JPH1010308A - ホログラム、ホログラムを用いた集光光学系及びその集光光学系を有する光ヘッド装置及び光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の厚さのそれぞれ異なる複数種類の情報
記憶媒体に対して情報の記録、再生及び消去を行う光デ
ィスク装置及びその光ヘッド装置において、不要な高次
回折光による影響を低減する。 【解決手段】 対物レンズ４とホログラムレンズ１０７
で集光光学系を構成し、０次回折光と＋１次回折光を用
いて、基板厚さがそれぞれ異なる２つの情報記録媒体
５、５１の情報記録面に回折限界の集光スポットする。
ホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７ａを、回
折格子の１周期内で少なくとも２つの山を有するように
複数の斜面で構成し、不要な−１次回折光及び＋２次回
折光の回折効率を低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクや光カ
ード等の光媒体又は光磁気媒体（情報記録媒体）上に情
報を記録し、再生し、消去するための光ヘッド装置、そ
れを用いた光ディスク装置、光ヘッド装置に適する集光
光学系及びその構成部品であるホログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ピット状パターンを有する光ディスク上
に微小に絞られた光ビームを用いて情報を記録し再生す
る光メモリ技術は、その高密度性及び大容量性により、
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等に応用さ
れ、実用化されいる。しかしながら、光ディスクへの情
報の記録及び再生の信頼性は、光ディスク装置の光学系
の性能によるところが大きい。一般に、光ディスク装置
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、光学系
の焦点制御及びトラッキング制御、及びピット信号の検
出に大別される。これらの機能は、光ディスク装置の目
的及び用途に応じて、各種の光学系及び光電変換検出方
式の組合せにより実現されている。

【０００３】近年、光学系設計技術の進歩及び光源であ
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み、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（以下、ＮＡと称する）を大きくすることが検討され
ている。ＮＡを大きくした場合、光軸の傾き（いわゆる
チルト）により収差の発生量が増大するという問題が生
じる。これを防止するためには、光ディスクの基板の厚
み（基材厚）を薄くすれば良い。例えば、ＮＡ＝０．
５、基板の厚みｔ１＝１．２ｍｍの場合と同じ量のチル
ト許容度を得るためには、ＮＡ＝０．６の時には基板の
厚みｔ２＝０．６ｍｍ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（または情報記録媒体）
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。

【０００４】上記理由により、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。従って、次世代
の高密度光ディスクの基板の厚さは、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薄くなると考えられる。当然のこと
ながら、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、基板の厚さが異なる複数種類の光ディスク上
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となる。

【０００５】次に、例えば特開平７−０９８４３１号公
報に記載された従来の２焦点光ヘッド装置を、図２１を
用いて説明する。図２１に示すように、従来の２焦点光
ヘッド装置は、例えば半導体レーザー等の放射光源２
と、放射光源２から出射された光ビーム３を平行光束に
変換するコリメートレンズ１２２と、コリメートＰレン
ズ１２２により平行光化された光束を透過し、また情報
記録媒体５又は５１からの反射光を所定方向に反射する
偏光ビームスプリッタ４２と、偏光ビームスプリッタ４
２を透過した光束を円偏光に変換する１／４波長板１５
と、１／４波長板１５を透過した光束を情報記録媒体５
又は５１の記録面上に集光させるための対物レンズ４及
びホログラムレンズ１０７で構成された集光光学系と、
集光光学系を駆動する駆動機構１１０と、偏光ビームス
プリッタ４２により反射された情報記録媒体５又は５１
からの反射光を光検出器７１上に集光する集束レンズ１
２１と、集束レンズ１２１により集束された光束の波面
をフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得
るために波面変換するシリンドリカルレンズ１３１等で
構成されている。なお、以下本明細書中におて、「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。

【０００６】放射光源２から出射された光ビーム３はコ
リメートレンズ１２２により略平行光化され、さらに、
偏光ビームスプリッター４２を透過し、１／４波長板１
５により円偏光に変換され、ホログラムレンズ１０７に
入射する。ホログラムレンズ１０７に入射した光ビーム
３は、ホログラムレンズ１０７により回折される。（ホ
ログラムレンズ１０７による回折を受けなかった）０次
回折光６１は、対物レンズ４により、基板厚さｔ２が薄
い情報記録媒体５１の記録面３８ａの位置に集光され
る。一方、＋１次回折光６４は、対物レンズ４により、
基板厚さｔ１が厚い情報記録媒体５の記録面３８ｂの位
置に集光される。情報記録媒体５又は５１により反射さ
れた光ビ−ムは、それぞれ元の光路を逆に辿り、０次回
折光６１は、図中実線で示すようにホログラムレンズ１
０７を再び透過する。また、＋１次回折光６４は、図中
点線で示すようにホログラムレンズ１０７により再び＋
１次回折光として回折される。０次回折光６１及び＋１
次回折光６４は、共に偏光ビームスプリッター４２によ
り反射され、収束レンズ１２１により集光され、シリン
ドリカルレンズ１３１により波面を変換され、光検出器
７１に入射する。光検出器７１の出力を演算することに
より、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）及び情報信号が得られる。

【０００７】すなわち、同一の放射光源２から出射さ
れ、異なる２つの焦点（記録面）３８ａ及び３８ｂによ
り反射されてきた光ビームは、それぞれ光検出器７１側
の同じ集光点３９に集光される。従って、放射光源２の
出射点と光検出器７１の集光点３９は鏡像関係にある。
このため、同一のサーボ信号検出手段（図示せず）及び
光検出器７１を用いて、基板厚さの異なる２種類の情報
記録媒体５及び５１に対して情報の記録、再生及び消去
が可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の光ヘッド装
置は、０次回折光６１と＋１次回折光６４を利用してい
るが、周知のようにホログラムでは−１次回折光や＋２
次回折光も発生する。これらの不要な回折光の振る舞い
について、図２２を用いて説明する。なお、上記従来例
におけるホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７
ａは、図２３に示すように等段差及び等段幅の階段状で
ある。図２２において実線で示すように、略平面波の光
ビーム３が対物レンズ４及びホログラムレンズ１０７で
構成された集光光学系に入射すると、ホログラムレンズ
１０７の格子パターン１０７ａにより回折された＋１次
回折光６４は、厚さｔ１の基板３７を透過して情報記録
媒体５の情報記録面上に集光される。情報記録媒体５に
より反射され、ホログラムレンズ１０７で回折された復
路の＋１次回折光６４ａは、はじめに入射した光ビーム
３と同様に略平面波になるので、これを図２１に示す光
検出器７１で受光し、サーボ信号や情報信号が得られ
る。図２２から明らかなように、ホログラムレンズ１０
７は＋１次回折光６４に対しては、凹レンズ作用を行
う。

【０００９】ここで、往路の０次回折光６１ｂを考える
と、＋１次回折光に比べて凹レンズ作用を受けていない
ので、情報記録媒体５により反射されて返ってきたとき
には、より発散度合いの小さな波面となっている。とこ
ろが、＋２次回折光は＋１次回折光のほぼ倍の凹レンズ
作用を受けるので、この往路の０次回折光６１ｂが、ホ
ログラムレンズ１０７に入射したときに復路の＋２次回
折光６１ｃが発生すると、図２２において点線で示すよ
うに、復路の＋２路回折光６１ｃもやはり略平行光にな
って返ってくる。往路と復路に１倍の凹レンズ作用を受
ける場合と、復路にのみ２倍の凹レンズ作用を受ける場
合では、若干総合的なレンズ作用が異なる為、復路の＋
２次回折光６１ｃは多少非平行になる。このため、例え
ば図２１に示すように収束レンズ１２１とシリンドリカ
ルレンズ１３１を用いて復路の＋１次回折光６４ａを光
検出器７１上で最小錯乱円にしたときに、復路の＋２次
回折光６１ｃはやや大きく広がる。しかし、上記従来の
光ヘッド装置及びその集光光学系では、このような不要
な回折光の影響を受け、サーボ信号品質を劣化させるお
それがあるという問題点を有していた。

【００１０】本発明では上記従来例の問題点を解決する
ためになされたものであり、ホログラムを構成する格子
の位相変調プロファイルを工夫することにより、不要な
回折光の光量を低減し、このホログラムを用いて、基板
厚さの異なる複数種類の情報記録媒体（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光ヘッ
ド装置及びその集光光学系（対物レンズ）を提供するこ
と、さらに、それらを用いて、より安定して情報の記
録、再生及び消去が可能な光ディスク装置を提供するこ
とを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１のホログラムは、０次回折光と＋１次
回折光の回折効率が他のいずれの次数の回折光の回折効
率よりも大きく、０次回折光と＋１次回折光の回折効率
がいずれも３０％以上であり、＋２次回折光及び−１次
回折光のいずれか一方の回折効率が２％以下である。

【００１２】上記構成において、＋１次回折光に対して
凹レンズ作用を有し、＋２次回折光の回折効率が２％以
下であることが好ましい。また、＋２次回折光の回折効
率が−３次回折光の回折効率より小さいことが好まし
い。

【００１３】本発明の第２のホログラムは、０次回折光
及び＋１次回折光の回折効率が他のいずれの次数の回折
光の回折効率よりも大きく、＋１次回折光に対して凹レ
ンズ作用を有し、＋２次回折光の回折効率が−１次回折
光の回折効率よりも小さい。

【００１４】上記第１のホログラムにおいて、＋１次回
折光に対して凸レンズ作用を有し、０次回折光と＋１次
回折光の回折効率はいずれも３０％以上であり、−１次
回折光の回折効率が２％以下であることが好ましい。

【００１５】また、−１次回折光の回折効率が＋３次回
折光の回折効率より小さいことが好ましい。

【００１６】本発明の第３のホログラムは、０次回折光
及び＋１次回折光の回折効率は他のいずれの次数の回折
光の回折効率よりも大きく、＋１次回折光に対して凸レ
ンズ作用を有し、＋２次回折光の回折効率が−１次回折
光の回折効率よりも小さい。

【００１７】上記各構成において、−１次回折光及び＋
２次回折光のうち、その回折効率が２％以下のものが、
他方の回折効率の１／３以下であることが好ましい。

【００１８】本発明の第４のホログラムは、＋１次回折
光の回折効率が５０％以上であり、０次の回折効率が１
５％以上であり、−１次回折光の回折効率が１％以下で
あり、＋１次回折光に対して凸レンズ作用を有する。

【００１９】本発明の第５のホログラムは、ホログラム
を構成する格子の１周期内において、前記ホログラムに
より受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位
置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラ
フ化した場合に、前記グラフの形状は少なくとも２つの
山を有しており、前記２つの山のうち一方の前記ホログ
ラム上の位置方向における幅が他方の幅よりも狭く、前
記光学的位相変調量方向における高さが他方の光学的位
相変調量方向の高さも低く、前記光学的位相変調量方向
における高さの高い方の山の１つの斜面の前記ホログラ
ム上の位置方向における幅が前記１周期の略１／２以上
であり、前記光学的位相変調量方向における高さの低い
方の山の位置方向の幅が前記１周期の略１／３以下であ
る。

【００２０】本発明の第６のホログラムは、ホログラム
を構成する格子の１周期内において、前記ホログラムに
より受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位
置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラ
フ化した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上
の位置方向に順に配列された５段の階段状であり、第１
段から第４段までは順にその高さが高くなり、第５段は
前記第４段よりも高さが低く、前記第１段及び第５段の
前記ホログラム上の位置方向の幅が１周期の略１／１０
である。

【００２１】本発明の第７のホログラムは、ホログラム
を構成する格子の１周期内において、前記ホログラムに
より受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位
置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラ
フ化した場合に、前記グラフの形状は同じ方向に傾斜し
た連続した第１及び第２の斜面を有しており、前記第２
の斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅は１周
期の略９０％であり、前記第１の斜面の傾斜は前記第２
の斜面の傾斜よりも急である。

【００２２】本発明の第８のホログラムは、ホログラム
を構成する格子の１周期内において、前記ホログラムに
より受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位
置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラ
フ化した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上
の位置方向に順に配列された４段の階段状であり、第１
段から第４段まで順にその高さが高くなり、第１段と第
２段の段差及び第３段と第４段の段差はいずれも第２段
と第３段の段差よりも大きく、前記第１段と第２段の段
差により光に与える位相変調量φ２は略０．３５πであ
り、前記第２段と第３段の段差により光に与える位相変
調量φ３と前記φ２の和が略０．９８πである。

【００２３】本発明の第９のホログラムは、ホログラム
を構成する格子の１周期内において、前記ホログラムに
より受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位
置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラ
フ化した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上
の位置方向に順に配列された連続する第１、第２及び第
３の３つの斜面を有し、第３の斜面の前記ホログラム上
の位置方向の幅は１周期の略２／３以上であり、前記第
１、第２及び第３の斜面はそれぞれ同じ方向に傾斜し、
前記第２の斜面の傾斜は前記第１及び第３の斜面の各傾
斜よりも急である。

【００２４】本発明の第１０のホログラムは、ホログラ
ムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラム
により受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の
位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグ
ラフ化した場合に、前記グラフの形状は同方向に傾斜し
た２つの不連続な斜面を有し、前記各斜面の前記ホログ
ラム上の位置方向における幅は、それぞれ１周期の略１
／２である。

【００２５】本発明の第１１のホログラムは、ホログラ
ムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラム
により受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の
位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグ
ラフ化した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム
上の位置方向に順に配列された４段の階段状であり、第
１段から第４段まで順にその高さが高くなり、第１段と
第２段の段差及び第３段と第４段の段差はいずれも第２
段と第３段の段差よりも大きく、前記第１段と第２段の
段差により光に与える位相変調量φ２は略０．４５πで
あり、前記第２段と第３段の段差により光に与える位相
変調量φ３と前記φ２の和が略０．６２πである。

