JP4694455B2 - 収差検出装置およびそれを有する光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスクの球面収差を検出する収差検出装置およびそれを有する光ピックアップ装置に関するものである。

近年、光ディスクの高密度化が求められており、これを実現するために光ディスクの情報記録層における線記録密度の向上や、トラックの狭ピッチ化が進められてきた。また光ディスクの高密度化には光ディスクの情報記録層上に集光される光ビームのビーム径を小さくする必要がある。光ビームのビーム径を小さくするには、光ピックアップ装置の集光光学系としての対物レンズから照射される光ビームの開口数を大きくすることと、光ビームの短波長化が考えられる。

光ビームが光ディスクのカバーガラスを通過すると、球面収差が発生する。球面収差の大きさは、一般的に開口数の４乗に比例するため、高開口数の対物レンズを用いる場合は球面収差の誤差の影響が無視できず、情報の読み取りに影響が出る。このため、高開口数の対物レンズを用いる場合は球面収差を補正する必要がある。以下、球面収差を検出するための従来技術について述べる。

例えば、特許文献１および特許文献２には、集光光学系に生じる球面収差を検出するためにホログラムの回折光を用いることが開示されている。また、特許文献３にはホログラムにより光ビームを適切に分離することで、各光ビームのスポット径が最も小さくなる位置の相違を大きくして、それぞれの光ビームの焦点位置ずれ量を大きくし、感度よく球面収差を検出することが開示されている。また、特許文献４には、回折格子上での光ビーム径を大きくし、回折素子から受光素子までの光路長を長くした光集積ユニットを用いた光ピックアップ装置において、ホログラムを用いた球面収差検出を行うことが開示されている。

図１１は、従来の技術の光ピックアップ装置１０１における光学系部品の配置を示す図である。この光ピックアップ装置１０１には、半導体レーザー１、ビームスプリッタ２、偏光ホログラム３、透過型グレーティング４、コリメートレンズ５、対物レンズ６および受光素子８が設けられている。図１０に偏光ホログラム３のパターンを示す。また、図１２に受光素子８の構成を示す。光源である半導体レーザー１からの出射光はビームスプリッタ２を透過し、偏光ホログラム３に入射する。入射光は偏光ホログラム３を透過し、透過型グレーティング４によってタンジェンシャル方向に３ビームに分割され、コリメートレンズ５、対物レンズ６によって光ディスク７の表面に集光される。光ディスク７からの反射光は、対物レンズ６、コリメートレンズ５を通って、再び偏光ホログラム３に入射する。

ここで、偏光ホログラム３に入射する光の偏光方向は、図示しない波長板により光源からの出射光と光ディスク７からの反射光で90°回転している。このため、半導体レーザー１からの光ビームは偏光ホログラム３を透過し、光ディスク７からの反射光は偏光ホログラム３の特性により回折され、図１０に示す偏光ホログラム３の３つの領域３ａ〜３ｃで、図１２に示すそれぞれ異なる場所に配置された受光部ＰＤ１〜ＰＤ５上に集光される。図１２に受光素子８及び集光される光を示す。

図１０に示すように、偏光ホログラム３は円形をなしており、領域３ａ〜３ｃを有する。そのうち、領域３ｃはラジアル方向に沿った中心線によって２分割された一方の半円の部分である。また、領域３ａ、３ｂは、偏光ホログラム３の２分割された他方の半円の部分に含まれており、領域３ｂは領域３ｃよりも小さい半円形状をなし、領域３ａは領域３ｂの円弧部分を囲むように設けられている。特に、領域３ａは、光ビームの光軸に直交するラジアル方向の直線と、第１半円（上記他方の半円）と、当該第１半円よりも半径が小さく当該第１半円と同じ中心の第２半円（上記円弧部分）とで囲まれる領域である。

また、偏光ホログラム３による回折の様子を図１３に示す。図１３に示すように、受光素子８において、受光部ＰＤ１〜ＰＤ３は、受光部ＰＤ１が中央に位置し、かつそれぞれがタンジェンシャル方向に沿って所定間隔をおいて並ぶように配置されている。また、受光部ＰＤ１、ＰＤ４、ＰＤ５は、受光部ＰＤ１が中央に位置し、かつそれぞれがラジアル方向沿って所定間隔をおいて並ぶように配置されている。

分割された３つの光ビームのうち、中央のメインビームＭＢは、偏光ホログラム３を透過した０次回折光として受光部ＰＤ１に導かれて、図１２に示すように光スポットＳＰ１として収束する。また、分割された３つの光ビームのうち、メインビームＭＢの両側に進む２つのサブビームＳＢ１、ＳＢ２は、それぞれ受光部ＰＤ２、ＰＤ３に導かれて光スポットＳＰ２、ＳＰ３として収束する。また、上記のメインビームＭＢは、偏光ホログラム３の領域３ｃで回折された−１次回折光として受光部ＰＤ４に導かれて光スポットＳＰ４として収束する。また、上記のメインビームＭＢは、偏光ホログラム３の領域３ａで回折された＋１次回折光として受光部ＰＤ５上に導かれて光スポットＳＰ５として収束する。

図１２に示すように、受光部ＰＤ１は４分割された受光領域Ａ〜Ｄを有しており、偏光ホログラム３を透過したメインビームの０次回折光を検出する。受光部ＰＤ２は２分割された受光領域Ｅ、Ｆを有しており、サブビームの一方を検出し、受光部ＰＤ３は２分割された受光領域Ｇ、Ｈを有しており、サブビームの他方を検出する。受光部ＰＤ２、ＰＤ３はトラッキングサーボ信号生成に用いる。受光部ＰＤ４は２分割された受光領域Ｉ、Ｊを有しており、上記の−１次回折光を検出し、ＦＥＳ信号検出に用いる。また、受光部ＰＤ５は２分割された受光領域Ｋ、Ｌを有しており、上記の＋１次回折光を検出し、球面収差信号（ＳＡ信号）検出に用いる。

