WO2005117003A1 - 光ヘッド装置及び光ディスク装置 - Google Patents

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    • G11B7/0943—Methods and circuits for performing mathematical operations on individual detector segment outputs

Definitions

  • the present invention relates to an optical head device for recording and reproducing information on, for example, a CD (Compact Disc), a DVD (Digital Versatile Disc), an MD (Mini Disc), and an optical disc capable of higher density recording, and
  • the present invention relates to an optical disk device equipped with an optical head device.
  • an optical head device in order to cope with a high-density optical disk, it is required to shorten the wavelength of light to be irradiated and to increase the numerical aperture (high NA) of an objective lens.
  • the NA of the objective lens is large.
  • a large spherical aberration occurs due to an error in the thickness of the optical disc substrate or the thickness of an optical disc having a multilayer structure, and the quality of the light beam condensing spot deteriorates.
  • the astigmatism method or the knife-edge method which is a typical method for detecting the defocus of the objective lens, is used, the amplitude of the defocus detection signal can be increased.
  • the focus servo operation performed using the defocus detection signal becomes unstable, and the modulation due to the condensed spot crossing the recording track is not obtained, and the seek operation is not performed. Become stable.
  • spherical aberration present in the optical system is optically suppressed or compensated. It needs to be corrected.
  • a liquid crystal phase correction element capable of generating spherical aberration in the optical path and correct the spherical aberration of the light beam condensed on the optical disk.
  • Patent Document 1 a method is proposed in which a lens group capable of generating spherical aberration according to the distance between lenses is arranged in the optical path, and the distance between lenses is changed according to the amount of spherical aberration.
  • the knife edge method is applied to each of the inner light beam and the outer light beam of the light beam reflected from the optical disk, instead of the astigmatism method, the difference between the defocus signals generated by the inner light beam and the outer light beam is obtained.
  • the amount of spherical aberration can be detected (for example, see Patent Document 2).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-269611 (paragraphs 0021-0022, FIGS. 1 and 2)
  • Patent Document 2 JP-A-2002-367197 (paragraphs 0010, 0020-0022, FIGS. 2 and 03)
  • Non-patent Document l Tohru Kimura et al., "Optical system for HD—DVD with plastic lenses", ODF2002, Tokyo Nov. 1. 2002, Technical Digest, pp. 83-84 (Kimuratoru et al., "Optical System for HD—D VD with Plastic Lenses”, ODF (Optics—photonics Design and Fabrication) 2002, Tokyo, November 2002. March 1, Tech-Digest, pages 83-84)
  • Non-Patent Document 2 Charles S. Williams and Orville A. Becklund, "Introduction to the optical transfer function", WILEY-INTERS CIENCE, pp. 337-341
  • the defocus detection signal The amplitude of the signal deteriorates significantly.
  • the amplitude of the defocus detection signal deteriorates, the following problems occur.
  • the defocus detection signal waveform on each recording layer can be continuously detected.
  • the type of the optical disk can be determined by detecting the amplitude level and the number of waveforms.
  • the amplitude of the defocus detection signal changes depending on the magnitude of the spherical aberration, so that it is easy to make a mistake in discriminating the type of the optical disc.
  • a circuit such as a servo gain may be used depending on the degree of deterioration of the defocus detection signal. If the condition deviates from the optimum value, the focus servo operation may become unstable, and the servo operating point may fluctuate, causing a large defocus on the optical disk.
  • the detection and correction of the spherical aberration can be completed before the focus servo operation, the above problem can be avoided.
  • the optical configuration is capable of correcting the spherical aberration, all of the multi-layer recording disk It is not possible to provide the layers with optimal spherical aberration at the same time.
  • the optical disc since it is difficult to accurately and promptly correct the target spherical aberration, even if the spherical aberration correction is performed on each recording layer as needed to obtain a positive defocus detection signal, the optical disc cannot be detected. It takes a lot of time to perform the type determination and the playback / recording operation.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems of the related art, and has an object to reduce deterioration of the quality of a defocus detection signal even when spherical aberration occurs.
  • An object of the present invention is to provide an optical head device capable of detecting defocus and an optical disk device equipped with the optical head device.
  • An optical head device includes a light source that emits a light beam, a condensing unit that condenses the light beam on an optical disc, and a light beam that is condensed by the condensing unit.
  • a focal spot moving means for moving the focal position of the focused spot to be focused in a direction perpendicular to the recording surface of the optical disc; and a plurality of divided light beams for focusing the light beam focused by the focusing means and reflected from the optical disc.
  • a light beam splitting means for splitting the light into a plurality of light receiving areas, and at least one light receiving section comprising a plurality of light receiving areas;
  • Light detection means for outputting a signal or an electric signal in accordance with a combination of the light amounts of the divided light beams incident on each of the plurality of divided light receiving areas, wherein the light beam is divided by the light beam dividing means.
  • the plurality of divided light beams include one circular light beam or a pair of semicircular light beams, and at least two orbicular light beams or light beams outside the circular light beam or the semicircular light beam. It is characterized by including at least two pairs of semi-zonal light beams.
  • the optical head device and the optical disk device of the present invention it is possible to prevent the deterioration of the amplitude of the defocus detection signal caused when spherical aberration is present in the conventional defocus detection method performed using the entire light flux. be able to. Therefore, for example, the focus servo operation can be performed stably, and the gain of the servo circuit that performs the focus servo operation does not need to be readjusted. Since the focus jump and the radial seek can be performed without errors, the operation speed can be improved.
  • the amplitude of the defocus detection signal generated when spherical aberration is present in the conventional defocus detection method performed using the entire luminous flux Since the deterioration can be prevented, the number of recording layers of the optical disc and the type of the optical disc can be detected without error.
  • the defocus that occurs when spherical aberration is present in the conventional defocus detection method that is performed using the entire luminous flux Since the deterioration of the amplitude of the detection signal can be prevented, the number of recording layers of the optical disk can be counted without errors.
  • the optical head device and the optical disk device according to the present invention do not cause the deterioration of the amplitude of the defocus detection signal even if there is no spherical aberration correcting means for correcting the spherical aberration of the reflected light from the optical disk.
  • a dagger can be planned.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an optical head device and an optical disc device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing a division pattern of a hologram element in the optical head device according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a light receiving area pattern obtained by dividing four light receiving sections of a light detector in the optical head device according to Embodiment 1, and a light beam on each light receiving section.
  • FIG. 4 is a diagram showing a waveform of a defocus detection signal detected in an optical head device of a comparative example.
  • FIG. 6 is a diagram showing a waveform of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing a waveform of FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing a phase distribution with respect to a radius of a light beam in the optical head device according to the first embodiment.
  • FIG. 10 In the optical head device according to Embodiment 1, an annular luminous flux (division of hologram element)
  • FIG. 11 is a characteristic diagram showing the dependence of the amplitude of the defocus detection signal FES2 on the spherical aberration in the optical head device according to Embodiment 1 in the width of the second region of the hologram element.
  • FIG. 12 is a diagram showing an amplitude change of a second defocus detection signal with respect to an intermediate radius of a second region of the hologram element in the optical head device according to Embodiment 1.
  • FIG. 13 is a diagram showing a shift amount of a zero-cross point of a second defocus detection signal with respect to an intermediate radius of the second region of the hologram element in the optical head device according to the first embodiment.
  • FIG. 14 (a) Under ideal conditions, the range in which the modulation component of the RF reproduction signal exists and the zero-cross point of the second defocus detection signal are set so that the zero-cross point exists near the maximum of the modulation component. (B) shows the zero-cross point of the second defocus detection signal, depending on whether the third-order spherical aberration coefficient and the fifth-order spherical aberration have the same sign or a different sign.
  • FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship between the position of the modulation component of the RF reproduction signal and the zero-cross point when moving.
  • FIGS. 15 (a) to 15 (g) are waveform diagrams for explaining a method of generating a spherical aberration detection signal in the optical head device according to the first embodiment.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a spherical aberration detection circuit in the optical head device according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing a waveform of a second defocus detection signal or a third defocus detection signal in the optical head device according to Embodiment 1.
  • (a) to (c) are plan views schematically showing an orbicular light beam, a light receiving area pattern, and an improved light receiving area pattern on a photodetector in the optical head device according to Embodiment 1.
  • FIG. 19 is a diagram showing a basic configuration of a modified example of the optical head device and the optical disc device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram showing a basic configuration of an optical head device and an optical disc device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 21 is a plan view schematically showing a division pattern of a hologram element in the optical head device according to Embodiment 2.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing a light receiving area pattern of a light detector and a light beam on each light receiving unit in the optical head device according to Embodiment 2.
  • FIG. 23 is a diagram showing a basic configuration of an optical head device and an optical disc device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 24 is a diagram showing a basic configuration of an optical head device and an optical disc device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 25 is a diagram showing a result of calculating an example of a waveform of a defocus detection signal according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 26 is a schematic diagram showing a light receiving area pattern in the case where the light detector in the optical head device according to Embodiment 4 has four light receiving sections, and a light beam on each light receiving section.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an optical head device 201 according to Embodiment 1 of the present invention and an optical disc device 301 equipped with the same.
  • an optical head device 201 according to the first embodiment includes a semiconductor laser 1 as a light source and a light beam 2 emitted from the semiconductor laser 1 (the center optical axis is indicated by a chain line 3).
  • the heat dissipation package 5 has a function of integrating the semiconductor laser 1 and the flat glass plate 4 and dissipating heat generated by light emission of the semiconductor laser 1.
  • the optical head device 201 includes a diffraction element 6 for dispersing the light beam 2 into a plurality of light beams, a collimator lens 7 for converting the light beam 2 into a substantially parallel light beam, and an internal A deflecting prism 8 for deflecting the light beam 2 transmitted through the collimator lens 7 by the reflecting surface 8a provided on the first lens 9, the second lens 10, the third lens 11, and the fourth Lens 12.
  • the light beam 2 deflected by the reflecting surface 8a of the deflecting prism 8 passes through the first lens 9 and the second lens 10, and thereafter is constituted by the third lens 11 and the fourth lens 12.
  • the light is focused on the optical disk 14 by the objective lens group 13.
  • the optical head device 201 has a two-dimensional actuator 15 and a one-dimensional actuator 16 (or a feed motor).
  • the two-dimensional actuator 15 shifts the objective lens group 13 in the direction of its optical axis (the direction substantially perpendicular to the recording surface of the optical disk and the direction of the z-axis in FIG. 1) and the radial direction DR of the optical disk 14 (the direction of the optical disk). This is a direction substantially parallel to the recording surface, and is the X-axis direction in FIG. 1.)
  • the one-dimensional actuator 16 changes the distance between the first lens 9 and the second lens 10 by moving the first lens 9 in the optical axis direction (the z-axis direction in FIG. 1). Can be.
  • the spherical aberration of the optical beam can be corrected by the first lens 9, the second lens 10, and the one-dimensional actuator 16.
  • the configuration of the optical head device according to the present invention is not limited to the configuration shown in FIG.
  • the optical head device 201 has a hologram element 17, a sensor optical element 18, and a photodetector 19.
  • the hologram element 17 splits or splits the light beam reflected by the optical disk 14 and transmitted through the deflecting prism 8 into at least two light beams.
  • the sensor optical element 18 has a lens function of condensing each of a plurality of light beams split or split by the hologram element 17 and a function of adding aberration.
  • the light detector 19 includes one or more light receiving portions (for example, P1 in FIG. 3 described later) configured by a plurality of divided light receiving regions (for example, Al, Bl, Cl, and D1 in FIG. 3 described later). An electric signal corresponding to the amount of light incident on each of the divided light receiving regions or an electric signal corresponding to a combination of the amounts of light incident on each of the plurality of divided light receiving regions is output.
  • Each of the light beams split or split by the hologram element 17 by the sensor optical element 18 is condensed on the light receiving surface of the photodetector 19.
  • the deflecting prism 8 is used as a polarizing prism, and a quarter-wave plate (not shown) is arranged between the polarizing prism and the first lens 9.
  • the transmission efficiency of the deflection surface 8a may be improved.
  • the hologram element 17 may be mounted on the two-dimensional actuator 15 together with the objective lens group 13. Still further, instead of the hologram element, a liquid crystal aperture element having a plurality of regions capable of controlling transmission or blocking of an incident light beam can be used.
  • the electric signal converted by the photodetector 19 is calculated by a defocus detection circuit 30, a tracking error detection circuit 31, a spherical aberration detection circuit 32, and a reproduction signal detection circuit 33. Is output as a voltage signal.
  • the focus shift detection signal generated by the focus shift detection circuit 30 is input to a focus servo circuit 34 that drives the two-dimensional actuator 15 in the focus direction (the z-axis direction in FIG. 1).
  • the focus servo circuit controls the operation of the two-dimensional actuator 15 based on the input defocus detection signal.
  • the tracking error detection signal generated by the tracking error detection circuit 31 is input to a tracking servo circuit 35 that drives the two-dimensional actuator 15 in the radial direction DR (ie, the X-axis direction) of the optical disk 14.
  • the tracking servo circuit 35 controls the operation of the two-dimensional actuator 15 based on the input tracking error detection signal.
  • the spherical aberration detection signal generated by the spherical aberration detection circuit 32 is Is input to
  • the spherical aberration detection signal constitutes a spherical aberration correcting means for correcting a spherical aberration caused by a thickness error of the substrate of the optical disc 14 or an interlayer thickness difference of the multilayer recording disc, and an unnecessary spherical aberration generated in the optical system of the optical head device.
  • the reproduction signal detection circuit 33 generates a reproduction signal of data recorded on the optical disc 14.
  • the defocus detection signal generated by the defocus detection circuit 30 is input to a recording layer number counting circuit 38 that counts the number of defocus detection signal waveforms detected in each recording layer of the multilayer recording disc.
  • the count number of the recording layer is output from the recording layer number counting circuit 38.
  • the disc discrimination circuit 37 sorts out the amplitude of the defocus detection signal generated by the defocus detection circuit 30 and the number of recording layers output from the recording layer number counting circuit 38 as characteristics of the optical disc, and discriminates the optical disc. Determine 14 types.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a division pattern of the hologram element 17.
  • a circle 50 indicated by a broken line on the hologram element 17 represents the outermost circumference of the effective light flux of the objective lens group 13, and the area inside the circle 50 corresponds to the numerical aperture NA of the objective lens group 13. Means the range
  • the center point 51 indicated by the X mark is the position of the design center optical axis of the optical beam on the hologram element 17, and the hologram element 17 includes three concentric regions centered on the point 51. Has a division pattern.
  • the radial position from the design center optical axis 51 on the hologram element 17 is equivalent to the numerical aperture NA of the objective lens group 13.
  • hologram element 17 includes three regions: first region 40, second region 41, and third region 42.
  • the first area 40 is an area in which the regular radius r is less than ⁇ from the design center optical axis 51 (an area satisfying 0 ⁇ r ⁇ , that is, the area inside the circle 52 in FIG. 2). Area).
  • the second region 41 is a region where the normalized radius r satisfies the region ⁇ r ⁇ where ⁇ is equal to or more than ⁇ and less than
  • the third region 42 is a region where the normalized radius r is equal to or larger than ⁇ (a region satisfying
  • ⁇ and j8 can take values of 0 ⁇ ⁇ ⁇ 1 and 0 ⁇ j8 ⁇ 1, and satisfy ⁇ ⁇ .
  • a diffraction grating is formed in each of the first, second, and third regions 40, 41, and 42 of the hologram element 17.
  • Each of the first, second, and third regions 40, 41, and 42 controls the light beam incident on the holo-dram element 17 by optimizing the lattice spacing, lattice shape, and lattice direction in each region.
  • the light is split into light beams in each region and diffracted in different directions.
  • Each of the light beams divided by the first, second, and third regions 40, 41, and 42 is applied to each light receiving portion (Pl, ⁇ 2 in FIG. 3 described later) of the photodetector 19 by the sensor optical element 18. , And ⁇ 3).
  • the light beams split and diffracted in the first, second, and third regions 40, 41, and 42 are respectively divided into the first light beam Ul, the second light beam U2, and the second light beam U2.
  • the luminous flux of 3 is U3.
  • FIG. 3 shows the pattern of the light receiving area of the light detector 19 and the first, second, and third light fluxes Ul, illuminated on the respective light receiving portions P1, P2, and P3 of the light detector 19.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing U2 and U3.
  • the pattern of the light receiving area of each of the light receiving sections P1, P2, and P3 of the photodetector 19 shown in FIG. 3 is a pattern of the light receiving area when the hologram element 17 having the divided pattern shown in FIG. 2 is used.
  • the photodetector 19 includes the first, second, and third light receiving portions P1, P2, And P3.
  • Each of the first, second, and third light receiving portions Pl, P2, and P3 has four light receiving regions.
  • the first, second, and third light fluxes U1, U2, and U3 of the light flux split and diffracted by the hologram element 17 are the first, second, and third light receiving units P1, P2, and By P3
  • the light is received as shown in FIG.
  • the division boundaries Lla, L2a, and L3a of the first, second, and third light receiving portions Pl, P2, and P3 are substantially parallel to the tangential direction of the optical disk 14 (the y-axis direction in FIG.
  • the photodetector 19 is arranged so that the division boundaries Llb, L2b, and L3b of the light receiving sections Pl, P2, and P3 are substantially parallel to the radial direction DR (the x-axis direction in FIG. 1) of the optical disk 14. I do.
  • the first light receiving portion P1 has four light receiving regions Al, Bl, Cl, and D1 divided by the division boundaries Lla and L1b.
  • the second light receiving portion P2 has four light receiving regions A2, B2, C2, and D2 divided by the division boundaries L2a and L2b.
  • the third light receiving section P3 has four light receiving areas A3, B3, C3, and D3 divided by the division boundaries L3a and L3b.
  • symbols A1 to A3, B1 to B3, C1 to C3, and D1 to D3 are also used as detection signal values of the corresponding light receiving regions.
  • the sensor optical element 18 having a function of adding astigmatism such as a cylindrical lens
  • the first, second, and third light fluxes Ul, U2, and U3 are used.
  • the defocus detection similar to the astigmatism defocus detection that has been widely used in the past can be performed.
  • the sensor optical element 18 that generates astigmatism having a size corresponding to the defocus detection range is disposed so as to be inclined at an angle to the focal line axis or the y-axis direction, and If the light receiving surface is arranged at a position in the optical axis direction (that is, the z-axis direction) such that the first, second, and third light fluxes Ul, U2, and U3 each have a substantially minimum circle of confusion, the optical disk Astigmatism method for defocus generated on 14 A defocus detection signal waveform can be obtained by each of the first, second, and third light fluxes Ul, U2, and U3.
  • the first, second, and third defocus detection signals FES1, FES2, and FES3 by the first, second, and third light receiving units P1, P2, and P3 respectively are as follows. It can be obtained by the equations (1) to (3).
  • FES1 (A1 + C1)-(B1 + D1)... hi)
  • the defocus detection signal FES in the conventional astigmatism method is equivalent to the following equation (4). Can be obtained.
  • the defocus detection signal FES becomes zero.
  • the photodetector 19 is adjusted in the optical axis direction (z-axis direction)
  • the light intensity distributions on the light receiving surfaces of the first, second, and third light fluxes Ul, U2, and U3 are roughly expressed as follows. It looks like Figure 3. That is, the first, second, and third defocus detection signals FES1, FES2, and FES3 become almost zero.
  • the first light beam U1 substantially does not exist, and therefore the first light receiving unit P1 may be omitted.
  • the first, second, and third tracking error detection signals TES1, TES2, and TES3 of the first, second, and third light receiving units Pl, # 2, and # 3 by the respective push-pull methods can be obtained by the following equations (5) to (7).
  • the tracking error detection signal TES can be obtained by the following equation (8).
  • an output signal or a diagonal of two light receiving area forces adjacent in the radial direction DR.
  • the tracking error may be detected by a DPD method (phase difference method) using a phase comparison of two sum signals output from the light receiving area.
  • the difference in the amount of received light in an area divided into two by the diameter in the direction corresponding to the tangential direction of the optical disc is calculated.
  • the maximum In the circle of small confusion the direction of the diameter in the tangential direction is folded back by 90 degrees.
  • the reproduction signal detection circuit 33 calculates the reproduction signal RF by the following equation (9).
  • the above-described defocus detection circuit 30, tracking error detection circuit 31, spherical aberration detection circuit 32, and reproduction signal detection circuit 33 are each implemented by, for example, a semiconductor integrated circuit.
