JPH08240718A

JPH08240718A - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JPH08240718A
Application number: JP8036056A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kaneuma; 慶明金馬; Sadao Mizuno; 定夫水野; Seiji Nishino; 清治西野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 1996-09-17
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: JP3677342B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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を提供することを目的と
する。【解決手段】光ビーム３ａの透過光（０次回折光）６
１ａも充分な強度を有するようにホログラムレンズ１０
７を設計する。対物レンズ４は、ホログラム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、
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、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学レンズに関す
るもの、及び、光ディスクあるいは光カードなど、光媒
体もしくは光磁気媒体（情報媒体）上に記憶される情報
の記録・再生あるいは消去を行う光ヘッド装置、光ディ
スク装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】図４９に、我々が先に考案し特許出願した
（特願平３−４６６３０）光ヘッド装置の構成図を従来
例として示す。

【０００４】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−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。

【０００５】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。

【０００６】また本発明は光学顕微鏡にも係わるもので
ある。従来用いられてきた光学顕微鏡の対物レンズはた
だ１つの焦点面を有するものであり焦点深度内しか観察
できないものであった。

【０００７】また本発明は露光装置にも係わるものであ
る。半導体上に微細な回路を形成する工程などにおい
て、半導体などの試料上に光感光性の材料を塗布してフ
ォトマスクを通して露光する工程が必須である。本発明
ははこの露光工程において用いる露光装置にも係わる。
例えば、III−Ｖ族化合物半導体を用いた高周波回路（I
II−Ｖ compound microwave circuits）や光電変換素子
（opto-electronic detectors）、固体レーザー（solid
state lasers）などの製造工程において、予め試料の
裏面に所定のパターンを形成し、このパターンとフォト
マスクの相対位置を高精度で合わせて表面にパターンを
転写する際に、従来は低倍率の焦点深度の深い顕微鏡で
試料の裏面と表面を同時に観察して位置合わせを行って
いた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】光学顕微鏡については、従来用いられてき
た光学顕微鏡の対物レンズはただ１つの焦点面の焦点深
度内しか観察できず、倍率と光軸方向の観察範囲がトレ
ードオフの関係になっており、高倍率で光軸方向を広い
範囲に渡って観察することが不可能であるという課題が
あった。

【００１３】露光装置については、予め試料の裏面に所
定のパターンを形成し、このパターンとフォトマスクの
相対位置を高精度で合わせて表面にパターンを転写する
際に、従来は低倍率の焦点深度の深い顕微鏡で試料の裏
面と表面を同時に観察して位置合わせを行っていたた
め、５μm以下の精度で位置合わせを行うことが不可能
であるという課題がある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では上述の課題を
解決するため、光ヘッド装置は、放射光源と、前記光源
から出射される光ビームを受け情報媒体上へ微小スポッ
トに収束する集光光学系と、前記情報媒体で反射、回折
した光ビームを波面変換する手段と、前記波面変換手段
で波面を変換された前記光ビームを受け光量に応じて電
気信号を出力する光検出器からなる光ヘッド装置におい
て、前記情報媒体近くに配置された対物レンズは上記の
いずれかの複合対物レンズであり、前記波面変換手段と
前記光検出器は唯一組のみを備えることを特徴とする光
ヘッド装置、という構成にするか、または、放射光源
と、前記光源から出射される光ビームを受け情報媒体上
へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記情報媒体
で反射、回折した光ビームを波面変換する手段と、前記
波面変換手段で波面を変換された前記光ビームを受け光
量に応じて電気信号を出力する光検出器からなる光ヘッ
ド装置において、前記情報媒体近くに配置された対物レ
ンズは上記のいずれかの複合対物レンズであり、前記情
報媒体で反射、回折した光ビームを前記放射光源の出射
点とは異なる少なくとも２方向に分岐するビームスプリ
ッターを具備し、前記波面変換手段と前記光検出器は少
なくとも２組を具備することを特徴とする光ヘッド装
置、という構成にするか、または、放射光源と、前記光
源から出射される光ビームを受け情報媒体上へ微小スポ
ットに収束する集光光学系と、前記情報媒体で反射、回
折した光ビームを波面変換する手段と、前記波面変換手
段で波面を変換された前記光ビームを受け光量に応じて
電気信号を出力する光検出器からなる光ヘッド装置にお
いて、前記情報媒体近くに配置された対物レンズは上記
のいずれかの複合対物レンズであり、前記情報媒体で反
射、回折した前記光ビームの一部分を前記放射光源の出
射点とは異なる方向に全反射し、残りを全透過するビー
ムスプリッターを具備し、前記波面変換手段と前記光検
出器は少なくとも２組を具備することを特徴とする光ヘ
ッド装置という構成にし、また、情報媒体（光ディス
ク）は、情報記録面上に高密度（２ビット／μｍ²以
上）の記録ピットＡとコンパクトディスク（ＣＤ）程度
の記録密度のピットＢがあり、前記ピットＢは基板の厚
みがｔ２であることを判別できる情報を持っており、ピ
ットＡのある部分、または、記録可能な部分は基板の厚
みはｔ２（０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ程度）であるが、ピ
ットＢの形成されている領域は基板の厚みがｔ１（約
１．２ｍｍ）であることを特徴とする情報媒体（光ディ
スク）、という構成にするか、または、情報記録面上に
高密度（２ビット／μｍ²以上）の記録ピットＡとコン
パクトディスク（ＣＤ）以下の低記録密度のピットＣが
あり、前記ピットＣは基板の厚みがｔ２であることを判
別できる情報を持っており、ピットのある部分、また
は、記録可能な部分は基板の厚みがすべてｔ２（０．４
ｍｍ〜０．８ｍｍ程度）であることを特徴とする情報媒
体（光ディスク）、という構成にし、また、光ディスク
装置（または、光ディスクドライブ）は、情報媒体の２
種の基板厚みｔ１とｔ２にそれぞれ対応する焦点制御手
段とトラッキング制御手段と情報検出手段を具備する光
ヘッド装置と、前記光ヘッド装置の移動手段と、情報媒
体を回転させる回転手段とを設け、光ディスク装置に光
ディスクをセットすると、まず上記の光ディスク（情報
媒体）に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に対応した焦点制御を行い、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、基板の厚みｔ２に対応した焦点
制御を行うが、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ことを特徴とする光ディスク装置、
という構成にするか、または、情報媒体の２種の基板厚
みｔ１とｔ２にそれぞれ対応する焦点制御手段とトラッ
キング制御手段と情報検出手段を具備する光ヘッド装置
と、前記光ヘッド装置の移動手段と、情報媒体を回転さ
せる回転手段とを設け、光ディスク装置に光ディスクを
セットすると、まず記録ピットが必ず存在するところ例
えば最内周などに光ヘッド装置を動かし、次に、基板の
厚みｔ１に対応した焦点制御を行い、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、基板の厚みｔ２に対応した
焦点制御を行が、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ことを特徴とする光ディスク装
置、という構成にする。

