JP4308204B2 - 光ヘッド装置 - Google Patents

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Description

本発明は光ディスク記録・再生装置に搭載される光ヘッド装置に関し、特に、波面収差による記録・再生特性への影響を抑制可能な光ヘッド装置に関する。
光ヘッド装置は、ＣＤプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、ＭＤプレーヤ等の多様な光ディスク記録・再生装置において、情報の読み取り・書き込み用装置として搭載されている。光ディスク記録・再生装置自身の小型化、低価格化に伴って、光ヘッド装置にも、高密度化、高性能化、小型化、薄型化、低コスト化が求められている。
従来の光ヘッド装置の構成は、例えば下記非特許文献１の図７・１９に示されている。この構成では、光源である半導体レーザから放射される光ビームを、コリメータレンズが平行光束に変換する。そして、その平行光束が対物レンズへと入射する。このような平行光束を用いる光学系は、無限光学系と称される。
上記のような無限光学系の光ヘッド装置が存在する一方で、この従来の光ヘッド装置からコリメータレンズを無くしてシンプルな構成とした光ヘッド装置も存在する。コリメータレンズを有しないそのような光ヘッド装置は、平行光束ではない拡散した光ビームを対物レンズに入射させる構成を採る。拡散した光ビームを対物レンズに入射させるこのような構成は、有限光学系と称される。有限光学系の光ヘッド装置は、例えば下記特許文献１の図１に示されている。
なお、特許文献１および非特許文献１以外にも、以下の文献が本願発明に関する先行技術文献として挙げられる。
有限光学系の光ヘッド装置では、コリメータレンズが不要なため部品数が少なく、小型化、薄型化および低コスト化に有利である。しかしながら、有限光学系の光ヘッド装置は拡散した光ビームを対物レンズに入射させる構成を採る。このため、光源が対物レンズのレンズ光軸からずれて光ビームの対物レンズへの入射角が変化した場合には、波面収差が発生する。すると、集光された光ビームの品質は劣化する。対物レンズの入射面は、球面または非球面の形状となっているので、レンズ光軸からずれた入射光が対物レンズを通過すると合焦しないからである。
光ディスク記録・再生装置において、上記の波面収差は以下のように発生する。
まず、光ディスク記録・再生装置で記録・再生される光ディスク情報記録媒体の記録面上には、データである記録マーク（ピット）が円状またはスパイラル状に配列されており、この配列がトラックを形成している。光ディスク記録・再生装置は、対物レンズで集光される光ビームをトラックに沿うよう走査させ、その反射光からデータを読み出す。光ディスク情報記録媒体は、トラック中心を中心軸としてモータなどにより回転させる。
ここで、光ディスク情報記録媒体の形状に偏心があったり、あるいは、モータの取り付け位置に誤差があったりすると、回転とともにトラックが光ディスク情報記録媒体のラジアル方向（半径方向）に変位する。よって、光ディスク記録・再生装置は、光ビームの焦点位置をトラックの変位に沿うよう制御する必要がある。
光ヘッド装置自体はサーボ機構により変位可能である。しかし、上記のようなトラック変位は微小変位であるため、光ヘッド装置全体を変位させるサーボ機構によるトラック変位に対する光ビームの位置制御は、精度の点からも消費電力の点からも望ましくない。
そこで、上記のトラック変位に対して光ビームの位置を精密に追従させるために、光ヘッド装置内にて、対物レンズが独立して光ディスク情報記録媒体のラジアル方向に微小変位可能とされている。具体的には、対物レンズを変位可能とするために、コイル等で発生する電磁力を利用した対物レンズ変位機構が光ヘッド装置内に設けられる。この対物レンズ変位機構は、光ディスク情報記録媒体からの反射光より得られるトラック−光ビーム間の位置ずれ情報に基づいて、対物レンズの位置制御を行なう。従って、対物レンズ変位機構が、対物レンズを光ディスク情報記録媒体のトラック移動に追従させる。
しかしながら、対物レンズをトラック移動に追従させようとすると、光源が対物レンズのレンズ光軸上からずれてしまう。このために波面収差が発生し、記録・再生特性が劣化するのである。
一方、無限光学系の光ヘッド装置であれば、対物レンズに平行光線が入射されるので、対物レンズから見て光源の位置が実質的に無限遠にあるとみなせる。そのため、対物レンズを変位させても、光ビームの光軸が対物レンズのレンズ光軸からずれることはなく（すなわち、光ビームの対物レンズへの入射角が変化することがなく）、波面収差の発生は問題とならない。
この点に鑑みれば、短波長の光源を用いて高密度な記録・再生を実現する光ヘッド装置に有限光学系を採用することは困難であり、小型化、薄型化および低コスト化に不利な無限光学系を採用せざるを得なかった。
特開２００３−２０８７３１号公報 中島平太郎・小川博司共著、「図解コンパクトディスク読本（改訂３版）」オーム社出版、平成８年５月２０日、ｐ．２０８ 有本昭他著、「光ビデオディスクにおける光学系の許容収差量の検討」光学、日本光学会（応用物理学会分科会）第１２巻 第６号 ｐ．４９４（１９８３） Ｗａｒｒｅｎ Ｊ．Ｓｍｉｔｈ、「Ｍｏｄｅｒｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ」ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、１９６６、ｐｐ．８３−８４
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、平行光束ではない拡散した光ビームを対物レンズに入射させる構成を採ることにより小型化、薄型化および低コスト化を図る場合であっても、波面収差による記録・再生特性への影響を抑制可能な光ヘッド装置を提供することにある。
本発明に係る光ヘッド装置の第１の態様は、光ビームを放射する光源と、溝状の回折格子が形成された回折面を有し、前記光ビームを回折させて複数の回折光を生成する回折光学素子と、光ディスク情報記録媒体上に前記複数の回折光を集光させる対物レンズと、複数に分割された受光領域を有し、前記対物レンズを介して受光した前記光ディスク情報記録媒体からの反射光の光量に対応する電気信号に変換する光検知器と、前記回折光学素子を回転自在に固定する光学ベースとを備え、前記対物レンズのレンズ光軸に対する前記光源の相対的な光軸ずれによって発生する非点収差を打ち消す方向の非点収差を有する様に、前記回折光学素子の前記回折面あるいは前記回折面の裏面をシリンドリカル形状とした有限光学系の光ヘッド装置であって、前記光学ベースは、前記回折光学素子のシリンドリカル形状の曲率を持つ方向に対して略平行に与圧して前記回折光学素子の固定を行うことを特徴とする。
本発明に係る光ヘッド装置の第１の態様によれば、回折光学素子は、複数の回折光を生成するだけでなく、光源が対物レンズのレンズ光軸から光ディスク情報記録媒体のラジアル方向に遠ざかることにより発生する非点収差を打ち消す方向の非点収差をも有する。よって、光ビームを平行光束ではない拡散光として対物レンズに入射させる場合であっても、コリメータレンズを用いることなく回折光学素子によって、波面収差による記録・再生特性への影響を抑制することが可能である。
この発明の、目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
［図１］本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置の基本構成を示す図である。
［図２］本発明の実施の形態１による光ヘッド装置における対物レンズのレンズ光軸から光源までの相対的な光軸ずれにより発生する波面収差を示す図である。
［図３］本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置における対物レンズがラジアル方向に移動した状態のラジアル方向断面とタンジェンシャル方向断面の集光位置を表す模式図である。
［図４］ラジアル方向、タンジェンシャル方向等と光ディスク情報記録媒体との位置関係を示す斜視図である。
［図５］本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置に採用される回折光学素子の形状を示す斜視図である。
［図６］本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置に採用される回折光学素子の形状を示す他の斜視図である。
［図７］本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置に採用される回折光学素子の他の形状を示す斜視図である。
［図８］本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置に採用される回折光学素子の他の形状を示す他の斜視図である。
［図９］読み出し専用光ディスク情報記録媒体の記録面を示した図である。
［図１０］書き込み可能光ディスク情報記録媒体の記録面を示した図である。
［図１１］回折光学素子で発生させる非点収差に応じた、対物レンズのラジアル方向移動により発生する軸外非点収差の合成値の変化を示す図である。
［図１２］本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置における対物レンズがラジアル方向に移動した状態のラジアル方向断面とタンジェンシャル方向断面の集光位置を表す模式図である。
［図１３］本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置に採用される回折光学素子の他の形状を示す斜視図である。
［図１４］本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置に採用される回折光学素子の他の形状を示す斜視図である。
