JP2004212548A - Diffractive optical element, its manufacturing method, optical pickup device, and optical disk drive system - Google Patents

Diffractive optical element, its manufacturing method, optical pickup device, and optical disk drive system Download PDF

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茂 大内田
Toshiyuki Kawasaki
俊之 川崎
Takeshi Suzudo
剛 鈴土
Koji Mori
孝二 森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate difference in diffraction efficiency caused by difference in the pitch, in diffractive optical element having a grating or a plurality of grating areas with different pitch. <P>SOLUTION: The diffractive optical element has gratings (grating areas) 4a, 4b with different pitch. In the diffractive optical element, with the ratio of the width A of grating projections to the pitch Λ of the gratings defined as the duty (A/Λ) of the gratings, the gratings (grating areas) 4a, 4b with different pitch are designed to be different in the duty. In other words, in the diffractive optical element, the duty is made variable so that the diffraction efficiency becomes equal in the gratings (grating areas) 4a, 4b with different pitch or, to be concrete, the duty is set for the purpose of making the diffraction efficiency equal in the gratings with different pitch. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折光学素子及びその作製方法、並びにその回折光学素子を用いた光ピックアップ装置、及びその光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、回折光学素子を用いた光ピックアップ装置が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、図１７に示すような構成のホログラムを用いた光ピックアップが開示されている。この光ピックアップは、所定の光を発光する半導体レーザチップ１１６を有しており、この半導体レーザチップ１１６から出射された光は、ホログラム素子の裏面に形成されたトラッキングビーム生成用回折格子１１５により、トラッキング用の２つの副ビームと情報信号読み出し用の１つの主ビームの３つに分離される。この３つのビーム光は、ホログラム素子の上面に設けられたホログラム１１４を０次光として透過し、コリメートレンズ１１３により平行光に変換された後、対物レンズ１１２によって記録媒体であるディスク１１１上に集光される。ディスク１１１上に集光された光は、ディスク１１１上に形成されたピットによる変調を受けた後に反射され、ディスク１１１から反射された反射光は、対物レンズ１１２、コリメートレンズ１１３を順次透過した後、ホログラム１１４によって回折され、１次回折光として５分割フォトダイオード１１７上に導かれる。
【０００３】
図１７に示すような構成の光ピックアップ装置において、ホログラム１１４は複数の領域に分割されている。この複数の領域間で格子周期が異なると、ホログラムの加工時にエッチングレートの違いから溝深さ、格子角度に違いが生じる。
その違いからホログラムの領域間で回折効率の違いを生じ、トラッキング信号にオフセットが生じてしまう。そこで特許文献１記載の発明では、ホログラムは複数の領域間で格子周期が異ならないようにして、領域間の分割線を対称軸とするように互いに対称に形成することを特徴としている。この構成により加工時に生じる溝深さ、格子角度の違いが低減され、回折効率の違いを抑制することができる。特にトラッキング信号におけるバランス特性を向上させることができる。
【０００４】
また、別の例として特許文献２には、図１８に示すような構成の回折素子を用いた光ピックアップ装置が開示されている。この光ピックアップ装置では、半導体レーザ２０１からの出射光は回折素子２０２により回折され、そのうち０次回折光が偏光ビームスプリッタ２０３、コリメートレンズ２０４、対物レンズ２０５を介して記録媒体２０６上に集光される。記録媒体２０６からの戻り光は対物レンズ２０５、コリメートレンズ２０４を通過し、偏光ビームスプリッタ２０３に入射する。そして偏光成分に応じて、一方は図示しない直角に反射されて、情報信号検出光学系に導かれる。他方、透過した戻り光は回折素子２０２にて回折され、その１次光が受光素子２０７に導かれる。
【０００５】
図１８に示すような構成の光ピックアップ装置において、回折素子は複数の領域に分割されている。この場合、図１９（ａ）に示すグラフ（回折素子の格子ピッチの分布を計算したグラフ）のように、回折素子に格子周期（ピッチ）の大きい所と格子周期の小さい所があると、エッチング時に格子周期の大きい所は溝が深く、格子周期の小さい所は溝が浅く加工されてしまう。その溝深さの違いから回折素子の回折効率に違いを生じ、トラッキング信号にオフセットが生じてしまう。そこで特許文献２に記載の発明では、図１９（ｂ）に示すグラフ（回折素子の格子ピッチの分布を計算したグラフ）のように、回折素子の受光素子から最も遠い領域と、最も近い領域の格子のピッチが略等しくなるようにして、回折効率に差が出ないようにしている。これによりトラッキング信号におけるバランス特性を向上させることができる。
【０００６】
ところで、書換え型の光ピックアップ装置の高速化のためには光利用効率の高い素子を用いることが有効な手段である。一例としては、偏光方向により回折効率が異なる偏光分離素子を使えば光利用効率を高くすることができる。この偏光分離素子を実現するため、本出願人は先に、図２０に示すような構成の偏光分離素子を提案している（特許文献３参照）。この偏光分離素子は、透明基板３０２上に入射光の異なる偏光面に対し屈折率が異なる複屈折膜３０３が周期的凹凸格子として装荷され、さらにその上に等方性オーバーコート層３０４が被覆あるいは装荷されている構成であり、前記複屈折膜３０３が高分子複屈折膜（例えば延伸された有機高分子膜）からなることを特徴としている。特に、延伸された有機高分子膜（以下、有機延伸膜と言う）は、ＬｉＮｂＯ３のような結晶材料に比べて大面積化が容易なので低コスト化しやすいという特徴を持っている。また、屈折率も１．６前後なので、屈折率が同程度の透明性の高い等方性接着剤が入手しやすく、素子作製が容易であるといったメリットも持っている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２８８８５６号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６５５１５号公報
【特許文献３】
特開２０００−７５１３０号公報
【非特許文献１】
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．７２，Ｎｏ．３，Ｐ．９３８（１９９２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、回折光学素子の回折効率を高効率かつ均等にするための発明である。ここで回折効率とは、凹凸形状の格子を形成する光学材料の複屈折率と、格子の溝の深さを掛けたものである（回折効率＝複屈折率×格子の溝深さ）。
図１２にＢＫ７ガラス上に凹凸形状の格子を形成した時の格子の溝深さと回折効率の関係を示す。格子のピッチが１．６〜２．０μｍと異なる場合において、溝深さを変えていくと、深さが０．６〜０．６５μｍ近辺で回折効率は４０％程度となり最大になる。しかしながら、格子のピッチごとに最大回折効率は異なっている。１．６μｍでは３９％、２．０μｍでは４１％と、最大回折効率は格子のピッチにより僅かに異なる。格子の溝深さが０．４μｍ以下と浅い場合は、ピッチによる回折効率の違いはほとんどないが、格子の溝深さが０．５μｍ以上と深い場合はピッチによる回折効率の違いが表れてくる。
【０００９】
次に図１３に液晶を用いて偏光回折格子を形成した時の格子の溝深さと回折効率の関係を示す。液晶の複屈折率をΔｎ＝０．２とし、格子のピッチが１．６〜２．０μｍと異なる場合において、溝深さを変えていくと、深さが１．８μｍ近辺で回折効率は４３〜４６％となり最大になる。しかしながら、ここでも格子のピッチごとに最大回折効率は異なっている。ピッチ１．６μｍでは４６％、２．０μｍでは４３％と、最大回折効率はピッチにより異なる。格子の溝深さが１．２μｍ以下と浅い場合は、ピッチによる回折効率の違いはほとんどないが、格子の溝深さがそれより深くなるとピッチによる回折効率の違いが表れてくる。
【００１０】
次に図１４に有機延伸膜を用いて偏光回折格子を形成した時の格子の溝深さと回折効率の関係を示す。有機延伸膜の複屈折率をΔｎ＝０．１とし、格子のピッチが１．６〜２．０μｍと異なる場合において、溝深さを変えていくと、深さが３．７μｍ近辺で回折効率は３８〜４５％となり最大になる。ここでも格子のピッチごとに最大回折効率は異なっている。ピッチ１．６μｍでは回折効率３８％、２．０μｍでは回折効率４５％である。有機延伸膜に格子を形成した場合、ＢＫ７ガラスに格子を形成した場合や、液晶を使った偏光回折格子の例に比べて、最大回折効率のピッチによる違いはかなり大きい。これは有機延伸膜の複屈折率が小さいためであると考えられる。このように、格子の溝深さが浅い場合は、ピッチによる回折効率の違いはほとんどないが、格子の溝深さが深くなるとピッチの違いによる回折効率の違いが顕著になる点が複屈折率が小さい回折格子の特徴である。
【００１１】
一般にホログラム等の回折光学素子を用いた光ピックアップ装置では、回折光学素子は複数の領域に分割されており、領域ごとに格子のピッチが異なっている。しかしながら各領域での回折効率は同じでないと信号出力がアンバランスになってしまい正確な信号検出ができなくなる。特に有機延伸膜のように複屈折率が小さい偏光性の回折格子では、溝深さを同じに加工してもピッチの違いにより回折効率が違うので、これを等しくする必要がある。
【００１２】
上記のように、回折光学素子の各領域での回折効率が同じでないと信号出力がアンバランスになってしまい正確な信号検出ができなくなるという問題があるが、これを補正する方法とし、信号検出系のゲインを変えて回折効率の違いを補正する方式がある。その原理を図１５に示す。
図１５において、回折光学素子のホログラム４の２つの格子領域４ａ，４ｂの回折効率が違うと、受光素子の２つの受光部８ａ，８ｂに入射する回折光の光量が異なる（ここでは説明上、受光部８ａに多くの光量が入るとする）。ホログラム４の２つの格子領域４ａ，４ｂからの回折光がそれぞれ受光素子８の受光部８ａ，８ｂに入射すると、領域４ａからの回折光を受光する受光部８ａでは起電流Ｉａが発生し、領域４ｂからの回折光を受光する受光部８ｂでは起電流Ｉｂが発生するが、受光部８ａに多くの光量が入るので、Ｉａ＞Ｉｂとなり、信号出力がアンバランスになってしまい正確な信号検出ができなくなる。そこで、信号検出系の増幅器５０ａ，５０ｂのゲイン抵抗Ｒａ，Ｒｂを、Ｒａ＜Ｒｂとしておけば、出力電圧ＶａとＶｂを等しくでき（Ｖａ＝Ｖｂ）、差動増幅器５１から出力される差信号はＶａ−Ｖｂ＝０になる。したがって、この差信号からトラック信号を検出することができる。
【００１３】
図１５に示したように、ホログラム４の２つの格子領域４ａ，４ｂからの回折光がそれぞれ受光素子８の２つの受光部８ａ，８ｂに入射すると、領域４ａからの回折光を受光する受光部８ａでは起電流Ｉａが発生し、領域４ｂからの回折光を受光する受光部８ｂでは起電流Ｉｂが発生するが、信号成分とは別に受光素子自体にノイズ成分がある。その状態を図１６に示す。
前述したように信号検出系の増幅器５０ａ，５０ｂのゲイン抵抗Ｒａ，Ｒｂを、Ｒａ＜Ｒｂとした場合、出力電圧Ｖｂは信号成分が大きく増幅されると同時にノイズ成分も大きく増幅される。また、出力電圧Ｖａは小さく増幅されるのでノイズ成分も小さくしか増幅されない。したがって、差動増幅器５１で差信号を取ると、信号分は相殺されるが、ノイズ成分は残ってしまう。したがって、本来０になるべき信号が０にならないのでオフセットとなる。
以上のことより、ホログラム４の２つの格子領域４ａ，４ｂの回折効率の違いを信号検出系のゲインで補正する方法は、ノイズが残るので正確な信号検出ができないという問題がある。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、ピッチの異なる格子を有する回折光学素子や、ピッチが異なる複数の格子領域を有する回折光学素子において、ピッチの違いにより生じる回折効率の違いを無くすための手段を提供することを目的とする。また、単に回折効率を等しくするだけではなく、より高い回折効率になるようにした上で回折効率を等しくする手段を提供することを目的とする。さらに本発明では、格子ごと、または複数の格子領域ごとの回折効率が等しく、高回折効率の回折光学素子を用いて信号のオフセットを小さくし、信頼性を向上した光ピックアップ装置を提供すること、その光ピックアップ装置を使うことにより安定した信号検出が可能な光ディスクドライブ装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１に係る発明は、ピッチ（格子周期）の異なる格子を有する回折光学素子において、格子のピッチに対する格子の凸部の幅の比率を格子のデューティー（ｄｕｔｙ）と定義したときに、前記ピッチの異なる格子は、格子のデューティーが異なることを特徴とする。すなわち、請求項１記載の回折光学素子では、ピッチの違う格子はデューティーを異ならせることにより回折効率が等しくなるようにする。
より具体的には、請求項４に係る発明のように、前記ピッチの異なる格子は、回折効率が等しくなるように格子のデューティーを設定する。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の回折光学素子において、前記ピッチの異なる格子のうち、ピッチの小さい格子のデューティーは、格子を形成する材料の複屈折率に応じてピッチの大きい格子のデューティーよりも小さいことを特徴とする。すなわち、請求項２記載の回折光学素子では、格子を形成する材料の複屈折率に応じて、ピッチの小さい格子のデューティーは小さくし、ピッチの大きい格子のデューティーは大きくすることにより、高い回折効率を保った上で回折効率が等しくなるようにする。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の回折光学素子において、前記ピッチの異なる格子のうち、ピッチの小さい格子のデューティーは、格子を形成する材料の複屈折率に応じてピッチの大きい格子のデューティーよりも大きいことを特徴とする。すなわち、請求項３記載の回折光学素子は、格子を形成する材料の複屈折率に応じて、ピッチの小さい格子のデューティーは大きくし、ピッチの大きい格子のデューティーは小さくすることにより、高い回折効率を保った上で回折効率が等しくなるようにする。
【００１８】
請求項５に係る発明は、ピッチ（格子周期）が異なる複数の格子領域を有する回折光学素子において、格子のピッチに対する格子の凸部の幅の比率を格子のデューティー（ｄｕｔｙ）と定義したときに、前記格子領域ごとに、格子のデューティーが異なることを特徴とする。すなわち、請求項５記載の回折光学素子は、領域分割された格子領域ごとにデューティーを異ならせることにより回折効率が等しくなるようにする。
より具体的には、請求項８に係る発明のように、前記複数の格子領域の回折効率が等しくなるように、格子領域ごとの格子のデューティーを設定する。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の回折光学素子において、ピッチの異なる複数の格子領域のうち、ピッチの最も小さい格子領域のデューティーは、格子を形成する材料の複屈折率に応じて他の格子領域の格子のデューティーよりも小さいことを特徴とする。すなわち、請求項６記載の回折光学素子では、格子を形成する材料の複屈折率に応じて、ピッチの小さい格子領域の格子のデューティーは小さくし、ピッチの大きい格子領域の格子のデューティーは大きくすることにより、各領域とも高い回折効率を保った上で領域間の回折効率が等しくなるようにする。
【００２０】
請求項７に係る発明は、請求項５記載の回折光学素子において、ピッチの異なる複数の格子領域のうち、ピッチの最も小さい格子領域のデューティーは、格子を形成する材料の複屈折率に応じて他の格子領域の格子のデューティーよりも大きいことを特徴とする。すなわち、請求項７記載の回折光学素子は、格子を形成する材料の複屈折率に応じて、ピッチの小さい格子領域の格子のデューティーは大きくし、ピッチの大きい格子領域の格子のデューティーは小さくすることにより、各領域とも高い回折効率を保った上で領域間の回折効率が等しくなるようにする。
【００２１】
請求項９に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の回折光学素子において、複屈折性を有する光学的異方性材料に、ピッチの異なる凹凸形状の格子を設け、少なくとも格子の凹部に等方性物質を充填したことを特徴とする。すなわち、請求項９記載の回折光学素子は、光学的異方性材料に凹凸形状を設け、少なくともその凹部に等方性物質を充填したものであり、格子のピッチとデューティーの関係は請求項１〜４のいずれかに記載したようにすることにより、高効率化、低コスト化と同時に回折効率の均一化を図るものである。
【００２２】
請求項１０に係る発明は、請求項５〜８のいずれか一つに記載の回折光学素子において、複屈折性を有する光学的異方性材料に、凹凸形状の格子からなるピッチの異なる複数の格子領域を設け、少なくとも格子の凹部に等方性物質を充填したことを特徴とする。すなわち、請求項１０記載の回折光学素子は、光学的異方性材料に凹凸形状を設け、少なくともその凹部に等方性物質を充填したものであり、複数の格子領域の格子のピッチとデューティーの関係は請求項５〜８のいずれかに記載したようにすることにより、高効率化、低コスト化と同時に回折効率の均一化を図るものである。
【００２３】
