(57)【要約】【課題】  ホログラム素子により３波長互換を実現するとともに、このホログラム素子により回折ロスを低減することを実現する。【解決手段】  第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、第３の光ビームを出射する第３の出射部と、第１乃至第３の出射部から出射された第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズ３２と、第１乃至第３の出射部と対物レンズ３２との間に設けられるホログラム素子３３とを備え、ホログラム素子３３は、一方の面に、非球面形状とされた基準曲面にホログラム部３３ｂが設けられる。【選択図】  図２
2006209931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部から出射された第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記光源部と上記対物レンズとの間に設けられるホログラム素子とを備え、
上記ホログラム素子は、一方の面に、非球面形状とされた基準曲面にホログラム部が設けられる集光光学装置。
【請求項２】
記録面を保護する保護基板厚の異なる複数の光ディスクに対して、異なる波長の光ビームによって記録及び／又は再生を行う光ピックアップにおいて、
第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、
第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、
第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、
上記第１乃至第３の出射部から出射された第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記第１乃至第３の出射部と上記対物レンズとの間に設けられるホログラム素子とを備え、
上記ホログラム素子は、一方の面に、非球面形状とされた基準曲面にホログラム部が設けられる光ピックアップ。
【請求項３】
上記第１の波長が、約４０５ｎｍであり、
上記第２の波長が、約６６０ｎｍであり、
上記第３の波長が、約７８０ｎｍであることを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ。
【請求項４】
上記第１乃至第３の波長の光ビームは、上記ホログラム部により異なる回折次数の光ビームが用いられることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の光ピックアップ。
【請求項５】
上記第１の波長の光ビームは、上記ホログラム部により２次の回折光が用いられ、
上記第２及び第３の波長の光ビームは、上記ホログラム部により１次の回折光が用いられることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の光ピックアップ。
【請求項６】
上記第１の波長の光ビームは、上記ホログラム素子により平行光とされ、
上記第２及び第３の波長の光ビームは、上記ホログラム素子により発散光とされることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の光ピックアップ。
【請求項７】
上記第１の出射部から出射された上記第１の波長の光ビームが、上記ホログラム部を通過するときに、２次の回折光の光量が略１００％とされ、
上記２次の回折光は、上記ホログラム部による回折角と、上記非球面形状とされた基準曲面による屈折角とを相互に打ち消されて、発散角を変換することなく上記対物レンズ側に出射されることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の光ピックアップ。
【請求項８】
上記対物レンズは、上記第１の波長の光ビームに対して収差が発生しないように形成され、
上記ホログラム部は、上記第２及び第３の波長の光ビームの収差補正を行うことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の光ピックアップ。
【請求項９】
上記基準曲面の非球面は、次式（１）を満たすことを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ。
【数１】
2006209931.tif 000012
但し、
ｃ：曲率半径
ｋ：円錐係数
Ａ〜Ｄ：非球面係数
ｘ：光軸からの距離
Ｚ（ｘ）：非球面のサグ
である。
【請求項１０】
上記ホログラム部は、ブレーズ形状に形成されることを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
記録面を保護する保護基板厚の異なる複数の光ディスクに対して情報を記録及び／又は再生する光ピックアップと、上記光ディスクを回転駆動するディスク回転駆動手段とを備える光ディスク装置において、
上記光ピックアップは、第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、
第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、
第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、
上記第１乃至第３の出射部から出射された第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
上記第１乃至第３の出射部と上記対物レンズとの間に設けられるホログラム素子とを備え、
上記ホログラム素子は、一方の面に、非球面形状とされた基準曲面にホログラム部が設けられる光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３種類の異なるディスク状記録媒体に対して、１つの対物レンズを用いて情報信号の記録再生を可能とする集光光学装置、光ピックアップ及びにこれを用いた光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、次世代光ディスクフォーマットとして、青紫色半導体レーザによる波長４０５ｎｍ程度の光ビームを用いて信号の記録再生を行う高密度記録が可能な光ディスク（以下、高密度記録光ディスク）が提案されている。この高密度記録光ディスクは、信号記録層を保護するカバー層の厚さを薄く、例えば０．１ｍｍとした構造のものが提案されている。
【０００３】
これらの高密度記録光ディスクに対応する光ピックアップを提供するに際して、従来の使用波長が７８０ｎｍ付近であるＣＤ（Compact Disc）、使用波長が６６０ｎｍ付近であるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のフォーマットの異なる光ディスクとの互換性を有するものが望まれる。このように、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるフォーマットの光ディスク間の互換性を有する光ピックアップ及び光ディスク装置が必要とされる。
【０００４】
従来、異なるフォーマットとされた３種類の光ディスクに対して、情報信号の記録又は再生を実現する方法として、ＤＶＤ・ＣＤ用、及び、高密度記録光ディスク用の２種類の光学系を設け、それぞれの対物レンズを使用波長毎に切り換える方式のものがある。
【０００５】
しかし、２種類の光学系を備えることは、複数種類の対物レンズの切換機構が必要であり、また、アクチュエータを含めた部品が２種類必要となっていた。また、装置全体の小型化を妨げ、構成を複雑化する原因となっていた。
【０００６】
一方、小型化を図るためには、３波長互換を実現した光ピックアップを必要とするが、そのためには、各波長の光路を共通とし、対物レンズについても各波長の光ビーム及び各ディスク厚において収差が発生しないように構成する必要がある。
【０００７】
このような３波長互換を実現する光ピックアップには、対物レンズと回折素子とを組み合わせたものが考えられる。この光ピックアップに用いられる回折素子として、その両面に、ブレーズ及び階段状のホログラム部を有したものが考えられる。この回折素子は、波長により異なる回折次数の光ビームを用いることができるものである。
【０００８】
例えば、特許文献１に記載の回折素子は、異なる２つの波長に対して、異なる回折次数の光ビームを出射することができる（特許文献１参照）。
【０００９】
かかる回折素子及び対物レンズを有する光ピックアップでは、この回折素子によりディスク厚による収差を補正することができるが、回折素子の両面での回折効率による光量低下等の問題が発生するおそれがある。
