(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出面に収束光束を入射させる際に用いられるホログラム光学素子であって、
入射光束を回折させる回折面を備え、
前記回折面は、回折光束に非点収差を与えずに回折光束の光軸を回転軸として前記回折光束をねじる機能を有するホログラムパターンを少なくとも一部に有し、
前記ホログラムパターンは、前記回折光束の収束点と前記検出面との間の距離が変化した場合に、前記検出面に形成される光スポットの形状が変化せずに前記光スポットの回転角度が変化するように形成されたことを特徴とするホログラム光学素子。
【請求項２】
前記回折面は複数の領域に分割され、前記複数の領域のうち少なくとも１つの領域が前記ホログラムパターンを有することを特徴とする請求項１記載のホログラム光学素子。
【請求項３】
前記回折面は、第１の領域および第２の領域に分割され、前記第１および第２の領域のうち少なくとも一方が前記ホログラムパターンを有することを特徴とする請求項１または２記載のホログラム光学素子。
【請求項４】
前記第１の領域は回折光束の光軸を回転軸として前記回折光束を一方向にねじる機能を有する第１のホログラムパターンを有し、前記第２の領域は回折光束の光軸を回転軸として前記回折光束を前記一方向にねじる機能を有する第２のホログラムパターンを有することを特徴とする請求項３記載のホログラム光学素子。
【請求項５】
前記第１の領域は回折光束の光軸を回転軸として前記回折光束を時計回りにねじる機能を有する第１のホログラムパターンを有し、前記第２の領域は回折光束の光軸を回転軸として前記回折光束を反時計回りにねじる機能を有する第２のホログラムパターンを有することを特徴とする請求項３記載のホログラム光学素子。
【請求項６】
前記回折面を互いに直交するＸ軸およびＹ軸からなるＸＹ座標で定義し、
前記回折面上の基準とする点を（Ｘo，Ｙo）とし、前記回折面上の任意の点を（Ｘ，Ｙ）とし、前記回折面上の点（Ｘ，Ｙ）において所定の回折を行うための格子ベクトルのＸ方向成分をｆ（Ｘ，Ｙ）とし、前記格子ベクトルのＹ方向成分をｇ（Ｘ，Ｙ）とした場合に、
前記ホログラムパターンは、
【数１】
0004285955.tif 000010
または、
【数２】
0004285955.tif 000011
を満足する点（Ｘ’，Ｙ’）の集合で表され、
前記ＸＹ座標の原点において前記回折面に垂直なＺ軸座標を定義し、
前記回折面上の任意の点を（Ｘ，Ｙ，０）とし、前記回折面により回折された回折光束が入射する所定の検出面上の点を（Ｘp(X,Y)，Ｙp(X,Y)，Ｚp）とし、前記回折面に光束を入射する光源の発光点の座標を（Ｘr，Ｙr，Ｚr）とし、光束の波長をλとし、前記ホログラムパターンを含む基板の屈折率をｎとした場合に、
前記回折面上の点（Ｘ，Ｙ，０）において所定の回折を行うための格子ベクトルのＸ方向成分ｆ（Ｘ，Ｙ）およびＹ方向成分ｇ（Ｘ，Ｙ）は、
f(X,Y)=-(2π/λ)・[(X-Xp(X,Y))・[(X-Xp(X,Y))2+(Y-Yp(X,Y))2+Zp2]-1/2
-ｎ(X-Xr)・[(X-Xr)2+(Y-Yr)2+Zr2]-1/2] ・・・（１６）
g(X,Y)=-(2π/λ)・[(Y-Yp(X,Y))・[(X-Xp(X,Y))2+(Y-Yp(X,Y))2+Zp2]-1/2
-ｎ(Y-Yr)・[(X-Xr)2+(Y-Yr)2+Zr2]-1/2] ・・・（１７）
を満足するように設定され、
前記回折面での光スポットの大きさに対する前記検出面上での光スポットの大きさの割合を縮小率Ｒとした場合に、
前記回折面上の任意の点（Ｘ，Ｙ）に入射する光束がＸ軸方向へｘ1移動しかつＹ軸方向へｙ1移動し、点（ｘ1，ｙ1）を中心として角度β回転することにより得られる前記検出面上の点（Ｘp，Ｙp）は、
Xp(X,Y)=R(X2+Y2)1/2cos[arctan(Y/X)+β]+x1    ・・・（２１）
Yp(X,Y)=R(X2+Y2)1/2sin[arctan(Y/X)+β]+y1    ・・・（２２）
を満足するように設定されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のホログラム光学素子。
【請求項７】
検出対象物に収束光束を照射し、その検出対象物からの帰還光束を検出する位置ずれ検出装置であって、
光束を出射する光源と、
前記光源から出射された光束を集光させて前記検出対象物に導くレンズと、
前記検出対象物からの帰還光束を回折する回折面を備えたホログラム光学素子と、
前記ホログラム光学素子により回折された前記帰還光束を検出する光検出器とを備え、
前記ホログラム光学素子は、回折光束に非点収差を与えずに回折光束の光軸を回転軸として前記回折光束をねじる機能を有するホログラムパターンを少なくとも一部に有し、前記ねじられた回折光束に基づく光スポットを前記光検出器に形成し、
前記ホログラムパターンは、前記回折光束の収束点と前記光検出器との間の距離が変化した場合に、前記光検出器に形成される光スポットの形状が変化せず光スポットの回転角度が変化するように形成されたことを特徴とする位置ずれ検出装置。
【請求項８】
前記光検出器は分割線により分割された複数の光検出部を有し、
前記ホログラム光学素子の前記ホログラムパターンは、前記ねじられた回折光束に基づく光スポットを前記光検出器の前記分割線を跨ぐように形成することを特徴とする請求項７に記載の位置ずれ検出装置。
【請求項９】
前記ホログラム光学素子の前記回折面は、複数の領域に分割され、前記複数の領域のうち少なくとも１つの領域が前記ホログラムパターンを有し、
前記ホログラム光学素子の回折面の前記複数の領域は、回折光束に基づく複数の光スポットを前記光検出器上で互いに離間した位置に形成するとともに、前記少なくとも一方の領域の前記ホログラムパターンは、前記ねじられた回折光束に基づく光スポットを前記光検出器の前記分割線を跨ぐように形成することを特徴とする請求項７または８記載の位置ずれ検出装置。
【請求項１０】
前記ホログラム光学素子の前記回折面は、第１の領域および第２の領域に分割され、前記第１および第２の領域のうち少なくとも一方の領域が前記ホログラムパターンを有し、
前記ホログラム光学素子の回折面の前記第１および第２の領域は、回折光に基づく第１および第２の光スポットを前記光検出器上で互いに離間した位置に形成するとともに、前記少なくとも一方の領域の前記ホログラムパターンは、前記ねじられた回折光束に基づく光スポットを前記光検出器の前記分割線を跨ぐように形成することを特徴とする請求項７または８記載の位置ずれ検出装置。
【請求項１１】
光学記録媒体を回転させる回転駆動部と、
請求項７〜１０のいずれかに記載の位置ずれ検出装置を含む光ピックアップ装置と、
前記光ピックアップ装置から出射された光束を前記光学記録媒体に集光する集光レンズと、
前記光ピックアップ装置を前記光学記録媒体の半径方向に移動させるピックアップ駆動部と、
前記集光レンズを前記検出対象物に対して相対的に移動させるレンズ駆動部と、
前記光ピックアップ装置の前記光検出器からの出力信号を処理する信号処理部とを備えたことを特徴とする光学記録媒体駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラム光学素子、位置ずれ検出装置、光学記録媒体駆動装置およびホログラム光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
位置ずれ検出装置の一例として、光ピックアップ装置が存在する。この光ピックアップ装置は、光ディスクドライブ装置などの光学記録媒体駆動装置に用いられ、レーザを用いて光ディスクなどの光学記録媒体への情報記録および情報読み出しあるいはサーボ信号検出を行う。
【０００３】
サーボ信号には、光学記録媒体上におけるレーザの光スポットの焦点ずれを示す焦点誤差信号と、光スポットのトラックからのずれを示すトラッキング誤差信号とがある。なお、焦点誤差の検出には、非点収差法や、フーコー法の一種であるナイフエッジ法などが用いられている。
【０００４】
図３２は、特開平３−７６０３５５号公報に開示された透過型ホログラム素子を有する光ピックアップ装置の概略図である。図３２に示す光ピックアップ装置８００は、ホログラムユニット８５０および集光レンズ８０７により構成される。
【０００５】
この光ピックアップ装置８００は、非点収差法によるフォーカスサーボおよび３ビーム法によるトラッキングサーボの制御機構を有するものである。なお、ここで使用されているホログラム光学素子８０６は、ホログラムユニット８５０において光ピックアップ光学系の大部分と共にユニット化されている。
【０００６】
ステム８０３上に放熱ブロック８０４が配置され、放熱ブロック８０４の側面にサブマウント８０２が取り付けられ、サブマウント８０２上に半導体レーザ素子８０１が取り付けられている。放熱ブロック８０４の上面には光検出器８２０が配置されている。放熱ブロック８０４を取り囲むようにキャップ８０８が設けられている。
【０００７】
キャップ８０８の上面の開口部には、ホログラム光学素子８０６が配置されている。ホログラム光学素子８０６の下面にはトラッキングビーム発生用回折格子８０５が設けられ、ホログラム光学素子８０６の上面のホログラム面８１０にはホログラムパターンが形成されている。
【０００８】
図３２において、半導体レーザ素子８０１はレーザを光ディスク８８８に向かって出射する。半導体レーザ素子８０１より出射されたレーザは、トラッキングビーム発生用回折格子８０５およびホログラム光学素子８０６を透過する。
【０００９】
ホログラム光学素子８０６を透過したレーザは、集光レンズ８０７によって光ディスク８８８上に集光される。この集光レンズ８０７は、トラッキング動作およびフォーカス動作のため、アクチュエータ８０９により所定の方向に移動可能に支持されている。
【００１０】
光ディスク８８８はレーザを反射する。光ディスク８８８からのレーザである帰還光束（反射光束）は、ホログラム面８１０におけるホログラムパターンにより回折され、光検出器８２０により検出される。
【００１１】
上記のように、ホログラム光学素子を用いると、半導体レーザ素子や光検出器をチップ状態で用いて光学系をユニット化でき、光ピックアップ装置を小型化することができる。
【００１２】
図３３は、光ピックアップ装置８００で用いられるホログラム面８１０におけるホログラムパターンの一例を示した模式図である。当該ホログラムパターン８１１においては、分割線Ｊを境界として２種類のホログラムパターン８１１ａ，８１１ｂが施されている。
【００１３】
次に、ホログラム光学素子８０６による回折光束が非点収差を生じる場合の光検出器８２０の光検出について前述の図３２に基づき説明する。
【００１４】
なお、図３２のホログラム面８１０においては図３３に示したホログラムパターン８１１が施されている。非点収差法を適用した光ピックアップ装置としては、代表的なものが特公平５−３８３７４に開示されている。
【００１５】
非点収差法においては、上記の通り、半導体レーザ素子８０１よりレーザが光ディスク８８８へ出射され、そこで反射されたレーザがホログラム光学素子８０６のホログラム面８１０上に形成されたホログラムパターン８１１により回折され、その回折光束が光検出器８２０に入射することにより、ホログラムパターン８１１により記録された信号が検出される。ここで、ホログラムパターン８１１による回折光束には非点収差が発生している。
【００１６】
図３４は、非点収差法を適用した場合の光検出器８２０の４分割光検出部の光スポット形状の一例を示す模式的平面図である。この模式的平面図は、レーザが光ディスク８８８へ入射する際に、光ディスク８８８の記録媒体面上で焦点がずれた場合および焦点が合った場合の状態を示している。ここでは、光ディスク８８８の記録媒体面上でレーザの焦点にずれが発生することにより、光検出器８２０上の４分割光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射する回折光束の光スポット形状が変形する。
【００１７】
光検出器８２０上の４つの光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄには、ホログラムパターン８１１ａにより光スポットＳａが形成され、ホログラムパターン８１１ｂにより光スポットＳｂが形成される。光スポット形状は光ディスク８８８と集光レンズ８０７との距離により、図３４（ａ）〜（ｃ）のように変形する。そして、光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに形成される光スポットＳａ，Ｓｂに基づき焦点誤差信号ＦＥが得られる。
【００１８】
焦点誤差信号ＦＥは４分割された光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各出力信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを用いて、次式により導き出される。
【００１９】
ＦＥ＝（Ｐａ＋Ｐｃ）−（Ｐｂ＋Ｐｄ）    ・・・（１）
上式の焦点誤差信号ＦＥは、光ディスク８８８と集光レンズ８０７との距離が近すぎる場合に正となり、このときの光スポット形状は図３４（ａ）に示す形状となる。また、光ディスク８８８と集光レンズ８０７とが良好な距離を保つ場合には焦点誤差信号ＦＥは０となり、このときの光スポット形状は図３４（ｂ）に示す形状となる。さらに、光ディスク８８８と集光レンズ８０７との距離が遠すぎる場合には焦点誤差信号ＦＥは負となり、光スポットは図３４（ｃ）に示す形状となる。
【００２０】
このようにして得られた焦点誤差信号ＦＥは、アクチュエータ８０９に入力される。そして、焦点誤差信号ＦＥに基づいてアクチュエータ８０９が集光レンズ８０７を光軸方向、つまり、光ディスク８８８の記録媒体面に垂直な方向に移動することにより集光状態が修正される。
【００２１】
図３５は、非点収差法の原理を説明するための模式図である。光ピックアップ装置８００において、光ディスク８８８の記録媒体表面上に入射されるレーザの焦点がずれる場合、光ディスク８８８から反射されて集光レンズ８０７により再び集光される反射光束の焦点は光軸方向Ｓにずれる。つまり、ホログラムパターン８１１により回折された回折光束の焦点は方向Ｐに移動する。
【００２２】
非点収差を有する回折光束は、回折方向Ｘに対し４５度の角度を持つ方向Ｘｘと方向Ｘｘに対し垂直な方向Ｘｙとで焦点位置が異なる。それゆえ、光スポットの形状はＸｘ方向の焦点位置ＦＡではＸｙ方向に延びた楕円になり、Ｘｙ方向の焦点位置ＦＣではＸｘ方向に延びた楕円となる。そして、焦点位置ＦＡと焦点位置ＦＣとの中間の位置ＦＢでは円となる。したがって、焦点誤差検出範囲Ｐｆ内に光検出器８２０を配置することにより、図３４のような光スポット形状の変形が得られる。
