(57)【要約】【課題】球面収差の信号とフォーカスエラー信号とを区別するために補助的な基準を備えることは製造者にとって煩雑であった。また、光ディスクのプロファイルの測定結果を読み込んで、球面収差補正を行うことは、リアルタイムに球面収差の検出を行っていないため、半導体レーザの短波長化、及び対物レンズの高ＮＡ化によって収差の影響が大きい光情報記録再生ヘッド装置の場合、半導体レーザの波長変動などに対応できず、球面収差補正や合焦動作を正確に行うことができなかった。【解決手段】光軸を中心とした、それぞれ径の異なる領域を、少なくとも４つ有する光束分割手段であって、１本の光束が光束分割手段に入射したとき、その１本の光束を、球面収差の影響を受け難い光線から成る光束と、球面収差の影響を受け易い光線から成る光束とに分割するように構成する。【選択図】      図５
2004355695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸を中心とした、それぞれ径の異なる領域を、少なくとも４つ有する光束分割手段であって、
１本の光束が前記光束分割手段に入射したとき、前記１本の光束を、球面収差の影響を受け難い光線から成る光束と、球面収差の影響を受け易い光線から成る光束と、に分割すること、を特徴とする光束分割手段。
【請求項２】
ゼルニケの多項式を用いて、前記１本の光束に含まれる３次の球面収差を以下の式（１）、
ＳＡ＝１−６ρ２＋６ρ４  …（１）
で表す場合、
前記球面収差の影響を受け難い光線から成る光束は、前記式（１）において極値近傍に該当する光線から成る光束であり、
前記球面収差の影響を受け易い光線から成る光束は、前記式（１）において前記極値近傍以外に該当する光線から成る光束であること、を特徴とする請求項１に記載の光束分割手段。
【請求項３】
前記式（１）において前記極値は２つあって、
前記光束分割手段は、前記１本の光束を、２本の前記極値近傍に該当する光線から成る光束と、２本の前記極値近傍以外に該当する光線から成る光束と、に分割すること、を特徴とする請求項２に記載の光束分割手段。
【請求項４】
光源から照射された光束を光ディスク面に導き、光情報の記録・再生を行う光情報記録再生ヘッド装置において、
前記光ディスクからの反射光を複数の光束に分割する請求項１から請求項３のいずれかに記載の光束分割手段と、
前記光束分割手段によって、それぞれ異なった方向に分割された光束の各々を受光する複数の受光手段と、を備えたこと、を特徴とする光情報記録再生ヘッド装置。
【請求項５】
前記複数の受光手段のうち、少なくとも１つの受光手段は、前記球面収差の影響を受け難い光線から成る光束を受光し、前記光源から照射された光束の前記光ディスク面に対するフォーカスエラーを検出し、
少なくとも１つの受光手段は、前記球面収差の影響を受け易い光線から成る光束を受光し、前記光ディスク面において発生する前記光源から照射された光束の球面収差を検出すること、を特徴とする請求項４に記載の光情報記録再生ヘッド装置。
【請求項６】
前記受光手段は、非点収差法によってエラー信号を検出するものであって、
２本の前記極値近傍に該当する光線から成る光束を受光した場合、それぞれの検出結果の和をフォーカスエラー信号として出力すること、を特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載の光情報記録再生ヘッド装置。
【請求項７】
前記受光手段は、非点収差法によってエラー信号を検出するものであって、
２本の前記極値近傍以外に該当する光線から成る光束を受光した場合、それぞれの検出結果の差によって前記球面収差を検出すること、を特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載の光情報記録再生ヘッド装置。
【請求項８】
光軸を中心とした、それぞれ径の異なる領域を、少なくとも４つ有する光束分割手段であって、
１本の光束が前記光束分割手段に入射したとき、それぞれ異なった前記領域に入射した前記１本の光束を成す光線の各々を、それぞれ異なった方向に回折すること、を特徴とする光束分割手段。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、１本の光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、該光束分割手段を用いた、光情報の記録や再生などを行う光情報記録再生ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報記録再生ヘッド装置は、記録媒体である光ディスク上にレーザビームを照射して、光ディスクの情報を再生したり、光ディスクに情報を記録したりするものである。
【０００３】
近年、光ディスクの高密度化が進んでおり、様々な光記録媒体が提案されている。光ディスクの高密度化の条件としては、光源である半導体レーザの波長を短くしたり、光ディスクに形成されたピットにレーザビームを集光させる対物レンズのＮＡを高くしたりすることなどが挙げられる。この２つの条件を満たすことによって、光ディスク上に、従来の装置よりも小さなスポット光を照射させることが可能となる。そのため、光ディスク上に微小なピットを形成しても、その情報を処理することが可能となり、その結果、光ディスクの高密度化を図ることができる。
【０００４】
しかしながら、近年行われているような半導体レーザの短波長化、及び対物レンズの高ＮＡ化が進むにつれて、結像時に収束角が大きくなっていくため、種々の収差による影響をより顕著に受けるようになる。その結果、光ディスクに形成されたピットに対して、高い精度でスポット光を照射させることが困難となってしまう。
【０００５】
従来より、光ディスクにおける信号面の保護膜の厚さは、光ディスク毎にばらつきを含んでおり、また、１枚の光ディスクにおいても、その信号面の保護膜の厚さにむらがある。そのため、光ディスクの信号面の保護膜の厚さの変化に伴って波面収差（主に球面収差）が生じてしまい、再生信号が劣化するという問題があった。
【０００６】
