JP5233706B2 - 位置誤差信号検出装置及び方法並びに光学的情報記録再生装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、光記録媒体に対する集光スポットの位置ずれを検出する位置誤差信号検出装置及び方法、並びに、光記録媒体に対して情報の記録再生を行う光学的情報記録再生装置及び方法に関する。

デジタル情報を記録再生するための光記録媒体として、ディスク状の光記録媒体と、カード状の光記録媒体とが知られている。光学的情報記録再生装置は、ディスク状の光記録媒体に対して記録再生を行う際は、光記録媒体を回転させると共に、光学的情報記録再生装置内の光学ユニットを光記録媒体の半径方向へ移動させる。ディスク状の光記録媒体は、その中央部分に、光記録媒体をクランプするためのクランプ領域が必要である。このクランプ領域は、情報を記録・再生するための領域として用いることができない。

一方、カード状の光記憶媒体に対して情報の記録再生を行う光学的情報記録再生装置は、光記録媒体を回転させずに、光記録媒体、又は、光学的情報記録再生装置内の光学ユニットを、光記録媒体の面内２方向へ移動させる。カード状の光記録媒体は、中央部にクランプ領域を設ける必要がない。このため、カード状の光記録媒体は、そのほぼ全面を、情報を記録・再生するための領域として使用できる。

光記録媒体に対して情報の記録再生を行うためには、光記録媒体に対する集光スポットの位置ずれを検出する必要がある。非特許文献１に、２次元の周期的な凹凸構造を有するビームガイド層を備えたカード状の光記録媒体が記載されている。

図２１は、非特許文献１に記載の光記録媒体におけるビームガイド層である反射層２０２を斜視図で示している。凹凸構造は、領域群２４０〜２４３で構成されている。領域群２４０〜２４３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれ周期ｐｘ、ｐｙで離散的に配置された複数の領域から成る。領域群２４１は、領域群２４０に対してＸ軸方向に隣接し、領域群２４０に対してＸ軸方向にｐｘ／２だけずらした位置で、かつ、領域群２４０に対して深さｄだけ深い位置に設けられている。領域群２４２は、領域群２４０に対してＹ軸方向に隣接し、領域群２４０に対してＹ軸方向にｐｙ／２だけずらした位置で、かつ、領域群２４０に対して深さｄだけ深い位置に設けられている。領域群２４３は、領域群２４２、２４１に対してそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向に隣接し、領域群２４０に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれｐｘ／２、ｐｙ／２だけずらした位置で、かつ、領域群２４０に対して深さ２ｄだけ深い位置に設けられている。

上記光記録媒体を用いることで、領域群２４０が含む複数の領域のうち、一つの領域の中心に対する、集光スポットのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれを検出することができる。

冨山瑞穂、片山龍一，「２次元回折格子を用いた光記録媒体に対する面内誤差信号検出」，第６９回応用物理学会学術講演会講演予稿集，社団法人 応用物理学会，２００８年９月２日，Ｎｏ．３，ｐ．１０２７

集光スポットのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれを検出するためには、反射層２０２に対する集光スポットの光軸方向の位置ずれを表す光軸方向位置誤差信号を検出し、光を反射層２０２上に集光する必要がある。光軸方向位置誤差信号の検出方法として、非点収差法がある。図２２は、光軸方向位置誤差信号を非点収差法により検出する場合の、光検出器３１８の受光部を平面図で示している。光検出器３１８の受光部は、受光部３２８ａ〜３２８ｄの４個に分割されている。

図２２に破線で示されているのは、光検出器３１８上の光スポット３３０である。光スポット３３０の円弧で囲まれた領域３３３ａ、３３３ｃは、反射層２０２からの反射光のうち、凹凸構造によるＸ軸方向への±１次回折光と０次光とが重なっている領域である。また、光スポット３３０の円弧で囲まれた領域３３３ｂ、３３３ｄは、反射層２０２からの反射光のうち、凹凸構造によるＹ軸方向への±１次回折光と０次光とが重なっている領域である。受光部３２８ａ〜３２８ｄから出力される電圧信号をそれぞれＶ３ａ〜Ｖ３ｄとする。このとき、光軸方向位置誤差信号ＦＥ３は、以下の演算式に従って生成される。
ＦＥ３＝Ｖ３ａ−Ｖ３ｂ＋Ｖ３ｃ−Ｖ３ｄ

図２３は、集光スポットのデフォーカス量と、光軸方向位置誤差信号との関係を示している。信号３４０ａは、デフォーカス量が０のときの集光スポットが、領域群２４０が含む複数の領域のうち、一つの領域の中心にいる場合の光軸方向位置誤差信号である。このとき、光軸方向位置誤差信号にオフセットは発生しない。

信号３４０ｂは、デフォーカス量が０のときの集光スポットが、上記領域の中心からＸ軸の正の方向及びＹ軸の負の方向にずれた位置にいる場合、又は、上記領域の中心からＸ軸の負の方向及びＹ軸の正の方向にずれた位置にいる場合の光軸方向位置誤差信号である。このとき、光スポット３３０の強度分布が非対称になり、光検出器３１８の受光部３２８ｂ又は受光部３２８ｄでの受光量が増加する。そのため、光軸方向位置誤差信号に、負のオフセットが発生する。

信号３４０ｃは、デフォーカス量が０のときの集光スポットが、上記領域の中心からＸ軸の正の方向及びＹ軸の正の方向にずれた位置にいる場合、又は、上記領域の中心からＸ軸の負の方向及びＹ軸の負の方向にずれた位置にいる場合の光軸方向位置誤差信号である。このとき、光スポット３３０の強度分布が非対称になり、光検出器３１８の受光部３２８ａ又は受光部３２８ｃでの受光量が増加する。そのため、光軸方向位置誤差信号に、正のオフセットが発生する。

集光スポットの面内の位置に応じて、光軸方向位置誤差信号にオフセットが発生すると、集光スポットの光軸方向の位置制御の精度が低下し、記録再生性能が低下する。

本発明は、２次元の周期的な凹凸構造を有するビームガイド層を備える光記録媒体のビームガイド層に対する集光スポットの光軸方向の位置ずれを表す光軸方向位置誤差信号に、集光スポットの面内の位置によらずオフセットが発生しない位置誤差信号検出装置及び方法並びに光学的情報記録再生装置及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の位置誤差信号検出装置は、光源と、前記光源から出射した光を、２次元の周期的な凹凸構造を有するビームガイド層を有する光記録媒体のビームガイド層上に集光して集光スポットを形成する対物レンズと、光軸の周りに等角度で順に領域ａ〜ｈの８つに分割された受光部を有し、該受光部で前記ビームガイド層からの反射光を受光する光検出器と、前記対物レンズと前記光検出器との間に設けられ、前記反射光に四つ葉収差を付加する収差付加手段と、前記領域ａ〜ｈから出力される信号をそれぞれＶａ〜Ｖｈとして、前記集光スポットの前記ビームガイド層に対する光軸方向の位置ずれを表す光軸方向位置誤差信号ＦＥを、
ＦＥ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）
に従って生成する光軸方向位置誤差信号検出回路と、前記集光スポットの、前記ビームガイド層上の前記凹凸構造の凹部又は凸部に対する光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向の位置ずれを表す第１面内位置誤差信号ＰＥＸ、及び、第２面内位置誤差信号ＰＥＹを、それぞれ、
ＰＥＸ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）
ＰＥＹ＝（Ｖａ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｈ）
に従って生成する面内位置誤差信号検出回路と、を備えることを特徴とする。

本発明の光学的情報記録再生装置は、第１の光源と、前記第１の光源から出射した光を、光記録媒体の２次元の周期的な凹凸構造を有するビームガイド層上に集光して集光スポットを形成する対物レンズと、受光部が光軸の周りに等角度で順に領域ａ〜ｈの８つに分割されており、前記ビームガイド層からの反射光を受光する第１の光検出器と、前記対物レンズと前記第１の光検出器との間に設けられ、前記反射光に四つ葉収差を付加する収差付加手段と、前記領域ａ〜ｈから出力される信号をそれぞれＶａ〜Ｖｈとして、前記集光スポットの前記ビームガイド層に対する光軸方向の位置ずれを表す光軸方向位置誤差信号ＦＥを、
ＦＥ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）
に従って生成する光軸方向位置誤差信号検出回路と、前記集光スポットを光軸方向へ移動可能な光軸方向集光スポット移動手段と、前記光軸方向集光スポット移動手段を前記光軸方向位置誤差信号に基づいて駆動する光軸方向集光スポット移動手段駆動回路と、前記集光スポットの、前記ビームガイド層上の前記凹凸構造の凹部又は凸部に対する光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向の位置ずれを表す第１面内位置誤差信号ＰＥＸ、及び、第２面内位置誤差信号ＰＥＹを、それぞれ、
ＰＥＸ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）
ＰＥＹ＝（Ｖａ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｈ）
に従って生成する面内位置誤差信号検出回路と、前記集光スポットを光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向へ移動可能な面内集光スポット移動手段と、前記面内集光スポット移動手段を前記第１及び第２面内位置誤差信号に基づいて駆動する面内集光スポット移動手段駆動回路と、を備えることを特徴とする。