【００２３】
この非点収差法では、焦点のずれに対する光スポット形状の変形が大きいため、焦点誤差検出感度が高い。しかし、一方では光ディスク上の光スポットがトラックを横断する場合に、焦点誤差信号が不安定になるという欠点が指摘されている。
【００２４】
上記の欠点について、その原因を以下に説明する。
図３６は、記録媒体面において反射光束の強度分布が変化する様子を示す図である。ここで、反射光束の強度分布は、記録媒体面に形成されたプリグルーブ（溝）８８１ｂ、凸状のランド部８８１ａおよび光スポットの相対位置により変化する。なお、ＣＤ−Ｒ（Compact disc - recordable）等の記録可能型光ディスクでは、記録媒体面にプリグルーブ８８１ｂが形成され、情報記録はランド部８８１ａに行われる。
【００２５】
反射光束の強度分布Ｆは、ランド部８８１ａ（またはプリグルーブ部８８１ｂ）のエッジによる回折効果により決定される。レーザの光スポットがランド部８８１ａ（またはプリグルーブ部８８１ｂ）の中央にある場合、図３６（ｂ）に示す対称な双峰の強度分布Ｆが得られる。このとき、光ディスク表面においてレーザの焦点は合っている。
【００２６】
一方、レーザの光スポットがランド部８８１ａ（またはプリグルーブ部８８１ｂ）に対して相対的にどちらかにずれる場合、ずれる方向により、図３６（ａ）または図３６（ｃ）に示す非対称な双峰強度分布が得られる。
【００２７】
この現象は、プッシュプル法によるトラッキング誤差信号検出に用いられている。なお、上述の双峰強度分布は、遠視野像においてより明瞭に現れる。
【００２８】
非点収差法においては、光検出器上の光スポットが大きく、遠視野像に近いので、上記双峰強度分布の影響を受けやすい。式（１）に示した焦点誤差信号ＦＥの演算によれば、双峰強度分布の影響はキャンセルされる。
【００２９】
しかし、非点収差法では、図３５に示されるように一度収束（図３５（ＦＡ））した後の光スポットを検出する。このため、収束点において回折効果や干渉効果により光強度分布が変化し、双峰強度分布の影響がキャンセルされなくなる。
【００３０】
非点収差法における焦点誤差信号の不安定性は、これらの理由により発生するものと考えられている。
【００３１】
次に、ナイフエッジ法を用いた光ピックアップ装置における焦点誤差検出について説明する。
【００３２】
図３７および図３８を用いてナイフエッジ法の原理を説明する。
図３７は、ナイフエッジ法の原理を説明するための模式図であり、図３８は、ナイフエッジ法により２分割光検出部に集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【００３３】
図３７（ａ）において、レンズ９００により光束９０１が収束され、焦点９０２を結ぶ。ここで、図３７（ｂ）に示すように、光束９０１内の半分の領域に遮蔽板９０３を配置する。この場合、光束９０１の半分が遮蔽板９０３により遮蔽される。光束の一部が物体により遮蔽されることを「けられ」と呼ぶ。この「けられ」により、光束９０１のうち半分の光のみが焦点９０２を結ぶ。
【００３４】
焦点９０２に２分割光検出器９０５を配置する。ここで、図３８（ｂ）に示すように、２分割光検出器９０５の光検出部９１０Ａ，９１０Ｂ間の分割線Ｅ上に光スポット９２０が形成されるように、光検出器９０５を位置調整する。
【００３５】
２分割光検出器９０５が焦点９０２に位置する場合には、図３８（ｂ）に示すように、光スポット９２０は、小さな点状となる。２分割光検出器９０５が焦点９０２よりもレンズ９００に近い距離にある場合には、図３８（ｃ）に示すように、２分割光検出器９０５の光検出部９１０Ｂ上に半円形状の光スポット９２０ｂが形成される。
【００３６】
２分割光検出器９０５が焦点９０２よりもレンズ９００に対して遠い位置にある場合には、図３８（ａ）に示すように、２分割光検出器９０５の光検出部９１０Ａ上に半円状の光スポット９２０ａが形成される。
【００３７】
このように、２分割光検出器９０５が焦点９０２に対してレンズ９００から近い側に位置する場合と、２分割光検出器９０５が焦点９０２に対してレンズ９００から遠い側に位置する場合とで、２分割光検出器９０５の光検出部９１０Ａ，９１０Ｂ上に形成される光スポット９２０ａ，９２０ｂが点対象になる。したがって、光検出部９１０Ａ，９１０Ｂの出力信号ｆａ，ｆｂを用いて次式により焦点誤差信号ＦＥＳを求めることができる。
【００３８】
ＦＥＳ＝ｆａ−ｆｂ    ・・・（２）
この焦点誤差信号ＦＥＳの正負の符号により２分割光検出器９０５が焦点９０２よりレンズに近い側に位置するか、遠い側に位置するかを検出することができる。
【００３９】
上記に示すナイフエッジ法は感度の高い焦点誤差検出法であるが、合焦状態での光スポット形状が小さいため、２分割光検出器９０５の分割線Ｅによる不感損失が大きく、再生信号（ピット信号）の強度が小さくなったり、初期の位置合わせの調整が難しい等の問題が生じる。
【００４０】
ナイフエッジ法における上記問題の対策としては、特公平５−９８２１等に開示されているように、図３９に示すような３分割光検出器８２１が考案されてきた。
【００４１】
図３９は、ナイフエッジ法を適用した場合の３分割光検出器の光スポット形状の一例を示す模式的平面図である。ここでは、ナイフエッジ法を用いた場合に、記録媒体面上で焦点が合っている場合および焦点のずれが発生した場合の３分割光検出器８２１の光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ上に入射する光スポット形状の変形を示している。
【００４２】
この場合のホログラム光学素子は、反射光束を回折することにより集光させる機能を有する。そこで、ホログラムパターンを２分割し、それぞれ異なる点に集光することにより、焦点ずれが発生した場合にそれぞれの集光点が半円状の光スポット形状を形成する。
【００４３】
このときの光検出部Ａ，Ｂ，Ｃにおける光スポットＳａ，Ｓｂの形状は、焦点ずれが発生したときに図３９（ａ），（ｃ）に示すような半円状になる。
【００４４】
光ディスクが近すぎる場合は図３９（ａ）のように光スポットＳａが光検出部Ａに形成され、光ディスクが遠すぎる場合は図３９（ｃ）のように光スポットＳａが光検出部Ｂに形成される。焦点が合っている場合の光スポットＳａ，Ｓｂは、図３９（ｂ）に示すような一点に集中したものとなる。
【００４５】
そこで、光検出部Ａ，Ｂ，Ｃの出力される信号ＰＡ，ＰＢ，ＰＣのうち、出力信号ＰＡ，ＰＢを用いて次式の焦点誤差信号ＦＥＮが得られる。
【００４６】
ＦＥＮ＝ＰＡ−ＰＢ    ・・・（３）
また、光検出部Ａ，Ｂ，Ｃの出力信号ＰＡ，ＰＢ，ＰＣを用いて、再生信号ＨＦを次式により求める。
【００４７】
ＨＦ＝ＰＡ＋ＰＢ＋ＰＣ    ・・・（４）
このように、再生信号を安定に検出するために、１つの光スポットＳｂを分割線を有さない光検出部Ｃで主に検出し、焦点誤差検出を他方の光スポットＳａで行うものである。ナイフエッジ法自体は感度の高い焦点誤差検出法であるが、光束を半分しか用いないため、焦点誤差信号の強度（Ｓカーブ振幅）は小さい。
【００４８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、非点収差法では、光の収束点における回折効果や干渉効果により光強度分布が変化し、双峰強度分布がキャンセルされなくなる。それにより、焦点誤差信号が不安定となる。
【００４９】
また、図３５に示した様に、焦点誤差検出範囲Ｐｆにより光検出器上での光スポットのサイズが一義的に決まるため、光スポットのサイズを任意に設定することができない。そのため、十分に安定で強度の高い焦点誤差信号および再生信号を得ることができない。
【００５０】
一方、ナイフエッジ法では、合焦点状態での光検出器上での光スポットのサイズが小さいため、再生信号の強度が小さく、かつ位置合わせが困難である。
【００５１】
また、再生信号を安定に検出するために、３分割光検出器を用いた場合でも、一方の光スポットにより焦点誤差信号を検出するため、焦点誤差信号の強度が小さい。
【００５２】
本発明の目的は、入射光束に対し複雑な回折機能を有するホログラム光学素子を提供することである。
【００５３】
本発明の他の目的は、入射光束に対し複雑な回折機能を有するホログラムパターンを容易に設計可能なホログラム光学素子の製造方法を提供することである。
【００５４】
本発明のさらに他の目的は、光検出器上での光スポットのサイズを任意に設定するとともに、安定して位置ずれを検出可能な位置ずれ検出装置を提供することである。
【００５５】
本発明のさらに他の目的は、光検出器上での光スポットのサイズを任意に設定するとともに、安定な焦点誤差信号および再生信号を得ることを可能にする光学記録媒体駆動装置を提供することである。
【００５６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係るホログラム光学素子は、検出面に収束光束を入射させる際に用いられるホログラム光学素子であって、入射光束を回折させる回折面を備え、回折面は、回折光束に非点収差を与えずに回折光束の光軸を回転軸として回折光束をねじる機能を有するホログラムパターンを少なくとも一部に有し、ホログラムパターンは、回折光束の収束点と検出面との間の距離が変化した場合に、検出面に形成される光スポットの形状が変化せずに光スポットの回転角度が変化するように形成されたものである。
【００５７】
本発明に係るホログラム光学素子においては、入射光束が回折面により回折され、回折光束に非点収差が与えられることなく、回折光束がその光軸を回転軸としてねじられる。この場合、所定の検出面上にねじられた回折光束が入射すると、検出面上での光スポットは回折面上での光スポットに対して回転している。検出面上での光スポットの回転角度は、回折光束の収束点と検出面との間の距離により変化する。したがって、光ピックアップ装置に本発明のホログラム光学素子を用いた場合、検出面上での光スポットの回転角度に基づいて、光ピックアップ装置における焦点誤差の検出を行うことができる。
【００５８】
この場合、検出面の後方に回折光の収束点を設定することにより、非点収差法のように収束点での光の回折効果や干渉効果による光強度分布の変化が生じない。また、回折光束のねじれを用いて焦点誤差を検出する場合、検出面での光スポットのサイズを任意に設定することができる。したがって、検出面上での光スポットのサイズを大きく設定することにより、十分に安定でかつ強度の高い焦点誤差信号および再生信号を得ることが可能となる。
【００５９】
回折面は複数の領域に分割され、複数の領域のうち少なくとも１つの領域が、回折光束をねじる機能を有するホログラムパターンを有してもよい。
【００６０】
この場合、複数の領域のうち少なくとも１つの領域により回折光束がねじられて所定の検出面に入射する。したがって、検出面上での光スポットの回転度合いに基づいて、光ピックアップ装置における焦点誤差の検出を行うことができる。
【００６１】
回折面は第１の領域および第２の領域に分割され、第１および第２の領域のうち少なくとも一方が回折光束をねじる機能を有するホログラムパターンを有するものである。
【００６２】
光束が略円形の断面形状を有する場合には、回折面の第１および第２の領域間の分割線を跨ぐように光束を入射させることにより、検出面上に第１の領域による略半円形の光スポットおよび検出面上に第２の領域による略半円形の光スポットが形成される。この場合、第１および第２の領域のうち回折光束をねじる機能を有するホログラムパターンによる略半円形の光スポットの回転度合いを容易に判定することができる。
【００６３】
第１の領域は回折光束の光軸を回転軸として回折光束を一方向にねじる機能を有する第１のホログラムパターンを有し、第２の領域は回折光束の光軸を回転軸として回折光束を一方向にねじる機能を有する第２のホログラムパターンを有してもよい。
【００６４】
この場合、検出面上で第１および第２のホログラムパターンによる略半円形の光スポットが同じ向きに回転する。
【００６５】
第１の領域は回折光束の光軸を回転軸として回折光束を時計回りにねじる機能を有する第１のホログラムパターンを有し、第２の領域は回折光束の光軸を回転軸として回折光束を半時計回りにねじる機能を有する第２のホログラムパターンを有してもよい。
【００６６】
この場合、検出面上で第１および第２のホログラムパターンによる略半円形の光スポットが逆向きに回転する。
【００６７】
回折面を互いに直交するＸ軸およびＹ軸からなるＸＹ座標で定義し、回折面上の基準とする点を（Ｘo，Ｙo）とし、回折面上の任意の点を（Ｘ，Ｙ）とし、回折面上の点（Ｘ，Ｙ）において所定の回折を行うための格子ベクトルのＸ方向成分をｆ（Ｘ，Ｙ）とし、格子ベクトルのＹ方向成分をｇ（Ｘ，Ｙ）とした場合に、ホログラムパターンは、
【００６８】
【数５】
0004285955.tif 000002
【００６９】
または、
【００７０】
【数６】
0004285955.tif 000003
【００７１】
を満足する点（Ｘ’，Ｙ’）の集合で表され、ＸＹ座標の原点において回折面に垂直なＺ軸座標を定義し、回折面上の任意の点を（Ｘ，Ｙ，０）とし、回折面により回折された回折光束が入射する所定の検出面上の点を（Ｘp(X,Y)，Ｙp(X,Y)，Ｚp）とし、回折面に光束を入射する光源の発光点の座標を（Ｘr，Ｙr，Ｚr）とし、光束の波長をλとし、ホログラムパターンを含む基板の屈折率をｎとした場合に、回折面上の点（Ｘ，Ｙ，０）において所定の回折を行うための格子ベクトルのＸ方向成分ｆ（Ｘ，Ｙ）およびＹ方向成分ｇ（Ｘ，Ｙ）は、
f(X,Y)=(2π/λ)・(Xp(X,Y)-X)・[(Xp(X,Y)-X)2+(Yp(X,Y)-Y)2+Zp2]-1/2
-(2π/λ)・(Xr-X)・[(Xr-X)2+(Yr-Y)2+Zr2]-1/2    ・・・（１６）
g(X,Y)=(2π/λ)・(Yp(X,Y)-Y)・[(Xp(X,Y)-X)2+(Yp(X,Y)-Y)2+Zp2]-1/2
-(2π/λ)・(Yr-Y)・[(Xr-X)2+(Yr-Y)2+Zr2]-1/2    ・・・（１７）
を満足するように設定され、回折面での光スポットの大きさに対する検出面上での光スポットの大きさの割合を縮小率Ｒとした場合に、回折面上の任意の点（Ｘ，Ｙ）に入射する光束がＸ軸方向へｘ1移動しかつＹ軸方向へｙ1移動し、点（ｘ1，ｙ1）を中心として角度β回転することにより得られる検出面上の点（Ｘp，Ｙp）は、
Xp(X,Y)=R(X2+Y2)1/2cos[arctan(Y/X)+β]+x1    ・・・（２１）
Yp(X,Y)=R(X2+Y2)1/2sin[arctan(Y/X)+β]+y1    ・・・（２２）
を満足するように設定されてもよい。
【００７２】
