(57)【要約】【課題】本発明は、開口数ＮＡの大きい対物レンズを使用しても検出信号を変動させることができ、かつ収差を減少させることができる。【解決手段】光ピックアップ２０は、物体光ビーム４０ａを照射するときの対物レンズ３０の見かけ上の開口数ＮＡａよりも大きい開口数ＮＡｒを有する対物レンズ３０を用いている。そして光ピックアップ２０は、トラックピッチＴＰが小さいために主光領域ＡＲ０に対する副光領域ＡＲ±１の回折角度θが大きく、対物レンズ３０で反射物体光ビーム４１を受光するときに重複領域Ｗａが形成されないような反射物体光ビーム４１に対し、物体光ビーム４０ａが入射されない対物レンズ３０の周縁部において、副光領域ＡＲ±１を受光する。さらに光ピックアップ２０は、この副光領域ＡＲ±１に対して参照光ビーム４０ｂを重ね合わせ、干渉領域Ｗｂを形成する。【選択図】図８
2009087436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発射された光ビームを第１の光ビーム及び第２の光ビームに分離する分離部と、
上記第１の光ビームを第１のビーム径に調整する第１のビーム径調整部と、
上記第１のビーム径よりも大きな有効径を有し、上記第１のビーム径でなる上記第１の光ビームを集光して対象物に照射すると共に、上記第１の光ビームが上記対象物によって反射される際に、当該対象物の微細構造による回折によって形成される０次光ビームである主光領域及び１次光ビームである副光領域の少なくとも一部を反射光ビームとして受光する対物レンズと、
上記第２の光ビームを上記有効径とほぼ同一又は当該有効径よりも大きい第２のビーム径に調整する第２のビーム径調整部と、
上記対物レンズによって受光された上記反射光ビームと上記第２のビームとを重ね合わせる重ね合わせ部と、
上記副光領域及び上記第２の光ビームが重複して干渉することにより上記微細構造に応じて光量の変化する干渉領域を受光して受光量に応じた検出信号を生成する光受光部と
を具えることを特徴とする光学機器。
【請求項２】
光源から発射された光ビームを第１の光ビーム及び第２の光ビームに分離する分離部と、
上記第１の光ビームを所定の第１のビーム径に調整する第１のビーム径調整部と、
上記第１のビーム径よりも大きな有効径を有し、上記第１のビーム径でなる上記第１の光ビームを集光して光ディスクの信号記録層に照射すると共に、上記第１の光ビームが上記信号記録層によって反射される際に、上記信号記録層上に形成された微細構造による回折によって形成される０次光ビームである主光領域及び１次光ビームである副光領域の少なくとも一部を反射光ビームとして受光する対物レンズと、
上記第２の光ビームを上記有効径とほぼ同一又は当該有効径よりも大きい第２ビーム径に調整する第２のビーム径調整部と、
上記対物レンズによって受光された上記反射光ビームと上記第２のビームとを重ね合わせる重ね合わせ部と、
上記副光領域及び上記第２の光ビームが重複して干渉することにより上記所望トラックに対する上記第１の光ビームの上記微細構造に対する照射位置に応じて光量の変化する干渉領域を受光して受光量に応じた検出信号を生成する光受光部と
を具えることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
上記対物レンズは、
上記主光領域及び上記副光領域が重複しない状態で上記反射光ビームを受光する
ことを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ。
【請求項４】
上記第１のビーム径調整部は、
上記光ビームが上記第１のビーム及び上記第２のビームに分離される前に当該光ビームを上記第１のビーム径に調整することにより、分離された後の上記第１のビームを上記第１のビーム径に調整し、
上記第２のビーム径調整部は、
上記第１のビーム径でなる上記第２のビームを上記第２ビーム径にまで広げることにより、上記第２のビームを上記第２ビーム径に調整する
ことを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ。
【請求項５】
上記第２のビーム径調整部は、
上記光ビームが上記第１のビーム及び上記第２のビームに分離される前に当該光ビームを上記第２ビーム径に調整することにより、分離された後の上記第２のビームを上記第２ビーム径に調整し、
上記第１のビーム径調整部は、
上記第２ビーム径でなる上記第１のビームを上記第１のビーム径にまで絞ることにより、上記第１のビームを上記第１のビーム径に調整する
ことを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ。
【請求項６】
上記第１のビーム径調整部は、
上記第１のビーム径が通過しない外側の領域に、偏光方向によって異なる透過特性を有する偏光性領域を有することにより、一の直線偏光でなる上記第１のビームを上記第１のビーム径にまで絞る一方、上記一の直線偏光と垂直な他の直線偏光を有する上記反射光ビームをそのまま透過させる
ことを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ。
【請求項７】
上記第１のビーム径調整部は、
上記第１のビーム径が通過しない外側の領域に、光学薄膜又は微細構造による異方性を有する異方性領域を有することにより、一の直線偏光でなる上記第１のビームを上記第１のビーム径にまで絞る一方、上記一の直線偏光と垂直な他の直線偏光を有する上記反射光ビームをそのまま透過させる
ことを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ。
【請求項８】
上記第１のビーム径調整部は、
上記第１のビーム径が通過しない外側の領域に、偏光方向に応じて透過特性が変化する回折格子が設けられた偏光性ＨＯＥ（Holographic  Optical  Element）でなり、一の直線偏光を有する上記第１のビームを上記第１のビーム径にまで絞る一方、上記一の直線偏光と垂直な他の直線偏光を有する上記反射光ビームをそのまま透過させる
ことを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ。
【請求項９】
上記第１のビーム径調整部は、
直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板が貼り合わされてなる
ことを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
上記対物レンズを上記光ディスクに近接又は離隔するフォーカス方向に駆動する駆動部と、
上記駆動部の駆動量に合わせて変化する上記第１の光ビームの光路長と、上記第２の光ビームの光路長とがほぼ同一になるように、上記第２の光ビームの光路長を調整する光路長調整部と
を具えることを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
光源から発射された光ビームを第１の光ビーム及び第２の光ビームに分離する分離部と、
上記第１の光ビームを所定の第１のビーム径に調整する第１のビーム径調整部と、
上記第１のビーム径よりも大きな有効径を有し、上記第１のビーム径でなる上記第１の光ビームを集光して光ディスクの信号記録層に照射すると共に、上記第１の光ビームが上記信号記録層によって反射される際に、上記信号記録層上に形成された微細構造による回折によって形成される０次光ビームである主光領域及び１次光ビームである副光領域の少なくとも一部を反射光ビームとして受光する対物レンズと、
上記第２の光ビームを上記有効径とほぼ同一又は当該有効径よりも大きい第２ビーム径に調整する第２のビーム径調整部と、
上記対物レンズによって受光された上記反射光ビームと上記第２のビームとを重ね合わせる重ね合わせ部と、
上記副光領域及び上記第２の光ビームが重複して干渉することにより上記所望トラックに対する上記第１の光ビームの上記微細構造に対する照射位置に応じて光量の変化する干渉領域を受光して受光量に応じた検出信号を生成する光受光部と、
上記検出信号に基づいて上記微細構造に対する上記第１の光ビームの照射ずれ量を表すトラッキングエラー信号を生成する信号処理部と
を具えることを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機器、光ピックアップ及び光ディスク装置に関し、例えばＢＤ（Blu-ray  Disc、登録商標）など、記憶容量の高い光ディスクから情報を再生する光ディスク装置に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ディスク装置においては、光ディスクに対して音楽コンテンツや映像コンテンツ、或いは各種データ等の情報を記録し、また当該光ディスクから当該情報を再生するようになされたものが広く普及している。
【０００３】
実際上、光ディスク装置は、光ディスクの信号記録層に同心円状又は螺旋状に形成され、グルーブ及びランドからなるトラックに対して書込用の光ビームを照射することにより、記録マークを形成する。
【０００４】
また光ディスク装置は、当該トラックに読出用の光ビームを照射してその反射光ビームを複数の検出領域に分割されたフォトディテクタで受光する。光ディスク装置は、当該反射光ビームの受光量に応じて検出領域ごとに検出信号を生成すると共に、当該検出信号に基づいて再生ＲＦ信号を生成することにより、信号記録層に記録された情報の再生を行うようになされている。
【０００５】
このとき光ディスク装置は、検出信号に基づいて光ディスクの信号記録層と焦点とのずれ量に応じたフォーカスエラー信号を生成し、当該フォーカスエラー信号を基に当該光ビームの焦点距離を制御して光ディスクの信号記録層に光ビームを合焦させる、いわゆるフォーカス制御を行うようになされている。
【０００６】
また光ディスク装置は、検出信号に基づいて所定の信号処理を施すことにより、光ビームの照射位置と所望のトラックとのずれ量に応じたトラッキングエラー信号を生成し、当該トラッキングエラー信号を基に当該光ビームの照射位置を制御して当該ずれ量を削減させる、いわゆるトラッキング制御を行うようになされている。
【０００７】
ところで図１（Ａ）に示すように、光ディスク１００の信号記録層には、データの記録される凸状のグルーブＧと、案内溝であるランドＬとが交互に配置されており、この一対のグルーブＧ及びランドＬで１つのトラックを形成している。ここで、光ビームが信号記録層に照射されると、当該光ビームが信号記録層に反射される際、このグルーブＧ及びランドＬが回折格子として作用する。
【０００８】
従って、光ディスク装置が図示しない対物レンズを介し、スポットＰとして光ディスク１００に光ビームを照射すると、グルーブＧ及びランドＬによる回折によって反射光ビームＲＢが０次光ビームでなる主光領域ＡＲ０及び±１次光ビームでなる副光領域ＡＲ±１に分離される。
【０００９】
この副光領域ＡＲ±１のうち主光領域ＡＲ０と重複する部分のみが対物レンズに入射され反射光ビームＲＢに含まれるため、当該反射光ビームＲＢの光束断面の両端には主光領域ＡＲ０及び副光領域ＡＲ±１が重なる２つの重複領域Ｗａがそれぞれ形成される。
【００１０】
この２つの重複領域Ｗａでは、主光領域ＡＲ０及び副光領域ＡＲ±１が互いに干渉するが、このときのグルーブＧ及びランドＬに対するスポットＰの位置、すなわち光ビームが照射されるべき目標トラック（グルーブＧ）に対する照射ずれに応じて副光領域ＡＲ±１の位相が変化する。この反射光ビームＲＢでは、主光領域ＡＲ０に対する副光領域ＡＲ±１の位相差に応じて２つの重複領域Ｗａにおける光量がそれぞれ変化する。
