JPH0973654A - 光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来は、基板厚さの異なる二種類のディジタ
ルビデオディスクと追記型を含むコンパクトディスクの
すべてを再生することは不可能である。 【解決手段】 モジュール１１及びモジュール１２に
は、半導体レーザと、基板厚さが異なるディスク１７、
１８からの反射光を受光する検出光学系が内蔵されてい
る。モジュール１１、１２内の半導体レーザの波長は６
３５ｎｍ、７８５ｎｍである。開口制限付ホログラム光
学素子１５は、６３５ｎｍの＋１次回折光に対し、対物
レンズ１６からの出射光がディスク１７の基板を透過す
る際に生じる球面収差と対物レンズ１６が有する球面収
差との和を打ち消す球面収差を有するホログラム部が形
成されていると共に、６３５ｎｍの入射光に対してはす
べて透過させ、７８５ｎｍの入射光に対しては光束断面
の中心部分のみを透過させる開口制限部が形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ヘッド装置に係
り、特に基板の厚さや記録密度が異なる三種類の光記録
媒体に対し再生を行うための光ヘッド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンパクトディスクに比べて大容
量なディジタルビデオディスク等の大容量光ディスクの
規格化が進められている。ディジタルビデオディスクの
規格には、基板厚さ０．６ｍｍのディスクを用いるもの
と、基板厚さ１．２ｍｍのディスクを用いるものがあ
る。一方、従来のコンパクトディスク等の規格では、基
板厚さ１．２ｍｍのディスクを用いる。そこで、二種類
のディジタルビデオディスクとコンパクトディスクのす
べてを再生できる光ヘッド装置が望まれている。しか
し、通常の光ヘッド装置においては、対物レンズがある
基板厚さのディスクに対して球面収差を打ち消すように
設計されているため、別の基板厚さのディスクに対して
は球面収差が残留し、正しく再生することができない。

【０００３】二種類のディジタルビデオディスクとコン
パクトディスクのすべてを再生できる従来の光ヘッド装
置として、オプティカルレビュー第１巻第１号の２７頁
〜２９頁に記載の例がある。図２０はこの従来の光ヘッ
ドの一例の構成図を示す。同図において、ホログラム光
学素子１９２を対物レンズ１６とコリメータレンズ１４
との間に設け、透過光（０次光）を基板厚さ０．６ｍｍ
のディジタルビデオディスクの再生に用い、＋１次回折
光を基板厚さ１．２ｍｍのディジタルビデオディスク及
びコンパクトディスクの再生に用いる。

【０００４】この従来の光ヘッド装置においては、半導
体レーザ１９０からの出射光がハーフミラー１９１で約
半分が反射され、コリメータレンズ１４で平行光化され
てホログラム光学素子１９２に入射する。ホログラム光
学素子１９２の透過光は平行光として対物レンズ１６に
入射し、基板厚さ０．６ｍｍのディスク１７上に集光さ
れる。ディスク１７からの反射光は、対物レンズ１６を
逆向きに透過し、再びホログラム光学素子１９２で透過
光と＋１次回折光に分けられる。

【０００５】一方、ホログラム光学素子１９２の＋１次
回折光は発散光として対物レンズ１６に入射し、基板厚
さ１．２ｍｍのディスク１８上に集光される。ディスク
１８からの反射光は対物レンズ１６を逆向きに透過し、
再びホログラム光学素子１９２で透過光と＋１次回折光
とに分離される。

【０００６】ディスク１７からの反射光のうちホログラ
ム光学素子１９２の透過光、及びディスク１８からの反
射光のうちホログラム光学素子１９２の＋１次回折光
は、共にコリメータレンズ１４に平行光として入射す
る。コリメータレンズ１４の透過光はハーフミラー１９
１を約半分が透過し、凹レンズ１９３を透過して光検出
器１９４で受光される。光検出器１９４は４分割受光部
を有し、フォーカス誤差信号はハーフミラー１９１で生
じる非点収差を用いた非点収差法、トラック誤差信号は
プッシュプル法によりそれぞれ検出される。また、再生
信号は光検出器１９４の４分割受光部の出力の和から検
出される。

【０００７】対物レンズ１６は、対物レンズ１６からの
出射光が厚さ０．６ｍｍの基板を透過する際に生じる球
面収差を打ち消す球面収差を有し、ホログラム光学素子
１９２は、ホログラム光学素子１９２の＋１次回折光に
対し、対物レンズ１６からの出射光が厚さ１．２ｍｍの
基板を透過する際に生じる球面収差と対物レンズ１６が
有する球面収差の和を打ち消す球面収差を有する。従っ
て、ホログラム光学素子１９２の透過光は対物レンズ１
６によりディスク１７上に無収差で集光され、ホログラ
ム光学素子１９２の＋１次回折光は対物レンズ１６によ
りディスク１８上に無収差で集光される。

【０００８】図２１はホログラム光学素子１９２の平面
図を示す。同図において、ホログラム光学素子１９２は
同心円状の干渉縞のパターンを有し、＋１次回折光に対
しては、前述した球面収差補正と共に凹レンズとしての
働きをする。従って、対物レンズ１６に対し、＋１次回
折光のディスク１８上の集光位置を透過光のディスク１
７上の集光位置より遠ざけることができ、対物レンズ１
６からディスク１７、１８の表面までの距離をほぼ等し
くすることができる。

【０００９】図２２はホログラム光学素子１９２の断面
図を示す。図２２（ａ）は断面が矩形状のホログラム光
学素子１９２であり、＋１次回折光と同じ効率で不要な
−１次回折光が生じる。図２２（ｂ）は断面が鋸歯状の
ホログラム光学素子１９２であり、＋１次回折光の効率
が増加して不要な−１次回折光の効率は減少する。この
とき、鋸歯領域の高さを２ｈ、屈折率をｎ、入射光の波
長をλとすると、透過率η_０、＋１次回折効率η_＋１は
次式で与えられる。

【００１０】 η_０ ＝ｓｉｎ²φ／φ² （１） η_＋１＝ｓｉｎ²φ／（φ −π）² （２） ただし、 φ＝２π（ｎ−１）ｈ／λ （３） （１）式及び（２）式よりφ＝π／２のとき透過率η_０
と＋１次回折効率η_＋１は等しく、η_０＝η_＋１＝０．
４０５となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ディジタル
ビデオディスクの規格では、波長６３５ｎｍ〜６５５ｎ
ｍのレーザ光を出射する半導体レーザを用いるのに対
し、従来のコンパクトディスクの規格では、波長７８５
ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザを用いる。図２
０に示した従来の光ヘッド装置では、コンパクトディス
クに比べて高密度なディジタルビデオディスクを再生す
るため、波長７８５ｎｍに比べて集光スポットの径を小
さくできる波長６３５ｎｍ〜６５５ｎｍのレーザ光を出
射する半導体レーザを用いる必要がある。

【００１２】一方、コンパクトディスクの一種として、
ＣＤ−Ｒと呼ばれる追記型コンパクトディスクが知られ
ている。この追記型コンパクトディスクは記録媒体とし
て有機色素を用いたものであり、波長７８５ｎｍでは７
０％以上の高い反射率が得られるが、波長６３５ｎｍ〜
６５５ｎｍでは１０％程度の非常に低い反射率しか得ら
れない。このため、図２０に示した従来の光ヘッド装置
では、追記型コンパクトディスクの再生は不可能であ
る。

【００１３】また、ディジタルビデオディスクを再生す
るためには、その狭小なトラックピッチに対応してディ
スク面上の集光スポットの径をコンパクトディスクのそ
れに比し小さくする必要がある。このため、集光スポッ
トの径は対物レンズ１６の開口数に反比例することか
ら、対物レンズ１６の開口数は「０．５２〜０．６」程
度と高くしなければならない。一方、コンパクトディス
クを再生するには、コンパクトディスクはディスクの傾
きに対する規格が緩く、ディスクの傾きに伴うコマ収差
の発生を抑制する必要から、対物レンズ１６の開口数は
「０．４５」程度と低くしなければならない。

【００１４】図２０に示した従来の光ヘッド装置では、
ホログラム光学素子１９２の中心部分と周辺部分で回折
効率を変えることにより、透過光と＋１次回折光に対す
る実効的な開口数を変化させることが可能である。しか
し、例えば透過光に対する実効的な開口数を「０．
６」、＋１次回折光に対する実効的な開口数を「０．４
５」とすると、透過光で基板厚さ０．６ｍｍのディジタ
ルビデオディスク、＋１次回折光でコンパクトディスク
を再生することは可能であるが、＋１次回折光で基板厚
さ１．２ｍｍのディジタルビデオディスクを再生するこ
とは、実効的な開口数が小さいため不可能である。

