JP3545233B2 - 球面収差検出装置および光ピックアップ装置 - Google Patents
球面収差検出装置および光ピックアップ装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集光光学系において発生する球面収差を検出する収差検出装置およびこの収差検出装置を備えた光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ディスク装置において記録密度を上げるためには、記録媒体である光ディスクの記録再生に用いられる光の波長をできるだけ短くするか、光ディスクに対して光を収束させる対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくする必要がある。
【０００３】
ところで、光の波長を短くするには、より波長の短いレーザ光を発生する半導体レーザを開発する必要がある。しかしながら、このような半導体レーザを開発するのは容易ではないことから、記録密度を上げるために、通常、上記した対物レンズの開口数を大きくする方法が採用されている。
【０００４】
一方、対物レンズの開口数を大きくするには、レンズの直径を大きくする方法が考えられるが、この場合、装置自体が大きなものとなる等の問題が生じる。そこで、ソリッド・イマージョンレンズを用いて、対物レンズの直径を大きくすることなく、対物レンズの開口数を実効的に向上させる方法が検討されている。
【０００５】
例えば、特開平８−２１２５７９号公報には、ソリッド・イマージョンレンズを用いた光ピックアップ装置が開示されている。この光ピックアップ装置は、図６に示すように、対物レンズ１１２により集光された光はプレート１１３とソリッド・イマージョンレンズ１１４を介して光磁気ディスク１１１の基板１１１ｂを透過して情報記録層１１１ａに集光され、該光磁気ディスク１１１を挟んでソリッド・イマージョンレンズ１１４と反対側に配置された磁気ヘッド１１５によって情報の記録が行われる。
【０００６】
上記対物レンズ１１２は、周縁部においてホルダ１１８に保持されると共に、該ホルダ１１８の両側部に対物レンズ１１２のフォーカス制御を行うためのフォーカシングアクチュエータ１１９とトラッキング制御を行うためのトラッキングアクチュエータ１２０とが設けられている。
【０００７】
一方、上記ソリッド・イマージョンレンズ１１４は、周縁部においてホルダ１１６に保持されると共に、該ホルダ１１６の両側部にソリッド・イマージョンレンズ１１４とプレート１１３または対物レンズ１１２との間隔を調整するためのソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１１７が設けられている。
【０００８】
ここで、上記ソリッド・イマージョンレンズ１１４は、光磁気ディスク１１１の基板１１１ｂとほぼ同じ屈折率を有するガラスでできており、半球面は集光点を中心とする球面となっているので、対物レンズ１１２で集光された光の開口数は基板１１１ｂ内において屈折率倍される。具体的に述べると、対物レンズ１１２の開口数を０．５５、ソリッド・イマージョンレンズ１１４の屈折率を１．５とすると実効的な開口数は０．８３となる。
【０００９】
このように、ソリッド・イマージョンレンズ１１４を用いた集光光学系では、実効的な開口数が大きくなるが、その分、光磁気ディスク１１１の基板１１１ｂの厚み誤差や多層構造とした場合の基板１１１ｂの厚みの変化により大きな球面収差が発生する。
【００１０】
したがって、上記のようにソリッド・イマージョンレンズ１１４と対物レンズ１１２とで構成された集光光学系において、球面収差が発生した場合、ソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１１７を用いて、ソリッド・イマージョンレンズ１１４とプレート１１３または対物レンズ１１２との間隔を調整することにより、球面収差を補正するようになっている。
【００１１】
具体的には、ホルダ１１６とホルダ１１８とに対向する電極をそれぞれ設け、該電極間の電気容量を測定し、このときの電気容量が所定値となるように、ホルダ１１６をソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１１７によってホルダ１１８に対して移動させて該ホルダ１１６とホルダ１１８との間隔を一定に保つことで、上記集光光学系の球面収差を疑似的に補正している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した光ピックアップ装置では、ホルダ１１６とホルダ１１８との間の電気容量が所定値になるように、ホルダ１１６とホルダ１１８との間隔を一定に保つことで、集光光学系の球面収差を補正するようになっている。
【００１３】
したがって、上記光ピックアップ装置では、上記の電気容量を測定することで、集光光学系の球面収差が検出されることになる。
【００１４】
しかしながら、ホルダ１１６とホルダ１１８との間で測定される電気容量は、１０ｐＦ足らずの非常に小さな値であるので、光ピックアップ装置内の配線等の浮遊容量により誤差を生じる虞があり、このような場合、集光光学系に生じる球面収差を精度良く検出することができない。
【００１５】
このように、集光光学系に生じる球面収差を精度良く検出できなければ、発生した球面収差を適切に補正できず、この結果、光磁気ディスク１１１の情報記録層１１１ａに対する情報の記録および再生を適切に行うことができないという問題が生じる。
【００１６】
本願発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、周囲の電気的なノイズに影響されることなく、集光光学系に生じる球面収差を精度良く検出する球面収差検出装置を提供すると共に、該球面収差検出装置を備えることで、集光光学系に生じる球面収差を適切に補正することができ、光磁気ディスクに対する情報の記録および再生を適切に行うことのできる光ピックアップ装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の球面収差検出装置は、上記の課題を解決するために、集光光学系を通過する光ビームの光軸に近い側の第１の領域と、第１の領域よりも外側の第２の領域とが形成されている、光ビームを受光部に導く手段と、上記第１の領域から導かれる第１の光ビームが入射する第１受光部と、上記第２の領域から導かれる第２の光ビームが入射する第２受光部とを有し、上記第１受光部は第１光検出器と第２光検出器とを有し、上記第２受光部は第３光検出器と第４光検出器とを有し、上記第１光検出器と第２光検出器とから得られる電気信号の差信号および第３光検出器と第４光検出器とから得られる電気信号の差信号に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する検出手段とを有することを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、集光光学系を通過した光ビームを、光軸に近い側の第１の光ビームと、該第１の光ビームよりも外側の第２の光ビームとに分け、それぞれの焦点位置から、該集光光学系の球面収差を検出するようになっている。これにより、集光光学系に発生する球面収差を光学的に検出することになる。
【００１９】
したがって、従来のように、集光光学系に発生する球面収差を電気的に検出する装置に比べて、周囲の電気的なノイズに影響されず、精度良く球面収差を検出することができる。
【００２０】
このように、集光光学系の球面収差が精度良く検出できれば、該集光光学系の球面収差の補正を適切に行なうことができる。
【００２１】
上記の集光光学系の球面収差を検出する検出手段の具体例は、以下の請求項２ないし４のようになる。
【００２２】
すなわち、請求項２の球面収差検出装置は、上記の課題を解決するために、請求項１の構成に加えて、上記光ビームを受光部に導く手段はホログラムであることを特徴としている。
【００２３】
請求項３の球面収差検出装置は、上記の課題を解決するために、請求項２の構成に加えて、上記第１の領域は、集光光学系を通過した光ビームの光軸に直交する直線と、該光軸を中心とする第１の半円とに囲まれており、上記第２の領域は、上記光軸を中心とし上記第１の半円よりも大きな半径を有し、且つ上記直線に関して上記第１の半円と同じ側の第２の半円と、上記直線と、上記第１の半円とに囲まれており、上記第１受光部は、光信号を電気信号に変換する第１光検出器と第２光検出器とが並置され、上記第２受光部は、光信号を電気信号に変換する第３光検出器と第４光検出器とが並置され、上記検出手段は、上記ホログラムの第１の領域で回折される第１の光ビームが上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差と、上記ホログラムの第２の領域で回折される第２の光ビームが上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差とを比較して、上記集光光学系の球面収差を検出することを特徴としている。
【００２４】
請求項４の球面収差検出装置は、上記の課題を解決するために、請求項３の構成に加えて、第１光検出器で得られる電気信号をＳ１、第２光検出器で得られる電気信号をＳ２、第３光検出器で得られる電気信号をＳ３、第４光検出器で得られる電気信号をＳ４とした場合、上記集光光学系で生じる球面収差信号ＳＡは、
ＳＡ＝（Ｓ３−Ｓ４）−（Ｓ１−Ｓ２）×Ｋ （Ｋは、係数である）
で示されることを特徴としている。
【００２５】
上記の請求項２ないし４の構成によれば、請求項１の作用に加えて、光学的に検出した集光光学系の球面収差を検出信号として各受光部から出力することで、この検出信号を用いて容易に集光光学系の球面収差を補正することが可能となる。
【００２６】
このように、請求項１ないし４の球面収差検出装置を備えた光ピックアップ装置として、以下の請求項５ないし１１の光ピックアップ装置が挙げれられる。
【００２７】
請求項５の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、光源と、上記光源から照射される光を記録媒体に集光させる集光光学系と、上記記録媒体を反射し、集光光学系を通過する光ビームの光軸に近い側の第１の領域と、第１の領域よりも外側の第２の領域とが形成されている、光ビームを受光部に導く手段と、上記第１の領域から導かれる第１の光ビームが入射する第１受光部と、上記第２の領域から導かれる第２の光ビームが入射する第２受光部とを有し、上記第１受光部は第１光検出器と第２光検出器とを有し、上記第２受光部は第３光検出器と第４光検出器とを有し、上記第１光検出器と第２光検出器とから得られる電気信号の差信号および第３光検出器と第４光検出器とから得られる電気信号の差信号に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する検出手段と、上記検出手段の出力に基づいて、上記集光光学系の球面収差を補正する収差補正手段とを備えていることを特徴としている。
【００２８】
上記の構成によれば、集光光学系を通過した光ビームを、光軸に近い側の第１の光ビームと、該第１の光ビームよりも外側の第２の光ビームとに分け、それぞれの焦点位置から、該集光光学系の球面収差を検出することで、光学的に球面収差を検出することになる。
【００２９】
したがって、従来のように、集光光学系に発生する球面収差を電気的に検出する装置に比べて、周囲の電気的なノイズに影響されず、精度良く球面収差を検出することができる。
【００３０】
そして、収差補正手段は、上記検出手段により精度良く検出された球面収差に基づいて、集光光学系の球面収差を補正するようになっているので、光記録媒体に対して情報の記録あるいは再生を適切に行なうことができる。
【００３１】
集光光学系の球面収差の検出の具体的な装置として、以下に示す請求項６および７の光ピックアップ装置が挙げられる。
【００３２】
すなわち、請求項６の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、請求項５の構成に加えて、上記光ビームを受光部に導く手段はホログラムであることを特徴としている。
【００３３】
また、請求項７の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、請求項６の構成に加えて、上記第１の領域は、集光光学系を通過した光ビームの光軸に直交する直線と、該光軸を中心とする第１の半円とに囲まれており、上記第２の領域は、上記光軸を中心とし上記第１の半円よりも大きな半径を有し、且つ上記直線に関して上記第１の半円と同じ側の第２の半円と、上記直線と、上記第１の半円とに囲まれており、上記第１受光部は、光信号を電気信号に変換する第１光検出器と第２光検出器とが並置され、上記第２受光部は、光信号を電気信号に変換する第３光検出器と第４光検出器とが並置され、上記検出手段は、上記ホログラムの第１の領域で回折される第１の光ビームが上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差と、上記ホログラムの第２の領域で回折される第２の光ビームが上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差とを比較して、上記集光光学系の球面収差を検出することを特徴としている。
