(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラム素子と、ＮＡが略０．８５である対物レンズと、前記対物レンズと前記ホログラム素子とを第１の公差内で固定する中空状の筐体と、を備え、
前記対物レンズは、カバー厚が０．１ミリメータである第１の光ディスクに対して略４０５ナノメータの第１レーザ光を集光させ、
前記ホログラム素子は、前記第１の公差とほぼ等しい偏心か、あるいは、少し大きな偏心位置において、カバー厚みが略０．６ミリメータ以上である第２の光ディスクに対して略４０５ナノメータ以上の波長を有する第２レーザ光の３次のコマ収差を零とする位相伝達関数のパターンを有し、
前記対物レンズは、前記第２レーザ光の３次のコマ収差が零となる作動距離を有する
ことを特徴とする互換系対物レンズユニット。
【請求項２】
前記第２レーザ光は、ＨＤ  ＤＶＤあるいはＤＶＤあるいはＣＤで使用するレーザ光のいずれかの中心波長を有する
ことを特徴とする請求項１記載の互換系対物レンズユニット。
【請求項３】
前記ホログラム素子は、平板ガラス基板にホログラムが形成されたもの、あるいは光学的な異方特性を有する平面基板上にホログラムが形成されたものである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の互換系対物レンズユニット。
【請求項４】
第１レーザ光を第１の光ディスクに集光させるＮＡが略０．８５の対物レンズと、第２レーザ光を用いて、カバー厚みが０．６ｍｍ以上である光ディスクに対して第１の作動距離を決定するステップと、
前記第１の作動距離でホログラム素子の位相伝達関数を決定するステップと、
前記ホログラム素子偏心時において第１の３次のコマ収差を算出するステップと、
前記第１の作動距離とは異なる第２の作動距離において前記ホログラム素子の位相伝達関数を決定するステップと、
第２の３次のコマ収差を算出するステップと、
前記第１のコマ収差と前記第２のコマ収差とを外挿することにより、３次のコマ収差が零になる第３の作動距離を決定するステップと、
前記第３の作動距離を用いて前記ホログラム素子の位相伝達関数を決定し、ホログラムパターンを決定するステップと、を備え、
前記第１の作動距離とは、任意の光ディスクと対物レンズとの間の距離であって、ＤＶＤ、または、ＣＤのレーザ光を用いて決定された作動距離であって、
前記位相伝達関数は、ＢＤ規格で設計されたＮＡが０．８５の対物レンズをＨＤ  ＤＶＤ規格、ＤＶＤ規格あるいはＣＤ規格に対応させた場合に発生する球面収差や色収差を補正するために、ＮＡが０．８５の前記対物レンズを用いてＤＶＤやＣＤなどを記録再生する場合に、ＤＶＤまたはＣＤ用レーザ光が前記ホログラム素子を通過して生じた３次のコマ収差とディスクで生じる３次のコマ収差とがキャンセルし合うことにより、互換系対物レンズユニットで発生する波面収差を低減させる特性を有する関数であり、
前記各ステップは、前記第２のレーザ光を対象として遂行される
ことを特徴とする互換系対物レンズユニットの設計方法。
【請求項５】
略４０５ナノメータの中心波長を有する第１レーザ光の光源と、略４０５ナノメータ以上の中心波長を有する第２レーザ光の光源と、互換系対物レンズユニットと、を備え、
前記互換系対物レンズユニットは、
ホログラム素子と、ＮＡが略０．８５である対物レンズと、前記対物レンズと前記ホログラム素子とを第１の公差内で固定する中空状の筐体と、を有し、
前記対物レンズは、カバー厚が０．１ミリメータである第１の光ディスクに対して前記第１レーザ光を集光させ、
前記ホログラム素子は、前記第１の公差とほぼ等しい偏心か、あるいは、少し大きな偏心位置において、カバー厚みが略０．６ミリメータ以上である第２の光ディスクに対して前記第２レーザ光の３次のコマ収差を零とする位相伝達関数のパターンを有し、
前記対物レンズは、前記第２レーザ光の３次のコマ収差が零となる作動距離を有する
ことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項６】
