(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された出射光により光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込み、又は前記光源から出射され前記光ディスクの情報記録面で反射されて戻った戻り光から前記光ディスク記録情報を読み取る光ピックアップにおいて前記出射光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出装置であって、
前記戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに
前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離する光路分離手段と、
前記第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とする第１光学処理手段と、前記第２光路の光に前記第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする第２光学処理手段を有する焦点誤差検出用光学素子と、
前記第１処理光において第１象限領域と第３象限領域に存在していた光を分離し且つ前記光軸を中心として前記第１処理光の分割稜線からの距離が略等しい分割線と、
第１象限領域と第３象限領域に存在していた光をそれぞれ２分割する分割線とにより４分割された第１受光部を有する第１光検出器と、
前記第２処理光において第２象限領域と第４象限領域に存在していた光を分離し且つ前記光軸を中心として前記第２処理光の分割稜線からの距離が略等しい分割線と、
第２象限領域と第４象限領域に存在していた光をそれぞれ２分割する分割線とにより４分割された第２受光部を有する第２光検出器と、
前記第１受光部の４つの部分が受光した各光の強度と前記第２受光部の４つの部分が受光した各光の強度に所定の演算を行い焦点誤差判別値を出力する焦点誤差判別値演算手段を備えることを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の光ピックアップの焦点誤差検出装置において、
前記第１光検出器において、第１象限領域と第３象限領域に存在していた光をそれぞれ２分割する分割線は前記光軸の略中心から延滞しており、
前記第２光検出器において、第２象限領域と第４象限領域に存在していた光をそれぞれ２分割する分割線は前記光軸の略中心から延滞していることを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出装置。
【請求項３】
請求項１及び２記載の光ピックアップの焦点誤差検出装置において、前記光路分離手段はプリズム機能を有する第１ホログラム部であり、前記第１光学処理手段は第１の方向を長軸とするシリンドリカルレンズ機能を有する第２ホログラム部であり、前記第２光学処理手段は前記第１の方向に対し９０度の方向を長軸とするシリンドリカルレンズ機能を有する第２ホログラム部であることを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出装置。
【請求項４】
請求項１及び２記載の光ピックアップの焦点誤差検出装置において、前記焦点誤差検出用光学素子は、前記光軸垂直面上の第１象限領域及び第３象限領域にそれぞれ配置されるとともに第１の方向を長軸とする偏心シリンドリカルレンズと、前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域にそれぞれ配置されるとともに前記第１の方向に対し９０度の方向を長軸とする偏心シリンドリカルレンズを有して構成されることを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出装置。
【請求項５】
請求項１及び２記載の光ピックアップの焦点誤差検出装置において、前記第１光検出器及び第２光検出器の側方に、＋１次サブビーム用の第３光検出器と、−１次サブビーム用の第４光検出器を備え、３ビーム方式による制御を行うことを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出装置。
【請求項６】
請求項１及び２  載の光ピックアップの焦点誤差検出装置において、ＤＰＤ方式による制御を行うことを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出装置。
【請求項７】
光源から出射された出射光により光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込み、又は前記光源から出射され前記光ディスクの情報記録面で反射されて戻った戻り光から前記光ディスク記録情報を読み取る光ピックアップにおいて前記出射光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出方法であって、前記戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離する光路分離手段と、前記第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とする第１光学処理手段と、前記第２光路の光に前記第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする第２光学処理手段を有する焦点誤差検出用光学素子と、前記第１処理光において第１象限領域と第３象限領域に存在していた光を分離し且つ前記光軸を中心として前記第１処理光の分割稜線からの距離が略等しい分割線と、
第１象限領域と第３象限領域に存在していた光をそれぞれ２分割する分割線とにより４分割された第１受光部を有する第１光検出器と、
前記第２処理光において第２象限領域と第４象限領域に存在していた光を分離し且つ前記光軸を中心として前記第２処理光の分割稜線からの距離が略等しい分割線と、
第２象限領域と第４象限領域に存在していた光をそれぞれ２分割する分割線とにより４分割された第２受光部を有する第２光検出器とを設け、
