JP4323632B2 - 収差検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ディスク等の光学情報記録媒体（以下、情報担体ということがある）に情報を記録し、又は記録された情報を再生するための光学情報記録再生装置に用いられる光学系の収差検出装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、光ディスクの収差補正手段としては特開平８−２１２６１１号公報に記載されたものが知られている。
【０００４】
図２０に従来の波面収差補正方法の概略構成を示す。図２０において、８０１は光磁気ディスク、８１１は半導体レーザ、８１２は半導体レーザ８１１からの発散光束を平行光束に変換するコリメータレンズ、８１３は光束を断面円形に補正するアナモフィックプリズム、８１４は反射ミラー、８１６は反射ミラー、８１７は対物レンズ、８１８は液晶素子である。また、８２０は複合プリズム、８２２はレーザー光のパワーを検出・制御するためのＡＰＣセンサ、８２５は１／２波長板、８２６は偏光ビームスプリッター、８２９，８３０，８３３は受光素子、８５０は液晶制御回路、８５４はマイコンである。
【０００５】
図２０の装置においては、メモリーからの情報に基づき液晶制御回路８５０を駆動して、液晶素子８１８を制御して収差補正を行う。具体的には、収差が発生した場合、最も波面収差が少なくなるように液晶の収差補正素子８１８の位相をオープンループで制御する。また、温度等により波面収差が変化する場合には、温度検出を行い、検出された温度と予め温度に関連づけて記憶された制御情報とに基づいて波面収差の補正を行う。
【０００６】
図２０の例では、信号検出用の受光素子８２９、８３０とエラー信号検出用の受光素子８３３とからの信号がマイコン８５４に入力され、受光素子の検出信号が良好になるように液晶制御回路８５０が液晶素子８１８の各要素に印加する印可電圧が決定される。
【０００７】
さらに同公報で収差の検出方法については、干渉系を用いる波面収差の測定法が示されている。また、ディスクの種類と、そのディスクを使用した際に発生する波面収差を補正するために必要な液晶の制御情報とを求めて、予め校正されたテーブルに基づいて波面収差の補正を行うことが開示されている。この為に外部に干渉系を構築して測定装置を形成し波面収差を測定するが、干渉系の具体的な構成は開示されていない。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の収差補正方法では、信号のＳ／Ｎがもっとも良くなるように波面収差を試行錯誤的に変化させ、結果として波面収差が少なるようにクローズドループを形成する補正方法が示されている。
【００２１】
しかし、この方法では信号が良くなるか悪くなるかを判断しつつ山登り的に（試行錯誤的に）最良点を求めるので、検出に時間がかかり応答の早いクローズドループによる制御はできない。
【００２２】
本発明は、係る従来の問題点を解決し、リアルタイムもしくはリアルタイムに準じた時間で収差を検出して高速のクローズドループで制御することを可能にする収差検出装置を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明はリアルタイムで収差を検出できる方法として、ディスクからの反射光の光分布には収差によって特徴的な分布が発生することに着目し、この分布を検出することで収差の検出を行うものである。収差の量を定量的に把握することは困難でも、収差の種類と収差がある一定の値以上にあるか否かは比較的容易に検出することができる。
【００３６】
この収差検出を行って、リアルタアイムもしくはリアルタイムに準じる時間内に収差補正素子を駆動して収差を補正し、集光ビームの特性を改善し、結果として良好な光記録特性や再生信号を得ることができる。
【００３７】
本発明は以下の構成とする。
【００３８】
本発明の第１の構成に係る収差検出装置は、光ビームを射出する放射光源と、前記光ビームを情報担体上に集光する対物レンズと、前記情報担体上で反射され前記対物レンズを通過した復路の光ビームを往路の光ビームと分離する光ビーム分岐手段と、検出しようとする収差の種類に応じて、基準波面より位相が進む／もしくは遅れる領域を特定領域とし、前記分岐手段で分離された復路の光ビームを前記特定領域を通過する光ビームとそれ以外の領域を通過する光ビームとに分割して偏向させる光偏向手段と、前記偏向された特定領域を通過する光ビームを受光する複数の光検出手段とを有し、前記複数の光検出手段からの信号を比較して収差を検出することを特徴とする。
【００３９】
また、本発明の第２の構成に係る収差検出装置は、光ビームを射出する放射光源と、前記光ビームを情報担体上に集光する対物レンズと、検出しようとする収差の種類に応じて、基準波面より位相が進む／もしくは遅れる領域を特定領域とし、前記情報担体上で反射され前記対物レンズを通過した復路の光ビームを前記特定領域を通過する光ビームとそれ以外の領域を通過する光ビームとに分割し、前記特定領域を通過する光ビームを前記放射光源とは異なる方向に偏向させる光偏向手段と、前記偏向された特定領域を通過する光ビームを受光する複数の光検出手段とを有し、前記複数の光検出手段からの信号を比較して収差を検出することを特徴とする。
【００４０】
かかる第１及び第２の構成によれば、光学系の収差をリアルタイムもしくはリアルタイムに近い時間で検出することができる。従って、検出結果に基づいて収差補正素子を駆動すれば、光学系の収差を低減させることができる。よって、従来困難であった、大きな面ぶれを有する情報担体（ディスク）や基材厚の異なる情報担体（ディスク）の再生が可能となる。また、情報担体の公差を緩和できるために情報担体の製造が容易となる。
【００４１】
上記第１及び第２の構成において、前記光偏向手段が、光ビームを複数に分割して回折させるホログラムであることが好ましい。かかるホログラム素子を用いることで、光ビームを１つの素子で効率よく分割でき、光学系をコンパクトに構成することができる。
【００４２】
上記第１及び第２の構成において、前記複数の光検出手段は少なくとも２分割された光検出器からなり、前記波面の収差が略ゼロのときに、前記特定領域を通過する光ビームが前記２分割された光検出器の分割線上を照射するように設置されていることが好ましい。かかる構成によれば、収差が発生すると光ビームスポットの分布が変化して２分割された光検出器間の出力に差が生じるため、この差を検出することで簡単な構成で収差を安定して検出できる。
【００４３】
上記第１及び第２の構成において、前記特定領域を、前記復路の光ビームが通過する領域を前記光ビームの光軸を含む平面で２分割して得られる２つの領域の一方の略中央部分の領域とすることができる。かかる構成によれば、コマ収差を検出することができる。
【００４４】
また、上記第１及び第２の構成において、前記特定領域を、前記復路の光ビームの光軸を中心とする径が異なる２つの同心円で挟まれた領域を前記光軸を含む平面で２分割して得られる一方の領域とほぼ一致させることができる。かかる構成によれば、球面収差を検出することができる。
【００４５】
上記第１及び第２の構成において、前記光偏向手段はブレーズ化されたホログラムであることが好ましい。かかる構成によれば、通常のホログラムに比べ高効率の偏向手段とすることができるため、収差の検出を高感度で行うことができる。
【００４６】
上記第２の構成において、前記複数の光検出手段は、前記放射光源の近傍に、前記放射光源に対して対称に配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、光偏向手段としてホログラムを用いた際に同じ回折効率で放射光源に対し対称な位置に現れる＋１次回折光と−１次回折光とを効率よく受光することができるので、効率の良い光学系を形成することができる。
【００４７】
上記第２の構成において、前記光偏向手段は所定の偏光のみを回折させるホログラムと四分の一波長板とからなり、前記ホログラムにおいて、前記放射光源から前記情報担体に向かう往路の光ビームは回折せず、前記復路の光ビームは複数に分割され、異なる方向に回折することが好ましい。かかる構成によれば、光学系の光利用効率を高めることができる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００５８】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の収差検出装置の概略構成図である。
【００５９】
半導体レーザ等の光源１０１を出射する光ビームはハーフミラー１０２を通過してコリメートレンズ１０３で略平行光に変換され、波面変換素子１０４を透過して対物レンズ１０５により光ディスク１０６の基板越しに記録再生情報面上に入射する。
【００６０】
記録再生情報面で反射した光ビームは再び基板を透過し、対物レンズ１０５、波面変換素子１０４、コリメートレンズ１０３を透過して、ハーフミラー１０２で反射して、ホログラム１０９を透過して回折されて、信号検出用の光検出器１０７に入射する。光検出器１０７は情報信号、フォーカス信号やトラッキング信号等の制御信号、及び光ビームの収差を検出するピンダイオードなどの光検出素子からなる。これらの検出素子は、各信号検出ごとに単独に構成される場合と、機能を統合して複数の機能を兼ねる場合とがある。検出された収差は信号処理回路１０８で処理され、波面変換素子１０４を駆動する。
【００６１】
波面変換素子１０４は、例えば以下の方法を用いることができ、２枚の硝子基板に挟まれた部分に液晶を封入したものを用いることができる。光ビームが通過する部分を複数の領域に分け、各々の領域に独立に電圧を印可すると、それぞれ対応する部分の屈折率を変化させることができる。この屈折率の変化を利用して波面の位相を変えることができる。光ビームに収差があると、部分的に光ビームの位相が変わるので、この変化した位相を補完するように波面変換素子１０４を駆動することにより収差の補正ができる。電圧を収差の度合いに応じて印可すると収差補正をより正確に補正することが可能である。
【００６２】
光学系に収差のない状況では光検出器１０７で収差は検出されず、従って波面変換素子１０４に変化はなく、単なるガラス平行平板と同等な素子となる。しかし、収差が発生したときには、収差の種類によりそれぞれ検出信号のでかたが異なる。
【００６３】
以下代表的な収差の３例について説明する。
【００６４】
第１の例として、例えば光ディスク１０６が傾くと、光ビームが光ディスクの基板を通過する際にコマ収差が発生する。このコマ収差を光検出器１０７で検出して、コマ収差を打ち消すように波面変換素子１０４を駆動して、収差補正することができる。コマ収差を補正する波面変換の方式は多分割された液晶で構成される波面変換素子を用いる方法を使うことができる。
【００６５】
コマ収差の検出方法を以下に説明する。
【００６６】
