JP3638210B2 - ホログラムレーザユニット及びそれを使用した光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク等の情報記録媒体に光学的に情報を記録或いは再生する光ディスク装置にて使用される光ピックアップ装置、或いはそこに含まれるホログラムレーザユニットに関し、より具体的には、異なる記録密度を有する複数種類の光ディスクの各々に対して正確な記録再生動作を可能にする構成を有する光ピックアップ装置、或いはそこに含まれるホログラムレーザユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大量の情報信号を高密度で記録することができる光ディスクの利用が、オーディオ、ビデオ、コンピュータ等の多くの分野において進められている。現在広く市販されているコンパクトディスク（ＣＤ）、ビデオディスク、ミニディスク（ＭＤ）、或いはコンピュータ用の光磁気ディスクなどは、何れも厚さ１．２ｍｍの基板を用いている。これに伴って、これらの光ディスクに対する情報の記録再生時に使用される光ピックアップ装置は、そこに含まれる対物レンズにより、厚さ１．２ｍｍの基板によって発生する収差を補正するように設計されている。
【０００３】
一方、光ディスクの記録容量の増大を図るために、様々な検討がなされている。その中には、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくして光学的な分解能を向上させる方法、或いは、より短い波長の光（レーザ光）を使用して情報の記録再生を行う方法などがある。
【０００４】
ここで、光ディスク上における集光ビーム径φを、対物レンズの開口数ＮＡと使用されるレーザ光の波長λとで表わすと、
φ＝Ｋ×λ／ＮＡ （Ｋ：定数）
となる。これより、対物レンズの開口数ＮＡを大きくすると、それに反比例して集光ビーム径φは小さくなる。
【０００５】
しかし、その一方で、光ディスクの傾きに対する許容誤差は、対物レンズの開口数ＮＡの３乗に比例して小さくなる。このため、対物レンズの開口数ＮＡを大きくする一方で光ディスクの傾きの許容誤差を同程度に収めるためには、光ディスクの基板厚さを薄くする必要がある。具体的には、例えば対物レンズの開口数ＮＡを０．５から０．６に大きくする場合、基板の厚さが１．２ｍｍである光ディスクと同程度のディスク傾き許容誤差を維持するためには、光ディスクの基板の厚さを約０．６ｍｍに小さくする必要がある。
【０００６】
これより、光ディスクの高密度化を図るには、光ディスクの基板厚さ及び光ピックアップ装置の対物レンズの開口数ＮＡの双方を適切に調整する必要がある。
【０００７】
しかし、このように光ディスクの基板厚さを薄くすると、従来の厚さの基板を有する光ディスクとの互換性が保てなくなる。従って、光ディスクの基板厚さに対応して、光ピックアップ装置の対物レンズの開口数ＮＡを変化させる必要が生じる。
【０００８】
上記に関して、対物レンズの開口数ＮＡを適切に変化させる方法は、例えば特開平８−４５１０５号公報に開示されている。
【０００９】
具体的には、上記公報に開示される内容によれば、対物レンズ可動部と一体的に配置された、選択的に開口を変化させる手段（選択的開口変化手段）を設ける。この選択的開口変化手段は、例えば、開口制限板を光路中に出し入れすることによって実質的に開口を変化させるように構成されたり、或いは、液晶板の透過率を部分的に変化させることによって実質的に開口を変化させるように構成され得る。このような選択的開口変化手段を使用することによって、記録再生対象である光ディスクの基板厚さの違いに応じて、光ピックアップの対物レンズの開口数ＮＡが適切に変化され得る。
【００１０】
また、特開平６−１２４４７７号公報には、液晶フィルタと偏光フィルタとを用いて、開口数ＮＡを変化させる方法が提案されている。
【００１１】
具体的には、上記公報に開示される内容によれば、液晶フィルタに所定パターンの電極を取り付け（例えば、同心円上の内周部と外周部とに分割されたパターンの電極を設けて）、このパターニングされた電極の各部分に適切なタイミングで電圧を印加することによって、液晶フィルタの中に偏光方向が９０度回転した部分と回転していない部分とを形成する。これによって、この液晶フィルタを通過した光の中に、偏光状態の異なる部分が選択的に形成される。このように選択的に偏光状態が変化した光が偏光ビームスプリッタを通過すると、偏光状態に応じて反射光成分と透過光成分とに分けられるので、透過光成分の光のみを対物レンズに入射させるように光学系を形成することによって、対物レンズに入射する光ビームのビーム径を変化させることができる。この結果、対物レンズの開口数ＮＡを実質的に変化させることが可能になる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような開口数ＮＡを変化させる従来の様々な方法は、それぞれ以下のような課題を有している。
【００１３】
開口制限板を光路中に出し入れする方法では、その出し入れ動作を高精度に実施する機構が必要となるので、装置が大型になるとともにコストアップを招き、量産性にも問題がある。更には、上記の出し入れ機構を光ピックアップの可動部と一体的に駆動する必要があることから、可動部の重量が増加し、駆動させるためのアクチュエータのサーボ性能が低下する。
【００１４】
液晶板を用いる方法では、可動機構は必要とされない。しかし、光ピックアップ装置の可動部と一体的に液晶板を設けようとすると、可動部の全体サイズが大きくなる。更に、液晶板が可動部と共に移動しても必要な電圧を液晶板に取り付けられた電極に確実に供給できるような、可動給電機構が必要になる。或いは、液晶板を光ピックアップ装置の可動部と分離して設置する場合には、対物レンズを駆動する際にレンズ光軸と液晶板のパターン中心との間に位置ずれが発生する。さらに、可動部との一体化の有無に関わらず、液晶板に含まれる液晶材料は温度によって屈折率等の材料特性が変化し易いので、環境条件の変化により、所望の性能を満足できなくなる可能性がある。
【００１５】
以上に加えて、上記の何れの手法においても、新たな機構を光ピックアップ装置に付加する必要があり、構成の複雑化やコストアップなどの不利益が生じる恐れがある。
【００１６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、開口数の可変化を、光学的な性能を低下させることなく且つ機構の複雑化やコストアップを招くことなく実現することによって、異なる基板厚さを有する複数種類の光ディスクに対して同一の対物レンズで情報の記録再生を行うことができる、量産性及び信頼性に優れたホログラムレーザユニット、及びそのようなホログラムレーザユニットを含む光ピックアップ装置を提供すること、である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のホログラムレーザユニットは、第１の基板厚さを有する第１の光ディスクおよび前記第１の基板厚さよりも薄い第２の基板厚さを有する第２の光ディスクのぞれぞれに対して情報の記録動作もしくは再生動作を行う光ピックアップ装置において、前記第１の光ディスクに対する情報の記録動作もしくは再生動作に使用されるホログラムレーザユニットであって、前記ホログラムレーザユニットは、光源と、光検出器と、ホログラム素子とを備え、前記ホログラム素子は、第１のホログラム領域と、前記第１のホログラム領域の外側に配置されている第２のホログラム領域とを含み、前記ホログラムレーザユニットは、前記光源から前記第１の光ディスクへ向かう往路の光に対して、前記第１のホログラム領域および前記第２のホログラム領域を透過した光を前記第１の光ディスクに照射し、前記第１の光ディスクから反射した復路の光に対して、前記第１のホログラム領域による回折光を前記光検出器に入射し、かつ、前記第２のホログラム領域による回折光を前記光検出器に入射しないように構成されており、前記第１のホログラム領域は、前記第１の光ディスクの開口数に対応するサイズを有しており、前記第２のホログラム領域は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するサイズより大きなサイズを有しており、前記第１の光ディスクから反射した復路の光によって前記ホログラム素子上に反射光の領域が形成され、前記反射光の領域は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するサイズを有しており、前記ホログラム素子は、前記反射光の領域が前記第１のホログラム領域の中心からシフトした場合でも、前記反射光の領域が前記第１のホログラム領域を含むように構成されており、そのことによって、上記の目的が達成される。
【００１８】
ある実施形態では、前記第１のホログラム領域による光の回折方向と第２のホログラム領域による光の回折方向とは、略直交している
【００１９】
好ましくは、前記第１のホログラム領域のピッチと前記第２のホログラム領域のピッチとが略等しい
【００２０】
ある実施形態では、前記ホログラムレーザユニットは、第２の光検出器をさらに備え、前記ホログラムレーザユニットは、前記第１の光ディスクから反射した復路の光に対して、前記第２のホログラム領域による回折光を前記第２の光検出器に入射するように構成されている。前記第２の光検出器は、前記第１の光ディスクの略半径方向に沿って複数の領域に分割され得る。
【００２１】
