光ピックアップ装置
【課題】多層光ディスクに対しても、Ｓ／Ｎが良く、安定した信号を低コストで得ることができる光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】光ディスクを再生する第１信号面で反射し、回折型光学素子で回折した１次回折光は、光検出器９の受光セル９Ａ〜９Ｄにスポット２１ａ〜２１ｄとして集光するが、第１信号面で反射して１次以外の次数で回折した回折光及び第２信号面で反射した回折光はクロストーク光となる。そこで、第１信号面からの−１次回折光２４ａ〜２４ｄ、第２信号面からの１次回折光によるスポット２５ａ〜２５ｄが受光セル９Ａ〜９Ｄ上に照射されないようにする。また、第２信号面からの０次回折光によるスポット２３は、すべての受光セル上に照射させるまたはすべての受光セル上に照射させないようにする。
【解決手段】光ディスクを再生する第１信号面で反射し、回折型光学素子で回折した１次回折光は、光検出器９の受光セル９Ａ〜９Ｄにスポット２１ａ〜２１ｄとして集光するが、第１信号面で反射して１次以外の次数で回折した回折光及び第２信号面で反射した回折光はクロストーク光となる。そこで、第１信号面からの−１次回折光２４ａ〜２４ｄ、第２信号面からの１次回折光によるスポット２５ａ〜２５ｄが受光セル９Ａ〜９Ｄ上に照射されないようにする。また、第２信号面からの０次回折光によるスポット２３は、すべての受光セル上に照射させるまたはすべての受光セル上に照射させないようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズと光検出器の間に複数の分割領域を有する回折型光学素子を備え、単層に信号面を有する光ディスクだけでなく複数層に信号面を有する光ディスクに対しても良好な記録または再生を行うことができる光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円盤状の光記録媒体である光ディスクには、透明基板上に螺旋状または同心円状のトラックが形成されている。そして、このトラックに対して映像情報、音声情報、コンピュータデータなどの情報を高密度に記録でき、且つ記録済みのトラックを再生する際に所望のトラックを高速にアクセスできることから、光ディスクは一般的な記録媒体として多用されている。
【０００３】
この種の光ディスクとしてＣＤ(Compact Disc)やＤＶＤ(Digital versatile Disc)などは既に市販され、最近では、より一層高密度化を図って大容量化した２種類の高密度光記録媒体が流通している。すなわち、ＢＤ（Blu-ray Disc）及びＨＤ−ＤＶＤ（High Definition DVD）である。
【０００４】
また、各光ディスクを大容量化するため、複数層に信号面を有する多層光ディスク（以下、単に多層光ディスクという）の開発と規格化が進展している。ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒの片面２層に信号面を有する光ディスク（以下、片面２層光ディスクという）は既に市販され、ＤＶＤ−ＲＷ、ＢＤ、ＨＤ−ＤＶＤも片面２層光ディスクの規格化が進んでいる。更に、最近の学会では、ＢＤの４層光ディスク、８層光ディスクの開発についての発表がなされた。
【０００５】
ところで、前記したＤＶＤの片面２層光ディスクを再生する光ピックアップ装置では、１ビームによるＤＰＤ（DifferentialPhaseDetection）法（位相差トラッキング法）を用いて、ＤＰＤ信号と呼ばれるトラッキングエラー信号の検出を行っている。ＤＰＤ法とは、光ディスクの信号面から反射して戻る光（以下、反射光という）を受光して得られる光強度変調信号の位相差に基づいて、ＤＰＤ信号を得る方法である。しかし、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷといった記録型光ディスクに対しては、信号記録後においてはＤＰＤ信号の検出ができるものの、信号記録前においてはＤＰＤ信号の検出ができない。そこで、ＤＶＤの記録型光ディスクに対しては、３ビームによるＤＰＰ（DifferentialPush Pull）法（差動プッシュプル法）を用いて、ＤＰＰ信号と呼ばれるトラッキングエラー信号の検出を行っている。ＤＰＰ法とは、メインビームのプッシュプル信号と前後サブビームのプッシュプル信号との差動をとることで、オフセットの無いトラッキングエラー信号を得る方法である。
【０００６】
波長４０５ｎｍ程度の青色レーザ光源を用いて記録または再生するＨＤ−ＤＶＤでは、再生型、記録型光ディスクに対して、それぞれ前記したＤＶＤと同様のトラッキングエラー信号の検出方法を用いている。一方、波長４０５ｎｍ程度の青色レーザ光源を用いて記録または再生する別規格のＢＤでは、ＢＤ−ＲＯＭにおいてはＤＰＤ信号を検出できるものの、記録型光ディスクにおいては信号記録後の状態でＤＰＤ信号の検出が規格として保証されていない。そのため、記録型でも再生型でもＤＰＰ信号を検出するのが一般的である。
【０００７】
ここで、片面２層光ディスクにおいてＤＰＰ法を用いた場合は、以下のような問題がある。記録または再生していない他の層、すなわちデフォーカスしている層（以下、他層という）の信号面からの反射光が、不要なクロストーク光として光検出器に入射し、記録または再生している層（以下、記録再生層という）の信号面からの反射光と重なることで干渉性のノイズが発生する。この干渉性のノイズによる振る舞いは、干渉する２つの光の間の光路差、すなわち、光ディスクの層間距離による光路差で決まる。更に、このノイズによる振る舞いは、光ディスクのトラック位置による層間距離の変動、光ディスクのチルトの状態、再生している記録用のトラック（グルーブ）の影響も受ける。
【０００８】
また、ＤＰＰ信号を用いた場合は、記録時のサブビームによる誤記録を防ぐため、及び光の効率的な利用のため、サブビームの光量はメインビームよりも小さく設定されている。このため、サブビームは、クロストーク光の影響をメイン光よりも大きく受けるために、前記の問題が顕著に生じる。
【０００９】
このクロストーク光の影響は、ＤＶＤの片面２層光ディスクの場合も生じていた。しかし、ＤＶＤと比較して、ＢＤではより安定な記録、再生ができないと報告されている（例えば、非特許文献１参照）。その理由は、次の通りである。第１に、層間距離がＤＶＤよりも狭くなって光路差が小さくなり、またＤＶＤより対物レンズの開口数（ＮＡ）が上がっているため、クロストーク光のスポットサイズが大きくなったことである。第２に、波長４０５ｎｍの青色レーザ光源では、レーザの干渉性が上がっていることである。
【００１０】
そこで、これらの問題を解決する方法として、１ビーム方式によるＡＰＰ（Advanced Push Pull）法（アドバンスドプッシュプル法）を用いるトラッキングエラー信号の検出方法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【００１１】
図１８は非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置の検出系の一例の構成図、図１９は非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置の検出系に用いるＨＯＥパターン（ファーフィールドパターン）の一例を示した図、図２０は非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置のクロストーク光の広がりの一例を示した図である。
【００１２】
図１８、図１９、図２０を用いて、光ディスクからの反射光をＰＤ（光検出器）で受光するまでの従来の光ピックアップ装置の動作を簡単に説明する。図１８において、フォーカスエラー信号は次のようにして検出される。光ディスクの信号面からの反射光が、ホログラム光学素子（以下、ＨＯＥという）１０１によって回折作用を受けずに透過し、レンズ１０２を通って収束光となり、シリンドリカルレンズ１０３を通って非点収差が与えられ、フォーカス用ＰＤ１０４上で受光されて検出される。
【００１３】
一方、トラッキングエラー信号は次のようにして検出される。光ディスクの信号面からの反射光は、ＨＯＥ１０１によって回折され、レンズ１０２を通って収束光となり、シリンドリカルレンズ１０３でＨＯＥ１０１によって生じる非点収差がキャンセルされ、トラッキング用ＰＤ１０５（１０５Ａ〜１０５Ｄ）で受光されて検出される。
【００１４】
図１９はＨＯＥ１０１のパターンを示しており、ＨＯＥ１０１は５つの領域１０１Ａ〜１０１Ｅに分割されている。図２０はフォーカシング用ＰＤ１０４、トラッキング用ＰＤ１０５における信号検出光のスポット及びクロストーク光のスポットの状態を示している。記録再生層の信号面からの反射光で且つＨＯＥ１０１において回折作用を受けない光は、受光部１０４でスポット１０６を形成し、フォーカスエラー信号を検出するための信号検出光となる。
【００１５】
記録再生層の信号面からの反射光で且つ領域１０１Ａにおいて回折した光はＰＤ１０５Ａ上でスポット１０７Ａを形成し、領域１０１Ｂにおいて回折した光はＰＤ１０５Ｂ上でスポット１０７Ｂを形成し、領域１０１Ｃにおいて回折した光はＰＤ１０５Ｃ上でスポット１０７Ｃを形成し、領域１０１Ｄにおいて回折した光はＰＤ１０５Ｄ上でスポット１０７Ｄを形成し、それぞれトラッキング信号を検出するための信号検出光となる。また、記録再生層の信号面からの反射光で且つ領域１０１Ｅにおいて回折した光はスポット１０７Ｅを形成し、フォーカシング用ＰＤ１０４及びトラッキング用ＰＤ１０５上には照射されない。
【００１６】
次に、他層の信号面からのクロストーク光について説明する。他層の信号面からの反射光で且つＨＯＥ１０１において回折作用を受けないクロストーク光によるスポット１０８は、フォーカシング用ＰＤ１０４上に照射されるものの、トラッキング用ＰＤ１０５上には照射されない。他層の信号面からの反射光で且つ領域１０１Ａにおいて回折したクロストーク光はスポット１０９Ａを、領域１０１Ｂにおいて回折したクロストーク光はスポット１０９Ｂを、領域１０１Ｃにおいて回折したクロストーク光はスポット１０９Ｃを、領域１０１Ｄにおいて回折したクロストーク光はスポット１０７Ｄをそれぞれ形成し、トラッキング用ＰＤ１０５の周辺に位置するため、トラッキング用ＰＤ１０５上には照射されない。
【００１７】
また、領域１０１Ｅにおいて回折したクロストーク光はスポット１０９Ｅを形成して、フォーカシング用ＰＤ１０４の左右に位置し、トラッキング用ＰＤ１０５上には照射されない。そして、トラッキングエラー信号ＴＡＰＰは、ＰＤ１０５Ａで得られる電気信号をＴＡ、ＰＤ１０５Ｂで得られる電気信号をＴＢ、ＰＤ１０５Ｃで得られる電気信号をＴＣ、ＰＤ１０５Ｄで得られる電気信号をＴＤとするとき、ＡＰＰ法を用いて以下の（３）式により算出される。
ＴＡＰＰ＝ＴＣ−ＴＤ−Ｔｋ・（ＴＡ−ＴＢ） …（３）
ここで、Ｔｋは定数である。
【００１８】
また、クロストーク光の問題を解決する他の方法として、非特許文献２と同様に１ビーム方式によるＰＰ法を用いるトラッキングエラー信号の検出方法が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。図２１は非特許文献３記載の従来の光ピックアップ装置の検出系に用いる液晶素子の一例の構造図、図２２は非特許文献３記載の従来の光ピックアップ装置の受光セル上にビームがスポットを形成する状態を示した図である。
【００１９】
図２１及び図２２を用いて、非特許文献３記載の従来の光ピックアップ装置における光ディスクの信号面からの反射光を検出するまでの動作を簡単に説明する。図２１（ａ）に示すように、液晶素子１１０は３層からなり、光ディスク（不図示）側から非偏光ＨＯＥ１１１、液晶アクティブローテータ１１２、偏光ＨＯＥ１１３の順に形成される。
【００２０】
図２１（ｂ）に示すように、非偏光ＨＯＥ１１１はフォーカスエラー信号を検出するために、レンズ効果を有する回折素子であり、±１次回折光を発生させるものである。液晶アクティブローテータ１１２は電圧のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）で偏光方向を変えるものである。偏光ＨＯＥ１１３は、図２１（ｃ）に示す記録型用パターン１１３Ａと、図２１（ｄ）に示す再生型用パターン１１３Ｂの積層によって構成されている。
【００２１】
記録型のトラッキングエラー信号を検出する場合には、液晶アクティブローテータ１１２で電圧をオフにして、入射偏光方向と垂直な方向に射出偏光方向を変える。そして、図２２（ａ）に示すように、偏光ＨＯＥ１１３のうち記録型用パターン１１３Ａを作用させ、ＰＤ１１４上で０次、１次、−１次回折光が受光され、非特許文献２と同様のＡＰＰ法を用いてトラッキングエラー信号が検出される。その際、記録型用パターン１１３Ａの中央の領域１１３Ｅはトラッキングエラー信号の演算から除かれ、クロストーク光の影響を減らしている。
【００２２】
一方、再生型のトラッキングエラー信号を検出する場合には、液晶アクティブローテータ１１２で電圧をオンにして、入射偏光方向と射出偏光方向を同じにする。そして、図２２（ｂ）に示すように、偏光ＨＯＥ１１３のうち再生型用パターン１１３Ｂを作用させ、ＰＤ１１４上で０次、１次、−１次回折光が受光され、ＤＰＤ法を用いてトラッキングエラー信号が検出される。
【００２３】
【非特許文献１】Alexander van der Lee,et.al.,"Drive consideration for multilayer discs",ISOM06 Technical Digest P.30 Mo-C-5
【非特許文献２】Kousei SANO,et.al.,"Novel One-Beam Tracking Detection Method for Dual-Layer Blu-ray Discs",Japanese Journal of Applied Physics Vol.45,No.2B,2006,pp.1174-1177（第４図、第６図、第７図）
【非特許文献３】Noriaki Nishi et.al.,"Novel One-Beam Detection Method with Changeable Multi Division Patterns",Proc. of SPIEVol.6282,62821H-1（第４図、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
図１８〜図２０を用いて説明した非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置では、トラッキング用ＰＤ１０５にクロストーク光の影響が生じないようにしてトラッキングエラー信号を安定にしている。しかし、フォーカス用ＰＤ１０４とトラッキング用ＰＤ１０５と検出ビームを２つに分け、フォーカス用ＰＤ１０４から得られる信号はメイン信号の検出には用いることができないので、信号出力が低下し、信号検出のＳ／Ｎが低下する。特に、高速な再生を行う場合には顕著に問題となる。
【００２５】
また、図２１及び図２２を用いて説明した非特許文献３記載の従来の光ピックアップ装置では、クロストーク光の影響を少なくして、記録型、再生型のトラッキングエラー信号検出を行うことができるものの、液晶アクティブローテータ１１２や２パターンの偏光ＨＯＥ１１３Ａ、１１３Ｂ等の高価な部品が多い構成であるため、装置全体が高価となる問題がある。
【００２６】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、多層光ディスクに対して情報を記録し、または多層光ディスクから情報を再生する場合に、Ｓ／Ｎが良く、安定した信号を低コストで得ることが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。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、前述した従来の技術の課題を解決するため、次の構成を有する光ピックアップ装置を提供するものである。
レーザ光を射出するレーザ光源（２）と、レーザ光源（２）から射出された光（ＬＳ）を略平行光に変換するコリメータレンズ（４）と、略平行光を集光して、少なくとも第１の信号面（１０Ｂ１）と第２の信号面（１０Ｂ２）を有する光ディスク（１０）に対して、第１（１０Ｂ１）または第２の信号面（１０Ｂ２）にスポットを形成する対物レンズ（７）と、第１（１０Ｂ１）または第２の信号面（１０Ｂ２）からの反射光（ＬＴ）の略光束中心を通るように少なくとも２つの分割線が配置された複数の分割線（８ｉ，８ｊ）と、複数の分割線（８ｉ，８ｊ）により分割されて、反射光（ＬＴ）をそれぞれ所定方向に回折させる各領域（８Ａ〜８Ｄ）とを有する回折型光学素子（８）と、回折型光学素子（８）によって所定方向に回折され、非点収差を付与された信号検出光（２１ａ〜２１ｄ）を個別に受光し、信号検出光（２１ａ〜２１ｄ）が非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間で最小錯乱円となる位置に配置された複数の受光セル（９Ａ〜９Ｄ）とを有する光検出器（９）とを備え、光ディスクの光入射面（１０Ａ）から第１の信号面（１０Ｂ１）までの厚さをｔ１、第２の信号面（１０Ｂ２）までの厚さをｔ２、光検出器の受光面上の光軸中心（９Ｐ）から各受光セル（９Ａ〜９Ｄ）までの距離の最長距離をｄ１、最短距離をｄ２、光ディスク（１０）の基板屈折率をｎ、対物レンズ（７）の開口数をＮＡｏ、対物レンズ（７）の焦点距離をｆｏ、コリメータレンズ（４）の焦点距離をｆｃとするとき、以下の（１）式、（２）式のいずれかを満たす光ピックアップ装置（１）である。
