(57)【要約】  １周期パターンの断面形状が４段階段状であるホログラムが形成されており、この４段階段の第１段ないし第４段の幅のうち、少なくともいずれか一つを、残りと異なる幅に形成したことを特徴とするホログラム素子及びこれを具備する互換型光ピックアップ及び光情報記録媒体システムが開示されている。
2010528399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１周期パターンの断面形状が４段階段状であるホログラムが形成されており、
前記４段階段の第１段ないし第４段の幅のうち、少なくともいずれか一つを、残りと異なる幅に形成したことを特徴とするホログラム素子。
【請求項２】
前記第１段及び第４段の幅は、互いに同一であり、前記第２段及び第３段の幅は、互いに同一でありつつ、前記第１段及び第４段の幅とは異なるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のホログラム素子。
【請求項３】
前記第１段と第２段との段差によって決まる位相変化は、前記第２段と第３段との段差によって決まる位相変化と同じであり、前記第３段と第４段との段差によって決まる位相変化と同じになるように、前記ホログラムが形成されたことを特徴とする請求項２に記載のホログラム素子。
【請求項４】
前記ホログラムは、その１周期パターンの全幅をＴとするとき、前記第１段及び第４段の幅は、互いに同じであり、０．１６Ｔ以上０．２５Ｔ未満であり、前記第２段及び第３段の幅は、互いに同じであり、０．５Ｔ−第１段の幅と同じになるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のホログラム素子。
【請求項５】
前記第１段と第２段との段差によって決まる位相変化は、前記第２段と第３段との段差によって決まる位相変化と同じであり、前記第３段と第４段との段差によって決まる位相変化と同じになるように、前記ホログラムが形成されたことを特徴とする請求項４に記載のホログラム素子。
【請求項６】
前記第１段と第２段との段差によって決まる位相変化は、前記第２段と第３段との段差によって決まる位相変化と同じであり、前記第３段と第４段との段差によって決まる位相変化と同じになるように、前記ホログラムが形成されたことを特徴とする請求項１に記載のホログラム素子。
【請求項７】
前記ホログラムが形成された第１領域を具備し、
前記第１領域外側に前記ホログラムと、階段形成方向が対称になる方向に、階段型ホログラムとが形成された第２領域をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のホログラム素子。
【請求項８】
第１規格の第１光情報記録媒体と、これとは異なる厚さを有する第２規格の第２光情報記録媒体とを互換採用する互換型光ピックアップにおいて、
所定波長の光を出射する光源と、
入射された光を光情報記録媒体に集光させる対物レンズと、
前記光源側から入射される光を０次及び１次に回折させるように形成されたホログラム素子とを含み、
前記ホログラム素子は、
１周期パターンの断面形状が４段階段状であるホログラムが形成されており、
前記４段階段の第１段ないし第４段の幅のうち、少なくともいずれか一つを、残りと異なる幅に形成したことを特徴とする互換型光ピックアップ。
【請求項９】
前記第１段及び第４段の幅は、互いに同一であり、前記第２段及び第３段の幅は、互いに同一でありつつ、前記第１段及び第４段の幅とは異なるように形成されたことを特徴とする請求項８に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１０】
前記ホログラムは、その１周期パターンの全幅をＴとするとき、前記第１段及び第４段の幅は、互いに同じであり、０．１６Ｔ以上０．２５Ｔ未満であり、前記第２段及び第３段の幅は、互いに同じであり、０．５Ｔ−第１段の幅と同じになるように形成されたことを特徴とする請求項８に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１１】
前記第１段と第２段との段差によって決まる位相変化は、前記第２段と第３段との段差によって決まる位相変化と同じであり、前記第３段と第４段との段差によって決まる位相変化と同じになるように、前記ホログラムが形成されたことを特徴とする請求項１０に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１２】
前記第１段と第２段との段差によって決まる位相変化は、前記第２段と第３段との段差によって決まる位相変化と同じであり、前記第３段と第４段との段差によって決まる位相変化と同じになるように、前記ホログラムが形成されたことを特徴とする請求項８に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１３】
前記ホログラムが形成された第１領域を具備し、
前記第１領域は，１次回折光を発散させるように形成されたことを特徴とする請求項８に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１４】
前記ホログラム素子は、前記第１領域外側に、入射光を０次回折光と収斂する１次回折光とに回折させるホログラムが形成された第２領域をさらに具備することを特徴とする請求項１３に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１５】
前記第２領域には、前記第１領域に形成されたホログラムと、階段形成方向が対称になる方向に、階段型ホログラムとが形成されたことを特徴とする請求項１４に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１６】
前記第２領域は、０次回折光と１次回折光との回折効率が類似しているか、または０次回折光の回折効率が１次回折光の回折効率より大きくなるように形成されたことを特徴とする請求項１４に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１７】
前記第１領域は、０次回折光と１次回折光との回折効率が類似しているように形成されたことを特徴とする請求項８に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１８】
前記第１光情報記録媒体の厚さは、０．１ｍｍであり、前記第２光情報記録媒体の厚さは、０．６ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項１９】
前記第１光情報記録媒体は、ＢＤ規格を満足し、前記第２光情報記録媒体は、ＨＤ  ＤＶＤ規格を満足することを特徴とする請求項８に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２０】
前記光源は、４００ないし４２０ｎｍ範囲内の青色光を出射することを特徴とする請求項１９に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２１】
前記対物レンズは、前記第１規格の第１光情報記録媒体に適した第１開口数を有し、
前記ホログラム素子の第１領域は、その外郭径が前記対物レンズと結合されたとき、前記第２規格の第２光情報記録媒体に適した第２開口数を有するように形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２２】