本発明の光ピックアップ装置は、第１の基板厚さを有する第１の光ディスクおよび前記第１の基板厚さよりも薄い第２の基板厚さを有する第２の光ディスクのぞれぞれに対して情報の記録動作もしくは再生動作を行う光ピックアップ装置であって、前記第１の光ディスクに対する情報の記録動作もしくは再生動作に使用される第１のホログラムレーザユニットと、前記第２の光ディスクに対する情報の記録動作もしくは再生動作に使用される第２のホログラムレーザユニットと、１個の対物レンズとを備え、前記対物レンズの開口は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するように形成されている。さらに、前記第１のホログラムレーザユニットは、第１の基板厚さを有する第１の光ディスクおよび前記第１の基板厚さよりも薄い第２の基板厚さを有する第２の光ディスクのぞれぞれに対して情報の記録動作もしくは再生動作を行う光ピックアップ装置において、前記第１の光ディスクに対する情報の記録動作もしくは再生動作に使用されるホログラムレーザユニットであって、前記ホログラムレーザユニットは、光源と、光検出器と、ホログラム素子とを備え、前記ホログラム素子は、第１のホログラム領域と、前記第１のホログラム領域の外側に配置されている第２のホログラム領域とを含み、前記ホログラムレーザユニットは、前記光源から前記第１の光ディスクへ向かう往路の光に対して、前記第１のホログラム領域および前記第２のホログラム領域を透過した光を前記第１の光ディスクに照射し、前記第１の光ディスクから反射した復路の光に対して、前記第１のホログラム領域による回折光を前記光検出器に入射し、かつ、前記第２のホログラム領域による回折光を前記光検出器に入射しないように構成されており、前記第１のホログラム領域は、前記第１の光ディスクの開口数に対応するサイズを有しており、前記第２のホログラム領域は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するサイズより大きなサイズを有しており、前記第１の光ディスクから反射した復路の光によって前記ホログラム素子上に反射光の領域が形成され、前記反射光の領域は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するサイズを有しており、前記ホログラム素子は、前記反射光の領域が前記第１のホログラム領域の中心からシフトした場合でも、前記反射光の領域が前記第１のホログラム領域を含むように構成されており、これにより、上記目的が達成される。
【００２２】
ある実施形態では、前記光ピックアップ装置は、コリメータレンズをさらに備え、前記第１のホログラムレーザユニットは、前記コリメータレンズの焦点位置よりも前記コリメータレンズに近い位置に設置されている。
【００２３】
以下に、本発明の作用を説明する。
【００２４】
本発明によれば、ホログラムレーザユニットのホログラム素子として、２種類のホログラム（すなわち、信号検出用の第１のホログラム及び透過光量補償用の第２のホログラム）を形成することによって、光ディスクからの必要開口数以上の情報は、復路において、すなわち光ディスクからホログラムレーザユニットへ向かう反射光がホログラム素子によって回折される際に、透過光量補償用の第２のホログラムによってカットされる。これによって、開口を別途設けなくても、実質的に開口を設けたものと同様の効果が発揮される。
【００２５】
更に、透過光量補償用の第２のホログラムを信号検出用の第１のホログラムの外側に連続して設けることによって、対物レンズの位置がトラッキング時にシフトしても、光ディスク上の集光スポットの光量変動を抑えることができる。
【００２６】
また、２種類のホログラムを、それらの回折方向が略直交するように形成することによって、復路において透過光量補償用の第２のホログラムで回折された光が、ホログラムレーザユニットの光検出器へ迷光として入射することが抑制される。
【００２７】
２種類のホログラムのピッチが大きな差を有しないようにすれば、２種類のホログラムを同時に加工した場合においても、往路の（すなわち、ホログラムレーザユニットから光ディスクへ向かう光の）透過光量に、大きな差が発生しない。これによって、光ディスク上での集光特性を悪化させることがない。
【００２８】
また、透過光量補償用ホログラムに対応した光検出器をホログラムレーザユニットに別途設ければ、設定よりも大きな開口数に対応する光ディスクを再生する場合においても、情報信号量が不足することを抑圧できる。
【００２９】
更に、透過光量補償用ホログラムに対応した光検出器を、光ディスクの略半径方向に複数に分割して設けることによって、対物レンズのシフト量を検出することができる。
【００３０】
また、各々が異なる波長の光源を有する２個のホログラムレーザユニットと、１個の対物レンズと、を備え、第１の基板厚さを有する第１の光ディスク及び第１の基板厚さよりも薄い第２の基板厚さを有する第２の光ディスクの各々に対する記録再生動作を行う光ピックアップ装置において、該２個のホログラムレーザユニットのうちで該第１の光ディスクに対する記録再生動作に使用される第１のホログラムレーザユニットとして、上述のような特徴を有するホログラムレーザユニットを使用することによって、異なる厚さの基板を有する光ディスクを記録再生する際に、基板厚さに応じて対物レンズ開口数を可変する必要が無くなる。
【００３１】
特に、２個のホログラムレーザユニットのうちで厚い基板に対応したホログラムレーザユニットを、コリメータレンズの焦点位置よりも前に（すなわち、コリメータレンズに近く）設置すれば、基板の厚さの差に応じた球面収差を補正することが可能になる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に従ったホログラムレーザユニットを含む、光ディスク用光ピックアップ装置の光学系の概略構成を示す図である。
【００３４】
ホログラムレーザユニット１に含まれる光源５０から出射された光は、コリメータレンズ２を通り、立ち上げミラー３で光路を変換された後に、対物レンズ４に入射する。対物レンズ４によって、光は光ディスク５の上に集光される。光ディスク５で反射される際に情報を読み取った光は、対物レンズ４、立ち上げミラー３、及びコリメータレンズ２を再び通過してホログラムレーザユニット１へ戻るが、ホログラムレーザユニット１への入射時に、そこに搭載されているホログラム素子１０で回折されて、ユニット１の中の光検出器９へ入射する。光検出器９は、このようにして入射された光線から、光ディスク５から読み取られた情報信号を検出する。
【００３５】
対物レンズ４から光ディスク５への光線のうちで、光線６は、光ディスク５を記録再生するために必要な開口数（以下、「開口数Ａ」とする）を有する光線６である。一方、光線７は、対物レンズ４の下部に設置された開口８によって決定される開口数（以下、「開口数Ｂ」とする）で規制される、最外周の光線７である。また、線Ｘ−Ｘは、この光ピックアップ装置の光学系における光軸を示している。
【００３６】
なお、図１には、コリメータレンズ２を含む無限光学系の例が示されているが、コリメータレンズ２を省略した有限光学系に対しても、本発明は適用可能である。
【００３７】
図２Ａは、ホログラムレーザユニット１に搭載され得るホログラム素子１０の構成を模式的に示す平面図である。
【００３８】
このホログラム素子１１では、分割された２つのホログラム１１及び１２、すなわち、信号検出用ホログラム１１及び透過光量補償用ホログラム１２が設けられている。但し、ホログラムの分割数は、図２Ａに示されるような基本的な２分割に限られず、サーボ信号検出方法に応じて２つ以上に分割されていても良い。
【００３９】
図２Ａにおいて、ホログラム素子１０の中心側に設けられている信号検出用ホログラム１１は、図１の光線６の径に相当する外径を有している。ホログラム１１の外側には、往路における（すなわち、ホログラムレーザユニット１から光ディスク５に向かう光のうちの）０次透過光の光量のみを補償するための透過光量補償用ホログラム１２が形成されており、その外径は、図１の光線７よりも大きく設定されている。信号検出用ホログラム１１は、光ディスク５からの反射光を光検出器９に向けて回折させるように形成されており、一方、透過光量補償用ホログラム１２は、その回折方向が光検出器９に向かないように形成されている。
【００４０】
開口８の大きさは、対物レンズ４がトラッキングによりシフトしても、光線６がケラれない程度の大きさとする。同様に、ホログラム１２の外径も、対物レンズ４がトラッキングによりシフトしても、開口８の光線７がケラレない程度の大きさとする。
【００４１】
図１の光学系において、光ディスク５には、開口数Ｂに相当する外径を有する光７が入射する。このような入射光によって得られる光ディスク５からの反射光は、ホログラム素子１０に、光ディスク５への入射時と同様に、開口数Ｂに対応するビーム径を有して戻ってくる。しかし、信号検出用ホログラム１１は開口数Ａに相当する領域にしか形成されていないため、戻ってきた光のうちで開口数Ａに相当する光のみが、光検出器９に入射する。これにより、対物レンズ４に設置されている開口８が、光ディスクの記録再生のために必要な開口数Ａよりも大きな開口数Ｂを有していても、光ディスク５からは、必要な開口数Ａに相当する大きさのビームによる情報のみが検出されることになる。
【００４２】
以上より、本発明の第１の実施形態によれば、光ピックアップ装置に、必要以上の光ビームを制限するための開口を別途設けなくても、ホログラムレーザユニット１に搭載された２種類のホログラム１１及び１２を有するホログラム素子１０によって、必要な開口を設定することができる。ここで、ホログラムレーザユニット１に搭載されるホログラム素子１０に含まれる２種類のホログラム１１及び１２は、何れも偏光ホログラムの様な特殊なホログラムではなく、一般的なホログラム形成方法によって作成することができる。また、新規に部品を付加する必要はなく、ホログラム１１及び１２の間で形成されるべきホログラムのマスクパターンを変更するだけで、所定の機能を発揮するように対応可能である。これより、量産性、信頼性、或いはコストは、従来型のホログラムレーザユニットと同等である。
【００４３】