請求項１１に係る発明は、請求項９または１０記載の回折光学素子において、光学的異方性材料は有機延伸膜であることを特徴とする。有機延伸膜の屈折率は１．６近傍（λ＝６６０ｎｍ）と低屈折率なので、充填物質である等方性物質は屈折率調整しやすく、透明度も高く光利用効率を低下しないようにできる。
【００２４】
請求項１２に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の回折光学素子において、光学的等方性材料に、ピッチの異なる凹凸形状の格子を設け、少なくとも格子の凹部に複屈折性を有する光学的異方性材料を充填したことを特徴とする。すなわち、請求項１２記載の回折光学素子では、光学的等方性材料に凹凸形状を設け、少なくともその凹部に光学的異方性材料を充填したものであり、格子のピッチとデューティーの関係は請求項１〜４のいずれかに記載したようにすることにより、高効率化、低コスト化と同時に回折効率の均一化を図るものである。
【００２５】
請求項１３に係る発明は、請求項５〜８のいずれか一つに記載の回折光学素子において、光学的等方性材料に、凹凸形状の格子からなるピッチの異なる複数の格子領域を設け、少なくとも格子の凹部に複屈折性を有する光学的異方性材料を充填したことを特徴とする。すなわち、請求項１３記載の回折光学素子では、光学的等方性材料に凹凸形状を設け、少なくともその凹部に光学的異方性材料を充填したものであり、複数の格子領域の格子のピッチとデューティーの関係は請求項５〜８のいずれかに記載したようにすることにより、高効率化、低コスト化と同時に回折効率の均一化を図るものである。
【００２６】
請求項１４に係る発明は、請求項１２または１３記載の回折光学素子において、充填される光学的異方性材料は液晶であることを特徴とする。すなわち、請求項１４記載の回折光学素子では、請求項１２または１３記載の回折光学素子において、充填する光学的異方性材料として液晶を用いることにより、低コスト化を実現するものである。
【００２７】
請求項１５に係る発明は、請求項９記載の回折光学素子を作製する際の作製方法において、ピッチに応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成したマスクを用いて、複屈折性を有する光学的異方性材料に、エッチングによりピッチに応じてデューティーが異なる凹凸形状の格子を形成した後、少なくとも格子の凹部に等方性物質を充填したことを特徴とする。すなわち、請求項１５記載の回折光学素子の作製方法では、請求項９記載の回折光学素子を作製する際に、ピッチに応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成したマスクを用いて、光学的異方性材料に、エッチングによりピッチに応じてデューティーが異なる凹凸形状の格子を形成するので、マスク作製時に格子のピッチに応じてデューティーを設定するだけで良いため、低コストに回折光学素子を作製することが可能となる。
【００２８】
請求項１６に係る発明は、請求項１０記載の回折光学素子を作製する際の作製方法において、領域ごとに格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域のパターンを形成したマスクを用いて、複屈折性を有する光学的異方性材料に、エッチングにより格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域を形成した後、少なくとも格子の凹部に等方性物質を充填したことを特徴とする。すなわち、請求項１６記載の回折光学素子の作製方法では、請求項１０記載の回折光学素子を作製する際に、領域ごとに格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域のパターンを形成したマスクを用いて、光学的異方性材料に、エッチングにより格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域を形成するので、マスク作製時に各格子領域のピッチに応じてデューティーを設定するだけで良いため、低コストに回折光学素子を作製することが可能となる。
【００２９】
請求項１７に係る発明は、請求項１２記載の回折光学素子を作製する際の作製方法において、ピッチに応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成したマスクを用いて、光学的等方性材料に、エッチングによりピッチに応じてデューティーが異なる凹凸形状の格子を形成した後、少なくとも格子の凹部に複屈折性を有する光学的異方性物質を充填したことを特徴とする。すなわち、請求項１７記載の回折光学素子の作製方法では、請求項１２記載の回折光学素子を作製する際に、ピッチに応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成したマスクを用いて、光学的等方性材料に、エッチングによりピッチに応じてデューティーが異なる凹凸形状の格子を形成するので、マスク作製時に格子のピッチに応じてデューティーを設定するだけで良いため、低コストに回折光学素子を作製することが可能となる。
【００３０】
請求項１８に係る発明は、請求項１３記載の回折光学素子を作製する際の作製方法において、領域ごとに格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域のパターンを形成したマスクを用いて、光学的等方性材料に、エッチングにより格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域を形成した後、少なくとも格子の凹部に複屈折性を有する光学的異方性物質を充填したことを特徴とする。すなわち、請求項１８記載の回折光学素子の作製方法では、請求項１３記載の回折光学素子を作製する際に、領域ごとに格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域のパターンを形成したマスクを用いて、光学的等方性材料に、エッチングにより格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域を形成するので、マスク作製時に各格子領域のピッチに応じてデューティーを設定するだけで良いため、低コストに回折光学素子を作製することが可能となる。
【００３１】
請求項１９に係る発明は、光源からの光を集光レンズで記録媒体に集光して記録または再生を行う光ピックアップ装置において、光路中に回折光学素子を配置して記録媒体からの反射光を回折光学素子により分岐し、光検出器で受光する光学系を備え、前記光路中に配置する回折光学素子が、請求項１〜１４のいずれか一つに記載の回折光学素子であることを特徴とする。すなわち、請求項１９記載の光ピックアップ装置は、格子ごと又は領域ごとの回折効率バラツキが小さい回折光学素子を使うことにより、信号のバラツキやノイズによるオフセットを小さくして光ピックアップ装置の信頼性の向上を図るものである。
【００３２】
請求項２０に係る発明は、記録媒体に対して光ピックアップ装置を用いて情報の記録または再生を行う光ディスクドライブ装置において、前記光ピックアップ装置として、請求項１９に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする。すなわち、請求項２０記載の光ディスクドライブ装置は、請求項１９記載の光ピックアップ装置を使うことにより、信号のバラツキやノイズによるオフセットが小さく、安定した信号検出が可能な光ディスクドライブ装置を実現するものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
（実施例１）
図１は本発明の一実施例を示す回折光学素子の構成及び動作の説明図であり、図２は本発明の一実施例を示す光ピックアップ装置の概略構成図である。図１の構成は、図２に示す光ピックアップ装置のホログラム光源ユニット１１の部分の構成例を示している。すなわち、図２に示す光ピックアップ装置のホログラム光源ユニット１１のケース内には、図１に示す光源１及び受光素子８が配設されており、そのケースの光出・入射用の開口部に回折光学素子（ホログラム素子）７が一体に設置されている。この回折光学素子（ホログラム素子）７は、透明な第１の基板２上に複屈折性を有する光学的異方性材料３を設け、この光学的異方性材料３にエッチング処理などによりピッチ（格子周期）の異なる凹凸形状の回折格子（ホログラム）４を形成し、少なくとも格子の凹部に等方性材料５を充填し、さらにその上に透明な第２の基板６を装荷したものである。図１における第１、第２の基板１，６は石英やＢＫ７のような透明なガラス基板であるが、ガラスでなくてもよく、透明な樹脂でも構わない。また、図２において、符号１２はカップリングレンズ、１３は立上げミラー、１４は１／４波長板、１５は対物レンズ、１６は記録媒体である光ディスクである。尚、図２の構成は一例であり、この構成に限定されるものではない。
【００３５】
図１，２において、ホログラム光源ユニット１１内の光源（例えば半導体レーザ）１から出射された直線偏光の光は、回折光学素子（ホログラム素子）７を透過し、カップリングレンズ１２で略平行光になり、立上げミラー１３で光路を略直角方向に偏向され、１／４波長板１４を透過して円偏光となり、対物レンズ１５で集光されて光ディスク１６の記録面に微小なスポット光として照射される。
そして、光ディスク１６の記録面上の信号を読み取った光は、記録面で反射されて往路とは反対回りの円偏光となり、対物レンズ１５で略平行光とされ、１／４波長板１４を透過して往路とは直交した直線偏光となり、立上げミラー１３で光路を偏向され、カップリングレンズ１２に戻り、回折光学素子（ホログラム素子）７のホログラム４で回折され、回折された光は受光素子８で受光され信号検出される。
【００３６】
次に回折光学素子（ホログラム素子）７のホログラム４について説明する。ホログラム４は複屈折性を有する光学的異方性材料（以下、複屈折性材料と言う）３の表面に凹凸形状の周期的格子が形成されたもので、少なくとも凹部に等方性材料５が充填されている偏光ホログラムである。このホログラム４は、例えば図３（ａ）に示すように２つの格子領域４ａ，４ｂに分割されており、領域４ａと４ｂでは格子ピッチ（格子周期）が異なっている。そのため領域４ａと領域４ｂからの回折光の回折角は異なり、それぞれ受光素子８の２つの受光部８ａと８ｂで受光される。ここで領域４ａの方が回折角度が小さいので、格子のピッチは大きい。ここでは領域４ａの格子のピッチを仮に２．０μｍとする。領域４ｂの方は回折角度が大きいので格子のピッチは小さい。ここでは領域４ｂの格子のピッチを仮に１．６μｍとする。
【００３７】
このようにホログラム４の格子のピッチが異なる場合、前述の課題のところで図１２〜図１４を参照して述べたように、格子のピッチが異なる部分では最大回折効率が異なる。光ピックアップ装置で高速再生をするためには、ホログラム４による回折効率を大きくして受光素子８に入る光量を大きくしなければならないが、回折効率を大きくすると格子のピッチの異なるホログラム領域４ａ，４ｂでは得られる最大効率が異なるので、受光素子８の受光部８ａ，８ｂに入る光量が異なってしまい、信号出力がアンバランスになって正確な信号検出ができなくなる。
【００３８】
そこで本発明では、図３（ｂ）に示すように、格子のピッチΛに対する格子の凸部の幅Ａの比率を格子のデューティー（ｄｕｔｙ＝Ａ／Λ）と定義したときに、ピッチの異なる格子は、格子のデューティーが異なるようにする。すなわち、ピッチの違う格子はデューティーを異ならせることにより回折効率が等しくなるようにする。より具体的には、ピッチの異なる格子は、回折効率が等しくなるように格子のデューティーを設定する。
ここで図３の２分割されたホログラム４の例では、ピッチの異なる格子のうち、ピッチの小さい格子のデューティーは、格子を形成する材料の複屈折率に応じてピッチの大きい格子のデューティーよりも小さい構成としている。すなわち、複屈折性材料の複屈折率を０．１と想定して、領域４ａ（ピッチ２．０μｍ）の格子のデューティーを大きくし、領域４ｂ（ピッチ１．６μｍ）の格子のデューティーを小さくしている。
【００３９】
複屈折性材料の複屈折率が０．１の時のデューティー（ｄｕｔｙ）と＋１次回折効率の関係を図４に示す。ここで、ホログラム４の領域４ｂ（ピッチ１．６μｍ）の格子のｄｕｔｙを０．４とすると回折効率は３８％となる。また、領域４ａ（ピッチ２．０μｍ）の格子のｄｕｔｙも０．４とすると回折効率は４５％となり、領域４ａと領域４ｂで回折効率が異なってしまうが、領域４ａ（ピッチ２．０μｍ）の格子のｄｕｔｙを０．５と大きく設定すれば回折効率は約３８％となり、領域４ｂ（ピッチ１．６μｍ）の回折効率とほぼ等しくなる。このように格子のデューティー（ｄｕｔｙ）の違いが回折効率に影響することを利用して、ピッチの小さい格子のデューティー（ｄｕｔｙ）を小さくして高い回折効率を得るようにし、ピッチの大きい格子のデューティー（ｄｕｔｙ）を大きくしてピッチの小さい格子の回折効率に一致させれば、異なるピッチにおいても回折効率を等しくすることができる。これにより受光素子８の受光部８ａ，８ｂに入る光量を等しくでき、信号出力がアンバランスにならずに正確な信号検出ができるようになる。
【００４０】
尚、図３では領域４ａと領域４ｂは、どちらも等間隔なピッチのように書いたが、実際の設計では領域４ａのなかでもピッチが大きい部分と小さい部分とが混在する場合が考えられる。例えばホログラム４にレンズ作用を持たせる場合、すなわちビームサイズ法でフォーカス検出する場合などは、領域４ａや領域４ｂの同じ領域のなかでも格子のピッチが大きい部分と小さい部分とが混在することになる。図５はその一例を示すものであり、（ａ）に示すホログラム４の領域４ａの格子が、（ｂ）に示すように上部と下部でピッチが異なっている例である。このような場合でも、複屈折性材料の複屈折率が０．１の場合には、ピッチの小さい格子のデューティーを小さくして、ピッチの大きい格子のデューティーを大きくすれば回折効率は一致させることができ、領域内で均一な回折効率を得ることができる。
【００４１】
（実施例２）
上述の実施例１ではホログラム４を形成する複屈折性材料の複屈折率が０．１の場合を想定したが、複屈折率が０．２の場合は特性が異なる。図６に複屈折性材料の複屈折率が０．２の時のデューティー（ｄｕｔｙ）と＋１次回折効率の関係を示す。
図６に示すように複屈折率が０．２の場合は格子ピッチが小さい方が高い回折効率を示す。例えばｄｕｔｙ＝０．４の場合、格子のピッチが１．６μｍでは最大回折効率は４６％であるが、ピッチが２．０μｍでは最大回折効率は４３％である。このように複屈折性材料の複屈折率が０．２の場合には、ピッチの異なる格子のうち、ピッチの小さい格子のデューティーは、ピッチの大きい格子のデューティーよりも大きくする。例えばピッチが２．０μｍの格子のｄｕｔｙは０．４のままで、ピッチが１．６μｍの格子のｄｕｔｙを０．４５と設定する。
このようにすると、ピッチが１．６μｍの格子の回折効率は４３％となり、ピッチが２．０μｍで、ｄｕｔｙ＝０．４の格子と同じ回折効率になる。このように格子を形成する材料の複屈折率により特性が異なる場合でも、デューティー（ｄｕｔｙ）を最適化して回折効率を均一化することができる。
【００４２】
（実施例３）
以上の実施例１，２に説明したような、ピッチに応じてデューティーが異なるようにしたホログラム４を有する回折光学素子の作製方法としては、ピッチに応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成したマスクを用いて、複屈折性材料に、エッチングによりピッチに応じてデューティーが異なる凹凸形状の格子を形成した後、少なくとも格子の凹部に等方性物質を充填して作製する方法がある。
【００４３】
ここでは一例として、図１に示す構成の回折光学素子７を作製する場合について説明する。まず透明な第１の基板２上に接着等により複屈折材料（例えば後述する有機延伸膜）３を接着した後、複屈折材料３の上に感光性樹脂（フォトレジスト）をスピンコートする。そして、ピッチに応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成した露光用マスクを用い、フォトレジストに、露光用マスクの格子パターンを露光する。露光後、フォトレジストを現像し、フォトレジストによる格子パターンを形成する。次にピッチに応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成したフォトレジストをエッチング用のマスクとして、ドライエッチング等により複屈折性材料３をエッチングした後、溶剤あるいはガスによるアッシングでフォトレジストマスクを除去して基板２上に複屈折材料３の周期的凹凸格子からなる回折格子（ホログラム）４を形成する。このようにして形成されたホログラム４は、マスクの格子パターンが転写され、ピッチに応じてデューティーが異なるようにした凹凸形状の格子を有している。このホログラム４の上に等方性材料（例えば光学的等方性の樹脂）をスピンコート等により被覆し、少なくとも格子の凹部に樹脂を充填し、さらにその上に第２の基板６を載せ、紫外線（ＵＶ）または熱を印加して樹脂を固化し、等方性材料層５と第２の基板６を固定する。以上のようにして、図３に示したようなピッチに応じてデューティーが異なるようにした凹凸形状のホログラム４を有する回折光学素子７を作製することができる。
【００４４】
（実施例４）
実施例１，２では、格子のピッチに応じてデューティー（ｄｕｔｙ）を変えることにより回折効率を均一にすることを提案したが、ここでは格子領域に応じてデューティーを変えることを提案する。前述の図５では、同一の領域内でも格子のピッチが違うので、格子のピッチに応じてデューティーを変えることを説明したが、ナイフエッジ法でフォーカス検出するような場合は、同一の領域内であればピッチもほぼ同じである。そのような場合は図７（ａ），（ｂ）に示すように、格子領域ごとに、格子のデューティーが異なるようにする。より具体的には、ホログラム素子４の２つの格子領域４ａ，４ｂの回折効率が等しくなるように、格子領域ごとの格子のデューティーを設定するとよい。この場合、格子のピッチごとにデューティーを変えるのではなく、領域ごとに格子のデューティーを変えるので、デューティーの変化は少なくて済む。これにより、回折光学素子を作製する際に用いるマスク（露光用マスク、エッチングマスク）を作るときのデータ量を少なくできるので、マスク作製時間を短縮でき、マスク作製コストも低減することができる。
【００４５】
このような構成の回折光学素子の場合にも、格子を形成する材料の複屈折率に応じて、ピッチの異なる複数の格子領域のうち、ピッチの最も小さい格子領域のデューティーは、他の格子領域の格子のデューティーよりも小さくする。すなわち、前述したように複屈折性材料の複屈折が０．１の場合には、ピッチの小さい格子領域の格子のデューティーは小さくし、ピッチの大きい格子領域の格子のデューティーは大きくすることにより、各領域とも高い回折効率を保った上で領域間の回折効率が等しくなるようにすることができる。
また、上記とは逆に、格子を形成する材料の複屈折率に応じて、ピッチの異なる複数の格子領域のうち、ピッチの最も小さい格子領域のデューティーは、他の格子領域の格子のデューティーよりも大きくする。すなわち、前述したように複屈折性材料の複屈折が０．２の場合には、ピッチの小さい格子領域の格子のデューティーは大きくし、ピッチの大きい格子領域の格子のデューティーは小さくすることにより、各領域とも高い回折効率を保った上で領域間の回折効率が等しくなるようにすることができる。
