(57)【要約】【課題】  信号光量のロスが無く、フォーカスエラー信号を所望の接線範囲の傾き、検出範囲となるフォーカスエラー信号生成方法を提供する。【解決手段】  フォーカスエラー信号を生成するため、光ビームを少なくとも２つに分割し、その一方の光ビームに所定の方向のコマ収差を付与し、また他方の光ビームに先のコマ収差とは異なる方向のコマ収差を付与する。【選択図】  図３
2013025828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを少なくとも２つに分割し、
一方の光ビームに所定の方向のコマ収差を付与し、
他方の光ビームに前記コマ収差とは異なる方向のコマ収差を付与することで、
前記光ビームのフォーカスエラー信号を生成することを特徴とするフォーカスエラー信号生成方法。
【請求項２】
請求項１記載のフォーカスエラー信号生成方式であって、
前記光ビームを２つに分割するときの分割線の方向と前記コマ収差が付与される方向とが略直交であることを特徴とするフォーカスエラー信号生成方法。
【請求項３】
請求項２記載のフォーカスエラー信号生成方式であって、
光ビームを集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光される光ビームを少なくとも２つに分割し、一方の光ビームに所定の方向のコマ収差を付与し、他方の光ビームに前記コマ収差とは異なる方向のコマ収差を付与する光ビーム変調素子と、
前記２つに分割された光ビームの光量を信号として検出する光検出器と、を備え、
該光検出器から検出された信号から前記光ビームのフォーカスエラー信号を生成することを特徴とするフォーカスエラー信号生成装置。
【請求項４】
請求項３記載のフォーカスエラー信号生成装置であって、
前記光検出器は、前記２個に分割された光ビームのうち、一方の光ビームを受光する少なくとも２つの受光面と他方の光ビームを受光する少なくとも２つの受光面とを備え、
前記受光面から得られる前記光検出器の信号からフォーカスエラー信号を生成することを特徴とするフォーカスエラー信号生成装置。
【請求項５】
請求項４記載のフォーカスエラー信号生成装置であって、
前記光ビームを２つに分割するときの分割線の方向と前記一方の光ビームを受光する少なくとも２つの受光面の境界の方向とが略平行であることを特徴とするフォーカスエラー信号生成装置。
【請求項６】
光ビームを出射する光源と、
前記光ビームを集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光される前記光ビームを少なくとも２つに分割し、一方の光ビームに所定の方向のコマ収差を付与し、他方の光ビームに前記コマ収差とは異なる方向のコマ収差を付与する光ビーム変調素子と、
前記２つに分割された光ビームの光量を信号として検出する光検出器と、を備え、
前記光ビームのフォーカスエラー信号の生成に用いられる信号を前記光検出器から検出することを特徴とする光学ヘッド。
【請求項７】
請求項６記載の光学ヘッドであって、
前記光ビームを２つに分割するときの分割線の方向と前記コマ収差が付与される方向とが略直交であることを特徴とする光学ヘッド。
【請求項８】
請求項７記載の光学ヘッドであって、
前記光検出器は、前記２つに分割された光ビームのうち、一方の光ビームを受光する少なくとも２つの受光面と他方の光ビームを受光する少なくとも２つの受光面とを備えており、
フォーカスエラー信号の生成に用いられる信号を前記受光面から検出することを特徴とする光学ヘッド。
【請求項９】
請求項８記載の光学ヘッドであって、
前記光ビームを２つに分割するときの分割線の方向と、前記一方の光ビームを受光する少なくとも２つの受光面の境界の方向とが略平行であることを特徴とする光学ヘッド。
【請求項１０】
請求項９記載の光学ヘッドを具備し、
前記光学ヘッドから出力される信号からフォーカスエラー信号を生成する信号生成回路を備えることを特徴とする光学ドライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光の合焦点ずれを制御するフォーカスエラー信号の生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開平５−７３９４５（特許文献１）がある。この公報には、「半導体レーザ１からの光をコリメータレンズ２，ビームスプリッタ３，対物レンズ４を介して光ディスク５上にスポットとして集光させ、その反射光を対物レンズ４，ビームスプリッタ３，集光レンズ６を介して検出光束Ｒとし、その一部をナイフエッジ７により遮光してフォーカス検出用分割受光素子８に入射させ、遮光面７ｂで反射した光を再生及びトラック誤差信号検出用の受光素子９に入射させる。ナイフエッジ７のエッジ面７ａを中央の窪んだ曲面状とすることにより、受光素子９への光量を増大すると共にフォーカス誤差信号のＳ字曲線の直線性を改善する。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−７３９４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光ディスクでは、ＢＤ（Blu-ray Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ（Compact Disc）などが規格化されている。このような光ディスクを記録または再生する光学ヘッドでは、光源から、光ビームを出射し、その光ビームを対物レンズにより光ディスクに集光し、光ディスクで反射した光ビームを光検出器で検出し、検出した信号から光ディスクの再生信号、光ディスク上での光スポットと光ディスク内の案内溝（以下、トラックと記す）ずれを制御するトラックエラー信号、光ディスク上での光スポットの合焦点ずれを制御するフォーカスエラー信号などを生成している。光学ドライブ装置では、これらの信号を用い対物レンズの位置をアクチュエータにより制御することで、光スポットの位置を所定位置に照射させている。トラックエラー信号に基づく制御をトラッキング、フォーカスエラー信号に基づく制御をフォーカシングと記す。
