(57)【要約】【課題】基板の厚さのそれぞれ異なる複数種類の情報記憶媒体に対して情報の記録、再生及び消去を行う光ディスク装置及びその光ヘッド装置において、不要な高次回折光による影響を低減する。【解決手段】対物レンズ４とホログラムレンズ１０７で集光光学系を構成し、０次回折光と＋１次回折光を用いて、基板厚さがそれぞれ異なる２つの情報記録媒体５、５１の情報記録面に回折限界の集光スポットする。ホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７ａを、回折格子の１周期内で少なくとも２つの山を有するように複数の斜面で構成し、不要な−１次回折光及び＋２次回折光の回折効率を低減させる。【選択図】図８
2007052449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明部を有する情報媒体の情報記録面上に、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、
前記光学レンズは、屈折型レンズを具備し、
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２領域にはホログラムを具備し、
前記第１領域を通過した光と、前記第２領域を通過した０次回折光の両方を、第１の厚さの透明部を有する第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さの透明部を介して集束させ、
前記第２領域の前記ホログラムによって回折された＋１次回折光のみを、第２の厚さの透明部を有する第２の情報媒体の情報記録面上に、前記第２の厚さの透明部を介して集束させ、
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く、
かつ、
前記第２領域の前記ホログラムの＋１次の回折効率と０次の回折効率を他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きくし、
前記ホログラムの＋２次の回折効率を２％未満にすることを特徴とする光学レンズ。
【請求項２】
透明部を有する情報媒体の情報記録面上に、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、
前記光学レンズは、屈折型レンズを具備し、
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２領域にはホログラムを具備し、
前記第１領域を通過した光と、前記第２領域を通過した０次回折光の両方を、第１の厚さの透明部を有する第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さの透明部を介して集束させ、
前記第２領域の前記ホログラムによって回折された＋１次回折光のみを、第２の厚さの透明部を有する第２の情報媒体の情報記録面上に、前記第２の厚さの透明部を介して集束させ、
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く、
かつ、
前記第２領域の前記ホログラムのから発生する不要な次数の回折効率を低減するため、前記第２領域のホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は連続した第１及び第２の斜面を有しており、前記第２の斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅は、前記第１の斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅よりも広く、前記第１の斜面の傾斜は前記第２の斜面の傾斜よりも急にすることを特徴とする光学レンズ。
【請求項３】
透明部を有する情報媒体の情報記録面上に、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、
前記光学レンズは、屈折型レンズを具備し、
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領域には第１のホログラムを具備し、
前記第２領域には第２のホログラムを具備し、
前記第１領域の前記第１のホログラムによって回折された光と、前記第２領域の前記第２のホログラムによって回折された光の両方を、第１の厚さの透明部を有する第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さの透明部を介して集束させ、
前記第２領域の前記第２のホログラムを透過した０次回折光のみを、第２の厚さの透明部を有する第２の情報媒体の情報記録面上に、前記第２の厚さの透明部を介して集束させ、
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く、
かつ、
前記ホログラムの＋１次の回折効率と０次の回折効率を他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きくし、
前記第２のホログラムの−１次の回折効率を２％未満にすることを特徴とする光学レンズ。
【請求項４】
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の情報記録面上に前記透明部を介して光を集束させる請求項１から３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５】
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の情報記録面上に前記透明部を介して光を集束させる光学レンズと、
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光ヘッド装置であって、
前記光学レンズは、屈折型レンズを具備し、
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２領域にはホログラムを具備し、
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の厚さの透明部を有する第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さの透明部を介して集束させ、
前記第２領域を通過した光のみを、第２の厚さの透明部を有する第２の情報媒体の情報記録面上に、前記第２の厚さの透明部を介して集束させ、
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く、
かつ、
前記第２領域のホログラムの＋１次の回折効率と０次の回折効率を他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きくし、かつ、１００％未満とし、
前記光検出器上での不要な回折光の信号光に対する割合を低減するため、
前記第２領域のホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は連続した第１及び第２の斜面を有しており、前記第２の斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅は、前記第１の斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅よりも広く、前記第１の斜面の傾斜は前記第２の斜面の傾斜よりも急にすることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項６】
前記光源から出射される光を、
前記第１の厚さの透明部を有する第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さの透明部を介して集束させた場合と、
前記第２の厚さの透明部を有する第２の情報媒体の情報記録面上に、前記第２の厚さの透明部を介して集束させた場合と、
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請求項４または５に記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
透明部を有する情報媒体の情報記録面上に、前記透明部を介して光を集束させ、前記情報媒体に対して情報の記録または再生を行う請求項４から６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、
前記情報媒体を回転させる回転手段とを具備する光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクや光カード等の光媒体又は光磁気媒体（情報記録媒体）上に情報を記録し、再生し、消去するための光ヘッド装置、それを用いた光ディスク装置、光ヘッド装置に適する集光光学系及びその構成部品であるホログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピット状パターンを有する光ディスク上に微小に絞られた光ビームを用いて情報を記録し再生する光メモリ技術は、その高密度性及び大容量性により、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等に応用され、実用化されている。
【０００３】
しかしながら、光ディスクへの情報の記録及び再生の信頼性は、光ディスク装置の光学系の性能によるところが大きい。一般に、光ディスク装置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、光学系の焦点制御及びトラッキング制御、及びピット信号の検出に大別される。これらの機能は、光ディスク装置の目的及び用途に応じて、各種の光学系及び光電変換検出方式の組合せにより実現されている。
【０００４】
近年、光学系設計技術の進歩及び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み、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（以下、ＮＡと称する）を大きくすることが検討されている。ＮＡを大きくした場合、光軸の傾き（いわゆるチルト）により収差の発生量が増大するという問題が生じる。これを防止するためには、光ディスクの基板の厚み（基材厚）を薄くすれば良い。
【０００５】
例えば、ＮＡ＝０．５、基板の厚みｔ１＝１．２ｍｍの場合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＝０．６ｍｍ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（または情報記録媒体）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。
【０００６】
上記理由により、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。従って、次世代の高密度光ディスクの基板の厚さは、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薄くなると考えられる。当然のことながら、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、基板の厚さが異なる複数種類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となる。
【０００７】
次に、例えば特許文献１に記載された従来の２焦点光ヘッド装置を、図２１を用いて説明する。図２１に示すように、従来の２焦点光ヘッド装置は、例えば半導体レーザー等の放射光源２と、放射光源２から出射された光ビーム３を平行光束に変換するコリメートレンズ１２２と、コリメートＰレンズ１２２により平行光化された光束を透過し、また情報記録媒体５又は５１からの反射光を所定方向に反射する偏光ビームスプリッタ４２と、偏光ビームスプリッタ４２を透過した光束を円偏光に変換する１／４波長板１５と、１／４波長板１５を透過した光束を情報記録媒体５又は５１の記録面上に集光させるための対物レンズ４及びホログラムレンズ１０７で構成された集光光学系と、集光光学系を駆動する駆動機構１１０と、偏光ビームスプリッタ４２により反射された情報記録媒体５又は５１からの反射光を光検出器７１上に集光する集束レンズ１２１と、集束レンズ１２１により集束された光束の波面を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ために波面変換するシリンドリカルレンズ１３１等で構成されている。
【０００８】
なお、以下本明細書中において、「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。
【０００９】
放射光源２から出射された光ビーム３はコリメートレンズ１２２により略平行光化され、さらに、偏光ビームスプリッター４２を透過し、１／４波長板１５により円偏光に変換され、ホログラムレンズ１０７に入射する。ホログラムレンズ１０７に入射した光ビーム３は、ホログラムレンズ１０７により回折される。（ホログラムレンズ１０７による回折を受けなかった）０次回折光６１は、対物レンズ４により、基板厚さｔ２が薄い情報記録媒体５１の記録面３８ａの位置に集光される。一方、＋１次回折光６４は、対物レンズ４により、基板厚さｔ１が厚い情報記録媒体５の記録面３８ｂの位置に集光される。情報記録媒体５又は５１により反射された光ビ−ムは、それぞれ元の光路を逆に辿り、０次回折光６１は、図中実線で示すようにホログラムレンズ１０７を再び透過する。
【００１０】
また、＋１次回折光６４は、図中点線で示すようにホログラムレンズ１０７により再び＋１次回折光として回折される。０次回折光６１及び＋１次回折光６４は、共に偏光ビームスプリッター４２により反射され、収束レンズ１２１により集光され、シリンドリカルレンズ１３１により波面を変換され、光検出器７１に入射する。光検出器７１の出力を演算することにより、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）及び情報信号が得られる。
【００１１】
すなわち、同一の放射光源２から出射され、異なる２つの焦点（記録面）３８ａ及び３８ｂにより反射されてきた光ビームは、それぞれ光検出器７１側の同じ集光点３９に集光される。従って、放射光源２の出射点と光検出器７１の集光点３９は鏡像関係にある。このため、同一のサーボ信号検出手段（図示せず）及び光検出器７１を用いて、基板厚さの異なる２種類の情報記録媒体５及び５１に対して情報の記録、再生及び消去が可能となる。
【特許文献１】特開平７−０９８４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来の光ヘッド装置は、０次回折光６１と＋１次回折光６４を利用しているが、周知のようにホログラムでは−１次回折光や＋２次回折光も発生する。これらの不要な回折光の振る舞いについて、図２２を用いて説明する。なお、上記従来例におけるホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７ａは、図２３に示すように等段差及び等段幅の階段状である。図２２において実線で示すように、略平面波の光ビーム３が対物レンズ４及びホログラムレンズ１０７で構成された集光光学系に入射すると、ホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７ａにより回折された＋１次回折光６４は、厚さｔ１の基板３７を透過して情報記録媒体５の情報記録面上に集光される。
【００１３】
情報記録媒体５により反射され、ホログラムレンズ１０７で回折された復路の＋１次回折光６４ａは、はじめに入射した光ビーム３と同様に略平面波になるので、これを図２１に示す光検出器７１で受光し、サーボ信号や情報信号が得られる。図２２から明らかなように、ホログラムレンズ１０７は＋１次回折光６４に対しては、凹レンズ作用を行う。
【００１４】