本発明の位置誤差信号生成方法は、光源が出射する光を、光記録媒体の２次元の周期的な凹凸構造を有するビームガイド層上に集光して集光スポットを形成し、前記ビームガイド層からの反射光に四つ葉収差を付加し、受光部が光軸の周りに等角度で順に領域ａ〜ｈの８つに分割された光検出器を用いて、前記四つ葉収差が付加された前記ビームガイド層からの反射光を受光し、前記光検出器の領域ａ〜ｈから出力される信号をそれぞれＶａ〜Ｖｈとして、前記集光スポットの前記ビームガイド層に対する光軸方向の位置ずれを表す光軸方向位置誤差信号ＦＥを、
ＦＥ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）
に従って生成し、前記集光スポットの、前記ビームガイド層上の前記凹凸構造の凹部又は凸部に対する光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向の位置ずれを表す第１面内位置誤差信号ＰＥＸ、及び、第２面内位置誤差信号ＰＥＹを、それぞれ、
ＰＥＸ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）
ＰＥＹ＝（Ｖａ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｈ）
に従って生成することを特徴とする。

本発明の光学的情報記録再生方法は、光源が出射する光を、光記録媒体の２次元の周期的な凹凸構造を有するビームガイド層上に集光して集光スポットを形成し、前記ビームガイド層からの反射光に四つ葉収差を付加し、受光部が光軸の周りに等角度で順に領域ａ〜ｈの８つに分割された光検出器を用いて、前記四つ葉収差が付加された前記ビームガイド層からの反射光を受光し、前記光検出器の領域ａ〜ｈから出力される信号をそれぞれＶａ〜Ｖｈとして、前記集光スポットの前記ビームガイド層に対する光軸方向の位置ずれを表す光軸方向位置誤差信号ＦＥを、
ＦＥ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）
に従って生成し、前記集光スポットの、前記ビームガイド層上の前記凹凸構造の凹部又は凸部に対する光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向の位置ずれを表す第１面内位置誤差信号ＰＥＸ、及び、第２面内位置誤差信号ＰＥＹを、それぞれ、
ＰＥＸ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）
ＰＥＹ＝（Ｖａ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｈ）
に従って生成し、情報の記録再生に際して、前記光軸方向位置誤差信号ＦＥに基づいて、前記集光スポットを光軸方向に移動し、前記第１面内位置誤差信号ＰＥＸ、及び、前記第２面内位置誤差信号ＰＥＹに基づいて、前記集光スポットを光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向へ移動することを特徴とする。

本発明の位置誤差信号検出装置及び方法、並び、光学的情報記録再生装置及び方法では、光軸方向位置誤差信号に、集光スポットの面内位置によらずオフセットが発生しないという効果が得られる。

本発明の光学的情報記録再生装置の第１の実施形態のブロック図である。 本発明の光学的情報記録再生装置の第１の実施形態における光学ユニットのブロック図である。 本発明の光学的情報記録再生装置の第１の実施形態に用いられる光記録媒体の断面図である。 収差付加素子の上面図である。 収差付加素子上の周方向の位置と四つ葉収差の大きさとの関係を示すグラフである。 収差付加素子上の半径方向の位置と四つ葉収差の大きさとの関係を示すグラフである。 収差付加素子の断面図である。 収差付加素子の上面図である。 収差付加素子上の周方向の位置と四つ葉収差の大きさとの関係を示すグラフである。 収差付加素子上の半径方向の位置と四つ葉収差の大きさとの関係を示すグラフである。 収差付加素子の断面図である。 光検出器の受光部の平面図である。 光検出器の受光部の平面図である。 光検出器の受光部の平面図である。 凸レンズ上での光の断面図である。 集光スポットのデフォーカス量と、光軸方向位置誤差信号との関係を示すグラフである。 本発明の光学的情報記録再生装置の第２の実施形態のブロック図である。 本発明の光学的情報記録再生装置の第２の実施形態における光学ユニットのブロック図である。 本発明の光学的情報記録再生装置の第２の実施形態に用いられる光記録媒体の断面図である。 光検出器の受光部の平面図である。 ビームガイド層である反射層の斜視図である。 光検出器の受光部の平面図である。 集光スポットのデフォーカス量と、光軸方向位置誤差信号との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の位置誤差信号検出装置の第１の実施形態及びそれを含む本発明の光学的情報記録再生装置の第１の実施形態のブロック図である。

まず、本発明の位置誤差信号検出装置の第１の実施形態の構成、及び回路を除く動作について、図１を用いて説明する。発明の位置誤差信号検出装置の第１の実施形態は、光学ユニット２と、コントローラ５０と、レーザ駆動回路５３と、増幅回路５４と、誤差信号生成回路５９とを備える。レーザ駆動回路５３、増幅回路５４、誤差信号生成回路５９は、いずれもコントローラ５０により制御される。これらの回路の動作に関しては後述する。

図２は、光学ユニット２のブロック図である。光学ユニット２は、本発明の位置誤差信号検出装置の第１の実施形態が含む部分として、レーザ光源４と、凸レンズ５と、ビームスプリッタ６と、対物レンズ８と、収差付加素子９と、凸レンズ１０と、光検出器１１とを備える。

レーザ光源４から出射した光は、凸レンズ５を透過する。凸レンズ５を透過した光の一部は、ビームスプリッタ６を透過する。ビームスプリッタ６を透過した光は、光偏向器７を透過する。光偏向器７を透過した光は、対物レンズ８により光記録媒体３内に集光される。

光記録媒体３内に集光された光は、光記録媒体３内で反射する。光記録媒体３内で反射した光は、対物レンズ８を逆向きに透過する。対物レンズ８を逆向きに透過した光は、光偏向器７を透過する。光偏向器７を透過した光の一部は、ビームスプリッタ６で反射する。ビームスプリッタ６で反射した光は、収差付加素子９を透過する。収差付加素子９を透過した光は、凸レンズ１０を透過する。凸レンズ１０を透過した光は、光検出器１１の受光部で受光される。

図３は、光記録媒体３の断面図である。光記録媒体３は、保護層１２と、記録層１３と、反射層１４と、保護層１５とを有し、４つの層はこの順に積層されている。保護層１２、１５の材料としては、例えばガラスやプラスチックが用いられるが、これらに限定されない。記録層１３の材料としては、例えば相変化材料や有機色素材料が用いられるが、これらに限定されない。反射層１４の材料としては、例えば銀やアルミニウムが用いられるが、これらに限定されない。

記録層１３及び反射層１４は、対物レンズ８により光記録媒体３内に集光されるビーム１６の焦点深度内に位置している。保護層１５の反射層１４側の面には、図２１に示すものと同じ凹凸構造が設けられている。記録層１３及び反射層１４は、保護層１５に設けられているものと同じ凹凸構造を有している。光記録媒体３の記録層１３は、ビームガイド層である。

収差付加素子９は、収差付加手段に相当する。収差付加素子９は、透過した光に四つ葉収差を付加する。四つ葉収差とは、光軸を中心として、方位が３６０°変化する間に（一周する間に）、収差の正及び負のピークが、方位の変化に対してほぼ等間隔に、それぞれ４つずつ現れる収差のことである。各方位での収差は、中心からの距離に応じて、距離が離れるほど大きくなる。収差付加素子９が付加する四つ葉収差は、方位及び中心からの距離に対して連続的に変化するものでもよく、或いは、離散的に変化するものでもよい。

図４は、収差付加素子９ａの上面図である。この収差付加素子９ａは、四つ葉収差の大きさを光軸に垂直な面内で連続的に変化させる。四つ葉収差の大きさＷは、以下の数式で表される。
Ｗ（ρ，θ）＝Ｚ×ρ^４×ｓｉｎ４θ
ここで、ρ及びθは、光軸を原点とし、光軸に垂直な面内の座標を極座標で表したときの半径及び角度を表し、Ｚは収差の大きさを表す係数である。また、θ＝０の方向は、Ｘ軸の正の方向に対応する。

図５は、図４の円Ａ上における、四つ葉収差の大きさを表すグラフである。横軸は、円Ａ上の位置、縦軸は四つ葉収差の大きさを表す。Ａ１〜Ａ４は、円ＡとＸ軸又はＹ軸との交点である。四つ葉収差の大きさは、正弦波状に連続的に変化している。