【００２６】本発明の第１の集光光学系は、少なくとも
屈折型レンズとホログラムレンズを具備し、前記ホログ
ラムレンズは前記対物レンズに対して同一の側で、かつ
光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出
し、前記２つの焦点は前記ホログラムレンズによる０次
回折光及び＋１次回折光の焦点であり、前記ホログラム
レンズは上記いずれかのホログラムを含む。

【００２７】上記構成において、前記焦点は、それぞれ
基板表面から情報記録面までの厚さが異なる複数種類の
情報記録媒体の前記情報記録面上に収束するように設計
されていることが好ましい。

【００２８】本発明の第２の集光光学系は、少なくとも
屈折型レンズとホログラムレンズを具備し、前記ホログ
ラムレンズは前記対物レンズに対して同一の側で、かつ
光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出
し、前記屈折型レンズは前記ホログラムレンズによる０
次回折光を情報記録媒体の基板表面から厚さｔ２の位置
に設けられた第１の情報記録面上に光ビームを集光し、
前記ホログラムレンズは前記ホログラムレンズ自身によ
り回折される回折光が前記屈折型レンズを通過した後、
前記基板表面から前記厚さｔ２よりも厚いｔ１の位置に
設けられた第２の情報記録面上に光ビームを集光し、前
記ホログラムレンズは上記第１、第２、第５及び第６の
いずれかのホログラムを含む。

【００２９】本発明の第３の集光光学系は、少なくとも
屈折型レンズとホログラムレンズを具備し、前記ホログ
ラムレンズは前記対物レンズに対して同一の側で、かつ
光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出
し、前記屈折型レンズは前記ホログラムレンズによる０
次回折光を情報記録媒体の基板表面から厚さｔ１の位置
に設けられた第１の情報記録面上に光ビームを集光し、
前記ホログラムレンズは前記ホログラムレンズ自身によ
り回折される回折光が前記屈折型レンズを通過した後、
前記基板表面から前記厚さｔ１よりも薄いｔ２の位置に
設けられた第２の情報記録面上に光ビームを集光し、前
記ホログラムレンズは上記第１、第３、第４、第７から
第１１のいずれかのホログラムを含む。

【００３０】本発明の第４の集光光学系は、少なくとも
屈折型レンズとホログラムレンズを具備し、前記ホログ
ラムレンズは前記対物レンズに対して同一の側で、かつ
光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出
し、前記２つの焦点はそれぞれ開口数が異なり、前記ホ
ログラムレンズは第１から第１１のいずれかのホログラ
ムを含む。

【００３１】本発明の第５の集光光学系は、少なくとも
屈折型レンズとホログラムレンズを具備し、前記ホログ
ラムレンズは前記対物レンズに対して同一の側で、かつ
光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出
し、０次回折光が集光される焦点の開口数が＋１次回折
光が集光される焦点の開口数よりも大きく、前記ホログ
ラムレンズは上記第１、第２、第５及び第６のいずれか
のホログラムを含む。

【００３２】上記第５の集光光学系において、前記屈折
型レンズの有効径内に対応する前記ホログラムレンズを
内周部と外周部に分けた場合に、内周部は上記第１、第
２、第５及び第６のいずれかのホログラムであり、＋１
次回折光の回折効率は内周部よりも外周部の方が小さい
ことが好ましい。

【００３３】または、前記屈折型レンズの有効径内に対
応する前記ホログラムレンズを内周部と外周部に分けた
場合に、内周部は上記第１、第２、第５及び第６のいず
れかのホログラムであり、外周部は格子パターンが形成
されていない領域を有することが好ましい。

【００３４】さらに、上記構成において、前記ホログラ
ムレンズの格子パターンが形成されていない領域の位相
と、格子パターン部の位相の平均値とがぼぼ等しいこと
が好ましい。

【００３５】本発明の第６の集光光学系は、少なくとも
屈折型レンズとホログラムレンズを具備し、前記ホログ
ラムレンズは前記対物レンズに対して同一の側で、かつ
光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出
し、０次回折光が集光される焦点の開口数が＋１次回折
光が集光される焦点の開口数よりも小さく、前記ホログ
ラムレンズは上記第１、第３、第４、第７から第１１の
いずれかのホログラムを含む。

【００３６】上記第６の集光光学系において、前記屈折
型レンズの有効径内に対応する前記ホログラムレンズを
内周部と外周部に分けた場合に、内周部は請求項１、５
〜７、９及び１２〜１６のいずれかに記載されたホログ
ラムであり、０次回折光の回折効率は内周部よりも外周
部の方が小さいことが好ましい。

【００３７】上記第１から第６の集光光学系において、
前記屈折型レンズ及び前記ホログラムレンズの相対位置
を固定したことが好ましい。また、前記屈折型レンズ表
面に前記ホログラムレンズを形成したことが好ましい。

【００３８】また、前記屈折型レンズ面のうち、曲率の
大きな表面に、前記ホログラムレンズを形成したことが
好ましい。

【００３９】本発明の光ヘッド装置は、放射光源と、前
記放射光源から出射される光ビームを情報記録媒体上へ
微小スポットとして収束させる集光光学系と、前記情報
記録媒体により反射された光ビームを受け、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、前記集光
光学系は上記第１から第６のいずれかである。

【００４０】本発明の光ディスク装置は、情報記録媒体
の駆動機構と、上記光ヘッド装置と、前記光ヘッド装置
より得られる信号を用いたフォーカスサーボ機構及びト
ラッキングサーボ機構と、前記サーボ機構を駆動するた
めの制御回路と、電源又は外部電源との接続部とを具備
する。

【００４１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）本発明の第１の実施形態に係る光ヘ
ッド装置、それを用いた光ディスク装置、光ヘッド装置
に適する集光光学系及びその構成部品であるホログラム
について、図１から図６を参照しつつ説明する。図１は
第１の実施形態における光ディスク装置及びその光ヘッ
ド装置の構成を示す光路図である。また、図２の（ａ）
及び（ｂ）はそれぞれ、上記光ヘッド装置の集光光学系
による基板厚さの異なる２種類の情報記録媒体に対する
光ビームの集光状態を示す光路図である。図１に示すよ
うに、本発明光ディスク装置及びその光ヘッド装置は、
例えば半導体レーザー等の放射光源２と、放射光源２か
ら出射された光ビーム３を平行光束に変換するコリメー
トレンズ１２２と、コリメートレンズ１２２の前方に設
けられた補正ホログラム１２２１と、補正ホログラム１
２２１を透過した光束を透過させ、また情報記録媒体５
又は５１からの反射光を所定方向に反射する偏光ビーム
スプリッタ４２と、偏光ビームスプリッタ４２を透過し
た光束を円偏光に変換する１／４波長板１５と、１／４
波長板１５を透過した光束を情報記録媒体５又は５１の
記録面上に集光させるための対物レンズ４及びホログラ
ムレンズ１０７で構成された集光光学系と、集光光学系
を駆動する駆動機構１１０と、偏光ビームスプリッタ４
２により反射された情報記録媒体５又は５１からの反射
光を光検出器７１上に集光する集束レンズ１２１と、集
束レンズ１２１により集束された光束の波面をフォーカ
スサーボ信号やトラッキングエラー信号を得るために波
面変換するシリンドリカルレンズ１３１等で構成されて
いる。

【００４２】情報記録媒体５又は５１（光ディスク）は
図示しない駆動機構により回転される。光ヘッド装置
は、情報記録媒体５又は５１の所望のトラックのところ
まで、光ヘッド装置駆動装置により粗動される。光検出
器７１は、光ヘッド装置の相対位置関係に対応して、フ
ォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を制御回
路（図示せず）に出力する。制御回路はこれらの信号に
対応して、光ヘッド装置の駆動機構１１０へ、集光光学
系（対物レンズ４及びホログラムレンズ１０７）を微動
させるための信号を送る。この信号により、光ヘッド装
置は、情報記録媒体５又は５１に対してフォーカスサー
ボ及びトラッキングサーボを行い、情報記録媒体５又は
５１に対して、情報の読出し、書込み、消去を行う。

【００４３】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に形成されている。ホログラムレン
ズ１０７の光軸方向から見た形状を図３に、光軸に直交
する断面を図４に示す。各図に示すように、格子パター
ン１０７ａは光軸方向から見ると同心円状であり、ホロ
グラムレンズ１０７の中心部分の対物レンズ４により決
定される開口よりも小さな径の領域にのみ形成されてい
る。また、格子パターン１０７ａの周囲の領域１０７ｂ
には格子パターンは形成されていない。一方、補正ホロ
グラム１２２１は、図１に示すように、ホログラムレン
ズ１０７とは逆に、ホログラムレンズ１０７の格子パタ
ーン１０７ａに対向する部分には格子パターンは形成さ
れておらず、格子パターンのない領域１０７ｂに対向す
る領域に同心円状の格子パターンが形成されている。

【００４４】補正ホログラムの目的は、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
ことのできる光ヘッド装置において、光ビームの外周部
の光強度が高くなることの影響を緩和して、より安定な
情報信号を得ることのできる光ヘッド装置を構成するで
ある。このため、補正ホログラムが光軸から離れた部分
の０次回折効率が光軸付近よりも低くなるよう設計され
ている。

【００４５】ホログラムレンズ１０７の＋１次回折光６
４の回折効率は１００％未満であり、光ビーム３の０次
回折光（透過光）６１についても充分な強度を有するよ
うに設計されている。例えばホログラムレンズ１０７の
格子パターン１０７ａを図１に示すような凹凸形状に成
形する場合、格子パターン１０７ａの凹凸の高さｈを、
ｈ＜λ／（ｎ−１）のように設定する。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。すな
わち、格子パターン１０７ａにより光ビーム３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り、
ホログラムレンズ１０７のどの位置においても０次回折
光６１が充分な強度を有するホログラムレンズ１０７を
実現することができる。同時に、＋１次回折光６４及び
０次回折光６１が充分な強度を有することにより、相対
的に情報媒体５又は５１上に形成される集光ビームのサ
イドローブを低く抑えることができる。

【００４６】ここで、サイドローブについて図５を用い
て簡単に説明する。図５は情報記録媒体５，５１上での
集光スポットの光強度分布を示したものであり、光軸上
のメインローブ３８０が情報の記録及び再生に必要な光
量を表す。光軸に対して略対称に現れるサイドローブ３
８０は、高次回折光等による不要な光量であり、記録ピ
ット形状や再生信号を劣化させる原因となる。

【００４７】ホログラムレンズ１０７の格子パターン１
０７ａによる０次回折光（透過光）の位相は、格子パタ
ーン１０７ａにより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を
透過した光束の位相を、格子パターン１０７ａによる０
次回折光とほぼ同じに合わせることにより、対物レンズ
４による集光性能を向上させることができる。例えば、
ホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７ａをレリ
ーフ型にする場合、図４に示すように、格子パターンの
ない領域１０７ｂの表面の高さを、格子パターン１０７
ａの凹凸の平均レベルに合わせる。

【００４８】次に、上記光ディスク装置及びその光ヘッ
ド装置の動作について説明する。放射光源２から出射さ
れた光ビーム３はコリメートレンズ１２２により略平行
光化され、さらに、補正ホログラム１２２１及び偏光ビ
ームスプリッター４２を透過し、１／４波長板１５によ
り円偏光に変換され、ホログラムレンズ１０７に入射す
る。ホログラムレンズ１０７に入射した光ビーム３は、
ホログラムレンズ１０７により回折される。０次回折光
６１は、対物レンズ４により、基板厚さｔ２が薄い情報
記録媒体５１の記録面３８ａの位置に集光される。一
方、＋１次回折光６４は、対物レンズ４により、基板厚
さｔ１が厚い情報記録媒体５の記録面３８ｂの位置に集
光される。情報記録媒体５又は５１により反射された光
ビ−ムは、それぞれ元の光路を逆に辿り、０次回折光６
１は、図１中実線で示すようにホログラムレンズ１０７
を再び透過する。また、＋１次回折光６４は、図中点線
で示すようにホログラムレンズ１０７により再び＋１次
回折光として回折される。０次回折光６１及び＋１次回
折光６４は、共に偏光ビームスプリッター４２により反
射され、収束レンズ１２１により集光され、シリンドリ
カルレンズ１３１により波面を変換され、光検出器７１
に入射する。光検出器７１の出力を演算することによ
り、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。なお、
ホログラムレンズ１０７と対物レンズ４は一体化されて
いることが好ましい。

【００４９】最初に光ビーム３がホログラムレンズ１０
７を通過する際、回折を受けずに透過した０次回折光
は、情報記録媒体５１の記録面３８ａにより反射され、
再び対物レンズ４、ホログラムレンズ１０７、１／４波
長板１５、偏光ビームスプリッタ４２、集束レンズ１２
１、シリンドリカルレンズ１３１を透過し、光検出器７
１の集光点３９に集光される。一方、最初に光ビーム３
がホログラムレンズ１０７を光ビーム３が通過する際、
回折を受けた＋１次回折光６４は、情報記録媒体５の記
録面３８ｂにより反射され、再び対物レンズ４、ホログ
ラムレンズ１０７、１／４波長板１５、偏光ビームスプ
リッタ４２、集束レンズ１２１、シリンドリカルレンズ
１３１を透過し、０次回折光６１と同じ光検出器７１の
集光点３９に集光される。すなわち、同一の放射光源２
から出射され、異なる２つの焦点（記録面）３８ａ及び
３８ｂにより反射されてきた光ビームは、それぞれ光検
出器７１側の同じ集光点３９に集光される。従って、放
射光源２の出射点と光検出器７１の集光点３９は鏡像関
係にある。このため、基板厚さの異なる２種類の情報記
録媒体５及び５１に対して、サーボ信号検出手段（図示
せず）及び光検出器７１も単一のものを共通に用いるこ
とができる。