回折面が以上の式に基づき設計されたホログラムパターンを有することにより、回折光束に「ねじり」、「集光」および「平行移動」という回折機能が付加される。
【００７３】
第２の発明に係る位置ずれ検出装置は、検出対象物に収束光束を照射し、その検出対象物からの帰還光束を検出する位置ずれ検出装置であって、光束を出射する光源と、光源から出射された光束を集光させて検出対象物に導くレンズと、検出対象物からの帰還光束を回折する回折面を備えたホログラム光学素子と、ホログラム光学素子により回折された帰還光束を検出する光検出器とを備え、ホログラム光学素子は、回折光束に非点収差を与えずに回折光束の光軸を回転軸として回折光束をねじる機能を有するホログラムパターンを少なくとも一部に有し、ねじられた回折光束に基づく光スポットを光検出器に形成し、ホログラムパターンは、回折光束の収束点と光検出器との間の距離が変化した場合に、光検出器に形成される光スポットの形状が変化せず光スポットの回転角度が変化するように形成されたものである。
【００７４】
本発明に係る位置ずれ検出装置においては、光源により光束が出射され、出射された光束がレンズにより集光されて検出対象物に導かれる。検出対象物からの帰還光束がホログラム光学素子の回折面により回折され、回折光束が光検出器により検出される。ここで、回折光束は、ホログラム光学素子の回折面の少なくとも一部のホログラムパターンにより非点収差を与えられることなく回折光束の光軸を回転軸としてねじられて光検出器に入射する。
【００７５】
この場合、光検出器にねじられた回折光束が入射すると、光検出器上での光スポットは回折面上での光スポットに対して回転している。光検出器上での光スポットの回転角度は、回折光束の収束点と光検出器との間の距離により変化する。したがって、光検出器上での光スポットの回転角度に基づいて、位置ずれ検出装置における位置ずれの検出を行うことができる。
【００７６】
この場合、光検出器の後方に回折光束の収束点を設定することにより、非点収差法のように収束点での光の回折効果や干渉効果による光強度分布の変化が生じない。また、回折光束のねじれを用いて位置ずれを検出する場合、光検出器上での光スポットのサイズを任意に設定することができる。したがって、光検出器上での光スポットのサイズを大きく設定することにより、十分に安定して位置ずれを検出することができる。
【００７７】
光検出器が分割線により分割された複数の光検出部を有し、ホログラム光学素子の回折光束をねじる機能を有するホログラムパターンは、ねじられた回折光束に基づく光スポットを光検出器の分割線を跨ぐように形成してもよい。
【００７８】
この場合、ねじられた回折光束の光スポットが光検出部の分割線を跨ぐように複数の光検出部に形成されるので、複数の光検出部の出力信号を比較することにより光スポットの回転度合いを検出することができる。
【００７９】
ホログラム光学素子の回折面は、複数の領域に分割され、複数の領域のうち少なくとも１つの領域がホログラムパターンを有し、ホログラム光学素子の回折面の複数の領域は、回折光束に基づく複数の光スポットを光検出器上で互いに離間した位置に形成するとともに、少なくとも一方の領域のホログラムパターンは、ねじられた回折光束に基づく光スポットを光検出器の分割線を跨ぐように形成してもよい。
【００８０】
この場合、ホログラム光学素子の回折面の複数の領域による回折光束に基づく複数の光スポットが光検出器の分割線を跨ぐように光検出器上で互いに離間した位置に形成されるとともに、複数の領域のうち少なくとも１つの領域により回折光束がねじられて光検出器上に入射する。
【００８１】
この場合、ねじられた回折光束の光スポットが光検出器の分割線を跨ぐようにかつ光検出器上で互いに離間して複数の光検出部に形成されるので、複数の光検出部の出力信号を比較することにより光スポットの回転度合いをより正確に検出することができる。
【００８２】
ホログラム光学素子の回折面は、第１の領域および第２の領域に分割され、第１および第２の領域のうち少なくとも一方の領域がホログラムパターンを有し、ホログラム光学素子の回折面の第１および第２の領域は、回折光に基づく第１および第２の光スポットを光検出器上で互いに離間した位置に形成するとともに、少なくとも一方の領域のホログラムパターンは、ねじられた回折光束に基づく光スポットを光検出器の分割線を跨ぐように形成してもよい。
【００８３】
光束が略円形の断面形状を有する場合には、回折面の第１および第２の領域間の分割線を跨ぐように光束を入射させることにより、光検出器上に第１の領域による略半円形の光スポットおよび第２の領域による略半円形の光スポットが形成される。この場合、第１および第２の領域のうち回折光束をねじる機能を有するホログラムパターンによる略半円形の光スポットの回転度合いを容易に判定することができる。
【００８４】
第３の発明に係る光学記録媒体駆動装置は、光学記録媒体を回転させる回転駆動部と、第２の発明に係る位置ずれ検出装置を含む光ピックアップ装置と、光ピックアップ装置から出射された光束を検出対象物に集光する集光レンズと、光ピックアップ装置を光学記録媒体の半径方向に移動させるピックアップ駆動部と、集光レンズを光学記録媒体に対して相対的に移動させるレンズ駆動部と、光ピックアップ装置の光検出器からの出力信号を処理する信号処理部とを備えたものである。
【００８５】
本発明に係る光学記録媒体駆動装置においては、光学記録媒体が回転駆動部により回転され、光ピックアップ装置から出射された光束が集光レンズにより光学記録媒体に集光され、光ピックアップ装置がピックアップ駆動部により光学記録媒体の半径方向に移動され、集光レンズがレンズ駆動部により光学記録媒体に対して相対的に移動され、光ピックアップ装置の光検出器からの出力信号が信号処理部により処理される。
【００８６】
この場合、第２の発明に係る位置ずれ検出装置を含む光ピックアップ装置が用いられているので、光検出器上での光スポットのサイズを大きく設定することにより、十分に安定でかつ強度の高い焦点誤差信号および再生信号を得ることが可能となる。
【００８７】
第４の発明に係るホログラム光学素子の製造方法は、入射光束を回折させるホログラムパターンを少なくとも一部に有する回折面を備えたホログラム光学素子の製造方法であって、回折面を互いに直交するＸ軸およびＹ軸からなるＸＹ座標で定義し、回折面上の基準とする点を（Ｘo，Ｙo）とし、回折面上の任意の点を（Ｘ，Ｙ）とし、回折面上の点（Ｘ，Ｙ）において所定の回折を行うための格子ベクトルのＸ方向成分をｆ（Ｘ，Ｙ）とし、格子ベクトルのＹ方向成分をｇ（Ｘ，Ｙ）とした場合に、ホログラムパターンを、
【００８８】
【数７】
0004285955.tif 000004
【００８９】
または、
【００９０】
【数８】
0004285955.tif 000005
【００９１】
を満足する点（Ｘ’，Ｙ’）の集合で表し、ＸＹ座標の原点において回折面に垂直なＺ軸座標を定義し、回折面上の任意の点を（Ｘ，Ｙ，０）とし、回折面により回折された回折光束が入射する所定の検出面上の点を（Ｘp(X,Y)，Ｙp(X,Y)，Ｚp）とし、回折面に光束を入射する光源の発光点の座標を（Ｘr，Ｙr，Ｚr）とし、光束の波長をλとし、ホログラムパターンを含む基板の屈折率をｎとした場合に、回折面上の点（Ｘ，Ｙ，０）において所定の回折を行うための格子ベクトルのＸ方向成分ｆ（Ｘ，Ｙ）およびＹ方向成分ｇ（Ｘ，Ｙ）を、
f(X,Y)=-(2π/λ)・[(X-Xp(X,Y))・[(X-Xp(X,Y))2+(Y-Yp(X,Y))2+Zp2]-1/2
-ｎ(X-Xr)・[(X-Xr)2+(Y-Yr)2+Zr2]-1/2]  ・・・（１６）
g(X,Y)=-(2π/λ)・[(Y-Yp(X,Y))・[(X-Xp(X,Y))2+(Y-Yp(X,Y))2+Zp2]-1/2
-ｎ(Y-Yr)・[(X-Xr)2+(Y-Yr)2+Zr2]-1/2]  ・・・（１７）
を満足するように設定するステップと、式（１６），（１７），（１９），（２０）により設定したホログラムパターンをフォトリゾグラフィ工程およびエッチング工程により回折面に形成するステップとを含むものである。
【００９２】
以上の式に基づきホログラムパターンを設計することにより、回折光束に複雑な回折を与えるホログラムパターンを容易に回折面に形成することができる。
【００９３】
回折面での光スポットの大きさに対する検出面上での光スポットの大きさの割合を縮小率Ｒとし、回折面上の任意の点（Ｘ，Ｙ）に入射する光束がＸ軸方向へｘ1移動しかつＹ軸方向へｙ1移動し、点（ｘ1，ｙ1）を中心として角度β回転する回折を行う場合に、その回折により得られる検出面上の点（Ｘp，Ｙp）が、
Xp(X,Y)=R(X2+Y2)1/2cos[arctan(Y/X)+β]+x1    ・・・（２１）
Yp(X,Y)=R(X2+Y2)1/2sin[arctan(Y/X)+β]+y1    ・・・（２２）
を満足するように、ホログラムパターンを設定するステップを含んでもよい。
【００９４】
以上の式に基づきホログラムパターンを設計することにより、回折光束に「ねじり」、「集光」および「平行移動」を含む複雑な回折を与えるホログラムパターンを容易に回折面に形成することができる。
【００９５】
回折面での光スポットの大きさに対する検出面上での光スポットの大きさの割合を縮小率Ｒとし、回折面上の任意の点（Ｘ，Ｙ）に入射する光束がＸ軸方向へｘ1移動しかつＹ軸方向へｙ1移動し、点（ｘ1，ｙ1）を通るＸ軸に平行な直線を中心に反転し、さらに点（ｘ1，ｙ1）を中心として角度２α回転する回折を行う場合に、その回折により得られる検出面上の点（Ｘp，Ｙp）は、
Xp(X,Y)=R(Xcos2α+Ysin2α)+x1    ・・・（２３）
Yp(X,Y)=R(Xsin2α-Ycos2α)+y1    ・・・（２４）
を満足するように、ホログラムパターンを設定するステップを含んでもよい。
【００９６】
以上の式に基づきホログラムパターンを設計することにより、回折光束に「非点収差」、「集光」および「平行移動」を含む複雑な回折を与えるホログラムパターンを容易に回折面に形成することができる。
【００９７】
回折面での光スポットの大きさに対する検出面上での光スポットの大きさの割合を縮小率Ｒとし、回折面上の任意の点（Ｘ，Ｙ）と原点とを結ぶ直線がＸ軸となす角をθとし、回折面上の任意の点（Ｘ，Ｙ）に入射する光束がＸ軸方向へｘ1移動しかつＹ軸方向へｙ1移動し、点（Ｘ＋ｘ1，Ｙ＋ｙ1）と点（ｘ1，ｙ1）とを結ぶ直線上において、点（ｘ1，ｙ1）を基準として距離ｒ1の位置に移動する回折を行う場合に、その回折により得られる検出面上の点（Ｘp，Ｙp）は、
Xp(X,Y)=ｒ1cosθ+x1    ・・・（２５）
Yp(X,Y)=ｒ1sinθ+y1    ・・・（２６）
を満足するように、ホログラムパターンを設定するステップを含んでもよい。
【００９８】
以上の式に基づきホログラムパターンを設計することにより、回折光束に「集光」および「平行移動」を含む複雑な回折を与えるホログラムパターンを容易に回折面に形成することができる。
【００９９】
【発明の実施の形態】
以下、第１〜第７の実施の形態においては、本発明に係る位置ずれ検出装置の一例である光ピックアップ装置について説明する。また、第８の実施の形態においては、本発明に係る位置ずれ検出装置の一例である位置ずれセンサについて説明する。
【０１００】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における光ピックアップ装置の概略図である。図１の光ピックアップ装置１００は、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボを行う。
【０１０１】
図１において、ＣＤ−Ｒなどの反射型光ディスク１の半径方向（ラジアル方向）をＸ方向とし、光ディスク１のトラック方向をＹ方向とし、光ディスク１のディスク面に垂直な方向をＺ方向とする。
【０１０２】
光ピックアップ装置１００は、ホログラムユニット１０および集光レンズ５を備える。ホログラムユニット１０は、半導体レーザ素子２、透過型の３分割用回折格子３、透過型ホログラム光学素子４および光検出器６からなる。
【０１０３】
基台７上にブロック８が設けられ、ブロック８の側面にヒートシンク９が取り付けられている。３分割用回折格子３は光学ガラスまたは光学樹脂等からなり、ホルダ７１内にスペーサ７２を介して配設されている。また、透過型ホログラム光学素子４は、ホルダ７１の上面の開口部に配置されている。なお、透過型ホログラム光学素子４におけるホログラム面上にはホログラムパターン４０が形成されている。
【０１０４】
半導体レーザ素子２はレーザ光（光束）をＺ方向に出射する。３分割用回折格子３は、半導体レーザ素子２から出射された光束をほぼＹ方向およびＺ方向を含む面内で０次回折光（主光束）、＋１次回折光束（副光束）および−１次回折光束（副光束）からなる３本の光束に分割し、透過型ホログラム光学素子４を透過させる。なお、図中、上記３本の光束は１本の光束として表される。
【０１０５】
集光レンズ５は、アクチュエータ７３により、トラッキングサーボのために光ディスク１の半径方向（Ｘ方向）に移動可能に支持され、かつフォーカスサーボのために上下方向（Ｚ方向）に移動可能に支持されている。この集光レンズ５は、透過型ホログラム光学素子４を０次で回折透過した主光束および２本の副光束を光ディスク１上にそれぞれ主スポットおよびその両側に位置する２つの副スポットとして集光させる。
【０１０６】
図２は、本発明の第１の実施の形態における光ピックアップ装置１００に用いられる透過型ホログラム光学素子４のホログラム面上に形成されるホログラムパターン４０および光検出器６の模式図である。また、図３は、ホログラムパターン４０により回折された帰還光束（反射光束）の光検出器６における集光状態を示す模式図である。
【０１０７】
図２に示すように、ホログラムパターン４０は、回折方向（Ｘ方向）に平行な分割線Ｊを境にパターン１ａおよびパターン１ｂに２分割して形成されている。
【０１０８】
光検出器６は、４分割光検出部６０を含む。４分割光検出部６０は、回折方向（Ｘ方向）に平行な分割線ＬＸと回折方向（Ｘ方向）に垂直な分割線ＬＹとにより４つの光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに分割されている。
【０１０９】
ここで、図３に示すように、パターン１ａは回折光束を時計回りにねじり、４分割光検出部６０の分割線ＬＸを跨ぐように光検出部Ａ，Ｂ上に半円形状の光スポットＳａを形成する。パターン１ｂは同じく回折光束を時計回りにねじり、４分割光検出部６０の分割線ＬＸを跨ぐように光検出部Ｃ，Ｄ上に半円形上の光スポットＳｂを形成する。この場合、光スポットＳａ，Ｓｂは、４分割光検出部６０の分割線ＬＹを中心として互いに離間して形成される。
【０１１０】