前記第２レーザ光は、略６５０ｎｍ及び略７８０ｎｍのいずれかの中心波長を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互換系対物レンズユニット、その設計方法及び互換系光ピックアップに関し、特に、次世代ＤＶＤ、ＤＶＤ及びＣＤとが互換性を有する互換系対物レンズユニット、その設計方法及び互換系光ピックアップに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型且つ可搬性を有する記録媒体に１５ギガバイト以上の大容量データを記録するために、青紫色レーザダイオードを用いる光ディスクシステムとしてBlu−ray Disc（商標、以下ＢＤと略す）やHigh Definition Digital Versatile Disc（商標、以下ＨＤ  ＤＶＤと略す）などが開発されている。このシステムは、従来のＣＤ（Compact Disc）や、ＤＶＤ（Degital Versatile Disc）と互換性や、さらにＢＤとＨＤ  ＤＶＤとの互換性を有することも望ましい。
【０００３】
例えば、ＣＤの再生は、約７８０ナノメータの波長のレーザ光をＮＡ(開口数：Numerical Apature)が０．４５の対物レンズを用いて集光しており、ＤＶＤでは約６５０ナノメータの波長のレーザ光をＮＡが０．６の対物レンズを用いて集光しているが、ＢＤでは、約４０５ナノメータの中心波長を有するレーザ光をＮＡが０．８５の対物レンズを用いて集光して光ディスクに結ぶスポット径を小さくし、ＤＶＤの約５．３倍の記録容量の光ディスクに対応している。
【０００４】
また、カバー層厚はＣＤが１．２ミリメータ、ＤＶＤが０．６ミリメータ、ＢＤが０．１ミリメータと異なっている。従って、ＢＤなどの次世代ＤＶＤシステムに、ＣＤ及びＤＶＤとの互換性を持たせるには、光ピックアップに用いる対物レンズのＮＡとカバー厚みと使用するレーザダイオードの波長との差異が障害になっている。例えば、ＣＤの再生記録にＢＤ用対物レンズを用いた場合、波面収差が大きいため焦点を合わせるのが困難となる。
【０００５】
これに対して、複数のホログラム素子と対物レンズと１／４波長板とを組み合わせて、ＣＤやＤＶＤの再生時に生じる波面収差を補正する互換系光ピックアップが開示されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−２０３００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この光学系の機械的公差の許容値は５〜１０マイクロメータであるのに対し、この光学系を無調整で組み立てたときの光軸ズレは４０〜５０マイクロメータ程度発生する。従って、調整工程が重要になる。また、このような光軸ズレを修正するには、複雑な調整技術が必要になることから、歩留まりも低下するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、光軸ズレが４０〜５０マイクロメータ発生しても、それによる波面収差の劣化は極めて少なく、組立時の光軸調整を必要としない互換系対物レンズユニット、その設計方法及び互換系光ピックアップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、ホログラム素子と、ＮＡが略０．８５である対物レンズと、前記対物レンズと前記ホログラム素子とを第１の公差内で固定する中空状の筐体と、を備え、前記対物レンズは、カバー厚が０．１ミリメータである第１の光ディスクに対して略４０５ナノメータの第１レーザ光を集光させ、前記ホログラム素子は、前記第１の公差とほぼ等しい偏心か、あるいは、少し大きな偏心位置において、カバー厚みが略０．６ミリメータ以上である第２の光ディスクに対して略４０５ナノメータ以上の波長を有する第２レーザ光の３次のコマ収差を零とする位相伝達関数のパターンを有し、前記対物レンズは、前記第２レーザ光の３次のコマ収差が零となる作動距離を有することを特徴とする互換系対物レンズユニットが提供される。
【０００９】
また、本発明の他の一態様によれば、第１レーザ光を第１の光ディスクに集光させるＮＡが略０．８５の対物レンズと、第２レーザ光を用いて、カバー厚みが０．６ｍｍ以上である光ディスクに対して第１の作動距離を決定するステップと、前記第１の作動距離でホログラム素子の位相伝達関数を決定するステップと、前記ホログラム素子偏心時において第１の３次のコマ収差を算出するステップと、前記第１の作動距離とは異なる第２の作動距離において前記ホログラム素子の位相伝達関数を決定するステップと、第２の３次のコマ収差を算出するステップと、前記第１のコマ収差と前記第２のコマ収差とを外挿することにより、３次のコマ収差が零になる第３の作動距離を決定するステップと、前記第３の作動距離を用いて前記ホログラム素子の位相伝達関数を算出し、ホログラムパターンを決定するステップと、を備えたことを特徴とする互換系対物レンズユニットの設計方法が提供される。