【００５０】なお、実際の使用に際し、情報記録媒体は
基板厚さの異なる５及び５１のいずれか一方のみを用い
る。例えば、基板厚さｔ１の情報記録媒体５が光ディス
ク装置に装着されている場合、ホログラムレンズ１０７
により回折された＋１次回折光６４は、対物レンズ４に
より情報記録媒体５上に集光される。ここで、＋１次回
折光６４は厚さｔ１の基板を通して回折限界まで絞られ
るように収差補正が施されている。一方、０次回折光６
１は対物レンズ４によっては情報記録媒体５上に集光さ
れず、また図１中点線で示すようには反射されない。そ
のため、０次回折光６１の反射光は光検出器７１の集光
点３９には集光されない。逆に、基板厚さｔ２の情報記
録媒体５１が光ディスク装置に装着されている場合、ホ
ログラムレンズ１０７による回折を受けなかった０次回
折光６１は、対物レンズ４により情報記録媒体５１上に
集光される。ここで、０次回折光６１は厚さｔ２の基板
を通して回折限界まで絞られるように収差補正が施され
ている。一方、ホログラムレンズ１０７により回折され
た＋１次回折光６４は、対物レンズ４によっては情報記
録媒体５１上に集光されず、また図１中実線で示すよう
には反射されない。そのため、＋１次回折光６４の反射
光は光検出器７１の集光点３９には集光されない。従っ
て、上記本発明の光ディスク装置及びその光ヘッド装置
によれば、基板厚さの異なる複数（２種類の）情報記録
媒体に対して情報の記録、再生及び消去が可能となる。

【００５１】なお、フォーカスサーボ信号の検出方式と
しては、スポットサイズディテクション法（ＳＳＤ法：
特開平２−１８５７２２号公報参照）や、非点収差法、
ナイフエッジ法等任意の方法を用いることができる。ま
た、トラッキングエラー信号の検出方式としては、プッ
シュプル法、ヘテロダイン法、３ビーム法等の任意の方
法を用いることができる。

【００５２】次に、上記光ディスク装置及びその光ヘッ
ド装置に適するホログラムレンズ１０７について説明す
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の設計方法としては、例えば、集光スポット３８
ｂから発散する球面波が厚さｔ１の基板を透過後、対物
レンズ４を透過した光ビームと、図１の光ビーム３の位
相の正負を反転した光ビームのホログラムレンズ１０７
を形成する面上での干渉パターン（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（ＣＧ
Ｈ）手法等を用いて容易にホログラムレンズ１０７を作
製することができる。

【００５３】一般に、回折格子からは０次回折光及び＋
１次回折光のみならず、高次の回折光も発生する。上記
本発明の光ディスク装置及びその光ヘッド装置では、放
射光源２から情報記録媒体５，５１に至る往路及び情報
記録媒体５，５１から光検出器７１に至る復路の両方の
光路において、暇りビーム６１，６４がホログラムレン
ズ１０７を２度通る。そのため、光検出器７１に光ビー
ム６１，６４が到達するまでに、回折が２度生じる。ま
た、情報記録媒体５又は５１の基板厚さに応じて、２回
とも０次の回折をした（すなわち２回とも回折しなかっ
た）光ビーム６１又は２回とも＋１次の回折をした光ビ
ーム６４を光検出器７１で受光し、サーボ信号を得てい
る。一方、上記の２種の回折光とほぼ同じ回折効果を総
合的に受け、光検出器７１上の集光点３９とほぼ同じ位
置にほぼ同じ大きさで入射する高次回折光がサーボ信号
に悪影響を与える可能性が高い。以下に、信号に悪影響
を与える可能性が高い回折光について検討する。

【００５４】２回とも０次の回折をした（すなわち２回
とも回折しなかった）光ビーム６１を用いて信号を再生
する場合に悪影響を与える可能性の高い回折光は、往路
と復路の回折次数の和が０のもの、すなわち、Ｎを整数
として、往路のＮ次回折光であって、かつ復路の−Ｎ次
回折光である。ここで、光の利用効率を良くするために
０次と＋１次の回折効率を高く設計することを前提とす
ると、不要な回折光の内、往路と復路の光利用効率の積
が比較的高くなる可能性のあるものは、往路の＋１次回
折光で、かつ復路の−１次回折光、及び往路の−１次回
折光で、かつ復路の＋１次回折光の２種の回折光であ
る。従って、このような不要な回折光の影響を低減する
ためには−１次回折光の回折効率を低減する必要があ
る。

【００５５】同様に、２回とも＋１次の回折をした光ビ
ームを用いて信号を再生する場合に悪影響を与える可能
性の高い回折光は、往路と復路の回折次数の和が＋２の
もの、すなわち、Ｎを整数として、往路のＮ次回折光で
あって、かつ復路の（２−Ｎ）次回折光である。ここ
で、光の利用効率を良くするために０次と＋１次の回折
効率を高く設計することを前提とすると、不要な回折光
のなかで往路と復路の光利用効率の積が比較的高くなる
可能性のあるものは、往路の０次回折光で、かつ復路の
＋２次回折光、及び往路の＋２次回折光で、かつ復路の
０次回折光の２種の回折光である。従って、このような
不要な回折光の影響を低減するためには＋２次回折光の
回折効率を低減する必要がある。

【００５６】上記理由により、高次回折光のうち−１次
回折光と＋２次回折光を低減することが望ましいことが
わかる。以下、ｎ次回折光の回折効率をＥ（ｎ）と表記
する。＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）と−１次回折
光の回折効率Ｅ（−１）を同時に０にすることが最も望
ましい。しかし、Ｅ（＋２）とＥ（−１）を同時に０に
することができない場合に、これらを低減するにあたっ
ての指針について次に説明する。

【００５７】例えば、＋１次回折光を用いて基板厚さの
厚い情報記録媒体５の再生を行い、０次回折光を用いて
基板厚さの薄い情報記録媒体５１の再生を行う場合は、
基板厚さの厚い情報記録媒体５に対しては集光光学系の
開口数（ＮＡ）を小さくする方が望ましい。そのため、
例えば、図２に示すようにホログラムレンズ１０７の有
効径のうち内周部にのみ、基板厚さの厚い情報記録媒体
５上で集光スポットを形成するための格子パターン１０
７ａを形成し、外周部の領域１０７ｂは図２に示すよう
に格子パターンをなくするか、又は外周部には内周部の
＋１次回折光とは異なる位置に光が回折するような格子
パターンを形成して０次回折光の光量分布を補正する。

【００５８】この時、情報記録媒体５，５１の反射率を
１００％と仮定し、ホログラムレンズ１０７の有効径内
への入射光量を１、外周部の格子パターンのない領域１
０７ｂへの入射光量（外周部へも格子パターンを作製す
る場合には０次回折効率の２乗を乗ずる）をａ、内周部
の格子パターン１０７ａへの入射光量をｂとして、ホロ
グラムレンズ１０７への入射光の内、ホログラムレンズ
１０７を往復２回通過して光検出器７１へと至る信号光
の割合Ｓ（０）は、薄いディスクを再生する場合、以下
の式（１）で表される。

【００５９】

【数１】 Ｓ（０）＝ａ＋ｂ×（Ｅ（０））² ・・・（１）

【００６０】これに対して、往路が−１次回折光で、か
つ復路が＋１次回折光は内周部のみで発生するので、そ
の割合Ｎ（−１）は以下の式（２）で表される。なお、
往路が＋１次回折光で、かつ、復路が−１次回折光の場
合の割合も同様である。

【００６１】

【数２】 Ｎ（−１）＝ｂ×Ｅ（−１）×Ｅ（＋１） ・・・（２）

【００６２】不要な−１次回折光による影響の大きさＲ
（−１）は、以下の式（３）で表される。

【００６３】

【数３】 Ｒ（−１）＝Ｎ（−１）／Ｓ（０） ・・・（３）

【００６４】基板厚さの厚い情報記録媒体５を再生する
場合、信号光はホログラムレンズ１０７の内周部の格子
パターン１０７ａ部のみで発生するので、ホログラムレ
ンズ１０７への入射光の内、ホログラムレンズ１０７を
往復２回通過して光検出器７１へと至る信号光の割合Ｓ
（＋１）は、以下の式（４）で表される。

【００６５】

【数４】 Ｓ（＋１）＝ｂ×（Ｅ（＋１））² ・・・（４）

【００６６】これに対して、往路が０次回折光で、かつ
復路が＋２次回折光の割合Ｎ（＋２）は、以下の式
（５）で表される。往路が＋２次回折光で、かつ復路が
０次回折光の場合の割合も同様である。

【００６７】

【数５】 Ｎ（＋２）＝ｂ×Ｅ（０）×Ｅ（＋２） ・・・（５）

【００６８】不要な＋２次回折光による影響の大きさＲ
（＋２）は、以下の式（６）で表される。

【００６９】

【数６】 Ｒ（＋２）＝Ｎ（＋２）／Ｓ（＋１） ・・・（６）

【００７０】−１次回折光による影響の大きさＲ（−
１）と＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）はど
ちらも低減する必要があるので、これらを同時に０にす
ることが望ましい。しかし、それができない場合は、Ｒ
（−１）とＲ（＋２）をほぼ等しくすることにより、一
方が特に大きくなることによる問題点を避けることがで
きる。そして、上記式（１）と式（４）を比較すればわ
かるように、厚いディスクを再生する場合の信号光の方
が信号強度が小さくなりやすい。そのため、＋１次回折
光を用いて厚いディスクの再生を行い、０次回折光を用
いて薄いディスクの再生を行う場合は、特に＋２次回折
光の回折効率を低減する必要がある。

【００７１】次に、ホログラムレンズ１０７の格子パタ
ーン１０７ａの具体的形状について検討するが、最初に
参考例として、図６（ａ）に周知の鋸歯状回折格子の形
状をで示す。また、この従来の鋸歯状回折格子から得ら
れる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを図
６（ｂ）に示す。図６（ｂ）において、回折効率Ｅ（−
３）〜Ｅ（＋３）の縦軸を左側に、不要な回折光の影響
Ｒ（＋２）及びＲ（−１）の縦軸を右側に示す。横軸
は、山と谷の差が光に与える位相変調量φである。な
お、不要な回折光による影響の大きさＲ（Ｊ）とは、Ｊ
次の不要な回折に起因する不要光の光検出器７１上にお
ける信号光に対する割合をいう。また、回折次数の正負
は、図６（ａ）に示すように、１次回折光の強い方を＋
１次と定義する（以下同様）。

【００７２】図６（ａ）は、周知の鋸歯状回折格子の形
状（ブレーズ）を光の位相変調量φとして表したもので
ある。図６（ａ）において、横軸は回折格子の一周期ｐ
で規格化したホログラム上の位置を示す。正確には、横
軸は回折格子を格子ベクトル方向に進む波ととらえた場
合の位相である。換言すれば、０次回折光と＋１次回折
光の位相差を２πで規格化したもの、又は回折格子を２
光束干渉法で設計又は作成する場合の参照光と物体光の
位相差を２πで規格化した値ともいえる。従って、回折
格子の周期ｐが場所によって異なる場合（チャーピング
している場合）、実物の距離としては横軸の０から０．
１と０．１から０．２が異なる場合も有り得る。簡単の
ため、本明細書中では光の位相変調量の図の横軸を単に
ホログラム上の位置と呼ぶ。

【００７３】光ディスク装置が読みとり専用のいわゆる
ＲＯＭディスクの再生だけを目的とする場合、情報記録
媒体（光ディスク）の基板厚さにかかわらず、反射率が
同じ程度になる。そのため、０次回折光と＋１次回折光
の回折効率をほぼ同じに設計し、０次回折光の回折効率
Ｅ（０）と＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を共に３
０％以上、望ましくは３５％以上にする。このとき、図
６（ｂ）からわかるように、−１次回折光の回折効率Ｅ
（−１）と＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）は共に４
％程度である。その結果、特に＋２次回折光による影響
の大きさＲ（＋２）が大きく、１１．３％になる。ここ
で、我々の実験によれば、不要回折光が再生信号に及ぼ
す悪影響を無視できるのは＋２次回折光による影響の大
きさＲ（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ
（−１）が共に７％以下の場合である。製造誤差を考慮
すると、望ましくはこれらを５％以下に設計することが
望ましい。従って、周知の鋸歯状回折格子を用いると不
要回折光により、再生信号（例えばフォーカスエラー信
号）の品質が劣化する恐れがある。

【００７４】さらに、基板厚さの薄い情報記録媒体に対
して情報の記録及び再生を行う場合、又は反射率の低い
情報記録媒体の再生を行う場合、記録パワーを確保する
ため、又は再生信号パワーを確保するために、０次の回
折効率Ｅ（０）をより大きくすることが望ましい。しか
し、この時、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）が減る
ため、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）はよ
り増大する。従って、不要な＋２次回折光による影響の
大きさＲ（＋２）がより深刻になる恐れがある。

【００７５】次に、図７（ａ）に点線で示した従来の４
段の等段差、かつ等段幅の回折格子から得られる回折効
率及び不要な回折光による影響の大きさを図７（ｂ）に
示す。図７（ｂ）において、回折効率Ｅ（−３）〜Ｅ
（＋３）の縦軸を左側に、不要な回折光の影響Ｒ（＋
２）及びＲ（−１）の縦軸を右側に示す。横軸は、階段
（等段差）の一段当たりの段差が光に与える位相変調量
φ０を示す。基板厚さの薄い情報記録媒体に対しては、
記録密度を高くするために開口数（ＮＡ）を０．６程度
で、また、基板厚さの厚い情報記録媒体に対しては、情
報記録媒体（ディスク）の傾きの許容度を確保するため
に開口数（ＮＡ）を０．４程度で再生する場合につい
て、式（１）から式（６）に従って−１次回折光による
影響の大きさＲ（−１）と＋２次回折光による影響の大
きさＲ（＋２）を計算している。

