固定値として球面収差補償素子３０５に与え続ける。これにより厳密にはリアルタイムな球面収差の制御ができないが、ディスクの内周と外周でのカバー層厚の違いや、２層ディスクの層間ジャンプ時の層間隔誤差については容易に補償が可能となる。図３においては焦点ずれ信号の検出回路などは簡単のため図示していないが、検出器３１６の出力信号から非点収差法による焦点ずれ信号検出を行ない、これを適当なゲインで増幅したのち、ＣＰＵ３２１からの制御により、アクチュエータ３０７にフィードバックする。

図4は曲線回折格子の一例である。ただし、簡単のため、実際よりもピッチを広く、曲線の曲率を大きくして表示している。図の例では、輪郭の正方形に内接する円が有効光束径として、対物レンズＮＡ０．８５の場合、ディスク面上のメインスポットに対するサブスポットのデフォーカス量が約８μｍ、メインスポットとサブスポットの間隔が約７μｍに相当する。したがって実際には例えばメインスポットとサブスポットの間隔を１５μｍ、デフォーカス量を０．５μｍとすれば、平均的な格子間隔が７／１５≒１／２、曲線の曲率が（７／８）／（１５／０．５）≒１／３４となる。したがって見かけ上はほとんど直線格子のように見える曲線格子となる。この場合の曲線回折格子を図５に示す。

図６はディスク面上の光スポットの配置を示す図である。ディスク上のメインスポット３１０に対して、ディスク上の案内溝６０１の周期Ｐの１／２だけディスク半径方向にずれてサブスポット３１１と３１２が配置されている。サブスポットはメインスポットに対して光軸方向に前後に若干デフォーカスされているため、スポットの大きさがやや大きくなっている。

図７は図３の光検出器３１６の検出パターンを示す図である。検出器上のメインスポット７０１、サブスポット７０２、７０３がそれぞれ、４分割光検出領域７０４、２分割光検出領域７０５、７０６に入射されている。メインスポット７０１、サブスポット７０２，７０３ともディスク上の案内溝による回折光が重なって干渉している様子を示している。本実施例においては焦点検出のために非点収差法を用いているため、ディスク面上のメインスポットが合焦点状態のとき、検出器上の光スポットは非点収差が生じた光スポットの最小錯乱円が照射されるように光学系が調整されている。干渉により生じる強度分布のアンバランスはメインビーム７０４とサブビーム７０２、７０３とでは逆方向となっている。すなわち図中、メインスポット７０４は上側領域が暗くなっているのに対して、２つのサブスポット７０２、７０３は下側領域が暗くなっている。このようなアンバランスはディスク上の集光スポットの位置がメインビームに対して２つのサブスポットがディスクの半径方向に、案内溝周期の半分だけずれて配置されていることによる。

４分割光検出領域７０４からの４つの出力信号Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４から図中に示されている演算式により焦点ずれ信号（ＡＦ）、再生信号（ＲＦ）を検出し、２分割光検出領域からの出力信号Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２と合わせて、差動プッシュプル法によりトラッキング誤差信号（ＴＲ）を検出する。このとき、メインビームとサブビームとの演算ゲインＧは、レンズ移動によるオフセットをキャンセルするようにメインビームの出力信号の総和を２つのサブビームの出力信号の総和で割った値とすればよい。ここで、USP6,400,664をインコーポレートする。なお、図７に示した光検出器パターンは、ＣＤ−Ｒなどに広く用いられている極めて一般的なものである。

図８は、焦点ずれ信号の検出結果である。半導体レーザの波長は４０５ｎｍ、発光角はディスク半径方向に８．５°、接線方向に２２°の半値全幅の方向を一致させた。コリメートレンズの焦点距離は１５ｍｍ、対物レンズの開口数は０．８５、有効光束径は３ｍｍである。検出レンズの焦点距離も１５ｍｍで、シリンドリカルレンズによる非点収差は検出系において非点格差０．４４ｍｍを発生させている。０次光のための４分割光検出器の大きさは一辺が１００μｍであり、分割の暗線の幅は約１０μｍである。縦軸は４つの受光部の出力の総和の信号で規格化して表示している。図中には実際の検出光の分布もそれぞれの焦点ずれにおいて図示している。写真の範囲が一辺が１００μｍであり、そのまま受光部の大きさに合わせてある。

図９はメインビームとサブビームのトラックずれに対する検出光分布を示す図である。メインビームはディスク上のメインスポットが焦点が合っている状態であり、２つのサブビームはディスク上でメインスポットの焦点のそれぞれ前後に０．１μｍ焦点ずれがある状態となっている。検出器上では非点収差法による焦点検出のために、非点収差が発生しており、２つの光スポットはそれぞれ左右４５°方向にやや引き伸ばされた形状となっている。これらがトラッキングずれに伴って強度分布が変化している。ディスクはトラックピッチ０．３２μｍである。それぞれトラッキングずれに伴ってスポットの上下のエッジで強度が変化していることがわかる。

