光記録再生媒体の焦点誤差検出方法、およびそれに用いる発光装置のビーム分割調節器
【課題】 光記録媒体の回折構造を利用して焦点誤差信号を得る装置において、対物レンズへの照射光が一様でない場合でも、焦点誤差信号へのオフセットの発生を抑圧することができる光記録再生媒体の焦点誤差検出方法を提供すること。
【解決手段】 回転する光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出する。
【解決手段】 回転する光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学技術およびその付帯装置の改良、更に詳しくは、光記録媒体の回折構造を利用して焦点誤差信号を得る装置において、対物レンズへの照射光が一様でない場合でも、焦点誤差信号へのオフセットの発生を抑圧することができる光記録再生媒体の焦点誤差検出方法、およびそれに用いる発光装置のビーム分割調節器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学的な情報記録再生装置における集束光ビームの焦点位置を検出する装置としては、２分割光検知器を、光ディスクからの反射光と（円形ディスクの）接線方向への回折光が重なりあうファーフィールド領域に配置し、この２分割光検知器の差出力と和出力から焦点誤差信号を生成する方法がある（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、２分割光検知器を、光ディスクからの反射光と（円形ディスクの）半径方向への回折光が重なりあうファーフィールド領域に配置して、この２分割光検知器の差出力と和出力から焦点誤差信号を生成する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
以下、図１８から図２１により＜特許文献１＞とそれの関連論文である＜非特許文献１＞に述べられた従来の焦点誤差信号生成方法ついて説明する。まず、図１８は＜特許文献１＞の一実施例として記載された焦点誤差信号生成装置であり、この装置は、レーザー光源１、レーザー光源１からのレーザー光を集束する対物レンズ２、光記録媒体である光ディスク３、光ディスク３中の情報記録面４、２分割光検知器５、情報記録面４からの反射回折光の一部を２分割光検知器５に向けて反射する半透明鏡６とから構成されている。
【０００５】
なお、前記情報記録面４には、２次元回折格子として作用するピット列が刻設されており、対物レンズ２によって集光照射される光ビームは、この情報記録面４によって一部はそのまま反射されるとともに、接線方向（ｘ方向）と半径方向（ｙ方向）に回折される。
【０００６】
また、図１９には、情報記録面４のファーフィールド領域における２分割光検知器５と情報記録面４からの反射回折光の位置関係が示されており、２分割光検知器５は、情報記録面４からの反射光と情報記録面４の回折格子としての構造によって生成される接線方向（ｘ方向）への１次回折光が重なるファーフィールド領域内に、長手方向が半径方向（ｙ方向）に一致するように配置されている。
【０００７】
更にまた、図２０は、焦点誤差信号生成回路の全体構成において、２分割光検知器５の接続系統を示したものであり、２分割光検知器５のエレメント７、８の出力が、減算器９と加算器１０に接続されている。
【０００８】
＜特許文献１＞で述べられた従来の焦点誤差信号生成方法の動作によると、対物レンズ２によって集光されるレーザー光の焦点が情報記録面４に合致している場合は、上記反射光と１次回折光の間の位相差は一定となるため、上記領域内には干渉縞が生じない。
【０００９】
しかし、焦点が情報記録面４からずれると、上記反射光と１次回折光の間には接線方向（ｘ方向）に１次で変化する位相差が発生するため、上記領域内には干渉縞が発生する。
【００１０】
この位相差の接線方向（ｘ方向）の傾きは、上記焦点の情報記録面４からのずれに比例するとともに、この位相差は、焦点が接線方向に１周期分移動することによって３６０度変化する。
【００１１】
そして、上記位相差の接線方向（ｘ方向）への傾きを２分割光検知器５の減算器９の差出力で捉えて、加算器１０の和出力を９０度移相した信号を参照信号として、乗算器１１の出力に焦点誤差信号を得るものである。
【００１２】
また、図２０に示すように、乗算器１１の出力中に混入する振動成分を除去するために、低域通過フィルタ１２（ＬＰＦ）が追加されている。
【００１３】
続いて、図２１から図２４に基づいて、＜特許文献２＞に述べられた従来の焦点誤差信号生成方法について説明する。図２１は＜特許文献２＞の一実施例として記載された焦点誤差信号生成装置であり、３つのレーザー光源１３、１４、１５、レーザー光源１３、１４、１５からのレーザー光を集束する対物レンズ２、光記録媒体である光ディスク３、光ディスク３中の情報記録面４、２分割光検知器５、情報記録面４からの反射回折光の一部を２分割光検知器５に向けて反射する半透明鏡６、３つのレーザー光源１３、１４、１５それぞれのオン、オフを行う制御回路２０から構成されている。
【００１４】
また、前記＜特許文献１＞と同様に、情報記録面４には２次元回折格子として作用するピット列が刻設されており、対物レンズ２によって集光照射される光ビームは情報記録面４によって一部はそのまま反射されるとともに、接線方向（ｘ方向）と半径方向（ｙ方向）に回折される。
【００１５】
図２２には、情報記録面４のファーフィールド領域における２分割光検知器５と情報記録面４からの反射回折光の位置関係が示されており、２分割光検知器５は、情報記録面４からの反射光と情報記録面４の回折格子としての構造によって生成される半径方向（ｙ方向）への１次回折光が重なるファーフィールド領域内に、長手方向が接線方向（ｘ方向）に一致するように配置されている。
【００１６】
＜特許文献２＞での２分割光検知器５の位置は、＜特許文献１＞に記載された２分割光検知器５を光軸の周りに中心に９０度回転させたものに相当する。
【００１７】
また、図２３は、３つのレーザー光源１３、１４、１５によってそれぞれ形成される３つの光スポット１６、１７、１８と情報トラック１９（接線方向（ｘ方向）に伸びている）の位置関係を示したものである。これら３つの光スポット１６、１７、１８は焦点方向（情報記録面４に対して垂直なディスク深さ方向）には同じ位置（深さレベル）で集光するものとしている。
【００１８】
図２３において、ｐは情報トラック１９の一周期間隔であり、光スポット１６と１７の中心の間隔、および、光スポット１７と１８の中心の間隔は、それぞれｐの４分の１の距離となるように設定されている。
【００１９】
また、図２４は、焦点誤差信号生成回路の構成と２分割光検知器５との接続を示したものである。具体的には、２分割光検知器５のエレメント７、８の出力が、減算器９と加算器１０に接続されている。
【００２０】
次に、＜特許文献２＞で述べられた従来の焦点誤差信号生成方法の動作について説明する。まず、制御回路２０はレーザー光源１３、１４、１５を順次点滅させる。レーザー光源１３が瞬時点灯した時（他の２つの光源１４、１５は消灯）の減算器９の出力をＩＤＦ（−π／２)、加算器１０の出力をＩＳＵＭ（−π／２)と表現すると、これら２つの信号はそれぞれサンプルホールド回路２１、２４によって保持される。
【００２１】
次に、レーザー光源１３を消灯してレーザー光源１４のみを瞬時点灯した時の減算器９の出力をＩＤＦ（０)、加算器１０の出力をＩＳＵＭ（０)と表現すると、これら２つの信号はそれぞれサンプルホールド回路２２、２５によって保持される。
【００２２】
最後に、レーザー光源１４を消灯してレーザー光源１５のみを瞬時点灯した時の減算器９の出力をＩＤＦ（π／２)、加算器１０の出力をＩＳＵＭ（π／２)と表現すると、これら２つの信号はそれぞれサンプルホールド回路２３、２６によって保持される。
【００２３】
これら６つのサンプルホールド回路２１〜２６の出力を使い、以下の式（１）に示す演算を行うことによって、集光スポットの焦点誤差信号（ＦＥＳ）を得るものである。
【００２４】
【数１】
【００２５】
この際、対物レンズ２に入射するレーザー光の強度分布は、その瞳上で一様と仮定しており、この場合にのみオフセットのない焦点誤差信号が得られる。
【００２６】
従来の各文献に記載された焦点誤差検出装置の問題点について以下に述べる。まず、＜特許文献１＞の焦点誤差検出装置においては、焦点誤差信号を発生させるために２分割光検知器５の２つのエレメント７、８の和信号（即ち、加算器１０の出力信号）を参照信号として、エレメント７、８の差信号（即ち、減算器９の出力信号）の同期検波を行っているので、和信号、差信号はともに単一周波数の時間変動信号である必要がある。
【００２７】
即ち、情報記録面４に刻設された接線方向のピット列の空間周波数を一定にしなければならないという問題がある。
【００２８】
また、＜非特許文献１＞においては、この焦点誤差検出法をアナログ・ビデオ信号が記録されたビデオディスクに適応した実験が報告されており、ビデオディスクではピットの接線方向の空間周波数が連続的に変化しているので、上記の焦点誤差検出方法の動作が適用可能である。
【００２９】
ところが、コンパクトディスクのように、ピット長、ピット間隔が離散的に変調記録されている光ディスクに対しては、これから基準となる単一周波数信号を取り出すことができないため、＜特許文献１＞および＜非特許文献１＞で述べられた従来の焦点誤差検出装置では、焦点誤差検出のための信号を発生させることができない。
【００３０】
さらに、光磁気ディスクのように、接線方向に周期性がない、即ち、連続な情報トラックしかない光記録媒体に対しても、＜特許文献１＞および＜非特許文献１＞で述べられた従来の焦点誤差検出装置では、焦点誤差信号を発生することができない。
【００３１】
一方、＜特許文献２＞で述べられた焦点誤差検出装置は、＜特許文献１＞および＜非特許文献１＞で述べられた従来の焦点誤差検出装置の問題点を解消するために発明されたものであり、情報トラックに平行な方向に周期性を有していない光記録媒体に対しても、焦点誤差信号を発生することのできる焦点誤差検出装置を提供することを目的とした。
【００３２】
しかしながら、この＜特許文献２＞で述べられた焦点誤差検出装置においても、＜特許文献１＞および＜非特許文献１＞と同様に、対物レンズ２に入射するレーザー光の強度分布が一様でなければならないという問題点があった。
【００３３】
もし、対物レンズ２に入射するレーザー光の強度分布が一様でない場合には、光スポットの情報記録面４に対するずれが無い（焦点が合った）状態でも焦点誤差信号中にオフセットが発生し、正確な焦点制御ができなくなるという問題がある。特に、現在の光記録再生装置では、半導体レーザーを光源とするものがほとんどであるため、対物レンズ２に照射される光強度分布は一様ではなくなる。
【００３４】
また、図２５には、典型的な半導体レーザー放射角度に対する強度分布を示した。このような光源を使用した場合には、従来例に示した２分割光検知器の２つのエレメントは、位相差に伴う強度差と同時に、照射光強度分布に伴う強度差を感じ、それがオフセットとして現れるという問題がある。
【００３５】
更にまた、図２６には、光源として半導体レーザー（水平方向広がり角度１０.５度、垂直方向広がり角度２１.３度）を使い、対物レンズ入射側の開口数が０．１２２、対物レンズの開口数が０．５３の場合、＜特許文献２＞で述べられた焦点誤差検出装置で得られた焦点誤差信号の一例が示されている。この焦点誤差信号のオフセットは、集光スポットの半径方向初期位置にも依存する不安定なものである。
【特許文献１】特開昭５２−９３２２３号公報
【特許文献２】特開昭６３−５８６２７号公報
【非特許文献１】「Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｖｉｄｅｏ ｄｉｓｋ ｒｅａｄｏｕｔ」、著者 Ｊ．Ｂｒａａｔ ａｎｄ Ｇ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．３、Ｐ．Ｐ．２０１３−２０２１（１９７８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
本発明は、従来の光学装置に上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、光記録媒体の回折構造を利用して焦点誤差信号を得る装置において、対物レンズへの照射光が一様でない場合でも、焦点誤差信号へのオフセットの発生を抑圧することができる光記録再生媒体の焦点誤差検出方法を提供することを技術的課題とする。
【００３７】
また、本発明は、反射もしくは透過光と回折光が重なり合う領域に配置される２分割光検知器がこの領域にあれば、焦点誤差信号にオフセットを発生させないようにすることを技術的課題とする。
【００３８】
更にまた、本発明は、集光スポットの初期位置依存性も解消することができるようにすることを技術的課題とする。
【００３９】
また、本発明は、複数の参照面を有するホログラム・ディスクに応用する場合に、信号光と参照光との焦点位置合わせを簡単に行うことができる光記録再生媒体の焦点誤差検出方法に用いる発光装置のビーム分割調節器を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。
【００４１】
即ち、本発明は、回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離ｓの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用したことによって、光記録再生媒体の焦点誤差検出方法を完成させた。
【００４２】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、ファーフィールド領域内に設置する光検知器は少なくとも２つのエレメントからなり、この２つのエレメントからの出力の差信号および和信号を各時刻における４つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００４３】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、光記録再生媒体の参照面上における接線方向の距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４（Ｓ１＝０、Ｓ２＝ｓ／４、Ｓ３＝ｓ／２、Ｓ４＝３ｓ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ（０）、ＩＤＦ（ｓ／４)、ＩＤＦ（ｓ／２）、ＩＤＦ（３ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ（０）、ＩＳＵＭ（ｓ／４)、ＩＳＵＭ（ｓ／２）、ＩＳＵＭ（３ｓ／４）として、
【数２】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成するという技術的手段を採用した。
【００４４】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離ｓの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置からのレーザー光の波面の一部の位相を１８０度ずらして照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する３つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００４５】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、１８０度位相がずれた部分からの回折光と、位相ずれを有していない参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００４６】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と、１８０度位相がずれた部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００４７】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、光記録再生媒体の参照面上における接線方向の距離間隔ｓ／４に対応する３つの異なる位置Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７（Ｓ５＝−ｓ／４、Ｓ６＝０、Ｓ７＝ｓ／４と表現する）のピット列において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第１のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_１（−ｓ／４)、ＩＤＦ_１（０）、ＩＤＦ_１（ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_１（−ｓ／４)、ＩＳＵＭ_１（０）、ＩＳＵＭ_１（ｓ／４）として、
かつ、第２のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_２（−ｓ／４)、ＩＤＦ_２（０）、ＩＤＦ_２（ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_２（−ｓ／４)、ＩＳＵＭ_２（０）、ＩＳＵＭ_２（ｓ／４）として、
【数３】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成するという技術的手段を採用した。
【００４８】
また、本発明は、回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には半径方向に距離ｐの周期間隔で並列するピット列を構成して、かつ、距離間隔が半径方向にｐ／４ずつ位置ずれしたピット列が隣り合って並列された一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上に形成された、隣り合う各ピット列における４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用することもできる。