そこで近年、光ディスク面で発生する球面収差を検出し、エキスパンダレンズなどの球面収差補正光学系などを用いて、上述の厚みのばらつきや、レンズ個々の製造ばらつきなどによって発生する球面収差を、アクティブに補正する光情報記録再生ヘッド装置が広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
ところがこの球面収差を受光素子等で検出する場合、検出される球面収差の信号と周知のフォーカスエラー信号との差が曖昧となってしまう。そのため、これらの信号を明確に区別して検出するために、補助的な基準が必要となる。例えば、球面収差補正光学系のレンズ群や対物レンズの移動距離を測定し、その測定結果に基づいて球面収差補正や合焦動作を行ったり、光ディスクの厚み誤差などのプロファイルを予め測定し、その測定結果に基づいて球面収差補正を行ったりしている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１５０５６９号公報（第６〜１０項、第１、２図）
【特許文献１】
特開２００２−１５０５９８号公報（第３項、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように球面収差の信号とフォーカスエラー信号とを区別するために補助的な基準を備えることは、その基準となるパラメータの作成作業などを考慮すると、製造者にとって煩雑なものとなってしまう。また、光ディスクのプロファイルの測定結果を読み込んで、球面収差補正を行うことは、リアルタイムに球面収差の検出を行っていないため、半導体レーザの短波長化、及び対物レンズの高ＮＡ化によって収差の影響が大きい光情報記録再生ヘッド装置の場合、半導体レーザの波長変動などに対応できず、その影響を大きく受けてしまい、球面収差補正や合焦動作を正確に行うことができない。
【００１０】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、補助的な基準を備えなくても、球面収差の信号とフォーカスエラー信号とを明確に区別して検出することが可能となる光情報記録再生ヘッド装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る光束分割手段は、光軸を中心とした、それぞれ径の異なる領域を、少なくとも４つ有する光束分割手段であって、１本の光束が光束分割手段に入射したとき、その１本の光束を、球面収差の影響を受け難い光線から成る光束と、球面収差の影響を受け易い光線から成る光束とに分割するように構成されている。このように、１本の光束を、球面収差の影響を受け難い光線から成る光束と、球面収差の影響を受け易い光線から成る光束とに分割することによって、球面収差と他のエラー信号とを明確に区別して検出することが可能となる。
【００１２】
また、上記光束分割手段において、ゼルニケの多項式を用いて、１本の光束に含まれる３次の球面収差を以下の式（１）、
ＳＡ＝１−６ρ２＋６ρ４  …（１）
で表す場合、球面収差の影響を受け難い光線から成る光束は、式（１）において極値近傍に該当する光線から成る光束であり、球面収差の影響を受け易い光線から成る光束は、式（１）において極値近傍以外に該当する光線から成る光束であることを特徴とする。
【００１３】
また、式（１）において極値は２つあって、上記光束分割手段は、１本の光束を、２本の極値近傍に該当する光線から成る光束と、２本の極値近傍以外に該当する光線から成る光束とに分割するように構成されている。
【００１４】
また、上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る光情報記録再生ヘッド装置は、光源から照射された光束を光ディスク面に導き、光情報の記録・再生を行うものである。この光情報記録再生ヘッド装置は、光ディスクからの反射光を複数の光束に分割する請求項１から請求項３のいずれかに記載の光束分割手段と、その光束分割手段によって、それぞれ異なった方向に分割された光束の各々を受光する複数の受光手段とを備えている。このように、光ディスクからの反射光を、球面収差の影響を受け難い光線から成る光束と、球面収差の影響を受け易い光線から成る光束とに分割することによって、球面収差と他のエラー信号とを明確に区別して検出することが可能となる。
【００１５】
また、上記光情報記録再生ヘッド装置において、複数の受光手段のうち、少なくとも１つの受光手段は、球面収差の影響を受け難い光線から成る光束を受光し、光源から照射された光束の前記光ディスク面に対するフォーカスエラーを検出する。さらに、少なくとも１つの受光手段は、球面収差の影響を受け易い光線から成る光束を受光し、光ディスク面において発生する光源から照射された光束の球面収差を検出するように構成されている。
【００１６】
また、上記光情報記録再生ヘッド装置において、受光手段は、非点収差法によってエラー信号を検出するものであって、２本の極値近傍に該当する光線から成る光束を受光した場合、それぞれの検出結果の和をフォーカスエラー信号として出力するように構成されている。
【００１７】
また、上記光情報記録再生ヘッド装置において、受光手段は、非点収差法によってエラー信号を検出するものであって、２本の極値近傍以外に該当する光線から成る光束を受光した場合、それぞれの検出結果の差によって球面収差を検出するように構成されている。
【００１８】
また、上記光束分割手段は、光軸を中心とした、それぞれ径の異なる領域を、少なくとも４つ有する光束分割手段であって、１本の光束が光束分割手段に入射したとき、それぞれ異なった領域に入射した前記１本の光束を成す光線の各々を、それぞれ異なった方向に回折するように構成されている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、第１の実施形態の光情報記録再生ヘッド装置１００の構成を示す斜視図である。この光情報記録再生ヘッド装置１００は、光源部１０と、ピックアップ部５０と、スピンドルモータ９０から概略構成されている。
【００２０】
