JP4148287B2 - 光学レンズ及び回折レンズ、光ヘッド装置、光情報装置 - Google Patents

Description

本発明は、異なる基盤の厚みの光ディスクの記録再生を行うことの出来る光ヘッド装置及び光情報装置に関するものである。

高密度・大容量の記憶媒体として、ピット状パターンを有する光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルと用途を拡張しつつ、実用化されてきている。微小に絞られた光ビームを介して光ディスクへの情報の記録再生が高い信頼性のもとに首尾よく遂行されるメカニズムは、ひとえにその光学系に因っている。その光学系の主要部である光ヘッド装置の基本的な機能は、回折限界の微小スポットを形成する集光性、前記光学系の焦点制御とトラッキング制御、及びピット信号の検出に大別される。これらは、目的、用途に応じて、各種の光学系ならびに光電変換検出方式の組合せによって現わされており、特に近年、光ピックアップヘッド装置を小型化、薄型化するために、ホログラムを用いた光ピックアップヘッド装置が開示されている。

図４９に、我々が先に考案し特許出願した（特許文献１）光ヘッド装置の構成図を従来例として示す。

図４９において、２は半導体レーザ等の放射光源である。この光源から出射した光ビーム３（レーザ光）は、図５０の（ａ）または（ｂ）のように対物レンズ４と一体化されたブレーズ化ホログラム１０５（以下単にホログラムと呼ぶ）を透過して、対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した光ビームはもとの光路を逆にたどって（復路）、ホログラム１０５に入射する。このホログラム１０５から生じる復路の＋１次回折光６は光検出器７に入射する。光検出器７の出力を演算することによって、サーボ信号及び、情報信号を得ることができる。

ここで、ホログラム１０５がブレーズ化されている理由は、放射光源２から情報媒体５へ至る往路においてホログラム１０５から発生する不要な回折光が、情報媒体５で反射して光検出器７に入射することを防ぐためである。
特開平４−２１２７３０号公報

近年、光学系設計技術の進歩と光源である半導体レーザの短波長化により、従来以上の高密度の記憶容量を持つ光ディスクの開発が進んでいる。高密度化のアプローチとしては、光ディスク上へ光ビームを微小に絞る集光光学系の光ディスク側開口数（ＮＡ）を大きくすることが検討されている。その際、問題となるのが光軸の傾き（いわゆるチルト）による収差の発生量の増大である。ＮＡを大きくすると、チルトに対して発生する収差量が大きくなる。これを防ぐためには、光ディスクの基板の厚み（基材厚）を薄くすれば良い。図５１は同一チルトの時に一定の収差量が発生する基材厚とＮＡの関係を示したものである。例えばＮＡ＝０．５、基板の厚みｔ１＝１．２ｍｍの時と、同じ量のチルト許容度を得るためには、ＮＡ＝０．６の時には基板の厚みｔ２＝０．８ｍｍにすれば良い。なお、本明細書中では、基板厚みとは光ディスク（または情報媒体）に光ビームの入射する面から情報記録面までの厚みを指す。

上記の理由から、高密度の光ディスクでは基板の厚みを薄くすることが望ましい。このため、既に市販されているコンパクトディスク（ＣＤ）を初めとした多くの在来の光ディスクよりも次世代の高密度光ディスクの基板の厚みは薄くなると考えられる。当然、在来の光ディスクと次世代の高密度光ディスクの両方を記録再生できる光ディスク装置が必要になる。そのためには異なる基板の厚みの光ディスク上に回折限界まで光ビームを集光することのできる集光光学系を備えた光ヘッド装置が必要である。

然るに、現在までに知られている光ヘッド装置はすべて特定の基板の厚みの光ディスクにたいして記録再生することしかできない。例えば従来例で挙げた光ヘッド装置も例外ではなく、基板の厚みが規定された範囲外（約±０．１ｍｍ以上違う）の光ディスクにたいしては球面収差等の収差が発生し、記録再生が不可能である。従って従来の技術では在来の光ディスクと次世代の高密度光ディスクの両方を記録再生できる光ディスク装置を実現できない、という課題があった。

そこで本発明では上記の課題に鑑み、透過光も十分な強度であるホログラムレンズを利用することによって、異なる基板の厚みの情報媒体（光ディスク）上に回折限界まで光ビームを集光することのできる集光光学系、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を行うことのできる光ヘッド装置及び光ディスク装置を構成することを目的とする。

本発明の光学レンズは上述の課題を解決するため、第１の厚さの透明部を有する第１の情報媒体の情報記録面上と、前記第１の厚さの透明部とは厚さが異なる第２の厚さの透明部を有する第２の情報媒体の情報記録面上に光を収束させる光学レンズであって、前記光学レンズは屈折型のレンズと、回折レンズを具備し、前記回折レンズに入射する光から生じるＮ次回折光を前記第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さの透明部を介し
て収束させ、前記回折レンズに入射する光から生じるＭ次回折光を前記第２の情報媒体の
情報記録面上に、前記第２の厚さの透明部を介して収束させ、ＮとＭは異なる整数であり、
ＮとＭのいずれか一方が０であることを特徴とする。

上記手段を用いることにより、
（１）入射光の一部を回折するホログラムレンズと対物レンズを組み合わせることによって異なる基板厚（ｔ１とｔ２）の光ディスク上にそれぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成する事のできる２焦点レンズを実現できる。ホログラムレンズの回折効率は１００％未満であり、光ビームの透過光（０次回折光）も充分な強度を有するホログラムレンズと対物レンズを組み合わせて用いることによって、透過光の形成する集光ビームのサイドローブを低く抑えることができる。さらにホログラムレンズはブレーズ化することによって２焦点の光ビームを形成する透過光と＋１次回折光の光量和を大きくすることができ、光の利用効率を高くできる。

（２）ホログラムレンズを凸レンズとして用いることにより、色収差が発生しなくなる。

（３）本発明の光学レンズを用いて光ヘッド装置を構成し、波面変換手段も光検出器も単一のものを共通に用いることにより、少ない部品点数で小型、軽量、低コストの光ヘッド装置でありながら、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で行うことができる。

または、本発明の光学レンズを用いて光ヘッド装置を構成し、波面変換手段と光検出器を２組用いることにより、ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置では、光の利用効率を高くすることができるので、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得られ、安定な光ヘッド装置を得られる。

以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態の構成図である。４は対物レンズ、１０７はホログラムレンズである。さらにホログラムレンズ１０７を図１の光軸方向から見た図を図２に示す。ホログラムレンズ１０７は、光ビーム３に対して透明な基板９に形成されていて、格子パターン１０７ａが同心円状であり、その中心すなわち光軸は対物レンズ４と組立誤差内で一致している。ホログラムレンズ１０７の＋１次回折光の回折効率は１００％未満であり、光ビーム３ａの透過光（０次回折光）６１ａも充分な強度を有するように設計する。このためには、例えばホログラムレンズ１０７を図１に示したように凹凸形状によって作製する場合には（レリーフ型）凹凸の高さｈをｈ＜λ／（ｎ−１）というように、より小さくする、すなわち格子部１０７ａで光ビームに与える位相変化の振幅量を２πよりも小さくすることによって容易に実現できる。ここでλは光ビーム３の波長、ｎは透明基板９の屈折率である。このようにホログラムレンズ１０７のどの位置においても透過光が充分な強度を持つようにすることによって、透過光の形成する集光ビームのサイドローブを低く抑えることができるという効果を有する。ここでサイドローブについて、図３を用いて説明する。図３は情報媒体上での集光スポットの光強度分布を示したものである。図３においてメインローブ３８０が記録再生に必要な光量であり、サイドローブ３８１は記録ピット形状や再生信号を劣化させる原因となる不要な光量である。

なお、さきに「集光」という言葉を用いたが、本願中では「集光」とは「発散光または平行光を回折限界の微小スポットにまで収束すること」と定義する。

さらにホログラムレンズ１０７は例えば図４に示したようにブレーズ化することによって後述のように２焦点の光ビームを形成する透過光と＋１次回折光の光量和を大きくすることができ、光の利用効率を高くできるという効果がある。

本実施の形態では対物レンズ４は、開口数ＮＡが０．６以上で、図１（ａ）に示すように、ホログラムレンズ１０７を回折されずに透過した光ビーム６１が入射したときに、基板３７の厚み（ｔ２）の薄い光ディスク上に回折限界の集光スポットを形成できるよう設計されている。また、本実施の形態ではホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７は対物レンズ４によって決まる開口よりも小さな径の中にだけ形成されている。従ってホログラムレンズ１０７の格子パターンの形成されていない部分１０７ｂでは回折が全く起こらず、高ＮＡの集光スポット３８ａの光量が多くなるという効果がある。

なお、図２の格子パターン１０７ａの０次回折光（透過光）の位相は格子パターン１０７ａによって与えられる位相変調量の平均値となる。これに対して、格子パターンのない領域１０７ｂの透過光の位相を同じぐらいに合わせることによって集光性能を向上させることが望ましい。そこで、例えば、図１のようにホログラムレンズ１０７ａの格子パターンをレリーフ型にする場合は、図４に示すように、格子パターン部の凹凸の平均ぐらいのレベルに格子パターンのない領域１０７ｂの表面の高さを合わせる。特に、図５の様な断面形状を２回のエッチング（エッチング深さｈ₁とｈ₂）によって作製し、ブレーズ化を実現する場合には、周辺部を１回だけ（深さｈ₁またはｈ₂のいずれか一方だけ）エッチングする事により、格子パターン１０７ａと格子パターンのない領域１０７ｂの透過光の位相をほぼ同じぐらいに合わせることによって集光性能を向上させることができるという効果を得ることができる。

なお、図５に示したような階段状の断面形状は、図５（Ｆ）に波線で示した断面形状を近似した形状であると考えることができる。従って、透過光の光量が十分であるようにするためには、波線の形状の高さｈをｈ＜λ／（ｎ−１）というように、より小さくする、すなわち格子部で光ビームに与える位相変化の振幅量を２πよりも小さくすることによって容易に実現できる。ここでλは光ビームの波長、ｎは透明基板の屈折率である。特にＮ段の等段差の階段状の断面形状の場合は１段当たりの段差をλ／（（ｎ−１）・Ｎ）とするなど、位相変調量を１段当たり２π／Ｎラジアン未満とする。