【００４９】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、光記録再生媒体の参照面上における半径方向の所定の距離間隔に対応する隣り合う４つの異なる位置のピット列上の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４（Ｐ１＝０、Ｐ２＝ｐ／４、Ｐ３＝ｐ／２、Ｐ４＝３ｐ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ（０）、ＩＤＦ（ｐ／４)、ＩＤＦ（ｐ／２）、ＩＤＦ（３ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ（０）、ＩＳＵＭ（ｐ／４)、ＩＳＵＭ（ｐ／２）、ＩＳＵＭ（３ｐ／４）として、
【数４】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成するという技術的手段を採用した。
【００５０】
更にまた、本発明は、回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には半径方向に距離ｐの周期間隔で並列するピット列を構成して、かつ、距離間隔が半径方向にｐ／４ずつ位置ずれしたピット列が、接線方向に隣り合って並列された一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置からのレーザー光の波面の一部の位相を１８０度ずらして照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上に形成された、隣り合う各ピット列における３つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用することもできる。
【００５１】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、１８０度位相がずれた部分からの回折光と、位相ずれを有していない参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００５２】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と、１８０度位相がずれた部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００５３】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、光記録再生媒体の参照面上における３つの異なる各ピット列上の位置Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７（Ｐ５＝−ｐ／４、Ｐ６＝０、Ｐ７＝ｐ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第１のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_１（−ｐ／４)、ＩＤＦ_１（０）、ＩＤＦ_１（ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_１（−ｐ／４)、ＩＳＵＭ_１（０）、ＩＳＵＭ_１（ｐ／４）として、
かつ、第２のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_２（−ｐ／４)、ＩＤＦ_２（０）、ＩＤＦ_２（ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_２（−ｐ／４)、ＩＳＵＭ_２（０）、ＩＳＵＭ_２（ｐ／４）として、
【数５】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成するという技術的手段を採用した。
【００５４】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、光記録再生媒体におけるサンプリング位置を、ディスク円周をｎ等分した３６０／ｎ度（ｎ≧１）毎に設けるという技術的手段を採用した。
【００５５】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、光記録再生媒体が、ディスク内部に複数の参照面を有する３次元光記録再生媒体であって、発光装置による信号光ビームと参照光ビームとを、同一光軸上に集光することによってホログラムを記録するときに、各参照面における焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００５６】
また、本発明は、焦点誤差検出方法に用いるための発光装置の光照射部位に装着されるビーム分割調節器であって、
レンズ中央部の屈折度（パワー）がゼロで、かつ、その周辺部分に屈折度がゼロでない領域を設けた１以上のレンズ体を組み合わせてレンズ体群を形成し、
これら両レンズ体群が所定間隔をおいて対面して配設され、かつ、これら両レンズ体群内のレンズ間隔を増減調節可能である一方、
発光装置から照射した信号光ビームは、前記レンズ体群の屈折度がない中央部を透過する一方、発光装置から照射した参照光ビームは、前記レンズ体群の屈折度を有する周辺部分をそれぞれ透過して、
前記信号光ビームは両レンズ体群を直進的に透過する一方、参照光ビームは進行方向が複合的に屈折することにより収束または拡散されて、信号光ビームの集光位置とは深さ方向に異なる位置に集光できるようにするという技術的手段を採用したことによって、光記録再生媒体の焦点誤差検出方法に用いる発光装置のビーム分割調節器を完成させた。
【００５７】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、一方の面が平面であり、かつ、他方の面には中央の凹部に円形平面部を有し、この円形平面部の外周部に傾斜凹面が形成される凹レンズ体と、
一方の面が平面であり、かつ、他方の面には中央の凸部の頭頂面に円形平面部を有し、この円形平面部の外周部に傾斜凸面が形成される凸レンズ体とを備え、
これら両レンズ体の平面側同士が所定間隔をおいて対面して配設され、かつ、これら両レンズ体の間隔を増減調節可能である一方、
発光装置から照射した信号光ビームは、前記凹レンズ体および凸レンズ体の両円形平面部を透過する一方、発光装置から照射した参照光ビームは、凹レンズ体の傾斜凹面および凸レンズ体の傾斜凸面をそれぞれ透過させるようにするという技術的手段を採用した。
【発明の効果】
【００５８】
本発明は、回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離ｓの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することができる。
【００５９】
また、本発明によれば、対物レンズに入射する照射光の強度分布が一様でない場合であっても、光記録媒体の参照面からの反射もしくは透過光と回折光が重なり合う領域の任意の位置に置かれた２分割もしくは４分割光検知器の出力を用い、これの３点もしくは４点オフセット値の積和演算によってオフセットのない焦点誤差信号を生成できるため、実用的なファーフィールド焦点誤差検出法が実現できる。
【００６０】
また、本発明をデータ・ホログラムや２光子吸収を使ったピット３次元記録を行う光記録再生装置に応用すれば、複数の参照面を使って記録して、参照光ビームの集光位置を精確に制御できるため、前記ホログラムやピットの光記録媒体内での３次元座標を精確に把握することができ、かつ、深さ方向にも立体的に設定することが可能となるため、記録容量の増大が可能となる。
【００６１】
また、必要に応じて、データ・ホログラムの３次元記録を行うことができる光記録再生装置において、信号光ビームと参照光ビームの集光位置を独立に制御できる光ビーム分割調節器を用いることによって、深さ方向の位置が異なる参照面を用いて、ホログラム光記録再生媒体内での座標を深さ方向にも精確に設定することが可能となるため、記録容量の増大が可能となる。
【００６２】
更にまた、データ・ホログラムの３次元記録を行う光記録再生装置において、データ検出用２次元光検知器アレーを焦点誤差検出用に兼用することができるため、光記録再生装置の小型化、低廉化が可能となる。
【００６３】
したがって、本発明の対物レンズへの照射光が一様でない場合でも、焦点誤差信号へのオフセットの発生を抑圧することができることから、光学装置における実用的利用価値は頗る高いものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
本発明を実施するための最良の形態を具体的に図示した図面に基づいて更に詳細に説明すると、次のとおりである。
【００６５】
『第１実施形態』
本発明の第１実施形態を図１から図１０に基づいて説明する。図１は本発明の焦点誤差検出方法に用いる装置を示す構成図であり、図２は本焦点誤差検出装置に使用する対物レンズに入射する光ビームの対物レンズ入射瞳上の位相分布を表わす説明図である。
【００６６】
また、図３は光ディスク内に設けられた参照面を表わす概略説明図であり、図４はファーフィールド領域における、参照面反射光もしくは参照面透過光、および、参照面に刻設された回折構造による回折光ビームと、光検知器の位置関係を示した図である。
【００６７】
図１において、符号３１で示すものはレーザー光源、符号３２で示すものはこのレーザー光源３１からのレーザー光を集束する対物レンズ、符号３３で示すものは光記録媒体である光ディスクである。
【００６８】
また、符号３４で示すものは光ディスク内に設けられた参照面、符号３５で示すものは光ディスク３３を回転させるスピンドルモータの回転軸、符号３６で示すものは参照面３４からの反射回折光の一部を後述する２分割光検知器３８に向けて反射する半透過鏡である。ここでいう「半透過」とは、一方の旋光方向の円偏光成分を部分的に反射／透過することをいい、その反射／透過の比率は任意の値（例えば、反射光の比率でいうと、１％〜９９．５％）をとることができる。
【００６９】
また、符号３７で示すものは対物レンズ３２の射出瞳上での光強度分布を後述する２分割光検知器３５上に結像するためのレンズ、符号３８で示すものは焦点誤差信号生成用の２分割光検知器である。
【００７０】
なお、図２は、対物レンズに入射するレーザー光の波面の位相が対物レンズ入射瞳面全体にわたって一定であることを示している。
【００７１】
次に、図３において、符号３９で示すものはレーザー光源３１からレーザー光が集束された集光スポット、符号４０で示すものは接線方向（前記集光スポット３９が進行する方向（ｘ方向））に参照面３４上に周期距離ｓで刻設された一次元の周期構造である。
【００７２】
なお、図４に示すファーフィールド領域とは、光ディスク３３からの反射回折光ビームが集光されていない領域をいい、言い換えれば、図１での２分割光検知器３８が配置された面上での集光されていない反射光ビーム４１、１次回折光ビーム４２、−１次回折光ビーム４３の重なり状態を示しており、図４では、２分割光検知器３８は、反射光ビーム４１と１次回折光ビーム４２が重なり合う領域である。
【００７３】
本実施形態にあっては、まず、回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離ｓの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける。
【００７４】
次いで、回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめる。
【００７５】
そして、このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測する。
【００７６】
このようにして、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するものである。
【００７７】
なお、本実施形態では、光記録再生媒体におけるサンプリング位置を、ディスク円周をｎ等分した３６０／ｎ度（ｎ≧１）毎に設けることができる（例えば、４等分した場合には、９０度（π／２ｒａｄ）毎）。
【００７８】
次に、本実施形態の検出方法の動作原理について説明を行う。まず、対物レンズ３２に照射されるレーザー光の複素振幅分布（入射瞳関数）ａ（ｘ）は、
【数６】
と表現される。
【００７９】
ここでｘ方向は接線方向であり、簡単化のためにレーザー光の振幅、位相はｘ方向にのみ変化していると仮定している。また、対物レンズ３３の入射瞳半径は１に正規化しており、τ（ｘ）はｘ方向の振幅分布（実数）、ｗ11は接線方向の像点横移動に対応する波面収差係数、ｗ20は焦点ずれに対応する波面収差係数である。
【００８０】
次に、Ｒ０を参照面の複素振幅反射率、Ｒ±１を参照面の±１次複素回折効率とすれば、振幅比α±１、位相差Ψ±１を使って、
【数７】
が成立する。
【００８１】
図３は、接線方向（ｘ方向）に距離ｓの周期で回折構造が刻設された参照面３４を示しており、集光スポット３９のｘ方向の位置によって、発生する回折光および参照面反射光との間、または回折光および参照面透過光との間に位相差が発生する。
【００８２】
今、参照面のファーフィールド領域において、反射光と、＋１次回折光とが重なり合う領域での光振幅分布をＡＤ１(ｘ’）とすれば、ＡＤ１(ｘ’）は、式（２）を使い、
【数８】
と表現される。ここで、ｑは周期ｓを（ＮＡ／λ）で正規化した上記回折構造の周期であり、ＮＡは対物レンズの開口数、λはレーザー光源の波長である。
【００８３】
図４に示したように、中心ｘ座標がｘ１、かつ、２つのエレメントの中心間隔がΔである２分割光検知器のエレメントＤ１，Ｄ２の出力電流ＩＤ１、ＩＤ２は、それぞれ
【数９】
【数１０】
と表現される。
【００８４】
ただし、２分割光検知器３８のそれぞれのエレメントのｘ’方向の中心位置が、ｘ１−Δ／２、ｘ１＋Δ／２、かつ、ｘ’方向の幅は、ｙ’方向の長さより十分小さく、それぞれのエレメントの受光面積は等しいとした。ここで、Ｋ１は、光検知器感度、面積に比例する定数である。また、エレメントのｘ’方向の幅は、２分割光検知器３８が配置された面に生成される干渉縞の周期よりも十分小さい場合を考える。
【００８５】
次に、対物レンズ入射瞳上でのｘ方向の振幅分布（実数）τ（ｘ）が瞳中心を最大（値は１）に線形に変化している場合を考える。図５は、反射光、１次回折光の振幅分布を示しており、ｘ’座標がエレメント間隔Δ変化すると、振幅τ（ｘ’）はε変化する状態を示している。従って、式（４）、（５）中のτは以下のように書くことができる。
【数１１】
ここで、ａ，ｂ，εは定数である。式（６）を式（５）に代入すると、
【数１２】
【数１３】
と書けるので、定数項を以下のようにまとめることができる。ただし、εの二乗項は無視している。
【数１４】
【００８６】
そうすると、式（７）、（８）は、
【数１５】
のように簡単化される。
【００８７】
最後に、２つのエレメントの差出力ＩＤＦと和出力ＩＳＵＭを、エレメント間隔Δが十分小さく、かつ、焦点ずれ量も十分小さい（Ｗ２０＜＜１）場合について計算する。
【数１６】
が成立するので、ＩＤＦ、ＩＳＵＭは、それぞれ、
【数１７】
【数１８】
と書くことができる。
【００８８】
そして、式（１２）を下記の式（１３）を用いて整理すると、
【数１９】
となり、
【数２０】
が得られる。なお、δは、ｘ方向への集光スポットの移動を表現する正規化量であり、２πが一周期ｓに対応する。
【００８９】
続いて、焦点誤差信号ＦＥＳ１を求める。そのために、まず、δを、−π／２、０、π／２と変化させたとき（すなわち、−ｓ／４(３ｓ／４)、０、ｓ／４、ｓ／２）の、ＩＤＦ、ＩＳＵＭをサンプリングする。
【００９０】
そして、これら６つの量の積和演算することによって、式（１５）に示すような、オフセット
【数２１】
を含んだ焦点誤差信号ＦＥＳ１が得られる。
【数２２】
【００９１】
上記オフセット成分は、対物レンズに照射される光強度分布が一様でないために発生するものであり、成分Ｋ５に比例することがその証左である。
【００９２】
同様に、δをπ／２、π、−π／２＝３π／２と変化させたときの、ＩＤＦ，ＩＳＵＭをサンプリングし、式（１５）のＦＥＳ１と同様に、これら６つの量の積和演算を行い、その結果を以下のＦＥＳ２とする。
【数２３】
【００９３】
式（１６）から明らかなように、ＦＥＳ２のオフセット成分の符号はＦＥＳ１の逆である。よって、この２つの量を加えることにより、対物レンズに照射される光強度分布に１次の非一様性がある場合でもオフセットの発生しない以下の焦点誤差信号ＦＥＳ（式（１７））を得ることができる。
【数２４】
【００９４】
この際、焦点ずれの波面収差量Ｗ２０は焦点ずれに比例し、焦点前後でその符号が反転するので、適切なフィードバック回路を通して対物レンズアクチュエータを駆動すれば、光ディスクの回転に伴う情報記録面の上下動に対し、集光スポットをその情報記録面に追従させることができる。
【００９５】
式（１７）の導出では、図５に示したように対物レンズに照射される光強度分布がｘの１次式で表現されると仮定したが、図６に示すような形で強度分布に変化がある場合にでも、ＦＥＳにはオフセットが生じないことを以下に示す。
【数２５】
ここで、ｃ，ｄ，ε１，ε２は定数である。以下では、ε１，ε２の二乗項は無視すると、
【数２６】
と書ける。
【００９６】
これらを用いると、２つのエレメントの出力電流ＩＤ１、ＩＤ２は
【数２７】
となり、２つのエレメントの差出力ＩＤＦと和出力ＩＳＵＭは、焦点ずれがない（Ｗ２０＝０）とき、
【数２８】
となる。ここで、定数Ｋ６、Ｋ７、Ｋ８は、それぞれ
【数２９】
で与えられる。
【００９７】
これらを用いて、δを−π／２、０、π／２、πと変化させたときの、ＩＤＦ、ＩＳＵＭの８つの値を求める。