図２はコマ収差が発生しているときの波面収差を示している。アパーチャーの中の基準波面１１に対して、光軸１０を境界として、波面の進み１１ａと遅れ１１ｂとがある。基準波面１１を集光したとき、その集光点に対して、進んだ波面１１ａと遅れた波面１１ｂが集光する位置はいずれもデフォーカスとなる。従って、この進んだ波面又は遅れた波面のみを取り出してフォーカス状態を検出することでコマ収差の発生状況を知ることができる。
【００６７】
図３は、コマ収差を検出するための光学系の一例を示している。光軸１０はＸ−Ｙ座標系の原点を通るものとし、Ｙ軸方向にコマ収差が発生する場合を考える。光ディスクから反射して集光する復路の光ビーム１２において、Ｙ＞０の領域の略中央部分１３を通過する光ビームのみを、領域１３以外の領域を通過する光ビームから分離して、２分割された光検出器１７ａ，１７ｂに集光させ、光スポット１４を形成させる。ここで、収差が発生していないときに、光スポット１４は、光検出器１７ａ，１７ｂの分割線上に合焦して形成されるように構成されている。Ｙ軸方向にコマ収差が発生しているとき、領域１３を通過する光ビームはこれ以外の領域を通過する光ビームに対して位相が進んでいるか、又は遅れている。換言すれば、位相が進んでいるか又は遅れている光ビームを取り出すことができるように、領域１３を設定する。図３の例では、領域１３は半円形を例示してあるが、これに限定されず、円形、楕円形、矩形、円弧形状等であってもよい。
【００６８】
図４は、２分割光検出器上の光ビーム１４の形状と形成位置を示している。
【００６９】
図４（Ａ）は領域１３を通過する光ビームの位相が遅れている場合であり、該光ビームは光検出器の検出面より後方に集光するような光ビームとなる。このとき、光ビームは光検出器１７ａ側を通過するので、光検出器１７ａの出力が光検出器１７ｂの出力より大きくなる。
【００７０】
図４（Ｂ）は領域１３を通過する光ビームの位相の進みや遅れがない場合（すなわち、収差がない場合）であり、該光ビームは光検出器１７ａ，１７ｂの検出面上であって、両者の分割線上に集光するような光ビームとなる。このとき、光検出器１７ａの出力と光検出器１７ｂの出力とは同じ大きさとなる。
【００７１】
図４（Ｃ）は領域１３を通過する光ビームの位相が進んでいる場合であり、該光ビームは光検出器の検出面より前方に集光するような光ビームとなる。このとき、光ビームは光検出器１７ｂ側を通過するので、光検出器１７ａの出力が光検出器１７ｂの出力より小さくなる。
【００７２】
以上より、２分割光検出器１７ａ，１７ｂのそれぞれの出力信号の差信号を検出することにより、微小なコマ収差であればコマ収差の量と符号を知ることができる。ある程度以上大きな収差が発生すると、差信号が飽和するので、コマ収差の符号は分かっても、コマ収差の量を知ることはできなくなる。このような場合には、光検出器を多分割して信号を演算することでコマ収差の量を測定することができる。
【００７３】
第２の例として、図１において、例えば光ディスク１０６の厚さが異なると光ビームが基板を通過する際に球面収差が発生する。この球面収差は検出器１０７で検出して、球面収差を打ち消すように波面変換素子１０４を駆動して、収差補正することができる。球面収差を補正する波面変換の方式は多分割された液晶で構成される波面変換素子を用いる方式を使うことができる。
【００７４】
球面収差の検出方法を以下に説明する。
【００７５】
図５は球面収差が発生している波面収差を示している。アパーチャーの中の基準波面２１に対して、光軸１０に対称に波面の遅れ２１ａ，２１ｂがある。基準波面２１を集光したとき、その集光点に対して、遅れた波面２１ａ，２１ｂが集光する位置はデフォーカスとなる。従って、この遅れた波面のみを取り出してフォーカス状態を検出することで波面収差の発生状況を知ることができる。なお、上記とは逆に、光軸１０に対称に波面の進みが生じる場合にも波面収差が発生する。
【００７６】
図６は、球面収差を検出するための光学系の一例を示している。光軸１０はＸ−Ｙ座標系の原点を通るものとする。光ディスクから反射して集光する復路の光ビーム２２において、光軸１０を中心とする径が異なる２つの同心円で挟まれた領域のうちのＹ＞０の領域（半リング状領域）２３を通過する光ビームのみを、領域２３以外の領域を通過する光ビームから分離して、２分割された光検出器１７ａ，１７ｂに集光させ、光スポット２４を形成させる。ここで、収差が発生していないときに、光スポット２４は、光検出器１７ａ，１７ｂの分割線上に合焦して形成されるように構成されている。球面収差が発生しているとき、領域２３を通過する光ビームはこれ以外の領域を通過する光ビームに対して位相が進んでいるか、又は遅れている。換言すれば、位相が進んでいるか又は遅れている光ビームを取り出すことができるように、領域２３を設定する。半リング状の領域２３の該リングの半径とその半径方向の幅は光ビームの波面収差の状態に応じて設定することができる。
【００７７】
図７は、２分割光検出器上の光ビーム２４の形状と形成位置を示している。
【００７８】
図７（Ａ）は領域２３を通過する光ビームの位相が遅れている場合であり、該光ビームは光検出器の検出面より後方に集光するような光ビームとなる。このとき、光ビームは光検出器１７ａ側を通過するので、光検出器１７ａの出力が光検出器１７ｂの出力より大きくなる。
【００７９】
図７（Ｂ）は領域２３を通過する光ビームの位相の進みや遅れがない場合（すなわち、収差がない場合）であり、該光ビームは光検出器１７ａ，１７ｂの検出面上であって、両者の分割線上に集光するような光ビームとなる。このとき、光検出器１７ａの出力と光検出器１７ｂの出力とは同じ大きさとなる。
【００８０】
図７（Ｃ）は領域２３を通過する光ビームの位相が進んでいる場合であり、該光ビームは光検出器の検出面より前方に集光するような光ビームとなる。このとき、光ビームは光検出器１７ｂ側を通過するので、光検出器１７ａの出力が光検出器１７ｂの出力より小さくなる。
【００８１】
以上より、２分割光検出器１７ａ，１７ｂのそれぞれの出力信号の差信号を検出することにより、微小な球面収差であれば球面収差の量と符号を知ることができる。ある程度以上大きな収差が発生すると、差信号が飽和するので、球面収差の符号は分かっても、球面収差の量を知ることはできなくなる。このような場合には、光検出器を多分割して信号を演算することで球面収差の量を測定することができる。
【００８２】
第３の例として、図１において、例えば光ディスク１０６の複屈折等で光ビームが基板を通過する際に非点収差が発生する。この非点収差は検出器１０７で検出され、非点収差を打ち消すように波面変換素子１０４を駆動して、収差補正することができる。非点収差を補正する波面変換の方式は多分割された液晶で構成される波面変換素子を用いる方式を使うことができる。
【００８３】
非点収差の検出方法は上記のコマ収差、球面収差の検出方法と同様の考え方に基づいて行なうことができる。
【００８４】
図１において光偏向手段としてのホログラム１０９をブレーズ化されたホログラムとしてもよい。これにより、通常のホログラムに比べ高効率の偏向手段とすることができる。
【００８５】
また、光検出器１０７は情報信号、フォーカス信号やトラッキング信号等の制御信号、及び光ビームの収差を検出するピンダイオードなどの複数の領域に分かれた光検出素子であるが、収差を検出する部分も少なくとも二分割された光検出素子からなり、ホログラム１０９で偏向された光ビームが二分割された光検出素子の分割線上にかかるように設定されている。
【００８６】
（実施の形態２）
図８は実施の形態２の収差検出装置の概略構成図である。
【００８７】
半導体レーザ等の光源１０１を出射する光ビームはホログラム１０９を通過してコリメートレンズ１０３で略平行光に変換され、波面変換素子１０４を透過して対物レンズ１０５により光ディスク１０６の基板越しに記録再生情報面上に入射する。
【００８８】
記録再生情報面で反射した光ビームは再び基板を透過し、対物レンズ１０５、波面変換素子１０４、コリメートレンズ１０３を透過して、ホログラム１０９で回折され信号検出用の光検出器１０７，１１１に入射する。光検出器１０７，１１１は情報信号、フォーカス信号やトラッキング信号等の制御信号、及び光ビームの収差を検出する素子からなる。これらの検出素子は、各信号検出ごとに単独に構成される場合と、機能を統合して複数の機能を兼ねる場合とがある。検出された収差は信号処理回路１０８で処理され波面変換素子１０４を駆動する。
【００８９】
光学系に収差のない状況では光検出器１０７，１１１で収差は検出されず、従って波面変換素子１０４に変化はなく、単なるガラス平行平板と同等な素子となる。収差が発生したときには、実施の形態１で説明したと同様の検出方式で検出される。
【００９０】
本実施に形態によれば、実施の形態１と比較して、よりコンパクトな収差検出装置が得られる。
【００９１】
（実施の形態３）
図９にコマ収差検出の具体的な方式を示す。
【００９２】
ホログラム１０９は複数の領域１０９ａ〜１０９ｄに分割されており各々の領域に対応して光検出器１０７ａ〜１０７ｈを設ける。すなわち、領域１０９ａは光検出器１０７ｇ，１０７ｈに対応し、領域１０９ｂは光検出器１０７ａ，１０７ｂに対応し、領域１０９ｃは光検出器１０７ｅ，１０７ｆに対応し、領域１０９ｄは光検出器１０７ｃ，１０７ｄに対応する。ホログラム１０９の領域分割は、図３で説明した考え方に準じて行なわれている。このように、光ビームを通過する領域に応じて複数に分割して偏向させるためには、例えばホログラム１０９の空間周波数（ピッチ）と回折方向とを領域ごとに適切に設定することにより可能である。
【００９３】
Ｙ軸方向にコマ収差が発生していると仮定したとき、検出用ホログラム１０９の上では領域１０９ａと領域１０９ｂとの間で位相誤差がもっとも大きくなり領域１０９ｃと領域１０９ｄでは比較的位相誤差は少ない。従ってこれらの４領域をそれぞれ検出するとコマ収差を検出することができる。コマ収差はＸ軸に関して対称な収差であるから領域１０９ａと領域１０９ｃの組み合わせから検出することも可能である。同じく領域１０９ｂと領域１０９ｄの組み合わせから検出することも可能である。
【００９４】
光検出器１０７は光ビームの集光点近傍にありいわゆるナイフエッジ法と呼ばれる検出方式が用いられる。
【００９５】
ファーフィールドトラッキング誤差信号の検出にはホログラムのＹ＞０の部分を通過する光ビームとＹ＜０の部分を通過する光ビームの光量差を検出することで得られる。即ちファーフィールドトラッキング信号ＴＥは、
ＴＥ＝［（１０７ａ）＋（１０７ｂ）＋（１０７ｃ）＋（１０７ｄ）］−［（１０７ｅ）＋（１０７ｆ）＋（１０７ｇ）＋（１０７ｈ）］
の信号を見ることで検出できる。
【００９６】
図１０にナイフエッジ法でフォーカス検出をする場合の検出器１０７上の光ビームによる光スポット（斜線を施した部分）の様子を示す。この場合、コマ収差がないと仮定すると、図１０（Ｂ）のように２分割光検出器の分割線上に全ての光ビームは集光している。フォーカスがずれて、例えば光ディスク１０６と対物レンズ１０５が互いに近づく方向になる場合、図１０（Ａ）のように素子１０７ａ、１０７ｃ、１０７ｆ、１０７ｈの出力が大きくなる。光ディスク１０６と対物レンズ１０５が互いに遠ざかる方向になる場合、図１０（Ｃ）のように素子１０７ｂ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｇの出力が大きくなる。従ってこれらの信号を処理することで、フォーカス信号を得ることができる。即ちフォーカス信号ＦＥは、
