JP4006904B2 - 光ヘッド、光検出素子、光情報記録再生装置および焦点誤差検出方法 - Google Patents
光ヘッド、光検出素子、光情報記録再生装置および焦点誤差検出方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体に対して光による情報の記録または再生の少なくとも一方を行うのに用いられる光ヘッドおよびそのような光ヘッドを用いて構成される光情報記録再生装置、ならびに記録媒体に集光する光の焦点ずれを検出するための焦点誤差検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスク等の光情報記録媒体を用いて、光学的に情報の記録と再生の少なくとも一方を行う光情報記録再生装置が種々実用化されている。中でも、光ディスクを記録媒体とする光ディスク装置の普及が著しく、その高記録密度化が進められている。例えば、再生専用の光ディスク装置としては、既に、記録容量約６５０ＭＢのＣＤ（Compact Disk）−ＲＯＭ（Read Only Memory）と同じサイズ（直径１２０ｍｍ）のディスクを用いて、記録容量を約７倍の４．７ＧＢに高めたＤＶＤを再生可能なＤＶＤ装置が実用化されている。
【０００３】
一般に、光ディスクにおいては、透明基板上に記録面が形成されており、対物レンズを経て光ディスクに照射された記録用または再生用の光が透明基板を経て記録面上で集光されるようになっている。トラッキングエラーの検出は、例えばＤＶＤ装置では、十文字格子により４分割された受光部（田の字４分割型受光部）を用いた差動位相差法（ＤＰＤ法）が採用されている。一方、記録面におけるビームスポットが最小となるようにするために、フォーカスエラー検出を行うが、その検出方法としては、トラッキングエラー検出に用いる受光部と同じ受光部を利用できる方法である非点収差法が採用されることが多い。
【０００４】
ＣＤ装置では、対物レンズのＮＡ（開口数）を０．４５としているが、ＤＶＤ装置では、記録密度をより高くするために、対物レンズのＮＡ（開口数）を０．６０と高くしている。一般にＮＡを大きくすると、ディスクが傾いたときの収差（主にコマ収差）が増加し、再生信号が劣化してしまう。この収差は、通常、ＮＡの３乗および基板の厚みにほぼ比例することから、ＤＶＤでは、この収差を改善するために、ディスクの厚みを、ＣＤ（＝１．２ｍｍ）の半分の０．６ｍｍにしている。
【０００５】
ＤＶＤはＣＤの後継を担う光ディスクとして期待されており、ＤＶＤ装置によってＣＤをも再生できるようにすることが望まれている。しかし、より高密度のＤＶＤの再生用に最適化された対物レンズを含む光学系によってＣＤを再生しようとすると、基板の厚みの違いによって、球面収差が生じ、良好な再生信号が得られない。
【０００６】
また、ＤＶＤ装置には、さらに、ライトワンス型ＣＤであるＣＤ−Ｒ（追記型ＣＤ）の再生もできるようにすることが望まれているのが現状である。ところが、ＣＤ−Ｒは、通常、比較的長波長の光に感度をもつ色素を材料として構成されているため、ＤＶＤ装置で用いられている６５０ｎｍの光を発する光源によってＣＤ−Ｒを再生するのは困難である。そこで、ＣＤ−Ｒをも再生可能なＤＶＤ−ＲＯＭ再生装置やＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ再生装置においては、６５０ｎｍの光を発する光源と７８０ｎｍの光を発する光源の２種類の光源を用い、基板厚の差による信号劣化をも抑制するように工夫された光ヘッド（光ピックアップ）が採用されるに至っている。以下、ＤＶＤ−ＲＯＭのみならずＣＤおよびＣＤ−Ｒをも再生可能なＤＶＤ−ＲＯＭ装置に用いられる光ヘッドについて説明する。なお、以下の説明では、ＣＤおよびＣＤ−Ｒを併せて単にＣＤと表記するものとし、ＤＶＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏを単にＤＶＤと表記するものとする。
【０００７】
図２４は、ＤＶＤおよびＣＤを再生可能なＤＶＤ装置の光ヘッドに使用される光検出素子の平面構造を表すものである。
【０００８】
まず、光検出素子について説明する。図２４に示したように、光検出素子１９は、基板１９１と、基板１９１の中央領域に配置されたメインスポット用受光部１９２と、メインスポット用受光部１９２の両側に等間隔に配置された２つのサイドスポット用受光部１９３，１９４とを備えている。メインスポット用受光部１９２は、全体として矩形形状を有すると共に、十文字型の分割線によってほぼ同形の４つの受光領域１９２Ａ，１９２Ｂ，１９２Ｃ，１９２Ｄに分割されている。サイドスポット用受光部１９３，１９４は、それぞれ、分割のない単一領域からなっている。
【０００９】
ＣＤ再生時においては、図示しないＣＤ用光源から出射された光ビームは、回折光学系（図示せず）により３本のビームに分離され、対物レンズにより記録媒体であるＣＤの記録面上にそれぞれ集光される。ＣＤの記録面で反射した３本の光ビームは、図２４に示したように、光検出素子１９のメインスポット用受光部１９２およびサイドスポット用受光部１９３，１９４の各中央部にそれぞれ入射し、ビームスポット１９６〜１９８を形成するようになっている。
【００１０】
一方、ＤＶＤ再生時においては、図示しないＤＶＤ用光源から出射された光ビームは、対物レンズにより記録媒体であるＤＶＤの記録面上に集光される。ＤＶＤの記録面で反射した光ビームは、所定の光学系を経て、光検出素子１９のメインスポット用受光部１９２の中央部に入射し、ビームスポット１９６を形成するようになっている。ここで、ビームスポット１９６の中心は、メインスポット用受光部１９２の中心（すなわち、４つの受光領域１９２Ａ，１９２Ｂ，１９２Ｃ，１９２Ｄが交わる点）とほぼ一致するように調整される。なお、図２４では、メインスポット用受光部１９２のビームスポット１９６がほぼ円形となっている状態、すなわち、光ヘッドが合焦状態にある場合を示している。なお、ここにいう合焦状態とは、対物レンズにより集光された光ビームが記録媒体の記録面上で最小スポットを形成している状態をいう。光ヘッドが合焦状態からはずれると、メインスポット用受光部１９２のビームスポット１９６は、図２５（Ａ）に示したように、メインスポット用受光部１９２の左上４５度から右下４５度の方向を長軸とする楕円形、または同図（Ｂ）に示したように、右上４５度から左下４５度の方向を長軸とする楕円形に変化するようになっている。なお、図２５は、光検出素子１９のメインスポット用受光部１９２のみを拡大して表したものである。
【００１１】
ここで、メインスポット用受光部１９２の４つの受光領域１９２Ａ，１９２Ｂ，１９２Ｃ，１９２Ｄから出力される受光信号を、それぞれ、ａ，ｂ，ｃ，ｄとし、サイドスポット用受光部１９３，１９４から出力される受光信号を、それぞれ、ｅ，ｆとすると、フォーカス引込信号ＦＰＩおよび再生信号ＲＦ、フォーカエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥは、それぞれ、次の（１）〜（４）式のように表される。なお、フォーカス引込信号ＦＰＩは、フォーカスエラー信号ＦＥに基づいてフォーカス制御を行う範囲を制限するために用いられる信号であり、例えば、所定のローパスフィルタ（図示せず）を用いて再生信号ＲＦの高周波成分を除去することにより得られる。
【００１２】
フォーカス引込信号ＦＰＩ＝再生信号ＲＦ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ …（１）
フォーカスエラー信号ＦＥ＝（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ） …（２）
トラッキングエラー信号ＴＥ＝（ａ＋ｃ）と（ｂ＋ｄ）との位相差 …（３）
または
トラッキングエラー信号ＴＥ＝ｅ−ｆ …（４）
【００１３】
ここで、（２）式に示したフォーカスエラー信号ＦＥは、非点収差法によるフォーカスエラー検出に用いられるものである。上記したように、ＤＶＤの再生時、図２４に示した光検出素子１９においては、メインスポット用受光部１９２のビームスポット１９６の形状が、合焦の程度に応じて円形となったり、長軸の方向が互いに異なる方向をなす様々な楕円形となったりする。これに応じて、（２）式より得られるフォーカスエラー信号ＦＥは変化する。より具体的には、合焦状態においては、メインスポット用受光部１９２の受光領域１９２Ａ，１９２Ｂ，１９２Ｃ，１９２Ｄのそれぞれからの出力信号はほぼ等しくなるため、フォーカスエラー信号ＦＥはほぼゼロとなる。また、合焦状態でないときには、ビームスポット１９６が楕円形となることから、メインスポット用受光部１９２における一方の対角線方向の受光領域１９２Ａ，１９２Ｃからの出力信号の和（ａ＋ｃ）と、他方の対角線方向の受光領域１９２Ｂ，１９２Ｄからの出力信号の和（ｂ＋ｄ）との間に差が生じる。この場合、両者の差の符号は焦点ずれ（デフォーカス）の方向に依存し、差の絶対値は焦点ずれの量に依存する。したがって、このフォーカスエラー信号ＦＥが零となるように対物レンズの移動制御を行うことにより、最良のフォーカシング状態が維持される。
【００１４】
なお、トラッキングサーボの方法は、ＤＶＤの再生の場合とＣＤの再生の場合とで異なる。すなわち、ＤＶＤの再生の場合には、フォーカスサーボのための非点収差法で用いている中央のメインスポット用受光部１９２の各受光領域１９２Ａ，１９２Ｂ，１９２Ｃ，１９２Ｄから出力される信号を利用して、（３）式に示した（ａ＋ｃ）と（ｂ＋ｄ）との位相差を求め、この位相差をトラッキングエラー信号ＴＥとして用いる。一方、ＣＤの再生の場合には、３スポット法によってトラッキングサーボを行う。この３スポット法では、回折格子等によりディスクへの照射光を０次光および±１次光の３本の光ビームに分離して、各光ビームをメインスポット用受光部１９２およびサイドスポット用受光部１９３，１９４の合計３つの受光部でそれぞれ受光し、トラッキングエラー信号ＴＥとして、（４）式に示した（ｅ−ｆ）を用いる。
【００１５】
上記のような光ヘッドに使用される対物レンズは、例えば図３に示したような構造を有している。なお、この図では、説明の便宜上、ＣＤの断面とＤＶＤの断面とを半分ずつ並べて図示している。この図に示したように、対物レンズ２７は、ＮＡが０．３８〜０．４４付近の領域に、周囲よりも窪んだ輪帯状の基板厚補正部２７Ａを有している。基板厚補正部２７Ａよりも内側の中央領域２７Ｂと、基板厚補正部２７Ａよりも外側の周辺領域２７Ｃとは、ＤＶＤ−ＲＯＭの基材厚（０．６ｍｍ）に対して最適な面形状となるように形成されている。一方、基材厚補正部２７Ａは、ＣＤの基材厚（１．２ｍｍ）に対して最適な面形状になるように設計され、ＣＤ再生時の収差を補正し得るようになっている。このような構造の対物レンズ２７は、図示しないレンズ駆動用コイルを備えたアクチュエータにより、ディスク面と直交する方向に駆動されるようになっている。
【００１６】
図３の対物レンズ２７を用いてＣＤを再生しようとした場合の波面収差は、例えば図４に示したようになる。この図で、横軸は対物レンズのＮＡを示し、縦軸は球面収差（単位ｍｍ）を示す。この図に示したように、対物レンズ２７を用いてＣＤを再生する場合の波面収差は、比較的球面収差の少ない近軸領域と、ＣＤ用に設計された輪帯領域（基材厚補正部２７Ａ）とが合成されて、実使用上問題のない程度に低減されている。また、ＮＡ０．４４以上の外周部は球面収差が大きいため、拡散して、非点収差法によるフォーカスエラー検出において通常用いられるような小さなサイズのメインスポット用受光部１９２（図２４）には入射しない。
【００１７】
一方、ＤＶＤの再生時においては、輪帯領域（基材厚補正部１２７Ａ）を通過した光は拡散してしまい、メインスポット用受光部１９２には収束しない。このため、ＤＶＤの再生性能をほとんど劣化させることなく、同一の対物レンズと同一の検出素子とを用いて、ＣＤおよびＤＶＤの双方の再生が可能な相互互換性の高い光学系が実現される。その結果、部品点数が少なく構成も簡単な低コストのＤＶＤ／ＣＤ／ＣＤ−Ｒ用光ヘッドが実現可能である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、最近になって、上記した各記録媒体に加えて、自由に書換可能なＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）が実用化されており、さらに、このＤＶＤ−ＲＡＭをも再生可能なＤＶＤ用再生ヘッドや、ＤＶＤおよびＣＤをも再生可能なＤＶＤ−ＲＡＭ用記録再生光ヘッドも望まれるようになってきた。
【００１９】
従来の再生専用のＤＶＤやＣＤでは、ランドまたはグルーブのいずれか一方にのみ情報を記録する方式となっているのに対し、記録再生が可能なＤＶＤ−ＲＡＭでは、記録密度を高くするために、ランドおよびグルーブの双方に情報を記録するランド・グルーブ記録方式が採用されている。ランドまたはグルーブのうち記録に用いる側の幅を広くし、他方側の幅を狭くするようにしている従来のＤＶＤやＣＤとは異なり、ランド・グルーブ記録方式では、ランドおよびグルーブの双方にある程度広い幅をもたせている。
【００２０】
ところが、このランド・グルーブ記録方式では、上記した非点収差法を用いてフォーカスエラー検出を行うようにした場合に、後述する「トラッキング干渉」と呼ばれる現象が生じ、これにより、「トラック横断ノイズ」と呼ばれるノイズが発生することが確認されている。この「トラッキング干渉」は、ビームスポットがトラックを横断した際にフォーカスエラー信号に大きな変化を生じる現象であり、「トラック横断ノイズ」は、ビームスポットが記録媒体のランド上にあるかグルーブ上にあるかによってフォーカスエラー信号が異なる値をとることに起因して生ずるノイズである。
【００２１】
図２６は、上記した「トラッキング干渉」現象を表すものである。この図において、横軸は、ディスクと直交する方向における対物レンズ位置を示し、縦軸は、フォーカスエラー信号の出力レベルを示す。また、実線で示した曲線ＦＥＬは、ビームスポットがランド上にある場合の対物レンズ位置とフォーカスエラー信号ＦＥとの関係を示すフォーカスエラー曲線であり、破線で示した曲線ＦＥＧは、ビームスポットがグルーブ上にある場合の対物レンズ位置とフォーカスエラー信号ＦＥとの関係を示すフォーカスエラー曲線である。
【００２２】
この図に示したように、フォーカスエラー曲線ＦＥＬ（ＦＥＧ）のピークとピークとの間の範囲がフォーカス引込範囲Ｓｐｐとして規定され、この範囲でのみフォーカスサーボが行われる。なお、このようにフォーカス引込範囲Ｓｐｐを設け、その範囲内でのみフォーカスサーボを行うようにしているのは、フォーカスエラー信号ＦＥは、対物レンズの位置が合焦位置から大きくずれている場合においても零になり得るものであり、このような焦点はずれ状態が合焦状態として検出されてしまうことを排除する必要があるからである。
【００２３】
図２６に示したように、ビームスポットが記録媒体のランド上にあるかグルーブ上にあるかによって、フォーカス引込範囲Ｓｐｐにおけるフォーカスエラー信号ＦＥは異なる値をとる。このため、フォーカスエラー信号ＦＥが零になる位置は、ビームスポットがランド上にある場合の対物レンズ位置ＸＬと、ビームスポットがグルーブ上にある場合の対物レンズ位置ＸＧの２か所存在する。一方、光ヘッドの動作を制御する制御部（図示せず）は、レンズ駆動用コイル（図示せず）に流す電流を制御して、フォーカスエラー信号ＦＥが零になるように対物レンズをディスクと直交する方向に駆動する。このため、ビームスポットがランドからグルーブへ移動したりグルーブからランドへと移動するたびに、対物レンズは位置ＸＬと位置ＸＧとの間を行き来することとなり、これがトラック横断ノイズとして現れることになる。このノイズは、デフォーカス、フォーカスサーボやトラッキングサーボにおける伝達特性の劣化、およびレンズ駆動用コイルの焼付きや破損等の不具合を生じさせる。なお、図２６で説明したようなトラッキング干渉現象がどのようなメカニズムにより生ずるかについては、十分な解析がなされていなかった。
【００２４】
このようなトラック横断ノイズによる不都合を避けるためには、いわゆるスポットサイズ法を用いてフォーカスエラー検出を行うことが考えられる。上記のように、非点収差法は、分割されたメインスポット用受光部１９２（図２４）を用いて上記（２）式を基に各分割領域からの各出力信号のたすき掛け加減算を行って受光スポットの形状に対応した信号を得るものである。これに対して、スポットサイズ法は、受光部からの出力信号によってスポットサイズを検出し、このスポットサイズによりフォーカシング制御を行うようにしたものである。
【００２５】
ところが、このスポットサイズ法では、比較的大きな受光面積を有するメインスポット用受光部を必要とすることから、次のような不都合を伴う。すなわち、上記したように、対物レンズと受光部とを共通化して低コストな光ヘッドを実現するために輪帯状の基材厚補正部２７Ａを有する対物レンズ２７（図３）を用いて、スポットサイズ法によりフォーカスエラー検出をしようとした場合には、メインスポット用受光部が大きすぎることから、ＣＤ再生時に、周辺領域２７Ｃを通過して生じた拡散光をメインスポット用受光部が受光してしまう。一方、ＤＶＤ再生時には、輪帯状の基材厚補正部２７Ａを通過した拡散光をメインスポット用受光部が受光してしまう。このため、ＣＤおよびＤＶＤのいずれの再生時においても、再生信号ＲＦが劣化すると共に、フォーカスエラー信号等のサーボ信号も劣化してしまう。
【００２６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、複数種類の記録媒体に対応することができると共に、ランドおよびグルーブの双方を情報記録領域として使用するランド・グルーブ記録方式にも対応することができる光ヘッド、光検出素子、光記録再生装置および焦点誤差検出方法を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ヘッドは、光ビームを出射する光源と、光源から出射された光ビームを、所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、光源から出射された光ビームと記録媒体の記録面で反射された光ビームとを分離する光分離手段と、光分離手段により分離された記録媒体からの反射光ビームを受光する光検出手段と、記録媒体の記録面で反射され光分離手段を経て光検出手段に入射する光ビームに非点収差を発生させる非点収差発生手段と、焦点誤差信号を求める演算手段とを備えた光ヘッドであって、光検出手段が、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち、第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを有し、反射光ビームにトラック案内構造による０次光、＋１次光、および−１次光の３つの回折光が重なり合った干渉領域が含まれている場合に、光検出手段において、中間受光部が３つの回折光が重なり合った干渉領域の光を受光し、周辺受光部が干渉領域が含まれていない領域の光を受光するような位置に中間受光部と周辺受光部とが配置されており、演算手段が、４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して焦点誤差信号を求めるようになされ、かつ、中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数が任意に設定可能とされているものである。
【００２８】
本発明の光検出素子は、光源から出射された光ビームを対物レンズによって所定のトラック案内構造を有する記録媒体上に集光する場合に生ずる焦点誤差の検出に用いられる光検出素子であって、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部と、切替信号を入力するための入力端子と、入力端子から入力された切替信号に応じて、４つの周辺受光部および中間受光部からの出力信号を切り替える切替手段と、焦点誤差信号を求める演算手段とを備え、反射光ビームにトラック案内構造による０次光、＋１次光、および−１次光の３つの回折光が重なり合った干渉領域が含まれている場合に、中間受光部が３つの回折光が重なり合った干渉領域の光を受光し、周辺受光部が干渉領域が含まれていない領域の光を受光するような位置に中間受光部と周辺受光部とが配置されており、演算手段が、４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して焦点誤差信号を求めるようになされ、かつ、中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数が任意に設定可能とされているものである。
【００２９】
本発明の光情報記録再生装置は、記録媒体を駆動する記録媒体駆動手段と、この記録媒体駆動手段によって駆動される記録媒体から信号を読み取るための光ヘッドと、この光ヘッドを記録媒体に沿って移動させる光ヘッド駆動手段と、光ヘッドにより読み取られた信号に基づいて再生信号を生成する信号処理手段と、光ヘッドにより読み取られた信号に基づいて、記録媒体駆動手段、光ヘッド駆動手段および光ヘッドの動作を制御するサーボ制御手段とを備える光情報記録再生装置であって、光ヘッドが、光ビームを出射する光源と、光源から出射された光ビームを所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、光源から出射された光ビームと記録媒体の記録面で反射された光ビームとを分離する光分離手段と、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを有し光分離手段により分離された記録媒体からの反射光ビームを受光する光検出手段と、記録媒体で反射され光分離手段を経て光検出手段に入射する光ビームに非点収差を発生させる非点収差発生手段と、焦点誤差信号を求める演算手段とを備え、反射光ビームにトラック案内構造による０次光、＋１次光、および−１次光の３つの回折光が重なり合った干渉領域が含まれている場合に、光検出手段において、中間受光部が３つの回折光が重なり合った干渉領域の光を受光し、周辺受光部が干渉領域が含まれていない領域の光を受光するような位置に中間受光部と周辺受光部とが配置されており、演算手段が、４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して焦点誤差信号を求めるようになされ、かつ、中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数が任意に設定可能とされているものである。
【００３０】
本発明の焦点誤差検出方法は、光ビームを出射する光源と、この光源から出射された光ビームを所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、光源から出射された光ビームと記録媒体の記録面で反射された光ビームとを分離する光分離手段と、光分離手段により分離された記録媒体からの反射光ビームを受光する光検出手段と、記録媒体の記録面で反射され光分離手段を経て光検出手段に入射する光ビームに非点収差を発生させる非点収差発生手段とを備えた光ヘッドにおいて用いられる焦点誤差検出方法であって、光検出手段に、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを備えさせると共に、反射光ビームにトラック案内構造による０次光、＋１次光、および−１次光の３つの回折光が重なり合った干渉領域が含まれている場合に、中間受光部が３つの回折光が重なり合った干渉領域の光を受光し、周辺受光部が干渉領域が含まれていない領域の光を受光するような位置に中間受光部と周辺受光部とを配置し、４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号に対して任意に設定可能とされた定数を乗じた信号とを加算して焦点誤差信号を求めるようにしたものである。ここで乗ざれる定数とは、正の数のみならず負の数も含み、さらに零も含む。
【００３１】
本発明の光ヘッドまたは光情報記録再生装置では、光源から出射された光ビームは、対物レンズによって所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光され、そこで反射される。記録媒体の記録面で反射された光ビームは、光分離手段によって、光源から出射された光ビームと分離され、光検出手段に入射する。その際、記録媒体の記録面からの光ビームは、非点収差発生手段によって非点収差を付与される。光検出手段は、回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを備えており、これらの４つの周辺受光部および中間受光部が光ビームスポットにより照射される。
【００３２】
本発明の光検出素子では、入力端子から入力された切替信号に応じて、第１の軸および第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部からの出力信号と、４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部からの出力信号とが切り替えられ、この出力信号を基に、光源から出射された光ビームを対物レンズによって所定のトラック案内構造を有する記録媒体上に集光する場合に生ずる焦点誤差が検出される。