［図１５］本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置に採用される回折光学素子の他の形状を示す斜視図である。
［図１６］本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置に採用される回折光学素子の他の形状を示す斜視図である。
［図１７］本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置に採用される回折光学素子の回折格子の溝の延びる方向を示す図である。
［図１８］本発明の実施の形態２に係る光ヘッド装置の基本構成を示す図である。
［図１９］本発明の実施の形態２に係る光ヘッド装置における平行平板型回折光学素子の形状と配置を示す図である。
［図２０］本発明の実施の形態２に係る光ヘッド装置における平行平板型回折光学素子の形状と配置を示す図である。
［図２１］本発明の実施の形態２に係る光ヘッド装置の他の構成例を示す図である。
［図２２］本発明の実施の形態３に係る光ヘッド装置の基本構成を示す図である。
［図２３］本発明の実施の形態３に係る光ヘッド装置におけるダイクロイックプリズムの具体的な形状を示す図である。
［図２４］本発明の実施の形態４に係る光ヘッド装置の基本構成を示す図である。
［図２５］本発明の実施の形態４に係る回折格子素子の移動を示す図である。
［図２６］本発明の実施の形態４に係る光検知器上の光ビームの位置を示す図である。
［図２７］本発明の実施の形態５に係る光ヘッド装置の基本構成を示す図である。
［図２８］本発明の実施の形態５に係るホログラム素子を示す図である。
［図２９］本発明の実施の形態５に係る半光束ビームの集光状態を示す図である。
［図３０］本発明の実施の形態５に係る光検知器を受光領域を示す図である。
実施の形態１．
本実施の形態は、回折光学素子に、回折機能だけではなく、非点収差を発生させる機能をも持たせて、光源が対物レンズのレンズ光軸から光ディスク情報記録媒体のラジアル方向に遠ざかることにより発生する非点収差を打ち消すようにした光ヘッド装置である。
図１は、本実施の形態に係る光ヘッド装置の基本構成を示す図である。この光ヘッド装置は、コリメータレンズを有しない有限光学系の構成を採る。
図１において、符号１は光源である半導体レーザ、符号２ａは半導体レーザ１から放射される光ビーム、符号３は光ビーム２ａの射出窓となる平板ガラス、符号４は半導体レーザ１と平板ガラス３とを一体化し、かつ、半導体レーザ１の発光時に発生する熱を放熱する機能を有する放熱金属パッケージである。なお、半導体レーザ１、平板ガラス３、放熱金属パッケージ４の一体化構造を発光部品５とする。
符号６は光ビーム２ａを回折させて複数の回折光たる光ビーム２ｂに分光するための回折光学素子、符号７は内部に設けられた反射面により光ビーム２ｂを光ビーム２ｃに偏向する偏向プリズム、符号８はＣＤ，ＤＶＤ，ＭＤ等の光ディスク情報記録媒体、符号９は偏向プリズム７からの光ビーム２ｃを光ビーム２ｄとして光ディスク情報記録媒体８に集光する対物レンズである。なお、光ビーム２ａ〜２ｃの経路中にはコリメータレンズが設けられないので、光ビーム２ａ〜２ｃは平行光束とはならず拡散光となる。よって、この光ヘッド装置は有限光学系である。
光ディスク情報記録媒体８で反射された光ビーム２ｄは、再び対物レンズ９に入射して光軸Ａ１ｂ，Ａ１ｃを中心軸とする収束光へと変換され、偏向プリズム７を透過する。偏向プリズム７を透過した光ビーム２ｅは、検知用光学素子１１を通過して光ビーム２ｆとなって光検知器１０に入る。
光検知器１０は、光学系に応じて複数の分割受光面が設けられたフォトダイオードである。対物レンズ９から各受光面に入射する光ビーム２ｆの光量を、光検知器１０が電気信号に変換して出力する。検知用光学素子１１は、光ディスク情報記録媒体８で反射された光ビーム２ｅを光検知器１０の分割受光面へ適切に入射させるための光学素子である。検知用光学素子１１は、例えば凹レンズで構成され、レンズ機能やビーム分割機能を備える。
光ディスク情報記録媒体８には、データである記録マーク（ピット）が円状またはスパイラル状に配列されたトラックが形成されており、この配列がトラックを形成している。本実施の形態に係る光ヘッド装置が搭載される光ディスク記録・再生装置は、対物レンズ９で集光される光ビーム２ｄをトラックに沿うよう走査させ、その反射光からデータを読み出す。光ディスク情報記録媒体８は、トラック中心を中心軸としてモータ（図示せず）などにより回転させる。
ここで、光ディスク情報記録媒体８の形状に偏心があったり、あるいは、モータの取り付け位置に誤差があったりすると、回転とともにトラックが光ディスク情報記録媒体８のラジアル方向（半径方向）に変位する。よって、光ディスク記録・再生装置は、光ビーム２ｄのラジアル方向位置をトラックの変位に沿うよう制御する必要がある。
光ヘッド装置自体はサーボ機構（図示せず）により変位可能である。しかし、上記のようなトラック変位は微小変位であるため、光ヘッド装置全体を変位させるサーボ機構による光ビームのラジアル方向位置制御は、精度の点からも消費電力の点からも望ましくない。
そこで、上記のトラック変位に対して光ビーム２ｄのラジアル方向位置を精密に追従させるために、光ヘッド装置内にて、対物レンズ９が独立して光ディスク情報記録媒体８のラジアル方向に平行移動可能とされている。具体的には、対物レンズ９を変位可能とするために、コイル等で発生する電磁力を利用した対物レンズ変位機構（図示せず）が光ヘッド装置内に設けられる。この対物レンズ変位機構は、光ディスク情報記録媒体８からの反射光を光検知器１０が受光して出力する信号に基づいてトラック−光ビーム間の位置ずれ量を算出し、対物レンズ９の位置制御を行なう。
なお、光源たる半導体レーザ１が対物レンズ９のレンズ光軸上に実質的に存在する（「実質的に」とは、偏向プリズム７での偏向を考慮せずに、半導体レーザ１からの光ビームが対物レンズ９に直接に入射する場合を想定することを意味する）ときの対物レンズ９の位置が、対物レンズ変位機構での対物レンズ９の設計初期位置とされることが多い。ここでは、この設計初期位置において対物レンズ９の主点と光源の位置とで決まる光軸Ａ１ａ，Ａ１ｂを設計光軸と呼ぶ。
図１の構成では、半導体レーザ１からの光ビーム２ａ〜２ｃは、拡散光として対物レンズ９に入射する。発明が解決しようとする課題の項で説明したように、対物レンズ９がラジアル方向に追従制御される際には、光源である半導体レーザ１の位置は対物レンズ９のレンズ光軸に対して軸外に位置することとなる。よって、光ビーム２ｃが対物レンズ９を透過することによって波面収差が発生する。
図２は、対物レンズ９のレンズ光軸に対する光源の相対的な光軸ずれにより発生する波面収差の典型的な特性例を示す図である。波面収差の代表的な収差成分として、非点収差、コマ収差、球面収差、および高次収差がある。また、トータル収差はこれらすべての収差の合成値を表す。これら発生する収差のうち最も大きな割合を占めるのは非点収差であり、これを軸外非点収差と呼ぶ。
図３はラジアル方向Ｄ１とそれに直交するタンジェンシャル方向Ｄ２の光ビーム２の断面を模式的に示した図である。また、図４はラジアル方向Ｄ１、タンジェンシャル方向Ｄ２等と光ディスク情報記録媒体８との位置関係を示す斜視図である。なお、図３では説明の簡単のため、偏向プリズム７での偏向を考慮せずに、半導体レーザ１からの光ビーム２が対物レンズ９に直接に入射する場合を想定している。また、各図において、ラジアル方向Ｄ１と同方向をｙ軸とし、タンジェンシャル方向Ｄ２と同方向をｘ軸とし、ｘ、ｙ両軸に直交する方向をｚ軸としている。
上記の相対光軸ずれで発生する軸外非点収差について着目すると、光ビーム２ｄのラジアル方向断面での集光位置（焦線Ｆ１）とタンジェンシャル方向断面での集光位置（焦線Ｆ２）とは異なる。光ディスク情報記録媒体８に近い前側焦線Ｆ２はラジアル方向に平行な向きとなり、対物レンズ９に近い後側焦線Ｆ１はタンジェンシャル方向に平行な向きとなる。
対物レンズ９がラジアル方向に変位するよう制御されて、光源たる半導体レーザ１と対物レンズ９との間に相対光軸ずれが発生すると、光ビーム２ｄの集光位置は光ディスク情報記録媒体８から対物レンズ９側に近い方向に移動するため、光ディスク情報記録媒体８上の光ビーム２ｄのスポット形状は、ラジアル方向に長い楕円形へと変化する。
その結果、読み出しまたは書き込み中のトラックに隣接するトラックにまで光ビーム２ｄのスポットが広がり、隣接トラックからのクロストークが増加する。また、ラジアル方向の分解能が劣化して光ビーム２ｄのトラック横断の検出能力も低下してしまう。
また、仮に、前側焦線Ｆ２の位置と後側焦線Ｆ１の位置とのほぼ中間位置に光ディスク情報記録媒体８の記録面が位置するよう、対物レンズ９の位置をｚ軸方向に制御すれば、光ディスク情報記録媒体８の記録面上の光ビーム２ｄのスポット形状をほぼ円形にすることは可能となる。これによりラジアル方向の分解能の劣化が防止できるとも考えられる。しかし、そのときの光ビーム２ｄのスポットは、波面収差の存在のために、相対光軸ずれのない場合に比べると大きくなっている。よって、タンジェンシャル方向の分解能が低下して、記録・再生特性が劣化する。
そこで、本実施の形態においては、回折光学素子６を図５および図６に示す形状、または、図７および図８に示す形状とする。
まず、図５および図６に示す回折光学素子６ａは、回折格子ＤＦが形成された回折面１０２ａと、その裏面１０１ａとを有する。回折面１０２ａは平面である。一方、裏面１０１ａにおいては、回折光学素子６ａの短軸方向たるγ軸方向の曲率がＣγであり、回折光学素子６ａの長軸方向たるβ軸方向の曲率がＣβである。そして、裏面１０１ａは、曲率Ｃγと曲率Ｃβとが異なった凸型のトーリック面である。なお、回折面１０２ａに形成された回折格子ＤＦの溝の方向はβ軸にほぼ平行である。また、光ビーム２ａの進行方向をα軸とする。α，β，γの各軸は互いに直交する。
