(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を出射する光源と、
第２の波長の光及び第３の波長の光を異なる発光点から出射する２波長光源と、
前記第１乃至第３の波長の光を記録媒体に照射する光照射手段と、
前記記録媒体による前記第１乃至第３の波長の光の反射光を受光する単一の受光素子と、
前記光照射手段と前記受光素子との間であって、前記記録媒体からの戻り光のみが通過する経路に配置され、前記第１乃至第３の波長の光の各々に対して異なる回折効果を奏するホログラム素子と、を備え、
前記ホログラム素子は、前記第１及び第２の波長の光の０次光を前記受光素子の中央に導くとともに、前記第３の波長の光の１次光を前記受光素子の中央に導くことにより、前記受光素子に入射する前記第１及び第２の波長の光と前記第３の波長の光との間の光軸ずれを補正し、
前記ホログラム素子は、前記第１の波長の光の０次光を、当該ホログラム素子に入射する光の光量と等しいか又は少ない光量で前記受光素子に導き、
前記ホログラム素子は、前記第２の波長の光の０次光を、当該ホログラム素子に入射する光量より小さい光量で前記受光素子に導き、
前記ホログラム素子は、前記第３の波長の光の１次光を、当該ホログラム素子に入射する光量より小さい光量で前記受光素子に導くことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
前記ホログラム素子は、前記第１の波長の光の０次光を、当該ホログラム素子に入射する光の光量と等しい光量で前記受光素子に導くことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項３】
前記ホログラム素子は格子構造を有し、当該グレーティングのピッチにより前記光軸ずれを補正し、当該格子の深さにより前記異なる回折効果を奏することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ。
【請求項４】
前記ホログラム素子は、円形の内側領域と、前記内側領域の外周に前記内側領域と同心円状に形成された外側領域と、を備え、前記ホログラムに入射する光を、前記内側領域を通過する光と前記外側領域を通過する光とに分離することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項５】
前記内側領域の半径は、前記第１乃至第３の波長のうち最も短い波長の光が前記ホログラム素子に入射して形成する光束径の略７０％であることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項６】
前記受光素子とは別個に設けられた球面収差検出用受光素子を備え、
前記ホログラム素子の前記内側領域は、前記第１乃至第３の波長のうち、最も短い波長の光を回折し、回折光を前記球面収差補正用受光素子へ導くことを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記ホログラム素子の前記内側領域と前記外側領域は、深さが同一でピッチが異なるグレーティングにより構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項８】
前記ホログラム素子は、前記第２の波長の光に対してレンズ作用と偏向作用を有し、前記第２の波長の光の±１次光を発生させるとともに前記第２の波長の光の０次光の光量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項９】
前記ホログラム素子は、前記第３の波長の光に発生する色収差を補正することを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
前記ホログラム素子は、複数の同心円の円弧状に形成された回折格子の一部分であって、前記光軸ずれの補正量に応じた量だけ前記同心円の中心から偏心した部分により構成されることを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
前記第１の波長は前記第２の波長より短く、前記第２の波長は前記第３の波長より短いことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、複数の波長のレーザ光を記録媒体に照射する光ピックアップに関する。
【０００２】
【背景技術】
光ディスクとしてＣＤやＤＶＤが知られており、これら両方に対して情報の読み書きが可能な情報記録再生装置（ドライブ装置）が普及している。ＣＤとＤＶＤでは記録再生に使用するレーザ光の波長が異なるため、上記のようなドライブ装置として、ＣＤ用のレーザ光の波長（約７８０ｎｍ、以下「赤外波長」とも呼ぶ。）と、ＤＶＤ用のレーザ光の波長（約６６０ｎｍ、以下「赤波長」とも呼ぶ。）のレーザ光を出射可能な２波長レーザを搭載した２波長互換型の光ピックアップを用いたものが知られている。一般的に、２波長レーザは、２つの波長のレーザダイオード（ＬＤ）を１つのパッケージに搭載したものである。
【０００３】
赤波長と赤外波長の２波長レーザを用いた光ピックアップでは、光ピックアップ上における各波長のＬＤの物理的な位置が異なる。このため、上記のような光ピックアップでは、単一の受光素子により光ディスクからの戻り光を受光するために、２つのＬＤの間隔を補正するための光学素子を用いている。この光学素子は、回折素子（ホログラム素子）により構成され、２つの波長のレーザ光の光軸を一致させる機能を有している。
【０００４】
なお、２波長レーザを用いた光ピックアップにおいて、光検出器上における光ディスクからの戻り光の光軸を調整する機能を有するものが、例えば特許文献１及び２に記載されている。なお、特許文献２は、光源として２波長レーザを用いた場合に、レーザ光が光源から記録媒体に到るまでの往路において発生する色収差の補正及びレーザ発光点の位置ずれを補正する素子を記載している。
【０００５】
しかし、近年では、さらに波長の短いレーザ光（約４０５ｎｍ、以下「青波長」とも呼ぶ。）を用いた光ディスクとして、いわゆるブルーレイディスク（ＢＤ）が提案されている。このため、ＣＤ、ＤＶＤに加え、ＢＤに対しても情報の読み書きが可能な互換型ドライブ装置を実現するためには、上記のような２波長互換型の光ピックアップを使用することはできず、３波長互換型の光ピックアップが必要となる。
【０００６】
また、ＢＤにおいては、ＣＤやＤＶＤと比較して、開口率（ＮＡ）が大きいため、ディスクのカバー層の厚み誤差により大きな球面収差が発生するという問題がある。よって、ＢＤの再生においては、この球面収差を検出して補正するために、光ピックアップに球面収差検出機能を搭載する必要が生じうる。なお、球面収差検出機能を搭載した光ピックアップの一例が特許文献３に記載されている。
【特許文献１】
特開２００３−１７７２２６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２３７０８１号公報
【特許文献３】
特開２００３−４５０４８号公報