【００３３】
本発明の焦点誤差検出方法では、まず、光検出手段に対して、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部、および４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部が設けられ、次に、４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して、焦点誤差信号が求められる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る光情報記録再生装置としての光ディスク装置の概略構成を表すものである。なお、本発明の実施の形態に係る光ヘッド、光検出素子および焦点誤差検出方法は、本実施の形態に係る光情報記録再生装置によって具現化されるので、以下、併せて説明する。
【００３６】
この光ディスク装置１は、光ディスク３０を回転駆動するためのスピンドルモータ１１と、光ヘッド１２と、光ヘッド１２を光ディスク３０の半径方向に移動させて所定の記録トラック位置まで搬送する送りモータ１３と、スピンドルモータ１１、送りモータ１３および光ヘッド１２の２軸アクチュエータ２９（本図では図示せず）を制御するサーボ制御回路１４とを備えている。ここで、送りモータ１３が本発明における「光ヘッド駆動手段」の一具体例に対応し、サーボ制御回路１４が本発明における「サーボ制御手段」の一具体例に対応し、２軸アクチュエータ２９が本発明における「対物レンズ駆動手段」の一具体例に対応する。
【００３７】
光ディスク装置１は、さらに、光ヘッド１２に接続されたプリアンプ１５と、プリアンプ１５の出力端に接続された信号変復調・エラー訂正部１６と、この信号変復調・エラー訂正部１６に接続された作業用メモリとしてのＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）１７と、サーボ制御回路１４および信号変復調・エラー訂正部１６を制御するシステムコントローラ１８とを備えている。ここで、信号変復調・エラー訂正部１６が本発明における「信号処理手段」の一具体例に対応する。
【００３８】
光ディスク装置１は、例えばデータストレージ用に用いられる場合には、信号変復調・エラー訂正部１６と外部コンピュータ４１とを接続するためのインタフェース４２をさらに備えている。また、例えばオーディオビデオ用に用いられる場合には、オーディオビデオ信号の入出力を行うオーディオビデオ入出力部４３と、Ｄ／Ａ・Ａ／Ｄ変換部４４とをさらに備えている。このＤ／Ａ・Ａ／Ｄ変換部４４は、信号変復調・エラー訂正部１６の出力信号をディジタル−アナログ（以下、Ｄ／Ａと記す。）変換してオーディオビデオ入出力部４３に送ると共に、オーディオビデオ入出力部４３で入力したオーディオビデオ信号をアナログ−ディジタル（以下、Ａ／Ｄと記す。）変換して信号変復調・エラー訂正部１６に送る機能を有している。
【００３９】
光ディスク３０としては、複数の種類の光ディスクが使用可能である。特に、ランドまたはグルーブのいずれか一方にのみ記録を行う記録方式の「ＣＤ」，「ＣＤ−Ｒ」，および「ＤＶＤ」等の記録媒体のほか、ランドとグルーブの双方に記録を行うランド・グルーブ記録方式の「ＤＶＤ−ＲＡＭ」等も使用可能である。これらの複数種類の光ディスクのうち、いずれかを選定して、記録または再生の少なくとも一方を行うことができるようになっている。ここで、ランドおよびグルーブが本発明における「トラック案内構造」の一具体例に対応する。
【００４０】
スピンドルモータ１１は、システムコントローラ１８からの指示に応じて、サーボ制御回路１４により駆動制御され、所定の回転数で回転されるようになっている。
【００４１】
信号変復調・エラー訂正部１６は、外部より入力した信号を光ディスク３０に記録するために変調する信号変調部（図示せず）と、光ディスク３０より再生した信号を復調する信号復調部（図示せず）と、光ディスク３０に記録する信号に対してエラー訂正コードを付加すると共に、このエラー訂正コードを用いて光ディスク３０より再生した信号のエラー訂正を行うエラー訂正部（図示せず）とを有している。
【００４２】
光ヘッド１２は、信号変復調・エラー訂正部１６の指令に従って、記録信号による変調がなされた光ビームを、回転する光ディスク３０の信号記録面に照射することにより、情報記録を行う。また、光ヘッド１２は、光ディスク３０に光を照射し、その信号記録面で変調された反射光ビームを検出し、この反射光ビームに対応する信号をプリアンプ１５に供給するようになっている。
【００４３】
プリアンプ１５は、光ヘッド１２からの信号に基づいて、再生信号であるＲＦ信号と、再生対象の光ディスクの種類に応じたサーボ信号とを生成するようになっている。ＲＦ信号は、信号変復調・エラー訂正部１６に供給され、この信号に基づく復調および誤り訂正処理等の所定の処理が行われる。サーボ信号は、少なくとも、フォーカス引込信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を含んでおり、サーボ制御回路１４に供給される。サーボ制御回路１４は、これらのサーボ信号に基づき、光ヘッド１２の動作を制御するようになっている。具体的には、フォーカス引込信号およびフォーカスエラー信号に基づいて、光ヘッド１２の対物レンズ２７（図２）を光軸方向に移動させるフォーカスサーボ制御が行われ、これにより、対物レンズ２７により集光された光ビームが常に光ディスク３０の信号記録面に合焦する状態が維持される。また、トラッキングエラー信号に基づいて、光ヘッド１２の対物レンズ２７を光ディスク３０の半径方向に移動させるトラッキングサーボ制御が行われ、これにより、対物レンズ２７により集光された光ビームが常に光ディスク３０のランドまたはグルーブ上に位置する状態が維持される。
【００４４】
信号変復調・エラー訂正部１６により復調された再生信号は、例えばコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェース４２を介して外部コンピュータ４１に送出されるようになっている。
【００４５】
図２は、図１に示した光ヘッド１２の構成を表すものである。この図に示したように、光ヘッド１２は、ＤＶＤ３０ａまたはＣＤ３０ｂ（以下、これらを総称するときは、光ディスク３０と呼ぶ。）に対向するように配置された対物レンズ２７と、この対物レンズ２７をフォーカス方向Ｆ（光ディスク３０の面に垂直な方向＝対物レンズ２７の光軸２１の方向）およびトラッキング方向Ｔ（トラック横断方向＝光ディスク３０の半径方向＝紙面に垂直な方向）に駆動可能な２軸アクチュエータ２９と、この光ヘッド１２の光軸２１に沿って光ディスク３０から離れる方向に順次配列された、コリメータレンズ２６、６５０ｎｍ用５／４波長板２５、プリズム状のビームスプリッタ２４、マルチレンズ２８および光検出素子９とを備えている。
【００４６】
ここで、光検出素子９が本発明における「光検出手段」の一具体例に対応し、ビームスプリッタ２４が本発明における「光分離手段」の一具体例に対応し、マルチレンズ２８が本発明における「非点収差発生手段」の一具体例に対応する。
【００４７】
ビームスプリッタ２４の内部には、光軸２１とほぼ４５度の角度をなす２つの光分離面が形成されている。これらの光分離面のうち、光ディスク３０に近い側に位置する光分離面には６５０ｎｍ用の偏光分離膜２４ａが形成され、光ディスク３０から遠い側に位置する光分離面には波長選択性膜２４ｂが形成されている。なお、ビームスプリッタ２４は、例えば、複数の光学プリズムと、これらの光学プリズムの間に蒸着やスパッタリングによって形成された誘電体多層膜とによって構成可能である。
【００４８】
光ヘッド１２はまた、光軸２１とほぼ直交する方向に光を発する２つの半導体レーザ２２ａ，２２ｂを備えている。半導体レーザ２２ａは、偏光分離膜２４ａが形成された光分離面に対応した位置に配置され、波長６５０ｎｍのレーザ光を発するようになっている。半導体レーザ２２ｂは、波長選択性膜２４ｂが形成された光分離面に対応した位置に配置され、波長７８０ｎｍのレーザ光を発するようになっている。半導体レーザ２２ａとビームスプリッタ２４との間には、半導体レーザ２２ａから発せられた６５０ｎｍのレーザ光を回折するための回折格子（グレーティング）２３ａが配置され、半導体レーザ２２ｂとビームスプリッタ２４との間には、半導体レーザ２２ｂから発せられた７８０ｎｍのレーザ光を回折するための回折格子２３ｂが配置されている。
【００４９】
半導体レーザ２２ａ，２２ｂは、半導体の再結合発光を利用した発光素子であり、このうち半導体レーザ２２ａは、ビームスプリッタ２４の偏光分離膜２４ａが形成された光分離面に対して、ほぼＳ偏光（偏光方向が入射面と垂直な直線偏光）となるレーザ光を出射するようになっている。偏光分離膜２４ａは、Ｓ偏光成分のほぼすべてを反射すると共に、Ｐ偏光成分のほぼすべてを透過させるようになっている。また、半導体レーザ２２ｂから発せられた波長７８０ｎｍの光は、波長選択性膜２４ｂにおいてその反射率に応じた光量が反射され、その透過率に応じた光量が透過されるようになっている。半導体レーザ２２ａから発せられて光ディスク３０で反射されて戻ってきた波長６５０ｎｍの光は、波長選択性膜２４ｂをほぼすべて透過し得るようになっている。
【００５０】
光ヘッド１２は、図示しないガイドに沿って光ディスク３０の半径方向に移動可能に支持されたベース部材（図示せず）を備え、このベース部材に、対物レンズ２７を除く光ヘッド１２の各構成部品が固定されている。
【００５１】
対物レンズ２７は、図３に示したような輪帯状の基材厚補正部２７Ａを有しており、半導体レーザ２２ｂからの波長６５０ｎｍの光に対して、図４に示したような波面収差を有している。対物レンズ２７は、２軸アクチュエータ２９によってフォーカス方向Ｆおよびトラッキング方向Ｔに駆動されるようになっている。なお、対物レンズ２７の構造およびその波面収差特性については従来技術の項で説明したので、ここでは説明を省略する。
【００５２】
回折素子２３ａは、半導体レーザ２２ａからの光を回折して、主として０次回折光および±１次回折光の３本の回折光を発生させ、回折素子２３ｂは、半導体レーザ２２ｂからの光を回折して、主として０次回折光および±１次回折光の３本の回折光を発生させるようになっている。
【００５３】
コリメータレンズ２６は、ビームスプリッタ２４からの光を平行光束に変換するためのものである。対物レンズ２７は、コリメータレンズ２６からの光を集光して、信号記録面上で収束させるようになっている。光ディスク３０からの戻り光は、対物レンズ２７およびコリメータレンズ２６を順に通過した後、ビームスプリッタ２４およびマルチレンズ２８を順に通過して光検出素子９に入射するようになっている。
【００５４】
マルチレンズ２８は、シリンドリカル面と凹面とを有する複合レンズであり、シリンドカルレンズ機能と凹レンズ機能とを併せ持っている。このマルチレンズ２８は、シリンドリカル面の母線の方向がトラック（ランドまたはグルーブ）による回折パターンの配列方向と４５度をなすような方向に配置されている。シリンドリカルレンズ機能によって、ビームスプリッタ２４からの出射光にフォーカスエラー信号を得るための非点収差を発生させ、凹レンズ機能によって、光ビームの光検出素子９までの光路長を延長することができるようになっている。
【００５５】
６５０ｎｍ用５／４波長板は、半導体レーザ２２ａからの６５０ｎｍの光に対しては５／４波長分の位相差を付与し、半導体レーザ２２ｂからの７８０ｎｍの光に対してはほぼ１波長分の位相差を付与し得るようになっている。
【００５６】
図５は、光検出素子９の平面構造を表すものである。本実施の形態における光検出素子９は、従来技術の項（図２４）で示した光検出素子１９のメインスポット用受光部１９２を、その中央部でトラッキング方向に分割して中間領域を設け、この中間領域に４つの受光部を新たに配置したものである。また、サイドスポットを受光する受光部は、プッシュプル方式のトラッキングサーボ制御に対応できるように、トラックの接線方向に対応した方向に分割された構成となっている。以下、光検出素子９の平面配置構造についてより具体的に説明する。
【００５７】
図５において、光検出素子９の中央を通る横方向の軸をＸ軸とし、光検出素子９の中央を通る縦方向の軸をＹ軸とする。ここで、Ｙ軸方向は、光ディスク３０上でのトラッキング方向Ｔに直交する方向（すなわち、トラックの接線方向）に対応する方向であり、光ディスク３０のランドおよびグルーブによって反射光ビームに発生する複数の回折パターン（０次光，±１次光等）の反射直後における配列方向に対応した方向とも直交している。
【００５８】
図５に示したように、光検出素子９は、基板９１と、基板９１の中央領域に配置され、全体として矩形形状を有するメインスポット用受光部９２と、メインスポット用受光部９２のＹ軸方向の両側にほぼ等間隔に配置されたほぼ同形同大の２つのサイドスポット用受光部９３，９４とを備えている。
【００５９】
中央のメインスポット用受光部９２は、Ｙ軸およびＸ軸に関してそれぞれほぼ対称に配置されたほぼ同形同大の４つの周辺受光部９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ，９２Ｄと、４つの周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄの配列のうちＸ軸に平行な２つの列（受光部９２Ａ，９２Ｄからなる列と、受光部９２Ｂ，９２Ｃからなる列）により挟まれた中間領域に配置された中間受光部９２Ｍとを含んでいる。この中間受光部９２Ｍは、さらに、Ｙ軸およびＸ軸によって４つの小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚに分割されている。
【００６０】
サイドスポット用受光部９３は、Ｘ軸によって、ほぼ同形同大の２つの受光部９３Ｅ，９３Ｆに分割され、サイドスポット用受光部９４は、Ｙ軸によって、ほぼ同形同大の２つの受光部９４Ｇ，９４Ｈに分割されている。
【００６１】
メインスポット用受光部９２における各分割受光部、およびサイドスポット用受光部９３，９４における各分割受光部からの検出信号は、例えば光検出素子９の基板９１上に形成された図示しないアンプにより電流−電圧変換された後、この基板９１上に設けられた演算回路４０（図６）によって処理され、再生信号としてのＲＦ信号のほか、フォーカス引込信号ＦＰＩ、フォーカスエラー信号ＦＣＳおよびトラッキングエラー信号ＴＲＫ等の制御用のサーボ信号が演算される。
【００６２】
本実施の形態では、フォーカスエラー信号ＦＣＳは、次の（５）式によって演算される。
ＦＣＳ＝｛（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）｝
−Ｋ１×｛（ｍｗ＋ｍｙ）−（ｍｘ＋ｍｚ）｝
−Ｋ２×｛（ｍｗ＋ｍｙ）＋（ｍｘ＋ｍｚ）｝ …（５）
【００６３】
ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ、周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄからの出力信号を示し、ｍｗ，ｍｙ，ｍｘ，ｍｚは、それぞれ、中間受光部９２Ｍの小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号を示す。また、Ｋ１およびＫ２は係数であり、正もしくは負または０の値をとり得る。後述するように、係数Ｋ１は、光ヘッド１２の光学系自体が有する非点収差による影響をキャンセルするための補正係数であり、係数Ｋ２は、フォーカスサーボ制御のゲインがランド上とグルーブ上とで異なる場合にその影響をキャンセルするための補正係数である。
【００６４】
ここで、Ｋ１＝０，Ｋ２＝０としたときのフォーカスエラー信号ＦＣＳ１は、次の（６）式で与えられる。
ＦＣＳ１＝（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ） …（６）
【００６５】
また、Ｋ１≠０，Ｋ２＝０としたときのフォーカスエラー信号ＦＣＳ２は、次の（７）式で与えられる。
ＦＣＳ２＝｛（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）｝
−Ｋ１×｛（ｍｗ＋ｍｙ）−（ｍｘ＋ｍｚ）｝ …（７）
【００６６】
また、Ｋ１＝０，Ｋ２≠０としたときのフォーカスエラー信号ＦＣＳ３は、次の（８）式で与えられる。
ＦＣＳ３＝｛（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）｝
−Ｋ２×｛（ｍｗ＋ｍｙ）＋（ｍｘ＋ｍｚ）｝ …（８）
【００６７】
また、Ｋ１≠０，Ｋ２≠０としたときのフォーカスエラー信号ＦＣＳ４は、（５）式と同じ次の（９）式で与えられる。
ＦＣＳ４＝｛（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）｝
−Ｋ１×｛（ｍｗ＋ｍｙ）−（ｍｘ＋ｍｚ）｝
−Ｋ２×｛（ｍｗ＋ｍｙ）＋（ｍｘ＋ｍｚ）｝ …（９）
【００６８】
このように、演算回路４０は、係数Ｋ１，Ｋ２の組み合わせによって、（６）〜（９）式に示した４種類のフォーカスエラー信号ＦＣＳ１，ＦＣＳ２，ＦＣＳ３，ＦＣＳ４のいずれか１つを選択的に演算することが可能である。
【００６９】
具体的には、光ディスク３０がＣＤやＤＶＤである場合には、例えば、Ｋ１＝−１，Ｋ２＝０とすることにより、フォーカスエラー信号ＦＣＳ２を用いることが考えられる。なお、この場合のフォーカスエラー信号ＦＣＳ２は、従来の非点収差法におけるフォーカスエラー信号ＦＥと同じものである。また、光ディスク３０がＤＶＤ−ＲＡＭである場合には、例えば、Ｋ１＝０，Ｋ２＝０とすることにより、フォーカスエラー信号ＦＣＳ１を用いることが考えられる。但し、その他の組み合わせとすることも可能である。
【００７０】
一方、演算回路４０は、トラッキングエラー検出用として、４種類のトラッキングエラー信号ＴＲＫ１，ＴＲＫ２，ＴＲＫ３，ＴＲＫ４のいずれか１つを選択的に演算可能である。これらのトラッキングエラー信号は、以下に示す（１０）〜（１４）式によって演算される。なお、Ｋ３は係数であり、正、負または０をとりうる。
【００７１】
ＴＲＫ１＝（ａ＋ｃ）と（ｂ＋ｄ）との位相差信号 …（１０）
ＴＲＫ２＝（ａ＋ｍｗ＋ｃ＋ｍｙ）と（ｂ＋ｍｘ＋ｄ＋ｍｚ）との位相差信号
…（１１）
ＴＲＫ３＝｛（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）｝
−Ｋ３｛（ｅ−ｆ）＋（ｇ−ｈ）｝ …（１２）
ＴＲＫ４＝｛（ａ＋ｄ＋ｍｗ＋ｍｚ）−（ｂ＋ｃ＋ｍｘ＋ｍｙ）｝
−Ｋ３｛（ｅ−ｆ）＋（ｇ−ｈ）｝ …（１３）
ＴＲＫ５＝（ｅ＋ｆ）−（ｇ＋ｈ） …（１４）
【００７２】
ここで、ＴＲＫ２は、従来例と同じ差動位相差法による検出を行う場合に用いられるトラッキングエラー信号であり、ＴＲＫ４は、差動プッシュプル法による検出を行う場合に用いられるトラッキングエラー信号である。ＴＲＫ１は、ＴＲＫ２から、小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚの出力信号ｍｗ，ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを除いたものであり、ＴＲＫ３は、ＴＲＫ４から出力信号ｍｗ，ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを除いたものである。ＴＲＫ５は、３ビーム法（３スポット法）による検出を行う場合に用いられるトラッキングエラー信号である。
【００７３】
より具体的には、ＤＶＤの場合にはＴＲＫ１またはＴＲＫ２を用い、ＤＶＤ−ＲＡＭの場合にはＴＲＫ３またはＴＲＫ４を用い、ＣＤの場合にはＴＲＫ５を用いるのが好ましい。
【００７４】
ＲＦ信号は、例えば、次の（１５）式により演算される。これは、従来例の場合と実質的に同じである。
ＲＦ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｍｗ＋ｍｘ＋ｍｙ＋ｍｚ …（１５）
【００７５】
フォーカス引込信号ＦＰＩは、ローパスフィルタによってＲＦ信号の高周波成分を除去することで得られる。
【００７６】
図６は、光検出素子９の各分割受光部から出力される検出信号を基に信号処理演算を行う演算回路の一例を表すものである。この図に示したように、この演算回路４０は、周辺受光部９２Ａ，９２Ｃの各出力信号を加算するための加算器４１と、周辺受光部９２Ｂ，９２Ｄの各出力信号を加算するための加算器４２と、加算器４１，４２の各出力信号の差分をとるための差分器４３とを備えている。ここで、演算回路４０が本発明における「合焦検出手段」または「演算手段」の一具体例に対応する。
【００７７】
この演算回路４０はまた、中間受光部９２Ｍの小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｙの各出力信号を加算するための加算器４４と、中間受光部９２Ｍの小受光部９２Ｍｘ，９２Ｍｚの各出力信号を加算するための加算器４５と、加算器４４，４５の各出力信号の差分をとるための差分器４６とを備えている。
【００７８】
演算回路４０はさらに、差分器４６の出力信号に係数Ｋ１を乗ずるための乗算器４７と、加算器４４，４５の各出力信号を加算するための加算器４９と、加算器４９の出力信号に係数Ｋ２を乗ずるための乗算器５０と、乗算器４７の出力信号と乗算器５０の出力信号とを加算するための加算器５２と、加算器５２の出力信号と差分器４３の出力信号との差分をとって（５）式に示したフォーカスエラー信号ＦＣＳを得るための差分器５１とを備えている。ここで、差分器４６の出力信号［（ｍｗ＋ｍｙ）−（ｍｘ＋ｍｚ）］が本発明における「中間差分信号」の一具体例に対応し、加算器４９の出力信号［（ｍｗ＋ｍｙ）＋（ｍｘ＋ｍｚ）］が本発明における「中間総和信号」の一具体例に対応する。
【００７９】
演算回路４０はさらに、加算器４１，４２の各出力信号を加算する加算器５３と、加算器４９，５３の各出力信号を加算してＲＦ信号を得るための加算器５６と、加算器５６の出力信号から高周波成分を除去してフォーカス引込信号ＦＰＩを得るためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）５７と、加算器４１，４２の各出力信号の位相差を検出してトラッキングエラ─信号ＴＲＫ１として出力するための位相差検出器５５とを備えている。
【００８０】
さらに、演算回路４０は、システムコントローラ１８（図１）から入力される設定信号ＳＥＴに基づいて、係数Ｋ１，Ｋ２の値を予め定められた値に設定し、または最適な値に調整して出力することが可能な係数調整設定部５８を備えている。係数Ｋ１，Ｋ２の値を調整することにより、（６）〜（９）式に示したフォーカスエラー信号ＦＣＳ１〜ＦＣＳ４のうちのいずれか１つ、あるいは（２）式に示した従来の非点収差法に基づくフォーカスエラー信号ＦＥと同じ信号を選択できるようになっている。
【００８１】
ここで、フォーカスエラー信号ＦＣＳが本発明における「焦点誤差信号」の一具体例に対応し、係数調整設定部５８が本発明における「切替手段」の一具体例に対応する。
【００８２】
なお、トラッキングエラー信号ＴＲＫ１以外のトラッキングエラー信号ＴＲＫ２〜ＴＲＫ４は、フォーカスエラー信号と同様にして加算器、乗算器および差分器等を用いて生成されるが、図６ではそれらの図示を省略している。
【００８３】
次に、以上のような構成の光ヘッド１２およびこれを含む光ディスク装置１の動作および作用について説明する。
【００８４】
まず、光ディスク装置１の全体の動作を説明する。スピンドルモータ１１は、システムコントローラ１８およびサーボ制御回路１４によって制御されて、所定の回転数で回転する。光ヘッド１２は、再生用のレーザ光を光ディスク３０の信号記録面に照射し、戻り光を検出することによって情報を再生する。光ヘッド１２より出力される再生信号は、プリアンプ１５を介して信号変復調・エラー訂正部１６のエラー訂正部によってエラー訂正処理が施されると共に、信号復調部によって復調され、インタフェース４２を介して外部コンピュータ４１に送られ、あるいは、Ｄ／Ａ・Ａ／Ｄ変換部４４によってＤ／Ａ変換されてオーディオ入出力部４３より出力される。一方、サーボ制御回路１４は、システムコントローラ１８からの指示に基づき、スピンドルモータ１１および送りモータ１３の制御を行うと共に、光ヘッド１２からプリアンプ１５を介して入力されたサーボ信号に基づいて、光ヘッド１２の対物レンズ２７のフォーカシング動作およびトラッキング動作の制御を行う。
【００８５】
次に、図２を参照して、光ヘッド１２の動作および作用を説明する。
【００８６】
［ＤＶＤの再生］
まず、ＤＶＤ３０ａに記録された情報を再生する場合について説明する。ここで、ＤＶＤ３０ａは、ランドまたはグルーブのいずれか一方のみを記録エリアとする再生専用型のＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−video 等）であってもよいし、ランドおよびグルーブの双方を記録エリアとするＤＶＤ−ＲＡＭであってもよい。
【００８７】
