(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４分割受光面を有する光強度検出手段と、異なる波長の光ビームを発射する２つの半導体レーザと、前記光ビームの各々を光記録媒体へ照射し、その記録面に光スポットを形成する対物レンズと、前記４分割受光面と前記対物レンズとの間に配置された第１及び第２のホログラム光学素子と、を含む光学系を有し、前記光記録媒体から記録情報を読み取る光ピックアップ装置であって、前記第１のホログラム光学素子は、前記記録面を経た前記半導体レーザの一方からの第１波長の光ビームにおけるコマ収差と球面収差を除去し、所定量の非点収差を発生させ、前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームには作用せずそのまま透過させること、及び、
前記第２のホログラム光学素子は、前記記録面を経た前記半導体レーザの他方からの第２波長の光ビームにおけるコマ収差と球面収差を除去し、所定量の非点収差を発生させ、前記半導体レーザの一方によって発射された第１波長の光ビームには作用せずそのまま透過させること、を特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記第１及び第２のホログラム光学素子は、さらに、前記記録面を経た光ビームを前記４分割受光面に集光させるレンズ作用を有することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
前記第１のホログラム光学素子は、前記半導体レーザの一方によって発射された第１波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第１波長の０次光を回折し、回折によって得られる１次回折光を前記４分割受光面に導くこと、及び、前記第２のホログラム光学素子は、前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第２波長の０次光を回折し、回折によって得られる１次回折光を前記４分割受光面に導くこと、を特徴とする請求項１又は２記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記光強度検出手段は、第１波長の光ビームを受光する第１の４分割受光面と第２波長の光ビームを受光する第２の４分割受光面を有すること、及び、前記第１のホログラム光学素子は、前記記録面を経た前記第１波長の０次光を回折し、回折によって得られる１次回折光を前記第１の４分割受光面へ導くこと、及び、前記第２のホログラム光学素子は、前記記録面を経た前記第２波長の０次光を回折し、回折によって得られる１次回折光を前記第２の４分割受光面へ導くこと、を特徴とする請求項１から３の何れか１記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記第２のホログラム光学素子は、前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを回折してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第２波長の−１次光を回折し、回折によって得られる１次回折光を前記４分割受光面に導くことを特徴とする請求項１又は２記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを回折して得られた−１次回折光に含まれる収差を補正する収差補正素子を備えたことを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記光強度検出手段は、第１波長の光ビームを受光する第１の４分割受光面と第２波長の光ビームを受光する第２の４分割受光面を有すること、及び、前記第２のホログラム光学素子は、前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを回折してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第２波長の−１次光を回折し、回折によって得られる１次回折光を前記第２の４分割受光面に導くようにしたことを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記第１及び第２のホログラム光学素子の各々は、透光性平行平板上に形成された回折レリーフと、前記回折レリーフに充填された波長によって分散が異なる光学材料とからなることを特徴とする請求項１から７の何れか１記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
前記第１及び第２のホログラム光学素子は、平行に離間した一対の別個の透光性平行平板の内面上に形成された第１及び第２の回折レリーフと、前記第１及び第２の回折レリーフ間に充填された波長によって分散が異なる光学材料とからなることを特徴とする請求項１から７の何れか１記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２のホログラム光学素子はそれぞれ第１及び第２液晶素子であり、前記第１及び第２液晶素子のそれぞれは、一対の透光性平行平板と、前記平行平板間に設けられた液晶層と、第１及び第２回折レリーフのパターンとして前記平行平板内面毎に形成された透明電極と、前記第１及び第２液晶素子の前記透明電極に電界を印加自在の電気回路が接続されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２のホログラム光学素子は、第１及び第２回折レリーフを有する単一の液晶素子であり、前記単一の液晶素子は、一対の透光性平行平板と、前記平行平板間に設けられた液晶層と、前記平行平板内面毎に形成されかつマトリクスを構成する透明電極と、前記第１及び第２回折レリーフのパターン毎に前記透明電極に電界を選択的に印加できる電気回路が接続されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式記録再生装置における光ピックアップの光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式記録再生装置には、光記録媒体のいわゆるＬＤ(laser disc)、ＣＤ(compact disc)、ＤＶＤ(digital video disc)等の光ディスクから記録情報を読み取る光学式ディスクプレーヤがある。また、これら複数の種類の光ディスクから情報を読み取るコンパチブルディスクプレーヤもある。
