(57)【要約】【課題】焦点信号が得られる検出範囲を狭くした場合に、回折光の影響を抑制することが難しいという問題があった。【解決手段】焦点信号生成装置１００は、レーザ光を出射するレーザ光源１０１と、レーザ光を対象物１０６に集光する対物レンズ１０５と、対象物１０６で反射されて対物レンズ１０５を透過したレーザ光１０２を２つのレーザ光に分離する分離素子１０８と、当該２つのレーザ光をそれぞれ受光して電気信号に変換する第１の受光素子１１０および第２の受光素子１１２と、受光素子１１０，１１２に入射するレーザ光のうち、少なくとも一方に非点収差を付与する非点収差付与手段１０９，１１１と、対物レンズ１０５から第１の受光素子１１０および第２の受光素子１１２までの光路で生じる収差を補正する収差補正素子１０７と、受光素子１１０，１１２の出力に基づいて焦点信号を生成する焦点信号生成手段１１３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を対象物に集光する対物レンズと、
前記対象物で反射され、前記対物レンズを透過したレーザ光を、２つのレーザ光に分離する分離素子と、
前記分離素子で分離された２つのレーザ光がそれぞれ入射し、入射したレーザ光を電気信号に変換する第１の受光素子および第２の受光素子と、
前記第１の受光素子に入射するレーザ光および前記第２の受光素子に入射するレーザ光のうち、少なくとも一方に非点収差を付与する非点収差付与手段と、
前記対物レンズから第１の受光素子および第２の受光素子までの光路で生じる収差を補正する収差補正素子と、
前記第１の受光素子および前記第２の受光素子の出力に基づき、焦点信号を生成する焦点信号生成手段と
を備えたことを特徴とする焦点信号生成装置。
【請求項２】
前記非点収差付与手段は、
前記第１の受光素子に入射するレーザ光に非点収差を付与する第１の非点収差付与素子と、
前記第２の受光素子に入射するレーザ光に非点収差を付与する第２の非点収差付与素子と
を有することを特徴とする請求項１に記載の焦点信号生成装置。
【請求項３】
前記非点収差付与手段は、前記第１の受光素子に入射するレーザ光に非点収差を付与する第１の非点収差付与素子を有し、
前記第２の受光素子には、非点収差を付与しないレーザ光を入射させること
を特徴とする請求項１に記載の焦点信号生成装置。
【請求項４】
前記第１の受光素子および前記第２の受光素子は、いずれも、２行２列に分割された４つの受光部を有することを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の焦点信号生成装置。
【請求項５】
前記第１の受光素子の４つの受光部を、前記第１の受光素子の入射面と反対の側から見て第１の回転方向に受光部１，２，３，４とし、当該受光部１，２，３，４の信号出力をそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４とし、
前記第２の受光素子の４つの受光部を、前記第２の受光素子の入射面と反対の側から見て前記第１の回転方向に受光部１，２，３，４とし、当該受光部１，２，３，４の信号出力をそれぞれＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４としたとき、
前記焦点信号生成手段は、
ＦＥＳ＿Ｃ＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４）＋（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）
により、補正された焦点信号ＦＥＳ＿Ｃを生成すること
を特徴とする請求項４に記載の焦点信号生成装置。
【請求項６】
前記収差補正素子の表面は、当該表面の中心からの距離ｒの４次関数で表される回転対称形状の凸面または凹面であることを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載の焦点信号生成装置。
【請求項７】
前記非点収差付与手段は、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１から６までの何れか１項に記載の焦点信号生成装置。
【請求項８】
レーザ光源からレーザ光を出射し、
出射されたレーザ光を対物レンズにより対象物に集光し、
前記対象物で反射され、前記対物レンズを透過したレーザ光を、分離素子により２つのレーザ光に分離し、
分離された２つのレーザ光を、それぞれ第１の受光素子および第２の受光素子に入射させてそれぞれ電気信号に変換し、
前記第１の受光素子に入射するレーザ光および前記第２の受光素子に入射するレーザ光のうち、少なくとも一方に非点収差付与手段により非点収差を付与し、
前記対物レンズから第１の受光素子および第２の受光素子までの光路で生じる収差を補正し、
前記第１の受光素子の出力信号および前記第２の受光素子の出力信号に基づき、焦点信号を生成すること
を特徴とする焦点信号生成方法。
【請求項９】
前記非点収差の付与は、
前記第１の受光素子に入射するレーザ光に非点収差を付与する第１の非点収差付与素子と、
前記第２の受光素子に入射するレーザ光に非点収差を付与する第２の非点収差付与素子と
を用いて行うことを特徴とする請求項８に記載の焦点信号生成方法。
【請求項１０】
前記非点収差の付与は、前記第１の受光素子に入射するレーザ光に非点収差を付与する第１の非点収差付与素子を用いて行い、
前記第２の受光素子には、非点収差を付与しないレーザ光を入射させること
を特徴とする請求項８に記載の焦点信号生成方法。
【請求項１１】
前記第１の受光素子および前記第２の受光素子は、いずれも、２行２列に分割された４つの受光部を有することを特徴とする請求項８から１０までの何れか１項に記載の焦点信号生成方法。
【請求項１２】
前記第１の受光素子の４つの受光部を、前記第１の受光素子の入射面と反対の側から見て第１の回転方向に受光部１，２，３，４とし、当該受光部１，２，３，４の信号出力をそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４とし、
前記第２の受光素子の４つの受光部を、前記第２の受光素子の入射面と反対の側から見て前記第１の回転方向に受光部１，２，３，４とし、当該受光部１，２，３，４の信号出力をそれぞれＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４としたとき、
前記焦点信号を生成する工程では、
ＦＥＳ＿Ｃ＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４）＋（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）
により、補正された焦点信号ＦＥＳ＿Ｃを生成すること
を特徴とする請求項１１に記載の焦点信号生成方法。
【請求項１３】
前記光路で生じる前記収差の補正は、収差補正素子を用いて行い、
前記収差補正素子の表面は、当該表面の中心からの距離ｒの４次関数で表される回転対称形状の凸面または凹面であることを特徴とする請求項８から１２までの何れか１項に記載の焦点信号生成方法。
【請求項１４】
前記非点収差の付与は、シリンドリカルレンズを用いて行うことを特徴とする請求項８から１３までの何れか１項に記載の焦点信号生成方法。
【請求項１５】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を対象物に集光する対物レンズと、
前記対象物で反射され、前記対物レンズを透過したレーザ光を、２つのレーザ光に分離する分離素子と、
