JP3660415B2 - 光学記憶装置用光学デバイス - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光磁気ディスク装置や光ディスク装置等の光学記憶装置の光学記憶媒体に対する信号の書き込みと読み取りを行うための光学ヘッド等を有する光学記憶装置用光学素子、およびこの光学素子を含む光学デバイスに関する。
コンピュータの高性能化に伴い、大容量の記憶媒体（メモリ）を含む記憶装置が必要となってきている。この種の記憶装置として、現在、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスク−読み出し専用メモリ）、光磁気（Magneto-optical Disk）ディスク、および、光ディスク（Optical Disk）等の光学記憶媒体を使用した光学記憶装置が注目されている。これらの光学記憶媒体は、リムーバル（着脱可能）で、大容量かつ小型軽量であり、高性能のパーソナルコンピュータ等の小型コンピュータを実用化する上で重要となってきている。
【０００２】
コンピュータの高性能化に伴って必要とされる大容量のメモリとして、特に、近年は磁気ディスク装置用のハードディスクに代わって、リムーバブルで小型軽量な光磁気記録媒体である光磁気ディスクが注目されている。
【０００３】
この光磁気ディスクにおいては、レーザ光が当たって温度が上昇した部分だけが磁化反転して信号が記録される。そして、上記の光磁気ディスクに読み取り用の低パワーのレーザ光を当てると、信号のある部分の反射光だけが磁気光学的カー効果によって偏光面が僅かに回転をするので、それを検出することによって光磁気ディスクに記録されている信号を読み取ることができる。ただし、信号読み取りを行うのと同時に、光磁気ディスクからなる光磁気記録媒体に対するフォーカス誤差とトラッキング誤差の検出を行う必要がある。
【０００４】
【従来の技術】
図２３は、従来の光学記憶装置用光学デバイスの構成を示す模式図である。ただし、ここでは、光学記憶装置として、光学記憶媒体の一種である光磁気記録媒体、すなわち、光磁気ディスク１００を含む光磁気ディスク装置を使用したケースを代表例として示す。
【０００５】
図２３に示すような従来の光磁気ディスク装置用光学デバイスにおいて、半導体レーザ５１から射出された信号読み取り用のレーザ光は、コリメートレンズ５２により平行光にされてビーム成形プリズム５３を透過したあと、第１の偏光ビームスプリッタ５４を経て２つの偏光成分（Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分）中のＰ偏光成分だけが光磁気記録媒体である光磁気ディスク１００の方向に向かい、対物レンズ５５によって光磁気ディスク１００上に収束される。
【０００６】
そして、光磁気ディスク１００上に書き込みデータがあるときは、Ｐ偏光成分の光の偏光角が磁気光学的カー効果によって僅かに回転して、それと垂直をなすＳ偏光成分が少し発生する。
【０００７】
光磁気ディスク１００で反射されたＰ，Ｓ両偏光成分を含むレーザ光は、第１の偏光ビームスプリッタ５４から第２の偏光ビームスプリッタ５７に入射し、一部のレーザ光は二分の一波長板５８を通ることによってＰ，Ｓ両偏光成分の間に二分の一波長の光路差が形成される。
【０００８】
そのレーザ光は、次に収束レンズ５９を通って、第３の偏光ビームスプリッタ６０でＰ，Ｓ両偏光成分が分離されてその各々が信号検出用の光電素子６１，６２に入射し、その２つの信号の強度の差を取ることにより、光磁気ディスク１００上の信号（データ）の有無を検出することができる。
【０００９】
一方、第２の偏光ビームスプリッタ５７で分けられたレーザ光は、収束レンズ６３を通ってからビームスプリッタ６４で２つに分けられ、その各々がフォーカス誤差の検出用およびトラッキング誤差信号検出用の光電素子６５，６６に入射して、フォーカス誤差の検出とトラッキング誤差の検出が行われる。ここで、６７はナイフエッジであり、遠くにあるレーザ光の光線（ビーム）と近くにあるレーザ光の光線とを比較し、両光線の光量の差によりフォーカス誤差を検出するためのものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の光磁気ディスク用光学デバイスにおいては、光磁気ディスク１００に記録された光磁気信号の検出とフォーカス誤差およびトラッキング誤差の検出を行うのに非常に多数の光学部品を必要とし、調整にも多大な工数がかかるので、高価格になると共に、光磁気ディスク装置の小型軽量化を実現することが難しいという欠点がある。
【００１１】
さらに、光磁気ディスクに限らず、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、および、光ディスク等のその他の光学記憶媒体を使用した光学記憶装置においても、より一層の低価格化が必要になり、この低価格化を実現するための要素として、データを読み取る光学素子およびそのドライバ、すなわち、光学ヘッドを含む駆動部の低価格化が強く要求されている。このためには、ヘッド部の部品数の削減、小型軽量化、および調整工数の削減が図れる方式が必要になってくる。
このような要求に対処するために、光学素子の一部にホログラムを用いることが検討されているが、それでも全体としては光学部品数が多く、依然として高価格になり小型軽量化も十分でない。
【００１２】
例えば、「１９８９年ＶＯＬ．７，ＮＯ．２，Ｍｉｃｒｏ Ｏｐｔｉｃｓ Ｎｅｗｓ」の第２０〜２５頁には、レーザダイオード中にホログラムを設けた光学素子を含む光学ピックアップの構成が記載されている。この種の光学記憶装置用光学素子の概略的な構成を図２４に示す。
【００１３】
図２４においては、半導体レーザとしてのレーザダイオード（通常、ＬＤと略記する）７０を含む光学ピックアップ８２のパッケージの中に、ホログラム７２が形成されている。レーザダイオード７０からのレーザ光は、このホログラム７２を通過し、コリメータレンズ７６および対物レンズ７８を介して光学記憶装置８０内の光学記憶媒体７９に収束する。さらに、この光学記憶媒体７９により反射されて戻ってきたレーザ光は、ホログラム７２を再び通過して光電素子等の検知器８４に入射する。この検知器８４において、フォーカス誤差検知とトラッキング誤差検知が行われる。
【００１４】
ただし、ここでは、ホログラム７２は、フォーカス誤差検知とトラッキング誤差検知だけを行うものなので、光磁気ディスク等の光磁気信号検出に必要な偏光成分分離機能は全く有していない。このため、上記の図２４の光学ピックアップは、ＣＤまたはＣＤ−ＲＯＭ用のドライバでしか使用することができない。
【００１５】
また、「１９９３年秋期応用物理学会１００８頁の２８ａ−ＳＦ−１１」には、レーザダイオードと同一のパッケージに一体化することによって小型化した光磁気ディスク用モジュールの構成が開示されているが、光磁気信号の検出にはプリズム等を用いた検光子を用いる必要があるので、部品数が多くなり調整もなかなか容易ではない。
【００１６】
その他にも、「光学第２０巻８号（１９９１年８月発行）」の第５００〜５０６頁には、光磁気ディスクからの反射光を、表裏同一の単一ピッチのホログラムが形成された基板に入射させるようにした光磁気ヘッドを含む装置が開示されている。
【００１７】
ここでは、光磁気ディスクからの反射光のうち、ホログラムの回折格子に平行なＳ偏光成分は第１および第２の両ホログラムで回折し、それと直角なＰ偏光成分は両ホログラムを透過するので、２つの光検出器を基板の後方に置くことで、Ｓ偏光とＰ偏光の信号を分けて検出することができる。しかし、上記の装置でもその他にプリズムやレンズを必要としており、光学素子数が十分に削減されているとは言えない。
【００１８】
さらに、前述の図２４に示したような１枚のホログラムを光学記憶装置用光学デバイスに適用する場合に次のような問題が生ずることがある。
まず第１に、半導体レーザの周囲温度に対する波長変動、および、半導体レーザの製造ロット毎の波長のばらつきが起こることがあり、これによって、信号検出用の検知器上でのレーザ光のビームが移動したり、ビームの焦点がずれたりすることがあった。これに対しては、ビームの移動を、検知器の分割線方向に沿わすことで回避されている。また、ビームのぼけに対しては、結像性能の低いホログラムを用いることで回避されている。
【００１９】
第２に、検知器上でのビームの径を絞りすぎると、検知器の焦点方向、水平方向の検知器上でのビームの調整が難しくなるため、ビームの径を増大させる必要がある。また一方で、ビームの径が小さいと、焦点深度が短くなり、検知器での光軸の位置合わせが極めて難しくなる。あるいは、一体型の検知器の上下および左右の作製精度の厳しいものが要求されるので、光学記憶装置全体の低価格化に反する。
【００２０】
このため、ビームの径を大きくするためには、開口を小さくすればよいが、開口を小さくした場合、光量の損失が大きいという問題が生じてくる。特に、光磁気ディスクでは、元来少ない読み取りの光量を低下させないためにも、開口を必要以上に小さくしないことが重要である。また一方で、コリメートレンズの焦点距離に対する、フォーカス誤差検出の結像用焦点距離の比（縦倍率）が低いほど、軸調整が容易になるため、開口をある程度小さくしてビームの径を大きくすることが重要である。
【００２１】
上記のように、光学記憶装置用光学デバイスにホログラムを適用する場合には、半導体レーザの周囲温度に対する波長変動や製造ロット毎の波長のばらつき等に起因するビームの検知器上での位置ずれの補正や、検知器における光軸の位置合わせが容易に行えるようにするために、検知器の上下および左右の作製精度の優れた高価な検知器を使用する必要があった。さらに、検知器上へのビーム結像性の悪化を回避するために、レーザ光のビームの径を適切な大きさに調整する必要があり、このビームの径の調整等に多大なる時間・工数を必要としていた。
【００２２】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、光学部品の数を極限まで少なくすることにより、大幅な低価格化と小型軽量化を実現することが可能な光学記憶装置用光学素子および光学デバイスを提供することを目的とするものである。
【００２３】
さらに、本発明は、光学部品の一部にホログラムを使用する場合、半導体レーザの周囲温度に対する波長変動や製造ロット毎の波長のばらつき等によるビームの検知器上での位置ずれが生ずるのを抑えるために、検知器の作製精度を厳しくしたりビームの径の調整等に多大なる時間・工数を必要としたりすることのない光学記憶装置用光学素子および光学デバイスを提供することを他の目的とするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理構成を示す模式図である。ただし、ここでは、本発明に関係する光学記憶装置用光学デバイスの主要部を簡略化して示すこととする。
【００２５】
上記問題点を解決するために、本発明の光学記憶装置用光学素子は、図１に示すように、半導体レーザ２から射出されるレーザ光を透過する材料により形成され、かつ、この半導体レーザ２と光学記憶媒体Ｐ１を含む光学記憶装置Ｐ２との間に配置される光学基体４と、上記半導体レーザ２から射出されるレーザ光を透過して上記光学記憶媒体Ｐ１に入射させ、この光学記憶媒体Ｐ１により反射されたレーザ光を上記光学基体４内に回折させるように上記光学基体４に形成された第１のホログラムＨ１と、この第１のホログラムＨ１により回折されて上記光学基体４内を伝播するレーザ光に含まれる２つの偏光成分中の１つの偏光成分を透過させると共に他の偏光成分を回折させ、上記の２つの偏光成分を分離させるように上記光学基体４に形成された第２のホログラムＨ２とを備えている。さらに、本発明の光学素子は、上記の第２のホログラムＨ２により分離された２つの偏光成分の強度の差を信号検出部９、９′等で検出することにより、上記光学記憶媒体Ｐ１の状態を表す信号を検知するように構成される。
【００２６】
また一方で、本発明の光学記憶装置用光学デバイスは、レーザ光を射出する半導体レーザ２と、上記レーザ光を透過する材料で形成されて上記半導体レーザ２と光学記憶媒体Ｐ１を含む光学記憶装置Ｐ２との間に配置された光学基体４と、上記半導体レーザ２から射出されたレーザ光を透過して上記光学記憶媒体Ｐ１に入射させ、この光学記憶媒体Ｐ１で反射されたレーザ光を上記光学基体４内に回折させるように上記光学基体４に形成された第１のホログラムＨ１と、この第１のホログラムＨ１で回折されて上記光学基体４内を伝播したレーザ光に含まれる２つの偏光成分中の１つの偏光成分を透過させると共に他の偏光成分を回折させ、上記の２つの偏光成分を分離させるように上記光学基体４に形成された第２のホログラムＨ２とを備えている。さらに、本発明の光学デバイスは、上記の第２のホログラムＨ２により分離された２つの偏光成分の強度の差を信号検出部９、９′等で検出することにより、上記光学記憶媒体Ｐ１の状態を表す信号を検知するように構成される。
【００２７】
好ましくは、光学記憶媒体として光磁気記録媒体を含む光学記憶装置用の光学デバイスは、レーザ光を射出する半導体レーザ２と、上記レーザ光を透過する材科で形成されて上記半導体レーザ２と光学記憶装置内の光磁気記録媒体との間に配置された光学基体４と、上記半導体レーザ２から射出されたレーザ光を透過して上記光磁気記録媒体に入射させ、その光磁気記録媒体で反射されたレーザ光を上記光学基体４内に回折させるように上記光学基体４に形成された第１のホログラムＨ１と、上記第１のホログラムで回折されて上記光学基体内を伝播したレーザ光に含まれる２つの偏光成分中の１つの偏光成分を透過させると共に他の偏光成分を回折させ、上記の２つの偏光成分を分離させるように上記光学基体４に形成された第２のホログラムＨ２と、上記第１のホログラムＨ１で回折されて上記光学基体４内を伝播したレーザ光を、上記の他の偏光成分の回折方向と異なる複数のあい異なる方向に回折させるように上記光学基体４に形成された第３のホログラムとを設けている。
【００２８】
なお、上記第１のホログラムＨ１は、上記光学基体４の光磁気記録媒体Ｐ１に対向する側の面に形成され、上記第２のホログラムＨ２と第３のホログラムが記光学基体４の光磁気記録媒体Ｐ１に対向しない側の面に形成されていてもよい。
【００２９】
そして、上記第１のホログラムＨ１は、格子方向を上記半導体レーザ２から射出されたレーザ光の直線偏光方向に対して直角になるように配置し、上記第２のホログラムＨ２は、格子方向を上記第１のホログラムＨ１の格子方向に対して光学的に４５°（度）傾けて形成するとよい。
【００３０】
また、上記光学基体４には、上記第１のホログラムＨ１で回折されて上記光学基体４内を伝播したあと上記光学基体４内で全反射されたレーザ光を上記第２のホログラムＨ２に対して垂直に入射させるように全反射するための斜面を形成してもよい。
【００３１】
そして、上記斜面には、上記光学基体４内で全反射されたレーザ光の直交する２つの偏光成分に位相差がでないように位相を補償するための位相補償膜を形成するのがよい。
【００３２】
また、上記第１のホログラムＨ１または第２のホログラムＨ２の格子の空間周波数をｆとし、上記半導体レーザ２から射出されるレーザ光の波長をλとしたとき、（ｆ×λ）≧１．４であるとよい。
【００３３】
また、上記第３のホログラムが上記光磁気記録媒体に対するフォーカス誤差検出用の複数のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用の複数のホログラムパターンを含んでいて、それら各ホログラムパターンにより回折されたレーザ光が各々別々の検出手段に入射するとよい。
【００３４】
この場合、上記第３のホログラムは、全体として円形の形状をＨ形に分けて、その左右両側の部分に上記フォーカス誤差検出用とトラッキング誤差検出用のうちの一方のホログラムパターンを形成し、その間の上下両部分に他方のホログラムパターンを形成してもよい。
【００３５】
なお、上記第２のホログラムＨ２が、上記第３のホログラムを囲んでその回りに形成されていてもよく、或いは、上記第３のホログラムを、上記第１のホログラムＨ１において上記第２のホログラムＨ２に向かうように回折されるレーザ光とは逆側に回折されるレーザ光の通過位置に形成してもよい。
【００３６】
そして、上記光学基体４が上記半導体レーザ２のパッケージに組み付けられているとよい。
【００３７】
好ましくは、本発明の光学記憶装置用光学素子は、光学記憶装置内の光磁気記録媒体に対するフォーカス誤差検出用の複数のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用の複数のホログラムパターンとを含むホログラムが、上記光磁気記録媒体の記録読み取り用のホログラムに囲まれて形成されている光学基体を有する。
【００３８】
さらに、本発明の光学素子において、上記フォーカス誤差検出用とトラッキング誤差検出用のホログラムパターンをＨ形に分けて、その左右両側の部分に一方のホログラムパターンを形成し、その間の上下両部分に他方のホログラムパターンを形成してもよい。
【００３９】
本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様においては、半導体レーザを光源とし、第１および第２のホログラムを使用して、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器、および２つのトラッキング誤差検知用の検知器が一体化形成され、上記半導体レーザのベアチップから射出されたレーザ光の波面を変換するための上記第１および第２のホログラムは、光学基体を構成する基板の表裏にそれぞれ形成されている。
【００４０】
さらに、半導体レーザのベアチップ側のホログラムの面と反対の面側に位置する第１のホログラムは、４つのホログラムパターンからなり、半導体レーザのベアチップ側に位置する第２のホログラムは、２つのホログラムパターンからなり、上記第１のホログラムのホログラムパターンと上記第２のホログラムパターンは、それぞれが空間的に異なる位置に形成され、上記半導体レーザからのレーザ光は、上記第１のホログラムを通過し、光学記憶媒体に入射された後、読み取り光として上記第１のホログラムに戻る。
【００４１】
この場合、フォーカス誤差検出用には、上記第１のホログラムの１つのホログラムパターンから上記第２のホログラムの１つのホログラムパターンへ伝播し回折される第１の読み取り光、および、上記第１のホログラムの他のホログラムパターンから上記第２のホログラムの他のホログラムパターンへ伝播し回折される第２の読み取り光を上記フォーカス誤差検出用の分割検知器に導き、トラッキング誤差検知用には、上記第１のホログラムのさらに他のホログラムパターンにより回折される第３の読み取り光、および、上記第１のホログラムのさらに他のホログラムパターンにより回折される第４の読み取り光を上記トラッキング誤差検出用の検知器に導くように構成される。
【００４２】
さらに、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様においては、上記第１のホログラムのホログラムパターン、および上記第２のホログラムのホログラムパターンは、上記第１の読み取り光および第２の読み取り光が第１のホログラムのホログラムパターンと上記第１のホログラムのホログラムパターンにより回折される際に、上記半導体レーザの波長変動、または波長のばらつきに起因する上記フォーカス誤差検出用の分割検知器上での縦および横の収差を補正し、かつ、上記第１のホログラムのホログラムパターンに入射するレーザ光の光束の大きさが、上記第２のホログラムのホログラムパターンを通過した際に縮小されるようになっている。
【００４３】
さらにまた、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様においては、上記第２のホログラムのホログラムパターンの位置は、半導体レーザからのレーザ光が入射しない位置に形成されており、上記第１のホログラムのホログラムパターンのみに、半導体レーザからのレーザ光が入射するようになっている。
【００４４】
さらにまた、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様においては、上記第２のホログラムのホログラムパターンの位置は、これらのホログラムパターンの各々に対応するフォーカス誤差検出用の分割検知器の位置、および、半導体レーザのベアチップ側のホログラムの面と反対の面側における第１のホログラムのホログラムパターンの位置と共に、上記第１のホログラムの１つのホログラムパターンと他のホログラムパターンとを結ぶ線と直交する線に対して、ほぼ対称の位置に形成されている。
【００４５】
さらにまた、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様においては、上記フォーカス誤差検出用の分割検知器の分割線の方向は、上記第１および第２のホログラムの光軸方向および面内方向の移動に対して、上記分割検知器に入射する光量の変動が小さくなるように傾斜している。
【００４６】
さらにまた、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様においては、上記第２のホログラムのホログラムパターンの位置は、これらのホログラムパターンの各々に対応するフォーカス誤差検出用の分割検知器の位置と共に、上記半導体レーザを点中心として、ほぼ点対称に設定し、上記第１および第２のホログラムの面内の回転調整に対して、上記分割検知器の各々に入射するレーザ光のビーム形状の変化を等しくするようになっている。
【００４７】