ＤＶＤ３０ａの再生には、半導体レーザ２２ａから出射される波長６５０ｎｍの光ビームを用いる。半導体レーザ２２ａから出射された波長６５０ｎｍの光ビームは、回折格子２３ａによって、０次光と±１次光の３本の光ビームに分離された後、ビームスプリッタ２４中の偏光分離膜２４ａに入射する。この入射光は、偏光分離膜２４ａに対してほぼＳ偏光となっているため、偏光分離膜２４ａによってほぼすべての光量が反射されて、６５０ｎｍ用５／４波長板２５に入射される。６５０ｎｍ用５／４波長板２５は、入射した光ビームの常光線と異常光線との間に５／４波長分の位相差を発生させることにより、６５０ｎｍ用５／４波長板２５に入射した直線偏光をほぼ円偏光に変換する。６５０ｎｍ用５／４波長板２５から円偏光となって出射した光は、さらに、コリメータレンズ２６に入射し、ここで、平行な光ビームに変換されて、対物レンズ２７に入射する。
【００８８】
対物レンズ２７は、３本の入射光をそれぞれＤＶＤ３０ａにおける信号記録面の一点に収束させる。この対物レンズ２７は、サーボ制御回路（図１）からの指示に基づき、２軸アクチュエータ２９により、図２のフォーカス方向Ｆおよびトラッキング方向Ｔに駆動される。
【００８９】
ＤＶＤ３０ａの信号記録面からの３本の反射光は、再び対物レンズ２７およびコリメータレンズ２６を介して６５０ｎｍ用５／４波長板２５に入射される。ここに入射した反射光（円偏光）は、６５０ｎｍ用５／４波長板２５によって常光線と異常光線との間に５／４波長分の位相差を付与され、往路に対して偏光方向が９０度変化した直線偏光に変換されて、ビームスプリッタ２４に入射する。この光は、ビームスプリッタ２４の偏光分離膜２４ａに対して、Ｐ偏光となっているので、偏光分離膜２４ａをほぼ透過して往路と分離され、さらに波長選択性膜２４ｂに入射する。波長選択性膜２４ｂは、７８０ｎｍの光のみを反射し、６５０ｎｍの波長の光をほぼすべて透過させるようになっているので、ＤＶＤ３０ａからの反射光は、波長選択性膜２４ｂをそのまま透過して、マルチレンズ２８に入射する。
【００９０】
マルチレンズ２８に入射したＤＶＤ３０ａからの３本の反射光は、ここで、本実施の形態の焦点誤差検出方法によるフォーカスエラー信号を得るための非点収差（非点隔差）を付与され、光検出素子９に入射する。
【００９１】
光検出素子９では、マルチレンズ２８により非点収差を付加された３本の光は、メインスポット用受光部９２およびサイドスポット用受光部９３，９４上に入射し、それぞれにビームスポットを形成する。メインスポット用受光部９２の周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄ、小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚおよびサイドスポット用受光部９３，９４の受光部９３Ｅ，９３Ｆ，９４Ｇ，９４Ｈは、それぞれ、各照射光量に応じた信号を出力し、図６に示した演算回路４０に入力する。
【００９２】
演算回路４０は、光ディスク３０の種類等に応じて、（５）式に示した演算処理によりフォーカスエラー信号ＦＣＳを演算して出力する。フォーカスエラー信号ＦＣＳの演算に際しては、係数調整設定部５８から出力された係数Ｋ１，Ｋ２が用いられる。具体的には、光ディスク３０がＤＶＤである場合には、例えばＫ１＝−１，Ｋ２＝０とすることにより、（７）式に示したＦＣＳ２がフォーカスエラー信号ＦＣＳとして出力される。また、光ディスク３０がＤＶＤ−ＲＡＭで合には、例えばＫ１＝０，Ｋ２＝０とすることにより、（６）式に示したＦＣＳ１がフォーカスエラーＦＣＳ信号として出力される。但し、係数Ｋ１，Ｋ２は、その他の値であってもよい。
【００９３】
演算回路４０はまた、光ディスク３０の種類等に応じて、（１０）〜（１４）式に従いＴＲＫ１〜ＴＲＫ５のいずれかを演算し、これをトラッキングエラー信号ＴＲＫとして出力する。具体的には、光ディスク３０がＤＶＤである場合には、例えば、トラッキングエラー信号としてＴＲＫ１またはＴＲＫ２を用い、光ディスク３０がＤＶＤ−ＲＡＭである場合には、例えばＴＲＫ３またはＴＲＫ４を用いる。但し、その他の選択パターンであってもよい。
【００９４】
演算回路４０は、さらに、（１５）式に示した演算処理によりＲＦ信号を生成する。ＲＦ信号は、ローパスフィルタ５７を通過して、フォーカス引込信号ＦＰＩとなる。
【００９５】
ここで、ビームスポット９６の中心は、メインスポット用受光部９２の中心（すなわち、４つの小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚが交わる点）とほぼ一致するように調整されている。また、ビームスポット９７，９８の各中心は、それぞれ、サイドスポット用受光部９３，９４の各中心とほぼ一致するように調整されている。
【００９６】
なお、図５では、ビームスポット９６，９７，９８が、それぞれ、ほぼ円形となっている状態、すなわち、光ヘッドが合焦状態にある場合を示している。対物レンズ２７が合焦位置からはずれると、例えばメインスポット用受光部９２のビームスポット９６は、図２５において説明したのと同様に、メインスポット用受光部９２の左上４５度から右下４５度の方向を長軸とする楕円形、または右上４５度から左下４５度の方向を長軸とする楕円形に変化する。したがって、対物レンズ２７が合焦状態にあるか否かによって、周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄおよび小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからそれぞれ出力される信号の大きさが変化する。
【００９７】
フォーカスエラー信号ＦＣＳは、トラッキングエラー信号ＴＲＫ１〜５のいずれか、ならびにフォーカス引込信号ＦＰＩおよびＲＦ信号と共にプリアンプ１５に入力され、ここで増幅される。増幅されたフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、およびフォーカス引込信号ＦＰＩは、サーボ制御回路１４に入力され、増幅されたＲＦ信号は信号変復調・エラー訂正部１６に入力される。これ以降の信号変復調・エラー訂正部１６の動作は、上記したとおりであり、その説明を省略する。
【００９８】
サーボ制御回路１４は、フォーカス引込信号ＦＰＩがフォーカス引込範囲Ｓｐｐ（図２６）に対応した範囲内に位置していることを条件として、フォーカスエラー信号ＦＣＳが零になるように、対物レンズ２７を２軸アクチュエータ２９によりフォーカス方向Ｆに駆動する制御を行う。サーボ制御回路１４はまた、トラッキングエラー信号ＴＲＫが零になるように、対物レンズ２７を２軸アクチュエータ２９によりトラッキング方向Ｔに駆動する。このとき、本実施の形態では、例で示した図２６の場合とは異なり、ＤＶＤ３０ａの信号記録面を照射する光ビームスポットがランド上にあるかグルーブ上にあるかによってフォーカスエラー信号ＦＣＳが異なる値をとることはない。その理由については後に詳述する。
【００９９】
［ＣＤの再生］
次に、ＣＤ３０ｂに記録された情報を再生する場合について説明する。ここで、ＣＤ３０ｂは、通常のオーディオ用ＣＤやＣＤ−ＲＯＭでもよいし、追記型のＣＤ−Ｒであってもよい。
【０１００】
ＣＤ３０ｂの再生には、半導体レーザ２２ｂから出射される波長７８０ｎｍの光ビームを用いる。半導体レーザ２２ｂから照射された波長７８０ｎｍの光ビームは、回折格子２３ｂによって、０次光と±１次光の３本の光ビームに分離された後、波長選択膜２４ｂに入射される。これらの３本の光ビームは、３スポット法によってトラッキングエラー信号を得るために用いられる。
【０１０１】
波長選択膜２４ｂに入射した３本の光ビームは、この波長選択性膜２４ｂの反射率に応じた光量が反射されて、偏光分離膜２４ａに入射する。偏光分離膜２４ａは、波長７８０ｎｍの光ビームに対しては、大部分を透過させる。偏光分離膜２４ａを透過した３本の光ビームは、６５０ｎｍ用５／４波長板２５に入射する。この６５０ｎｍ用５／４波長板２５は、波長７８０ｎｍの光に対しては１波長板として作用するため、入射光の偏光状態は変化せず、そのまま通過してコリメータレンズ２６に入射する。コリメータレンズ２６は、入射した３本の光ビームを、それぞれ、平行光に変換し、対物レンズ２７に入射する。
【０１０２】
対物レンズ２７は、３本の光ビームをＣＤ３０ｂの信号記録面上に一点に収束させる。ＣＤ３０ｂの信号記録面からの３本の反射光ビームは、再び対物レンズ２７およびコリメータレンズ２６を介して６５０ｎｍ用５／４波長板２５に入射し、偏光状態の変化を受けずに、これをそのまま通過する。
【０１０３】
６５０ｎｍ用５／４波長板２５を通過した３本の光ビームは、ビームスプリッタ２４に入射し、偏光分離膜２４ａを透過し、波長選択性膜２４ｂに入射する。波長選択性膜２４ｂは、その透過率に応じた光量だけ光を透過させ、半導体レーザ２２ｂからの往路光と分離する。波長選択性膜２４ｂを透過した３本の光ビームは、マルチレンズ２８に入射し、ここで非点収差を付加され、光検出素子９に入射する。
【０１０４】
マルチレンズ２８においてそれぞれ非点収差を付加された３本の光ビームのうち、中央の０次光はメインスポット用受光部９２に入射してそこにビームスポットを形成し、両側の±１次光はサイドスポット用受光部９３，９４にそれぞれ入射してそれぞれにビームスポットを形成する。
【０１０５】
メインスポット用受光部９２の周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄおよび小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚは、各照射光量に応じた信号をそれぞれ出力し、図６に示した演算回路４０に入力する。演算回路４０は、（５）式に従いフォーカスエラー信号ＦＣＳを演算する。フォーカスエラー信号ＦＣＳの演算に際しては、係数調整設定部５８から出力された係数Ｋ１，Ｋ２が用いられる。具体的には、例えばＫ１＝−１，Ｋ２＝０とすることにより、（７）式に示したＦＣＳ２がフォーカスエラー信号として出力される。これは、従来の非点収差法によるフォ─カスエラ─信号ＦＥと同じである。但し、係数Ｋ１，Ｋ２は、その他の値であってもよい。
【０１０６】
演算回路４０は、また、（１０）〜（１４）式に示した演算処理によりトラッキングエラー信号ＴＲＫ１〜ＴＲＫ５のいずれかを演算し、これをトラッキングエラー信号ＴＲＫとして出力する。具体的には、例えばＴＲＫ５がトラッキングエラー信号として用いられる。但し、その他の信号、例えばサイドスポット用受光部９３，９４の受光部９３Ｅ，９３Ｆ，９４Ｇ，９４Ｈからの出力信号も利用している（１２）式の信号ＴＲＫ３を用いるようにしてもよい。
【０１０７】
演算回路４０はさらに、（１５）式に示した演算処理によりＲＦ信号を生成する。ＲＦ信号は、ローパスフィルタ５７を通過して、フォーカス引込信号ＦＰＩとなる。これ以降のフォーカスエラー検出およびフォーカシング制御は、上記のＤＶＤ３０ａの場合と同様である。
【０１０８】
《フォーカスエラー検出の原理》
次に、本実施の形態において用いられるフォーカスエラー検出原理について、従来例における非点収差法と対比しながら説明する。
【０１０９】
既に述べたように、例えばＤＶＤ−ＲＡＭ等のランド・グルーブ記録方式の記録媒体に対して、図２４に示したような構成の光検出素子１９を用いる従来の非点収差法によるフォーカスエラー検出を行った場合には、フォーカスエラー信号に「トラック横断ノイズ」が発生する。それは主として以下の２つの原因による。
【０１１０】
第１の原因は、ランド・グルーブ記録方式に特有のディスク構造に起因するものであり、これは通常のランド・グルーブ記録方式のディスクと従来の非点収差法とを組合せた場合に常に発生するものである。これは、トラックピッチと対物レンズのＮＡとの関係、およびフォーカスエラーの引込範囲によって寄与度が変化する。
【０１１１】
第２の原因は、光ヘッドにより集光されて光ディスクに照射される光ビーム自体が既に非点収差を含んでいることに起因するものであり、これは、その非点収差の大きさと向きによって、寄与度が大きく変化する。
【０１１２】
《トラック横断ノイズの第１の原因》
まず、第１の原因について説明する。一般に、対物レンズにより集光された光ビームは、光ディスクのランドまたはグルーブを照射し、そこで反射による回折を受ける。ランド・グルーブ記録方式の場合には、ランドおよびグルーブの双方に記録するようにしているため、対物レンズにより集光された光ビームスポットの径に対するトラック周期（ランド−ランド間またはグルーブ−グルーブ間の距離）は相対的に大きくなる。この結果、図７および図８に示したように、光ディスクからの回折光の対物レンズ瞳上での重なり方が、ランドまたはグルーブ記録方式（以下では、簡単のためグルーブ記録方式として説明する。）の場合と比べて大きく異なってくる。
【０１１３】
図７（Ａ）は、グルーブ記録方式における光ディスクの信号記録面と各回折光との関係を表し、図７（Ｂ）は、グルーブ記録方式における対物レンズの瞳上での各回折光の重なり具合を表すものである。また、図８（Ａ）は、ランド・グルーブ記録方式における光ディスクの信号記録面と各回折光との関係を表し、図８（Ｂ）は、ランド・グルーブ記録方式における対物レンズの瞳上での各回折光の重なり具合を表すものである。なお、本明細書では、図７（Ａ）および図８（Ａ）において、光照射側から見た信号記録面の凸部をグルーブＧと呼び、凹部をランドＬと呼ぶものとする。
【０１１４】
例えばＭＤ(Mini Disc) のようなグルーブ記録方式の光ディスクからの再生時には、図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、通常、＋１次光Ｓ（＋１）と−１次光Ｓ（−１）とが重なることはない。これに対して、ＤＶＤ−ＲＡＭのようなランド・グルーブ記録方式の光ディスクからの再生時には、図８（Ａ），（Ｂ）に示したように、０次光Ｓ（０）、＋１次光Ｓ（＋１）および−１次光Ｓ（−１）の３つの回折光がすべて重なり合った干渉領域５１が生ずる。さらにこの場合には、０次光Ｓ（０）と＋２次光Ｓ（＋２）とが重なり合った干渉領域５２や、０次光Ｓ（０）と−２次光Ｓ（−２）とが重なり合った干渉領域５３も生ずる。
【０１１５】
図９ないし図１１は、ＤＶＤ用の光ヘッドによって例えば記録容量４．７ＧＢのＤＶＤ−ＲＡＭを再生するとした場合のディスク回折光の対物レンズ瞳上における強度分布および位相分布を計算した結果を表すものである。具体的には、図９は対物レンズの瞳上の位相分布を３次元的に表したものであり、図１０は同位置での強度分布を３次元的に表したものである。また、図１１は同位置での強度分布を３次の非点収差（およびデフォーカス，ピストン）でフィッティングした位相分布を３次元的に表したものである。これらの図で、（Ａ）は集光スポットがランド上にある場合を示し、（Ｂ）は集光スポットがグルーブ上にある場合を示している。
【０１１６】
なお、計算条件としては、次の値を用いた。簡単のため、ランドおよびグルーブはともに等しい幅の矩形として計算した。なお、下記の条件中のＲｉｍ強度とは、対物レンズの瞳の中心の光強度に対する瞳周縁部の光強度の割合を意味する。
【０１１７】
光ヘッド：光源の波長＝６６０ｎｍ、対物レンズのＮＡ＝０．６０
トラックの接線(Tangential)方向のＲｉｍ強度＝０．５５
ディスクの半径(Radial)方向のＲｉｍ強度＝０．４５
ディスク：トラック周期＝１．２３μｍ（＝０．６１５×２）
往復位相深さ＝λ／６
【０１１８】
図９（Ａ）および図１１（Ａ）、ならびに図９（Ｂ）および図１１（Ｂ）から明らかなように、ランドおよびグルーブで回折した光束には、干渉によって、互いに逆符号の非点収差が発生していることがわかる。
【０１１９】
また、図１０（Ａ），（Ｂ）からわかるように、集光スポットがランド上にある場合とグルーブ上にある場合とで、光強度分布は等しく、３つの回折光が重なる干渉領域５１が特に強い強度分布となっていることがわかる。
【０１２０】
なお、フィッティングによる非点収差量は、次の（１６）式により表され、また、ＮＡを考慮して光ディスク上における非点隔差に換算すると、ランド上およびグルーブ上のそれぞれの場合で、次の（１７）式のように見積もられる。
ＷL,G ＝±０．０４６［λｒｍｓ］ …（１６）
△Ｌ，Ｇ＝Ｗ×λ×４×６1/2 ／ＮＡ2 ＝０．８３［μｍ］ …（１７）
【０１２１】
一方、非点収差法の引込範囲をＳｐｐ，戻り系の倍率をβとすると、戻り系において、マルチレンズによって生成される非点隔差は、次の（１８）式により表され、戻り系のＮＡ（ＮＡbackと記す。）は、次の（１９）式により表される。
△ｂａｃｋ＝Ｓｐｐ×２×β2 …（１８）
ＮＡback＝ＮＡ／β …（１９）
【０１２２】
したがって、戻り系のマルチレンズによって生成された非点収差量は、次の（２０）式により表される。
Ｗback＝△ｂａｃｋ×ＮＡback 2 ／λ／４／６1/2
＝Ｓｐｐ×ＮＡ2 ／λ／２／６1/2 ［λｒｍｓ］ …（２０）
【０１２３】
ここで、例えば、引込範囲Ｓｐｐ＝６［μｍ］とすると、Ｗback＝０．６７
［λｒｍｓ］となる。
【０１２４】
一般に、非点収差法においては、図１２（Ａ）に示したように、戻り光路中の位置Ｐ１にあるマルチレンズ２８のシリンドリカル面の母線方向Ｄ１は、光ディスクのトラック（ランドまたはグルーブ）による回折パターンの配列方向Ｄ２に対して４５度をなす方向に設定される。このため、マルチレンズ２８によって、母線方向Ｄ１と直交する方向Ｄ０に非点収差が与えられる。ここで、光検出素子９のメインスポット用受光部９２（以下、単に受光部という。）を、非点収差を付加された方向Ｄ０における焦点位置Ｆ２と、これと直交する、非点収差を付加されない方向Ｄ１（マルチレンズ２８のシリンドリカル面の母線に平行な方向）における焦点位置Ｆ１のほぼ中間位置Ｐ２に配置したとすると、受光部面上のスポットは、合焦時にはほぼ円になり、フォーカス引込範囲Ｓｐｐ（図２６）に対応する領域の両端では焦線となる。このため、光検出素子９から得られるフォーカスエラー信号は、対物レンズ位置に対してＳ字型の曲線を描くことになる。
【０１２５】
ここで、合焦時における、対物レンズの瞳上における回折パターンと、受光部上における回折パターンとを考えると、マルチレンズ２８のシリンドリカル面の母線に平行な方向と直交する方向のうち、受光部面の手前で合焦する方向のみ、パターンが反転するため、図１２（Ｂ）のように受光部面上にスポットが形成される。
【０１２６】
受光部面上の光強度分布は、図１０（Ａ），（Ｂ）に示したように、スポットがランド上にある場合とグルーブ上にある場合とでほぼ等しい分布になるため、受光部面上のスポットが図１２（Ｂ）に示した通りであれば、非点収差法の演算を行っても、ランドとグルーブとで演算結果には差が出ない。
【０１２７】
ところが、上述したように、実際には、ランドおよびグルーブによる回折によって、戻り光には非点収差によって近似できるような位相分布が生じており、マルチレンズ２８による非点収差とランド／グルーブ回折によって発生する非点収差とを合成した非点収差の方向は、受光部の分割線に対して４５度の方向にはならず、ランドとグルーブとで、それぞれ逆の方向に数度ずつずれることになる。その結果、図１３（Ａ），（Ｂ）に示したように、３つの回折光が重なる干渉領域５１は、スポット１９６がランド上にあるかグルーブ上にあるかによって、分割線ＤＬ１，ＤＬ２をまたいでパタパタと数度ずつ回転を繰り返すことになる。ここで、干渉領域５１の強度は、図１０に示したように、それ以外の領域に比べて極めて大きな強度を有しており、その挙動は、光検出素子９の出力を基に非点収差法による演算をした場合の演算結果に大きな変動を与えることになる。具体的には、スポットがランド上にあるときとグルーブ上にあるときで、フォーカスエラー信号ＦＥに大きな差異が発生することになる。
【０１２８】
ここで、フォーカス引込範囲が６μｍの場合について、マルチレンズ２８による非点収差とランド・グルーブ回折によって発生する非点収差との合成の結果生ずる、±１次光の回転角度を見積もると、以下のようになる。
【０１２９】
図１４のように収差の方向を定め、例えば先に合焦する方向が方向軸Ｄ３であるとすると、マルチレンズによる非点収差ＭＡｓ、ランドによる非点収差ＬＡｓ、グルーブによる非点収差ＧＡｓは、それぞれ、次の（２１）〜（２３）式により表される。これらの式で、Ａ，Ｂは定数を示し、θは光ディスクの半径方向を基準としたときの光束瞳断面内における方向角を示し、ρは光軸を中心とする瞳座標系における原点からの距離（瞳の半径を１とする。）を示す。
【０１３０】
ＭＡｓ＝Ａ×ρ2 ×Ｓｉｎ２θ …（２１）
ＬＡｓ＝−Ｂ×ρ2 ×Ｃｏｓ２θ …（２２）
ＧＡｓ＝＋Ｂ×ρ2 ×Ｃｏｓ２θ …（２３）
【０１３１】
（２１）〜（２３）式より、スポットがランド上にある場合の合成非点収差ＴＡｓは次の（２４）式により表され、グルーブ上にある場合の合成非点収差ＴＡｓは次の（２５）式により表される。
ＴＡｓ＝（Ａ2 ＋Ｂ2 ）1/2 ×ρ2 ×Ｓｉｎ２（θ−α／２） …（２４）
ＴＡｓ＝（Ａ2 ＋Ｂ2 ）1/2 ×ρ2 ×Ｓｉｎ２（θ＋α／２） …（２５）
【０１３２】
但し、角度αは次の（２６），（２７）式を満たす値である。
Ｃｏｓα＝Ａ／（Ａ2 ＋Ｂ2 ）1/2 …（２６）
Ｓｉｎα＝Ｂ／（Ａ2 ＋Ｂ2 ）1/2 …（２７）
【０１３３】
受光部上では、回折パターンが図１４における方向軸Ｄ４の付近を境に反転するので、回折パターンの配列方向は元の方向から９０度回転したようになるが、その反転軸の方向が、ランドとグルーブとで、それぞれ、方向軸Ｄ４に対して＋α／２，−α／２だけずれることになる。その結果、３つの回折光が重なる干渉領域５１は、図１５に示したように、ランドとグルーブとで、それぞれ、分割線ＤＸに対して＋α，−αずれることになる。
【０１３４】
実際に、値を入れて計算してみると、Ａ∝０．６７［λｒｍｓ］，Ｂ∝０．０４６［λｒｍｓ］より、α＝３．９［ｄｅｇ］となる。
【０１３５】
なお、以上の考察は、光ヘッドにより集光されて光ディスクに照射される光ビームの収差（主に非点収差）がそれほど大きくない場合を前提としたものである。
【０１３６】
《第１の原因に対する対策》
以上の考察を踏まえ、本実施の形態では、光ヘッドが収差を殆ど含まないことを前提として、光検出素子９のメインスポット用受光部９２を図５および図１５に示したようなパターンに分割すると共に、例えば、３つの回折光が重なる干渉領域５１が位置している中間受光部９２Ｍからの出力信号を使用せず周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄからの出力信号のみを用いた（６）式により演算されたフォーカスエラー信号ＦＣＳ１を用いるようにしている。すなわち、図６において設定信号ＳＥＴにより、Ｋ１＝０，Ｋ２＝０として、フォーカスエラー信号ＦＣＳ１を求めるのである。
【０１３７】
フォーカスエラー信号ＦＣＳ１は、３つの回折光が重なる干渉領域５１の強度分布がランド上とグルーブ上とで変化することによる影響をほとんど受けることがないため、「トラック横断ノイズ」のない良好なフォーカス制御が可能となる。すなわち、図１６に示したように、フォーカスエラー信号のレベルが零となる位置の近傍（符号２００で示した円内）においては、ランド上でのフォーカスエラー信号ＦＥＬとグルーブ上でのフォーカスエラー信号ＦＥＧとの間に隔差がなくなり、フォーカス引込範囲Ｓｐｐ内において信号レベルが零になるような対物レンズの位置が一義的に定まる。したがって、光ビームスポットがランド上とグルーブ上との間を移動するごとに対物レンズが小刻みに移動するという現象が抑制される。
【０１３８】
《トラック横断ノイズの第２の原因》
次に、「トラック横断ノイズ」の第２の原因について説明する。光学ヘッドからの出射ビームが非点収差を含んでいる場合について考える。この場合は、非点収差による位相分布の非対称性によって、回折光同士の合成位相分布が非対称になるため、強度分布に非対称性が生ずる。
【０１３９】
図１７〜図１９は、光学ヘッド自体が非点収差を有する場合における、対物レンズの瞳上での位相分布および強度分布の計算結果を表すものである。具体的には、図１７は位相分布を３次元的に表したものであり、図１８は強度分布を３次元的に表したものである。また、図１９は、図１８に示した強度分布を等高線により２次元的に表したものである。これらの図で、（Ａ）は集光スポットがランド上にある場合を示し、（Ｂ）は集光スポットがグルーブ上にある場合を示している。なお、これらの図は、非点収差の方向が、トラック接線方向に対して４５度をなす方向である場合について示したもので、この場合に、強度分布の非対称性が最も顕著となる。また、光学ヘッド自体の非点収差量は０．０３［λｒｍｓ］であると仮定している。
【０１４０】
図１８および図１９から判るように、光学ヘッド自体が非点収差を有する場合には、受光部上での強度分布は、上記の図１０の場合とは異なって、非対称となっている。そして、これによる「トラック横断ノイズ」は、光学ヘッドからの出射ビームの非点収差の大きさおよび方向によって変化する。したがって、この場合には、たとえ上記演算式（６）により得られるフォーカスエラー信号ＦＣＳ１を用いたとしても、従来の非点収差法と同様に「トラック横断ノイズ」が生じてしまう。
【０１４１】
《第２の原因に対する対策》