【数５】
【数６】
【００２８】
また、レーザ光を射出するレーザ光源（２）と、レーザ光源（２）から射出された光（ＬＳ）を略平行光に変換するコリメータレンズ（４）と、略平行光を集光して、少なくとも第１の信号面（１０Ｂ１）と第２の信号面（１０Ｂ２）を有する光ディスク（１０）に対して、第１（１０Ｂ１）または第２の信号面（１０Ｂ２）にスポットを形成する対物レンズ（７）と、光ディスク（１０）のトラックを投影したとき、第１の分割線（５０ｉ）は前記トラックの方向と垂直な方向に配置され、第２の分割線（５０ｊ）は第１の分割線と４０°以上５０°以下の角度方向で配置され、第３の分割線（５０ｋ）は第１の分割線と角度−５０°以上−４０°以下の角度方向で配置され、第１、第２、第３の分割線（５０ｉ，５０ｊ，５０ｋ）は第１（１０Ｂ１）または第２の信号面（１０Ｂ２）からの反射光（ＬＴ）の略光束中心を通るように配置された３つの分割線（５０ｉ，５０ｊ，５０ｋ）と、３つの分割線（５０ｉ，５０ｊ，５０ｋ）により分割されて、反射光（ＬＴ）をそれぞれ所定方向に回折させる６つの領域（５０Ａ〜５０Ｆ）とを有する回折型光学素子（５０）と、回折型光学素子（５０）によって所定方向に回折され、非点収差を付与された信号検出光（６１ａ〜６１ｆ）を個別に受光し、信号検出光が非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間で最小錯乱円となる位置に配置された複数の受光セル（５１Ａ〜５１Ｆ）とを有する光検出器（５１）とを備え、光ディスクの光入射面（１０Ａ）から第１の信号面（１０Ｂ１）までの厚さをｔ１、第２の信号面（１０Ｂ２）までの厚さをｔ２、光検出器の受光面上の光軸中心（５１Ｐ）から各受光セル（５１Ａ〜５１Ｆ）までの距離の最長距離をｄ１、最短距離をｄ２、光ディスク（１０）の基板屈折率をｎ、対物レンズ（７）の開口数をＮＡｏ、対物レンズ（７）の焦点距離をｆｏ、コリメータレンズ（４）の焦点距離をｆｃとするとき、以下の（１）式、（２）式のいずれかを満たす光ピックアップ装置（１）である。
【数７】
【数８】
【００２９】
更に、記録または再生している層の信号面（１０Ｂ１）からの反射光（ＬＴ）で、且つ回折型光学素子の任意の領域（８Ａ〜８Ｄ，５０Ａ〜５０Ｆ）で回折された次数ｍａ（ｍａは０以外の整数）以外の回折光によるクロストーク光（２２，２４ａ〜２４ｄ，６２，６４ａ〜６４ｆ）と、記録または再生していない層の信号面（１０Ｂ２）からの反射光で、且つ回折型光学素子の任意の領域（８Ａ〜８Ｄ，５０Ａ〜５０Ｆ）で回折された次数ｍｂ（ｍｂは０以外の整数）の回折光によるクロストーク光（２５ａ〜２５ｄ，６５ａ〜６５ｆ）が、任意の各受光セル（９Ａ〜９Ｄ，５１Ａ〜５１Ｆ）に照射しないように各受光セル（９Ａ〜９Ｄ，５１Ａ〜５１Ｆ）すべてが配置されている光ピックアップ装置（１）である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の光ピックアップ装置によれば、記録再生層の信号面からの１ビームの反射光を回折型光学素子に入射して、回折型光学素子の各分割領域で所定方向に回折させ、更に非点収差を付与させた信号検出光を光検出器の各受光セルでそれぞれ受光させる構成としている。そのため、従来の非点収差法によるフロンエンドプロセッサ（ＦＥＰ）に容易に対応でき、Ｓ／Ｎの良いフォーカスエラー信号を得ることができる。
【００３１】
また、他層の信号面からの反射光を回折型光学素子に入射して、回折作用を受けずに透過した０次回折光をすべての受光セル上に照射させる構成としている。そのため、各電気信号を演算することにより、Ｓ／Ｎが良く安定したフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号を得ることができる。
【００３２】
また、他層の信号面からの反射光を回折型光学素子に入射して、回折作用を受けずに透過した０次回折光をすべての受光セル上に照射させない構成としている。そのため、各電気信号を演算することなく、より一層Ｓ／Ｎが良く安定したフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号を得ることができる。
【００３３】
また、記録再生層の信号面からの反射光を回折型光学素子に入射して、信号検出光以外の任意の次数で回折されたクロストーク光と、他層の信号面からの反射光を回折型光学素子に入射して、０次以外の任意の次数で回折されたクロストーク光が、すべての受光セル上に照射しない構成としている。そのため、より一層Ｓ／Ｎが良く安定したフォーカスエラー信号、及びトラッキングエラー信号を得ることができる。
【００３４】
また、液晶素子等の高価な部品を使うことなく１枚の回折型光学素子のみで、クロストーク光が受光セル上に照射しない構成としているので、低コストである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。図１は、本発明の光ピックアップ装置１の全体構成を示した図である。光ピックアップ装置１は、レーザ光源２から射出する波長λ＝４０５ｎｍのレーザ光ＬＳを用いて、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格の片面２層の信号面１０Ｂを有する光ディスク（ＢＤ）１０に対して記録し、または光ディスク１０から情報を再生する装置である。光ディスク１０は、光入射面１０Ａから第１の信号面までの厚さｔ１＝０.０７５ｍｍ、第２の信号面までの厚さｔ２＝０．１ｍｍを有する。
【００３６】
対物レンズ７は第１、第２の信号面の中間の厚さ０.０８７５ｍｍのとき、最適にレーザ光を集光する設計とされている。第１の信号面１０Ｂ１に対する記録または再生を行う場合は、コリメータレンズ４を光路方向に移動して、コリメータレンズ４から発せられる光を僅かに収束光とすることにより、良好に記録または再生ができる。また、第２の信号面１０Ｂ２に対する記録または再生を行う場合は、コリメータレンズ４を光路方向に移動して、コリメータレンズ４から発せられる光を僅かに発散光とすることにより、良好に記録または再生ができる。以下、第１の信号面１０Ｂ１を記録再生層の信号面、第２の信号面１０Ｂ２を他層の信号面として説明する。
【００３７】
レーザ光源２の発光点２Ｐより射出されたレーザ光ＬＳはｐ偏光の直線偏光であり、光路分離素子３を透過する。光路分離素子３は偏光ビームスプリッタやハーフミラー等、レーザ光源２から光ディスク１０へ向かう光と、光ディスク１０からの反射光が光検出器９へ向かう光とを分離する機能を有するものであれば良い。また、素子形状は角形でも平板状でも良い。ここでは、光路分離素子３を偏光ビームスプリッタとして説明する。
【００３８】
偏光ビームスプリッタ３に入射した光は、ｐ偏光を透過させ、ｓ偏光を反射させる偏光選択性誘電体多層膜３Ａを透過した後、コリメータレンズ４により僅かに収束光とされ、平板ミラー５の反射膜５Ａにより９０°の角度で偏向されて、１／４波長板６によりλ／４の位相差が与えられ、円偏光となり対物レンズ７に入射する。対物レンズ７で絞って得られたビームは、光ディスク１０の光入射面１０Ａから入射して、記録再生層の信号面１０Ｂ１上で収差が良好な状態で集光して、記録または再生が行われる。
【００３９】
そして、記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光ＬＴは、対物レンズ７に再入射し、この対物レンズ７により僅かに発散光となり、１／４波長板６に入射してλ／４の位相差が与えられ、ｓ偏光の直線偏光となる。その後、平板ミラー５の反射膜５Ａにより９０°の角度で偏向され、コリメータレンズ４により収束光となり、偏光ビームスプリッタ３に入射する。
【００４０】
図２は光ピックアップ装置１の検出系を詳細に示した図である。図２に示すように、偏光ビームスプリッタ３に入射したｓ偏光の反射光ＬＴは、偏光選択性誘電体多層膜３Ａで反射され、回折型光学素子８に入射してＨＯＥ面８Ｚの各分割領域で所定の方向に回折され、３次非点収差（以下、単に非点収差という）が付与される。非点収差を付与する手段は、ＨＯＥ８Ｚの各分割領域を用いても、シリンドリカルレンズ等を用いても良いが、本実施の形態ではＨＯＥ８Ｚの各分割領域で非点収差が付与されるものとする。非点収差が付与された回折光は、光検出器９の受光面上の受光セルで信号検出光のスポットとして受光される。その後、光電変換され、各電気信号に対してそれぞれ後述する所定の演算式に従って、トラッキングエラー信号，フォーカスエラー信号，メインデータ信号が算出される。
【００４１】
次に、本発明の要部である光ピックアップ装置１の検出系について、図３〜図５を用いて説明する。ここで、図３はＨＯＥ面８Ｚの分割領域８Ａ〜８Ｄを示した図、図４は光検出器９の受光セル９Ａ〜９Ｄの配置を示した図、図５は図１中の射出側の実効距離Ｎ１と検出側の実効距離Ｎ２を示した図である。
【００４２】
図３において、偏光ビームスプリッタ３で反射され、回折型光学素子８に入射した反射光ＬＴは、回折型光学素子８のＨＯＥ面８Ｚ上の４つの分割領域８Ａ〜８Ｄでそれぞれ次数ｍａの回折光によって所定方向に回折される。なお、分割領域８Ａ〜８Ｄで信号検出光として回折させる次数ｍａは、０以外の任意の整数を用いることができるが、本実施形態ではｍａ＝１として説明する。
【００４３】
図３に示すように、４つの分割領域８Ａ〜８Ｄは光軸中心８Ｐを通る２本の分割線８ｉ，８ｊによって分けられる。２本の分割線８ｉ，８ｊは、ＨＯＥ面８Ｚ上に光ディスク１０のトラックを投影した時のそのトラックの方向と垂直な方向（以下、ラジアル方向という）に対し、±４５°の角度方向に配置される。そして、分割領域８Ａ〜８Ｄはそれぞれ異なる回折構造をもつホログラムパターンとなっており、且つｍａ＝１の１次回折光に対し非点収差を付与する構成となっている。よって、４つの分割領域８Ａ〜８Ｄにそれぞれ対応して非点収差が付与された４つの１次回折光が生じる。なお、対物レンズ７でのレンズシフトやレンズチルトがない状態では、記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光の光束中心がほぼＨＯＥ面８Ｚの光軸中心８Ｐを通る。また、分割領域８Ａ〜８Ｄを合わせたものは円形となっているが、楕円形、角形等でも良い。
【００４４】
その後、４つの１次回折光は、図４に示す光検出器９の受光面に配置された受光セル９Ａ〜９Ｄ上で信号検出光のスポットを形成して受光される。受光セル９Ａ〜９ＤはＨＯＥ面８Ｚの分割領域８Ａ〜８Ｄの各回折方向に応じて配置されており、分割領域８Ａで回折された１次回折光は受光セル９Ａ（９Ａ１と９Ａ２にまたがる）上で信号検出光のスポットを形成して受光される。同様に、分割領域８Ｂで回折された１次回折光は受光セル９Ｂ（９Ｂ１と９Ｂ２にまたがる）上で、分割領域８Ｃで回折された１次回折光は受光セル９Ｃ上で、分割領域８Ｄで回折された１次回折光は受光セル９Ｄ上で、それぞれ信号検出光のスポットを形成して受光される。
【００４５】
ＨＯＥ面８Ｚの光軸中心８Ｐと光検出器９の受光面上の受光面中心９Ｐは、光軸方向でほぼ一致している。受光面中心９Ｐは、分割領域８Ａ〜８Ｄで回折せずに透過した０次回折光がほぼ集光する位置である。また、受光セル９Ａ，９Ｂの中点９Ｒから受光面中心９Ｐまでの距離と、受光セル９Ｃ，９Ｄの中点９Ｓから受光面中心９Ｐまでの距離はほぼ等しいのが望ましい。その理由は、それぞれの距離が大きく異なると、分割領域８Ａ〜８Ｄのホログラムパターンの回折ピッチが変わり、各受光セル９Ａ〜９Ｄでの各光量が異なるからである。
【００４６】
また、光ディスク１０のトラックを光検出器９の受光面に投影した時、受光セル９Ａはラジアル方向で受光セル９Ａ１と９Ａ２に２分割される。同様に、受光セル９Ｂはラジアル方向で受光セル９Ｂ１と９Ｂ２に２分割される。後述する非点収差法を用いてフォーカスエラー信号を算出するには、受光セル９Ａ，９Ｂはそれぞれ２分割されている必要がある。また、非点収差は一般的に４５°方向に与えられるものであり、分割領域８Ａ，８Ｂで４５°方向に非点収差を与えられると、最小錯乱円の位置にあるスポットは９０°回転する。そのため、受光セル９Ａ，９Ｂはラジアル方向で分割されるのが望ましい。
【００４７】
各受光セル９Ａ〜９Ｄ上での各信号検出光のスポットは、後述するように分割領域８Ａ〜８Ｄに応じた扇形状となるが、分割領域がなく円形状のホログラムパターンで最小錯乱円となる円形状スポットと考えた場合に適切な非点収差を有し、他の収差は発生しないものである。そして、非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間でスポットが最小錯乱円となるので、この中間位置に受光セル９Ａ〜９Ｄが配置される。また、分割領域８Ａ〜８Ｄで与えられる非点収差は、少なくとも８Ａ及び８Ｂでは同方向で且つ４５°方向が良い。ただし、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号等のサーボ信号による光ピックアップ装置１の調整を考慮すれば、すべての分割領域８Ａ〜８Ｄで与えられる非点収差は、同方向で且つ４５°方向であることが望ましい。なお、ホログラムパターンとは別にシリンドリカルレンズを入れて非点収差を与えても良い。
【００４８】
図５において、実効距離Ｎ１はレーザ光源２の発光点２Ｐから偏光ビームスプリッタ３の入射面までの実効距離、実効距離Ｎ２は偏光ビームスプリッタ３の射出面から受光面中心９Ｐまでの実効距離Ｎ２を示している。実効距離Ｎ１，Ｎ２とは硝材の屈折率で決まる空気換算距離を意味している。実効距離Ｎ１とＮ２が等しいとき、記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面８Ｚ上の各分割領域８Ａ〜８Ｄで何ら回折作用を受けずに透過した０次回折光は、受光面中心９Ｐで集光する。即ち、レーザ光源２の発光点２Ｐと光検出器９の受光面中心９Ｐは共役配置の関係になる。
【００４９】
また、図４に示した中点９Ｒから受光面中心９Ｐまでの距離と、中点９Ｓから受光面中心９Ｐまでの距離はほぼ等しい。しかし、各分割領域８Ａ〜８Ｄから、それぞれ対応した受光セル９Ａ〜９Ｄまでの各距離はそれぞれ若干異なる。そのため、各分割領域８Ａ〜８Ｄで回折された各１次回折光を同一平面上で、且つ同じスポット半径で受光するには、各分割領域８Ａ〜８Ｄでそれぞれ異なるパワー成分が必要となる。パワー成分とはレンズ作用に相当するものであり、回折面パワーのことを意味している。１次回折光は０次回折光に最も近接する回折光であるため、最低限の微小なパワーとすることができる。ＨＯＥ面８Ｚの位置ずれ時の公差は、パワー成分が少ないほど広く取ることができるので、次数ｍａ＝１の回折光が最も望ましい。
【００５０】
分割領域８Ａ〜８Ｄで回折させる１次回折光は７０％以上が望ましいが、その場合でも次数ｍａ＝１以外の回折光が僅かな回折効率で発生する。任意の次数ｍａの回折光は、ｍａの値が大きくなればなるほど受光セル９Ａ〜９Ｄから離れる位置でスポットを形成する。そのため、次数ｍａの回折光の中でも受光セル９Ａ〜９Ｄに照射される可能性が高い０次回折光に留意する必要がある。
【００５１】
図６は他層の信号面１０Ｂ２からの反射光で、且つＨＯＥ面８Ｚの各分割領域８Ａ〜８Ｄで何ら回折作用を受けずに透過した０次回折光によるスポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄ上に対して照射される限界を示した図である。このスポット２３は、倍率に合わせて広がり局所的な光量は少ない。そして、このスポット２３が一部の受光セル９Ａ〜９Ｄ上に対して照射される場合、後述するフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号はオフセット成分が残るため、Ｓ／Ｎの悪い不安定な信号となる。一方、このスポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄ上に対して照射される場合、減算による信号演算によって、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号は、オフセット成分が取り除かれる。そのため、Ｓ／Ｎが良く安定した信号が得られる。なお、スポット２１ａ〜２１ｄは記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面８Ｚの各分割領域８Ａ〜８Ｄで回折された１次回折光によるスポット、すなわち信号検出光である。スポット２２は記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面８Ｚの各分割領域８Ａ〜８Ｄで何ら回折作用を受けずに透過した０次回折光によるスポットを示している。