【００４６】
（実施例５）
以上の実施例４に説明したような、格子領域ごとに格子のデューティーが異なるようにしたホログラム４を有する回折光学素子の作製方法としては、領域ごとに格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域のパターンを形成したマスクを用いて、複屈折性材料に、エッチングにより格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域を形成した後、少なくとも格子の凹部に等方性物質を充填して作製する方法がある。
【００４７】
すなわち、前述の実施例３で述べた作製方法において、領域ごとに格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域のパターンを形成した露光用マスクを用い、その格子領域のパターンをフォトレジストに転写してエッチングマスクを作製し、このエッチングマスクを用いて複屈折性材料３にエッチングを施せば、複屈折性材料３に、格子領域ごとに格子のデューティーが異なるようにしたホログラム４を形成することができる。そして、このホログラム４の上に光学的等方性材料（例えば光学的等方性の樹脂）をスピンコート等により被覆し、少なくとも格子の凹部に樹脂を充填し、さらにその上に第２の基板６を載せ、紫外線（ＵＶ）または熱を印加して樹脂を固化し、等方性材料層５と第２の基板６を固定することにより、図７に示したような、格子領域４ａ，４ｂに応じて格子のデューティーが異なるようにしたホログラム４を有する回折光学素子７を作製することができる。
【００４８】
（実施例６）
次に実施例１，２または３に示した構成の回折光学素子において、図９に示すように、回折光学素子１は複屈折性材料３の表面に凹凸形状を有する偏光回折素子であることについて説明する。図１でも示したように、第１の基板１、第２の基板６は石英やＢＫ７のような透明なガラス基板である。また、ガラス以外に、透明な樹脂でも構わない。ホログラム４は複屈折性材料３の表面に凹凸形状が施されたもので、少なくとも凹部に等方性材料５が充填されている偏光ホログラムである。複屈折性材料３の屈折率と等方性材料５の屈折率差と溝深さにより回折効率が決まるが、屈折率差によりピッチの違いによる最大回折効率が異なってくる（図１２〜図１４）。屈折率差により特性が違うので、それに合わせて最適な格子のデューティー（ｄｕｔｙ）を決めていく必要がある。
【００４９】
例えば図１３のように、複屈折性材料３が液晶であり複屈折率が大きい場合は、格子のピッチの違いによる最大回折効率の違いは小さい。したがって回折効率を均一にするためのデューティーの違いも小さくて良い。逆に図１４のように、複屈折性材料３が有機延伸膜であり、複屈折率が小さい場合は、格子のピッチの違いによる最大回折効率の違いは大きい。したがって回折効率を均一にするために格子のデューティーの違いは大きくした方が良い。このように複屈折性材料３の複屈折率が幾つであっても、格子のデューティーを変えることにより回折効率を均一にすることができる。したがってデューティーによる回折効率の均一化は、多用な複屈折材料に適用できる有効な手段と言える。
【００５０】
（実施例７）
次に本発明の回折光学素子に用いられる複屈折性材料３の例について説明する。複屈折性材料３としては有機の高分子配向膜がある。作製方法の１例として、ガラスなどの透明基板上にＳｉＯなどを斜め蒸着したり、あるいはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの有機膜を布でこすってラビング処理した配向膜上に、ポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させ、このあと紫外線を照射してポリマー化して光学的異方性膜（複屈折膜）を作る方法がある（非特許文献１参照）。この方法により、有機材料の複屈折膜を安価に生産することができる。
【００５１】
また、複屈折膜を得る別の加工法として、スピンコートなどにより作製したポリイミドやポリカーボネート等の高分子フィルムを延伸により分子鎖を一軸方向に配向させ、面内複屈折を発生させる方法があり、このようにして作製された複屈折膜を有機延伸膜と言う。この有機延伸膜では、延伸の時の温度や加える力により複屈折Δｎを変えることができ、安価で量産可能な方法である。尚、有機延伸膜に用いられる有機高分子材料としては、ポリイミドやポリカーボネートの他に、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォンなどを用いることができる。
【００５２】
こうして得られた複屈折膜（高分子配向膜、有機延伸膜）に、前述の実施例３や実施例５で述べた作製方法のように、マスクを用いたエッチング等により凹凸形状の格子や格子領域を形成し、その表面を等方性の屈折率の材料５で埋めて平坦化することにより、低コストで高効率な偏光ホログラムを形成することができる。
【００５３】
（実施例８）
以上の実施例１〜７では、基板上に複屈折性材料（複屈折膜）３を形成し、その複屈折性材料に凹凸形状の格子や格子領域からなるホログラム４を形成した構成の回折光学素子について述べたが、ここでは、光学的等方性材料に、ピッチの異なる凹凸形状の格子や、凹凸形状の格子からなるピッチの異なる複数の格子領域を設け、少なくとも格子の凹部に複屈折性を有する光学的異方性材料を充填した構成の回折光学素子について説明する。尚、格子のピッチとデューティーの関係や、複数の格子領域とデューティーの関係等は、実施例１，２または４と同様である。
【００５４】
本実施例では、図９に示すように、回折光学素子７’は等方性材料９の表面に凹凸形状を有する偏光回折素子である。第１の基板１、第２の基板６は石英やＢＫ７のような透明なガラス基板であるが、ガラス以外にも透明な樹脂でも構わない。尚、等方性材料９は第１の基板２と共通でもよい。
ホログラム４は、等方性材料９の表面に、マスクを用いたエッチング等により凹凸形状の格子や格子領域を形成したものであり、少なくとも凹部に光学的異方性材料（複屈折性材料）１０が充填されている偏光ホログラムである。複屈折性材料１０の複屈折率と溝深さにより回折効率が決まるが、複屈折率に応じてピッチの違いによる最大回折効率が異なってくる（図１２〜図１４）。すなわち、屈折率差により特性が違うので、それに合わせて最適なデューティーを決めていく必要がある。
【００５５】
例えば図１３のように、複屈折性材料１０が液晶であり複屈折率が大きい場合は、ピッチの違いによる最大回折効率の違いは小さい。したがって回折効率を均一にするためのデューティーの違いも小さくて良い。逆に図１４のように、複屈折性材料１０が有機高分子であり複屈折率が小さい場合は、ピッチの違いによる最大回折効率の違いは大きい。したがって回折効率を均一にするためにデューティーの違いは大きくした方が良い。このように複屈折性材料１０の複屈折率が幾つであっても、デューティーを変えることにより回折効率を均一にすることができる。したがってデューティーによる回折効率の均一化は、光学的等方性材料に凹凸を設け、少なくとも格子の凹部に複屈折性を有する光学的異方性材料を充填した構成の回折光学素子にも適用できる有効な手段と言える。
【００５６】
図９に示すような構成の回折光学素子に用いられる複屈折性材料１０としては液晶が好適である。すなわち、等方性材料９の表面に凹凸形状の格子や複数の格子領域を設けた場合には、格子の凹部に液晶を充填することになる。液晶の複屈折率は、配合によりある程度任意に変えることができる。等方性材料９の凹凸加工において溝深さを浅くしたい場合は液晶の複屈折率を大きくし、深い溝加工が可能であれば液晶の複屈折率を小さくすれば良い。また、体積ホログラムを作りたい場合は、液晶の複屈折率を小さくして深い溝加工にすれば良い。このように多用なホログラムを作ることに対応できる液晶は、作るものにより複屈折率も多用に変わることが予想される。複屈折率に合わせて格子ピッチや領域のデューティーを可変にすることにより、均一かつ高い回折効率を得ることができる。図１４からわかるように、デューティーを固定すると格子のピッチの違いによらず均一な回折効率が得られるのは溝深さを２．５μｍとした場合の回折効率３０％までである。それより深い溝では回折効率が均一にならない。しかし、デューティーを変えることにより、実施例１で述べたように回折効率は約３８％得られ、約３割の効率アップが図れることになる。
【００５７】
（実施例９）
以上の実施例８に説明したような回折光学素子の作製方法としては、ピッチまたは領域に応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成したマスクを用いて、等方性材料９に、エッチングにより、ピッチまたは領域に応じてデューティーが異なる凹凸形状の格子を形成した後、少なくとも格子の凹部に複屈折性材料を充填して作製する方法がある。
【００５８】
ここでは一例として、図９に示す構成の回折光学素子７’を作製する場合について説明する。まず透明な第１の基板２上に塗布や接着等により等方性材料９を形成するが、この等方性材料は第１の基板２と共通でもよい。次に等方性材料９の上に感光性樹脂（フォトレジスト）をスピンコートする。そして、ピッチまたは格子領域に応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成した露光用マスクを用い、フォトレジストに露光用マスクの格子パターンを露光する。
露光後、フォトレジストを現像し、フォトレジストによる格子パターンを形成する。次にピッチまたは格子領域に応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成したフォトレジストをエッチング用のマスクとして、ドライエッチング等により等方性材料９をエッチングした後、溶剤あるいはガスによるアッシングでフォトレジストマスクを除去して基板２上に等方性材料９の周期的凹凸格子からなる回折格子（ホログラム）４を形成する。このようにして形成されたホログラム４は、マスクの格子パターンが転写され、ピッチまたは格子領域に応じてデューティーが異なるようにした凹凸形状の格子を有している。このホログラム４を形成した基板の周囲をシール材で囲み、さらにその上に第２の基板６を装荷し、等方性材料９と第２の基板６との間に複屈折性材料（例えば液晶）を封入し、ホログラム４の少なくとも凹部に複屈折性材料（例えば液晶）を充填する。
以上のようにして、ピッチまたは領域に応じてデューティーが異なるようにした凹凸形状のホログラム４を有する回折光学素子７’を作製することができる。
【００５９】
（実施例１０）
本発明に係る光ピックアップ装置は、図２に示したように、ホログラム光源ユニット１１、カップリングレンズ１２、立上げミラー１３、１／４波長板１４、対物レンズ１５などで構成されており、ホログラム光源ユニット１１のケース内には、図１に示す光源１及び受光素子８が配設されており、そのケースの光出・入射用の開口部に回折光学素子（ホログラム素子）７が一体に設置されている。回折光学素子（ホログラム素子）としては、実施例１〜９で説明した回折光学素子（偏光ホログラム素子）が用いられており、以下のような利点がある。
（１）格子または領域ごとの回折効率が均一なので、信号出力にアンバランスが無く正確なトラッキング信号検出ができる。
（２）回折効率が均一で、かつ回折効率自体も高いので、高速記録や再生に対応できる。
（３）回折効率をデューティーにより均一化するので、露光用やエッチング用のマスクの作製時に各ピッチまたは領域のデューティーを変えるだけで良いため、低コストにホログラム素子を作製でき、光ピックアップ装置の低コスト化を図ることができる。
（４）格子のピッチによらず回折効率を均一にできるので、ホログラム光源ユニット１１内の受光素子８の配置が容易になり、設計の自由度が増す。
【００６０】
（実施例１１）
実施例１０に示した光ピックアップ装置は、回折効率が高く、均一な回折効率のホログラムを用いるので、光利用効率が高く、信頼性の高い信号が得られる。また、回折効率が高いと信号検出系の光集積回路（ＯＰＩＣ）のゲインを小さくでき、ＯＰＩＣの高速応答化に貢献できる。したがって、この光ピックアップ装置を光ディスクドライブ装置に搭載することによって、記録・再生速度の高速化を達成することができる。
また、本発明に係る光ピックアップ装置は、偏光分離に偏光ホログラム素子７を用い、光源１と受光素子８を配設した光源ユニット１１と一体化しているので、光ピックアップ装置の小型化、薄型化が可能であり、図１０に示すようなノート型パーソナルコンピュータに搭載される光ディスクドライブ装置の光ピックアップ装置として好適に用いることができる。
【００６１】
次に光ディスクドライブ装置の構成例を図１１に示す。図１１は光ディスクドライブ装置の概略構成の一例を示すブロック図である。この光ディスクドライブ装置２０は、情報記録媒体としての光ディスク１６を回転駆動するためのスピンドルモータ２２、光ピックアップ装置２３、レーザコントロール回路２４、エンコーダ２５、モータドライバ２７、再生信号処理回路２８、サーボコントローラ３３、バッファＲＡＭ３４、バッファマネージャ３７、インターフェース３８、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）３９、中央演算処理装置（ＣＰＵ）４０、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）４１などを備えている。尚、図１１における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表わすものではない。また、光ディスク１６としては、ＣＤ（コンパクト・ディスク）系の光ディスク（ＣＤ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ）や、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）系の光ディスク（ＤＶＤ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ）等があり、光ピックアップ装置２３内に波長の異なる光源を複数備えることにより、互換性を持たせることができる。
【００６２】
光ピックアップ装置２３は、光ディスク１６のスパイラル状または同心円状のトラックが形成された記録面にレーザ光を照射すると共に、記録面からの反射光を受光し、情報の記録または再生を行うための装置であり、例えば実施例１で説明した図２のような構成となっている。
再生信号処理回路２８は、光ピックアップ装置２３の出力信号である電流信号を電圧信号に変換し、該電圧信号に基づいてウォブル信号、再生情報を含むＲＦ信号及びサーボ信号（フォーカスエラー信号、トラックエラー信号）などを検出する。そして、再生信号処理回路２８では、ウォブル信号からアドレス情報及び同期信号等を抽出する。ここで抽出されたアドレス情報はＣＰＵ４０に出力され、同期信号はエンコーダ２５に出力される。さらに、再生信号処理回路２８では、ＲＦ信号に対して誤り訂正処理等を行なった後、バッファマネージャ３７を介してバッファＲＡＭ３４に格納する。また、サーボ信号は再生信号処理回路２８からサーボコントローラ３３に出力される。サーボコントローラ３３では、サーボ信号に基づいて光ピックアップ装置２３を制御する制御信号を生成し、モータドライバ２７に出力する。
【００６３】
前記バッファマネージャ３７では、バッファＲＡＭ３４へのデータの入出力を管理し、蓄積されたデータ量が所定の値になると、ＣＰＵ４０に通知する。前記モータドライバ２７では、サーボコントローラ３３からの制御信号及びＣＰＵ４０の指示に基づいて、光ピックアップ装置２３及びスピンドルモータ２２を制御する。前記エンコーダ２５では、ＣＰＵ４０の指示に基づいて、バッファＲＡＭ３４に蓄積されているデータをバッファマネージャ３７を介して取り出し、エラー訂正コードの付加などを行い、光ディスク１６への書き込みデータを作成するとともに、再生信号処理回路２８からの同期信号に同期して、書き込みデータをレーザコントロール回路２４に出力する。前記レーザコントロール回路２４では、エンコーダ２５からの書き込みデータに基づいて、光ピックアップ装置２３からのレーザ光出力を制御する。
【００６４】
前記インターフェース３８は、ホスト（例えば、パーソナルコンピュータ）との双方向の通信インターフェースであり、ＡＴＡＰＩ（ＡＴ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ Ｐａｃｋｅｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）及びＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等の標準インターフェースに準拠している。
前記ＲＯＭ３９には、ＣＰＵ４０にて解読可能なコードで記述された制御用のプログラム等が格納されている。ＣＰＵ４０は、ＲＯＭ３９に格納されている前記プログラムに従って上記各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータ等を一時的にＲＡＭ４１に保持する。
【００６５】
以上、光ディスクドライブ装置の一構成例を説明したが、本発明では光ピックアップ装置２３として、実施例１〜９で説明した回折光学素子（偏光ホログラム素子）を用いた光ピックアップ装置（例えば図１，２の構成）を搭載しているので、光利用効率が高く、信頼性の高い信号が得られ、かつ記録・再生速度の高速化を達成することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の回折光学素子では、ピッチの違う格子はデューティーを異ならせることにより、ピッチが違っていても回折効率が等しくなるようにすることができる。
請求項２記載の回折光学素子では、格子を形成する材料の複屈折率に応じて、ピッチの小さい格子のデューティーは小さくし、ピッチの大きい格子のデューティーは大きくすることにより、ピッチが違っていても高い回折効率を保った上で回折効率が等しくなるようにすることができる。
請求項３記載の回折光学素子では、格子を形成する材料の複屈折率に応じて、ピッチの小さい格子のデューティーは大きくし、ピッチの大きい格子のデューティーは小さくすることにより、ピッチが違っていても高い回折効率を保った上で回折効率が等しくなるようにすることができる。
請求項４記載の回折光学素子では、ピッチの異なる格子は、回折効率が等しくなるように格子のデューティーを設定することにより、ピッチが違っていても高い回折効率を保った上で回折効率が等しくなるようにすることができる。
【００６７】
請求項５記載の回折光学素子では、領域分割された格子領域ごとにデューティーを異ならせることにより、ピッチが違う領域間でも回折効率が等しくなるようにすることができる。
請求項６記載の回折光学素子では、格子を形成する材料の複屈折率に応じて、ピッチの小さい格子領域の格子のデューティーは小さくして一定にし、ピッチの大きい格子領域の格子のデューティーは大きくして一定にすることにより、ピッチが違う領域間でも、高い回折効率を保った上で領域間の回折効率が等しくなるようにすることができ、マスクの作製が簡素化される。
請求項７記載の回折光学素子では、格子を形成する材料の複屈折率に応じて、ピッチの小さい格子領域の格子のデューティーは大きくして一定にし、ピッチの大きい格子領域の格子のデューティーは小さくして一定にすることにより、ピッチが違う領域間でも、各領域とも高い回折効率を保った上で領域間の回折効率が等しくなるようにすることができ、マスクの作製が簡素化される。