【００３４】
また、検出した球面収差に基づいて、集光光学系の球面収差の補正を行なう場合の具体例として、以下の請求項８の光ピックアップ装置が挙げられる。
【００３５】
すなわち、請求項８の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、請求項５ないし７の何れかの構成に加えて、集光光学系は、少なくとも２つのレンズ要素が所定の間隔で配置された構造となっており、収差補正手段は、上記検出手段の出力に基づいて、上記レンズ要素の間隔を調整することで上記集光光学系の球面収差を補正することを特徴としている。
【００３６】
また、請求項９の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、請求項５ないし８の何れかの構成に加えて、検出手段は、上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差、あるいは上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差の何れか一方に基づいて、記録媒体に対するフォーカス誤差を検出することを特徴としている。
【００３７】
上記の構成によれば、請求項５ないし８の作用に加えて、検出手段によって、集光光学系の球面収差と、記録媒体へのフォーカシングの誤差（フォーカス誤差）とを同時に検出することができるので、基板の厚みが異なる記録媒体を用いた場合において、確実に情報の記録再生を行なうことができる。
【００３８】
請求項１０の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、請求項５ないし９の何れかの構成に加えて、検出手段による集光光学系の球面収差検出後の球面収差情報を上記記録媒体の所定領域に記録する収差情報記録手段が設けられていることを特徴としている。
【００３９】
上記の構成によれば、請求項５ないし９の作用に加えて、集光光学系の球面収差情報が記録媒体の所定領域に記録されるようになるので、同一記録媒体に対して情報の再生および記録を行なう場合には、再び球面収差を検出する必要がなくなる。
【００４０】
請求項１１の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、請求項１０の構成に加えて、収差情報記録手段は、検出手段による集光光学系の球面収差検出後、記録媒体装着時にのみ記録媒体の所定領域に球面収差情報を記録することを特徴としている。
【００４１】
上記の構成によれば、請求項１０の作用に加えて、記録媒体装着時にのみ集光光学系の球面収差が検出され、球面収差情報が該記録媒体に記録されるようになるので、光ピックアップ装置における収差補正に係る装置、例えばレンズ要素間隔を調整する装置の動作速度は低速でも良い。これにより、収差補正に係る装置の製造費を低減することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出装置を備えた光ピックアップ装置を有する光ディスク記録再生装置について説明する。
【００４３】
本実施の形態に係る光ディスク記録再生装置は、図２に示すように、記録媒体である光磁気ディスク６を回転駆動するスピンドルモータ９、光磁気ディスク６に記録された情報を再生するための光ピックアップ装置１１、上記スピンドルモータ９および光ピックアップ装置１１を駆動制御するための駆動制御部１２、図示しないが、光磁気ディスク６に情報を記録するための磁気ヘッドを備えている。
【００４４】
上記光ピックアップ装置１１は、半導体レーザ（光源）１、ホログラム２、コリメートレンズ３、対物レンズ（レンズ要素）４およびソリッド・イマージョンレンズ（レンズ要素）５からなる集光光学系１０、および光検出装置（検出手段）７を有している。
【００４５】
また、集光光学系１０とコリメートレンズ３との間には、集光光学系１０からの光ビームあるいはコリメートレンズ３からの光ビームの光路を約９０°屈折させるミラー８が配設されている。
【００４６】
さらに、上記対物レンズ４は、周縁部においてホルダ１３により保持されており、このホルダ１３の外周部にはフォーカスアクチュエータ１４が設けられている。このフォーカスアクチュエータ１４により、対物レンズ４を光軸方向に移動させるようになっている。これにより、フォーカスアクチュエータ１４を駆動制御することで、対物レンズ４を適切な位置に移動させてフォーカシング制御を行なうようになっている。
【００４７】
また、上記ソリッド・イマージョンレンズ５は、周縁部においてホルダ１５に保持されており、このホルダ１５の外周部にはソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６が設けられている。このソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６により、ソリッド・イマージョンレンズ５を光軸方向に移動させるようになっている。これにより、ソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６を駆動制御することで、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との間隔を調整し、集光光学系１０で生じる球面収差を補正するようになっている。
【００４８】
上記駆動制御部１２は、スピンドルモータ９の駆動制御を行うスピンドルモータ駆動回路１７、フォーカスアクチュエータ１４の駆動制御を行うフォーカス駆動回路１８、ソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６の駆動制御を行うソリッド・イマージョンレンズ駆動回路１９、上記のスピンドルモータ駆動回路１７、フォーカス駆動回路１８、ソリッド・イマージョンレンズ駆動回路１９への制御信号を生成するための制御信号生成回路２０、光検出装置７から得られた信号から情報を再生し、再生信号を生成するための情報再生回路２１からなる。
【００４９】
ここで、上記光ピックアップ装置１１について図１を参照しながら詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図１に示す光ピックアップ装置１１では、図２で示したミラー８については省略している。
【００５０】
上記光ピックアップ装置１１において、ホログラム２、コリメートレンズ３、対物レンズ４およびソリッド・イマージョンレンズ５は、半導体レーザ１の出射面と光磁気ディスク６の反射面との間に形成される光軸ＯＡ上に配置され、光検出装置７はホログラム２の回折光の焦点位置近傍に配置されている。
【００５１】
したがって、上記光ピックアップ装置１１において、半導体レーザ１から出射された光（以下、光ビームと称する）は、ホログラム２で０次回折光として透過し、コリメートレンズ３によって平行光に変換された後、対物レンズ４およびソリッド・イマージョンレンズ５を介して光磁気ディスク６上の所定の位置に集光される。一方、光磁気ディスク６から反射された光ビームは、ソリッド・イマージョンレンズ５、対物レンズ４、コリメートレンズ３を通過してホログラム２に入射され、該ホログラム２にて回折されて光検出装置７上に集光される。
【００５２】
上記ホログラム２は、光軸ＯＡに直交する直線ＣＬと該光軸ＯＡを中心とする第１の半円Ｅ１とで囲まれた第１の領域２ａ、上記第１の半円Ｅ１と上記直線ＣＬと第１の半円Ｅ１よりも半径が大きく、且つ第１の半円Ｅ１側の第２の半円Ｅ２と上記直線ＣＬとで囲まれた第２の領域２ｂ、上記直線ＣＬに対して第１の半円Ｅ１および第２の半円Ｅ２とは反対側の第３の半円Ｅ３と直線ＣＬとで囲まれた第３の領域２ｃの３つの領域を有している。
【００５３】
上記ホログラム２は、半導体レーザ１側からの出射光を回折せずにそのまま光磁気ディスク６側に透過させ、光磁気ディスク６側からの反射光を回折して光検出装置７に導くようになっている。
【００５４】
そして、ホログラム２の各領域は、それぞれの領域を光磁気ディスク６側から通過する光によって各領域に対応する集光スポットが別々に形成されように形成されている。これにより、ホログラム２の３つの領域を光磁気ディスク６側から通過する光は、３箇所の集光スポットを形成するようになる。
【００５５】
また、光検出装置７は、５つの光検出器７ａ〜７ｅで構成されている。光検出器（第１光検出器）７ａ・光検出器（第２光検出器）７ｂを並置して第１受光部を形成し、光検出器（第３光検出器）７ｃ・光検出器（第４光検出器）７ｄを並置して第２受光部を形成し、光検出器７ｅは単独で第３受光部を形成している。
【００５６】
したがって、上記ホログラム２の各領域で回折された光ビームは、それぞれ光検出装置７の各受光部に導かれる。
【００５７】
すなわち、光磁気ディスク６で反射された光ビームの光軸ＯＡに近い側の第１の光ビームとなる第１の領域２ａからの光ビームによって、第１受光部を構成する光検出器７ａと光検出器７ｂとの境界線上に集光スポットＰ１が形成され、第１の光ビームよりも外側の第２の光ビームとなる第２の領域２ｂからの光ビームによって、第２受光部を構成する光検出器７ｃと光検出器７ｄとの境界線上に集光スポットＰ２が形成され、光磁気ディスク６の情報信号となる第３の領域２ｃからの光ビームによって、第３受光部を構成する光検出器７ｅに集光スポットＰ３が形成されるようになっている。
【００５８】
また、上記の光検出器７ａ〜７ｅは、いずれも受光した光（光信号）を電気信号に変換するようになっており、変換した電気信号を前述した制御信号生成回路２０および情報再生回路２１に出力するようになっている。
【００５９】
したがって、光検出装置７の第１受光部の光検出器７ａ・７ｂには、光磁気ディスク６で反射され、ソリッド・イマージョンレンズ５および対物レンズ４からなる集光光学系１０を通過した光ビームのうち、ホログラム２の光軸ＯＡに近い側の第１の領域２ａで回折される第１の光ビームが入射されるようになっている。
【００６０】
また、光検出装置７の第２受光部の光検出器７ｃ・７ｄには、光磁気ディスク６で反射され、ソリッド・イマージョンレンズ５および対物レンズ４からなる集光光学系１０を通過した光ビームのうち、ホログラム２の上記第１の領域２ａよりも外側に形成された第２の領域２ｂで回折される第２の光ビームが入射されるようになっている。
【００６１】
さらに、光検出装置７の第３受光部である光検出器７ｅには、光磁気ディスク６で反射され、ソリッド・イマージョンレンズ５および対物レンズ４からなる集光光学系１０を通過した光ビームが、ホログラム２の第３の領域２ｃで回折され、入射されるようになっている。
【００６２】
上記の各光検出器７ａ〜７ｅにおいて、受光された光信号は、それぞれ電気信号Ｓ１〜Ｓ５に変換される。
【００６３】
各光検出器７ａ〜７ｅで得られた電気信号は、図２に示す制御信号生成回路２０に出力され、集光光学系１０における対物レンズ４やソリッド・イマージョンレンズ５の移動調整に使用される。
【００６４】
また、上記電気信号は、情報再生回路２１に出力され、再生信号に変換される。すなわち、光磁気ディスク６に記録された情報信号（再生信号）ＲＦは、
ＲＦ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４＋Ｓ５
で与えられる。
【００６５】
ここで、光磁気ディスク６の基板の厚さや、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との相対位置等が適切で球面収差が発生していない状態において、該光磁気ディスク６上に正しく焦点が結ばれているとき、つまり、合焦時には、各光検出器７ａ〜７ｅに形成される集光スポットＰ１〜Ｐ３の形状は、図３（ｂ）に示すように、それぞれがほぼ同じ大きさの点となる。
【００６６】
このとき、ホログラム２にて回折される光ビームのうち、光軸ＯＡ側の第１の光ビームが合焦した集光スポットＰ１は、光検出器７ａと７ｂに対して照射面積が等しくなるように形成される。つまり、光検出器７ａから得られる電気信号Ｓ１と、光検出器７ｂから得られる電気信号Ｓ２との値が等しいことを示している。
【００６７】
ここで、光磁気ディスク６に照射される光ビームの焦点誤差を示す焦点誤差信号ＦＥＳは、
ＦＥＳ＝Ｓ１−Ｓ２
で表される。
【００６８】