【０００５】
さて、このようなフォーカスエラー信号の生成には、特許文献１に記載したナイフエッジ方式などがある。ナイフエッジ方式では、フォーカスエラー信号の接線範囲の傾きが急峻で検出範囲が狭いなどの特徴があり、外乱によりフォーカシングが不能になり易い点に大きな課題がある。また、ナイフエッジにより光を遮断するため、信号光量が小さくなるという課題もある。
【０００６】
本発明では、上記を鑑み、信号光量のロスが無く、フォーカスエラー信号を所望の接線範囲の傾き、検出範囲となるフォーカスエラー信号生成方法と、それを用いたフォーカスエラー信号生成装置、または光学ヘッドおよび光学ドライブ装置を実現する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、その一例として特許請求の範囲に記載の構成により達成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光ビームのフォーカスエラー信号が生成できる。またその信号を利用して安価な光学ヘッド、光学ドライブ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１におけるフォーカスエラー信号生成方法の原理を説明する図を示す。
【図２】実施例２における光ビーム変調素子の概略図を示す。
【図３】実施例２におけるフォーカスエラー信号生成装置を説明する図を示す。
【図４】実施例２におけるフォーカスエラー信号を説明する図を示す。
【図５】実施例２におけるデフォーカス時の受光面上スポットを説明する図を示す。
【図６】実施例３における光ビーム変調素子の概略図を示す。
【図７】実施例４における光ビーム変調素子の概略図を示す。
【図８】実施例５における光学ヘッドの概略図を示す。
【図９】実施例５における光ビーム変調素子の概略図を示す。
【図１０】実施例５における光検出器の概略図を示す。
【図１１】実施例５における光学ドライブ装置の概略図を示す。
【図１２】実施例６における光検出器の概略図を示す。
【図１３】実施例６におけるフォーカスエラー信号のシミュレーション結果を示す。
【図１４】実施例２におけるナイフエッジ方式によるフォーカスエラー信号を説明する図を示す。
【図１５】実施例２におけるナイフエッジ方式によるデフォーカス時の受光面上スポットを説明する図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図に示す実施例に基づいて詳細に説明するが、これによりこの本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１１】
本発明における実施例１について図を用い説明する。ここではフォーカスエラー信号生成方法について説明する。図１は、実施例１におけるフォーカスエラー信号生成方法について説明する図である。図１は紙面左側から進行する光ビーム３１０を紙面上側と下側に分けて図示しており、上側が図１（１）、下側が図１（２）である。
【００１２】
まず図１（１）を用い紙面左側から進行する紙面上側の光ビーム３１０について説明する。紙面左側から進行する光ビーム３１０は、集光レンズ３００によって紙面右側へ進行するに従い集光される。次に光ビーム３１０は、光ビーム変調素子３０１により位相３０２が付与される。位相３０２は、光ビーム３０１の紙面上側になるほど位相が進む方向の位相である。なお、位相が進む方向の位相とは、凸面のレンズに相当する位相のことを想定している。位相３０２が付与された光ビーム３１０は光検出器３０４の紙面上下に分割された２個の受光面である受光面ｅ３０５と受光面ｆ３０６によって検出される。光ビーム変調素子３０１が無いと集光レンズ３００によって光ビーム３１０は光検出器３０４で一点に集光される。光ビーム変調素子３０１により光検出器３０４上で、光ビーム３１０は一点に集光されることなく紙面上下方向に広がりを持つことになる。
【００１３】
さて、光ビーム３１０のフォーカスずれは、光検出器３０４が紙面横方向に動くことと同じ現象であると言える。例えば、光検出器３０４が光ビーム変調素子３０１に近づくと、受光面ｅ３０５に入射する光量が増えることが図からわかる。逆に光検出器３０４が光ビーム変調素子３０１から遠ざかると、受光面ｆ３０６に入射する光量が増えることが図からわかる。受光面ｅ３０５と受光面ｆ３０６から得られる信号の差を取ることで光ビーム３１０のフォーカスずれに伴い、所定の傾きを有した信号、すなわちフォーカスエラー信号が生成できることが分かる。
【００１４】
次に図１（２）を用い紙面左側から進行する紙面下側の光ビームについて説明する。紙面左側から進行する光ビーム３１０は、集光レンズ３００によって紙面右側へ進行するに従い集光される。次に光ビーム３１０は、光ビーム変調素子３０１により位相３０３が付与される。位相３０３は、光ビーム３０１の紙面下側になるほど位相が遅れる方向の位相である。なお、位相が遅れる方向の位相とは、凹面のレンズに相当する位相のことを想定している。位相３０３が付与された光ビーム３１０は光検出器３０４の紙面上下に分割された２個の受光面である受光面ｇ３０７と受光面ｈ３０８によって検出される。
【００１５】
光検出器３０４が光ビーム変調素子３０１に近づくと、受光面ｇ３０７に入射する光量が増えることが図からわかる。逆に光検出器３０４が光ビーム変調素子３０１から遠ざかると、受光面ｈ３０８に入射する光量が増えることが図からわかる。受光面ｇ３０７と受光面ｈ３０８から得られる信号の差を取ることで光ビーム３１０のフォーカスずれに伴い、所定の傾きを有した信号、すなわちフォーカスエラー信号が生成できることが分かる。
【００１６】
上記よりフォーカスエラー信号（ＦＥ）は、数１で示した演算をすると良い。数中、例えばｅなどは、受光面ｅから得られる信号を示すものである。
【００１７】
（数１）ＦＥ＝（ｅ＋ｇ）−（ｆ＋ｈ）