前記分離素子で分離された２つのレーザ光のうちの一方が入射し、入射したレーザ光を電気信号に変換する第１の受光素子と、
前記第１の受光素子に入射するレーザ光に非点収差を付与する非点収差付与手段と、
前記分離素子で分離された２つのレーザ光のうちの他方が、非点収差を付与されずに入射し、入射したレーザ光を電気信号に変換する第２の受光素子と、
前記第１の受光素子および前記第２の受光素子の出力に基づき、焦点信号を生成する焦点信号生成手段と
を備えたことを特徴とする焦点信号生成装置。
【請求項１６】
前記第１の受光素子および前記第２の受光素子は、いずれも、２行２列に分割された４つの受光部を有し、
前記第１の受光素子の４つの受光部を、前記第１の受光素子の入射面と反対の側から見て第１の回転方向に受光部１，２，３，４とし、当該受光部１，２，３，４の信号出力をそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４とし、
前記第２の受光素子の４つの受光部を、前記第２の受光素子の入射面と反対の側から見て前記第１の回転方向に受光部１，２，３，４とし、当該受光部１，２，３，４の信号出力をそれぞれＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４とし、
前記焦点信号生成手段は、
ＦＥＳ＿Ｃ＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４）＋（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）
により、補正された焦点信号ＦＥＳ＿Ｃを生成する
ことを特徴とする請求項１５に記載の焦点信号生成装置。
【請求項１７】
レーザ光源からレーザ光を出射し、
出射されたレーザ光を対物レンズにより対象物に集光し、
前記対象物で反射され、前記対物レンズを透過したレーザ光を、分離素子により２つのレーザ光に分離し、
分離された２つのレーザ光のうちの一方を、第１の受光素子に入射させて電気信号に変換し、
前記第１の受光素子に入射するレーザ光に非点収差付与手段により非点収差を付与し、
分離された２つのレーザ光のうちの他方を、非点収差を付与せずに第２の受光素子に入射させて電気信号に変換し、
前記第１の受光素子の出力信号および前記第２の受光素子の出力信号に基づき焦点信号を生成すること
を特徴とする焦点信号生成方法。
【請求項１８】
前記第１の受光素子および前記第２の受光素子は、いずれも、２行２列に分割された４つの受光部を有し、
前記第１の受光素子の４つの受光部を、前記第１の受光素子の入射面と反対の側から見て第１の回転方向に受光部１，２，３，４とし、当該受光部１，２，３，４の信号出力をそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４とし、
前記第２の受光素子の４つの受光部を、前記第２の受光素子の入射面と反対の側から見て前記第１の回転方向に受光部１，２，３，４とし、当該受光部１，２，３，４の信号出力をそれぞれＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４としたとき、
前記焦点信号を生成する工程は、
ＦＥＳ＿Ｃ＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４）＋（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）
により、補正された焦点信号ＦＥＳ＿Ｃを生成する工程
を含むことを特徴とする請求項１７に記載の焦点信号生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動焦点調節に用いられる焦点信号生成装置および焦点信号生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡等の測定装置や、光ディスクの情報を再生する光ピックアップでは、対象物（測定対象物や光ディスク）に対物レンズの焦点を合わせる焦点調節が行われる。焦点調節は、対象物に光を照射し、その反射光から焦点信号を生成して行う。
【０００３】
測定装置の場合、測定対象物の表面の凹凸で光が反射する際に、回折光が生じることがある。また、光ピックアップの場合、光ディスクのピットで光が反射する際に、回折光が生じることがある。また、このような回折光が生じると、反射光の光量分布が変動し、焦点信号に誤差が生じる可能性がある。
【０００４】
そこで、対象物からの反射光を偏光ビームスプリッタで２つに分割し、それぞれシリンドリカルレンズを通過させて２つの受光素子（４分割フォトダイオード）に入射させ、２つの受光素子の差動信号を生成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２９６６４号公報（段落０００２〜０００３および図１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、測定装置や光ピックアップの信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）を向上するためには、対物レンズの焦点位置と対象物との距離をできるだけ短くすることが望ましい。しかしながら、対物レンズの焦点位置と対象物との距離を短くすると、受光素子に集光する光スポットの大きさが小さくなる。そのため、例えばビームスプリッタやシリンドリカルレンズで生じる球面収差の影響が相対的に大きくなり、受光素子上に形成される光スポットに歪が生じて、回折光の影響を十分に低減できない可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記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、回折光の影響を低減し、誤差の小さい焦点信号を生成する焦点信号生成装置および焦点信号生成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る焦点信号生成装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を対象物に集光する対物レンズと、対象物で反射され、対物レンズを透過したレーザ光を、２つのレーザ光に分離する分離素子と、分離素子で分離された２つのレーザ光がそれぞれ入射し、入射したレーザ光を電気信号に変換する第１の受光素子および第２の受光素子と、第１の受光素子に入射するレーザ光および第２の受光素子に入射するレーザ光のうち、少なくとも一方に非点収差を付与する非点収差付与手段と、対物レンズから第１の受光素子および第２の受光素子までの光路で生じる収差を補正する収差補正素子と、第１の受光素子および第２の受光素子の出力に基づき、焦点信号を生成する焦点信号生成手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る焦点信号生成方法は、レーザ光源からレーザ光を出射し、出射されたレーザ光を対物レンズにより対象物に集光し、対象物で反射され、対物レンズを透過したレーザ光を、分離素子により２つのレーザ光に分離し、分離された２つのレーザ光を、それぞれ第１の受光素子および第２の受光素子に入射させてそれぞれ電気信号に変換し、第１の受光素子に入射するレーザ光および第２の受光素子に入射するレーザ光のうち、少なくとも一方に非点収差付与手段により非点収差を付与し、対物レンズから第１の受光素子および第２の受光素子までの光路で生じる収差を補正し、第１の受光素子の出力信号および第２の受光素子の出力信号に基づき、焦点信号を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、対物レンズから第１および第２の受光素子までの光路上で生じる収差を補正することにより、各受光素子上に形成される光スポットの歪を抑制することができる。その結果、回折光の影響を抑制し、誤差の小さい焦点信号を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における焦点信号生成装置の構成を示す図である。
