(57)【要約】【課題】異なる厚みの基板に対応すること。【解決手段】屈折型のレンズと、色収差補正作用を持つホログラムレンズを具備し、前記ホログラムレンズは、前記屈折型のレンズとは別個の部材の平面上に同心円状のレリーフパターン形状に形成されており、前記ホログラムレンズの有する色収差補正作用によって、前記屈折型レンズの波長の違いに起因する色収差を補正することを特徴とする光学レンズ。【選択図】図１
2006114215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明部を有する情報媒体上に前記透明部を介して光を集束させる光学レンズであって、
屈折型のレンズと、色収差補正作用を持つホログラムレンズを具備し、
前記ホログラムレンズは、前記屈折型のレンズとは別個の部材の平面上に同心円状のレリーフパターン形状に形成されており、
前記ホログラムレンズの有する色収差補正作用によって、
前記屈折型のレンズの波長の違いに起因する色収差を補正し、
前記透明部を介して光を集束させる
ことを特徴とする光学レンズ。
【請求項２】
前記ホログラムレンズは、凸レンズ型であることを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
【請求項３】
前記ホログラムレンズは前記屈折型レンズへ相対的に位置固定されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学レンズ。
【請求項４】
前記ホログラムレンズは、前記別個の部材の、前記屈折型のレンズとは反対側の面に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学レンズ。
【請求項５】
前記光学レンズは複数の領域を具備し、
前記複数の領域は、第１領域と、前記第１領域に比して前記光学レンズの光軸に近い第２領域とを含み、
前記第１領域を通過した光と、前記第２領域を通過した光の両方を、第１の厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させ、
前記第２領域を通過した光のみを、第２の厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させ、
前記第１の厚さは前記第２の厚さに比して薄く、
前記第１の厚さの透明部を介して光が集束するための開口数は、前記第２の厚さの透明部を介して光が集光するための開口数に比して大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学レンズ。
【請求項６】
ホログラムを形成しない領域もあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学レンズ。
【請求項７】
前記第１領域のホログラムと前記第２領域のホログラムとは、回折効率が異なることを特徴とする請求項５または６に記載の光学レンズ。
【請求項８】
前記第１領域のホログラムと前記第２領域のホログラムとは、格子パターンの位相変調量が異なることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の光学レンズ。
【請求項９】
異なる厚さに対応する焦点を、異なる次数の回折光によって得ることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光学レンズ。
【請求項１０】
光源と、
前記光源から出射される光を受け、透明部を有する情報媒体上に前記透明部を介して光を集束させる請求項１から９のいずれかに記載の光学レンズと、
前記情報媒体で反射した光を受けて、電気信号に変換する光検出器を具備することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１１】
第１の厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させた場合と、
第２の厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させた場合と、
いずれの場合も共通の光検出器によって光を受けて電気信号に変換することを特徴とする請求項１０記載の光ヘッド装置。
【請求項１２】
第１の厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させた場合と、
第２の厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させた場合と、
それぞれ異なる光検出部によって光を受けて信号に変換することを特徴とする請求項１１記載の光ヘッド装置。
【請求項１３】
透明部を有する光ディスク上に前記透明部を介して光を集束させ、前記光ディスクに対して情報の記録または再生を行う請求項１０から１２のいずれかに記載の光ヘッド装置と、
前記光ヘッド装置を移動させる移動手段と、
前記光ディスクを回転させる回転手段と、
を具備する光ディスク装置。
【請求項１４】
請求項１０から１２のいずれかに記載の光ヘッド装置から得られる信号に基づいてディスクの厚みを判別する判別手段を具備することを特徴とする請求項１５に記載の光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を有し、情報を記録する光ディスクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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（特許文献１）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で反射した光ビームはもとの光路を逆にたどって（復路）、ホログラム１０５に入射する。このホログラム１０５から生じる復路の＋１次回折光６は光検出器７に入射する。光検出器７の出力を演算することによって、サーボ信号及び、情報信号を得ることができる。
【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（III−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。
【特許文献１】特開平４−２１２７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光学レンズは上述の課題を解決するため、透明部を有する情報媒体上に前記透明部を介して光を集束させる光学レンズであって、屈折型のレンズと、色収差補正作用を持つホログラムレンズを具備し、前記ホログラムレンズは、前記屈折型のレンズとは別個の部材の平面上に同心円状のレリーフパターン形状に形成されており、前記ホログラムレンズの有する色収差補正作用によって、前記屈折型レンズの波長の違いに起因する色収差を補正し、前記透明部を介して光を集束させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光ヘッド装置は上述の課題を解決するため、光源と、前記光源から出射される光を受け、透明部を有する情報媒体上に前記透明部を介して光を集束させる上記光学レンズと、前記情報媒体で反射した光を受けて、電気信号に変換する光検出器を具備することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光ディスク装置は上述の課題を解決するため、透明部を有する光ディスク上に前記透明部を介して光を集束させ、前記光ディスクに対して情報の記録または再生を行う上記光ヘッド装置と、前記光ヘッド装置を移動させる移動手段と、前記光ディスクを回転させる回転手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【００１８】
（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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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。
【００２３】
（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。
【００２４】
（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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
（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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態の構成図である。４は対物レンズ、１０７はホログラムレンズである。さらにホログラムレンズ１０７を図１の光軸方向から見た図を図２に示す。ホログラムレンズ１０７は、光ビーム３に対して透明な基板９に形成されていて、格子パターン１０７ａが同心円状であり、その中心すなわち光軸は対物レンズ４と組立誤差内で一致している。ホログラムレンズ１０７の＋１次回折光の回折効率は１００％未満であり、光ビーム３ａの透過光（０次回折光）６１ａも充分な強度を有するように設計する。このためには、例えばホログラムレンズ１０７を図１に示したように凹凸形状によって作製する場合には（レリーフ型）凹凸の高さｈをｈ＜λ／（ｎ−１）というように、より小さくする、すなわち格子部１０７ａで光ビームに与える位相変化の振幅量を２πよりも小さくすることによって容易に実現できる。ここでλは光ビーム３の波長、ｎは透明基板９の屈折率である。このようにホログラムレンズ１０７のどの位置においても透過光が充分な強度を持つようにすることによって、透過光の形成する集光ビームのサイドローブを低く抑えることができるという効果を有する。ここでサイドローブについて、図３を用いて説明する。図３は情報媒体上での集光スポットの光強度分布を示したものである。図３においてメインローブ３８０が記録再生に必要な光量であり、サイドローブ３８１は記録ピット形状や再生信号を劣化させる原因となる不要な光量である。
【００３２】
なお、さきに「集光」という言葉を用いたが、本願中では「集光」とは「発散光または平行光を回折限界の微小スポットにまで収束すること」と定義する。
【００３３】
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。
【００３４】
