(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学式記録媒体の光透過層を介して記録面上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集光する光検出光学系を有し、前記光ビームの焦点誤差及び波面収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軸に配置されかつ、光学系において生じた波面収差の前記照射光学系の射出瞳面における波面収差分布の極大値に対応した瞳上の所定半径の近傍の光線成分を、前記戻り光から、環状に抽出する輪帯を有する回折光学素子を備え、
前記光検出器は、前記輪帯を通過する抽出された光線成分を受光する第１受光部、並びに、前記輪帯を通過する光線成分以外の光線成分の少なくとも一部を受光する第２受光部を含み、
前記第１受光部に接続されかつこれからの光電変換出力に基づいて前記光ビームの焦点誤差を検出する焦点誤差検出回路と、
前記第２受光部に接続されかつこれからの光電変換出力に基づいて前記光ビームの波面収差を検出する波面収差誤差検出回路と、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】
前記瞳上の所定半径は、前記光検出光学系の前記戻り光の光軸を中心に前記瞳半径をＲ０とした場合に０．７１Ｒ０〜０．７４Ｒ０であ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】
前記輪帯は、下記式（３）
【数１】
0004307764.tif 000010
（（３）式中、Ｉ（ｒcosθ,ｒsinθ）は射出瞳上の強度分布を、Ｓ（ｙ）は焦点誤差信号関数を、ｙ（ｒ）は縦収差量をそれぞれ示す）を満たす内側及び外側半径ｒｍｉｎ及びｒｍａｘを有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４】
前記回折光学素子は、前記輪帯に設けられた回折格子によって透過光を０次回折光と１次回折光に分離するグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムレンズであ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５】
前記光検出光学系の前記戻り光の光軸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前記戻り光に非点収差を付与する非点収差発生光学素子を有することを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記ホログラムレンズが前記戻り光に非点収差を付与する機能を有することを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記第１受光部は直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ前記分割線の交点を中心に前記回折光学素子の前記輪帯から照射される±１次回折光のいずれかを受光する互いに独立した４個の受光素子から構成され、前記焦点誤差検出回路は対角位置にある前記４個の受光素子の１対の出力和の間の差分を前記光ビームの焦点誤差信号として生成することを特徴とする請求項５又は６記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記回折光学素子は、前記輪帯の内側に画定された内側領域に設けられた回折格子によって透過光を０次回折光と１次回折光に分離するグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムレンズであり、さらに、前記第２受光部は直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ前記分割線の交点を中心に前記回折光学素子の前記内側領域から照射される１次回折光を受光する互いに独立した４個の受光素子から構成され、前記波面収差誤差検出回路は対角位置にある前記４個の受光素子の１対の出力和の間の差分を前記光ビームの波面収差誤差信号として生成することを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
前記回折光学素子は前記輪帯の外側に画定された外側領域に設けられた回折格子によって透過光を０次回折光と１次回折光に分離するグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムレンズであり、さらに、前記第２受光部は直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ前記分割線の交点を中心に前記回折光学素子の前記外側領域から照射される１次回折光を受光する互いに独立した４個の受光素子から構成され、前記波面収差誤差検出回路は対角位置にある前記４個の受光素子の１対の出力和の間の差分を前記光ビームの波面収差誤差信号として生成することを特徴とする請求項７又は８記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】
前記ホログラムレンズが前記戻り光の±１次回折光に対し元の光軸から偏向させ集光せしめる偏芯したレンズ効果を有しかつ該±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機能を有することを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記第１受光部は各々が前記回折光学素子の前記輪帯から照射される±１次回折光を受光しかつ該±１次回折光のスポットを分割する分割線を境界線として各々近接配置された少なくとも２個の受光素子以上からなりかつ正極性側となる少なくとも１以上の受光素子の面積と負極性側となる少なくとも１以上の受光素子の面積との合計が略等しくなるように構成され、前記焦点誤差検出回路は前記受光素子の正極性側及び負極性側の出力和の間の差分を前記光ビームの焦点誤差信号として生成することを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
前記回折光学素子は前記輪帯の内側に画定された内側領域に設けられた回折格子によって透過光を０次回折光と１次回折光に分離するグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムレンズであり、さらに、前記第２受光部は各々が前記回折光学素子の前記内側領域から照射される１次回折光を受光しかつ該１次回折光のスポットを分割する分割線を境界線として各々近接配置された少なくとも２個の受光素子以上からなりかつ正極性側となる少なくとも１以上の受光素子の面積と負極性側となる少なくとも１以上の受光素子の面積との合計が略等しくなるように構成され、前記波面収差誤差検出回路は前記受光素子の正極性側及び負極性側の出力和の間の差分を前記光ビームの波面収差誤差信号として生成することを特徴とする請求項１１記載の光ピックアップ装置。
【請求項１３】
前記回折光学素子は、前記輪帯の外側に画定された外側領域に設けられた回折格子によって透過光を０次回折光と１次回折光に分離するグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムレンズであり、さらに、前記第２受光部は各々が前記回折光学素子の前記外側領域から照射される１次回折光を受光しかつ該１次回折光のスポットを分割する分割線を境界線として各々近接配置された少なくとも２個の受光素子以上からなりかつ正極性側となる少なくとも１以上の受光素子の面積と負極性側となる少なくとも１以上の受光素子の面積との合計が略等しくなるように構成され、前記波面収差誤差検出回路は前記受光素子の正極性側及び負極性側の出力和の間の差分を前記光ビームの波面収差誤差信号として生成することを特徴とする請求項１１又は１２記載の光ピックアップ装置。
【請求項１４】
前記ホログラムレンズは前記戻り光の±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機能を有し、前記第１受光部は直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ前記分割線の交点を中心に前記回折光学素子の前記輪帯から照射される１次回折光を受光する互いに独立した４個の受光素子から構成され、前記焦点誤差検出回路は対角位置にある前記４個の受光素子の１対の出力和の間の差分を前記光ビームの焦点誤差信号として生成することを特徴とする請求項５又は６記載の光ピックアップ装置。
【請求項１５】
前記回折光学素子は、前記輪帯の内側に画定された内側領域に設けられた回折格子によって透過光を０次回折光と１次回折光に分離するグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムレンズであり、さらに、前記第２受光部は直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ前記分割線の交点を中心に前記回折光学素子の前記内側領域から照射される１次回折光を受光する互いに独立した４個の受光素子から構成され、前記波面収差誤差検出回路は対角位置にある前記４個の受光素子の１対の出力和の間の差分を前記光ビームの波面収差誤差信号として生成することを特徴とする請求項１４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情報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光ディスク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。