なお、図１２には、上記の領域３ａによって回折される光は＋１次光のみを図示し、上記の領域３ｃによって回折される光は−１次光のみを図示しており、偏光ホログラム３の領域３ｂによって回折される光は今回使用しないため図示していない。

光ディスク７の厚み誤差により球面収差が発生した場合、受光部ＰＤ５の受光領域Ｋ、Ｌ上に集光される光は、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、受光領域Ｋ、Ｌのいずれか一方に受光される面積が他方に受光される面積より大きくなる光スポットＳＰ５ａ、ＳＰ５ｂを形成する。また球面収差が発生していない場合、受光領域Ｋ、Ｌ上に集光される光は、図１４（ｃ）に示すように、受光領域Ｋ、Ｌの境界線上に点上の光スポットＳＰ５ｃを形成する。ただし、デフォーカスの影響は考えていない。ここで受光領域Ｋ、Ｌのそれぞれで発生する電気信号をSk、Slとし、受光領域Ｋ、Ｌの電気信号の差Sk−Slを演算する。この演算により、球面収差が発生していない場合はSk−Slの信号は０となるが、球面収差が発生している場合はSk−Slの信号は正または負の値を示すので、球面収差を信号として検出することが可能となる。
特開２００２−５５０２４号公報（平成１４年２月２０日公開） 特開２０００−１７１３４６号公報（平成１２年６月２３日公開） 特開２００２−１５７７７１号公報（平成１４年５月３１日公開） 特開２００６−６５９３５号公報（平成１８年３月９日公開）

しかしながら、上記従来の光ピックアップ装置１０１では、光ディスク７上に形成された同心円状または螺旋状のトラックに光スポットを追従させるため対物レンズ６がラジアル方向（トラックに垂直な方向）にシフトする。この対物レンズ６のシフトによって、光ディスク７の反射光からなる偏光ホログラム上３のスポットＳＰＨも、図１５（ｂ）に示す状態から図１５（ａ）または（ｃ）に示すように同じくラジアル方向にシフトする。すると、図１６（ａ）または（ｃ）に示すように、受光領域Ｋ、Ｌ上に回折される光スポットＳＰ５ｄまたは光スポットＳＰ５ｅの形状に影響を与える。これにより、対物レンズ６がシフトした状態では光スポット形状の変化によって受光領域Ｋ、Ｌの電気信号が変化してしまう。したがって、対物レンズ６がシフトしている時は、図１６（ｂ）に示す光スポットＳＰ５ｆのように対物レンズ６がシフトしていない時と比べてSk−Slの信号に正または負の信号が発生するという問題点を有している。以下、これをオフセット信号と呼ぶ。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、球面収差を信号として正確に検出するためにオフセット信号の影響を受けないようにすることができる収差検出装置およびそれを有する光ピックアップ装置を提供することにある。

本発明の第１の収差検出装置は、上記課題を解決するために、
光源から出射された光ビームをタンジェンシャル方向にメインビーム、第１サブビームおよび第２サブビームの３ビームに分割させる透過型グレーティングと、３ビームを光ディスクに集光する光学素子と、光ディスクから反射された光ビームを回折する偏光ホログラムと、偏光ホログラムの回折光を受光する受光素子とを備えた収差検出装置において、
受光素子は、メインビーム、第１サブビームおよび第２サブビームの偏光ホログラムによる＋１次回折光をそれぞれ受光するために並んで配置された第１ないし第３受光部を有し、
第１受光部は、球面収差を検出するために、ラジアル方向に延びる境界線によって２分割され、メインビームの偏光ホログラムによる＋１次回折光を受光する位置にあり、
第２受光部は、ラジアル方向に延びる境界線によって２分割され、第１サブビームの偏光ホログラムによる＋１次回折光を受光する位置にあり、
第３受光部は、ラジアル方向に延びる境界線によって２分割され、第２サブビームの偏光ホログラムによる＋１次回折光を受光する位置にあり、
第２および第３受光部は、第２受光部のタンジェンシャル方向に沿った一方の端および第３受光部のタンジェンシャル方向に沿った他方の端が、第１受光部を横切って、タンジェンシャル方向に延びる直線上に位置するように配置されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、第２受光部が第１受光部に対してタンジェンシャル方向と垂直な方向（ラジアル方向）にずれて配置され、第３受光部が第１受光部に対して第２受光部とは逆方向にずれて配置されている（図１の受光部ＰＤ５〜ＰＤ７参照）。これにより、第２受光部は第１受光部が受光する＋１次回折光と同じ形状の＋１次回折光を半分受光する一方、第３受光部は他の半分受光する。それゆえ、両受光部の光検出信号の差を求めると、対物レンズがシフトするために、その差が０でなくなり、第１受光部の光検出信号（球面収差検出信号）の誤差成分（オフセット信号）となる。したがって、上記の配置の第２および第３受光部を有することによって、第２および第３受光部の光検出信号を差に基づいて球面収差検出信号を補正することができる。この結果、対物レンズのラジアル方向シフトによって生じるオフセット信号の影響を受けずに球面収差信号を検出することができる。