したがって、上述のように光検出器７ａと７ｂとで得られる電気信号Ｓ１とＳ２との値が等しいとき、すなわち、合焦時には、焦点誤差信号ＦＥＳは０となっている。
【００６９】
また、光磁気ディスク６に照射される光ビームの焦点がずれた場合、光検出器７ａ〜７ｅに形成される集光スポットＰ１〜Ｐ３は半円状に拡がる。例えば光磁気ディスク６が対物レンズ４から遠ざかる方向に移動すると、図３（ａ）に示すように、集光スポットＰ１は光検出器７ｂ上に半円状に拡がる。これに対して、光磁気ディスク６が対物レンズ４に近づく方向に移動すると、図３（ｃ）に示すように、集光スポットＰ１は光検出器７ａ上に半円状に拡がる。
【００７０】
すなわち、光磁気ディスク６が対物レンズ４から遠ざかる方向に移動する場合には、光検出器７ｂにより変換された電気信号Ｓ２の値の方が、光検出器７ａにより変換された電気信号Ｓ１の値よりも大きくなり、焦点誤差信号ＦＥＳは負の値を示す。
【００７１】
一方、光磁気ディスク６が対物レンズ４に近づく方向に移動する場合には、光検出器７ａにより変換された電気信号Ｓ１の値の方が、光検出器７ｂにより変換された電気信号Ｓ２の値よりも大きくなり、焦点誤差信号ＦＥＳは正の値を示す。
【００７２】
したがって、上記焦点誤差信号ＦＥＳを０にするには、対物レンズ４を保持するホルダ１３に設けられたフォーカスアクチュエータ１４によって、該対物レンズ４を光軸ＯＡ方向に移動させることにより行われる。このときのフォーカス駆動回路１８によるフォーカスアクチュエータ１４の駆動量は、光検出器７ａと７ｂとで得られる電気信号Ｓ１とＳ２とに基づいて、制御信号生成回路２０で得られた制御信号によって調整される。
【００７３】
一般に、光磁気ディスク６の基板の厚みや、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との相対位置等が適切でない場合には、上記構成の光ピックアップ装置の集光光学系１０において球面収差が発生する。
【００７４】
この球面収差とは、集光光学系の中心部を通過する光ビームの焦点と周辺部を通過する光ビームの焦点とのずれを言う。
【００７５】
このように、集光光学系１０において球面収差が発生した場合、該集光光学系１０において合焦状態、すなわち光検出器７ａと７ｂとの電気信号の差が０である状態であっても、例えば図４（ａ）や図４（ｃ）に示すように、光検出器７ｃと７ｄとの電気信号の差が０でなく、正あるいは負の値をとるようになる。これにより、正あるいは負の球面収差が発生したことが示される。
【００７６】
例えば球面収差のない状態、且つ合焦状態では、集光光学系１０を構成するソリッド・イマージョンレンズ５および対物レンズ４を通過する全ての光ビームは、図５（ｂ）に示すように、光軸ＯＡ上の光磁気ディスク６の一点に集光される。このときの光検出装置７における各光ビームの集光スポットＰ１〜Ｐ３の形状は、図４（ｂ）に示すようになる。
【００７７】
これに対して、上記集光光学系１０に正あるいは負の球面収差が発生した場合には、上記集光光学系１０を通過する光ビームは、図５（ａ）および図５（ｃ）に示すように、光磁気ディスク６の一点に集光されない。ここでは、光軸ＯＡに近い側の光ビームの焦点位置が光磁気ディスク６上の適切な位置にあることを前提とし、例えば、集光光学系１０において正の球面収差が発生した場合、図５（ａ）に示すように、該集光光学系１０の周辺部の光ビームの焦点位置が光軸ＯＡに近い側の光ビームの焦点位置よりもソリッド・イマージョンレンズ５から遠くになる。一方、集光光学系１０において負の球面収差が発生した場合、図５（ｃ）に示すように、該集光光学系１０の周辺部の光ビームの焦点位置が光軸ＯＡに近い側の光ビームの焦点位置よりもソリッド・イマージョンレンズ５に近くなる。
【００７８】
したがって、焦点誤差信号ＦＥＳが０となるようにフォーカスアクチュエータ１４により対物レンズ４が駆動された状態において、光磁気ディスク６の基板の厚みが所定寸法と異なる寸法であるため、例えば正の球面収差が生じたとすると、集光光学系１０の周辺部の光ビームは光磁気ディスク６がソリッド・イマージョンレンズ５に近づいたときと同様な変化を示すので光検出器７ｃ・７ｄの集光スポットＰ２の形状は、図４（ｃ）に示すように、光検出器７ｃ上に半ドーナッツ状に拡がる。
【００７９】
逆に、負の球面収差が生じたとすると、集光光学系１０の周辺部の光ビームは光磁気ディスク６がソリッド・イマージョンレンズ５から遠ざかったときと同様な変化を示すので光検出器７ｃ・７ｄの集光スポットＰ２の形状は、図４（ａ）に示すように、光検出器７ｄ上に半ドーナッツ状に拡がる。
【００８０】
したがって、焦点誤差信号ＦＥＳが０で保たれている場合、集光光学系１０で発生した球面収差を示す信号である球面収差信号ＳＡは、各光検出器７ａ〜７ｅから得られる電気信号Ｓ１〜Ｓ５を用いて示せば以下のようになる。
【００８１】
ＳＡ＝Ｓ３−Ｓ４
また、焦点誤差信号ＦＥＳが０で保たれない場合、この焦点誤差信号ＦＥＳを考慮して、球面収差信号ＳＡは以下のようになる。
【００８２】
ＳＡ＝（Ｓ３−Ｓ４）−（Ｓ１−Ｓ２）×Ｋ （Ｋは定数である）
上記の球面収差信号ＳＡは、制御信号生成回路２０で生成され、ソリッド・イマージョンレンズ駆動回路１９に出力される。
【００８３】
したがって、ソリッド・イマージョンレンズ駆動回路１９は、上記球面収差信号ＳＡに基づいて、ソリッド・イマージョンレンズ５を保持しているホルダ１５の外周部に設けられたソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６を駆動制御して、球面収差を補正するようになっている。
【００８４】
つまり、ソリッド・イマージョンレンズ駆動回路１９は、球面収差信号ＳＡが正の球面収差を示すとき、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との間隔を長くする方向に、ソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６を駆動制御し、逆に球面収差信号ＳＡが負の球面収差を示すとき、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との間隔を短くする方向に、ソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６を駆動制御するようになっている。
【００８５】
このように、球面収差信号ＳＡに基づいて、集光光学系１０で発生する球面収差がなくなるよう補正すれば、情報の再生を行う場合、光磁気ディスク６に記録された情報の再生を良好に行うことができる。また、情報の記録を行う場合、図示しない磁気ヘッドを光磁気ディスク６を挟んで光ピックアップ装置１１とは反対側に配置すれば、該光磁気ディスク６への情報の書き込みも良好に行うことができる。
【００８６】
また、上記球面収差の補正は、光磁気ディスク６を光記録再生装置に装着した時に行っても良いし、光磁気ディスク６を光記録再生装置に装着した後、情報の記録あるいは再生を行っている間に適宜行っても良い。
【００８７】
つまり、例えば、半導体レーザ１によって、光検出装置７による集光光学系１０の球面収差検出後の球面収差情報を上記光磁気ディスク６の所定領域に記録するようにする。すなわち、半導体レーザ１は、光検出装置７による集光光学系１０の球面収差検出後、光磁気ディスク６の装着時にのみ該光磁気ディスク６の所定領域に球面収差情報を記録する。
【００８８】
例えば、光磁気ディスク６の基板厚みのばらつきが一枚のディスク内で一定値以内に抑えられている場合には、光磁気ディスク６の交換時の最初に球面収差検出を行なって、半導体レーザ１によって球面収差情報を光磁気ディスク６の所定の領域に記録し、この球面収差情報に従って、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との間隔を調整し、その後はこのレンズ間隔を保つようにすれば良い。この場合、光磁気ディスク６の交換時のみ集光光学系１０の球面収差の補正を行なうことになる。また、半導体レーザ１は、光磁気ディスク６の所定領域に球面収差情報を記録する収差情報記録手段の機能を兼ねている。
【００８９】
一方、光磁気ディスク６の基板厚みのばらつきが一枚のディスク内で大きなばらつきがある場合には、記録および再生中に常に収差量を検出し、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との間隔を変えて球面収差の補正を行う。この場合、光磁気ディスク６の記録および再生時に常に集光光学系１０の球面収差の補正を行うことになる。このとき、集光光学系１０の球面収差の検出は、光磁気ディスク６に対する情報の記録あるいは再生中に常に行なわれるようになるので、検出した球面収差情報は光磁気ディスク６に記録しないようにする。
【００９０】
以上のように、光磁気ディスク６の交換時のみ集光光学系１０の球面収差の補正を行う場合には、補正の時間は多少長くかかっても良いので、集光光学系１０の対物レンズ４とソリッド・イマージョンレンズ５とのレンズ間隔を調整するソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６は低速動作のものが使用できる。これにより、球面収差の補正が行なえる光ピックアップ装置を安価に製造することができる。
【００９１】
一方、光磁気ディスク６の記録再生時に常に集光光学系１０の球面収差の補正を行なう場合には、光磁気ディスク６の回転速度に応じた速度で反応する高速のソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６が必要となるが、ディスク厚さの製造公差を大きくとれるので、光磁気ディスク６の製造コストを低減することが可能となる。
【００９２】
なお、本実施の形態では、光磁気ディスク６に反射した光ビームを光検出装置７に導くための手段として、ホログラム２を使用したが、これに限定されるものではなく、例えば、ビームスプリッタと半円形あるいは半ドーナッツ形に分割されたウェッジプリズムを組み合わせたものを使用しても良い。しかしながら、装置の小型化を図る点からは、ホログラム２を使用するのが好ましい。
【００９３】
また、焦点誤差信号ＦＥＳを決定するために、集光光学系１０を通過した光ビームのうち、光軸ＯＡに近い側の光ビーム（第１の光ビーム）が光検出装置７において合焦するか否かで行なっていたが、これに限定されるものではなく、集光光学系１０を通過した光ビームのうち、該集光光学系１０の周縁部の光ビーム（第２の光ビーム）が光検出装置７において合焦するか否かで行なっても良い。しかしながら、集光光学系１０の周縁部の光ビームである第２光ビームは球面収差の影響を受け易く、焦点位置を精密に調整し難いので、光軸ＯＡに近い側の光ビームである第１の光ビームを用いて焦点誤差を調整することが好ましい。
【００９４】
さらに、本実施の形態では、対物レンズ４とソリッド・イマージョンレンズ５とを組み合わせた集光光学系１０の球面収差の検出および収差補正について述べたが、本願発明は、これに限定されるものではない。例えば、複数のレンズ要素を組み合わせた集光光学系にも適用可能である。
【００９５】
【発明の効果】
請求項１の発明の球面収差検出装置は、以上のように、集光光学系を通過する光ビームの光軸に近い側の第１の領域と、第１の領域よりも外側の第２の領域とが形成されている、光ビームを受光部に導く手段と、上記第１の領域から導かれる第１の光ビームが入射する第１受光部と、上記第２の領域から導かれる第２の光ビームが入射する第２受光部とを有し、上記第１受光部は第１光検出器と第２光検出器とを有し、上記第２受光部は第３光検出器と第４光検出器とを有し、上記第１光検出器と第２光検出器とから得られる電気信号の差信号および第３光検出器と第４光検出器とから得られる電気信号の差信号に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する検出手段とを有する構成である。
【００９６】
それゆえ、集光光学系を通過した光ビームを、光軸に近い側の第１の光ビームと、該第１の光ビームよりも外側の第２の光ビームとに分け、それぞれの焦点位置から、該集光光学系の球面収差を検出するようになっている。これにより、集光光学系に発生する球面収差を光学的に検出することになる。
【００９７】
したがって、従来のように、集光光学系に発生する球面収差を電気的に検出する装置に比べて、周囲の電気的なノイズに影響されず、精度良く球面収差を検出することができる。
【００９８】
このように、集光光学系の球面収差が精度良く検出できれば、該集光光学系の球面収差の補正を適切に行なうことができるという効果を奏する。
【００９９】
請求項２の発明の球面収差検出装置は、以上のように、請求項１の構成に加えて、上記光ビームを受光部に導く手段はホログラムである構成である。
【０１００】