【０００３】
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、カバー層下に記録層を２層、３層、４層積層する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を合焦位置若しくは最適集光位置に正確に合わせ、すなわち、集光されたスポットを所望の記録層に照射することが必要となる。
【０００４】
実効的な開口数（ＮＡ）が大きい集光光学系では、光ディスクのカバー層の厚み誤差や多層構造とした場合の所望の記録層までのカバー層を含めた所定光透過層合計厚み（深さ）からの変動分（単に厚み誤差ともいう）により、開口数の４乗に比例した大きな波面収差（主として球面収差）が発生する。
厚み誤差より発生した球面収差によって、当該記録層上の照射光ビームのスポット径が大きく広がってしまうため、所定光透過層に対してフォーカスサーボ系が最適設計された光学系を装備した光ピックアップでも、球面収差を補正する機構を搭載する必要がある。従来、光ピックアップの集光光学系の光路中に液晶素子を配置し、検出された球面収差に応じた電圧を液晶素子に印加することで通過する光ビームに位相差を与えて、球面収差を補償する方法が提案（特開平１０−１０６０１２号公報）されている。
【０００５】
また球面収差補償用信号を得るために、対物レンズ通過光ビームの光軸近傍の光成分を用いてフォーカスサーボを行い、その外側の光線成分を用いて球面収差を検出する方法が提案（特開２０００−１７１３４６号公報）されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の対物レンズ通過光ビームの一部を球面収差の検出に用いる場合、高ＮＡ集光光学系では、フォーカスサーボ動作中の焦点誤差信号は球面収差の影響を多大に受ける。すなわち、記録層上の光透過層の厚み誤差が大きい場合、スポットの最適集光位置がずれて焦点誤差信号が劣化する場合がある。よって、従来の光ピックアップ装置では球面収差の影響が残り、良好な再生特性を得ることができなかった。
【０００７】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、高開口数の対物レンズを用いた光学系であってもカバー層の厚さ誤差によって発生する球面収差を補正することができ、さらに、フォーカスサーボの安定性を向上させ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。
【０００８】
【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、光学式記録媒体の光透過層を介して記録面上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集光する光検出光学系を有し、前記光ビームの焦点誤差及び波面収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軸に配置されかつ、光学系において生じた波面収差の前記照射光学系の射出瞳面における波面収差分布の極大値に対応した瞳上の所定半径の近傍の光線成分を、前記戻り光から、環状に抽出する輪帯を有する回折光学素子を備え、
前記光検出器は、前記輪帯を通過する抽出された光線成分を受光する第１受光部、並びに、前記輪帯を通過する光線成分以外の光線成分の少なくとも一部を受光する第２受光部を含み、
前記第１受光部に接続されかつこれからの光電変換出力に基づいて前記光ビームの焦点誤差を検出する焦点誤差検出回路と、
前記第２受光部に接続されかつこれからの光電変換出力に基づいて前記光ビームの波面収差を検出する波面収差誤差検出回路と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記瞳上の所定半径は、前記光検出光学系の前記戻り光の光軸を中心に前記瞳半径をＲ０とした場合に０．７１Ｒ０〜０．７４Ｒ０であ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、前記輪帯は、下記式（３）
【００１０】
【数２】
0004307764.tif 000002
【００１１】
（（３）式中、Ｉ（ｒcosθ,ｒsinθ）は射出瞳上の強度分布を、Ｓ（ｙ）は焦点誤差信号関数を、ｙ（ｒ）は縦収差量をそれぞれ示す）を満たす内側及び外側半径ｒｍｉｎ及びｒｍａｘ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、前記回折光学素子は、前記輪帯に設けられた回折格子によって透過光を０次回折光と１次回折光に分離するグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムレンズであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記光検出光学系の前記戻り光の光軸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前記戻り光に非点収差を付与する非点収差発生光学素子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、前記ホログラムレンズが前記戻り光に非点収差を付与する機能を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記第１受光部は直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ前記分割線の交点を中心に前記回折光学素子の前記輪帯から照射される±１次回折光のいずれかを受光する互いに独立した４個の受光素子から構成され、前記焦点誤差検出回路は対角位置にある前記４個の受光素子の１対の出力和の間の差分を前記光ビームの焦点誤差信号として生成することを特徴とする。
【００１４】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記回折光学素子は、前記輪帯の内側に画定された内側領域に設けられた回折格子によって透過光を０次回折光と１次回折光に分離するグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムレンズであり、さらに、前記第２受光部は直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ前記分割線の交点を中心に前記回折光学素子の前記内側領域から照射される１次回折光を受光する互いに独立した４個の受光素子から構成され、前記波面収差誤差検出回路は対角位置にある前記４個の受光素子の１対の出力和の間の差分を前記光ビームの波面収差誤差信号として生成することを特徴とする。
【００１５】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記回折光学素子は前記輪帯の外側に画定された外側領域に設けられた回折格子によって透過光を０次回折光と１次回折光に分離するグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムレンズであり、さらに、前記第２受光部は直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ前記分割線の交点を中心に前記回折光学素子の前記外側領域から照射される１次回折光を受光する互いに独立した４個の受光素子から構成され、前記波面収差誤差検出回路は対角位置にある前記４個の受光素子の１対の出力和の間の差分を前記光ビームの波面収差誤差信号として生成することを特徴とする。
【００１６】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記ホログラムレンズが前記戻り光の±１次回折光に対し元の光軸から偏向させ集光せしめる偏芯したレンズ効果を有しかつ該±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機能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、前記第１受光部は各々が前記回折光学素子の前記輪帯から照射される±１次回折光を受光しかつ該±１次回折光のスポットを分割する分割線を境界線として各々近接配置された少なくとも２個の受光素子以上からなりかつ正極性側となる少なくとも１以上の受光素子の面積と負極性側となる少なくとも１以上の受光素子の面積との合計が略等しくなるように構成され、前記焦点誤差検出回路は前記受光素子の正極性側及び負極性側の出力和の間の差分を前記光ビームの焦点誤差信号として生成することを特徴とする。
【００１７】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記回折光学素子は前記輪帯の内側に画定された内側領域に設けられた回折格子によって透過光を０次回折光と１次回折光に分離するグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムレンズであり、さらに、前記第２受光部は各々が前記回折光学素子の前記内側領域から照射される１次回折光を受光しかつ該１次回折光のスポットを分割する分割線を境界線として各々近接配置された少なくとも２個の受光素子以上からなりかつ正極性側となる少なくとも１以上の受光素子の面積と負極性側となる少なくとも１以上の受光素子の面積との合計が略等しくなるように構成され、前記波面収差誤差検出回路は前記受光素子の正極性側及び負極性側の出力和の間の差分を前記光ビームの波面収差誤差信号として生成することを特徴とする。