ここで、往路の０次回折光６１ｂを考えると、＋１次回折光に比べて凹レンズ作用を受けていないので、情報記録媒体５により反射されて返ってきたときには、より発散度合いの小さな波面となっている。ところが、＋２次回折光は＋１次回折光のほぼ倍の凹レンズ作用を受けるので、この往路の０次回折光６１ｂが、ホログラムレンズ１０７に入射したときに復路の＋２次回折光６１ｃが発生すると、図２２において点線で示すように、復路の＋２路回折光６１ｃもやはり略平行光になって返ってくる。
【００１５】
往路と復路に１倍の凹レンズ作用を受ける場合と、復路にのみ２倍の凹レンズ作用を受ける場合では、若干総合的なレンズ作用が異なる為、復路の＋２次回折光６１ｃは多少非平行になる。このため、例えば図２１に示すように収束レンズ１２１とシリンドリカルレンズ１３１を用いて復路の＋１次回折光６４ａを光検出器７１上で最小錯乱円にしたときに、復路の＋２次回折光６１ｃはやや大きく広がる。しかし、上記従来の光ヘッド装置及びその集光光学系では、このような不要な回折光の影響を受け、サーボ信号品質を劣化させるおそれがあるという問題点を有していた。
【００１６】
本発明では上記従来例の問題点を解決するためになされたものであり、ホログラムを構成する格子の位相変調プロファイルを工夫することにより、不要な回折光の光量を低減し、このホログラムを用いて、基板厚さの異なる複数種類の情報記録媒体（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光ヘッド装置及びその集光光学系（対物レンズ）を提供すること、さらに、それらを用いて、より安定して情報の記録、再生及び消去が可能な光ディスク装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の第１のホログラムは、０次回折光と＋１次回折光の回折効率が他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きく、０次回折光と＋１次回折光の回折効率がいずれも３０％以上であり、＋２次回折光及び−１次回折光のいずれか一方の回折効率が２％以下である。
【００１８】
上記構成において、＋１次回折光に対して凹レンズ作用を有し、＋２次回折光の回折効率が２％以下であることが好ましい。
【００１９】
また、＋２次回折光の回折効率が−３次回折光の回折効率より小さいことが好ましい。
【００２０】
本発明の第２のホログラムは、０次回折光及び＋１次回折光の回折効率が他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きく、＋１次回折光に対して凹レンズ作用を有し、＋２次回折光の回折効率が−１次回折光の回折効率よりも小さい。
【００２１】
上記第１のホログラムにおいて、＋１次回折光に対して凸レンズ作用を有し、０次回折光と＋１次回折光の回折効率はいずれも３０％以上であり、−１次回折光の回折効率が２％以下であることが好ましい。
【００２２】
また、−１次回折光の回折効率が＋３次回折光の回折効率より小さいことが好ましい。
【００２３】
本発明の第３のホログラムは、０次回折光及び＋１次回折光の回折効率は他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きく、＋１次回折光に対して凸レンズ作用を有し、＋２次回折光の回折効率が−１次回折光の回折効率よりも小さい。
【００２４】
上記各構成において、−１次回折光及び＋２次回折光のうち、その回折効率が２％以下のものが、他方の回折効率の１／３以下であることが好ましい。
【００２５】
本発明の第４のホログラムは、＋１次回折光の回折効率が５０％以上であり、０次の回折効率が１５％以上であり、−１次回折光の回折効率が１％以下であり、＋１次回折光に対して凸レンズ作用を有する。
【００２６】
本発明の第５のホログラムは、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は少なくとも２つの山を有しており、前記２つの山のうち一方の前記ホログラム上の位置方向における幅が他方の幅よりも狭く、前記光学的位相変調量方向における高さが他方の光学的位相変調量方向の高さも低く、前記光学的位相変調量方向における高さの高い方の山の１つの斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅が前記１周期の略１／２以上であり、前記光学的位相変調量方向における高さの低い方の山の位置方向の幅が前記１周期の略１／３以下である。
【００２７】
本発明の第６のホログラムは、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上の位置方向に順に配列された５段の階段状であり、第１段から第４段までは順にその高さが高くなり、第５段は前記第４段よりも高さが低く、前記第１段及び第５段の前記ホログラム上の位置方向の幅が１周期の略１／１０である。
【００２８】
本発明の第７のホログラムは、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は同じ方向に傾斜した連続した第１及び第２の斜面を有しており、前記第２の斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅は１周期の略９０％であり、前記第１の斜面の傾斜は前記第２の斜面の傾斜よりも急である。
【００２９】
本発明の第８のホログラムは、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上の位置方向に順に配列された４段の階段状であり、第１段から第４段まで順にその高さが高くなり、第１段と第２段の段差及び第３段と第４段の段差はいずれも第２段と第３段の段差よりも大きく、前記第１段と第２段の段差により光に与える位相変調量φ２は略０．３５πであり、前記第２段と第３段の段差により光に与える位相変調量φ３と前記φ２の和が略０．９８πである。
【００３０】
本発明の第９のホログラムは、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上の位置方向に順に配列された連続する第１、第２及び第３の３つの斜面を有し、第３の斜面の前記ホログラム上の位置方向の幅は１周期の略２／３以上であり、前記第１、第２及び第３の斜面はそれぞれ同じ方向に傾斜し、前記第２の斜面の傾斜は前記第１及び第３の斜面の各傾斜よりも急である。
【００３１】
本発明の第１０のホログラムは、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は同方向に傾斜した２つの不連続な斜面を有し、前記各斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅は、それぞれ１周期の略１／２である。
【００３２】
本発明の第１１のホログラムは、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上の位置方向に順に配列された４段の階段状であり、第１段から第４段まで順にその高さが高くなり、第１段と第２段の段差及び第３段と第４段の段差はいずれも第２段と第３段の段差よりも大きく、前記第１段と第２段の段差により光に与える位相変調量φ２は略０．４５πであり、前記第２段と第３段の段差により光に与える位相変調量φ３と前記φ２の和が略０．６２πである。
【００３３】
本発明の第１の集光光学系は、少なくとも屈折型レンズと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対物レンズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出し、前記２つの焦点は前記ホログラムレンズによる０次回折光及び＋１次回折光の焦点であり、前記ホログラムレンズは上記いずれかのホログラムを含む。
【００３４】
上記構成において、前記焦点は、それぞれ基板表面から情報記録面までの厚さが異なる複数種類の情報記録媒体の前記情報記録面上に収束するように設計されていることが好ましい。
【００３５】
本発明の第２の集光光学系は、少なくとも屈折型レンズと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対物レンズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出し、前記屈折型レンズは前記ホログラムレンズによる０次回折光を情報記録媒体の基板表面から厚さｔ２の位置に設けられた第１の情報記録面上に光ビームを集光し、前記ホログラムレンズは前記ホログラムレンズ自身により回折される回折光が前記屈折型レンズを通過した後、前記基板表面から前記厚さｔ２よりも厚いｔ１の位置に設けられた第２の情報記録面上に光ビームを集光し、前記ホログラムレンズは上記第１、第２、第５及び第６のいずれかのホログラムを含む。
【００３６】
本発明の第３の集光光学系は、少なくとも屈折型レンズと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対物レンズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出し、前記屈折型レンズは前記ホログラムレンズによる０次回折光を情報記録媒体の基板表面から厚さｔ１の位置に設けられた第１の情報記録面上に光ビームを集光し、前記ホログラムレンズは前記ホログラムレンズ自身により回折される回折光が前記屈折型レンズを通過した後、前記基板表面から前記厚さｔ１よりも薄いｔ２の位置に設けられた第２の情報記録面上に光ビームを集光し、前記ホログラムレンズは上記第１、第３、第４、第７から第１１のいずれかのホログラムを含む。
【００３７】
本発明の第４の集光光学系は、少なくとも屈折型レンズと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対物レンズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出し、前記２つの焦点はそれぞれ開口数が異なり、前記ホログラムレンズは第１から第１１のいずれかのホログラムを含む。
【００３８】
本発明の第５の集光光学系は、少なくとも屈折型レンズと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対物レンズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出し、０次回折光が集光される焦点の開口数が＋１次回折光が集光される焦点の開口数よりも大きく、前記ホログラムレンズは上記第１、第２、第５及び第６のいずれかのホログラムを含む。
【００３９】
上記第５の集光光学系において、前記屈折型レンズの有効径内に対応する前記ホログラムレンズを内周部と外周部に分けた場合に、内周部は上記第１、第２、第５及び第６のいずれかのホログラムであり、＋１次回折光の回折効率は内周部よりも外周部の方が小さいことが好ましい。
【００４０】
または、前記屈折型レンズの有効径内に対応する前記ホログラムレンズを内周部と外周部に分けた場合に、内周部は上記第１、第２、第５及び第６のいずれかのホログラムであり、外周部は格子パターンが形成されていない領域を有することが好ましい。
【００４１】
さらに、上記構成において、前記ホログラムレンズの格子パターンが形成されていない領域の位相と、格子パターン部の位相の平均値とがぼぼ等しいことが好ましい。
【００４２】
本発明の第６の集光光学系は、少なくとも屈折型レンズと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対物レンズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出し、０次回折光が集光される焦点の開口数が＋１次回折光が集光される焦点の開口数よりも小さく、前記ホログラムレンズは上記第１、第３、第４、第７から第１１のいずれかのホログラムを含む。
【００４３】
上記第６の集光光学系において、前記屈折型レンズの有効径内に対応する前記ホログラムレンズを内周部と外周部に分けた場合に、内周部は上記各構成のいずれかのホログラムであり、０次回折光の回折効率は内周部よりも外周部の方が小さいことが好ましい。
【００４４】
上記第１から第６の集光光学系において、前記屈折型レンズ及び前記ホログラムレンズの相対位置を固定したことが好ましい。
【００４５】
また、前記屈折型レンズ表面に前記ホログラムレンズを形成したことが好ましい。
【００４６】
また、前記屈折型レンズ面のうち、曲率の大きな表面に、前記ホログラムレンズを形成したことが好ましい。
【００４７】
本発明の光ヘッド装置は、放射光源と、前記放射光源から出射される光ビームを情報記録媒体上へ微小スポットとして収束させる集光光学系と、前記情報記録媒体により反射された光ビームを受け、その光量に応じて電気信号を出力する光検出器を具備し、前記集光光学系は上記第１から第６のいずれかである。
【００４８】
本発明の光ディスク装置は、情報記録媒体の駆動機構と、上記光ヘッド装置と、前記光ヘッド装置より得られる信号を用いたフォーカスサーボ機構及びトラッキングサーボ機構と、前記サーボ機構を駆動するための制御回路と、電源又は外部電源との接続部とを具備する。
【００４９】
本発明の第１の光学レンズは、透明部を有する情報媒体の情報記録面上に、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、前記光学レンズは、屈折型レンズを具備し、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２領域にはホログラムを具備し、前記第１領域を通過した光と、前記第２領域を通過した０次回折光の両方を、第１の厚さの透明部を有する第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さの透明部を介して集束させ、前記第２領域の前記ホログラムによって回折された＋１次回折光のみを、第２の厚さの透明部を有する第２の情報媒体の情報記録面上に、前記第２の厚さの透明部を介して集束させ、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く、かつ、前記第２領域の前記ホログラムの＋１次の回折効率と０次の回折効率を他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きくし、前記ホログラムの＋２次の回折効率を２％未満にすることを特徴とする。
【００５０】
本発明の第２の光学レンズは、透明部を有する情報媒体の情報記録面上に、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、前記光学レンズは、屈折型レンズを具備し、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２領域にはホログラムを具備し、前記第１領域を通過した光と、前記第２領域を通過した０次回折光の両方を、第１の厚さの透明部を有する第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さの透明部を介して集束させ、前記第２領域の前記ホログラムによって回折された＋１次回折光のみを、第２の厚さの透明部を有する第２の情報媒体の情報記録面上に、前記第２の厚さの透明部を介して集束させ、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く、かつ、前記第２領域の前記ホログラムのから発生する不要な次数の回折効率を低減するため、前記第２領域のホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は連続した第１及び第２の斜面を有しており、前記第２の斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅は、前記第１の斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅よりも広く、前記第１の斜面の傾斜は前記第２の斜面の傾斜よりも急にすることを特徴とする。
【００５１】
