(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学式記録媒体の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、
前記光検出光学系の前記戻り光の光路中に配置されかつ前記戻り光を０次回折光及び±１次回折光を出力するホログラムレンズと、
前記光検出光学系の前記戻り光の光路中における前記ホログラムレンズの前又は後のいずれかに配置され、かつ非点収差を付与する光学素子と、
前記ホログラムレンズから出力される０次回折光を受光する０次回折光用の光検出器と、
前記ホログラムレンズから出力される±１次回折光を受光する±１次回折光用の光検出器と、
前記０次回折光用の光検出器に接続されかつその出力信号に基づいて第１のキャプチャーレンジを有する第１フォーカスエラー信号を生成する０次回折光用のサーボ信号生成演算回路と、
前記±１次回折光用の光検出器に接続されかつその出力信号に基づいて前記第１のキャプチャーレンジと異なる第２のキャプチャーレンジを有する第２フォーカスエラー信号を生成する±１次回折光用のサーボ信号生成演算回路と、を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記ホログラムレンズは、前記０次回折光が前記±１次回折光より光量比が大きくなるように設定されてい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０次回折光用の光検出器は、直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ互いに独立した４個の受光部から構成され、一方の分割線がトラック伸長方向に平行になるように配置され、前記０次回折光用のサーボ信号生成演算回路に接続される正極性となる受光部の面積と負極性となる受光部の面積が略等しく設定されていることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記非点収差を付与する光学素子はシリンドリカルレンズであり、その中心軸が光ディスク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てい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】
前記±１次回折光用の光検出器は、トラック伸長方向に垂直な方向と略平行に伸長する少なくとも２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ互いに独立した少なくとも２個の受光部から構成され、前記±１次回折光用のサーボ信号生成演算回路に接続される正極性となる受光部の面積と負極性となる受光部の面積が略等しく設定されている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】
前記第１のキャプチャーレンジは前記第２のキャプチャーレンジより小となるように構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記０次回折光に基づいてトラッキングエラー信号を生成するように構成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記第１フォーカスエラー信号は非点収差法で、前記第２フォーカスエラー信号は差動スポットサイズ法で、それぞれ生成するように構成されたことを特徴とする請求項１〜７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、光ディスクなどの光学式記録媒体の記録再生装置における光ピックアップ装置に関し、特に、積層された複数の記録層を持つ光ディスクなどの記録媒体の所定記録面に対し集光される光ビームの最適集光位置の制御を行うことのできる光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）と称される高記録密度及び大容量の情報記録媒体並びにこれを用いたシステムがある。片面の１層の記録層のＤＶＤでは４．７Ｇバイトであるが、その記録層を複数化することにより、ＤＶＤの規格において記録層を２層とすることで倍の大容量化を実現している。また、更なる光ディスクの大容量化のために、高ＮＡ及び短波長の光学系及び光源を用い、３層、４層の記録層といった次世代の多層光ディスクシステムも考えられている。このような複数の記録面がスペーサ層を挟んで交互に積層される多層光ディスクにおいて、一方の光ディスク表面側から光学式ピックアップ装置によって情報を読み取るには、所望のどちらか一方の層における記録面に対し光ビームの焦点（合焦位置若しくは最適集光位置）合わせ、すなわち、集光された光スポットを所望の記録層に照射することが必要となる。
【０００３】