【数３０】
【００９８】
最後に、式（２３）からＷ２０＝０（焦点ずれのない）時の焦点誤差信号ＦＥＳ＝ＦＥＳ１＋ＦＥＳ２を求めると、次式（２４）に示すように、オフセットが抑圧されゼロになることがわかる。
【数３１】
【００９９】
以上のように、本実施形態によれば、サンプリング箇所を４箇所（または３箇所）という少ない個数であっても、高精度な誤差検出を行うことができる。
【０１００】
そして、本実施形態の検出方法の精度について、数値解析ソフト（matlab）でシミュレーションした結果について述べる。図７は、半導体レーザーを用いた典型的な光学系（半導体レーザー水平方向放射角１０．５度、垂直方向放射角２１．３度、コリメータレンズ開口数０．１２２、対物レンズ開口数０．５３）において、いままで述べた方法によって焦点誤差信号を計算した一例である。
【０１０１】
このシミュレーションによれば、２分割光検知器は対物レンズ瞳内の中心から斜め方向にずれた位置に配置しているが、その焦点誤差信号にオフセットは発生していないことが確認できる。
【０１０２】
『第２実施形態』
次に、本発明の第２実施形態を図８および図９に基づいて説明する。本実施形態では、接線方向に９０度ずつ位相の異なる（δが−π／２、０、π／２に対応する）３つの位置での２組の２分割光検知器７１の出力に基づいて焦点誤差信号を得ることによって、誤差を検出するものである。
【０１０３】
本実施形態では、図８に示すように、対物レンズに照射するレーザー光の一部（図８では１／４の領域）に１８０度位相がずれた領域を設ける必要がある。これにより、図９に示した２分割光検知器の２つの組の一方からはＦＥＳ＿１、もう一方からはＦＥＳ＿２に相当する信号を発生することができ、これら２つの信号の和がオフセットの抑圧された焦点誤差信号ＦＥＳとなる。
【０１０４】
これは照射光ビームの１８０度位相のずれた部分の反射光ビームと、照射光ビームの位相ずれのない部分から生じた１次回折光ビームが干渉するため、前出の式（３）で示される光振幅分布ＡＤ１の位相が１８０度進み、ひいては、式（４）、（５）で示された出力電流ＩＤ１、ＩＤ２の位相も１８０度進め、最終的に、ＩＤＦ、ＩＳＵＭの位相も１８０度進めるという事実に基づいている。
【０１０５】
本実施形態では、光記録再生媒体の参照面上における接線方向の距離間隔ｓ／４に対応する３つの異なる位置Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７（Ｓ５＝−ｓ／４、Ｓ６＝０、Ｓ７＝ｓ／４と表現する）のピット列において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第１のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_１（−ｓ／４)、ＩＤＦ_１（０）、ＩＤＦ_１（ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_１（−ｓ／４)、ＩＳＵＭ_１（０）、ＩＳＵＭ_１（ｓ／４）として、
かつ、第２のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_２（−ｓ／４)、ＩＤＦ_２（０）、ＩＤＦ_２（ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_２（−ｓ／４)、ＩＳＵＭ_２（０）、ＩＳＵＭ_２（ｓ／４）として、
【数３２】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成することができ、焦点ずれのない時の焦点誤差信号ＦＥＳには、オフセットが発生しないことになる。
【０１０６】
『第３実施形態』
次に、本発明の第３実施形態を図１０および図１１に基づいて説明する。本実施形態では、半径方向に９０度ずつ位相の異なる（隣り合うピット列同士の横方向にずれているもの、すなわち、δが−π／２、０、π／２、πである）４つの位置での２分割光検知器３８の出力に基づいて焦点誤差信号を得ることによって、誤差を検出するものである。
【０１０７】
図１０は、光記録再生媒体の参照面上における半径方向の所定の距離間隔に対応する隣り合う４つの異なる位置のピット列上の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４（Ｐ１＝０、Ｐ２＝ｐ／４、Ｐ３＝ｐ／２、Ｐ４＝３ｐ／４と表現する）における集光スポット３９を示している。図１０に示された４つの集光スポット３９は、左側から、δが−π／２（＝３π／２）、０、π／２、πにそれぞれ対応しており、それぞれの位置において、ＩＤＦ、ＩＳＵＭを生成する。
【０１０８】
図１１は、本実施形態におけるファーフィールド領域での、参照面反射光と回折光、および、２分割光検知器３８の位置関係を示している。なお、これは、前記第１実施形態における図４に示した位置関係を９０度回転したものに相当する。
【０１０９】
本実施形態では、光記録再生媒体の参照面上における半径方向の所定の距離間隔に対応する隣り合う４つの異なる位置のピット列上の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４（Ｐ１＝０、Ｐ２＝ｐ／４、Ｐ３＝ｐ／２、Ｐ４＝３ｐ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ（０）、ＩＤＦ（ｐ／４)、ＩＤＦ（ｐ／２）、ＩＤＦ（３ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ（０）、ＩＳＵＭ（ｐ／４)、ＩＳＵＭ（ｐ／２）、ＩＳＵＭ（３ｐ／４）として、
【数３３】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成する。
【０１１０】
『第４実施形態』
次に、本発明の第４実施形態を図１２に基づいて説明する。本実施形態では、対物レンズに照射するレーザー光の一部（１／４の領域）に１８０度位相がずれた領域を設け、半径方向に９０度ずつ位相の異なる（δが−π／２、０、π／２に対応する）３つの位置での２組の２分割光検知器７１の出力に基づいて焦点誤差信号を得ることによって、誤差を検出するものである。
【０１１１】
これにより、図１２に示した２分割光検知器の２つの組の一方からはＦＥＳ＿１、もう一方からは、ＦＥＳ＿２に相当する信号を発生することができ、実施例２と同様に、これら２つの信号の和がオフセットの抑圧された焦点誤差信号ＦＥＳとなる。
【０１１２】
即ち、本実施形態における光記録再生媒体の参照面上における３つの異なる各ピット列上の位置Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７（Ｐ５＝−ｐ／４、Ｐ６＝０、Ｐ７＝ｐ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第１のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_１（−ｐ／４)、ＩＤＦ_１（０）、ＩＤＦ_１（ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_１（−ｐ／４)、ＩＳＵＭ_１（０）、ＩＳＵＭ_１（ｐ／４）として、
かつ、第２のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_２（−ｐ／４)、ＩＤＦ_２（０）、ＩＤＦ_２（ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_２（−ｐ／４)、ＩＳＵＭ_２（０）、ＩＳＵＭ_２（ｐ／４）として、焦点誤差信号ＦＥＳは、
【数３４】
で与えられることになる。
【０１１３】
『発光装置のビーム分割調節器』
次に、本発明の実施変形例を図１３から図１７に基づいて説明する。図１３は、本発明の焦点誤差検出方法に用いる装置を発展させて、ホログラム・データを光ディスクに記録再生するための装置の概略図であり、ホログラムの記録に必要な同一光源から射出したレーザービームを信号光ビーム、参照光ビームに分割し、これらのホログラム・ディスク内での焦点位置を精確、かつ、独立に制御しようとする発光装置のビーム分割調節器を示している。
【０１１４】
図１３において、符号５１で示すものはレーザー光源からの光ビームを２次元空間光変調器で変調した信号光ビーム、符号５２で示すものは同じレーザー光源からの光ビームであってホログラム記録、再生に使われる参照光ビーム、符号５３で示すものは光軸が同軸上になった信号光ビーム５１と参照光ビーム５２それぞれに独立した焦点ずれ波面収差を与え、２つの光ビームの集光位置を光軸方向（すなわち、図１３でｚ方向）にずらせることができる凹レンズ体５３ａと凸レンズ体５３ｂとから構成されるビーム分割調節器である。
【０１１５】
また、符号５４で示すものはホログラム・ディスク５７への信号光ビームおよび参照光ビームと、ホログラム・ディスクから戻ってくる信号光ビームとを２次元センサーアレー６０を分離するビームスプリッタ、符号５５で示すものは信号光ビーム５１、参照光ビーム５２をホログラム・ディスク５７内に集光させる対物レンズ、符号５６で示すものは対物レンズアクチュエータ、符号５７で示すものは、２次元に変調された信号光ビームをホログラム記録するためのホログラム・ディスクである。
【０１１６】
更に、符号５８・５９で示すものは信号光ビーム５１、参照光ビーム５２のｚ軸方向（ディスク深さ方向）の集束位置基準を与える参照面であり、符号６０で示すものはホログラム・ディスクによって再生された信号光ビームを受光して２次元データを出力するとともに、信号光ビームと参照光ビームとの焦点誤差信号を発生するのに使用する２次元センサーアレーである。
【０１１７】
また、符号６１で示すものはサーボ用レーザーユニット、符号６２で示すものはサーボ用レーザーユニット６２から出射するサーボ用レーザービーム、符号６３で示すものはサーボ用レーザービームの焦点基準となるサーボ基準面であり、前述の対物レンズ５５によって集束されるサーボ用レーザービーム６２はこのサーボ基準面６１に対して焦点合わせが行われる。
【０１１８】
本実施形態における焦点誤差検出方法に用いるための発光装置の光照射部位に装着されるビーム分割調節器の構成は、まず、レンズ中央部の屈折度（パワー）がゼロで、かつ、その周辺部分に屈折度がゼロでない領域を設けた１枚以上のレンズ体を組み合わせてレンズ体群を形成する。そして、これら両レンズ体群が所定間隔をおいて対面して配設して、かつ、これら両レンズ体群内のレンズ間隔を増減調節可能にする。
【０１１９】
そして、発光装置から照射した信号光ビームは、前記レンズ体群の屈折度がない中央部を透過する一方、発光装置から照射した参照光ビームは、前記レンズ体群の屈折度を有する周辺部分をそれぞれ透過する。
【０１２０】
本実施形態では、一方の面が平面であり、かつ、他方の面には中央の凹部に円形平面部を有し、この円形平面部の外周部に傾斜凹面が形成される凹レンズ体と、一方の面が平面であり、かつ、他方の面には中央の凸部の頭頂面に円形平面部を有し、この円形平面部の外周部に傾斜凸面が形成される凸レンズ体とを備えている。
【０１２１】
なお、収差低減のために、上記凹レンズ体、および、凸レンズ体は、１個以上のレンズ体を組み合わせたレンズ体群で構成されてもよい。さらにまた、前群の凹レンズ体は凸レンズ体に置き換えることもできるが、この場合はビーム分割調節器の全長が長いものとなる。
【０１２２】
そして、これら両レンズ体の平面側同士が所定間隔をおいて対面して配設され、かつ、これら両レンズ体の間隔を増減調節可能である。
【０１２３】
こうすることにより、発光装置から照射した信号光ビームは、前記凹レンズ体および凸レンズ体の両円形平面部を透過する一方、発光装置から照射した参照光ビームは、凹レンズ体の傾斜凹面および凸レンズ体の傾斜凸面をそれぞれ透過する。
【０１２４】
すると、前記信号光ビームは両レンズを直進的に透過する一方、参照光ビームは進行方向が複合的に屈折することにより収束または拡散されて、信号光ビームの集光位置とは深さ方向に異なる位置に集光することができる。
【０１２５】
次に、本実施例における信号光ビームおよび参照光ビームの焦点位置合わせ、および、ホログラム・ディスクへの記録再生について、図１４から図１７を参照しながら、動作の説明を行う。
【０１２６】
図１４は、複数の参照面を有するホログラム・ディスクの上面図、断面図および参照面の拡大図を含む本実施変形例の概略図である。また、図１５は、ビーム分割調節器の構造および動作を示す説明図であり、図１６は、信号光ビームが参照面の１次元回折構造によって反射回折されたとき、ファーフィールド領域における反射光ビームと回折光ビームとの重なり状況を示している。
【０１２７】
図１７は、参照光ビームに関しても、これが参照面の１次元回折構造によって反射回折されたときに、ファーフィールド領域における反射光ビームと回折光ビームとの重なり状況を示している。
【０１２８】
最初に、図１７に示された装置において、信号光ビーム５１を参照面５８に対して焦点合わせする場合について説明を行う。信号光ビーム５１の焦点合わせの段階では、信号光ビーム５１は、空間光変調器などによって変調されていないこと、参照光ビーム５２は照射しないことに注意する。
【０１２９】
そして、ビーム分割調節器５３およびビームスプリッタ５４を透過した信号光ビーム５１は対物レンズ５５によってホログラム・ディスク５７内の参照面５８上に照射される。
【０１３０】
この際、図１４に示されたように、参照面５８上には接線方向に周期距離がｓである１次元回折構造が刻設されているので、図１６に示すように、反射光ビーム４１とともに、１次回折光ビーム４２および−１次回折光ビーム４３が現れる。
【０１３１】
また、２次元センサーアレー６０は、ファーフィールド領域に配置されているので、反射光ビーム４１と１次回折光ビーム４２が重なり合う範囲に入っている、２次元センサーアレー６０の適切なエレメントを組み合わせることによって、前述の２分割光検知器３８と同様な働きをさせることができる。そして、２次元センサーアレー６０中の適切なエレメントの出力を使い、式（１５）（１６）（１７）に従って、信号光ビームに対する焦点誤差信号を生成することができる。
【０１３２】
この焦点誤差信号は、図示しないサーボアンプによって、対物レンズアクチュエータ５６を駆動し、信号光ビーム５１の集光位置を参照面５８の深さに位置させる。この場合、サーボビーム６０の集光位置がサーボ基準面６３からずれるので、そのずれはサーボ用レーザーユニット６１に内蔵された焦点ずれ補正機構によって補正される。
【０１３３】
次いで、参照光ビーム５２に関しては、ビーム分割調節器５３の凹レンズ体５３ａおよび凸レンズ体５３ｂの傾斜面を透過することによって、信号光ビーム５１に対する相対的な焦点ずれ成分を与えられることにより、信号光ビーム５１の参照面５８とは異なる深さに配置された参照面５９に対する焦点合わせが行われる。
【０１３４】
また、参照光ビーム５２の焦点合わせの段階では、参照光ビーム５２は、空間光変調器などによって変調されていないこと、信号光ビーム５１は照射しないことに注意する。
【０１３５】
そして、ビーム分割調節器５３、ビームスプリッタ５４を透過した参照光ビーム５２は対物レンズ５５によってホログラム・ディスク５７内の参照面５９上に照射される。
【０１３６】
この際、図１４に示されたように参照面５８上には接線方向に周期がｓである１次元回折構造が刻まれているので、図１６に示すように、反射光ビーム４１とともに、１次回折光ビーム４２、−１次回折光ビーム４３が現れる。
【０１３７】
また、２次元センサーアレー６０はファーフィールドに配置されているので、反射光ビーム４１と１次回折光ビーム４２が重なり合う範囲に入っている、２次元センサーアレー６０の適切なエレメントを組み合わせることによって、前述の２分割光検知器３８と同様な働きをさせることができる。
【０１３８】
そして、２次元センサーアレー６０中の適切なエレメントの出力を使い、式（１５）（１６）（１７）に従って、信号光ビームに対する焦点誤差信号を生成することができる。
【０１３９】
この焦点誤差信号は、図１５に示されたビーム分割調節器５３中のアクチュエータを駆動して、参照光ビーム５２に信号光ビーム５１に対する相対的な焦点ずれを与え、参照光ビーム５２を参照面５９の深さに位置させることになる。
【０１４０】
以上に説明した手順によって、信号光ビーム５１、参照光ビーム５２、サーボビーム６２の焦点合わせが実施され、ホログラムの記録再生中は、サーボ用レーザーユニット６１によって対物レンズ５５の焦点制御が連続的に行われることになり、ホログラム・ディスクの回転による上記３つのビームの焦点位置ずれは抑圧される。
【０１４１】
ここで、ビーム分割調節器５３について、図１５に示した断面図に基づいて説明する。基本的には正レンズ群（図１５では１枚の凸レンズ体５３ｂ）と負レンズ群（図１５では１枚の凹レンズ体５３ａ）を組み合わせ、これらのレンズ間隔を変化可能としたものであり、基準間隔Ｄでは全体の屈折度（パワー、ディオプター、ディオプトリ等ともいう：焦点距離の逆数）はゼロであるアナモルフィック系である。
【０１４２】
ただし、図１５からもわかるように、凸レンズ体と凹レンズ体の信号光ビームが通過する部分は平面、すなわち、ビーム分割調節器５３の屈折度はレンズ間隔Ｄの大きさにかわらずゼロとなり、レンズ間隔Ｄを調整することにより参照光ビーム５２のみに正負の屈折度を与えることができる。
【０１４３】
これにより、信号光ビーム５１の集束位置を基準にして参照光ビーム５２の集束位置をホログラムディスク５７の深さ方向に調整可能とするものである。
【０１４４】
図１５において、まず、（ａ）は、レンズ間隔が基準間隔Ｄの場合であり、信号光ビームと参照光ビームは分離されるが、双方ともに焦点ずれ波面収差は付与されない。
【０１４５】
また、（ｂ）は、レンズ間隔を基準間隔Ｄより小さく設定した場合であり、参照光ビームには発散する波面収差成分が付与される。
【０１４６】