【０００３】
そのコンパチブルディスクプレーヤにおいても光ピックアップは、光ビームを光ディスクへ照射し、光ディスクからの戻り光を読み取る光学系を有している。
光情報記録媒体のこれら光ディスクでは、開口数ＮＡ、基板厚さ、最適読取光波長など異なる仕様で設計されている。従って、ＬＤ／ＣＤ／ＤＶＤコンパチブルプレーヤの光ピックアップを実現するためには、最低限上記開口数ＮＡ及び基板厚さの２つの違いを補正する必要がある。
【０００４】
例えば、ホログラムレンズを用いた２焦点ピックアップ（特許第２５３２８１８号：特開平７−９８４３１号公報）は、凸対物レンズとホログラムレンズとからなる複合対物レンズを有し、ホログラムレンズに透明平面板に同心円状の輪帯凹凸すなわち回折溝の回折格子を設けて、これに凹レンズ作用を持たせることによって、各光ディスクに応じ記録面上で焦点を結ばせる。この際、回折溝の形成されていない領域からは光ビームがそのまま透過し０次回折光とともに対物レンズで集光され、該透過光及び０次回折光と１次回折光とで開口数が変わることになる。回折溝によって回折された１次回折光は開口数の小さいＣＤの読み取り用として利用され、開口数の大きくなる透過光及び０次回折光はＤＶＤの読み取り用として利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のコンパチブルプレーヤ構成は、共通の単一の光源で読取スポットを形成するものであり、通常は、ＤＶＤ再生に最適な波長６５０ｎｍの読取光を発射する光源をＣＤ再生時に共用するようにしているので、波長７８０ｎｍの光源によって一回書き込みができるＣＤ−Ｒ（CD Recordable，或いはＲ−ＣＤ：Recordable CD）をこの読み取り光を用いて再生する際には波長の違いによる感度不足で良好な再生信号を得ることができない。
【０００６】
従って、ＬＤ／ＣＤ／ＤＶＤに加えこのＣＤ−Ｒについても良好に情報の記録／再生を行うことのできるコンパチブルプレーヤを実現するためには、最低限上記開口数ＮＡ及び基板厚さ並びに波長７８０ｎｍの光源の３つの違いを克服する必要がある。ＬＤ／ＣＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒコンパチブルプレーヤの光ピックアップを実現するためには単一波長の光源による構成を改め、各ディスクに適合した複数波長の光源によって光ピックアップまたはヘッドを構成することが必要である。
【０００７】
ところが、複数光源を用いプリズム、レンズなどの光学系を構成すると、光ピックアップまたはヘッド全体が複雑になり、大型になる傾向がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、小型化可能で、４分割受光面を有する光強度検出手段を採用した非点収差法に適したホログラム光学素子を有する光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
本発明の光ピックアップ装置は、４分割受光面を有する光強度検出手段と、異なる波長の光ビームを発射する２つの半導体レーザと、前記光ビームの各々を光記録媒体へ照射し、その記録面に光スポットを形成する対物レンズと、前記４分割受光面と前記対物レンズとの間に配置された第１及び第２のホログラム光学素子と、を含む光学系を有し、前記光記録媒体から記録情報を読み取る光ピックアップ装置であって、前記第１のホログラム光学素子は、前記記録面を経た前記半導体レーザの一方からの第１波長の光ビームにおけるコマ収差と球面収差を除去し、所定量の非点収差を発生させ、前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームには作用せずそのまま透過させること、及び、
前記第２のホログラム光学素子は、前記記録面を経た前記半導体レーザの他方からの第２波長の光ビームにおけるコマ収差と球面収差を除去し、所定量の非点収差を発生させ、前記半導体レーザの一方によって発射された第１波長の光ビームには作用せずそのまま透過させること、を特徴とする。
【０００９】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記第１及び第２のホログラム光学素子は、さらに、前記記録面を経た光ビームを前記４分割受光面に集光させるレンズ作用を有することを特徴とする。本発明の光ピックアップ装置においては、前記第１のホログラム光学素子は、前記半導体レーザの一方によって発射された第１波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第１波長の０次光を回折し、回折によって得られる１次回折光を前記４分割受光面に導くこと、及び、前記第２のホログラム光学素子は、前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第２波長の０次光を回折し、回折によって得られる１次回折光を前記４分割受光面に導くこと、を特徴とする。
【００１０】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記光検出手段は、第１波長の光ビームを受光する第１の４分割受光面と第２波長の光ビームを受光する第２の４分割受光面を有すること、及び、
前記第１のホログラム光学素子は、前記記録面を経た前記第１波長の０次光を回折し、回折によって得られる１次回折光を前記第１の４分割受光面へ導くこと、及び、
前記第２のホログラム光学素子は、前記記録面を経た前記第２波長の０次光を回折し、回折によって得られる１次回折光を前記第２の４分割受光面へ導くこと、を特徴とする。