【００１５】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。

【００１６】（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。

【００１７】（３）本発明の２焦点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。

【００１８】または、本発明の２焦点レンズを用いて光
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。

【００１９】（４）高密度のピットのある部分、また
は、記録可能な部分は基板の厚みはｔ２（０．４ｍｍ〜
０．８ｍｍ程度）であるが、厚みを判別するためこの光
ディスクの大半の部分では基板の厚みがｔ２であること
を判別できる情報を持つピットの形成されている領域の
基板の厚みはｔ１（約１．２ｍｍ）にする。これによっ
て、初めに基板の厚みｔ１の部分を基板の厚みｔ１に対
応した焦点制御を行って再生し、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ことができる。

【００２０】（５）基板の厚みがｔ２であることを判別
できる情報を持っている、ＣＤよりも記録密度の低いす
なわち大きなピットを光ディスクの一部に書き込んであ
り、基板の厚みは、ピットのあるところや記録可能なと
ころは、情報媒体全面に渡ってｔ２（０．４ｍｍ〜０．
８ｍｍ程度）とする。この光ディスクを記録再生する際
には初めに基板の厚みｔ１の部分を基板の厚みｔ１に対
応した焦点制御を行って再生する。当然大きな収差が発
生するが、記録密度が非常に低いため記録を再生するこ
とができる。そして、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
点制御を行うことができるという効果がある。当然、初
めに基板の厚みｔ１の部分を基板の厚みｔ１に対応した
焦点制御を行って再生し、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れば良い。また、基板の厚
みが一定であるため情報媒体の製造が容易で安価にで
き、また、情報媒体を薄くできる。

【００２１】（６）光ディスク装置に、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光ヘッ
ドを動かし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、基板の厚みｔ２に対応した
焦点制御を行い、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という手段をもたせる。高
密度光ディスクが本発明のの実施例のものである限り、
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種の厚みの基板の光ディスクの記録再生を安定に
行うことができる。

【００２２】（７）光ディスク装置において、例えば最
内周などに光ヘッドを動かし、次に、基板の厚みｔ１に
対応した焦点制御を行う。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。これによりすべての
光ディスクの、基板の厚みを判断することができ、２種
の厚みの基板の光ディスクの記録再生を安定に行うこと
ができる。

【００２３】（８）本発明の顕微鏡用のレンズは、透過
光も回折光も共に充分な強度を持つホログラムレンズを
用いているので、２つの焦点面に対して、同時に焦点を
合わせることができ、２つの平面内の像を同時に観察で
きるという効果を備える。

【００２４】さらにホログラムレンズをブレーズ化する
ことによって、２箇所に焦点合わせをする透過光と＋１
次回折光の光量を大きくすることができ、明るい像を得
ることができる。

【００２５】また、透過光と回折光でそれぞれ異なる厚
みの基板を通して像を観察する場合は、基板の厚みの違
いによって生じる収差をホログラムレンズによって補正
し、最良の像を観察できるようにすることができる。

【００２６】さらに、本発明の顕微鏡レンズと接眼レン
ズを組み合わせることによって、光軸方向の位置の異な
る２平面上の鮮明な像を同時に観察することができると
いう効果を有する顕微鏡を構成できる。

【００２７】（９）本発明の２焦点顕微鏡用レンズまた
はこの顕微鏡レンズを用いた２焦点顕微鏡を用いた露光
装置は、予め試料の裏面に所定のパターンを形成し、こ
のパターンとフォトマスクの相対位置を高精度で合わせ
て表面にパターンを転写する事ができるという効果を有
する。本発明の露光装置では２焦点の顕微鏡を用いるの
で、焦点深度を深くする必要がなく、高倍率の顕微鏡を
用いることができ、裏面と表面を同時に高倍率で観察し
て位置合わせを行い、５μm以下の高精度で試料の裏面
のパターンとフォトマスクの相対位置を合わせることが
できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明の実施例
を説明する。

【００２９】図１は本発明の第１の実施例の構成図であ
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）６
１ａ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３
８０が記録再生に必要な光量であり、サイドローブ３８
１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。

【００３０】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
折限界の微笑スポットにまで収束すること」と定義す
る。

【００３１】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。

【００３２】本実施例では対物レンズ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、本実施例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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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６
４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、５０μ
ｍ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の焦点距離を短くする場合、
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の焦点距離を短くする、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。

【００３８】なお本実施例において、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、０．５
ｍｍ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。

【００３９】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／λ
１．．．（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（λ
１）＝ｆ（λ０）×（ｎ（λ０）−１）／（ｎ（λ１）
−１）．．．（２）となる。

【００４０】式（１）と式（２）よりλ１／（ｆｈｏｅ
１×λ０）＋（ｎ（λ１）−２）／（ｆ（λ０）×（ｎ
（λ０）−１））＝１／ｆｈｏｅ０＋１／ｆ（λ
０）．．．（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。

【００４１】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 andM.Morris(1991)Photonics Spectra Nove
nver 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１５
０７巻１１６ページ）、文献３−P.Twardowski and P.M
eirueis(1991)SPIE Vol.1507p55（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。

【００４２】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％〜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。

【００４３】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（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。

【００４４】図６は本発明の第２の実施例を示す。１０
８はホログラムレンズである。本実施例は以下の点が第
１の実施例とは異なる特徴である。本実施例ではホログ
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きな傾斜
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、本実施例の
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。

【００４５】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。

【００４６】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（１
μm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。

【００４７】もちろん、本実施例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。

【００４８】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％〜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。

【００４９】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（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。

【００５０】なお、本実施例のように基板厚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。

【００５１】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１
１１ａ〜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
向に回折されなぬ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。

【００５２】第３の実施例を図１０を用いて説明する。
本実施例では図１０（ａ）の様にホログラムレンズ１０
９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１
０（ｂ）のように透過光６１が入射したときに、基板３
７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３８
ａ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
施例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。

【００５３】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。

【００５４】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％〜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２
焦点レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を７
０％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。

【００５５】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きな傾斜角
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、
本実施例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。

【００５６】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。

【００５７】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（１
μm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。

【００５８】なお、本実施例のように基板厚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。

【００５９】もちろん、本実施例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。

【００６０】なお、以上の実施例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６１−１８
９５０４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。