また、第１の収差検出装置において、偏光ホログラムは、光ビームの光軸に直交するラジアル方向の直線と、第１半円と、第１半円よりも半径が小さく第１半円と同じ中心の第２半円とで囲まれる回折領域とを有し、回折領域が、メインビーム、第１サブビームおよび第２サブビームの＋１次回折光を出射することを特徴とする。これにより、対物レンズシフトの影響を受けずに、より高精度に球面収差を検出することができる。

また、第１の収差検出装置は、第１受光部を形成する２つの受光領域から出力される光検出信号の差を算出する第１減算回路と、
第２受光部を形成する２つの受光領域から出力される光検出信号の差を算出する第２減算回路と、
第３受光部を形成する２つの受光領域から出力される光検出信号の差を算出する第３減算回路と、
第２減算回路の出力と第３減算回路の出力との差を算出する第４減算回路と、
第１減算回路の出力と第４減算回路の出力との和を算出する加算回路とを備えていることを特徴とする。これにより、オフセット信号をキャンセルした球面収差信号を算出することができる。

本発明の参考に係る第２の収差検出装置は、光ディスクから反射される光ビームを回折する偏光ホログラムと、偏光ホログラムの回折光を受光する受光素子とを備えた収差検出装置において、
受光素子は、ラジアル方向に延びる境界線によって２分割され、かつタンジェンシャル方向に延びる境界線によって２分割されることにより４分割された受光部を有していることを特徴とする。

上記の構成によれば、受光素子が４分割された受光部を有しているので、受光部が第１の収差検出装置における第１ないし第３受光部が共通して形成された構成となる。これにより、第１の収差検出装置と同様に球面収差検出信号を補正することができる。この結果、対物レンズのラジアル方向シフトによって生じるオフセット信号の影響を受けずに球面収差信号を検出することができる。また、受光素子は、球面収差を検出するために１つの受光部を有しておればよいので構成が簡素化される。それゆえ、球面収差検出信号のオフセット信号を補償してもなお収差検出装置のコストアップを抑制することができる。

また、参考に係る上記第２の収差検出装置において、偏光ホログラムは、光ビームの光軸に直交するラジアル方向の直線と、第１半円と、第１半円よりも半径が小さく第１半円と同じ中心の第２半円とで囲まれる回折領域を有し、回折領域が、受光部に向けて回折光を出射することを特徴とする。これにより、より感度の高い球面収差を検出することができる。

また、参考に係る上記第２の収差検出装置は、第１受光領域から出力される光検出信号と第３受光領域から出力される光検出信号との和を算出する第１加算回路と、
第２受光領域から出力される光検出信号と第４受光領域から出力される光検出信号との和を算出する第２加算回路と、
第３受光領域から出力される光検出信号と第４受光領域から出力される光検出信号との差を算出する第１減算回路と、
第１受光領域から出力される光検出信号と第２受光領域から出力される光検出信号との差を算出する第２減算回路と、
第１および第２加算回路の出力の差を算出する第３減算回路と、
第１および第２減算回路の出力の差を算出する第４減算回路と、
第３および第４減算回路の出力の和を算出する第３加算回路とを備えていることを特徴とする。これにより、オフセット信号をキャンセルした球面収差信号を算出することができる。

本発明の参考に係る第３の収差検出装置は、光ディスクから反射される光ビームを回折する偏光ホログラムと、偏光ホログラムの回折光を受光する受光素子とを備えた収差検出装置において、
受光素子は、メインビームおよびサブビームをそれぞれ受光するためにタンジェンシャル方向に並んで配置された第１および第２受光部を有し、
第１受光部は、ラジアル方向に延びる境界線によって２分割され、メインビームの偏光ホログラムによる＋１次回折光を受光する位置にあり、
第２受光部はラジアル方向に延びる境界線によって２分割され、かつタンジェンシャル方向に延びる境界線によって２分割されることにより４分割されており、サブビームの偏光ホログラムによる＋１次回折光を受光する位置にあることを特徴とする。

上記の構成によれば、受光素子が４分割された第２受光部を有しているので、第２受光部は第１の収差検出装置における第２および第３受光部が共通して形成された構成となる。これにより、第１の収差検出装置と同様に球面収差検出信号を補正することができる。この結果、対物レンズのラジアル方向シフトによって生じるオフセット信号の影響を受けずに球面収差信号を検出することができる。また、受光素子は、球面収差を検出するために２つの受光部を有しておればよいので構成が簡素化される。それゆえ、球面収差検出信号のオフセット信号を補償してもなお収差検出装置のコストアップを抑制することができる。

また、参考に係る上記第３の収差検出装置において、偏光ホログラムは、光ビームの光軸に直交するラジアル方向の直線と、第１半円と、第１半円よりも半径が小さく第１半円と同じ中心の第２半円とで囲まれる回折領域を有し、回折領域が、メインビームおよびサブビームの＋１次回折光を出射することを特徴とする。これにより、より感度の高い球面収差を検出することができる。

また、参考に係る上記第３の収差検出装置は、第１受光部を形成する２つの受光領域から出力される光検出信号の差を算出する第１減算回路と、
第１および第２受光領域から出力される光検出信号の差を算出する第２減算回路と、
第３および第４受光領域から出力される光検出信号の差を算出する第３減算回路と、
第２減算回路の出力と第３減算回路の出力との差を算出する第４減算回路と、
第１減算回路の出力と第４減算回路の出力との和を算出する加算回路とを備えていることを特徴とする。これにより、オフセット信号を加算した球面収差信号を算出することができる。