図１０は球面収差の検出結果である。横軸はザイデルの球面収差の収差係数を示している。１．５λではディスクのカバー層厚誤差が約１１μｍに相当し、±１５μｍのカバー層厚ずれの範囲で良好に球面収差の信号が検出できていることがわかる。ただし光学系に非点収差が発生した場合には、その作用ずる方向がディスクの半径方向（０°方向）に一致している場合に、検出される球面収差の信号にオフセットが発生することがわかる。ただし、非点収差は検出系に対して固定的に発生する収差であって、一般にそれほど変化しないため、装置製造時において、基準ディスクを用いて０点をあらかじめ補正しておくことで、ディスクカバー層厚ずれの検出を精度よく行なうことが可能である。

図１１は球面収差が−１．５λ、レンズシフト−０．３ｍｍにおけるメインビームと２つのサブビームのトラッキング信号、およびこれらから演算によって求められた差動プッシュプル信号（図中ＤＰＰと表示）である。図１２は同様に球面収差、レンズシフトともに０の場合、図１３は球面収差が＋１．５λ、レンズシフト０．３ｍｍの場合である。レンズシフトがあると、その符号に応じた極性でメインビームとサブビームのトラッキング信号にオフセットが生じているが、それらから差動プッシュプル法の演算を行なうと、ほぼオフセットがキャンセルされる。同時に球面収差の符号によって２つのサブビームのトラッキング信号の振幅の大小が入れ替わっている。これによって図１０に示したように球面収差が検出される。

図１４は球面収差が０で、非点収差がある場合の、メインビームと２つのサブビームのトラッキング信号、および差動プッシュプル信号（ＤＰＰ）である。球面収差は０であるため、理想的には２つのサブビームのトラッキング信号の振幅が等しいはずであるが、非点収差によりアンバランスが生じている。これにより図１０の非点収差がディスク半径方向（０°）方向に０．１５λ存在する場合にオフセットが生じる。

図１５は図３の実施例における、球面収差補償のフローの概略を示す。装置の電源をＯＮとし、ディスクを回転させ、半導体レーザを点灯し、光ヘッドをディスクの最内周にある制御情報領域に移動させ、２層ディスクなどでは記録または再生する層をＣＰＵからの指令によって選択し、当該記録層に集光スポットのメインビームの焦点を合わせるように、フォーカスサーボをＯＮとする。これについては、ディスクの記録膜面の近傍で焦点位置を一方向に動かし、焦点ずれ信号が所定の方向で０レベルを通過するところで焦点制御をＯＮとする。このとき１層目に焦点を合わせるのであれば最初に所定の方向で０を横断するとき焦点制御をＯＮとし、２層目に焦点を合わせるのであれば、１回所定の方向で０を横断するのを待ってから２回目に所定の方向で０を横断するときに焦点制御をＯＮとする。次に焦点制御を行なっている状態でトラッキング信号の振幅をメインビームと２つのサブビームにおいて検出し、それらの差動信号をとることで、球面収差信号を検出する。トラッキング信号振幅の検出のためには通常のエンベロープ検出回路を用いればよい。

たとえばトラッキング信号を微分回路に通して、それが所定の傾きの符号で０を横断するタイミングでトラッキング信号をサンプリングし、微分信号が再び０を横断するたびにそれを更新すればよい。微分信号が０を横断する傾きの符号によって、上端のエンベロープか下端のエンベロープかを選ぶことができるので、それらを同時に検出して差動演算を行なうことにより、振幅の検出ができる。そのようにして得られた球面収差信号によって球面収差補償素子を駆動し、球面収差の制御を行なう。これによって球面収差信号が０となるように制御を行なう。その状態で光ヘッドを所定の目標トラックまで移動させ、球面収差信号をホールドしてから、トラッキングサーボをＯＮとし、信号再生を行なう。

（第２の実施形態）
図１６は図３の光検出器３１６の検出器パターンの第２の実施例である。ここでは２つのサブビームを受光する受光領域が４分割の受光領域１６０１、１６０２となっている。このようにすると焦点ずれ信号の演算において、２つのサブビームの焦点ずれ信号との加算を行なうことにより、メインスポットがディスクの案内溝を横断したときの焦点ずれ信号への外乱をキャンセルすることができる。このときメインビームに対して、サブビームはデフォーカスしているために、焦点ずれ信号の演算と差動プッシュプル信号の演算とで演算のゲインＧ１、Ｇ２が異なる。差動プッシュプルのゲインＧ２はほぼメインビームの強度に対する２つのサブビームの強度の和がバランスするようなゲインにするのが良く、焦点ずれ信号の外乱のキャンセルにはＧ２の約２倍とするのがよかった。