ＦＥ＝［（１０７ｃ）＋（１０７ｆ）］−［（１０７ｄ）＋（１０７ｅ）］
の信号を見ることで検出できる。
【００９７】
図１１にフォーカスが入ったとき（合焦したとき）の光検出器１０７上の光ビームによる光スポット（斜線を施した部分）の状態を示す。
【００９８】
コマ収差が発生していないとき、図１１（Ｂ）のように全ての光検出器の出力は略等しく変化しない。
【００９９】
ある極性のコマ収差が発生すると、図１１（Ａ）のように光検出器１０７ａと１０７ｇの出力が増加し、１０７ｂと１０７ｈの出力が減少するが、光検出器１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆの出力は変化しない。
【０１００】
反対極性のコマ収差が発生すると、図１１（Ｃ）のように光検出器１０７ｂと１０７ｈの出力が増加し、１０７ａと１０７ｇの出力が減少するが、光検出器１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆの出力は変化しない。
【０１０１】
従ってこれらの信号を処理することで、コマ収差検出の信号を得ることができる。即ちコマ収差ＣＭは、
ＣＭ＝［（１０７ａ）＋（１０７ｇ）］−［（１０７ｂ）＋（１０７ｈ）］
の信号を見ることで検出できる。
【０１０２】
（実施の形態４）
図１２に球面収差検出の具体的な方式を示す。
【０１０３】
ホログラム１０９は複数の領域１０９ｅ〜１０９ｈに分割されており各々の領域に対応して光検出器１０７ａ〜１０７ｈを設ける。すなわち、領域１０９ｅは光検出器１０７ｇ，１０７ｈに対応し、領域１０９ｆは光検出器１０７ａ，１０７ｂに対応し、領域１０９ｇは光検出器１０７ｃ，１０７ｄに対応し、領域１０９ｈは光検出器１０７ｅ，１０７ｆに対応する。ホログラム１０９の領域分割は、図６で説明した考え方に準じて行なわれている。このように、光ビームを通過する領域に応じて複数に分割して偏向させるためには、例えばホログラム１０９の空間周波数（ピッチ）と回折方向とを領域ごとに適切に設定することにより可能である。
【０１０４】
球面収差が発生していると仮定したとき、検出用ホログラム１０９の上では領域１０９ｅ，１０９ｆと領域１０９ｇ，１０７ｈとの間で位相誤差がもっとも大きくなる。従ってこれらの２領域をそれぞれ検出すると球面収差を検出することができる。球面収差はＸ軸やＹ軸に関して対称な収差であるから領域１０９ｅと領域１０９ｇ，１０９ｈとの組み合わせから検出することも可能である。同じく領域１０９ｆと領域１０９ｇ，１０９ｈとの組み合わせから検出することも可能である。
【０１０５】
図１３にフォーカスが入ったときの光検出器１０７上の光ビームによる光スポット（斜線を施した部分）の状態を示す。
【０１０６】
球面収差が発生していないとき、図１３（Ｂ）のように全ての光検出器の出力は略等しく変化しない。
【０１０７】
ある極性の球面収差が発生すると、図１３（Ａ）のように図１２のホログラム１０９ｇ，１０９ｈを通過する光ビームの焦点が光検出器１０７の後方に集光する。その結果、光検出器１０７ａと１０７ｈの出力が増加し、光検出器１０７ｂと１０７ｇの出力が減少するが、光検出器１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆの出力は変化しない。
【０１０８】
反対極性の球面収差が発生すると、図１３（Ｃ）のように図１２のホログラム１０９ｇ，１０９ｈを通過する光ビームの焦点が光検出器１０７の前方に集光する。その結果、光検出器１０７ｂと１０７ｇの出力が増加し、光検出器１０７ａと１０７ｈの出力が減少するが、光検出器１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆの出力は変化しない。
【０１０９】
従ってこれらの信号を処理することで、球面収差検出の信号を得ることができる。即ち球面収差ＳＡは、
ＳＡ＝［（１０７ａ）＋（１０７ｈ）］−［（１０７ｂ）＋（１０７ｇ）］
の信号を見ることで検出できる。
【０１１０】
ファーフィールドトラッキング誤差信号の検出にはホログラムのＹ＞０の部分を通過する光ビームとＹ＜０の部分を通過する光ビームの光量差を検出することで得られる。即ちファーフィールドトラッキング信号ＴＥは、
ＴＥ＝［（１０７ａ）＋（１０７ｂ）＋（１０７ｅ）＋（１０７ｆ）］−［（１０７ｃ）＋（１０７ｄ）＋（１０７ｇ）＋（１０７ｈ）］
の信号を見ることで検出できる。
【０１１１】
（実施の形態５）
本発明の原理を応用して非点収差の検出を行うことができる。図１４に非点収差検出の具体的な方式を示す。
【０１１２】
ホログラム１０９は複数の領域１０９ｉ〜１０９ｍ（１０９ｌは欠番）に分割されており各々の領域に対応して光検出器１１０ａ〜１１０ｍ（１１０ｌは欠番）を設ける。すなわち、領域１０９ｉは光検出器１１０ｉ，１１０ｊ，１１０ｋ，１１０ｍに対応し、領域１０９ｊは光検出器１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに対応し、領域１０９ｋは光検出器１１０ｅ，１１０ｆに対応し、領域１０９ｍは光検出器１１０ｇ，１１０ｈに対応する。ホログラム１０９の領域分割は、以下のように行なっている。まず、光軸を中心とする径が異なる２つの同心円で挟まれた領域（リング状領域）と、それ以外の領域とに分割する。前者のリング状領域をさらにＸ軸及びＹ軸により４分割し、対向する領域同士を１組として、２組の検出領域１０９ｉ，１０９ｊとする。また、後者の領域をＹ＞０の領域とＹ＜０の領域に分割し、それぞれ１０９ｋ，１０９ｍとする。このように、光ビームを通過する領域に応じて複数に分割して偏向させるためには、例えばホログラム１０９の空間周波数（ピッチ）と回折方向とを領域ごとに適切に設定することにより可能である。
【０１１３】
非点収差が発生していると仮定したとき、検出用ホログラム１０９の上では領域１０９ｉと領域１０９ｊとの間で位相誤差がもっとも大きくなり、領域１０９ｋと領域１０９ｍとの間の位相誤差はそれらの中間の値となる。従ってこれらの３領域をそれぞれ検出すると非点収差を検出することができる。
【０１１４】
図１５にフォーカスが入ったときの光検出器１１０上の光ビームによる光スポット（斜線を施した部分）の状態を示す。
【０１１５】
非点収差が発生していないとき、図１５（Ｂ）のように全ての光検出器１１０の出力は略等しく変化しない。
【０１１６】
ある極性の非点収差が発生すると、図１５（Ａ）のように図１４のホログラム１０９ｉを通過する光ビームの焦点が光検出器１１０の後方に集光し、ホログラム１０９ｊを通過する光ビームの焦点が光検出器１１０の前方に集光する。その結果、光検出器１１０ａ、１１０ｄ、１１０ｊ、１１０ｋの出力が増加し、光検出器１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｉ、１１０ｍの出力が減少する。光検出器１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｇ、１１０ｈの出力は変化しない。
【０１１７】
反対極性の非点収差が発生すると、図１５（Ｃ）のように図１４のホログラム１０９ｊを通過する光ビームの焦点が光検出器１１０の後方に集光し、ホログラム１０９ｉを通過する光ビームの焦点が光検出器１１０の前方に集光する。その結果、光検出器１１０ａ、１１０ｄ、１１０ｊ、１１０ｋの出力が減少し、光検出器１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｉ、１１０ｍの出力が増加する。光検出器１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｇ、１１０ｈの出力は変化しない。
【０１１８】
従ってこれらの信号を処理することで、非点収差検出の信号を得ることができる。即ち非点収差ＡＳは、
ＡＳ＝［（１１０ａ）＋（１１０ｄ）＋（１１０ｊ）＋（１１０ｋ）］−［（１１０ｂ）＋（１１０ｃ）＋（１１０ｉ）＋（１１０ｍ）］
の信号を見ることで検出できる。
【０１１９】
以上のホログラムを使った各実施形態は、光検出器の簡略化のため＋１次回折光又は−１次回折光の光を利用した例について述べてある。ブレーズ化したホログラムを用いることもでき、その場合この形態でそのまま収差検出装置を形成できる。ブレーズ化したホログラムを用いることにより、光検出器の受光量が増えるので、高感度の収差検出を行なうことができる。ブレーズ化しないホログラムの場合も当然上記方式を用いることができる。このときには＋１次と−１次の回折光が干渉しないように光検出器を設計することが必要である。
【０１２０】
また、実施の形態２（図８）において、ホログラム１０９としてブレーズ化しないホログラムを用いた場合、光源１０１の両側近傍の略対称となる位置に、＋１次回折光と−１次回折光を受光できるように光検出器１０７，１１１を設置して、光検出器１０７，１１１の両方で上記の収差検出を行なう構成とすることもできる。このような構成とすれば、一方の光検出器のみで収差検出する場合にい比べて、受光する光量が２倍になり、高Ｓ／Ｎ比の収差検出信号を得ることができる。
【０１２１】
あるいは、実施の形態２（図８）において、ホログラム１０９として偏光のみを回折させる偏光ホログラムを用い、これと４分の１波長板とで光偏向手段を構成してもよい。すなわち、図１６に示すように、光源１０１として偏光を射出する放射光源を用い、射出された偏光が透過する方向に偏光ホログラム１０９を設置する。また、４分の１波長板１１５を波面変換素子１０４と対物レンズ１０５の間に設置する。偏光放射光源１０１から出射した光ビームは偏光ホログラム１０９を透過し、４分の１波長板１１５で円偏光となる。ディスク１０６で反射した円偏光ビームは４分の１波長板１１５を再度通過することで往路の光ビームの偏光方向と垂直方向に偏光した光ビームとなる。この光ビームは偏光ホログラム１０９に入射するとほとんどの光ビームが回折されて光検出器１０７，１１１に入射する。ここで、光検出器１０７，１１１は、光源１０１の両側近傍の略対称となる位置に設置されている。収差検出は、光検出器１０７，１１１の両方からの信号を用いて行なう。このように、偏光ホログラムと４分の１波長板とを用いることで、光検出器に入射する光ビームの利用効率を向上させることができ、高いＳ／Ｎ比の収差検出信号を得ることができる。
【０１２２】