回折格子ＤＦの溝幅および溝間隔を適当な値に設計することにより、発光部品５より射出された光ビーム２ａは、回折光学素子６ａの裏面１０１ａより入射された後、回折面１０２ａ上の回折格子ＤＦによって、少なくとも２つ以上の光ビーム２ｂ１〜２ｂ３に分光される。分光する光ビームの数はその用途によって様々であるが、ここでは一例として、３つの光ビーム（０次回折光ビーム２ｂ１、＋１次回折光ビーム２ｂ２、−１次回折光ビーム２ｂ３）に分光される場合を示す。
０次回折光ビーム２ｂ１は回折作用を受けない透過光であり、光ディスク情報記録媒体８への記録・再生に用いられる。また、＋１次回折光ビーム２ｂ２および−１次回折光ビーム２ｂ３はともに回折作用を受けて光路が曲がった回折光である。０次回折光ビーム２ｂ１、＋１次回折光ビーム２ｂ２および−１次回折光ビーム２ｂ３のいずれも、対物レンズ９により光ディスク情報記録媒体８上に集光された後に反射され、それぞれ光検知器１０により受光される。
また、図７および図８に示す回折光学素子６ｂは、回折格子ＤＦが形成された回折面１０２ｂと、その裏面１０１ｂとを有する。回折面１０２ｂは平面である。一方、裏面１０１ｂにおいては、回折光学素子６ｂの短軸方向たるγ軸方向の曲率がＣγであり、回折光学素子６ｂの長軸方向たるβ軸方向の曲率がＣβである。そして、裏面１０１ｂは、曲率Ｃγと曲率Ｃβとが異なった凹型のトーリック面である。なお、回折面１０２ｂに形成された回折格子ＤＦの溝の方向はβ軸にほぼ平行である。また、光ビーム２ａの進行方向をα軸とする。α，β，γの各軸は互いに直交する。
回折光学素子６ｂにおいても回折光学素子６ａの場合と同様、発光部品５より射出された光ビーム２ａは、回折光学素子６ｂの裏面１０１ｂより入射された後、回折面１０２ｂ上の回折格子ＤＦによって、少なくとも２つ以上の光ビーム２ｂ１〜２ｂ３に分光される。
なお、回折光学素子６ａ，６ｂのいずれにおいても、回折面の裏面１０１ａ，１０１ｂに回折格子ＤＦは設けられていないが、回折面１０２ａ，１０２ｂだけでなく裏面１０１ａ，１０１ｂにも回折格子ＤＦを設けてもよい。あるいは、裏面１０１ａ，１０１ｂにのみ回折格子ＤＦを設けて、こちらを回折面としてもよい。
＋１次回折光ビーム２ｂ２、−１次回折光ビーム２ｂ３は、記録・再生に用いる０次回折光ビーム２ｂ１が光ディスク情報記録媒体８上のトラック中心からどれだけずれているかを検出するために利用される。このような検出法の代表例として「３ビーム法」と称される方式や「差動プッシュプル法」と称される方式が、広く知られている。以下にそれらの検出方法について述べる。なお、３つ以上の数の回折光ビームを生成して検出に用いてもよい。
回折面１０２ａまたは１０２ｂの回折格子ＤＦによって分光された０次回折光ビーム２ｂ１、＋１次回折光ビーム２ｂ２および−１次回折光ビーム２ｂ３はそれぞれ、対物レンズ９により光ディスク情報記録媒体８上に０次回折光ビーム２ｄ１、＋１次回折光ビーム２ｄ２および−１次回折光ビーム２ｄ３として集光される。
そして、図９または図１０に示すように、光ディスク情報記録媒体８上のトラックＴＲ上に０次回折光ビーム２ｄ１が配置されるように調整される。なお、図９は、タンジェンシャル方向Ｄ２に情報マークが並んで記録されている読み出し専用光ディスク情報記録媒体８の記録面を示した図である。また、図１０は、案内溝ＧＲを有し、それに沿って記録マークが記録される書き込み可能光ディスク情報記録媒体８の記録面を示した図である。
３つの回折光ビーム２ｄ１〜２ｄ３の配列の方向は、設計光軸を中心軸として回折光学素子６ａまたは６ｂを回転させることによって調整が可能である。この調整に当たっては、図９および図１０に示すような各種の光ディスク情報記録媒体の構造の違い、並びに、トラックＴＲをずれ検出に用いるのか案内溝ＧＲをずれ検出に用いるのかのずれ検出方式の違いを考慮する必要がある。
図９のように案内溝ＧＲを有しない構造の光ディスク情報記録媒体に対しては３ビーム法がよく用いられる。そして、ずれを検出するために、タンジェンシャル方向Ｄ２からの３つの回折光ビーム２ｄ１〜２ｄ３の配列方向のずれの角度φａは、回折光ビーム２ｄ２および２ｄ３のラジアル方向の配置距離がおよそトラック周期の（Ｎ＋１／２）倍となる角度に調整される（Ｎは任意の整数）。
一方、図１０のように案内溝ＧＲを有する構造であって、案内溝ＧＲをずれ検出に用いる差動プッシュプル法を採用する場合は、タンジェンシャル方向Ｄ２からの３つの回折光ビーム２ｄ１〜２ｄ３の配列方向のずれの角度φｂは、回折光ビーム２ｄ２および２ｄ３のラジアル方向の配置距離がおよそトラック周期の（２Ｍ＋１）倍となる角度に調整される（Ｍは任意の整数）。
以上のように、３つの回折光ビーム２ｄ１〜２ｄ３の配列方向のずれの角度は、光ディスク情報記録媒体の構造の違いとずれ検出方式の違いとによって様々であり、比較的大きく設定される場合もあれば、比較的小さく設定されることもある。
図５〜図８に示すように、γ軸をタンジェンシャル方向から例えば上記のφａ（図９の場合。なお図１０の場合ならばφｂ）だけ回転した方向に合わせておき、β軸をラジアル方向から例えば上記のφａ（図９の場合。なお図１０の場合ならばφｂ）だけ回転した方向に合わせておけば、上記の３つの回折光ビーム２ｄ１〜２ｄ３の配列方向の調整が可能である。
０次回折光ビーム２ｄ１、＋１次回折光ビーム２ｄ２および−１次回折光ビーム２ｄ３は、光ディスク情報記録媒体８でそれぞれ反射される。そして、反射した各回折光ビームは光検知器１０で受光され、各光量がそれぞれ電気信号として出力される。このうち＋１次回折光ビーム２ｄ２および−１次回折光ビーム２ｄ３に対応する電気信号に対してずれ検出方式に応じた演算が行なわれ、０次回折光ビーム２ｄ１と情報マーク列とのラジアル方向の相対位置ずれを表すトラッキング誤差信号が生成される。例えば＋１次回折光ビーム２ｄ２および−１次回折光ビーム２ｄ３の各反射光の光量が等しければ誤差０とされ、光量に差があればその差に応じたトラッキング誤差信号が生成される。このトラッキング誤差信号に基づいて、対物レンズ９の位置がラジアル方向に制御される。以上が３ビーム法や差動プッシュプル法によるずれ検出方法の説明である。
さて、回折光学素子６ａまたは６ｂにおいて、回折面の裏面１０１ａまたは１０１ｂのトーリック面を光ビーム２ａが通過すると、γ軸方向とβ軸方向の曲率Ｃγ，Ｃβの違いにより非点収差が発生する。よって、回折光学素子６ａまたは６ｂに、回折機能だけではなく、非点収差を発生させる機能をも持たせて、光源たる半導体レーザ１が対物レンズ９のレンズ光軸から光ディスク情報記録媒体８のラジアル方向に遠ざかることにより発生する非点収差を打ち消すようにすればよい。すなわち、対物レンズ９がラジアル方向に移動することで発生する軸外非点収差を打ち消す方向の非点収差を回折光学素子６ａまたは６ｂが有するように、それぞれの曲率ＣγとＣβを決定する。
図１１は、回折光学素子６ａまたは６ｂで発生させる非点収差に応じた、対物レンズ９のラジアル方向移動により発生する軸外非点収差の合成値Ｗａｓの変化を示す図である。図１１では、曲線（ａ）が図２中の非点収差のグラフに相当する。そして、回折光学素子６ａまたは６ｂで発生させる非点収差量の違いに応じて、曲線（ｂ），（ｃ），（ｄ）と３つの状態を例示している。なお、回折光学素子６ａまたは６ｂで発生する非点収差量をＡＳｇ（図１１の各曲線上の切片の値に相当）とする。
軸外非点収差の合成値Ｗａｓの値がプラスである場合は、前側焦線Ｆ２と後側焦線Ｆ１との関係が図３で示した関係にあるのに対し、マイナスの場合には、図１２に示すように光ビームの前側焦線Ｆ２の位置と後側焦線Ｆ１の位置とが図３の場合から入れ替わった関係となる。
前に述べた、記録・再生特性、光ビームのトラック横断検出の能力、および、低クロストークのいずれをも維持できる非点収差の許容範囲と、対物レンズ９の設計光軸からラジアル方向への必要最大移動量が図１１に示す関係にあるとき、必要最大移動量と非点収差の許容範囲とで決まる点Ｐ４および点Ｐ５で規定される長方形の領域内に軸外非点収差の合成値Ｗａｓが収まればよい。すなわち、軸外非点収差の合成値Ｗａｓの特性が、曲線（ｂ）と曲線（ｄ）の間に収まればよく、そうなるように回折光学素子６ａまたは６ｂで発生する非点収差量ＡＳｇを設定すればよい。非点収差量ＡＳｇの値は、回折光学素子６ａ，６ｂの曲率Ｃγ，Ｃβの値により設定される。
なお、曲線（ｃ）の場合のように、非点収差の許容範囲の最大非点収差Ｗａｓ（ｍａｘ）と最小非点収差Ｗａｓ（ｍｉｎ）の平均値０．５×｛Ｗａｓ（ｍａｘ）＋Ｗａｓ（ｍｉｎ）｝を基準としたときに、対物レンズ移動量ゼロまでの非点収差変化量ΔＡＳ２と必要最大移動量までの非点収差変化量ΔＡＳ１が同程度になるのが最も望ましい。軸外非点収差の合成値Ｗａｓの許容範囲内での上限および下限までの各マージンが最大となるからである。
なお、図５〜図８に示したトーリック面形状以外にも、回折光学素子６を図１３〜図１６に示すようなシリンドリカル面形状としても、図５〜図８の場合と同様な非点収差を発生する効果が得られる。
図１３に示す回折光学素子６ｃは、回折面１０２ｃの裏面１０１ｃにγ軸方向にのみ曲率を有する凸型のシリンドリカル面を持ち、回折面１０２ｃにほぼβ軸方向に平行な溝を有する回折格子ＤＦが形成されている。
図１４に示す回折光学素子６ｄは、回折面１０２ｄにγ軸方向にのみ曲率を有する凸型のシリンドリカル面を持ち、回折面１０２ｄにほぼβ軸方向に平行な溝を有する回折格子ＤＦが形成されている。回折面１０２ｄの裏面１０１ｄは平坦面である。
図１５に示す回折光学素子６ｅは、回折面１０２ｅの裏面１０１ｅにβ軸方向にのみ曲率を有する凹型のシリンドリカル面を持ち、回折面１０２ｅにほぼβ軸方向に平行な溝を有する回折格子ＤＦが形成されている。
図１６に示す回折光学素子６ｆは、回折面１０２ｆにβ軸方向にのみ曲率を有する凹型のシリンドリカル面を持ち、回折面１０２ｆにほぼβ軸方向に平行な溝を有する回折格子ＤＦが形成されている。回折面１０２ｆの裏面１０１ｆは平坦面である。