光ビーム３１０の上側半分だけでフォーカスエラー信号を検出する場合、光検出器３０４や光ビーム変調素子３０１の上下位置に誤差が発生すると、フォーカスエラー信号が所定のエラー値からオフセットすることが問題になる。このため、光ビームの上側と下側の２個を用いることが望ましい。これは光検出器３０４や光ビーム変調素子３０１の上下位置に誤差が発生しても、フォーカスエラー信号のオフセットは、上側半分と下側半分で同じ量となるので、フォーカスエラー信号のオフセットを除去することができるためである。
【００１８】
上記したように光ビームを上下に分割した一方に位相が進む変調を加え、他方に位相が遅れる変調を加えているが、このような光ビームへの位相変調は、概してコマ収差と呼ぶ。すなわち、フォーカスエラー信号生成方法は、少なくとも光ビームを２個に分割し、一方の光ビームに所定の方向（位相が進む方向）のコマ収差を付与し、他方の光ビームに前記コマ収差とは異なる方向（位相が遅れる方向）のコマ収差を付与することで、光ビームのフォーカスエラー信号を生成している。なお、図では、光ビーム変調素子３０１により上側の光ビームに位相が進む位相３０２、下側の光ビームにそれとは異なる方向の位相が進む位相３０３を付与したが、もちろん、位相の方向は上下で反対であってもなんら構わない。
【実施例２】
【００１９】
本発明における実施例２について図を用い説明する。ここでは実施例１で説明したフォーカスエラー信号生成方法を用いたフォーカスエラー信号生成装置について説明する。
【００２０】
図２は、実施例２における光ビーム変調素子１００を図示したものである。図中ｘは横軸１０３の方向であり、ｙは高さ軸１０４の方向であり、ｚは光ビーム進行方向１０５を示したものである。光ビーム変調素子１００は、光ビームを透過する性質を持つ硝子やプラスチックなどの透明材料を想定している。成型が容易な透明プラスチックを用いることが望ましい。この光ビーム変調素子１００は、ｙ方向に分割された領域ＥＦ１０１と領域ＧＨ１０２がある。領域ＥＦ１０１は、軸１０４に沿って領域ＧＨ１０２から離れる方向に厚みが減る非球面形状（凸面に相当）を有しており、光ビームに位相が進む方向に所定のコマ収差が付与できる構造となっている。また、領域ＥＦ１０１は、軸１０４方向に回転させており、光ビームの進行方向を曲げる機能を併せ持っている。
【００２１】
領域ＧＨ１０２は、軸１０４に沿って領域ＥＦ１０１から離れる方向に厚みが増す非球面形状（凹面に相当）を有しており、光ビームに領域ＥＦ１０１とは反対の方向となる位相が遅れる方向に所定のコマ収差が付与できる構成となっている。また、領域ＧＨ１０２は、領域ＥＦ１０１とは反対に軸１０４方向に回転させており、領域ＥＦ１０１とは反対方向に光ビームの進行方向を曲げる機能を併せ持っている。
【００２２】
次に図３を用い、上記した光ビーム変調素子１００を用いたフォーカスエラー信号生成装置９０について説明する。フォーカスエラー信号生成装置９０は、集光レンズ１１０、光ビーム変調素子１００、光検出器１１１から構成されている。
【００２３】
フォーカスエラー信号生成装置９０に入射した光ビーム９９は、集光レンズ１１０によって光検出器１１１へ向かって（図中ｚ方向）に集光される。次に集光レンズ１１０と光検出器１１１の間に配置された光ビーム変調素子１００に光ビーム９９は入射する。光ビーム９９は光ビーム変調素子１００によって領域ＥＦ１０１を通過する光ビームと、領域ＧＨ１０２を通過する２個に分割される。前記したように領域ＥＦ１０１と領域ＧＨ１０２を通過する光ビームには所定の方向のコマ収差が付与され、所定の方向に進行することになる。２個に分割された光ビーム９９は光検出器１１１で光スポット１１６、１１７を形成し、光検出器１１１に配備された受光面ｅ１１２、受光面ｆ１１３、受光面ｇ１１４、受光面ｈ１１５よって検出される。なお、受光面ｅ１１２、受光面ｆ１１３の境界と、受光面ｇ１１４、受光面ｈ１１５の境界とは、所望のフォーカスエラー信号となるようにｙ方向に設定すれば良い。
【００２４】
フォーカスエラー信号生成装置９０では、集光レンズ１１０、光ビーム変調素子１００、光検出器１１１の各中心点９６、９７、９８を一致させるように調整することが望ましい。各中心点９６、９７、９８とは、設計するときに基準にした点を意味するものである。
【００２５】
また、光検出器１１１は、光スポット１１６、１１７が略同じ大きさになるように光ビーム９９の進行方向であるｚ方向に調整することが望ましい。これは、フォーカスエラー信号の零点と合焦点位置を一致させるためである。実施例１で前記したように光検出器１１１から得られた信号を数１に従い信号処理することでフォーカスエラー信号は得られる。
【００２６】
図４は上記したフォーカスエラー信号生成装置９０から得られるフォーカスエラー信号１５０を図示したものである。フォーカスエラー信号１５０は図に示したようにジャストフォーカス１５５のとき零となり、デフォーカスすると信号が大小するものである。デフォーカスしたときにフォーカスエラー信号１５０が略線形な領域（破線１５１と一致する範囲）を検出範囲Δと呼び、フォーカスのずれ量の検出可能な範囲を示している。
【００２７】
この検出範囲Δは、システムに応じて要求される量が異なる。検出範囲Δを大きくしたい場合は、光ビーム変調素子１００で付与するコマ収差の量を大きくすることで実現できる。コマ収差の量を大きくするとは、領域１０１や１０２の非球面形状をより曲率させることに相当する。
【００２８】
図１４は、一般的に良く知られているナイフエッジ方式から得られるフォーカスエラー信号１５２を図示したものである。ナイフエッジ方式の場合、フォーカスエラー信号１５２は略線形な領域（破線１５３と一致する範囲）である検出範囲Δがフォーカスエラー信号１５０と比べ非常に狭いものとなる。
【００２９】
図５は、フォーカスエラー信号生成装置９０の受光面ｅ１１２と受光面ｆ１１３に形成する光スポット１１６のデフォーカス特性を図示したものである。図５において（１）はデフォーカスが負の場合、（２）はジャストフォーカスの場合、（３）はデフォーカスが正の場合を示している。
