JP2005017507A

JP2005017507A - ホログラム素子および光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP2005017507A
Application number: JP2003179791A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suzudo; 剛鈴土; Shigeru Ouchida; 茂大内田; Koji Mori; 孝二森
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】２種の使用波長に適合させた光ピックアップ装置に用いられる新規なホログラム素子を実現する。
【解決手段】波長：λ_１、λ_２（＞λ_１）の２波長のレーザ光を入射され、実質的に波長：λ_２のレーザ光のみの光路を分岐させる機能をもつ回折格子１Ａと、レーザ光Ｌの偏光方向に応じて回折効率及び透過率を変化させうる偏光ホログラム格子１Ｂとを、入射レーザ光の光路方向に積層してなり、回折格子１Ａの格子部は断面形状が矩形形状の凹凸回折格子１Ａ１で凹凸の幅比が０．６以上である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はホログラム素子および光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近来、種々の光記録媒体に対する光ピックアップ装置が実施され、波長：７８０ｎｍのレーザ光を用いるＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）系の読取り用光ピックアップ装置、書込み用光ピックアップ装置や、波長：６６０ｎｍ程度のレーザ光を用いるＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅｏＤｉｓｃ）系の読取り用・書込み用の光ピックアップ装置が知られている。また、将来の高密度光ディスクとして「青色レーザ光により読取りや書込みを行う光ディスク」用の光ピックアップ装置も研究・開発が盛んに行われている。
【０００３】
これら各種の光ピックアップ装置には個別の技術課題も存在するが、光ピックアップ部分の小型化・低コスト化等は共通の課題であり、この共通課題に対する解決策の開発が盛んに行われている。
【０００４】
光ピックアップ部分の小型化や低コスト化に有効な方策として、光ピックアップ部分の偏光分離素子として「偏光ホログラム格子」を用いることが知られている。「偏光分離素子」は「光源から光ディスクへ向かうレーザ光の照明光路（往路）と、光ディスクにより反射されて信号検出素子へ向かうレーザ光（戻り光）の検出光路（復路）の分離」を光の偏光状態を利用して行う光学素子である。
【０００５】
偏光分離素子として従来から用いられている偏光ビームスプリッタはプリズム状であるため、それ自体を小型化することは困難で、光ピックアップ部分のさらなるコンパクト化を困難にする。
【０００６】
偏光ホログラム格子は、偏光ビームスプリッタに比して薄型であり、これを偏光分離素子として用いることにより光ピックアップ部分をさらにコンパクト化でき、光ディスクからの戻り光束を、回折により「レーザ光源の発光部と同一面に配置した信号検出素子の受光面」に導光することが出来るので、往路・復路の光路設計が容易で部品点数も低減できる。
【０００７】
さらに、記録密度の異なる複数種類の光ディスクに対する書込み・読取りを１つの光ピックアップ装置で行う場合においても、各光ディスクに対する光路を共通化できる（特許文献１〜４）。
【０００８】
特許文献２は、互いに異なる波長に対応するホログラムを平板状の光学素子の表裏に別個に形成した「２波長に対応するホログラム素子」を開示している。
【０００９】