【００１８】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記回折光学素子は、前記輪帯の外側に画定された外側領域に設けられた回折格子によって透過光を０次回折光と１次回折光に分離するグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムレンズであり、さらに、前記第２受光部は各々が前記回折光学素子の前記外側領域から照射される１次回折光を受光しかつ該１次回折光のスポットを分割する分割線を境界線として各々近接配置された少なくとも２個の受光素子以上からなりかつ正極性側となる少なくとも１以上の受光素子の面積と負極性側となる少なくとも１以上の受光素子の面積との合計が略等しくなるように構成され、前記波面収差誤差検出回路は前記受光素子の正極性側及び負極性側の出力和の間の差分を前記光ビームの波面収差誤差信号として生成することを特徴とする。
【００１９】
本発明の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戻り光の±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機能を有し、前記第１受光部は直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ前記分割線の交点を中心に前記回折光学素子の前記輪帯から照射される１次回折光を受光する互いに独立した４個の受光素子から構成され、前記焦点誤差検出回路は対角位置にある前記４個の受光素子の１対の出力和の間の差分を前記光ビームの焦点誤差信号として生成することを特徴とする。
【００２０】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記回折光学素子は、前記輪帯の内側に画定された内側領域に設けられた回折格子によって透過光を０次回折光と１次回折光に分離するグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムレンズであり、さらに、前記第２受光部は直交する２本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ前記分割線の交点を中心に前記回折光学素子の前記内側領域から照射される１次回折光を受光する互いに独立した４個の受光素子から構成され、前記波面収差誤差検出回路は対角位置にある前記４個の受光素子の１対の出力和の間の差分を前記光ビームの波面収差誤差信号として生成することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、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実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態である記録再生装置の構成を示す図である。
光ピックアップ装置３を備えた記録再生装置は、フォーカスアクチュエータ３０１及び球面収差補正用レンズ群４２を駆動制御するための駆動制御部５９を備えている。駆動制御部５９は、ピックアップの光検出器４０に接続され、検出された信号に基づき種々の誤差信号を生成し、これらを接続されたフォーカス駆動回路１８、球面収差補正用レンズ群駆動回路１９などへ供給する。記録再生装置は検出された信号に基づき再生信号を生成する復調回路２０を有し、図示しないがスピンドルモータ、スライダ、トラッキングのためのサーボ駆動回路も備えている。
（第１の実施形態）
図２は、本発明の光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【００２２】
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、透光性材料からなるシリンドリカルレンズ、マルチレンズなどの非点収差発生光学素子３８と、ホログラムレンズなどの回折光学素子３９と、光検出器４０を備えている。光検出器４０は０次回折光用受光部４００及び±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、４０３ａ、４０３ｂを備えている。光ディスク１は、記録再生装置のスピンドルモータのターンテーブル（図示せず）上に対物レンズ３７から離間するように載置される。
【００２３】
光ピックアップ装置３にはフォーカスアクチュエータ３０１が内蔵され、これは対物レンズ３７を支持しかつ駆動する。また、光ピックアップ装置３は偏光ビームスプリッタ３３と対物レンズ３７と光路中に収差補正用の球面収差補正用レンズ群４２を備えている。
フォーカスアクチュエータ３０１は、フォーカス駆動回路１８から供給された焦点誤差信号のレベル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）に移動せしめ、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。
【００２４】
球面収差補正用レンズ群４２は、球面収差補正用レンズ群駆動回路１９から供給される厚み誤差信号に応じて、球面収差補正用レンズ群４２を透過する光ビームに位相差を付与して所定の記録層上の光ビームの波面収差（球面収差）を補償する。球面収差補正用レンズ群４２は、エキスパンダ第１レンズ４１４及びエキスパンダ第２レンズ４１５からなるエキスパンダである。２枚のレンズを組み合わせた光学系であるエキスパンダ４２は光源と対物レンズ３７との間に挿入され、発生する球面収差を補正する。エキスパンダ４２により対物レンズ３７に入射する光ビームを平行光から収束光又は拡散光とすることによって、対物レンズからの射出光に予め球面収差を発生させ、カバー層で発生する球面収差を補正する。すなわち、カバー層厚さが基準値である場合には、エキスパンダ４２が平行に入射した光ビームを平行に射出するように動作する。このとき、対物レンズ射出時に発生する球面収差が基準厚さのカバー層で発生する球面収差とちょうど打ち消し合うように対物レンズ３７が設計されていれば、基準厚さのカバー層を通して集光したスポットでは球面収差が発生しない。カバー層厚が基準値から偏倚している場合には、エキスパンダ４２の一方のレンズ４１４又は４１５を光軸上に平行移動させることより、エキスパンダ射出光ビームを平行光から拡散光又は収束光に変化させる。具体的には、カバー層が薄い場合には対物レンズ３７に収束光を入射させ、これによって対物レンズ３７で発生する球面収差量をカバー層厚によって減少した球面収差発生量と相殺するように増加させ、情報記録面上では無収差とするような補正を行なうのである。カバー層が薄い場合には逆に対物レンズ３７に発散光を入射させ補正を行なうのである。かかる一方のレンズ４１４又は４１５には平行移動用のアクチュエータ（図示せず）が設けられている。このエキスパンダ用アクチュエータは対物レンズの瞳面において光ディスクの厚み誤差に起因する波面収差を相殺する逆極性の波面収差を与えるように制御される。そのため、駆動制御部５９は、光検出器４０の検出結果に応じた信号を、球面収差補正用レンズ群駆動回路１９を介して球面収差補正用レンズ群４２のエキスパンダ用アクチュエータに供給する。
【００２５】
図３に示すように、光検出器４０において、光軸上の０次回折光用受光部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素子（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）から構成され、一方の分割線が光ディスク１の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、０次回折光用受光部４００から両側に分かれて配置された±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、４０３ａ、４０３ｂの各々も、各々が直交する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素子（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４）（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）から構成されている。光検出器４０は、光ディスクの記録層上で０次回折光のスポットが合焦となる場合にこれが後述の最小散乱円となり０次回折光用受光部４００の分割線の交点に位置するように、光軸に垂直な平面上に配置されている。これら受光部は０次回折光用受光部４００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。
【００２６】
図２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、球面収差補正用レンズ群４２及び１／４波長板３６を通過し、対物レンズ３７から光ディスク１の所定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１の情報記録面に記録情報を書き込む、又は読み出すことができる。
【００２７】