【００１１】
光ディスク装置では、この重複領域Ｗａにおける光量の変化に基づいて上述したトラッキングエラー信号を生成する。
【００１２】
例えば図２に示すように光ディスク装置は、分割線Ｃｐによって２分割された検出領域ＤＴａ及びＤＴｂを有するフォトディテクタ１によって反射光ビームＲＢによる反射光スポットＱを検出する場合、検出領域ＤＴａ及びＤＴｂの受光量に応じた検出信号をそれぞれ生成する。この結果検出信号は、目標トラックからの照射ずれに応じた重複領域Ｗａごとの光量変化によって変調されることになる。
【００１３】
従って光ディスク装置は、各検出信号が表す各検出領域ＤＴａ及びＤＴｂの光量の差から、図１（Ｂ）に示したような、２つの重複領域Ｗａの光量差を表すプッシュプル信号ΔＱを生成することができる。
【００１４】
このプッシュプル信号ΔＱは、光ビームがグルーブＧの中心に照射されたときにゼロとなり、1周期が１つのトラックに対応した正弦波となっており、トラックの中心位置であるグルーブＧの中心からの光ビームの照射ずれを表している。なお図１（Ｂ）は、光ビームを光ディスク１００の半径方向に移動させて照射したときに得られる、いわゆるトラバース信号を示している。
【００１５】
このように光ディスク装置では、光ビームがグルーブＧ及びランドＬによって反射される際の回折によって反射光ビームＲＢに２つの重複領域Ｗａを形成する。光ディスク装置は、各重複領域Ｗａを有する当該反射光ビームＲＢの光量を複数の検出領域ＤＴに分割されたフォトディテクタ１によって検出することにより、重複領域Ｗａの光量変化によって変調された検出信号をそれぞれ生成する。そして光ディスク装置は、この検出信号に基づいてトラッキングエラー信号を生成することにより、トラッキング制御を実行するようになされている。
【００１６】
ところで図３に示すように、主光領域ＡＲ０の光軸Ｌ０と副光領域ＡＲ±１の光軸Ｌ±１との成す角度である回折角度θは、一対のグルーブＧ及びランドＬを１周期とするトラックピッチＴＰと光ビームの波長λに依存することが知られている。
【００１７】
すなわち図４に示すように、トラックピッチＴＰが大きい光ディスク１００に対して同一波長の光ビームを照射し反射光ビームＲＢを同じ受光位置で受光した場合、回折角度θが小さくなり重複領域Ｗａが大きくなる。
【００１８】
また図５に示すように、トラックピッチＴＰが小さい光ディスク１００に対して同一波長でなる光ビームを照射し反射光ビームＲＢを同じ受光位置で受光した場合、回折角度θが大きくなり重複領域Ｗａが小さくなる。
【００１９】
この現象は、開口数ＮＡ、波長λ、トラックピッチＴＰをパラメータとして、次のように説明することができる。
【００２０】
図６（Ａ）では、パラメータが次式によって表されるときの重複領域Ｗａの様子を示しており、主光領域ＡＲ０と副光領域ＡＲ±１とが重複すると共に、副光領域ＡＲ±１が互いに接触し、重複領域Ｗａが隣接した状態となっている。この図６（Ａ）では、重複領域Ｗａが大きく形成されているため、プッシュプル信号ΔＱにおける振幅が大きくなる。
【００２１】
【数１】
2009087436.tif 000003
【００２２】
図６（Ｂ）では、パラメータが次式によって表されるときの重複領域Ｗａの様子を示しており、トラックピッチＴＰ又は開口数ＮＡ若しくはその両方が図６（Ａ）よりも小さくなったときの重複領域Ｗａの様子を示している。この図６（Ｂ）では、図６（Ａ）と比して重複領域Ｗａが小さくなっているため、プッシュプル信号ΔＱにおける振幅も小さくなる。
【００２３】
【数２】
2009087436.tif 000004
【００２４】
図６（Ｃ）では、パラメータが（２）式によって表されると共に、図６（Ｂ）よりも（２）式における両辺の差が大きくなった状態を示している。この図６（Ｃ）では、図６（Ｂ）と比して重複領域Ｗａがさらに小さくなっているため、プッシュプル信号ΔＱにおける振幅もさらに小さくなる。
【００２５】
図６（Ｄ）では、（２）式における両辺の差がさらに大きくなり、パラメータが次式によって表されるときの状態を示している。この図６（Ｃ）では、主光領域ＡＲ０と副光領域ＡＲ±１とが接触しているものの重複しておらず、重複領域Ｗａが完全に無くなっている。
【００２６】
【数３】
2009087436.tif 000005
【００２７】
このときプッシュプル信号ΔＱの振幅がゼロとなるため、パラメータが（３）式を満たすとき、光ディスク装置はトラックピッチＴＰでなるトラックの凹凸を解像することができない。
【００２８】
その意味で（３）式における右辺は、解像限度を表すカットオフ周波数ＣＦと呼ばれ、次式で表されることが多い。
【００２９】
【数４】
2009087436.tif 000006
【００３０】
なお、パラメータが次式で表される場合には、主光領域ＡＲ０と副光領域ＡＲ±１とが離隔してしまい、プッシュプル信号ΔＱの振幅はゼロになる。
【００３１】
【数５】
2009087436.tif 000007
【００３２】
ところで近年光ディスク１００では、信号記録層１層当りの情報の記録容量を増大させるため、トラックピッチＴＰを小さくしている。
【００３３】
上述したようにトラックピッチＴＰの小さい光ディスク１００に対して光ビームを照射した場合、反射光ビームＲＢにおける回折角度θが大きくなる。一般的に対物レンズでは、所定のビーム径でなる光ビームを入射した場合、開口数ＮＡが大きいほど集光角度が大きくなるため焦点距離Ｄが小さくなり、開口数ＮＡが小さいほど集光角度が小さくなるため焦点距離Ｄが大きくなることが知られている。
【００３４】
すなわち図７（Ａ）に示すように、開口数ＮＡの大きい対物レンズＯＬを使用すれば適度な大きさの重複領域Ｗａを受光できるため、重複領域Ｗａの光量変化により目標トラックからの照射ずれに応じた変調度の大きい検出信号を生成することが可能となる。
【００３５】
これに対して図７（Ｂ）に示すように、開口数ＮＡの小さい対物レンズＯＬを使用すると受光した反射光ビームＲＢにおいて重複領域Ｗａを形成することができないため、照射ずれに応じた変調度が小さく若しくはゼロになってしまう。
【００３６】
このように一般的に、光ディスク装置では、（４）式で表されるカットオフ周波数ＣＦを超える空間周波数でなる微細構造を検出することができない。なお説明の都合上、光ディスク１００の凹凸に応じた位相情報であるトラックピッチＴＰを用いて説明したが、光ディスク１００の反射率の差異に応じた振幅情報についても同様である。
【００３７】
また、グルーブＧ及びランドＬに起因する直線的な１次元情報だけでなく、当該グルーブＧ及びランドＬと平行方向だけでなく垂直方向にも凹凸又は反射率の差異が生じる記録マークのような２次元的な微細構造に応じた２次元情報についても全く同様である。
【００３８】
以上のことから、光ディスク１００の記録容量を大きくするためには、トラックピッチＴＰを小さくすると共に、対物レンズＯＬの開口数ＮＡを大きくしている。
【００３９】
ところが一般的に、対物レンズＯＬの開口数ＮＡを大きくすると集光角が大きくなり、対物レンズＯＬの外縁部を通過する光ビームの光ディスク１００に対する入射角度が非常に大きくなるため、収差が大きくなることが知られている。
【００４０】
そこで収差の影響が大きく表れる反射光ビームＲＢの外縁部分を受光しないことにより、検出信号における収差の影響を小さくするようになされた光ディスク装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２５１３０６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４１】
ところでかかる構成の光ディスク装置においては、重複領域Ｗａが表れる反射光ビームＲＢの外縁部分を受光しないため、再生ＲＦ信号から当該外縁部分の影響を除去することができるものの、重複領域Ｗａの一部を受光することができず、当該重複領域Ｗａの光量変化に応じた十分な変調度でなる検出信号を生成できないという問題があった。
【００４２】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、開口数ＮＡの大きい対物レンズを使用しても収差の増大を抑制することができ、かつ大きな変調度でなる検出信号を生成できる光学機器、光ピックアップ及び光ディスク装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
かかる課題を解決するため本発明の光学機器においては、光源から発射された光ビームを第１の光ビーム及び第２の光ビームに分離する分離部と、第１の光ビームを所定の照射ビーム径に調整する第１のビーム径調整部と、照射ビーム径よりも大きな有効径を有し、照射ビーム径でなる第１の光ビームを集光して対象物に照射すると共に、第１の光ビームが対象物によって反射される際に、当該対象物の微細構造による回折によって形成される０次光ビームである主光領域及び１次光ビームである副光領域の少なくとも一部を反射光ビームとして受光する対物レンズと、第２の光ビームを有効径とほぼ同一又は当該有効径よりも大きいビーム径に調整する第２のビーム径調整部と、対物レンズによって受光された反射光ビームと第２のビームとを重ね合わせる重ね合わせ部と、副光領域及び第２の光ビームが重複して干渉することにより微細構造に応じて光量の変化する干渉領域を受光して受光量に応じた検出信号を生成する光受光部とを設けるようにした。
【００４４】
これにより、第１の光ビームを照射するときに対物レンズを実際の開口数よりも小さい開口数として作用させることができると共に、微細構造に応じて干渉領域の光量を変化させることができる。
【００４５】
光源から発射された光ビームを第１の光ビーム及び第２の光ビームに分離する分離部と、第１の光ビームを所定の照射ビーム径に調整する第１のビーム径調整部と、照射ビーム径よりも大きな有効径を有し、照射ビーム径でなる第１の光ビームを集光して光ディスクに照射すると共に、第１の光ビームが光ディスクによって反射される際に、当該光ディスクの信号記録層上に形成された微細構造による回折によって形成される０次光ビームである主光領域及び１次光ビームである副光領域の少なくとも一部を反射光ビームとして受光する対物レンズと、第２の光ビームを有効径とほぼ同一又は当該有効径よりも大きい第２ビーム径に調整する第２のビーム径調整部と、対物レンズによって受光された反射光ビームと第２のビームとを重ね合わせる重ね合わせ部と、副光領域及び第２の光ビームが重複して干渉することにより所望トラックに対する第１の光ビームの照射位置に応じて光量の変化する干渉領域を受光して受光量に応じた検出信号を生成する光受光部とを設けるようにした。
【００４６】
これにより、第１の光ビームを照射するときに対物レンズを実際の開口数よりも小さい開口数として作用させることができると共に、微細構造に応じて干渉領域の光量を変化させることができる。
【００４７】