【００１０】
このように、高密度記録光ディスク、ＤＶＤ及びＣＤ等の３波長互換を達成する光ピックアップは、回折ロスによる光量低下等の問題により、光ディスクに対して良好な記録再生を実現することが非常に困難であった。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１７７２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、ホログラム素子の一方の面のみに設けたホログラム部で３波長互換を実現することにより、ホログラム素子による回折ロスを低減して回折効率を高め、良好な記録及び再生を実現する集光光学装置、光ピックアップ、及び、光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る集光光学装置は、光源部から出射された第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、光源部と対物レンズとの間に設けられるホログラム素子とを備え、ホログラム素子は、一方の面に、非球面形状とされた基準曲面にホログラム部が設けられる。
【００１４】
また、本発明に係る光ピックアップは、記録面を保護する保護基板厚の異なる複数の光ディスクに対して、異なる波長の光ビームによって記録及び／又は再生を行う光ピックアップにおいて、第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、第１乃至第３の出射部から出射された第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、第１乃至第３の出射部と対物レンズとの間に設けられるホログラム素子とを備え、ホログラム素子は、一方の面に、非球面形状とされた基準曲面にホログラム部が設けられる。
【００１５】
さらに、本発明に係る光ディスク装置は、記録面を保護する保護基板厚の異なる複数の光ディスクに対して情報を記録及び／又は再生する光ピックアップと、光ディスクを回転駆動するディスク回転駆動手段とを備える光ディスク装置において、光ピックアップは、第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部と、第１乃至第３の出射部から出射された第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、第１乃至第３の出射部と対物レンズとの間に設けられるホログラム素子とを備え、ホログラム素子は、一方の面に、非球面形状とされた基準曲面にホログラム部が設けられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る集光光学装置、光ピックアップ及び光ディスク装置は、光源部と、光源部から出射される３種類の波長の光ビームを集光する対物レンズとの間にホログラム素子を設け、このホログラム素子の一方の面に、非球面形状とされた基準曲面にホログラム部を設けたことにより、３波長互換を実現するとともに、ホログラム素子による回折ロスを低減して光ディスクに集光される光ビームの光量低下を防止するので、良好な記録又は再生特性を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した光ピックアップを用いた光ディスク装置について、図面を参照して説明する。
【００１８】
本発明が適用された光ディスク装置１は、図１に示すように、光ディスク２から情報記録再生を行う光ピックアップ３と、光ディスク２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ４と、光ピックアップ３を光ディスク２の径方向に移動させる送りモータ５とを備えている。この光ディスク装置１は、フォーマットの異なる３種類の光ディスク及び記録層が積層化された光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うことができる３規格間互換性を実現した光ディスク装置である。
【００１９】
ここで用いられる光ディスクは、例えば、ＣＤ(Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、情報の追記が可能とされるＣＤ−Ｒ（Recordable）及びＤＶＤ−Ｒ（Recordable）、情報の書換えが可能とされるＣＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ＋ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクや、さらに発光波長が短い４０５ｎｍ程度（青紫色）の半導体レーザを用いた高密度記録が可能な高密度記録光ディスクや、光磁気ディスク等である。
【００２０】
特に、以下で光ディスク装置１により情報の再生又は記録を行う３種類の光ディスク２として、保護基板厚が０．１ｍｍで波長４０５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用する高密度記録が可能な第１の光ディスク１１と、保護基板厚が０．６ｍｍで波長６５５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ等の第２の光ディスク１２と、保護基板厚が１．２ｍｍで波長７８０ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＣＤ等の第３の光ディスク１３とを用いるものとして説明する。
【００２１】
光ディスク装置１において、スピンドルモータ４及び送りモータ５は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部９によりディスク種類に応じて駆動制御されており、例えば、第１の光ディスク１１、第２の光ディスク１２、第３の光ディスク１３に応じて所定の回転数で駆動される。
【００２２】
光ピックアップ３は、３波長互換光学系を有する光ピックアップであり、規格の異なる光ディスクの記録層に対して異なる波長の光ビームを照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ３は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号をプリアンプ部１４に供給する。
【００２３】
プリアンプ部１４の出力は、信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調＆ＥＣＣブロックと記す。）１５に送られる。この信号変復調及びＥＣＣブロック１５は、信号の変調、復調及びＥＣＣ（エラー訂正符号）の付加を行う。光ピックアップ３は、信号変復調及びＥＣＣブロック１５の指令にしたがって回転する光ディスク２の記録層に対して光ビームを照射し、光ディスク２に対して信号の記録又は再生を行う。
【００２４】
プリアンプ部１４は、フォーマット毎に異なって検出される光ビームに対応する信号に基づいて、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成するように構成されている。記録又は再生の対象媒体とされる光ディスク２の種類に応じて、サーボ制御部９、信号変復調及びＥＣＣブロック１５等により、光ディスク２の規格に基づく復調及び誤り訂正処理等の所定の処理が行われる。
【００２５】
ここで例えば、信号変復調＆ＥＣＣブロック１５により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェイス１６を介して外部コンピュータ１７に送出される。これにより、外部コンピュータ１７は、光ディスク２に記録された信号を再生信号として受け取ることができる。
【００２６】
また、信号変復調＆ＥＣＣブロック１５により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ及びＡ／Ｄ変換器１８のＤ／Ａ変換部でデジタルアナログ変換され、オーディオビジュアル処理部１９に供給される。そしてオーディオビジュアル処理部１９でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオビジュアル信号入出力部２０を介して、図示しない外部の撮像映写機器等に伝送される。
【００２７】
光ピックアップ３において、例えば、光ディスク２上の所定の記録トラックまで移動させるための送りモータ５の制御、スピンドルモータ４の制御、及び光ピックアップ３において光集光手段となる対物レンズを保持する２軸アクチュエータのフォーカシング方向の駆動とトラッキング方向の駆動制御は、それぞれサーボ制御部９により行われる。
【００２８】