一方、光ディスクの記録面での位置情報取得のため、光源からの光ビームを３ビーム化する「３ビーム方式の光ピックアップ装置」も知られ、特許文献４には、互いに波長の異なるＤＶＤ用光源とＣＤ用光源とを用い、２波長のうち一方を３ビーム化し、３ビーム化されたレーザ光に対しては「３スポット法」により、１ビームのレーザ光に対しては「プッシュプル法」を用いて、トラック情報の検出を行う光ピックアップ装置が記載されている。
【００１０】
発光波長の異なる２つの光源を用いる光ピックアップ装置を構成する際、一方の波長のレーザ光を３ビームに分割するのが一般的であり、そのための素子が必要である。この素子には、一方の波長のレーザ光束のみを３ビーム化する機能と共に、レーザ光の偏光方向に応じて回折効率や透過率を変化させる機能が必要になる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−１３２８６２号公報
【特許文献２】
特開２０００−１２３４０３号公報
【特許文献３】
特開２０００− １１４４３号公報
【特許文献４】
特開２０００− ７６６８９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、２種の使用波長に適合させた光ピックアップ装置に用い得る新規なホログラム素子の実現を課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明のホログラム素子は、回折格子と、偏光ホログラム格子とを有する。
「回折格子」は、波長：λ_１、λ_２（＞λ_１）の２波長のレーザ光を入射され、実質的に波長：λ_２のレーザ光のみの光路を分岐させる機能をもつ。この回折格子の格子部は「断面形状が矩形形状の凹凸回折格子」である。「波長：λ_２のレーザ光のみの光路の分岐」は回折により行われる。
【００１４】
「偏光ホログラム格子」は、レーザ光束に対し、その偏光方向に応じて回折効率及び透過率を変化させ得るものであり、回折格子に対し、入射レーザ光の光路方向に積層される。
【００１５】
請求項１記載のホログラム素子は、回折格子の格子部をなす凹凸回折格子の凹凸の幅比が０．６以上であることを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載のホログラム素子は、回折格子の格子部をなす凹凸回折格子の凹凸の幅比が０．４以下であることを特徴とする。
【００１７】
上記請求項１または２に記載のホログラム素子において、偏光ホログラム格子は「光学的異方性材料の層上に形成された凹凸状の格子構造」を有することができ（請求項３）、この場合、偏光ホログラム格子は「光学的異方性材料の層上に形成された凹凸状の格子構造に、光学的異方性材料の常光線もしくは異状光線に対する屈折率と実質的に等しい屈折率を持つ光学的等方性材料を充填した構成」とすることができる（請求項４）。
【００１８】
上記請求項３または４記載のホログラム素子において、光学的異方性材料の層は「有機複屈折膜」であることができる（請求項５）。この場合、有機複屈折膜は「延伸により複屈折性を発現させた有機材料膜」であることが好ましい（請求項６）。
【００１９】
請求項５または６記載のホログラム素子における「有機複屈折膜」は、これをフィルム状とし、光学的に透明な基板上に接着することができる（請求項７）。
【００２０】
この請求項７記載のホログラム素子において「フィルム状の有機複屈折膜を接着する接着剤」は、有機複屈折膜の常光線もしくは異状光線に対する屈折率と実質的に等しい屈折率を持つ光学的等方性材料であることができ（請求項８）、特に「光学的異方性材料の層上に形成された凹凸状の格子構造に充填される光学的等方性材料と同一材料」であることができる（請求項９）。
【００２１】
この発明の光ピックアップ装置は、発光波長：λ_１、λ_２（＞λ_１）の２種のレーザ光源から、これら波長に応じた光ディスクに至る光路を共通化した光ピックアップ装置であって、上記請求項１〜９の任意の１に記載のホログラム素子を、波長：λ_１のレーザ光を３ビーム化し、波長：λ_２のレーザ光に対して往路と復路の光路分離に用いることを特徴とする（請求項１０）。
【００２２】