前記第１受光部の４つの部分が受光した各光の強度と前記第２受光部の４つの部分が受光した各光の強度に所定の演算を行い焦点誤差判別値を出力することを特徴とする光ピックアップの焦点誤差検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの出射光により光ディスクに情報を書き込み又は光ディスクからの戻り光により光ディスクから情報を読み取る光ピックアップにおいて光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出装置、及び光ピックアップの焦点誤差検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ（Compact Disk）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の光ディスクの表面の情報記録面に、光源から出射された出射光を照射して音楽やデータ等の光ディスク記録情報を書き込み、又は光ディスクの情報記録面で反射されて戻ってきた戻り光から光ディスク記録情報を読み取るために、光源と光学系と光検出系を備えた光ピックアップが用いられている。
【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、出射光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制御（以下、「トラッキングサーボ制御」という。）し、かつ出射光がスポット状の点となって記録箇所に収束するように制御（以下、「フォーカシングサーボ制御」という。）する必要がある。
【０００４】
フォーカシングサーボ制御の方式としては、例えば「非点収差法」と「スポットサイズ法」が知られている。
【０００５】
非点収差法は、光学系の中にシリンドリカルレンズや平行平板等を配置し、戻り光を４分割ディテクタで受光し検出する方式である。
【０００６】
この構成により、出射光が光ディスクの情報記録面上に焦点を結んでいる（以下、「合焦している」という。）場合には、戻り光は４分割ディテクタの中央に円状に受光され、４分割ディテクタの各受光面の受光強度が均衡する。しかし、出射光が光ディスク上で合焦状態ではない場合には、戻り光が４分割ディテクタ上で傾斜した長円状となり、ディテクタの各受光面の受光強度が不均衡となる。このことから、各受光面で光電変換された光検出電気信号に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」という。）により、出射光の光ディスク上での合焦又は非合焦を検出することができ、フォーカスエラー信号をフィードバックするように光授受光学系の対物レンズ等を制御することにより、フォーカシングサーボ制御を行うことができる。
【０００７】
非点収差法は、非合焦の検出感度が高い。また、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。
【０００８】
スポットサイズ法は、光検出系で戻り光を２つの光路に分割し、前方のディテクタに結ぶ焦点（以下、「前焦点」という。）と、後方のディテクタに結ぶ焦点（以下、「後焦点」という。）を生じるように構成する方式である。
【０００９】
この構成により、出射光が光ディスク上で合焦状態の場合には、前方ディテクタと後方ディテクタの戻り光スポットの大きさが等しくなる。しかし、出射光が光ディスク上で合焦状態ではない場合には、前方ディテクタと後方ディテクタの戻り光スポットの大きさが異なり、各ディテクタの受光強度が不均衡となる。このことから、各ディテクタで光電変換された光検出電気信号に所定の演算を施して得られたフォーカスエラー信号により、出射光の光ディスク上での合焦又は非合焦を検出することができ、フォーカスエラー信号をフィードバックするように光授受光学系の対物レンズ等を制御することにより、フォーカシングサーボ制御を行うことができる。
【００１０】
スポットサイズ法では、フォーカスエラー信号は、前方ディテクタからの光検出電気信号と後方ディテクタからの光検出電気信号との差分により演算される。したがって、出射光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。）は２つのディテクタの差をとることにより相殺されるため、トラック横切りノイズの影響は受けない、という利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の光ピックアップの焦点誤差検出方法においては、以下のような問題があった。
【００１２】
１）非点収差法では、光ピックアップに収差（例えば非点収差など）がある場合には、トラック横切りノイズの影響を受ける。また、非点収差法では、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には、ディテクタ上の戻り光スポットの形状がゆがみ、本来受光されるはずのない光が他の受光面に漏れ出し又は回り込むことがあり、ＤＰＤトラッキングエラー信号に誤差が生じる。
【００１３】
２）スポットサイズ法では、戻り光を複数の光路に分離するため、光ピックアップが大型化する。また、３ビーム方式との併用は構造が複雑となり困難である。
【００１４】
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の焦点誤差検出装置、及び光ピックアップの焦点誤差検出方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の光ピックアップの焦点誤差検出装置は、光源から出射された出射光により光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込み、又は前記光源から出射され前記光ディスクの情報記録面で反射されて戻った戻り光から前記光ディスク記録情報を読み取る光ピックアップにおいて前記出射光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出装置であって、前記戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離する光路分離手段と、前記第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とする第１光学処理手段と、前記第２光路の光に前記第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする第２光学処理手段を有する焦点誤差検出用光学素子と、前記第１処理光において第１象限領域と第３象限領域に存在していた光を分離し且つ前記光軸を中心として前記第１処理光の分割稜線からの距離が略等しい分割線と、