【００１０】
また、本発明のさらに他の一態様によれば、略４０５ナノメータの中心波長を有する第１レーザ光の光源と、略４０５ナノメータ以上の中心波長を有する第２レーザ光の光源と、互換系対物レンズユニットと、を備え、前記互換系対物レンズユニットは、ホログラム素子と、ＮＡが略０．８５である対物レンズと、前記対物レンズと前記ホログラム素子とを第１の公差内で固定する中空状の筐体と、を有し、前記対物レンズは、カバー厚が０．１ミリメータである第１の光ディスクに対して前記第１レーザ光を集光させ、前記ホログラム素子は、前記第１の公差とほぼ等しい偏心か、あるいは、少し大きな偏心の位置において、カバー厚みが略０．６ミリメータ以上である第２の光ディスクに対して前記第２レーザ光の３次のコマ収差を零とする位相伝達関数のパターンを有し、前記対物レンズは、前記第２レーザ光の３次のコマ収差が零となる作動距離を有することを特徴とする光ピックアップが提供される。
上記一態様によれば、ＮＡが約０．８５の対物レンズを用いて前記第２の光ディスクを記録及び再生させる場合、上記第２レーザ光が上記ホログラム素子を通過して生じた３次のコマ収差と前記第２の光ディスクで生じる３次のコマ収差とがキャンセルし合い、互換系対物レンズユニットで発生する波面収差を小さく抑えることが可能な互換系対物レンズユニット５とその設計方法とそれらを有する光ピックアップとが得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＢＤなどの互換系対物レンズユニットに略４０５ナノメータ以外の波長のレーザ光を用いても光軸ズレによる波面収差の劣化が生じにくく、組立時の光軸の調整を必要としない互換系対物レンズユニット、その設計方法及び互換系光ピックアップが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明においては、第１レーザ光をＮＡが約０．８５の対物レンズを用いて、カバー層厚がほぼ０．１ｍｍである第１の光ディスクに集光させる。さらにＣＤまたはＤＶＤなどを含む第２の光ディスクとの互換性を維持するために、第２レーザ光に対してカバー層厚が０．６ｍｍ以上であっても球面収差や色収差を補正するホログラム素子を対物レンズと対向させて中空状の筐体に固定する。この場合、ホログラム素子や筐体が一般機械加工公差や一般組立公差により発生する光軸ズレ、すなわち偏心をしていても波面収差を最小とする作動距離が存在する。この作動距離は３次コマ収差がゼロである位置の近傍であるので、ホログラム素子の位相伝達関数をそのように設計することができる。
【００１３】
本発明の設計方法においては、２点の作動距離においてそれぞれホログラム素子の位相伝達関数を設計した後、偏心時の３次コマ収差をそれぞれに算出する。これら作動距離と３次のコマ収差の関係をグラフに表した時、この２点を直線で結び３次コマ収差がゼロとなる点を外挿で決定する。この点が求める作動距離であり、この点で算出した位相伝達関数によりホログラム素子のパターンが決定する。
【００１４】
この結果、対物レンズとホログラム素子の光軸ズレにより発生する３次のコマ収差を極めて小さくすることができ、互換系対物レンズユニットを形成することが可能となり、次世代ＤＶＤ，ＤＶＤ，ＣＤなどを含む互換系光ピックアップおよび光駆動装置が可能となる。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。  
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態に係る互換系対物レンズユニット５を表す模式図であり、図１（ａ）は模式断面図であり、図１（ｂ）はホログラム素子２５のパターンを表す模式図である。
【００１６】