前記第１開口数は０．８５、前記第２開口数は０．６５であることを特徴とする請求項２１に記載の互換型光ピックアップ。
【請求項２３】
第１規格の第１光情報記録媒体と、これとは異なる厚さを有する第２規格の第２光情報記録媒体とを互換して適用する互換型光ピックアップと、前記光ピックアップを制御するための制御部とを含む光情報記録媒体システムにおいて、
前記互換型光ピックアップは、
所定波長の光を出射する光源と、
入射された光を光情報記録媒体に集光させる対物レンズと、
前記光源側から入射される光を０次及び１次に回折させるように形成されたホログラム素子とを含み、
前記ホログラム素子は、
１周期パターンの断面形状が４段階段状であるホログラムが形成されており、
前記４段階段の第１段ないし第４段の幅のうち、少なくともいずれか一つを、残りと異なる幅に形成したことを特徴とする光情報記録媒体システム。
【請求項２４】
前記第１段及び第４段の幅は、互いに同一であり、前記第２段及び第３段の幅は、互いに同一でありつつ、前記第１段及び第４段の幅とは異なるように形成されたことを特徴とする請求項２３に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項２５】
前記ホログラムは、その１周期パターンの全幅をＴとするとき、前記第１段及び第４段の幅は、互いに同じであり、０．１６Ｔ以上０．２５Ｔ未満であり、前記第２段及び第３段の幅は、互いに同じであり、０．５Ｔ−第１段の幅と同じになるように形成されたことを特徴とする請求項２３に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項２６】
前記第１段と第２段との段差によって決まる位相変化は、前記第２段と第３段との段差によって決まる位相変化と同じであり、前記第３段と第４段との段差によって決まる位相変化と同じになるように、前記ホログラムが形成されたことを特徴とする請求項２５に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項２７】
前記第１段と第２段との段差によって決まる位相変化は、前記第２段と第３段との段差によって決まる位相変化と同じであり、前記第３段と第４段との段差によって決まる位相変化と同じになるように、前記ホログラムが形成されたことを特徴とする請求項２３に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項２８】
前記ホログラムが形成された第１領域を具備し、
前記第１領域は，１次回折光を発散させるように形成されたことを特徴とする請求項２３に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項２９】
前記ホログラム素子は、前記第１領域外側に、入射光を０次回折光と収斂する１次回折光とに回折させるホログラムが形成された第２領域をさらに具備することを特徴とする請求項２８に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項３０】
前記第２領域には、前記第１領域に形成されたホログラムと、階段形成方向が対称になる方向に、階段型ホログラムとが形成されたことを特徴とする請求項２９に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項３１】
前記第２領域は、０次回折光と１次回折光との回折効率が類似しているか、または０次回折光の回折効率が１次回折光の回折効率より大きくなるように形成されたことを特徴とする請求項２９に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項３２】
前記第１領域は、０次回折光と１次回折光との回折効率が類似しているように形成されたことを特徴とする請求項２３に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項３３】
前記第１光情報記録媒体の厚さは、０．１ｍｍであり、前記第２光情報記録媒体の厚さは、０．６ｍｍであることを特徴とする請求項２３に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項３４】
前記第１光情報記録媒体は、ＢＤ規格を満足し、前記第２光情報記録媒体は、ＨＤ  ＤＶＤ規格を満足することを特徴とする請求項２３に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項３５】
前記光源は、４００ないし４２０ｎｍ範囲内の青色光を出射することを特徴とする請求項３４に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項３６】
前記対物レンズは、前記第１規格の第１光情報記録媒体に適した第１開口数を有し、
前記ホログラム素子の第１領域は、その外郭直径が前記対物レンズと結合されたとき、前記第２規格の第２光情報記録媒体に適した第２開口数を有するように形成されたことを特徴とする請求項２８に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項３７】
前記第１開口数は０．８５、前記第２開口数は０．６５であることを特徴とする請求項３６に記載の光情報記録媒体システム。
【請求項３８】
第１及光情報記録媒体び／または第２光情報記録媒体に情報を記録及び／または再生するように、所定波長のビームを出射する光源、前記第１光情報記録媒体及び／または第２光情報記録媒体にビームをフォーカシングする対物レンズ、前記ビームを０次回折ビーム及び１次回折ビームに回折させるホログラム素子を含む光ピックアップと、
前記光ピックアップを駆動するドライバと、
情報を記録及び／または再生するように、前記ドライバを制御する制御器とを含み、
前記ホログラム素子は、４段階段状のパターンを有するホログラムを含み、前記第４段階段状の第１段ないし第４段のうち、少なくとも一つは、少なくとも１つの残りの段の幅と異なる幅を有する、第１規格による第１光情報記録媒体及び第２規格による第２光情報記録媒体を記録及び／または再生する記録及び／または再生装置。
【請求項３９】
前記第１段の幅は、前記第４段の幅と同じであり、
前記第２段の幅は、前記第３段の幅と同じになるようになる請求項３８に記載の記録及び／または再生装置。
【請求項４０】
前記ホログラムは、前記第１段及び第２段間の段差によって決まる位相変化が、前記第３段と第４段との段差によって決まる位相変化と同じになるように形成されたことを特徴とする請求項３８に記載の記録及び／または再生装置。
【請求項４１】
前記ホログラムは、そのホログラムを通過する−２次回折ビーム回折効率が、約１．６％になるように形成されたことを特徴とする請求項３８に記載の記録及び／または再生装置。
【請求項４２】
前記ホログラム素子は、
前記ホログラムが形成された第１領域と、
前記第１領域外側に、前記第１領域に形成されたホログラムの階段形成方向と対称になるように、階段型ホログラムが形成された第２領域とを含むことを特徴とする請求項３８に記載の記録及び／または再生装置。
【請求項４３】
前記第１規格はＢＤ規格であり、前記第２規格はＨＤ  ＤＶＤ規格であることを特徴とする請求項３８に記載の記録及び／または再生装置。
【請求項４４】