【０００７】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題には、上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、２波長レーザを用いた３波長互換型の光ピックアップにおいて、適切にレーザ光の光軸調整を行うとともに、必要に応じてＢＤに対する球面収差の検出を行うことが可能な光ピックアップを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点では、光ピックアップは、第１の波長の光を出射する光源と、第２の波長の光及び第３の波長の光を異なる発光点から出射する２波長光源と、前記第１乃至第３の波長の光を記録媒体に照射する光照射手段と、前記記録媒体による前記第１乃至第３の波長の光の反射光を受光する単一の受光素子と、前記光照射手段と前記受光素子との間であって、前記記録媒体からの戻り光のみが通過する経路に配置され、前記第１乃至第３の波長の光の各々に対して異なる回折効果を奏するホログラム素子と、を備え、前記ホログラム素子は、前記第１及び第２の波長の光の０次光を前記受光素子の中央に導くとともに、前記第３の波長の光の１次光を前記受光素子の中央に導くことにより、前記受光素子に入射する前記第１及び第２の波長の光と前記第３の波長の光との間の光軸ずれを補正し、前記ホログラム素子は、前記第１の波長の光の０次光を、当該ホログラム素子に入射する光の光量と等しいか又は少ない光量で前記受光素子に導き、前記ホログラム素子は、前記第２の波長の光の０次光を、当該ホログラム素子に入射する光量より小さい光量で前記受光素子に導き、前記ホログラム素子は、前記第３の波長の光の１次光を、当該ホログラム素子に入射する光量より小さい光量で前記受光素子に導く。
【０００９】
上記の光ピックアップは、例えばＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤに対する互換性を有するドライブ装置などに搭載することができ、ＢＤ用の青波長を第１の波長、ＤＶＤ用の赤波長を第２の波長、ＣＤ用の赤外波長を第３の波長とすることができる。光ピックアップは、記録又は再生の対象となる記録媒体の種類に応じて、第１乃至第３の波長のレーザ光を記録媒体へ照射し、記録媒体からの反射光を受光素子により受光する。光ピックアップを小型化するために、第２及び第３の波長の光は単一の２波長光源より生成することとし、かつ、全ての波長の反射光を単一の受光素子で受光する構成とする。各波長の光に対して異なる光学的効果としての回折効果を奏するホログラム素子を、光照射手段と受光素子との間であって、記録媒体からの戻り光のみが通過する経路に配置することにより、各波長の光を利用して、適切に情報の記録及び再生が可能となる。
【００１０】
前記２波長光源は、前記第２の波長の光及び前記第３の波長の光を、異なる発光点から出射する。前記ホログラム素子は、前記第１及び第２の波長の光の０次光を前記受光素子の中央に導くとともに、前記第３の波長の光の回折光を前記受光素子の中央に導くことにより、前記受光素子に入射する前記第１及び第２の波長の光と前記第３の波長の光との間の光軸ずれを補正する。
【００１１】
２波長光源は、ＬＤなどの物理的に独立な２つの発光素子を利用するので、２波長光源から出射される２つの波長の光は光軸がずれている。そこで、ホログラム素子を利用して、両者の光を単一の受光素子の中央に導く。具体的には、第２の波長の光の０次光と、第３の波長の光の回折光を受光素子の中央に導く。また、第１の波長の光と第２の波長の光が受光素子の中央に入射するように、第１の波長の光を出射する光源と２波長光源とを配置する。これにより、３波長の光を、単一の受光素子により検出することが可能となる。
【００１２】
前記ホログラム素子は、前記第２の波長の光の０次光を、当該ホログラム素子に入射する光量より小さい光量で前記受光素子に導く。例えば記録媒体がＤＶＤである場合などには、記録パワーが大きく、記録媒体の反射率が高く、受光素子の感度が高いので、受光素子の出力が飽和してしまうことがありうる。そこで、ホログラム素子により、受光素子に入射する第２の波長の光の光量を減少させることにより、受光素子の出力が飽和することを防止することができる。
【００１３】
また、前記ホログラム素子は、前記第３の波長の光の１次光を、当該ホログラム素子に入射する光量より小さい光量で前記受光素子に導く。例えば記録媒体がＣＤである場合なども、記録パワーが大きく、記録媒体の反射率が高く、受光素子の感度が高いので、受光素子の出力が飽和してしまうことがありうる。そこで、ホログラム素子により、受光素子に入射する第３の波長の光の光量を減少させることにより、受光素子の出力が飽和することを防止することができる。
【００１４】
また、前記ホログラム素子は、前記第１の波長の光の０次光を、当該ホログラム素子に入射する光の光量と等しいか又は少ない光量で前記受光素子に導く。例えば記録媒体がＢＤである場合などには、ＤＶＤやＣＤなどと比較して記録媒体の反射率が低く、受光素子の感度も低い。よって、ホログラム素子を、第１の波長の光をなるべく減衰させずに受光素子に入射されるように構成する。これにより、第１の波長の光のＳ／Ｎを確保することができる。
【００１５】
上記の光ピックアップの一態様では、前記ホログラム素子は格子構造を有し、当該グレーティングのピッチにより前記光軸ずれを補正し、当該格子の深さにより前記異なる回折効果を奏する。
【００１６】
上記の光ピックアップの他の一態様では、前記ホログラム素子は、円形の内側領域と、前記内側領域の外周に前記内側領域と同心円状に形成された外側領域と、を備え、前記ホログラムに入射する光を、前記内側領域を通過する光と前記外側領域を通過する光とに分離する。
【００１７】
ＢＤなどの場合、開口率（ＮＡ）が大きいために、記録媒体のカバー層の厚み誤差によって大きな球面収差が発生するので、球面収差を検出し、補正する必要がある。そこで、ホログラム素子に同心円状の内側領域と外側領域とを形成し、内側領域を透過した光を利用して球面収差を検出することが可能となる。好適な例では、前記内側領域の半径は、前記第１乃至第３の波長のうち最も短い波長の光が前記ホログラム素子に入射して形成する光束径の略７０％である。
【００１８】
上記の光ピックアップの他の一態様は、前記受光素子とは別個に設けられた球面収差検出用受光素子を備え、前記ホログラム素子の前記内側領域は、前記第１乃至第３の波長のうち、最も短い波長の光を回折し、回折光を前記球面収差補正用受光素子へ導く。これにより、最も短い波長の光についての球面収差を検出することができる。
【００１９】
好適な例では、前記ホログラム素子の前記内側領域と前記外側領域は、深さが同一でピッチが異なるグレーティングにより構成される。
【００２０】
上記の光ピックアップの他の一態様では、前記ホログラム素子は、前記第２の波長の光に対してレンズ作用と偏向作用を有し、前記第２の波長の光の±１次光を発生させるとともに前記第２の波長の光の０次光の光量を減少させる。さらに、前記ホログラム素子は、前記受光素子に入射する前記第１及び第２の波長の光と前記第３の波長の光との間の光軸ずれを補正するとともに、前記第３の波長の光に発生する色収差を補正する。これにより、受光素子に入射する第２の波長の光の光量を減少させることにより、受光素子の出力が飽和することを防止することができる。また、第２の波長のレーザ光を使用する際には、ホログラム素子のレンズ作用により、±１次光を用いて差動スポットサイズ法によるフォーカスエラー検出を行うことができる。さらに、第３の波長のレーザ光を使用する際には、ホログラム素子のレンズ作用により色収差を補正することができる。
【００２１】
好適な例では、前記ホログラム素子は、複数の同心円の円弧状に形成された回折格子の一部分であって、前記光軸ずれの補正量に応じた量だけ前記同心円の中心から偏心した部分により構成される。
【００２２】
また、前記第１の波長は前記第２の波長より短く、前記第２の波長は前記第３の波長より短いように設定する。
【００２３】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
［光ピックアップの構成］
図１に、本発明の実施例に係る光ピックアップの構成を模式的に示す。図１において、光ピックアップ１０は、ＢＤ用、ＤＶＤ用及びＣＤ用のレーザ光を光ディスクに照射可能な３波長互換型の光ピックアップである。光源としては、ＢＤ用レーザ光を出射する青色ＬＤ（レーザダイオード）１１と、ＤＶＤ用及びＣＤ用レーザ光を出射する赤／赤外の２波長ＬＤ１２とを備える。
【００２４】