さらに、（ｃ）は、（ｂ）とは逆にレンズ間隔を基準間隔Ｄより大きく設定した場合であり、参照光ビームには集束する波面収差成分が付与される。いずれの場合においても、信号光ビームには何ら位相変化が加わっていない。このようにして、参照光ビームは進行方向を複合的に屈折させることにより収束または発散されて、信号光ビームの焦点位置対して相対的に、参照光ビームの焦点位置はディスク深さ方向に調節できることになる。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の第１実施形態の焦点誤差検出方法に用いる装置を示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に使用する対物レンズに入射する光ビームの対物レンズ入射瞳上の位相分布を表わす説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態の光ディスク内に設けられた参照面上に刻設された回折構造を表わす概略説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態のファーフィールド領域における、参照面反射光もしくは参照面透過光、および、参照面に刻設された回折構造による回折光ビームと、光検知器の位置関係を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態の反射光、１次回折光のある振幅分布を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態の反射光、１次回折光の別の振幅分布を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態の半導体レーザーを用いた光学系において、２分割光検知器の位置、焦点誤差信号を計算した一例を表わす概略図である。
【図８】本発明の第２実施形態に使用する対物レンズに入射する光ビームの対物レンズ入射瞳上の位相分布を表わす説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態のファーフィールド領域における、参照面反射光もしくは参照面透過光、および、参照面に刻設された回折構造による回折光ビームと、光検知器の位置関係を示した図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の光記録再生媒体の参照面上における半径方向の所定の距離間隔に対応する隣り合う４つの異なる位置のピット列上の位置における集光スポットを示す概略図である。
【図１１】本発明の第３実施形態におけるファーフィールド領域での、参照面反射光と回折光、および、２分割光検知器の位置関係を示した図である。
【図１２】本発明の第４実施形態におけるファーフィールド領域での、参照面反射光と回折光、および、２分割光検知器の位置関係を示した図である。
【図１３】本発明の実施形態の焦点誤差検出方法を実装したホログラム・データを記録再生するための装置の概略図である。
【図１４】本発明の実施形態におけるホログラム・ディスクの上面図、断面図および参照面の拡大図を含む概略図である。
【図１５】本発明の実施形態のビーム分割調節器の構造および動作を示す説明図である。
【図１６】本発明の実施形態のファーフィールド領域における、信号光ビームでの、反射光ビームと回折光ビームとの重なり状況を表わす概略図である。
【図１７】本発明の実施形態のファーフィールド領域における、参照光ビームでの、反射光ビームと回折光ビームとの重なり状況を表わす概略図である。
【図１８】従来の焦点誤差信号生成装置を表わす概略図である。
【図１９】従来の焦点誤差信号生成装置の情報記録面のファーフィールド領域における２分割光検知器と情報記録面からの反射回折光の位置関係を表わす概略図である。
【図２０】従来の焦点誤差信号生成回路の全体構成を表わす概略図である。
【図２１】従来の焦点誤差信号生成装置を表わす概略図である。
【図２２】従来の焦点誤差信号生成装置の情報記録面のファーフィールド領域における２分割光検知器と情報記録面からの反射回折光の位置関係を表わす概略図である。
【図２３】従来の焦点誤差信号生成装置において、３つのレーザー光源によってそれぞれ形成される３つの光スポットと情報トラックの位置関係を表わす概略図である。
【図２４】従来の焦点誤差信号生成回路の構成と２分割光検知器との接続を示した概略図である。
【図２５】従来の半導体レーザー放射角度に対する強度分布を表わすグラフである。
【図２６】従来の焦点誤差信号生成装置を焦点誤差検出装置で得られた焦点誤差信号の一例を表わす概略図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１ レーザー光源
２ 対物レンズ
３ 光ディスク
４ 情報記録面
５ ２分割光検知器
６ 半透明鏡
７ エレメント
８ エレメント
９ 減算器
１０ 加算器
１１ 乗算器
１２ 低域通過フィルタ
１３ レーザー光源
１４ レーザー光源
１５ レーザー光源
１６ 光スポット
１７ 光スポット
１８ 光スポット
１９ 情報トラック
２０ 制御回路
２１ サンプルホールド回路
２２ サンプルホールド回路
２３ サンプルホールド回路
２４ サンプルホールド回路
２５ サンプルホールド回路
２６ サンプルホールド回路
３１ レーザー光源
３２ 対物レンズ
３３ 光ディスク
３４ 参照面
３５ スピンドルモータ回転軸
３６ 半透明鏡
３７ レンズ
３８ ２分割光検知器
３９ 集光スポット
４０ 周期構造
４１ 反射光ビーム
４２ １次回折光ビーム
７１ ２分割光検知器
５１ 信号光ビーム
５２ 参照光ビーム
５３ ビーム分割調節器
５３ａ 凹レンズ体
５３ｂ 凸レンズ体
５４ ビームスプリッタ
５５ 対物レンズ
５６ 対物レンズアクチュエータ
５７ ホログラム・ディスク
５８ 参照面
５９ 参照面
６０ ２次元センサーアレー
６１ サーボ用レーザーユニット
６２ サーボ用レーザービーム
６３ サーボ基準面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学技術およびその付帯装置の改良、更に詳しくは、光記録媒体の回折構造を利用して焦点誤差信号を得る装置において、対物レンズへの照射光が一様でない場合でも、焦点誤差信号へのオフセットの発生を抑圧することができる光記録再生媒体の焦点誤差検出方法、およびそれに用いる発光装置のビーム分割調節器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学的な情報記録再生装置における集束光ビームの焦点位置を検出する装置としては、２分割光検知器を、光ディスクからの反射光と（円形ディスクの）接線方向への回折光が重なりあうファーフィールド領域に配置し、この２分割光検知器の差出力と和出力から焦点誤差信号を生成する方法がある（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、２分割光検知器を、光ディスクからの反射光と（円形ディスクの）半径方向への回折光が重なりあうファーフィールド領域に配置して、この２分割光検知器の差出力と和出力から焦点誤差信号を生成する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
以下、図１８から図２１により＜特許文献１＞とそれの関連論文である＜非特許文献１＞に述べられた従来の焦点誤差信号生成方法ついて説明する。まず、図１８は＜特許文献１＞の一実施例として記載された焦点誤差信号生成装置であり、この装置は、レーザー光源１、レーザー光源１からのレーザー光を集束する対物レンズ２、光記録媒体である光ディスク３、光ディスク３中の情報記録面４、２分割光検知器５、情報記録面４からの反射回折光の一部を２分割光検知器５に向けて反射する半透明鏡６とから構成されている。
【０００５】
なお、前記情報記録面４には、２次元回折格子として作用するピット列が刻設されており、対物レンズ２によって集光照射される光ビームは、この情報記録面４によって一部はそのまま反射されるとともに、接線方向（ｘ方向）と半径方向（ｙ方向）に回折される。
【０００６】
また、図１９には、情報記録面４のファーフィールド領域における２分割光検知器５と情報記録面４からの反射回折光の位置関係が示されており、２分割光検知器５は、情報記録面４からの反射光と情報記録面４の回折格子としての構造によって生成される接線方向（ｘ方向）への１次回折光が重なるファーフィールド領域内に、長手方向が半径方向（ｙ方向）に一致するように配置されている。
【０００７】
更にまた、図２０は、焦点誤差信号生成回路の全体構成において、２分割光検知器５の接続系統を示したものであり、２分割光検知器５のエレメント７、８の出力が、減算器９と加算器１０に接続されている。
【０００８】
＜特許文献１＞で述べられた従来の焦点誤差信号生成方法の動作によると、対物レンズ２によって集光されるレーザー光の焦点が情報記録面４に合致している場合は、上記反射光と１次回折光の間の位相差は一定となるため、上記領域内には干渉縞が生じない。
【０００９】
しかし、焦点が情報記録面４からずれると、上記反射光と１次回折光の間には接線方向（ｘ方向）に１次で変化する位相差が発生するため、上記領域内には干渉縞が発生する。
【００１０】
この位相差の接線方向（ｘ方向）の傾きは、上記焦点の情報記録面４からのずれに比例するとともに、この位相差は、焦点が接線方向に１周期分移動することによって３６０度変化する。
【００１１】
そして、上記位相差の接線方向（ｘ方向）への傾きを２分割光検知器５の減算器９の差出力で捉えて、加算器１０の和出力を９０度移相した信号を参照信号として、乗算器１１の出力に焦点誤差信号を得るものである。
【００１２】
また、図２０に示すように、乗算器１１の出力中に混入する振動成分を除去するために、低域通過フィルタ１２（ＬＰＦ）が追加されている。
【００１３】
続いて、図２１から図２４に基づいて、＜特許文献２＞に述べられた従来の焦点誤差信号生成方法について説明する。図２１は＜特許文献２＞の一実施例として記載された焦点誤差信号生成装置であり、３つのレーザー光源１３、１４、１５、レーザー光源１３、１４、１５からのレーザー光を集束する対物レンズ２、光記録媒体である光ディスク３、光ディスク３中の情報記録面４、２分割光検知器５、情報記録面４からの反射回折光の一部を２分割光検知器５に向けて反射する半透明鏡６、３つのレーザー光源１３、１４、１５それぞれのオン、オフを行う制御回路２０から構成されている。
【００１４】
また、前記＜特許文献１＞と同様に、情報記録面４には２次元回折格子として作用するピット列が刻設されており、対物レンズ２によって集光照射される光ビームは情報記録面４によって一部はそのまま反射されるとともに、接線方向（ｘ方向）と半径方向（ｙ方向）に回折される。
【００１５】
図２２には、情報記録面４のファーフィールド領域における２分割光検知器５と情報記録面４からの反射回折光の位置関係が示されており、２分割光検知器５は、情報記録面４からの反射光と情報記録面４の回折格子としての構造によって生成される半径方向（ｙ方向）への１次回折光が重なるファーフィールド領域内に、長手方向が接線方向（ｘ方向）に一致するように配置されている。
【００１６】
＜特許文献２＞での２分割光検知器５の位置は、＜特許文献１＞に記載された２分割光検知器５を光軸の周りに中心に９０度回転させたものに相当する。
【００１７】
また、図２３は、３つのレーザー光源１３、１４、１５によってそれぞれ形成される３つの光スポット１６、１７、１８と情報トラック１９（接線方向（ｘ方向）に伸びている）の位置関係を示したものである。これら３つの光スポット１６、１７、１８は焦点方向（情報記録面４に対して垂直なディスク深さ方向）には同じ位置（深さレベル）で集光するものとしている。
【００１８】
図２３において、ｐは情報トラック１９の一周期間隔であり、光スポット１６と１７の中心の間隔、および、光スポット１７と１８の中心の間隔は、それぞれｐの４分の１の距離となるように設定されている。
【００１９】
また、図２４は、焦点誤差信号生成回路の構成と２分割光検知器５との接続を示したものである。具体的には、２分割光検知器５のエレメント７、８の出力が、減算器９と加算器１０に接続されている。
【００２０】
次に、＜特許文献２＞で述べられた従来の焦点誤差信号生成方法の動作について説明する。まず、制御回路２０はレーザー光源１３、１４、１５を順次点滅させる。レーザー光源１３が瞬時点灯した時（他の２つの光源１４、１５は消灯）の減算器９の出力をＩＤＦ（−π／２)、加算器１０の出力をＩＳＵＭ（−π／２)と表現すると、これら２つの信号はそれぞれサンプルホールド回路２１、２４によって保持される。
【００２１】
次に、レーザー光源１３を消灯してレーザー光源１４のみを瞬時点灯した時の減算器９の出力をＩＤＦ（０)、加算器１０の出力をＩＳＵＭ（０)と表現すると、これら２つの信号はそれぞれサンプルホールド回路２２、２５によって保持される。
【００２２】
最後に、レーザー光源１４を消灯してレーザー光源１５のみを瞬時点灯した時の減算器９の出力をＩＤＦ（π／２)、加算器１０の出力をＩＳＵＭ（π／２)と表現すると、これら２つの信号はそれぞれサンプルホールド回路２３、２６によって保持される。
【００２３】
これら６つのサンプルホールド回路２１〜２６の出力を使い、以下の式（１）に示す演算を行うことによって、集光スポットの焦点誤差信号（ＦＥＳ）を得るものである。
【００２４】
【数１】
【００２５】
この際、対物レンズ２に入射するレーザー光の強度分布は、その瞳上で一様と仮定しており、この場合にのみオフセットのない焦点誤差信号が得られる。
【００２６】
従来の各文献に記載された焦点誤差検出装置の問題点について以下に述べる。まず、＜特許文献１＞の焦点誤差検出装置においては、焦点誤差信号を発生させるために２分割光検知器５の２つのエレメント７、８の和信号（即ち、加算器１０の出力信号）を参照信号として、エレメント７、８の差信号（即ち、減算器９の出力信号）の同期検波を行っているので、和信号、差信号はともに単一周波数の時間変動信号である必要がある。
【００２７】
即ち、情報記録面４に刻設された接線方向のピット列の空間周波数を一定にしなければならないという問題がある。
【００２８】
また、＜非特許文献１＞においては、この焦点誤差検出法をアナログ・ビデオ信号が記録されたビデオディスクに適応した実験が報告されており、ビデオディスクではピットの接線方向の空間周波数が連続的に変化しているので、上記の焦点誤差検出方法の動作が適用可能である。
【００２９】
ところが、コンパクトディスクのように、ピット長、ピット間隔が離散的に変調記録されている光ディスクに対しては、これから基準となる単一周波数信号を取り出すことができないため、＜特許文献１＞および＜非特許文献１＞で述べられた従来の焦点誤差検出装置では、焦点誤差検出のための信号を発生させることができない。
【００３０】
さらに、光磁気ディスクのように、接線方向に周期性がない、即ち、連続な情報トラックしかない光記録媒体に対しても、＜特許文献１＞および＜非特許文献１＞で述べられた従来の焦点誤差検出装置では、焦点誤差信号を発生することができない。
【００３１】
一方、＜特許文献２＞で述べられた焦点誤差検出装置は、＜特許文献１＞および＜非特許文献１＞で述べられた従来の焦点誤差検出装置の問題点を解消するために発明されたものであり、情報トラックに平行な方向に周期性を有していない光記録媒体に対しても、焦点誤差信号を発生することのできる焦点誤差検出装置を提供することを目的とした。
【００３２】
しかしながら、この＜特許文献２＞で述べられた焦点誤差検出装置においても、＜特許文献１＞および＜非特許文献１＞と同様に、対物レンズ２に入射するレーザー光の強度分布が一様でなければならないという問題点があった。
【００３３】
もし、対物レンズ２に入射するレーザー光の強度分布が一様でない場合には、光スポットの情報記録面４に対するずれが無い（焦点が合った）状態でも焦点誤差信号中にオフセットが発生し、正確な焦点制御ができなくなるという問題がある。特に、現在の光記録再生装置では、半導体レーザーを光源とするものがほとんどであるため、対物レンズ２に照射される光強度分布は一様ではなくなる。
【００３４】
また、図２５には、典型的な半導体レーザー放射角度に対する強度分布を示した。このような光源を使用した場合には、従来例に示した２分割光検知器の２つのエレメントは、位相差に伴う強度差と同時に、照射光強度分布に伴う強度差を感じ、それがオフセットとして現れるという問題がある。
【００３５】
更にまた、図２６には、光源として半導体レーザー（水平方向広がり角度１０.５度、垂直方向広がり角度２１.３度）を使い、対物レンズ入射側の開口数が０．１２２、対物レンズの開口数が０．５３の場合、＜特許文献２＞で述べられた焦点誤差検出装置で得られた焦点誤差信号の一例が示されている。この焦点誤差信号のオフセットは、集光スポットの半径方向初期位置にも依存する不安定なものである。
【特許文献１】特開昭５２−９３２２３号公報
【特許文献２】特開昭６３−５８６２７号公報
【非特許文献１】「Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｖｉｄｅｏ ｄｉｓｋ ｒｅａｄｏｕｔ」、著者 Ｊ．Ｂｒａａｔ ａｎｄ Ｇ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．３、Ｐ．Ｐ．２０１３−２０２１（１９７８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
本発明は、従来の光学装置に上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、光記録媒体の回折構造を利用して焦点誤差信号を得る装置において、対物レンズへの照射光が一様でない場合でも、焦点誤差信号へのオフセットの発生を抑圧することができる光記録再生媒体の焦点誤差検出方法を提供することを技術的課題とする。
【００３７】