以上の考察を踏まえ、本実施の形態では、メインスポット用受光部９２の中間受光部９２Ｍにおける４分割された小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号から、トラック横断による干渉領域５１の強度変化情報が得られることに着目し、上記のフォーカスエラー信号ＦＣＳ１に含まれる光ヘッドの非点収差による「トラック横断ノイズ」を、小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号によってキャンセルするようにしている。より具体的には、上記演算式（７）により演算されたフォーカスエラー信号ＦＣＳ２を用いてフォーカス制御を行う。この場合には、図６において設定信号ＳＥＴによってＫ２＝０と設定することにより、フォーカスエラー信号ＦＣＳとしてＦＣＳ２を採用すればよい。
【０１４２】
この場合には、たとえ光学ヘッド自体が非点収差を含んでいたとしても、フォーカスエラー信号ＦＣＳ２は、±１次回折光による影響をほとんど受けることがないため、上記した第２の原因による「トラック横断ノイズ」のない良好なフォーカス制御が可能となる。（７）式において、係数Ｋ１は、予め所定の固定値（例えば、“−１”）に定めておいてもよいが、光ヘッドの種類や光ディスクの種類ごとに、あるいは、さらに個々の光ヘッドごとに、合焦時の「トラック横断ノイズ」が最小となるように設定するようにしてもよい。また、係数Ｋ１の設定には、予め複数の異なる値（離散値）を用意しておき、その中から適宜なものを選択して設定するようにしてもよいし、あるいは、アナログ的に任意の値に調整可能にして設定するようにしてもよい。
【０１４３】
《フォーカスサーボのゲイン差による問題点およびその対策》
ところで、上記のように、フォーカスエラー信号ＦＣＳ１を用いた場合や、ＦＣＳ２の演算において「トラック横断ノイズ」が合焦時に最小となるように定数Ｋ１を調整した場合においても、例えば図２０に示したようにランド上とグルーブ上とでフォーカスエラー信号のゲインが異なる結果、フォーカス制御に支障が生ずる場合が考えられる。なお、図２０では、フォーカスエラー信号のレベルが零となるような対物レンズ位置はほぼ一義的に定まるものの、ランド上でのフォーカスエラー信号ＦＥＬとグルーブ上でのフォーカスエラー信号ＦＥＧとの間で傾きに大きな差が存在する。このため、この状態では、対物レンズの移動制御における制御ゲインの最適値が異なってしまい、ゲイン切り替えを行う必要が生ずる。
【０１４４】
以上の考察を踏まえ、本実施の形態では、フォーカスエラー信号ＦＣＳ１またはＦＣＳ２に対し、中間受光部９２Ｍにおける小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号の和（中間総和信号）を加減算することによって、（８），（９）式に示したフォーカスエラー信号ＦＣＳ３またはＦＣＳ４を求め、ランド上とグルーブ上とにおけるゲイン差を解消可能にしている。以下、その原理について説明する。
【０１４５】
図２１および図２２は、デフォーカス量が例えば±０．５μｍである場合に、対物レンズの瞳上の強度分布がランド上とグルーブとでどのように変化するかを計算した結果を表すものである。具体的には、図２１はデフォーカス量が−０．５μｍである場合を表しており、図２２はデフォーカス量が＋０．５μｍである場合を表している。これらの図で、（Ａ）はスポットがランド上にある場合を示し、（Ｂ）はスポットがグルーブ上にある場合を示す。
【０１４６】
上記の図１０に示したように、デフォーカス量が零のときには、強度分布はランド上とグルーブ上とで差異がない。これに対し、デフォーカスを与えると、図２１および図２２に示したように、そのデフォーカス方向によって強度分布が変化し、特に干渉領域５１の強度変化の方向が逆になる。したがって、干渉領域５１に対応した中間受光部９２Ｍからの出力信号の和に係数Ｋ２を乗じたものをＦＣＳ１またはＦＣＳ２から減算して得られるＦＣＳ３またはＦＣＳ４を利用することにより、ランド上とグルーブ上でのフォーカスサーボゲインの差を解消することができる。これにより、良好なフォーカスサーボ特性が得られることになる。なお、（８），（９）式において、係数Ｋ２は、個々の光ヘッドごとに、非合焦時におけるフォーカスエラー信号ＦＣＳ３またはＦＣＳ４が、ランド上とグルーブ上とで一致することとなるように調整して設定するのが好ましい。
【０１４７】
なお、本実施の形態において使用した光検出素子９における受光部パターンは、フォーカスエラー検出に非点収差法を用いると共にトラッキングエラー検出に差動位相差法および３ビーム法を用いる従来の光ヘッドの光検出素子１９（図２４）における受光部パターンと比べて、分割数が増えた点が異なるのみである。このため、図６に示した演算回路４０において、単にＫ１＝０，Ｋ２＝０と設定することにより、従来のフォーカスエラー信号ＦＥを生成することが可能となり、従来のシステムとの互換性を確保することが容易である。但し、予め、フォーカスエラー信号ＦＥと本実施の形態に係るフォーカスエラー信号ＦＣＳ１〜ＦＣＳ４とをすべて演算しておき、光ディスクの種類等に応じて、所定のモード切替信号によって、これらの中からいずれか１つを選択して出力するように構成してもよい。
【０１４８】
以上のように、本実施の形態によれば、光ヘッドの光検出手段として、従来の光検出素子１９に代えて、メインスポット用受光部９２における分割パターンが異なる光検出素子９を用いると共に、メインスポット用受光部９２の中間受光部９２Ｍからの出力信号を用いずに、周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄからの出力信号のみを用いて所定の演算処理を行い、これにより得られるフォーカスエラー信号ＦＣＳ１を用いてフォーカス制御を行うことができるようにしたので、光ヘッドにおける光検出素子９以外の部分を従来の非点収差法による場合と同様な構成として互換性を保持しつつ、ランド・グルーブ記録媒体に対しても、「トラック横断ノイズ」の少ない良好なフォーカス制御を行うことができる。
【０１４９】
また、本実施の形態によれば、光ヘッド自体に収差が含まれている場合には、フォーカスエラー信号ＦＣＳ１に含まれる、光ヘッドの非点収差による「トラック横断ノイズ」を、小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号によってキャンセルすることでフォーカスエラー信号ＦＣＳ２を求め、これを用いてフォーカス制御を行うにしたので、光ヘッド自体の収差に起因する「トラック横断ノイズ」の発生を抑制でき、良好なフォーカス制御が可能となる。
【０１５０】
さらに、本実施の形態によれば、ランド上とグルーブ上とでフォーカスエラー信号のゲインが異なる結果、フォーカス制御に支障が生ずる場合には、フォーカスエラー信号ＦＣＳ１またはＦＣＳ２に対し、中間受光部９２Ｍにおける小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号の和を加減算することによって、フォーカスエラー信号ＦＣＳ３またはＦＣＳ４を求め、これらのフォーカスエラー信号ＦＣＳ３またはＦＣＳ４を用いてフォーカス制御を行うようにしたので、ランド上とグルーブ上とにおけるフォーカスエラー信号のゲイン差を解消することができ、良好なフォーカス制御が可能となる。
【０１５１】
また、本実施の形態によれば、光検出素子９における受光部パターンは、従来の光ヘッドの光検出素子における受光部パターンと比べて、分割数が増えた点が異なるのみであるため、演算回路４０において従来のフォーカスエラー信号ＦＥを生成することも極めて容易である。したがって、従来のシステムとの互換性を確保することが可能となる。
【０１５２】
また、このように、本実施の形態では、演算回路により複数のフォーカスエラー信号ＦＣＳ１〜ＦＣＳ４のいずれかを生成可能にしたので、例えば光ヘッドの光学性能（収差特性）や光ヘッドの出力ゲイン特性等、各種の条件に応じて、最適なフォーカスエラー信号を用いてフォーカス制御を行うことができる。
【０１５３】
また、本実施の形態によれば、非点収差法の場合と同等の小さい受光部（メインスポット用受光部９２）によってフォーカスエラー検出が実現可能であるので、ＤＶＤとＣＤとの互換性の確保等のために、例えば輪帯状の基材厚補正部を有する対物レンズ２７（図３）を用いて光学ヘッドを構成した場合でも、受光部が不要な拡散光をも受光してしまう不都合を効果的に防止することができ、信号劣化を抑制することができる。
【０１５４】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形および応用が可能である。例えば、上記実施の形態では、中間受光部９２Ｍを４つの小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚに分割するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、フォーカスエラー信号として（６），（８）式に示したＦＣＳ１またはＦＣＳ３を用いると共にトラッキングエラー信号として（１０），（１２）式に示したＴＲＫ１またはＴＲＫ３を用いるようにした場合には、中間受光部９２Ｍの個々の小受光部９２Ｍｗ〜９２Ｍｚからの出力信号は必要ない。したがって、この場合には、メインスポット用受光部９２の中間受光部９２Ｍを４つに分割せず、図２３に示したように、単一の中間受光部９２Ｍのままとし、そこからの出力信号を用いて（６），（８），（１０）または（１２）式による演算をすればよい。
【０１５５】
また、上記実施の形態では、定数Ｋ１〜Ｋ３は予め所定の値に設定されたものとして説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば再生対象の光ディスクの種類や光ディスク装置に用いられている光学ヘッドの仕様等に応じて、定数Ｋ１〜Ｋ３の値を任意に設定できるような構成としてもよい。
【０１５６】
また、上記実施の形態では、演算回路４０が光検出素子９に含まれるように構成したが、この演算回路４０を光検出素子９とは別個の外部回路として構成するようにしてもよい。
【０１５７】
また、上記実施の形態では、光学部品を個別に配置して構成した光ヘッドについて説明したが、本発明はそれに限られず、光学系を集積配置して構成した光ヘッドにも適用可能である。
【０１５８】
また、本発明の適用対象は、ＤＶＤ−ＲＡＭのみに限定されることはなく、ランドおよびグルーブの双方に記録を行うランド・グルーブ記録方式の記録媒体の全般に本発明を適用可能である。さらに、ランドまたはグルーブのいずれか一方にのみ記録を行う方式の記録媒体であっても、記録面での回折光のうち０次光および±１次光の３者が重なり合うこととなるような仕様のシステムである限り、本発明を適用することが可能である。さらに、本発明は、そのような仕様の光記録媒体である限り、回転駆動される円盤（ディスク）状の記録媒体のみならず、例えば直線走行するように駆動されるテープ状の記録媒体等にも適用可能である。
【０１５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ヘッド、または光情報記録再生装置によれば、記録媒体からの反射光を受光する光検出手段が、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを含むように光ヘッドを構成したので、４つの周辺受光部と中間受光部とからそれぞれ別個の出力信号を得ることができる。したがって、これらの出力信号を個別に利用し、あるいはそのいずれかを利用することなく、光ヘッドの動作制御（例えばフォーカス制御）を行うことも可能になる。特に、例えば、ランド・グルーブ記録方式の記録媒体から情報を再生する場合においても、光検出手段のいくつかの受光部のうち、好ましくない状態で受光している領域からの信号を排除するようにすれば、いわゆる「トラック横断ノイズ」の影響を排除することも可能になり、良好なフォーカス制御を実現できるという効果を奏する。また、この光ヘッドによれば、従来の光ヘッドに比べた場合に、光検出手段の受光部パターンと、そこから得られる信号の処理パターンとを変更するだけでよいので、新規で特殊な部品を用意する必要がなく、従来の部品にわずかな変更を加えるだけでよい。したがって、従来と比べても構造を徒に複雑化することなく、比較的簡単な構成で安価な光ヘッドおよび光情報記録再生装置を提供することができるという効果を奏する。
また、演算手段において中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数を任意に設定可能にしたので、合焦制御の最適化が容易になるという効果を奏する。
【０１６０】
特に、請求項２記載の光ヘッドによれば、中間受光部が第１の軸および第２の軸によって４つの小受光部に分割されるようにしたので、これらの４分割された小受光部の各々からの出力信号を利用することが可能となるという効果を奏する。
【０１６３】
また、請求項３に記載の光ヘッドによれば、４つの周辺受光部の配列における一方の対角線の方向に沿った２つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号の和と、他方の対角線の方向に沿った２つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号の和との差分である周辺差分信号を演算すると共に、中間受光部の４つの小受光部の配列における一方の対角線の方向に沿った２つの小受光部からそれぞれ出力される信号の和と他方の対角線の方向に沿った２つの小受光部からそれぞれ出力される信号の和との差分である中間差分信号、または、前記中間受光部の４つの小受光部からそれぞれ出力される信号の総和である中間総和信号の少なくとも一方を演算し、周辺差分信号に中間差分信号の定数倍または前記中間総和信号の定数倍の少なくとも一方を加算して得られる加算結果を基に焦点誤差信号を求めるようにしたので、周辺差分信号以外の要素である中間差分信号や中間総和信号をも考慮した合焦制御が可能となる。また、中間差分信号や中間総和信号に乗ぜられる定数を適切に設定すれば、より正確な合焦制御が可能になるという効果を奏する。
【０１６５】
また、請求項５に記載の光ヘッドによれば、演算手段において中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数を、記録媒体の種類または光ヘッドの種類の少なくとも一方に応じて、予め定めた複数の値の中から選択可能にし、または、対物レンズにより集光された光ビームがトラック案内構造を横断する際に生ずる焦点誤差信号の変動をほぼ最小にさせる値に調整可能にしたので、記録媒体の種類や光ヘッドの種類等に応じて、随時、適切な合焦制御が可能になるという効果を奏する。
【０１６６】
本発明の光検出素子によれば、４つの周辺受光部と中間受光部とを備えると共に、入力された切替信号に応じて４つの周辺受光部および中間受光部からの出力信号を切り替えるようにしたので、光源から出射された光ビームを対物レンズによって所定のトラック案内構造を有する記録媒体上に集光する場合に生ずる焦点誤差の検出方法を適宜に変更することができるという効果を奏する。
【０１６７】
本発明の焦点誤差検出方法によれば、光検出手段に、４つの周辺受光部と中間受光部とを備えさせると共に、４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して、焦点誤差信号を求めるようにしたので、４つの周辺受光部のみならず中間受光部からも受光情報を得ることができる。したがって、例えば、これらの信号を適切に組み合わせたり、あるいは定数を適切に設定すれば、より精度の高い合焦制御も実現可能になるという効果を奏する。
【０１６８】
特に請求項９に記載の焦点誤差検出方法によれば、中間受光部を、第１の軸および第２の軸によって４つの小受光部に分割し、中間受光部の４つの小受光部からそれぞれ出力される信号を基に、定数倍されるべき検出信号を求めるようにしたので、中間受光部における受光状態をより詳細に知ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光情報記録再生装置の概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る光ヘッドの全体構成を表す図である。
【図３】図２における対物レンズの構成を表す断面図である。
【図４】図３に示した対物レンズの波面収差特性を表す特性図である。
【図５】図２における光検出素子の構成を表す平面図である。
【図６】光検出素子の演算回路の構成を表す回路図である。
【図７】グルーブ記録方式を説明するための図である。
【図８】ランド・グルーブ記録方式を説明するための図である。
【図９】非点収差を有しないＤＶＤ用光ヘッドによってＤＶＤ−ＲＡＭを再生する場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での位相分布の一計算例を表すグラフである。
【図１０】非点収差を有しないＤＶＤ用光ヘッドによってＤＶＤ−ＲＡＭを再生する場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での強度分布の一計算例を表すグラフである。
【図１１】非点収差を有しないＤＶＤ用光ヘッドによってＤＶＤ−ＲＡＭを再生する場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での位相分布の他の計算例を表すグラフである。
【図１２】非点収差法におけるスポットの変化の様子を説明するための図である。
【図１３】非点収差法を用いてランド・グルーブ記録媒体を再生する場合の受光部上における回折パターンの一例を示す図である。
【図１４】収差の方向を定義するための図である。
【図１５】図２に示した光検出素子の受光部の構成と集光スポットの形状、位置および向きとの関係を説明するための略線図である。
【図１６】本実施の形態において好適に得られるフォーカスエラー曲線を表す特性図である。
【図１７】非点収差を有するＤＶＤ用光ヘッドによってＤＶＤ−ＲＡＭを再生する場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での位相分布の一計算例を示すグラフである。
【図１８】非点収差を有するＤＶＤ用光ヘッドによってＤＶＤ−ＲＡＭを再生する場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での強度分布の一計算例を示すグラフである。
【図１９】図１８に示した強度分布を等高線により表すグラフである。
【図２０】フォーカスエラー信号のゲインがランド上とグルーブ上とで異なる場合を説明する図である。
【図２１】ＤＶＤ−ＲＡＭを再生するＤＶＤ用光ヘッドがデフォーカス状態にある場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での強度分布の一計算例を示すグラフである。
【図２２】ＤＶＤ−ＲＡＭを再生するＤＶＤ用光ヘッドがデフォーカス状態にある場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での強度分布の他の計算例を示すグラフである。
【図２３】光検出素子の変形例を表す平面図である。
【図２４】従来の光ヘッドに用いられる光検出素子における受光部の構成を表す平面図である。
【図２５】図２４に示した光検出素子の作用を説明するための図である。
【図２６】従来の光ヘッドにおけるフォーカスエラー曲線を表す特性図である。
【符号の説明】
９…光検出素子、１２…光ヘッド、１４…サーボ制御回路、１８…システムコントローラ、２２ａ…半導体レーザ（波長６５０ｎｍ）、２２ｂ…半導体レーザ（波長７８０ｎｍ）、２３ａ，２３ｂ…回折格子、２４…ビームスプリッタ、２４ａ…偏光分離膜、２４ｂ…波長選択性膜、２５…６５０ｎｍ用５／４波長板、２７…対物レンズ、２７Ａ…基材厚補正部、２８…マルチレンズ、３０…光ディスク、３０ａ…ＤＶＤ，３０Ｂ…ＣＤ、５１…±１次光の干渉領域、５５…位相差検出器、５７…ローパスフィルタ、５８…選択器、９２…メインスポット用受光部、９２Ａ〜９２Ｄ…周辺受光部、９２Ｍ…中間受光部、９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚ…小受光部、９３，９４…サイドスポット用受光部、９３Ｅ，９３Ｆ，９３Ｇ，９３Ｈ…受光部、９６〜９８…集光スポット、Ｔ…トラッキング方向、Ｆ…フォーカス方向、ＦＰＩ…フォーカス引込信号、ＦＣＳ１〜ＦＣＳ４…フォーカスエラー信号、ＴＲＫ１…トラッキングエラー信号。
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体に対して光による情報の記録または再生の少なくとも一方を行うのに用いられる光ヘッドおよびそのような光ヘッドを用いて構成される光情報記録再生装置、ならびに記録媒体に集光する光の焦点ずれを検出するための焦点誤差検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスク等の光情報記録媒体を用いて、光学的に情報の記録と再生の少なくとも一方を行う光情報記録再生装置が種々実用化されている。中でも、光ディスクを記録媒体とする光ディスク装置の普及が著しく、その高記録密度化が進められている。例えば、再生専用の光ディスク装置としては、既に、記録容量約６５０ＭＢのＣＤ（Compact Disk）−ＲＯＭ（Read Only Memory）と同じサイズ（直径１２０ｍｍ）のディスクを用いて、記録容量を約７倍の４．７ＧＢに高めたＤＶＤを再生可能なＤＶＤ装置が実用化されている。
【０００３】
一般に、光ディスクにおいては、透明基板上に記録面が形成されており、対物レンズを経て光ディスクに照射された記録用または再生用の光が透明基板を経て記録面上で集光されるようになっている。トラッキングエラーの検出は、例えばＤＶＤ装置では、十文字格子により４分割された受光部（田の字４分割型受光部）を用いた差動位相差法（ＤＰＤ法）が採用されている。一方、記録面におけるビームスポットが最小となるようにするために、フォーカスエラー検出を行うが、その検出方法としては、トラッキングエラー検出に用いる受光部と同じ受光部を利用できる方法である非点収差法が採用されることが多い。
【０００４】
ＣＤ装置では、対物レンズのＮＡ（開口数）を０．４５としているが、ＤＶＤ装置では、記録密度をより高くするために、対物レンズのＮＡ（開口数）を０．６０と高くしている。一般にＮＡを大きくすると、ディスクが傾いたときの収差（主にコマ収差）が増加し、再生信号が劣化してしまう。この収差は、通常、ＮＡの３乗および基板の厚みにほぼ比例することから、ＤＶＤでは、この収差を改善するために、ディスクの厚みを、ＣＤ（＝１．２ｍｍ）の半分の０．６ｍｍにしている。
【０００５】
ＤＶＤはＣＤの後継を担う光ディスクとして期待されており、ＤＶＤ装置によってＣＤをも再生できるようにすることが望まれている。しかし、より高密度のＤＶＤの再生用に最適化された対物レンズを含む光学系によってＣＤを再生しようとすると、基板の厚みの違いによって、球面収差が生じ、良好な再生信号が得られない。
【０００６】
また、ＤＶＤ装置には、さらに、ライトワンス型ＣＤであるＣＤ−Ｒ（追記型ＣＤ）の再生もできるようにすることが望まれているのが現状である。ところが、ＣＤ−Ｒは、通常、比較的長波長の光に感度をもつ色素を材料として構成されているため、ＤＶＤ装置で用いられている６５０ｎｍの光を発する光源によってＣＤ−Ｒを再生するのは困難である。そこで、ＣＤ−Ｒをも再生可能なＤＶＤ−ＲＯＭ再生装置やＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ再生装置においては、６５０ｎｍの光を発する光源と７８０ｎｍの光を発する光源の２種類の光源を用い、基板厚の差による信号劣化をも抑制するように工夫された光ヘッド（光ピックアップ）が採用されるに至っている。以下、ＤＶＤ−ＲＯＭのみならずＣＤおよびＣＤ−Ｒをも再生可能なＤＶＤ−ＲＯＭ装置に用いられる光ヘッドについて説明する。なお、以下の説明では、ＣＤおよびＣＤ−Ｒを併せて単にＣＤと表記するものとし、ＤＶＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏを単にＤＶＤと表記するものとする。
【０００７】
図２４は、ＤＶＤおよびＣＤを再生可能なＤＶＤ装置の光ヘッドに使用される光検出素子の平面構造を表すものである。
【０００８】
まず、光検出素子について説明する。図２４に示したように、光検出素子１９は、基板１９１と、基板１９１の中央領域に配置されたメインスポット用受光部１９２と、メインスポット用受光部１９２の両側に等間隔に配置された２つのサイドスポット用受光部１９３，１９４とを備えている。メインスポット用受光部１９２は、全体として矩形形状を有すると共に、十文字型の分割線によってほぼ同形の４つの受光領域１９２Ａ，１９２Ｂ，１９２Ｃ，１９２Ｄに分割されている。サイドスポット用受光部１９３，１９４は、それぞれ、分割のない単一領域からなっている。
【０００９】
ＣＤ再生時においては、図示しないＣＤ用光源から出射された光ビームは、回折光学系（図示せず）により３本のビームに分離され、対物レンズにより記録媒体であるＣＤの記録面上にそれぞれ集光される。ＣＤの記録面で反射した３本の光ビームは、図２４に示したように、光検出素子１９のメインスポット用受光部１９２およびサイドスポット用受光部１９３，１９４の各中央部にそれぞれ入射し、ビームスポット１９６〜１９８を形成するようになっている。
【００１０】
