(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学式記録媒体の情報記録面上のトラックに光ビームを集光してスポットを形成する照射光学系、及び、前記スポットから反射されて戻った戻り光を光検出器へ導く光検出光学系を有し、前記光ビームの焦点誤差を検出する光ピックアップ装置であって、戻り光の光路に垂直な平面上において前記トラックの伸長方向及び該伸長方向に垂直な方向に対応して延在する２つの分割線を境に光路の中心から４分割された第１〜第４象限の領域を有し、前記分割線を境に同じ側の隣接する前記領域を通過する前記戻り光へ光路周りに互いに９０度回転した方向の非点収差を付与するとともに、前記戻り光を前記領域毎に少なくとも４つに分離する焦点誤差検出用光学素子と、分離された前記戻り光を受光し、各々が非点収差が付与された光学系において光ビームが円形となる像面における前記分割線に対応する輪郭線を有しかつ前記輪郭線の一方に略平行に伸長する２分割線により分割された２つの受光領域からなる離間した複数の受光素子を有する光検出器と、を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記受光素子の前記２分割線は、前記トラックの伸長方向に垂直な方向に対応して延在することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
前記受光素子の前記２分割線は、非点収差が付与された光学系において光ビームが円形となる像面における前記受光素子上の受光した前記戻り光のスポットによって生じる前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号が略等しくなる位置に、延在することを特徴とする請求項１又は２記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記受光素子に接続され、前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号の差分の合計から焦点誤差信号を生成する演算回路を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
非点収差によって生じる２つの線像範囲外における前記戻り光を受光する副受光素子を、前記受光素子の前記分割線に対応する前記輪郭線に沿って配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記副受光素子に接続されかつ、前記第１〜第４象限の領域における対角位置に存在する２組の領域からの前記戻り光により生じる前記副受光素子から出力される信号の和を演算する演算回路を有することを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記受光素子及び前記副受光素子に接続されかつ、前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号の差分の合計に、前記第１〜第４象限の領域における対角位置に存在する２組の領域からの前記戻り光により生じる前記副受光素子から出力される信号の差分を、加算するキャプチャーレンジ演算回路を有することを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記副受光素子を、前記受光素子の前記分割線に対応する前記輪郭線の反対側の前記受光領域に、一体化したことを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
前記焦点誤差検出用光学素子は、前記第１〜第４象限の領域における一方の対角位置にそれぞれ配置される前記分割線の伸長方向を中心軸とするシリンドリカルレンズと、他方の対角位置にそれぞれ配置される前記分割線の伸長方向に対し９０度をなす方向を中心軸とするシリンドリカルレンズと、からなり、少なくとも一方の対角位置の領域にそれぞれ配置された前記シリンドリカルレンズの前記中心軸は前記分割線から平行に偏心させたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームを用いて、光ディスクなどの光学式情報記録媒体に対し、情報信号を書き込み又は情報信号を読み出す光学式情報記録再生装置における光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップは、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）などの光ディスクの表面の情報記録面上に螺旋又は同心円状に形成されたピット列又はトラックなどへ、光源から射出された光ビームを集光しスポットを形成して、光ディスクの情報記録面で反射されて戻って来た戻り光から音楽やデータなどの記録情報を読み取るために、又はトラックなどへ記録情報を書き込むために、対物レンズを含む照射光学系と光検出系を備えている。
【０００３】
この光ピックアップにおいては、情報を光ディスクに確実に書き込み又は光ディスクから情報を確実に読み取るため、いわゆる対物レンズのフォーカスサーボ及びトラッキングサーボが不可欠である。トラッキングサーボ制御は、光ビームをつねに光ディスクの情報記録面の記録箇所（例えばトラック）上に照射するように、対物レンズのトラックに対する光ディスクの半径方向位置における位置制御である。フォーカシングサーボ制御は、光ビームがスポット状の点となって記録箇所に収束するように対物レンズの光軸方向（フォーカシング方向）の位置の合焦位置に対する誤差、すなわち焦点誤差が小になるように対物レンズの光軸方向における位置制御である。
【０００４】
フォーカシングサーボ制御の方式としては、例えば、戻り光の光学系中で光を２つの光路に分割し、それぞれ前方のディテクタに結ぶ焦点及び後方のディテクタに結ぶ焦点を生じるように構成して前方及び後方のディテクタ上の光スポットの大きさを比較するスポットサイズ法や、戻り光の光学系中にシリンドリカルレンズや平行平板などを配置し、戻り光を４分割ディテクタで受光しディテクタ上の光スポット形状を検出する非点収差法などが知られている。
【０００５】
スポットサイズ法では戻り光を分割するので光ピックアップ全体が大きくなるが、非点収差法では、非合焦の検出感度が高く、光検出に４分割ディテクタを用いるため、ＤＰＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式でのトラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラー信号を演算しやすい。また、光ピックアップ全体を小型化できるため、３つの光スポットを用いる３ビーム方式の光ピックアップにも適用しやすい、という利点がある。
【０００６】
非点収差法を用いた従来の光ピックアップ装置の一例を図１に示す。半導体レーザ１からの光ビームは、偏光ビームスプリッタ３、コリメータレンズ４及び１／４波長板６を透過して、対物レンズ７によってその焦点付近に置かれている光ディスク５に集光され、光ディスク５の情報記録面のピット列（トラック）上で光スポットＳＰとなる。
【０００７】
光ディスク５から反射して戻る光は対物レンズ７で集められ、１／４波長板６及びコリメータレンズ４を透過して、偏光ビームスプリッタ３によって向きを変えられ、シリンドリカルレンズ８を通過して非点収差を付与され、トラック伸長方向とディスク半径方向とで直交する２線分によって４分割された受光面を有する４分割フォトディテクタ９の中心付近に光スポットＳＰを形成する。
【０００８】