次に、図１の（ｂ）は、本発明によって低ＮＡで基板３７の厚い（厚さｔ１）情報媒体５上に回折限界に集光スポット３８ｂを集光できることを示す。ホログラムレンズ１０７で回折された＋１次回折光６４は対物レンズ４によって情報媒体５上に集光される。ここで＋１次回折光６４は厚さｔ１の基板３７を通して回折限界まで絞れるように収差補正を施されている。このような収差補正作用を有するホログラムレンズ１０７の設計方法は、例えば、集光スポット３８ｂから発散する球面波が厚さｔ１の基板３７を透過後、対物レンズ４を透過し、ホログラムレンズ１０７を形成している透明基板９を透過した光ビームと、図１（ｂ）の光ビーム３の位相の正負を反転した光ビームの干渉パターン（ホログラムレンズの格子パターン１０７ａ）を計算すればよい。そしてコンピューター・ジェネレイティッド・ホログラム（ＣＧＨ）の手法などによって容易にホログラムレンズ１０７を作製できる。

このように入射光の一部を回折するホログラム１０７と対物レンズ４を組み合わせることによって異なる基板厚（ｔ１とｔ２）の光ディスク上にそれぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成する事のできる２焦点レンズを実現できるという効果を有することが本発明の特徴である。

ここで、ホログラムレンズ１０７はレンズ作用を有するので２つの焦点の光軸方向の位置は異なり、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときは他方の焦点を集光点とする光ビームは大きく広がっており光強度が小さく記録再生には影響を与えない。例えば、図１（ａ）のように情報媒体５１に対して集光スポット３８ａが合焦点位置にあるときは＋１次回折光６４は情報媒体５１の情報記録面上では大きく広がっており記録再生には影響を与えない。図１（ｂ）の場合もまた同様である。この２つの焦点位置の差は、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときに他方の焦点を集光点とする光ビームが大きく広がって光強度が小さく記録再生に影響を与えない様にするためには、５０μｍ以上でなるべく大きくすることが望ましい。また、コンパクトディスク（ＣＤ）やレーザディスク（ＬＤ）などの基板厚ｔ１が１．２ｍｍ程度で、高密度光ディスクの基板厚ｔ２は０．４ｍｍ〜０．８ｍｍが適当と考えられることから、対物レンズのフォーカスサーボ動作を担うアクチュエータの可動範囲を考えて、２焦点位置の差はｔ１とｔ２の差０．８ｍｍ程度を大きく越えないことが望ましい。従って、図１の様に高ＮＡで薄い基板に対応した集光スポット３８ａの焦点距離を短くる場合、２焦点位置の差は５０μｍ以上１ｍｍ以下にする。ここで、図１の様に低ＮＡで厚い基板に対応した集光スポット３８ｂの焦点距離を長くする、すなわちホログラムレンズ１０７を凹レンズとして用いると、２焦点間距離の差を１ｍｍ程度まで大きくすることができ、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときに他方の焦点を集光点とする光ビームを大きく広げて光強度を小さくでき、記録再生に影響を全く与えない様にできるという効果を有する。

なお本実施の形態において、ホログラムレンズ１０７を凸レンズ型に設計することも可能である。この場合は２焦点位置の差は対物レンズのフォーカスサーボ動作を担うアクチュエータの可動範囲を考えて、０．５ｍｍ以下にする必要がある。しかし、次に説明するように色収差が発生しなくなるという効果がある。

波長がλ０の時のホログラムレンズ１０７の焦点距離をｆｈｏｅ０とすると、波長がλ１の時の焦点距離ｆｈｏｅ１は、
ｆｈｏｅ１＝ｆｈｏｅ０×λ０／λ１．．．（１）
となる。また屈折型の対物レンズ４の屈折率をｎ（λ）、焦点距離をｆ（λ）とすると、
ｆ（λ１）＝ｆ（λ０）×（ｎ（λ０）−１）／（ｎ（λ１）−１）．．．（２）
となる。

式（１）と式（２）より
λ１／（ｆｈｏｅ１×λ０）＋（ｎ（λ１）−２）／（ｆ（λ０）×（ｎ（λ０）−１））＝１／ｆｈｏｅ０＋１／ｆ（λ０）．．．（３）
とすることによって色収差の補正いわゆる色収差補正を行うことができる。ここで波長が長くなると式（１）では焦点距離が短くなり、また、式（２）では焦点距離が長くなるため、ｆｈｏｅ１とｆ（λ０）の正負を同じにして式（３）を満たすように選べば色消しができるのである。また、式（３）が厳密に成り立たなくとも、色収差は大幅に軽減されるという効果がある。

このようにホログラムは回折素子であるため、ホログラムを用いて構成したホログラムレンズの焦点距離の波長依存性は屈折率型のレンズとは逆になり、正のパワーを持ったホログラムレンズと屈折率レンズどうしまたは、負のパワーを持ったホログラムレンズと屈折率レンズどうしを組み合わせることによって色消しを実現できるため、レンズの曲率が比較的小さくてすむ上に、ホログラムレンズは平面型の素子のため、軽量で量産性にも優れているというように、非常に多くの利点がある。上記の色消しの原理については、例えば、文献１−D.Faklis and M.Morris(1991)Photonics Spectra Novenver 205 & December 131（ディー、ファクリスとエム、モリス（１９９１）フォトニクス スペクトラ１１月号２０５ページ及び１２月号１３１ページ）、文献２−M.A.Gan et al.(1991)SPIE Vol.1507 p116（エム、エイ、ガン他（１９９１）エス、ピー、アイ、イー １５０７巻１１６ページ）、文献３−P.Twardowski and P.Meirueis（1991）SPIE Vol.1507 p55（ピー、トワードウスキとピー、メイルエイス（１９９１）エス、ピー、アイ、イー １５０７巻５５ページ）などにおいて発表されている。

ホログラムレンズ１０７の回折効率については前記の通り、＋１次回折光の回折効率は１００％未満であり、透過光（０次回折光）も充分な強度を有するように設計する。例えば、再生専用の光ディスク装置用に本発明の光学レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を３０％〜７０％程度にする、こうすることによってＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクも、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクも同じ程度の光量を用いて情報再生を行うことができるという効果がある。逆にいえば光源の出力を節約することができるという効果がある。

また、ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に本発明の光学レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を３０％以下にする、こうすることによって、ホログラムレンズの透過率（０次回折光の回折効率）が大きいため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の情報媒体（光ディスク）上への光の利用効率を高くすることができるという効果がある。逆にいえば記録時の光源出力を節約することができるという効果がある。

（実施の形態２）
図６は本発明の第２の実施の形態を示す。１０８はホログラムレンズである。本実施の形態は以下の点が第１の実施の形態とは異なる特徴である。本実施の形態ではホログラムレンズの格子パターン１０８ａを対物レンズ４によって決まる開口と同じぐらいか、または、より大きな径で形成し、内周部では回折効率を高く、また、外周部では＋１次の回折効率を漸次低くする。このためには、例えばホログラムレンズ１０８を図６に示したように凹凸形状によって作製する（レリーフ型の）場合には凹凸の高さｈを外周部ではだんだんと低くしたり、または、ホログラムレンズ１０８の断面形状を図５に示すように階段上の断面形状にして、内周部では（Ａ）のようにａ＞ｂとすることによって大きな傾斜角を近似し、外周部では（Ｂ）のようにａ＜ｂとすることによって小さな傾斜角を近似する。このように内周部では回折効率を高く、また、外周部では＋１次の回折効率を漸次低くすることによってホログラムレンズ１０８の外周部では回折があまり起こらず、高ＮＡの集光スポット３８ａの光量が多くなるという効果がある。さらに、入射光ビーム３のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が図７の（ａ）のようなガウス分布をしているときに外周部から中心部に向かって少しずつ多くの光量を回折することにより、透過光６１のＦＦＰが図７の（ｂ）の様になめらかなものになる。従って、図３を用いて先に説明したサイドローブ３８１はより一層少なく抑えることができ、本実施の形態のレンズを用いて構成した光ヘッド装置では記録再生を劣化なく行うことができるという効果がある。

また、ホログラムレンズ１０８の断面形状を内周部では図５の（Ｃ）の様にａ＝ｂとして、必要な回折光（０次回折光と＋１次回折光）の光量を大きくできるという効果を得て、かつ、外周部では図５の（Ｂ）の様にａ＜ｂとして、上記と同様の効果を得ることもできる。

外周部については、ａ＜ｂとしてａを外周部ほどだんだんと小さくし、ａが作製困難な程細く（１μm程度）なったところで図５の（Ｄ）の様に２段の階段状断面形状にし、さらに外周部については、（Ｅ）の様にｂ₁＜ｂ₂として、ｂ₂をだんだんと小さくしてゆくことによっても、同様の効果を得ることができる。

もちろん、本実施の形態においても入射光の一部を回折するホログラムレンズ１０８と対物レンズ４を組み合わせることによって異なる基板厚（ｔ１とｔ２）の光ディスク上にそれぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成する事のできる２焦点レンズを実現できるという効果を有する。

ホログラムレンズ１０８の回折効率については前記の通り、＋１次回折光の回折効率は１００％未満であり、透過光（０次回折光）も充分な強度を有するように設計する。例えば、再生専用の光ディスク装置用に本発明の光学レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を３０％〜７０％程度にする、こうすることによってＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクも、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクも同じ程度の光量を用いて情報再生を行うことができるという効果がある。逆にいえば光源の出力を節約することができるという効果がある。

また、ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に本発明の光学レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を３０％以下にする、こうすることによって、ホログラムレンズの透過率（０次回折光の回折効率）が大きいため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の情報媒体（光ディスク）上への光の利用効率を高くすることができるという効果がある。逆にいえば記録時の光源出力を節約することができるという効果がある。

なお、本実施の形態のように基板厚ｔ１に対応してホログラムレンズから発生する＋１次回折光が回折限界まで集光できるように設計する場合、開口数ＮＡが小さい分、＋１次回折光の光量が少なくなる。しかしながら＋１次回折光の回折効率をあまり高くすると、基板厚ｔ２に対応した光ビームである透過光の内周部の光量が大きく減少するために、基板厚ｔ２に対応した光ビームの集光スポットのサイドローブがやや大きくなる可能性がある。そこで、光源として半導体レーザを用いる場合などは、光ビームが外周部ほど光強度の減る、いわゆるガウシアン分布をしていることを利用する。図８（ａ）の様に、より強度の低い外周部まで対物レンズ開口内に取り込む、すなわち、光源側の開口数ＮＡを大きくする。そして、＋１次回折光の回折効率を図８（ｂ）の様に高くする。このような構成にすることにより、対物レンズ内へ取り込んで利用できる光量が多くなる上に、基板厚ｔ１に対応して集光できる光スポットの光量を大きくできるという効果を得ることができる。しかも、元々周辺部の光量が弱いため、＋１次回折光の回折効率を高くすると透過光の光量は図８（Ｃ）の様に均一な分布に近くなり集光スポットのサイドローブは低く抑えることができるという効果もある。