図４は、第１の実施の形態において４分割光検出部６０に集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【０１１１】
光ディスク１からの帰還光束（以下、反射光束と呼ぶ。）は、ホログラムパターン４０によりＸ方向に回折されるとともに、時計回りにねじられつつ、４分割光検出部６０に入射する。
【０１１２】
光ディスク１上において集光レンズ５により集光される光束の焦点が合っている場合、回折光束は図４（ｂ）のように９０度ねじられた状態で光スポットＳａ，Ｓｂを形成する。この場合、光スポットＳａによる光検出部Ａ，Ｂの受光量は等しくなり、光スポットＳｂによる光検出部Ｃ，Ｄの受光量は等しくなる。
【０１１３】
一方、光ディスク１上において集光レンズ５により集光される光束の焦点が合っていない場合、回折光束は図４（ａ），（ｃ）に示すように９０度とは異なる角度ねじられた状態で光スポットＳａ，Ｓｂを形成する。
【０１１４】
ここで、光ディスク１が光束の焦点より近い場合には図４（ａ）に示すように、４分割光検出部６０上で光スポットＳａ，Ｓｂは、分割線ＬＸに対して９０度よりも小さい角度回転した状態で形成される。
【０１１５】
この場合、光スポットＳａによる光検出部Ａの受光量は、光スポットＳａによる光検出部Ｂの受光量に比べて多くなる。また、光スポットＳｂによる光検出部Ｃの受光量は、光スポットＳｂによる光検出部Ｄの受光量に比べ少なくなる。
【０１１６】
光ディスク１が光束の焦点より遠い場合には、図４（ｃ）に示すように、４分割光検出部６０上で光スポットＳａ，Ｓｂは分割線ＬＸに対して９０度よりも大きい角度回転した状態で形成される。
【０１１７】
この場合、光スポットＳａによる光検出部Ａの受光量は、光スポットＳａによる光検出部Ｂの受光量に比べて少なくなる。また、光スポットＳｂによる光検出部Ｃの受光量は光スポットＳｂによる光検出部Ｄの受光量に比べて少なくなる。
【０１１８】
したがって、焦点誤差信号ＦＥは４分割光検出部６０の光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの出力信号ｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄを用いて次式により導き出される。
【０１１９】
ＦＥ＝（ｐａ＋ｐｃ）−（ｐｂ＋ｐｄ）  ・・・（５）
つまり、上式の焦点誤差信号ＦＥは、光ディスク１と集光レンズ５との距離が近すぎる場合に正となり、光ディスク１と集光レンズ５とが良好な距離を保つ場合には０となり、光ディスク１と集光レンズ５との距離が遠すぎる場合には負となる。
【０１２０】
また、再生信号（ピット信号）ＨＦは、４分割光検出部６０の光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの出力信号ｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄを用いて次式により導き出せる。
【０１２１】
ＨＦ＝ｐａ＋ｐｂ＋ｐｃ＋ｐｄ    ・・・（６）
図４のような光スポット形状が得られる原理を、図５を用いて説明する。図５は、ホログラムパターン４０により回折された光束の断面を上部より見た場合の模式図である。ここでは、理解を容易にするために回折光束の断面は四角形であるものとする。
【０１２２】
光ディスク１からの反射光束がホログラムパターン４０上で回折する前の時点において、反射光束の断面は、頂点Ｐo，Ｑo，Ｒo，Ｔoを有する四角形（以下、四角形ＰＱＲＴoと呼ぶ）である。そして、ホログラムパターン４０を透過した回折光束は、時計周りに回転される。
【０１２３】
回折光束の回転過程において、頂点ＰｏはＰａ，Ｐｂ，Ｐｃの順に時計回りに回転してゆく。このとき、他の頂点Ｑｏ，Ｒｏ，Ｔｏも同様にＱａ，Ｑｂ，Ｑｃの順、Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの順およびＴａ，Ｔｂ，Ｔｃの順に回転してゆく。
【０１２４】
集光レンズ５により集光される光束の焦点が光ディスク１上で合っている場合には、回折光束は頂点Ｐｂ，Ｑｂ，Ｒｂ，Ｔｂを有する四角形（以下、四角形ＰＱＲＴｂと呼ぶ）として光検出器６上に集光される。
【０１２５】
上記の焦点が合っている場合の光検出器６の位置よりも少し手前の（光ディスク１に近い）位置での回折光束の断面形状は、頂点Ｐａ，Ｑａ，Ｒａ，Ｔａを有する四角形（以下、四角形ＰＱＲＴａと呼ぶ）となる。さらに、上記の焦点が合っている場合の光検出器６の位置よりも少し後ろの（光ディスク１から遠い）位置での回折光束の断面形状は、頂点Ｐｃ，Ｑｃ，Ｒｃ，Ｔｃを有する四角形（以下、四角形ＰＱＲＴｃと呼ぶ）となる。
【０１２６】
以上によれば、光検出器６の位置よりも少し近い位置での回折光束の断面形状は、四角形ＰＱＲＴｂを基準として反時計回りに回転した四角形ＰＱＲＴａとなる。一方、光検出器６の位置よりも少し遠い位置での回折光束の断面形状は、四角形ＰＱＲＴｂを基準として時計回りに回転した四角形ＰＱＲＴｃとなる。
【０１２７】
上記のように、回折光束の回転（ねじれ）を用いて焦点誤差信号ＦＥを検出しているので、光検出器６上での光スポットのサイズは、任意に設定しても動作原理には影響しない。
【０１２８】
上述のように、第１の実施の形態においては、ホログラムパターン４０により回折光束の光軸を回転軸として時計回りまたは反時計回りに回転させつつ（ねじりつつ）光検出器６に集光させることにより、焦点誤差信号ＦＥを得る。
【０１２９】
この場合、光検出器６の手前には回折光の収束点がないので、非点収差法のように収束点での光の回折効果や干渉効果による光強度分布の変化が生じない。また、回折光束の回転（ねじれ）を用いて焦点誤差信号ＦＥを検出しているので、光検出器６上での光スポットのサイズを大きく設定することが可能である。したがって、十分に安定して強度の高い焦点誤差信号ＦＥおよび再生信号ＨＦを得ることができる。
【０１３０】
なお、本実施の形態における光ピックアップ装置１００では、トラッキング誤差検出方法として検出器６に副光束を検出する２つの光検出部をさらに設けることにより、３ビーム法を用いることができる。また４分割光検出器６０を用いたプッシュプル法またはＤＰＤ（Differential Phase Detection）法を用いることができる。あるいは、４分割光検出部６０に加えて２つの２分割光検出部をさらに設けることにより差動プッシュプル法を採用することも可能である。
【０１３１】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態における光ピックアップ装置は、透過型ホログラム光学素子４のホログラムパターン４０を除いて第１の実施の形態の光ピックアップ装置と同様である。
【０１３２】
本実施の形態におけるホログラムパターン４０では、図２に示すパターン１ａとパターン１ｂとで光束の回折方法が異なる。
【０１３３】
図６は、第２の実施の形態において４分割光検出部６０に集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【０１３４】
光ディスク１からの反射光束は、ホログラムパターン４０によりＸ方向に回折されるとともに、パターン１ａにおいては時計回りにねじられつつ、パターン１ｂにおいては反時計回りにねじられつつ、４分割光検出部６０に入射する。
【０１３５】
光ディスク１上において集光レンズ５により集光される光束の焦点が合っている場合、回折光束は図６（ｂ）のようにパターン１ａによる回折光束は時計回りに９０度ねじられた状態で、またパターン１ｂによる回折光束は反時計回りに９０度ねじられた状態で、光スポットＳａ，Ｓｂを形成する。この場合、光スポットＳａによる光検出部Ａ，Ｂの受光量は等しくなり、光スポットＳｂによる光検出部Ｃ，Ｄの受光量は等しくなる。
【０１３６】
一方、光ディスク１上において集光レンズ５により集光される光束の焦点が合っていない場合、回折光束は図６（ａ），（ｃ）に示すように、回転方向にかかわらず９０度とは異なる角度ねじられた状態で光スポットＳａ，Ｓｂを形成する。
【０１３７】
ここで、光ディスク１が光束の焦点より近い場合には図６（ａ）に示すように、４分割光検出部６０上で光スポットＳａは、分割線ＬＸに対して９０度よりも小さい角度時計回りに回転した状態で形成され、光スポットＳｂは、分割線ＬＸに対して９０度よりも小さい角度反時計回りに回転した状態で形成される。
【０１３８】
この場合、光スポットＳａによる光検出部Ａの受光量は、光スポットＳａによる光検出部Ｂの受光量に比べて多くなる。また、光スポットＳｂによる光検出部Ｃの受光量は、光スポットＳｂによる光検出部Ｄの受光量に比べ多くなる。
【０１３９】
光ディスク１が光束の焦点より遠い場合には、図６（ｃ）に示すように、４分割光検出部６０上で光スポットＳａは、分割線ＬＸに対して９０度よりも大きい角度時計回りに回転した状態で形成され、光スポットＳｂは、分割線ＬＸに対して９０度よりも大きい角度反時計回りに回転した状態で形成される。
【０１４０】
この場合、光スポットＳａによる光検出部Ａの受光量は、光スポットＳａによる光検出部Ｂの受光量に比べて少なくなる。また、光スポットＳｂによる光検出部Ｃの受光量は光スポットＳｂによる光検出部Ｄの受光量に比べて少なくなる。
【０１４１】
したがって、焦点誤差信号ＦＥは４分割光検出部６０の光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの出力信号ｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄを用いて次式により導き出される。
【０１４２】
ＦＥ＝（ｐａ＋ｐｃ）−（ｐｂ＋ｐｄ）  ・・・（７）
つまり、上式の焦点誤差信号ＦＥは、光ディスク１と集光レンズ５との距離が近すぎる場合に正となり、光ディスク１と集光レンズ５とが良好な距離を保つ場合には０となり、光ディスク１と集光レンズ５との距離が遠すぎる場合には負となる。
【０１４３】
この場合、光検出器６の手前には回折光の収束点がないので、非点収差法のように収束点での光の回折効果や干渉効果による光強度分布の変化が生じない。また、回折光束の回転（ねじれ）を用いて焦点誤差信号ＦＥを検出しているので、光検出器６上での光スポットのサイズを大きく設定することが可能である。したがって、十分に安定して強度の高い焦点誤差信号ＦＥおよび再生信号ＨＦを得ることができる。
【０１４４】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態における光ピックアップ装置は、透過型ホログラム光学素子４のホログラムパターン４０を除いて第１の実施の形態の光ピックアップ装置と同様である。
【０１４５】
本実施の形態におけるホログラムパターン４０では、図２に示すパターン１ａとパターン１ｂとで入射する光束の回折方法が異なる。
【０１４６】
ここでは、２種類のパターン１ａ，１ｂのうち一方のパターン１ａの回折方法は第１の実施の形態と同様であり、他方のパターン１ｂの回折方法としてはナイフエッジ法が用いられる。
【０１４７】
図７は、第３の実施の形態において４分割光検出部に集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【０１４８】
光ディスク１からの反射光束は、ホログラムパターン４０のパターン１ａによりＸ方向に回折されるとともに、時計回りにねじられつつ４分割光検出部６０に入射し、ホログラムパターン４０のパターン１ｂによりＸ方向に回折される。
【０１４９】
光ディスク１において集光レンズ５により集光される光束の焦点が合っている場合、図７（ｂ）に示すようにパターン１ａによる回折光束は９０度ねじられた状態で４分割光検出部６０の分割線ＬＸを跨ぐように光検出部Ａ，Ｂに光スポットＳａを形成し、パターン１ｂによる回折光束は４分割光検出部６０の分割線ＬＸ上に点状の光スポットＳｂを形成する。この場合、光スポットＳａによる光検出部Ａ，Ｂの受光量は等しくなり、光スポットＳｂによる光検出部Ｃ，Ｄの受光量は等しくなる。
【０１５０】
一方、光ディスクが光束の焦点より近い場合には、図７（ａ）に示すように、パターン１ａによる回折光束は、４分割光検出部６０の分割線ＬＸに対して９０度よりも小さい角度回転した状態で光検出部Ａ，Ｂに光スポットＳａを形成し、パターン１ｂによる回折光束は、４分割光検出部６０の光検出部Ｃ上に光スポットＳｂを形成する。
【０１５１】
この場合、光スポットＳａによる光検出部Ａの受光量は光スポットＳｂによる光検出部Ｂの受光量に比べて多くなる。また、光スポットＳｂによる光検出部Ｃの受光量が所定値となり、光スポットＳｂによる光検出部Ｄの受光量は０となる。
【０１５２】
光ディスク１が光束の焦点より遠い場合には、図７（ｃ）に示すように、パターン１ａによる回折光束は、４分割光検出部６０の分割線ＬＸに対して９０度よりも大きい角度回転した状態で光検出部Ａ，Ｂに光スポットＳａを形成し、パターン１ｂによる回折光束は、４分割光検出部６０の光検出部Ｄ上に光スポットＳｂを形成する。
【０１５３】
この場合、光スポットＳａによる光検出部Ａの受光量は光スポットＳｂによる光検出部Ｂの受光量に比べて少なくなる。また、光スポットＳｂによる光検出部Ｃの受光量が０となり、光スポットＳｂによる光検出部Ｄの受光量は所定値となる。
【０１５４】
したがって、焦点誤差信号ＦＥは４分割光検出部６０の光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの出力信号ｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄを用いて次式により導き出される。
【０１５５】
ＦＥ＝（ｐａ＋ｐｃ）−（ｐｂ＋ｐｄ）  ・・・（８）
つまり、上式の焦点誤差信号ＦＥは、光ディスク１と集光レンズ５との距離が近すぎる場合に正となり、光ディスク１と集光レンズ５とが良好な距離を保つ場合には０となり、光ディスク１と集光レンズ５との距離が遠すぎる場合には負となる。
【０１５６】
なお、本実施の形態においては、パターン１ａは、ねじる機能を有するとともに、回折光束を収束または拡大させる機能を有するものとする。これにより収束された入射光束をほぼ平行光束として回折することが可能である。
【０１５７】
この場合、パターン１ｂによって感度の高い焦点誤差信号が得られる。
また、パターン１ａによって回折光束の回転（ねじれ）を用いて焦点誤差信号ＦＥを検出しているので、光検出器６上での光スポットのサイズを大きく設定することが可能である。したがって、十分に安定して強度の高い焦点誤差信号ＦＥおよび再生信号ＨＦを得ることができる。