また、上記の各実施形態では二分割の光検出器を用いて高速に収差検出する方法を述べたが、光検出器の応答速度を速くできれば、二分割と同じ方向に複数に分割した光検出器を用いてより精度の高い収差検出を行うことができる。図１０、図１１、図１３、図１５からも明らかなように、収差が発生すると光検出器上の光分布は大きく広がる。この拡がりの大きさは、収差の大きさに比例する。従って光ビーム光軸の中心から離れた光検出器に出力が出るほど大きな収差が発生していることになる。複数の光検出器から出力される信号を処理をして、収差補正装置（波面変換素子１０４）をアナログ値で段階的に制御駆動して、より精度の高い収差補正を行うことも可能である。収差補正装置に用いられる液晶は印加される電圧に略比例して屈折率を変化させることができる為、アナログ値で段階的に制御する装置として適している。
【０１２３】
また、上記の実施形態ではトラッキング方式としてファーフィールドトラッキング方式を用いた場合のみを説明したが、通常使用されている位相差検出トラッキング方式、３ビームトラッキング方式等をそれほど難しくない設計で組み合わせることも可能である。
【０１２４】
次に、上記の収差検出装置を光学情報記録再生装置に応用した実施形態を説明する。
【０１２５】
（実施の形態６）
図１７は第６の実施の形態に係る光学情報記録装置の構成の概略を示す。
【０１２６】
図１７において、半導体レーザ２０１を出射する光ビーム２０２はコリメートレンズ２２０で略平行光に変換され、２枚の非球面レンズ２０３，２０４からなる対物レンズ２０５を透過し、第１の記録可能な記録情報層２０６と第２の記録可能な記録情報層２０８と両記録情報層の間にある光学分離層２０７とからなる情報担体２０９に入射する。２枚の非球面レンズ２０３と２０４の間には両非球面レンズ間の距離を変化させることができる距離調整機構２１０がある。本実施の形態ではピエゾ素子を用いており、電圧を高く印加することで２枚の非球面レンズ２０３，２０４の間の距離は長くなり、電圧を低くすることで２枚の非球面レンズ２０３，２０４の間の距離は短くなる。対物レンズ２０５で収束された光ビームが第１の記録可能な記録情報層２０６上に集光するときには、ピエゾ素子に印加する電圧を低くして２枚の非球面レンズ２０３，２０４間の距離を短くして球面収差を補正する。対物レンズ２０５で収束された光ビームが第２の記録可能な記録情報層２０８上に集光するときには、ピエゾ素子に印加する電圧を高くして２枚の非球面レンズ２０３，２０４間の距離を長くして球面収差を補正する。かかる方法により記録情報層に対し球面収差を低減することで、良好な記録再生特性が得られる。
【０１２７】
第６の実施形態において、ピエゾ素子の代わりに電磁駆動のアクチュエータやモータを使用することもできる。また、ピエゾ素子の代わりに超音波で駆動されるアクチュエータを使用することもできる。
【０１２８】
また、２枚の非球面レンズ２０３，２０４を用いる代わりに２つの凸レンズ群、又は１枚の非球面レンズと１枚の球面レンズとを用いることもできる。
【０１２９】
（実施の形態７）
図１８は第７の実施の形態に係る光学情報記録装置の構成の概略を示す。
【０１３０】
図１８において、半導体レーザ２０１を出射する光ビーム２０２はコリメートレンズ２２０で略平行光に変換され、２枚の非球面レンズ２０３，２０４からなる対物レンズ２０５を透過し、第１の記録可能な記録情報層２０６と第２の記録可能な記録情報層２０８と両記録情報層の間にある光学分離層２０７とからなる情報担体２０９に入射する。対物レンズ２０５と半導体レーザ２０１との間には、対物レンズ２０５の光軸を中心とした円の周方向に等しくかつ半径方向に異なる光学的位相を変化させることのできる球面収差補正素子２３０が対物レンズ２０５と一体的に配置されている。
【０１３１】
基材の厚さ誤差により光軸を中心として点対称な位相誤差が発生するので、球面収差で発生する半径方向に異なる光学位相と反対の極性で同じ量の光学位相を加算することにより、記録情報層に集光する光ビームの球面収差を打ち消し合わせることができる。
【０１３２】
本実施の形態では球面収差補正素子２３０は光軸を中心とする同心円により半径方向に３〜７個の複数の領域に分割された液晶素子であり、発生した球面収差の量に応じて複数の領域に印加する電圧を制御して位相差を最適化する。
【０１３３】
本実施の形態において、２枚の非球面レンズ２０３，２０４を用いる代わりに２つの凸レンズ群、又は１枚の非球面レンズと１枚の球面レンズとを用いることもできる。
【０１３４】
（実施の形態８）
実施の形態６，７において、球面収差の検出にはホログラムを用いた球面収差の検出方式を使うことができる。図１９を用いて光ディスクの球面収差を検出する方法を述べる。
【０１３５】
図１９において半導体レーザ２０１を出射する光ビーム２０２はコリメートレンズ２２０で略平行光とされ、２枚の非球面レンズ２０３，２０４からなる対物レンズ２０５を透過し、第１の記録可能な記録情報層２０６と第２の記録可能な記録情報層２０８と両記録情報層の間にある光学分離層２０７とからなる情報担体２０９に入射する。２枚の非球面レンズ２０３と２０４の間には両非球面レンズ間の距離を一定にする距離調整機構２１０がある。距離調整機構２１０として本実施の形態ではピエゾ素子を用いている。
【０１３６】
ディスクから反射した光ビームはハーフミラー３０２で反射され収差検出用のホログラム３０９を透過して光検出器３０７に入射する。検出された信号は信号増幅処理回路３０８で処理されピエゾ素子２１０を駆動する。検出信号に応じて電圧を高く印加することで２枚の非球面レンズ２０３と２０４の間の距離は長くなり、電圧を低くすることで２枚の非球面レンズ２０３と２０４の間の距離は短くなる。
【０１３７】
対物レンズ２０５で収束された光ビームが第１の記録可能な記録情報層２０６上に集光するときには、球面収差検出信号は検出され、ピエゾ素子２１０に印加する電圧を低くして２枚の非球面レンズ間の距離を短くして球面収差を補正する。
【０１３８】
対物レンズ２０５で収束された光ビームが第２の記録可能な記録情報層２０８上に集光するときには、球面収差検出信号は上記と逆の極性で検出され、ピエゾ素子２１０に印加する電圧を大きくして２枚の非球面レンズ間の距離を長くして球面収差を補正する。
【０１３９】
球面収差検出の具体的な方式は、上記の図５〜図７又は実施の形態４で説明した方式を使用することができる。
【０１４０】
本実施の形態において、２枚の非球面レンズ２０３，２０４を用いる代わりに２つの凸レンズ群、又は１枚の非球面レンズと１枚の球面レンズとを用いることもできる。
【０１４１】
本実施の形態では、実施の形態６の光学情報記録装置に球面収差検出装置を組み合わせた例を説明したが、実施の形態７の光学情報記録装置に球面収差検出装置を組み合わせることもできる。
【０１４２】
また、本実施の形態では、図１の構成を有する球面収差検出装置を組み合わせる場合を説明したが、同様に図２の構成を有する球面収差検出装置を組み合わせることもできる。
【０１４３】
以上に説明した本発明は、図面によって具体的に表される構成に限定されるものではなく色々なバリエーションが想定できる。
【０１４４】
【発明の効果】
本発明によれば、光学系の収差をリアルタイムもしくはリアルタイムに近い時間で検出することができる。従って、検出結果に基づいて収差補正素子を駆動すれば、光学系の収差を低減させることができる。よって、従来困難であった、大きな面ぶれを有する情報担体（ディスク）や基材厚の異なる情報担体（ディスク）の再生が可能となる。また、情報担体の製造が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の収差検出装置の概略構成図
【図２】コマ収差が発生しているときの波面収差を示した概念図
【図３】コマ収差を検出するための光学系の一例を示した概略構成図
【図４】図３の２分割光検出器上に形成される光ビームスポットの形状と形成位置を示した説明図
【図５】球面収差が発生しているときの波面収差を示した概念図
【図６】球面収差を検出するための光学系の一例を示した概略構成図
【図７】図６の２分割光検出器上に形成される光ビームスポットの形状と形成位置を示した説明図
【図８】本発明の実施の形態２の収差検出装置の概略構成図
【図９】本発明の実施の形態３のコマ収差の検出原理を示す構成図
【図１０】ナイフエッジ法でフォーカス検出をする場合の図９の光検出器上の光ビームスポットの形成状態を示した説明図
【図１１】コマ収差発生時の図９の光検出器上の光ビームスポットの形成状態を示した説明図
【図１２】本発明の実施の形態４の球面収差の検出原理を示す構成図
【図１３】球面収差発生時の図１２の光検出器上の光ビームスポットの形成状態を示した説明図
【図１４】本発明の実施の形態５の非点収差の検出原理を示す構成図
【図１５】非点収差発生時の図１４の光検出器上の光ビームスポットの形成状態を示した説明図
【図１６】本発明の収差検出装置の別の構成例を示した概略構成図
【図１７】本発明の実施の形態６に係る光学情報記録装置の概略構成図
【図１８】本発明の実施の形態７に係る光学情報記録装置の概略構成図
【図１９】本発明の実施の形態８に係る光学情報記録装置の概略構成図
【図２０】従来の波面収差補正方法を示した概略構成図
【図２１】片面読み出し２層タイプの光ディスクの一構成例を示した断面図
【符号の説明】
１０１ 光源
１０２ ハーフミラー
１０３ コリメートレンズ
１０４ 波面変換素子
１０５ 対物レンズ
１０６ 光ディスク
１０７ 光検出器
１０８ 収差の信号処理回路
１０９ ホログラム
１１１ 光検出器
１１５ ４分の１波長板
２０１ 半導体レーザ
２０２ 光ビーム
２０３ 第１のレンズ
２０４ 第２のレンズ
２０５ 対物レンズ
２０６ 第１の記録情報層
２０７ 光学分離層
２０８ 第２の記録情報層
２０９ 情報担体
２１０ 距離調整機構（ピエゾ素子）
２２０ コリメートレンズ
２３０ 液晶球面収差補正素子
３０２ ハーフミラー
３０７ 光検出器
３０８ 信号増幅処理回路
３０９ ホログラム
【発明の属する技術分野】
本発明は光ディスク等の光学情報記録媒体（以下、情報担体ということがある）に情報を記録し、又は記録された情報を再生するための光学情報記録再生装置に用いられる光学系の収差検出装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、光ディスクの収差補正手段としては特開平８−２１２６１１号公報に記載されたものが知られている。
【０００４】
図２０に従来の波面収差補正方法の概略構成を示す。図２０において、８０１は光磁気ディスク、８１１は半導体レーザ、８１２は半導体レーザ８１１からの発散光束を平行光束に変換するコリメータレンズ、８１３は光束を断面円形に補正するアナモフィックプリズム、８１４は反射ミラー、８１６は反射ミラー、８１７は対物レンズ、８１８は液晶素子である。また、８２０は複合プリズム、８２２はレーザー光のパワーを検出・制御するためのＡＰＣセンサ、８２５は１／２波長板、８２６は偏光ビームスプリッター、８２９，８３０，８３３は受光素子、８５０は液晶制御回路、８５４はマイコンである。
【０００５】
図２０の装置においては、メモリーからの情報に基づき液晶制御回路８５０を駆動して、液晶素子８１８を制御して収差補正を行う。具体的には、収差が発生した場合、最も波面収差が少なくなるように液晶の収差補正素子８１８の位相をオープンループで制御する。また、温度等により波面収差が変化する場合には、温度検出を行い、検出された温度と予め温度に関連づけて記憶された制御情報とに基づいて波面収差の補正を行う。