図３Ａには、対物レンズ４がトラッキングの際にシフトした場合の光線の様子を、模式的に示す。
【００４４】
この場合、ホログラム素子１０（図１参照）を通過した光線６は対物レンズ４の中心よりズレるので、光軸Ｘ−Ｘの近傍を、光線６の外側の光が通過することになる。ここで、光線６の外側の光はホログラム１２を透過した光であるので、ホログラム１１及び１２の各々のピッチの間に大きな差が存在しないように設定し、両者の０次回折効率を実質的に同等に設定しておけば、以上のような光線の位置ズレが発生しても、対物レンズ２に入射する光量に変動は無い。
【００４５】
ホログラム１１及び１２のピッチは、ホログラム素子の加工に使用する加工装置の加工性能や加工精度に左右されるが、望ましくは、ホログラム１１及び１２の各々のピッチが略等しいことが好ましい。但し、これに関しては、以下のような点に関する考慮が必要である。
【００４６】
理論的には、ホログラム１１及び１２の回折効率は、ホログラム断面の溝の深さで決定され、そのピッチには左右されない。しかし、使用する光の波長に対してホログラム１１及び１２のピッチがかなり小さくなると、偏光特性が生じて、回折効率に対して大きな影響が生じるようになる。一方、使用する光の波長に対してホログラム１１及び１２のピッチが大きい場合であっても、ホログラム１１及び１２のピッチの間に大きな差が存在していると、両ホログラム１１及び１２を同時に加工する際に、各々に対する溝の深さや溝壁面の形状（デューティー比或いはテーパ角度、など）に差が生じることがある。更に、実際のユニット設計にあたっては、ホログラム１１及び１２のピッチを大きく異ならせて各々の回折角度を大きく変えることは、ユニットサイズを考慮すると現実的ではない。
【００４７】
従って、上記のような点を考慮すれば、ホログラム１１及び１２の各々のピッチの間に大きな差が存在しないように設定すれば、十分な効果が発揮される。
【００４８】
ここで、図３Ｂ及び図３Ｃには、本発明の透過光量補償ホログラム１２が設けられていない場合（図３Ｂ）と設けられている場合（図３Ｃ）の各々に関して、ホログラム素子１０を通過後の光線のビーム径方向に沿ったビーム強度分布を模式的に示す。
【００４９】
これより、透過光量補償ホログラム１２が設けられていない場合には、図３Ｂに示されるように、ビーム強度が半径方向で不連続になっており、ビーム中の光線６に相当する部分と光線７に相当する部分との間で、数倍に及ぶビーム強度差が存在している。このため、仮にトラッキング時の対物レンズ４のシフトが発生していなくても、このビーム強度差に起因して、集光特性が悪化する。更に、対物レンス４のシフトが生じると、光線のセンター位置に対してビーム強度の不均衡が発生して、集光特性は更に悪化する。
【００５０】
しかし、図３Ｃより、本発明に従って透過光量補償ホログラム１２が設けられれば、上記のようなビーム強度差の不連続に起因する問題点が、解消される。
【００５１】
このように、本発明に従って透過光量補償ホログラム１２を設けることで、光ビームの半径方向におけるビーム強度の不連続性やトラッキング時の対物レンズ４のシフトに伴う光ピックアップ装置の動作への悪影響が、抑制される。
【００５２】
図２Ｂは、改変された構成を有するホログラム素子１０Ｂを模式的に示す平面図である。具体的には、透過光量補償用ホログラム１２が、その回折方向が信号検出用ホログラム１１の回折方向に対して略垂直方向になるように形成されている。このような構成では、透過光量補償用ホログラム１２によって発生する復路（光ディスク５からホログラムレーザユニット１へ向かう反射光）における±１次回折光は、情報信号検出用の光検出器９とは全く異なる位置に向かって回折され、光検出器９に迷光として入射することが抑制される。
【００５３】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態による光ピックアップ装置において、ホログラムレーザユニットに搭載され得るホログラム素子１０Ｃの構成を模式的に示す図である。また、図５は、本実施形態の光ピックアップ装置に含まれるホログラムレーザユニットの構成における、図４のホログラム素子１０Ｃと光検出器９Ｂとの関係を模式的に示す図である。
【００５４】
光検出器９Ｂにおいて、受光素子１４及び１５は、光ディスク上の情報信号（サーボ信号も含む）を検出するためのものである。光ディスクからの反射光の内で信号検出用ホログラム１１によって回折された光ビーム６は、受光素子１４及び１５に入射する。これによって、例えば、受光素子１４及び１５の各々での検出信号の和信号から再生信号を、受光素子１４の２分割された領域の各々での検出信号の差信号からフォーカスサーボ信号を、受光素子１４及び１５の各々での検出信号の差信号からトラックサーボ信号を、それぞれ検出することができる。
【００５５】
一方、光検出器９Ｂにおいて新しく付加されている受光素子１６は、透過光量補償用ホログラム１２によって生成（回折）される復路の１次回折光を受光するものである。具体的には、光ディスクからの反射光の内で、先述の開口数Ａよりも大きい開口数に相当する部分の光ビーム７（すなわち、信号検出用ホログラム１１の大きさよりも大きい部分の光ビーム７）は、透過光量補償用ホログラム１２によって回折されて光検出器１６に入射する。これによって得られる光検出器１６からの検出信号（情報）を利用することによって、開口数Ａよりも大きい開口数に相当する部分の情報を得る場合に、再生信号量（サーボ信号は除く）の損失が抑制される。
【００５６】
或いは、トラックサーボ信号を一般的な３ビーム方式で制御する場合には、受光素子１５では再生信号のみを検出すれば良い。このような場合には、図６に示すように、光ディスクからの反射光の内で信号検出用ホログラム１１の大きさに相当する光ビーム６が、信号検出用ホログラム１１によって回折されて受光素子１４及び１５に入射するようにする一方で、ホログラム１２の１次回折光（光ビーム７）も既存の受光素子１４もしくは１５に入射するように、ホログラム１１及び１２を設計する。これによって、光検出器９Ｃに先述のような受光素子１６を設けなくても、上記と同様に再生信号量（サーボ信号は除く）の損失を抑制する効果が得られる。
【００５７】
更に、図７に記載した光検出器９Ｄにおける様に、新たに設ける受光素子（図５の受光素子１６に対応するものであり、図７では参照番号１７を付している）を、光ディスクの略半径方向に沿って例えば２分割することによって、分割された各々の領域での検出信号の和信号から再生信号を検出し、差信号から対物レンズのシフト情報を検出することが可能になる。これにより、信号検出用ホログラム１１に相当する開口数Ａ以上の情報が必要無い場合でも、図７の受光素子１７からは対物レンズのシフト情報を単独で検出できる。
【００５８】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態として、図８を参照しながら、本発明の光ピックアップ装置の一構成例を説明する。
【００５９】
図８の光ピックアップ装置は、それぞれ別の波長の光源５０或いは７０を有する２個のホログラムレーザユニット１及び２１と、１個の対物レンズ４と、を備えることによって、異なる（具体的には２種類の）基板厚さを有する光ディスク５及び５’を記録再生することが可能な光ピックアップ装置である。例えば、ホログラムレーザユニット１は、波長７８０ｎｍの光源５０を含むように構成し、ホログラムレーザユニット２１は、波長６５０ｎｍの光源７０を含むように構成する。また、検出対象の光ディスク５及び５’が、それぞれ基板厚さが０．６ｍｍ及び１．２ｍｍであるとすれば、各光ディスク５及び５’に対応する開口数を、それぞれ０．６及び０．４５とする。
【００６０】
図８の構成を更に詳細に説明すれば、薄い光ディスク５を記録再生する際は、ホログラムレーザユニット２１の光源７０から出射された光が、ビームスプリッタ２０で反射されてコリメータレンズ２を通過し、立ち上げミラー３で更に光路を変換された後に、対物レンズ４により光ディスク５の上に集光される。光ディスク５からの反射光は、対物レンズ４、立ち上げミラー３、コリメータレンズ２、及びビームスプリッタ２０を再び通過して、ホログラムレーザユニット２１へ戻り、そこに搭載されているホログラム素子３０で回折されて、図示していない光検出器へ入射する。ここで、開口数は、対物レンズ４の下部に設けられた開口８で規定される。
【００６１】
一方、厚い光ディスク５’を記録再生する際は、ホログラムレーザユニット１の光源５０から出射された光が、ピームスプリッタ２０を透過してコリメータレンズ２を通過し、立ち上げミラー３で光路を変換された後に、対物レンズ４によって光ディスク５’の上に集光する。光ディスク５’からの反射光は、対物レンズ４、立ち上げミラー３、コリメータレンズ２、及びビームスプリッタ２０を再び通過して、ホログラムレーザユニット１へ戻り、そこに搭載されているホログラム素子１０によって回折されて、図示していない光検出器へ入射する。
【００６２】
ここで、厚い光ディスク５’に対して必要とされる開口数は、薄い光ディスク５に対して必要とされる開口数よりも小さいので、従来のホログラムレーザユニットを搭載する場合には、それに応じた開口を光学系の何れかの箇所に挿入して開口数を制限する必要がある。例えば、図８においてホログラムレーザユニット１からの光がビームスプリッタ２０に入射する箇所に、開口２２を設けることが考えられる。しかし、このような開口２２を設けると、図８に描かれているように対物レンズ４が中立位置にある場合（すなわち光軸Ｘ−Ｘの上に正しく位置している場合）には問題無いが、対物レンズ４がトラッキングするためにシフトすると、以下の様な問題が発生する。
【００６３】