前記ホログラムは、０次回折ビーム回折効率が、１次回折ビーム回折効率より大きいか、または同じになるように形成されたことを特徴とする請求項３８に記載の記録及び／または再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム素子、これを具備する互換型光ピックアップ及びこれを採用した光情報記録媒体システムに係り、さらに詳細には、同一光源から出射された光で、厚さが互いに異なる複数種類の光情報記録媒体を記録及び／または再生するのに適用できるホログラム素子、これを具備する互換型光ピックアップ及びこれを採用した光情報記録媒体システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
対物レンズによって集束されたレーザ光の光スポットを利用して光情報記録媒体である光ディスクに任意の情報を記録したり、または記録された情報を再生する光情報記録媒体システムで、記録容量は、集光されるスポットのサイズによって決定される。集光スポットのサイズは、使用するレーザ光の波長λと、対物レンズの開口数（ＮＡ：numerical  aperture）とによって、式（１）のように決定される。
【０００３】
集光スポット径∝λ／ＮＡ      （１）
従って、光ディスクの高密度化のために、光ディスクに結ばれる光スポットのサイズを小さくするためには、青色レーザのような短波長光源と、高い開口数の対物レンズとの採用が必須である。
【０００４】
現在波長、４０５ｎｍ近辺の光源及びＮＡ  ０．８５である対物レンズを使用し、厚さ（光入射面から情報保存面までの間隔であり、ここでは、保護層の厚さに該当する）が０．１ｍｍである光ディスクを使用する単面容量約２５ＧＢのブルーレイディスク（ＢＤ：blu-ray  disc）規格が提案されている。また、使用波長は、ＢＤ規格と同一でありつつ、ＮＡ  ０．６５の対物レンズ、並びに厚さ（光入射面から情報保存面までの間隔であって、ここでは、基板の厚さに該当する）が０．６ｍｍである光ディスクを使用する容量約１５ＧＢのＨＤ  ＤＶＤ（high  definition  ＤＶＤ）規格が提案されている。
【０００５】
このように、単面容量約２５ＧＢのＢＤ方式と単面容量約１５ＧＢのＨＤ  ＤＶＤ方式とが共存するので、１つのシステムで、この２つの光情報記録媒体の規格を互換する装置が必要である。
【０００６】
２つの光情報記録媒体の規格を互換するためには、各光情報記録媒体の規格に適した対物レンズを使用する方式がある。しかし、この場合、２枚の対物レンズと、それによる光部品とを使用せねばならないので、光部品数が増加して生産コストが増大し、対物レンズ間の光軸調整が困難になる短所がある。
【０００７】
かような問題を解決するために、１枚の対物レンズを使用し、ホログラム素子を利用して球面収差を減らす方法が考慮されうる。
【０００８】
特許文献１には、ホログラムレンズを使用し、ＤＶＤ光源でもってＣＤ系の光ディスクを互換する方法が開示されている。この方法は、光を分離するにおいて、０次回折光を直進透過ビームとして、１つの焦点を作り、＋１次回折光を発散透過ビームとして、焦点距離の異なった他の焦点を作るようにしている。
【０００９】
前記特許文献１で、ホログラムレンズは、平行光形態で入射される光ビームを０次回折光及び＋１次回折光に回折させる。０次回折光は、無発散（無収斂）ビーム形態で対物レンズに入射され、この入射ビームは、相対的に厚さが薄い光ディスクに／から情報を記録／再生する。また、＋１次回折光は、発散するようになり、厚さが相対的に厚い光ディスクに／から情報を記録／再生する。このとき、ＤＶＤ記録／再生のための０次回折光によって形成される光スポットと、ＣＤ記録／再生のための＋１次回折光によって形成される光スポットは、同一光軸上に形成される。
【００１０】
前記の通りに、従来には、ＤＶＤ光源で、ＤＶＤだけではなく、ＣＤも記録／再生するように、直進透過のために０次回折光を、発散透過のために＋１次回折光を使用した。
【００１１】
ところで、ホログラム素子が入射される光を０次及び＋１次に回折させるようになっていても、他の次数の回折光の光量が完全にゼロになるのではなく、実質的にホログラム素子は、入射光を他の次数でも小さな光量を回折させる。
【００１２】
従って、光ディスクで反射された後、ホログラムレンズに入射する０次回折光は、ホログラムレンズによって、さらに０次、＋１次、−１次、…などに回折され、これらのうち、０次回折光がＤＶＤ再生信号の検出に利用される。すなわち、ＤＶＤ再生には、０次／０次回折光が信号光として利用される。
【００１３】
同様に、光ディスクで反射された後、ホログラムレンズに入射する１次回折光は、ホログラムレンズによって、さらに０次、＋１次、−１次、…に回折され、これらのうち、＋１次回折光がＣＤ再生信号検出に利用される。すなわち、ＣＤ再生には、＋１次／＋１次回折光が信号光として利用される。
【００１４】
このように、ＤＶＤ再生のための信号光は、入射光としての０次回折光と、光ディスクで反射された後、ホログラムレンズに入射して発生する０次回折光とを利用する。ＣＤ再生のための信号光は、入射光としての＋１次回折光と、光ディスク反射後、ホログラムレンズに入射して発生する＋１次回折光とを利用する。
【００１５】
これを、ＢＤとＨＤ  ＤＶＤとを互換して再生するのに適用すれば、ＢＤ再生には、０次／０次回折光が信号光として利用され、ＨＤ  ＤＶＤ再生には、１次／１次回折光が信号光として利用されうる。
【００１６】
ところで、ホログラム素子によって、入射光ｎ次回折光／帰還光ｎ次回折光を信号光として利用する場合、入射光（ｎ−１）次回折光／帰還光（ｎ＋１）差回折光、及び入射光（ｎ＋１）次回折光／帰還光（ｎ−１）次回折光も光検出器に入射され、信号光に影響を与えるノイズとして作用する。ここで、入射光は、ホログラム素子によって回折されて光ディスクに照射される光を意味し、帰還光は、光ディスクで反射された後、ホログラム素子にさらに入射されて回折された後、光検出器側に進む光を意味する。
【００１７】
図１Ａ及び図１Ｂは、ホログラム素子（ＨＯＥ）で回折された光の回折次数別の光路を示したものであり、図１Ａは、ＢＤ  １ａ適用時の回折光の光路を示し、図１Ｂは、ＨＤ  ＤＶＤ  １ｂ適用時の回折光の光路を示している。図１Ａ及び図１ＢでＯＬは、対物レンズである。
【００１８】
図１Ａでのように、光源側でコリメーティングされた平行光がホログラム素子に入射され、ＢＤを採用した場合を考慮する。ホログラム素子から入射される０次回折光は、ＢＤからされた反射後、さらに０次回折光の光路を利用し、ホログラム素子に入射されるので、ホログラム素子の０次回折光は、ホログラム素子以後に、平行光として進む。また、ホログラム素子から１次光として入射された光は、ＢＤ反射後に、−１次光路を利用してホログラム素子に再入射されるので、ホログラム素子に−１次回折光が入射することになり、この光は、ホログラム素子以後、平行光として進む。同一現象として、ホログラム素子から−１次光として入射された光は、光ディスク反射後、１次光路を利用してホログラム素子に再入射されるので、この光は、ホログラム素子以後、平行光として進む。
【００１９】
従って、ＢＤ採用時、０次／０次回折光、−１次／１次回折光及び１次／−１次回折光は、ホログラム素子以後、同じ光路を利用して進むので、ＢＤを再生するために、０次／０次回折光を信号光として利用する場合、−１次／１次回折光及び１次／−１次回折光は、ノイズ（noise）として作用することになり、ＢＤに保存されたデータの再生時に干渉することになる。
【００２０】
同様に、図１Ｂに示されたように、ＨＤ  ＤＶＤのために、１次／１次回折光を信号光として利用する場合、０次／２次回折光及び２次／０次回折光がノイズとして作用することになる。