本発明の光学記憶装置用光学デバイスの他の好ましい実施態様においては、半導体レーザを光源とし、上記第１および第２のホログラムを使用して、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器が一体化形成されており、上記半導体レーザのベアチップから射出されたレーザ光の波面を変換するための上記第１および第２のホログラムは、光学基体を構成する基板の表裏にそれぞれ形成されている。
【００４８】
上記半導体レーザからのレーザ光は、上記第１のホログラムを通過し、上記光学記憶媒体に入射された後、読み取り光として上記第１のホログラムに戻る。上記第１のホログラムから上記第２のホログラムへ伝播し回折される読み取り光は、上記フォーカス誤差検出用の分割検知器上に導かれる。
【００４９】
この場合、上記第１のホログラムの干渉縞は、中心から外に向けて疎から密、または密から疎に形成されると共に、上記第２のホログラムの干渉縞は、中心から外に向けて密から疎、または疎から密に形成されており、これらの第１および第２のホログラムの各々における干渉縞の成分は一方向成分のみである。
【００５０】
さらに、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの他の好ましい実施態様においては、半導体レーザからのレーザ光の波長をλとした場合、上記第１および第２のホログラムの位相伝達関数が、
φ（ｘ，ｙ）＝（２π／λ）（ｇ１ｘ＋ｇ２ｘ2 ）
φ（ｘ，ｙ）＝（２π／λ）（ｈ１ｘ＋ｈ２ｘ2 ）
で表される。この場合、上記位相伝達関数は、一方向成分のみのオフアクシスと放物位相から構成される。
【００５１】
さらにまた、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの他の好ましい実施態様においては、上記位相伝達関数を有する第１および第２のホログラムの干渉縞自体をこれらの第１および第２のホログラム一体で回転させて、上記２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器上でそれぞれ結像する２つのレーザ光の位置を、これらの２つのレーザ光を結ぶ線と直交する方向にずらし、上記半導体レーザと上記分割検知器が同一直線上に並ぶことを回避する構成とする。
【００５２】
前述の図１に示したような本発明の光学記憶装置用光学素子および光学デバイスにおいては、半導体レーザから射出されたレーザ光は第１のホログラムＨ１を透過して光磁気記録媒体等の光学記憶媒体に当たり、この光学記憶媒体で反射されたレーザ光が第１のホログラムＨ１で回折されて光学基体内を伝播する。
【００５３】
さらに、第２のホログラムＨ２に達したレーザ光の中の１つの偏光成分は第２のホログラムＨ２を透過し、他の偏光成分はそこで回折して両偏光成分が分離される。したがって、両偏光成分の強度を検知器等により検出してその差をとれば、光学記憶媒体の信号を容易に検知することができる。
【００５４】
換言すれば、本発明では、基板等の光学基体の上下の面に２枚（または一対）のホログラムを形成し、この光学基体を半導体レーザのパッケージの中に組み込むことにより、低価格で小型軽量の光学記憶装置用光学デバイスを作製することができる。上記の２枚のホログラムの組み合わせにより、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、および光ディスク等の光学記憶媒体に入射し戻ってくるレーザ光から、光学記憶媒体の状態を示す信号の検出に必要な２つの偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分）を精度良く分離した後に、各々の光電素子等の検知器に導く。このようにして、光学記憶媒体からの信号の検知が容易に行える。
【００５５】
さらに、第１および第２のホログラムＨ１、Ｈ２に加えて第３のホログラムを光学基体４に形成している場合、この第３のホログラムに達したレーザ光は、複数のあい異なる方向に回折される。これらのレーザ光の強度を各々検出すれば、フォーカス誤差とトラッキング誤差を検出することができる。
【００５６】
第１のホログラムＨ１の格子方向を半導体レーザから射出されたレーザ光の直線偏光方向に対して直角にしておくことにより、第１のホログラムＨ１に入射するレーザ光はＰ偏光成分のみとなる。
【００５７】
そして、第２のホログラムＨ２の格子方向を第１のホログラムＨ１の格子方向に対して光学的に４５度傾けることにより、光学記憶媒体、例えば、光磁気記録媒体からの反射光に含まれるＳ偏光成分とＰ偏光成分との強度差を拡大して検出することができる。
【００５８】
第１のホログラムＨ１で回折されて光学基体内を伝播したあと光学基体内で全反射されたレーザ光を光学基体に形成された斜面で反射させることにより、レーザ光を第２のホログラムＨ２に対して垂直に入射させて、正確な信号検出を行うことができ、その斜面に位相補償膜を形成することによって、光学基体内で全反射されたレーザ光の直交する２つの偏光成分に位相差が生じないようにすることができる。
【００５９】
そして、半導体レーザから射出されるレーザ光の波長をλとし、第１のホログラムＨ１または第２のホログラムＨ２の格子の空間周波数をｆとしたとき、（ｆ×λ）を１．４以上に設定することにより、レーザ光の直交する２つの偏光成分の分離性が高くなり、第２のホログラムＨ２から２つの偏光成分を充分な強度で射出させることができる。
【００６０】
第３のホログラムでは、光磁気記録媒体に対するフォーカス誤差検出用の複数のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用の複数のホログラムパターンにより回折されたレーザ光が別々の検出手段に入射し、その検出出力からフォーカス誤差とトラッキング誤差が検出される。
【００６１】
そのような光学基体は半導体レーザのパッケージ内に組み込んで、前述したように、光学基体と半導体レーザとを一体的なユニットとして、非常に小型軽量に構成することができる。
【００６２】
本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様によれば、半導体レーザを光源とし、この半導体レーザから射出されたレーザ光の波面を変換するための第１のホログラムおよび第２のホログラムを設けた基板等の光学基体、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器、および２つのトラッキング誤差検知用の検知器が一体化形成されるので、小型軽量の光学デバイスの作製が可能になる。
【００６３】
さらに、本発明の光学デバイスの好ましい実施態様によれば、第１のホログラムの開口よりも第２のホログラムの開口を小さくする条件で第１および第１のホログラムの位相伝達関数を最適化することにより、半導体レーザの温度変動に対する波長変動、または半導体レーザの製造ロット毎の波長のばらつきに起因するフォーカス誤差検出用の分割検知器上での縦および横の収差を精度良く補正することが可能になる。
【００６４】
さらにまた、本発明の光学デバイスの好ましい実施態様によれば、半導体レーザからのレーザ光は、第１のホログラムのホログラムパターンのみに入射するようになっている。それゆえに、光学記憶媒体から戻ってくる読み取り光の信号を分割検知器に射出する第２のホログラムは、半導体レーザの波長変動等の影響を直接受けることがないので、分割検知器上でのビームの位置ずれやビーム焦点のずれを極端に小さくすることが可能になる。
【００６５】
さらにまた、本発明の光学デバイスの好ましい実施態様によれば、第２のホログラムの２つのホログラムパターンは、第１のホログラム中の２つのホログラムパターンを結ぶ線と直交する線に対して、ほぼ対称の位置に形成されているので、検知器での光軸上での位置合わせが容易になる。
【００６６】
さらにまた、本発明の光学デバイスの好ましい実施態様によれば、フォーカス誤差検出用の分割検知器の分割線の方向を、上記第１および第２のホログラムの光軸方向および面内方向の移動に対して、上記分割検知器に入射する読み取り光の変動が小さくなるように傾斜させているので、光学記憶媒体からの信号の検出を安定に行うことが可能になる。
【００６７】
さらにまた、本発明の好ましい実施態様によれば、第２のホログラムのホログラムパターンの位置は、半導体レーザを点中心としてほぼ点対称に設定しているので、第１および第２のホログラムの面内の回転調整に対して、分割検知器の各々に入射するレーザ光のビーム形状の変化を等しくすることができ、半導体レーザの波長変動等に起因するビーム焦点のずれを極端に小さくすることが可能になる。
【００６８】
本発明の光学記憶装置用光学デバイスの他の好ましい実施態様によれば、半導体レーザを光源とし、この半導体レーザから射出されたレーザ光の波面を変換するための第１のホログラムおよび第２のホログラムを設けた基板等の光学基体、および、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器が一体化形成されるので、ＣＤや光ディスク等の種々の光学記憶装置に適用可能な小型軽量の光学デバイスの作製が可能になる。
【００６９】
さらに、本発明の光学デバイスの他の好ましい実施態様によれば、第１のホログラムの干渉縞は中心から外に向けて疎から密、または密から疎に形成され、第２のホログラムの干渉縞は中心から外に向けて密から疎、または疎から密に形成されており、これらの第１および第２のホログラムの各々における干渉縞の成分は一方向成分のみであるので、半導体レーザの波長変動や、ホログラムを形成した光学基体の配置ずれ等に起因するレーザ光のビームの結像性の悪化を容易に回避することが可能になる。この結果、ホログラムの作製時のマージンが広くなり、光学系全体の作製マージンも拡大する。
【００７０】
さらにまた、本発明の光学デバイスの他の好ましい実施態様によれば、第１および第２のホログラムの各々の位相伝達関数が、一方向成分のみのオフアクシス〔φ（ｘ，ｙ）＝ｋｘ〕と放物位相〔φ（ｘ，ｙ）＝ｋｘ2 ）から構成されており、２枚のホログラムの位相伝達関数量が互いに打ち消し合うようになっている。したがって、半導体レーザの波長が変動した場合でも、レーザ光の復路のビームが２枚のホログラムを経由して結像する位置はほとんどずれないので、フォーカス誤差検出に影響を与える程のビームの径の崩れは生じない。
【００７１】
また一方で、光学記憶装置用光学デバイスにおいては、通常、レーザ光を射出する半導体レーザと、レーザ光を受け取る検知器とを同じ位置に実装することは困難であるという事態が生ずる。本発明の光学デバイスの他の好ましい実施態様では、上記の位相伝達関数を有する第１および第２のホログラムの干渉縞自体をこれらの第１および第２のホログラム一体で回転させて、上記２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器上でそれぞれ結像する２つのレーザ光の位置を、これらの２つのレーザ光を結ぶ線と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にずらし、半導体レーザと上記分割検知器が同一直線上に並ばないようにすることで上記のような事態を解消することが可能になる。
【００７２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面（図２〜図２２）を参照して発明の実施の形態（実施例）を説明する。
図２は、本発明の第１の実施例における光学記憶装置用光学デバイスの主要部を示す斜視図、図３は、本発明の第１の実施例の光磁気ディスク装置の全体構成を示すブロック図、そして、図４は、本発明の第１の実施例における磁気光学的カー効果を説明するための線図である。ただし、ここでは、光学記憶装置として、光磁気ディスクを含む光磁気ディスク装置に対し本発明の光学デバイスを適用した例を代表して示すこととする。なお、これ以降、前述した構成要素と同様のものについては、同一の参照番号を付して表すこととする。
【００７３】
図２は、２値信号を用いて光磁気ディスク１００に書き込みおよび読み取りをするための光磁気ディスク装置１０（図３）を示しており、光磁気ディスク１００は、外部磁場を形成するための電磁コイル１１に対向して、スピンドルモータ１２によって回転駆動される。
【００７４】
１は、信号分離用の光学基体がレーザ光を射出する半導体レーザのパッケージに一体に組み込まれた信号検出ユニットである。信号検出ユニット１については詳細に後述する。
【００７５】
信号検出ユニット１から放出されるレーザ光はＰ偏光成分のみであり、コリメートレンズ１３で平行光にされたあと、対物レンズ１４によって光磁気ディスク１００の面に収束してそこで反射される。
【００７６】
そして、光磁気ディスク１００に信号が記録されている部分で反射された場合には、図４に示されるように、磁気光学的カー効果によって偏光面が僅かに回転をして、Ｐ偏光成分に対して垂直なＳ偏光成分が反射光に含まれることになる。
【００７７】
図３に戻って、コリメートレンズ１３と対物レンズ１４を支持するレンズ枠１５と信号検出ユニット１とは一緒に動くように連結されて光学ヘッドを構成しており、その位置が、リニアモータからなる送りモータ１６によって制御され、図示されていないボイスコイルモータによってさらに微細に制御される。１７は、ボイスコイルモータを制御するためのサーボ制御回路である。
【００７８】
光磁気ディスク１００に光磁気信号として記憶されている信号は、信号検出ユニット１で読み取られて、電気信号として再生信号処理回路１８に送られてそこで信号処理が行われ、データ復調回路１９においてデータとして復調される。
【００７９】
そして、復調されたデータはインタフェイス２０を介してホストコンピュータ３０に送られる。２１および２２は、光磁気ディスク１００にデータを書き込む際に利用されるデータ変調回路とレーザ制御回路であり、データ変調回路２１は装置内に設けられたシステムコントローラ２３による制御を受ける。
【００８０】
また、システムコントローラ２３制御下のドライブコントローラ２４は、外部磁場を形成するための電磁コイル１１、光磁気ディスク１００を回転駆動するためのスピンドルモータ１２の他、送りモータ１６、サーボ制御回路１７およびレーザ制御回路２２等の駆動状態の制御を行う。
【００８１】
図５は、本発明の第１の実施例の主要部を示す斜視図であり、図６は、本発明の第１の実施例の主要部を示す側面図である。図５に示すように、第１の実施例の主要部をなす信号検出ユニット１においては、例えば近赤外領域の所定の波長のレーザ光を放射する半導体レーザのベアチップ２（通常、単に「半導体レーザ２」とよばれる）を収容したパッケージ３に、第１のホログラムＨ１、第２のホログラムＨ２、および第３のホログラムＨ３が形成された光学基体４が一体的に取り付けられている。
【００８２】
パッケージ３内には、信号光を検出して電気信号に変換するための複数の光電素子が内蔵されている。ただし、図５にはそれらを表示できないので、パッケージ３を取り除いた状態を示す図２および図６を合わせて参照して説明をする。なお、図６では、レーザ光として中心光のみが図示されている。
【００８３】
光学基体４は、半導体レーザ２から射出されたレーザ光を透過する光学材料によって平行平面板状に形成されており、半導体レーザ２に対向する側の面を下面と呼び、光磁気ディスク１００に対向する側の面を上面とよぶことにする。
【００８４】
半導体レーザ２から射出されたレーザ光は、発散しながら、その光軸が光学基体４の下面に対して垂直になるように光学基体４に入射して、光学基体４の上面側の表面に形成された第１のホログラムＨ１に達する。
【００８５】
第１のホログラムＨ１は、格子方向が、半導体レーザ２から発散されたレーザ光の直線偏光方向に対して直交するように形成されている。したがって、半導体レーザ２から第１のホログラムＨ１に入射するレーザ光は、図２に示されるようにＰ偏光成分のみである。
【００８６】
この第１のホログラムＨ１は、Ｐ偏光における回折効率が低くなるように格子の空間周波数が設定されている。
すなわち、ホログラムの格子の空間周波数をｆとし、レーザ光の波長をλとすると、図７のホログラムの回折効率特性の線図に示されるように、（ｆ×λ）の値が大きいときにＰ偏光とＳ偏光の回折効率差（偏光分離度）が大きくなり、（ｆ×λ）が１．４〜１．６より大きいと顕著な偏光分離性が発生する。ただし、実際上は、現在の技術的な水準を考慮した場合、（ｆ×λ）は３を越えないと考えてよい。
【００８７】
そこで第１のホログラムＨ１は、格子の空間周波数をｆ１としたときに（ｆ１×λ）が１．４以上になる最適な空間周波数に設定すると共に、その深さと形状を最適化することにより、Ｐ偏光に対して例えば一次回折光が３０％、０次透過光が７０％の低回折効率となるように作製する。ｆ１は例えば２０００本／mm程度である。
【００８８】
そのようにすることで、半導体レーザ２から第１のホログラムＨ１に入射して第１のホログラムＨ１を透過するレーザ光の０次透過光の強度を十分に確保して、光磁気ディスク１００に入射させることができる。
【００８９】
光磁気ディスク１００の信号部分からの反射光は、前述のように偏光面が少し回転をしてＳ偏光成分を含んでおり、上方から第１のホログラムＨ１に入射して回折をする。そのとき、Ｐ偏光成分の回折効率は３０％であり、Ｓ偏光については一次回折効率を１００％近くにすることができる。
【００９０】
このように、光磁気ディスク１００からの信号光のＳ成分の回折効率をＰ成分の回折効率より大きくすることにより、カー効果による偏光面回転角を疑似的に増大させることができる。
【００９１】
第１のホログラムＨ１から光学基体４内に回折されるレーザ光は、光学基体４の下面において全反射される角度で光学基体４内を進み、光学基体４の下面で全反射された後、光学基体４の側面に形成された斜面４ａで再度全反射される。したがって、光学基体４内を伝播するレーザ光の強度の滅衰は非常に小さい。
【００９２】
また斜面４ａには、誘電体多層膜５がコーティングされており、光学基体４の下面で全反射されることによって生じるＰ偏光成分とＳ偏光成分の位相差を打ち消すように補償することができる。なお、斜面４ａの角度も、両偏光成分の位相差を小さくするように設定しておくのがよい。
【００９３】
斜面４ａで全反射されたレーザ光は、光学基体４の下面側の表面に形成された第２のホログラムＨ２と第３のホログラムＨ３に垂直に入射する。第２のホログラムＨ２と第３のホログラムＨ３は、図８の第２および第３のホログラムの正面略示図に示されるように、全体として円形に形成された第３のホログラムＨ３を第２のホログラムＨ２がリング状に囲むように形成されている。
【００９４】
外周側に形成された第２のホログラムＨ２は、Ｐ偏光成分の一次回折効率を０％近くに小さくして０次透過光を１００％近くにし、Ｓ偏光成分は逆に１次回折効率が１００％近くになるように、格子パターンの空間周波数をｆ２としたときに、（ｆ２×λ）が１．４以上の最適な格子パターンに形成されている。ｆ２は例えば２０００本／mm程度である。
【００９５】
その結果、Ｐ偏光成分は、１００％近くが第２のホログラムＨ２を真っ直ぐに透過して、光学基体４内から下方に射出されてＰ信号検出用光電素子６ｐに入射する。なお、第２のホログラムＨ２によってＰ偏光成分が、検知器中のＰ信号検出用光電素子６ｐに焦点を結ぶようにしてもよい。
【００９６】
また、レーザ光のＳ偏光成分は、光学基体４内に全反射回折して斜面４ａで全反射された後、光学基体４の下面から下方に射出されて検知器中のＳ信号検出用光電素子６ｓに入射する。
【００９７】
この第２のホログラムＨ２の格子方向は、第１のホログラムＨ１に対して光学的に４５度傾いて形成されている。その結果、図９の第２のホログラムの作用を説明するための線図に示されるように、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分が、４５度ベクトルを回転させてＩｐ′とＩｓ′として検出され、Ｓ偏光成分が有るときと無いときのＰ成分とＳ成分の差を拡大して検出することができる。
【００９８】
ここで、光磁気ディスク１００から戻るレーザ光である戻り光の第１のホログラムＨ１での位相をΦｒ、Ｐ信号検出用光電素子６ｐで一点に絞れる位相をΦｐ、ｐ信号検出用光電素子６ｐで一点に絞れるレーザ光の第２のホログラムＨ２での位相をΦｐ２、Ｓ信号検出用光電素子６ｓで一点に絞れるレーザ光の第２のホログラムＨ２での位相をΦｓ２とすると、第１のホログラムＨ１における位相Φｈ１と、第２のホログラムＨ２における位相Φｈ２は、
Φｈ１＝Φｐ−Φｒ
Φｈ２＝Φｓ２−Φｐ２
で表される。
【００９９】
このように構成された装置における読み取り信号光の検出効率に関していえば、Ｐ偏光成分は、第１のホログラムＨ１における回折効率が３０％で、第２のホログラムＨ２における０次効率をほぼ１００％にできるので、３０％の充分な総合効率を得ることができる。
【０１００】
一方、Ｓ偏光成分は、第１のホログラムＨ１および第２のホログラムＨ２の両ホログラムにおいて各々ほぼ１００％の回折効率で回折するので、ほぼ１００％の充分な総合効率が得られ、充分な強度で検出することができる。
【０１０１】
また、ノイズとしては、第１のホログラムＨ１で回折して第２のホログラムＨ２を透過してＰ信号検出用光電素子６ｐに入射するＳ偏光成分はほぼ０％であり、第１のホログラムＨ１および第２のホログラムＨ２で回折してＳ信号検出用光電素子６ｓに入射するＰ偏光成分もほぼ０％である。したがって、一つの偏光成分に他の偏光成分が混入する度合いを示す消光比に関し、ＰおよびＳ両偏光成分共に非常に優れた消光比を得ることができる。
【０１０２】
図８に戻って、第３のホログラムＨ３には、全体として円形の形状をＨ形に分けて、その左右両側の部分にフォーカス誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｆ１、Ｈ３ｆ２が形成され、その間の上下両部分にトラッキング誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｔ１、Ｈ３ｔ２が形成されている。