なお、図１３〜図１６に示した回折光学素子６ｃ〜６ｆのいずれにおいても、回折面の裏面１０１ｃ〜１０１ｆに回折格子ＤＦは設けられていないが、回折面１０２ｃ〜１０２ｆだけでなく裏面１０１ｃ〜１０１ｆにも回折格子ＤＦを設けてもよい。あるいは、裏面１０１ｃ〜１０１ｆにのみ回折格子ＤＦを設けて、こちらを回折面としてもよい。
図５〜図８に示したトーリック面形状を採用する場合と、図１３〜図１６に示したシリンドリカル面形状を採用する場合とでは、以下の相違がある。
発散する光ビームが厚みをもつ光学素子を通過すると、非点収差以外にも球面収差、および、光ディスク情報記録媒体８上に集光された光ビームの最良像面からの対物レンズ９のレンズ光軸方向へのずれにより生じるデフォーカスがもたらす収差（デフォーカス収差と称する）が発生する。
図５〜図８に示したトーリック面形状を採用する場合には、トーリック面のγ方向およびβ方向の曲面を非球面として最適化することにより、非点収差以外にも球面収差およびデフォーカス収差を低減させることができる。この他にもさらに、対物レンズ９と光源との距離が対物レンズ９の設計値からずれることによって発生する球面収差、および、光ディスク情報記録媒体８上に形成されている保護透明基板の厚み誤差などから発生する球面収差も同時に考慮して上記非球面形状を最適化すれば、さらに光ビームの品質が向上し、記録・再生特性を向上させることができる。一方、図１３〜図１６に示したシリンドリカル面形状を採用する場合は、あくまで非点収差量を調節できるに過ぎない。
すなわち、回折光学素子６の回折面または回折面の裏面を、トーリック面またはシリンドリカル面とすれば、トーリック面内のある子午面の曲率（例えばＣγ）およびそれに直角な他の子午面の曲率（例えばＣβ）を、または、シリンドリカル面の曲率を調節することにより、回折光学素子６の有する非点収差の量を調節することが可能である。また、トーリック面の場合は、トーリック面内のある子午面およびそれに直角な他の子午面を非球面形状とすることにより、非点収差の量だけでなく、光源から放射された光ビームが光ディスク情報記録媒体８上に集光されるまでの光学系で発生する球面収差、および、デフォーカス収差の量も調節することが可能である。よって、記録・再生に用いられる光ビームの品質をさらに良くすることができる。
なお、図９および図１０に示したように、トラックの方向、つまりタンジェンシャル方向Ｄ２と、０次回折光ビーム２ｄ１、＋１次回折光ビーム２ｄ２および−１次回折光ビーム２ｄ３の配列方向との間に角度φａまたはφｂを設ける場合、上記においては回折光学素子６を回転させていた。
しかし、回折光学素子６を回転させると、回折光学素子６の有する非点収差も回転することとなり、対物レンズ９で発生する軸外非点収差を効率よく打ち消せないこともある。
よって、回折光学素子６で発生する非点収差の量が対物レンズ９で発生する軸外非点収差を最も効率よく打ち消すことができるように、回折光学素子６のトーリック面またはシリンドリカル面の曲率を持つ方向はタンジェンシャル方向Ｄ２およびラジアル方向Ｄ１の少なくとも一方に平行としつつ、回折格子ＤＦの溝の延びる方向については図１７に示すようにβ軸からφａまたはφｂだけずらしておくのが望ましい。
つまり、回折格子ＤＦの溝の方向を、ラジアル方向（β軸の方向に相当）から光ディスク情報記録媒体８のタンジェンシャル方向の向きに角度φａまたはφｂだけ傾けて配置させておけば、光ディスク情報記録媒体８のトラックの方向に対して角度φａまたはφｂだけ傾けて複数の回折光を光ディスク情報記録媒体８上に配列可能であるとともに、回折光学素子６の有する非点収差が対物レンズ９のラジアル方向移動で発生する非点収差を最も効率よく打ち消すように回折光学素子６を配置することができる。
本実施の形態に係る光ヘッド装置によれば、回折光学素子６は、複数の回折光を生成するだけでなく、光源たる半導体レーザ１が対物レンズ９のレンズ光軸から光ディスク情報記録媒体８のラジアル方向に遠ざかることにより発生する非点収差を打ち消す方向の非点収差をも有する。よって、光ビームを平行光束ではない拡散光として対物レンズ９に入射させる場合であっても、コリメータレンズを用いることなく回折光学素子６によって、波面収差による記録・再生特性への影響を抑制することが可能である。これにより、光ヘッド装置の小型化、薄型化および低コスト化が図れる。
すなわち、対物レンズ９のレンズシフト時に生じる軸外非点収差を打ち消すことのできる非点収差の発生機能と回折格子ＤＦによる分光機能とを回折光学素子６に持たせることで、望ましい方向に非点収差ＡＳｇを与えることが可能となる。
現在実用化されているＤＶＤやＣＤなどの光ディスク装置では、レンズシフトの必要最大量は６００μｍ程度であり、そのときに対物レンズ９で生じる軸外非点収差が単体で３００ｍλｐｖ程度である。よって、回折光学素子６の有する非点収差ＡＳｇは、軸外非点収差を打ち消す方向に３００ｍλｐｖ程度、またはそれ以下であることが望ましい。
ただし、上記非点収差量は、対物レンズの軸外非点収差について考慮したものであり、光源やその他の光学部品などによってさらに非点収差が付加される光学構成の場合は、上記非点収差量よりもさらに大きく設定すべき場合もある。
なお、上記で説明した光学構成は代表的な有限光学系の例であるが、本実施の形態は疑似有限光学系にも適用可能である。ここで、疑似有限光学系とは、光源から放射された光ビームが光路中でたとえ平行光束となる場合であっても、光源と対物レンズ間の光路中に別途レンズなどを設けることによって、対物レンズへ入射する前に光ビームを拡散するように変換する構成を指す。例えば、上記光路中のレンズを光軸方向へ移動させるなどして、対物レンズへの光ビームの入射条件、または光ビームの拡散度を変える機能を有する光学構成がこれに当てはまる。
疑似有限光学系の場合も、対物レンズへ入射する光ビームについては有限光学系の場合と同様であるので、本実施の形態が適用可能となる。
実施の形態２．
本実施の形態は、実施の形態１に係る光ヘッド装置の変形例であって、トーリック面またはシリンドリカル面を有する回折光学素子６に代わって、平行平板型回折光学素子を採用し、その回折面を、ラジアル方向から対物レンズ９のレンズ光軸の向きに傾けて非点収差を発生させるようにしたものである。
図１８は、本実施の形態に係る光ヘッド装置を示す図である。なお、図１８においては、回折光学素子６が平行平板型回折光学素子６１に変更されている点以外、装置構成は図１と同じである。よって、平行平板型回折光学素子６１以外の点については、実施の形態１に係る光ヘッド装置と同様のため、説明を省略する。
図１８中の平行平板型回折光学素子６１の形状と配置について、図１９および図２０に示す。なお、図１９はタンジェンシャル方向から平行平板型回折光学素子６１を眺めた図であり、図２０はラジアル方向から平行平板型回折光学素子６１を眺めた図である。
平行平板型回折光学素子６１は平行平板型の樹脂またはガラス晶材で構成され、光ビーム２ａが入射する面および出射する面の少なくとも一方に回折格子ＤＦが形成されている（図１９および図２０では出射する面にのみ回折格子ＤＦを持つ場合を示している）。平行平板型回折光学素子６１の回折格子ＤＦにより、光ビーム２ａは少なくとも２つの光ビーム２ｂ１〜２ｂ３に分光される。
平行平板型回折光学素子６１に、設計光軸に対してラジアル方向Ｄ１に対応する方向にある角度θの傾きを与えると、放射する光ビーム２ａが平行平板型回折光学素子６１を通過することで非点収差が発生する。よって、実施の形態１の場合と同様に、平行平板型回折光学素子６１で発生する非点収差により、対物レンズ９がラジアル方向Ｄ１に移動する際に発生する実施の形態１で述べた軸外非点収差を打ち消すことができる。
つまり、平行平板型回折光学素子６１における回折格子ＤＦの溝の延びる方向たるβ軸をｚ軸に合わせ、回折格子ＤＦの溝の並ぶ方向たるγ軸をｘ軸に合わせて、平行平板型回折光学素子６１の回折面を、ラジアル方向Ｄ１から対物レンズ９のレンズ光軸Ａ１ａの向きに所定の角度θだけ傾けて配置している。
ここで、平行平板型回折光学素子６１により発生する非点収差量Ｗ２２ｐｖは、平行平板型回折光学素子６１を透過する光ビーム２ａの開口数をＮＡ、光ビーム２ａの波長をλ、非点収差の前側焦線Ｆ２と後側焦線Ｆ１との距離（非点隔差）をΔｚとして
Figure 0004308204
のように表せる。なお、数１は上記非特許文献２に基づく。
ここで、非点隔差Δｚについては、上記非特許文献３より平行平板型回折光学素了６１の厚みｄと屈折率ｎ、およびラジアル方向Ｄ１からの角度θを用いて
Figure 0004308204
のように表せる。
よって、平行平板型回折光学素子６１で発生させる非点収差の量ＡＳｇは、次式により決定できる。
Figure 0004308204
なお、分光後の各光ビーム２ｂ１〜２ｂ３の配列方向が実施の形態１の場合と同様に、図９および図１０に示す光ディスク情報記録媒体８のトラックの方向から角度φａまたはφｂをなすように、設計光軸を回転軸として平行平板型回折光学素子６１の配置が調整される。
しかし、平行平板型回折光学素子６１を回転させると、平行平板型回折光学素子６１の有する非点収差も回転することとなり、対物レンズ９で発生する軸外非点収差を効率よく打ち消せないこともある。
よって、平行平板型回折光学素子６１で発生する非点収差の量が対物レンズ９で発生する軸外非点収差を最も効率よく打ち消すことができるように、平行平板型回折光学素子６１の回折格子ＤＦの溝の方向は、図１７と同様にラジアル方向Ｄ１からタンジェンシャル方向Ｄ２の向きに角度φａまたはφｂだけずらしておくのが望ましい。
つまり、回折格子ＤＦの溝の方向を、ラジアル方向（β軸の方向に相当）から光ディスク情報記録媒体８のタンジェンシャル方向の向きに角度φａまたはφｂだけ傾けて配置させておけば、光ディスク情報記録媒体８のトラックの方向に対して角度φａまたはφｂだけ傾けて複数の回折光を光ディスク情報記録媒体８上に配列可能であるとともに、平行平板型回折光学素子６１の有する非点収差が対物レンズ９のラジアル方向移動で発生する非点収差を最も効率よく打ち消すように平行平板型回折光学素子６１を配置することができる。