【００２１】
これは、ＢＤに対する−１次／１次回折光及び１次／−１次回折光と、ＨＤ  ＤＶＤに対する０次／２次回折光及び２次／０次回折光とによって、光検出器に形成されるスポットサイズは、信号光が形成するスポットサイズと類似したレベルで、再生信号を劣化させる主要要因になるためである。
【００２２】
従って、ＢＤ及びＨＤ  ＤＶＤ再生信号の品質を向上させるためには、ノイズを発生させる回折光の効率を低下させ、ノイズを減少させねばならない。
【００２３】
一方、書き換え可能な（rewritable）デュアルレイヤ構造のＢＤ（すなわち、ＢＤ  ＤＬ  ＲＥ、以下、ＢＤ  ＤＬと表現）の再生時には、ＢＤ表面で反射された＋１／−２次回折光及び−２／＋１次回折光、または−２／０次回折光及び０／−２次回折光によって、ノイズが流入される。すなわち、ＢＤ  ＤＬ再生時には、図１Ａを参照して説明した他の次数の回折光によるノイズに付加し、ＢＤ表面で反射された光によるノイズが流入されうる。
【００２４】
図２Ａ及び図２Ｂは、ＢＤ  ＤＬ再生時のホログラム素子で回折された光の回折次数別の光路を示したものであり、図２Ａは、ＢＤ  ＤＬのＬ１層再生時の回折光の光路を示し、図２Ｂは、ＢＤ  ＤＬのＬ０層再生時の回折光の光路を示している。図２Ａ及び図２Ｂでは、Ｌ１層は、ＢＤ表面から７５μｍの位置にあり、Ｌ０層は、Ｌ１層から２５μｍの位置にある場合を示している。
【００２５】
図２Ａを参照するに、ＢＤ  ＤＬ再生時、光ディスク内で０次回折光による光スポットと、＋１次回折光によって生成される光スポットとの生成距離が約１５０μｍ離れている場合、Ｌ１層の再生時に表面で反射される＋１／−２次回折光、及び−２／＋１次回折光によってノイズが流入される。
【００２６】
さらに詳細に説明すれば、ホログラム素子から入射される＋１次回折光は、ＢＤ  ＤＬの表面で反射され、−２次回折光の光路を利用してホログラム素子に再入射されるので、ホログラム素子に−２次回折光が入射することになり、この光は、ホログラム素子以後、平行光として進む。ホログラム素子から入射される−２次回折光は、ＢＤ  ＤＬの表面で反射され、＋１次回折光の光路を利用してホログラム素子に再入射されるので、ホログラム素子に＋１次回折光が入射することになり、この光は、ホログラム素子以後、平行光として進む。
【００２７】
従って、＋１／−２次回折光及び−２／＋１次回折光は、ホログラム素子以後、０次／０次回折光と同じ光路を利用して進むので、ＢＤ  ＤＬの表面で反射された＋１次／−２次回折光と−２次／＋１次回折光は、Ｌ１層の再生時にノイズとして流入される。
【００２８】
図２Ｂを参照するに、ＢＤ  ＤＬ再生時、光ディスク内で０次回折光による光スポットと、１次回折光によって生成される光スポットとの生成距離が約１００μｍ離れている場合には、Ｌ０層の再生時に表面で反射される０／−２次回折光と−２／０次回折光とによって、ノイズが流入され、再生信号の品質を劣化させる。
【００２９】
従って、ＢＤ及びＨＤ  ＤＶＤ再生信号の品質を向上させるためには、ノイズを発生させる回折光の効率を低下させねばならず、またＢＤ  ＤＬ再生時に、再生信号の品質を向上させるためには、表面で反射されるノイズを減少させねばならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特開平０８−０６２４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明は、前記のような点を勘案して案出されたものであり、ホログラム素子によって、ＢＤに対しては、入射光０次回折光／帰還光０次回折光を信号光として利用し、ＨＤ  ＤＶＤに対しては、入射光１次回折光／帰還光１次回折光を信号光として利用するとき、不要な回折光によって発生するノイズ流入を減少させ、情報再生信号の信号対ノイズ比を高めさせるホログラム素子、これを具備する互換型光ピックアップ及び光情報記録媒体システムを提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
前記目的を達成するための本発明によるホログラム素子は、１周期パターンの断面形状が４段階段状であるホログラムが形成されており、前記４段階段の第１段ないし第４段の幅のうち、少なくともいずれか一つを、少なくとも１つの残りと異なる幅に形成したことを特徴とする。
【００３３】
前記目的を達成するために本発明は、第１規格の第１光情報記録媒体と、これとは異なる厚さを有する第２規格の第２光情報記録媒体とを互換採用する互換型光ピックアップにおいて、所定波長の光を出射する光源と、入射された光を光情報記録媒体に集光させる対物レンズと、前記光源側から入射される光を０次及び１次に回折させるように形成されたホログラム素子とを含み、前記ホログラム素子は、１周期パターンの断面形状が４段階段状であるホログラムが形成されており、前記４段階段の第１段ないし第４段の幅のうち、少なくともいずれか一つを、残りと異なる幅に形成したことを特徴とする。
【００３４】
ここで、前記第１段及び第４段の幅は、互いに同一であり、前記第２段及び第３段の幅は、互いに同一でありつつ、前記第１段及び第４段の幅とは異なるように形成されうる。
【００３５】
前記ホログラムは、前記第１段及び第４段の幅が互いに同じであり、０．１６Ｔ以上０．２５Ｔ未満であり、第２段及び第３段の幅が互いに同じであり、０．５Ｔ−第１段の幅と同じである条件を満足するように形成され、このとき、Ｔは、その１周期パターンの全幅を示す。前記ホログラムは、前記第１段と第２段との段差によって決まる位相変化が、前記第２段及び第３段との段差によって決まる位相変化と同じであり、前記第３段と第４段との段差によって決まる位相変化と同じになるように形成されうる。
【００３６】
前記ホログラムが形成された第１領域を具備し、前記第１領域は、１次回折光を発散させるように形成されうる。
【００３７】
前記ホログラム素子は、前記第１領域外側に、入射光を０次回折光と収斂する１次回折光とに回折させるホログラムが形成された第２領域をさらに具備できる。
【００３８】
前記第２領域には、前記第１領域に形成されたホログラムと、階段形成方向が対称になる方向に、階段型ホログラムとが形成されうる。
【００３９】
前記第２領域は、０次回折光と１次回折光との回折効率が類似しているか、または０次回折光の回折効率が１次回折光の回折効率より大きくなるように形成されたことが望ましい。
【００４０】
前記第１領域は、０次回折光と１次回折光との回折効率が類似しているように形成されたことが望ましい。
【００４１】
前記第１光情報記録媒体の厚さは、０．１ｍｍであり、前記第２光情報記録媒体の厚さは、０．６ｍｍでありうる。
【００４２】
前記第１光情報記録媒体は、ＢＤ規格を満足し、前記第２光情報記録媒体は、ＨＤ  ＤＶＤ規格を満足しうる。
【００４３】
前記光源は、４００ないし４２０ｎｍ範囲内の青色光を出射できる。前記対物レンズは、前記第１規格の第１光情報記録媒体に適した第１開口数を有し、前記ホログラム素子の第１領域のサイズは、前記対物レンズと結合されたとき、前記第２規格の第２光情報記録媒体に適した第２開口数を有するように形成されたことが望ましい。
【００４４】