【００１１】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記第２のホログラム光学素子は、前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを回折してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第２波長の−１次光を回折し、回折によって得られる１次回折光を前記４分割受光面に導くことを特徴とする。
【００１２】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを回折して得られた−１次回折光に含まれる収差を補正する収差補正素子を備えたことを特徴とする。本発明の光ピックアップ装置においては、前記第２のホログラム光学素子は、前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを回折してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第２波長の−１次光を回折し、回折によって得られる１次回折光を前記第２の４分割受光面に導くようにしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記第１及び第２のホログラム光学素子の各々は、透光性平行平板上に形成された回折レリーフと、前記回折レリーフに充填された波長によって分散が異なる光学材料とからなることを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記第１及び第２のホログラム光学素子は、平行に離間した一対の別個の透光性平行平板の内面上に形成され第１及び第２の回折レリーフと、前記第１及び第２の回折レリーフ間に充填された波長によって分散が異なる光学材料とからなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記第１及び第２のホログラム光学素子はそれぞれ前記第１及び第２液晶素子であり、前記第１及び第２液晶素子のそれぞれは、一対の透光性平行平板と、前記平行平板間に設けられた液晶層と、前記第１及び第２回折レリーフのパターンとして前記平行平板内面毎に形成された透明電極と、前記第１及び第２液晶素子の前記透明電極に電界を印加自在の電気回路が接続されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記第１及び第２のホログラム光学素子は前記第１及び第２回折レリーフを有する単一の液晶素子であり、前記単一の液晶素子は、一対の透光性平行平板と、前記平行平板間に設けられた液晶層と、前記平行平板内面毎に形成されかつマトリクスを構成する透明電極と、前記第１及び第２回折レリーフのパターン毎に前記透明電極に電界を選択的に印加できる電気回路が接続されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、複数の半導体レーザに共通のホログラム光学素子で光路を共用できるので、光ピックアップ光学系が簡素化できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施例）
図１は第１の実施例の記録再生装置の光ピックアップの概略を示す。ピックアップボディ内には、ＤＶＤの読み取り用半導体レーザLD1(例えば波長６５０ｎｍ：λ１)と、ＣＤの読み取り用半導体レーザLD2(例えば波長７８０ｎｍ：λ２)とが共通の単一ヒートシンク（図示せず）に上方へ光ビームを放射するように載置されている。さらに、ピックアップボディ内には、光軸を共通とするホログラム光学素子５０、光ビームを光ディスク５へ集光し光スポットを形成する有限系仕様対物レンズ４、及び光スポットからの反射光を受光する光検出器の４分割受光面PD1が設けられている。対物レンズ４、ホログラム光学素子５０及び基板１０は略平行に配置されている。
【００１８】
また、半導体レーザLD1,LD2のヒートシンクは基板１０上に固定され、基板１０上には、光強度を検出する光検出器の４分割受光面PD1がホログラム光学素子５０の下に形成されている。
対物レンズ４は、ＣＤとＤＶＤの仕様に合わせて、例えば、集光レンズ及びフレネルレンズ又はホログラムレンズの組み合わせ、各仕様に合った２つの対物レンズを切り替える組み合わせ、ＤＶＤ用集光レンズにＣＤ再生時に開口制限手段を設ける組み合わせ、等を用い、ディスクの厚み及び開口数の違いを吸収することができる。また、集光レンズ自体をＣＤとＤＶＤ用の２焦点対物レンズとすることもできる。
【００１９】
また、ピックアップボディにはトラッキングアクチュエータ及びフォーカスアクチュエータを含む対物レンズ駆動機構２６が設けられている。この対物レンズ駆動機構におけるフォーカスアクチュエータは対物レンズ４を光ディスク５の記録面に対して垂直な方向に移動し、またトラッキングアクチュエータは対物レンズ４を光ディスク５の半径方向に駆動する。また、対物レンズ駆動機構２６には半径方向の粗動のためのスライダ機構も含まれる。
【００２０】
このように、光ピックアップ装置においては、各半導体レーザからの光ビームを対物レンズ４を介して光ディスク５へ照射しその記録面に光スポットを形成し、光スポットからの戻り光を対物レンズ４を介して収束させて４分割受光面PD1へ導く共通の光学系を備えている。
ホログラム光学素子５０は半導体レーザLD1,LD2の発散光ビームをほぼ共通の光路となすように設計され配置されている。
【００２１】
ホログラム光学素子５０は、第１及び第２ホログラム光学素子５１，５２からなる。第１ホログラム光学素子５１は、基板側に配置され、半導体レーザLD1の波長λ１の光ビームに対しては回折作用以外なにも作用せずそのまま通過させ、光ディスクの情報記録面で反射された光（戻り光）に対してコマ収差と球面収差を除去し、所定量の非点収差を発生させるとともにレンズ作用を持たせて結像距離を変化させる第１回折レリーフを有している。一方、第２ホログラム光学素子５２は、対物レンズ側に配置され、半導体レーザLD2の波長λ２の光ビームに対しては回折作用以外なにも作用せずそのまま通過させ、光ディスクの情報記録面で反射された光（戻り光）に対してコマ収差と球面収差を除去し、所定量の非点収差を発生させるとともにレンズ作用を持たせて結像距離を変化させる第２回折レリーフを有している。第１及び第２ホログラム光学素子５１，５２の各々は、透光性の等方性材料からなる平板１５１，１５２の一方の主面に透過型の回折格子、グレーティング（これらは屈折率分布型でもレリーフ型でもよい、以下、総称して回折レリーフともいう）１５１ａ，１５２ａが画定された板状体である。