【図２】対象物が対物レンズに近い場合（（Ａ）および（Ｂ））、焦点位置にある場合（（Ｃ）および（Ｄ））、および対物レンズから離れている場合（（Ｅ）および（Ｆ））のそれぞれにおいて、各受光素子上に形成される光スポットを示す模式図である。
【図３】対物レンズが焦点位置にある場合に、各受光素子に入射する回折光を示す模式図（（Ａ）および（Ｂ））である。
【図４】球面収差が生じていない場合（（Ａ）および（Ｂ））、球面収差が小さい場合（（Ｃ）および（Ｄ））、および球面収差が大きい場合（（Ｅ）および（Ｆ））のそれぞれにおいて、各受光素子に集光する光スポットを示す模式図である。
【図５】球面収差が生じていない場合（（Ａ）および（Ｂ））と、球面収差が生じた場合（（Ｃ）および（Ｄ））のそれぞれにおいて、各受光素子に入射する回折光を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態２における焦点信号生成装置の構成を示す図である。
【図７】対象物が対物レンズに近い場合（（Ａ）および（Ｂ））、焦点位置にある場合（（Ｃ）および（Ｄ））、および対物レンズから離れている場合（（Ｅ）および（Ｆ））のそれぞれにおいて、各受光素子上に形成される光スポットを示す模式図である。
【図８】対物レンズが焦点位置にある場合に、各受光素子に入射する回折光を示す模式図（（Ａ）および（Ｂ））である。
【図９】球面収差が生じていない場合（（Ａ）および（Ｂ））、球面収差が小さい場合（（Ｃ）および（Ｄ））、および球面収差が大きい場合（（Ｅ）および（Ｆ））のそれぞれにおいて、各受光素子に集光する光スポットを示す模式図である。
【図１０】球面収差が生じていない場合（（Ａ）および（Ｂ））と、球面収差が生じた場合（（Ｃ）および（Ｄ））のそれぞれにおいて、各受光素子に入射する回折光を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における焦点信号生成装置の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１における焦点信号生成装置および焦点信号生成方法について説明する。図１は、実施の形態１における焦点信号生成装置１００を示す図である。この焦点信号生成装置１００は、実施の形態１における焦点信号生成方法を実現する装置でもある。焦点信号生成装置１００は、例えば、非接触式の測定装置（例えば三次元測定装置）または光ディスク装置の光ピックアップで用いられる。ここでは、測定装置の測定対象物（被測定物）や、光ピックアップの読取対象である光ディスクを、「対象物」と称する。
【００１３】
図１に示すように、実施の形態１における焦点信号生成装置１００は、レーザ光源１０１と、ビームスプリッタ１０３と、コリメータレンズ１０４と、対物レンズ１０５と、球面収差補正素子１０７と、ビームスプリッタ１０８と、第１のシリンドリカルレンズ１０９と、第１の受光素子１１０と、第２のシリンドリカルレンズ１１１と、第２の受光素子１１２と、焦点信号生成回路１１３とを備えている。
【００１４】
レーザ光源１０１は、レーザ光１０２を発散光として出射する。ビームスプリッタ１０３は、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光１０２を透過し、また、対象物１０６からの反射光を反射する。なお、ビームスプリッタ１０３は、偏光ビームスプリッタと１／４波長板とを組み合わせたものであってもよい。
【００１５】
コリメータレンズ１０４は、ビームスプリッタ１０３を透過した発散状態のレーザ光を平行光に変換する。コリメータレンズ１０４の焦点距離は、例えば２００ｍｍである。
【００１６】
対物レンズ１０５は、コリメータレンズ１０４から出射されたレーザ光（平行光）を、対象物１０６の表面に集光させる。対象物１０６の表面は、光ディスクの記録面、あるいは測定対象物の表面である。対物レンズ１０５の焦点距離は、例えば２０ｍｍである。
【００１７】
また、対物レンズ１０５は、対象物１０６の表面で反射されたレーザ光を透過し、平行光としてコリメータレンズ１０４に向けて出射する。コリメータレンズ１０４は、対物レンズ１０５からのレーザ光（平行光）を収束光に変換して、ビームスプリッタ１０３に向けて出射する。
【００１８】
ビームスプリッタ１０３は、コリメータレンズ１０４からのレーザ光（すなわち対象物１０６からの反射光）を９０度反射して、球面収差補正素子１０７に向けて（図１において下方に）出射する。
【００１９】
球面収差補正素子（収差補正素子）１０７は、ビームスプリッタ１０８およびシリンドリカルレンズ１０９，１１１で発生する球面収差を補正する素子である。球面収差補正素子１０７の具体的な構成は、後述する。球面収差補正素子１０７は、ビームスプリッタ１０３から出射されたレーザ光を透過し、ビームスプリッタ１０８に向けて出射する。
【００２０】
ビームスプリッタ１０８（分離素子）は、球面収差補正素子１０７から出射されたレーザ光を２つに分離するものである。具体的には、ビームスプリッタ１０８は分離面（反射透過面）１０８ａを有し、分離面１０８ａを透過して直進するレーザ光と、９０度反射されるレーザ光とに分離する。ビームスプリッタ１０８は、例えばハーフプリズムにより構成することができる。
【００２１】
ビームスプリッタ１０８を透過したレーザ光が入射する位置には、第１のシリンドリカルレンズ（第１の非点収差付与素子）１０９が配置されている。また、ビームスプリッタ１０８で反射されたレーザ光が入射する位置には、第２のシリンドリカルレンズ（第２の非点収差付与素子）１１１が配置されている。第１のシリンドリカルレンズ１０９および第２のシリンドリカルレンズ１１１は、レーザ光に非点収差を付与するものである。
【００２２】
第１のシリンドリカルレンズ１０９および第２のシリンドリカルレンズ１１１は、それぞれの母線方向（半円筒面の軸線の方法）が紙面に対して４５度傾斜するように設けられている。第１のシリンドリカルレンズ１０９は、ビームスプリッタ１０８を透過したレーザ光を、母線方向に直交する方向に収束する。第２のシリンドリカルレンズ１１１は、ビームスプリッタ１０８で反射されたレーザ光を、母線方向に直交する方向に収束する。
【００２３】
第１のシリンドリカルレンズ１０９から出射されたレーザ光が入射する位置には、第１の受光素子１１０が配置されている。第２のシリンドリカルレンズ１１１から出射されたレーザ光が入射する位置には、第２の受光素子１１２が配置されている。
【００２４】
第１の受光素子１１０および第２の受光素子１１２は、いずれも４分割光検知器（より具体的には、４分割フォトダイオード）である。第１の受光素子１１０は、２行２列に配列された受光部（受光領域）１，２，３，４を有している。第１の受光素子１１０の受光部１，２，３，４は、第１の受光素子１１０を裏側（第１のシリンドリカルレンズ１０９側とは反対の側）から見た状態で、時計回り（第１の回転方向）に配列されている。第１のシリンドリカルレンズ１０９の母線方向は、第１の受光素子１１０の受光部１，３を結ぶ方向である。また、各受光部の寸法は、０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍである。