図１（ａ）に表すように、本互換系対物レンズユニット５は、ホログラム素子２５と対物レンズ３０とを備える。ホログラム素子２５は、光ディスク側に回折格子状のパターン領域２７が形成されたガラス基板からなる。そして、このホログラム素子２５に対向するようにＮＡが０．８５の対物レンズ３０が設けられており、これらは中空状の筐体３５内に収容されている。このように、ホログラム素子２５のパターン領域２７面と対物レンズ３０の凸側とを対向させると、ダストが付着するのを防止できる。また、ホログラム素子２５は水晶や液晶などの異方性結晶で構成してもよく、この場合は偏光ホログラムとなる。
【００１７】
このホログラム素子２５は、例えば、ＢＤ規格で設計されたＮＡが０．８５の対物レンズ３０をＨＤ  ＤＶＤ規格、ＤＶＤ規格あるいはＣＤ規格に対応させた場合に発生する球面収差や色収差を補正する補正する役割を果たし、対物レンズ３０との距離や、光ディスクと対物レンズの作動距離によりパターンが異なる。したがって、パターンが適当ではないと光学特性や組立公差などにも違いが生じ、光軸ズレに弱くなるため、光軸１０の調整が必要になる場合がある。
【００１８】
図１（ｂ）に表すように、このホログラム素子２５のパターン領域２７には、同心円弧の不等ピッチ曲線群が形成され、パターン領域２７に光が入射すると１次光などの回折光が生じる機能を有する。このようなパターンは、例えば、残留する部分にパターンマスクを設けウエットエッチングやＣＶＤ等によるドライエッチングを用いて形成してもよく、切削加工により形成してもよい。ここで、ホログラム素子２５と対物レンズ３０との間隔は、例えば、０．５〜１．０ミリメータが好適である。また、対物レンズ３０には、例えば、焦点距離が１．９８ｍｍ、開口径がφ３．３７ｍｍのガラス製のシングルモールドレンズを用いることができる。
【００１９】
本実施形態によれば、ＮＡが約０．８５の対物レンズ３０を用いてＤＶＤやＣＤなどを記録再生する時、ＤＶＤやＣＤ用レーザ光がホログラム素子２５を通過して生じた３次のコマ収差とディスクで生じる３次のコマ収差とがキャンセルし合うので、互換系対物レンズユニットで発生する波面収差を小さく抑える事ができ、光軸１０の調整を必要としない互換系対物レンズユニット５が得られる。
【００２０】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本実施形態の互換系対物レンズユニット５に光を透過させたときの光路を表す模式図であり、図２（ａ）はＢＤ光学系の光路であり、図２（ｂ）はＨＤ  ＤＶＤまたはＤＶＤまたはＣＤ光学系の光路である。ここで、対物レンズ３０はＮＡが０．８５であり、ＢＤ及びＨＤ  ＤＶＤの中心波長は、例えば、約４０５ナノメータであり、ＤＶＤが６５０ナノメータであり、ＣＤが７８０ナノメータである。また、ホログラム素子２５のパターン領域２７は、中央部領域２７ａとその回りに設けられた中央部領域２７ａとは異なるパターンを有する外周部領域２７ｂとを有し、中央部領域２７ａの平面寸法は、開口制限素子３３の開口よりも小さくなるように設けられている。
【００２１】
図２（ａ）に表すように、ＢＤでは約４０５ナノメータの波長を有する平行光束を開口制限素子３３を介してホログラム素子２５に入射した場合、ホログラム素子２５で０次光として回折されずにそのまま平行光束として透過し、対物レンズ３０を介して約０．１ミリメータのカバー層厚を有する光ディスク上に絞られる。ここで、ホログラム素子２５に形成されたホログラムの深さをＢＤで使用する波長の整数倍にしておく事でパターン領域２７においてＢＤの波長の光では回折されず、そのまま透過するように設計されている。  
【００２２】
一方、図２（ｂ）に表すように、ＤＶＤやＣＤで使用する波長の平行光束が開口制限素子３３を介してホログラム素子２５に入射すると、ホログラム素子２５に形成されたパターン領域のうちの中央部領域２７ａで回折され発散光となり、対物レンズ３０を介して約０．６ミリメータ厚、または約１．２ミリメータ厚のカバー層を有する光ディスク上に集光される。ここで、光軸付近の光はホログラムパターン２７の中央部領域２７ａで回折され発散光になり対物レンズに入射する。一方、外周部領域２５ｂに入射した光は対物レンズ３０とは異なる方向に散乱され、対物レンズ３０には入射しない。
【００２３】