請求項８記載の回折光学素子では、複数の格子領域の回折効率が等しくなるように、格子領域ごとの格子のデューティーを設定するので、ピッチが違う領域間でも、各領域とも高い回折効率を保った上で領域間の回折効率が等しくなるようにすることができ、マスクの作製が簡素化される。
【００６８】
請求項９記載の回折光学素子では、光学的異方性材料に凹凸形状を設け、少なくともその凹部に等方性物質を充填したものであり、格子のピッチとデューティーの関係は請求項１〜４のいずれかに記載したようにすることにより、高効率化、低コスト化と同時に回折効率の均一化を図ることができる。また、光学的異方性材料に直接凹凸加工を施せるので微小ピッチの格子を形成でき、等方性材料が充填物質と接着剤を兼ねることができるので、工程が簡素化できる。
請求項１０記載の回折光学素子では、光学的異方性材料に凹凸形状を設け、少なくともその凹部に等方性物質を充填したものであり、複数の格子領域の格子のピッチとデューティーの関係は請求項５〜８のいずれかに記載したようにすることにより、高効率化、低コスト化と同時に回折効率の均一化を図ることができる。また、光学的異方性材料に直接凹凸加工を施せるので微小ピッチの格子を形成でき、等方性材料が充填物質と接着剤を兼ねることができるので、工程が簡素化できる。
請求項１１記載の回折光学素子では、請求項９または１０記載の回折光学素子において、光学的異方性材料に有機延伸膜を使うので、材料費が安価で、大面積に加工でき、低コスト化を実現できる。また、有機延伸膜の屈折率は１．６近傍（λ＝６６０ｎｍ）と低屈折率なので、充填物質である等方性物質は屈折率調整しやすく、透明度も高く光利用効率を低下しないようにできる。
【００６９】
請求項１２記載の回折光学素子では、光学的等方性材料に凹凸形状を設け、少なくともその凹部に光学的異方性材料を充填したものであり、格子のピッチとデューティーの関係は請求項１〜４のいずれかに記載したようにすることにより、高効率化、低コスト化と同時に回折効率の均一化を図ることができる。また、光学的等方性材料、すなわち加工が容易なガラス材等に直接凹凸加工を施せるので微小ピッチの格子を安定して形成でき、信頼性が高い。
請求項１３記載の回折光学素子では、光学的等方性材料に凹凸形状を設け、少なくともその凹部に光学的異方性材料を充填したものであり、複数の格子領域の格子のピッチとデューティーの関係は請求項５〜８のいずれかに記載したようにすることにより、高効率化、低コスト化と同時に回折効率の均一化を図ることができる。また、光学的等方性材料、すなわち加工が容易なガラス材等に直接凹凸加工を施せるので微小ピッチの格子を安定して形成でき、信頼性が高い。
請求項１４記載の回折光学素子では、請求項１２または１３記載の回折光学素子において、充填する光学的異方性材料として液晶を用いることにより、低コスト化を実現することができる。また、充填物質が液晶なので、複屈折率を大きくすることができ、溝加工が浅くても良く、加工時間を短縮でき、量産性が良い。
【００７０】
請求項１５記載の回折光学素子の作製方法では、請求項９記載の回折光学素子を作製する際に、ピッチに応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成したマスクを用いて、光学的異方性材料に、エッチングによりピッチに応じてデューティーが異なる凹凸形状の格子を形成するので、マスク作製時に格子のピッチに応じてデューティーを設定するだけで良いため、低コストに回折光学素子を作製することができる。
請求項１６記載の回折光学素子の作製方法では、請求項１０記載の回折光学素子を作製する際に、領域ごとに格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域のパターンを形成したマスクを用いて、光学的異方性材料に、エッチングにより格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域を形成するので、マスク作製時に各格子領域のピッチに応じてデューティーを設定するだけで良いため、低コストに回折光学素子を作製することができる。
【００７１】
請求項１７記載の回折光学素子の作製方法では、請求項１２記載の回折光学素子を作製する際に、ピッチに応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成したマスクを用いて、光学的等方性材料に、エッチングによりピッチに応じてデューティーが異なる凹凸形状の格子を形成するので、マスク作製時に格子のピッチに応じてデューティーを設定するだけで良いため、低コストに回折光学素子を作製することができる。
請求項１８記載の回折光学素子の作製方法では、請求項１３記載の回折光学素子を作製する際に、領域ごとに格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域のパターンを形成したマスクを用いて、光学的等方性材料に、エッチングにより格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域を形成するので、マスク作製時に各格子領域のピッチに応じてデューティーを設定するだけで良いため、低コストに回折光学素子を作製することができる。
【００７２】
請求項１９記載の光ピックアップ装置では、格子ごと又は領域ごとの回折効率バラツキが小さい回折光学素子を使うことにより、信号出力にアンバランスが無く、正確なトラッキング信号検出ができるうえに高速記録が可能である。また、格子のピッチによらず回折効率を一定にできるので、光ピックアップの設計の自由度が大きくなる。
請求項２０記載の光ディスクドライブ装置では、請求項１９記載の光ピックアップ装置を搭載することにより、光利用効率が高く、信頼性の高い信号が得られ、かつ記録・再生速度の高速化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回折光学素子の構成及び動作の説明図である。
【図２】本発明の一実施例を示す光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図３】図１に示す回折光学素子のホログラムの格子ピッチとデューティーの関係の一例を示す図である。
【図４】複屈折性材料の複屈折率が０．１の時のデューティー（ｄｕｔｙ）と＋１次回折効率の関係を示す図である。
【図５】図１に示す回折光学素子のホログラムの格子ピッチとデューティーの関係の別の例を示す図である。
【図６】複屈折性材料の複屈折率が０．２の時のデューティー（ｄｕｔｙ）と＋１次回折効率の関係を示す図である。
【図７】図１に示す回折光学素子のホログラムの格子ピッチとデューティーの関係のさらに別の例を示す図である。
【図８】本発明に係る回折光学素子の構成例を示す概略要部断面図である。
【図９】本発明に係る回折光学素子の別の構成例を示す概略要部断面図である。
【図１０】ノート型パーソナルコンピュータとそれに搭載される光ディスクドライブ装置の一例を示す外観斜視図である。
【図１１】光ディスクドライブ装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】ＢＫ７ガラス上にピッチの異なる凹凸形状の格子を形成した時の、格子の溝深さと回折効率の関係を示す図である。
【図１３】液晶を用いてピッチの異なる偏光回折格子を形成した時の、格子の溝深さと回折効率の関係を示す図である。
【図１４】有機延伸膜を用いてピッチの異なる偏光回折格子を形成した時の、格子の溝深さと回折効率の関係を示す図である。
【図１５】信号検出系のゲインを変えて回折効率の違いを補正する方式の原理を説明するための図である。
【図１６】信号検出系のゲインを変えて回折効率の違いを補正する方式の問題点の説明図である。
【図１７】従来技術の一例を示す光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図１８】従来技術の別の例を示す光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図１９】図１８に示す光ピックアップ装置において、回折素子の格子ピッチの分布を計算した結果を示す図であり、（ａ）は回折素子に格子周期の大きい所と小さい所がある場合の分布を示すグラフ、（ｂ）は回折素子の格子周期が中央で小さく、両端で大きい場合の分布を示すグラフである。
【図２０】回折格子を用いた偏光分離素子の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：光源（半導体レーザ）
２：第１の基板
３：光学的異方性材料（複屈折性材料）
４：ホログラム（回折格子）
４ａ，４ｂ：格子領域
５：等方性材料
６：第２の基板
７，７’：回折光学素子（偏光ホログラム素子）
８：受光素子
８ａ，８ｂ：受光部
９：等方性材料
１０：光学的異方性材料（複屈折性材料）
１１：ホログラム光源ユニット
１２：カップリングレンズ
１３：立上げミラー
１４：１／４波長板
１５：対物レンズ
１６：光ディスク（記録媒体）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a diffractive optical element and a method for manufacturing the same, an optical pickup device using the diffractive optical element, and an optical disk drive device equipped with the optical pickup device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various optical pickup devices using a diffractive optical element have been proposed.
For example, Patent Document 1 discloses an optical pickup using a hologram having a configuration as shown in FIG. This optical pickup has a semiconductor laser chip 116 that emits predetermined light. Light emitted from the semiconductor laser chip 116 is transmitted by a tracking beam generation diffraction grating 115 formed on the back surface of the hologram element. The beam is separated into three, that is, two sub beams for tracking and one main beam for reading information signals. These three light beams pass through a hologram 114 provided on the upper surface of the hologram element as a zero-order light, are converted into parallel lights by a collimator lens 113, and are then collected on a disk 111 as a recording medium by an objective lens 112. Is lighted. The light condensed on the disk 111 is reflected after being modulated by pits formed on the disk 111, and the reflected light from the disk 111 is transmitted after passing through the objective lens 112 and the collimating lens 113 sequentially. Are diffracted by the hologram 114 and guided to the five-division photodiode 117 as first-order diffracted light.
[0003]
In the optical pickup device configured as shown in FIG. 17, the hologram 114 is divided into a plurality of regions. If the grating period is different between the plurality of regions, the groove depth and the grating angle will be different due to the difference in the etching rate when processing the hologram.
The difference causes a difference in diffraction efficiency between hologram regions, and an offset occurs in the tracking signal. Therefore, the invention described in Patent Document 1 is characterized in that the holograms are formed symmetrically so that the grating period does not differ among a plurality of regions and the dividing line between the regions is set as the axis of symmetry. With this configuration, differences in groove depth and grating angle that occur during processing can be reduced, and differences in diffraction efficiency can be suppressed. In particular, the balance characteristics of the tracking signal can be improved.
[0004]
As another example, Patent Document 2 discloses an optical pickup device using a diffraction element having a configuration as shown in FIG. In this optical pickup device, the light emitted from the semiconductor laser 201 is diffracted by the diffraction element 202, and the zero-order diffracted light is condensed on the recording medium 206 via the polarization beam splitter 203, the collimator lens 204, and the objective lens 205. . The return light from the recording medium 206 passes through the objective lens 205 and the collimator lens 204, and enters the polarization beam splitter 203. Depending on the polarization component, one is reflected at a right angle (not shown) and guided to the information signal detection optical system. On the other hand, the transmitted return light is diffracted by the diffraction element 202, and the primary light thereof is guided to the light receiving element 207.
[0005]
In the optical pickup device having the configuration as shown in FIG. 18, the diffraction element is divided into a plurality of regions. In this case, if the diffraction element has a portion where the grating period (pitch) is large and a portion where the grating period is small, as shown in a graph (a graph in which the distribution of the grating pitch of the diffraction element is calculated) shown in FIG. At times, a portion having a large lattice period has a deep groove, and a portion having a small lattice period has a shallow groove. The difference in the groove depth causes a difference in the diffraction efficiency of the diffraction element, and an offset occurs in the tracking signal. Therefore, in the invention described in Patent Document 2, as shown in a graph (a graph in which the distribution of the grating pitch of the diffraction element is calculated) shown in FIG. The grating pitches are made substantially equal so that there is no difference in diffraction efficiency. As a result, the balance characteristics of the tracking signal can be improved.