レーザ制御部２１は、光ピックアップ３のレーザ光源を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部２１は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク２の種類に応じてもレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。レーザ制御部２１は、ディスク種類判別部２２によって検出された光ディスク２の種類に応じて光ピックアップ３のレーザ光源を切り換えている。
【００２９】
ディスク種類判別部２２は、第１〜第３の光ディスク１１，１２，１３の間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から光ディスク２の異なるフォーマットを検出することができる。
【００３０】
光ディスク装置１を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部２２における検出結果に応じて、装着される光ディスク２の仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。
【００３１】
システムコントローラ７は、ディスク種類判別部２２から送られる検出結果に基づいて光ディスク２の種類を判別する。光ディスクの種類を判別する手法としては、光ディスクがカートリッジに収納されるタイプであれば、このカートリッジに検出穴を設けて接触検出センサ又は押下スイッチを用いて検出する手法があげられる。また、同一光ディスクにおける記録層の判別には、光ディスク最内周にあるプリマスタードピットやグルーブ等に記録された目録情報（Table Of Contents；ＴＯＣ）による情報に基づいて、どの記録層に対する記録再生かを判別する手法が使用できる。
【００３２】
サーボ制御部９は、例えば光ピックアップ３と光ディスク２との相対位置を検出する（光ディスク２に記録されたアドレス信号をもとに位置検出する場合を含む）ことによって、記録及び／又は再生する記録領域を判別できる。
【００３３】
以上のように構成された光ディスク装置１は、スピンドルモータ４によって、光ディスク２を回転操作し、サーボ制御部９からの制御信号に応じて送りモータ５を駆動制御し、光ピックアップ３を光ディスク２の所望の記録トラックに対応する位置に移動することで、光ディスク２に対して情報の記録再生を行う。
【００３４】
ここで、上述した記録再生用光ピックアップ３について詳しく説明する。
【００３５】
本発明を適用した光ピックアップ３は、図２に示すように、第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部とを有する第１の光源部３０と、第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部を有する第２の光源部３１と、この第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光する対物レンズ３２と、第１乃至第３の出射部と対物レンズ３２との間に設けられるホログラム素子３３と、第１の光源部３０とホログラム素子３３との間に設けられ入射した光ビームの発散角を変換する発散角変換手段として第１のカップリングレンズ３４と、第２の光源部３１とホログラム素子３３との間に設けられ入射した光ビームの発散角を変換する発散角変換手段として第２のカップリングレンズ３５と、信号記録面で反射された戻り（復路側）の光ビームの光路を往路側の光ビームの光路から分岐させる第１のビームスプリッタ３６と、第１の光源部３０から出射された光ビームの光路と、第２の光源部３１から出射された光ビームの光路とを合成する光路合成手段として第２のビームスプリッタ３７と、第１のビームスプリッタ３６で分離された戻り光を受光する光検出器３８とから構成されている。
【００３６】
第１の光源部３０は、第１の光ディスク１１に対して波長４０５ｎｍ程度の第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、第２の光ディスク１２に対して波長６５５ｎｍ程度の第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部とを有する。第２の光源部３１は、第３の光ディスク１３に対して波長７８０ｎｍ程度の第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部を有する。尚、ここでは、第１及び第２の出射部と、第３の出射部とを別々の光源部に配置するように構成したが、これに限られるものではなく、第１及び第３の出射部を有する光源部と、第２の出射部を有する光源部とを有するように構成してもよい。また、ここでは、第１乃至第３の出射部の内２つの出射部を有する光源部と、残りの１つの出射部を有する光源部とを異なる位置に配置するように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、第１乃至第３の出射部を略同一位置に有する光源部となるように構成してもよく、また、第１乃至第３の出射部をそれぞれ異なる位置に配置するように構成してもよい。
【００３７】
対物レンズ３２は、入射した第１乃至第３の波長の光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光させる。この対物レンズ３２は、図示しない２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動機構によって移動自在に保持されている。そして、この対物レンズ３２は、光検出器３８で検出された光ディスク２からの戻り光のＲＦ信号により生成されたトラッキングエラー信号及びフォーカシングエラー信号に基づいて、２軸アクチュエータ等により移動操作されることにより、光ディスク２に近接離間する方向及び光ディスク２の径方向の２軸方向へ移動される。対物レンズ３２は、第１乃至第３の出射部から出射される光ビームが光ディスク２の信号記録面上で常に焦点が合うように、この光ビームを集束するとともに、この集束された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に形成された記録トラックに追従させる。
【００３８】
また、対物レンズ３２は、第１の波長の光ビームに対して収差を発生しないように構成されており、往路光の入射側の第１の面Ｓ１、光ディスク側の第２の面Ｓ２とからなり、この第１及び第２の面Ｓ１，Ｓ２は、非球面形状に形成されており、この非球面形状は、次式により表されるものである。尚、次式（１）において、ｒ１は、曲率半径を示すものであり、ｘは、光軸からの距離を示すものであり、Ａ１〜Ｊ１は、非球面係数を示すものであり、Ｚ１は、光軸からの距離がｘとされる位置における基準となる光軸に直交する平面からの光軸方向の距離を示すものである。
【００３９】
【数１】
2006209931.tif 000003
【００４０】
対物レンズ３２は、平行光で入射された第１の波長の光ビームを第１の光ディスク１１の信号記録面上に集光するように構成されている。この対物レンズ３２は、所定の発散角とされて入射された第２の波長の光ビームを第２の光ディスク１２の信号記録面上に集光し、また、所定の発散角とされて入射された第３の波長の光ビームを第３の光ディスク１３の信号記録面上に集光する。
【００４１】
ホログラム素子３３は、硝材からなり、図２及び図３に示すように、一方の面に、すなわち、対物レンズ３２側の面に、非球面形状とされた基準曲面となる凹部３３ａが設けられ、この凹部３３ａにホログラム部３３ｂが形成されている。このホログラム部３３ｂは、直接加工又は型により成型可能なアクリル系の樹脂からなり、例えば、ホログラム素子３３の凹部３３ａの基準曲面にレプリカ成型を施すことで形成されている。
【００４２】
尚、ホログラム素子３３は、ここでは、硝材からなる非球面形状とされた基準面を有する凹部３３ａに、アクリル系のＵＶ硬化樹脂をレプリカ成型を施すことでホログラム部を形成したが、これに限られるものではなく、例えば、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）等のアクリル系の樹脂で一体成型・直接加工により形成してもよい。
【００４３】
また、ホログラム素子３３の他方の面、すなわち、往路光の入射側の面には、通過する光ビームの開口数を光ディスク２のフォーマットに適応させるため開口制限を行う開口制限手段３３ｃが設けられる。
【００４４】