第１象限領域と第３象限領域に存在していた光をそれぞれ２分割する分割線とにより４分割された第１受光部を有する第１光検出器と、
前記第２処理光において第２象限領域と第４象限領域に存在していた光を分離し且つ前記光軸を中心として前記第２処理光の分割稜線からの距離が略等しい分割線と、
第２象限領域と第４象限領域に存在していた光をそれぞれ２分割する分割線とにより４分割された第２受光部を有する第２光検出器と、前記第１受光部の４つの部分が受光した各光の強度と前記第２受光部の４つの部分が受光した各光の強度に所定の演算を行い焦点誤差判別値を出力する焦点誤差判別値演算手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項７記載の光ピックアップの焦点誤差検出方法は、光源から出射された出射光により光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込み、又は前記光源から出射され前記光ディスクの情報記録面で反射されて戻った戻り光から前記光ディスク記録情報を読み取る光ピックアップにおいて前記出射光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出方法であって、前記戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離する光路分離手段と、前記第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とする第１光学処理手段と、前記第２光路の光に前記第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする第２光学処理手段を有する焦点誤差検出用光学素子と、前記第１処理光において第１象限領域と第３象限領域に存在していた光を分離し且つ前記光軸を中心として前記第１処理光の分割稜線からの距離が略等しい分割線と、
第１象限領域と第３象限領域に存在していた光をそれぞれ２分割する分割線とにより４分割された第１受光部を有する第１光検出器と、
前記第２処理光において第２象限領域と第４象限領域に存在していた光を分離し且つ前記光軸を中心として前記第２処理光の分割稜線からの距離が略等しい分割線と、
第２象限領域と第４象限領域に存在していた光をそれぞれ２分割する分割線とにより４分割された第２受光部を有する第２光検出器とを設け、前記第１受光部の４つの部分が受光した各光の強度と前記第２受光部の４つの部分が受光した各光の強度に所定の演算を行い焦点誤差判別値を出力することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項６記載の光ピックアップの焦点誤差検出方法は、光源から出射された出射光により光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込み、又は前記光源から出射され前記光ディスクの情報記録面で反射されて戻った戻り光から前記光ディスク記録情報を読み取る光ピックアップにおいて前記出射光の焦点誤差を検出する光ピックアップの焦点誤差検出方法であって、前記戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに前記光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離する光路分離手段と、前記第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とする第１光学処理手段と、前記第２光路の光に前記第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする第２光学処理手段を有する焦点誤差検出用光学素子と、４分割された第１受光部を有するとともに前記第１処理光を受光して検出する第１光検出器と、４分割された第２受光部を有するとともに前記第２処理光を受光して検出する第２光検出器を設け、前記第１受光部の４つの部分が受光した各光の強度と前記第２受光部の４つの部分が受光した各光の強度に所定の演算を行い焦点誤差判別値を出力することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ピックアップの焦点誤差検出装置の実施形態について、図面を参照しながら説明を行う。
【００２２】
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１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１（Ａ）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、ビームスプリッタ３と、コリメータレンズ４と、ミラー５と、１／４波長板６と、対物レンズ７と、ホログラム素子８と、光検出部９を備えて構成されている。また、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対物レンズ駆動機構（図示せず）が設けられている。
【００２３】
また、図１（Ｂ）に示すように、光検出部９は、第１ディテクタ１１と、第２ディテクタ１２と、第３ディテクタ１３と、第４ディテクタ１４を有している。第１ディテクタ１１と第２ディテクタ１２には、それぞれ出力された光検出電気信号に基づき所定の演算を行う加算器や減算器からなる演算回路（図示せず）が接続されている。
【００２４】
半導体レーザ１から出射されたレーザ光Ｌは、グレーティング２を経てビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ３は、ハーフミラー（半透鏡）を有しており、入射したレーザ光Ｌはビームスプリッタ３を通過し、コリメータレンズ４を経て、ミラー５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から図の上方に位置する光ディスク（図示せず）の情報記録面に照射される。この照射光により、光ディスクの情報記録面に光ディスク記録情報を書き込むことができる。
【００２５】