【０１５８】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態における光ピックアップ装置は、透過型ホログラム光学素子４のホログラムパターン４０および光検出器６を除いて第１の実施の形態の光ピックアップ装置と同様である。
【０１５９】
図８は、第４の実施の形態において２つの２分割光検出部６０ａ，６０ｂに集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【０１６０】
本実施の形態における光検出器６は、回折方向（Ｘ方向）に垂直な方向に配列された２つの２分割光検出部６０ａ，６０ｂを含む。
【０１６１】
２分割光検出部６０ａは、回折方向（Ｘ方向）に対してわずかに傾斜した分割線ＬＸ１により２つの光検出部Ａ，Ｂに分割されている。２分割光検出部６０ｂは、回折方向（Ｘ方向）に対してわずかに傾斜した分割線ＬＸ２により２つの光検出部Ｃ，Ｄに分割されている。分割線ＬＸ１と分割線ＬＸ２とはＸ方向に関して線対称となっている。
【０１６２】
光ディスク１からの反射光束は、ホログラムパターン４０によりＸ方向に回折されるとともに、反時計回りにねじられつつ、２分割光検出部６０ａ，６０ｂに入射する。
【０１６３】
光ディスク１上において集光レンズ５により集光される光束の焦点が合っている場合、回折光束は図８（ｂ）のように２分割光検出部６０ａにおいて反時計回りに９０度ねじられた状態で光スポットＳａを形成し、２分割光検出部６０ｂにおいて反時計回りに９０度ねじられた状態で光スポットＳｂを形成する。この場合、光スポットＳａによる２分割光検出部６０ａの光検出部Ａおよび光検出部Ｂの受光量は等しくなる。また、光スポットＳｂによる２分割光検出部６０ｂの光検出部Ｃおよび光検出部Ｄの受光量は等しくなる。
【０１６４】
一方、光ディスク１上において集光レンズ５により集光される光束の焦点が合っていない場合、回折光束は図８（ａ），（ｃ）に示すように９０度とは異なる角度ねじられた状態で光スポットＳａ，Ｓｂを形成する。
【０１６５】
ここで、光ディスク１が光束の焦点より近い場合には図８（ａ）に示すように、２分割光検出部６０ａ，６０ｂ上で光スポットＳａ，Ｓｂは、Ｘ方向に対して９０度よりも小さい角度、反時計回りに回転した状態で形成される。
【０１６６】
この場合、２分割光検出器６０ａの光スポットＳａによる光検出部Ａの受光量は、２分割光検出器６０ａの光スポットＳａによる光検出部Ｂの受光量に比べて多くなる。また、２分割光検出器６０ｂの光スポットＳｂによる光検出部Ｃの受光量は、２分割光検出器６０ｂの光スポットＳｂによる光検出部Ｄの受光量に比べ少なくなる。
【０１６７】
光ディスク１が光束の焦点より遠い場合には、図８（ｃ）に示すように、２分割光検出部６０ａ，６０ｂ上で光スポットＳａ，Ｓｂは、Ｘ方向に対して９０度よりも大きい角度、反時計回りに回転した状態で形成される。
【０１６８】
この場合、２分割光検出器６０ａの光スポットＳａによる光検出部Ａの受光量は、２分割光検出器６０ａの光スポットＳａによる光検出部Ｂの受光量に比べて少なくなる。また、２分割光検出器６０ｂの光スポットＳｂによる光検出部Ｃの受光量は、２分割光検出器６０ｂの光スポットＳｂによる光検出部Ｄの受光量に比べ多くなる。
【０１６９】
したがって、焦点誤差信号ＦＥは２分割光検出部６０ａ，ｂの光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの出力信号ｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄを用いて次式により導き出される。
【０１７０】
ＦＥ＝（ｐａ＋ｐｄ）−（ｐｂ＋ｐｃ）  ・・・（９）
つまり、上式の焦点誤差信号ＦＥは、光ディスク１と集光レンズ５との距離が近すぎる場合に正となり、光ディスク１と集光レンズ５とが良好な距離を保つ場合には０となり、光ディスク１と集光レンズ５との距離が遠すぎる場合には負となる。
【０１７１】
この場合、光検出器６の手前には回折光の収束点がないので、非点収差法のように収束点での光の回折効果や干渉効果による光強度分布の変化が生じない。また、回折光束の回転（ねじれ）を用いて焦点誤差信号ＦＥを検出しているので、光検出器６上での光スポットのサイズを大きく設定することが可能である。したがって、十分に安定して強度の高い焦点誤差信号ＦＥおよび再生信号ＨＦを得ることができる。
【０１７２】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態における光ピックアップ装置は、透過型ホログラム光学素子４のホログラムパターン４０および光検出器６を除いて第１の実施の形態の光ピックアップ装置と同様である。
【０１７３】
本実施の形態における光検出器６は、回折方向（Ｘ方向）に垂直な方向に配列された２つの２分割光検出部６０ａ，６０ｂを含む。
【０１７４】
図９は、第５の実施の形態において２つの２分割光検出部６０ａ，６０ｂに集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【０１７５】
本実施の形態におけるホログラムパターン４０では、図２に示すパターン１ａとパターン１ｂとで入射する光束の回折方法が異なる。
【０１７６】
光ディスク１からの反射光束は、ホログラムパターン４０によりＸ方向に回折されるとともに、パターン１ａにおいては時計回りにねじられつつ、パターン１ｂにおいては反時計回りにねじられつつ、２分割光検出部６０ａ，６０ｂに入射する。
【０１７７】
２分割光検出部６０ａは、回折方向（Ｘ方向）に対してわずかに傾斜した分割線ＬＸ１により２つの光検出部Ａ，Ｂに分割されている。２分割光検出部６０ｂは、回折方向（Ｘ方向）に対してわずかに傾斜した分割線ＬＸ２により２つの光検出部Ｃ，Ｄに分割されている。分割線ＬＸ１と分割線ＬＸ２とはＸ方向に関して線対称となっている。
【０１７８】
光ディスク１からの反射光束は、ホログラムパターン４０によりＸ方向に回折されるとともに、パターン１ａにおいては時計回りにねじられつつ、パターン１ｂにおいては反時計回りにねじられつつ、２分割光検出部６０ａ，６０ｂに入射する。
【０１７９】
光ディスク１上において集光レンズ５により集光される光束の焦点が合っている場合、回折光束は図９（ｂ）のように２分割光検出部６０ａにおいて時計回りに９０度ねじられた状態で光スポットＳａを形成し、２分割光検出部６０ｂにおいて反時計回りに９０度ねじられた状態で光スポットＳｂを形成する。この場合、光スポットＳａによる２分割光検出部６０ａの光検出部Ａおよび光スポットＳａによる２分割光検出部６０ａの光検出部Ｂの受光量は等しくなる。
【０１８０】
また、光スポットＳｂによる２分割光検出部６０ｂの光検出部Ｃおよび光スポットＳｂによる２分割光検出部６０ｂの光検出部Ｄの受光量は等しくなる。
【０１８１】
一方、光ディスク１上において集光レンズ５により集光される光束の焦点が合っていない場合、回折光束は図９（ａ），（ｃ）に示すように９０度とは異なる角度ねじられた状態で光スポットＳａ，Ｓｂを形成する。
【０１８２】
ここで、光ディスク１が光束の焦点より近い場合には図９（ａ）に示すように、２分割光検出部６０ａ，６０ｂ上で光スポットＳａは、Ｘ方向に対して９０度よりも小さい角度、時計回りに回転した状態で形成され、光スポットＳｂは、Ｘ方向に対して９０度よりも小さい角度、反時計回りに回転した状態で形成される。
【０１８３】
この場合、２分割光検出器６０ａの光スポットＳａによる光検出部Ａの受光量は、２分割光検出器６０ａの光スポットＳａによる光検出部Ｂの受光量に比べて多くなる。また、２分割光検出器６０ｂの光スポットＳｂによる光検出部Ｃの受光量は、２分割光検出器６０ｂの光スポットＳｂによる光検出部Ｄの受光量に比べ少なくなる。
【０１８４】
光ディスク１が光束の焦点より遠い場合には、図９（ｃ）に示すように、２分割光検出部６０ａ，６０ｂ上で光スポットＳａは、Ｘ方向に対して９０度よりも大きい角度、時計回りに回転した状態で形成され、光スポットＳｂは、Ｘ方向に対して９０度よりも大きい角度、反時計回りに回転した状態で形成される。
【０１８５】
この場合、２分割光検出器６０ａの光スポットＳａによる光検出部Ａの受光量は、２分割光検出器６０ａの光スポットＳａによる光検出部Ｂの受光量に比べて少なくなる。また、２分割光検出器６０ｂの光スポットＳｂによる光検出部Ｃの受光量は、２分割光検出器６０ｂの光スポットＳｂによる光検出部Ｄの受光量に比べ多くなる。
【０１８６】
したがって、焦点誤差信号ＦＥは２分割光検出部６０ａ，ｂの光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの出力信号ｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄを用いて次式により導き出される。
【０１８７】
ＦＥ＝（ｐａ＋ｐｄ）−（ｐｂ＋ｐｃ）  ・・・（１０）
つまり、上式の焦点誤差信号ＦＥは、光ディスク１と集光レンズ５との距離が近すぎる場合に正となり、光ディスク１と集光レンズ５とが良好な距離を保つ場合には０となり、光ディスク１と集光レンズ５との距離が遠すぎる場合には負となる。
【０１８８】
この場合、光検出器６の手前には回折光の収束点がないので、非点収差法のように収束点での光の回折効果や干渉効果による光強度分布の変化が生じない。また、回折光束の回転（ねじれ）を用いて焦点誤差信号ＦＥを検出しているので、光検出器６上での光スポットのサイズを大きく設定することが可能である。したがって、十分に安定して強度の高い焦点誤差信号ＦＥおよび再生信号ＨＦを得ることができる。
【０１８９】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態における光ピックアップ装置は、透過型ホログラム光学素子４のホログラムパターン４０および光検出器６を除いて第１の実施の形態の光ピックアップ装置と同様である。
【０１９０】
図１０は、第６の実施の形態において３分割光検出部に集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【０１９１】
本実施の形態における光検出器６は、３分割光検出部６０ｃを含む。３分割光検出部６０ｃは、回折方向（Ｘ方向）に対してわずかに傾斜した分割線ＬＸａ，ＬＸｂにより３つの光検出部Ａ，Ｂ，Ｃに分割されている。分割線ＬＸａと分割線ＬＸｂとはＸ方向に関して線対称となっている。
【０１９２】
光ディスク１からの反射光束は、ホログラムパターン４０によりＸ方向に回折されるとともに、反時計回りにねじられつつ、３分割光検出部６０ｃに入射する。
【０１９３】
光ディスク１上において集光レンズ５により集光される光束の焦点が合っている場合、回折光束は図１０（ｂ）のように３分割光検出部６０ｃにおいてＸ方向を基準として反時計回りに９０度ねじられた状態で光スポットＳａ，Ｓｂが形成される。この場合、光スポットＳａによる３分割光検出部６０ｃの光検出部Ａおよび光スポットＳｂによる３分割光検出部６０ｃの光検出部Ｃの受光量の和は、光スポットＳａ，Ｓｂによる３分割光検出部６０ｃの光検出部Ｂの受光量と等しくなる。
【０１９４】
一方、光ディスク１上において集光レンズ５により集光される光束の焦点が合っていない場合、回折光束は図１０（ａ），（ｃ）に示すように９０度とは異なる角度ねじられた状態で光スポットＳａ，Ｓｂを形成する。
【０１９５】
ここで、光ディスク１が光束の焦点より近い場合には図１０（ａ）に示すように、３分割光検出器６０ｃ上で光スポットＳａ，Ｓｂは、Ｘ方向に対して９０度よりも小さい角度、反時計回りに回転した状態で形成される。
【０１９６】
この場合、光スポットＳａによる３分割光検出部６０ｃの光検出部Ａおよび光スポットＳｂによる３分割光検出部６０ｃの光検出部Ｃの受光量の和は、光スポットＳａ，Ｓｂによる３分割光検出部６０ｃの光検出部Ｂの受光量より多くなる。
【０１９７】
光ディスク１が光束の焦点より遠い場合には、図１０（ａ）に示すように、３分割光検出器６０ｃ上で光スポットＳａ，Ｓｂは、Ｘ方向に対して９０度よりも大きい角度、反時計回りに回転した状態で形成される。
【０１９８】
この場合、光スポットＳａによる３分割光検出部６０ｃの光検出部Ａおよび光スポットＳｂによる３分割光検出部６０ｃの光検出部Ｃの受光量の和は、光スポットＳａ，Ｓｂによる３分割光検出部６０ｃの光検出部Ｂの受光量より少なくなる。
【０１９９】
したがって、焦点誤差信号ＦＥは３分割光検出部６０ｃの光検出部Ａ，Ｂ，Ｃの出力信号ｐａ，ｐｂ，ｐｃを用いて次式により導き出される。
【０２００】
ＦＥ＝（ｐａ＋ｐｃ）−ｐｂ  ・・・（１１）
つまり、上式の焦点誤差信号ＦＥは、光ディスク１と集光レンズ５との距離が近すぎる場合に正となり、光ディスク１と集光レンズ５とが良好な距離を保つ場合には０となり、光ディスク１と集光レンズ５との距離が遠すぎる場合には負となる。
【０２０１】
この場合、光検出器６の手前には回折光の収束点がないので、非点収差法のように収束点での光の回折効果や干渉効果による光強度分布の変化が生じない。また、回折光束の回転（ねじれ）を用いて焦点誤差信号ＦＥを検出しているので、光検出器６上での光スポットのサイズを大きく設定することが可能である。したがって、十分に安定して強度の高い焦点誤差信号ＦＥおよび再生信号ＨＦを得ることができる。特に、光検出部Ｂを光スポットＳａ，Ｓｂの検出に共通に用いているので、光検出部６の小型化が図られる。
【０２０２】
（第７の実施の形態）
図１の半導体レーザ素子２から出射されるレーザ光の遠視野像（ビーム断面強度分布）スポットと２分割のホログラムパターン４０との光学的位置関係を以下のように設定することにより、焦点誤差信号ＦＥの精度を向上することができる。
【０２０３】
図１１は図１の光ピックアップ装置１００における半導体レーザ素子２の上面図である。
【０２０４】
図１１に示すように、半導体レーザ素子２には、クラッド層２１、活性層２２およびクラッド層２３を含む。通常半導体レーザ素子２の活性層２２から出射されるレーザ光の垂直方向（活性層２２に垂直な方向）の広がり角は水平方向（活性層２２に平行な方向）の広がり角よりも大きい。したがって、レーザ光の遠視野像２０は長軸は活性層２２に垂直となる楕円形状になる。
【０２０５】
本実施の形態の光ピックアップ装置１００においては、半導体レーザ素子２の活性層２２がＹ方向に垂直となるようにヒートシンク９の側面に取り付けられている。したがって、レーザ光の遠視野像２０はＹ方向に平行な長軸およびＸ方向に平行な短軸を有する楕円形状となる。
【０２０６】
図１２は、２分割のホログラムパターン４０上の光スポットを示す模式的平面図であり、図１３は、図１２のホログラムパターン４０上の光スポットと光検出器６における４分割光検出部６０上の光スポットＳａ，Ｓｂの関係を示す模式的平面図である。
【０２０７】
図１２に示すように、２分割のホログラムパターン４０に形成される反射光束の光スポットＳＰは、分割線Ｊに沿って延びる短軸および分割線Ｊに垂直な方向に延びる長軸を有する楕円形状となる。