【０１０３】
フォーカス誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｆ１、Ｈ３ｆ２の格子は第１のホログラムＨ１の格子方向と平行に形成されていて、トラッキング誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｔ１、Ｈ３ｔ２の格子は、第１のホログラムＨ１の格子方向に対して直角に形成されている。
【０１０４】
フォーカス誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｆ１、Ｈ３ｆ２の空間周波数は例えば６００本／mm程度であり、トラッキング誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｔ１、Ｈ３ｔ２の空間周波数は例えば３００本／mm程度である。第３のホログラムＨ３と第２のホログラムＨ２との面積比は望ましい比率に設定されている。
【０１０５】
そして、トラッキング誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｔ１、Ｈ３ｔ２における回折光は、トラッキング誤差検出用光電素子６ｔ１、６ｔ２に入射し、その光電素子６ｔ１、６ｔ２からの出力信号によってトラッキングサーボが実行される。
【０１０６】
トラッキング誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｔ１、Ｈ３ｔ２の位相Φ３ｔ１およびΦｈｔ２は、トラッキング誤差検出用光電素子６ｔ１、６ｔ２に収束する波面の第２のホログラムＨ２における位相をΦｔ１、Φｔ２とすると、
Φｈｔ１＝Φｔ１−Φｐ２
Φｈｔ２＝Φｔ２−Φｐ２
で表される。
【０１０７】
同様に、フォーカス誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｆ１、Ｈ３ｆ２における回折光は、フォーカス誤差検出用光電素子６ｆ１、６ｆ２に入射し、その光電素子６ｆ１、６ｆ２からの出力信号によってフォーカスサーボが実行される。
【０１０８】
フォーカス誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｆ１、Ｈ３ｆ２の位相Φ３ｆ１およびΦｈｆ２は、フォーカス誤差検出用光電素子６ｆ１、６ｆ２に収束する波面の第２のホログラムＨ２における位相をΦｆ１、Φｆ２とすると、
Φｈｆ１＝Φｆ１−Φｐ２
Φｈｆ２＝Φｆ２−Φｐ２
で表される。
【０１０９】
フォーカス誤差検出用光電素子６ｆ１、６ｆ２は、各々２分割されているが、それらの面上におけるレーザ光の波長変動による移動は、第１のホログラムＨ１と第３のホログラムＨ３のフォーカス誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｆ１、Ｈ３ｆ２において打ち消されて（キャンセルされて）、例えば波長１０ｎｍ（１０-9ｍ）あたり移動量１μｍ（１０-6ｍ）以内になるように設定されている。
【０１１０】
このような構成により、トラッキング誤差検出用の両光電素子６ｔ１、６ｔ２の出力からトラッキング誤差信号サーボを検出し、フォーカス誤差検出用の両光電素子６ｆ１、６ｆ２の出力からフォーカス誤差信号サーボを検出することができる。
【０１１１】
上述の実施例の装置に用いられるホログラムは、電子ビームまたはレーザ光を光学基体４に照射して、いわゆる一筆書き状の直接描画によって製作することができる。
【０１１２】
そのような直接描画では、ホログラムの干渉縞の断面に傾斜をつけて回折効率を高める必要があるが、複数方向の縞を重ね合わせるような、いわゆる多重描画を行えばそれが可能である。
【０１１３】
その他のホログラム作製方法としては、ホログラムパターンを予め大きく直接描画したあと、ステッパによって縮小してマスクを形成し、フォトリソグラフィ等によってパターンを転写する方法もある。その場合には、フォトレジスト等をマスクとし、イオンビームによるエッチングにより格子を鋸歯状化すればよい。また、ホログラフィック露光などを利用しても上記ホログラムを製作することができる。
【０１１４】
図１０は、本発明の第２の実施例の主要部を示す側面図である。図１０に示す第２の実施例は、第１のホログラムＨ１において第２のホログラムＨ２に向かうように回折されるレーザ光とは逆側に回折されるレーザ光の通過位置に、第３のホログラムＨ３を形成したものである。第３のホログラムＨ３は、第２のホログラムＨ２から離れた位置において光学基体４の裏面側に形成されており、その形状は上述の第１の実施例と同じ形状でよい。
【０１１５】
このように構成すると、第２のホログラムＨ２は、真ん中の部分をくり抜いてリング状に形成する必要がないので、空間周波数が２０００本／mm程度の低い値で済み、高精度を必要としないホログラフィック露光により上記ホログラムを作製できる利点がある。さらに、第３のホログラムＨ３は偏光分離性が要求されないので、干渉縞のピッチを粗くしてよく、レーザ描画などによって容易に作製することができる。
図１１は、本発明の第３の実施例の主要部を示す側面図である。図１１に示す本発明の第３の実施例は、光学基体４の側面に形成された斜面７に第２のホログラムＨ２を形成したものである。第３のホログラムＨ３は、前述の第２の実施例と同様の位置に形成されている。
【０１１６】
この第３の実施例の各ホログラムＨ１、Ｈ２およびＨ３は、第２の実施例と同様の形状に形成すればよく、第１のホログラムＨ１からのレーザ光射出角が全反射角でない場合には、光学基体４の上下両面の反射部８には反射膜を形成し、全反射される場合にはそこに位相補償膜を形成すればよい。
【０１１７】
ここで、下記の第４〜第７の実施例の主旨をより明確にするために、１枚のホログラムを光学記憶装置用光学デバイスに適用する場合の問題点を再度述べることとする。
【０１１８】
第１の問題点は、半導体レーザの周囲温度に対する波長変動、および、半導体レーザの製造ロット毎の波長のばらつきが起こることがあり、これによって、信号検出用の検知器上でのレーザ光のビームが移動したり、ビームの焦点がずれたりすることである。
【０１１９】
第２の問題点は、検知器上でのビームの径を絞りすぎると、検知器の焦点方向、水平方向の検知器上でのビーム（光線）の調整が難しくなるため、ビームの径を増大させる必要がある。また一方で、ビームの径が小さいと、焦点深度が短くなり、検知器での光軸の位置合わせが極めて難しくなることである。それゆえに、一体型の検知器の上下および左右の作製精度が厳しくなり、光学記憶装置全体の低価格化を図ることが難しくなる。
【０１２０】
検知器上でのビームの調整が簡単になるようにビームの径を大きくするためには、開口を小さくすればよいが、開口を小さくした場合、光量の損失が大きくなる傾向が生じてくる。また一方で、コリメートレンズの焦点距離に対する、フォーカス誤差検出の結像用焦点距離の比が低いほど、軸調整が容易になるため、開口をある程度小さくしてビームの径を大きくすることが重要である。
【０１２１】
本発明の第４〜第７の実施例は上記の問題点を同時に解決するために考え出されたものである。
【０１２２】
図１２は、本発明の第４の実施例における光学ヘッドの外観図であり、図１３は、図１２の実施例におけるホログラムの構成を示す斜視図である。
図１２においては、レーザダイオード（ＬＤ）等からなる半導体レーザ１２０を光源とし、この半導体レーザ１２０のベアチップから射出されたレーザ光の波面を変換するための第１のホログラムＨ１１および第２のホログラムＨ１２が、光学基体を構成する基板１３０の表裏にそれぞれ形成されている。この場合、半導体レーザ１２０、基板１３０、２つのフォーカス誤差検出用の２分割検知器（図１３では、ＦＥＳ用の２分割検知器と略記する）１６１、１６４、および、２つのトラッキング誤差検出用の検知器（図１３では、ＴＥＳ用の検知器と略記する）１６２、１６３が、信号検出ユニット１１０として一体化形成されている。
【０１２３】
さらに、図１２において、半導体レーザ１２０から射出されたレーザ光の光線Ｂは、第１のホログラムＨ１１、コリメートレンズ１４０および対物レンズ１５０を経由して光磁気ディスク装置１０５内の光磁気ディスク１００に入射する。
【０１２４】
さらに、図１２および図１３に示すように、光磁気ディスク１００から読み取り光として戻ってきたレーザ光の光線Ｂは、第１のホログラムＨ１１および第１のホログラムＨ１２により回折され、２つのフォーカス誤差検出用の２分割検知器１６１、１６４と２つのトラッキング誤差検出用の検知器１６２、１６３に集光する。
【０１２５】
さらに詳しく説明すると、図１３において、半導体レーザ１２０のベアチップ側と反対の面側に位置する（すなわち、基板１３０の表面に配置された）第１のホログラムＨ１１は、４つのホログラムパターンａ、ｂ、ｃおよびｄからなる。また一方で、半導体レーザ１２０のベアチップ側に位置する（すなわち、基板１３０の裏面に配置された）第２のホログラムＨ１２は、２つのホログラムパターンａ′、ｂ′からなる。これらの第１のホログラムＨ１１のホログラムパターンと、第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンは、それぞれが空間的に異なる位置に形成される。
【０１２６】
この場合、フォーカス誤差検出用には、上記第１のホログラムＨ１１の１つのホログラムパターンａから上記第２のホログラムＨ１２の１つのホログラムパターンａ′へ伝播し回折される第１の読み取り光、および、上記第１のホログラムＨ１１の他のホログラムパターンｂから上記第２のホログラムＨ１２の他のホログラムパターンｂ′へ伝播し回折される第２の読み取り光を上記フォーカス誤差検出用の２分割検知器１６４および１６１（以下、簡略化のために２分割検知器１６１、１６４と記す）にそれぞれ導くように構成される。
【０１２７】
また一方で、トラッキング誤差検出用には、上記第１のホログラムＨ１１のさらに他のホログラムパターンｃにより回折される第３の読み取り光、および、上記第１のホログラムＨ１１のさらに他のホログラムパターンｄにより回折される第４の読み取り光を上記トラッキング誤差検出用の検知器１６２、１６３にそれぞれ導くように構成される。
【０１２８】
さらに、図１３の第１のホログラムＨ１１のフォーカス誤差検出用のホログラムパターンａ、ｂ、および、上記第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ′、ｂ′は、上記第１の読み取り光および第２の読み取り光が上記のホログラムパターンにより回折される際に、半導体レーザ１２０の温度変動に対する波長変動、または製造ロット毎の波長のばらつきに起因するフォーカス誤差検出用の２分割検知器上１６１、１６４での縦および横の収差を補正するようになっている。さらに、第１のホログラムＨ１１のホログラムパターンａ、ｂに入射するレーザ光の光線Ｂによる光束の大きさが、上記第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ′、ｂ′を通過した際に縮小されるようになっている。
【０１２９】
さらに、図１３においては、第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ′、ｂ′の位置は、半導体レーザ１２０からのレーザ光が入射しない位置に形成されており、上記第１のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ、ｂ、ｃおよびｄのみに、半導体レーザ１２０からのレーザ光が入射するようになっている。
【０１３０】
さらに、図１３においては、第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ′、ｂ′の位置は、フォーカス誤差検出用の２分割検知器１６１、１６４の位置、および、半導体レーザ１２０のベアチップ側と反対の面側の第１のホログラムＨ１１のホログラムパターンａ、ｂの位置と共に、上記第１のホログラムＨ１１の１つのホログラムパターンａと他のホログラムパターンｂとを結ぶ線と直交する線に対して、ほぼ対称の位置に形成されている。
【０１３１】
さらに、図１３においては、フォーカス誤差検出用の２分割検知器分割線Ｓ１、Ｓ２の方向は、第１および第２のホログラムＨ１１、Ｈ１２の光軸方向および面内方向の移動に対して、２分割検知器１６１、１６４に入射するレーザ光の光線Ｂの光量の変動が小さくなるように傾斜している。
【０１３２】
図１４は、図１２の実施例におけるフォーカス誤差検出用、すなわち、フォーカスサーボ用のホログラムの部分を拡大して示す斜視図であり、図１５は、図１２の実施例におけるトラッキング誤差検出用、すなわち、トラッキングサーボ用のホログラムの部分を拡大して示す斜視図である。
【０１３３】
図１４において、コリメートレンズから戻ってきたレーザ光（第１のホログラムＨ１１面での位相φｃ）を、第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ′に入射する波面（第１のホログラムＨ１１面での位相φｉｎ）に変換するものが、第１のホログラムＨ１１のホログラムパターンａである。第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ′は、このホログラムパターンａ′に入射する波面（第２のホログラムＨ１２上での位相φｉｎ▲２▼）をフォーカスサーボ用の検知器１６４に収束する波面（第２のホログラムＨ１２上での位相φｆｅｓ）に変換する。
【０１３４】
上記レーザ光の波面変換を満足する第１および第２のホログラムＨ１１、Ｈ１２の位相伝達関数をそれぞれφａ、φａ′とすると、これらのφａ、φａ′は次式で表される。
φａ＝φｉｎ−φｃ
φａ′＝φｆｅｓ−φｉｎ▲２▼
このとき、レーザダイオード等の波長が変動しても、縦、横の収差を低減し、かつ、ホログラムパターンａより、ホログラムパターンａ′の開口を小さくする条件（すなわち、開口を縮小する条件）でホログラムａ，ａ′を最適化することができる。
【０１３５】
この結果、レーザダイオード等の波長変動が１０ｎｍ程度生じても、光線Ｂの横の収差は１μｍと極めて小さいものが得られる。
また、第１のホログラム１枚で、光の損失なくホログラムの開口径Ｄを決めた結果、ホログラムの焦点方向（Ｚ方向）移動による数μｍの光軸方向の許容誤差を４０μｍまで拡大することができるようになった。
【０１３６】
なお、トラッキングサーボ用のホログラムに関しては、図１５に示すように、コリメートレンズ１４０から戻ってくる戻り光（位相φｃ）を、トラッキング誤差検出用の検知器１６２、１６３に入射する収束波（位相φｔｃ、φｔｄ）に変換するので、ホログラムパターンｃ、ｄにおける位相伝達関数φｃ′、φｄ′は次式で表される。
φｃ′＝φｔｃ−φｃ
φｄ′＝φｔｄ−φｃ
【０１３７】
フォーカス誤差信号サーボとトラッキング誤差信号サーボに関しては、フォーカス誤差検出用の２分割検知器１６１、１６４における計４つの部分のディテクタ部をＡ、Ｂ、ＣおよびＤ、トラッキング誤差検出用の検知器１６２、１６３におけるディテクタ部を＃ｃ、＃ｄとすると、
ＦＥＳ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）
ＴＥＳ＝ ＃ｃ−＃ｄ
に従って検出することができる。
【０１３８】
ここでは、ホログラムパターンａのみを説明したが、既述のようにホログラムパターンｂを全く対称の位置に作製すれば、このホログラムパターンｂと同様の手法で作製できる。
図１６は、本発明の第５の実施例におけるホログラムの構成を示す斜視図であり、図１７は、本発明の第５の実施例におけるホログラムの構成を示す上面図である。
【０１３９】
図１６および図１７において、レーザダイオード等からなる半導体レーザ１２０のベアチップ側と反対の面側に位置する（すなわち、基板１３０の表面に配置された）第１のホログラムＨ２１は、前述の第４の実施例と同じように、４つのホログラムパターンａ、ｂ、ｃおよびｄからなる。また一方で、半導体レーザ１２０のベアチップ側に位置する（すなわち、基板１３０の裏面に配置された）第２のホログラムＨ２２は、２つのホログラムパターンａ′、ｂ′からなる。これらの第１のホログラムＨ２１のホログラムパターンと、第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンは、それぞれが空間的に異なる位置に形成される。
【０１４０】
この場合、フォーカス誤差検出用には、上記第１のホログラムＨ２１の１つのホログラムパターンａから上記第２のホログラムＨ２２の１つのホログラムパターンａ′へ伝播し回折される第１の読み取り光、および、上記第１のホログラムＨ２１の他のホログラムパターンｂから上記第２のホログラムＨ２２の他のホログラムパターンｂ′へ伝播し回折される第２の読み取り光を上記フォーカス誤差検出用の２分割検知器１７１、１７４にそれぞれ導くように構成される。
【０１４１】
また一方で、トラッキング誤差検出用には、上記第１のホログラムＨ２１のさらに他のホログラムパターンｃにより回折される第３の読み取り光、および、上記第１のホログラムＨ２１のさらに他のホログラムパターンｄにより回折される第４の読み取り光を上記トラッキング誤差検出用の検知器１７２、１７３にそれぞれ導くように構成される。上記の４つの検知器を設ける構成も、前述の第４の実施例と類似している。
【０１４２】
ただし、図１６および図１７に示す本発明の第５の実施例においては、前述の第４の実施例と異なり、基板１３０の裏面に配置される第２のホログラムＨ２２のホログラムパターンａ′、ｂ′の位置は、これらのホログラムパターンａ′、ｂ′の各々に対応するフォーカス誤差検出用の分割検知器１７１、１７４の位置と共に、レーザダイオード等からなる半導体レーザ１２０を点中心として、ほぼ点対称に設定している。このようなホログラムパターンａ′、ｂ′の位置の設定により、第１および第２のホログラムＨ２１、Ｈ２２の面内の回転調整に対して、上記の２分割検知器１７１、１７４の各々に入射するレーザ光のビーム形状の変化を等しくするようにしている。すなわち、本発明の第５の実施例では、ホログラムの回転調整に対して、レーザ光のビームの径の変化が少なくなるように構成している。
【０１４３】
上記の実施例では、第１のホログラムＨ２１のホログラムパターンａ〜ｄ、および、第２のホログラムＨ２２のホログラムパターンａ′，ｂ′は、レーザ光または電子ビームにより直接描画を行って作製されるか、または、フォトマスクによるフォトリソグラフィーの転写等の手法により作製される。特に、第２のホログラムＨ２２のホログラムパターンａ′，ｂ′に関しては、ホログラムパターン自体が互いに分離しているため、ＣＧＨ（コンピュータにより生成されるホログラム： Computer Generated Hologram）からの波面を物体波として記録するホログラフィック露光により、高効率のホログラムが容易に作製できるという利点を有する。
【０１４４】
上記の第４および第５の実施例では、光磁気ディスク装置等の光記憶装置用の光学ヘッドの光学系に２枚のホログラムを用い、これらのホログラムを形成した基板を、半導体レーザ、およびホトディテクタ等の検知器と共に一体化した光学デバイスによりサーボ検出を行っている。サーボ検出には、フォーカス誤差検出およびトラッキング誤差検出がある。さらに、フォーカス誤差検出用のビームの結像を行う第１および第２のホログラムの２枚構成は、ホログラムの開口径Ｄに対するビームの焦点距離ｆの比ｆ／Ｄで表されるＦナンバの可変構造や、半導体レーザの波長変動時にもビームの集光する位置が変化しないようなキャンセル構造等を実現するために考案されたものである。
【０１４５】
しかし、半導体レーザの波長変動時にもビームの集光する位置が変化しない構成にした場合、ホログラムのホログラムパターンを構成する干渉縞が複雑となり、ホログラムの薄膜を形成したガラス基板等に配置ずれが生じた場合にビームの結像性が悪くなる。さらに、このビーム結像性の悪化は、フォーカス誤差検知に影響を与える。つまり、ホログラムが実装されたガラス基板の配置マージンが極端に悪くなるという不都合が生じてくる場合がある。ガラス基板の配置マージンは、光学デバイスの光学系がアプラナティックな構造を有しているか否かに関係する。
【０１４６】
ここで、アプラナティックな構造とは、「光学デバイスを構成する光学部品が移動しても、ビームの結像状態が変わりないような構造」をいう。例えば、レンズを用いてビームを集光させる場合、光が斜めに入ることがあるが、ビームの結像状態が崩れにくいようになっている。これに対し、ホログラムを用いてビームを集光させる場合、レーザ光が斜めに入ると、ビームが崩れやすい傾向にある。すなわち、ホログラムを用いた場合は、レンズを用いた場合よりアプラナティックな構造を実現しにくい。
そこで、下記の本発明の第６および第７の実施例は、ホログラムを形成したガラス基板の配置ずれに対するビームの結像性悪化を回避するために、アプラナティックに近い構造となるようなホログラムの干渉縞を考え出したものである。
【０１４７】
図１８は、本発明の第６の実施例の光線の復路を含む構成を示す斜視図であり、図１９は、本発明の第６の実施例の光線の往路を含む構成を示す斜視図である。
図１８および図１９に示すように、ＣＤや光ディスクや光磁気ディスク等の光学記憶媒体を含む光学記憶装置用の光学デバイスにおいては、レーザダイオード等からなる半導体レーザ１２０を光源とし、この半導体レーザ１２０のベアチップから射出されるレーザ光の波面を変換するための第１のホログラムＨ３１および第２のホログラムＨ３２が、光学基体を構成する基板１３０の表裏にそれぞれ形成されている。この場合、半導体レーザ１２０、基板１３０、および、２つのフォーカス誤差検出用の２分割検知器１８０、１８１が、集積型の光ヘッドとして一体化形成されている。