光源から発射された光ビームを第１の光ビーム及び第２の光ビームに分離する分離部と、第１の光ビームを所定の照射ビーム径に絞る絞り部と、照射ビーム径よりも大きな有効径を有し、照射ビーム径でなる第１の光ビームを集光して光ディスクに照射すると共に、第１の光ビームが光ディスクによって反射される際に、当該光ディスクの信号記録層上に形成された微細構造による回折によって形成される０次光ビームである主光領域及び１次光ビームである副光領域の少なくとも一部を反射光ビームとして受光する対物レンズと、第２の光ビームを有効径とほぼ同一又は当該有効径よりも大きいビーム径に調整する調整部と、対物レンズによって受光された反射光ビームと第２のビームとを重ね合わせる重ね合わせ部と、副光領域及び第２の光ビームが重複して干渉することにより所望トラックに対する第１の光ビームの照射位置に応じて光量の変化する干渉領域を受光して受光量に応じた検出信号を生成する光受光部と、検出信号に基づいて所望トラックに対する第１の光ビームの照射ずれ量を表すトラッキングエラー信号を生成する信号処理部とを設けるようにした。
【００４８】
これにより、第１の光ビームを照射するときに対物レンズを実際の開口数よりも小さい開口数として作用させることができると共に、微細構造に応じて干渉領域の光量を変化させることができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、第１の光ビームを照射するときに対物レンズを実際の開口数よりも小さい開口数として作用させることができると共に、微細構造に応じて干渉領域の光量を変化させることができ、かくして開口数ＮＡの大きい対物レンズを使用しても検出信号を変動させることができ、かつ収差を減少させることができる光学機器、光ピックアップ及び光ディスク装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００５１】
（１）第１の実施の形態
（１−１）原理
本実施の形態による光ディスク装置１０では、同一光源から発射される光ビーム４０を物体光ビーム４０ａと参照光ビーム４０ｂとに分離し、物体光ビーム４０ａのみを開口数ＮＡの比較的大きい対物レンズＯＬを介してトラックピッチＴＰの比較的小さい光ディスク１００に対して照射する。
【００５２】
このとき図８Ａ）に示すように、物体光ビーム４０ａは、そのビーム径が対物レンズＯＬの有効径（以下、これをレンズ径と呼ぶ）ＬＤよりも小さい物体光径Ｄｌの状態で対物レンズＯＬに入射される。これにより物体光ビーム４０ａは、光ディスク１００に照射されるときの物体光ビーム４０ａの集光角度を小さくし、対物レンズＯＬを実際の開口数ＮＡｒよりも小さい見かけ上の開口数ＮＡａでなる対物レンズとして作用させることができる。
【００５３】
図８（Ｂ）に示すように、物体光ビーム４０ａは光ディスク１００に反射物体光ビーム４１として反射される際、光ディスク１００が有するグルーブＧ及びランドＬの凹凸やピットなどの微細構造によって回折され、０次光ビームでなる主光領域ＡＲ０及び±１次光ビームでなる副光領域ＡＲ±１に分離される。
【００５４】
さらに対物レンズＯＬは、物体光ビーム４０ａが光ディスク１００で反射されてなる反射物体光ビーム４１を受光し、これを平行光に変換する。
【００５５】
このとき光ディスク１００におけるトラックピッチＴＰが小さいため、反射物体光ビーム４１における主光領域ＡＲ０と副光領域ＡＲ±１との成す角度（以下、これを回折角度と呼ぶ）θが比較的大きくなる。この結果対物レンズＯＬは、既に主光領域ＡＲ０と副光領域ＡＲ±１が離隔し、重複領域Ｗａ（図１）が形成されない状態で反射物体光ビーム４１を受光する。
【００５６】
ここで図９（Ａ）に示すように対物レンズＯＬは、物体光径Ｄｌよりも大きいレンズ径ＬＤを有するため、反射物体光ビーム４１として主光領域ＡＲ０だけでなく、主光領域ＡＲ０よりも外周側の周縁部分において副光領域ＡＲ±１の一部（主光領域ＡＲ０及び副光領域ＡＲ±１の受光部分を斜線で示す）を受光することができる。
【００５７】
この受光された副光領域ＡＲ±１は、上述した重複領域Ｗａとは異なり２つの光ビームが重ね合わされていないため、このままでは物体光ビーム４０ａの所望トラックに対する照射位置に応じて副光領域ＡＲ±１の光量が変化することはない。
【００５８】
そこでこの反射光ビーム５０に対し、レンズ径ＬＤと同一又は当該レンズ径ＬＤよりも大きいビーム径を有し、主光領域ＡＲ０と可干渉性を有する参照光ビーム４０ｂを重ね合わせることにより、参照光ビーム４０ｂが主光領域ＡＲ０と同様の役割を果たすことができる。
【００５９】
すなわち参照光ビーム４０ｂは、副光領域ＡＲ±１との位相差に応じて当該副光領域ＡＲ±１と干渉することにより、物体光ビーム４０ａの所望トラックに対する照射位置に応じて副光領域ＡＲ±１の光量を変化させることができる。
【００６０】
そして図９（Ｂ）に示すように、２つの検出領域ＤＴａ及びＤＴｂを有するフォトディテクタＰＴによって反射光ビーム５０を受光し、当該反射光ビーム５０の光量に応じた検出信号を生成する。これにより光ディスク装置１０は、物体光ビーム４０ａの副光領域ＡＲ±１の光量を変化させることができるため、所望トラックに対する照射位置に応じた変調度の大きな検出信号を生成ことが可能となる。
【００６１】
このようにして光ディスク装置１０は、対物レンズＯＬにおける実際の開口数ＮＡｒが見かけ上の開口数ＮＡａよりも大きいという条件下において、次式を満たしている。ここで開口数ＮＡが光ディスク装置１０における見かけ上の開口数ＮＡａと同一値でなる対物レンズを有する従来の光ディスク装置は、次式を満たすようなトラックピッチＴＰに対して、重複領域Ｗａを形成することができず、検出信号における変調度がゼロになってしまう。
【００６２】
【数６】
2009087436.tif 000008
【００６３】
しかしながら光ディスク装置１０は、対物レンズＯＬの実際の開口数ＮＡｒが次式を満たしているため、従来の開口数ＮＡが光ディスク装置１０における実際の開口数ＮＡｒと同一値でなる対物レンズを有する光ディスク装置と同程度に微細なトラックピッチＴＰに応じて、変調度の大きな検出信号を生成することができる。
【００６４】
【数７】
2009087436.tif 000009
【００６５】
しかも光ディスク装置１０は、光ディスク１００に対して物体光ビーム４０ａを照射する際、対物レンズＯＬを開口数ＮＡａとして作用させることから、開口数ＮＡｒでなる対物レンズを有する従来の光ディスク装置と比較して、物体光ビーム４０ａにおける収差を小さくすることができる。
【００６６】
言い換えると、光ディスク装置１０は、見かけ上の開口数ＮＡａとして作用する対物レンズＯＬから物体光ビーム４０ａを照射しているにも拘らず、カットオフ周波数ＣＦを実際の開口数ＮＡｒに応じて大きくすることができる。
【００６７】
（１−２）光ディスク装置の構成
図１０において、光ディスク装置１０は、全体としてＢＤ（Blu-ray  Disc、登録商標）−ＲＥ（Rewritable）ディスクやＢＤ−ＲＯ（Read Only）ディスク等でなる光ディスク１００に対して音楽コンテンツ、映像コンテンツ又は各種データ等の情報を記録し、また当該光ディスク１００から当該情報を再生するようになされている。
【００６８】
システムコントローラ１１は、光ディスク装置１全体を統括制御するようになされており、光ディスク１００が装填された状態で、操作部１２より当該光ディスク１００からの情報の再生命令を取得すると、当該光ディスク１００の信号記録層に記録されている情報を特定するためのアドレス情報ＩＡと共に、情報読出命令ＭＲを駆動制御部１３へ送出する。
【００６９】
駆動制御部１３は、システムコントローラ１１からの情報読出命令に応じて、スピンドルモータ１４を制御することにより光ディスク１００を所定の回転速度で回転させると共に、当該データ読出命令ＭＲ及びアドレス情報ＩＡを基に送りモータ１５を制御することにより、光ピックアップ２０を当該光ディスク１００の径方向に移動させ、当該光ディスク１００の信号記録層におけるアドレス情報ＩＡに応じた所望トラックに物体光ビーム４０ａを集光した状態で照射させる。
【００７０】
このとき光ピックアップ２０は、光ディスク１００に照射した物体光ビーム４０ａが反射されてなる反射物体光ビーム４１及び参照光ビーム４０ｂを受光し、その光量に応じた検出信号を生成し、信号処理部１７へ送出する。
【００７１】
信号処理部１７は、この検出信号に基づいて所望トラックに対する物体光ビーム４０ａの照射位置のずれ量に応じたトラッキングエラー信号ＳＴＥと光ディスク１００の信号記録層に対する物体光ビーム４０ａの焦点のずれ量に応じたフォーカスエラー信号ＳＦＥとを生成してこれらを駆動制御部１３へ送出すると共に、当該検出信号を基に再生ＲＦ信号ＳＲＦを生成して信号変復調部１８へ送出する。
【００７２】
駆動制御部１３は、トラッキングエラー信号ＳＴＥ及びフォーカスエラー信号ＳＦＥに基づいたトラッキング制御信号ＣＴ及びフォーカス制御信号ＣＦを生成し、これらを光ピックアップ２０へ送出する。これに応じて光ピックアップ２０は、トラッキング制御及びフォーカス制御を行い、物体光ビーム４０ａの焦点を光ディスク１００の所望トラックに合わせるようになされている。なお光ディスク装置１０は、ＤＰＰ（Differential  Push  Pull）法に従ってトラッキングエラー信号ＳＴＥを生成する（詳しくは後述する）ようになされている。
【００７３】
信号変復調部１８は、再生ＲＦ信号ＳＲＦに対して所定の復調処理や復号化処理等を施すことにより情報を再生し、これを外部機器（図示せず）へ送出する。
【００７４】
また光ディスク装置１０は、信号変復調部１８に入力された記録信号に対して所定の変調処理を施し、これを信号処理部１７により記録用の信号に変換した後、光ピックアップ２０から当該記録用の信号に応じた記録用の光ビーム４０を出射させることにより、記録信号に応じた情報を光ディスク１００に記録する。
【００７５】
このように光ディスク装置１０は、光ピックアップ２０から光ディスク１００の信号記録層における所望トラックに対して焦点を合わせた物体光ビーム４０ａを照射することにより、所望の情報を再生または記録し得るようになされている。
【００７６】
（１−３）光ピックアップの構成
図１１に示すように、本実施の形態による光ピックアップ２０は、マッハツェンダー干渉計を応用した構成でなる。
【００７７】
光ピックアップ２０のレーザダイオード２１は、駆動制御部１３（図１２）から供給される駆動電流に応じてレーザ光を発光し、光ビーム４０として回折素子２２へ入射する。
【００７８】
回折素子２２は、ＤＰＰ法によるトラッキング制御のため光ビーム４０を０次光ビームであるメインビームＭＢ及び±１次光ビームであるサブビームＳＢに分離し、コリメータレンズ２３へ入射する。なお、信号記録層の記録情報を読み取るためのメインビームＭＢに対する光利用効率を高めるために、サブビームＳＢの光量は、当該メインビームＭＢと比較して小さくなるようになされている。
【００７９】
コリメータレンズ２３は、発散光として入射された光ビーム４０を平行光に変換し、絞り２４へ入射する。絞り２４は、光ビーム４０の外縁部分を遮断することにより当該光ビーム４０のビーム径を所定の物体光径Ｄｌに調整し、ハーフミラー２６へ入射する。ハーフミラー２６は、光ビーム４０を所定の割合で物体光ビーム４０ａとして透過させる一方、残りを参照光ビーム４０ｂとして反射させることにより、光ビーム４０を物体光ビーム４０ａ及び参照光ビーム４０ｂに分離する。
【００８０】