前記第１開口数は０．８５、前記第２開口数は０．６５であることが望ましい。前記目的を達成するために本発明は、第１規格の第１光情報記録媒体と、これとは異なる厚さを有する第２規格の第２光情報記録媒体とを互換して適用する互換型光ピックアップと、前記光ピックアップを制御するための制御部とを含む光情報記録媒体システムにおいて、前記互換型光ピックアップは、前記の特徴点のうち、少なくともいずれか一つを含む互換型光ピックアップであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によるホログラム素子によれば、ＢＤに対しては、入射光０次回折光／帰還光０次回折光を信号光として利用し、ＨＤ  ＤＶＤに対しては、入射光１次回折光／帰還光１次回折光を信号光として利用するとき、それら以外の不要な回折光によって発生するノイズ流入を減少させることができる。
【００４６】
従って、かようなホログラム素子を適用すれば、ＢＤ及びＨＤ  ＤＶＤ信号特性が向上した互換型光ピックアップ及び光情報記録媒体システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】ＢＤ適用時のホログラム素子で回折された光の回折次数別の光路を示す図である。
【図１Ｂ】ＨＤ  ＤＶＤ適用時のホログラム素子で回折された光の回折次数別の光路を示す図である。
【図２Ａ】ＢＤ  ＤＬのＬ１層再生時のホログラム素子で回折された光の回折次数別の光路を示す図である。
【図２Ｂ】ＢＤ  ＤＬのＬ０層再生時のホログラム素子で回折された光の回折次数別の光路を示す図である。
【図３】本発明によるホログラム素子を適用した互換型光ピックアップの一実施例を概略的に示す図である。
【図４】本発明の一実施例によるホログラム素子を示す図である。
【図５】図４の本発明によるホログラム素子の第１領域に形成されるホログラムパターンの一実施例の拡大断面図である。
【図６】一般的な回折素子（ホログラム素子）のホログラムパターンを示した断面図である。
【図７】特開平４−２１２７３０号公報に開示された従来のホログラム素子を、図６のホログラム素子に対応するように示した図である。
【図８】Φ２変化による
【００４８】
【数１】
2010528399.tif 000003
の変化量を示したグラフである。
【図９】Φ２＝５４°であるとき、Φ１による０次、１次、−１次、２次、−２次回折光の効率変化を示すグラフである。
【図１０】η０＝η１である条件で、デューティ変化量による−１次回折光、−２次回折光及び２次回折光の効率を示すグラフである。
【図１１】η０＝η１である条件で、デューティ変化量による
【００４９】
【数２】
2010528399.tif 000004
の比を示したグラフである。
【図１２】表１の結果を得るのに使われた本発明によるホログラム素子のホログラムパターンの例を示す図である。
【図１３】本発明による互換型光ピックアップを適用した光情報記録媒体システムの構成を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施例によるホログラム素子、これを具備する互換型光ピックアップ及び光情報記録媒体システムについて詳細に説明する。
【００５１】
図３は、本発明によるホログラム素子を適用した互換型光ピックアップの一実施例を概略的に示す図である。図３を参照するに、本発明による互換型光ピックアップ１０は、第１規格の第１光情報記録媒体１ａと、第２規格の第２光情報記録媒体１ｂとを互換するためのものであり、所定波長の光を出射する光源１１と、入射された光を光情報記録媒体１に集光させる対物レンズ３０と、光源１１と対物レンズ３０との間の光路上に配され、入射光の進路を変換する光路変換器１５と、光情報記録媒体１から反射されて対物レンズ３０及び光路変換器１５を経由して入射される光を受光する光検出器１９と、光源１１側から入射される光を、直進透過する０次回折光及び発散する１次回折光に回折させるホログラム素子２０とを含んで構成される。本発明の他の側面によれば、互換型光ピックアップ１０は、付加的及び／または他の構成要素を含むことができる。
【００５２】
同様に、前述の構成要素のうち、２つ以上の機能は、単一ユニットに組み合わさりうる。
【００５３】
第１及光情報媒体１ａ及び第２光情報記録媒体１ｂは、互いに異なる厚さを有し、同一波長の光を使用する規格を満足する。この第１光情報記録媒体１ａは、ＢＤ（blu-ray  disc）規格を満足し、第２光情報記録媒体１ｂは、ＨＤ  ＤＶＤ（high  definition  digital  versatiole）規格を満足しうる。このとき、第１光情報記録媒体１ａの厚さは、０．１ｍｍであり、第２光情報記録媒体１ｂの厚さは、０．６ｍｍでありうる。以下、第１規格の第１光情報記録媒体１ａがＢＤ、第２規格の第２光情報記録媒体１ｂがＨＤ  ＤＶＤである場合を例にして説明する。しかし、本発明の他の側面による第１光情報記録媒体及び第２情報記録媒体は、互いに異なる規格によることが可能であり、これら互いに異なる規格に対応する厚さを有することができる。
【００５４】
光源１１は、ＢＤ  １ａ、及びこれとは異なる厚さを有するＨＤ  ＤＶＤ  １ｂに共通して使われる波長の光を出射するためのものである。例えば、光源１１は、ほぼ４００ないし４２０ｎｍ範囲内、さらに望ましくは、ほぼ４０５ｎｍ、またはその近辺の青色光を出射するように設けられる。光源１１としては、青色光を出射する半導体レーザを具備できる。
【００５５】
対物レンズ３０は、入射される光を光情報記録媒体１にフォーカシングされる。対物レンズ３０は、ＢＤ  １ａに適するように設けられ、第１開口数、例えば、０．８５の開口数（ＮＡ：numerical  aperture）を有する。
【００５６】
ＢＤ  １ａ適用時、後述するホログラム素子２０の第１領域２１及び第２領域２３を直進通過する０次回折光は、対物レンズ３０によって、厚さが薄いＢＤ  １ａの情報保存層（記録層）にフォーカシングされる。ＨＤ  ＤＶＤ  １ｂ適用時、ホログラム素子２０の第１領域２１で回折された１次回折光は、対物レンズ３０によって、厚さが厚い第２光情報記録媒体１ｂの情報保存層（記録層）にフォーカシングされる。
【００５７】
一方、光源１１と対物レンズ３０との間の光路上には、光源１１から出射された発散光を平行光にコリメーティングするコリメーティングレンズ１３をさらに具備できる。図３では、コリメーティングレンズ１３が、光路変換器１５とホログラム素子２０との間に配された例を示している。また、光路変換器１５と光検出器１９との間の光路上に、光情報記録媒体１で反射された光を、適正サイズの光スポットで光検出器１９に受光させる検出レンズ１８をさらに具備できる。この検出レンズ１８としては、非点収差法によって、フォーカスエラー信号検出が可能なように、非点収差レンズを具備することもできる。ここで、光路変換器１５は、一般的なビームスプリッタからなりうる。代案として、光路変換器１５は、偏光ビームスプリッタと１／４波長板とからなりもする。
【００５８】