本実施の形態によれば、平行平板型回折光学素子６１の回折面は、ラジアル方向Ｄ１から所定の角度θだけ傾けて配置されている。よって、平行平板型回折光学素子６１の厚さｄ、屈折率ｎおよび傾け具合θを調節することにより、回折光学素子の有する非点収差の量を容易に調節することが可能である。
なお、図２１に示すように、光ビーム２ａの射出窓たる平板ガラス３が、ラジアル方向から対物レンズ９のレンズ光軸の向きに斜めに傾けられた平行平板射出窓３ａとなっている発光部品５ａが存在する。この平行平板射出窓３ａは、平行平板型回折光学素子６１と同様、非点収差発生機能を担うが、ラジアル方向から斜めに傾けられているためにコマ収差が発生しやすい。
しかし、図２１の発光部品５ａに対して平行平板型回折光学素子６１を適用し、平行平板型回折光学素子６１の回折面を、平行平板射出窓３ａの射出面とは正反対の向きに傾ければ、平行平板射出窓３ａにより発生するコマ収差の一部または全部を、平行平板型回折光学素子６１により発生するコマ収差でキャンセルさせることが可能である。よって、記録・再生に用いられる光ビームの品質をさらに良くすることができる。
現在実用化されているＤＶＤやＣＤなどの光ディスク装置では、レンズシフトの必要最大量は６００μｍ程度であり、そのときに対物レンズ９で生じる軸外非点収差が単体で３００ｍλｐｖ程度である。よって、平行平板型回折光学素子６１の有する非点収差ＡＳｇの量も、軸外非点収差を打ち消す方向に３００ｍλｐｖ程度、またはそれ以下であることが望ましい。
ただし、上記非点収差量は、対物レンズの軸外非点収差について考慮したものであり、光源やその他の光学部品などによってさらに非点収差が付加される光学構成の場合は、上記非点収差量よりもさらに大きく設定すべき場合もある。また、本実施の形態は疑似有限光学系にも適用可能である。
実施の形態３．
本実施の形態も、実施の形態１に係る光ヘッド装置の変形例であって、二光源構成とし、かつ、回折光学素子に非点収差発生機能を担わせるのではなく、二光源からの光ビームを同方向に射出するダイクロイックプリズムに非点収差発生機能を担わせるようにしたものである。
図２２は、本実施の形態に係る光ヘッド装置を示す図である。なお、図２２においては、第１の光源たる半導体レーザ１、平板ガラス３、放熱金属パッケージ４、回折光学素子６２、偏向プリズム７、光ディスク情報記録媒体８、対物レンズ９、光検知器１０、検知用光学素子１１については、ラジアル方向から傾かない回折面を有する平行平板型回折光学素子６２が回折光学素子６に代わって採用されている点、および、光路中にダイクロイックプリズム１２が挿入されている点以外、図１と同じである。よって、図１と同じ構成要素については説明を省略する。
さて、図２２中の符号１３は第２の光源である半導体レーザであり、光ビーム２ａ（例えば赤色光）の波長とは異なる波長を有する光ビーム１４（例えば青色光）を放射する。符号１５はホログラム素子であり、符号１６は半導体レーザ１３と同一半導体基板上に形成された受光素子である。
半導体レーザ１３と受光素子１６とが形成された半導体基板は、放熱機能を兼ね備えたパッケージ１７に取り付けられている。また、半導体レーザ１３および受光素子１６への給電用端子１８と、受光素子１６からの電気信号を出力する出力用端子１９とがパッケージ１７に取り付けられている。
さらに、ホログラム素子１５はパッケージ１７と接着されることにより一体化されている。半導体レーザ１３より放射された光ビーム１４はホログラム素子１５を透過する。
符号１２はダイクロイックプリズムであって、内部の反射面で光ビーム１４をｚ方向に偏向し、偏向プリズム７からの光ビーム２ｃはそのまま透過させる特性を有する。なお、対物レンズ９には、波長の異なる光ビーム２ｃおよび光ビーム１４を光ディスク情報記録媒体８上に集光できる波長互換タイプのレンズが採用される。
半導体レーザ１から出力され、光ディスク情報記録媒体８で反射された光ビーム２ｄは、再び対物レンズ９に入射して収束する光ビームに変換され、ダイクロイックプリズム１２と偏向プリズム７とを透過する。そして、検知用光学素子１１を介して光検知器１０に至る。一方、半導体レーザ１３から出力された光ビーム１４は、光ディスク情報記録媒体８で反射されて再び対物レンズ９に入射した後、ダイクロイックプリズム１２で偏向され、ホログラム素子１５により受光素子１６へと分割および偏向される。
本実施の形態では、２つの光源（半導体レーザ１および半導体レーザ１３）から発せられる２つの光ビーム２ａ，１４を１つの対物レンズ９へ入射させるとともに、且つ、光ディスク情報記録媒体８のラジアル方向への非点収差を与えることができるダイクロイックプリズム１２を有することを特徴としている。
ダイクロイックプリズム１２の具体的な形状を図２３に示す。ダイクロイックプリズム１２は、プリズム１２ａとプリズム１２ｂが透過・反射面１０５で貼り付けられた構造を有する。透過・反射面１０５は、光ビーム１４に対しては反射面として、光ビーム２ｃに対しては単なる透過面として機能する。すなわち、ダイクロイックプリズム１２は、光ビーム２ｃを受ける第１面１０３と、光ビーム１４を受ける第２面１０６と、第１面１０３で受けた光ビーム２ｃは透過させつつ、第２面１０６で受けた光ビーム１４は反射させる透過・反射面１０５と、透過・反射面１０５を透過した光ビーム２ｃおよび透過・反射面１０５で反射した光ビーム１４を、光軸Ａ１ｄの延びる同方向に射出する第３面１０４とを有する。また、プリズム１２ａとプリズム１２ｂの屈折率は同じ値（ｎ２）である。なお、図２２におけるｘ軸方向に対しては、ダイクロイックプリズム１２のｙ−ｚ平面における断面形状に変化は無い。
図２３においては、図２２におけるｚ軸に平行なＺ軸、および、図２２におけるｙ軸に平行なＹ軸を、光ビーム１４の光軸Ａ２と第２面１０６との交点Ｐ７を原点として、新たに設定している。
本実施の形態においては、実施の形態１および２で述べたような、光源が対物レンズ９のレンズ光軸から光ディスク情報記録媒体８のラジアル方向に遠ざかることにより発生する非点収差を打ち消す方向の非点収差ＡＳｇを、ダイクロイックプリズム１２にて発生させる。そのために、ダイクロイックプリズム１２の第１面１０３、第３面１０４および第２面１０６の各面の垂線Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６を、入射または出射する光ビームの各光軸Ａ１ｂ，Ａ１ｄ，Ａ２の各方向に対してθ７、θ７、θ１の角度だけそれぞれ傾ける。また、角度θ２，θ６はそれぞれ、ダイクロイックプリズム１２内部における各光ビームの光軸Ａ４，Ａ５と、第２面１０６の垂線Ｌ６、第１面１０３または第３面１０４の垂線Ｌ４またはＬ５とがなす角度である。
なお、図２３においては、第１面１０３および第３面１０４および反射点Ｐ６を通る直線Ｌ１とが平行であり（記号／／で「平行」を示す）、第２面１０６および反射点Ｐ６を通る直線Ｌ２とが平行である（記号／／／で「平行」を示す）。また、光ビーム１４の入射前の光軸Ａ２と出射後の光軸Ａ１ｄとのなす角度は９０°である。
まず、半導体レーザ１を光源とする光ビーム２ｃの、ダイクロイックプリズム１２の透過系光路について述べる。
光ビーム２ｃに対しては、ダイクロイックプリズム１２は実施の形態２における平行平板型回折光学素子６１と同様、ラジアル方向から対物レンズ９のレンズ光軸の向きに斜めに傾いた平行平板型光学素子として作用する。よって、実施の形態２で述べた数３と同じ式を使って、図１１の曲線（ｂ）から曲線（ｄ）の間の特性となるような非点収差ＡＳｇが発生できるように入射面の角度θ７と第１面１０３および第３面１０４間の厚みｄを決定する。なお、数３において、θ＝θ７と、ｎ＝ｎ２（プリズム１２ａおよびプリズム１２ｂの屈折率）と、それぞれ置き換える。また、ＮＡはダイクロイックプリズム１２を透過する光ビーム２ｃの開口数、λは光ビーム２ｃの波長である。
次に、半導体レーザ１３を光源とする光ビーム１４の、ダイクロイックプリズム１２の反射系光路について述べる。
本実施の形態においては、入射面たる第２面１０６の角度θ１と出射面たる第３面１０４の角度θ７とを同じ値に設定することにより、第２面１０６および第３面１０４も、第１面１０３および第３面１０４が平行であるのと同様に、透過・反射面１０５を介することにより等価的に平行となるよう各部の角度を設計する。すなわち、光ビーム１４がダイクロイックプリズム１２を通過することで、θ７の傾きをもつ平行平板型光学素子を通過したのと等価な作用を受けるようにする。
さらに、入射面たる第２面１０６の角度θ１と出射面たる第３面１０４の角度θ７とを異なる値に設定すれば、この角度差によっても光ビーム１４に発生させる非点収差の量を変化させることが可能である。この場合、光ビーム１４に発生させる非点収差の量、およびダイクロイックプリズム１２の形状の設計に自由度を与える。すなわち、光ビーム１４がダイクロイックプリズム１２を通過することで、入射面と出射面とが非平行のくさび形の平板光学素子を通過したのと等価な作用を受けるようにする。
そうすれば、光ディスク情報記録媒体８のラジアル方向に非点収差を与えることができ、対物レンズ９がラジアル方向に移動する際に発生する非点収差を打ち消すことができる。角度θ１と角度θ７とを等しい値にする場合、光ビーム１４に与える非点収差の量は、光ビーム２ｃの場合と同様、数３により求めることができ、数３のｄを、図２３中の第２面１０６と直線Ｌ２との距離ｄｒ１と、図２３中の第３面１０４と直線Ｌ１との距離ｄｒ２との和とすればよい。距離ｄｒ２は透過系光路にてすでに決定されているので、距離ｄｒ１を最適化することで光ビーム２ｃに発生させる非点収差の量とは独立に、光ビーム１４に発生させるべき所望の非点収差ＡＳｇの量を得ることができる。