【００５２】
そこで、このスポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄに対して照射される条件を考える。受光面中心９Ｐから各受光セル９Ａ〜９Ｄまでの最長距離が、スポット２３のスポット半径ｒＰＤ以下であることを必要とする。図６中で、最長距離とは受光面中心９Ｐから受光セル９Ａ１または９Ａ２までの最も遠い距離ｄ１をいう。
【００５３】
ここで、光検出器９の受光面上で、スポット２３の半径ｒＰＤについて説明する。各分割領域８Ａ〜８Ｄで何ら回折作用を受けないスポット２３の半径は、回折型光学素子８と同じ光学厚さの平板を透過した場合の半径に等しい。よって、スポット半径ｒＰＤは回折型光学素子８の位置には依存しない。また、前述の通り、発光点２Ｐと受光面中心９Ｐは共役配置であるから、コリメータレンズ４と受光面中心９Ｐの実効距離はコリメータレンズ４の焦点距離ｆｃに等しい。従って、スポット２３の半径ｒＰＤは、コリメータレンズ４での光束半径ｒｃとの幾何学的な比例関係より、以下の（４）式で表される。
【数９】
ここで、ｚｃはコリメータレンズ４の物体距離である。物体距離とは、物体側の原点（（４）式中ではコリメータレンズ４の主点位置）を基準に光学系の光軸に沿って測った物点までの距離をいう。
【００５４】
（４）式と同様に、対物レンズ７での入射瞳半径ｒｏとの幾何学的な比例関係より、コリメータレンズの半径ｒｃは、以下の（５）式で表される。
【数１０】
ここで、ｄｏｃはコリメータレンズ４と対物レンズ７の実効距離、ｚｏは対物レンズ７の物体距離である。
【００５５】
また、ガウスの結像公式により、物体距離ｚｏ、ｚｃは以下の（６）式，（７）式で表される。
【数１１】
【数１２】
ここで、ｎは光ディスク１０の基板屈折率、ｔ１は光入射面１０Ａから第１の信号面１０Ｂ１までの厚さ、ｔ２は光入射面１０Ａから第２の信号面１０Ｂ２までの厚さ、ｆｏは対物レンズ７の焦点距離である。そして、（７）式の（ｔ２−ｔ１）／ｎは記録再生層の信号面１０Ｂ１から他層の信号面１０Ｂ２までの距離（デフォーカス量）に相当する。
【００５６】
（４）〜（７）式を用いると、スポット２３の半径ｒＰＤは以下の（８）式で表される。
【数１３】
ここで、ＮＡｏは対物レンズ７の開口数であり、すなわちｒｏをｆｏで除した値である。
【００５７】
最長距離ｄ１は（８）式で表したｒＰＤ以下、すなわち以下の（９）式を満たせば良い。
【数１４】
【００５８】
（９）式より、最長距離ｄ１は対物レンズ７やコリメータレンズ４の位置には依存しない。よって、デフォーカス量が最も大きいときのスポット２３の半径ｒＰＤを予め求めておくことにより、このスポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄに対して照射されることを可能にするものである。そして、（９）式を満たすことで、受光セル９Ａ〜９Ｄの配置を近づけて、光検出器９の小型化を可能にする。例えばＢＤの場合、ＮＡｏは０．８５、屈折率ｎは１．６２、光入射面から第１の信号面までの厚さｔ１は０．０７５ｍｍ、光入射面から第２の信号面までの厚さｔ２は０．１ｍｍであり、焦点距離ｆｃを２０ｍｍ、ｆｏを２ｍｍとすると、ｄ１≦０．２５８ｍｍとなる。
【００５９】
図６に示した方法よりもさらに望ましくは、スポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄに対して照射されないようにすることである。その理由は、信号演算をするまでもなく、後述するフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号において、オフセット成分が発生しないからである。また、スポット２３と信号検出光２１ａ〜２１ｄとの重なりによる干渉性ノイズも生じない。そのため、より一層Ｓ／Ｎが良く安定した信号が得られる。
【００６０】
図７はスポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄに対して照射されない限界を示した図である。スポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄに対して照射されない条件を考えると、受光面中心９Ｐから各受光セル９Ａ〜９Ｄまでの最短距離が、スポット２３の半径ｒＰＤ以上であることが必要である。図７中で、最短距離とは受光面中心９Ｐから受光セル９Ｄまでの最も近い距離ｄ２をいう。
【００６１】
そして、図６に示した前述の方法と同様の条件を求めると、最短距離ｄ２は（８）式で示したスポット２３の半径ｒＰＤ以上であれば良く、以下の（１０）式を満たせばよい。
【数１５】
【００６２】
図８はフォーカスエラー信号を得るためのＳカーブとスポット形状を示した図である。図８（ａ）は、光ディスク１０が対物レンズ７に近く、Ｓカーブが最大となるときの受光セル９Ａ，９Ｂ上でのスポット形状である。このとき、受光セル９Ａ１，９Ｂ２に対して信号検出光の大半のスポット２１ａ，２１ｂが照射され、受光セル９Ａ２、９Ｂ１に対しては僅かなスポット２１ａ，２１ｂが照射されるのみである。図８（ｂ）は光ディスク１０が対物レンズ７から遠く、Ｓカーブが最小となるときの受光セル９Ａ、９Ｂ上でのスポット形状である。このとき、受光セル９Ａ２，９Ｂ１に対して大半のスポット２１ａ，２１ｂが照射され、受光セル９Ａ１、９Ｂ２に対しては僅かなスポット２１ａ，２１ｂが照射されるのみである。そして、フォーカスを変化させてフォーカスエラー信号ＦＥを算出することにより、図８（ｃ）に示すように良好なＳカーブ特性が得られる。図８（ｃ）の横軸はデフォーカス量（１目盛り４μｍ）、縦軸はフォーカスエラー信号ＦＥ１のレベルを示す。図８（ｃ）のフォーカスエラー信号ＦＥ１の最大レベルが図８（ａ）のとき、最小レベルが図８（ｂ）のときである。なお、デフォーカスが全く無いときは、図６及び図７に示した均等な扇形状スポット２１ａ，２１ｂが形成される。
【００６３】
図９は光検出器９の内部にある演算回路の回路系統図を示している。本回路は、フォーカスエラー信号ＦＥ１、トラッキングエラー信号ＰＰ１，ＡＰＰ１及びメイン信号ＲＦ１を算出する。まず、同図において、フォーカスエラー信号ＦＥ１を計算する方法について説明する。受光セル９Ａ１から得られる電気信号Ａ１１、受光セル９Ａ２から得られる電気信号Ａ１２、受光セル９Ｂ１から得られる電気信号Ｂ１１，受光セル９Ｂ２から得られる電気信号Ｂ１２、加算器３１、３２及び減算器３７を用いて、以下の（１１）式により算出される。
ＦＥ１＝（Ａ１１＋Ｂ１２）−（Ａ１２＋Ｂ１１） …（１１）
（１１）式に示すように、フォーカスエラー検出として一般的な非点収差法が使えるので、光ピックアップ装置１は従来のＦＥＰに対して容易に対応できる。
【００６４】
図１０は、ＨＯＥ面８Ｚ上において、記録再生層の信号面１０Ｂ１から反射して形成されるスポット４５，４６を示した図である。なお、図１０（ａ）はＢｌｕ−ｒａｙ規格の光ディスク（ＢＤ）に対する記録または再生を行う場合、図１０（ｂ）はＨＤ−ＤＶＤ規格の光ディスク（ＨＤ−ＤＶＤ）に対する記録または再生を行う場合である。記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光のスポット４５，４６には、トラックやピット（以下、トラックと記す）によって回折した１次光と回折しない０次光との重なり部分４５ａ，４６ａが生じる。この重なり部分４５ａ，４６ａが干渉して左右の光強度の違いが生じることによって、いわゆるプッシュプル信号成分が得られる。
【００６５】
重なり部分４５ａ，４６ａの大きさは光ディスクの規格で決まり、ＢＤとＨＤ−ＤＶＤではこの重なり部分４５ａ，４６ａの割合が異なる。対物レンズ７の開口数、レーザ光ＬＳの波長及び記録再生層の信号面１０Ｂ１上のトラックピッチにより、０次光と１次光の重なる割合が一義的に定まる。
【００６６】
図３の分割線８ｉと８ｊ（それぞれの分割線のなす角度がラジアル方向に対して±４５°）でＨＯＥ面８Ｚを分割すると、ＢＤの場合の分割線８ｉ，８ｊはスポット４５の半径に対し約７％の余裕、ＨＤ−ＤＶＤの場合の分割線８ｉ，８ｊはスポット４６の半径に対し約１４％の余裕をもつのみである。ここで、ＢＤの場合、波長を４０５ｎｍ、トラックピッチを０．３２μｍ、開口数を０．８５、ＨＤ−ＤＶＤの場合、波長を４０５ｎｍ、トラックピッチを０．４μｍ、開口数を０．６５としている。
【００６７】
図３の分割線８ｉと８ｊによれば、重なり部分４５ａ，４６ａがフォーカスエラー信号ＦＥの計算で用いる分割領域８Ａ，８Ｂ上に照射されることがない。よって、トラックを横断する際の光量変化が生じにくいため、トラック横断によるフォーカスエラー信号ＦＥの変動が生じない。逆に重なり部分４５ａ，４６ａが必要以上に含まれないため、トラックピッチの２倍の周期による回折光の影響をもフォーカスエラー信号ＦＥから排除できる。ＢＤの場合、分割線８ｉとラジアル方向とがなす角度が４１．８°以下になると、重なり部分４５ａ，４６ａと分割線８ｉが交わる。同様に、分割線８ｊとラジアル方向とがなす角度が−４１．８°以上になると、重なり部分４５ａ，４６ａと分割線８ｊが交わる。
【００６８】
ＨＤ−ＤＶＤの場合、分割線８ｉとラジアル方向とがなす角度が３９．７°以下になると、重なり部分４５ａ，４６ａと分割線８ｉが交わる。同様に、分割線８ｊとラジアル方向とがなす角度が−３９．７°以上になると、重なり部分４５ａ，４６ａと分割線８ｊが交わる。分割線８ｉ，８ｊが分割領域８Ａ，８Ｂに少し交わることは影響が少なく、また０次光と１次光が重ならない部分が必要以上に多く含まれるのは好ましくない。以上の条件を考慮すると、分割線８ｉとラジアル方向とがなす角度は４０°以上５０°以下、分割線８ｊとラジアル方向とがなす角度は−５０°以上−４０°以下とするのが好ましい。そして、図３に示したように、分割線８ｉとラジアル方向とがなす角度は４５°、分割線８ｊとラジアル方向とがなす角度は−４５°とするのが最も望ましい。
【００６９】
次に、トラッキングエラー信号を計算する方法について説明する。受光セル９Ｃで電気信号Ｃ１，受光セル９Ｄで電気信号Ｄ１が得られる。この電気信号Ｃ１，Ｄ１にはプッシュプル信号成分が含まれる。よって、通常のＰＰ（Push Pull）法（プッシュプル法）によるトラッキングエラー信号ＰＰ１は、電気信号Ｃ１，Ｄ１及び減算器３６を用いて、以下の（１２）式により算出される。
ＰＰ１＝Ｃ１−Ｄ１ …（１２）
【００７０】
ところで、通常のＰＰ法あるいはＤＰＰ法によるトラッキングエラー信号は、レンズシフトやラジアル方向の光ディスクのチルト時にオフセットが発生する信号として知られている。このオフセットを低減したトラッキングエラー検出方法として、前述のＡＰＰ法が知られている。ＡＰＰ法によるトラッキングエラー信号ＡＰＰ１は、電気信号Ａ１１〜Ｄ１、加算器３３，３４、減算器３６，３９，４２及び乗算器４０を用いて、以下の（１３）式により算出される。
ＡＰＰ1=(Ｃ１−Ｄ１)−ｋ１・[(Ａ１１+Ｂ１１)−(Ａ１２+Ｂ１２)] …（１３）
ここで、ｋ１は乗算器４０の乗算係数である。
【００７１】
このトラッキングエラー信号ＡＰＰ１は、前記したレンズシフト等のオフセットのみならず、記録マークの境界で生じるオフセットも低減することが可能である。すなわち、信号Ａ１１と信号Ｂ１１の和から信号Ａ１２と信号Ｂ１２の差をとったＤＣ成分で補正することにより、記録マークの境界で生じるオフセットが低減できる。なお、乗算係数ｋ１は、レンズシフトと記録境界でのオフセットを補正し、また外乱などがあってもオフセットの発生が小さくなるように最適化したものである。以上により、トラッキングエラー信号ＰＰ１，ＡＰＰ１は３ビーム方式を用いることなく、１ビーム方式で得ることができる。
【００７２】
また、メイン信号ＲＦは、電気信号Ａ１１〜Ｄ１、加算器３１、３２、３３、３８及び４１を用いて、以下の（１４）式により算出される。
ＲＦ１＝Ａ１１＋Ａ１２＋Ｂ１１＋Ｂ１２＋Ｃ１＋Ｄ１ …（１４）
【００７３】
図１１は、光検出器９の受光セル上でのクロストーク光の状態を示した図である。クロストーク光には、記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で且つＨＯＥ面８Ｚにより信号検出光の次数ｍａ以外で回折したクロストーク光と、他層の信号面１０Ｂ２からの反射光で且つＨＯＥ面８Ｚにより次数ｍｂで回折したクロストーク光とがある。
【００７４】
第１に、記録再生層の信号面１０Ｂ１から生じるクロストーク光を考える。図１１中で、記録再生層の信号面１０Ｂ１から生じるスポット２１ａ〜２１ｄ、及び２２は、図６，７で説明した通りである。記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面８Ｚの分割領域８Ａ〜８Ｄで回折した次数ｍａ＝−１の回折光によるスポット２４ａ〜２４ｄは、受光面中心９Ｐからみてスポット２１ａ〜２１ｄと対称な位置に生じる。よって、図１１に示す通り、スポット２４ａ〜２４ｄが各受光セル９Ａ〜９Ｄ上に照射されないようにすることができる。そのため、より一層Ｓ／Ｎが良く安定した信号が得られる。なお、高次回折光によるスポットは受光セル９Ａ〜９Ｄより離れる方向に生じるので、回折光としては次数ｍａ＝０，−１のみを考えればよい。
【００７５】
第２に、他層の信号面１０Ｂ２から生じるクロストーク光を考える。図１１中で、他層の信号面１０Ｂ２から生じるスポット２３は、前述した（９），（１０）式の条件を満たすことにより、各信号への影響を少なくするまたは影響を与えないようにできる。他層の信号面１０Ｂ２からの反射光で、且つＨＯＥ面８Ｚの分割領域８Ａ〜８Ｄで回折した次数ｍｂ＝１の回折光によるスポット２５ａ〜２５ｄは、スポット２１ａ〜２１ｄから９０°回った方向で扇形状に広がる。よって、図１１に示す通り、スポット２５ａ〜２５ｄは各受光セル９Ａ〜９Ｄ上にほとんど照射されないようにすることができる。そのため、より一層Ｓ／Ｎが良く安定した信号が得られる。
【００７６】
以上説明してきたように、図３、図４に示すように、１枚の回折型光学素子と少ない受光セルで構成しているので、低コストでクロストーク光が受光セル上に照射しないようにできる。また、１ビーム方式であるので、グレーティングが不要となり、ＢＤとＨＤ−ＤＶＤのようにトラックピッチが異なる複数種の光ディスクに対応ができる利点がある。
【００７７】
また、図６に示したように、他層の信号面からの反射光で且つＨＯＥ面で回折した０次回折光によるスポットが、すべての受光セル上に照射されないようにすることで、すべての電気信号に均等なオフセットを与えてＳ／Ｎが良く安定した信号を得ることができる。また、図７に示したように、他層の信号面からの反射光で且つＨＯＥ面で回折した０次回折光によるスポットが、すべての受光セル上に照射されないようにして、すべての電気信号にオフセットを生じさせずに、より一層Ｓ／Ｎが良く安定した信号を得ることができる。
【００７８】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図１２〜図１７を参照し、第１の実施形態とは異なる点を中心として詳細に説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態の回折型光学素子８に代わって回折型光学素子５０、光検出器９に代わって光検出器５１を用いたものである（図１，図２参照）。それ以外の構成部品については図１、図２と同じであり、光学部品の配置も同じである。
【００７９】
図１２は、回折型光学素子５０の６分割パターンを示した図、図１３は光検出器５１の受光セル５１Ａ〜５１Ｆの配置を示した図である。ＨＯＥ面５０Ｚの６つの分割領域５０Ａ〜５０Ｆは光軸中心５０Ｐを通る３本の分割線５０ｉ，５０ｊ，５０ｋによって分けられる。分割線５０ｉはラジアル方向と同方向であり、分割線５０ｊ，５０ｋは、分割線５０ｉに対して±４５°方向に配置される。そして、分割領域５０Ａ〜５０Ｆはそれぞれ異なる回折構造をもつホログラムパターンとなっており、且つ次数ｍａ＝１の回折光に対し非点収差を付与する構成となっている。よって、６つの分割領域５０Ａ〜５０Ｆにそれぞれ対応して非点収差が付与された６つの１次回折光が生じる。第１の実施形態と同様に、対物レンズ７でのレンズシフトやレンズチルトがない状態では、光ディスク１０からの反射光の光束中心はほぼ光軸中心５０Ｐを通る。
【００８０】
その後、６つの１次回折光は光検出器５１の受光面上に配置された受光セル５１Ａ〜５１Ｆに信号検出光のスポットとして集光する。受光セル５１Ａ〜５１ＦはＨＯＥ面５０Ｚの分割領域５０Ａ〜５０Ｆの各回折方向に応じて配置されており、分割領域５０Ａで回折された１次回折光は受光セル５１Ａ（５１Ａ１と５１Ａ２にまたがる）で受光される。同様に分割領域５０Ｂで回折された１次回折光は受光セル５１Ｂ（５１Ｂ１と５１Ｂ２にまたがる）で、分割領域５０Ｃで回折された１次回折光は受光セル５１Ｃで、分割領域５０Ｄで回折された１次回折光は受光セル５１Ｄで、分割領域５０Ｅで回折された１次回折光は受光セル５１Ｅで、分割領域５０Ｆで回折された１次回折光は受光セル５１Ｆで、信号検出光のスポットを形成してそれぞれ受光される。