[0006]
By the way, in order to increase the speed of the rewritable optical pickup device, it is effective to use an element having high light use efficiency. As an example, the use efficiency of light can be increased by using a polarization separation element having a different diffraction efficiency depending on the polarization direction. In order to realize this polarization separation element, the present applicant has previously proposed a polarization separation element having a configuration as shown in FIG. 20 (see Patent Document 3). In this polarization separation element, a birefringent film 303 having a different refractive index for a polarization plane of different incident light is loaded on a transparent substrate 302 as a periodic uneven lattice, and an isotropic overcoat layer 304 is further coated thereon. The birefringent film 303 is formed of a polymer birefringent film (for example, a stretched organic polymer film). In particular, the stretched organic polymer film (hereinafter referred to as an organic stretched film) is made of LiNbO. 3 Compared with such a crystalline material, it has a feature that the area can be easily increased and the cost can be easily reduced. In addition, since the refractive index is also around 1.6, there is an advantage that an isotropic adhesive having a high refractive index and a similar degree of transparency is easily available, and the element can be easily manufactured.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-288856
[Patent Document 2]
JP-A-11-265515
[Patent Document 3]
JP 2000-75130 A
[Non-patent document 1]
J. Appl. Phys. , Vol. 72, no. 3, p. 938 (1992)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is an invention for making the diffraction efficiency of a diffractive optical element high and uniform. Here, the diffraction efficiency is obtained by multiplying the birefringence of the optical material forming the concave-convex lattice by the depth of the groove of the lattice (diffraction efficiency = birefringence × groove depth of lattice).
FIG. 12 shows the relationship between the groove depth of the grating and the diffraction efficiency when an uneven grating is formed on BK7 glass. In the case where the pitch of the grating is different from 1.6 to 2.0 μm, when the groove depth is changed, the diffraction efficiency becomes about 40% when the depth is around 0.6 to 0.65 μm and becomes the maximum. However, the maximum diffraction efficiency differs for each grating pitch. The maximum diffraction efficiency is slightly different depending on the grating pitch, with 39% at 1.6 μm and 41% at 2.0 μm. When the grating groove depth is as shallow as 0.4 μm or less, there is almost no difference in diffraction efficiency depending on the pitch. However, when the grating groove depth is as deep as 0.5 μm or more, the difference in diffraction efficiency due to the pitch appears. .
[0009]
Next, FIG. 13 shows the relationship between the grating depth and the diffraction efficiency when a polarization diffraction grating is formed using liquid crystal. When the birefringence of the liquid crystal is Δn = 0.2 and the pitch of the grating is different from 1.6 to 2.0 μm, the diffraction efficiency becomes 43 at a depth around 1.8 μm as the groove depth is changed. 46%, which is the maximum. However, here also the maximum diffraction efficiency differs for each pitch of the grating. The maximum diffraction efficiency varies depending on the pitch, with 46% at a pitch of 1.6 μm and 43% at 2.0 μm. When the grating groove depth is as small as 1.2 μm or less, there is almost no difference in diffraction efficiency depending on the pitch. However, when the grating groove depth is deeper, the difference in diffraction efficiency appears depending on the pitch.
[0010]
Next, FIG. 14 shows the relationship between the groove depth of the grating and the diffraction efficiency when a polarization diffraction grating is formed using an organic stretched film. When the birefringence of the organic stretched film is Δn = 0.1, and the pitch of the lattice is different from 1.6 to 2.0 μm, the diffraction efficiency changes at a depth around 3.7 μm as the groove depth is changed. Is 38 to 45%, which is the maximum. Again, the maximum diffraction efficiency differs for each grating pitch. When the pitch is 1.6 μm, the diffraction efficiency is 38%, and when the pitch is 2.0 μm, the diffraction efficiency is 45%. The difference between the pitch of the maximum diffraction efficiency and the pitch when the lattice is formed on the organic stretched film, the case where the lattice is formed on the BK7 glass, or the example of the polarization diffraction grating using liquid crystal is considerably large. This is considered to be due to the small birefringence of the organic stretched film. As described above, when the grating groove depth is small, there is almost no difference in diffraction efficiency due to the pitch. However, when the grating groove depth is large, the difference in diffraction efficiency due to the difference in pitch becomes significant. Is a feature of the small diffraction grating.
[0011]
Generally, in an optical pickup device using a diffractive optical element such as a hologram, the diffractive optical element is divided into a plurality of regions, and the pitch of the grating differs for each region. However, if the diffraction efficiencies in the respective regions are not the same, the signal output becomes unbalanced, and accurate signal detection cannot be performed. In particular, in the case of a polarizing diffraction grating having a small birefringence such as an organic stretched film, even if the groove depth is made the same, the diffraction efficiency is different due to a difference in pitch.
[0012]
As described above, if the diffraction efficiencies in the respective regions of the diffractive optical element are not the same, there is a problem that the signal output becomes unbalanced and accurate signal detection cannot be performed. There is a method of correcting the difference in diffraction efficiency by changing the gain of the system. The principle is shown in FIG.
In FIG. 15, when the diffraction efficiencies of the two grating regions 4a and 4b of the hologram 4 of the diffractive optical element are different, the amounts of diffracted light incident on the two light receiving sections 8a and 8b of the light receiving element are different (here, for the sake of explanation, It is assumed that a large amount of light enters the light receiving unit 8a). When diffracted lights from the two grating regions 4a and 4b of the hologram 4 enter the light receiving portions 8a and 8b of the light receiving element 8, respectively, an electromotive current Ia is generated in the light receiving portion 8a that receives the diffracted light from the region 4a. An electromotive current Ib is generated in the light receiving portion 8b that receives the diffracted light from the light receiving portion 4b. However, since a large amount of light enters the light receiving portion 8a, Ia> Ib, the signal output becomes unbalanced, and accurate signal detection is performed. become unable. Therefore, if the gain resistors Ra and Rb of the signal detection system amplifiers 50a and 50b are set so that Ra <Rb, the output voltage Va and Vb can be made equal (Va = Vb), and the difference signal output from the differential amplifier 51 is Va−Vb = 0. Therefore, a track signal can be detected from the difference signal.
[0013]
As shown in FIG. 15, when the diffracted light from the two grating regions 4a and 4b of the hologram 4 enters the two light receiving portions 8a and 8b of the light receiving element 8, the light receiving portion receives the diffracted light from the region 4a. 8a, an electromotive current Ia is generated, and an electromotive current Ib is generated in the light receiving section 8b that receives the diffracted light from the region 4b. However, the light receiving element itself has a noise component separately from the signal component. FIG. 16 shows this state.
As described above, when the gain resistors Ra and Rb of the signal detection system amplifiers 50a and 50b satisfy Ra <Rb, the output voltage Vb has a large signal component and a large noise component at the same time. Further, since the output voltage Va is amplified small, the noise component is also amplified only small. Therefore, if the difference signal is taken by the differential amplifier 51, the signal component is canceled, but the noise component remains. Therefore, the signal which should be 0 does not become 0 and thus becomes an offset.
As described above, the method of correcting the difference in diffraction efficiency between the two grating regions 4a and 4b of the hologram 4 by the gain of the signal detection system has a problem that accurate signal detection cannot be performed because noise remains.
[0014]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a diffractive optical element having a grating having a different pitch, or a diffractive optical element having a plurality of grating regions having different pitches, to eliminate a difference in diffraction efficiency caused by a difference in pitch. It is intended to provide a means of: It is another object of the present invention to provide a means for not only making the diffraction efficiencies equal, but also making the diffraction efficiencies equal after obtaining higher diffraction efficiencies. Further, the present invention provides an optical pickup device in which the diffraction efficiency is equal for each grating or a plurality of grating regions, the signal offset is reduced by using a diffractive optical element having high diffraction efficiency, and the reliability is improved. An object of the present invention is to provide an optical disk drive device capable of performing stable signal detection by using the optical pickup device.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, in a diffractive optical element having gratings with different pitches (grating periods), the ratio of the width of the convex portion of the grating to the pitch of the grating is determined by the duty of the grating ( When defined as (duty), the gratings with different pitches have different grating duties. That is, in the diffractive optical element according to the first aspect, the gratings having different pitches are made to have the same diffraction efficiency by changing the duty.
More specifically, as in the invention according to claim 4, the gratings with different pitches set the duty of the grating so that the diffraction efficiencies are equal.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, in the diffractive optical element according to the first aspect, among the gratings having different pitches, the duty of the grating having a small pitch has a large pitch according to the birefringence of a material forming the grating. Is smaller than the duty. In other words, in the diffractive optical element according to the second aspect, the duty of the grating having a small pitch is reduced and the duty of the grating having a large pitch is increased according to the birefringence of the material forming the grating, thereby increasing the diffraction efficiency. While keeping the diffraction efficiency equal.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, in the diffractive optical element according to the first aspect, among the gratings having different pitches, a duty of a grating having a small pitch is a grating having a large pitch in accordance with a birefringence of a material forming the grating. The duty is larger than the duty. That is, in the diffractive optical element according to the third aspect, the duty of the grating having a small pitch is increased and the duty of the grating having the large pitch is decreased according to the birefringence of the material forming the grating, thereby increasing the diffraction efficiency. While keeping the diffraction efficiency equal.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, in a diffractive optical element having a plurality of grating regions having different pitches (grating periods), the ratio of the width of the convex portion of the grating to the pitch of the grating is defined as the duty of the grating. The duty of the grating is different for each of the grating regions. That is, in the diffractive optical element according to the fifth aspect, the duty is different for each of the divided grating regions so that the diffraction efficiency is equalized.
More specifically, as in the invention according to claim 8, the duty of the grating for each grating region is set such that the diffraction efficiencies of the plurality of grating regions are equal.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in the diffractive optical element according to the fifth aspect, the duty of the grating region having the smallest pitch among the plurality of grating regions having different pitches depends on the birefringence of the material forming the grating. It is characterized in that it is smaller than the duty of the grating in the other grating regions. In other words, in the diffractive optical element according to the sixth aspect, the duty of the grating in the grating region with a small pitch is reduced and the duty of the grating in the grating region with a large pitch is increased according to the birefringence of the material forming the grating. Thus, the diffraction efficiency between the regions is equalized while maintaining high diffraction efficiency in each region.
[0020]
According to a seventh aspect of the present invention, in the diffractive optical element according to the fifth aspect, the duty of the grating region having the smallest pitch among the plurality of grating regions having different pitches depends on the birefringence of the material forming the grating. It is characterized in that it is larger than the duty of the grating in the other grating regions. That is, in the diffractive optical element according to the seventh aspect, the duty of the grating in the grating region having a small pitch is increased and the duty of the grating in the grating region having a large pitch is decreased in accordance with the birefringence of the material forming the grating. Thus, the diffraction efficiency between the regions is equalized while maintaining high diffraction efficiency in each region.
[0021]
According to a ninth aspect of the present invention, in the diffractive optical element according to any one of the first to fourth aspects, an optically anisotropic material having birefringence is provided with a lattice having a concave and convex shape having different pitches, The concave portions of the lattice are filled with an isotropic substance. That is, in the diffractive optical element according to the ninth aspect, the optically anisotropic material is provided with an uneven shape, and at least the concave portion is filled with an isotropic substance. By adopting any one of the structures described in any one of (1) to (4), it is intended to increase the efficiency and reduce the cost and at the same time to make the diffraction efficiency uniform.
[0022]
According to a tenth aspect of the present invention, in the diffractive optical element according to any one of the fifth to eighth aspects, the optically anisotropic material having birefringence has a plurality of irregularly shaped gratings having different pitches. A lattice region is provided, and at least concave portions of the lattice are filled with an isotropic substance. That is, the diffractive optical element according to claim 10 is one in which an optically anisotropic material is provided with an uneven shape, and at least the concave portion is filled with an isotropic substance. By making the relationship as described in any one of claims 5 to 8, higher efficiency and lower cost as well as uniform diffraction efficiency are achieved.
[0023]
An eleventh aspect of the present invention is the diffractive optical element according to the ninth or tenth aspect, wherein the optically anisotropic material is an organic stretched film. Since the refractive index of the organic stretched film is as low as around 1.6 (λ = 660 nm), the isotropic material as the filling material can easily adjust the refractive index, has high transparency, and can keep the light use efficiency from lowering.
[0024]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the diffractive optical element according to any one of the first to fourth aspects, the optically isotropic material is provided with gratings having irregularities having different pitches, and at least concave portions of the grating are provided. It is characterized by being filled with an optically anisotropic material having a refractive property. That is, in the diffractive optical element according to the twelfth aspect, the optically isotropic material is provided with an uneven shape, and at least the concave portion is filled with the optically anisotropic material. By adopting any one of the items 1 to 4, it is possible to increase the efficiency and reduce the cost and at the same time to make the diffraction efficiency uniform.
[0025]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the diffractive optical element according to any one of the fifth to eighth aspects, the optically isotropic material is provided with a plurality of grating regions having different pitches formed by uneven gratings, At least the concave portions of the grating are filled with an optically anisotropic material having birefringence. That is, in the diffractive optical element according to the thirteenth aspect, the optically isotropic material is provided with irregularities, and at least the concave portions are filled with the optically anisotropic material. By setting the relationship of the duty as described in any one of claims 5 to 8, the efficiency and cost can be reduced and the diffraction efficiency can be made uniform.
[0026]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the diffractive optical element according to the twelfth or thirteenth aspect, the filled optically anisotropic material is a liquid crystal. That is, in the diffractive optical element according to the fourteenth aspect, in the diffractive optical element according to the twelfth or thirteenth aspect, the cost can be reduced by using a liquid crystal as an optically anisotropic material to be filled.
[0027]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing the diffractive optical element according to the ninth aspect, the mask has a birefringence by using a mask on which a lattice pattern having a different duty according to the pitch is formed. An optically anisotropic material is characterized in that, after forming a lattice having a concave-convex shape having a different duty according to the pitch by etching, at least a concave portion of the lattice is filled with an isotropic substance. That is, in the method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 15, when manufacturing the diffractive optical element according to claim 9, an optical mask is formed by using a mask having a lattice pattern with a duty different according to the pitch. Since an irregular lattice with a different duty depending on the pitch is formed by etching on the anisotropic material, it is only necessary to set the duty in accordance with the pitch of the grating when fabricating the mask. It can be manufactured.
[0028]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the manufacturing method for manufacturing the diffractive optical element according to the tenth aspect, a mask having a pattern of a plurality of grating regions having different grating pitches and duties for each region is used. A plurality of grating regions having different grating pitches and duties are formed in an optically anisotropic material having a refractive index by etching, and then at least concave portions of the grating are filled with an isotropic substance. That is, in the method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 16, when manufacturing the diffractive optical element according to claim 10, a mask in which a pattern of a plurality of grating regions having different grating pitches and duties for each region is formed. Since a plurality of grating regions having different grating pitches and duties are formed by etching on the optically anisotropic material, it is only necessary to set the duty according to the pitch of each grating region during mask fabrication. It becomes possible to manufacture a diffractive optical element at a low cost.
[0029]
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the manufacturing method for manufacturing the diffractive optical element according to the twelfth aspect, the optical isotropy is improved by using a mask having a lattice pattern in which the duty varies according to the pitch. The method is characterized in that, after forming a lattice having a concavo-convex shape having a different duty depending on the pitch by etching, at least concave portions of the lattice are filled with an optically anisotropic substance having birefringence. That is, in the method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 17, when manufacturing the diffractive optical element according to claim 12, an optical mask is formed by using a mask having a lattice pattern in which the duty varies depending on the pitch. Since an irregular lattice with a different duty according to the pitch is formed by etching on a target isotropic material, it is only necessary to set the duty according to the pitch of the grating when fabricating the mask. It can be manufactured.
[0030]
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the manufacturing method for manufacturing a diffractive optical element according to the thirteenth aspect, a mask having a pattern of a plurality of grating regions having different grating pitches and different duties for each region is used. After forming a plurality of grating regions having different grating pitches and duties by etching into a isotropic material, at least concave portions of the grating are filled with an optically anisotropic substance having birefringence. That is, in the method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 18, when manufacturing the diffractive optical element according to claim 13, a mask in which a pattern of a plurality of grating regions having different grating pitches and duties for each region is formed. Since a plurality of grating regions having different grating pitches and duties are formed by etching on an optically isotropic material, it is only necessary to set the duty in accordance with the pitch of each grating region during mask fabrication. It becomes possible to manufacture a diffractive optical element at a low cost.