本発明の光ピックアップ装置は、上記第１の収差検出装置を備えているので、対物レンズのシフトによるオフセット信号が補償された球面収差検出信号を得ることができる。それゆえ、球面収差検出信号により、光ディスクから読み取った情報信号を正確に補正することができる。

また、本発明の参考に係る光ピックアップ装置は、上記のいずれかの収差検出装置を備えているので、対物レンズのシフトによるオフセット信号が補償された球面収差検出信号を得ることができる。それゆえ、球面収差検出信号により、光ディスクから読み取った情報信号を正確に補正することができる。

本発明の収差検出装置は、以上のように、球面収差のオフセットを検出するための受光部を備えているので、検出したオフセットによって球面収差を補正することにより、光ピックアップ装置の集光光学系の球面収差を対物レンズのシフトによるオフセットの影響を受けることなく検出することができ、さらに偏光ホログラム、受光素子等の光学部品を効率よく調整することができる。それゆえ、球面収差を信号として正確に検出するためにオフセット信号の影響を受けないようにすることができる収差検出装置およびそれを有する光ピックアップ装置を提供することができるという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。図２は、本実施の形態の光ピックアップ装置１１の構成を示している。図１は、光ピックアップ装置１１における受光素子２１の構成を示している。

図２に示すように、光ピックアップ装置１１は、図１１の従来の技術の光ピックアップ装置１０１と同様に、半導体レーザー１、ビームスプリッタ２、偏光ホログラム３、透過型グレーティング４、コリメートレンズ５、対物レンズ６を備えているが、受光素子８の代わりに受光素子２１を備え、さらに前述のＳＡ信号（球面収差信号）を算出するための演算回路９を備えている。受光素子２１は、図１２に示す従来の光ピックアップ装置１０１の受光素子８が有する受光部ＰＤ１〜ＰＤ５に加えて、図１に示すように受光部ＰＤ６、ＰＤ７を有している。

受光部ＰＤ６は、受光部ＰＤ２のラジアル方向の側方に受光部ＰＤ２と所定の間隔をおいて配置されている。ＰＤ７は、受光部ＰＤ３のラジアル方向の側方に受光部ＰＤ３と所定の間隔をおいて配置されている。受光部ＰＤ６は、その右側端（タンジェンシャル方向に沿った一方の端）が、受光部ＰＤ５を横切るタンジェンシャル方向に延びた直線ＣＬ（図１中破線にて示す）と一致するように配置されている。また、受光部ＰＤ７は、その左側端（タンジェンシャル方向に沿った他方の端）が、上記の直線ＣＬと一致するように配置されている。受光部ＰＤ６は２分割された同じ大きさの方形をなす受光領域Ｏ、Ｐを有する２つのフォトダイオードからなり、受光部ＰＤ７は２分割された同じ大きさの方形をなす受光領域Ｑ、Ｒを有する２つのフォトダイオードからなる。また、受光部ＰＤ５〜ＰＤ７は、受光領域Ｋ、Ｌの境界線、受光領域Ｏ、Ｐの境界線、および受光領域Ｑ、Ｒの境界線がラジアル方向に延びて、互いに平行となるように配置される。

なお、タンジェンシャル方向は、光ディスク７のトラックの接線に沿ったラジアル方向に垂直な方向である。

これにより、Sk−Slのオフセット信号の影響を受けずに球面収差信号を検出することを可能とする。以降の説明では、主に受光素子２１の受光部Ｏ〜Ｒの配置パターンによる球面収差検出方法について説明する。

光源である半導体レーザー１からの出射光は、ビームスプリッタ２を透過し、偏光ホログラム３に入射する。入射光は偏光ホログラム３を透過し、透過型グレーティング４によってタンジェンシャル方向に３ビームに分割され、コリメートレンズ５、対物レンズ６によって光ディスク７の表面に集光される。光ディスク７からの反射光は、対物レンズ６、コリメートレンズ５を通って、再び偏光ホログラム３に入射する。

ここで、偏光ホログラム３に入射する光の偏光方向は、図示しない波長板により光源からの出射光と光ディスク７からの反射光で90°回転しているため、光ディスク７からの反射光は、図１０に示す偏光ホログラムの３つの領域３ａ〜３ｃで回折され、図１に示すそれぞれ異なる場所の受光部ＰＤ１〜ＰＤ７上に集光される。

図１に受光素子２１の各受光部ＰＤ１〜ＰＤ７およびそれらで集光される光の形状を示す。図１３に示すように、受光部ＰＤ１は偏光ホログラム３を透過したメインビームＭＢの０次回折光を検出する。受光部ＰＤ２、ＰＤ３はサブビームＳＢ１、ＳＢ２を検出し、トラッキングサーボ信号生成に用いる。受光部ＰＤ４はメインビームＭＢの偏光ホログラム３の領域３ｃによって回折された−１次回折光ＤＢ１を検出し、ＦＥＳ信号検出に用いる。また、受光部ＰＤ５はメインビームＭＢの偏光ホログラム３の領域３ａによって回折された＋１次回折光ＤＢ２を検出し、ＳＡ信号検出に用いる。また、受光部ＰＤ６、ＰＤ７は、それぞれ透過型グレーティング４によって生成するタンジェンシャル方向の２つのサブビーム（第１および第２サブビーム）が偏光ホログラム３の領域３ａによる＋１次回折光を検出し、ＳＡ信号のオフセット（オフセット信号）検出に用いる。

なお、図１には図８に示す領域３ａによって回折される光は＋１次回折光のみ、領域３ｃによって回折される光は−１次回折光のみを図示しており、領域３ｂによって回折される光は今回使用しないため図示していない。