本実施の形態では対物レンズ４は、開口数ＮＡが０．６以上で、図１（ａ）に示すように、ホログラムレンズ１０７を回折されずに透過した光ビーム６１が入射したときに、基板３７の厚み（ｔ２）の薄い光ディスク上に回折限界の集光スポットを形成できるよう設計されている。また、本実施の形態ではホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７は対物レンズ４によって決まる開口よりも小さな径の中にだけ形成されている。従ってホログラムレンズ１０７の格子パターンの形成されていない部分１０７ｂでは回折が全く起こらず、高ＮＡの集光スポット３８ａの光量が多くなるという効果がある。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
ここで、ホログラムレンズ１０７はレンズ作用を有するので２つの焦点の光軸方向の位置は異なり、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときは他方の焦点を集光点とする光ビームは大きく広がっており光強度が小さく記録再生には影響を与えない。例えば、図１（ａ）のように情報媒体５１に対して集光スポット３８ａが合焦点位置にあるときは＋１次回折光６４は情報媒体５１の情報記録面上では大きく広がっており記録再生には影響を与えない。図１（ｂ）の場合もまた同様である。この２つの焦点位置の差は、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときに他方の焦点を集光点とする光ビームが大きく広がって光強度が小さく記録再生に影響を与えない様にするためには、５０μｍ以上でなるべく大きくすることが望ましい。また、コンパクトディスク（ＣＤ）やレーザディスク（ＬＤ）などの基板厚ｔ１が１．２ｍｍ程度で、高密度光ディスクの基板厚ｔ２は０．４ｍｍ〜０．８ｍｍが適当と考えられることから、対物レンズのフォーカスサーボ動作を担うアクチュエータの可動範囲を考えて、２焦点位置の差はｔ１とｔ２の差０．８ｍｍ程度を大きく越えないことが望ましい。従って、図１の様に高ＮＡで薄い基板に対応した集光スポット３８ａの焦点距離を短くる場合、２焦点位置の差は５０μｍ以上１ｍｍ以下にする。ここで、図１の様に低ＮＡで厚い基板に対応した集光スポット３８ｂの焦点距離を長くする、すなわちホログラムレンズ１０７を凹レンズとして用いると、２焦点間距離の差を１ｍｍ程度まで大きくすることができ、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときに他方の焦点を集光点とする光ビームを大きく広げて光強度を小さくでき、記録再生に影響を全く与えない様にできるという効果を有する。
【００４０】
なお本実施の形態において、ホログラムレンズ１０７を凸レンズ型に設計することも可能である。この場合は２焦点位置の差は対物レンズのフォーカスサーボ動作を担うアクチュエータの可動範囲を考えて、０．５ｍｍ以下にする必要がある。しかし、次に説明するように色収差が発生しなくなるという効果がある。
【００４１】
波長がλ０の時のホログラムレンズ１０７の焦点距離をｆｈｏｅ０とすると、波長がλ１の時の焦点距離ｆｈｏｅ１は、
ｆｈｏｅ１＝ｆｈｏｅ０×λ０／λ１．．．（１）
となる。また屈折型の対物レンズ４の屈折率をｎ（λ）、焦点距離をｆ（λ）とすると、
ｆ（λ１）＝ｆ（λ０）×（ｎ（λ０）−１）／（ｎ（λ１）−１）．．．（２）
となる。
【００４２】
式（１）と式（２）より
λ１／（ｆｈｏｅ１×λ０）＋（ｎ（λ１）−２）／（ｆ（λ０）×（ｎ（λ０）−１））＝１／ｆｈｏｅ０＋１／ｆ（λ０）．．．（３）
とすることによって色収差の補正いわゆる色収差補正を行うことができる。ここで波長が長くなると式（１）では焦点距離が短くなり、また、式（２）では焦点距離が長くなるため、ｆｈｏｅ１とｆ（λ０）の正負を同じにして式（３）を満たすように選べば色消しができるのである。また、式（３）が厳密に成り立たなくとも、色収差は大幅に軽減されるという効果がある。
【００４３】
このようにホログラムは回折素子であるため、ホログラムを用いて構成したホログラムレンズの焦点距離の波長依存性は屈折率型のレンズとは逆になり、正のパワーを持ったホログラムレンズと屈折率レンズどうしまたは、負のパワーを持ったホログラムレンズと屈折率レンズどうしを組み合わせることによって色消しを実現できるため、レンズの曲率が比較的小さくてすむ上に、ホログラムレンズは平面型の素子のため、軽量で量産性にも優れているというように、非常に多くの利点がある。上記の色消しの原理については、例えば、文献１−D.Faklis and M.Morris(1991)Photonics Spectra Novenver 205 & December 131（ディー、ファクリスとエム、モリス（１９９１）フォトニクス  スペクトラ１１月号２０５ページ及び１２月号１３１ページ）、文献２−M.A.Gan et al.(1991)SPIE Vol.1507 p116（エム、エイ、ガン他（１９９１）エス、ピー、アイ、イー  １５０７巻１１６ページ）、文献３−P.Twardowski and P.Meirueis（1991)SPIE Vol.1507 p55（ピー、トワードウスキとピー、メイルエイス（１９９１）エス、ピー、アイ、イー  １５０７巻５５ページ）などにおいて発表されている。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
（実施の形態２）
図６は本発明の第２の実施の形態を示す。１０８はホログラムレンズである。本実施の形態は以下の点が第１の実施の形態とは異なる特徴である。本実施の形態ではホログラムレンズの格子パターン１０８ａを対物レンズ４によって決まる開口と同じぐらいか、または、より大きな径で形成し、内周部では回折効率を高く、また、外周部では＋１次の回折効率を漸次低くする。このためには、例えばホログラムレンズ１０８を図６に示したように凹凸形状によって作製する（レリーフ型の）場合には凹凸の高さｈを外周部ではだんだんと低くしたり、または、ホログラムレンズ１０８の断面形状を図５に示すように階段上の断面形状にして、内周部では（Ａ）のようにａ＞ｂとすることによって大きな傾斜角を近似し、外周部では（Ｂ）のようにａ＜ｂとすることによって小さな傾斜角を近似する。このように内周部では回折効率を高く、また、外周部では＋１次の回折効率を漸次低くすることによってホログラムレンズ１０８の外周部では回折があまり起こらず、高ＮＡの集光スポット３８ａの光量が多くなるという効果がある。さらに、入射光ビーム３のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が図７の（ａ）のようなガウス分布をしているときに外周部から中心部に向かって少しずつ多くの光量を回折することにより、透過光６１のＦＦＰが図７の（ｂ）の様になめらかなものになる。従って、図３を用いて先に説明したサイドローブ３８１はより一層少なく抑えることができ、本実施の形態のレンズを用いて構成した光ヘッド装置では記録再生を劣化なく行うことができるという効果がある。
【００４７】
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。
【００４８】
外周部については、ａ＜ｂとしてａを外周部ほどだんだんと小さくし、ａが作製困難な程細く（１μｍ程度）なったところで図５の（Ｄ）の様に２段の階段状断面形状にし、さらに外周部については、（Ｅ）の様にｂ1＜ｂ2として、ｂ2をだんだんと小さくしてゆくことによっても、同様の効果を得ることができる。
【００４９】
もちろん、本実施の形態においても入射光の一部を回折するホログラムレンズ１０８と対物レンズ４を組み合わせることによって異なる基板厚（ｔ１とｔ２）の光ディスク上にそれぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成する事のできる２焦点レンズを実現できるという効果を有する。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
なお、本実施の形態のように基板厚ｔ１に対応してホログラムレンズから発生する＋１次回折光が回折限界まで集光できるように設計する場合、開口数ＮＡが小さい分、＋１次回折光の光量が少なくなる。しかしながら＋１次回折光の回折効率をあまり高くすると、基板厚ｔ２に対応した光ビームである透過光の内周部の光量が大きく減少するために、基板厚ｔ２に対応した光ビームの集光スポットのサイドローブがやや大きくなる可能性がある。そこで、光源として半導体レーザを用いる場合などは、光ビームが外周部ほど光強度の減る、いわゆるガウシアン分布をしていることを利用する。図８（ａ）の様に、より強度の低い外周部まで対物レンズ開口内に取り込む、すなわち、光源側の開口数ＮＡを大きくする。そして、＋１次回折光の回折効率を図８（ｂ）の様に高くする。このような構成にすることにより、対物レンズ内へ取り込んで利用できる光量が多くなる上に、基板厚ｔ１に対応して集光できる光スポットの光量を大きくできるという効果を得ることができる。しかも、元々周辺部の光量が弱いため、＋１次回折光の回折効率を高くすると透過光の光量は図８（Ｃ）の様に均一な分布に近くなり集光スポットのサイドローブは低く抑えることができるという効果もある。
【００５３】
さらに、図９に示すように、ホログラムレンズ１１１の内周部にはホログラムレンズの格子パターン１０７ａ（または１０８ａ）を設けて、外周部には１１１ａ〜ｄ等のように透過率をコントロールするための回折領域を設けても良い。このようにすることにより、透過光の外周部が必要以上に大きくなることを防止することができ、集光スポットのサイドローブはより低く抑えることができるという効果を得ることができる。ここで、透過率修正領域１１１ａ〜ｄの格子の方向をすべて異なる方向にして、例えば回折領域１１１ａで回折した光が対物レンズ４で集光されて情報媒体によって反射され、回折領域１１１ｃに入射したときに光軸と平行な方向に回折されないようにする事ができる。これによって、透過率修正領域の回折光が光軸上に迷光として混入する事を防ぐことができるという効果を得ることができる。
【００５４】
（実施の形態３）