シリンドリカルレンズ８は、図２に示すように、その中心軸が光ディスク５のトラック伸長方向に対して４５度の角度で伸長するように、戻り光の光路に配置されるので、対物レンズ７で収束する戻り光に非点収差を与え、線像Ｍ、非点収差が付与された光学系において光ビームが円形（最小散乱円）となる像面Ｂ（以下、最小散乱円像面という）及び線像Ｓを形成する。よって、シリンドリカルレンズ８は、光ディスク５の記録面に集光された光ビームの合焦時は最小散乱円像面Ｂにて図３（ａ）の如く円形の光スポットＳＰを４分割フォトディテクタ９に照射し、フォーカスが合っていない時（図１に示す光ディスク５から対物レンズ７が遠い（ｂ）又は近い（ｃ）時）は、図３（ｂ）又は（ｃ）の如く４分割された受光面の対角線方向に楕円形の光スポットＳＰを４分割フォトディテクタ９に照射する。
【０００９】
４分割フォトディテクタ９は、４つの各受光面に照射された光スポットの部分をその光強度に応じて各々電気信号に光電変換してフォーカスエラー検出回路１２に供給する。フォーカスエラー検出回路１２は、４分割フォトディテクタ９から供給される電気信号に基づいて所定の演算を施して得られた信号（以下、フォーカスエラー信号又はＦＥＳともいう）を生成し、アクチュエータ駆動回路１３に供給する。アクチュエータ駆動回路１３はフォーカシング駆動信号をアクチュエータ１５に供給する。アクチュエータ１５は、フォーカシング駆動信号に応じて対物レンズ７をフォーカシング方向に移動せしめる。このように、フォーカスエラー信号をフィードバックするようにして対物レンズの位置制御する。
【００１０】
図４に示すように、４分割フォトディテクタ９は直交する２本の分割線Ｌ１、Ｌ２を境界線として各々近接配置されかつ互いに独立した第１〜第４象限の４個の受光部ＤＥＴ１〜ＤＥＴ４から構成され、これにフォーカスエラー検出回路１２が接続されている。４分割フォトディテクタ９は、一方の分割線Ｌ１が光ディスク５の記録トラック伸長方向すなわち接線方向の写像に平行になり、かつ他方の分割線Ｌ２が半径方向の写像に平行になるように、配置されている。この４分割フォトディテクタ９の受光面中心Ｏに関して対称な受光部ＤＥＴ１とＤＥＴ３からの各光電変換出力は加算器２２で加算され、受光部ＤＥＴ２とＤＥＴ４からの各光電変換出力は加算器２１で加算され、これら加算器２１、２２の各出力が差動アンプ２３に供給される。差動アンプ２３は、供給信号の差を算出し、その差分信号をフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）として出力する。
【００１１】
このように従来のフォーカスエラー検出回路１２では、４分割フォトディテクタ９の出力をそれぞれ加算器２１及び２２により加算して、差動アンプ２３により求めフォーカスエラー成分を生成する。すなわち、４分割フォトディテクタ９の受光部の符号をその出力として示すと、フォーカスエラー信号ＦＥＳは、以下の式（１）によって示される。
【数１】
ＦＥＳ＝（ＤＥＴ１＋ＤＥＴ３）−（ＤＥＴ２＋ＤＥＴ４）……（１）
【００１２】
フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）のいわゆるＳ字特性を図５に示す。フォーカスが合っている合焦時は光スポット強度分布が４分割フォトディテクタ９の受光面中心Ｏに関して対称すわなち、接線方向及び半径方向において対称となる図３（ａ）の如き真円の光スポットが４分割フォトディテクタ９に形成されるので、対角線上にある受光部の光電変換出力をそれぞれ加算して得られる値は互いに等しくなり、フォーカスエラー成分は「０」となる。また、フォーカスが合っていない時は図３（ｂ）又は（ｃ）の如く受光部の対角線方向に楕円の光スポットが４分割フォトディテクタ９に形成されるので、対角線上にある受光部の光電変換出力をそれぞれ加算して得られる値は極性が互いに異なるものとなる。よって、差動アンプ２３により出力されるフォーカスエラー成分は、そのフォーカス誤差に応じた値となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非点収差法では、光ピックアップに非点収差など収差がある場合には、光ビームスポットが光ディスクのトラックを横切る際にフォーカスエラー信号に与えるノイズ（以下、「トラック横切りノイズ」という。）の影響を受ける。すなわち、図３（ａ）に示す合焦時の場合でもＦＥＳ＝０とならない場合がある。
【００１４】
光ピックアップ装置における不要な非点収差は、回折格子及びハーフミラー等の光学部品の光ビームの透過面が出射光ビームの光軸に対して傾いて垂直でない場合などのアライメントの精度が低い場合、また、半導体レーザの出射光ビーム自体に非点収差がある場合に生じ、さらに、光ビームの照射及び反射にかかわるディスク基板の複屈折によっても非点収差が発生してしまう。
【００１５】
この不要な非点収差は整形プリズムなどの光学部品によって多少相殺して解消することができるが、非点収差方向の接線（トラック）方向又は半径方向に対応する方向に対して例えば４５°方向に伸長するいわゆる斜め非点収差成分は光学系全体としては残ることになる。例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）製ディスク基板に集光光ビームを照射した場合、接線（トラック）方向又は半径方向に対して斜め４５°方向の非点収差が現れる。
【００１６】
非点収差法による光ピックアップ装置の照射光学系及び光検出光学系において、光学素子（光源の半導体レーザー、ＬＥＤなども含む）は、不要の非点収差が発生しないように設計されてはいるが、実際には不要の非点収差を完全に取り除くことは難しい。このようなフォーカスサーボに用いない不要の非点収差が存在する場合、情報記録面にランド及びグルーブを有する光ディスクからフォーカスエラー信号を得ようとすると、トラック横切りノイズが発生する。４分割フォトディテクタ９上の円形の光ビームスポット内において光強度の分布に偏りが生じるためである。
【００１７】
従来のＣＤ用光ピックアップでは、対物レンズの開口数ＮＡが小さく焦点深度が大きいために、該ノイズがフォーカスエラー信号に多少乗っても問題にならなかった。しかし、ＤＶＤ−ＲＡＭなどのランド及びグルーブのある光ディスクから情報を読み取る場合、対物レンズの開口数が大きく焦点深度が小さくなるので、フォーカスエラー信号に含まれる該ＦＥＳノイズの対物レンズのフォーカスサーボに与える影響が大きくなる。また、プッシュプルエラーが出るようにグルーブの深さが設定されている場合も影響が大きくなる。
【００１８】
さらに、図５に示すように、従来の非点収差法においては、最小散乱円像面Ｂを含む線像Ｍ及び線像Ｓ間の非点隔差が生じる範囲、すなわちフォーカスエラ−信号の有効範囲（キャプチャーレンジ）内で急峻な応答特性が得られる。本来有効でないキャプチャーレンジ外のフォーカスエラー信号は急峻ゼロになることが望ましい。しかし、従来のフォーカスエラー検出は、デフォーカスにより漸次、大きくなって楕円形スポットがディテクタをはみ出し時点から徐々に出力が出始めるので、また対角成分出力が漏れ込むので、急峻な特性が達成できない。近年の高密度光ディスクに対応して対物レンズの開口数が大きくなると対物レンズの動作距離の範囲が更に制限されるようになるので、従来の非点収差法の正確なキャプチャーレンジの検出が望まれる。
【００１９】
フォーカスサーボのキャプチャーレンジを正確に知る試みには、例えば、特開平８−１８５６３５号公報に開示されている非点収差法がある。かかる技術では、４分割フォトディテクタの外側に設けた補助ディテクタの出力により多層ディスクを再生する場合のキャプチャーレンジを検出している。しかし、かかる非点収差法では、デフォーカスにより連続的に大きくなっていく楕円スポットが４分割ディテクタをはみ出し時点から徐々に出力が出始めるので、急峻なキャプチャーレンジ検出信号特性が達成できない。