【００７６】一般に、情報記録媒体が読みとり専用のい
わゆるＲＯＭディスクである場合、基板厚さにかかわら
ず情報記録媒体の反射率が同じ程度になるので、０次回
折光と＋１次回折光の回折効率をほぼ同じ程度に設計す
る。このとき、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋
２）が８％程度あり、等段差で、かつ等段幅の４段の階
段状回折格子を用いると、不要回折光により再生信号
（例えばフォーカスエラー信号）の品質が劣化する恐れ
がある。ただし、図６（ａ）に示した鋸歯状回折格子の
場合よりはＲ（＋２）がやや少ないので、例えば図７
（ａ）に示す４段の階段状ブレーズの場合方が、周知の
鋸歯状ブレーズよりも望ましい。

【００７７】ここで、４段の階段状ブレーズに場合の方
がＲ（＋２）が減っている理由を考察すると、鋸歯状ブ
レーズの場合よりも−３次回折光の回折効率Ｅ（−３）
が増えて、逆に＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）が３
％程度に減っていることがわかる。従って、−３次回折
光の回折効率Ｅ（−３）を大きくして、＋２次回折光の
回折効率Ｅ（＋２）の光量を移して減らすことが設計の
方向として望ましい。少なくとも、Ｅ（−３）をＥ（＋
２）より大きくすることが好ましい。しかし、図７
（ａ）に示す４段の階段状の形状であっても、基板厚さ
の薄い情報記録媒体の記録再生を行う場合、又は反射率
の低い情報記録媒体の再生を行う場合には、０次回折光
の回折効率Ｅ（０）をより大きくすることが望ましいの
で、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）が減り、＋２次
回折光による影響の大きさＲ（＋２）がより増大する。
従って、この場合も、やはり不要な＋２次回折光による
影響の大きさＲ（＋２）がより深刻になる恐れがある。
上記考察に基づいて、本発明の光ディスク装置及びその
光ヘッド装置に適する集光光学系及びホログラムの具体
的実施形態を以下に説明する。

【００７８】（第２の実施形態）−３次回折光の回折効
率Ｅ（−３）をより大きくし、＋２次回折光の回折効率
Ｅ（＋２）を減らすことをより一層進めた第２の実施形
態について、図８（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明す
る。

【００７９】図８（ａ）はホログラム上の位置（格子ベ
クトルに沿った方向）と光束に与える位相変調量の関係
を、回折格子の一周期当たりで示したものである。図６
（ａ）との違いは、位置対位相変調量の形が１周期当た
り２つの山Ｍ１及びＭ２を形成していることである。ま
た、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の
回折効率Ｅ（０）が等しくなるときの最も高い山Ｍ２と
最も低い谷Ｖ１の差φが、図６（ａ）に示す場合よりも
大きくなり、約１．３π（光路差では０．６５λ、λは
波長）である。

【００８０】回折格子の１周期は連続する第１〜第４の
斜面Ｓ１〜Ｓ４で構成され、第１及び第３の斜面Ｓ１及
びＳ３が登り（＋１次回折光の回折方向を右側として、
右上がり）で、第２及び第４の斜面Ｓ２及びＳ４が下り
（右下がり）である。第１及び第４の斜面Ｓ１及びＳ４
の傾斜は第２及び第３の斜面Ｓ２及びＳ３の傾斜よりも
急である。各斜面Ｓ１〜Ｓ４の横軸方向に占める幅に関
しては、第１の斜面及び段２の斜面の幅がほぼ等しく、
最も狭い。第４の斜面Ｓ４の幅は次に狭く、第３の斜面
の幅が最も広い。各山の頂点Ｍ１及びＭ２と、谷の底Ｖ
１及びＶ２を（位置、位相）で表すと、各点の座標は、
Ｖ１（０、０）、Ｍ１（０．１、０．６１π）、Ｖ２
（０．２、０．５４π）、Ｍ２（０．８、１．３π）と
なる。このような形状の回折格子は、ダイヤモンドバイ
トを用いて金型を切削しこれを転写することにより製作
可能である。従って、屈折型対物レンズの曲面上にホロ
グラムを直接形成する場合などに望ましい形状である。
なお、左から２番目の斜面Ｓ２は右下がりではなく、ほ
ぼ水平であっても同様に不要な回折光を顕著に抑制する
ことができる。

【００８１】各次数の回折光の回折効率は図８（ｂ）の
ようになる。＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次
回折光の回折効率Ｅ（０）がほぼ等しいとき、−３次回
折光の回折効率Ｅ（−３）が−１次回折光の回折効率Ｅ
（−１）及び＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）よりも
大きくなっており、その分＋２次回折光の回折効率Ｅ
（＋２）を減らして２％以下にすることができ、＋２次
回折光による影響の大きさＲ（＋２）を３．２％という
十分に小さな値にすることができる。

【００８２】ここで、基板厚さの厚い情報記録媒体を＋
１次回折光を用いて再生する場合において、回折効率の
設計指針の第２のポイントは、−１次回折光の回折効率
Ｅ（−１）よりも、特に基板厚さの厚い情報記録媒体を
再生する時に問題となる＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋
２）を低くすることである。基板厚さの薄い情報記録媒
体を再生する場合の開口数（ＮＡ）を０．６程度とし、
基板厚さの厚い情報記録媒体を再生するときの開口数を
０．４程度とする場合、本実施形態のように、＋２次回
折光の回折効率Ｅ（＋２）を−１次回折光の回折効率Ｅ
（−１）の１／３以下にすることにより、＋２次回折光
による影響の大きさＲ（＋２）と−１次回折光による影
響の大きさＲ（−１）を共に小さく抑えることができ、
再生信号の品質を確保することができる。

【００８３】（第３の実施形態）次に、＋２次回折光の
回折効率Ｅ（＋２）を２％以下に減らすための第３の実
施形態について、図９（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説
明する。図９（ａ）は、ホログラム上の位置（格子ベク
トルに沿った方向）と光束に与える位相変調量の関係
を、回折格子の一周期当たりで示したものである。図９
（ａ）に示す位置対位相変調量の形は図７（ａ）に示す
場合と同様に階段状であるが、図７（ａ）に示す場合と
では、各階段の幅がそれぞれ異なっており、さらに、一
方向に上るだけでなく、下る段も含まれる点が異なる。

【００８４】図９（ａ）に示す本実施形態の場合、回折
格子の１周期は５段の階段状であり、第１階段Ｆ１から
第４段Ｆ４までは順に高さが高くなり、最後の第５段Ｆ
５の高さは第３段Ｆ３の高さとほぼ同じであり、第４段
Ｆ４の高さよりも低い。また、各段Ｆ１〜Ｆ５の幅Ｗ１
〜Ｗ５は、左から右に順に０．１、０．２３、０．３
１、０．２６、０．１の割合である。＋１次回折光の回
折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）が等
しくなるときの一段当たりの段差φ０は、図７（ａ）に
示す場合よりも大きくなり、約０．３３π（光路差では
０．１７λ、λは波長）である。回折効率は、図９
（ｂ）に示すようになる。＋１次回折光の回折効率Ｅ
（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）がほぼ等しい
とき、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）を２％以下に
減らすことができる。その結果、＋２次回折光による影
響の大きさＲ（＋２）を３．１％、−１次回折光による
影響の大きさＲ（−１）を５％という十分に小さな値に
することができる。−１次回折光による影響の大きさＲ
（−１）の方が＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋
２）よりも大きいが、これは、作製誤差に対する増大の
しやすさを考慮すると望ましいバランスである。回折格
子のピッチが１００μｍ以上である場合のように作製誤
差の制限をあまり受けない場合、図９（ａ）の横軸の
０．９から１．０迄の部分の幅を少し狭めることによ
り、−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）をより
少なくすることができる。本実施形態も、＋２次回折光
の回折効率Ｅ（＋２）を−１次回折光の回折効率Ｅ（−
１）の１／３以下にすることにより、＋２次回折光によ
る影響の大きさＲ（＋２）及び−１次回折光による影響
の大きさＲ（−１）を共に小さく抑えることができ、再
生信号の品質を確保することができる。

【００８５】（第４の実施形態）次に、ホログラムレン
ズを凸レンズ型に設計した第４の実施形態を、図１０
（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。図１０（ａ）
は、＋１次回折効を基板厚さｔ２の薄い情報記録媒体５
１に対して集光する場合を示し、図１０（ｂ）は０次光
を基板厚さｔ１の厚い（ｔ１＞ｔ２）情報記録媒体５に
対して集光する場合を示す。

【００８６】ホログラムレンズ１０９の外周部の＋１次
回折光の回折効率をほぼ１００％になるように設計し、
内周部の回折効率を１００％より小さくすることによ
り、基板厚さｔ１の厚い情報記録媒体５に対する開口数
ＮＡを小さくすることができる。この構成では、屈折型
の対物レンズ４とホログラムレンズ１０９では、波長の
変化に対する光線の屈曲方向変化の方向（広義の分散
値）が反対方向であるので、基板厚さｔ２の薄い情報記
録媒体５１に対して、色収差が低減される、あるいは、
発生しなくなるという効果を有する。特に、基板厚さｔ
２の薄い情報記録媒体５１に対して記録再生を行う場
合、記録と再生の切り替え時に光源（特に半導体レーザ
ーの場合）の出力を切り替えるのに伴って波長が変化す
るので、色収差（特に焦点位置の移動）を低減させるこ
とは重要である。

【００８７】上記構成において、ホログラムレンズ１０
９の有効径内への入射光量を１、外周部への入射光量を
ａ、内周部への入射光量をｂとし、情報記録媒体５１の
反射率を１００％と仮定して、ホログラムレンズ１０９
への入射光の内、ホログラムレンズ１０９を往復２回通
過して光検出器（例えば、図１の光検出器７１）へ至る
信号光の割合Ｓ’（１）は、基板厚さｔ２の薄い情報記
録媒体５１を再生する場合、以下の式（７）で表され
る。

【００８８】

【数７】 Ｓ’（１）＝ａ＋ｂ×（Ｅ（１））² ．．．（７）

【００８９】これに対して、往路が０次回折光で、かつ
復路が＋２次回折光となる場合は、ホログラムレンズ１
０９の内周部のみで発生し、その割合Ｎ’（＋２）は以
下のしく（８）で表される。往路が＋２次回折光で、か
つ復路が０次回折光となる場合の割合も同様である。

【００９０】

【数８】 Ｎ’（＋２）＝ｂ×Ｅ（０）×Ｅ（＋２） ・・・（８）

【００９１】不要な＋２次回折光による影響の大きさ
Ｒ’（＋２）は、以下の式（９）で表される。

【００９２】

【数９】 Ｒ’（＋２）＝Ｎ’（＋２）／Ｓ’（＋１） ・・・（９）

【００９３】基板厚さｔ１の厚い情報記録媒体５を再生
する場合、信号光はホログラムレンズ１０９の内周部の
みで発生するので、ホログラムレンズ１０９への入射光
の内、ホログラムレンズを往復２回通過して光検出器へ
と至る信号光の割合Ｓ’（０）は、以下の式（１０）で
表される。

【００９４】

【数１０】 Ｓ’（０）＝ｂ×（Ｅ（０））² ・・・（１０）

【００９５】これに対して、往路が＋１次回折光で、か
つ復路が−１次回折光の割合Ｎ’（−１）は、以下の式
（１１）で表される。往路が−１次回折光で、かつ復路
が＋１次回折光の場合の割合も同様である。

【００９６】

【数１１】 Ｎ’（−１）＝ｂ×Ｅ（＋１）×Ｅ（−１） ・・・（１１）

【００９７】不要な−１次回折光による影響の大きさ
Ｒ’（−１）は、以下の式（１２）で表される。

【００９８】

【数１２】 Ｒ’（−１）＝Ｎ’（−１）／Ｓ（０） ・・・（１２）

【００９９】−１次回折光による影響の大きさＲ’（−
１）と＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）は
どちらも低減する必要があるので、これらを同時に０に
することが望ましい。しかし、それができない場合は、
Ｒ’（−１）とＲ’（＋２）をほぼ等しくすることによ
り、一方が特に大きくなることによる問題点を避けるこ
とができる。そして、式（７）と式（１０）を比較すれ
ばわかるように、基板厚さｔ１の厚い情報記録媒体５を
再生する場合の信号光の方が信号強度が小さくなりやす
い。そのため、０次回折光を用いて基板厚さｔ１の厚い
情報記録媒体５の再生を行い、＋１次回折光を用いて基
板厚さｔ２の薄い情報記録媒体５１の再生を行う場合、
特に−１次回折光の回折効率を低減する必要がある。

【０１００】第１の実施形態の場合と同様に、図１１
（ａ）に示す周知の鋸歯状回折格子から得られる回折効
率及び不要な回折光による影響の大きさを図１１（ｂ）
に示す。図１１（ｂ）において、回折効率Ｅ（−３）〜
Ｅ（＋３）の縦軸を左側に、不要な回折光の影響Ｒ’
（＋２）及びＲ’（−１）の縦軸を右側に示す。横軸
は、山と谷の差が光に与える位相変調量φである。ま
た、回折次数の正負は、図１１（ａ）に示すように、１
次回折光の強い方を＋１次と定義する（以下同様）。回
折効率Ｅ（−３）〜Ｅ（＋３）は図６（ｂ）の場合と同
じであるが、図１１（ｂ）のＲ’（＋２）及びＲ’（−
１）は図６（ｂ）のＲ（＋２）及びＲ（−１）とは異な
る。

【０１０１】光ディスク装置が読みとり専用のいわゆる
ＲＯＭディスクの再生だけを目的とする場合、情報記録
媒体（光ディスク）の基板厚さにかかわらず、反射率が
同じ程度になる。そのため、０次回折光と＋１次回折光
の回折効率をほぼ同じに設計する。このとき、図１１
（ｂ）からわかるように、−１次回折光の回折効率Ｅ
（−１）と＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）は共に４
％程度である。その結果、特に＋２次回折光による影響
の大きさＲ’（＋２）が大きく、１１．３％になる。こ
こで、我々の実験によれば、不要回折光が再生信号に及
ぼす悪影響を無視できるのは＋２次回折光による影響の
大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大き
さＲ’（−１）が共に７％以下の場合である。製造誤差
を考慮すると、望ましくはこれらを５％以下に設計する
ことが望ましい。従って、周知の鋸歯状回折格子を用い
ると不要回折光により、再生信号（例えばフォーカスエ
ラー信号）の品質が劣化する恐れがある。