【００６１】また、以上の実施例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。

【００６２】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。

【００６３】これまで示した第１から第３の実施例まで
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の実施例として、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。

【００６４】さらにまた、第５の実施例として、図１２
（ｂ）に示したように、ホログラムレンズ１０７〜１０
９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。

【００６５】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。

【００６６】第６の実施例として第１から第５の実施例
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１
８までの図面に挿入されているｘｙｚ軸はすべて共通で
ある。

【００６７】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−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１
０３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、実施例４や
実施例５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。本実施例で
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１
０７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。

【００６８】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の実施例を図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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。本実施例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１
３０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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】なお、本実施例は、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１
０９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。

【００７８】また、ホログラムレンズを本実施例のよう
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、無反射コートティング
をしたり、図２１に示すように、ホログラムレンズ１０
７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。

【００７９】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。

【００８０】さらに、図２３の様にホログラムレンズ１
０７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。

【００８１】さらに、図２４の様にくさび型プリズム３
５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。

【００８２】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４３
０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７５
ｃ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。

【００８３】さらに、本発明の光ヘッド装置で、焦点合
わせ（focusing）を行う実施例を示す。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を用いた実施例では、フォーカスエラー（Ｆ
Ｅ）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Ｎ
Ａが小いため光量も少く、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（Ａ
ＧＣ：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。

【００８４】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。

【００８５】第７の実施例として第１または第２または
第４または第５の実施例で示した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。

【００８６】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５
１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３６
１で反射されて、第６の実施例と同様にホログラム１０
３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の実施例と同様である。

【００８７】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３
６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１
０７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
本実施例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）なお、式（６）のＳ１〜Ｓ４は式（４）のＳ１〜Ｓ４と
は無関係である。という演算によって得られる。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】本実施例も、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の実施例で示した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、本実施例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。

【００９２】なお、本実施例はホログラムレンズを１０
７として説明を行ったが、これをホログラムレンズ１０
８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。

【００９３】第８の実施例として第１または第２または
第４または第５の実施例で示した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。

【００９４】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の実施例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の実施例と同様である。

【００９５】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６
４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。そこで本実施例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の実施例と同じであ
る。本実施例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
例と同様にサーボ信号や情報信号を得る。

【００９６】本実施例も、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の実施例で示した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
光を本実施例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。

【００９７】なお、本実施例はホログラムレンズを１０
７として説明を行ったが、これをホログラムレンズ１０
８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。

【００９８】第９の実施例として第１または第２または
第４または第５の実施例で示した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。

【００９９】本実施例でも第８の実施例と同様に図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５
１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３６
２を透過して第７の実施例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の実施例と同様であ
る。

【０１００】次に、本実施例で基板厚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１０
４１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。そこで本実施例では例えば、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の実施例と同じであ
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。

【０１０１】本実施例で基板厚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（１２
１）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１５
２は光検出器の後ろ側に焦点を持つ球面波１４２（図３
２）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。

【０１０２】本実施例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。本実施例
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
の実施例で示した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、透過光を本実施例のよう
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。

【０１０３】なお、本実施例はホログラムレンズを１０
７として説明を行ったが、これをホログラムレンズ１０
８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。

【０１０４】次に第１０の実施例を図３３を用いて説明
する。本実施例は第３または第４または第５の実施例で
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。

【０１０５】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３６
１で反射されて、第６の実施例と同様にホログラム１０
３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の実施例と同様である。

【０１０６】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５
１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の実施例と同
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。

【０１０７】本実施例も、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
の実施例で示した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、回折光を本実施例のようにサーボ検
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。

【０１０８】第１１の実施例として第３または第４また
は第５の実施例で示した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。

【０１０９】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の実施例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の実施例と同様である。

【０１１０】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の実施例と同じである。本実施例ではビームスプ
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の実施例と同様にサーボ信号や情報信号を得る。

【０１１１】本実施例も、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
の実施例で示した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、本実施例のようにサー
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４
０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。

【０１１２】第１２の実施例を図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−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１
８２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。

【０１１３】本実施例では特開昭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
実施例では、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。

【０１１４】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。本実施例では、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。

【０１１５】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Ｓ
９２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。

【０１１６】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。本実施例では、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。本実施例では、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。

【０１１７】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１
６４ａ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Ｘ
２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。

【０１１８】さらに、第１３の実施例を図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
の実施例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の実施例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１
０９などでも良い。また第１２の実施例において示した
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６３−２
４１７３５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は本実施例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、前述の実施例と同様にサー
ボ信号や情報信号を得ることができる。本実施例は以下
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。

【０１１９】なお、本実施例における光検出器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７
ａを設け、放射光源２をハイブリッドに設置する。本実
施例では、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、本実施例ではすべて図４１のＸ３・Ｙ
３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。

【０１２０】本実施例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。

【０１２１】第１４の実施例を図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。本実施例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の実施例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の実施例
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
施例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−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７
８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。

【０１２２】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２２
０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。

【０１２３】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。

【０１２４】本発明の上記実施例により例えば、ＣＤな
どの基板の厚みｔ１（約１．２ｍｍ）の在来の光ディス
クと、高密度光ディスク（情報媒体）などの基板の厚み
ｔ２（０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ程度）の次世代の光ディ
スクの両方を１台の光ヘッド装置によって記録再生でき
るが、実際に記録再生を行う際には、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
のかを判断する必要がある。そのためには光ディスク
に、厚みを判別するための判別情報を記録しておくと便
利である。ＣＤなどの基板の厚みｔ１（約１．２ｍｍ）
の在来の光ディスクにはこのような判別情報は記録され
ていないので、当然、将来商品化される高密度光ディス
クなどの基板の厚みｔ２（０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ程
度）の次世代の光ディスクに判別情報を書き込むことが
望ましい。そこで、このような判別情報の書き込み方に
ついての発明の実施例を図４３（第１５の実施例）と図
４４（第１６の実施例）に示す。

【０１２５】図４３は第１５の実施例の高密度光ディス
クである。図４３において５２は高密度の光ディスク
（情報媒体）、５５は高密度の記録ピット、５５ａはＣ
Ｄ程度の記録密度のピットであり、厚みを判別するた
め、この光ディスクの大半の部分では基板の厚みがｔ２
であることを判別できる情報を持っている。そして、ピ
ット５５のある部分、または、記録可能な部分は基板の
厚みはｔ２（０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ程度）であるが、
図４３に示したようにピット５５ａの形成されている領
域は基板の厚みはｔ１（約１．２ｍｍ）にする。この実
施例の光ディスクを記録再生する際には初めに基板の厚
みｔ１の部分を基板の厚みｔ１に対応した焦点制御を行
って再生し、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
行うことができるという効果がある。当然、初めに基板
の厚みｔ１の部分を基板の厚みｔ１に対応した焦点制御
を行って再生し、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れば良い。また、本実施例では、ピ
ット５５ａは余り大きくする必要がなく、記憶容量を消
費しなくて済むという効果もある。