【００２５】
同様に、第２の受光素子１１２は、２行２列に配列された受光部（受光素子）１，２，３，４を有している。第２の受光素子１１２の受光部１，２，３，４は、第２の受光素子１１２を裏側（第２のシリンドリカルレンズ１１１側とは反対の側）から見た状態で、時計回り（第１の回転方向）に配列されている。第２のシリンドリカルレンズ１１１の母線方向は、第２の受光素子１１２の受光部１，３を結ぶ方向である。また、各受光部の寸法は、０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍである。
【００２６】
第１の受光素子１１０の受光部１，２，３，４に光が入射すると、光電変換により信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４が出力される。第２の受光素子１１２の受光部１，２，３，４に光が入射すると、光電変換により信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を出力される。
【００２７】
焦点信号生成回路（焦点信号生成手段）１１３は、第１の受光素子１１０の出力信号Ａ１〜Ａ４、および第２の受光素子１１２の出力信号Ｂ１〜Ｂ４が入力され、これらの信号に基づき、焦点信号を生成する回路である。
【００２８】
上記のとおり対物レンズ１０５の焦点距離を２０ｍｍとし、コリメータレンズ１０４の焦点距離を２００ｍｍとすると、光学系の横倍率は１０倍となる。
【００２９】
次に、受光素子１１０，１１２の出力信号に基づく、焦点信号生成回路１１３による焦点信号の生成について説明する。
【００３０】
第１の受光素子１１０の出力信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４から得られる焦点信号ＦＥＳ＿Ａは、以下の式（１）で表される。
ＦＥＳ＿Ａ＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４）  ・・・（１）
【００３１】
また、第２の受光素子１１２の出力信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４から得られる焦点信号ＦＥＳ＿Ｂは、以下の式（２）で表される。
ＦＥＳ＿Ｂ＝（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）  ・・・（２）
【００３２】
図２は、対象物１０６と対物レンズ１０５との距離が変化した場合の、受光素子１１０，１１２上の光スポットを示す模式図である。図２（Ａ）および（Ｂ）は、対象物１０６と対物レンズ１０５との距離が近い場合の受光素子１１０，１１２上の光スポットを示す。図２（Ｃ）および（Ｄ）は、対象物１０６が対物レンズ１０５の焦点位置（以下、合焦位置）にある場合の受光素子１１０，１１２上の光スポットを示す。図２（Ｅ）および（Ｆ）は、対象物１０６と対物レンズ１０５との距離が離れている場合の受光素子１１０，１１２上の光スポットを示す。
【００３３】
対象物１０６が合焦位置よりも対物レンズ１０５側にある（すなわち距離が近い場合）場合には、図２（Ａ）に示すように、第１の受光素子１１０上に形成される光スポットは、第１のシリンドリカルレンズ１０９の母線方向、すなわち受光部１と受光部３の方向に伸びた楕円形状となる。また、図２（Ｂ）に示すように、第２の受光素子１１２上に形成される光スポットは、第２のシリンドリカルレンズ１１１の母線方向、すなわち受光部１と受光部３の方向に伸びた楕円形状となる。
【００３４】
一方、図２（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、対象物１０６が合焦位置にある場合には、第１の受光素子１１０および第２の受光素子１１２上に形成される光スポットは、円形状となる。
【００３５】
対象物１０６が合焦位置よりも対物レンズ１０５から離間した位置にある場合には、図２（Ｅ）に示すように、第１の受光素子１１０上に形成される光スポットは、第１のシリンドリカルレンズ１０９の母線方向と直交する方向、すなわち受光部２と受光部４の方向に伸びた楕円形状となる。また、図２（Ｆ）に示すように、第２の受光素子１１２上に形成される光スポットは、第２のシリンドリカルレンズ１１１の母線方向と直交する方向、すなわち受光部２と受光部４の方向に伸びた楕円形状となる。
【００３６】
図３（Ａ）および（Ｂ）は、対象物１０６が対物レンズ１０５の焦点位置（合焦位置）にあるときに、第１の受光素子１１０および第２の受光素子１１２に入射する回折光を示す模式図である。
【００３７】
図３（Ａ）において、対象物１０６が合焦位置にある場合、第１の受光素子１１０の受光部４に回折光３０１が入射したものとする。回折光３０１は、例えば、測定対象物の表面や光ディスクのピットでのレーザ光の反射によって生成される。
【００３８】
この場合、回折光の信号強度をＤＳとすると、焦点信号ＦＥＳ＿Ａは、以下の式（３）で表される。
ＦＥＳ＿Ａ＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４＋ＤＳ）  ・・・（３）
【００３９】
式（３）から、第１の受光素子１１０に回折光３０１が入射すると、焦点信号ＦＥＳ＿Ａは−ＤＳの誤差を有する。すなわち、対象物１０６が焦点位置にあるときに、焦点信号ＦＥＳ＿Ａは０にならない。
【００４０】
一方、第２の受光素子１１２に入射する回折光３０２は、ビームスプリッタ１０８で反射されているため、上記の回折光３０１の鏡像となっている。そのため、回折光３０２は、第２の受光素子１１２の受光部１に入射する。回折光３０２の信号強度をＤＳとすると、焦点信号ＦＥＳ＿Ｂは、以下の式（４）で表される。
ＦＥＳ＿Ｂ＝（Ｂ１＋ＤＳ＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）  ・・・（４）
【００４１】
式（４）から、第２の受光素子１１２に回折光３０２が入射すると、焦点信号ＦＥＳ＿Ｂは＋ＤＳの誤差を有する。すなわち、対象物１０６が焦点位置にあるときに、焦点信号ＦＥＳ＿Ｂは０にならない。
【００４２】
本実施の形態では、焦点信号生成回路１１３が、２つの受光素子１１０，１１２の出力に基づき、以下の式（５）により焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ１（ＦＥＳ＿Ｃ）を生成する。
ＦＥＳ＿Ｃ１＝ＦＥＳ＿Ａ＋ＦＥＳ＿Ｂ
＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４）＋（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）  ・・・（５）
【００４３】
式（５）において、上記のように第１の受光素子１１０の受光部４に回折光３０１（信号強度ＤＳ）が入射し、第２の受光素子１１２の受光部１に回折光３０２（信号強度ＤＳ）が入射したとすると、焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ１は以下の式（６）で表される。
ＦＥＳ＿Ｃ１
＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４＋ＤＳ）＋（Ｂ１＋ＤＳ＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）
＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４）＋（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）＋ＤＳ−ＤＳ
・・・（６）
【００４４】
式（６）から明らかなように、回折光３０１，３０２の信号強度ＤＳはキャンセルされ、回折光の影響を低減した焦点信号を得ることができる。
【００４５】
なお、説明の便宜上、図３（Ａ）および（Ｂ）には、各受光素子１１０，１１２の一つの受光部にのみ回折光が入射する場合を示したが、各受光素子１１０，１１２の２以上の受光部に回折光が入射した場合にも、上記の式（５）により回折光の信号強度ＤＳをキャンセルし、回折光の影響を低減することができる。
【００４６】
ところで、焦点信号の信号雑音比を向上するためには、焦点信号が得られる検出範囲、すなわち対象物１０６と対物レンズ１０５の焦点位置との距離を小さくすることが望ましい。この場合、第１のシリンドリカルレンズ１０９，１１１の曲率半径は大きくなり、レーザ光に付与する非点収差の量は小さくなる。そのため、第１の受光素子１１０と第２の受光素子１１２に受光される光スポットは小さくなる。
【００４７】
その結果、上記のようにレーザ光に付与する非点収差と、ビームスプリッタ１０８やシリンドリカルレンズ１０９，１１１で発生する球面収差とが同程度になる可能性がある。以下では、球面収差が焦点信号に与える影響について説明する。
【００４８】
図４は、球面収差が生じていない場合（（Ａ）および（Ｂ））、球面収差が小さい場合（（Ｃ）および（Ｄ））および球面収差が大きい場合（（Ｅ）および（Ｆ））のそれぞれについて、受光素子１１０，１１２上の光スポットの状態を示す図である。図４（Ａ）〜（Ｆ）は、いずれも対象物１０６は対物レンズ１０５の焦点位置（合焦位置）にあるときの光スポットを示している。
【００４９】
図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、球面収差が無い場合には、第１の受光素子１１０および第２の受光素子１１２には、円形状の光スポットが形成される。
【００５０】
一方、図４（Ｃ）および（Ｅ）に示すように、ビームスプリッタ１０８やシリンドリカルレンズ１０９，１１１で発生する球面収差が大きくなり、レーザ光に付与する非点収差と同程度になると、第１の受光素子１１０の中心近傍に入射するレーザ光は円形状の光スポット４０１を形成するのに対し、その周囲に入射するレーザ光は、受光部１と受光部３の方向（第１のシリンドリカルレンズ１０９の母線方向）に伸びた楕円形状の光スポット４０２を形成する。これは、球面収差のために、第１の受光素子１１０に入射するレーザ光のうち、光軸に近い位置を進行してきた光束と、光軸から離れた位置を進行してきた光束とで、結像位置が異なるためである。
【００５１】
同様に、図４（Ｄ）および（Ｆ）に示すように、球面収差が大きくなると、第２の受光素子１１２の中心近傍に入射するレーザ光は円形状の光スポット４０３を形成するのに対し、その周囲に入射するレーザ光は、受光部１と受光部３の方向（第２のシリンドリカルレンズ１１１の母線方向）に伸びた楕円形状の光スポット４０４を形成する。これは、球面収差のために、第２の受光素子１１２に入射するレーザ光のうち、光軸に近い位置を進行してきた光束と、光軸から離れた位置を進行してきた光束とで、結像位置が異なるためである。
【００５２】
すなわち、対象物１０６が合焦位置にあるときに、第１の受光素子１１０および第２の受光素子１１２上に形成される光スポットに歪が生じる。
【００５３】
図５は、球面収差が生じていない場合（（Ａ）および（Ｂ））と、球面収差が生じている場合（（Ｃ）および（Ｄ））のそれぞれにおいて、受光素子１１０，１１２に入射する回折光を示す模式図である。なお、対物レンズ１０５は、対象物１０６の焦点位置（合焦位置）にある。
【００５４】
球面収差が生じていない場合には、図５（Ａ）および（Ｂ）に示したように、第１の受光素子１１０の受光部４に回折光３０１が入射し、第２の受光素子１１２の受光部１に回折光３０２が入射する。
【００５５】
球面収差が生じた場合には、図５（Ｃ）に示したように、第１の受光素子１１０の受光部４のほかに、受光部１と受光部３にも回折光５０１が入射する。回折光５０１の受光部１での信号強度をＤＳ１とし、受光部４での信号強度をＤＳ４とし、受光部３での信号強度をＤＳ３とすると、焦点信号ＦＥＳ＿Ａは、以下の式（７）で表される。
ＦＥＳ＿Ａ＝（Ａ１＋ＤＳ１＋Ａ３＋ＤＳ３）−（Ａ２＋Ａ４＋ＤＳ４）・・・（７）
【００５６】
一方、図５（Ｄ）に示したように、第２の受光素子１１２に入射する回折光５０２は、ビームスプリッタ１０８による反射と球面収差の影響により、第２の受光素子１１２の受光部１に入射する。すなわち、第１の受光素子１１０の受光部１，３，４に入射した回折光と同じ信号強度を有する回折光が、第２の受光素子１１２では受光部１のみに入射する。回折光５０２の信号強度は、回折光５０１と同じＤＳ１＋ＤＳ３＋ＤＳ４で表されるため、焦点信号ＦＥＳ＿Ｂは、以下の式（８）で表される。
ＦＥＳ＿Ｂ＝（Ｂ１＋ＤＳ１＋ＤＳ３＋ＤＳ４＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）・・・（８）
【００５７】
上記式（８）から、球面収差が生じると、回折光が入射した場合の焦点信号ＦＥＳ＿ＡはＤＳ１＋ＤＳ３−ＤＳ４の誤差を有し、対象物１０６が合焦位置にあるときに焦点信号ＦＥＳ＿Ａは０にならない。また、焦点信号ＦＥＳ＿ＢはＤＳ１＋ＤＳ３＋ＤＳ４の誤差を有し、対象物１０６が合焦位置にあるときに焦点信号ＦＥＳ＿Ｂは０にならない。
【００５８】
また、この場合、２つの受光素子１１０，１１２の出力に基づく焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ１は、以下の式（９）で表わされる。
ＦＥＳ＿Ｃ１
＝（Ａ１＋ＤＳ１＋Ａ３＋ＤＳ３）−（Ａ２＋Ａ４＋ＤＳ４）＋（Ｂ１＋ＤＳ１＋ＤＳ３＋ＤＳ４＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）
＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４）＋（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）＋２×ＤＳ１＋２×ＤＳ３＋ＤＳ４−ＤＳ４  ・・・（９）
【００５９】
式（９）に示すように、回折光のＤＳ４の成分のみがキャンセルされ、ＤＳ１とＤＳ３の成分がキャンセルされずに残留する。そのため、対象物１０６が合焦位置にあっても、２つの受光素子１１０，１１２の出力に基づいて生成する焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ１は０にならない。
【００６０】
このように、検出範囲を小さくし、これに伴って受光素子１１０，１１２上の光スポットを小さくした場合、ビームスプリッタ１０８やシリンドリカルレンズ１０９，１１１で球面収差が発生すると、受光素子１１０，１１２の出力に基づいて生成する焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ１に誤差が含まれることになる。
【００６１】