レーザ光Ｌは、光ディスクの情報記録面で反射されて同じ光路を戻り、対物レンズ７と１／４波長板６とミラー５とコリメータレンズ４を経て再びビームスプリッタ３に入射する。この場合には、戻り光はビームスプリッタ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、ホログラム素子８を通過して光検出部９に入射する。光検出部９は、受光した光を光電変換して光検出電気信号を出力する。光検出電気信号から光ディスク記録情報を読み取ることができる。
【００２６】
次に、この光ピックアップ１００における焦点誤差検出方法について説明する。この光ピックアップ１００は、図１（Ｂ）に示すように、ビームスプリッタ７で分離された戻り光を、ホログラム素子８によって第１光路Ｐ１と第２光路Ｐ２に分割し、第１光路Ｐ１の戻り光を第１ディテクタ１１で受光し、第２光路Ｐ２の戻り光を第２ディテクタ１２で受光し、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。
【００２７】
図２は、上記の光ピックアップ１００におけるホログラム素子８の構成を説明する図である。ホログラム素子８は、第１ホログラム部１５と、第２ホログラム部１６を有している。
【００２８】
第１ホログラム部１５は、図２（Ａ）に示すように、戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域１５Ｑ１と第３象限領域１５Ｑ３に存在する光を第１光路（図２（Ａ）において上向き方向に図示）に分離するプリズムと等価な機能を有している。また、同時に、第１ホログラム部１５は、戻り光の光軸に垂直な平面上の第２象限領域１５Ｑ２と第４象限領域１５Ｑ４に存在する光を第２光路（図２（Ａ）において下向き方向に図示）に分離するプリズムと等価な機能を有している。この場合、第１ホログラム部１５は、光路分離手段に相当している。
【００２９】
第２ホログラム部１６のうち、第１象限領域１６Ｑ１と第３象限領域１６Ｑ３は、上記した第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とする。この機能は、例えば、図２（Ｃ）に示すシリンドリカルレンズ１７を第１象限領域１６Ｑ１と第３象限領域１６Ｑ３に配置した光学素子と等価である。この第２ホログラム部１６の第１象限領域１６Ｑ１と第３象限領域１６Ｑ３は、第１光学処理手段に相当している。
【００３０】
また、第２ホログラム部１６のうち、第２象限領域１６Ｑ２と第４象限領域１６Ｑ４は、上記した第２光路の光に第２の非点収差を付与して第２処理光とする。第２の非点収差は、第１の非点収差に対し９０度の方向となっている。この機能は、例えば、図２（Ｄ）に示すシリンドリカルレンズ１８を第２象限領域１６Ｑ２と第４象限領域１６Ｑ４に配置した光学素子と等価である。すなわち、シリンドリカルレンズ１８の長軸（図２（Ｄ）における水平方向の軸）は、シリンドリカルレンズ１７の長軸（図２（Ｃ）における上下方向の軸）に対して角度９０度だけ傾斜している。この第２ホログラム部１６の第２象限領域１６Ｑ２と第４象限領域１６Ｑ４は、第２光学処理手段に相当している。また、ホログラム素子８は、焦点誤差検出用光学素子に相当している。
【００３１】
次に、図３に基づき、光ピックアップ１００における第１ディテクタ１１及び第２ディテクタ１２の構成と作用を説明する。
【００３２】
図３（Ａ）に示すように、第１ディテクタ１１は、４つの第１受光部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄを有している。これらの４つの第１受光部１１Ａ〜１１Ｄを区画する受光部境界線は、上記した第１象限領域〜第４象限領域１５Ｑ１〜１５Ｑ４又は１６Ｑ１〜１６Ｑ４の象限区画線に対し角度４５度だけ傾斜しており、Ｘ字状に４分割されたディテクタとなっている。
【００３３】
また、第１ディテクタ１１には、図２（Ｂ）に示すように、ホログラム素子８から出射した第１光路Ｐ１の光（第２ホログラム部１６の第１象限領域１６Ｑ１と第３象限領域１６Ｑ３で第１の非点収差を付与された第１処理光）が入射する。この第１処理光のうち、第２ホログラム部１６の第１象限領域１６Ｑ１で第１の非点収差を付与された光は、第１受光部１１Ａと１１Ｃにまたがるように入射する。また、第１処理光のうち、第２ホログラム部１６の第３象限領域１６Ｑ３で第１の非点収差を付与された光は、第１受光部１１Ｂと１１Ｄにまたがるように入射する。
【００３４】
図３（Ａ）において、Ａ１は第１受光部１１Ａが受光した光が光電変換されて出力された光検出電気信号の値を、Ｂ１は第１受光部１１Ｂが受光した光が光電変換されて出力された光検出電気信号の値を、Ｃ１は第１受光部１１Ｃが受光した光が光電変換されて出力された光検出電気信号の値を、Ｄ１は第１受光部１１Ｄが受光した光が光電変換されて出力された光検出電気信号の値を、それぞれ示している。ここに、第１ディテクタ１１は、第１光検出器に相当している。
【００３５】
また、図３（Ｂ）に示すように、第２ディテクタ１２は、４つの第２受光部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを有している。これらの４つの第２受光部１２Ａ〜１２Ｄを区画する受光部境界線は、上記した第１象限領域〜第４象限領域１５Ｑ１〜１５Ｑ４又は１６Ｑ１〜１６Ｑ４の象限区画線に対し角度４５度だけ傾斜しており、Ｘ字状に４分割されたディテクタとなっている。
【００３６】
また、第２ディテクタ１２には、図２（Ｂ）に示すように、ホログラム素子８から出射した第２光路Ｐ２の光（第２ホログラム部１６の第２象限領域１６Ｑ２と第４象限領域１６Ｑ４で第２の非点収差を付与された第２処理光）が入射する。この第２処理光のうち、第２ホログラム部１６の第２象限領域１６Ｑ２で第２の非点収差を付与された光は、第２受光部１２Ｂと１２Ｃにまたがるように入射する。また、第２処理光のうち、第２ホログラム部１６の第４象限領域１６Ｑ４で第２の非点収差を付与された光は、第２受光部１２Ｄと１２Ａにまたがるように入射する。
【００３７】
図３（Ｂ）において、Ａ２は第２受光部１２Ａが受光した光が光電変換されて出力された光検出電気信号の値を、Ｂ２は第２受光部１２Ｂが受光した光が光電変換されて出力された光検出電気信号の値を、Ｃ２は第２受光部１２Ｃが受光した光が光電変換されて出力された光検出電気信号の値を、Ｄ２は第２受光部１２Ｄが受光した光が光電変換されて出力された光検出電気信号の値を、それぞれ示している。ここに、第２ディテクタ１２は、第２光検出器に相当している。