【０１２６】図４４は第１６の実施例の高密度光ディス
クである。図４４において５２は高密度の光ディスク
（情報媒体）、５５は高密度の記録ピット、５６はＣＤ
よりも記録密度の低いすなわち面積の大きなピットであ
り、厚みを判別するため、この光ディスクの大半の部分
では基板の厚みがｔ２であることを判別できる情報を持
っている。そして基板の厚みは、ピットのあるところや
記録可能なところは、情報媒体５１全面に渡ってｔ２
（０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ程度）である。本実施例の光
ディスクを記録再生する際には初めに基板の厚みｔ１の
部分を基板の厚みｔ１に対応した焦点制御を行って再生
する。当然大きな収差が発生するが、記録密度が非常に
低いため記録を再生することができる。そして、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ことができると
いう効果がある。当然、初めに基板の厚みｔ１の部分を
基板の厚みｔ１に対応した焦点制御を行って再生し、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
れば良い。また、本実施例では基板の厚みが一定である
ため情報媒体の製造が容易で安価にでき、また、情報媒
体を薄くできるという効果もある。

【０１２７】次に、第５〜第１１の実施例までのいずれ
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１７の実施例）と
図４６（第１８の実施例）を用いて説明する。

【０１２８】図４５は第１７の実施例である光ディスク
装置の説明を行うためのチャート図である。本実施例の
光ディスク装置は第５〜第１１の実施例までのいずれか
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、まず第１５の
実施例や第１６の実施例で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。本実施例によ
り高密度光ディスクが第１５の実施例や第１６の実施例
である限り、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。

【０１２９】図４６は第１８の実施例である光ディスク
装置の説明を行うためのチャート図である。本実施例の
光ディスク装置は第５〜第１１の実施例までのいずれか
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
施例により高密度光ディスクが第１５の実施例や第１６
の実施例でなくても、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。

【０１３０】第１９の実施例として２つの焦点位置を持
つ２焦点顕微鏡用レンズ及びこの顕微鏡レンズを用いた
２焦点顕微鏡について、図４７を用いて説明する。図４
７において４１０７は＋１次（またはＮ次：Ｎは０でな
い整数）と０次の回折効率（すなわち透過率）がそれぞ
れ十分な大きさを持つホログラムレンズ、４１０と４１
１はレンズ、４２０はこれらの構成部品よりなる顕微鏡
用レンズを保持する鏡筒である。本実施例では、基本的
には第１〜第５の実施例で示した２焦点レンズと同様の
構成で、顕微鏡用のレンズを構成する。ホログラムレン
ズも、第１〜第５の実施例と同様に、格子パターンは同
心円状であり、その中心すなわち光軸はレンズ４１０、
４２０と組立誤差内で一致している。ホログラムレンズ
４１０７の＋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。このためには、例えばホログラムレンズ４１
０７を図４７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４１０７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、図４７
の点ｆ２から発散する光（図４７では実線）がホログラ
ムレンズ４１０７を透過する光と、点ｆ１から発散する
光（図４７では波線）がホログラムレンズ４１０７で回
折された光が、共に十分な光量を有し、かつ、ホログラ
ムレンズ４１０７通過後は同一の光路をたどる。したが
って、点ｆ１と点ｆ２に対して、同時に焦点を合わせる
ことができ、平面ＰＬ１内と平面ＰＬ２内の像を同時に
観察できるという効果を備えた顕微鏡用レンズを実現で
きる。

【０１３１】さらにホログラムレンズ４１０７は図１に
示したホログラムレンズ１０７と同様にブレーズ化する
ことによって、２箇所に焦点合わせをする透過光と＋１
次回折光の光量を大きくすることができ、明るい像を得
ることができるという効果がある。

【０１３２】また、図４８に示すように透過光と回折光
でそれぞれ異なる厚みの基板を通して像を観察する場合
は、基板の厚みの違いによって生じる収差をホログラム
レンズによって補正し、最良の像を観察できるようにす
ることができるという効果がある。これについては、第
１の実施例において図１を用いて説明したとおりであ
る。すなわち、＋１次回折光は基板を通った光の収差補
正を施されている。このような収差補正作用を有するホ
ログラムレンズの設計方法は、例えば、集光スポットｆ
１から発散する球面波が基板を透過後、レンズ４１０を
透過した光と、点ｆ２から発散した光がレンズ４１０を
透過した光の、ホログラムレンズ４１０７上の干渉パタ
ーンを計算すればよい。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４１０７を作製できる。

【０１３３】さらに、鏡筒４２０を図４７に示したよう
に内側の鏡筒４２０ａと外側の鏡筒４２ｂからなる構成
とするなどして、光軸方向に可変長にすることによって
２つの焦点面であるＰＬ１とＰＬ２の間隔をかえたり、
これらの間に入る基板厚が変わったときに調整すること
ができるという効果を得ることができる。

【０１３４】さらに、上記において説明した顕微鏡レン
ズと接眼レンズ４１２を組み合わせることによって、光
軸方向の位置の異なる２平面ＰＬ１、ＰＬ２上の鮮明な
像を同時に観察することができるという効果を有する顕
微鏡を構成できる。図４７の点ｆ２から発散する光（図
４７では実線）がホログラムレンズ４１０７を透過する
光と、点ｆ１から発散する光（図４７では波線）がホロ
グラムレンズ４１０７で回折された光が同一の光路をた
どりレンズ４１１によって点ｆ３に集光される。点ｆ３
の存在する平面ＰＬ３の像を接眼レンズ４１２によって
さらに拡大してＰＬ１面とＰＬ２面を同時に肉眼で観察
することができる。なお、レンズ４１１を省略した構成
も可能である。また、平面ＰＬ３にＣＣＤカメラなどの
撮像面を配置することによりＰＬ１面とＰＬ２面を同時
にカメラで観察、撮影する構成とする事も可能である。