ホログラム部３３ｂの基準曲面は、次式（２）によって表される。尚、式（２）において、ｃは、曲率半径を示すものであり、ｋは、円錐係数を示すものであり、Ａ〜Ｄは、非球面係数を示すものであり、ｘは、光軸からの距離を示すものであり、Ｚ（ｘ）は、非球面のサグ、すなわち、光軸からの距離がｘとされる位置における基準となる光軸と直交する平面からの光軸方向の距離を示すものである。
【００４５】
【数２】
2006209931.tif 000004
【００４６】
また、この基準曲面に形成されるホログラム部３３ｂは、連続した段差部を有して階段状に形成されており、各段差部は、次式（３）で求められる深さｄに形成されている。尚、式（３）において、ｄは、ホログラム部の各段差部の深さを示すものであり、ｍは、回折光の回折次数（ｍ次）を示すものであり、λは、入射する光ビームの波長を示すものであり、Ｎは、ホログラム部３３ｂの材料であるアクリル系の樹脂の屈折率を示すものである。
ｄ＝ｍλ／（Ｎ−１）  ・・・（３）
式（３）において、ｄは、ｍ＝２、Ｎ＝１．５４３、λ＝０．４０５として決定する。このことから、深さｄは、ｄ＝２×０．４０５／（１．５４３−１）＝１．４９２（μｍ）とされる。
【００４７】
また、この基準曲面に形成されたホログラム部３３ｂによる光路差は、次式（４）によって表される。尚、式（４）において、Ｃ１〜Ｃ４は、ホログラム係数を示すものであり、ｘは、光軸からの距離を示すものであり、Ｐ（ｘ）は、光軸からの距離がｘとされる位置における光路差を示すものである。
【００４８】
【数３】
2006209931.tif 000005
【００４９】
ホログラム素子３３の基準曲面及びホログラム部３３ｂは、上述の式（１）、（２）において、各係数ｋ、Ａ〜Ｄ、Ｃ１〜Ｃ４が、次式（５）の関係となっている。
【００５０】
【数４】
2006209931.tif 000006
【００５１】
上述のように構成されたホログラム素子３３のホログラム部３３ｂを通過する第１乃至第３の波長の光ビームは、このホログラム部３３ｂにより異なる回折次数の光ビームが用いられる。すなわち、第１の波長の光ビームは、２次の回折光の回折光量が略１００％とされ、第２及び第３の波長の光ビームは、１次の回折光の回折光量が９６％以上とされる。
【００５２】
また、図３に示すように、ホログラム素子３３のホログラム部３３ｂは、平行光とされて入射した第１の波長の光ビームＢ１の２次の回折光Ｂ１２を平行光として出射させ、平行光とされて入射した第２及び第３の波長の光ビームＢ２，Ｂ３の１次の回折光Ｂ２１，Ｂ３１を発散光として出射させる。
【００５３】
ここで、第１の波長の光ビームの２次の回折光は、ホログラム部３３ｂによる回折角と、非球面形状とされた基準曲面の屈折角とが相互に打ち消される（相殺される）ことにより、平行光となって対物レンズ３２側に出射される。
【００５４】
また、ホログラム部３３ｂは、上述のように第１の波長の光ビームに対して収差が発生しないように構成された対物レンズ３２により、発生する第２及び第３の波長の光ビームの収差を補正する。すなわち、ホログラム部３３ｂは、第２及び第３の波長の光ビームに、対物レンズ３２で発生する収差を打ち消す収差を与えて、対物レンズ３２に入射させることにより、光ディスク２の信号記録面に発生する収差をゼロとなるようにすることができる。
【００５５】
ホログラム素子３３は、非球面形状とされた基準曲面にホログラム部３３ｂを形成するので、従来のような複数ステップのホログラム形状に比べて、加工が容易、すなわち加工性が向上する。
【００５６】
尚、ここでは、ホログラム部は、上述のように決定される所定の深さｄの段差部を有する階段形状とされたが、これに限られるものではなく、例えば、図４に示すようなブレーズ形状により構成してもよい。
【００５７】
また、上述では、ホログラム素子３３の出射側、すなわち対物レンズ３２側の面に、基準曲面となる非球面形状の凹部３３ａを設け、この凹部３３ａにホログラム部３３ｂを設けるように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、入射側の面に非球面形状とされた基準曲面を設け、この基準曲面にホログラム部を形成してもよく、さらに、非球面形状とされた基準曲面は、突状に形成し、この突状に形成された基準曲面となる非球面形状とされた突部にホログラム部を形成してもよい。
【００５８】
第１のカップリングレンズ３４は、第１の光源部３０から出射された第１又は第２の波長の光ビームの発散角をそれぞれ変換して略平行光にして、第２のビームスプリッタ３７側に出射させる。
【００５９】
第２のカップリングレンズ３５は、第２の光源部３１から出射された第３の波長の光ビームの発散角をそれぞれ変換して、第２のビームスプリッタ３７側に出射させる。
【００６０】
第１のビームスプリッタ３６は、第１のカップリングレンズ３４及び第２のカップリングレンズ３５とホログラム素子３３との間の光路上に設けられ、そのミラー面３６ａにより、光ディスク２からの戻り光を光検出器３８側に光路分岐させて出射させる。第１のビームスプリッタ３６と光検出器３８との間には、光路分岐されたレーザ光を光検出器３８の受光面上に集束させる円筒レンズ等の光学素子３９が設けられている。
【００６１】
第２のビームスプリッタ３７は、第１のカップリングレンズ３４及び第２のカップリングレンズ３５と第１のビームスプリッタ３６との間の光路上に設けられ、波長選択性のあるミラー面３７ａを有している。このミラー面３７ａは、第１の光源部３０の第１及び第２の出射部から出射された光ビームを透過させ、第２の光源部３１の第３の出射部から出射された光ビームを反射させることで、第１乃至第３の出射部から出射されるそれぞれの光ビームの光路を合成することができる。
【００６２】
以上のように構成された光ピックアップ３は、光検出器３８によって得られたフォーカシングエラー信号及びトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ３２を駆動変位させることによって、光ディスク２の信号記録面に対して対物レンズ３２が合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク２の信号記録面上に合焦されて、光ディスク２に対して情報の記録又は再生が行われる。
【００６３】
光ピックアップ３は、ホログラム素子３３により最適な回折効率及び回折角を得ることで、第１及び第２の光源部３０，３１に設けられた複数の出射部から出射される異なる波長の光ビームを用いて、複数種類の光ディスク１１，１２，１３に対して信号の読み取り及び書き込みを可能とする。
【００６４】
また、上述の光ピックアップ３の対物レンズ３２及びホログラム素子３３は、入射した光ビームを所定の位置に集光させる集光光学装置として機能することができる。この集光光学装置は、対物レンズ３２の入射側にホログラム素子３３を設け、このホログラム素子３３の一方の面に、非球面形状とされた基準曲面にホログラム部３３ｂを設けたことにより、３波長互換用として用いることが可能となるとともに、ホログラム素子による回折ロスを低減して集光される光ビームの光量低下を防止する。
【００６５】
次に、この光ピックアップ３によって、第１〜第３の光ディスク１１，１２，１３に対して記録及び／又は再生を行う原理、すなわち、上述のホログラム素子３３によって異なるフォーマットの互換性を達成することについて説明する。
【００６６】
上述のように、光ピックアップ３は、ホログラム素子３３の一方の面に形成されたホログラム部のみにより３種類のフォーマットの光ディスクに対応する。光ピックアップ３では、ホログラム部３３ｂにより、第１の光ディスク１１に対応した波長４０５ｎｍ程度の第１の波長の光ビームでは、２次回折光を使用し、第２の光ディスク１２に対応した波長６６０ｎｍ程度の第２の波長の光ビーム及び第３の光ディスク１３に対応した波長７８０ｎｍ程度の第３の波長の光ビームでは、１次回折光を使用する。
【００６７】
ホログラム素子３３のホログラム部３３ｂを形成するための凹部３３ａと、この凹部３３ａに形成されたホログラム部３３ｂの形状を図３に示す。図３において、点線Ｌは、ホログラム部３３ｂの形状を決定するための凹部３３ａの非球面形状とされた基準曲面である。
【００６８】
ホログラム部３３ｂは、図３に示すように、連続した段差部を有して階段状に形成されている。各段差部の光軸方向の深さは、同じ大きさとされており、具体的には、第１の波長（４０５ｎｍ）での位相差の整数倍とされている。この各段差部の深さは、何次の回折光（どの回折次数の回折光）を使用するかで決定される。
【００６９】
ホログラム部３３ｂの階段状の各段差部（１段）の深さｄは、上述の式（３）で決定される。但し、ｄは、ホログラム部の各段差部の深さを示すものであり、ｍは、使用する回折光の回折次数（ｍ次）を示すものであり、λは、入射する光ビームの波長を示すものであり、Ｎは、ホログラム部３３ｂの材料であるアクリル系の樹脂の屈折率を示すものである。