所望の記録層に焦点を合わせるために、フォーカスエラー検出光学系により検出したフォーカスエラー信号ＦＥによりサーボをかけてフォーカス引き込みを行うことが一般的である。このフォーカスエラー信号ＦＥは、多層光ディスクでの再生を考えると、再生する記録層以外への記録層からの反射光の影響例えば層間クロストークによるフォーカスオフセットをできるだけ排除するために、そのキャプチャーレンジ（ＦＥのＳ字曲線の最大ピーク振幅間距離に相当するフォーカスずれ量すなわち変移距離）が、各層間距離のうちの、最小の層間距離（中間層の厚み）よりも十分狭く、例えば層間距離の１／１０以下となとるように設定されている。キャプチャーレンジは検出光学系の光学素子及び受光素子の寸法や特性などにより決定される。例えば、図１に示す３層光ディスク１のフォーカス引き込みを考える。光ディスク１の基板上には、１層目の第１の記録層が形成され、中間層を介して、２層目の第２の記録層が形成されており、さらに、３層目の第３の記録層が中間層を介して形成されている。この第３の記録層の表面は、カバー層により保護されている。図２は光ディスク１の層間距離とキャプチャーレンジの関係を変化させたときのフォーカスエラー信号ＦＥの変化を示している。図２（ａ）は、キャプチャーレンジが層間距離の１／１０の場合のフォーカスエラー信号ＦＥである。各記録層からのフォーカスエラー信号ＦＥの影響は殆どないため、合成されて得られるフォーカスエラー信号ＦＥにより、所望する記録層に光スポットを集光できる。しかし、図２（ｂ）はキャプチャーレンジが層間距離の１／４の場合のフォーカスエラー信号ＦＥであるが、各記録層からのフォーカスエラー信号ＦＥが影響しあって、合成されて得られるフォーカスエラー信号ＦＥ（実線）は誤差を持ってしまうため、所望する記録層に光スポットを集光できない。尚、フォーカスエラー検出光学系については非点収差法、フーコ法、スポットサイズ法など種々の方法が提案されているが、どの検出方法にとっても上記条件は多層光ディスクの記録再生には必須条件である。記録層間距離に対してキャプチャーレンジは十分狭くなければならない。
【０００４】
しかしながら、キャプチャーレンジを狭くした場合はフォーカス引き込みが困難となり、さらに、記録再生時に振動などの外乱によりフォーカスサーボが外れ易くなってしまい、最悪の場合フォーカスサーボが外れ対物レンズが光ディスク表面に衝突しこれを傷つけてしまうなど、プレアビリティが非常に悪くなる。また、キャプチャーレンジをある程度確保して前述の条件を満たそうとすると、記録層間距離が大きくなる。このことは、光ディスク表面から各記録層までの厚さが大きく変化することになり、高ＮＡ対物レンズ使用下では球面収差が増大するので、高ＮＡ対物レンズが多層光ディスクを使用することの妨げとなっている。
【０００５】
高ＮＡ対物レンズが発生するカバー層厚変化による球面収差を減らすために、各層間距離は狭くなくてはならない。層間距離とキャプチャーレンジの比を大きくとる必要があるため、キャプチャーレンジは狭く設定しなければならなくなる。例えば、ＮＡ０．８５の場合、第１層目と最も離れた層（ｎ層光ディスクのｎ層目）との許容できる距離は約２０μｍ以下であり、キャプチャーレンジは２層光ディスクで２μｍ、３層光ディスクでは０．７μｍ、４層光ディスクでは０．５μｍ以下と、多層化すればするほど、きわめて小さな値となってしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、フォーカスサーボの安定性と多層光ディスクでの層間クロストークによるオフセットなどを同時に解決し、目標記録面に対し光ビームの最適合焦位置を良好に追従させることのできる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による光ピックアップ装置は、光学式記録媒体の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、
前記光検出光学系の前記戻り光の光路中に配置されかつ前記戻り光を０次回折光及び±１次回折光を出力するホログラムレンズと、
前記光検出光学系の前記戻り光の光路中における前記ホログラムレンズの前又は後のいずれかに配置され、かつ非点収差を付与する光学素子と、
前記ホログラムレンズから出力される０次回折光を受光する０次回折光用の光検出器と、
前記ホログラムレンズから出力される±１次回折光を受光する±１次回折光用の光検出器と、
前記０次回折光用の光検出器に接続されかつその出力信号に基づいて第１のキャプチャーレンジを有する第１フォーカスエラー信号を生成する０次回折光用のサーボ信号生成演算回路と、
前記±１次回折光用の光検出器に接続されかつその出力信号に基づいて前記第１のキャプチャーレンジと異なる第２のキャプチャーレンジを有する第２フォーカスエラー信号を生成する±１次回折光用のサーボ信号生成演算回路と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明による光ピックアップ装置においては、前記ホログラムレンズは、前記０次回折光が前記±１次回折光より光量比が大きくなるように設定されていることを特徴とする。