若干補足すると、この発明のホログラム素子は、上記の如く偏光ホログラム格子が「レーザ光束に対し、その偏光方向に応じて回折効率及び透過率を変化させ得る」ものであり、一般的には、波長：λ_１、λ_２の各波長のレーザ光に対して、その偏光方向に応じて回折効率及び透過率を変化させ得るように構成されるが、これらの波長のうち、回折格子により光路分岐されないほうの波長：λ_１のレーザ光に対してのみ「偏光方向に応じて回折効率及び透過率を変化させ得る」ようにしてもよい。
【００２３】
上記光学的異方性材料としては、低コスト性を考慮すると、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミドなどの高分子複屈折膜であることが好ましい。中でも均一な薄膜化の容易さ、耐熱性、耐薬品性の点からポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が好ましい。これらの材料はフィルム状にして「延伸させて分子鎖を配向させることにより、複屈折性を発現させる」ことができる。
【００２４】
上記請求項１において、凹凸回折格子における凹凸の幅比の上限値は０．９程度、請求項２において、凹凸の幅比の下限値は０．１程度である。これら上限値・下限値は、凹凸の正確な形成が困難となって製造の歩留まりを高く維持するのが困難となる値であり、ホログラム素子製造上の条件に起因して定まる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を説明する。
図１を参照して、ホログラム素子の実施の形態を説明する。
図１（ａ）は、ホログラム素子の構成を説明図的に示している。
以下に説明するように、図１のホログラム素子は、波長：７８０ｎｍと、波長：６６０ｎｍの２種のレーザ光を用いる光ピックアップ装置において、波長：７８０ｎｍのレーザ光を３ビーム化し、波長：６６０ｎｍのレーザ光に対して偏光分離素子として機能するものである。
【００２６】
図１（ａ）において、符号１Ａは回折格子、符号１Ｂは偏光ホログラム格子、符号１Ｃは接着剤層を示す。
【００２７】
回折格子１Ａは、ガラス材料ＢＫ７による透明平行平板状の基板の片面（図で下方の面）に「格子部」として凹凸回折格子１Ａ１が形成されたものである。光源側からのレーザ光Ｌは、図の下方から凹凸回折格子１Ａ１に入射する。
【００２８】
偏光ホログラム格子１Ｂは、延伸により複屈折性を発現させた有機複屈折膜１Ｂ１と、光学的等方性材料層１Ｂ２とガラス材料ＢＫ７の透明平行平板による保護ガラス１Ｂ３により構成されている。
【００２９】
有機複屈折膜１Ｂ１は具体的にはＰＥＴのフィルムであり、回折格子１Ａの凹凸回折格子１Ａ１が形成されたのとは逆の側の面に接着剤層１Ｃにより接着され、接着面と逆側の面が「断面形状が略矩形形状である凹凸」により凹凸格子１ｂが形成されている。凹凸格子１ｂは、フォトリソグラフィと蒸着とにより有機材料膜１Ｂ１の表面に格子パターンのマスクを形成し、このマスクを用いるエッチングにより形成される。
【００３０】
光学的等方性材料層１Ｂ２は「有機複屈折膜１Ｂ１の常光線に対する屈折率」と実質的に等しい屈折率を持つ透明材料で光硬化性のものであり、液相状態で凹凸格子１ｂの形成された有機複屈折膜１Ｂ１上に塗布される。塗布された透明材料の上から保護ガラス１Ｂ３を乗せて適度の押圧力で押圧する。この押圧により液相状態の光学的等方性材料は、凹凸格子１ｂの凹部に充填される。
【００３１】
この状態で紫外線等を照射することにより光学的等方性材料を固化させると、図１（ａ）に示す如く、固化した光学的等方性材料層１Ｂ２により有機複屈折膜１Ｂ１と保護ガラス１Ｂ３が一体化され、また、偏光ホログラム格子１Ｂと回折格子１Ａとが積層されて一体化される。
【００３２】
接着剤層１Ｃを構成する接着剤と、光学的等方性材料層１Ｂ２を構成する光学的等方性材料とは「同一材料」とすることができる。このような材料としては、市販のアクリル系やエポキシ系の「紫外線硬化型樹脂」を用いることができ、説明中の実施の形態では接着剤層１Ｃ、光学的等方性材料層１Ｂ２ともに「エポキシ系の紫外線硬化方樹脂（同一材料）」が用いられている。