青色ＬＤ１１から出射した波長４０５ｎｍのレーザ光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３及びダイクロ／ＰＢＳプリズム１４を通過し、コリメータレンズ１５により平行光とされ、ミラー１６によりディスク１の方向へ向けられる。そして、収差補正用の液晶パネル１７、３波長対応の１／４波長板１８、互換素子１９を介して光照射手段としての対物レンズ２０によりディスク１の記録面に照射される。液晶パネル１７は外部から与えられるバイアス電圧及び補正電圧により、レーザ光に適切な位相差を与える。１／４波長板１８は、液晶パネル１７からのレーザ光を直線偏光から円偏光へ変換する。互換素子１９は、ＢＤ用、ＤＶＤ用及びＣＤ用のレーザ光の波長の相違、及び、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣ
Ｄの各ディスクの厚さの相違に応じて、開口率の調整や収差の補正などを行うものであり、例えばホログラムレンズなどにより構成される。
【００２５】
また、２波長レーザ１２から出射されたＤＶＤ用又はＣＤ用のレーザ光は、ダイクロ／ＰＢＳプリズム１４によりコリメータレンズ１５方向へ反射され、その後はＢＤ用のレーザ光と同様の経路で光ディスク１へ照射される。
【００２６】
一方、光ディスク１で反射されたレーザ光は、互換素子１９、１／４波長板１８、液晶パネル１７を通過し、ミラー１６で方向を変えられる。そして、コリメータレンズ１５及びダイクロ／ＰＢＳプリズム１４を透過した後、ＰＢＳ１３により、ディテクタ２２方向へ向けられる。ＰＢＳ１３からのレーザ光は、ホログラム素子３０により光軸の調整などがなされた後、集光レンズ２１を介してディテクタ２２上に集光される。ディテクタ２２上に照射された光は電気信号に光電変換され、その電気信号から再生信号やサーボエラー信号などが生成される。なお、本発明は、ホログラム素子３０の構成及び機能に特徴を有する。
【００２７】
［３波長型光ピックアップ］
本発明では、３つの異なる波長を光源に用いる光ピックアップにおいて、各々の記録メディアからの反射光を１つの受光素子を用いて受光する構成とし、対物レンズと受光素子の間に各波長で異なる光学的効果を示すホログラム素子３０を配置した。図１に示すように、３つの波長のレーザ光のうち２つは、２つのレーザ光源を１つのパッケージにマウントした、いわゆる２波長レーザから出射される。この２波長レーザは発光点の位置が異なっているのが一般的で、ＤＶＤ/ＣＤ用の２波長レーザの場合は、発光点間に約１１０μｍの間隔がある。
【００２８】
本発明では、ＢＤ用の光源に４０５ｎｍ近傍の波長を有する半導体レーザを用い、ＤＶＤとＣＤの光源に６６０ｎｍ近傍の波長を有する半導体レーザと７８０ｎｍ近傍の波長を有する半導体レーザからなる２波長レーザを用いる。
【００２９】
次に、本発明による３波長型光ピックアップにおける要求事項について説明する。３波長型光ピックアップでは、ＢＤ用の青波長レーザ光、ＤＶＤ用の赤波長レーザ光、及びＣＤ用の赤外波長レーザ光の全てを正しくディスク上に照射するとともに、ディスクからの戻り光を正しくディテクタの受光面上に集光する必要がある。従って、以下のような、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤのそれぞれの性質の相違を考慮したホログラム素子３０を設計する必要がある。
【００３０】
使用するレーザ光波長としては、前述のように、ＢＤは約４０５ｎｍの青波長（「第１の波長」とも呼ぶ。）λ１を使用し、ＤＶＤは約６６０ｎｍの赤波長（「第２の波長」とも呼ぶ。）λ２を使用し、ＣＤは約７８０ｎｍの赤外波長（「第３の波長」とも呼ぶ。）λ３を使用する。即ち、レーザ波長としては、
λ１（ＢＤ）  ＜  λ２（ＤＶＤ）＜λ３（ＣＤ）
の関係がある。
【００３１】
次に、ディスクの開口率ＮＡとしては、ＢＤの開口率ＮＡ１は約０．８５、ＤＶＤの開口率ＮＡ２は約０．６５、ＣＤの開口率ＮＡ３は約０．４５である。即ち、開口率としては、
ＮＡ１（ＢＤ）＞ＮＡ２（ＤＶＤ）＞ＮＡ３（ＣＤ）
という関係がある。
【００３２】
また、ディスクからの戻り光を受光素子（ディテクタ）により受光したときのディテクタ上での各レーザ光の開口径は、ＢＤの開口径をｒ１、ＤＶＤの開口径をｒ２、ＣＤの開口径をｒ３とすると、
ｒ１＞ｒ２＞ｒ３
の関係がある。
【００３３】
このような各レーザ光の性質を考慮すると、ホログラム素子３０の設計上の要求事項は以下のようになる。
（要求事項１）
光ピックアップ全体の小型化のために赤波長λ２を発振する半導体レーザと赤外波長λ３を発振する半導体レーザとを一体的にマウントした２波長レーザを使用する必要がある。２波長レーザを使用すると、２つの波長のレーザ光の発光点が離れているため、ディテクタ上において各レーザ光の光軸のずれを補正する必要がある。
【００３４】
（要求事項２）
青波長λ１のレーザ光を使用するＢＤでは、ＤＶＤやＣＤと比較してディスクの反射率が低く、ディテクタの感度も小さい。このため、ディテクタへ入射する光量をできるだけ大きくすることが望ましい。
【００３５】
（要求事項３）
赤波長λ２のレーザ光を使用するＤＶＤでは、記録パワーが大きく、ディスクの反射率も高く、さらにディテクタの感度が高いため、ディテクタの出力が飽和してしまうことがある。このため、ディテクタへ入射する光量をある程度減少させることが望ましい。
【００３６】
（要求事項４）
赤外波長λ３のレーザ光を使用するＣＤでは、記録パワーが大きく、ディスクの反射率も高く、さらにディテクタの感度が高いため、ディテクタの出力が大きく飽和してしまう。このため、ディテクタへ入射する光量を減少させることが望ましい。
【００３７】
（要求事項５）
青波長λ１のレーザ光を使用するＢＤは開口率ＮＡ１が大きいため、ディスクのカバー層の厚み誤差によって大きな球面収差が発生する。よって、この球面収差を検出し、補正する必要がある。
【００３８】
以下、これらの要求事項を満足するホログラム素子の実施例を説明する。
［第１実施例］
図２は第１実施例による３波長用ホログラム素子３０ａの平面図であり、図４（ａ）は図２の線Ｘ１−Ｘ２によるホログラム素子３０ａの断面図である。なお、図４（ａ）に示すホログラム素子３０ａは２レベルを有する２レベルホログラムである。図４（ａ）において、ホログラム素子３０ａの格子（グレーティング）のピッチｐは、青波長及び赤波長のレーザ光と、赤外波長のレーザ光とのディテクタ２２上における光軸ずれを補正する大きさに決定されている。また、格子深さｄは、青波長では回折光が発生せず（即ち、０次光のみが発生する）、赤波長では０次光の効率を減少させ、赤外波長では±１次光の効率を高くするように決定されている。
【００３９】
各波長におけるホログラム素子３０ａの動作について、図３を参照して説明する。
（１）青波長λ１（BD、405nm）を使用するメディアを記録再生する場合
図３（ａ）は、第１実施例のホログラム素子３０ａにより青波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。図示のように、青波長レーザ光は、ホログラム素子３０ａを通過し、集光レンズ２１によりディテクタ２２上へ集光される。図３（ａ）の左側に示すように、ディテクタ２２の受光面は４分割されており、そのほぼ中心に青波長レーザ光のスポットが形成される。なお、ディテクタ２２は、ＲＦ信号及びサーボ信号検出用のディテクタ（以下、単に「ＲＦ信号用ディテクタ」と呼ぶ。）である。
【００４０】
青波長に関してはディテクタの感度が原理的に低いため、Ｓ／Ｎを重視する必要がある。そのため、検出系の効率を高め、ディテクタに入射する光量をできるだけ大きくする必要がある。そこで、青波長レーザ光に対しては、ホログラム素子３０ａは何の作用もしないように、又は回折光の発生をできるだけ抑えるように構成される。
【００４１】
（２）赤波長λ２（DVD、660nm）を使用するメディアを記録再生する場合