【００２０】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、トラック横切りノイズや光ディスク厚み誤差の影響を受けにくく３ビーム方式やＤＰＤ方式との併用が可能な光ピックアップ装置及び焦点誤差検出方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ピックアップ装置は、光学式記録媒体の情報記録面上のトラックに光ビームを集光してスポットを形成する照射光学系、及び、前記スポットから反射されて戻った戻り光を光検出器へ導く光検出光学系を有し、前記光ビームの焦点誤差を検出する光ピックアップ装置であって、
戻り光の光路に垂直な平面上において前記トラックの伸長方向及び該伸長方向に垂直な方向に対応して延在する２つの分割線を境に光路の中心から４分割された第１〜第４象限の領域を有し、前記分割線を境に同じ側の隣接する前記領域を通過する前記戻り光へ光路周りに互いに９０度回転した方向の非点収差を付与するとともに、前記戻り光を前記領域毎に少なくとも４つに分離する焦点誤差検出用光学素子と、
分離された前記戻り光を受光し、各々が非点収差が付与された光学系において光ビームが円形となる像面における前記分割線に対応する輪郭線を有しかつ前記輪郭線の一方に略平行に伸長する２分割線により分割された２つの受光領域からなる離間した複数の受光素子を有する光検出器と、を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記受光素子の前記２分割線は、前記トラックの伸長方向に垂直な方向に対応して延在することを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記受光素子の前記２分割線は、非点収差が付与された光学系において光ビームが円形となる像面における前記受光素子上の受光した前記戻り光のスポットによって生じる前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号が略等しくなる位置に、延在することを特徴とする。
【００２３】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記受光素子に接続され、前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号の差分の合計から焦点誤差信号を生成する演算回路を有することを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、非点収差によって生じる２つの線像範囲外における前記戻り光を受光する副受光素子を、前記受光素子の前記分割線に対応する前記輪郭線に沿って配置したことを特徴とする。
【００２４】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記副受光素子に接続されかつ、前記第１〜第４象限の領域における対角位置に存在する２組の領域からの前記戻り光により生じる前記副受光素子から出力される信号の和を演算する演算回路を有することを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記受光素子及び前記副受光素子に接続されかつ、前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号の差分の合計に、前記第１〜第４象限の領域における対角位置に存在する２組の領域からの前記戻り光により生じる前記副受光素子から出力される信号の差分を、加算するキャプチャーレンジ演算回路を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記副受光素子を、前記受光素子の前記分割線に対応する前記輪郭線の反対側の前記受光領域に、一体化したことを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記焦点誤差検出用光学素子は、前記第１〜第４象限の領域における一方の対角位置にそれぞれ配置される前記分割線の伸長方向を中心軸とするシリンドリカルレンズと、他方の対角位置にそれぞれ配置される前記分割線の伸長方向に対し９０度をなす方向を中心軸とするシリンドリカルレンズと、からなり、少なくとも一方の対角位置の領域にそれぞれ配置された前記シリンドリカルレンズの前記中心軸は前記分割線から平行に偏心させたことを特徴とする。
【００２６】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記少なくとも一方の対角位置の領域にそれぞれ配置された前記シリンドリカルレンズの前記中心軸は前記分割線から平行にかつ互いに逆側に偏心させたことを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記偏心されたシリンドリカルレンズが前記一方の対角位置の領域のみにそれぞれ配置され場合、残る他方の対角位置にそれぞれ配置される前記シリンドリカルレンズの領域にそれぞれ配置されかつ前記戻り光の光路に垂直な平面に対し異なる角度で傾斜した偏向プリズム面を設けたことを特徴とする。
【００２７】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記焦点誤差検出用光学素子は、前記第１〜第４象限の領域における一方の対角位置にそれぞれ配置される前記分割線の伸長方向を中心軸とするシリンドリカルレンズと、他方の対角位置にそれぞれ配置される前記分割線の伸長方向に対し９０度をなす方向を中心軸とするシリンドリカルレンズと、からなり、少なくとも一方の対角位置の領域にそれぞれ配置されかつ前記戻り光の光路に垂直な平面に対し傾斜した偏向プリズム面を設けたことを特徴とする。
【００２８】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記少なくとも一方の対角位置の領域にそれぞれ配置された前記偏向プリズム面は前記戻り光の光路に垂直な平面に対し異なる角度で傾斜させたことを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記偏向プリズム面が前記一方の対角位置の領域のみにそれぞれ配置され場合、残る他方の対角位置の領域にそれぞれ配置された前記シリンドリカルレンズの前記中心軸は前記分割線から平行にかつ互いに逆側に偏心させたことを特徴とする。
【００２９】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記受光素子は、前記焦点誤差検出用光学素子の前記分割線の一方に平行に並設されていることを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記照射光学系に回折格子を配置し、前記並設された前記受光素子の列の側方に、＋１次回折サブビーム及び−１次回折サブビームをそれぞれ受光する一対のサブ光検出器を有し、３ビーム方式によるトラッキング制御を行うことを特徴とする。
【００３０】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記焦点誤差検出用光学素子の前記第１〜第４象限の領域を通過する前記戻り光を独立に受光する対角位置に存在する２組の前記受光素子から出力されるそれぞれの合計信号の位相差分を検出する比較検出器を有し、位相差方式によるトラッキング制御を行うことを特徴とする。
【００３１】
本発明の光ピックアップ装置においては、光学式記録媒体の情報記録面上のトラックに光ビームを集光してスポットを形成する照射光学系、及び、前記スポットから反射されて戻った戻り光を光検出器へ導く光検出光学系を有する光ピックアップ装置における前記光ビームの焦点誤差を検出する焦点誤差検出方法であって、
戻り光の光路に垂直な平面上において前記トラックの伸長方向及び該伸長方向に垂直な方向に対応して延在する２つの分割線を境に光路の中心から４分割された第１〜第４象限の領域を有し、前記分割線を境に同じ側の隣接する前記領域を通過する前記戻り光へ光路周りに互いに９０度回転した方向の非点収差を付与するとともに、前記戻り光を前記領域毎に少なくとも４つに分離し、
