光情報再生装置
【課題】 ２つの光の光路差の調整が容易で、信号増幅効果が高く、光学系の小型化に適した、干渉型の光情報信号を検出する光情報再生装置を提供する。
【解決手段】 光源から出射した光束を第１の光束と第２の光束とに分割し、対物レンズで光情報記録媒体上に集光して反射した第１の光束の信号光と、光情報記録媒体に集光しない第２の光束の参照光との合成光を光軸付近の第１の光束と、周辺部の第２の光束に分離して、複数の検出器で独立に検出するように分岐させる光分岐素子２３２を付加する。そして、第１の光束についてフォーカス誤差信号を検出し、焦点ずれを補償する。
【解決手段】 光源から出射した光束を第１の光束と第２の光束とに分割し、対物レンズで光情報記録媒体上に集光して反射した第１の光束の信号光と、光情報記録媒体に集光しない第２の光束の参照光との合成光を光軸付近の第１の光束と、周辺部の第２の光束に分離して、複数の検出器で独立に検出するように分岐させる光分岐素子２３２を付加する。そして、第１の光束についてフォーカス誤差信号を検出し、焦点ずれを補償する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報再生装置の再生信号の高Ｓ／Ｎ化に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクは、青色半導体レーザと、ＮＡ０．８５の高ＮＡ対物レンズを用いるブルーレイディスクの製品化に至って、光学系の分解能としてはほぼ限界に達し、さらなる大容量化に向けては、今後、記録層の多層化が有力となると考えられる。近年、記録層の層間隔が２５μｍの２層ブルーレイディスクが市販されており、レコーダの映像保存媒体やパソコンのデータ保存媒体として用いられている。
【０００３】
このような多層光ディスクにおいては各記録層からの検出光量がほぼ同等となる必要性から、記録層の数を増やすのに伴い特定の記録層からの反射率は小さくせざるを得ない。このため、各記録層からの検出信号のＳ／Ｎ比が低下するという課題がある。
【０００４】
また、レーザ光を多層光ディスクに照射した場合、同時に複数の層を照射することになるため、情報を再生する対象層以外の記録層からの反射迷光、すなわち層間クロストークによっても検出信号のＳ／Ｎ比が低下してしまう。
【０００５】
ところが光ディスクは大容量化とともにビデオなどのダビング速度の高速化の必要性から、データ転送速度の高速化も続いており、そのままでは再生信号のＳ／Ｎ比が十分確保できなくなりつつある。したがって今後の記録層の多層化と高速化を同時に進めていくためには、検出信号の高Ｓ／Ｎ化が必須となる。
【０００６】
光ディスクの再生信号の高Ｓ／Ｎ化に関する技術は、たとえば特許文献１、特許文献２などに述べられている。いずれも光磁気ディスクの再生信号の高Ｓ／Ｎ化に関して、半導体レーザからの光を光ディスクに照射する前に分岐して、光ディスクに照射しない光を、光ディスクからの反射光と合波して干渉させることにより、微弱な信号の振幅を、光ディスクに照射しない光の光量を大きくすることによって増幅することを狙ったものである。光磁気ディスクの信号検出で従来用いられている偏光ビームスプリッタの透過光と反射光の差動検出では、本質的にはもとの入射偏光成分と光磁気ディスクによる偏光回転によって生じる入射偏光方向と直交する偏光成分を干渉させて、入射偏光で直交偏光成分を増幅して検出を行うことになっている。したがって、もとの入射偏光成分を増大させれば信号を増大させることができるが、光ディスクに入射させる光強度は、データを消去したり上書きしたりしないようにするために、ある程度以下に抑える必要がある。これに対して上記従来の技術では、予め信号光と干渉させる光を分離しておいて、これをディスクに集光せずに信号光と干渉させ、信号増幅のため干渉させる光の強度を、ディスク表面の光強度と関係なく強くできるようにしているのである。これにより原理的には光強度の許す範囲で、強度を強くすればするほど、光検出器からの光電流を電圧変換するアンプのノイズや、光検出器で生じるショットノイズなどに比べたＳ／Ｎ比を高めることができる。
【０００７】
特許文献１では、２つの光を干渉させて干渉強度を検出している。この際、干渉させるディスク非反射光の光路長を可変とし、干渉信号振幅の確保を狙っている。特許文献２では干渉強度検出に加えて、差動検出も行っている。これにより信号に寄与しない各光の強度成分をキャンセルし、これらの光の持つノイズ成分をキャンセルして高Ｓ／Ｎ化を図っている。この場合の差動検出には、無偏光のビームスプリッタを用いている。
【０００８】
層間クロストークを低減する技術の一例として、特許文献３では反射光を３分割して、それぞれの層（対象となる読出層、対象となる層の２つの隣接層）に対して、異なる焦点位置で、それぞれからの反射光を検出する方式を採用し、信号処理によりクロストークを低減する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−３４２６７８号公報
【特許文献２】特開平６−２２３４３３号公報
【特許文献３】特開２００１−２７３６４０号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１、２に用いられている干渉計の光学系は、いずれもマッハツェンダー型の光学系であり、光学部品の点数が多く、光学系の小型化に不向きである。マッハツェンダー型の干渉計の光学系は、最初に光を信号光と参照光とに分割する分割手段と、信号光に信号としての何らかの変調が加えられたのち、参照光と再び合波させて干渉させるための手段が異なる干渉計である。これに対して、最初に分割する手段に再び信号光と参照光を戻すことによって干渉させるのが、トワイマングリーンあるいはマイケルソン型の干渉計の光学系である。上記従来例においてマッハツェンダー型の光学系を用いる理由については、上記文献には詳しく述べられていないが、光磁気ディスクの信号光が偏光回転により生じるため、干渉させる光の偏光方向を調整するため、回転調整のできるλ／２板（λ：波長）を干渉させる光路中に、往復でなく、片道方向だけ透過させるように配置させる必要があったためと推測される。さらに他の問題として、２つの光の光路差を調整する方法が特に述べられておらず、実用には難があることが挙げられる。特許文献２には、この問題に対して、干渉させる光を得るための参照ミラーをディスク上に記録膜と離して設置することが述べられているが、これは新規格のディスクを提案するものであり、既存のディスクを高Ｓ／Ｎ化するものではない。また、特許文献１、２では多層光ディスクの層間クロストークに関しては触れられていない。
【００１１】
一方、特許文献３では、反射光が３分割されるので、光の強度が減少し、Ｓ／Ｎ比が減少する欠点がある。
【００１２】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、２つの光の光路差の調整が容易で、信号増幅効果が高い、干渉型の光情報信号の検出を行う光情報再生装置を提供することにある。特に、複数の記録層を有する多層光ディスクに対してＳ／Ｎ比の高い光情報信号を検出する光情報再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、前述の課題を解決するために以下の手段を用いた。
光源から出射した光束を第１の光束と第２の光束とに分割し、
対物レンズで光情報記録媒体上に集光して反射した第１の光束の信号光と、
光情報記録媒体に集光しない第２の光束の参照光と、を合成し、
信号光と参照光の合成光を集光レンズによって集光し、複数の検出器で検出することにより再生信号を取得する光情報再生装置であって、
さらに、信号光と参照光の合成光を光軸付近の第１の光束と周辺部の第２の光束に分離して、前記複数の検出器で独立に検出するように分岐させる光分岐素子を付加する。そして、前記第１の光束についてフォーカス誤差信号を検出し、該フォーカス誤差信号を用いて信号光を集光し光情報記録媒体に照射する手段を制御し、焦点ずれを補償することにした。
前記複数の光検出器から得られる多層光ディスクの再生信号を考えると、信号光と参照光は集光レンズによって検出器の受光素子に集光されるのに対し、迷光は検出器上でデフォーカスしているため参照光との干渉度が低下する。これにより、参照光による迷光の増幅率は信号光の増幅率に比べて小さくなるため、結果的に信号光のみから得られる従来の再生信号に比べて層間クロストークが非常に小さくなる。多層光ディスクのトラッキング誤差信号も同様である。
【００１４】
一方で、前記複数の光検出器から得られるフォーカス誤差信号を考えると、迷光は再生信号と同様、検出器上でデフォーカスしているため参照光との干渉度が低下するが、フォーカス制御を行わない状態では、焦点ずれによって信号光も参照光との干渉度が低下する。このため、フォーカス誤差信号の検出可能な焦点ずれ範囲が非常に狭くなり、フォーカス制御が困難となる。ここで、光軸付近の第１の光束のみを用いることにより、焦点ずれによる信号光のデフォーカス波面収差は小さくなるため、参照光の干渉度の低下を抑えることができ、適切な焦点ずれ範囲で検出可能、かつ層間クロストークの影響の小さいフォーカス誤差信号が得られる。
【００１５】
これにより、複数の記録層を有する多層光ディスクにおいて、再生信号だけでなくフォーカス誤差信号に対して層間クロストークを低減することができ、参照光との干渉による信号光の増幅効果と合わせて、Ｓ／Ｎ比の高い再生信号およびフォーカス誤差信号を得ることができ、多層光ディスクの再生信号品質を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
従来の光ディスク装置と同等のサイズで作製可能で、信号増幅効果が高く、安価な干渉型の光学的情報検出方法、光ピックアップおよび光ディスク装置が実現される。特に、複数の記録層を有する多層光ディスクに対して高Ｓ／Ｎ比の検出信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の光情報記録再生装置の構成例を表す概略図。
【図２】本発明の光情報検出方法を実現する光ピックアップの構成例を示す図。
【図３】信号光と参照光の偏光方向と検出光の偏光方向を示す図。
【図４】本発明の光ピックアップにおける検出器を表す概略図。
【図５】本発明の光分岐素子の一例を表す概略図。
【図６】本発明の光ピックアップにおける検出器の一例を表す概略図。
【図７】本発明のフォーカス誤差信号のシミュレーション結果。
【図８】本発明のフォーカス制御のフローを示す図。
【図９】本発明の光分岐素子の一例を表す概略図。
【図１０】本発明の光ピックアップにおける検出器の一例を表す概略図。
【図１１】本発明のトラッキング制御のフローを示す図。
【図１２】本発明の光分岐素子の一例を表す概略図。
【図１３】本発明の光ピックアップにおける検出器の一例を表す概略図。
【図１４】本発明の光分岐素子の一例を表す概略図。
【図１５】本発明の光ピックアップにおける検出器の一例を表す概略図。
【図１６】本発明の光分岐素子の一例を表す概略図。
【図１７】本発明の光ピックアップにおける検出器の一例を表す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明の光信号検出方法を実現する光情報記録再生装置の全体的な構成の一例を示したものである。
[光情報記録再生装置の全体構成]
光情報記録再生装置１は、光ピックアップ１０１と回転モータ１０２を備えており、光情報記録媒体１０３は回転モータ１０２によって回転可能な構成となっている。
【００２０】
光ピックアップ１０１は、光を光情報記録媒体１０３に照射してデジタル情報を記録および／または再生する役割を果たす。光ピックアップ１０１で検出された再生光は電流電圧（ＩＶ）変換された後、信号処理回路１０５に入力される。信号処理回路１０５によって再生信号やサーボ信号が生成され、コントローラ１０４に送られる。
【００２１】
コントローラ１０４はサーボ信号に基づき、サーボ制御回路１０６やアクセス制御回路１０７、自動位置制御手段１０８を制御する。自動位置制御手段１０８は回転モータ１０２により光情報記録媒体１０３の回転制御を、アクセス制御回路１０７は光ピックアップ１０１の位置制御を、サーボ制御回路１０６は後述する光ピックアップ１０１の対物レンズや参照光反射手段の位置制御などを行う。これにより光情報記録媒体１０３の任意の位置に光スポット１１０を位置づける。また、コントローラ１０４は再生か記録かによってレーザドライバ１０９を制御し、後述する光ピックアップ１０１に含まれるレーザを適当なパワー／波形で発光させる。
[光ピックアップ光学系構成]
図２は、光情報記録再生装置１における光ピックアップ１０１の光学系構成の一例を示したものである。本実施例の光ピックアップ光学系は、半導体レーザから出射された光を光ディスクに導き反射させ、該反射光と参照光とを干渉させて干渉光を生成するための干渉光学系と、生成された干渉光を分離し、分離された各々の干渉光に位相差を付与して複数の検出器で検出するための検出光学系とにより構成される。
【００２２】
＜ピックアップ全体構成＞
光ピックアップ１０１に搭載された半導体レーザ２０１から出射した光は、コリメートレンズ２０２によって平行光にコリメートされた後、第１のλ／２板２０３を透過することによって、偏光方向が４５度回転させられる。偏光の回転した光は第１の偏光ビームスプリッタ２０４によって直交する２つの直線偏光に分離される。垂直偏光（ｓ偏光）の光は第１の偏光ビームスプリッタ２０４によって反射されて、サーボ用ビームスプリッタ２１３を透過し、第１のλ／４板２０７を透過することによって円偏光に変換された後、光ディスク２０９の基板厚の変化により発生する球面収差を補正するエキスパンダレンズ２３１を透過し、対物レンズ２０８で集光され、光ディスク２０９に照射される。光ディスク２０９からの反射光２０５（以降、信号光と呼ぶ）は、対物レンズ２０８で再び平行光に戻されて、エキスパンダレンズ２３１、第１のλ／４板２０７を透過し、一部の信号光はサーボ用ビームスプリッタ２１３で反射され、残りは透過する。信号光２０５は第１のλ／４板２０７で直線偏光に戻されるが、ディスク面での反射によって、円偏光の回転方向が反転するため、直線偏光の方向は元の光と直交する水平偏光となる。このため、第１のλ／４板２０７、サーボ用ビームスプリッタ２１３を透過した信号光２０５は第１の偏光ビームスプリッタ２０４を透過し、ビームスプリッタ２１２へ向かう。一方、最初に第１の偏光ビームスプリッタ２０４を透過した水平偏光（ｐ偏光）の光２０６（以降、参照光と呼ぶ）は、第２のλ／４板２１０を透過し円偏光に変換され、参照光反射手段２１１によって反射され、信号光２０５と同様に第２のλ／４板２１０によって元の参照光と偏光方向の直交する垂直偏光に変換される。このため、今度は第１の偏光ビームスプリッタ２０４によって反射され、信号光２０５と合成されてビームスプリッタ２１２の方向に向かう。このとき、信号光２０５と参照光２０６は、互いに偏光方向が直交した状態で合成されている。