【００１５】また、例えば透過光に対する実効的な開口
数を「０．６」、＋１次回折光に対する実効的な開口数
を「０．５２」とすると、透過光で基板厚さ０．６ｍｍ
のディジタルビデオディスク、＋１次回折光で基板厚さ
１．２ｍｍのディジタルビデオディスクを再生すること
は可能であるが、＋１次回折光でコンパクトディスクを
再生することは、実効的な開口数が大きくディスクの傾
きのマージンを確保できないため困難である。

【００１６】このように、基板厚さの異なる二種類のデ
ィジタルビデオディスクと追記型を含むコンパクトディ
スクは、それぞれを再生するための最適な半導体レーザ
の出射光の波長と対物レンズの開口数が異なるため、図
２０に示した従来の光ヘッド装置では、これら複数種類
のディスクのすべてを再生することは不可能である。

【００１７】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
基板厚さの異なる二種類のディジタルビデオディスクと
追記型を含むコンパクトディスクのすべてを再生するこ
とが可能な光ヘッド装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、第１の波長の第１の光を出射する第１の光
源と、第１の波長とは異なる第２の波長の第２の光を出
射する第２の光源と、第１の光源からの第１の光と第２
の光源からの第２の光とを合波して、第１又は第２の基
板厚さの光記録媒体に導く一方、光記録媒体からの反射
光を分波する光合波・分波手段と、光合波・分波手段で
合波された光を光記録媒体に集光した後光記録媒体上で
反射させ、反射光は透過させると共に、自身の出射光が
第１の基板厚さの光記録媒体の基板を透過する際に生じ
る球面収差を打ち消す第１の球面収差を有する対物レン
ズと、光合波・分波手段と対物レンズとの間に設けられ
た開口制限付ホログラム光学素子と、光合波・分波手段
により分波された第１の波長の反射光を受光する第１の
光検出光学系と、光合波・分波手段により分波された第
２の波長の反射光を受光する第２の光検出光学系とを有
する光ヘッド装置であって、開口制限付ホログラム光学
素子を下記の構成としたものである。

【００１９】すなわち、開口制限付ホログラム光学素子
は、少なくとも透過光である０次光と＋１次回折光を発
生すると共に、第１の波長の＋１次回折光に対し、対物
レンズからの出射光が第２の基板厚さの光記録媒体の基
板を透過する際に生じる第２の球面収差と対物レンズが
有する第１の球面収差との和を打ち消す第３の球面収差
を有するホログラム部が形成されていると共に、第１の
波長の入射光に対してはすべて透過させ、第２の波長の
入射光に対しては光束断面の中心部分のみを透過させる
開口制限部が形成されている。

【００２０】これにより、本発明では、第１の光源から
出射され、開口制限付ホログラム光学素子を透過した第
１の光を用いて、第１の記録密度で情報が記録された第
１の基板厚さの光記録媒体の記録情報を再生し、第１の
光源から出射され、開口制限付ホログラム光学素子で回
折された＋１次回折光を用いて第２の基板厚さの光記録
媒体の記録情報を再生し、第２の光源から出射され、開
口制限付ホログラム光学素子を透過した第２の光を用い
て第２の記録密度で情報が記録された第１の基板厚さの
光記録媒体の記録情報を再生するようにしたものであ
る。

【００２１】また、本発明における開口制限付ホログラ
ム光学素子のホログラム部は、基板上に設けられた同心
円状パターンのホログラムからなり、ホログラムの断面
形状は対物レンズの有効径よりも小なる直径の円形領域
の外側では矩形状で、円形領域内では矩形とは異なる形
状であることを特徴とする。

【００２２】また、本発明における開口制限付ホログラ
ム光学素子の開口制限部は、対物レンズの有効径よりも
小なる直径の円形領域の外側で、かつ、基板上のホログ
ラム部が形成された面と反対側の面に設けられた波長フ
ィルタ膜と、波長フィルタ膜上に設けられた位相補償膜
とからなり、円形領域の外側では第１の波長の第１の光
はほぼ完全に透過させ、第２の波長の第２の光はほぼ完
全に反射させ、円形領域内に入射した光は第１及び第２
の光共に完全に透過させる構成であることを特徴とす
る。

【００２３】更に、本発明における開口制限付ホログラ
ム光学素子の開口制限部は、第１の基板の表面の対物レ
ンズの有効径よりも小なる直径の円形領域の外側に回折
格子及び波長フィルタ膜が設けられ、第１の基板の裏面
の円形領域の外側に位相補償膜が設けられ、表面にホロ
グラム部が形成された第２の基板の裏面と該第１の基板
の表面を接着剤で張り合せた構成であり、円形領域の外
側では第１の波長の第１の光はほぼ完全に透過させ、第
２の波長の第２の光はほぼ完全に反射回折させ、円形領
域内に入射した光は第１及び第２の光共に完全に透過さ
せる構成であることを特徴とする。

【００２４】本発明の光ヘッド装置は、第１の光源から
の第１の光と第２の光源からの第２の光とを合波して光
記録媒体に導く一方、光記録媒体からの反射光を分波す
る光合波・分波手段と対物レンズとの間に開口制限付ホ
ログラム光学素子を設け、この開口制限付ホログラム光
学素子のホログラム部の、対物レンズの有効径よりも小
径の円形領域の中心部分とその円形領域の外側の周辺部
分とで回折効率を変えるようにしたため、開口制限付ホ
ログラム光学素子における第１の波長の透過光と＋１次
回折光に対する実効的な開口数を変化させることができ
る。

【００２５】また、本発明においては、開口制限付ホロ
グラム光学素子の開口制限部により、第１の波長に対し
ては入射光を開口制限することなくすべて透過させ、第
２の波長に対しては入射光の光束断面の中心部分（対物
レンズの有効径より小径の円形領域）のみを透過させる
ようにしたため、開口制限付ホログラム光学素子におけ
る第２の波長の透過光に対する実効的な開口数を、第１
の波長とは独立に設定することが可能である。

【００２６】すなわち、本発明の光ヘッド装置は、基板
厚さの異なる二種類の光記録媒体と同じ基板厚さで記録
密度が異なる二種類の光記録媒体に対して最適な波長と
対物レンズの開口数を選択することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明になる光ヘッ
ド装置の第１の実施の形態の構成図を示す。同図中、モ
ジュール１１及びモジュール１２には、半導体レーザ
と、ディスク１７又は１８からの反射光を受光する検出
光学系が内蔵されている。モジュール１１内の半導体レ
ーザの出射光の波長は６３５ｎｍ、モジュール１２内の
半導体レーザの出射光の波長は７８５ｎｍである。

【００２８】ディスク１７及び１８はそれぞれ基板厚さ
が異なる光記録媒体で、ディスク１７は基板厚さが０．
６ｍｍのディジタルビデオディスクで、ディスク１８は
基板厚さが１．２ｍｍのディジタルビデオディスク又は
コンパクトディスクである。再生時にはディスク１７及
び１８の一方のみが図示しない回転機構にセットされて
高速回転される。

【００２９】波長フィルタ１３はモジュール１１からの
第１の光とモジュール１２からの第２の光とを合波し
て、コリメータレンズ１４に導く一方、ディスク１７又
は１８からの反射光を分波する光合波・分波手段を構成
しており、波長６３５ｎｍの光をほぼ完全に透過させ、
波長７８５ｎｍの光をほぼ完全に反射させる働きをす
る。従って、モジュール１１内の半導体レーザからの出
射光は波長フィルタ１３をほぼ損失なく透過し、モジュ
ール１２内の半導体レーザからの出射光は波長フィルタ
１３でほぼ損失なく反射される。

【００３０】コリメータレンズ１４は入射光を平行光化
する。対物レンズ１６は、コリメータレンズ１４から入
射した光をディスク１７又は１８に集光した後反射さ
せ、反射光は透過させると共に、自身の出射光がディス
ク１８の基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消す
第１の球面収差を有する。開口制限付ホログラム光学素
子１５は、コリメータレンズ１４と対物レンズ１６との
間に設けられ、後述するようにホログラム部と開口制限
部がそれぞれ形成された構成で、波長６３５ｎｍの透過
光と＋１次回折光に対する実効的な開口数を変化させ、
また波長７８５ｎｍの透過光の実効的な開口数を波長６
３５ｎｍのそれに対して独立に設定する。