また、ＢＤとＨＤ  ＤＶＤの互換系対物レンズユニット５では、ホログラム素子２５は偏光ホログラムを使用し、ＢＤではＰ偏光、ＨＤ  ＤＶＤではＳ偏光を用いる事で、図２（a）と図２（ｂ）で示した事と同じ効果を持たせる事ができる。  
このように本実施形態によれば、複数の波長で、様々な仕様の光ディスクに対して１つの対物レンズ３０で対応でき、一般の機械的公差や組立公差により生じた偏心により発生する波面収差の劣化を最小にする互換系対物レンズユニット５が得られる。
【００２４】
ところで、本発明者は、対物レンズの作動距離を最適化することでホログラムの偏心の許容値を大きくできることを見出した。この知見に基づいて開発した互換系対物レンズユニット５について以下に説明する。
【００２５】
図３は、本実施形態に係る互換系対物レンズユニット５のホログラム偏心と、そのとき発生した波面収差との作動距離依存性を表すグラフ図である。  
ここで、横軸はホログラム偏心（マイクロメータ）であり、縦軸は波長が約６５０マイクロメータのときの波面収差（λｒｍｓ）である。作動距離（ＷＤ）は、０．６５〜０．７１ミリメータまで０．１ミリメータ毎とし、依存性を評価した。使用する波長帯は約６５０ナノメータである。
【００２６】
図３から、作動距離が０．６８ミリメータのとき、ホログラム偏心の許容値が最大になり、ホログラム偏心特性が向上することが分かる。例えば、波面収差の上限を０．０３λｒｍｓとする場合、ホログラム偏心の許容値は５０マイクロメータになる。また、作動距離を的確に選択しないと、波面収差が０．０３λｒｍｓより大きくなってしまう事が予想され、フォーカシング誤差やトラッキング誤差などを正しく検出できない。
【００２７】
ここで、対物レンズ３０の外径公差が、例えば、上限０／下限マイナス２０マイクロメータであり、ホログラム外径公差が、例えば上限下限ともに２５マイクロメータであり、中空状の筐体３５の対物レンズ３０の勘合部の公差が、例えば上限２０マイクロメータ／下限０であり、中空状筐体３５のホログラム素子２５の勘合部公差が、例えば上限下限ともに２０マイクロメータとすると、単純に各部位の上限公差の総和は６５マイクロメータであり、ｒｍｓ（標準偏差）換算すると３５マイクロメータになる。したがって、作動距離を０．６８ミリメータにすると、１５マイクロメータ程度も遊び（マージン）が取れるので、光軸調整をすることなく機械的精度で取り付けることができる。
【００２８】
一方、収差やスポット形状を測定しながら光軸１０を調整する方法もあるが、光学系の一般的な組立公差は５〜１０マイクロメータ程度しかないため、光軸１０ズレを修正するには複雑な調整技術が必要になり、組立の手間がかかるとともに歩留まりも低下するという問題が生じる。これに対して、本実施形態によれば、機械的精度で実装しても光軸１０のズレは許容値の範囲内に抑制できることから、光軸１０の調整をすることなく組み立てることができ、歩留まりも向上できる。
【００２９】
次に、作動距離と偏心特性の関係を調べるために、ホログラム偏心を５０マイクロメータさせた時の各収差成分の光学挙動について説明する。
【００３０】
図４は、ホログラム偏心が５０マイクロメータ生じているときの作動距離に対する各収差成分の収差挙動を表すグラフ図である。  
ここで、横軸は作動距離（ミリメータ）であり、縦軸は波長が約６５０マイクロメータのときの収差（λｒｍｓ）である。各収差成分とは、非点収差（ＡＳ）と、３次のコマ収差（ＣＯＭＡ３）と、５次のコマ収差（ＣＯＭＡ５）と、これらの総合成分（Ｔｏｔａｌ）と、である。これらの各収差成分以外には球面収差などがあるが、極めて小さいために個別の収差成分として表示せずに、総合成分に含んでいる。
【００３１】
図４から、ホログラム偏心量が一般的な機械的公差より大きくても、波面収差の総合成分が小さな値を示す作動距離が存在することが分かる。これは、ホログラム素子２５と対物レンズ３０との光軸ズレにより発生した光軸１０の倒れにより対物レンズ３０とディスク７０とで発生する３次のコマ収差と、ホログラム素子２５と対物レンズ３０との光軸ズレにより発生した３次のコマ収差とが打ち消されるためであると推察される。
【００３２】
次に、互換系対物レンズユニット５のホログラムパターンの設計方法を説明する。  
図５は、本実施形態に係る互換系対物レンズユニット５の設計方法を表すフローチャートである。  
また、図６は、作動距離と３次のコマ収差との関係を例示したグラフ図である。