それゆえ、請求項１の構成による効果に加えて、球面収差検出に必要な第１および第２の光ビームを別々の受光部に導くためにホログラムが使用されているので、より小さく、簡単な構成で、光ビームを所望する方向に回折させることができるという効果を奏する。
【０１０１】
上記のホログラムおよび光検出器を具体的に使用した例は、以下の請求項３および４の発明の球面収差検出装置がある。
【０１０２】
請求項３の発明の球面収差検出装置は、以上のように、請求項２の構成に加えて、上記第１の領域は、集光光学系を通過した光ビームの光軸に直交する直線と、該光軸を中心とする第１の半円とに囲まれており、上記第２の領域は、上記光軸を中心とし上記第１の半円よりも大きな半径を有し、且つ上記直線に関して上記第１の半円と同じ側の第２の半円と、上記直線と、上記第１の半円とに囲まれており、上記第１受光部は、光信号を電気信号に変換する第１光検出器と第２光検出器とが並置され、上記第２受光部は、光信号を電気信号に変換する第３光検出器と第４光検出器とが並置され、上記検出手段は、上記ホログラムの第１の領域で回折される第１の光ビームが上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差と、上記ホログラムの第２の領域で回折される第２の光ビームが上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差とを比較して、上記集光光学系の球面収差を検出する構成である。
【０１０３】
請求項４の発明の球面収差検出装置は、以上のように、請求項３の構成に加えて、第１光検出器で得られる電気信号をＳ１、第２光検出器で得られる電気信号をＳ２、第３光検出器で得られる電気信号をＳ３、第４光検出器で得られる電気信号をＳ４とした場合、上記集光光学系で生じる球面収差信号ＳＡは、
ＳＡ＝（Ｓ３−Ｓ４）−（Ｓ１−Ｓ２）×Ｋ （Ｋは、係数である）
で示される構成である。
【０１０４】
請求項５の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、光源と、上記光源から照射される光を記録媒体に集光させる集光光学系と、上記記録媒体を反射し、集光光学系を通過する光ビームの光軸に近い側の第１の領域と、第１の領域よりも外側の第２の領域とが形成されている、光ビームを受光部に導く手段と、上記第１の領域から導かれる第１の光ビームが入射する第１受光部と、上記第２の領域から導かれる第２の光ビームが入射する第２受光部とを有し、上記第１受光部は第１光検出器と第２光検出器とを有し、上記第２受光部は第３光検出器と第４光検出器とを有し、上記第１光検出器と第２光検出器とから得られる電気信号の差信号および第３光検出器と第４光検出器とから得られる電気信号の差信号に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する検出手段と、上記検出手段の出力に基づいて、上記集光光学系の球面収差を補正する収差補正手段とを備えている構成である。
【０１０５】
それゆえ、集光光学系を通過した光ビームを、光軸に近い側の第１の光ビームと、該第１の光ビームよりも外側の第２の光ビームとに分け、それぞれの焦点位置から、該集光光学系の球面収差を検出することで、光学的に球面収差を検出することになる。
【０１０６】
したがって、従来のように、集光光学系に発生する球面収差を電気的に検出する装置に比べて、周囲の電気的なノイズに影響されず、精度良く球面収差を検出することができる。
【０１０７】
そして、収差補正手段は、上記検出手段により精度良く検出された球面収差量に基づいて、集光光学系の球面収差を補正するようになっているので、上記構成の光ピックアップ装置を用いていれば、記録媒体に対して情報の記録あるいは再生を適切に行なうことができるという効果を奏する。
【０１０８】
集光光学系の球面収差の検出の具体的な装置として、以下に示す請求項６および７の発明の光ピックアップ装置が挙げられる。
【０１０９】
請求項６の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、請求項５の構成に加えて、上記光ビームを受光部に導く手段はホログラムである構成である。
【０１１０】
また、請求項７の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、請求項６の構成に加えて、上記第１の領域は、集光光学系を通過した光ビームの光軸に直交する直線と、該光軸を中心とする第１の半円とに囲まれており、上記第２の領域は、上記光軸を中心とし上記第１の半円よりも大きな半径を有し、且つ上記直線に関して上記第１の半円と同じ側の第２の半円と、上記直線と、上記第１の半円とに囲まれており、上記第１受光部は、光信号を電気信号に変換する第１光検出器と第２光検出器とが並置され、上記第２受光部は、光信号を電気信号に変換する第３光検出器と第４光検出器とが並置され、上記検出手段は、上記ホログラムの第１の領域で回折される第１の光ビームが上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差と、上記ホログラムの第２の領域で回折される第２の光ビームが上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差とを比較して、上記集光光学系の球面収差を検出する構成である。
【０１１１】
また、検出した球面収差の補正を行なう具体的な装置として、以下の請求項８の発明の光ピックアップ装置が挙げられる。
【０１１２】
請求項８の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、請求項５ないし７の何れかの構成に加えて、集光光学系は、少なくとも２つのレンズ要素が所定の間隔で配置された構造となっており、収差補正手段は、上記検出手段の出力に基づいて、上記レンズ要素の間隔を調整することで上記集光光学系の球面収差を補正する構成である。
【０１１３】
また、請求項９の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、請求項５ないし８の何れかの構成に加えて、検出手段は、第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差、あるいは第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差の何れか一方に基づいて、記録媒体に対するフォーカス誤差を検出する構成である。
【０１１４】
それゆえ、請求項５ないし８の構成による効果に加えて、検出手段によって、集光光学系の球面収差と、記録媒体へのフォーカシングの誤差（フォーカス誤差）とを同時に検出することができるので、基板の厚みが異なる光記録媒体を用いた場合において、確実に情報の記録再生を行なうことができるという効果を奏する。
【０１１５】
請求項１０の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、請求項５ないし９の何れかの構成に加えて、検出手段による集光光学系の球面収差検出後の球面収差情報を上記記録媒体の所定領域に記録する収差情報記録手段が設けられている構成である。
【０１１６】
それゆえ、請求項５ないし９の構成による効果に加えて、集光光学系の球面収差情報が記録媒体の所定領域に記録されるようになるので、同一記録媒体に対して情報の再生および記録を行なう場合には、再び球面収差を検出する必要がなくなる。これにより、同一記録媒体に対して繰り返し、情報の記録や再生を行なう場合、２回目以降の情報の記録や再生の動作を迅速に行なうことができるという効果を奏する。
【０１１７】
請求項１１の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、請求項１０の構成に加えて、収差情報記録手段は、検出手段による集光光学系の球面収差検出後、記録媒体装着時にのみ記録媒体の所定領域に球面収差情報を記録する構成である。
【０１１８】
それゆえ、請求項１０の構成による効果に加えて、記録媒体装着時のみ集光光学系の球面収差が検出され、収差情報が該記録媒体に記録されるようになるので、光ピックアップ装置における収差補正に係る装置、例えばレンズ要素間隔を調整する装置の動作速度は低速でも良い。これにより、収差補正に係る装置の製造費を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す光ピックアップ装置を備えた光ディスク記録再生装置の概略構成図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す光ピックアップ装置における光ビームの焦点がずれた場合の光検出器上での集光スポットの形状変化を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す光ピックアップ装置が有する集光光学系で球面収差が生じた場合の光検出器上での集光スポットの形状変化を示す説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す光ピックアップ装置が有する集光光学系で発生する球面収差を示す説明図である。
【図６】従来の光ピックアップ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ（光源、収差情報記録手段）
２ ホログラム
２ａ 第１の領域
２ｂ 第２の領域
４ 対物レンズ（レンズ要素）
５ ソリッド・イマージョンレンズ（レンズ要素）
６ 光磁気ディスク（記録媒体）
７ 光検出装置
７ａ 光検出器（第１光検出器）
７ｂ 光検出器（第２光検出器）
７ｃ 光検出器（第３光検出器）
７ｄ 光検出器（第４光検出器）
１０ 集光光学系
１６ ソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ（収差補正手段）
ＣＬ 直線
Ｅ１ 第１の半円
Ｅ２ 第２の半円
ＯＡ 光軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、集光光学系において発生する球面収差を検出する収差検出装置およびこの収差検出装置を備えた光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ディスク装置において記録密度を上げるためには、記録媒体である光ディスクの記録再生に用いられる光の波長をできるだけ短くするか、光ディスクに対して光を収束させる対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくする必要がある。
【０００３】
ところで、光の波長を短くするには、より波長の短いレーザ光を発生する半導体レーザを開発する必要がある。しかしながら、このような半導体レーザを開発するのは容易ではないことから、記録密度を上げるために、通常、上記した対物レンズの開口数を大きくする方法が採用されている。
【０００４】
一方、対物レンズの開口数を大きくするには、レンズの直径を大きくする方法が考えられるが、この場合、装置自体が大きなものとなる等の問題が生じる。そこで、ソリッド・イマージョンレンズを用いて、対物レンズの直径を大きくすることなく、対物レンズの開口数を実効的に向上させる方法が検討されている。
【０００５】
例えば、特開平８−２１２５７９号公報には、ソリッド・イマージョンレンズを用いた光ピックアップ装置が開示されている。この光ピックアップ装置は、図６に示すように、対物レンズ１１２により集光された光はプレート１１３とソリッド・イマージョンレンズ１１４を介して光磁気ディスク１１１の基板１１１ｂを透過して情報記録層１１１ａに集光され、該光磁気ディスク１１１を挟んでソリッド・イマージョンレンズ１１４と反対側に配置された磁気ヘッド１１５によって情報の記録が行われる。
【０００６】
上記対物レンズ１１２は、周縁部においてホルダ１１８に保持されると共に、該ホルダ１１８の両側部に対物レンズ１１２のフォーカス制御を行うためのフォーカシングアクチュエータ１１９とトラッキング制御を行うためのトラッキングアクチュエータ１２０とが設けられている。
【０００７】
一方、上記ソリッド・イマージョンレンズ１１４は、周縁部においてホルダ１１６に保持されると共に、該ホルダ１１６の両側部にソリッド・イマージョンレンズ１１４とプレート１１３または対物レンズ１１２との間隔を調整するためのソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１１７が設けられている。
【０００８】
ここで、上記ソリッド・イマージョンレンズ１１４は、光磁気ディスク１１１の基板１１１ｂとほぼ同じ屈折率を有するガラスでできており、半球面は集光点を中心とする球面となっているので、対物レンズ１１２で集光された光の開口数は基板１１１ｂ内において屈折率倍される。具体的に述べると、対物レンズ１１２の開口数を０．５５、ソリッド・イマージョンレンズ１１４の屈折率を１．５とすると実効的な開口数は０．８３となる。