また、光ビーム１４は第２面１０６で屈折し、さらにダイクロイックプリズム１２から出るときに第３面１０４で再度屈折されるが、角度θ１と角度θ７とを等しくした場合には、角度θ１（またはθ７）に関係なく透過・反射面１０５をＹ軸に対して４５°（θ３＝０）とすることで、反射系光路の偏向角度をＹ軸に対して９０度にすることができる。
一方、角度θ１と角度θ７とを異なった値にする場合、ダイクロイックプリズム１２から出るときに第３面１０４で入射時と異なる屈折条件となるため、ダイクロイックプリズム１２から出た光ビーム１４の出射後の角度を対物レンズ９の設計光軸と一致させるには、透過・反射面１０５をＹ軸からの４５°角からある角度θ３だけ傾けておく必要がある。角度θ１を角度θ７と異なる値とすることによっても、光ビーム１４に発生させる非点収差の量を光ビーム２ｃに発生させる非点収差の量とは独立に可変とできる。
まず、Ｚ−Ｙ平面内にてＹ軸に対して４５°の傾きを有する直線Ｌ３を考える。ここで、直線Ｌ３とＹ軸とのなす角度θＡは、
Figure 0004308204
である。さて、透過・反射面１０５とＹ軸とのなす角度θＢは、透過・反射面１０５と直線Ｌ３とのなす角度θ３を用いて、
Figure 0004308204
と表せる。
次に、透過・反射面１０５とダイクロイックプリズム１２内での光ビーム１４の光軸Ａ４とのなす角度θＣは、透過・反射面１０５と、反射点Ｐ６を通過するＹ軸に平行な直線Ｌ７とのなす角度θ１−θ２を用いて、
Figure 0004308204
と表せる。
ここで、光ビーム１４は点Ｐ６にて反射することから、透過・反射面１０５と光軸Ａ４とのなす角度θＣと、透過・反射面１０５と反射後の光軸Ａ５とのなす角度とが等しくなる。よって、透過・反射面１０５と反射後の光軸Ａ５とのなす角度から角度θ３の分を引いた角度θＤは、
Figure 0004308204
と表せる。
さて、反射点Ｐ６を通過するＺ軸に平行な直線Ｌ８と反射後の光軸Ａ５とのなす角度θ４は、
Figure 0004308204
と表せる。
また、第３面１０４の垂線Ｌ５と反射後の光軸Ａ５とのなす角度θ６は、
Figure 0004308204
と表せる。ここで、ｎ１はダイクロイックプリズム１２外の空気の屈折率である。よって、数９を変形すれば、角度θ３は、
Figure 0004308204
と表せる。よって、角度θ１と角度θ７とを異なる値にする場合、透過・反射面１０５と直線Ｌ３とがなす角度を数１０で得られる角度θ３に設定することで、光ビーム１４と光ビーム２ｃとが第３面１０４から射出する角度を等しくすることができる。
なお、角度θ２が、
Figure 0004308204
と表せるので、上述のθ１＝θ７の場合、数１０は、
Figure 0004308204
となり、θ３＝０として透過・反射面１０５をＹ軸に対して４５度とすれば、光ビーム１４と光ビーム２ｃとが第３面１０４から射出する角度を等しくすることができる。
本実施の形態に係る光ヘッド装置によれば、ダイクロイックプリズム１２の第１面１０３および第３面１０４は平行であって、第２面１０６および第３面１０４も透過・反射面１０５を介することにより等価的に平行であって、第３面１０４は、ラジアル方向から対物レンズ９のレンズ光軸の向きに所定の角度θ７だけ傾けて配置されている。特に角度θ１と角度θ７とを等しい値にした場合、第１光源たる半導体レーザ１から放射される光ビーム２ｃも、第２光源たる半導体レーザ１３から放射される光ビーム１４も、いずれもラジアル方向から角度θ７だけ傾いた平行平板光学素子を通過するのと等価な作用を受けることとなる。
また、角度θ１と角度θ７とを異なる値にした場合には、ダイクロイックプリズム１２の第２面１０６および第３面１０４は透過・反射面を介することにより、透過・反射面１０５にて反射される光ビーム１４は第２面１０６および第３面１０４が非平行な入射面および出射面として機能するくさび形平板光学素子を通過したのと等価な作用を受けることとなる。第２面１０６および第３面１０４の角度差によっても、透過・反射面１０５にて反射される光ビーム１４に発生させる非点収差の量を変化させることができ、光ビームに発生させる非点収差の量、およびダイクロイックプリズムの形状の設計に自由度を与えることが可能である。
このため、光源が対物レンズ９のレンズ光軸から光ディスク情報記録媒体８のラジアル方向に遠ざかることにより発生する非点収差を打ち消す方向の非点収差を、ダイクロイックプリズム１２が有する。よって、光ビーム２ｃおよび光ビーム１４を平行光束ではない拡散光として対物レンズ９に入射させる場合であっても、コリメータレンズを用いることなくダイクロイックプリズム１２によって、波面収差による記録・再生特性への影響を抑制することが可能である。これにより、光ヘッド装置の小型化、薄型化および低コスト化が図れる。
現在実用化されているＤＶＤやＣＤなどの光ディスク装置では、レンズシフトの必要最大量は６００μｍ程度であり、そのときに対物レンズ９で生じる軸外非点収差が単体で３００ｍλｐｖ程度である。よって、ダイクロイックプリズム１２の有する非点収差ＡＳｇの量も、軸外非点収差を打ち消す方向に３００ｍλｐｖ程度、またはそれ以下であることが望ましい。
ただし、上記非点収差量は、対物レンズの軸外非点収差について考慮したものであり、光源やその他の光学部品などによってさらに非点収差が付加される光学構成の場合は、上記非点収差量よりもさらに大きく設定すべき場合もある。また、本実施の形態は疑似有限光学系にも適用可能である。
実施の形態４．
本実施の形態は、実施の形態１で図１に示した光ヘッド装置の変形例であって、非点収差法フォーカスエラー検出を行なう光学系において、回折格子素子６のシリンドリカル面の曲率方向をほぼタンジェンシャル方向に設定することで、回折格子素子６の設計光軸Ａ１ａに垂直な平面内での位置変動で光検知器１０の受光面上の光ビームがずれたことによる光ヘッド装置の記録・再生特性の劣化を小さくしようとしたものである。
図２４は、本実施の形態４に係る光ヘッド装置を示す斜視図であり、基本的な光学構成は図１と同じである。以下、図２４を用いて光ヘッド装置の構成および動作について説明するが、実施の形態１で図１を用いて上述した内容に対して、特記すべき点がない、若しくは変更点がない構成および動作についての説明は省略する。
回折格子素子６は、図１３の形状をしたものであり、発光部品５の内部にある半導体レーザ１（図示せず）から出た光ビーム２ａを回折光ビーム２ｂ１〜２ｂ３に分光する。図２４では、前記回折光ビームのうち０次回折光ビーム２ｂ１の経路のみを線で示し、±１次回折光ビーム２ｂ２および２ｂ３は図示しない。よって、図２４では各光ビームの経路は設計光軸と実質的に同じ線で示される。
本実施の形態４では、実施の形態１の偏向プリズム７の代わりに、設計光軸Ａ１ｂに対して傾けて配置した平板型ハーフミラー１２０を用いて光ビーム２ｂ１〜２ｂ３を＋ｚ方向へ偏向させ、対物レンズ９へ入射させている。
光ディスク情報記録媒体８により反射された光ビーム２ｄは、再び対物レンズ９に入射して光軸Ａ１ｂ、Ａ１ｃを中心軸とする収束光へと変換され、平板型ハーフミラー１２０を透過する。平板型ハーフミラー１２０を透過した光ビーム２ｅは、検知用光学素子１２１を通過して光ビーム２ｆとなって光検知器１２２に入る。
光検知器１２２は、図２４に示すように、少なくとも、受光領域Ａ〜Ｄから成る４分割受光領域対とその両側配置された受光領域ＥおよびＦを有する受光面パターンを有する。前記受光領域Ａ〜Ｄは、ｘ軸にほぼ平行な分割線とｙ軸にほぼ平行な分割線とによって４つに分割されている。各受光領域は、前記検知用光学素子１２１により変換された前記光ビーム２ｆを受光すると、その光量に応じた大きさの電気信号を出力する機能を有する。
光検知器１２２に向かう前記反射光ビーム２ｃが、収束しながら、光軸に対して傾けて配置された平板型ハーフミラー１２０を透過すると非点収差が発生する。このとき、平板型ハーフミラー１２０の設計光軸Ａ１ｂに対する傾きを、ｘ方向およびｙ方向に対して斜め方向に設定しているため、光検知器１２２上に受光される光束の方向は、前記４分割受光領域対の分割線方向に対して斜め方向となる。各受光領域Ａ〜Ｄからの電気信号の出力をＡ〜Ｄとすると、ＦＥＳ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の演算によりフォーカスエラー信号ＦＥＳを得て非点収差法フォーカスエラー検出を実現することができる。このとき、平板型ハーフミラー１２０を配置する方向を、ｘ方向およびｙ方向に対しておよそ４５度に設定すれば、検出感度の高い非点収差法フォーカスエラー検出が可能となる。
焦点制御は、フォーカスエラー信号ＦＥＳに基づいて、光ディスク情報記録媒体８上に光ビーム２ｄが集光できるように、対物レンズ９を２軸方向に変位させることにより行う。具体的には、コイルなどで発生する電磁力を利用した対物レンズ変位機構（図示せず）により、対物レンズ９をｚ方向に変位させる。
検知用光学素子１２１にレンズ機能を付加しておけば、前記光ビーム２ｆの集光位置を任意の距離に設定できる。また、検知用光学素子１２１は、入射面や出射面を曲面にしたりホログラムを形成するなどして非点収差発生機能を付加し、前記平板型ハーフミラー１２０と併用して前記非点収差法フォーカスエラー検出に必要な大きさの非点収差を発生させるために利用してもよい。さらに、検知用光学素子１２１は、その入射面と出射面の中心軸を相対的にシフトさせたり、または設計光軸Ａ１ｃに対して傾けて配置させるなどすれば、前記平板型ハーフミラー１２０で生じるコマ収差を補正することができ、光検知器１２２上の光強度分布が非対称となるのを防ぐために利用することも可能である。ただし、検知用光学素子１２１は光ヘッド装置に必須の構成要素ではない。例えば、このようなレンズ機能、非点収差発生機能、およびコマ収差の補正を行わない場合には、部品点数を削減するため、光ヘッド装置が、検知用光学素子１２１を有さない態様であっても構わない。