本発明による光ピックアップ装置においては、前記０次回折光用の光検出器は、直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ互いに独立した４個の受光部から構成され、一方の分割線がトラック伸長方向に平行になるように配置され、前記０次回折光用のサーボ信号生成演算回路に接続される正極性となる受光部の面積と負極性となる受光部の面積が略等しく設定されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明による光ピックアップ装置においては、前記非点収差を付与する光学素子はシリンドリカルレンズであり、その中心軸が光ディスク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ていることを特徴とする。
本発明による光ピックアップ装置においては、前記±１次回折光用の光検出器は、トラック伸長方向に垂直な方向と略平行に伸長する少なくとも２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ互いに独立した少なくとも２個の受光部から構成され、前記±１次回折光用のサーボ信号生成演算回路に接続される正極性となる受光部の面積と負極性となる受光部の面積が略等しく設定されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明による光ピックアップ装置においては、前記第１のキャプチャーレンジは前記第２のキャプチャーレンジより小となるように構成されたことを特徴とする。
本発明による光ピックアップ装置においては、前記０次回折光に基づいてトラッキングエラー信号を生成するように構成されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明による光ピックアップ装置においては、前記第１フォーカスエラー信号は非点収差法で、前記第２フォーカスエラー信号は差動スポットサイズ法で、それぞれ生成するように構成されたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による光ピックアップ装置を含む記録再生装置の好適な実施形態について以下に説明する。
（光ピックアップ装置）
図３は、本発明の一実施形態であるの構成を示す図である。
【００１３】
光ピックアップ装置３は、光源である半導体レーザ３１と、グレーティング３２と、偏光ビームスプリッタ３３と、コリメータレンズ３４と、ミラー３５と、１／４波長板３６と、対物レンズ３７と、シリンドリカルレンズなどの透光性材料からなる非点収差発生光学素子３８及びホログラムレンズなどの回折光学素子３９と、０次回折光用の光検出器４００及び±１次回折光用の光検出器４０１、４０２を備えた光検出器４０を備えている。光ディスク１は、図示しないスピンドルモータのターンテーブル上に対物レンズ３７から離間するように載置される。
【００１４】
また、ピックアップ３にはフォーカスアクチュエータ３０１が内蔵され、これは供給される駆動信号のレベル及び極性に応じて対物レンズ３７を光ディスク１の表面に垂直な方向（光軸方向）に移動せめ、光源から発射された光ビームを所定の記録層へ集光するフォーカスサーボを実行する。
図４に示すように、光検出器４０において、０次回折光用光検出器４００は、直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ互いに独立した４個の等しい面積の受光部（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）から構成され、一方の分割線がトラック伸長方向に平行になるように構成されている。また、±１次回折光用光検出器４０１、４０２は、各々がトラック伸長方向に垂直な方向と略平行に伸長する少なくとも２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ互いに独立した３個の受光部（Ａ１，Ａ２，Ａ３）（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）から構成される。光検出器４０は、光ディスク上で光スポットが合焦となる場合に０次回折光が後述の最小錯乱円となり、これが０次回折光用光検出器４００の分割線の交点に位置するように、配置されている。これら受光部は受光部（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）の中心（分割線の交点）に関して点対称に形成、配置され、すなわち該中心からトラック方向の及び垂直な方向に伸長する直線に関してそれぞれ対称である。
【００１５】
なお、±１次回折光用光検出器の受光部は互いに独立した少なくとも２個の受光部から構成されればよく、図１２に示すように、受光部Ａ１とＡ３及び受光部Ｃ１とＣ３が互いに独立しないように接続して構成してもよい。
（光ピックアップ装置の光路）