【００８１】
ＨＯＥ面５０Ｚの光軸中心５０Ｐと光検出器５１の受光面中心５１Ｐは、光軸方向にほぼ一致している。さらに、受光セル５１Ａ〜５１Ｆと受光面中心５１Ｐとは同一平面上にある。受光面中心５１Ｐは分割領域５１Ａ〜５１Ｆで回折せずに透過した０次回折光がほぼ集光する位置である。また、第１の実施形態と同様の理由により、受光セル５１Ａ，５１Ｂの中点５１Ｑから受光面中心５１Ｐまでの距離、５１Ｃ，５１Ｅの中点５１Ｒから受光面中心５１Ｐまでの距離、受光セル５１Ｄ，５１Ｆの中点５１Ｓから受光面中心５１Ｐまでの距離は、ほぼ等しいのが望ましい。
【００８２】
また、光ディスク１０のトラックを光検出器５１の受光面上に投影した時、受光セル５１Ａはラジアル方向で受光セル５１Ａ１と５１Ａ２に、受光セル５１Ｂはラジアル方向で受光セル５１Ｂ１と５１Ｂ２にそれぞれ２分割される。また、非点収差の方向についても第１の実施形態と同様である。
【００８３】
各受光セル５１Ａ〜５１Ｆ上での各信号検出光のスポットは、分割領域５０Ａ〜５０Ｆに応じた扇形状となるが、分割領域がなく円形状のホログラムパターンで最小錯乱円となる円形状スポットと考えた場合に適切な非点収差を有し、他の収差が発生しないものである。そして、非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間でスポットが最小錯乱円となるので、この位置に受光セル５１Ａ〜５１Ｆが配置される。第１の実施形態と同様に、レーザ光源２の発光点２Ｐと光検出器５１の受光面中心５１Ｐは共役配置の関係になる。
【００８４】
図１４は他層の信号面１０Ｂ２からの反射光で、且つＨＯＥ面５０Ｚの各分割領域５０Ａ〜５０Ｆで何ら回折作用を受けずに透過した０次回折光によるスポット６３がすべての受光セル５１Ａ〜５１Ｆ上に照射される限界を示した図である。第１の実施形態と同様に、このスポット６３がすべての受光セル５１Ａ〜５１Ｆ上に照射される場合、減算による信号演算によって、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号は、オフセット成分が取り除かれる。そのため、Ｓ／Ｎが良く安定した信号が得られる。なお、スポット６１ａ〜６１ｆは記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面５０Ｚの各分割領域５０Ａ〜５０Ｆで回折された１次回折光によるスポット、すなわち信号検出光である。スポット６２は記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面５０Ｚの各分割領域５０Ａ〜５０Ｆで何ら回折作用を受けずに透過した０次回折光によるスポットを示している。
【００８５】
第１の実施形態と同様に、受光面中心５１Ｐから受光セル５１Ａ〜５１Ｆまでの最長距離ｄ１を考えると、最長距離ｄ１はスポット６３の半径ｒＰＤ以下、すなわち前述した（９）式を満たせばよい。
【００８６】
図１４に示した方法よりさらに望ましくは、スポット６３がすべての受光セル５１Ａ〜５１Ｆ上に照射されないようにすることである。その理由は、信号演算をするまでもなく、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号において、オフセット成分が発生しないからである。また、スポット６３と信号検出光６１ａ〜６１ｆとが重なって干渉性ノイズも生じない。そのため、より一層Ｓ／Ｎが良く安定した信号が得られる。
【００８７】
図１５はスポット６３がすべての受光セル５１Ａ〜５１Ｆに照射されない限界を示した図である。第１の実施形態と同様に、スポット６３がすべての受光セル５１Ａ〜５１Ｆに照射されない条件を考えると、最短距離ｄ２はスポット６３の半径ｒＰＤ以上、すなわち前述した（１０）式を満たせばよい。
【００８８】
図１６は光検出器９の内部にある演算回路の回路系統図を示している。本回路は、フォーカスエラー信号ＦＥ１、トラッキングエラー信号ＰＰ１，ＡＰＰ１及びメイン信号ＲＦ１を算出する。まず、同図において、フォーカスエラー信号ＦＥ２を計算する方法について説明する。ＨＯＥ面５０Ｚの２つの分割領域５０Ａ〜５０Ｂで回折された１次回折光は、各受光セル５１Ａ１〜５１Ｂ２で信号検出光のスポット６１ａ，６１ｂを形成して受光される。そして、受光セル５１Ａ１〜５１Ｂ２より、それぞれに対応した電気信号Ａ２１〜Ｂ２２が得られる。この電気信号Ａ２１〜Ｂ２２、加算器７１、７２及び減算器７７を用いて、以下の（１５）式より算出される。
ＦＥ２＝（Ａ２１＋Ａ２２）−（Ａ２２＋Ｂ２１） …（１５）
（１５）式に示すように、フォーカスエラー検出として一般的な非点収差法が使えるので、光ピックアップ装置１は従来のＦＥＰに対して容易に対応できる。
【００８９】
第１の実施形態の図１０と同様に、ＨＯＥ面５０Ｚ上において、記録再生層の信号面１０Ｂ１から反射して形成されるスポットは、トラックによって回折した１次光と回折しない０次光との重なり部分が生じるので、プッシュプル信号成分が得られる。よって、分割線５０ｉと分割線５０ｊとがなす角度は４０°以上５０°以下とするのが好ましい。同様に、分割線５０ｉと分割線５０ｋとがなす角度は−５０°以上−４０°以下とするのが好ましい。そして、分割線５０ｉと５０ｊとがなすそれぞれの角度は４５°、分割線５０ｉと５０ｋとがなすそれぞれの角度は−４５°とするのが最も望ましい。
【００９０】
ＨＯＥ面５０Ｚの４つの分割領域５０Ｃ〜５０Ｆで回折された１次回折光は、各受光セル５１Ｃ〜５１Ｆで信号検出光のスポット６１ｃ〜６１ｆを形成して受光される。そして、各受光セル５１Ｃ〜５１Ｆより、それぞれに対応した電気信号Ｃ２〜Ｆ２が得られる。この電気信号Ｃ２〜Ｆ２はプッシュプル信号成分を含んでいる。よって、通常のプッシュプル法によるトラッキングエラー信号ＰＰ２は、電気信号Ｃ２〜Ｆ２、加算器７５，７６及び減算器８０を用いて、以下の（１６）式により算出される。
ＰＰ２＝（Ｃ２＋Ｄ２）−（Ｅ２＋Ｆ２） …（１６）
【００９１】
また、トラッキングエラー信号ＡＰＰ２は、電気信号Ａ２１〜Ｆ２、加算器７３，７４，７５，７６、減算器７９，８０，８３及び乗算器８１を用いて、以下の（１７）式により算出される。
ＡＰＰ２=（Ｃ２＋Ｄ２）−（Ｅ２＋Ｆ２）
−ｋ２｛（Ａ２１＋Ｂ２１）−（Ａ２２＋Ｂ２２）｝ …（１７）
【００９２】
さらに、メイン信号ＲＦは、電気信号Ａ２１〜Ｆ２、加算器７１，７２，７５，７６，７８，８１及び８３を用いて、以下の（１８）式により算出される。
ＲＦ２＝Ａ２１+Ａ２２+Ｂ２１+Ｂ２２+Ｃ２+Ｄ２+Ｅ２+Ｆ２ …（１８）
【００９３】
第２の実施形態の場合は、ＢＤ−ＲＯＭなどの再生型光ディスクに対応したＤＰＤ法によるトラッキングエラー信号を検出することが可能である。ＤＰＤ信号は、電気信号Ｃ２と電気信号Ｅ２の和（Ｃ２＋Ｅ２）と電気信号Ｄ２と電気信号Ｆ２の和（Ｄ２＋Ｆ２）を比較演算することで得られる。よって、第２の実施形態はＡＰＰ法とＤＰＤ法が両立できる構成であり、第１の実施形態より多様な媒体に対応可能である。
【００９４】
図１７は、光検出器５１の受光セル上でのクロストーク光の状態を示した図である。クロストーク光には、記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で且つＨＯＥ面５０Ｚにより信号検出光の次数ｍａ以外で回折したクロストーク光と、他層の信号面１０Ｂ２からの反射光で且つＨＯＥ面５０Ｚにより次数ｍｂで回折したクロストーク光とがある。
【００９５】
第１に、記録再生層の信号面１０Ｂ１から生じるクロストーク光を考える。図１７中で、記録再生層の信号面１０Ｂ１から生じるスポット６１ａ〜６１ｆ、及び６２は、図１４，１５で説明した通りである。記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面５０Ｚの分割領域５０Ａ〜５０Ｆで回折した次数ｍａ＝−１の回折光によるスポット６４ａ〜６４ｆは、受光面中心９Ｐからみてスポット６１ａ〜６１ｆと対称な位置に生じる。よって、図１７に示す通り、スポット６４ａ〜６４ｆは各受光セル５１Ａ〜５１Ｆ上に照射されないようにすることができる。なお、高次回折光によるスポットは受光セル５１Ａ〜５１Ｆより離れる方向に生じるので、回折光としては次数ｍａ＝０，−１のみを考えればよい。
【００９６】
第２に、他層の信号面１０Ｂ２から生じるクロストーク光を考える。図１７中で、他層の信号面１０Ｂ２から生じるスポット６３は、前述した（１７），（１８）式の条件を満たすことにより、各信号への影響を少なくするまたは影響を与えないようにできる。そして、前述した条件の通り、影響を少なくするまたは与えないことが可能である。他層の信号面１０Ｂ２からの反射光で、且つＨＯＥ面５０Ｚの分割領域５０Ａ〜５０Ｆで回折した次数ｍｂ＝１の回折光によるスポット６５ａ〜６５ｆは、スポット６１ａ〜６１ｆから９０°回った方向で扇形状に広がる。よって、図１７に示す通り、スポット６５ａ〜６５ｆは各受光セル５１Ａ〜５１Ｆ上に対してほとんど照射されないようにすることができる。
【００９７】
以上説明してきたように、図１２、図１３に示すように、１枚の回折型光学素子と少ない受光セルで構成しているので、低コストでクロストーク光が受光セル上に照射しないようにできる。また、１ビーム方式であるので、グレーティングが不要となり、ＢＤとＨＤ−ＤＶＤのようにトラックピッチが異なる複数種の光ディスクに対応ができる利点がある。また、第２の実施形態では、通常１つのシステムでは得ることが難しいＤＰＤ信号とＡＰＰ信号の２種類のトラッキングエラー信号を得ることができる。
【００９８】
また、図１４に示したように、他層の信号面からの反射光で且つＨＯＥ面で回折した０次回折光によるスポットが、すべての受光セル上に照射されないようにすることで、すべての電気信号に均等なオフセットを与えて、Ｓ／Ｎが良く安定した信号を得ることができる。また、図１５に示したように、他層の信号面からの反射光で且つＨＯＥ面で回折した０次回折光によるスポットが、すべての受光セル上に照射されないようにして、すべての電気信号にオフセットを生じさせずに、より一層Ｓ／Ｎが良く安定した信号を得ることができる。
【００９９】
なお、第１，第２実施形態では波長４０５ｎｍの青色レーザ光源を１つ用いて、片面２層のＢＤに対応する光ピックアップ装置の構成を示したが、本発明はこの第１，第２実施形態に限定されるものではない。例えば、同じ青色レーザ光源を用いてＢＤ，ＨＤ−ＤＶＤの双方に対応する光ピックアップ装置、ＤＶＤやＣＤにも対応する光ピックアップ装置、３層以上の光ディスクに対応する光ピックアップ装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の光ピックアップ装置の全体構成図である。
【図２】本発明の光ピックアップ装置の検出系を示した図である。
【図３】図１中のＨＯＥ面の４分割パターンを示した図である。
【図４】図１中の４分割パターンに対応した受光セルのパターンを示した図である。
【図５】図１中の射出側と検出側の実効距離を示した図である。
【図６】図４中の受光セルと他層からの反射光で且つ０次回折光のクロストーク光との位置関係を示した図である。
【図７】図４中の受光セルと他層からの反射光で且つ０次回折光のクロストーク光との別の位置関係を示した図である。
【図８】本発明装置におけるフォーカスエラー信号の例とそのときの受光セル上でのスポット形状を示した図である。
【図９】本発明装置における電気信号の演算回路のブロック図である。
【図１０】図１中のＨＯＥ面上におけるトラックで回折した０次光と１次光の重なり部分を含むスポット形状を示した図である。
【図１１】図４中の受光セル上でのクロストーク光の広がりを示した図である。
【図１２】図１中のＨＯＥ面の６分割パターンを示した図である。
【図１３】図１中の６分割パターンに対応した受光セルのパターンを示した図である。
【図１４】図１３中の受光セルと他層からの反射光で且つ０次回折光のクロストーク光との位置関係を示した図である。
【図１５】図１３中の受光セルと他層からの反射光で且つ０次回折光のクロストーク光との別の位置関係を示した図である。
【図１６】本発明装置における信号出力の演算回路のブロック図である。
【図１７】図１３中の受光セル上でのクロストーク光の広がりを示した図である。
【図１８】従来の光ピックアップ装置の検出系を示した図である。
【図１９】従来の光ピックアップ装置の検出系に用いるＨＯＥパターン（ファーフィールドパターン）を示した図である。
【図２０】従来の光ピックアップ装置の信号検出光とクロストーク光のスポットの状態を示した図である。
【図２１】従来の光ピックアップ装置の検出系に用いる液晶素子の構造を示した図である。
【図２２】従来の光ピックアップ装置のビームが受光セルへ集光する状態を示した図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 光ピックアップ装置
２ レーザ光源
４ コリメータレンズ
７ 対物レンズ
８，５０ 回折型光学素子
８Ｚ，５０Ｚ ＨＯＥ面
８Ａ〜８Ｄ，５０Ａ〜５０Ｆ 分割領域
８ｉ，８ｊ，５０ｉ，５０ｊ，５０ｋ 分割線
８Ｐ，５０Ｐ 光軸中心
９，５１ 光検出器
９Ａ〜９Ｄ，５１Ａ〜５１Ｆ 受光セル
９Ｐ，５１Ｐ 受光面中心
１０ 光ディスク
１０Ａ 光入射面
１０Ｂ 信号面
１０Ｂ１ 第１の信号面（記録再生層の信号面）
１０Ｂ２ 第２の信号面（他層の信号面）
２１ａ〜２１ｄ，６１ａ〜６１ｆ 信号検出光によるスポット
２２，２３，２４ａ〜２４ｄ，２５ａ〜２５ｄ，６２，６３，６４ａ〜６４ｄ ，６５ａ〜６５ｄ クロストーク光によるスポット
ＬＳ 射出光
ＬＴ 反射光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズと光検出器の間に複数の分割領域を有する回折型光学素子を備え、単層に信号面を有する光ディスクだけでなく複数層に信号面を有する光ディスクに対しても良好な記録または再生を行うことができる光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円盤状の光記録媒体である光ディスクには、透明基板上に螺旋状または同心円状のトラックが形成されている。そして、このトラックに対して映像情報、音声情報、コンピュータデータなどの情報を高密度に記録でき、且つ記録済みのトラックを再生する際に所望のトラックを高速にアクセスできることから、光ディスクは一般的な記録媒体として多用されている。
【０００３】
この種の光ディスクとしてＣＤ(Compact Disc)やＤＶＤ(Digital versatile Disc)などは既に市販され、最近では、より一層高密度化を図って大容量化した２種類の高密度光記録媒体が流通している。すなわち、ＢＤ（Blu-ray Disc）及びＨＤ−ＤＶＤ（High Definition DVD）である。
【０００４】
また、各光ディスクを大容量化するため、複数層に信号面を有する多層光ディスク（以下、単に多層光ディスクという）の開発と規格化が進展している。ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒの片面２層に信号面を有する光ディスク（以下、片面２層光ディスクという）は既に市販され、ＤＶＤ−ＲＷ、ＢＤ、ＨＤ−ＤＶＤも片面２層光ディスクの規格化が進んでいる。更に、最近の学会では、ＢＤの４層光ディスク、８層光ディスクの開発についての発表がなされた。
【０００５】
ところで、前記したＤＶＤの片面２層光ディスクを再生する光ピックアップ装置では、１ビームによるＤＰＤ（DifferentialPhaseDetection）法（位相差トラッキング法）を用いて、ＤＰＤ信号と呼ばれるトラッキングエラー信号の検出を行っている。ＤＰＤ法とは、光ディスクの信号面から反射して戻る光（以下、反射光という）を受光して得られる光強度変調信号の位相差に基づいて、ＤＰＤ信号を得る方法である。しかし、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷといった記録型光ディスクに対しては、信号記録後においてはＤＰＤ信号の検出ができるものの、信号記録前においてはＤＰＤ信号の検出ができない。そこで、ＤＶＤの記録型光ディスクに対しては、３ビームによるＤＰＰ（DifferentialPush Pull）法（差動プッシュプル法）を用いて、ＤＰＰ信号と呼ばれるトラッキングエラー信号の検出を行っている。ＤＰＰ法とは、メインビームのプッシュプル信号と前後サブビームのプッシュプル信号との差動をとることで、オフセットの無いトラッキングエラー信号を得る方法である。
【０００６】
波長４０５ｎｍ程度の青色レーザ光源を用いて記録または再生するＨＤ−ＤＶＤでは、再生型、記録型光ディスクに対して、それぞれ前記したＤＶＤと同様のトラッキングエラー信号の検出方法を用いている。一方、波長４０５ｎｍ程度の青色レーザ光源を用いて記録または再生する別規格のＢＤでは、ＢＤ−ＲＯＭにおいてはＤＰＤ信号を検出できるものの、記録型光ディスクにおいては信号記録後の状態でＤＰＤ信号の検出が規格として保証されていない。そのため、記録型でも再生型でもＤＰＰ信号を検出するのが一般的である。