図２は、第１の実施形態の光源部１０の構成を示す斜視図である。光源部１０は、光ディスク２００（図３）の情報を再生するための光束を、ピックアップ部５０に向けて照射したり、光ディスク２００からの戻り光に含まれるデジタル情報の読み取りやエラー信号の検出などを行ったりするものである。この光源部１０には、レーザダイオード１１と、コリメータレンズ１２と、第１のアナモフィックプリズム１３と、第２のアナモフィックプリズム１４と、ミラー１５と、直角プリズム１６と、ホログラム１７と、集光レンズ１８と、シリンドリカルレンズ１９と、複合センサ２０から構成されている。
【００２１】
レーザダイオード１１は、断面形状が楕円形状となる発散レーザ光を照射する半導体レーザである。そしてその発振波長は、４００ｎｍ近傍となっている。このレーザダイオード１１の発散レーザ光は、コリメータレンズ１２に向けて射出される。
【００２２】
コリメータレンズ１２は、レーザダイオード１１から射出された発散レーザ光を平行光束に変換する。変換されたこの平行光束は、第１のアナモフィックプリズム１３に向けて射出される。
【００２３】
第１のアナモフィックプリズム１３、及び第２のアナモフィックプリズム１４は、コリメータレンズ１２から射出された平行光束を、断面形状が略円形状となる平行光束に整形する。そして、この整形された平行光束は、ミラー１５に向けて射出される。また、コリメータレンズ１２から第１のアナモフィックプリズム１３に射出された平行光束の一部は、ハーフミラー１３ａによって９０度折り曲げられて、レーザダイオード１１から射出されたレーザの出力パワーを検出するための図示しないレーザパワーモニターセンサに導かれる。
【００２４】
レーザパワーモニターセンサは、受光した光の強度に比例した電流を出力する。図示しないレーザパワーコントロール回路にレーザパワーモニターセンサの出力を帰還させることによりレーザダイオード１１の出力をサーボ制御し安定化させることができる。
【００２５】
ミラー１５は、第２のアナモフィックプリズム１４から射出された平行光束を９０度折り曲げて、ピックアップ部５０に導く。そして、この平行光束は、図１に示すようにレンズアクチュエータ部６０が有するＳＡ補正レンズ部６１に入射する。
【００２６】
図３は、第１の実施形態のレンズアクチュエータ部６０の断面図である。この断面図は、図１に示す光源部１０から対物レンズ６６までの光軸を含む平面によって切断された図である。レンズアクチュエータ部６０は、ＳＡ（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）補正レンズ部６１と、キャリッジ６３と、直角プリズム６４と、２軸アクチュエータ６５と、対物レンズ６６から構成されている。
【００２７】
ＳＡ補正レンズ部６１は、ビームエキスパンダ６２を含む。ビームエキスパンダ６２は、球面収差を補正する光学系であり、この実施形態においては、正レンズと負レンズが１枚ずつ貼り合わされた第１レンズ群６２ａと、１枚の負レンズである第２レンズ６２ｂから構成されている。第１レンズ群６２ａは第１レンズ枠６１ａに保持され、第２レンズ６２ｂは第２レンズ枠６１ｂに保持されている。第１レンズ枠６１ａは、レンズアクチュエータ部６０の外枠であるキャリッジ６３に固定されている。第１レンズ枠６１ａと第２レンズ枠６１ｂには、それぞれヘリコイド６１Ａ、６１Ｂが螺刻されており、そのヘリコイドによって第２レンズ枠６１ｂは、第１レンズ枠６１ａに対して、ビームエキスパンダ６２の光軸と平行な矢印Ａの方向に移動することができる。
【００２８】
図４は、第１の実施形態の第１レンズ群６２ａと第２レンズ６２ｂとの種々の間隔における光束の状態を示す図であり、図の簡略化を図るためにＳＡ補正レンズ部６１と、対物レンズ６６と、光ディスク２００のみが示されている。第２レンズ枠６１ｂが矢印Ａの方向に移動することによって、第１レンズ群６２ａと第２レンズ６２ｂとの間隔は変化する。図４（ａ）に示すように第２レンズ枠６１ｂが設計値である基準位置にある場合、ビームエキスパンダ６２は、光源部１０から入射した平行光束を、拡大した平行光束として対物レンズ６６に向けて射出する。
【００２９】
光ディスク２００の厚さの誤差等により、光ディスク記録面上でオーバーな球面収差が発生した場合、図４（ｂ）に示すように第２レンズ６２ｂを基準位置より第１レンズ群６２ａ側に移動させ、ビームエキスパンダ６２は、光源部１０から入射した平行光束を発散光束として対物レンズ６６に向けて射出する。対物レンズ６６に入射する光束が平行光束から発散光束に変化すると対物レンズ６６で発生する球面収差がアンダー方向に変化するため、光ディスク記録面上での球面収差を補正することができる。
【００３０】
また、光ディスク記録面上でアンダーな球面収差が発生した場合は、図４（ｃ）に示すように第２レンズ６２ｂが基準位置より第１レンズ群６２ａから離れる方向に移動し、ビームエキスパンダ６２は、光源部１０から入射した平行光束を、収束光束として対物レンズ６６に向けて射出する。この場合対物レンズ６６で発生する球面収差がオーバー方向に変化するため、光ディスク記録面上での球面収差を補正することができる。
【００３１】
ビームエキスパンダ６２から射出した光束は、キャリッジ６３に固定された直角プリズム６４によって９０度折り曲げられて、対物レンズ６６に向かう。対物レンズ６６は、２軸アクチュエータ６５に固定されている。
【００３２】
２軸アクチュエータ６５は、後述する複合センサ２０の検出結果によって対物レンズ６６を、対物レンズ６６の光軸と平行な矢印Ｂの方向（フォーカス方向）と、対物レンズ６６の光軸と直交する矢印Ｃの方向（トラッキング方向）に移動させる。また、２軸アクチュエータ６５は、対物レンズ６６のＳＡ補正レンズ部６１側の近傍位置にアパーチャー６５ａを有する。アパーチャー６５ａは、２軸アクチュエータ６５に形成された凸形状であり、対物レンズ６６に入射する光束径を制御する絞り機能（固定絞り）を有している。
【００３３】