光ディスク７の厚み誤差により球面収差が発生した場合、受光部ＰＤ５〜ＰＤ７上には、それぞれ図３（ａ）に示すように光スポットＳＰ５ａ〜ＳＰ７ａが形成されるか、またはそれぞれ図３（ｂ）に示すように光スポットＳＰ５ｂ〜ＳＰ７ｂが形成される。球面収差が発生していない場合、受光部ＰＤ５〜ＰＤ７には、それぞれ図３（ｃ）に示すように光スポットＳＰ５ｃ〜ＳＰ７ｃが形成される。受光領域Ｋ、Ｌで発生する電気信号の差Sk−Slを演算すると、球面収差が発生していない場合はSk−Slの信号は０となる。しかし、球面収差が発生している場合はSk−Slの信号は正または負の値を示すので、球面収差を信号として検出することが可能となる。また、受光領域Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒで発生する電気信号をそれぞれSo、Sp、Sq、Srとすると、球面収差が発生していない場合はSo−Sp、Sq−Srの演算信号はそれぞれ０となるが、球面収差が発生している場合はSo−Sp、Sq−Srの信号は正または負の値を示す。

従来技術において問題となっているのは、トラック追従のため対物レンズ６がラジアル方向にシフトした場合、光ディスク７からの反射光で偏光ホログラム３上に集光される光のスポットも同じくラジアル方向にシフトすることで受光素子８上のスポット形状が変化し、球面収差が発生していないにもかかわらずSk−Slの信号にオフセット信号が発生することである。受光部Ｋ、Ｌ上の光スポット形状は、対物レンズ６がシフトすることでラジアル方向に形状が変化する。また同様に受光部Ｏ、Ｐと受光部Ｑ、Ｒ上の光スポット形状も同様にラジアル方向に形状が変化する。そこで、So−Sp、Sq−Srの信号を用いてSk−Slの信号に対物レンズ６のシフトによって生じるオフセット信号の影響を受けずに球面収差信号を検出する。以下にその詳細を説明する。

対物レンズ６のシフトによって受光素子２１上の光スポット形状は変化するが、この光スポット形状の変化によって発生するSk−Slのオフセット信号をSoff＝｛（So−Sp）−（Sq−Sr）｝の演算によって信号から概算する。例えば、図３（ａ）は対物レンズ６のシフトがない状態で球面収差が発生している場合であるが、この時Soffは０となる。同様に、図３（ｂ）の状態でもSoffは０となる。

ここで、対物レンズ６がラジアル方向にシフトすると、受光部ＰＤ６と受光部ＰＤ７上のスポット形状がラジアル方向に変化することにより、Soffが正または負の値を示す。Soffは対物レンズ６のシフトによるオフセット信号成分であるが、対物レンズ６が光ディスク７の内周側、外周側どちらにシフトするかによってSoffの符号が変わってしまう。例えば図３（ａ）に示すように、受光部ＰＤ６と受光部ＰＤ７は、受光部ＰＤ５上でほとんど受光領域Ｋ側に形成される光スポットＳＰ５ａと同じ形状の光スポットＳＰ６ａ、ＳＰ７ａの半分ずつを受光する位置にある。また、図３（ｂ）に示すように、受光部ＰＤ６と受光部ＰＤ７は、受光部ＰＤ５上でほとんど受光領域Ｌ側に形成される光スポットＳＰ５ｂと同じ形状の光スポットＳＰ６ｂ、ＳＰ７ｂの半分ずつを受光する位置にある。このため、対物レンズ６のシフト方向で（So−Sp）と（Sq−Sr）の信号の大小が変わり、減算回路９ｇで両者の差をとると対物レンズ６のシフト方向でSoffの符号が変わってしまう。

しかし、Sk−Slの対物レンズ６のシフトによるオフセット信号は、対物レンズ６のシフト方向によらず同じ符号の値となるので、Soffの絶対値を球面収差信号Sk−Slに加える必要がある。また、図３（ａ）、（ｂ）のように正の球面収差と負の球面収差で受光部Ｋ、Ｌ上の光スポットＳＰ５ａ、ＳＰ５ｂの形状が変わり、Sk−Slの符号も変わってしまうので、Sk−Slの信号も絶対値を取り、以下のような演算式で球面収差信号ＳＡを求める。
ＳＡ＝｜Sk−Sl｜＋α｜Soff｜ ・・・・・・・・・（１）
＝｜Sk−Sl｜＋α｜（So−Sp）―（Sq−Sr）｜ ・・・・・・・・・（２）
ここで、αは係数であるが、受光部ＰＤ６および受光部ＰＤ７上の光スポットはサブビームの偏光ホログラム３の＋１次回折光であるため、光強度が弱い。そのため適当な係数を掛けることで、調整を行う必要がある。

図４は、上記のＳＡ信号の演算のための演算回路９の構成を示している。図４に示すように、演算回路９は、電流／電圧変換回路（図中、Ｉ／Ｖ）９ａ〜９ｆ、減算回路９ｇ〜９ｊ、乗算回路９ｋおよび加算回路９ｍを有している。