【００３８】
次に、図４を参照しつつ、この光ピックアップ１００における焦点位置変化時の作用を説明する。図４（Ｂ）は、この光ピックアップ１００からの出射光が光ディスクの情報記録面上で合焦状態となっている場合に、第１ディテクタ１１及び第２ディテクタ１２における戻り光スポットの状態を示した図である。
【００３９】
図４（Ｂ）の上段に示すように、合焦時には、ホログラム素子８の第２ホログラム部１６の第１象限領域１６Ｑ１で第２の非点収差を付与された光が第１ディテクタ１１の第１受光部１１Ａと１１Ｃの受光部境界線を中心として１／４円状の光スポットとなって入射し、ホログラム素子８の第２ホログラム部１６の第３象限領域１６Ｑ３で第２の非点収差を付与された光が第１ディテクタ１１の第１受光部１１Ｂと１１Ｄの受光部境界線を中心として１／４円状の光スポットとなって入射する。
【００４０】
この場合、第１ディテクタ１１上の１／４円状の２つの光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有している。したがって、合焦時には、第１ディテクタ１１においては、第１受光部１１Ａの出力する光検出電気信号Ａ１と第１受光部１１Ｃの出力する光検出電気信号Ｃ１は等しい。また、第１受光部１１Ｂの出力する光検出電気信号Ｂ１と第１受光部１１Ｄの出力する光検出電気信号Ｄ１は等しい。また、光検出電気信号Ａ１とＣ１の和（Ａ１＋Ｃ１）と、光検出電気信号Ｂ１とＤ１の和（Ｂ１＋Ｄ１）は等しくなっている。
【００４１】
また、図４（Ｂ）の下段に示すように、合焦時には、ホログラム素子８の第２ホログラム部１６の第２象限領域１６Ｑ２で第２の非点収差を付与された光が第２ディテクタ１２の第２受光部１２Ａと１２Ｄの受光部境界線を中心として１／４円状の光スポットとなって入射し、ホログラム素子８の第２ホログラム部１６の第４象限領域１６Ｑ４で第２の非点収差を付与された光が第２ディテクタ１２の第２受光部１２Ｂと１２Ｃの受光部境界線を中心として１／４円状の光スポットとなって入射する。
【００４２】
この場合、第２ディテクタ１２上の１／４円状の２つの光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有しており、第１ディテクタ１１における１／４円状の２つの光スポットと同一の形状と大きさ（面積）を有している。したがって、合焦時には、第２ディテクタ１２においては、第２受光部１２Ａの出力する光検出電気信号Ａ２と第２受光部１２Ｄの出力する光検出電気信号Ｄ２は等しい。また、第２受光部１２Ｂの出力する光検出電気信号Ｂ２と第２受光部１２Ｃの出力する光検出電気信号Ｃ２は等しい。また、光検出電気信号Ａ２とＤ２の和（Ａ２＋Ｄ２）と、光検出電気信号Ｂ２とＣ２の和（Ｂ２＋Ｃ２）は等しくなっている。
【００４３】
また、下式（１）
Ａ１＝Ｂ１＝Ｃ１＝Ｄ１＝Ａ２＝Ｂ２＝Ｃ２＝Ｄ２            ………（１）
が成立する。
【００４４】
このことから、下式（２）
ＦＥ＝（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ１）−（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ２）  ……（２）
で表される値ＦＥを、光検出部９の出力側に接続された演算回路（図示せず）によって演算すると、合焦時にはＦＥの値は零となる。
【００４５】
図４（Ａ）は、この光ピックアップ１００からの出射光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、光ディスクが合焦時よりも近い場合に、第１ディテクタ１１及び第２ディテクタ１２における戻り光スポットの状態を示した図である。
【００４６】
図４（Ａ）の上段に示すように、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、ホログラム素子８の第２ホログラム部１６の第１象限領域１６Ｑ１で第２の非点収差を付与された光は、第１ディテクタ１１の第１受光部１１Ｃの中心線上に延びる線分状の光スポットとなって入射し、ホログラム素子８の第２ホログラム部１６の第３象限領域１６Ｑ３で第２の非点収差を付与された光は、第１ディテクタ１１の第１受光部１１Ｄの中心線上に延びる線分状の光スポットとなって入射する。
【００４７】
この場合、第１ディテクタ１１上の線分状の２つの光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有している。したがって、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、第１ディテクタ１１においては、第１受光部１１Ｃの出力する光検出電気信号Ｃ１と第１受光部１１Ｄの出力する光検出電気信号Ｄ１は等しい。また、第１受光部１１Ａの出力する光検出電気信号Ａ１と第１受光部１１Ｂの出力する光検出電気信号Ｂ１は等しくほぼ零とみなせる。
【００４８】
また、図４（Ａ）の下段に示すように、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、ホログラム素子８の第２ホログラム部１６の第２象限領域１６Ｑ２で第２の非点収差を付与された光は、第２ディテクタ１２の第２受光部１２Ａの中心線上に延びる線分状の光スポットとなって入射し、ホログラム素子８の第２ホログラム部１６の第４象限領域１６Ｑ４で第２の非点収差を付与された光は、第２ディテクタ１２の第２受光部１２Ｂの中心線上に延びる線分状の光スポットとなって入射する。
【００４９】
この場合、第２ディテクタ１２上の棒状の２つの光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有しており、第１ディテクタ１１における棒状の２つの光スポットと同一の形状と大きさ（面積）を有している。したがって、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、第２ディテクタ１２においては、第２受光部１２Ａの出力する光検出電気信号Ａ２と第２受光部１２Ｂの出力する光検出電気信号Ｂ２は等しい。また、第２受光部１２Ｃの出力する光検出電気信号Ｃ２と第２受光部１２Ｄの出力する光検出電気信号Ｄ２は等しくほぼ零とみなせる。
【００５０】
また、下式（３）
Ｃ１＝Ｄ１＝Ａ２＝Ｂ２          ………（３）
と、下式（４）