【００３３】
光学的等方性材料層１Ｂ２の屈折率が、有機複屈折膜１Ｂ１の常光線に対する屈折率と実質的に等しいので、偏光ホログラム格子１Ｂは、凹凸格子１ｂの格子配列方向に直交する偏光面を持つレーザ光（Ｐ偏光状態のレーザ光）に対しては回折作用を及ぼさず、上記と直交する偏光面を持つレーザ光（Ｓ偏光状態のレーザ光）に対しては回折作用を及ぼす。
【００３４】
即ち、偏光ホログラム格子１Ｂに入射させるレーザ光の偏光面の向きを変化させると、レーザ光の偏光方向に応じて回折効率及び透過率が変化する。
【００３５】
偏光ホログラム格子１Ｂは、波長：６６０ｎｍのレーザ光に対して偏光分離素子として機能させるべく「波長：６６０ｎｍのレーザ光の１次回折光に所望の回折角を与える」ように最適化され、凹凸格子１ｂの格子ピッチ：２．０μｍ、デユーティ比（凸部幅／格子ピッチ）：０．５、格子深さ：２．７μｍである。
【００３６】
有機複屈折膜１Ｂ１（ＰＥＴのフィルム）は、直交する光学軸に対する屈折率：１．５８（常光線）と１．６７（異常光線）である。
【００３７】
回折格子１Ａの厚みは２ｍｍとしている。接着剤層１Ｃはエポキシ系の紫外線硬化型樹脂（屈折率：１．５８）を使用し、厚みは０．０５ｍｍとしている。有機複屈折膜１Ｂ１の厚さは０．１ｍｍである。保護ガラス１Ｂ３の厚さは１ｍｍである。
【００３８】
上述の如く、回折格子１Ａは、波長：６６０ｎｍのレーザ光を実質的にそのまま透過させるが、波長：７８０ｎｍのレーザ光に回折作用を及ぼして３ビーム化する。即ち、回折格子１Ａは、その回折作用が波長選択性を持つ。
【００３９】
図１（ｂ）、（ｃ）に回折格子１Ａに形成された凹凸回折格子１Ａ１の２例を示す。図１（ｂ）は、請求項１記載の「ホログラム素子」の場合で、同図（ｃ）は請求項２記載の「ホログラム素子」の場合である。
【００４０】
図１（ｂ）に示す凹凸回折格子１Ａ１−１において、断面形状が矩形形状であり凹凸のピッチ：ｄ２、凹凸における凸部分の幅：ｄ１とするとき、「凹凸の幅比」即ちデユーティ比を「ｄ１／ｄ２」で定義する。
【００４１】
図１（ｂ）に示す例では、ピッチ：ｄ２＝約１４μｍ、デユーティ比：０．７５、溝深さ（作製の公差を考慮した中心値）：１．１４５μｍとしている。
【００４２】
通常、入射レーザ光を回折作用により３ビーム（０次光、±１次光）に分岐させる場合の回折格子は、デユーティ比：略０．５が想定され、溝深さの中心値は上記１．１４５μｍである。この場合であると、波長：７８０ｎｍのレーザ光を３ビーム化する場合の±１次光の回折効率は、通常「６．７〜１１％」に設定され、「溝深さに許容される公差」は約０．０６μｍで±０．０３μｍの「深さ公差」となる。
【００４３】
凹凸回折格子１Ａ１は一般に、ドライエッチングの手法で形成されるが、深さ公差：±０．０３μｍは実際上の公差としては極めて小さく、回折格子１Ａの量産時の歩留を高くすることを困難とし、回折格子１Ａひいてはホログラム素子のコスト上昇を招来する。
【００４４】
図１（ｂ）に示す場合のように、凹凸回折格子のピッチ：ｄ２＝略１４μｍ、デユーティ比：ｄ１／ｄ２＝０．７５とした場合、波長：６６０ｎｍ、７８０ｎｍのレーザ光を入射させた場合に、回折効率と透過率とが「溝深さとともに、どのように変化するか」を示したのが図３である。
【００４５】
図３において、横軸は「溝深さ（単位：μｍ）」を表し、縦軸は「透過率・回折効率」を示す。実線が「透過率の変化」を示し、破線は「回折効率の変化」を示している。曲線Ｐ１、曲線Ｓ１はそれぞれ、波長：６６０ｎｍのレーザ光に対する透過率と回折効率を示し、曲線Ｐ２、曲線Ｓ２はそれぞれ、波長：７８０ｎｍのレーザ光に対する透過率と回折効率を示す。
【００４６】