  • FIG. 4 is a diagram showing a waveform of a defocus detection signal detected in an optical head device as a comparative example of the present invention.
  • the horizontal axis is the defocus DE [ ⁇
  • 0 indicates the case where the focal position is on the information recording surface of the optical disk
  • 0 indicates the case where the focal position is closer to the information recording surface of the optical disk (plus side)
  • 0 indicates the case where the focal position is closer to the information recording surface of the optical disk.
  • the left side shows the case where the focal position is located farther from the information recording surface of the optical disc.
  • the vertical axis represents the amplitude AM of the defocus detection signal FES.
  • Figure 4 shows the objective lens
  • the figure shows the case where the numerical aperture NA is 85 and the wavelength ⁇ is 405 nm. Such signal degradation occurs
  • the amplitude AM of the defocus detection signal increases.
  • optical disk devices equipped with an optical head device use the types of optical disks described above. It is necessary to determine accurately. This discrimination is based on the amplitude AM and the wave of the defocus detection signal detected by the light beam being reflected by each recording layer of the optical disk.
  • the number of shapes is detected and its characteristic power is determined.
  • the above-mentioned discrimination is performed using the defocus detection signal detected by the conventional astigmatism method as shown in FIG. 4, the following is performed. Problems arise.
  • the recording layer number counting circuit 38 determines whether the amplitude of the defocus detection signal detected in each recording layer exceeds a certain threshold level inside the recording layer number counting circuit 38 or not. Since the presence / absence is determined, as shown in FIG. 4, when the signal amplitude is deteriorated, the signal level falls below the threshold level, and a count error easily occurs.
  • the amplitude level is judged based on the same threshold level as the recording layer number counting circuit 38, or the amplitude level is measured by sampling or the like to discriminate the type of the optical disc. Therefore, if amplitude degradation occurs as shown in FIG. 4, it is easy to cause a discrimination error.
  • FIG. 8 is a diagram showing a waveform of a second defocus detection signal FES2 detected using the waveforms of FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing a waveform of a second defocus detection signal FES2 detected using the waveform (waveform). 5 and 6, the horizontal axis indicates the defocus amount DE [ ⁇ m] on the optical disc, and 0 indicates that the focus position is on the optical disc.
  • the focal position On the right side (plus side) from 0, the focal position is closer to the information recording surface of the optical disc! The position at the ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ position indicates that the focal position is located farther from the information recording surface of the optical disc.
  • the mouth cross point is ZC.
  • the second defocus detection signal FES2 shown in FIGS. 5 and 6 is obtained by the second light flux U2 by the second area 41 of the hologram element 17, and has the same conditions as those in FIG. 4 (comparative example). It is calculated by
  • the range of the second light flux U2 used for defocus detection is limited to reduce the phase change in the light flux range, the cancellation described with reference to FIG. 4 (comparative example) can be reduced. In addition, it is possible to suppress deterioration of the defocus detection signal.
  • the conventional method using the defocus detection signal FES (FIG. 4)
  • the deterioration of the signal amplitude due to the spherical aberration is smaller than that of (the amplitude AM of the signal FES 2 does not decrease even if the value of W increases in FIGS. 5 and 6).
  • the defocus detection signal FES in FIG. 4 is used as an input signal to the focus servo circuit 34, even if spherical aberration exists, the focus servo operation starts immediately without performing spherical aberration correction. It is possible to do.
  • the abscissa indicates the normalized radius r of the hologram element 17, and the ordinate indicates the normalized signal amplitude NAM or NAM of the defocus detection signals FES1 and FES3.
  • the first defocus detection signal FES 1 and the third defocus detection It is a figure which shows the signal amplitude NAM of the output signal FES3, or the change of NAM.
  • the amplitude of the first defocus detection signal FES1 decreases as r decreases, and for example, when r ⁇ 0.7, the amplitude of the signal decreases when there is no spherical aberration. More than 20% improvement is expected. Further, with respect to the third defocus detection signal FES3, an improvement of 20% or more can be expected when r> 0.7.
  • FIG. 8 is a diagram showing a shift amount of the zero-cross point of the focus shift detection signals FES1 and FES3 corresponding to the horizontal axis of the signal amplitude characteristic of FIG.
  • the horizontal axis represents the radius r of the hologram element 17 after the normalization
  • the vertical axis represents the deviation DE [ ⁇ m] of the zero-cross points of the defocus detection signals FES1 and FES3.
  • the deviation amount DE of the zero cross point is the spherical aberration
  • Is the distance of the condensing position force indicates the defocus on the optical disk 14 that occurs when the focus servo operation is performed with the zero cross point as the servo operation point. Therefore, after performing the focus servo operation with the zero cross point as the servo operation point, for example, by giving an electrical offset, the above-described defocus on the optical disk 14 can be suppressed.
  • the spherical aberration caused by the substrate thickness error of the optical disk 14 and the interlayer distance difference of the multi-layer recording disk is assuming that the third-order spherical aberration W is the most dominant.
  • 40 40 is generally expressed by an equation proportional to the fourth power of the distance r from the central optical axis of the light beam.
  • FIG. 9 shows the distribution of the phase PH of the spherical aberration on the vertical axis, with the normalization radius r, which is the distance of the central optical axis force of the light beam, on the horizontal axis.
  • FIG. 9 shows the phase distribution of spherical aberration represented by Expression (10). Therefore, aberrations cannot be completely eliminated only by correcting the distance between the optical disk 14 and the objective lens group 13, but the quality of the focused spot on the optical disk 14 must be maximized. Thus, the quality of the reproduced signal obtained by reading the data recorded on the optical disc 14 is in the best possible state. Also, if the quality of the condensed spot is improved, the recording performance is also beneficial.
  • the horizontal axis represents the defocus amount DE on the optical disc.
  • 0 indicates that the focal position is on the information recording surface of the optical disk
  • 0 (right side) from 0 indicates that the focal position is closer to the information recording surface of the optical disk
  • 0 indicates The left side (minus side) shows the case where the focal position is located farther from the information recording surface of the optical disc.
  • the zero-cross point force at which the signal level is zero between the upper and lower peaks of the waveform moves in the plus and minus directions depending on the magnitude of the spherical aberration, respectively.
  • the position of the zero-cross point ZC of the waveform of the defocus detection signal shown in FIG. 10 does not change depending on the magnitude of the spherical aberration.
  • the corresponding position indicates a position where the light beam is most condensed on the optical disk 14 by the objective lens group 13. Therefore, as shown in the waveform of FIG. 10, in the case where it is desired that the zero cross point ZC is located at the position of 0 on the horizontal axis, the focus servo is operated only with the zero cross point ZC as the servo operation point, and the optical disk 14 is not moved.
  • the light beam can be condensed well.
  • the above-described effect of preventing the movement of the zero-cross point is obtained because, among the light beams having the phase distribution of the spherical aberration shown in FIG. This is because the influence of spherical aberration on the detection of defocus can be suppressed by using only the vicinity range.
  • the spherical aberration correction is not performed (thus, the spherical aberration is not corrected). Even if aberration correction means is not provided), or even if spherical aberration correction is not in the optimal state, the best quality focusing spot corrected by the defocus aberration expressed by the above equation (10) can be used. It is possible to do.
  • the spherical aberration correction is not always optimal.
  • the quality of the cross-track modulation signal or tracking error signal obtained when the focused spot crosses the track of the optical disc 14 can be maintained.
  • the seek operation in the radial direction DR of the optical disk 14 performed by detecting the number of track jumps and the like with respect to the error signal strength can be further stabilized.
  • the width I j8— ⁇ I of the second region 41 may be other than 0.1.
  • the width of the second region 41 is made wider, the divided pattern of the hologram element 17 is formed. There is also the advantage of being chewy.
  • FIG. 11 is a diagram showing a calculation result of an amplitude change of the second defocus detection signal FES2 with respect to the width I j8 - ⁇ I of the second area 41.
  • the horizontal axis represents the spherical aberration W [E]
  • the vertical axis represents the normalized signal amplitude of the defocus detection signal FES2.
  • the conventional defocus detection signal corresponds to the normalized signal amplitude of the FES.
  • the case where the intermediate radius r of the second region 41 is r 0.68, and the zero-cross point that almost satisfies Expression (12)
  • the calculation is performed under the condition that the deviation is small. As can be seen from Fig. 11, even when spherical aberration of the same magnitude is present, the amplitude degradation of the defocus detection signal tends to increase as I ⁇ - ⁇ I increases. The amplitude degradation is improved compared to the case of the detection method.
  • Figure 12 shows that when I jS-a
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a change in the amplitude of a defocus detection signal when the robot is deflected.
  • the horizontal axis represents the intermediate radius r
  • the vertical axis represents the normalized signal amplitude of the defocus detection signal FES2.
  • reduce r that is, move the second region 41 toward the inner circumference side.
  • Irrespective of 0 degradation of signal amplitude can be improved compared to the conventional detection method. Also, as I
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a shift amount of a zero cross point of the focus shift detection signal FES2 corresponding to the horizontal axis of the signal amplitude characteristic of FIG.
  • the horizontal axis represents the intermediate radius r
  • the vertical axis represents
  • the vertical axis indicates the distance at which the beam is most condensed.
  • an intermediate radius r of the second area 41 is set near the intersection of the horizontal axis in FIG.
  • Detection signal FES2 can be obtained.
  • ⁇ and ⁇ of the hologram element 17 are the magnitude of spherical aberration assumed to be generated in the optical disk device 301 equipped with the optical head device 201 of the first embodiment, and are allowed in the entire system of the optical disk device 301. It may be optimized based on the amount of deterioration of the signal amplitude of the defocus detection signal.
  • the intersection where the shift amount of the zero-cross point is eliminated is located at a position slightly smaller than 1Z 2 ( ⁇ 0.7071) derived from the equation (13), and the position of the intersection is the second position.
  • the width Ij8— ⁇ I of the region 41 has a tendency to become smaller as it increases.
  • the deviation amount of the zero cross point can be made closer to zero more accurately than desired.
  • the following describes how to set OC and ⁇ that are optimal.
  • This method as set as close as possible to the alpha and j8 sought, can set the optimal intermediate radius r corresponding to the width I beta-alpha I in the second region 41
  • the intermediate radius r of the second region 41 can be expressed by ⁇ as in the following expression (16).
  • the hologram element 17 having the divided pattern shown in FIG. 2 divides the light beam into two annular light beams (second light beam U2 and third light beam U3) and one circular light beam (first light beam U1).
  • a division pattern in which the number of divisions is further increased in the radial direction may be used. In this case, it is necessary to increase the number of light receiving sections of the photodetector 19 according to the number of divisions of the light beam in the radial direction!].
  • the first factor is the existence of non-negligible high-order spherical aberration other than the third-order spherical aberration that occurs the most.
  • Each lens surface shape of the objective lens group 13 is designed to be able to form the spot necessary for recording and reproducing the information recorded on the optical disk.However, due to differences in the design specifications and design methods, this occurs due to differences in the transparent substrate thickness of the optical disk. However, in some cases, higher-order spherical aberration also occurs.
  • the objective lens group 13 is not limited to the force described in the configuration in which a plurality of lenses are combined, but may be a single lens.
  • the fifth-order spherical aberration is generally calculated by the following equation (13). It is the sum of the third-order spherical aberration expressed by Here, W is the sixth-order coefficient of the fifth-order spherical aberration.
  • W is the sixth-order coefficient of the fifth-order spherical aberration.
  • the coefficient W and the fifth-order spherical aberration W have the same sign or different signs depending on the sign relationship.
  • the zero-cross point of the second defocus detection signal FES2 moves leftward or rightward in FIG. 10 and, for example, the position of the modulation component MC of the RF reproduction signal and the zero-cross point ZC The positional relationship is shifted as shown in Fig. 14 (b).
  • the second factor is that when there is spherical aberration, the light beam reflected by the optical disc 14 is at a minimum.
  • the defocus aberration component to be corrected because the light beam is also modulated is affected by the spatial frequency of the recording surface structure of the optical disc 14, the intensity distribution of the light beam 2 incident on the objective lens group 13, and the like.
  • Non-Patent Document 2 ( Figure A.6 on page 341).
  • Figure A.6 of Non-Patent Document 2 shows the best defocus amount at which modulation occurs most for each spatial frequency when a certain amount of spherical aberration exists.
  • the condition under which a relatively large modulation occurs is that the best defocus amount (best focus) B * is in the range of about 0.4 to 1.4, and the spherical aberration As the difference value increases, the lower limit value 0.4 of the above range further decreases.
  • the lower limit of the best defocus amount B * is a change that approaches a certain value.
  • the equation of spherical aberration represented by the equation (10) is equivalent to the equation of spherical aberration represented in the case of the best defocus amount B * force.
  • the movement of the zero-cross point of the second defocus detection signal FES2 caused by the first and second factors is based on the assumption that the intermediate radius of the second region 41 is the third-order spherical aberration.
  • the zero-cross point of can be moved arbitrarily.
  • the correction is performed so that the position where the modulation component of the RF reproduction signal or the sum signal of each of the diffracted lights divided by the hologram element 17 is the maximum and the position of the zero cross point coincide.
  • the light beam on the optical disk when the focus servo is operated with the zero-cross point as the servo operating point can be brought close to a good focusing state.
  • the position where the modulation component becomes the maximum can exist between the position where the second defocus detection signal FES 2 has the maximum peak and the position where the second peak has the minimum peak.
  • 15A shows the RF signal output from the reproduction signal detection circuit 33 and the second defocus detection signal FES2 output from the defocus detection signal circuit 30, and FIG. 15B shows the defocus detection signal circuit. It shows the waveforms of the first defocus detection signal FES1 and the third defocus detection signal FES3 output from 30 and both show a state where spherical aberration exists.
  • FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the spherical aberration detection circuit 32.
  • the RF signal is appropriately set in the slice circuit 150, and is converted into a rectangular signal S as shown in FIG. 15C by a voltage.
  • the second defocus detection signal FES2 is The signal is converted into a waveform F2 z, ero by a positive / negative binary circuit 151 for converting an H (high) level and a negative to an L (low) level. Then, the edge of the waveform F2 was detected by the differentiating circuit (dZdt) 152.
  • the second defocus detection signal FES2 By multiplying the waveform F2 by the rectangular signal S, the second defocus detection signal FES2 A rectangular waveform F2 representing only the zero-cross point position is obtained. From the rectangular waveform F1 and the rectangular waveform F3 obtained by multiplying the rectangular waveform F2 by the first ero 3 Zero 3 defocus detection signal FES1 and the third defocus detection signal FES3, the following equation (17) is used. Sphere
  • the spherical aberration correction means is controlled so that the level value becomes zero. That is, the output level of another defocus detection signal (here, FES1 or FES3) at the zero-cross point of any of the first, second, and third defocus detection signals FES1, FES2, and FES3 (here, FES2)
  • FES1 or FES3 the output level of another defocus detection signal
  • the spherical aberration compensating means is controlled so as to drive the detection level to zero.
  • the spherical aberration compensating means may be controlled at once based on a conversion coefficient or a conversion table for converting the level value of the spherical aberration detection signal SSA obtained in advance into a control amount of the spherical aberration compensating means.
  • spherical aberration detection and spherical aberration compensation may be performed as follows. First, the focus servo is operated based on the second defocus detection signal FES2. If there is a servo operating point near the zero-cross point of the second defocus detection signal FES2 when there is spherical aberration, the signal levels of the first defocus detection signal FES1 and the third defocus detection signal FES3 become It does not become zero. Therefore, the signal level of each of the first defocus detection signal FES1 and the third defocus detection signal FES3, or the difference signal between the first defocus detection signal FES1 and the third defocus detection signal FES3 is used as the spherical aberration. The spherical aberration correction means may be controlled so that the level of the spherical aberration detection signal becomes zero as the detection signal.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-367197
  • the light beam is controlled in the radial direction under the condition that the light amounts of the two light beams are equal.
  • the method is fundamentally different from the light beam dividing method described in the first embodiment of the present invention.
  • a signal for controlling the position of the objective lens group in the optical axis direction uses a defocus detection signal detected with all light beams. Therefore, the effect of Embodiment 1 of the present invention cannot be obtained.
  • Embodiment 1 of the present invention has been described as an optical configuration using the astigmatism method for defocus detection.
  • defocus detection for detecting with a converged light flux is performed.
  • the detection method when the phase distribution as shown in FIG. 9 is present, the imaging positions of the light beams of the respective radii come and go and cancel each other out, so that the defocus detection signal is similarly degraded.
  • the first embodiment may have a configuration in which detection is performed by, for example, the knife edge method or the beam size method.
  • the sensor optical element 18 does not need to have astigmatism. Therefore, the tangential direction and the radial direction DR do not interchange on the photodetector due to the effect of astigmatism, and the direction in which the difference is obtained by the arithmetic expression for tracking error detection may be set to the X direction in FIG. Further, by making the diffraction grating in each region of the divided pattern of the hologram element 17 curved, a lens function can be added. In that case, the sensor optical element 18 may be removed.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing a waveform of the second defocus detection signal FES2 or the third defocus detection signal FES3 in the optical head device 201 according to Embodiment 1.
  • the horizontal axis represents the defocus amount DE on the optical disc
  • the vertical axis represents the defocus detection signal.
  • Figure 17 shows the characteristics of the calculated waveforms in Figures 5, 6, and 10.
  • the secondary waveform WF exists on both sides of the defocus detection signal. These secondary waveforms are not necessary for defocus detection, and if their amplitudes become too large, there is a risk that these secondary waveforms may cause the focus servo to operate erroneously.
  • the secondary waveform is caused by the fact that the luminous flux divided into annular zones in the second area 41 and the third area 42 in Fig. 2 is the light receiving area A2 and the light receiving area as shown in Fig. 18 (a). This is because there is a state where almost no light enters C2 and light enters the light receiving areas B2 and D2. Conversely, there is a state where almost no light enters the light receiving areas B2 and D2, and light enters the light receiving areas A2 and C2.
  • FIG. 18A shows the second light receiving portion P2, and the same phenomenon occurs in the third light receiving portion P3. Therefore, the shape described above can be prevented by forming each light receiving area into a shape in which the corner of each light receiving area is cut or divided as shown in FIGS. 18 (b) and 18 (c). Generation of the next waveform can be suppressed.
  • FIG. 19 shows an optical head device 201a and an optical disk device 301 according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure showing the basic composition of the modification of a.
  • a hologram element 101 having a division pattern similar to that of the hologram element 17 of FIG. 1 is arranged between the second lens 10 and the third lens 11.
  • the hologram element 101 is a polarization hologram so that the hologram element 101 functions only with respect to the light beam that also reflects the power of the optical disk 14, and a quarter-wave plate 102 is provided between the hologram element 101 and the third lens 11. Place.
  • the light use efficiency may be improved by using the deflection prism 8 as a polarization type prism.
  • the hologram element 101 and the quarter-wave plate 102 in FIG. 19 may be integrated. Further, the hologram element 101 and the quarter-wave plate 102 in FIG. 19 may be mounted on the two-dimensional actuator 14 together with the objective lens group 13.
  • the other points are the same as those in FIG.
  • the optical head device and the optical disk device occur when spherical aberration exists according to the conventional defocus detection method performed using the entire luminous flux.
  • Focus servo operation can be performed stably, and there is no need to re-adjust the gain of the servo circuit that performs the focus servo operation, or spherical aberration can be prevented. Even if the correction of the correction is incomplete, the focus jump and the radial seek can be performed without errors, so that the operation speed can be improved.
  • the amplitude of the defocus detection signal does not deteriorate, so that cost reduction can be achieved.
  • FIG. 20 is a diagram showing a basic configuration of an optical head device 202 and an optical disc device 302 according to Embodiment 2 of the present invention. 20, components that are the same as or correspond to those in FIG. 1 are given the same reference numerals.
  • the optical head device 202 according to the second embodiment differs from the optical head device 202 in that the liquid crystal phase correction element is used as a spherical aberration correction unit, and the spherical aberration correction is performed by changing the distance between the first lens and the second lens. 1 (FIG. 1).
  • the liquid crystal phase correction element according to Embodiment 2 has a configuration in which a liquid crystal is sandwiched between glass substrates in which a transparent electrode is shaped in a wavefront shape and is divided into a plurality of divided regions, and a voltage is applied between the electrodes of the liquid crystal phase correction element. Is applied, spherical aberration can be given to the light beam transmitted therethrough.