【００２２】
ここで、この光ピックアップ装置記録再生の概略を説明する。図１に示すように、ＤＶＤ再生時には、半導体レーザLD1からのレーザビームは対物レンズ及び光ディスク間距離の設定で光ディスク上に開口数ＮＡ０．６で集光され、小さい光スポットを形成する。ＣＤ再生時又はＣＤ−Ｒ記録若しくは再生時にも、対物レンズ及び光ディスク間距離の設定で半導体レーザLD2からのレーザビームは対物レンズ４を経て開口数ＮＡ０．４７で光ディスク上に光スポットを形成する。
【００２３】
光ディスク記録面の光スポットからのいずれの戻り光も、対物レンズ４を介してホログラム光学素子５０に入射し回折され、これを経て１次回折光ビーム部分が光検出器の４分割受光面PD1に入る。
４分割受光面PD1は、図２に示すように、直交する２本の分割線L1、L2を境界線として各々近接配置されかつ互いに独立した第１〜第４象限の４個のエレメントDET1〜DET4から構成される。４分割受光面PD1は、一方の分割線が記録面のトラック方向（ＴＡＮ方向ともいう）に平行になり、他方の分割線が光ディスクのラジアル方向（ＲＡＤ方向ともいう）に平行になるように、基板１０上に半導体レーザとともに一直線上に配置されている。この分割線はトラッキングサーボを位相差法（時間差法）で行う場合の分割方向とも一致している。
【００２４】
記録面上の合焦時はスポット強度分布が４分割受光面PD1の受光面中心Ｏに関して対称すわなち、トラック方向及びラジアル方向において対称となる図２（ａ）のような真円ＳＰの光スポットが４分割受光面PD1に形成されるので、対角線上にあるエレメントの光電変換出力をそれぞれ加算して得られる値は互いに等しくなり、フォーカスエラー成分は「０」となる。また、フォーカスが合っていない時は図２（ｂ）又は（ｃ）のようなエレメントの対角線方向に楕円ＳＰの光スポットが４分割受光面PD1に形成されるので、対角線上にあるエレメントの光電変換出力をそれぞれ加算して得られるフォーカスエラー成分は互いに逆相となる。即ち、DET1〜DET4を対応出力とすると、(DET1＋DET3)−(DET2＋DET4)がフォーカスエラー信号となる。また、(DET1＋DET4)−(DET2＋DET3)がトラッキングエラー信号と、DET1＋DET2＋DET3＋DET4がＲＦ信号と、なる。
【００２５】
このように、４分割受光面PD1の中心付近にスポット像を形成するとすると、光検出器は、４つの各受光面に結像されたスポット像に応じて電気信号を復調回路３２ａ及びエラー検出回路３２ｂに供給する。復調回路３２ａは、その電気信号に基づいて記録信号を生成する。エラー検出回路３２ｂは、その電気信号に基づいてフォーカスエラー信号や、トラッキングエラー信号や、その他サーボ信号などを生成し、アクチュエータ駆動回路３３を介して各駆動信号を各アクチュエータに供給し、これらが各駆動信号に応じて対物レンズ４などをサーボ制御駆動する。
（ホログラム光学素子の設計）
ホログラム光学素子５０は、半導体レーザLD1からの光と４分割受光面PD1へ集光する光を干渉させて設計した第１ホログラム光学素子５１と、半導体レーザLD2からの光と対物レンズ４へ向かう無収差の光を干渉させて設計した第２ホログラム光学素子５２と、からなるように、例えば、以下の図３のフローチャートに基づいて計算機設計手法にて設計される。格子パターンのための波面を高屈折率法もしくは位相関数法を用いた光線追跡方法で求める。なお、第１ホログラム光学素子５１は半導体レーザLD2の波長λ２の光には何の作用もせず、逆に第２ホログラム光学素子５２は半導体レーザLD1の波長λ１の光には何の作用もしない設計とする。
【００２６】
まず、ステップＳ１においては、図４に示すように、半導体レーザに対応する１点Ａから発散する光束（波長λ１）の光路中に厚さｔ１の平行平板７０（屈折率ｎ）を光軸に垂直に置く場合を設定する。点Ａの座標、λ１、ｔ１、ｎのパラメータの初期値を設定する。
平行平板７０を透過した後の発散光束について、Ｂ位置の座標での球面収差を含む波面を計算し、その結果を保存する。
【００２７】
この平行平板７０により発生する発散光束の球面収差を次のステップＳ２で補正することによって球面収差を除去する。また、平行平板７０の厚さｔ１を変化させることで発生させる所定の非点収差量を調整できる。
次に、ステップＳ２においては、図５に示すように、保存されたＢ位置の波面から光束を収束すなわち逆方向に戻すと、それは厚さｔ１の平行平板を透過後、１点Ａへ集光する。
【００２８】
この収束光束において、平行平板７０の代わりに、各厚さｔ２の平行平板７１（屈折率ｎ）の２枚を、光軸に垂直な平面に対して鏡像関係になるように、該平面に対してθ度及び−θ度の角度に傾けて離間して配置し、光線の平行平板透過後のＣ位置の波面を計算する。そのためにＣ位置座標、ｔ２、θ、−θのパラメータを導入する。
【００２９】
この場合、Ｂ位置より光束を逆方向に戻しているので、これら２枚のハの字に置かれた平行平板７１を透過した波面は、非点収差と球面収差を伴うがコマ収差は含まない。平行平板７１の厚さｔ２を変えてやれば球面収差を調整できる。よって、ステップＳ１で発生した球面収差を相殺して除去できる。このようにして２枚のハの字に置かれた平行平板７１の光線透過後のＣ位置でコマ収差と球面収差の無い所定量の非点収差の波面が計算で得られる。その結果のＣ位置での波面を保存する。
【００３０】
次に、ステップＳ３においては、図６に示すように、保存されたＣ位置の波面から光束を再度逆方向に戻して発散させ、ある傾斜（角度α）したＨ位置での波面を計算する。ここで、保存されたＣ位置の波面から光束を収束させた点が４分割受光面PD1の位置に対応する。