【００２３】
＜信号光専用ＰＤ２１６とホモダイン用ＰＤ２２４〜２２７への光の分離＞
サーボ用ビームスプリッタ２１３は、垂直偏光を１００％透過し、水平偏光の一部を反射、一部を透過するという性質を持っている。このため、半導体レーザ２０１から出射され偏光ビームスプリッタ２０４で反射された垂直偏光の光はサーボ用ビームスプリッタ２１３を１００％透過して光ディスク２０９へ照射され、光ディスク２０９で反射され第１のλ／４板２０７を透過した水平偏光の信号光２０５はサーボ用ビームスプリッタによって一部反射され、一部は透過する。
【００２４】
または、サーボ用ビームスプリッタ２１３は、垂直偏光を１００％反射し、水平偏光の一部を反射、一部を透過するという性質を持っていてもよい。このとき、第１のλ／４板２０７、エキスパンダレンズ２３１、対物レンズ２０８、光ディスク２０９は、サーボ用ビームスプリッタ２１３による垂直偏光の反射光路中に配置される。また、集光レンズ２１４、シリンドリカルレンズ２１５、光検出器２１６は、光ディスク２０９によって反射された信号光２０５のサーボ用ビームスプリッタ２１３の透過光路中に配置される。
【００２５】
＜ＰＤ２１６からのサーボ信号生成＞
サーボ用ビームスプリッタ２１３で反射された一部の信号光２０５は、集光レンズ２１４、シリンドリカルレンズ２１５により非点収差を与えられて光検出器２１６へと導かれ、その出力信号から信号処理回路１０５によってフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）やトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を出力する。以降、光検出器２１６の出力信号から得られるＦＥＳ、ＴＥＳを後述する光検出器２２４〜２２７から得られるそれと区別するため、ＦＥＳ１、ＴＥＳ１と記す。図４（ａ）はサーボ用ビームスプリッタ２１３で反射された一部の信号光２０５の光線図を、図４（ｂ）は光検出器２１６の構成を示す。図４（ａ）に示すように、光検出器２１６は信号光２０５が集光レンズ２１４、シリンドリカルレンズ２１５によって集光されて最小錯乱円となる位置に配置される。光検出器２１６は図４（ｂ）に示すように４つの領域に分割されており、それぞれの領域からの出力信号をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとおくと、信号処理回路１０５によってＦＥＳ１＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）、ＴＥＳ１＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）として出力する。なお、本実施例では、フォーカス誤差信号検出方式として非点収差法を用いる場合を示すためにシリンドリカルレンズ２１５を配置しているが、例えばフォーカス誤差信号検出方式にナイフエッジ法やスポットサイズ方式を用いてもよい。この場合にはシリンドリカルレンズ２１５は不要となる。
【００２６】
＜ＰＤ２２４〜２２７からのＲＦ信号、サーボ信号生成＞
偏光ビームスプリッタ２０４で合成された信号光２０５と参照光２０６の合成光の一部は、光分岐素子２３２、ハーフミラーであるビームスプリッタ２１２を透過し、第２のλ／２板２１８によって偏光方向を４５度回転させられた後、集光レンズ２２０で集光され、シリンドリカルレンズ２３４を透過し、偏光ビームスプリッタ２２２によって直交する直線偏光に分離され、第１の光検出器２２４（ＰＤ１）と第２の光検出器２２５（ＰＤ２）によって検出される。なお、シリンドリカルレンズ２３４は非点収差を発生する素子であればよく、例えば傾いた平行平面板で代用することもできる。光検出器２２４、２２５は信号光２０５と参照光２０６の合成光が集光レンズ２２０、シリンドリカルレンズ２３４によって集光されて最小錯乱円となる位置に配置される。２つの光検出器ＰＤ１、ＰＤ２で検出される光の偏光成分Ｐ、Ｓと、信号光の偏光方向（Ｅｓｉｇ）と参照光の偏光方向（Ｅｒｅｆ）の関係を示したのが図３である。光検出器ＰＤ１ではＰ偏光すなわちＥｓｉｇとＥｒｅｆのＰ偏光方向の射影成分が検出され、光検出器ＰＤ２ではＳ偏光すなわちＥｓｉｇとＥｒｅｆのＳ偏光方向の射影成分が検出される。Ｓ偏光方向の射影成分では、この図の場合、Ｅｒｅｆの符号が反転して見える。光検出器ＰＤ１、ＰＤ２で検出される信号を式で表すと、それぞれ次のようになる。
【００２７】
【数１】
【００２８】
【数２】
【００２９】
ここで、絶対値の二乗になっているのは、検出されるのは光のエネルギーであるからである。ここでは簡単のためにＥｓｉｇとＥｒｅｆは完全コヒーレンスであることを仮定している。
【００３０】
偏光ビームスプリッタ２０４で合成された信号光２０５と参照光２０６の合成光のもう一部は、光分岐素子２３２を透過し、ハーフミラーであるビームスプリッタ２１２で反射され、信号光２０５及び参照光２０６の偏光方向に対し４５度回転して配置された第３のλ／４板２１９によって円偏光に変換される。この時信号光２０５と参照光２０６で元の偏光方向が９０度異なるため、逆の回転方向の円偏光に変換される。この円偏光が、レンズ２２１で集光され、シリンドリカルレンズ２３３を透過し、偏光ビームスプリッタ２２３によって直交する直線偏光に分離され、第３の光検出器２２６（ＰＤ３）と第４の光検出器２２７（ＰＤ４）によって検出される。なお、シリンドリカルレンズ２３３は非点収差を発生する素子であればよく、例えば傾いた平行平面板で代用することもできる。光検出器２２６、２２７は信号光２０５と参照光２０６の合成光が集光レンズ２２１、シリンドリカルレンズ２３３によって集光されて最小錯乱円となる位置に配置される。２つの光検出器ＰＤ３、ＰＤ４で検出される光の偏光成分Ｐ、Ｓと、信号光の偏光方向（Ｅｓｉｇ）と参照光の偏光方向（Ｅｒｅｆ）の関係も同様に図３で表されるが、ＥｓｉｇとＥｒｅｆの間に９０度の位相差がついているのが、ＰＤ１とＰＤ２の例とは異なる。光検出器ＰＤ３、ＰＤ４で検出される信号を式で表すと、それぞれ次のようになる。
【００３１】
【数３】
【００３２】
【数４】
【００３３】
式中のｅｘｐ（±ｉπ／４）はλ／４板でＥｓｉｇ、Ｅｒｅｆで±４５度（９０度の差）の位相差がつけられていることを表している。ビームスプリッタ２１２、偏光ビームスプリッタ２２２、２２３によって分割された信号光２０５と参照光２０６の位相差は、数（１）〜（４）に示すように、４つの光検出器ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４上でそれぞれ、０°、１８０°、９０°、２７０°と互いに異なっている。
【００３４】
このようにして、各々の検出器で検出される信号には、光ディスク２０９上の情報には無関係な成分｜Ｅｒｅｆ｜２が含まれているため、ＰＤ１とＰＤ２、ＰＤ３とＰＤ４でそれぞれ差動信号をとると、
【００３５】
【数５】
【００３６】
【数６】
【００３７】
となり、信号光振幅強度と参照光振幅強度の積の形の信号が得られる。これは、参照光の強度を大きくすれば大きな信号出力を得られることを示している。即ち信号光の強度を増幅できることを示している。
【００３８】
ここで、数（５）及び数（６）にはｓｉｎ、ｃｏｓが付随しており、これは信号光と参照光との間の位相差を表している。ところが参照光と信号光は別の光路を通り、ディスクの回転に合わせてフォーカスサーボにより対物レンズ２０９が上下して追随するため、信号光の光路長は絶え間なく変化することになる。したがって、数（５）及び数（６）の位相項が確定せず、この方式で得られる信号は大きく変化してしまう。
【００３９】
そこで、信号演算回路１０５により両者の二乗和の演算を行って信号を得ることとした。
【００４０】
【数７】
【００４１】
このように演算を行うことにより、信号光と参照光の位相が変化した場合でも、安定して確実に一定の信号を得ることができる。数（７）のように二乗加算の演算を行うことにより出力Ｓは信号光強度｜Ｅｓｉｇ｜２に比例した信号が得られるため、再生ＲＦ信号は従来のＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤと同じ信号波形が得られる。また、その増幅率は｜Ｅｒｅｆ｜２であり、参照光強度を強くすることにより、増幅率を上げることができることがわかる。また、二乗和の後平方根を取って再生ＲＦ信号としても良い。平方根を取る演算を行うと、信号光強度の平方根に比例した出力となるため、再生ＲＦ信号は従来の光磁気ディスクと同じ信号波形となる。
【００４２】
なお、本実施例ではハーフビームスプリッタ２１２の反射光と透過光に対して別々の集光レンズ２２０、２２１と、シリンドリカルレンズ２３３、２３４を用いているが、ハーフビームスプリッタ２１２で光を分岐する前に集光レンズとシリンドリカルレンズを配置し、ハーフビームスプリッタ２１２の反射光と透過光に対して共用してもよい。
【００４３】
図５は本発明における光分岐素子２３２のパターンの一例を示す図である。光分岐素子２３２は入射光束５０１の径に対して、相対的に小さな直径５０２で境界を設定し、その内側領域２３２Ａと外側領域２３２Ｂにおいて内側領域２３２Ａのみ回折格子のパターンを有する。ここで、相対的に小さい、とは、光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａの直径５０２の入射光束径５０１に対する比をｒとして、０＜ｒ＜１を満たすことを意味する。なお、内側領域２３２Ａの形状は必ずしも円形である必要はなく、入射光束５０１に対して相対的に小さな領域を有する形状であればよく、例えば四角形でも良い。内側領域２３２Ａに入射した光は±１次光に回折され、外側領域２３２Ｂに入射した光は透過する。これにより光束の内側と外側が分離されて光検出器２２４、２２５、２２６、２２７に集光されることになる。図６に本実施例における光検出器２２４、２２５、２２６、２２７のパターンの一例を示す。４つの光検出器２２４、２２５、２２６、２２７は同じ構成であるため、以降、光検出器ＰＤ１、２２４を用いて説明する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａでの＋１次回折光６０１は４分割受光領域２２４Ａで、−１次回折光６０２は受光領域２２４Ｂで、光分岐素子２３２の外側領域２３２Ｂの透過光６０３は受光領域２２４Ｃで受光する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａでの＋１次回折光６０１、−１次回折光６０２はそれぞれ以下に説明する通りサーボ信号、再生ＲＦ信号に用いられる。できるだけ多くの光量を再生ＲＦ信号に用いるため、光分岐素子２３２の内側領域の回折効率は、＋１次、−１次回折光の回折効率をそれぞれＲ＋１、Ｒ−１として、Ｒ＋１＜Ｒ−１であることが望ましい。このため、内側領域の回折格子としては、例えば鋸波型のブレーズド回折格子を用いる。受光領域２２４Ｂ、２２４Ｃの出力はバッファアンプ６０４で電圧に変換し、抵抗６０５で適当なゲインが設定された差動アンプ６０６で加減演算され、数（１）に示した再生ＲＦ信号ＩＲＦ１として出力される。数（２）（３）（４）に示すＩＲＦ２、ＩＲＦ３、ＩＲＦ４も同様にして光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）から出力される。図５に示す光分岐素子２３２では、外側領域２３２Ｂは１００％光が透過するのに対して、内側領域２３２Ａは一部＋１次回折光として分岐されるため、受光領域２２４Ｂと２２４Ｃにおいて入射光量に対する検出光量の比が異なる。そこで、抵抗６０５を可変抵抗として調整すればよい。４分割受光領域２２４Ａからは信号Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂ、Ｉ１Ｃ、Ｉ１Ｄが出力され、以下に説明するフォーカス誤差信号の演算に用いられる。下付き文字の１は光検出器の番号を、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは対応する４分割受光領域を表している。光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）からも同様にして信号Ｉ２Ａ、Ｉ２Ｂ、Ｉ２Ｃ、Ｉ２Ｄ、Ｉ３Ａ、Ｉ３Ｂ、Ｉ３Ｃ、Ｉ３Ｄ、Ｉ４Ａ、Ｉ４Ｂ、Ｉ４Ｃ、Ｉ４Ｄが出力される。光検出器２２４、２２５、２２６、２２７の４分割受光素子から得られた出力ＩＸＹ（Ｘ＝１、２、３、４、Ｙ＝Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）からフォーカス誤差信号ＦＥＳ２は例えば以下のようにして得られる。
【００４４】
【数８】
【００４５】
（５）（６）と同様、まず光検出器ＰＤ１とＰＤ２との間（Ｘ＝１）、ＰＤ３とＰＤ４との間（Ｘ＝３）でそれぞれ差動信号ｆ（Ｘ，Ｙ）（ただしＹ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を取る。その後４分割受光素子の各領域Ａ〜Ｄにおいてｆ（１，Ｙ）とｆ（３，Ｙ）の２乗和を取ることによって数（７）と同様に信号光と参照光の位相変化によらない信号とする。最後に４分割受光素子の対角領域の和の差動演算により非点収差信号（受光領域Ａ＋Ｃと領域Ｂ＋Ｄの差動信号）を得る。
【００４６】
またはフォーカス誤差信号ＦＥＳ２は以下のようにしても得られる。
【００４７】
【数９】
【００４８】