さらに、図９に示すように、ホログラムレンズ１１１の内周部にはホログラムレンズの格子パターン１０７ａ（または１０８ａ）を設けて、外周部には１１１ａ〜ｄ等のように透過率をコントロールするための回折領域を設けても良い。このようにすることにより、透過光の外周部が必要以上に大きくなることを防止することができ、集光スポットのサイドローブはより低く抑えることができるという効果を得ることができる。ここで、透過率修正領域１１１ａ〜ｄの格子の方向をすべて異なる方向にして、例えば回折領域１１１ａで回折した光が対物レンズ４で集光されて情報媒体によって反射され、回折領域１１１ｃに入射したときに光軸と平行な方向に回折されないようにする事ができる。これによって、透過率修正領域の回折光が光軸上に迷光として混入する事を防ぐことができるという効果を得ることができる。

（実施の形態３）
第３の実施の形態を図１０を用いて説明する。本実施の形態では図１０（ａ）の様にホログラムレンズ１０９によって回折した＋１次回折光６６が基板３７の厚みｔ２の薄い情報媒体５１に対して回折限界まで集光できるように設計されている。そして対物レンズ４は、図１０（ｂ）のように透過光６１が入射したときに、基板３７の厚み（ｔ１）の厚い光ディスク上に回折限界の集光スポットを形成できるよう設計されている。このような収差補正作用を持つホログラムレンズ１０９の設計方法は、例えば、集光スポット３８ａから発散する球面波が厚さｔ１の基板３７を透過後、対物レンズ４を透過し、ホログラムレンズ１０９を形成している透明基板９を透過した光ビームと、図１０（ａ）の光ビーム３の位相の正負を反転した光ビームの干渉パターンを計算すればよい。そしてＣＧＨの手法などによって容易にホログラムレンズ１０９を作製できる。さらに、集光スポット３８ａが集光スポット３８ｂよりも対物レンズ側に十分近いときには、ホログラムレンズ１０９は図１０（ａ）に示したように、凸レンズ作用を持つように設計する。本実施の形態ではホログラムレンズ１０９が凸レンズ作用を持ちその＋１次回折光６６を対物レンズ４により集光して高ＮＡの集光スポット３８ａを得る構成であるため対物レンズの曲率を余り大きくしなくて良い、または、高屈折率の硝材を用いなくても良いという効果を有する。また、２焦点間距離の差を１ｍｍ程度まで大きくすることができ、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときに他方の焦点を集光点とする光ビームを大きく広げて光強度を小さくでき、記録再生に影響を全く与えない様にできるという効果を有する。さらにホログラムレンズ１０９を凸レンズとして用いるので、前述した通り、色収差が発生しなくなるという効果がある。

すなわち、ホログラムは回折素子であるため、ホログラムを用いて構成したホログラムレンズの焦点距離の波長依存性は屈折率型のレンズとは逆になり、正のパワーを持ったホログラムレンズと屈折率レンズどうしを組み合わせることによって色消しを実現できるため、レンズの曲率が比較的小さくてすむ上に、ホログラムレンズは平面型の素子のため、軽量で量産性にも優れているというように、非常に多くの効果がある。

ホログラムレンズ１０９の回折効率についてはホログラムレンズ１０７やホログラムレンズ１０８と同様に、＋１次回折光の回折効率は１００％未満であり、透過光（０次回折光）も充分な強度を有するように設計する。例えば、再生専用の光ディスク装置用に本発明の光学レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を３０％〜７０％程度にする、こうすることによってＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクも、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクも同じ程度の光量を用いて情報再生を行うことができるという効果がある。逆にいえば光源の出力を節約することができるという効果がある。

また、ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に本発明の光学レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を７０％以上にする、こうすることによって、ホログラムレンズ１０９の＋１次回折光の回折効率が大きいため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の情報媒体（光ディスク）上への光の利用効率を高くすることができるという効果がある。逆にいえば光源の出力を節約することができるという効果がある。

さらに、外周部では回折効率を高く、また、内周部では＋１次の回折効率を漸次低くすることにより高密度光ディスクに対して記録再生を行うための光量をより多くすることができる。このためには、例えばホログラムレンズ１０９を図１０に示したように凹凸形状によって作製する（レリーフ型の）場合には凹凸の高さｈを内周部ではだんだんと低くしたり、または、ホログラムレンズ１０９の断面形状を図５に示すように階段上の断面形状にして、外周部では（Ａ）のようにａ＞ｂとすることによって大きな傾斜角を近似し、内周部では（Ｂ）のようにａ＜ｂとすることによって小さな傾斜角を近似する。このように外周部では回折効率を高く、また、内周部では＋１次の回折効率を漸次低くすることによってホログラムレンズ１０９の内周部では回折があまり起こらず、高ＮＡの集光スポット３８ａの光量が多くなるという効果がある。さらに、入射光ビーム３のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）がガウス分布をしているときに外周部から中心部に向かって少しずつ多くの光量を回折することにより、回折光６６のＦＦＰがなめらかなものになる。従って、図３を用いて先に説明したサイドローブ３８１はより一層少なく抑えることができ、本実施の形態のレンズを用いて構成した光ヘッド装置では記録再生を劣化なく行うことができるという効果がある。

また、ホログラムレンズ１０９の断面形状を外周部では図５の（Ｃ）の様にａ＝ｂとして、必要な回折光（０次回折光と＋１次回折光）の光量を大きくできるという効果を得て、かつ、内周部では図５の（Ｂ）の様にａ＜ｂとして、上記と同様の効果を得ることもできる。

内周部については、ａ＜ｂとしてａを内周部ほどだんだんと小さくし、ａが作製困難な程細く（１μm程度）なったところで図５の（Ｄ）の様に２段の階段状断面形状にし、さらに内周部については、（Ｅ）の様にｂ₁＜ｂ₂として、ｂ₂をだんだんと小さくしてゆくことによっても、同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態のように基板厚ｔ１に対応してホログラムレンズを透過する０次回折光が回折限界まで集光できるように設計する場合、開口数ＮＡが小さい分、透過光量が少なくなる。しかしながら０次回折光の回折効率（透過率）をあまり高くすると、基板厚ｔ２に対応した光ビームである＋１次回折光の内周部の光量が大きく減少するために、基板厚ｔ２に対応した光ビームの集光スポットのサイドローブがやや大きくなる可能性がある。そこで、光源として半導体レーザを用いる場合などは、光ビームが外周部ほど光強度の減る、いわゆるガウシアン分布をしていることを利用する。図１１（ａ）の様に、より強度の低い外周部まで対物レンズ開口内に取り込む、すなわち、光源側の開口数ＮＡを大きくする。そして、透過率を図１１（ｂ）の様に高くする。このような構成にすることにより、対物レンズ内へ取り込んで利用できる光量が多くなる上に、基板厚ｔ１に対応して集光できる光スポットの光量が大きくできるという効果を得ることができる。しかも、元々周辺部の光量が弱いため、透過率を高くすると＋１次回折光の光量は図１１（Ｃ）の様に均一な分布に近くなり集光スポットのサイドローブは低く抑えることができるという効果もある。

もちろん、本実施の形態においても入射光の一部を回折するホログラム１０９と対物レンズ４を組み合わせることによって異なる基板厚（ｔ１とｔ２）の光ディスク上にそれぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成する事のできる２焦点レンズを実現できるという効果を有する。

なお、以上の実施の形態ではホログラムレンズはレリーフ型として説明してきたが、特開昭６１−１８９５０４や、特開昭６３−２４１７３５にも開示されているように、ニオブ酸リチウム基板の一部をプロトン交換したり、液晶セルを利用しても同様に位相変調型のホログラムレンズを作製することができる。

また、以上の実施の形態ではホログラムレンズの格子パターンを対物レンズの反対側に形成する事例を例示した。ホログラムレンズの格子パターンを対物レンズの反対側に形成することにより、ホログラムレンズ表面の反射光が迷光として、帰還する事を避けることができるという効果がある。即ち、ホログラムレンズの形成された側に入射した光はこの面で反射される際には同時に回折を受けるので光が散乱される。そして透過光も回折を受けているので他の面で反射される光量は少ない上に、再びホログラムレンズ表面を透過される際に回折を受けて散乱されるのである。

但し、反射防止膜を施したり、ホログラムレンズに平面波を入射させないようにすることによって、ホログラムレンズの格子パターンを対物レンズに近い側に形成することも可能である。例えば図１ではホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７ａを対物レンズ４に近い側に形成する。このような構成にすることにより、格子パターンを設計する際に、透明基板９による屈折の効果を考慮する必要がないため、設計が簡単になるという効果を得ることができる。勿論ホログラムレンズは１０８または１１１や１０９でも同様である。

（実施の形態４）
これまで示した第１から第３の実施の形態までの２焦点レンズはすべて、対物レンズとホログラムレンズの組み合わせより構成されている。そこで、図５０でホログラム１０５と対物レンズ４を一体化したのと同様に、第４の実施の形態として、本発明においてもホログラムレンズ１０７〜１０９または１１１のいずれかと対物レンズ４を、図１２（ａ）に示すようにパッケージ化手段２１０を用いて連結したり、対物レンズ４上にホログラムレンズの格子パターンを直接作製したりすることにより一体化しても良い。こうすることによって、ホログラムレンズと対物レンズの光軸ずれを小さくすることができ、ホログラムレンズの＋１次回折光の軸外収差をより小さくできるという効果がある。

（実施の形態５）
さらにまた、第５の実施の形態として、図１２（ｂ）に示したように、ホログラムレンズ１０７〜１０９または１１１のいずれかの格子パターンを対物レンズ４の情報媒体（光ディスク）側に形成しても良い。このような構成にすると、対物レンズは情報媒体（光ディスク）側の方が曲率が小さく平面にすることも可能であるためホログラムレンズ１０７〜１０９または１１１のいずれかを容易に低コストで形成できるという効果がある。

但し、逆に、設計上ホログラムレンズが光軸に対して傾くと収差が発生するような場合は、ホログラムレンズと放射光源２とを同一基台上に固定するなどの方法で位置関係を固定することにより、ホログラムレンズの光軸に対する収差を抑圧することができるという効果を得ることもまた可能である。

（実施の形態６）
第６の実施の形態として第１から第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を図１３〜図２０を用いて説明する。なお、図１３〜図１８までの図面に挿入されているｘｙｚ軸はすべて共通である。