【０１４８】
さらに詳しく説明すると、図１８においては、半導体レーザ１２０の発光に対してフォーカス誤差検出用のホトディテクタ等の２分割検知器１８０、１８１が対向した配置となっている。コリメータレンズ１４０と、第１および第２のホログラムＨ３１、Ｈ３２の薄膜が表裏に形成されたガラス基板等の基板１３０と、半導体レーザ１２０の発光点と、２分割検知器１８０、１８１とにより、光学ヘッドの光学系が構成される。ガラス基板等の基板１３０には、フォーカス誤差検出に用いるための光線Ｂからなるビームを結像する第１のホログラムＨ３１のホログラムパターンｍ、ｎと、第２のホログラムＨ３２のホログラムパターンｍ′、ｎ′が形成されている。図１８の斜視図は、フォーカス誤差検出用のビームの復路を示している。
【０１４９】
半導体レーザ１２０から射出される光線Ｂからなるビームの往路は図１９に示す。図１９に示すように、ビームの往路においては、第１のホログラムＨ３１の０次透過光がコリメータレンズ１４０に向かい、このコリメータレンズ１４０により平行光にされたあと、光学記憶媒体側の対物レンズ（図示していない）に向かう。さらに、対物レンズに入射した光は、この対物レンズにより光学記憶媒体上に集光し、この光学記憶媒体上で反射して往路と同じ道筋を通ってコリメータレンズ１４０を経て第１のホログラムＨ３１へと向かう。復路においては、コリメータレンズ１４０で絞られたビームが第１のホログラムＨ３１で回折して第２のホログラムＨ３２に向かい、さらに、このホログラムＨ３２により回折されて２分割検知器１８０、１８１上で結像する。フォーカス誤差検出には、２つの方向から２分割検知器１８０、１８１上に到達するビームの光量の差によりビームの位置ずれを検知するフーコ法が用いられる。この場合、フォーカス誤差検出は、ホログラムパターンｍ、ｎからホログラムパターンｍ′、ｎ′へと伝播する２つのビームにより実現される。
【０１５０】
換言すれば、半導体レーザ１２０からのレーザ光は、第１のホログラムＨ３１を通過し、光学記憶媒体に入射された後、読み取り光として上記第１のホログラムＨ３１に戻る。第１のホログラムＨ３１から第２のホログラムＨ３２へ伝播し回折される読み取り光は、フォーカス誤差検出用の２分割検知器１８０、１８１上に導かれる。
【０１５１】
ここで、ビームの回折方向は、ホログラムのホログラムパターンの干渉縞により決定されるが、同時に半導体レーザ１２０の波長が温度変動により変化した場合にも、復路のビームは、２枚のホログラムＨ３１、Ｈ３２の回折を経て同じ位置に結像するホログラム干渉縞として構成される。この場合、コンラディ（Conrady ）による色消し条件（波長キャンセル構造）として、ホログラムの位相伝達関数を除いたビームの光路長が等しいことが条件とされている。
【０１５２】
したがって、２枚のホログラムにてキャンセル構造を実現するには、近似的にこの条件が満たされているか、あるいは、２枚のホログラムの位相伝達関数量が打ち消し合うようになっていることが必要である。具体的には、第１のホログラムＨ３１の干渉縞は、中心から外に向けて疎から密に形成されると共に、上記第２のホログラムＨ３２の干渉縞は、中心から外に向けて密から疎に形成されており、これらの第１および第２のホログラムの各々における干渉縞の成分は一方向成分のみである。例えば、図１８のようにＸ−Ｙ座標系を決めた場合、干渉縞の成分はＹ方向成分のみである。
【０１５３】
図２０は、本発明の第６の実施例におけるホログラムの干渉縞の状態を示す図である。
図１８および図１９に示したようなホログラムの構成にて、さらにホログラム自体（基板１３０自体）が移動しても（あるいは配置ずれが生じても）、フォーカス誤差に影響を与えない程度のビームの径の崩れに抑えるため、図２０に示すようにフォーカス誤差検出用の光線Ｂを結像する２枚のホログラムＨ３１、Ｈ３２の干渉縞の成分がＸ方向のみとなるように各ホログラムを作製する。
【０１５４】
例えば、第１のホログラムＨ３１の位相伝達関数は、
と表すことができる。
【０１５５】
この場合、係数ｇ１、ｇ２、ｈ１およびｈ２を適切に選定することにより、２枚のホログラムの位相量は互いに打ち消し合い、コンラディによる色消し条件を満たすような色消しが可能となる。このとき、第１および第２のホログラムＨ３１、Ｈ３２の位相伝達関数は、ｇ２・ｈ２＜０の関係を満たすようになっている。すなわち、上記位相伝達関数は、図２０の右側のｅ−ｆの部分に示すように、一方向成分のみのオフアクシスと放物位相から構成される。
【０１５６】
代表的に、第１および第２のホログラムＨ３１、Ｈ３２の位相伝達関数に対し係数ｇ１、ｇ２、ｈ１およびｈ２の値を設定した例を下記の数１の式に示す。
【数１】
【０１５７】
上記の第６の実施例では、半導体レーザ１２０の発光点を原点にとれば、この発光点と２分割検知器１８０、１８１は、同一直線上、例えばＸ軸上に並ぶことになる。
【０１５８】
図２１は、本発明の第７の実施例の構成を示す斜視図であり、図２２は、本発明の第７の実施例においてホログラムの回転により光線の位置ずらしを行う様子を示す図である。
前述の第６の実施例では、半導体レーザ１２０の発光点と２分割検知器１８０、１８１とがＸ軸上に並ぶ構成を説明したが、図２１および図２２の第７の実施例では、半導体レーザ１２０の発光点に対して２分割検知器１８０、１８１をＹ方向にずらした構成例を説明する。
【０１５９】
光学記憶装置用光学デバイスにおいては、通常、レーザ光を射出する半導体レーザ（例えば、レーザダイオード）と、レーザ光を受け取る検知器（例えば、ホトディテクタ）とを同じ位置に実装することが技術的に困難であるという事態が生ずる。図２１および図２２では、前述の図２０の場合と同じ位相伝達関数を有する第１のホログラムＨ４１および第２のホログラムＨ４２の干渉縞自体を、これらの第１および第２のホログラム一体でθだけ回転させて、２つのフォーカス誤差検出用の２分割検知器１８０、１８１上でそれぞれ結像する２つのレーザ光の位置を、これらの２つのレーザ光を結ぶ線と直交する方向に（例えば、Ｙ方向に対しΔｙだけ）ずらしている。このような構成にすれば、半導体レーザ１２０と２分割検知器１８０、１８１が同一直線上に並ばないようにすることができるので、上記のような事態を解消することが可能になる。
【０１６０】
さらに、半導体レーザ１２０と２分割検知器１８０、１８１が同一直線上に並ばないようにすれば、ホログラムを形成した基板１３０の移動の位置ずれに対してもビームの径が崩れにくくする（すなわち、ビームの径をアプラナティックなものにより近くする）ためには、ホログラムの位相伝達関数をオフアクシス〔φ（ｘ，ｙ）＝ｋｘ〕と放物位相〔φ（ｘ，ｙ）＝ｋｘ2 〕のみにする必要がある。
【０１６１】
上記の第７の実施例では、前述の第６の実施例と同様の手法で干渉縞を作製し、ビームの結像に関与する領域を図２２のごとく数十度回転させたものを使用する。この場合、干渉縞は前述の第６の実施例と同様であるから、図２２の右側の図に示すように、ビームはＸ軸上の矢印付きの実線の位置に集光する。さらに、２枚のホログラムＨ４１、Ｈ４２をセットで逆方向に戻し回転すれば、ビームは矢印付きの点線のごとく、Ｘ軸上から角度θだけＹ方向にずれた位置に集光することが可能になる。
【０１６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１に、半導体レーザから射出されたレーザ光は第１のホログラムを透過して光磁気記録媒体等の光学記憶媒体に当たり、この光学記憶媒体で反射されたレーザ光は、第１のホログラムおよび第２のホログラムＨ２により２つの偏光成分に確実に分離される。したがって、両偏光成分の強度を検知器等により検出してその差をとれば、２枚のホログラムを含む簡単な光学素子の構成で光学記憶媒体の信号を容易に検知することができる。
【０１６３】
さらに、本発明によれば、第２に、基板等の光学基体の上下の面に２枚のホログラムを形成し、この光学基体を半導体レーザのパッケージの中に組み込むことにより、低価格で小型軽量の光学記憶装置用光学デバイスを作製することができる。上記の２枚のホログラムの組み合わせにより、光学記憶媒体に入射し戻ってくるレーザ光から、光学記憶媒体の状態を示す信号の検出に必要な２つの偏光成分を精度良く分離した後に、各々の光電素子等の検知器に導けば、光学記憶媒体からの信号の検知が容易に行える。
【０１６４】
さらに、本発明によれば、第３に、第１および第２のホログラムに加えて第３のホログラムを光学基体に形成する場合、この第３のホログラムに達したレーザ光は、複数のあい異なる方向に回折される。これらのレーザ光の強度を各々検出すれば、フォーカス誤差とトラッキング誤差も検出することができる。この結果、光学素子数を極限まで少なくすることができて、光学記憶装置用光学デバイスの大幅な低価格化と小型軽量化を達成することができる。
【０１６５】
さらに、本発明によれば、第４に、半導体レーザからのレーザ光は、第１のホログラムのホログラムパターンのみに入射するようになっているので、光学記憶媒体から戻ってくる読み取り光の信号を検知器に射出する第２および第３のホログラムは、半導体レーザの波長変動等の影響を直接受けることがない。この結果、検知器上でのビームの位置ずれやビーム焦点のずれを極端に小さくすることが可能になる。
【０１６６】
さらに、本発明によれば、第５に、第２のホログラムの格子方向を第１のホログラムの格子方向に対して光学的に４５度傾けることにより、光学記憶媒体からの反射光に含まれるＳ偏光成分とＰ偏光成分との強度差を拡大して検出し、光学記憶媒体の信号をより正確に検出することができる。
【０１６７】
さらに、本発明によれば、第６に、光学基体内で一度全反射されたレーザ光をさらに斜面で全反射させて第２のホログラムに対して垂直に入射させることにより、より正確な信号検出を行うことができる。
【０１６８】
さらに、本発明によれば、第７に、光学基体内で一度全反射されたレーザ光を、その斜面に位相補償膜を形成することによって、レーザ光の直交する二つの偏光成分に位相差がでないようにすることができる。
【０１６９】
さらに、本発明によれば、第８に、半導体レーザから射出されるレーザ光の波長をλとし、第１または第２のホログラムの格子の空間周波数をｆとしたとき、（ｆ×λ）を１．４以上に設定することにより、レーザ光の直交する二つの偏光成分の分離性を高くして、第２のホログラムから二つの偏光成分を充分な強度で射出させることができ、その結果、正確な信号検出を行うことができる。
【０１７０】
さらに、本発明によれば、第９に、第３のホログラムでは、光学記憶媒体に対するフォーカス誤差検出用の複数のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用の複数のホログラムパターンにより回折されたレーザ光を別々の検出手段に入射させ、その出力からフォーカス誤差とトラッキング誤差を精度良く検出することができる。
【０１７１】
さらに、本発明によれば、第１０に、第３のホログラムが、円形の形状をＨ型に分けた場合の左右両側の部分を利用してフォーカス誤差検出用のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用のホログラムパターンを形成しているので、第３のホログラムを付加したことによるホログラム作製上の難しさは生じない。
【０１７２】
さらに、本発明によれば、第１１に、第２のホログラムが、第２のホログラムの周囲に形成されているので、第３のホログラムを付加したことによるホログラムの占有面積の増大を抑えることができる。
【０１７３】
さらに、本発明によれば、第１２に、第３のホログラムが、光学基体の同一面上の第２のホログラムとは反対の側に形成されているので、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分検出、フォーカス誤差検出およびトラッキング誤差検出を互いに独立して精度良く行うことができる。
【０１７４】
さらに、本発明によれば、第１３に、上述のような光学基体を半導体レーザのパッケージに組み込むことによって、光学基体と半導体レーザとを一体的なユニットとして非常に小型軽量に構成することができる。
【０１７５】
さらに、本発明によれば、第１４に、フォーカス誤差検出用のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用のホログラムパターンが、光磁気記録媒体の記録読み取り用のホログラムに囲まれて形成されているので、ホログラムパターンおよび光学基体の面積を極端に節減することができ、小型軽量の光磁気記録媒体用光学デバイスを実現することが可能になる。
【０１７６】
さらに、本発明によれば、第１５に、半導体レーザを光源とし、第１および第２のホログラムを設けた基板等の光学基体、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器、および２つのトラッキング誤差検出用の検知器が一体化形成されるので、小型軽量の光学デバイスの作製が可能になる。
【０１７７】
さらに、本発明によれば、第１６に、第１のホログラムの開口径よりも第２のホログラムの開口を小さくする条件で第１および第２のホログラムの位相伝達関数を最適化することにより、半導体レーザの温度変動に対する波長変動、または製造ロット毎の波長のばらつきに起因するフォーカス誤差検出用の分割検知器上での縦および横の収差を精度良く補正することが可能になる。
【０１７８】
さらに、本発明によれば、第１７に、半導体レーザからのレーザ光は、第１のホログラムのホログラムパターンのみに入射するようになっているので、光学記憶媒体から戻ってくる読み取り光の信号を分割検知器に射出する第２のホログラムは、半導体レーザの波長変動等の影響を直接受けることがなくなる。この結果、分割検知器上でのビームの位置ずれやビーム焦点のずれを極端に小さくすることが可能になる。
【０１７９】
さらに、本発明によれば、第１８に、第２のホログラムの２つのホログラムパターンが、第１のホログラム中の２つのホログラムパターンを結ぶ線と直交する線に対して、ほぼ対称の位置に形成されているので、検知器での光軸上での位置合わせが容易になる。
【０１８０】
さらに、本発明によれば、第１９に、フォーカス誤差検出用の分割検知器の分割線の方向を、第１および第２のホログラムの光軸方向および面内方向の移動に対して、分割検知器に入射する読み取り光の変動が小さくなるように傾斜させているので、光学記憶媒体からの信号の検出を安定に行うことが可能になる。
【０１８１】
さらに、本発明によれば、第２０に、第２のホログラムのホログラムパターンの位置が、半導体レーザを点中心としてほぼ点対称に設定されるので、第１および第２のホログラムの面内の回転調整に対して、分割検知器の各々に入射するレーザ光のビーム形状の変化を等しくすることができ、半導体レーザの波長変動等に起因するビーム焦点のずれを比較的小さくすることが可能になる。
【０１８２】
さらに、本発明によれば、第２１に、半導体レーザを光源とし、第１および第２のホログラムを設けた基板等の光学基体、および、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器が一体化形成されるので、種々の光学記憶装置に適用可能な小型軽量の光学デバイスの作製が可能になる。
【０１８３】
さらに、本発明の光学デバイスでは、第１のホログラムの干渉縞は中心から外に向けて疎から密に形成され、第２のホログラムの干渉縞は中心から外に向けて密から疎に形成されており、これらの第１および第２のホログラムの各々における干渉縞の成分は一方向成分のみであるので、半導体レーザの波長変動や、ホログラムを形成した光学基体の配置ずれ等に起因するレーザ光のビームの結像性の悪化を容易に回避することが可能になる。この結果、ホログラムの作製時のマージンが広くなり、光学系全体の作製マージンも拡大する。
【０１８４】
さらにまた、本発明によれば、第２２に、第１および第２のホログラムの各々の位相伝達関数が、一方向成分のみのオフアクシスと放物位相から構成され、かつ、２枚のホログラムの位相伝達関数量が互いに打ち消し合うようになっており、半導体レーザの波長が変動した場合でも、レーザ光の復路のビームが結像する位置はほとんどずれないので、フォーカス誤差検出に影響を与える程のビームの径の崩れは生じない。
【０１８５】
さらにまた、本発明によれば、第２３に、第１および第２のホログラムの干渉縞自体をこれらの第１および第２のホログラム一体で回転させて、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器上でそれぞれ結像する２つのレーザ光の位置を、これらの２つのレーザ光を結ぶ線と直交する方向にずらしているので、レーザ光を射出する半導体レーザと、レーザ光を受け取る検知器とを同じ位置に実装することが技術的に困難である場合に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施例における光学記憶装置用光学デバイスの主要部を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例の光磁気ディスク装置の全体構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施例における磁気光学的カー効果を説明するための線図である。
【図５】 本発明の第１の実施例の主要部の斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施例の主要部を示す側面図である。
【図７】ホログラムの回折効率特性を示す線図である。
【図８】本発明の第１の実施例の第２および第３のホログラムを示す正面略示図である。
【図９】本発明の第１の実施例の第２のホログラムの作用を示す線図である。
【図１０】本発明の第２の実施例の主要部を示す側面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例の主要部を示す側面図である。
【図１２】本発明の第４の実施例における光学ヘッドの外観図である。
【図１３】図１２の実施例におけるホログラムの構成を示す斜視図である。
【図１４】図１２の実施例におけるフォーカスサーボ用のホログラムの部分を拡大して示す斜視図である。
【図１５】図１２の実施例におけるトラッキングサーボ用のホログラムの部分を拡大して示す斜視図である。
【図１６】本発明の第５の実施例におけるホログラムの構成を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第５の実施例におけるホログラムの構成を示す上面図である。
【図１８】本発明の第６の実施例の光線の復路を含む構成を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第６の実施例の光線の往路を含む構成を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第６の実施例におけるホログラムの干渉縞の状態を示す図である。
【図２１】本発明の第７の実施例の構成を示す斜視図である。
【図２２】本発明の第７の実施例においてホログラムの回転により光線の位置ずらしを行う様子を示す図である。
【図２３】従来の光学記憶装置用光学デバイスの構成を示す模式図である。
【図２４】従来のホログラムを用いた光学記憶装置用光学素子の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…信号検出ユニット
２…半導体レーザ
３…パッケージ
４…光学基体
４ａ…斜面
５…誘電体多層膜
７…斜面
８…反射部
９、９′…信号検出部
１０…光磁気ディスク装置
１００…光磁気ディスク
１０５…光磁気ディスク装置
１１０…信号検出ユニット
１２０…半導体レーザ
１３０…基板
１６１、１６４…２分割検知器
１６２、１６３…検知器
１７１、１７４…２分割検知器
１７２、１７３…検知器
１８０、１８１…２分割検知器
Ｈ１…第１のホログラム
Ｈ２…第２のホログラム
Ｈ３…第３のホログラム
Ｈ１１…第１のホログラム
Ｈ１２…第２のホログラム
Ｈ２１…第１のホログラム
Ｈ２２…第２のホログラム
Ｈ３１…第１のホログラム
Ｈ３２…第２のホログラム
Ｈ４１…第１のホログラム
Ｈ４２…第２のホログラム
Ｐ１…光学記憶媒体
Ｐ２…光学記憶装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、光磁気ディスク装置や光ディスク装置等の光学記憶装置の光学記憶媒体に対する信号の書き込みと読み取りを行うための光学ヘッド等を有する光学記憶装置用光学素子、およびこの光学素子を含む光学デバイスに関する。
コンピュータの高性能化に伴い、大容量の記憶媒体（メモリ）を含む記憶装置が必要となってきている。この種の記憶装置として、現在、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスク−読み出し専用メモリ）、光磁気（Magneto-optical Disk）ディスク、および、光ディスク（Optical Disk）等の光学記憶媒体を使用した光学記憶装置が注目されている。これらの光学記憶媒体は、リムーバル（着脱可能）で、大容量かつ小型軽量であり、高性能のパーソナルコンピュータ等の小型コンピュータを実用化する上で重要となってきている。
【０００２】
コンピュータの高性能化に伴って必要とされる大容量のメモリとして、特に、近年は磁気ディスク装置用のハードディスクに代わって、リムーバブルで小型軽量な光磁気記録媒体である光磁気ディスクが注目されている。
【０００３】