分離された前記戻り光を受光し、各々が非点収差が付与された光学系において光ビームが円形となる像面における前記分割線に対応する輪郭線を有しかつ前記輪郭線の一方に略平行に伸長する２分割線により分割された２つの受光領域からなる離間した複数の受光素子を用いて、前記受光素子の２つの受光領域から出力される信号の差分の合計から焦点誤差信号を生成することを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るの実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（光ピックアップ装置及び光路）
図６は、本発明の一実施形態である光ピックアップの構成を示す図である。図６に示すように、この光ピックアップ１００は、光源である半導体レーザ１と、グレーティング２と、偏光ビームスプリッタ３と、コリメータレンズ４と、ミラー２５と、１／４波長板６と、対物レンズ７と、透光性材料からなる焦点誤差検出用光学素子１８と、光検出器１９を備えている。対物レンズ７上には、離間して光ディスク５が装荷される。また、図７に示すように、焦点誤差検出用光学素子１８はシリンドリカルレンズの第１レンズ部３１、第２レンズ部３２、第３レンズ部３３及び第４レンズ部３４からなり、光検出器１９はこれらレンズ部に対応した第１受光素子３１ＰＤ、第２受光素子３２ＰＤ、第３受光素子３３ＰＤ及び第４受光素子３４ＰＤを一方の分割線に沿って列１９Ｌとして配置して備えている。これらについては詳しく後述する。なお、対物レンズ７には、対物レンズ７を光軸方向の前後に移動可能な従来技術と同様な対物レンズ駆動機構（図示せず）が設けられている。
【００３３】
半導体レーザ１から射出された光ビームは、グレーティング２を経て偏光ビームスプリッタ３に入射する。偏光ビームスプリッタ３は偏光鏡を有しており、入射した光ビームは偏光ビームスプリッタ３を通過し、コリメータレンズ４を経て、ミラー２５により光路を直角に変えられ、１／４波長板６を通過し、対物レンズ７から光ディスク５の情報記録面へ照射される。対物レンズ７は光ディスク５上に螺旋又は同心円状に形成されたピット列又はトラックへ光ビームを集光しスポットを形成する。この照射光ビームスポットにより、光ディスクの情報記録面に記録情報を書き込む、あるいは読み出すことができる。
【００３４】
光ディスクの情報記録面上の光ビームスポットにて反射された戻り光は、同じ光路を戻り、対物レンズ７、１／４波長板６、ミラー２５及びコリーメータレンズ４を経て、再び偏光ビームスプリッタ３に入射する。この場合には、戻り光は偏光ビームスプリッタ３により半導体レーザ１への方向とは異なる方向へ光路を変えられ、焦点誤差検出用光学素子１８へ導かれる。焦点誤差検出用光学素子１８を通過した戻り光は非点収差を付与されるとともに、図７に示すように、光路中央から第１レンズ部３１、第２レンズ部３２、第３レンズ部３３及び第４レンズ部３４により、それぞれ第１光路Ｐ１、第２光路Ｐ２、第３光路Ｐ３、及び第４光路Ｐ４に４分割されて、それぞれ光検出器１９の離間して配置された４つ第１受光素子３１ＰＤ、第２受光素子３２ＰＤ、第３受光素子３３ＰＤ及び第４受光素子３４ＰＤへ入射する。光検出器１９の各受光素子は、受光した光を光電変換して、光電変換により出力された光検出電気信号に所定の演算を行ってフォーカスエラー信号を生成する。
（焦点誤差検出用光学素子）
図７に示すように、焦点誤差検出用光学素子１８は例えばガラスから形成され、戻り光の光路に垂直な平面上において光ディスク５のトラックの伸長方向（接線方向）及び該伸長方向に垂直な方向（半径方向）に対応して延在する２つの分割線Ｌ１、Ｌ２を境に光路の中心から４分割された第１〜第４象限の領域を有し、それぞれの領域にシリンドリカルレンズ状の第１レンズ部３１、第２レンズ部３２、第３レンズ部３３及び第４レンズ部３４を配設して構成されている。
【００３５】
図８は焦点誤差検出用光学素子１８の正面図、左右側面図、上面図及び底面図を示す。なお、図８は光軸において光検出器１９側から見た図である。図示するように、第１〜第４レンズ部３１〜３４は分割線Ｌ１又はＬ２を境に同じ側の隣接する象限領域を通過する戻り光に対して互いに９０度回転した方向の非点収差（矢印）を付与するとともに、戻り光を象限領域毎に４つに分離する。たとえば、対角位置の象限にそれぞれ配置される第１及び第３レンズ部３１、３３は分割線Ｌ２（半径方向）の伸長方向に伸びる軸を中心軸としたシリンドリカルレンズのレンズ面からなる。ここで中心軸とは、シリンドリカルレンズの中心曲率半径中心の集合した直線である。他の対角位置の第２及び第４レンズ部３２、３４は分割線Ｌ１（接線方向）の伸長方向に伸びる軸を中心軸としたシリンドリカルレンズのレンズ面からなる。一方の対角位置のレンズ部の中心軸は、他方の対角位置のものに対し光軸周りに９０度回転している。この構成により、対角位置象限を通過する戻り光部分に互いに９０度回転した方向の非点収差を付与している。
【００３６】
さらに、図８に示すように、第１及び第３レンズ部３１、３３の中心軸は戻り光の光軸及び分割線Ｌ２を含む平面にて分割線Ｌ２に平行に互いに一致して存在する。一方、第２及び第４レンズ部３２、３４の中心軸は、戻り光の光軸及び分割線Ｌ１を含む平面から対称に、すなわち当該平面から互いに逆方向に等しい距離ＳＨで平行に変位した平面にて分割線Ｌ１に平行に、存在している。このように、第２及び第４レンズ部３２、３４の中心軸をそれぞれ分割線から平行に偏心したシリンドリカルレンズとすることにより、第１及び第３レンズ部３１、３３の非点収差を与えられた戻り光から第２及び第４レンズ部３２、３４の９０度回転した非点収差を与えられた戻り光を空間的に分離できる。第２及び第４レンズ部３２、３４の中心軸の距離ＳＨにより、光検出器１９における第２受光素子３２ＰＤ及び第４受光素子３４ＰＤの間隔を設定することができる。
【００３７】
上記において、第１象限領域とは、平面を水平方向のＸ軸と、Ｘ軸に垂直な上下方向のＹ軸とにより４つの領域に分割した直交ＸＹ座標の場合に、Ｘ座標及びＹ座標がともに正の値となる領域をいう。また、第２象限領域とは、上記した４領域のうち、第１象限領域に隣接する領域であり、Ｘ座標が負の値でＹ座標が正の値となる領域をいう。また、第３象限領域とは、上記した４領域のうち、第２象限領域に隣接する領域であり、Ｘ座標及びＹ座標がともに負の値となる領域をいう。また、第４象限領域とは、上記した４領域のうち、第１象限領域及び第３象限領域に隣接する領域であり、Ｘ座標が正の値でＹ座標が負の値となる領域をいう。
【００３８】
図９〜図１１を参照して、対角位置象限のレンズ部の非点収差による戻り光の分割を詳細に説明する。
図９において、焦点誤差検出用光学素子１８の第１及び第３レンズ部３１、３３のみが示されている。対物レンズからの戻り光の第１レンズ部３１を通過する第１象限領域における光成分は線像Ｍまでは第１象限領域を通過し、線像Ｍを過ぎると第２象限領域に移り、線像Ｓを過ぎると第３象限領域に移る。よって、キャプチャーレンジ内では第２象限領域内で分割線Ｌ２に沿った線像スポットから扇形状スポットを経て９０度傾いた分割線Ｌ１に沿った線像スポットへと変化する。キャプチャーレンジ外では第２象限領域内にスポットを形成しない。
【００３９】
一方、対角位置の第３レンズ部３３を通過する第３象限領域における光成分は線像Ｍまでは第３象限領域を通過し、線像Ｍを過ぎると第４象限領域に移り、線像Ｓを過ぎると第１象限領域に移る。よって、キャプチャーレンジ内では第４象限領域内で分割線Ｌ２に沿った線像スポットから扇形状スポットを経て９０度傾いた分割線Ｌ１に沿った線像スポットへと変化する。キャプチャーレンジ外では第４象限領域内にスポットを形成しない。
【００４０】