【０００６】
図２０の例では、信号検出用の受光素子８２９、８３０とエラー信号検出用の受光素子８３３とからの信号がマイコン８５４に入力され、受光素子の検出信号が良好になるように液晶制御回路８５０が液晶素子８１８の各要素に印加する印可電圧が決定される。
【０００７】
さらに同公報で収差の検出方法については、干渉系を用いる波面収差の測定法が示されている。また、ディスクの種類と、そのディスクを使用した際に発生する波面収差を補正するために必要な液晶の制御情報とを求めて、予め校正されたテーブルに基づいて波面収差の補正を行うことが開示されている。この為に外部に干渉系を構築して測定装置を形成し波面収差を測定するが、干渉系の具体的な構成は開示されていない。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の収差補正方法では、信号のＳ／Ｎがもっとも良くなるように波面収差を試行錯誤的に変化させ、結果として波面収差が少なるようにクローズドループを形成する補正方法が示されている。
【００２１】
しかし、この方法では信号が良くなるか悪くなるかを判断しつつ山登り的に（試行錯誤的に）最良点を求めるので、検出に時間がかかり応答の早いクローズドループによる制御はできない。
【００２２】
本発明は、係る従来の問題点を解決し、リアルタイムもしくはリアルタイムに準じた時間で収差を検出して高速のクローズドループで制御することを可能にする収差検出装置を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明はリアルタイムで収差を検出できる方法として、ディスクからの反射光の光分布には収差によって特徴的な分布が発生することに着目し、この分布を検出することで収差の検出を行うものである。収差の量を定量的に把握することは困難でも、収差の種類と収差がある一定の値以上にあるか否かは比較的容易に検出することができる。
【００３６】
この収差検出を行って、リアルタアイムもしくはリアルタイムに準じる時間内に収差補正素子を駆動して収差を補正し、集光ビームの特性を改善し、結果として良好な光記録特性や再生信号を得ることができる。
【００３７】
本発明は以下の構成とする。
【００３８】
本発明の第１の構成に係る収差検出装置は、光ビームを射出する放射光源と、前記光ビームを情報担体上に集光する対物レンズと、前記情報担体上で反射され前記対物レンズを通過した復路の光ビームを往路の光ビームと分離する光ビーム分岐手段と、検出しようとする収差の種類に応じて、基準波面より位相が進む／もしくは遅れる領域を特定領域とし、前記分岐手段で分離された復路の光ビームを前記特定領域を通過する光ビームとそれ以外の領域を通過する光ビームとに分割して偏向させる光偏向手段と、前記偏向された特定領域を通過する光ビームを受光する複数の光検出手段とを有し、前記複数の光検出手段からの信号を比較して収差を検出することを特徴とする。
【００３９】
また、本発明の第２の構成に係る収差検出装置は、光ビームを射出する放射光源と、前記光ビームを情報担体上に集光する対物レンズと、検出しようとする収差の種類に応じて、基準波面より位相が進む／もしくは遅れる領域を特定領域とし、前記情報担体上で反射され前記対物レンズを通過した復路の光ビームを前記特定領域を通過する光ビームとそれ以外の領域を通過する光ビームとに分割し、前記特定領域を通過する光ビームを前記放射光源とは異なる方向に偏向させる光偏向手段と、前記偏向された特定領域を通過する光ビームを受光する複数の光検出手段とを有し、前記複数の光検出手段からの信号を比較して収差を検出することを特徴とする。
【００４０】
かかる第１及び第２の構成によれば、光学系の収差をリアルタイムもしくはリアルタイムに近い時間で検出することができる。従って、検出結果に基づいて収差補正素子を駆動すれば、光学系の収差を低減させることができる。よって、従来困難であった、大きな面ぶれを有する情報担体（ディスク）や基材厚の異なる情報担体（ディスク）の再生が可能となる。また、情報担体の公差を緩和できるために情報担体の製造が容易となる。
【００４１】
上記第１及び第２の構成において、前記光偏向手段が、光ビームを複数に分割して回折させるホログラムであることが好ましい。かかるホログラム素子を用いることで、光ビームを１つの素子で効率よく分割でき、光学系をコンパクトに構成することができる。
【００４２】
上記第１及び第２の構成において、前記複数の光検出手段は少なくとも２分割された光検出器からなり、前記波面の収差が略ゼロのときに、前記特定領域を通過する光ビームが前記２分割された光検出器の分割線上を照射するように設置されていることが好ましい。かかる構成によれば、収差が発生すると光ビームスポットの分布が変化して２分割された光検出器間の出力に差が生じるため、この差を検出することで簡単な構成で収差を安定して検出できる。
【００４３】
上記第１及び第２の構成において、前記特定領域を、前記復路の光ビームが通過する領域を前記光ビームの光軸を含む平面で２分割して得られる２つの領域の一方の略中央部分の領域とすることができる。かかる構成によれば、コマ収差を検出することができる。
【００４４】
また、上記第１及び第２の構成において、前記特定領域を、前記復路の光ビームの光軸を中心とする径が異なる２つの同心円で挟まれた領域を前記光軸を含む平面で２分割して得られる一方の領域とほぼ一致させることができる。かかる構成によれば、球面収差を検出することができる。
【００４５】
上記第１及び第２の構成において、前記光偏向手段はブレーズ化されたホログラムであることが好ましい。かかる構成によれば、通常のホログラムに比べ高効率の偏向手段とすることができるため、収差の検出を高感度で行うことができる。
【００４６】
上記第２の構成において、前記複数の光検出手段は、前記放射光源の近傍に、前記放射光源に対して対称に配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、光偏向手段としてホログラムを用いた際に同じ回折効率で放射光源に対し対称な位置に現れる＋１次回折光と−１次回折光とを効率よく受光することができるので、効率の良い光学系を形成することができる。
【００４７】
上記第２の構成において、前記光偏向手段は所定の偏光のみを回折させるホログラムと四分の一波長板とからなり、前記ホログラムにおいて、前記放射光源から前記情報担体に向かう往路の光ビームは回折せず、前記復路の光ビームは複数に分割され、異なる方向に回折することが好ましい。かかる構成によれば、光学系の光利用効率を高めることができる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００５８】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の収差検出装置の概略構成図である。
【００５９】
半導体レーザ等の光源１０１を出射する光ビームはハーフミラー１０２を通過してコリメートレンズ１０３で略平行光に変換され、波面変換素子１０４を透過して対物レンズ１０５により光ディスク１０６の基板越しに記録再生情報面上に入射する。
【００６０】
記録再生情報面で反射した光ビームは再び基板を透過し、対物レンズ１０５、波面変換素子１０４、コリメートレンズ１０３を透過して、ハーフミラー１０２で反射して、ホログラム１０９を透過して回折されて、信号検出用の光検出器１０７に入射する。光検出器１０７は情報信号、フォーカス信号やトラッキング信号等の制御信号、及び光ビームの収差を検出するピンダイオードなどの光検出素子からなる。これらの検出素子は、各信号検出ごとに単独に構成される場合と、機能を統合して複数の機能を兼ねる場合とがある。検出された収差は信号処理回路１０８で処理され、波面変換素子１０４を駆動する。
【００６１】
波面変換素子１０４は、例えば以下の方法を用いることができ、２枚の硝子基板に挟まれた部分に液晶を封入したものを用いることができる。光ビームが通過する部分を複数の領域に分け、各々の領域に独立に電圧を印可すると、それぞれ対応する部分の屈折率を変化させることができる。この屈折率の変化を利用して波面の位相を変えることができる。光ビームに収差があると、部分的に光ビームの位相が変わるので、この変化した位相を補完するように波面変換素子１０４を駆動することにより収差の補正ができる。電圧を収差の度合いに応じて印可すると収差補正をより正確に補正することが可能である。
【００６２】
光学系に収差のない状況では光検出器１０７で収差は検出されず、従って波面変換素子１０４に変化はなく、単なるガラス平行平板と同等な素子となる。しかし、収差が発生したときには、収差の種類によりそれぞれ検出信号のでかたが異なる。
【００６３】
以下代表的な収差の３例について説明する。
【００６４】
第１の例として、例えば光ディスク１０６が傾くと、光ビームが光ディスクの基板を通過する際にコマ収差が発生する。このコマ収差を光検出器１０７で検出して、コマ収差を打ち消すように波面変換素子１０４を駆動して、収差補正することができる。コマ収差を補正する波面変換の方式は多分割された液晶で構成される波面変換素子を用いる方法を使うことができる。
【００６５】
コマ収差の検出方法を以下に説明する。
【００６６】
図２はコマ収差が発生しているときの波面収差を示している。アパーチャーの中の基準波面１１に対して、光軸１０を境界として、波面の進み１１ａと遅れ１１ｂとがある。基準波面１１を集光したとき、その集光点に対して、進んだ波面１１ａと遅れた波面１１ｂが集光する位置はいずれもデフォーカスとなる。従って、この進んだ波面又は遅れた波面のみを取り出してフォーカス状態を検出することでコマ収差の発生状況を知ることができる。
【００６７】
図３は、コマ収差を検出するための光学系の一例を示している。光軸１０はＸ−Ｙ座標系の原点を通るものとし、Ｙ軸方向にコマ収差が発生する場合を考える。光ディスクから反射して集光する復路の光ビーム１２において、Ｙ＞０の領域の略中央部分１３を通過する光ビームのみを、領域１３以外の領域を通過する光ビームから分離して、２分割された光検出器１７ａ，１７ｂに集光させ、光スポット１４を形成させる。ここで、収差が発生していないときに、光スポット１４は、光検出器１７ａ，１７ｂの分割線上に合焦して形成されるように構成されている。Ｙ軸方向にコマ収差が発生しているとき、領域１３を通過する光ビームはこれ以外の領域を通過する光ビームに対して位相が進んでいるか、又は遅れている。換言すれば、位相が進んでいるか又は遅れている光ビームを取り出すことができるように、領域１３を設定する。図３の例では、領域１３は半円形を例示してあるが、これに限定されず、円形、楕円形、矩形、円弧形状等であってもよい。
【００６８】
図４は、２分割光検出器上の光ビーム１４の形状と形成位置を示している。
【００６９】