【０１３５】第２０の実施例として本発明の２焦点顕微
鏡用レンズまたはこの顕微鏡レンズを用いた２焦点顕微
鏡を用いた露光装置について図４８を用いて説明する。
半導体上に微細な回路を形成する工程などにおいて、半
導体などの試料上に光感光性の材料を塗布してフォトマ
スクを通して露光する工程が必須である。本実施例はこ
の露光工程において用いる露光装置である。図４８にお
いて、４３２はフォトマスク４３１は試料、４３１ｂは
試料の表面であり、光感光性の材料を塗布してある場合
もあるが図４８では省略している。また、４１４は第１
９の実施例で説明した２焦点顕微鏡レンズ、４１５は第
１９の実施例で説明した２焦点顕微鏡、４３０は顕微鏡
用の光源でありその波長は試料４３１において十分な透
過率を持つ波長のものを用いる。露光器装置には当然露
光用光源やシャッターなどを含む露光手段が必要であり
本実施例でも露光手段を備えているが、図４８では省略
している。また、フォトマスク４３２と試料４３１との
位置合わせを行うための位置合わせ手段も本実施例は備
えているが、図４８では省略している。本実施例は、予
め試料４３１の裏面４３１ａに所定のパターンを形成
し、このパターンとフォトマスク４３２の相対位置を高
精度で合わせて表面４３１ｂにフォトマスク面４３２ａ
のパターンを転写する事ができるという効果を有する。
試料４３１の裏面４３１ａに半導体回路などのパターン
が予め形成されているときに、このパターンとフォトマ
スク４３２の相対位置を合わせるためには、従来は低倍
率の焦点深度の深い顕微鏡で試料４３１の裏面４３１ａ
とフォトマスク面４３２ａを同時に観察して位置合わせ
を行っていた。しかし、低倍率の顕微鏡しか使用できな
いため５μm以下の精度で位置合わせを行うことが不可
能であった。本発明の露光装置ではさきに説明した２焦
点の顕微鏡を用いるので、焦点深度を深くする必要がな
く、高倍率の顕微鏡を用いることができ、裏面４３１ａ
とフォトマスク面４３２ａを同時に高倍率で観察して位
置合わせを行い、５μm以下の高精度で試料４３１の裏
面４３１ａのパターンとフォトマスク４３２のフォトマ
スク面４３２ａの相対位置を合わせることができるとい
う効果を有する。

【０１３６】

【発明の効果】以上に述べたことから明らかなように、
本発明では以下のような効果が得られる。

【０１３７】（１）入射光の一部を回折するホログラム
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（情報媒体）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という効果も有する。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とい
う効果がある。

【０１３８】（２）ホログラムレンズを凸レンズとして
用いる実施例では、色収差が発生しなくなるという効果
がある。

【０１３９】（３）本発明の２焦点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という効果を有する。

【０１４０】または、本発明の２焦点レンズを用いて光
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という効果
がある。

【０１４１】（４）高密度のピットのある部分、また
は、記録可能な部分は基板の厚みはｔ２（０．４ｍｍ〜
０．８ｍｍ程度）であるが、厚みを判別するためこの光
ディスクの大半の部分では基板の厚みがｔ２であること
を判別できる情報を持つピットの形成されている領域の
基板の厚みはｔ１（約１．２ｍｍ）にする。これによっ
て、初めに基板の厚みｔ１の部分を基板の厚みｔ１に対
応した焦点制御を行って再生し、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ことができるという効果があ
る。

【０１４２】（５）基板の厚みがｔ２であることを判別
できる情報を持っている、ＣＤよりも記録密度の低いす
なわち大きなピットを光ディスクの一部に書き込んであ
り、基板の厚みは、ピットのあるところや記録可能なと
ころは、情報媒体全面に渡ってｔ２（０．４ｍｍ〜０．
８ｍｍ程度）とする。この光ディスクを記録再生する際
には初めに基板の厚みｔ１の部分を基板の厚みｔ１に対
応した焦点制御を行って再生する。当然大きな収差が発
生するが、記録密度が非常に低いため記録を再生するこ
とができる。そして、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
点制御を行うことができるという効果がある。当然、初
めに基板の厚みｔ１の部分を基板の厚みｔ１に対応した
焦点制御を行って再生し、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れば良い。また、基板の厚
みが一定であるため情報媒体の製造が容易で安価にで
き、また、情報媒体を薄くできるという効果がある。

【０１４３】（６）光ディスク装置に、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光ヘッ
ドを動かし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い、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という手段をもた
せる。高密度光ディスクが本発明の実施例のものである
限り、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種の厚みの基板の光ディスクの記録再生を
安定に行うことができるという効果を有する。

【０１４４】（７）光ディスク装置において、例えば最
内周などに光ヘッドを動かし、次に、基板の厚みｔ１に
対応した焦点制御を行う。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。これによりすべての
光ディスクの、基板の厚みを判断することができ、２種
の厚みの基板の光ディスク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。

【０１４５】（８）本発明の顕微鏡用のレンズは、透過
光も回折光も共に充分な強度を持つホログラムレンズを
用いているので、２つの焦点面に対して、同時に焦点を
合わせることができ、２つの平面内の像を同時に観察で
きるという効果を備える。

【０１４６】さらにホログラムレンズをブレーズ化する
ことによって、２箇所に焦点合わせをする透過光と＋１
次回折光の光量を大きくすることができ、明るい像を得
ることができるという効果がある。

【０１４７】また、透過光と回折光でそれぞれ異なる厚
みの基板を通して像を観察する場合は、基板の厚みの違
いによって生じる収差をホログラムレンズによって補正
し、最良の像を観察できるようにすることができるとい
う効果がある。

【０１４８】さらに、本発明の顕微鏡レンズと接眼レン
ズを組み合わせることによって、光軸方向の位置の異な
る２平面上の鮮明な像を同時に観察することができると
いう効果を有する顕微鏡を構成できる。

【０１４９】（９）本発明の２焦点顕微鏡用レンズまた
はこの顕微鏡レンズを用いた２焦点顕微鏡を用いた露光
装置は、予め試料の裏面に所定のパターンを形成し、こ
のパターンとフォトマスクの相対位置を高精度で合わせ
て表面にパターンを転写する事ができるという効果を有
する。本発明の露光装置では２焦点の顕微鏡を用いるの
で、焦点深度を深くする必要がなく、高倍率の顕微鏡を
用いることができ、裏面と表面を同時に高倍率で観察し
て位置合わせを行い、５μm以下の高精度で試料の裏面
のパターンとフォトマスクの相対位置を合わせることが
できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の複合対物レンズの概略
断面図

【図２】本発明の第１の実施例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

【図３】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

【図４】本発明の第１の実施例のホログラムレンズの概
略断面図

【図５】本発明の第２の実施例に用いるホログラムレン
ズの一部分の概略断面図

【図６】本発明の第２の実施例の複合対物レンズの概略
断面図

【図７】本発明の実施例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

【図８】本発明の実施例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

【図９】本発明の実施例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

【図１０】本発明の第３の実施例の複合対物レンズの概
略断面図

【図１１】本発明の第３の実施例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

【図１２】本発明の第５の実施例の複合対物レンズの概
略断面図

【図１３】本発明の第６の実施例の光ヘッド装置の概略
断面図

【図１４】本発明の第６の実施例と第７の実施例と第１
０の実施例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