[0031]
The invention according to claim 19 is an optical pickup device for recording or reproducing by condensing light from a light source on a recording medium with a condenser lens, wherein a diffractive optical element is arranged in an optical path to reflect light from the recording medium. Is branched by a diffractive optical element, comprising an optical system for receiving light by a photodetector, wherein the diffractive optical element disposed in the optical path is the diffractive optical element according to any one of claims 1 to 14. Features. That is, in the optical pickup device according to the nineteenth aspect, by using a diffractive optical element having small diffraction efficiency variation for each grating or each region, offset due to signal variation and noise is reduced, thereby improving the reliability of the optical pickup device. It is intended.
[0032]
According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided an optical disk drive device for recording or reproducing information on or from a recording medium using an optical pickup device, wherein the optical pickup device according to the nineteenth aspect is mounted as the optical pickup device. It is characterized by. That is, the optical disk drive device according to the twentieth aspect realizes an optical disk drive device that uses an optical pickup device according to the nineteenth aspect, has a small offset due to signal variation and noise, and can perform stable signal detection. is there.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the illustrated examples.
[0034]
(Example 1)
FIG. 1 is an explanatory view of the configuration and operation of a diffractive optical element showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an optical pickup device showing one embodiment of the present invention. The configuration of FIG. 1 shows a configuration example of a portion of the hologram light source unit 11 of the optical pickup device shown in FIG. That is, the light source 1 and the light receiving element 8 shown in FIG. 1 are disposed in the case of the hologram light source unit 11 of the optical pickup device shown in FIG. An optical element (hologram element) 7 is provided integrally. This diffractive optical element (hologram element) 7 is provided with an optically anisotropic material 3 having birefringence on a transparent first substrate 2, and pitches the optically anisotropic material 3 by etching or the like. Diffraction gratings (holograms) 4 having irregularities with different grating periods) are formed, at least concave portions of the grating are filled with an isotropic material 5, and a transparent second substrate 6 is loaded thereon. The first and second substrates 1 and 6 in FIG. 1 are transparent glass substrates such as quartz and BK7, but need not be glass and may be transparent resin. In FIG. 2, reference numeral 12 denotes a coupling lens, 13 denotes a rising mirror, 14 denotes a 、 wavelength plate, 15 denotes an objective lens, and 16 denotes an optical disk as a recording medium. Note that the configuration in FIG. 2 is an example, and the present invention is not limited to this configuration.
[0035]
1 and 2, linearly polarized light emitted from a light source (for example, a semiconductor laser) 1 in a hologram light source unit 11 passes through a diffractive optical element (hologram element) 7 and becomes substantially parallel light by a coupling lens 12. The light path is deflected in a substantially right-angle direction by the rising mirror 13, passes through the quarter-wave plate 14, becomes circularly polarized light, is condensed by the objective lens 15, and irradiates the recording surface of the optical disk 16 as a minute spot light. Is done.
Then, the light obtained by reading the signal on the recording surface of the optical disk 16 is reflected by the recording surface, becomes circularly polarized light in the opposite direction to the outward path, converted into substantially parallel light by the objective lens 15, and transmitted through the quarter-wave plate 14. Then, the light becomes linearly polarized light orthogonal to the outward path, is deflected in the optical path by the rising mirror 13, returns to the coupling lens 12, is diffracted by the hologram 4 of the diffractive optical element (hologram element) 7, and the diffracted light is received by the light receiving element. The light is received at 8 and a signal is detected.
[0036]
Next, the hologram 4 of the diffractive optical element (hologram element) 7 will be described. The hologram 4 has a birefringent optically anisotropic material (hereinafter, referred to as a birefringent material) 3 on which a periodic lattice having an uneven shape is formed on the surface. It is a polarization hologram that is filled. The hologram 4 is divided into two grating regions 4a and 4b, for example, as shown in FIG. 3A, and the regions 4a and 4b have different grating pitches (grating periods). Therefore, the diffraction angles of the diffracted lights from the region 4a and the region 4b are different, and are received by the two light receiving portions 8a and 8b of the light receiving element 8, respectively. Here, since the diffraction angle of the region 4a is smaller, the pitch of the grating is larger. Here, it is assumed that the pitch of the lattice of the region 4a is 2.0 μm. Since the diffraction angle is larger in the region 4b, the pitch of the grating is smaller. Here, it is assumed that the pitch of the lattice of the region 4b is 1.6 μm.
[0037]
When the pitch of the grating of the hologram 4 is different as described above, as described with reference to FIGS. 12 to 14 in the above-described problem, the maximum diffraction efficiency is different in the portion where the pitch of the grating is different. In order to perform high-speed reproduction by the optical pickup device, the diffraction efficiency of the hologram 4 must be increased to increase the amount of light entering the light receiving element 8. However, if the diffraction efficiency is increased, the hologram regions 4a and 4b having different grating pitches are required. Since the maximum efficiencies that can be obtained are different, the amounts of light entering the light receiving sections 8a and 8b of the light receiving element 8 are different, and the signal output becomes unbalanced, and accurate signal detection cannot be performed.
[0038]
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 3B, when the ratio of the width A of the convex portion of the grating to the pitch Λ of the grating is defined as the duty of the grating (duty = A / Λ), Makes the duty of the grating different. That is, diffraction efficiencies of gratings having different pitches are made equal by changing the duty. More specifically, for the gratings with different pitches, the duty of the grating is set so that the diffraction efficiencies are equal.
Here, in the example of the hologram 4 divided into two in FIG. 3, the duty of the grating having a small pitch among the gratings having different pitches is larger than the duty of the grating having a large pitch in accordance with the birefringence of the material forming the grating. It has a small configuration. That is, assuming that the birefringence of the birefringent material is 0.1, the duty of the grating in the region 4a (pitch: 2.0 μm) is increased, and the duty of the grating in the region 4b (pitch: 1.6 μm) is reduced. ing.
[0039]
FIG. 4 shows the relationship between the duty and the + 1st-order diffraction efficiency when the birefringence of the birefringent material is 0.1. Here, when the duty of the grating in the region 4b (pitch: 1.6 μm) of the hologram 4 is 0.4, the diffraction efficiency is 38%. Also, if the duty of the grating of the region 4a (pitch 2.0 μm) is also 0.4, the diffraction efficiency becomes 45%, and the diffraction efficiency differs between the region 4a and the region 4b. If the duty of the grating is set as large as 0.5, the diffraction efficiency becomes about 38%, which is almost equal to the diffraction efficiency of the region 4b (pitch: 1.6 μm). By utilizing the fact that the difference in the duty of the grating affects the diffraction efficiency, the duty of the grating with a small pitch is reduced to obtain a high diffraction efficiency, and the duty of the grating with a large pitch is obtained. If (duty) is increased to match the diffraction efficiency of a grating with a small pitch, the diffraction efficiency can be equalized even at different pitches. As a result, the amounts of light entering the light receiving sections 8a and 8b of the light receiving element 8 can be equalized, and accurate signal detection can be performed without unbalanced signal output.
[0040]
In FIG. 3, the area 4 a and the area 4 b are both written with an equal pitch. However, in an actual design, there may be a case where a large pitch part and a small pitch part are mixed in the area 4 a. For example, when the hologram 4 has a lens function, that is, when focus detection is performed by the beam size method, a portion having a large grating pitch and a portion having a small grating pitch are mixed in the same region 4a or 4b. . FIG. 5 shows an example of this, in which the grid of the region 4a of the hologram 4 shown in (a) has a different pitch between the upper part and the lower part as shown in (b). Even in such a case, if the birefringence of the birefringent material is 0.1, the diffraction efficiency should be matched by reducing the duty of the grating with a small pitch and increasing the duty of the grating with a large pitch. And a uniform diffraction efficiency can be obtained in the region.
[0041]
(Example 2)
In the first embodiment, the case where the birefringence of the birefringent material forming the hologram 4 is 0.1 is assumed. However, when the birefringence is 0.2, the characteristics are different. FIG. 6 shows the relationship between the duty and the + 1st-order diffraction efficiency when the birefringence of the birefringent material is 0.2.
As shown in FIG. 6, when the birefringence is 0.2, the smaller the grating pitch, the higher the diffraction efficiency. For example, when duty = 0.4, the maximum diffraction efficiency is 46% when the grating pitch is 1.6 μm, but the maximum diffraction efficiency is 43% when the pitch is 2.0 μm. As described above, when the birefringence of the birefringent material is 0.2, among the gratings having different pitches, the duty of the grating having the smaller pitch is set to be larger than the duty of the grating having the larger pitch. For example, the duty of a grating having a pitch of 2.0 μm is set to 0.4, and the duty of a grating having a pitch of 1.6 μm is set to 0.45.
In this way, the diffraction efficiency of the grating having the pitch of 1.6 μm is 43%, and the same diffraction efficiency as that of the grating having the pitch of 2.0 μm and duty = 0.4. As described above, even when the characteristics differ depending on the birefringence of the material forming the grating, the duty can be optimized to make the diffraction efficiency uniform.
[0042]
(Example 3)
As described in the first and second embodiments, as a method for manufacturing a diffractive optical element having a hologram 4 in which the duty varies according to the pitch, a grating pattern in which the duty varies according to the pitch is formed. There is a method in which a birefringent material is etched to form an irregular lattice having a different duty according to the pitch by using a mask, and then at least the concave portion of the lattice is filled with an isotropic substance.
[0043]
Here, as an example, a case where the diffractive optical element 7 having the configuration shown in FIG. 1 is manufactured will be described. First, after a birefringent material (for example, an organic stretched film described later) 3 is adhered to the transparent first substrate 2 by adhesion or the like, a photosensitive resin (photoresist) is spin-coated on the birefringent material 3. Then, the photoresist is exposed to the grid pattern of the exposure mask using an exposure mask in which a grid pattern having a different duty depending on the pitch is formed. After exposure, the photoresist is developed to form a lattice pattern of the photoresist. Next, using a photoresist having a lattice pattern with a duty different according to the pitch as a mask for etching, the birefringent material 3 is etched by dry etching or the like, and then the photoresist mask is removed by ashing with a solvent or gas. After the removal, a diffraction grating (hologram) 4 made of a periodic uneven lattice of the birefringent material 3 is formed on the substrate 2. The hologram 4 formed in this manner has an irregular lattice in which the lattice pattern of the mask is transferred and the duty varies depending on the pitch. An isotropic material (for example, an optically isotropic resin) is coated on the hologram 4 by spin coating or the like, at least the resin is filled in the concave portions of the lattice, and the second substrate 6 is placed thereon. Ultraviolet (UV) or heat is applied to solidify the resin, and the isotropic material layer 5 and the second substrate 6 are fixed. As described above, it is possible to manufacture the diffractive optical element 7 having the concave and convex hologram 4 in which the duty is changed according to the pitch as shown in FIG.
[0044]
(Example 4)
In the first and second embodiments, it has been proposed that the diffraction efficiency is made uniform by changing the duty according to the pitch of the grating. However, here, it is proposed to change the duty according to the grating area. In FIG. 5 described above, the duty of the grating is changed according to the pitch of the grating because the pitch of the grating is different even in the same region. However, in the case where focus detection is performed by the knife edge method, the same region is used. If so, the pitch is almost the same. In such a case, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), the duty of the grid is made different for each grid area. More specifically, the duty of the grating for each grating region may be set such that the diffraction efficiencies of the two grating regions 4a and 4b of the hologram element 4 are equal. In this case, the duty of the grating is changed for each area instead of changing the duty for each pitch of the grating, so that the change in the duty is small. This can reduce the amount of data when forming a mask (exposure mask, etching mask) used for manufacturing a diffractive optical element, so that the mask manufacturing time can be shortened and the mask manufacturing cost can be reduced.
[0045]
Even in the case of the diffractive optical element having such a configuration, the duty of the grating region having the smallest pitch among the plurality of grating regions having different pitches depends on the birefringence of the material forming the grating. Smaller than the duty of the lattice. That is, as described above, when the birefringence of the birefringent material is 0.1, the duty of the grating in the grating region with a small pitch is reduced, and the duty of the grating in the grating region with a large pitch is increased. The diffraction efficiency can be made equal between the regions while maintaining high diffraction efficiency in each region.
Conversely, according to the birefringence of the material forming the grating, the duty of the grating region having the smallest pitch among the plurality of grating regions having different pitches is greater than the duty of the grating of the other grating regions. Also increase. That is, as described above, when the birefringence of the birefringent material is 0.2, the duty of the grating in the grating region with a small pitch is increased, and the duty of the grating in the grating region with a large pitch is reduced. The diffraction efficiency can be made equal between the regions while maintaining high diffraction efficiency in each region.
[0046]
(Example 5)
As described in the fourth embodiment, as a method for manufacturing a diffractive optical element having a hologram 4 in which the grating duty is different for each grating region, a plurality of grating regions having different grating pitches and duties for each region are provided. A method of forming a plurality of grating regions having different grating pitches and duties by etching on a birefringent material using a mask having a pattern formed thereon, and then filling at least concave portions of the grating with an isotropic substance. There is.
[0047]
That is, in the manufacturing method described in the third embodiment, an exposure mask in which a pattern of a plurality of lattice regions having different lattice pitches and duties for each region is used, and the pattern of the lattice region is transferred to a photoresist. When an etching mask is prepared by using the etching mask and the birefringent material 3 is etched using the etching mask, the hologram 4 having a different grating duty for each grating region can be formed on the birefringent material 3. it can. Then, an optically isotropic material (for example, an optically isotropic resin) is coated on the hologram 4 by spin coating or the like, at least the resin is filled in the concave portions of the lattice, and the second substrate is further placed thereon. 6, the resin is solidified by applying ultraviolet light (UV) or heat, and the isotropic material layer 5 and the second substrate 6 are fixed to form the lattice regions 4a and 4b as shown in FIG. It is possible to manufacture the diffractive optical element 7 having the hologram 4 in which the duty of the grating is changed according to the above.
[0048]
(Example 6)
Next, in the diffractive optical element having the configuration shown in the first, second or third embodiment, as shown in FIG. 9, the diffractive optical element 1 is a polarization diffractive element having a birefringent material 3 having an uneven surface. explain. As shown in FIG. 1, the first substrate 1 and the second substrate 6 are transparent glass substrates such as quartz and BK7. Further, other than glass, a transparent resin may be used. The hologram 4 is a polarization hologram in which the surface of the birefringent material 3 has an uneven shape, and at least concave portions are filled with an isotropic material 5. The diffraction efficiency is determined by the refractive index difference of the birefringent material 3 and the refractive index difference of the isotropic material 5 and the groove depth. The maximum diffraction efficiency due to the difference in pitch differs depending on the refractive index difference (FIGS. 12 to 14). ). Since the characteristics are different depending on the refractive index difference, it is necessary to determine the optimum grating duty in accordance with the difference.
[0049]
For example, as shown in FIG. 13, when the birefringent material 3 is a liquid crystal and has a large birefringence, the difference in the maximum diffraction efficiency due to the difference in the grating pitch is small. Therefore, the difference in duty for making the diffraction efficiency uniform may be small. Conversely, as shown in FIG. 14, when the birefringent material 3 is an organic stretched film and the birefringence is small, the difference in the maximum diffraction efficiency due to the difference in the grating pitch is large. Therefore, in order to make the diffraction efficiency uniform, it is better to increase the difference in the duty of the grating. Thus, even if the birefringence of the birefringent material 3 is any, the diffraction efficiency can be made uniform by changing the duty of the grating. Therefore, it can be said that making the diffraction efficiency uniform by the duty is an effective means applicable to various birefringent materials.