図４に示すように対物レンズ６６は、第１レンズ群６２ａの対物レンズ６６側の焦点ｆ上に、対物レンズ６６の主点６６ａが位置するように配設されている。そのため、光束が図４（ａ）〜（ｃ）のどの状態においても、ＳＡ補正レンズ部６１から入射される光束は、対物レンズ６６の主点６６ａ上において、常に一定のビーム径ｄとなる。その結果、光ディスク２００上で読み取り、及び書き込みに利用されるスポットの光量の変化を略抑えることができ、さらにスポットのプロファイル（強度分布）も略一定にすることができるため、良好な読み取り、及び書き込みを行うことが可能となる。
【００３４】
光ディスク２００は、固定テーブル上にセットされ、スピンドルモータ９０によって、回転軸９０ａ中心に回転する。光ディスク２００が回転することによって光情報記録再生ヘッド装置１００は、光ディスク２００上の情報の読み取り、及び書き込みを行うことができる。また、リニアモータ部７０は、レンズアクチュエータ部６０をトラッキング方向に移動させることができる。
【００３５】
光ディスク２００上に照射したスポット光は反射し、レンズアクチュエータ部６０を介して、光源部１０に戻り光として入射する。そして、この戻り光は、ミラー１５により９０度折り曲げられて、第２のアナモフィックプリズム１４に導かれ、第１のアナモフィックプリズム１３と第２のアナモフィックプリズム１４との間に設けられたハーフミラー１３ａにより９０度折り曲げられて、直角プリズム１６に導かれ、さらに直角プリズム１６により９０度折り曲げられて、ホログラム１７に射出される。
【００３６】
図５は、第１の実施形態に用いられるホログラム１７の形態を表す図である。図５（ａ）の曲線は、周知のゼルニケの多項式において、３次の球面収差ＳＡを示す曲線であり、以下の式（１）によって表されるものである。
ＳＡ＝１−６ρ２＋６ρ４  …（０≦ρ≦１）  （１）
式（１）に用いられるρは、直角プリズム１６からホログラム１７に向かって射出された光線がホログラム１７に入射するときの高さを表すパラメータである。図５（ａ）のグラフにおいて、縦軸は、波面収差の一種である球面収差を示し、横軸は、上記ホログラム１７に入射する光線高さを、最外周の光線を１として正規化して示している。また、この３次の球面収差ＳＡを示す曲線を曲線Ｒとし、この曲線Ｒの極値を極値Ｌ１（ρ＝０）、Ｌ２（ρ＝１／√２）とする。また、図５（ｂ）は、ホログラム１７の直角プリズム１６側の表面形状を示す図である。
【００３７】
ホログラム１７は、偏光特性がない位相型の非偏光ホログラム素子からなり、通常のパターニングと同様の方法で作成される。このようなホログラムは、元来、物体で反射される光束の波面、あるいは物体を透過する光束の波面に参照波面を加えて干渉させ、その干渉縞の強度を記録媒体に記録したものであり、周知のデフォーカス波面（球面波）、チルト波面（傾斜した平面波）等を単独に、あるいは、組み合わせた干渉パターンとして記録したものである。このホログラム１７は、入射光束を複数の光束に分割すると共に、分割された光束に対し光軸方向に正負のデフォーカスを与えることができる。
【００３８】
ホログラム１７は、光軸を中心とした、それぞれ径の異なったＬ、Ｍ、Ｎ、Ｏの４つの領域を有している。図５（ｂ）に示すように、領域Ｌは円形状に形成され、領域Ｍは領域Ｌを全周覆うようなリング形状に形成され、領域Ｎは領域Ｍを全周覆うようなリング形状に形成されている。また、領域Ｌ、Ｍ、Ｎ以外の全ての領域は、領域Ｏとして形成されている。それぞれの領域には、断面が矩形状の多数の凹凸部が形成されており、それぞれの領域によって、その凹凸部が形成されている方向が異なっている。すなわち、このホログラム１７は、それぞれの領域に入射した光線を、それぞれ異なった方向に回折するものである。
【００３９】
図５（ｂ）において、点線で示された円は、直角プリズム１６からホログラム１７に向かって射出された光束の投影図に相当する。すなわち、ホログラム１７に入射する光束は、その光線高さによって、それぞれ異なった上記領域に入射することになる。それぞれの領域は、図５（ａ）に示す曲線Ｒに基づいて定められている。この曲線Ｒとホログラム１７の領域それぞれの関係については、後述する複合センサ２０と併せて説明する。
【００４０】
ホログラム１７のそれぞれの領域によって、それぞれ異なった方向に分割された４つの光束は、集光レンズ１８に入射する。そして、この光束は、集光レンズ１８によって、複合センサ２０が有する後述するそれぞれの異なった受光素子上に集光される。ただし、第１の実施形態において、各エラー信号は非点収差法によって検出されるため、集光レンズ１８と複合センサ２０と間に、シリンドリカルレンズ１９が設けられている。光ディスク２００に対して焦点ずれなどの種々のエラーを含まない光束が集光レンズ１８に入射した場合、この光束は、微小な円形スポット光としてそれぞれの受光素子上に集光される。しかしながら、光ディスク２００に対して何らかのエラーを含む光束が集光レンズ１８に入射した場合、この光束には、シリンドリカルレンズ１９によって、図２に示す矢印Ｙ方向に対して４５度の非点収差が与えられる。そして、歪んだ断面形状を有する光束が、それぞれの受光素子上に受光される。
【００４１】
図６は、複合センサ２０の受光側の面の形態を示す図である。この複合センサ２０は、図６に示すように、シリンドリカルレンズ１９から射出されたそれぞれの光束を、受光して電気信号に変換する受光素子２１〜２４を有する。受光素子２１は、領域Ｌを通過した光線の光束を、受光するよう配設されている。また、受光素子２２、２３、２４は、領域Ｍ、Ｎ、Ｏを通過した光線の光束を、それぞれ受光するよう配設されている。これらの受光素子２１〜２４は、光軸と直交する同一平面上に配置された状態で、パッケージ化されてコンパクトに設計されている。
【００４２】
図６に示すように、受光素子２１〜２４は、トラッキング相当方向（Ｙ方向）と直交する方向の分割線により２分割されると共に、トラッキング方向と平行な方向の分割線により２分割されたマトリックス型の分割受光面（受光エレメント）を備えている。受光素子２１の１行目の分割受光面に図中左から順にｂ、ａ、２行目の分割受光面に左から順にｃ、ｄの符号を付し、受光素子２２の１行目の分割受光面に左から順にｆ、ｅ、２行目の分割受光面に左から順にｇ、ｈの符号を付する。また、受光素子２３の１行目の分割受光面に図中左から順にｊ、ｉ、２行目の分割受光面に左から順にｋ、ｌの符号を付し、受光素子２４の１行目の分割受光面に左から順にｎ、ｍ、２行目の分割受光面に左から順にｏ、ｐの符号を付する。なお、以下の記載において、各受光面の出力には、各受光面に付した符号と同一符号を用いることとする。上記受光面の出力は図８に示す処理部３０ａ、３０ｂに入力され、その処理部３０ａ、３０ｂにおいて、フォーカスエラー信号や、トラックエラー信号、球面収差の発生を示す球面収差信号が検出される。