第３の実施の形態を図１０を用いて説明する。本実施の形態では図１０（ａ）の様にホログラムレンズ１０９によって回折した＋１次回折光６６が基板３７の厚みｔ２の薄い情報媒体５１に対して回折限界まで集光できるように設計されている。そして対物レンズ４は、図１０（ｂ）のように透過光６１が入射したときに、基板３７の厚み（ｔ１）の厚い光ディスク上に回折限界の集光スポットを形成できるよう設計されている。このような収差補正作用を持つホログラムレンズ１０９の設計方法は、例えば、集光スポット３８ａから発散する球面波が厚さｔ１の基板３７を透過後、対物レンズ４を透過し、ホログラムレンズ１０９を形成している透明基板９を透過した光ビームと、図１０（ａ）の光ビーム３の位相の正負を反転した光ビームの干渉パターンを計算すればよい。そしてＣＧＨの手法などによって容易にホログラムレンズ１０９を作製できる。さらに、集光スポット３８ａが集光スポット３８ｂよりも対物レンズ側に十分近いときには、ホログラムレンズ１０９は図１０（ａ）に示したように、凸レンズ作用を持つように設計する。本実施の形態ではホログラムレンズ１０９が凸レンズ作用を持ちその＋１次回折光６６を対物レンズ４により集光して高ＮＡの集光スポット３８ａを得る構成であるため対物レンズの曲率を余り大きくしなくて良い、または、高屈折率の硝材を用いなくても良いという効果を有する。また、２焦点間距離の差を１ｍｍ程度まで大きくすることができ、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときに他方の焦点を集光点とする光ビームを大きく広げて光強度を小さくでき、記録再生に影響を全く与えない様にできるという効果を有する。さらにホログラムレンズ１０９を凸レンズとして用いるので、前述した通り、色収差が発生しなくなるという効果がある。
【００５５】
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。
【００５６】
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７０％以上にする、こうすることによって、ホログラムレンズ１０９の＋１次回折光の回折効率が大きいため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の情報媒体（光ディスク）上への光の利用効率を高くすることができるという効果がある。逆にいえば光源の出力を節約することができるという効果がある。
【００５７】
さらに、外周部では回折効率を高く、また、内周部では＋１次の回折効率を漸次低くすることにより高密度光ディスクに対して記録再生を行うための光量をより多くすることができる。このためには、例えばホログラムレンズ１０９を図１０に示したように凹凸形状によって作製する（レリーフ型の）場合には凹凸の高さｈを内周部ではだんだんと低くしたり、または、ホログラムレンズ１０９の断面形状を図５に示すように階段上の断面形状にして、外周部では（Ａ）のようにａ＞ｂとすることによって大きな傾斜角を近似し、内周部では（Ｂ）のようにａ＜ｂとすることによって小さな傾斜角を近似する。このように外周部では回折効率を高く、また、内周部では＋１次の回折効率を漸次低くすることによってホログラムレンズ１０９の内周部では回折があまり起こらず、高ＮＡの集光スポット３８ａの光量が多くなるという効果がある。さらに、入射光ビーム３のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）がガウス分布をしているときに外周部から中心部に向かって少しずつ多くの光量を回折することにより、回折光６６のＦＦＰがなめらかなものになる。従って、図３を用いて先に説明したサイドローブ３８１はより一層少なく抑えることができ、本実施の形態のレンズを用いて構成した光ヘッド装置では記録再生を劣化なく行うことができるという効果がある。
【００５８】
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。
【００５９】
内周部については、ａ＜ｂとしてａを内周部ほどだんだんと小さくし、ａが作製困難な程細く（１μｍ程度）なったところで図５の（Ｄ）の様に２段の階段状断面形状にし、さらに内周部については、（Ｅ）の様にｂ1＜ｂ2として、ｂ2をだんだんと小さくしてゆくことによっても、同様の効果を得ることができる。
【００６０】
なお、本実施の形態のように基板厚ｔ１に対応してホログラムレンズを透過する０次回折光が回折限界まで集光できるように設計する場合、開口数ＮＡが小さい分、透過光量が少なくなる。しかしながら０次回折光の回折効率（透過率）をあまり高くすると、基板厚ｔ２に対応した光ビームである＋１次回折光の内周部の光量が大きく減少するために、基板厚ｔ２に対応した光ビームの集光スポットのサイドローブがやや大きくなる可能性がある。そこで、光源として半導体レーザを用いる場合などは、光ビームが外周部ほど光強度の減る、いわゆるガウシアン分布をしていることを利用する。図１１（ａ）の様に、より強度の低い外周部まで対物レンズ開口内に取り込む、すなわち、光源側の開口数ＮＡを大きくする。そして、透過率を図１１（ｂ）の様に高くする。このような構成にすることにより、対物レンズ内へ取り込んで利用できる光量が多くなる上に、基板厚ｔ１に対応して集光できる光スポットの光量が大きくできるという効果を得ることができる。しかも、元々周辺部の光量が弱いため、透過率を高くすると＋１次回折光の光量は図１１（Ｃ）の様に均一な分布に近くなり集光スポットのサイドローブは低く抑えることができるという効果もある。
【００６１】
もちろん、本実施の形態においても入射光の一部を回折するホログラム１０９と対物レンズ４を組み合わせることによって異なる基板厚（ｔ１とｔ２）の光ディスク上にそれぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成する事のできる２焦点レンズを実現できるという効果を有する。
【００６２】
なお、以上の実施の形態ではホログラムレンズはレリーフ型として説明してきたが、特開昭６１−１８９５０４や、特開昭６３−２４１７３５にも開示されているように、ニオブ酸リチウム基板の一部をプロトン交換したり、液晶セルを利用しても同様に位相変調型のホログラムレンズを作製することができる。
【００６３】
また、以上の実施の形態ではホログラムレンズの格子パターンを対物レンズの反対側に形成する事例を例示した。ホログラムレンズの格子パターンを対物レンズの反対側に形成することにより、ホログラムレンズ表面の反射光が迷光として、帰還する事を避けることができるという効果がある。即ち、ホログラムレンズの形成された側に入射した光はこの面で反射される際には同時に回折を受けるので光が散乱される。そして透過光も回折を受けているので他の面で反射される光量は少ない上に、再びホログラムレンズ表面を透過される際に回折を受けて散乱されるのである。
【００６４】
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。
【００６５】
（実施の形態４）
これまで示した第１から第３の実施の形態までの２焦点レンズはすべて、対物レンズとホログラムレンズの組み合わせより構成されている。そこで、図５０でホログラム１０５と対物レンズ４を一体化したのと同様に、第４の実施の形態として、本発明においてもホログラムレンズ１０７〜１０９または１１１のいずれかと対物レンズ４を、図１２（ａ）に示すようにパッケージ化手段２１０を用いて連結したり、対物レンズ４上にホログラムレンズの格子パターンを直接作製したりすることにより一体化しても良い。こうすることによって、ホログラムレンズと対物レンズの光軸ずれを小さくすることができ、ホログラムレンズの＋１次回折光の軸外収差をより小さくできるという効果がある。
【００６６】
（実施の形態５）
さらにまた、第５の実施の形態として、図１２（ｂ）に示したように、ホログラムレンズ１０７〜１０９または１１１のいずれかの格子パターンを対物レンズ４の情報媒体（光ディスク）側に形成しても良い。このような構成にすると、対物レンズは情報媒体（光ディスク）側の方が曲率が小さく平面にすることも可能であるためホログラムレンズ１０７〜１０９または１１１のいずれかを容易に低コストで形成できるという効果がある。
【００６７】
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。
【００６８】
（実施の形態６）
第６の実施の形態として第１から第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を図１３〜図２０を用いて説明する。なお、図１３〜図１８までの図面に挿入されているｘｙｚ軸はすべて共通である。
【００６９】
図１３において、２は半導体レーザなどの放射光源である。この放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過してホログラムレンズ１０７と対物レンズ４に入射し、情報媒体５上または情報媒体５１上に集光される。情報媒体５または５１で反射した光ビームはもとの光路を逆にたどって、透過光６１は実線で示したようにホログラムレンズ１０７を再び透過し、また、＋１次回折光６４が点線のようにホログラムレンズ１０７で再び＋１次回折光として回折し、どちらも初めにビームスプリッター３６を通ったときと同じ光路を通ってビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ホログラム１０３などの波面変換手段によってフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得ることができるように波面を変換された後に光検出器７に入射する。光検出器７の出力を演算することによって、サーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得ることができる。ここで対物レンズ４は駆動手段１１０によって高速で動かす必要があるが、第４の実施の形態や第５の実施の形態のようにホログラムレンズを対物レンズに一体化してもホログラムレンズ１０７は平面型の光学素子であるため軽量（数１０ミリグラム以下）であるので、ホログラムレンズ１０７と対物レンズ４を組み合わせて用いて駆動手段１１０によって一体駆動することができる。また、図１２に示したように対物レンズ４に直接ホログラムレンズ１０７を一体成形することにより、一層の軽量化と低コスト化を図ることもできる。本実施の形態では、初めにホログラムレンズ１０７を光ビーム３が通過する際に透過した透過光６１がホログラムレンズ１０７を再び透過した光ビームと、初めにホログラムレンズ１０７を光ビーム３が通過する際に回折した＋１次回折光６４がホログラムレンズ１０７で再び回折した＋１次回折光が、初めにビームスプリッター３６を通ったときと同じ光路を通ってビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光された光ビームを用いてサーボ信号の検出を行う。従って、２焦点から反射してきた光ビームの光検出器側での集光点３９は放射光源２の出射点と鏡像関係にある点で一致する。このため、ホログラム１０３などのサーボ信号検出手段も光検出器７も単一のものを共通に用いることができ、少ない部品点数で小型、軽量、低コストの光ヘッド装置でありながら、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。