図１３において、２は半導体レーザなどの放射光源である。この放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過してホログラムレンズ１０７と対物レンズ４に入射し、情報媒体５上または情報媒体５１上に集光される。情報媒体５または５１で反射した光ビームはもとの光路を逆にたどって、透過光６１は実線で示したようにホログラムレンズ１０７を再び透過し、また、＋１次回折光６４が点線のようにホログラムレンズ１０７で再び＋１次回折光として回折し、どちらも初めにビームスプリッター３６を通ったときと同じ光路を通ってビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ホログラム１０３などの波面変換手段によってフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得ることができるように波面を変換された後に光検出器７に入射する。光検出器７の出力を演算することによって、サーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得ることができる。ここで対物レンズ４は駆動手段１１０によって高速で動かす必要があるが、第４の実施の形態や第５の実施の形態のようにホログラムレンズを対物レンズに一体化してもホログラムレンズ１０７は平面型の光学素子であるため軽量（数１０ミリグラム以下）であるので、ホログラムレンズ１０７と対物レンズ４を組み合わせて用いて駆動手段１１０によって一体駆動することができる。また、図１２に示したように対物レンズ４に直接ホログラムレンズ１０７を一体成形することにより、一層の軽量化と低コスト化を図ることもできる。本実施の形態では、初めにホログラムレンズ１０７を光ビーム３が通過する際に透過した透過光６１がホログラムレンズ１０７を再び透過した光ビームと、初めにホログラムレンズ１０７を光ビーム３が通過する際に回折した＋１次回折光６４がホログラムレンズ１０７で再び回折した＋１次回折光が、初めにビームスプリッター３６を通ったときと同じ光路を通ってビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光された光ビームを用いてサーボ信号の検出を行う。従って、２焦点から反射してきた光ビームの光検出器側での集光点３９は放射光源２の出射点と鏡像関係にある点で一致する。このため、ホログラム１０３などのサーボ信号検出手段も光検出器７も単一のものを共通に用いることができ、少ない部品点数で小型、軽量、低コストの光ヘッド装置でありながら、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。

次に、サーボ信号の検出方法について説明する。まず、ホログラム１０３の実施の形態を図１４に模式的に示す。ここではフォーカスサーボ信号の検出方式の一例として、スポットサイズディテクション法（ＳＳＤ法）を用いる場合について説明する。ＳＳＤ法は特開平２−１８５７２２号公報にも開示されているように光ヘッド装置の組み立て許容誤差を著しく緩和できる上に波長変動に対しても安定にサーボ信号を得ることのできる検出方法である。

ＳＳＤ法を実現するためには、ホログラム１０３から発生する回折光が曲率の異なる２種類の球面波となるように設計する。図１５は図１３の一部分であり、コリメートレンズ（１２２）から光検出器７までを拡大して示したものである。ホログラム１０３の格子パターンは例えば図１５において光検出器７の平面の前側ｂに焦点を持つ球面波と、集光点３９から発散する球面波の干渉縞として、実際に２光束干渉法を用いて干渉縞を記録したり、計算機ホログラム（ＣＧＨ）の手法を用いて干渉縞を構成する。そして、図１６に示すように共役な回折光である＋１次と−１次の回折光の回折光６４と６５を光検出器７上に形成した６分割光検出器Ｓ１からＳ６によって受光する。ここで（ｂ）がジャストフォーカス状態であり、（ａ）、（ｃ）がデフォーカス状態を表す。従って、フォーカスエラー信号ＦＥは、
ＦＥ＝（Ｓ１＋Ｓ３−Ｓ２）−（Ｓ４＋Ｓ６−Ｓ５）．．．（４）
という演算によって得られる。

なお、前に、ホログラム１０３から発生する回折光が曲率の異なる２種類の球面波となるように設計する、と述べたが、図１６からもわかるようにＳＳＤ法は回折光のＹ方向の形状変化を利用しているので、２つの光ビームは所定の方向の１次元の焦点位置がそれぞれ光検出器の前側と後ろ側であればよく、球面波には限らない。例えば非点収差を含むものであっても構わない。

また、情報媒体５１の上の集光スポットとトラック溝の相対位置変化によるホログラム上での光量分布変化をトラッキングエラー信号ＴＥとして取り出すために、図１４に示すようにさらに別の回折領域１５３や１５４をホログラムパターン１５０上に設けてもよい。そして図１７のように、フォーカスエラー信号検出用の光検出領域の両側にトラッキングエラー信号検出用の光検出領域７２を設けて、図１８に示すように、この回折領域１５３や１５４からのトラッキングエラー信号検出用回折光１６３をトラッキングエラー信号検出用光検出領域７２によって受光し式（５）に示す演算によってトラッキングエラー信号ＴＥを得ることができる。

ＴＥ＝Ｓ７−Ｓ８−Ｓ９＋Ｓ１０．．．（５）
このように、ホログラム１０３に波面変換及び分割作用を付加することによりサーボ信号発生用光学素子（波面変換手段）として用いることによって、光ヘッド装置の部品点数を削減できるので、軽量化、製造工程数の削減、信頼性の向上、低コスト化などの効果を得ることができる。

また、フォーカスサーボ信号の検出方法としていわゆる非点収差法を用いる例を図１９を用いて説明する。図１９において１３０は平行平板などの非点収差発生手段である。本実施の形態はフォーカスサーボ信号の検出方法としていわゆる非点収差法を用いることを除いてはおおよそ図１３の構成と同じである。図１９において光ビーム４１はほぼ球面波であり、かつ、平行平板１３０を透過するので非点収差を持つ。そして、図２０に示すような４分割光検出器Ｓ１からＳ４によって光ビーム４１を受光する。ここで（ｂ）がジャストフォーカス状態であり、（ａ）、（ｃ）がデフォーカス状態を表す。従って、フォーカスエラー信号ＦＥは、
ＦＥ＝（Ｓ１＋Ｓ４）−（Ｓ２＋Ｓ３）．．．（６）
という演算によって得られる。

なお、式（６）のＳ１〜Ｓ４は式（４）のＳ１〜Ｓ４とは無関係である。

また、情報媒体５のタンジェンシャル（溝の伸延方向）とラジアル方向に対応する方向が図２０に示した方向であるとき、情報媒体５の上の集光スポットとトラック溝の相対位置変化によるホログラム上での光量分布変化を利用して、式（７）に示す演算によってトラッキングエラー信号ＴＥを得ることができる。

ＴＥ＝Ｓ１＋Ｓ３−（Ｓ２＋Ｓ４） ．．．（７）
なお、式（７）のＳ１〜Ｓ４も式（４）のＳ１〜Ｓ４とは無関係である。

また、式（６）の結果を基にいわゆる位相差法を行ってトラッキングエラー信号を得ることもできる。

なお、本実施の形態は、ＦＥ信号検出をＳＳＤ法で行う場合と非点収差法で行う場合について、ホログラムレンズを１０７として説明を行ったが、これをホログラムレンズ１０８または１１１、ホログラムレンズ１０９に代えても同様の構成で光ヘッドを構成できることは自明であり、やはり少ない部品点数で小型、軽量、低コストの光ヘッド装置でありながら、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。

また、ホログラムレンズを本実施の形態のように平行光束中に設ける場合はホログラムレンズからの反射光が迷光になる恐れもあるが、無反射コーティングをしたり、図２１に示すように、ホログラムレンズ１０７を少し（１゜程度）傾けることによりこの迷光が光検出器７１に入射することを避けることができるという効果がある。なお、図２１に示したように、非点収差発生手段としてはシリンドリカルレンズ１３１を用いてもよい。シリンドリカルレンズ１３１は収束レンズ１２１と一体成型することにより、コストダウンを図るという効果を得ることも可能である。

また、光の利用効率を向上させ、信号のＳ／Ｎ比を向上させるためには図２２に示すように、偏光ビームスプリッター４２と１／４波長板１５を用い、放射光源２の偏光方向が偏光ビームスプリッター４２を全透過する方向に設定すれば良い。よく知られているようにこのような構成によって、放射光源２から出射した光ビーム３は偏光ビームスプリッター４２をすべて透過して情報媒体５（または５１）に達し、反射して、再び偏光ビームスプリッター４２に入射して、今度は全反射される。

さらに、図２３の様にホログラムレンズ１０７と対物レンズ４の間に１／４波長板１５を設ける構成にすることにより、ホログラムレンズ１０７からの反射光が光検出器７１に入射しないようにすることもできる。図２３の構成ではホログラムレンズ１０７の反射光は偏光ビームスプリッター４２を全透過するため、光検出器７１に入射せず、迷光にならないという効果がある。

さらに、図２４の様にくさび型プリズム３５等のビーム整形手段を用いて、光の利用効率を向上させることもできる。

本発明では、情報記録面上に集光されて情報を読みとった光の一部は光検出器上で大きく広がる。例えば、ホログラムレンズ１０７を用いた本発明の光ヘッド装置で情報媒体５１（基板の厚みがｔ２の時）の再生を行うとき、情報記録面上に集光されて情報を読みとった光がホログラムレンズ１０７を透過した光を用いてサーボ信号や情報信号を読み出す。ここで、情報記録面上に集光されて情報を読みとった光がホログラムレンズ１０７で回折された光は図２５に示した１次回折光４３０の様に大きく広がる。そこで、光検出器７５の周囲に大きな（１ｍｍ角以上）光検出器７５ｃを設けて、これらの光を受光し、光検出器７５の出力と、光検出器７５ｃの出力の和を情報信号とすることにより、Ｓ／Ｎを向上し、また、周波数特性の向上を図ることもできるという効果を得ることができる。

さらに、本発明の光ヘッド装置で、焦点合わせ（focusing）を行う実施の形態を示す。本発明の光ヘッド装置のうちホログラムレンズ１０７または１０８または１１１を用いた実施の形態では、フォーカスエラー（ＦＥ）信号は図２６に示したようになる。即ち、基板の厚みｔ２に対して集光する光はＮＡが大きいため光量も多く、他の光によってできる不要なＦＥ信号より十分大きい。そこで、焦点合わせを行うためには、まず、対物レンズ４を情報媒体５１の遠いところから近づけてゆき、ＦＥ信号があるしきい値をこえたら、フォーカスサーボループをＯＮにして、ＦＥ＝０になるように焦点合わせを行う。また、基板の厚みｔ１に対して集光する光はＮＡが小さいため光量も少なく、他の光によってできる不要なＦＥ信号が大きいが、対物レンズ４が情報媒体５の近いところに発生する。そこで、焦点合わせを行うためには、やはり、対物レンズ４を情報媒体５の遠いところから近づけてゆき、ＦＥ信号があるしきい値をこえたら、フォーカスサーボループをＯＮにして、ＦＥ＝０になるように焦点合わせを行う。このように、対物レンズ４を情報媒体の遠いところから近づけてゆき、ＦＥ信号があるしきい値をこえたら、フォーカスサーボループをＯＮにして、ＦＥ＝０になるように焦点合わせを行うことにより、情報媒体の基板厚がｔ１であろうとｔ２であろうと、しきい値を変えるかオートゲインコントロール（ＡＧＣ：光検出器上の全光量でＦＥ信号を規格化する）を行うことにより共通の手順で焦点合わせを行うことができ、回路系のコストを低くすることができるという効果を得ることができる。