【００３１】次に、この実施の形態の動作について説明
する。波長フィルタ１３をほぼ損失なく透過したモジュ
ール１１内の半導体レーザからの出射光は、コリメータ
レンズ１４で平行光化され、後述する構成の開口制限付
ホログラム光学素子１５に入射し、透過光と＋１次回折
光とに分けられる。開口制限付ホログラム光学素子１５
の往路の透過光は、平行光として対物レンズ１６で基板
厚さ１．２ｍｍで第１の記録密度のディスク１８（この
場合、ディジタルビデオディスク）上に集光されスポッ
トを形成後反射される。ディスク１８からの反射光は対
物レンズ１６を逆向きに透過し、再び開口制限付ホログ
ラム光学素子１５に入射し、透過光と＋１次回折光に分
けられる。

【００３２】また、開口制限付ホログラム光学素子１５
の往路の＋１次回折光は、収束光として対物レンズ１６
に入射し、これにより基板厚さ０．６ｍｍのディスク１
７（ディジタルビデオディスク）上に集光されスポット
を形成後反射される。ディスク１７からの反射光は対物
レンズ１６を逆向きに透過し、再び開口制限付ホログラ
ム光学素子１５に入射し、透過光と＋１次回折光に分け
られる。

【００３３】ディスク１８からの反射光のうち開口制限
付ホログラム光学素子１５の復路の透過光、及びディス
ク１７からの反射光のうち開口制限付ホログラム光学素
子１５の復路の＋１次回折光は、共に平行光としてコリ
メータレンズ１４を逆向きに透過し、波長フィルタ１３
を透過したのち、モジュール１１内の検出光学系で受光
される。

【００３４】一方、波長フィルタ１３によりほぼ損失な
く反射されたモジュール１２内の半導体レーザからの出
射光は、コリメータレンズ１４で平行光化され、光束断
面の中心部分のみが開口制限付ホログラム光学素子１５
を透過した後、対物レンズ１６で基板厚さ１．２ｍｍで
第２の記録密度のディスク（この場合はコンパクトディ
スク）１８上に集光されスポットを形成後反射される。

【００３５】ディスク１８からの反射光は対物レンズ１
６を逆向きに透過し、再び開口制限付ホログラム光学素
子１５に入射する。この反射光のうち一部の光は、開口
制限付ホログラム光学素子１５とコリメータレンズ１４
を逆向きに透過し、波長フィルタ１３で反射された後、
モジュール１２内の検出光学系で受光される。モジュー
ル１２内の半導体レーザの出射光の波長は７８５ｎｍで
あるため、ディスク１８が追記型コンパクトディスクで
ある場合にも再生が可能である。なお、開口制限付ホロ
グラム光学素子１５と対物レンズ１６は、アクチュエー
タで一体駆動される。

【００３６】対物レンズ１６は、対物レンズ１６からの
出射光が基板厚さ１．２ｍｍのディスク１８の基板を透
過する際に生じる球面収差を打ち消す第１の球面収差を
有する。また、開口制限付ホログラム光学素子１５に
は、開口制限付ホログラム光学素子１５における波長６
３５ｎｍの＋１次回折光に対し、対物レンズ６からの出
射光が基板厚さ０．６ｍｍのディスク１７の基板を透過
する際に生じる第２の球面収差と、上記の対物レンズ１
６が有する第１の球面収差の和を打ち消すための、後述
の図２（ａ）に示すような第３の球面収差を有するホロ
グラム部が形成されている。

【００３７】従って、開口制限付ホログラム光学素子１
５の透過光は、波長６３５ｎｍ及び７８５ｎｍのいずれ
の場合も対物レンズ１６によりディスク１８上に無収差
で集光され、波長６３５ｎｍの開口制限付ホログラム光
学素子１５の＋１次回折光は、対物レンズ１６によりデ
ィスク１７上に無収差で集光される。

【００３８】図２は開口制限付ホログラム光学素子１５
の平面図を示す。図２（ａ）は表面側から見た平面図、
同図（ｂ）は裏面側から見た平面図である。また、図３
は開口制限付ホログラム光学素子１５の断面図を示す。
開口制限付ホログラム光学素子１５の表面には、図２
（ａ）に示すように、図２１に示したホログラム光学素
子１９２と同様に同心円状の干渉縞のパターンからなる
ホログラム２０が形成されており、＋１次回折光に対し
ては前記した球面収差補正と共に凸レンズとしての働き
をする。

【００３９】従って、図１に示した対物レンズ１６に対
し、開口制限付ホログラム光学素子１５は＋１次回折光
のディスク１７上の集光位置を透過光のディスク１８上
の集光位置よりも近付けることができ、対物レンズ１６
からディスク１７、１８の表面までの距離をほぼ等しく
することができる。

【００４０】開口制限付ホログラム光学素子１５の表面
には図２（ａ）に示すようなホログラム２０を有するホ
ログラム部が形成されており、開口制限付ホログラム光
学素子１５の裏面には図２（ｂ）に示すように中心に円
形の開口を有する開口制限部２３が形成されている。上
記のホログラム部は、図３に示すように、ガラス基板１
９の表面上にホログラム２０が形成された構造である。
ホログラム２０は、対物レンズ１６の有効径を２ａとし
たとき、これよりも小さい直径２ｂの領域内では鋸歯状
で、直径２ｂの領域の外側では矩形状の断面形状を有す
る。ホログラム２０の中心部の直径２ｂの領域の断面形
状を矩形状でなく鋸歯状とすることにより、＋１次回折
光の効率が増加して不要な−１次回折光の効率を減少さ
せることができる。

【００４１】ここで、ホログラム２０の直径２ｂの鋸歯
状断面領域（以下、鋸歯領域と略す）におけるホログラ
ム２０の高さと、直径２ｂの外側の矩形状断面領域（以
下、矩形領域と略す）におけるホログラム２０の高さを
共に２ｈとし、また、屈折率をｎ、入射光の波長をλと
すると、鋸歯領域における透過率η_S0、＋１次回折効率
η_S+1は次式で与えられる。

【００４２】 η_S0 ＝ｓｉｎ²φ_S／φ ² _S （４ ） η_S+1＝ｓｉｎ²φ_S／（φ _S−π）² （５ ） ただし、 φ_S＝２π（ｎ−１）ｈ／λ （６） 例えば、ｈ＝３４５ｎｍ、ｎ＝１．４６のとき、λ＝６
３５ｎｍに対しては、（６）式からφ_S＝π／２である
から、（４）式及び（５）式からη_S0＝η_S+1＝０．４
０５となる。また、λ＝７８５ｎｍに対しては、（６）
式からφ_S＝０．４０４πであるから、（４）式からη
_S0＝０．５６６となる。

【００４３】一方、矩形領域における透過率η_R0、＋１
次回折効率η_R+1は次式で与えられる。

【００４４】 η_R0 ＝ｃｏｓ²（φ_R／２） （７） η_R+1＝（４／π²）ｓｉｎ²（φ _R／２） （８ ） ただし、 φ_R＝４π（ｎ−１）ｈ／λ （９） 例えば、ｈ＝３４５ｎｍ、ｎ＝１．４６のとき、λ＝６
３５ｎｍに対しては、（９）式からφ_R＝πであるか
ら、（７）式及び（８）式からη_R0＝０、η_R+1＝０．
４０５となる。

【００４５】すなわち、以上の計算結果からわかるよう
に、開口制限付ホログラム光学素子１５のホログラム部
において、波長６３５ｎｍの光は、直径２ｂの鋸歯領域
のみを４０．５％が透過し、直径２ａの領域全体にわた
って＋１次回折光として４０．５％が回折される。ま
た、波長７８５ｎｍの光は、上記ホログラム部の直径２
ｂの鋸歯領域を５６．６％が透過する。

【００４６】一方、図２（ｂ）に示した開口制限付ホロ
グラム光学素子１５の開口制限部２３は、図３に示すよ
うに、ガラス基板１９の裏面上に波長フィルタ膜２１及
び位相補償膜２２が積層された構造である。波長フィル
タ膜２１及び位相補償膜２２は、上記の直径２ｂよりも
小さい直径２ｃの円形領域の外側にのみ形成されてい
る。