【００７０】
ここでは、第１の波長の光ビームについて２次の回折光を用いるので、式（３）において、各係数は、次式（６）で示される条件とされる。
【００７１】
【数５】
2006209931.tif 000007
【００７２】
式（３）及び式（６）から、深さｄは、ｄ＝２×０．４０５／（１．５４３−１）＝１．４９２（μｍ）となる。
【００７３】
このように形成されたホログラム部に、入射する第１の波長（４０５ｎｍ）の光ビームの入射光量に対する回折光量は、反射・吸収を除けば理論上、１００％である。
【００７４】
次に、上述した非球面形状とされた基準曲面と、ホログラム部３３ｂの形状との関係について説明する。
【００７５】
ホログラム部３３ｂを通過する光ビームの回折角は、格子のピッチ、すなわち、階段の各段差部の光軸方向に直交する面内におけるピッチにより決定される。また、ホログラム部を通過する光ビームの回折光量は、格子深さ、すなわち、階段状に形成された各段差部の光軸方向の深さｄで決定される。ホログラム素子３３において、上述のように、各段差部のピッチによる回折角と、基準曲面の非球面形状による屈折角とを打ち消してキャンセルするように構成することにより、第１の波長の光ビームの２次の回折光を直進するよう、すなわち、平行光として出射させる。
上述のようにホログラム部３３ｂを構成することにより、対物レンズ３３は、第１の波長用に設計したものが使用される。すなわち、対物レンズ３３は、第１の波長の光ビームを第１の光ディスク１１の信号記録面に集光する際に、収差が発生しないように構成（設計）されている。
【００７６】
一方、第２及び第３の波長の光ビームは、ホログラム部３３ｂにより回折され、その回折角と非球面形状とされた基準曲面による屈折角とにより、第２及び第３の光ディスク１２，１３のディスク厚と波長の関係により発生する球面収差を補正するように非球面形状の最適化が行われている。換言すると、球面収差を補正するように非球面形状が決定される。
【００７７】
上述のように、第１の波長の光ビームが、ホログラム部３３ｂを直進する、すなわち、平行光で入射され平行光で出射させるために、ホログラム部３３ｂでの位相差と非球面形状には、以下のような関係がある。
【００７８】
すなわち、ホログラム素子３３のホログラム部３３ｂの基準曲面の非球面は、上述の式（２）のように決定される。一方、ホログラム部３３ｂによる光路差は、上述の式（４）のように表される。
【００７９】
よって、このホログラム部３３ｂを有するホログラム素子３３を通過した光ビームのｍ次の回折光において、ホログラム部３３ｂによる回折角と、基準曲面の非球面形状による屈折角とを打ち消すためには、次式（７）の関係を満たすことが必要となる。尚、式（７）において、Ｎは、ホログラム部３３ｂの材料であるアクリル系の樹脂の屈折率を示すものであり、ｍは、回折次数を示すものである。
【００８０】
【数６】
2006209931.tif 000008
【００８１】
上述の式（７）を満たすために、各係数ｋ、Ａ〜Ｄ、Ｃ１〜Ｃ４が、上述の式（５）に示す関係を満たすようにホログラム部３３ｂの形状を決定すればよい。
【００８２】
ここで、ホログラム部３３ｂの各段差部の深さを上述の式（３）により決定される深さｄとして、階段形状を形成すれば第１の波長の光ビームは直進し、第２及び第３の波長の光ビームは、収差が補正される。尚、式（３）において、ｄは、ホログラム部の各段差部の深さを示すものであり、ｍは、回折光の回折次数（ｍ次）を示すものであり、λは、入射する光ビームの波長を示すものであり、Ｎは、ホログラム部３３ｂの材料であるアクリル系の樹脂の屈折率を示すものである。
【００８３】
次に、第１の波長の光ビームにおいて２次の回折光を用い、第２及び第３の波長の光ビームにおいて１次の回折光を用いる理由について、説明する。
【００８４】
図５に、階段の位相深さＰ（ｘ）が変化したときの各回折次数の回折光の強度、すなわち回折光量を示す。図５は、ホログラム素子３３の回折効率を示すものである。図５中において、実線部Ｌ０は、０次回折光の位相深さに対する強度変化を示すものであり、一点鎖線部Ｌ１は、１次回折光の位相深さに対する強度変化を示すものであり、二点鎖線部Ｌ２は、２次回折光の位相深さに対する強度変化を示すものである。さらに、破線部Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、それぞれ３次、４次、５次回折光の位相深さに対する強度変化を示すものである。
【００８５】
図５中において、破線部Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３は、第１乃至第３の波長の光ビームの強度を求めるものである。すなわち、破線部Ｌｂ１に示すように、第１の波長の光ビーム（４０５ｎｍ）が２次回折光で最大、換言すると深さ２λであるときの、第２の波長の光ビーム（６６０ｎｍ）では、位相深さ１．１２λであり、破線部Ｌｂ２に示すように、１次光が９６％以上回折され、第３の波長の光ビーム（７８０ｎｍ）では、位相深さが０．９３λであり、破線部Ｌｂ３に示すように、１次光が９７％以上回折される。したがって、異なる３種類の光ビーム（第１乃至第３の波長の光ビーム）において、非常に光の利用効率が良く記録・再生に十分な光量が得られる。
【００８６】
尚、上述の第２及び第３の波長の光ビームの位相深さは、次式（８）で算出される。式（８）において、ｄは、深さを示すものであり、上述の式（３）及び式（６）から１．４９２（μｍ）である。また、Ｎｗは、ホログラム部３３ｂの屈折率を示すものであり、第２の波長（６６０ｎｍ）の光ビームに対して１．４９７であり、第３の波長（７８０ｎｍ）の光ビームに対して１．５４４である。λは、入射する光ビームの波長を示すものである。
【００８７】
Ｐ＝ｄ×（Ｎｗ−１）／λ  ・・・（８）
次に、上述のように構成された光ピックアップ３における、第１及び第２の光源部３０，３１から出射された光ビームの光路について、図２を用いて説明する。まず、第１の光ディスク１１に対して第１の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【００８８】
光ディスク２の種類が第１の光ディスク１１であることを判別したディスク種類判別部２２は、第１の光源部３０の第１の出射部から第１の波長の光ビームを出射させる。
【００８９】
第１の光源部３０の第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームは、第１のカップリングレンズ３４により発散角を変換されて略平行光とされ、第２のビームスプリッタ３７側に出射される。第１のカップリングレンズ３４により平行光とされた第１の波長の光ビームは、第２のビームスプリッタ３７のミラー面３７ａを透過して、さらに、第１のビームスプリッタ３６のミラー面３６ａを透過して、ホログラム素子３３に入射する。
【００９０】
ホログラム素子３３に入射した第１の波長の光ビームは、他方の面に設けられた開口制限手段３３ｃより、開口制限され、一方の面に設けられたホログラム部３３ｂにより、回折される。このとき、第１の波長の光ビームは、ホログラム部３３ｂにより２次回折光が略１００％とされて、この回折角と基準曲面による屈折角とを打ち消されて、平行光として出射される。
【００９１】
ホログラム素子３３により回折された第１の波長の光ビームの２次回折光は、対物レンズ３２により、第１の光ディスク１１の信号記録面１１ａに適切に集光される。
【００９２】
第１の光ディスク１１に集光された光ビームは、信号記録面で反射し、対物レンズ３２及びホログラム素子３３を通過して、第１のビームスプリッタ３６のミラー面３６ａにより反射されて光検出器３８側に出射される。第１のビームスプリッタ３６により光路分岐されたレーザ光は、光学素子３９により光検出器３８の受光面に集束されて検出される。
【００９３】
次に、第２の光ディスク１２に対して第２の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【００９４】
光ディスク２の種類が第２の光ディスク１２であることを判別したディスク種類判別部２２は、第１の光源部３０の第２の出射部から第２の波長の光ビームを出射させる。
【００９５】
第１の光源部３０の第２の出射部から出射された第２の波長の光ビームは、第１のカップリングレンズ３４により発散角を変換されて略平行光とされ、第２のビームスプリッタ３７側に出射される。第１のカップリングレンズ３４により平行光とされた第２の波長の光ビームは、第２のビームスプリッタ３７のミラー面３７ａを透過して、さらに、第１のビームスプリッタ３６のミラー面３６ａを透過して、ホログラム素子３３に入射する。
【００９６】