【０００９】
このように、ソリッド・イマージョンレンズ１１４を用いた集光光学系では、実効的な開口数が大きくなるが、その分、光磁気ディスク１１１の基板１１１ｂの厚み誤差や多層構造とした場合の基板１１１ｂの厚みの変化により大きな球面収差が発生する。
【００１０】
したがって、上記のようにソリッド・イマージョンレンズ１１４と対物レンズ１１２とで構成された集光光学系において、球面収差が発生した場合、ソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１１７を用いて、ソリッド・イマージョンレンズ１１４とプレート１１３または対物レンズ１１２との間隔を調整することにより、球面収差を補正するようになっている。
【００１１】
具体的には、ホルダ１１６とホルダ１１８とに対向する電極をそれぞれ設け、該電極間の電気容量を測定し、このときの電気容量が所定値となるように、ホルダ１１６をソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１１７によってホルダ１１８に対して移動させて該ホルダ１１６とホルダ１１８との間隔を一定に保つことで、上記集光光学系の球面収差を疑似的に補正している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した光ピックアップ装置では、ホルダ１１６とホルダ１１８との間の電気容量が所定値になるように、ホルダ１１６とホルダ１１８との間隔を一定に保つことで、集光光学系の球面収差を補正するようになっている。
【００１３】
したがって、上記光ピックアップ装置では、上記の電気容量を測定することで、集光光学系の球面収差が検出されることになる。
【００１４】
しかしながら、ホルダ１１６とホルダ１１８との間で測定される電気容量は、１０ｐＦ足らずの非常に小さな値であるので、光ピックアップ装置内の配線等の浮遊容量により誤差を生じる虞があり、このような場合、集光光学系に生じる球面収差を精度良く検出することができない。
【００１５】
このように、集光光学系に生じる球面収差を精度良く検出できなければ、発生した球面収差を適切に補正できず、この結果、光磁気ディスク１１１の情報記録層１１１ａに対する情報の記録および再生を適切に行うことができないという問題が生じる。
【００１６】
本願発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、周囲の電気的なノイズに影響されることなく、集光光学系に生じる球面収差を精度良く検出する球面収差検出装置を提供すると共に、該球面収差検出装置を備えることで、集光光学系に生じる球面収差を適切に補正することができ、光磁気ディスクに対する情報の記録および再生を適切に行うことのできる光ピックアップ装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の球面収差検出装置は、上記の課題を解決するために、集光光学系を通過する光ビームの光軸に近い側の第１の領域と、第１の領域よりも外側の第２の領域とが形成されている、光ビームを受光部に導く手段と、上記第１の領域から導かれる第１の光ビームが入射する第１受光部と、上記第２の領域から導かれる第２の光ビームが入射する第２受光部とを有し、上記第１受光部は第１光検出器と第２光検出器とを有し、上記第２受光部は第３光検出器と第４光検出器とを有し、上記第１光検出器と第２光検出器とから得られる電気信号の差信号および第３光検出器と第４光検出器とから得られる電気信号の差信号に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する検出手段とを有することを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、集光光学系を通過した光ビームを、光軸に近い側の第１の光ビームと、該第１の光ビームよりも外側の第２の光ビームとに分け、それぞれの焦点位置から、該集光光学系の球面収差を検出するようになっている。これにより、集光光学系に発生する球面収差を光学的に検出することになる。
【００１９】
したがって、従来のように、集光光学系に発生する球面収差を電気的に検出する装置に比べて、周囲の電気的なノイズに影響されず、精度良く球面収差を検出することができる。
【００２０】
このように、集光光学系の球面収差が精度良く検出できれば、該集光光学系の球面収差の補正を適切に行なうことができる。
【００２１】
上記の集光光学系の球面収差を検出する検出手段の具体例は、以下の請求項２ないし４のようになる。
【００２２】
すなわち、請求項２の球面収差検出装置は、上記の課題を解決するために、請求項１の構成に加えて、上記光ビームを受光部に導く手段はホログラムであることを特徴としている。
【００２３】
請求項３の球面収差検出装置は、上記の課題を解決するために、請求項２の構成に加えて、上記第１の領域は、集光光学系を通過した光ビームの光軸に直交する直線と、該光軸を中心とする第１の半円とに囲まれており、上記第２の領域は、上記光軸を中心とし上記第１の半円よりも大きな半径を有し、且つ上記直線に関して上記第１の半円と同じ側の第２の半円と、上記直線と、上記第１の半円とに囲まれており、上記第１受光部は、光信号を電気信号に変換する第１光検出器と第２光検出器とが並置され、上記第２受光部は、光信号を電気信号に変換する第３光検出器と第４光検出器とが並置され、上記検出手段は、上記ホログラムの第１の領域で回折される第１の光ビームが上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差と、上記ホログラムの第２の領域で回折される第２の光ビームが上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差とを比較して、上記集光光学系の球面収差を検出することを特徴としている。
【００２４】
請求項４の球面収差検出装置は、上記の課題を解決するために、請求項３の構成に加えて、第１光検出器で得られる電気信号をＳ１、第２光検出器で得られる電気信号をＳ２、第３光検出器で得られる電気信号をＳ３、第４光検出器で得られる電気信号をＳ４とした場合、上記集光光学系で生じる球面収差信号ＳＡは、
ＳＡ＝（Ｓ３−Ｓ４）−（Ｓ１−Ｓ２）×Ｋ （Ｋは、係数である）
で示されることを特徴としている。
【００２５】
上記の請求項２ないし４の構成によれば、請求項１の作用に加えて、光学的に検出した集光光学系の球面収差を検出信号として各受光部から出力することで、この検出信号を用いて容易に集光光学系の球面収差を補正することが可能となる。
【００２６】
このように、請求項１ないし４の球面収差検出装置を備えた光ピックアップ装置として、以下の請求項５ないし１１の光ピックアップ装置が挙げれられる。
【００２７】
請求項５の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、光源と、上記光源から照射される光を記録媒体に集光させる集光光学系と、上記記録媒体を反射し、集光光学系を通過する光ビームの光軸に近い側の第１の領域と、第１の領域よりも外側の第２の領域とが形成されている、光ビームを受光部に導く手段と、上記第１の領域から導かれる第１の光ビームが入射する第１受光部と、上記第２の領域から導かれる第２の光ビームが入射する第２受光部とを有し、上記第１受光部は第１光検出器と第２光検出器とを有し、上記第２受光部は第３光検出器と第４光検出器とを有し、上記第１光検出器と第２光検出器とから得られる電気信号の差信号および第３光検出器と第４光検出器とから得られる電気信号の差信号に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する検出手段と、上記検出手段の出力に基づいて、上記集光光学系の球面収差を補正する収差補正手段とを備えていることを特徴としている。
【００２８】
上記の構成によれば、集光光学系を通過した光ビームを、光軸に近い側の第１の光ビームと、該第１の光ビームよりも外側の第２の光ビームとに分け、それぞれの焦点位置から、該集光光学系の球面収差を検出することで、光学的に球面収差を検出することになる。
【００２９】
したがって、従来のように、集光光学系に発生する球面収差を電気的に検出する装置に比べて、周囲の電気的なノイズに影響されず、精度良く球面収差を検出することができる。
【００３０】
そして、収差補正手段は、上記検出手段により精度良く検出された球面収差に基づいて、集光光学系の球面収差を補正するようになっているので、光記録媒体に対して情報の記録あるいは再生を適切に行なうことができる。
【００３１】
集光光学系の球面収差の検出の具体的な装置として、以下に示す請求項６および７の光ピックアップ装置が挙げられる。
【００３２】
すなわち、請求項６の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、請求項５の構成に加えて、上記光ビームを受光部に導く手段はホログラムであることを特徴としている。
【００３３】
また、請求項７の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、請求項６の構成に加えて、上記第１の領域は、集光光学系を通過した光ビームの光軸に直交する直線と、該光軸を中心とする第１の半円とに囲まれており、上記第２の領域は、上記光軸を中心とし上記第１の半円よりも大きな半径を有し、且つ上記直線に関して上記第１の半円と同じ側の第２の半円と、上記直線と、上記第１の半円とに囲まれており、上記第１受光部は、光信号を電気信号に変換する第１光検出器と第２光検出器とが並置され、上記第２受光部は、光信号を電気信号に変換する第３光検出器と第４光検出器とが並置され、上記検出手段は、上記ホログラムの第１の領域で回折される第１の光ビームが上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差と、上記ホログラムの第２の領域で回折される第２の光ビームが上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差とを比較して、上記集光光学系の球面収差を検出することを特徴としている。
【００３４】
また、検出した球面収差に基づいて、集光光学系の球面収差の補正を行なう場合の具体例として、以下の請求項８の光ピックアップ装置が挙げられる。
【００３５】
すなわち、請求項８の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、請求項５ないし７の何れかの構成に加えて、集光光学系は、少なくとも２つのレンズ要素が所定の間隔で配置された構造となっており、収差補正手段は、上記検出手段の出力に基づいて、上記レンズ要素の間隔を調整することで上記集光光学系の球面収差を補正することを特徴としている。
【００３６】
また、請求項９の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、請求項５ないし８の何れかの構成に加えて、検出手段は、上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差、あるいは上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差の何れか一方に基づいて、記録媒体に対するフォーカス誤差を検出することを特徴としている。
【００３７】
上記の構成によれば、請求項５ないし８の作用に加えて、検出手段によって、集光光学系の球面収差と、記録媒体へのフォーカシングの誤差（フォーカス誤差）とを同時に検出することができるので、基板の厚みが異なる記録媒体を用いた場合において、確実に情報の記録再生を行なうことができる。
【００３８】
請求項１０の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、請求項５ないし９の何れかの構成に加えて、検出手段による集光光学系の球面収差検出後の球面収差情報を上記記録媒体の所定領域に記録する収差情報記録手段が設けられていることを特徴としている。
【００３９】
上記の構成によれば、請求項５ないし９の作用に加えて、集光光学系の球面収差情報が記録媒体の所定領域に記録されるようになるので、同一記録媒体に対して情報の再生および記録を行なう場合には、再び球面収差を検出する必要がなくなる。
【００４０】
請求項１１の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、請求項１０の構成に加えて、収差情報記録手段は、検出手段による集光光学系の球面収差検出後、記録媒体装着時にのみ記録媒体の所定領域に球面収差情報を記録することを特徴としている。
【００４１】