[0050]
(Example 7)
Next, an example of the birefringent material 3 used in the diffractive optical element of the present invention will be described. As the birefringent material 3, there is an organic polymer alignment film. As an example of a manufacturing method, a polydiacetylene monomer is vacuum-deposited on an alignment film obtained by obliquely depositing SiO or the like on a transparent substrate such as glass or rubbing an organic film such as polyethylene terephthalate (PET) with a cloth. There is a method of forming an optically anisotropic film (birefringent film) by vapor deposition and orientation, and then irradiating ultraviolet rays to polymerize (see Non-Patent Document 1). By this method, a birefringent film of an organic material can be produced at low cost.
[0051]
As another processing method for obtaining a birefringent film, there is a method in which a polymer film such as polyimide or polycarbonate produced by spin coating or the like is oriented in a uniaxial direction by stretching a molecular chain to generate in-plane birefringence. The birefringent film thus produced is called an organic stretched film. With this organic stretched film, the birefringence Δn can be changed by the temperature and the applied force during stretching, and this is a method that can be mass-produced at low cost. In addition, as an organic polymer material used for the organic stretched film, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, and the like can be used in addition to polyimide and polycarbonate.
[0052]
The birefringent film (polymer oriented film, organic stretched film) thus obtained is provided with an uneven lattice or a lattice by etching using a mask or the like, as in the manufacturing method described in the above-described Example 3 or Example 5. By forming a region and filling the surface with a material 5 having an isotropic refractive index and flattening it, a low-cost and highly efficient polarization hologram can be formed.
[0053]
(Example 8)
In the above Examples 1 to 7, the diffractive optics has a configuration in which the birefringent material (birefringent film) 3 is formed on the substrate, and the hologram 4 including the uneven lattice or the grating region is formed on the birefringent material. Although the element has been described, here, the optically isotropic material is provided with a lattice having a concave-convex shape having a different pitch, or a plurality of lattice regions having a different pitch composed of a lattice having a concave-convex shape. A diffractive optical element having a configuration filled with an optically anisotropic material having the following will be described. The relationship between the grating pitch and the duty, the relationship between the plurality of grating regions and the duty, and the like are the same as in the first, second, or fourth embodiment.
[0054]
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the diffractive optical element 7 ′ is a polarization diffraction element having an uneven shape on the surface of the isotropic material 9. The first substrate 1 and the second substrate 6 are transparent glass substrates such as quartz and BK7, but may be transparent resins other than glass. Note that the isotropic material 9 may be common to the first substrate 2.
The hologram 4 is formed by forming an uneven lattice or a lattice region on the surface of an isotropic material 9 by etching using a mask or the like. At least in the concave portions, an optically anisotropic material (birefringent material) 10 is formed. Is a polarization hologram filled with. Although the diffraction efficiency is determined by the birefringence of the birefringent material 10 and the groove depth, the maximum diffraction efficiency varies depending on the pitch depending on the birefringence (FIGS. 12 to 14). That is, since the characteristics are different depending on the refractive index difference, it is necessary to determine the optimum duty in accordance with the difference.
[0055]
For example, as shown in FIG. 13, when the birefringent material 10 is a liquid crystal and has a large birefringence, the difference in maximum diffraction efficiency due to the difference in pitch is small. Therefore, the difference in duty for making the diffraction efficiency uniform may be small. Conversely, as shown in FIG. 14, when the birefringent material 10 is an organic polymer and has a small birefringence, the difference in maximum diffraction efficiency due to the difference in pitch is large. Therefore, in order to make the diffraction efficiency uniform, it is better to increase the difference in duty. As described above, even if the birefringence of the birefringent material 10 is any number, the diffraction efficiency can be made uniform by changing the duty. Therefore, the uniformization of the diffraction efficiency by the duty can be effectively applied to a diffractive optical element having a configuration in which irregularities are provided in an optically isotropic material and at least concave portions of the grating are filled with an optically anisotropic material having birefringence. It can be said that it is a means.
[0056]
Liquid crystal is suitable as the birefringent material 10 used for the diffractive optical element having the configuration shown in FIG. That is, in the case where an irregular lattice or a plurality of lattice regions are provided on the surface of the isotropic material 9, the concave portions of the lattice are filled with liquid crystal. The birefringence of the liquid crystal can be arbitrarily changed to some extent by the compounding. When it is desired to make the groove depth shallow in the uneven processing of the isotropic material 9, the birefringence of the liquid crystal may be increased, and when the deep groove processing is possible, the birefringence of the liquid crystal may be reduced. When a volume hologram is desired to be formed, the birefringence of the liquid crystal may be reduced to perform deep groove processing. The birefringence of a liquid crystal that can cope with the production of a variety of holograms is expected to vary depending on the production. By making the grating pitch and the duty of the area variable in accordance with the birefringence, uniform and high diffraction efficiency can be obtained. As can be seen from FIG. 14, when the duty is fixed, uniform diffraction efficiency can be obtained irrespective of the difference in grating pitch up to a diffraction efficiency of 30% when the groove depth is 2.5 μm. With a groove deeper than that, the diffraction efficiency is not uniform. However, by changing the duty, as described in the first embodiment, the diffraction efficiency is obtained about 38%, and the efficiency can be increased by about 30%.
[0057]
(Example 9)
As a method of manufacturing the diffractive optical element as described in the above-described Example 8, the isotropic material 9 is etched by using a mask in which a lattice pattern in which the duty varies depending on the pitch or region is formed. There is a method in which after forming a lattice having a concave-convex shape having a different duty depending on the pitch or region, at least the concave portion of the lattice is filled with a birefringent material.
[0058]
Here, as an example, a case in which a diffractive optical element 7 'having the configuration shown in FIG. 9 is manufactured will be described. First, an isotropic material 9 is formed on the transparent first substrate 2 by coating, bonding, or the like. This isotropic material may be common to the first substrate 2. Next, a photosensitive resin (photoresist) is spin-coated on the isotropic material 9. Then, the photoresist is exposed to the lattice pattern of the exposure mask using an exposure mask in which a lattice pattern having a different duty depending on the pitch or the lattice area is formed.
After exposure, the photoresist is developed to form a lattice pattern of the photoresist. Next, the isotropic material 9 is etched by dry etching or the like using a photoresist having a lattice pattern in which the duty varies depending on the pitch or lattice area as an etching mask, and then the photoresist is ashing by a solvent or gas. By removing the resist mask, a diffraction grating (hologram) 4 made of a periodic uneven lattice of an isotropic material 9 is formed on the substrate 2. The hologram 4 formed in this manner has an irregular lattice in which the lattice pattern of the mask is transferred and the duty varies depending on the pitch or lattice area. The periphery of the substrate on which the hologram 4 is formed is surrounded by a sealing material, and a second substrate 6 is further loaded thereon, and a birefringent material (for example, liquid crystal) is placed between the isotropic material 9 and the second substrate 6. ), And at least the concave portion of the hologram 4 is filled with a birefringent material (for example, liquid crystal).
As described above, it is possible to manufacture the diffractive optical element 7 'having the hologram 4 having the uneven shape in which the duty varies depending on the pitch or the area.
[0059]
(Example 10)
As shown in FIG. 2, the optical pickup device according to the present invention includes a hologram light source unit 11, a coupling lens 12, a rising mirror 13, a quarter-wave plate 14, an objective lens 15, and the like. The light source 1 and the light receiving element 8 shown in FIG. 1 are arranged in a case of the light source unit 11, and a diffractive optical element (hologram element) 7 is integrally installed in an opening for light emission / incidence of the case. Have been. As the diffractive optical element (hologram element), the diffractive optical element (polarization hologram element) described in Examples 1 to 9 is used, and has the following advantages.
(1) Since the diffraction efficiency is uniform for each grating or area, accurate tracking signal detection can be performed without imbalance in signal output.
(2) Since the diffraction efficiency is uniform and the diffraction efficiency itself is high, it can cope with high-speed recording and reproduction.
(3) Since the diffraction efficiency is made uniform by the duty, it is only necessary to change the duty of each pitch or region at the time of manufacturing a mask for exposure or etching, so that a hologram element can be manufactured at low cost and the optical pickup device can be manufactured at low cost. Cost can be reduced.
(4) Since the diffraction efficiency can be made uniform irrespective of the pitch of the grating, the arrangement of the light receiving element 8 in the hologram light source unit 11 is facilitated, and the degree of design freedom is increased.
[0060]
(Example 11)
Since the optical pickup device shown in the tenth embodiment uses a hologram having high diffraction efficiency and uniform diffraction efficiency, a signal with high light use efficiency and high reliability can be obtained. If the diffraction efficiency is high, the gain of the optical integrated circuit (OPIC) of the signal detection system can be reduced, which can contribute to the high-speed response of the OPIC. Therefore, by mounting this optical pickup device on an optical disk drive, it is possible to achieve a higher recording / reproducing speed.
In addition, the optical pickup device according to the present invention uses the polarization hologram element 7 for polarization separation and is integrated with the light source unit 11 in which the light source 1 and the light receiving element 8 are disposed, so that the optical pickup device is reduced in size and thickness. It can be suitably used as an optical pickup device of an optical disk drive device mounted on a notebook personal computer as shown in FIG.
[0061]
Next, FIG. 11 shows a configuration example of an optical disk drive device. FIG. 11 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the optical disk drive device. The optical disk drive device 20 includes a spindle motor 22 for rotating and driving the optical disk 16 as an information recording medium, an optical pickup device 23, a laser control circuit 24, an encoder 25, a motor driver 27, a reproduction signal processing circuit 28, and a servo controller 33. , A buffer RAM 34, a buffer manager 37, an interface 38, a read-only memory (ROM) 39, a central processing unit (CPU) 40, a random access memory (RAM) 41, and the like. Note that the arrows in FIG. 11 indicate typical flows of signals and information, and do not indicate all of the connection relations of the respective blocks. The optical disk 16 includes a CD (compact disk) optical disk (CD, CD-R, CD-RW) and a DVD (digital versatile disk) optical disk (DVD, DVD-R, DVD-RW). ) And the like, and by providing a plurality of light sources having different wavelengths in the optical pickup device 23, compatibility can be provided.
[0062]
The optical pickup device 23 is a device for irradiating a recording surface on which a spiral or concentric track of the optical disk 16 is formed with laser light, receiving reflected light from the recording surface, and recording or reproducing information. For example, the configuration is as shown in FIG. 2 described in the first embodiment.
The reproduction signal processing circuit 28 converts a current signal, which is an output signal of the optical pickup device 23, into a voltage signal, and based on the voltage signal, a wobble signal, an RF signal including reproduction information, and a servo signal (focus error signal, track error Signal). Then, the reproduction signal processing circuit 28 extracts address information, a synchronization signal, and the like from the wobble signal. The address information extracted here is output to the CPU 40, and the synchronization signal is output to the encoder 25. Further, in the reproduction signal processing circuit 28, after performing an error correction process or the like on the RF signal, the signal is stored in the buffer RAM 34 via the buffer manager 37. The servo signal is output from the reproduction signal processing circuit 28 to the servo controller 33. The servo controller 33 generates a control signal for controlling the optical pickup device 23 based on the servo signal, and outputs the control signal to the motor driver 27.
[0063]
The buffer manager 37 manages the input and output of data to and from the buffer RAM 34, and notifies the CPU 40 when the accumulated data amount reaches a predetermined value. The motor driver 27 controls the optical pickup device 23 and the spindle motor 22 based on a control signal from the servo controller 33 and an instruction from the CPU 40. The encoder 25 extracts the data stored in the buffer RAM 34 through the buffer manager 37 based on an instruction from the CPU 40, adds an error correction code, etc., creates data to be written on the optical disk 16, and reproduces the data. The write data is output to the laser control circuit 24 in synchronization with the synchronization signal from the signal processing circuit 28. The laser control circuit 24 controls the laser light output from the optical pickup device 23 based on the write data from the encoder 25.
[0064]
The interface 38 is a bidirectional communication interface with a host (for example, a personal computer), and conforms to a standard interface such as an ATAPI (AT Attachment Packet Interface) and a SCSI (Small Computer System Interface).
The ROM 39 stores a control program and the like described in codes readable by the CPU 40. The CPU 40 controls the operation of each unit according to the program stored in the ROM 39 and temporarily stores data and the like necessary for the control in the RAM 41.
[0065]
The configuration example of the optical disk drive device has been described above. In the present invention, the optical pickup device using the diffractive optical element (polarization hologram element) described in the first to ninth embodiments (for example, FIG. 2), light utilization efficiency is high, a highly reliable signal can be obtained, and a higher recording / reproducing speed can be achieved.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, in the diffractive optical element according to the first aspect, the gratings having different pitches have different duties so that the diffraction efficiency can be equalized even if the pitch is different.
In the diffractive optical element according to the second aspect, the pitch is different by reducing the duty of the grating having a small pitch and increasing the duty of the grating having a large pitch in accordance with the birefringence index of the material forming the grating. However, the diffraction efficiency can be made equal while maintaining high diffraction efficiency.
In the diffractive optical element according to the third aspect, the pitch is different by increasing the duty of the grating with a small pitch and decreasing the duty of the grating with a large pitch in accordance with the birefringence of the material forming the grating. However, the diffraction efficiency can be made equal while maintaining high diffraction efficiency.
In the diffractive optical element according to the fourth aspect, the gratings having different pitches have the same diffraction efficiency while maintaining high diffraction efficiency even if the pitch is different by setting the duty of the gratings so that the diffraction efficiencies are equal. It can be.
[0067]
In the diffractive optical element according to the fifth aspect, by making the duty different for each of the divided grating regions, the diffraction efficiency can be made equal even between regions having different pitches.
In the diffractive optical element according to the sixth aspect, the duty of the grating in the grating region with a small pitch is made small and constant, and the duty of the grating in the grating region with a large pitch is increased in accordance with the birefringence of the material forming the grating. By making the pitch constant, it is possible to maintain high diffraction efficiency and equalize the diffraction efficiency between the regions even between regions having different pitches, thereby simplifying the fabrication of a mask.
In the diffractive optical element according to the seventh aspect, the duty of the grating in the grating region with a small pitch is increased and made constant according to the birefringence of the material forming the grating, and the duty of the grating in the grating region with a large pitch is reduced. By making them constant, even between regions with different pitches, it is possible to maintain high diffraction efficiency in each region and equalize the diffraction efficiency between the regions, thereby simplifying the fabrication of the mask.
In the diffractive optical element according to the eighth aspect, the duty of the grating is set for each of the grating regions so that the diffraction efficiencies of the plurality of grating regions are equal. Therefore, even between regions having different pitches, high diffraction efficiency is maintained in each region. In addition, the diffraction efficiency between the regions can be made equal, and the fabrication of the mask is simplified.
[0068]
In the diffractive optical element according to the ninth aspect, the optically anisotropic material is provided with a concavo-convex shape, and at least the concave portion is filled with an isotropic substance. In this case, the efficiency can be increased, the cost can be reduced, and the diffraction efficiency can be made uniform. In addition, since unevenness can be directly applied to the optically anisotropic material, a lattice having a fine pitch can be formed, and the isotropic material can serve both as a filler and an adhesive, so that the process can be simplified.
In the diffractive optical element according to the tenth aspect, the optically anisotropic material is provided with a concavo-convex shape, and at least the concave portion is filled with an isotropic substance. According to any one of the fifth to eighth aspects, it is possible to achieve high efficiency and low cost, and at the same time, uniform diffraction efficiency. In addition, since unevenness can be directly applied to the optically anisotropic material, a lattice having a fine pitch can be formed, and the isotropic material can serve both as a filler and an adhesive, so that the process can be simplified.
In the diffractive optical element according to the eleventh aspect, in the diffractive optical element according to the ninth or tenth aspect, since the organic stretched film is used as the optically anisotropic material, the material cost is low, the processing can be performed on a large area, and the cost is low. Can be realized. In addition, since the refractive index of the organic stretched film is as low as about 1.6 (λ = 660 nm), the isotropic material as the filling material is easily adjusted in refractive index, has high transparency, and does not decrease light use efficiency. it can.