本発明の第３の光学レンズは、透明部を有する情報媒体の情報記録面上に、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、前記光学レンズは、屈折型レンズを具備し、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領域には第１のホログラムを具備し、前記第２領域には第２のホログラムを具備し、前記第１領域の前記第１のホログラムによって回折された光と、前記第２領域の前記第２のホログラムによって回折された光の両方を、第１の厚さの透明部を有する第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さの透明部を介して集束させ、前記第２領域の前記第２のホログラムを透過した０次回折光のみを、第２の厚さの透明部を有する第２の情報媒体の情報記録面上に、前記第２の厚さの透明部を介して集束させ、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く、かつ、前記ホログラムの＋１次の回折効率と０次の回折効率を他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きくし、前記第２のホログラムの−１次の回折効率を２％未満にすることを特徴とする。
【００５２】
本発明の第２の光ヘッド装置は、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の情報記録面上に前記透明部を介して光を集束させる上記各構成のいずれかの光学レンズと、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。
【００５３】
本発明の第３の光ヘッド装置は、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の情報記録面上に前記透明部を介して光を集束させる光学レンズと、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光ヘッド装置であって、前記光学レンズは、屈折型レンズを具備し、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２領域にはホログラムを具備し、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の厚さの透明部を有する第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さの透明部を介して集束させ、前記第２領域を通過した光のみを、第２の厚さの透明部を有する第２の情報媒体の情報記録面上に、前記第２の厚さの透明部を介して集束させ、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く、かつ、前記第２領域のホログラムの＋１次の回折効率と０次の回折効率を他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きくし、かつ、１００％未満とし、前記光検出器上での不要な回折光の信号光に対する割合を低減するため、前記第２領域のホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は連続した第１及び第２の斜面を有しており、前記第２の斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅は、前記第１の斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅よりも広く、前記第１の斜面の傾斜は前記第２の斜面の傾斜よりも急にすることを特徴とする。
【００５４】
上記第２または第３の光ヘッド装置においては、前記光源から出射される光を、前記第１の厚さの透明部を有する第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さの透明部を介して集束させた場合と、前記第２の厚さの透明部を有する第２の情報媒体の情報記録面上に、前記第２の厚さの透明部を介して集束させた場合と、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が好ましい。
【００５５】
本発明の第２の光ディスク装置は、透明部を有する情報媒体の情報記録面上に、前記透明部を介して光を集束させ、前記情報媒体に対して情報の記録または再生を行う上記各構成の光ヘッド装置と、前記光ヘッド装置を移動させる移動手段と、前記情報媒体を回転させる回転手段とを具備する。
【発明の効果】
【００５６】
以上のように、本発明の第１のホログラムは例えば第１の実施形態に対応し、０次回折光と＋１次回折光の回折効率が他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きく、０次回折光と＋１次回折光の回折効率がいずれも３０％以上であり、＋２次回折光及び−１次回折光のいずれか一方の回折効率が２％以下である。そのため、不要な回折光である＋２次回折光又は−１次回折光による影響を小さくすることができる。
【００５７】
また、このホログラムを用いて、基板厚さの異なる複数種類の情報記録媒体（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光ヘッド装置及びその集光光学系を提供するが可能になる。さらに、それらを用いることにより、より安定して情報の記録、再生及び消去が可能な光ディスク装置を提供することが可能になる。
【００５８】
上記構成において、＋１次回折光に対して凹レンズ作用を有し、＋２次回折光の回折効率が２％以下とすることにより、屈折型レンズと組合わせることにより、０次回折光と＋１次回折光をそれぞれ異なった２つの焦点に集光させることができる。すなわち、このホログラムを用いることにより、２焦点集光光学系を構成することが可能となる。また、＋２次回折光の回折効率を−３次回折光の回折効率より小さくすることにより、＋２次回折光による影響を低減させることができる。
【００５９】
本発明の第２のホログラムは例えば第２の実施形態に対応し、０次回折光及び＋１次回折光の回折効率が他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きく、＋１次回折光に対して凹レンズ作用を有し、＋２次回折光の回折効率が−１次回折光の回折効率よりも小さい。そのため、例えば＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）を−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）の１／３以下にすることにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）と−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）を共に小さく抑えることができる。
【００６０】
また、上記第１のホログラムにおいて、＋１次回折光に対して凸レンズ作用を有し、０次回折光と＋１次回折光の回折効率はいずれも３０％以上であり、−１次回折光の回折効率が２％以下とすることにより、第４又は第５の実施形態に対応し、色収差、特に焦点位置の変化を防止することができる。また、−１次回折光の回折効率を＋３次回折光の回折効率より小さくすることにより、その分−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）が低下し、−１次回折光及び＋２次回折光による影響Ｒ’（−１）及びＲ’（＋２）を抑制することができる。
【００６１】
本発明の第３のホログラムによれば、０次回折光及び＋１次回折光の回折効率は他のいずれの次数の回折光の回折効率よりも大きく、＋１次回折光に対して凸レンズ作用を有し、＋２次回折光の回折効率が−１次回折光の回折効率よりも小さいので、屈折型レンズと組合わせることにより、０次回折光と＋１次回折光をそれぞれ異なった焦点に集光させることができる。
【００６２】
また、−１次回折光及び＋２次回折光のうち、その回折効率が２％以下のものを、他方の回折効率の１／３以下とすることにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）と−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）を共に小さく抑えることができる。
【００６３】
本発明の第４のホログラムは第７の実施形態に対応し、＋１次回折光の回折効率が５０％以上であり、０次の回折効率が１５％以上であり、−１次回折光の回折効率が１％以下であり、＋１次回折光に対して凸レンズ作用を有する。すなわち、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を０次回折光の回折効率Ｅ（０）に比べて明らかに大きくしているので、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）は１０％程度あっても特に問題にならない。特に、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を１％以下とすることにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑えることができる。
【００６４】
本発明の第５のホログラムは図８（ａ）に示す第２の実施形態に対応し、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は少なくとも２つの山を有しており、前記２つの山のうち一方の前記ホログラム上の位置方向における幅が他方の幅よりも狭く、前記光学的位相変調量方向における高さが他方の光学的位相変調量方向の高さも低く、前記光学的位相変調量方向における高さの高い方の山の１つの斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅が前記１周期の略１／２以上であり、前記光学的位相変調量方向における高さの低い方の山の位置方向の幅が前記１周期の略１／３以下である。そのため、図８（ｂ）に示すように、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）がほぼ等しいとき、−３次回折光の回折効率Ｅ（−３）が−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）及び＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）よりも大きくなっており、その分＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）を減らして２％以下にすることができ、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）を３．２％という十分に小さな値にすることができる。
【００６５】
本発明の第６のホログラムは図９（ａ）に示す第３の実施形態に対応し、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上の位置方向に順に配列された５段の階段状であり、第１段から第４段までは順にその高さが高くなり、第５段は前記第４段よりも高さが低く、前記第１段及び第５段の前記ホログラム上の位置方向の幅が１周期の略１／１０である。そのため、図９（ｂ）に示すように、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）がほぼ等しいとき、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）を２％以下に減らすことができる。その結果、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）を３．１％、−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）を５％という十分に小さな値にすることができる。
【００６６】
本発明の第７のホログラムは図１３（ａ）に示す第５の実施形態に対応し、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は同じ方向に傾斜した連続した第１及び第２の斜面を有しており、前記第２の斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅は１周期の略９０％であり、前記第１の斜面の傾斜は前記第２の斜面の傾斜よりも急である。そのため、図１３（ｂ）に示すように、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）がほぼ等しいとき、＋３次回折光の回折効率Ｅ（＋３）が−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）よりも大きくなっており、その分−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）は減り、−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）及び＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）を５．２％に抑制することができる。
【００６７】
本発明の第８のホログラムは図１４（ａ）に示す第６の実施形態に対応し、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上の位置方向に順に配列された４段の階段状であり、第１段から第４段まで順にその高さが高くなり、第１段と第２段の段差及び第３段と第４段の段差はいずれも第２段と第３段の段差よりも大きく、前記第１段と第２段の段差により光に与える位相変調量φ２は略０．３５πであり、前記第２段と第３段の段差により光に与える位相変調量φ３と前記φ２の和が略０．９８πである。そのため、図１４（ｂ）に示すように、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）が等しくなるときの段差により光に与える位相変調量φ１は０．９８π（光路差では０．４９λ、λは波長）である。Ｅ（＋１）とＥ（０）がほぼ等しいとき、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）が２％以下に減り、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）を４．１％、−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を６％という小さな値にすることができる。本実施形態において、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）のほぼ１／３以下にすることにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑えることができる。
【００６８】
本発明の第９のホログラムは図１５（ａ）に示す第７の実施形態に対応し、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上の位置方向に順に配列された連続する第１、第２及び第３の３つの斜面を有し、第３の斜面の前記ホログラム上の位置方向の幅は１周期の略２／３以上であり、前記第１、第２及び第３の斜面はそれぞれ同じ方向に傾斜し、前記第２の斜面の傾斜は前記第１及び第３の斜面の各傾斜よりも急である。そのため、図１５（ｂ）に示すように、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）が６０％のとき、０次回折光の回折効率Ｅ（０）は約２３％であり、十分な回折効率が得られることがわかる。すなわち、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を０次回折光の回折効率Ｅ（０）に比べて明らかに大きくしているので、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）は１０％程度あっても特に問題にならない。また、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の１／１０以下にすることにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑えることができる。
【００６９】
本発明の第１０のホログラムは図１６（ａ）に示す第８の実施形態に対応し、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は同方向に傾斜した２つの不連続な斜面を有し、前記各斜面の前記ホログラム上の位置方向における幅は、それぞれ１周期の略１／２である。そのため、図１６（ｂ）に示すように、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）が５５％のとき、０次回折光の回折効率Ｅ（０）は約２３％である。すなわち、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を０次回折光の回折効率Ｅ（０）に比べて明らかに大きくしているので、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）は１０％程度あっても特に問題にならない。また、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の１／１０以下にすることにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑えることができる。
【００７０】
本発明の第１１のホログラムは図１７（ａ）に示す第９の実施形態に対応し、ホログラムを構成する格子の１周期内において、前記ホログラムにより受ける光学的位相変調量を、前記ホログラム上の位置又は０次回折光と＋１次回折光の位相差に対してグラフ化した場合に、前記グラフの形状は前記ホログラム上の位置方向に順に配列された４段の階段状であり、第１段から第４段まで順にその高さが高くなり、第１段と第２段の段差及び第３段と第４段の段差はいずれも第２段と第３段の段差よりも大きく、前記第１段と第２段の段差により光に与える位相変調量φ２は略０．４５πであり、前記第２段と第３段の段差により光に与える位相変調量φ３と前記φ２の和が略０．６２πである。そのため、図１７（ｂ）に示すように、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）が５５％のとき、０次回折光の回折効率Ｅ（０）は約２０％である。段差φ１は０．６２π（光路差では０．３１λ、λは波長）である。すなわち、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を０次回折光の回折効率Ｅ（０）に比べて明らかに大きくしているので、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）は１０％程度あっても特に問題にならない。また、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の１／１０以下にすることにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑えることができる。
【００７１】
また、本発明の第１の集光光学系は、少なくとも屈折型レンズと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対物レンズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出し、前記２つの焦点は前記ホログラムレンズによる０次回折光及び＋１次回折光の焦点であり、前記ホログラムレンズは上記いずれかのホログラムを含む。そのため、不要な−１次回折光及び＋２次回折光による影響を十分に抑制した２焦点集光光学系を構成することができる。
【００７２】
また、上記構成において、前記焦点を、それぞれ基板表面から情報記録面までの厚さが異なる複数種類の情報記録媒体の前記情報記録面上に収束するように設計することにより、基板厚さの異なる複数種類の情報記録媒体の記録再生が可能な光ディスク装置の光ヘッド装置の光学系として用いることができる。
【００７３】
本発明の第２の集光光学系は、少なくとも屈折型レンズと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対物レンズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出し、前記屈折型レンズは前記ホログラムレンズによる０次回折光を情報記録媒体の基板表面から厚さｔ２の位置に設けられた第１の情報記録面上に光ビームを集光し、前記ホログラムレンズは前記ホログラムレンズ自身により回折される回折光が前記屈折型レンズを通過した後、前記基板表面から前記厚さｔ２よりも厚いｔ１の位置に設けられた第２の情報記録面上に光ビームを集光し、前記ホログラムレンズは上記第１、第２、第５及び第６のいずれかのホログラムを含む。そのため、上記第１の集光光学系と同様に、基板厚さの異なる２種類の情報記録媒体の記録再生が可能な光ディスク装置の光ヘッド装置の光学系として用いることができる。
【００７４】
本発明の第３の集光光学系は、少なくとも屈折型レンズと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対物レンズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出し、前記屈折型レンズは前記ホログラムレンズによる０次回折光を情報記録媒体の基板表面から厚さｔ１の位置に設けられた第１の情報記録面上に光ビームを集光し、前記ホログラムレンズは前記ホログラムレンズ自身により回折される回折光が前記屈折型レンズを通過した後、前記基板表面から前記厚さｔ１よりも薄いｔ２の位置に設けられた第２の情報記録面上に光ビームを集光し、前記ホログラムレンズは上記第１、第３、第４、第７から第１１のいずれかのホログラムを含む。そのため、上記第１の集光光学系と同様に、基板厚さの異なる２種類の情報記録媒体の記録再生が可能な光ディスク装置の光ヘッド装置の光学系として用いることができる。
【００７５】
本発明の第４の集光光学系は、少なくとも屈折型レンズと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対物レンズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出し、前記２つの焦点はそれぞれ開口数が異なり、前記ホログラムレンズは第１から第１１のいずれかのホログラムを含む。そのため、上記第１の集光光学系と同様に、基板厚さの異なる２種類の情報記録媒体の記録再生が可能な光ディスク装置の光ヘッド装置の光学系として用いることができる。特に、＋１次回折光を用いて基板厚さの厚い情報記録媒体の再生を行い、０次回折光を用いて基板厚さの薄い情報記録媒体の再生を行う場合に有効である。
【００７６】
本発明の第５の集光光学系は、少なくとも屈折型レンズと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対物レンズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出し、０次回折光が集光される焦点の開口数が＋１次回折光が集光される焦点の開口数よりも大きく、前記ホログラムレンズは上記第１、第２、第５及び第６のいずれかのホログラムを含む。そのため、上記第４の集光光学系と同様に、基板厚さの異なる２種類の情報記録媒体の記録再生が可能な光ディスク装置の光ヘッド装置の光学系として用いることができる。特に、＋１次回折光を用いて基板厚さの厚い情報記録媒体の再生を行い、０次回折光を用いて基板厚さの薄い情報記録媒体の再生を行う場合に有効である。
【００７７】
上記第５の集光光学系において、前記屈折型レンズの有効径内に対応する前記ホログラムレンズを内周部と外周部に分けた場合に、内周部は上記第１、第２、第５及び第６のいずれかのホログラムであり、＋１次回折光の回折効率を内周部よりも外周部の方が小さくなるようにすることにより、＋１次回折光及び０次回折光の光量及びそれらの分布を補正することができる。
【００７８】
または、前記屈折型レンズの有効径内に対応する前記ホログラムレンズを内周部と外周部に分けた場合に、内周部は上記第１、第２、第５及び第６のいずれかのホログラムであり、外周部は格子パターンが形成されていない領域を設けることにより、同様に、＋１次回折光及び０次回折光の光量及びそれらの分布を補正することができる。
【００７９】
さらに、上記構成において、前記ホログラムレンズの格子パターンが形成されていない領域の位相と、格子パターン部の位相の平均値とをぼぼ等しくすることにより、格子パターン部を透過した０次回折光の位相と格子パターンが形成されていない領域を透過した０次回折光の位相をほぼ同じに合せることができ、屈折型レンズによる集光性能を向上させることができる。
【００８０】
本発明の第６の集光光学系は、少なくとも屈折型レンズと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対物レンズに対して同一の側で、かつ光軸方向の異なる位置に少なくとも２つの焦点を作り出し、０次回折光が集光される焦点の開口数が＋１次回折光が集光される焦点の開口数よりも小さく、前記ホログラムレンズは上記第１、第３、第４、第７から第１１のいずれかのホログラムを含む。そのため、上記第４又は第５の集光光学系と同様に、基板厚さの異なる２種類の情報記録媒体の記録再生が可能な光ディスク装置の光ヘッド装置の光学系として用いることができる。特に、＋１次回折光を用いて基板厚さの厚い情報記録媒体の再生を行い、０次回折光を用いて基板厚さの薄い情報記録媒体の再生を行う場合に有効である。
【００８１】
上記第６の集光光学系において、前記屈折型レンズの有効径内に対応する前記ホログラムレンズを内周部と外周部に分けた場合に、内周部は上記各構成のいずれかのホログラムであり、０次回折光の回折効率を内周部よりも外周部の方が小さなるようにするとにより、＋１次回折光及び０次回折光の光量及びそれらの分布を補正することができる。
【００８２】
上記第１から第６の集光光学系において、前記屈折型レンズ及び前記ホログラムレンズの相対位置を固定することにより、ホログラムレンズと屈折型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、かつ、一層の軽量化と低コスト化を図ることもできる。
【００８３】
また、前記屈折型レンズ表面に前記ホログラムレンズを形成することにより、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に、ホログラムレンズの光軸に対する収差を抑制することができる。特に、前記屈折型レンズ面のうち、曲率の大きな表面に、前記ホログラムレンズを形成することが有効である。
【００８４】
また、上記集光光学系を用いた光ヘッド装置を構成することにより、−１次回折光及び＋２次回折光による影響を抑制した、それぞれ基板厚さの異なる複数の情報記録媒体にコンパチブルな光ディスク装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る光ヘッド装置、それを用いた光ディスク装置、光ヘッド装置に適する集光光学系及びその構成部品であるホログラムについて、図１から図６を参照しつつ説明する。図１は第１の実施形態における光ディスク装置及びその光ヘッド装置の構成を示す光路図である。また、図２の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、上記光ヘッド装置の集光光学系による基板厚さの異なる２種類の情報記録媒体に対する光ビームの集光状態を示す光路図である。
【００８６】
図１に示すように、本発明光ディスク装置及びその光ヘッド装置は、例えば半導体レーザー等の放射光源２と、放射光源２から出射された光ビーム３を平行光束に変換するコリメートレンズ１２２と、コリメートレンズ１２２の前方に設けられた補正ホログラム１２２１と、補正ホログラム１２２１を透過した光束を透過させ、また情報記録媒体５又は５１からの反射光を所定方向に反射する偏光ビームスプリッタ４２と、偏光ビームスプリッタ４２を透過した光束を円偏光に変換する１／４波長板１５と、１／４波長板１５を透過した光束を情報記録媒体５又は５１の記録面上に集光させるための対物レンズ４及びホログラムレンズ１０７で構成された集光光学系と、集光光学系を駆動する駆動機構１１０と、偏光ビームスプリッタ４２により反射された情報記録媒体５又は５１からの反射光を光検出器７１上に集光する集束レンズ１２１と、集束レンズ１２１により集束された光束の波面を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ために波面変換するシリンドリカルレンズ１３１等で構成されている。
【００８７】
情報記録媒体５又は５１（光ディスク）は図示しない駆動機構により回転される。光ヘッド装置は、情報記録媒体５又は５１の所望のトラックのところまで、光ヘッド装置駆動装置により粗動される。光検出器７１は、光ヘッド装置の相対位置関係に対応して、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を制御回路（図示せず）に出力する。制御回路はこれらの信号に対応して、光ヘッド装置の駆動機構１１０へ、集光光学系（対物レンズ４及びホログラムレンズ１０７）を微動させるための信号を送る。この信号により、光ヘッド装置は、情報記録媒体５又は５１に対してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行い、情報記録媒体５又は５１に対して、情報の読出し、書込み、消去を行う。
【００８８】
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に形成されている。ホログラムレンズ１０７の光軸方向から見た形状を図３に、光軸に直交する断面を図４に示す。各図に示すように、格子パターン１０７ａは光軸方向から見ると同心円状であり、ホログラムレンズ１０７の中心部分の対物レンズ４により決定される開口よりも小さな径の領域にのみ形成されている。また、格子パターン１０７ａの周囲の領域１０７ｂには格子パターンは形成されていない。一方、補正ホログラム１２２１は、図１に示すように、ホログラムレンズ１０７とは逆に、ホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７ａに対向する部分には格子パターンは形成されておらず、格子パターンのない領域１０７ｂに対向する領域に同心円状の格子パターンが形成されている。
【００８９】
補正ホログラムの目的は、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光ヘッド装置において、光ビームの外周部の光強度が高くなることの影響を緩和して、より安定な情報信号を得ることのできる光ヘッド装置を構成するである。このため、補正ホログラムが光軸から離れた部分の０次回折効率が光軸付近よりも低くなるよう設計されている。
【００９０】
ホログラムレンズ１０７の＋１次回折光６４の回折効率は１００％未満であり、光ビーム３の０次回折光（透過光）６１についても充分な強度を有するように設計されている。例えばホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７ａを図１に示すような凹凸形状に成形する場合、格子パターン１０７ａの凹凸の高さｈを、ｈ＜λ／（ｎ−１）のように設定する。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。
【００９１】