また、本発明は、反射もしくは透過光と回折光が重なり合う領域に配置される２分割光検知器がこの領域にあれば、焦点誤差信号にオフセットを発生させないようにすることを技術的課題とする。
【００３８】
更にまた、本発明は、集光スポットの初期位置依存性も解消することができるようにすることを技術的課題とする。
【００３９】
また、本発明は、複数の参照面を有するホログラム・ディスクに応用する場合に、信号光と参照光との焦点位置合わせを簡単に行うことができる光記録再生媒体の焦点誤差検出方法に用いる発光装置のビーム分割調節器を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。
【００４１】
即ち、本発明は、回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離ｓの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用したことによって、光記録再生媒体の焦点誤差検出方法を完成させた。
【００４２】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、ファーフィールド領域内に設置する光検知器は少なくとも２つのエレメントからなり、この２つのエレメントからの出力の差信号および和信号を各時刻における４つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００４３】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、光記録再生媒体の参照面上における接線方向の距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４（Ｓ１＝０、Ｓ２＝ｓ／４、Ｓ３＝ｓ／２、Ｓ４＝３ｓ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ（０）、ＩＤＦ（ｓ／４)、ＩＤＦ（ｓ／２）、ＩＤＦ（３ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ（０）、ＩＳＵＭ（ｓ／４)、ＩＳＵＭ（ｓ／２）、ＩＳＵＭ（３ｓ／４）として、
【数２】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成するという技術的手段を採用した。
【００４４】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離ｓの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置からのレーザー光の波面の一部の位相を１８０度ずらして照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する３つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００４５】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、１８０度位相がずれた部分からの回折光と、位相ずれを有していない参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００４６】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と、１８０度位相がずれた部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００４７】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、光記録再生媒体の参照面上における接線方向の距離間隔ｓ／４に対応する３つの異なる位置Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７（Ｓ５＝−ｓ／４、Ｓ６＝０、Ｓ７＝ｓ／４と表現する）のピット列において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第１のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_１（−ｓ／４)、ＩＤＦ_１（０）、ＩＤＦ_１（ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_１（−ｓ／４)、ＩＳＵＭ_１（０）、ＩＳＵＭ_１（ｓ／４）として、
かつ、第２のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_２（−ｓ／４)、ＩＤＦ_２（０）、ＩＤＦ_２（ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_２（−ｓ／４)、ＩＳＵＭ_２（０）、ＩＳＵＭ_２（ｓ／４）として、
【数３】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成するという技術的手段を採用した。
【００４８】
また、本発明は、回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には半径方向に距離ｐの周期間隔で並列するピット列を構成して、かつ、距離間隔が半径方向にｐ／４ずつ位置ずれしたピット列が隣り合って並列された一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上に形成された、隣り合う各ピット列における４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用することもできる。
【００４９】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、光記録再生媒体の参照面上における半径方向の所定の距離間隔に対応する隣り合う４つの異なる位置のピット列上の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４（Ｐ１＝０、Ｐ２＝ｐ／４、Ｐ３＝ｐ／２、Ｐ４＝３ｐ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ（０）、ＩＤＦ（ｐ／４)、ＩＤＦ（ｐ／２）、ＩＤＦ（３ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ（０）、ＩＳＵＭ（ｐ／４)、ＩＳＵＭ（ｐ／２）、ＩＳＵＭ（３ｐ／４）として、
【数４】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成するという技術的手段を採用した。
【００５０】
更にまた、本発明は、回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には半径方向に距離ｐの周期間隔で並列するピット列を構成して、かつ、距離間隔が半径方向にｐ／４ずつ位置ずれしたピット列が、接線方向に隣り合って並列された一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置からのレーザー光の波面の一部の位相を１８０度ずらして照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上に形成された、隣り合う各ピット列における３つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用することもできる。
【００５１】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、１８０度位相がずれた部分からの回折光と、位相ずれを有していない参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００５２】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と、１８０度位相がずれた部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００５３】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、光記録再生媒体の参照面上における３つの異なる各ピット列上の位置Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７（Ｐ５＝−ｐ／４、Ｐ６＝０、Ｐ７＝ｐ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第１のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_１（−ｐ／４)、ＩＤＦ_１（０）、ＩＤＦ_１（ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_１（−ｐ／４)、ＩＳＵＭ_１（０）、ＩＳＵＭ_１（ｐ／４）として、
かつ、第２のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_２（−ｐ／４)、ＩＤＦ_２（０）、ＩＤＦ_２（ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_２（−ｐ／４)、ＩＳＵＭ_２（０）、ＩＳＵＭ_２（ｐ／４）として、
【数５】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成するという技術的手段を採用した。
【００５４】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、光記録再生媒体におけるサンプリング位置を、ディスク円周をｎ等分した３６０／ｎ度（ｎ≧１）毎に設けるという技術的手段を採用した。
【００５５】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、光記録再生媒体が、ディスク内部に複数の参照面を有する３次元光記録再生媒体であって、発光装置による信号光ビームと参照光ビームとを、同一光軸上に集光することによってホログラムを記録するときに、各参照面における焦点誤差を検出するという技術的手段を採用した。
【００５６】
また、本発明は、焦点誤差検出方法に用いるための発光装置の光照射部位に装着されるビーム分割調節器であって、
レンズ中央部の屈折度（パワー）がゼロで、かつ、その周辺部分に屈折度がゼロでない領域を設けた１以上のレンズ体を組み合わせてレンズ体群を形成し、
これら両レンズ体群が所定間隔をおいて対面して配設され、かつ、これら両レンズ体群内のレンズ間隔を増減調節可能である一方、
発光装置から照射した信号光ビームは、前記レンズ体群の屈折度がない中央部を透過する一方、発光装置から照射した参照光ビームは、前記レンズ体群の屈折度を有する周辺部分をそれぞれ透過して、
前記信号光ビームは両レンズ体群を直進的に透過する一方、参照光ビームは進行方向が複合的に屈折することにより収束または拡散されて、信号光ビームの集光位置とは深さ方向に異なる位置に集光できるようにするという技術的手段を採用したことによって、光記録再生媒体の焦点誤差検出方法に用いる発光装置のビーム分割調節器を完成させた。
【００５７】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、一方の面が平面であり、かつ、他方の面には中央の凹部に円形平面部を有し、この円形平面部の外周部に傾斜凹面が形成される凹レンズ体と、
一方の面が平面であり、かつ、他方の面には中央の凸部の頭頂面に円形平面部を有し、この円形平面部の外周部に傾斜凸面が形成される凸レンズ体とを備え、
これら両レンズ体の平面側同士が所定間隔をおいて対面して配設され、かつ、これら両レンズ体の間隔を増減調節可能である一方、
発光装置から照射した信号光ビームは、前記凹レンズ体および凸レンズ体の両円形平面部を透過する一方、発光装置から照射した参照光ビームは、凹レンズ体の傾斜凹面および凸レンズ体の傾斜凸面をそれぞれ透過させるようにするという技術的手段を採用した。
【発明の効果】
【００５８】
本発明は、回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離ｓの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することができる。
【００５９】
また、本発明によれば、対物レンズに入射する照射光の強度分布が一様でない場合であっても、光記録媒体の参照面からの反射もしくは透過光と回折光が重なり合う領域の任意の位置に置かれた２分割もしくは４分割光検知器の出力を用い、これの３点もしくは４点オフセット値の積和演算によってオフセットのない焦点誤差信号を生成できるため、実用的なファーフィールド焦点誤差検出法が実現できる。
【００６０】
また、本発明をデータ・ホログラムや２光子吸収を使ったピット３次元記録を行う光記録再生装置に応用すれば、複数の参照面を使って記録して、参照光ビームの集光位置を精確に制御できるため、前記ホログラムやピットの光記録媒体内での３次元座標を精確に把握することができ、かつ、深さ方向にも立体的に設定することが可能となるため、記録容量の増大が可能となる。
【００６１】
また、必要に応じて、データ・ホログラムの３次元記録を行うことができる光記録再生装置において、信号光ビームと参照光ビームの集光位置を独立に制御できる光ビーム分割調節器を用いることによって、深さ方向の位置が異なる参照面を用いて、ホログラム光記録再生媒体内での座標を深さ方向にも精確に設定することが可能となるため、記録容量の増大が可能となる。
【００６２】
更にまた、データ・ホログラムの３次元記録を行う光記録再生装置において、データ検出用２次元光検知器アレーを焦点誤差検出用に兼用することができるため、光記録再生装置の小型化、低廉化が可能となる。
【００６３】
したがって、本発明の対物レンズへの照射光が一様でない場合でも、焦点誤差信号へのオフセットの発生を抑圧することができることから、光学装置における実用的利用価値は頗る高いものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
本発明を実施するための最良の形態を具体的に図示した図面に基づいて更に詳細に説明すると、次のとおりである。
【００６５】
『第１実施形態』
本発明の第１実施形態を図１から図１０に基づいて説明する。図１は本発明の焦点誤差検出方法に用いる装置を示す構成図であり、図２は本焦点誤差検出装置に使用する対物レンズに入射する光ビームの対物レンズ入射瞳上の位相分布を表わす説明図である。
【００６６】
また、図３は光ディスク内に設けられた参照面を表わす概略説明図であり、図４はファーフィールド領域における、参照面反射光もしくは参照面透過光、および、参照面に刻設された回折構造による回折光ビームと、光検知器の位置関係を示した図である。
【００６７】
図１において、符号３１で示すものはレーザー光源、符号３２で示すものはこのレーザー光源３１からのレーザー光を集束する対物レンズ、符号３３で示すものは光記録媒体である光ディスクである。
【００６８】
また、符号３４で示すものは光ディスク内に設けられた参照面、符号３５で示すものは光ディスク３３を回転させるスピンドルモータの回転軸、符号３６で示すものは参照面３４からの反射回折光の一部を後述する２分割光検知器３８に向けて反射する半透過鏡である。ここでいう「半透過」とは、一方の旋光方向の円偏光成分を部分的に反射／透過することをいい、その反射／透過の比率は任意の値（例えば、反射光の比率でいうと、１％〜９９．５％）をとることができる。
【００６９】
また、符号３７で示すものは対物レンズ３２の射出瞳上での光強度分布を後述する２分割光検知器３５上に結像するためのレンズ、符号３８で示すものは焦点誤差信号生成用の２分割光検知器である。
【００７０】
なお、図２は、対物レンズに入射するレーザー光の波面の位相が対物レンズ入射瞳面全体にわたって一定であることを示している。
【００７１】
次に、図３において、符号３９で示すものはレーザー光源３１からレーザー光が集束された集光スポット、符号４０で示すものは接線方向（前記集光スポット３９が進行する方向（ｘ方向））に参照面３４上に周期距離ｓで刻設された一次元の周期構造である。
【００７２】
なお、図４に示すファーフィールド領域とは、光ディスク３３からの反射回折光ビームが集光されていない領域をいい、言い換えれば、図１での２分割光検知器３８が配置された面上での集光されていない反射光ビーム４１、１次回折光ビーム４２、−１次回折光ビーム４３の重なり状態を示しており、図４では、２分割光検知器３８は、反射光ビーム４１と１次回折光ビーム４２が重なり合う領域である。
【００７３】
本実施形態にあっては、まず、回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離ｓの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける。
【００７４】
次いで、回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめる。
【００７５】
そして、このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測する。
【００７６】
このようにして、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出するものである。
【００７７】
なお、本実施形態では、光記録再生媒体におけるサンプリング位置を、ディスク円周をｎ等分した３６０／ｎ度（ｎ≧１）毎に設けることができる（例えば、４等分した場合には、９０度（π／２ｒａｄ）毎）。
【００７８】
次に、本実施形態の検出方法の動作原理について説明を行う。まず、対物レンズ３２に照射されるレーザー光の複素振幅分布（入射瞳関数）ａ（ｘ）は、
【数６】
と表現される。
【００７９】