ホログラム素子３３に入射した第２の波長の光ビームは、他方の面に設けられた開口制限手段３３ｃにより、開口制限され、一方の面にもうけられたホログラム部３３ｂにより、回折される。このとき、第２の波長の光ビームは、ホログラム部３３ｂにより回折される。このとき、第２の波長の光ビームは、ホログラム部３３ｂにより、１次回折光が略９６％とされて、後述する対物レンズを通過する際に発生する収差を補正されて、発散光として出射される。
【００９７】
ホログラム素子３３により回折された第２の波長の光ビームの１次回折光は、対物レンズ３２により、第２の光ディスク１２の信号記録面１２ａに適切に集光される。
【００９８】
第２の光ディスク１２の信号記録面１２ａで反射された光ビームの復路側の光路については、上述した第１の波長の光ビームと同様であるので、省略する。
【００９９】
次に、第３の光ディスク１３に対して第３の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０１００】
光ディスク２の種類が第３の光ディスク１３であることを判別したディスク種類判別部２２は、第２の光源部３１の第３の出射部から第３の波長の光ビームを出射させる。
【０１０１】
第２の光源部３１の第３の出射部から出射された第３の波長の光ビームは、第２のカップリングレンズ３５により発散角を変換され、第２のビームスプリッタ３７側に出射される。第２のカップリングレンズ３５により発散角を変換された第３の波長の光ビームは、第２のビームスプリッタ３７のミラー面３７ａで反射されて光路を変更されて上述した第１及び第２の波長の光ビームの光路と合成される。第２のビームスプリッタ３７のミラー面３７ａで反射された第３の波長の光ビームは、第１のビームスプリッタ３６のミラー面３６ａを透過して、ホログラム素子３３に入射する。
【０１０２】
ホログラム素子３３に入射した第３の波長の光ビームは、他方の面に設けられた開口制限手段３３ｃより、開口制限され、一方の面に設けられたホログラム部３３ｂにより、回折される。このとき、第３の波長の光ビームは、ホログラム部３３ｂにより１次回折光が略９６％とされて、後述する対物レンズを通過する際に発生する収差を補正されて、発散角を変換されて発散光として出射される。
【０１０３】
ホログラム素子３３により回折された第３の波長の光ビームの１次回折光は、対物レンズ３２により、第３の光ディスク１３の信号記録面１３ａに適切に集光される。
【０１０４】
第３の光ディスク１３の信号記録面１３ａで反射された光ビームの復路側の光路については、上述した第１の波長の光ビームと同様であるので、省略する。
【０１０５】
尚、ここでは、第３の波長の光ビームは、第２のカップリングレンズ３５により発散角を変換されるように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、第３の出射部の配置を調整することで、発散角を変換されることなく、第２のビームスプリッタ３７及び第１のビームスプリッタ３６を経由してホログラム素子３３に入射するように構成してもよい。
【０１０６】
また、ここでは、第１及び第２の波長の光ビームは、第１のカップリングレンズ３４により略平行光とされるとともに、第３の波長の光ビームは、第２のカップリングレンズ３５により発散光とされて、ホログラム素子３３に入射するように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、第１乃至第３の波長の光ビーム全てを平行光の状態で、又は、第１乃至第３の波長の光ビームの内、いずれか又は全部の光ビームを発散光又は集束光の状態でホログラム素子に入射するように構成してもよい。
【０１０７】
本発明を適用した光ピックアップ３は、第１及び第２の光源部３０，３１と、第１及び第２の光源部３０，３１に設けられた第１乃至第３の出射部から出射される３種類の波長の光ビームを集光する対物レンズ３２との間にホログラム素子３３を設け、このホログラム素子３３の一方の面に、非球面形状とされた基準曲面を有する凹部３３ａに形成したホログラム部３３ｂを設けたことにより、３波長互換を実現するとともに、ホログラム素子３３による回折ロスを低減して光ディスクに集光される光ビームの光量低下を防止するので、再生のみならず記録への対応が容易となり、良好な記録・再生特性を実現する。
【０１０８】
したがって、本発明を適用した光ピックアップ３は、１つのホログラム素子により最適な回折効率及び回折角を得ることで、第１及び第２の光源部３０，３１に設けられた複数の出射部から出射される異なる波長の光ビームを用いて、複数種類の光ディスク１１，１２，１３に対して信号の読み取り及び書き込みを可能とするとともに、対物レンズ等の光学部品を共通化することができるので、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現する。
【０１０９】
また、本発明を適用した光ピックアップ３は、複数の波長の光ビームに対して、１つのホログラム素子により最適な回折効率及び回折角を得ることができ、対物レンズ等の光学部品を共通化することができるので、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現する。
【０１１０】
さらに、本発明を適用した光ピックアップ３は、ホログラム素子３３が非球面形状とされた基準曲面にホログラム部３３ｂを形成するように構成したので、従来の複数ステップのホログラム形状を有するホログラム素子に比べて、加工性が向上するので、さらなる高生産性、低コスト化を実現する。
【０１１１】
尚、上述では、光ピックアップ３において、第１の光源部３０に第１及び第２の出射部を設け、第２の光源部３１に第３の出射部を設けるように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、第１乃至第３の出射部を一の光源部に設けるように構成してもよい。
【０１１２】
次に、第１乃至第３の出射部を有する光源部を備える図６に示す光ピックアップ５０について説明する。尚、以下の説明において、上述した光ピックアップ３と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は、省略する。
【０１１３】
本発明を適用した光ピックアップ５０は、図６に示すように、第１乃至第３の出射部を有し、異なる波長の複数の光ビームを出射する光源部５１と、この光源部５１から出射された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光する対物レンズ３２と、光源部５１と対物レンズ３２との間に設けられるホログラム素子３３と、光源部５１とホログラム素子３３との間に設けられ入射した光ビームの発散角を変換する発散角変換手段としてカップリングレンズ５４と、信号記録面で反射された戻り（復路側）の光ビームの光路を往路側の光ビームの光路から分岐させるビームスプリッタ５６と、ビームスプリッタ５６で分離された戻り光を受光する光検出器３８とから構成されている。
【０１１４】
また、光ピックアップ５０において、ビームスプリッタ５６とホログラム素子３３との間には、入射した光ビームの発散角を波長に応じて変換する、波長選択性を有する発散角変換手段として、回折素子５５が設けられている。
【０１１５】
光源部５１は、第１の光ディスク１１に対して波長４０５ｎｍ程度の第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部と、第２の光ディスク１２に対して波長６５５ｎｍ程度の第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、第３の光ディスク１３に対して波長７８０ｎｍ程度の第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部とを有する。
【０１１６】
カップリングレンズ５４は、光源部５１から出射された第１乃至第３の波長の光ビームの発散角をそれぞれ変換して略平行光にして、ビームスプリッタ５６側に出射させる。
【０１１７】
ビームスプリッタ５６は、カップリングレンズ５４とホログラム素子３３との間の光路上に設けられ、上述の第１のビームスプリッタ３６と同様に、そのミラー面５６ａにより、光ディスク２からの戻り光を光検出器３８側に光路分岐させて出射させる。ビームスプリッタ５６と光検出器３８との間には、光路分岐されたレーザ光を光検出器３８の受光面上に集束させる円筒レンズ等の光学素子３９が設けられている。
【０１１８】
回折素子５５は、第１及び第２の波長の光ビームを透過させるとともに、第３の波長の光ビームを回折することで、選択的に、第３の波長の光ビームの発散角を変換する。すなわち、ここでは、回折素子５５は、平行光で入射された第１及び第２の波長の光ビームを透過させて平行光として出射させ、平行光で入射された第３の波長の光ビームを回折して発散光として出射させる。