図３に示すように、半導体レーザ３１から射出された光ビームは、グレーティング３２を経て偏光ビームスプリッタ３３に入射する。偏光ビームスプリッタ３３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３３を通過し、コリメータレンズ３４を経て、ミラー３５により光路を直角に変えられ、１／４波長板３６を通過し、対物レンズ３７から光ディスク１の情報記録面へ照射される。このように、照射光学系は、対物レンズ３７は光ディスク１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て記録面上に光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。
【００１６】
光ディスクの記録面上の光ビームスポットにて反射された戻り光は光検出光学系により、光検出器へ導かれる。すなわち、戻り光は対物レンズ３７、１／４波長板３６、ミラー３５及びコリーメータレンズ３４を経て、再び偏光ビームスプリッタ３３に入射する。この場合、戻り光は偏光ビームスプリッタ３３により半導体レーザ３１への方向とは異なる方向へ光路を変えられ、非点収差発生光学素子３８及び回折光学素子３９へ導かれる。非点収差発生光学素子３８及び回折光学素子３９を通過した戻り光は、非点収差を付与されるとともに回折され、光検出器４０における０次回折光用光検出器４００及び±１次回折光用光検出器４０１、４０２へそれぞれの回折光として入射する。なお、非点収差発生光学素子３８と回折光学素子３９とを逆に配置して戻り光が回折された後に非点収差を付与するようにしてもよい。光検出器４０の各受光部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を、サーボ信号生成演算回路が所定の演算を行ってフォーカスエラー信号を生成する。
【００１７】
（光検出光学系の作用）
回折光学素子３９のホログラムレンズは、±１次回折光に対し元の光軸から略対称に偏向させ集光せしめるように、偏芯したレンズ効果を有している。また、±１次回折光のいずれかに凸レンズ又は凹レンズの作用をするように設定されている。従って、図５に示すように、回折光学素子３９は、非点収差発生光学素子３８を設けていないと仮定して光ディスクのトラック上で光ビームが合焦したとき、０次回折光が光軸上に焦点を結ぶように（図５（ａ））、同時に、＋１次回折光が光軸から離れ光検出器４０の手前に焦点ｆ１を結び、かつ、−１次回折光が光軸から離れ光検出器４０の遠方に焦点ｆ２を結ぶ。±１次回折光の集光点間すなわち図５に示す（ｄ）及び（ｅ）間がフォーカスエラー信号のキャプチャーレンジに対応する。
【００１８】
図５に示すように、非点収差発生光学素子のシリンドリカルレンズ３８により非点収差を持った戻り光の±１次回折光は、±１次回折光用光検出器４０１、４０２の中心付近（図4のＡ２及びＣ２）に略同一面積の光スポットを形成する。なお、ホログラムレンズの回折光学素子３９は、０次回折光が±１次回折光より光量比が大きくなるように設定されている。０次回折光用光検出器４００の出力を±１次回折光用光検出器４０１、４０２より高めるためである。
【００１９】
０次回折光は、回折光学素子３９のホログラムレンズの作用を受けないため、元の光軸からずれること無く進む。この０次回折光の光ビームだけで考えると従来の非点収差法を用いた検出光学系とまったく同様の動作をする。すなわち、図６に示すように、非点収差発生光学素子のシリンドリカルレンズ３８により非点収差を持った戻り光の０次回折光は、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分割された０次回折光用光検出器４００の中心付近に光スポット（後述の最小散乱円）を形成する。
【００２０】
シリンドリカルレンズ３８は、図６に示すように、その中心軸（レンズ面をなす円柱曲面の回転対称軸）が光ディスク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ている。この構成により、対物レンズ３７により収束する戻り光に非点収差を与え、光ディスク及び対物レンズ３７間距離に応じて線像Ｍ、最小散乱円Ｂ及び線像Ｓを形成する。よって、検出光学系は、光ビームの合焦時に図６（ａ）の最小散乱円Ｂを０次回折光用光検出器４００に照射し、デフォーカス時に図６（ｂ）又は（ｃ）のように受光面の対角線方向に延びた線像及び楕円形の光スポットを０次回折光用光検出器４００に照射する。０次回折光の集光した線像間すなわち図５に示す（ｂ）及び（ｃ）間がフォーカスエラー信号のキャプチャーレンジに対応する。なお、この０次回折光用光検出器４００で得られるキャプチャーレンジを第１とし、上記の±１次回折光用光検出器４０１、４０２で得られるものを第２キャプチャーレンジと呼ぶ。
【００２１】
以下に、回折光学素子３９のホログラムレンズ及び非点収差発生光学素子のシリンドリカルレンズ３８からなる光検出光学系によって、上記の０及び±１次回折光用光検出器４００、４０１、４０２で第１及び第２キャプチャーレンジを得られる動作を説明する。