【０１０２】さらに、基板厚さの薄い情報記録媒体に対
して情報の記録及び再生を行う場合、又は反射率の低い
情報記録媒体の再生を行う場合、記録パワーを確保する
ため、又は再生信号パワーを確保するために、＋１次の
回折効率Ｅ（１）をより大きくすることが望ましい。し
かし、この時、０次回折光の回折効率Ｅ（０）が減るた
め、−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）はよ
り増大する。従って、不要な−１次回折光による影響の
大きさＲ’（−１）がより深刻になる恐れがある。

【０１０３】次に、図１２（ａ）に示す従来の４段の等
段差、かつ等段幅の回折格子から得られる回折効率及び
不要な回折光による影響の大きさを図１２（ｂ）に示
す。図１２（ｂ）において、回折効率Ｅ（−３）〜Ｅ
（＋３）の縦軸を左側に、不要な回折光の影響Ｒ’（＋
２）及びＲ’（−１）の縦軸を右側に示す。横軸は、階
段（等段差）の一段当たりの段差が光に与える位相変調
量φ０を示す。図１２（ｂ）において、回折効率Ｅ（−
３）〜Ｅ（＋３）は図７（ｂ）に示す場合と同じである
が、Ｒ’（＋２）及びＲ’（−１）は図７（ｂ）に示す
Ｒ（＋２）及びＲ（−１）とは異なる。基板厚さの薄い
情報記録媒体に対しては、記録密度を高くするために開
口数（ＮＡ）を０．６程度で、また、基板厚さの厚い情
報記録媒体に対しては、情報記録媒体（ディスク）の傾
きの許容度を確保するために開口数（ＮＡ）を０．４程
度で再生する場合について、式（７）から式（１２）に
従って−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）と
＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）を計算し
ている。

【０１０４】（第５の実施形態）一般に、情報記録媒体
が読みとり専用のいわゆるＲＯＭディスクである場合、
基板厚さにかかわらず情報記録媒体の反射率が同じ程度
になるので、０次回折光と＋１次回折光の回折効率をほ
ぼ同じ程度に設計する。このとき、＋２次回折光による
影響の大きさＲ’（＋２）が１２％程度あり、等段差
で、かつ等段幅の４段の階段状回折格子を用いると、不
要回折光により再生信号（例えばフォーカスエラー信
号）の品質が劣化する恐れがある。この問題点を解決す
るのに適する第５の実施形態を、図１３（ａ）及び
（ｂ）を参照しつつ説明する。

【０１０５】図１３（ａ）はホログラム上の位置（格子
ベクトルに沿った方向）と光束に与える位相変調量の関
係を、回折格子の一周期当たりで示したものである。図
１１（ａ）との違いは、位置対位相変調量の形が１周期
当たり第１の斜面Ｓ１１及び第２の斜面Ｓ１２の連続す
る２つの斜面で形成されていることである。また、＋１
次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率
Ｅ（０）が等しくなるときの山Ｍ１２と谷Ｖ１１の差φ
が、図１１（ａ）に示す場合よりも大きくなり、約１．
３π（光路差では０．６５λ、λは波長）である。第１
及び第２の斜面Ｓ１１及びＳ１２は、いずれも同じ方向
の斜面であり、＋１次回折光の回折方向を右側として、
右上がりである。第１の斜面Ｓ１１の傾斜は第２の斜面
Ｓ１２の傾斜よりも急であり、第１の斜面Ｓ１１の横軸
方向に占める幅は第２の斜面Ｓ１２の幅よりも狭い。山
の頂点Ｍ１１及びＭ１２と、谷の底Ｖ１１をそれぞれ
（位置、位相）で表すと、各点の座標は、Ｖ１１（０、
０）、Ｍ１１（０．１、０．６π）、Ｍ１２（１．０、
１．４π）である。このような形状の回折格子は、ダイ
ヤモンドバイトを用いて金型を切削しこれを転写するこ
とにより製作可能である。従って、屈折型対物レンズの
曲面上にホログラムを直接形成する場合などに望ましい
形状である。

【０１０６】各次数の回折光の回折効率は図１３（ｂ）
のようになる。＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０
次回折光の回折効率Ｅ（０）がほぼ等しいとき、＋３次
回折光の回折効率Ｅ（＋３）が−１次回折光の回折効率
Ｅ（−１）よりも大きくなっており、その分−１次回折
光の回折効率Ｅ（−１）は減り、−１次回折光による影
響の大きさＲ’（−１）及び＋２次回折光による影響の
大きさＲ’（＋２）を５．２％に抑制することができ
る。

【０１０７】ここで、基板厚さの厚い情報記録媒体を＋
１次回折光を用いて再生する場合において、回折効率の
設計指針のポイントは、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋
２）よりも、特に基板厚さの厚い情報記録媒体を再生す
る時に問題となる−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を
低くすること、及び＋３次回折光の回折効率Ｅ（＋３）
を−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）よりも大きく設計
することである。基板厚さの薄い情報記録媒体を再生す
る場合の開口数（ＮＡ）を０．６程度とし、基板厚さの
厚い情報記録媒体を再生するときの開口数を０．４程度
とする場合、本実施形態のように、−１次回折光の回折
効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の
１／３以下にすることにより、＋２次回折光による影響
の大きさＲ’（＋２）と−１次回折光による影響の大き
さＲ’（−１）を共に小さく抑えることができ、再生信
号の品質を確保することができる。

【０１０８】（第６の実施形態）光ディスク装置が、基
板厚さの異なる複数種類（２種類）の読みとり専用のい
わゆるＲＯＭディスクの再生だけを目的とする場合の第
６の実施形態を、図１４（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ
説明する。図１４（ａ）は、ホログラム上の位置（格子
ベクトルに沿った方向）と光束に与える位相変調量の関
係を、回折格子の一周期当たりで示したものである。図
１４（ａ）に示す位置対位相変調量の形は図１２（ａ）
に示す場合と同様に階段状であるが、図１２（ａ）に示
す場合とでは、各階段間の段さがそれぞれ異なってい
る。

【０１０９】図１４（ａ）に示すように、各階段Ｆ１１
〜Ｆ１４のそれぞれの段差により光に与える位相変調量
が順に、φ２、φ３、φ２となっている。例えば、図２
４に示す手順を用いてホログラムを作製すると、１回目
のエッチングの深さによりφ２＋φ３が決まり、２回目
のエッチング深さによりφ２が決まる。そこで、φ１＝
φ２＋φ３と定義し、φ２＝０．３５πのときにφ１を
変えて回折効率を計算した。その結果を図１４（ｂ）に
示す。

【０１１０】図１４（ｂ）において、＋１次回折光の回
折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）が等
しくなるときの段差により光に与える位相変調量φ１は
０．９８π（光路差では０．４９λ、λは波長）であ
る。Ｅ（＋１）とＥ（０）がほぼ等しいとき、−１次回
折光の回折効率Ｅ（−１）が２％以下に減り、＋２次回
折光による影響の大きさＲ’（＋２）を４．１％、−１
次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を６％という
小さな値にすることができる。本実施形態において、−
１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折
効率Ｅ（＋２）のほぼ１／３以下にすることにより、＋
２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次
回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑
えることができ、再生信号の品質を確保することができ
るという効果を有する。

【０１１１】（第７の実施形態）次に、光ディスク装置
が、基板厚さの厚い情報記録媒体の再生のみを行い、基
板厚さの薄い情報記録媒体に対して情報の記録及び再生
を行うことを目的とする第７の実施形態を、図１５
（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。図１５（ａ）
は、ホログラム上の位置（格子ベクトルに沿った方向）
と光束に与える位相変調量の関係を、回折格子の一周期
当たりで示したものである。図１５（ａ）に示す位置対
位相変調量の形は、３つの斜面により形成されている点
において、図１３（ａ）に示す場合と異なっている。

【０１１２】基板厚さの薄い情報記録媒体に対して＋１
次回折光を用いて記録再生を行うためには、光量を多く
する必要があり、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を
５０％以上、望ましくは５５％以上にし、かつ、０次回
折光の回折効率Ｅ（０）も再生信号の信号対電気的雑音
の比を高くするため、１５％以上、望ましくは２０％以
上にする必要がある。Ｅ（＋１）を６０％としたときの
最も高い山Ｍ２２と最も低い谷Ｖ２１の差φは、約１．
５８π（光路差では０．７９λ、λは波長）である。第
１から第３の斜面Ｓ２１〜Ｓ２３はそれぞれ連続し、同
方向に傾斜している。＋１次回折光の回折方向を右側と
して、各斜面は右上がりである。第２の斜面Ｓ２２の傾
斜は第１の斜面Ｓ２１の傾斜よりも急であり、第３の斜
面Ｓ２３の傾斜は第２の斜面Ｓ２２の傾斜よりも緩やか
である。また、第２の斜面Ｓ２２の横軸方向に占める幅
は第１の斜面Ｓ２１の幅とほぼ同じであるが、第３の斜
面Ｓ２３の幅は第１及び第２の斜面Ｓ２１及びＳ２２の
幅よりも広い。山の頂点Ｍ２１及びＭ２２と、谷の底Ｖ
２１及びＶ２２をそれぞれ（位置、位相）で表すと、各
点の座標は、Ｖ２１（０、０）、Ｖ２２（０．１、０．
２２π）、Ｍ２１（０．１８、０．７４π）、Ｍ２２
（１．０、１．５８π）である。このような形状の回折
格子は、ダイヤモンドバイトを用いて金型を切削しこれ
を転写することにより製作可能である。従って、屈折型
対物レンズの曲面上にホログラムを直接形成する場合な
どに望ましい形状である。

【０１１３】各次数の回折光の回折効率は図１５（ｂ）
のようになる。＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）が６
０％のとき、０次回折光の回折効率Ｅ（０）は約２３％
であり、十分な回折効率が得られることがわかる。本実
施形態の場合、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を０
次回折光の回折効率Ｅ（０）に比べて明らかに大きくし
ているので、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）は１０
％程度あっても特に問題にならない。しかしながら、−
１次回折光の回折効率Ｅ（−１）が１％以下になるよう
に設計する必要がある。−１次回折光の回折効率Ｅ（−
１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の１／１０以
下にすることが好ましい。その結果、＋２次回折光によ
る影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光による影
響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑えることがで
き、再生信号の品質を確保することができる。

【０１１４】（第８の実施形態）同様に、光ディスク装
置が、基板厚さの厚い情報記録媒体の再生のみを行い、
基板厚さの薄い情報記録媒体に対して情報の記録及び再
生を行うことを目的とする第８の実施形態を、図１６
（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。図１６（ａ）
は、ホログラム上の位置（格子ベクトルに沿った方向）
と光束に与える位相変調量の関係を、回折格子の一周期
当たりで示したものである。図１６（ａ）に示す位置対
位相変調量の形は、不連続な２つの斜面（垂直な部分は
位相が不連続に変化していることを表している）により
形成されている点において、図１１（ａ）に示す場合と
異なっている。

【０１１５】基板厚さの薄い情報記録媒体に対して＋１
次回折光を用いて記録再生を行うためには、光量を多く
する必要があり、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を
５０％以上、望ましくは５５％以上にし、かつ、０次回
折光の回折効率Ｅ（０）も再生信号の信号対電気的雑音
の比を高くするため、１５％以上、望ましくは２０％以
上にする必要がある。Ｅ（＋１）を６０％としたときの
最も高い山Ｍ３２と最も低い谷Ｖ３１の差（φ１＋φ
２）は、約１．３８π（光路差では０．６９λ、λは波
長）である。斜面Ｓ３１及びＳ３２は、共に同じ方向で
傾きもほぼ同じであるが、谷Ｖ３２において位相がφ２
だけシフトしている。＋１次回折光の回折方向を右側と
して、斜面Ｓ３１及びＳ３２はそれぞれ右上がりであ
る。横軸方向に占める幅は同じである。山の頂点Ｍ３１
及び３２と、谷の底Ｖ３１及びＶ３２を（位置、位相）
で表すと、各点の座標は、Ｖ３１（０、０）、Ｍ３１
（０．５、０．８４π）、Ｖ３２（０．５、０．５４
π）、Ｍ３２（１．０、１．３８π）となる。このよう
な形状の回折格子は、やはりダイヤモンドバイトを用い
て金型を切削しこれを転写することにより製作可能であ
る。従って、屈折型対物レンズの曲面上にホログラムを
直接形成する場合などに望ましい形状である。

【０１１６】各次数の回折光の回折効率は図１６（ｂ）
のようになる。図１６（ｂ）は、低い方の山Ｍ３１の高
さをφ１とし、山Ｍ３１から不連続に下がった谷Ｖ３２
の位相をφ２として、φ１＝１．５６×φ２の関係にあ
るとき、横軸φ２に対する各回折光の回折効率及び不要
な回折光による影響を示す。＋１次回折光の回折効率Ｅ
（＋１）が５５％のとき、０次回折光の回折効率Ｅ
（０）は約２３％である。本実施形態の場合も上記第７
の実施形態の場合と同様に、＋１次回折光の回折効率Ｅ
（＋１）を０次回折光の回折効率Ｅ（０）に比べて明ら
かに大きくしているので、＋２次回折光の回折効率Ｅ
（＋２）は１０％程度あっても特に問題にならない。し
かしながら、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）が１％
以下になるように設計する必要がある。−１次回折光の
回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋
２）の１／１０以下にすることが好ましい。その結果、
＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１
次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく
抑えることができ、再生信号の品質を確保することがで
きる。