この光磁気ディスクにおいては、レーザ光が当たって温度が上昇した部分だけが磁化反転して信号が記録される。そして、上記の光磁気ディスクに読み取り用の低パワーのレーザ光を当てると、信号のある部分の反射光だけが磁気光学的カー効果によって偏光面が僅かに回転をするので、それを検出することによって光磁気ディスクに記録されている信号を読み取ることができる。ただし、信号読み取りを行うのと同時に、光磁気ディスクからなる光磁気記録媒体に対するフォーカス誤差とトラッキング誤差の検出を行う必要がある。
【０００４】
【従来の技術】
図２３は、従来の光学記憶装置用光学デバイスの構成を示す模式図である。ただし、ここでは、光学記憶装置として、光学記憶媒体の一種である光磁気記録媒体、すなわち、光磁気ディスク１００を含む光磁気ディスク装置を使用したケースを代表例として示す。
【０００５】
図２３に示すような従来の光磁気ディスク装置用光学デバイスにおいて、半導体レーザ５１から射出された信号読み取り用のレーザ光は、コリメートレンズ５２により平行光にされてビーム成形プリズム５３を透過したあと、第１の偏光ビームスプリッタ５４を経て２つの偏光成分（Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分）中のＰ偏光成分だけが光磁気記録媒体である光磁気ディスク１００の方向に向かい、対物レンズ５５によって光磁気ディスク１００上に収束される。
【０００６】
そして、光磁気ディスク１００上に書き込みデータがあるときは、Ｐ偏光成分の光の偏光角が磁気光学的カー効果によって僅かに回転して、それと垂直をなすＳ偏光成分が少し発生する。
【０００７】
光磁気ディスク１００で反射されたＰ，Ｓ両偏光成分を含むレーザ光は、第１の偏光ビームスプリッタ５４から第２の偏光ビームスプリッタ５７に入射し、一部のレーザ光は二分の一波長板５８を通ることによってＰ，Ｓ両偏光成分の間に二分の一波長の光路差が形成される。
【０００８】
そのレーザ光は、次に収束レンズ５９を通って、第３の偏光ビームスプリッタ６０でＰ，Ｓ両偏光成分が分離されてその各々が信号検出用の光電素子６１，６２に入射し、その２つの信号の強度の差を取ることにより、光磁気ディスク１００上の信号（データ）の有無を検出することができる。
【０００９】
一方、第２の偏光ビームスプリッタ５７で分けられたレーザ光は、収束レンズ６３を通ってからビームスプリッタ６４で２つに分けられ、その各々がフォーカス誤差の検出用およびトラッキング誤差信号検出用の光電素子６５，６６に入射して、フォーカス誤差の検出とトラッキング誤差の検出が行われる。ここで、６７はナイフエッジであり、遠くにあるレーザ光の光線（ビーム）と近くにあるレーザ光の光線とを比較し、両光線の光量の差によりフォーカス誤差を検出するためのものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の光磁気ディスク用光学デバイスにおいては、光磁気ディスク１００に記録された光磁気信号の検出とフォーカス誤差およびトラッキング誤差の検出を行うのに非常に多数の光学部品を必要とし、調整にも多大な工数がかかるので、高価格になると共に、光磁気ディスク装置の小型軽量化を実現することが難しいという欠点がある。
【００１１】
さらに、光磁気ディスクに限らず、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、および、光ディスク等のその他の光学記憶媒体を使用した光学記憶装置においても、より一層の低価格化が必要になり、この低価格化を実現するための要素として、データを読み取る光学素子およびそのドライバ、すなわち、光学ヘッドを含む駆動部の低価格化が強く要求されている。このためには、ヘッド部の部品数の削減、小型軽量化、および調整工数の削減が図れる方式が必要になってくる。
このような要求に対処するために、光学素子の一部にホログラムを用いることが検討されているが、それでも全体としては光学部品数が多く、依然として高価格になり小型軽量化も十分でない。
【００１２】
例えば、「１９８９年ＶＯＬ．７，ＮＯ．２，Ｍｉｃｒｏ Ｏｐｔｉｃｓ Ｎｅｗｓ」の第２０〜２５頁には、レーザダイオード中にホログラムを設けた光学素子を含む光学ピックアップの構成が記載されている。この種の光学記憶装置用光学素子の概略的な構成を図２４に示す。
【００１３】
図２４においては、半導体レーザとしてのレーザダイオード（通常、ＬＤと略記する）７０を含む光学ピックアップ８２のパッケージの中に、ホログラム７２が形成されている。レーザダイオード７０からのレーザ光は、このホログラム７２を通過し、コリメータレンズ７６および対物レンズ７８を介して光学記憶装置８０内の光学記憶媒体７９に収束する。さらに、この光学記憶媒体７９により反射されて戻ってきたレーザ光は、ホログラム７２を再び通過して光電素子等の検知器８４に入射する。この検知器８４において、フォーカス誤差検知とトラッキング誤差検知が行われる。
【００１４】
ただし、ここでは、ホログラム７２は、フォーカス誤差検知とトラッキング誤差検知だけを行うものなので、光磁気ディスク等の光磁気信号検出に必要な偏光成分分離機能は全く有していない。このため、上記の図２４の光学ピックアップは、ＣＤまたはＣＤ−ＲＯＭ用のドライバでしか使用することができない。
【００１５】
また、「１９９３年秋期応用物理学会１００８頁の２８ａ−ＳＦ−１１」には、レーザダイオードと同一のパッケージに一体化することによって小型化した光磁気ディスク用モジュールの構成が開示されているが、光磁気信号の検出にはプリズム等を用いた検光子を用いる必要があるので、部品数が多くなり調整もなかなか容易ではない。
【００１６】
その他にも、「光学第２０巻８号（１９９１年８月発行）」の第５００〜５０６頁には、光磁気ディスクからの反射光を、表裏同一の単一ピッチのホログラムが形成された基板に入射させるようにした光磁気ヘッドを含む装置が開示されている。
【００１７】
ここでは、光磁気ディスクからの反射光のうち、ホログラムの回折格子に平行なＳ偏光成分は第１および第２の両ホログラムで回折し、それと直角なＰ偏光成分は両ホログラムを透過するので、２つの光検出器を基板の後方に置くことで、Ｓ偏光とＰ偏光の信号を分けて検出することができる。しかし、上記の装置でもその他にプリズムやレンズを必要としており、光学素子数が十分に削減されているとは言えない。
【００１８】
さらに、前述の図２４に示したような１枚のホログラムを光学記憶装置用光学デバイスに適用する場合に次のような問題が生ずることがある。
まず第１に、半導体レーザの周囲温度に対する波長変動、および、半導体レーザの製造ロット毎の波長のばらつきが起こることがあり、これによって、信号検出用の検知器上でのレーザ光のビームが移動したり、ビームの焦点がずれたりすることがあった。これに対しては、ビームの移動を、検知器の分割線方向に沿わすことで回避されている。また、ビームのぼけに対しては、結像性能の低いホログラムを用いることで回避されている。
【００１９】
第２に、検知器上でのビームの径を絞りすぎると、検知器の焦点方向、水平方向の検知器上でのビームの調整が難しくなるため、ビームの径を増大させる必要がある。また一方で、ビームの径が小さいと、焦点深度が短くなり、検知器での光軸の位置合わせが極めて難しくなる。あるいは、一体型の検知器の上下および左右の作製精度の厳しいものが要求されるので、光学記憶装置全体の低価格化に反する。
【００２０】
このため、ビームの径を大きくするためには、開口を小さくすればよいが、開口を小さくした場合、光量の損失が大きいという問題が生じてくる。特に、光磁気ディスクでは、元来少ない読み取りの光量を低下させないためにも、開口を必要以上に小さくしないことが重要である。また一方で、コリメートレンズの焦点距離に対する、フォーカス誤差検出の結像用焦点距離の比（縦倍率）が低いほど、軸調整が容易になるため、開口をある程度小さくしてビームの径を大きくすることが重要である。
【００２１】
上記のように、光学記憶装置用光学デバイスにホログラムを適用する場合には、半導体レーザの周囲温度に対する波長変動や製造ロット毎の波長のばらつき等に起因するビームの検知器上での位置ずれの補正や、検知器における光軸の位置合わせが容易に行えるようにするために、検知器の上下および左右の作製精度の優れた高価な検知器を使用する必要があった。さらに、検知器上へのビーム結像性の悪化を回避するために、レーザ光のビームの径を適切な大きさに調整する必要があり、このビームの径の調整等に多大なる時間・工数を必要としていた。
【００２２】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、光学部品の数を極限まで少なくすることにより、大幅な低価格化と小型軽量化を実現することが可能な光学記憶装置用光学素子および光学デバイスを提供することを目的とするものである。
【００２３】
さらに、本発明は、光学部品の一部にホログラムを使用する場合、半導体レーザの周囲温度に対する波長変動や製造ロット毎の波長のばらつき等によるビームの検知器上での位置ずれが生ずるのを抑えるために、検知器の作製精度を厳しくしたりビームの径の調整等に多大なる時間・工数を必要としたりすることのない光学記憶装置用光学素子および光学デバイスを提供することを他の目的とするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理構成を示す模式図である。ただし、ここでは、本発明に関係する光学記憶装置用光学デバイスの主要部を簡略化して示すこととする。
【００２５】
上記問題点を解決するために、本発明の光学記憶装置用光学素子は、図１に示すように、半導体レーザ２から射出されるレーザ光を透過する材料により形成され、かつ、この半導体レーザ２と光学記憶媒体Ｐ１を含む光学記憶装置Ｐ２との間に配置される光学基体４と、上記半導体レーザ２から射出されるレーザ光を透過して上記光学記憶媒体Ｐ１に入射させ、この光学記憶媒体Ｐ１により反射されたレーザ光を上記光学基体４内に回折させるように上記光学基体４に形成された第１のホログラムＨ１と、この第１のホログラムＨ１により回折されて上記光学基体４内を伝播するレーザ光に含まれる２つの偏光成分中の１つの偏光成分を透過させると共に他の偏光成分を回折させ、上記の２つの偏光成分を分離させるように上記光学基体４に形成された第２のホログラムＨ２とを備えている。さらに、本発明の光学素子は、上記の第２のホログラムＨ２により分離された２つの偏光成分の強度の差を信号検出部９、９′等で検出することにより、上記光学記憶媒体Ｐ１の状態を表す信号を検知するように構成される。
【００２６】
また一方で、本発明の光学記憶装置用光学デバイスは、レーザ光を射出する半導体レーザ２と、上記レーザ光を透過する材料で形成されて上記半導体レーザ２と光学記憶媒体Ｐ１を含む光学記憶装置Ｐ２との間に配置された光学基体４と、上記半導体レーザ２から射出されたレーザ光を透過して上記光学記憶媒体Ｐ１に入射させ、この光学記憶媒体Ｐ１で反射されたレーザ光を上記光学基体４内に回折させるように上記光学基体４に形成された第１のホログラムＨ１と、この第１のホログラムＨ１で回折されて上記光学基体４内を伝播したレーザ光に含まれる２つの偏光成分中の１つの偏光成分を透過させると共に他の偏光成分を回折させ、上記の２つの偏光成分を分離させるように上記光学基体４に形成された第２のホログラムＨ２とを備えている。さらに、本発明の光学デバイスは、上記の第２のホログラムＨ２により分離された２つの偏光成分の強度の差を信号検出部９、９′等で検出することにより、上記光学記憶媒体Ｐ１の状態を表す信号を検知するように構成される。
【００２７】
好ましくは、光学記憶媒体として光磁気記録媒体を含む光学記憶装置用の光学デバイスは、レーザ光を射出する半導体レーザ２と、上記レーザ光を透過する材科で形成されて上記半導体レーザ２と光学記憶装置内の光磁気記録媒体との間に配置された光学基体４と、上記半導体レーザ２から射出されたレーザ光を透過して上記光磁気記録媒体に入射させ、その光磁気記録媒体で反射されたレーザ光を上記光学基体４内に回折させるように上記光学基体４に形成された第１のホログラムＨ１と、上記第１のホログラムで回折されて上記光学基体内を伝播したレーザ光に含まれる２つの偏光成分中の１つの偏光成分を透過させると共に他の偏光成分を回折させ、上記の２つの偏光成分を分離させるように上記光学基体４に形成された第２のホログラムＨ２と、上記第１のホログラムＨ１で回折されて上記光学基体４内を伝播したレーザ光を、上記の他の偏光成分の回折方向と異なる複数のあい異なる方向に回折させるように上記光学基体４に形成された第３のホログラムとを設けている。
【００２８】
なお、上記第１のホログラムＨ１は、上記光学基体４の光磁気記録媒体Ｐ１に対向する側の面に形成され、上記第２のホログラムＨ２と第３のホログラムが記光学基体４の光磁気記録媒体Ｐ１に対向しない側の面に形成されていてもよい。
【００２９】
そして、上記第１のホログラムＨ１は、格子方向を上記半導体レーザ２から射出されたレーザ光の直線偏光方向に対して直角になるように配置し、上記第２のホログラムＨ２は、格子方向を上記第１のホログラムＨ１の格子方向に対して光学的に４５°（度）傾けて形成するとよい。
【００３０】
また、上記光学基体４には、上記第１のホログラムＨ１で回折されて上記光学基体４内を伝播したあと上記光学基体４内で全反射されたレーザ光を上記第２のホログラムＨ２に対して垂直に入射させるように全反射するための斜面を形成してもよい。
【００３１】
そして、上記斜面には、上記光学基体４内で全反射されたレーザ光の直交する２つの偏光成分に位相差がでないように位相を補償するための位相補償膜を形成するのがよい。
【００３２】
また、上記第１のホログラムＨ１または第２のホログラムＨ２の格子の空間周波数をｆとし、上記半導体レーザ２から射出されるレーザ光の波長をλとしたとき、（ｆ×λ）≧１．４であるとよい。
【００３３】
また、上記第３のホログラムが上記光磁気記録媒体に対するフォーカス誤差検出用の複数のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用の複数のホログラムパターンを含んでいて、それら各ホログラムパターンにより回折されたレーザ光が各々別々の検出手段に入射するとよい。
【００３４】
この場合、上記第３のホログラムは、全体として円形の形状をＨ形に分けて、その左右両側の部分に上記フォーカス誤差検出用とトラッキング誤差検出用のうちの一方のホログラムパターンを形成し、その間の上下両部分に他方のホログラムパターンを形成してもよい。
【００３５】
なお、上記第２のホログラムＨ２が、上記第３のホログラムを囲んでその回りに形成されていてもよく、或いは、上記第３のホログラムを、上記第１のホログラムＨ１において上記第２のホログラムＨ２に向かうように回折されるレーザ光とは逆側に回折されるレーザ光の通過位置に形成してもよい。
【００３６】
そして、上記光学基体４が上記半導体レーザ２のパッケージに組み付けられているとよい。
【００３７】
好ましくは、本発明の光学記憶装置用光学素子は、光学記憶装置内の光磁気記録媒体に対するフォーカス誤差検出用の複数のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用の複数のホログラムパターンとを含むホログラムが、上記光磁気記録媒体の記録読み取り用のホログラムに囲まれて形成されている光学基体を有する。
【００３８】
さらに、本発明の光学素子において、上記フォーカス誤差検出用とトラッキング誤差検出用のホログラムパターンをＨ形に分けて、その左右両側の部分に一方のホログラムパターンを形成し、その間の上下両部分に他方のホログラムパターンを形成してもよい。
【００３９】
本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様においては、半導体レーザを光源とし、第１および第２のホログラムを使用して、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器、および２つのトラッキング誤差検知用の検知器が一体化形成され、上記半導体レーザのベアチップから射出されたレーザ光の波面を変換するための上記第１および第２のホログラムは、光学基体を構成する基板の表裏にそれぞれ形成されている。
【００４０】
さらに、半導体レーザのベアチップ側のホログラムの面と反対の面側に位置する第１のホログラムは、４つのホログラムパターンからなり、半導体レーザのベアチップ側に位置する第２のホログラムは、２つのホログラムパターンからなり、上記第１のホログラムのホログラムパターンと上記第２のホログラムパターンは、それぞれが空間的に異なる位置に形成され、上記半導体レーザからのレーザ光は、上記第１のホログラムを通過し、光学記憶媒体に入射された後、読み取り光として上記第１のホログラムに戻る。
【００４１】
この場合、フォーカス誤差検出用には、上記第１のホログラムの１つのホログラムパターンから上記第２のホログラムの１つのホログラムパターンへ伝播し回折される第１の読み取り光、および、上記第１のホログラムの他のホログラムパターンから上記第２のホログラムの他のホログラムパターンへ伝播し回折される第２の読み取り光を上記フォーカス誤差検出用の分割検知器に導き、トラッキング誤差検知用には、上記第１のホログラムのさらに他のホログラムパターンにより回折される第３の読み取り光、および、上記第１のホログラムのさらに他のホログラムパターンにより回折される第４の読み取り光を上記トラッキング誤差検出用の検知器に導くように構成される。
【００４２】
さらに、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様においては、上記第１のホログラムのホログラムパターン、および上記第２のホログラムのホログラムパターンは、上記第１の読み取り光および第２の読み取り光が第１のホログラムのホログラムパターンと上記第１のホログラムのホログラムパターンにより回折される際に、上記半導体レーザの波長変動、または波長のばらつきに起因する上記フォーカス誤差検出用の分割検知器上での縦および横の収差を補正し、かつ、上記第１のホログラムのホログラムパターンに入射するレーザ光の光束の大きさが、上記第２のホログラムのホログラムパターンを通過した際に縮小されるようになっている。
【００４３】
さらにまた、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様においては、上記第２のホログラムのホログラムパターンの位置は、半導体レーザからのレーザ光が入射しない位置に形成されており、上記第１のホログラムのホログラムパターンのみに、半導体レーザからのレーザ光が入射するようになっている。
【００４４】
さらにまた、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様においては、上記第２のホログラムのホログラムパターンの位置は、これらのホログラムパターンの各々に対応するフォーカス誤差検出用の分割検知器の位置、および、半導体レーザのベアチップ側のホログラムの面と反対の面側における第１のホログラムのホログラムパターンの位置と共に、上記第１のホログラムの１つのホログラムパターンと他のホログラムパターンとを結ぶ線と直交する線に対して、ほぼ対称の位置に形成されている。
【００４５】
さらにまた、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様においては、上記フォーカス誤差検出用の分割検知器の分割線の方向は、上記第１および第２のホログラムの光軸方向および面内方向の移動に対して、上記分割検知器に入射する光量の変動が小さくなるように傾斜している。
【００４６】
さらにまた、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様においては、上記第２のホログラムのホログラムパターンの位置は、これらのホログラムパターンの各々に対応するフォーカス誤差検出用の分割検知器の位置と共に、上記半導体レーザを点中心として、ほぼ点対称に設定し、上記第１および第２のホログラムの面内の回転調整に対して、上記分割検知器の各々に入射するレーザ光のビーム形状の変化を等しくするようになっている。
【００４７】
本発明の光学記憶装置用光学デバイスの他の好ましい実施態様においては、半導体レーザを光源とし、上記第１および第２のホログラムを使用して、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器が一体化形成されており、上記半導体レーザのベアチップから射出されたレーザ光の波面を変換するための上記第１および第２のホログラムは、光学基体を構成する基板の表裏にそれぞれ形成されている。
【００４８】
上記半導体レーザからのレーザ光は、上記第１のホログラムを通過し、上記光学記憶媒体に入射された後、読み取り光として上記第１のホログラムに戻る。上記第１のホログラムから上記第２のホログラムへ伝播し回折される読み取り光は、上記フォーカス誤差検出用の分割検知器上に導かれる。
【００４９】
この場合、上記第１のホログラムの干渉縞は、中心から外に向けて疎から密、または密から疎に形成されると共に、上記第２のホログラムの干渉縞は、中心から外に向けて密から疎、または疎から密に形成されており、これらの第１および第２のホログラムの各々における干渉縞の成分は一方向成分のみである。
【００５０】
さらに、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの他の好ましい実施態様においては、半導体レーザからのレーザ光の波長をλとした場合、上記第１および第２のホログラムの位相伝達関数が、
φ（ｘ，ｙ）＝（２π／λ）（ｇ１ｘ＋ｇ２ｘ2 ）
φ（ｘ，ｙ）＝（２π／λ）（ｈ１ｘ＋ｈ２ｘ2 ）
で表される。この場合、上記位相伝達関数は、一方向成分のみのオフアクシスと放物位相から構成される。
【００５１】