すなわち、格子パターン１０７ａにより光ビーム３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り、ホログラムレンズ１０７のどの位置においても０次回折光６１が充分な強度を有するホログラムレンズ１０７を実現することができる。同時に、＋１次回折光６４及び０次回折光６１が充分な強度を有することにより、相対的に情報媒体５又は５１上に形成され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。
【００９２】
ここで、サイドローブについて図５を用いて簡単に説明する。図５は情報記録媒体５，５１上での集光スポットの光強度分布を示したものであり、光軸上のメインローブ３８０が情報の記録及び再生に必要な光量を表す。光軸に対して略対称に現れるサイドローブ３８０は、高次回折光等による不要な光量であり、記録ピット形状や再生信号を劣化させる原因となる。
【００９３】
ホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７ａによる０次回折光（透過光）の位相は、格子パターン１０７ａにより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を透過した光束の位相を、格子パターン１０７ａによる０次回折光とほぼ同じに合わせることにより、対物レンズ４による集光性能を向上させることができる。例えば、ホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７ａをレリーフ型にする場合、図４に示すように、格子パターンのない領域１０７ｂの表面の高さを、格子パターン１０７ａの凹凸の平均レベルに合わせる。
【００９４】
次に、上記光ディスク装置及びその光ヘッド装置の動作について説明する。放射光源２から出射された光ビーム３はコリメートレンズ１２２により略平行光化され、さらに、補正ホログラム１２２１及び偏光ビームスプリッター４２を透過し、１／４波長板１５により円偏光に変換され、ホログラムレンズ１０７に入射する。
【００９５】
ホログラムレンズ１０７に入射した光ビーム３は、ホログラムレンズ１０７により回折される。０次回折光６１は、対物レンズ４により、基板厚さｔ２が薄い情報記録媒体５１の記録面３８ａの位置に集光される。一方、＋１次回折光６４は、対物レンズ４により、基板厚さｔ１が厚い情報記録媒体５の記録面３８ｂの位置に集光される。情報記録媒体５又は５１により反射された光ビ−ムは、それぞれ元の光路を逆に辿り、０次回折光６１は、図１中実線で示すようにホログラムレンズ１０７を再び透過する。
【００９６】
また、＋１次回折光６４は、図中点線で示すようにホログラムレンズ１０７により再び＋１次回折光として回折される。０次回折光６１及び＋１次回折光６４は、共に偏光ビームスプリッター４２により反射され、収束レンズ１２１により集光され、シリンドリカルレンズ１３１により波面を変換され、光検出器７１に入射する。光検出器７１の出力を演算することにより、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。なお、ホログラムレンズ１０７と対物レンズ４は一体化されていることが好ましい。
【００９７】
最初に光ビーム３がホログラムレンズ１０７を通過する際、回折を受けずに透過した０次回折光は、情報記録媒体５１の記録面３８ａにより反射され、再び対物レンズ４、ホログラムレンズ１０７、１／４波長板１５、偏光ビームスプリッタ４２、集束レンズ１２１、シリンドリカルレンズ１３１を透過し、光検出器７１の集光点３９に集光される。一方、最初に光ビーム３がホログラムレンズ１０７を光ビーム３が通過する際、回折を受けた＋１次回折光６４は、情報記録媒体５の記録面３８ｂにより反射され、再び対物レンズ４、ホログラムレンズ１０７、１／４波長板１５、偏光ビームスプリッタ４２、集束レンズ１２１、シリンドリカルレンズ１３１を透過し、０次回折光６１と同じ光検出器７１の集光点３９に集光される。
【００９８】
すなわち、同一の放射光源２から出射され、異なる２つの焦点（記録面）３８ａ及び３８ｂにより反射されてきた光ビームは、それぞれ光検出器７１側の同じ集光点３９に集光される。従って、放射光源２の出射点と光検出器７１の集光点３９は鏡像関係にある。このため、基板厚さの異なる２種類の情報記録媒体５及び５１に対して、サーボ信号検出手段（図示せず）及び光検出器７１も単一のものを共通に用いることができる。
【００９９】
なお、実際の使用に際し、情報記録媒体は基板厚さの異なる５及び５１のいずれか一方のみを用いる。例えば、基板厚さｔ１の情報記録媒体５が光ディスク装置に装着されている場合、ホログラムレンズ１０７により回折された＋１次回折光６４は、対物レンズ４により情報記録媒体５上に集光される。
【０１００】
ここで、＋１次回折光６４は厚さｔ１の基板を通して回折限界まで絞られるように収差補正が施されている。一方、０次回折光６１は対物レンズ４によっては情報記録媒体５上に集光されず、また図１中点線で示すようには反射されない。そのため、０次回折光６１の反射光は光検出器７１の集光点３９には集光されない。逆に、基板厚さｔ２の情報記録媒体５１が光ディスク装置に装着されている場合、ホログラムレンズ１０７による回折を受けなかった０次回折光６１は、対物レンズ４により情報記録媒体５１上に集光される。
【０１０１】
ここで、０次回折光６１は厚さｔ２の基板を通して回折限界まで絞られるように収差補正が施されている。一方、ホログラムレンズ１０７により回折された＋１次回折光６４は、対物レンズ４によっては情報記録媒体５１上に集光されず、また図１中実線で示すようには反射されない。そのため、＋１次回折光６４の反射光は光検出器７１の集光点３９には集光されない。従って、上記本発明の光ディスク装置及びその光ヘッド装置によれば、基板厚さの異なる複数（２種類の）情報記録媒体に対して情報の記録、再生及び消去が可能となる。
【０１０２】
なお、フォーカスサーボ信号の検出方式としては、スポットサイズディテクション法（ＳＳＤ法：特開平２−１８５７２２号公報参照）や、非点収差法、ナイフエッジ法等任意の方法を用いることができる。また、トラッキングエラー信号の検出方式としては、プッシュプル法、ヘテロダイン法、３ビーム法等の任意の方法を用いることができる。
【０１０３】
次に、上記光ディスク装置及びその光ヘッド装置に適するホログラムレンズ１０７について説明する。このような収差補正作用を有するホログラムレンズ１０７の設計方法としては、例えば、集光スポット３８ｂから発散する球面波が厚さｔ１の基板を透過後、対物レンズ４を透過した光ビームと、図１の光ビーム３の位相の正負を反転した光ビームのホログラムレンズ１０７を形成する面上での干渉パターン（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）手法等を用いて容易にホログラムレンズ１０７を作製することができる。
【０１０４】
一般に、回折格子からは０次回折光及び＋１次回折光のみならず、高次の回折光も発生する。上記本発明の光ディスク装置及びその光ヘッド装置では、放射光源２から情報記録媒体５，５１に至る往路及び情報記録媒体５，５１から光検出器７１に至る復路の両方の光路において、暇りビーム６１，６４がホログラムレンズ１０７を２度通る。そのため、光検出器７１に光ビーム６１，６４が到達するまでに、回折が２度生じる。また、情報記録媒体５又は５１の基板厚さに応じて、２回とも０次の回折をした（すなわち２回とも回折しなかった）光ビーム６１又は２回とも＋１次の回折をした光ビーム６４を光検出器７１で受光し、サーボ信号を得ている。
【０１０５】
一方、上記の２種の回折光とほぼ同じ回折効果を総合的に受け、光検出器７１上の集光点３９とほぼ同じ位置にほぼ同じ大きさで入射する高次回折光がサーボ信号に悪影響を与える可能性が高い。以下に、信号に悪影響を与える可能性が高い回折光について検討する。
【０１０６】
２回とも０次の回折をした（すなわち２回とも回折しなかった）光ビーム６１を用いて信号を再生する場合に悪影響を与える可能性の高い回折光は、往路と復路の回折次数の和が０のもの、すなわち、Ｎを整数として、往路のＮ次回折光であって、かつ復路の−Ｎ次回折光である。ここで、光の利用効率を良くするために０次と＋１次の回折効率を高く設計することを前提とすると、不要な回折光の内、往路と復路の光利用効率の積が比較的高くなる可能性のあるものは、往路の＋１次回折光で、かつ復路の−１次回折光、及び往路の−１次回折光で、かつ復路の＋１次回折光の２種の回折光である。従って、このような不要な回折光の影響を低減するためには−１次回折光の回折効率を低減する必要がある。
【０１０７】
同様に、２回とも＋１次の回折をした光ビームを用いて信号を再生する場合に悪影響を与える可能性の高い回折光は、往路と復路の回折次数の和が＋２のもの、すなわち、Ｎを整数として、往路のＮ次回折光であって、かつ復路の（２−Ｎ）次回折光である。ここで、光の利用効率を良くするために０次と＋１次の回折効率を高く設計することを前提とすると、不要な回折光のなかで往路と復路の光利用効率の積が比較的高くなる可能性のあるものは、往路の０次回折光で、かつ復路の＋２次回折光、及び往路の＋２次回折光で、かつ復路の０次回折光の２種の回折光である。従って、このような不要な回折光の影響を低減するためには＋２次回折光の回折効率を低減する必要がある。
【０１０８】
上記理由により、高次回折光のうち−１次回折光と＋２次回折光を低減することが望ましいことがわかる。以下、ｎ次回折光の回折効率をＥ（ｎ）と表記する。＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）と−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を同時に０にすることが最も望ましい。しかし、Ｅ（＋２）とＥ（−１）を同時に０にすることができない場合に、これらを低減するにあたっての指針について次に説明する。
【０１０９】
例えば、＋１次回折光を用いて基板厚さの厚い情報記録媒体５の再生を行い、０次回折光を用いて基板厚さの薄い情報記録媒体５１の再生を行う場合は、基板厚さの厚い情報記録媒体５に対しては集光光学系の開口数（ＮＡ）を小さくする方が望ましい。そのため、例えば、図２に示すようにホログラムレンズ１０７の有効径のうち内周部にのみ、基板厚さの厚い情報記録媒体５上で集光スポットを形成するための格子パターン１０７ａを形成し、外周部の領域１０７ｂは図２に示すように格子パターンをなくするか、又は外周部には内周部の＋１次回折光とは異なる位置に光が回折するような格子パターンを形成して０次回折光の光量分布を補正する。
【０１１０】
この時、情報記録媒体５，５１の反射率を１００％と仮定し、ホログラムレンズ１０７の有効径内への入射光量を１、外周部の格子パターンのない領域１０７ｂへの入射光量（外周部へも格子パターンを作製する場合には０次回折効率の２乗を乗ずる）をａ、内周部の格子パターン１０７ａへの入射光量をｂとして、ホログラムレンズ１０７への入射光の内、ホログラムレンズ１０７を往復２回通過して光検出器７１へと至る信号光の割合Ｓ（０）は、薄いディスクを再生する場合、以下の式（１）で表される。
【０１１１】
（数１）
Ｓ（０）＝ａ＋ｂ×（Ｅ（０））2         ・・・（１）
これに対して、往路が−１次回折光で、かつ復路が＋１次回折光は内周部のみで発生するので、その割合Ｎ（−１）は以下の式（２）で表される。なお、往路が＋１次回折光で、かつ、復路が−１次回折光の場合の割合も同様である。
【０１１２】
（数２）
Ｎ（−１）＝ｂ×Ｅ（−１）×Ｅ（＋１）  ・・・（２）
不要な−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）は、以下の式（３）で表される。
【０１１３】
（数３）
Ｒ（−１）＝Ｎ（−１）／Ｓ（０）        ・・・（３）
基板厚さの厚い情報記録媒体５を再生する場合、信号光はホログラムレンズ１０７の内周部の格子パターン１０７ａ部のみで発生するので、ホログラムレンズ１０７への入射光の内、ホログラムレンズ１０７を往復２回通過して光検出器７１へと至る信号光の割合Ｓ（＋１）は、以下の式（４）で表される。
【０１１４】
（数４）
Ｓ（＋１）＝ｂ×（Ｅ（＋１））2         ・・・（４）
これに対して、往路が０次回折光で、かつ復路が＋２次回折光の割合Ｎ（＋２）は、以下の式（５）で表される。往路が＋２次回折光で、かつ復路が０次回折光の場合の割合も同様である。
【０１１５】
（数５）
Ｎ（＋２）＝ｂ×Ｅ（０）×Ｅ（＋２）    ・・・（５）
不要な＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）は、以下の式（６）で表される。
【０１１６】
（数６）
Ｒ（＋２）＝Ｎ（＋２）／Ｓ（＋１）      ・・・（６）
−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）と＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）はどちらも低減する必要があるので、これらを同時に０にすることが望ましい。しかし、それができない場合は、Ｒ（−１）とＲ（＋２）をほぼ等しくすることにより、一方が特に大きくなることによる問題点を避けることができる。そして、上記式（１）と式（４）を比較すればわかるように、厚いディスクを再生する場合の信号光の方が信号強度が小さくなりやすい。そのため、＋１次回折光を用いて厚いディスクの再生を行い、０次回折光を用いて薄いディスクの再生を行う場合は、特に＋２次回折光の回折効率を低減する必要がある。
【０１１７】
次に、ホログラムレンズ１０７の格子パターン１０７ａの具体的形状について検討するが、最初に参考例として、図６（ａ）に周知の鋸歯状回折格子の形状を示す。また、この従来の鋸歯状回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）において、回折効率Ｅ（−３）〜Ｅ（＋３）の縦軸を左側に、不要な回折光の影響Ｒ（＋２）及びＲ（−１）の縦軸を右側に示す。横軸は、山と谷の差が光に与える位相変調量φである。なお、不要な回折光による影響の大きさＲ（Ｊ）とは、Ｊ次の不要な回折に起因する不要光の光検出器７１上における信号光に対する割合をいう。また、回折次数の正負は、図６（ａ）に示すように、１次回折光の強い方を＋１次と定義する（以下同様）。
【０１１８】
図６（ａ）は、周知の鋸歯状回折格子の形状（ブレーズ）を光の位相変調量φとして表したものである。図６（ａ）において、横軸は回折格子の一周期ｐで規格化したホログラム上の位置を示す。正確には、横軸は回折格子を格子ベクトル方向に進む波ととらえた場合の位相である。換言すれば、０次回折光と＋１次回折光の位相差を２πで規格化したもの、又は回折格子を２光束干渉法で設計又は作成する場合の参照光と物体光の位相差を２πで規格化した値ともいえる。従って、回折格子の周期ｐが場所によって異なる場合（チャーピングしている場合）、実物の距離としては横軸の０から０．１と０．１から０．２が異なる場合も有り得る。簡単のため、本明細書中では光の位相変調量の図の横軸を単にホログラム上の位置と呼ぶ。
【０１１９】
光ディスク装置が読みとり専用のいわゆるＲＯＭディスクの再生だけを目的とする場合、情報記録媒体（光ディスク）の基板厚さにかかわらず、反射率が同じ程度になる。そのため、０次回折光と＋１次回折光の回折効率をほぼ同じに設計し、０次回折光の回折効率Ｅ（０）と＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を共に３０％以上、望ましくは３５％以上にする。このとき、図６（ｂ）からわかるように、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）と＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）は共に４％程度である。その結果、特に＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）が大きく、１１．３％になる。
【０１２０】