【００７０】
次に、サーボ信号の検出方法について説明する。まず、ホログラム１０３の実施の形態を図１４に模式的に示す。ここではフォーカスサーボ信号の検出方式の一例として、スポットサイズディテクション法（ＳＳＤ法）を用いる場合について説明する。ＳＳＤ法は特開平２−１８５７２２号公報にも開示されているように光ヘッド装置の組み立て許容誤差を著しく緩和できる上に波長変動に対しても安定にサーボ信号を得ることのできる検出方法である。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
また、フォーカスサーボ信号の検出方法としていわゆる非点収差法を用いる例を図１９を用いて説明する。図１９において１３０は平行平板などの非点収差発生手段である。本実施の形態はフォーカスサーボ信号の検出方法としていわゆる非点収差法を用いることを除いてはおおよそ図１３の構成と同じである。図１９において光ビーム４１はほぼ球面波であり、かつ、平行平板１３０を透過するので非点収差を持つ。そして、図２０に示すような４分割光検出器Ｓ１からＳ４によって光ビーム４１を受光する。ここで（ｂ）がジャストフォーカス状態であり、（ａ）、（ｃ）がデフォーカス状態を表す。従って、フォーカスエラー信号ＦＥは、
ＦＥ＝（Ｓ１＋Ｓ４）−（Ｓ２＋Ｓ３）．．．（６）
という演算によって得られる。
【００７６】
なお、式（６）のＳ１〜Ｓ４は式（４）のＳ１〜Ｓ４とは無関係である。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
なお、本実施の形態は、ＦＥ信号検出をＳＳＤ法で行う場合と非点収差法で行う場合について、ホログラムレンズを１０７として説明を行ったが、これをホログラムレンズ１０８または１１１、ホログラムレンズ１０９に代えても同様の構成で光ヘッドを構成できることは自明であり、やはり少ない部品点数で小型、軽量、低コストの光ヘッド装置でありながら、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。
【００８１】
また、ホログラムレンズを本実施の形態のように平行光束中に設ける場合はホログラムレンズからの反射光が迷光になる恐れもあるが、無反射コー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１０７を少し（１゜程度）傾けることによりこの迷光が光検出器７１に入射することを避けることができるという効果がある。なお、図２１に示したように、非点収差発生手段としてはシリンドリカルレンズ１３１を用いてもよい。シリンドリカルレンズ１３１は収束レンズ１２１と一体成型することにより、コストダウンを図るという効果を得ることも可能である。
【００８２】
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。
【００８３】
さらに、図２３の様にホログラムレンズ１０７と対物レンズ４の間に１／４波長板１５を設ける構成にすることにより、ホログラムレンズ１０７からの反射光が光検出器７１に入射しないようにすることもできる。図２３の構成ではホログラムレンズ１０７の反射光は偏光ビームスプリッター４２を全透過するため、光検出器７１に入射せず、迷光にならないという効果がある。
【００８４】
さらに、図２４の様にくさび型プリズム３５等のビーム整形手段を用いて、光の利用効率を向上させることもできる。
【００８５】
本発明では、情報記録面上に集光されて情報を読みとった光の一部は光検出器上で大きく広がる。例えば、ホログラムレンズ１０７を用いた本発明の光ヘッド装置で情報媒体５１（基板の厚みがｔ２の時）の再生を行うとき、情報記録面上に集光されて情報を読みとった光がホログラムレンズ１０７を透過した光を用いてサーボ信号や情報信号を読み出す。ここで、情報記録面上に集光されて情報を読みとった光がホログラムレンズ１０７で回折された光は図２５に示した１次回折光４３０の様に大きく広がる。そこで、光検出器７５の周囲に大きな（１ｍｍ角以上）光検出器７５ｃを設けて、これらの光を受光し、光検出器７５の出力と、光検出器７５ｃの出力の和を情報信号とすることにより、Ｓ／Ｎを向上し、また、周波数特性の向上を図ることもできるという効果を得ることができる。
【００８６】
さらに、本発明の光ヘッド装置で、焦点合わせ（focusing）を行う実施の形態を示す。本発明の光ヘッド装置のうちホログラムレンズ１０７または１０８または１１１を用いた実施の形態では、フォーカスエラー（ＦＥ）信号は図２６に示したようになる。即ち、基板の厚みｔ２に対して集光する光はＮＡが大きいため光量も多く、他の光によってできる不要なＦＥ信号より十分大きい。そこで、焦点合わせを行うためには、まず、対物レンズ４を情報媒体５１の遠いところから近づけてゆき、ＦＥ信号があるしきい値をこえたら、フォーカスサーボループをＯＮにして、ＦＥ＝０になるように焦点合わせを行う。また、基板の厚みｔ１に対して集光する光はＮＡが小さいため光量も少なく、他の光によってできる不要なＦＥ信号が大きいが、対物レンズ４が情報媒体５の近いところに発生する。そこで、焦点合わせを行うためには、やはり、対物レンズ４を情報媒体５の遠いところから近づけてゆき、ＦＥ信号があるしきい値をこえたら、フォーカスサーボループをＯＮにして、ＦＥ＝０になるように焦点合わせを行う。このように、対物レンズ４を情報媒体の遠いところから近づけてゆき、ＦＥ信号があるしきい値をこえたら、フォーカスサーボループをＯＮにして、ＦＥ＝０になるように焦点合わせを行うことにより、情報媒体の基板厚がｔ１であろうとｔ２であろうと、しきい値を変えるかオートゲインコントロール（ＡＧＣ：光検出器上の全光量でＦＥ信号を規格化する）を行うことにより共通の手順で焦点合わせを行うことができ、回路系のコストを低くすることができるという効果を得ることができる。
【００８７】
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。
【００８８】
（実施の形態７）
第７の実施の形態として第１または第２または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を図２０と図２７を用いて説明する。
【００８９】
図２７において、２は半導体レーザなどの放射光源である。この放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過する。さらに、ホログラムレンズ１０７を透過した透過光６１は対物レンズ４に入射し、情報媒体５１上に集光される。情報媒体５１で反射した透過光６１は実線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０７を再び透過し、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６１で反射されて、第６の実施の形態と同様にホログラム１０３などの波面変換手段によってフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得ることができるように波面を変換された後に光検出器７に入射する。光検出器７の出力を演算することによって、サーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得ることができることも第６の実施の形態と同様である。
【００９０】
また、ホログラムレンズ１０７で回折した＋１次回折光６４は点線で示したように対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した＋１次回折光６４はもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０７を透過し、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６１を透過する。この光ビーム４０は情報媒体５で反射した後にホログラムレンズ１０７で回折されずに透過しているため、放射光源２の出射点とは鏡像関係にない。従って光ビーム４０の集光点３９ａは集光点３９とは光軸方向でずれている。そこで本実施の形態ではビームスプリッター３６１によって光路を分離して別に設けた光検出器７１の出力を演算することによって、サーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得ることができる。図２０と図２７を用いてこのサーボ信号の検出方法の一例を説明する。図２７において光ビーム４０はほぼ球面波であり、かつ、平行平板の表面にコーティングを施したビームスプリッター３６１を透過するため非点収差を持つ。そこで集光点３９ａ付近においた、図２０に示すような４分割光検出器Ｓ１からＳ４によって光ビーム４０を受光する。ここで（ｂ）がジャストフォーカス状態であり、（ａ）、（ｃ）がデフォーカス状態を表す。従って、フォーカスエラー信号ＦＥは、
ＦＥ＝（Ｓ１＋Ｓ４）−（Ｓ２＋Ｓ３）．．．（６）
という演算によって得られる。
【００９１】
なお、式（６）のＳ１〜Ｓ４は式（４）のＳ１〜Ｓ４とは無関係である。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
本実施の形態も、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。さらにまた、次のような効果も有する。ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に第１または第２または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を３０％以下にする、こうすることによって、ホログラムレンズの透過率が高いため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の光ディスク（情報媒体）上への光の利用効率を高くすることができるという効果があるが、この時はホログラムレンズの透過率が高いのであるから光ディスク（情報媒体）から反射してきた光の内透過光を、本実施の形態のようにサーボ検出や情報信号の検出に用いることによって、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果がある。