【０２０８】
これにより，ホログラムパターン４０の各パターン１ａ，１ｂの中央部に入射する回折光束の光量が両端部に入射する回折光束の光量よりも大きくなる。
【０２０９】
したがって、図１３に示すように、４分割光検出部６０上に形成される半円形状の各光スポットＳａ，Ｓｂの中央部の光強度が両端部の光強度よりも大きくなる。すなわち、図１３（ａ）に示すように、光ディスク１が近すぎる場合には、光検出部Ａでの光スポットＳａによる受光量と光検出部Ｂでの光スポットＳａによる受光量との差が大きくなり、光検出部Ｃでの光スポットＳｂによる受光量と光検出部Ｄでの光スポットＳｂによる受光量との差が大きくなる。また、図１３（ｃ）に示すように、光ディスク１が遠すぎる場合には、光検出部Ｂでの光スポットＳａによる受光量と光検出部Ａでの光スポットＳａによる受光量との差が大きくなり、光検出部Ｄでの光スポットＳｂによる受光量と光検出部Ｃでの光スポットＳｂによる受光量との差が大きくなる。
【０２１０】
このように、４分割光検出部６０において焦点誤差信号ＦＥに寄与する部分に光強度が集中し、より大きい焦点誤差信号ＦＥのレベルを得ることができる。
【０２１１】
図１４は、第１〜第６の実施の形態の光ピックアップ装置におけるホログラムユニット１０の第１の配置例を示す概略図である。図１５は第１〜第６の実施の形態の光ピックアップ装置におけるホログラムユニット１０の第２の配置例を示す概略図である。
【０２１２】
図１４の例では、ホログラムユニット１０から光ディスク１に対して垂直にレーザが出射され、集光レンズ５により光ディスク１の記録媒体内に集光される。図１５の例では、ホログラムユニット１０から光ディスク１と平行にレーザが出射され、反射ミラー７５により光ディスク１に対して垂直に反射され、集光レンズ５により光ディスク１の記録媒体面上に集光される。図１５の例では、光ピックアップ装置を薄型化することができる。
【０２１３】
図１６は、上記実施の形態の光ピックアップ装置１００を用いた光学記録媒体駆動装置２００の構成を示すブロック図である。図１６の光学記録媒体駆動装置２００は光ディスク１から情報を読み取る光ディスクドライブ装置である。
【０２１４】
光学記録媒体駆動装置２００は、光ピックアップ装置１００、モータ１１、送りモータ１２、回転制御系１３、信号処理系１４、ピックアップ制御系１５、送りモータ制御系１６およびドライブコントローラ１７を含む。
【０２１５】
モータ１１は、光ディスク１を所定の速度で回転させる。回転制御系１３は、モータ１１の回転動作を制御する。送りモータ１２は、光ピックアップ装置１００を光ディスク１の半径方向に移動させる。送りモータ制御系１６は、送りモータ１２の動作を制御する。光ピックアップ装置１００は、光ディスク１にレーザを照射するとともに光ディスク１からの反射光束を受光する。ピックアップ制御系１５は、光ピックアップ装置１００の等受光操作を制御する。
【０２１６】
信号処理系１４は光ピックアップ装置１００の光検出器６からの出力信号を受け再生信号、焦点誤差信号およびトラッキング誤差信号を算出し、再生信号をドライブコントローラ１７に与え、焦点誤差信号およびトラッキング誤差信号をピックアップ制御系１５に与える。ドライブコントローラ１７は、ドライブインターフェイス１８を介して与えられる指令にしたがって回転制御系１３、信号処理系１４、ピックアップ制御系１５および送りモータ制御系１６を制御すると共に、ドライブインターフェイス１８を介して再生信号を出力する。
【０２１７】
図１６の光学記録媒体駆動装置２００においては、上記実施の形態の光ピックアップ装置１００が用いられているので、安定で強度の高い焦点誤差信号および再生信号が得られる。それにより、フォーカスサーボが高精度に行われ、高品質の再生信号が得られる。
【０２１８】
上記実施の形態では、透過型ホログラム光学素子を用いているが、反射型のホログラム光学素子を用いてもよい。
【０２１９】
本実施の形態では、モータ１１および回転制御系１３が回転駆動部に相当し、送りモータ１２および送りモータ制御系１６がピックアップ駆動部に相当し、信号処理系１４が信号処理部に相当する。
【０２２０】
（第８の実施の形態）
以下に、第８の実施の形態に係る位置ずれセンサの構成および動作について図１７および図１８に基づき説明する。
【０２２１】
本実施の形態に係る位置ずれセンサは、例えばベルトコンベアにより搬送される製品等の検査対象物の位置ずれを検出する。
【０２２２】
図１７は、第８の実施の形態に係る位置ずれセンサ３００の構成を示す模式図である。
【０２２３】
図１７によれば、位置ずれセンサ３００は、半導体レーザ素子２、透過型ホログラム光学素子４、集光レンズ５および光検出器６を含む。ここで、透過型ホログラム光学素子４におけるホログラム面上にはホログラムパターン４０が形成されている。
【０２２４】
上記の位置ずれセンサ３００の構成において、半導体レーザ素子２は、矢印Ｚの方向にレーザ光を出射する。半導体レーザ素子により出射されたレーザ光は透過型ホログラム光学素子４を透過して集光レンズ５に入射する。集光レンズ５に入射したレーザ光は、集光レンズ５を透過しつつ検出対象物１αの所定の位置に集光される。
【０２２５】
検出対象物１α上に集光されたレーザ光は、検出対象物１αの入射点において反射され再び集光レンズ５に入射する。検出対象物１αにより反射されたレーザ光は、集光レンズ５を透過し、透過型ホログラム光学素子４に入射する。透過型ホログラム光学素子４を透過するレーザ光は、透過型ホログラム光学素子４のホログラムパターン４０により特定の方向に回折される。ホログラムパターン４０により回折されたレーザ光は光検出器６に入射する。
【０２２６】
例えば、検出対象物１αが矢印ＺＵの方向にずれた場合、光検出器６上の光スポットの回転角度が図４に示すように変化する。これにより、位置ずれセンサ３００は検出対象物１αの位置ずれを判別する。
【０２２７】
以上に示す光検出器６の構造については上述の第１〜７の実施に形態に係る光ピックアップ装置１００が有する光検出器６の構造と同様である。また、本実施の形態において、透過型ホログラム光学素子４に設けられたホログラムパターン４０は、第１〜７の実施の形態に示すホログラムパターン４０と同様である。
【０２２８】
ところで、上述のように本実施の形態において用いられるホログラムパターン４０は入射される光をねじる方向に回折することが可能である。そして、上記の位置ずれセンサは、検査対象物１αからの反射光束をねじる方向に回折し、回折した反射光束を光検出器６で検出することで位置ずれを検出している。以下に、反射光束をねじる方向に回折する機能を有するホログラムパターン４０を用いた位置ずれセンサ３００と、その他の光学的位置ずれセンサとを比較する。
【０２２９】
本実施の形態に係る位置ずれセンサ３００は、三角法を利用した光学式位置ずれセンサと比べ、ホログラムを用いているので装置全体の大きさを小型化することができる。
【０２３０】
また、本実施の形態に係る位置ずれセンサ３００は、フーコー法によるホログラムパターンを備える位置ずれセンサと比較してホログラムパターンの作製時における許容誤差が大きいので、製造が容易である。
【０２３１】
さらに、本実施の形態に係る位置ずれセンサ３００は、以下に示すように非点収差法によるホログラムパターンを利用した位置ずれセンサと比較してずれ量に対する出力信号の直線性がよい。
【０２３２】
図１８（ａ）は、非点収差法によるホログラムパターンを利用した位置ずれセンサの光検出器の出力信号と検出対象物の位置ずれ量との関係を示している。図１８（ａ）によれば、出力信号と位置ずれ量との関係を示す曲線は原点を中心に非対称となっている。また、図１８（ｂ）は、第８の実施の形態に係る位置ずれセンサ３００の光検出器の出力信号と検出対象物の位置ずれの量との関係を示している。図１８（ｂ）によれば、出力信号と位置ずれ量との関係を示す曲線は原点を中心に対称となっている。
【０２３３】
このように、本実施の形態に係る位置ずれセンサ３００は、非点収差法によるホログラムパターンを利用した位置ずれセンサに比べ、位置ずれ量に対する出力信号の直線性がよいので安定して誤差のない位置ずれ検出を行うことができる。
【０２３４】
（ホログラムパターンの製造方法）
以下にホログラムパターンの製造方法について説明する。初めに、ホログラムパターンの設計方法について説明する。
【０２３５】
図１９は、ホログラム光学素子を用いた光ピックアップ装置の典型的な構成を示す模式図である。まず、図１９に基づき従来のホログラムパターンの設計方法を説明し、その後、本発明の一実施の形態に係るホログラムパターンを説明する。
【０２３６】
図１９に示す光ピックアップ装置１９０は、光ディスク１、半導体レーザ素子２、ホログラム光学素子４、コリメータレンズ５ｂ、対物レンズ５ａおよび光検出器６を備える。なお、ホログラム光学素子４のホログラム面上にはホログラムパターン４０Ｊが形成されている。
【０２３７】
図１９においては、光ディスク１に対し垂直な方向にＺ軸を定義し、さらにＺ軸に垂直な方向にＸ軸を定義する。また、ＸＺ平面に垂直な方向にＹ軸を定義する。
【０２３８】
図１９によれば、半導体レーザ素子２より光ディスク１へ向かってＺ軸方向に出射された光束は、ホログラム光学素子４、コリメータレンズ５ｂおよび対物レンズ５ａを通して光ディスク１に入射する。光ディスク１より反射した反射光束は、対物レンズ５ａおよびコリメータレンズ５ｂを通して、さらにホログラム光学素子４を透過する。そして、ホログラム光学素子４を透過した反射光束はホログラムパターン４０Ｊにより回折され、光検出器６に導かれる。図１９に示すホログラムパターン４０Ｊは、反射光束を回折し１点に集光する機能を有する。
【０２３９】
図１９において、半導体レーザ素子２による光束の出射位置をレーザ光源Ｐr（ｘr，ｙr，ｚr）と仮定し、光ディスク１より反射し、ホログラム光学素子４に入射した光束の仮想的な収束点を仮想点２ｅとし、仮想点２ｅの座標を（ｘo，ｙo，ｚo）と仮定する。また、ホログラムパターン４０Ｊにより回折された反射光束の収束点を収束点６ｅとし、収束点６ｅの座標を（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と仮定する。
【０２４０】
以上において、ホログラム光学素子４に入射する光の位相関数Φi（ｘ，ｙ）は次式で与えられる。
【０２４１】
Φi（x，y）＝ｋ0n｛（x−xo）2＋（y−yo）2＋z02｝1/2    ・・（１２）
上式において、ｘおよびｙは、ホログラム面上にＸＹ座標を想定した場合の座標を示す。ｋ0は光束の波数であり、光束の波長をλとしてｋ0＝２π／λである。また、ｎは、ホログラム光学素子４の基板の屈折率であり、図１９においては仮想点２ｅのＺ座標と収束点６ｅのＺ座標との間で、Ｚ0＝ｎＺrの関係が成立する。なお、この関係は図１９に示すようにホログラムパターン４０Ｊが透過型ホログラム光学素子４のレーザ光源側の面に形成されるときに限り成立する。
【０２４２】
一方、ホログラムパターン４０Ｊにより回折されるレーザ光の位相関数Φd（ｘ，ｙ）は次式で与えられる。
【０２４３】
Φd（x，y）＝ｋ0｛（x−x1）2＋（y−y1）2＋z12｝1/2    ・・（１３）
上式において、ｘおよびｙは、式（１２）と同様に、ホログラム面上にＸＹ座標を想定した場合の座標を示す。ｋ0は光束の波数であり、光束の波長をλとしてｋ0＝２π／λである。
【０２４４】
以上に示す式（１２），（１３）を用いることによりホログラムパターン４０Ｊのパターン関数は次式で与えられる。
【０２４５】
Φd（x，y）−Φi（x，y）＝２ｍπ＋Ｃ    ・・・（１４）
上式における（ｘ，ｙ）は、ホログラム面上にＸＹ座標を想定した場合の座標を示し、上式を満たす（ｘ，ｙ）の集合がホログラムパターンである。上式においてｍは整数であり、これを格子番号とする。格子番号とは、入射する光束を干渉させるための紋様における各線（格子ライン）に番号付けを行ったものである。さらに、式（１４）においては、左辺を微分することによりホログラムパターンの格子ベクトルが算出される。格子ベクトルについては後述する。
【０２４６】
以上に示すように式（１４）によれば、入射光を一点に集光する機能を有するホログラムパターンを容易に得ることができる。しかしながら、従来においては、一点に集光する以外（非点収差等）の機能を有するホログラムパターンを設計する場合、式（１４）の左辺に多項式を加え計算していた。この場合、所望の機能を有するホログラムパターンを得るためには、左辺に加える多項式の各項の係数を最適化するシュミレーション計算を繰り返す必要があった。したがって、従来はホログラムパターンを得るための式を解析的に求めることは容易ではなかった。
【０２４７】
次に、本発明の一実施の形態に係るホログラムパターンの設計方法について説明する。以下に示すホログラムパターンの設計方法によれば、ホログラム面上の任意の点に入射した光束を、一定の法則に従ってフォトダイオード等からなる光検出器の受光面上の所望の点へ回折することが可能となる。
【０２４８】
ホログラムパターンは、位相型の周期構造を持つものであり、ホログラム面上に周期的な凹凸形状を設けたものである。この凹凸形状の集合は、後述の格子ベクトルＫ等に基づき設計され、当該ホログラムパターンは格子ベクトルＫおよび所望の回折に伴う入射光束の３次元座標位置により数式化される。
【０２４９】
ここで、光ピックアップ装置においてレーザ光源より出射されて最終的にホログラム面および光検出器の受光面に入射される光束の経路に着目し、所定の回折を行う格子ベクトルＫのＸ方向成分およびＹ方向成分を数式化する。
【０２５０】
図２０は、レーザ光源より出射された光束の伝播経路を示す模式図である。ここでは、図１に示す光ピックアップ装置１００における光束の伝播経路が示されている。図２０においては、レーザ光源Ｐr（Ｘr，Ｙr，Ｚr）より出射した光束が透過型ホログラム光学素子４を透過し、集光レンズ５を介して光ディスク１に入射した後、光ディスクからの反射光束がホログラム面上の点Ｐh（Ｘ，Ｙ，０）において回折され、光検出器の受光面上の点Ｐp（Ｘp(X,Y)，Ｙp(X,Y)，Ｚp）に入射される様子が示されている。
【０２５１】
ここで、所定の回折を行う後述の格子ベクトルＫのＸ方向成分をｆ（Ｘ，Ｙ）で表し、Ｙ方向成分をｇ（Ｘ，Ｙ）で表すと、上述の状況においては所定の回折を行う後述の格子ベクトルＫのＸ方向成分ｆ（Ｘ，Ｙ）およびＹ方向成分ｇ（Ｘ，Ｙ）は、次式により表される。なお、これらの数式は、幾何学的考察により導き出されたものである。
【０２５２】
f(X,Y)=-ｋ0[(X-Xp(X,Y))・[(X-Xp(X,Y))2+(Y-Yp(X,Y))2+Zp2]-1/2