Ａ１＝Ｂ１＝Ｃ２＝Ｄ２＝０      ………（４）
が成立する。
【００５１】
このことから、上式（２）に上記条件式（３）、（４）を代入すると、この場合のＦＥ値であるＦＥ１は、下式（５）
0003799188.tif 000002
となり、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、ＦＥの値は正の値となる。
【００５２】
また、図４（Ｃ）は、この光ピックアップ１００からの出射光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、光ディスクが合焦時よりも遠い場合に、第１ディテクタ１１及び第２ディテクタ１２における戻り光スポットの状態を示した図である。
【００５３】
図４（Ｃ）の上段に示すように、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、ホログラム素子８の第２ホログラム部１６の第１象限領域１６Ｑ１で第２の非点収差を付与された光は、第１ディテクタ１１の第１受光部１１Ａの中心線上に延びる線分状の光スポットとなって入射し、ホログラム素子８の第２ホログラム部１６の第３象限領域１６Ｑ３で第２の非点収差を付与された光は、第１ディテクタ１１の第１受光部１１Ｂの中心線上に延びる棒状の光スポットとなって入射する。
【００５４】
この場合、第１ディテクタ１１上の棒状の２つの光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有している。したがって、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、第１ディテクタ１１においては、第１受光部１１Ａの出力する光検出電気信号Ａ１と第１受光部１１Ｂの出力する光検出電気信号Ｂ１は等しい。また、第１受光部１１Ｃの出力する光検出電気信号Ｃ１と第１受光部１１Ｄの出力する光検出電気信号Ｄ１は等しくほぼ零とみなせる。
【００５５】
また、図４（Ｃ）の下段に示すように、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、ホログラム素子８の第２ホログラム部１６の第２象限領域１６Ｑ２で第２の非点収差を付与された光は、第２ディテクタ１２の第２受光部１２Ｃの中心線上に延びる線分状の光スポットとなって入射し、ホログラム素子８の第２ホログラム部１６の第４象限領域１６Ｑ４で第２の非点収差を付与された光は、第２ディテクタ１２の第２受光部１２Ｄの中心線上に延びる棒状の光スポットとなって入射する。
【００５６】
この場合、第２ディテクタ１２上の棒状の２つの光スポットは、それぞれ同一の形状と大きさ（面積）を有しており、第１ディテクタ１１における棒状の２つの光スポットと同一の形状と大きさ（面積）を有している。したがって、光ディスクが合焦時よりも遠い場合には、第２ディテクタ１２においては、第２受光部１２Ｃの出力する光検出電気信号Ｃ２と第２受光部１２Ｄの出力する光検出電気信号Ｄ２は等しい。また、第２受光部１２Ａの出力する光検出電気信号Ａ２と第２受光部１２Ｂの出力する光検出電気信号Ｂ２は等しくほぼ零とみなせる。
【００５７】
また、下式（６）
Ａ１＝Ｂ１＝Ｃ２＝Ｄ２          ………（６）
と、下式（７）
Ｃ１＝Ｄ１＝Ａ２＝Ｂ２＝０      ………（７）
が成立する。
【００５８】
このことから、上式（２）に上記条件式（６）、（７）を代入すると、この場合のＦＥ値であるＦＥ２は、下式（８）
0003799188.tif 000003
となり、光ディスクが合焦時よりも近い場合には、ＦＥの値は負の値となる。
【００５９】
したがって、上式（２）で表される値ＦＥをフォーカスエラー信号として用いれば、ＦＥ値が零のときが合焦であり、ＦＥ値が正の値のときは光ディスクが合焦時よりも近く、ＦＥ値が負の値のときは光ディスクが合焦時よりも遠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、ＦＥ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。この場合、光検出部９の出力側に接続された演算回路（図示せず）は焦点誤差判別値演算手段に相当し、フォーカスエラー信号値ＦＥは焦点誤差判別値に相当している。
【００６０】
なお、上記した第１ディテクタ１１及び第２ディテクタ１２の出力を用いて、下式（９）
ＲＦ＝Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１＋Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２    ………（９）
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光ディスク記録情報を読み取ることができる。
【００６１】
また、下式（１０）、（１１）、（１２）、（１３）
ＤＰＤ１＝Ａ１＋Ｃ１      ………（１０）
ＤＰＤ２＝Ｂ１＋Ｄ１      ………（１１）
ＤＰＤ３＝Ａ２＋Ｄ２      ………（１２）
ＤＰＤ４＝Ｃ２＋Ｂ２      ………（１３）
で表される値ＤＰＤ１、ＤＰＤ２、ＤＰＤ３、ＤＰＤ４を演算すれば、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。
【００６２】
また、下式（１４）
ＰＰ＝（Ａ１＋Ｃ１＋Ｃ２＋Ｂ２）−（Ａ２＋Ｄ２＋Ｂ１＋Ｄ１）  …（１４）
で表される値ＰＰを演算すれば、プッシュプル（Push -Pull）法によるトラッキングサーボ制御を行うことができる。
【００６３】
また、図１（Ｂ）に示すように、第１ディテクタ１１、第２ディテクタ１２の両側に第３ディテクタ１３と第４ディテクタ１４を配置することにより、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、第３ディテクタ１３は第３光検出器に相当し、第４ディテクタ１４は第４光検出器に相当している。
【００６４】
また、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、トラック横切りノイズの影響も受けることがない。このことを図５を用いて説明する。図５（Ａ）は、光ディスクのトラックを横切る際に、瞳面（戻り光の収束位置における光軸に垂直な面）の上に照射されるトラック回折光像の光強度分布を示したものであり、第１象限及び第４象限と、第２象限及び第３象限では不均衡（オフセット）となっている。