そこで、本発明の実施の形態１では、球面収差補正素子１０７を用いて、ビームスプリッタ１０８およびシリンドリカルレンズ１０９，１１１で発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させ、これによりビームスプリッタ１０８およびシリンドリカルレンズ１０９，１１１で発生する球面収差を補正している。
【００６２】
球面収差補正素子１０７は、補正しようする球面収差（すなわちビームスプリッタ１０８およびシリンドリカルレンズ１０９，１１１で発生する球面収差）に応じた形状の凹面または凸面を有している。ここでは、球面収差補正素子１０７の凹面または凸面は、当該面の中心からの距離ｒの４次関数で表される回転対称形状を有している。
【００６３】
球面収差補正素子１０７は、例えばＢＫ７等のガラスで構成されており、一般に「球面収差補正プレート」として用いられているものを用いることができる。
【００６４】
このようにして球面収差を補正することにより、図５（Ｃ）および（Ｄ）に示したような光スポットの歪を抑制することができる。その結果、上記の式（５）で表わした、２つの受光素子１１０，１１２の出力に基づく焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ１は、対象物１０６が合焦位置にあるときには、確実に０になる。すなわち、誤差を低減した焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ１を生成することができる。
【００６５】
なお、ビームスプリッタ１０３でも球面収差は発生するが、対物レンズ１０５およびコリメータレンズ１０４がビームスプリッタ１０３とは逆極性の球面収差を発生し、これを補正する。そのため、球面収差補正素子１０７は、ビームスプリッタ１０８およびシリンドリカルレンズ１０９，１１１で発生する球面収差を補正すればよい。
【００６６】
球面収差補正素子１０７の配置は、図１に示した配置に限らず、対物レンズ１０５から受光素子１１０，１１２までの光路上で発生する球面収差を補正することができる位置に配置されていればよい。また、球面収差補正素子１０７を用いる代わりに、ビームスプリッタ１０８やシリンドリカルレンズ１０９，１１１に球面収差補正機能を持たせても良い。
【００６７】
以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、球面収差補正素子１０７を用いて、ビームスプリッタ１０８およびシリンドリカルレンズ１０９，１１１で発生する球面収差を補正することにより、受光素子１１０，１１２上に形成される光スポットの歪を抑制することができる。その結果、回折光の影響を抑制した、誤差の少ない焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ１を生成することができる。
【００６８】
また、この実施の形態１では、対象物１０６からのレーザ光をビームスプリッタ１０８で２つに分離し、一方をシリンドリカルレンズ１０９を通過させて第１の受光素子１１０に入射させ、他方をシリンドリカルレンズ１１１を通過させて第２の受光素子１１２に入射させ、２つの受光素子１１０，１１２の出力から上記の式（５）により焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ１を生成するようにしたため、回折光の影響を効果的に抑制することができる。
【００６９】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２における焦点信号生成装置１００Ａの構成を示す図である。この焦点信号生成装置１００Ａは、実施の形態２における焦点信号生成方法を実現する装置でもある。図６に示すように、実施の形態２における焦点信号生成装置１００Ａは、第２のシリンドリカルレンズ１１１を有さない点において、実施の形態１の焦点信号生成装置１００と異なっている。以下では、第１のシリンドリカルレンズ１０９を、単にシリンドリカルレンズ１０９と称する。
【００７０】
実施の形態２は、レーザ光源１０１と、ビームスプリッタ１０３と、コリメータレンズ１０４と、対物レンズ１０５と、球面収差補正素子（収差補正素子）１０７と、ビームスプリッタ（分離素子）１０８と、シリンドリカルレンズ（非点収差付与素子）１０９と、第１の受光素子１１０と、第２の受光素子１１２と、焦点信号生成回路（焦点信号生成手段）６０１とを備えている。
【００７１】
レーザ光源１０１、ビームスプリッタ１０３、コリメータレンズ１０４、対物レンズ１０５、球面収差補正素子１０７、ビームスプリッタ１０８、シリンドリカルレンズ１０９、第１の受光素子１１０および第２の受光素子１１２の構成は、実施の形態１で説明したとおりである。
【００７２】
但し、実施の形態２では、ビームスプリッタ１０８から第１の受光素子１１０に入射するレーザ光は、シリンドリカルレンズ１０９を通過しているのに対し、第２の受光素子１１２に入射するレーザ光は、シリンドリカルレンズを通過していない。
【００７３】
また、実施の形態１と同様、対物レンズ１０５の焦点距離は２０ｍｍ、コリメータレンズ１０４の焦点距離は２００ｍｍであり、光学系の横倍率は１０倍である。
【００７４】
第１の受光素子１１０の出力信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４から得られる焦点信号ＦＥＳ＿Ａは、以下の式（１０）で表される。
ＦＥＳ＿Ａ＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４）  ・・・（１０）
【００７５】
また、第２の受光素子１１２の出力信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４から得られる焦点信号ＦＥＳ＿Ｉは、以下の式（１１）で表される。
ＦＥＳ＿Ｉ＝（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）  ・・・（１１）
【００７６】
図７は、対象物１０６と対物レンズ１０５との距離が変化した場合の、受光素子１１０，１１２上の光スポットを示す模式図である。図７（Ａ）および（Ｂ）は、対象物１０６と対物レンズ１０５との距離が近い場合の受光素子１１０，１１２上の光スポットを示す。図７（Ｃ）および（Ｄ）は、対象物１０６が対物レンズ１０５の焦点位置（合焦位置）にある場合の受光素子１１０，１１２上の光スポットを示す。図７（Ｅ）および（Ｆ）は、対象物１０６と対物レンズ１０５との距離が離れている場合の受光素子１１０，１１２上の光スポットを示す。
【００７７】
対象物１０６が合焦位置よりも対物レンズ１０５側にある（すなわち距離が近い場合）場合には、図７（Ａ）に示すように、第１の受光素子１１０上に形成される光スポットは、シリンドリカルレンズ１０９の母線方向、すなわち受光部１と受光部３の方向に伸びた楕円形状となる。
【００７８】
一方、図７（Ｂ）に示すように、第２の受光素子１１２に入射する光はシリンドリカルレンズを通過していないため、第２の受光素子１１２上に形成される光スポットは円形状となる。
【００７９】
図７（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、対象物１０６が合焦位置にある場合には、第１の受光素子１１０および第２の受光素子１１２上に形成される光スポットは、円形状となる。
【００８０】
対象物１０６が合焦位置よりも対物レンズ１０５から離間した位置にある場合には、図７（Ｅ）に示すように、第１の受光素子１１０上に形成される光スポットは、シリンドリカルレンズ１０９の母線方向と直交する方向、すなわち受光部２と受光部４の方向に伸びた楕円形状となる。一方、図７（Ｆ）に示すように、第２の受光素子１１２上に形成される光スポットは、円形状となる。