ハーフミラー２６は、透過した物体光ビーム４０ａをハーフミラー２７へ入射する。ハーフミラー２７は、物体光ビーム４０ａの約５０％を透過させ、絞り２８へ入射する。絞り２８は、対物レンズ３０の有効径（以下、これをレンズ径と呼ぶ）ＬＤとほぼ同一の孔径でなる孔２８Ａを有しており、当該レンズ径ＬＤよりも小さい物体光径Ｄｌでなる物体光ビーム４０ａをそのまま通過させ、対物レンズ３０へ入射する。
【００８１】
そして対物レンズ３０は、物体光ビーム４０ａを集光し、光ディスク１００に照射する。この対物レンズ３０は、例えば開口数ＮＡｒが０．８５でなるが、レンズ径よりも小さい物体光径Ｄｌで入射されることにより、例えば開口数ＮＡａが０．６５の対物レンズと同様の集光角度で物体光ビーム４０ａを集光する。
【００８２】
これにより対物レンズ３０は、開口数ＮＡｒが０．６５でなる対物レンズを用いた場合と同一の集光角度で物体光ビーム４０ａを集光することができるため、物体光ビーム４０ａにおける外縁部分の光ディスク１００に対する入射角度を小さくすることができる。このため対物レンズ３０は物体光ビーム４０ａに生じる収差を、開口数ＮＡｒが０．６５でなる対物レンズによって集光したときに生じる収差と同等にまで小さくすることができる。
【００８３】
すなわち光ピックアップ２０は、開口数ＮＡが０．６５でなる対物レンズを有する従来の光ピックアップと同程度の小さい収差量でありながら、開口数ＮＡが０．８５でなる対物レンズを有する従来の光ピックアップと同等の高い解像度を有することができる。
【００８４】
また対物レンズ３０は、物体光ビーム４０ａが光ディスク１００によって反射されてなる反射物体光ビーム４１を受光し、絞り２８へ入射する。このとき図８（Ｂ）を用いて上述したように反射物体光ビーム４１は、光ディスク１００による回折によって主光領域ＡＲ０及び副光領域ＡＲ±１に分離され、対物レンズ３０に入射される。
【００８５】
対物レンズ３０は、反射物体光ビーム４１のうち、主光領域ＡＲ０と、副光領域ＡＲ±１の一部とを受光し、絞り２８へ入射する。なお図では、反射物体光ビーム４１のうち、主光領域ＡＲ０を実線で、副光領域ＡＲ±１を破線で示している。
【００８６】
絞り２８は、反射物体光ビーム４１をレンズ径ＬＤでなる孔２８Ａに通過させることにより、反射物体光ビーム４１のうち対物レンズ３０の有効径の外側を通過した不要な部分を遮断し、ハーフミラー２７へ入射する。
【００８７】
ハーフミラー２７は、反射物体光ビーム４１の約５０％を反射し、ハーフミラー３１へ入射する。
【００８８】
一方ハーフミラー２６は、反射した参照光ビーム４０ｂを、ミラー３３を介してエキスパンダーレンズ群３４に入射する。エキスパンダーレンズ群３４は、凹レンズ３４ａ及び凸レンズ３４ｂからなり、凹レンズ３４ａによって参照光ビーム４０ｂを受光する。
【００８９】
凹レンズ３４ａは、参照光ビーム４０ｂを発散光に変換することにより、そのビーム径を引き伸ばしながら当該参照光ビーム４０ｂを凸レンズ３４ｂに入射する。凸レンズ３４ｂは、そのビーム径がレンズ径ＬＤとほぼ同一まで引き伸ばされた発散光でなる参照光ビーム４０ｂを平行光に変換する。
【００９０】
こうしてエキスパンダーレンズ群３４は、参照光ビーム４０ｂをレンズ径ＬＤとほぼ同一まで引き伸ばすと、当該参照光ビーム４０ｂをハーフミラー３１に入射する。
【００９１】
図１２（Ａ）に示すハーフミラー３１に入射される反射物体光ビーム４１のＡ１−Ａ２光束断面のように、反射物体光ビーム４１は主光領域ＡＲ０と、副光領域ＡＲ±１の一部とから構成されており、副光領域ＡＲ±１の両端間がレンズ径ＬＤとほぼ同一の幅を有している。
【００９２】
また図１２（Ｂ）に示すハーフミラー３１に入射される参照光ビーム４０ｂのＢ１−Ｂ２光束断面のように、参照光ビーム４０ａは、レンズ径ＬＤとほぼ同一のビーム径を有している。
【００９３】
この参照光ビーム４０ｂは、ハーフミラー２６によって分離されてからハーフミラー３１に入射されるまでの光路長（以下、これを参照光路長と呼ぶ）が、ハーフミラー２６によって分離された物体光ビーム４０ａが光ディスク１００によって反射されて反射物体光ビーム４１としてハーフミラー３１に入射されるまでの光路長（以下、これを物体光路長と呼ぶ）とほぼ同一になるように調整されている。
【００９４】
このため反射物体光ビーム４１における主光領域ＡＲ０の位相は、参照光ビーム４０ｂの位相とほぼ同一となっている。またハーフミラー２６における透過及び反射割合の調整により、参照光ビーム４０ｂの光強度ができるだけ大きくなるように調整されている。
【００９５】
そしてハーフミラー３１は、反射物体光ビーム４１の約５０％を透過させ、参照光ビーム４０ｂの約５０％を反射させることにより、図１３に示すように当該反射物体光ビーム４１及び参照光ビーム４０ｂをその光軸が一致するように重ね合わせ、重複光ビーム４２として集光レンズ３８へ入射する。
【００９６】
このとき図１４に示すように反射物体光ビーム４１は、副光領域ＡＲ±１と参照光ビーム４０ｂとが重複する干渉領域Ｗｂと、反射物体光ビーム４１における主光領域ＡＥ±１と参照光ビーム４０ｂとが重複する重複主光領域Ｗｃとが形成される。
【００９７】
そして主光領域ＡＲ０と参照光ビーム４０ｂの位相及び光強度がほぼ同一であることから、干渉領域Ｗｂにおける参照光ビーム４０ｂが上述した重複領域Ｗａ（図１）における主光領域ＡＲ０と同様に作用し、副光領域ＡＲ±１と参照光ビーム４０ｂとが干渉する。
【００９８】
したがって物体光ビーム４０ａの所望トラックに対する照射位置に応じた副光領域ＡＲ±１の主光領域ＡＲ０に対する位相差により、当該干渉領域Ｗｂの光量が重複領域Ｗａと同様に変化することになる。ちなみに副光領域ＡＲ±１と異なり主光領域ＡＲ０の位相は物体光ビーム４０ａの照射位置に拘らず変化しないため、重複主光領域Ｗｃの光量が重複領域Ｗａと同様に変化することはない。
【００９９】
集光レンズ３８は、重複光ビーム４２を集光し、フォトディテクタ４５に照射する。フォトディテクタ４５は、重複光ビーム４２の光量に応じた検出信号を生成し、信号処理部１７へ送出する。
【０１００】
ここで重複光ビーム４２では、物体光ビーム４０ａの所望トラックに対する照射位置に応じて副光領域ＡＲ±１における光量が変調されている。従ってこの検出信号は、物体光ビーム４０ａの所望トラックに対する照射位置に応じて変調されていることになる。
【０１０１】
信号処理部１７（図１０）は、この検出信号から再生ＲＦ信号、フォーカスエラー信号ＳＦＥ及びトラッキングエラー信号ＳＴＥを生成し、駆動制御部へ送出する。駆動制御部１３は、信号処理部１７から供給されるフォーカスエラー信号ＳＦＥ及びトラッキングエラー信号ＳＴＥに基づいて駆動制御信号を生成し、２軸アクチュエータ（図示せず）を制御することにより、物体光ビーム４０ａを光ディスク１００における所望のトラック上に正確に照射するように対物レンズ３０をフォーカス方向及びトラッキング方向に駆動するようになされている。
【０１０２】
なお信号処理部１７は、例えばスポットサイズ法など（図示しない）によりフォーカスエラー信号ＳＦＥを生成するようになされている。
【０１０３】
このように光ディスク装置１０は、光ビーム４０を物体光ビーム４０ａと参照光ビーム４０ｂとに分離し、開口数ＮＡｒの大きな対物レンズ３０に対し、敢えて有効径であるレンズ径ＬＤよりも小さい物体光径Ｄｌでなる物体光ビーム４０ａを入射して対物レンズ３０を小さい開口数ＮＡａでなる対物レンズとして作用させる。
【０１０４】
さらに光ディスク装置１０は、物体光ビーム４０ａが光ディスク１００で反射されてなる反射物体光ビーム４１を、主光領域ＡＲ０と副光領域ＡＲ±１とが重複しない状態で、主光領域ＡＲ０及び副光領域ＡＲ±１の一部を反射物体光ビーム４１として受光する。
【０１０５】
そして光ディスク装置１０は、反射物体光ビーム４１と参照光ビーム４０ｂとを重ね合わせることにより、当該参照光ビーム４０ｂと副光領域ＡＲ±１とを干渉させ、物体光ビーム４０ａの所望トラックからのずれ量に応じて副光領域ＡＲ±１の光量を変化させるようにした。
【０１０６】
これにより光ディスク装置１０は、物体光ビーム４０ａが照射されるときの集光角度を小さくすることができ、物体光ビーム４０ａに生じる収差を、実際の対物レンズ３０の開口数ＮＡｒよりも小さい開口数ＮＡａとして作用させ、開口数ＮＡａでなる対物レンズを使用したときに生じる収差と同等の収差にまで抑制することが可能となる。
【０１０７】
以上、説明の都合上、光ディスク１００の１次元位相情報であるトラックの検出について説明したが、位相構造だけでなく、振幅情報や２次元情報についても全く同様である。
【０１０８】
（１−４）トラッキングエラー信号の生成
次に、ＤＰＰ法によるトラッキングエラー信号の生成について説明する。
【０１０９】
具体的に光ディスク装置１０は、回折素子２２（図１１）によって光ビーム４０をメインビームＭＢと２つのサブビームＳＢとに分離する。従って物体光ビーム４０ａとして、メイン物体光ビームＭＯＢと２つのサブ物体光ビームＳＯＢが対物レンズ３０を介して光ディスク１００に照射される。
【０１１０】
すなわち図１４に示すように、光ディスク装置１０は、光ディスク１００に対してメイン物体光ビームＭＯＢによるメインスポットＰＡを所望のトラックにおけるグルーブＧの中心に位置するように照射すると共に、サブ物体光ビームＳＯＢによるサブスポットＰＢ及びＰＣを当該グルーブＧから互いに反対方向へ半トラック分ずつずれたランドＬに位置するよう照射する。
【０１１１】
そして図１５に示すように、メイン物体光ビームＭＯＢと２つのサブ物体光ビームＳＯＢは、光ディスク１００によって反射され、メイン反射物体光ビームＭＲＢ及びサブ反射物体光ビームＳＲＢとなる。このときメイン反射物体光ビームＭＲＢ及びサブ反射物体光ビームＳＲＢは、光ディスク１００によって回折され、それぞれにおいて主光領域ＡＲ０及び副光領域ＡＲ±１をそれぞれ形成し、反射物体光ビーム４１として対物レンズ３０、絞り２８及びハーフミラー２７を介してハーフミラー３１に入射され、集光レンズ３８を介してフォトディテクタ４５に受光される。
【０１１２】
一方、参照光ビーム４０ｂとして、メイン参照光ビームＭＣＢと２つのサブ参照光ビームＳＣＢがミラー３３、エキスパンダーレンズ３４、コリメータレンズ３５を介してハーフミラー３１に入射され、集光レンズ３８を介してフォトディテクタ４５に受光される。
【０１１３】
この結果フォトディテクタ４５は、図１６に示すように、メイン反射物体光ビームＭＲＢ及びメイン参照光ビームＭＣＢが重ね合わされてなるメイン重複光ビーム４２Ａによるメイン反射光スポットＱＡ、並びに２つのサブ反射物体光ビームＳＲＢ及び２つのサブ参照光ビームＳＣＢがそれぞれ重ね合わされてなるサブ重複光ビーム４２Ｂ及び４２Ｃによるサブ反射光スポットＱＢ及びＱＣをそれぞれ受光する。
【０１１４】
このフォトディテクタ４５は、検出領域４６Ａ及び４６Ｂを有するメインビーム検出器４６と、検出領域４７Ａ及び４７Ｂを有するサブビーム検出器４８と、検出領域４８Ａ及び４８Ｂを有するサブビーム検出器４８とから構成されている。そしてフォトディテクタ４５は、メインビーム検出器４６によってメイン反射光スポットＱＡを、サブビーム検出器４７によってサブ反射光スポットＱＢを、サブビーム検出器４８によってサブ反射光スポットＱＣをそれぞれ受光すると、それぞれの受光量に応じた検出信号を生成し、これを信号処理部１７へ送出する。
【０１１５】
そして信号処理部１７は、次式に従ってトラッキングエラー信号ＳＴＥを得るようになされている。
【０１１６】
【数８】