図６は、図４の点Ｂ１、Ｂ２を結ぶ線分Ｂ上における、四つ葉収差の大きさを表すグラフである。横軸は、線分Ｂ上の位置、縦軸は四つ葉収差の大きさを表す。四つ葉収差の大きさは、収差付加素子９ａの中心から外周に向かって４次関数状に連続的に増加している。

図７は、収差付加素子９ａを、線分Ｂを通りＸＹ平面に垂直な面で切ったときの断面図である。収差付加素子９ａの表面は、四つ葉収差の大きさに応じた曲面となっている。収差付加素子９ａの材料としては、例えばガラスが用いられるが、これに限定されない。

図８は、収差付加素子９ｂの上面図である。収差付加素子９ｂは、四つ葉収差の大きさを光軸に垂直な面内で離散的に変化させる。四つ葉収差の大きさは、収差付加素子９ｂの中心の周りに２４等分された領域間で離散的に変化しており、更に、収差付加素子９ｂの中心から外周に向かって半径方向に４等分された領域間で離散的に変化している。

図９は、図８の円Ｃ上における、四つ葉収差の大きさを表すグラフである。横軸は、円Ｃ上の位置、縦軸は四つ葉収差の大きさを表す。Ｃ１〜Ｃ４は、円ＣとＸ軸又はＹ軸との交点である。四つ葉収差の大きさは、点線で示す正弦波を近似する階段状に離散的に変化している。

図１０は、図８の点Ｄ１、Ｄ２を結ぶ線分Ｄ上における、四つ葉収差の大きさを表すグラフである。横軸は、線分Ｄ上の位置、縦軸は四つ葉収差の大きさを表す。四つ葉収差の大きさは、収差付加素子９ｂの中心から外周に向かって点線で示す４次関数を近似する階段状に離散的に増加している。

図１１は、収差付加素子９ｂを、線分Ｄを通りＸＹ平面に垂直な面で切ったときの断面図である。収差付加素子９ｂの表面は、四つ葉収差の大きさに応じた階段面となっている。収差付加素子９ｂの材料としては、例えばガラスが用いられるが、これに限定されない。

図１２〜図１４は、光検出器１１の受光部の平面図である。図１２〜図１４の横方向及び縦方向は、それぞれ図２１のＸ軸方向、及び、Ｙ軸方向に対応している。光検出器１１の受光部は、凸レンズ１０の焦点に設けられており、光軸の周りに等角度で受光部２８ａ〜２８ｈの８個に分割されている。

図１２〜図１４にそれぞれ破線で示されているのは、光検出器１１上の光スポット３０〜３２である。対物レンズ８と反射層１４との距離の変化に伴い、反射層１４上の集光スポットにデフォーカスが生じると、光検出器１１上の光スポットの形状は、デフォーカス量に応じて変化する。

図１２に示す光スポット３０は、光が反射層１４上に集光している場合の光検出器１１上の光スポットである。光スポット３０は、円形である。光検出器１１の８つの受光部２８ａ〜２８ｈで受光される光量は、互いに等しい。

図１３に示す光スポット３１は、対物レンズ８と反射層１４との距離が広がったときの光検出器１１上の光スポットである。光スポット３１の形状は、四つ葉状である。光検出器１１の受光部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆ、２８ｈで受光される光量は、受光部２８ａ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇで受光される光量よりも多くなる。

図１４に示す光スポット３２は、対物レンズ８と反射層１４との距離が狭まったときの光検出器１１上の光スポットである。光スポット３２の形状は、四つ葉状である。光検出器１１の受光部２８ａ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇで受光される光量は、受光部２８ｂ、２８ｄ、２８ｆ、２８ｈで受光される光量よりも多くなる。

図１２で、光スポット３０内の円弧で囲まれた領域３３ａ、３３ｃは、反射層１４からの反射光のうち、凹凸構造によるＸ軸方向への±１次回折光と０次光とが重なっている領域である。また、光スポット３０内の円弧で囲まれた領域３３ｂ、３３ｄは、反射層１４からの反射光のうち、凹凸構造によるＹ軸方向への±１次回折光と０次光とが重なっている領域である。

受光部２８ａ〜２８ｈから出力される電圧信号をそれぞれＶ１ａ〜Ｖ１ｈとする。このとき、集光スポットの反射層１４に対する光軸方向の位置ずれを表す光軸方向位置誤差信号ＦＥ１は、光検出器１１上での光スポットの形状の変化と、それに応じた受光部２８ａ〜２８ｈでの受光量の変化を利用して、以下の演算式に従って生成される。
ＦＥ１＝（Ｖ１ａ＋Ｖ１ｃ＋Ｖ１ｅ＋Ｖ１ｇ）−（Ｖ１ｂ＋Ｖ１ｄ＋Ｖ１ｆ＋Ｖ１ｈ） （１）

また、集光スポットの、光記録媒体３の領域群２４０（図２１）が含む複数の領域のうち、一つの領域の中心に対する、Ｘ軸方向の位置ずれを表す面内位置誤差信号ＰＥＸ１と、Ｙ軸方向の位置ずれを表す面内位置誤差信号ＰＥＹ１とは、公知のプッシュプル法を２次元に拡張した方法により検出することができる。

図１５は、凸レンズ１０上での光４１の断面図である。光４１の断面内の点線は、凹凸構造によるＸ軸方向及びＹ軸方向への回折光の輪郭を示す。また、線４２ａ、４２ｂは、何れもＸ軸及びＹ軸に対し、ＸＹ面内で４５°傾いた線である。光４１の断面をＸ軸、Ｙ軸、線４２ａ、４２ｂで８つの領域４０ａ〜４０ｈに分割したとき、領域４０ｂ、４０ｄ、４０ｆ、４０ｈを通る光は四つ葉収差によって位相が進んでおり、領域４０ａ、４０ｃ、４０ｅ、４０ｇを通る光は四つ葉収差によって位相が遅れている。

光４１を凸レンズ１０によって集光する場合、光４１の断面の位相が進んだ領域を通る光は、凸レンズ１０の焦点より凸レンズ１０に近い側で集光する光となる。この光は、発散光として光検出器１１に入射する。また、光４１の断面の位相が遅れた領域を通る光は、凸レンズ１０の焦点より凸レンズ１０から遠い側で集光する光となる、この光は、収束光として光検出器１１に入射する。そのため、光４１の断面の領域４０ａを通る光は光検出器１１の受光部２８ａで受光され、光４１の断面の領域４０ｂを通る光は光検出器１１の受光部２８ｆで受光され、光４１の断面の領域４０ｃを通る光は光検出器１１の受光部２８ｃで受光され、光４１の断面の領域４０ｄを透る光は光検出器１１の受光部２８ｈで受光され、光４１の断面の領域４０ｅを通る光は光検出器１１の受光部２８ｅで受光され、光４１の断面の領域４０ｆを通る光は光検出器１１の受光部２８ｂで受光され、光４１の断面の領域４０ｇを通る光は光検出器１１の受光部２８ｇで受光され、光４１の断面の領域４０ｈを通る光は光検出器１１の受光部２８ｄで受光される。

面内位置誤差信号ＰＥＸ１と、面内位置誤差信号ＰＥＹ１とは、それぞれ以下の演算式に従って生成される。
ＰＥＸ１＝（Ｖ１ａ＋Ｖ１ｃ＋Ｖ１ｆ＋Ｖ１ｈ）−（Ｖ１ｂ＋Ｖ１ｄ＋Ｖ１ｅ＋Ｖ１ｇ） （２）
ＰＥＹ１＝（Ｖ１ａ＋Ｖ１ｄ＋Ｖ１ｆ＋Ｖ１ｇ）−（Ｖ１ｂ＋Ｖ１ｃ＋Ｖ１ｅ＋Ｖ１ｈ） （３）
以上より、単一の光検出器１１を用いて、集光スポットの、反射層１４に対する光軸方向の位置ずれと、領域群２４０が含む複数の領域のうち、一つの領域の中心に対するＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれとを検出することができる。

図１６は、集光スポットのデフォーカス量と、光軸方向位置誤差信号との関係を示すグラフである。横軸はデフォーカス量、縦軸は光軸方向位置誤差信号を表す。デフォーカス量が０のときの集光スポットが、領域群２４０が含む複数の領域のうち、一つの領域の中心にいる場合、光軸方向位置誤差信号にオフセットは発生しない。一方、デフォーカス量が０のときの集光スポットが上記領域の中心からずれた位置にいる場合、凸レンズ１０上での光４１の強度分布及び光検出器１１上での光スポット３０の強度分布が非対称になる。