図４（Ａ）は領域１３を通過する光ビームの位相が遅れている場合であり、該光ビームは光検出器の検出面より後方に集光するような光ビームとなる。このとき、光ビームは光検出器１７ａ側を通過するので、光検出器１７ａの出力が光検出器１７ｂの出力より大きくなる。
【００７０】
図４（Ｂ）は領域１３を通過する光ビームの位相の進みや遅れがない場合（すなわち、収差がない場合）であり、該光ビームは光検出器１７ａ，１７ｂの検出面上であって、両者の分割線上に集光するような光ビームとなる。このとき、光検出器１７ａの出力と光検出器１７ｂの出力とは同じ大きさとなる。
【００７１】
図４（Ｃ）は領域１３を通過する光ビームの位相が進んでいる場合であり、該光ビームは光検出器の検出面より前方に集光するような光ビームとなる。このとき、光ビームは光検出器１７ｂ側を通過するので、光検出器１７ａの出力が光検出器１７ｂの出力より小さくなる。
【００７２】
以上より、２分割光検出器１７ａ，１７ｂのそれぞれの出力信号の差信号を検出することにより、微小なコマ収差であればコマ収差の量と符号を知ることができる。ある程度以上大きな収差が発生すると、差信号が飽和するので、コマ収差の符号は分かっても、コマ収差の量を知ることはできなくなる。このような場合には、光検出器を多分割して信号を演算することでコマ収差の量を測定することができる。
【００７３】
第２の例として、図１において、例えば光ディスク１０６の厚さが異なると光ビームが基板を通過する際に球面収差が発生する。この球面収差は検出器１０７で検出して、球面収差を打ち消すように波面変換素子１０４を駆動して、収差補正することができる。球面収差を補正する波面変換の方式は多分割された液晶で構成される波面変換素子を用いる方式を使うことができる。
【００７４】
球面収差の検出方法を以下に説明する。
【００７５】
図５は球面収差が発生している波面収差を示している。アパーチャーの中の基準波面２１に対して、光軸１０に対称に波面の遅れ２１ａ，２１ｂがある。基準波面２１を集光したとき、その集光点に対して、遅れた波面２１ａ，２１ｂが集光する位置はデフォーカスとなる。従って、この遅れた波面のみを取り出してフォーカス状態を検出することで波面収差の発生状況を知ることができる。なお、上記とは逆に、光軸１０に対称に波面の進みが生じる場合にも波面収差が発生する。
【００７６】
図６は、球面収差を検出するための光学系の一例を示している。光軸１０はＸ−Ｙ座標系の原点を通るものとする。光ディスクから反射して集光する復路の光ビーム２２において、光軸１０を中心とする径が異なる２つの同心円で挟まれた領域のうちのＹ＞０の領域（半リング状領域）２３を通過する光ビームのみを、領域２３以外の領域を通過する光ビームから分離して、２分割された光検出器１７ａ，１７ｂに集光させ、光スポット２４を形成させる。ここで、収差が発生していないときに、光スポット２４は、光検出器１７ａ，１７ｂの分割線上に合焦して形成されるように構成されている。球面収差が発生しているとき、領域２３を通過する光ビームはこれ以外の領域を通過する光ビームに対して位相が進んでいるか、又は遅れている。換言すれば、位相が進んでいるか又は遅れている光ビームを取り出すことができるように、領域２３を設定する。半リング状の領域２３の該リングの半径とその半径方向の幅は光ビームの波面収差の状態に応じて設定することができる。
【００７７】
図７は、２分割光検出器上の光ビーム２４の形状と形成位置を示している。
【００７８】
図７（Ａ）は領域２３を通過する光ビームの位相が遅れている場合であり、該光ビームは光検出器の検出面より後方に集光するような光ビームとなる。このとき、光ビームは光検出器１７ａ側を通過するので、光検出器１７ａの出力が光検出器１７ｂの出力より大きくなる。
【００７９】
図７（Ｂ）は領域２３を通過する光ビームの位相の進みや遅れがない場合（すなわち、収差がない場合）であり、該光ビームは光検出器１７ａ，１７ｂの検出面上であって、両者の分割線上に集光するような光ビームとなる。このとき、光検出器１７ａの出力と光検出器１７ｂの出力とは同じ大きさとなる。
【００８０】
図７（Ｃ）は領域２３を通過する光ビームの位相が進んでいる場合であり、該光ビームは光検出器の検出面より前方に集光するような光ビームとなる。このとき、光ビームは光検出器１７ｂ側を通過するので、光検出器１７ａの出力が光検出器１７ｂの出力より小さくなる。
【００８１】
以上より、２分割光検出器１７ａ，１７ｂのそれぞれの出力信号の差信号を検出することにより、微小な球面収差であれば球面収差の量と符号を知ることができる。ある程度以上大きな収差が発生すると、差信号が飽和するので、球面収差の符号は分かっても、球面収差の量を知ることはできなくなる。このような場合には、光検出器を多分割して信号を演算することで球面収差の量を測定することができる。
【００８２】
第３の例として、図１において、例えば光ディスク１０６の複屈折等で光ビームが基板を通過する際に非点収差が発生する。この非点収差は検出器１０７で検出され、非点収差を打ち消すように波面変換素子１０４を駆動して、収差補正することができる。非点収差を補正する波面変換の方式は多分割された液晶で構成される波面変換素子を用いる方式を使うことができる。
【００８３】
非点収差の検出方法は上記のコマ収差、球面収差の検出方法と同様の考え方に基づいて行なうことができる。
【００８４】
図１において光偏向手段としてのホログラム１０９をブレーズ化されたホログラムとしてもよい。これにより、通常のホログラムに比べ高効率の偏向手段とすることができる。
【００８５】
また、光検出器１０７は情報信号、フォーカス信号やトラッキング信号等の制御信号、及び光ビームの収差を検出するピンダイオードなどの複数の領域に分かれた光検出素子であるが、収差を検出する部分も少なくとも二分割された光検出素子からなり、ホログラム１０９で偏向された光ビームが二分割された光検出素子の分割線上にかかるように設定されている。
【００８６】
（実施の形態２）
図８は実施の形態２の収差検出装置の概略構成図である。
【００８７】
半導体レーザ等の光源１０１を出射する光ビームはホログラム１０９を通過してコリメートレンズ１０３で略平行光に変換され、波面変換素子１０４を透過して対物レンズ１０５により光ディスク１０６の基板越しに記録再生情報面上に入射する。
【００８８】
記録再生情報面で反射した光ビームは再び基板を透過し、対物レンズ１０５、波面変換素子１０４、コリメートレンズ１０３を透過して、ホログラム１０９で回折され信号検出用の光検出器１０７，１１１に入射する。光検出器１０７，１１１は情報信号、フォーカス信号やトラッキング信号等の制御信号、及び光ビームの収差を検出する素子からなる。これらの検出素子は、各信号検出ごとに単独に構成される場合と、機能を統合して複数の機能を兼ねる場合とがある。検出された収差は信号処理回路１０８で処理され波面変換素子１０４を駆動する。
【００８９】
光学系に収差のない状況では光検出器１０７，１１１で収差は検出されず、従って波面変換素子１０４に変化はなく、単なるガラス平行平板と同等な素子となる。収差が発生したときには、実施の形態１で説明したと同様の検出方式で検出される。
【００９０】
本実施に形態によれば、実施の形態１と比較して、よりコンパクトな収差検出装置が得られる。
【００９１】
（実施の形態３）
図９にコマ収差検出の具体的な方式を示す。
【００９２】
ホログラム１０９は複数の領域１０９ａ〜１０９ｄに分割されており各々の領域に対応して光検出器１０７ａ〜１０７ｈを設ける。すなわち、領域１０９ａは光検出器１０７ｇ，１０７ｈに対応し、領域１０９ｂは光検出器１０７ａ，１０７ｂに対応し、領域１０９ｃは光検出器１０７ｅ，１０７ｆに対応し、領域１０９ｄは光検出器１０７ｃ，１０７ｄに対応する。ホログラム１０９の領域分割は、図３で説明した考え方に準じて行なわれている。このように、光ビームを通過する領域に応じて複数に分割して偏向させるためには、例えばホログラム１０９の空間周波数（ピッチ）と回折方向とを領域ごとに適切に設定することにより可能である。
【００９３】
Ｙ軸方向にコマ収差が発生していると仮定したとき、検出用ホログラム１０９の上では領域１０９ａと領域１０９ｂとの間で位相誤差がもっとも大きくなり領域１０９ｃと領域１０９ｄでは比較的位相誤差は少ない。従ってこれらの４領域をそれぞれ検出するとコマ収差を検出することができる。コマ収差はＸ軸に関して対称な収差であるから領域１０９ａと領域１０９ｃの組み合わせから検出することも可能である。同じく領域１０９ｂと領域１０９ｄの組み合わせから検出することも可能である。
【００９４】
光検出器１０７は光ビームの集光点近傍にありいわゆるナイフエッジ法と呼ばれる検出方式が用いられる。
【００９５】
ファーフィールドトラッキング誤差信号の検出にはホログラムのＹ＞０の部分を通過する光ビームとＹ＜０の部分を通過する光ビームの光量差を検出することで得られる。即ちファーフィールドトラッキング信号ＴＥは、
ＴＥ＝［（１０７ａ）＋（１０７ｂ）＋（１０７ｃ）＋（１０７ｄ）］−［（１０７ｅ）＋（１０７ｆ）＋（１０７ｇ）＋（１０７ｈ）］
の信号を見ることで検出できる。
【００９６】
図１０にナイフエッジ法でフォーカス検出をする場合の検出器１０７上の光ビームによる光スポット（斜線を施した部分）の様子を示す。この場合、コマ収差がないと仮定すると、図１０（Ｂ）のように２分割光検出器の分割線上に全ての光ビームは集光している。フォーカスがずれて、例えば光ディスク１０６と対物レンズ１０５が互いに近づく方向になる場合、図１０（Ａ）のように素子１０７ａ、１０７ｃ、１０７ｆ、１０７ｈの出力が大きくなる。光ディスク１０６と対物レンズ１０５が互いに遠ざかる方向になる場合、図１０（Ｃ）のように素子１０７ｂ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｇの出力が大きくなる。従ってこれらの信号を処理することで、フォーカス信号を得ることができる。即ちフォーカス信号ＦＥは、
ＦＥ＝［（１０７ｃ）＋（１０７ｆ）］−［（１０７ｄ）＋（１０７ｅ）］
の信号を見ることで検出できる。
【００９７】
図１１にフォーカスが入ったとき（合焦したとき）の光検出器１０７上の光ビームによる光スポット（斜線を施した部分）の状態を示す。
【００９８】
コマ収差が発生していないとき、図１１（Ｂ）のように全ての光検出器の出力は略等しく変化しない。
【００９９】
ある極性のコマ収差が発生すると、図１１（Ａ）のように光検出器１０７ａと１０７ｇの出力が増加し、１０７ｂと１０７ｈの出力が減少するが、光検出器１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆの出力は変化しない。
【０１００】
反対極性のコマ収差が発生すると、図１１（Ｃ）のように光検出器１０７ｂと１０７ｈの出力が増加し、１０７ａと１０７ｇの出力が減少するが、光検出器１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆの出力は変化しない。
【０１０１】