さらにまた、本発明の光学記憶装置用光学デバイスの他の好ましい実施態様においては、上記位相伝達関数を有する第１および第２のホログラムの干渉縞自体をこれらの第１および第２のホログラム一体で回転させて、上記２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器上でそれぞれ結像する２つのレーザ光の位置を、これらの２つのレーザ光を結ぶ線と直交する方向にずらし、上記半導体レーザと上記分割検知器が同一直線上に並ぶことを回避する構成とする。
【００５２】
前述の図１に示したような本発明の光学記憶装置用光学素子および光学デバイスにおいては、半導体レーザから射出されたレーザ光は第１のホログラムＨ１を透過して光磁気記録媒体等の光学記憶媒体に当たり、この光学記憶媒体で反射されたレーザ光が第１のホログラムＨ１で回折されて光学基体内を伝播する。
【００５３】
さらに、第２のホログラムＨ２に達したレーザ光の中の１つの偏光成分は第２のホログラムＨ２を透過し、他の偏光成分はそこで回折して両偏光成分が分離される。したがって、両偏光成分の強度を検知器等により検出してその差をとれば、光学記憶媒体の信号を容易に検知することができる。
【００５４】
換言すれば、本発明では、基板等の光学基体の上下の面に２枚（または一対）のホログラムを形成し、この光学基体を半導体レーザのパッケージの中に組み込むことにより、低価格で小型軽量の光学記憶装置用光学デバイスを作製することができる。上記の２枚のホログラムの組み合わせにより、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、および光ディスク等の光学記憶媒体に入射し戻ってくるレーザ光から、光学記憶媒体の状態を示す信号の検出に必要な２つの偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分）を精度良く分離した後に、各々の光電素子等の検知器に導く。このようにして、光学記憶媒体からの信号の検知が容易に行える。
【００５５】
さらに、第１および第２のホログラムＨ１、Ｈ２に加えて第３のホログラムを光学基体４に形成している場合、この第３のホログラムに達したレーザ光は、複数のあい異なる方向に回折される。これらのレーザ光の強度を各々検出すれば、フォーカス誤差とトラッキング誤差を検出することができる。
【００５６】
第１のホログラムＨ１の格子方向を半導体レーザから射出されたレーザ光の直線偏光方向に対して直角にしておくことにより、第１のホログラムＨ１に入射するレーザ光はＰ偏光成分のみとなる。
【００５７】
そして、第２のホログラムＨ２の格子方向を第１のホログラムＨ１の格子方向に対して光学的に４５度傾けることにより、光学記憶媒体、例えば、光磁気記録媒体からの反射光に含まれるＳ偏光成分とＰ偏光成分との強度差を拡大して検出することができる。
【００５８】
第１のホログラムＨ１で回折されて光学基体内を伝播したあと光学基体内で全反射されたレーザ光を光学基体に形成された斜面で反射させることにより、レーザ光を第２のホログラムＨ２に対して垂直に入射させて、正確な信号検出を行うことができ、その斜面に位相補償膜を形成することによって、光学基体内で全反射されたレーザ光の直交する２つの偏光成分に位相差が生じないようにすることができる。
【００５９】
そして、半導体レーザから射出されるレーザ光の波長をλとし、第１のホログラムＨ１または第２のホログラムＨ２の格子の空間周波数をｆとしたとき、（ｆ×λ）を１．４以上に設定することにより、レーザ光の直交する２つの偏光成分の分離性が高くなり、第２のホログラムＨ２から２つの偏光成分を充分な強度で射出させることができる。
【００６０】
第３のホログラムでは、光磁気記録媒体に対するフォーカス誤差検出用の複数のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用の複数のホログラムパターンにより回折されたレーザ光が別々の検出手段に入射し、その検出出力からフォーカス誤差とトラッキング誤差が検出される。
【００６１】
そのような光学基体は半導体レーザのパッケージ内に組み込んで、前述したように、光学基体と半導体レーザとを一体的なユニットとして、非常に小型軽量に構成することができる。
【００６２】
本発明の光学記憶装置用光学デバイスの好ましい実施態様によれば、半導体レーザを光源とし、この半導体レーザから射出されたレーザ光の波面を変換するための第１のホログラムおよび第２のホログラムを設けた基板等の光学基体、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器、および２つのトラッキング誤差検知用の検知器が一体化形成されるので、小型軽量の光学デバイスの作製が可能になる。
【００６３】
さらに、本発明の光学デバイスの好ましい実施態様によれば、第１のホログラムの開口よりも第２のホログラムの開口を小さくする条件で第１および第１のホログラムの位相伝達関数を最適化することにより、半導体レーザの温度変動に対する波長変動、または半導体レーザの製造ロット毎の波長のばらつきに起因するフォーカス誤差検出用の分割検知器上での縦および横の収差を精度良く補正することが可能になる。
【００６４】
さらにまた、本発明の光学デバイスの好ましい実施態様によれば、半導体レーザからのレーザ光は、第１のホログラムのホログラムパターンのみに入射するようになっている。それゆえに、光学記憶媒体から戻ってくる読み取り光の信号を分割検知器に射出する第２のホログラムは、半導体レーザの波長変動等の影響を直接受けることがないので、分割検知器上でのビームの位置ずれやビーム焦点のずれを極端に小さくすることが可能になる。
【００６５】
さらにまた、本発明の光学デバイスの好ましい実施態様によれば、第２のホログラムの２つのホログラムパターンは、第１のホログラム中の２つのホログラムパターンを結ぶ線と直交する線に対して、ほぼ対称の位置に形成されているので、検知器での光軸上での位置合わせが容易になる。
【００６６】
さらにまた、本発明の光学デバイスの好ましい実施態様によれば、フォーカス誤差検出用の分割検知器の分割線の方向を、上記第１および第２のホログラムの光軸方向および面内方向の移動に対して、上記分割検知器に入射する読み取り光の変動が小さくなるように傾斜させているので、光学記憶媒体からの信号の検出を安定に行うことが可能になる。
【００６７】
さらにまた、本発明の好ましい実施態様によれば、第２のホログラムのホログラムパターンの位置は、半導体レーザを点中心としてほぼ点対称に設定しているので、第１および第２のホログラムの面内の回転調整に対して、分割検知器の各々に入射するレーザ光のビーム形状の変化を等しくすることができ、半導体レーザの波長変動等に起因するビーム焦点のずれを極端に小さくすることが可能になる。
【００６８】
本発明の光学記憶装置用光学デバイスの他の好ましい実施態様によれば、半導体レーザを光源とし、この半導体レーザから射出されたレーザ光の波面を変換するための第１のホログラムおよび第２のホログラムを設けた基板等の光学基体、および、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器が一体化形成されるので、ＣＤや光ディスク等の種々の光学記憶装置に適用可能な小型軽量の光学デバイスの作製が可能になる。
【００６９】
さらに、本発明の光学デバイスの他の好ましい実施態様によれば、第１のホログラムの干渉縞は中心から外に向けて疎から密、または密から疎に形成され、第２のホログラムの干渉縞は中心から外に向けて密から疎、または疎から密に形成されており、これらの第１および第２のホログラムの各々における干渉縞の成分は一方向成分のみであるので、半導体レーザの波長変動や、ホログラムを形成した光学基体の配置ずれ等に起因するレーザ光のビームの結像性の悪化を容易に回避することが可能になる。この結果、ホログラムの作製時のマージンが広くなり、光学系全体の作製マージンも拡大する。
【００７０】
さらにまた、本発明の光学デバイスの他の好ましい実施態様によれば、第１および第２のホログラムの各々の位相伝達関数が、一方向成分のみのオフアクシス〔φ（ｘ，ｙ）＝ｋｘ〕と放物位相〔φ（ｘ，ｙ）＝ｋｘ2 ）から構成されており、２枚のホログラムの位相伝達関数量が互いに打ち消し合うようになっている。したがって、半導体レーザの波長が変動した場合でも、レーザ光の復路のビームが２枚のホログラムを経由して結像する位置はほとんどずれないので、フォーカス誤差検出に影響を与える程のビームの径の崩れは生じない。
【００７１】
また一方で、光学記憶装置用光学デバイスにおいては、通常、レーザ光を射出する半導体レーザと、レーザ光を受け取る検知器とを同じ位置に実装することは困難であるという事態が生ずる。本発明の光学デバイスの他の好ましい実施態様では、上記の位相伝達関数を有する第１および第２のホログラムの干渉縞自体をこれらの第１および第２のホログラム一体で回転させて、上記２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器上でそれぞれ結像する２つのレーザ光の位置を、これらの２つのレーザ光を結ぶ線と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にずらし、半導体レーザと上記分割検知器が同一直線上に並ばないようにすることで上記のような事態を解消することが可能になる。
【００７２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面（図２〜図２２）を参照して発明の実施の形態（実施例）を説明する。
図２は、本発明の第１の実施例における光学記憶装置用光学デバイスの主要部を示す斜視図、図３は、本発明の第１の実施例の光磁気ディスク装置の全体構成を示すブロック図、そして、図４は、本発明の第１の実施例における磁気光学的カー効果を説明するための線図である。ただし、ここでは、光学記憶装置として、光磁気ディスクを含む光磁気ディスク装置に対し本発明の光学デバイスを適用した例を代表して示すこととする。なお、これ以降、前述した構成要素と同様のものについては、同一の参照番号を付して表すこととする。
【００７３】
図２は、２値信号を用いて光磁気ディスク１００に書き込みおよび読み取りをするための光磁気ディスク装置１０（図３）を示しており、光磁気ディスク１００は、外部磁場を形成するための電磁コイル１１に対向して、スピンドルモータ１２によって回転駆動される。
【００７４】
１は、信号分離用の光学基体がレーザ光を射出する半導体レーザのパッケージに一体に組み込まれた信号検出ユニットである。信号検出ユニット１については詳細に後述する。
【００７５】
信号検出ユニット１から放出されるレーザ光はＰ偏光成分のみであり、コリメートレンズ１３で平行光にされたあと、対物レンズ１４によって光磁気ディスク１００の面に収束してそこで反射される。
【００７６】
そして、光磁気ディスク１００に信号が記録されている部分で反射された場合には、図４に示されるように、磁気光学的カー効果によって偏光面が僅かに回転をして、Ｐ偏光成分に対して垂直なＳ偏光成分が反射光に含まれることになる。
【００７７】
図３に戻って、コリメートレンズ１３と対物レンズ１４を支持するレンズ枠１５と信号検出ユニット１とは一緒に動くように連結されて光学ヘッドを構成しており、その位置が、リニアモータからなる送りモータ１６によって制御され、図示されていないボイスコイルモータによってさらに微細に制御される。１７は、ボイスコイルモータを制御するためのサーボ制御回路である。
【００７８】
光磁気ディスク１００に光磁気信号として記憶されている信号は、信号検出ユニット１で読み取られて、電気信号として再生信号処理回路１８に送られてそこで信号処理が行われ、データ復調回路１９においてデータとして復調される。
【００７９】
そして、復調されたデータはインタフェイス２０を介してホストコンピュータ３０に送られる。２１および２２は、光磁気ディスク１００にデータを書き込む際に利用されるデータ変調回路とレーザ制御回路であり、データ変調回路２１は装置内に設けられたシステムコントローラ２３による制御を受ける。
【００８０】
また、システムコントローラ２３制御下のドライブコントローラ２４は、外部磁場を形成するための電磁コイル１１、光磁気ディスク１００を回転駆動するためのスピンドルモータ１２の他、送りモータ１６、サーボ制御回路１７およびレーザ制御回路２２等の駆動状態の制御を行う。
【００８１】
図５は、本発明の第１の実施例の主要部を示す斜視図であり、図６は、本発明の第１の実施例の主要部を示す側面図である。図５に示すように、第１の実施例の主要部をなす信号検出ユニット１においては、例えば近赤外領域の所定の波長のレーザ光を放射する半導体レーザのベアチップ２（通常、単に「半導体レーザ２」とよばれる）を収容したパッケージ３に、第１のホログラムＨ１、第２のホログラムＨ２、および第３のホログラムＨ３が形成された光学基体４が一体的に取り付けられている。
【００８２】
パッケージ３内には、信号光を検出して電気信号に変換するための複数の光電素子が内蔵されている。ただし、図５にはそれらを表示できないので、パッケージ３を取り除いた状態を示す図２および図６を合わせて参照して説明をする。なお、図６では、レーザ光として中心光のみが図示されている。
【００８３】
光学基体４は、半導体レーザ２から射出されたレーザ光を透過する光学材料によって平行平面板状に形成されており、半導体レーザ２に対向する側の面を下面と呼び、光磁気ディスク１００に対向する側の面を上面とよぶことにする。
【００８４】
半導体レーザ２から射出されたレーザ光は、発散しながら、その光軸が光学基体４の下面に対して垂直になるように光学基体４に入射して、光学基体４の上面側の表面に形成された第１のホログラムＨ１に達する。
【００８５】
第１のホログラムＨ１は、格子方向が、半導体レーザ２から発散されたレーザ光の直線偏光方向に対して直交するように形成されている。したがって、半導体レーザ２から第１のホログラムＨ１に入射するレーザ光は、図２に示されるようにＰ偏光成分のみである。
【００８６】
この第１のホログラムＨ１は、Ｐ偏光における回折効率が低くなるように格子の空間周波数が設定されている。
すなわち、ホログラムの格子の空間周波数をｆとし、レーザ光の波長をλとすると、図７のホログラムの回折効率特性の線図に示されるように、（ｆ×λ）の値が大きいときにＰ偏光とＳ偏光の回折効率差（偏光分離度）が大きくなり、（ｆ×λ）が１．４〜１．６より大きいと顕著な偏光分離性が発生する。ただし、実際上は、現在の技術的な水準を考慮した場合、（ｆ×λ）は３を越えないと考えてよい。
【００８７】
そこで第１のホログラムＨ１は、格子の空間周波数をｆ１としたときに（ｆ１×λ）が１．４以上になる最適な空間周波数に設定すると共に、その深さと形状を最適化することにより、Ｐ偏光に対して例えば一次回折光が３０％、０次透過光が７０％の低回折効率となるように作製する。ｆ１は例えば２０００本／mm程度である。
【００８８】
そのようにすることで、半導体レーザ２から第１のホログラムＨ１に入射して第１のホログラムＨ１を透過するレーザ光の０次透過光の強度を十分に確保して、光磁気ディスク１００に入射させることができる。
【００８９】
光磁気ディスク１００の信号部分からの反射光は、前述のように偏光面が少し回転をしてＳ偏光成分を含んでおり、上方から第１のホログラムＨ１に入射して回折をする。そのとき、Ｐ偏光成分の回折効率は３０％であり、Ｓ偏光については一次回折効率を１００％近くにすることができる。
【００９０】
このように、光磁気ディスク１００からの信号光のＳ成分の回折効率をＰ成分の回折効率より大きくすることにより、カー効果による偏光面回転角を疑似的に増大させることができる。
【００９１】
第１のホログラムＨ１から光学基体４内に回折されるレーザ光は、光学基体４の下面において全反射される角度で光学基体４内を進み、光学基体４の下面で全反射された後、光学基体４の側面に形成された斜面４ａで再度全反射される。したがって、光学基体４内を伝播するレーザ光の強度の滅衰は非常に小さい。
【００９２】
また斜面４ａには、誘電体多層膜５がコーティングされており、光学基体４の下面で全反射されることによって生じるＰ偏光成分とＳ偏光成分の位相差を打ち消すように補償することができる。なお、斜面４ａの角度も、両偏光成分の位相差を小さくするように設定しておくのがよい。
【００９３】
斜面４ａで全反射されたレーザ光は、光学基体４の下面側の表面に形成された第２のホログラムＨ２と第３のホログラムＨ３に垂直に入射する。第２のホログラムＨ２と第３のホログラムＨ３は、図８の第２および第３のホログラムの正面略示図に示されるように、全体として円形に形成された第３のホログラムＨ３を第２のホログラムＨ２がリング状に囲むように形成されている。
【００９４】
外周側に形成された第２のホログラムＨ２は、Ｐ偏光成分の一次回折効率を０％近くに小さくして０次透過光を１００％近くにし、Ｓ偏光成分は逆に１次回折効率が１００％近くになるように、格子パターンの空間周波数をｆ２としたときに、（ｆ２×λ）が１．４以上の最適な格子パターンに形成されている。ｆ２は例えば２０００本／mm程度である。
【００９５】
その結果、Ｐ偏光成分は、１００％近くが第２のホログラムＨ２を真っ直ぐに透過して、光学基体４内から下方に射出されてＰ信号検出用光電素子６ｐに入射する。なお、第２のホログラムＨ２によってＰ偏光成分が、検知器中のＰ信号検出用光電素子６ｐに焦点を結ぶようにしてもよい。
【００９６】
また、レーザ光のＳ偏光成分は、光学基体４内に全反射回折して斜面４ａで全反射された後、光学基体４の下面から下方に射出されて検知器中のＳ信号検出用光電素子６ｓに入射する。
【００９７】
この第２のホログラムＨ２の格子方向は、第１のホログラムＨ１に対して光学的に４５度傾いて形成されている。その結果、図９の第２のホログラムの作用を説明するための線図に示されるように、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分が、４５度ベクトルを回転させてＩｐ′とＩｓ′として検出され、Ｓ偏光成分が有るときと無いときのＰ成分とＳ成分の差を拡大して検出することができる。
【００９８】
ここで、光磁気ディスク１００から戻るレーザ光である戻り光の第１のホログラムＨ１での位相をΦｒ、Ｐ信号検出用光電素子６ｐで一点に絞れる位相をΦｐ、ｐ信号検出用光電素子６ｐで一点に絞れるレーザ光の第２のホログラムＨ２での位相をΦｐ２、Ｓ信号検出用光電素子６ｓで一点に絞れるレーザ光の第２のホログラムＨ２での位相をΦｓ２とすると、第１のホログラムＨ１における位相Φｈ１と、第２のホログラムＨ２における位相Φｈ２は、
Φｈ１＝Φｐ−Φｒ
Φｈ２＝Φｓ２−Φｐ２
で表される。
【００９９】
このように構成された装置における読み取り信号光の検出効率に関していえば、Ｐ偏光成分は、第１のホログラムＨ１における回折効率が３０％で、第２のホログラムＨ２における０次効率をほぼ１００％にできるので、３０％の充分な総合効率を得ることができる。
【０１００】
一方、Ｓ偏光成分は、第１のホログラムＨ１および第２のホログラムＨ２の両ホログラムにおいて各々ほぼ１００％の回折効率で回折するので、ほぼ１００％の充分な総合効率が得られ、充分な強度で検出することができる。
【０１０１】
また、ノイズとしては、第１のホログラムＨ１で回折して第２のホログラムＨ２を透過してＰ信号検出用光電素子６ｐに入射するＳ偏光成分はほぼ０％であり、第１のホログラムＨ１および第２のホログラムＨ２で回折してＳ信号検出用光電素子６ｓに入射するＰ偏光成分もほぼ０％である。したがって、一つの偏光成分に他の偏光成分が混入する度合いを示す消光比に関し、ＰおよびＳ両偏光成分共に非常に優れた消光比を得ることができる。
【０１０２】
図８に戻って、第３のホログラムＨ３には、全体として円形の形状をＨ形に分けて、その左右両側の部分にフォーカス誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｆ１、Ｈ３ｆ２が形成され、その間の上下両部分にトラッキング誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｔ１、Ｈ３ｔ２が形成されている。
【０１０３】
フォーカス誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｆ１、Ｈ３ｆ２の格子は第１のホログラムＨ１の格子方向と平行に形成されていて、トラッキング誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｔ１、Ｈ３ｔ２の格子は、第１のホログラムＨ１の格子方向に対して直角に形成されている。
【０１０４】
フォーカス誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｆ１、Ｈ３ｆ２の空間周波数は例えば６００本／mm程度であり、トラッキング誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｔ１、Ｈ３ｔ２の空間周波数は例えば３００本／mm程度である。第３のホログラムＨ３と第２のホログラムＨ２との面積比は望ましい比率に設定されている。
【０１０５】
そして、トラッキング誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｔ１、Ｈ３ｔ２における回折光は、トラッキング誤差検出用光電素子６ｔ１、６ｔ２に入射し、その光電素子６ｔ１、６ｔ２からの出力信号によってトラッキングサーボが実行される。
【０１０６】
トラッキング誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｔ１、Ｈ３ｔ２の位相Φ３ｔ１およびΦｈｔ２は、トラッキング誤差検出用光電素子６ｔ１、６ｔ２に収束する波面の第２のホログラムＨ２における位相をΦｔ１、Φｔ２とすると、