図７（ａ）に示すように、合焦点状態の時には、０次回折光は０次回折光用光検出器４００上の最小散乱円として集光され、同時に、±１次回折光はそれぞれ±１次回折光用光検出器４０１、４０２上に異なる対角線方向に伸長した略同一面積の楕円として集光される。
【００２２】
光ディスク１が合焦点状態よりも対物レンズ３７に近づくと、図７（ｂ）に示すように、０次回折光は対角線上にて線像となり、＋１次回折光は＋１次回折光用光検出器４０１上に縮小した楕円として集光され、−１次回折光は−１次回折光用光検出器４０２上に拡大した楕円として集光される。
一方、光ディスク１が合焦点状態よりも対物レンズ３７から遠ざかると、図７（ｃ）に示すように、０次回折光はもう一方の対角線にて線像となり、＋１次回折光は＋１次回折光用光検出器４０１上に拡大した楕円として集光され、−１次回折光は−１次回折光用光検出器４０２上に縮小した楕円として集光される。
【００２３】
そして、図７（ｄ）、（ｅ）に示すように、光ディスクとの遠近が進むと０次回折光はそれぞれ拡大した楕円として０次回折光用光検出器４００上に集光される。光ディスクが近づいた場合の＋１次回折光は、図７（ｄ）に示すように、＋１次回折光用光検出器４０１上に対角線方向に伸長した最小面積の楕円として集光され、同時に、−１次回折光は−１次回折光用光検出器４０２上にさらに拡大した楕円として集光される。光ディスクが遠ざかった場合の＋１次回折光は、図７（ｅ）に示すように、＋１次回折光用光検出器４０１上にさらに拡大した楕円として集光され、同時に、−１次回折光は−１次回折光用光検出器４０２上に対角線方向に伸長した最小面積の楕円として集光される。
【００２４】
さらに、図７（ｆ）、（ｇ）に示すように、光ディスクとの遠近がさらに進むと０次回折光はそれぞれさらに拡大した楕円として０次回折光用光検出器４００上にはみ出し始める。図７（ｆ）に示すように、＋１次回折光は、光ディスクがさらに近くなると、もう一方の対角線方向に伸長し拡大しつつある楕円として＋１次回折光用光検出器４０１上に集光され、同時に、−１次回折光はさらに拡大した楕円として集光される。一方、光ディスクがさらに遠くなると、図７（ｇ）に示すように、＋１次回折光はさらに拡大した楕円として集光され、同時に、−１次回折光はもう一方の対角線方向に伸長し拡大しつつある楕円として−１次回折光用光検出器４０２上に集光される。
【００２５】
従って、０次回折光用光検出器４００及び±１次回折光用光検出器４０１、４０２の受光部の符号をその出力として示すと、それぞれから得られるフォーカスエラー信号すなわち第１及び第２キャプチャーレンジを有する第１及び第２フォーカスエラーＦＥ１，ＦＥ２は、以下の式（１）（非点収差法）及び（２）（スポットサイズ法）によって示される。
【００２６】
【数１】
ＦＥ１＝（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）……（１）
ＦＥ２＝（Ａ１＋Ａ３＋Ｃ２）−（Ａ２＋Ｃ１＋Ｃ３）……（２）
第１及び第２キャプチャーレンジが互いに異なるように第１及び第２フォーカスエラー信号を生成することができる。
（サーボ信号生成演算回路）
図４に示すように、０次回折光用の光検出器４００は０次回折光用のサーボ信号生成演算回路４１１に接続され、０次回折光用のサーボ信号生成演算回路４１１は０次回折光用の光検出器４００の出力信号に基づいて第１キャプチャーレンジを有する第１フォーカスエラー信号ＦＥ１を生成する。また、±１次回折光用の光検出器４０１，４０２は±１次回折光用のサーボ信号生成演算回路４１２に接続され、±１次回折光用のサーボ信号生成演算回路４１２は±１次回折光用のサーボ信号生成演算回路４０１，４０２の出力信号に基づいて第２キャプチャーレンジを有する第２フォーカスエラー信号ＦＥ２を生成する。
【００２７】
０次回折光用のサーボ信号生成演算回路４１１は、加算回路４３６、４３７及び４３８並びに減算回路４３９を含む。加算回路４３６及び４３７の各出力信号を減算する減算回路４３９の出力（（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４））をもって第１フォーカスエラー信号ＦＥ１が生成される。なお、光検出器４００の受光面における当該受光中心に関し点対称に位置する受光部（Ｂ１＋Ｂ３）（Ｂ２＋Ｂ４）の光電変換信号同士を加算する加算回路４３６及び４３７の両出力が加算回路４３８にてさらに加算されてフォーカスサム信号ＳＵＭが生成される。なお、フォーカスサム信号ＳＵＭはＲＦ信号（Radio Frequency ）としてＲＦアンプ（図示せず）やイコライザ（図示せず）を経て読取信号処理系（図示せず）に伝送される。読取信号処理系は、ＲＦ信号から最終的な音声若しくは映像信号またはコンピュータデータ信号を再生し、このような再生信号を例えば装置外部へと導出する。また、接線方向分割線で分けた受光部（Ｂ１＋Ｂ２）及び（Ｂ３＋Ｂ４）の光電変換信号はトラッキングエラー信号として生成され、用いられる。
【００２８】