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【０１１７】
このように光ディスク装置１０は、従来の光ディスク装置と同様の処理によってトラッキングエラー信号ＳＴＥを生成することにより、収差の少ない反射物体光ビーム４１に基づいて品質の良好なトラッキングエラー信号ＳＴＥを生成し得るようになされている。
【０１１８】
なお光ディスク装置１０では、対物レンズ３０の光ディスク１００の半径方向であるトラッキング方向への移動に伴って光ピックアップ２０の光路上において反射物体光ビーム４１が移動する方向をトラッキング方向とするとき、物体光ビーム４０ａが微細構造である記録マークの２次元的な構造によっても回折される。このとき図１７に示すように、重複光ビーム４２には、トラッキング方向に引いた直線上だけでなく当該トラッキング方向に垂直なラジアル方向に引いた直線上に干渉領域Ｗｂをそれぞれ形成する。
【０１１９】
（１−５）動作及び効果
以上の構成において、光ディスク装置１０の光ピックアップ２０は、光源であるレーザダイオード２１から発射された光ビーム４０を第１のビームである物体光ビーム４０ａ及び第２の光ビームである照射光ビーム４０ｂに分離し、分離前の光ビーム４０のビーム径を照射ビーム径である物体光径Ｄｌに調整することにより、物体光ビーム４０ａを物体光径Ｄｌに調整する。
【０１２０】
またピックアップ２０は、物体光径Ｄｌよりも大きな有効径であるレンズ径ＬＤを有する対物レンズ３０により、物体光径Ｄｌでなる物体光ビーム４０ａを集光して対象物である光ディスク１００に照射すると共に、物体光ビーム４０ａが光ディスク１００によって反射される際に、当該光ディスク１００の所望トラック近傍に有するグルーブＧ及びピットなどの記録マークなどの微細構造による回折によって形成される０次光ビームである主光領域ＡＲ０及び１次光ビームである副光領域ＡＲ±１の少なくとも一部を当該対物レンズ３０によって反射物体光ビーム４１として受光する。
【０１２１】
さらに光ピックアップ２０は、物体光径Ｄｌでなる光ビーム４０から分離されたことにより物体光径Ｄｌでなる参照光ビーム４０ｂをレンズ径ＬＤとほぼ同一のビーム径に調整し、対物レンズ３０によって受光された反射物体光ビーム４１と重ね合わせる。
【０１２２】
そして光ピックアップ２０は、副光領域ＡＲ±１及び参照光ビーム４０ｂが重複して干渉することにより所望トラックに対する照射位置に応じて光量の変化する干渉領域Ｗｂを受光して受光量に応じた検出信号を生成するようにした。
【０１２３】
これにより光ピックアップ２０は、主光領域ＡＲ０及び副光領域ＡＲ±１が重複する重複領域Ｗａが形成されない状態で反射物体光ビーム４１を受光するにも拘らず干渉領域Ｗｂに従来の主光領域ＡＲ０及び副光領域ＡＲ±１が重なり合う重複領域Ｗａと同様の光量変化を生じさせることができるため、微細構造に応じた変調度の大きい検出信号を生成することができる。
【０１２４】
また光ピックアップ２０は、物体光ビーム４０ａをレンズ径ＬＤよりも小さい物体光径Ｄｌで入射するため、対物レンズ３０の見かけ上の開口数ＮＡａを実際の開口数ＮＡｒよりも小さくすることができ、光ディスク１００に照射されるときに物体光ビーム４１に発生する収差を当該見かけ上の開口数ＮＡａに応じて小さくすることができる。
【０１２５】
すなわち光ピックアップ２０は、従来の光ピックアップでは受光することのない副光領域ＡＲ±１を対物レンズ３０の周縁部によって受光し、参照光ビーム４０ｂを重ね合わせて干渉領域Ｗｂを形成することにより、光ディスク１００に対して照射される物体光ビーム４０ａの収差などの特性を見かけ上の開口数ＮＡａを用いた場合と同様にしたままで、従来よりも小さいトラックピッチＴＰを有する光ディスク１００における、微細構造に応じた変調度の大きい検出信号を生成することができる。
【０１２６】
言い換えると、開口数ＮＡ＝ＮＡａでなる対物レンズを有する従来の光ピックアップでは、（６）式を満たす場合にはトラックピッチＴＰと同程度の微細構造に応じて検出信号を変調し、当該微細構造を検出することができない。
【０１２７】
これに対して光ピックアップ２０では、（６）式を満たさないものの（７）式を満たすため、開口数ＮＡ＝ＮＡｒでなる対物レンズを有する従来の光ピックアップが検出できる微細構造と同程度の微細構造を検出できると共に、当該従来の光ピックアップよりも収差を小さくすることができる。
【０１２８】
以上の構成によれば、物体光ビーム４０ａを照射するときの対物レンズ３０の見かけ上の開口数ＮＡａよりも大きい開口数ＮＡｒを有する対物レンズ３０を用いている。そして光ピックアップ２０は、トラックピッチＴＰが小さいために主光領域ＡＲ０に対する副光領域ＡＲ±１の回折角度θが大きく、対物レンズ３０で反射物体光ビーム４１を受光するときに重複領域Ｗａが形成されないような反射物体光ビーム４１に対し、物体光ビーム４０ａが入射されない対物レンズ３０の周縁部において、副光領域ＡＲ±１を受光する。さらに光ピックアップ２０は、この副光領域ＡＲ±１に対して参照光ビーム４０ｂを重ね合わせ、干渉領域Ｗｂを形成することにより、光ディスク１００における微細構造に応じた変調度の大きい検出信号を生成することができる。このため光ディスク装置１０は、この微細構造による変調を利用してトラッキングエラー信号ＳＴＥやメイン重複光ビーム４２Ａの和光量である再生ＲＦ信号を従来と同様にして生成することができる。かくして開口数ＮＡの大きい対物レンズを使用しても検出信号を変動させることができ、かつ収差を減少させることができる光ピックアップ及び光ディスク装置を実現することができる。
【０１２９】
（１−６）他の実施の形態
なお上述した第１の実施の形態においては、ＤＰＰ法によってトラッキングエラー制御を実行するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばＤＰＤ（Differential  Phase  Detection）や１スポットプッシュプル法、３スポット法など、プッシュプルの原理を応用してトラッキングエラー信号を生成する全てのトラッキングエラー制御に本発明を適用することができる。
【０１３０】
また上述した第１の実施の形態においては、光ピックアップ２０に対して本発明を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば走査型顕微鏡や、表面粗さ計など、種々の光学機器に適用するようにしても良い。
【０１３１】
さらに上述した第１の実施の形態においては、参照光ビーム４０ｂを単純に全反射するミラー３３を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば図１８に示すように、ハーフミラー３３ａと駆動ミラー３３ｂとを組み合わせて用いるようにしても良い。この場合、対物レンズ３０の駆動に合わせて駆動ミラー３３ｂを駆動させることにより、参照光ビーム４０ｂの参照光路長を物体光ビーム４０ａ及び物体反射光ビーム４０ｂの物体光路長と合致させることができる。
【０１３２】
さらに上述した第１の実施の形態においては、光ディスク１００の信号記録層上に凹凸でなるグルーブＧ及びランドＬが形成されているようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、凹凸のない光ディスク１００の信号記録層であってもピットや反射率の変化などによって記録マークが形成されていれば、当該記録マークによる回折を微細構造による回折として利用することにより本発明を適用することができる。
【０１３３】
さらに上述した第１の実施の形態においては、エキスパンダーレンズ群３４によって参照光ビーム４０ｂをレンズ径ＬＤまで引き伸ばすようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばアナモルフィックプリズムなど種々の光学素子及びこれらの組み合わせるようにしてもよい。
【０１３４】
さらに上述した第１の実施の形態においては、参照光ビーム４０ｂをレンズ径ＬＤまで引き伸ばすようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば参照光ビーム４０ｂをレンズ径ＬＤよりも大きく引き伸ばすようにしても良い。これにより光ディスク装置１０は、対物レンズ３０がトラッキング方向に移動した場合であっても副光領域ＡＲ±１と参照光ビーム４０ｂを重複させることが可能となる。
【０１３５】
さらに上述した第１の実施の形態においては、分離部としてのハーフミラー２６と、第１のビーム径調整部としての絞り２４と、対物レンズとしての対物レンズ３０と、第２のビーム径調整部としてのエキスパンダーレンズ群３４と、重ね合わせ部としてのハーフミラー３１と、光受光部としてのフォトディテクタ４５とによって光ピックアップとしての光ピックアップ２０を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる分離部と、第１のビーム径調整部と、対物レンズと、第２のビーム径調整部と、重ね合わせ部と、光受光部とによって本発明の光ピックアップを構成するようにしても良い。
【０１３６】
（２）第２の実施の形態
（２−１）光ピックアップの構成
次に、第２の実施の形態による光ピックアップ５０の構成について説明する。本実施の形態では、図１９に示すように、光ピックアップ５０がマイケルソン干渉計を応用した構成を有していると共に、偏光方向に応じて物体光ビーム４０ａ及び参照光ビーム４０ｂを分離し、また反射物体光ビーム４１及び参照光ビーム４０ｂ合成する点が第１の実施の形態と異なっている。なお光ディスク装置１０（図１０）としての構成は同一であるため、説明を省略する。
【０１３７】
図２０に示すように、光ピックアップ５０のレーザダイオード６１は、駆動制御部５３から供給されるレーザ駆動電流に応じてレーザ光を発光し、光ビーム４０としてコリメータレンズ６２へ入射する。このときレーザダイオード６１は、偏光ビームスプリッタ６３の偏光面６３ａとの関係において、Ｐ偏光及びＳ偏光が所定の割合になるように活性層（図示しない）がＸＺ平面からＺ方向を軸として所定の角度だけ傾斜して配置されている。
【０１３８】
コリメータレンズ６２は、発散光でなる光ビーム４０を平行光に変換し、偏光ビームスプリッタ６３へ入射する。偏光ビームスプリッタ６３は、入射された光ビーム４０のうちＰ偏光を物体光ビーム４０ａとして透過させ、複合光学素子６４へ入射する。
【０１３９】
図２１に示すように複合光学素子６４は、偏光性ＨＯＥ（Holographic  Optical  Element）６４ａと、１／４波長板６４ｂとから構成されている。複合光学素子６４は、その直径が物体光径ＤＩでなる円状の中心部分ＲＡを除く周縁部分ＲＢに、回折素子が形成されている。
【０１４０】
図２１（Ａ）に示すように、偏光性ＨＯＥ６４ａは、複屈折性を有しており入射される光ビームの偏光方向に応じて異なる屈折率ｎを示す。このため偏光性ＨＯＥ６４ａは、Ｐ偏光に対しては回折素子として作用し、Ｓ偏光に対しては回折素子として作用しない。
【０１４１】
また偏光性ＨＯＥ６４ａは、Ｓ偏光でなる光ビームが入射されると、中心部分ＲＡを透過する光ビームと、周縁部分ＲＢを透過する光ビームとでその位相が等しくなるようになされている。
【０１４２】
また複合光学素子６４は、中心部分ＲＡに回折格子６４ｃが形成されていないため、中心部分ＲＡに入射された物体光ビーム４０ａを回折させることなく、Ｐ偏光でなる物体光ビーム４０ａを１／４波長板６４ｂによって例えば右円偏光に変換し、対物レンズ６５（図２０）に入射する。