図７は本発明におけるフォーカス誤差信号を計算機シミュレーションにより確認した結果である。シミュレーションはスカラー回折理論に基づき、光検出器上の光強度分布をフーリエ積分により求めた。計算条件は波長４０５ｎｍ、対物レンズＮＡ０．８５、検出系集光レンズＮＡ０．０７７、検出系非点格差１．４４ｍｍ、４分割受光領域サイズ１１０μｍ、検出器分割線幅５μｍで、光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａの直径５０２の入射光束径５０１に対する比ｒは７６．５％である。図７（ａ）は光検出器２１６で信号光２０５のみから得られる従来のフォーカス誤差信号（実線）と再生ＲＦ信号（破線）のデフォーカス特性、図７（ｂ）は光検出器２２４、２２５、２２６、２２７で数（８）によって得られるフォーカス誤差信号（実線）と再生ＲＦ信号（破線）のデフォーカス特性である。再生ＲＦ信号（破線）を見ると、図７（ａ）の信号光のみから得られる再生ＲＦ信号に比べて、図７（ｂ）の信号光と参照光の合成光から得られる再生ＲＦ信号はデフォーカスとともに急激に減衰している。このため、対物レンズ２０８の焦点位置からずれた層からの反射光量は殆ど無視することができ、多層光ディスクにおいて層間クロストークの影響が小さい信号となる。一方、フォーカス誤差信号（実線）を見ると、図７（ａ）の信号光のみから得られるフォーカス誤差信号ＦＥＳ１は引き込み範囲が約１．２μｍであるのに対し、図７（ｂ）の信号光と参照光の合成光から得られるフォーカス誤差信号ＦＥＳ２では約０．７μｍと約半分に狭まっており、再生ＲＦ信号と同様に、ＦＥＳ１に比べてデフォーカスとともに減衰している。このため、適切な焦点ずれ範囲で検出可能、かつ層間クロストークの影響の小さいフォーカス誤差信号が得られる。なお、フォーカスの引き込み範囲は光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａの直径５０２の入射光束径５０１に対する比ｒ（０＜ｒ＜１）によって設計可能であり、ｒを大きくすることによって引き込み範囲をより狭くし、層間クロストークの影響をより小さくすることが可能である。
【００４９】
＜サーボ制御＞
信号処理回路１０５で生成されたフォーカス誤差信号はコントローラ１０４、サーボ制御回路１０６を介して対物レンズ２０８を搭載した２次元アクチュエータ２２８のフォーカス駆動端子にフィードバックされ焦点位置が閉ループ制御される。
【００５０】
さらに同じ信号が参照光反射手段２１１を搭載した１次元アクチュエータ２２９にもフィードバックされ、対物レンズ２０８と連動して参照光反射手段２１１も駆動される。これにより光ディスク２０９を反射した信号光２０５と、参照光反射手段２１１を反射した参照光２０６の光路差をほぼ０に保つことができる。通常の半導体レーザのコヒーレンス長は数１０μｍであるため、光路差の調整精度はこの範囲以下になっていればよい。また、半導体レーザ２０１として、例えばＤＦＢレーザなどのコヒーレンス長が数ｃｍ〜数ｍと非常に長いレーザを用いてもよい。この場合、参照光反射手段２１１を駆動して信号光と参照光の光路差を０にする必要はなく、フォーカス誤差信号の１次元アクチュエータ２２９へのフィードバックは不要である。
【００５１】
本実施例では信号光２０５のみを検出する光検出器２１６と、信号光２０５と参照光２０６の合成光を検出する光検出器２２４、２２５、２２６、２２７の各々からフォーカス誤差信号ＦＥＳ１、ＦＥＳ２を生成することができる。ＦＥＳ２はＦＥＳ１に比べて層間クロストークの影響が小さいが、対物レンズ２０８の焦点位置から離れた層からのＳ字のフォーカス誤差信号が小さくなり、多層光ディスクの層数を数えたり、記録層の切り替え（層間ジャンプ）を行ったりするのには不向きである可能性がある。そこで、図８に示すように、例えば層数の少ない光ディスクを再生する時や、光ディスク２０９を光情報記録再生装置１にセットして層数をカウントするなど光情報記録再生装置１の初期調整を行う時、多層光ディスクの記録層切り替え（層間ジャンプ）を行う時など、記録層だけでなく記録層以外のＳ字のフォーカス誤差信号も必要な時はフォーカス誤差信号としてＦＥＳ１を用い、層間クロストークの影響をできるだけ受けずに多層光ディスクの記録再生を行う時はフォーカス誤差信号としてＦＥＳ２を用いるように、図１に示す光情報記録再生装置１のコントローラ１０４でフォーカス誤差信号を切り替えてもよい。
【００５２】
信号処理回路１０５で生成されたトラッキング誤差信号はコントローラ１０４、サーボ制御回路１０６を介して対物レンズ２０８を搭載した２次元アクチュエータ２２８のトラッキング駆動端子にフィードバックされ閉ループ制御される。
【００５３】
＜参照光反射手段＞
参照光反射手段２１１は例えば反射ミラーによって実現される。この場合、参照光反射手段２１１による反射光が入射した参照光２１１の光軸に対して傾かないように、ミラーの傾きを調製する必要がある。このため、反射ミラーや参照光２１１の波面の傾きを検出し、参照光反射手段２１１にフィードバックして参照光２１１の波面の傾きを調整する機構を具備しても良い。または、参照光反射手段２１１は集光レンズと反射ミラーによって実現される。参照光２０６を集光レンズによって集光し、その焦点位置に反射ミラーを置くことで、入射光と反対方向に反射する参照光を作り出すことができる。この場合、反射ミラーが傾いても信号光に対して参照光の光軸がずれるだけなので、参照光反射手段２１１を反射ミラーだけで実現する場合に比べて反射ミラーの角度調整が容易となる。または、参照光反射手段２１１はコーナーキューブによって実現される。コーナーキューブは、どのような入射角で光を入射させても反射光が必ず入射光と同じ方向に戻るという素子であるため、波面の傾きを調整する必要は無い。
【００５４】
＜記録／再生時の光路切り替え＞
図２では光ディスク２０９に記録された情報の再生時の光線図を表しており、半導体レーザ２０１からの光を信号光２０５と参照光２０６の２光束に分離しているが、記録時には参照光は不要であるので、第１のλ／２板２０３を透過する光をＳ偏光とし、すべて第１の偏光ビームスプリッタ２０４で反射して信号光として用いる。これは、例えば第１のλ／２板を記録時と再生時で回転することによって、信号光と参照光の強度比を変化させることによって実現される。または、電圧の印加によって入射する光の偏光方向が切り替わる液晶波長板を用いたり、λ／２板を抜き差ししたりするのでも良い。
【００５５】
ただし、情報の記録時に光検出器２２４、２２５、２２６、２２７から得られるフォーカス誤差信号ＦＥＳ２を用いる場合は、この限りではない。
【００５６】
＜他の球面収差補正方法＞
本実施例において球面収差補正機構として２枚組エキスパンダレンズの一部を動かす例を示しているが、これは例えばコリメートレンズ２０２をアクチュエータに搭載して動かしてもよい。また、電圧駆動の液晶可変位相変調素子を用いて、波面を直接変調してもよい。
【実施例２】
【００５７】
本実施例では、光検出器２２４、２２５、２２６、２２７からフォーカス誤差信号だけでなくトラッキング誤差信号も検出する光信号検出方法を実現する光情報記録再生装置の一例を説明する。なお、本実施例における光情報記録再生装置１および光ピックアップ１０１に関して、既に説明した図１、図２に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００５８】
図９は光情報記録再生装置１における光ピックアップ１０１の光分岐素子２３２のパターンの別の一例を示す図である。光分岐素子２３２は入射光束５０１の径に対して、相対的に小さな直径５０２で境界を設定し、その内側領域２３２Ａと外側領域２３２Ｃで回折格子の方向を異ならせる。なお、内側領域２３２Ａの形状は必ずしも円形である必要はなく、入射光束５０１に対して相対的に小さな領域を有する形状であればよく、例えば四角形でも良い。内側領域２３２Ａ、外側領域２３２Ｃに入射した光はそれぞれ±1次光に回折される。これにより光束の内側と外側が分離されて検出器２２４、２２５、２２６、２２７に集光されることになる。図１０に本発明における光検出器２２４、２２５、２２６、２２７のパターンの一例を示す。４つの検出器２２４、２２５、２２６、２２７は同じ構成であるため、以降、光検出器２２４を用いて説明する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａでの＋１次回折光１００１は４分割受光領域２２４Ａで、−１次回折光１００２は受光領域２２４Ｂで、光分岐素子２３２の外側領域２３２Ｃの＋１次回折光１００３は２分割受光領域２２４Ｄで、−１次回折光１００４は受光領域２２４Ｅで受光する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａ、外側領域での＋１次回折光１００１、１００３はサーボ信号に、−１次回折光１００２、１００４は再生ＲＦ信号に用いられる。できるだけ多くの光量を再生ＲＦ信号に用いるため、光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａ、外側領域２３２Ｃの回折効率は、＋1次、−１次の回折光の回折効率をそれぞれＲ＋１、Ｒ−１として、内側領域、外側領域ともにＲ＋１＜Ｒ−１であることが望ましい。このため、回折格子としては、例えば鋸波型のブレーズド回折格子を用いる。受光領域２２４Ｂ、２２４Ｅの出力はバッファアンプ６０４で電圧に変換し、抵抗６０５で適当なゲインが設定された差動アンプ６０６で加減演算され、数（１）に示した再生ＲＦ信号ＩＲＦ１として出力される。数（２）（３）（４）に示すＩＲＦ２、ＩＲＦ３、ＩＲＦ４も同様にして光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）から出力される。光束の内外で分割の光量比が均等でない場合には、抵抗６０５を可変抵抗として調整すればよい。４分割受光領域２２４Ａからは信号Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂ、Ｉ１Ｃ、Ｉ１Ｄが出力され、２分割受光領域２２４Ｄからは信号Ｉ１Ｅ、Ｉ１Ｆが出力され、以下に説明するフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号の演算に用いられる。下付き文字の１は光検出器の番号を、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは対応する４分割受光領域、2分割受光領域を表している。光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）からも同様にして信号ＩＸＹ（Ｘ＝２、３、４、Ｙ＝Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）が出力される。光検出器２２４、２２５、２２６、２２７の４分割受光素子から得られた出力ＩＸＹ（Ｘ＝１、２、３、４、Ｙ＝Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）からフォーカス誤差信号ＦＥＳ２は例えば数（８）または（９）で得られる。また、トラッキング誤差信号ＴＥＳ２は例えば以下のようにして得られる。
【００５９】
【数１０】
【００６０】
数（５）（６）と同様、まず光検出器ＰＤ１とＰＤ２との間（Ｘ＝１）、ＰＤ３とＰＤ４との間（Ｘ＝３）でそれぞれ差動信号ＰＰＬ（Ｘ）、ＰＰＲ（Ｘ）を取る。その後ＰＰＬ（１）とＰＰＬ（３）、ＰＰＲ（１）とＰＰＲ（３）の２乗和を取ることによって数（７）と同様に信号光と参照光の位相変化によらない信号とする。最後にＰＰＬの２乗和の項とＰＰＲの２乗和の項の差動演算によりプッシュプル信号（受光領域Ａ＋Ｄ＋Ｅと領域Ｂ＋Ｃ＋Ｆの差動信号）を得る。
【００６１】
トラッキング誤差信号ＴＥＳ２に関しては、光ディスクのトラックによる±１次回折光をプッシュプル信号として検出するため、内側領域２３２Ａの光だけでなく、外側領域２３２Ｃの光も用いる。
【００６２】
本実施例では信号光２０５のみを検出する光検出器２１６と、信号光２０５と参照光２０６の合成光を検出する光検出器２２４、２２５、２２６、２２７の各々からフォーカス誤差信号ＦＥＳ１、ＦＥＳ２とトラッキング誤差信号ＴＥＳ1，ＴＥＳ２を生成することができる。フォーカス誤差信号に関しては実施例１と重複するため説明は割愛する。トラッキング誤差信号ＴＥＳ２はＴＥＳ１に比べて層間クロストークの影響が小さいが、対物レンズの焦点ずれが起きた時に信号光量が低下する可能性がある。そこで、図１１に示すように、例えば層数の少ない光ディスクを再生する時や、光ディスク２０９を光情報記録再生装置１にセットして光情報記録再生装置１の初期調整を行う時、多層光ディスクの記録層切り替え（層間ジャンプ）を行う時などはトラッキング誤差信号としてＴＥＳ１を用い、層間クロストークの影響をできるだけ受けずに多層光ディスクの記録再生を行う時はトラッキング誤差信号としてＴＥＳ２を用いるように、図１に示す光情報記録再生装置１のコントローラ１０４でフォーカス誤差信号を切り替えてもよい。
【実施例３】
【００６３】
実施例１、２では、フォーカス誤差信号検出方式として非点収差方式を用いる場合を示しているが、本実施例ではナイフエッジ法を用いた場合の光情報記録再生装置の一例を説明する。光ピックアップ１０１において非点収差方式を用いる場合、図２に示すようにシリンドリカルレンズ２３３、２３４を配置しているが、ナイフエッジ法を用いる場合には不要となる。また、この時光検出器２２４、２２５、２２６、２２７は集光レンズ２２０，２２１の焦点位置に配置される。
【００６４】