図４に示すように、±１次回折光用のサーボ信号生成演算回路４１２は、加算回路４４６及び４４７並びに減算回路４４９を含む。加算回路４４６及び４４７の各出力信号を減算する減算回路４４９の出力（（Ａ１＋Ａ３＋Ｃ２）−（Ａ２＋Ｃ１＋Ｃ３））をもって第２フォーカスエラー信号ＦＥ２が生成される。
上記した図７に示すような光検出器上に集光するスポットの大きさに応じた出力を演算することによって、非点収差法による第１フォーカスエラー信号ＦＥ１を作動スポットサイズ法による第２フォーカスエラー信号ＦＥ２を得ることができる。±１次回折光用光検出器４０１，４０２はこの第２フォーカスエラー信号ＦＥ２の検出のみに用い、トラッキングエラー信号検出やＲＦ信号検出には用いない。この第２フォーカスエラー信号ＦＥ２の第２キャプチャーレンジはホログラムレンズの焦点距離を設定することで第１フォーカスエラー信号ＦＥ１とほぼ独立に設定できる。この第２キャプチャーレンジは第１フォーカスエラー信号ＦＥ１のものよりも大きなキャプチャーレンジに設定することができるためフォーカスサーボの引き込み特性を改善したフォーカスエラー信号として用いることができる。
【００２９】
０次回折光と±１次回折光の光量配分は広帯域で信号Ｓ／Ｎが必要な０次回折光に大きく配分する。そのために、ホログラムレンズ３９は、０次回折光が±１次回折光より光量比が大きくなるように設定されている。±１次回折光はフォーカスエラー信号生成にのみ使用するため信号Ｓ／Ｎも帯域もそれほど必要でないからである。
【００３０】
（フォーカスサーボループ制御）
図８に示すように、ピックアップ３の出力段たる減算回路４３９から導出される第１フォーカスエラー信号ＦＥ１は、図示しないアンプにより増幅されゼロクロス検出回路５７及びイコライザ５８へと供給される。
ゼロクロス検出回路５７は、第１フォーカスエラー信号ＦＥ１のレベルが所定レベル、本例ではゼロレベルを通過したことを検出し、その検出結果に応じたゼロクロス検出信号ＦＺを発生し、制御部５９へ供給する。制御部５９は、プロセッサ、ＲＯＭ，ＲＡＭを含むマイクロコンピュータであり、システムコントローラからのコマンドを受けるとともに所定閾値を格納している。イコライザ５８は、供給されたフォーカスエラー信号ＦＥ１に波形等化の処理を施し、その等化された第１フォーカスエラー信号ＦＥ１をスイッチ回路５１０の１つの入力端子（Ａ）に供給する。
【００３１】
ピックアップ３の他の出力段たる減算回路４４９から導出される第２フォーカスエラー信号ＦＥ２は、図示しないアンプにより増幅されイコライザ６０へと供給される。イコライザ６０は、供給された信号ＦＥ２に波形等化の処理を施し、その等化された第２フォーカスエラー信号ＦＥ２をスイッチ回路５１０の１つの入力端子（Ｂ）に供給する。
【００３２】
スイッチ回路５１０の入力端子（Ｃ）には、システム制御部５９からの強制信号ＦＰ及び制御信号が供給され、制御信号に応じて（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかを選択的に出力するよう切り換え制御される。制御信号がフォーカスサーボループを閉成すべきことを示しているときにはイコライザからのいずれかのフォーカスエラー信号を選択してドライバアンプ５１３に出力する。一方、制御信号が該ループを開放しかつフォーカスアクチュエータ３０１を強制的に駆動させるべきことを示しているときには制御部５９からの強制信号ＦＰを選択してドライバアンプ５１３に出力する。
【００３３】
制御部５９は、プレーヤにおける種々の制御及び処理を行う。例えばフォーカスセットアップ動作モードに対応する処理を実行する。
このセットアップ動作モードの処理は、比較器１０１にてＳＵＭ信号のレベルと制御部５９から与えられる閾レベルＴＨとを比較して、超えた場合に有意となるフォーカスサーボ起動許可信号ＦＯＫを制御部５９へ出力する。制御部５９は、フォーカスサーボ起動許可信号ＦＯＫの受信によって読取信号系及びフォーカスサーボ系のセットアップが完了したことを検知し、そのときのフォーカスサーボループの設定を持続して当該サーボを開始させる。
【００３４】
スイッチ回路５１０の出力信号は、ドライバアンプ５１３に供給される。ドライバアンプ５１３は、スイッチ回路５１０の出力に応じた駆動信号を発生し、フォーカスアクチュエータ３０１に供給する。これにより、スイッチ回路５１０が１つの入力を選択しイコライザ５８又はイコライザ６０の出力信号をドライバアンプ５１３へ中継するフォーカスサーボループの閉成時には、フォーカスエラー信号のレベルがゼロになるように、すなわち光ビームの合焦位置が記録面に追従するようにフォーカスアクチュエータ３０１が駆動される。他方、スイッチ回路５１０が他方の入力を選択し強制信号ＦＰのみがドライバアンプ５１３へ中継供給されるフォーカスサーボループの開放時には、強制信号ＦＰに応じて強制的に目標の記録面へと光ビームの合焦位置が移動したり該目標記録面から離れたりするようフォーカスアクチュエータ３０１が駆動される。
【００３５】
次に、制御部５９により実行される多層光ディスクでの動作例のフォーカスセットアップ動作の処理を詳しく説明する。