図１０において、焦点誤差検出用光学素子１８の第２及び第４レンズ部３２、３４のみが示されている。対物レンズからの戻り光の第２レンズ部３２を通過する第２象限領域における光成分は線像Ｍまでは第２象限領域を通過し、線像Ｍを過ぎると第３象限領域に移り、線像Ｓを過ぎると第４象限領域に移る。よって、キャプチャーレンジ内では第３象限領域内で分割線Ｌ１に沿った線像スポットから扇形状スポットを経て９０度傾いた分割線Ｌ２に沿った線像スポットへと変化する。キャプチャーレンジ外では第３象限領域内にスポットを形成しない。
【００４１】
一方、対角位置の第４レンズ部３４を通過する第４象限領域における光成分は線像Ｍまでは第４象限領域を通過し、線像Ｍを過ぎると第１象限領域に移り、線像Ｓを過ぎると第２象限領域に移る。よって、キャプチャーレンジ内では第１象限領域内で分割線Ｌ１に沿った線像スポットから扇形状スポットを経て９０度傾いた分割線Ｌ２に沿った線像スポットへと変化する。キャプチャーレンジ外では第１象限領域内にスポットを形成しない。
【００４２】
図１０において注意すべきことは、第２及び第４レンズ部３２、３４の中心軸がそれぞれ分割線Ｌ１から平行に偏心しているので、各象限領域の戻り光のスポットは分割線Ｌ１からが逆方向に離れるように変位し、空間的にさらに分離されている。
図１１は、図９及び図１０を合成した図である。図示するように、第１〜第４レンズ部３１〜３４により付与された非点収差によって、これらを通過する戻り光成分を象限領域毎に空間的に分割する。
（光検出器）
光検出器１９は、図７に示すように、第１〜第４レンズ部３１〜３４により分離された各戻り光成分を受光するように、それらの非点収差による最小散乱円像面Ｂに離間して配置された第１受光素子３１ＰＤ、第２受光素子３２ＰＤ、第３受光素子３３ＰＤ及び第４受光素子３４ＰＤを有している。各受光素子は、その受光領域で受光された光強度に応じて電気信号に光電変換し、出力する。また、第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤは分割線Ｌ２に沿って列１９Ｌとして配置されている。
【００４３】
図７に示すように、焦点誤差検出用光学素子１８の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの各々は分割線Ｌ１及びＬ２に対応する輪郭線ＰＬ１及びＰＬ２を有している。
図１２に示すように、第１受光素子３１ＰＤは輪郭線の一方ＰＬ２に略平行に伸長する２分割線６０により分割された２つの受光領域Ｂ１、Ｂ２からなる。第２受光素子３２ＰＤは２分割線６０により分割された２つの受光領域Ｃ１、Ｃ２からなる。第３受光素子３３ＰＤは２分割線６０により分割された２つの受光領域Ｄ１、Ｄ２からなる。第３受光素子３３ＰＤ及び第４受光素子３４ＰＤは２分割線６０により分割された２つの受光領域Ａ１、Ａ２からなる。すなわち、２分割線６０は、非点収差による最小散乱円像面において各受光素子上の受光した戻り光のスポットによって生じる一対の受光領域から出力される信号が略等しくなる位置に、延在する。なお、図１２に示す第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤは戻り光の光軸において焦点誤差検出用光学素子１８の背面から透視した図である。
【００４４】
光ピックアップ１００は、光検出器１９の受光素子の受光領域に接続された演算回路（図示せず）を備えて、フォーカスエラー信号などを出力する。フォーカスエラー信号は対物レンズ駆動機構へ供給される。
演算回路は、第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの受光領域（Ｂ１、Ｂ２）、（Ｃ１、Ｃ２）、（Ｄ１、Ｄ２）、（Ａ１、Ａ２）の符号をその出力として示すと、フォーカスエラー信号ＦＥＳは、以下の下式（２）によって示される演算を実行する。
【数２】
ＦＥＳ＝（Ａ１＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ２）−（Ａ２＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ１）……（２）
【００４５】
次に、図１３を参照しつつ、この光ピックアップ１００における対物レンズの焦点位置が変化した時の光検出器１９の作用を説明する。図１３（ａ）〜（ｅ）は図１１におけるスポット（ａ）〜（ｅ）に対応する。
【００４６】
図１３（ａ）は、この光ピックアップ１００からの光ビームが光ディスクの情報記録面で合焦状態となっている場合の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤにおける戻り光スポットの状態を示した図である。合焦時には、焦点誤差検出用光学素子１８のそれぞれの象限領域で非点収差を付与され分割された光がそれぞれの分割線６０を挟むようにしてそれぞれ同一の形状と大きさ（面積）の１／４円状すなわち扇状の光スポットとなって入射しする。よって、合焦時には、受光領域（Ｂ１、Ｂ２）、（Ｃ１、Ｃ２）、（Ｄ１、Ｄ２）、（Ａ１、Ａ２）の出力する光検出電気信号はそれぞれ等しいので、上記式（２）よりＦＥＳは零となる。
【００４７】
図１３（ｂ）は、この光ピックアップ１００からの光ビームが光ディスクの情報記録面上で非合焦状態となっており、対物レンズが光ディスクが合焦時よりも遠い場合の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤにおける戻り光スポットの状態を示した図である。光ディスクが遠い場合には、焦点誤差検出用光学素子１８の第１及び第３象限領域の第１及び第３レンズ部３１、３３で非点収差を付与された光は、Ｌ２方向に伸長する受光領域Ｂ１、Ｄ１上でＬ２方向に延びる線分状の光スポットとなってそれぞれ入射する。また、焦点誤差検出用光学素子１８の第２及び第４象限領域の第２及び第４レンズ部３２、３４で非点収差を付与された光は、受光領域（Ａ１、Ａ２）、（Ｃ１、Ｃ２）上でＬ１方向に延びる線分状の光スポットとなって受光領域を跨ぐように入射する。よって、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、これら線分状の光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有していのるで、上記式（２）よりＦＥＳは受光領域Ｂ１、Ｄ１出力の負の値となる。
【００４８】
図１３（ｃ）は、光ビームの非合焦状態で対物レンズが光ディスクが合焦時よりもさらに遠い場合の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤ近傍における戻り光スポットの状態を示した図である。光ディスクがキャプチャーレンジを越えてさらに遠い場合には、焦点誤差検出用光学素子１８の第１〜第４レンズ部３１〜３４で非点収差を付与された光成分は、それぞれ分割線を越えて対角線の反対側の象限領域に線分状から拡大した光スポットとなってそれぞれ入射する。したがって、光ディスクが合焦時よりもさらに遠い場合には、これら光スポットは、第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤが対応する分割線Ｌ１、Ｌ２に対応する輪郭線でその面積が制限されているので、いずれの受光素子にも達せずに、上記式（２）よりＦＥＳは零となる。
【００４９】