【００８１】
このように第２の受光素子１１２上に形成される光スポットは常に円形状であるが、光スポットの大きさは、対象物１０６が対物レンズ１０５から遠ざかるにつれて小さくなる。
【００８２】
図８（Ａ）および（Ｂ）は、対象物１０６が対物レンズ１０５の焦点位置（合焦位置）にあるときに、第１の受光素子１１０および第２の受光素子１１２に入射する回折光を示す図である。ここでは、図８（Ａ）において、第１の受光素子１１０の受光部４に回折光８０１が到達したものとする。
【００８３】
この場合、回折光の信号強度をＤＳとすると、焦点信号ＦＥＳ＿Ａは、以下の式（１２）で表される。
ＦＥＳ＿Ａ＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４＋ＤＳ）  ・・・（１２）
【００８４】
式（１２）から、第１の受光素子１１０に回折光３０１が入射すると、焦点信号ＦＥＳ＿Ａは−ＤＳの誤差を有する。すなわち、対象物１０６が焦点位置にあるときに、焦点信号ＦＥＳ＿Ａは０にならない。
【００８５】
一方、第２の受光素子１１２に到達する回折光８０２は、ビームスプリッタ１０８で反射されており、また、シリンドリカルレンズを通過していないため、第２の受光素子１１２の受光部３に入射する。回折光８０２の信号強度をＤＳとすると、焦点信号ＦＥＳ＿Ｉは、以下の式（１３）で表される。
ＦＥＳ＿Ｉ＝（Ｂ１＋Ｂ３＋ＤＳ）−（Ｂ２＋Ｂ４）  ・・・（１３）
【００８６】
式（１３）から、第２の受光素子１１２に回折光３０２が入射すると、焦点信号ＦＥＳ＿Ｉは＋ＤＳの誤差を有する。すなわち、対象物１０６が焦点位置にあるときに、焦点信号ＦＥＳ＿Ｉは０にならない。
【００８７】
本実施の形態では、焦点信号生成回路６０１が、２つの受光素子１１０，１１２の出力に基づき、以下の式（１４）により焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ２（ＦＥＳ＿Ｃ）を生成する。
ＦＥＳ＿Ｃ２＝ＦＥＳ＿Ａ＋ＦＥＳ＿Ｉ
＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４）＋（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）・・・（１４）
【００８８】
式（１４）において、上記のように第１の受光素子１１０の受光部４に回折光８０１（信号強度Ｄ２）が到達し、第２の受光素子１１２の受光部３に回折光８０２（信号強度ＤＳ）が到達したとすると、焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ２は以下の式（１５）で表される。
ＦＥＳ＿Ｃ２
＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４＋ＤＳ）＋（Ｂ１＋Ｂ３＋ＤＳ）−（Ｂ２＋Ｂ４）
＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４）＋（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）＋ＤＳ−ＤＳ
・・・（１５）
【００８９】
式（１５）から明らかなように、回折光８０１，８０２の信号強度ＤＳはキャンセルされ、回折光の影響を低減した焦点信号を得ることができる。
【００９０】
なお、説明の便宜上、図８（Ａ）および（Ｂ）には、各受光素子１１０，１１２の一つの受光部にのみ回折光が入射する場合を示したが、各受光素子１１０，１１２の２以上の受光部に回折光が入射した場合にも、上記の式（１４）により回折光の信号強度ＤＳをキャンセルし、回折光の影響を低減することができる。
【００９１】
ところで、実施の形態１でも説明したように、焦点信号の信号雑音比を向上するためには、焦点信号が得られる検出範囲、すなわち対象物１０６と対物レンズ１０５の焦点位置との距離を小さくすることが望ましい。その場合には、レーザ光の非点収差の量が小さくなり、受光素子１１０，１１２上に形成される光スポットの大きさが小さくなる。そのため、ビームスプリッタ１０８やシリンドリカルレンズ１０９で発生する球面収差が焦点信号に与える影響を考慮する必要がある。
【００９２】
図９は、球面収差が生じていない場合（（Ａ）および（Ｂ））、球面収差が小さい場合（（Ｃ）および（Ｄ））および球面収差が大きい場合（（Ｅ）および（Ｆ））のそれぞれについて、受光素子１１０，１１２上の光スポットの状態を示す模式図である。図９（Ａ）〜（Ｆ）は、いずれも対象物１０６が対物レンズ１０５の焦点位置（合焦位置）にあるときの光スポットを示している。
【００９３】
図９（Ａ）および（Ｂ）に示すように、球面収差が無い場合には、第１の受光素子１１０および第２の受光素子１１２には、円形状の光スポットが形成される。
【００９４】
一方、図９（Ｃ）および（Ｅ）に示すように、球面収差が大きくなると、第１の受光素子１１０の中心近傍に入射するレーザ光は円形状の光スポット９０１を形成するのに対し、その周囲に入射するレーザ光は、受光部１と受光部３の方向（第１のシリンドリカルレンズ１０９の母線方向）に伸びた楕円形状の光スポット９０２を形成する。これは、球面収差のために、第１の受光素子１１０に入射するレーザ光のうち、光軸に近い位置を進行してきた光束と、光軸から離れた位置を進行してきた光束とで、結像位置が異なるためである。
【００９５】
これに対し、図９（Ｄ）および（Ｆ）に示すように、第２の受光素子１１２に入射するレーザ光はシリンドリカルレンズを通過していないため、球面収差が大きくなっても、中心近傍に入射するレーザ光は円形状の光スポット９０３を形成し、周囲に入射するレーザ光も円形状の光スポット９０４を形成する。
【００９６】
図１０は、球面収差が生じていない場合（（Ａ）および（Ｂ））と、球面収差が生じている場合（（Ｃ）および（Ｄ））のそれぞれにおいて、受光素子１１０，１１２に入射する回折光を示す図である。なお、対物レンズ１０５は合焦位置にある。
【００９７】
球面収差が生じていない場合には、図１０（Ａ）および（Ｂ）に示したように、第１の受光素子１１０の受光部４に回折光８０１が入射し、第２の受光素子１１２の受光部３に回折光８０２が入射する。
【００９８】
球面収差が生じた場合には、図１０（Ｃ）に示したように、第１の受光素子１１０の受光部４のほかに、受光部１と受光部３にも回折光１００１が入射する。回折光１００１の受光部１での信号強度をＤＳ１とし、受光部４での信号強度をＤＳ４とし、受光部３での信号強度をＤＳ３とすると、焦点信号ＦＥＳ＿Ａは、以下の式（１６）で表される。
ＦＥＳ＿Ａ＝（Ａ１＋ＤＳ１＋Ａ３＋ＤＳ３）−（Ａ２＋Ａ４＋ＤＳ４）
・・・（１６）
【００９９】
一方、図１０（Ｄ）に示したように、第２の受光素子１１２に到達する回折光１００２は、第２の受光素子１１２の受光部３に入射する。すなわち、第１の受光素子１１０の受光部１，３，４に入射した回折光と同じ信号強度の回折光が、第２の受光素子１１２では受光部３のみに入射する。回折光１００２の信号強度は、回折光１００１と同じＤＳ１＋ＤＳ３＋ＤＳ４で表されるため、焦点信号ＦＥＳ＿Ｉは、以下の式（１７）で表される。
ＦＥＳ＿Ｉ＝（Ｂ１＋Ｂ３＋ＤＳ１＋ＤＳ３＋ＤＳ４）−（Ｂ２＋Ｂ４）
・・・（１７）
【０１００】
上記式（１７）から、球面収差が生じると、回折光が入射した場合の焦点信号ＦＥＳ＿ＡはＤＳ１＋ＤＳ３−ＤＳ４の誤差を有し、対象物１０６が合焦位置にあるときに焦点信号ＦＥＳ＿Ａは０にならない。また、焦点信号ＦＥＳ＿ＩはＤＳ１＋ＤＳ３＋ＤＳ４の誤差を有し、対象物１０６が合焦位置にあるときに焦点信号ＦＥＳ＿Ｉは０にならない。