【００９６】
なお、本実施の形態はホログラムレンズを１０７として説明を行ったが、これをホログラムレンズ１０８または１１１に代えても同様の構成で光ヘッドを構成できることは自明であり、やはり同様の効果を有する。
【００９７】
（実施の形態８）
第８の実施の形態として第１または第２または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を図２８と図２９を用いて説明する。なお、図２８と図２９に挿入したｘ1、ｙ1軸は共通である。
【００９８】
図２８において、放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過する。さらに、ホログラムレンズ１０７を透過した透過光６１は、対物レンズ４に入射し、情報媒体５１上に集光される。情報媒体５１で反射した透過光６１は実線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０７を再び透過し、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２を透過して第７の実施の形態において説明したように非点収差を持ち、光検出器７１でこれを受光してフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得ることができる。さらに、情報信号を得ることができることも第７の実施の形態と同様である。
【００９９】
また、ホログラムレンズ１０７で回折した＋１次回折光６４は対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した＋１次回折光６４は、点線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０７を透過し、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２に設けられた反射型ホログラム１０４で反射・回折される。この光ビーム４０は情報媒体５で反射した後にホログラムレンズ１０７で回折されずに透過しているため、放射光源２の出射点とは鏡像関係にない。そこで本実施の形態ではビームスプリッター３６２によって光路を分離して別々に設けた光検出器７と光検出器７１の出力を演算することによって、サーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得る点は第７の実施の形態と同じである。本実施の形態ではビームスプリッター３６２の表面に図２８に示したように反射型ホログラム１０４を形成して光ビーム４０を反射・回折し光検出器７によってこの回折光を受光してサーボ信号や情報信号を得ることが特徴である。図２９にこの反射型ホログラムのパターンの一例を示す。フォーカスエラー信号検出用回折光発生領域とトラッキングエラー信号発生領域を形成し、回折光を発生してこの回折光を光検出器で受光して、第６の実施の形態と同様にサーボ信号や情報信号を得る。
【０１００】
本実施の形態も、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。さらにまた、次のような効果も有する。ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に第１または第２または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を３０％以下にする、こうすることによって、ホログラムレンズの透過率が高いため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の光ディスク（情報媒体）上への光の利用効率を高くすることができるという効果があるが、この時はホログラムレンズの透過率が高いのであるから光ディスク（情報媒体）から反射してきた光の内、透過光を本実施の形態のようにサーボ検出や情報信号の検出に用いることによって光の利用効率を高くすることができるので、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果がある。特に、反射型ホログラム１０４によって光ビーム４０の全光量を回折して信号検出に用いるためＳ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果が顕著である。
【０１０１】
なお、本実施の形態はホログラムレンズを１０７として説明を行ったが、これをホログラムレンズ１０８または１１１に代えても同様の構成で光ヘッドを構成できることは自明であり、やはり同様の効果を有する。
【０１０２】
（実施の形態９）
第９の実施の形態として第１または第２または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を主に図３０〜図３２を用いて説明する。なお、図３０と図３１に挿入したｘ1、ｙ1軸と、図３０と図３２に挿入したｘ、ｙ、ｚ軸はそれぞれ共通である。
【０１０３】
本実施の形態でも第８の実施の形態と同様に図３０において、放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過する。さらに、ホログラムレンズ１０７を透過した透過光６１は、対物レンズ４に入射し、図３０には図示していないが図２８と同様に、情報媒体５１上に集光される。以下、図３０には図示していないが基板厚ｔ２の情報媒体５１に対する記録再生を行う場合については図２８を用いて説明する。情報媒体５１で反射した透過光６１は実線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０７を再び透過し、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２を透過して第７の実施の形態において説明したように非点収差を持ち、光検出器７６（図２８では光検出器７１と表示）でこれを受光してフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得ることができる。さらに、情報信号を得ることができることも第７の実施の形態と同様である。
【０１０４】
次に、本実施の形態で基板厚ｔ１の情報媒体５の情報記録再生を行う場合について説明する。図３０において、ホログラムレンズ１０７で回折した＋１次回折光６４は対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した＋１次回折光６４は、点線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０７を透過し、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２に設けられた透過型ホログラム１０４１で回折される。この光ビーム４０は情報媒体５で反射した後にホログラムレンズ１０７で回折されずに透過しているため、放射光源２の出射点とは鏡像関係にない。そこで本実施の形態では例えば、光検出器７６の光軸方向の位置を適当に調節し、例えば情報媒体５上でホログラムレンズ１０７の透過光６１が合焦点状態にあるときに光ビーム４０が最小錯乱円になる位置に光検出器７６を配置する。そして光検出器７６の出力を演算することによって、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号及び、情報信号を得る点は第７の実施の形態と同じである。特にトラッキングエラー信号を位相差法によって検出すると比較的高い周波数（数ＫＨｚ以上）だけを扱えば良いのでヘッドアンプ出力のオフセットの温度ドリフトなどのＤＣ変動の影響を避けることができ安定にサーボ信号を得ることができるという効果がある。
【０１０５】
本実施の形態で基板厚ｔ１の情報媒体５の情報記録再生を行う場合、フォーカスエラー信号については、ホログラムレンズ１０７の透過光６１から得ることによって、より多くの光量を使うことも可能である。図３０において、放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過する。さらに、ホログラムレンズ１０７を透過した透過光６１は、対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に照射されるが記録面上ではデフォーカスしている。情報媒体５で反射した透過光６１は図３０に実線で示したようにホログラムレンズ１０７を再び透過し、ビームスプリッター３６で反射される（光ビーム４３）。この光ビーム４３は、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２を透過し、ビームスプリッター３６２の表面に図３０に示したように形成されたホログラム１０４１で回折される。光検出器７６によってこの回折光を受光してサーボ信号や情報信号を得る。図３１にこの透過型ホログラムのパターンの一例を示す。フォーカスエラー信号検出用回折光発生領域１５１、１５２を形成し、回折光を発生してこの回折光を光検出器７６上に形成された６分割光検出器７６ａで受光して、フォーカスエラー信号を得る。図３１において例えば、領域１５１は光検出器の前側に焦点を持つ球面波１４１（図３２）を発生させ、領域１５２は光検出器の後ろ側に焦点を持つ球面波１４２（図３２）を発生させる。図３１のようなホログラムパターンから回折する波面のファーフィールドパターンはホログラムパターンが分割されていることを反映してやはり図３２に示すように一部分が欠けるが、フォーカスサーボ信号には影響はない。図３２に示すように回折光１４１と１４２を６分割光検出器７６ａによって受光する。ここで（ｂ）がジャストフォーカス状態であり、（ａ）、（ｃ）がデフォーカス状態を表す。従って、フォーカスエラー信号ＦＥは、
ＦＥ＝（Ｓ１０＋Ｓ３０−Ｓ２０）−（Ｓ４０＋Ｓ６０−Ｓ５０）．．．（８）
という演算によって、ＳＳＤ法に基づいて得られる。
【０１０６】