図１２は光情報記録再生装置１における光ピックアップ１０１の光分岐素子２３２のパターンの別の一例を示す図である。光分岐素子２３２は入射光束５０１の径に対して、相対的に小さな直径５０２で境界を設定し、その内側領域はさらに２つの上下の領域２３２Ｄ、２３２Ｅに分割され、内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅは格子方向の異なる回折格子のパターンを有する。なお、内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅの形状は必ずしも円形である必要はなく、入射光束５０１に対して相対的に小さな領域を有する形状であればよく、例えば四角形でも良い。内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅに入射した光は±１次光に回折され、外側領域２３２Ｂに入射した光は透過する。これにより光束の内側の２つの上下の領域と外側が分離されて光検出器２２４、２２５、２２６、２２７に集光されることになる。図１３に本実施例における光検出器２２４、２２５、２２６、２２７のパターンの一例を示す。４つの光検出器２２４、２２５、２２６、２２７は同じ構成であるため、以降、光検出器ＰＤ１、２２４を用いて説明する。光分岐素子２３２の内側上領域２３２Ｄでの＋１次回折光１３０３は２分割受光領域２２４Ｈで、−１次回折光１３０１は受光領域２２４Ｆで、光分岐素子２３２の内側下領域２３２Ｅでの＋１次回折光１３０４は２分割受光領域２２４Ｉで、−１次回折光１３０２は受光領域２２４Ｇで、光分岐素子２３２の外側領域２３２Ｂの透過光１３０５は受光領域２２４Ｃで受光する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅでの＋１次回折光１３０３、１３０４、−１次回折光１３０１、１３０２はそれぞれ以下に説明する通りサーボ信号、再生ＲＦ信号に用いられる。できるだけ多くの光量を再生ＲＦ信号に用いるため、光分岐素子２３２の内側領域の回折効率は、＋１次、−１次回折光の回折効率をそれぞれＲ＋１、Ｒ−１として、Ｒ＋１＜Ｒ−１であることが望ましい。このため、内側領域の回折格子としては、例えば鋸波型のブレーズド回折格子を用いる。受光領域２２４Ｃ、２２４Ｆ、２２４Ｇの出力はバッファアンプ６０４で電圧に変換し、抵抗６０５で適当なゲインが設定された差動アンプ６０６で加減演算され、数（１）に示した再生ＲＦ信号ＩＲＦ１として出力される。数（２）（３）（４）に示すＩＲＦ２、ＩＲＦ３、ＩＲＦ４も同様にして光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）から出力される。図１２に示す光分岐素子２３２では、外側領域２３２Ｂは１００％光が透過するのに対して、内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅは一部＋１次回折光として分岐されるため、受光領域２２４Ｆ、２２４Ｇと２２４Ｃにおいて入射光量に対する検出光量の比が異なる。そこで、抵抗６０５を可変抵抗として調整すればよい。２分割受光領域２２４Ｈからは信号Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂが、２２４Ｉからは信号Ｉ１Ｃ、Ｉ１Ｄが出力され、以下に説明するフォーカス誤差信号の演算に用いられる。下付き文字の１は光検出器の番号を、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは対応する２分割受光領域を表している。光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）からも同様にして信号Ｉ２Ａ、Ｉ２Ｂ、Ｉ２Ｃ、Ｉ２Ｄ、Ｉ３Ａ、Ｉ３Ｂ、Ｉ３Ｃ、Ｉ３Ｄ、Ｉ４Ａ、Ｉ４Ｂ、Ｉ４Ｃ、Ｉ４Ｄが出力される。光検出器２２４、２２５、２２６、２２７の２つの２分割受光素子から得られた出力ＩＸＹ（Ｘ＝１、２、３、４、Ｙ＝Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）からフォーカス誤差信号ＦＥＳ２は例えば以下のようにして得られる。
【００６５】
【数１１】
【００６６】
数（５）（６）と同様、まず光検出器ＰＤ１とＰＤ２との間（Ｘ＝１）、ＰＤ３とＰＤ４との間（Ｘ＝３）でそれぞれ差動信号ｆ（Ｘ，Ｙ）（ただしＹ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を取る。その後２つの２分割受光素子の各領域Ａ〜Ｄにおいてｆ（１，Ｙ）とｆ（３，Ｙ）の２乗和を取ることによって数（７）と同様に信号光と参照光の位相変化によらない信号とする。最後に２つの２分割受光素子の出力の差の差動演算によりナイフエッジ法のフォーカス誤差信号を得る。
【００６７】
なお、本実施例では光分岐素子２３２の外側領域に入射する光束は回折させずに透過光を用いたが、図１４に示すように外側領域２３２Ｆは内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅとは格子方向の異なる回折格子のパターンを有し、外側領域２３２Ｆに入射する光束を＋１次回折光として回折させてもよい。本来内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅに入射する光束は±１次光として回折され、受光領域２２４Ｆ、２２４Ｇ、２２４Ｈ、２２４Ｉに集光されるが、回折格子の格子形状の製造誤差等により０次透過光が発生し、検出器２２４Ｃに集光される可能性がある。そこで、外側領域２３２Ｆに入射する光束を内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅとは異なる方向に回折させることにより、前記内側領域の０次透過光と分離して外側領域２３２Ｆの光束を検出することができる。この場合の光検出器２２４のパターンを図１５に示す。図１３とは外側領域２３２Ｆ用の受光領域２２４Ｃの位置が異なっている。
【実施例４】
【００６８】
本実施例ではフォーカス誤差信号検出方式としてスポットサイズ方式を用いた場合の光情報記録再生装置の一例を説明する。光ピックアップ１０１において非点収差方式を用いる場合、図２に示すようにシリンドリカルレンズ２３３、２３４を配置しているが、スポットサイズ方式を用いる場合には不要となる。また、この時光検出器２２４、２２５、２２６、２２７は集光レンズ２２０、２２１の焦点位置の前方、または後方に配置される。あるいは、集光レンズ２２０、２２１の焦点位置の前方および後方に２つの検出器を置いて、差動スポットサイズ法を用いることもできる。
【００６９】
図１６は光情報記録再生装置１における光ピックアップ１０１の光分岐素子２３２のパターンの別の一例を示す図である。光分岐素子２３２は入射光束５０１の径に対して、相対的に小さな直径５０２で境界を設定し、その内側領域２３２Ｇと外側領域２３２Ｂにおいて内側領域２３２Ａのみ回折格子のパターンを有する。内側領域で回折光に対してレンズ作用をさせるように、領域２３２Ｇは曲線格子としている。なお、内側領域２３２Ｇの形状は必ずしも円形である必要はなく、入射光束５０１に対して相対的に小さな領域を有する形状であればよく、例えば四角形でも良い。内側領域２３２Ｇに入射した光は±１次光に回折され、外側領域２３２Ｂに入射した光は透過する。これにより光束の内側と外側が分離されて光検出器２２４、２２５、２２６、２２７に集光されることになる。
【００７０】
図１７に本実施例における光検出器２２４、２２５、２２６、２２７のパターンの一例を示す。４つの光検出器２２４、２２５、２２６、２２７は同じ構成であるため、以降、光検出器ＰＤ１、２２４を用いて説明する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ｇでの＋１次回折光６０１は３分割受光領域２２４Ｊで、−１次回折光６０２は受光領域２２４Ｂで、光分岐素子２３２の外側領域２３２Ｂの透過光６０３は受光領域２２４Ｃで受光する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ｇでの＋１次回折光６０１、−１次回折光６０２はそれぞれ以下に説明する通りサーボ信号、再生ＲＦ信号に用いられる。できるだけ多くの光量を再生ＲＦ信号に用いるため、光分岐素子２３２の内側領域の回折効率は、＋１次、−１次回折光の回折効率をそれぞれＲ＋１、Ｒ−１として、Ｒ＋１＜Ｒ−１であることが望ましい。このため、内側領域の回折格子としては、例えば鋸波型のブレーズド回折格子を用いる。受光領域２２４Ｂ、２２４Ｃの出力はバッファアンプ６０４で電圧に変換し、抵抗６０５で適当なゲインが設定された差動アンプ６０６で加減演算され、数（１）に示した再生ＲＦ信号ＩＲＦ１として出力される。数（２）（３）（４）に示すＩＲＦ２、ＩＲＦ３、ＩＲＦ４も同様にして光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）から出力される。図１６に示す光分岐素子２３２では、外側領域２３２Ｂは１００％光が透過するのに対して、内側領域２３２Ｇは一部＋１次回折光として分岐されるため、受光領域２２４Ｂと２２４Ｃにおいて入射光量に対する検出光量の比が異なる。そこで、抵抗６０５を可変抵抗として調整すればよい。３分割受光領域２２４Ｊからは信号Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂ、Ｉ１Ｃが出力され、以下に説明するフォーカス誤差信号の演算に用いられる。下付き文字の１は光検出器の番号を、Ａ、Ｂ、Ｃは対応する４分割受光領域を表している。光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）からも同様にして信号Ｉ２Ａ、Ｉ２Ｂ、Ｉ２Ｃ、Ｉ３Ａ、Ｉ３Ｂ、Ｉ３Ｃ、Ｉ４Ａ、Ｉ４Ｂ、Ｉ４Ｃが出力される。光検出器２２４、２２５、２２６、２２７の３分割受光素子から得られた出力ＩＸＹ（Ｘ＝１、２、３、４、Ｙ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）からフォーカス誤差信号ＦＥＳ２は例えば以下のようにして得られる。
【００７１】
【数１２】
【００７２】
数（５）（６）と同様、まず光検出器ＰＤ１とＰＤ２との間（Ｘ＝１）、ＰＤ３とＰＤ４との間（Ｘ＝３）でそれぞれ差動信号ｆ（Ｘ，Ｙ）（ただしＹ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）を取る。その後３分割受光素子の各領域Ａ〜Ｃにおいてｆ（１，Ｙ）とｆ（３，Ｙ）の２乗和を取ることによって数（７）と同様に信号光と参照光の位相変化によらない信号とする。最後に３分割受光素子の中央領域と外側２領域の和の差動演算によりフォーカス誤差信号を得る。
【符号の説明】
【００７３】
１ 光情報記録再生装置
１０１ 光ピックアップ
１０２ 回転モータ
１０３ 光情報記録媒体
１０４ コントローラ
１０５ 信号処理回路
１０６ サーボ制御回路
１０７ アクセス制御回路
１０８ 自動位置制御手段
１０９ レーザドライバ
１１０ 光スポット
２０１ 半導体レーザ
２０２ コリメートレンズ
２０３ 第１のλ／２板
２０４ 偏光ビームスプリッタ
２０５ 信号光
２０６ 参照光
２０７ 第１のλ／４板
２０８ 対物レンズ
２０９ 光ディスク
２１０ 第２のλ／４板
２１１ 参照光反射手段
２１２ ビームスプリッタ
２１３ サーボ用ビームスプリッタ
２１４ 集光レンズ
２１５、２３３、２３４ シリンドリカルレンズ
２１６ 光検出器
２１８ 第２のλ／２板
２１９ 第３のλ／４板
２２０、２２１ 集光レンズ
２２２、２２３ 偏光ビームスプリッタ
２２４ 第１の光検出器
２２４Ａ ４分割受光領域
２２４Ｂ、２２４Ｃ、２２４Ｅ、２２４Ｆ、２２４Ｇ 受光領域
２２４Ｄ、２２４Ｈ、２２４Ｉ ２分割受光領域
２２４Ｊ ３分割受光領域
２２５ 第２の光検出器
２２６ 第３の光検出器
２２７ 第４の光検出器
２２８ ２次元アクチュエータ
２２９ １次元アクチュエータ
２３１ エキスパンダレンズ
２３２ 光分岐素子
２３２Ａ、２３２Ｇ 内側領域
２３２Ｂ、２３２Ｃ、２３２Ｆ 外側領域
２３２Ｄ 内側上領域
２３２Ｅ 内側下領域
５０１ 入射光束
５０２ 境界
６０１、１００１ 内側光束＋１次回折光
６０２、１００２ 内側光束−１次回折光
６０３ 外側光束透過光
１００３ 外側光束＋１次回折光
１００４ 外側光束−１次回折光
６０４ バッファアンプ
６０５ 抵抗
６０６ 差動アンプ
１３０１ 内側上光束−１次回折光
１３０３ 内側上光束＋１次回折光
１３０２ 内側下光束−１次回折光
１３０４ 内側下光束＋１次回折光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報再生装置の再生信号の高Ｓ／Ｎ化に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクは、青色半導体レーザと、ＮＡ０．８５の高ＮＡ対物レンズを用いるブルーレイディスクの製品化に至って、光学系の分解能としてはほぼ限界に達し、さらなる大容量化に向けては、今後、記録層の多層化が有力となると考えられる。近年、記録層の層間隔が２５μｍの２層ブルーレイディスクが市販されており、レコーダの映像保存媒体やパソコンのデータ保存媒体として用いられている。
【０００３】
このような多層光ディスクにおいては各記録層からの検出光量がほぼ同等となる必要性から、記録層の数を増やすのに伴い特定の記録層からの反射率は小さくせざるを得ない。このため、各記録層からの検出信号のＳ／Ｎ比が低下するという課題がある。
【０００４】
また、レーザ光を多層光ディスクに照射した場合、同時に複数の層を照射することになるため、情報を再生する対象層以外の記録層からの反射迷光、すなわち層間クロストークによっても検出信号のＳ／Ｎ比が低下してしまう。
【０００５】
ところが光ディスクは大容量化とともにビデオなどのダビング速度の高速化の必要性から、データ転送速度の高速化も続いており、そのままでは再生信号のＳ／Ｎ比が十分確保できなくなりつつある。したがって今後の記録層の多層化と高速化を同時に進めていくためには、検出信号の高Ｓ／Ｎ化が必須となる。
【０００６】
光ディスクの再生信号の高Ｓ／Ｎ化に関する技術は、たとえば特許文献１、特許文献２などに述べられている。いずれも光磁気ディスクの再生信号の高Ｓ／Ｎ化に関して、半導体レーザからの光を光ディスクに照射する前に分岐して、光ディスクに照射しない光を、光ディスクからの反射光と合波して干渉させることにより、微弱な信号の振幅を、光ディスクに照射しない光の光量を大きくすることによって増幅することを狙ったものである。光磁気ディスクの信号検出で従来用いられている偏光ビームスプリッタの透過光と反射光の差動検出では、本質的にはもとの入射偏光成分と光磁気ディスクによる偏光回転によって生じる入射偏光方向と直交する偏光成分を干渉させて、入射偏光で直交偏光成分を増幅して検出を行うことになっている。したがって、もとの入射偏光成分を増大させれば信号を増大させることができるが、光ディスクに入射させる光強度は、データを消去したり上書きしたりしないようにするために、ある程度以下に抑える必要がある。これに対して上記従来の技術では、予め信号光と干渉させる光を分離しておいて、これをディスクに集光せずに信号光と干渉させ、信号増幅のため干渉させる光の強度を、ディスク表面の光強度と関係なく強くできるようにしているのである。これにより原理的には光強度の許す範囲で、強度を強くすればするほど、光検出器からの光電流を電圧変換するアンプのノイズや、光検出器で生じるショットノイズなどに比べたＳ／Ｎ比を高めることができる。
【０００７】
特許文献１では、２つの光を干渉させて干渉強度を検出している。この際、干渉させるディスク非反射光の光路長を可変とし、干渉信号振幅の確保を狙っている。特許文献２では干渉強度検出に加えて、差動検出も行っている。これにより信号に寄与しない各光の強度成分をキャンセルし、これらの光の持つノイズ成分をキャンセルして高Ｓ／Ｎ化を図っている。この場合の差動検出には、無偏光のビームスプリッタを用いている。