【００４７】波長フィルタ膜２１は、波長６３５ｎｍの
光をほぼ完全に透過させ、波長７８５ｎｍの光をほぼ完
全に反射させる働きをする。また、位相補償膜２２は、
波長６３５ｎｍに対し、波長フィルタ膜２１および位相
補償膜２２を通る光と空気中を通る光の位相差を２π
［ｒａｄ．］に調整する働きをする。すなわち、開口制
限付ホログラム光学素子１５の開口制限部２３は、波長
６３５ｎｍの光を直径２ａの領域内全体にわたって完全
に透過させ、波長７８５ｎｍの光を直径２ｃの円形領域
内では完全に透過させ、円形領域の外側では完全に反射
させる。

【００４８】波長フィルタ膜２１は、例えばガラス基板
１９上に高屈折率層と低屈折率層が交互に奇数層堆積さ
れた構成である。上記の波長選択特性をもたせるために
は、高屈折率層と低屈折率層の屈折率がｎ₁、ｎ₂、厚さ
がｄ₁、ｄ₂のとき、ｎ₁・ｄ₁＝ｎ₂・ｄ₂＝λ／４（λ＝
７８５［ｎｍ］）とすればよい。高屈折率層としてＴｉ
Ｏ₂、低屈折率層としてＳｉＯ₂を用いると、ｎ₁＝２．
３０、ｎ₂＝１．４６であるから、前記式からｄ₁＝８５
［ｎｍ］、ｄ₂＝１３４［ｎｍ］となる。一方、位相補
償膜２２は、例えば波長フィルタ膜２１上にＳｉＯ₂を
堆積させることにより作製できる。

【００４９】本発明の光ヘッド装置の第２の実施の形態
は、図１の構成図中、図２に示した開口制限付ホログラ
ム光学素子１５を、図４及び図５に示す開口制限付ホロ
グラム光学素子２５で置き換えた構成である。図４は開
口制限付ホログラム光学素子２５の平面図を示す。図４
（ａ）は表面側から見た平面図、同図（ｂ）は裏面側か
ら見た平面図である。また、図５は開口制限付ホログラ
ム光学素子２５の断面図を示す。

【００５０】開口制限付ホログラム光学素子２５の表面
には図４（ａ）に示すようなホログラム２７を有するホ
ログラム部が形成されており、開口制限付ホログラム光
学素子２５の裏面には図４（ｂ）に示すように中心に円
形の開口を有する開口制限部３２が形成されている。上
記のホログラム部は、図５に示すように、ガラス基板２
６の表面上にホログラム２７が形成された構造である。
ホログラム２７は、対物レンズ１６の有効径を２ａとし
たとき、これよりも小さい直径２ｂの領域内では４レベ
ルの階段状で、直径２ｂの領域の外側では矩形状の断面
形状を有する。ホログラム２７の中心部の直径２ｂの領
域の断面形状を矩形状でなく４レベルの階段状とするこ
とにより、＋１次回折光の効率が増加して不要な−１次
回折光の効率を減少させることができる。

【００５１】ここで、ホログラム２７の直径２ｂの４レ
ベルの階段状断面領域（以下、階段領域と略す）におけ
る各段の高さをｈ／２、直径２ｂの外側の矩形状断面領
域（以下、矩形領域と略す）におけるホログラム２７の
高さを３ｈ／２とし、また、屈折率をｎ、入射光の波長
をλとすると、階段領域における透過率η_F0、＋１次回
折効率η_F+1は次式で与えられる。

【００５２】 η_F0 ＝ｃｏｓ²（φ_F／２）ｃｏｓ²（φ _F／４） （１０） η_F+1＝(8/π²)ｓｉｎ²(φ_F/2)ｃｏｓ² [(φ _F−π)/4] （１ １） ただし、 φ_F＝２π（ｎ−１）ｈ／λ （１２） 例えば、ｈ＝３４５ｎｍ、ｎ＝１．４６のとき、λ＝６
３５ｎｍに対しては、（１２）式からφ_F＝π／２であ
るから、（１０）式及び（１１）式からη_F0＝０．４２
７、η_F+1＝０．３４６となる。また、λ＝７８５ｎｍ
に対しては、（１２）式からφ_F＝０．４０４πである
から、（１０）式からη_F0＝０．５８５となる。

【００５３】一方、矩形領域における透過率η_R0、＋１
次回折効率η_R+1は次式で与えられる。

【００５４】 η_R0 ＝ｃｏｓ²（φ_R／２） （１３） η_R+1＝（４／π²）ｓｉｎ²（φ _R／２） （１４ ） ただし、 φ_R＝３π（ｎ−１）ｈ／λ （１５） 例えば、ｈ＝３４５ｎｍ、ｎ＝１．４６のとき、λ＝６
３５ｎｍに対しては、（１５）式からφ_R＝３π／４で
あるから、（１３）式及び（１４）式からη_R0＝０．１
４６、η_R+1＝０．３４６となる。

【００５５】すなわち、以上の計算結果からわかるよう
に、開口制限付ホログラム光学素子２５のホログラム部
において、波長６３５ｎｍの光は、直径２ｂの階段領域
内を４２．７％、階段領域外を１４．６％が透過し、直
径２ａの領域全体にわたって＋１次回折光として３４．
６％が回折される。透過光の往復の効率は、直径２ｂの
階段領域内では１８．２％、階段領域外では２．１％と
なり、後者は前者に比べて無視できるレベルである。ま
た、波長７８５ｎｍの光は、上記ホログラム部の直径２
ｂの階段領域を５８．５％が透過する。

【００５６】一方、図４（ｂ）に示した開口制限付ホロ
グラム光学素子２５の開口制限部３２は、図５に示すよ
うに、表面上に回折格子２９及び波長フィルタ膜３０が
設けられ、裏面上に位相補償膜３１が形成されたガラス
基板２８の表面をガラス基板２６の裏面に接着剤３３を
介して貼り合わせた構造である。回折格子２９、波長フ
ィルタ膜３０及び位相補償膜３１は、上記の直径２ｂよ
りも小さい直径２ｃの円形領域の外側にのみ形成されて
いる。

【００５７】波長フィルタ膜３０は、波長６３５ｎｍの
光をほぼ完全に透過させ、波長７８５ｎｍの光をほぼ完
全に反射させる働きをする。また、位相補償膜３１は、
波長６３５ｎｍに対し、回折格子２９、波長フィルタ膜
３０および位相補償膜３１を通る光と接着剤３３及び空
気中を通る光の位相差を２π［ｒａｄ．］に調整する働
きをする。

【００５８】回折格子２９はガラス基板２８上へのＳｉ
Ｏ₂の堆積、ガラス基板２８のエッチング等により作成
される。回折格子２９は波長フィルタ膜３０の透過光に
対しては回折格子として働かず、波長フィルタ膜３０の
反射光に対してはｃｏｓ²（φ／２）（ただし、φ＝４
πｎｈ／λ）で表される反射率で光を反射又は回折す
る。ここで、ｈは回折格子２９の厚さ、ｎは屈折率、λ
は入射光の波長である。従って、例えば、回折格子２９
の厚さｈを１３４ｎｍ、屈折率ｎを１．４６とすると、
入射光の波長λが７８５ｎｍのときはφ＝πであるから
反射率は０％となる。

【００５９】すなわち、開口制限付ホログラム光学素子
２５の開口制限部３２は、波長６３５ｎｍの光を直径２
ａの領域内全体にわたって完全に透過させ、波長７８５
ｎｍの光を直径２ｃの円形領域内では完全に透過させ、
円形領域の外側では完全に反射回折させる。

【００６０】波長フィルタ膜３０は、例えばガラス基板
２８上に高屈折率層と低屈折率層が交互に奇数層堆積さ
れた構成である。上記の波長選択特性をもたせるために
は、高屈折率層と低屈折率層の屈折率がｎ₁、ｎ₂、厚さ
がｄ₁、ｄ₂のとき、ｎ₁・ｄ₁＝ｎ₂・ｄ₂＝λ／４（λ＝
７８５［ｎｍ］）とすればよい。高屈折率層としてＴｉ
Ｏ₂、低屈折率層としてＳｉＯ₂を用いると、ｎ₁＝２．
３０、ｎ₂＝１．４６であるから、前記式からｄ₁＝８５
［ｎｍ］、ｄ₂＝１３４［ｎｍ］となる。