【図１５】本発明の第６の実施例と第７の実施例と第１
０の実施例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

【図１６】本発明の第６〜第１１の実施例の光ヘッド装
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

【図１７】本発明の第６〜第１１の実施例の光ヘッド装
置に用いる光検出器を示す平面図

【図１８】本発明の第６の実施例と第７の実施例と第９
の実施例と第１０の実施例の光ヘッド装置の要部（ホロ
グラムパタ−ンと光検出器）の概略斜視図

【図１９】本発明の第６の実施例の光ヘッド装置の概略
断面図

【図２０】本発明の第６〜第１１の実施例の光ヘッド装
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

【図２１】本発明の実施例の光ヘッド装置の概略断面図

【図２２】本発明の実施例の光ヘッド装置の概略断面図

【図２３】本発明の実施例の光ヘッド装置の概略断面図

【図２４】本発明の実施例の光ヘッド装置の概略断面図

【図２５】本発明の実施例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

【図２６】本発明の実施例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の概略説明図

【図２７】本発明の第７の実施例の光ヘッド装置の概略
断面図

【図２８】本発明の第８の実施例の光ヘッド装置の概略
断面図

【図２９】本発明の第８の実施例と第１１の実施例の光
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

【図３０】本発明の第９の実施例の光ヘッド装置の概略
断面図

【図３１】本発明の第９の実施例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

【図３２】本発明の第９の実施例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

【図３３】本発明の第１０の実施例の光ヘッド装置の概
略断面図

【図３４】本発明の第１１の実施例の光ヘッド装置の概
略断面図

【図３５】本発明の第１２の実施例の光ヘッド装置の概
略断面図

【図３６】本発明の第１２の実施例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

【図３７】本発明の第１２の実施例の光ヘッド装置の概
略断面図

【図３８】本発明の第１２の実施例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

【図３９】本発明の第１２の実施例の光ヘッド装置の概
略断面図

【図４０】本発明の第１３の実施例の光ヘッド装置の概
略断面図

【図４１】本発明の第１３の実施例と第１４の実施例の
光ヘッド装置の要部（放射光源と光検出器）の概略斜視
図

【図４２】本発明の第１４の実施例の光ヘッド装置の概
略断面図

【図４３】本発明の第１５の実施例の情報媒体（光ディ
スク）の概略斜視図（一部断面図）

【図４４】本発明の第１６の実施例の情報媒体（光ディ
スク）の概略斜視図（一部断面図）

【図４５】本発明の第１７の実施例の光ディスク装置の
機能を示す説明図

【図４６】本発明の第１８の実施例の光ディスク装置の
機能を示す説明図

【図４７】本発明の第１９の実施例の顕微鏡用対物レン
ズ及び顕微鏡の概略断面図

【図４８】本発明の第２０の実施例の露光器の概略断面
図

【図４９】従来の光ヘッド装置の概略断面図

【図５０】従来例、及び本発明の第４の実施例の複合対
物レンズの概略断面図

【図５１】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

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射光源と、前記光源から出射される光ビ
ームを受け情報媒体上へ微小スポットに収束する集光光
学系と、前記情報媒体で反射、回折した光ビームを受け
てその光量に応じて電気信号を出力する光検出器を具備
し、さらに、複数の焦点を作り出す手段を具備すること
を特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】請求項１の光ヘッド装置であって、対物レ
ンズは少なくとも屈折型レンズとホログラムを具備し、
前記ホログラムは前記対物レンズに対して放射光源の反
対の側に複数の焦点を作り出すことを特徴とする光ヘッ
ド装置。
【請求項３】請求項２の光ヘッド装置であって、対物レ
ンズの有する複数の焦点は、前記対物レンズの具備する
ホログラムの異なる次数の回折光であることを特徴とす
る光ヘッド装置。
【請求項４】請求項３の光ヘッド装置であって、対物レ
ンズは前記対物レンズの有するホログラムの透過光によ
り形成される第１の焦点と、ホログラムの回折光により
形成される第２の焦点を有することを特徴とする光ヘッ
ド装置。
【請求項５】請求項２〜４のいずれかの光ヘッド装置で
あって、対物レンズの具備するホログラムの格子パター
ンは同心円状の格子パターンを含むことを特徴とする光
ヘッド装置。
【請求項６】請求項５の光ヘッド装置であって、対物レ
ンズの具備するホログラムは対物レンズの開口に対応す
る部分の一部に同心円状の格子パターンが形成されてお
り、前記ホログラムの他の部分は同心円状の格子パター
ンがない部分も存在し、ホログラムを形成する部材の、同心円状の格子パターン
がない部分に、非同心円状の格子パターンの回折領域を
設けたことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項７】請求項２〜６のいずれかの光ヘッド装置で
あって、対物レンズの具備するホログラムは位相型の回
折素子であることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項８】請求項７の光ヘッド装置であって、対物レ
ンズの具備するホログラムによって与えられる位相変調
の振幅を２πラジアン未満にすることを特徴とする光ヘ
ッド装置。
【請求項９】請求項７または８のいずれかの光ヘッド装
置であって、対物レンズの具備するホログラムはレリー
フ型の回折素子であることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１０】請求項９の光ヘッド装置であって、対物
レンズの具備するホログラムは位相型の回折素子であ
り、前記ホログラムはレリーフ型の回折素子であり、前
記ホログラム成分を構成する硝材の波長λにおける屈折
率をｎ（λ）、光源波長λ＝λ０としたときに、前記ホ
ログラム成分の凹凸形状の高さＨを、Ｈ＜λ０／（ｎ
（λ０）−１）とすることによって、前記ホログラム成
分によって与えられる位相変調の振幅を２πラジアン未
満にすることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１１】請求項９の光ヘッド装置であって、対物
レンズの具備するホログラムの格子パターン部の断面形
状は階段状の形状であることを特徴とする光ヘッド装
置。
【請求項１２】請求項１１の光ヘッド装置であって、対