図３（ｂ）は、第１実施例のホログラム素子３０ａにより赤波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。図示のように、ホログラム素子３０ａは赤波長レーザ光に対して±１次光を発生させる。赤波長では、ディテクタの感度が高く、記録再生時の光量も多いため、ディテクタ２２の受光素子の飽和を防止するために、検出系の効率を低下させ、ディテクタに入射する光量を少なくする必要がある。そこで、ホログラム素子３０ａにより±１次光を発生させ、その分、ディテクタ２２に入射する０次光の光量を減少させる。
【００４２】
（３）赤外波長λ３（CD、780nm）を使用するメディアを記録再生する場合
図３（ｃ）は、第１実施例のホログラム素子３０ａにより赤外波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。図示のように、ホログラム素子３０ａは、赤外波長レーザ光に対して±１次光のみを発生させ、＋１次光又は−１次光のいずれか一方をディテクタ２２に入射させる。これにより、２波長レーザを用いる場合の光軸ずれを補正することができる。
【００４３】
図４（ａ）に、上記の機能を実現するホログラム素子３０ａの構成例を示す。このホログラム素子３０ａは、単一の格子深さｄを有する２レベルホログラムである。図４（ｂ）には、当該ホログラム素子３０ａの格子深さｄと回折効率との関係を示す。図４（ｂ）において、格子深さｄを１９７０ｎｍに設定することにより、上記の機能を実現することができる。格子深さｄ＝１９７０ｎｍのとき、各波長のレーザ光に対するホログラム素子３０ａの回折効率、及び、各波長のレーザ光に対する格子深さＤ（格子深さｄが、当該波長の何波長分に相当するかに換算したもの）を図３（ａ）〜（ｃ）及び図４（ａ）に示している。なお、各波長のレーザ光に対する格子深さＤは、以下の式により得られる。
Ｄ＝格子深さ（ｄ）×（屈折率（ｎ）−１）／レーザ光の波長
例えば、青波長レーザ光の場合は、
Ｄ  ＝  １９７０（nm）×（１．６１９−１）／４０５（nm）  ＝約３λ
となる。
【００４４】
図示のように、青波長レーザ光に対しては、ホログラム素子３０ａの格子深さｄ（＝１９７０ｎｍ）は３波長分（３λ）に相当するので、青波長レーザ光に±１次光（回折光）は発生せず、０次光が１００％となる。よって、ディテクタ２２へ入射する青波長レーザ光を最大とすることができる。これにより要求事項２が満足される。
【００４５】
赤波長レーザ光に対しては、ホログラム素子３０ａの格子深さｄは１．８９波長分に相当し、約４１％の０次光と約２６パーセントの±１次光を発生させる。よって、ディテクタ２２へ入射する赤波長レーザ光を４１％に減少させることができ、ディテクタの飽和を防止することができる。これにより要求事項３が満足される。
【００４６】
赤外波長レーザ光に対しては、ホログラム素子３０ａの格子深さｄは１．６０波長分に相当し、３％の０次光と、４１％の±１次光を発生させる。つまり、ほぼ±１次光のみを発生してディテクタ２２へ入射させることができる。これにより、２波長レーザを使用することにより起因する赤外波長レーザの光軸のずれを補正することができ、要求事項１が満足される。また、ディテクタ２２へ入射する光量を減少させることができ、要求事項４が満足される。
【００４７】
［第２実施例］
次に、第２実施例によるホログラム素子について説明する。なお、第２実施例においても、光ピックアップ自体の構成は図１に示したものと同様である。
【００４８】
第２実施例は、球面収差の検出に関する上記の要求事項５を満足するものである。まず、球面収差の検出原理について説明する。
【００４９】
光ディスクにおいてはディスクのカバー層の厚み誤差などによって球面収差が発生する。この球面収差の波面収差分布形状は図５に示すようにＭ字形状を示す。開口を通過する光線の内、収差が最も大きい輪帯収差より内側の光線は本来の集光位置よりも内側に集光する。外側の光線は本来の集光位置よりも外側に集光する。ディスクのカバー層が対物レンズの設定値よりも薄いか厚いかによって、この光線の挙動が逆になる。
【００５０】
この現象をディテクタで検知するためには、輪帯収差の位置を境に、内側を透過する光線と外側を透過する光線を分離して検出すればよい。例えばホログラム素子を用いて外周の光線と内側の光線の偏向状態を変えて、別々のディテクタに入射させる。図６は、球面収差の検出が可能なホログラム素子の構成例を示す平面図である。ホログラムは同心円形状の２領域、即ち、内側のホログラム領域Ｂと、外側のホログラム領域Ａから構成される。ホログラム領域ＡとＢの分離半径は、透過する光線の光束径の約７０％（輪帯収差の位置）に設定する。
【００５１】
サーボエラーの検出光学系は一般的なものを用いることができる。例えば非点収差法であればシリンドリカルレンズと集光レンズを組み合わせ、４分割ディテクタを用いることによりサーボエラーを得ることができる。図７に、球面収差を検出可能なディテクタの構成例を示す。ディテクタは球面収差検出に用いるディテクタ２２ｂ（「球面収差用ディテクタ」とも呼ぶ。）と、ＲＦ信号の再生やフォーカス、トラッキングエラーの生成に用いるディテクタ２２ａ（以下、「ＲＦ信号用ディテクタ」とも呼ぶ。）とを用意する。各種エラー信号の演算は、図７中の各式に示す通りである。
【００５２】
ディスクのカバー層の厚みと、球面収差エラーとの関係の一例を図８に示す。なお、図８のグラフでは、球面収差エラーはそのピークを「１」に正規化してある。図示のように、ディスクのカバー層の厚みが大きくなるにつれ、球面収差エラーが大きくなる。
【００５３】
なお、図７ではホログラム領域ＡとＢの境界より外周部の光線を受光するディテクタは設けていないが、これは単純化のためであり、もちろん設けても良い。ホログラムの回折効率を操作することによって、球面収差検出に用いる光線の光量をコントロールすることができる。球面収差検出に用いない０次回折光（回折作用を受けない光、以下、「０次光」と呼ぶ。）の光量を大きく設定すれば、ＲＦ信号を得るためのディテクタ２２ａに入射する光量が多くなるため、再生信号のＳ／Ｎを確保することができる。一般的に、ディスクのカバー層の厚み誤差は低い周波数成分であるため、球面収差補正のサーボ帯域は低くてもかまわない。従って、ディテクタでの増幅を大きくとることができるので、球面収差検出信号はわずかな光量でも十分である。
【００５４】
次に、第２実施例において用いるホログラム素子３０ｂの構成を説明する。図９は、第２実施例によるホログラム素子３０ｂの平面図であり、図１１は図９の線Ｙ１−Ｙ２によるホログラム素子３０ｂの部分断面図である。
【００５５】
図９に示すように、ホログラム素子３０ｂは、２つの同心円形状の領域、即ち、内側のホログラム領域Ｂと、外側のホログラム領域Ａとからなる。ホログラム素子３０ｂは、それを透過する光束を、内側の円形のホログラム領域Ｂと、外側のドーナツ形状のホログラム領域Ａを透過する光束に分離する作用を有する。この同心円の半径は、光ピックアップに使用する青波長λ１（ＢＤ用、４０５ｎｍ付近）が、ホログラム素子３０ｂを透過する場所での光束径の約７０％の大きさになるように設定されている。なお、ホログラム素子３０ｂは、ホログラム領域Ａ及びＢの両方とも図１１に示す断面構造を有するが、ホログラム領域ＡとＢとでピッチｐが異なるように構成される。
【００５６】
次に、各波長におけるホログラム素子３０ｂの動作について図１０を参照して説明する。
（１）青波長λ１（BD、405nm）を使用するメディアを記録再生する場合