本実施の形態ではビームスプリッター３６２の表面に形成されたホログラム１０４１で光ビーム４３を回折し、光検出器７６によってこの回折光を受光してフォーカスエラー信号を得ることが特徴である。本実施の形態も、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。さらにまた、次のような効果も有する。ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に第１または第２または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を３０％以下にする、こうすることによって、ホログラムレンズの透過率が高いため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の光ディスク（情報媒体）上への光の利用効率を高くすることができるという効果があるが、この時はホログラムレンズの透過率が高いのであるから光ディスク（情報媒体）から反射してきた光の内、透過光を本実施の形態のようにサーボ検出や情報信号の検出に用いることによって光の利用効率を高くすることができるので、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果がある。特に、ホログラム１０４１によって光量の多い光ビーム４３を回折して信号検出に用いるためＳ／Ｎ比の高いフォーカスサーボ信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果が顕著である。しかもサーボ信号や情報信号を、ただ１個の光検出器７６だけから得ることができるので、部品点数が少なく、小型軽量で低コストの光ヘッド装置を構成することができるという顕著な効果もある。
【０１０７】
なお、本実施の形態はホログラムレンズを１０７として説明を行ったが、これをホログラムレンズ１０８または１１１に代えても同様の構成で光ヘッドを構成できることは自明であり、やはり同様の効果を有する。
【０１０８】
（実施の形態１０）
次に第１０の実施の形態を図３３を用いて説明する。本実施の形態は第３または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置である。
【０１０９】
図３３において、２は半導体レーザなどの放射光源である。この放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過する。さらに、ホログラムレンズ１０９を透過した透過光６１は対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した透過光６１は、点線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０９によって回折され、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６１で反射されて、第６の実施の形態と同様にホログラム１０３などの波面変換手段によってフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得ることができるように波面を変換された後に光検出器７に入射する。光検出器７の出力を演算することによって、サーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得ることができることも第６の実施の形態と同様である。
【０１１０】
また、放射光源２より出射後、ホログラムレンズ１０９で回折した＋１次回折光６６は対物レンズ４に入射し、情報媒体５１上に集光される。情報媒体５１で反射した＋１次回折光６６は、実線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０９によって回折され、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６１を透過する。そして、別に設けた光検出器７１の出力を演算することによって、第７の実施の形態と同様にしてサーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得ることができる。
【０１１１】
本実施の形態も、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。さらにまた、次のような効果も有する。ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に、ホログラムレンズ１０９を用いて構成される第３または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いる場合は＋１次回折光の回折効率を７０％以上にする、こうすることによって、ホログラムレンズの回折効率が高いため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の光ディスク（情報媒体）上への光の利用効率を高くすることができるという効果があるが、この時はホログラムレンズの回折効率が高いのであるから光ディスクから反射してきた光の内、回折光を本実施の形態のようにサーボ検出や情報信号の検出に用いることによって光の利用効率を高くすることができるので、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果がある。また、ホログラムレンズは１０９を用いているので、２焦点間の距離の差を１ｍｍ程度まで大きくすることができ、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときに他方の焦点を集光点とする光ビームを大きく広げて光強度を小さくでき、記録再生に影響を全く与えない様にできるという効果を有する。さらにホログラムレンズ１０９を凸レンズとして用いるので、前述した通り、色収差が発生しなくなるという効果がある。
【０１１２】
（実施の形態１１）
第１１の実施の形態として第３または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を、図３４を用いて説明する。
【０１１３】
図３４において、放射光源２から出射した光ビーム３はコリメートレンズ（１２２）によって略平行光になり、ビームスプリッター３６を透過する。そして、ホログラムレンズ１０９を透過した透過光６１は、対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した透過光６１は点線で示したようにもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０９によって回折され、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２を透過して第７の実施の形態において説明したように非点収差を持ち、光検出器７１でこれを受光してフォーカスサーボ信号やトラッキングエラー信号を得ることができる。さらに、情報信号を得ることができることも第７の実施の形態と同様である。
【０１１４】
また実線で示したようにホログラムレンズ１０９で回折した＋１次回折光６６は対物レンズ４に入射し、情報媒体５１上に集光される。情報媒体５１で反射した＋１次回折光６６はもとの光路を逆にたどって、ホログラムレンズ１０９によって再び回折され、ビームスプリッター３６で反射され、収束レンズ（１２１）によって集光され、ビームスプリッター３６２の一部に形成した反射型ホログラム１０４で反射・回折される。そして別々に設けた光検出器７と光検出器７１の出力を演算することによって、サーボ信号（フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号）及び、情報信号を得る点は第７の実施の形態と同じである。本実施の形態ではビームスプリッター３６２の表面に図３４に示したように反射型ホログラム１０４を形成して光ビーム４０を反射・回折し光検出器７によってこの回折光を受光してサーボ信号や情報信号を得る。図２９にこの反射型ホログラムのパターンの一例を示す。フォーカスエラー信号検出用回折光発生領域とトラッキングエラー信号発生領域を形成し、回折光を発生してこの回折光を光検出器で受光して、第６の実施の形態と同様にサーボ信号や情報信号を得る。
【０１１５】
本実施の形態も、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で、行うことができるという効果を有する。さらにまた、次のような効果も有する。ＣＤなど基板厚の厚い（ｔ１）光ディスクは再生のみ行い、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクでは記録再生を行う光ディスク装置用に、ホログラムレンズ１０９を用いて構成される第３または第４または第５の実施の形態で示した２焦点レンズを用いる場合は、＋１次回折光の回折効率を７０％以上にする、こうすることによって、ホログラムレンズ回折効率のが高いため、基板厚の薄い（ｔ２）高密度光ディスクに情報記録を行う際の光ディスク（情報媒体）上への光の利用効率を高くすることができるという効果があるが、この時はホログラムレンズの回折効率が高いのであるから光ディスクから反射してきた光の内、回折光を、本実施の形態のようにサーボ検出や情報信号の検出に用いることによって光の利用効率を高くすることができるので、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果がある。特に、反射型ホログラム１０４によって光ビーム４０の全光量を回折して信号検出に用いるため、光の利用効率が高くＳ／Ｎ比の高い信号を得られ安定な光ヘッド装置を得られるという効果が顕著である。また、ホログラムレンズは１０９を用いているので、２焦点間の距離の差を１ｍｍ程度まで大きくすることができ、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときに他方の焦点を集光点とする光ビームを大きく広げて光強度を小さくでき、記録再生に影響を全く与えない様にできるという効果を有する。さらにホログラムレンズ１０９を凸レンズとして用いるので、前述した通り、色収差が発生しなくなるという効果がある。
【０１１６】
（実施の形態１２）
第１２の実施の形態を図３５〜図３９を用いて説明する。図３５と図３６において１８２はノイズキャンセル用回折光発生領域、７５はノイズキャンセル用信号検出用光検出器である。図３５において、２は半導体レーザ等の放射光源である。この光源から出射した光はビームスプリッター３６３で反射して対物レンズ４に入射し、情報媒体５または５１上に集光される。情報媒体５１（または５）で反射した光ビームはもとの光路を逆にたどって（復路）、ビームスプリッター３６３に入射する。このビームスプリッター３６３を透過した光ビームは光検出器７７に入射する。光検出器７７の出力を演算することによって、サーボ信号及び、情報信号を得ることができる。ノイズキャンセル用回折光発生領域１８２は図３６に示したように、ホログラムレンズの格子パターン１０７ａよりも外周部に設ける。
【０１１７】