なお、ホログラムレンズとして１０９を用いる場合は、ＦＥ信号が、対物レンズ４と情報媒体の「遠い」と「近い」が逆の特性になるので、対物レンズ４を情報媒体の近いところから遠ざけてゆき、ＦＥ信号があるしきい値をこえたら、フォーカスサーボループをＯＮにして、ＦＥ＝０になるように焦点合わせを行うことにより、情報媒体の基板厚がｔ１であろうとｔ２であろうと、しきい値を変えるかオートゲインコントロール（ＡＧＣ：光検出器上の全光量でＦＥ信号を規格化する）を行いさえすれば、共通の手順で焦点合わせを行うことができ、回路系のコストを低くすることができるという効果を得ることができる。

（実施の形態７）
第７の実施の形態として第１または第２または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を図２０と図２７を用いて説明する。

図２７において、２は半導体レーザなどの放射光源である。この放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過する。さらに、ホログラムレンズ１０７を透過した透過光６１は対物レンズ４に入射し、情報媒体５１上に集光される。情報媒体５１で反射した透過光６１は実線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０７を再び透過し、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６１で反射されて、第６の実施の形態と同様にホログラム１０３などの波面変換手段によってフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得ることができるように波面を変換された後に光検出器７に入射する。光検出器７の出力を演算することによって、サーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得ることができることも第６の実施の形態と同様である。

また、ホログラムレンズ１０７で回折した＋１次回折光６４は点線で示したように対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した＋１次回折光６４はもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０７を透過し、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６１を透過する。この光ビーム４０は情報媒体５で反射した後にホログラムレンズ１０７で回折されずに透過しているため、放射光源２の出射点とは鏡像関係にない。従って光ビーム４０の集光点３９ａは集光点３９とは光軸方向でずれている。そこで本実施の形態ではビームスプリッター３６１によって光路を分離して別に設けた光検出器７１の出力を演算することによって、サーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得ることができる。図２０と図２７を用いてこのサーボ信号の検出方法の一例を説明する。図２７において光ビーム４０はほぼ球面波であり、かつ、平行平板の表面にコーティングを施したビームスプリッター３６１を透過するため非点収差を持つ。そこで集光点３９ａ付近においた、図２０に示すような４分割光検出器Ｓ１からＳ４によって光ビーム４０を受光する。ここで（ｂ）がジャストフォーカス状態であり、（ａ）、（ｃ）がデフォーカス状態を表す。従って、フォーカスエラー信号ＦＥは、
ＦＥ＝（Ｓ１＋Ｓ４）−（Ｓ２＋Ｓ３）．．．（６）
という演算によって得られる。

なお、式（６）のＳ１〜Ｓ４は式（４）のＳ１〜Ｓ４とは無関係である。

また、情報媒体５のタンジェンシャル（溝の伸延方向）とラジアル方向に対応する方向が図２０に示した方向であるとき、情報媒体５の上の集光スポットとトラック溝の相対位置変化によるホログラム上での光量分布変化を利用して、式（７）に示す演算によってトラッキングエラー信号ＴＥを得ることができる。

ＴＥ＝Ｓ１＋Ｓ３−（Ｓ２＋Ｓ４）．．．（７）
なお、式（７）のＳ１〜Ｓ４も式（４）のＳ１〜Ｓ４とは無関係である。

また、式（６）の結果を基にいわゆる位相差法を行ってトラッキングエラー信号を得ることもできる。

本実施の形態も、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。さらにまた、次のような効果も有する。ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に第１または第２または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を３０％以下にする、こうすることによって、ホログラムレンズの透過率が高いため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の光ディスク（情報媒体）上への光の利用効率を高くすることができるという効果があるが、この時はホログラムレンズの透過率が高いのであるから光ディスク（情報媒体）から反射してきた光の内透過光を、本実施の形態のようにサーボ検出や情報信号の検出に用いることによって、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果がある。

なお、本実施の形態はホログラムレンズを１０７として説明を行ったが、これをホログラムレンズ１０８または１１１に代えても同様の構成で光ヘッドを構成できることは自明であり、やはり同様の効果を有する。

（実施の形態８）
第８の実施の形態として第１または第２または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を図２８と図２９を用いて説明する。なお、図２８と図２９に挿入したｘ1、ｙ1軸は共通である。

図２８において、放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過する。さらに、ホログラムレンズ１０７を透過した透過光６１は、対物レンズ４に入射し、情報媒体５１上に集光される。情報媒体５１で反射した透過光６１は実線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０７を再び透過し、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２を透過して第７の実施の形態において説明したように非点収差を持ち、光検出器７１でこれを受光してフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得ることができる。さらに、情報信号を得ることができることも第７の実施の形態と同様である。

また、ホログラムレンズ１０７で回折した＋１次回折光６４は対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した＋１次回折光６４は、点線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０７を透過し、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２に設けられた反射型ホログラム１０４で反射・回折される。この光ビーム４０は情報媒体５で反射した後にホログラムレンズ１０７で回折されずに透過しているため、放射光源２の出射点とは鏡像関係にない。そこで本実施の形態ではビームスプリッター３６２によって光路を分離して別々に設けた光検出器７と光検出器７１の出力を演算することによって、サーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得る点は第７の実施の形態と同じである。本実施の形態ではビームスプリッター３６２の表面に図２８に示したように反射型ホログラム１０４を形成して光ビーム４０を反射・回折し光検出器７によってこの回折光を受光してサーボ信号や情報信号を得ることが特徴である。図２９にこの反射型ホログラムのパターンの一例を示す。フォーカスエラー信号検出用回折光発生領域とトラッキングエラー信号発生領域を形成し、回折光を発生してこの回折光を光検出器で受光して、第６の実施の形態と同様にサーボ信号や情報信号を得る。

本実施の形態も、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。さらにまた、次のような効果も有する。ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に第１または第２または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を３０％以下にする、こうすることによって、ホログラムレンズの透過率が高いため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の光ディスク（情報媒体）上への光の利用効率を高くすることができるという効果があるが、この時はホログラムレンズの透過率が高いのであるから光ディスク（情報媒体）から反射してきた光の内、透過光を本実施の形態のようにサーボ検出や情報信号の検出に用いることによって光の利用効率を高くすることができるので、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果がある。特に、反射型ホログラム１０４によって光ビーム４０の全光量を回折して信号検出に用いるためＳ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果が顕著である。

なお、本実施の形態はホログラムレンズを１０７として説明を行ったが、これをホログラムレンズ１０８または１１１に代えても同様の構成で光ヘッドを構成できることは自明であり、やはり同様の効果を有する。

（実施の形態９）
第９の実施の形態として第１または第２または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を主に図３０〜図３２を用いて説明する。なお、図３０と図３１に挿入したｘ1、ｙ1軸と、図３０と図３２に挿入したｘ、ｙ、ｚ軸はそれぞれ共通である。

本実施の形態でも第８の実施の形態と同様に図３０において、放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過する。さらに、ホログラムレンズ１０７を透過した透過光６１は、対物レンズ４に入射し、図３０には図示していないが図２８と同様に、情報媒体５１上に集光される。以下、図３０には図示していないが基板厚ｔ２の情報媒体５１に対する記録再生を行う場合については図２８を用いて説明する。情報媒体５１で反射した透過光６１は実線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０７を再び透過し、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２を透過して第７の実施の形態において説明したように非点収差を持ち、光検出器７６（図２８では光検出器７１と表示）でこれを受光してフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得ることができる。さらに、情報信号を得ることができることも第７の実施の形態と同様である。

次に、本実施の形態で基板厚ｔ１の情報媒体５の情報記録再生を行う場合について説明する。図３０において、ホログラムレンズ１０７で回折した＋１次回折光６４は対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した＋１次回折光６４は、点線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０７を透過し、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２に設けられた透過型ホログラム１０４１で回折される。この光ビーム４０は情報媒体５で反射した後にホログラムレンズ１０７で回折されずに透過しているため、放射光源２の出射点とは鏡像関係にない。そこで本実施の形態では例えば、光検出器７６の光軸方向の位置を適当に調節し、例えば情報媒体５上でホログラムレンズ１０７の透過光６１が合焦点状態にあるときに光ビーム４０が最小錯乱円になる位置に光検出器７６を配置する。そして光検出器７６の出力を演算することによって、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号及び、情報信号を得る点は第７の実施の形態と同じである。特にトラッキングエラー信号を位相差法によって検出すると比較的高い周波数（数ＫＨｚ以上）だけを扱えば良いのでヘッドアンプ出力のオフセットの温度ドリフトなどのＤＣ変動の影響を避けることができ安定にサーボ信号を得ることができるという効果がある。

本実施の形態で基板厚ｔ１の情報媒体５の情報記録再生を行う場合、フォーカスエラー信号については、ホログラムレンズ１０７の透過光６１から得ることによって、より多くの光量を使うことも可能である。図３０において、放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過する。さらに、ホログラムレンズ１０７を透過した透過光６１は、対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に照射されるが記録面上ではデフォーカスしている。情報媒体５で反射した透過光６１は図３０に実線で示したようにホログラムレンズ１０７を再び透過し、ビームスプリッター３６で反射される（光ビーム４３）。この光ビーム４３は、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２を透過し、ビームスプリッター３６２の表面に図３０に示したように形成されたホログラム１０４１で回折される。光検出器７６によってこの回折光を受光してサーボ信号や情報信号を得る。図３１にこの透過型ホログラムのパターンの一例を示す。フォーカスエラー信号検出用回折光発生領域１５１、１５２を形成し、回折光を発生してこの回折光を光検出器７６上に形成された６分割光検出器７６ａで受光して、フォーカスエラー信号を得る。図３１において例えば、領域１５１は光検出器の前側に焦点を持つ球面波１４１（図３２）を発生させ、領域１５２は光検出器の後ろ側に焦点を持つ球面波１４２（図３２）を発生させる。図３１のようなホログラムパターンから回折する波面のファーフィールドパターンはホログラムパターンが分割されていることを反映してやはり図３２に示すように一部分が欠けるが、フォーカスサーボ信号には影響はない。図３２に示すように回折光１４１と１４２を６分割光検出器７６ａによって受光する。ここで（ｂ）がジャストフォーカス状態であり、（ａ）、（ｃ）がデフォーカス状態を表す。従って、フォーカスエラー信号ＦＥは、
ＦＥ＝（Ｓ１０＋Ｓ３０−Ｓ２０）−（Ｓ４０＋Ｓ６０−Ｓ５０）．．．（８）
という演算によって、ＳＳＤ法に基づいて得られる。