デフォーカス量が０のときの集光スポットが、上記領域の中心からＸ軸の正の方向及びＹ軸の負の方向にずれた位置にいる場合、又は、上記領域の中心からＸ軸の負の方向及びＹ軸の正の方向にずれた位置にいる場合、凸レンズ１０上での光４１の断面の領域４０ｃ、４０ｄ、又は、領域４０ｇ、４０ｈを通る光の強度が強くなり、光検出器１１の受光部から出力される信号のうち、Ｖ１ｃ及びＶ１ｈ、又は、Ｖ１ｄ及びＶ１ｇが増加する。しかし、式１において、Ｖ１ｃとＶ１ｈの極性は互いに反対であり、Ｖ１ｄとＶ１ｇの極性は互いに反対であるため、集光スポットの面内の位置ずれに伴う光検出器１１上での光スポットの強度分布の非対称性に起因する信号の増減は打ち消され、光軸方向位置誤差信号にオフセットは発生しない。

また、デフォーカス量が０のときの集光スポットが、上記領域の中心からＸ軸の正の方向及びＹ軸の正の方向にずれた位置にいる場合、又は、上記領域の中心からＸ軸の負の方向及びＹ軸の負の方向にずれた位置にいる場合、凸レンズ１０上での光４１の断面の領域４０ａ、４０ｂ、又は、領域４０ｅ、４０ｆを通る光の強度が強くなり、光検出器１１の受光部から出力される信号のうち、Ｖ１ａ及びＶ１ｆ、又は、Ｖ１ｂ及びＶ１ｅが増加する。しかし、式１において、Ｖ１ａとＶ１ｆの極性は互いに反対であり、Ｖ１ｂとＶ１ｅの極性は互いに反対であるため、集光スポットの面内の位置ずれに伴う光検出器１１上での光スポットの強度分布の非対称性に起因する信号の増減は打ち消され、光軸方向位置誤差信号にオフセットは発生しない。

上記のように、集光スポットの面内の位置によらず光軸方向位置誤差信号にオフセットが発生しないため、集光スポットの光軸方向の位置制御の精度が高い。また、光軸方向位置誤差信号ＦＥ１と、面内位置誤差信号ＰＥＸ１、ＰＥＹ１とを、単一の光検出器１１を用いて検出することができるため、光学系の簡素化、小型化が容易である。

次に、本発明の位置誤差信号検出装置の第１の実施形態の回路の動作について説明する。レーザ駆動回路５３は、レーザ光源４に接続されている。光検出器１１の各受光部は、増幅回路５４に接続されている。増幅回路５４は、図示しない８個の増幅回路を内蔵しており、８個の増幅回路は、それぞれ光検出器１１の８個の受光部２８ａ〜２８ｈと接続されている。誤差信号生成回路５９は、光軸方向位置誤差信号検出回路及び面内位置誤差信号検出回路に相当する。

レーザ駆動回路５３は、レーザ光源４からの出射光のパワーが一定になるように、レーザ光源４へ一定の電流を供給してレーザ光源４を駆動する。増幅回路５４は、光検出器１１の各受光部から出力される電圧信号を増幅する。誤差信号生成回路５９は、増幅回路５４で増幅された電圧信号に基づいて、光軸方向位置誤差信号ＦＥ１、並びに面内位置誤差信号ＰＥＸ１及び面内位置誤差信号ＰＥＹ１を生成する。

引き続き、本発明の光学的情報記録再生装置の第１の実施形態の構成、及び回路を除く動作について、図１を用いて説明する。本発明の光学的情報記録再生装置の第１の実施形態である光学的情報記録再生装置１は、本発明の位置誤差信号検出装置の第１の実施形態と、変調回路５１と、記録信号生成回路５２と、再生信号処理回路５５と、復調回路５６と、対物レンズ駆動回路６０と、光偏向器駆動回路６１と、ポジショナ６２と、ポジショナ駆動回路６３とを備える。光記録媒体３は、２軸のポジショナ６２に搭載されており、光軸に垂直な面内の２方向へ移動可能である。ポジショナ６２は面内集光スポット移動手段に相当する。

変調回路５１から記録信号生成回路５２までの回路、再生信号処理回路５５から復調回路５６までの回路、対物レンズ駆動回路６０、光偏向器駆動回路６１、ポジショナ駆動回路６３は、何れもコントローラ５０により制御される。これらの回路の動作に関しては後述する。

光学ユニット２は、本発明の位置誤差信号検出装置の第１の実施形態が含まない部分として、光偏向器７を備える。光偏向器７は、図示しない２つの電極の間に電気光学結晶、液晶等を挟んだ構成であり、入射光を光軸に垂直な面内の２方向へ偏向可能である。対物レンズ８は、図示しない１軸のアクチュエータに搭載されており、光軸方向へ移動可能である。ここで、アクチュエータは光軸方向集光スポット移動手段に相当し、光偏向器７は面内集光スポット移動手段に相当する。

光記録媒体３への情報の記録時には、レーザ光源４から出射し、対物レンズ８により光記録媒体３内に集光された光により、光記録媒体３の記録層１３に記録マークが形成される。光記録媒体３からの情報の再生時には、光記録媒体３内で反射され、光検出器１１の受光部で受光された光に基づいて、再生信号ＲＦが以下の演算式に従って生成される。
ＲＦ＝Ｖ１ａ＋Ｖ１ｂ＋Ｖ１ｃ＋Ｖ１ｄ＋Ｖ１ｅ＋Ｖ１ｆ＋Ｖ１ｇ＋Ｖ１ｈ

次に、本発明の光学的情報記録再生装置の第１の実施形態の回路の動作について説明する。対物レンズ駆動回路６０は、対物レンズ８が搭載されているアクチュエータに接続されている。光偏向器駆動回路６１は、光偏向器７に接続されている。対物レンズ駆動回路６０は光軸方向集光スポット移動手段駆動回路に相当する。光偏向器駆動回路６１及びポジショナ駆動回路６３は面内集光スポット移動手段駆動回路に相当する。変調回路５１からレーザ駆動回路５３までの回路は、記録回路に相当する。増幅回路５４から復調回路５６までの回路は、再生回路に相当する。

変調回路５１は、光記録媒体３への情報の記録時に、記録データとして外部から入力された信号を変調規則に従って変調する。記録信号生成回路５２は、変調回路５１で変調された信号に基づいて、レーザ光源４を駆動するための記録信号を生成する。レーザ駆動回路５３は、記録信号生成回路５２で生成された記録信号に基づいて、レーザ光源４へ記録信号に応じた電流を供給してレーザ光源４を駆動する。

増幅回路５４は、光記録媒体３からの情報の再生時に、光検出器１１の各受光部から出力される電圧信号を増幅する。再生信号処理回路５５は、増幅回路５４で増幅された電圧信号に基づいて、再生信号の生成、波形等化、２値化を行う。復調回路５６は、再生信号処理回路５５で２値化された信号を復調規則に従って復調し、再生データとして外部へ出力する。

対物レンズ駆動回路６０は、対物レンズ８が搭載されているアクチュエータへ、光軸方向位置誤差信号ＦＥ１に応じた電流を供給する。対物レンズ駆動回路６０は、光軸方向位置誤差信号ＦＥ１に応じた電流を供給し、集光スポットにデフォーカスが生じないように、対物レンズ８を光軸方向へ移動させる。

光偏向器駆動回路６１は、光偏向器７の電極へ、面内位置誤差信号ＰＥＸ１及び面内位置誤差信号ＰＥＹ１に応じた電圧を供給する。光偏向器駆動回路６１は、面内位置誤差信号ＰＥＸ１及びＰＥＹ１に応じた電圧を供給することで、集光スポットが領域群２４０（図２１）を含む複数の領域のうち、一つの領域の中心に位置するように、入射光をＸ軸方向及びＹ軸方向へ偏向する。

ポジショナ駆動回路６３は、集光スポットの光記録媒体３の面内の２方向の位置を変更する際に、ポジショナ６２へ電流を供給し、光記録媒体３をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させる。ポジショナ駆動回路６３は、この動作を、面内位置誤差信号ＰＥＸ１及び面内位置誤差信号ＰＥＹ１に基づいて、目標位置までのＸ軸方向及びＹ軸方向の移動量を検出しながら行う。