すなわち、図９（ａ）は、従来型のホログラム素子２３を用いて、上記の様に開口２２を使用して開口の制限を行っている場合を模式的に示す。この場合、対物レンズが光軸上からシフトすると、光ディスクからの反射光２５も、ホログラム２４の中心すなわち光軸上の位置から、（図９（ａ）の場合では右方向に）シフトする。この結果、光ディスクからの反射光は、設けられている開口２２によってシフト分に相当する光がケラレてから、ホログラム素子２３に戻ってくる。このため、ホログラム２４で回折する光量が、対物レンズのシフト量に応じて変化してしまう。
【００６４】
これに対して、本発明のホログラム素子１０によれば、対物レンズがシフトすると、図９（ａ）の場合と同様に図９（ｂ）に示すように、光ディスクからの反射光１３も信号検出用ホログラム１１の中心（光軸上）からシフトする。しかし、従来の場合とは異なって開口制限をしていないので、シフトされた反射光１３は、依然として信号検出用ホログラム１１よりも大きく、透過光量補償用ホログラム１２と同等のビーム径を有している。この結果、信号検出用ホログラム１１の上でビームのケラレは発生せず、対物レンズのシフトが発生しても、常に回折光量は一定となる。
【００６５】
従って、本発明によるホログラムレーザユニットを光ピックアップ装置に搭載することによって、波長板などの高価な光学部品を搭載することなく、且つ対物レンズの開口数を変化させる手段を設けることなく、光ディスクの厚さに応じた開口数を得ることができる。更に、対物レンズがトラッキングのためにシフトしても、光検出器へ入射する光量を一定にできるため、安価なピックアップ構成によって安定したサーボ特性を得ることが可能となる。
【００６６】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態として、図１０を参照しながら、本発明の光ピックアップ装置の他の構成例を説明する。なお、図８の構成と同じ構成要素には同じ参照暗号を付しており、それらの説明はここでは省略する。
【００６７】
基板厚さの異なる２種類の光ディスク５及び５’に対して１個の対物レンズ４で光ビームを集光させる場合、基板厚さの差に応じた球面収差が発生する。例えば、基板厚さが０．６ｍｍの光ディスク５に対応する対物レンズを使用して、基板厚さが１．２ｍｍの光ディスク５’に光ビームを集光させると、基板厚さの差（０．６ｍｍ）に応じた球面収差が発生する。
【００６８】
厚さ１．２ｍｍの光ディスク基板５’の場合には、対応する対物レンズの最適開口数が０．４５と小さいため、発生する収差量はあまり大きくなく、特に収差の補償を行わなくても、記録再生動作が可能である。しかし、ピックアップ特性の安定化のためには、収差を抑圧することが望まれる。
【００６９】
そこで、このような球面収差を抑制するために、本実施形態では、図１０に示す様に、厚さ１．２ｍｍの光ディスク５’に対応するホログラムレーザユニット１を、コリメータレンズ２の焦点距離より前にシフトさせて、すなわちコリメータレンズ２の近くに配置する。これによって、対物レンズ４に意図的に拡散光を入射し、基板厚さの差に依存して発生する収差とは逆の収差を発生させて、球面収差を相殺する。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、ホログラムレーザユニットにおいて、２種類のホログラム（信号検出用の第１のホログラム及び透過光量補償用の第２のホログラム）を形成する。特にその際に、情報信号検出用の第１のホログラムの形成される領域を、所定の光ディスクを記録再生するのに必要な開口数ＮＡに相当する径に制限し、且つその外側に、往路（ホログラムレーザユニットから光ディスクへ向かう光）の０次透過光量のみを調整する透過光量補償用の第２のホログラムを形成する。本発明のホログラムレーザユニットでは、２種類のホログラム（信号検出用ホログラム及び透過光量補償用ホログラム）をこのように形成することによって、必要開口数以上の情報は、復路において、光ディスクからホログラムレーザユニットへ向かう反射光が透過光量補償用ホログラムホログラムで回折される際に、カットされる。この結果、開口（数）制限用の開口を別途設けなくても、実質的にそのような制限用開口を設けたものと同様の効果を有する。
【００７１】
このようなホログラムレーザユニットを使用すれば、異なる基板厚さを有する光ディスクに対して同一の対物レンズで情報の記録再生を行うことができる光ピックアップ装置が、実現される。
【００７２】
更に、透過光量補償用ホログラムを信号検出用ホログラムの外側に連続して設けることによって、対物レンズの位置がトラッキング時にシフトしても、ディスク集光スポットの光量変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に従ったホログラムレーザユニットを含む光ピックアップ装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図２Ａ】図１の光学系におけるホログラムレーザユニットに搭載され得るホログラム素子のある構成を模式的に示す平面図である。
【図２Ｂ】図１の光学系におけるホログラムレーザユニットに搭載され得るホログラム素子の他の構成を模式的に示す平面図である。
【図３Ａ】図１の光学系において対物レンズがシフトした場合の光線の様子を模式的に示す図である。
【図３Ｂ】本発明の透過光量補償ホログラムが設けられていない場合における、ホログラム素子を通過後の光線の半径方向に沿ったビーム強度分布を、模式的に示す図である。
【図３Ｃ】本発明に従って透過光量補償ホログラムが設けられている場合における、ホログラム素子を通過後の光線の半径方向に沿ったビーム強度分布を、模式的に示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に従ったある光ピックアップ装置におけるホログラムレーザユニットに搭載され得るホログラム素子のある構成を模式的に示す平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に従ったある光ピックアップ装置のホログラムレーザユニットにおける、光検出器と図４のホログラム素子との関係を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に従った他の光ピックアップ装置のホログラムレーザユニットにおける、光検出器とホログラム素子との関係を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に従ったさらに他の光ピックアップ装置のホログラムレーザユニットにおける、光検出器とホログラム素子との関係を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に従った光ピックアップ装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図９】（ａ）は、従来の構成におけるホログラム素子と光ディスク反射光との相対関係を示す概略図であり、（ｂ）は、本発明に従った構成におけるホログラム素子と光ディスク反射光との相対関係を示す概略図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に従った光ピックアップ装置の光学系の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１、２１ ホログラムレーザユニット
２ コリメータレンズ
３ 立ち上げミラー
４ 対物レンズ
５、５’ 光ディスク
６、７ 光線
８ 開口
９、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ 光検出器
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、３０ ホログラム素子
１１ 信号検出用の（第１の）ホログラム
１２ 透過光量補償用の（第２の）ホログラム
１３ 光ディスク反射光
１４、１５、１６、１７ 受光素子
２０ ビームスプリッタ
２２ 制限用開口
２３ 従来のホログラム素子
２４ ホログラム
２５ 光ディスク反射光
５０、７０ 光源
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク等の情報記録媒体に光学的に情報を記録或いは再生する光ディスク装置にて使用される光ピックアップ装置、或いはそこに含まれるホログラムレーザユニットに関し、より具体的には、異なる記録密度を有する複数種類の光ディスクの各々に対して正確な記録再生動作を可能にする構成を有する光ピックアップ装置、或いはそこに含まれるホログラムレーザユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大量の情報信号を高密度で記録することができる光ディスクの利用が、オーディオ、ビデオ、コンピュータ等の多くの分野において進められている。現在広く市販されているコンパクトディスク（ＣＤ）、ビデオディスク、ミニディスク（ＭＤ）、或いはコンピュータ用の光磁気ディスクなどは、何れも厚さ１．２ｍｍの基板を用いている。これに伴って、これらの光ディスクに対する情報の記録再生時に使用される光ピックアップ装置は、そこに含まれる対物レンズにより、厚さ１．２ｍｍの基板によって発生する収差を補正するように設計されている。
【０００３】
一方、光ディスクの記録容量の増大を図るために、様々な検討がなされている。その中には、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくして光学的な分解能を向上させる方法、或いは、より短い波長の光（レーザ光）を使用して情報の記録再生を行う方法などがある。
【０００４】
ここで、光ディスク上における集光ビーム径φを、対物レンズの開口数ＮＡと使用されるレーザ光の波長λとで表わすと、
φ＝Ｋ×λ／ＮＡ （Ｋ：定数）
となる。これより、対物レンズの開口数ＮＡを大きくすると、それに反比例して集光ビーム径φは小さくなる。