本実施の形態ではビームスプリッター３６２の表面に形成されたホログラム１０４１で光ビーム４３を回折し、光検出器７６によってこの回折光を受光してフォーカスエラー信号を得ることが特徴である。本実施の形態も、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。さらにまた、次のような効果も有する。ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に第１または第２または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を３０％以下にする、こうすることによって、ホログラムレンズの透過率が高いため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の光ディスク（情報媒体）上への光の利用効率を高くすることができるという効果があるが、この時はホログラムレンズの透過率が高いのであるから光ディスク（情報媒体）から反射してきた光の内、透過光を本実施の形態のようにサーボ検出や情報信号の検出に用いることによって光の利用効率を高くすることができるので、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果がある。特に、ホログラム１０４１によって光量の多い光ビーム４３を回折して信号検出に用いるためＳ／Ｎ比の高いフォーカスサーボ信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果が顕著である。しかもサーボ信号や情報信号を、ただ１個の光検出器７６だけから得ることができるので、部品点数が少なく、小型軽量で低コストの光ヘッド装置を構成することができるという顕著な効果もある。

なお、本実施の形態はホログラムレンズを１０７として説明を行ったが、これをホログラムレンズ１０８または１１１に代えても同様の構成で光ヘッドを構成できることは自明であり、やはり同様の効果を有する。

（実施の形態１０）
次に第１０の実施の形態を図３３を用いて説明する。本実施の形態は第３または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置である。

図３３において、２は半導体レーザなどの放射光源である。この放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過する。さらに、ホログラムレンズ１０９を透過した透過光６１は対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した透過光６１は、点線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０９によって回折され、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６１で反射されて、第６の実施の形態と同様にホログラム１０３などの波面変換手段によってフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得ることができるように波面を変換された後に光検出器７に入射する。光検出器７の出力を演算することによって、サーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得ることができることも第６の実施の形態と同様である。

また、放射光源２より出射後、ホログラムレンズ１０９で回折した＋１次回折光６６は対物レンズ４に入射し、情報媒体５１上に集光される。情報媒体５１で反射した＋１次回折光６６は、実線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０９によって回折され、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６１を透過する。そして、別に設けた光検出器７１の出力を演算することによって、第７の実施の形態と同様にしてサーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得ることができる。

本実施の形態も、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。さらにまた、次のような効果も有する。ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に、ホログラムレンズ１０９を用いて構成される第３または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を７０％以上にする、こうすることによって、ホログラムレンズの回折効率が高いため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の光ディスク（情報媒体）上への光の利用効率を高くすることができるという効果があるが、この時はホログラムレンズの回折効率が高いのであるから光ディスクから反射してきた光の内、回折光を本実施の形態のようにサーボ検出や情報信号の検出に用いることによって光の利用効率を高くすることができるので、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果がある。また、ホログラムレンズは１０９を用いているので、２焦点間の距離の差を１ｍｍ程度まで大きくすることができ、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときに他方の焦点を集光点とする光ビームを大きく広げて光強度を小さくでき、記録再生に影響を全く与えない様にできるという効果を有する。さらにホログラムレンズ１０９を凸レンズとして用いるので、前述した通り、色収差が発生しなくなるという効果がある。

（実施の形態１１）
第１１の実施の形態として第３または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を、図３４を用いて説明する。

図３４において、放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過する。そして、ホログラムレンズ１０９を透過した透過光６１は、対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した透過光６１は点線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０９によって回折され、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２を透過して第７の実施の形態において説明したように非点収差を持ち、光検出器７１でこれを受光してフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得ることができる。さらに、情報信号を得ることができることも第７の実施の形態と同様である。

また実線で示したようにホログラムレンズ１０９で回折した＋１次回折光６６は対物レンズ４に入射し、情報媒体５１上に集光される。情報媒体５１で反射した＋１次回折光６６はもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０９によって再び回折され、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２の一部に形成した反射型ホログラム１０４で反射・回折される。そして別々に設けた光検出器７と光検出器７１の出力を演算することによって、サーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得る点は第７の実施の形態と同じである。本実施の形態ではビームスプリッター３６２の表面に図３４に示したように反射型ホログラム１０４を形成して光ビーム４０を反射・回折し光検出器７によってこの回折光を受光してサーボ信号や情報信号を得る。図２９にこの反射型ホログラムのパターンの一例を示す。フォーカスエラー信号検出用回折光発生領域とトラッキングエラー信号発生領域を形成し、回折光を発生してこの回折光を光検出器で受光して、第６の実施の形態と同様にサーボ信号や情報信号を得る。

本実施の形態も、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。さらにまた、次のような効果も有する。ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に、ホログラムレンズ１０９を用いて構成される第３または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いる場合は、＋１次回折光の回折効率を７０％以上にする、こうすることによって、ホログラムレンズ回折効率のが高いため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の光ディスク（情報媒体）上への光の利用効率を高くすることができるという効果があるが、この時はホログラムレンズの回折効率が高いのであるから光ディスクから反射してきた光の内、回折光を、本実施の形態のようにサーボ検出や情報信号の検出に用いることによって光の利用効率を高くすることができるので、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果がある。特に、反射型ホログラム１０４によって光ビーム４０の全光量を回折して信号検出に用いるため、光の利用効率が高くＳ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果が顕著である。また、ホログラムレンズは１０９を用いているので、２焦点間の距離の差を１ｍｍ程度まで大きくすることができ、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときに他方の焦点を集光点とする光ビームを大きく広げて光強度を小さくでき、記録再生に影響を全く与えない様にできるという効果を有する。さらにホログラムレンズ１０９を凸レンズとして用いるので、前述した通り、色収差が発生しなくなるという効果がある。

（実施の形態１２）
第１２の実施の形態を図３５〜図３９を用いて説明する。図３５と図３６において１８２はノイズキャンセル用回折光発生領域、７５はノイズキャンセル用信号検出用光検出器である。図３５において、２は半導体レーザ等の放射光源である。この光源から出射した光はビームスプリッター３６３で反射して対物レンズ４に入射し、情報媒体５または５１上に集光される。情報媒体５１（または５）で反射した光ビームはもとの光路を逆にたどって（復路）、ビームスプリッター３６３に入射する。このビームスプリッター３６３を透過した光ビームは光検出器７７に入射する。光検出器７７の出力を演算することによって、サーボ信号及び、情報信号を得ることができる。ノイズキャンセル用回折光発生領域１８２は図３６に示したように、ホログラムレンズの格子パターン１０７ａよりも外周部に設ける。

本実施の形態では特開昭６０−１３８７４８及び特開昭６１−１３１２４５に開示されている原理に基づき、信号に対するノイズを低減することができる。本実施の形態では、ノイズキャンセル用回折光発生領域１８２から発生するノイズキャンセル用回折光１６４をノイズキャンセル用信号検出用光検出器７５で受光し、ノイズキャンセル用信号検出用光検出器７５の出力信号Ｓ９０を得る。そして、次の演算によって情報信号ＲＦを検出し、ノイズの低減化を図る。

ＲＦ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）＋Ｒ×Ｓ９０．．．（９）
ここで、Ｒはノイズキャンセル用信号Ｓ９０に重み付けをするための係数である。本実施の形態では、特開昭６０−１３８７４８及び特開昭６１−１３１２４５とは異なり、ホログラムレンズ上で光ビームの光量を分割するため光検出器の設定許容精度を１００倍程度大きくできるという効果がある。なお、ノイズキャンセル用信号検出用光検出器７５にレンズ作用を持つホログラムパターンを用いることによって、往路に発生する不要な回折光を情報媒体５上でデフォーカスさせ、大きく広がるようにして情報媒体５の情報を平均化し、情報信号に対する雑音を含まないという効果を得ることもできる。さらにまた、ノイズキャンセル用回折光発生領域１８２を設けることにより、ホログラムレンズの外周部の透過率が内周部と同程度になるため、情報媒体上で光ビーム（集光スポット）のサイドローブがより低くなり、優良な特性の再生信号を得ることができるという効果を得ることもできる。

また、図３７においては、ノイズキャンセル用回折光発生領域１８３を複数（図では２個）に分割する。そして、各々の分割領域から回折するノイズキャンセル用回折光１６４をノイズキャンセル用信号検出用光検出器７５ａと７５ｂで受光し、出力信号Ｓ９１とＳ９２を得る。そして、（１０）式の演算によって情報信号ＲＦを検出し、ノイズの低減化を図る。

ＲＦ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）＋Ｒ×（Ｓ９１＋Ｓ９２）．．．（１０）
ここで、Ｒはノイズキャンセル用信号Ｓ９０に重み付けをするための係数である。本実施の形態では、特開昭６０−１３８７４８及び特開昭６１−１３１２４５とは異なり、ホログラム上で光ビームの光量を分割するため光検出器の設定許容精度を１００倍程度大きくできるという効果がある。本実施の形態では、図３８のようにノイズキャンセル用回折光発生領域１８３を複数に分割することによって往路の不要な回折光も多分割される上に１つ１つの分割領域はＮＡ（開口数）が小さくなってその回折光が大きく広がるので、これらの和を取ったときに情報媒体５上で得る情報信号（雑音）は平均化されて、振幅が小さくなるという効果がある。また、複数のノイズキャンセル用回折光（１６４ａと１６４ｂ）をそれぞれ分割した光検出器（７５ａと７５ｂ）で受光することにより、それぞれのノイズキャンセル用信号の重み付けを変えてよりいっそうノイズの低減をする事も可であるという効果を得ることができる。すなわち、（１１）式の演算によって情報信号ＲＦを検出し、ノイズの低減化を図る。