  • the light beam 2 emitted from the semiconductor laser 1 is split into a plurality of diffracted lights by the diffraction grating element 6, converted into parallel light beams by the collimator lens 7, and then the elliptical intensity distribution is formed by the beam shaping prisms 120 and 121. Is converted into a circular intensity distribution. Thereafter, the light beam is deflected by the deflecting prism 8 in the direction of the liquid crystal phase correction element 122, and after passing through the liquid crystal phase correction elements 122 and 123, the light beam 2 is circularly polarized by the quarter-wave plate 124. Then, the light is focused on the optical disk 14 by the objective lens group 13.
  • the liquid crystal phase correction elements 122 and 123 can change the phase of transmitted light by applying a voltage, and have an appropriate electrode pattern capable of correcting spherical aberration.
  • the light beam reflected by the optical disk 14 is a circularly polarized light.
  • the light beam passes through the quarter-wave plate 124 again, so that the light beam 90 It is converted into a light beam having a polarization direction rotated by degrees.
  • the liquid crystal phase correction element 122 Since the liquid crystal has a phase modulation effect only in a certain polarization direction, the liquid crystal phase correction element 122 has a phase modulation effect only on the forward path and the liquid crystal phase correction element 123 has a phase modulation action only on the return path.
  • the optical axes for phase modulation of the liquid crystal phase correction elements 122 and 123 are rotated by 90 degrees with each other so as to cause the liquid crystal phase correction.
  • the wavefront aberration can be corrected for the light beams on both the reciprocating paths, similarly to the spherical aberration correcting means in FIG. If the deflection prism 8 is a polarizing prism, the light use efficiency can be improved.
  • the light beam transmitted through the liquid crystal phase correction element 123 is transmitted through the deflection prism 8 and then split by the deflection prism 20.
  • the light beam transmitted through the deflecting prism 20 as it is is split and split by the hologram element 21 and collected on the photodetector 22 by the sensor optical element 18. Is lighted.
  • a part of the light beam amount is reflected by the reflection film 20 a provided inside the deflection prism 20, and is converged on the photodetector 24 by the condenser lens 23.
  • the photodetector 24 has a light receiving area pattern having at least one division line in each of the tangential direction and the radial direction DR, and has a configuration capable of detecting a push-pull tracking deviation or a phase difference tracking detection.
  • astigmatism defocus detection may be employed as in the first embodiment shown in FIG. 1, but in the second embodiment described below, the knife edge method is used. An example in which focus shift detection is applied will be described.
  • FIG. 21 is a plan view schematically showing a division pattern of hologram element 21 in optical head device 202 according to the second embodiment.
  • the division pattern of the hologram element 1 shown in FIG. 21 corresponds to the hologram element 17 of FIG. 2 divided into two in the tangential direction by adding a division line in the radial direction DR.
  • the lattice spacing of the diffraction grating in each region, the groove depth of the lattice, and The grid direction is optimized.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing a light receiving area pattern of the light detector 22 in the optical head device 202 according to Embodiment 2, and a light beam on each light receiving unit.
  • the photodetector 22 includes a light receiving portion (a pair of light receiving regions a11 and a12, a pair of light receiving regions bll and bl2, a light receiving region cll cl2 pair, light receiving area dl l and dl2, light receiving area el l and el2 pair, light receiving area f11 and f12 pair, light receiving area a21 and a22 pair, light receiving area b21 and b22 pair, light receiving area c21 c22, light receiving areas d21 and d22, light receiving areas e21 and e22, and light receiving areas f21 and f22).
  • the plurality of two-divided light receiving regions of the photodetector 22 receive each of the divided light beams.
  • FIG. 22 does not show higher-order diffracted light.
  • the zero-order diffracted light beam can be almost eliminated by optimizing the groove depth of the grating.
  • FIG. 22 schematically shows a light beam in a state where spherical aberration exists.
  • the knife-edge method defocus detection signal detected by each light beam can be obtained by the following equations (18) to (20).
  • FES1 (all + dll + a21 + d21)-(cl2 + fl2 + c22 + f22)
  • FES2 (bll + ell + b21 + e21)-(bl2 + el2 + b22 + e22)
  • FES3 (cll + fll + c21 + f21)-(al2 + dl2 + a22 + d22)
  • the conventional knife-edge method defocus detection signal based on the total light flux can be obtained by the following equation (21).
  • One of the defocus detection signals FES1, FES2, FES3, and FES is input to the focus servo circuit 34 as a control signal for the two-dimensional actuator 15.
  • the reproduction signal RF can be obtained by combining output signals received for all light beams, that is, by the following equation (22).
  • the spherical aberration detection signal SSA is obtained by a method similar to the embodiment of FIG. 1 using the first defocus detection signal FES1 and the third defocus detection signal FES3, that is, (23).
  • the spherical aberration detection signal SSA is input to the spherical aberration compensation circuit 36 as a control signal for the liquid crystal phase correction elements 122 and 123 of the spherical aberration correction means.
  • the optical head device 202 and the optical disk device 302 according to the second embodiment the same effects as those of the optical head device 201 and the optical disk device 301 according to the first embodiment can be obtained.
  • the other points are the same as those in the first embodiment.
  • FIG. 23 is a diagram showing a basic configuration of an optical head device 203 and an optical disk device 303 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the optical head device 203 according to the third embodiment employs a configuration in which aberration is corrected only on the outward path, and corrects spherical aberration generated on both the outward path and the return path with the reflection surface of the optical disk 14 as a boundary.
  • Embodiment 2 (FIG. 20) is different from the related optical head device 202.
  • astigmatism detection is applied using the hologram element 17 and the photodetector 19 mounted on Embodiment 1 in FIG.
  • the knife edge method detection used in the embodiment of FIG. 20 is applied.
  • the light beam in which the spherical aberration generated on the return path remains remains is received by the photodetector.
  • the defocus detection is performed by the light beam having the same spherical aberration phase distribution as shown in FIG. .
  • ⁇ and j8 of the hologram element 17 are set by Expressions (12), (15), and (16) in the same manner as in Embodiment 1, whereby the zero-cross point of the defocus detection signal is obtained.
  • the displacement can be suppressed, and the same effects as those of the optical head device 201 and the optical disc device 301 according to the first embodiment can be obtained.
  • a liquid crystal phase correction element for correcting the spherical aberration on the return path is not required, so the number of components is smaller than that of the configuration in which the liquid crystal phase correction element is required on the return path. This has the effect of reducing costs.
  • Embodiment 4 The optical head device and the optical disk device according to the fourth embodiment of the present invention are the optical head device 201, 201a, 202, 203 and the optical disk devices 301, 3 Ola, 302, 303 according to the first to third embodiments of the present invention.
  • the basic configuration is the same.
  • the focus operation selecting means 34a controls the control of the focusing spot moving means 15 by the focus servo circuit 34 by a sum signal of the first light beam detection signal and the third light beam detection signal. Switching is performed by using either the FES 13 or the second light flux detection signal FES2. Further, the amplitude of the sum signal FES13 of the detection signal of the first light beam and the detection signal of the third light beam selected by the focus operation selection means 34a or the amplitude of the detection signal FES2 of the second light beam is adjusted. A gain adjusting means may be provided.
  • FIG. 24 is a diagram showing a basic configuration of an optical head device 201b and an optical disc device 301b according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the optical disc device 301b according to the fourth embodiment adds the focus operation selecting means 34a to the optical disc device 301 of the first embodiment, and performs the focus servo operation on the multilayer recording disc by using the defocus detection signal FES13. It is used as a determination signal for extracting a recording layer (hereinafter, referred to as a target layer).
  • a target layer a recording layer
  • the optical disc device 301b according to Embodiment 4 determines whether or not the amplitude A M of the defocus detection signal FES13 is greater than a predetermined threshold level TH.
  • a focus operation selecting means is provided. This focus operation selecting means is included, for example, in the focus servo circuit 34 (FIG. 1, 19, 20, or 23) (see reference numeral 34a in FIG. 24).
  • the predetermined threshold level TH is detected in the target layer
  • the amplitude of the defocus detection signal of each recording layer must be set.
  • the difference is important. Therefore, in order to make a determination using the amplitude difference of the defocus detection signal, from the viewpoint of securing a determination margin, it is more advantageous that the difference between the amplitude of the defocus detection signal detected in the target layer and the amplitude of the defocus detection signal is larger. . That is, it is desired that the defocus detection signal is less likely to be detected in the layers other than the target layer than in the target layer.
  • Embodiment 4 of the present invention if the spherical aberration is substantially corrected for the target layer, the amplitude of the defocus detection signal FES13 of the target layer does not deteriorate, whereas the amplitude of the defocus detection signal FES13 of the target layer does not deteriorate.
  • the amplitude of the detected defocus detection signal FES13 can be reduced, and the focus servo operation on the target layer can be performed more accurately.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a result of calculating an example of the waveform of the defocus detection signal FES13 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the horizontal axis indicates the defocus amount DE m on the optical disk
  • 0 indicates the case where the focal position is on the target layer of the optical disk
  • the right side (plus side) indicates a case where the focal position is closer to the target layer of the optical disc
  • the left side (minus side) indicates a case where the focal position is farther from the target layer of the optical disc.
  • Figure 25 shows that ⁇ ⁇ ⁇ . 65, ⁇
  • the amplitude of the defocus detection signal FES13 in the fourth embodiment can be made smaller than that of the conventional defocus detection signal FES, and the defocus detection signal FES13 is used. This is advantageous in terms of the amplitude difference. Further, if the set values of ⁇ and ⁇ are determined according to the target specifications of the optical head device according to the fourth embodiment in accordance with the same concept as that applied to the device described in the first embodiment, the defocus can be obtained. The amplitude of the detection signal FES13 can be efficiently degraded.
  • the amplitude of the defocus detection signal FES13 of the fourth embodiment is smaller than that of the conventional defocus detection signal FES due to the spherical aberration generated due to a difference in substrate thickness or the like. From a predetermined threshold level ⁇ , which
  • the defocus detection signal FES13 is generated by the defocus detection circuit 30 (FIGS. 1, 19, 20, or 23) and input to the focus servo circuit 34 in the same manner as in the first to third embodiments of the present invention.
  • the target method is determined by the above method
  • the focus servo circuit 34 can be configured to allow focus servo operation only when
  • the reliability of the focus servo operation can be improved as follows.
  • Defocus detection signal having an amplitude equal to or greater than a predetermined threshold level TH.
  • a gate signal is generated in which the section until the second peak on the minus side is detected is set to the H (high) level, and the other sections are set to the zero level. I do.
  • the gate signal is not limited to the above method.
  • a section in which the level of the sum of all received light amounts is equal to or higher than a predetermined threshold level may be generated as an H (high) level.
  • a multiplication signal obtained by multiplying the gate signal by the defocus detection signal FES13 is generated. Since the multiplication signal is detected only in the target recording layer, if it is used as a focus servo control signal, the focus servo can be reliably operated in the target layer.
  • the focus servo may come off due to external shock load or servo instability.
  • the servo circuit ignores the determination of the target layer and unexpectedly moves to a portion other than the target layer.
  • the servo operation may start at the same time.
  • the defocus detection signal itself is not output from the target layer other than the target signal as described above, there is no fear that the servo may suddenly jump to a position other than the target layer as described above.
  • the focus servo operation to the layer is naturally guaranteed.
  • the hologram element 17 (FIG. 2) is concentrically divided into three regions, but may be configured to be concentrically divided into at least four regions.
  • the first region 40 is concentrically and concentrically and satisfies the condition of equation (12).
  • R 0, that is, the innermost circular light flux U 11 including the center point 51 and the outer side of the circular light flux U 11
  • the circular light beam U11 and the annular light beam P12 are divided into four light receiving areas by at least two intersecting division lines similar to the second light beam U2 and the third light beam U3. This corresponds to a configuration in which the light is received by the four divided light receiving units PI1 and P12 and the defocus detection signal FESl1 and the defocus detection signal FES12 can be detected.
  • FIG. 26 is a schematic diagram showing a light receiving area pattern when the light detector in the optical head device according to the fourth embodiment has four light receiving units, and a light beam on each light receiving unit.
  • Fig. 26 is a schematic diagram showing the pattern of the light receiving area of the photodetector and the luminous fluxes U11, U12, U2, and U3 irradiated on the respective light receiving sections Pll, P12, P2, and P3 of the photodetector. It is.
  • the luminous flux split or split into four light beams by the hologram element is applied to light receiving portions P11, P12, P2, and P3 of the photodetector in FIG.
  • the division boundaries Ll la, L12a, L2a, and L3a of the light receiving sections Pll, P12, P2, and P3 are substantially parallel to the tangential direction of the optical disk 14 (the y-axis direction in FIG. 1).
  • the dividing lines LI lb, L12b, L2b, and L3b of Pll, P12, P2, and P3 are substantially parallel to the radial direction DR of the optical disk 14 (the x-axis direction in FIG. 1). Place.
  • the light receiving section P11 has four light receiving areas All, Bl1, Cll, and D11 divided by the division boundaries L1 la and Llib.
  • the light receiving section P12 has four light receiving areas A12, B12, C12, and D12 divided by the division boundaries L12a and L12b.
  • the light receiving portion P2 has four light receiving regions A2, B2, C2, and D3 divided by the division boundaries L2a and L2b, and the light receiving portion P3 is divided by the division boundaries L3a and L3b. It has four light receiving areas A3, B3, C3, and D3.
  • the focus operation selecting means (corresponding to reference numeral 34a in FIG.
  • the annular light flux U12 and the light flux U3 are used, that is, the focus shift obtained by the sum of the focus shift detection signal FES12 and the third focus shift detection signal FES3.
  • the detection signal FES13 it is possible to cause the amplitude to be further deteriorated due to the occurrence of spherical aberration.
  • the optical beam reflected by the optical disc 14 is concentrically split into light beams, and at least one circular light beam and two orbicular light beams are generated.
  • a plurality of defocus detection signals and a plurality of tracking error detection signals detected by the light receiving units respectively. Since it is a common configuration in that a signal and a plurality of total light amount signals by each of the light receiving units are obtained, for example, at least a circular light flux Ul1, an annular light flux U12, a second light flux U2, and a third light flux U3 are provided.
  • the hologram 17 By optimally designing the hologram 17 so that it can be obtained at the same time, it is possible to configure any one of the first to third embodiments of the present invention and the fourth embodiment of the present invention into a common optical system. That is, the second defocus detection signal FES2 whose amplitude deterioration is relatively small due to the spherical aberration described in the first to third embodiments of the present invention, and the amplitude deterioration caused by the spherical aberration described in the fourth embodiment of the present invention. A relatively large defocus detection signal FES13 or a defocus detection signal FES123 can be simultaneously detected. This simplifies the optical system.
  • a switching circuit capable of selectively switching or combining a plurality of defocus detection signals, a plurality of tracking error detection signals, and a plurality of total light amount signals detected by the light receiving unit and outputting the signals.
  • the input signals to the focus servo circuit 34, the tracking servo circuit 35, the spherical aberration compensating circuit 36, the disc discriminating circuit 37, and the recording layer number counting circuit 38 are switched according to the operation state of the optical head device.
  • a configuration may be further provided through a gain adjustment circuit that can convert the signal level so that the signal level of the input signal does not greatly change.
  • the means for splitting the light beam reflected from the optical disk 14 concentrically and generating at least one circular light beam and two annular light beams is not limited to the hologram element 17.
  • a liquid crystal type aperture element which is constructed by combining a liquid crystal element and a polarizing plate capable of switching between a transmissive area and a non-transmissive area by an external voltage, can be used instead of the liquid crystal element.
  • the configuration described in the first to fourth embodiments may be selectively switched.
  • the division of the light beam may be performed using a liquid crystal type aperture element.
  • the maximum position of the modulation component of the RF reproduction signal is the maximum peak position and the minimum position of the defocus detection signal, as in the first to third embodiments.
  • the liquid crystal aperture element may be formed in a shape that can exist between the peak positions. In the configuration in which the light beam is divided by using a liquid crystal aperture element, the light beam can be partially transmitted or blocked, so that any one of the plurality of light receiving units can be shared, and the configuration of the light receiving unit can be simplified. There is an advantage in power cost.