Φｈｔ１＝Φｔ１−Φｐ２
Φｈｔ２＝Φｔ２−Φｐ２
で表される。
【０１０７】
同様に、フォーカス誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｆ１、Ｈ３ｆ２における回折光は、フォーカス誤差検出用光電素子６ｆ１、６ｆ２に入射し、その光電素子６ｆ１、６ｆ２からの出力信号によってフォーカスサーボが実行される。
【０１０８】
フォーカス誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｆ１、Ｈ３ｆ２の位相Φ３ｆ１およびΦｈｆ２は、フォーカス誤差検出用光電素子６ｆ１、６ｆ２に収束する波面の第２のホログラムＨ２における位相をΦｆ１、Φｆ２とすると、
Φｈｆ１＝Φｆ１−Φｐ２
Φｈｆ２＝Φｆ２−Φｐ２
で表される。
【０１０９】
フォーカス誤差検出用光電素子６ｆ１、６ｆ２は、各々２分割されているが、それらの面上におけるレーザ光の波長変動による移動は、第１のホログラムＨ１と第３のホログラムＨ３のフォーカス誤差検出用ホログラムパターンＨ３ｆ１、Ｈ３ｆ２において打ち消されて（キャンセルされて）、例えば波長１０ｎｍ（１０-9ｍ）あたり移動量１μｍ（１０-6ｍ）以内になるように設定されている。
【０１１０】
このような構成により、トラッキング誤差検出用の両光電素子６ｔ１、６ｔ２の出力からトラッキング誤差信号サーボを検出し、フォーカス誤差検出用の両光電素子６ｆ１、６ｆ２の出力からフォーカス誤差信号サーボを検出することができる。
【０１１１】
上述の実施例の装置に用いられるホログラムは、電子ビームまたはレーザ光を光学基体４に照射して、いわゆる一筆書き状の直接描画によって製作することができる。
【０１１２】
そのような直接描画では、ホログラムの干渉縞の断面に傾斜をつけて回折効率を高める必要があるが、複数方向の縞を重ね合わせるような、いわゆる多重描画を行えばそれが可能である。
【０１１３】
その他のホログラム作製方法としては、ホログラムパターンを予め大きく直接描画したあと、ステッパによって縮小してマスクを形成し、フォトリソグラフィ等によってパターンを転写する方法もある。その場合には、フォトレジスト等をマスクとし、イオンビームによるエッチングにより格子を鋸歯状化すればよい。また、ホログラフィック露光などを利用しても上記ホログラムを製作することができる。
【０１１４】
図１０は、本発明の第２の実施例の主要部を示す側面図である。図１０に示す第２の実施例は、第１のホログラムＨ１において第２のホログラムＨ２に向かうように回折されるレーザ光とは逆側に回折されるレーザ光の通過位置に、第３のホログラムＨ３を形成したものである。第３のホログラムＨ３は、第２のホログラムＨ２から離れた位置において光学基体４の裏面側に形成されており、その形状は上述の第１の実施例と同じ形状でよい。
【０１１５】
このように構成すると、第２のホログラムＨ２は、真ん中の部分をくり抜いてリング状に形成する必要がないので、空間周波数が２０００本／mm程度の低い値で済み、高精度を必要としないホログラフィック露光により上記ホログラムを作製できる利点がある。さらに、第３のホログラムＨ３は偏光分離性が要求されないので、干渉縞のピッチを粗くしてよく、レーザ描画などによって容易に作製することができる。
図１１は、本発明の第３の実施例の主要部を示す側面図である。図１１に示す本発明の第３の実施例は、光学基体４の側面に形成された斜面７に第２のホログラムＨ２を形成したものである。第３のホログラムＨ３は、前述の第２の実施例と同様の位置に形成されている。
【０１１６】
この第３の実施例の各ホログラムＨ１、Ｈ２およびＨ３は、第２の実施例と同様の形状に形成すればよく、第１のホログラムＨ１からのレーザ光射出角が全反射角でない場合には、光学基体４の上下両面の反射部８には反射膜を形成し、全反射される場合にはそこに位相補償膜を形成すればよい。
【０１１７】
ここで、下記の第４〜第７の実施例の主旨をより明確にするために、１枚のホログラムを光学記憶装置用光学デバイスに適用する場合の問題点を再度述べることとする。
【０１１８】
第１の問題点は、半導体レーザの周囲温度に対する波長変動、および、半導体レーザの製造ロット毎の波長のばらつきが起こることがあり、これによって、信号検出用の検知器上でのレーザ光のビームが移動したり、ビームの焦点がずれたりすることである。
【０１１９】
第２の問題点は、検知器上でのビームの径を絞りすぎると、検知器の焦点方向、水平方向の検知器上でのビーム（光線）の調整が難しくなるため、ビームの径を増大させる必要がある。また一方で、ビームの径が小さいと、焦点深度が短くなり、検知器での光軸の位置合わせが極めて難しくなることである。それゆえに、一体型の検知器の上下および左右の作製精度が厳しくなり、光学記憶装置全体の低価格化を図ることが難しくなる。
【０１２０】
検知器上でのビームの調整が簡単になるようにビームの径を大きくするためには、開口を小さくすればよいが、開口を小さくした場合、光量の損失が大きくなる傾向が生じてくる。また一方で、コリメートレンズの焦点距離に対する、フォーカス誤差検出の結像用焦点距離の比が低いほど、軸調整が容易になるため、開口をある程度小さくしてビームの径を大きくすることが重要である。
【０１２１】
本発明の第４〜第７の実施例は上記の問題点を同時に解決するために考え出されたものである。
【０１２２】
図１２は、本発明の第４の実施例における光学ヘッドの外観図であり、図１３は、図１２の実施例におけるホログラムの構成を示す斜視図である。
図１２においては、レーザダイオード（ＬＤ）等からなる半導体レーザ１２０を光源とし、この半導体レーザ１２０のベアチップから射出されたレーザ光の波面を変換するための第１のホログラムＨ１１および第２のホログラムＨ１２が、光学基体を構成する基板１３０の表裏にそれぞれ形成されている。この場合、半導体レーザ１２０、基板１３０、２つのフォーカス誤差検出用の２分割検知器（図１３では、ＦＥＳ用の２分割検知器と略記する）１６１、１６４、および、２つのトラッキング誤差検出用の検知器（図１３では、ＴＥＳ用の検知器と略記する）１６２、１６３が、信号検出ユニット１１０として一体化形成されている。
【０１２３】
さらに、図１２において、半導体レーザ１２０から射出されたレーザ光の光線Ｂは、第１のホログラムＨ１１、コリメートレンズ１４０および対物レンズ１５０を経由して光磁気ディスク装置１０５内の光磁気ディスク１００に入射する。
【０１２４】
さらに、図１２および図１３に示すように、光磁気ディスク１００から読み取り光として戻ってきたレーザ光の光線Ｂは、第１のホログラムＨ１１および第１のホログラムＨ１２により回折され、２つのフォーカス誤差検出用の２分割検知器１６１、１６４と２つのトラッキング誤差検出用の検知器１６２、１６３に集光する。
【０１２５】
さらに詳しく説明すると、図１３において、半導体レーザ１２０のベアチップ側と反対の面側に位置する（すなわち、基板１３０の表面に配置された）第１のホログラムＨ１１は、４つのホログラムパターンａ、ｂ、ｃおよびｄからなる。また一方で、半導体レーザ１２０のベアチップ側に位置する（すなわち、基板１３０の裏面に配置された）第２のホログラムＨ１２は、２つのホログラムパターンａ′、ｂ′からなる。これらの第１のホログラムＨ１１のホログラムパターンと、第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンは、それぞれが空間的に異なる位置に形成される。
【０１２６】
この場合、フォーカス誤差検出用には、上記第１のホログラムＨ１１の１つのホログラムパターンａから上記第２のホログラムＨ１２の１つのホログラムパターンａ′へ伝播し回折される第１の読み取り光、および、上記第１のホログラムＨ１１の他のホログラムパターンｂから上記第２のホログラムＨ１２の他のホログラムパターンｂ′へ伝播し回折される第２の読み取り光を上記フォーカス誤差検出用の２分割検知器１６４および１６１（以下、簡略化のために２分割検知器１６１、１６４と記す）にそれぞれ導くように構成される。
【０１２７】
また一方で、トラッキング誤差検出用には、上記第１のホログラムＨ１１のさらに他のホログラムパターンｃにより回折される第３の読み取り光、および、上記第１のホログラムＨ１１のさらに他のホログラムパターンｄにより回折される第４の読み取り光を上記トラッキング誤差検出用の検知器１６２、１６３にそれぞれ導くように構成される。
【０１２８】
さらに、図１３の第１のホログラムＨ１１のフォーカス誤差検出用のホログラムパターンａ、ｂ、および、上記第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ′、ｂ′は、上記第１の読み取り光および第２の読み取り光が上記のホログラムパターンにより回折される際に、半導体レーザ１２０の温度変動に対する波長変動、または製造ロット毎の波長のばらつきに起因するフォーカス誤差検出用の２分割検知器上１６１、１６４での縦および横の収差を補正するようになっている。さらに、第１のホログラムＨ１１のホログラムパターンａ、ｂに入射するレーザ光の光線Ｂによる光束の大きさが、上記第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ′、ｂ′を通過した際に縮小されるようになっている。
【０１２９】
さらに、図１３においては、第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ′、ｂ′の位置は、半導体レーザ１２０からのレーザ光が入射しない位置に形成されており、上記第１のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ、ｂ、ｃおよびｄのみに、半導体レーザ１２０からのレーザ光が入射するようになっている。
【０１３０】
さらに、図１３においては、第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ′、ｂ′の位置は、フォーカス誤差検出用の２分割検知器１６１、１６４の位置、および、半導体レーザ１２０のベアチップ側と反対の面側の第１のホログラムＨ１１のホログラムパターンａ、ｂの位置と共に、上記第１のホログラムＨ１１の１つのホログラムパターンａと他のホログラムパターンｂとを結ぶ線と直交する線に対して、ほぼ対称の位置に形成されている。
【０１３１】
さらに、図１３においては、フォーカス誤差検出用の２分割検知器分割線Ｓ１、Ｓ２の方向は、第１および第２のホログラムＨ１１、Ｈ１２の光軸方向および面内方向の移動に対して、２分割検知器１６１、１６４に入射するレーザ光の光線Ｂの光量の変動が小さくなるように傾斜している。
【０１３２】
図１４は、図１２の実施例におけるフォーカス誤差検出用、すなわち、フォーカスサーボ用のホログラムの部分を拡大して示す斜視図であり、図１５は、図１２の実施例におけるトラッキング誤差検出用、すなわち、トラッキングサーボ用のホログラムの部分を拡大して示す斜視図である。
【０１３３】
図１４において、コリメートレンズから戻ってきたレーザ光（第１のホログラムＨ１１面での位相φｃ）を、第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ′に入射する波面（第１のホログラムＨ１１面での位相φｉｎ）に変換するものが、第１のホログラムＨ１１のホログラムパターンａである。第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンａ′は、このホログラムパターンａ′に入射する波面（第２のホログラムＨ１２上での位相φｉｎ▲２▼）をフォーカスサーボ用の検知器１６４に収束する波面（第２のホログラムＨ１２上での位相φｆｅｓ）に変換する。
【０１３４】
上記レーザ光の波面変換を満足する第１および第２のホログラムＨ１１、Ｈ１２の位相伝達関数をそれぞれφａ、φａ′とすると、これらのφａ、φａ′は次式で表される。
φａ＝φｉｎ−φｃ
φａ′＝φｆｅｓ−φｉｎ▲２▼
このとき、レーザダイオード等の波長が変動しても、縦、横の収差を低減し、かつ、ホログラムパターンａより、ホログラムパターンａ′の開口を小さくする条件（すなわち、開口を縮小する条件）でホログラムａ，ａ′を最適化することができる。
【０１３５】
この結果、レーザダイオード等の波長変動が１０ｎｍ程度生じても、光線Ｂの横の収差は１μｍと極めて小さいものが得られる。
また、第１のホログラム１枚で、光の損失なくホログラムの開口径Ｄを決めた結果、ホログラムの焦点方向（Ｚ方向）移動による数μｍの光軸方向の許容誤差を４０μｍまで拡大することができるようになった。
【０１３６】
なお、トラッキングサーボ用のホログラムに関しては、図１５に示すように、コリメートレンズ１４０から戻ってくる戻り光（位相φｃ）を、トラッキング誤差検出用の検知器１６２、１６３に入射する収束波（位相φｔｃ、φｔｄ）に変換するので、ホログラムパターンｃ、ｄにおける位相伝達関数φｃ′、φｄ′は次式で表される。
φｃ′＝φｔｃ−φｃ
φｄ′＝φｔｄ−φｃ
【０１３７】
フォーカス誤差信号サーボとトラッキング誤差信号サーボに関しては、フォーカス誤差検出用の２分割検知器１６１、１６４における計４つの部分のディテクタ部をＡ、Ｂ、ＣおよびＤ、トラッキング誤差検出用の検知器１６２、１６３におけるディテクタ部を＃ｃ、＃ｄとすると、
ＦＥＳ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）
ＴＥＳ＝ ＃ｃ−＃ｄ
に従って検出することができる。
【０１３８】
ここでは、ホログラムパターンａのみを説明したが、既述のようにホログラムパターンｂを全く対称の位置に作製すれば、このホログラムパターンｂと同様の手法で作製できる。
図１６は、本発明の第５の実施例におけるホログラムの構成を示す斜視図であり、図１７は、本発明の第５の実施例におけるホログラムの構成を示す上面図である。
【０１３９】
図１６および図１７において、レーザダイオード等からなる半導体レーザ１２０のベアチップ側と反対の面側に位置する（すなわち、基板１３０の表面に配置された）第１のホログラムＨ２１は、前述の第４の実施例と同じように、４つのホログラムパターンａ、ｂ、ｃおよびｄからなる。また一方で、半導体レーザ１２０のベアチップ側に位置する（すなわち、基板１３０の裏面に配置された）第２のホログラムＨ２２は、２つのホログラムパターンａ′、ｂ′からなる。これらの第１のホログラムＨ２１のホログラムパターンと、第２のホログラムＨ１２のホログラムパターンは、それぞれが空間的に異なる位置に形成される。
【０１４０】
この場合、フォーカス誤差検出用には、上記第１のホログラムＨ２１の１つのホログラムパターンａから上記第２のホログラムＨ２２の１つのホログラムパターンａ′へ伝播し回折される第１の読み取り光、および、上記第１のホログラムＨ２１の他のホログラムパターンｂから上記第２のホログラムＨ２２の他のホログラムパターンｂ′へ伝播し回折される第２の読み取り光を上記フォーカス誤差検出用の２分割検知器１７１、１７４にそれぞれ導くように構成される。
【０１４１】
また一方で、トラッキング誤差検出用には、上記第１のホログラムＨ２１のさらに他のホログラムパターンｃにより回折される第３の読み取り光、および、上記第１のホログラムＨ２１のさらに他のホログラムパターンｄにより回折される第４の読み取り光を上記トラッキング誤差検出用の検知器１７２、１７３にそれぞれ導くように構成される。上記の４つの検知器を設ける構成も、前述の第４の実施例と類似している。
【０１４２】
ただし、図１６および図１７に示す本発明の第５の実施例においては、前述の第４の実施例と異なり、基板１３０の裏面に配置される第２のホログラムＨ２２のホログラムパターンａ′、ｂ′の位置は、これらのホログラムパターンａ′、ｂ′の各々に対応するフォーカス誤差検出用の分割検知器１７１、１７４の位置と共に、レーザダイオード等からなる半導体レーザ１２０を点中心として、ほぼ点対称に設定している。このようなホログラムパターンａ′、ｂ′の位置の設定により、第１および第２のホログラムＨ２１、Ｈ２２の面内の回転調整に対して、上記の２分割検知器１７１、１７４の各々に入射するレーザ光のビーム形状の変化を等しくするようにしている。すなわち、本発明の第５の実施例では、ホログラムの回転調整に対して、レーザ光のビームの径の変化が少なくなるように構成している。
【０１４３】
上記の実施例では、第１のホログラムＨ２１のホログラムパターンａ〜ｄ、および、第２のホログラムＨ２２のホログラムパターンａ′，ｂ′は、レーザ光または電子ビームにより直接描画を行って作製されるか、または、フォトマスクによるフォトリソグラフィーの転写等の手法により作製される。特に、第２のホログラムＨ２２のホログラムパターンａ′，ｂ′に関しては、ホログラムパターン自体が互いに分離しているため、ＣＧＨ（コンピュータにより生成されるホログラム： Computer Generated Hologram）からの波面を物体波として記録するホログラフィック露光により、高効率のホログラムが容易に作製できるという利点を有する。
【０１４４】
上記の第４および第５の実施例では、光磁気ディスク装置等の光記憶装置用の光学ヘッドの光学系に２枚のホログラムを用い、これらのホログラムを形成した基板を、半導体レーザ、およびホトディテクタ等の検知器と共に一体化した光学デバイスによりサーボ検出を行っている。サーボ検出には、フォーカス誤差検出およびトラッキング誤差検出がある。さらに、フォーカス誤差検出用のビームの結像を行う第１および第２のホログラムの２枚構成は、ホログラムの開口径Ｄに対するビームの焦点距離ｆの比ｆ／Ｄで表されるＦナンバの可変構造や、半導体レーザの波長変動時にもビームの集光する位置が変化しないようなキャンセル構造等を実現するために考案されたものである。
【０１４５】
しかし、半導体レーザの波長変動時にもビームの集光する位置が変化しない構成にした場合、ホログラムのホログラムパターンを構成する干渉縞が複雑となり、ホログラムの薄膜を形成したガラス基板等に配置ずれが生じた場合にビームの結像性が悪くなる。さらに、このビーム結像性の悪化は、フォーカス誤差検知に影響を与える。つまり、ホログラムが実装されたガラス基板の配置マージンが極端に悪くなるという不都合が生じてくる場合がある。ガラス基板の配置マージンは、光学デバイスの光学系がアプラナティックな構造を有しているか否かに関係する。
【０１４６】
ここで、アプラナティックな構造とは、「光学デバイスを構成する光学部品が移動しても、ビームの結像状態が変わりないような構造」をいう。例えば、レンズを用いてビームを集光させる場合、光が斜めに入ることがあるが、ビームの結像状態が崩れにくいようになっている。これに対し、ホログラムを用いてビームを集光させる場合、レーザ光が斜めに入ると、ビームが崩れやすい傾向にある。すなわち、ホログラムを用いた場合は、レンズを用いた場合よりアプラナティックな構造を実現しにくい。
そこで、下記の本発明の第６および第７の実施例は、ホログラムを形成したガラス基板の配置ずれに対するビームの結像性悪化を回避するために、アプラナティックに近い構造となるようなホログラムの干渉縞を考え出したものである。
【０１４７】
図１８は、本発明の第６の実施例の光線の復路を含む構成を示す斜視図であり、図１９は、本発明の第６の実施例の光線の往路を含む構成を示す斜視図である。
図１８および図１９に示すように、ＣＤや光ディスクや光磁気ディスク等の光学記憶媒体を含む光学記憶装置用の光学デバイスにおいては、レーザダイオード等からなる半導体レーザ１２０を光源とし、この半導体レーザ１２０のベアチップから射出されるレーザ光の波面を変換するための第１のホログラムＨ３１および第２のホログラムＨ３２が、光学基体を構成する基板１３０の表裏にそれぞれ形成されている。この場合、半導体レーザ１２０、基板１３０、および、２つのフォーカス誤差検出用の２分割検知器１８０、１８１が、集積型の光ヘッドとして一体化形成されている。
【０１４８】
さらに詳しく説明すると、図１８においては、半導体レーザ１２０の発光に対してフォーカス誤差検出用のホトディテクタ等の２分割検知器１８０、１８１が対向した配置となっている。コリメータレンズ１４０と、第１および第２のホログラムＨ３１、Ｈ３２の薄膜が表裏に形成されたガラス基板等の基板１３０と、半導体レーザ１２０の発光点と、２分割検知器１８０、１８１とにより、光学ヘッドの光学系が構成される。ガラス基板等の基板１３０には、フォーカス誤差検出に用いるための光線Ｂからなるビームを結像する第１のホログラムＨ３１のホログラムパターンｍ、ｎと、第２のホログラムＨ３２のホログラムパターンｍ′、ｎ′が形成されている。図１８の斜視図は、フォーカス誤差検出用のビームの復路を示している。
【０１４９】
半導体レーザ１２０から射出される光線Ｂからなるビームの往路は図１９に示す。図１９に示すように、ビームの往路においては、第１のホログラムＨ３１の０次透過光がコリメータレンズ１４０に向かい、このコリメータレンズ１４０により平行光にされたあと、光学記憶媒体側の対物レンズ（図示していない）に向かう。さらに、対物レンズに入射した光は、この対物レンズにより光学記憶媒体上に集光し、この光学記憶媒体上で反射して往路と同じ道筋を通ってコリメータレンズ１４０を経て第１のホログラムＨ３１へと向かう。復路においては、コリメータレンズ１４０で絞られたビームが第１のホログラムＨ３１で回折して第２のホログラムＨ３２に向かい、さらに、このホログラムＨ３２により回折されて２分割検知器１８０、１８１上で結像する。フォーカス誤差検出には、２つの方向から２分割検知器１８０、１８１上に到達するビームの光量の差によりビームの位置ずれを検知するフーコ法が用いられる。この場合、フォーカス誤差検出は、ホログラムパターンｍ、ｎからホログラムパターンｍ′、ｎ′へと伝播する２つのビームにより実現される。