光ディスク１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４０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、球面収差補正用レンズ群４２、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、回折光学素子３９及び非点収差発生光学素子３８へ導かれる。回折光学素子３９及び非点収差発生光学素子３８を通過した戻り光は、非点収差を付与されると共に回折され、光検出器４０における０次回折光用受光部４００及び±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、４０３ａ、４０３ｂ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。さらに、シリンドリカルレンズを省いて、ホログラムレンズが戻り光に非点収差を付与する機能を有するようにすることもできる。
【００２８】
光検出器４０の各受光部は、受光した光を光電変換して、光検出電気信号を、図１に示す駆動制御部５９へ供給する。光検出器４０に接続された駆動制御部５９は、所定の演算を行って焦点誤差信号ＦＥ、波面収差誤差信号ＳＥ及び再生信号ＲＦ（Radio Frequency）を生成する。すなわち、駆動制御部５９で出力される信号ＦＥ、ＳＥ及びＲＦは、図３に示す光検出器４０の各受光部の符号をその出力として示すと、以下の式によって示される。
【００２９】
【数３】
ＦＥ＝(B1+B4+F1+F4)−(B2+B4+F1+F3)
ＳＥ＝(A1+A4+C2+C3+E2+E3+G1+G4)−(A2+A3+C1+C4+E1+E4+G2+G3)
ＲＦ＝D1+D2+D3+D4
駆動制御部５９はこれら焦点誤差信号ＦＥ、波面収差誤差信号ＳＥ及び再生信号ＲＦを、図１に示すフォーカス駆動回路１８、球面収差補正用レンズ群駆動回路１９及び復調回路２０にそれぞれ供給する。なお、接線方向の分割線で分けた受光素子の光電変換信号はトラッキングエラー信号生成に用いられ得る。
【００３０】
図２に示す光検出光学系の戻り光の光軸に配置された回折光学素子３９のホログラムレンズは光学ガラスからなる平行平板からなる回折格子を形成されたグレーティング又はブレーズ型の透過ホログラムである。
図４に示すように、回折光学素子３９のホログラムレンズは、戻り光から後述する特定の光線成分を環状に抽出する回折格子の輪帯３９Ａを有している。また、回折光学素子３９には、輪帯３９Ａの内側に画定された円形の内側領域３９Ｂに輪帯３９Ａと異なる回折格子が設けられ、さらに、輪帯３９Ａの外側に画定された環状の外側領域３９Ｃに輪帯３９Ａ及び内側領域３９Ｂと異なる回折格子が設けられている。すなわち、輪帯３９Ａ、内側領域３９Ｂ及び外側領域３９Ｃでは互いに異なるピッチの回折格子が設けられている。回折光学素子３９の輪帯３９Ａにより抽出される特定の光線成分は、光ディスク１の情報記録面上の光透過層によって生じた波面収差の対物レンズ３７などの照射光学系の射出瞳面における波面収差分布の極大値に対応した瞳上の所定半径の近傍の光線成分である。そのため、輪帯３９Ａは、かかる半径として、戻り光の光軸を中心に瞳半径をＲ0とした場合に０．７１Ｒ0〜０．７４Ｒ0を含んでいる部分である。
【００３１】
図５に示すように、回折光学素子３９の輪帯３９Ａ、内側領域３９Ｂ及び外側領域３９Ｃは戻り光を回折し、それぞれ０次回折光及び±１次回折光を光検出器４０の０次回折光用受光部４００並びに±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、４０３ａ、４０３ｂ上へ非点収差発生光学素子３８を介して導き、円形の０次回折光スポット並びに円形及び環状の±１次回折光スポットを形成して、透過光を０次回折光と１次回折光に分離する。すなわち、回折光学素子３９及び非点収差発生光学素子３８を透過した回折光学素子３９のホログラムレンズの作用を受けない０次回折光は、元の光軸からずれること無く進むが、±１次回折光は該光軸に対称に偏向される。０次回折光用受光部４００は復調回路２０へ、各±１次回折光用受光部は駆動制御部５９へ接続され、それらからの出力はそれぞれの回路へ供給される。
【００３２】
図６によって、輪帯３９Ａから得られる±１次回折光を用いて非点収差法のフォーカスサーボを実行する第１の実施形態を詳細に説明する。回折光学素子３９の輪帯３９Ａにより抽出される環状スポットを受光する±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂの出力を焦点誤差信号ＦＥの検出に用いる。非点収差法は、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非点収差発生光学素子を配置し、戻り光を４分割受光部の中心近傍で受光し１つの光スポット形状の変化を検出して焦点誤差信号を生成する方法である。なお、図６において、輪帯３９Ａからの＋１次回折光を代表して動作を説明するために、対物レンズ３７、シリンドリカルレンズの非点収差発生光学素子３８、ホログラムレンズの回折光学素子３９及び＋１次回折光用受光部４０１ａ以外の要素は省略してある。
【００３３】
図６に示すように、対物レンズ３７から回折光学素子３９の輪帯３９Ａ及びシリンドリカルレンズ３８を透過し非点収差を持った戻り光の＋１次回折光は、トラック（接線）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＋１次回折光用受光部４０１ａの中心付近に環状の光スポットＳ（後述の最小散乱円）を形成する。
【００３４】
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１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。この構成において、対物レンズ３７により収束する戻り光に非点収差を与え、光線は互いに９０度方向の異なる非点収差となって、光ディスク１及び対物レンズ３７間距離に応じて前の線像Ｍ、最小散乱円Ｓ及び後ろの線像Ｍを形成する。検出光学系は、光ビームの合焦時に図６（ａ）の最小散乱円Ｓを＋１次回折光用受光部４０１ａ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環状の光スポットを＋１次回折光用受光部４０１ａに照射する。＋１次回折光の集光した線像間すなわち図６に示す（ｂ）及び（ｃ）間の距離が焦点誤差信号のキャプチャーレンジＣｐに対応する。
【００３５】
図７は＋１次回折光用受光部４０１ａの出力に基づき生成された焦点誤差信号ＦＥの関数Ｓ（ｙ）、いわゆるＳ字特性であり、縦軸は信号強度Ｓ（ｙ）を、横軸は距離（ｙ）を示す。このＳ字特性において、合焦時に光スポット強度分布が４分割の受光部中心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６（ａ）の真円の光スポットが受光素子（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）に形成されるので、対角線上にある受光素子（Ｂ１，Ｂ４）（Ｂ２，Ｂ３）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、焦点誤差成分は「０」となる。また、非合焦時には図６（ｂ）又は（ｃ）の如く受光部の対角線方向に楕円又は線状の光スポットが受光部に形成されるので、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反対となる。よって、焦点誤差信号関数のＳ字特性の極大（ｂ）及び極小（ｃ）間がキャプチャーレンジＣｐに対応する。
【００３６】
輪帯３９Ａからの＋１次回折光を代表して動作を説明しているが、図４に示す回折光学素子３９の輪帯３９Ａの内側の内側領域３９Ｂ及び外側の外側領域３９Ｃからの±１次回折光から得られるＳ字特性も光ディスクのカバー層が所定膜厚である場合には、上記図６及び図７の説明から明らかなように同様にＳ字特性を示す信号が得られる。
【００３７】
しかしながら、図６及び図７の（ａ）に示す光ビームの合焦時であっても、光ディスクのカバー層などの所定膜厚からの厚み誤差がある場合に球面収差が発生するので、光検出器の受光部上の照射光ビームのスポット径が大きく変動する。図８を参照して、ガウス強度分布を有する光ビームの合焦時における０及び±１次回折光用受光部上の光ビームのスポットの様子を説明する。
【００３８】
図８（ａ）に示すように、光ディスク１のカバー層が所定膜厚である場合の合焦時には、０次回折光は０次回折光用受光部４００上の最小散乱円として集光され、同時に、±１次回折光も±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、４０３ａ、４０３ｂ上の最小散乱円及び円環として集光される。光ディスク１のカバー層が所定厚みより厚い場合、合焦点状態であっても図８（ｂ）に示すように、０次回折光スポットは変形した楕円となり、ホログラム内側領域に対応する±１次回折光用受光部４０２ａ、４０２ｂ上に縮小した楕円として集光され、ホログラム外側領域に対応する±１次回折光用受光部４０３ａ、４０３ｂ上に反対に傾斜し拡大した楕円として集光される。
【００３９】
一方、光ディスク１のカバー層が所定膜厚より薄い場合、図８（ｃ）に示すように、０次回折光スポットは変形した楕円となり、ホログラム内側領域に対応する±１次回折光用受光部４０２ａ、４０２ｂ上に縮小した楕円として集光され、ホログラム外側領域に対応する±１次回折光用受光部４０３ａ、４０３ｂ上に反対に傾斜し拡大した楕円として集光される。