[0069]
In the diffractive optical element according to the twelfth aspect, an optically isotropic material is provided with a concavo-convex shape, and at least the concave part is filled with an optically anisotropic material. By adopting any one of the above-described items 4 to 4, it is possible to increase the efficiency, reduce the cost, and at the same time, make the diffraction efficiency uniform. In addition, since unevenness can be directly applied to an optically isotropic material, that is, a glass material or the like which is easy to process, a grid having a minute pitch can be formed stably, and the reliability is high.
In the diffractive optical element according to the thirteenth aspect, the optically isotropic material is provided with a concavo-convex shape, and at least the concave portion is filled with an optically anisotropic material. By setting the relationship as described in any one of claims 5 to 8, it is possible to increase the efficiency, reduce the cost, and at the same time, make the diffraction efficiency uniform. In addition, since unevenness can be directly applied to an optically isotropic material, that is, a glass material or the like which is easy to process, a grid having a minute pitch can be formed stably, and the reliability is high.
In the diffractive optical element according to the fourteenth aspect, in the diffractive optical element according to the twelfth or thirteenth aspect, by using liquid crystal as an optically anisotropic material to be filled, cost reduction can be realized. In addition, since the filling material is liquid crystal, the birefringence can be increased, the groove processing can be shallow, the processing time can be reduced, and mass productivity is good.
[0070]
In the method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 15, when manufacturing the diffractive optical element according to claim 9, an optical difference is formed by using a mask on which a grating pattern having a duty different according to the pitch is formed. Since an irregular lattice having a different duty according to the pitch is formed on the isotropic material by etching, it is only necessary to set the duty according to the pitch of the lattice when manufacturing the mask, so that the diffractive optical element can be manufactured at low cost. be able to.
In the method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 16, when manufacturing the diffractive optical element according to claim 10, a mask in which a pattern of a plurality of grating regions having different grating pitches and different duties for each region is used. Since a plurality of grating regions having different grating pitches and duties are formed on the optically anisotropic material by etching, it is only necessary to set the duty according to the pitch of each grating region during mask fabrication, so that the cost is reduced. A diffractive optical element can be manufactured.
[0071]
In the method for manufacturing a diffractive optical element according to the seventeenth aspect, when manufacturing the diffractive optical element according to the twelfth aspect, a mask having a lattice pattern in which the duty varies according to the pitch is used. Since an irregular lattice having a different duty according to the pitch is formed on the isotropic material by etching, it is only necessary to set the duty according to the pitch of the lattice when manufacturing the mask, so that the diffractive optical element can be manufactured at low cost. be able to.
In the method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 18, when manufacturing the diffractive optical element according to claim 13, a mask having a pattern of a plurality of grating regions having different grating pitches and different duties for each region is used. Since a plurality of grating regions having different grating pitches and duties are formed by etching on an optically isotropic material, it is only necessary to set the duty in accordance with the pitch of each grating region when manufacturing a mask, thereby reducing costs. A diffractive optical element can be manufactured.
[0072]
In the optical pickup device according to the nineteenth aspect, by using a diffractive optical element having a small variation in diffraction efficiency for each grating or each area, there is no imbalance in signal output, accurate tracking signal detection is possible, and high-speed recording is possible. It is. Further, since the diffraction efficiency can be kept constant irrespective of the pitch of the grating, the degree of freedom in designing the optical pickup is increased.
In the optical disk drive device according to the twentieth aspect, by mounting the optical pickup device according to the nineteenth aspect, it is possible to obtain a signal with high light use efficiency and high reliability, and to achieve a high recording / reproducing speed. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration and an operation of a diffractive optical element showing one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an optical pickup device showing one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a relationship between a grating pitch and a duty of a hologram of the diffractive optical element illustrated in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the duty and the + 1st-order diffraction efficiency when the birefringence of the birefringent material is 0.1.
5 is a diagram illustrating another example of the relationship between the grating pitch and the duty of the hologram of the diffractive optical element illustrated in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the duty and the + 1st-order diffraction efficiency when the birefringence of the birefringent material is 0.2.
7 is a diagram showing still another example of the relationship between the grating pitch and the duty of the hologram of the diffractive optical element shown in FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a principal part showing a configuration example of a diffractive optical element according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a principal part showing another configuration example of the diffractive optical element according to the present invention.
FIG. 10 is an external perspective view showing an example of a notebook personal computer and an optical disk drive mounted on the notebook personal computer.
FIG. 11 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of an optical disk drive device.
FIG. 12 is a view showing the relationship between the groove depth of the grating and the diffraction efficiency when gratings having irregularities with different pitches are formed on BK7 glass.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the grating depth and the diffraction efficiency when polarizing diffraction gratings having different pitches are formed using liquid crystal.
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the groove depth of the grating and the diffraction efficiency when polarizing diffraction gratings having different pitches are formed using an organic stretched film.
FIG. 15 is a diagram for explaining the principle of a method of correcting a difference in diffraction efficiency by changing a gain of a signal detection system.
FIG. 16 is an explanatory diagram of a problem of a method of correcting a difference in diffraction efficiency by changing a gain of a signal detection system.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram of an optical pickup device showing an example of a conventional technique.
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of an optical pickup device showing another example of the related art.
19A and 19B are diagrams showing a calculation result of a distribution of a grating pitch of a diffraction element in the optical pickup device shown in FIG. 18, wherein FIG. And (b) is a graph showing the distribution when the grating period of the diffraction element is small at the center and large at both ends.
FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating an example of a polarization separation element using a diffraction grating.
[Explanation of symbols]
1: Light source (semiconductor laser)
2: First substrate
3: Optically anisotropic material (birefringent material)
4: Hologram (diffraction grating)
4a, 4b: lattice area
5: Isotropic material
6: Second substrate
7, 7 ': Diffractive optical element (polarization hologram element)
8: Light receiving element
8a, 8b: light receiving section
9: Isotropic material
10: Optically anisotropic material (birefringent material)
11: Hologram light source unit
12: Coupling lens
13: Start-up mirror
14: 1/4 wavelength plate
15: Objective lens
16: Optical disk (recording medium)

Claims (20)

ピッチ（格子周期）の異なる格子を有する回折光学素子において、
格子のピッチに対する格子の凸部の幅の比率を格子のデューティー（ｄｕｔｙ）と定義したときに、前記ピッチの異なる格子は、格子のデューティーが異なることを特徴とする回折光学素子。In a diffractive optical element having gratings having different pitches (grating periods),
When the ratio of the width of the convex portion of the grating to the pitch of the grating is defined as the duty of the grating, the gratings having different pitches have different grating duties. 請求項１記載の回折光学素子において、
前記ピッチの異なる格子のうち、ピッチの小さい格子のデューティーは、格子を形成する材料の複屈折率に応じてピッチの大きい格子のデューティーよりも小さいことを特徴とする回折光学素子。The diffractive optical element according to claim 1,
A diffractive optical element, wherein, among the gratings having different pitches, a duty of a grating having a small pitch is smaller than a duty of a grating having a large pitch in accordance with a birefringence of a material forming the grating. 請求項１記載の回折光学素子において、
前記ピッチの異なる格子のうち、ピッチの小さい格子のデューティーは、格子を形成する材料の複屈折率に応じてピッチの大きい格子のデューティーよりも大きいことを特徴とする回折光学素子。The diffractive optical element according to claim 1,
A diffractive optical element, wherein among the gratings having different pitches, a duty of a grating having a small pitch is larger than a duty of a grating having a large pitch in accordance with a birefringence of a material forming the grating. 請求項１記載の回折光学素子において、
前記ピッチの異なる格子は、回折効率が等しくなるように格子のデューティーを設定することを特徴とする回折光学素子。The diffractive optical element according to claim 1,
A diffractive optical element, wherein the gratings having different pitches have their grating duties set so as to have equal diffraction efficiencies. ピッチ（格子周期）が異なる複数の格子領域を有する回折光学素子において、格子のピッチに対する格子の凸部の幅の比率を格子のデューティー（ｄｕｔｙ）と定義したときに、前記格子領域ごとに、格子のデューティーが異なることを特徴とする回折光学素子。In a diffractive optical element having a plurality of grating regions with different pitches (grating periods), when the ratio of the width of the convex portion of the grating to the grating pitch is defined as the duty of the grating, the grating region has A diffractive optical element characterized by different duty ratios. 請求項５記載の回折光学素子において、
ピッチの異なる複数の格子領域のうち、ピッチの最も小さい格子領域のデューティーは、格子を形成する材料の複屈折率に応じて他の格子領域の格子のデューティーよりも小さいことを特徴とする回折光学素子。The diffractive optical element according to claim 5,
Diffraction optics wherein the duty of the grating region having the smallest pitch among the plurality of grating regions having different pitches is smaller than the duty of the grating in the other grating regions according to the birefringence of the material forming the grating. element. 請求項５記載の回折光学素子において、
ピッチの異なる複数の格子領域のうち、ピッチの最も小さい格子領域のデューティーは、格子を形成する材料の複屈折率に応じて他の格子領域の格子のデューティーよりも大きいことを特徴とする回折光学素子。The diffractive optical element according to claim 5,
Diffraction optics wherein the duty of the grating region having the smallest pitch among the plurality of grating regions having different pitches is larger than the duty of the gratings of the other grating regions in accordance with the birefringence of the material forming the grating. element. 請求項５記載の回折光学素子において、
前記複数の格子領域の回折効率が等しくなるように、格子領域ごとの格子のデューティーを設定することを特徴とする回折光学素子。The diffractive optical element according to claim 5,
A diffractive optical element, wherein a grating duty is set for each grating region so that the diffraction efficiencies of the plurality of grating regions are equal. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の回折光学素子において、
複屈折性を有する光学的異方性材料に、ピッチの異なる凹凸形状の格子を設け、少なくとも格子の凹部に等方性物質を充填したことを特徴とする回折光学素子。The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 4,
A diffractive optical element comprising: an optically anisotropic material having birefringence; a lattice having a concave and convex shape having a different pitch; and at least concave portions of the lattice are filled with an isotropic substance. 請求項５〜８のいずれか一つに記載の回折光学素子において、
複屈折性を有する光学的異方性材料に、凹凸形状の格子からなるピッチの異なる複数の格子領域を設け、少なくとも格子の凹部に等方性物質を充填したことを特徴とする回折光学素子。The diffractive optical element according to any one of claims 5 to 8,
A diffractive optical element comprising: an optically anisotropic material having birefringence; a plurality of grating regions having irregular pitches, each having a different pitch, provided with an isotropic substance at least in a concave portion of the grating. 請求項９または１０記載の回折光学素子において、
光学的異方性材料は有機延伸膜であることを特徴とする回折光学素子。The diffractive optical element according to claim 9 or 10,
A diffractive optical element, wherein the optically anisotropic material is an organic stretched film. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の回折光学素子において、
光学的等方性材料に、ピッチの異なる凹凸形状の格子を設け、少なくとも格子の凹部に複屈折性を有する光学的異方性材料を充填したことを特徴とする回折光学素子。The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 4,
A diffractive optical element comprising: an optically isotropic material provided with gratings having uneven shapes having different pitches; and at least concave portions of the grating are filled with an optically anisotropic material having birefringence. 請求項５〜８のいずれか一つに記載の回折光学素子において、
光学的等方性材料に、凹凸形状の格子からなるピッチの異なる複数の格子領域を設け、少なくとも格子の凹部に複屈折性を有する光学的異方性材料を充填したことを特徴とする回折光学素子。The diffractive optical element according to any one of claims 5 to 8,
Diffractive optics characterized by providing a plurality of grating regions having different pitches composed of irregularly shaped gratings in an optically isotropic material, and filling at least concave portions of the gratings with an optically anisotropic material having birefringence. element. 請求項１２または１３記載の回折光学素子において、
充填される光学的異方性材料は液晶であることを特徴とする回折光学素子。The diffractive optical element according to claim 12 or 13,
A diffractive optical element, wherein the optically anisotropic material to be filled is a liquid crystal. 請求項９記載の回折光学素子を作製する際の作製方法において、
ピッチに応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成したマスクを用いて、複屈折性を有する光学的異方性材料に、エッチングによりピッチに応じてデューティーが異なる凹凸形状の格子を形成した後、少なくとも格子の凹部に等方性物質を充填したことを特徴とする回折光学素子の作製方法。A manufacturing method for manufacturing the diffractive optical element according to claim 9,
After using a mask with a lattice pattern with a different duty depending on the pitch, forming an irregular lattice with a different duty depending on the pitch on the optically anisotropic material having birefringence by etching And a method of manufacturing a diffractive optical element, wherein at least concave portions of the grating are filled with an isotropic substance. 請求項１０記載の回折光学素子を作製する際の作製方法において、
領域ごとに格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域のパターンを形成したマスクを用いて、複屈折性を有する光学的異方性材料に、エッチングにより格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域を形成した後、少なくとも格子の凹部に等方性物質を充填したことを特徴とする回折光学素子の作製方法。A manufacturing method for manufacturing the diffractive optical element according to claim 10,
Using a mask in which a pattern of a plurality of grating regions having different grating pitches and duties for each region is formed, a plurality of grating regions having different grating pitches and duties are etched by etching into an optically anisotropic material having birefringence. Forming a diffractive optical element, wherein at least concave portions of the grating are filled with an isotropic substance. 請求項１２記載の回折光学素子を作製する際の作製方法において、
ピッチに応じてデューティーが異なるようにした格子パターンを形成したマスクを用いて、光学的等方性材料に、エッチングによりピッチに応じてデューティーが異なる凹凸形状の格子を形成した後、少なくとも格子の凹部に複屈折性を有する光学的異方性物質を充填したことを特徴とする回折光学素子の作製方法。A manufacturing method for manufacturing the diffractive optical element according to claim 12,
Using a mask in which a grid pattern with a different duty depending on the pitch is formed, using a mask having an irregular shape with a different duty depending on the pitch by etching on the optically isotropic material, at least the concave portions of the grid A diffractive optical element, characterized by being filled with an optically anisotropic substance having birefringence. 請求項１３記載の回折光学素子を作製する際の作製方法において、
領域ごとに格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域のパターンを形成したマスクを用いて、光学的等方性材料に、エッチングにより格子のピッチ及びデューティーが異なる複数の格子領域を形成した後、少なくとも格子の凹部に複屈折性を有する光学的異方性物質を充填したことを特徴とする回折光学素子の作製方法。A manufacturing method for manufacturing the diffractive optical element according to claim 13,
Using a mask in which a pattern of a plurality of grating regions having different grating pitches and duties for each region is formed, on an optically isotropic material, after forming a plurality of grating regions having different grating pitches and duties by etching, A method for manufacturing a diffractive optical element, characterized in that at least concave portions of the grating are filled with an optically anisotropic substance having birefringence. 光源からの光を集光レンズで記録媒体に集光して記録または再生を行う光ピックアップ装置において、
光路中に回折光学素子を配置して記録媒体からの反射光を回折光学素子により分岐し、光検出器で受光する光学系を備え、前記光路中に配置する回折光学素子が、請求項１〜１４のいずれか一つに記載の回折光学素子であることを特徴とする光ピックアップ装置。In an optical pickup device that performs recording or reproduction by condensing light from a light source on a recording medium with a condenser lens,
An optical system for arranging a diffractive optical element in an optical path, splitting reflected light from a recording medium by a diffractive optical element, and receiving the light with a photodetector, wherein the diffractive optical element arranged in the optical path, 14. An optical pickup device, which is the diffractive optical element according to any one of 14. 記録媒体に対して光ピックアップ装置を用いて情報の記録または再生を行う光ディスクドライブ装置において、
前記光ピックアップ装置として、請求項１９に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする光ディスクドライブ装置。In an optical disc drive device that records or reproduces information on a recording medium using an optical pickup device,
An optical disk drive device comprising the optical pickup device according to claim 19 as the optical pickup device.
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JP2012073516A (en) * 2010-09-29 2012-04-12 Dainippon Printing Co Ltd Retardation film, retardation film with polarizer, and liquid crystal display device

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