【０００５】
しかし、その一方で、光ディスクの傾きに対する許容誤差は、対物レンズの開口数ＮＡの３乗に比例して小さくなる。このため、対物レンズの開口数ＮＡを大きくする一方で光ディスクの傾きの許容誤差を同程度に収めるためには、光ディスクの基板厚さを薄くする必要がある。具体的には、例えば対物レンズの開口数ＮＡを０．５から０．６に大きくする場合、基板の厚さが１．２ｍｍである光ディスクと同程度のディスク傾き許容誤差を維持するためには、光ディスクの基板の厚さを約０．６ｍｍに小さくする必要がある。
【０００６】
これより、光ディスクの高密度化を図るには、光ディスクの基板厚さ及び光ピックアップ装置の対物レンズの開口数ＮＡの双方を適切に調整する必要がある。
【０００７】
しかし、このように光ディスクの基板厚さを薄くすると、従来の厚さの基板を有する光ディスクとの互換性が保てなくなる。従って、光ディスクの基板厚さに対応して、光ピックアップ装置の対物レンズの開口数ＮＡを変化させる必要が生じる。
【０００８】
上記に関して、対物レンズの開口数ＮＡを適切に変化させる方法は、例えば特開平８−４５１０５号公報に開示されている。
【０００９】
具体的には、上記公報に開示される内容によれば、対物レンズ可動部と一体的に配置された、選択的に開口を変化させる手段（選択的開口変化手段）を設ける。この選択的開口変化手段は、例えば、開口制限板を光路中に出し入れすることによって実質的に開口を変化させるように構成されたり、或いは、液晶板の透過率を部分的に変化させることによって実質的に開口を変化させるように構成され得る。このような選択的開口変化手段を使用することによって、記録再生対象である光ディスクの基板厚さの違いに応じて、光ピックアップの対物レンズの開口数ＮＡが適切に変化され得る。
【００１０】
また、特開平６−１２４４７７号公報には、液晶フィルタと偏光フィルタとを用いて、開口数ＮＡを変化させる方法が提案されている。
【００１１】
具体的には、上記公報に開示される内容によれば、液晶フィルタに所定パターンの電極を取り付け（例えば、同心円上の内周部と外周部とに分割されたパターンの電極を設けて）、このパターニングされた電極の各部分に適切なタイミングで電圧を印加することによって、液晶フィルタの中に偏光方向が９０度回転した部分と回転していない部分とを形成する。これによって、この液晶フィルタを通過した光の中に、偏光状態の異なる部分が選択的に形成される。このように選択的に偏光状態が変化した光が偏光ビームスプリッタを通過すると、偏光状態に応じて反射光成分と透過光成分とに分けられるので、透過光成分の光のみを対物レンズに入射させるように光学系を形成することによって、対物レンズに入射する光ビームのビーム径を変化させることができる。この結果、対物レンズの開口数ＮＡを実質的に変化させることが可能になる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような開口数ＮＡを変化させる従来の様々な方法は、それぞれ以下のような課題を有している。
【００１３】
開口制限板を光路中に出し入れする方法では、その出し入れ動作を高精度に実施する機構が必要となるので、装置が大型になるとともにコストアップを招き、量産性にも問題がある。更には、上記の出し入れ機構を光ピックアップの可動部と一体的に駆動する必要があることから、可動部の重量が増加し、駆動させるためのアクチュエータのサーボ性能が低下する。
【００１４】
液晶板を用いる方法では、可動機構は必要とされない。しかし、光ピックアップ装置の可動部と一体的に液晶板を設けようとすると、可動部の全体サイズが大きくなる。更に、液晶板が可動部と共に移動しても必要な電圧を液晶板に取り付けられた電極に確実に供給できるような、可動給電機構が必要になる。或いは、液晶板を光ピックアップ装置の可動部と分離して設置する場合には、対物レンズを駆動する際にレンズ光軸と液晶板のパターン中心との間に位置ずれが発生する。さらに、可動部との一体化の有無に関わらず、液晶板に含まれる液晶材料は温度によって屈折率等の材料特性が変化し易いので、環境条件の変化により、所望の性能を満足できなくなる可能性がある。
【００１５】
以上に加えて、上記の何れの手法においても、新たな機構を光ピックアップ装置に付加する必要があり、構成の複雑化やコストアップなどの不利益が生じる恐れがある。
【００１６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、開口数の可変化を、光学的な性能を低下させることなく且つ機構の複雑化やコストアップを招くことなく実現することによって、異なる基板厚さを有する複数種類の光ディスクに対して同一の対物レンズで情報の記録再生を行うことができる、量産性及び信頼性に優れたホログラムレーザユニット、及びそのようなホログラムレーザユニットを含む光ピックアップ装置を提供すること、である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のホログラムレーザユニットは、第１の基板厚さを有する第１の光ディスクおよび前記第１の基板厚さよりも薄い第２の基板厚さを有する第２の光ディスクのぞれぞれに対して情報の記録動作もしくは再生動作を行う光ピックアップ装置において、前記第１の光ディスクに対する情報の記録動作もしくは再生動作に使用されるホログラムレーザユニットであって、前記ホログラムレーザユニットは、光源と、光検出器と、ホログラム素子とを備え、前記ホログラム素子は、第１のホログラム領域と、前記第１のホログラム領域の外側に配置されている第２のホログラム領域とを含み、前記ホログラムレーザユニットは、前記光源から前記第１の光ディスクへ向かう往路の光に対して、前記第１のホログラム領域および前記第２のホログラム領域を透過した光を前記第１の光ディスクに照射し、前記第１の光ディスクから反射した復路の光に対して、前記第１のホログラム領域による回折光を前記光検出器に入射し、かつ、前記第２のホログラム領域による回折光を前記光検出器に入射しないように構成されており、前記第１のホログラム領域は、前記第１の光ディスクの開口数に対応するサイズを有しており、前記第２のホログラム領域は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するサイズより大きなサイズを有しており、前記第１の光ディスクから反射した復路の光によって前記ホログラム素子上に反射光の領域が形成され、前記反射光の領域は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するサイズを有しており、前記ホログラム素子は、前記反射光の領域が前記第１のホログラム領域の中心からシフトした場合でも、前記反射光の領域が前記第１のホログラム領域を含むように構成されており、そのことによって、上記の目的が達成される。
【００１８】
ある実施形態では、前記第１のホログラム領域による光の回折方向と第２のホログラム領域による光の回折方向とは、略直交している
【００１９】
好ましくは、前記第１のホログラム領域のピッチと前記第２のホログラム領域のピッチとが略等しい
【００２０】
ある実施形態では、前記ホログラムレーザユニットは、第２の光検出器をさらに備え、前記ホログラムレーザユニットは、前記第１の光ディスクから反射した復路の光に対して、前記第２のホログラム領域による回折光を前記第２の光検出器に入射するように構成されている。前記第２の光検出器は、前記第１の光ディスクの略半径方向に沿って複数の領域に分割され得る。
【００２１】
本発明の光ピックアップ装置は、第１の基板厚さを有する第１の光ディスクおよび前記第１の基板厚さよりも薄い第２の基板厚さを有する第２の光ディスクのぞれぞれに対して情報の記録動作もしくは再生動作を行う光ピックアップ装置であって、前記第１の光ディスクに対する情報の記録動作もしくは再生動作に使用される第１のホログラムレーザユニットと、前記第２の光ディスクに対する情報の記録動作もしくは再生動作に使用される第２のホログラムレーザユニットと、１個の対物レンズとを備え、前記対物レンズの開口は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するように形成されている。さらに、前記第１のホログラムレーザユニットは、第１の基板厚さを有する第１の光ディスクおよび前記第１の基板厚さよりも薄い第２の基板厚さを有する第２の光ディスクのぞれぞれに対して情報の記録動作もしくは再生動作を行う光ピックアップ装置において、前記第１の光ディスクに対する情報の記録動作もしくは再生動作に使用されるホログラムレーザユニットであって、前記ホログラムレーザユニットは、光源と、光検出器と、ホログラム素子とを備え、前記ホログラム素子は、第１のホログラム領域と、前記第１のホログラム領域の外側に配置されている第２のホログラム領域とを含み、前記ホログラムレーザユニットは、前記光源から前記第１の光ディスクへ向かう往路の光に対して、前記第１のホログラム領域および前記第２のホログラム領域を透過した光を前記第１の光ディスクに照射し、前記第１の光ディスクから反射した復路の光に対して、前記第１のホログラム領域による回折光を前記光検出器に入射し、かつ、前記第２のホログラム領域による回折光を前記光検出器に入射しないように構成されており、前記第１のホログラム領域は、前記第１の光ディスクの開口数に対応するサイズを有しており、前記第２のホログラム領域は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するサイズより大きなサイズを有しており、前記第１の光ディスクから反射した復路の光によって前記ホログラム素子上に反射光の領域が形成され、前記反射光の領域は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するサイズを有しており、前記ホログラム素子は、前記反射光の領域が前記第１のホログラム領域の中心からシフトした場合でも、前記反射光の領域が前記第１のホログラム領域を含むように構成されており、これにより、上記目的が達成される。