【００４０】
図８から明らかなように、±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ上のスポット形状は安定した形状すなわち受光部中心に点対称の形状を保っている。ホログラムレンズの回折光学素子３９の回折格子の輪帯３９Ａは、光ディスク１のカバー層の厚み変動に強い特定の光線成分を戻り光から環状に抽出している。
発明者は、かかる戻り光の特定の光線成分が球面収差の大きい部分に関係していることを知見して、上記したように、例えば開口数０．８５の対物レンズを用いた光学系において、その射出瞳面における波面収差分布の極大値に対応した光ビーム横断面の規格化半径の近傍の光線成分を、回折光学素子により特定の輪帯環状に抽出して、その光線成分の強度分布を用いて焦点誤差検出を案出したのである。
【００４１】
図９に光ディスクのカバー層の厚み誤差による球面収差がある場合の波面収差（ｂ）及び瞳上光ビーム横断面（ａ）を示す。フォーカスを最良像点に合わせた時、波面収差の分布（ｂ）は対物レンズの瞳半径をＲ0とすると半径０．７１Ｒ0の付近でピーク（輪帯収差）を有する。この輪帯収差半径０．７１Ｒ0の円周上を通過する光線の像点はピックアップに球面収差が発生してもまったく移動がない。この輪帯収差半径は対物レンズのＮＡによって若干異なりＮＡが大きいとわずかではあるが大きくなる。これは発生する球面収差のうち半径の４乗に比例する成分の他に、高次数の成分が大きくなるためである。例えばＮＡが０．８５では輪帯収差半径０．７４Ｒ0となる。
【００４２】
カバー層などの厚み誤差のある場合すなわち球面収差の発生した場合の±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ上での光強度分布を示した図８から明らかなように、カバー層などの厚みが所定厚さと異なる場合、輪帯収差半径０．７１Ｒ0を境に内側の光線と外側の光線の分布が異なる。この分布がアンバランスになるため球面収差が発生した場合の焦点誤差検出に誤差（デフォーカス）を生むことになる。しかし、輪帯収差半径０．７１Ｒ0を透過する光線は、±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ上においてまったく動かないため、この光線のみで焦点誤差検出を行えば球面収差の影響をまったく受けない検出が可能となる。
【００４３】
図１０に焦点誤差検出に用いる光線成分を抽出する大きさの異なる回折光学素子３９の回折格子輪帯を示す。図１０（ａ）は半径０．７１Ｒ0を含む細い幅の円環状領域の輪帯であり、図１０（ｂ）は半径０．７１Ｒ0を含む瞳付近の光線も含まれる太い幅の円環状領域であり、図１０（ｃ）は瞳全面領域、すなわちカバー層厚み誤差によって発生するデフォーカス量をすべての反射光を焦点誤差検出に用いる場合である。図１１は厚み誤差とデフォーカスの関係すなわち、輪帯３９Ａの大きさに対応するデフォーカス量の変化を示す。図１１から明らかなように、図１０（ｂ）（ｃ）に示す領域を用いる場合と比較して、図１０（ａ）の領域すなわち輪帯３９Ａのみ用いれば、カバー層厚み誤差がおおきくてもデフォーカスは全く発生しないことが分かる。図１０（ｂ）の場合は、すべての光線成分を用いる場合（図１０（ｃ））に比べれば効果はあるが厚み誤差が大きいとデフォーカスしてしまう。大きな厚み誤差が予想される場合や多層ディスクなどに用いる場合は図１０（ａ）のホログラムの使用が優れているといえる。図１２には厚み誤差と球面収差エラーの関係を示す。図１２は、図１０（ａ）（ｂ）の円環状領域を用いる場合で同様な特性を示している。
【００４４】
図９で示したように原理上、球面収差の影響が全くない部分は瞳上の半径０．７１Ｒ0の円周部分であるが、この部分だけの光線成分を用いたのでは光量が足りず、信号のＳ／Ｎが取れない恐れがあるので、実際はこの半径０．７１Ｒ0部分を含みある幅を持たせる必要がある。瞳上の半径０．７１Ｒ0より内側の光線の収差と外側の光線の収差が検出器上でバランスさせる必要がある。
【００４５】
そこで、半径を変数ｒとして回折光学素子３９の回折格子輪帯３９Ａの外側半径（ｒｍａｘ）と内側半径（ｒｍｉｍ）の好適な範囲を求める。以下のように、球面収差量に依存せずに最良像点に合焦するための最適輪帯の半径範囲を計算する。
ツェルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）収差多項式を用いると、球面収差がある場合の最良像点における波面は次式（１）で表すことができる。
【００４６】
【数４】
0004307764.tif 000003
【００４７】
この波面関数Ｗ（ｒ）を縦収差量ｙ（ｒ）に変換すると、次式（２）のようになる。
【００４８】
【数５】
0004307764.tif 000004
【００４９】
上式は、最良像点に合焦した場合に、瞳上の半径ｒ（瞳半径で規格化した値）の円周上を通った光線が、どれだけデフォーカスした位置に焦点を結ぶかを示している（球面収差を半径毎のデフォーカスに換算した）。ここでＡｍｎ（但しｍ，ｎは整数）は球面収差係数を表し、カバー層厚み誤差△Ｔによって生じる球面収差であれば次式（２ａ）で解析的に求められる。
【００５０】
【数６】
0004307764.tif 000005
（ただし、k0=40,60,80,100,又は120）
【００５１】
例えば、（ＮＡ，λ）＝（０．８５，４０５μｍ）、ｎ＝１．６２、△Ｔ＝１０μｍの場合には、Ａ42＝−０．２６、Ａ63＝−０．０４９、Ａ84＝−０．００７６となり、縦収差ｙ（ｒ）を図示すると図１３に示すようにほぼ放物線になる（ここでは往路のみの球面収差を考えた）。つまり、カバー層厚み誤差によって生じる球面収差をデフォーカスで表現すると、瞳中心を通る光線のデフォーカス量（＝ｙ（０））と瞳最外周を通る光線のデフォーカス量（＝ｙ（１））の間に全ての光線が入ることになる。また、ｙ（ｒ）＝０を解くことで、カバー層厚み誤差△Ｔに依存することなく、半径ｒ＝０．７４近傍の光線が集光する位置が常に最良像点になることが分かる。なお、ここで高次まで考慮しているので半径ｒ＝０．７４が得られるが、半径ｒ＝０．７１はＷ60＝Ｗ80＝Ｗ100＝Ｗ120＝０とした場合の値である。言い方を変えれば、ｒ＝０．７４近傍の光線のみで焦点誤差信号を生成すれば、△Ｔに関わらず常に最良像点にフォーカスをかけることができるということである。
【００５２】
ここで、半径ｒ＝０．７４近傍の光のみを用いたのでは光量が足りず、検出信号のＳ／Ｎが著しく劣化することが予想されるので、実際にはｒ＝０．７４を内包してある幅の輪帯内の光を用いることになる。図１４に示すように瞳上の半径ｒ＝０．７４を含む輪帯の内径ｒｍｉｎと外径ｒｍａｘの範囲を規定する。
この時、輪帯３９Ａの内径ｒｍｉｎと外径ｒｍａｘは光線追跡により数値的に求めることが確実である。さらに、発明者は、球面収差がない時に全面の光を用いて生成した焦点誤差信号関数Ｓ（ｙ）（いわゆる上記のＳ字特性）が既知であるならば、解析的に次式（３）を満足するように選んでも良いことを提案する。すなわち、輪帯収差の極大値（ピーク）の内外で光強度がバランスしゼロとなるように、縦収差量をパラメータとした焦点誤差信号関数Ｓ（ｙ）と光強度分布の積が瞳全体においてゼロとして、以下の式（３ａ）を満たす内径ｒｍｉｎと外径ｒｍａｘを算出する。
【００５３】
【数７】
0004307764.tif 000006
【００５４】
ここでＩ（ｒ）は対物レンズ射出瞳上の強度分布であるが、回転対称で表せない場合は、射出瞳上の強度分布をＩ（ｒcosθ,ｒsinθ）として、以下の式（３）を満たすように、内径ｒｍｉｎと外径ｒｍａｘを算出する。
【００５５】
【数８】
0004307764.tif 000007
【００５６】
例えば、球面収差がない時の瞳全面の光を用いたＳ字特性の焦点誤差信号関数Ｓ（ｙ）が、上記図７のようである場合に、球面収差があまり大きくなければ、言いかえるとｙ（ｒ）がＳ（ｙ）の線形領域内に分布するならば、以下の式（４）のように簡単に書ける。すなわち図７に示すＳ（ｙ）のｙ＝０の傾きと縦収差量ｙ（ｒ）との積で表せる。
【００５７】
【数９】
0004307764.tif 000008
【００５８】
モデルを簡単にするために、Ｉ（ｒ）＝１．０（一様光入射かつ鏡面反射）とし、（１）、（４）式を（３）式に代入して整理すると、以下の式（５）となる。
【００５９】
【数１０】
0004307764.tif 000009
【００６０】
但し、ＮＡ＝０．８５、λ＝４０５ｎｍ、ｎ＝１．６２とした。
（５）式を満たすような輪帯の内径ｒｍｉｎと外径ｒｍａｘ（内側及び外側半径）は図１５に示すグラフのようになる。図１５から明らかなように、回折光学素子の輪帯幅を瞳半径のｒｍｉｎ＝ｒｍａｘ＝０．７１と極めて狭い範囲からｒｍｉｎ＝０．２５〜ｒｍａｘ＝０．９５の幅の広い範囲までの範囲で設定することにより、光透過層によって生じた波面収差の射出瞳面における波面収差分布の極大値に対応した好適な光線成分を、戻り光から、環状に抽出することができる。
【００６１】
実際には、Ｉ（ｒ）はガウス分布であったり、光ディスクでの回折を考えると更に複雑な分布になるが、上述と同様に式（３）を満たすように回折光学素子の輪帯幅の内径ｒｍｉｎと外径ｒｍａｘの関係が導出可能であり、射出瞳上の強度分布、焦点誤差信号関数から内径及び外径の最適値を求めることができる。