ここで、我々の実験によれば、不要回折光が再生信号に及ぼす悪影響を無視できるのは＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）が共に７％以下の場合である。製造誤差を考慮すると、望ましくはこれらを５％以下に設計することが望ましい。従って、周知の鋸歯状回折格子を用いると不要回折光により、再生信号（例えばフォーカスエラー信号）の品質が劣化する恐れがある。
【０１２１】
さらに、基板厚さの薄い情報記録媒体に対して情報の記録及び再生を行う場合、又は反射率の低い情報記録媒体の再生を行う場合、記録パワーを確保するため、又は再生信号パワーを確保するために、０次の回折効率Ｅ（０）をより大きくすることが望ましい。しかし、この時、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）が減るため、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）はより増大する。従って、不要な＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）がより深刻になる恐れがある。
【０１２２】
次に、図７（ａ）に点線で示した従来の４段の等段差、かつ等段幅の回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）において、回折効率Ｅ（−３）〜Ｅ（＋３）の縦軸を左側に、不要な回折光の影響Ｒ（＋２）及びＲ（−１）の縦軸を右側に示す。横軸は、階段（等段差）の一段当たりの段差が光に与える位相変調量φ０を示す。基板厚さの薄い情報記録媒体に対しては、記録密度を高くするために開口数（ＮＡ）を０．６程度で、また、基板厚さの厚い情報記録媒体に対しては、情報記録媒体（ディスク）の傾きの許容度を確保するために開口数（ＮＡ）を０．４程度で再生する場合について、式（１）から式（６）に従って−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）と＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）を計算している。
【０１２３】
一般に、情報記録媒体が読みとり専用のいわゆるＲＯＭディスクである場合、基板厚さにかかわらず情報記録媒体の反射率が同じ程度になるので、０次回折光と＋１次回折光の回折効率をほぼ同じ程度に設計する。このとき、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）が８％程度あり、等段差で、かつ等段幅の４段の階段状回折格子を用いると、不要回折光により再生信号（例えばフォーカスエラー信号）の品質が劣化する恐れがある。ただし、図６（ａ）に示した鋸歯状回折格子の場合よりはＲ（＋２）がやや少ないので、例えば図７（ａ）に示す４段の階段状ブレーズの場合方が、周知の鋸歯状ブレーズよりも望ましい。
【０１２４】
ここで、４段の階段状ブレーズに場合の方がＲ（＋２）が減っている理由を考察すると、鋸歯状ブレーズの場合よりも−３次回折光の回折効率Ｅ（−３）が増えて、逆に＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）が３％程度に減っていることがわかる。従って、−３次回折光の回折効率Ｅ（−３）を大きくして、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の光量を移して減らすことが設計の方向として望ましい。少なくとも、Ｅ（−３）をＥ（＋２）より大きくすることが好ましい。
【０１２５】
しかし、図７（ａ）に示す４段の階段状の形状であっても、基板厚さの薄い情報記録媒体の記録再生を行う場合、又は反射率の低い情報記録媒体の再生を行う場合には、０次回折光の回折効率Ｅ（０）をより大きくすることが望ましいので、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）が減り、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）がより増大する。従って、この場合も、やはり不要な＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）がより深刻になる恐れがある。上記考察に基づいて、本発明の光ディスク装置及びその光ヘッド装置に適する集光光学系及びホログラムの具体的実施形態を以下に説明する。
【０１２６】
（第２の実施形態）
−３次回折光の回折効率Ｅ（−３）をより大きくし、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）を減らすことをより一層進めた第２の実施形態について、図８（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。
【０１２７】
図８（ａ）はホログラム上の位置（格子ベクトルに沿った方向）と光束に与える位相変調量の関係を、回折格子の一周期当たりで示したものである。図６（ａ）との違いは、位置対位相変調量の形が１周期当たり２つの山Ｍ１及びＭ２を形成していることである。また、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）が等しくなるときの最も高い山Ｍ２と最も低い谷Ｖ１の差φが、図６（ａ）に示す場合よりも大きくなり、約１．３π（光路差では０．６５λ、λは波長）である。
【０１２８】
回折格子の１周期は連続する第１〜第４の斜面Ｓ１〜Ｓ４で構成され、第１及び第３の斜面Ｓ１及びＳ３が登り（＋１次回折光の回折方向を右側として、右上がり）で、第２及び第４の斜面Ｓ２及びＳ４が下り（右下がり）である。第１及び第４の斜面Ｓ１及びＳ４の傾斜は第２及び第３の斜面Ｓ２及びＳ３の傾斜よりも急である。各斜面Ｓ１〜Ｓ４の横軸方向に占める幅に関しては、第１の斜面及び段２の斜面の幅がほぼ等しく、最も狭い。第４の斜面Ｓ４の幅は次に狭く、第３の斜面の幅が最も広い。各山の頂点Ｍ１及びＭ２と、谷の底Ｖ１及びＶ２を（位置、位相）で表すと、各点の座標は、Ｖ１（０、０）、Ｍ１（０．１、０．６１π）、Ｖ２（０．２、０．５４π）、Ｍ２（０．８、１．３π）となる。
【０１２９】
このような形状の回折格子は、ダイヤモンドバイトを用いて金型を切削しこれを転写することにより製作可能である。従って、屈折型対物レンズの曲面上にホログラムを直接形成する場合などに望ましい形状である。なお、左から２番目の斜面Ｓ２は右下がりではなく、ほぼ水平であっても同様に不要な回折光を顕著に抑制することができる。
【０１３０】
各次数の回折光の回折効率は図８（ｂ）のようになる。＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）がほぼ等しいとき、−３次回折光の回折効率Ｅ（−３）が−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）及び＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）よりも大きくなっており、その分＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）を減らして２％以下にすることができ、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）を３．２％という十分に小さな値にすることができる。
【０１３１】
ここで、基板厚さの厚い情報記録媒体を＋１次回折光を用いて再生する場合において、回折効率の設計指針の第２のポイントは、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）よりも、特に基板厚さの厚い情報記録媒体を再生する時に問題となる＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）を低くすることである。基板厚さの薄い情報記録媒体を再生する場合の開口数（ＮＡ）を０．６程度とし、基板厚さの厚い情報記録媒体を再生するときの開口数を０．４程度とする場合、本実施形態のように、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）を−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）の１／３以下にすることにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）と−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）を共に小さく抑えることができ、再生信号の品質を確保することができる。
【０１３２】
（第３の実施形態）
次に、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）を２％以下に減らすための第３の実施形態について、図９（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。図９（ａ）は、ホログラム上の位置（格子ベクトルに沿った方向）と光束に与える位相変調量の関係を、回折格子の一周期当たりで示したものである。図９（ａ）に示す位置対位相変調量の形は図７（ａ）に示す場合と同様に階段状であるが、図７（ａ）に示す場合とでは、各階段の幅がそれぞれ異なっており、さらに、一方向に上るだけでなく、下る段も含まれる点が異なる。
【０１３３】
図９（ａ）に示す本実施形態の場合、回折格子の１周期は５段の階段状であり、第１階段Ｆ１から第４段Ｆ４までは順に高さが高くなり、最後の第５段Ｆ５の高さは第３段Ｆ３の高さとほぼ同じであり、第４段Ｆ４の高さよりも低い。また、各段Ｆ１〜Ｆ５の幅Ｗ１〜Ｗ５は、左から右に順に０．１、０．２３、０．３１、０．２６、０．１の割合である。＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）が等しくなるときの一段当たりの段差φ０は、図７（ａ）に示す場合よりも大きくなり、約０．３３π（光路差では０．１７λ、λは波長）である。回折効率は、図９（ｂ）に示すようになる。＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）がほぼ等しいとき、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）を２％以下に減らすことができる。
【０１３４】
その結果、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）を３．１％、−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）を５％という十分に小さな値にすることができる。−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）の方が＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）よりも大きいが、これは、作製誤差に対する増大のしやすさを考慮すると望ましいバランスである。回折格子のピッチが１００μｍ以上である場合のように作製誤差の制限をあまり受けない場合、図９（ａ）の横軸の０．９から１．０迄の部分の幅を少し狭めることにより、−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）をより少なくすることができる。本実施形態も、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）を−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）の１／３以下にすることにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ（−１）を共に小さく抑えることができ、再生信号の品質を確保することができる。
【０１３５】
（第４の実施形態）
次に、ホログラムレンズを凸レンズ型に設計した第４の実施形態を、図１０（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。図１０（ａ）は、＋１次回折効を基板厚さｔ２の薄い情報記録媒体５１に対して集光する場合を示し、図１０（ｂ）は０次光を基板厚さｔ１の厚い（ｔ１＞ｔ２）情報記録媒体５に対して集光する場合を示す。
【０１３６】
ホログラムレンズ１０９の外周部の＋１次回折光の回折効率をほぼ１００％になるように設計し、内周部の回折効率を１００％より小さくすることにより、基板厚さｔ１の厚い情報記録媒体５に対する開口数ＮＡを小さくすることができる。この構成では、屈折型の対物レンズ４とホログラムレンズ１０９では、波長の変化に対する光線の屈曲方向変化の方向（広義の分散値）が反対方向であるので、基板厚さｔ２の薄い情報記録媒体５１に対して、色収差が低減される、あるいは、発生しなくなるという効果を有する。特に、基板厚さｔ２の薄い情報記録媒体５１に対して記録再生を行う場合、記録と再生の切り替え時に光源（特に半導体レーザーの場合）の出力を切り替えるのに伴って波長が変化するので、色収差（特に焦点位置の移動）を低減させることは重要である。
【０１３７】
上記構成において、ホログラムレンズ１０９の有効径内への入射光量を１、外周部への入射光量をａ、内周部への入射光量をｂとし、情報記録媒体５１の反射率を１００％と仮定して、ホログラムレンズ１０９への入射光の内、ホログラムレンズ１０９を往復２回通過して光検出器（例えば、図１の光検出器７１）へ至る信号光の割合Ｓ’（１）は、基板厚さｔ２の薄い情報記録媒体５１を再生する場合、以下の式（７）で表される。
【０１３８】
（数７）
Ｓ’（１）＝ａ＋ｂ×（Ｅ（１））2         ．．．（７）
これに対して、往路が０次回折光で、かつ復路が＋２次回折光となる場合は、ホログラムレンズ１０９の内周部のみで発生し、その割合Ｎ’（＋２）は以下のしく（８）で表される。往路が＋２次回折光で、かつ復路が０次回折光となる場合の割合も同様である。
【０１３９】
（数８）
Ｎ’（＋２）＝ｂ×Ｅ（０）×Ｅ（＋２）    ・・・（８）
不要な＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）は、以下の式（９）で表される。
【０１４０】
（数９）
Ｒ’（＋２）＝Ｎ’（＋２）／Ｓ’（＋１）  ・・・（９）
基板厚さｔ１の厚い情報記録媒体５を再生する場合、信号光はホログラムレンズ１０９の内周部のみで発生するので、ホログラムレンズ１０９への入射光の内、ホログラムレンズを往復２回通過して光検出器へと至る信号光の割合Ｓ’（０）は、以下の式（１０）で表される。
【０１４１】
（数１０）
Ｓ’（０）＝ｂ×（Ｅ（０））2         ・・・（１０）
これに対して、往路が＋１次回折光で、かつ復路が−１次回折光の割合Ｎ’（−１）は、以下の式（１１）で表される。往路が−１次回折光で、かつ復路が＋１次回折光の場合の割合も同様である。
【０１４２】
（数１１）
Ｎ’（−１）＝ｂ×Ｅ（＋１）×Ｅ（−１）    ・・・（１１）
不要な−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）は、以下の式（１２）で表される。
【０１４３】
（数１２）
Ｒ’（−１）＝Ｎ’（−１）／Ｓ（０）      ・・・（１２）
−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）と＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）はどちらも低減する必要があるので、これらを同時に０にすることが望ましい。しかし、それができない場合は、Ｒ’（−１）とＲ’（＋２）をほぼ等しくすることにより、一方が特に大きくなることによる問題点を避けることができる。そして、式（７）と式（１０）を比較すればわかるように、基板厚さｔ１の厚い情報記録媒体５を再生する場合の信号光の方が信号強度が小さくなりやすい。そのため、０次回折光を用いて基板厚さｔ１の厚い情報記録媒体５の再生を行い、＋１次回折光を用いて基板厚さｔ２の薄い情報記録媒体５１の再生を行う場合、特に−１次回折光の回折効率を低減する必要がある。