一方、本発明による互換型光ピックアップは、３ビーム法や差動プッシュプル（ＤＰＰ：differential  push  pull）法によって、トラックキングサーボ信号を検出するように、光源１１と光路変換器１５との間の光路上に、光源１１側から入射される光を３個の光ビーム、すなわち、メイン光ビーム、２つのサブ光ビームに分岐するグレーティング（図示せず）をさらに具備できる。この場合、光検出器１９は、メイン光ビームを受光するためのメイン受光領域、２つのサブ光ビームをそれぞれ受光するための第１サブ受光領域及び第２サブ受光領域を含む構造からなりうる。メイン光ビーム検出のための受光領域は、例えば、４分割受光領域からなりうる。サブ光ビーム検出のための受光領域は、２分割受光領域からなりうる。この場合、差動プッシュプルによって、トラックキングサーボ信号を検出することが可能であり、３ビーム法によって、トラックキングサーボ信号を検出することも可能である。本発明による互換型光ピックアップがトラックキングサーボ信号を３ビーム法によって検出する場合、第１サブ受光領域及び第２サブ受光領域は、単一受光領域によってのみなることも可能である。３ビーム法や差動プッシュプルによって、トラックキングサーボ信号を検出するように備わるグレーティング及び光検出器１９の具体的な構造については、本技術分野で公知されているので、ここでは、その図示を省略する。
【００５９】
一方、ホログラム素子２０は、光源１１から入射される光を０次及び１次に回折させ、０次回折光は、ＢＤ  １ａの記録及び／または再生時に使われ、１次回折光は、ＨＤ  ＤＶＤ  １ｂの記録及び／または再生時に使われる。ホログラム素子２０は、対物レンズ３０から所定距離を維持するように支持部材２５によって固定されうる。
【００６０】
図４は、本発明の一実施例によるホログラム素子２０を示している。図４を参照するに、ホログラム素子２０には、ＢＤ  １ａに対しては、入射光０次回折光／帰還光０次回折光を信号光として利用し、ＨＤ  ＤＶＤ  １ｂに対しては、入射光１次回折光／帰還光１次回折光を信号光として利用するとき、それら以外の回折光によって発生するノイズ流入を減少させるように、ホログラム２２が形成されている。ホログラム２２は、１周期パターン１Ｐの断面形状が、４段階段状によって形成されており、４段階段の第１段ないし第４段の幅のうち、少なくともいずれか一つは、残りと異なる幅に形成される。
【００６１】
本発明によるホログラム素子２０は、前記のような４段階段型のホログラム２２が形成された第１領域２１を具備する。このとき、第１領域２１のホログラム２２は、０次回折光は、直進透過させる同時に、１次回折光を発散させるように形成される。このとき、第１領域２１のホログラム２２は、０次回折光と１次回折光との回折効率が類似するように形成されたことが望ましい。ここで、回折効率が類似しているということは、回折効率が同じ場合を含む意味として使われる。
【００６２】
このとき、第１領域２１のホログラム２２は、１次回折光を発散させるホログラムレンズとしての役割を果たすように、同軸上の階段型ホログラムパターンから形成される。
【００６３】
対物レンズ３０がＢＤ  １ａに適した第１開口数、例えば、０．８５の開口数を有するとき、第１領域２１のサイズは、この第１領域２１が対物レンズ３０と結合されたとき、ＨＤ  ＤＶＤ  １ｂに適した第２開口数、例えば、０．６５の開口数を有するように決められる。第１領域２１に形成されるホログラムについてのさらに詳細な説明は後述する。
【００６４】
一方、ホログラム素子２０は、第１領域２１の外側に、入射光を０次回折光と収斂する１次回折光とに回折させるホログラム２４が形成された第２領域２３をさらに具備することが望ましい。
【００６５】
このとき、第２領域２３に形成されるホログラム２４は、１次回折光を収斂させるホログラムレンズとしての役割を果たすように、同軸上の階段型ホログラムパターンから形成されうる。すなわち、第２領域２３には、＋１次回折光が厚さが厚いＨＤ  ＤＶＤ  １ｂに集光されることを防止するために、第１領域２１に形成されたホログラム２２と階段形成方向が対称になる方向に、階段型ホログラム２４が形成されたことが望ましい。第２領域２３のホログラム２４で回折された０次回折光は、ＢＤ  １ａに有効光として使われる一方、１次回折光は、ＨＤ  ＤＶＤ  １ｂの情報保存面にフォーカシングされないので、ＢＤ  １ａのための有効光として使われない。
【００６６】
従って、第２領域２３のサイズは、ＢＤ  １ａに適した第１開口数、例えば、０．８５の開口数によって決められる。また、第２領域２３のホログラム２４は、０次回折光と１次回折光との回折効率が類似しているか、または０次回折光の回折効率が１次回折光の回折効率より大きくなるように形成されたことが望ましい。ここで、回折効率が類似しているということは、回折効率が同じ場合を含む意味として使われる。
【００６７】
ここで、第２領域２３に形成されるホログラム２４は、実質的に第１領域２１に形成されるホログラム２４と同一でありつつ、その階段形成方向だけ対称になるように形成されうる。
【００６８】
本発明によるホログラム素子２０は、支持部材２５によって、対物レンズ３０と一定間隔を維持するように固定される。
【００６９】
図３及び図４では、本発明によるホログラム素子２０の第１領域２１だけではなく、第２領域２３にも、ホログラム２２，２４が形成された例を示すが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、本発明によるホログラム素子２０は、第１領域２１にだけホログラム２２が形成され、第２領域２３には、ホログラム２４が形成されていない構造からなりもする。
【００７０】
図５は、図４の本発明によるホログラム素子２０の第１領域２１に形成されるホログラムパターンの一実施例の拡大断面図である。前述のように、ホログラム素子２０の第２領域２３にも、このホログラムパターンが形成されうる。
【００７１】
図５を参照するに、本発明によるホログラム素子２０に形成されるホログラムパターンは、１周期パターン１Ｐの断面形状が４段階段からなっており、この４段階段の第１段ないし第４段Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のうち、少なくともいずれか一つは、残りと異なる幅に形成される。
【００７２】
本発明と比較できる従来技術としては、特開１９９２−２１２７３０号公報に開示されたホログラム素子を考慮することができる。この特許文献に開示された従来のホログラム素子では、階段の幅は、同一にしつつ、階段の段差高を異ならせ、各階段に対する位相変化量を変えることによって、入射光を、主に０次及び１次に回折させた。
【００７３】
一方、本願発明のホログラム素子２０は、階段の幅を調整することによって、入射光が主に０次及び１次に回折させると同時に、−１次回折光、２次回折光及び−２次回折光の回折効率を抑圧し、不要な回折光によって発生するノイズ流入を減少させることができるように構成される。
【００７４】
本発明の望ましい実施例によれば、第１段Ｓ１及び第４段Ｓ４の幅は、互いに同一であり、第２段Ｓ２及び第３段Ｓ３の幅は、互いに同一に形成されうる。
【００７５】
４段階段形態の前記ホログラムの１周期パターン１Ｐの全幅をＴとして、第１段ないし第４段Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の幅をそれぞれ、Ｗ０１，Ｗ１２，Ｗ２３，Ｗ３４とする。このとき、第１段Ｓ１及び第４段Ｓ４の幅Ｗ０１，Ｗ３４は、それぞれ１／４Ｔ−ａＴとして形成され、第２段Ｓ２及び第３段Ｓ３の幅Ｗ１２，Ｗ２３は、それぞれ１／４Ｔ＋ａＴとして形成されうる。ここで、ａは、絶対値が１より小さい数であり、デューティ（duty）変化量として表現されうる。
【００７６】
例えば、本発明によるホログラム素子２０において、ホログラムパターンは、第１段Ｓ１及び第４段Ｓ４の幅（Ｗ０１＝Ｗ３４）は、０．１６Ｔ以上０．２５Ｔ未満であり、第２段Ｓ２及び第３段Ｓ３の幅（Ｗ１２＝Ｗ２３）は、Ｗ１２＝Ｗ２３＝０．５Ｔ−Ｗ０１の条件を満足するように形成されうる。
【００７７】