この図から、波長：６６０ｎｍのレーザ光に対する回折効率が「実質的に０」で、波長：７８０ｎｍのレーザ光に対する回折効率が上記「６．７〜１１％」の範囲にあるという仕様を満足するためには、凹凸回折格子１ｂの溝深さが、図３横軸の「１．０９μｍ〜１．２０μｍの範囲」にあればよいから、上記中央値：１．１４５μｍに対しては０．１１μｍの公差が許容され、深さ公差：±０．０５５μｍとなり「約±５％（｛０．０５５／１．１４５｝×１００％）」の公差」を持つことが出来る。
【００４７】
デユーティの値として、上記０．７５に代えて０．６を取った場合は、深さ公差：±約３％（≒±０．０３４μｍ）とすることが可能となり、製造面で実用的な領域に入るが、この例では公差をさらに拡大するため、デユーティ比：０．７５としている。
【００４８】
このようにデユーティ比を０．６以上とすることにより、凹凸回折格子１ｂの溝深さの公差が緩やかになり、凹凸回折格子の製造が容易化・安定化され、製造の歩留まりが向上して製造コストを下げることができる。
【００４９】
また、偏光ホログラム格子１Ｂにおける光学的異方性材料に「延伸により複屈折性を発現させた有機複屈折膜」を用い、ＢＫ７ガラス基板上に接着することにより、より安価にホログラム素子を提供でき、接着剤層１Ｃと光学的等方性材料１Ｂ２に同一材料を使用することにより「ＢＫ７ガラスに挟まれた部分における屈折率が往路において均一化」され、波面の乱れがないホログラム素子を作製可能である。
【００５０】
即ち、図１（ｂ）に示す凹凸回折格子１Ａ１−１を持つ実施の形態のホログラム素子は、波長：λ_１（６６０ｎｍ）、λ_２（７８０ｎｍ）の２波長のレーザ光を入射され、実質的に波長：λ_２のレーザ光のみの光路を分岐させる機能をもつ回折格子１Ａと、レーザ光の偏光方向に応じて回折効率及び透過率を変化させ得る偏光ホログラム格子１Ｂとを、入射レーザ光Ｌの光路方向に積層してなり、回折格子１Ａの格子部は断面形状が矩形形状の凹凸回折格子１Ａ１であり、凹凸の幅比が０．６以上である（請求項１）。
【００５１】
図１（ｃ）に示す凹凸回折格子１Ａ１−２では、ピッチ：ｄ２＝約１４μｍ、デユーティ比：０．２５、溝深さ（作製の公差を考慮した中心値）：１．１４５μｍとしている。回折格子１Ａとしての材質・厚さや偏光ホログラム格子１Ｂの部分については、先に説明した例（デユーティ比：０．７５の例）の場合と同様である。
【００５２】
凹凸回折格子１Ａ１−２のデユーティ比：０．２５は、図１（ｂ）の凹凸回折格子１Ａ１−１（デユーティ比：０．７５）における凹部と凸部の幅を逆にしただけであるから、波長：６６０ｎｍ、７８０ｎｍのレーザ光を入射させた場合における「回折効率と透過率の、溝深さによる変化」は、凹凸回折格子１Ａ１−１の場合と全く同様であり、波長：６６０ｎｍのレーザ光の透過率および回折効率、波長：７８０ｎｍのレーザ光の透過率および回折効率の各変化は、図３の曲線Ｐ１、Ｓ１、Ｐ２、Ｓ２のようになる。
【００５３】
従って、図１（ｂ）の凹凸回折格子１Ａ１−１の場合と同様、波長：６６０ｎｍのレーザ光に対する回折効率が「実質的に０」で、波長：７８０ｎｍのレーザ光に対する回折効率が「６．７〜１１％」の範囲にあるという使用を満足するためには、凹凸回折格子１ｂの溝深さが、図３横軸の「１．０９μｍ〜１．２０μｍの範囲」にあればよく、この範囲で溝深さ中央値：１．１４５μｍに対して０．１１μｍの公差が許容され、深さ公差：±０．０５５μｍとなり「約±５％の公差」を持つことが出来る。
【００５４】
デユーティの値として、上記０．２５に代えて０．４を取った場合、深さ公差：±約３％（≒±０．０３４μｍ）とすることが可能となり、製造面で実用的な領域に入るが、この例では公差をさらに拡大するため、デユーティ比：０．２５としている。
【００５５】
このようにデユーティ比を０．４以下とすることにより、凹凸回折格子１ｂの溝深さの公差が緩やかになり、凹凸回折格子の製造が容易化・安定化され、製造の歩留まりが向上して製造コストを下げることができる。
【００５６】
また、偏光ホログラム格子１Ｂにおける光学的異方性材料に「延伸により複屈折性を発現させた有機複屈折膜」を用い、ＢＫ７基板上に接着することにより、より安価にホログラム素子を提供でき、接着剤層１Ｃと光学的等方性材料１Ｂ２に同一材料を使用することにより、ＢＫ７ガラスに挟まれた部分における屈折率が往路において、波面の乱れがないホログラム素子を作製可能である。