【０１５０】
換言すれば、半導体レーザ１２０からのレーザ光は、第１のホログラムＨ３１を通過し、光学記憶媒体に入射された後、読み取り光として上記第１のホログラムＨ３１に戻る。第１のホログラムＨ３１から第２のホログラムＨ３２へ伝播し回折される読み取り光は、フォーカス誤差検出用の２分割検知器１８０、１８１上に導かれる。
【０１５１】
ここで、ビームの回折方向は、ホログラムのホログラムパターンの干渉縞により決定されるが、同時に半導体レーザ１２０の波長が温度変動により変化した場合にも、復路のビームは、２枚のホログラムＨ３１、Ｈ３２の回折を経て同じ位置に結像するホログラム干渉縞として構成される。この場合、コンラディ（Conrady ）による色消し条件（波長キャンセル構造）として、ホログラムの位相伝達関数を除いたビームの光路長が等しいことが条件とされている。
【０１５２】
したがって、２枚のホログラムにてキャンセル構造を実現するには、近似的にこの条件が満たされているか、あるいは、２枚のホログラムの位相伝達関数量が打ち消し合うようになっていることが必要である。具体的には、第１のホログラムＨ３１の干渉縞は、中心から外に向けて疎から密に形成されると共に、上記第２のホログラムＨ３２の干渉縞は、中心から外に向けて密から疎に形成されており、これらの第１および第２のホログラムの各々における干渉縞の成分は一方向成分のみである。例えば、図１８のようにＸ−Ｙ座標系を決めた場合、干渉縞の成分はＹ方向成分のみである。
【０１５３】
図２０は、本発明の第６の実施例におけるホログラムの干渉縞の状態を示す図である。
図１８および図１９に示したようなホログラムの構成にて、さらにホログラム自体（基板１３０自体）が移動しても（あるいは配置ずれが生じても）、フォーカス誤差に影響を与えない程度のビームの径の崩れに抑えるため、図２０に示すようにフォーカス誤差検出用の光線Ｂを結像する２枚のホログラムＨ３１、Ｈ３２の干渉縞の成分がＸ方向のみとなるように各ホログラムを作製する。
【０１５４】
例えば、第１のホログラムＨ３１の位相伝達関数は、
【０１５５】
この場合、係数ｇ１、ｇ２、ｈ１およびｈ２を適切に選定することにより、２枚のホログラムの位相量は互いに打ち消し合い、コンラディによる色消し条件を満たすような色消しが可能となる。このとき、第１および第２のホログラムＨ３１、Ｈ３２の位相伝達関数は、ｇ２・ｈ２＜０の関係を満たすようになっている。すなわち、上記位相伝達関数は、図２０の右側のｅ−ｆの部分に示すように、一方向成分のみのオフアクシスと放物位相から構成される。
【０１５６】
代表的に、第１および第２のホログラムＨ３１、Ｈ３２の位相伝達関数に対し係数ｇ１、ｇ２、ｈ１およびｈ２の値を設定した例を下記の数１の式に示す。
【数１】
上記の第６の実施例では、半導体レーザ１２０の発光点を原点にとれば、この発光点と２分割検知器１８０、１８１は、同一直線上、例えばＸ軸上に並ぶことになる。
【０１５８】
図２１は、本発明の第７の実施例の構成を示す斜視図であり、図２２は、本発明の第７の実施例においてホログラムの回転により光線の位置ずらしを行う様子を示す図である。
前述の第６の実施例では、半導体レーザ１２０の発光点と２分割検知器１８０、１８１とがＸ軸上に並ぶ構成を説明したが、図２１および図２２の第７の実施例では、半導体レーザ１２０の発光点に対して２分割検知器１８０、１８１をＹ方向にずらした構成例を説明する。
【０１５９】
光学記憶装置用光学デバイスにおいては、通常、レーザ光を射出する半導体レーザ（例えば、レーザダイオード）と、レーザ光を受け取る検知器（例えば、ホトディテクタ）とを同じ位置に実装することが技術的に困難であるという事態が生ずる。図２１および図２２では、前述の図２０の場合と同じ位相伝達関数を有する第１のホログラムＨ４１および第２のホログラムＨ４２の干渉縞自体を、これらの第１および第２のホログラム一体でθだけ回転させて、２つのフォーカス誤差検出用の２分割検知器１８０、１８１上でそれぞれ結像する２つのレーザ光の位置を、これらの２つのレーザ光を結ぶ線と直交する方向に（例えば、Ｙ方向に対しΔｙだけ）ずらしている。このような構成にすれば、半導体レーザ１２０と２分割検知器１８０、１８１が同一直線上に並ばないようにすることができるので、上記のような事態を解消することが可能になる。
【０１６０】
さらに、半導体レーザ１２０と２分割検知器１８０、１８１が同一直線上に並ばないようにすれば、ホログラムを形成した基板１３０の移動の位置ずれに対してもビームの径が崩れにくくする（すなわち、ビームの径をアプラナティックなものにより近くする）ためには、ホログラムの位相伝達関数をオフアクシス〔φ（ｘ，ｙ）＝ｋｘ〕と放物位相〔φ（ｘ，ｙ）＝ｋｘ2 〕のみにする必要がある。
【０１６１】
上記の第７の実施例では、前述の第６の実施例と同様の手法で干渉縞を作製し、ビームの結像に関与する領域を図２２のごとく数十度回転させたものを使用する。この場合、干渉縞は前述の第６の実施例と同様であるから、図２２の右側の図に示すように、ビームはＸ軸上の矢印付きの実線の位置に集光する。さらに、２枚のホログラムＨ４１、Ｈ４２をセットで逆方向に戻し回転すれば、ビームは矢印付きの点線のごとく、Ｘ軸上から角度θだけＹ方向にずれた位置に集光することが可能になる。
【０１６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１に、半導体レーザから射出されたレーザ光は第１のホログラムを透過して光磁気記録媒体等の光学記憶媒体に当たり、この光学記憶媒体で反射されたレーザ光は、第１のホログラムおよび第２のホログラムＨ２により２つの偏光成分に確実に分離される。したがって、両偏光成分の強度を検知器等により検出してその差をとれば、２枚のホログラムを含む簡単な光学素子の構成で光学記憶媒体の信号を容易に検知することができる。
【０１６３】
さらに、本発明によれば、第２に、基板等の光学基体の上下の面に２枚のホログラムを形成し、この光学基体を半導体レーザのパッケージの中に組み込むことにより、低価格で小型軽量の光学記憶装置用光学デバイスを作製することができる。上記の２枚のホログラムの組み合わせにより、光学記憶媒体に入射し戻ってくるレーザ光から、光学記憶媒体の状態を示す信号の検出に必要な２つの偏光成分を精度良く分離した後に、各々の光電素子等の検知器に導けば、光学記憶媒体からの信号の検知が容易に行える。
【０１６４】
さらに、本発明によれば、第３に、第１および第２のホログラムに加えて第３のホログラムを光学基体に形成する場合、この第３のホログラムに達したレーザ光は、複数のあい異なる方向に回折される。これらのレーザ光の強度を各々検出すれば、フォーカス誤差とトラッキング誤差も検出することができる。この結果、光学素子数を極限まで少なくすることができて、光学記憶装置用光学デバイスの大幅な低価格化と小型軽量化を達成することができる。
【０１６５】
さらに、本発明によれば、第４に、半導体レーザからのレーザ光は、第１のホログラムのホログラムパターンのみに入射するようになっているので、光学記憶媒体から戻ってくる読み取り光の信号を検知器に射出する第２および第３のホログラムは、半導体レーザの波長変動等の影響を直接受けることがない。この結果、検知器上でのビームの位置ずれやビーム焦点のずれを極端に小さくすることが可能になる。
【０１６６】
さらに、本発明によれば、第５に、第２のホログラムの格子方向を第１のホログラムの格子方向に対して光学的に４５度傾けることにより、光学記憶媒体からの反射光に含まれるＳ偏光成分とＰ偏光成分との強度差を拡大して検出し、光学記憶媒体の信号をより正確に検出することができる。
【０１６７】
さらに、本発明によれば、第６に、光学基体内で一度全反射されたレーザ光をさらに斜面で全反射させて第２のホログラムに対して垂直に入射させることにより、より正確な信号検出を行うことができる。
【０１６８】
さらに、本発明によれば、第７に、光学基体内で一度全反射されたレーザ光を、その斜面に位相補償膜を形成することによって、レーザ光の直交する二つの偏光成分に位相差がでないようにすることができる。
【０１６９】
さらに、本発明によれば、第８に、半導体レーザから射出されるレーザ光の波長をλとし、第１または第２のホログラムの格子の空間周波数をｆとしたとき、（ｆ×λ）を１．４以上に設定することにより、レーザ光の直交する二つの偏光成分の分離性を高くして、第２のホログラムから二つの偏光成分を充分な強度で射出させることができ、その結果、正確な信号検出を行うことができる。
【０１７０】
さらに、本発明によれば、第９に、第３のホログラムでは、光学記憶媒体に対するフォーカス誤差検出用の複数のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用の複数のホログラムパターンにより回折されたレーザ光を別々の検出手段に入射させ、その出力からフォーカス誤差とトラッキング誤差を精度良く検出することができる。
【０１７１】
さらに、本発明によれば、第１０に、第３のホログラムが、円形の形状をＨ型に分けた場合の左右両側の部分を利用してフォーカス誤差検出用のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用のホログラムパターンを形成しているので、第３のホログラムを付加したことによるホログラム作製上の難しさは生じない。
【０１７２】
さらに、本発明によれば、第１１に、第２のホログラムが、第２のホログラムの周囲に形成されているので、第３のホログラムを付加したことによるホログラムの占有面積の増大を抑えることができる。
【０１７３】
さらに、本発明によれば、第１２に、第３のホログラムが、光学基体の同一面上の第２のホログラムとは反対の側に形成されているので、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分検出、フォーカス誤差検出およびトラッキング誤差検出を互いに独立して精度良く行うことができる。
【０１７４】
さらに、本発明によれば、第１３に、上述のような光学基体を半導体レーザのパッケージに組み込むことによって、光学基体と半導体レーザとを一体的なユニットとして非常に小型軽量に構成することができる。
【０１７５】
さらに、本発明によれば、第１４に、フォーカス誤差検出用のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用のホログラムパターンが、光磁気記録媒体の記録読み取り用のホログラムに囲まれて形成されているので、ホログラムパターンおよび光学基体の面積を極端に節減することができ、小型軽量の光磁気記録媒体用光学デバイスを実現することが可能になる。
【０１７６】
さらに、本発明によれば、第１５に、半導体レーザを光源とし、第１および第２のホログラムを設けた基板等の光学基体、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器、および２つのトラッキング誤差検出用の検知器が一体化形成されるので、小型軽量の光学デバイスの作製が可能になる。
【０１７７】
さらに、本発明によれば、第１６に、第１のホログラムの開口径よりも第２のホログラムの開口を小さくする条件で第１および第２のホログラムの位相伝達関数を最適化することにより、半導体レーザの温度変動に対する波長変動、または製造ロット毎の波長のばらつきに起因するフォーカス誤差検出用の分割検知器上での縦および横の収差を精度良く補正することが可能になる。
【０１７８】
さらに、本発明によれば、第１７に、半導体レーザからのレーザ光は、第１のホログラムのホログラムパターンのみに入射するようになっているので、光学記憶媒体から戻ってくる読み取り光の信号を分割検知器に射出する第２のホログラムは、半導体レーザの波長変動等の影響を直接受けることがなくなる。この結果、分割検知器上でのビームの位置ずれやビーム焦点のずれを極端に小さくすることが可能になる。
【０１７９】
さらに、本発明によれば、第１８に、第２のホログラムの２つのホログラムパターンが、第１のホログラム中の２つのホログラムパターンを結ぶ線と直交する線に対して、ほぼ対称の位置に形成されているので、検知器での光軸上での位置合わせが容易になる。
【０１８０】
さらに、本発明によれば、第１９に、フォーカス誤差検出用の分割検知器の分割線の方向を、第１および第２のホログラムの光軸方向および面内方向の移動に対して、分割検知器に入射する読み取り光の変動が小さくなるように傾斜させているので、光学記憶媒体からの信号の検出を安定に行うことが可能になる。
【０１８１】
さらに、本発明によれば、第２０に、第２のホログラムのホログラムパターンの位置が、半導体レーザを点中心としてほぼ点対称に設定されるので、第１および第２のホログラムの面内の回転調整に対して、分割検知器の各々に入射するレーザ光のビーム形状の変化を等しくすることができ、半導体レーザの波長変動等に起因するビーム焦点のずれを比較的小さくすることが可能になる。
【０１８２】
さらに、本発明によれば、第２１に、半導体レーザを光源とし、第１および第２のホログラムを設けた基板等の光学基体、および、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器が一体化形成されるので、種々の光学記憶装置に適用可能な小型軽量の光学デバイスの作製が可能になる。
【０１８３】
さらに、本発明の光学デバイスでは、第１のホログラムの干渉縞は中心から外に向けて疎から密に形成され、第２のホログラムの干渉縞は中心から外に向けて密から疎に形成されており、これらの第１および第２のホログラムの各々における干渉縞の成分は一方向成分のみであるので、半導体レーザの波長変動や、ホログラムを形成した光学基体の配置ずれ等に起因するレーザ光のビームの結像性の悪化を容易に回避することが可能になる。この結果、ホログラムの作製時のマージンが広くなり、光学系全体の作製マージンも拡大する。
【０１８４】
さらにまた、本発明によれば、第２２に、第１および第２のホログラムの各々の位相伝達関数が、一方向成分のみのオフアクシスと放物位相から構成され、かつ、２枚のホログラムの位相伝達関数量が互いに打ち消し合うようになっており、半導体レーザの波長が変動した場合でも、レーザ光の復路のビームが結像する位置はほとんどずれないので、フォーカス誤差検出に影響を与える程のビームの径の崩れは生じない。
【０１８５】
さらにまた、本発明によれば、第２３に、第１および第２のホログラムの干渉縞自体をこれらの第１および第２のホログラム一体で回転させて、２つのフォーカス誤差検出用の分割検知器上でそれぞれ結像する２つのレーザ光の位置を、これらの２つのレーザ光を結ぶ線と直交する方向にずらしているので、レーザ光を射出する半導体レーザと、レーザ光を受け取る検知器とを同じ位置に実装することが技術的に困難である場合に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施例における光学記憶装置用光学デバイスの主要部を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例の光磁気ディスク装置の全体構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施例における磁気光学的カー効果を説明するための線図である。
【図５】 本発明の第１の実施例の主要部の斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施例の主要部を示す側面図である。
【図７】ホログラムの回折効率特性を示す線図である。
【図８】本発明の第１の実施例の第２および第３のホログラムを示す正面略示図である。
【図９】本発明の第１の実施例の第２のホログラムの作用を示す線図である。
【図１０】本発明の第２の実施例の主要部を示す側面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例の主要部を示す側面図である。
【図１２】本発明の第４の実施例における光学ヘッドの外観図である。
【図１３】図１２の実施例におけるホログラムの構成を示す斜視図である。
【図１４】図１２の実施例におけるフォーカスサーボ用のホログラムの部分を拡大して示す斜視図である。
【図１５】図１２の実施例におけるトラッキングサーボ用のホログラムの部分を拡大して示す斜視図である。
【図１６】本発明の第５の実施例におけるホログラムの構成を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第５の実施例におけるホログラムの構成を示す上面図である。
【図１８】本発明の第６の実施例の光線の復路を含む構成を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第６の実施例の光線の往路を含む構成を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第６の実施例におけるホログラムの干渉縞の状態を示す図である。
【図２１】本発明の第７の実施例の構成を示す斜視図である。
【図２２】本発明の第７の実施例においてホログラムの回転により光線の位置ずらしを行う様子を示す図である。
【図２３】従来の光学記憶装置用光学デバイスの構成を示す模式図である。
【図２４】従来のホログラムを用いた光学記憶装置用光学素子の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…信号検出ユニット
２…半導体レーザ
３…パッケージ
４…光学基体
４ａ…斜面
５…誘電体多層膜
７…斜面
８…反射部
９、９′…信号検出部
１０…光磁気ディスク装置
１００…光磁気ディスク
１０５…光磁気ディスク装置
１１０…信号検出ユニット
１２０…半導体レーザ
１３０…基板
１６１、１６４…２分割検知器
１６２、１６３…検知器
１７１、１７４…２分割検知器
１７２、１７３…検知器
１８０、１８１…２分割検知器
Ｈ１…第１のホログラム
Ｈ２…第２のホログラム
Ｈ３…第３のホログラム
Ｈ１１…第１のホログラム
Ｈ１２…第２のホログラム
Ｈ２１…第１のホログラム
Ｈ２２…第２のホログラム
Ｈ３１…第１のホログラム
Ｈ３２…第２のホログラム
Ｈ４１…第１のホログラム
Ｈ４２…第２のホログラム
Ｐ１…光学記憶媒体
Ｐ２…光学記憶装置
Claims (8)
- 半導体レーザから射出されるレーザ光を透過する材料で形成されて前記半導体レーザと光学記憶装置内の光磁気記録媒体との間に配置された光学基体と、
前記半導体レーザから射出されたレーザ光を透過して前記光磁気記録媒体に入射させ、該光磁気記録媒体で反射されたレーザ光を前記光学基体内に回折させるように前記光学基体に形成された第１のホログラムと、
前記第１のホログラムで回折されて前記光学基体内を伝播したレーザ光に含まれる２つの偏光成分中の１つの偏光成分を透過させると共に他の偏光成分を回折させ、前記の２つの偏光成分を分離させるように前記光学基体に形成された第２のホログラムと、
前記第１のホログラムで回折されて前記光学基体内を伝播したレーザ光を、前記の他の偏光成分の回折方向と異なる複数のあい異なる方向に回折させるように前記光学基体に形成された第３のホログラムとを備え、
前記光学基体には、前記第１のホログラムで回折されて前記光学基体内を伝播したあと前記光学基体内で全反射されたレーザ光を前記第２のホログラムに対して垂直に入射させるように全反射するための斜面が形成されており、
前記斜面には、前記光学基体内で全反射されたレーザ光の直交する２つの偏光成分に位相差がでないように位相を補償するための位相補償膜が形成されていることを特徴とする光学記憶装置用光学デバイス。 - 前記第１のホログラムが、前記光学基体の前記光磁気記録媒体に対向する側の面に形成されており、前記第２および第３のホログラムが、前記光学基体の前記光磁気記録媒体に対向しない側の面に形成されている請求項１記載の光学デバイス。
- 前記第１のホログラムが、格子方向が前記半導体レーザから射出されたレーザ光の直線偏光方向に対して直角になるように配置されており、前記第２のホログラムが、格子方向が前記第１のホログラムの格子方向に対して光学的に４５度傾いて形成されている請求項１または２記載の光学デバイス。
- 前記第１のホログラムまたは前記第２のホログラムの格子の空間周波数をｆとし、前記半導体レーザから射出されるレーザ光の波長をλとしたとき、（ｆ×λ）≧１．４である請求項１から３のいずれか一項に記載の光学デバイス。
- 前記第３のホログラムが、前記光磁気記録媒体に対するフォーカス誤差検出用の複数のホログラムパターンとトラッキング誤差検出用の複数のホログラムパターンを含んでいて、各々の前記ホログラムパターンにより回折されたレーザ光が別々の検出手段に入射し、
さらに、前記第３のホログラムは、全体として円形の形状をＨ形に分けて、その左右両側の部分に前記フォーカス誤差検出用と前記トラッキング誤差検出用のうちの一方のホログラムパターンが形成され、その間の上下両部分に他方のホログラムパターンが形成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の光学デバイス。 - 前記第２のホログラムが、前記第３のホログラムを囲んでその回りに形成されている請求項１から５のいずれか１項に記載の光学デバイス。
- 前記第３のホログラムが、前記第１のホログラムにおいて前記第２のホログラムに向かうように回折されるレーザ光とは逆側に回折されるレーザ光の通過位置に形成されている請求項１から５のいずれか一項に記載の光学デバイス。
- 前記光学基体が、前記半導体レーザのパッケージに組み付けられている請求項１から７のいずれか一項に記載の光学デバイス。
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