位置誤差信号検出装置及び光学的情報記録再生装置の第１実施形態では、収差付加素子９は、光記録媒体３内のビームガイド層からの反射光に四つ葉収差を付加する。収差付加素子９が四つ葉収差を付加することで、集光スポットにデフォーカスが生じたとき、光検出器１１上の光スポットの形状が、デフォーカス量に応じて四つ葉状に変化する。これを利用して、光軸方向位置誤差信号ＦＥ１を、演算式ＦＥ１＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）に従って生成する。この演算式に従って光軸方向位置誤差信号ＦＥ１を生成することで、集光スポットの面内の位置ずれに伴う光検出器１１上での光スポットの強度分布の非対称性が、光軸方向位置誤差信号へ与える影響を抑制できる。従って、光軸方向位置誤差信号に集光スポットの面内の位置によらずオフセットが発生しない。

図１７は、本発明の位置誤差信号検出装置の第２の実施形態及びそれを含む本発明の光学的情報記録再生装置の第２の実施形態のブロック図である。まず、本発明の位置誤差信号検出装置の第２の実施形態の構成、及び回路を除く動作について、図１７を用いて説明する。本発明の位置誤差信号検出装置の第２の実施形態は、光学ユニット１００と、コントローラ１５０と、レーザ駆動回路１５７と、増幅回路１５８と、誤差信号生成回路１５９とを備える。レーザ駆動回路１５７、増幅回路１５８から誤差信号生成回路１５９までの回路は、何れもコントローラ１５０により制御される。これらの回路の動作に関しては後述する。

図１８は、光学ユニット１００のブロック図である。光学ユニット１００は、本発明の位置誤差信号検出装置の第２の実施形態が含む部分として、レーザ光源１２６と、凸レンズ１２７と、ビームスプリッタ１２８と、ダイクロイックミラー１０９と、λ／４板１１０と、対物レンズ１１１と、収差付加素子１３０と、凸レンズ１２９と、光検出器１３１とを備える。ダイクロイックミラー１０９は、レーザ光源１２６から出射する光と同じ波長の光を透過させる。

レーザ光源１２６から出射した光は、凸レンズ１２７を透過する。凸レンズ１２７を透過した光の一部は、ビームスプリッタ１２８を透過する。ビームスプリッタ１２８を透過した光は、ダイクロイックミラー１０９を透過する。ダイクロイックミラー１０９を透過した光は、光偏向器１３４を透過する。光偏向器１３４を透過した光は、λ／４板１１０を透過する。λ／４板１１０を透過した光は、対物レンズ１１１により光記録媒体９９内に集光される。

光記録媒体９９内に集光された光は、光記録媒体９９内で反射する。光記録媒体９９内で反射した光は、対物レンズ１１１を逆向きに透過する。対物レンズ１１１を逆向きに透過した光は、λ／４板１１０を透過する。λ／４板１１０を透過した光は、光偏向器１３４を透過する。光偏向器１３４を透過した光は、ダイクロイックミラー１０９を透過する。ダイクロイックミラー１０９を透過した光の一部は、ビームスプリッタ１２８で反射する。ビームスプリッタ１２８で反射した光は、収差付加素子１３０を透過する。収差付加素子１３０を透過した光は、凸レンズ１２９を透過する。凸レンズ１２９を透過した光は、光検出器１３１の受光部で受光される。

図１９は、光記録媒体９９の断面図である。光記録媒体９９は、保護層１３９と、波長選択層１４０と、記録層１４１と、保護層１４２とを有し、４つの層はこの順に積層されている。保護層１３９、１４２の材料としては、例えばガラスやプラスチックが用いられるが、これらに限定されない。波長選択層１４０の材料としては、例えば誘電体多層膜が用いられるが、これに限定されない。記録層１４１の材料としては、例えばフォトポリマが用いられるが、これに限定されない。波長選択層１４０は、レーザ光源１２６から出射する光と同じ波長の光を反射する。

ビーム１４５は、レーザ光源１２６から出射した光である。波長選択層１４０は、対物レンズ１１１により光記録媒体９９内に集光されるビーム１４５の焦点深度内に位置している。保護層１３９の波長選択層１４０側の面には、図２１に示すものと同じ凹凸構造が設けられている。波長選択層１４０は、保護層１３９に設けられているものと同じ凹凸構造を有している。光記録媒体９９では、波長選択層１４０がビームガイド層になる。

収差付加手段に相当する収差付加素子１３０は、透過した光に四つ葉収差を付加する。収差付加素子１３０の上面図は、図４又は図８に示すものと同じである。また、収差付加素子１３０の断面図は、図７又は図１１に示すものと同じである。光検出器１３１の受光部の平面図は、図１２〜図１４に示すものと同じである。

ビーム１４５の集光スポットの波長選択層１４０に対する光軸方向の位置ずれを表す光軸方向位置誤差信号ＦＥ１は、式１に従って生成される。また、ビーム１４５の集光スポットの、領域群２４０が含む複数の領域のうち、一つの領域の中心に対する、Ｘ軸方向の位置ずれを表す面内位置誤差信号ＰＥＸ１と、Ｙ軸方向の位置ずれを表す面内位置誤差信号ＰＥＹ１とは、それぞれ式２、式３に従って生成される。

ビーム１４５の集光スポットのデフォーカス量と、光軸方向位置誤差信号との関係は、図１６に示すものと同じである。

本発明の位置誤差信号検出装置の第２の実施形態においては、本発明の位置誤差信号検出装置の第１の実施形態と同様に、ビーム１４５の集光スポットの面内の位置によらず光軸方向位置誤差信号にオフセットが発生しないため、ビーム１４５の集光スポットの光軸方向の位置制御の精度が高い。また、光軸方向位置誤差信号ＦＥ１と、面内位置誤差信号ＰＥＸ１、ＰＥＹ１とを、単一の光検出器１３１を用いて検出することができるため、光学系の簡素化、小型化が容易である。

次に、本発明の位置誤差信号検出装置の第２の実施形態の回路の動作について説明する。レーザ駆動回路１５７は、レーザ光源１２６に接続されている。光検出器１３１の各受光部は、増幅回路１５８に接続されている。増幅回路１５８は、図示しない８個の増幅回路を内蔵しており、８個の増幅回路は、それぞれ光検出器１３１の８個の受光部２８ａ〜２８ｈと接続されている。誤差信号生成回路１５９は、光軸方向位置誤差信号検出回路及び面内位置誤差信号検出回路に相当する。

レーザ駆動回路１５７は、レーザ光源１２６からの出射光のパワーが一定になるように、レーザ光源１２６へ一定の電流を供給してレーザ光源１２６を駆動する。増幅回路１５８は、光検出器１３１の各受光部から出力される電圧信号を増幅する。誤差信号生成回路１５９は、増幅回路１５８で増幅された電圧信号に基づいて、光軸方向位置誤差信号ＦＥ１、並びに、面内位置誤差信号ＰＥＸ１及び面内位置誤差信号ＰＥＹ１を生成する。

引き続き、本発明の光学的情報記録再生装置の第２の実施形態の構成、及び回路を除く動作について、図１７を用いて説明する。本発明の光学的情報記録再生装置の第２の実施形態である光学的情報記録再生装置９８は、３次元記録再生用の光学的情報記録再生装置であり、本発明の位置誤差信号検出装置の第２の実施形態と、変調回路１５１と、記録信号生成回路１５２と、レーザ駆動回路１５３と、増幅回路１５４と、再生信号処理回路１５５と、復調回路１５６と、シャッタ駆動回路１６７と、増幅回路１６１と、誤差信号生成回路１６２と、対物レンズ駆動回路１６０と、光偏向器駆動回路１６８と、対物レンズ駆動回路１６３と、光偏向器駆動回路１６９と、リレーレンズ駆動回路１６６と、ポジショナ１６４と、ポジショナ駆動回路１６５とを備える。

光記録媒体９９は、２軸のポジショナ１６４に搭載されており、光軸に垂直な面内の２方向へ移動可能である。ポジショナ１６４は面内集光スポット移動手段に相当する。変調回路１５１からレーザ駆動回路１５３までの回路、増幅回路１５４から復調回路１５６までの回路、シャッタ駆動回路１６７、増幅回路１６１から誤差信号生成回路１６２までの回路、対物レンズ駆動回路１６０、光偏向器駆動回路１６８、対物レンズ駆動回路１６３、光偏向器駆動回路１６９、リレーレンズ駆動回路１６６、ポジショナ駆動回路１６５は、いずれもコントローラ１５０により制御される。これらの回路の動作に関しては後述する。

光学ユニット１００は、本発明の位置誤差信号検出装置の第２の実施形態が含まない部分として、レーザ光源１０１と、凹レンズ１３２と、凸レンズ１０２と、λ／４板１２３と、偏光ビームスプリッタ１０３と、λ／２板１０６と、偏光ビームスプリッタ１０４と、ミラー１０５と、凸レンズ１０７と、凸レンズ１０８と、光偏向器１３４と、ミラー１１２と、シャッタ１１３と、偏光ビームスプリッタ１１４と、ミラー１１５と、凸レンズ１１６と、凸レンズ１１７と、ミラー１１８と、光偏向器１３５と、λ／４板１１９と、対物レンズ１２０と、凸レンズ１２１と、光検出器１２２と、円筒レンズ１３３と、凸レンズ１２４と、光検出器１２５とを備える。