【００４３】
図６（ａ）は、光ディスク２００の保護膜の厚さや、ビームエキスパンダ６２のレンズ間の相対位置等が適切であるため、球面収差が発生していない状態で、かつ光ディスク２００上に照射された光束が、その記録面に対して正しく焦点を結んでいるとき、すなわち、合焦時に受光素子２１〜２４に集光するスポット光それぞれの形状を表したものである。受光素子２１には、ホログラム１７において領域Ｌを通過した光線の光束が、円形状のスポット光として受光されている。
また、受光素子２２、２３、２４には、領域Ｍ、Ｎ、Ｏを通過した光線の光束が、リング状（中空円状）のスポット光として受光されている。
【００４４】
また、図６（ｂ）は、光ディスク２００上に照射された光束が、その記録面に対して正しく焦点を結ばないとき、すなわち、非合焦時に受光素子２１〜２４に集光するスポット光それぞれの形状を表したものである。第１の実施形態では、非点収差法によって、種々のエラー検出を行うよう構成されているため、光ディスク２００上で光束が焦点を結ばない場合は、シリンドリカルレンズ１９によって非点収差が与えられ、図６（ｂ）のような歪んだ形状のスポット光が各受光素子に受光される。図６（ｂ）では、光ディスク２００上に照射された光束が、光ディスク２００の記録面手前で焦点を結んでいるため、左上がりに歪んだスポット光が受光されている。光ディスク２００上に照射された光束が、光ディスク２００の記録面の奥側で焦点を結んでいる場合は、右上がりに歪んだスポット光が受光される。
【００４５】
図７（ａ）は、光ディスク２００の記録面に照射された光束の記録面に対するデフォーカス量と、受光素子２１、２３上のスポット形状を表す出力信号の和との関係を示すグラフである。図７（ａ）のグラフにおいて、縦軸は受光素子２１と受光素子２３との出力信号の和を示し、横軸は上記デフォーカス量を示している。このグラフによると、デフォーカス量が０のとき、受光素子２１と受光素子２３との出力信号の和も０となる。
【００４６】
図７（ａ）のグラフには、球面収差が発生していない状態の上記出力信号の和と上記デフォーカス量との関係を示すグラフと、球面収差をアンダー方向に０．１λｒｍｓ、０．０５λｒｍｓ、０．０１ｒｍｓ発生させた状態の上記出力信号の和と上記デフォーカス量との関係を示すグラフと、球面収差をオーバー方向に０．１λｒｍｓ、０．０５λｒｍｓ、０．０１ｒｍｓ発生させた状態の上記出力信号の和と上記デフォーカス量との関係を示すグラフとが表されている。しかしながら、球面収差が変化しても受光素子２１、２３に集光されるスポット光の形状は、ほとんど変化しない。そのため、上記出力信号の和と上記デフォーカス量との関係もほぼ一定である。以下に、スポット光の形状が変化しない理由を説明する。
【００４７】
受光素子２１で受光される光束は、ホログラム１７の領域Ｌを通過した光線の光束であり、受光素子２３で受光される光束は、ホログラム１７の領域Ｎを通過した光線の光束である。図５（ａ）と図５（ｂ）とを比べると、領域Ｌと領域Ｎは共に曲線Ｒの極値Ｌ１、Ｌ２近傍の領域に対応した領域となっている。この極値Ｌ１、Ｌ２近傍の領域では、曲線Ｒに対する接線の傾きが小さい。すなわち、これらの領域においては、球面収差の変化による影響は小さい。つまり、球面収差が発生しても、これらの領域はその影響を受け難い領域であるため、球面収差が発生しても受光素子上に集光されるスポット光の形状はほとんど変化しない。
【００４８】
図７（ｂ）は、光ディスク２００の記録面に照射された光束の記録面に対するデフォーカス量と、受光素子２２上のスポット光形状を表す出力信号との関係を示すグラフである。図７（ｂ）のグラフにおいて、縦軸は受光素子２２の出力信号を示し、横軸は上記デフォーカス量を示している。
【００４９】
図７（ｂ）のグラフには、球面収差が発生していない状態の上記出力信号と上記デフォーカス量との関係を示すグラフと、球面収差をアンダー方向に０．１λｒｍｓ、０．０５λｒｍｓ、０．０１ｒｍｓ発生させた状態の上記出力信号と上記デフォーカス量との関係を示すグラフと、球面収差をオーバー方向に０．１λｒｍｓ、０．０５λｒｍｓ、０．０１ｒｍｓ発生させた状態の上記出力信号と上記デフォーカス量との関係を示すグラフとが表されている。球面収差が変化すると受光素子２２に集光されるスポット光の形状は、歪み、変化する。そのため、上記出力信号と上記デフォーカス量との関係は変化する。球面収差をアンダー方向からオーバー方向に変化させると、上記デフォーカス量が同じ場合でも、上記出力信号は、正の方向に変化する。以下に、スポット光の形状が変化する理由を説明する。
【００５０】
受光素子２２で受光される光束は、ホログラム１７の領域Ｍを通過した光線の光束である。図５（ａ）と図５（ｂ）を比べると、領域Ｍは曲線Ｒの極値Ｌ１近傍の領域と極値Ｌ２近傍の領域との間の領域となっている。この間の領域では、曲線Ｒに対する接線の傾きが大きい。すなわち、この領域においては、球面収差の変化量及び変化率は大きくなっており、光線の位相がずれた場合、その球面収差の変化量は大きい。つまり、球面収差が発生すると、これらの領域はその影響を受け易い領域であるため、受光素子２２上のスポット光の形状が変化する。
【００５１】
図７（ｃ）は、光ディスク２００の記録面に照射された光束の記録面に対するデフォーカス量と、受光素子２４上のスポット光形状を表す出力信号との関係を示すグラフである。図７（ｃ）のグラフにおいて、縦軸は受光素子２４の出力信号を示し、横軸は上記デフォーカス量を示している。
【００５２】