ここでｘ方向は接線方向であり、簡単化のためにレーザー光の振幅、位相はｘ方向にのみ変化していると仮定している。また、対物レンズ３３の入射瞳半径は１に正規化しており、τ（ｘ）はｘ方向の振幅分布（実数）、ｗ11は接線方向の像点横移動に対応する波面収差係数、ｗ20は焦点ずれに対応する波面収差係数である。
【００８０】
次に、Ｒ０を参照面の複素振幅反射率、Ｒ±１を参照面の±１次複素回折効率とすれば、振幅比α±１、位相差Ψ±１を使って、
【数７】
が成立する。
【００８１】
図３は、接線方向（ｘ方向）に距離ｓの周期で回折構造が刻設された参照面３４を示しており、集光スポット３９のｘ方向の位置によって、発生する回折光および参照面反射光との間、または回折光および参照面透過光との間に位相差が発生する。
【００８２】
今、参照面のファーフィールド領域において、反射光と、＋１次回折光とが重なり合う領域での光振幅分布をＡＤ１(ｘ’）とすれば、ＡＤ１(ｘ’）は、式（２）を使い、
【数８】
と表現される。ここで、ｑは周期ｓを（ＮＡ／λ）で正規化した上記回折構造の周期であり、ＮＡは対物レンズの開口数、λはレーザー光源の波長である。
【００８３】
図４に示したように、中心ｘ座標がｘ１、かつ、２つのエレメントの中心間隔がΔである２分割光検知器のエレメントＤ１，Ｄ２の出力電流ＩＤ１、ＩＤ２は、それぞれ
【数９】
【数１０】
と表現される。
【００８４】
ただし、２分割光検知器３８のそれぞれのエレメントのｘ’方向の中心位置が、ｘ１−Δ／２、ｘ１＋Δ／２、かつ、ｘ’方向の幅は、ｙ’方向の長さより十分小さく、それぞれのエレメントの受光面積は等しいとした。ここで、Ｋ１は、光検知器感度、面積に比例する定数である。また、エレメントのｘ’方向の幅は、２分割光検知器３８が配置された面に生成される干渉縞の周期よりも十分小さい場合を考える。
【００８５】
次に、対物レンズ入射瞳上でのｘ方向の振幅分布（実数）τ（ｘ）が瞳中心を最大（値は１）に線形に変化している場合を考える。図５は、反射光、１次回折光の振幅分布を示しており、ｘ’座標がエレメント間隔Δ変化すると、振幅τ（ｘ’）はε変化する状態を示している。従って、式（４）、（５）中のτは以下のように書くことができる。
【数１１】
ここで、ａ，ｂ，εは定数である。式（６）を式（５）に代入すると、
【数１２】
【数１３】
と書けるので、定数項を以下のようにまとめることができる。ただし、εの二乗項は無視している。
【数１４】
【００８６】
そうすると、式（７）、（８）は、
【数１５】
のように簡単化される。
【００８７】
最後に、２つのエレメントの差出力ＩＤＦと和出力ＩＳＵＭを、エレメント間隔Δが十分小さく、かつ、焦点ずれ量も十分小さい（Ｗ２０＜＜１）場合について計算する。
【数１６】
が成立するので、ＩＤＦ、ＩＳＵＭは、それぞれ、
【数１７】
【数１８】
と書くことができる。
【００８８】
そして、式（１２）を下記の式（１３）を用いて整理すると、
【数１９】
となり、
【数２０】
が得られる。なお、δは、ｘ方向への集光スポットの移動を表現する正規化量であり、２πが一周期ｓに対応する。
【００８９】
続いて、焦点誤差信号ＦＥＳ１を求める。そのために、まず、δを、−π／２、０、π／２と変化させたとき（すなわち、−ｓ／４(３ｓ／４)、０、ｓ／４、ｓ／２）の、ＩＤＦ、ＩＳＵＭをサンプリングする。
【００９０】
そして、これら６つの量の積和演算することによって、式（１５）に示すような、オフセット
【数２１】
を含んだ焦点誤差信号ＦＥＳ１が得られる。
【数２２】
【００９１】
上記オフセット成分は、対物レンズに照射される光強度分布が一様でないために発生するものであり、成分Ｋ５に比例することがその証左である。
【００９２】
同様に、δをπ／２、π、−π／２＝３π／２と変化させたときの、ＩＤＦ，ＩＳＵＭをサンプリングし、式（１５）のＦＥＳ１と同様に、これら６つの量の積和演算を行い、その結果を以下のＦＥＳ２とする。
【数２３】
【００９３】
式（１６）から明らかなように、ＦＥＳ２のオフセット成分の符号はＦＥＳ１の逆である。よって、この２つの量を加えることにより、対物レンズに照射される光強度分布に１次の非一様性がある場合でもオフセットの発生しない以下の焦点誤差信号ＦＥＳ（式（１７））を得ることができる。
【数２４】
【００９４】
この際、焦点ずれの波面収差量Ｗ２０は焦点ずれに比例し、焦点前後でその符号が反転するので、適切なフィードバック回路を通して対物レンズアクチュエータを駆動すれば、光ディスクの回転に伴う情報記録面の上下動に対し、集光スポットをその情報記録面に追従させることができる。
【００９５】
式（１７）の導出では、図５に示したように対物レンズに照射される光強度分布がｘの１次式で表現されると仮定したが、図６に示すような形で強度分布に変化がある場合にでも、ＦＥＳにはオフセットが生じないことを以下に示す。
【数２５】
ここで、ｃ，ｄ，ε１，ε２は定数である。以下では、ε１，ε２の二乗項は無視すると、
【数２６】
と書ける。
【００９６】
これらを用いると、２つのエレメントの出力電流ＩＤ１、ＩＤ２は
【数２７】
となり、２つのエレメントの差出力ＩＤＦと和出力ＩＳＵＭは、焦点ずれがない（Ｗ２０＝０）とき、
【数２８】
となる。ここで、定数Ｋ６、Ｋ７、Ｋ８は、それぞれ
【数２９】
で与えられる。
【００９７】
これらを用いて、δを−π／２、０、π／２、πと変化させたときの、ＩＤＦ、ＩＳＵＭの８つの値を求める。
【数３０】
【００９８】
最後に、式（２３）からＷ２０＝０（焦点ずれのない）時の焦点誤差信号ＦＥＳ＝ＦＥＳ１＋ＦＥＳ２を求めると、次式（２４）に示すように、オフセットが抑圧されゼロになることがわかる。
【数３１】
【００９９】
以上のように、本実施形態によれば、サンプリング箇所を４箇所（または３箇所）という少ない個数であっても、高精度な誤差検出を行うことができる。
【０１００】
そして、本実施形態の検出方法の精度について、数値解析ソフト（matlab）でシミュレーションした結果について述べる。図７は、半導体レーザーを用いた典型的な光学系（半導体レーザー水平方向放射角１０．５度、垂直方向放射角２１．３度、コリメータレンズ開口数０．１２２、対物レンズ開口数０．５３）において、いままで述べた方法によって焦点誤差信号を計算した一例である。
【０１０１】
このシミュレーションによれば、２分割光検知器は対物レンズ瞳内の中心から斜め方向にずれた位置に配置しているが、その焦点誤差信号にオフセットは発生していないことが確認できる。
【０１０２】
『第２実施形態』
次に、本発明の第２実施形態を図８および図９に基づいて説明する。本実施形態では、接線方向に９０度ずつ位相の異なる（δが−π／２、０、π／２に対応する）３つの位置での２組の２分割光検知器７１の出力に基づいて焦点誤差信号を得ることによって、誤差を検出するものである。
【０１０３】
本実施形態では、図８に示すように、対物レンズに照射するレーザー光の一部（図８では１／４の領域）に１８０度位相がずれた領域を設ける必要がある。これにより、図９に示した２分割光検知器の２つの組の一方からはＦＥＳ＿１、もう一方からはＦＥＳ＿２に相当する信号を発生することができ、これら２つの信号の和がオフセットの抑圧された焦点誤差信号ＦＥＳとなる。
【０１０４】
これは照射光ビームの１８０度位相のずれた部分の反射光ビームと、照射光ビームの位相ずれのない部分から生じた１次回折光ビームが干渉するため、前出の式（３）で示される光振幅分布ＡＤ１の位相が１８０度進み、ひいては、式（４）、（５）で示された出力電流ＩＤ１、ＩＤ２の位相も１８０度進め、最終的に、ＩＤＦ、ＩＳＵＭの位相も１８０度進めるという事実に基づいている。
【０１０５】
本実施形態では、光記録再生媒体の参照面上における接線方向の距離間隔ｓ／４に対応する３つの異なる位置Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７（Ｓ５＝−ｓ／４、Ｓ６＝０、Ｓ７＝ｓ／４と表現する）のピット列において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第１のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_１（−ｓ／４)、ＩＤＦ_１（０）、ＩＤＦ_１（ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_１（−ｓ／４)、ＩＳＵＭ_１（０）、ＩＳＵＭ_１（ｓ／４）として、
かつ、第２のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_２（−ｓ／４)、ＩＤＦ_２（０）、ＩＤＦ_２（ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_２（−ｓ／４)、ＩＳＵＭ_２（０）、ＩＳＵＭ_２（ｓ／４）として、
【数３２】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成することができ、焦点ずれのない時の焦点誤差信号ＦＥＳには、オフセットが発生しないことになる。
【０１０６】
『第３実施形態』
次に、本発明の第３実施形態を図１０および図１１に基づいて説明する。本実施形態では、半径方向に９０度ずつ位相の異なる（隣り合うピット列同士の横方向にずれているもの、すなわち、δが−π／２、０、π／２、πである）４つの位置での２分割光検知器３８の出力に基づいて焦点誤差信号を得ることによって、誤差を検出するものである。
【０１０７】
図１０は、光記録再生媒体の参照面上における半径方向の所定の距離間隔に対応する隣り合う４つの異なる位置のピット列上の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４（Ｐ１＝０、Ｐ２＝ｐ／４、Ｐ３＝ｐ／２、Ｐ４＝３ｐ／４と表現する）における集光スポット３９を示している。図１０に示された４つの集光スポット３９は、左側から、δが−π／２（＝３π／２）、０、π／２、πにそれぞれ対応しており、それぞれの位置において、ＩＤＦ、ＩＳＵＭを生成する。
【０１０８】
図１１は、本実施形態におけるファーフィールド領域での、参照面反射光と回折光、および、２分割光検知器３８の位置関係を示している。なお、これは、前記第１実施形態における図４に示した位置関係を９０度回転したものに相当する。
【０１０９】
本実施形態では、光記録再生媒体の参照面上における半径方向の所定の距離間隔に対応する隣り合う４つの異なる位置のピット列上の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４（Ｐ１＝０、Ｐ２＝ｐ／４、Ｐ３＝ｐ／２、Ｐ４＝３ｐ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ（０）、ＩＤＦ（ｐ／４)、ＩＤＦ（ｐ／２）、ＩＤＦ（３ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ（０）、ＩＳＵＭ（ｐ／４)、ＩＳＵＭ（ｐ／２）、ＩＳＵＭ（３ｐ／４）として、
【数３３】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成する。
【０１１０】
『第４実施形態』
次に、本発明の第４実施形態を図１２に基づいて説明する。本実施形態では、対物レンズに照射するレーザー光の一部（１／４の領域）に１８０度位相がずれた領域を設け、半径方向に９０度ずつ位相の異なる（δが−π／２、０、π／２に対応する）３つの位置での２組の２分割光検知器７１の出力に基づいて焦点誤差信号を得ることによって、誤差を検出するものである。
【０１１１】
これにより、図１２に示した２分割光検知器の２つの組の一方からはＦＥＳ＿１、もう一方からは、ＦＥＳ＿２に相当する信号を発生することができ、実施例２と同様に、これら２つの信号の和がオフセットの抑圧された焦点誤差信号ＦＥＳとなる。
【０１１２】
即ち、本実施形態における光記録再生媒体の参照面上における３つの異なる各ピット列上の位置Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７（Ｐ５＝−ｐ／４、Ｐ６＝０、Ｐ７＝ｐ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第１のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_１（−ｐ／４)、ＩＤＦ_１（０）、ＩＤＦ_１（ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_１（−ｐ／４)、ＩＳＵＭ_１（０）、ＩＳＵＭ_１（ｐ／４）として、
かつ、第２のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_２（−ｐ／４)、ＩＤＦ_２（０）、ＩＤＦ_２（ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_２（−ｐ／４)、ＩＳＵＭ_２（０）、ＩＳＵＭ_２（ｐ／４）として、焦点誤差信号ＦＥＳは、
【数３４】
で与えられることになる。
【０１１３】
『発光装置のビーム分割調節器』
次に、本発明の実施変形例を図１３から図１７に基づいて説明する。図１３は、本発明の焦点誤差検出方法に用いる装置を発展させて、ホログラム・データを光ディスクに記録再生するための装置の概略図であり、ホログラムの記録に必要な同一光源から射出したレーザービームを信号光ビーム、参照光ビームに分割し、これらのホログラム・ディスク内での焦点位置を精確、かつ、独立に制御しようとする発光装置のビーム分割調節器を示している。
【０１１４】
図１３において、符号５１で示すものはレーザー光源からの光ビームを２次元空間光変調器で変調した信号光ビーム、符号５２で示すものは同じレーザー光源からの光ビームであってホログラム記録、再生に使われる参照光ビーム、符号５３で示すものは光軸が同軸上になった信号光ビーム５１と参照光ビーム５２それぞれに独立した焦点ずれ波面収差を与え、２つの光ビームの集光位置を光軸方向（すなわち、図１３でｚ方向）にずらせることができる凹レンズ体５３ａと凸レンズ体５３ｂとから構成されるビーム分割調節器である。
【０１１５】
また、符号５４で示すものはホログラム・ディスク５７への信号光ビームおよび参照光ビームと、ホログラム・ディスクから戻ってくる信号光ビームとを２次元センサーアレー６０を分離するビームスプリッタ、符号５５で示すものは信号光ビーム５１、参照光ビーム５２をホログラム・ディスク５７内に集光させる対物レンズ、符号５６で示すものは対物レンズアクチュエータ、符号５７で示すものは、２次元に変調された信号光ビームをホログラム記録するためのホログラム・ディスクである。
【０１１６】
更に、符号５８・５９で示すものは信号光ビーム５１、参照光ビーム５２のｚ軸方向（ディスク深さ方向）の集束位置基準を与える参照面であり、符号６０で示すものはホログラム・ディスクによって再生された信号光ビームを受光して２次元データを出力するとともに、信号光ビームと参照光ビームとの焦点誤差信号を発生するのに使用する２次元センサーアレーである。
【０１１７】
また、符号６１で示すものはサーボ用レーザーユニット、符号６２で示すものはサーボ用レーザーユニット６２から出射するサーボ用レーザービーム、符号６３で示すものはサーボ用レーザービームの焦点基準となるサーボ基準面であり、前述の対物レンズ５５によって集束されるサーボ用レーザービーム６２はこのサーボ基準面６１に対して焦点合わせが行われる。
【０１１８】
本実施形態における焦点誤差検出方法に用いるための発光装置の光照射部位に装着されるビーム分割調節器の構成は、まず、レンズ中央部の屈折度（パワー）がゼロで、かつ、その周辺部分に屈折度がゼロでない領域を設けた１枚以上のレンズ体を組み合わせてレンズ体群を形成する。そして、これら両レンズ体群が所定間隔をおいて対面して配設して、かつ、これら両レンズ体群内のレンズ間隔を増減調節可能にする。
【０１１９】
そして、発光装置から照射した信号光ビームは、前記レンズ体群の屈折度がない中央部を透過する一方、発光装置から照射した参照光ビームは、前記レンズ体群の屈折度を有する周辺部分をそれぞれ透過する。
【０１２０】
本実施形態では、一方の面が平面であり、かつ、他方の面には中央の凹部に円形平面部を有し、この円形平面部の外周部に傾斜凹面が形成される凹レンズ体と、一方の面が平面であり、かつ、他方の面には中央の凸部の頭頂面に円形平面部を有し、この円形平面部の外周部に傾斜凸面が形成される凸レンズ体とを備えている。
【０１２１】
なお、収差低減のために、上記凹レンズ体、および、凸レンズ体は、１個以上のレンズ体を組み合わせたレンズ体群で構成されてもよい。さらにまた、前群の凹レンズ体は凸レンズ体に置き換えることもできるが、この場合はビーム分割調節器の全長が長いものとなる。
【０１２２】
そして、これら両レンズ体の平面側同士が所定間隔をおいて対面して配設され、かつ、これら両レンズ体の間隔を増減調節可能である。
【０１２３】
こうすることにより、発光装置から照射した信号光ビームは、前記凹レンズ体および凸レンズ体の両円形平面部を透過する一方、発光装置から照射した参照光ビームは、凹レンズ体の傾斜凹面および凸レンズ体の傾斜凸面をそれぞれ透過する。
【０１２４】
すると、前記信号光ビームは両レンズを直進的に透過する一方、参照光ビームは進行方向が複合的に屈折することにより収束または拡散されて、信号光ビームの集光位置とは深さ方向に異なる位置に集光することができる。
【０１２５】
次に、本実施例における信号光ビームおよび参照光ビームの焦点位置合わせ、および、ホログラム・ディスクへの記録再生について、図１４から図１７を参照しながら、動作の説明を行う。
【０１２６】
図１４は、複数の参照面を有するホログラム・ディスクの上面図、断面図および参照面の拡大図を含む本実施変形例の概略図である。また、図１５は、ビーム分割調節器の構造および動作を示す説明図であり、図１６は、信号光ビームが参照面の１次元回折構造によって反射回折されたとき、ファーフィールド領域における反射光ビームと回折光ビームとの重なり状況を示している。