レーザ光源１２６から出射する光の波長と、レーザ光源１０１から出射する光の波長とは互いに異なる。ダイクロイックミラー１０９は、レーザ光源１０１から出射する光と同じ波長の光を反射する。シャッタ１１３は、入射光を通過させるか遮断するかを切り替え可能である。

光偏向器１３４は、図示しない２つの電極の間に電気光学結晶、液晶等を挟んだ構成であり、入射光を光軸に垂直な面内の２方向へ偏向可能である。対物レンズ１１１は、図示しない１軸のアクチュエータに搭載されており、光軸方向へ移動可能である。アクチュエータは、光軸方向集光スポット移動手段に相当し、光偏向器１３４は、面内集光スポット移動手段に相当する。

光偏向器１３５は、図示しない２つの電極の間に電気光学結晶、液晶等を挟んだ構成であり、入射光を光軸に垂直な面内の２方向へ偏向可能である。対物レンズ１２０は、図示しない１軸のアクチュエータに搭載されており、光軸方向へ移動可能である。凸レンズ１０８、１１７は図示しない１軸のアクチュエータに搭載されており、光軸方向へ移動可能である。

レーザ光源１０１から出射した光は、凹レンズ１３２、凸レンズ１０２により構成されるエキスパンダレンズ系を透過してビーム径が拡大される。エキスパンダレンズ系を透過した光は、λ／４板１２３を透過して直線偏光から円偏光へ変換される。λ／４板１２３を透過した光のうち、約５０％が偏光ビームスプリッタ１０３でＳ偏光成分として反射され、約５０％が偏光ビームスプリッタ１０３をＰ偏光成分として透過する。

偏光ビームスプリッタ１０３で反射した光は、λ／２板１０６を透過して偏光方向が９０°変化する。λ／２板１０６を透過した光は、偏光ビームスプリッタ１０４へＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。偏光ビームスプリッタ１０４を透過した光は、ミラー１０５で反射し、凸レンズ１０７、１０８により構成されるリレーレンズ系を透過する。リレーレンズ系を透過した光は、ダイクロイックミラー１０９で反射する。ダイクロイックミラー１０９で反射した光は、光偏向器１３４を透過する。光偏向器１３４を透過した光は、λ／４板１１０を透過して直線偏光から円偏光へ変換される。λ／４板１１０を透過した光は、対物レンズ１１１により光記録媒体９９内に集光される。

光記録媒体９９内に集光された光は、光記録媒体９９を透過する。光記録媒体９９を透過した光は、対物レンズ１２０を逆向きに透過する。対物レンズ１２０を逆向きに透過した光は、λ／４板１１９を透過して円偏光から直線偏光へ変換される。λ／４板１１９を透過した光は、光偏向器１３５を透過する。光偏向器１３５を透過した光は、ミラー１１８で反射し、凸レンズ１１７、１１６により構成されるリレーレンズ系を透過する。リレーレンズ系を透過した光は、ミラー１１５で反射し、偏光ビームスプリッタ１１４へＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射する。偏光ビームスプリッタ１１４で反射した光は、円筒レンズ１３３を透過して非点収差が与えられる。円筒レンズ１３３を透過した光は、凸レンズ１２４を透過する。凸レンズ１２４を透過した光は、光検出器１２５の受光部で受光される。

一方、偏光ビームスプリッタ１０３を透過した光は、ミラー１１２で反射し、シャッタ１１３に入射する。シャッタ１１３は、光記録媒体９９への情報の記録時は、入射光を通過させる。シャッタ１１３を通過した光は、偏光ビームスプリッタ１１４へＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。偏光ビームスプリッタ１１４を透過した光は、ミラー１１５で反射し、凸レンズ１１６、１１７により構成されるリレーレンズ系を透過する。リレーレンズ系を透過した光は、ミラー１１８で反射し、光偏向器１３５を透過する。光偏向器１３５を透過した光は、λ／４板１１９を透過して直線偏光から円偏光へ変換される。λ／４板１１９を透過した光は、対物レンズ１２０により光記録媒体９９内に集光される。

偏光ビームスプリッタ１０３で反射された光と、偏光ビームスプリッタ１０３を透過した光とは、光記録媒体９９内の同一の位置に集光されて干渉する。この干渉により、集光位置に微小な回折格子が形成される。回折格子は、ビットデータの情報を有している。

光記録媒体９９からの情報の再生時には、シャッタ１１３は入射光を遮断する。従って、情報再生時は、偏光ビームスプリッタ１０３に入射した光のうち、偏光ビームスプリッタ１０３で反射した光のみが光記録媒体９９に集光される。

情報の再生時、偏光ビームスプリッタ１０３で反射した光は光記録媒体９９内に集光され、光記録媒体９９内に集光された光は、集光位置に形成された回折格子で一部が反射する。回折格子で反射した光は、対物レンズ１１１を逆向きに透過する。対物レンズ１１１を逆向きに透過した光は、λ／４板１１０を透過して円偏光から直線偏光へ変換される。λ／４板１１０を透過した光は、光偏向器１３４を透過する。光偏向器１３４を透過した光は、ダイクロイックミラー１０９で反射する。

ダイクロイックミラー１０９で反射した光は、凸レンズ１０８、１０７により構成されるリレーレンズ系を透過する。リレーレンズ系を透過した光は、ミラー１０５で反射し、偏光ビームスプリッタ１０４へＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射する。偏光ビームスプリッタ１０４で反射した光は、凸レンズ１２１を透過する。凸レンズ１２１を透過した光は、光検出器１２２の受光部で受光される。

光偏向器１３４、１３５は、入射光を面内の２方向へ偏向する。光偏向器１３４及び１３５が入射光を偏向することで、偏光ビームスプリッタ１０３で反射した光及び偏光ビームスプリッタ１０３を透過した光の集光位置が、光記録媒体９９の面内の２方向へ移動される。また、凸レンズ１０８、１１７を光軸方向へ移動させることで、偏光ビームスプリッタ１０３で反射した光及び偏光ビームスプリッタ１０３を透過した光の集光位置が、光記録媒体９９の厚さ方向へ移動される。このように、光記録媒体９９の面内の２方向だけでなく厚さ方向へも多層に回折格子を形成することにより、３次元記録再生を行うことができる。

図１９に示す、光記録媒体９９内の波長選択層１４０は、レーザ光源１０１から出射する光と同じ波長の光を透過させる。図１９に示すビーム１４３、１４４は、それぞれ、レーザ光源１０１から出射し、それぞれ偏光ビームスプリッタ１０３で反射された光、偏光ビームスプリッタ１０３を透過した光である。ビーム１４３とビーム１４４とは、対物レンズ１１１、１２０により、記録層１４１内の同一の位置に集光される。

図２０は、光検出器１２５の受光部の平面図である。図２０の横方向、縦方向は、それぞれ図２１のＸ軸方向、Ｙ軸方向に対応している。光検出器１２５の受光部は、円筒レンズ１３３と凸レンズ１２４とにより形成される２つの焦線の中間に設けられており、受光部１４６ａ〜１４６ｄの４個に分割されている。図２０に点線で示されているのは、光検出器１２５上の光スポット１４７である。

光記録媒体９９内のビーム１４３の集光スポットと、ビーム１４４の集光スポットとの間に、光軸方向の位置ずれが生じると、円筒レンズ１３３の作用により、光スポット１４７の形状が変化する。この光軸方向の位置ずれは、対物レンズ１１１と対物レンズ１２０との間隔の変化に伴って発生する。また、この光軸方向の位置ずれは、凸レンズ１０７と凸レンズ１０８との間隔の変化に伴って発生する。また、この光軸方向の位置ずれは、凸レンズ１１６と凸レンズ１１７との間隔の変化に伴って発生する。

また、光記録媒体９９内のビーム１４３の集光スポットと、ビーム１４４の集光スポットとの間に、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の位置ずれが生じると、円筒レンズ１３３の作用により、光スポット１４７はそれぞれ縦方向又は横方向へ移動する。このＸ軸方向又はＹ軸方向の位置ずれは、対物レンズ１１１と対物レンズ１２０とのディセンタに伴って発生する。また、このＸ軸方向又はＹ軸方向の位置ずれは、凸レンズ１０７と凸レンズ１０８とのディセンタに伴って発生する。また、このＸ軸方向又はＹ軸方向の位置ずれは、凸レンズ１１６と凸レンズ１１７とのディセンタに伴って発生する。