図１０（ａ）は、第２実施例のホログラム素子３０ｂにより青波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。なお、ディテクタはＲＦ信号用ディテクタ２２ａと、球面収差検出用ディテクタ２２ｂを含む。ディスクからの反射光はホログラム素子３０ｂにより３つの光束に分離される。一つはホログラム領域Ａを透過する１次回折光（「１次光」とも呼ぶ。）、一つはホログラム領域Ｂを透過する１次回折光、もう一つは全領域を透過する０次光である。ホログラム素子３０ｂに入射する光線のうち、ホログラム領域ＡとＢを透過する１次回折光は、それぞれホログラム素子３０ｂにより偏向される。ホログラム素子の格子深さｄは、青波長レーザ光に対して、１次回折光が５％、０次光が９０％となるように設定されている。ホログラム領域Ｂを透過し、偏向作用を受けた１次回折光は球面収差検出用ディテクタ２２ｂに入射する。一方、ホログラム領域Ａを透過し偏向作用を受けた１次回折光はどのディテクタにも入射しない。偏向作用を受けない０次光は、ＲＦ信号用ディテクタ２２ａに入射する。
【００５７】
ディスクカバー層に厚み誤差があり球面収差が生じた場合、球面収差検出用ディテクタ２２ｂが受光するレーザ光がひずむ。これを、図７に示した式により演算することで、球面収差エラーを得ることができる。こうして上述の要求事項５が満足される。
【００５８】
また、青波長λ１におけるホログラム素子３０ｂの回折効率を約５％と低く設定しているため、ＲＦ信号を再生するディテクタ２２ａへの入射する０次光は約９０％と大きくなる。これにより要求事項２が満足され、再生信号のＳ／Ｎが確保できる。
【００５９】
（２）赤波長λ２（DVD、660nm）を使用するメディアを記録再生する場合
図１０（ｂ）は、第２実施例のホログラム素子３０ｂにより赤波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。赤波長λ２を用いるＤＶＤを記録再生する場合、ホログラム素子３０ｂは、ディスクからの反射光に何の作用もしないようにその格子深さｄが設定されている。赤波長レーザ光は、あらかじめ半導体レーザの位置を調整することによって、青波長レーザ光の光軸と一致させておく。
【００６０】
ホログラム素子３０ｂは、赤波長レーザ光における回折効率がほぼ０に設定されているため、赤波長のレーザ光はホログラム素子３０ｂにより回折作用も受けずＲＦ信号用ディテクタ２２ａに入射される。なお、２波長レーザを用いる場合、赤波長のレーザ光の光軸がディテクタ２２ａの中央に一致するように２波長レーザの位置を調整するので、赤波長レーザ光に関しては光軸ずれの問題はない。
【００６１】
（３）赤外波長λ３（CD、780nm）を使用するメディアを記録再生する場合
図１０（ｃ）は、第２実施例のホログラム素子３０ｂにより赤外波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。赤外波長を用いるＣＤを記録再生する場合、ディスクからの反射光の、ホログラム素子３０ｂが存在する場所での光束は、ホログラム領域Ｂの内側になる。これは、赤外波長はＣＤで使用するため、ＢＤでの開口に対して約５３％となるためである。なお、これは、ＢＤの開口率ＮＡ１が０．８５、ＣＤの開口率ＮＡ３が０．４５の場合である。
【００６２】
ホログラム領域Ｂにおけるホログラム素子の格子深さｄは、赤外波長において１次回折光が大きくなるように設定されている。そのため、ホログラム領域Ｂを透過する赤外波長の光束（赤外波長のすべての光束）は偏向作用を受ける。２波長レーザであるため、赤波長のレーザ光と赤外波長レーザ光の光軸はもともと発光点間隔だけずれているが、ホログラム素子３０ｂの偏向作用によってその光軸ずれが補正され、赤外波長レーザ光の１次光がＲＦ信号用ディテクタ２２ａに入射する。これにより、要求事項１が満足される。また、赤外波長レーザ光は、ホログラム素子３０ｂに入射するレーザ光のうち１次光のみがＲＦ信号用ディテクタ２２ａに入射するので、ディテクタへ入射する光量を減少させることができ、要求事項４が満足される。
【００６３】
次に、第２実施例によるホログラム素子３０ｂの具体的な設計例について説明する。ホログラム領域Ａにおける格子のピッチｐは、青波長レーザ光がディテクタ２２ａ及び２２ｂのいずれにも入射しないように設定される。ホログラム領域Ｂにおける溝のピッチｐは、赤外波長において赤波長と赤外波長の光軸ずれを補正し、両波長のレーザ光を一つのＲＦ用ディテクタ２２ａに集光するように、かつ、青波長の０次光がＲＦ信号用ディテクタ２２ａに、１次光が球面収差検出用ディテクタ２２ｂに集光するように設定される。なお、この点については、ＲＦ信号用ディテクタ２２ａと球面収差用ディテクタ２２ｂの間隔を調整してもよい。
【００６４】
各波長における１次回折光の効率は、青波長においては約５％、赤波長においてはほぼ０％、赤外波長においては６２％になるようにホログラム素子３０ｂの格子深さｄを設定する。各波長におけるホログラム材料の屈折率を、
青波長：ｎ４０５＝１．６１９
赤波長：ｎ６６０＝１．５８０                      （式１）
赤外波長：ｎ７８０＝１．５７４
と設定したとする。図１２（ａ）は、各波長の光についてのホログラム素子３０ｂの格子深さｄと回折効率との関係を示すグラフであり、図１２（ｂ）はその一部の拡大図である。図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ホログラム素子３０ｂの格子深さｄを約９１８０〜９３４０ｎｍの範囲内、より好ましくは９２５０ｎｍに設定した３レベルのホログラム素子を用いれば良いことが、回折効率を計算することで明らかになった。
【００６５】
第２実施例のホログラム素子では、図１０から理解されるように、いずれのディテクタにも入射しない回折光が少ないため、不要な回折光がディテクタへ入射することを抑制することができるという利点がある。
【００６６】
なお、第２実施例のホログラム素子では、赤波長レーザの０次光の多くがＲＦ信号用ディテクタに入射することとなるが、赤波長レーザ光のみを減衰するフィルタなどを用いることにより、要求事項３に対応することも可能である。
【００６７】
［第３実施例］
次に、第３実施例によるホログラム素子について説明する。第３実施例も、２波長レーザの光軸調整に加えて、青波長レーザ光の球面収差検出を可能とするものである。なお、第３実施例においても、光ピックアップ自体の構成は図１に示したものと同様である。また、第２実施例によるホログラム素子３０ｃは、基本的な平面構造は図９に示す第２実施例のホログラム素子３０ｂと同様であるが、図１４に示すように、断面構造が第２実施例のホログラム素子３０ｂとは異なっている。図１４に示す断面構造は、図９に示すホログラム素子３０ｂと略同一の平面構造を有するホログラム素子３０ｃを、図９の線Ｙ１−Ｙ２に沿って切断したものである。なお、ディテクタ２２はＲＦ信号用ディテクタ２２ａと、球面収差検出用ディテクタ２２ｂを含む。
【００６８】
各波長におけるホログラム素子３０ｃの動作について図１３を参照して説明する。
（１）青波長λ１（BD、405nm）を使用するメディアを記録再生する場合
図１３（ａ）は、第３実施例のホログラム素子３０ｃにより青波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。ディスクからの反射光はホログラム素子３０ｃにより５つの光束に分離される。２つはホログラム領域Ａを透過する±１次回折光、２つはホログラム領域Ｂを透過する±１次回折光、もう一つは全領域を透過する０次光である。ホログラム素子３０ｃを透過する光線のうち、ホログラム領域ＡとＢを透過する光線は、それぞれ光軸に対して対称に偏向される。ホログラム素子の格子深さｄは、±１次回折光が１０％づつ、０次光が８０％となるように設定される。ホログラム領域Ｂを透過し、偏向作用を受けた＋１次光は、球面収差検出用ディテクタ２２ｂに入射する。ホログラム領域Ｂを透過し、偏向作用を受けた−１次光は、そのための球面収差検出用ディテクタを配置しない場合はどのディテクタにも入射しない。なお、−１次光用のディテクタを設けてもかまわない。ホログラム領域Ａを透過し偏向作用を受けた±１次光は、いずれのディテクタにも入射しない。偏向作用を受けない０次光は、ＲＦ信号用ディテクタ２２ａに入射する。