【０００８】
層間クロストークを低減する技術の一例として、特許文献３では反射光を３分割して、それぞれの層（対象となる読出層、対象となる層の２つの隣接層）に対して、異なる焦点位置で、それぞれからの反射光を検出する方式を採用し、信号処理によりクロストークを低減する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−３４２６７８号公報
【特許文献２】特開平６−２２３４３３号公報
【特許文献３】特開２００１−２７３６４０号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１、２に用いられている干渉計の光学系は、いずれもマッハツェンダー型の光学系であり、光学部品の点数が多く、光学系の小型化に不向きである。マッハツェンダー型の干渉計の光学系は、最初に光を信号光と参照光とに分割する分割手段と、信号光に信号としての何らかの変調が加えられたのち、参照光と再び合波させて干渉させるための手段が異なる干渉計である。これに対して、最初に分割する手段に再び信号光と参照光を戻すことによって干渉させるのが、トワイマングリーンあるいはマイケルソン型の干渉計の光学系である。上記従来例においてマッハツェンダー型の光学系を用いる理由については、上記文献には詳しく述べられていないが、光磁気ディスクの信号光が偏光回転により生じるため、干渉させる光の偏光方向を調整するため、回転調整のできるλ／２板（λ：波長）を干渉させる光路中に、往復でなく、片道方向だけ透過させるように配置させる必要があったためと推測される。さらに他の問題として、２つの光の光路差を調整する方法が特に述べられておらず、実用には難があることが挙げられる。特許文献２には、この問題に対して、干渉させる光を得るための参照ミラーをディスク上に記録膜と離して設置することが述べられているが、これは新規格のディスクを提案するものであり、既存のディスクを高Ｓ／Ｎ化するものではない。また、特許文献１、２では多層光ディスクの層間クロストークに関しては触れられていない。
【００１１】
一方、特許文献３では、反射光が３分割されるので、光の強度が減少し、Ｓ／Ｎ比が減少する欠点がある。
【００１２】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、２つの光の光路差の調整が容易で、信号増幅効果が高い、干渉型の光情報信号の検出を行う光情報再生装置を提供することにある。特に、複数の記録層を有する多層光ディスクに対してＳ／Ｎ比の高い光情報信号を検出する光情報再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、前述の課題を解決するために以下の手段を用いた。
光源から出射した光束を第１の光束と第２の光束とに分割し、
対物レンズで光情報記録媒体上に集光して反射した第１の光束の信号光と、
光情報記録媒体に集光しない第２の光束の参照光と、を合成し、
信号光と参照光の合成光を集光レンズによって集光し、複数の検出器で検出することにより再生信号を取得する光情報再生装置であって、
さらに、信号光と参照光の合成光を光軸付近の第１の光束と周辺部の第２の光束に分離して、前記複数の検出器で独立に検出するように分岐させる光分岐素子を付加する。そして、前記第１の光束についてフォーカス誤差信号を検出し、該フォーカス誤差信号を用いて信号光を集光し光情報記録媒体に照射する手段を制御し、焦点ずれを補償することにした。
前記複数の光検出器から得られる多層光ディスクの再生信号を考えると、信号光と参照光は集光レンズによって検出器の受光素子に集光されるのに対し、迷光は検出器上でデフォーカスしているため参照光との干渉度が低下する。これにより、参照光による迷光の増幅率は信号光の増幅率に比べて小さくなるため、結果的に信号光のみから得られる従来の再生信号に比べて層間クロストークが非常に小さくなる。多層光ディスクのトラッキング誤差信号も同様である。
【００１４】
一方で、前記複数の光検出器から得られるフォーカス誤差信号を考えると、迷光は再生信号と同様、検出器上でデフォーカスしているため参照光との干渉度が低下するが、フォーカス制御を行わない状態では、焦点ずれによって信号光も参照光との干渉度が低下する。このため、フォーカス誤差信号の検出可能な焦点ずれ範囲が非常に狭くなり、フォーカス制御が困難となる。ここで、光軸付近の第１の光束のみを用いることにより、焦点ずれによる信号光のデフォーカス波面収差は小さくなるため、参照光の干渉度の低下を抑えることができ、適切な焦点ずれ範囲で検出可能、かつ層間クロストークの影響の小さいフォーカス誤差信号が得られる。
【００１５】
これにより、複数の記録層を有する多層光ディスクにおいて、再生信号だけでなくフォーカス誤差信号に対して層間クロストークを低減することができ、参照光との干渉による信号光の増幅効果と合わせて、Ｓ／Ｎ比の高い再生信号およびフォーカス誤差信号を得ることができ、多層光ディスクの再生信号品質を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
従来の光ディスク装置と同等のサイズで作製可能で、信号増幅効果が高く、安価な干渉型の光学的情報検出方法、光ピックアップおよび光ディスク装置が実現される。特に、複数の記録層を有する多層光ディスクに対して高Ｓ／Ｎ比の検出信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の光情報記録再生装置の構成例を表す概略図。
【図２】本発明の光情報検出方法を実現する光ピックアップの構成例を示す図。
【図３】信号光と参照光の偏光方向と検出光の偏光方向を示す図。
【図４】本発明の光ピックアップにおける検出器を表す概略図。
【図５】本発明の光分岐素子の一例を表す概略図。
【図６】本発明の光ピックアップにおける検出器の一例を表す概略図。
【図７】本発明のフォーカス誤差信号のシミュレーション結果。
【図８】本発明のフォーカス制御のフローを示す図。
【図９】本発明の光分岐素子の一例を表す概略図。
【図１０】本発明の光ピックアップにおける検出器の一例を表す概略図。
【図１１】本発明のトラッキング制御のフローを示す図。
【図１２】本発明の光分岐素子の一例を表す概略図。
【図１３】本発明の光ピックアップにおける検出器の一例を表す概略図。
【図１４】本発明の光分岐素子の一例を表す概略図。
【図１５】本発明の光ピックアップにおける検出器の一例を表す概略図。
【図１６】本発明の光分岐素子の一例を表す概略図。
【図１７】本発明の光ピックアップにおける検出器の一例を表す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明の光信号検出方法を実現する光情報記録再生装置の全体的な構成の一例を示したものである。
[光情報記録再生装置の全体構成]
光情報記録再生装置１は、光ピックアップ１０１と回転モータ１０２を備えており、光情報記録媒体１０３は回転モータ１０２によって回転可能な構成となっている。
【００２０】
光ピックアップ１０１は、光を光情報記録媒体１０３に照射してデジタル情報を記録および／または再生する役割を果たす。光ピックアップ１０１で検出された再生光は電流電圧（ＩＶ）変換された後、信号処理回路１０５に入力される。信号処理回路１０５によって再生信号やサーボ信号が生成され、コントローラ１０４に送られる。
【００２１】
コントローラ１０４はサーボ信号に基づき、サーボ制御回路１０６やアクセス制御回路１０７、自動位置制御手段１０８を制御する。自動位置制御手段１０８は回転モータ１０２により光情報記録媒体１０３の回転制御を、アクセス制御回路１０７は光ピックアップ１０１の位置制御を、サーボ制御回路１０６は後述する光ピックアップ１０１の対物レンズや参照光反射手段の位置制御などを行う。これにより光情報記録媒体１０３の任意の位置に光スポット１１０を位置づける。また、コントローラ１０４は再生か記録かによってレーザドライバ１０９を制御し、後述する光ピックアップ１０１に含まれるレーザを適当なパワー／波形で発光させる。
[光ピックアップ光学系構成]
図２は、光情報記録再生装置１における光ピックアップ１０１の光学系構成の一例を示したものである。本実施例の光ピックアップ光学系は、半導体レーザから出射された光を光ディスクに導き反射させ、該反射光と参照光とを干渉させて干渉光を生成するための干渉光学系と、生成された干渉光を分離し、分離された各々の干渉光に位相差を付与して複数の検出器で検出するための検出光学系とにより構成される。
【００２２】
＜ピックアップ全体構成＞
光ピックアップ１０１に搭載された半導体レーザ２０１から出射した光は、コリメートレンズ２０２によって平行光にコリメートされた後、第１のλ／２板２０３を透過することによって、偏光方向が４５度回転させられる。偏光の回転した光は第１の偏光ビームスプリッタ２０４によって直交する２つの直線偏光に分離される。垂直偏光（ｓ偏光）の光は第１の偏光ビームスプリッタ２０４によって反射されて、サーボ用ビームスプリッタ２１３を透過し、第１のλ／４板２０７を透過することによって円偏光に変換された後、光ディスク２０９の基板厚の変化により発生する球面収差を補正するエキスパンダレンズ２３１を透過し、対物レンズ２０８で集光され、光ディスク２０９に照射される。光ディスク２０９からの反射光２０５（以降、信号光と呼ぶ）は、対物レンズ２０８で再び平行光に戻されて、エキスパンダレンズ２３１、第１のλ／４板２０７を透過し、一部の信号光はサーボ用ビームスプリッタ２１３で反射され、残りは透過する。信号光２０５は第１のλ／４板２０７で直線偏光に戻されるが、ディスク面での反射によって、円偏光の回転方向が反転するため、直線偏光の方向は元の光と直交する水平偏光となる。このため、第１のλ／４板２０７、サーボ用ビームスプリッタ２１３を透過した信号光２０５は第１の偏光ビームスプリッタ２０４を透過し、ビームスプリッタ２１２へ向かう。一方、最初に第１の偏光ビームスプリッタ２０４を透過した水平偏光（ｐ偏光）の光２０６（以降、参照光と呼ぶ）は、第２のλ／４板２１０を透過し円偏光に変換され、参照光反射手段２１１によって反射され、信号光２０５と同様に第２のλ／４板２１０によって元の参照光と偏光方向の直交する垂直偏光に変換される。このため、今度は第１の偏光ビームスプリッタ２０４によって反射され、信号光２０５と合成されてビームスプリッタ２１２の方向に向かう。このとき、信号光２０５と参照光２０６は、互いに偏光方向が直交した状態で合成されている。
【００２３】
＜信号光専用ＰＤ２１６とホモダイン用ＰＤ２２４〜２２７への光の分離＞
サーボ用ビームスプリッタ２１３は、垂直偏光を１００％透過し、水平偏光の一部を反射、一部を透過するという性質を持っている。このため、半導体レーザ２０１から出射され偏光ビームスプリッタ２０４で反射された垂直偏光の光はサーボ用ビームスプリッタ２１３を１００％透過して光ディスク２０９へ照射され、光ディスク２０９で反射され第１のλ／４板２０７を透過した水平偏光の信号光２０５はサーボ用ビームスプリッタによって一部反射され、一部は透過する。
【００２４】
または、サーボ用ビームスプリッタ２１３は、垂直偏光を１００％反射し、水平偏光の一部を反射、一部を透過するという性質を持っていてもよい。このとき、第１のλ／４板２０７、エキスパンダレンズ２３１、対物レンズ２０８、光ディスク２０９は、サーボ用ビームスプリッタ２１３による垂直偏光の反射光路中に配置される。また、集光レンズ２１４、シリンドリカルレンズ２１５、光検出器２１６は、光ディスク２０９によって反射された信号光２０５のサーボ用ビームスプリッタ２１３の透過光路中に配置される。
【００２５】
＜ＰＤ２１６からのサーボ信号生成＞
サーボ用ビームスプリッタ２１３で反射された一部の信号光２０５は、集光レンズ２１４、シリンドリカルレンズ２１５により非点収差を与えられて光検出器２１６へと導かれ、その出力信号から信号処理回路１０５によってフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）やトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を出力する。以降、光検出器２１６の出力信号から得られるＦＥＳ、ＴＥＳを後述する光検出器２２４〜２２７から得られるそれと区別するため、ＦＥＳ１、ＴＥＳ１と記す。図４（ａ）はサーボ用ビームスプリッタ２１３で反射された一部の信号光２０５の光線図を、図４（ｂ）は光検出器２１６の構成を示す。図４（ａ）に示すように、光検出器２１６は信号光２０５が集光レンズ２１４、シリンドリカルレンズ２１５によって集光されて最小錯乱円となる位置に配置される。光検出器２１６は図４（ｂ）に示すように４つの領域に分割されており、それぞれの領域からの出力信号をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとおくと、信号処理回路１０５によってＦＥＳ１＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）、ＴＥＳ１＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）として出力する。なお、本実施例では、フォーカス誤差信号検出方式として非点収差法を用いる場合を示すためにシリンドリカルレンズ２１５を配置しているが、例えばフォーカス誤差信号検出方式にナイフエッジ法やスポットサイズ方式を用いてもよい。この場合にはシリンドリカルレンズ２１５は不要となる。
【００２６】
＜ＰＤ２２４〜２２７からのＲＦ信号、サーボ信号生成＞
偏光ビームスプリッタ２０４で合成された信号光２０５と参照光２０６の合成光の一部は、光分岐素子２３２、ハーフミラーであるビームスプリッタ２１２を透過し、第２のλ／２板２１８によって偏光方向を４５度回転させられた後、集光レンズ２２０で集光され、シリンドリカルレンズ２３４を透過し、偏光ビームスプリッタ２２２によって直交する直線偏光に分離され、第１の光検出器２２４（ＰＤ１）と第２の光検出器２２５（ＰＤ２）によって検出される。なお、シリンドリカルレンズ２３４は非点収差を発生する素子であればよく、例えば傾いた平行平面板で代用することもできる。光検出器２２４、２２５は信号光２０５と参照光２０６の合成光が集光レンズ２２０、シリンドリカルレンズ２３４によって集光されて最小錯乱円となる位置に配置される。２つの光検出器ＰＤ１、ＰＤ２で検出される光の偏光成分Ｐ、Ｓと、信号光の偏光方向（Ｅｓｉｇ）と参照光の偏光方向（Ｅｒｅｆ）の関係を示したのが図３である。光検出器ＰＤ１ではＰ偏光すなわちＥｓｉｇとＥｒｅｆのＰ偏光方向の射影成分が検出され、光検出器ＰＤ２ではＳ偏光すなわちＥｓｉｇとＥｒｅｆのＳ偏光方向の射影成分が検出される。Ｓ偏光方向の射影成分では、この図の場合、Ｅｒｅｆの符号が反転して見える。光検出器ＰＤ１、ＰＤ２で検出される信号を式で表すと、それぞれ次のようになる。