従ってこれらの信号を処理することで、コマ収差検出の信号を得ることができる。即ちコマ収差ＣＭは、
ＣＭ＝［（１０７ａ）＋（１０７ｇ）］−［（１０７ｂ）＋（１０７ｈ）］
の信号を見ることで検出できる。
【０１０２】
（実施の形態４）
図１２に球面収差検出の具体的な方式を示す。
【０１０３】
ホログラム１０９は複数の領域１０９ｅ〜１０９ｈに分割されており各々の領域に対応して光検出器１０７ａ〜１０７ｈを設ける。すなわち、領域１０９ｅは光検出器１０７ｇ，１０７ｈに対応し、領域１０９ｆは光検出器１０７ａ，１０７ｂに対応し、領域１０９ｇは光検出器１０７ｃ，１０７ｄに対応し、領域１０９ｈは光検出器１０７ｅ，１０７ｆに対応する。ホログラム１０９の領域分割は、図６で説明した考え方に準じて行なわれている。このように、光ビームを通過する領域に応じて複数に分割して偏向させるためには、例えばホログラム１０９の空間周波数（ピッチ）と回折方向とを領域ごとに適切に設定することにより可能である。
【０１０４】
球面収差が発生していると仮定したとき、検出用ホログラム１０９の上では領域１０９ｅ，１０９ｆと領域１０９ｇ，１０７ｈとの間で位相誤差がもっとも大きくなる。従ってこれらの２領域をそれぞれ検出すると球面収差を検出することができる。球面収差はＸ軸やＹ軸に関して対称な収差であるから領域１０９ｅと領域１０９ｇ，１０９ｈとの組み合わせから検出することも可能である。同じく領域１０９ｆと領域１０９ｇ，１０９ｈとの組み合わせから検出することも可能である。
【０１０５】
図１３にフォーカスが入ったときの光検出器１０７上の光ビームによる光スポット（斜線を施した部分）の状態を示す。
【０１０６】
球面収差が発生していないとき、図１３（Ｂ）のように全ての光検出器の出力は略等しく変化しない。
【０１０７】
ある極性の球面収差が発生すると、図１３（Ａ）のように図１２のホログラム１０９ｇ，１０９ｈを通過する光ビームの焦点が光検出器１０７の後方に集光する。その結果、光検出器１０７ａと１０７ｈの出力が増加し、光検出器１０７ｂと１０７ｇの出力が減少するが、光検出器１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆの出力は変化しない。
【０１０８】
反対極性の球面収差が発生すると、図１３（Ｃ）のように図１２のホログラム１０９ｇ，１０９ｈを通過する光ビームの焦点が光検出器１０７の前方に集光する。その結果、光検出器１０７ｂと１０７ｇの出力が増加し、光検出器１０７ａと１０７ｈの出力が減少するが、光検出器１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆの出力は変化しない。
【０１０９】
従ってこれらの信号を処理することで、球面収差検出の信号を得ることができる。即ち球面収差ＳＡは、
ＳＡ＝［（１０７ａ）＋（１０７ｈ）］−［（１０７ｂ）＋（１０７ｇ）］
の信号を見ることで検出できる。
【０１１０】
ファーフィールドトラッキング誤差信号の検出にはホログラムのＹ＞０の部分を通過する光ビームとＹ＜０の部分を通過する光ビームの光量差を検出することで得られる。即ちファーフィールドトラッキング信号ＴＥは、
ＴＥ＝［（１０７ａ）＋（１０７ｂ）＋（１０７ｅ）＋（１０７ｆ）］−［（１０７ｃ）＋（１０７ｄ）＋（１０７ｇ）＋（１０７ｈ）］
の信号を見ることで検出できる。
【０１１１】
（実施の形態５）
本発明の原理を応用して非点収差の検出を行うことができる。図１４に非点収差検出の具体的な方式を示す。
【０１１２】
ホログラム１０９は複数の領域１０９ｉ〜１０９ｍ（１０９ｌは欠番）に分割されており各々の領域に対応して光検出器１１０ａ〜１１０ｍ（１１０ｌは欠番）を設ける。すなわち、領域１０９ｉは光検出器１１０ｉ，１１０ｊ，１１０ｋ，１１０ｍに対応し、領域１０９ｊは光検出器１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに対応し、領域１０９ｋは光検出器１１０ｅ，１１０ｆに対応し、領域１０９ｍは光検出器１１０ｇ，１１０ｈに対応する。ホログラム１０９の領域分割は、以下のように行なっている。まず、光軸を中心とする径が異なる２つの同心円で挟まれた領域（リング状領域）と、それ以外の領域とに分割する。前者のリング状領域をさらにＸ軸及びＹ軸により４分割し、対向する領域同士を１組として、２組の検出領域１０９ｉ，１０９ｊとする。また、後者の領域をＹ＞０の領域とＹ＜０の領域に分割し、それぞれ１０９ｋ，１０９ｍとする。このように、光ビームを通過する領域に応じて複数に分割して偏向させるためには、例えばホログラム１０９の空間周波数（ピッチ）と回折方向とを領域ごとに適切に設定することにより可能である。
【０１１３】
非点収差が発生していると仮定したとき、検出用ホログラム１０９の上では領域１０９ｉと領域１０９ｊとの間で位相誤差がもっとも大きくなり、領域１０９ｋと領域１０９ｍとの間の位相誤差はそれらの中間の値となる。従ってこれらの３領域をそれぞれ検出すると非点収差を検出することができる。
【０１１４】
図１５にフォーカスが入ったときの光検出器１１０上の光ビームによる光スポット（斜線を施した部分）の状態を示す。
【０１１５】
非点収差が発生していないとき、図１５（Ｂ）のように全ての光検出器１１０の出力は略等しく変化しない。
【０１１６】
ある極性の非点収差が発生すると、図１５（Ａ）のように図１４のホログラム１０９ｉを通過する光ビームの焦点が光検出器１１０の後方に集光し、ホログラム１０９ｊを通過する光ビームの焦点が光検出器１１０の前方に集光する。その結果、光検出器１１０ａ、１１０ｄ、１１０ｊ、１１０ｋの出力が増加し、光検出器１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｉ、１１０ｍの出力が減少する。光検出器１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｇ、１１０ｈの出力は変化しない。
【０１１７】
反対極性の非点収差が発生すると、図１５（Ｃ）のように図１４のホログラム１０９ｊを通過する光ビームの焦点が光検出器１１０の後方に集光し、ホログラム１０９ｉを通過する光ビームの焦点が光検出器１１０の前方に集光する。その結果、光検出器１１０ａ、１１０ｄ、１１０ｊ、１１０ｋの出力が減少し、光検出器１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｉ、１１０ｍの出力が増加する。光検出器１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｇ、１１０ｈの出力は変化しない。
【０１１８】
従ってこれらの信号を処理することで、非点収差検出の信号を得ることができる。即ち非点収差ＡＳは、
ＡＳ＝［（１１０ａ）＋（１１０ｄ）＋（１１０ｊ）＋（１１０ｋ）］−［（１１０ｂ）＋（１１０ｃ）＋（１１０ｉ）＋（１１０ｍ）］
の信号を見ることで検出できる。
【０１１９】
以上のホログラムを使った各実施形態は、光検出器の簡略化のため＋１次回折光又は−１次回折光の光を利用した例について述べてある。ブレーズ化したホログラムを用いることもでき、その場合この形態でそのまま収差検出装置を形成できる。ブレーズ化したホログラムを用いることにより、光検出器の受光量が増えるので、高感度の収差検出を行なうことができる。ブレーズ化しないホログラムの場合も当然上記方式を用いることができる。このときには＋１次と−１次の回折光が干渉しないように光検出器を設計することが必要である。
【０１２０】
また、実施の形態２（図８）において、ホログラム１０９としてブレーズ化しないホログラムを用いた場合、光源１０１の両側近傍の略対称となる位置に、＋１次回折光と−１次回折光を受光できるように光検出器１０７，１１１を設置して、光検出器１０７，１１１の両方で上記の収差検出を行なう構成とすることもできる。このような構成とすれば、一方の光検出器のみで収差検出する場合にい比べて、受光する光量が２倍になり、高Ｓ／Ｎ比の収差検出信号を得ることができる。
【０１２１】
あるいは、実施の形態２（図８）において、ホログラム１０９として偏光のみを回折させる偏光ホログラムを用い、これと４分の１波長板とで光偏向手段を構成してもよい。すなわち、図１６に示すように、光源１０１として偏光を射出する放射光源を用い、射出された偏光が透過する方向に偏光ホログラム１０９を設置する。また、４分の１波長板１１５を波面変換素子１０４と対物レンズ１０５の間に設置する。偏光放射光源１０１から出射した光ビームは偏光ホログラム１０９を透過し、４分の１波長板１１５で円偏光となる。ディスク１０６で反射した円偏光ビームは４分の１波長板１１５を再度通過することで往路の光ビームの偏光方向と垂直方向に偏光した光ビームとなる。この光ビームは偏光ホログラム１０９に入射するとほとんどの光ビームが回折されて光検出器１０７，１１１に入射する。ここで、光検出器１０７，１１１は、光源１０１の両側近傍の略対称となる位置に設置されている。収差検出は、光検出器１０７，１１１の両方からの信号を用いて行なう。このように、偏光ホログラムと４分の１波長板とを用いることで、光検出器に入射する光ビームの利用効率を向上させることができ、高いＳ／Ｎ比の収差検出信号を得ることができる。
【０１２２】
また、上記の各実施形態では二分割の光検出器を用いて高速に収差検出する方法を述べたが、光検出器の応答速度を速くできれば、二分割と同じ方向に複数に分割した光検出器を用いてより精度の高い収差検出を行うことができる。図１０、図１１、図１３、図１５からも明らかなように、収差が発生すると光検出器上の光分布は大きく広がる。この拡がりの大きさは、収差の大きさに比例する。従って光ビーム光軸の中心から離れた光検出器に出力が出るほど大きな収差が発生していることになる。複数の光検出器から出力される信号を処理をして、収差補正装置（波面変換素子１０４）をアナログ値で段階的に制御駆動して、より精度の高い収差補正を行うことも可能である。収差補正装置に用いられる液晶は印加される電圧に略比例して屈折率を変化させることができる為、アナログ値で段階的に制御する装置として適している。
【０１２３】
また、上記の実施形態ではトラッキング方式としてファーフィールドトラッキング方式を用いた場合のみを説明したが、通常使用されている位相差検出トラッキング方式、３ビームトラッキング方式等をそれほど難しくない設計で組み合わせることも可能である。
【０１２４】
次に、上記の収差検出装置を光学情報記録再生装置に応用した実施形態を説明する。
【０１２５】
（実施の形態６）
図１７は第６の実施の形態に係る光学情報記録装置の構成の概略を示す。
【０１２６】