【００３３】
まず、ＮＡが０．８５の対物レンズ３０を用いて、対物レンズ３０とホログラム素子２５との間の距離を予め決定する。ここで、この距離は、例えば０．５〜１ミリメータ位が好適である。
【００３４】
そして、ＤＶＤ、または、ＣＤのレーザ光を用いて、第１の作動距離を決定する（ステップＳ１００）。ここで、この距離は、例えば０．６ミリメータとすることができる。そして、第１の作動距離を用いてホログラム素子２５の位相伝達関数を決定する（ステップＳ１１０）。この位相関数の設計には、例えば、ＺＥＭＡＸ（商標）社製「Binary Optics2」を用いることができる。続いて、ホログラム偏心を５０マイクロメータさせた状態で、第１の３次のコマ収差を算出して、図６に表すように、Ａ点を決定する（Ｓ１２０）。
【００３５】
続いて、第１の作動距離とは異なる任意の第２の作動距離を用いて、位相伝達関数を決定する（ステップＳ１３０）。そして、第２の３次のコマ収差を算出して、図６に表すようにＢ点を決定する（ステップＳ１４０）。
【００３６】
次に、Ａ点とＢ点とをつなぐ直線を外挿して、３次のコマ収差が零になる第３の作動距離、図６に表すように、例えば、Ｃ点を決定する（ステップＳ１５０）。  
そして、第３の作動距離における位相伝達関数を算出し、ホログラムパターンを決定する（ステップＳ１６０）。これにより互換系対物レンズユニット５を得ることが可能となる。  
以上、本実施形態に係る互換系対物レンズユニット５の設計方法を説明した。
【００３７】
ところで、ホログラム素子２５の対物レンズ３０側は平面なため、平行光が入射した場合、反射光がレーザ素子に戻り、モードホップを引き起こす可能性がある。これを防止するために、ホログラム素子２５面を傾けたときの波面収差について以下に説明する。
【００３８】
図７は、本実施形態に係る互換系対物レンズユニット５のホログラム素子２５面の傾角と波面収差との関係を表すグラフ図である。  
ここで、横軸はホログラム素子２５面の傾角（°）であり、縦軸が波面収差（λｒｍｓ）である。また、作動距離は、例えば、０．６８ミリメータとした。
【００３９】
図７から、ホログラム素子２５面を例えば、１°傾けた場合、波面収差は０．００７λｒｍｓ程度であり、波面収差に影響しない範囲であることが分かる。仮に、傾角を１°傾けた状態で約５０マイクロメータのホログラム偏心が発生しても、その波面収差は０．０３１λｒｍｓであり、許容範囲内に収めることができる。
【００４０】
図８は、本実施形態に係る互換系対物レンズユニット５の対物レンズ３０とホログラム素子２５間の中心距離からの偏差に対する波面収差（ＲＭＳ）と作動距離（ＷＤ）との関係を表すグラフ図である。
【００４１】
ここで、横軸は対物レンズ３０とホログラム素子２５間の距離（マイクロメータ）の偏差に対して、左縦軸は波長が約４０５マイクロメータのときの波面収差（λｒｍｓ）であり、右縦軸が作動距離（ミリメータ）である。対物レンズ３０とホログラム素子２５との中心距離は、例えば０．７８ミリメータである。
【００４２】
このように、対物レンズ３０とホログラム素子２５間の距離（光軸方向）が、中心値よりも例えばプラスマイナス０．１ｍｍ程度移動した場合においても、波面収差は許容範囲内に収まることが確認できる。  
以上、本実施形態に係る互換系対物レンズユニット５について説明した。
【００４３】
次に、本実施形態の互換系対物レンズユニット５を用いた光ピックアップ３７について説明する。  
図９は、本実施形態の互換系対物レンズユニット５を用いたＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換系光ピックアップ３７の基本構造を例示する模式断面図である。
【００４４】
光ピックアップ３７は、ＤＶＤ用ホログラムユニット４０と、ダイクロイックプリズム４２と、ダイクロイックプリズム４４と、１／４波長板４６と、ホログラム素子２５と、対物レンズ３０と、開口制限素子３３と、ＣＤ用ホログラムユニット５０と、コリメートレンズ５２ａ、５２ｂと、ＢＤ用レーザ素子６０と、補助レンズ６１と、フロントモニタ６２と、偏光プリズム６３と、立ち上げミラー６４と、検出レンズ６６と、光検出器６８と、を備える。
【００４５】
まず、ＤＶＤの光学系の光路について説明する。  