【００６９】
第３実施例でも、球面収差検出用ディテクタ２２ｂを用いて、第２実施例と同様に球面収差を検出できる。よって、前述の要求事項５が満足される。但し、第３実施例では、図１４に示すように、ホログラムが２レベルであるので−１次光も発生する。よって、−１次光側に球面収差検出用ディテクタを配置してもかまわない。加えて、青波長λ１におけるホログラム素子３０ｃの回折効率を低く設定しているため、ＲＦ信号用ディテクタ２２ａへの入射する０次光の光量が大きくなり（８０％）、再生信号のＳ／Ｎが確保できる。これにより要求事項２が満足される。
【００７０】
（２）赤波長λ２（DVD、660nm）を使用するメディアを記録再生する場合
赤波長を用いるメディアを記録再生する場合、ディスクからの反射光に何の作用もしないように、ホログラム素子３０ｃの格子深さｄが設定される。赤波長のレーザ光は、あらかじめ半導体レーザの位置を調整することによって、青波長の光軸と一致させておく。これは、第２実施例の場合と同様である。
【００７１】
ホログラム素子３０ｃは、赤波長λ２における回折効率をほぼ０に設定しているため、赤波長のレーザ光は回折作用を受けずＲＦ信号用ディテクタ２２ａに入射される。なお、２波長レーザを用いる場合でも、赤波長のレーザ光の光軸がＲＦ信号用ディテクタ２２ａの中央に位置するように半導体レーザの位置を調整するので、赤波長のレーザ光に関して光軸ずれの問題は生じない。
【００７２】
（３）赤外波長λ３（CD、780nm）を使用するメディアを記録再生する場合
赤外波長λ３を用いるメディアを記録再生する場合、第２実施例と同様に、ディスクからの反射光のうちホログラム素子３０ｃがある場所での光束は、ホログラム領域Ｂの内側になる。ホログラム領域Ｂの格子深さｄは、赤外波長において±１次回折光が大きくなるように設定されている。そのため、ホログラム領域Ｂを透過する赤外波長の光束（赤外波長のすべての光束）は偏向作用を受ける。２波長レーザを使用するため、赤波長のレーザ光と赤外波長のレーザ光の光軸は、もともと発光点間隔だけずれている。よって、＋１次回折光はホログラム素子３０ｃの偏向作用によって、その光軸ずれが補正され、ＲＦ信号用ディテクタ２２ａに入射する。−１次回折光はいずれのディテクタにも入射しない。但し、−１次光用のディテクタを設けてもかまわない。
【００７３】
２波長レーザの配置は、赤波長のレーザ光がディテクタ２２ａの中央に集光されるように調整されるため、赤外波長のレーザ光の光軸がずれる。ホログラム素子３０ｃは、赤外波長のレーザ光の光軸をＲＦ信号用ディテクタ２２ａに集光するように偏向させる作用をもつ。ここで、ディテクタ２２ａに集光するレーザ光は＋１次光であり、図１３（ｃ）に示すように、その光量は全光量に対して４１％となる。よって、ＲＦ信号用ディテクタ２２ａに集光する光量を減少させることができる。これにより要求事項４が満足される。
【００７４】
次に、第３実施例によるホログラム素子３０ｃの具体的な設計例について説明する。ホログラム領域Ａ及びＢにおける溝のピッチｐは、第２実施例と同様に設定される。
【００７５】
各波長における±１次回折光の効率は、青波長λ１においては約１０％、赤波長λ２においてはほぼ０％、赤外波長λ３においては４１％になるように、ホログラム素子の格子深さｄを設定する。各波長におけるホログラム材料の屈折率を、式１に示すように設定したとする。図１５（ａ）は、各波長の光についてのホログラム素子３０ｃの格子深さｄと回折効率との関係を示すグラフであり、図１５（ｂ）はその一部の拡大図である。図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ホログラム素子３０ｃの格子深さｄを約３２８０〜３４００ｎｍの範囲内、より好ましくは３３８０ｎｍに設定した２レベルのホログラムを用いれば良いことが、回折効率を計算することで明らかになった。
【００７６】
第３実施例のホログラム素子では、第２実施例と比較すると青波長レーザ光の回折光が多くなってしまう。しかし、ホログラム素子は２レベルでよいこと（第２実施例では３レベル）、格子深さは３３８０ｎｍと浅くてよいこと（第２実施例では９２５０ｎｍ）などから、ホログラム素子の製作が容易であるという利点がある。
【００７７】
なお、第２実施例のホログラム素子では、赤波長レーザの０次光の多くがＲＦ信号用ディテクタに入射することとなるが、赤波長レーザ光のみを減衰するフィルタなどを用いることにより、要求事項３に対応することも可能である。
【００７８】
［第４実施例］
次に、第４実施例によるホログラム素子について説明する。第４実施例も、２波長レーザの光軸調整に加えて、青波長レーザ光の球面収差検出を可能とするものである。なお、第４実施例においても、光ピックアップ自体の構成は図１に示したものと同様である。また、第４実施例によるホログラム素子３０ｄは、基本的な平面構造及び断面構造は図１４に示す第３実施例のホログラム素子３０ｃと同様である。図１７に示す断面構造は、図９に示すホログラム素子３０ｂと略同一の平面構造を有するホログラム素子３０ｄを、図９の線Ｙ１−Ｙ２に沿って切断したものである。なお、ディテクタはＲＦ信号用ディテクタ２２ａと、球面収差検出用ディテクタ２２ｂを含む。
【００７９】
次に、各波長におけるホログラム素子３０ｃの動作について図１６を参照して説明する。
（１）青波長λ１（ＢＤ、４０５ｎｍ）を使用するメディアを記録再生する場合
図１６（ａ）は、第４実施例のホログラム素子３０ｄにより青波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。ホログラム素子の作用に関しては、第４実施例のホログラム素子３０ｄは第３実施例のホログラム素子３０ｃと同様である。但し、第４実施例のホログラム素子３０ｄの格子深さｄは、±１次回折光が全光量の５％づつ、０次光が８４%となるように設定されている。ＲＦ信号検出用ディテクタ２２ａ及び球面収差検出用ディテクタ２２ｂの構成なども第３実施例と同様である。
【００８０】
第４実施例でも、第２実施例と同様に球面収差を検出できる。よって、前述の要求事項５が満足される。第４実施例でも図１７に示すようにホログラムが２レベルであるので−１次光も発生する。よって、−１次光側にディテクタを配置してもかまわない。加えて、青波長λ１におけるホログラム素子３０ｃの回折効率を低く設定しているため、ＲＦ信号用ディテクタ２２ａへの入射する０次光の光量が大きくなり（８４％）、再生信号のＳ／Ｎが確保できる。これにより要求事項２が満足される。
【００８１】
（２）赤波長λ２（ＤＶＤ、６６０ｎｍ）を使用するメディアを記録再生する場合
図１６（ｂ）は、第４実施例のホログラム素子３０ｄにより赤波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。ディスクからの反射光は、ホログラム素子３０ｄにより５つの光束に分離される。２つはホログラム領域Ａを透過する±１次回折光、２つはホログラム領域Ｂを透過する±１次回折光、もう一つは全領域を透過する０次光である。ホログラム素子３０ｄを透過する光線のうち、ホログラム領域ＡとＢを透過する光線は、それぞれ光軸に対して対象に偏向される。ホログラム素子の格子深さｄは、±１次回折光が３３％づつ、０次光が２１%となるように設定される。ホログラム領域Ｂを透過し、偏向作用を受けた＋１次光は球面収差検出用ディテクタ２２ｂ近傍に入射するが、赤波長レーザ光では球面収差を検出しないため、この光線は特に使用されない。ホログラム領域Ｂを透過し、偏向作用を受けた−１次光は、その光のための球面収差検出用ディテクタを配置しない場合は、いずれのディテクタにも入射しない。ホログラム領域Ａを透過し偏向作用を受けた±１次光は、いずれのディテクタにも入射しない。偏向作用を受けない０次光はＲＦ信号用ディテクタ２２ａに入射する。赤波長λ２を使用する場合、ＲＦ信号用ディテクタ２２ａに入射する光量を減少させることができる。