【００５７】
即ち、図１（ｃ）に示す凹凸回折格子１Ａ１−２を持つ実施の形態のホログラム素子は、波長：λ_１（６６０ｎｍ）、λ_２（７８０ｎｍ）の２波長のレーザ光を入射され、実質的に波長：λ_２のレーザ光のみの光路を分岐させる機能をもつ回折格子１Ａと、レーザ光の偏光方向に応じて回折効率及び透過率を変化させ得る偏光ホログラム格子１Ｂとを、入射レーザ光Ｌの光路方向に積層してなり、回折格子１Ａ１の格子部は断面形状が矩形形状の凹凸回折格子１Ａ１−２で、凹凸の幅比が０．４以下である（請求項２）。
【００５８】
また、図１を参照して上に実施の形態を説明したホログラム素子は、偏光ホログラム格子１Ｂが、光学的異方性材料の層１Ｂ１上に形成された凹凸状の格子構造１ｂを有し（請求項３）、偏光ホログラム格子１Ｂが、光学的異方性材料の層１Ｂ１上に形成された凹凸状の格子構造１ｂに、光学的異方性材料の常光線に対する屈折率と実質的に等しい屈折率を持つ光学的等方性材料１Ｂ２を充填した構成となっている（請求項４）。
【００５９】
さらに、光学的異方性材料層１Ｂ１は有機複屈折膜（ＰＥＴ）で（請求項５）、延伸により複屈折性を発現させた有機材料膜であり（請求項６）、有機複屈折膜がフィルム状で、光学的に透明な基板１Ａ上に接着され（請求項７）、フィルム状の有機複屈折膜を接着する接着剤１Ｃが、有機複屈折膜１Ｂ１の常光線に対する屈折率と実質的に等しい屈折率を持つ光学的等方性材料であり（請求項８）、フィルム状の有機複屈折膜１Ｂ１を接着する接着剤層１Ｃは、光学的異方性材料１Ｂ１の層上に形成された凹凸状の格子構造に充填される光学的等方性材料１Ｂ２と同一材料である（請求項８）。
【００６０】
図４は、光ピックアップ装置の実施の１形態における光ピックアップ部分を説明図的に略示している。
図４（ａ）は、ＣＤ系の光ディスクＤ１に対し、波長：７８０ｎｍのレーザ光により情報の書込み・再生・消去の何れかを実行する場合を示している。波長：７８０ｎｍのレーザ光を放射するＬＤ光源１１と、波長：６６０ｎｍのレーザ光を放射するＬＤ光源１２とは同一キャン内にパッケージされている。
【００６１】
図４（ａ）に示すように、ＬＤ光源１１から放射されたレーザ光は、ホログラム素子１３に入射する。ホログラム素子１３は「図１に即して上に説明した如きもの」である。このとき波長：７８０ｎｍのレーザ光は、ホログラム素子１３における回折格子の格子部である凹凸回折格子により回折され、０次光と±１次光の３ビームに分岐される。分岐された±１次光の強度は回折効率に従い、ＬＤ光源１１からの射出強度の６．７〜１１％である。
【００６２】
波長：７８０ｎｍのレーザ光は、光源側からホログラム素子１３に入射するとき、偏光ホログラム格子に対してＰ偏光の状態であり、従って、分岐された３ビームは偏光ホログラム格子の回折作用を受けることなく透過し、ついで、回折格子１４を透過する。
【００６３】
回折格子１４（ホログラム素子１３とともに光源パッケージに実装されるが、ホログラム素子１３とは別体である。）は、図２に示すように、透明な平行平板（この例においてＢＫ７ガラス板）の片面に凹凸の回折格子１４１を形成されたものである。回折格子１４１も、ホログラム素子１３における回折格子と同様、回折作用に波長選択性があり、波長：７８０ｎｍのレーザ光に対しては回折作用を及ぼすが、波長：６６０ｎｍのレーザ光に対しては実質的な回折作用を及ぼさない。
【００６４】
ホログラム素子１３により３ビーム化された波長：７８０ｎｍのレーザ光は、回折格子１４を透過する。このとき、これら３ビームには回折格子１４の回折作用が作用するが、回折された光は使用せず、回折されない「３本の０次光」を使用する。これら３本の０次光は回折格子１４を直進的に透過し、１／４波長板１５を透過して対物レンズ１６に入射し、対物レンズ１６の作用により光ディスクＤ１の記録面上に所定の位置関係の３つの光スポットとして結像する。