このＨ位置（第１ホログラム光学素子）において、ある１点０（半導体レーザLD1）から発散する光束（波長λ１）の波面と干渉させることによって、実施例の第１ホログラム光学素子の格子パターンを設計できる。そのためにＨ及び０位置座標、αのパラメータを導入する。その結果のＨ位置での干渉縞を保存し、第１ホログラム光学素子の格子パターンとする。
【００３１】
このようにして、この格子パターンを透明基板に形成することによって、コマ収差と球面収差を除去し、所定量の非点収差を発生させるとともにレンズ作用を持たせて結像距離を変化させた図１に示す第１ホログラム光学素子５１を得ることができる。
次に、第２ホログラム光学素子５２を製造する場合においても、図３のフローチャートの設計手法にて設計される。この場合、図７に示すように、１点０２（半導体レーザLD2）から発散する光束（波長λ２）の波面と干渉させる。そのためにＨ２及び０２位置座標とする。保存されたＣ２位置の波面から光束を収束させた点が４分割受光面PD2の位置に対応する。保存されたＣ２位置の波面から光束を再度逆方向に戻して発散させ、Ｈ２位置での波面を計算する。このＨ２位置（第２ホログラム光学素子）において、ある１点０２（半導体レーザLD2）から発散する光束（波長λ２）の波面と干渉させることによって、実施例の第２ホログラム光学素子の格子パターンを設計できる。その結果のＨ２位置での干渉縞を第２ホログラム光学素子の格子パターンとする。この格子パターンを透明基板に形成することによって、コマ収差と球面収差を除去し、所定量の非点収差を発生させるとともにレンズ作用を持たせて結像距離を変化させた第２ホログラム光学素子５２を得ることができる。
【００３２】
このようにして、図１に示すように、半導体レーザLD1からの光と４分割受光面PD1へ集光する光を干渉させて設計した第１ホログラム光学素子５１と、半導体レーザLD2からの光と対物レンズ４へ向かう無収差の光を干渉させて設計した第２ホログラム光学素子５２と、を有する光学系が得られる。
第１の実施例では、図８に示すように、半導体レーザLD1、４分割受光面PD1及び第１ホログラム光学素子５１は、半導体レーザLD1からの波長λ1の光ビームを透過してその０次回折光を対物レンズ４へ導き、波長λ1の０次回折光による記録面上光スポットからの戻り光を対物レンズ４から受光して、回折された波長λ1の１次回折光を４分割受光面PD1へ導くように作用する。また、半導体レーザLD2、４分割受光面PD1及び第２ホログラム光学素子５２も、半導体レーザLD2の波長λ2の光ビームを透過してその０次回折光を対物レンズ４へ導き、波長λ2の０次回折光による記録面上の光スポットからの戻り光を対物レンズから受光して、回折された波長λ2の１次回折光を４分割受光面PD1へ導くように作用する。
（第２の実施例）
第２の実施例は、図９に示すように、収差補正素子９０が第２ホログラム光学素子５２及び対物レンズ４の間に配置された以外、第１の実施例と同様のピックアップ装置である。すなわち、半導体レーザLD1、４分割受光面PD1及び第１ホログラム光学素子５１は、半導体レーザLD1からの波長λ1の光ビームを透過してその０次回折光を対物レンズ４へ導き、波長λ1の０次回折光による記録面上光スポットからの戻り光を対物レンズ４から受光して、回折された波長λ1の１次回折光を４分割受光面PD1へ導くように作用するように、配置されている。
【００３３】
第２の実施例では、収差補正素子９０は以下のように設計される。まず、図１０における往路において収差補正素子９０が存在しない場合を仮定する。第２ホログラム光学素子５２が半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してその−１次回折光を対物レンズ４へ導き、記録面５上に光スポットを形成し、そこからの戻り光を対物レンズ４を経て、第２ホログラム光学素子５２にて回折された波長λ２の１次回折光を４分割受光面PD1へ導くように、半導体レーザLD2及び４分割受光面PD1は基板上に配置される。
【００３４】
この場合、対物レンズ４へ向かう第２ホログラム光学素子５２による波長λ２の光ビームの−１次回折は、第２ホログラム光学素子５２と対物レンズ４間の往路において収差を持った光束となる。
そこで、この収差を補正するため、第２ホログラム光学素子５２と対物レンズ４間に収差補正素子９０を配置する。この収差補正素子は半導体レーザLD1の光ビームの通過の場合は何の作用もせず、半導体レーザLD2から第２ホログラム光学素子５２を通過した光を無収差に変換する。すなわち、収差補正素子９０は半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してこれから収差を除去し対物レンズへ導きかつ波長λ1の光ビームには作用しない。半導体レーザLD2の位置に基づいて発散光束の−１次回折における波面、続いて収差補正素子９０における波面を高屈折率法もしくは位相関数法を用いた光線追跡で求め、収差補正素子９０の補正量を計算して、収差補正素子９０は、第２ホログラム光学素子５２から光ディスクへ向かう−１次回折の波面のみを無収差に変換するように設計される。
【００３５】
上記収差補正素子９０を実現するには、図２７に示すような液晶素子８０を電気的に切り換えて使用することで、また図２８に示すような非線形光学材料型収差補正素子８０で、実現できる。
図２７の収差補正素子として用いる液晶素子８０は一対の透明ガラス基板８１，８２の内面には、収差補正波面に対応するパターンを有する透明電極８３，８４がそれぞれ形成され、これらの間に液晶層８５が設けられている素子である。透明電極８３，８４を介して液晶層８５へ電圧が印加されると、液晶分子が無電圧印加時よりも傾いた配列をなすことによって、半導体レーザLD1，LD2の波長λ1，λ２の光線束へ選択的に作用、又は非作用状態とすることができる。例えば入射光の偏光方向が液晶分子配列に垂直に入射する場合、回折が起きず液晶型収差補正素子としては動作しない。一方、偏光方向が平行に入射する場合、回折が生じ液晶型収差補正素子として動作する。よって、電圧印加及び非印加で液晶分子の傾斜及び非傾斜部分を収差補正波面に対応するパターンとして、液晶層の屈折率が異なり、光線束の光路長を変化させることにより、収差補正素子として働く。また逆に設定もできる。さらにまた、液晶層への印加電圧に応じて液晶分子の傾きが制御できるので、収差補正素子の収差補正量を任意に制御することが可能である。