【０１０１】
また、この場合、２つの受光素子１１０，１１２の出力に基づく焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ２は、以下の式（１８）で表わされる。
ＦＥＳ＿Ｃ２
＝（Ａ１＋ＤＳ１＋Ａ３＋ＤＳ３）−（Ａ２＋Ａ４＋ＤＳ４）＋（Ｂ１＋Ｂ３＋ＤＳ１＋ＤＳ３＋ＤＳ４）−（Ｂ２＋Ｂ４）
＝（Ａ１＋Ａ３）−（Ａ２＋Ａ４）＋（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）＋２×ＤＳ１＋２×ＤＳ３＋ＤＳ４−ＤＳ４  ・・・（１８）
【０１０２】
式（１８）に示すように、回折光のＤＳ４の成分のみがキャンセルされ、ＤＳ１とＤＳ３の成分がキャンセルされずに残留する。そのため、対象物１０６が合焦位置にあっても、２つの受光素子１１０，１１２の出力に基づいて生成する焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ２は０にならない。
【０１０３】
このように、検出範囲を小さくし、これに伴って受光素子１１０，１１２上の光スポットを小さくした場合、ビームスプリッタ１０８やシリンドリカルレンズ１０９で球面収差が発生すると、受光素子１１０，１１２の出力に基づいて生成する焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ２に誤差が含まれることになる。
【０１０４】
そこで、本発明の実施の形態２では、球面収差補正素子１０７を用いて、ビームスプリッタ１０８およびシリンドリカルレンズ１０９で発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させ、これによりビームスプリッタ１０８およびシリンドリカルレンズ１０９で発生する球面収差を補正している。
【０１０５】
球面収差補正素子１０７は、実施の形態１でも説明したように、補正しようする球面収差（すなわちビームスプリッタ１０８およびシリンドリカルレンズ１０９で発生する球面収差）に応じた形状の凹面または凸面を有している。ここでは、球面収差補正素子１０７の凹面または凸面は、当該面の中心からの距離ｒの４次関数で表される回転対象形状を有している。また、球面収差補正素子１０７は、例えばＢＫ７等のガラスで構成されており、一般に「球面収差補正プレート」として用いられているものを用いることができる。
【０１０６】
このようにして球面収差を補正することにより、図１０（Ｃ）および（Ｄ）に示したような光スポットの歪の発生を抑制することができる。その結果、上記の式（１４）で表わした、２つの受光素子１１０，１１２の出力に基づく焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ２は、対象物１０６が合焦位置にあるときには、確実に０になる。すなわち、誤差を低減した焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ２を生成することができる。
【０１０７】
以上説明したように、本発明の実施の形態２によれば、球面収差補正素子１０７を用いて、ビームスプリッタ１０８およびシリンドリカルレンズ１０９で発生する球面収差を補正することにより、受光素子１１０，１１２上に形成される光スポットの歪を抑制することができる。その結果、回折光の影響を抑制した、誤差の少ない焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ２を生成することができる。
【０１０８】
また、この実施の形態２では、対象物１０６からのレーザ光をビームスプリッタ１０８で２つに分離し、一方をシリンドリカルレンズ１０９を通過させて第１の受光素子１１０に入射させ、他方をシリンドリカルレンズを通過させずに第２の受光素子１１２に入射させ、２つの受光素子１１０，１１２の出力から、上記の式（１４）により焦点信号ＦＥＳ＿Ｃ２を生成している。受光素子１１０，１１２に回折光の影響が現れるのは対物レンズ１０５が合焦位置の近傍にあるときだけであるため、図８（Ａ）および（Ｂ）に示したように、回折光の影響を抑制することができる。
【０１０９】
なお、実施の形態２では、ビームスプリッタ１０８で反射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズを通過せずに第２の受光素子１１２に入射する。そのため、球面収差補正素子１０７が、シリンドリカルレンズ１０９で発生する球面収差を補正する逆極性の球面収差を発生すると、第２の受光素子１１２に入射するレーザ光に対して過補正になる場合がある。
【０１１０】
そこで、図１１に示すように、ビームスプリッタ１０８で発生する球面収差を補正する球面収差補正素子１０７ａと、シリンドリカルレンズ１０９で発生する球面収差を補正する球面収差補正素子１０７ｂとを別々に設け、球面収差補正素子１０７ｂを第１のシリンドリカルレンズ１０９と第１の受光素子１１０との間（または、ビームスプリッタ１０８と第１のシリンドリカルレンズ１０９との間）に配置してもよい。
【０１１１】
なお、実施の形態２は、球面収差補正素子１０７を有さない構成にも適用することができる。受光素子１１０，１１２上に形成される光スポットの大きさが比較的大きく、非点収差と比較して球面収差が小さい場合には、回折光の影響を抑制することができる。
【０１１２】
実施の形態２では、製造誤差のために球面収差補正素子１０７による球面収差の補正が設計値（理論値）からずれた場合に、実施の形態１よりも焦点信号の誤差を小さくすることができるという利点がある。すなわち、球面収差補正素子１０７による球面収差の補正が設計値からずれた場合、実施の形態１では、第１の受光素子１１０と第２の受光素子１１２上の両方の光スポットに歪みが発生するのに対し、実施の形態２では、第１の受光素子１１０上の光スポットにのみ歪みが発生し、第２の受光素子１１２上の光スポットには歪みは発生しない。そのため、焦点信号生成回路１１３が生成する焦点信号を、誤差の小さなものにすることができる。
【０１１３】
本発明は、例えば、非接触式の三次元測定装置等に測定装置、または光ピックアップを有するディスク装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０１  レーザ光源、  １０２  レーザ光、  １０３  ビームスプリッタ、  １０４  コリメータレンズ、  １０５  対物レンズ、  １０６  対象物、  １０７  球面収差補正素子（収差補正素子）、  １０８  ビームスプリッタ（分離素子）、  １０９  第１のシリンドリカルレンズ（第１の非点収差付与素子）、  １１０  第１の受光素子、  １１１  第２のシリンドリカルレンズ（第２の非点収差付与素子）、  １１２  第２の受光素子、  １１３  焦点信号生成回路（焦点信号生成手段）、  ３０１，３０２  回折光、  ４０１，４０３  受光素子の中心近傍の光スポット、  ４０２，４０４  周囲の光スポット、  ５０１，５０２  回折光、  ８０１，８０２  回折光、  ９０１，９０３  受光素子の中心近傍の光スポット、  ９０２，９０４  周囲の光スポット、  １００１，１００２  回折光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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