【００６５】
１／４波長板１５は、波長：６６０ｎｍのレーザ光束に対し「常光線・異常光線間に１／４波長分の位相差」を与えるが、波長：７８０ｎｍのレーザ光に対しては位相板として作用しない。
【００６６】
光ディスクＤ１の記録面で反射されたレーザ光（３ビーム）は、戻り光となって対物レンズ１６と１／４波長板１５とを透過し、回折格子１４に入射する。そして回折格子１４により回折された戻り光が、信号検出素子１７の受光面に入射する。即ち、回折格子１４の回折角は、上記戻り光が信号検出素子１７の「受光面上の所定の位置」に入射するように定められている。
【００６７】
このとき、波長：７８０ｎｍの戻り光（３ビーム）は、ホログラム素子１３を透過するが、戻り光の偏光面は往路と同方向であるので偏光ホログラム格子に対してはＰ偏光で偏光ホログラム格子の回折作用は受けない。また、信号検出素子１７に入射するのは、ホログラム素子１３の回折格子を直進的に透過する０次光である。
【００６８】
このようにして、信号検出素子１７の出力により「３ビーム法によるトラッキング用の信号」が生成され、フォーカシング用の信号は例えば非点収差法により生成される。戻り光束に非点収差を与える光学系は図示を省略されている。
【００６９】
図４（ｂ）は、ＤＶＤ系の光ディスクＤ２に対し、波長：６６０ｎｍのレーザ光により情報の書込み・再生・消去の何れかを実行する場合を示している。波長：６６０ｎｍのレーザ光を放射するＬＤ光源１２（ＬＤ光源１２の発光部は、対物レンズ１６の光軸上に設定されている。これに対し、ＬＤ光源１１の発光部は対物レンズ１６の光軸に対して微小距離ずれている。）からのレーザ光は、ホログラム素子１３に入射し、これをそのまま透過する。
【００７０】
即ち、波長：６６０ｎｍのレーザ光は、ホログラム素子１３における回折格子の回折作用を受けず、偏光ホログラム格子に対してはＰ偏光で入射するので、偏光ホログラム格子の回折作用も受けない。また、回折格子１４を、その回折作用を受けることなく透過し、１／４波長板１５と対物レンズ１６を介して光ディスクＤ２の記録面に光スポットとして結像する。対物レンズ１６の結像作用は、波長：７８０ｎｍと波長：６６０ｎｍの各レーザ光に対して適合されている。
【００７１】
光ディスクＤ２の記録面で反射された波長：６６０ｎｍのレーザ光は、戻り光となって対物レンズ１６と１／４波長板１５とを透過し、回折格子１４を回折作用を受けることなく透過し、ホログラム素子１３に入射する。この状態で、レーザ光は１／４波長板１５を往復２度透過することにより、偏光面が「往路での状態に対して９０度旋回している」ため、偏光ホログラム格子の回折作用を受け、回折光は信号検出素子１７の受光面に入射する。即ち、偏光ホログラム格子の回折角は、波長：６６０ｎｍの戻り光が信号検出素子１７の「受光面上の所定の位置」に入射するように定められている。
【００７２】
このようにして、信号検出素子１７の出力により「プッシュプル法によるトラッキング用の信号」が生成され、フォーカシング用の信号は例えば非点収差法により生成される。戻り光束に非点収差を与える光学系は図示を省略されている。
【００７３】
即ち、図４に実施の形態を示す光ピックアップ装置は、発光波長の異なる２種のレーザ光源１１、１２から、これら波長に応じた光ディスクＤ１、Ｄ２に至る光路を共通化した光ピックアップ装置において、上に実施の形態を説明した請求項１〜９の任意の１に記載のホログラム素子１３を、一方のレーザ光を３ビーム化し、他方のレーザ光に対して往路と復路を分離するために用いるもの（請求項１０）である。
【００７４】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規なホログラム素子および光ピックアップ装置を実現できる。
【００７５】
この発明のホログラム素子は、波長が異なる２種のレーザ光のうち一方のみの光路を分岐させる機能と、レーザ光の偏光方向に応じて回折効率及び透過率を変化させる機能とを持ち、光路分岐機能を有する凹凸回折格子における溝深さに対する公差の余裕が広いため、製造の歩留まりが良く、低コストに実現できる。