【００３６】
また、図２８に示すように、ニオブ酸リチウムなどの波長選択性のある非線形光学材料からなる透明基板１８１に用いて、収差補正波面に対応するパターンをエッチングなどで凹部１８２として、該凹部に非線形光学材料の異常光屈折率又は常光屈折率に等しい屈折率の等方性光学材料１８３を充填すれば、半導体レーザLD1，LD2の波長λ1，λ２の違いにより、非線形光学材料型収差補正素子８０の作用又は非作用状態を選択することができる。
（第３の実施例）
第３の実施例は、上記第２の実施例の第２ホログラム光学素子５２及び対物レンズ４の間に配置された収差補正素子９０に代えて、図１１に示すように半導体レーザLD2及び第１ホログラム光学素子５１の間に光源側の収差補正素子９０ａが配置された以外、第２の実施例と同様である。
この場合、第２ホログラム光学素子５２はディスク記録面上からの無収差の波面と、４分割受光面PD1からの波面とを干渉させた波面で設計する。光源側の収差補正素子９０ａは、第２ホログラム光学素子５２で回折されディスク記録面へ向かう−１次回折光の波面を無収差へ変換するように設計される。
【００３７】
図１２に示すように、半導体レーザLD2及び第１ホログラム光学素子５１の間に配置された光源側の収差補正素子９０ａは、往路において半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してこれに、ホログラム光学素子を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与し、ホログラム光学素子を透過した波長λ２の光ビームから収差を除去する。
（第４の実施例）
第４の実施例では、図１３に示すように、さらに第２の４分割受光面PD2が追加された以外、第１の実施例と同様である。図１４に示すように、半導体レーザLD1、４分割受光面PD1及び第１ホログラム光学素子５１は、半導体レーザLD1によって発射された波長λ1の光ビームを透過してその０次回折光を対物レンズへ導き、波長λ1の０次回折光による記録面上の光スポットからの戻り光を対物レンズから受光して、回折し、回折された波長λ1の１次回折光を４分割受光面PD1へ導くように配置される。
【００３８】
また、半導体レーザLD2、４分割受光面PD2及び第２ホログラム光学素子５２は、半導体レーザLD2によって発射された波長λ2の光ビームを透過してその０次回折光を対物レンズへ導き、波長λ2の０次回折光による記録面上の光スポットからの戻り光を対物レンズから受光して、回折し、回折された波長λ2の１次回折光を４分割受光面PD2へ導くように配置される。すなわち、新たに４分割受光面PD2の位置に基づいて第２ホログラム光学素子５２が上記の図３のフローチャートの設計手法にて設計される。
（第５の実施例）
第５の実施例は、図１５に示すように、収差補正素子９０が第２ホログラム光学素子５２及び対物レンズ４の間に配置された以外、第４の実施例と同様である。半導体レーザLD1、４分割受光面PD1及び第１ホログラム光学素子５１は、半導体レーザLD1からの波長λ1の光ビームを透過してその０次回折光を対物レンズ４へ導き、波長λ1の０次回折光による記録面上光スポットからの戻り光を対物レンズ４から受光して、回折された波長λ1の１次回折光を４分割受光面PD1へ導くように作用するように、配置されている。
【００３９】
第５の実施例では、収差補正素子９０は第２の実施例と同様に設計される。即ち、図１６における往路において収差補正素子９０が存在しない場合を仮定する。第２ホログラム光学素子５２が半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してその−１次回折光を対物レンズ４へ導き、記録面５上に光スポットを形成し、そこからの戻り光を対物レンズ４を経て、第２ホログラム光学素子５２にて回折された波長λ２の１次回折光を４分割受光面PD2へ導くように、４分割受光面PD2及び半導体レーザLD2は基板上に配置される。
【００４０】
この場合、対物レンズ４へ向かう第２ホログラム光学素子５２による波長λ２の光ビームの−１次回折は、第２ホログラム光学素子５２と対物レンズ４間の往路において収差を持った光束となる。
そこで、この収差を補正するため、第２ホログラム光学素子５２と対物レンズ４間に収差補正素子９０を配置する。この収差補正素子は半導体レーザLD1の光ビームの通過の場合は何の作用もせず、半導体レーザLD2から第２ホログラム光学素子５２を通過した光を無収差に変換する。すなわち、収差補正素子９０は半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してこれから収差を除去し対物レンズへ導きかつ波長λ1の光ビームには作用しない。収差補正素子９０は、第２ホログラム光学素子５２から光ディスクへ向かう−１次回折のみの波面を無収差に変換するように設計される。
（第６の実施例）
第６の実施例は、上記第４の実施例の第２ホログラム光学素子５２及び対物レンズ４の間に配置された収差補正素子９０に代えて、図１７に示すように半導体レーザLD2及び第１ホログラム光学素子５１の間に光源側の収差補正素子９０ａが配置された以外、第４の実施例と同様である。
【００４１】
この場合も、第２ホログラム光学素子５２はディスク記録面上からの無収差の波面と、４分割受光面PD1からの波面とを干渉させた波面で設計する。光源側の収差補正素子９０ａは、第２ホログラム光学素子５２で回折されディスク記録面へ向かう−１次回折光の波面を無収差へ変換するように設計される。
図１８に示すように、半導体レーザLD2及び第１ホログラム光学素子５１の間に配置された光源側の収差補正素子９０ａは、往路において半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してこれに、ホログラム光学素子を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与し、ホログラム光学素子を透過した波長λ２の光ビームから収差を除去する。