受光領域ＥおよびＦは、タンジェンシャル方向Ｄ２にほぼ平行に並んで配置され、それぞれ光ディスク情報記録媒体８で反射される＋１次回折光ビーム２ｄ２および−１次回折光ビーム２ｄ３を受光する。図２４に示す光ヘッド装置は、これを利用して３ビーム法トラッキングエラー検出を行なう光学構成を有しており、受光領域ＥおよびＦからの出力信号を差分することによって、３ビーム法トラッキングエラー信号を生成し、当該信号に基づいてトラックの変位に追従するように光ビーム２ｄのラジアル方向位置制御を行なう。
光ヘッド装置は、同様に回折光ビーム２ｄ１〜２ｄ３を利用して行なうトラッキングエラー検出法であれば、他の方式を利用することもできる。例えば、受光領域ＥおよびＦをそれぞれ少なくともｙ方向に２分割とした受光面パターンとすれば、差動プッシュプル法トラッキングエラー検出を行なうこともできる。
上述したフォーカスエラー検出およびトラッキングエラー検出を最適に行なうためには、光検知器１２２を精度良く位置調整する必要がある。具体的には、光検知器１２２のｚ方向の位置は光ビーム２ｆが最小錯乱円となる近傍に、またｘ方向およびｙ方向への位置は（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）および（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）の各演算値がほぼ０となるように精度よく初期調整する必要がある。ただし、このとき平板型ハーフミラー１２０によって光ビーム２ｆにコマ収差が存在する光学構成の場合には、前記コマ収差によって生じる光検知器１２２上での光ビーム２ｆの強度分布の非対称性を考慮して、前記演算値が０ではなく所定の初期目標値となるように位置調整を行ってもよい。
上記のように光検知器１２２が最小錯乱円の近傍に配置されると、光ディスク情報記録媒体８で反射されて入射する光ビーム２ｆは、非点収差の効果によって、光検知器１２２上で、ほぼ９０度方向であるタンジェンシャルＤ２方向、つまりｙ方向に折り返される。したがって、本実施の形態４においては、対物レンズ９がラジアル方向Ｄ１への移動する際、光ビームは光検知器１２２上においてｙ方向にずれることになる。
一方、上記の光学構成を実現するために、前記発光部品５、回折格子素子６、平板型ハーフミラー１２０、検知用光学素子１２１、および光検知器１２２は、樹脂や金属などからなる光学ベースにそれぞれ固定され一体化されている。
そして、回折格子素子６は、前記光学ベースへの固定と同時に、実施の形態１で上述したように光ディスク情報記録媒体８上のトラックＴＲ、または案内溝ＧＲに対して３つの回折光ビーム２ｄ１〜２ｄ３が所定の方向に配列するように前記回折格子素子６を回転調整する必要がある。そのため、例えば、円筒状の外形をした回折格子素子６、または回折格子素子６を間接的に保持した円筒状の回折格子素子用ホルダーを、前記光学ベースに設けられた円筒状の穴に嵌め込んで、回折格子素子６をα軸に回転できる構造となっている（ただし、図２４では、シリンドリカル面を見やすくするために回折格子素子６の外形を円筒状とせず四角形として表示している）。ただし、固定方法については、上記の例のような嵌め合い構造を利用する態様に限らず、前記光学ベースと、回折格子素子６または回折格子素子用ホルダーと、を接着剤で固定する構造や、板バネやネジなどの固定部材を介して固定するなど、他の態様であっても構わない。
回転調整を伴う構造である以上、回折格子素子６の回転調整時に調整を行ないやすくするために、回折格子素子６と光学ベース、または回折格子素子用ホルダーと光学ベースとの間に、構造上いくらかの隙間を必要とする。さらに、回折格子素子６、光学ベース、回折格子素子用ホルダーは通常少なくとも数１０μｍの外形寸法公差を持つので、この公差の範囲で隙間が広がる可能性がある。
接着剤で固定する場合には隙間に接着剤が充填されたり、あるいは隙間を残した状態で固定されることになり、またネジや板バネなどの固定部材により固定する場合には限られた接触点で回折格子素子６が前記光学ベースに押し当てられて保持されることになる。
このような回折格子素子６の固定状態の場合、外部からの衝撃や温度衝撃が繰り返し加わることによって、接着剤や固定部材が膨張収縮するために、回折格子素子６の光学ベースに対する位置が、固定前の隙間の範囲で経時的に変化する可能性がある。
例えば、前記シリンドリカル面の曲率方向に沿って回折格子素子６が移動した場合を考える。図２５は、このときの回折格子素子６のシリンドリカル面の曲率方向（つまり、γ軸方向）に沿った断面図を示す図であるが、回折格子素子６がγ方向に移動すると、光ビーム２ａの中心光軸の入射面１０１ｃに入射する角度が、初期の入射角度に対して変化するので、前記回折格子素子６を透過した後の光ビーム２ｂの中心光軸は、設計光軸Ａ１ａに対して傾きをもつＢ１ａとなる。図２５では、回折格子素子６の中心軸が設計光軸Ａ１ａ上に位置している状態を、点線で示す外形６ａとして表している。
このような回折格子素子６の位置移動によって光ビーム２ｂの中心光軸の変化が生じると、それに応じて光ビーム２ｆが光検知器１２２上で移動する。光ビーム２ｆの移動は、上述のフォーカスエラー検出等の動作に影響するが、その影響は、検知器１２２上の光ビーム２ｆのずれ方向によって異なる。
図２６（ａ）は、光ビーム２ｆが光検知器１２２上でｘ方向にずれたときの様子を模式的に示したものであるが、この状態でもフォーカスエラー信号の演算値はＦＥＳ＝０を維持している。そして、対物レンズ９がラジアル方向Ｄ１に移動したとすると、図２６（ｂ）の点線で示すように光ビームがｙ方向に移動する。その結果、４分割受光領域対の中心付近にあった光ビームが、分割線に対して斜め方向に移動することになる。この状態から、ＦＥＳを０に維持するように上述のフォーカスエラー検出による焦点制御を行うと、初期に調整された光ビーム２ｆの最小錯乱円を維持できず制御動作点が変化して光ディスク情報記録媒体８上で光ビーム２ｄの焦点ずれが生じてしまう。そして、この焦点ずれの影響によって、光ヘッド装置の記録・再生特性が劣化することになる。
これに対し、光ビーム２ｆがｙ方向にずれる場合には、これが対物レンズ９のラジアル方向Ｄ１への移動によって生じる光ビーム２ｆの位置ずれ方向と一致するため、図２６（ｂ）のような４分割受光領域対の分割線に対して斜め方向に光ビーム２ｆが移動することはない。そのため光ディスク情報記録媒体８上で光ビーム２ｄの焦点ずれは発生しない。
即ち、非点収差法フォーカスエラー検出をする光学構成の場合、ｘ方向への光ビームのずれをでき限り抑える光学構成が望ましい。
そして、本実施の形態４では、回折格子素子６のシリンドリカル面の曲率方向をタンジェンシャル方向Ｄ２に対応させて配置しているため、図２５で説明したように回折格子素子６が位置移動しても光検知器１２２上の光ビーム２ｆのずれ方向をｙ方向に限定でき、上述した光ヘッド装置の記録・再生特性の劣化を抑制することができる。
尚、回折格子素子６は、図１４に示す形状のものであっても構わない。この場合でも、回折格子素子６の位置移動により生じる光検知器１２２上の光ビームずれ方向をｙ方向に限定することが可能であり、上述したのと同様の効果を得ることができる。
また、回折格子素子６は、図１５または図１６に示す形状のものであっても構わない。この場合、β軸方向にシリンドリカル面の曲率を有するため、γ軸方向にシリンドリカル面の曲率を有する図１３または図１４の形状のものを用いる場合と異なり、回折格子素子６の位置移動によって生じる光検知器１２２上の光ビームのずれ方向がｘ方向となる。上述したようにｘ方向への光ビームのずれは、光ヘッド装置の記録・再生特性の劣化原因となる。よって、図１５または図１６に示す形状の回折格子素子６を利用する場合は、光ビームのｘ方向へのずれの発生を抑制するため、固定部材等を用いて固定するときに、回折格子素子６のβ軸方向に与圧が付加された状態、即ち光学ベースに押し当てられた圧入状態にしておく。これにより、回折格子素子６の回転調整や経時変化による回折格子素子６のシリンドリカル面の曲率方向（すなわち、β軸方向であり、通常この方向をラジアル方向Ｄ１に設定する）への位置移動を抑制できる。そして、その結果、光検知器１２２上のｘ方向への光ビームのずれを抑制することができる。尚、このような回折格子素子６固定時の与圧の付加は、本実施の形態に限らず、全ての光ヘッド装置において、光ビームのずれを抑制するために有効である。
実施の形態５．
本実施の形態は、実施の形態１に係る光ヘッド装置の変形例であって、スポットサイズ法フォーカスエラー検出を行なう光学系において、回折格子素子６のシリンドリカル面の曲率方向をほぼラジアル方向に設定することで、回折格子素子６の設計光軸Ａ１ａに垂直な平面内の位置変動で光検知器１０の受光面上の光ビームがずれたことによる光ヘッド装置の記録・再生特性の劣化を小さくしようとしたものである。
図２７は、本実施の形態に係る光ヘッド装置を示す斜視図であり、基本的な光学構成は図１と同じである。以下、図２７を用いて光ヘッド装置の構成および動作について説明するが、実施の形態１で図１を用いて上述した内容に対して、特記すべき点がない、若しくは変更点がない構成および動作についての説明は省略する。
回折格子素子６は図１５の形状をしたものであり、発光部品５の内部にある半導体レーザ１（図示せず）から出た光ビーム２ａを回折光ビーム２ｂ１〜２ｂ３に分光する。図２７では、前記回折光ビームのうち０次回折光ビーム２ｂ１の光路のみを線で示し、±１次回折光ビーム２ｂ２および２ｂ３は図示しない。よって、図２７では各光ビームの経路は設計光軸と実質的に同じ線で示される。
偏向プリズム１４０は、実施の形態１の図１で示した偏向プリズム７に相当するものであって、光ビーム２ｂ１〜２ｂ３を偏向させ対物レンズ９へ入射させている。
光ディスク情報記録媒体８により反射された光ビーム２ｄは、再び対物レンズ９に入射して光軸Ａ１ｂ、Ａ１ｃを中心軸とする収束光へと変換され、偏向プリズム１４０を透過する。ホログラム素子１４１は、スポットサイズ法フォーカスエラー検出を行なうために、偏向プリズム１４０を透過した光ビーム２ｅを４つの半光束ビーム２ｆ１〜２ｆ４に分割する機能を有する。