受光部１４６ａ〜１４６ｄから出力される電圧信号をそれぞれＶ２ａ〜Ｖ２ｄとする。このとき、ビーム１４３の集光スポットに対するビーム１４４の集光スポットの、光軸方向の位置ずれを表す相対光軸方向位置誤差信号ＦＥ２は、公知の非点収差法により検出することができ、以下の演算式に従って生成される。
ＦＥ２＝Ｖ２ａ−Ｖ２ｂ＋Ｖ２ｃ−Ｖ２ｄ
また、ビーム１４３の集光スポットに対するビーム１４４の集光スポットの、Ｘ軸方向の位置ずれを表す相対面内位置誤差信号ＰＥＸ２と、Ｙ軸方向の位置ずれを表す相対面内位置誤差信号ＰＥＹ２とは、それぞれ以下の演算式に従って生成される。
ＰＥＸ２＝Ｖ２ａ−Ｖ２ｂ−Ｖ２ｃ＋Ｖ２ｄ
ＰＥＹ２＝Ｖ２ａ＋Ｖ２ｂ−Ｖ２ｃ−Ｖ２ｄ

次に、本発明の光学的情報記録再生装置の第２の実施形態の回路の動作について説明する。レーザ駆動回路１５３は、レーザ光源１０１に接続されている。光検出器１２２の受光部は、増幅回路１５４に接続されている。光検出器１２５の各受光部は、増幅回路１６１に接続されている。増幅回路１６１は、図示しない４個の増幅回路を内蔵しており、４個の増幅回路は、それぞれ光検出器１２５の４個の受光部１４６ａ〜１４６ｄと接続されている。

シャッタ駆動回路１６７は、シャッタ１１３に接続されている。対物レンズ駆動回路１６０は、対物レンズ１１１が搭載されているアクチュエータに接続されている。光偏向器駆動回路１６８は、光偏向器１３４に接続されている。対物レンズ駆動回路１６３は、対物レンズ１２０が搭載されているアクチュエータに接続されている。光偏向器駆動回路１６９は、光偏向器１３５に接続されている。リレーレンズ駆動回路１６６は、凸レンズ１０８、１１７が搭載されているアクチュエータに接続されている。

対物レンズ駆動回路１６０は、光軸方向集光スポット移動手段駆動回路に相当する。光偏向器駆動回路１６８及びポジショナ駆動回路１６５は、面内集光スポット移動手段駆動回路に相当する。変調回路１５１からレーザ駆動回路１５３までの回路は、記録回路に相当する。増幅回路１５４から復調回路１５６までの回路は、再生回路に相当する。

変調回路１５１は、光記録媒体９９への情報の記録時に、記録データとして外部から入力された信号を変調規則に従って変調する。記録信号生成回路１５２は、変調回路１５１で変調された信号に基づいて、レーザ光源１０１を駆動するための記録信号を生成する。レーザ駆動回路１５３は、記録信号生成回路１５２で生成された記録信号に基づいて、レーザ光源１０１へ記録信号に応じた電流を供給してレーザ光源１０１を駆動する。

増幅回路１５４は、光記録媒体９９からの情報の再生時に、光検出器１２２の受光部から出力される電圧信号を増幅する。再生信号処理回路１５５は、増幅回路１５４で増幅された電圧信号に基づいて、再生信号の生成、波形等化、２値化を行う。復調回路１５６は、再生信号処理回路１５５で２値化された信号を復調規則に従って復調し、再生データとして外部へ出力する。

シャッタ駆動回路１６７は、光記録媒体９９への情報の記録時には、シャッタ１１３が入射光を通過させ、光記録媒体９９からの情報の再生時には、シャッタ１１３が入射光を遮断するように、シャッタ１１３へ電流を供給する。

対物レンズ駆動回路１６０は、対物レンズ１１１が搭載されているアクチュエータへ、光軸方向位置誤差信号ＦＥ１に応じた電流を供給する。これは、ビーム１４５の集光スポットにデフォーカスが生じないように、対物レンズ１１１を光軸方向へ移動させるためである。

光偏向器駆動回路１６８は、光偏向器１３４の電極へ、面内位置誤差信号ＰＥＸ１及び面内位置誤差信号ＰＥＹ１に応じた電圧を供給する。これは、ビーム１４５の集光スポットが、領域群２４０が含む複数の領域のうち、一つの領域の中心に位置するように、入射光をＸ軸方向及びＹ軸方向へ偏向するためである。

増幅回路１６１は、光記録媒体９９への情報の記録時に、光検出器１２５の各受光部から出力される電圧信号を増幅する。誤差信号生成回路１６２は、増幅回路１６１で増幅された電圧信号に基づいて、相対光軸方向位置誤差信号ＦＥ２、並びに、相対面内位置誤差信号ＰＥＸ２及び相対面内位置誤差信号ＰＥＹ２を生成する。

対物レンズ駆動回路１６３は、対物レンズ１２０が搭載されているアクチュエータへ、相対光軸方向位置誤差信号ＦＥ２に応じた電流を供給する。これは、ビーム１４３の集光スポットとビーム１４４の集光スポットとの光軸方向の位置が一致するように、対物レンズ１２０を光軸方向へ移動させるためである。

光偏向器駆動回路１６９は、光偏向器１３５の電極へ、相対面内位置誤差信号ＰＥＸ２及び相対面内位置誤差信号ＰＥＹ２に応じた電圧を供給する。これは、ビーム１４３の集光スポットとビーム１４４の集光スポットとのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置が一致するように、入射光をＸ軸方向及びＹ軸方向へ偏向するためである。

リレーレンズ駆動回路１６６は、ビーム１４３、１４４の集光スポットの光記録媒体９９の厚さ方向の位置を変更する際に、凸レンズ１０８、１１７が搭載されているアクチュエータへ電流を供給し、凸レンズ１０８、１１７を光軸方向へ移動させる。

ポジショナ駆動回路１６５は、ビーム１４５の集光スポットの、光記録媒体９９の面内の２方向の位置を変更する際に、ポジショナ１６４へ電流を供給し、光記録媒体９９をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させる。ポジショナ駆動回路１６５は、この動作を、面内位置誤差信号ＰＥＸ１及び面内位置誤差信号ＰＥＹ１に基づいて、目標位置までのＸ軸方向及びＹ軸方向の移動量を検出しながら行う。

位置誤差信号検出装置及び光学的情報記録再生装置の第２実施形態では、収差付加素子１３０は、光記録媒体９９内のビームガイド層からの反射光に四つ葉収差を付加する。収差付加素子１３０が四つ葉収差を付加することで、集光スポットにデフォーカスが生じたとき、光検出器１３１上の光スポットの形状が、デフォーカス量に応じて四つ葉状に変化する。これを利用して、光軸方向位置誤差信号ＦＥ１を、演算式ＦＥ１＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）に従って生成する。この演算式に従って光軸方向位置誤差信号ＦＥ１を生成することで、集光スポットの面内の位置ずれに伴う光検出器１３１上での光スポットの強度分布の非対称性が、光軸方向位置誤差信号へ与える影響を抑制できる。従って、光軸方向位置誤差信号に集光スポットの面内の位置によらずオフセットが発生しない。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の位置誤差信号検出装置、位置誤差信号生成方法、光学的情報記録再生装置、及び、光学的情報記録再生方法は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