ステップ１では、制御部５９より出力されるフォーカスサーチ信号によりスイッチ回路５１０を入力端子Ｃに選択し、制御部５９で生成された三角波をドライバアンプ５１３に入力する。各光検出器により検出された信号をサーボ信号生成演算回路にて演算し、第１及び第２フォーカスエラー信号ＦＥ１、ＦＥ２をフォーカスサーボ制御回路に入力する。
【００３６】
ステップ２では、第１フォーカスエラー信号ＦＥ１を用いて単層光ディスク、多層光ディスクの判定を行う。光ディスクの判定は例えば、ゼロクロス検出回路５７による第１フォーカスエラー信号ＦＥ１のゼロクロスポイントの数によって行う。第１フォーカスエラー信号に複数のゼロクロスポイントがある場合には多層光ディスクと制御部５９が判定する。
【００３７】
ステップ３では、スイッチ回路５１０を入力端子Ｂとし第２フォーカスエラー信号ＦＥ２をドライバアンプ５１３に入力する。
ステップ４では、ロックインを確認後、スイッチ回路５１０を入力端子Ａに切り替え第１フォーカスエラー信号ＦＥ１をドライバアンプ５１３に入力する。
ステップ５では、ステップ２の判定が多層光ディスクの場合、スイッチ回路５１０を入力端子Ｃとしフォーカスジャンプ信号をドライバアンプ５１３に入力する。単層光ディスクの場合はそのまま次の動作に移行する。
【００３８】
ステップ６では、スイッチ回路５１０を入力端子Ｂとし第２フォーカスエラー信号をドライバアンプ５１３に入力する。最寄りの記録層へのフォーカスジャンプが完了し次の動作に移行する。
（他の実施形態）
上述の実施形態では、０次回折光用光検出器４００において０次回折光用のサーボ信号生成演算回路４１１に接続される正極性となる受光部（Ｂ１，Ｂ３）の面積と負極性となる受光部（Ｂ２，Ｂ４）の面積が略等しく設定されて、±１次回折光用光検出器４０１，４０２において中央の受光部（Ａ２）（Ｃ２）に対し受光部（Ａ１，Ａ３）（Ｃ１，Ｃ３）がそれぞれ対称に配置されている。
【００３９】
他の実施形態においては、図９に示すように、±１次回折光用光検出器４０１，４０２においてサーボ信号生成演算回路に接続される正極性となる受光部（Ａ１，Ａ３）（Ｃ２）の面積と負極性となる受光部（Ａ２）（Ｃ１，Ｃ３）の面積がおおよそ等しくなるように形成される。すなわち、＋１次回折光用光検出器４０１の受光部（Ａ１，Ａ３）の面積を、＋１次回折光の楕円スポットの長軸（対角線方向）に沿った分割線Ｌで分割して補助部Ａ４だけ減少して、両補助部Ａ４を受光部Ａ２に結線し受光部Ａ２の面積を増加して、正極性及び負極性となる受光部の面積を略等しくする。同様に、−１次回折光用光検出器４０２の受光部（Ｃ１，Ｃ３）の面積を、−１次回折光の楕円スポットの長軸（対角線方向）に沿った分割線Ｌで分割して補助部Ｃ４だけ減少して、両補助部Ｃ４を受光部Ｃ２に結線し受光部Ｃ２の面積を増加して、正極性及び負極性となる受光部の面積を略等しくする。
【００４０】
これによってデフォーカスの場合でのフォーカスエラー信号のオフセットを低減できる。すなわち、図１０に示すように、この実施形態においては、０次回折光用光検出器４００については図７に示す構成と同一の動作を行う。また、±１次回折光用光検出器４０１，４０２については、図１０（ｄ）、（ｅ）から明らかなように、図７（ｄ）、（ｅ）に示す挙動までは同一の動作を行う。
【００４１】
図１０（ｄ）、（ｅ）に示す後に、±１次回折光スポットが±１次回折光用光検出器４０１、４０２からはみ出し始めると、第２フォーカスエラー信号ＦＥ２の絶対値は減少し始めるが、図１０（ｆ）に示すように、光ディスクが近づき大きくデフォーカス状態になった場合は、受光部（Ｃ１，Ｃ３）からはみ出した−１次回折光は、隣接する両補助部Ｃ４に入射する。これによって逆極性成分が増加するので、上記（２）式で演算される第２フォーカスエラー信号ＦＥ２は、隣接する両補助部Ｃ４がない場合の第２フォーカスエラー信号ＦＥ２のカーブに比べて、第２キャプチャーレンジを越えた直後に急激に０に減少する。
【００４２】
また、図１０（ｇ）に示すように、光ディスク１が対物レンズ３７から遠ざかる方向に大きくデフォーカス状態になった場合は、受光部（Ａ１，Ａ３）からはみ出した＋１次回折光は、隣接する両補助部Ａ４に入射する。これによって逆極性成分が増加するので、光ディスクが近づく場合と同様に上記（２）式で演算される第２フォーカスエラー信号ＦＥ２は、隣接する両補助部Ａ４がない場合の第２フォーカスエラー信号ＦＥ２のカーブに比べて、第２キャプチャーレンジを越えた直後に急激に０に減少する。
【００４３】
受光部の補助部Ａ４、Ｃ４の形状やその距離を変化させることによって、第２キャプチャーレンジを越えた領域で０への収束の仕方が変化するので、これらを最適化することで、上記実施形態では緩やかに０に収束していた第２フォーカスエラー信号特性を急激に０に収束させることができる。よって、層間距離の小さな多層ディスクを再生した場合でも、各層でのフォーカスエラー信号のオフセットは十分小さくなり、検出感度もほとんど変化しないため、正常なフォーカスサーボを行うことができる。
【００４４】