一方、ＤＶＤ再生時においては、図示しないＤＶＤ用光源から出射された光ビームは、対物レンズにより記録媒体であるＤＶＤの記録面上に集光される。ＤＶＤの記録面で反射した光ビームは、所定の光学系を経て、光検出素子１９のメインスポット用受光部１９２の中央部に入射し、ビームスポット１９６を形成するようになっている。ここで、ビームスポット１９６の中心は、メインスポット用受光部１９２の中心（すなわち、４つの受光領域１９２Ａ，１９２Ｂ，１９２Ｃ，１９２Ｄが交わる点）とほぼ一致するように調整される。なお、図２４では、メインスポット用受光部１９２のビームスポット１９６がほぼ円形となっている状態、すなわち、光ヘッドが合焦状態にある場合を示している。なお、ここにいう合焦状態とは、対物レンズにより集光された光ビームが記録媒体の記録面上で最小スポットを形成している状態をいう。光ヘッドが合焦状態からはずれると、メインスポット用受光部１９２のビームスポット１９６は、図２５（Ａ）に示したように、メインスポット用受光部１９２の左上４５度から右下４５度の方向を長軸とする楕円形、または同図（Ｂ）に示したように、右上４５度から左下４５度の方向を長軸とする楕円形に変化するようになっている。なお、図２５は、光検出素子１９のメインスポット用受光部１９２のみを拡大して表したものである。
【００１１】
ここで、メインスポット用受光部１９２の４つの受光領域１９２Ａ，１９２Ｂ，１９２Ｃ，１９２Ｄから出力される受光信号を、それぞれ、ａ，ｂ，ｃ，ｄとし、サイドスポット用受光部１９３，１９４から出力される受光信号を、それぞれ、ｅ，ｆとすると、フォーカス引込信号ＦＰＩおよび再生信号ＲＦ、フォーカエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥは、それぞれ、次の（１）〜（４）式のように表される。なお、フォーカス引込信号ＦＰＩは、フォーカスエラー信号ＦＥに基づいてフォーカス制御を行う範囲を制限するために用いられる信号であり、例えば、所定のローパスフィルタ（図示せず）を用いて再生信号ＲＦの高周波成分を除去することにより得られる。
【００１２】
フォーカス引込信号ＦＰＩ＝再生信号ＲＦ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ …（１）
フォーカスエラー信号ＦＥ＝（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ） …（２）
トラッキングエラー信号ＴＥ＝（ａ＋ｃ）と（ｂ＋ｄ）との位相差 …（３）
または
トラッキングエラー信号ＴＥ＝ｅ−ｆ …（４）
【００１３】
ここで、（２）式に示したフォーカスエラー信号ＦＥは、非点収差法によるフォーカスエラー検出に用いられるものである。上記したように、ＤＶＤの再生時、図２４に示した光検出素子１９においては、メインスポット用受光部１９２のビームスポット１９６の形状が、合焦の程度に応じて円形となったり、長軸の方向が互いに異なる方向をなす様々な楕円形となったりする。これに応じて、（２）式より得られるフォーカスエラー信号ＦＥは変化する。より具体的には、合焦状態においては、メインスポット用受光部１９２の受光領域１９２Ａ，１９２Ｂ，１９２Ｃ，１９２Ｄのそれぞれからの出力信号はほぼ等しくなるため、フォーカスエラー信号ＦＥはほぼゼロとなる。また、合焦状態でないときには、ビームスポット１９６が楕円形となることから、メインスポット用受光部１９２における一方の対角線方向の受光領域１９２Ａ，１９２Ｃからの出力信号の和（ａ＋ｃ）と、他方の対角線方向の受光領域１９２Ｂ，１９２Ｄからの出力信号の和（ｂ＋ｄ）との間に差が生じる。この場合、両者の差の符号は焦点ずれ（デフォーカス）の方向に依存し、差の絶対値は焦点ずれの量に依存する。したがって、このフォーカスエラー信号ＦＥが零となるように対物レンズの移動制御を行うことにより、最良のフォーカシング状態が維持される。
【００１４】
なお、トラッキングサーボの方法は、ＤＶＤの再生の場合とＣＤの再生の場合とで異なる。すなわち、ＤＶＤの再生の場合には、フォーカスサーボのための非点収差法で用いている中央のメインスポット用受光部１９２の各受光領域１９２Ａ，１９２Ｂ，１９２Ｃ，１９２Ｄから出力される信号を利用して、（３）式に示した（ａ＋ｃ）と（ｂ＋ｄ）との位相差を求め、この位相差をトラッキングエラー信号ＴＥとして用いる。一方、ＣＤの再生の場合には、３スポット法によってトラッキングサーボを行う。この３スポット法では、回折格子等によりディスクへの照射光を０次光および±１次光の３本の光ビームに分離して、各光ビームをメインスポット用受光部１９２およびサイドスポット用受光部１９３，１９４の合計３つの受光部でそれぞれ受光し、トラッキングエラー信号ＴＥとして、（４）式に示した（ｅ−ｆ）を用いる。
【００１５】
上記のような光ヘッドに使用される対物レンズは、例えば図３に示したような構造を有している。なお、この図では、説明の便宜上、ＣＤの断面とＤＶＤの断面とを半分ずつ並べて図示している。この図に示したように、対物レンズ２７は、ＮＡが０．３８〜０．４４付近の領域に、周囲よりも窪んだ輪帯状の基板厚補正部２７Ａを有している。基板厚補正部２７Ａよりも内側の中央領域２７Ｂと、基板厚補正部２７Ａよりも外側の周辺領域２７Ｃとは、ＤＶＤ−ＲＯＭの基材厚（０．６ｍｍ）に対して最適な面形状となるように形成されている。一方、基材厚補正部２７Ａは、ＣＤの基材厚（１．２ｍｍ）に対して最適な面形状になるように設計され、ＣＤ再生時の収差を補正し得るようになっている。このような構造の対物レンズ２７は、図示しないレンズ駆動用コイルを備えたアクチュエータにより、ディスク面と直交する方向に駆動されるようになっている。
【００１６】
図３の対物レンズ２７を用いてＣＤを再生しようとした場合の波面収差は、例えば図４に示したようになる。この図で、横軸は対物レンズのＮＡを示し、縦軸は球面収差（単位ｍｍ）を示す。この図に示したように、対物レンズ２７を用いてＣＤを再生する場合の波面収差は、比較的球面収差の少ない近軸領域と、ＣＤ用に設計された輪帯領域（基材厚補正部２７Ａ）とが合成されて、実使用上問題のない程度に低減されている。また、ＮＡ０．４４以上の外周部は球面収差が大きいため、拡散して、非点収差法によるフォーカスエラー検出において通常用いられるような小さなサイズのメインスポット用受光部１９２（図２４）には入射しない。
【００１７】
一方、ＤＶＤの再生時においては、輪帯領域（基材厚補正部１２７Ａ）を通過した光は拡散してしまい、メインスポット用受光部１９２には収束しない。このため、ＤＶＤの再生性能をほとんど劣化させることなく、同一の対物レンズと同一の検出素子とを用いて、ＣＤおよびＤＶＤの双方の再生が可能な相互互換性の高い光学系が実現される。その結果、部品点数が少なく構成も簡単な低コストのＤＶＤ／ＣＤ／ＣＤ−Ｒ用光ヘッドが実現可能である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、最近になって、上記した各記録媒体に加えて、自由に書換可能なＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）が実用化されており、さらに、このＤＶＤ−ＲＡＭをも再生可能なＤＶＤ用再生ヘッドや、ＤＶＤおよびＣＤをも再生可能なＤＶＤ−ＲＡＭ用記録再生光ヘッドも望まれるようになってきた。
【００１９】
従来の再生専用のＤＶＤやＣＤでは、ランドまたはグルーブのいずれか一方にのみ情報を記録する方式となっているのに対し、記録再生が可能なＤＶＤ−ＲＡＭでは、記録密度を高くするために、ランドおよびグルーブの双方に情報を記録するランド・グルーブ記録方式が採用されている。ランドまたはグルーブのうち記録に用いる側の幅を広くし、他方側の幅を狭くするようにしている従来のＤＶＤやＣＤとは異なり、ランド・グルーブ記録方式では、ランドおよびグルーブの双方にある程度広い幅をもたせている。
【００２０】
ところが、このランド・グルーブ記録方式では、上記した非点収差法を用いてフォーカスエラー検出を行うようにした場合に、後述する「トラッキング干渉」と呼ばれる現象が生じ、これにより、「トラック横断ノイズ」と呼ばれるノイズが発生することが確認されている。この「トラッキング干渉」は、ビームスポットがトラックを横断した際にフォーカスエラー信号に大きな変化を生じる現象であり、「トラック横断ノイズ」は、ビームスポットが記録媒体のランド上にあるかグルーブ上にあるかによってフォーカスエラー信号が異なる値をとることに起因して生ずるノイズである。
【００２１】
図２６は、上記した「トラッキング干渉」現象を表すものである。この図において、横軸は、ディスクと直交する方向における対物レンズ位置を示し、縦軸は、フォーカスエラー信号の出力レベルを示す。また、実線で示した曲線ＦＥＬは、ビームスポットがランド上にある場合の対物レンズ位置とフォーカスエラー信号ＦＥとの関係を示すフォーカスエラー曲線であり、破線で示した曲線ＦＥＧは、ビームスポットがグルーブ上にある場合の対物レンズ位置とフォーカスエラー信号ＦＥとの関係を示すフォーカスエラー曲線である。
【００２２】
この図に示したように、フォーカスエラー曲線ＦＥＬ（ＦＥＧ）のピークとピークとの間の範囲がフォーカス引込範囲Ｓｐｐとして規定され、この範囲でのみフォーカスサーボが行われる。なお、このようにフォーカス引込範囲Ｓｐｐを設け、その範囲内でのみフォーカスサーボを行うようにしているのは、フォーカスエラー信号ＦＥは、対物レンズの位置が合焦位置から大きくずれている場合においても零になり得るものであり、このような焦点はずれ状態が合焦状態として検出されてしまうことを排除する必要があるからである。
【００２３】
図２６に示したように、ビームスポットが記録媒体のランド上にあるかグルーブ上にあるかによって、フォーカス引込範囲Ｓｐｐにおけるフォーカスエラー信号ＦＥは異なる値をとる。このため、フォーカスエラー信号ＦＥが零になる位置は、ビームスポットがランド上にある場合の対物レンズ位置ＸＬと、ビームスポットがグルーブ上にある場合の対物レンズ位置ＸＧの２か所存在する。一方、光ヘッドの動作を制御する制御部（図示せず）は、レンズ駆動用コイル（図示せず）に流す電流を制御して、フォーカスエラー信号ＦＥが零になるように対物レンズをディスクと直交する方向に駆動する。このため、ビームスポットがランドからグルーブへ移動したりグルーブからランドへと移動するたびに、対物レンズは位置ＸＬと位置ＸＧとの間を行き来することとなり、これがトラック横断ノイズとして現れることになる。このノイズは、デフォーカス、フォーカスサーボやトラッキングサーボにおける伝達特性の劣化、およびレンズ駆動用コイルの焼付きや破損等の不具合を生じさせる。なお、図２６で説明したようなトラッキング干渉現象がどのようなメカニズムにより生ずるかについては、十分な解析がなされていなかった。
【００２４】
このようなトラック横断ノイズによる不都合を避けるためには、いわゆるスポットサイズ法を用いてフォーカスエラー検出を行うことが考えられる。上記のように、非点収差法は、分割されたメインスポット用受光部１９２（図２４）を用いて上記（２）式を基に各分割領域からの各出力信号のたすき掛け加減算を行って受光スポットの形状に対応した信号を得るものである。これに対して、スポットサイズ法は、受光部からの出力信号によってスポットサイズを検出し、このスポットサイズによりフォーカシング制御を行うようにしたものである。
【００２５】
ところが、このスポットサイズ法では、比較的大きな受光面積を有するメインスポット用受光部を必要とすることから、次のような不都合を伴う。すなわち、上記したように、対物レンズと受光部とを共通化して低コストな光ヘッドを実現するために輪帯状の基材厚補正部２７Ａを有する対物レンズ２７（図３）を用いて、スポットサイズ法によりフォーカスエラー検出をしようとした場合には、メインスポット用受光部が大きすぎることから、ＣＤ再生時に、周辺領域２７Ｃを通過して生じた拡散光をメインスポット用受光部が受光してしまう。一方、ＤＶＤ再生時には、輪帯状の基材厚補正部２７Ａを通過した拡散光をメインスポット用受光部が受光してしまう。このため、ＣＤおよびＤＶＤのいずれの再生時においても、再生信号ＲＦが劣化すると共に、フォーカスエラー信号等のサーボ信号も劣化してしまう。
【００２６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、複数種類の記録媒体に対応することができると共に、ランドおよびグルーブの双方を情報記録領域として使用するランド・グルーブ記録方式にも対応することができる光ヘッド、光検出素子、光記録再生装置および焦点誤差検出方法を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ヘッドは、光ビームを出射する光源と、光源から出射された光ビームを、所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、光源から出射された光ビームと記録媒体の記録面で反射された光ビームとを分離する光分離手段と、光分離手段により分離された記録媒体からの反射光ビームを受光する光検出手段と、記録媒体の記録面で反射され光分離手段を経て光検出手段に入射する光ビームに非点収差を発生させる非点収差発生手段と、焦点誤差信号を求める演算手段とを備えた光ヘッドであって、光検出手段が、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち、第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを有し、反射光ビームにトラック案内構造による０次光、＋１次光、および−１次光の３つの回折光が重なり合った干渉領域が含まれている場合に、光検出手段において、中間受光部が３つの回折光が重なり合った干渉領域の光を受光し、周辺受光部が干渉領域が含まれていない領域の光を受光するような位置に中間受光部と周辺受光部とが配置されており、演算手段が、４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して焦点誤差信号を求めるようになされ、かつ、中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数が任意に設定可能とされているものである。
【００２８】
本発明の光検出素子は、光源から出射された光ビームを対物レンズによって所定のトラック案内構造を有する記録媒体上に集光する場合に生ずる焦点誤差の検出に用いられる光検出素子であって、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部と、切替信号を入力するための入力端子と、入力端子から入力された切替信号に応じて、４つの周辺受光部および中間受光部からの出力信号を切り替える切替手段と、焦点誤差信号を求める演算手段とを備え、反射光ビームにトラック案内構造による０次光、＋１次光、および−１次光の３つの回折光が重なり合った干渉領域が含まれている場合に、中間受光部が３つの回折光が重なり合った干渉領域の光を受光し、周辺受光部が干渉領域が含まれていない領域の光を受光するような位置に中間受光部と周辺受光部とが配置されており、演算手段が、４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して焦点誤差信号を求めるようになされ、かつ、中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数が任意に設定可能とされているものである。
【００２９】
本発明の光情報記録再生装置は、記録媒体を駆動する記録媒体駆動手段と、この記録媒体駆動手段によって駆動される記録媒体から信号を読み取るための光ヘッドと、この光ヘッドを記録媒体に沿って移動させる光ヘッド駆動手段と、光ヘッドにより読み取られた信号に基づいて再生信号を生成する信号処理手段と、光ヘッドにより読み取られた信号に基づいて、記録媒体駆動手段、光ヘッド駆動手段および光ヘッドの動作を制御するサーボ制御手段とを備える光情報記録再生装置であって、光ヘッドが、光ビームを出射する光源と、光源から出射された光ビームを所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、光源から出射された光ビームと記録媒体の記録面で反射された光ビームとを分離する光分離手段と、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを有し光分離手段により分離された記録媒体からの反射光ビームを受光する光検出手段と、記録媒体で反射され光分離手段を経て光検出手段に入射する光ビームに非点収差を発生させる非点収差発生手段と、焦点誤差信号を求める演算手段とを備え、反射光ビームにトラック案内構造による０次光、＋１次光、および−１次光の３つの回折光が重なり合った干渉領域が含まれている場合に、光検出手段において、中間受光部が３つの回折光が重なり合った干渉領域の光を受光し、周辺受光部が干渉領域が含まれていない領域の光を受光するような位置に中間受光部と周辺受光部とが配置されており、演算手段が、４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して焦点誤差信号を求めるようになされ、かつ、中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数が任意に設定可能とされているものである。
【００３０】
本発明の焦点誤差検出方法は、光ビームを出射する光源と、この光源から出射された光ビームを所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、光源から出射された光ビームと記録媒体の記録面で反射された光ビームとを分離する光分離手段と、光分離手段により分離された記録媒体からの反射光ビームを受光する光検出手段と、記録媒体の記録面で反射され光分離手段を経て光検出手段に入射する光ビームに非点収差を発生させる非点収差発生手段とを備えた光ヘッドにおいて用いられる焦点誤差検出方法であって、光検出手段に、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを備えさせると共に、反射光ビームにトラック案内構造による０次光、＋１次光、および−１次光の３つの回折光が重なり合った干渉領域が含まれている場合に、中間受光部が３つの回折光が重なり合った干渉領域の光を受光し、周辺受光部が干渉領域が含まれていない領域の光を受光するような位置に中間受光部と周辺受光部とを配置し、４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号に対して任意に設定可能とされた定数を乗じた信号とを加算して焦点誤差信号を求めるようにしたものである。ここで乗ざれる定数とは、正の数のみならず負の数も含み、さらに零も含む。
【００３１】
本発明の光ヘッドまたは光情報記録再生装置では、光源から出射された光ビームは、対物レンズによって所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光され、そこで反射される。記録媒体の記録面で反射された光ビームは、光分離手段によって、光源から出射された光ビームと分離され、光検出手段に入射する。その際、記録媒体の記録面からの光ビームは、非点収差発生手段によって非点収差を付与される。光検出手段は、回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを備えており、これらの４つの周辺受光部および中間受光部が光ビームスポットにより照射される。
【００３２】
本発明の光検出素子では、入力端子から入力された切替信号に応じて、第１の軸および第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部からの出力信号と、４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部からの出力信号とが切り替えられ、この出力信号を基に、光源から出射された光ビームを対物レンズによって所定のトラック案内構造を有する記録媒体上に集光する場合に生ずる焦点誤差が検出される。
【００３３】
本発明の焦点誤差検出方法では、まず、光検出手段に対して、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部、および４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部が設けられ、次に、４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して、焦点誤差信号が求められる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る光情報記録再生装置としての光ディスク装置の概略構成を表すものである。なお、本発明の実施の形態に係る光ヘッド、光検出素子および焦点誤差検出方法は、本実施の形態に係る光情報記録再生装置によって具現化されるので、以下、併せて説明する。
【００３６】
この光ディスク装置１は、光ディスク３０を回転駆動するためのスピンドルモータ１１と、光ヘッド１２と、光ヘッド１２を光ディスク３０の半径方向に移動させて所定の記録トラック位置まで搬送する送りモータ１３と、スピンドルモータ１１、送りモータ１３および光ヘッド１２の２軸アクチュエータ２９（本図では図示せず）を制御するサーボ制御回路１４とを備えている。ここで、送りモータ１３が本発明における「光ヘッド駆動手段」の一具体例に対応し、サーボ制御回路１４が本発明における「サーボ制御手段」の一具体例に対応し、２軸アクチュエータ２９が本発明における「対物レンズ駆動手段」の一具体例に対応する。
【００３７】
光ディスク装置１は、さらに、光ヘッド１２に接続されたプリアンプ１５と、プリアンプ１５の出力端に接続された信号変復調・エラー訂正部１６と、この信号変復調・エラー訂正部１６に接続された作業用メモリとしてのＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）１７と、サーボ制御回路１４および信号変復調・エラー訂正部１６を制御するシステムコントローラ１８とを備えている。ここで、信号変復調・エラー訂正部１６が本発明における「信号処理手段」の一具体例に対応する。
【００３８】
光ディスク装置１は、例えばデータストレージ用に用いられる場合には、信号変復調・エラー訂正部１６と外部コンピュータ４１とを接続するためのインタフェース４２をさらに備えている。また、例えばオーディオビデオ用に用いられる場合には、オーディオビデオ信号の入出力を行うオーディオビデオ入出力部４３と、Ｄ／Ａ・Ａ／Ｄ変換部４４とをさらに備えている。このＤ／Ａ・Ａ／Ｄ変換部４４は、信号変復調・エラー訂正部１６の出力信号をディジタル−アナログ（以下、Ｄ／Ａと記す。）変換してオーディオビデオ入出力部４３に送ると共に、オーディオビデオ入出力部４３で入力したオーディオビデオ信号をアナログ−ディジタル（以下、Ａ／Ｄと記す。）変換して信号変復調・エラー訂正部１６に送る機能を有している。
【００３９】
光ディスク３０としては、複数の種類の光ディスクが使用可能である。特に、ランドまたはグルーブのいずれか一方にのみ記録を行う記録方式の「ＣＤ」，「ＣＤ−Ｒ」，および「ＤＶＤ」等の記録媒体のほか、ランドとグルーブの双方に記録を行うランド・グルーブ記録方式の「ＤＶＤ−ＲＡＭ」等も使用可能である。これらの複数種類の光ディスクのうち、いずれかを選定して、記録または再生の少なくとも一方を行うことができるようになっている。ここで、ランドおよびグルーブが本発明における「トラック案内構造」の一具体例に対応する。
【００４０】
スピンドルモータ１１は、システムコントローラ１８からの指示に応じて、サーボ制御回路１４により駆動制御され、所定の回転数で回転されるようになっている。
【００４１】
信号変復調・エラー訂正部１６は、外部より入力した信号を光ディスク３０に記録するために変調する信号変調部（図示せず）と、光ディスク３０より再生した信号を復調する信号復調部（図示せず）と、光ディスク３０に記録する信号に対してエラー訂正コードを付加すると共に、このエラー訂正コードを用いて光ディスク３０より再生した信号のエラー訂正を行うエラー訂正部（図示せず）とを有している。
【００４２】
光ヘッド１２は、信号変復調・エラー訂正部１６の指令に従って、記録信号による変調がなされた光ビームを、回転する光ディスク３０の信号記録面に照射することにより、情報記録を行う。また、光ヘッド１２は、光ディスク３０に光を照射し、その信号記録面で変調された反射光ビームを検出し、この反射光ビームに対応する信号をプリアンプ１５に供給するようになっている。
【００４３】