【００６５】
このような戻り光の場合、上記した光ピックアップ１００の第１ディテクタ１１と第２ディテクタ１２では、図５（Ｂ）に示すように、一見すると不均衡な光強度分布となる。しかし、光ピックアップ１００においては、上式（２）によってフォーカスエラー信号値ＦＥを演算するため、Ａ１とＢ２が減算され、Ａ２とＢ１が減算されることにより、トラック横切りノイズの影響は相殺される。
【００６６】
また、非点収差法を用いるフォーカシングサーボ制御においては、光ピックアップに非点収差等の収差がある場合には、図６（Ａ）に示すように、４分割ディテクタ５０の受光部５１、５２、５３、５４のうち、例えば受光部５２と５４の光強度が大きくなる。非点収差法におけるフォーカスエラー信号は、対角方向の受光部の光検出電気信号の加算や減算によるため、このような収差による光強度分布の不均衡が出現する場合には、トラック横切りノイズが生じ、フォーカシングサーボ制御を正確に行うことができない。
【００６７】
しかし、本実施形態の光ピックアップ１００の場合には、図６（Ｂ）に示すようなディテクタ上の光強度分布となる。しかし、式（２）によってフォーカスエラー信号ＦＥを演算する過程で、収差による光強度分布の不均衡の影響は相殺される。
【００６８】
また、従来の非点収差法では、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には、ディテクタ上の戻り光スポットの形状がゆがみ、本来受光されるはずのない光が他の受光面に漏れ出し又は回り込むことがあり、ＤＰＤトラッキングエラー信号に誤差が生じる。本実施形態の光ピックアップ１００では、ディスク厚み誤差がある場合には、第１ディテクタ１１及び第２ディテクタ１２上の光スポット形状は変形する。しかし、象限領域の間の光の漏れ出しや回り込みはなく、実用上支障のないＤＰＤトラッキングサーボ制御を行うことができる。
【００６９】
上記した第１実施形態の光ピックアップ１００において、ホログラム素子８と、第１ディテクタ１１と、第２ディテクタ１２と、演算回路（図示せず）は、焦点誤差検出装置を構成している。
【００７０】
（２）第２実施形態
【００７１】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図７は、本発明の第２実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出系の構成を説明する図である。また、図８は、本発明の第２実施形態の光ピックアップにおけるレンズ素子の構成と作用を説明する図である。
【００７２】
第２実施形態の光ピックアップ２００は、第１実施形態の光ピックアップ１００のうち、ホログラム素子８のかわりにレンズ素子２８を設け、光検出部９のかわりに光検出部２９を設けた点が異なっており、光ピックアップの他の構成要素は光ピックアップ１００と同様である。また、光検出部２９は、第１ディテクタ４１と第２ディテクタ４２を有している。
【００７３】
レンズ素子２８は、図７、８に示すように、第１象限、第２象限、第３象限、第４象限に、それぞれ偏心したシリンドリカルレンズ状の第１レンズ部３１と、第２レンズ部３２と、第３レンズ部３３と、第４レンズ部３４を配設して構成されている。図８には、各レンズ部３１〜３４の側面形状が図示されている。この図からわかるように、第１レンズ部３１と第３レンズ部３３からなる偏心シリンドリカルレンズの長軸方向は、第２レンズ部３２と第４レンズ部３４からなる偏心シリンドリカルレンズの長軸方向に対し角度９０度の方向となっている。
【００７４】
これらのレンズ部３１〜３４は、入射した光の光路を分離する機能と、通過する光に非点収差を付与する機能を兼ね備えており、第１実施形態のホログラム素子８と同様の機能を有している。
【００７５】
このような構成により、図７、８に示すように、レンズ素子２８から出射した光は、第１実施形態の場合と同様に、第１光路Ｐ１１と第２光路Ｐ１２に分離され、非点収差が付与される。第２実施形態において、レンズ素子２８は、焦点誤差検出用光学素子に相当している。
【００７６】
また、第２実施形態の場合には、図８に示すように、レンズ素子２８に入射する前の本来の光軸４５に対し、各ディテクタ４１、４２に照射される光像の中心軸は移動する。
【００７７】
また、第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２は、十文字状に４分割されたディテクタとなっている。また、各ディテクタ４１、４２は、受光部の境界線である「＋」状の線に対して角度４５度だけ傾斜した状態で配置されている。第１ディテクタ４１は第１光検出器に相当し、第２ディテクタ４２は第１光検出器に相当している。
【００７８】
次に、図９を参照しつつ、第２実施形態の光ピックアップ２００における焦点位置変化時の作用を説明する。図９（Ｂ）は、この光ピックアップ２００からの出射光が光ディスクの情報記録面上で合焦状態となっている場合に、第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２における戻り光スポットの状態を示した図である。また、図９（Ａ）は、この光ピックアップ２００からの出射光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、光ディスクが合焦時よりも近い場合に、第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２における戻り光スポットの状態を示した図である。また、図９（Ｃ）は、この光ピックアップ２００からの出射光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、光ディスクが合焦時よりも遠い場合に、第１ディテクタ４１及び第２ディテクタ４２における戻り光スポットの状態を示した図である。
【００７９】