上記の構成によれば、請求項１０の作用に加えて、記録媒体装着時にのみ集光光学系の球面収差が検出され、球面収差情報が該記録媒体に記録されるようになるので、光ピックアップ装置における収差補正に係る装置、例えばレンズ要素間隔を調整する装置の動作速度は低速でも良い。これにより、収差補正に係る装置の製造費を低減することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出装置を備えた光ピックアップ装置を有する光ディスク記録再生装置について説明する。
【００４３】
本実施の形態に係る光ディスク記録再生装置は、図２に示すように、記録媒体である光磁気ディスク６を回転駆動するスピンドルモータ９、光磁気ディスク６に記録された情報を再生するための光ピックアップ装置１１、上記スピンドルモータ９および光ピックアップ装置１１を駆動制御するための駆動制御部１２、図示しないが、光磁気ディスク６に情報を記録するための磁気ヘッドを備えている。
【００４４】
上記光ピックアップ装置１１は、半導体レーザ（光源）１、ホログラム２、コリメートレンズ３、対物レンズ（レンズ要素）４およびソリッド・イマージョンレンズ（レンズ要素）５からなる集光光学系１０、および光検出装置（検出手段）７を有している。
【００４５】
また、集光光学系１０とコリメートレンズ３との間には、集光光学系１０からの光ビームあるいはコリメートレンズ３からの光ビームの光路を約９０°屈折させるミラー８が配設されている。
【００４６】
さらに、上記対物レンズ４は、周縁部においてホルダ１３により保持されており、このホルダ１３の外周部にはフォーカスアクチュエータ１４が設けられている。このフォーカスアクチュエータ１４により、対物レンズ４を光軸方向に移動させるようになっている。これにより、フォーカスアクチュエータ１４を駆動制御することで、対物レンズ４を適切な位置に移動させてフォーカシング制御を行なうようになっている。
【００４７】
また、上記ソリッド・イマージョンレンズ５は、周縁部においてホルダ１５に保持されており、このホルダ１５の外周部にはソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６が設けられている。このソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６により、ソリッド・イマージョンレンズ５を光軸方向に移動させるようになっている。これにより、ソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６を駆動制御することで、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との間隔を調整し、集光光学系１０で生じる球面収差を補正するようになっている。
【００４８】
上記駆動制御部１２は、スピンドルモータ９の駆動制御を行うスピンドルモータ駆動回路１７、フォーカスアクチュエータ１４の駆動制御を行うフォーカス駆動回路１８、ソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６の駆動制御を行うソリッド・イマージョンレンズ駆動回路１９、上記のスピンドルモータ駆動回路１７、フォーカス駆動回路１８、ソリッド・イマージョンレンズ駆動回路１９への制御信号を生成するための制御信号生成回路２０、光検出装置７から得られた信号から情報を再生し、再生信号を生成するための情報再生回路２１からなる。
【００４９】
ここで、上記光ピックアップ装置１１について図１を参照しながら詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図１に示す光ピックアップ装置１１では、図２で示したミラー８については省略している。
【００５０】
上記光ピックアップ装置１１において、ホログラム２、コリメートレンズ３、対物レンズ４およびソリッド・イマージョンレンズ５は、半導体レーザ１の出射面と光磁気ディスク６の反射面との間に形成される光軸ＯＡ上に配置され、光検出装置７はホログラム２の回折光の焦点位置近傍に配置されている。
【００５１】
したがって、上記光ピックアップ装置１１において、半導体レーザ１から出射された光（以下、光ビームと称する）は、ホログラム２で０次回折光として透過し、コリメートレンズ３によって平行光に変換された後、対物レンズ４およびソリッド・イマージョンレンズ５を介して光磁気ディスク６上の所定の位置に集光される。一方、光磁気ディスク６から反射された光ビームは、ソリッド・イマージョンレンズ５、対物レンズ４、コリメートレンズ３を通過してホログラム２に入射され、該ホログラム２にて回折されて光検出装置７上に集光される。
【００５２】
上記ホログラム２は、光軸ＯＡに直交する直線ＣＬと該光軸ＯＡを中心とする第１の半円Ｅ１とで囲まれた第１の領域２ａ、上記第１の半円Ｅ１と上記直線ＣＬと第１の半円Ｅ１よりも半径が大きく、且つ第１の半円Ｅ１側の第２の半円Ｅ２と上記直線ＣＬとで囲まれた第２の領域２ｂ、上記直線ＣＬに対して第１の半円Ｅ１および第２の半円Ｅ２とは反対側の第３の半円Ｅ３と直線ＣＬとで囲まれた第３の領域２ｃの３つの領域を有している。
【００５３】
上記ホログラム２は、半導体レーザ１側からの出射光を回折せずにそのまま光磁気ディスク６側に透過させ、光磁気ディスク６側からの反射光を回折して光検出装置７に導くようになっている。
【００５４】
そして、ホログラム２の各領域は、それぞれの領域を光磁気ディスク６側から通過する光によって各領域に対応する集光スポットが別々に形成されように形成されている。これにより、ホログラム２の３つの領域を光磁気ディスク６側から通過する光は、３箇所の集光スポットを形成するようになる。
【００５５】
また、光検出装置７は、５つの光検出器７ａ〜７ｅで構成されている。光検出器（第１光検出器）７ａ・光検出器（第２光検出器）７ｂを並置して第１受光部を形成し、光検出器（第３光検出器）７ｃ・光検出器（第４光検出器）７ｄを並置して第２受光部を形成し、光検出器７ｅは単独で第３受光部を形成している。
【００５６】
したがって、上記ホログラム２の各領域で回折された光ビームは、それぞれ光検出装置７の各受光部に導かれる。
【００５７】
すなわち、光磁気ディスク６で反射された光ビームの光軸ＯＡに近い側の第１の光ビームとなる第１の領域２ａからの光ビームによって、第１受光部を構成する光検出器７ａと光検出器７ｂとの境界線上に集光スポットＰ１が形成され、第１の光ビームよりも外側の第２の光ビームとなる第２の領域２ｂからの光ビームによって、第２受光部を構成する光検出器７ｃと光検出器７ｄとの境界線上に集光スポットＰ２が形成され、光磁気ディスク６の情報信号となる第３の領域２ｃからの光ビームによって、第３受光部を構成する光検出器７ｅに集光スポットＰ３が形成されるようになっている。
【００５８】
また、上記の光検出器７ａ〜７ｅは、いずれも受光した光（光信号）を電気信号に変換するようになっており、変換した電気信号を前述した制御信号生成回路２０および情報再生回路２１に出力するようになっている。
【００５９】
したがって、光検出装置７の第１受光部の光検出器７ａ・７ｂには、光磁気ディスク６で反射され、ソリッド・イマージョンレンズ５および対物レンズ４からなる集光光学系１０を通過した光ビームのうち、ホログラム２の光軸ＯＡに近い側の第１の領域２ａで回折される第１の光ビームが入射されるようになっている。
【００６０】
また、光検出装置７の第２受光部の光検出器７ｃ・７ｄには、光磁気ディスク６で反射され、ソリッド・イマージョンレンズ５および対物レンズ４からなる集光光学系１０を通過した光ビームのうち、ホログラム２の上記第１の領域２ａよりも外側に形成された第２の領域２ｂで回折される第２の光ビームが入射されるようになっている。
【００６１】
さらに、光検出装置７の第３受光部である光検出器７ｅには、光磁気ディスク６で反射され、ソリッド・イマージョンレンズ５および対物レンズ４からなる集光光学系１０を通過した光ビームが、ホログラム２の第３の領域２ｃで回折され、入射されるようになっている。
【００６２】
上記の各光検出器７ａ〜７ｅにおいて、受光された光信号は、それぞれ電気信号Ｓ１〜Ｓ５に変換される。
【００６３】
各光検出器７ａ〜７ｅで得られた電気信号は、図２に示す制御信号生成回路２０に出力され、集光光学系１０における対物レンズ４やソリッド・イマージョンレンズ５の移動調整に使用される。
【００６４】
また、上記電気信号は、情報再生回路２１に出力され、再生信号に変換される。すなわち、光磁気ディスク６に記録された情報信号（再生信号）ＲＦは、
ＲＦ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４＋Ｓ５
で与えられる。
【００６５】
ここで、光磁気ディスク６の基板の厚さや、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との相対位置等が適切で球面収差が発生していない状態において、該光磁気ディスク６上に正しく焦点が結ばれているとき、つまり、合焦時には、各光検出器７ａ〜７ｅに形成される集光スポットＰ１〜Ｐ３の形状は、図３（ｂ）に示すように、それぞれがほぼ同じ大きさの点となる。
【００６６】
このとき、ホログラム２にて回折される光ビームのうち、光軸ＯＡ側の第１の光ビームが合焦した集光スポットＰ１は、光検出器７ａと７ｂに対して照射面積が等しくなるように形成される。つまり、光検出器７ａから得られる電気信号Ｓ１と、光検出器７ｂから得られる電気信号Ｓ２との値が等しいことを示している。
【００６７】
ここで、光磁気ディスク６に照射される光ビームの焦点誤差を示す焦点誤差信号ＦＥＳは、
ＦＥＳ＝Ｓ１−Ｓ２
で表される。
【００６８】
したがって、上述のように光検出器７ａと７ｂとで得られる電気信号Ｓ１とＳ２との値が等しいとき、すなわち、合焦時には、焦点誤差信号ＦＥＳは０となっている。
【００６９】
また、光磁気ディスク６に照射される光ビームの焦点がずれた場合、光検出器７ａ〜７ｅに形成される集光スポットＰ１〜Ｐ３は半円状に拡がる。例えば光磁気ディスク６が対物レンズ４から遠ざかる方向に移動すると、図３（ａ）に示すように、集光スポットＰ１は光検出器７ｂ上に半円状に拡がる。これに対して、光磁気ディスク６が対物レンズ４に近づく方向に移動すると、図３（ｃ）に示すように、集光スポットＰ１は光検出器７ａ上に半円状に拡がる。
【００７０】
すなわち、光磁気ディスク６が対物レンズ４から遠ざかる方向に移動する場合には、光検出器７ｂにより変換された電気信号Ｓ２の値の方が、光検出器７ａにより変換された電気信号Ｓ１の値よりも大きくなり、焦点誤差信号ＦＥＳは負の値を示す。
【００７１】
一方、光磁気ディスク６が対物レンズ４に近づく方向に移動する場合には、光検出器７ａにより変換された電気信号Ｓ１の値の方が、光検出器７ｂにより変換された電気信号Ｓ２の値よりも大きくなり、焦点誤差信号ＦＥＳは正の値を示す。
【００７２】
したがって、上記焦点誤差信号ＦＥＳを０にするには、対物レンズ４を保持するホルダ１３に設けられたフォーカスアクチュエータ１４によって、該対物レンズ４を光軸ＯＡ方向に移動させることにより行われる。このときのフォーカス駆動回路１８によるフォーカスアクチュエータ１４の駆動量は、光検出器７ａと７ｂとで得られる電気信号Ｓ１とＳ２とに基づいて、制御信号生成回路２０で得られた制御信号によって調整される。
【００７３】
一般に、光磁気ディスク６の基板の厚みや、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との相対位置等が適切でない場合には、上記構成の光ピックアップ装置の集光光学系１０において球面収差が発生する。
【００７４】
この球面収差とは、集光光学系の中心部を通過する光ビームの焦点と周辺部を通過する光ビームの焦点とのずれを言う。
【００７５】
このように、集光光学系１０において球面収差が発生した場合、該集光光学系１０において合焦状態、すなわち光検出器７ａと７ｂとの電気信号の差が０である状態であっても、例えば図４（ａ）や図４（ｃ）に示すように、光検出器７ｃと７ｄとの電気信号の差が０でなく、正あるいは負の値をとるようになる。これにより、正あるいは負の球面収差が発生したことが示される。
【００７６】
例えば球面収差のない状態、且つ合焦状態では、集光光学系１０を構成するソリッド・イマージョンレンズ５および対物レンズ４を通過する全ての光ビームは、図５（ｂ）に示すように、光軸ＯＡ上の光磁気ディスク６の一点に集光される。このときの光検出装置７における各光ビームの集光スポットＰ１〜Ｐ３の形状は、図４（ｂ）に示すようになる。
【００７７】