ＲＦ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）＋（Ｒ１×Ｓ９１＋Ｒ２×Ｓ９２）．．．（１１）
ここで、Ｒ１、Ｒ２はノイズキャンセル用信号Ｓ９１、Ｓ９２に重み付けをするための係数である。また、このようにノイズキャンセル用回折光発生領域１８３を複数に分割することによって往路の不要な回折光が、光検出器の信号検出領域に入射することを避けることもできるという効果を得られる。これについて図３９を用いて以下に説明する。図３９においてＰ１とＰ２はそれぞれノイズキャンセル用回折光１６４ａと１６４ｂが光検出器上に入射する場所を示す。ノイズキャンセル用回折光１６４ａと１６４ｂを復路の＋１次回折光と呼ぶと、ノイズキャンセル用回折光発生領域１８３ｂから発生する往路の＋１次回折光がノイズキャンセル用回折光発生領域１８３ａに入射して発生する復路の＋１次回折光がＰ３に入射する。ここで、Ｐ３と光検出器７１の中心との距離Ｃ２は、Ｐ１とＰ２の距離と等しくなる。したがって、光検出器７１の一辺の長さの半分をＣ１としたときにＣ２＞Ｃ１とすることにより、Ｐ３が光検出器７１内に入らないようにすることができ不要な迷光の影響を避けることができるという効果がある。点Ｐ４についても点Ｐ３と同様である。なお、ノイズキャンセル用回折光発生領域１８３から発生する往路の＋１次回折光のうち復路の透過光（０次回折光）はＰ５やＰ６の位置に入射し、光検出器７１内に入らない。さらに、光源２として半導体レーザーを用いる場合には、ノイズキャンセル用回折光発生領域１８３ａ、ｂを設ける方向（図３８のＸ２方向）を半導体レーザーの出射角の広い方向と一致させることにより、透過光の光強度分布がより一定になるため、情報媒体上で光ビーム（集光スポット）のサイドローブがより低くなり、優良な特性の再生信号を得ることができるという効果を得ることもできる。

（実施の形態１３）
さらに、第１３の実施の形態を図４０と図４１を用いて説明する。図４０において１０７はホログラムレンズである。ホログラムレンズとしてはここでは第１の実施の形態として説明したホログラムレンズ１０７を用いて説明するが、第２〜第５の実施の形態のいずれかにおいて説明したホログラムレンズ１０８または１１１または１０９などでも良い。また第１２の実施の形態において示したようにホログラムレンズの外周部にノイズキャンセル用回折光発生領域を設けることもできる。また、ホログラム１７３は偏光異方性ホログラムである。偏光異方性ホログラムは、昭６１−１８９５０４や、特開昭６３−２４１７３５にも開示されているように、ニオブ酸リチウム基板の一部をプロトン交換したり、液晶セルを利用することにより作製可能であり、ある偏光方向（ＸＰ方向とする）の直線偏光に対しては回折させるホログラムとして働き、これと直角な方向（ＹＰ方向とする）の直線偏光光に対しては回折を起こさないという性質を持つ。放射光源２は本実施の形態においては直線偏光の光源を用い、偏光方向はＸＰ方向に設定する。放射光源２から出射した光ビームはホログラム１７３を透過し（往路）、λ／４板１５によって円偏光の光ビームになり、ホログラムレンズ１０７で２つの焦点の光ビームに分けられて、さらに、情報媒体５または５１によって反射される際に円偏光の回転方向が逆転し、再びλ／４板１５に入射して初めとは直角方向（ＹＰ方向）の直線偏光になるため、復路においてはホログラム１７３によって回折され（復路）、光検出器２７４に入射する。光検出器の出力を演算することによって、前述の実施の形態と同様にサーボ信号や情報信号を得ることができる。本実施の形態は以下のような効果を有している。１．ホログラムレンズを用いているため、ただ１つの光ヘッド装置を用いて２種類の基板厚の情報媒体に対し情報の記録再生を行うことができる。２．往路では回折を受けず、復路では回折するため、光の利用効率が高く、放射光源の出射パワーが低くてもＳ／Ｎ比の高いサーボ信号や情報信号を得ることができる。３．ビームスプリッターを用いなくても良い構成であり、光ヘッド装置の小型化軽量化、低コスト化を実現できる。４．ビームスプリッターを用なくても良い構成であり、光学部品がほとんど１本の光軸上に並んでいる（立ち上げミラーを用いて光軸を曲げる場合も分岐はせず、光軸はやはりほぼ１本である）ため、温度変化、経時変化に対して安定に動作する光ヘッド装置を得ることができる。５．復路ではホログラム１７３の透過光は不要であるため回折効率を高くし、透過率をほとんど０に設計しても構わない。透過率をほぼ０に設計する事により、ホログラム１７３と１／４波長板１５は光源２への戻り光をなくするアイソレーターの働きをするため、光源２として半導体レーザーを用いるときに、戻り光がほとんど活性層内に入らない。従って、戻り光による半導体レーザーの雑音の問題を回避できる。

なお、本実施の形態における光検出器２７４は放射光源２と近接して配置することが可能であるため図４１に示すような構成にすることにより相対位置精度を容易に高精度にでき、製造工程の組立コストを低くすることができるという効果がある。また、より一層、光ヘッド装置の小型化軽量化、低コスト化を実現できるという効果がある。図４１において２は放射光源、３は光ビーム、２７４は光検出器である。光検出器２７４ａと光検出器２７４ｂを１個の光検出器基板上に形成する。そして光検出器２７４ａと光検出器２７４ｂの間に凹部（切り欠き部）を設け、図４１に示したようにミラー７ａを設け、放射光源２をハイブリッドに設置する。本実施の形態では、光検出器２７４ａと光検出器２７４ｂを１個の光検出器基板上に形成するので光検出器２７４ａと光検出器２７４ｂの相対位置を、集積回路の作製工程によって容易にμmオーダーの高精度に設定できるという効果がある。さらに、図４１のハイブリッド素子と外部との電気的な接続のために結線が必要であるが、この結線を接続する面が、本実施の形態ではすべて図４１のＸ３・Ｙ３平面になるので、結線用のワイヤを近づけてくる方向が共通になり自動組立が容易になるという効果がある。さらに組立時の基準線もＸ３・Ｙ３平面上に設けるだけでよいので、光検出器２７４ａと光検出器２７４ｂと放射光源２の相対位置を容易に高精度に設定できるという効果がある。

本実施の形態は偏光異方性ホログラムを用いる構成を例示して説明したが、放射光源２の光量が十分である場合などは、偏光異方性ホログラム１７３に代えて格子ピッチの小さなホログラムや、ブレーズ化ホログラムを用いても、やはり、以下のような効果を得ることができる。１．ホログラムレンズを用いているため、ただ１つの光ヘッド装置を用いて２種類の基板厚の情報媒体に対し情報の記録再生を行うことができる。２．ビームスプリッターを用いなくても良い構成であり、光ヘッド装置の小型化軽量化、低コスト化を実現できる。３．ビームスプリッターを用いなくても良い構成であり、光学部品がほとんど１本の光軸上に並んでいるため、温度変化、経時変化に対して安定に動作する光ヘッド装置を得ることができる。

（実施の形態１４）
第１４の実施の形態を図４２を用いて説明する。図４２において２ａは直線偏光した光ビームを出射する放射光源、１９０は放射光源２ａから出射する直線偏光した光ビーム３ｂを全反射しこれと直角方向の直線偏光した光ビームは全透過する偏光分離膜、１５はλ／４板である。本実施の形態ではホログラムレンズ１０７を具備する点と、偏光分離膜１９０と１／４波長板１５を用いる点と、反射型ホログラム２２０を透明基板９の裏側に形成する点が特徴である。なお、ホログラムレンズとしてはここでは第１の実施の形態として説明したホログラムレンズ１０７を用いて説明するが、第２〜第５の実施の形態のいずれかにおいて説明したホログラムレンズ１０８または１１１または１０９などでも良い。また第１２の実施の形態において示したようにホログラムレンズの外周部にノイズキャンセル用回折光発生領域を設けることもできる。放射光源２ａから出射した光ビーム３ｂ（直線偏光したレーザ光）は、透明基板９の放射光源２ａに近い側（以後表側と呼ぶ）に形成された偏光分離膜１９０で全反射されてλ／４板の第１回目の透過を行う。そして対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した光ビームはもとの光路を逆にたどって、λ／４板の第２回目の透過を行いこれによって光ビームの偏光方向は９０゜回転する。光ビームは偏光分離膜１９０を全透過して、反射型ホログラム２２０に入射する。この反射型ホログラム２２０から生じる復路の回折光６８は偏光分離膜１９０を全透過して、光検出器７８に入射する。光検出器７８の出力を演算することによって、サーボ信号及び、情報信号を得ることができる。ここで例示したようにコリメートレンズを用いると、反射膜１９０へ入射する光ビームが平行光であるので反射率及び透過率が均一になって、往路の反射光をより容易に情報媒体５上で回折限界まで集光できる。また、復路の＋１次回折光も均一になるためサーボ信号にオフセットがより生じにくくなるという効果がある。また、以下のような効果もある、１．ホログラムレンズを用いているため、ただ１つの光ヘッド装置を用いて２種類の基板厚の情報媒体に対し情報の記録再生を行うことができる。２．往路では回折を受けず、復路では回折するため、光の利用効率が高く、放射光源の出射パワーが低くてもＳ／Ｎ比の高いサーボ信号や情報信号を得ることができる。３．ビームスプリッターと立ち上げミラーを兼用しているので、光ヘッド装置の小型化軽量化、低コスト化を実現できる。４．光学部品がほとんど１本の光軸上に並んでいるため、温度変化、経時変化に対して安定に動作する光ヘッド装置を得ることができる。５．偏光分離膜１９０と１／４波長板１５は光源２ａへの戻り光をなくするアイソレーターの働きをするため、光源２ａとして半導体レーザーを用いるときに、戻り光がほとんど活性層内に入らない。従って、戻り光による半導体レーザーの雑音の問題を回避できる。

なお、反射型ホログラム２２０をブレーズ化する事により、＋１次回折光の回折効率を１に近づけて、光量の損失なしに＋１次回折光のみを用いて信号検出を行うことができる。＋１次回折光を用いて信号検出を行うと、信号検出用の回折光の収差をホログラム２２０で補償できるので安定なサーボ信号検出を行うことができるという効果を得ることも可能である。また、コリメートレンズを放射光源と透明基板の間に挿入する構成を例示して説明したが、コリメートレンズを省いた構成も可能であり、この場合においても上記と同様の効果が得られる。

さらにまた、光源２ａの光量が十分である場合には、偏光分離膜１９０の代わりに反射率が１／３程度の反射膜を用い、１／４波長板１５を省くことも可能である。この場合も、以下のような効果がある、１．ホログラムレンズを用いているため、ただ１つの光ヘッド装置を用いて２種類の基板厚の情報媒体に対し情報の記録再生を行うことができる。２．ビームスプリッターと立ち上げミラーを兼用しているので、光ヘッド装置の小型化軽量化、低コスト化を実現できる。３．光学部品がほとんど１本の光軸上に並んでいるため、温度変化、経時変化に対して安定に動作する光ヘッド装置を得ることができる。