１：光学的情報記録再生装置
２：光学ユニット
３：光記録媒体
４：レーザ光源
５：凸レンズ
６：ビームスプリッタ
７：光偏向器
８：対物レンズ
９、９ａ、９ｂ：収差付加素子
１０：凸レンズ
１１：光検出器
１２：保護層
１３：記録層
１４：反射層
１５：保護層
１６：ビーム
２８ａ〜２８ｈ：受光部
３０：光スポット
３１：光スポット
３２：光スポット
３３ａ〜３３ｄ：領域
４０ａ〜４０ｈ：領域
４１：光
４２ａ、４２ｂ：線
５０：コントローラ
５１：変調回路
５２：記録信号生成回路
５３：レーザ駆動回路
５４：増幅回路
５５：再生信号処理回路
５６：復調回路
５９：誤差信号生成回路
６０：対物レンズ駆動回路
６１：光偏向器駆動回路
６２：ポジショナ
６３：ポジショナ駆動回路
９８：光学的情報記録再生装置
９９：光記録媒体
１００：光学ユニット
１０１：レーザ光源
１０２：凸レンズ
１０３：偏光ビームスプリッタ
１０４：偏光ビームスプリッタ
１０５：ミラー
１０６：λ／２板
１０７：凸レンズ
１０８：凸レンズ
１０９：ダイクロイックミラー
１１０：λ／４板
１１１：対物レンズ
１１２：ミラー
１１３：シャッタ
１１４：偏光ビームスプリッタ
１１５：ミラー
１１６：凸レンズ
１１７：凸レンズ
１１８：ミラー
１１９：λ／４板
１２０：対物レンズ
１２１：凸レンズ
１２２：光検出器
１２３：λ／４板
１２４：凸レンズ
１２５：光検出器
１２６：レーザ光源
１２７：凸レンズ
１２８：ビームスプリッタ
１２９：凸レンズ
１３０：収差付加素子
１３１：光検出器
１３２：凹レンズ
１３３：円筒レンズ
１３４：光偏向器
１３５：光偏向器
１３９：保護層
１４０：波長選択層
１４１：記録層
１４２：保護層
１４３：ビーム
１４４：ビーム
１４５：ビーム
１４６ａ〜１４６ｄ：受光部
１４７：光スポット
１５０：コントローラ
１５１：変調回路
１５２：記録信号生成回路
１５３：レーザ駆動回路
１５４：増幅回路
１５５：再生信号処理回路
１５６：復調回路
１５７：レーザ駆動回路
１５８：増幅回路
１５９：誤差信号生成回路
１６０：対物レンズ駆動回路
１６１：増幅回路
１６２：誤差信号生成回路
１６３：対物レンズ駆動回路
１６４：ポジショナ
１６５：ポジショナ駆動回路
１６６：リレーレンズ駆動回路
１６７：シャッタ駆動回路
１６８：光偏向器駆動回路
１６９：光偏向器駆動回路
２０２：反射層
２４０：領域群
２４１：領域群
２４２：領域群
２４３：領域群
３１８：光検出器
３２８ａ〜３２８ｄ：受光部
３３０：光スポット
３３３ａ〜３３３ｄ：領域
３４０ａ〜３４０ｃ：信号

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源から出射した光を、２次元の周期的な凹凸構造を有するビームガイド層を有する光記録媒体のビームガイド層上に集光して集光スポットを形成する対物レンズと、
   光軸の周りに等角度で順に領域ａ〜ｈの８つに分割された受光部を有し、該受光部で前記ビームガイド層からの反射光を受光する光検出器と、
   前記対物レンズと前記光検出器との間に設けられ、前記反射光に四つ葉収差を付加する収差付加手段と、
   前記領域ａ〜ｈから出力される信号をそれぞれＶａ〜Ｖｈとして、前記集光スポットの前記ビームガイド層に対する光軸方向の位置ずれを表す光軸方向位置誤差信号ＦＥを、
   ＦＥ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）
   に従って生成する光軸方向位置誤差信号検出回路と、
   前記集光スポットの、前記ビームガイド層上の前記凹凸構造の凹部又は凸部に対する光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向の位置ずれを表す第１面内位置誤差信号ＰＥＸ、及び、第２面内位置誤差信号ＰＥＹを、それぞれ、
   ＰＥＸ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）
   ＰＥＹ＝（Ｖａ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｈ）
   に従って生成する面内位置誤差信号検出回路と、を備える位置誤差信号検出装置。
2. 第１の光源と、
   前記第１の光源から出射した光を、光記録媒体の２次元の周期的な凹凸構造を有するビームガイド層上に集光して集光スポットを形成する対物レンズと、
   受光部が光軸の周りに等角度で順に領域ａ〜ｈの８つに分割されており、前記ビームガイド層からの反射光を受光する第１の光検出器と、
   前記対物レンズと前記第１の光検出器との間に設けられ、前記反射光に四つ葉収差を付加する収差付加手段と、
   前記領域ａ〜ｈから出力される信号をそれぞれＶａ〜Ｖｈとして、前記集光スポットの前記ビームガイド層に対する光軸方向の位置ずれを表す光軸方向位置誤差信号ＦＥを、
   ＦＥ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）
   に従って生成する光軸方向位置誤差信号検出回路と、
   前記集光スポットを光軸方向へ移動可能な光軸方向集光スポット移動手段と、
   前記光軸方向集光スポット移動手段を前記光軸方向位置誤差信号に基づいて駆動する光軸方向集光スポット移動手段駆動回路と、
   前記集光スポットの、前記ビームガイド層上の前記凹凸構造の凹部又は凸部に対する光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向の位置ずれを表す第１面内位置誤差信号ＰＥＸ、及び、第２面内位置誤差信号ＰＥＹを、それぞれ、
   ＰＥＸ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）
   ＰＥＹ＝（Ｖａ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｈ）
   に従って生成する面内位置誤差信号検出回路と、
   前記集光スポットを光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向へ移動可能な面内集光スポット移動手段と、
   前記面内集光スポット移動手段を前記第１及び第２面内位置誤差信号に基づいて駆動する面内集光スポット移動手段駆動回路と、を備える光学的情報記録再生装置。
3. 前記光記録媒体における記録層が前記ビームガイド層であり、
   前記第１の光検出器が出力する前記記録層からの反射光に応じた信号に基づいて再生データを生成し、前記光記録媒体からの情報の再生を行う再生回路と、
   記録データに応じて前記第１の光源を駆動し、前記第１の光源から出射した光を前記記録層上に集光させ、前記光記録媒体への情報の記録を行う記録回路とを更に備える、請求項２に記載の光学的情報記録再生装置。
4. 前記光記録媒体が、前記ビームガイド層とは別に記録層を有しており、
   第２の光源と、
   前記第２の光源が出射する光を前記記録層に集光した際の前記記録層からの反射光を受光する第２の光検出器と、
   前記第２の光検出器が出力する前記記録層からの反射光に応じた信号に基づいて再生データを生成し、前記光記録媒体からの情報の再生を行う再生回路と、
   記録データに応じて前記第２の光源を駆動し、前記第２の光源から出射した光を前記記録層上に集光させ、前記光記録媒体への情報の記録を行う記録回路とを更に備える、請求項２に記載の光学的情報記録再生装置。
5. 光源が出射する光を、光記録媒体の２次元の周期的な凹凸構造を有するビームガイド層上に集光して集光スポットを形成し、
   前記ビームガイド層からの反射光に四つ葉収差を付加し、
   受光部が光軸の周りに等角度で順に領域ａ〜ｈの８つに分割された光検出器を用いて、前記四つ葉収差が付加された前記ビームガイド層からの反射光を受光し、
   前記光検出器の領域ａ〜ｈから出力される信号をそれぞれＶａ〜Ｖｈとして、前記集光スポットの前記ビームガイド層に対する光軸方向の位置ずれを表す光軸方向位置誤差信号ＦＥを、
   ＦＥ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）
   に従って生成し、
   前記集光スポットの、前記ビームガイド層上の前記凹凸構造の凹部又は凸部に対する光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向の位置ずれを表す第１面内位置誤差信号ＰＥＸ、及び、第２面内位置誤差信号ＰＥＹを、それぞれ、
   ＰＥＸ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）
   ＰＥＹ＝（Ｖａ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｈ）
   に従って生成する位置誤差信号生成方法。
6. 光源が出射する光を、光記録媒体の２次元の周期的な凹凸構造を有するビームガイド層上に集光して集光スポットを形成し、
   前記ビームガイド層からの反射光に四つ葉収差を付加し、
   受光部が光軸の周りに等角度で順に領域ａ〜ｈの８つに分割された光検出器を用いて、前記四つ葉収差が付加された前記ビームガイド層からの反射光を受光し、
   前記光検出器の領域ａ〜ｈから出力される信号をそれぞれＶａ〜Ｖｈとして、前記集光スポットの前記ビームガイド層に対する光軸方向の位置ずれを表す光軸方向位置誤差信号ＦＥを、
   ＦＥ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）
   に従って生成し、
   前記集光スポットの、前記ビームガイド層上の前記凹凸構造の凹部又は凸部に対する光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向の位置ずれを表す第１面内位置誤差信号ＰＥＸ、及び、第２面内位置誤差信号ＰＥＹを、それぞれ、
   ＰＥＸ＝（Ｖａ＋Ｖｃ＋Ｖｆ＋Ｖｈ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｅ＋Ｖｇ）
   ＰＥＹ＝（Ｖａ＋Ｖｄ＋Ｖｆ＋Ｖｇ）−（Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｅ＋Ｖｈ）
   に従って生成し、
   情報の記録再生に際して、前記光軸方向位置誤差信号ＦＥに基づいて、前記集光スポットを光軸方向に移動し、
   前記第１面内位置誤差信号ＰＥＸ、及び、前記第２面内位置誤差信号ＰＥＹに基づいて、前記集光スポットを光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向へ移動する光学的情報記録再生方法。

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