【０１４４】
第１の実施形態の場合と同様に、図１１（ａ）に示す周知の鋸歯状回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを図１１（ｂ）に示す。図１１（ｂ）において、回折効率Ｅ（−３）〜Ｅ（＋３）の縦軸を左側に、不要な回折光の影響Ｒ’（＋２）及びＲ’（−１）の縦軸を右側に示す。横軸は、山と谷の差が光に与える位相変調量φである。また、回折次数の正負は、図１１（ａ）に示すように、１次回折光の強い方を＋１次と定義する（以下同様）。回折効率Ｅ（−３）〜Ｅ（＋３）は図６（ｂ）の場合と同じであるが、図１１（ｂ）のＲ’（＋２）及びＲ’（−１）は図６（ｂ）のＲ（＋２）及びＲ（−１）とは異なる。
【０１４５】
光ディスク装置が読みとり専用のいわゆるＲＯＭディスクの再生だけを目的とする場合、情報記録媒体（光ディスク）の基板厚さにかかわらず、反射率が同じ程度になる。そのため、０次回折光と＋１次回折光の回折効率をほぼ同じに設計する。このとき、図１１（ｂ）からわかるように、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）と＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）は共に４％程度である。その結果、特に＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）が大きく、１１．３％になる。
【０１４６】
ここで、我々の実験によれば、不要回折光が再生信号に及ぼす悪影響を無視できるのは＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）が共に７％以下の場合である。製造誤差を考慮すると、望ましくはこれらを５％以下に設計することが望ましい。従って、周知の鋸歯状回折格子を用いると不要回折光により、再生信号（例えばフォーカスエラー信号）の品質が劣化する恐れがある。
【０１４７】
さらに、基板厚さの薄い情報記録媒体に対して情報の記録及び再生を行う場合、又は反射率の低い情報記録媒体の再生を行う場合、記録パワーを確保するため、又は再生信号パワーを確保するために、＋１次の回折効率Ｅ（１）をより大きくすることが望ましい。しかし、この時、０次回折光の回折効率Ｅ（０）が減るため、−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）はより増大する。従って、不要な−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）がより深刻になる恐れがある。
【０１４８】
次に、図１２（ａ）に示す従来の４段の等段差、かつ等段幅の回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）において、回折効率Ｅ（−３）〜Ｅ（＋３）の縦軸を左側に、不要な回折光の影響Ｒ’（＋２）及びＲ’（−１）の縦軸を右側に示す。横軸は、階段（等段差）の一段当たりの段差が光に与える位相変調量φ０を示す。
【０１４９】
図１２（ｂ）において、回折効率Ｅ（−３）〜Ｅ（＋３）は図７（ｂ）に示す場合と同じであるが、Ｒ’（＋２）及びＲ’（−１）は図７（ｂ）に示すＲ（＋２）及びＲ（−１）とは異なる。基板厚さの薄い情報記録媒体に対しては、記録密度を高くするために開口数（ＮＡ）を０．６程度で、また、基板厚さの厚い情報記録媒体に対しては、情報記録媒体（ディスク）の傾きの許容度を確保するために開口数（ＮＡ）を０．４程度で再生する場合について、式（７）から式（１２）に従って−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）と＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）を計算している。
【０１５０】
（第５の実施形態）
一般に、情報記録媒体が読みとり専用のいわゆるＲＯＭディスクである場合、基板厚さにかかわらず情報記録媒体の反射率が同じ程度になるので、０次回折光と＋１次回折光の回折効率をほぼ同じ程度に設計する。このとき、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）が１２％程度あり、等段差で、かつ等段幅の４段の階段状回折格子を用いると、不要回折光により再生信号（例えばフォーカスエラー信号）の品質が劣化する恐れがある。この問題点を解決するのに適する第５の実施形態を、図１３（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。
【０１５１】
図１３（ａ）はホログラム上の位置（格子ベクトルに沿った方向）と光束に与える位相変調量の関係を、回折格子の一周期当たりで示したものである。図１１（ａ）との違いは、位置対位相変調量の形が１周期当たり第１の斜面Ｓ１１及び第２の斜面Ｓ１２の連続する２つの斜面で形成されていることである。
【０１５２】
また、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）が等しくなるときの山Ｍ１２と谷Ｖ１１の差φが、図１１（ａ）に示す場合よりも大きくなり、約１．３π（光路差では０．６５λ、λは波長）である。第１及び第２の斜面Ｓ１１及びＳ１２は、いずれも同じ方向の斜面であり、＋１次回折光の回折方向を右側として、右上がりである。第１の斜面Ｓ１１の傾斜は第２の斜面Ｓ１２の傾斜よりも急であり、第１の斜面Ｓ１１の横軸方向に占める幅は第２の斜面Ｓ１２の幅よりも狭い。
【０１５３】
山の頂点Ｍ１１及びＭ１２と、谷の底Ｖ１１をそれぞれ（位置、位相）で表すと、各点の座標は、Ｖ１１（０、０）、Ｍ１１（０．１、０．６π）、Ｍ１２（１．０、１．４π）である。このような形状の回折格子は、ダイヤモンドバイトを用いて金型を切削しこれを転写することにより製作可能である。従って、屈折型対物レンズの曲面上にホログラムを直接形成する場合などに望ましい形状である。
【０１５４】
各次数の回折光の回折効率は図１３（ｂ）のようになる。＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）がほぼ等しいとき、＋３次回折光の回折効率Ｅ（＋３）が−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）よりも大きくなっており、その分−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）は減り、−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）及び＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）を５．２％に抑制することができる。
【０１５５】
ここで、基板厚さの厚い情報記録媒体を＋１次回折光を用いて再生する場合において、回折効率の設計指針のポイントは、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）よりも、特に基板厚さの厚い情報記録媒体を再生する時に問題となる−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を低くすること、及び＋３次回折光の回折効率Ｅ（＋３）を−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）よりも大きく設計することである。基板厚さの薄い情報記録媒体を再生する場合の開口数（ＮＡ）を０．６程度とし、基板厚さの厚い情報記録媒体を再生するときの開口数を０．４程度とする場合、本実施形態のように、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の１／３以下にすることにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）と−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑えることができ、再生信号の品質を確保することができる。
【０１５６】
（第６の実施形態）
光ディスク装置が、基板厚さの異なる複数種類（２種類）の読みとり専用のいわゆるＲＯＭディスクの再生だけを目的とする場合の第６の実施形態を、図１４（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。図１４（ａ）は、ホログラム上の位置（格子ベクトルに沿った方向）と光束に与える位相変調量の関係を、回折格子の一周期当たりで示したものである。図１４（ａ）に示す位置対位相変調量の形は図１２（ａ）に示す場合と同様に階段状であるが、図１２（ａ）に示す場合とでは、各階段間の段さがそれぞれ異なっている。
【０１５７】
図１４（ａ）に示すように、各階段Ｆ１１〜Ｆ１４のそれぞれの段差により光に与える位相変調量が順に、φ２、φ３、φ２となっている。例えば、図２４に示す手順を用いてホログラムを作製すると、１回目のエッチングの深さによりφ２＋φ３が決まり、２回目のエッチング深さによりφ２が決まる。そこで、φ１＝φ２＋φ３と定義し、φ２＝０．３５πのときにφ１を変えて回折効率を計算した。その結果を図１４（ｂ）に示す。
【０１５８】
図１４（ｂ）において、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）と０次回折光の回折効率Ｅ（０）が等しくなるときの段差により光に与える位相変調量φ１は０．９８π（光路差では０．４９λ、λは波長）である。Ｅ（＋１）とＥ（０）がほぼ等しいとき、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）が２％以下に減り、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）を４．１％、−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を６％という小さな値にすることができる。本実施形態において、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）のほぼ１／３以下にすることにより、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑えることができ、再生信号の品質を確保することができるという効果を有する。
【０１５９】
（第７の実施形態）
次に、光ディスク装置が、基板厚さの厚い情報記録媒体の再生のみを行い、基板厚さの薄い情報記録媒体に対して情報の記録及び再生を行うことを目的とする第７の実施形態を、図１５（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。図１５（ａ）は、ホログラム上の位置（格子ベクトルに沿った方向）と光束に与える位相変調量の関係を、回折格子の一周期当たりで示したものである。図１５（ａ）に示す位置対位相変調量の形は、３つの斜面により形成されている点において、図１３（ａ）に示す場合と異なっている。
【０１６０】
基板厚さの薄い情報記録媒体に対して＋１次回折光を用いて記録再生を行うためには、光量を多くする必要があり、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を５０％以上、望ましくは５５％以上にし、かつ、０次回折光の回折効率Ｅ（０）も再生信号の信号対電気的雑音の比を高くするため、１５％以上、望ましくは２０％以上にする必要がある。Ｅ（＋１）を６０％としたときの最も高い山Ｍ２２と最も低い谷Ｖ２１の差φは、約１．５８π（光路差では０．７９λ、λは波長）である。第１から第３の斜面Ｓ２１〜Ｓ２３はそれぞれ連続し、同方向に傾斜している。
【０１６１】
＋１次回折光の回折方向を右側として、各斜面は右上がりである。第２の斜面Ｓ２２の傾斜は第１の斜面Ｓ２１の傾斜よりも急であり、第３の斜面Ｓ２３の傾斜は第２の斜面Ｓ２２の傾斜よりも緩やかである。また、第２の斜面Ｓ２２の横軸方向に占める幅は第１の斜面Ｓ２１の幅とほぼ同じであるが、第３の斜面Ｓ２３の幅は第１及び第２の斜面Ｓ２１及びＳ２２の幅よりも広い。山の頂点Ｍ２１及びＭ２２と、谷の底Ｖ２１及びＶ２２をそれぞれ（位置、位相）で表すと、各点の座標は、Ｖ２１（０、０）、Ｖ２２（０．１、０．２２π）、Ｍ２１（０．１８、０．７４π）、Ｍ２２（１．０、１．５８π）である。このような形状の回折格子は、ダイヤモンドバイトを用いて金型を切削しこれを転写することにより製作可能である。従って、屈折型対物レンズの曲面上にホログラムを直接形成する場合などに望ましい形状である。
【０１６２】
各次数の回折光の回折効率は図１５（ｂ）のようになる。＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）が６０％のとき、０次回折光の回折効率Ｅ（０）は約２３％であり、十分な回折効率が得られることがわかる。本実施形態の場合、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を０次回折光の回折効率Ｅ（０）に比べて明らかに大きくしているので、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）は１０％程度あっても特に問題にならない。
【０１６３】
しかしながら、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）が１％以下になるように設計する必要がある。−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の１／１０以下にすることが好ましい。その結果、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑えることができ、再生信号の品質を確保することができる。
【０１６４】
（第８の実施形態）
同様に、光ディスク装置が、基板厚さの厚い情報記録媒体の再生のみを行い、基板厚さの薄い情報記録媒体に対して情報の記録及び再生を行うことを目的とする第８の実施形態を、図１６（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。図１６（ａ）は、ホログラム上の位置（格子ベクトルに沿った方向）と光束に与える位相変調量の関係を、回折格子の一周期当たりで示したものである。図１６（ａ）に示す位置対位相変調量の形は、不連続な２つの斜面（垂直な部分は位相が不連続に変化していることを表している）により形成されている点において、図１１（ａ）に示す場合と異なっている。
【０１６５】
基板厚さの薄い情報記録媒体に対して＋１次回折光を用いて記録再生を行うためには、光量を多くする必要があり、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を５０％以上、望ましくは５５％以上にし、かつ、０次回折光の回折効率Ｅ（０）も再生信号の信号対電気的雑音の比を高くするため、１５％以上、望ましくは２０％以上にする必要がある。Ｅ（＋１）を６０％としたときの最も高い山Ｍ３２と最も低い谷Ｖ３１の差（φ１＋φ２）は、約１．３８π（光路差では０．６９λ、λは波長）である。
【０１６６】
斜面Ｓ３１及びＳ３２は、共に同じ方向で傾きもほぼ同じであるが、谷Ｖ３２において位相がφ２だけシフトしている。＋１次回折光の回折方向を右側として、斜面Ｓ３１及びＳ３２はそれぞれ右上がりである。横軸方向に占める幅は同じである。山の頂点Ｍ３１及び３２と、谷の底Ｖ３１及びＶ３２を（位置、位相）で表すと、各点の座標は、Ｖ３１（０、０）、Ｍ３１（０．５、０．８４π）、Ｖ３２（０．５、０．５４π）、Ｍ３２（１．０、１．３８π）となる。
【０１６７】
このような形状の回折格子は、やはりダイヤモンドバイトを用いて金型を切削しこれを転写することにより製作可能である。従って、屈折型対物レンズの曲面上にホログラムを直接形成する場合などに望ましい形状である。
【０１６８】