ＤＶＤホログラムユニット４０から約６５０ナノメータの波長を有する発散光をダイクロイックプリズム４２に入射し、ダイクロイックプリズム４２を介してダイクロイックプリズム４４で反射し、１／４波長板４６を介してホログラム素子２５に入射する。ダイクロイックプリズム４２は波長選択性を有し、約６５０ナノメータの波長は透過し、約７８０ナノメータの波長は反射する役割を果たす。ダイクロイックプリズム４４は、波長が約４０５ナノメータの光のみを透過する役割を有する。また、１／４波長板４６により発散光は円偏光に変換される。開口制限素子３３を介してホログラム素子２５に入射した発散光は、図２（ｂ）に表すように、対物レンズ３０を介して、カバー層厚が０．６ミリメータの光ディスク７０の信号記録層に絞り込まれる（往路）。
【００４６】
ここで、ホログラム素子２５に光軸ズレ生じている場合、約６５０ナノメータの波長のレーザ光が通過すると、３次のコマ収差が発生するが、本実施例によれば、３次のコマ収差の発生が極めて少ない作動距離で算出した位相関数を用いてパターンを形成することで、ホログラム素子２５の光軸ズレによる波面収差の劣化を抑えることができる。
【００４７】
光ディスク７０からの反射光は、ほぼ往路を戻る光路をとる。すなわち、対物レンズ３０と、ホログラム素子２５と、開口制限素子３３と、を順に透過し、１／４波長板４６で直線偏光に変換され、ダイクロイックプリズム４４で反射して、ダイクロイックプリズム４２を介して、往路とは異なる光路に分岐されＤＶＤホログラムユニット４０に設けられた図示しないＤＶＤ用光検出器で受光する。この光検出器６８で電気信号に変換され、サーボ信号及び光ディスク７０の信号情報が検出される（復路）。
【００４８】
次に、ＢＤの光学系の光路について説明する。  
約４０５ナノメータの発散光をＢＤ用レーザ素子６０から照射し、補助レンズ６１で発散を狭めて偏光プリズム６３に入射する。偏光プリズム６３では、、縦振動を有する直線偏光（以下Ｓ偏光と略す）と横振動を有する直線偏光（以下Ｐ偏光と略す）とに分離する役割を果たす。ここで、偏光プリズム６３で透過したＰ偏光の成分の光はフロントモニタ６２で受光され、その情報がＢＤレーザ素子の制御回路にフィードバックされ、レーザ光を所定の強度にする事ができる。偏光プリズム６３で反射したＳ偏光成分の反射光は、コリメートレンズ５２ｂで略平行光束に変換され、立ち上げミラー６４で反射し、ダイクロイックプリズム４４を介して１／４波長板４６に入射する。１／４波長板４６では、平行光束が円偏光に変換された後、開口制限素子３３と、ホログラム素子２５と、を順に介して、対物レンズ３０に入射して光ディスク７０の信号記録層に絞り込まれる。ここで、ホログラム素子２５に入射した光は、図２（ａ）に表すように、ホログラム素子２５には影響されず０次で光ディスク７０に入射する。
【００４９】
光ディスク７０で反射した反射光は、対物レンズ３０と開口制限素子３３とホログラム素子２５とをこの順に通過し、１／４波長板４６によりＰ偏光に変換され、ダイクロイックプリズム４４を介して立ち上げミラー６４で反射し、コリメートレンズ５２ｂを介して偏光プリズム６３に入射する。この際、復路で偏光プリズム６３に入射した光は、Ｐ偏光なので偏光プリズム６３を透過して、検出レンズ６６を介して光検出器６８で受光される。この光検出器６８により電気信号に変換され、サーボ信号及び光ディスク７０の信号情報として検出される（復路）。
【００５０】
次に、ＣＤの光学系について説明する。  
約７８０ナノメータの発散光をＣＤ用ホログラムユニット５０から照射して、コリメートレンズ５２ａで平行光束に変換して、ダイクロイックプリズム４２で反射した後、ダイクロックプリズム４４で反射して、１／４波長板４６に入射する。１／４波長板４６で円偏光に変換された光は開口制限素子３３を介してホログラム素子２５に入射し、ホログラム素子２５で０次光を利用し、対物レンズ３０に入射して、光ディスク７０に絞り込まれる（往路）。
【００５１】
光ディスク７０からの反射光は、ほぼＤＶＤの光学系と同様の復路を取り、対物レンズ３０と、ホログラム素子２５と、開口制限素子３３と、１／４波長板４６と、を介してダイクロイックプリズム４４で反射した後、ダイクロイックプリズム４２で反射してコリメートレンズ５２ａを介して、ＣＤ用ホログラムユニット５０の図示しない受光素子に受光される（復路）。