【００４２】
上記第３、５及び６の実施例の光ピックアップ装置において、上記収差補正素子９０及び光源側の収差補正素子９０ａを実現するには、上記第２の実施例と同様に図２７に示すような液晶素子８０を電気的に切り換えて使用することで、また図２８に示すような非線形光学材料型収差補正素子８０で、達成できる。
なお、上記第１〜６の実施例の光ピックアップ装置において、対物レンズは、有限仕様対物レンズであることを前提に説明しているが、かかる対物レンズは、光記録媒体側に集光レンズを配置し、半導体レーザ側にコリメータレンズを配置し無限レンズ系としても同様の効果を奏することはあきらかである。
（ホログラム光学素子）
上記第１〜６の実施例における、半導体レーザLD2の波長λ２の光には作用しない第１ホログラム光学素子５１、並びに半導体レーザLD1の波長λ１の光に作用しない第２ホログラム光学素子５２について説明する。
【００４３】
図１９に示すように、第１及び第２ホログラム光学素子５１，５２は、光学ガラスなどの等方性材料からなる平板の主面に上記の手法により設計した回折レリーフ１５１a，１５２aの凹部を形成した基板１５１，１５２と、その凹部に例えば異なる波長に対して異なる屈折率を有する光学材料を充填した充填部１５３とからなり、両主面を平行平面としたものである。すなわち、第１及び第２回折レリーフ１５１ａ，１５２ａは、それぞれ別個の透光性材料の平行平板上に形成され、それぞれの中に光学材料たとえば、等方性材料が充填されている。これにより、ＤＶＤ及びＤＶＤ−ＲＡＭ用のコンパチブルプレーヤの構造を極めて簡略化でき、ピックアップの小型化低コスト化が達成される。光学材料は波長に対して異なる屈折率を有するものであればよく、光学ガラスなどの等方性材料、又は異方性材料でも、ニオブ酸リチウムなどの一軸結晶の非線形光学材料でもよい。
【００４４】
第１及び第２ホログラム光学素子５１及び５２においては、平板材料及び充填剤の波長によって分散が異なる性質を利用している。図２０に示すように、第１ホログラム光学素子５１の基板１５１の等方性材料は長い波長λ２の光に対して最も低い屈折率ｎ４を示し、短い波長λ１の光に対し屈折率ｎ２を示す。また、図２１に示すように、第２ホログラム光学素子５２の基板１５２の等方性材料は長い波長λ２の光に対してｎ２より低い屈折率ｎ３を示し、短い波長λ１の光に対し最も高い屈折率ｎ１を示す。さらに、図２２に示すように、充填部１５３の光学材料は長い波長λ２の光に対して最も低い屈折率ｎ４を示し、短い波長λ１の光に対し最も高い屈折率ｎ１を示す。
【００４５】
この場合の往路の光ビームは、それぞれの往路の光路のために上記手法によって設計されているので、問題とならない。しかし、復路においては、図１９に示すように光ビームは、波長によって異なる光路を経る。
波長λ１の光は、復路にてまず第２ホログラム光学素子５２を通過する際、充填部材料の屈折率ｎ１と光学ガラスの屈折率ｎ１が等しくなるため、第２ホログラム光学素子５２が単なる透過性の平行平板として作用し、そのまま通過する。次に、波長λ１の光は、第１ホログラム光学素子５１を通過する際、充填部材料の屈折率がｎ１となって、光学ガラスの屈折率ｎ２と異なるので、第１ホログラム光学素子５１が回折格子として働く。したがって、波長λ１の光に対して第１ホログラム光学素子５１が本来のホログラム光学素子として機能する。
【００４６】
一方、波長λ２の光では、復路の第２ホログラム光学素子５２にて充填部材料の屈折率がｎ４となり光学ガラスの屈折率ｎ３と異なるので第２ホログラム光学素子５２が回折格子として働くが、次の第１ホログラム光学素子５１では、波長λ２の光では充填部材料の屈折率ｎ４と光学ガラスの屈折率ｎ４が等しくなるため、単なる透過性の平行平板として作用し、そのまま波長λ２の光は通過する。したがって、波長λ２の光に対して第２ホログラム光学素子５２が本来のホログラム光学素子として機能する。
【００４７】
また、以上の例では、２つの第１及び第２ホログラム光学素子５１,５２としているが、これらを一体化して、図２３に示すように、第１及び第２回折レリーフ１５１ａ，１５２ａが、平行に離間した一対の別個の透光性材料の平行平板１５１，１５２の内面上に形成され、内面間には光学材料の例えば、一軸結晶材料１５３が充填されるように、形成することもできる。さらに、図２４に示すように、矩形断面凹部の他に、鋸歯状断面凹部１５１ｂ，１５２ｂとしても形成できる。
【００４８】
上記ホログラム光学素子の例において、回折レリーフのピッチ及び凹部深さを適宜設計することによって、各波長に適合したものが得られる。
（他の実施例）
以上の実施例では、光学材料を回折レリーフ充填剤として用いたホログラム光学素子を２枚用いているが、その他に、このホログラム光学素子を、図２７に示す上記第２，３，５及び６の実施例の光ピックアップ装置において収差補正素子９０及び光源側の収差補正素子９０ａとして用いられるような液晶素子８０からなる平行平板の所定パターン表示可能な液晶素子を電気的に切り換えて使用することで、実現できる。
【００４９】
この場合、図２５に示すように、それぞれの第１及び第２回折レリーフは所定パターン２５１ａ，２５２ａとして、それぞれ第１及び第２液晶素子２５１，２５２に含まれる。第１及び第２液晶素子のそれぞれは図２７に示す液晶素子８０であり、第１及び第２液晶素子の透明電極間に電界を印加自在の電気回路２０２がスイッチ２０１を介して接続されている。スイッチ２０１によって、図２５（ａ）に示すように、光源の半導体レーザLD1の選択に応じて第１回折レリーフのパターン２５１ａへ切り替えることによって、戻り光を４分割受光面DP1へ集光させ、或いは、図２５（ｂ）に示すように、光源の半導体レーザLD2の選択に応じて第２回折レリーフのパターン２５２ａへ切り替えることによって、戻り光を４分割受光面DP2へ集光させることができる。
【００５０】