【０１１９】
以上のように構成された光ピックアップ５０は、光検出器３８によって得られたフォーカシングエラー信号及びトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ３２を駆動変位させることによって、光ディスク２の信号記録面に対して対物レンズ３２が合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク２の信号記録面上に合焦されて、光ディスク２に対して情報の記録又は再生が行われる。
【０１２０】
光ピックアップ５０は、ホログラム素子３３により最適な回折効率及び回折角を得ることで、光源部５１に設けられた複数の出射部から出射される異なる波長の光ビームを用いて、複数種類の光ディスク１１，１２，１３に対して信号の読み取り及び書き込みを可能とする。
【０１２１】
また、上述の光ピックアップ５０の対物レンズ３２及びホログラム素子３３は、入射した光ビームを所定の位置に集光させる集光光学装置として機能することができる。この集光光学装置は、対物レンズ３２の入射側にホログラム素子３３を設け、このホログラム素子３３の一方の面に、非球面形状とされた基準曲面にホログラム部３３ｂを設けたことにより、３波長互換用として用いることが可能となるとともに、ホログラム素子による回折ロスを低減して集光される光ビームの光量低下を防止する。
【０１２２】
光ピックアップ５０によって、第１〜第３の光ディスク１１，１２，１３に対して記録及び／又は再生を行う原理、すなわち、上述のホログラム素子３３によって異なるフォーマットの互換性を達成することについては、上述の光ピックアップ３の場合と同様であるので説明は省略する。
【０１２３】
次に、上述のように構成された光ピックアップ５０における、光源部５１から出射された光ビームの光路について、図６を用いて説明する。まず、第１の光ディスク１１に対して第１の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０１２４】
光ディスク２の種類が第１の光ディスク１１であることを判別したディスク種類判別部２２は、光源部５１の第１の出射部から第１の波長の光ビームを出射させる。
【０１２５】
光源部５１の第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームは、カップリングレンズ５４により発散角を変換されて略平行光とされ、ビームスプリッタ５６側に出射される。カップリングレンズ５４により平行光とされた第１の波長の光ビームは、ビームスプリッタ５６のミラー面５６ａを透過して、回折素子５５を透過して、ホログラム素子３３に入射する。
【０１２６】
ホログラム素子３３に入射した第１の波長の光ビームは、他方の面に設けられた開口制限手段３３ｃより、開口制限され、一方の面に設けられたホログラム部３３ｂにより、回折される。このとき、第１の波長の光ビームは、ホログラム部３３ｂにより２次回折光が略１００％とされて、この回折角と基準曲面による屈折角とを打ち消されて、平行光として出射される。
【０１２７】
ホログラム素子３３により回折された第１の波長の光ビームの２次回折光は、対物レンズ３２により、第１の光ディスク１１の信号記録面１１ａに適切に集光される。
【０１２８】
第１の光ディスク１１に集光された光ビームは、信号記録面で反射し、対物レンズ３２、ホログラム素子３３及び回折素子５５を通過して、ビームスプリッタ５６のミラー面５６ａにより反射されて光検出器３５側に出射される。ビームスプリッタ５６により光路分岐されたレーザ光は、光学素子３９により光検出器３８の受光面に集束されて検出される。
【０１２９】
次に、第２の光ディスク１２に対して第２の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０１３０】
光ディスク２の種類が第２の光ディスク１２であることを判別したディスク種類判別部２２は、光源部５１の第２の出射部から第２の波長の光ビームを出射させる。
【０１３１】
光源部５１の第２の出射部から出射された第２の波長の光ビームは、カップリングレンズ５４により発散角を変換されて略平行光とされ、ビームスプリッタ５６側に出射される。カップリングレンズ５４により平行光とされた第２の波長の光ビームは、ビームスプリッタ５６のミラー面５６ａを透過して、回折素子５５を透過して、ホログラム素子３３に入射する。
【０１３２】
ホログラム素子３３に入射した第２の波長の光ビームは、他方の面に設けられた開口制限手段３３ｃにより、開口制限され、一方の面にもうけられたホログラム部３３ｂにより、回折される。このとき、第２の波長の光ビームは、ホログラム部３３ｂにより回折される。このとき、第２の波長の光ビームは、ホログラム部３３ｂにより、１次回折光が略９６％とされて、後述する対物レンズを通過する際に発生する収差を補正されて、発散光として出射される。
【０１３３】
ホログラム素子３３により回折された第２の波長の光ビームの１次回折光は、対物レンズ３２により、第２の光ディスク１２の信号記録面１２ａに適切に集光される。
【０１３４】
第２の光ディスク１２の信号記録面１２ａで反射された光ビームの復路側の光路については、上述した第１の波長の光ビームと同様であるので、省略する。
【０１３５】
次に、第３の光ディスク１３に対して第３の波長の光ビームを出射させて情報の読み取り又は書き込みを行うときの光路について説明する。
【０１３６】
光ディスク２の種類が第３の光ディスク１３であることを判別したディスク種類判別部２２は、光源部５１の第３の出射部から第３の波長の光ビームを出射させる。
【０１３７】
光源部５１の第３の出射部から出射された第３の波長の光ビームは、カップリングレンズ５４により発散角を変換されて略平行光とされ、ビームスプリッタ５６側に出射される。カップリングレンズ５４により平行光とされた第３の波長の光ビームは、ビームスプリッタ５６のミラー面５６ａを透過して、回折素子５５により回折されて発散角を変換されて発散光とされて、ホログラム素子３３に入射する。
【０１３８】
ホログラム素子３３に入射した第３の波長の光ビームは、他方の面に設けられた開口制限手段３３ｃより、開口制限され、一方の面に設けられたホログラム部３３ｂにより、回折される。このとき、第３の波長の光ビームは、ホログラム部３３ｂにより１次回折光が略９６％とされて、後述する対物レンズを通過する際に発生する収差を補正されて、発散角を変換されて発散光として出射される。
【０１３９】
ホログラム素子３３により回折された第３の波長の光ビームの１次回折光は、対物レンズ３２により、第３の光ディスク１３の信号記録面１３ａに適切に集光される。
【０１４０】
第３の光ディスク１３の信号記録面１３ａで反射された光ビームの復路側の光路については、上述した第１の波長の光ビームと同様であるので、省略する。
【０１４１】
尚、ここでは、第１乃至第３の波長の光ビームは、いずれもカップリングレンズ５４により略平行光とされて、第３の波長の光ビームのみ回折素子５５により発散光とされて、ホログラム素子３３に入射するように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、第１乃至第３の波長の光ビーム全てを平行光の状態で、又は、第１乃至第３の波長の光ビームの内、いずれか又は全部の光ビームを発散光又は集束光の状態でホログラム素子に入射するように構成してもよい。
【０１４２】
本発明を適用した光ピックアップ５０は、光源部５１と、光源部５１に設けられた第１乃至第３の出射部から出射される３種類の波長の光ビームを集光する対物レンズ３２との間にホログラム素子３３を設け、このホログラム素子３３の一方の面に、非球面形状とされた基準曲面を有する凹部３３ａに形成したホログラム部３３ｂを設けたことにより、３波長互換を実現するとともに、ホログラム素子３３による回折ロスを低減して光ディスクに集光される光ビームの光量低下を防止するので、再生のみならず記録への対応が容易となり、良好な記録・再生特性を実現する。
【０１４３】
したがって、本発明を適用した光ピックアップ５０は、１つのホログラム素子により最適な回折効率及び回折角を得ることで、光源部５１に設けられた複数の出射部から出射される異なる波長の光ビームを用いて、複数種類の光ディスク１１，１２，１３に対して信号の読み取り及び書き込みを可能とするとともに、対物レンズ等の光学部品を共通化することができるので、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現する。
【０１４４】