これに対して、上記集光光学系１０に正あるいは負の球面収差が発生した場合には、上記集光光学系１０を通過する光ビームは、図５（ａ）および図５（ｃ）に示すように、光磁気ディスク６の一点に集光されない。ここでは、光軸ＯＡに近い側の光ビームの焦点位置が光磁気ディスク６上の適切な位置にあることを前提とし、例えば、集光光学系１０において正の球面収差が発生した場合、図５（ａ）に示すように、該集光光学系１０の周辺部の光ビームの焦点位置が光軸ＯＡに近い側の光ビームの焦点位置よりもソリッド・イマージョンレンズ５から遠くになる。一方、集光光学系１０において負の球面収差が発生した場合、図５（ｃ）に示すように、該集光光学系１０の周辺部の光ビームの焦点位置が光軸ＯＡに近い側の光ビームの焦点位置よりもソリッド・イマージョンレンズ５に近くなる。
【００７８】
したがって、焦点誤差信号ＦＥＳが０となるようにフォーカスアクチュエータ１４により対物レンズ４が駆動された状態において、光磁気ディスク６の基板の厚みが所定寸法と異なる寸法であるため、例えば正の球面収差が生じたとすると、集光光学系１０の周辺部の光ビームは光磁気ディスク６がソリッド・イマージョンレンズ５に近づいたときと同様な変化を示すので光検出器７ｃ・７ｄの集光スポットＰ２の形状は、図４（ｃ）に示すように、光検出器７ｃ上に半ドーナッツ状に拡がる。
【００７９】
逆に、負の球面収差が生じたとすると、集光光学系１０の周辺部の光ビームは光磁気ディスク６がソリッド・イマージョンレンズ５から遠ざかったときと同様な変化を示すので光検出器７ｃ・７ｄの集光スポットＰ２の形状は、図４（ａ）に示すように、光検出器７ｄ上に半ドーナッツ状に拡がる。
【００８０】
したがって、焦点誤差信号ＦＥＳが０で保たれている場合、集光光学系１０で発生した球面収差を示す信号である球面収差信号ＳＡは、各光検出器７ａ〜７ｅから得られる電気信号Ｓ１〜Ｓ５を用いて示せば以下のようになる。
【００８１】
ＳＡ＝Ｓ３−Ｓ４
また、焦点誤差信号ＦＥＳが０で保たれない場合、この焦点誤差信号ＦＥＳを考慮して、球面収差信号ＳＡは以下のようになる。
【００８２】
ＳＡ＝（Ｓ３−Ｓ４）−（Ｓ１−Ｓ２）×Ｋ （Ｋは定数である）
上記の球面収差信号ＳＡは、制御信号生成回路２０で生成され、ソリッド・イマージョンレンズ駆動回路１９に出力される。
【００８３】
したがって、ソリッド・イマージョンレンズ駆動回路１９は、上記球面収差信号ＳＡに基づいて、ソリッド・イマージョンレンズ５を保持しているホルダ１５の外周部に設けられたソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６を駆動制御して、球面収差を補正するようになっている。
【００８４】
つまり、ソリッド・イマージョンレンズ駆動回路１９は、球面収差信号ＳＡが正の球面収差を示すとき、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との間隔を長くする方向に、ソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６を駆動制御し、逆に球面収差信号ＳＡが負の球面収差を示すとき、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との間隔を短くする方向に、ソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６を駆動制御するようになっている。
【００８５】
このように、球面収差信号ＳＡに基づいて、集光光学系１０で発生する球面収差がなくなるよう補正すれば、情報の再生を行う場合、光磁気ディスク６に記録された情報の再生を良好に行うことができる。また、情報の記録を行う場合、図示しない磁気ヘッドを光磁気ディスク６を挟んで光ピックアップ装置１１とは反対側に配置すれば、該光磁気ディスク６への情報の書き込みも良好に行うことができる。
【００８６】
また、上記球面収差の補正は、光磁気ディスク６を光記録再生装置に装着した時に行っても良いし、光磁気ディスク６を光記録再生装置に装着した後、情報の記録あるいは再生を行っている間に適宜行っても良い。
【００８７】
つまり、例えば、半導体レーザ１によって、光検出装置７による集光光学系１０の球面収差検出後の球面収差情報を上記光磁気ディスク６の所定領域に記録するようにする。すなわち、半導体レーザ１は、光検出装置７による集光光学系１０の球面収差検出後、光磁気ディスク６の装着時にのみ該光磁気ディスク６の所定領域に球面収差情報を記録する。
【００８８】
例えば、光磁気ディスク６の基板厚みのばらつきが一枚のディスク内で一定値以内に抑えられている場合には、光磁気ディスク６の交換時の最初に球面収差検出を行なって、半導体レーザ１によって球面収差情報を光磁気ディスク６の所定の領域に記録し、この球面収差情報に従って、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との間隔を調整し、その後はこのレンズ間隔を保つようにすれば良い。この場合、光磁気ディスク６の交換時のみ集光光学系１０の球面収差の補正を行なうことになる。また、半導体レーザ１は、光磁気ディスク６の所定領域に球面収差情報を記録する収差情報記録手段の機能を兼ねている。
【００８９】
一方、光磁気ディスク６の基板厚みのばらつきが一枚のディスク内で大きなばらつきがある場合には、記録および再生中に常に収差量を検出し、ソリッド・イマージョンレンズ５と対物レンズ４との間隔を変えて球面収差の補正を行う。この場合、光磁気ディスク６の記録および再生時に常に集光光学系１０の球面収差の補正を行うことになる。このとき、集光光学系１０の球面収差の検出は、光磁気ディスク６に対する情報の記録あるいは再生中に常に行なわれるようになるので、検出した球面収差情報は光磁気ディスク６に記録しないようにする。
【００９０】
以上のように、光磁気ディスク６の交換時のみ集光光学系１０の球面収差の補正を行う場合には、補正の時間は多少長くかかっても良いので、集光光学系１０の対物レンズ４とソリッド・イマージョンレンズ５とのレンズ間隔を調整するソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６は低速動作のものが使用できる。これにより、球面収差の補正が行なえる光ピックアップ装置を安価に製造することができる。
【００９１】
一方、光磁気ディスク６の記録再生時に常に集光光学系１０の球面収差の補正を行なう場合には、光磁気ディスク６の回転速度に応じた速度で反応する高速のソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ１６が必要となるが、ディスク厚さの製造公差を大きくとれるので、光磁気ディスク６の製造コストを低減することが可能となる。
【００９２】
なお、本実施の形態では、光磁気ディスク６に反射した光ビームを光検出装置７に導くための手段として、ホログラム２を使用したが、これに限定されるものではなく、例えば、ビームスプリッタと半円形あるいは半ドーナッツ形に分割されたウェッジプリズムを組み合わせたものを使用しても良い。しかしながら、装置の小型化を図る点からは、ホログラム２を使用するのが好ましい。
【００９３】
また、焦点誤差信号ＦＥＳを決定するために、集光光学系１０を通過した光ビームのうち、光軸ＯＡに近い側の光ビーム（第１の光ビーム）が光検出装置７において合焦するか否かで行なっていたが、これに限定されるものではなく、集光光学系１０を通過した光ビームのうち、該集光光学系１０の周縁部の光ビーム（第２の光ビーム）が光検出装置７において合焦するか否かで行なっても良い。しかしながら、集光光学系１０の周縁部の光ビームである第２光ビームは球面収差の影響を受け易く、焦点位置を精密に調整し難いので、光軸ＯＡに近い側の光ビームである第１の光ビームを用いて焦点誤差を調整することが好ましい。
【００９４】
さらに、本実施の形態では、対物レンズ４とソリッド・イマージョンレンズ５とを組み合わせた集光光学系１０の球面収差の検出および収差補正について述べたが、本願発明は、これに限定されるものではない。例えば、複数のレンズ要素を組み合わせた集光光学系にも適用可能である。
【００９５】
【発明の効果】
請求項１の発明の球面収差検出装置は、以上のように、集光光学系を通過する光ビームの光軸に近い側の第１の領域と、第１の領域よりも外側の第２の領域とが形成されている、光ビームを受光部に導く手段と、上記第１の領域から導かれる第１の光ビームが入射する第１受光部と、上記第２の領域から導かれる第２の光ビームが入射する第２受光部とを有し、上記第１受光部は第１光検出器と第２光検出器とを有し、上記第２受光部は第３光検出器と第４光検出器とを有し、上記第１光検出器と第２光検出器とから得られる電気信号の差信号および第３光検出器と第４光検出器とから得られる電気信号の差信号に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する検出手段とを有する構成である。
【００９６】
それゆえ、集光光学系を通過した光ビームを、光軸に近い側の第１の光ビームと、該第１の光ビームよりも外側の第２の光ビームとに分け、それぞれの焦点位置から、該集光光学系の球面収差を検出するようになっている。これにより、集光光学系に発生する球面収差を光学的に検出することになる。
【００９７】
したがって、従来のように、集光光学系に発生する球面収差を電気的に検出する装置に比べて、周囲の電気的なノイズに影響されず、精度良く球面収差を検出することができる。
【００９８】
このように、集光光学系の球面収差が精度良く検出できれば、該集光光学系の球面収差の補正を適切に行なうことができるという効果を奏する。
【００９９】
請求項２の発明の球面収差検出装置は、以上のように、請求項１の構成に加えて、上記光ビームを受光部に導く手段はホログラムである構成である。
【０１００】
それゆえ、請求項１の構成による効果に加えて、球面収差検出に必要な第１および第２の光ビームを別々の受光部に導くためにホログラムが使用されているので、より小さく、簡単な構成で、光ビームを所望する方向に回折させることができるという効果を奏する。
【０１０１】
上記のホログラムおよび光検出器を具体的に使用した例は、以下の請求項３および４の発明の球面収差検出装置がある。
【０１０２】
請求項３の発明の球面収差検出装置は、以上のように、請求項２の構成に加えて、上記第１の領域は、集光光学系を通過した光ビームの光軸に直交する直線と、該光軸を中心とする第１の半円とに囲まれており、上記第２の領域は、上記光軸を中心とし上記第１の半円よりも大きな半径を有し、且つ上記直線に関して上記第１の半円と同じ側の第２の半円と、上記直線と、上記第１の半円とに囲まれており、上記第１受光部は、光信号を電気信号に変換する第１光検出器と第２光検出器とが並置され、上記第２受光部は、光信号を電気信号に変換する第３光検出器と第４光検出器とが並置され、上記検出手段は、上記ホログラムの第１の領域で回折される第１の光ビームが上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差と、上記ホログラムの第２の領域で回折される第２の光ビームが上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差とを比較して、上記集光光学系の球面収差を検出する構成である。
【０１０３】
請求項４の発明の球面収差検出装置は、以上のように、請求項３の構成に加えて、第１光検出器で得られる電気信号をＳ１、第２光検出器で得られる電気信号をＳ２、第３光検出器で得られる電気信号をＳ３、第４光検出器で得られる電気信号をＳ４とした場合、上記集光光学系で生じる球面収差信号ＳＡは、
ＳＡ＝（Ｓ３−Ｓ４）−（Ｓ１−Ｓ２）×Ｋ （Ｋは、係数である）
で示される構成である。
【０１０４】
請求項５の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、光源と、上記光源から照射される光を記録媒体に集光させる集光光学系と、上記記録媒体を反射し、集光光学系を通過する光ビームの光軸に近い側の第１の領域と、第１の領域よりも外側の第２の領域とが形成されている、光ビームを受光部に導く手段と、上記第１の領域から導かれる第１の光ビームが入射する第１受光部と、上記第２の領域から導かれる第２の光ビームが入射する第２受光部とを有し、上記第１受光部は第１光検出器と第２光検出器とを有し、上記第２受光部は第３光検出器と第４光検出器とを有し、上記第１光検出器と第２光検出器とから得られる電気信号の差信号および第３光検出器と第４光検出器とから得られる電気信号の差信号に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する検出手段と、上記検出手段の出力に基づいて、上記集光光学系の球面収差を補正する収差補正手段とを備えている構成である。
【０１０５】
それゆえ、集光光学系を通過した光ビームを、光軸に近い側の第１の光ビームと、該第１の光ビームよりも外側の第２の光ビームとに分け、それぞれの焦点位置から、該集光光学系の球面収差を検出することで、光学的に球面収差を検出することになる。
【０１０６】