【０１４３】
すなわち複合光学素子６４は、Ｐ偏光でなる物体光ビーム４０ａの周辺部分を回折格子６４ｃによって回折させることにより、ビーム径を所定の物体光径Ｄｌまで絞った後、１／４波長板６４ｂによって当該物体光ビーム４０ａの偏光方向を円偏光に変換して出射するようになされている。
【０１４４】
対物レンズ６５は、物体光径Ｄｌでなる物体光ビーム４０ａを当該物体光径Ｄｌに応じた開口数ＮＡａ（例えば０．６５）による集光角度で集光して対象物ＯＪに照射する。
【０１４５】
また図２２に示すように対物レンズ６５は、物体光ビーム４０ａが対象物ＯＪによって反射されてなる反射物体光ビーム４１を受光し、複合光学素子６４に入射する。この物体光ビーム４０ａが反射される際、反射物体光ビーム４１は対象物ＯＪの微細構造によって主光領域ＡＲ０及び副光領域ＡＲ±１に分離される。なお図では、主光領域ＡＲ０を実線で、副光領域ＡＲ±１を破線で示している。
【０１４６】
このとき対物レンズ６５は、物体光ビーム４０ａの物体光径Ｄｌよりも大きいレンズ径ＬＤ（例えば開口数ＮＡｒ＝０．８５に相当）を有しているため、対物レンズ６５の周縁部分において、開口数ＮＡが０．６５でなる対物レンズを有する従来の光ピックアップでは取得することのできなかった、物体光径ＤＬより外側の領域における副光領域ＡＲ±１をも受光することが可能となる。
【０１４７】
さらに物体光ビーム４０ａが反射される際、反射物体光ビーム４１の偏光方向が物体光ビーム４０ａの偏光方向から１８０°反転し、例えば物体光ビーム４０ａの偏光方向が右円偏光の場合には反射物体光ビーム４１の偏光方向が左円偏光に変換される。
【０１４８】
図２１（Ｂ）に示すように、複合光学素子６４は、１／４波長板６４ｂによって例えば左円偏光でなる反射物体光ビーム４１をＳ偏光に変換し、そのまま複屈折板６４ａに入射する。このとき複屈折板６４ａは、偏光性ＨＯＥ６４ａの格子位相差がＳ偏光に対してはほぼゼロとなるように設定されているため、回折効率がほぼゼロとなり、回折格子６４ｃが存在しないとみなすことができる。
【０１４９】
従って複合光学素子６４は、反射物体光ビーム４１に対して、物体光ビーム４０ａ（図２１（Ａ））のときとは異なりそのビーム径を変化させることなく偏光ビームスプリッタ６３（図２２）に入射する。
【０１５０】
偏光ビームスプリッタ６３は、Ｓ偏光でなる反射物体光ビーム４１を反射し、１／２波長板７１に入射する。１／２波長板７１は、Ｓ偏光でなる反射物体光ビーム４１の一部を所定の割合でＰ偏光に変換し、偏光ビームスプリッタ７２に入射する。
【０１５１】
偏光ビームスプリッタ７２は、反射物体光ビーム４１のうちＳ偏光の部分（以下、これを反射物体光ビーム４１Ｓと呼ぶ）を反射して集光レンズ７３に入射させる。
【０１５２】
また同様に偏光ビームスプリッタ７２は、反射物体光ビーム４１のうちＰ偏光の部分（以下、これを反射物体光ビーム４１Ｐと呼ぶ）を透過させて集光レンズ７６を介して光検出器７８に入射させる。
【０１５３】
また図２３に示すように、偏光ビームスプリッタ６３は、入射された光ビーム４０のうちＰ偏光を参照光ビーム４０ｂとして反射させ、１／４波長板８１へ入射する。１／４波長板８１は、Ｓ偏光でなる参照光ビーム４０ｂを円偏光（例えば左円偏光）に変換し、ミラー８２に入射する。
【０１５４】
ミラー８２は、参照光ビーム４０ｂの偏光方向を１８０°回転させて例えば右円偏光に変換し、１／４波長板８１へ入射する。１／４波長板８１は、参照光ビーム４０ｂをＰ偏光に変換し、ビームスプリッタ６３へ入射する。
【０１５５】
ビームスプリッタ６３は、Ｐ偏光でなる参照光ビーム４０ｂを透過させることにより、参照光ビーム４０ｂを上述した反射物体光ビーム４０ｂと重ね合わせ、当該反射物体光ビーム４０ｂと同様に１／２波長板７１を介して偏光ビームスプリッタ７２へ入射させる。
【０１５６】
そして偏光ビームスプリッタ７２は、反射物体光ビーム４０ａと同様にして参照光ビーム４０ｂのうちＳ偏光の部分（以下、これを参照光ビーム４０ｂＳと呼ぶ）を反射させ、集光レンズ７３を介して光受光器７５に入射する。
【０１５７】
また偏光ビームスプリッタ７２は、反射物体光ビーム４０ａと同様にして参照光ビーム４０ｂのうちＰ偏光の部分（以下、これを参照光ビーム４０ｂＳと呼ぶ）を透過させ、集光レンズ７６を介して光受光器７５に入射する。
【０１５８】
ここでミラー８２は、図示しない駆動部を駆動することにより、参照光ビーム４０ｂが偏光ビームスプリッタ６３から当該ミラー８２によって反射されて再度偏光ビームスプリッタ６３に入射されるまでの参照光路長が、ビームスプリッタ６３から対象物ＯＪによって反射されて反射物体光ビーム４１として偏光ビームスプリッタ６３に入射されるまでの物体光路長とほぼ同一になるよう調整する。
【０１５９】
このため光ピックアップ５０は、偏光ビームスプリッタ６３によって同一の光路に入射された反射物体光ビーム４１及び参照光ビーム４０ａの位相差をコヒーレント長以下にすることができ、反射物体光ビーム４１及び参照光ビーム４０ａを干渉させることができる。
【０１６０】
これにより光ピックアップ５０は、反射物体光ビーム４１の副光領域ＡＲ±１と参照光ビーム４０ａが重複した副光重複領域Ｗｂにおいて、参照光ビーム４０ｂが上述した重複領域Ｗａにおける主光領域ＡＲ０と同様の役割をさせることができ、当該副光領域ＡＲ±１と主光領域ＡＲ０との位相差に応じて干渉領域Ｗｂの光量を変化させることができる。
【０１６１】
すなわち光ピックアップ５０は、カットオフ周波数ＣＦを超える超微細構造によって回折され回折角度θが大きいため主光領域ＡＲ０と重複しない副光領域ＡＲ±１を対物レンズ６５の周縁部分において受光すると共に、当該副光領域ＡＲ±１に参照光ビーム４０ｂを重ね合わせることにより干渉領域Ｗｂに超微細構造を反映させることができる。
【０１６２】
そして光検出器７５はＳ偏光でなる反射物体光ビーム４１Ｓ及び参照光ビーム４０ｂＳが重なり合った重複光ビーム４２Ｓを受光すると、受光量に応じた検出信号Ｓｓを生成し、信号処理部１７（図１０）に送出する。
【０１６３】
一方光検出器７８はＰ偏光でなる反射物体光ビーム４１Ｐ及び参照光ビーム４０ｂＰが重なり合った重複光ビーム４２Ｐを受光すると、検出信号Ｓｐを生成し、信号処理部５４に送出する。
【０１６４】
ここで図２４に示すように、光ピックアップ５０では、重複光ビーム４２としてＳ偏光でなる反射物体光ビーム４１を１／２波長板７１に入射し、Ｐ偏光でなる参照光ビーム４０ｂを１／２波長板７１に入射する。
【０１６５】
このため偏光ビームスプリッタ７２によって重複光ビーム４２をＳ偏光でなる重複光ビーム４２Ｓ及びＰ偏光でなる重複光ビーム４２Ｐに分離すると、一方の重複光ビーム４２（図では重複光ビーム４２Ｐ）では、反射物体光ビーム４１及び参照光ビーム４０ｂの位相が一致する。しかし他方の重複光ビーム４２（図では重複光ビーム４２Ｓ）では、反射物体光ビーム４１及び参照光ビーム４０ｂの位相が１８０°反対となる。
【０１６６】
この場合、２つの重複光ビーム４２における干渉領域Ｗｂにおける光量の変化が互いに反対となり、この光量変化に応じた検出信号Ｓｓ及びＳｐの位相も互いに反対となる。
【０１６７】
光ディスク装置１０の信号処理部１７（図１１）は、検出信号Ｓｓから検出信号Ｓｐを減算することにより差動信号Ｓｍを算出する。これにより信号処理部１７は、検出信号Ｓｓ及びＳｐにおけるノイズ成分を相殺しつつ差動信号Ｓｍにおける信号成分の振幅を２倍にすることができる。そして信号処理部１７は、これを基に再生ＲＦ信号ＳＲＦ、フォーカスエラー信号ＳＦＥ及びトラッキングエラー信号ＳＴＥを生成する。
【０１６８】
（２−２）動作及び効果
以上の構成において、光ピックアップ５０は、光源であるレーザダイオード６１から発射された光ビーム４０のビーム径を対物レンズ６５の有効径であるレンズ径ＬＤとほぼ同一に調整してから、第１のビームである物体光ビーム４０ａ及び第２の光ビームである参照光ビーム４０ｂに分離することにより、参照光ビーム４０ｂのビーム径をレンズ径ＬＤとほぼ同一に調整する。
【０１６９】
また光ピックアップ５０は、偏光性ＨＯＥ６４ａにおける物体光径Ｄｌよりも外側に設けられた回折素子によって物体光ビーム４０ａを所定の照射ビーム径である物体光径Ｄｌに調整する。
【０１７０】
光ピックアップ５０は、物体光径Ｄｌよりも大きなレンズ径ＬＤを有する対物レンズ６５に対して物体光径Ｄｌでなる物体光ビーム４０ａを集光して光ディスク１００の信号記録層におけるグルーブＧやピットなどの微細構造に照射すると共に、物体光ビーム４０ａが微細構造によって反射される際に、微細構造による回折によって形成される０次光ビームである主光領域ＡＲ０及び１次光ビームである副光領域ＡＲ±１の少なくとも一部を反射物体光ビーム４１として対物レンズ６５によって受光する。
【０１７１】
そして光ピックアップ５０は、対物レンズ６５によって受光された反射光ビームである反射物体光ビーム４１と参照光ビーム４０ｂとを重ね合わせることにより、主光領域ＡＲ０及び副光領域ＡＲ±１が重複する重複領域Ｗａのみならず、副光領域ＡＲ±１及び参照光ビーム４０ｂが重複して干渉することにより微細構造のうち特に微細な超微細構造に応じて光量の変化する干渉領域Ｗｂを受光して受光量に応じた検出信号を生成するようにした。
【０１７２】
これにより光ピックアップ５０は、対物レンズ６５における物体光ビーム４１ａが入射されない周辺部分において従来の対物レンズで受光することができなかった副光領域ＡＲ±１を受光し、参照光ビーム４０ｂを用いて干渉領域Ｗｂを形成することができるため、超微細構造に応じた大きな変調度でなる検出信号を生成させることができ、光ピックアップ５０としての解像度を向上させることが可能となる。
【０１７３】
すなわち光ピックアップ５０は、実際の開口数ＮＡｒが大きい対物レンズ６５に対し、レンズ径ＬＤよりも小さい物体光径Ｄｌでなる物体光ビーム４０ａを入射することにより、対物レンズ６５の見かけ上の開口数ＮＡａを小さくして物体光ビーム４０ａに生じる収差を小さくすることができる。
【０１７４】
また光ピックアップ５０は、実際の開口数ＮＡｒで受光可能な範囲の反射物体光ビーム４１受光することができるため、物体光ビーム４０ａが入射されない周縁部分で受光された副光領域ＡＲ±１に基づいて、実際の開口数ＮＡｒと同様の微細構造まで解像することが可能となる。
【０１７５】
さらに光ピックアップ５０は、対物レンズ６５の中心部分のみに物体光ビーム４０ａを入射して微細構造に照射するため、従来の光ピックアップにおいて収差の影響により使用することが困難を伴っていた開口数ＮＡｒが非常に大きい（例えば０．８５）対物レンズを対物レンズ６５として用いることができる。
【０１７６】
また光ピックアップ５０は、コリメータレンズ６２によって光ビーム４０を平行光に変換する際に当該光ビーム４０をレンズ径ＬＤに調整することにより、光ビーム４０が物体光ビーム４０ａ及び参照光ビーム４０ｂに分離される前に当該光ビーム４０をレンズ径ＬＤに調整する。そして光ピックアップ５０は、分離された後の参照光ビーム４０ｂをレンズ径ＬＤに調整し、レンズ径ＬＤでなる物体光ビーム４０ａを物体光ビーム４０ａにまで絞ることにより、物体光ビーム４０ａを物体光径Ｄｌに調整するようにした。
【０１７７】