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Abstract

　光ヘッド装置２０１は、光源１と、対物レンズ群１３と、２次元アクチュエータ１５と、球面収差付加手段９，１０，１６と、光ディスク１４からの光ビームを複数の分割光ビームに分割するホログラム素子１７と、複数の分割受光領域から構成される受光部を１つ以上含み、複数の分割受光領域のそれぞれに入射した分割光ビームの光量に応じた電気信号又は複数の分割受光領域のそれぞれに入射した分割光ビームの光量の組み合わせに応じた電気信号を出力する光検知器２２とを有し、ホログラム素子１７により分割された複数の分割光ビームは、１つの円形状光束Ｕ１と、少なくとも２つの輪帯状光束Ｕ２，Ｕ３とを含む。

Description

明 細 書
光ヘッド装置及び光ディスク装置
技術分野
[0001] 本発明は、例えば、 CD (Compact Disc)、 DVD (Digital Versatile Disc)、 MD (Mini Disc)、及びさらに高密度記録を可能とした光ディスク等に情報を記録 再生する光ヘッド装置、及び光ヘッド装置を搭載した光ディスク装置に関するもので ある。
背景技術
[0002] 光ヘッド装置においては、高密度光ディスクに対応するため、照射する光の短波長 化と対物レンズの高開口数（高 NA)化が求められて ヽる。
[0003] 通常、対物レンズの NAが大きくなると、光ディスクの情報記録面を覆う透明基板の 厚み誤差や多層記録ディスクの記録層間の厚みなどよつて発生する収差が一層大き くなる。その結果、光ディスクの記録面上に集光する光ビームの品質が劣化して記録 再生品質を悪化させる他、光ディスクに対する対物レンズの焦点ずれ検出信号や、 光ディスクの記録面上に集光する光ビームと光ディスク上に形成される記録トラックと のずれを検出するトラッキング誤差検出信号の品質にも大きく影響を与える。これら の検出信号の品質を保っために、収差の検出及び収差の補正、又は、収差による影 響を受けにくい光学系が求められる。
[0004] 特に、対物レンズの NAが大き ヽ光ディスク装置では、光ディスクの基板厚み誤差 や多層構造を有する光ディスクの層厚み誤差によって球面収差が大きく発生し、光 ビームの集光スポットの品質が悪化する。さらに、対物レンズの NAが大きい光デイス ク装置にお!、て、対物レンズの焦点ずれ検出法として代表的な方法である非点収差 法又はナイフエッジ法を用いると、焦点ずれ検出信号の振幅は球面収差により著しく 劣化し、その結果、焦点ずれ検出信号を用いて行なうフォーカスサーボ動作が不安 定になり、また、集光スポットが記録トラックを横断することによる変調が得られなくなり シーク動作が不安定になる。
[0005] このような問題を防ぐために、光学系に存在する球面収差を光学的に抑制又は補 正することが必要となる。球面収差を抑制又は補正するために、球面収差を発生させ ることのできる液晶位相補正素子を光路中に配置し、光ディスク上に集光される光ビ ームの球面収差を補正する提案がある（例えば、特許文献 1参照)。また、球面収差 を抑制又は補正するために、レンズ間距離に応じて球面収差を発生させることができ るレンズ群を光路中に配置し、球面収差量に応じてレンズ間距離を変える方式も提 案されている (例えば、非特許文献 1参照)。
[0006] 球面収差補正を正確に行なうためには、光学系に存在する球面収差の量を検出 することが重要である。球面収差の検出方法としては、光ディスクから反射された光ビ ームの内側光束と外側光束を別々に非点収差法で検出し、内側光束と外側光束の それぞれから得られる焦点誤差信号の差カゝら球面収差量を検出する提案がある (例 えば、特許文献 2参照)。また、光ディスクから反射された光ビームの内側光束と外側 光束のそれぞれに、非点収差法に代えて、ナイフエッジ法を適用しても、内側光束と 外側光束で生成される焦点ずれ信号の差力 球面収差量を検出することができる（ 例えば、特許文献 2参照)。
[0007] 特許文献 1 :特開平 10— 269611号公報（段落 0021— 0022、図 1、図 2)
特許文献 2 :特開 2002— 367197号公報（段落 0010、 0020— 0022、図 2、 03) 非特許文献 l :Tohru Kimura et al. , "Optical system for HD— DVD with plastic lenses", ODF2002、 Tokyo、 Nov. 1. 2002、 Technical Di gest, pp. 83— 84 (キムラトオル他著、「オプティカル システム フォー HD— D VD ウイズ プラスチック レンズィズ」、 ODF (Optics— photonics Design and Fabrication) 2002、東京、 2002年 11月 1日、テク-カルダイジェスト、第 83— 84 ページ）
非特許文献 2 : Charles S. Williams and Orville A. Becklund, "Introd uction to the optical transfer function", WILEY - INTERS CIENCE , pp. 337- 341
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] しかし、焦点ずれ検出法の検出光学系に球面収差が存在すると、焦点ずれ検出信 号の振幅が著しく劣化する。焦点ずれ検出信号の振幅が劣化すると、以下のような 問題が生じる。
[0009] 対物レンズを光軸方向に移動させるなどして集光スポットを光ディスクの各記録層 に対してスキャンさせると、各記録層での焦点ずれ検出信号波形を連続的に検出で きるので、それらの振幅レベルや波形の数を検知して光ディスクの種類判別を行なう ことができる。しかし、上記のような球面収差が存在すると、球面収差の大きさによつ て焦点ずれ検出信号の振幅が変化するので、光ディスクの種類判別にミスが生じや すい。
[0010] また、仮に焦点ずれ検出信号が検出できて、その焦点ずれ検出信号をもとにフォ 一カスサーボを動作させたとしても、焦点ずれ検出信号の劣化の度合いによっては、 サーボゲインなどの回路条件が最適値力も外れてしま 、、フォーカスサーボ動作が 不安定になる他、サーボ動作点が変動して光ディスク上での焦点ずれが大きく発生 してしまうことが有り得る。
[0011] また、光ディスク上での焦点ずれが大きくなれば、さらに記録マークやトラック案内 溝による変調信号が劣化して、再生記録性能やシーク性能に悪影響を及ぼす。
[0012] また、フォーカスサーボ動作に入る前に球面収差の検出及び補正を完了できれば 、上記問題を回避できるが、たとえ球面収差補正が可能な光学構成であっても、多 層記録ディスクのすべての層に対して同時に最適な球面収差を与えることは不可能 である。また、目標とする球面収差の補正を正確に且つ俊敏に行なうのは困難である ため、各記録層に対して球面収差補正を随時行なって正 ヽ焦点ずれ検出信号を 得たとしても、光ディスクの種類判別や再生記録動作までの動作に多くの時間を要し てしまう。
[0013] 一方、記録済みディスク、未記録ディスク、多層記録ディスク、又は基板厚み誤差を 持つ粗悪な光ディスクと!/ヽつた様々な種類の光ディスクが光ディスク装置に挿入され たとしても、それらの光ディスクの種類を即座に判別して所望の記録層に即座にフォ 一カスサーボ動作を開始できることが望まれる。
[0014] 本発明は、上記したような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、 その目的は、球面収差の発生時においても焦点ずれ検出信号の品質劣化が少ない 焦点ずれ検出を行なうことができる光ヘッド装置及びこれを搭載した光ディスク装置 を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0015] 本発明に係る光ヘッド装置は、光ビームを放射する光源と、前記光ビームを光ディ スク上に集光する集光手段と、前記集光手段によって集光される光ビームにより形成 される集光スポットの焦点位置を前記光ディスクの記録面に垂直な方向に移動させる 集光スポット移動手段と、前記集光手段によって集光され前記光ディスクから反射さ れる光ビームを複数の分割光ビームに分割する光ビーム分割手段と、複数の分割受 光領域から構成される受光部を 1つ以上含み、前記複数の分割受光領域のそれぞ れに入射した前記分割光ビームの光量に応じた電気信号又は前記複数の分割受光 領域のそれぞれに入射した前記分割光ビームの光量の組み合わせに応じた電気信 号を出力する光検知手段とを有し、前記光ビーム分割手段により分割された前記複 数の分割光ビームは、 1つの円形状光束又は 1対の半円形状光束と、前記円形状光 束又は前記半円形状光束の外側の光束である少なくとも 2つの輪帯状光束又は少な くとも 2対の半輪帯状光束とを含むことを特徴としている。
発明の効果
[0016] 本発明に係る光ヘッド装置及び光ディスク装置によれば、全光束を用いて行なう従 来の焦点ずれ検出法において球面収差が存在したときに生じていた焦点ずれ検出 信号の振幅劣化を防ぐことができる。このため、例えば、フォーカスサーボ動作を安 定に行なうことができる他、フォーカスサーボ動作を行うサーボ回路のゲインの再調 整が不要になり、又は、球面収差の補正が不完全であっても層間フォーカスジャンプ 、ラジアルシークをミスなく実施できるので、動作速度を向上させることができる。
[0017] また、本発明に係る光ヘッド装置及び光ディスク装置によれば、全光束を用いて行 なう従来の焦点ずれ検出法において球面収差が存在したときに生じていた焦点ずれ 検出信号の振幅劣化を防ぐことができるので、光ディスクの記録層数の検出、及び光 ディスクの種類判別をミスなく行なうことができる。
[0018] また、本発明に係る光ヘッド装置及び光ディスク装置によれば、全光束を用いて行 なう従来の焦点ずれ検出法において球面収差が存在したときに生じていた焦点ずれ 検出信号の振幅劣化を防ぐことができるので、光ディスクの記録層数をミスなくカウン 卜することがでさる。
[0019] また、本発明に係る光ヘッド装置及び光ディスク装置は、光ディスクからの反射光の 球面収差を補正する球面収差補正手段が無くても焦点ずれ検出信号の振幅劣化は 発生しないので、低コストィ匕を図ることができる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る光ヘッド装置及び光ディスク装置の基本構成を示 す図である。
[図 2]実施の形態 1に係る光ヘッド装置におけるホログラム素子の分割パターンを概 略的に示す平面図である。
[図 3]実施の形態 1に係る光ヘッド装置における光検知器の 3つの受光部の 4分割さ れた受光領域パターンと、各受光部上の光束を示す模式図である。
[図 4]比較例の光ヘッド装置において検出される焦点ずれ検出信号の波形を示す図 である。
[図 5]実施の形態 1に係る光ヘッド装置において輪帯状光束 (ホログラム素子の分割 ノターンをひ =0. 32、 β =0. 42とした場合)を用いて検出される焦点ずれ検出信 号の波形を示す図である。
[図 6]実施の形態 1に係る光ヘッド装置において輪帯状光束 (ホログラム素子の分割 ノターンをひ =0. 84、 β =0. 94とした場合)を用いて検出される焦点ずれ検出信 号の波形を示す図である。
[図 7]実施の形態 1に係る光ヘッド装置におけるホログラム素子の分割パターンを α = βとして検出される 2つの焦点ずれ検出信号の振幅変化を示す図である。
[図 8]実施の形態 1に係る光ヘッド装置におけるホログラム素子の分割パターンを α = βとして検出される 2つの焦点ずれ検出信号のゼロクロス点のずれ量を示す図で ある。
[図 9]実施の形態 1に係る光ヘッド装置における光束の半径に対する位相分布を示 す図である。
[図 10]実施の形態 1に係る光ヘッド装置において輪帯状光束 (ホログラム素子の分割 パターンをひ =0. 63、 13 =0. 73とした場合)を用いて検出される焦点ずれ検出信 号の波形を示す図である。
[図 11]実施の形態 1に係る光ヘッド装置における焦点ずれ検出信号 FES2の球面収 差に対する振幅変化についてホログラム素子の第 2の領域の幅の依存性を示す特 '性図である。
[図 12]実施の形態 1に係る光ヘッド装置におけるホログラム素子の第 2の領域の中間 半径に対する第 2の焦点ずれ検出信号の振幅変化を示す図である。
[図 13]実施の形態 1に係る光ヘッド装置におけるホログラム素子の第 2の領域の中間 半径に対する第 2の焦点ずれ検出信号のゼロクロス点のずれ量を示す図である。
[図 14] (a)は理想条件において、 RF再生信号の変調成分の存在する範囲と第 2の 焦点ずれ検出信号のゼロクロス点は、変調成分のほぼ最大付近にゼロクロス点が存 在するようになることを示す図であり、（b)は、 3次の球面収差の係数と 5次の球面収 差が同符号又は異符号かの符号関係によって、第 2の焦点ずれ検出信号のゼロクロ ス点は移動したときの、 RF再生信号の変調成分の位置とゼロクロス点の位置関係を 示す図である。
[図 15] (a)〜 (g)は、実施の形態 1に係る光ヘッド装置における球面収差検出信号の 生成方法を説明するための波形図である。
圆 16]実施の形態 1に係る光ヘッド装置における球面収差検出回路の構成を示すブ ロック図である。
圆 17]実施の形態 1に係る光ヘッド装置における第 2の焦点ずれ検出信号又は第 3 の焦点ずれ検出信号の波形を示す概略図である。
[図 18] (a)〜（c)は、実施の形態 1に係る光ヘッド装置における光検知器上の輪帯状 光束と受光領域パターン及び改良型受光領域パターンを概略的に示す平面図であ る。
[図 19]本発明の実施の形態 1に係る光ヘッド装置及び光ディスク装置の変形例の基 本構成を示す図である。
[図 20]本発明の実施の形態 2に係る光ヘッド装置及び光ディスク装置の基本構成を 示す図である。 [図 21]実施の形態 2に係る光ヘッド装置におけるホログラム素子の分割パターンを概 略的に示す平面図である。
[図 22]実施の形態 2に係る光ヘッド装置における光検知器の受光領域パターンと、 各受光部上の光束を示す模式図である。
[図 23]本発明の実施の形態 3に係る光ヘッド装置及び光ディスク装置の基本構成を 示す図である。
[図 24]本発明の実施の形態 4に係る光ヘッド装置及び光ディスク装置の基本構成を 示す図である。
[図 25]本発明の実施の形態 4における焦点ずれ検出信号の波形の一例を計算した 結果を示す図である。
[図 26]実施の形態 4に係る光ヘッド装置における光検知器を 4つの受光部とする場 合の受光領域パターンと、各受光部上の光束を示す模式図である。
符号の説明
1 半導体レーザ、 2 光ビーム、 3 中心光軸、 4 平板ガラス板、 5 放熱パ ッケージ、 6 回折格子素子、 7 コリメータレンズ、 8 偏向プリズム、 8a 反射 面、 9 第 1のレンズ、 10 第 2のレンズ、 11 第 3のレンズ、 12 第 4のレンズ、
13 対物レンズ群、 14 光ディスク、 15 2次元ァクチユエータ、 16 球面収差 補正手段、 17 ホログラム素子、 18 センサー光学素子、 19 光検知器、 30 焦点ずれ検出回路、 31 トラッキング誤差検出回路、 32 球面収差検出回路、 33 再生信号検出回路、 34 フォーカスサーボ回路、 35 トラッキングサーボ回 路、 36 球面収差補償回路、 37 ディスク判別回路、 38 記録層数カウント回 路、 101 偏光型ホログラム素子、 102 4分の 1波長板、 150 スライス回路、 151 正負 2値ィ匕回路、 152 微分回路、 120, 121 ビーム整形プリズム、 122 , 123 液晶位相補正素子、 124 4分の 1波長板、 201, 201a, 202, 203 光 ヘッド装置、 301, 301a, 302, 303 光ディスク装置、 FES1 第 1の焦点ずれ検 出信号、 FES2 第 2の焦点ずれ検出信号、 FES3 第 3の焦点ずれ検出信号、 FES 焦点ずれ検出信号。
発明を実施するための最良の形態 [0022] 実施の形態 1.
図 1は、本発明の実施の形態 1に係る光ヘッド装置 201及びこれを搭載した光ディ スク装置 301の基本構成を示す図である。図 1に示されるように、実施の形態 1に係る 光ヘッド装置 201は、光源である半導体レーザ 1と、半導体レーザ 1から出射される 光ビーム 2 (その中心光軸を一点鎖線 3で示す。）の射出窓となる平板ガラス板 4と、 放熱パッケージ 5とを有している。放熱パッケージ 5は、半導体レーザ 1と平板ガラス 板 4とを一体化し、且つ、半導体レーザ 1の発光によって発生する熱を放熱する機能 を有している。
[0023] また、実施の形態 1に係る光ヘッド装置 201は、光ビーム 2を複数に分光するため の回折素子 6と、光ビーム 2をほぼ平行光束ビームに変換するコリメータレンズ 7と、内 部に設けられた反射面 8aによりコリメータレンズ 7を透過した光ビーム 2を偏向する偏 向プリズム 8と、第 1のレンズ 9と、第 2のレンズ 10と、第 3のレンズ 11と、第 4のレンズ 1 2とを有している。偏向プリズム 8の反射面 8aにより偏向された光ビーム 2は、第 1のレ ンズ 9及び第 2のレンズ 10を透過し、その後、第 3のレンズ 11及び第 4のレンズ 12に よって構成される対物レンズ群 13により光ディスク 14上に集光される。
[0024] また、実施の形態 1に係る光ヘッド装置 201は、 2次元ァクチユエータ 15と、 1次元 ァクチユエータ 16 (又は、送りモータ）とを有している。 2次元ァクチユエータ 15は、対 物レンズ群 13を、その光軸方向（光ディスクの記録面にほぼ垂直な方向であり、図 1 における z軸方向である。）及び光ディスク 14のラジアル方向 DR (光ディスクの記録 面にほぼ平行な方向であり、図 1における X軸方向である。）に移動させることができる 。 1次元ァクチユエータ 16は、第 1のレンズ 9を、その光軸方向（図 1における z軸方向 )に移動させることで、第 1のレンズ 9と第 2のレンズ 10とのレンズ間距離を変えること ができる。第 1のレンズ 9、第 2のレンズ 10、及び 1次元ァクチユエータ 16により、光ビ ームの球面収差を補正することができる。なお、本発明の光ヘッド装置の構成は、図 1に示されたものに限定されな 、。
[0025] 光ディスク 14で反射された光ビーム 2は、再び第 4のレンズ 12と第 3のレンズ 11を 透過後、第 2のレンズ 10と第 1のレンズ 9を透過し、偏向プリズム 8を（図 1において、 z方向）に透過する。 [0026] また、図 1に示されるように、実施の形態 1に係る光ヘッド装置 201は、ホログラム素 子 17と、センサー光学素子 18と、光検知器 19とを有している。ホログラム素子 17は、 光ディスク 14で反射され偏向プリズム 8を透過した光ビームを少なくとも 2つの光束に 分割又は分光する。センサー光学素子 18は、ホログラム素子 17で分割又は分光さ れた複数の光束のそれぞれを集光させるレンズ機能及び収差付加機能などを有す る。光検知器 19は、複数の分割受光領域 (例えば、後述する図 3における Al、 Bl、 Cl、 D1)力 構成される受光部（例えば、後述する図 3における P1)を 1つ以上含み 、複数の分割受光領域のそれぞれに入射した光量に応じた電気信号又は複数の分 割受光領域のそれぞれに入射した光量の組み合わせに応じた電気信号を出力する 。センサー光学素子 18によって、ホログラム素子 17で分割又は分光された光束のそ れぞれは、光検知器 19の受光面に集光されている。なお、光利用効率を向上させる ために、偏向プリズム 8を偏光型プリズムとして、偏光型プリズムと第 1のレンズ 9との 間に 4分の 1波長板（図示せず)を配置することにより、偏向面 8aの透過効率を向上 させてもよい。また、ホログラム素子 17は、 2次元ァクチユエータ 15に対物レンズ群 1 3と共に搭載してもよい。さらにまた、ホログラム素子に代えて、入射光束の透過又は 遮蔽を制御できる複数の領域を備えた液晶型アパーチャ素子を用いることもできる。
[0027] 光検知器 19で変換された電気信号は、焦点ずれ検出回路 30、トラッキング誤差検 出回路 31、球面収差検出回路 32、及び再生信号検出回路 33により演算され、それ ぞれの検出信号を電圧信号として出力する。
[0028] 焦点ずれ検出回路 30で生成される焦点ずれ検出信号は、 2次元ァクチユエータ 15 を焦点方向（図 1における z軸方向）に駆動させるフォーカスサーボ回路 34に入力さ れる。フォーカスサーボ回路 34は、入力された焦点ずれ検出信号に基づいて 2次元 ァクチユエータ 15の動作を制御する。
[0029] トラッキング誤差検出回路 31で生成されたトラッキング誤差検出信号は、 2次元ァク チユエータ 15を光ディスク 14のラジアル方向 DR (すなわち、 X軸方向）に駆動させる トラッキングサーボ回路 35へ入力される。トラッキングサーボ回路 35は、入力されたト ラッキング誤差検出信号に基づいて 2次元ァクチユエータ 15の動作を制御する。