電流／電圧変換回路９ａ〜９ｆは、受光領域Ｋ、Ｌ、Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒのそれぞれの出力電流（受光電流）を電圧の信号Sk、Sl、So、Sp、Sq、Srに変換する回路である。減算回路９ｇは信号Skから信号Slを減算する回路であり、減算回路９ｈは信号Soから信号Sqを減算する回路であり、減算回路９ｉは信号Sqから信号Srを減算する回路である。減算回路９ｊは、減算回路９ｈから出力されるSo−Spより、減算回路９ｉから出力されるSq−Srを減算してSoffを出力する回路である。乗算回路９ｋは、減算回路９ｊの出力に上記の係数αを乗算する回路である。加算回路９ｍは、減算回路９ｇから出力されるSk−Slと乗算回路９ｋから出力されるαSoffとを加算する回路である。電流／電圧変換回路９ａ〜９ｆ、減算回路９ｇ〜９ｊ、乗算回路９ｋおよび加算回路９ｍは、オペアンプを中心に構成される一般的なアナログ回路であるので、その詳細については説明を省略する。

以上のように、光ピックアップ装置１１は、受光部ＰＤ５に対してラジアル方向にオフセットして配置される受光部ＰＤ６、ＰＤ７を有する受光素子２１と、オフセット演算回路９とを備えることにより、受光部ＰＤ６、ＰＤ７の出力から算出したSoffを加算したＳＡ信号を算出することができる。これにより、対物レンズ６がシフトしても、Sk−Slの減少をSoffで補正するので、対物レンズ６のシフトによってＳＡ信号が受ける影響を大幅に抑えることができる。

〔実施の形態２〕
本発明の参考に係る他の実施形態について図５ないし図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５は、本発明の参考に係る実施の形態の光ピックアップ装置１２の構成を示している。図６は、光ピックアップ装置１２における受光素子２２の構成を示している。

図５に示すように、光ピックアップ装置１２は、図１に示す実施の形態１の光ピックアップ装置１１と同様に、半導体レーザー１、ビームスプリッタ２、偏光ホログラム３、透過型グレーティング４、コリメートレンズ５、対物レンズ６を備えているが、受光素子２１の代わりに受光素子２２を備えるとともに、演算回路９の代わりに演算回路１０を備えている。図６に示すように、受光素子２２は、図１２に示す従来の光ピックアップ装置１０１の受光素子８と同様に受光部ＰＤ１〜ＰＤ４を有しているが、受光部ＰＤ５の代わりに受光部ＰＤ８を有している。

受光部ＰＤ８は、４分割された受光領域Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒを有している。この受光部ＰＤ８は、前述の実施の形態１における受光部ＰＤ６の受光領域Ｏ、Ｐと受光部ＰＤ７の受光領域Ｑ、Ｒとが一体に形成されてなる。受光領域Ｏ、Ｑはラジアル方向に並び、受光領域部Ｐ、Ｒもラジアル方向に並んでいる。また、受光領域Ｏ、Ｐはタンジェンシャル方向に並び、受光部Ｑ、Ｒもタンジェンシャル方向に並んでいる。

４つの受光領域Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒで発生する電気信号を、So、Sp、Sq、Srとすると、前述のSkおよびSlは、
Sk ＝ So ＋ Sq ・・・・・・・・・（３）
Sl ＝ Sp ＋ Sr ・・・・・・・・・（４）
に対応することになる。このような演算により、従来技術に加え、メインビームの偏光ホログラム３の領域３ａによる＋１次回折光が、受光部ＰＤ８に光スポットＳＰ８として収束し、受光部ＰＤ８の受光領域Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒで検出される。これにより、対物レンズ６のシフトによって起こるオフセット信号の影響を受けずに球面収差信号を検出できる。

本実施の形態の受光素子２２の配置パターンによる球面収差検出方法が、実施の形態１の受光素子２１の配置パターンによる球面収差検出方法と異なる点は、球面収差信号検出の受光素子２２の配置とパターン、および演算方法であるのでその部分のみ以下に説明する。

実施の形態１の受光素子２１の配置パターンによる球面収差検出方法における受光信号Soと、本実施の形態の受光素子２２の配置パターンでの受光信号Soは、サブビームとメインビームとの違いによる出力の差はあるが、受光量を検出する光スポットの形状は同じである。また、信号Sp、Sq、Srに関してもそれぞれ同様である。よって、本実施の形態での球面収差検出の演算式は、実施の形態１に関する受光素子２１の配置パターンによる球面収差検出方法の球面収差検出演算式に式（３）、式（４）を代入した形になり、
ＳＡ＝｜Sk−Sl｜＋｜Soff｜ ・・・・（５）
＝｜（So ＋ Sq）−（Sp ＋ Sr）｜＋｜（So−Sp）―（Sq−Sr）｜ ・・・・（６）
となる。ここで、Soffにはメインビームの信号を用いるので補正係数αは必要ない。

図７は、上記のＳＡ信号の演算のための演算回路１０の構成を示している。図７に示すように、演算回路１０は、電流／電圧変換回路（図中、Ｉ／Ｖ）１０ａ〜１０ｄ、加算回路１０ｅ〜１０ｇおよび減算回路１０ｈ〜１０ｋを有している。

電流／電圧変換回路１０ａ〜１０ｄは、受光領域Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒのそれぞれの出力電流（受光電流）を電圧の信号So、Sp、Sq、Srに変換する回路である。加算回路１０ｅは信号So、Sqを加算する回路であり、加算回路１０ｆは信号Sp、Srを加算する回路である。減算回路１０ｈは信号Sqから信号Srを減算する回路であり、減算回路１０ｉは信号Soから信号Spを減算する回路である。減算回路１０ｊは、加算回路１０ｅから出力されるSo＋Sqより、加算回路１０ｆから出力されるSp＋Srを減算する回路である。減算回路１０ｋは、減算回路１０ｈから出力されるSq−Srより、減算回路１０ｉから出力されるSo−Spを減算する回路である。加算回路１０ｍは、減算回路１０ｊ、１０ｋの出力を加算してＳＡ信号を出力する回路である。