【０１１７】（第９の実施形態）さらに、光ディスク装
置が、基板厚さの厚い情報記録媒体の再生のみを行い、
基板厚さの薄い情報記録媒体に対して情報の記録及び再
生を行うことを目的とする第９の実施形態を、図１７
（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。図１７（ａ）
は、ホログラム上の位置（格子ベクトルに沿った方向）
と光束に与える位相変調量の関係を、回折格子の一周期
当たりで示したものである。図１７（ａ）に示す位置対
位相変調量の形は図１２（ａ）に示す場合と同様に階段
状であるが、図１２（ａ）に示す場合とでは、各階段間
の段さがそれぞれ異なっている。

【０１１８】図１７（ａ）に示すように、各階段Ｆ２１
〜Ｆ２４のそれぞれの段差が順に、φ２、φ３、φ２と
なっている。例えば、図２４に示す手順を用いてホログ
ラムを作製すると、１回目のエッチングの深さによりφ
２＋φ３が決まり、２回目のエッチング深さによりφ２
が決まる。そこで、φ１＝φ２＋φ３と定義し、φ２＝
０．４５πのときにφ１を変えて回折効率を計算した。
その結果を図１７（ｂ）に示す。＋１次回折光の回折効
率Ｅ（＋１）が５５％のとき、０次回折光の回折効率Ｅ
（０）は約２０％である。段差φ１は０．６２π（光路
差では０．３１λ、λは波長）である。

【０１１９】本実施形態においても、上記第７又は第８
の実施形態の場合と同様に、＋１次回折光の回折効率Ｅ
（＋１）を０次回折光の回折効率Ｅ（０）に比べて明ら
かに大きくしているので、＋２次回折光の回折効率Ｅ
（＋２）は１０％程度あっても特に問題にならない。し
かしながら、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）が１％
以下になるように設計する必要がある。−１次回折光の
回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋
２）の１／１０以下にすることが好ましい。その結果、
＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１
次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく
抑えることができ、再生信号の品質を確保することがで
きる。本実施形態のような階段状の回折格子は、図２４
に例示したようなフォトリソグラフィを用いた工程で容
易に作製できるので、図１や図１０に例示したように、
平板上にホログラムレンズを作製し、屈折型レンズと組
み合わせて用いる場合等に便利である。

【０１２０】（第１０の実施形態）上記各実施形態で
は、ホログラムの一周期あたりの位相変調量の形を例示
してきたが、「ホログラム上の位置」について再度詳し
く説明すると共に、ホログラムレンズの光の有効径内に
回折格子のない部分も存在する場合について説明を行
う。従って、本実施形態は上記第１〜９の各実施形態と
組み合わせて用いることができる。

【０１２１】図１８は平板上にホログラムレンズ１０７
を作製する一例を示す。図１８において、（ａ）回折格
子の無い部分または回折格子部の０次回折光の位相を決
める仮想的な面１０７ｃを示し、（ｂ）は格子パターン
１０７ａ部を示し、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を組み合わ
せた図である。

【０１２２】まず、図１８（ｂ）を用いて、上記の第１
〜９の各実施形態で用いてきた、「ホログラム上の位
置」について説明する。前にも述べたように、「ホログ
ラム上の位置」とは正確には、回折格子を格子ベクトル
方向に進む波ととらえた場合の位相である。換言すれ
ば、０次回折光と＋１次回折光の位相差を２πで規格化
したもの、又は回折格子を２光束干渉法で設計又は作成
する場合の参照光と物体光の位相差を２πで規格化した
値ともいえる。従って、回折格子の周期ｐが図１８
（ｂ）に示すように、場所によって異なる（ｐ≠ｐ’≠
ｐ”）場合、実物の距離としては横軸の０から０．１の
幅と０．１から０．２の幅が異なる場合も有り得る。例
えば４段の階段状の回折格子において、段差の幅が等し
いという場合であっても、本明細書中ではあくまで回折
格子を格子ベクトル方向に進む波ととらえた場合の位相
の幅が等しいのであり、図１８（ｂ）のように実寸がｐ
≠ｐ’≠ｐ”となっている場合は一周期内の段差の幅ｐ
１’／４と、ｐ２’／４も実寸では異なることもある。
始めに定義したように、簡単のため本明細書中では光の
位相変調量の図の横軸を単にホログラム上の位置と呼ん
できた。

【０１２３】次に、格子パターン１０７ａ部と格子パタ
ーンのない領域１０７ｂの整合に付いて述べる。回折格
子（ホログラム）から生じる０次回折光の位相は、一周
期内で光が受ける位相変調量の平均になる。そこで、図
１８（ｃ）に示すように、格子パターンのない領域１０
７ｂと一周期内で光が受ける位相変調量の平均を同じに
することにより、０次回折光の波面を揃えることができ
る。換言すれば、（ａ）の０次回折光の位相を決める面
１０７ｃを（ｂ）の格子パターン１０７ａにより変調す
ることになる。

【０１２４】なお、本発明で用いる集光光学系は屈折型
の対物レンズ４とホログラムレンズ１０７（又は１０
９）の組み合わせより構成されている。そこで、ホログ
ラムレンズ１０７と対物レンズ４をパッケージ等を用い
て連結することにより、ホログラムレンズ１０７と対物
レンズ４の光軸ずれを小さくすることができ、ホログラ
ムレンズ１０７の＋１次回折光の軸外収差をより小さく
することができる。

【０１２５】（第１１の実施形態）また、図１９に示す
ように対物レンズ４上にホログラムレンズの格子パター
ン１０７ａを直接作製し、対物レンズとホログラムレン
ズを一体化しても良い。このような構成により、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、かつ、一層の軽量化と低コスト化を図る
こともできるという効果がある。

【０１２６】さらに、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、図１９に示
すように、ホログラムレンズの格子パターン１０７ａを
対物レンズ４の曲率の大きな（曲率半径の小さな）面、
すなわち情報記録媒体（光ディスク）に対向する面のの
反対側に形成することにより、ホログラムレンズの光軸
に対する収差を抑制することができる。

【０１２７】図１９に示す格子パターン１０７ａの０次
回折光（透過光）の位相は、格子パターン１０７ａによ
り与えられる位相変調量の平均値となる。従って、格子
パターン１０７ａの格子の凹凸の高さの平均の面１０７
０（点線で表示）と格子パターンのない面１０７１の表
面を連続的につなぎ、かつ、格子パターン１０７ａの格
子の平均面１０７０と格子パターンのない面１０７１の
表面を基板厚ｔ２を通して光ビームをほぼ回折限界に集
光できるように設計する。レンズ面等の曲面上にホログ
ラムを作製する一例を、図２０を用いて詳しく説明す
る。

【０１２８】図２０において、（ａ）は格子パターンの
ない領域又は回折格子の０次回折光の位相を決める仮想
的な面１０７ｃを示し、（ｂ）は格子パターン１０７ａ
を示し、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を組み合わせた図であ
る。回折格子（ホログラム）から生じる０次回折光の位
相は、一周期内で光が受ける位相変調量の平均になる。
そこで、図２０（ｃ）に示すように、格子パターンのな
い領域１０７ｂと一周期内で光が受ける位相変調量の平
均を同じにすることにより、０次回折光の波面を揃える
ことができる。換言すれば、（ａ）の０次回折光の位相
を決める面１０７ｃを（ｂ）に示す格子パターン１０７
ａにより変調することになる。このため、（ａ）と
（ｂ）を合成した（ｃ）の形は、見かけ上（ｂ）とは異
なった形になる場合もある。本発明の主旨は、あくまで
一周期の中で光が受ける位相の変調量に関するものであ
る。本実施形態も、上記第１〜９の各実施形態と組み合
わせて用いることができる。

【０１２９】

【発明の効果】以上のように、本発明の第１のホログラ
ムは例えば第１の実施形態に対応し、０次回折光と＋１
次回折光の回折効率が他のいずれの次数の回折光の回折
効率よりも大きく、０次回折光と＋１次回折光の回折効
率がいずれも３０％以上であり、＋２次回折光及び−１
次回折光のいずれか一方の回折効率が２％以下である。
そのため、不要な回折光である＋２次回折光又は−１次
回折光による影響を小さくすることができる。また、こ
のホログラムを用いて、基板厚さの異なる複数種類の情
報記録媒体（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光ヘッド装置及びその集光光学系
を提供するが可能になる。さらに、それらを用いること
により、より安定して情報の記録、再生及び消去が可能
な光ディスク装置を提供することが可能になる。

【０１３０】上記構成において、＋１次回折光に対して
凹レンズ作用を有し、＋２次回折光の回折効率が２％以
下とすることにより、屈折型レンズと組合わせることに
より、０次回折光と＋１次回折光をそれぞれ異なった２
つの焦点に集光させることができる。すなわち、このホ
ログラムを用いることにより、２焦点集光光学系を構成
することが可能となる。また、＋２次回折光の回折効率
を−３次回折光の回折効率より小さくすることにより、
＋２次回折光による影響を低減させることができる。

【０１３１】本発明の第２のホログラムは例えば第２の
実施形態に対応し、０次回折光及び＋１次回折光の回折
効率が他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大き
く、＋１次回折光に対して凹レンズ作用を有し、＋２次
回折光の回折効率が−１次回折光の回折効率よりも小さ
い。そのため、例えば＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋
２）を−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）の１／３以下
にすることにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ
（＋２）と−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）
を共に小さく抑えることができる。

【０１３２】また、上記第１のホログラムにおいて、＋
１次回折光に対して凸レンズ作用を有し、０次回折光と
＋１次回折光の回折効率はいずれも３０％以上であり、
−１次回折光の回折効率が２％以下とすることにより、
第４又は第５の実施形態に対応し、色収差、特に焦点位
置の変化を防止することができる。また、−１次回折光
の回折効率を＋３次回折光の回折効率より小さくするこ
とにより、その分−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）が
低下し、−１次回折光及び＋２次回折光による影響Ｒ’
（−１）及びＲ’（＋２）を抑制することができる。

【０１３３】本発明の第３のホログラムによれば、０次
回折光及び＋１次回折光の回折効率は他のいずれの次数
の回折光の回折効率よりも大きく、＋１次回折光に対し
て凸レンズ作用を有し、＋２次回折光の回折効率が−１
次回折光の回折効率よりも小さいので、屈折型レンズと
組合わせることにより、０次回折光と＋１次回折光をそ
れぞれ異なった焦点に集光させることができる。

【０１３４】また、−１次回折光及び＋２次回折光のう
ち、その回折効率が２％以下のものを、他方の回折効率
の１／３以下とすることにより、＋２次回折光による影
響の大きさＲ（＋２）と−１次回折光による影響の大き
さＲ（−１）を共に小さく抑えることができる。

【０１３５】本発明の第４のホログラムは第７の実施形
態に対応し、＋１次回折光の回折効率が５０％以上であ
り、０次の回折効率が１５％以上であり、−１次回折光
の回折効率が１％以下であり、＋１次回折光に対して凸
レンズ作用を有する。すなわち、＋１次回折光の回折効
率Ｅ（＋１）を０次回折光の回折効率Ｅ（０）に比べて
明らかに大きくしているので、＋２次回折光の回折効率
Ｅ（＋２）は１０％程度あっても特に問題にならない。
特に、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を１％以下と
することにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ’
（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’（−
１）を共に小さく抑えることができる。

【０１３６】本発明の第５のホログラムは図８（ａ）に
示す第２の実施形態に対応し、ホログラムを構成する格
子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光
学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回
折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合
に、前記グラフの形状は少なくとも２つの山を有してお
り、前記２つの山のうち一方の前記ホログラム上の位置
方向における幅が他方の幅よりも狭く、前記光学的位相
変調量方向における高さが他方の光学的位相変調量方向
の高さも低く、前記光学的位相変調量方向における高さ
の高い方の山の１つの斜面の前記ホログラム上の位置方
向における幅が前記１周期の略１／２以上であり、前記
光学的位相変調量方向における高さの低い方の山の位置
方向の幅が前記１周期の略１／３以下である。そのた
め、図８（ｂ）に示すように、＋１次回折光の回折効率
Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）がほぼ等し
いとき、−３次回折光の回折効率Ｅ（−３）が−１次回
折光の回折効率Ｅ（−１）及び＋２次回折光の回折効率
Ｅ（＋２）よりも大きくなっており、その分＋２次回折
光の回折効率Ｅ（＋２）を減らして２％以下にすること
ができ、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）を
３．２％という十分に小さな値にすることができる。

【０１３７】本発明の第６のホログラムは図９（ａ）に
示す第３の実施形態に対応し、ホログラムを構成する格
子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光
学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回
折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合
に、前記グラフの形状は前記ホログラム上の位置方向に
順に配列された５段の階段状であり、第１段から第４段
までは順にその高さが高くなり、第５段は前記第４段よ
りも高さが低く、前記第１段及び第５段の前記ホログラ
ム上の位置方向の幅が１周期の略１／１０である。その
ため、図９（ｂ）に示すように、＋１次回折光の回折効
率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）がほぼ等
しいとき、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）を２％以
下に減らすことができる。その結果、＋２次回折光によ
る影響の大きさＲ（＋２）を３．１％、−１次回折光に
よる影響の大きさＲ（−１）を５％という十分に小さな
値にすることができる。

【０１３８】本発明の第７のホログラムは図１３（ａ）
に示す第５の実施形態に対応し、ホログラムを構成する
格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける
光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次
回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場
合に、前記グラフの形状は同じ方向に傾斜した連続した
第１及び第２の斜面を有しており、前記第２の斜面の前
記ホログラム上の位置方向における幅は１周期の略９０
％であり、前記第１の斜面の傾斜は前記第２の斜面の傾
斜よりも急である。そのため、図１３（ｂ）に示すよう
に、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の
回折効率Ｅ（０）がほぼ等しいとき、＋３次回折光の回
折効率Ｅ（＋３）が−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）
よりも大きくなっており、その分−１次回折光の回折効
率Ｅ（−１）は減り、−１次回折光による影響の大きさ
Ｒ’（−１）及び＋２次回折光による影響の大きさＲ’
（＋２）を５．２％に抑制することができる。