図１７において、半導体レーザ２０１を出射する光ビーム２０２はコリメートレンズ２２０で略平行光に変換され、２枚の非球面レンズ２０３，２０４からなる対物レンズ２０５を透過し、第１の記録可能な記録情報層２０６と第２の記録可能な記録情報層２０８と両記録情報層の間にある光学分離層２０７とからなる情報担体２０９に入射する。２枚の非球面レンズ２０３と２０４の間には両非球面レンズ間の距離を変化させることができる距離調整機構２１０がある。本実施の形態ではピエゾ素子を用いており、電圧を高く印加することで２枚の非球面レンズ２０３，２０４の間の距離は長くなり、電圧を低くすることで２枚の非球面レンズ２０３，２０４の間の距離は短くなる。対物レンズ２０５で収束された光ビームが第１の記録可能な記録情報層２０６上に集光するときには、ピエゾ素子に印加する電圧を低くして２枚の非球面レンズ２０３，２０４間の距離を短くして球面収差を補正する。対物レンズ２０５で収束された光ビームが第２の記録可能な記録情報層２０８上に集光するときには、ピエゾ素子に印加する電圧を高くして２枚の非球面レンズ２０３，２０４間の距離を長くして球面収差を補正する。かかる方法により記録情報層に対し球面収差を低減することで、良好な記録再生特性が得られる。
【０１２７】
第６の実施形態において、ピエゾ素子の代わりに電磁駆動のアクチュエータやモータを使用することもできる。また、ピエゾ素子の代わりに超音波で駆動されるアクチュエータを使用することもできる。
【０１２８】
また、２枚の非球面レンズ２０３，２０４を用いる代わりに２つの凸レンズ群、又は１枚の非球面レンズと１枚の球面レンズとを用いることもできる。
【０１２９】
（実施の形態７）
図１８は第７の実施の形態に係る光学情報記録装置の構成の概略を示す。
【０１３０】
図１８において、半導体レーザ２０１を出射する光ビーム２０２はコリメートレンズ２２０で略平行光に変換され、２枚の非球面レンズ２０３，２０４からなる対物レンズ２０５を透過し、第１の記録可能な記録情報層２０６と第２の記録可能な記録情報層２０８と両記録情報層の間にある光学分離層２０７とからなる情報担体２０９に入射する。対物レンズ２０５と半導体レーザ２０１との間には、対物レンズ２０５の光軸を中心とした円の周方向に等しくかつ半径方向に異なる光学的位相を変化させることのできる球面収差補正素子２３０が対物レンズ２０５と一体的に配置されている。
【０１３１】
基材の厚さ誤差により光軸を中心として点対称な位相誤差が発生するので、球面収差で発生する半径方向に異なる光学位相と反対の極性で同じ量の光学位相を加算することにより、記録情報層に集光する光ビームの球面収差を打ち消し合わせることができる。
【０１３２】
本実施の形態では球面収差補正素子２３０は光軸を中心とする同心円により半径方向に３〜７個の複数の領域に分割された液晶素子であり、発生した球面収差の量に応じて複数の領域に印加する電圧を制御して位相差を最適化する。
【０１３３】
本実施の形態において、２枚の非球面レンズ２０３，２０４を用いる代わりに２つの凸レンズ群、又は１枚の非球面レンズと１枚の球面レンズとを用いることもできる。
【０１３４】
（実施の形態８）
実施の形態６，７において、球面収差の検出にはホログラムを用いた球面収差の検出方式を使うことができる。図１９を用いて光ディスクの球面収差を検出する方法を述べる。
【０１３５】
図１９において半導体レーザ２０１を出射する光ビーム２０２はコリメートレンズ２２０で略平行光とされ、２枚の非球面レンズ２０３，２０４からなる対物レンズ２０５を透過し、第１の記録可能な記録情報層２０６と第２の記録可能な記録情報層２０８と両記録情報層の間にある光学分離層２０７とからなる情報担体２０９に入射する。２枚の非球面レンズ２０３と２０４の間には両非球面レンズ間の距離を一定にする距離調整機構２１０がある。距離調整機構２１０として本実施の形態ではピエゾ素子を用いている。
【０１３６】
ディスクから反射した光ビームはハーフミラー３０２で反射され収差検出用のホログラム３０９を透過して光検出器３０７に入射する。検出された信号は信号増幅処理回路３０８で処理されピエゾ素子２１０を駆動する。検出信号に応じて電圧を高く印加することで２枚の非球面レンズ２０３と２０４の間の距離は長くなり、電圧を低くすることで２枚の非球面レンズ２０３と２０４の間の距離は短くなる。
【０１３７】
対物レンズ２０５で収束された光ビームが第１の記録可能な記録情報層２０６上に集光するときには、球面収差検出信号は検出され、ピエゾ素子２１０に印加する電圧を低くして２枚の非球面レンズ間の距離を短くして球面収差を補正する。
【０１３８】
対物レンズ２０５で収束された光ビームが第２の記録可能な記録情報層２０８上に集光するときには、球面収差検出信号は上記と逆の極性で検出され、ピエゾ素子２１０に印加する電圧を大きくして２枚の非球面レンズ間の距離を長くして球面収差を補正する。
【０１３９】
球面収差検出の具体的な方式は、上記の図５〜図７又は実施の形態４で説明した方式を使用することができる。
【０１４０】
本実施の形態において、２枚の非球面レンズ２０３，２０４を用いる代わりに２つの凸レンズ群、又は１枚の非球面レンズと１枚の球面レンズとを用いることもできる。
【０１４１】
本実施の形態では、実施の形態６の光学情報記録装置に球面収差検出装置を組み合わせた例を説明したが、実施の形態７の光学情報記録装置に球面収差検出装置を組み合わせることもできる。
【０１４２】
また、本実施の形態では、図１の構成を有する球面収差検出装置を組み合わせる場合を説明したが、同様に図２の構成を有する球面収差検出装置を組み合わせることもできる。
【０１４３】
以上に説明した本発明は、図面によって具体的に表される構成に限定されるものではなく色々なバリエーションが想定できる。
【０１４４】
【発明の効果】
本発明によれば、光学系の収差をリアルタイムもしくはリアルタイムに近い時間で検出することができる。従って、検出結果に基づいて収差補正素子を駆動すれば、光学系の収差を低減させることができる。よって、従来困難であった、大きな面ぶれを有する情報担体（ディスク）や基材厚の異なる情報担体（ディスク）の再生が可能となる。また、情報担体の製造が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の収差検出装置の概略構成図
【図２】コマ収差が発生しているときの波面収差を示した概念図
【図３】コマ収差を検出するための光学系の一例を示した概略構成図
【図４】図３の２分割光検出器上に形成される光ビームスポットの形状と形成位置を示した説明図
【図５】球面収差が発生しているときの波面収差を示した概念図
【図６】球面収差を検出するための光学系の一例を示した概略構成図
【図７】図６の２分割光検出器上に形成される光ビームスポットの形状と形成位置を示した説明図
【図８】本発明の実施の形態２の収差検出装置の概略構成図
【図９】本発明の実施の形態３のコマ収差の検出原理を示す構成図
【図１０】ナイフエッジ法でフォーカス検出をする場合の図９の光検出器上の光ビームスポットの形成状態を示した説明図
【図１１】コマ収差発生時の図９の光検出器上の光ビームスポットの形成状態を示した説明図
【図１２】本発明の実施の形態４の球面収差の検出原理を示す構成図
【図１３】球面収差発生時の図１２の光検出器上の光ビームスポットの形成状態を示した説明図
【図１４】本発明の実施の形態５の非点収差の検出原理を示す構成図
【図１５】非点収差発生時の図１４の光検出器上の光ビームスポットの形成状態を示した説明図
【図１６】本発明の収差検出装置の別の構成例を示した概略構成図
【図１７】本発明の実施の形態６に係る光学情報記録装置の概略構成図
【図１８】本発明の実施の形態７に係る光学情報記録装置の概略構成図
【図１９】本発明の実施の形態８に係る光学情報記録装置の概略構成図
【図２０】従来の波面収差補正方法を示した概略構成図
【図２１】片面読み出し２層タイプの光ディスクの一構成例を示した断面図
【符号の説明】
１０１ 光源
１０２ ハーフミラー
１０３ コリメートレンズ
１０４ 波面変換素子
１０５ 対物レンズ
１０６ 光ディスク
１０７ 光検出器
１０８ 収差の信号処理回路
１０９ ホログラム
１１１ 光検出器
１１５ ４分の１波長板
２０１ 半導体レーザ
２０２ 光ビーム
２０３ 第１のレンズ
２０４ 第２のレンズ
２０５ 対物レンズ
２０６ 第１の記録情報層
２０７ 光学分離層
２０８ 第２の記録情報層
２０９ 情報担体
２１０ 距離調整機構（ピエゾ素子）
２２０ コリメートレンズ
２３０ 液晶球面収差補正素子
３０２ ハーフミラー
３０７ 光検出器
３０８ 信号増幅処理回路
３０９ ホログラム
Claims (9)
- 光ビームを射出する放射光源と、
前記光ビームを情報担体上に集光する対物レンズと、
前記情報担体上で反射され前記対物レンズを通過した復路の光ビームを往路の光ビームと分離する光ビーム分岐手段と、
検出しようとする収差の種類に応じて、基準波面より位相が進む／もしくは遅れる領域を特定領域とし、前記分岐手段で分離された復路の光ビームを前記特定領域を通過する光ビームとそれ以外の領域を通過する光ビームとに分割して偏向させる光偏向手段と、
前記偏向された特定領域を通過する光ビームを受光する複数の光検出手段とを有し、
前記複数の光検出手段からの信号を比較して収差を検出することを特徴とする収差検出装置。 - 光ビームを射出する放射光源と、
前記光ビームを情報担体上に集光する対物レンズと、
検出しようとする収差の種類に応じて、基準波面より位相が進む／もしくは遅れる領域を特定領域とし、前記情報担体上で反射され前記対物レンズを通過した復路の光ビームを前記特定領域を通過する光ビームとそれ以外の領域を通過する光ビームとに分割し、前記特定領域を通過する光ビームを前記放射光源とは異なる方向に偏向させる光偏向手段と、
前記偏向された特定領域を通過する光ビームを受光する複数の光検出手段とを有し、
前記複数の光検出手段からの信号を比較して収差を検出することを特徴とする収差検出装置。 - 前記光偏向手段は、光ビームを複数に分割して回折させるホログラムである請求項１又は２に記載の収差検出装置。
- 前記複数の光検出手段は少なくとも２分割された光検出器からなり、
前記波面の収差が略ゼロのときに、前記特定領域を通過する光ビームが前記２分割された光検出器の分割線上を照射するように設置されている請求項１又は２に記載の収差検出装置。 - 前記特定領域が、前記復路の光ビームが通過する領域を前記光ビームの光軸を含む平面で２分割して得られる２つの領域の一方の略中央部分の領域である請求項１又は２に記載の収差検出装置。
- 前記特定領域が、前記復路の光ビームの光軸を中心とする径が異なる２つの同心円で挟まれた領域を前記光軸を含む平面で２分割して得られる一方の領域とほぼ一致する請求項１又は２に記載の収差検出装置。
- 前記光偏向手段はブレーズ化されたホログラムである請求項１又は２に記載の収差検出装置。
- 前記複数の光検出手段は、前記放射光源の近傍に、前記放射光源に対して対称に配置されている請求項２に記載の収差検出装置。
- 前記光偏向手段は所定の偏光のみを回折させるホログラムと四分の一波長板とからなり、前記ホログラムにおいて、前記放射光源から前記情報担体に向かう往路の光ビームは回折せず、前記復路の光ビームは複数に分割され、異なる方向に回折する請求項２に記載の収差検出装置。
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