電流／電圧変換回路１０ａ〜１０ｄ、加算回路１０ｈ〜１０ｇおよび減算回路１０ｈ〜１０ｋは、オペアンプを中心に構成される一般的なアナログ回路であるので、その詳細については説明を省略する。

以上のように、光ピックアップ装置１２は、４つの受光領域Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒを有する受光部ＰＤ８を有する受光素子２２と、演算回路１０とを備えることにより、Soffを含むＳＡ信号を算出することができる。これにより、対物レンズ６がシフトしても、Sk−Slの減少をSoffで補正するので、対物レンズ６のシフトによってＳＡ信号が受ける影響を大幅に抑えることができる。また、受光素子２２は、ＳＡ信号を検出するために１つの受光部ＰＤ８を有しておればよいので、実施の形態１における受光素子２１よりも構成を簡素化することができる。これにより、ＳＡ信号のオフセットを補償してもなお光ピックアップ装置１２のコストアップを抑制することができる。
〔実施の形態３〕
本発明の参考に係る他の実施形態について図８および図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記実施の形態１および２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図８は、本発明の参考に係る実施の形態の光ピックアップ装置１３の構成を示している。図９は、光ピックアップ装置１３における受光素子２３の構成を示している。

図８に示すように、光ピックアップ装置１３は、図１に示す実施の形態１の光ピックアップ装置１１と同様に、半導体レーザー１、ビームスプリッタ２、偏光ホログラム３、透過型グレーティング４、コリメートレンズ５、対物レンズ６を備えているが、受光素子２１の代わりに受光素子２２を備え、演算回路９の代わりに、演算回路１１を備えている。

図９に示すように、受光素子２３は、図１２に示す従来の光ピックアップ１０１における受光素子８と同様に受光部ＰＤ１〜ＰＤ５を有しているが、さらに受光部ＰＤ８を有している。受光部ＰＤ８は、受光部ＰＤ５とタンジェンシャル方向に並ぶように受光部ＰＤ５と所定間隔をおいて配置されている。また、受光部ＰＤ８は、受光部ＰＤ２とラジアル方向に並ぶように受光部ＰＤ２と所定間隔をおいて配置されている。具体的には、受光部ＰＤ８は、受光部ＰＤ８のタンジェンシャル方向の中心が受光部ＰＤ５のタンジェンシャル方向の中心と同一直線（図９にて示す破線）上に並ぶように配置されている。

上記のように構成される光ピックアップ装置１３において、球面収差を検出するには、図１３に示すように、透過型グレーティング４によるタンジェンシャル方向のサブビームＳＢ１、およびメインビームＭＢを用いる。サブビームＳＢ１の偏光ホログラム３による＋１次回折光は図７に示すような４分割された受光領域Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒを、またメインビームＭＢは２分割された受光領域Ｋ、Ｌを使用することで球面収差信号を検出する。

本実施の形態の球面収差検出方法が、実施の形態１の受光素子２１の配置パターンによる球面収差検出方法と異なる点は、球面収差信号検出の受光素子の配置とパターン、および演算方法であるのでその部分のみ以下に説明する。

実施の形態１の受光素子２１の配置パターンによる球面収差検出方法における受光信号Soと、本実施の形態の受光素子２３の配置パターンで受光する信号Soについては、検出する光スポットの形状は同じである。また、信号Spについても同様である。信号Sq、Srに関しては、サブビームＳＢ１とサブビームＳＢ２の違いはあるものの、検出する光スポットの形状は同じである。よって演算式は、実施の形態１の受光素子２１の配置パターンによる球面収差検出方法の球面収差検出演算式と同じになり、
ＳＡ＝｜Sk−Sl｜＋α｜Soff｜ ・・・・・・・・・（７）
＝｜Sk−Sl｜＋α｜（So−Sp）―（Sq−Sr）｜ ・・・・・・・・・（８）
となる。したがって、演算回路１１として、演算回路９と同じ構成の回路を用いてＳＡ信号を算出することができる。このため、演算回路１１については図示を省略している。ここで、αは係数であるが、受光部Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒ上のスポットはサブビームＳＢ１の偏光ホログラムの＋１次回折光であるため、光強度が弱い。そのため適当な係数を掛けることで、調整を行う必要がある。

以上のように、光ピックアップ装置１３は、受光部ＰＤ５および４つの受光領域Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒを有する受光部ＰＤ８を有する受光素子２３と、演算回路１１とを備えることにより、受光部ＰＤ８の出力から算出したSoffを加算したＳＡ信号を算出することができる。これにより、対物レンズ６がシフトしても、Sk−Slの減少をSoffで補正するので、対物レンズ６のシフトによってＳＡ信号が受ける影響を大幅に抑えることができる。また、受光素子２３は、ＳＡ信号を検出するために２つの受光部ＰＤ５、ＰＤ８を有しておればよいので、実施の形態１における受光素子２１よりも構成を簡素化することができる。これにより、ＳＡ信号のオフセットを補償してもなお光ピックアップ装置１３のコストアップを抑制することができる。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の収差検出装置は、光ディスクの球面収差の検出信号に対物レンズのシフトによって生じる誤差をキャンセルするので、収差検出装置を内蔵する光ピックアップ装置を光情報記録再生装置に好適に利用することができる。