図１３（ｄ）は、この光ピックアップ１００からの光ビームが光ディスクの情報記録面上で非合焦状態となっており、対物レンズが光ディスクが合焦時よりも近い場合の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤにおける戻り光スポットの状態を示した図である。光ディスクが近い場合には、焦点誤差検出用光学素子１８の第１及び第３象限領域の第１及び第３レンズ部３１、３３で非点収差を付与された光は、受光領域（Ｂ１、Ｂ２）、（Ｄ１、Ｄ２）上でＬ１方向に延びる線分状の光スポットとなって受光領域を跨ぐように入射する。また、焦点誤差検出用光学素子１８の第２及び第４象限領域の第２及び第４レンズ部３２、３４で非点収差を付与された光は、Ｌ２方向に伸長する受光領域Ａ１、Ｃ１上でＬ２方向に延びる線分状の光スポットとなってそれぞれ入射する。よって、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、これら線分状の光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有していのるで、上記式（２）よりＦＥＳは受光領域Ａ１、Ｃ１出力の正の値となる。
【００５０】
図１３（ｅ）は、光ビームの非合焦状態で対物レンズが光ディスクが合焦時よりもさらに近い場合の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤ近傍における戻り光スポットの状態を示した図である。光ディスクがキャプチャーレンジを越えてさらに近い場合には、焦点誤差検出用光学素子１８の第１〜第４レンズ部３１〜３４で非点収差を付与された光成分は、それぞれ分割線を越えて対角線の反対側の象限領域に線分状から拡大した光スポットとなってそれぞれ入射する。したがって、光ディスクが合焦時よりもさらに近い場合には、これら光スポットは、第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤが対応する分割線Ｌ１、Ｌ２に対応する輪郭線でその面積が制限されているので、いずれの受光素子にも達せずに、上記式（２）よりＦＥＳは零となる。
【００５１】
したがって、上式（２）で表されるＦＥＳをフォーカスエラー信号として用いれば、ＦＥＳが零のときが合焦であり、ＦＥＳ値が正の値のときは光ディスクが合焦時よりも遠く、ＦＥＳ値が負の値のときは光ディスクが合焦時よりも近いと判別することができる。したがって、フォーカスエラー信号ＦＥの正負符号を反転させた電気信号をフィードバックするようにし、ＦＥＳ値が零になるように光ピックアップ１００の対物レンズ７に設けられた対物レンズ駆動機構（図示せず）を制御することにより、確実なフォーカシングサーボ制御を行うことができる。
【００５２】
なお、上記した受光素子の出力を用いて、下式（３）、
【００５３】
【数３】
ＲＦ＝Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｃ２＋Ｄ１＋Ｄ２……（３）
で表される値ＲＦを演算すれば、このＲＦ信号から、光ディスクに記録された記録情報を読み取ることができる。
【００５４】
また、下式（４）、（５）、（６）、（７）、
【００５５】
【数４】
ＤＰＤ１＝Ａ１＋Ａ２………………（４）、
ＤＰＤ２＝Ｂ１＋Ｂ２………………（５）、
ＤＰＤ３＝Ｃ１＋Ｃ２………………（６）、
ＤＰＤ４＝Ｄ１＋Ｄ２………………（７）、
で表される値ＤＰＤ１、ＤＰＤ２、ＤＰＤ３、ＤＰＤ４から位相を比較する比較検出器により演算すれば、これらの信号により、ＤＰＤ方式のトラッキングサーボ制御を行うことができる。この場合、上記演算回路が比較検出器を有する。
【００５６】
上記した光ピックアップ１００における焦点誤差検出方法では、戻り光のうち、第１〜第４象限領域の光はそれぞれ対角位置の象限へ分割されるので、各受光素子上では、象限間の干渉がない。このため、光ディスクの厚みが一定でなく箇所によって厚み誤差がある場合であっても、象限間での光の漏れ出しなどがなく、ＤＰＤトラッキングエラー信号に誤差が生じることはない。各受光素子上での象限ごとの光線の分離度を高めたため、受光素子の光軸ずれなどによるＤＰＤトラッキングエラー信号の劣化をある程度防止することができる。また、３ビーム方式との併用も支障なく行うことができる。
【００５７】
さらに、受光素子の２分割線を半径方向に伸長する設定したため、光検出器１９の半径方向への光軸ずれや調整ずれを生じた場合でも、図１４に示すように、受光素子上の光ビームスポット像は、２分割線６０に沿って移動するため、影響がない。
（トラック横切りノイズの減少）
情報記録面にグルーブ及びランドを設けた光ディスクから非点収差法を用い信号を再生する光ピックアップ装置において、フォーカスエラー信号が４分割光検出器から得られる場合、光スポットがランド及びグルーブを横切る際に発生する４５°方向の非点収差に起因するノイズ成分について調べた。
【００５８】
まず、図１５に示すように、光ディスク５の情報記録面の螺旋又は同心円状に形成されたランド１３１及びグルーブ１３２上に、照射光学系によって光ビームを照射し光スポットＳＰを形成し、光スポットＳＰを破線矢印で示すように（ａ）から（ｄ）へ半径方向へ移動させて、光スポットのトラック横切りの際のフォーカスエラー信号に乗るノイズについて調べる。但し、ピックアップの照射光学系に４５°方向のいわゆる斜め非点収差成分が残る場合で、ポリカーボネート（ＰＣ）製ディスク基板からなるＤＶＤ−ＲＡＭ光ディスクを用いる。なお、光ディスク５のグルーブ幅及びランド幅は等しい。
【００５９】
図１６（ａ）〜（ｄ）は、合焦時の真円の光スポットＳＰが図１５に示す位置（ａ）〜（ｄ）にある場合の４分割光検出器９の受光面に写像される光スポット強度分布をそれぞれ示す。グルーブ１３２中心付近では図１６（ａ）に示すような光スポット強度分布になりＢ２及びＤ２に暗部が生じ、さらに、移動してグルーブ及びランド境界のテーパ１３３付近通過点では図１６（ｂ）に示すような光スポット強度分布になりＡ２及びＢ２に暗部が生じ、さらに、移動してランド１３１中心付近では図１６（ｃ）に示すような光スポット強度分布になりＡ２及びＣ２に暗部が生じ、さらに、移動してランド−グルーブ境界のテーパ付近通過点では図１６（ｄ）に示すような光スポット強度分布になりＣ２及びＤ２に暗部が生じるが、上記フォーカスエラー信号の式から明らかなように、出力上キャンセルされる。よって、トラック横切りノイズのフォーカスエラー信号への影響をほとんどキャンセルすることができる。
【００６０】
従来の４分割ディテクタを用いた場合には、合焦状態ＦＥＳ＝０となるはずであるが、トラック（接線）方向に対して４５°方向の非点収差があるが故に、図１６（ａ）及び（ｃ）に示す状態で極大極小が起こるトラッククロス信号が生じＦＥＳは零にならず、グルーブ及びランドにおいて最大最小を繰り返すトラッククロス信号がＦＥＳへのノイズとなっていたが、本発明によりかかるノイズが解消された。
（他の実施形態）
第２実施形態は、上記実施形態の図７に示した焦点誤差検出用光学素子１８に代えて、図１７及び図１８に示す焦点誤差検出用光学素子１８ａを採用した以外、上記実施形態と同一である。焦点誤差検出用光学素子１８ａは、第１及び第３象限の第１及び第３レンズ部３１、３３の入力側に、戻り光の光路に垂直な平面に対しそれぞれ異なる角度で傾斜した偏向プリズム面１８１を設けた以外、図７に示した焦点誤差検出用光学素子１８と同一である。この実施形態の場合、分割線Ｌ１及び光軸を含む平面から当該平面に対称に傾斜する偏向プリズム面１８１の角度を調整することにより、光検出器１９における第１受光素子３１ＰＤ及び第３受光素子３３ＰＤの間隔GAPを設定することができる。
【００６１】