【０００７】
ここで、片面２層光ディスクにおいてＤＰＰ法を用いた場合は、以下のような問題がある。記録または再生していない他の層、すなわちデフォーカスしている層（以下、他層という）の信号面からの反射光が、不要なクロストーク光として光検出器に入射し、記録または再生している層（以下、記録再生層という）の信号面からの反射光と重なることで干渉性のノイズが発生する。この干渉性のノイズによる振る舞いは、干渉する２つの光の間の光路差、すなわち、光ディスクの層間距離による光路差で決まる。更に、このノイズによる振る舞いは、光ディスクのトラック位置による層間距離の変動、光ディスクのチルトの状態、再生している記録用のトラック（グルーブ）の影響も受ける。
【０００８】
また、ＤＰＰ信号を用いた場合は、記録時のサブビームによる誤記録を防ぐため、及び光の効率的な利用のため、サブビームの光量はメインビームよりも小さく設定されている。このため、サブビームは、クロストーク光の影響をメイン光よりも大きく受けるために、前記の問題が顕著に生じる。
【０００９】
このクロストーク光の影響は、ＤＶＤの片面２層光ディスクの場合も生じていた。しかし、ＤＶＤと比較して、ＢＤではより安定な記録、再生ができないと報告されている（例えば、非特許文献１参照）。その理由は、次の通りである。第１に、層間距離がＤＶＤよりも狭くなって光路差が小さくなり、またＤＶＤより対物レンズの開口数（ＮＡ）が上がっているため、クロストーク光のスポットサイズが大きくなったことである。第２に、波長４０５ｎｍの青色レーザ光源では、レーザの干渉性が上がっていることである。
【００１０】
そこで、これらの問題を解決する方法として、１ビーム方式によるＡＰＰ（Advanced Push Pull）法（アドバンスドプッシュプル法）を用いるトラッキングエラー信号の検出方法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【００１１】
図１８は非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置の検出系の一例の構成図、図１９は非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置の検出系に用いるＨＯＥパターン（ファーフィールドパターン）の一例を示した図、図２０は非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置のクロストーク光の広がりの一例を示した図である。
【００１２】
図１８、図１９、図２０を用いて、光ディスクからの反射光をＰＤ（光検出器）で受光するまでの従来の光ピックアップ装置の動作を簡単に説明する。図１８において、フォーカスエラー信号は次のようにして検出される。光ディスクの信号面からの反射光が、ホログラム光学素子（以下、ＨＯＥという）１０１によって回折作用を受けずに透過し、レンズ１０２を通って収束光となり、シリンドリカルレンズ１０３を通って非点収差が与えられ、フォーカス用ＰＤ１０４上で受光されて検出される。
【００１３】
一方、トラッキングエラー信号は次のようにして検出される。光ディスクの信号面からの反射光は、ＨＯＥ１０１によって回折され、レンズ１０２を通って収束光となり、シリンドリカルレンズ１０３でＨＯＥ１０１によって生じる非点収差がキャンセルされ、トラッキング用ＰＤ１０５（１０５Ａ〜１０５Ｄ）で受光されて検出される。
【００１４】
図１９はＨＯＥ１０１のパターンを示しており、ＨＯＥ１０１は５つの領域１０１Ａ〜１０１Ｅに分割されている。図２０はフォーカシング用ＰＤ１０４、トラッキング用ＰＤ１０５における信号検出光のスポット及びクロストーク光のスポットの状態を示している。記録再生層の信号面からの反射光で且つＨＯＥ１０１において回折作用を受けない光は、受光部１０４でスポット１０６を形成し、フォーカスエラー信号を検出するための信号検出光となる。
【００１５】
記録再生層の信号面からの反射光で且つ領域１０１Ａにおいて回折した光はＰＤ１０５Ａ上でスポット１０７Ａを形成し、領域１０１Ｂにおいて回折した光はＰＤ１０５Ｂ上でスポット１０７Ｂを形成し、領域１０１Ｃにおいて回折した光はＰＤ１０５Ｃ上でスポット１０７Ｃを形成し、領域１０１Ｄにおいて回折した光はＰＤ１０５Ｄ上でスポット１０７Ｄを形成し、それぞれトラッキング信号を検出するための信号検出光となる。また、記録再生層の信号面からの反射光で且つ領域１０１Ｅにおいて回折した光はスポット１０７Ｅを形成し、フォーカシング用ＰＤ１０４及びトラッキング用ＰＤ１０５上には照射されない。
【００１６】
次に、他層の信号面からのクロストーク光について説明する。他層の信号面からの反射光で且つＨＯＥ１０１において回折作用を受けないクロストーク光によるスポット１０８は、フォーカシング用ＰＤ１０４上に照射されるものの、トラッキング用ＰＤ１０５上には照射されない。他層の信号面からの反射光で且つ領域１０１Ａにおいて回折したクロストーク光はスポット１０９Ａを、領域１０１Ｂにおいて回折したクロストーク光はスポット１０９Ｂを、領域１０１Ｃにおいて回折したクロストーク光はスポット１０９Ｃを、領域１０１Ｄにおいて回折したクロストーク光はスポット１０７Ｄをそれぞれ形成し、トラッキング用ＰＤ１０５の周辺に位置するため、トラッキング用ＰＤ１０５上には照射されない。
【００１７】
また、領域１０１Ｅにおいて回折したクロストーク光はスポット１０９Ｅを形成して、フォーカシング用ＰＤ１０４の左右に位置し、トラッキング用ＰＤ１０５上には照射されない。そして、トラッキングエラー信号ＴＡＰＰは、ＰＤ１０５Ａで得られる電気信号をＴＡ、ＰＤ１０５Ｂで得られる電気信号をＴＢ、ＰＤ１０５Ｃで得られる電気信号をＴＣ、ＰＤ１０５Ｄで得られる電気信号をＴＤとするとき、ＡＰＰ法を用いて以下の（３）式により算出される。
ＴＡＰＰ＝ＴＣ−ＴＤ−Ｔｋ・（ＴＡ−ＴＢ） …（３）
ここで、Ｔｋは定数である。
【００１８】
また、クロストーク光の問題を解決する他の方法として、非特許文献２と同様に１ビーム方式によるＰＰ法を用いるトラッキングエラー信号の検出方法が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。図２１は非特許文献３記載の従来の光ピックアップ装置の検出系に用いる液晶素子の一例の構造図、図２２は非特許文献３記載の従来の光ピックアップ装置の受光セル上にビームがスポットを形成する状態を示した図である。
【００１９】
図２１及び図２２を用いて、非特許文献３記載の従来の光ピックアップ装置における光ディスクの信号面からの反射光を検出するまでの動作を簡単に説明する。図２１（ａ）に示すように、液晶素子１１０は３層からなり、光ディスク（不図示）側から非偏光ＨＯＥ１１１、液晶アクティブローテータ１１２、偏光ＨＯＥ１１３の順に形成される。
【００２０】
図２１（ｂ）に示すように、非偏光ＨＯＥ１１１はフォーカスエラー信号を検出するために、レンズ効果を有する回折素子であり、±１次回折光を発生させるものである。液晶アクティブローテータ１１２は電圧のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）で偏光方向を変えるものである。偏光ＨＯＥ１１３は、図２１（ｃ）に示す記録型用パターン１１３Ａと、図２１（ｄ）に示す再生型用パターン１１３Ｂの積層によって構成されている。
【００２１】
記録型のトラッキングエラー信号を検出する場合には、液晶アクティブローテータ１１２で電圧をオフにして、入射偏光方向と垂直な方向に射出偏光方向を変える。そして、図２２（ａ）に示すように、偏光ＨＯＥ１１３のうち記録型用パターン１１３Ａを作用させ、ＰＤ１１４上で０次、１次、−１次回折光が受光され、非特許文献２と同様のＡＰＰ法を用いてトラッキングエラー信号が検出される。その際、記録型用パターン１１３Ａの中央の領域１１３Ｅはトラッキングエラー信号の演算から除かれ、クロストーク光の影響を減らしている。
【００２２】
一方、再生型のトラッキングエラー信号を検出する場合には、液晶アクティブローテータ１１２で電圧をオンにして、入射偏光方向と射出偏光方向を同じにする。そして、図２２（ｂ）に示すように、偏光ＨＯＥ１１３のうち再生型用パターン１１３Ｂを作用させ、ＰＤ１１４上で０次、１次、−１次回折光が受光され、ＤＰＤ法を用いてトラッキングエラー信号が検出される。
【００２３】
【非特許文献１】Alexander van der Lee,et.al.,"Drive consideration for multilayer discs",ISOM06 Technical Digest P.30 Mo-C-5
【非特許文献２】Kousei SANO,et.al.,"Novel One-Beam Tracking Detection Method for Dual-Layer Blu-ray Discs",Japanese Journal of Applied Physics Vol.45,No.2B,2006,pp.1174-1177（第４図、第６図、第７図）
【非特許文献３】Noriaki Nishi et.al.,"Novel One-Beam Detection Method with Changeable Multi Division Patterns",Proc. of SPIEVol.6282,62821H-1（第４図、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
図１８〜図２０を用いて説明した非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置では、トラッキング用ＰＤ１０５にクロストーク光の影響が生じないようにしてトラッキングエラー信号を安定にしている。しかし、フォーカス用ＰＤ１０４とトラッキング用ＰＤ１０５と検出ビームを２つに分け、フォーカス用ＰＤ１０４から得られる信号はメイン信号の検出には用いることができないので、信号出力が低下し、信号検出のＳ／Ｎが低下する。特に、高速な再生を行う場合には顕著に問題となる。
【００２５】
また、図２１及び図２２を用いて説明した非特許文献３記載の従来の光ピックアップ装置では、クロストーク光の影響を少なくして、記録型、再生型のトラッキングエラー信号検出を行うことができるものの、液晶アクティブローテータ１１２や２パターンの偏光ＨＯＥ１１３Ａ、１１３Ｂ等の高価な部品が多い構成であるため、装置全体が高価となる問題がある。
【００２６】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、多層光ディスクに対して情報を記録し、または多層光ディスクから情報を再生する場合に、Ｓ／Ｎが良く、安定した信号を低コストで得ることが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。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、前述した従来の技術の課題を解決するため、次の構成を有する光ピックアップ装置を提供するものである。
レーザ光を射出するレーザ光源（２）と、レーザ光源（２）から射出された光（ＬＳ）を略平行光に変換するコリメータレンズ（４）と、略平行光を集光して、少なくとも第１の信号面（１０Ｂ１）と第２の信号面（１０Ｂ２）を有する光ディスク（１０）に対して、第１（１０Ｂ１）または第２の信号面（１０Ｂ２）にスポットを形成する対物レンズ（７）と、第１（１０Ｂ１）または第２の信号面（１０Ｂ２）からの反射光（ＬＴ）の略光束中心を通るように少なくとも２つの分割線が配置された複数の分割線（８ｉ，８ｊ）と、複数の分割線（８ｉ，８ｊ）により分割されて、反射光（ＬＴ）をそれぞれ所定方向に回折させる各領域（８Ａ〜８Ｄ）とを有する回折型光学素子（８）と、回折型光学素子（８）によって所定方向に回折され、非点収差を付与された信号検出光（２１ａ〜２１ｄ）を個別に受光し、信号検出光（２１ａ〜２１ｄ）が非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間で最小錯乱円となる位置に配置された複数の受光セル（９Ａ〜９Ｄ）とを有する光検出器（９）とを備え、光ディスクの光入射面（１０Ａ）から第１の信号面（１０Ｂ１）までの厚さをｔ１、第２の信号面（１０Ｂ２）までの厚さをｔ２、光検出器の受光面上の光軸中心（９Ｐ）から各受光セル（９Ａ〜９Ｄ）までの距離の最長距離をｄ１、最短距離をｄ２、光ディスク（１０）の基板屈折率をｎ、対物レンズ（７）の開口数をＮＡｏ、対物レンズ（７）の焦点距離をｆｏ、コリメータレンズ（４）の焦点距離をｆｃとするとき、以下の（１）式、（２）式のいずれかを満たす光ピックアップ装置（１）である。
【数５】
【数６】
【００２８】
また、レーザ光を射出するレーザ光源（２）と、レーザ光源（２）から射出された光（ＬＳ）を略平行光に変換するコリメータレンズ（４）と、略平行光を集光して、少なくとも第１の信号面（１０Ｂ１）と第２の信号面（１０Ｂ２）を有する光ディスク（１０）に対して、第１（１０Ｂ１）または第２の信号面（１０Ｂ２）にスポットを形成する対物レンズ（７）と、光ディスク（１０）のトラックを投影したとき、第１の分割線（５０ｉ）は前記トラックの方向と垂直な方向に配置され、第２の分割線（５０ｊ）は第１の分割線と４０°以上５０°以下の角度方向で配置され、第３の分割線（５０ｋ）は第１の分割線と角度−５０°以上−４０°以下の角度方向で配置され、第１、第２、第３の分割線（５０ｉ，５０ｊ，５０ｋ）は第１（１０Ｂ１）または第２の信号面（１０Ｂ２）からの反射光（ＬＴ）の略光束中心を通るように配置された３つの分割線（５０ｉ，５０ｊ，５０ｋ）と、３つの分割線（５０ｉ，５０ｊ，５０ｋ）により分割されて、反射光（ＬＴ）をそれぞれ所定方向に回折させる６つの領域（５０Ａ〜５０Ｆ）とを有する回折型光学素子（５０）と、回折型光学素子（５０）によって所定方向に回折され、非点収差を付与された信号検出光（６１ａ〜６１ｆ）を個別に受光し、信号検出光が非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間で最小錯乱円となる位置に配置された複数の受光セル（５１Ａ〜５１Ｆ）とを有する光検出器（５１）とを備え、光ディスクの光入射面（１０Ａ）から第１の信号面（１０Ｂ１）までの厚さをｔ１、第２の信号面（１０Ｂ２）までの厚さをｔ２、光検出器の受光面上の光軸中心（５１Ｐ）から各受光セル（５１Ａ〜５１Ｆ）までの距離の最長距離をｄ１、最短距離をｄ２、光ディスク（１０）の基板屈折率をｎ、対物レンズ（７）の開口数をＮＡｏ、対物レンズ（７）の焦点距離をｆｏ、コリメータレンズ（４）の焦点距離をｆｃとするとき、以下の（１）式、（２）式のいずれかを満たす光ピックアップ装置（１）である。
【数７】
【数８】
【００２９】
更に、記録または再生している層の信号面（１０Ｂ１）からの反射光（ＬＴ）で、且つ回折型光学素子の任意の領域（８Ａ〜８Ｄ，５０Ａ〜５０Ｆ）で回折された次数ｍａ（ｍａは０以外の整数）以外の回折光によるクロストーク光（２２，２４ａ〜２４ｄ，６２，６４ａ〜６４ｆ）と、記録または再生していない層の信号面（１０Ｂ２）からの反射光で、且つ回折型光学素子の任意の領域（８Ａ〜８Ｄ，５０Ａ〜５０Ｆ）で回折された次数ｍｂ（ｍｂは０以外の整数）の回折光によるクロストーク光（２５ａ〜２５ｄ，６５ａ〜６５ｆ）が、任意の各受光セル（９Ａ〜９Ｄ，５１Ａ〜５１Ｆ）に照射しないように各受光セル（９Ａ〜９Ｄ，５１Ａ〜５１Ｆ）すべてが配置されている光ピックアップ装置（１）である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の光ピックアップ装置によれば、記録再生層の信号面からの１ビームの反射光を回折型光学素子に入射して、回折型光学素子の各分割領域で所定方向に回折させ、更に非点収差を付与させた信号検出光を光検出器の各受光セルでそれぞれ受光させる構成としている。そのため、従来の非点収差法によるフロンエンドプロセッサ（ＦＥＰ）に容易に対応でき、Ｓ／Ｎの良いフォーカスエラー信号を得ることができる。
【００３１】
また、他層の信号面からの反射光を回折型光学素子に入射して、回折作用を受けずに透過した０次回折光をすべての受光セル上に照射させる構成としている。そのため、各電気信号を演算することにより、Ｓ／Ｎが良く安定したフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号を得ることができる。
【００３２】
また、他層の信号面からの反射光を回折型光学素子に入射して、回折作用を受けずに透過した０次回折光をすべての受光セル上に照射させない構成としている。そのため、各電気信号を演算することなく、より一層Ｓ／Ｎが良く安定したフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号を得ることができる。
【００３３】