【００６１】一方、位相補償膜３１は、例えばガラス基
板２８の裏面上にＳｉＯ₂を堆積させることにより作製
できる。接着剤３３には、回折格子２９と屈折率がほぼ
同じ材料を用いる。また、回折格子２９のパターンは、
図４（ｂ）に示すような直線状でなく、同心円状等の他
の形状でも構わない。

【００６２】図６は開口制限付ホログラム光学素子２５
のホログラム部の断面の拡大図を示す。図６（ａ）はガ
ラス基板２６上にＳｉＯ₂３５を堆積させて作成したホ
ログラム部の断面、図６（ｂ）はガラス基板３６をエッ
チングして作成したホログラム部の断面を示す。どちら
も作成には２枚のフォトマスクが用いられる。図６
（ａ）の作成方法では、１枚目のフォトマスクを用い
て、階段領域中の領域Ｆ１及び矩形領域中の領域Ｒ１に
それぞれＳｉＯ₂を高さｈだけ堆積した後、２枚目のフ
ォトマスクを用いて階段領域中の領域Ｆ２及びＦ３と矩
形領域中の領域Ｒ１の上部の領域Ｒ２にそれぞれＳｉＯ
₂を高さｈ／２だけ堆積する。

【００６３】これに対し、図６（ｂ）の作成方法では、
１枚目のフォトマスクを用いて、階段領域中の領域Ｆ１
１及び矩形領域中の領域Ｒ１１にそれぞれ深さｈのエッ
チングを行った後、２枚目のフォトマスクを用いて階段
領域中の領域Ｆ１２とＦ１３と矩形領域中の領域Ｒ１１
の下側の領域Ｒ１２のそれぞれに深さｈ／２のエッチン
グを行う。

【００６４】図３及び図５に断面を示した開口制限付ホ
ログラム光学素子１５及び２５における、波長６３５ｎ
ｍの透過光と＋１次回折光、波長７８５ｎｍの透過光に
対する実効的な開口数は、対物レンズ１６の焦点距離を
ｆとすると、それぞれｂ／ｆ、ａ／ｆ、ｃ／ｆで与えら
れる。従って、例えばｆ＝３［ｍｍ］、ａ＝１．８［ｍ
ｍ］、ｂ＝１．５６［ｍｍ］、ｃ＝１．３５［ｍｍ］と
すると、ａ／ｆ＝０．６、ｂ／ｆ＝０．５２、ｃ／ｆ＝
０．４５となる。

【００６５】従って、図３及び図５に断面を示した開口
制限付ホログラム光学素子１５又は２５を備え、図１に
示す如き構成の本発明の実施の形態によれば、波長６３
５ｎｍと開口数０．６の組合せで基板厚さ０．６ｍｍの
ディジタルビデオディスクを再生でき、また、波長６３
５ｎｍと開口数０．５２の組合せで基板厚さ１．２ｍｍ
で第１の記録密度のディジタルビデオディスクを再生で
き、更に波長７８５ｎｍと開口数０．４５の組合せで基
板厚さ１．２ｍｍで第２の記録密度の追記型を含むコン
パクトディスクを再生することができる。本発明はさら
に、再生専用型や追記型のみならず、書換型の相変化デ
ィスクや光磁気ディスクにも適用できる。

【００６６】なお、開口制限付ホログラム光学素子１５
及び２５は、プラスチック又はガラスによる一体成形で
作成することも可能である。また、ホログラム部を対物
レンズ１６上に直接形成することにより、開口制限付ホ
ログラム光学素子１５、２５を対物レンズ１６と一体化
することも可能である。

【００６７】次に、本発明の光ヘッド装置の実施の形態
に用いる波長フィルタの構成について説明する。図７は
図１に１３で示した波長フィルタの各例の構成図を示
す。図７（ａ）に示す波長フィルタ１３は、二つのガラ
スのブロック４１及び４２を誘電体多層膜４３を介して
貼り合わせたものである。図７（ａ）に示すように、波
長６３５ｎｍの入射光４４は、誘電体多層膜４３に入射
角４５度で入射し、ほぼ完全に透過して直進する。一
方、波長７８５ｎｍの入射光４５は、誘電体多層膜４３
に入射角４５度で入射し、ほぼ完全に反射されて進行方
向が９０度曲げられる。

【００６８】図７（ｂ）に示す波長フィルタ４７は、三
つのガラスのブロック４８、４９及び５０のうちブロッ
ク４８及び４９を誘電体多層膜５１を介して貼り合わ
せ、かつ、ブロック４９及び５０を誘電体多層膜５２を
介して貼り合わせたものである。図７（ｂ）に示すよう
に、波長６３５ｎｍの入射光４４は、ブロック５０を介
して誘電体多層膜５２に入射角２２．５度で入射し、ほ
ぼ完全に透過してブロック４９を介して直進する。一
方、波長７８５ｎｍの入射光４５は、図７（ｂ）に示す
ように、ブロック４９を介して誘電体多層膜５１に入射
角２２．５度で入射し、ここでほぼ完全に反射された
後、誘電体多層膜５２に入射角２２．５度で入射し、こ
こでもほぼ完全に反射されることにより、進行方向が９
０度曲げられてブロック４９を介して出射する。一般
に、波長フィルタは誘電体多層膜への入射角が小さいほ
ど設計が容易である。

【００６９】図７（ａ）、（ｂ）に示す波長フィルタ１
３、４７で用いられる誘電体多層膜４３、５１及び５２
は、波長６３５ｎｍの入射光４４をほぼ完全に透過さ
せ、波長７８５ｎｍの入射光４５をほぼ完全に反射させ
るように設計されているが、波長７８５ｎｍの光をほぼ
完全に透過させ、波長６３５ｎｍの光をほぼ完全に反射
させるように設計することも可能である。この場合は、
図１のモジュール１１内の半導体レーザの波長を７８５
ｎｍ、モジュール１２内の半導体レーザの波長を６３５
ｎｍにそれぞれ変更すればよい。

【００７０】また、半導体レーザからの出射光の偏光方
向とディスクからの反射光の偏光方向が同じ場合は、波
長フィルタの代わりに偏光ビームスプリッタを用いるこ
とも可能である。例えば、波長６３５ｎｍ、７８５ｎｍ
の光を偏光ビームスプリッタにそれぞれＰ偏光、Ｓ偏光
として入射させることにより、前者はほぼ完全に透過
し、後者はほぼ完全に反射される。

【００７１】次に、本発明の光ヘッド装置を再生専用型
のディスクの光ヘッド装置に適用した場合のモジュール
について説明する。図８はこの場合のモジュールの一例
の構成図を示す。同図に示すように、このモジュール
は、半導体レーザ５４及び光検出器５５を収納したパッ
ケージ５６と、半導体レーザ５４の出射レーザ光の光路
中にあるパッケージ５６の窓部に、スペーサ５９を挟ん
で設けられた回折格子５７及びホログラム光学素子５８
とから構成される。回折格子５７及びホログラム光学素
子５８は、ガラス基板上にＳｉＯ₂でパターンが形成さ
れた構造であり、入射光の一部を透過、一部を回折させ
る働きをする。

【００７２】次に、このモジュールの動作について説明
するに、半導体レーザ５４からの出射レーザ光は、直進
して回折格子５７で透過光と±１次回折光の三つの光に
分けられ、それぞれホログラム光学素子５８を約５０％
が透過して図示しないディスクに向かう。ディスクで反
射された三つの光は、それぞれホログラム光学素子５８
に入射してここで±１次回折光として約４０％が回折さ
れ、回折格子５７を透過して光検出器５５で受光され
る。

【００７３】図９は図８のモジュールにおける半導体レ
ーザ５４の光検出器５５への実装形態の各例を示す。図
９（ａ）はガラスのミラーを用いた場合である。半導体
レーザ５４は、光検出器５５上にヒートシンク６１を介
して設置されている。半導体レーザ５４から側方に出射
された光は、ガラスのミラー６２の傾斜面で反射されて
図の上方に向かう。

【００７４】また、図９（ｂ）は光検出器５５にエッチ
ングで形成されたミラーを用いた場合である。光検出器
５５は上部に凹部６３と傾斜面のミラー６４がエッチン
グで形成され、半導体レーザ５４が光検出器５５にエッ
チングで形成された凹部６３に設置されている。これに
より、半導体レーザ５４から側方に出射された光は、光
検出器５５にエッチングで形成されたミラー６４で反射
されて図の上方に向かう。