【００５２】
ここで、本実施形態の互換系対物レンズユニット５は、例えば、図示しない移動電磁型のアクチュエータに設けられ、光スポットを動かして目標とするトラックを位置付けする。この際、フォーカシング誤差の検出には例えば、非点収差法を用いることができ、トラッキング誤差の検出には、例えば、ヘテロダイン法やプッシュプル法等のサーボ方式を用いることができる。また、本実施例では、ＣＤ及びＤＶＤと互換性を有するＢＤの光ピックアップを例示したが、これには限定せず、ＨＤ  ＤＶＤと互換を有するＢＤの光ピックアップとすることもできる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＮＡが約０．８５の対物レンズ３０を用いてＤＶＤやＣＤなどを記録再生する時、ＤＶＤやＣＤ用レーザ光がホログラム素子２５を通過して生じた３次のコマ収差とディスクで生じる３次のコマＡ収差とがキャンセルし合うので、互換系対物レンズユニットで発生する波面収差を小さく抑える事ができ、光軸調整を必要としない互換系対物レンズユニット５が得られる。
【００５４】
以上、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。  
しかし、本発明は、これら具体例に限定されるものではない。すなわち、本実施形態のホログラムのパターン形状、位相伝達関数、作動距離、材質、互換系対物レンズユニットを搭載した光ピックアップ及びを光ディスク再生記録装置等の構成に関して、当業者が各種の設計変更を加えたものであっても、本発明の特徴を有する限り、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態に係る互換系対物レンズユニットを表す模式図であり、図１（ａ）は模式断面図であり、図１（ｂ）はホログラム素子２５のパターンを表す模式図である。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本実施形態の互換系対物レンズユニットに光を透過させたときの光路を表す模式図であり、図２（ａ）はＢＤ光学系の光路であり、図２（ｂ）はＨＤ  ＤＶＤまたはＤＶＤまたはＣＤ光学系の光路である。
【図３】本実施形態に係る互換系対物レンズユニット５のホログラム偏心と、そのとき発生した波面収差との作動距離依存性を表すグラフ図である。
【図４】ホログラム偏心が５０マイクロメータ生じているときの作動距離に対する各収差成分の収差挙動を表すグラフ図である。
【図５】本実施形態に係る互換系対物レンズユニットの設計方法を表すフローチャートである。
【図６】本実施形態に係る互換系対物レンズユニットの設計方法を表す模式図である。
【図７】本実施形態に係る互換系対物レンズユニットのホログラム面の傾角と波面収差の関係を表すグラフ図である。
【図８】本実施形態に係る互換系対物レンズユニットの対物レンズ３０とホログラム素子２５間の中心距離からの偏心に対する波面収差と作動距離との関係を表すグラフ図である。
【図９】本実施形態の互換系対物レンズユニットを用いたＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換系光ピックアップの基本構造を例示する模式断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
５ 互換系対物レンズユニット
１０  光軸
２５ ホログラム素子
２７ パターン領域
３０ 対物レンズ
３３ 開口制限素子
３５ 筐体
３７ 光ピックアップ
４０ ＤＶＤ用ホログラムユニット
４２ ダイクロイックプリズム
４４ ダイクロイックプリズム
４６ １／４波長板
５０ ＣＤ用ホログラムユニット
５２ａ、５２ｂ コリメートレンズ
６０ ＢＤ用レーザ素子
６１ 補助レンズ
６２ フロントモニタ
６３ 偏光プリズム
６４ 立ち上げミラー
６６ 検出レンズ
６８ 光検出器
７０ 光ディスク
【図１】
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【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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