これにより、光ビーム４０を物体光ビーム４０ａ及び参照光ビーム４０ｂに分離した跡にそれぞれ物体光径Ｄｌ及びレンズ径ＬＤに調整する場合と比較して、参照光ビーム４０ｂをレンズ径ＬＤに調整するための光学部品が不要となり、光ピックアップ５０としての構成を簡易にすることができる。
【０１７８】
光ピックアップ５０は、物体光径Ｄｌの外側に偏光性回折格子である回折素子が設けられた偏光性ＨＯＥ６４ａによって、一の直線偏光であるＰ偏光を有する物体光ビーム４０ａを物体光径Ｄｌにまで絞る一方、Ｐ偏光と垂直な直線偏光であるＳ偏光を有する反射物体光ビーム４１をそのまま透過させるようにした。
【０１７９】
これにより光ピックアップ５０は、物体光ビーム４０ａと反射光ビーム４１との光路を分離すると共に光路の分離前に物体光ビーム４０ａを物体光径Ｄｌに調整する方法と比較して、物体光ビーム４０ａと反射光ビーム４１との光路を分離するための光学部品が不要となり、光ピックアップ５０としての構成を簡易にすることができる。
【０１８０】
以上の構成によれば、光ピックアップ５０は、光ディスク１００の信号記録層における所望トラックである微細構造に対して照射する物体光ビーム４０ａを物体光径Ｄｌで入射して見かけ上開口数ＮＡａでなる対物レンズ６５を開口数ＮＡａの対物レンズとして作用させて物体光ビーム４０ａを照射する。また光ピックアップ５０は、実際の開口数ＮＡｒで副光領域ＡＲ±１を受光して主光領域ＡＲ０とほぼ同一の位相でなる参照光ビーム４０ｂを重ね合わせて干渉領域Ｗｂを形成することにより、当該干渉領域Ｗｂの光量に応じた大きな変調度でなる検出信号を生成でき、かくして開口数ＮＡｒの大きい対物レンズを使用しても検出信号を変動させることができ、かつ収差を減少させることができる光ピックアップ及び光ディスク装置を実現することができる。
【０１８１】
（２−３）他の実施の形態
なお上述した第２の実施の形態においては、第２のビーム径調整部として偏光方向に応じて回折格子が作用する複合光学素子６４を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、中心部分ＲＡと周縁部分ＲＢとで異なる偏光特性を有していれば良く、その他種々の光学素子を第２のビーム径調整部として使用することができる。
【０１８２】
例えば図２５に示すように、偏光面８１Ａに、中心部分ＲＡと周縁部分ＲＢとで異なる偏光特性（すなわち異方性）を有する偏光膜が形成されている偏光プリズム８１を第２のビーム径調整部として使用するようにしても良い。
【０１８３】
この他にも、例えば図２６に示すように、異方性を持つ有機材料（例えば液晶）のように材料そのものに異方性を有する材料を用いて中心部分ＲＡと周縁部分ＲＢとで異なる偏光特性を有する偏光性光学素子８２を作製しても良く、有機材料又は無機材料を組み合わせることにより製造方法によって異方性を付与しても良く、またサブ波長の構造によって異方性を付与するようにしても良い。なお液晶を用いる場合には、図２６のように偏光性光学素子８２の表面に偏光特性を有する偏光膜などを形成するのではなく、２枚のガラスなどによって液晶を挟み込む必要がある。
【０１８４】
また複合光学素子６４としては、偏光性ＨＯＥ６４ａと１／４波長板の組み合わせのほかに、偏光プリズム８１や偏光性光学素子８２と１／４波長板との組み合わせも可能であり、これらは貼り合わされていても良いし、それぞれ別々に設けるようにしても良い。
【０１８５】
さらに上述した第２の実施の形態においては、ビーム４０が物体光ビーム４０ａ及び参照光ビーム４０ｂに分離される前に当該光ビーム４０をレンズ径ＬＤに調整するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、光ビーム４０が物体光ビーム４０ａ及び参照光ビーム４０ｂに分離される前に当該光ビーム４０を物体光径Ｄｌに調整することにより、分離された後の物体光ビーム４０ａを物体光径Ｄｌに調整し、物体光径Ｄｌでなる参照光ビーム４０ｂをレンズ径ＬＤにまで広げるようにしても良い。この場合であっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１８６】
さらに上述した第２の実施の形態においては、分離部及び重ね合わせ部としての偏光ビームスプリッタ６３と、第１のビーム径調整部としての複合光学素子６４と、対物レンズとしての対物レンズ６５と、第２のビーム径調整部としてのコリメータレンズ６２と、光受光部としての光検出器７４及び７８とによって光ピックアップとしての光ピックアップ５０を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の分離部と、第１のビーム径調整部と、対物レンズと、第２のビーム径調整部と、重ね合わせ部と、光受光部とによって本発明の光ピックアップを構成するようにしても良い。
【０１８７】
（３）第３の実施の形態
（３−１）走査型顕微鏡の測定原理
本実施の形態では、第１の実施の形態の原理を走査型顕微鏡に適用している。まず、走査型顕微鏡の測定原理について説明する。
【０１８８】
図２７に示すように、走査型顕微鏡では、表面形状を測定する対象となる対象物ＯＪに対して、対物レンズＯＬ又は対象物ＯＪを光ビームＬＢの光軸方向であるＺ方向に移動させながら対物レンズＯＬを介して光ビームＬＢを照射することにより、対象物ＯＪに対して光ビームＬＢを合焦させ、合焦したときの対物レンズＯＬ又は対象物ＯＪの位置を合焦位置として検出する。
【０１８９】
走査型顕微鏡では、対物レンズＯＬから焦点までの距離が常に一定であることから、合焦位置がそのまま対象物ＯＪの表面の位置を表している。走査型顕微鏡では、例えば対物レンズＯＬをＺ方向に固定した状態で対象物ＯＪを移動させることにより光ビームＬＢを照射範囲に渡って照射すると共に、対物レンズＯＬをＺ方向に移動させて同様の処理を繰り返すことにより、合焦位置を検出するようになされている。
【０１９０】
例えば走査型顕微鏡として、対象物ＯＪに対して物体光ビーム４０ａの焦点が合ったときに反射物体光ビーム４１の光量が最大となるという共焦点原理を利用した、いわゆる共焦点型レーザ顕微鏡でなる場合について説明する。
【０１９１】
走査型顕微鏡は、図２８（Ａ）に示すように、レーザダイオードＬＤから出射した光ビームＬＢをビームスプリッタＢＳ及び対物レンズＯＬを介して対象物ＯＪに照射すると共に、対象物ＯＪによって反射されてなる反射光ビームＰＢを対物レンズＯＬ、ビームスプリッタＢＳ及び集光レンズＰＬ、ピンホール板ＰＨを介して光検出器ＰＤによって受光する。
【０１９２】
ピンホール板ＰＨは、対象物ＯＪに対して光ビームＬＢが合焦する合焦位置において、反射光ビームＲＢの殆どを透過させるようにピンホールＰＨａが配置されるため、大きい光強度でなる当該反射光ビームＲＢを光検出器ＰＤによって受光することができる。
【０１９３】
一方ピンホール板ＰＨは、対象物ＯＪに対する光ビームＬＢの合焦位置から遠ざかるにつれて、反射光ビームＲＢを遮断するため、光検出器ＰＤによって受光する反射光ビームＲＢの光強度は減少する。
【０１９４】
図２８（Ｂ）には、合焦位置からＺ方向に対物レンズＯＬが移動したときに光検出器ＰＤによって受光する反射光ビームＲＢの光強度を示しており、光強度の最も大きいピークが合焦位置Ｋであることを示している。走査型顕微鏡では、合焦位置Ｋを精度よく検出できるほどＺ方向の測定精度が高くなる。すなわち走査顕微鏡では、この合焦位置Ｋの検出精度がＺ方向の測定分解能そのものであり、焦点深度以上の分解能は原理的に得られない。
【０１９５】
一方、ＸＹ方向の測定分解能は、概ねスポットＰのサイズ程度であり、（４）式で表されるカットオフ周波数ＣＦを超える構造を解像することはできない。
【０１９６】
ところで走査型顕微鏡では、対物レンズＯＬを介して光ビームＬＢを照射するが、このとき光ビームＬＢの回折により当該光ビームＬＢが完全な点となることはなく、エアリーパターンと呼ばれる所定の面積を有するスポットＰを対象物ＯＪ上に形成することになる。
【０１９７】
走査型顕微鏡では、このスポットＰをＸ方向及びＹ方向に走査させるため、概ね対象物ＯＪがこのスポットＰの面積よりも微細な超微細構造を有している場合には、この超微細構造を測定することができない。より厳密に言うと、微細構造の空間周波数がカットオフ周波数ＣＦを超えたとき、すなわち微細構造のサイズが次式よりも小さい超微細構造を検出することができなくなる。
【０１９８】
【数９】
2009087436.tif 000011
【０１９９】
言い換えると、走査型顕微鏡では、第１及び第２の実施の形態と同様に、開口数ＮＡｒで決まるカットオフ周波数ＣＦまで解像することが可能となる。
【０２００】
本実施の形態による走査型顕微鏡では、物体光径Ｄｌでなる物体光ビーム４０ａを当該物体光径Ｄｌよりも有効径であるレンズ径ＬＤが大きい（すなわち開口数ＮＡｒの高い）対物レンズＯＬに入射する。
【０２０１】
さらに走査型顕微鏡は、物体光ビーム４０ａが対象物ＯＪで反射されてなる反射物体光ビーム４１を受光する。このとき走査型顕微鏡は、物体光ビーム４０ａが入射されない対物レンズＯＬの周縁部分において、第１及び第２の実施の形態（図１０（Ｂ））と同様にして、カットオフ周波数ＣＦを超える微細構造（以下、これを超微細構造と呼ぶ）から回折されたことにより回折角度θが大きく、従来の走査型顕微鏡では受光できなかった副光領域ＡＲ±１の一部を受光することができる。
【０２０２】
そして走査型顕微鏡は、物体光ビーム４０ａと同一の光源から分離され、主光領域ＡＲ０と同等の位相を有する参照光ビーム４０ｂを反射物体光ビーム４１と重ね合わせ、これを重複光ビーム４２（図１７）として光検出器によって受光する。
【０２０３】
これにより走査型顕微鏡は、第１の実施の形態と同様にして、副光領域ＡＲ±１と参照光ビーム４０ｂとを重複させることができるため、副光領域ＡＲ±１と参照光ビーム４２とが重複した部分（以下、これを干渉領域Ｗｂと呼ぶ）を重複領域Ｗａと同様にして干渉させることができる。
【０２０４】
そして走査型顕微鏡は、重複光ビーム４２の光量に応じて検出信号を生成することにより、副光領域ＡＲ±１における光量に応じて大きな変調度でなる検出信号を生成することができ、対象物ＯＪにおける超微細構造を検出することが可能となる。
【０２０５】
言い換えると走査型顕微鏡は、対物レンズＯＬを見かけ上の開口数ＮＡａとして作用させることにより、物体光ビーム４０ａに生じる収差を開口数ＮＡａに応じて小さくすることができる。
【０２０６】
また走査型顕微鏡は、対物レンズＯＬが有する実際の開口数ＮＡｒに応じて反射物体光ビーム４１を受光し、参照光４０ｂを用いて重複領域Ｗａと同様の光量変化を示す干渉領域Ｗｂを形成することができる。このため次式に示すように、見かけ上の開口数ＮＡａとして作用する対物レンズＯＬから物体光ビーム４０ａを照射しているにも拘らず、カットオフ周波数ＣＦを実際の開口数ＮＡｒに応じて大きくすることが可能となる。
【０２０７】
なお走査型顕微鏡は、様々な微細構造を有する対象物ＯＪに対して測定を実行するため、図３１に示すように、微細構造の形状に応じ、反射物体光ビーム４１のほぼ全域に渡って副光領域ＡＲ±１が表れ、干渉領域Ｗｂが形成される可能性がある。
【０２０８】
すなわち図２９（Ａ）では、重複光ビーム４２において隣接する２つの副光領域ＡＲ＋１及び２つの副光領域ＡＲ−１による４つの干渉領域Ｗｂが形成されている。図２９（Ｂ）では、重複光ビーム４２において主光領域ＡＲ０と副光領域±１の一部が重複し、主光領域ＡＲ０と副光領域±１と参照光ビーム４０ｂとの３つが重複する重複領域Ｗａｚが形成されている。また図２９（Ｃ）では、重複光ビーム４２が副光領域±１の全てを含んでいる。