また、記録再生層の信号面からの反射光を回折型光学素子に入射して、信号検出光以外の任意の次数で回折されたクロストーク光と、他層の信号面からの反射光を回折型光学素子に入射して、０次以外の任意の次数で回折されたクロストーク光が、すべての受光セル上に照射しない構成としている。そのため、より一層Ｓ／Ｎが良く安定したフォーカスエラー信号、及びトラッキングエラー信号を得ることができる。
【００３４】
また、液晶素子等の高価な部品を使うことなく１枚の回折型光学素子のみで、クロストーク光が受光セル上に照射しない構成としているので、低コストである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。図１は、本発明の光ピックアップ装置１の全体構成を示した図である。光ピックアップ装置１は、レーザ光源２から射出する波長λ＝４０５ｎｍのレーザ光ＬＳを用いて、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格の片面２層の信号面１０Ｂを有する光ディスク（ＢＤ）１０に対して記録し、または光ディスク１０から情報を再生する装置である。光ディスク１０は、光入射面１０Ａから第１の信号面までの厚さｔ１＝０.０７５ｍｍ、第２の信号面までの厚さｔ２＝０．１ｍｍを有する。
【００３６】
対物レンズ７は第１、第２の信号面の中間の厚さ０.０８７５ｍｍのとき、最適にレーザ光を集光する設計とされている。第１の信号面１０Ｂ１に対する記録または再生を行う場合は、コリメータレンズ４を光路方向に移動して、コリメータレンズ４から発せられる光を僅かに収束光とすることにより、良好に記録または再生ができる。また、第２の信号面１０Ｂ２に対する記録または再生を行う場合は、コリメータレンズ４を光路方向に移動して、コリメータレンズ４から発せられる光を僅かに発散光とすることにより、良好に記録または再生ができる。以下、第１の信号面１０Ｂ１を記録再生層の信号面、第２の信号面１０Ｂ２を他層の信号面として説明する。
【００３７】
レーザ光源２の発光点２Ｐより射出されたレーザ光ＬＳはｐ偏光の直線偏光であり、光路分離素子３を透過する。光路分離素子３は偏光ビームスプリッタやハーフミラー等、レーザ光源２から光ディスク１０へ向かう光と、光ディスク１０からの反射光が光検出器９へ向かう光とを分離する機能を有するものであれば良い。また、素子形状は角形でも平板状でも良い。ここでは、光路分離素子３を偏光ビームスプリッタとして説明する。
【００３８】
偏光ビームスプリッタ３に入射した光は、ｐ偏光を透過させ、ｓ偏光を反射させる偏光選択性誘電体多層膜３Ａを透過した後、コリメータレンズ４により僅かに収束光とされ、平板ミラー５の反射膜５Ａにより９０°の角度で偏向されて、１／４波長板６によりλ／４の位相差が与えられ、円偏光となり対物レンズ７に入射する。対物レンズ７で絞って得られたビームは、光ディスク１０の光入射面１０Ａから入射して、記録再生層の信号面１０Ｂ１上で収差が良好な状態で集光して、記録または再生が行われる。
【００３９】
そして、記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光ＬＴは、対物レンズ７に再入射し、この対物レンズ７により僅かに発散光となり、１／４波長板６に入射してλ／４の位相差が与えられ、ｓ偏光の直線偏光となる。その後、平板ミラー５の反射膜５Ａにより９０°の角度で偏向され、コリメータレンズ４により収束光となり、偏光ビームスプリッタ３に入射する。
【００４０】
図２は光ピックアップ装置１の検出系を詳細に示した図である。図２に示すように、偏光ビームスプリッタ３に入射したｓ偏光の反射光ＬＴは、偏光選択性誘電体多層膜３Ａで反射され、回折型光学素子８に入射してＨＯＥ面８Ｚの各分割領域で所定の方向に回折され、３次非点収差（以下、単に非点収差という）が付与される。非点収差を付与する手段は、ＨＯＥ８Ｚの各分割領域を用いても、シリンドリカルレンズ等を用いても良いが、本実施の形態ではＨＯＥ８Ｚの各分割領域で非点収差が付与されるものとする。非点収差が付与された回折光は、光検出器９の受光面上の受光セルで信号検出光のスポットとして受光される。その後、光電変換され、各電気信号に対してそれぞれ後述する所定の演算式に従って、トラッキングエラー信号，フォーカスエラー信号，メインデータ信号が算出される。
【００４１】
次に、本発明の要部である光ピックアップ装置１の検出系について、図３〜図５を用いて説明する。ここで、図３はＨＯＥ面８Ｚの分割領域８Ａ〜８Ｄを示した図、図４は光検出器９の受光セル９Ａ〜９Ｄの配置を示した図、図５は図１中の射出側の実効距離Ｎ１と検出側の実効距離Ｎ２を示した図である。
【００４２】
図３において、偏光ビームスプリッタ３で反射され、回折型光学素子８に入射した反射光ＬＴは、回折型光学素子８のＨＯＥ面８Ｚ上の４つの分割領域８Ａ〜８Ｄでそれぞれ次数ｍａの回折光によって所定方向に回折される。なお、分割領域８Ａ〜８Ｄで信号検出光として回折させる次数ｍａは、０以外の任意の整数を用いることができるが、本実施形態ではｍａ＝１として説明する。
【００４３】
図３に示すように、４つの分割領域８Ａ〜８Ｄは光軸中心８Ｐを通る２本の分割線８ｉ，８ｊによって分けられる。２本の分割線８ｉ，８ｊは、ＨＯＥ面８Ｚ上に光ディスク１０のトラックを投影した時のそのトラックの方向と垂直な方向（以下、ラジアル方向という）に対し、±４５°の角度方向に配置される。そして、分割領域８Ａ〜８Ｄはそれぞれ異なる回折構造をもつホログラムパターンとなっており、且つｍａ＝１の１次回折光に対し非点収差を付与する構成となっている。よって、４つの分割領域８Ａ〜８Ｄにそれぞれ対応して非点収差が付与された４つの１次回折光が生じる。なお、対物レンズ７でのレンズシフトやレンズチルトがない状態では、記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光の光束中心がほぼＨＯＥ面８Ｚの光軸中心８Ｐを通る。また、分割領域８Ａ〜８Ｄを合わせたものは円形となっているが、楕円形、角形等でも良い。
【００４４】
その後、４つの１次回折光は、図４に示す光検出器９の受光面に配置された受光セル９Ａ〜９Ｄ上で信号検出光のスポットを形成して受光される。受光セル９Ａ〜９ＤはＨＯＥ面８Ｚの分割領域８Ａ〜８Ｄの各回折方向に応じて配置されており、分割領域８Ａで回折された１次回折光は受光セル９Ａ（９Ａ１と９Ａ２にまたがる）上で信号検出光のスポットを形成して受光される。同様に、分割領域８Ｂで回折された１次回折光は受光セル９Ｂ（９Ｂ１と９Ｂ２にまたがる）上で、分割領域８Ｃで回折された１次回折光は受光セル９Ｃ上で、分割領域８Ｄで回折された１次回折光は受光セル９Ｄ上で、それぞれ信号検出光のスポットを形成して受光される。
【００４５】
ＨＯＥ面８Ｚの光軸中心８Ｐと光検出器９の受光面上の受光面中心９Ｐは、光軸方向でほぼ一致している。受光面中心９Ｐは、分割領域８Ａ〜８Ｄで回折せずに透過した０次回折光がほぼ集光する位置である。また、受光セル９Ａ，９Ｂの中点９Ｒから受光面中心９Ｐまでの距離と、受光セル９Ｃ，９Ｄの中点９Ｓから受光面中心９Ｐまでの距離はほぼ等しいのが望ましい。その理由は、それぞれの距離が大きく異なると、分割領域８Ａ〜８Ｄのホログラムパターンの回折ピッチが変わり、各受光セル９Ａ〜９Ｄでの各光量が異なるからである。
【００４６】
また、光ディスク１０のトラックを光検出器９の受光面に投影した時、受光セル９Ａはラジアル方向で受光セル９Ａ１と９Ａ２に２分割される。同様に、受光セル９Ｂはラジアル方向で受光セル９Ｂ１と９Ｂ２に２分割される。後述する非点収差法を用いてフォーカスエラー信号を算出するには、受光セル９Ａ，９Ｂはそれぞれ２分割されている必要がある。また、非点収差は一般的に４５°方向に与えられるものであり、分割領域８Ａ，８Ｂで４５°方向に非点収差を与えられると、最小錯乱円の位置にあるスポットは９０°回転する。そのため、受光セル９Ａ，９Ｂはラジアル方向で分割されるのが望ましい。
【００４７】
各受光セル９Ａ〜９Ｄ上での各信号検出光のスポットは、後述するように分割領域８Ａ〜８Ｄに応じた扇形状となるが、分割領域がなく円形状のホログラムパターンで最小錯乱円となる円形状スポットと考えた場合に適切な非点収差を有し、他の収差は発生しないものである。そして、非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間でスポットが最小錯乱円となるので、この中間位置に受光セル９Ａ〜９Ｄが配置される。また、分割領域８Ａ〜８Ｄで与えられる非点収差は、少なくとも８Ａ及び８Ｂでは同方向で且つ４５°方向が良い。ただし、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号等のサーボ信号による光ピックアップ装置１の調整を考慮すれば、すべての分割領域８Ａ〜８Ｄで与えられる非点収差は、同方向で且つ４５°方向であることが望ましい。なお、ホログラムパターンとは別にシリンドリカルレンズを入れて非点収差を与えても良い。
【００４８】
図５において、実効距離Ｎ１はレーザ光源２の発光点２Ｐから偏光ビームスプリッタ３の入射面までの実効距離、実効距離Ｎ２は偏光ビームスプリッタ３の射出面から受光面中心９Ｐまでの実効距離Ｎ２を示している。実効距離Ｎ１，Ｎ２とは硝材の屈折率で決まる空気換算距離を意味している。実効距離Ｎ１とＮ２が等しいとき、記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面８Ｚ上の各分割領域８Ａ〜８Ｄで何ら回折作用を受けずに透過した０次回折光は、受光面中心９Ｐで集光する。即ち、レーザ光源２の発光点２Ｐと光検出器９の受光面中心９Ｐは共役配置の関係になる。
【００４９】
また、図４に示した中点９Ｒから受光面中心９Ｐまでの距離と、中点９Ｓから受光面中心９Ｐまでの距離はほぼ等しい。しかし、各分割領域８Ａ〜８Ｄから、それぞれ対応した受光セル９Ａ〜９Ｄまでの各距離はそれぞれ若干異なる。そのため、各分割領域８Ａ〜８Ｄで回折された各１次回折光を同一平面上で、且つ同じスポット半径で受光するには、各分割領域８Ａ〜８Ｄでそれぞれ異なるパワー成分が必要となる。パワー成分とはレンズ作用に相当するものであり、回折面パワーのことを意味している。１次回折光は０次回折光に最も近接する回折光であるため、最低限の微小なパワーとすることができる。ＨＯＥ面８Ｚの位置ずれ時の公差は、パワー成分が少ないほど広く取ることができるので、次数ｍａ＝１の回折光が最も望ましい。
【００５０】
分割領域８Ａ〜８Ｄで回折させる１次回折光は７０％以上が望ましいが、その場合でも次数ｍａ＝１以外の回折光が僅かな回折効率で発生する。任意の次数ｍａの回折光は、ｍａの値が大きくなればなるほど受光セル９Ａ〜９Ｄから離れる位置でスポットを形成する。そのため、次数ｍａの回折光の中でも受光セル９Ａ〜９Ｄに照射される可能性が高い０次回折光に留意する必要がある。
【００５１】
図６は他層の信号面１０Ｂ２からの反射光で、且つＨＯＥ面８Ｚの各分割領域８Ａ〜８Ｄで何ら回折作用を受けずに透過した０次回折光によるスポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄ上に対して照射される限界を示した図である。このスポット２３は、倍率に合わせて広がり局所的な光量は少ない。そして、このスポット２３が一部の受光セル９Ａ〜９Ｄ上に対して照射される場合、後述するフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号はオフセット成分が残るため、Ｓ／Ｎの悪い不安定な信号となる。一方、このスポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄ上に対して照射される場合、減算による信号演算によって、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号は、オフセット成分が取り除かれる。そのため、Ｓ／Ｎが良く安定した信号が得られる。なお、スポット２１ａ〜２１ｄは記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面８Ｚの各分割領域８Ａ〜８Ｄで回折された１次回折光によるスポット、すなわち信号検出光である。スポット２２は記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面８Ｚの各分割領域８Ａ〜８Ｄで何ら回折作用を受けずに透過した０次回折光によるスポットを示している。
【００５２】
そこで、このスポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄに対して照射される条件を考える。受光面中心９Ｐから各受光セル９Ａ〜９Ｄまでの最長距離が、スポット２３のスポット半径ｒＰＤ以下であることを必要とする。図６中で、最長距離とは受光面中心９Ｐから受光セル９Ａ１または９Ａ２までの最も遠い距離ｄ１をいう。
【００５３】
ここで、光検出器９の受光面上で、スポット２３の半径ｒＰＤについて説明する。各分割領域８Ａ〜８Ｄで何ら回折作用を受けないスポット２３の半径は、回折型光学素子８と同じ光学厚さの平板を透過した場合の半径に等しい。よって、スポット半径ｒＰＤは回折型光学素子８の位置には依存しない。また、前述の通り、発光点２Ｐと受光面中心９Ｐは共役配置であるから、コリメータレンズ４と受光面中心９Ｐの実効距離はコリメータレンズ４の焦点距離ｆｃに等しい。従って、スポット２３の半径ｒＰＤは、コリメータレンズ４での光束半径ｒｃとの幾何学的な比例関係より、以下の（４）式で表される。
【数９】
ここで、ｚｃはコリメータレンズ４の物体距離である。物体距離とは、物体側の原点（（４）式中ではコリメータレンズ４の主点位置）を基準に光学系の光軸に沿って測った物点までの距離をいう。
【００５４】
（４）式と同様に、対物レンズ７での入射瞳半径ｒｏとの幾何学的な比例関係より、コリメータレンズの半径ｒｃは、以下の（５）式で表される。
【数１０】
ここで、ｄｏｃはコリメータレンズ４と対物レンズ７の実効距離、ｚｏは対物レンズ７の物体距離である。
【００５５】
また、ガウスの結像公式により、物体距離ｚｏ、ｚｃは以下の（６）式，（７）式で表される。
【数１１】
【数１２】
ここで、ｎは光ディスク１０の基板屈折率、ｔ１は光入射面１０Ａから第１の信号面１０Ｂ１までの厚さ、ｔ２は光入射面１０Ａから第２の信号面１０Ｂ２までの厚さ、ｆｏは対物レンズ７の焦点距離である。そして、（７）式の（ｔ２−ｔ１）／ｎは記録再生層の信号面１０Ｂ１から他層の信号面１０Ｂ２までの距離（デフォーカス量）に相当する。
【００５６】
（４）〜（７）式を用いると、スポット２３の半径ｒＰＤは以下の（８）式で表される。
【数１３】
ここで、ＮＡｏは対物レンズ７の開口数であり、すなわちｒｏをｆｏで除した値である。
【００５７】
最長距離ｄ１は（８）式で表したｒＰＤ以下、すなわち以下の（９）式を満たせば良い。
【数１４】
【００５８】
（９）式より、最長距離ｄ１は対物レンズ７やコリメータレンズ４の位置には依存しない。よって、デフォーカス量が最も大きいときのスポット２３の半径ｒＰＤを予め求めておくことにより、このスポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄに対して照射されることを可能にするものである。そして、（９）式を満たすことで、受光セル９Ａ〜９Ｄの配置を近づけて、光検出器９の小型化を可能にする。例えばＢＤの場合、ＮＡｏは０．８５、屈折率ｎは１．６２、光入射面から第１の信号面までの厚さｔ１は０．０７５ｍｍ、光入射面から第２の信号面までの厚さｔ２は０．１ｍｍであり、焦点距離ｆｃを２０ｍｍ、ｆｏを２ｍｍとすると、ｄ１≦０．２５８ｍｍとなる。
【００５９】
図６に示した方法よりもさらに望ましくは、スポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄに対して照射されないようにすることである。その理由は、信号演算をするまでもなく、後述するフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号において、オフセット成分が発生しないからである。また、スポット２３と信号検出光２１ａ〜２１ｄとの重なりによる干渉性ノイズも生じない。そのため、より一層Ｓ／Ｎが良く安定した信号が得られる。
【００６０】
図７はスポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄに対して照射されない限界を示した図である。スポット２３がすべての受光セル９Ａ〜９Ｄに対して照射されない条件を考えると、受光面中心９Ｐから各受光セル９Ａ〜９Ｄまでの最短距離が、スポット２３の半径ｒＰＤ以上であることが必要である。図７中で、最短距離とは受光面中心９Ｐから受光セル９Ｄまでの最も近い距離ｄ２をいう。
【００６１】
そして、図６に示した前述の方法と同様の条件を求めると、最短距離ｄ２は（８）式で示したスポット２３の半径ｒＰＤ以上であれば良く、以下の（１０）式を満たせばよい。
【数１５】
【００６２】