【００３０】
デフォーカスが負（１）のとき光スポット１１６は受光面ｅ１１２側に長い形状であり、ジャストフォーカス（２）のとき受光面ｅ１１２と受光面ｆ１１３の両側に掛かる長細い形状となり、デフォーカスが正（３）のとき光スポット１１６は受光面ｆ１１３側に長い形状となる。すなわち付与したコマ収差によりジャストフォーカスからデフォーカスしても受光面ｅ１１２と受光面ｆ１１３の両方に光スポット１１６は存在し続ける。
【００３１】
図１５は、図１４と同じでナイフエッジ方式を想定した場合の受光面ｅ１１２と受光面ｆ１１３に形成する光スポット１２０のデフォーカス特性を図５に対比させて図示したものである。
【００３２】
デフォーカスが負（１）のとき光スポット１１６は受光面ｅ１１２側に半円の形状となり、ジャストフォーカス（２）のとき受光面ｅ１１２と受光面ｆ１１３の両側に掛かる小円の形状となり、デフォーカスが正（３）のとき光スポット１１６は受光面ｆ１１３側に半円の形状となる。すなわちジャストフォーカスから少しでもデフォーカスすると受光面ｅ１１２または受光面ｆ１１３のどちらかに全ての光ビームが入射することになる。このため、ナイフエッジ方式から得られるフォーカスエラー信号１５２は検出範囲が小さくなってしまう。
【００３３】
ナイフエッジ方式では、このような狭い検出範囲を回避するため受光面ｅ１１２と受光面ｆ１１３の境界を幅広の暗線とするのが一般的である。しかしながら暗線は光を電気に変換するときの応答性が低いという特性がある。暗線を用いない本実施例のフォーカスエラー信号生成装置９０から得られる信号は、応答性が高く周波数特性が良好であると言える。
【実施例３】
【００３４】
本発明における実施例３について図を用い説明する。ここでは実施例２で説明した光ビーム変調素子１００の変形例を説明する。
【００３５】
図６は、実施例３における光ビーム変調素子２００を図示したものである。図中ｘは横軸２０３の方向であり、ｙは高さ軸２０４の方向であり、ｚは光ビーム進行方向２０５を図示したものである。光ビーム変調素子２００は、光ビーム変調素子１００と異なり回折格子である。ｙ方向に分割された領域ＥＦ２０１と領域ＧＨ２０２がある。領域ＥＦ２０１は、軸２０４に平行な等間隔回折格子と、軸２０４に沿って領域ＧＨ２０２から遠ざかるにつれて格子の間隔が狭くなる不等間隔回折格子が合成された回折格子である。等間隔回折格子は、光ビームの進行方向を曲げる機能のため配備されており、不等間隔回折格子は、コマ収差を付与する機能のため配備されている。領域ＥＦ２０１は、光ビーム変調素子１００の領域ＥＦ１０１と同じ機能を持っている。
【００３６】
領域ＧＨ２０２は、軸２０４に平行な等間隔回折格子と、軸２０４に沿って領域ＥＦ２０１から遠ざかるにつれて格子の間隔が広くなる不等間隔回折格子が合成された回折格子である。前記したように等間隔回折格子は、光ビームの進行方向を曲げる機能のため配備されており、不等間隔回折格子は、コマ収差を付与する機能のため配備されている。このため領域ＧＨ２０２は、光ビーム変調素子１００の領域ＧＨ１０２と同じ機能を持っている。
【００３７】
以上説明したように光ビーム変調素子は、必要な機能を有するためには、光ビーム変調素子１００のように表面形状によって実現しても良いし、光ビーム変調素子２００のように回折格子によって実現しても良い。例えば、表面形状を利用する場合は、回折格子に比べ光ビームの波長による変化が小さい、透過率が高いという点にメリットがある。逆に回折格子を利用する場合は、微細な整形精度が高い、光ビームを領域毎に±１次光ビームなどに分岐できるなどのメリットがある。このため、システムに応じて必要な手段を選択すると良い。
【実施例４】
【００３８】
本発明における実施例４について図を用い説明する。ここでは実施例２で説明した光ビーム変調素子１００の変形例を説明する。
【００３９】
図７は、実施例４における光ビーム変調素子４００を図示したものである。図中ｘは横方向であり、ｙは高さ方向であり、ｚは光ビーム進行方向２０５を図示したものである。光ビーム変調素子４００は、光ビーム変調素子１００と異なり４個の領域がある。光ビーム変調素子４００は、図中横方向、高さ方向に４分割されており、領域Ａ４０１、領域Ｂ４０２、領域Ｃ４０３、領域Ｄ４０４が配備されている。光ビーム変調素子４００に光ビームが入射すると、領域毎に４本に分割される。領域Ａ４０１に入射した光ビームには、図７（Ａ）で図示した紙面ｙ方向に位相が進む位相４１１が付与される。なお、図７（Ａ）などは、光ビーム変調素子４００をｘ方向から見たときに付与される位相４１１を図示したものである。領域Ｂ４０２に入射した光ビームには、図７（Ｂ）で図示した紙面ｙ方向に位相が遅れる位相４１２が付与される。領域Ｃ４０３に入射した光ビームには、図７（Ｃ）で図示した紙面ｙ方向に位相が進む位相４１３が付与される。領域Ｄ４０４に入射した光ビームには、図７（Ｄ）で図示した紙面ｙ方向に位相が遅れる位相４１４が付与される。
【００４０】
光ビーム変調素子１００の領域ＥＦ１０１を領域Ａ４０１、領域ＧＨ１０２を領域Ｂ４０２に見立てれば、領域Ｃ４０３は領域ＥＦ１０１を上下方向に反転させたものであり、領域Ｄ４０４は領域１０２を上下方向に反転させたものに相当する。すなわち、実施例１で説明したようなメカニズムに従えば、光ビーム変調素子４００のように領域を複数にしてもなんら構わない。システムに要求される他の信号との組み合わせで領域の分割を選択すると良い。なお、光ビーム変調素子４００を用いる場合、光検出器の受光面は、光ビーム変調素子４００に合わせて設定する必要がある。また、光ビームの進行方向も、領域毎に異ならせて、設定した受光面と整合するように設定すると良い。
【実施例５】
【００４１】
本発明における実施例５について図を用い説明する。ここでは光学ヘッドと光学ドライブ装置を例に説明する。例えば、ＤＶＤまたはＢＤなどのいずれかの規格の光ディスクの記録または再生が可能な光学ヘッド、光学ドライブ装置に相当する。
【００４２】