【００８２】
本実施例のホログラム素子３０ｄは、赤波長λ２における回折効率を大きく設定してあるので、０次光の光量が２１％と少なくなる。その結果、ＲＦ信号用ディテクタ２２ａに集光する光量を減少させることができる。これにより、ＲＦ信号用ディテクタ上で赤波長レーザ光が飽和することが防止でき、要求事項３が満足される。なお、２波長レーザを用いる場合でも、赤波長のレーザ光の光軸がＲＦ信号用ディテクタ２２ａの中央に位置するように半導体レーザの位置を調整するので、赤波長のレーザ光に関して光軸ずれの問題は生じない。
【００８３】
（３）赤外波長λ３（ＣＤ、７８０nm）を使用するメディアを記録再生する場合
図１６（ｃ）は、第４実施例のホログラム素子３０ｄにより赤波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。この場合のホログラム素子３０ｄの作用は、第３実施例と同様である。
【００８４】
２波長レーザの配置は、赤波長λ２を基準に光軸を調整したため、赤外波長λ３の光軸がずれる。ホログラム素子３０ｄは、赤外波長λ３の光軸がＲＦ信号用ディテクタ２２ａに集光するように偏向させる作用をもつ。ＲＦ信号用ディテクタに集光する光線は＋１次光である。ＲＦ信号用ディテクタ２２ａに入射する光量は全光量に対し４１％となる。このように、ＲＦ信号用ディテクタ２２ａに集光する光量を減少させることができるので、要求事項４が満足される。
【００８５】
次に、第４実施例によるホログラム素子３０ｄの具体的な設計例について説明する。ホログラム領域Ａ及びＢにおける溝のピッチｐは、第２実施例と同様に設定される。
【００８６】
各波長における±１次回折光の効率は、青波長λ１においては約５％、赤波長λ２においてはほぼ３３％、赤外波長λ３においては４１％になるようにホログラムの深さが設定される。各波長におけるホログラム材料の屈折率を式１に示すように設定したとする。図１８（ａ）は、各波長の光についてのホログラム素子３０ｄの格子深さｄと回折効率との関係を示すグラフであり、図１８（ｂ）はその一部の拡大図である。図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ホログラム素子の格子深さｄを約６８０〜８００ｎｍの範囲内、より好ましくは７５０ｎｍに設定する２レベルのホログラムを用いれば良いことが、回折効率を計算することで明らかになった。
【００８７】
第４実施例のホログラム素子では、専用のフィルタなどを用いることなく、赤波長レーザを減衰させることができる。また、第２及び第３実施例と比べて、ホログラム素子の格子深さが７５０ｎｍと非常に浅いので、製造が非常に容易であるという利点がある。
【００８８】
［第５実施例］
次に、第５実施例によるホログラム素子について説明する。第５実施例に係るホログラム素子は、赤外波長の使用時に検出光学系において発生する色収差を補正する機能を有するとともに、青波長及び赤波長のレーザ光の光軸と赤外波長のレーザ光の光軸との間のディテクタ２２上での光軸ずれを補正する機能を有する。また、赤波長のレーザ光を使用する際には、差動スポットサイズ法によるフォーカスエラー検出を可能とする。
【００８９】
図１９（ａ）は第５実施例によるホログラム素子３０ｅの平面図であり、図２１は図１９の線Ｚ１−Ｚ２によるホログラム素子３０ｅの部分断面図である。
【００９０】
図１９（ａ）に示すように、ホログラム素子３０ｅは、複数の円弧状の回折格子形状を有する。円弧状の回折格子形状は、図１９（ｂ）に示すような複数の同心円の円弧状に形成された回折格子９１の一部分であって、当該同心円の中心９１ｃから所定の偏心量Ｌだけ偏心した部分により構成される。このように、複数の円弧状の回折格子形状の一部を利用することにより、ホログラム素子３０ｅはレンズ作用（凸レンズ作用及び凹レンズ作用）を有し、このレンズ作用により、赤外波長λ３の使用時に検出光学系において発生する色収差を補正することができる。また、偏心量Ｌは、青波長λ１及び赤波長λ２のレーザ光の光軸と赤外波長λ３のレーザ光の光軸との間のディテクタ２２上での光軸ずれの量に対応する。
【００９１】
図２１に示すホログラム素子３０ｅのピッチは、青波長λ１及び赤波長λ２のレーザ光と、赤外波長λ３のレーザ光とのディテクタ２２上における光軸ずれを補正する大きさに決定されている。また、格子深さｄは、青波長λ１では回折光が発生せず（即ち、０次光のみが発生する）、赤波長λ２では０次光の効率を減少させるとともに±１次光を後述のスポットサイズ法用のディテクタに入射させ、赤外波長λ３では±１次光の効率を高くするように決定されている。
【００９２】
各波長におけるホログラム素子３０ｅの動作について図２０を参照して説明する。
（１）青波長λ１（BD、405nm）を使用するメディアを記録再生する場合
図２０（ａ）は、第５実施例のホログラム素子３０ｅにより青波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。図示のように、青波長レーザ光は、ホログラム素子３０ｅを通過し、集光レンズ２１によりディテクタ２２上へ集光される。図２０（ａ）の左側に示すように、ＲＦ信号用ディテクタ２２の受光面は４分割されており、そのほぼ中心に青波長レーザ光のスポットが形成される。
【００９３】
青波長に関してはディテクタの感度が原理的に低いため、Ｓ／Ｎを重視する必要がある。そのため、検出系の効率を高め、ディテクタに入射する光量をできるだけ大きくする必要がある。そこで、青波長レーザ光に対しては、ホログラム素子３０ｅは何の作用もしないように、又は回折光の発生をできるだけ抑えるように構成される。
【００９４】
なお、青波長については、ディテクタ２２を用い、非点収差法により図２０（ａ）に示す演算式に従ってフォーカスエラー信号を得ることができる。
【００９５】
（２）赤波長λ２（DVD、660nm）を使用するメディアを記録再生する場合
図２０（ｂ）は、第５実施例のホログラム素子３０ｅにより赤波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。図示のように、ホログラム素子３０ｅは赤波長レーザ光に対して±１次光を発生させる。赤波長では、ディテクタの感度が高く、記録再生時の光量も多いため、ディテクタ２２の受光素子の飽和を防止するために、検出系の効率を低下させ、ディテクタ２２に入射する光量を少なくする必要がある。そこで、ホログラム素子３０ｅにより±１次光を発生させ、その分、ディテクタ２２に入射する０次光の光量を減少させる。
【００９６】
また、第５実施例では、赤波長レーザ光の±１次光を利用して、差動スポットサイズ法によるフォーカスエラー検出を行う。差動スポットサイズ法は、トラックからの回折光の影響（トラッククロスノイズ）がフォーカスエラー信号に漏れ込んだ場合に、それをキャンセルすることが可能なフォーカスエラー検出方式である。トラッククロスノイズはランド／グルーブ記録構造を有するディスクにおいて顕著に発生する。このランド／グルーブ記録構造を採用するディスクの例はＤＶＤ−ＲＡＭである。よって、ＤＶＤ−ＲＡＭを再生する場合にフォーカスエラー検出方式として差動スポットサイズ法を使用するのは極めて有効であり、第５実施例はそれを可能とする。
【００９７】
差動スポットサイズ法では、図２０（ａ）から（ｃ）に示すように、一対の３分割ディテクタ２２ｄ−１及び２２ｄ−２を使用する。赤波長レーザ光の＋１次光は、ホログラム素子３０ｅの凸レンズ作用により０次光の焦点位置よりも手前に集光し、かつ、ホログラム素子３０ｅの偏心により光軸が偏向される。また、赤波長レーザ光の−１次光はホログラム素子３０ｅの凹レンズ作用により０次光の焦点位置より遠方に集光し、かつ、ホログラム素子３０ｅの偏心によって光軸が偏向される。これにより、赤波長レーザの±１次光をそれぞれ差動スポットサイズ法用のディテクタ２２ｄ−１及び２２ｄ−２に入射させる。図２０（ａ）に示すように、ディテクタ２２ｄ−１の受光面をＡ１〜Ａ３、ディテクタ２２ｄ−２の受光面をＣ１〜Ｃ３とすると、差動スポットサイズ法によるフォーカスエラー信号は図２０（ｂ）に示す演算式により得られる。なお、ＲＦ信号及びトラッキングエラー信号の生成には、ＲＦ信号用のディテクタ２２を用いる。