更に又、図２６に示すように、このホログラム光学素子を、単一の平行平板の所定パターン表示可能な液晶素子を電気的に切り換えて使用することで、実現できる。即ち、第１及び第２回折レリーフは、単一の液晶素子３５０に含まれるようにすることができる。この単一の液晶素子は図２７に示す液晶素子８０であり、一対の透光性材料平行平板の間に設けられた液晶層と、平行平板内面毎に形成されかつマトリクスを構成する透明電極と、から構成される。これらのマトリクス透明電極には、第１及び第２回折レリーフのパターン２５１ａ，２５２ａ毎に透明電極間に電界を選択的に印加できる電気回路２１０が接続されている。電気回路２１０を制御することによって、図２６（ａ）に示すように、光源の半導体レーザLD1の選択に応じて第１回折レリーフのパターン２５１ａへ切り替えることによって、戻り光を４分割受光面DP1へ集光させ、或いは、図２６（ｂ）に示すように、光源の半導体レーザLD2の選択に応じて第２回折レリーフのパターン２５２ａへ切り替えることによって、戻り光を４分割受光面DP2へ集光させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置内部の概略構成図である。
【図２】  実施例の光検出器の４分割受光面の平面図である。
【図３】  本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置のホログラム光学素子の波面設計を示すフローチャートである。
【図４】  本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置のホログラム光学素子の波面設計を示す概略図である。
【図５】  本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置のホログラム光学素子の波面設計を示す概略図である。
【図６】  本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置の第１ホログラム光学素子の波面設計を示す概略図である。
【図７】  本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置の第２ホログラム光学素子の波面設計を示す概略図である。
【図８】  本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図９】  本発明による第２の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図１０】  本発明による第２の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１１】  本発明による第３の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図１２】  本発明による第３の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１３】  本発明による第４の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図１４】  本発明による第４の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１５】  本発明による第５の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図１６】  本発明による第５の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１７】  本発明による第６の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図１８】  本発明による第７の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１９】  本発明による実施例の光ピックアップ装置の第１及び第２ホログラム光学素子の動作を示す概略断面図である。
【図２０】  本発明による実施例の光ピックアップ装置の第１ホログラム光学素子に用いられる材料の分散を示すグラフである。
【図２１】  本発明による実施例の光ピックアップ装置の第２ホログラム光学素子に用いられる材料の分散を示すグラフである。
【図２２】  本発明による実施例の光ピックアップ装置の第１及び第２ホログラム光学素子に用いられる光学材料の分散を示すグラフである。
【図２３】  本発明による実施例の光ピックアップ装置の一体型ホログラム光学素子の概略断面図である。
【図２４】  本発明による他の実施例の光ピックアップ装置の第１及び第２ホログラム光学素子の概略断面図である。
【図２５】  本発明による他の実施例の光ピックアップ装置の液晶型ホログラム光学素子の概略斜視図である。
【図２６】  本発明による他の実施例の光ピックアップ装置の他の液晶型ホログラム光学素子の概略斜視面図である。
【図２７】  本発明による実施例の光ピックアップ装置に利用される液晶素子の概略部分断面図である。
【図２８】  本発明による実施例の光ピックアップ装置に利用される非線形光学材料型収差補正素子の概略部分断面図である。
【符号の説明】
LD1,LD2  レーザ光源
４  対物レンズ
５  光ディスク
PD1，PD2  光検出器の４分割受光面
１０  基板
８１，８２  透明ガラス基板
８３，８４  透明電極
８５  液晶層
５０  ホログラム光学素子
５１，５２  第１及び第２ホログラム光学素子
１５１a，１５２a  回折レリーフ
１５１，１５２  基板
１５３  充填部
２０２，２１０  電気回路
２５１ａ，２５２ａ  回折レリーフパターン
【図１】
0003778316.tif 000002
【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】
0003778316.tif 000011
【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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