【００２２】
ある実施形態では、前記光ピックアップ装置は、コリメータレンズをさらに備え、前記第１のホログラムレーザユニットは、前記コリメータレンズの焦点位置よりも前記コリメータレンズに近い位置に設置されている。
【００２３】
以下に、本発明の作用を説明する。
【００２４】
本発明によれば、ホログラムレーザユニットのホログラム素子として、２種類のホログラム（すなわち、信号検出用の第１のホログラム及び透過光量補償用の第２のホログラム）を形成することによって、光ディスクからの必要開口数以上の情報は、復路において、すなわち光ディスクからホログラムレーザユニットへ向かう反射光がホログラム素子によって回折される際に、透過光量補償用の第２のホログラムによってカットされる。これによって、開口を別途設けなくても、実質的に開口を設けたものと同様の効果が発揮される。
【００２５】
更に、透過光量補償用の第２のホログラムを信号検出用の第１のホログラムの外側に連続して設けることによって、対物レンズの位置がトラッキング時にシフトしても、光ディスク上の集光スポットの光量変動を抑えることができる。
【００２６】
また、２種類のホログラムを、それらの回折方向が略直交するように形成することによって、復路において透過光量補償用の第２のホログラムで回折された光が、ホログラムレーザユニットの光検出器へ迷光として入射することが抑制される。
【００２７】
２種類のホログラムのピッチが大きな差を有しないようにすれば、２種類のホログラムを同時に加工した場合においても、往路の（すなわち、ホログラムレーザユニットから光ディスクへ向かう光の）透過光量に、大きな差が発生しない。これによって、光ディスク上での集光特性を悪化させることがない。
【００２８】
また、透過光量補償用ホログラムに対応した光検出器をホログラムレーザユニットに別途設ければ、設定よりも大きな開口数に対応する光ディスクを再生する場合においても、情報信号量が不足することを抑圧できる。
【００２９】
更に、透過光量補償用ホログラムに対応した光検出器を、光ディスクの略半径方向に複数に分割して設けることによって、対物レンズのシフト量を検出することができる。
【００３０】
また、各々が異なる波長の光源を有する２個のホログラムレーザユニットと、１個の対物レンズと、を備え、第１の基板厚さを有する第１の光ディスク及び第１の基板厚さよりも薄い第２の基板厚さを有する第２の光ディスクの各々に対する記録再生動作を行う光ピックアップ装置において、該２個のホログラムレーザユニットのうちで該第１の光ディスクに対する記録再生動作に使用される第１のホログラムレーザユニットとして、上述のような特徴を有するホログラムレーザユニットを使用することによって、異なる厚さの基板を有する光ディスクを記録再生する際に、基板厚さに応じて対物レンズ開口数を可変する必要が無くなる。
【００３１】
特に、２個のホログラムレーザユニットのうちで厚い基板に対応したホログラムレーザユニットを、コリメータレンズの焦点位置よりも前に（すなわち、コリメータレンズに近く）設置すれば、基板の厚さの差に応じた球面収差を補正することが可能になる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に従ったホログラムレーザユニットを含む、光ディスク用光ピックアップ装置の光学系の概略構成を示す図である。
【００３４】
ホログラムレーザユニット１に含まれる光源５０から出射された光は、コリメータレンズ２を通り、立ち上げミラー３で光路を変換された後に、対物レンズ４に入射する。対物レンズ４によって、光は光ディスク５の上に集光される。光ディスク５で反射される際に情報を読み取った光は、対物レンズ４、立ち上げミラー３、及びコリメータレンズ２を再び通過してホログラムレーザユニット１へ戻るが、ホログラムレーザユニット１への入射時に、そこに搭載されているホログラム素子１０で回折されて、ユニット１の中の光検出器９へ入射する。光検出器９は、このようにして入射された光線から、光ディスク５から読み取られた情報信号を検出する。
【００３５】
対物レンズ４から光ディスク５への光線のうちで、光線６は、光ディスク５を記録再生するために必要な開口数（以下、「開口数Ａ」とする）を有する光線６である。一方、光線７は、対物レンズ４の下部に設置された開口８によって決定される開口数（以下、「開口数Ｂ」とする）で規制される、最外周の光線７である。また、線Ｘ−Ｘは、この光ピックアップ装置の光学系における光軸を示している。
【００３６】
なお、図１には、コリメータレンズ２を含む無限光学系の例が示されているが、コリメータレンズ２を省略した有限光学系に対しても、本発明は適用可能である。
【００３７】
図２Ａは、ホログラムレーザユニット１に搭載され得るホログラム素子１０の構成を模式的に示す平面図である。
【００３８】
このホログラム素子１１では、分割された２つのホログラム１１及び１２、すなわち、信号検出用ホログラム１１及び透過光量補償用ホログラム１２が設けられている。但し、ホログラムの分割数は、図２Ａに示されるような基本的な２分割に限られず、サーボ信号検出方法に応じて２つ以上に分割されていても良い。
【００３９】
図２Ａにおいて、ホログラム素子１０の中心側に設けられている信号検出用ホログラム１１は、図１の光線６の径に相当する外径を有している。ホログラム１１の外側には、往路における（すなわち、ホログラムレーザユニット１から光ディスク５に向かう光のうちの）０次透過光の光量のみを補償するための透過光量補償用ホログラム１２が形成されており、その外径は、図１の光線７よりも大きく設定されている。信号検出用ホログラム１１は、光ディスク５からの反射光を光検出器９に向けて回折させるように形成されており、一方、透過光量補償用ホログラム１２は、その回折方向が光検出器９に向かないように形成されている。
【００４０】
開口８の大きさは、対物レンズ４がトラッキングによりシフトしても、光線６がケラれない程度の大きさとする。同様に、ホログラム１２の外径も、対物レンズ４がトラッキングによりシフトしても、開口８の光線７がケラレない程度の大きさとする。
【００４１】
図１の光学系において、光ディスク５には、開口数Ｂに相当する外径を有する光７が入射する。このような入射光によって得られる光ディスク５からの反射光は、ホログラム素子１０に、光ディスク５への入射時と同様に、開口数Ｂに対応するビーム径を有して戻ってくる。しかし、信号検出用ホログラム１１は開口数Ａに相当する領域にしか形成されていないため、戻ってきた光のうちで開口数Ａに相当する光のみが、光検出器９に入射する。これにより、対物レンズ４に設置されている開口８が、光ディスクの記録再生のために必要な開口数Ａよりも大きな開口数Ｂを有していても、光ディスク５からは、必要な開口数Ａに相当する大きさのビームによる情報のみが検出されることになる。
【００４２】
以上より、本発明の第１の実施形態によれば、光ピックアップ装置に、必要以上の光ビームを制限するための開口を別途設けなくても、ホログラムレーザユニット１に搭載された２種類のホログラム１１及び１２を有するホログラム素子１０によって、必要な開口を設定することができる。ここで、ホログラムレーザユニット１に搭載されるホログラム素子１０に含まれる２種類のホログラム１１及び１２は、何れも偏光ホログラムの様な特殊なホログラムではなく、一般的なホログラム形成方法によって作成することができる。また、新規に部品を付加する必要はなく、ホログラム１１及び１２の間で形成されるべきホログラムのマスクパターンを変更するだけで、所定の機能を発揮するように対応可能である。これより、量産性、信頼性、或いはコストは、従来型のホログラムレーザユニットと同等である。
【００４３】
図３Ａには、対物レンズ４がトラッキングの際にシフトした場合の光線の様子を、模式的に示す。
【００４４】
この場合、ホログラム素子１０（図１参照）を通過した光線６は対物レンズ４の中心よりズレるので、光軸Ｘ−Ｘの近傍を、光線６の外側の光が通過することになる。ここで、光線６の外側の光はホログラム１２を透過した光であるので、ホログラム１１及び１２の各々のピッチの間に大きな差が存在しないように設定し、両者の０次回折効率を実質的に同等に設定しておけば、以上のような光線の位置ズレが発生しても、対物レンズ２に入射する光量に変動は無い。
【００４５】
ホログラム１１及び１２のピッチは、ホログラム素子の加工に使用する加工装置の加工性能や加工精度に左右されるが、望ましくは、ホログラム１１及び１２の各々のピッチが略等しいことが好ましい。但し、これに関しては、以下のような点に関する考慮が必要である。
【００４６】
理論的には、ホログラム１１及び１２の回折効率は、ホログラム断面の溝の深さで決定され、そのピッチには左右されない。しかし、使用する光の波長に対してホログラム１１及び１２のピッチがかなり小さくなると、偏光特性が生じて、回折効率に対して大きな影響が生じるようになる。一方、使用する光の波長に対してホログラム１１及び１２のピッチが大きい場合であっても、ホログラム１１及び１２のピッチの間に大きな差が存在していると、両ホログラム１１及び１２を同時に加工する際に、各々に対する溝の深さや溝壁面の形状（デューティー比或いはテーパ角度、など）に差が生じることがある。更に、実際のユニット設計にあたっては、ホログラム１１及び１２のピッチを大きく異ならせて各々の回折角度を大きく変えることは、ユニットサイズを考慮すると現実的ではない。
【００４７】
従って、上記のような点を考慮すれば、ホログラム１１及び１２の各々のピッチの間に大きな差が存在しないように設定すれば、十分な効果が発揮される。