【０１３９】本発明の第８のホログラムは図１４（ａ）
に示す第６の実施形態に対応し、ホログラムを構成する
格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける
光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次
回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場
合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上の位置方向
に順に配列された４段の階段状であり、第１段から第４
段まで順にその高さが高くなり、第１段と第２段の段差
及び第３段と第４段の段差はいずれも第２段と第３段の
段差よりも大きく、前記第１段と第２段の段差により光
に与える位相変調量φ２は略０．３５πであり、前記第
２段と第３段の段差により光に与える位相変調量φ３と
前記φ２の和が略０．９８πである。そのため、図１４
（ｂ）に示すように、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋
１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）が等しくなるとき
の段差により光に与える位相変調量φ１は０．９８π
（光路差では０．４９λ、λは波長）である。Ｅ（＋
１）とＥ（０）がほぼ等しいとき、−１次回折光の回折
効率Ｅ（−１）が２％以下に減り、＋２次回折光による
影響の大きさＲ’（＋２）を４．１％、−１次回折光に
よる影響の大きさＲ’（−１）を６％という小さな値に
することができる。本実施形態において、−１次回折光
の回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋
２）のほぼ１／３以下にすることにより、＋２次回折光
による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光によ
る影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑えることが
できる。

【０１４０】本発明の第９のホログラムは図１５（ａ）
に示す第７の実施形態に対応し、ホログラムを構成する
格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける
光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次
回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場
合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上の位置方向
に順に配列された連続する第１、第２及び第３の３つの
斜面を有し、第３の斜面の前記ホログラム上の位置方向
の幅は１周期の略２／３以上であり、前記第１、第２及
び第３の斜面はそれぞれ同じ方向に傾斜し、前記第２の
斜面の傾斜は前記第１及び第３の斜面の各傾斜よりも急
である。そのため、図１５（ｂ）に示すように、＋１次
回折光の回折効率Ｅ（＋１）が６０％のとき、０次回折
光の回折効率Ｅ（０）は約２３％であり、十分な回折効
率が得られることがわかる。すなわち、＋１次回折光の
回折効率Ｅ（＋１）を０次回折光の回折効率Ｅ（０）に
比べて明らかに大きくしているので、＋２次回折光の回
折効率Ｅ（＋２）は１０％程度あっても特に問題になら
ない。また、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を＋２
次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の１／１０以下にするこ
とにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋
２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）
を共に小さく抑えることができる。

【０１４１】本発明の第１０のホログラムは図１６
（ａ）に示す第８の実施形態に対応し、ホログラムを構
成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより
受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又
は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化
した場合に、前記グラフの形状は同方向に傾斜した２つ
の不連続な斜面を有し、前記各斜面の前記ホログラム上
の位置方向における幅は、それぞれ１周期の略１／２で
ある。そのため、図１６（ｂ）に示すように、＋１次回
折光の回折効率Ｅ（＋１）が５５％のとき、０次回折光
の回折効率Ｅ（０）は約２３％である。すなわち、＋１
次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を０次回折光の回折効率
Ｅ（０）に比べて明らかに大きくしているので、＋２次
回折光の回折効率Ｅ（＋２）は１０％程度あっても特に
問題にならない。また、−１次回折光の回折効率Ｅ（−
１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の１／１０以
下にすることにより、＋２次回折光による影響の大きさ
Ｒ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’
（−１）を共に小さく抑えることができる。

【０１４２】本発明の第１１のホログラムは図１７
（ａ）に示す第９の実施形態に対応し、ホログラムを構
成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより
受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又
は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化
した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上の位
置方向に順に配列された４段の階段状であり、第１段か
ら第４段まで順にその高さが高くなり、第１段と第２段
の段差及び第３段と第４段の段差はいずれも第２段と第
３段の段差よりも大きく、前記第１段と第２段の段差に
より光に与える位相変調量φ２は略０．４５πであり、
前記第２段と第３段の段差により光に与える位相変調量
φ３と前記φ２の和が略０．６２πである。そのため、
図１７（ｂ）に示すように、＋１次回折光の回折効率Ｅ
（＋１）が５５％のとき、０次回折光の回折効率Ｅ
（０）は約２０％である。段差φ１は０．６２π（光路
差では０．３１λ、λは波長）である。すなわち、＋１
次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を０次回折光の回折効率
Ｅ（０）に比べて明らかに大きくしているので、＋２次
回折光の回折効率Ｅ（＋２）は１０％程度あっても特に
問題にならない。また、−１次回折光の回折効率Ｅ（−
１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の１／１０以
下にすることにより、＋２次回折光による影響の大きさ
Ｒ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’
（−１）を共に小さく抑えることができる。

【０１４３】また、本発明の第１の集光光学系は、少な
くとも屈折型レンズとホログラムレンズを具備し、前記
ホログラムレンズは前記対物レンズに対して同一の側
で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点
を作り出し、前記２つの焦点は前記ホログラムレンズに
よる０次回折光及び＋１次回折光の焦点であり、前記ホ
ログラムレンズは上記いずれかのホログラムを含む。そ
のため、不要な−１次回折光及び＋２次回折光による影
響を十分に抑制した２焦点集光光学系を構成することが
できる。

【０１４４】また、上記構成において、前記焦点を、そ
れぞれ基板表面から情報記録面までの厚さが異なる複数
種類の情報記録媒体の前記情報記録面上に収束するよう
に設計することにより、基板厚さの異なる複数種類の情
報記録媒体の記録再生が可能な光ディスク装置の光ヘッ
ド装置の光学系として用いることができる。

【０１４５】本発明の第２の集光光学系は、少なくとも
屈折型レンズとホログラムレンズを具備し、前記ホログ
ラムレンズは前記対物レンズに対して同一の側で、かつ
光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出
し、前記屈折型レンズは前記ホログラムレンズによる０
次回折光を情報記録媒体の基板表面から厚さｔ２の位置
に設けられた第１の情報記録面上に光ビームを集光し、
前記ホログラムレンズは前記ホログラムレンズ自身によ
り回折される回折光が前記屈折型レンズを通過した後、
前記基板表面から前記厚さｔ２よりも厚いｔ１の位置に
設けられた第２の情報記録面上に光ビームを集光し、前
記ホログラムレンズは上記第１、第２、第５及び第６の
いずれかのホログラムを含む。そのため、上記第１の集
光光学系と同様に、基板厚さの異なる２種類の情報記録
媒体の記録再生が可能な光ディスク装置の光ヘッド装置
の光学系として用いることができる。

【０１４６】本発明の第３の集光光学系は、少なくとも
屈折型レンズとホログラムレンズを具備し、前記ホログ
ラムレンズは前記対物レンズに対して同一の側で、かつ
光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出
し、前記屈折型レンズは前記ホログラムレンズによる０
次回折光を情報記録媒体の基板表面から厚さｔ１の位置
に設けられた第１の情報記録面上に光ビームを集光し、
前記ホログラムレンズは前記ホログラムレンズ自身によ
り回折される回折光が前記屈折型レンズを通過した後、
前記基板表面から前記厚さｔ１よりも薄いｔ２の位置に
設けられた第２の情報記録面上に光ビームを集光し、前
記ホログラムレンズは上記第１、第３、第４、第７から
第１１のいずれかのホログラムを含む。そのため、上記
第１の集光光学系と同様に、基板厚さの異なる２種類の
情報記録媒体の記録再生が可能な光ディスク装置の光ヘ
ッド装置の光学系として用いることができる。

【０１４７】本発明の第４の集光光学系は、少なくとも
屈折型レンズとホログラムレンズを具備し、前記ホログ
ラムレンズは前記対物レンズに対して同一の側で、かつ
光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出
し、前記２つの焦点はそれぞれ開口数が異なり、前記ホ
ログラムレンズは第１から第１１のいずれかのホログラ
ムを含む。そのため、上記第１の集光光学系と同様に、
基板厚さの異なる２種類の情報記録媒体の記録再生が可
能な光ディスク装置の光ヘッド装置の光学系として用い
ることができる。特に、＋１次回折光を用いて基板厚さ
の厚い情報記録媒体の再生を行い、０次回折光を用いて
基板厚さの薄い情報記録媒体の再生を行う場合に有効で
ある。

【０１４８】本発明の第５の集光光学系は、少なくとも
屈折型レンズとホログラムレンズを具備し、前記ホログ
ラムレンズは前記対物レンズに対して同一の側で、かつ
光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出
し、０次回折光が集光される焦点の開口数が＋１次回折
光が集光される焦点の開口数よりも大きく、前記ホログ
ラムレンズは上記第１、第２、第５及び第６のいずれか
のホログラムを含む。そのため、上記第４の集光光学系
と同様に、基板厚さの異なる２種類の情報記録媒体の記
録再生が可能な光ディスク装置の光ヘッド装置の光学系
として用いることができる。特に、＋１次回折光を用い
て基板厚さの厚い情報記録媒体の再生を行い、０次回折
光を用いて基板厚さの薄い情報記録媒体の再生を行う場
合に有効である。

【０１４９】上記第５の集光光学系において、前記屈折
型レンズの有効径内に対応する前記ホログラムレンズを
内周部と外周部に分けた場合に、内周部は上記第１、第
２、第５及び第６のいずれかのホログラムであり、＋１
次回折光の回折効率を内周部よりも外周部の方が小さく
なるようにすることにより、＋１次回折光及び０次回折
光の光量及びそれらの分布を補正することができる。

【０１５０】または、前記屈折型レンズの有効径内に対
応する前記ホログラムレンズを内周部と外周部に分けた
場合に、内周部は上記第１、第２、第５及び第６のいず
れかのホログラムであり、外周部は格子パターンが形成
されていない領域を設けることにより、同様に、＋１次
回折光及び０次回折光の光量及びそれらの分布を補正す
ることができる。

【０１５１】さらに、上記構成において、前記ホログラ
ムレンズの格子パターンが形成されていない領域の位相
と、格子パターン部の位相の平均値とをぼぼ等しくする
ことにより、格子パターン部を透過した０次回折光の位
相と格子パターンが形成されていない領域を透過した０
次回折光の位相をほぼ同じに合せることができ、屈折型
レンズによる集光性能を向上させることができる。

【０１５２】本発明の第６の集光光学系は、少なくとも
屈折型レンズとホログラムレンズを具備し、前記ホログ
ラムレンズは前記対物レンズに対して同一の側で、かつ
光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出
し、０次回折光が集光される焦点の開口数が＋１次回折
光が集光される焦点の開口数よりも小さく、前記ホログ
ラムレンズは上記第１、第３、第４、第７から第１１の
いずれかのホログラムを含む。そのため、上記第４又は
第５の集光光学系と同様に、基板厚さの異なる２種類の
情報記録媒体の記録再生が可能な光ディスク装置の光ヘ
ッド装置の光学系として用いることができる。特に、＋
１次回折光を用いて基板厚さの厚い情報記録媒体の再生
を行い、０次回折光を用いて基板厚さの薄い情報記録媒
体の再生を行う場合に有効である。

【０１５３】上記第６の集光光学系において、前記屈折
型レンズの有効径内に対応する前記ホログラムレンズを
内周部と外周部に分けた場合に、内周部は請求項１、５
〜７、９及び１２〜１６のいずれかに記載されたホログ
ラムであり、０次回折光の回折効率を内周部よりも外周
部の方が小さなるようにするとにより、＋１次回折光及
び０次回折光の光量及びそれらの分布を補正することが
できる。

【０１５４】上記第１から第６の集光光学系において、
前記屈折型レンズ及び前記ホログラムレンズの相対位置
を固定することにより、ホログラムレンズと屈折型レン
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、かつ、
一層の軽量化と低コスト化を図ることもできる。

【０１５５】また、前記屈折型レンズ表面に前記ホログ
ラムレンズを形成することにより、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
に、ホログラムレンズの光軸に対する収差を抑制するこ
とができる。特に、前記屈折型レンズ面のうち、曲率の
大きな表面に、前記ホログラムレンズを形成することが
有効である。

【０１５６】また、上記集光光学系を用いた光ヘッド装
置を構成することにより、−１次回折光及び＋２次回折
光による影響を抑制した、それぞれ基板厚さの異なる複
数の情報記録媒体にコンパチブルな光ディスク装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における光ディスク装
置及びその光ヘッド装置の構成を示す光路図

【図２】（ａ）はホログラムレンズを凹レンズ型に設計
した第１の実施形態において、＋１次回折効を基板厚さ
ｔ２の薄い情報記録媒体５１に対して集光する場合を示
す図、（ｂ）は０次光を基板厚さｔ１の厚い（ｔ１＞ｔ
２）情報記録媒体５に対して集光する場合を示す図

【図３】第１の実施形態におけるホログラムレンズを光
軸方向から見た図

【図４】図３の第１の実施形態におけるホログラムレン
ズの光軸に直交する断面図

【図５】サイドローブを説明するための図

【図６】（ａ）は凹レンズ型ホログラムレンズに関する
従来の鋸歯状回折格子による光の位相変調量を示す図、
（ｂ）は（ａ）に示す鋸歯状回折格子から得られる回折
効率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図

【図７】（ａ）は凹レンズ型ホログラムレンズに関する
従来の等段差及び等段幅の階段状回折格子による光の位
相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す階段状回折格
子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の
大きさを示す図

【図８】（ａ）は第２の実施形態の４つの斜面で構成さ
れた回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は
（ａ）に示す斜面による回折格子から得られる回折効率
及び不要な回折光による影響の大きさを示す図

【図９】（ａ）は第３の実施形態の５段の階段状回折格
子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示
す階段状回折格子から得られる回折効率及び不要な回折
光による影響の大きさを示す図

【図１０】（ａ）はホログラムレンズを凸レンズ型に設
計した第４の実施形態において、＋１次回折効を基板厚
さｔ２の薄い情報記録媒体５１に対して集光する場合を
示す図、（ｂ）は０次光を基板厚さｔ１の厚い（ｔ１＞
ｔ２）情報記録媒体５に対して集光する場合を示す図