図１９及び図２０は第３実施形態の焦点誤差検出用光学素子１８ｂを示す。第３実施形態も上記実施形態の図７に示した焦点誤差検出用光学素子１８に代えて焦点誤差検出用光学素子１８ｂを用いた以外、第１の実施形態と同一である。焦点誤差検出用光学素子１８ｂは、第２及び第４象限の第２及び第４レンズ部３２、３４の入力側に、戻り光の光路に垂直な平面に対しそれぞれ異なる第２の角度で傾斜した偏向プリズム面１８２を設け光検出器１９における第２受光素子３２ＰＤ及び第４受光素子３４ＰＤの間隔を画定するようにした以外、図１７及び図１８に示した焦点誤差検出用光学素子１８ａと同一である。偏向プリズム面１８２を設けることにより、第２及び第４レンズ部３２、３４の中心軸を偏芯させたシリンドリカルレンズを用いることなく、戻り光の各象限ごとの空間的分離が可能となる。また、この第３実施形態の場合、分割線及び光軸を含む平面から当該平面に対称に又は非対称に傾斜する偏向プリズム面１８１及び１８２の角度を調整することにより、光検出器１９における第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの間隔及び位置を任意に設定することができる。
【００６２】
上記第３実施形態では偏向プリズム面と偏芯シリンドリカルレンズを組み合わせることが可能な焦点誤差検出用光学素子を用いたが、これに代えて、第４実施形態では、図２１に示す第１〜第４レンズ部３１〜３４に全て偏芯シリンドリカルレンズを用いた焦点誤差検出用光学素子１８ｃを採用する。焦点誤差検出用光学素子１８ｃは、中心軸が共に分割線Ｌ２から第１及び第４象限へ偏倚した第１及び第３レンズ部３１ｃ、３３ｃと、中心軸が共に分割線Ｌ１から第１及び第２象限へ偏倚した第２及び第４レンズ部３２ｃ、３４ｃとを備えている。
【００６３】
また、図２１に示すように、焦点誤差検出用光学素子１８ｃに入射する前の本来の光軸に対し、最小散乱円像面に照射される各光スポット像の中心は移動するので、光検出器１９の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの列１９Ｌを分割線に対して傾斜して配置する。図２２に光ピックアップ１００の対物レンズの焦点位置が変化した時の傾斜受光素子列１９Ｌ上のスポット形状の変化を示す。図２２（ａ）は光ビームが光ディスクの情報記録面での合焦時、図２２（ｂ）は対物レンズが光ディスクが合焦時よりも遠い非合焦時、図２２（ｃ）はキャプチャーレンジを越えてさらに遠い非合焦時、図２２（ｃ）は対物レンズが光ディスクが合焦時よりも近い非合焦時、図２２（ｃ）はキャプチャーレンジを越えてさらに近い非合焦時のスポット形状を示す。なお、図２２（ａ）〜（ｅ）は図１１におけるスポット（ａ）〜（ｅ）にほぼ対応する。図２２から明らかなように、第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの各々が合焦時のスポット形状に合わせて、分割線に対応する直角な輪郭線とからなる略三角形状を有しているので、キャプチャーレンジ外にて拡がったスポットの場合（図２２（ｃ）及び（ｅ））でも離間した素子の余白が確保され、隣接の受光素子に余計な光が漏れ込むことがない。
（キャプチャーレンジ検出）
第５実施形態では、上記の第１〜第４実施形態に加えて、キャプチャーレンジ検出用の受光素子を設ける。具体的には、光検出器１９において、図２３に示すように、キャプチャーレンジ以外における戻り光を受光する副受光素子Ｅ、Ｆを第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの輪郭線ＰＬ１及びＰＬ２（分割線Ｌ１及びＬ２に対応する）に沿って配置する。なお、第１及び第３受光素子３１ＰＤ及び３３ＰＤの副受光素子Ｆは図２３に示すように、一体化できる。
【００６４】
図２４（図１３に対応する）に示すように光ビームが光ディスクへの合焦点（図２４（ａ））からずれると（図２４（ｂ）及び図２４（ｄ））、第１〜第４受光素子上の光スポットはそれぞれに与えられた非点収差によって線像になる。この位置がキャプチャーレンジ（Ｓ字特性ピーク）である。対物レンズがキャプチャーレンジを超え合焦点から離れて変移すると、線像になった光スポットは線像（輪郭線）を境に逆側に変化する（図２４（ｃ）及び図２４（ｅ））。キャプチャーレンジ検出用の副受光素子Ｅ、Ｆがその領域に配置されているため、副受光素子Ｅ、Ｆに接続されたキャプチャーレンジ検出回路は、Ｓ字特性ピークの信号を急峻に検知できる。
【００６５】
キャプチャーレンジ検出回路は、副受光素子（Ｅ、Ｆ）の符号をその出力として示すと、演算回路は以下の下式（８）によって示されるキャプチャーレンジ検出信号ＣＲの演算を実行するように、構成できる。
【数５】
ＣＲ＝Ｆ＋Ｅ……（８）
【００６６】
これは、第１〜第４象限の領域における対角位置に存在する２組の領域からの戻り光により生じる副受光素子から出力される信号の和を演算する演算回路で達成される。
【００６７】
また、第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの受光領域（Ｂ１、Ｂ２）、（Ｃ１、Ｃ２）、（Ｄ１、Ｄ２）、（Ａ１、Ａ２）及び副受光素子（Ｅ、Ｆ）の符号をその出力として示すと、演算回路が以下の下式（９）によって示されるフォーカスエラー信号ＦＥＳの演算を実行するように、構成できる。
【数６】
ＦＥＳ＝（Ａ１＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ２＋Ｆ）−（Ａ２＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ１＋Ｅ）
……（９）
【００６８】
これは、受光領域から出力される信号の差分の合計に、キャプチャーレンジ外の戻り光により生じる副受光素子から出力される信号Ｅ、Ｆの差分を、加算するキャプチャーレンジ演算回路を有することで達成される。すなわち、副受光素子Ｅ、Ｆで検知した信号で作った信号をフォーカスエラーから減算することにより、キャプチャーレンジ外にデフォーカスした場合に、図２５に示すように、フォーカスエラー信号ＦＥＳを急速に０に近づけることができる。これによって、膜厚さ方向に情報記録面が複数積層されたＤＶＤなどの多層ディスクなどにおけるフォーカスエラー信号のオフセットを防ぐこともできる。
【００６９】
更に、第６実施形態では、第４受光素子３４ＰＤにおける副受光素子Ｅを輪郭線ＰＬ２の反対側の受光領域Ａ１に一体化し、第１受光素子３１ＰＤにおける副受光素子Ｆを輪郭線ＰＬ２の反対側の受光領域Ｂ２に一体化し、第３受光素子３３ＰＤにおける副受光素子Ｆをの輪郭線ＰＬ２の反対側の受光領域Ｄ２に一体化し、第２受光素子３２ＰＤにおける副受光素子Ｅを輪郭線ＰＬ２の反対側の受光領域Ｃ２に一体化する。
【００７０】
図２３に示す構成だと受光素子毎に副受光素子を設ける必要があり、副受光素子から信号を取り出す端子数が増大したり演算が複雑になったりする。そこで、図２６に示すようにキャプチャーレンジ検出用の副受光素子をフォーカスエラーを得るため受光素子の一部と一体化することにより簡素化を図った。キャプチャーレンジ検出信号には本来不要な受光領域からの出力も加算されるが、元々そこには光スポットが無いため問題はない。さらにキャプチャーレンジ外にデフォーカスした場合にフォーカスエラーを０に近づける演算も特に外部に演算回路を設けなくてもよい。以下の下式（１０）によって示されるキャプチャーレンジ検出信号ＣＲが演算できる。
【数７】
ＣＲ＝Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２……（１０）
【００７１】
更に、第７実施形態では、差動プッシュプル法（ＤＰＰ）のために３ビーム用一対のサブ光検出器を設けた例を図２７に示す。
【００７２】
また、図２６に示したキャプチャーレンジ検出用の第１〜第４受光素子３１ＰＤ〜３４ＰＤの列１９Ｌの両側に、図２７に示すように、分割線Ｌ２に関して同じ側の合計受光出力を得るための第１サブ光検出器対Ｅ１、Ｅ２と第２サブ光検出器対Ｆ１、Ｆ２を配置することによって、いずれか一方を＋１次サブビーム用とし、他方を−１次サブビーム用とすることにより、３ビーム方式にも対応可能である。この場合、以下の下式（１１）によって示される差動プッシュプル信号ＤＰＰ並びに予備信号ＳｕｂＲＦ１及びＳｕｂＲＦ２が演算できる。
【数８】
ＤＰＰ＝（Ｅ１＋Ｆ１−Ｅ２−Ｆ２）