プリアンプ１５は、光ヘッド１２からの信号に基づいて、再生信号であるＲＦ信号と、再生対象の光ディスクの種類に応じたサーボ信号とを生成するようになっている。ＲＦ信号は、信号変復調・エラー訂正部１６に供給され、この信号に基づく復調および誤り訂正処理等の所定の処理が行われる。サーボ信号は、少なくとも、フォーカス引込信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を含んでおり、サーボ制御回路１４に供給される。サーボ制御回路１４は、これらのサーボ信号に基づき、光ヘッド１２の動作を制御するようになっている。具体的には、フォーカス引込信号およびフォーカスエラー信号に基づいて、光ヘッド１２の対物レンズ２７（図２）を光軸方向に移動させるフォーカスサーボ制御が行われ、これにより、対物レンズ２７により集光された光ビームが常に光ディスク３０の信号記録面に合焦する状態が維持される。また、トラッキングエラー信号に基づいて、光ヘッド１２の対物レンズ２７を光ディスク３０の半径方向に移動させるトラッキングサーボ制御が行われ、これにより、対物レンズ２７により集光された光ビームが常に光ディスク３０のランドまたはグルーブ上に位置する状態が維持される。
【００４４】
信号変復調・エラー訂正部１６により復調された再生信号は、例えばコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェース４２を介して外部コンピュータ４１に送出されるようになっている。
【００４５】
図２は、図１に示した光ヘッド１２の構成を表すものである。この図に示したように、光ヘッド１２は、ＤＶＤ３０ａまたはＣＤ３０ｂ（以下、これらを総称するときは、光ディスク３０と呼ぶ。）に対向するように配置された対物レンズ２７と、この対物レンズ２７をフォーカス方向Ｆ（光ディスク３０の面に垂直な方向＝対物レンズ２７の光軸２１の方向）およびトラッキング方向Ｔ（トラック横断方向＝光ディスク３０の半径方向＝紙面に垂直な方向）に駆動可能な２軸アクチュエータ２９と、この光ヘッド１２の光軸２１に沿って光ディスク３０から離れる方向に順次配列された、コリメータレンズ２６、６５０ｎｍ用５／４波長板２５、プリズム状のビームスプリッタ２４、マルチレンズ２８および光検出素子９とを備えている。
【００４６】
ここで、光検出素子９が本発明における「光検出手段」の一具体例に対応し、ビームスプリッタ２４が本発明における「光分離手段」の一具体例に対応し、マルチレンズ２８が本発明における「非点収差発生手段」の一具体例に対応する。
【００４７】
ビームスプリッタ２４の内部には、光軸２１とほぼ４５度の角度をなす２つの光分離面が形成されている。これらの光分離面のうち、光ディスク３０に近い側に位置する光分離面には６５０ｎｍ用の偏光分離膜２４ａが形成され、光ディスク３０から遠い側に位置する光分離面には波長選択性膜２４ｂが形成されている。なお、ビームスプリッタ２４は、例えば、複数の光学プリズムと、これらの光学プリズムの間に蒸着やスパッタリングによって形成された誘電体多層膜とによって構成可能である。
【００４８】
光ヘッド１２はまた、光軸２１とほぼ直交する方向に光を発する２つの半導体レーザ２２ａ，２２ｂを備えている。半導体レーザ２２ａは、偏光分離膜２４ａが形成された光分離面に対応した位置に配置され、波長６５０ｎｍのレーザ光を発するようになっている。半導体レーザ２２ｂは、波長選択性膜２４ｂが形成された光分離面に対応した位置に配置され、波長７８０ｎｍのレーザ光を発するようになっている。半導体レーザ２２ａとビームスプリッタ２４との間には、半導体レーザ２２ａから発せられた６５０ｎｍのレーザ光を回折するための回折格子（グレーティング）２３ａが配置され、半導体レーザ２２ｂとビームスプリッタ２４との間には、半導体レーザ２２ｂから発せられた７８０ｎｍのレーザ光を回折するための回折格子２３ｂが配置されている。
【００４９】
半導体レーザ２２ａ，２２ｂは、半導体の再結合発光を利用した発光素子であり、このうち半導体レーザ２２ａは、ビームスプリッタ２４の偏光分離膜２４ａが形成された光分離面に対して、ほぼＳ偏光（偏光方向が入射面と垂直な直線偏光）となるレーザ光を出射するようになっている。偏光分離膜２４ａは、Ｓ偏光成分のほぼすべてを反射すると共に、Ｐ偏光成分のほぼすべてを透過させるようになっている。また、半導体レーザ２２ｂから発せられた波長７８０ｎｍの光は、波長選択性膜２４ｂにおいてその反射率に応じた光量が反射され、その透過率に応じた光量が透過されるようになっている。半導体レーザ２２ａから発せられて光ディスク３０で反射されて戻ってきた波長６５０ｎｍの光は、波長選択性膜２４ｂをほぼすべて透過し得るようになっている。
【００５０】
光ヘッド１２は、図示しないガイドに沿って光ディスク３０の半径方向に移動可能に支持されたベース部材（図示せず）を備え、このベース部材に、対物レンズ２７を除く光ヘッド１２の各構成部品が固定されている。
【００５１】
対物レンズ２７は、図３に示したような輪帯状の基材厚補正部２７Ａを有しており、半導体レーザ２２ｂからの波長６５０ｎｍの光に対して、図４に示したような波面収差を有している。対物レンズ２７は、２軸アクチュエータ２９によってフォーカス方向Ｆおよびトラッキング方向Ｔに駆動されるようになっている。なお、対物レンズ２７の構造およびその波面収差特性については従来技術の項で説明したので、ここでは説明を省略する。
【００５２】
回折素子２３ａは、半導体レーザ２２ａからの光を回折して、主として０次回折光および±１次回折光の３本の回折光を発生させ、回折素子２３ｂは、半導体レーザ２２ｂからの光を回折して、主として０次回折光および±１次回折光の３本の回折光を発生させるようになっている。
【００５３】
コリメータレンズ２６は、ビームスプリッタ２４からの光を平行光束に変換するためのものである。対物レンズ２７は、コリメータレンズ２６からの光を集光して、信号記録面上で収束させるようになっている。光ディスク３０からの戻り光は、対物レンズ２７およびコリメータレンズ２６を順に通過した後、ビームスプリッタ２４およびマルチレンズ２８を順に通過して光検出素子９に入射するようになっている。
【００５４】
マルチレンズ２８は、シリンドリカル面と凹面とを有する複合レンズであり、シリンドカルレンズ機能と凹レンズ機能とを併せ持っている。このマルチレンズ２８は、シリンドリカル面の母線の方向がトラック（ランドまたはグルーブ）による回折パターンの配列方向と４５度をなすような方向に配置されている。シリンドリカルレンズ機能によって、ビームスプリッタ２４からの出射光にフォーカスエラー信号を得るための非点収差を発生させ、凹レンズ機能によって、光ビームの光検出素子９までの光路長を延長することができるようになっている。
【００５５】
６５０ｎｍ用５／４波長板は、半導体レーザ２２ａからの６５０ｎｍの光に対しては５／４波長分の位相差を付与し、半導体レーザ２２ｂからの７８０ｎｍの光に対してはほぼ１波長分の位相差を付与し得るようになっている。
【００５６】
図５は、光検出素子９の平面構造を表すものである。本実施の形態における光検出素子９は、従来技術の項（図２４）で示した光検出素子１９のメインスポット用受光部１９２を、その中央部でトラッキング方向に分割して中間領域を設け、この中間領域に４つの受光部を新たに配置したものである。また、サイドスポットを受光する受光部は、プッシュプル方式のトラッキングサーボ制御に対応できるように、トラックの接線方向に対応した方向に分割された構成となっている。以下、光検出素子９の平面配置構造についてより具体的に説明する。
【００５７】
図５において、光検出素子９の中央を通る横方向の軸をＸ軸とし、光検出素子９の中央を通る縦方向の軸をＹ軸とする。ここで、Ｙ軸方向は、光ディスク３０上でのトラッキング方向Ｔに直交する方向（すなわち、トラックの接線方向）に対応する方向であり、光ディスク３０のランドおよびグルーブによって反射光ビームに発生する複数の回折パターン（０次光，±１次光等）の反射直後における配列方向に対応した方向とも直交している。
【００５８】
図５に示したように、光検出素子９は、基板９１と、基板９１の中央領域に配置され、全体として矩形形状を有するメインスポット用受光部９２と、メインスポット用受光部９２のＹ軸方向の両側にほぼ等間隔に配置されたほぼ同形同大の２つのサイドスポット用受光部９３，９４とを備えている。
【００５９】
中央のメインスポット用受光部９２は、Ｙ軸およびＸ軸に関してそれぞれほぼ対称に配置されたほぼ同形同大の４つの周辺受光部９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ，９２Ｄと、４つの周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄの配列のうちＸ軸に平行な２つの列（受光部９２Ａ，９２Ｄからなる列と、受光部９２Ｂ，９２Ｃからなる列）により挟まれた中間領域に配置された中間受光部９２Ｍとを含んでいる。この中間受光部９２Ｍは、さらに、Ｙ軸およびＸ軸によって４つの小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚに分割されている。
【００６０】
サイドスポット用受光部９３は、Ｘ軸によって、ほぼ同形同大の２つの受光部９３Ｅ，９３Ｆに分割され、サイドスポット用受光部９４は、Ｙ軸によって、ほぼ同形同大の２つの受光部９４Ｇ，９４Ｈに分割されている。
【００６１】
メインスポット用受光部９２における各分割受光部、およびサイドスポット用受光部９３，９４における各分割受光部からの検出信号は、例えば光検出素子９の基板９１上に形成された図示しないアンプにより電流−電圧変換された後、この基板９１上に設けられた演算回路４０（図６）によって処理され、再生信号としてのＲＦ信号のほか、フォーカス引込信号ＦＰＩ、フォーカスエラー信号ＦＣＳおよびトラッキングエラー信号ＴＲＫ等の制御用のサーボ信号が演算される。
【００６２】
本実施の形態では、フォーカスエラー信号ＦＣＳは、次の（５）式によって演算される。
ＦＣＳ＝｛（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）｝
−Ｋ１×｛（ｍｗ＋ｍｙ）−（ｍｘ＋ｍｚ）｝
−Ｋ２×｛（ｍｗ＋ｍｙ）＋（ｍｘ＋ｍｚ）｝ …（５）
【００６３】
ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ、周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄからの出力信号を示し、ｍｗ，ｍｙ，ｍｘ，ｍｚは、それぞれ、中間受光部９２Ｍの小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号を示す。また、Ｋ１およびＫ２は係数であり、正もしくは負または０の値をとり得る。後述するように、係数Ｋ１は、光ヘッド１２の光学系自体が有する非点収差による影響をキャンセルするための補正係数であり、係数Ｋ２は、フォーカスサーボ制御のゲインがランド上とグルーブ上とで異なる場合にその影響をキャンセルするための補正係数である。
【００６４】
ここで、Ｋ１＝０，Ｋ２＝０としたときのフォーカスエラー信号ＦＣＳ１は、次の（６）式で与えられる。
ＦＣＳ１＝（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ） …（６）
【００６５】
また、Ｋ１≠０，Ｋ２＝０としたときのフォーカスエラー信号ＦＣＳ２は、次の（７）式で与えられる。
ＦＣＳ２＝｛（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）｝
−Ｋ１×｛（ｍｗ＋ｍｙ）−（ｍｘ＋ｍｚ）｝ …（７）
【００６６】
また、Ｋ１＝０，Ｋ２≠０としたときのフォーカスエラー信号ＦＣＳ３は、次の（８）式で与えられる。
ＦＣＳ３＝｛（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）｝
−Ｋ２×｛（ｍｗ＋ｍｙ）＋（ｍｘ＋ｍｚ）｝ …（８）
【００６７】
また、Ｋ１≠０，Ｋ２≠０としたときのフォーカスエラー信号ＦＣＳ４は、（５）式と同じ次の（９）式で与えられる。
ＦＣＳ４＝｛（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）｝
−Ｋ１×｛（ｍｗ＋ｍｙ）−（ｍｘ＋ｍｚ）｝
−Ｋ２×｛（ｍｗ＋ｍｙ）＋（ｍｘ＋ｍｚ）｝ …（９）
【００６８】
このように、演算回路４０は、係数Ｋ１，Ｋ２の組み合わせによって、（６）〜（９）式に示した４種類のフォーカスエラー信号ＦＣＳ１，ＦＣＳ２，ＦＣＳ３，ＦＣＳ４のいずれか１つを選択的に演算することが可能である。
【００６９】
具体的には、光ディスク３０がＣＤやＤＶＤである場合には、例えば、Ｋ１＝−１，Ｋ２＝０とすることにより、フォーカスエラー信号ＦＣＳ２を用いることが考えられる。なお、この場合のフォーカスエラー信号ＦＣＳ２は、従来の非点収差法におけるフォーカスエラー信号ＦＥと同じものである。また、光ディスク３０がＤＶＤ−ＲＡＭである場合には、例えば、Ｋ１＝０，Ｋ２＝０とすることにより、フォーカスエラー信号ＦＣＳ１を用いることが考えられる。但し、その他の組み合わせとすることも可能である。
【００７０】
一方、演算回路４０は、トラッキングエラー検出用として、４種類のトラッキングエラー信号ＴＲＫ１，ＴＲＫ２，ＴＲＫ３，ＴＲＫ４のいずれか１つを選択的に演算可能である。これらのトラッキングエラー信号は、以下に示す（１０）〜（１４）式によって演算される。なお、Ｋ３は係数であり、正、負または０をとりうる。
【００７１】
ＴＲＫ１＝（ａ＋ｃ）と（ｂ＋ｄ）との位相差信号 …（１０）
ＴＲＫ２＝（ａ＋ｍｗ＋ｃ＋ｍｙ）と（ｂ＋ｍｘ＋ｄ＋ｍｚ）との位相差信号
…（１１）
ＴＲＫ３＝｛（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）｝
−Ｋ３｛（ｅ−ｆ）＋（ｇ−ｈ）｝ …（１２）
ＴＲＫ４＝｛（ａ＋ｄ＋ｍｗ＋ｍｚ）−（ｂ＋ｃ＋ｍｘ＋ｍｙ）｝
−Ｋ３｛（ｅ−ｆ）＋（ｇ−ｈ）｝ …（１３）
ＴＲＫ５＝（ｅ＋ｆ）−（ｇ＋ｈ） …（１４）
【００７２】
ここで、ＴＲＫ２は、従来例と同じ差動位相差法による検出を行う場合に用いられるトラッキングエラー信号であり、ＴＲＫ４は、差動プッシュプル法による検出を行う場合に用いられるトラッキングエラー信号である。ＴＲＫ１は、ＴＲＫ２から、小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚの出力信号ｍｗ，ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを除いたものであり、ＴＲＫ３は、ＴＲＫ４から出力信号ｍｗ，ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを除いたものである。ＴＲＫ５は、３ビーム法（３スポット法）による検出を行う場合に用いられるトラッキングエラー信号である。
【００７３】
より具体的には、ＤＶＤの場合にはＴＲＫ１またはＴＲＫ２を用い、ＤＶＤ−ＲＡＭの場合にはＴＲＫ３またはＴＲＫ４を用い、ＣＤの場合にはＴＲＫ５を用いるのが好ましい。
【００７４】
ＲＦ信号は、例えば、次の（１５）式により演算される。これは、従来例の場合と実質的に同じである。
ＲＦ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｍｗ＋ｍｘ＋ｍｙ＋ｍｚ …（１５）
【００７５】
フォーカス引込信号ＦＰＩは、ローパスフィルタによってＲＦ信号の高周波成分を除去することで得られる。
【００７６】
図６は、光検出素子９の各分割受光部から出力される検出信号を基に信号処理演算を行う演算回路の一例を表すものである。この図に示したように、この演算回路４０は、周辺受光部９２Ａ，９２Ｃの各出力信号を加算するための加算器４１と、周辺受光部９２Ｂ，９２Ｄの各出力信号を加算するための加算器４２と、加算器４１，４２の各出力信号の差分をとるための差分器４３とを備えている。ここで、演算回路４０が本発明における「合焦検出手段」または「演算手段」の一具体例に対応する。
【００７７】
この演算回路４０はまた、中間受光部９２Ｍの小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｙの各出力信号を加算するための加算器４４と、中間受光部９２Ｍの小受光部９２Ｍｘ，９２Ｍｚの各出力信号を加算するための加算器４５と、加算器４４，４５の各出力信号の差分をとるための差分器４６とを備えている。
【００７８】
演算回路４０はさらに、差分器４６の出力信号に係数Ｋ１を乗ずるための乗算器４７と、加算器４４，４５の各出力信号を加算するための加算器４９と、加算器４９の出力信号に係数Ｋ２を乗ずるための乗算器５０と、乗算器４７の出力信号と乗算器５０の出力信号とを加算するための加算器５２と、加算器５２の出力信号と差分器４３の出力信号との差分をとって（５）式に示したフォーカスエラー信号ＦＣＳを得るための差分器５１とを備えている。ここで、差分器４６の出力信号［（ｍｗ＋ｍｙ）−（ｍｘ＋ｍｚ）］が本発明における「中間差分信号」の一具体例に対応し、加算器４９の出力信号［（ｍｗ＋ｍｙ）＋（ｍｘ＋ｍｚ）］が本発明における「中間総和信号」の一具体例に対応する。
【００７９】
演算回路４０はさらに、加算器４１，４２の各出力信号を加算する加算器５３と、加算器４９，５３の各出力信号を加算してＲＦ信号を得るための加算器５６と、加算器５６の出力信号から高周波成分を除去してフォーカス引込信号ＦＰＩを得るためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）５７と、加算器４１，４２の各出力信号の位相差を検出してトラッキングエラ─信号ＴＲＫ１として出力するための位相差検出器５５とを備えている。
【００８０】
さらに、演算回路４０は、システムコントローラ１８（図１）から入力される設定信号ＳＥＴに基づいて、係数Ｋ１，Ｋ２の値を予め定められた値に設定し、または最適な値に調整して出力することが可能な係数調整設定部５８を備えている。係数Ｋ１，Ｋ２の値を調整することにより、（６）〜（９）式に示したフォーカスエラー信号ＦＣＳ１〜ＦＣＳ４のうちのいずれか１つ、あるいは（２）式に示した従来の非点収差法に基づくフォーカスエラー信号ＦＥと同じ信号を選択できるようになっている。
【００８１】
ここで、フォーカスエラー信号ＦＣＳが本発明における「焦点誤差信号」の一具体例に対応し、係数調整設定部５８が本発明における「切替手段」の一具体例に対応する。
【００８２】
なお、トラッキングエラー信号ＴＲＫ１以外のトラッキングエラー信号ＴＲＫ２〜ＴＲＫ４は、フォーカスエラー信号と同様にして加算器、乗算器および差分器等を用いて生成されるが、図６ではそれらの図示を省略している。
【００８３】
次に、以上のような構成の光ヘッド１２およびこれを含む光ディスク装置１の動作および作用について説明する。
【００８４】
まず、光ディスク装置１の全体の動作を説明する。スピンドルモータ１１は、システムコントローラ１８およびサーボ制御回路１４によって制御されて、所定の回転数で回転する。光ヘッド１２は、再生用のレーザ光を光ディスク３０の信号記録面に照射し、戻り光を検出することによって情報を再生する。光ヘッド１２より出力される再生信号は、プリアンプ１５を介して信号変復調・エラー訂正部１６のエラー訂正部によってエラー訂正処理が施されると共に、信号復調部によって復調され、インタフェース４２を介して外部コンピュータ４１に送られ、あるいは、Ｄ／Ａ・Ａ／Ｄ変換部４４によってＤ／Ａ変換されてオーディオ入出力部４３より出力される。一方、サーボ制御回路１４は、システムコントローラ１８からの指示に基づき、スピンドルモータ１１および送りモータ１３の制御を行うと共に、光ヘッド１２からプリアンプ１５を介して入力されたサーボ信号に基づいて、光ヘッド１２の対物レンズ２７のフォーカシング動作およびトラッキング動作の制御を行う。
【００８５】
次に、図２を参照して、光ヘッド１２の動作および作用を説明する。
【００８６】
［ＤＶＤの再生］
まず、ＤＶＤ３０ａに記録された情報を再生する場合について説明する。ここで、ＤＶＤ３０ａは、ランドまたはグルーブのいずれか一方のみを記録エリアとする再生専用型のＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−video 等）であってもよいし、ランドおよびグルーブの双方を記録エリアとするＤＶＤ−ＲＡＭであってもよい。
【００８７】
ＤＶＤ３０ａの再生には、半導体レーザ２２ａから出射される波長６５０ｎｍの光ビームを用いる。半導体レーザ２２ａから出射された波長６５０ｎｍの光ビームは、回折格子２３ａによって、０次光と±１次光の３本の光ビームに分離された後、ビームスプリッタ２４中の偏光分離膜２４ａに入射する。この入射光は、偏光分離膜２４ａに対してほぼＳ偏光となっているため、偏光分離膜２４ａによってほぼすべての光量が反射されて、６５０ｎｍ用５／４波長板２５に入射される。６５０ｎｍ用５／４波長板２５は、入射した光ビームの常光線と異常光線との間に５／４波長分の位相差を発生させることにより、６５０ｎｍ用５／４波長板２５に入射した直線偏光をほぼ円偏光に変換する。６５０ｎｍ用５／４波長板２５から円偏光となって出射した光は、さらに、コリメータレンズ２６に入射し、ここで、平行な光ビームに変換されて、対物レンズ２７に入射する。
【００８８】
対物レンズ２７は、３本の入射光をそれぞれＤＶＤ３０ａにおける信号記録面の一点に収束させる。この対物レンズ２７は、サーボ制御回路（図１）からの指示に基づき、２軸アクチュエータ２９により、図２のフォーカス方向Ｆおよびトラッキング方向Ｔに駆動される。
【００８９】
ＤＶＤ３０ａの信号記録面からの３本の反射光は、再び対物レンズ２７およびコリメータレンズ２６を介して６５０ｎｍ用５／４波長板２５に入射される。ここに入射した反射光（円偏光）は、６５０ｎｍ用５／４波長板２５によって常光線と異常光線との間に５／４波長分の位相差を付与され、往路に対して偏光方向が９０度変化した直線偏光に変換されて、ビームスプリッタ２４に入射する。この光は、ビームスプリッタ２４の偏光分離膜２４ａに対して、Ｐ偏光となっているので、偏光分離膜２４ａをほぼ透過して往路と分離され、さらに波長選択性膜２４ｂに入射する。波長選択性膜２４ｂは、７８０ｎｍの光のみを反射し、６５０ｎｍの波長の光をほぼすべて透過させるようになっているので、ＤＶＤ３０ａからの反射光は、波長選択性膜２４ｂをそのまま透過して、マルチレンズ２８に入射する。
【００９０】
マルチレンズ２８に入射したＤＶＤ３０ａからの３本の反射光は、ここで、本実施の形態の焦点誤差検出方法によるフォーカスエラー信号を得るための非点収差（非点隔差）を付与され、光検出素子９に入射する。
【００９１】
光検出素子９では、マルチレンズ２８により非点収差を付加された３本の光は、メインスポット用受光部９２およびサイドスポット用受光部９３，９４上に入射し、それぞれにビームスポットを形成する。メインスポット用受光部９２の周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄ、小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚおよびサイドスポット用受光部９３，９４の受光部９３Ｅ，９３Ｆ，９４Ｇ，９４Ｈは、それぞれ、各照射光量に応じた信号を出力し、図６に示した演算回路４０に入力する。
【００９２】
演算回路４０は、光ディスク３０の種類等に応じて、（５）式に示した演算処理によりフォーカスエラー信号ＦＣＳを演算して出力する。フォーカスエラー信号ＦＣＳの演算に際しては、係数調整設定部５８から出力された係数Ｋ１，Ｋ２が用いられる。具体的には、光ディスク３０がＤＶＤである場合には、例えばＫ１＝−１，Ｋ２＝０とすることにより、（７）式に示したＦＣＳ２がフォーカスエラー信号ＦＣＳとして出力される。また、光ディスク３０がＤＶＤ−ＲＡＭで合には、例えばＫ１＝０，Ｋ２＝０とすることにより、（６）式に示したＦＣＳ１がフォーカスエラーＦＣＳ信号として出力される。但し、係数Ｋ１，Ｋ２は、その他の値であってもよい。
【００９３】
演算回路４０はまた、光ディスク３０の種類等に応じて、（１０）〜（１４）式に従いＴＲＫ１〜ＴＲＫ５のいずれかを演算し、これをトラッキングエラー信号ＴＲＫとして出力する。具体的には、光ディスク３０がＤＶＤである場合には、例えば、トラッキングエラー信号としてＴＲＫ１またはＴＲＫ２を用い、光ディスク３０がＤＶＤ−ＲＡＭである場合には、例えばＴＲＫ３またはＴＲＫ４を用いる。但し、その他の選択パターンであってもよい。
【００９４】
演算回路４０は、さらに、（１５）式に示した演算処理によりＲＦ信号を生成する。ＲＦ信号は、ローパスフィルタ５７を通過して、フォーカス引込信号ＦＰＩとなる。
【００９５】
ここで、ビームスポット９６の中心は、メインスポット用受光部９２の中心（すなわち、４つの小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚが交わる点）とほぼ一致するように調整されている。また、ビームスポット９７，９８の各中心は、それぞれ、サイドスポット用受光部９３，９４の各中心とほぼ一致するように調整されている。
【００９６】
なお、図５では、ビームスポット９６，９７，９８が、それぞれ、ほぼ円形となっている状態、すなわち、光ヘッドが合焦状態にある場合を示している。対物レンズ２７が合焦位置からはずれると、例えばメインスポット用受光部９２のビームスポット９６は、図２５において説明したのと同様に、メインスポット用受光部９２の左上４５度から右下４５度の方向を長軸とする楕円形、または右上４５度から左下４５度の方向を長軸とする楕円形に変化する。したがって、対物レンズ２７が合焦状態にあるか否かによって、周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄおよび小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからそれぞれ出力される信号の大きさが変化する。