本発明によるホログラム素子２０の４段階段形態で、第１段Ｓ１と第２段Ｓ２との間の段差をｄ１２、第２段Ｓ２と第３段Ｓ３との間の段差をｄ２３、第３段Ｓ３と第４段Ｓ４との間の段差をｄ３４とするとき、この段差ｄ１２、ｄ２３、ｄ３４から決まる光の位相変調量をΦ１２，Φ２３，Φ３４とする。このとき、前記４段階段は、各段差によって決まる位相変調量が互いに同一（すなわち，Φ１２＝Φ２３＝Φ３４）であるように形成されうる。
【００７８】
代案として、前記４段階段は、各段差によって決まる位相変調量のうち、少なくとも一部が異なるように形成されもする。
【００７９】
前記のような本発明によるホログラム素子２０は、ＢＤ  １ａに対しては、入射光０次回折光／帰還光０次回折光を信号光として利用し、ＨＤ  ＤＶＤ  １ｂに対しては、入射光１次回折光／帰還光１次回折光を信号光として利用するとき、信号光強度に対するノイズ光強度の比が最小になるようにすることができる。
【００８０】
以下、本発明によるホログラム素子２０を利用すれば、信号光強度に対するノイズ光強度の比が最小化される根拠について説明する。以下、本発明によるホログラム素子２０の４段階段の幅を異ならせることによって得られる特徴をさらに明確にするために、４段階段の各段差によって決まる位相変調量が、互いに同じ場合を例に挙げる。
【００８１】
前述のように、ＢＤ及びＨＤ  ＤＶＤの信号特性を向上させるためには、信号光強度に対するノイズ光強度の比が最小になるようにせねばならない。また、信号光として、ＢＤは０次回折光、ＨＤ  ＤＶＤは１次回折光を利用するので、信号光強度に対するノイズ光強度の比が最小になり、ＢＤ及びＨＤ  ＤＶＤの信号特性を向上させるためには、０次回折光及び１次回折光いずれも回折効率が最大になるようにせねばならない。しかし、ホログラム素子に入射される光を、ＢＤ用とＨＤ  ＤＶＤ用とに分けて利用するので、０次回折光及び１次回折光いずれも最大にするためには、０次回折光と１次回折光との効率が同じ効率を有さねばならない。従って、前記の要件を充足し、ＢＤ及びＨＤ  ＤＶＤの信号特性を向上させるためには、本発明によるホログラム素子２０は、次の式（２）の条件を満足せねばならない。
【００８２】
【数３】
2010528399.tif 000005
ここで、ηｍ（ｍ＝…，−２，−１．０，１，２，…）は、各次数別回折効率を示す。すなわち、η０，η１，η−１，η２，η−２は、それぞれ０次，１次，−１次，２次，−２次回折効率を示す。
【００８３】
１周期パターンが４段階段形状である図６の一般的な回折素子、すなわち、ホログラム素子２０’を考慮する。ホログラム素子２０’の媒質の屈折率はｎ１、その周辺媒質（空気層）の屈折率はｎ０である。ｄ１は、第４段Ｓ４’と第３段Ｓ３’との段差、ｄ２は、第４段Ｓ４’から第２段Ｓ２’までの段差、ｄ３は、第４段Ｓ４’から第１段Ｓ１’までの段差である。１周期パターンの全体幅がＴであるとき、第１段Ｓ１’の幅はαＴ、第１Ｓ１’及び第２段Ｓ２’を合わせた幅は、βＴ、第１ないし第３段Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’を合わせた幅は、γＴである。この場合、各回折次数別透過率Ｔｍ、及びその自乗に該当する各回折次数別の回折効率ηｍは、式（３）及び式（４）のように示される。
【００８４】
【数４】
2010528399.tif 000006
一方、一般的なホログラム素子は、ホログラムパターンの階段段差によって決まる位相変調量を変更することによって、次数別の回折効率を変更し、所望の値にする。かようなホログラム素子については、特開平４−２１２７３０号公報に開示されている。
【００８５】
図７は、前記特開平４−２１２７３０号公報に開示された従来のホログラム素子を、図６のホログラム素子に対応するように示したものである。
【００８６】
図７を参照するに、ホログラム素子２０’の１周期分のパターンの全幅がＴであるから、従来のホログラム素子２０”で、４段階段の各幅を同一に０．２５Ｔとして、第１Ｓ１’及び第２段Ｓ２’間の段差によって決まる位相変調量Φ１２と、第３段Ｓ３’及び第４段Ｓ４’間の段差によって決まる位相変調量Φ３４とが同一であるならば、回折効率は、式（５）でのように与えられる。ホログラム素子の深さだけ変更する場合、２次回折効率と−２次回折効率は、同一である。
【００８７】
【数５】
2010528399.tif 000007
式（５）でΦ１は、第１Ｓ１’及び第２段Ｓ２’間の段差によって決まる位相変調量Φ１２と、第２段Ｓ２’及び第３段Ｓ３’間の段差によって決まる位相変調量Φ２３との和であり、Φ２は、第３段Ｓ３’及び第４段Ｓ４’間の段差によって決まる位相変調量Φ３４に該当する。
【００８８】
前述のように、ＢＤ採用時、０次／０次回折光を信号光として利用する場合，−１次／１次回折光、１次／−１次回折光がノイズとして作用することになり、ＨＤ  ＤＶＤ採用時、１次／１次回折光を信号光として利用する場合、０次／２次回折光及び２次／０次回折光がノイズとして作用するので、信号光強度に対するノイズ光強度の比は、式（２）及び（５）から、次の式（６）のように求められる。
【００８９】
【数６】
2010528399.tif 000008
式（６）で、
【００９０】
【数７】
2010528399.tif 000009
は、それぞれ信号光強度に対する−１次／１次回折光（ノイズ光強度），２次／０次回折光（ノイズ光強度）の比率である。
【００９１】
式（６）によって、Φ２の条件を導き出すことができる。図８は、Φ２の変化による
【００９２】
【数８】
2010528399.tif 000010
の変化量を示したものである。
【００９３】
ここで、
【００９４】
【数９】
2010528399.tif 000011
は、書き換え可能なデュアルレイヤ構造のＢＤ再生時のＢＤ表面で反射された＋１次／−２次回折光であるか、または−２次／０次回折光の信号光強度に対する比率である。
【００９５】
図８を参照するに、
【００９６】
【数１０】
2010528399.tif 000012
は、Φ２＝５４．０５゜であるとき、いずれも最小になり、その値は、約０．１である。従って、η０＝η１である条件では、
【００９７】
【数１１】
2010528399.tif 000013
は、０．１以下にさらに減少させられない。
【００９８】
図９は、Φ２＝５４．０５゜であるとき、Φ１による０次，１次，−１次，２次，−２次回折光の効率変化を示している。図９から、−１次及び２次（−２次）の回折効率が最小であるΦ１は、ほぼ９２．２６゜である。Φ２＝５４．０５゜を式（５）に代入し、Φ１＝９２．２６゜であるときのη０＝η１の効率を求めれば、約３８％であり、η−１＝η＋２＝η−２は、およそ４％である。従って、特開平４−２１２７３０号公報に開示された従来のホログラム素子技術を利用すれば、
【００９９】
【数１２】
2010528399.tif 000014
をいずれも約０．１以下に低くすることは不可能である。
【０１００】
前記の通りに、前記特開平４−２１２７３０号公報に開示された従来のホログラム素子２０’のように、第１段ないし第４段Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’，Ｓ４’の幅Ｗ０１，Ｗ１２，Ｗ２３，Ｗ３４が互いに同一であり、各段差の高さを異ならせるとき、
【０１０１】
【数１３】
2010528399.tif 000015
が最小になるΦ１２，Φ２３，Φ３４は、式（６）から求めることができ、その値は、Φ１２：Φ２３：Φ３４＝５４．０５：３８．２１：５４．０５である。η０＝η１である条件で、