＋（Ａ１＋Ａ２＋Ｄ１＋Ｄ２−Ｂ１−Ｂ２−Ｃ１−Ｃ２）、
ＳｕｂＲＦ１＝Ｅ１＋Ｅ２、
ＳｕｂＲＦ２＝Ｆ１＋Ｆ２、…………（１１）
【００７３】
本発明ではキャプチャーレンジを正確に知ることのできる副受光素子を用いキャプチャーレンジ信号を得ることができるようになったので、たとえば非常に作動距離の小さい対物レンズを使用したピックアップにおいてフォーカスずれによる対物レンズの衝突を防ぐことができる。
【００７４】
さらに、キャプチャーレンジ外にデフォーカスしたフォーカスエラー信号からキャプチャーレンジ検出用ディテクタで得られた信号を減算することによって、フォーカスエラー信号を急速に０に近づけることができるため、多層ディスクなどを再生する場合、フォーカスエラー信号にオフセットが生じることがなくなる。
【００７５】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、上記実施形態においては、焦点誤差検出用光学素子として、シリンドリカルレンズを組み合せたレンズ素子を例に挙げて説明したが、本発明はこの例には限定されず、他の構成の焦点誤差検出用光学素子、例えば、同様の機能を有したブレーズド４分割ホログラム素子を用いてもよい。要は、光学式記録媒体の情報記録面上のトラックに光ビームを集光してスポットを形成する照射光学系、及び、スポットから反射されて戻った戻り光を光検出器へ導く光検出光学系を有する光ピックアップ装置において、戻り光の光路に垂直な平面上においてトラックの伸長方向及び該伸長方向に垂直な方向に対応して延在する２つの分割線を境に光路の中心から４分割された第１〜第４象限の領域を有し、分割線を境に同じ側の隣接する領域を通過する戻り光に対して互いに９０度回転した方向の非点収差を付与するとともに、戻り光を領域毎に少なくとも４つに分離し、分離された戻り光を受光し、各々が非点収差による最小散乱円像面における分割線に対応する輪郭線を有しかつ輪郭線の一方に略平行に伸長する２分割線により分割された２つの受光領域からなる離間した複数の受光素子を用いて、受光素子の２つの受光領域から出力される信号の差分の合計から焦点誤差信号を生成すればよいのである。
【００７６】
また、実施形態では、図６に示すように、焦点誤差検出用光学素子１８が光検出器１９の順に配置されているが、焦点誤差検出用光学素子１８と同様の機能を有し偏光作用を有する偏光レンズ素子を、ミラー２５と１／４波長６の間に設けてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、焦点誤差検出用光学素子によって、光ディスクからの戻り光を４つの光路に分割しかつ各分割光路の光に所定の非点収差を付与するとともに、離間して配置された複数の２分割受光素子からなる光検出器をもうけたので、トラック横切りノイズや光ディスク厚み誤差の影響を受けにくく、３ビーム方式や、ＤＰＤ方式との併用が可能となり、非合焦検出の感度が高く、光ピックアップ小型化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ピックアップ装置の構成を示す図。
【図２】光ピックアップ装置における非点収差法のシリンドリカルレンズの作用を説明する斜視図。
【図３】図２に示す光ピックアップにおける焦点位置変化時の４分割ディテクタの作用を説明する斜視図。
【図４】図２に示す光ピックアップにおけるフォーカスエラー検出回路の構成図。
【図５】図２に示す光ピックアップにより得られるフォーカスエラー信号特性を示すグラフ。
【図６】本発明の一実施形態である光ピックアップの構成を示す斜視図。
【図７】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子及び光検出器を説明する斜視図。
【図８】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子を説明する図。
【図９】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子の作用を説明する斜視図。
【図１０】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子の作用を説明する斜視図。
【図１１】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子の作用を説明する斜視図。
【図１２】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける光検出器の作用を説明する平面図。
【図１３】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点位置変化時の光検出器の作用を説明する平面図。
【図１４】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける光検出器の作用を説明する平面図。
【図１５】本発明の一実施形態の光ピックアップにおけるトラック横切りノイズ発生を説明する図。
【図１６】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける合焦時の光強度変に対する光検出器の作用を説明する平面図。
【図１７】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子を説明する斜視図。
【図１８】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子を説明する斜視図。
【図１９】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子を説明する斜視図。
【図２０】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子を説明する斜視図。
【図２１】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出用光学素子及び光検出器を説明する斜視図。
【図２２】図２１に示す光ピックアップにおける焦点位置変化時の光検出器の作用を説明する平面図。
【図２３】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける光検出器の作用を説明する平面図。
【図２４】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける焦点位置変化時の光検出器の作用を説明する平面図。
【図２５】本発明の一実施形態の光ピックアップにより得られるフォーカスエラー信号特性を示すグラフ。
【図２６】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける光検出器の作用を説明する平面図。
【図２７】本発明の一実施形態の光ピックアップにおける合焦時の光検出器の作用を説明する平面図。
【符号の説明】
１  半導体レーザ
２  グレーティング
３  偏光ビームスプリッタ
４  コリメータレンズ
５  光ディスク
６  １／４波長板
７  対物レンズ
１８  焦点誤差検出用光学素子
１９  光検出器
２５  ミラー
３１  第１レンズ部
３１ＰＤ  第１受光素子
３２  第２レンズ部
３２ＰＤ  第２受光素子
３３  第３レンズ部
３３ＰＤ  第３受光素子
３４  第４レンズ部
３４ＰＤ  第４受光素子
６０  ２分割線
１００  光ピックアップ
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２  受光領域
Ｌ１、Ｌ２  分割線
ＰＬ１、ＰＬ２  輪郭線
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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