【００９７】
フォーカスエラー信号ＦＣＳは、トラッキングエラー信号ＴＲＫ１〜５のいずれか、ならびにフォーカス引込信号ＦＰＩおよびＲＦ信号と共にプリアンプ１５に入力され、ここで増幅される。増幅されたフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、およびフォーカス引込信号ＦＰＩは、サーボ制御回路１４に入力され、増幅されたＲＦ信号は信号変復調・エラー訂正部１６に入力される。これ以降の信号変復調・エラー訂正部１６の動作は、上記したとおりであり、その説明を省略する。
【００９８】
サーボ制御回路１４は、フォーカス引込信号ＦＰＩがフォーカス引込範囲Ｓｐｐ（図２６）に対応した範囲内に位置していることを条件として、フォーカスエラー信号ＦＣＳが零になるように、対物レンズ２７を２軸アクチュエータ２９によりフォーカス方向Ｆに駆動する制御を行う。サーボ制御回路１４はまた、トラッキングエラー信号ＴＲＫが零になるように、対物レンズ２７を２軸アクチュエータ２９によりトラッキング方向Ｔに駆動する。このとき、本実施の形態では、例で示した図２６の場合とは異なり、ＤＶＤ３０ａの信号記録面を照射する光ビームスポットがランド上にあるかグルーブ上にあるかによってフォーカスエラー信号ＦＣＳが異なる値をとることはない。その理由については後に詳述する。
【００９９】
［ＣＤの再生］
次に、ＣＤ３０ｂに記録された情報を再生する場合について説明する。ここで、ＣＤ３０ｂは、通常のオーディオ用ＣＤやＣＤ−ＲＯＭでもよいし、追記型のＣＤ−Ｒであってもよい。
【０１００】
ＣＤ３０ｂの再生には、半導体レーザ２２ｂから出射される波長７８０ｎｍの光ビームを用いる。半導体レーザ２２ｂから照射された波長７８０ｎｍの光ビームは、回折格子２３ｂによって、０次光と±１次光の３本の光ビームに分離された後、波長選択膜２４ｂに入射される。これらの３本の光ビームは、３スポット法によってトラッキングエラー信号を得るために用いられる。
【０１０１】
波長選択膜２４ｂに入射した３本の光ビームは、この波長選択性膜２４ｂの反射率に応じた光量が反射されて、偏光分離膜２４ａに入射する。偏光分離膜２４ａは、波長７８０ｎｍの光ビームに対しては、大部分を透過させる。偏光分離膜２４ａを透過した３本の光ビームは、６５０ｎｍ用５／４波長板２５に入射する。この６５０ｎｍ用５／４波長板２５は、波長７８０ｎｍの光に対しては１波長板として作用するため、入射光の偏光状態は変化せず、そのまま通過してコリメータレンズ２６に入射する。コリメータレンズ２６は、入射した３本の光ビームを、それぞれ、平行光に変換し、対物レンズ２７に入射する。
【０１０２】
対物レンズ２７は、３本の光ビームをＣＤ３０ｂの信号記録面上に一点に収束させる。ＣＤ３０ｂの信号記録面からの３本の反射光ビームは、再び対物レンズ２７およびコリメータレンズ２６を介して６５０ｎｍ用５／４波長板２５に入射し、偏光状態の変化を受けずに、これをそのまま通過する。
【０１０３】
６５０ｎｍ用５／４波長板２５を通過した３本の光ビームは、ビームスプリッタ２４に入射し、偏光分離膜２４ａを透過し、波長選択性膜２４ｂに入射する。波長選択性膜２４ｂは、その透過率に応じた光量だけ光を透過させ、半導体レーザ２２ｂからの往路光と分離する。波長選択性膜２４ｂを透過した３本の光ビームは、マルチレンズ２８に入射し、ここで非点収差を付加され、光検出素子９に入射する。
【０１０４】
マルチレンズ２８においてそれぞれ非点収差を付加された３本の光ビームのうち、中央の０次光はメインスポット用受光部９２に入射してそこにビームスポットを形成し、両側の±１次光はサイドスポット用受光部９３，９４にそれぞれ入射してそれぞれにビームスポットを形成する。
【０１０５】
メインスポット用受光部９２の周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄおよび小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚは、各照射光量に応じた信号をそれぞれ出力し、図６に示した演算回路４０に入力する。演算回路４０は、（５）式に従いフォーカスエラー信号ＦＣＳを演算する。フォーカスエラー信号ＦＣＳの演算に際しては、係数調整設定部５８から出力された係数Ｋ１，Ｋ２が用いられる。具体的には、例えばＫ１＝−１，Ｋ２＝０とすることにより、（７）式に示したＦＣＳ２がフォーカスエラー信号として出力される。これは、従来の非点収差法によるフォ─カスエラ─信号ＦＥと同じである。但し、係数Ｋ１，Ｋ２は、その他の値であってもよい。
【０１０６】
演算回路４０は、また、（１０）〜（１４）式に示した演算処理によりトラッキングエラー信号ＴＲＫ１〜ＴＲＫ５のいずれかを演算し、これをトラッキングエラー信号ＴＲＫとして出力する。具体的には、例えばＴＲＫ５がトラッキングエラー信号として用いられる。但し、その他の信号、例えばサイドスポット用受光部９３，９４の受光部９３Ｅ，９３Ｆ，９４Ｇ，９４Ｈからの出力信号も利用している（１２）式の信号ＴＲＫ３を用いるようにしてもよい。
【０１０７】
演算回路４０はさらに、（１５）式に示した演算処理によりＲＦ信号を生成する。ＲＦ信号は、ローパスフィルタ５７を通過して、フォーカス引込信号ＦＰＩとなる。これ以降のフォーカスエラー検出およびフォーカシング制御は、上記のＤＶＤ３０ａの場合と同様である。
【０１０８】
《フォーカスエラー検出の原理》
次に、本実施の形態において用いられるフォーカスエラー検出原理について、従来例における非点収差法と対比しながら説明する。
【０１０９】
既に述べたように、例えばＤＶＤ−ＲＡＭ等のランド・グルーブ記録方式の記録媒体に対して、図２４に示したような構成の光検出素子１９を用いる従来の非点収差法によるフォーカスエラー検出を行った場合には、フォーカスエラー信号に「トラック横断ノイズ」が発生する。それは主として以下の２つの原因による。
【０１１０】
第１の原因は、ランド・グルーブ記録方式に特有のディスク構造に起因するものであり、これは通常のランド・グルーブ記録方式のディスクと従来の非点収差法とを組合せた場合に常に発生するものである。これは、トラックピッチと対物レンズのＮＡとの関係、およびフォーカスエラーの引込範囲によって寄与度が変化する。
【０１１１】
第２の原因は、光ヘッドにより集光されて光ディスクに照射される光ビーム自体が既に非点収差を含んでいることに起因するものであり、これは、その非点収差の大きさと向きによって、寄与度が大きく変化する。
【０１１２】
《トラック横断ノイズの第１の原因》
まず、第１の原因について説明する。一般に、対物レンズにより集光された光ビームは、光ディスクのランドまたはグルーブを照射し、そこで反射による回折を受ける。ランド・グルーブ記録方式の場合には、ランドおよびグルーブの双方に記録するようにしているため、対物レンズにより集光された光ビームスポットの径に対するトラック周期（ランド−ランド間またはグルーブ−グルーブ間の距離）は相対的に大きくなる。この結果、図７および図８に示したように、光ディスクからの回折光の対物レンズ瞳上での重なり方が、ランドまたはグルーブ記録方式（以下では、簡単のためグルーブ記録方式として説明する。）の場合と比べて大きく異なってくる。
【０１１３】
図７（Ａ）は、グルーブ記録方式における光ディスクの信号記録面と各回折光との関係を表し、図７（Ｂ）は、グルーブ記録方式における対物レンズの瞳上での各回折光の重なり具合を表すものである。また、図８（Ａ）は、ランド・グルーブ記録方式における光ディスクの信号記録面と各回折光との関係を表し、図８（Ｂ）は、ランド・グルーブ記録方式における対物レンズの瞳上での各回折光の重なり具合を表すものである。なお、本明細書では、図７（Ａ）および図８（Ａ）において、光照射側から見た信号記録面の凸部をグルーブＧと呼び、凹部をランドＬと呼ぶものとする。
【０１１４】
例えばＭＤ(Mini Disc) のようなグルーブ記録方式の光ディスクからの再生時には、図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、通常、＋１次光Ｓ（＋１）と−１次光Ｓ（−１）とが重なることはない。これに対して、ＤＶＤ−ＲＡＭのようなランド・グルーブ記録方式の光ディスクからの再生時には、図８（Ａ），（Ｂ）に示したように、０次光Ｓ（０）、＋１次光Ｓ（＋１）および−１次光Ｓ（−１）の３つの回折光がすべて重なり合った干渉領域５１が生ずる。さらにこの場合には、０次光Ｓ（０）と＋２次光Ｓ（＋２）とが重なり合った干渉領域５２や、０次光Ｓ（０）と−２次光Ｓ（−２）とが重なり合った干渉領域５３も生ずる。
【０１１５】
図９ないし図１１は、ＤＶＤ用の光ヘッドによって例えば記録容量４．７ＧＢのＤＶＤ−ＲＡＭを再生するとした場合のディスク回折光の対物レンズ瞳上における強度分布および位相分布を計算した結果を表すものである。具体的には、図９は対物レンズの瞳上の位相分布を３次元的に表したものであり、図１０は同位置での強度分布を３次元的に表したものである。また、図１１は同位置での強度分布を３次の非点収差（およびデフォーカス，ピストン）でフィッティングした位相分布を３次元的に表したものである。これらの図で、（Ａ）は集光スポットがランド上にある場合を示し、（Ｂ）は集光スポットがグルーブ上にある場合を示している。
【０１１６】
なお、計算条件としては、次の値を用いた。簡単のため、ランドおよびグルーブはともに等しい幅の矩形として計算した。なお、下記の条件中のＲｉｍ強度とは、対物レンズの瞳の中心の光強度に対する瞳周縁部の光強度の割合を意味する。
【０１１７】
光ヘッド：光源の波長＝６６０ｎｍ、対物レンズのＮＡ＝０．６０
トラックの接線(Tangential)方向のＲｉｍ強度＝０．５５
ディスクの半径(Radial)方向のＲｉｍ強度＝０．４５
ディスク：トラック周期＝１．２３μｍ（＝０．６１５×２）
往復位相深さ＝λ／６
【０１１８】
図９（Ａ）および図１１（Ａ）、ならびに図９（Ｂ）および図１１（Ｂ）から明らかなように、ランドおよびグルーブで回折した光束には、干渉によって、互いに逆符号の非点収差が発生していることがわかる。
【０１１９】
また、図１０（Ａ），（Ｂ）からわかるように、集光スポットがランド上にある場合とグルーブ上にある場合とで、光強度分布は等しく、３つの回折光が重なる干渉領域５１が特に強い強度分布となっていることがわかる。
【０１２０】
なお、フィッティングによる非点収差量は、次の（１６）式により表され、また、ＮＡを考慮して光ディスク上における非点隔差に換算すると、ランド上およびグルーブ上のそれぞれの場合で、次の（１７）式のように見積もられる。
ＷL,G ＝±０．０４６［λｒｍｓ］ …（１６）
△Ｌ，Ｇ＝Ｗ×λ×４×６1/2 ／ＮＡ2 ＝０．８３［μｍ］ …（１７）
【０１２１】
一方、非点収差法の引込範囲をＳｐｐ，戻り系の倍率をβとすると、戻り系において、マルチレンズによって生成される非点隔差は、次の（１８）式により表され、戻り系のＮＡ（ＮＡbackと記す。）は、次の（１９）式により表される。
△ｂａｃｋ＝Ｓｐｐ×２×β2 …（１８）
ＮＡback＝ＮＡ／β …（１９）
【０１２２】
したがって、戻り系のマルチレンズによって生成された非点収差量は、次の（２０）式により表される。
Ｗback＝△ｂａｃｋ×ＮＡback 2 ／λ／４／６1/2
＝Ｓｐｐ×ＮＡ2 ／λ／２／６1/2 ［λｒｍｓ］ …（２０）
【０１２３】
ここで、例えば、引込範囲Ｓｐｐ＝６［μｍ］とすると、Ｗback＝０．６７
［λｒｍｓ］となる。
【０１２４】
一般に、非点収差法においては、図１２（Ａ）に示したように、戻り光路中の位置Ｐ１にあるマルチレンズ２８のシリンドリカル面の母線方向Ｄ１は、光ディスクのトラック（ランドまたはグルーブ）による回折パターンの配列方向Ｄ２に対して４５度をなす方向に設定される。このため、マルチレンズ２８によって、母線方向Ｄ１と直交する方向Ｄ０に非点収差が与えられる。ここで、光検出素子９のメインスポット用受光部９２（以下、単に受光部という。）を、非点収差を付加された方向Ｄ０における焦点位置Ｆ２と、これと直交する、非点収差を付加されない方向Ｄ１（マルチレンズ２８のシリンドリカル面の母線に平行な方向）における焦点位置Ｆ１のほぼ中間位置Ｐ２に配置したとすると、受光部面上のスポットは、合焦時にはほぼ円になり、フォーカス引込範囲Ｓｐｐ（図２６）に対応する領域の両端では焦線となる。このため、光検出素子９から得られるフォーカスエラー信号は、対物レンズ位置に対してＳ字型の曲線を描くことになる。
【０１２５】
ここで、合焦時における、対物レンズの瞳上における回折パターンと、受光部上における回折パターンとを考えると、マルチレンズ２８のシリンドリカル面の母線に平行な方向と直交する方向のうち、受光部面の手前で合焦する方向のみ、パターンが反転するため、図１２（Ｂ）のように受光部面上にスポットが形成される。
【０１２６】
受光部面上の光強度分布は、図１０（Ａ），（Ｂ）に示したように、スポットがランド上にある場合とグルーブ上にある場合とでほぼ等しい分布になるため、受光部面上のスポットが図１２（Ｂ）に示した通りであれば、非点収差法の演算を行っても、ランドとグルーブとで演算結果には差が出ない。
【０１２７】
ところが、上述したように、実際には、ランドおよびグルーブによる回折によって、戻り光には非点収差によって近似できるような位相分布が生じており、マルチレンズ２８による非点収差とランド／グルーブ回折によって発生する非点収差とを合成した非点収差の方向は、受光部の分割線に対して４５度の方向にはならず、ランドとグルーブとで、それぞれ逆の方向に数度ずつずれることになる。その結果、図１３（Ａ），（Ｂ）に示したように、３つの回折光が重なる干渉領域５１は、スポット１９６がランド上にあるかグルーブ上にあるかによって、分割線ＤＬ１，ＤＬ２をまたいでパタパタと数度ずつ回転を繰り返すことになる。ここで、干渉領域５１の強度は、図１０に示したように、それ以外の領域に比べて極めて大きな強度を有しており、その挙動は、光検出素子９の出力を基に非点収差法による演算をした場合の演算結果に大きな変動を与えることになる。具体的には、スポットがランド上にあるときとグルーブ上にあるときで、フォーカスエラー信号ＦＥに大きな差異が発生することになる。
【０１２８】
ここで、フォーカス引込範囲が６μｍの場合について、マルチレンズ２８による非点収差とランド・グルーブ回折によって発生する非点収差との合成の結果生ずる、±１次光の回転角度を見積もると、以下のようになる。
【０１２９】
図１４のように収差の方向を定め、例えば先に合焦する方向が方向軸Ｄ３であるとすると、マルチレンズによる非点収差ＭＡｓ、ランドによる非点収差ＬＡｓ、グルーブによる非点収差ＧＡｓは、それぞれ、次の（２１）〜（２３）式により表される。これらの式で、Ａ，Ｂは定数を示し、θは光ディスクの半径方向を基準としたときの光束瞳断面内における方向角を示し、ρは光軸を中心とする瞳座標系における原点からの距離（瞳の半径を１とする。）を示す。
【０１３０】
ＭＡｓ＝Ａ×ρ2 ×Ｓｉｎ２θ …（２１）
ＬＡｓ＝−Ｂ×ρ2 ×Ｃｏｓ２θ …（２２）
ＧＡｓ＝＋Ｂ×ρ2 ×Ｃｏｓ２θ …（２３）
【０１３１】
（２１）〜（２３）式より、スポットがランド上にある場合の合成非点収差ＴＡｓは次の（２４）式により表され、グルーブ上にある場合の合成非点収差ＴＡｓは次の（２５）式により表される。
ＴＡｓ＝（Ａ2 ＋Ｂ2 ）1/2 ×ρ2 ×Ｓｉｎ２（θ−α／２） …（２４）
ＴＡｓ＝（Ａ2 ＋Ｂ2 ）1/2 ×ρ2 ×Ｓｉｎ２（θ＋α／２） …（２５）
【０１３２】
但し、角度αは次の（２６），（２７）式を満たす値である。
Ｃｏｓα＝Ａ／（Ａ2 ＋Ｂ2 ）1/2 …（２６）
Ｓｉｎα＝Ｂ／（Ａ2 ＋Ｂ2 ）1/2 …（２７）
【０１３３】
受光部上では、回折パターンが図１４における方向軸Ｄ４の付近を境に反転するので、回折パターンの配列方向は元の方向から９０度回転したようになるが、その反転軸の方向が、ランドとグルーブとで、それぞれ、方向軸Ｄ４に対して＋α／２，−α／２だけずれることになる。その結果、３つの回折光が重なる干渉領域５１は、図１５に示したように、ランドとグルーブとで、それぞれ、分割線ＤＸに対して＋α，−αずれることになる。
【０１３４】
実際に、値を入れて計算してみると、Ａ∝０．６７［λｒｍｓ］，Ｂ∝０．０４６［λｒｍｓ］より、α＝３．９［ｄｅｇ］となる。
【０１３５】
なお、以上の考察は、光ヘッドにより集光されて光ディスクに照射される光ビームの収差（主に非点収差）がそれほど大きくない場合を前提としたものである。
【０１３６】
《第１の原因に対する対策》
以上の考察を踏まえ、本実施の形態では、光ヘッドが収差を殆ど含まないことを前提として、光検出素子９のメインスポット用受光部９２を図５および図１５に示したようなパターンに分割すると共に、例えば、３つの回折光が重なる干渉領域５１が位置している中間受光部９２Ｍからの出力信号を使用せず周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄからの出力信号のみを用いた（６）式により演算されたフォーカスエラー信号ＦＣＳ１を用いるようにしている。すなわち、図６において設定信号ＳＥＴにより、Ｋ１＝０，Ｋ２＝０として、フォーカスエラー信号ＦＣＳ１を求めるのである。
【０１３７】
フォーカスエラー信号ＦＣＳ１は、３つの回折光が重なる干渉領域５１の強度分布がランド上とグルーブ上とで変化することによる影響をほとんど受けることがないため、「トラック横断ノイズ」のない良好なフォーカス制御が可能となる。すなわち、図１６に示したように、フォーカスエラー信号のレベルが零となる位置の近傍（符号２００で示した円内）においては、ランド上でのフォーカスエラー信号ＦＥＬとグルーブ上でのフォーカスエラー信号ＦＥＧとの間に隔差がなくなり、フォーカス引込範囲Ｓｐｐ内において信号レベルが零になるような対物レンズの位置が一義的に定まる。したがって、光ビームスポットがランド上とグルーブ上との間を移動するごとに対物レンズが小刻みに移動するという現象が抑制される。
【０１３８】
《トラック横断ノイズの第２の原因》
次に、「トラック横断ノイズ」の第２の原因について説明する。光学ヘッドからの出射ビームが非点収差を含んでいる場合について考える。この場合は、非点収差による位相分布の非対称性によって、回折光同士の合成位相分布が非対称になるため、強度分布に非対称性が生ずる。
【０１３９】
図１７〜図１９は、光学ヘッド自体が非点収差を有する場合における、対物レンズの瞳上での位相分布および強度分布の計算結果を表すものである。具体的には、図１７は位相分布を３次元的に表したものであり、図１８は強度分布を３次元的に表したものである。また、図１９は、図１８に示した強度分布を等高線により２次元的に表したものである。これらの図で、（Ａ）は集光スポットがランド上にある場合を示し、（Ｂ）は集光スポットがグルーブ上にある場合を示している。なお、これらの図は、非点収差の方向が、トラック接線方向に対して４５度をなす方向である場合について示したもので、この場合に、強度分布の非対称性が最も顕著となる。また、光学ヘッド自体の非点収差量は０．０３［λｒｍｓ］であると仮定している。
【０１４０】
図１８および図１９から判るように、光学ヘッド自体が非点収差を有する場合には、受光部上での強度分布は、上記の図１０の場合とは異なって、非対称となっている。そして、これによる「トラック横断ノイズ」は、光学ヘッドからの出射ビームの非点収差の大きさおよび方向によって変化する。したがって、この場合には、たとえ上記演算式（６）により得られるフォーカスエラー信号ＦＣＳ１を用いたとしても、従来の非点収差法と同様に「トラック横断ノイズ」が生じてしまう。
【０１４１】
《第２の原因に対する対策》
以上の考察を踏まえ、本実施の形態では、メインスポット用受光部９２の中間受光部９２Ｍにおける４分割された小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号から、トラック横断による干渉領域５１の強度変化情報が得られることに着目し、上記のフォーカスエラー信号ＦＣＳ１に含まれる光ヘッドの非点収差による「トラック横断ノイズ」を、小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号によってキャンセルするようにしている。より具体的には、上記演算式（７）により演算されたフォーカスエラー信号ＦＣＳ２を用いてフォーカス制御を行う。この場合には、図６において設定信号ＳＥＴによってＫ２＝０と設定することにより、フォーカスエラー信号ＦＣＳとしてＦＣＳ２を採用すればよい。
【０１４２】
この場合には、たとえ光学ヘッド自体が非点収差を含んでいたとしても、フォーカスエラー信号ＦＣＳ２は、±１次回折光による影響をほとんど受けることがないため、上記した第２の原因による「トラック横断ノイズ」のない良好なフォーカス制御が可能となる。（７）式において、係数Ｋ１は、予め所定の固定値（例えば、“−１”）に定めておいてもよいが、光ヘッドの種類や光ディスクの種類ごとに、あるいは、さらに個々の光ヘッドごとに、合焦時の「トラック横断ノイズ」が最小となるように設定するようにしてもよい。また、係数Ｋ１の設定には、予め複数の異なる値（離散値）を用意しておき、その中から適宜なものを選択して設定するようにしてもよいし、あるいは、アナログ的に任意の値に調整可能にして設定するようにしてもよい。
【０１４３】
《フォーカスサーボのゲイン差による問題点およびその対策》
ところで、上記のように、フォーカスエラー信号ＦＣＳ１を用いた場合や、ＦＣＳ２の演算において「トラック横断ノイズ」が合焦時に最小となるように定数Ｋ１を調整した場合においても、例えば図２０に示したようにランド上とグルーブ上とでフォーカスエラー信号のゲインが異なる結果、フォーカス制御に支障が生ずる場合が考えられる。なお、図２０では、フォーカスエラー信号のレベルが零となるような対物レンズ位置はほぼ一義的に定まるものの、ランド上でのフォーカスエラー信号ＦＥＬとグルーブ上でのフォーカスエラー信号ＦＥＧとの間で傾きに大きな差が存在する。このため、この状態では、対物レンズの移動制御における制御ゲインの最適値が異なってしまい、ゲイン切り替えを行う必要が生ずる。
【０１４４】
以上の考察を踏まえ、本実施の形態では、フォーカスエラー信号ＦＣＳ１またはＦＣＳ２に対し、中間受光部９２Ｍにおける小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号の和（中間総和信号）を加減算することによって、（８），（９）式に示したフォーカスエラー信号ＦＣＳ３またはＦＣＳ４を求め、ランド上とグルーブ上とにおけるゲイン差を解消可能にしている。以下、その原理について説明する。
【０１４５】
図２１および図２２は、デフォーカス量が例えば±０．５μｍである場合に、対物レンズの瞳上の強度分布がランド上とグルーブとでどのように変化するかを計算した結果を表すものである。具体的には、図２１はデフォーカス量が−０．５μｍである場合を表しており、図２２はデフォーカス量が＋０．５μｍである場合を表している。これらの図で、（Ａ）はスポットがランド上にある場合を示し、（Ｂ）はスポットがグルーブ上にある場合を示す。
【０１４６】
上記の図１０に示したように、デフォーカス量が零のときには、強度分布はランド上とグルーブ上とで差異がない。これに対し、デフォーカスを与えると、図２１および図２２に示したように、そのデフォーカス方向によって強度分布が変化し、特に干渉領域５１の強度変化の方向が逆になる。したがって、干渉領域５１に対応した中間受光部９２Ｍからの出力信号の和に係数Ｋ２を乗じたものをＦＣＳ１またはＦＣＳ２から減算して得られるＦＣＳ３またはＦＣＳ４を利用することにより、ランド上とグルーブ上でのフォーカスサーボゲインの差を解消することができる。これにより、良好なフォーカスサーボ特性が得られることになる。なお、（８），（９）式において、係数Ｋ２は、個々の光ヘッドごとに、非合焦時におけるフォーカスエラー信号ＦＣＳ３またはＦＣＳ４が、ランド上とグルーブ上とで一致することとなるように調整して設定するのが好ましい。
【０１４７】
なお、本実施の形態において使用した光検出素子９における受光部パターンは、フォーカスエラー検出に非点収差法を用いると共にトラッキングエラー検出に差動位相差法および３ビーム法を用いる従来の光ヘッドの光検出素子１９（図２４）における受光部パターンと比べて、分割数が増えた点が異なるのみである。このため、図６に示した演算回路４０において、単にＫ１＝０，Ｋ２＝０と設定することにより、従来のフォーカスエラー信号ＦＥを生成することが可能となり、従来のシステムとの互換性を確保することが容易である。但し、予め、フォーカスエラー信号ＦＥと本実施の形態に係るフォーカスエラー信号ＦＣＳ１〜ＦＣＳ４とをすべて演算しておき、光ディスクの種類等に応じて、所定のモード切替信号によって、これらの中からいずれか１つを選択して出力するように構成してもよい。
【０１４８】