物レンズの具備するホログラムの格子パターンの各ピッ
チ内の位相変化量は４段の階段状に変化し、格子ピッチ
に対する最高段の幅の割合、及び、格子ピッチに対する
最低段の幅の割合が、格子パターンの外周部ほど小さく
なることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１３】請求項１１の光ヘッド装置であって、対
物レンズの具備するホログラムの格子パターン内周部の
各ピッチ内の位相変化量は４段の階段状に変化し、各ピ
ッチ内の位相変化量が４段の階段状に変化する部分は、
格子ピッチに対する最高段の幅の割合、及び、格子ピッ
チに対する最低段の幅の割合が、格子パターンの外周部
ほど小さくなり、格子パターンの各ピッチ内の位相変化
量が４段の階段状に変化する部分よりも外周部では、各
ピッチ内の位相変化量が、前記４段のうち２番目と３番
目の高さの段からなる２段の階段状であり前記２段の幅
が同心円状の格子パターンの外周部ほど互いに大きく異
なることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１４】請求項１１の光ヘッド装置であって、対
物レンズの具備するホログラムの格子パターンの各ピッ
チ内の位相変化量は４段の階段状に変化し、格子ピッチ
に対する最高段の幅の割合、及び、格子ピッチに対する
最低段の幅の割合が、格子パターンの内周部ほど小さく
なることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１５】請求項１１の光ヘッド装置であって、対
物レンズの具備するホログラムの格子パターン外周部の
各ピッチ内の位相変化量は４段の階段状に変化し、各ピ
ッチ内の位相変化量が４段の階段状に変化する部分は、
格子ピッチに対する最高段の幅の割合、及び、格子ピッ
チに対する最低段の幅の割合が、格子パターンの内周部
ほど小さくなり、格子パターンの各ピッチ内の位相変化
量が４段の階段状に変化する部分よりも内周部では、各
ピッチ内の位相変化量が、前記４段のうち２番目と３番
目の高さの段からなる２段の階段状であり、前記２段の
幅が同心円状の格子パターンの内周部ほど互いに大きく
異なることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１６】請求項７または８のいずれかの光ヘッド
装置であって、対物レンズの具備するホログラムは液晶
セルによって構成される位相型の回折素子であることを
特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１７】請求項７または８のいずれかの光ヘッド
装置であって、対物レンズの具備するホログラムは複屈
折性材料からなる基板上に形成される位相型の回折素子
であることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１８】請求項２〜１７のいずれかの対物レンズ
であって、対物レンズの具備するホログラムは平面上に
形成されており、対物レンズの具備する屈折型レンズの
光軸と前記ホログラム平面の法線が平行ではないことを
特徴とする対物レンズ。
【請求項１９】請求項２〜１８のいずれかの光ヘッド装
置であって、対物レンズの具備する屈折型レンズと対物
レンズの具備するホログラムの相対位置を固定したこと
を特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２０】請求項２〜１７のいずれかの光ヘッド装
置であって、対物レンズの具備する屈折型レンズ表面に
対物レンズの具備するホログラムを作製したことを特徴
とする光ヘッド装置。
【請求項２１】請求項２０の光ヘッド装置であって、対
物レンズの具備する屈折型レンズ面のうち、より曲率が
大きな表面に、対物レンズの具備するホログラムを作製
したことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２２】請求項２０の光ヘッド装置であって、対
物レンズの具備する屈折型レンズ面のうち、より曲率の
小さな表面に、対物レンズの具備するホログラムを作製
したことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２３】請求項１〜２２のいずれかの光ヘッド装
置であって、前記光ヘッド装置の有する複数の焦点は、
開口数（Ｎ．Ａ．）が異なるものを含むことを特徴とす
る光ヘッド装置。
【請求項２４】請求項１〜２３のいずれかの光ヘッド装
置であって、対物レンズは少なくとも屈折型レンズとホ
ログラムを具備し、前記ホログラムは前記対物レンズに
対して放射光源の反対の側に複数の焦点を作り出し、対
物レンズの具備するホログラムは対物レンズの開口に対
応する部分の一部に格子パターンが形成されており、前
記ホログラムの他の部分は格子パターンがない部分も存
在することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２５】請求項２４の光ヘッド装置であって、対
物レンズの具備するホログラムの格子パターンがない部
分の位相を、格子パターン部の位相の平均値とぼぼ一致
させることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２６】請求項２４の光ヘッド装置であって、対
物レンズの具備するホログラムは対物レンズの開口に対
応する部分の一部に格子パターンが形成されており、前
記ホログラムの他の部分は格子パターンがない部分も存
在し、前記ホログラムの格子パターン部の断面形状は階
段状の形状であり、ホログラムの格子パターンがない部
分の表面の高さを、前記ホログラムの格子部断面の階段
の段のうち、光軸方向に対して最高位置でも最低位置で
もないいずれかの段と同じ高さに設定することを特徴と
する光ヘッド装置。
【請求項２７】請求項２〜２３のいずれかの光ヘッド装
置であって、対物レンズは少なくとも屈折型レンズとホ
ログラムを具備し、前記ホログラムは前記対物レンズに
対して放射光源の反対の側に複数の焦点を作り出し、対
物レンズの具備する前記ホログラムは場所によって回折
効率が異なることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２８】請求項２７の光ヘッド装置であって、前
記対物レンズの具備するホログラムは位相型の回折素子
であって、前記ホログラムの格子パターンの外周部の位
相変調量が内周部の位相変調量よりも小さいことを特徴
とする光ヘッド装置。
【請求項２９】請求項２７の光ヘッド装置であって、前
記対物レンズの具備するホログラムは位相型の回折素子
であって、前記ホログラムの格子パターンの内周部の位
相変調量が外周部の位相変調量よりも小さいことを特徴
とする光ヘッド装置。
【請求項３０】請求項１〜２９のいずれかの光ヘッド装
置であって、放射光源から出射する光ビームのファーフ
ィールドパターンは外周部ほど光強度が小さくて、対物
レンズの構成要素である屈折型レンズの開口内に、前記
放射光源から出射する前記光ビームの中心部の光強度に
比べて半分以下の光強度になる外周部まで、前記対物レ
ンズの構成要素である屈折型レンズの開口内に取り込む
ことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項３１】請求項１〜３０のいずれかの光ヘッド装