図８はフォーカスエラー信号を得るためのＳカーブとスポット形状を示した図である。図８（ａ）は、光ディスク１０が対物レンズ７に近く、Ｓカーブが最大となるときの受光セル９Ａ，９Ｂ上でのスポット形状である。このとき、受光セル９Ａ１，９Ｂ２に対して信号検出光の大半のスポット２１ａ，２１ｂが照射され、受光セル９Ａ２、９Ｂ１に対しては僅かなスポット２１ａ，２１ｂが照射されるのみである。図８（ｂ）は光ディスク１０が対物レンズ７から遠く、Ｓカーブが最小となるときの受光セル９Ａ、９Ｂ上でのスポット形状である。このとき、受光セル９Ａ２，９Ｂ１に対して大半のスポット２１ａ，２１ｂが照射され、受光セル９Ａ１、９Ｂ２に対しては僅かなスポット２１ａ，２１ｂが照射されるのみである。そして、フォーカスを変化させてフォーカスエラー信号ＦＥを算出することにより、図８（ｃ）に示すように良好なＳカーブ特性が得られる。図８（ｃ）の横軸はデフォーカス量（１目盛り４μｍ）、縦軸はフォーカスエラー信号ＦＥ１のレベルを示す。図８（ｃ）のフォーカスエラー信号ＦＥ１の最大レベルが図８（ａ）のとき、最小レベルが図８（ｂ）のときである。なお、デフォーカスが全く無いときは、図６及び図７に示した均等な扇形状スポット２１ａ，２１ｂが形成される。
【００６３】
図９は光検出器９の内部にある演算回路の回路系統図を示している。本回路は、フォーカスエラー信号ＦＥ１、トラッキングエラー信号ＰＰ１，ＡＰＰ１及びメイン信号ＲＦ１を算出する。まず、同図において、フォーカスエラー信号ＦＥ１を計算する方法について説明する。受光セル９Ａ１から得られる電気信号Ａ１１、受光セル９Ａ２から得られる電気信号Ａ１２、受光セル９Ｂ１から得られる電気信号Ｂ１１，受光セル９Ｂ２から得られる電気信号Ｂ１２、加算器３１、３２及び減算器３７を用いて、以下の（１１）式により算出される。
ＦＥ１＝（Ａ１１＋Ｂ１２）−（Ａ１２＋Ｂ１１） …（１１）
（１１）式に示すように、フォーカスエラー検出として一般的な非点収差法が使えるので、光ピックアップ装置１は従来のＦＥＰに対して容易に対応できる。
【００６４】
図１０は、ＨＯＥ面８Ｚ上において、記録再生層の信号面１０Ｂ１から反射して形成されるスポット４５，４６を示した図である。なお、図１０（ａ）はＢｌｕ−ｒａｙ規格の光ディスク（ＢＤ）に対する記録または再生を行う場合、図１０（ｂ）はＨＤ−ＤＶＤ規格の光ディスク（ＨＤ−ＤＶＤ）に対する記録または再生を行う場合である。記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光のスポット４５，４６には、トラックやピット（以下、トラックと記す）によって回折した１次光と回折しない０次光との重なり部分４５ａ，４６ａが生じる。この重なり部分４５ａ，４６ａが干渉して左右の光強度の違いが生じることによって、いわゆるプッシュプル信号成分が得られる。
【００６５】
重なり部分４５ａ，４６ａの大きさは光ディスクの規格で決まり、ＢＤとＨＤ−ＤＶＤではこの重なり部分４５ａ，４６ａの割合が異なる。対物レンズ７の開口数、レーザ光ＬＳの波長及び記録再生層の信号面１０Ｂ１上のトラックピッチにより、０次光と１次光の重なる割合が一義的に定まる。
【００６６】
図３の分割線８ｉと８ｊ（それぞれの分割線のなす角度がラジアル方向に対して±４５°）でＨＯＥ面８Ｚを分割すると、ＢＤの場合の分割線８ｉ，８ｊはスポット４５の半径に対し約７％の余裕、ＨＤ−ＤＶＤの場合の分割線８ｉ，８ｊはスポット４６の半径に対し約１４％の余裕をもつのみである。ここで、ＢＤの場合、波長を４０５ｎｍ、トラックピッチを０．３２μｍ、開口数を０．８５、ＨＤ−ＤＶＤの場合、波長を４０５ｎｍ、トラックピッチを０．４μｍ、開口数を０．６５としている。
【００６７】
図３の分割線８ｉと８ｊによれば、重なり部分４５ａ，４６ａがフォーカスエラー信号ＦＥの計算で用いる分割領域８Ａ，８Ｂ上に照射されることがない。よって、トラックを横断する際の光量変化が生じにくいため、トラック横断によるフォーカスエラー信号ＦＥの変動が生じない。逆に重なり部分４５ａ，４６ａが必要以上に含まれないため、トラックピッチの２倍の周期による回折光の影響をもフォーカスエラー信号ＦＥから排除できる。ＢＤの場合、分割線８ｉとラジアル方向とがなす角度が４１．８°以下になると、重なり部分４５ａ，４６ａと分割線８ｉが交わる。同様に、分割線８ｊとラジアル方向とがなす角度が−４１．８°以上になると、重なり部分４５ａ，４６ａと分割線８ｊが交わる。
【００６８】
ＨＤ−ＤＶＤの場合、分割線８ｉとラジアル方向とがなす角度が３９．７°以下になると、重なり部分４５ａ，４６ａと分割線８ｉが交わる。同様に、分割線８ｊとラジアル方向とがなす角度が−３９．７°以上になると、重なり部分４５ａ，４６ａと分割線８ｊが交わる。分割線８ｉ，８ｊが分割領域８Ａ，８Ｂに少し交わることは影響が少なく、また０次光と１次光が重ならない部分が必要以上に多く含まれるのは好ましくない。以上の条件を考慮すると、分割線８ｉとラジアル方向とがなす角度は４０°以上５０°以下、分割線８ｊとラジアル方向とがなす角度は−５０°以上−４０°以下とするのが好ましい。そして、図３に示したように、分割線８ｉとラジアル方向とがなす角度は４５°、分割線８ｊとラジアル方向とがなす角度は−４５°とするのが最も望ましい。
【００６９】
次に、トラッキングエラー信号を計算する方法について説明する。受光セル９Ｃで電気信号Ｃ１，受光セル９Ｄで電気信号Ｄ１が得られる。この電気信号Ｃ１，Ｄ１にはプッシュプル信号成分が含まれる。よって、通常のＰＰ（Push Pull）法（プッシュプル法）によるトラッキングエラー信号ＰＰ１は、電気信号Ｃ１，Ｄ１及び減算器３６を用いて、以下の（１２）式により算出される。
ＰＰ１＝Ｃ１−Ｄ１ …（１２）
【００７０】
ところで、通常のＰＰ法あるいはＤＰＰ法によるトラッキングエラー信号は、レンズシフトやラジアル方向の光ディスクのチルト時にオフセットが発生する信号として知られている。このオフセットを低減したトラッキングエラー検出方法として、前述のＡＰＰ法が知られている。ＡＰＰ法によるトラッキングエラー信号ＡＰＰ１は、電気信号Ａ１１〜Ｄ１、加算器３３，３４、減算器３６，３９，４２及び乗算器４０を用いて、以下の（１３）式により算出される。
ＡＰＰ1=(Ｃ１−Ｄ１)−ｋ１・[(Ａ１１+Ｂ１１)−(Ａ１２+Ｂ１２)] …（１３）
ここで、ｋ１は乗算器４０の乗算係数である。
【００７１】
このトラッキングエラー信号ＡＰＰ１は、前記したレンズシフト等のオフセットのみならず、記録マークの境界で生じるオフセットも低減することが可能である。すなわち、信号Ａ１１と信号Ｂ１１の和から信号Ａ１２と信号Ｂ１２の差をとったＤＣ成分で補正することにより、記録マークの境界で生じるオフセットが低減できる。なお、乗算係数ｋ１は、レンズシフトと記録境界でのオフセットを補正し、また外乱などがあってもオフセットの発生が小さくなるように最適化したものである。以上により、トラッキングエラー信号ＰＰ１，ＡＰＰ１は３ビーム方式を用いることなく、１ビーム方式で得ることができる。
【００７２】
また、メイン信号ＲＦは、電気信号Ａ１１〜Ｄ１、加算器３１、３２、３３、３８及び４１を用いて、以下の（１４）式により算出される。
ＲＦ１＝Ａ１１＋Ａ１２＋Ｂ１１＋Ｂ１２＋Ｃ１＋Ｄ１ …（１４）
【００７３】
図１１は、光検出器９の受光セル上でのクロストーク光の状態を示した図である。クロストーク光には、記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で且つＨＯＥ面８Ｚにより信号検出光の次数ｍａ以外で回折したクロストーク光と、他層の信号面１０Ｂ２からの反射光で且つＨＯＥ面８Ｚにより次数ｍｂで回折したクロストーク光とがある。
【００７４】
第１に、記録再生層の信号面１０Ｂ１から生じるクロストーク光を考える。図１１中で、記録再生層の信号面１０Ｂ１から生じるスポット２１ａ〜２１ｄ、及び２２は、図６，７で説明した通りである。記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面８Ｚの分割領域８Ａ〜８Ｄで回折した次数ｍａ＝−１の回折光によるスポット２４ａ〜２４ｄは、受光面中心９Ｐからみてスポット２１ａ〜２１ｄと対称な位置に生じる。よって、図１１に示す通り、スポット２４ａ〜２４ｄが各受光セル９Ａ〜９Ｄ上に照射されないようにすることができる。そのため、より一層Ｓ／Ｎが良く安定した信号が得られる。なお、高次回折光によるスポットは受光セル９Ａ〜９Ｄより離れる方向に生じるので、回折光としては次数ｍａ＝０，−１のみを考えればよい。
【００７５】
第２に、他層の信号面１０Ｂ２から生じるクロストーク光を考える。図１１中で、他層の信号面１０Ｂ２から生じるスポット２３は、前述した（９），（１０）式の条件を満たすことにより、各信号への影響を少なくするまたは影響を与えないようにできる。他層の信号面１０Ｂ２からの反射光で、且つＨＯＥ面８Ｚの分割領域８Ａ〜８Ｄで回折した次数ｍｂ＝１の回折光によるスポット２５ａ〜２５ｄは、スポット２１ａ〜２１ｄから９０°回った方向で扇形状に広がる。よって、図１１に示す通り、スポット２５ａ〜２５ｄは各受光セル９Ａ〜９Ｄ上にほとんど照射されないようにすることができる。そのため、より一層Ｓ／Ｎが良く安定した信号が得られる。
【００７６】
以上説明してきたように、図３、図４に示すように、１枚の回折型光学素子と少ない受光セルで構成しているので、低コストでクロストーク光が受光セル上に照射しないようにできる。また、１ビーム方式であるので、グレーティングが不要となり、ＢＤとＨＤ−ＤＶＤのようにトラックピッチが異なる複数種の光ディスクに対応ができる利点がある。
【００７７】
また、図６に示したように、他層の信号面からの反射光で且つＨＯＥ面で回折した０次回折光によるスポットが、すべての受光セル上に照射されないようにすることで、すべての電気信号に均等なオフセットを与えてＳ／Ｎが良く安定した信号を得ることができる。また、図７に示したように、他層の信号面からの反射光で且つＨＯＥ面で回折した０次回折光によるスポットが、すべての受光セル上に照射されないようにして、すべての電気信号にオフセットを生じさせずに、より一層Ｓ／Ｎが良く安定した信号を得ることができる。
【００７８】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図１２〜図１７を参照し、第１の実施形態とは異なる点を中心として詳細に説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態の回折型光学素子８に代わって回折型光学素子５０、光検出器９に代わって光検出器５１を用いたものである（図１，図２参照）。それ以外の構成部品については図１、図２と同じであり、光学部品の配置も同じである。
【００７９】
図１２は、回折型光学素子５０の６分割パターンを示した図、図１３は光検出器５１の受光セル５１Ａ〜５１Ｆの配置を示した図である。ＨＯＥ面５０Ｚの６つの分割領域５０Ａ〜５０Ｆは光軸中心５０Ｐを通る３本の分割線５０ｉ，５０ｊ，５０ｋによって分けられる。分割線５０ｉはラジアル方向と同方向であり、分割線５０ｊ，５０ｋは、分割線５０ｉに対して±４５°方向に配置される。そして、分割領域５０Ａ〜５０Ｆはそれぞれ異なる回折構造をもつホログラムパターンとなっており、且つ次数ｍａ＝１の回折光に対し非点収差を付与する構成となっている。よって、６つの分割領域５０Ａ〜５０Ｆにそれぞれ対応して非点収差が付与された６つの１次回折光が生じる。第１の実施形態と同様に、対物レンズ７でのレンズシフトやレンズチルトがない状態では、光ディスク１０からの反射光の光束中心はほぼ光軸中心５０Ｐを通る。
【００８０】
その後、６つの１次回折光は光検出器５１の受光面上に配置された受光セル５１Ａ〜５１Ｆに信号検出光のスポットとして集光する。受光セル５１Ａ〜５１ＦはＨＯＥ面５０Ｚの分割領域５０Ａ〜５０Ｆの各回折方向に応じて配置されており、分割領域５０Ａで回折された１次回折光は受光セル５１Ａ（５１Ａ１と５１Ａ２にまたがる）で受光される。同様に分割領域５０Ｂで回折された１次回折光は受光セル５１Ｂ（５１Ｂ１と５１Ｂ２にまたがる）で、分割領域５０Ｃで回折された１次回折光は受光セル５１Ｃで、分割領域５０Ｄで回折された１次回折光は受光セル５１Ｄで、分割領域５０Ｅで回折された１次回折光は受光セル５１Ｅで、分割領域５０Ｆで回折された１次回折光は受光セル５１Ｆで、信号検出光のスポットを形成してそれぞれ受光される。
【００８１】
ＨＯＥ面５０Ｚの光軸中心５０Ｐと光検出器５１の受光面中心５１Ｐは、光軸方向にほぼ一致している。さらに、受光セル５１Ａ〜５１Ｆと受光面中心５１Ｐとは同一平面上にある。受光面中心５１Ｐは分割領域５１Ａ〜５１Ｆで回折せずに透過した０次回折光がほぼ集光する位置である。また、第１の実施形態と同様の理由により、受光セル５１Ａ，５１Ｂの中点５１Ｑから受光面中心５１Ｐまでの距離、５１Ｃ，５１Ｅの中点５１Ｒから受光面中心５１Ｐまでの距離、受光セル５１Ｄ，５１Ｆの中点５１Ｓから受光面中心５１Ｐまでの距離は、ほぼ等しいのが望ましい。
【００８２】
また、光ディスク１０のトラックを光検出器５１の受光面上に投影した時、受光セル５１Ａはラジアル方向で受光セル５１Ａ１と５１Ａ２に、受光セル５１Ｂはラジアル方向で受光セル５１Ｂ１と５１Ｂ２にそれぞれ２分割される。また、非点収差の方向についても第１の実施形態と同様である。
【００８３】
各受光セル５１Ａ〜５１Ｆ上での各信号検出光のスポットは、分割領域５０Ａ〜５０Ｆに応じた扇形状となるが、分割領域がなく円形状のホログラムパターンで最小錯乱円となる円形状スポットと考えた場合に適切な非点収差を有し、他の収差が発生しないものである。そして、非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間でスポットが最小錯乱円となるので、この位置に受光セル５１Ａ〜５１Ｆが配置される。第１の実施形態と同様に、レーザ光源２の発光点２Ｐと光検出器５１の受光面中心５１Ｐは共役配置の関係になる。
【００８４】
図１４は他層の信号面１０Ｂ２からの反射光で、且つＨＯＥ面５０Ｚの各分割領域５０Ａ〜５０Ｆで何ら回折作用を受けずに透過した０次回折光によるスポット６３がすべての受光セル５１Ａ〜５１Ｆ上に照射される限界を示した図である。第１の実施形態と同様に、このスポット６３がすべての受光セル５１Ａ〜５１Ｆ上に照射される場合、減算による信号演算によって、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号は、オフセット成分が取り除かれる。そのため、Ｓ／Ｎが良く安定した信号が得られる。なお、スポット６１ａ〜６１ｆは記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面５０Ｚの各分割領域５０Ａ〜５０Ｆで回折された１次回折光によるスポット、すなわち信号検出光である。スポット６２は記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面５０Ｚの各分割領域５０Ａ〜５０Ｆで何ら回折作用を受けずに透過した０次回折光によるスポットを示している。
【００８５】
第１の実施形態と同様に、受光面中心５１Ｐから受光セル５１Ａ〜５１Ｆまでの最長距離ｄ１を考えると、最長距離ｄ１はスポット６３の半径ｒＰＤ以下、すなわち前述した（９）式を満たせばよい。
【００８６】
図１４に示した方法よりさらに望ましくは、スポット６３がすべての受光セル５１Ａ〜５１Ｆ上に照射されないようにすることである。その理由は、信号演算をするまでもなく、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号において、オフセット成分が発生しないからである。また、スポット６３と信号検出光６１ａ〜６１ｆとが重なって干渉性ノイズも生じない。そのため、より一層Ｓ／Ｎが良く安定した信号が得られる。
【００８７】
図１５はスポット６３がすべての受光セル５１Ａ〜５１Ｆに照射されない限界を示した図である。第１の実施形態と同様に、スポット６３がすべての受光セル５１Ａ〜５１Ｆに照射されない条件を考えると、最短距離ｄ２はスポット６３の半径ｒＰＤ以上、すなわち前述した（１０）式を満たせばよい。
【００８８】
図１６は光検出器９の内部にある演算回路の回路系統図を示している。本回路は、フォーカスエラー信号ＦＥ１、トラッキングエラー信号ＰＰ１，ＡＰＰ１及びメイン信号ＲＦ１を算出する。まず、同図において、フォーカスエラー信号ＦＥ２を計算する方法について説明する。ＨＯＥ面５０Ｚの２つの分割領域５０Ａ〜５０Ｂで回折された１次回折光は、各受光セル５１Ａ１〜５１Ｂ２で信号検出光のスポット６１ａ，６１ｂを形成して受光される。そして、受光セル５１Ａ１〜５１Ｂ２より、それぞれに対応した電気信号Ａ２１〜Ｂ２２が得られる。この電気信号Ａ２１〜Ｂ２２、加算器７１、７２及び減算器７７を用いて、以下の（１５）式より算出される。
ＦＥ２＝（Ａ２１＋Ａ２２）−（Ａ２２＋Ｂ２１） …（１５）
（１５）式に示すように、フォーカスエラー検出として一般的な非点収差法が使えるので、光ピックアップ装置１は従来のＦＥＰに対して容易に対応できる。
【００８９】