-ｎ(X-Xr)・[(X-Xr)2+(Y-Yr)2+Zr2]-1/2]  ・・・（１６）
g(X,Y)=-ｋ0[(Y-Yp(X,Y))・[(X-Xp(X,Y))2+(Y-Yp(X,Y))2+Zp2]-1/2
-ｎ(Y-Yr)・[(X-Xr)2+(Y-Yr)2+Zr2]-1/2]  ・・・（１７）
上式（１６），（１７）において、ｋ0は光束の波数を表す。ここで、ｋ0を数式により表すと、ｋ0＝２π／λとなる。λは光束の波長を示している。
【０２５３】
また、上式（１６），（１７）においては、透過型ホログラム光学素子４に収束光が入射していると仮定している。透過型ホログラム光学素子４に平行光が入射していると仮定する場合は、上式（１６）においては右辺第二項「-ｋ0・-ｎ(X-Xr)・[(X-Xr)2+(Y-Yr)2+Zr2]-1/2」が不要であり、上式（１７）においても右辺第二項「-ｋ0・-ｎ(Y-Yr)・[(X-Xr)2+(Y-Yr)2+Zr2]-1/2」が不要である。
【０２５４】
さらに、上式（１６），（１７）において、ｎは、ホログラム光学素子４の基板の屈折率である。基板の屈折率ｎは、透過型ホログラム光学素子４の基板の厚さを考慮する場合かつホログラムパターン４０が透過型ホログラム光学素子４のレーザ光源側の面に形成される場合、式（１６），（１７）に示すように用いられる。したがって、透過型ホログラム光学素子４の基板の厚さを０と仮定する場合、式（１６），（１７）中の基板の屈折率ｎは不要である。
【０２５５】
また、ホログラムパターン４０が透過型ホログラム光学素子４の光ディスク側の面に形成されるときは式（１６）の右辺第１項「-ｋ0・(X-Xp(X,Y))・[(X-Xp(X,Y))2+(Y-Yp(X,Y))2+Zp2]-1/2」および式（１７）の右辺第１項「-ｋ0・(Y-Yp(X,Y))・[(X-Xp(X,Y))2+(Y-Yp(X,Y))2+Zp2]-1/2」に基板の屈折率ｎを掛けるとともに、式（１６）の右辺第２項および式（１７）の右辺第２項に掛けられている屈折率ｎを取り除く必要がある。さらに、この場合、基板の影響によりＺ軸方向におけるレーザ光源および光検出器の受光面上の実効的位置が変化するため、「Ｚr」または「Ｚp」について補正を行う必要がある。
【０２５６】
以上に示した所定の回折を行う格子ベクトルＫのＸ方向成分ｆ（Ｘ，Ｙ）およびＹ方向成分ｇ（Ｘ，Ｙ）の式（１６），（１７）を、それぞれ積分することによりホログラムパターン４０の設計が可能となる。なお、以上に示す各種数式は、他のホログラムパターンの設計にも適用できる。
【０２５７】
ここで、格子ベクトルＫについて説明する。図２１（ａ）は、ホログラムパターン４０が形成されたホログラム面の平面図であり、ホログラム面をＸＹ座標で定義した場合の格子ベクトルＫを示したものである。また、格子ベクトルＫのＸ方向成分Ｋｘ（＝ｆ（Ｘ，Ｙ））およびＹ方向成分Ｋｙ（＝ｇ（Ｘ，Ｙ））も示している。格子ラインは、図２１（ｂ）の凹凸１周期の中の特定した位置（点）の平面的集合である。
【０２５８】
図２１（ｂ）は、図２１（ａ）におけるＡｈ−Ａｈ線断面図であり、ホログラムパターン４０を有する透過型ホログラム光学素子４の断面形状を示している。
【０２５９】
格子ベクトルＫは、入射光束に特定の回折を与える格子の集合（格子ライン）に垂直なベクトルである。そして、格子ベクトルＫの大きさは格子ラインの周期をΛとすると次の数式で表される。
【０２６０】
|Ｋ|＝２π／Λ    ・・・（１８）
次に、上記に示す格子ベクトルＫと格子ラインの関係について説明する。
【０２６１】
ホログラム面をＸＹ座標で定義し、巨視的な回折方向をＸ軸方向と仮定する。ここで、Ｚ軸はＸＹ平面、つまりホログラム面に対し垂直な方向であるものとする。
【０２６２】
ホログラム面上の任意の点（Ｘ，Ｙ）において、上述のように所望の回折を行う格子ベクトルＫのＸ方向成分Ｋｘをｆ（Ｘ，Ｙ）とし、Ｙ方向成分Ｋｙをｇ（Ｘ，Ｙ）とする。この場合、ホログラムパターンはホログラム面上の定点（Ｘo，Ｙo）を基準として、以下に示す式（１９），（２０）を満たす点（Ｘ’，Ｙ’）の集合として導かれる。ここで、点（Ｘ’，Ｙ’）の集合は、当該ホログラムパターンにおける格子ラインを示す。
【０２６３】
【数９】
0004285955.tif 000006
【０２６４】
【数１０】
0004285955.tif 000007
【０２６５】
上式（１９）および（２０）ともに、Ｍは整数であり、Ｃは定数である。
式（１９）において、左辺第１項の
【０２６６】
【数１１】
0004285955.tif 000008
【０２６７】
はホログラム面であるＸＹ平面中の定点（Ｘo，Ｙo）から点（Ｘ'，Ｙo）への格子周期のＸ方向位相差を示す。また、左辺第２項の
【０２６８】
【数１２】
0004285955.tif 000009
【０２６９】
は、点（Ｘ'，Ｙo）から点（Ｘ'，Ｙ'）への格子周期のＹ方向位相差を示すものである。
【０２７０】
式（２０）における左辺についても、式（１９）と同様に、左辺第１項がホログラム面であるＸＹ平面中の定点（Ｘo，Ｙo）から点（Ｘo，Ｙ'）への格子周期のＹ方向位相差を示し、第２項が点（Ｘo，Ｙ'）から点（Ｘ'，Ｙ'）への格子周期のＸ方向位相差を示すものである。
【０２７１】
ここで、式（１９），（２０）の左辺については積分の順番の違いがあるものの同一の計算内容を示している。そして、Ｘ方向位相差とＹ方向位相差との和は、ＸＹ平面上（ホログラム面上）の定点（Ｘo，Ｙo）から点（Ｘ'，Ｙ'）への格子位相差を表すものである。これにより、与えられる複数の同位相ライン（互いの格子位相差が２πの整数倍になるライン）、つまり格子ラインの集合がホログラムパターンとなる。なお、上記式（１９），（２０）の右辺第２項の定数Ｃを０とし、定点（Ｘo，Ｙo）を原点（０，０）とすると計算が容易となる。
【０２７２】
そして、所定の回折を行う格子ベクトルＫのＸ方向成分ｆ（Ｘ，Ｙ）およびＹ方向成分ｇ（Ｘ，Ｙ）の式（１６），（１７）を、前述の式（１９），（２０）に適用することによりホログラムパターンの設計が可能となる。
【０２７３】
この場合、ホログラム面上の任意の点を所定の法則に従って光検出器の受光面上の所望の点に対応させることにより、従来における非点収差付加機能に限らず「光束をねじる」等の複雑な機能をもつ様々なホログラム光学素子におけるホログラムパターンを容易にかつ正確に設計することが可能となる。
【０２７４】
以上に示すホログラムパターンの設計方法に基づいて、各種数式を用いた計算手順を図２２に基づき説明する。
【０２７５】
図２２は、ホログラムパターンの設計時における格子ラインの決定手順を示す図である。
【０２７６】
ホログラムパターンは、式（１９）または式（２０）を用いて格子ラインの集合を算出することにより設計される。ここで、式（１９），（２０）においては、整数Ｍの値に応じて、個々の格子ラインが決定される。以下、式（１９）を用いたＭ＝０の場合の格子ラインの決定手順について説明する。
【０２７７】
ここで、計算を簡易にするため式（１９）において、ホログラムパターン面上の定点（Ｘ0，Ｙ0）を（０，０）とし、右辺第２項の定数Ｃを０とする。
【０２７８】
図２２において、Ｍ＝０の場合の格子ラインの基準点をｍ00（０，０）とする。はじめに、式（１９）の左辺第１項に示すようにＸ0＝０からＸ’＝Ｘ1（任意）までの積分を行う。この作業は、図２２において矢印Ａ1により示されている。続いて、左辺第２項に示すようにＹ0＝０からＹ方向に徐々に積分を行い、式（１９）を満たすＹ’の値を決定する。この作業は、図２２において矢印Ｂ-1により示されている。
【０２７９】
上記の作業によりＭ＝０の場合の格子ライン上の点ｍ00に続いて点ｍ01が決定される。そして、上記の作業を繰り返し行うことによりＭ＝０の場合の格子ライン上の複数の点が決定される。例えば、Ｍ＝０の場合の格子ライン上の点ｍ02は、矢印Ａ1，Ａ2に示されるＸ方向成分の積分および矢印Ｃ-1，Ｃ-2に示されるＹ方向成分の積分が行われることにより決定されている。さらに、Ｍ＝０の場合の格子ライン上の点ｍ0-1は、矢印Ａ-1で示されるＸ方向成分の積分および矢印Ｄ1で示されるＹ方向成分の積分により決定されており、点ｍ0-2は、矢印Ａ-1，Ａ-2で示されるＸ方向成分の積分および矢印Ｅ1で示されるＹ方向成分の積分により決定されている。
【０２８０】
以上が式（１９）を用いたＭ＝０の場合の格子ラインの決定手順である。その後Ｍ＝０以外の場合についても、上記と同様の作業を行い複数の格子ラインを決定する。これにより格子ラインの集合を得ることができ、ホログラムパターンの設計が可能となる。
【０２８１】
ホログラムパターンの設計方法により決定されたホログラムパターンを、透明な石英ガラスからなる基板の表面に、フォトリゾグラフィ工程およびエッチング工程により形成する。
【０２８２】
例えば、基板の表面上にフォトレジストを塗布する。そして、フォトレジストをフォトマスクを通して紫外線で露光することによりパターニングし、基板をエッチングすることにより基板上にホログラムパターンを形成する。
【０２８３】
以上に示したホログラムパターンの設計方法に基づいて、各種機能を有するホログラムパターンの具体的な設計手順について説明する。
【０２８４】
第１に、入射光束をねじる機能を有するホログラムパターンの設計手順について図２３〜図２５に基づき説明する。
【０２８５】
図２３は、ホログラムパターンにより入射光束がねじる方向に回折される状況を示す模式図である。図２４は、図２３に示される特定の位置での回折光束による光スポットの形状を示す模式図である。なお、図２３においては、ホログラムパターンと平行にＸＹ座標が定義され、ホログラムパターンと垂直な方向にＺ座標が定義されている。また、図２４においては、図２３において定義されたＸＹ座標平面と平行な平面上に回折光束による光スポットの形状が示されている。
【０２８６】
図２３および図２４によれば、入射光束はホログラムパターンにおいて回折されることによりねじられつつ収束される。そして、ホログラムパターンからの回折光束は、位置Ｆｂにおいて焦点を形成する。
【０２８７】
ここで、ホログラムパターンが入射光束を９０°ねじりかつ所定の大きさに収束させる機能を有する場合を想定する。
【０２８８】
図２４（ｂ）に示すように、矢印Ｇの方向よりホログラムパターン４０に入射する光は、焦点である位置Ｆｂにおいて、９０°ねじられるとともに所定の大きさに収束される。図２３の焦点より近い位置Ｆａにおいては、図２４（ａ）に示すように、矢印Ｇの方向よりホログラムパターン４０に入射する光は９０°に満たない角度でねじられている。さらに、図２３の焦点より遠い位置Ｆｃにおいては、図２４（ｃ）に示すように、矢印Ｇの方向よりホログラムパターン４０に入射する光は９０°を超えた角度でねじられている。なお、図２４（ａ），２４（ｃ）に示すように焦点位置とずれた位置Ｆａ，Ｆｃにおいて、入射光束は所定の大きさに収束されない。
【０２８９】
図２５は、ホログラム面をＸＹ平面と定義した場合のホログラム面に入射する光線の位置およびホログラムパターンにより回折された後の光検出器の受光面上の光線の位置を示す平面図である。なお、この図２５においてはＺ軸方向の変位については無視するものとする。
【０２９０】
ここでは、ホログラム面上の任意の点Ｐo（Ｘ，Ｙ）に対応する光検出器の受光面上の点Ｐp（Ｘp（Ｘ，Ｙ），Ｙp（Ｘ，Ｙ））の算出を目的とする。
【０２９１】
初めに、ホログラム面上の任意の点Ｐo（Ｘ，Ｙ）を光検出器の受光面上のどの点に対応させるかを考える。ここで、点Ｐoを受光面上の位置まで、Ｘ軸方向にｘ1、Ｙ軸方向にｙ1平行移動させる（ステップＳ１）。ステップＳ１により定められた（Ｘ＋ｘ1，Ｙ＋ｙ1）を点Ｐ1とする。また、（ｘ1，ｙ1）で表される座標を点Ｐnとする。
【０２９２】
次に、点Ｐ1を、点Ｐnを中心に角度β分回転移動させる（ステップＳ２）。この操作が光束を「回転する（ねじる）」機能に該当する。これにより移動がなされた後の点を点Ｐ2とすると、点Ｐ2の座標は（ｒcos（α＋β）＋ｘ1，ｒsin（α＋β）＋ｙ1）と表される。
【０２９３】
ここで、ｒは原点からの点Ｐoまでの距離「（Ｘ2＋Ｙ2）1/2」を示している。一方、αは点Ｐoと原点とを結ぶ直線と、回折方向であるＸ軸とがなす角度を示しており、「arctan（Ｙ／Ｘ）」と表される。
【０２９４】
さらに、点（ｘ1，ｙ1）と点Ｐ2との距離を短縮する（ステップＳ３）。この操作は、光検出器の受光面上のスポットのサイズを調整する作業である。つまり、縮小率をＲとした場合、縮小後の点Ｐ3は、点Ｐ3（Ｒｒcos（α＋β）＋ｘ1，Ｒｒsin（α＋β）＋ｙ1）と表される。ここで、Ｒは縮小率を示し、「点Ｐnから点Ｐ3までの距離」を「点Ｐnから点Ｐ2までの距離」で除した値である。
【０２９５】
以上より、点Ｐ3（Ｘp（Ｘ，Ｙ），Ｙp（Ｘ，Ｙ））のＸＹ座標は、それぞれ次に示す式（２１），（２２）により導かれる。
【０２９６】
Xp(X,Y)=R(X2+Y2)1/2cos[arctan(Y/X)+β]+x1    ・・・（２１）
Yp(X,Y)=R(X2+Y2)1/2sin[arctan(Y/X)+β]+y1    ・・・（２２）
なお、上記の実施の形態においては、ｙ1＝０，β＝９０度である。
【０２９７】
上記の式（２１），（２２）により求められた結果に基づき、格子ベクトルＫのＸ方向成分ｆ（Ｘ，Ｙ）およびＹ方向成分ｇ（Ｘ，Ｙ）が数（１６），（１７）により導かれる。さらに、この結果に基づき式（１９），（２０）を用いることにより入射光束をねじる機能を具備したホログラムパターンが得られることとなる。
【０２９８】
第２に、入射光束に対し非点収差を与える機能を有するホログラムパターンの設計手順について図２６〜図２８に基づき説明する。
【０２９９】
図２６は、ホログラムパターンにより入射光束に非点収差が与えられる状況を示す模式図である。図２７は、図２６に示される特定の位置での回折光束による光スポットの形状を示す模式図である。なお、図２６においては、ホログラムパターンと平行にＸＹ座標が定義され、ホログラムパターンと垂直な方向にＺ座標が定義されている。また、図２７においては、図２６において定義されたＸＹ座標平面上に回折光束による光スポットの形状が示されている。
【０３００】
ホログラムパターンにより非点収差を与えられた回折光束は、回折方向Ｘに対し特定の角度αを持つ方向Ｘｘと方向Ｘｘに対し垂直な方向Ｘｙとで焦点位置が異なる。それゆえ、光スポットの形状はＸｘ方向の焦点位置Ｆａでは図２７（ａ）に示すようにＸｙ方向に延びた楕円になり、Ｘｙ方向の焦点位置ＦＣでは図２７（ｃ）に示すようにＸｘ方向に延びた楕円となる。そして、焦点位置Ｆａと焦点位置Ｆｃとの中間の位置Ｆｂでは図２７（ｂ）に示すように光スポットの形状は円となる。
【０３０１】