各次数の回折光の回折効率は図１６（ｂ）のようになる。図１６（ｂ）は、低い方の山Ｍ３１の高さをφ１とし、山Ｍ３１から不連続に下がった谷Ｖ３２の位相をφ２として、φ１＝１．５６×φ２の関係にあるとき、横軸φ２に対する各回折光の回折効率及び不要な回折光による影響を示す。＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）が５５％のとき、０次回折光の回折効率Ｅ（０）は約２３％である。本実施形態の場合も上記第７の実施形態の場合と同様に、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を０次回折光の回折効率Ｅ（０）に比べて明らかに大きくしているので、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）は１０％程度あっても特に問題にならない。
【０１６９】
しかしながら、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）が１％以下になるように設計する必要がある。−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の１／１０以下にすることが好ましい。その結果、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑えることができ、再生信号の品質を確保することができる。
【０１７０】
（第９の実施形態）
さらに、光ディスク装置が、基板厚さの厚い情報記録媒体の再生のみを行い、基板厚さの薄い情報記録媒体に対して情報の記録及び再生を行うことを目的とする第９の実施形態を、図１７（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。図１７（ａ）は、ホログラム上の位置（格子ベクトルに沿った方向）と光束に与える位相変調量の関係を、回折格子の一周期当たりで示したものである。図１７（ａ）に示す位置対位相変調量の形は図１２（ａ）に示す場合と同様に階段状であるが、図１２（ａ）に示す場合とでは、各階段間の段さがそれぞれ異なっている。
【０１７１】
図１７（ａ）に示すように、各階段Ｆ２１〜Ｆ２４のそれぞれの段差が順に、φ２、φ３、φ２となっている。例えば、図２４に示す手順を用いてホログラムを作製すると、１回目のエッチングの深さによりφ２＋φ３が決まり、２回目のエッチング深さによりφ２が決まる。そこで、φ１＝φ２＋φ３と定義し、φ２＝０．４５πのときにφ１を変えて回折効率を計算した。その結果を図１７（ｂ）に示す。＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）が５５％のとき、０次回折光の回折効率Ｅ（０）は約２０％である。段差φ１は０．６２π（光路差では０．３１λ、λは波長）である。
【０１７２】
本実施形態においても、上記第７又は第８の実施形態の場合と同様に、＋１次回折光の回折効率Ｅ（＋１）を０次回折光の回折効率Ｅ（０）に比べて明らかに大きくしているので、＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）は１０％程度あっても特に問題にならない。しかしながら、−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）が１％以下になるように設計する必要がある。−１次回折光の回折効率Ｅ（−１）を＋２次回折光の回折効率Ｅ（＋２）の１／１０以下にすることが好ましい。
【０１７３】
その結果、＋２次回折光による影響の大きさＲ’（＋２）及び−１次回折光による影響の大きさＲ’（−１）を共に小さく抑えることができ、再生信号の品質を確保することができる。本実施形態のような階段状の回折格子は、図２４に例示したようなフォトリソグラフィを用いた工程で容易に作製できるので、図１や図１０に例示したように、平板上にホログラムレンズを作製し、屈折型レンズと組み合わせて用いる場合等に便利である。
【０１７４】
（第１０の実施形態）
上記各実施形態では、ホログラムの一周期あたりの位相変調量の形を例示してきたが、「ホログラム上の位置」について再度詳しく説明すると共に、ホログラムレンズの光の有効径内に回折格子のない部分も存在する場合について説明を行う。従って、本実施形態は上記第１〜９の各実施形態と組み合わせて用いることができる。
【０１７５】
図１８は平板上にホログラムレンズ１０７を作製する一例を示す。図１８において、（ａ）回折格子の無い部分または回折格子部の０次回折光の位相を決める仮想的な面１０７ｃを示し、（ｂ）は格子パターン１０７ａ部を示し、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を組み合わせた図である。
【０１７６】
まず、図１８（ｂ）を用いて、上記の第１〜９の各実施形態で用いてきた、「ホログラム上の位置」について説明する。前にも述べたように、「ホログラム上の位置」とは正確には、回折格子を格子ベクトル方向に進む波ととらえた場合の位相である。換言すれば、０次回折光と＋１次回折光の位相差を２πで規格化したもの、又は回折格子を２光束干渉法で設計又は作成する場合の参照光と物体光の位相差を２πで規格化した値ともいえる。
【０１７７】
従って、回折格子の周期ｐが図１８（ｂ）に示すように、場所によって異なる（ｐ≠ｐ’≠ｐ”）場合、実物の距離としては横軸の０から０．１の幅と０．１から０．２の幅が異なる場合も有り得る。例えば４段の階段状の回折格子において、段差の幅が等しいという場合であっても、本明細書中ではあくまで回折格子を格子ベクトル方向に進む波ととらえた場合の位相の幅が等しいのであり、図１８（ｂ）のように実寸がｐ≠ｐ’≠ｐ”となっている場合は一周期内の段差の幅ｐ１’／４と、ｐ２’／４も実寸では異なることもある。始めに定義したように、簡単のため本明細書中では光の位相変調量の図の横軸を単にホログラム上の位置と呼んできた。
【０１７８】
次に、格子パターン１０７ａ部と格子パターンのない領域１０７ｂの整合に付いて述べる。回折格子（ホログラム）から生じる０次回折光の位相は、一周期内で光が受ける位相変調量の平均になる。そこで、図１８（ｃ）に示すように、格子パターンのない領域１０７ｂと一周期内で光が受ける位相変調量の平均を同じにすることにより、０次回折光の波面を揃えることができる。換言すれば、（ａ）の０次回折光の位相を決める面１０７ｃを（ｂ）の格子パターン１０７ａにより変調することになる。
【０１７９】
なお、本発明で用いる集光光学系は屈折型の対物レンズ４とホログラムレンズ１０７（又は１０９）の組み合わせより構成されている。そこで、ホログラムレンズ１０７と対物レンズ４をパッケージ等を用いて連結することにより、ホログラムレンズ１０７と対物レンズ４の光軸ずれを小さくすることができ、ホログラムレンズ１０７の＋１次回折光の軸外収差をより小さくすることができる。
【０１８０】
（第１１の実施形態）
また、図１９に示すように対物レンズ４上にホログラムレンズの格子パターン１０７ａを直接作製し、対物レンズとホログラムレンズを一体化しても良い。このような構成により、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、かつ、一層の軽量化と低コスト化を図ることもできるという効果がある。
【０１８１】
さらに、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、図１９に示すように、ホログラムレンズの格子パターン１０７ａを対物レンズ４の曲率の大きな（曲率半径の小さな）面、すなわち情報記録媒体（光ディスク）に対向する面の反対側に形成することにより、ホログラムレンズの光軸に対する収差を抑制することができる。
【０１８２】
図１９に示す格子パターン１０７ａの０次回折光（透過光）の位相は、格子パターン１０７ａにより与えられる位相変調量の平均値となる。従って、格子パターン１０７ａの格子の凹凸の高さの平均の面１０７０（点線で表示）と格子パターンのない面１０７１の表面を連続的につなぎ、かつ、格子パターン１０７ａの格子の平均面１０７０と格子パターンのない面１０７１の表面を基板厚ｔ２を通して光ビームをほぼ回折限界に集光できるように設計する。レンズ面等の曲面上にホログラムを作製する一例を、図２０を用いて詳しく説明する。
【０１８３】
図２０において、（ａ）は格子パターンのない領域又は回折格子の０次回折光の位相を決める仮想的な面１０７ｃを示し、（ｂ）は格子パターン１０７ａを示し、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を組み合わせた図である。回折格子（ホログラム）から生じる０次回折光の位相は、一周期内で光が受ける位相変調量の平均になる。そこで、図２０（ｃ）に示すように、格子パターンのない領域１０７ｂと一周期内で光が受ける位相変調量の平均を同じにすることにより、０次回折光の波面を揃えることができる。換言すれば、（ａ）の０次回折光の位相を決める面１０７ｃを（ｂ）に示す格子パターン１０７ａにより変調することになる。このため、（ａ）と（ｂ）を合成した（ｃ）の形は、見かけ上（ｂ）とは異なった形になる場合もある。本発明の主旨は、あくまで一周期の中で光が受ける位相の変調量に関するものである。本実施形態も、上記第１〜９の各実施形態と組み合わせて用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８４】
本発明によれば、不要な回折光の光量を低減できるので、本発明は光ヘッド装置や光ディスク装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】本発明の第１の実施形態における光ディスク装置及びその光ヘッド装置の構成を示す光路図。
【図２】（ａ）はホログラムレンズを凹レンズ型に設計した第１の実施形態において、＋１次回折効を基板厚さｔ２の薄い情報記録媒体５１に対して集光する場合を示す図、（ｂ）は０次光を基板厚さｔ１の厚い（ｔ１＞ｔ２）情報記録媒体５に対して集光する場合を示す図。
【図３】第１の実施形態におけるホログラムレンズを光軸方向から見た図。
【図４】図３の第１の実施形態におけるホログラムレンズの光軸に直交する断面図。
【図５】サイドローブを説明するための図。
【図６】（ａ）は凹レンズ型ホログラムレンズに関する従来の鋸歯状回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す鋸歯状回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図。
【図７】（ａ）は凹レンズ型ホログラムレンズに関する従来の等段差及び等段幅の階段状回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す階段状回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図。
【図８】（ａ）は第２の実施形態の４つの斜面で構成された回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す斜面による回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図。
【図９】（ａ）は第３の実施形態の５段の階段状回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す階段状回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図。
【図１０】（ａ）はホログラムレンズを凸レンズ型に設計した第４の実施形態において、＋１次回折効を基板厚さｔ２の薄い情報記録媒体５１に対して集光する場合を示す図、（ｂ）は０次光を基板厚さｔ１の厚い（ｔ１＞ｔ２）情報記録媒体５に対して集光する場合を示す図。
【図１１】（ａ）は凸レンズ型ホログラムレンズに関する従来の鋸歯状回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す鋸歯状回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図。
【図１２】（ａ）は凸レンズ型ホログラムレンズに関する従来の等段差及び等段幅の階段状回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す階段状回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図。
【図１３】（ａ）は第５の実施形態の２つの斜面で構成された回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す斜面による回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図。
【図１４】（ａ）は第６の実施形態の４段の階段状回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す階段状回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図。
【図１５】（ａ）は第７の実施形態の３つの斜面で構成された回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す斜面による回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図。
【図１６】（ａ）は第８の実施形態の２つの不連続な斜面で構成された回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す斜面による回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光による影響の大きさを示す図。
【図１７】（ａ）は第９の実施形態の４段の階段状回折格子による光の位相変調量を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す階段状回折格子から得られる回折効率及び不要な回折光の影響の大きさを示す図。
【図１８】第１０の実施形態における平板上にホログラムレンズを形成する一例を示し、（ａ）は回折格子の無い部分または回折格子部の０次回折光の位相を決める仮想的な面１０７ｃを示す図、（ｂ）は格子パターン１０７ａ部を示す図、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を組み合わせを示す図。
【図１９】対物レンズ上に直接ホログラムレンズを形成した第１１の実施形態を示す図。
【図２０】第１１の実施形態において、曲面上にホログラムレンズを形成する一例を示し、（ａ）は回折格子の無い部分または回折格子部の０次回折光の位相を決める仮想的な面１０７ｃを示す図、（ｂ）は格子パターン１０７ａ部を示す図、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を組み合わせを示す図。
【図２１】従来の光ディスク装置及びその光ヘッド装置の構成を示す光路図。
【図２２】従来の２焦点集光光学系における不要な回折光の振る舞いを示す図。
【図２３】従来のホログラムレンズの回折格子の形状を示す図。
【図２４】一般的な回折格子の形成方法を示す工程図。
【符号の説明】
【０１８６】
２  放射光源
３  光ビーム
４  対物レンズ
５、５１  情報記録媒体
７１  光検出器
３６  ビームスプリッター
１０７  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
【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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【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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