【０１０２】
【数１４】
2010528399.tif 000016
が最小になる比率は、約１０％である。
【０１０３】
かような従来のホログラム素子２０’とは異なり、本発明によるホログラム素子２０では、
【０１０４】
【数１５】
2010528399.tif 000017
の比を減少させるために、ホログラム断面形状の各階段の幅を変更した。
【０１０５】
本発明は、例えば、各階段の高さは、同一にしつつ、各階段の幅を異ならせ、
【０１０６】
【数１６】
2010528399.tif 000018
を最小化させるホログラム素子２０を提示する。
【０１０７】
本発明によるホログラム素子２０での
【０１０８】
【数１７】
2010528399.tif 000019
の比は、前述の式（３）及び式（４）から数値的に計算して導き出すことができる。
【０１０９】
具体的な実施例として、各階段の幅の変化時、Ｗ０１とＷ３４との幅は同一にして、またＷ１２及びＷ２３の幅は、同一にした状態で、Ｗ０１及びＷ３４で、−ａという変化量を、Ｗ１２及びＷ２３幅には、＋ａの変化量を与えた。ここで、ａは、デューティ変化量である。
【０１１０】
図１０は、η０＝η１である条件で、デューティ変化量による−１次回折光、−２次回折光及び２次回折光の効率を示し、図１１は、η０＝η１である条件で、デューティ変化量による
【０１１１】
【数１８】
2010528399.tif 000020
比を示したものである。図１０及び図１１は、全体幅Ｔは、固定させた状態で、デューティ変化量について得られたものである。
【０１１２】
図１１について見れば、デューティ変化量ａが０．０３Ｔであるとき、信号光強度に対するノイズ光強度、すなわち、
【０１１３】
【数１９】
2010528399.tif 000021
の比がいずれも最小になりうる。デューティ変化量ａが０．０３Ｔであるとき、
【０１１４】
【数２０】
2010528399.tif 000022
の比は、約１０％であり、図８に示した従来技術の場合とほぼ同一であり、
【０１１５】
【数２１】
2010528399.tif 000023
の比は、約４．２％と、従来の技術より約２．４倍ほど減少させることができる。
【０１１６】
表１は、本発明によるホログラム素子２０、従来技術のホログラム素子２０”及び一般的な回折素子２０’利用時の回折効率及び
【０１１７】
【数２２】
2010528399.tif 000024
の比を整理して示している。
【０１１８】
【表１】
2010528399.tif 000025
表１を見れば、ＨＤ  ＤＶＤ信号光のノイズ比を示す
【０１１９】
【数２３】
2010528399.tif 000026
の比は、本発明の場合、１１％、従来技術の場合には、１０．５％とほとんど差がなかった。しかし、ＢＤ信号光のノイズ比を示す
【０１２０】
【数２４】
2010528399.tif 000027
の比は、本発明の場合、１１％及び４．２％と、その和が１５．２％である一方、従来技術の場合には、１０．５％及び１０．５％と、その和が２１％であった。
【０１２１】
表１に整理された結果から分かるように、本発明でのように、４段階段型のホログラム素子で、各段の幅を調整することによって、ＢＤ信号光のノイズ比が各階段の高さ条件を変更させる従来技術に比べて、大きく改善されうることが分かる。
【０１２２】
図１２は、表１の結果を得るのに使われた本発明によるホログラム素子２０のホログラムパターンの一例を示している。図１２では、デューティ変化量ａを０．３Ｔとして、各階段高さを０．２８πの位相差が生じるように形成したホログラム素子２０の例を示している。
【０１２３】
図１２のようなホログラム素子２０を利用すれば、厚さが薄い第１規格の第１情報保存媒体、すなわち、ＢＤ  １ａに信号光として使われる入射０次回折光／帰路０次回折光の利用効率を高め、厚さが厚い第２規格の第２情報保存媒体、すなわち、ＨＤ  ＤＶＤ  １ｂに信号光として使われる入射１次回折光／帰路１次回折光の利用効率を高め、不要な回折光、例えば、−１次回折光、−２次回折光及び２次回折光の利用効率を抑圧させ、情報信号の信号対ノイズ比を高めることができる。
【０１２４】
以上、本発明によるホログラム素子２０が４段階段の各段差が互いに同一でありつつ、第１段及び第４段が同じ０．２２Ｔの幅を有し、第２段及び第３段が同じ０．２８Ｔの幅を有する場合のノイズ光低減効果について述べたが、これは、本発明の具体的な一実施例について示したものであり、本発明がこれに限定されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で、多様な変形及び均等な他実施例が可能である。
【０１２５】
以上で説明した本発明によるホログラム素子２０は、位相型ホログラムレンズを構成するものであり、これを対物レンズ３０と結合すれば、１つの光源であって厚さを異ならせる複数の光情報記録媒体、例えば、ＢＤ及びＨＤ  ＤＶＤの記録／再生が可能になる。
【０１２６】
図１３は、本発明による互換型光ピックアップを適用した光情報記録媒体システムの構成を概略的に示した図である。図１３を参照するに、光情報記録媒体システムは、光情報記録媒体１を回転させるためのスピンドルモータ３１２と、光情報記録媒体１の半径方向に移動可能に設けられ、光情報記録媒体１に記録された情報を再生及び／または情報を記録する前述の本発明による互換型光ピックアップ１０と、スピンドルモータ３１２と光ピックアップ１０とを駆動するための駆動部３０７と、光ピックアップ３００のフォーカス、トラックキング及び／またはチルトサーボを制御するための制御部３０９とを含む。ここで、参照番号３５２は、ターンテーブル、３５３は光情報記録媒体１をチャキングするためのクランプを示す。光情報記録媒体システムは、単独（stand-alone）記録及び／または再生装置に適用されたり、コンピュータやビデオゲームコンソールのような他の装置に適用されうる。
【０１２７】
光情報記録媒体１から反射された光は、互換型光ピックアップ１０に設けられた光検出器１９を介して検出され、光電変換されて電気的信号に変わり、この電気的信号は、駆動部３０７を介して制御部３０９に入力される。駆動部３０７は、スピンドルモータ３１２の回転速度を制御し、入力された信号を増幅させ、互換型光ピックアップ１０を駆動する。制御部３０９は、駆動部３０７から入力された信号を基に調節されたフォーカスサーボ、トラックキングサーボ及び／またはチルトサーボ命令をさらに駆動部３０７に送り、互換型光ピックアップ１０のフォーカシング、トラックキング及び／またはチルト動作を具現させる。
【０１２８】
本発明による互換型光ピックアップ１０を採用した光情報記録媒体システムは、ＢＤ及びＨＤ  ＤＶＤを互換採用できる。
【０１２９】
本発明について実施例を用いて説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者ならば、本発明の範囲および趣旨から外れない範囲で多様な変更および変形が可能であるということを理解することができるであろう。従って、本発明の技術的範囲は、説明された実施形態によって定められず、特許請求の範囲によって定められねばならない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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