置であって、複数の焦点は、光軸方向の焦点位置が異な
るものを含むことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項３２】請求項１〜３１のいずれかの光ヘッド装
置であって、対物レンズに対して同一の側に複数の焦点
を有し、そのうちの少なくとも２つの焦点は基板表面か
ら異なる厚さの位置にある面上に収束するように設計さ
れている光ヘッド装置。
【請求項３３】請求項３２の光ヘッド装置であって、対物レンズは少なくとも屈折型レンズとホログラムを具
備し、前記ホログラムは前記対物レンズに対して放射光
源の反対の側に複数の焦点を作り出し、前記対物レンズの具備する前記屈折型レンズは前記対物
レンズの具備する前記ホログラムの透過光を基板表面か
ら厚さｔ２の情報記録面上に光ビームを集光できるよう
に設計されており、前記ホログラムは前記ホログラムか
ら回折する回折光が前記屈折型レンズを通過すると基板
表面から厚さｔ１の情報記録面上に光ビームを集光でき
るように設計されており、ｔ２＜ｔ１であることを特徴
とする光ヘッド装置。
【請求項３４】請求項３２の光ヘッド装置であって、対物レンズは少なくとも屈折型レンズとホログラムを具
備し、前記ホログラムは前記対物レンズに対して放射光
源の反対の側に複数の焦点を作り出し、前記屈折型レン
ズは前記対物レンズの具備する前記ホログラムの透過光
を基板表面から厚さｔ１の情報記録面上に光ビームを集
光できるように設計されており、前記ホログラムは前記
ホログラムから回折する回折光が前記屈折型レンズを通
過すると基板表面から厚さｔ２の情報記録面上に光ビー
ムを集光できるように設計されており、ｔ２＜ｔ１であ
ることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項３５】請求項１〜３４のいずれかの光ヘッド装
置であって、光検出器と放射光源が近接していることを
特徴とする光ヘッド装置。
【請求項３６】請求項１〜３５のいずれかの光ヘッド装
置であって、放射光源は、ほぼ直線偏光の光ビームを放
射する放射光源であり、一方向の直線偏光の光ビームを
全透過し、前記一方向と直角方向の直線偏光の光ビーム
を全反射する偏光ビームスプリッターを具備し、前記偏
光ビームスプリッターによって導かれた直線偏光の前記
光ビームを円偏光にする１／４波長板を具備し、前記１
／４波長板を透過した前記光ビームを情報媒体上に集光
する対物レンズを具備し、前記情報媒体で反射され回転
方向が反転した円偏光の前記光ビームが前記１／４波長
板ではじめとは直交する方向の直線偏光となり、前記偏
光ビームスプリッターによって光検出器に導かれること
を特徴とする光ヘッド装置。
【請求項３７】請求項１〜３６のいずれかの光ヘッド装
置であって、光検出器は、サーボ信号検出用検出器と、
前記サーボ信号検出用検出器の周辺部に形成されたさら
に別の光検出器を具備することを特徴とする光ヘッド装
置。
【請求項３８】請求項１〜３７のいずれかの光ヘッド装
置であって、唯一組のみの、フォーカスエラー信号検出
手段及びトラッキングエラー信号検出手段と光検出器を
備えることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項３９】請求項１〜３７のいずれかの光ヘッド装
置であって、情報媒体で反射、回折した光ビームを放射
光源の出射点とは異なる少なくとも２方向に分岐するビ
ームスプリッターを具備し、フォーカスエラー信号検出
手段及びトラッキングエラー信号検出手段と光検出器は
少なくとも２組を具備することを特徴とする光ヘッド装
置。
【請求項４０】請求項１〜３７のいずれかの光ヘッド装
置であって、情報媒体で反射、回折した光ビームの一部
分を放射光源の出射点とは異なる方向に全反射し、残り
を全透過するビームスプリッターを具備し、フォーカス
エラー信号検出手段及びトラッキングエラー信号検出手
段と光検出器は少なくとも２組を具備することを特徴と
する光ヘッド装置。
【請求項４１】請求項１〜４０のいずれかの光ヘッド装
置であって、フォーカスエラー信号検出手段は非点収差
を発生する手段を具備することを特徴とする光ヘッド装
置。
【請求項４２】請求項１〜４１のいずれかの光ヘッド装
置であって、フォーカスエラー信号検出手段は少なくと
も２つの光ビームを発生する手段であり、前記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ることを特徴とする光ヘッド装
置。
【請求項４３】請求項１〜４２のいずれかの光ヘッド装
置であって、フォーカスエラー信号検出手段及びトラッ
キングエラー信号検出手段が偏光異方性ホログラムを具
備し、情報媒体で反射、回折した光ビームを受けて、前
記偏光異方性ホログラムにおいて発生した回折光を光検
出器で受光し、前記光検出器の出力よりフォーカスエラ
ー信号を得ることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項４４】請求項１〜４３のいずれかの光ヘッド装
置であって、放射光源からの光ビームを反射して光軸を
曲げる反射膜を具備し、前記反射膜は透明基板上に作製
されて光量の一部のみを反射し、かつ、前記反射膜で反
射した光ビームは集光光学系によって情報媒体上へ微小
スポットに集光され、前記情報媒体で反射して前記反射
膜を透過した光ビームを回折光として回折するホログラ
ムが前記透明基板の前記反射膜と反対の面に反射型ホロ
グラムとして形成されていることを特徴とする光ヘッド
装置。
【請求項４５】請求項１〜請求項４２のいずれかの光ヘ
ッド装置であって、放射光源は、ほぼ直線偏光の光ビー
ムを放射する放射光源であり、前記放射光源からの光ビ
ームを全反射して光軸を曲げる偏光反射膜を具備し、前
記偏光反射膜は透明基板上に作製されて前記放射光源か
ら出射する光ビームの偏光方向と直角方向の偏光ビーム
はほぼ全透過し、前記放射光源から出射する光ビームの
偏光方向の偏光ビームはほぼ全反射し、かつ、前記偏光
反射膜で反射した光ビームを前記集光光学系によって情
報媒体上へ微小スポットに集光し、前記情報媒体と前記
透明基板の間に１／４波長板を具備し、前記情報媒体で
反射して前記反射膜を透過した光ビームのほとんどの光
量を回折光として回折するホログラムが前記透明基板の
前記偏光反射膜と反対の面に反射型ホログラムとして形
成されていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項４６】情報媒体の２種の基板厚みｔ１とｔ２に
それぞれ対応する焦点制御手段とトラッキング制御手段
と情報検出手段を具備する光ヘッド装置と、前記光ヘッ
ド装置の移動手段と、情報媒体を回転させる回転手段と
を設け、基板の厚みｔ１とｔ２を判断した後、情報再生
を行うことを特徴とする光ディスク装置。
【請求項４７】請求項１〜請求項４５のいずれかの光ヘ
ッド装置を具備する、請求項４６の光ディスク装置。
【請求項４８】請求項１〜請求項４５のいずれかの光ヘ
ッド装置を具備し、フォーカスエラー信号に対してある
一定のしきい値を設けて、情報媒体に対し対物レンズを
一定の方向に移動しながら、フォーカスエラー信号の大
きさが前記一定のしきい値を越えたときに初めてフォー
カスエラー信号が０になるように焦点合わせを行うこと
を特徴とする光ディスク装置。