図８は、実施例５における光学ヘッド１の概略構成図を示す図である。光源２から光ビームが発散光として図中ｘと平行な方向に出射される。光ディスクの情報の記録または情報の再生を行うには、半導体レーザを用いるのが一般的であり、光源２は所定の波長で出射する半導体レーザに相当するものである。光源２から出射した光ビームは光ビームスプリッタ３に入射する。光ビームスプリッタ３は、入射した光ビームの所定光量を透過させ、その残りの光量を反射させる、すなわち光ビームを２本に分岐する光学素子である。このような機能は例えば、ハーフプリズム、偏光性プリズムなどで実現できる。光ビームスプリッタ３に入射した光ビームのうち反射した光ビームは集光レンズ４に進行し、透過した光ビームはフロントモニタ５へ進行する。集光レンズ４に進行した光ビームは略平行な光ビームに変換される。
【００４３】
一般的に光源から出射する光ビームの光量は注入する電流に比例するが、その光量に対する電流は個別のオフセットが大きい、周辺温度により変化するなどの課題がある。光ディスクの再生、特に記録する際には光ディスクへ照射する光ビームの光量を正確に制御しなければならない。このため、光学ヘッド１は、光ビームスプリッタ３を透過し分岐された光ビームの光量をフロントモニタ５にて検出することで、光ディスク上の光量が所定値になるようフィードバック制御できる構成になっている。
【００４４】
集光レンズ４で略平行に変換された光ビームは、対物レンズ６に入射し、光ディスク８の情報面に集光される。対物レンズ６はアクチュエータ７に搭載されており、少なくとも図中ｘとｚ方向に駆動させることができる。図８でｘは光ディスク８の情報面にあるトラックと直交する方向、すなわち光ディスク８の半径方向を示し、ｚは光ディスクの情報面の法線方向を示し、ｙは情報面にあるトラックと平行な方向（以下、トラック方向と記す）に相当する。すなわち、ｘ方向はトラックエラー信号による制御、および対物レンズシフトの駆動に用いられ、ｚ方向はフォーカスエラー信号による制御に用いられる。
【００４５】
光ディスク８で反射した光ビームは、対物レンズ６、集光レンズ４、光ビームスプリッタ３を経て光ビーム変調素子９に入射する。光ビーム変調素子９は入射した光ビームを信号生成のために所定の領域毎に分割させる機能を持つ。光ビーム変調素子９にて分割された光ビームは光検出器１０の受光面にて検出される。光検出器１０に導かれた光ビームは、光ディスク８の情報面に記録されている再生信号の生成と、トラックエラー信号やフォーカスエラー信号などの生成に使用される。光ビーム変調素子９は、例えば往路と復路が共通する光路（光ビームスプリッタ３と対物レンズ６の間）に配置しても良い。この場合、往路の光ビームが分割されず、復路の光ビームだけが分割される偏光性を利用することで実現できる。偏光性を有する光学素子は無偏光性の部品と比べ高価であるため、光学ヘッド１のように光ビーム変調素子９は光ビームスプリッタ３と光検出器１０の間に配置させることがコスト面からは望ましい。
【００４６】
次に光ビーム変調素子９について説明する。図９に光ビーム変調素子９の概略構成図を示す。図は、光ビームスプリッタ３から光ビーム変調素子９を見た図である。図９でｚは光ビーム変調素子９の法線方向、ｘは横方向、ｙは高さ方向を示しており、特に入射した光ビームの断面を想定した場合、光ディスク８の半径方向がｘ方向であり、トラック方向に相当するのがｙ方向である。すなわち、破線２０は光ディスク８の半径方向、破線２１はトラック方向に相当する。また、破線２０と破線２１の交点は、光ビーム変調素子９を設定するときの基準を意味する中心であることを想定している。すなわち、光学ヘッド１を組み立てるときには、破線２０と破線２１の交点と、光ビーム変調素子９へ入射する光ビームの中心とを一致させるように光ビーム変調素子９をｘ、ｙ方向に調整することが望ましいといえる。
【００４７】
さて、光ビーム変調素子９は、フォーカスエラー信号とトラックエラー信号を生成するために入射した光ビームを所定の領域毎に光ビームを分割するものであり、ここでは、領域毎に面の角度や形状などの設定が異なることを想定した例で説明する。
【００４８】
光ビーム変調素子９は、領域Ａ２２、領域Ｂ２３、領域Ｃ２４、領域Ｄ２５、領域ＥＦ２６、領域ＧＨ２７の６個の領域から構成されている。領域Ａ２２、領域Ｂ２３、領域Ｃ２４、領域Ｄ２５は、入射した光ビームを所定の角度方向に進行させる機能を有する。この機能は各面を所定の方向に傾けることで実現できる。領域ＥＦ２６は、光ビーム変調素子１００の領域ＥＦ１０１に相当するもので、入射した光ビームを所定の角度方向に進行させ、コマ収差を付与する機能を有する。領域ＧＨ２７は、光ビーム変調素子１００の領域ＧＨ１０２に相当するもので、入射した光ビームを所定の角度方向に進行させ、コマ収差を付与する機能を有する。領域Ａ２２、領域Ｂ２３と領域Ｃ２４、領域Ｄ２５とは破線２１で左右に分割させる。また、領域Ａ２２と領域Ｂ２３は、破線２０と平行な線で上下に分割させる。領域Ａ２２と領域Ｂ２３の境界は、破線２０とは所定量だけ図中下側へ平行にオフセットさせる。また、領域Ｃ２４と領域Ｄ２５は、破線２０と平行な線で上下に分割させる。領域Ｃ２４と領域Ｄ２５の境界は、破線２０とは所定量だけ図中下側へ平行にオフセットさせる。このとき、領域Ａ２２と領域Ｂ２３の境界の破線２０からのオフセットの量と、領域Ｃ２４と領域Ｄ２５の境界の破線２０からのオフセットの量とを略同じにすることが望ましい。なお、オフセット量は、大きすぎても、小さすぎても後術する補正係数が大きくなり、光学ドライブ装置におけるシステム上の観点から望ましくない。オフセット量は、光ビーム変調素子９へ入射する光ビームの有効径の５から３５％程度に設定するのが望ましい。
【００４９】