集光レンズ１４２を透過した前記半光束ビーム２ｆ１〜２ｆ４は光検知器１４３に入る。前記集光レンズ１４２の集光機能はホログラム素子１４１に含めて一体化されていてもよい。
前記ホログラム素子１４１は、図２８に示すように、光ディスク情報記録媒体８のタンジェンシャル方向Ｄ２に平行な線ＢＬを境界とした２つの領域にそれぞれ異なる中心をもつ同心円状または曲線状のホログラムパターンを有し、図２９に示すように、ホログラム領域１４１ａで回折され集光レンズ１４２を透過した半光束ビーム２ｆ１および２ｆ２は、それぞれ異なる焦点距離ＦＣ１およびＦＣ２に収束する（ここでは、ＦＣ１＜ＦＣ２とするが、ＦＣ１＞ＦＣ２であってもよい）。また、ホログラム領域１４１ｂで回折され集光レンズ１４２を透過した半光束ビーム２ｆ３および２ｆ４も、同様に異なる焦点距離ＦＣ１およびＦＣ２に収束する。焦点距離のＦＣ１およびＦＣ２は、本光ヘッド装置のフォーカスエラー検出範囲の設定値によって決定される。また、＋１次回折光ビーム２ｄ２および−１次回折光ビーム２ｄ３についてもそれぞれ同様に半光束ビームに分割された後、集光レンズ１４２を透過して光検知器１４３に入る。
光検知器１４３は、図３０に示すように、少なくともラジアル方向Ｄ１（つまりｘ軸方向に相当する）と平行な分割線で３つに分割された４組の短冊形受光領域対Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃおよびＰ１ｄと、＋１次回折光ビーム２ｄ２および−１次回折光ビーム２ｄ３がホログラム素子１４１で分割され生成された半光束ビームをそれぞれ受光する受光領域Ａ２〜Ｄ２およびＡ３〜Ｄ３から成る。
光検知器１４３は、半光束ビーム２ｆ１〜２ｆ４の焦点距離ＦＣ１とＦＣ２のおよそ中間距離（つまり（ＦＣ１＋ＦＣ２）／２の近傍）に配置されており、図２９に示すように焦点距離が短い半光束ビームは光検知器１４３の手前で一旦集光してから再び広がるので、半光束ビームの外形の円弧はそれぞれ図３０に示す方向となる。
前記スポットサイズ法フォーカスエラー検出信号ＦＥＳは、各受光面からの検出信号を用いて、ＦＥＳ＝（Ａ１＋Ｃ１＋Ｅ１）−（Ｂ１＋Ｄ１＋Ｆ１）＋（Ｇ１＋Ｉ１＋Ｋ１）−（Ｈ１＋Ｊ１＋Ｌ１）により生成され、光検知器１４３は前記ＦＥＳがほぼ０となるようにその位置が初期調整されている。
一方、トラッキングエラー検出信号については、ＴＥＳ＝（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１＋Ｅ１＋Ｆ１）−（Ｇ１＋Ｈ１＋Ｉ１＋Ｊ１＋Ｋ１＋Ｌ１）＋ＭＧ×（Ａ２＋Ｂ２＋Ａ３＋Ｂ３−Ｃ２−Ｄ２−Ｃ３−Ｄ３）の演算により作動プッシュプル法トラッキングエラー検出信号ＴＥＳを得ることができる。ここでＭＧはゲインであり、対物レンズ９がラジアル方向に位置移動してもＴＥＳ信号のオフセットが発生しないように最適設定する。
尚、図３０に示した光検知器１４３には、前記半光束ビームのそれぞれに対して受光領域または受光領域対が設けられているが、光検知器１４３は、前記受光領域または前記受光領域対を共通化した受光面パターンを有する態様であっても構わない。
また、図２７では、差動プッシュプル法トラッキングエラー検出を行なう光学構成を示しているが、３ビーム法トラッキングエラー検出法をも利用可能な態様であっても構わない。この場合、実施の形態１で上述したとおり、「３ビーム法」または「差働プッシュプル法」を選択することによって、光ディスク情報記録媒体９上のトラック方向に対する回折光ビーム２ｄ１〜２ｄ３の配列方向のずれ角が、φａ、またはφｂに設定される。
上記のような短冊形受光領域対Ｐ１ａ〜Ｐ１ｄを用いて行なうスポットサイズ法フォーカスエラー検出における、半光束ビーム２ｆ１〜２ｆ４の各短冊形受光領域の分割線に平行な方向へのずれ、または光強度分布ずれについては、受光される各半光束ビームの内側受光領域と外側受光領域の光量比が変わらないため、前記フォーカスエラー検出の演算に影響を与えにくい。
しかしながら、前記分割線に直交する方向（すなわち、ｙ軸方向）への前記ずれについては前記フォーカスエラー検出の演算に大きく影響を与える。
もし、タンジェンシャル方向Ｄ２へ前記半光束ビームがずれると、短冊型受光領域対の内側受光領域で受光される光量とその両側にある外側受光領域で受光される光量和が等しくならず、前記フォーカスエラー信号の演算結果が理想的な演算結果と異なってしまう。その結果、前記フォーカスエラー検出の演算を０に維持するように制御を行なうと動作点が変化して焦点ずれ生じてしまうという問題が発生し、記録・再生特性が劣化する。
以上の理由から、一般に、スポットサイズ法フォーカスエラー検出を行なう光学構成においては、対物レンズ９がラジアル方向に移動する際に生じる光ビームのずれが前記フォーカスエラー検出の演算に極力影響を与えないように前記短冊形受光領域対の分割線方向をラジアル方向に設定する。
したがって、本実施の形態のようにビームサイズ法フォーカスエラー検出をする光学構成の場合、ｙ方向、つまりタンジェンシャル方向Ｄ２に対応する方向への光ビームのずれをできる限り抑える光学構成が望ましい。
図２７で示したように回折格子素子６のシリンドリカル面の曲率方向をラジアル方向Ｄ１に対応させれば、回折格子素子６の位置移動により生じる光検知器１４３上の各光ビームのずれ方向をｘ方向に限定することが可能となり、上で述べたような光ヘッド装置の記録・再生特性の劣化を抑制することができる。
尚、回折格子素子６は、図１６に示す形状のものであっても構わない。この場合でも、回折格子素子６の位置移動により生じる光検知器１４３上の光ビームずれ方向をｘ方向に限定することが可能であり、上述したのと同様の効果を得ることができる。
また、フォーカスエラー検出法としてナイフエッジ法を用いる態様であっても構わない。この場合、前記ホログラム素子１４１が少なくともラジアル方向Ｄ１に対応するｘ軸方向に平行に半光束ビームを分割する機能を有するようにし、且つ、前期ホログラム素子１４１によって生成された前記半光束ビームのそれぞれを、ラジアル方向に対応するｘ軸方向に平行な分割線で２分割された受光パターンを有する光検知器１４３で検出するようにすればよい。
前記ナイフエッジ法フォーカスエラー検出を行う場合も、スポットサイズ法フォーカスエラー検出を行う場合と同様に、各半光束ビームをラジアル方向に対応するｘ軸方向に平行な分割線を有する受光パターンで検出することから、前記半光束ビームのｙ方向、つまりタンジェンシャル方向Ｄ２に対応する方向へのずれに対してできる限り尤度を持った光学構成が望ましいが、これについては本実施の形態４で上述した方法により実現することが可能である。
また、回折格子素子６は実施の形態４で説明したのと同様にして光学ベースに保持されるが、回折格子素子６としてγ軸方向にシリンドリカル面の曲率を有する図１３または図１４の形状のものを用いる場合には、β軸方向にシリンドリカル面の曲率を有する図１５または図１６の形状のものを用いる場合と異なり、回折格子素子６の位置移動によって生じる光検知器１４３上の光ビームずれ方向がｙ方向となる。この場合、実施の形態４で上述したのと同様に、固定部材等を用いて固定するときに、回折格子素子６のγ軸方向に与圧が付加された状態、即ち光学ベースに押し当てられた圧入状態にしておく。これにより、回折格子素子６の回転調整や経時変化による回折格子素子６のシリンドリカル面の曲率方向（すなわち、β軸方向であり、通常この方向をタンジェンシャル方向Ｄ２に設定する）への位置移動を抑制できる。そして、その結果、光検知器１４３上のｙ方向への光ビームのずれを抑制することができる。尚、このような回折格子素子６固定時の与圧の付加は、本実施の形態に限らず、全ての光ヘッド装置において、光ビームのずれを抑制するために有効である。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
産業上の利用の可能性
この発明は、光ビームを利用して情報記録媒体に記録・再生を行う装置に利用可能であり、例えば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＭＤ（Ｍｉｎｉ Ｄｉｓｃ）等の光ディスク情報記録媒体を介した記録・再生を行なう光ディスク記録・再生装置に応用できる。

Claims (3)

  1. 光ビームを放射する光源と、
    溝状の回折格子が形成された回折面を有し、前記光ビームを回折させて複数の回折光を生成する回折光学素子と、
    光ディスク情報記録媒体上に前記複数の回折光を集光させる対物レンズと、
    複数に分割された受光領域を有し、前記対物レンズを介して受光した前記光ディスク情報記録媒体からの反射光の光量に対応する電気信号に変換する光検知器と、
    前記回折光学素子を回転自在に固定する光学ベースとを備え、
    前記対物レンズのレンズ光軸に対する前記光源の相対的な光軸ずれによって発生する非点収差を打ち消す方向の非点収差を有する様に、前記回折光学素子の前記回折面あるいは前記回折面の裏面をシリンドリカル形状とした有限光学系の光ヘッド装置であって、
    前記光学ベースは、前記回折光学素子のシリンドリカル形状の曲率を持つ方向に対して略平行に与圧して前記回折光学素子の固定を行うことを特徴とする、
    光ヘッド装置。
  2. 請求項１記載の光ヘッド装置であって、
    フォーカスエラー検出のために、非点収差法を構成するための非点収差付加手段を更に備えることを特徴とする、
    光ヘッド装置。
  3. 請求項１記載の光ヘッド装置であって、
    フォーカスエラー検出のために、スポットサイズ法及びナイフエッジ法の何れかを構成するための集光レンズを更に備えることを特徴とする、
    光ヘッド装置。
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