次に、第５〜第１１の実施の形態までのいずれかの光ヘッド装置の様に２種の厚みの基板の記録再生を可能な光ヘッド装置を有し、実際に記録再生を行う際に、記録再生を行おうとしている光ディスクの基板の厚みがｔ１なのかｔ２なのかを自動的に判断する機能を持つ光ディスク装置の発明を図４５（第１５の実施の形態）と図４６（第１６の実施の形態）を用いて説明する。

（実施の形態１５）
図４５は第１５の実施の形態である光ディスク装置の説明を行うためのチャート図である。本実施の形態の光ディスク装置は第５〜第１１の実施の形態までのいずれかの光ヘッド装置の様に２種の厚みの基板の記録再生を可能な光ヘッド装置と、前記光ヘッドの送り機構などの移動手段と、情報媒体を回転させるスピンドルモーターなどの回転手段、を有する。そして、本発明の光ディスク装置に光ディスク（情報媒体）をセットし、光ディスクが前記回転手段によって回転を始めると、まず基板の厚みを判別する情報を記録した位置、例えば最内周などに前記移動手段によって光ヘッド装置を動かし、次に、基板の厚みｔ１に対応した焦点（フォーカス）制御を行う。そしてトラッキング制御を行って情報信号を検出し、基板の厚みがｔ２であるという情報を認識したら、自動的に基板の厚みｔ２に対応した焦点制御を行う。また、基板の厚みがｔ２であるという情報がなければ、そのまま基板の厚みｔ１に対応した焦点制御を行って再生し続ける。本実施の形態により、迅速に且つ極めて正確に基板の厚みを判断することができ、２種の厚みの基板の記録再生を安定に行うことができるという効果を有する。

（実施の形態１６）
図４６は第１６の実施の形態である光ディスク装置の説明を行うためのチャート図である。本実施の形態の光ディスク装置は第５〜第１１の実施の形態までのいずれかの光ヘッド装置の様に２種の厚みの基板の記録再生を可能な光ヘッド装置と、前記光ヘッドの送り機構などの移動手段と、情報媒体を回転させるスピンドルモーターなどの回転手段、を有する。そして、本発明の光ディスク装置に光ディスク（情報媒体）をセットし、光ディスクが前記回転手段によって回転を始めると、まず情報信号が確実に存在する位置、例えば最内周などに前記移動手段によって光ヘッドを動かし、次に、基板の厚みｔ１に対応した焦点（フォーカス）制御を行う。そしてトラッキング制御を行って情報信号を検出し、情報信号の振幅が一定値以上得られなかった場合には、自動的に基板の厚みｔ２に対応した焦点制御を行う。また、情報信号の振幅が一定値以上得られた場合には、そのまま基板の厚みｔ１に対応した焦点制御を行って再生し続ける。本実施の形態により、基板の厚みを判断することができ、２種の厚みの基板の記録再生を安定に行うことができるという効果を有する。

本発明の光学レンズは、異なる厚みの基板に対応することができ、従来の光ディスクと次世代の高密度光ディスクの両方を記録再生できる光ディスク装置として有用である。

本発明の第１の実施の形態の複合対物レンズの概略断面図 本発明の第１の実施の形態のホログラムレンズのホログラムパターンを表す平面図 情報媒体上での集光スポットの光量分布を説明する為に用いる説明図 本発明の第１の実施の形態のホログラムレンズの概略断面図 本発明の第２の実施の形態に用いるホログラムレンズの一部分の概略断面図 本発明の第２の実施の形態の複合対物レンズの概略断面図 本発明の実施の形態におけるホログラムから得られる０次回折光（透過光）の光量分布を説明するための概略断面図 本発明の実施の形態におけるホログラムから得られる０次回折光（透過光）と回折光の光量分布を説明するための概略断面図 本発明の実施の形態のホログラムレンズのホログラムパターンを表す平面図 本発明の第３の実施の形態の複合対物レンズの概略断面図 本発明の第３の実施の形態におけるホログラムから得られる０次回折光（透過光）と回折光の光量分布を説明するための概略断面図 本発明の第５の実施の形態の複合対物レンズの概略断面図 本発明の第６の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の第６の実施の形態と第７の実施の形態と第１０の実施の形態の光ヘッド装置に用いるホログラムのホログラムパターンを表す平面図 本発明の第６の実施の形態と第７の実施の形態と第１０の実施の形態の光ヘッド装置に用いるホログラムから発生する回折光と光検出器の関係を表す概略断面図 本発明の第６〜第１１の実施の形態の光ヘッド装置に用いる光検出器上での回折光の様子を説明するための平面図 本発明の第６〜第１１の実施の形態の光ヘッド装置に用いる光検出器を示す平面図 本発明の第６の実施の形態と第７の実施の形態と第９の実施の形態と第１０の実施の形態の光ヘッド装置の要部（ホログラムパターンと光検出器）の概略斜視図 本発明の第６の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の第６〜第１１の実施の形態の光ヘッド装置に用いる光検出器及び光検出器上での回折光の様子を説明するための平面図 本発明の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の実施の形態の光ヘッド装置に用いる光検出器及び光検出器上での回折光の様子を説明するための平面図 本発明の実施の形態の光ヘッド装置において得られるフォーカスエラー信号の一例を示す概略説明図 本発明の第７の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の第８の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の第８の実施の形態と第１１の実施の形態の光ヘッド装置に用いるホログラムのホログラムパターンを表す平面図 本発明の第９の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の第９の実施の形態の光ヘッド装置に用いるホログラムのホログラムパターンを表す平面図 本発明の第９の実施の形態の光ヘッド装置に用いる光検出器及び光検出器上での回折光の様子を説明するための平面図 本発明の第１０の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の第１１の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の第１２の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の第１２の実施の形態の光ヘッド装置に用いるホログラムのホログラムパターンを表す平面図 本発明の第１２の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の第１２の実施の形態の光ヘッド装置に用いるホログラムのホログラムパターンを表す平面図 本発明の第１２の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の第１３の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の第１３の実施の形態と第１４の実施の形態の光ヘッド装置の要部（放射光源と光検出器）の概略斜視図 本発明の第１４の実施の形態の光ヘッド装置の概略断面図 本発明の第１５の実施の形態の光ディスク装置の機能を示す説明図 本発明の第１６の実施の形態の光ディスク装置の機能を示す説明図 従来の光ヘッド装置の概略断面図 従来例、及び本発明の第４の実施の形態の複合対物レンズの概略断面図 従来の課題を説明するために用いる線図的説明図

符号の説明

２ 放射光源
３ 光ビーム
４ 対物レンズ
５，５１ 情報媒体
７，７１ 光検出器
３６ ビームスプリッター
１０７，１０８，１０９，１１１ ホログラムレンズ
１１０ 駆動手段
１２１ 収束レンズ
１２２ コリメートレンズ
１２３ コリメートレンズ

Claims (10)

1. 第１の厚さの透明部を有する第１の情報媒体の情報記録面上と、前記第１の厚さの透明部とは厚さが異なる第２の厚さの透明部を有する第２の情報媒体の情報記録面上に光を収束させる光学レンズであって、
   前記光学レンズは
   屈折型のレンズと、回折レンズを具備し、
   前記回折レンズに入射する光から生じるＮ次回折光を前記第１の情報媒体の情報記録面
   上に、前記第１の厚さの透明部を介して収束させ、
   前記回折レンズに入射する光から生じるＭ次回折光を前記第２の情報媒体の情報記録面
   上に、前記第２の厚さの透明部を介して収束させ、
   ＮとＭは異なる整数であり、
   ＮとＭのいずれか一方が０であることを特徴とする光学レンズ。
2. 前記Ｎ次回折光の回折効率は前記Ｍ次回折光の回折効率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
3. 前記Ｍ次回折光の回折効率が３０％以下であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の光学レンズ。
4. Ｎ次回折光は０次回折光であり、Ｍ次回折光は１次回折光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学レンズ。
5. Ｎ次回折光は１次回折光であり、Ｍ次回折光は０次回折光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学レンズ。
6. 前記回折レンズを前記屈折型のレンズ表面に一体形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学レンズ。
7. 前記第１の厚さの透明部を有する前記第１の情報媒体と前記第１の透明部とは厚さが異なる前記第２の厚さの透明部を有する前記第２の情報媒体に対して情報の記録又は再生を行う光ヘッド装置であり、
   光源と、
   前記光源から出射される光を前記回折レンズで受け、前記第１の情報媒体と前記第２の情報媒体の情報記録面上に光を収束させる請求項１に記載の光学レンズと、
   前記第１の情報媒体又は前記第２の情報媒体で反射した光を受けて、電気信号に変換する光検出器を具備することを特徴とする光ヘッド装置。
8. 前記光源から出射される光を、
   前記第１の厚さの透明部を有する前記第１の情報媒体に対して前記第１の厚さの透明部を介して前記第１の情報媒体の情報記録面上に収束させた場合と、
   前記第２の厚さの透明部を有する前記第２の情報媒体に対して前記第２の厚さの透明部を介して前記第２の情報媒体の情報記録面上に収束させた場合と、
   いずれの場合も共通の光検出器によって光を受けて電気信号に変換することを特徴とする請求項７に記載の光ヘッド装置。
9. 前記第１の厚さの透明部を有する前記第１の情報媒体と前記第１の透明部とは厚さが異なる前記第２の厚さの透明部を有する前記第２の情報媒体の情報記録面上に光を収束させ、
   前記第１の情報媒体と前記第２の情報媒体に対して情報の記録または再生を行う請求項７に記載の光ヘッド装置と、
   前記光ヘッド装置を移動させる移動手段と、
   前記情報媒体を回転させる回転手段と、
   を具備する光情報装置。
10. 前記第１の厚さの透明部を有する前記第１の情報媒体と前記第１の透明部とは厚さが異なる前記第２の厚さの透明部を有する前記第２の情報媒体の情報記録面上に光を収束させ、
    前記第１の情報媒体と前記第２の情報媒体に対して情報の記録または再生を行う請求項７又は８のいずれかに記載の光ヘッド装置と、
    前記光ヘッド装置を移動させる移動手段と、
    前記情報媒体を回転させる回転手段と、
    前記光ヘッド装置から得られる信号に基づいて情報媒体の透明部の厚みを判別する判別手段と、
    を具備する光情報装置。

Images