したがって、従来のように、集光光学系に発生する球面収差を電気的に検出する装置に比べて、周囲の電気的なノイズに影響されず、精度良く球面収差を検出することができる。
【０１０７】
そして、収差補正手段は、上記検出手段により精度良く検出された球面収差量に基づいて、集光光学系の球面収差を補正するようになっているので、上記構成の光ピックアップ装置を用いていれば、記録媒体に対して情報の記録あるいは再生を適切に行なうことができるという効果を奏する。
【０１０８】
集光光学系の球面収差の検出の具体的な装置として、以下に示す請求項６および７の発明の光ピックアップ装置が挙げられる。
【０１０９】
請求項６の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、請求項５の構成に加えて、上記光ビームを受光部に導く手段はホログラムである構成である。
【０１１０】
また、請求項７の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、請求項６の構成に加えて、上記第１の領域は、集光光学系を通過した光ビームの光軸に直交する直線と、該光軸を中心とする第１の半円とに囲まれており、上記第２の領域は、上記光軸を中心とし上記第１の半円よりも大きな半径を有し、且つ上記直線に関して上記第１の半円と同じ側の第２の半円と、上記直線と、上記第１の半円とに囲まれており、上記第１受光部は、光信号を電気信号に変換する第１光検出器と第２光検出器とが並置され、上記第２受光部は、光信号を電気信号に変換する第３光検出器と第４光検出器とが並置され、上記検出手段は、上記ホログラムの第１の領域で回折される第１の光ビームが上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差と、上記ホログラムの第２の領域で回折される第２の光ビームが上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差とを比較して、上記集光光学系の球面収差を検出する構成である。
【０１１１】
また、検出した球面収差の補正を行なう具体的な装置として、以下の請求項８の発明の光ピックアップ装置が挙げられる。
【０１１２】
請求項８の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、請求項５ないし７の何れかの構成に加えて、集光光学系は、少なくとも２つのレンズ要素が所定の間隔で配置された構造となっており、収差補正手段は、上記検出手段の出力に基づいて、上記レンズ要素の間隔を調整することで上記集光光学系の球面収差を補正する構成である。
【０１１３】
また、請求項９の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、請求項５ないし８の何れかの構成に加えて、検出手段は、第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差、あるいは第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差の何れか一方に基づいて、記録媒体に対するフォーカス誤差を検出する構成である。
【０１１４】
それゆえ、請求項５ないし８の構成による効果に加えて、検出手段によって、集光光学系の球面収差と、記録媒体へのフォーカシングの誤差（フォーカス誤差）とを同時に検出することができるので、基板の厚みが異なる光記録媒体を用いた場合において、確実に情報の記録再生を行なうことができるという効果を奏する。
【０１１５】
請求項１０の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、請求項５ないし９の何れかの構成に加えて、検出手段による集光光学系の球面収差検出後の球面収差情報を上記記録媒体の所定領域に記録する収差情報記録手段が設けられている構成である。
【０１１６】
それゆえ、請求項５ないし９の構成による効果に加えて、集光光学系の球面収差情報が記録媒体の所定領域に記録されるようになるので、同一記録媒体に対して情報の再生および記録を行なう場合には、再び球面収差を検出する必要がなくなる。これにより、同一記録媒体に対して繰り返し、情報の記録や再生を行なう場合、２回目以降の情報の記録や再生の動作を迅速に行なうことができるという効果を奏する。
【０１１７】
請求項１１の発明の光ピックアップ装置は、以上のように、請求項１０の構成に加えて、収差情報記録手段は、検出手段による集光光学系の球面収差検出後、記録媒体装着時にのみ記録媒体の所定領域に球面収差情報を記録する構成である。
【０１１８】
それゆえ、請求項１０の構成による効果に加えて、記録媒体装着時のみ集光光学系の球面収差が検出され、収差情報が該記録媒体に記録されるようになるので、光ピックアップ装置における収差補正に係る装置、例えばレンズ要素間隔を調整する装置の動作速度は低速でも良い。これにより、収差補正に係る装置の製造費を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す光ピックアップ装置を備えた光ディスク記録再生装置の概略構成図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す光ピックアップ装置における光ビームの焦点がずれた場合の光検出器上での集光スポットの形状変化を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す光ピックアップ装置が有する集光光学系で球面収差が生じた場合の光検出器上での集光スポットの形状変化を示す説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す光ピックアップ装置が有する集光光学系で発生する球面収差を示す説明図である。
【図６】従来の光ピックアップ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ（光源、収差情報記録手段）
２ ホログラム
２ａ 第１の領域
２ｂ 第２の領域
４ 対物レンズ（レンズ要素）
５ ソリッド・イマージョンレンズ（レンズ要素）
６ 光磁気ディスク（記録媒体）
７ 光検出装置
７ａ 光検出器（第１光検出器）
７ｂ 光検出器（第２光検出器）
７ｃ 光検出器（第３光検出器）
７ｄ 光検出器（第４光検出器）
１０ 集光光学系
１６ ソリッド・イマージョンレンズアクチュエータ（収差補正手段）
ＣＬ 直線
Ｅ１ 第１の半円
Ｅ２ 第２の半円
ＯＡ 光軸
Claims (11)
- 集光光学系を通過する光ビームの光軸に近い側の第１の領域と、第１の領域よりも外側の第２の領域とが形成されている、光ビームを受光部に導く手段と、
上記第１の領域から導かれる第１の光ビームが入射する第１受光部と、上記第２の領域から導かれる第２の光ビームが入射する第２受光部とを有し、
上記第１受光部は第１光検出器と第２光検出器とを有し、上記第２受光部は第３光検出器と第４光検出器とを有し、
上記第１光検出器と第２光検出器とから得られる電気信号の差信号および第３光検出器と第４光検出器とから得られる電気信号の差信号に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する検出手段とを有することを特徴とする球面収差検出装置。 - 上記光ビームを受光部に導く手段はホログラムであることを特徴とする請求項１記載の球面収差検出装置。
- 上記第１の領域は、集光光学系を通過した光ビームの光軸に直交する直線と、該光軸を中心とする第１の半円とに囲まれており、
上記第２の領域は、上記光軸を中心とし上記第１の半円よりも大きな半径を有し、且つ上記直線に関して上記第１の半円と同じ側の第２の半円と、上記直線と、上記第１の半円とに囲まれており、
上記第１受光部は、
光信号を電気信号に変換する第１光検出器と第２光検出器とが並置され、
上記第２受光部は、
光信号を電気信号に変換する第３光検出器と第４光検出器とが並置され、
上記検出手段は、
上記ホログラムの第１の領域で回折される第１の光ビームが上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差と、
上記ホログラムの第２の領域で回折される第２の光ビームが上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差とを比較して、上記集光光学系の球面収差を検出することを特徴とする請求項２記載の球面収差検出装置。 - 上記第１光検出器で得られる電気信号をＳ１、上記第２光検出器で得られる電気信号をＳ２、上記第３光検出器で得られる電気信号をＳ３、上記第４光検出器で得られる電気信号をＳ４とした場合、上記集光光学系で生じる球面収差信号ＳＡは、
ＳＡ＝（Ｓ３−Ｓ４）−（Ｓ１−Ｓ２）×Ｋ
（Ｋは、係数である）
で示されることを特徴とする請求項３記載の球面収差検出装置。 - 光源と、
上記光源から照射される光を記録媒体に集光させる集光光学系と、
上記記録媒体を反射し、集光光学系を通過する光ビームの光軸に近い側の第１の領域と、第１の領域よりも外側の第２の領域とが形成されている、光ビームを受光部に導く手段と、
上記第１の領域から導かれる第１の光ビームが入射する第１受光部と、上記第２の領域から導かれる第２の光ビームが入射する第２受光部とを有し、
上記第１受光部は第１光検出器と第２光検出器とを有し、上記第２受光部は第３光検出器と第４光検出器とを有し、
上記第１光検出器と第２光検出器とから得られる電気信号の差信号および第３光検出器 と第４光検出器とから得られる電気信号の差信号に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する検出手段と、
上記検出手段の出力に基づいて、上記集光光学系の球面収差を補正する収差補正手段とを備えていることを特徴とする光ピックアップ装置。 - 上記光ビームを受光部に導く手段はホログラムであることを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。
- 上記第１の領域は、上記集光光学系を通過した光ビームの光軸に直交する直線と、該光軸を中心とする第１の半円とに囲まれており、
上記第２の領域は、上記光軸を中心とし上記第１の半円よりも大きな半径を有し、且つ上記直線に関して上記第１の半円と同じ側の第２の半円と、上記直線と、上記第１の半円とに囲まれており、
上記第１受光部は、
光信号を電気信号に変換する第１光検出器と第２光検出器とが並置され、
上記第２受光部は、
光信号を電気信号に変換する第３光検出器と第４光検出器とが並置され、
上記検出手段は、
上記ホログラムの第１の領域で回折される第１の光ビームが上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差と、
上記ホログラムの第２の領域で回折される第２の光ビームが上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との境界部分に照射されることにより得られる上記第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差とを比較して、上記集光光学系の球面収差を検出することを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ装置。 - 上記集光光学系は、少なくとも２つのレンズ要素が所定の間隔で配置された構造となっており、
上記収差補正手段は、上記検出手段の出力に基づいて、上記レンズ要素の間隔を調整することで上記集光光学系の球面収差を補正することを特徴とする請求項５ないし７の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。 - 上記検出手段は、上記第１受光部の第１光検出器と第２光検出器との電気信号の差、あるいは上記第２受光部の第３光検出器と第４光検出器との電気信号の差の何れか一方に基づいて、記録媒体に対するフォーカス誤差を検出することを特徴とする請求項５ないし８の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 上記検出手段による集光光学系の球面収差検出後の球面収差情報を上記記録媒体の所定領域に記録する収差情報記録手段が設けられていることを特徴とする請求項５ないし９の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 上記収差情報記録手段は、検出手段による集光光学系の球面収差検出後、記録媒体装着時にのみ記録媒体の所定領域に球面収差情報を記録することを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ装置。
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