なお、±１次回折光用光検出器の受光部は互いに独立した少なくとも２個の受光部から構成されればよく、図１３に示すように、受光部Ａ１とＡ３及び受光部Ｃ１とＣ３が互いに独立しないように接続して構成してもよい。
図１１に、実施形態におけるピックアップによる、光ディスク及び対物レンズ間距離に応じて変化する第１及び第２フォーカスエラー信号特性並びにＳＵＭ信号を示す。
【００４５】
一方、ＤＰＰやＣＴＣなど３ビーム仕様のピックアップに本発明を適用する場合、サイドビームにも±１次回折光が発生するがサイドビームの±１次回折光はかなり少ない光量となるためこの光を受光する光検出器はあえて設ける必要はなくなる。３ビーム用光検出器は前記回折光学素子による０次回折光のみを受光するようにできる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、非点収差法による第１フォーカスエラー信号と差動スポットサイズ法による第２フォーカスエラー信号を得ることができる。第２フォーカスエラー信号のキャプチャーレンジは第１フォーカスエラー信号のキャプチャーレンジよりも大きく設定できるため、例えば多層光ディスクなどにおいて広いキャプチャーレンジを持った第２フォーカスエラーで安定性の高い引き込み動作を行い、層間クロストークの影響を受け難い狭いキャプチャーレンジをもつ第１フォーカスエラーで層間ジャンプやそれぞれの層でのフォーカスサーボに使用することができる。
【００４７】
また、ランド／グループ光ディスクを再生する場合は第２フォーカスエラーのみを用いることで、トラッククロスノイズの影響のない安定したフォーカスサーボを実現することができる。この場合、第１フォーカスエラー信号は用いないので光検出器の大きさにそれほどの余裕を考慮する必要が無いため小さなサイズの光検出器にすることができる。光検出器を小さくすることで広帯域化などが容易に実施できる。さらに、多層光ディスクにおいて再生用に用いる光検出器が小さいために再生信号の層間クロストークを小さく抑えることができる。
【００４８】
±１次回折光用光検出器においてサーボ信号生成演算回路に接続される正極性となる受光部の面積と負極性となる受光部の面積がおおよそ等しくなるようにしたので、デフォーカスの場合のフォーカスエラー信号のオフセットを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３層光ディスクの概略断面図。
【図２】３層光ディスクの層間距離とキャプチャーレンジの関係を変化させたときのフォーカスエラー信号の変化を示すグラフ。
【図３】本発明による光ピックアップ装置の一実施形態の構成を示す概略斜視図
【図４】本発明による光ピックアップ装置の光検出器の構成を示す概略平面ブロック図。
【図５】本発明による光ピックアップ装置の光検出光学系の構成を示す概略斜視図。
【図６】本発明による光ピックアップ装置の光検出光学系の構成を示す概略斜視図。
【図７】本発明による実施形態の光ピックアップ装置の光検出器を示す概略平面図。
【図８】本発明による光ピックアップ装置の概略ブロック図。
【図９】本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の光検出器の構成を示す概略平面ブロック図。
【図１０】本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の光検出器を示す概略平面図。
【図１１】本発明による光ピックアップ装置における光ディスク及び対物レンズ間距離に応じて変化する第１及び第２フォーカスエラー信号特性並びにＳＵＭ信号を示すグラフ。
【図１２】本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の光検出器の構成を示す概略平面ブロック図。
【図１３】本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の光検出器の構成を示す概略平面ブロック図。
【符号の説明】
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  受光部
１  光ディスク
３  ピックアップ
３１  半導体レーザ
３２  グレーティング
３３  偏光ビームスプリッタ
３４  コリメータレンズ
３５  ミラー
３６  １／４波長板
３７  対物レンズ
３８  非点収差発生光学素子
３９  回折光学素子
４０  光検出器
５７  ゼロクロス検出回路
５８  イコライザ
５９  制御部
１０１  比較器
３０１  フォーカスアクチュエータ
４００  ０次回折光用光検出器
４０１  ＋１次回折光用光検出器
４０２  −１次回折光用光検出器
４３６、４３７、４３８、４４６、４４７  加算回路
４３９、４４９  減算回路
５１０  スイッチ回路
５１３  ドライバアンプ
【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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