【０１２７】
図１７は、参照光ビームに関しても、これが参照面の１次元回折構造によって反射回折されたときに、ファーフィールド領域における反射光ビームと回折光ビームとの重なり状況を示している。
【０１２８】
最初に、図１７に示された装置において、信号光ビーム５１を参照面５８に対して焦点合わせする場合について説明を行う。信号光ビーム５１の焦点合わせの段階では、信号光ビーム５１は、空間光変調器などによって変調されていないこと、参照光ビーム５２は照射しないことに注意する。
【０１２９】
そして、ビーム分割調節器５３およびビームスプリッタ５４を透過した信号光ビーム５１は対物レンズ５５によってホログラム・ディスク５７内の参照面５８上に照射される。
【０１３０】
この際、図１４に示されたように、参照面５８上には接線方向に周期距離がｓである１次元回折構造が刻設されているので、図１６に示すように、反射光ビーム４１とともに、１次回折光ビーム４２および−１次回折光ビーム４３が現れる。
【０１３１】
また、２次元センサーアレー６０は、ファーフィールド領域に配置されているので、反射光ビーム４１と１次回折光ビーム４２が重なり合う範囲に入っている、２次元センサーアレー６０の適切なエレメントを組み合わせることによって、前述の２分割光検知器３８と同様な働きをさせることができる。そして、２次元センサーアレー６０中の適切なエレメントの出力を使い、式（１５）（１６）（１７）に従って、信号光ビームに対する焦点誤差信号を生成することができる。
【０１３２】
この焦点誤差信号は、図示しないサーボアンプによって、対物レンズアクチュエータ５６を駆動し、信号光ビーム５１の集光位置を参照面５８の深さに位置させる。この場合、サーボビーム６０の集光位置がサーボ基準面６３からずれるので、そのずれはサーボ用レーザーユニット６１に内蔵された焦点ずれ補正機構によって補正される。
【０１３３】
次いで、参照光ビーム５２に関しては、ビーム分割調節器５３の凹レンズ体５３ａおよび凸レンズ体５３ｂの傾斜面を透過することによって、信号光ビーム５１に対する相対的な焦点ずれ成分を与えられることにより、信号光ビーム５１の参照面５８とは異なる深さに配置された参照面５９に対する焦点合わせが行われる。
【０１３４】
また、参照光ビーム５２の焦点合わせの段階では、参照光ビーム５２は、空間光変調器などによって変調されていないこと、信号光ビーム５１は照射しないことに注意する。
【０１３５】
そして、ビーム分割調節器５３、ビームスプリッタ５４を透過した参照光ビーム５２は対物レンズ５５によってホログラム・ディスク５７内の参照面５９上に照射される。
【０１３６】
この際、図１４に示されたように参照面５８上には接線方向に周期がｓである１次元回折構造が刻まれているので、図１６に示すように、反射光ビーム４１とともに、１次回折光ビーム４２、−１次回折光ビーム４３が現れる。
【０１３７】
また、２次元センサーアレー６０はファーフィールドに配置されているので、反射光ビーム４１と１次回折光ビーム４２が重なり合う範囲に入っている、２次元センサーアレー６０の適切なエレメントを組み合わせることによって、前述の２分割光検知器３８と同様な働きをさせることができる。
【０１３８】
そして、２次元センサーアレー６０中の適切なエレメントの出力を使い、式（１５）（１６）（１７）に従って、信号光ビームに対する焦点誤差信号を生成することができる。
【０１３９】
この焦点誤差信号は、図１５に示されたビーム分割調節器５３中のアクチュエータを駆動して、参照光ビーム５２に信号光ビーム５１に対する相対的な焦点ずれを与え、参照光ビーム５２を参照面５９の深さに位置させることになる。
【０１４０】
以上に説明した手順によって、信号光ビーム５１、参照光ビーム５２、サーボビーム６２の焦点合わせが実施され、ホログラムの記録再生中は、サーボ用レーザーユニット６１によって対物レンズ５５の焦点制御が連続的に行われることになり、ホログラム・ディスクの回転による上記３つのビームの焦点位置ずれは抑圧される。
【０１４１】
ここで、ビーム分割調節器５３について、図１５に示した断面図に基づいて説明する。基本的には正レンズ群（図１５では１枚の凸レンズ体５３ｂ）と負レンズ群（図１５では１枚の凹レンズ体５３ａ）を組み合わせ、これらのレンズ間隔を変化可能としたものであり、基準間隔Ｄでは全体の屈折度（パワー、ディオプター、ディオプトリ等ともいう：焦点距離の逆数）はゼロであるアナモルフィック系である。
【０１４２】
ただし、図１５からもわかるように、凸レンズ体と凹レンズ体の信号光ビームが通過する部分は平面、すなわち、ビーム分割調節器５３の屈折度はレンズ間隔Ｄの大きさにかわらずゼロとなり、レンズ間隔Ｄを調整することにより参照光ビーム５２のみに正負の屈折度を与えることができる。
【０１４３】
これにより、信号光ビーム５１の集束位置を基準にして参照光ビーム５２の集束位置をホログラムディスク５７の深さ方向に調整可能とするものである。
【０１４４】
図１５において、まず、（ａ）は、レンズ間隔が基準間隔Ｄの場合であり、信号光ビームと参照光ビームは分離されるが、双方ともに焦点ずれ波面収差は付与されない。
【０１４５】
また、（ｂ）は、レンズ間隔を基準間隔Ｄより小さく設定した場合であり、参照光ビームには発散する波面収差成分が付与される。
【０１４６】
さらに、（ｃ）は、（ｂ）とは逆にレンズ間隔を基準間隔Ｄより大きく設定した場合であり、参照光ビームには集束する波面収差成分が付与される。いずれの場合においても、信号光ビームには何ら位相変化が加わっていない。このようにして、参照光ビームは進行方向を複合的に屈折させることにより収束または発散されて、信号光ビームの焦点位置対して相対的に、参照光ビームの焦点位置はディスク深さ方向に調節できることになる。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の第１実施形態の焦点誤差検出方法に用いる装置を示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に使用する対物レンズに入射する光ビームの対物レンズ入射瞳上の位相分布を表わす説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態の光ディスク内に設けられた参照面上に刻設された回折構造を表わす概略説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態のファーフィールド領域における、参照面反射光もしくは参照面透過光、および、参照面に刻設された回折構造による回折光ビームと、光検知器の位置関係を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態の反射光、１次回折光のある振幅分布を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態の反射光、１次回折光の別の振幅分布を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態の半導体レーザーを用いた光学系において、２分割光検知器の位置、焦点誤差信号を計算した一例を表わす概略図である。
【図８】本発明の第２実施形態に使用する対物レンズに入射する光ビームの対物レンズ入射瞳上の位相分布を表わす説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態のファーフィールド領域における、参照面反射光もしくは参照面透過光、および、参照面に刻設された回折構造による回折光ビームと、光検知器の位置関係を示した図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の光記録再生媒体の参照面上における半径方向の所定の距離間隔に対応する隣り合う４つの異なる位置のピット列上の位置における集光スポットを示す概略図である。
【図１１】本発明の第３実施形態におけるファーフィールド領域での、参照面反射光と回折光、および、２分割光検知器の位置関係を示した図である。
【図１２】本発明の第４実施形態におけるファーフィールド領域での、参照面反射光と回折光、および、２分割光検知器の位置関係を示した図である。
【図１３】本発明の実施形態の焦点誤差検出方法を実装したホログラム・データを記録再生するための装置の概略図である。
【図１４】本発明の実施形態におけるホログラム・ディスクの上面図、断面図および参照面の拡大図を含む概略図である。
【図１５】本発明の実施形態のビーム分割調節器の構造および動作を示す説明図である。
【図１６】本発明の実施形態のファーフィールド領域における、信号光ビームでの、反射光ビームと回折光ビームとの重なり状況を表わす概略図である。
【図１７】本発明の実施形態のファーフィールド領域における、参照光ビームでの、反射光ビームと回折光ビームとの重なり状況を表わす概略図である。
【図１８】従来の焦点誤差信号生成装置を表わす概略図である。
【図１９】従来の焦点誤差信号生成装置の情報記録面のファーフィールド領域における２分割光検知器と情報記録面からの反射回折光の位置関係を表わす概略図である。
【図２０】従来の焦点誤差信号生成回路の全体構成を表わす概略図である。
【図２１】従来の焦点誤差信号生成装置を表わす概略図である。
【図２２】従来の焦点誤差信号生成装置の情報記録面のファーフィールド領域における２分割光検知器と情報記録面からの反射回折光の位置関係を表わす概略図である。
【図２３】従来の焦点誤差信号生成装置において、３つのレーザー光源によってそれぞれ形成される３つの光スポットと情報トラックの位置関係を表わす概略図である。
【図２４】従来の焦点誤差信号生成回路の構成と２分割光検知器との接続を示した概略図である。
【図２５】従来の半導体レーザー放射角度に対する強度分布を表わすグラフである。
【図２６】従来の焦点誤差信号生成装置を焦点誤差検出装置で得られた焦点誤差信号の一例を表わす概略図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１ レーザー光源
２ 対物レンズ
３ 光ディスク
４ 情報記録面
５ ２分割光検知器
６ 半透明鏡
７ エレメント
８ エレメント
９ 減算器
１０ 加算器
１１ 乗算器
１２ 低域通過フィルタ
１３ レーザー光源
１４ レーザー光源
１５ レーザー光源
１６ 光スポット
１７ 光スポット
１８ 光スポット
１９ 情報トラック
２０ 制御回路
２１ サンプルホールド回路
２２ サンプルホールド回路
２３ サンプルホールド回路
２４ サンプルホールド回路
２５ サンプルホールド回路
２６ サンプルホールド回路
３１ レーザー光源
３２ 対物レンズ
３３ 光ディスク
３４ 参照面
３５ スピンドルモータ回転軸
３６ 半透明鏡
３７ レンズ
３８ ２分割光検知器
３９ 集光スポット
４０ 周期構造
４１ 反射光ビーム
４２ １次回折光ビーム
７１ ２分割光検知器
５１ 信号光ビーム
５２ 参照光ビーム
５３ ビーム分割調節器
５３ａ 凹レンズ体
５３ｂ 凸レンズ体
５４ ビームスプリッタ
５５ 対物レンズ
５６ 対物レンズアクチュエータ
５７ ホログラム・ディスク
５８ 参照面
５９ 参照面
６０ ２次元センサーアレー
６１ サーボ用レーザーユニット
６２ サーボ用レーザービーム
６３ サーボ基準面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離ｓの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項２】
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は少なくとも２つのエレメントからなり、この２つのエレメントからの出力の差信号および和信号を各時刻における４つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項１記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項３】
光記録再生媒体の参照面上における接線方向の距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４（Ｓ１＝０、Ｓ２＝ｓ／４、Ｓ３＝ｓ／２、Ｓ４＝３ｓ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ（０）、ＩＤＦ（ｓ／４)、ＩＤＦ（ｓ／２）、ＩＤＦ（３ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ（０）、ＩＳＵＭ（ｓ／４)、ＩＳＵＭ（ｓ／２）、ＩＳＵＭ（３ｓ／４）として、
【数１】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成することを特徴とする請求項１または２記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項４】
回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離ｓの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光の波面の一部の位相を１８０度ずらして照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する３つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項５】
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、１８０度位相がずれた部分からの回折光と、位相ずれを有していない参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項４記載の光記録再生装置の焦点誤差検出方法。
【請求項６】
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と、１８０度位相がずれた部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項４記載の光記録再生装置の焦点誤差検出方法。
【請求項７】
光記録再生媒体の参照面上における接線方向の距離間隔ｓ／４に対応する３つの異なる位置Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７（Ｓ５＝−ｓ／４、Ｓ６＝０、Ｓ７＝ｓ／４と表現する）のピット列において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第１のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_１（−ｓ／４)、ＩＤＦ_１（０）、ＩＤＦ_１（ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_１（−ｓ／４)、ＩＳＵＭ_１（０）、ＩＳＵＭ_１（ｓ／４）として、
かつ、第２のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_２（−ｓ／４)、ＩＤＦ_２（０）、ＩＤＦ_２（ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_２（−ｓ／４)、ＩＳＵＭ_２（０）、ＩＳＵＭ_２（ｓ／４）として、
【数２】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成することを特徴とする請求項４〜６の何れか一つに記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項８】
回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には半径方向に距離ｐの周期間隔で並列するピット列を構成して、かつ、距離間隔が半径方向にｐ／４ずつ位置ずれしたピット列が隣り合って並列された一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上に形成された、隣り合う各ピット列における４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項９】
光記録再生媒体の参照面上における半径方向の所定の距離間隔に対応する隣り合う４つの異なる位置のピット列上の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４（Ｐ１＝０、Ｐ２＝ｐ／４、Ｐ３＝ｐ／２、Ｐ４＝３ｐ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ（０）、ＩＤＦ（ｐ／４)、ＩＤＦ（ｐ／２）、ＩＤＦ（３ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ（０）、ＩＳＵＭ（ｐ／４)、ＩＳＵＭ（ｐ／２）、ＩＳＵＭ（３ｐ／４）として、
【数３】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成することを特徴とする請求項８記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項１０】
回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には半径方向に距離ｐの周期間隔で並列するピット列を構成して、かつ、距離間隔が半径方向にｐ／４ずつ位置ずれしたピット列が、接線方向に隣り合って並列された一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光の波面の一部の位相を１８０度ずらして照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上に形成された、隣り合う各ピット列における３つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項１１】