このように第１の実施形態では、焦点誤差検出に非点収差法を用いつつ、射出瞳上の強度分布から輪帯収差を含む円環状部分の光線は、その円環状部分に対応した部分（輪帯３９Ａ）に回折格子を設けた回折光学素子を用いて、本来の光軸より分離する。そして、円環回折格子によって偏向分離された円環状光線を焦点誤差検出専用の光検出器受光部（±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ）に入射させ、焦点誤差を検出するので、球面収差が発生しても受光部上で全く影響を受けない。
【００６２】
さらに第１の実施形態では、輪帯収差の領域（瞳半径において０．７１Ｒ0を含む領域）を境に内側を透過する光線と外側の光線の挙動が球面収差によって異なることを利用して光学系に発生する球面収差を検出する。
図８に示すように、球面収差が光学系に発生すると回折光学素子（図４の内側領域３９Ｂ、環状外側領域３９Ｃ）を透過する光線は互いに９０度方向の異なる非点収差となり、±１次回折光用受光部４０２ａ、４０２ｂ、４０３ａ、４０３ｂへそれぞれ入射する。その光線分布を上記式ＳＥ＝（Ａ１＋Ａ４＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｅ２＋Ｅ３＋Ｇ１＋Ｇ４）−（Ａ２＋Ａ３＋Ｃ１＋Ｃ４＋Ｅ１＋Ｅ４＋Ｇ２＋Ｇ３）に基づいた演算を駆動制御部５９にて行うことによって球面収差の検出が可能となる。図８に示すように、球面収差の極性（カバー層が薄い又は厚い）によって回折光学素子の内側領域３９Ｂ、環状外側領域３９Ｃを透過する光線の非点収差の方向が異なるので球面収差の方向も検出可能である。
【００６３】
これらの構成によって（フォーカスサーボが回折光学素子の輪帯３９Ａを透過する光線のみでかけられているので）デフォーカスの影響を全く受けない高精度の球面収差検出が可能となる。
回折光学素子は０次光の強度が大きくなるように設定されている。ＲＦ信号やトラッキングエラー信号なとは０次光が入射する０次回折光用受光部４００で検出するようにしたので、ＲＦ信号を得るための加算アンプの数を少なくでき、不要なノイズの増加を抑えることができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態における回折光学素子３９の環状の外側領域３９Ｃの回折格子、及び±１次回折光用受光部４０３ａ、４０３ｂを省略し、駆動制御部５９を変更した以外、第１の実施形態と同一である。球面収差の検出は円形の内側領域３９Ｂの回折格子を透過する光線のみで行うが、この場合も実施例１とほぼ同等の球面収差検出が可能である。
【００６４】
図１６に示すように、回折光学素子３９は、戻り光の光軸を中心に瞳半径をＲ0とした場合に瞳上の半径０．７１Ｒ0〜０．７４Ｒ0を含みかつ光線成分を環状に抽出する回折格子の輪帯３９Ａを有し、その内側の内側領域３９Ｂに輪帯３９Ａと異なる回折格子が設けられている。
図１７に示すように、回折光学素子３９の輪帯３９Ａ及び内側領域３９Ｂは戻り光を回折し、それぞれ０次回折光及び±１次回折光を光検出器４０の０次回折光用受光部４００並びに±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ上へ非点収差発生光学素子３８を介して導き、円形の０次回折光スポット並びに円形及び環状の±１次回折光スポットを形成して、図１８（ａ）に示すように、光ディスク１のカバー層が所定膜厚である場合の合焦時には、０次回折光は０次回折光用受光部４００上の最小散乱円として集光され、同時に、±１次回折光も±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ上の最小散乱円及び円環として集光され、図１８（ｂ）に示すように、光ディスク１のカバー層が所定厚みより厚い場合、合焦点状態であっても０次回折光スポットは変形した楕円となり、ホログラム内側領域に対応する±１次回折光用受光部４０２ａ、４０２ｂ上に楕円として集光され、図１８（ｃ）に示すように、光ディスク１のカバー層が所定膜厚より薄い場合、０次回折光スポットは変形した楕円となり、ホログラム内側領域に対応する±１次回折光用受光部４０２ａ、４０２ｂ上に前記とは９０度回転した楕円として集光される。
【００６５】
駆動制御部５９は、出力する焦点誤差信号ＦＥ、波面収差誤差信号ＳＥ及び再生信号ＲＦが、図１８に示す光検出器４０の各受光部の符号をその出力として示すと、以下の式によって示されるように、構成されている。
【００６６】
【数１１】
ＳＥ＝(B1+B4+D1+D4)−(B2+B3+D2+D3)
ＦＥ＝(A1+A4+E1+E4)−(A2+A3+E2+E3)
ＲＦ＝C1+C2+C3+C4
図１９には、上記第１及び第２実施形態について光ディスクのカバー層の厚み誤差と球面収差エラーの関係を示す。図から、両者ともカバー層の厚み誤差に対してほぼ±０．０１mmのキャプチャーレンジで線形的な応答を示す特性が得られるが、第１実施形態は第２実施形態よりも若干狭い特性を示している。
【００６７】
２層ディスクでの応用を考えると、このキャプチャーレンジを広く、つまり少なくとも層間隔の２倍以上にする必要がある。
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第２の実施形態における図１６に示す回折光学素子３９の輪帯３９Ａ及び内側領域３９Ｂの回折格子を図２０に示す断面ようにブレーズ形状に形成し、＋１次回折光用受光部４０２ａ及び−１次回折光用受光部４０１ｂを省略し、駆動制御部５９を変更した以外、第２の実施形態と同一である。回折光学素子をブレーズ形状にして、次数がどちらか一方の極性の回折光のみを抽出して用いてもかまわない。また、第１の実施形態においても、回折光学素子による±１次光を両方用いたが、どちらか一方のみでもかまわない。
【００６８】
図２１に示すように、回折光学素子３９の輪帯３９Ａ及び内側領域３９Ｂは戻り光を回折し、それぞれ０次回折光及び±１次回折光を光検出器４０の０次回折光用受光部４００並びに±１次回折光用受光部４０１ａ、４０２ｂ上へ非点収差発生光学素子３８を介して導き、図２２（ａ）に示すように、光ディスク１のカバー層が所定膜厚である場合の合焦時には、０次回折光は０次回折光用受光部４００上の最小散乱円として集光され、同時に、±１次回折光も±１次回折光用受光部４０１ａ、４０２ｂ上の最小散乱円及び円環として集光され、図２２（ｂ）に示すように、光ディスク１のカバー層が所定厚みより厚い場合、合焦点状態であっても０次回折光スポットは変形した楕円となり、ホログラム内側領域に対応する±１次回折光用受光部４０２ｂ上に楕円として集光され、図２２（ｃ）に示すように、光ディスク１のカバー層が所定膜厚より薄い場合、０次回折光スポットは変形した楕円となり、ホログラム内側領域に対応する±１次回折光用受光部４０２ｂ上に前記とは９０度回転した楕円として集光される。
【００６９】
駆動制御部５９は、出力する焦点誤差信号ＦＥ、波面収差誤差信号ＳＥ及び再生信号ＲＦが、図２２に示す光検出器４０の各受光部の符号をその出力として示すと、以下の式によって示されるように、構成されている。
【００７０】
【数１２】
ＳＥ = ( C1+C4 ) - ( C2+C3 )
ＦＥ = ( A1+A4 ) - ( A2+A3 )
ＲＦ= B1+B2+B3+B4
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、第１の実施形態における非点収差発生光学素子３８を省略し、光検出器４０、回折光学素子３９及び駆動制御部５９を差動スポットサイズ法に対応して変更した以外、第１の実施形態と基本的に同一である。上記第１の実施形態ではフォーカスアクチュエータ３０１のフォーカシングサーボ制御の方式として非点収差法を用いたが、第４の実施形態では、差動スポットサイズ法を用いる。スポットサイズ法は、光ディスクからの戻り光を２つの光路に分割し、それぞれ焦点距離の異なる前方及び後方の焦点を生じるように構成して、合焦点の前後に受光部設け、その上の光スポットの大きさを比較して焦点誤差信号を生成する方法である。
【００７１】
図２３に示すように、第４の実施形態の光検出器４０において、光軸上の０次回折光用受光部４００は、単一の受光素子（Ｄ）から構成されている。また、０次回折光用受光部４００からディスク半径方向の両側に分かれて配置された±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、４０３ａ、４０３ｂのそれぞれは、中心に配置された受光素子（Ａ２）（Ｂ２）（Ｃ２）（Ｅ２）（Ｆ２）（Ｇ２）に半径方向に伸長する直線に対称に配置された等しい面積の受光素子対（Ａ１，Ａ３）（Ｂ１，Ｂ３）（Ｃ１，Ｃ３）（Ｅ１，Ｅ３）（Ｆ１，Ｆ３）（Ｇ１，Ｇ３）から構成されている。光検出器４０は、光ディスクの記録層上で０次回折光のスポットが合焦となる場合にこれが後述の最小散乱円となり０次回折光用受光部４００の中心に位置するように、光軸に垂直な平面上に配置されている。これら受光部は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。
【００７２】
図２４に示すように、第４の実施形態の回折光学素子３９のホログラムレンズは、光ディスク１の情報記録面上の光透過層によって生じた波面収差の対物レンズ３７などの照射光学系の射出瞳面における波面収差分布の極大値に対応した光ビーム横断面の規格化半径の近傍の特定の光線成分を、戻り光から、環状に抽出する回折格子の輪帯３９Ａと、輪帯３９Ａの内側に回折格子からなる内側領域３９Ｂと、輪帯３９Ａの外側に回折格子からなる環状の外側領域３９Ｃとから構成されている。輪帯３９Ａ、内側領域３９Ｂ及び外側領域３９Ｃは互いに異なるピッチの回折格子が設けられ、±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、輪帯３９Ａ、内側領域３９Ｂ及び外側領域３９Ｃは±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なすように設定されている。さらに、回折光学素子３９の輪帯３９Ａは、戻り光の光軸を中心に瞳半径をＲ0とした場合に瞳上の半径０．７１Ｒ0〜０．７４Ｒ0を含んでいる。