【００２７】
【数１】
【００２８】
【数２】
【００２９】
ここで、絶対値の二乗になっているのは、検出されるのは光のエネルギーであるからである。ここでは簡単のためにＥｓｉｇとＥｒｅｆは完全コヒーレンスであることを仮定している。
【００３０】
偏光ビームスプリッタ２０４で合成された信号光２０５と参照光２０６の合成光のもう一部は、光分岐素子２３２を透過し、ハーフミラーであるビームスプリッタ２１２で反射され、信号光２０５及び参照光２０６の偏光方向に対し４５度回転して配置された第３のλ／４板２１９によって円偏光に変換される。この時信号光２０５と参照光２０６で元の偏光方向が９０度異なるため、逆の回転方向の円偏光に変換される。この円偏光が、レンズ２２１で集光され、シリンドリカルレンズ２３３を透過し、偏光ビームスプリッタ２２３によって直交する直線偏光に分離され、第３の光検出器２２６（ＰＤ３）と第４の光検出器２２７（ＰＤ４）によって検出される。なお、シリンドリカルレンズ２３３は非点収差を発生する素子であればよく、例えば傾いた平行平面板で代用することもできる。光検出器２２６、２２７は信号光２０５と参照光２０６の合成光が集光レンズ２２１、シリンドリカルレンズ２３３によって集光されて最小錯乱円となる位置に配置される。２つの光検出器ＰＤ３、ＰＤ４で検出される光の偏光成分Ｐ、Ｓと、信号光の偏光方向（Ｅｓｉｇ）と参照光の偏光方向（Ｅｒｅｆ）の関係も同様に図３で表されるが、ＥｓｉｇとＥｒｅｆの間に９０度の位相差がついているのが、ＰＤ１とＰＤ２の例とは異なる。光検出器ＰＤ３、ＰＤ４で検出される信号を式で表すと、それぞれ次のようになる。
【００３１】
【数３】
【００３２】
【数４】
【００３３】
式中のｅｘｐ（±ｉπ／４）はλ／４板でＥｓｉｇ、Ｅｒｅｆで±４５度（９０度の差）の位相差がつけられていることを表している。ビームスプリッタ２１２、偏光ビームスプリッタ２２２、２２３によって分割された信号光２０５と参照光２０６の位相差は、数（１）〜（４）に示すように、４つの光検出器ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４上でそれぞれ、０°、１８０°、９０°、２７０°と互いに異なっている。
【００３４】
このようにして、各々の検出器で検出される信号には、光ディスク２０９上の情報には無関係な成分｜Ｅｒｅｆ｜２が含まれているため、ＰＤ１とＰＤ２、ＰＤ３とＰＤ４でそれぞれ差動信号をとると、
【００３５】
【数５】
【００３６】
【数６】
【００３７】
となり、信号光振幅強度と参照光振幅強度の積の形の信号が得られる。これは、参照光の強度を大きくすれば大きな信号出力を得られることを示している。即ち信号光の強度を増幅できることを示している。
【００３８】
ここで、数（５）及び数（６）にはｓｉｎ、ｃｏｓが付随しており、これは信号光と参照光との間の位相差を表している。ところが参照光と信号光は別の光路を通り、ディスクの回転に合わせてフォーカスサーボにより対物レンズ２０９が上下して追随するため、信号光の光路長は絶え間なく変化することになる。したがって、数（５）及び数（６）の位相項が確定せず、この方式で得られる信号は大きく変化してしまう。
【００３９】
そこで、信号演算回路１０５により両者の二乗和の演算を行って信号を得ることとした。
【００４０】
【数７】
【００４１】
このように演算を行うことにより、信号光と参照光の位相が変化した場合でも、安定して確実に一定の信号を得ることができる。数（７）のように二乗加算の演算を行うことにより出力Ｓは信号光強度｜Ｅｓｉｇ｜２に比例した信号が得られるため、再生ＲＦ信号は従来のＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤと同じ信号波形が得られる。また、その増幅率は｜Ｅｒｅｆ｜２であり、参照光強度を強くすることにより、増幅率を上げることができることがわかる。また、二乗和の後平方根を取って再生ＲＦ信号としても良い。平方根を取る演算を行うと、信号光強度の平方根に比例した出力となるため、再生ＲＦ信号は従来の光磁気ディスクと同じ信号波形となる。
【００４２】
なお、本実施例ではハーフビームスプリッタ２１２の反射光と透過光に対して別々の集光レンズ２２０、２２１と、シリンドリカルレンズ２３３、２３４を用いているが、ハーフビームスプリッタ２１２で光を分岐する前に集光レンズとシリンドリカルレンズを配置し、ハーフビームスプリッタ２１２の反射光と透過光に対して共用してもよい。
【００４３】
図５は本発明における光分岐素子２３２のパターンの一例を示す図である。光分岐素子２３２は入射光束５０１の径に対して、相対的に小さな直径５０２で境界を設定し、その内側領域２３２Ａと外側領域２３２Ｂにおいて内側領域２３２Ａのみ回折格子のパターンを有する。ここで、相対的に小さい、とは、光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａの直径５０２の入射光束径５０１に対する比をｒとして、０＜ｒ＜１を満たすことを意味する。なお、内側領域２３２Ａの形状は必ずしも円形である必要はなく、入射光束５０１に対して相対的に小さな領域を有する形状であればよく、例えば四角形でも良い。内側領域２３２Ａに入射した光は±１次光に回折され、外側領域２３２Ｂに入射した光は透過する。これにより光束の内側と外側が分離されて光検出器２２４、２２５、２２６、２２７に集光されることになる。図６に本実施例における光検出器２２４、２２５、２２６、２２７のパターンの一例を示す。４つの光検出器２２４、２２５、２２６、２２７は同じ構成であるため、以降、光検出器ＰＤ１、２２４を用いて説明する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａでの＋１次回折光６０１は４分割受光領域２２４Ａで、−１次回折光６０２は受光領域２２４Ｂで、光分岐素子２３２の外側領域２３２Ｂの透過光６０３は受光領域２２４Ｃで受光する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａでの＋１次回折光６０１、−１次回折光６０２はそれぞれ以下に説明する通りサーボ信号、再生ＲＦ信号に用いられる。できるだけ多くの光量を再生ＲＦ信号に用いるため、光分岐素子２３２の内側領域の回折効率は、＋１次、−１次回折光の回折効率をそれぞれＲ＋１、Ｒ−１として、Ｒ＋１＜Ｒ−１であることが望ましい。このため、内側領域の回折格子としては、例えば鋸波型のブレーズド回折格子を用いる。受光領域２２４Ｂ、２２４Ｃの出力はバッファアンプ６０４で電圧に変換し、抵抗６０５で適当なゲインが設定された差動アンプ６０６で加減演算され、数（１）に示した再生ＲＦ信号ＩＲＦ１として出力される。数（２）（３）（４）に示すＩＲＦ２、ＩＲＦ３、ＩＲＦ４も同様にして光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）から出力される。図５に示す光分岐素子２３２では、外側領域２３２Ｂは１００％光が透過するのに対して、内側領域２３２Ａは一部＋１次回折光として分岐されるため、受光領域２２４Ｂと２２４Ｃにおいて入射光量に対する検出光量の比が異なる。そこで、抵抗６０５を可変抵抗として調整すればよい。４分割受光領域２２４Ａからは信号Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂ、Ｉ１Ｃ、Ｉ１Ｄが出力され、以下に説明するフォーカス誤差信号の演算に用いられる。下付き文字の１は光検出器の番号を、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは対応する４分割受光領域を表している。光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）からも同様にして信号Ｉ２Ａ、Ｉ２Ｂ、Ｉ２Ｃ、Ｉ２Ｄ、Ｉ３Ａ、Ｉ３Ｂ、Ｉ３Ｃ、Ｉ３Ｄ、Ｉ４Ａ、Ｉ４Ｂ、Ｉ４Ｃ、Ｉ４Ｄが出力される。光検出器２２４、２２５、２２６、２２７の４分割受光素子から得られた出力ＩＸＹ（Ｘ＝１、２、３、４、Ｙ＝Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）からフォーカス誤差信号ＦＥＳ２は例えば以下のようにして得られる。
【００４４】
【数８】
【００４５】
（５）（６）と同様、まず光検出器ＰＤ１とＰＤ２との間（Ｘ＝１）、ＰＤ３とＰＤ４との間（Ｘ＝３）でそれぞれ差動信号ｆ（Ｘ，Ｙ）（ただしＹ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を取る。その後４分割受光素子の各領域Ａ〜Ｄにおいてｆ（１，Ｙ）とｆ（３，Ｙ）の２乗和を取ることによって数（７）と同様に信号光と参照光の位相変化によらない信号とする。最後に４分割受光素子の対角領域の和の差動演算により非点収差信号（受光領域Ａ＋Ｃと領域Ｂ＋Ｄの差動信号）を得る。
【００４６】
またはフォーカス誤差信号ＦＥＳ２は以下のようにしても得られる。
【００４７】
【数９】
【００４８】
図７は本発明におけるフォーカス誤差信号を計算機シミュレーションにより確認した結果である。シミュレーションはスカラー回折理論に基づき、光検出器上の光強度分布をフーリエ積分により求めた。計算条件は波長４０５ｎｍ、対物レンズＮＡ０．８５、検出系集光レンズＮＡ０．０７７、検出系非点格差１．４４ｍｍ、４分割受光領域サイズ１１０μｍ、検出器分割線幅５μｍで、光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａの直径５０２の入射光束径５０１に対する比ｒは７６．５％である。図７（ａ）は光検出器２１６で信号光２０５のみから得られる従来のフォーカス誤差信号（実線）と再生ＲＦ信号（破線）のデフォーカス特性、図７（ｂ）は光検出器２２４、２２５、２２６、２２７で数（８）によって得られるフォーカス誤差信号（実線）と再生ＲＦ信号（破線）のデフォーカス特性である。再生ＲＦ信号（破線）を見ると、図７（ａ）の信号光のみから得られる再生ＲＦ信号に比べて、図７（ｂ）の信号光と参照光の合成光から得られる再生ＲＦ信号はデフォーカスとともに急激に減衰している。このため、対物レンズ２０８の焦点位置からずれた層からの反射光量は殆ど無視することができ、多層光ディスクにおいて層間クロストークの影響が小さい信号となる。一方、フォーカス誤差信号（実線）を見ると、図７（ａ）の信号光のみから得られるフォーカス誤差信号ＦＥＳ１は引き込み範囲が約１．２μｍであるのに対し、図７（ｂ）の信号光と参照光の合成光から得られるフォーカス誤差信号ＦＥＳ２では約０．７μｍと約半分に狭まっており、再生ＲＦ信号と同様に、ＦＥＳ１に比べてデフォーカスとともに減衰している。このため、適切な焦点ずれ範囲で検出可能、かつ層間クロストークの影響の小さいフォーカス誤差信号が得られる。なお、フォーカスの引き込み範囲は光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａの直径５０２の入射光束径５０１に対する比ｒ（０＜ｒ＜１）によって設計可能であり、ｒを大きくすることによって引き込み範囲をより狭くし、層間クロストークの影響をより小さくすることが可能である。
【００４９】
＜サーボ制御＞
信号処理回路１０５で生成されたフォーカス誤差信号はコントローラ１０４、サーボ制御回路１０６を介して対物レンズ２０８を搭載した２次元アクチュエータ２２８のフォーカス駆動端子にフィードバックされ焦点位置が閉ループ制御される。
【００５０】
さらに同じ信号が参照光反射手段２１１を搭載した１次元アクチュエータ２２９にもフィードバックされ、対物レンズ２０８と連動して参照光反射手段２１１も駆動される。これにより光ディスク２０９を反射した信号光２０５と、参照光反射手段２１１を反射した参照光２０６の光路差をほぼ０に保つことができる。通常の半導体レーザのコヒーレンス長は数１０μｍであるため、光路差の調整精度はこの範囲以下になっていればよい。また、半導体レーザ２０１として、例えばＤＦＢレーザなどのコヒーレンス長が数ｃｍ〜数ｍと非常に長いレーザを用いてもよい。この場合、参照光反射手段２１１を駆動して信号光と参照光の光路差を０にする必要はなく、フォーカス誤差信号の１次元アクチュエータ２２９へのフィードバックは不要である。
【００５１】
本実施例では信号光２０５のみを検出する光検出器２１６と、信号光２０５と参照光２０６の合成光を検出する光検出器２２４、２２５、２２６、２２７の各々からフォーカス誤差信号ＦＥＳ１、ＦＥＳ２を生成することができる。ＦＥＳ２はＦＥＳ１に比べて層間クロストークの影響が小さいが、対物レンズ２０８の焦点位置から離れた層からのＳ字のフォーカス誤差信号が小さくなり、多層光ディスクの層数を数えたり、記録層の切り替え（層間ジャンプ）を行ったりするのには不向きである可能性がある。そこで、図８に示すように、例えば層数の少ない光ディスクを再生する時や、光ディスク２０９を光情報記録再生装置１にセットして層数をカウントするなど光情報記録再生装置１の初期調整を行う時、多層光ディスクの記録層切り替え（層間ジャンプ）を行う時など、記録層だけでなく記録層以外のＳ字のフォーカス誤差信号も必要な時はフォーカス誤差信号としてＦＥＳ１を用い、層間クロストークの影響をできるだけ受けずに多層光ディスクの記録再生を行う時はフォーカス誤差信号としてＦＥＳ２を用いるように、図１に示す光情報記録再生装置１のコントローラ１０４でフォーカス誤差信号を切り替えてもよい。
【００５２】
信号処理回路１０５で生成されたトラッキング誤差信号はコントローラ１０４、サーボ制御回路１０６を介して対物レンズ２０８を搭載した２次元アクチュエータ２２８のトラッキング駆動端子にフィードバックされ閉ループ制御される。
【００５３】
＜参照光反射手段＞