次に光検出器１０について説明する。図１０に光検出器１０の概略構成図を示す。図は、光ビームスプリッタ３から光検出器１０を見た図である。光検出器１０は、受光面ａ３０、受光面ｂ３１、受光面ｃ３２、受光面ｄ３３、受光面ｅ３４、受光面ｆ３５、受光面ｇ３６、受光面ｈ３７の８個から構成されている。光ビーム変調素子９の領域Ａ２２で分割された光ビームを光ビームＡなどと記す。また以下では他の領域も同様に記す。受光面ａ３０は、光ビームＡを受光する。受光面ｂ３１は、光ビームＢを受光する。受光面ｃ３２は、光ビームＣを受光する。受光面ｄ３３は、光ビームＤを受光する。また受光面ｅ３４と受光面ｆ３５は光ビームＥＦを受光する。受光面ｇ３６と受光面ｈ３７は光ビームＧＨを受光する。例えば、多層の光ディスクを再生する場合、多層の光ディスクで再生している情報面と異なる情報面から反射した光ビームが他層迷光として外乱になる課題がある。このような他層迷光を回避するため、受光面を多層迷光が受光面に入光しないように配置することが望ましい。このため、光ビームＡの受光する受光面ａは、他層迷光が紙面左上、右下にずれるように図中左下に配置している。他の受光面も同様に他層迷光が自分以外の受光面に入射しないように設定している。
【００５０】
次に光検出器１０の信号から光学ドライブ装置で必要な信号を生成する演算について説明する。フォーカスエラー（ＦＥ）信号は前記した数１、プッシュプル（ＰＰ）信号は数２、対物レンズシフトエラー（ＬＥ）信号は数３、トラックエラー（ＴＥ）信号は数４、再生（ＲＦ）信号は数５から生成する。
【００５１】
（数２）ＰＰ＝（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）
【００５２】
（数３）ＬＥ＝（ｋ１×ｂ＋ｃ）−（ａ＋ｋ１×ｄ）
【００５３】
（数４）ＴＥ＝ＰＰ−ｋ２×ＬＥ
【００５４】
（数５）ＲＦ＝（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ）
上数において、ａなどは受光面ａ３０から検出された信号に相当する。他の信号も同様である。また、下記においてａなどは信号ａなどと記すこととする。上記のｋ１、ｋ２は補正係数である。補正係数ｋ１は信号ａまたは信号ｃのプッシュプル信号振幅と信号ｄまたは信号ｂのプッシュプル信号振幅とが打ち消すように設定すると良い。またｋ２は対物レンズシフトしたときのＰＰ信号とＬＥ信号のオフセットが打ち消すように設定すると良い。
【００５５】
なお、光ディスクにおける再生信号は、高周波な信号である。前記のナイフエッジ方式において幅広の暗線を用いると、周波数特性が劣化するため、再生信号に使用できない。本実施例のように光ビームに位相を付与して暗線を用いない場合、フォーカスエラー信号を生成する受光面の信号が再生信号に使用できる効果が得られる。また、上述しているように、ナイフエッジを配備してない、幅広の暗線を用いていないため、光ビームの信号への利用効率が高いという効果も得られる。
【００５６】
次に光学ヘッド１を搭載した光学ドライブ装置７０について説明する。図１１は光学ドライブ装置７０の概略構成のブロック図を示したものである。光学ドライブ装置７０には、デバイスブロック６８と回路ブロック７９がある。まず、デバイスブロック６８について説明する。デバイスブロック６８には、光ディスク８がスピンドル７８に固定されており、そのスピンドル７８は光ディスク８を回転させる機能を有する。また光学ドライブ装置７０内には、ガイドバー７１があり、光学ヘッド１はそのガイドバー７１に沿って、光ディスク８の所定半径位置にアクセスすることができる。
【００５７】
次に回路ブロック７９について説明する。パソコンなどの情報家電装置などから光学ドライブ装置７０に光ディスク８の情報を再生するという指令があると、光学ドライブ装置７０内のコントロール回路７６にその指令が伝達される。指令を受けたコントロール回路７６は、スピンドル駆動回路７７を制御し、スピンドル７８を駆動し光ディスク８の回転を開始する。次にコントロール回路７６は光源制御回路７５を制御し、光源２から光ビームを再生の光量で点灯させる。次にコントロール回路７６はアクチュエータ駆動回路７４を制御し、アクチュエータ７を光ディスク８の法線方向に駆動させる。光学ヘッド１の光検出器１０から検出された信号は信号生成回路７２に送られ、数１に従ってフォーカスエラー信号が生成される。コントロール回路７６はそのフォーカスエラー信号を用い、アクチュエータ駆動回路７４を制御し、光ディスク８の所定情報面へフォーカシングを行う。
【００５８】
フォーカシングしたのち、コントロール回路７６は信号生成回路７２を制御し数２、３、４に従ってＰＰ信号、ＬＥ信号、ＴＥ信号を生成させる。まず、コントロール回路７６はＰＰ信号のオフセットが零になるように、アクチュエータ駆動回路７４を制御しアクチュエータ７を光ディスク８の半径方向に移動させる。これは対物レンズシフトに相当する。
【００５９】
通常の光学ヘッドでは、組み立て誤差により、光ビームの中心と光ビーム変調素子９の破線２０と破線２１の交点を完全に一致させることは出来ない。このため、光学ドライブ装置７０において、ＰＰ信号のオフセットが零になるように対物レンズシフトすることで、その組み立て誤差のうち、図９のｘ方向の誤差を補正することができる。
【００６０】
次にコントロール回路７６は、ＬＥ信号のプッシュプル信号であるＡＣ成分が最小となるように補正係数調整回路６９を制御し、補正係数ｋ１を調整する。次にコントロール回路７６はアクチュエータ駆動回路７４を制御しアクチュエータ７を光ディスク８の半径方向に周期動作させる。この時、ＰＰ信号とＬＥ信号のオフセットをモニタし、そのオフセット量が略同じになるように補正係数調整回路６９を制御し、補正係数ｋ２を調整する。上記の処理を行うことで、光ビーム変調素子９の組み立て誤差を光学ドライブ装置７０で吸収することができ、良好なＦＥ、ＴＥ信号が得られる。
【００６１】
次にコントロール回路７６はアクチュエータ駆動回路７４を制御し、アクチュエータ７の周期動作を停止し、得られたＴＥ信号を用い、光ディスク８の所定トラックへトラッキングを行う。トラッキングしたのち、コントロール回路７６は、信号生成回路７２から数５に従いＲＦ信号を生成する。このＲＦ信号は再生性能（例えばジッタや信号振幅）が最良になるようにフォーカスや対物レンズ６のチルトなどを調整することが望ましい。コントロール回路７６は得られたＲＦ信号をパソコンなどの情報家電装置などに送り再生の指示を完了させる。