本発明の実施の形態１の光ピックアップ装置における受光素子の構成を示す平面図である。 上記光ピックアップ装置の構成を示す斜視図である。 図３（ａ）は負の球面収差が発生している場合、図３（ｂ）は正の球面収差が発生している場合、図３（ｃ）は球面収差が発生していない場合の受光部ＰＤ５〜ＰＤ７上の光スポット形状を示す平面図である。 上記光ピックアップにおける球面収差信号の演算のための演算回路の構成を示すブロック図である。 本発明の参考に係る実施の形態２の光ピックアップ装置の構成を示す斜視図である。 図５の光ピックアップ装置における受光素子の構成を示す平面図である。 図５の光ピックアップ装置における球面収差信号の演算のための演算回路の構成を示すブロック図である。 本発明の参考に係る実施の形態３の光ピックアップ装置の構成を示す斜視図である。 図８の光ピックアップ装置における受光素子の構成を示す平面図である。 本発明の各実施の形態の光ピックアップ装置および従来の光ピックアップ装置に共通して設けられる偏光ホログラムの構造を示す平面図である。 従来の光ピックアップ装置の構成を示す斜視図である。 図１１の光ピックアップ装置における受光素子の構成を示す平面図である。 上記偏光ホログラムによる回折の様子を示す斜視図である。 図１１の光ピックアップ装置において、図１４（ａ）は負の球面収差が発生している場合、図１４（ｂ）は正の球面収差が発生している場合、図１４（ｃ）は球面収差が発生していない場合の球面収差検出用の受光部上の光スポット形状を示す。 図１１の光ピックアップ装置において、（ａ）および（ｃ）は対物レンズがラジアル方向にレンズシフトした時の、偏光ホログラム３上の光ビームスポットの様子を示す平面図であり、（ｂ）は対物レンズがラジアル方向にレンズシフトしない時の、偏光ホログラム３上の光ビームスポットの様子を示す平面図である。 図１１の光ピックアップ装置において、（ａ）および（ｃ）は対物レンズがラジアル方向にレンズシフトした時の、球面収差検出用の受光部上の回折光の形状を示す平面図であり、（ｂ）は対物レンズがラジアル方向にレンズシフトしない時の、球面収差検出用の受光部上の回折光の形状を示す平面図である。

１：半導体レーザー（光源）
２：ビームスプリッタ
３：偏光ホログラム
３ａ：第１領域
３ｂ：第２領域
３ｃ：第３領域
４：透過型グレーティング
５：コリメートレンズ（光学素子）
６：対物レンズ（光学素子）
７：光ディスク
２１〜２３：受光素子
９〜１１：演算回路
９ａ〜９ｆ、１０ａ〜１０ｄ：電流／電圧変換回路
９ｇ〜９ｊ、１０ｈ〜１０ｋ：減算回路
９ｋ：乗算回路
９ｍ、１０ｅ〜１０ｇ：加算回路
ＭＢ：メインビーム
Ａ〜Ｌ，Ｏ〜Ｒ：受光領域
ＰＤ１〜ＰＤ８：受光部
ＳＢ１：第１サブビーム
ＳＢ２：第２サブビーム

Claims (4)

1. 光源から出射された光ビームをタンジェンシャル方向にメインビーム、第１サブビームおよび第２サブビームの３ビームに分割させる透過型グレーティングと、当該３ビームを光ディスクに集光する光学素子と、光ディスクから反射された光ビームを回折する偏光ホログラムと、当該偏光ホログラムの回折光を受光する受光素子とを備えた収差検出装置において、
   上記受光素子は、上記メインビーム、上記第１サブビームおよび上記第２サブビームの偏光ホログラムによる＋１次回折光をそれぞれ受光するために並んで配置された第１ないし第３受光部を有し、
   上記第１受光部は、球面収差を検出するために、ラジアル方向に延びる境界線によって２分割され、上記メインビームの偏光ホログラムによる＋１次回折光を受光する位置にあり、
   上記第２受光部は、ラジアル方向に延びる境界線によって２分割され、上記第１サブビームの偏光ホログラムによる＋１次回折光を受光する位置にあり、
   上記第３受光部は、ラジアル方向に延びる境界線によって２分割され、上記第２サブビームの偏光ホログラムによる＋１次回折光を受光する位置にあり、
   上記第２および第３受光部は、上記第２受光部のタンジェンシャル方向に沿った一方の端および上記第３受光部のタンジェンシャル方向に沿った他方の端が、上記第１受光部を横切って、タンジェンシャル方向に延びる直線上に位置するように配置されていることを特徴とする収差検出装置。
2. 上記偏光ホログラムは、光ビームの光軸に直交するラジアル方向の直線と、第１半円と、当該第１半円よりも半径が小さく当該第１半円と同じ中心の第２半円とで囲まれる回折領域とを有し、上記回折領域が、上記メインビーム、上記第１サブビームおよび上記第２サブビームの上記＋１次回折光を出射することを特徴とする請求項１に記載の収差検出装置。
3. 上記第１受光部を形成する２つの受光領域から出力される光検出信号の差を算出する第１減算回路と、
   上記第２受光部を形成する２つの受光領域から出力される光検出信号の差を算出する第２減算回路と、
   上記第３受光部を形成する２つの受光領域から出力される光検出信号の差を算出する第３減算回路と、
   上記第２減算回路の出力と上記第３減算回路の出力との差を算出する第４減算回路と、 上記第１減算回路の出力と上記第４減算回路の出力との和を算出する加算回路とを有していることを特徴とする請求項１に記載の収差検出装置。
4. 請求項１に記載の収差検出装置を搭載した光ピックアップ装置。

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