参照光反射手段２１１は例えば反射ミラーによって実現される。この場合、参照光反射手段２１１による反射光が入射した参照光２１１の光軸に対して傾かないように、ミラーの傾きを調製する必要がある。このため、反射ミラーや参照光２１１の波面の傾きを検出し、参照光反射手段２１１にフィードバックして参照光２１１の波面の傾きを調整する機構を具備しても良い。または、参照光反射手段２１１は集光レンズと反射ミラーによって実現される。参照光２０６を集光レンズによって集光し、その焦点位置に反射ミラーを置くことで、入射光と反対方向に反射する参照光を作り出すことができる。この場合、反射ミラーが傾いても信号光に対して参照光の光軸がずれるだけなので、参照光反射手段２１１を反射ミラーだけで実現する場合に比べて反射ミラーの角度調整が容易となる。または、参照光反射手段２１１はコーナーキューブによって実現される。コーナーキューブは、どのような入射角で光を入射させても反射光が必ず入射光と同じ方向に戻るという素子であるため、波面の傾きを調整する必要は無い。
【００５４】
＜記録／再生時の光路切り替え＞
図２では光ディスク２０９に記録された情報の再生時の光線図を表しており、半導体レーザ２０１からの光を信号光２０５と参照光２０６の２光束に分離しているが、記録時には参照光は不要であるので、第１のλ／２板２０３を透過する光をＳ偏光とし、すべて第１の偏光ビームスプリッタ２０４で反射して信号光として用いる。これは、例えば第１のλ／２板を記録時と再生時で回転することによって、信号光と参照光の強度比を変化させることによって実現される。または、電圧の印加によって入射する光の偏光方向が切り替わる液晶波長板を用いたり、λ／２板を抜き差ししたりするのでも良い。
【００５５】
ただし、情報の記録時に光検出器２２４、２２５、２２６、２２７から得られるフォーカス誤差信号ＦＥＳ２を用いる場合は、この限りではない。
【００５６】
＜他の球面収差補正方法＞
本実施例において球面収差補正機構として２枚組エキスパンダレンズの一部を動かす例を示しているが、これは例えばコリメートレンズ２０２をアクチュエータに搭載して動かしてもよい。また、電圧駆動の液晶可変位相変調素子を用いて、波面を直接変調してもよい。
【実施例２】
【００５７】
本実施例では、光検出器２２４、２２５、２２６、２２７からフォーカス誤差信号だけでなくトラッキング誤差信号も検出する光信号検出方法を実現する光情報記録再生装置の一例を説明する。なお、本実施例における光情報記録再生装置１および光ピックアップ１０１に関して、既に説明した図１、図２に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００５８】
図９は光情報記録再生装置１における光ピックアップ１０１の光分岐素子２３２のパターンの別の一例を示す図である。光分岐素子２３２は入射光束５０１の径に対して、相対的に小さな直径５０２で境界を設定し、その内側領域２３２Ａと外側領域２３２Ｃで回折格子の方向を異ならせる。なお、内側領域２３２Ａの形状は必ずしも円形である必要はなく、入射光束５０１に対して相対的に小さな領域を有する形状であればよく、例えば四角形でも良い。内側領域２３２Ａ、外側領域２３２Ｃに入射した光はそれぞれ±1次光に回折される。これにより光束の内側と外側が分離されて検出器２２４、２２５、２２６、２２７に集光されることになる。図１０に本発明における光検出器２２４、２２５、２２６、２２７のパターンの一例を示す。４つの検出器２２４、２２５、２２６、２２７は同じ構成であるため、以降、光検出器２２４を用いて説明する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａでの＋１次回折光１００１は４分割受光領域２２４Ａで、−１次回折光１００２は受光領域２２４Ｂで、光分岐素子２３２の外側領域２３２Ｃの＋１次回折光１００３は２分割受光領域２２４Ｄで、−１次回折光１００４は受光領域２２４Ｅで受光する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａ、外側領域での＋１次回折光１００１、１００３はサーボ信号に、−１次回折光１００２、１００４は再生ＲＦ信号に用いられる。できるだけ多くの光量を再生ＲＦ信号に用いるため、光分岐素子２３２の内側領域２３２Ａ、外側領域２３２Ｃの回折効率は、＋1次、−１次の回折光の回折効率をそれぞれＲ＋１、Ｒ−１として、内側領域、外側領域ともにＲ＋１＜Ｒ−１であることが望ましい。このため、回折格子としては、例えば鋸波型のブレーズド回折格子を用いる。受光領域２２４Ｂ、２２４Ｅの出力はバッファアンプ６０４で電圧に変換し、抵抗６０５で適当なゲインが設定された差動アンプ６０６で加減演算され、数（１）に示した再生ＲＦ信号ＩＲＦ１として出力される。数（２）（３）（４）に示すＩＲＦ２、ＩＲＦ３、ＩＲＦ４も同様にして光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）から出力される。光束の内外で分割の光量比が均等でない場合には、抵抗６０５を可変抵抗として調整すればよい。４分割受光領域２２４Ａからは信号Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂ、Ｉ１Ｃ、Ｉ１Ｄが出力され、２分割受光領域２２４Ｄからは信号Ｉ１Ｅ、Ｉ１Ｆが出力され、以下に説明するフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号の演算に用いられる。下付き文字の１は光検出器の番号を、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは対応する４分割受光領域、2分割受光領域を表している。光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）からも同様にして信号ＩＸＹ（Ｘ＝２、３、４、Ｙ＝Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）が出力される。光検出器２２４、２２５、２２６、２２７の４分割受光素子から得られた出力ＩＸＹ（Ｘ＝１、２、３、４、Ｙ＝Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）からフォーカス誤差信号ＦＥＳ２は例えば数（８）または（９）で得られる。また、トラッキング誤差信号ＴＥＳ２は例えば以下のようにして得られる。
【００５９】
【数１０】
【００６０】
数（５）（６）と同様、まず光検出器ＰＤ１とＰＤ２との間（Ｘ＝１）、ＰＤ３とＰＤ４との間（Ｘ＝３）でそれぞれ差動信号ＰＰＬ（Ｘ）、ＰＰＲ（Ｘ）を取る。その後ＰＰＬ（１）とＰＰＬ（３）、ＰＰＲ（１）とＰＰＲ（３）の２乗和を取ることによって数（７）と同様に信号光と参照光の位相変化によらない信号とする。最後にＰＰＬの２乗和の項とＰＰＲの２乗和の項の差動演算によりプッシュプル信号（受光領域Ａ＋Ｄ＋Ｅと領域Ｂ＋Ｃ＋Ｆの差動信号）を得る。
【００６１】
トラッキング誤差信号ＴＥＳ２に関しては、光ディスクのトラックによる±１次回折光をプッシュプル信号として検出するため、内側領域２３２Ａの光だけでなく、外側領域２３２Ｃの光も用いる。
【００６２】
本実施例では信号光２０５のみを検出する光検出器２１６と、信号光２０５と参照光２０６の合成光を検出する光検出器２２４、２２５、２２６、２２７の各々からフォーカス誤差信号ＦＥＳ１、ＦＥＳ２とトラッキング誤差信号ＴＥＳ1，ＴＥＳ２を生成することができる。フォーカス誤差信号に関しては実施例１と重複するため説明は割愛する。トラッキング誤差信号ＴＥＳ２はＴＥＳ１に比べて層間クロストークの影響が小さいが、対物レンズの焦点ずれが起きた時に信号光量が低下する可能性がある。そこで、図１１に示すように、例えば層数の少ない光ディスクを再生する時や、光ディスク２０９を光情報記録再生装置１にセットして光情報記録再生装置１の初期調整を行う時、多層光ディスクの記録層切り替え（層間ジャンプ）を行う時などはトラッキング誤差信号としてＴＥＳ１を用い、層間クロストークの影響をできるだけ受けずに多層光ディスクの記録再生を行う時はトラッキング誤差信号としてＴＥＳ２を用いるように、図１に示す光情報記録再生装置１のコントローラ１０４でフォーカス誤差信号を切り替えてもよい。
【実施例３】
【００６３】
実施例１、２では、フォーカス誤差信号検出方式として非点収差方式を用いる場合を示しているが、本実施例ではナイフエッジ法を用いた場合の光情報記録再生装置の一例を説明する。光ピックアップ１０１において非点収差方式を用いる場合、図２に示すようにシリンドリカルレンズ２３３、２３４を配置しているが、ナイフエッジ法を用いる場合には不要となる。また、この時光検出器２２４、２２５、２２６、２２７は集光レンズ２２０，２２１の焦点位置に配置される。
【００６４】
図１２は光情報記録再生装置１における光ピックアップ１０１の光分岐素子２３２のパターンの別の一例を示す図である。光分岐素子２３２は入射光束５０１の径に対して、相対的に小さな直径５０２で境界を設定し、その内側領域はさらに２つの上下の領域２３２Ｄ、２３２Ｅに分割され、内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅは格子方向の異なる回折格子のパターンを有する。なお、内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅの形状は必ずしも円形である必要はなく、入射光束５０１に対して相対的に小さな領域を有する形状であればよく、例えば四角形でも良い。内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅに入射した光は±１次光に回折され、外側領域２３２Ｂに入射した光は透過する。これにより光束の内側の２つの上下の領域と外側が分離されて光検出器２２４、２２５、２２６、２２７に集光されることになる。図１３に本実施例における光検出器２２４、２２５、２２６、２２７のパターンの一例を示す。４つの光検出器２２４、２２５、２２６、２２７は同じ構成であるため、以降、光検出器ＰＤ１、２２４を用いて説明する。光分岐素子２３２の内側上領域２３２Ｄでの＋１次回折光１３０３は２分割受光領域２２４Ｈで、−１次回折光１３０１は受光領域２２４Ｆで、光分岐素子２３２の内側下領域２３２Ｅでの＋１次回折光１３０４は２分割受光領域２２４Ｉで、−１次回折光１３０２は受光領域２２４Ｇで、光分岐素子２３２の外側領域２３２Ｂの透過光１３０５は受光領域２２４Ｃで受光する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅでの＋１次回折光１３０３、１３０４、−１次回折光１３０１、１３０２はそれぞれ以下に説明する通りサーボ信号、再生ＲＦ信号に用いられる。できるだけ多くの光量を再生ＲＦ信号に用いるため、光分岐素子２３２の内側領域の回折効率は、＋１次、−１次回折光の回折効率をそれぞれＲ＋１、Ｒ−１として、Ｒ＋１＜Ｒ−１であることが望ましい。このため、内側領域の回折格子としては、例えば鋸波型のブレーズド回折格子を用いる。受光領域２２４Ｃ、２２４Ｆ、２２４Ｇの出力はバッファアンプ６０４で電圧に変換し、抵抗６０５で適当なゲインが設定された差動アンプ６０６で加減演算され、数（１）に示した再生ＲＦ信号ＩＲＦ１として出力される。数（２）（３）（４）に示すＩＲＦ２、ＩＲＦ３、ＩＲＦ４も同様にして光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）から出力される。図１２に示す光分岐素子２３２では、外側領域２３２Ｂは１００％光が透過するのに対して、内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅは一部＋１次回折光として分岐されるため、受光領域２２４Ｆ、２２４Ｇと２２４Ｃにおいて入射光量に対する検出光量の比が異なる。そこで、抵抗６０５を可変抵抗として調整すればよい。２分割受光領域２２４Ｈからは信号Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂが、２２４Ｉからは信号Ｉ１Ｃ、Ｉ１Ｄが出力され、以下に説明するフォーカス誤差信号の演算に用いられる。下付き文字の１は光検出器の番号を、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは対応する２分割受光領域を表している。光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）からも同様にして信号Ｉ２Ａ、Ｉ２Ｂ、Ｉ２Ｃ、Ｉ２Ｄ、Ｉ３Ａ、Ｉ３Ｂ、Ｉ３Ｃ、Ｉ３Ｄ、Ｉ４Ａ、Ｉ４Ｂ、Ｉ４Ｃ、Ｉ４Ｄが出力される。光検出器２２４、２２５、２２６、２２７の２つの２分割受光素子から得られた出力ＩＸＹ（Ｘ＝１、２、３、４、Ｙ＝Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）からフォーカス誤差信号ＦＥＳ２は例えば以下のようにして得られる。
【００６５】
【数１１】
【００６６】
数（５）（６）と同様、まず光検出器ＰＤ１とＰＤ２との間（Ｘ＝１）、ＰＤ３とＰＤ４との間（Ｘ＝３）でそれぞれ差動信号ｆ（Ｘ，Ｙ）（ただしＹ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を取る。その後２つの２分割受光素子の各領域Ａ〜Ｄにおいてｆ（１，Ｙ）とｆ（３，Ｙ）の２乗和を取ることによって数（７）と同様に信号光と参照光の位相変化によらない信号とする。最後に２つの２分割受光素子の出力の差の差動演算によりナイフエッジ法のフォーカス誤差信号を得る。
【００６７】
なお、本実施例では光分岐素子２３２の外側領域に入射する光束は回折させずに透過光を用いたが、図１４に示すように外側領域２３２Ｆは内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅとは格子方向の異なる回折格子のパターンを有し、外側領域２３２Ｆに入射する光束を＋１次回折光として回折させてもよい。本来内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅに入射する光束は±１次光として回折され、受光領域２２４Ｆ、２２４Ｇ、２２４Ｈ、２２４Ｉに集光されるが、回折格子の格子形状の製造誤差等により０次透過光が発生し、検出器２２４Ｃに集光される可能性がある。そこで、外側領域２３２Ｆに入射する光束を内側領域２３２Ｄ、２３２Ｅとは異なる方向に回折させることにより、前記内側領域の０次透過光と分離して外側領域２３２Ｆの光束を検出することができる。この場合の光検出器２２４のパターンを図１５に示す。図１３とは外側領域２３２Ｆ用の受光領域２２４Ｃの位置が異なっている。
【実施例４】
【００６８】