【００６２】
上記のように光学ドライブ装置７０の回路ブロック７９でデバイスブロック６８を制御することで、所望の再生情報を獲ることができる。また、コントロール回路７６は必要に応じて所定の半径位置に光学ヘッド１をガイドバー７１に沿って移動させる機能も有する。また、コントロール回路７６はフロントモニタ５から得られる信号をフロントモニタ制御回路７３で常にモニタし、光源２から出射される光ビームの光量が所定値になるように光源制御回路７５を制御する機能も有する。また、コントロール回路７６は光ディスクへ情報を記録する指令を受けたとき、上記再生のときと同様にトラッキングを行ったあと、光源制御回路７５を駆動し、光源２から出射される光ビームの光量を制御し光ディスクへ情報を記録する機能も有する。光学ドライブ装置７０の実施例を説明したが、信号生成回路７２が搭載されていれば、これに限定されるものではない。以上のように、本発明によれば、光ディスクから対物レンズシフトがあってもオフセットが除去されたＴＥ信号を生成できる光学ヘッド及び光学ドライブ装置を提供できる。
【００６３】
本実施例で説明したようにフォーカスエラー信号を生成するために、光検出器１０の受光面ｅ３４と受光面ｆ３５の境界には幅広の暗線が不要である。同様に受光面ｇ３６と受光面ｈ３７の境界にも幅広の暗線が不要である。すなわち、これら受光面ｅ３４、受光面ｆ３５、受光面ｇ３６、受光面ｈ３７から得られた信号は周波数特性が良好であり、数５からＲＦの信号を生成することが可能である。幅広の暗線が必要なナイフエッジ方式では、ＦＥ信号を生成するための光ビームとＲＦを生成するための光ビームが必要となり、回折格子で±１次光ビームに分岐しなければならず、ＲＦに用いるための光ビームの効率が低いというＳＮ面での課題があった。本実施例で説明したフォーカスエラー信号生成方法を用いることで、光ビームをＦＥとＲＦとの受光面を共通化できる。すなわち回折格子などで光ビームを分岐する必要がないため、ＲＦに用いるための光ビームの効率を大きく改善できる効果も有する。以上のように、実施例５における光学ヘッド１、光学ドライブ装置７０では、集光レンズ４、光ビーム変調素子９、光検出器１０からなるフォーカスエラー信号生成装置９０を応用したものである。
【実施例６】
【００６４】
本発明における実施例６について図を用い説明する。ここでは実施例５で説明した光検出器１０の変形例である光検出器６００を説明する。光検出器６００は光検出器１０に受光面を追加したものである。光検出器６００は、光検出器１０に受光面ｅａ４０、受光面ｅｂ４１、受光面ｆａ４２、受光面ｆｂ４３、受光面ｇａ４４、受光面ｇｂ４５、受光面ｈａ４６、受光面ｈｂ４７の８個を追加した構成になっている。受光面ｅａ４０と受光面ｅｂ４１の面積は受光面ｅ３４と同じになるように大きさを設定する。受光面ｆａ４２と受光面ｆｂ４３の面積は受光面ｆ３５と同じになるように大きさを設定する。受光面ｇａ４４と受光面ｇｂ４５の面積は受光面ｇ３６と同じになるように大きさを設定する。受光面ｈａ４６と受光面ｈｂ４７の面積は受光面ｈ３７と同じになるように大きさを設定する。
【００６５】
さて、光検出器６００の信号から光学ドライブ装置で必要な信号を生成する演算について説明する。フォーカスエラー（ＦＥ）信号は数６から、他のプッシュプル（ＰＰ）信号、対物レンズシフトエラー（ＬＥ）信号、トラックエラー（ＴＥ）信号、再生（ＲＦ）信号は光検出器１０と同じである。
【００６６】
（数６）ＦＥ＝（ｅ＋ｇ＋ｆａ＋ｆｂ＋ｈａ＋ｈｂ）
−（ｆ＋ｈ＋ｅａ＋ｅｂ＋ｇａ＋ｇｂ）
上数において、ｅａなどは受光面ｅａ４０から検出された信号に相当する。他の信号も同様である。
【００６７】
次に例えばＢＤを再生する光学ヘッドを想定したときのＦＥ信号のシミュレーション結果について説明する。一例としたシミュレーションの条件をまず下記する。光ビーム変調素子９の領域ＥＦ２６および領域ＧＨ２７の大きさは入射する光ビームの有効径に対してｘ軸／ｙ軸が２５％、３２％とした。コマ収差量φは、数７に示すｙ軸の関数で表すと領域ＥＦ２６はＣ１／Ｃ２＝―１．６λ／＋１．６λ、領域ＧＨ２７はＣ１／Ｃ２＝＋１．６λ／―１．６λとした。
【００６８】
（数７）φ＝Ｃ１・ｙ＾４+Ｃ２・ｙ＾６
なお、領域ＥＦ２６と領域ＧＨ２７の境界をｙ軸の零点としている。またコマ収差量φはｚ方向に位相が進む方向を正と定義した。また波長λは４０５ｎｍである。光検出器６００の受光面ｅ３４、受光面ｆ３５、受光面ｇ３６、受光面ｈ３７は幅２０μｍ、高さ４０μｍとした。受光面ｅａ４０、受光面ｅｂ４１、受光面ｆａ４２、受光面ｆｂ４３、受光面ｇａ４４、受光面ｇｂ４５、受光面ｈａ４６、受光面ｈｂ４７は、幅１０μｍ、高さ４０μｍとした。
【００６９】
図１３にフォーカスエラー信号をシミュレーションした結果を示す。横軸がデフォーカス量であり、縦軸がフォーカスエラー信号の信号を示している。フォーカスエラー信号５００が光検出器６００でシミュレーションした結果で、フォーカスエラー信号５０２が光検出器１０でシミュレーションした結果である。共に線形な範囲（破線５０１と一致する範囲）である検出範囲Δは２μｍ程度となっており、ＢＤでの検出範囲Δとして問題ない範囲として想定し設定している。
【００７０】
さて、フォーカスエラー信号５０２は、デフォーカスが±６μｍを超えても零になっていない。このようにデフォーカスしたときにフォーカスエラー信号が零に収束しないことをフォーカスエラー信号のキレが悪いなどと記す。これに対してフォーカスエラー信号５０１はデフォーカスが±４μｍを超えたところから略零となっており、フォーカスエラー信号のキレが良いといえる。
【００７１】