[0030] 球面収差検出回路 32で生成された球面収差検出信号は、球面収差補償回路 36 へ入力される。球面収差検出信号は、光ディスク 14の基板の厚み誤差や多層記録 ディスクの層間厚み差で生じる球面収差や、光ヘッド装置の光学系で発生する不要 な球面収差を補正する球面収差補正手段を構成する 1次元ァクチユエータ 16の動 作を制御するための制御信号として用 、られる。 1次元ァクチユエータ 16を動作させ 、第 1のレンズ 9と第 2のレンズ 10のレンズ間距離を変化させると、第 2のレンズ 10か ら出る光ビームを平行光、発散光、又は収束光にすることができるので、 2次元ァクチ ユエータ 15に搭載された対物レンズ群 13へ入射する光ビームの入射条件が変化し て、光ディスク 14へ集光される光ビームに所望の球面収差を与えることができる。
[0031] 再生信号検出回路 33は、光ディスク 14に記録されたデータの再生信号を生成す る。
[0032] 焦点ずれ検出回路 30で生成された焦点ずれ検出信号は、特に多層記録ディスク の各記録層で検出される焦点ずれ検出信号波形の数をカウントする記録層数カウン ト回路 38へ入力され、記録層数カウント回路 38から記録層のカウント数が出力される 。ディスク判別回路 37は、焦点ずれ検出回路 30で生成された焦点ずれ検出信号の 振幅及び記録層数カウント回路 38から出力される記録層のカウント数などを光デイス クの特徴として取捨選択し、光ディスク 14の種類を判別する。
[0033] 図 2は、ホログラム素子 17の分割パターンの概略図である。図 2において、ホログラ ム素子 17上に破線で示した円 50は、対物レンズ群 13の有効光束の最外周を表して おり、円 50の内側の領域は対物レンズ群 13の開口数 NA に相当した範囲を意味
OBJ
する。図 2において、 X印で示す中心点 51は、ホログラム素子 17上における光ビー ムの設計中心光軸の位置であり、ホログラム素子 17は、点 51を中心とした同心円状 の 3つの領域を含む分割パターンを持つ。以下の説明においては、ホログラム素子 1 7上の設計中心光軸 51からの半径位置を、対物レンズ群 13の開口数 NA に相当
OBJ
した光束の半径による正規ィ匕半径 r (すなわち、最外周が r= lとなるように正規ィ匕した 半径）により表し、この正規ィ匕半径 rを用いて光束範囲を定義する。
[0034] 図 2に示されるように、ホログラム素子 17は、第 1の領域 40、第 2の領域 41、及び第 3の領域 42の 3つの領域を含む。第 1の領域 40は、設計中心光軸 51から正規ィ匕半 径 rが α未満の領域 (0≤r< αを満たす領域、すなわち、図 2における円 52の内側 の領域)である。第 2の領域 41は、正規化半径 rが α以上 |8未満の領域 ≤r< β を満たす領域、すなわち、図 2における円 52と円 53の間の領域)である。第 3の領域 42は、正規化半径 rが β以上の領域（ |8≤rを満たす領域、すなわち、図 2における 円 53上及びその外側の領域）である。ここで、 α及び j8は、 0≤ αく 1、 0< j8≤1の 値を取り得、また、 α < βを満たす。また、第 2の領域 41の幅を Wで表すと、
Η
W = β - α
Η
であり、第 2の領域 41の中間半径を rで表すと、
0
r = ( α + β ) /2
ο
である。
[0035] ホログラム素子 17の第 1、第 2、及び第 3の領域 40、 41、及び 42にはそれぞれ回 折格子が形成されている。第 1、第 2、及び第 3の領域 40、 41、及び 42のそれぞれは 、各領域内の格子間隔、格子形状、及び格子方向などの最適化によって、ホロダラ ム素子 17に入射する光ビームを、各領域の光束に分割すると同時に、それぞれ異な る方向へ回折させる。第 1、第 2、及び第 3の領域 40、 41、及び 42によって分割され た光束のそれぞれは、センサー光学素子 18によって、光検知器 19の各受光部（後 述する図 3における Pl、 Ρ2、及び Ρ3)上にほぼ集光される。この分割パターンの場 合、第 1、第 2、及び第 3の領域 40、 41、及び 42で分光及び回折される光束をそれ ぞれ、第 1の光束 Ul、第 2の光束 U2、及び第 3の光束 U3とする。
[0036] 図 3は、光検知器 19の受光領域のパターンと、光検知器 19の各受光部 Pl、 P2、 及び P3上に照射される第 1、第 2、及び第 3の光束 Ul、 U2、及び U3を示す概略図 である。図 3に示される光検知器 19の各受光部 Pl、 P2、及び P3の受光領域のパタ ーンは、図 2に示される分割パターンのホログラム素子 17を用いる場合の受光領域 のパターンである。
[0037] ホログラム素子 17が図 2に示される分割パターンを持つ場合には、図 3に示される ように、光検知器 19は、第 1、第 2、及び第 3の受光部 Pl、 P2、及び P3を持つ。第 1 、第 2、及び第 3の受光部 Pl、 P2、及び P3のそれぞれは、 4つの受光領域を持つ。 ホログラム素子 17で分光及び回折された光束のうち、第 1、第 2、及び第 3の光束 U1 、 U2、及び U3が、それぞれ第 1、第 2、及び第 3の受光部 Pl、 P2、及び P3によって 、図 3に示されるように受光される。第 1、第 2、及び第 3の受光部 Pl、 P2、及び P3の 分割境界線 Lla、 L2a、及び L3aは光ディスク 14のタンジェンシャル方向（図 1にお ける y軸方向）にほぼ平行になり、各受光部 Pl、 P2、及び P3の分割境界線 Llb、 L2 b、及び L3bは光ディスク 14のラジアル方向 DR (図 1における x軸方向）にほぼ平行 になるように、光検知器 19を配置する。第 1の受光部 P1は、分割境界線 Lla及び L1 bで分割された 4つの受光領域 Al、 Bl、 Cl、及び D1を有する。また、第 2の受光部 P2は、分割境界線 L2a及び L2bで分割された 4つの受光領域 A2、 B2、 C2、及び D 2を有する。さらに、第 3の受光部 P3は、分割境界線 L3a及び L3bで分割された 4つ の受光領域 A3、 B3、 C3、及び D3を有する。なお、以下の説明においては、記号 A 1〜A3、 B1〜B3、 C1〜C3、及び D1〜D3は、対応する各受光領域の検出信号の 値としても用いる。
[0038] ここで、センサー光学素子 18として、例えば、シリンドリカルレンズのような非点収差 付加機能を有するものを用いれば、第 1、第 2、及び第 3の光束 Ul、 U2、及び U3の それぞれについて、従来力 よく用いられている非点収差法焦点ずれ検出と同様な 焦点ずれ検出を行なうことができる。言い換えれば、焦点ずれ検出範囲に応じた大き さの非点収差を発生するセンサー光学素子 18を、その焦線力 軸又は y軸方向に対 して斜めの角度方向となるように配置し、且つ、第 1、第 2、及び第 3の光束 Ul、 U2、 及び U3がそれぞれほぼ最小錯乱円となるような光軸方向（すなわち、 z軸方向）の位 置に受光面を配置すれば、光ディスク 14上で生じる焦点ずれに対する非点収差法 焦点ずれ検出信号波形を、第 1、第 2、及び第 3の光束 Ul、 U2、及び U3のそれぞ れにより得ることができる。
[0039] このとき、第 1、第 2、及び第 3の受光部 Pl、 P2、及び P3のそれぞれによる第 1、第 2、及び第 3の焦点ずれ検出信号 FES1、 FES2、及び FES3は、次式（1)〜（3)によ り得ることがでさる。
FES1 = (A1 + C1) - (B1 + D1) …ひ）
FES2= (A2 + C2) - (B2 + D2) - -- (2)
FES3= (A3 + C3) - (B3 + D3) - -- (3)
[0040] また、従来の非点収差法における焦点ずれ検出信号 FESは、次式 (4)により等価 的に得ることができる。
FES = FES1 +FES2 + FES3 - - - (4)
[0041] 上記のような構成によれば、光学系の球面収差がほぼゼロであって、且つ光デイス ク 14上の焦点ずれがない状態のときに、焦点ずれ検出信号 FESがゼロになるように 、光検知器 19を光軸方向（z軸方向）に調整しておけば、第 1、第 2、及び第 3の光束 Ul、 U2、及び U3の受光面上の光強度分布は概略、図 3のようになる。すなわち、 第 1、第 2、及び第 3の焦点ずれ検出信号 FES1、 FES2、及び FES3はほぼゼロとな る。
[0042] ただし、 a =0となるように構成した場合には、実質的に第 1の光束 U1は存在しなく なるので、第 1の受光部 P1を無くしてもよい。また、 j8 = 1となるように構成した場合に は、実質的に第 3の光束 U3が存在しなくなるので、第 3の受光部 P3を無くしてもよい 。さらにまた、 α = βとなるように構成した場合には、実質的に第 2の光束 U2が存在 しなくなるので、第 2の受光部 Ρ2を無くしてもよい。
[0043] また、第 1、第 2、及び第 3の受光部 Pl、 Ρ2、及び Ρ3のそれぞれのプッシュプル法 による第 1、第 2、及び第 3のトラッキング誤差検出信号 TES1、 TES2、及び TES3は 、次式（5)〜（7)により得ることができる。
TES 1 = (A1 + D1) - (B1 +C1) - - - (5)
TES2= (A2 + D2) - (B2 + C2) - - - (6)
TES3 = (A3 + D3) - (B3 + C3) - - - (7)
[0044] トラッキング誤差検出信号 TESは、次式 (8)により得ることができる。
TES = TES1 +TES2+TES3 - - - (8)
[0045] また、他の方法として、第 1、第 2、及び第 3の受光部 Pl、 P2、及び P3のそれぞれ において、ラジアル方向 DRに隣り合う 2つの受光領域力 の出力信号又は対角の受 光領域から出力される 2つの和信号の位相比較を用いる DPD法 (位相差法）によつ てトラッキング誤差を検出してもよい。
[0046] ただし、通常のプッシュプル法では光ディスクのタンジェンシャル方向に相当する方 向の直径で 2分割される領域の受光光量差を演算するが、図 1の光学構成のよう〖こ 非点収差法焦点ずれ検出系と共通な光路で検出を行なう場合、非点収差による最 小錯乱円において前記タンジェンシャル方向の直径の方向は 90度折り返されて、図
1の X軸方向になる。
[0047] 再生信号検出回路 33は、次式 (9)により再生信号 RFを算出する。
RF= (A1 +A2 +A3) + (B1 + B2 + B3)
+ (C1 + C2 + C3) + (D1 + D2 + D3) - - - (9)
[0048] 以上の説明では、ホログラム素子 17の第 1、第 2、及び第 3の領域 40、 41、及び 42 のそれぞれで回折される 1次回折光についてのみ図示した力 他の次数の回折光に っ ヽても同様に考えることができる。
[0049] また、上記の焦点ずれ検出回路 30、トラッキング誤差検出回路 31、球面収差検出 回路 32、及び再生信号検出回路 33はそれぞれ、例えば、半導体集積回路によって
、光検知器 19内部に集積ィ匕されていてもよい。
[0050] 図 4は、本発明の比較例としての光ヘッド装置において検出される焦点ずれ検出信 号の波形を示す図である。図 4において、横軸は光ディスク上の焦点ずれ DE [ μ
FP
m〕を示し、 0は焦点位置が光ディスクの情報記録面上にある場合を示し、 0より右側（ プラス側）は焦点位置が光ディスクの情報記録面より近い位置にある場合を示し、 0よ り左側（マイナス側）は焦点位置が光ディスクの情報記録面より遠い位置にある場合 を示している。また、図 4において、縦軸は焦点ずれ検出信号 FESの振幅 AM を
FES
示し、 AM = 0の点は、ゼロクロス点 ZCである。図 4には、従来の非点収差法によ
FES
つて検出される焦点ずれ検出信号 FES (すなわち、 FES 1 +FES2 + FES3に相当 する信号)の計算波形の一例が示されており、光学系に球面収差が発生した場合を 示している。光学系に球面収差が存在すると、球面収差が存在しない場合 (球面収 差 W = 0の場合）に比べて、信号振幅は大きく減衰し劣化する。図 4は、対物レンズ
SA
開口数 NA 0· 85、波長 λ =405nmの場合を示す。このような信号劣化が生じ
OBJ
る原因は、球面収差が存在すると、光束中心に近い内側光束と光束の最外周に近 い周辺光束との結像位置に差が発生して、内側光束と周辺光束とを混在した状態で 焦点ずれ検出を行うと、互いの光束が打ち消し合うためである。
[0051] 図 4に示されるように、球面収差の増大に伴って焦点ずれ検出信号の振幅 AM
FES
が減衰すると、フォーカスサーボ動作が不安定になり、また、フォーカスサーボを動作 させる際にフォーカスサーボ回路 34の回路ゲインを設定し直す必要が発生するなど 、システムが複雑ィ匕する。
[0052] また、光ディスクには基板厚みの異なるものや、多層記録構造を有するものなど多 くの種類があるため、光ヘッド装置が搭載される光ディスク装置では、上記のような光 ディスクの種類を正確に判別することが必要となる。この判別は、光ビームが光デイス クの各記録層で反射されることで検出される焦点ずれ検出信号の振幅 AM や波
FES
形の数を検出し、その特徴力 行なわれるが、図 4に示したような従来の非点収差法 で検出された焦点ずれ検出信号を使用して上記判別を行なう際には、次のような問 題が生じてしまう。
[0053] 記録層数カウント回路 38では、各記録層で検出される焦点ずれ検出信号の振幅 が記録層数カウント回路 38の内部で、あるしきい値レベルを超えるか否かによって記 録層の有無を判定するので、図 4に示すように、信号振幅が劣化するとしきい値レべ ルを下回って、カウントミスを起こしやすくなる。
[0054] また、ディスク判別回路 37においても、記録層数カウント回路 38と同様なしきい値 レベルを基準として振幅レベルを判定したり、サンプリングなどによって振幅レベルを 計測して光ディスクの種類判別が行なわれるので、図 4のような振幅劣化が発生する と判別ミスを起こしやすくなる。
[0055] 図 5は、本発明の実施の形態 1に係る光ヘッド装置 201において輪帯状光束 (ホロ グラム素子の分割パターンを α =0. 32、 β =0. 42とした場合の計算波形)を用い て検出される第 2の焦点ずれ検出信号 FES2の波形を示す図である。また、図 6は、 本発明の実施の形態 1に係る光ヘッド装置 201にお 、て輪帯状光束 (ホログラム素 子の分割パターンを α =0. 84、 β =0. 94とした場合の計算波形)を用いて検出さ れる第 2の焦点ずれ検出信号 FES2の波形を示す図である。図 5及び図 6において、 横軸は光ディスク上の焦点ずれ量 DE 〔 μ m]を示し、 0は焦点位置が光ディスクの
FP
情報記録面上にある場合を示し、 0より右側（プラス側）は焦点位置が光ディスクの情 報記録面より近！ヽ位置にある場合を示し、 0より左側 (マイナス側）は焦点位置が光デ イスクの情報記録面より遠い位置にある場合を示している。また、図 5及び図 6におい て、縦軸は焦点ずれ検出信号 FES2の振幅 AM を示し、 AM =0の点は、ゼ 口クロス点 ZCである。図 5及び図 6に示される第 2の焦点ずれ検出信号 FES2は、ホ ログラム素子 17の第 2の領域 41による第 2の光束 U2によって得られるものであり、図 4 (比較例）と同じ条件で計算したものである。
[0056] このように、焦点ずれ検出に使用する第 2の光束 U2の範囲を限定して光束範囲の 位相変化を小さくすれば、図 4 (比較例)を用いて説明した打ち消し合いを少なくでき 、焦点ずれ検出信号の劣化を抑制することができる。
[0057] 以上のようにして得られた第 2の焦点ずれ検出信号 FES2を記録層数カウント回路 38又はディスク判別回路 37に入力すれば、焦点ずれ検出信号 FESを用いる従来の 方法（図 4)に比べて、球面収差による信号振幅の劣化が小さくなり（すなわち、図 5 及び図 6において、 W の値が増加しても、信号 FES 2の振幅 AM は低下せず）
SA FES2
、光ディスクの判別ミス及び記録層数のカウントミスを防ぐことができる。
[0058] さらに、フォーカスサーボを動作させた後に、例えば、 RF信号の品質、又はトラツキ ング信号、又は溝横断時の変調信号の振幅レベルなどをモニターしながら球面収差 補正を実施するシステムの場合、球面収差が存在しても球面収差の調整をせずに即 座にフォーカスサーボ動作を開始できることは動作の高速ィ匕の点からも望まれる。
[0059] そこで、図 4の焦点ずれ検出信号 FESをフォーカスサーボ回路 34の入力信号とす れば、たとえ球面収差が存在しても球面収差補正を行なわずに即座にフォーカスサ ーボ動作を開始することが可能となる。
[0060] また、 α = β ( =τ )として第 2の領域 41を無くしたホログラム素子 17を適用した構
0
成でも、第 1の領域 40及び第 3の領域 42で分割される第 1の光束 U1及び第 3の光 束 U3で生成される第 1の焦点ずれ検出信号 FES 1又は第 3の焦点ずれ検出信号 F ES 3を用いれば、信号振幅の劣化を低減することができる。
[0061] 図 7は、実施の形態 1に係る光ヘッド装置 201におけるホログラム素子の分割パタ ーンぉ = α = βとして検出される 2つの焦点ずれ検出信号の振幅変化を示す図で
0
ある。図 7において、横軸はホログラム素子 17の正規ィ匕された半径 rを示し、縦軸は 焦点ずれ検出信号 FES 1及び FES3の正規化された信号振幅 NAM 又は NAM
FES1 を示す。言い換えれば、図 7は、正規ィ匕された半径 r (r = α = βの場合)を内周
FES3 0
力も外周に変化させたときの第 1の焦点ずれ検出信号 FES 1及び第 3の焦点ずれ検 出信号 FES3の信号振幅 NAM 又は NAM の変化を示す図である。ここで、
FESl FES3
球面収差の大きさを、例えば、 W = 5. 787えとした。従来（図 4)の焦点ずれ検出
SA
信号の FESに比べて、第 1の焦点ずれ検出信号 FES1は rを小さくするほど振幅劣 化は小さくなり、例えば、 r< 0. 7のとき球面収差が存在しない場合の信号振幅に対 して 20%以上の改善が見込める。また、第 3の焦点ずれ検出信号 FES3については 、r>0. 7で 20%以上の改善が見込める。
[0062] したがって、 rを最適化することで、大きな球面収差が存在する場合でも、第 1の焦 点ずれ検出信号 FES1又は第 3の焦点ずれ検出信号 FES3を用いれば、従来の非 点収差法焦点ずれ検出信号 FESに比べて、振幅劣化を抑制でき、光ディスクの判 別や記録層数のカウントをミス無く行なうことが可能となる。
[0063] 図 8は、図 7の信号振幅特性の横軸に対応した焦点ずれ検出信号 FES1及び FES 3のゼロクロス点のずれ量を示した図である。図 7において、横軸はホログラム素子 17 の正規ィ匕された半径 rを示し、縦軸は焦点ずれ検出信号 FES1及び FES3のゼロクロ ス点のずれ量 DE 〔 μ m〕を示す。ここで、ゼロクロス点のずれ量 DE とは、球面収
ZC ZC
差の大きさが W =0のときに対物レンズ群 13によって光ディスク 14へ光ビームが最
SA
も集光される位置力 の距離であり、ゼロクロス点をサーボ動作点としてフォーカスサ ーボ動作させたときに発生する光ディスク 14上での焦点ずれを示すものである。した がって、ゼロクロス点をサーボ動作点としてフォーカスサーボ動作した後に、例えば、 電気的なオフセットを与えることで光ディスク 14上での前記焦点ずれを抑制すること ができる。
[0064] また、ホログラム素子 17の α及び j8の値を以下のようにして決定することで、次の 効果を得ることができる。
[0065] 光ディスク 14の基板厚み誤差や多層記録ディスクの層間距離差によって生じてい る球面収差は、 3次の球面収差 W が最も支配的であると仮定すると、球面収差 W
40 40 は光ビームの中心光軸からの距離 rの 4乗に比例した式で一般に表される。
[0066] し力し、光ディスク 14と対物レンズ群 13の距離を補正などすることによって rの 2次 関数で表される焦点ずれ収差成分を補正して、集光スポットの品質を改善することが できる。前記焦点ずれ収差成分が補正されるときの収差を、次式（10)とおく場合に ついて述べる
[数 1]
W40(r) = WSAx(6r4-6r2 +l) d o)
[0067] 図 9は、光ビームの中心光軸力 の距離である正規ィ匕半径 rを横軸にして球面収差 の位相 PH の分布を縦軸に示したものである。ここで、光ビームの最外周径を r=l
SA
とし、 W は r=lにおける球面収差の位相量である。
SA
[0068] 式（10)で表される球面収差の位相分布は、図 9のようになる。したがって、光デイス ク 14と対物レンズ群 13の距離を補正することによってだけでは完全に収差を無くす ることはできないが、光ディスク 14上での集光スポットの品質を最大限の良い状態に することができ、光ディスク 14に記録されるデータを読み出した再生信号の品質は、 最大限の良い状態となる。また、集光スポットの品質が良くなれば、記録性能にも有 利となる。