【０２０９】
ちなみに主光領域ＡＲ０と参照光ビーム４２とが重複する重複主光領域Ｗｃは対象物ＯＪまでの距離に応じて光量が変化するのみであり、微細構造に応じて光量が変化することはない。
【０２１０】
（３−２）走査型顕微鏡の構成
図３０に本実施の形態による走査型顕微鏡９０を、図１９〜図２６に示した第２の実施の形態と対応する部分に同一符号を附して示している。
【０２１１】
走査型顕微鏡９０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）によって構成される制御部９１が共焦点光学系９２及び駆動制御部９３を制御することにより走査型顕微鏡９０全体を統括制御するようになされている。
【０２１２】
制御部９１は、図示しない操作部より対象物ＯＪの形状を測定する測定命令を取得すると、レーザダイオード６１から出射される光ビーム４０の光強度を指定する光強度情報ＬＣ及び測定を実行する位置を表す測定位置情報ＡＩを駆動制御部９３に送出する。
【０２１３】
駆動制御部９３は、制御部９１からの測定位置情報ＡＩに応じて対象物ＯＪが載置されているＸＹステージ９４に対してステージ駆動電流を供給することにより、ＸＹステージ９４をＸ、Ｙ及びＺ方向の３方向に駆動する。
【０２１４】
また駆動制御部９３は、制御部９１からの光強度情報ＬＣに応じて共焦点光学系９２におけるレーザダイオード６１にレーザ駆動電流を供給する。
【０２１５】
共焦点光学系９２は、光検出器７５及び７８の前段にピンホール板７４及び７７をそれぞれ有する以外は光ピックアップ５０（図１９）と同一構成でなる。共焦点光学系９２は、物体光ビーム４０ａを光ディスク１００の代わりに対象物ＯＪに対して照射し、光検出器７５及び７８によって重複光ビーム４２を受光する。
【０２１６】
信号処理部９５は、検出信号Ｓｓから検出信号Ｓｐを減算することにより差動信号Ｓｍを算出する。このとき制御部９１は、差動信号Ｓｍと、測定位置情報ＡＩとを関連付けてＲＡＭに一時記憶する。
【０２１７】
さらに制御部９１は、測定位置情報ＡＩをＸＹステージ９４に供給することにより、Ｚ方向に固定したまま、ＸＹステージ９４をＸ方向及びＹ方向の位置（以下、これをＸＹ座標と呼ぶ）を移動させる。そして制御部９１は、所定の測定範囲の計測が終了すると、ＸＹステージ９４をＺ方向に移動させ、次の測定位置における測定を開始する。
【０２１８】
制御部９１は、所定のステップ数だけＸＹステージ９４をＺ方向に移動して測定を実行すると、ＸＹ座標における各合焦位置を対象物ＯＪの表面形状を表す表面形状情報とし、当該合焦位置において取得された差動信号Ｓｍから対象物ＯＪの微細構造を表す微細構造情報を算出する。
【０２１９】
そして制御部９１は、当該表面形状情報及び微細構造情報に対して所定の映像処理を実行して映像データを生成し、これを対象物ＯＪの表面状態を表す顕微鏡写真として表示部９６に表示するようになされている。
【０２２０】
このように走査型顕微鏡９０は、物体光ビーム４０ａの照射に使用する対物レンズ６２の開口数ＮＡａよりも大きい開口数ＮＡｒを有する対物レンズ６５を用いることにより、対象物ＯＪが有する微細構造によって物体光ビーム４０ａが回折することにより主光領域ＡＲ０と重複する副光領域ＡＲ±１のみならず、微細構造のうち、カットオフ周波数ＣＦを超える超微細構造によって物体光ビーム４０ａが回折されたため主光領域ＡＲ０と重複しない副光領域ＡＲ±１をも受光する。
【０２２１】
そして走査型顕微鏡９０は、この主光領域ＡＲ０と重複しない副光領域ＡＲ±１に対して参照光ビーム４０ｂを重ね合わせて干渉領域Ｗｂを形成して当該干渉領域Ｗｂに重複領域Ｗａと同様の光量変化を生じさせることにより、超微細構造に関する情報を取得し得るようになされている。
【０２２２】
これにより走査型顕微鏡９０は、対象物ＯＪに対して照射する光ビームの波長λ及び対物レンズの開口数ＮＡによって決定されるカットオフ周波数ＣＦによって解像可能な微細構造よりも小さな超微細構造を解像することができる。
【０２２３】
（３−３）他の実施の形態
なお上述した第３の実施の形態においては、ＸＹステージ９４を駆動させることにより物体光ビーム４０ａが対象物ＯＪに合焦されるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、対物レンズ６５を駆動させるようにしても良い。
【０２２４】
また上述した第３の実施の形態においては、ピンホール板７４及び７７を用いたピンホール型共焦点顕微鏡に本発明を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる走査型顕微鏡に本発明を適用するようにしても良い。
【０２２５】
さらに上述した第３の実施の形態においては、対物レンズ６５をＺ方向に固定してＸＹステージをＸ方向及びＹ方向に走査させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、光ビームＬＢの対象物ＯＪに対する合焦位置を検出しながら、対象物ＯＪの表面をＺ方向と垂直なＸ方向及びＹ方向に走査させるようにしても良い。
【０２２６】
さらに上述した第３の実施の形態においては、走査型顕微鏡に本発明を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば光ディスク装置や表面粗さ計など、種々の光学機器に適用するようにしても良い。
するようにしても良い。
【０２２７】
さらに上述の実施の形態においては、第１の実施の形態ではマッハツェンダー型干渉計、第２及び第３の実施の形態でマイケルソン型干渉計を応用した構成でなるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、光ピックアップがマイケルソン型干渉計、走査型顕微鏡がマッハツェンダー型干渉計を応用した構成でなるようにしても良く、また、その他種々の干渉計を応用した構成でなるようにしても良い。
【０２２８】
さらに上述の実施の形態においては、第１の実施の形態では物体光ビーム４０ａ及び参照光ビーム４０ｂの分離、並びに反射物体光ビーム４１及び参照光ビーム４０ｂの合流に無偏光のハーフミラーを用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第２の実施の形態のように偏光ビームスプリッタを使用しても良く、また無偏光のハーフミラーやビームスプリッタ及び偏光ビームスプリッタを適宜組み合わせても良い。
【０２２９】
また第２及び第３の実施形態でも同様であり、第１の実施の形態のように無偏光のビームスプリッタを使用しても良く、またまた無偏光のハーフミラーやビームスプリッタ及び偏光ビームスプリッタを適宜組み合わせても良い。
【０２３０】
さらに上述した第３の実施の形態においては、分離部及び重ね合わせ部としての偏光ビームスプリッタ６３と、第１のビーム径調整部としての複合光学素子６４と、対物レンズとしての対物レンズ６５と、第２のビーム径調整部としてのコリメータレンズ６２と、光受光部としての光検出器７４及び７８とによって光学機器としての走査型顕微鏡９０を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の分離部と、第１のビーム径調整部と、対物レンズと、第２のビーム径調整部と、重ね合わせ部と、光受光部とによって本発明の光学機器を構成するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０２３１】
本発明の光学機器は、光を用いて微細構造を解析する種々の光学機器に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２３２】
【図１】従来のプッシュプル法によるトラッキングエラー信号の説明に供する略線図である。
【図２】従来のプッシュプル法による反射光スポットの受光を示す略線図である。
【図３】回折角度とトラックピッチの説明（１）を示す略線図である。
【図４】回折角度とトラックピッチの説明（２）を示す略線図である。
【図５】回折角度とトラックピッチの説明（３）を示す略線図である。
【図６】焦点距離と光束の断面の説明に供する略線図である。
【図７】対物レンズの開口数と受光の様子を示す略線図である。
【図８】本発明の原理（１）の説明に供する略線図である。
【図９】本発明の原理（２）の説明に供する略線図である。
【図１０】第１の実施の形態による光ディスク装置の全体構成を示す略線図である。
【図１１】第１の実施の形態による光ピックアップの構成を示す略線図である。
【図１２】光束の断面を示す略線図である。
【図１３】反射物体光ビームと参照光ビームの重ね合わせの説明に供する略線図である。
【図１４】物体光ビームの照射を示す略線図である。
【図１５】主光領域及び副光領域の形成を示す略線図である。
【図１６】フォトディテクタによる受光の様子を示す略線図である。
【図１７】干渉領域の様子を示す略線図である。
【図１８】他の実施の形態によるハーフミラーの構成を示す略線図である。
【図１９】第２の実施の形態による光ピックアップの構成を示す略線図である。
【図２０】物体光ビームの照射の説明に供する略線図である。
【図２１】偏光性ＨＯＥによる絞りを示す略線図である。
【図２２】反射物体光ビームの受光の説明に供する略線図である。
【図２３】参照光ビームの受光の説明に供する略線図である。
【図２４】１／２波長板による偏光方向の調整の説明に供する略線図である。
【図２５】他の実施の形態による複合光学素子（１）を示す略線図である。
【図２６】他の実施の形態による複合光学素子（２）を示す略線図である。
【図２７】走査による形状の認識の説明に供する略線図である。
【図２８】共焦点原理の説明に供する略線図である。
【図２９】重複光ビームの様子を示す略線図である。
【図３０】第３の実施の形態による走査型顕微鏡の構成を示す略線図である。
【符号の説明】
【０２３３】
１０……光ディスク装置、１１……システムコントローラ、１３……駆動制御部、１４……送りモータ、１７……信号処理部、２０、５０……光ピックアップ、２１、６１……レーザダイオード、２３、３５、６２……コリメータレンズ、２６、２７、３１……ハーフミラー、３０、６５……対物レンズ、２４、２８……絞り、３５……エキスパンダーレンズ、３８、７３、７６……集光レンズ、４０……光ビーム、４０ａ……物体光ビーム、４０ｂ……参照光ビーム、４１……反射物体光ビーム、４２……重複光ビーム、４５、７５、７８……フォトディテクタ、６３、７２……偏光ビームスプリッタ、６４……偏光性ＨＯＥ、７１……１／２波長板、７４、７７……ピンホール板、７４ａ、７７ａ……ピンホール、９０……走査型顕微鏡、９１……制御部、９２……共焦点光学系、９３……駆動制御部、９４……ＸＹステージ、Ｗａ……重複領域、Ｗｂ……干渉領域、ＡＲ０……主光領域、ＡＲ±１……副光領域、θ……回折角度、Ｄｌ……物体光径、ＬＤ……レンズ径。
【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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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