【００７３】
図２５に示すように、回折光学素子３９の輪帯３９Ａ、内側領域３９Ｂ及び外側領域３９Ｃは戻り光を回折し、それぞれ０次回折光及び±１次回折光を光検出器４０の０次回折光用受光部４００並びに±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、４０３ａ、４０３ｂ上へ導き、円形の０次回折光スポット並びに円形及び環状の±１次回折光スポットを形成して、透過光を０次回折光と１次回折光に分離する。すなわち、回折光学素子３９を透過した回折光学素子３９のホログラムレンズの作用を受けない０次回折光は、元の光軸からずれること無く進むが、±１次回折光は該光軸に対称に偏向される。０次回折光用受光部４００は復調回路２０へ、各±１次回折光用受光部は駆動制御部５９へ接続され、それらからの出力それぞれの回路へ供給される。回折光学素子３９の輪帯３９Ａにより抽出される環状スポットを受光する±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂの出力を焦点誤差信号ＦＥの検出に用い、内側領域３９Ｂ及び環状外側領域３９Ｃにより抽出される円形及び環状スポットを受光する±１次回折光用受光部４０２ａ、４０２ｂ、４０３ａ、４０３ｂの出力を球面収差誤差信号ＳＥの検出に用いる。
【００７４】
図２６によって、輪帯３９Ａから得られる±１次回折光を用いて差動スポットサイズ法のフォーカスサーボを実行する第４の実施形態を詳細に説明する。なお、図２６において、輪帯３９Ａからの＋１次回折光を代表して動作を説明するために、対物レンズ３７、回折光学素子３９、０次回折光用受光部４００及び＋１次回折光用受光部４０１ａ，４０１ｂ以外の要素は省略してある。
【００７５】
図２６に示すように、回折光学素子３９は、光ディスク１のトラック上で光ビームが合焦したとき、０次回折光が光軸の０次回折光用受光部４００上に集光点を結び、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を結び、±１次回折光用受光部４０１ａ，４０１ｂの中央の受光素子（Ｂ２）（Ｆ２）上に環状スポットが照射されるように、構成されている。よって、デフォーカス時の対物レンズが近づく場合と遠ざかる場合で±１次回折光用受光部４０１ａ，４０１ｂにおける環状スポットの大きさ異なることになるので、それぞれの中央の受光素子の幅を適宜設定すると、例えば、図２６に示す（ｄ）及び（ｅ）間の距離が焦点誤差信号のキャプチャーレンジとして、規定される。上記実施形態と同様にＳ字特性を示す信号が得られる。
【００７６】
駆動制御部５９は、出力する焦点誤差信号ＦＥ、波面収差誤差信号ＳＥ及び再生信号ＲＦが、図２７に示す光検出器４０の各受光部の符号をその出力として示すと、以下の式によって示されるように、構成されている。
【００７７】
【数１３】
ＳＥ = ( A1+A3+C2+E1+E3+G2 )−( A2+C1+C3+E2+G1+G3 )
ＦＥ = ( B1+B3+F2 )−( B2+F1+F3 )
ＲＦ= D
しかしながら、差動スポットサイズ法においても、光ビームの合焦時（図２６の（ａ）の状態）であっても、光ディスク１のカバー層などの所定膜厚からの厚み誤差がある場合に球面収差が発生するので、光検出器の受光部上の照射光ビームのスポット径が大きく変動する。
【００７８】
図２７（ａ）に示すように、光ディスク１のカバー層が所定膜厚である場合の合焦時には、０次回折光は０次回折光用受光部４００上の最小散乱円として集光され、同時に、±１次回折光も±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、４０３ａ、４０３ｂ上の最小散乱円及び円環として集光される。
【００７９】
光ディスク１のカバー層が所定厚みより厚い場合、合焦点状態であっても図２７（ｂ）に示すように、０次回折光スポットは若干拡大し、ホログラム内側領域に対応する±１次回折光用受光部４０２ａ、４０２ｂ上に拡大及び縮小した円として集光され、ホログラム外側領域に対応する±１次回折光用受光部４０３ａ、４０３ｂ上に反対に縮小及び拡大した円環状として集光される。
【００８０】
一方、光ディスク１のカバー層が所定膜厚より薄い場合、図２７（ｃ）に示すように、０次回折光スポットは若干拡大し、ホログラム内側領域に対応する±１次回折光用受光部４０２ａ、４０２ｂ上に縮小及び拡大した円として集光され、ホログラム外側領域に対応する±１次回折光用受光部４０３ａ、４０３ｂ上に反対に拡大及び縮小した円環状として集光される。
【００８１】
図２７から明らかなように、±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ上のスポット形状は安定した形状すなわち厚み誤差によらず一定のスポットサイズを保っている。ホログラムレンズの回折光学素子３９の回折格子の輪帯３９Ａは、光ディスク１のカバー層の厚み変動に強い特定の光線成分を戻り光から環状に抽出している。
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、第１の実施形態における光検出器４０、回折光学素子３９及び駆動制御部５９を非点収差法及び差動スポットサイズ法に対応して変更した以外、第１の実施形態と基本的に同一である。上記第１の実施形態ではフォーカスアクチュエータ３０１のフォーカシングサーボ制御の方式として非点収差法のみを用いたが、第５の実施形態では、焦点誤差検出に非点収差法及び差動スポットサイズ法を用いたハイブリッド法を用いる。
【００８２】
図２８に示すように、第５の実施形態の光検出器４０において、光軸上の０次回折光用受光部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素子（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）から構成され、一方の分割線が光ディスク１の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、０次回折光用受光部４００から両側に分かれて配置された±１次回折光用受光部４０２ａ、４０２ｂの各々も、各々が直交する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素子（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）から構成されている。さらにまた、０次回折光用受光部４００からさらに離れてディスク半径方向の両側に分かれて配置された±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂのそれぞれは、中心に配置された受光素子（Ａ２）（Ｅ２）に半径方向に伸長する直線に対称に配置された等しい面積の受光素子対（Ａ１，Ａ３）（Ｅ１，Ｅ３）から構成されている。光検出器４０は、光ディスクの記録層上で０次回折光のスポットが合焦となる場合にこれが後述の最小散乱円となり０次回折光用受光部４００の分割線の交点に位置するように、光軸に垂直な平面上に配置されている。これら受光部は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。
【００８３】
図２９に示すように、第５の実施形態の回折光学素子３９のホログラムレンズは、光ディスク１の情報記録面上の光透過層によって生じた波面収差の対物レンズ３７などの照射光学系の射出瞳面における波面収差分布の極大値に対応した光ビーム横断面の規格化半径の近傍の特定の光線成分を、戻り光から、環状に抽出する回折格子の輪帯３９Ａと、輪帯３９Ａの内側に回折格子からなる内側領域３９Ｂとからなる。輪帯３９Ａの外側には回折格子が設けられていない透過平行板部分がある。輪帯３９Ａ及び内側領域３９Ｂは互いに異なるピッチの回折格子が設けられ、±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、輪帯３９Ａは±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なすように設定されている。さらに、回折光学素子３９の輪帯３９Ａは、戻り光の光軸を中心に瞳半径をＲ0とした場合に瞳上の半径０．７１Ｒ0〜０．７４Ｒ0を含んでいる。
【００８４】
図３０に示すように、回折光学素子３９の輪帯３９Ａ、内側領域３９Ｂ及び外側領域３９Ｃは戻り光を回折し、それぞれ０次回折光及び±１次回折光を光検出器４０の０次回折光用受光部４００並びに±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、４０３ａ、４０３ｂ上へ非点収差発生光学素子３８を介して導き、円形の０次回折光スポット並びに円形及び環状の±１次回折光スポットを形成して、透過光を０次回折光と１次回折光に分離する。０次回折光用受光部４００は復調回路２０へ、各±１次回折光用受光部は駆動制御部５９へ接続され、それらからの出力それぞれの回路へ供給される。回折光学素子３９の輪帯３９Ａにより抽出される楕円環状スポットを受光する±１次回折光用受光部４０１ａ、４０１ｂの出力を焦点誤差信号ＦＥの検出に用い、内側領域３９Ｂにより抽出される円形スポットを受光する±１次回折光用受光部４０２ａ、４０２ｂの出力を球面収差誤差信号ＳＥの検出に用いる。