プッシュプル信号のデフォーカス特性の計算結果。 図１から求められる球面収差検出信号。 本発明の光学系の実施形態を示す図。 本発明で用いる曲線回折格子の設計例。 本発明で用いる曲線回折格子の別の設計例。 ディスク面上の光スポットの配置図。 光検出器パターン。 焦点ずれ信号の検出結果。 メインビームとサブビームのトラックずれに対する検出光分布。 球面収差の検出結果。 球面収差-1.5λとレンズシフト-0.3mmがある場合のトラッキング信号。 球面収差とレンズシフトがない場合のトラッキング信号。 球面収差1.5λとレンズシフト0.3mmがある場合のトラッキング信号。 非点収差がある場合のトラッキング信号。 球面収差補償のフロー図。 光検出器の受光パターンの第２の実施例。

符号の説明

３０１‥‥半導体レーザ、３０２‥‥コリメートレンズ、３０３‥‥曲線回折格子、３０４‥‥ビームスプリッタ、３０５‥‥球面収差補償素子、３０６‥‥立ち上げミラー、３０７‥‥トラッキングアクチュエータ、３０８‥‥対物レンズ、３０９‥‥光ディスク、３１０‥‥メインビーム、３１１、３１２‥‥サブビーム、３１３‥‥スピンドルモータ、３１４‥‥集光レンズ、３１５‥‥シリンドリカルレンズ、３１６‥‥光検出器、３１７‥‥トラッキング信号検出回路、３１８‥‥加算器、３１９‥‥増幅回路、３２０‥‥差動増幅器、３２１‥‥ＣＰＵ、３２２‥‥スイッチング回路、３２３‥‥振幅検出回路、３２４‥‥差動増幅回路、３２５‥‥スイッチング回路、３２６‥‥サンプルホールド回路、６０１‥‥案内溝、７０１‥‥検出器上のメインスポット、７０２、７０３‥‥検出器上のサブスポット、７０４‥‥４分割光検出領域、７０５、７０６‥‥２分割光検出領域、１６０１、１６０２‥‥サブビーム用４分割光検出領域。

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源からの光を、第１のビームと、前記第１のビームに対してデフォーカスされた第２のビームとして、共に媒体に向けて集光して照射する光学系と、
   前記媒体からの反射光を検出する光検出器と、
   前記第１のビームからの第１の信号振幅と、前記第２のビームからの第２の信号振幅を検出し、前記第１の信号振幅と前記第２の信号振幅から球面収差信号を生成する手段と、
   前記球面収差信号に基づいて、球面収差を補償する補償素子と、
   トラッキング制御がＯＦＦの時に前記球面収差信号の検出と前記補償素子による球面収差補償を行い、トラッキング制御をＯＮとするときに球面収差信号の検出をホールドして、差動プッシュプル法によりトラッキング誤差信号を検出する制御手段とを有することを特徴とする光ディスク装置。
2. 前記第２のビームは、前記媒体の所定の層に焦点を合わせた前記第１のビームに対して前後にデフォーカスされた第１，第２のサブビームであることを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
3. 前記第２のビームは、曲線回折格子によって形成されることを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
4. 前記第１，第２のサブビームは、前記媒体の案内溝の周期の略１／２だけ、前記第１のビームからずらして配置されることを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
5. 前記光検出器は、焦点ずれ信号と再生信号を検出する前記第１のビームを受光する４分割検出器と、トラッキング誤差信号を検出する前記第２のビームを受光する２分割検出器を含むことを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
6. 前記光検出器は、前記第１のビームを受光する第１の４分割検出器と、前記第１のサブビームを検出する第２の４分割検出器と、前記第２のサブビームを検出する第３の４分割検出器を含み、
   前記第１のサブビームの焦点ずれ信号と、前記第２のサブビームの焦点ずれ信号との加算を行う演算手段を更に有することを特徴とする請求項２記載の光ディスク装置。
7. 前記デフォーカスの量は、±略０．４μｍであることを特徴とする請求項２記載の光ディスク装置。
8. 光源からの光を媒体の所定の層に焦点を合わせたメインビームと、前記メインビームの前後にデフォーカスされた第１，第２のサブビームを照射し、
   前記媒体の反射光から、前記第１、または第２のサブビームからの第１の信号振幅と、前記メインビームからの第２の信号振幅を検出し、
   トラッキング制御がＯＦＦのときに、前記第１の信号振幅と前記第２の信号振幅による、球面収差信号の検出を行い、トラッキング制御をＯＮとするときに、前記球面収差信号をホールドして、その値に基づいて球面収差を補償して、差動プッシュプル法によりトラッキング誤差信号を検出し、前記媒体に記録された情報を再生または前記媒体に情報を記録することを特徴とする情報再生方法または記録方法。