ＢＤやＤＶＤでは、多層のディスクがあり、フォーカスエラー信号のキレの良いことが望ましい。このため、光検出器６００で説明したように受光面を追加することで、フォーカスエラー信号のキレを必要に応じて改善することが可能である。デフォーカスすると光検出器上のスポットは大きくなる。光検出器１０の場合、デフォーカスした時コマ収差の影響で上下（ｙ方向）の光スポットの形状が非対称になるため、ＦＥ信号のキレが悪くなる。上下（ｙ方向）に非対称な光スポットではあるものの左右（ｘ方向）には対称性があるため、その対称性を利用してＦＥ信号のキレを改善するため、光検出器６００は受光面ｅａ４０、受光面ｅｂ４１、受光面ｆａ４２、受光面ｆｂ４３、受光面ｇａ４４、受光面ｇｂ４５、受光面ｈａ４６、受光面ｈｂ４７を受光面の左右に設けたものである。
【００７２】
上記したように、フォーカスエラー信号生成方法は、光ビームを少なくとも２つに分割し、一方の光ビームに所定の方向のコマ収差を付与し、他方の光ビームにそのコマ収差とは異なる方向のコマ収差を付与することで、光ビームのフォーカスエラー信号を生成している。
【００７３】
また、フォーカスエラー信号生成方式は、光ビームを２つに分割するときの分割線（例えば、光ブーム変調素子１００の領域ＥＦ１０１と領域ＧＨ１０２の境界）と、コマ収差が付与される方向（例えば、光ブーム変調素子１００の領域ＥＦ１０１と領域ＧＨ１０２の非球面形状があるｙ方向）とは、略直交させている。
【００７４】
また、フォーカスエラー信号生成装置は、光ビームを集光する集光レンズと、集光レンズにより集光される光ビームを少なくとも２つに分割し、一方の光ビームに所定の方向のコマ収差を付与し、他方の光ビームにコマ収差とは異なる方向のコマ収差を付与する光ビーム変調素子と、２つに分割された光ビームの光量を信号として検出する光検出器と、該光検出器から検出された信号から光ビームのフォーカスエラー信号を生成する。
【００７５】
また、フォーカスエラー信号生成装置の光検出器は、２つに分割された光ビームのうち、一方の光ビームを受光する少なくとも２つの受光面（例えば光検出器１１１の受光面ｅ１１２と受光面ｆ１１３）を備え、また他方の光ビームを受光する少なくとも２つの受光面（例えば光検出器１１１の受光面ｇ１１４、受光面ｈ１１５）を備えており、少なくとも４個の受光面から得られる光検出器の信号からフォーカスエラー信号を生成する。
【００７６】
また、フォーカスエラー信号生成装置は、光ビームを２つに分割するときの分割線例えば、光ブーム変調素子１００の領域ＥＦ１０１と領域ＧＨ１０２の境界）と、一方の光ビームを受光する少なくとも２個の受光面の境界（例えば光検出器１１１の受光面ｅ１１２と受光面ｆ１１３の境界）とは、略平行としている。
【００７７】
光学ヘッドは、光ビームを出射する光源と、光ビームを集光する集光レンズと、集光レンズにより集光される光ビームを少なくとも２つに分割し、一方の光ビームに所定の方向のコマ収差を付与し、他方の光ビームにそのコマ収差とは異なる方向のコマ収差を付与する光ビーム変調素子（例えば、光ビーム変調素子９の領域ＥＦ２６と領域ＧＨ２７を含むことを意味する）と、２つに分割された光ビームの光量を信号として検出する光検出器と、光ビームのフォーカスエラー信号を生成するのに必要な信号を光検出器から検出している。
【００７８】
また、光学ヘッドは、光ビームを２つに分割するときの分割線と、コマ収差が付与される方向とは、略直交させている。
また、光学ヘッドの光検出器は２つに分割された光ビームのうち、一方の光ビームを受光する少なくとも２つの受光面（例えば、光検出器１０の受光面ｅ３４と受光面ｆ３５）を備え、また他方の光ビームを受光する少なくとも２つの受光面（例えば、光検出器１０の受光面ｇ３６と受光面ｈ３７）を備えており、フォーカスエラー信号を生成するのに必要な信号を少なくともその４個の受光面から検出している。
【００７９】
また、光学ヘッドは、光ビームを２つに分割するときの分割線（例えば光ビーム変調素子９の領域ＥＦ２６と領域ＧＨ２７の境界）と、一方の光ビームを受光する少なくとも２つの受光面の境界（例えば光検出器１０の受光面ｅ３４と受光面ｆ３５との境界）とは、略平行としている。
【００８０】
また、光学ドライブ装置は、光学ヘッドから出力される信号からフォーカスエラー信号を生成する信号生成回路を備えている。
【符号の説明】
【００８１】
１・・・光学ヘッド
２・・・光源
３・・・光ビームスプリッタ
４・・・集光レンズ
５・・・フロントモニタ
６・・・対物レンズ
７・・・アクチュエータ
８・・・光ディスク
９・・・光ビーム変調素子
１０・・・光検出器
６８・・・デバイスブロック
７０・・・光学ドライブ装置
７１・・・ガイドバー
７２・・・信号生成回路
７３・・・フロントモニタ制御回路
７４・・・アクチュエータ駆動回路
７５・・・光源制御回路
７６・・・コントロール回路
７７・・・スピンドルモータ駆動回路
７８・・・スピンドルモータ
７９・・・回路ブロック
９０・・・フォーカスエラー信号生成装置
１００・・・光ビーム変調素子
１１０・・・集光レンズ
１１１・・・光検出器
１５０・・・フォーカスエラー信号
２００・・・光ビーム変調素子
３００・・・集光レンズ
３０１・・・光ビーム変調素子
３０４・・・光検出器
４００・・・光ビーム変調素子
６００・・・光検出器
５００・・・フォーカスエラー信号
５０２・・・フォーカスエラー信号
【図１】
2013025828.tif 000003
【図２】
2013025828.tif 000004
【図３】
2013025828.tif 000005
【図４】
2013025828.tif 000006
【図５】
2013025828.tif 000007
【図６】
2013025828.tif 000008
【図７】
2013025828.tif 000009
【図８】
2013025828.tif 000010
【図９】
2013025828.tif 000011
【図１０】
2013025828.tif 000012
【図１１】
2013025828.tif 000013
【図１２】
2013025828.tif 000014
【図１３】
2013025828.tif 000015
【図１４】
2013025828.tif 000016
【図１５】
2013025828.tif 000017