本実施の形態では特開昭６０−１３８７４８及び特開昭６１−１３１２４５に開示されている原理に基づき、信号に対するノイズを低減することができる。本実施の形態では、ノイズキャンセル用回折光発生領域１８２から発生するノイズキャンセル用回折光１６４をノイズキャンセル用信号検出用光検出器７５で受光し、ノイズキャンセル用信号検出用光検出器７５の出力信号Ｓ９０を得る。そして、次の演算によって情報信号ＲＦを検出し、ノイズの低減化を図る。
【０１１８】
ＲＦ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）＋Ｒ×Ｓ９０．．．（９）
ここで、Ｒはノイズキャンセル用信号Ｓ９０に重み付けをするための係数である。本実施の形態では、特開昭６０−１３８７４８及び特開昭６１−１３１２４５とは異なり、ホログラムレンズ上で光ビームの光量を分割するため光検出器の設定許容精度を１００倍程度大きくできるという効果がある。なお、ノイズキャンセル用信号検出用光検出器７５にレンズ作用を持つホログラムパターンを用いることによって、往路に発生する不要な回折光を情報媒体５上でデフォーカスさせ、大きく広がるようにして情報媒体５の情報を平均化し、情報信号に対する雑音を含まないという効果を得ることもできる。さらにまた、ノイズキャンセル用回折光発生領域１８２を設けることにより、ホログラムレンズの外周部の透過率が内周部と同程度になるため、情報媒体上で光ビーム（集光スポット）のサイドローブがより低くなり、優良な特性の再生信号を得ることができるという効果を得ることもできる。
【０１１９】
また、図３７においては、ノイズキャンセル用回折光発生領域１８３を複数（図では２個）に分割する。そして、各々の分割領域から回折するノイズキャンセル用回折光１６４をノイズキャンセル用信号検出用光検出器７５ａと７５ｂで受光し、出力信号Ｓ９１とＳ９２を得る。そして、（１０）式の演算によって情報信号ＲＦを検出し、ノイズの低減化を図る。
【０１２０】
ＲＦ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）＋Ｒ×（Ｓ９１＋Ｓ９２）．．．（１０）
ここで、Ｒはノイズキャンセル用信号Ｓ９０に重み付けをするための係数である。本実施の形態では、特開昭６０−１３８７４８及び特開昭６１−１３１２４５とは異なり、ホログラム上で光ビームの光量を分割するため光検出器の設定許容精度を１００倍程度大きくできるという効果がある。本実施の形態では、図３８のようにノイズキャンセル用回折光発生領域１８３を複数に分割することによって往路の不要な回折光も多分割される上に１つ１つの分割領域はＮＡ（開口数）が小さくなってその回折光が大きく広がるので、これらの和を取ったときに情報媒体５上で得る情報信号（雑音）は平均化されて、振幅が小さくなるという効果がある。また、複数のノイズキャンセル用回折光（１６４ａと１６４ｂ）をそれぞれ分割した光検出器（７５ａと７５ｂ）で受光することにより、それぞれのノイズキャンセル用信号の重み付けを変えてよりいっそうノイズの低減をする事も可であるという効果を得ることができる。すなわち、（１１）式の演算によって情報信号ＲＦを検出し、ノイズの低減化を図る。
【０１２１】
ＲＦ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）＋（Ｒ１×Ｓ９１＋Ｒ２×Ｓ９２）．．．（１１）
ここで、Ｒ１、Ｒ２はノイズキャンセル用信号Ｓ９１、Ｓ９２に重み付けをするための係数である。また、このようにノイズキャンセル用回折光発生領域１８３を複数に分割することによって往路の不要な回折光が、光検出器の信号検出領域に入射することを避けることもできるという効果を得られる。これについて図３９を用いて以下に説明する。図３９においてＰ１とＰ２はそれぞれノイズキャンセル用回折光１６４ａと１６４ｂが光検出器上に入射する場所を示す。ノイズキャンセル用回折光１６４ａと１６４ｂを復路の＋１次回折光と呼ぶと、ノイズキャンセル用回折光発生領域１８３ｂから発生する往路の＋１次回折光がノイズキャンセル用回折光発生領域１８３ａに入射して発生する復路の＋１次回折光がＰ３に入射する。ここで、Ｐ３と光検出器７１の中心との距離Ｃ２は、Ｐ１とＰ２の距離と等しくなる。したがって、光検出器７１の一辺の長さの半分をＣ１としたときにＣ２＞Ｃ１とすることにより、Ｐ３が光検出器７１内に入らないようにすることができ不要な迷光の影響を避けることができるという効果がある。点Ｐ４についても点Ｐ３と同様である。なお、ノイズキャンセル用回折光発生領域１８３から発生する往路の＋１次回折光のうち復路の透過光（０次回折光）はＰ５やＰ６の位置に入射し、光検出器７１内に入らない。さらに、光源２として半導体レーザーを用いる場合には、ノイズキャンセル用回折光発生領域１８３ａ、ｂを設ける方向（図３８のＸ２方向）を半導体レーザーの出射角の広い方向と一致させることにより、透過光の光強度分布がより一定になるため、情報媒体上で光ビーム（集光スポット）のサイドローブがより低くなり、優良な特性の再生信号を得ることができるという効果を得ることもできる。
【０１２２】
（実施の形態１３）
さらに、第１３の実施の形態を図４０と図４１を用いて説明する。図４０において１０７はホログラムレンズである。ホログラムレンズとしてはここでは第１の実施の形態として説明したホログラムレンズ１０７を用いて説明するが、第２〜第５の実施の形態のいずれかにおいて説明したホログラムレンズ１０８または１１１または１０９などでも良い。また第１２の実施の形態において示したようにホログラムレンズの外周部にノイズキャンセル用回折光発生領域を設けることもできる。また、ホログラム１７３は偏光異方性ホログラムである。偏光異方性ホログラムは、昭６１−１８９５０４や、特開昭６３−２４１７３５にも開示されているように、ニオブ酸リチウム基板の一部をプロトン交換したり、液晶セルを利用することにより作製可能であり、ある偏光方向（ＸＰ方向とする）の直線偏光に対しては回折させるホログラムとして働き、これと直角な方向（ＹＰ方向とする）の直線偏光光に対しては回折を起こさないという性質を持つ。放射光源２は本実施の形態においては直線偏光の光源を用い、偏光方向はＸＰ方向に設定する。放射光源２から出射した光ビームはホログラム１７３を透過し（往路）、λ／４板１５によって円偏光の光ビームになり、ホログラムレンズ１０７で２つの焦点の光ビームに分けられて、さらに、情報媒体５または５１によって反射される際に円偏光の回転方向が逆転し、再びλ／４板１５に入射して初めとは直角方向（ＹＰ方向）の直線偏光になるため、復路においてはホログラム１７３によって回折され（復路）、光検出器２７４に入射する。光検出器の出力を演算することによって、前述の実施の形態と同様にサーボ信号や情報信号を得ることができる。本実施の形態は以下のような効果を有している。１．ホログラムレンズを用いているため、ただ１つの光ヘッド装置を用いて２種類の基板厚の情報媒体に対し情報の記録再生を行うことができる。２．往路では回折を受けず、復路では回折するため、光の利用効率が高く、放射光源の出射パワーが低くてもＳ／Ｎ比の高いサーボ信号や情報信号を得ることができる。３．ビームスプリッターを用いなくても良い構成であり、光ヘッド装置の小型化軽量化、低コスト化を実現できる。４．ビームスプリッターを用なくても良い構成であり、光学部品がほとんど１本の光軸上に並んでいる（立ち上げミラーを用いて光軸を曲げる場合も分岐はせず、光軸はやはりほぼ１本である）ため、温度変化、経時変化に対して安定に動作する光ヘッド装置を得ることができる。５．復路ではホログラム１７３の透過光は不要であるため回折効率を高くし、透過率をほとんど０に設計しても構わない。透過率をほぼ０に設計する事により、ホログラム１７３と１／４波長板１５は光源２への戻り光をなくするアイソレーターの働きをするため、光源２として半導体レーザーを用いるときに、戻り光がほとんど活性層内に入らない。従って、戻り光による半導体レーザーの雑音の問題を回避できる。
【０１２３】
なお、本実施の形態における光検出器２７４は放射光源２と近接して配置することが可能であるため図４１に示すような構成にすることにより相対位置精度を容易に高精度にでき、製造工程の組立コストを低くすることができるという効果がある。また、より一層、光ヘッド装置の小型化軽量化、低コスト化を実現できるという効果がある。図４１において２は放射光源、３は光ビーム、２７４は光検出器である。光検出器２７４ａと光検出器２７４ｂを１個の光検出器基板上に形成する。そして光検出器２７４ａと光検出器２７４ｂの間に凹部（切り欠き部）を設け、図４１に示したようにミラー７ａを設け、放射光源２をハイブリッドに設置する。本実施の形態では、光検出器２７４ａと光検出器２７４ｂを１個の光検出器基板上に形成するので光検出器２７４ａと光検出器２７４ｂの相対位置を、集積回路の作製工程によって容易にμmオーダーの高精度に設定できるという効果がある。さらに、図４１のハイブリッド素子と外部との電気的な接続のために結線が必要であるが、この結線を接続する面が、本実施の形態ではすべて図４１のＸ３・Ｙ３平面になるので、結線用のワイヤを近づけてくる方向が共通になり自動組立が容易になるという効果がある。さらに組立時の基準線もＸ３・Ｙ３平面上に設けるだけでよいので、光検出器２７４ａと光検出器２７４ｂと放射光源２の相対位置を容易に高精度に設定できるという効果がある。
【０１２４】
本実施の形態は偏光異方性ホログラムを用いる構成を例示して説明したが、放射光源２の光量が十分である場合などは、偏光異方性ホログラム１７３に代えて格子ピッチの小さなホログラムや、ブレーズ化ホログラムを用いても、やはり、以下のような効果を得ることができる。１．ホログラムレンズを用いているため、ただ１つの光ヘッド装置を用いて２種類の基板厚の情報媒体に対し情報の記録再生を行うことができる。２．ビームスプリッターを用いなくても良い構成であり、光ヘッド装置の小型化軽量化、低コスト化を実現できる。３．ビームスプリッターを用いなくても良い構成であり、光学部品がほとんど１本の光軸上に並んでいるため、温度変化、経時変化に対して安定に動作する光ヘッド装置を得ることができる。
【０１２５】
（実施の形態１４）