図２８は、ホログラム面をＸＹ平面と定義した場合のホログラム面に入射する光線の位置およびホログラムパターンにより回折された後の光検出器の受光面上の光線の位置を示す平面図である。なお、この図２８においてはＺ軸方向の変位については無視するものとする。
【０３０２】
ここでは、ホログラム面上の任意の点Ｐo（Ｘ，Ｙ）に対応する光検出器の受光面上の点Ｐp（Ｘp（Ｘ，Ｙ），Ｙp（Ｘ，Ｙ））の算出を目的とする。
【０３０３】
初めに、ホログラム面上の任意の点Ｐo（Ｘ，Ｙ）を光検出器の受光面上のどの点に対応させるかを考える。ここで、点Ｐoを受光面上の位置まで、Ｘ軸方向にｘ1、Ｙ軸方向にｙ1平行移動させる（ステップＳ１１）。ステップＳ１１により定められた点Ｐ11の座標を（Ｘ＋ｘ1，Ｙ＋ｙ1）とする。また、（ｘ1，ｙ1）で表される座標を点Ｐnとする。
【０３０４】
次に、点Ｐ11と点Ｐnとを結ぶ直線上において、光束を収束させるために点Ｐ11を点Ｐnに近づくように移動させる（ステップＳ１２）。ステップＳ１２による移動後の点を点Ｐ12とすると、点Ｐ12の座標は、（Ｒｒcos（θ）＋ｘ1，Ｒｒsin（θ）＋ｙ1）と表される。ここで、Ｒは縮小率を示し、「点Ｐnから点Ｐ12までの距離」を「点Ｐnから点Ｐ11までの距離」で除した値である。ｒは原点からの点Ｐoまでの距離「（Ｘ2＋Ｙ2）1/2」を示している。一方、θは点Ｐoと原点とを結ぶ直線と、回折方向であるＸ軸とがなす角度を示しており、「arctan（Ｙ／Ｘ）」と表される。
【０３０５】
その後、ステップＳ１２により定められた点Ｐ12を点Ｐnを通りＸ軸に平行な線を中心に反転させる(ステップＳ１３)。この操作が光束に「非点収差を与える」機能に該当する。これにより反転された後の点Ｐ13の座標は、（Ｒｒcos（−θ）＋ｘ1，Ｒｒsin（−θ）＋ｙ1）となる。
【０３０６】
以上に示すステップＳ１１〜Ｓ１３の操作により光束に非点収差が与えられ、光束が収束される。ここで、さらに、非点収差の収差方向を決定する操作について説明する。
【０３０７】
例えば、光束に与える非点収差の収差方向をＸ軸と角度αの方向に設定する場合を想定する。この場合、ステップＳ１３により定められた点Ｐ13を点Ｐnを中心に角度２α分移動させる(ステップＳ１４)。これにより移動がなされた後の点Ｐ14の座標は、（Ｒｒcos（２α−θ）＋ｘ1，Ｒｒsin（２α−θ）＋ｙ1）となる。なお、上記において、反時計回りを正とすると、αは図２８に示した例（時計回り）では負の値となる。
【０３０８】
以上より、点Ｐo（Ｘ，Ｙ）に対応する光検出器の受光面上の点Ｐp（Ｘp（Ｘ，Ｙ），Ｙp（Ｘ，Ｙ））のＸＹ座標は、それぞれ次に示す式（２３），（２４）により導かれる。
【０３０９】
Xp(X,Y)=R(Xcos2α+Ysin2α)+x1    ・・・（２３）
Yp(X,Y)=R(Xsin2α-Ycos2α)+y1    ・・・（２４）
上記式（２３），（２４）により求められた結果に基づき、格子ベクトルＫのＸ方向成分ｆ（Ｘ，Ｙ）およびＹ方向成分ｇ（Ｘ，Ｙ）が式（１６），（１７）により導かれる。さらに、この結果に基づき式（１９），（２０）を用いることにより光束に非点収差を与える機能を具備したホログラムパターンが得られることとなる。
【０３１０】
第３に、入射光束を環状に収束させる機能を有するホログラムパターンの設計手順について図２９〜図３１に基づき説明する。
【０３１１】
図２９は、ホログラムパターンにより入射光束が環状に収束される状況を示す模式図である。図３０は、図２９に示される特定の位置での回折光束による光スポットの形状を示す模式図である。なお、図２９においては、ホログラムパターンと平行にＸＹ座標が定義され、ホログラムパターンと垂直な方向にＺ座標が定義されている。また、図３０においては、図２９において定義されたＸＹ座標平面と平行な平面上に回折光束による光スポットの形状が示されている。
【０３１２】
上述のように、入射光束はホログラムパターンにおいて回折されることにより環状に収束される。そして、ホログラムパターンからの回折光束は、位置Ｆｂにおいて焦点を形成する。
【０３１３】
図３０（ｂ）に示すように、ホログラムパターンに入射する光は、焦点位置である位置Ｆｂにおいて、細い線からなる環状の光スポットを形成する。図２９の焦点より近い位置Ｆａにおいては、図３０（ａ）に示すように、ホログラムパターンに入射する光は、幅を有する環状の光スポットを形成している。さらに、図２４の焦点より遠い位置Ｆｃにおいては、図３０（ｃ）に示すように、ホログラムパターンに入射する光は、図３０（ａ）に示す回折光束の形状と同様に幅を有する環状の光スポットを形成している。
【０３１４】
図３１は、ホログラム面をＸＹ平面と定義した場合のホログラム面に入射する光線の位置およびホログラムパターンにより回折された後の光検出器の受光面上の光線の位置を示す平面図である。なお、この図３１においてはＺ軸方向の変位については無視するものとする。
【０３１５】
ここでは、ホログラム面上の任意の点Ｐo（Ｘ，Ｙ）に対応する光検出器の受光面上の点Ｐp（Ｘp（Ｘ，Ｙ），Ｙp（Ｘ，Ｙ））の算出を目的とする。
【０３１６】
初めに、ホログラム面上の任意の点Ｐo（Ｘ，Ｙ）を光検出器の受光面上のどの点に対応させるかを考える。ここで、点Ｐoを受光面上の位置まで、Ｘ軸方向にｘ1、Ｙ軸方向にｙ1平行移動させる（ステップＳ２１）。ステップＳ２１により定められた（Ｘ＋ｘ1，Ｙ＋ｙ1）を点Ｐ21とする。また、（ｘ1，ｙ1）で表される座標を点Ｐnとする。
【０３１７】
次に、点Ｐ21と点Ｐnとを結ぶ直線上において、光束を半径ｒ1の環状に収束させるために点Ｐ21を点Ｐnから距離ｒ1の位置まで移動させる（ステップＳ２２）。ステップＳ２２による移動後の点を点Ｐ22とすると、点Ｐ22の座標は（ｒ1cos（θ）＋ｘ1，ｒ1sin（θ）＋ｙ1）と表される。
【０３１８】
ここで、θは点Ｐoと原点とを結ぶ直線と、回折方向であるＸ軸とがなす角度を示している。
【０３１９】
以上より、点Ｐo（Ｘ，Ｙ）に対応する光検出器の受光面上の点Ｐp（Ｘp（Ｘ，Ｙ），Ｙp（Ｘ，Ｙ））のＸＹ座標は、それぞれ次に示す式（２５），（２６）により導かれる。
【０３２０】
Xp(X,Y)=ｒ1cosθ+x1    ・・・（２５）
Yp(X,Y)=ｒ1sinθ+y1    ・・・（２６）
上記式（２５），（２６）により求められた結果に基づき、格子ベクトルＫのＸ方向成分ｆ（Ｘ，Ｙ）およびＹ方向成分ｇ（Ｘ，Ｙ）が数（１６），（１７）により導かれる。さらに、この結果に基づき式（１９），（２０）を用いることにより光束を環状に収束させる機能を有するホログラムパターンが得られることとなる。
【０３２１】
以上に示す各種実施の形態において、ホログラムパターンの格子の形状として凹凸形状を示しているが、ホログラムパターンの格子形状は凹凸形状である必要はなく、波形または山形等の形状をもつ格子形状であってもよく、さらに透過強度変調型の白黒パターンでもよい。
【０３２２】
また、上述の第１〜第６の実施の形態においては、透過型ホログラム光学素子４を用いているが、目的に応じて反射型のホログラム光束素子を用いてもよい。
【０３２３】
ホログラム光学素子４にあっては、１つの分割線により２つのホログラムパターンを有するとしているが、光検出部への入射光の形状として必要であればさらなるホログラムパターンの分割を行ってもよい。また、光検出器においても必要に応じて光検出部の分割数を増加させてもよい。
【０３２４】
上述の第１〜第６の実施の形態においては、焦点誤差信号をより安定にするために非点収差法による場合よりもスポット径を大きくする例を示したが、目的によっては非点収差法による場合よりもスポット径を小さくしてもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光ピックアップ装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における光ピックアップ装置に用いられる透過型ホログラム光学素子のホログラム面上に形成されるホログラムパターンおよび光検出器の模式図である。
【図３】ホログラムパターンにより回折された反射光束の光検出器における集光状態を示す模式図である。
【図４】第１の実施の形態において４分割光検出部に集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【図５】ホログラムパターンにより回折された光束の断面を上部より見た場合の模式図である。
【図６】第２の実施の形態において４分割光検出部に集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【図７】第３の実施の形態において４分割光検出部に集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【図８】第４の実施の形態において２つの２分割光検出部に集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【図９】第５の実施の形態において２つの２分割光検出部に集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【図１０】第６の実施の形態において３分割光検出部に集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【図１１】光ピックアップ装置における半導体レーザ素子の上面図である。
【図１２】２分割のホログラムパターン上の光スポットを示す模式的平面図である。
【図１３】ホログラムパターン上の光スポットと光検出器における４分割光検出部上の光スポットの関係を示す模式的平面図である。
【図１４】第１〜第６の実施の形態の光ピックアップ装置におけるホログラムユニットの第１の配置例を示す概略図である。
【図１５】第１〜第６の実施の形態の光ピックアップ装置におけるホログラムユニットの第２の配置例を示す概略図である。
【図１６】光ピックアップ装置を用いた光学記録媒体駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】第８の実施の形態に係る位置ずれセンサの構成を示す模式図である。
【図１８】ホログラムパターンの有する機能に応じた光検出器の出力信号と検出対象物の位置ずれ量との関係を示す図である。
【図１９】ホログラム光学素子を用いた光ピックアップ装置の典型的な構成を示す模式図である。
【図２０】レーザ光源より出射された光束の伝播経路を示す模式図である。
【図２１】ホログラムパターンにおける格子ベクトルについての解説図である。
【図２２】ホログラムパターンの設計図における格子ラインの決定手順を示す図である。
【図２３】ホログラムパターンにより入射光束がねじる方向に回折される状況を示す模式図である。
【図２４】図２３に示される特定の位置での回折光束による光スポットの形状を示す模式図である。
【図２５】ホログラム面をＸＹ平面と定義した場合のホログラム面に入射する光線の位置およびホログラムパターンにより回折された後の光検出器の受光面上の光線の位置を示す平面図である。
【図２６】ホログラムパターンにより入射光束に非点収差が与えられる状況を示す模式図である。
【図２７】図２６に示される特定の位置での回折光束による光スポットの形状を示す模式図である。
【図２８】ホログラム面をＸＹ平面と定義した場合のホログラム面に入射する光線の位置およびホログラムパターンにより回折された後の光検出器の受光面上の光線の位置を示す平面図である。
【図２９】ホログラムパターンにより入射光束が環状に収束される状況を示す模式図である。
【図３０】図２９に示される特定の位置での回折光束による光スポットの形状を示す模式図である。
【図３１】ホログラム面をＸＹ平面と定義した場合のホログラム面に入射する光線の位置およびホログラムパターンにより回折された後の光検出器の受光面上の光線の位置を示す平面図である。
【図３２】特開平３−７６０３５５号公報に開示された透過型ホログラム素子を有する光ピックアップ装置の概略図である。
【図３３】光ピックアップ装置で用いられるホログラム面におけるホログラムパターンの一例を示した模式図である。
【図３４】非点収差法を適用した場合の光検出器の４分割光検出部の光スポット形状の一例を示す模式的平面図である。
【図３５】非点収差法の原理を説明するための模式図である。
【図３６】記録媒体面において反射光束の強度分布が変化する様子を示す図である。
【図３７】ナイフエッジ法の原理を説明するための模式図である。
【図３８】ナイフエッジ法により２分割光検出部に集光される光スポット形状の変化を示した模式図である。
【図３９】ナイフエッジ法を適用した場合の３分割光検出器の光スポット形状の一例を示す模式的平面図である。
【符号の説明】
１  光ディスク
２  半導体レーザ素子
３  ３分割用回折格子
４  透過型ホログラム光学素子
５  集光レンズ
６  光検出器
７  基台
８  ブロック
９  ヒートシンク
１０  ホログラムユニット
１１  モータ
１２  送りモータ
１３  回転制御系
１４  信号処理系
１５  ピックアップ制御系
１６  送りモータ制御系
１７  ドライブコントローラ
１８  ドライブインターフェイス
２０  レーザ光の遠視野像
２１  クラッド層
２２  活性層
２３  クラッド層
４０  ホログラムパターン
６０  ４分割光検出部
７１  ホルダ
７２  スペーサ
７３  アクチュエータ
７５  反射ミラー
１００  光ピックアップ装置
２００  光学記録媒体駆動装置
３００  位置ずれセンサ
６００  プリグルーブ
６０１  ランド部
６０２  グルーブ部
６０３，６０４，９０５，６０ａ，６０ｂ  ２分割光検出部
９００  レンズ
９０１  光束
９０２  焦点
９０３  遮蔽板
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，９１０Ａ，９１０Ｂ  光検出部
Ｅ  分割線
１ａ，１ｂ  パターン
６０ｃ  ３分割光検出部
９２０ａ，９２０ｂ，ＳＰ，Ｓａ，Ｓｂ  光スポット
Ｅ，Ｊ  分割線
Ｍ０  主スポット
Ｐｏ，Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｑｏ，Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｒｏ，Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｔｏ，Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ  頂点
Ｓ１，Ｓ２  副スポット
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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