【００４８】
ここで、図３Ｂ及び図３Ｃには、本発明の透過光量補償ホログラム１２が設けられていない場合（図３Ｂ）と設けられている場合（図３Ｃ）の各々に関して、ホログラム素子１０を通過後の光線のビーム径方向に沿ったビーム強度分布を模式的に示す。
【００４９】
これより、透過光量補償ホログラム１２が設けられていない場合には、図３Ｂに示されるように、ビーム強度が半径方向で不連続になっており、ビーム中の光線６に相当する部分と光線７に相当する部分との間で、数倍に及ぶビーム強度差が存在している。このため、仮にトラッキング時の対物レンズ４のシフトが発生していなくても、このビーム強度差に起因して、集光特性が悪化する。更に、対物レンス４のシフトが生じると、光線のセンター位置に対してビーム強度の不均衡が発生して、集光特性は更に悪化する。
【００５０】
しかし、図３Ｃより、本発明に従って透過光量補償ホログラム１２が設けられれば、上記のようなビーム強度差の不連続に起因する問題点が、解消される。
【００５１】
このように、本発明に従って透過光量補償ホログラム１２を設けることで、光ビームの半径方向におけるビーム強度の不連続性やトラッキング時の対物レンズ４のシフトに伴う光ピックアップ装置の動作への悪影響が、抑制される。
【００５２】
図２Ｂは、改変された構成を有するホログラム素子１０Ｂを模式的に示す平面図である。具体的には、透過光量補償用ホログラム１２が、その回折方向が信号検出用ホログラム１１の回折方向に対して略垂直方向になるように形成されている。このような構成では、透過光量補償用ホログラム１２によって発生する復路（光ディスク５からホログラムレーザユニット１へ向かう反射光）における±１次回折光は、情報信号検出用の光検出器９とは全く異なる位置に向かって回折され、光検出器９に迷光として入射することが抑制される。
【００５３】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態による光ピックアップ装置において、ホログラムレーザユニットに搭載され得るホログラム素子１０Ｃの構成を模式的に示す図である。また、図５は、本実施形態の光ピックアップ装置に含まれるホログラムレーザユニットの構成における、図４のホログラム素子１０Ｃと光検出器９Ｂとの関係を模式的に示す図である。
【００５４】
光検出器９Ｂにおいて、受光素子１４及び１５は、光ディスク上の情報信号（サーボ信号も含む）を検出するためのものである。光ディスクからの反射光の内で信号検出用ホログラム１１によって回折された光ビーム６は、受光素子１４及び１５に入射する。これによって、例えば、受光素子１４及び１５の各々での検出信号の和信号から再生信号を、受光素子１４の２分割された領域の各々での検出信号の差信号からフォーカスサーボ信号を、受光素子１４及び１５の各々での検出信号の差信号からトラックサーボ信号を、それぞれ検出することができる。
【００５５】
一方、光検出器９Ｂにおいて新しく付加されている受光素子１６は、透過光量補償用ホログラム１２によって生成（回折）される復路の１次回折光を受光するものである。具体的には、光ディスクからの反射光の内で、先述の開口数Ａよりも大きい開口数に相当する部分の光ビーム７（すなわち、信号検出用ホログラム１１の大きさよりも大きい部分の光ビーム７）は、透過光量補償用ホログラム１２によって回折されて光検出器１６に入射する。これによって得られる光検出器１６からの検出信号（情報）を利用することによって、開口数Ａよりも大きい開口数に相当する部分の情報を得る場合に、再生信号量（サーボ信号は除く）の損失が抑制される。
【００５６】
或いは、トラックサーボ信号を一般的な３ビーム方式で制御する場合には、受光素子１５では再生信号のみを検出すれば良い。このような場合には、図６に示すように、光ディスクからの反射光の内で信号検出用ホログラム１１の大きさに相当する光ビーム６が、信号検出用ホログラム１１によって回折されて受光素子１４及び１５に入射するようにする一方で、ホログラム１２の１次回折光（光ビーム７）も既存の受光素子１４もしくは１５に入射するように、ホログラム１１及び１２を設計する。これによって、光検出器９Ｃに先述のような受光素子１６を設けなくても、上記と同様に再生信号量（サーボ信号は除く）の損失を抑制する効果が得られる。
【００５７】
更に、図７に記載した光検出器９Ｄにおける様に、新たに設ける受光素子（図５の受光素子１６に対応するものであり、図７では参照番号１７を付している）を、光ディスクの略半径方向に沿って例えば２分割することによって、分割された各々の領域での検出信号の和信号から再生信号を検出し、差信号から対物レンズのシフト情報を検出することが可能になる。これにより、信号検出用ホログラム１１に相当する開口数Ａ以上の情報が必要無い場合でも、図７の受光素子１７からは対物レンズのシフト情報を単独で検出できる。
【００５８】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態として、図８を参照しながら、本発明の光ピックアップ装置の一構成例を説明する。
【００５９】
図８の光ピックアップ装置は、それぞれ別の波長の光源５０或いは７０を有する２個のホログラムレーザユニット１及び２１と、１個の対物レンズ４と、を備えることによって、異なる（具体的には２種類の）基板厚さを有する光ディスク５及び５’を記録再生することが可能な光ピックアップ装置である。例えば、ホログラムレーザユニット１は、波長７８０ｎｍの光源５０を含むように構成し、ホログラムレーザユニット２１は、波長６５０ｎｍの光源７０を含むように構成する。また、検出対象の光ディスク５及び５’が、それぞれ基板厚さが０．６ｍｍ及び１．２ｍｍであるとすれば、各光ディスク５及び５’に対応する開口数を、それぞれ０．６及び０．４５とする。
【００６０】
図８の構成を更に詳細に説明すれば、薄い光ディスク５を記録再生する際は、ホログラムレーザユニット２１の光源７０から出射された光が、ビームスプリッタ２０で反射されてコリメータレンズ２を通過し、立ち上げミラー３で更に光路を変換された後に、対物レンズ４により光ディスク５の上に集光される。光ディスク５からの反射光は、対物レンズ４、立ち上げミラー３、コリメータレンズ２、及びビームスプリッタ２０を再び通過して、ホログラムレーザユニット２１へ戻り、そこに搭載されているホログラム素子３０で回折されて、図示していない光検出器へ入射する。ここで、開口数は、対物レンズ４の下部に設けられた開口８で規定される。
【００６１】
一方、厚い光ディスク５’を記録再生する際は、ホログラムレーザユニット１の光源５０から出射された光が、ピームスプリッタ２０を透過してコリメータレンズ２を通過し、立ち上げミラー３で光路を変換された後に、対物レンズ４によって光ディスク５’の上に集光する。光ディスク５’からの反射光は、対物レンズ４、立ち上げミラー３、コリメータレンズ２、及びビームスプリッタ２０を再び通過して、ホログラムレーザユニット１へ戻り、そこに搭載されているホログラム素子１０によって回折されて、図示していない光検出器へ入射する。
【００６２】
ここで、厚い光ディスク５’に対して必要とされる開口数は、薄い光ディスク５に対して必要とされる開口数よりも小さいので、従来のホログラムレーザユニットを搭載する場合には、それに応じた開口を光学系の何れかの箇所に挿入して開口数を制限する必要がある。例えば、図８においてホログラムレーザユニット１からの光がビームスプリッタ２０に入射する箇所に、開口２２を設けることが考えられる。しかし、このような開口２２を設けると、図８に描かれているように対物レンズ４が中立位置にある場合（すなわち光軸Ｘ−Ｘの上に正しく位置している場合）には問題無いが、対物レンズ４がトラッキングするためにシフトすると、以下の様な問題が発生する。
【００６３】
すなわち、図９（ａ）は、従来型のホログラム素子２３を用いて、上記の様に開口２２を使用して開口の制限を行っている場合を模式的に示す。この場合、対物レンズが光軸上からシフトすると、光ディスクからの反射光２５も、ホログラム２４の中心すなわち光軸上の位置から、（図９（ａ）の場合では右方向に）シフトする。この結果、光ディスクからの反射光は、設けられている開口２２によってシフト分に相当する光がケラレてから、ホログラム素子２３に戻ってくる。このため、ホログラム２４で回折する光量が、対物レンズのシフト量に応じて変化してしまう。
【００６４】
これに対して、本発明のホログラム素子１０によれば、対物レンズがシフトすると、図９（ａ）の場合と同様に図９（ｂ）に示すように、光ディスクからの反射光１３も信号検出用ホログラム１１の中心（光軸上）からシフトする。しかし、従来の場合とは異なって開口制限をしていないので、シフトされた反射光１３は、依然として信号検出用ホログラム１１よりも大きく、透過光量補償用ホログラム１２と同等のビーム径を有している。この結果、信号検出用ホログラム１１の上でビームのケラレは発生せず、対物レンズのシフトが発生しても、常に回折光量は一定となる。
【００６５】
従って、本発明によるホログラムレーザユニットを光ピックアップ装置に搭載することによって、波長板などの高価な光学部品を搭載することなく、且つ対物レンズの開口数を変化させる手段を設けることなく、光ディスクの厚さに応じた開口数を得ることができる。更に、対物レンズがトラッキングのためにシフトしても、光検出器へ入射する光量を一定にできるため、安価なピックアップ構成によって安定したサーボ特性を得ることが可能となる。
【００６６】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態として、図１０を参照しながら、本発明の光ピックアップ装置の他の構成例を説明する。なお、図８の構成と同じ構成要素には同じ参照暗号を付しており、それらの説明はここでは省略する。
【００６７】