[0069] 次に、式（10)を rについて微分すると、次式（11)になる。
[数 2] W40(r) = WSA x (24r3 -12r)= WSA xl2rx(2r2 -l) .- ( 1 1 ) ur
[0070] 式（11)の左辺が 0になる条件は、次式（12)である。
[数 3] W4。(r)=。 … （，
[0071] 式（12)を満たす条件は、次式（13)である。
[数 4]
r = 0, 士^ * 0, ±0.7071 ( 1 3 ) [0072] 第 2の領域 41の中間半径 rをほぼ lZ 2であるとする。すなわち、図 9の位相分
0
布を表す関数が極値となる、すなわち、接線傾きが 0となる距離 r= lZ 2又はその 近傍の光束を取り出せるようなホログラム素子 17の分割パターンとする。
[0073] 図 10は、 ex =0. 63、 β =0. 73の場合の第 2の焦点ずれ検出信号 FES2の計算 波形を示したものである。図 10において、横軸は光ディスク上での焦点ずれ量 DE
FP
m〕を示し、 0は焦点位置が光ディスクの情報記録面上にある場合を示し、 0より右 側（プラス側）は焦点位置が光ディスクの情報記録面より近い位置にある場合を示し、 0より左側（マイナス側）は焦点位置が光ディスクの情報記録面より遠い位置にある場 合を示している。また、図 10において、縦軸は焦点ずれ検出信号 FES2の正規ィ匕さ れた信号振幅 NAM を示し、 AM =0の点は、ゼロクロス点 ZCである。図 5及
FES2 FES2
び図 6で示した焦点ずれ検出信号波形では、波形の上ピークと下ピークの間にあつ て信号レベルがゼロとなるゼロクロス点力 球面収差の大きさによってそれぞれプラス 方向及びマイナス方向へ移動しているのに対して、図 10に示す焦点ずれ検出信号 波形のゼロクロス点 ZCの位置は、球面収差の大きさによって変動しない。
[0074] 図 5、図 6、及び図 10の横軸（光ディスク上での焦点ずれ量 DE を示す軸）の 0に
FP
当たる位置は、対物レンズ群 13によって光ディスク 14へ光ビームが最も集光される 位置を示している。よって、図 10の波形のように、ゼロクロス点 ZCが横軸の 0の位置 にあることが望ましぐその場合にはゼロクロス点 ZCをサーボ動作点としてフォーカス サーボを動作させるだけで、光ディスク 14上に光ビームを良好に集光できる。
[0075] 図 5及び図 6のように、ゼロクロス点が横軸 0の位置からずれて!/、る場合には、フォ 一カスサーボ回路により電気的にオフセットを与えるなどしてサーボ動作点を最良な 位置に調整して補償することができるが、一方、ゼロクロス点が大きくずれて焦点ず れ 0となる位置が焦点ずれ検出信号の上ピークと下ピークの間から外れてしまうと、も はや前記のような電気的オフセットを与えて補償することは不可能となる。
[0076] ゼロクロス点の移動を防ぐ上記のような効果が得られるのは、図 9に示した球面収差 の位相分布を有した光束のうち、 rに対して位相変化が最も少ない r= 1Z 2付近の 範囲のみを用いることにより、球面収差が焦点ずれ検出に与える影響を抑制できるよ うにしたためである。 [0077] 図 10のように第 2の焦点ずれ検出信号 FES2を 2次元ァクチユエータ 15の制御信 号として用いてフォーカスサーボを動作させれば、球面収差補正を行なわなくても（し たがって、球面収差補正手段を有しなくても）、又は球面収差補正が最適な状態でな くても、上記式（10)で表す焦点ずれ収差で補正された最大限に品質の良い集光ス ポットとすることが可能となる。
[0078] したがって、光ディスクの任意の記録層にフォーカスサーボを動作させた瞬間に、 上記の最大限に品質の良!、光スポットが得られれば、必ずしも球面収差補正が最適 な状態でなくても記録データを再生又は書き込み可能となる他、集光スポットが光デ イスク 14のトラックを横断する際に得られるトラック横断変調信号、又はトラッキング誤 差信号の品質を維持でき、前記トラック横断信号又はトラッキング誤差信号力もトラッ クジャンプ数などを検知して行なう光ディスク 14のラジアル方向 DRへのシーク動作 をより安定にできる。
[0079] 特に多層記録ディスクを再生記録中にある層から任意の層へ層間ジャンプするよう な場合にも有効であり、層間ジャンプ前又は層間ジャンプ後の時点で球面収差補正 を十分に行なわなくても、シークに耐えるトラック横断変調信号又はトラッキング誤差 信号が得られれば即座に所望のトラックへ移動できる。球面収差補正については、 上記シーク中に実施してトラック移動後に即座に再生記録動作へ移行することが可 能となり、アクセス性能を良好にすることができる。
[0080] また、 α及び |8の中点 rをほぼ lZ 2に設定すれば、ゼロクロス点の位置変動を
0
小さくできるが、 1Z 2から幾分異なった値であっても上記と同様な効果を得ること ができる。
[0081] 図 5及び図 6で示した波形は、ホログラム素子 17の第 2の領域 41の幅が | j8— α
I =0. 1の場合であつたが、第 2の領域 41の幅 I j8— α Iは 0. 1以外であってもよ い。
[0082] また、 I — α Iを大きくできれば、それだけ大きな光量を使って信号生成できる ので、電気回路のオフセットやノイズに影響されにくい第 2の焦点ずれ検出信号 FES 2を確保することができる。
[0083] さらに、第 2の領域 41の幅を広く取れば、ホログラム素子 17の分割パターンが作製 しゃすくなる利点もある。
[0084] 図 11は、第 2の領域 41の幅 I j8— α Iに対する第 2の焦点ずれ検出信号 FES2 の振幅変化について計算した結果を示す図である。図 11において、横軸は球面収 差 W 〔え〕を示し、縦軸は焦点ずれ検出信号 FES2の正規化された信号振幅 ΝΑ
SA
Μ を示す。また、図 11において、黒丸を結ぶ破線（ I β - α I = 1. 0の場合）は
FES2
、従来の焦点ずれ検出信号 FESの正規化された信号振幅に相当する。ここでは、第 2の領域 41の中間半径 r =0. 68の場合であり、式（12)をほぼ満たしたゼロクロス点
0
のずれが少ない条件での計算である。図 11より、ある同じ大きさの球面収差が存在し ている場合でも、 I β - α Iを大きくするほど焦点ずれ検出信号の振幅劣化は大き くなる傾向を持つ力 破線で示された従来の検出法の場合に比べ、振幅劣化は改善 される。
[0085] 図 12は、 I jS — a |が 0. 2及び 0. 4である場合について、 rを内周から外周に変
0
ィ匕させたときの焦点ずれ検出信号の振幅変化を示した図である。図 12において、横 軸は中間半径 rを示し、縦軸は焦点ずれ検出信号 FES2の正規化された信号振幅
0
NAM を示す。ここでは、球面収差の大きさを、例えば、 W = 5. 787えとした。
FES2 SA
図 12から分力るように、 rを小さくしていく（すなわち、第 2の領域 41を内周側に移動
0
させる）につれて、球面収差による信号振幅の劣化が小さくなる傾向を示し、 r
0にか 力わらず従来の検出法に比べて信号振幅の劣化を改善できる。また、 I |8— α Iが 小さ 、ほど信号振幅の劣化は抑制され、従来の検出法に比べて振幅劣化を抑制で きる。
[0086] 図 13は、図 12の信号振幅特性の横軸に対応した焦点ずれ検出信号 FES2のゼロ クロス点のずれ量を示した図である。図 13において、横軸は中間半径 rを示し、縦軸
0
は焦点ずれ検出信号 FES2のゼロクロス点のずれ量 DE 〔 μ m〕を示す。ここで、球
ZC
面収差の大きさが W =0のときに、対物レンズ群 13によって光ディスク 14へ光ビー
SA
ムが最も集光される位置力もの距離として縦軸に示している。 I β - α Iが 0. 2及 び 0. 4のいずれである場合も、 rに対して同様な変化であり、ほぼ式（13)で導出さ
0
れる r= 1Z 2の位置で横軸と交点をもち、そこでゼロクロス点のずれ量は 0となる。 図 13の変化は、その他の I j8— α I条件でも、また、その他の大きさの球面収差条 件でも同じような傾向（図示せず)となる。
[0087] したがって、図 13の横軸の交点付近に第 2の領域 41の中間半径 rを設定する、す
0
なわち、前記交点付近の光束を取り出せるようなホログラム素子 17の分割パターンと することで、球面収差による焦点ずれ検出信号の振幅劣化を少なくでき、且つ前記 ゼロクロス点のずれが少ない第 2の焦点ずれ検出信号 FES2を得ることができる。
[0088] ホログラム素子 17の α及び βは、実施の形態 1の光ヘッド装置 201を搭載した光 ディスク装置 301において発生しうると想定する球面収差の大きさと、光ディスク装置 301のシステム全体として許容される焦点ずれ検出信号の信号振幅の劣化量とに基 づいて最適化すればよい。
[0089] ところで、図 13においてゼロクロス点のずれ量が無くなる交点は、式（13)で導かれ た 1Z 2 (^0. 7071)よりもやや小さい位置にあり、その交点の位置は第 2の領域 4 1の幅 I j8— α Iが大きくなるほどさらに小さくなる傾向を持つ。
[0090] よって、第 2の領域 41の幅 I β— α Iに応じて、中間半径 rをシフトさせることがよ
0
り望ましぐより正確にゼロクロス点のずれ量をゼロに近づけることができる。このような 最適となる OC及び βの設定方法を以下に述べる。
[0091] 最適となる α及び j8の設定方法では、 r= α及び r= βのそれぞれにおいて図 9の 位相分布の値が等しくなるような α及び ι8を設定する。すなわち、次式（14)が成立 する α及び j8に設定する。この方法によって、求められる α及び j8にできる限り近く 設定するほど、第 2の領域 41の幅 I β— α Iに応じた最適な中間半径 rを設定でき
0 る。
W ) =W ( β ) - - - ( 14)
40 40
[0092] よって、式（14)を満たす |8は、次式（15)となる。
[数 5] β = 0, 土 r_a 2 … （， 5 )
[0093] したがって、第 2の領域 41の中間半径 rは、 αによって、次式（16)のように表すこ
0
とがでさる。 [数 6]
(α + β) + Vl-α2
[0094] 例えば、 I j8— α I = 0. 2の場合であれば、式（15)及び式（16)より、以下のよう になる。
a = 0. 600
β = 0. 800
r = 0. 700
o
[0095] よって、 rは式（13)の 1Z 2 ( ^ 0. 7071)から約 0. 0071だけ内周側にずれる。
0
[0096] また、例えば、 I j8— α I = 0. 4の場合には、式（15)及び式（16)より、以下のよ うになる。
a = 0. 480
β = 0. 877
r = 0. 679
o
[0097] よって、 rは式（13)の 1Z 2 ( ^ 0. 7071)から約 0. 029だけ内周側にずれる。
0
[0098] 上記の値は、図 13の計算値と一致する。したがって、式（15)及び式（16)により、 ホログラム素子 17の分割パターンを決定することで、よりゼロクロス点のずれを抑制 することができる。
[0099] また、図 2の分割パターンのホログラム素子 17は、光ビームを 2つの輪帯状光束 (第 2の光束 U2及び第 3の光束 U3)と 1つの円形状光束 (第 1の光束 U1)とに分割する 力 さらに半径方向に分割数を増やした分割パターンであってもよい。この場合には 、光ビームの半径方向の分割数に応じて、光検出器 19の受光部の数を増力!]させる 必要がある。光束半径が比較的小さい内側光束と、式（13)の r= lZ 2付近を中 間半径とする輪帯光束とを利用することにより、それぞれで検出される焦点ずれ検出 信号を組み合わせれば、振幅劣化が少なく且つより多くの光量を信号生成に用いる ことができるので、その分、回路のオフセットや回路ノイズに対して影響の少ない焦点 ずれ検出信号を得ることが可能となる。 [0100] 以上は、光学系に 3次の球面収差のみが存在すると仮定した、言わば理想的な場 合に、 r= lZ 2付近に第 2の領域 41の中間半径を設定することで、最も効果が得 られるものである。上記の理想条件においては、 RF再生信号の変調成分の存在す る範囲と第 2の焦点ずれ検出信号 FES2のゼロクロス点は、ほぼ図 14 (a)に示すよう に、変調成分のほぼ最大付近にゼロクロス点が存在するようになる。図 14 (a)及び (b )において、 SIG は RF再生信号、 MCは RF再生信号の変調成分、 ZCはゼロクロス
RF
点を示す。好ましくは、第 2の焦点ずれ検出信号 FES2の最大ピーク位置と最小ピー ク位置との間に RF再生信号 SIG の変調成分の最大となる位置が存在するように、
RF
中間半径 rを設定ればよい。し力しながら、実際の光学系では、以下の要因により必 ずしも前記理想的な場合とはならな ヽことがある。
[0101] 第 1の要因は、最も大きく発生する 3次の球面収差以外の、無視できない高次球面 収差の存在である。光ディスクの記録情報を記録再生するために必要なスポットを形 成できるために対物レンズ群 13の各レンズ面形状は設計されるが、設計仕様や設計 手法の違いによって光ディスクの透明基板厚み差で発生する球面収差は異なり、高 次の球面収差も発生するケースがある。なお、対物レンズ群 13は複数のレンズを組 み合わせた構成で説明している力 これに限るものではなく単一のレンズから構成さ れるものでもよ ヽ。
[0102] 上記高次の球面収差が同時に発生している場合、第 2の領域 41の中間半径を前 記 3次の球面収差を想定することで得られた式（13)の r= 1Z 2に設定しておくと、 第 2の焦点ずれ検出信号 FES2のゼロクロス点のずれが生じてしまう。前記高次の球 面収差のうち、 5次の球面収差が発生するとき、この 5次の球面収差は、一般に半径 r についての 6次式で表される 5次の球面収差と式（13)で表される 3次の球面収差の 和となる。ここで、 5次の球面収差の 6次の係数を W とおく。前記 3次の球面収差の
SA5
係数 W と前記 5次の球面収差 W が同符号か又は異符号かの符号関係によって
SA SA5
、前記第 2の焦点ずれ検出信号 FES2のゼロクロス点は、図 10で示された紙面左方 向又は紙面右方向に移動し、例えば、 RF再生信号の変調成分 MCの位置とゼロクロ ス点 ZCの位置関係は図 14 (b)のようにずれる。
[0103] 第 2の要因は、球面収差が存在するとき、光ディスク 14で反射される光ビームが最 も変調を受けるために補正すべき焦点ずれ収差成分は、光ディスク 14の記録面構造 の空間周波数や対物レンズ群 13へ入射する光ビーム 2の強度分布などに影響を受 ける点である。
[0104] 前記空間周波数の影響に関するデータ力 例えば、上記非特許文献 2 (第 341頁 の図 A. 6. )に開示されている。非特許文献 2の図 A. 6.は、ある大きさの球面収差 が存在するときに、空間周波数ごとに最も変調が起きる最良デフォーカス量を示した ものである。非特許文献 2の図 A. 6.によれば、比較的大きな変調が起きる条件は前 記最良デフォーカス量（best focus) B *がおよそ 0. 4〜1. 4の範囲であり、球面収 差の値が大きくなるに従って上記範囲の下限値 0. 4はさらに小さくなつている。ただ し、前記最良デフォーカス量 B *の下限値はある値へ漸近するような変化である。ま た、式（10)で表される球面収差の式は、前記最良デフォーカス量 B *力^の場合に 表される球面収差の式に相当する。
[0105] よって、光ディスク 14の記録面構造に含まれる空間周波数の成分に依存して前記 最良デフォーカス量 B *が 1からずれる場合には、上記式（13)の r= lZ 2を第 2 の領域 41の中間半径としたときに得られる第 2の焦点ずれ検出信号 FES2のゼロク ロス点は、図 10で示した紙面左右方向のいずれかに移動し、第 1の要因の場合と同 様、例えば、 RF再生信号の変調成分の位置とゼロクロス点の位置関係は図 14 (b) のようにずれる。
[0106] 上記第 1の要因及び第 2の要因で生じる第 2の焦点ずれ検出信号 FES2のゼロクロ ス点の移動は、第 2の領域 41の中間半径を前記 3次の球面収差を想定することで得 られた式（13)の r= lZ 2からシフトさせることにより補正することができる。すなわ ち、図 5及び図 6で示した計算結果力 も分力るように、前記第 2の領域 41の中間半 径を小さくする、又は大きくすることで、第 2の焦点ずれ検出信号 FES2のゼロクロス 点を任意に移動させることができる。
[0107] したがって、上記式（9)より得られる RF再生信号、又はホログラム素子 17で分割さ れる第 1、第 2、及び第 3の光束 Ul、 U2、及び U3により検出される受光面 Pl、 P2、 及び P3の和信号が光ディスク 14の記録面による変調成分の存在する位置が前記ゼ 口クロス点とほぼ一致できるように r= 1/ 2からシフトさせて補正することができる。 [0108] 上記のような補正により、 RF再生信号、又はホログラム素子 17で分割される回折光 それぞれの和信号の変調成分が最大となる位置と前記ゼロクロス点の位置が一致す るように補正しておけば、前記ゼロクロス点をサーボ動作点としてフォーカスサーボを 動作させたときの光ディスク上の光ビームを良好な集光状態に近づけることができる 。また、少なくとも光ディスク 14のすベての層において第 2の焦点ずれ検出信号 FES 2の最大ピークとなる位置と最小ピークとなる位置との間に前記変調成分の最大とな る位置が存在できるように補正することで、フォーカスサーボ動作後又は動作の事前 に適正な電気的オフセット注入をして、 RF再生信号、又はホログラム素子 17で分割 される回折光それぞれの和信号の変調成分を最大にすることは可能となる。
[0109] 次に、球面収差を検出する方法について説明する。まず、ホログラム素子 17が、第 1、第 2、及び第 3の領域 40、 41、及び 42の 3つの領域を持つ場合を説明する。図 1 5 (a)は再生信号検出回路 33から出力された RF信号、及び焦点ずれ検出信号回路 30から出力された第 2の焦点ずれ検出信号 FES2、図 15 (b)は焦点ずれ検出信号 回路 30から出力された第 1の焦点ずれ検出信号 FES1及び第 3の焦点ずれ検出信 号 FES3の波形を示したものであり、いずれも球面収差が存在する状態を示している
[0110] このような波形は、半導体レーザ 1を発光させて 2次元ァクチユエータ 15により光軸 方向（z軸方向）に対物レンズ群 13を駆動し、光ディスク 14の記録層に対物レンズ群 13で集光される集光スポットを走査させることで得られる。図 16は、球面収差検出回 路 32の構成を示すブロック図である。
[0111] RF信号はスライス回路 150で適当に設定されたしき 、電圧により図 15 (c)のような 矩形信号 S に変換される。
RF
[0112] 焦点ずれ検出回路 30より出力される第 1、第 2、及び第 3の焦点ずれ検出信号 FE Sl、 FES2、及び FES3のうち、第 2の焦点ずれ検出信号 FES2を、波形の正を H ( ハイ）レベル、負を L (ロー）レベルに変換する正負 2値ィ匕回路 151により、波形 F2 z,ero に変換する。その後、微分回路 (dZdt) 152により、波形 F2 のエッジ検出された
1 erol
矩形波形 F2 に変換される。
Zero 2
[0113] 波形 F2 と矩形信号 S とを掛け合わせると、第 2の焦点ずれ検出信号 FES2の ゼロクロス点位置のみを表す矩形波形 F2 が得られる。矩形波形 F2 を第 1の ero 3 Zero 3 焦点ずれ検出信号 FES1及び第 3の焦点ずれ検出信号 FES3のそれぞれに掛け合 わせて得られる矩形波形 F1 及び矩形波形 F3 から、次式（17)を用いて球面収
Zero Zero
差検出信号 SSAを算出する。
SSA=F1 -F3 - -- (17)
Zero Zero
[0114] 球面収差検出信号 SSAのレベル値をもとに球面収差補正の制御に用い、前記レ ベル値がゼロとなるように球面収差補正手段を制御する。すなわち、第 1、第 2、及び 第 3の焦点ずれ検出信号 FES1、 FES2、及び FES3のいずれか（ここでは FES2)の ゼロクロス点におけるその他の焦点ずれ検出信号 (ここでは FES1又は FES3)の出 カレベルを検出することにあり、前記検出レベルをゼロに追い込むように球面収差補 償手段を制御する。
[0115] また、予め求められた球面収差検出信号 SSAのレベル値から、球面収差補償手段 の制御量への変換係数又は変換テーブルに基づ 、て、一度に球面収差補償手段 を制御することもでき、これによりフォーカスサーボ動作前に球面収差検出及び球面 収差補償が可能となって、記録再生動作開始までの時間を短縮できる。