【００７６】
従って、発光波長が異なる２種のレーザ光源から、これら波長に応じた光ディスクに至る光路を共通化した光ピックアップ装置において、この発明のホログラム素子を、一方のレーザ光を３ビーム化し、他方のレーザ光に対して往路と復路の光路分離に用いることにより、性能良好な光ピックアップ装置を低コストでコンパクトに実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ホログラム素子の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】光ピックアップ装置において、図１のホログラム素子と共に用いる回折格子を説明するための図である。
【図３】実施の形態に示すホログラム素子における凹凸回折格子の、溝深さによる回折効率と透過率の変化を示す図である。
【図４】光ピックアップ装置の実施の１形態を説明するための図である。
【符号の説明】
１Ａ回折格子
１Ａ１凹凸回折格子（回折格子１Ａの格子部）
１Ｂ偏光ホログラム格子
１Ｂ１光学的異方性材料の層
１Ｂ２光学的等方性材料の層
１Ｂ３保護ガラス
１Ｃ接着剤層

Claims

波長：λ_１、λ_２（＞λ_１）の２波長のレーザ光を入射され、実質的に波長：λ_２のレーザ光のみの光路を分岐させる機能をもつ回折格子と、レーザ光の偏光方向に応じて回折効率及び透過率を変化させ得る偏光ホログラム格子とを、入射レーザ光の光路方向に積層してなり、
上記回折格子の格子部は断面形状が矩形形状の凹凸回折格子であり、凹凸の幅比が０．６以上であることを特徴とするホログラム素子。
波長：λ_１、λ_２（＞λ_１）の２波長のレーザ光を入射され、実質的に波長：λ_２のレーザ光のみの光路を分岐させる機能をもつ回折格子と、レーザ光の偏光方向に応じて回折効率及び透過率を変化させ得る偏光ホログラム格子とを、入射レーザ光の光路方向に積層してなり、
上記回折格子の格子部は断面形状が矩形形状の凹凸回折格子で、凹凸の幅比が０．４以下であることを特徴とするホログラム素子。
請求項１または２記載のホログラム素子において、
偏光ホログラム格子が、光学的異方性材料の層上に形成された凹凸状の格子構造を有することを特徴とするホログラム素子。
請求項３記載のホログラム素子において、
偏光ホログラム格子が、光学的異方性材料の層上に形成された凹凸状の格子構造に、上記光学的異方性材料の常光線もしくは異状光線に対する屈折率と実質的に等しい屈折率を持つ光学的等方性材料を充填した構成となっていることを特徴とするホログラム素子。
請求項３または４記載のホログラム素子において、
光学的異方性材料の層が、有機複屈折膜であることを特徴とするホログラム素子。
請求項５記載のホログラム素子において、
光学的異方性材料の層を構成する有機複屈折膜が、延伸により複屈折性を発現させた有機材料膜であることを特徴とするホログラム素子。
請求項５または６記載のホログラム素子において、
有機複屈折膜がフィルム状で、光学的に透明な基板上に、接着されていることを特徴とするホログラム素子。
請求項７記載のホログラム素子において、
フィルム状の有機複屈折膜を接着する接着剤が、上記有機複屈折膜の常光線もしくは異状光線に対する屈折率と実質的に等しい屈折率を持つ、光学的等方性材料であることを特徴とするホログラム素子。
請求項８記載のホログラム素子において、
フィルム状の有機複屈折膜を接着する接着剤が、光学的異方性材料の層上に形成された凹凸状の格子構造に充填される光学的等方性材料と同一材料であることを特徴とするホログラム素子。
発光波長：λ_１、λ_２（＞λ_１）の２種のレーザ光源から、これら波長に応じた光ディスクに至る光路を共通化した光ピックアップ装置において、
請求項１〜９の任意の１に記載のホログラム素子を、波長：λ_１のレーザ光を３ビーム化し、波長：λ_２のレーザ光に対して往路と復路の光路分離に用いることを特徴とする光ピックアップ装置。