図７（ｃ）のグラフには、球面収差が発生していない状態の上記出力信号と上記デフォーカス量との関係を示すグラフと、球面収差をアンダー方向に０．１λｒｍｓ、０．０５λｒｍｓ、０．０１ｒｍｓ発生させた状態の上記出力信号と上記デフォーカス量との関係を示すグラフと、球面収差をオーバー方向に０．１λｒｍｓ、０．０５λｒｍｓ、０．０１ｒｍｓ発生させた状態の上記出力信号と上記デフォーカス量との関係を示すグラフとが表されている。球面収差が変化すると受光素子２４に集光されるスポット光の形状は、歪み、変化する。そのため、上記出力信号と上記デフォーカス量との関係は変化する。球面収差をアンダー方向からオーバー方向に変化させると、上記デフォーカス量が同じ場合でも、上記出力信号は、負の方向に変化する。この受光素子２４で受光される光束は、ホログラム１７の領域Ｏを通過した光線の光束であり、上述した領域Ｍと同様に球面収差の影響を受け易い領域であるため、上記出力信号と上記デフォーカス量との関係は変化する。
【００５３】
図６（ｃ）は、光ディスク２００の保護膜の厚さや、ビームエキスパンダ６２のレンズ間の相対位置等が適切でないため、球面収差が発生している状態で、かつ光ディスク２００上に照射された光束が、その記録面に対して合焦しているときの受光素子２１〜２４に集光するスポット光それぞれの形状を表したものである。領域Ｌと領域Ｎを通過した光線の光束は、上述したように球面収差の影響を受け難いため、光ディスク２００上に照射された光束が記録面に対して合焦していれば、受光素子２１と受光素子２３には、図６（ａ）と同様の形状のスポット光が形成される。しかしながら、領域Ｍと領域Ｏを通過した光線の光束は、上述したように球面収差の影響を受け易いため、受光素子２２と受光素子２４には、歪んだ形状のスポット光が形成される。そこで、この実施形態においては、フォーカシングエラー信号とトラッキングエラー信号は球面収差の影響を受け難い受光素子２１と受光素子２３の出力から演算し、球面収差の発生は、球面収差の影響を受けやすい受光素子２２と受光素子２４によって検出している。以下に、各エラー信号の演算処理について説明する。
【００５４】
処理部３０ａは、図８に示すように、第１加算器３１〜第８加算器３８と第１減算器３９、第２減算器４０を有する。第１加算器３１は出力ａ、ｋを加算し、第２加算器３２は出力ｃ、ｉを加算し、第３加算器３３は出力ｂ、ｌを加算し、第４加算器３４は出力ｄ、ｊを加算する。第５加算器３５は、第１加算器３１の加算出力（ａ＋ｋ）と第２加算器３２の加算出力（ｃ＋ｉ）とを加算して、その加算出力（ａ＋ｋ＋ｃ＋ｉ）を第１減算器３９の一方の入力端子に出力し、第６加算器３６は、第３加算器３３の加算出力（ｂ＋ｌ）と第４加算器３４の加算出力（ｄ＋ｊ）とを加算して、加算出力（ｂ＋ｌ＋ｄ＋ｊ）を第１減算器３９の他方の入力端子に出力する。第１減算器３９は、第５加算器３５の加算出力（ａ＋ｋ＋ｃ＋ｉ）と第６加算器３６の加算出力（ｂ＋ｌ＋ｄ＋ｊ）と差を取ることにより、フォーカスエラー信号ＦＥＳを生成する。
【００５５】
第７加算器３７は、第１加算器３１の加算出力（ａ＋ｋ）と第３加算器３３の加算出力（ｂ＋ｌ）とを加算して、加算出力（ａ＋ｋ＋ｂ＋ｌ）を第２減算器４０の一方の入力端子に出力し、第８加算器３８は、第２加算器３２の加算出力（ｃ＋ｉ）と第４加算器３４の加算出力（ｄ＋ｊ）とを加算して、加算出力（ｃ＋ｉ＋ｄ＋ｊ）を第２減算器４０の他方の入力端子に出力する。第２減算器４０は、第７加算器３７の加算出力（ａ＋ｋ＋ｂ＋ｌ）と第８加算器３８の加算出力（ｃ＋ｉ＋ｄ＋ｊ）との差を取ることにより、トラッキングエラー信号ＴＥＳを生成する。
【００５６】
上述の演算処理によって、フォーカスエラー信号が検出されると、２軸アクチュエータ６５は、このエラーを補正するようにフォーカス方向に対物レンズ６６を移動させ、トラッキングエラー信号が検出されると、このエラーを補正するようにトラッキング方向に対物レンズ６６を移動させる。
【００５７】
処理部３０ｂは、図８に示すように、第９加算器４１〜第１４加算器４６と第３減算器４７を有する。第９加算器４１は出力ｅ、ｇを加算し、第１０加算器４２は出力ｎ、ｐを加算し、第１１加算器４３は出力ｆ、ｈを加算し、第１２加算器４４は出力ｍ、ｏを加算する。第１３加算器４５は、第９加算器４１の加算出力（ｅ＋ｇ）と第１０加算器４２の加算出力（ｎ＋ｐ）とを加算して、その加算出力（ｅ＋ｇ＋ｎ＋ｐ）を第３減算器４７の一方の入力端子に出力し、第１４加算器４６は、第１１加算器４３の加算出力（ｆ＋ｈ）と第１２加算器４４の加算出力（ｍ＋ｏ）とを加算して、加算出力（ｆ＋ｈ＋ｍ＋ｏ）を第３減算器４７の他方の入力端子に出力する。第３減算器４７は、第１３加算器４５の加算出力（ｅ＋ｇ＋ｎ＋ｐ）と第１４加算器４６の加算出力（ｆ＋ｈ＋ｍ＋ｏ）との差を取ることにより、球面収差信号ＳＡＥを生成する。
【００５８】
上述の演算処理によって、球面収差の発生量を表す球面収差信号が検出されると、その検出結果に応じて、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように第１レンズ群６２ａと第２レンズ６２ｂとの間隔が調節され、球面収差が補正される。
【００５９】
第１の実施形態では、受光素子２１と受光素子２３上のスポット形状とデフォーカス量との関係が図６（ａ）に示すように同様の特性を有するため、フォーカスエラー信号及びトラッキング信号は、受光素子２１と受光素子２３と出力信号の和によって算出されている。また、受光素子２２と受光素子２４上のスポット形状球面収差発生量との関係が図６（ｃ）に示すように逆の特性を有するため、球面収差信号は、受光素子２２と受光素子２４との出力信号の差によって検出されている。そのため、各信号は、高い精度で検出されている。第２の実施形態では、コストダウンを図るために、各信号をそれぞれ１つの受光素子で検出している。以下に、第２の実施形態について説明を行う。
【００６０】
図９は、第２の実施形態に用いられる受光素子と処理部との接続開係を示す回路図である。なお、第２の実施形態の光情報記録再生ヘッド装置において、第１の実施形態の光情報記録再生ヘッド装置１００と同一の構成には、同一の符号を付してここでの詳細な説明は省略する。
【００６１】