[0116] また、次のように球面収差検出及び球面収差補償をしてもよい。まず、第 2の焦点 ずれ検出信号 FES 2をもとにフォーカスサーボを動作させる。球面収差が存在して ヽ るとき第 2の焦点ずれ検出信号 FES2のゼロクロス点付近をサーボ動作点とすれば、 第 1の焦点ずれ検出信号 FES1及び第 3の焦点ずれ検出信号 FES3の信号レベル はゼロとならない。そこで、第 1の焦点ずれ検出信号 FES1及び第 3の焦点ずれ検出 信号 FES3のそれぞれの信号レベル、又は、第 1の焦点ずれ検出信号 FES1及び第 3の焦点ずれ検出信号 FES3の差分信号を球面収差検出信号として、この球面収差 検出信号のレベルがゼロとなるように球面収差補正手段を制御してもよい。
[0117] なお、上記特許文献 2 (特開 2002— 367197号公報）においては、球面収差を検 出するために、 2つに分割される光束の光量が等しくなる条件で光束を半径方向に 制御しているが、本発明の実施の形態 1で説明した光束の分割方法とは根本的に異 なるものである。また、上記特許文献 2においては、対物レンズ群の光軸方向（z軸方 向）の位置を制御する信号には、全光束で検出した焦点ずれ検出信号を用いている ため、本発明の実施の形態 1の効果を得ることはできない。
[0118] また、本発明の実施の形態 1では、焦点ずれ検出に非点収差法を用いた光学構成 として説明を行なってきたが、基本的には、集光する光束によって検出を行なう焦点 ずれ検出法であれば、図 9に示すような位相分布が存在するとき各半径の光束の結 像位置は前後し互いに打ち消し合うので、焦点ずれ検出信号は同様に劣化する。
[0119] よって、実施の形態 1は、例えば、ナイフエッジ法や、ビームサイズ法で検出する構 成であってもよぐその場合にはセンサー光学素子 18は非点収差を持つ必要はない 。したがって、非点収差の効果によってタンジェンシャル方向とラジアル方向 DRが光 検知器上で入れ替わることはなくなるので、トラッキング誤差検出の演算式で差分を 取る方向を図 3の X方向にすればよい。さらに、ホログラム素子 17の分割パターンの 各領域の回折格子を曲線状にすることでレンズ作用を付加させることができ、その場 合センサー光学素子 18を除去してもよ 、。
[0120] 図 17は、実施の形態 1に係る光ヘッド装置 201における第 2の焦点ずれ検出信号 FES2又は第 3の焦点ずれ検出信号 FES3の波形を示す概略図である。図 17にお いて、横軸は光ディスク上での焦点ずれ量 DE を示し、縦軸は焦点ずれ検出信号
FP
の振幅 AM を示す。図 17には、図 5、図 6及び図 10の計算波形の特徴が示され
FES3
ているが、焦点ずれ検出信号の両側に 2次波形 WFが存在している。これらの 2次波 形は焦点ずれ検出には不要である他、その振幅が大きくなり過ぎると、誤ってこれら の 2次波形によってフォーカスサーボが動作してしまうおそれがある。
[0121] この 2次波形の発生原因は、図 2の第 2の領域 41及び第 3の領域 42で輪帯状に分 割される光束が図 18 (a)のように受光領域 A2及び受光領域 C2にほとんど入らず、 受光領域 B2と受光領域 D2に入り込む状態が起こるためである。また、逆に、受光領 域 B2及び受光領域 D2にほとんど光は入らず、受光領域 A2と受光領域 C2に光が入 り込む状態も存在する。図 18 (a)は第 2の受光部 P2について示したものであり、第 3 の受光部 P3についても同様の現象が起こる。したがって、各受光領域を図 18 (b)及 び図 18 (c)のように各受光領域の角をカット又は分割したような形状とすることで、上 記で説明した状態を防げ、前記 2次波形の発生を抑えることができる。
[0122] 図 19は、本発明の実施の形態 1に係る光ヘッド装置 201a及び光ディスク装置 301 aの変形例の基本構成を示す図である。図 19において、図 1の構成と同一又は対応 する構成には、同じ符号を付す。図 19には、第 2のレンズ 10と第 3のレンズ 11との間 に、図 1のホログラム素子 17と同様な分割パターンを有するホログラム素子 101を配 置している。さらに、光ディスク 14力も反射する光ビームのみに対してホログラム素子 101が機能するように、ホログラム素子 101を偏光ホログラムとし、ホログラム素子 101 と第 3のレンズ 11との間に 4分の 1波長板 102を配置する。この場合、偏向プリズム 8 を偏光型プリズムとして、光利用効率を向上させてもよい。なお、図 19のホログラム素 子 101及び 4分の 1波長板 102は一体化されていてもよい。また、図 19のホログラム 素子 101及び 4分の 1波長板 102は、 2次元ァクチユエータ 14に対物レンズ群 13と 共に搭載されていてもよい。実施の形態 1の変形例において、上記以外の点は、図 1 の場合と同じである。
[0123] 以上説明したように、実施の形態 1に係る光ヘッド装置及び光ディスク装置によれ ば、全光束を用いて行なう従来の焦点ずれ検出法にぉ ヽて球面収差が存在したとき に生じていた焦点ずれ検出信号の振幅劣化を防ぐことができるので、フォーカスサー ボ動作を安定に行なうことができる他、フォーカスサーボ動作を行うサーボ回路のゲ インの再調整が不要になり、又は、球面収差の補正が不完全であっても層間フォー カスジャンプ、ラジアルシークをミスなく実施できるので、動作速度を向上させることが できる。
[0124] また、全光束を用いて行なう従来の焦点ずれ検出法において球面収差が存在した ときに生じていた焦点ずれ検出信号の振幅劣化を防ぐことができるので、光ディスク の記録層数の検出、及び光ディスクの種類判別をミスなく行なうことができる。
[0125] さらに、全光束を用いて行なう従来の焦点ずれ検出法において球面収差が存在し たときに生じていた焦点ずれ検出信号の振幅劣化を防ぐことができるので、光デイス クの記録層数をミスなくカウントすることができる。
[0126] さらにまた、光ディスクからの反射光の球面収差を補正する球面収差補正手段が 無くても焦点ずれ検出信号の振幅劣化は発生しないので、低コストィ匕を図ることがで きる。
[0127] 実施の形態 2. 図 20は、本発明の実施の形態 2に係る光ヘッド装置 202及び光ディスク装置 302 の基本構成を示す図である。図 20において、図 1の構成と同一又は対応する構成に は、同じ符号を付す。実施の形態 2に係る光ヘッド装置 202は、液晶位相補正素子 を球面収差補正手段とした点が、第 1のレンズと第 2のレンズの距離を変化させて球 面収差補正を行う実施の形態 1 (図 1)の光ヘッド装置と相違する。実施の形態 2にお ける液晶位相補正素子は、透明電極を波面形状に合わせて複数の分割領域にバタ 一ユングしたガラス基板で液晶を挟み込んだ構成を持ち、液晶位相補正素子の電極 間に電圧を印加すると、それを透過した光ビームに球面収差を与えることができる。
[0128] 半導体レーザ 1から放射される光ビーム 2を回折格子素子 6により複数の回折光に 分光し、コリメータレンズ 7により平行光束としたのち、ビーム整形プリズム 120及び 12 1により楕円状の強度分布である光ビーム 2を円形の強度分布に変換する。その後、 光ビームは偏向プリズム 8によって液晶位相補正素子 122の方向へ偏向されて、液 晶位相補正素子 122及び 123を透過後、 4分の 1波長板 124により光ビーム 2は円 偏光となって、対物レンズ群 13によって光ディスク 14上に集光される。
[0129] 液晶位相補正素子 122及び 123は、電圧を印加することで透過光の位相を変化さ せることができ、球面収差を補正可能とする適切な電極パターンが形成されて ヽる。 光ディスク 14で反射された光ビームは円偏光である力 再び 4分の 1波長板 124を透 過することによって、液晶位相補正素子 122に入射前の往路の光ビームが持つ偏光 方向に対して 90度回転した偏光方向を持つ光ビームに変換される。
[0130] 液晶はある所定の偏光方向に対してのみ位相変調作用が発生するので、液晶位 相補正素子 122は前記往路にだけに、且つ液晶位相補正素子 123は前記復路に だけに位相変調作用を起こすよう各液晶位相補正素子 122及び 123の位相変調作 用光軸を互いに 90度回転させて配置されている。これにより、図 1の球面収差補正 手段と同様、往復路両方の光ビームについて波面収差を補正できる。なお、偏向プ リズム 8を偏光型プリズムとすれば、光利用効率を向上できる。
[0131] 液晶位相補正素子 123を透過した光ビームは、偏向プリズム 8を透過した後、偏向 プリズム 20によって分光される。偏向プリズム 20をそのまま透過した光ビームは、ホロ グラム素子 21により分割及び分光されてセンサー光学素子 18で光検知器 22上に集 光される。一方、偏向プリズム 20の内部に設けられた反射膜 20aによって光ビーム光 量の一部が反射されて、集光レンズ 23によって光検知器 24に収束される。光検知器 24はタンジ ンシャル方向及びラジアル方向 DRのそれぞれに少なくとも 1つの分割 線を持つ受光領域パターンを有し、プッシュプル法トラッキングずれ検出又は位相差 法トラキング検出が可能な構成となっている。
[0132] 実施の形態 2においては図 1に示された実施の形態 1と同様に非点収差法焦点ず れ検出を採用してもよいが、以下に示す実施の形態 2においてはナイフエッジ法焦 点ずれ検出を適用した例を説明する。
[0133] 図 21は、実施の形態 2に係る光ヘッド装置 202におけるホログラム素子 21の分割 パターンを概略的に示す平面図である。図 21に示されるホログラム素子 1の分割パタ ーンは、図 2のホログラム素子 17にラジアル方向 DRの分割線を加えることによってタ ンジェンシャル方向に 2分割したものに相当する。図 21に示されるホログラム素子 1の 分割パターンのそれぞれの領域で分割された光束を、光検知器 22上で独立に受光 できるように各領域の回折格子の格子間隔、格子の溝深さ、及び格子の方向が最適 化されている。
[0134] 図 22は、実施の形態 2に係る光ヘッド装置 202における光検知器 22の受光領域 パターンと、各受光部上の光束を示す模式図である。図 22に示されるように、光検知 器 22は、 2分割の受光領域力も構成された受光部（受光領域 a 11と a 12の対、受光 領域 bl lと bl2の対、受光領域 cl lと cl2の対、受光領域 dl lと dl2、受光領域 el l と el2の対、受光領域 f 11と f 12の対、受光領域 a21と a22の対、受光領域 b21と b22 の対、受光領域 c21と c22の対、受光領域 d21と d22、受光領域 e21と e22の対、及 び受光領域 f21と f22の対)を複数個有している。光検知器 22の複数の 2分割の受 光領域は、前記分割された光束のそれぞれを受光する。ただし、ホログラム素子 21 によって主に 1次回折光が発生するとして、図 22に高次の回折光は記載していない 。また、 0次回折光束については格子の溝深さを最適化することでほとんど無くするこ ともできる。なお、以下の説明にお ヽては、記号 al l、 al2、 bl l、 bl2、 cl l、 cl2、 d 11、 dl 2、 el l、 el2、 fl l、 fl2、 a21、 a22、 b21、 b22、 c21、 c22、 d21、 d22、 e2 1、 e22、 f21、及び f22は、対応する各受光領域の検出信号の値としても用いる。 [0135] 図 22には、球面収差が存在している状態の光束を模式的に示している。各光束で 検出されるナイフエッジ法焦点ずれ検出信号はそれぞれ、次式（18)〜（20)によつ て得ることができる。
FES1= (all + dll + a21 + d21) - (cl2+fl2 + c22+f22)
…式（18)
FES2= (bll + ell+b21 + e21) - (bl2 + el2+b22 + e22)
…式（19)
FES3= (cll+fll + c21+f21) - (al2 + dl2 + a22 + d22)
…式（20)
[0136] また、全光束による従来のナイフエッジ法焦点ずれ検出信号は、次式（21)により得 ることがでさる。
FES = FES 1+FES2 + FES3 …式（21)
焦点ずれ検出信号 FES1、 FES2、 FES 3,及び FESのいずれかを、 2次元ァクチュ エータ 15の制御信号としてフォーカスサーボ回路 34に入力する。
[0137] さらに、再生信号 RFは、すべての光束について受光した出力信号を合成すること によって、すなわち、次式（22)によって得ることができる。
RF= (all + al2 + a21 + a22) + (bll+bl2+b21+b22)
+ (cll+cl2 + c21 + c22) + (dll + dl2 + d21 + d22)
+ (ell + el2 + e21 + e22) + (fll+fl2+f21+f22)
…式（22)
[0138] さらにまた、球面収差検出信号 SSAは、第 1の焦点ずれ検出信号 FES1と第 3の焦 点ずれ検出信号 FES3を用いた図 1の実施の形態と同様な方法により、すなわち、 次式（23)により得ることができる。
SSA= (all + cl2 + dll+fl2) + (a21 + c22 + d21+f22)
- (al2 + cll + dl2+fll) - (a22 + c21 + d22+f21)
…式（23)
球面収差検出信号 SSAは、球面収差補正手段の液晶位相補正素子 122及び 123 の制御信号として球面収差補償回路 36へ入力する。 [0139] 実施の形態 2に係る光ヘッド装置 202及び光ディスク装置 302によれば、上記実施 の形態 1に係る光ヘッド装置 201及び光ディスク装置 301と同様の効果を得ることが できる。なお、実施の形態 2において、上記以外の点は、上記実施の形態 1の場合と 同じである。
[0140] 実施の形態 3.
図 23は、本発明の実施の形態 3に係る光ヘッド装置 203及び光ディスク装置 303 の基本構成を示す図である。図 23において、図 20 (実施の形態 2)の構成と同一又 は対応する構成には、同じ符号を付す。実施の形態 3に係る光ヘッド装置 203は、往 路のみに収差補正される構成を採用している点が、光ディスク 14の反射面を境とし た往路及び復路の両方で発生する球面収差を補正される実施の形態 2 (図 20)〖こ係 る光ヘッド装置 202と相違する。また、図 23に示す実施の形態 3は、図 1の実施の形 態 1に搭載されるホログラム素子 17と光検知器 19を用いて非点収差法検出が適用さ れて 、るものであるが、図 20の実施の形態で用 ヽられるナイフエッジ法検出が適用 されてちょい。
[0141] したがって、前記復路で発生した球面収差が残留したままの光ビームが光検知器 で受光される。その結果、球面収差補正が行なわれた場合又は球面収差補正が不 完全な場合に関わらず図 9で示したのと同じ球面収差の位相分布を有した光ビーム によって焦点ずれ検出を行なうことになる。
[0142] 図 1に示される実施の形態 1と同じホログラム素子 17及び光検知器 19を適用すれ ば、焦点ずれ検出信号の劣化を抑制することが可能となる。また、ホログラム素子 17 の α及び j8を、実施の形態 1の場合と同様に、式（12)、式（15)、及び式（16)により 設定することで、焦点ずれ検出信号のゼロクロス点のずれを抑えることができ、実施 の形態 1に係る光ヘッド装置 201及び光ディスク装置 301と同様の効果を得ることが できる。
[0143] さらに、実施の形態 3においては、復路の球面収差を補正する液晶位相補正素子 を必要としな 、ので、往路復路に液晶位相補正素子を必要として 、た構成よりも部 品点数が少なくコストを低減できる効果がある。
[0144] 実施の形態 4. 本発明の実施の形態 4に係る光ヘッド装置及び光ディスク装置は、本発明の実施 の形態 1〜3に係る光ヘッド装置 201, 201a, 202, 203及び光ディスク装置 301, 3 Ola, 302, 303と基本的な構成は同じである。実施の形態 4は、ホログラム素子 17 の第 1の領域 40 (図 2)により生成される第 1の焦点ずれ検出信号 FES1及び第 3の 領域 42 (図 2)により生成される第 3の焦点ずれ検出信号 FES3の和である焦点ずれ 検出信号 FES 13 ( = FES 1 + FES 3)を用 、ることを特徴として 、る点が、実施の形 態 1〜3と相違する。実施の形態 4においては、フォーカス動作選択手段 34aが、フォ 一カスサーボ回路 34による集光スポット移動手段 15の制御を、第 1の光束の検知信 号と第 3の光束の検知信号との和信号 FES 13、又は、第 2の光束の検知信号 FES2 のいずれかによつて行うかを切り換える。また、フォーカス動作選択手段 34aにより選 択された第 1の光束の検知信号と第 3の光束の検知信号との和信号 FES 13の振幅 、又は、第 2の光束の検知信号 FES2の振幅を調整するゲイン調整手段を備えてもよ い。
[0145] 図 24は、本発明の実施の形態 4に係る光ヘッド装置 201b及び光ディスク装置 301 bの基本構成を示す図である。実施の形態 4に係る光ディスク装置 301bは、実施の 形態 1の光ディスク装置 301にフォーカス動作選択手段 34aを追加して、焦点ずれ検 出信号 FES13を、多層記録ディスクにお 、てフォーカスサーボ動作を行なう記録層 (以下、これをターゲット層と呼ぶ）を抽出するための判定信号として用いている。
[0146] 実施の形態 4に係る光ディスク装置 301bは、焦点ずれ検出信号 FES13の振幅 A M が所定の閾値レベル TH より大きいか否かによって、焦点ずれ検出信号
FES13 FES13
FES13がターゲット層で検出される焦点ずれ検出信号であるかどうかを判定し、ター ゲット層で検出されたものであると判定された焦点ずれ検出信号波形に対してのみフ オーカスサーボ動作を許可するフォーカス動作選択手段を備える。このフォーカス動 作選択手段は、例えば、フォーカスサーボ回路 34 (図 1、 19、 20、又は 23)に含まれ る（図 24の符号 34a参照)。所定の閾値レベル TH は、ターゲット層で検出される
FES13
焦点ずれ検出信号振幅のみが、所定の閾値レベル TH を越えるように設定され
FES13
る。フォーカスサーボ回路 34内のフォーカス動作選択手段によってターゲット層をよ り正確に判定することを可能とするためには、各記録層の焦点ずれ検出信号の振幅 差が重要となる。したがって、焦点ずれ検出信号の振幅差を用いて判定を行なうため には、判定マージンの確保の点から、ターゲット層で検出される焦点ずれ検出信号 振幅に対して大小の差が大きいほど有利である。すなわち、ターゲット層に比べてタ 一ゲット層以外では焦点ずれ検出信号が検出されにくいことが望まれる。
[0147] 本発明の実施の形態 4において、ターゲット層に対して球面収差をほぼ補正してお けば、ターゲット層の焦点ずれ検出信号 FES13の振幅は劣化しないのに対し、ター ゲット層以外で検出される焦点ずれ検出信号 FES13の振幅を小さくすることができ、 ターゲット層へのフォーカスサーボ動作をより正確に行なうことができる。
[0148] 図 25は、本発明の実施の形態 4における焦点ずれ検出信号 FES13の波形の一例 を計算した結果を示す図である。図 25において、横軸は光ディスク上の焦点ずれ量 DE m〕を示し、 0は焦点位置が光ディスクのターゲット層上にある場合を示し、 0
FP
より右側（プラス側）は焦点位置が光ディスクのターゲット層より近い位置にある場合を 示し、 0より左側（マイナス側）は焦点位置が光ディスクのターゲット層より遠い位置に ある場合を示している。また、図 25において、縦軸は焦点ずれ検出信号 FES13の振 幅 AM を示し、 AM =0の点は、ゼロクロス点である。図 25は、 α ^Ο. 65、 β
FES 13 FES
^O. 75に設定した計算例を示している。図 25の W = 2. 893えの場合力 わ力る sa
ように、球面収差が残留した状態では、従来の焦点ずれ検出信号 FESに比べて実 施の形態 4の焦点ずれ検出信号 FES13の振幅を小さくすることができ、焦点ずれ検 出信号 FES13を用いることによって上記の振幅差の点で有利となる。また、 α及び βの設定値は、実施の形態 4に係る光ヘッド装置の目標仕様に応じて、実施の形態 1で述べた装置に適用された考え方と同様の考え方によって決定すれば、焦点ずれ 検出信号 FES13の振幅劣化を効率的に行なうことができる。
[0149] 以上の結果から、実施の形態 4の焦点ずれ検出信号 FES13は、従来の焦点ずれ 検出信号 FESに比べて、基板厚み差などで発生する球面収差によってその振幅が 小さくなるので、ターゲット層の判定の基準となる所定の閾値レベル ΤΗ からのマ
FES13 一ジンが広がり正確な判定が可能となる。焦点ずれ検出信号 FES13を焦点ずれ検 出回路 30 (図 1、 19、 20、又は 23)にて生成し、本発明の実施の形態 1〜3と同様に フォーカスサーボ回路 34へ入力しておき、上記方法によってターゲット層と判定され たときのみフォーカスサーボ回路 34のフォーカスサーボ動作を許可する構成にでき る。
[0150] さらにまた、以下のようにしてフォーカスサーボ動作の確実性を高めることもできる。
所定の閾値レベル TH 以上の振幅を有する焦点ずれ検出信号 FES 13の例え
FES13