以上のように、本実施の形態によれば、光ヘッドの光検出手段として、従来の光検出素子１９に代えて、メインスポット用受光部９２における分割パターンが異なる光検出素子９を用いると共に、メインスポット用受光部９２の中間受光部９２Ｍからの出力信号を用いずに、周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄからの出力信号のみを用いて所定の演算処理を行い、これにより得られるフォーカスエラー信号ＦＣＳ１を用いてフォーカス制御を行うことができるようにしたので、光ヘッドにおける光検出素子９以外の部分を従来の非点収差法による場合と同様な構成として互換性を保持しつつ、ランド・グルーブ記録媒体に対しても、「トラック横断ノイズ」の少ない良好なフォーカス制御を行うことができる。
【０１４９】
また、本実施の形態によれば、光ヘッド自体に収差が含まれている場合には、フォーカスエラー信号ＦＣＳ１に含まれる、光ヘッドの非点収差による「トラック横断ノイズ」を、小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号によってキャンセルすることでフォーカスエラー信号ＦＣＳ２を求め、これを用いてフォーカス制御を行うにしたので、光ヘッド自体の収差に起因する「トラック横断ノイズ」の発生を抑制でき、良好なフォーカス制御が可能となる。
【０１５０】
さらに、本実施の形態によれば、ランド上とグルーブ上とでフォーカスエラー信号のゲインが異なる結果、フォーカス制御に支障が生ずる場合には、フォーカスエラー信号ＦＣＳ１またはＦＣＳ２に対し、中間受光部９２Ｍにおける小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号の和を加減算することによって、フォーカスエラー信号ＦＣＳ３またはＦＣＳ４を求め、これらのフォーカスエラー信号ＦＣＳ３またはＦＣＳ４を用いてフォーカス制御を行うようにしたので、ランド上とグルーブ上とにおけるフォーカスエラー信号のゲイン差を解消することができ、良好なフォーカス制御が可能となる。
【０１５１】
また、本実施の形態によれば、光検出素子９における受光部パターンは、従来の光ヘッドの光検出素子における受光部パターンと比べて、分割数が増えた点が異なるのみであるため、演算回路４０において従来のフォーカスエラー信号ＦＥを生成することも極めて容易である。したがって、従来のシステムとの互換性を確保することが可能となる。
【０１５２】
また、このように、本実施の形態では、演算回路により複数のフォーカスエラー信号ＦＣＳ１〜ＦＣＳ４のいずれかを生成可能にしたので、例えば光ヘッドの光学性能（収差特性）や光ヘッドの出力ゲイン特性等、各種の条件に応じて、最適なフォーカスエラー信号を用いてフォーカス制御を行うことができる。
【０１５３】
また、本実施の形態によれば、非点収差法の場合と同等の小さい受光部（メインスポット用受光部９２）によってフォーカスエラー検出が実現可能であるので、ＤＶＤとＣＤとの互換性の確保等のために、例えば輪帯状の基材厚補正部を有する対物レンズ２７（図３）を用いて光学ヘッドを構成した場合でも、受光部が不要な拡散光をも受光してしまう不都合を効果的に防止することができ、信号劣化を抑制することができる。
【０１５４】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形および応用が可能である。例えば、上記実施の形態では、中間受光部９２Ｍを４つの小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚに分割するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、フォーカスエラー信号として（６），（８）式に示したＦＣＳ１またはＦＣＳ３を用いると共にトラッキングエラー信号として（１０），（１２）式に示したＴＲＫ１またはＴＲＫ３を用いるようにした場合には、中間受光部９２Ｍの個々の小受光部９２Ｍｗ〜９２Ｍｚからの出力信号は必要ない。したがって、この場合には、メインスポット用受光部９２の中間受光部９２Ｍを４つに分割せず、図２３に示したように、単一の中間受光部９２Ｍのままとし、そこからの出力信号を用いて（６），（８），（１０）または（１２）式による演算をすればよい。
【０１５５】
また、上記実施の形態では、定数Ｋ１〜Ｋ３は予め所定の値に設定されたものとして説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば再生対象の光ディスクの種類や光ディスク装置に用いられている光学ヘッドの仕様等に応じて、定数Ｋ１〜Ｋ３の値を任意に設定できるような構成としてもよい。
【０１５６】
また、上記実施の形態では、演算回路４０が光検出素子９に含まれるように構成したが、この演算回路４０を光検出素子９とは別個の外部回路として構成するようにしてもよい。
【０１５７】
また、上記実施の形態では、光学部品を個別に配置して構成した光ヘッドについて説明したが、本発明はそれに限られず、光学系を集積配置して構成した光ヘッドにも適用可能である。
【０１５８】
また、本発明の適用対象は、ＤＶＤ−ＲＡＭのみに限定されることはなく、ランドおよびグルーブの双方に記録を行うランド・グルーブ記録方式の記録媒体の全般に本発明を適用可能である。さらに、ランドまたはグルーブのいずれか一方にのみ記録を行う方式の記録媒体であっても、記録面での回折光のうち０次光および±１次光の３者が重なり合うこととなるような仕様のシステムである限り、本発明を適用することが可能である。さらに、本発明は、そのような仕様の光記録媒体である限り、回転駆動される円盤（ディスク）状の記録媒体のみならず、例えば直線走行するように駆動されるテープ状の記録媒体等にも適用可能である。
【０１５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ヘッド、または光情報記録再生装置によれば、記録媒体からの反射光を受光する光検出手段が、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを含むように光ヘッドを構成したので、４つの周辺受光部と中間受光部とからそれぞれ別個の出力信号を得ることができる。したがって、これらの出力信号を個別に利用し、あるいはそのいずれかを利用することなく、光ヘッドの動作制御（例えばフォーカス制御）を行うことも可能になる。特に、例えば、ランド・グルーブ記録方式の記録媒体から情報を再生する場合においても、光検出手段のいくつかの受光部のうち、好ましくない状態で受光している領域からの信号を排除するようにすれば、いわゆる「トラック横断ノイズ」の影響を排除することも可能になり、良好なフォーカス制御を実現できるという効果を奏する。また、この光ヘッドによれば、従来の光ヘッドに比べた場合に、光検出手段の受光部パターンと、そこから得られる信号の処理パターンとを変更するだけでよいので、新規で特殊な部品を用意する必要がなく、従来の部品にわずかな変更を加えるだけでよい。したがって、従来と比べても構造を徒に複雑化することなく、比較的簡単な構成で安価な光ヘッドおよび光情報記録再生装置を提供することができるという効果を奏する。
また、演算手段において中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数を任意に設定可能にしたので、合焦制御の最適化が容易になるという効果を奏する。
【０１６０】
特に、請求項２記載の光ヘッドによれば、中間受光部が第１の軸および第２の軸によって４つの小受光部に分割されるようにしたので、これらの４分割された小受光部の各々からの出力信号を利用することが可能となるという効果を奏する。
【０１６３】
また、請求項３に記載の光ヘッドによれば、４つの周辺受光部の配列における一方の対角線の方向に沿った２つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号の和と、他方の対角線の方向に沿った２つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号の和との差分である周辺差分信号を演算すると共に、中間受光部の４つの小受光部の配列における一方の対角線の方向に沿った２つの小受光部からそれぞれ出力される信号の和と他方の対角線の方向に沿った２つの小受光部からそれぞれ出力される信号の和との差分である中間差分信号、または、前記中間受光部の４つの小受光部からそれぞれ出力される信号の総和である中間総和信号の少なくとも一方を演算し、周辺差分信号に中間差分信号の定数倍または前記中間総和信号の定数倍の少なくとも一方を加算して得られる加算結果を基に焦点誤差信号を求めるようにしたので、周辺差分信号以外の要素である中間差分信号や中間総和信号をも考慮した合焦制御が可能となる。また、中間差分信号や中間総和信号に乗ぜられる定数を適切に設定すれば、より正確な合焦制御が可能になるという効果を奏する。
【０１６５】
また、請求項５に記載の光ヘッドによれば、演算手段において中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数を、記録媒体の種類または光ヘッドの種類の少なくとも一方に応じて、予め定めた複数の値の中から選択可能にし、または、対物レンズにより集光された光ビームがトラック案内構造を横断する際に生ずる焦点誤差信号の変動をほぼ最小にさせる値に調整可能にしたので、記録媒体の種類や光ヘッドの種類等に応じて、随時、適切な合焦制御が可能になるという効果を奏する。
【０１６６】
本発明の光検出素子によれば、４つの周辺受光部と中間受光部とを備えると共に、入力された切替信号に応じて４つの周辺受光部および中間受光部からの出力信号を切り替えるようにしたので、光源から出射された光ビームを対物レンズによって所定のトラック案内構造を有する記録媒体上に集光する場合に生ずる焦点誤差の検出方法を適宜に変更することができるという効果を奏する。
【０１６７】
本発明の焦点誤差検出方法によれば、光検出手段に、４つの周辺受光部と中間受光部とを備えさせると共に、４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して、焦点誤差信号を求めるようにしたので、４つの周辺受光部のみならず中間受光部からも受光情報を得ることができる。したがって、例えば、これらの信号を適切に組み合わせたり、あるいは定数を適切に設定すれば、より精度の高い合焦制御も実現可能になるという効果を奏する。
【０１６８】
特に請求項９に記載の焦点誤差検出方法によれば、中間受光部を、第１の軸および第２の軸によって４つの小受光部に分割し、中間受光部の４つの小受光部からそれぞれ出力される信号を基に、定数倍されるべき検出信号を求めるようにしたので、中間受光部における受光状態をより詳細に知ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光情報記録再生装置の概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る光ヘッドの全体構成を表す図である。
【図３】図２における対物レンズの構成を表す断面図である。
【図４】図３に示した対物レンズの波面収差特性を表す特性図である。
【図５】図２における光検出素子の構成を表す平面図である。
【図６】光検出素子の演算回路の構成を表す回路図である。
【図７】グルーブ記録方式を説明するための図である。
【図８】ランド・グルーブ記録方式を説明するための図である。
【図９】非点収差を有しないＤＶＤ用光ヘッドによってＤＶＤ−ＲＡＭを再生する場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での位相分布の一計算例を表すグラフである。
【図１０】非点収差を有しないＤＶＤ用光ヘッドによってＤＶＤ−ＲＡＭを再生する場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での強度分布の一計算例を表すグラフである。
【図１１】非点収差を有しないＤＶＤ用光ヘッドによってＤＶＤ−ＲＡＭを再生する場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での位相分布の他の計算例を表すグラフである。
【図１２】非点収差法におけるスポットの変化の様子を説明するための図である。
【図１３】非点収差法を用いてランド・グルーブ記録媒体を再生する場合の受光部上における回折パターンの一例を示す図である。
【図１４】収差の方向を定義するための図である。
【図１５】図２に示した光検出素子の受光部の構成と集光スポットの形状、位置および向きとの関係を説明するための略線図である。
【図１６】本実施の形態において好適に得られるフォーカスエラー曲線を表す特性図である。
【図１７】非点収差を有するＤＶＤ用光ヘッドによってＤＶＤ−ＲＡＭを再生する場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での位相分布の一計算例を示すグラフである。
【図１８】非点収差を有するＤＶＤ用光ヘッドによってＤＶＤ−ＲＡＭを再生する場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での強度分布の一計算例を示すグラフである。
【図１９】図１８に示した強度分布を等高線により表すグラフである。
【図２０】フォーカスエラー信号のゲインがランド上とグルーブ上とで異なる場合を説明する図である。
【図２１】ＤＶＤ−ＲＡＭを再生するＤＶＤ用光ヘッドがデフォーカス状態にある場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での強度分布の一計算例を示すグラフである。
【図２２】ＤＶＤ−ＲＡＭを再生するＤＶＤ用光ヘッドがデフォーカス状態にある場合における、ディスク回折光の対物レンズ瞳上での強度分布の他の計算例を示すグラフである。
【図２３】光検出素子の変形例を表す平面図である。
【図２４】従来の光ヘッドに用いられる光検出素子における受光部の構成を表す平面図である。
【図２５】図２４に示した光検出素子の作用を説明するための図である。
【図２６】従来の光ヘッドにおけるフォーカスエラー曲線を表す特性図である。
【符号の説明】
９…光検出素子、１２…光ヘッド、１４…サーボ制御回路、１８…システムコントローラ、２２ａ…半導体レーザ（波長６５０ｎｍ）、２２ｂ…半導体レーザ（波長７８０ｎｍ）、２３ａ，２３ｂ…回折格子、２４…ビームスプリッタ、２４ａ…偏光分離膜、２４ｂ…波長選択性膜、２５…６５０ｎｍ用５／４波長板、２７…対物レンズ、２７Ａ…基材厚補正部、２８…マルチレンズ、３０…光ディスク、３０ａ…ＤＶＤ，３０Ｂ…ＣＤ、５１…±１次光の干渉領域、５５…位相差検出器、５７…ローパスフィルタ、５８…選択器、９２…メインスポット用受光部、９２Ａ〜９２Ｄ…周辺受光部、９２Ｍ…中間受光部、９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚ…小受光部、９３，９４…サイドスポット用受光部、９３Ｅ，９３Ｆ，９３Ｇ，９３Ｈ…受光部、９６〜９８…集光スポット、Ｔ…トラッキング方向、Ｆ…フォーカス方向、ＦＰＩ…フォーカス引込信号、ＦＣＳ１〜ＦＣＳ４…フォーカスエラー信号、ＴＲＫ１…トラッキングエラー信号。
Claims (9)
- 光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された光ビームを、所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、
前記光源から出射された光ビームと前記記録媒体の記録面で反射された光ビームとを分離する光分離手段と、
前記光分離手段により分離された前記記録媒体からの反射光ビームを受光する光検出手段と、
前記記録媒体の記録面で反射され前記光分離手段を経て前記光検出手段に入射する光ビームに非点収差を発生させる非点収差発生手段と、
焦点誤差信号を求める演算手段と
を備えた光ヘッドであって、
前記光検出手段が、
前記記録媒体の前記トラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、
前記４つの周辺受光部の配列のうち、前記第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを有し、
前記反射光ビームに前記トラック案内構造による０次光、＋１次光、および−１次光の３つの回折光が重なり合った干渉領域が含まれている場合に、前記光検出手段において、前記中間受光部が前記３つの回折光が重なり合った干渉領域の光を受光し、前記周辺受光部が前記干渉領域が含まれていない領域の光を受光するような位置に前記中間受光部と前記周辺受光部とが配置されており、
前記演算手段は、前記４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、前記中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して焦点誤差信号を求めるようになされ、かつ、前記中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数が任意に設定可能とされている
ことを特徴とする光ヘッド。 - 前記中間受光部は、前記第１の軸および第２の軸によって４つの小受光部に分割されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド。 - 前記演算手段は、
前記４つの周辺受光部の配列における一方の対角線の方向に沿った２つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号の和と、他方の対角線の方向に沿った２つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号の和との差分である周辺差分信号を演算すると共に、
前記中間受光部の４つの小受光部の配列における一方の対角線の方向に沿った２つの小受光部からそれぞれ出力される信号の和と他方の対角線の方向に沿った２つの小受光部からそれぞれ出力される信号の和との差分である中間差分信号、または、前記中間受光部の４つの小受光部からそれぞれ出力される信号の総和である中間総和信号の少なくとも一方を演算し、
前記周辺差分信号に、前記中間差分信号の定数倍または前記中間総和信号の定数倍の少なくとも一方を加算して得られる加算結果を基に前記焦点誤差信号を求める
ことを特徴とする請求項２に記載の光ヘッド。 - さらに、前記演算手段により得られた前記焦点誤差信号に基づいて、前記対物レンズをその光軸方向に移動させる対物レンズ駆動機構
を備えたことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。 - 前記演算手段において前記中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数は、記録媒体の種類または光ヘッドの種類の少なくとも一方に応じて、予め定めた複数の値の中から選択可能であり、または、前記対物レンズにより集光された光ビームが前記トラック案内構造を横断する際に生ずる前記焦点誤差信号の変動をほぼ最小にさせる値に調整可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド。 - 光源から出射された光ビームを対物レンズによって所定のトラック案内構造を有する記録媒体上に集光する場合に生ずる焦点誤差の検出に用いられる光検出素子であって、
前記記録媒体の前記トラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、
前記４つの周辺受光部の配列のうち前記第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部と、
切替信号を入力するための入力端子と、
前記入力端子から入力された切替信号に応じて、前記４つの周辺受光部および前記中間受光部からの出力信号を切り替える切替手段と、
焦点誤差信号を求める演算手段と
を備え、
前記反射光ビームに前記トラック案内構造による０次光、＋１次光、および−１次光の３つの回折光が重なり合った干渉領域が含まれている場合に、前記中間受光部が前記３つの回折光が重なり合った干渉領域の光を受光し、前記周辺受光部が前記干渉領域が含まれていない領域の光を受光するような位置に前記中間受光部と前記周辺受光部とが配置されており、
前記演算手段は、前記４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、前記中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して焦点誤差信号を求めるようになされ、かつ、前記中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数が任意に設定可能とされている
ことを特徴とする光検出素子。 - 記録媒体を駆動する記録媒体駆動手段と、この記録媒体駆動手段によって駆動される前記記録媒体から信号を読み取るための光ヘッドと、この光ヘッドを記録媒体に沿って移動させる光ヘッド駆動手段と、前記光ヘッドにより読み取られた信号に基づいて再生信号を生成する信号処理手段と、前記光ヘッドにより読み取られた信号に基づいて、前記記録媒体駆動手段、前記光ヘッド駆動手段および前記光ヘッドの動作を制御するサーボ制御手段とを備え、前記記録媒体に対して光による情報の記録または再生の少なくとも一方を行う光情報記録再生装置であって、
前記光ヘッドは、
光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された光ビームを、所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、
前記光源から出射された光ビームと、前記記録媒体の記録面で反射された光ビームとを分離する光分離手段と、
前記記録媒体の前記トラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、前記４つの周辺受光部の配列のうち前記第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを有し、前記光分離手段により分離された前記記録媒体からの反射光ビームを受光する光検出手段と、
前記記録媒体の記録面で反射され前記光分離手段を経て前記光検出手段に入射する光ビームに非点収差を発生させる非点収差発生手段と、
焦点誤差信号を求める演算手段と
を備え、
前記反射光ビームに前記トラック案内構造による０次光、＋１次光、および−１次光の３つの回折光が重なり合った干渉領域が含まれている場合に、前記光検出手段において、前記中間受光部が前記３つの回折光が重なり合った干渉領域の光を受光し、前記周辺受光部が前記干渉領域が含まれていない領域の光を受光するような位置に前記中間受光部と前記周辺受光部とが配置されており、
前記演算手段は、前記４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、前記中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して焦点誤差信号を求めるようになされ、かつ、前記中間受光部から出力される検出信号に乗ぜられる定数が任意に設定可能とされている
ことを特徴とする光情報記録再生装置。 - 光ビームを出射する光源と、この光源から出射された光ビームを、所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、前記光源から出射された光ビームと前記記録媒体の記録面で反射された光ビームとを分離する光分離手段と、前記光分離手段により分離された前記記録媒体からの反射光ビームを受光する光検出手段と、前記記録媒体の記録面で反射され前記光分離手段を経て前記光検出手段に入射する光ビームに非点収差を発生させる非点収差発生手段とを備えた光ヘッドにおいて用いられる焦点誤差検出方法であって、
前記光検出手段に、前記記録媒体の前記トラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、前記４つの周辺受光部の配列のうち前記第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを備えさせると共に、前記反射光ビームに前記トラック案内構造による０次光、＋１次光、および−１次光の３つの回折光が重なり合った干渉領域が含まれている場合に、前記中間受光部が前記３つの回折光が重なり合った干渉領域の光を受光し、前記周辺受光部が前記干渉領域が含まれていない領域の光を受光するような位置に前記中間受光部と前記周辺受光部とを配置し、
前記４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、前記中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号に対して任意に設定可能とされた定数を乗じた信号とを加算して、焦点誤差信号を求める
ことを特徴とする焦点誤差検出方法。 - 前記中間受光部を、前記第１の軸および第２の軸によって４つの小受光部に分割し、
前記中間受光部の４つの小受光部からそれぞれ出力される信号を基に、前記定数倍されるべき検出信号を求める
ことを特徴とする請求項８に記載の焦点誤差検出方法。
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