第２の実施形態の複合センサ２０には、ホログラム１７において、領域Ｌを通過した光束を受光する受光素子２１と、領域Ｍを通過した光束を受光する受光素子２２とが、光軸と直交する同一平面上に配置された状態で、パッケージ化されて構成されている。すなわち、この第２の実施形態では、フォーカスエラー信号及びトラッキング信号は受光素子２１のみによって検出され、球面収差信号は受光素子２２のみによって検出されている。以下に、各エラー信号の演算処理について説明する。
【００６２】
処理部３０ｃは、図９に示すように、第１加算器３１ｚ〜第８加算器３８ｚと第１減算器３９ｚ、第２減算器４０ｚを有する。第１加算器３１ｚは出力ａを出力し、第２加算器３２ｚは出力ｂを出力し、第３加算器３３ｚは出力ｃを出力し、第４加算器３４ｚは出力ｄを出力する。第５加算器３５ｚは、第１加算器３１ｚの出力ａと第３加算器３３ｚの出力ｃとを加算して、その加算出力（ａ＋ｃ）を第１減算器３９ｚの一方の入力端子に出力し、第６加算器３６ｚは、第２加算器３２ｚの出力ｂと第４加算器３４ｚの加算出力ｄとを加算して、加算出力（ｂ＋ｄ）を第１減算器３９ｚの他方の入力端子に出力する。第１減算器３９ｚは、第５加算器３５ｚの加算出力（ａ＋ｃ）と第６加算器３６ｚの加算出力（ｂ＋ｄ）と差を取ることにより、フォーカスエラー信号ＦＥＳを生成する。
【００６３】
第７加算器３７ｚは、第１加算器３１ｚの出力ａと第２加算器３２ｚの出力ｂとを加算して、加算出力（ａ＋ｂ）を第２減算器４０ｚの一方の入力端子に出力し、第８加算器３８ｚは、第３加算器３３ｚの出力ｃと第４加算器３４ｚの出力ｄとを加算して、加算出力（ｃ＋ｄ）を第２減算器４０ｚの他方の入力端子に出力する。第２減算器４０ｚは、第７加算器３７ｚの加算出力（ａ＋ｂ）と第８加算器３８ｚの加算出力（ｃ＋ｄ）との差を取ることにより、トラッキングエラー信号ＴＥＳを生成する。
【００６４】
処理部３０ｄは、図９に示すように、第９加算器４１ｚ、第１０加算器４２ｚ、第３減算器４３ｚを有する。第９加算器４１ｚは出力ｉ、ｋを加算し、第１０加算器４２ｚはｊ、ｌを加算する。第３減算器４３ｚは、第９加算器４１ｚの加算出力（ｉ＋ｋ）と第１０加算器４２ｚの加算出力（ｊ＋ｌ）との差を取ることにより、球面収差信号ＳＡＥを生成する。
【００６５】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。
【００６６】
なお、本実施形態において、各エラー信号は、非点収差法によって検出されているが、スポットサイズ法によって各エラー信号を検出するよう構成してもよい。
【００６７】
また、第２の実施形態において、フォーカスエラー信号及びトラッキング信号は、領域Ｌを通過した光線の光束によって検出されているが、領域Ｎを通過した光線の光束によって検出されてもよい。また、球面収差信号は、領域Ｍを通過した光線の光束によって検出されているが、領域Ｏを通過した光線の光束によって検出されてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように本発明の光情報記録再生ヘッド装置は、光ディスクからの反射光を、球面収差の影響を受け難い光線から成る光束と、球面収差の影響を受け易い光線から成る光束とに分割している。そのため、球面収差と他のエラー信号とを明確に区別して検出することが可能となる。
【００６９】
また、ゼルニケの多項式うち、３次の球面収差を表す式に基づいて作成された光束分割手段で、光ディスクからの反射光を４つの光束に分割することによって、球面収差と他のエラー信号とをより明確に区別して検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の光情報記録再生ヘッド装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態の光源部の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態のレンズアクチュエータ部の断面図である。
【図４】本発明の実施形態の第１レンズ群と第２レンズの種々の間隔における光束の状態を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に用いられるホログラムの形態を表す図である。
【図６】本発明の実施形態に用いられる複合センサの受光側の面の形態を示す図である。
【図７】光ディスクの記録面に照射された光束の記録面に対するデフォーカス量と、各受光素子の出力信号との関係を示すグラフである。
【図８】本実施形態の受光素子と処理部との接続開係を示す回路図である。
【図９】別の実施形態の受光素子と処理部との接続開係を示す回路図である。
【符号の説明】
１０  光源部
５０  ピックアップ部
６０  ＳＡ補正レンズ部
６２  ビームエキスパンダ
１００  光情報記録再生ヘッド装置
２００  光ディスク
【図１】
2004355695.tif 000003
【図２】
2004355695.tif 000004
【図３】
2004355695.tif 000005
【図４】
2004355695.tif 000006
【図５】
2004355695.tif 000007
【図６】
2004355695.tif 000008
【図７】
2004355695.tif 000009
【図８】
2004355695.tif 000010
【図９】
2004355695.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成16年5月25日(2004.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸を中心とした、それぞれ径の異なる領域を、少なくとも４つ有する光束分割手段であって、
１本の光束が前記光束分割手段に入射したとき、前記１本の光束を、球面収差の影響を受け難い光線から成る光束と、球面収差の影響を受け易い光線から成る光束と、に分割すること、を特徴とする光束分割手段。
【請求項２】
光源から照射された光束を光ディスク面に導き、光情報の記録・再生を行う光情報記録再生ヘッド装置において、
前記光ディスクからの反射光を複数の光束に分割する請求項１に記載の光束分割手段と、