【００９８】
（３）赤外波長λ３（CD、780nm）を使用するメディアを記録再生する場合
図２０（ｃ）は、第５実施例のホログラム素子３０ｅにより赤外波長レーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す。図示のように、ホログラム素子３０ｅは、赤外波長レーザ光に対して±１次光のみを発生させ、＋１次光又は−１次光のいずれか一方をディテクタ２２に入射させる。これにより、２波長レーザを用いる場合の光軸ずれを補正することができる。
【００９９】
赤波長と赤外波長のレーザ光を出射する２波長レーザを用いる場合、通常、光ピックアップの光学系の調整は赤波長を基準としてを行われる。赤外波長のレーザ光は赤波長を基準として調整された光学系を通るため、検出光学系において色収差が発生する。第５実施例によるホログラム素子３０ｅは、この色収差を補正するように凸レンズ又は凹レンズとして作用する。具体的には、ホログラム素子３０ｅは、赤外波長レーザ光の±１次光のうちいずれか一方に対して凸レンズ又は凹レンズとして作用して色収差を補正し、補正後の１次光をディテクタ２２に入射させる。こうして、色収差が補正される。なお、他方の１次光はホログラム素子３０ｅにより逆に色収差が加算されるとともに本来の光軸に対して対称な方向に偏向されるが、その光線は使用されない。
【０１００】
図２１に、上記の機能を実現するホログラム素子３０ｅの構成例を示す。この例は、単一の格子深さｄを有する２レベルホログラムであり、図４（ａ）に示す第１実施例のホログラム素子３０ａと同一の構成を有する。
【０１０１】
図示のように、青波長レーザ光に対しては、ホログラム素子３０ｅの格子深さｄ（＝１９７０ｎｍ）は３波長分（３λ）に相当するので、青波長レーザ光に±１次光（回折光）は発生せず、０次光が１００％となる。よって、ディテクタ２２へ入射する青波長レーザ光を最大とすることができる。これにより要求事項２が満足される。
【０１０２】
赤波長レーザ光に対しては、ホログラム素子３０ｅの格子深さｄは１．８９波長分に相当し、約４１％の０次光と約２６パーセントの±１次光を発生させる。よって、ディテクタ２２へ入射する赤波長レーザ光を４１％に減少させることができ、ディテクタの飽和を防止することができる。これにより要求事項３が満足される。
【０１０３】
赤外波長レーザ光に対しては、ホログラム素子３０ｅの格子深さｄは１．６０波長分に相当し、３％の０次光と、４１％の±１次光を発生させる。つまり、ほぼ±１次光のみを発生してディテクタ２２へ入射させることができる。これにより、２波長レーザを使用することにより起因する赤外波長レーザの光軸のずれを補正することができ、要求事項１が満足される。また、ディテクタ２２へ入射する光量を減少させることができ、要求事項４が満足される。
【０１０４】
さらに、前述のように、第５実施例では、ホログラム素子３０ｅは赤外波長のレーザ光に発生する色収差を補正する機能を有する。特に本実施例のホログラム素子３０ｅは検出光学系（ディスクからの戻り光の経路、即ち復路）に挿入されているので、検出光学系において発生する色収差を補正することができる。この点、前述の特許文献３では色収差補正機能を有する光学素子をレーザ光の往路（レーザ光源からディスクまで経路）に配置しているため、検出光学系（復路）で発生する色収差を補正することはできない。第５実施例によるホログラム素子３０ｅによれば、赤外波長（ＣＤ）において色収差を検出光学系で補正できるので、レーザ光がディスク面上で合焦した状態でディテクタ上のレーザスポットを理想的な形状（円形）にすることができる。そのため、電気的なフォーカスオフセットを与える必要がなく、プッシュプル法などによるトラッキングエラー検出にも悪影響が生じないという利点がある。
【０１０５】
また、第５実施例のホログラム素子３０ｅは、図２０（ｂ）に示すように、赤波長においてＲＦ信号用のディテクタ２２に入射する光量を減少させる機能と、差動スポットサイズ法を実現するために赤波長の光束を分割する機能とを同時に実現している。よって、ＤＶＤ−ＲＡＭなどのランド／グルーブ記録を行うディスクにおいて、トラッククロスノイズの影響を受けない安定なフォーカスサーボが可能となる。
【０１０６】
【産業上の利用可能性】
本発明は、レーザ光などを照射することにより、記録媒体に情報を記録し、及び／又は、記録媒体から情報を再生する情報記録装置、情報再生装置、情報記録再生装置などに利用することができる。
【０１０７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る光ピックアップの概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施例によるホログラム素子の平面図である。
【図３】第１実施例のホログラム素子により、各波長のレーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す図である。
【図４】第１実施例によるホログラム素子の部分断面図、及び、その格子深さと回折効率との関係を示すグラフである。
【図５】球面収差の検出原理を示す図である。
【図６】球面収差の検出に用いられるホログラム素子の平面図である。
【図７】球面収差の検出に用いられるディテクタの例を示す平面図である。
【図８】青波長レーザ光の球面収差の検出結果を示すグラフである。
【図９】第２実施例によるホログラム素子の平面図である。
【図１０】第２実施例のホログラム素子により、各波長のレーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す図である。
【図１１】第２実施例によるホログラム素子の部分断面図である。
【図１２】第２実施例によるホログラム素子の格子深さと回折効率の関係を示すグラフである。
【図１３】第３実施例のホログラム素子により、各波長のレーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す図である。
【図１４】第３実施例によるホログラム素子の部分断面図である。
【図１５】第３実施例によるホログラム素子の格子深さと回折効率の関係を示すグラフである。
【図１６】第４実施例のホログラム素子により、各波長のレーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す図である。
【図１７】第４実施例によるホログラム素子の部分断面図である。
【図１８】第４実施例によるホログラム素子の格子深さと回折効率の関係を示すグラフである。
【図１９】第５実施例によるホログラム素子の平面図である。
【図２０】第５実施例のホログラム素子により、各波長のレーザ光がディテクタ上に集光される様子を示す図である。
【図２１】第５実施例によるホログラム素子の部分断面図である。
【０１０８】
【符号の説明】
１  光ディスク
１０  光ピックアップ
１１、１２  レーザ光源
１７  液晶パネル
２０  対物レンズ
２１  集光レンズ
２２  ディテクタ
２２ａ  ＲＦ信号用ディテクタ
２２ｂ  球面収差検出用ディテクタ
２２ｄ  差動スポットサイズ法用ディテクタ
３０  ホログラム素子
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１】
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