本実施例ではフォーカス誤差信号検出方式としてスポットサイズ方式を用いた場合の光情報記録再生装置の一例を説明する。光ピックアップ１０１において非点収差方式を用いる場合、図２に示すようにシリンドリカルレンズ２３３、２３４を配置しているが、スポットサイズ方式を用いる場合には不要となる。また、この時光検出器２２４、２２５、２２６、２２７は集光レンズ２２０、２２１の焦点位置の前方、または後方に配置される。あるいは、集光レンズ２２０、２２１の焦点位置の前方および後方に２つの検出器を置いて、差動スポットサイズ法を用いることもできる。
【００６９】
図１６は光情報記録再生装置１における光ピックアップ１０１の光分岐素子２３２のパターンの別の一例を示す図である。光分岐素子２３２は入射光束５０１の径に対して、相対的に小さな直径５０２で境界を設定し、その内側領域２３２Ｇと外側領域２３２Ｂにおいて内側領域２３２Ａのみ回折格子のパターンを有する。内側領域で回折光に対してレンズ作用をさせるように、領域２３２Ｇは曲線格子としている。なお、内側領域２３２Ｇの形状は必ずしも円形である必要はなく、入射光束５０１に対して相対的に小さな領域を有する形状であればよく、例えば四角形でも良い。内側領域２３２Ｇに入射した光は±１次光に回折され、外側領域２３２Ｂに入射した光は透過する。これにより光束の内側と外側が分離されて光検出器２２４、２２５、２２６、２２７に集光されることになる。
【００７０】
図１７に本実施例における光検出器２２４、２２５、２２６、２２７のパターンの一例を示す。４つの光検出器２２４、２２５、２２６、２２７は同じ構成であるため、以降、光検出器ＰＤ１、２２４を用いて説明する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ｇでの＋１次回折光６０１は３分割受光領域２２４Ｊで、−１次回折光６０２は受光領域２２４Ｂで、光分岐素子２３２の外側領域２３２Ｂの透過光６０３は受光領域２２４Ｃで受光する。光分岐素子２３２の内側領域２３２Ｇでの＋１次回折光６０１、−１次回折光６０２はそれぞれ以下に説明する通りサーボ信号、再生ＲＦ信号に用いられる。できるだけ多くの光量を再生ＲＦ信号に用いるため、光分岐素子２３２の内側領域の回折効率は、＋１次、−１次回折光の回折効率をそれぞれＲ＋１、Ｒ−１として、Ｒ＋１＜Ｒ−１であることが望ましい。このため、内側領域の回折格子としては、例えば鋸波型のブレーズド回折格子を用いる。受光領域２２４Ｂ、２２４Ｃの出力はバッファアンプ６０４で電圧に変換し、抵抗６０５で適当なゲインが設定された差動アンプ６０６で加減演算され、数（１）に示した再生ＲＦ信号ＩＲＦ１として出力される。数（２）（３）（４）に示すＩＲＦ２、ＩＲＦ３、ＩＲＦ４も同様にして光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）から出力される。図１６に示す光分岐素子２３２では、外側領域２３２Ｂは１００％光が透過するのに対して、内側領域２３２Ｇは一部＋１次回折光として分岐されるため、受光領域２２４Ｂと２２４Ｃにおいて入射光量に対する検出光量の比が異なる。そこで、抵抗６０５を可変抵抗として調整すればよい。３分割受光領域２２４Ｊからは信号Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂ、Ｉ１Ｃが出力され、以下に説明するフォーカス誤差信号の演算に用いられる。下付き文字の１は光検出器の番号を、Ａ、Ｂ、Ｃは対応する４分割受光領域を表している。光検出器ＰＤ２（２２５）、ＰＤ３（２２６）、ＰＤ４（２２７）からも同様にして信号Ｉ２Ａ、Ｉ２Ｂ、Ｉ２Ｃ、Ｉ３Ａ、Ｉ３Ｂ、Ｉ３Ｃ、Ｉ４Ａ、Ｉ４Ｂ、Ｉ４Ｃが出力される。光検出器２２４、２２５、２２６、２２７の３分割受光素子から得られた出力ＩＸＹ（Ｘ＝１、２、３、４、Ｙ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）からフォーカス誤差信号ＦＥＳ２は例えば以下のようにして得られる。
【００７１】
【数１２】
【００７２】
数（５）（６）と同様、まず光検出器ＰＤ１とＰＤ２との間（Ｘ＝１）、ＰＤ３とＰＤ４との間（Ｘ＝３）でそれぞれ差動信号ｆ（Ｘ，Ｙ）（ただしＹ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）を取る。その後３分割受光素子の各領域Ａ〜Ｃにおいてｆ（１，Ｙ）とｆ（３，Ｙ）の２乗和を取ることによって数（７）と同様に信号光と参照光の位相変化によらない信号とする。最後に３分割受光素子の中央領域と外側２領域の和の差動演算によりフォーカス誤差信号を得る。
【符号の説明】
【００７３】
１ 光情報記録再生装置
１０１ 光ピックアップ
１０２ 回転モータ
１０３ 光情報記録媒体
１０４ コントローラ
１０５ 信号処理回路
１０６ サーボ制御回路
１０７ アクセス制御回路
１０８ 自動位置制御手段
１０９ レーザドライバ
１１０ 光スポット
２０１ 半導体レーザ
２０２ コリメートレンズ
２０３ 第１のλ／２板
２０４ 偏光ビームスプリッタ
２０５ 信号光
２０６ 参照光
２０７ 第１のλ／４板
２０８ 対物レンズ
２０９ 光ディスク
２１０ 第２のλ／４板
２１１ 参照光反射手段
２１２ ビームスプリッタ
２１３ サーボ用ビームスプリッタ
２１４ 集光レンズ
２１５、２３３、２３４ シリンドリカルレンズ
２１６ 光検出器
２１８ 第２のλ／２板
２１９ 第３のλ／４板
２２０、２２１ 集光レンズ
２２２、２２３ 偏光ビームスプリッタ
２２４ 第１の光検出器
２２４Ａ ４分割受光領域
２２４Ｂ、２２４Ｃ、２２４Ｅ、２２４Ｆ、２２４Ｇ 受光領域
２２４Ｄ、２２４Ｈ、２２４Ｉ ２分割受光領域
２２４Ｊ ３分割受光領域
２２５ 第２の光検出器
２２６ 第３の光検出器
２２７ 第４の光検出器
２２８ ２次元アクチュエータ
２２９ １次元アクチュエータ
２３１ エキスパンダレンズ
２３２ 光分岐素子
２３２Ａ、２３２Ｇ 内側領域
２３２Ｂ、２３２Ｃ、２３２Ｆ 外側領域
２３２Ｄ 内側上領域
２３２Ｅ 内側下領域
５０１ 入射光束
５０２ 境界
６０１、１００１ 内側光束＋１次回折光
６０２、１００２ 内側光束−１次回折光
６０３ 外側光束透過光
１００３ 外側光束＋１次回折光
１００４ 外側光束−１次回折光
６０４ バッファアンプ
６０５ 抵抗
６０６ 差動アンプ
１３０１ 内側上光束−１次回折光
１３０３ 内側上光束＋１次回折光
１３０２ 内側下光束−１次回折光
１３０４ 内側下光束＋１次回折光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光束を分割する第１の光分岐素子と、
前記光源から出射され、前記第１の光分岐素子によって分割された光束の一方を光情報記録媒体に集光する集光光学系と、
前記集光光学系において集光される光の焦点位置を可変にする可変焦点機構と、
前記光情報記録媒体に集光して反射した信号光と、前記分割された光束の他方から得られる参照光とを光学的に干渉させる干渉光学系と、
前記干渉光学系における干渉光を複数に分割する分割光学系と、
前記分割光学系において分割された複数の干渉光を、位相関係が互いに異なる状態で、それぞれ検出する複数の検出器と、
前記複数の干渉光を光軸付近の第１の光束と周辺部の第２の光束に分離して前記複数の検出器に集光されるように分岐させる第２の光分岐素子とを備え、
前記第１の光束について焦点ずれ信号を検出し、
前記焦点ずれ信号を用いて、前記可変焦点機構を制御することを特徴とする光情報再生装置。
【請求項２】
前記第２の光分岐素子は、前記第１の光束をさらに少なくとも２つの光束に分割する第１光束分割手段を有し、
前記第１光束分割手段によって分割された光束の少なくとも１つから焦点ずれ信号を検出し、他方から再生信号を検出することを特徴とする請求項１に記載の光情報再生装置。
【請求項３】
前記第２の光分岐素子は、前記第２の光束をさらに少なくとも２つの光束に分割する第２光束分割手段を有し、
前記第２光束分割手段によって分割された光束の少なくとも１つ、および、前記第１光束分割手段によって分割された光束の少なくとも１つからトラッキング誤差信号を検出し、前記第２光束分割手段によって分割された光束の他方から再生信号を検出することを特徴とする請求項２に記載の光情報再生装置。
【請求項４】
前記第１光束分割手段または前記第２光束分割手段によって分割された光束は、焦点ずれ信号またはトラッキング誤差信号の検出に用いられる光束の光量をＲ＋１、再生信号の検出に用いられる光束の光量をＲ−１として
Ｒ＋１＜Ｒ−１
であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光情報再生装置。
【請求項５】
更に、前記信号光を分割する第３の光分岐素子を備え、
前記第３の光分岐素子によって分割された光束の一方から焦点ずれ信号かつ／またはトラッキング誤差信号を検出することを特徴とする請求項１に記載の光情報再生装置。
【請求項６】
光源と、
前記光源から出射された光束を分割する第１の光分岐素子と、
前記光源から出射され、前記第１の光分岐素子によって分割された光束の一方を光情報記録媒体に集光する集光光学系と、
前記集光光学系において集光される光の焦点位置を可変にする可変焦点機構と、
前記光情報記録媒体に集光して反射した信号光と、前記分割された光束の他方から得られる参照光とを光学的に干渉させる干渉光学系と、
前記干渉光学系における干渉光を複数に分割する分割光学系と、
前記分割光学系において分割された複数の干渉光を、位相関係が互いに異なる状態で、それぞれ検出する複数の検出器と、
前記複数の干渉光を光軸付近の第１の光束と周辺部の第２の光束に分離して前記複数の検出器に集光されるように分岐させる第２の光分岐素子と、
前記信号光を分割する第３の光分岐素子と、
前記第３の光分岐素子によって分割された信号光から得られる焦点ずれ信号と、前記複数の検出器によって検出された干渉光から得られる焦点ずれ信号と、を切り替える手段とを有し、
前記切り替える手段によって切り替えて、前記可変焦点機構を制御することを特徴とする光情報再生装置。
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光束を分割する第１の光分岐素子と、
前記光源から出射され、前記第１の光分岐素子によって分割された光束の一方を光情報記録媒体に集光する集光光学系と、
前記集光光学系において集光される光の焦点位置を可変にする可変焦点機構と、
前記光情報記録媒体に集光して反射した信号光と、前記分割された光束の他方から得られる参照光とを光学的に干渉させる干渉光学系と、
前記干渉光学系における干渉光を複数に分割する分割光学系と、
前記分割光学系において分割された複数の干渉光を、位相関係が互いに異なる状態で、それぞれ検出する複数の検出器と、
前記複数の干渉光を光軸付近の第１の光束と周辺部の第２の光束に分離して前記複数の検出器に集光されるように分岐させる第２の光分岐素子とを備え、
前記第１の光束について焦点ずれ信号を検出し、
前記焦点ずれ信号を用いて、前記可変焦点機構を制御することを特徴とする光情報再生装置。
【請求項２】
前記第２の光分岐素子は、前記第１の光束をさらに少なくとも２つの光束に分割する第１光束分割手段を有し、
前記第１光束分割手段によって分割された光束の少なくとも１つから焦点ずれ信号を検出し、他方から再生信号を検出することを特徴とする請求項１に記載の光情報再生装置。
【請求項３】
前記第２の光分岐素子は、前記第２の光束をさらに少なくとも２つの光束に分割する第２光束分割手段を有し、
前記第２光束分割手段によって分割された光束の少なくとも１つ、および、前記第１光束分割手段によって分割された光束の少なくとも１つからトラッキング誤差信号を検出し、前記第２光束分割手段によって分割された光束の他方から再生信号を検出することを特徴とする請求項２に記載の光情報再生装置。
【請求項４】
前記第１光束分割手段または前記第２光束分割手段によって分割された光束は、焦点ずれ信号またはトラッキング誤差信号の検出に用いられる光束の光量をＲ＋１、再生信号の検出に用いられる光束の光量をＲ−１として
Ｒ＋１＜Ｒ−１
であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光情報再生装置。
【請求項５】
更に、前記信号光を分割する第３の光分岐素子を備え、
前記第３の光分岐素子によって分割された光束の一方から焦点ずれ信号かつ／またはトラッキング誤差信号を検出することを特徴とする請求項１に記載の光情報再生装置。
【請求項６】
光源と、
前記光源から出射された光束を分割する第１の光分岐素子と、
前記光源から出射され、前記第１の光分岐素子によって分割された光束の一方を光情報記録媒体に集光する集光光学系と、
前記集光光学系において集光される光の焦点位置を可変にする可変焦点機構と、
前記光情報記録媒体に集光して反射した信号光と、前記分割された光束の他方から得られる参照光とを光学的に干渉させる干渉光学系と、
前記干渉光学系における干渉光を複数に分割する分割光学系と、
前記分割光学系において分割された複数の干渉光を、位相関係が互いに異なる状態で、それぞれ検出する複数の検出器と、
前記複数の干渉光を光軸付近の第１の光束と周辺部の第２の光束に分離して前記複数の検出器に集光されるように分岐させる第２の光分岐素子と、
前記信号光を分割する第３の光分岐素子と、
前記第３の光分岐素子によって分割された信号光から得られる焦点ずれ信号と、前記複数の検出器によって検出された干渉光から得られる焦点ずれ信号と、を切り替える手段とを有し、
前記切り替える手段によって切り替えて、前記可変焦点機構を制御することを特徴とする光情報再生装置。
【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】
【公開番号】特開２０１２−１４８１３（Ｐ２０１２−１４８１３Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２５９４（Ｐ２０１０−１５２５９４）
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【出願人】（５０９１８９４４４）日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 (998)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【出願人】（５０９１８９４４４）日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 (998)
【Ｆターム（参考）】
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