前記光束分割手段によって、それぞれ異なった方向に分割された光束の各々を受光する複数の受光手段と、を備えたこと、を特徴とする光情報記録再生ヘッド装置。
【請求項３】
ゼルニケの多項式を用いて、前記１本の光束に含まれる３次の球面収差を以下の式（１）、
ＳＡ＝１−６ρ２＋６ρ4  …（１）
で表す場合、
前記球面収差の影響を受け難い光線から成る光束は、前記式（１）において極値近傍に該当する光線から成る光束であり、
前記球面収差の影響を受け易い光線から成る光束は、前記式（１）において前記極値近傍以外に該当する光線から成る光束であること、を特徴とする請求項１に記載の光束分割手段。
【請求項４】
前記式（１）において前記極値は２つあって、
前記光束分割手段は、前記１本の光束を、２本の前記極値近傍に該当する光線から成る光束と、２本の前記極値近傍以外に該当する光線から成る光束と、に分割すること、を特徴とする請求項３に記載の光束分割手段。
【請求項５】
光源から照射された光束を光ディスク面に導き、光情報の記録・再生を行う光情報記録再生ヘッド装置において、
前記光ディスクからの反射光を複数の光束に分割する請求項３または請求項４のいずれかに記載の光束分割手段と、
前記光束分割手段によって、それぞれ異なった方向に分割された光束の各々を受光する複数の受光手段と、を備えたこと、を特徴とする光情報記録再生ヘッド装置。
【請求項６】
前記複数の受光手段のうち、少なくとも１つの受光手段は、前記球面収差の影響を受け難い光線から成る光束を受光し、前記光源から照射された光束の前記光ディスク面に対するフォーカスエラーを検出し、
少なくとも１つの受光手段は、前記球面収差の影響を受け易い光線から成る光束を受光し、前記光ディスク面において発生する前記光源から照射された光束の球面収差を検出すること、を特徴とする請求項５に記載の光情報記録再生ヘッド装置。
【請求項７】
前記受光手段は、非点収差法によってエラー信号を検出するものであって、
２本の前記極値近傍に該当する光線から成る光束を受光した場合、それぞれの検出結果の和をフォーカスエラー信号として出力すること、を特徴とする請求項５または請求項６のいずれかに記載の光情報記録再生ヘッド装置。
【請求項８】
前記受光手段は、非点収差法によってエラー信号を検出するものであって、
２本の前記極値近傍以外に該当する光線から成る光束を受光した場合、それぞれの検出結果の差によって前記球面収差を検出すること、を特徴とする請求項５または請求項６のいずれかに記載の光情報記録再生ヘッド装置。
【請求項９】
光軸を中心とした、それぞれ径の異なる領域を、少なくとも４つ有する光束分割手段であって、
１本の光束が前記光束分割手段に入射したとき、それぞれ異なった前記領域に入射した前記１本の光束を成す光線の各々を、それぞれ異なった方向に回折すること、を特徴とする光束分割手段。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
図７（ａ）のグラフには、球面収差が発生していない状態の上記出力信号の和と上記デフォーカス量との関係を示すグラフと、球面収差をアンダー方向に０．１λｒｍｓ、０．０５λｒｍｓ、０．０１λｒｍｓ発生させた状態の上記出力信号の和と上記デフォーカス量との関係を示すグラフと、球面収差をオーバー方向に０．１λｒｍｓ、０．０５λｒｍｓ、０．０１λｒｍｓ発生させた状態の上記出力信号の和と上記デフォーカス量との関係を示すグラフとが表されている。しかしながら、球面収差が変化しても受光素子２１、２３に集光されるスポット光の形状は、ほとんど変化しない。そのため、上記出力信号の和と上記デフォーカス量との関係もほぼ一定である。以下に、スポット光の形状が変化しない理由を説明する。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図７（ｂ）のグラフには、球面収差が発生していない状態の上記出力信号と上記デフォーカス量との関係を示すグラフと、球面収差をアンダー方向に０．１λｒｍｓ、０．０５λｒｍｓ、０．０１λｒｍｓ発生させた状態の上記出力信号と上記デフォーカス量との関係を示すグラフと、球面収差をオーバー方向に０．１λｒｍｓ、０．０５λｒｍｓ、０．０１λｒｍｓ発生させた状態の上記出力信号と上記デフォーカス量との関係を示すグラフとが表されている。球面収差が変化すると受光素子２２に集光されるスポット光の形状は、歪み、変化する。そのため、上記出力信号と上記デフォーカス量との関係は変化する。球面収差をアンダー方向からオーバー方向に変化させると、上記デフォーカス量が同じ場合でも、上記出力信号は、正の方向に変化する。以下に、スポット光の形状が変化する理由を説明する。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
図７（ｃ）のグラフには、球面収差が発生していない状態の上記出力信号と上記デフォーカス量との関係を示すグラフと、球面収差をアンダー方向に０．１λｒｍｓ、０．０５λｒｍｓ、０．０１λｒｍｓ発生させた状態の上記出力信号と上記デフォーカス量との関係を示すグラフと、球面収差をオーバー方向に０．１λｒｍｓ、０．０５λｒｍｓ、０．０１λｒｍｓ発生させた状態の上記出力信号と上記デフォーカス量との関係を示すグラフとが表されている。球面収差が変化すると受光素子２４に集光されるスポット光の形状は、歪み、変化する。そのため、上記出力信号と上記デフォーカス量との関係は変化する。球面収差をアンダー方向からオーバー方向に変化させると、上記デフォーカス量が同じ場合でも、上記出力信号は、負の方向に変化する。この受光素子２４で受光される光束は、ホログラム１７の領域Ｏを通過した光線の光束であり、上述した領域Ｍと同様に球面収差の影響を受け易い領域であるため、上記出力信号と上記デフォーカス量との関係は変化する。


【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2004355695.tif 000012
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2004355695.tif 000013