【００７５】図１０（ａ）は図８のモジュール中の回折
格子５７の干渉縞のパターン、図１０（ｂ）は図８のモ
ジュール中のホログラム光学素子５８の干渉縞のパター
ンをそれぞれ示す。回折格子５７は中心付近の領域６６
にのみパターンを有する。半導体レーザ５４からの出射
光は領域６６の内部を通り、ディスクからの反射光は領
域６６の外部を通る。

【００７６】また、ホログラム光学素子５８は図１０
（ｂ）に示すように、オフアクシスの同心円状のパター
ンを有し、＋１次回折光に対しては凸レンズ、−１次回
折光に対しては凹レンズとしての働きをする。

【００７７】図１１は図８のモジュール中の光検出器５
５の受光部のパターンと、受光部上の光スポットの配置
の一例を示す。図１１において、光検出器５５の中央や
や下の位置に半導体レーザ５４が設けられ、かつ、半導
体レーザ５４の出射光を反射するためのミラー７０が設
けられている。また、ミラー７０の設置位置を挟んで図
中、左側に受光部７１、７２及び７３が、また右側に受
光部７４、７５及び７６がそれぞれ配置されている。更
に、受光部７１、７４の図中上側にそれぞれ受光部７
７、７８が設けられ、受光部７３、７６の図中下側にそ
れぞれ受光部７９、８０が設けられている。 受光部７
１、７２及び７３全体の受光面積と、受光部７４、７５
及び７６全体の受光面積とは同一で、受光部７７、７
８、７９及び８０の各受光面積とほぼ同一である。

【００７８】図８に示した回折格子５７の往路の透過光
のうち、復路のホログラム光学素子５８の＋１次回折光
は、図１１に示す３分割された受光部７１〜７３上に光
スポット８１を形成し、復路のホログラム光学素子５８
の−１次回折光は、３分割された受光部７４〜７６上に
光スポット８２を形成する。また、回折格子５７の往路
の＋１次回折光のうち、復路のホログラム光学素子５８
の±１次回折光は、それぞれ受光部７７、７８上に光ス
ポット８３、８４を形成し、回折格子５７の往路の−１
次回折光のうち、復路のホログラム光学素子５８の±１
次回折光は、それぞれ受光部７９、８０上に光スポット
８５、８６を形成する。

【００７９】受光部７１〜７３、７７、７９は集光点の
後方に位置しており、受光部７４〜７６、７８、８０は
集光点の前方に位置している。受光部７１〜８０により
それぞれ光電変換して得られた電気信号のレベルをそれ
ぞれＶ７１〜Ｖ８０で表わすと、フォーカス誤差信号は
公知のスポットサイズ法により、｛（Ｖ７１＋Ｖ７３＋
Ｖ７５）−（Ｖ７２＋Ｖ７４＋Ｖ７６）｝の演算から得
られ、トラック誤差信号は公知の３ビーム法により、
｛（Ｖ７７＋Ｖ７８）−（Ｖ７９＋Ｖ８０）｝の演算か
ら得られる。また、ディスクの再生信号は、（Ｖ７１＋
Ｖ７２＋Ｖ７３＋Ｖ７４＋Ｖ７５＋Ｖ７６）の演算から
得られる。

【００８０】次に、本発明の光ヘッド装置を追記型のデ
ィスク又は書換型の相変化ディスクの光ヘッド装置に適
用した場合のモジュールについて説明する。図１２はこ
の場合のモジュールの一例の構成図を示す。同図に示す
ように、このモジュールは、半導体レーザ９０、光検出
器９１を収納したパッケージ９２と、半導体レーザ９０
の出射レーザ光の光路中にあるパッケージ９２の窓部に
設けられた偏光性ホログラム光学素子９３と１／４波長
板９４から構成される。

【００８１】偏光性ホログラム光学素子９３は、図１３
に示すように、複屈折性を有するニオブ酸リチウム基板
９６上にプロトン交換領域９７と位相補償膜９８でパタ
ーンが形成された構造であり、入射光のうち常光はすべ
て透過させ、異常光はすべて回折させる働きをする。

【００８２】次に、図１２のモジュールの動作について
説明するに、半導体レーザ９０からの出射光は、偏光性
ホログラム光学素子９３に常光として入射してすべて透
過し、１／４波長板９４で直線偏光から円偏光に変換さ
れて図示しないディスクに向かう。ディスクからの反射
光は、１／４波長板９４に入射して円偏光から直線偏光
に変換された後、偏光性ホログラム光学素子９３に異常
光として入射し、±１次回折光として約８０％が回折さ
れて光検出器９１で受光される。半導体レーザ９０の光
検出器９１への実装形態は図９と同様である。

【００８３】図１４は偏光性ホログラム光学素子９３の
干渉縞のパターンを示す。同図に示すように、偏光性ホ
ログラム光学素子９３は四つの領域１０１〜１０４に分
割された構成である。また、偏光性ホログラム光学素子
９３の光学軸１０５は、半導体レーザ９０からの出射光
の偏光方向と垂直な方向に設定されている。

【００８４】図１５は図１２に示したモジュールの光検
出器９１の受光部のパターンと受光部上の光スポットの
配置の一例を示す。図１５において、光検出器９１の中
央やや下の位置に半導体レーザ９０が設けられ、かつ、
半導体レーザ９０の出射光を反射するためのミラー１０
７が設けられている。また、ミラー１０７の設置位置を
挟んで図中、左側に２分割された受光部１０９及び１１
０が、また右側に２分割された受光部１１１及び１１２
がそれぞれ配置されている。更に、受光部１０９、１１
１の図中上側にそれぞれ受光部１１３、１１４が設けら
れ、受光部１１０、１１２の図中下側にそれぞれ受光部
１１５、１１６が設けられている。

【００８５】図１２及び図１４に示した偏光性ホログラ
ム光学素子９３の領域１０３からの＋１次回折光は、図
１５に示すように２分割された受光部１０９、１１０の
分割線上に光スポット１１８を形成し、領域１０３から
の−１次回折光は受光部１１６上に光スポット１２２を
形成する。偏光性ホログラム光学素子９３の図１４の領
域１０４からの＋１次回折光は、図１５に示すように２
分割された受光部１１１、１１２の分割線上に光スポッ
ト１１９を形成し、領域１０４からの−１次回折光は受
光部１１５上に光スポット１２３を形成する。

【００８６】また、偏光性ホログラム光学素子９３の図
１４に示した領域１０２からの±１次回折光は、図１５
に示すように、それぞれ受光部１１３、１１６上に光ス
ポット１２０、１２４を形成し、図１４に示した領域１
０１からの±１次回折光は、図１５に示すように、それ
ぞれ受光部１１４、１１５上に光スポット１２１、１２
５を形成する。

【００８７】これらのすべての受光部１０９〜１１６に
より光電変換されて得られた電気信号のレベルをそれぞ
れＶ１０９〜Ｖ１１６で表わすと、フォーカス誤差信号
は公知のフーコー法により、｛（Ｖ１０９＋Ｖ１１２）
−（Ｖ１１０＋Ｖ１１１）｝の演算から得られ、トラッ
ク誤差信号は公知のプッシュプル法により、（Ｖ１１３
−Ｖ１１４）の演算から得られる。また、ディスクの再
生信号は、（Ｖ１１５＋Ｖ１１６）の演算から得られ
る。

【００８８】次に、本発明の光ヘッド装置を書換型の光
磁気ディスクの光ヘッド装置に適用した場合のモジュー
ルについて説明する。図１６はこの場合のモジュールの
一例の構成図を示す。同図に示すように、このモジュー
ルは、半導体レーザ１２６、光検出器１２７、マイクロ
プリズム１２８及び１２９を収納したパッケージ１３０
と、半導体レーザ１２６の出射レーザ光の光路中にある
パッケージ１３０の窓部にスペーサ１３３を挟んで設け
られた偏光性回折格子１３１、ホログラム光学素子１３
２から構成されている。偏光性回折格子１３１は、図１
３に示した偏光性ホログラム光学素子９３と同様の構造
であり、入射光のうち常光は一部を透過、一部を回折さ
せ、異常光はすべて回折させる働きをする。

【００８９】次に、図１６のモジュールの動作について
説明する。図１６において、半導体レーザ１２６からの
出射レーザ光は、ホログラム光学素子１３２を約８０％
が透過し、偏光性回折格子１３１に常光として入射し、
約９０％が透過して図示しないディスクに向かう。一
方、ディスクからの反射光のうち、常光成分の約８％と
異常光成分の約８０％は偏光性回折格子１３１で±１次
回折光として回折され、そのうち＋１次回折光はマイク
ロプリズム１２８を介して、−１次回折光はマイクロプ
リズム１２９を介して光検出器１２７で受光される。ま
た、常光成分の約９０％は偏光性回折格子１３１を透過
してホログラム光学素子１３２に入射し、±１次回折光
として約１６％が回折されて光検出器１２７で受光され
る。半導体レーザ１２６の光検出器１２７への実装形態
は図９と同様である。