【００８５】
駆動制御部５９は、出力する焦点誤差信号ＦＥ、波面収差誤差信号ＳＥ及び再生信号ＲＦが、図３１に示す光検出器４０の各受光部の符号をその出力として示すと、以下の式によって示されるように、構成されている。
【００８６】
【数１４】
ＳＥ = (B1+B4+D1+D4 )−( B2+B3+D2+D3 )
ＦＥ = ( A1+A3+E2 )−( A2+E1+E3 )
ＲＦ= C1+C2+C3+C4
上記のいずれの実施形態においても、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、サイドビームの戻り光にも±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。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、球面収差の影響が全くない円環状領域を透過する光線のみを用いて焦点誤差検出を行うように構成しているので、光ディスクのカバー層厚み誤差によって球面収差が発生した場合でも焦点誤差検出に誤差（デフォーカス）が発生することがないため良好な焦点誤差検出が行えると共にデフォーカス成分が混入しない高精度な球面収差検出が行える。この球面収差をもとに球面収差補償手段を駆動することによって、カバー層厚み誤差などが生じて球面収差が発生したとしても高精度な補償が行えるため、ディスクに信号を記録再生する場合に問題がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による光ピックアップ装置を備えた記録再生装置の構成を示す概略ブロック図。
【図２】  本発明による光ピックアップ装置の構成を示す概略斜視図。
【図３】  本発明による光ピックアップ装置の光検出器の概略平面図。
【図４】  本発明による光ピックアップ装置の回折光学素子のホログラムレンズの構成を示す概略平面図。
【図５】  本発明による光ピックアップ装置の回折光学素子のホログラムレンズから光検出器までの戻り光の光路を示す概略図。
【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】  本発明による光ピックアップ装置のキャプチャーレンジを有する焦点誤差信号の変化を示すグラフ。
【図８】  本発明による光ピックアップ装置の光ビームの合焦時における戻り光の０及び±１次回折光用受光部上の光スポットの様子を示す光検出器の概略平面図。
【図９】  光ディスクのカバー層の厚み誤差による球面収差がある場合の波面収差及び瞳上光ビーム横断面の関係を示す概略図。
【図１０】  本発明による光ピックアップ装置の焦点誤差検出に用いる光線成分を抽出する大きさの異なる３つの回折光学素子の回折格子輪帯を示す概略平面図。
【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のカバー層の厚み誤差に対するデフォーカス量の変化を示すグラフ。
【図１２】  本発明による光ピックアップ装置における光ディスクのカバー層の厚み誤差に対する球面収差誤差の変化を示すグラフ。
【図１３】  本発明による光ピックアップ装置における光ディスクのカバー層の厚み誤差により生じる球面収差を示すグラフ。
【図１４】  本発明による光ピックアップ装置の焦点誤差検出に用いる光線成分を抽出する回折光学素子の回折格子輪帯の内径及び外径を説明する概略平面図。
【図１５】  本発明による光ピックアップ装置の焦点誤差検出に用いる光線成分を抽出する回折光学素子の回折格子輪帯の内径及び外径の関係の一例を示すグラフ。
【図１６】  本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の回折光学素子のホログラムレンズの構成を示す概略平面図。
【図１７】  本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の回折光学素子のホログラムレンズから光検出器までの戻り光の光路を示す概略図。
【図１８】  本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の光ビームの合焦時における戻り光の０及び±１次回折光用受光部上の光スポットの様子を示す光検出器の概略平面図。
【図１９】  本発明による光ピックアップ装置における光ディスクのカバー層の厚み誤差に対する球面収差誤差の変化を示すグラフ。
【図２０】  本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の回折光学素子のホログラムレンズの一部を示す概略断面図。
【図２１】  本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の回折光学素子のホログラムレンズから光検出器までの戻り光の光路を示す概略図。
【図２２】  本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の光ビームの合焦時における戻り光の０及び±１次回折光用受光部上の光スポットの様子を示す光検出器の概略平面図。
【図２３】  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概略平面図。
【図２４】  本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の回折光学素子のホログラムレンズの構成を示す概略平面図。
【図２５】  本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の回折光学素子のホログラムレンズから光検出器までの戻り光の光路を示す概略図。
【図２６】  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光学系の構成を示す概略斜視図。
【図２７】  本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の光ビームの合焦時における戻り光の０及び±１次回折光用受光部上の光スポットの様子を示す光検出器の概略平面図。
【図２８】  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概略平面図。
【図２９】  本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の回折光学素子のホログラムレンズの構成を示す概略平面図。
【図３０】  本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の回折光学素子のホログラムレンズから光検出器までの戻り光の光路を示す概略図。
【図３１】  本発明による他の実施形態の光ピックアップ装置の光ビームの合焦時における戻り光の０及び±１次回折光用受光部上の光スポットの様子を示す光検出器の概略平面図。
【符号の説明】
１  光ディスク
３  光ピックアップ装置
１８  フォーカス駆動回路
１９  球面収差補正用レンズ群駆動回路
２０  復調回路
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  コリーメータレンズ
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（シリンドリカルレンズ）
３９  回折光学素子（ホログラムレンズ）
３９Ａ  輪帯
３９Ｂ  内側領域
３９Ｃ  外側領域
４０  光検出器
４２  球面収差補正用レンズ群（エキスパンダ）
５９  制御部
３０１  フォーカスアクチュエータ
４００  ０次回折光用受光部
４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、４０３ａ、４０３ｂ  ±１次回折光用受光部
【図１】
0004307764.tif 000011
【図２】
0004307764.tif 000012
【図３】
0004307764.tif 000013
【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】
0004307764.tif 000018
【図９】
0004307764.tif 000019
【図１０】
0004307764.tif 000020
【図１１】
0004307764.tif 000021
【図１２】
0004307764.tif 000022
【図１３】
0004307764.tif 000023
【図１４】
0004307764.tif 000024
【図１５】
0004307764.tif 000025
【図１６】
0004307764.tif 000026
【図１７】
0004307764.tif 000027
【図１８】
0004307764.tif 000028
【図１９】
0004307764.tif 000029
【図２０】
0004307764.tif 000030
【図２１】
0004307764.tif 000031
【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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
0004307764.tif 000040
【図３１】
0004307764.tif 000041