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、１８０度位相がずれた部分からの回折光と、位相ずれを有していない参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項１０記載の光記録再生装置の焦点誤差検出方法。
【請求項１２】
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と、１８０度位相がずれた部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項１０記載の光記録再生装置の焦点誤差検出方法。
【請求項１３】
光記録再生媒体の参照面上における３つの異なる各ピット列上の位置Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７（Ｐ５＝−ｐ／４、Ｐ６＝０、Ｐ７＝ｐ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第１のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_１（−ｐ／４)、ＩＤＦ_１（０）、ＩＤＦ_１（ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_１（−ｐ／４)、ＩＳＵＭ_１（０）、ＩＳＵＭ_１（ｐ／４）として、
かつ、第２のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_２（−ｐ／４)、ＩＤＦ_２（０）、ＩＤＦ_２（ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_２（−ｐ／４)、ＩＳＵＭ_２（０）、ＩＳＵＭ_２（ｐ／４）として、
【数４】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成することを特徴とする請求項１０〜１２の何れか一つに記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項１４】
光記録再生媒体におけるサンプリング位置が、ディスク円周をｎ等分した３６０／ｎ度（ｎ≧１）毎に設けられていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか一つに記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項１５】
光記録再生媒体が、ディスク内部に複数の参照面を有する３次元光記録再生媒体であって、発光装置による信号光ビームと参照光ビームとを、同一光軸上に集光することによってホログラムを記録するときに、各参照面における焦点誤差を検出することを特徴とする請求項１〜１４の何れか一つに記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項１６】
焦点誤差検出方法に用いるための発光装置の光照射部位に装着されるビーム分割調節器であって、
レンズ中央部の屈折度（パワー）がゼロで、かつ、その周辺部分に屈折度がゼロでない領域を設けた１枚以上のレンズ体を組み合わせてレンズ体群を形成し、
これら両レンズ体群が所定間隔をおいて対面して配設され、かつ、これら両レンズ体群内のレンズ間隔を増減調節可能である一方、
発光装置から照射した信号光ビームは、前記レンズ体群の屈折度がない中央部を透過する一方、発光装置から照射した参照光ビームは、前記レンズ体群の屈折度を有する周辺部分をそれぞれ透過して、
前記信号光ビームは両レンズ体群を直進的に透過する一方、参照光ビームは進行方向が複合的に屈折することにより収束または拡散されて、信号光ビームの集光位置とは深さ方向に異なる位置に集光できることを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法に用いる発光装置のビーム分割調節器。
【請求項１７】
一方の面が平面であり、かつ、他方の面には中央の凹部に円形平面部を有し、この円形平面部の外周部に傾斜凹面が形成される凹レンズ体と、
一方の面が平面であり、かつ、他方の面には中央の凸部の頭頂面に円形平面部を有し、この円形平面部の外周部に傾斜凸面が形成される凸レンズ体とを備え、
これら両レンズ体の平面側同士が所定間隔をおいて対面して配設され、かつ、これら両レンズ体の間隔を増減調節可能である一方、
発光装置から照射した信号光ビームは、前記凹レンズ体および凸レンズ体の両円形平面部を透過する一方、発光装置から照射した参照光ビームは、凹レンズ体の傾斜凹面および凸レンズ体の傾斜凸面をそれぞれ透過することを特徴とする請求項１６記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法に用いる発光装置のビーム分割調節器。
【請求項１】
回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離ｓの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項２】
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は少なくとも２つのエレメントからなり、この２つのエレメントからの出力の差信号および和信号を各時刻における４つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項１記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項３】
光記録再生媒体の参照面上における接線方向の距離間隔ｓ／４に対応する４つの異なる位置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４（Ｓ１＝０、Ｓ２＝ｓ／４、Ｓ３＝ｓ／２、Ｓ４＝３ｓ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ（０）、ＩＤＦ（ｓ／４)、ＩＤＦ（ｓ／２）、ＩＤＦ（３ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ（０）、ＩＳＵＭ（ｓ／４)、ＩＳＵＭ（ｓ／２）、ＩＳＵＭ（３ｓ／４）として、
【数１】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成することを特徴とする請求項１または２記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項４】
回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離ｓの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光の波面の一部の位相を１８０度ずらして照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔ｓ／４に対応する３つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項５】
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、１８０度位相がずれた部分からの回折光と、位相ずれを有していない参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項４記載の光記録再生装置の焦点誤差検出方法。
【請求項６】
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と、１８０度位相がずれた部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項４記載の光記録再生装置の焦点誤差検出方法。
【請求項７】
光記録再生媒体の参照面上における接線方向の距離間隔ｓ／４に対応する３つの異なる位置Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７（Ｓ５＝−ｓ／４、Ｓ６＝０、Ｓ７＝ｓ／４と表現する）のピット列において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第１のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_１（−ｓ／４)、ＩＤＦ_１（０）、ＩＤＦ_１（ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_１（−ｓ／４)、ＩＳＵＭ_１（０）、ＩＳＵＭ_１（ｓ／４）として、
かつ、第２のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_２（−ｓ／４)、ＩＤＦ_２（０）、ＩＤＦ_２（ｓ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_２（−ｓ／４)、ＩＳＵＭ_２（０）、ＩＳＵＭ_２（ｓ／４）として、
【数２】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成することを特徴とする請求項４〜６の何れか一つに記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項８】
回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には半径方向に距離ｐの周期間隔で並列するピット列を構成して、かつ、距離間隔が半径方向にｐ／４ずつ位置ずれしたピット列が隣り合って並列された一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上に形成された、隣り合う各ピット列における４つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項９】
光記録再生媒体の参照面上における半径方向の所定の距離間隔に対応する隣り合う４つの異なる位置のピット列上の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４（Ｐ１＝０、Ｐ２＝ｐ／４、Ｐ３＝ｐ／２、Ｐ４＝３ｐ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ（０）、ＩＤＦ（ｐ／４)、ＩＤＦ（ｐ／２）、ＩＤＦ（３ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ（０）、ＩＳＵＭ（ｐ／４)、ＩＳＵＭ（ｐ／２）、ＩＳＵＭ（３ｐ／４）として、
【数３】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成することを特徴とする請求項８記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項１０】
回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には半径方向に距離ｐの周期間隔で並列するピット列を構成して、かつ、距離間隔が半径方向にｐ／４ずつ位置ずれしたピット列が、接線方向に隣り合って並列された一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光の波面の一部の位相を１８０度ずらして照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上に形成された、隣り合う各ピット列における３つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項１１】
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、１８０度位相がずれた部分からの回折光と、位相ずれを有していない参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項１０記載の光記録再生装置の焦点誤差検出方法。
【請求項１２】
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、２対のエレメントのペアからなる少なくとも４つのエレメントからなり、
２対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と、１８０度位相がずれた部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この４つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における３つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項１０記載の光記録再生装置の焦点誤差検出方法。
【請求項１３】
光記録再生媒体の参照面上における３つの異なる各ピット列上の位置Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７（Ｐ５＝−ｐ／４、Ｐ６＝０、Ｐ７＝ｐ／４と表現する）において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第１のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_１（−ｐ／４)、ＩＤＦ_１（０）、ＩＤＦ_１（ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_１（−ｐ／４)、ＩＳＵＭ_１（０）、ＩＳＵＭ_１（ｐ／４）として、
かつ、第２のペアについては、
差信号のサンプル値を、ＩＤＦ_２（−ｐ／４)、ＩＤＦ_２（０）、ＩＤＦ_２（ｐ／４）とする一方、
和信号のサンプル値を、ＩＳＵＭ_２（−ｐ／４)、ＩＳＵＭ_２（０）、ＩＳＵＭ_２（ｐ／４）として、
【数４】
の式により演算して、焦点誤差信号（ＦＥＳ）を生成することを特徴とする請求項１０〜１２の何れか一つに記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項１４】
光記録再生媒体におけるサンプリング位置が、ディスク円周をｎ等分した３６０／ｎ度（ｎ≧１）毎に設けられていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか一つに記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項１５】
光記録再生媒体が、ディスク内部に複数の参照面を有する３次元光記録再生媒体であって、発光装置による信号光ビームと参照光ビームとを、同一光軸上に集光することによってホログラムを記録するときに、各参照面における焦点誤差を検出することを特徴とする請求項１〜１４の何れか一つに記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
【請求項１６】
焦点誤差検出方法に用いるための発光装置の光照射部位に装着されるビーム分割調節器であって、
レンズ中央部の屈折度（パワー）がゼロで、かつ、その周辺部分に屈折度がゼロでない領域を設けた１枚以上のレンズ体を組み合わせてレンズ体群を形成し、
これら両レンズ体群が所定間隔をおいて対面して配設され、かつ、これら両レンズ体群内のレンズ間隔を増減調節可能である一方、
発光装置から照射した信号光ビームは、前記レンズ体群の屈折度がない中央部を透過する一方、発光装置から照射した参照光ビームは、前記レンズ体群の屈折度を有する周辺部分をそれぞれ透過して、
前記信号光ビームは両レンズ体群を直進的に透過する一方、参照光ビームは進行方向が複合的に屈折することにより収束または拡散されて、信号光ビームの集光位置とは深さ方向に異なる位置に集光できることを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法に用いる発光装置のビーム分割調節器。
【請求項１７】
一方の面が平面であり、かつ、他方の面には中央の凹部に円形平面部を有し、この円形平面部の外周部に傾斜凹面が形成される凹レンズ体と、
一方の面が平面であり、かつ、他方の面には中央の凸部の頭頂面に円形平面部を有し、この円形平面部の外周部に傾斜凸面が形成される凸レンズ体とを備え、
これら両レンズ体の平面側同士が所定間隔をおいて対面して配設され、かつ、これら両レンズ体の間隔を増減調節可能である一方、
発光装置から照射した信号光ビームは、前記凹レンズ体および凸レンズ体の両円形平面部を透過する一方、発光装置から照射した参照光ビームは、凹レンズ体の傾斜凹面および凸レンズ体の傾斜凸面をそれぞれ透過することを特徴とする請求項１６記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法に用いる発光装置のビーム分割調節器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図４】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図４】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−４４８１５（Ｐ２０１０−４４８１５Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０６８７６（Ｐ２００８−２０６８７６）
【出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り
【出願人】（３９００１３８１５）学校法人金井学園 (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り
【出願人】（３９００１３８１５）学校法人金井学園 (20)
【Ｆターム（参考）】
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