第１の実施形態の図１０と同様に、ＨＯＥ面５０Ｚ上において、記録再生層の信号面１０Ｂ１から反射して形成されるスポットは、トラックによって回折した１次光と回折しない０次光との重なり部分が生じるので、プッシュプル信号成分が得られる。よって、分割線５０ｉと分割線５０ｊとがなす角度は４０°以上５０°以下とするのが好ましい。同様に、分割線５０ｉと分割線５０ｋとがなす角度は−５０°以上−４０°以下とするのが好ましい。そして、分割線５０ｉと５０ｊとがなすそれぞれの角度は４５°、分割線５０ｉと５０ｋとがなすそれぞれの角度は−４５°とするのが最も望ましい。
【００９０】
ＨＯＥ面５０Ｚの４つの分割領域５０Ｃ〜５０Ｆで回折された１次回折光は、各受光セル５１Ｃ〜５１Ｆで信号検出光のスポット６１ｃ〜６１ｆを形成して受光される。そして、各受光セル５１Ｃ〜５１Ｆより、それぞれに対応した電気信号Ｃ２〜Ｆ２が得られる。この電気信号Ｃ２〜Ｆ２はプッシュプル信号成分を含んでいる。よって、通常のプッシュプル法によるトラッキングエラー信号ＰＰ２は、電気信号Ｃ２〜Ｆ２、加算器７５，７６及び減算器８０を用いて、以下の（１６）式により算出される。
ＰＰ２＝（Ｃ２＋Ｄ２）−（Ｅ２＋Ｆ２） …（１６）
【００９１】
また、トラッキングエラー信号ＡＰＰ２は、電気信号Ａ２１〜Ｆ２、加算器７３，７４，７５，７６、減算器７９，８０，８３及び乗算器８１を用いて、以下の（１７）式により算出される。
ＡＰＰ２=（Ｃ２＋Ｄ２）−（Ｅ２＋Ｆ２）
−ｋ２｛（Ａ２１＋Ｂ２１）−（Ａ２２＋Ｂ２２）｝ …（１７）
【００９２】
さらに、メイン信号ＲＦは、電気信号Ａ２１〜Ｆ２、加算器７１，７２，７５，７６，７８，８１及び８３を用いて、以下の（１８）式により算出される。
ＲＦ２＝Ａ２１+Ａ２２+Ｂ２１+Ｂ２２+Ｃ２+Ｄ２+Ｅ２+Ｆ２ …（１８）
【００９３】
第２の実施形態の場合は、ＢＤ−ＲＯＭなどの再生型光ディスクに対応したＤＰＤ法によるトラッキングエラー信号を検出することが可能である。ＤＰＤ信号は、電気信号Ｃ２と電気信号Ｅ２の和（Ｃ２＋Ｅ２）と電気信号Ｄ２と電気信号Ｆ２の和（Ｄ２＋Ｆ２）を比較演算することで得られる。よって、第２の実施形態はＡＰＰ法とＤＰＤ法が両立できる構成であり、第１の実施形態より多様な媒体に対応可能である。
【００９４】
図１７は、光検出器５１の受光セル上でのクロストーク光の状態を示した図である。クロストーク光には、記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で且つＨＯＥ面５０Ｚにより信号検出光の次数ｍａ以外で回折したクロストーク光と、他層の信号面１０Ｂ２からの反射光で且つＨＯＥ面５０Ｚにより次数ｍｂで回折したクロストーク光とがある。
【００９５】
第１に、記録再生層の信号面１０Ｂ１から生じるクロストーク光を考える。図１７中で、記録再生層の信号面１０Ｂ１から生じるスポット６１ａ〜６１ｆ、及び６２は、図１４，１５で説明した通りである。記録再生層の信号面１０Ｂ１からの反射光で、且つＨＯＥ面５０Ｚの分割領域５０Ａ〜５０Ｆで回折した次数ｍａ＝−１の回折光によるスポット６４ａ〜６４ｆは、受光面中心９Ｐからみてスポット６１ａ〜６１ｆと対称な位置に生じる。よって、図１７に示す通り、スポット６４ａ〜６４ｆは各受光セル５１Ａ〜５１Ｆ上に照射されないようにすることができる。なお、高次回折光によるスポットは受光セル５１Ａ〜５１Ｆより離れる方向に生じるので、回折光としては次数ｍａ＝０，−１のみを考えればよい。
【００９６】
第２に、他層の信号面１０Ｂ２から生じるクロストーク光を考える。図１７中で、他層の信号面１０Ｂ２から生じるスポット６３は、前述した（１７），（１８）式の条件を満たすことにより、各信号への影響を少なくするまたは影響を与えないようにできる。そして、前述した条件の通り、影響を少なくするまたは与えないことが可能である。他層の信号面１０Ｂ２からの反射光で、且つＨＯＥ面５０Ｚの分割領域５０Ａ〜５０Ｆで回折した次数ｍｂ＝１の回折光によるスポット６５ａ〜６５ｆは、スポット６１ａ〜６１ｆから９０°回った方向で扇形状に広がる。よって、図１７に示す通り、スポット６５ａ〜６５ｆは各受光セル５１Ａ〜５１Ｆ上に対してほとんど照射されないようにすることができる。
【００９７】
以上説明してきたように、図１２、図１３に示すように、１枚の回折型光学素子と少ない受光セルで構成しているので、低コストでクロストーク光が受光セル上に照射しないようにできる。また、１ビーム方式であるので、グレーティングが不要となり、ＢＤとＨＤ−ＤＶＤのようにトラックピッチが異なる複数種の光ディスクに対応ができる利点がある。また、第２の実施形態では、通常１つのシステムでは得ることが難しいＤＰＤ信号とＡＰＰ信号の２種類のトラッキングエラー信号を得ることができる。
【００９８】
また、図１４に示したように、他層の信号面からの反射光で且つＨＯＥ面で回折した０次回折光によるスポットが、すべての受光セル上に照射されないようにすることで、すべての電気信号に均等なオフセットを与えて、Ｓ／Ｎが良く安定した信号を得ることができる。また、図１５に示したように、他層の信号面からの反射光で且つＨＯＥ面で回折した０次回折光によるスポットが、すべての受光セル上に照射されないようにして、すべての電気信号にオフセットを生じさせずに、より一層Ｓ／Ｎが良く安定した信号を得ることができる。
【００９９】
なお、第１，第２実施形態では波長４０５ｎｍの青色レーザ光源を１つ用いて、片面２層のＢＤに対応する光ピックアップ装置の構成を示したが、本発明はこの第１，第２実施形態に限定されるものではない。例えば、同じ青色レーザ光源を用いてＢＤ，ＨＤ−ＤＶＤの双方に対応する光ピックアップ装置、ＤＶＤやＣＤにも対応する光ピックアップ装置、３層以上の光ディスクに対応する光ピックアップ装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の光ピックアップ装置の全体構成図である。
【図２】本発明の光ピックアップ装置の検出系を示した図である。
【図３】図１中のＨＯＥ面の４分割パターンを示した図である。
【図４】図１中の４分割パターンに対応した受光セルのパターンを示した図である。
【図５】図１中の射出側と検出側の実効距離を示した図である。
【図６】図４中の受光セルと他層からの反射光で且つ０次回折光のクロストーク光との位置関係を示した図である。
【図７】図４中の受光セルと他層からの反射光で且つ０次回折光のクロストーク光との別の位置関係を示した図である。
【図８】本発明装置におけるフォーカスエラー信号の例とそのときの受光セル上でのスポット形状を示した図である。
【図９】本発明装置における電気信号の演算回路のブロック図である。
【図１０】図１中のＨＯＥ面上におけるトラックで回折した０次光と１次光の重なり部分を含むスポット形状を示した図である。
【図１１】図４中の受光セル上でのクロストーク光の広がりを示した図である。
【図１２】図１中のＨＯＥ面の６分割パターンを示した図である。
【図１３】図１中の６分割パターンに対応した受光セルのパターンを示した図である。
【図１４】図１３中の受光セルと他層からの反射光で且つ０次回折光のクロストーク光との位置関係を示した図である。
【図１５】図１３中の受光セルと他層からの反射光で且つ０次回折光のクロストーク光との別の位置関係を示した図である。
【図１６】本発明装置における信号出力の演算回路のブロック図である。
【図１７】図１３中の受光セル上でのクロストーク光の広がりを示した図である。
【図１８】従来の光ピックアップ装置の検出系を示した図である。
【図１９】従来の光ピックアップ装置の検出系に用いるＨＯＥパターン（ファーフィールドパターン）を示した図である。
【図２０】従来の光ピックアップ装置の信号検出光とクロストーク光のスポットの状態を示した図である。
【図２１】従来の光ピックアップ装置の検出系に用いる液晶素子の構造を示した図である。
【図２２】従来の光ピックアップ装置のビームが受光セルへ集光する状態を示した図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 光ピックアップ装置
２ レーザ光源
４ コリメータレンズ
７ 対物レンズ
８，５０ 回折型光学素子
８Ｚ，５０Ｚ ＨＯＥ面
８Ａ〜８Ｄ，５０Ａ〜５０Ｆ 分割領域
８ｉ，８ｊ，５０ｉ，５０ｊ，５０ｋ 分割線
８Ｐ，５０Ｐ 光軸中心
９，５１ 光検出器
９Ａ〜９Ｄ，５１Ａ〜５１Ｆ 受光セル
９Ｐ，５１Ｐ 受光面中心
１０ 光ディスク
１０Ａ 光入射面
１０Ｂ 信号面
１０Ｂ１ 第１の信号面（記録再生層の信号面）
１０Ｂ２ 第２の信号面（他層の信号面）
２１ａ〜２１ｄ，６１ａ〜６１ｆ 信号検出光によるスポット
２２，２３，２４ａ〜２４ｄ，２５ａ〜２５ｄ，６２，６３，６４ａ〜６４ｄ ，６５ａ〜６５ｄ クロストーク光によるスポット
ＬＳ 射出光
ＬＴ 反射光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出するレーザ光源と、
前記レーザ光源から射出された光を略平行光に変換するコリメータレンズと、
前記略平行光を集光して、少なくとも第１の信号面と第２の信号面を有する光ディスクに対して、前記第１または第２の信号面にスポットを形成する対物レンズと、
前記第１または第２の信号面からの反射光の略光束中心を通るように少なくとも２つの分割線が配置された複数の分割線と、前記複数の分割線により分割されて、前記反射光をそれぞれ所定方向に回折させる各領域とを有する回折型光学素子と、
前記回折型光学素子によって所定方向に回折され、非点収差を付与された信号検出光を個別に受光し、前記信号検出光が前記非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間で最小錯乱円となる位置に配置された複数の受光セルを有する光検出器とを備え、
前記光ディスクの光入射面から第１の信号面までの厚さをｔ１、第２の信号面までの厚さをｔ２、前記光検出器の受光面上の光軸中心から前記各受光セルまでの距離の最長距離をｄ１、最短距離をｄ２、前記光ディスクの基板屈折率をｎ、前記対物レンズの開口数をＮＡｏ、前記対物レンズの焦点距離をｆｏ、前記コリメータレンズの焦点距離をｆｃとするとき、以下の（１）式、（２）式のいずれかを満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【数１】
【数２】
【請求項２】
レーザ光を射出するレーザ光源と、
前記レーザ光源から射出された光を略平行光に変換するコリメータレンズと、
前記略平行光を集光して、少なくとも第１の信号面と第２の信号面を有する光ディスクに対して、前記第１または第２の信号面にスポットを形成する対物レンズと、
前記光ディスクのトラックを投影したとき、第１の分割線は前記トラックの方向と垂直な方向に配置され、第２の分割線は前記第１の分割線と４０°以上５０°以下の角度方向で配置され、第３の分割線は前記第１の分割線と角度−５０°以上−４０°以下の角度方向で配置され、前記第１、第２、第３の分割線は前記第１または第２の信号面からの反射光の略光束中心を通るように配置された３つの分割線と、前記３つの分割線により分割されて、前記反射光をそれぞれ所定方向に回折させる６つの領域とを有する回折型光学素子と、
前記回折型光学素子によって所定方向に回折され、非点収差を付与された信号検出光を個別に受光し、前記信号検出光が前記非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間で最小錯乱円となる位置に配置された複数の受光セルを有する光検出器とを備え、
前記光ディスクの光入射面から第１の信号面までの厚さをｔ１、第２の信号面までの厚さをｔ２、前記光検出器の受光面上の光軸中心から前記各受光セルまでの距離の最長距離をｄ１、最短距離をｄ２、前記光ディスクの基板屈折率をｎ、前記対物レンズの開口数をＮＡｏ、前記対物レンズの焦点距離をｆｏ、前記コリメータレンズの焦点距離をｆｃとするとき、以下の（１）式、（２）式のいずれかを満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【数３】
【数４】
【請求項３】
記録または再生している層の信号面からの反射光で、且つ前記回折型光学素子の任意の前記領域で回折された次数ｍａ（ｍａは０以外の整数）以外の回折光によるクロストーク光と、
記録または再生していない層の信号面からの反射光で、且つ前記回折型光学素子の任意の前記領域で回折された次数ｍｂ（ｍｂは０以外の整数）の回折光によるクロストーク光が、任意の前記各受光セルに照射しないように前記各受光セルすべてが配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ装置。
【請求項１】
レーザ光を射出するレーザ光源と、
前記レーザ光源から射出された光を略平行光に変換するコリメータレンズと、
前記略平行光を集光して、少なくとも第１の信号面と第２の信号面を有する光ディスクに対して、前記第１または第２の信号面にスポットを形成する対物レンズと、
前記第１または第２の信号面からの反射光の略光束中心を通るように少なくとも２つの分割線が配置された複数の分割線と、前記複数の分割線により分割されて、前記反射光をそれぞれ所定方向に回折させる各領域とを有する回折型光学素子と、
前記回折型光学素子によって所定方向に回折され、非点収差を付与された信号検出光を個別に受光し、前記信号検出光が前記非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間で最小錯乱円となる位置に配置された複数の受光セルを有する光検出器とを備え、
前記光ディスクの光入射面から第１の信号面までの厚さをｔ１、第２の信号面までの厚さをｔ２、前記光検出器の受光面上の光軸中心から前記各受光セルまでの距離の最長距離をｄ１、最短距離をｄ２、前記光ディスクの基板屈折率をｎ、前記対物レンズの開口数をＮＡｏ、前記対物レンズの焦点距離をｆｏ、前記コリメータレンズの焦点距離をｆｃとするとき、以下の（１）式、（２）式のいずれかを満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【数１】
【数２】
【請求項２】
レーザ光を射出するレーザ光源と、
前記レーザ光源から射出された光を略平行光に変換するコリメータレンズと、
前記略平行光を集光して、少なくとも第１の信号面と第２の信号面を有する光ディスクに対して、前記第１または第２の信号面にスポットを形成する対物レンズと、
前記光ディスクのトラックを投影したとき、第１の分割線は前記トラックの方向と垂直な方向に配置され、第２の分割線は前記第１の分割線と４０°以上５０°以下の角度方向で配置され、第３の分割線は前記第１の分割線と角度−５０°以上−４０°以下の角度方向で配置され、前記第１、第２、第３の分割線は前記第１または第２の信号面からの反射光の略光束中心を通るように配置された３つの分割線と、前記３つの分割線により分割されて、前記反射光をそれぞれ所定方向に回折させる６つの領域とを有する回折型光学素子と、
前記回折型光学素子によって所定方向に回折され、非点収差を付与された信号検出光を個別に受光し、前記信号検出光が前記非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間で最小錯乱円となる位置に配置された複数の受光セルを有する光検出器とを備え、
前記光ディスクの光入射面から第１の信号面までの厚さをｔ１、第２の信号面までの厚さをｔ２、前記光検出器の受光面上の光軸中心から前記各受光セルまでの距離の最長距離をｄ１、最短距離をｄ２、前記光ディスクの基板屈折率をｎ、前記対物レンズの開口数をＮＡｏ、前記対物レンズの焦点距離をｆｏ、前記コリメータレンズの焦点距離をｆｃとするとき、以下の（１）式、（２）式のいずれかを満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【数３】
【数４】
【請求項３】
記録または再生している層の信号面からの反射光で、且つ前記回折型光学素子の任意の前記領域で回折された次数ｍａ（ｍａは０以外の整数）以外の回折光によるクロストーク光と、
記録または再生していない層の信号面からの反射光で、且つ前記回折型光学素子の任意の前記領域で回折された次数ｍｂ（ｍｂは０以外の整数）の回折光によるクロストーク光が、任意の前記各受光セルに照射しないように前記各受光セルすべてが配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００９−３９８６（Ｐ２００９−３９８６Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６１３１６（Ｐ２００７−１６１３１６）
【出願日】平成１９年６月１９日（２００７．６．１９）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１９日（２００７．６．１９）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
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