【００９０】図１７（ａ）は図１６のモジュール中の偏
光性回折格子１３１の干渉縞のパターン、図１７（ｂ）
は図１６のモジュール中のホログラム光学素子１３２の
干渉縞のパターンをそれぞれ示す。偏光性回折格子１３
１の光学軸１３５は、半導体レーザ１２６からの出射光
の偏光方向と垂直な方向に設定されている。また、ホロ
グラム光学素子１３２は図１７（ｂ）に示すように中心
付近にのみ、四つの領域１３６〜１３９に分割されたパ
ターンを有している。

【００９１】ディスクからの反射光のうち、偏光性回折
格子１３１の透過光は領域１３６〜１３９の内部を通
り、偏光性回折格子１３１の±１次回折光は領城１３６
〜１３９の外部を通る。ホログラム光学素子１３２の領
域１３６、１３７はオフアクシスの同心円状のパターン
を有し、＋１次回折光に対しては凸レンズ、−１次回折
光に対しては凹レンズとしての働きをする。

【００９２】図１８は図１６のモジュール中のマイクロ
プリズム１２８の構成を示す。マイクロプリズム１２８
は、三つのガラスのブロック１４１、１４２及び１４３
のうち、ブロック１４１と１４２を誘電体多層膜１４５
を介して貼り合わせ、ブロック１４２と１４３を誘電体
多層膜１４６を介して貼り合わせたものである。

【００９３】この構成のマイクロプリズム１２８によれ
ば、入射光１４７のＰ偏光成分はブロック１４２、誘電
体多層膜１４６及びブロック１４３をほぼ完全に透過し
て透過光１４８となる。一方、入射光１４７のＳ偏光成
分は誘電体多層膜１４６、１４５で二回ほぼ完全に反射
され、更にブロック１４２を透過して反射光１４９とな
る。マイクロプリズム１２９の構成も図１８と同様であ
る。

【００９４】図１９は図１６に示したモジュール中の光
検出器１２７の受光部のパターンと、受光部上の光スポ
ットの配置の一例を示す。図１９において、光検出器１
２７の中央やや下の位置に半導体レーザ１２６が設けら
れ、かつ、半導体レーザ１２６の出射光を反射するため
のミラー１５０が設けられている。また、図中、左斜め
上に受光部１５１及び１５２が設けられ、右斜め下に受
光部１５３及び１５４が設けられている。

【００９５】また、ミラー１５０の設置位置を挟んで図
中、左側に３分割された受光部１５５、１５６及び１５
７が、また右側に３分割された受光部１５８、１５９及
び１６０がそれぞれ配置されている。更に、受光部１５
５、１５８の図中上側にそれぞれ受光部１６１、１６２
が設けられ、受光部１５７、１６０の図中下側にそれぞ
れ受光部１６３、１６４が設けられている。

【００９６】この光検出器１２７において、図１６に示
した偏光性回折格子１３１からの＋１次回折光は、マイ
クロプリズム１２８を検光子として図１８に示したよう
に透過光と反射光に分離され、透過光は図１９に示すよ
うに受光部１５１上に光スポット１７１を形成し、反射
光は受光部１５２上に光スポット１７２を形成する。ま
た、偏光性回折格子１３１からの−１次回折光は、マイ
クロプリズム１２９を検光子として透過光と反射光に分
離され、透過光は図１９に示すように受光部１５３上に
光スポット１７３を形成し、反射光は受光部１５４上に
光スポット１７４を形成する。

【００９７】一方、ホログラム光学素子１３２の図１７
（ｂ）に示した領域１３６、１３７からの＋１次回折光
は、図１９に示すように３分割された受光部１５５〜１
５７上にそれぞれ光スポット１７５、１７６を形成し、
上記領域１３６、１３７からの−１次回折光は、３分割
された受光部１５８〜１６０上にそれぞれ光スポット１
７７、１７８を形成する。受光部１５５〜１５７は集光
点の後方に位置しており、受光部１５８〜１６０は集光
点の前方に位置している。

【００９８】また、ホログラム光学素子１３２の図１７
（ｂ）に示した領域１３８からの±１次回折光は、図１
９に示すように、それぞれ受光部１６１、１６４上に光
スポット１７９、１８１を形成する。更に、ホログラム
光学素子１３２の図１７（ｂ）に示した領域１３９から
の±１次回折光は、図１９に示すように、それぞれ受光
部１６２、１６３上に光スポット１８０、１８２を形成
する。

【００９９】この光検出器１２７におけるすべての受光
部１５１〜１６４によりそれぞれ光電変換されて得られ
た電気信号のレベルをそれぞれＶ１５１〜Ｖ１６４で表
わすと、フォーカス誤差信号は公知のスポットサイズ法
により、｛（Ｖ１５５＋Ｖ１５７＋Ｖ１５９）−（Ｖ１
５６十Ｖ１５８＋Ｖ１６０）｝の演算から得られ、トラ
ック誤差信号は公知のプッシュプル法により、｛（Ｖ１
６１＋Ｖ１６４）−（Ｖ１６２＋Ｖ１６３）｝の演算か
ら得られる。また、ディスクの再生信号は、｛（Ｖ１５
１＋Ｖ１５３）−（Ｖ１５２＋Ｖ１５４）｝の演算から
得られる。

【０１００】なお、図１に示した本発明の光ヘッド装置
の実施の形態は、小型化のために半導体レーザと検出光
学系を内蔵した二個のモジュール１１及び１２を用いた
構成であるが、本発明はこれに限定されるものではな
く、半導体レーザと検出光学系を別々に設けた二組のブ
ロックを用いた構成も可能である。また、開口制限付ホ
ログラム光学素子２５のホログラム部の対物レンズの有
効径よりも小なる直径の円形領域内の断面形状は、４レ
ベル以上の階段数の階段形状でもよい。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の光源からの第１の光と第２の光源からの第２の光
とを合波して光記録媒体に導く一方、光記録媒体からの
反射光を分波する光合波・分波手段と対物レンズとの間
に開口制限付ホログラム光学素子を設け、この開口制限
付ホログラム光学素子のホログラム部の、対物レンズの
有効径よりも小径の円形領域の中心部分とその円形領域
の外側の周辺部分とで回折効率を変えるようにしたた
め、開口制限付ホログラム光学素子における第１の波長
の透過光と＋１次回折光に対する実効的な開口数を変化
させることができる。

【０１０２】また、本発明においては、開口制限付ホロ
グラム光学素子の開口制限部により、第１の波長に対し
ては入射光を開口制限することなくすべて透過させ、第
２の波長に対しては入射光の光束断面の中心部分（対物
レンズの有効径より小径の円形領域）のみを透過させる
ようにしたため、開口制限付ホログラム光学素子におけ
る第２の波長の透過光に対する実効的な開口数を、第１
の波長とは独立に設定することが可能である。

【０１０３】従って、本発明によれば、基板厚さの異な
る二種類の光記録媒体と同じ基板厚さで記録密度が異な
る二種類の光記録媒体に対して、最適な波長と対物レン
ズの実効的な開口数を選択することができ、開口制限付
ホログラム光学素子を透過した第１の波長の光を用いて
第１の記録密度で情報が記録された第１の基板厚さの光
記録媒体の記録情報を再生でき、第１の波長の＋１次回
折光を用いて、第２の基板厚さの光記録媒体の記録情報
を再生でき、第２の波長の開口制限付ホログラム光学素
子の透過光を用いて、第２の記録密度で情報が記録され
た第１の基板厚さの光記録媒体の記録情報を再生するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ヘッド装置の第１の実施の形態の構
成を示す図である。