基板厚さの異なる２種類の光ディスク５及び５’に対して１個の対物レンズ４で光ビームを集光させる場合、基板厚さの差に応じた球面収差が発生する。例えば、基板厚さが０．６ｍｍの光ディスク５に対応する対物レンズを使用して、基板厚さが１．２ｍｍの光ディスク５’に光ビームを集光させると、基板厚さの差（０．６ｍｍ）に応じた球面収差が発生する。
【００６８】
厚さ１．２ｍｍの光ディスク基板５’の場合には、対応する対物レンズの最適開口数が０．４５と小さいため、発生する収差量はあまり大きくなく、特に収差の補償を行わなくても、記録再生動作が可能である。しかし、ピックアップ特性の安定化のためには、収差を抑圧することが望まれる。
【００６９】
そこで、このような球面収差を抑制するために、本実施形態では、図１０に示す様に、厚さ１．２ｍｍの光ディスク５’に対応するホログラムレーザユニット１を、コリメータレンズ２の焦点距離より前にシフトさせて、すなわちコリメータレンズ２の近くに配置する。これによって、対物レンズ４に意図的に拡散光を入射し、基板厚さの差に依存して発生する収差とは逆の収差を発生させて、球面収差を相殺する。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、ホログラムレーザユニットにおいて、２種類のホログラム（信号検出用の第１のホログラム及び透過光量補償用の第２のホログラム）を形成する。特にその際に、情報信号検出用の第１のホログラムの形成される領域を、所定の光ディスクを記録再生するのに必要な開口数ＮＡに相当する径に制限し、且つその外側に、往路（ホログラムレーザユニットから光ディスクへ向かう光）の０次透過光量のみを調整する透過光量補償用の第２のホログラムを形成する。本発明のホログラムレーザユニットでは、２種類のホログラム（信号検出用ホログラム及び透過光量補償用ホログラム）をこのように形成することによって、必要開口数以上の情報は、復路において、光ディスクからホログラムレーザユニットへ向かう反射光が透過光量補償用ホログラムホログラムで回折される際に、カットされる。この結果、開口（数）制限用の開口を別途設けなくても、実質的にそのような制限用開口を設けたものと同様の効果を有する。
【００７１】
このようなホログラムレーザユニットを使用すれば、異なる基板厚さを有する光ディスクに対して同一の対物レンズで情報の記録再生を行うことができる光ピックアップ装置が、実現される。
【００７２】
更に、透過光量補償用ホログラムを信号検出用ホログラムの外側に連続して設けることによって、対物レンズの位置がトラッキング時にシフトしても、ディスク集光スポットの光量変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に従ったホログラムレーザユニットを含む光ピックアップ装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図２Ａ】図１の光学系におけるホログラムレーザユニットに搭載され得るホログラム素子のある構成を模式的に示す平面図である。
【図２Ｂ】図１の光学系におけるホログラムレーザユニットに搭載され得るホログラム素子の他の構成を模式的に示す平面図である。
【図３Ａ】図１の光学系において対物レンズがシフトした場合の光線の様子を模式的に示す図である。
【図３Ｂ】本発明の透過光量補償ホログラムが設けられていない場合における、ホログラム素子を通過後の光線の半径方向に沿ったビーム強度分布を、模式的に示す図である。
【図３Ｃ】本発明に従って透過光量補償ホログラムが設けられている場合における、ホログラム素子を通過後の光線の半径方向に沿ったビーム強度分布を、模式的に示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に従ったある光ピックアップ装置におけるホログラムレーザユニットに搭載され得るホログラム素子のある構成を模式的に示す平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に従ったある光ピックアップ装置のホログラムレーザユニットにおける、光検出器と図４のホログラム素子との関係を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に従った他の光ピックアップ装置のホログラムレーザユニットにおける、光検出器とホログラム素子との関係を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に従ったさらに他の光ピックアップ装置のホログラムレーザユニットにおける、光検出器とホログラム素子との関係を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に従った光ピックアップ装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図９】（ａ）は、従来の構成におけるホログラム素子と光ディスク反射光との相対関係を示す概略図であり、（ｂ）は、本発明に従った構成におけるホログラム素子と光ディスク反射光との相対関係を示す概略図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に従った光ピックアップ装置の光学系の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１、２１ ホログラムレーザユニット
２ コリメータレンズ
３ 立ち上げミラー
４ 対物レンズ
５、５’ 光ディスク
６、７ 光線
８ 開口
９、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ 光検出器
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、３０ ホログラム素子
１１ 信号検出用の（第１の）ホログラム
１２ 透過光量補償用の（第２の）ホログラム
１３ 光ディスク反射光
１４、１５、１６、１７ 受光素子
２０ ビームスプリッタ
２２ 制限用開口
２３ 従来のホログラム素子
２４ ホログラム
２５ 光ディスク反射光
５０、７０ 光源
Claims (7)
- 第１の基板厚さを有する第１の光ディスクおよび前記第１の基板厚さよりも薄い第２の基板厚さを有する第２の光ディスクのぞれぞれに対して情報の記録動作もしくは再生動作を行う光ピックアップ装置において、前記第１の光ディスクに対する情報の記録動作もしくは再生動作に使用されるホログラムレーザユニットであって、
前記ホログラムレーザユニットは、光源と、光検出器と、ホログラム素子とを備え、
前記ホログラム素子は、第１のホログラム領域と、前記第１のホログラム領域の外側に配置されている第２のホログラム領域とを含み、
前記ホログラムレーザユニットは、前記光源から前記第１の光ディスクへ向かう往路の光に対して、前記第１のホログラム領域および前記第２のホログラム領域を透過した光を前記第１の光ディスクに照射し、前記第１の光ディスクから反射した復路の光に対して、前記第１のホログラム領域による回折光を前記光検出器に入射し、かつ、前記第２のホログラム領域による回折光を前記光検出器に入射しないように構成されており、
前記第１のホログラム領域は、前記第１の光ディスクの開口数に対応するサイズを有しており、前記第２のホログラム領域は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するサイズより大きなサイズを有しており、
前記第１の光ディスクから反射した復路の光によって前記ホログラム素子上に反射光の領域が形成され、前記反射光の領域は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するサイズを有しており、
前記ホログラム素子は、前記反射光の領域が前記第１のホログラム領域の中心からシフトした場合でも、前記反射光の領域が前記第１のホログラム領域を含むように構成されている、ホログラムレーザユニット。 - 前記第１のホログラム領域による光の回折方向と第２のホログラム領域による光の回折方向とは、略直交している、請求項１に記載のホログラムレーザユニット。
- 前記第１のホログラム領域のピッチと前記第２のホログラム領域のピッチとが略等しい、請求項１に記載のホログラムレーザユニット。
- 前記ホログラムレーザユニットは、第２の光検出器をさらに備え、
前記ホログラムレーザユニットは、前記第１の光ディスクから反射した復路の光に対して、前記第２のホログラム領域による回折光を前記第２の光検出器に入射するように構成されている、請求項１に記載のホログラムレーザユニット。 - 前記第２の光検出器は、前記第１の光ディスクの略半径方向に沿って複数の領域に分割されている、請求項４に記載のホログラムレーザユニット。
- 第１の基板厚さを有する第１の光ディスクおよび前記第１の基板厚さよりも薄い第２の基板厚さを有する第２の光ディスクのぞれぞれに対して情報の記録動作もしくは再生動作を行う光ピックアップ装置であって、
前記第１の光ディスクに対する情報の記録動作もしくは再生動作に使用される第１のホログラムレーザユニットと、
前記第２の光ディスクに対する情報の記録動作もしくは再生動作に使用される第２のホログラムレーザユニットと、
１個の対物レンズと
を備え、
前記対物レンズの開口は、前記第２の光ディスクの開口数に対応するように形成されており、
前記第１のホログラムレーザユニットは、請求項１に記載のホログラムレーザユニットである、光ピックアップ装置。 - 前記光ピックアップ装置は、コリメータレンズをさらに備え、
前記第１のホログラムレーザユニットは、前記コリメータレンズの焦点位置よりも前記コリメータレンズに近い位置に設置されている、請求項６に記載の光ピックアップ装置。
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