【図１１】（ａ）は凸レンズ型ホログラムレンズに関す
る従来の鋸歯状回折格子による光の位相変調量を示す
図、（ｂ）は（ａ）に示す鋸歯状回折格子から得られる
回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図

【図１２】（ａ）は凸レンズ型ホログラムレンズに関す
る従来の等段差及び等段幅の階段状回折格子による光の
位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す階段状回折
格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響
の大きさを示す図

【図１３】（ａ）は第５の実施形態の２つの斜面で構成
された回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）
は（ａ）に示す斜面による回折格子から得られる回折効
率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図

【図１４】（ａ）は第６の実施形態の４段の階段状回折
格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に
示す階段状回折格子から得られる回折効率及び不要な回
折光による影響の大きさを示す図

【図１５】（ａ）は第７の実施形態の３つの斜面で構成
された回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）
は（ａ）に示す斜面による回折格子から得られる回折効
率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図

【図１６】（ａ）は第８の実施形態の２つの不連続な斜
面で構成された回折格子による光の位相変調量を示す
図、（ｂ）は（ａ）に示す斜面による回折格子から得ら
れる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを示
す図

【図１７】（ａ）は第９の実施形態の４段の階段状回折
格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に
示す階段状回折格子から得られる回折効率及び不要な回
折光の影響の大きさを示す図

【図１８】第１０の実施形態における平板上にホログラ
ムレンズを形成する一例を示し、（ａ）は回折格子の無
い部分または回折格子部の０次回折光の位相を決める仮
想的な面１０７ｃを示す図、（ｂ）は格子パターン１０
７ａ部を示す図、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を組み合わせ
を示す図

【図１９】対物レンズ上に直接ホログラムレンズを形成
した第１１の実施形態を示す図

【図２０】第１１の実施形態において、曲面上にホログ
ラムレンズを形成する一例を示し、（ａ）は回折格子の
無い部分または回折格子部の０次回折光の位相を決める
仮想的な面１０７ｃを示す図、（ｂ）は格子パターン１
０７ａ部を示す図、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を組み合わ
せを示す図

【図２１】従来の光ディスク装置及びその光ヘッド装置
の構成を示す光路図

【図２２】従来の２焦点集光光学系における不要な回折
光の振る舞いを示す図

【図２３】従来のホログラムレンズの回折格子の形状を
示す図

【図２４】一般的な回折格子の形成方法を示す工程図

【符号の説明】

２ 放射光源 ３ 光ビーム ４ 対物レンズ ５、５１ 情報記録媒体 ７１ 光検出器 ３６ ビームスプリッター １０７ 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

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ０次回折光と＋１次回折光の回折効率が
   他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きく、０
   次回折光と＋１次回折光の回折効率がいずれも３０％以
   上であり、＋２次回折光及び−１次回折光のいずれか一
   方の回折効率が２％以下であるホログラム。
2. 【請求項２】 ＋１次回折光に対して凹レンズ作用を有
   し、＋２次回折光の回折効率が２％以下である請求項１
   記載のホログラム。
3. 【請求項３】 ＋２次回折光の回折効率が−３次回折光
   の回折効率より小さい請求項１又は２記載のホログラ
   ム。
4. 【請求項４】 ０次回折光及び＋１次回折光の回折効率
   が他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きく、
   ＋１次回折光に対して凹レンズ作用を有し、＋２次回折
   光の回折効率が−１次回折光の回折効率よりも小さいホ
   ログラム。
5. 【請求項５】 ＋１次回折光に対して凸レンズ作用を有
   し、０次回折光と＋１次回折光の回折効率はいずれも３
   ０％以上であり、−１次回折光の回折効率が２％以下で
   ある請求項１記載のホログラム。
6. 【請求項６】 −１次回折光の回折効率が＋３次回折光
   の回折効率より小さい請求項１又は５記載のホログラ
   ム。
7. 【請求項７】 ０次回折光及び＋１次回折光の回折効率
   は他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きく、
   ＋１次回折光に対して凸レンズ作用を有し、＋２次回折
   光の回折効率が−１次回折光の回折効率よりも小さいホ
   ログラム。
8. 【請求項８】 −１次回折光及び＋２次回折光のうち、
   その回折効率が２％以下のものが、他方の回折効率の１
   ／３以下である請求項１から７のいずれかに記載のホロ
   グラム。
9. 【請求項９】 ＋１次回折光の回折効率が５０％以上で
   あり、０次の回折効率が１５％以上であり、−１次回折
   光の回折効率が１％以下であり、＋１次回折光に対して
   凸レンズ作用を有するホログラム。
10. 【請求項１０】 ホログラムを構成する格子の１周期内
    において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調
    量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次
    回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラ
    フの形状は少なくとも２つの山を有しており、前記２つ
    の山のうち一方の前記ホログラム上の位置方向における
    幅が他方の幅よりも狭く、前記光学的位相変調量方向に
    おける高さが他方の光学的位相変調量方向の高さも低
    く、前記光学的位相変調量方向における高さの高い方の
    山の１つの斜面の前記ホログラム上の位置方向における
    幅が前記１周期の略１／２以上であり、前記光学的位相
    変調量方向における高さの低い方の山の位置方向の幅が
    前記１周期の略１／３以下であるホログラム。
11. 【請求項１１】 ホログラムを構成する格子の１周期内
    において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調
    量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次
    回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラ
    フの形状は前記ホログラム上の位置方向に順に配列され
    た５段の階段状であり、第１段から第４段までは順にそ
    の高さが高くなり、第５段は前記第４段よりも高さが低
    く、前記第１段及び第５段の前記ホログラム上の位置方
    向の幅が１周期の略１／１０であるホログラム。
12. 【請求項１２】 ホログラムを構成する格子の１周期内
    において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調
    量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次
    回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラ
    フの形状は同じ方向に傾斜した連続した第１及び第２の
    斜面を有しており、前記第２の斜面の前記ホログラム上
    の位置方向における幅は１周期の略９０％であり、前記
    第１の斜面の傾斜は前記第２の斜面の傾斜よりも急であ
    るホログラム。
13. 【請求項１３】 ホログラムを構成する格子の１周期内
    において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調
    量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次
    回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラ
    フの形状は前記ホログラム上の位置方向に順に配列され
    た４段の階段状であり、第１段から第４段まで順にその
    高さが高くなり、第１段と第２段の段差及び第３段と第
    ４段の段差はいずれも第２段と第３段の段差よりも大き
    く、前記第１段と第２段の段差により光に与える位相変
    調量φ２は略０．３５πであり、前記第２段と第３段の
    段差により光に与える位相変調量φ３と前記φ２の和が
    略０．９８πであるホログラム。
14. 【請求項１４】 ホログラムを構成する格子の１周期内
    において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調
    量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次
    回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラ
    フの形状は前記ホログラム上の位置方向に順に配列され
    た連続する第１、第２及び第３の３つの斜面を有し、第
    ３の斜面の前記ホログラム上の位置方向の幅は１周期の
    略２／３以上であり、前記第１、第２及び第３の斜面は
    それぞれ同じ方向に傾斜し、前記第２の斜面の傾斜は前
    記第１及び第３の斜面の各傾斜よりも急であるホログラ
    ム。
15. 【請求項１５】 ホログラムを構成する格子の１周期内
    において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調
    量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次
    回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラ
    フの形状は同方向に傾斜した２つの不連続な斜面を有
    し、前記各斜面の前記ホログラム上の位置方向における
    幅は、それぞれ１周期の略１／２であるホログラム。
16. 【請求項１６】 ホログラムを構成する格子の１周期内
    において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調
    量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次
    回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラ
    フの形状は前記ホログラム上の位置方向に順に配列され
    た４段の階段状であり、第１段から第４段まで順にその
    高さが高くなり、第１段と第２段の段差及び第３段と第
    ４段の段差はいずれも第２段と第３段の段差よりも大き
    く、前記第１段と第２段の段差により光に与える位相変
    調量φ２は略０．４５πであり、前記第２段と第３段の
    段差により光に与える位相変調量φ３と前記φ２の和が
    略０．６２πであるホログラム。
17. 【請求項１７】 少なくとも屈折型レンズとホログラム
    レンズを具備し、前記ホログラムレンズは前記対物レン
    ズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少
    なくとも２つの焦点を作り出し、前記２つの焦点は前記
    ホログラムレンズによる０次回折光及び＋１次回折光の
    焦点であり、前記ホログラムレンズは請求項１〜１６の
    いずれかに記載されたホログラムを含む集光光学系。
18. 【請求項１８】 前記焦点は、それぞれ基板表面から情
    報記録面までの厚さが異なる複数種類の情報記録媒体の
    前記情報記録面上に収束するように設計されている請求
    項１７記載の集光光学系。
19. 【請求項１９】 少なくとも屈折型レンズとホログラム
    レンズを具備し、前記ホログラムレンズは前記対物レン
    ズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少
    なくとも２つの焦点を作り出し、前記屈折型レンズは前
    記ホログラムレンズによる０次回折光を情報記録媒体の
    基板表面から厚さｔ２の位置に設けられた第１の情報記
    録面上に光ビームを集光し、前記ホログラムレンズは前
    記ホログラムレンズ自身により回折される回折光が前記
    屈折型レンズを通過した後、前記基板表面から前記厚さ
    ｔ２よりも厚いｔ１の位置に設けられた第２の情報記録
    面上に光ビームを集光し、前記ホログラムレンズは請求
    項１〜４、１０及び１１のいずれかに記載されたホログ
    ラムを含む集光光学系。
20. 【請求項２０】 少なくとも屈折型レンズとホログラム
    レンズを具備し、前記ホログラムレンズは前記対物レン
    ズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少
    なくとも２つの焦点を作り出し、前記屈折型レンズは前
    記ホログラムレンズによる０次回折光を情報記録媒体の
    基板表面から厚さｔ１の位置に設けられた第１の情報記
    録面上に光ビームを集光し、前記ホログラムレンズは前
    記ホログラムレンズ自身により回折される回折光が前記
    屈折型レンズを通過した後、前記基板表面から前記厚さ
    ｔ１よりも薄いｔ２の位置に設けられた第２の情報記録
    面上に光ビームを集光し、前記ホログラムレンズは請求
    項１、５〜７、９、及び１２〜１６のいずれかに記載さ
    れたホログラムを含む集光光学系。
21. 【請求項２１】 少なくとも屈折型レンズとホログラム
    レンズを具備し、前記ホログラムレンズは前記対物レン
    ズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少
    なくとも２つの焦点を作り出し、前記２つの焦点はそれ
    ぞれ開口数が異なり、前記ホログラムレンズは請求項１
    〜１６のいずれかに記載されたホログラムを含む集光光
    学系。
22. 【請求項２２】 少なくとも屈折型レンズとホログラム
    レンズを具備し、前記ホログラムレンズは前記対物レン
    ズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少
    なくとも２つの焦点を作り出し、０次回折光が集光され
    る焦点の開口数が＋１次回折光が集光される焦点の開口
    数よりも大きく、前記ホログラムレンズは請求項１〜
    ４、１０及び１１のいずれかに記載されたホログラムを
    含む集光光学系。
23. 【請求項２３】 前記屈折型レンズの有効径内に対応す
    る前記ホログラムレンズを内周部と外周部に分けた場合
    に、内周部は請求項１〜４、１０及び１１のいずれかに
    記載されたホログラムであり、＋１次回折光の回折効率
    は内周部よりも外周部の方が小さい請求項２２記載の集
    光光学系。
24. 【請求項２４】 前記屈折型レンズの有効径内に対応す
    る前記ホログラムレンズを内周部と外周部に分けた場合
    に、内周部は請求項１〜４、１０及び１１のいずれかに
    記載されたホログラムであり、外周部は格子パターンが
    形成されていない領域を有する請求項２２記載の集光光
    学系。
25. 【請求項２５】 前記ホログラムレンズの格子パターン
    が形成されていない領域の位相と、格子パターン部の位
    相の平均値とがぼぼ等しい請求項２４記載の集光光学
    系。
26. 【請求項２６】 少なくとも屈折型レンズとホログラム
    レンズを具備し、前記ホログラムレンズは前記対物レン
    ズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少
    なくとも２つの焦点を作り出し、０次回折光が集光され
    る焦点の開口数が＋１次回折光が集光される焦点の開口
    数よりも小さく、前記ホログラムレンズは請求項１、５
    〜７、９及び１２〜１６のいずれかに記載されたホログ
    ラムを含む集光光学系。
27. 【請求項２７】 前記屈折型レンズの有効径内に対応す
    る前記ホログラムレンズを内周部と外周部に分けた場合
    に、内周部は請求項１、５〜７、９及び１２〜１６のい
    ずれかに記載されたホログラムであり、０次回折光の回
    折効率は内周部よりも外周部の方が小さい請求項２６記
    載の集光光学系。
28. 【請求項２８】 前記屈折型レンズ及び前記ホログラム
    レンズの相対位置を固定した請求項１７から２７のいず
    れかに記載の集光光学系。
29. 【請求項２９】 前記屈折型レンズ表面に前記ホログラ
    ムレンズを形成した請求項２８記載の集光光学系。
30. 【請求項３０】 前記屈折型レンズ面のうち、曲率の大
    きな表面に、前記ホログラムレンズを形成した請求項２
    ９記載の集光光学系。
31. 【請求項３１】 放射光源と、前記放射光源から出射さ
    れる光ビームを情報記録媒体上へ微小スポットとして収
    束させる集光光学系と、前記情報記録媒体により反射さ
    れた光ビームを受け、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、前記集光光学系は請求項１７〜
    ２９のいずれかに記載されたものである光ヘッド装置。
32. 【請求項３２】 情報記録媒体の駆動機構と、請求項３
    ０記載の光ヘッド装置と、前記光ヘッド装置より得られ
    る信号を用いたフォーカスサーボ機構及びトラッキング
    サーボ機構と、前記サーボ機構を駆動するための制御回
    路と、電源又は外部電源との接続部とを具備する光ディ
    スク装置。