ばプラス側の第一のピークが検出されたとき力 マイナス側の第二のピークが検出さ れるまでの区間を H (ハイ）レベルとし、それ以外の区間をゼロレベルとするゲート信 号を生成する。ただし、前記ゲート信号については、上記の方法のみによらず、例え ば、全受光光量和のレベルがある所定の閾値レベル以上である区間を H (ハイ）レべ ルとして生成してもよい。
[0151] 次に、前記ゲート信号と焦点ずれ検出信号 FES13を掛け合わせて得られる掛け合 わせ信号を生成する。前記掛け合わせ信号は、ターゲットとする記録層においての み信号が検出されるので、それをフォーカスサーボ用の制御信号に用いれば、ター ゲット層に確実にフォーカスサーボを動作させることができる。
[0152] 上記構成による効果は以下のとおりである。フォーカスサーボの動作中又は動作の 瞬間にも、外部からの衝撃の負荷やサーボの不安定さなどが原因となりフォーカスサ ーボが外れる場合がある。このような場合、従来の焦点ずれ検出信号のように多層デ イスクの各記録層で焦点ずれ検出信号が検出されてしまうと、サーボ回路はターゲッ ト層の判定を無視してターゲット層以外へ不意にサーボ動作を開始する可能性があ る。しかしながら、前記掛け合わせ信号は先の説明の通り、ターゲット層以外で焦点 ずれ検出信号自体が出力されないので、上記のようなターゲット層以外へ不意にサ ーボが飛び移ったりする心配が無くなり、ターゲット層へのフォーカスサーボ動作が 自ずと保証される。
[0153] 上記の説明は、ホログラム素子 17 (図 2)は同心円状に 3つの領域に分割された場 合であるが、同心円状に少なくとも 4つの領域に分割された構成でもよい。例えば、 第 1の領域 40を同心さらに同心円状に式（12)の条件を満たす r=0、すなわち、中 心点 51を含む最内周の円形状光束 U 11と円形状光束 U 11の外側に相当する輪帯 光束 U12に分割し、円形状光束 U11及び輪帯光束 P12は、第 2の光束 U2及び第 3 の光束 U3と同様な少なくとも交差する 2つの分割線によって 4つの受光領域に分割 された 4分割の受光部 PI 1及び P12でそれぞれ受光され、焦点ずれ検出信号 FESl 1と焦点ずれ検出信号 FES12を検出できる構成がこれに当たる。図 26は、実施の形 態 4に係る光ヘッド装置における光検知器を 4つの受光部とする場合の受光領域パ ターンと、各受光部上の光束を示す模式図である。図 26には、光検知器の受光領域 のパターンと、光検知器の各受光部 Pl l、 P12、 P2、及び P3上に照射される光束 U 11、 U12、 U2、及び U3を示す概略図である。
[0154] ホログラム素子で 4つに分割又は分光された光束は、図 26の光検知器の受光部 P 11、 P12、 P2、及び P3に照射される。受光部 Pl l、 P12、 P2、及び P3の分割境界 線 Ll la、 L12a、 L2a、及び L3aは光ディスク 14のタンジェンシャル方向（図 1におけ る y軸方向）にほぼ平行になり、各受光部 Pl l、 P12、 P2、及び P3の分割境界線 LI lb、 L12b、 L2b、及び L3bは光ディスク 14のラジアル方向 DR (図 1における x軸方 向）にほぼ平行になるように、光検知器 19を配置する。受光部 P11は、分割境界線 L 1 la及び L l ibで分割された 4つの受光領域 Al l、 Bl l、 Cl l、及び D11を有する。 また、受光部 P12は、分割境界線 L 12a及び L 12bで分割された 4つの受光領域 A1 2、 B12、 C12、及び D12を有する。さら〖こ、受光部 P2は、分割境界線 L2a及び L2b で分割された 4つの受光領域 A2、 B2、 C2、及び D3を有し、受光部 P3は、分割境界 線 L3a及び L3bで分割された 4つの受光領域 A3、 B3、 C3、及び D3を有する。ここ では、フォーカス動作選択手段（図 26の符号 34aに相当する。）が、フォーカスサー ボ回路 34による集光スポット移動手段 15の制御を、光束 U12の検知信号と光束 U3 の検知信号との和信号、又は、光束 U2の検知信号のいずれかによつて行うかを切り 換える。また、フォーカス動作選択手段 34aにより選択された光束 U12の検知信号と 光束 U3の検知信号との和信号の振幅、又は、光束 U2の検知信号の振幅を調整す るゲイン調整手段 39 (図 24)を備えてもよ！ヽ。
[0155] 前記 4分割の光束を用いる構成の場合、輪帯光束 U12と光束 U3を用いる、すなわ ち、焦点ずれ検出信号 FES12と第 3の焦点ずれ検出信号 FES3の和で得られる焦 点ずれ検出信号 FES123を用いると、 r= lZ 2付近の輪帯光束と同様に式（12) のもう 1つの条件 r=0付近を含む円形状光束 U11が除去されることとなり、焦点ずれ 検出信号 FES13に比べ球面収差の発生による振幅の劣化をさらに大きく起こすこと が可能となる。
[0156] 本発明の実施の形態 1〜4では、光ディスク 14力も反射されてくる光ビームを同心 円状に分割し、少なくとも一つの円形状光束と 2つの輪帯光束を生成させる手段とし てのホログラム 17と、前記同心円状に分割された円形光束と輪帯光束のそれぞれを 受光する受光部とを備え、前記受光部のそれぞれで検出される複数の焦点ずれ検 出信号と複数のトラッキング誤差検出信号と前記受光部のそれぞれによる複数の全 光量信号を得る点で共通な構成であるので、例えば、少なくとも円形状光束 Ul l、 輪帯光束 U12、第 2の光束 U2、第 3の光束 U3が同時に得られるようにホログラム 17 を最適設計することにより、本発明の実施の形態 1〜3のいずれかと、本発明の実施 の形態 4を共通の光学系に構成することが可能である。すなわち、本発明の実施の 形態 1〜3で説明した球面収差によって振幅劣化が比較的小さい第 2の焦点ずれ検 出信号 FES2と、本発明の実施の形態 4で説明した球面収差によって振幅劣化が比 較的大きい焦点ずれ検出信号 FES13又は焦点ずれ検出信号 FES123が、同時に 検出可能となる。これにより、光学系の簡素化が図られる。
[0157] この場合、前記受光部で検出される複数の焦点ずれ検出信号と複数のトラッキング 誤差検出信号と複数の全光量信号を選択的に切換え又は合成して出力することが 可能な切換回路を介すれば、フォーカスサーボ回路 34、トラッキングサーボ回路 35 、球面収差補償回路 36、ディスク判別回路 37、記録層数カウント回路 38への入力 信号を必要に応じて切換えが可能な構成とすることもできる。
[0158] また、フォーカスサーボ回路 34、トラッキングサーボ回路 35、球面収差補償回路 36 、ディスク判別回路 37、記録層数カウント回路 38への前記入力信号は、光ヘッド装 置の動作状態に応じて切換えたときに前記入力信号の信号レベルが大きく変化する ことのないように信号レベルを変換できるゲイン調整回路をさらに介した構成としても よい。
[0159] さらに、光ディスク 14から反射されてくる光ビームを同心円状に分割するとともに少 なくとも一つの円形状光束と 2つの輪帯光束を生成させる手段は、前記ホログラム素 子 17に限るものではなぐ例えば、光ビームの偏光状態を部分的に可変することが できる液晶素子と偏光板とを組合せて構成した、透過領域と非透過領域とを外部電 圧により能動的に切り替えることのできる液晶型アパーチャ素子で代用し、光ヘッド 装置の動作状態によって本発明の実施の形態 1〜4で説明した構成を選択的に切り 替えるようにしてもよい。
前記光ビームの分割を液晶型アパーチャ素子を用いて行うこともできる。この場合 には、液晶型アパーチャ素子によって形成される分割光のパターン力 実施の形態 1乃至 3の場合と同様に、 RF再生信号の変調成分の最大位置が焦点ずれ検出信号 の最大ピーク位置と最小ピーク位置の間に存在するようにできる形状に、液晶型ァパ 一チヤ素子を形成すればよい。この光ビームの分割を液晶型アパーチャ素子を用い て行う構成では、光ビームを部分的に透過又は遮蔽できるので、複数の受光部のう ちいずれかを共通化でき、受光部の構成の簡素化が図れるほ力コスト面でメリットが ある。

Claims

請求の範囲
[1] 光ビームを放射する光源と、
前記光ビームを光ディスク上に集光する集光手段と、
前記集光手段によって集光される光ビームにより形成される集光スポットの焦点位 置を前記光ディスクの記録面に垂直な方向に移動させる集光スポット移動手段と、 前記集光手段によって集光され前記光ディスクカゝら反射される光ビームを複数の分 割光ビームに分割する光ビーム分割手段と、
複数の分割受光領域から構成される受光部を 1つ以上含み、前記複数の分割受光 領域のそれぞれに入射した前記分割光ビームの光量に応じた電気信号又は前記複 数の分割受光領域のそれぞれに入射した前記分割光ビームの光量の組み合わせに 応じた電気信号を出力する光検知手段と
を有し、
前記光ビーム分割手段により分割された前記複数の分割光ビームは、
1つの円形状光束又は 1対の半円形状光束と、
前記円形状光束又は前記半円形状光束の外側の光束である少なくとも 2つの輪帯 状光束又は少なくとも 2対の半輪帯状光束と
を含むことを特徴とする光ヘッド装置。
[2] 前記光ビームに球面収差を付加する球面収差付加手段をさらに有することを特徴 とする請求項 1に記載の光ヘッド装置。
[3] 前記輪帯状光束又は前記半輪帯状光束は、前記集光手段の有効光束半径を 1と し、前記輪帯状光束又は前記半輪帯状光束の内径の正規化半径を αとし、前記輪 帯状光束又は前記半輪帯状光束の外径の正規化半径を βとしとしたときに、
( a + j8 )Z2がほぼ 1Z 2である輪帯状光束又は半輪帯状光束を含む ことを特徴とする請求項 1に記載の光ヘッド装置。
[4] 前記輪帯状光束又は前記半輪帯状光束は、前記集光手段の有効光束半径を 1と し、前記輪帯状光束又は前記半輪帯状光束の内径の正規化半径を αとし、前記輪 帯状光束又は前記半輪帯状光束の外径の正規化半径を βとしとしたときに、 j8が (1— α 2)にほぼ等しぐ且つ、（a + j8 )Z2が 1Ζ 2より小さい輪帯状光 束又は半輪帯状光束を含む
ことを特徴とする請求項 1に記載の光ヘッド装置。
[5] 前記光ビーム分割手段は、ホログラム素子を含むことを特徴とする請求項 1に記載 の光ヘッド装置。
[6] 前記光ビーム分割手段が、前記集光スポット移動手段によって前記集光手段と共 に移動可能に備えられたことを特徴とする請求項 5に記載の光ヘッド装置。
[7] 前記光ビーム分割手段が、前記球面収差付加手段と前記光検知手段の間に配置 されていることを特徴とする請求項 2に記載の光ヘッド装置。
[8] 前記光ビーム分割手段が、前記集光手段と前記球面収差付加手段の間に配置さ れていることを特徴とする請求項 2に記載の光ヘッド装置。
[9] 前記光ビーム分割手段が、偏光ホログラム素子であり、
前記偏光ホログラム素子に隣接する 4分の 1波長板をさらに有することを特徴とする 請求項 8に記載の光ヘッド装置。
[10] 前記光ビーム分割手段が、入射光束の透過又は遮蔽を制御できる複数の領域を 備えた液晶型アパーチャ素子を有することを特徴とする請求項 2に記載の光ヘッド装 置。
[11] 前記球面収差付加手段は、
前記光源側の第 1レンズと、
前記集光手段側の第 2レンズと、
前記第 1レンズと前記第 2レンズの光軸方向の距離を変更する駆動手段と を有することを特徴とする請求項 2に記載の光ヘッド装置。
[12] 前記球面収差付加手段は、
前記集光手段で集光する光ビームに位相変調を与える第 1の液晶位相変調素子と 前記第 1の液晶位相変調素子の光軸に対して 90度回転した光軸を配置した第 2の 液晶位相変調素子と、
前記第 1の液晶位相変調素子と前記集光手段との間であって、且つ、前記第 2の 液晶位相変調素子と前記集光手段との間に配置された 4分の 1波長板と を有することを特徴とする請求項 2に記載の光ヘッド装置。
[13] 前記球面収差付加手段は、
前記集光手段により集光する光ビームに位相変調を与える第 1の液晶位相変調素 子と、
前記第 1の液晶位相変調素子と前記集光手段との間に配置される 4分の 1波長板 と
を有することを特徴とする請求項 2に記載の光ヘッド装置。
[14] 前記複数の分割光ビームを、前記光検知手段の複数の分割受光領域上に集光さ せるレンズ機能を有するセンサー光学手段をさらに有することを特徴とする請求項 1 に記載の光ヘッド装置。
[15] 前記センサー光学手段は、非点収差付加機能を有し、
前記複数の受光領域は、前記受光部の受光面を互いに直交する分割線によって 4 分割することによって構成され、
前記分割光ビームの少なくとも 1つを前記受光領域により受光して非点収差法焦点 ずれ検出する
ことを特徴とする請求項 14に記載の光ヘッド装置。
[16] 前記 1対の半円形状光束は、前記光ディスクのラジアル方向と実質的に平行な直 径を分割線としており、
前記少なくとも 2対の半輪帯状光束のそれぞれは、前記光ディスクのラジアル方向 と実質的に平行な直径を分割線としており、
前記受光手段の前記受光部は、前記光ディスクのラジアル方向に実質的に平行な 分割線で 2分された複数の受光領域を有し、
前記光ビーム分割手段で分割された前記分割光ビームである前記半輪帯状光束 又は前記半円形状光束のうちの少なくとも 1つを前記受光領域により受光してナイフ エッジ法焦点ずれ検出する
ことを特徴とする請求項 1に記載の光ヘッド装置。
[17] 前記各受光領域の外側 4隅の頂角又は頂角の一部を除去又は分割したことを特徴 とする請求項 15に記載の光ヘッド装置。
[18] 請求項 1に記載の光ヘッド装置と、
前記光ヘッド装置の前記光検知手段より出力される電気信号から、前記光ディスク に対する前記集光手段の焦点位置の焦点ずれ信号を生成する焦点ずれ検出回路と 前記集光スポット移動手段の位置を制御する焦点位置制御回路と
を有し、
前記焦点位置制御回路は、前記焦点ずれ信号に基づ!、て前記集光スポット移動 手段を制御することによって前記集光手段の焦点位置を制御することを特徴とする 光ディスク装置。
[19] 請求項 2に記載の光ヘッド装置を有する光ディスク装置であって、
前記 1つの円形状光束又は 1対の半円形状光束が、第 1の光束からなり、 前記少なくとも 2つの輪帯状光束又は少なくとも 2対の半輪帯状光束が、第 2の光 束と、この第 2の光束の外側の第 3の光束とからなり、
前記第 2の光束に応じた第 2の焦点ずれ検出信号に基づいて、前記集光スポット移 動手段を制御するフォーカスサーボ回路と、
前記第 1の光束に応じた第 1の焦点ずれ検出信号と前記第 3の光束に応じた第 3の 焦点ずれ検出信号とに基づいて前記球面収差補正手段を制御する球面収差補償 回路とを有する
ことを特徴とする光ディスク装置。
[20] 前記球面収差補償回路による前記球面収差補正手段の制御が、前記第 1の光束 に応じた第 1の焦点ずれ検出信号と前記第 3の光束に応じた第 3の焦点ずれ検出信 号との差分信号である球面収差検出信号がゼロとなるように行われることを特徴とす る請求項 19に記載の光ディスク装置。
[21] 請求項 1に記載の光ヘッド装置と、
前記光ヘッド装置の前記光検知手段より出力される電気信号から、前記光ディスク に対する前記集光手段の焦点位置の焦点ずれ信号を生成する焦点ずれ検出回路と 焦点ずれ検出回路から出力される焦点ずれ信号に基づいて、前記光ディスクの記 録層数を検出する記録層数検出回路と
を有し、
前記記録層数検出回路は、前記焦点ずれ信号の振幅レベルに基づいて光デイス クの記録層数を検出する
ことを特徴とする光ディスク装置。
[22] 請求項 1に記載の光ヘッド装置と、
前記光ヘッド装置の前記受光素子より出力される電気信号から、前記光ディスクに 対する前記集光手段の焦点位置の焦点ずれ信号を生成する焦点ずれ検出回路と、 前記光ディスクの種類を検出するディスク判別回路と
を有し、
前記ディスク判別回路は、前記焦点ずれ信号の振幅レベルに基づ!ヽて前記光ディ スクの種類を検出する
ことを特徴とする光ディスク装置。
[23] 前記光ディスクの記録層数を検出する記録層数検出回路をさらに有し、
前記記録層数検出回路は、前記焦点ずれ信号の振幅レベルに基づいて前記光デ イスクの記録総数を検出する
ことを特徴とする請求項 22に記載の光ディスク装置。
[24] 前記光ヘッド装置の前記光検知手段より出力される電気信号から、前記集光手段 により集光する光ビームにより形成される集光スポットの球面収差量を検出する球面 収差検出回路をさらに有し、
前記球面収差検出回路は、前記焦点ずれ検出回路で生成される前記焦点ずれ信 号のうちの少なくとも 1つの信号レベルがゼロとなるときの他の前記焦点ずれ信号の レベルに基づ 、て前記球面収差量を検出する
ことを特徴とする請求項 22に記載の光ディスク装置。
[25] 請求項 2に記載の光ヘッド装置と、
前記光ヘッド装置の前記光検知手段より出力される電気信号から、前記光ディスク に対する前記集光手段の焦点位置の焦点ずれ信号を生成する焦点ずれ検出回路と 前記光ヘッド装置の前記光検知手段より出力される電気信号から、前記集光手段 により集光する光ビームにより形成される集光スポットの球面収差量を検出する球面 収差検出回路と
前記球面収差検出回路から出力される検出信号に基づいて、前記球面収差付カロ 手段の動作を制御する
ことを特徴とする光ディスク装置。
[26] 請求項 1に記載の光ヘッド装置を有する光ディスク装置であって、
前記 1つの円形状光束又は 1対の半円形状光束が、第 1の光束からなり、 前記少なくとも 2つの輪帯状光束又は少なくとも 2対の半輪帯状光束が、第 2の光 束と、この第 2の光束の外側の第 3の光束とからなり、
前記第 2の光束に応じた第 2の焦点ずれ検出信号に基づいて、前記集光スポット移 動手段を制御するフォーカスサーボ回路と、
前記第 1の光束に応じた第 1の焦点ずれ検出信号と前記第 3の光束に応じた第 3の 焦点ずれ検出信号とを合計した焦点ずれ検出信号の振幅が所定の閾値レベルより 大きいか否かを判定し、所定の閾値レベルより大きいと判定された焦点ずれ検出信 号波形に対してのみフォーカスサーボ動作を許可するフォーカス動作選択手段とを 有する
ことを特徴とする光ディスク装置。
[27] 請求項 1に記載の光ヘッド装置を有する光ディスク装置であって、
前記 1つの円形状光束又は 1対の半円形状光束が、第 1の光束からなり、 前記少なくとも 2つの輪帯状光束又は少なくとも 2対の半輪帯状光束が、第 2の光 束と、この第 2の光束の外側の第 3の光束とを含み、
前記光ビーム分割手段が、前記第 1の光束を生成する円形の第 1の領域と、前記 第 2の光束を生成する輪帯状の第 2の領域と、前記第 3の光束を生成する輪帯状の 第 3の領域とを有し、
前記第 2の光束に応じた第 2の焦点ずれ検出信号の最大ピーク位置と最小ピーク 位置との間に前記光ヘッド装置による再生信号の変調成分の最大となる位置が存在 するように、前記光ビーム分割手段の前記第 2の領域を構成する ことを特徴とする光ディスク装置。
[28] 請求項 1に記載の光ヘッド装置を有する光ディスク装置であって、
前記 1つの円形状光束又は 1対の半円形状光束が、第 1の光束からなり、 前記少なくとも 2つの輪帯状光束又は少なくとも 2対の半輪帯状光束が、第 2の光 束と、この第 2の光束の外側の第 3の光束とを含み、
前記第 1の光束の検知信号と前記第 3の光束の検知信号との和信号に基づいて、 前記集光スポット移動手段を制御するフォーカスサーボ回路と
を有することを特徴とする光ディスク装置。
[29] 前記フォーカスサーボ回路による前記集光スポット移動手段の制御を、前記第 1の 光束の検知信号と前記第 3の光束の検知信号との和信号、又は、前記第 2の光束の 検知信号のいずれかによつて行うかを切り換える切換手段をさらに有することを特徴 とする請求項 28に記載の光ディスク装置。
[30] 前記切換手段により選択された前記第 1の光束の検知信号と前記第 3の光束の検 知信号との和信号の振幅、又は、前記第 2の光束の検知信号の振幅を調整するゲイ ン調整手段をさらに有することを特徴とする請求項 28に記載の光ディスク装置。
[31] 請求項 1に記載の光ヘッド装置を有する光ディスク装置であって、
前記 1つの円形状光束又は 1対の半円形状光束が、第 1の光束からなり、 前記少なくとも 2つの輪帯状光束又は少なくとも 2対の半輪帯状光束が、第 2の光 束と、この第 2の光束の外側の第 3の光束と、この第 3の光束の外側の第 4の光束とを 含み、
前記第 2の光束の検知信号と前記第 4の光束の検知信号との和信号に基づいて、 前記集光スポット移動手段を制御するフォーカスサーボ回路と
を有することを特徴とする光ディスク装置。
[32] 前記フォーカスサーボ回路による前記集光スポット移動手段の制御を、前記第 2の 光束の検知信号と前記第 4の光束の検知信号との和信号、又は、前記第 3の光束の 検知信号のいずれかによつて行うかを切り換える切換手段をさらに有することを特徴 とする請求項 31に記載の光ディスク装置。
[33] 前記切換手段により選択された前記第 2の光束の検知信号と前記第 4の光束の検 知信号との和信号の振幅、又は、前記第 3の光束の検知信号の振幅を調整するゲイ ン調整手段をさらに有することを特徴とする請求項 32に記載の光ディスク装置。
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