【図２】本発明の光ヘッド装置の第１の実施の形態に用
いる開口制限付ホログラム光学素子の平面図である。

【図３】図２の開口制限付ホログラム光学素子の断面図
である。

【図４】本発明の光ヘッド装置の第２の実施の形態に用
いる開口制限付ホログラム光学素子の平面図である。

【図５】図４の開口制限付ホログラム光学素子の断面図
である。

【図６】図４の開口制限付ホログラム光学素子のホログ
ラム部の断面拡大図である。

【図７】本発明の光ヘッド装置の実施の形態に用いる波
長フィルタの構成を示す図である。

【図８】図１の実施の形態を再生専用型のディスクに適
用した場合のモジュールの構成を示す図である。

【図９】図８のモジュールにおける半導体レーザの光検
出器への実装形態を示す図である。

【図１０】図８のモジュールにおける回折格子およびホ
ログラム光学素子の干渉縞のパターンを示す図である。

【図１１】図８のモジュールにおける、光検出器の受光
部のパターンと受光部上の光スポットの配置の一例を示
す図である。

【図１２】本発明の光ヘッド装置の実施の形態を追記型
のディスクまたは書換型の相変化ディスクに適用した場
合のモジュールの構成を示す図である。

【図１３】図１２のモジュールにおける、偏光性ホログ
ラム光学素子の一例の構造を示す図である。

【図１４】図１２のモジュールにおける、偏光性ホログ
ラム光学素子の干渉縞のパターンを示す図である。

【図１５】図１２のモジュールにおける、光検出器の受
光部のパターンと受光部上の光スポットの配置を示す図
である。

【図１６】本発明の光ヘッド装置の実施の形態を書換型
の光磁気ディスクに適用した場合のモジュールの構成を
示す図である。

【図１７】図１６のモジュールにおける、偏光性回折格
子およびホログラム光学素子の干渉縞のパターンを示す
図である。

【図１８】図１６のモジュールにおける、マイクロプリ
ズムの構成を示す図である。

【図１９】図１６のモジュールにおける、光検出器の受
光部のパターンと受光部上の光スポットの配置を示す図
である。

【図２０】従来の光ヘッド装置の一例の構成を示す図で
ある。

【図２１】図２０の装置で用いるホログラム光学素子の
平面図である。

【図２２】図２０の装置で用いるホログラム光学素子の
断面図である。

【符号の説明】

１１、１２ モジュール １３、４７ 波長フィルタ １４ コリメータレンズ １５、２５ 開口制限付ホログラム光学素子 １６ 対物レンズ １７ 基板厚さ０．６ｍｍのディスク １８ 基板厚さ１．２ｍｍのディスク １９、２６、２８、３６ ガラス基板 ２０、２７ ホログラム ２１、３０ 波長フィルタ膜 ２２、３１、９８ 位相補償膜 ２３、３２ 開口制限部 ２９、５７ 回折格子 ３３ 接着剤 ３５ ＳｉＯ₂ ４１、４２、４８〜５０、１４１〜１４３ ブロック ４３、５１、５２、１４５、１４６ 誘電体多層膜 ４４、４５、１４７ 入射光 ５４、９０、１２６ 半導体レーザ ５５、９１、１２７ 光検出器 ５６、９２、１３０ パッケージ ５８、１３２ ホログラム光学素子 ５９、１３３ スペーサ ６１ ヒートシンク ６２、６４、７０、１０７、１５０ ミラー ６３ 凹部 ６６、１０１〜１０４、１３６〜１３９ 領域 ７１〜８０、１０９〜１１６、１５１〜１６４ 受光部 ８１〜８６、１１８〜１２５、１７１〜１８２ 光スポ
ット ９３ 偏光性ホログラム光学素子 ９４ １／４波長板 ９６ ニオブ酸リチウム基板 ９７ プロトン交換領域 １０５、１３５ 光学軸 １２８、１２９ マイクロプリズム １３１ 偏光性回折格子 １４８ 透過光 １４９ 反射光

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の波長の第１の光を出射する第１の
   光源と、 前記第１の波長とは異なる第２の波長の第２の光を出射
   する第２の光源と、 前記第１の光源からの前記第１の光と前記第２の光源か
   らの前記第２の光とを合波して、第１又は第２の基板厚
   さの光記録媒体に導く一方、該光記録媒体からの反射光
   を分波する光合波・分波手段と、 前記光合波・分波手段で合波された光を前記光記録媒体
   に集光した後該光記録媒体上で反射させ、反射光は透過
   させると共に、自身の出射光が前記第１の基板厚さの光
   記録媒体の基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消
   す第１の球面収差を有する対物レンズと、 前記光合波・分波手段と前記対物レンズとの間に設けら
   れた開口制限付ホログラム光学素子と、 前記光合波・分波手段により分波された前記第１の波長
   の反射光を受光する第１の光検出光学系と、 前記光合波・分波手段により分波された前記第２の波長
   の反射光を受光する第２の光検出光学系とを有する光ヘ
   ッド装置であって、 前記開口制限付ホログラム光学素子は、少なくとも透過
   光である０次光と＋１次回折光を発生すると共に、前記
   第１の波長の＋１次回折光に対し、前記対物レンズから
   の出射光が前記第２の基板厚さの光記録媒体の基板を透
   過する際に生じる第２の球面収差と前記対物レンズが有
   する第１の球面収差との和を打ち消す第３の球面収差を
   有するホログラム部が形成されていると共に、前記第１
   の波長の入射光に対してはすべて透過させ、前記第２の
   波長の入射光に対しては光束断面の中心部分のみを透過
   させる開口制限部が形成されており、 前記第１の光源から出射され、前記開口制限付ホログラ
   ム光学素子を透過した前記第１の光を用いて、第１の記
   録密度で情報が記録された前記第１の基板厚さの前記光
   記録媒体の記録情報を再生し、前記第１の光源から出射
   され、前記開口制限付ホログラム光学素子で回折された
   前記＋１次回折光を用いて、前記第２の基板厚さの前記
   光記録媒体の記録情報を再生し、前記第２の光源から出
   射され、前記開口制限付ホログラム光学素子を透過した
   前記第２の光を用いて、第２の記録密度で情報が記録さ
   れた前記第１の基板厚さの前記光記録媒体の記録情報を
   再生することを特徴とする光ヘッド装置。
2. 【請求項２】 前記開口制限付ホログラム光学素子の前
   記ホログラム部は、基板上に設けられた同心円状パター
   ンのホログラムからなり、該ホログラムの断面形状は前
   記対物レンズの有効径よりも小なる直径の円形領域の外
   側では矩形状で、該円形領域内では矩形とは異なる形状
   であることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
3. 【請求項３】 前記開口制限付ホログラム光学素子の前
   記ホログラム部を構成するホログラムの断面形状は前記
   円形領域内では鋸歯形状若しくは階段形状であることを
   特徴とする請求項２記載の光ヘッド装置。
4. 【請求項４】 前記開口制限付ホログラム光学素子の前
   記開口制限部は、前記対物レンズの有効径よりも小なる
   直径の円形領域の外側で、かつ、基板上の前記ホログラ
   ム部が形成された面と反対側の面に設けられた波長フィ
   ルタ膜と、該波長フィルタ膜上に設けられた位相補償膜
   とからなり、前記円形領域の外側では前記第１の波長の
   第１の光はほぼ完全に透過させ、前記第２の波長の第２
   の光はほぼ完全に反射させ、前記円形領域内に入射した
   光は前記第１及び第２の光共に完全に透過させる構成で
   あることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
5. 【請求項５】 前記開口制限付ホログラム光学素子の前
   記開口制限部は、第１の基板の表面の前記対物レンズの
   有効径よりも小なる直径の円形領域の外側に回折格子及
   び波長フィルタ膜が設けられ、該第１の基板の裏面の該
   円形領域の外側に位相補償膜が設けられ、表面に前記ホ
   ログラム部が形成された第２の基板の裏面と該第１の基
   板の表面を接着剤で張り合せた構成であり、前記円形領
   域の外側では前記第１の波長の第１の光はほぼ完全に透
   過させ、前記第２の波長の第２の光はほぼ完全に反射回
   折させ、前記円形領域内に入射した光は前記第１及び第
   ２の光共に完全に透過させる構成であることを特徴とす
   る請求項１記載の光ヘッド装置。
6. 【請求項６】 前記開口制限付ホログラム光学素子の前
   記ホログラム部は、基板上に同心円状に設けられたホロ
   グラムからなり、該ホログラムの断面形状は前記対物レ
   ンズの有効径よりも小なる直径の円形領域の外側では矩
   形状で、該円形領域内では矩形とは異なる形状であり、
   前記開口制限付ホログラム光学素子の前記開口制限部の
   前記円形領域の直径は、該ホログラム部の円形領域の直
   径よりも小であることを特徴とする請求項４又は５記載
   の光ヘッド装置。