第１４の実施の形態を図４２を用いて説明する。図４２において２ａは直線偏光した光ビームを出射する放射光源、１９０は放射光源２ａから出射する直線偏光した光ビーム３ｂを全反射しこれと直角方向の直線偏光した光ビームは全透過する偏光分離膜、１５はλ／４板である。本実施の形態ではホログラムレンズ１０７を具備する点と、偏光分離膜１９０と１／４波長板１５を用いる点と、反射型ホログラム２２０を透明基板９の裏側に形成する点が特徴である。なお、ホログラムレンズとしてはここでは第１の実施の形態として説明したホログラムレンズ１０７を用いて説明するが、第２〜第５の実施の形態のいずれかにおいて説明したホログラムレンズ１０８または１１１または１０９などでも良い。また第１２の実施の形態において示したようにホログラムレンズの外周部にノイズキャンセル用回折光発生領域を設けることもできる。放射光源２ａから出射した光ビーム３ｂ（直線偏光したレーザ光）は、透明基板９の放射光源２ａに近い側（以後表側と呼ぶ）に形成された偏光分離膜１９０で全反射されてλ／４板の第１回目の透過を行う。そして対物レンズ４に入射し、情報媒体５上に集光される。情報媒体５で反射した光ビームはもとの光路を逆にたどって、λ／４板の第２回目の透過を行いこれによって光ビームの偏光方向は９０゜回転する。光ビームは偏光分離膜１９０を全透過して、反射型ホログラム２２０に入射する。この反射型ホログラム２２０から生じる復路の回折光６８は偏光分離膜１９０を全透過して、光検出器７８に入射する。光検出器７８の出力を演算することによって、サーボ信号及び、情報信号を得ることができる。ここで例示したようにコリメートレンズを用いると、反射膜１９０へ入射する光ビームが平行光であるので反射率及び透過率が均一になって、往路の反射光をより容易に情報媒体５上で回折限界まで集光できる。また、復路の＋１次回折光も均一になるためサーボ信号にオフセットがより生じにくくなるという効果がある。また、以下のような効果もある、１．ホログラムレンズを用いているため、ただ１つの光ヘッド装置を用いて２種類の基板厚の情報媒体に対し情報の記録再生を行うことができる。２．往路では回折を受けず、復路では回折するため、光の利用効率が高く、放射光源の出射パワーが低くてもＳ／Ｎ比の高いサーボ信号や情報信号を得ることができる。３．ビームスプリッターと立ち上げミラーを兼用しているので、光ヘッド装置の小型化軽量化、低コスト化を実現できる。４．光学部品がほとんど１本の光軸上に並んでいるため、温度変化、経時変化に対して安定に動作する光ヘッド装置を得ることができる。５．偏光分離膜１９０と１／４波長板１５は光源２ａへの戻り光をなくするアイソレーターの働きをするため、光源２ａとして半導体レーザーを用いるときに、戻り光がほとんど活性層内に入らない。従って、戻り光による半導体レーザーの雑音の問題を回避できる。
【０１２６】
なお、反射型ホログラム２２０をブレーズ化する事により、＋１次回折光の回折効率を１に近づけて、光量の損失なしに＋１次回折光のみを用いて信号検出を行うことができる。＋１次回折光を用いて信号検出を行うと、信号検出用の回折光の収差をホログラム２２０で補償できるので安定なサーボ信号検出を行うことができるという効果を得ることも可能である。また、コリメートレンズを放射光源と透明基板の間に挿入する構成を例示して説明したが、コリメートレンズを省いた構成も可能であり、この場合においても上記と同様の効果が得られる。
【０１２７】
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。
【０１２８】
本発明の上記実施の形態により例えば、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の形態を図４３（第１５の実施の形態）と図４４（第１６の実施の形態）に示す。
【０１２９】
（実施の形態１５）
図４３は第１５の実施の形態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ＣＤ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。この実施の形態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、本実施の形態では、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。
【０１３０】
（実施の形態１６）
図４４は第１６の実施の形態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。本実施の形態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、本実施の形態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。
【０１３１】
次に、第５〜第１１の実施の形態までのいずれかの光ヘッド装置の様に２種の厚みの基板の記録再生を可能な光ヘッド装置を有し、実際に記録再生を行う際に、記録再生を行おうとしている光ディスクの基板の厚みがｔ１なのかｔ２なのかを自動的に判断する機能を持つ光ディスク装置の発明を図４５（第１７の実施の形態）と図４６（第１８の実施の形態）を用いて説明する。
【０１３２】
（実施の形態１７）
図４５は第１７の実施の形態である光ディスク装置の説明を行うためのチャート図である。本実施の形態の光ディスク装置は第５〜第１１の実施の形態までのいずれかの光ヘッド装置の様に２種の厚みの基板の記録再生を可能な光ヘッド装置と、前記光ヘッドの送り機構などの移動手段と、情報媒体を回転させるスピンドルモーターなどの回転手段、を有する。そして、本発明の光ディスク装置に光ディスク（情報媒体）をセットし、光ディスクが前記回転手段によって回転を始めると、まず第１５の実施の形態や第１６の実施の形態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。本実施の形態により高密度光ディスクが第１５の実施の形態や第１６の実施の形態である限り、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。
【０１３３】
（実施の形態１８）
図４６は第１８の実施の形態である光ディスク装置の説明を行うためのチャート図である。本実施の形態の光ディスク装置は第５〜第１１の実施の形態までのいずれかの光ヘッド装置の様に２種の厚みの基板の記録再生を可能な光ヘッド装置と、前記光ヘッドの送り機構などの移動手段と、情報媒体を回転させるスピンドルモーターなどの回転手段、を有する。そして、本発明の光ディスク装置に光ディスク（情報媒体）をセットし、光ディスクが前記回転手段によって回転を始めると、まず情報信号が確実に存在する位置、例えば最内周などに前記移動手段によって光ヘッドを動かし、次に、基板の厚みｔ１に対応した焦点（フォーカス）制御を行う。そしてトラッキング制御を行って情報信号を検出し、情報信号の振幅が一定値以上得られなかった場合には、自動的に基板の厚みｔ２に対応した焦点制御を行う。また、情報信号の振幅が一定値以上得られた場合には、そのまま基板の厚みｔ１に対応した焦点制御を行って再生し続ける。本実施の形態により高密度光ディスクが第１５の実施の形態や第１６の実施の形態でなくても、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。
【０１３４】
（実施の形態１９）
第１９の実施の形態として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４７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４１１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。本実施の形態では、基本的には第１〜第５の実施の形態で示した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の実施の形態と同様に、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４１０７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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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の実施の形態において図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ｆ１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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
（実施の形態２０）
第２０の実施の形態として本発明の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。本実施の形態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１９の実施の形態で説明した２焦点顕微鏡レンズ、４１５は第１９の実施の形態で説明した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の形態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の形態は備えているが、図４８では省略している。本実施の形態は、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。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明の光学レンズは、異なる厚みの基板に対応することができ、従来の光ディスクと次世代の高密度光ディスクの両方を記録再生できる光ディスク装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【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１０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１０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（ホログラムパターンと光検出器）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】
【０１４２】
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
【図１】
2006114215.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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