また、本発明を適用した光ピックアップ５０は、複数の波長の光ビームに対して、１つのホログラム素子により最適な回折効率及び回折角を得ることができ、対物レンズ等の光学部品を共通化することができるので、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現する。
【０１４５】
さらに、本発明を適用した光ピックアップ５０は、ホログラム素子３３が非球面形状とされた基準曲面にホログラム部３３ｂを形成するように構成したので、従来の複数ステップのホログラム形状を有するホログラム素子に比べて、加工性が向上するので、さらなる高生産性、低コスト化を実現する。
【０１４６】
尚、上述の光ピックアップ３及び光ピックアップ５０では、１又は２の光源部に第１乃至第３の出射部を設けるように構成したが、第１乃至第３の出射部をそれぞれ異なる位置に配置するように構成してもよい。
【０１４７】
また、本発明を適用した集光光学装置は、光源部と、この光源部に設けた第１乃至第３の出射部から出射される３種類の波長の光ビームを集光する対物レンズ３２との間にホログラム素子３３を設け、このホログラム素子３３の一方の面に、非球面形状とされた基準曲面を有する凹部３３ａに形成したホログラム部３３ｂを設けたことにより、３波長互換を実現するとともに、ホログラム素子３３による回折ロスを低減して光ディスクに集光される光ビームの光量低下を防止するので、１つのホログラム素子により最適な回折効率及び回折角を得ることができ、再生及び記録用の光ピックアップ及び光ディスク装置の構成の簡素化、小型化、高生産性及び低コスト化を実現する。
【０１４８】
本発明を適用した光ディスク装置１は、光源部と、この光源部に設けた第１乃至第３の出射部から出射される３種類の波長の光ビームを集光する対物レンズ３２との間にホログラム素子３３を設け、このホログラム素子３３の一方の面に、非球面形状とされた基準曲面を有する凹部３３ａに形成したホログラム部３３ｂを設けたことにより、３波長互換を実現するとともに、ホログラム素子３３による回折ロスを低減して光ディスクに集光される光ビームの光量低下を防止するので、再生のみならず記録への対応が容易となり、良好な記録・再生特性を実現する。
【０１４９】
したがって、本発明を適用した光ディスク装置１は、光ピックアップに設けた１つのホログラム素子により最適な回折効率及び回折角を得ることで、光源部に設けられた複数の出射部から出射される異なる波長の光ビームを用いて、複数種類の光ディスク１１，１２，１３に対して信号の記録及び再生を可能とするとともに、光ピックアップを構成する対物レンズ等の光学部品を共通化することができるので、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現する。
【実施例】
【０１５０】
以下に、本発明を適用した光ピックアップを構成するホログラム素子３３及び対物レンズ３２について、図７、図８、及び表１〜３に数値データを挙げて、更に具体的に説明する。
【０１５１】
【表１】
2006209931.tif 000009
【０１５２】
【表２】
2006209931.tif 000010
【０１５３】
【表３】
2006209931.tif 000011
【０１５４】
「表１」は、ホログラム素子３３のホログラム部３３ｂのホログラム係数であり、上述の式（４）における各条件を示すものである。「表２」は、ホログラム部３３ｂの基準曲面の非球面形状を示す非球面係数等であり、上述の式（２）における各条件を示すものである。尚、この「表１」及び「表２」の係数の間には、ｍ＝２及びＮ＝１．５４３とし、上述の式（５）の関係を満足している。
【０１５５】
また、「表３」は、図７に示すように、対物レンズ３２のホログラム素子側の第１の面Ｓ１及び光ディスク側の第２の面Ｓ２の非球面形状を示す非球面係数等であり、上述の式（１）における各条件を示すものである。
【０１５６】
ここで、対物レンズ３２の屈折率Ｎ２は、波長により異なり、第１の波長（４０５ｎｍ）に対する屈折率Ｎ２１は、１．８３６６４であり、第２の波長（６６０ｎｍ）に対する屈折率Ｎ２２は、１．７９５９７であり、第３の波長（７８０ｎｍ）に対する屈折率Ｎ２３は、１．７８８９９である。
【０１５７】
また、第１乃至第３の光ディスクの屈折率Ｎ３は、第１乃至第３の波長に対して同じ値であり、屈折率Ｎ３は、１．５３３である。
【０１５８】
第１乃至第３の光ディスクの保護基板厚Ｔは、第１の光ディスクの保護基板厚Ｔ１は、０．１（ｍｍ）であり、第２の光ディスクの保護基板厚Ｔ２は、０．６（ｍｍ）であり、第３の光ディスクの保護基板厚Ｔ３は、１．２（ｍｍ）である。
【０１５９】
図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）は、本実施例における、第１乃至第３の光ディスク１１，１２，１３の記録再生時の状態を示すものである。図８（ｃ）及び図７に示すように、ホログラム素子３３及び対物レンズ３２の光軸上の面間距離は、０．４ｍｍであり、ホログラム素子３３の光軸上の面間距離は、１．０ｍｍであり、対物レンズ３２の光軸上の面間距離は、１．６ｍｍである。また、図７に示すように、対物レンズ３２の第１の波長の光ビームに対する開口径は、３．０ｍｍである。
【０１６０】
図７及び図８中、ＷＤは、ワーキングディスタンス（ｍｍ）を示すものであり、第１の光ディスク１１に対するＷＤ１は、０．７４であり、第２の光ディスク１２に対するＷＤ２は、０．５３であり、第３の光ディスク１３に対するＷＤ３は、０．３４であることが実現される。
【０１６１】
Ｉ／Ｏ距離は、第１及び第２の波長の光ビームで∞であり、第３の波長の光ビームで２０（ｍｍ）である。尚、このＩ／Ｏ距離は、対物レンズ３２及びホログラム素子３３に対するものとする。
【０１６２】
これは、第２及び第３の波長の光ビームを同一のホログラム部３３ｂを同じ回折次数（１次回折光）で使用するため、ディスク厚及び波長差による球面収差の補正をＩ／Ｏ距離を変えることによって実現したためである。
【０１６３】
表１〜３の数値データを有する本実施例の光ピックアップは、図８及び上述のＷＤ及びＩ／Ｏ距離に示すパフォーマンスを実現するものである。
【０１６４】
よって、この光ピックアップは、１つのホログラム素子により最適な回折効率及び回折角を得ることで、光源部に設けられた複数の出射部から出射される異なる波長の光ビームを用いて、複数種類の光ディスクに対して信号の読み取り及び書き込みを可能とするとともに、対物レンズ等の光学部品を共通化することができるので、構成の簡素化及び小型化を可能とし、高生産性、低コスト化を実現する。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】本発明を適用した光ディスク装置を示すブロック回路図である。
【図２】本発明を適用した光ピックアップの光学系を示す光路図である。
【図３】本発明を適用した光ピックアップを構成するホログラム素子のホログラム部を示す断面図である。
【図４】本発明を適用した光ピックアップを構成するホログラム素子のブレーズ形状とされた例のホログラム部を示す断面図である。
【図５】ホログラム素子に設けたホログラム部における、位相深さの変化に伴う通過する光ビームの回折次数の回折光の強度を示す図である。
【図６】本発明を適用した光ピックアップの光学系の他の例を示す光路図である。
【図７】本発明を適用した光ピックアップを構成する対物レンズを示す断面図である。
【図８】本発明を適用した光ピックアップの動作状態、及び通過する光ビームの状態を示すものであり、（ａ）は、第３の波長の光ビームを示す断面図であり、（ｂ）は、第２の波長の光ビームを示す断面図であり、（ｃ）は、第１の波長の光ビームを示す断面図である。
【符号の説明】
【０１６６】
１  光ディスク装置、  ２  光ディスク、  ３  光ピックアップ、  ４  スピンドルモータ、  ５  送りモータ、  ９  サーボ制御部、２２  ディスク種類判別部、  ３１  光源部、  ３２  対物レンズ、  ３３  ホログラム素子、  ３３ｂ  ホログラム部、  ３４  第１のカップリングレンズ、  ３５  第２のカップリングレンズ、  ３６  第１のビームスプリッタ、  ３７  第２のビームスプリッタ、  ３８  光検出器、
【図１】
2006209931.tif 000013
【図２】
2006209931.tif 000014
【図３】
2006209931.tif 000015
【図４】
2006209931.tif 000016
【図５】
2006209931.tif 000017
【図６】
2006209931.tif 000018
【図７】
2006209931.tif 000019
【図８】
2006209931.tif 000020