図９に示すように、第２実施形態の光ピックアップ２００の場合も、所定の演算により得られる値ｆｅをフォーカスエラー信号として用いれば、ｆｅ値が零のときが合焦であり、ｆｅ値が零でない値（例えば正の値）のときは光ディスクが合焦時よりも近く、ｆｅ値が零でない他の値（例えば負の値）のときは光ディスクが合焦時よりも遠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、ｆｅ値が零になるように光ピックアップ２００の対物レンズ（図示せず）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。この場合、光検出部２９の出力側に接続された演算回路（図示せず）は焦点誤差判別値演算手段に相当し、フォーカスエラー信号値ｆｅは焦点誤差判別値に相当している。
【００８０】
また、図１０に示すように、第１ディテクタ４１、第２ディテクタ４２の両側に第３ディテクタ４３と第４ディテクタ４４を配置することにより、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、第３ディテクタ４３は第３光検出器に相当し、第４ディテクタ４４は第４光検出器に相当している。
【００８１】
上記した第２実施形態の光ピックアップ２００において、レンズ素子２８と、第１ディテクタ４１と、第２ディテクタ４２と、演算回路（図示せず）は、焦点誤差検出装置を構成している。
【００８２】
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。
【００８３】
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、ホログラム素子８とレンズ素子２８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、第１ホログラム部１５と他の光学素子を組み合わせ、他の光学素子は、第１〜４象限にシリンドリカルレンズが互いに角度９０度ずつ異なるように配設されるようにしてもよい。あるいは、第１〜４象限にプリズムが配設されたプリズム素子を第１の光学素子とし、第２の光学素子として第２ホログラム部１６を利用するようにしてもよい。要は、戻り光の光軸に垂直な平面上の第１象限領域及び第３象限領域に存在する光を第１光路に分離するとともに光軸垂直面上の第２象限領域及び第４象限領域に存在する光を第２光路に分離する光路分離手段と、第１光路の光に第１の非点収差を付与して第１処理光とする第１光学処理手段と、第２光路の光に第１の非点収差に対し９０度の方向となる第２の非点収差を付与して第２処理光とする第２光学処理手段を有する焦点誤差検出用光学素子であれば、どのような構成のものであってもよいのである。
【００８４】
また、第１実施形態では、図１のように、ホログラム素子８が光検出部９の手前に配置されているが、ホログラム素子８と同様の機能を有し偏光作用を有する偏光ホログラム素子を、ミラー５と１／４波長板６の間に設けてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、光ディスクからの戻り光を２光路に分割するとともに、各分割光路の光に所定の非点収差を付与するようにしたので、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であり、非合焦検出の感度が高く、光ピックアップの小型化も可能である、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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２】本発明の第１実施形態の光ピックアップにおけるホログラム素子の構成を説明する図である。
【図３】本発明の第１実施形態の光ピックアップにおける第１ディテクタ及び第２ディテクタの構成と作用を説明する図である。
【図４】本発明の第１実施形態の光ピックアップにおける焦点位置変化時の作用を説明する図である。
【図５】本発明の第１実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出方法の利点を説明する図（１）である。
【図６】本発明の第１実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出方法の利点を説明する図（２）である。
【図７】本発明の第２実施形態の光ピックアップにおける焦点誤差検出系の構成を説明する図である。
【図８】本発明の第２実施形態の光ピックアップにおけるレンズ素子の構成と作用を説明する図である。
【図９】本発明の第２実施形態の光ピックアップにおける焦点位置変化時の作用を説明する図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の光ピックアップにおける光検出部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  半導体レーザ
２  グレーティング
３  ビームスプリッタ
４  コリメータレンズ
５  ミラー
６  １／４波長板
７  対物レンズ
８  ホログラム素子
９  光検出部
１１  第１ディテクタ
１１Ａ〜１１Ｄ  第１受光部
１２  第２ディテクタ
１２Ａ〜１２Ｄ  第２受光部
１３  第３ディテクタ
１４  第４ディテクタ
１５  第１ホログラム部
１５Ｑ１  第１象限領域
１５Ｑ２  第２象限領域
１５Ｑ３  第３象限領域
１５Ｑ４  第４象限領域
１６  第２ホログラム部
１６Ｑ１  第１象限領域
１６Ｑ２  第２象限領域
１６Ｑ３  第３象限領域
１６Ｑ４  第４象限領域
１７、１８  シリンドリカルレンズ
５０  ディテクタ
２８  レンズ素子
２９  光検出部
３１  第１レンズ部
３２  第２レンズ部
３３  第３レンズ部
３４  第４レンズ部
４１  第１ディテクタ
４２  第２ディテクタ
４３  第３ディテクタ
４４  第４ディテクタ
４５  本来の光軸
５０  ４分割ディテクタ
５１〜５４  受光部
１００、２００  光ピックアップ
Ｌ  レーザ光
Ｐ１、Ｐ１１  第１光路
Ｐ２、Ｐ１２  第２光路
【図１】
0003799188.tif 000004
【図２】
0003799188.tif 000005
【図３】
0003799188.tif 000006
【図４】
0003799188.tif 000007
【図５】
0003799188.tif 000008
【図６】
0003799188.tif 000009
【図７】
0003799188.tif 000010
【図８】
0003799188.tif 000011
【図９】
0003799188.tif 000012
【図１０】
0003799188.tif 000013