JP2007317265A

JP2007317265A - 回折格子とその製造方法、及び光ピックアップ装置

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Publication number: JP2007317265A
Application number: JP2006143733A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Oto; 正之大戸
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】光量損失を抑制することができる回折格子を提供する。
【解決手段】透明基材２の両主面上に夫々形成され、低屈折率材料３ａと高屈折率材料４
ａとを交互に配置してなる第１及び第２の回折格子部５、６とを備え、第１の回折格子部
５は第２の波長に対して低屈折率材料３ａと高屈折率材料４ａとの位相差が２πとなるよ
うに低屈折率材料３ａと高屈折率材料４ａの格子深さを夫々設定し、第１の波長に対して
回折効率が所定の値となるように低屈折率材料３ａの幅寸法と回折格子部の周期との比を
０．５以外の値に設定する。また第２の回折格子部６は、第１の波長に対して低屈折率材
料３ｂと高屈折率材料４ｂとの位相差が２πとなるように低屈折率材料３ｂと高屈折率材
料４ｂの格子深さを夫々設定し、第２の波長に対して回折効率が所定の値となるように低
屈折率材料３ｂの幅寸法と回折格子部の周期との比を０．５以外の値に設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、異なる複数の波長を回折可能な応回折格子、及びその回折格子を備えた光ピ
ックアップ装置に関するものである。

近年、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）といった異なる種類
の光記憶媒体（以下、光ディスクと称す）から情報を再生したり、情報を記録したりする
光ピックアップ装置が開発されている。
上記のような光ピックアップ装置においては、レーザ光を集光させたレーザスポットが
光ディスクの情報記録面に形成されているトラックを追従するようにトラッキング制御が
行われている。トラッキング制御方法としては、３ビーム法や差動プッシュプル法が広く
利用され、これら３ビーム法や差動プッシュプル法では、レーザ光源からの１つのレーザ
光を３ビーム化するために回折格子が用いられている。
また、近年、光ピックアップ装置の小型化及び低コスト化を図るために、例えばＤＶＤ
用の波長帯（６５０ｎｍ）のレーザ光を出射する半導体レーザと、ＣＤ用の波長帯（７８
５ｎｍ）のレーザ光を出射する半導体レーザとを１つのチップ内に形成した所謂モノリシ
ック集積型の２波長レーザ光源が実用化されている。

しかしながら、従来の回折格子は、２波長レーザ光源から出射される２つの異なる波長
のレーザ光を夫々回折して３ビーム化することができないという問題点があった。
そこで、２つの異なる波長のレーザ光を回折可能な回折格子が提案されている。例えば
、特許文献１には、断面形状が凹凸状で、格子の凸部の幅と格子周期との比を０．５以外
の値に設定し、凸部と凹部との透過光の位相差が一方の波長の光に対して２πであり、他
方の波長の光に対して０次回折効率が所定の値に調整されている回折格子を、透光性基板
上の夫々の面に形成した２波長対応の回折格子が開示されている。

図１２は、特許文献１に開示されている従来の２波長対応回折格子の構造を示した図で
ある。なお、図８においては、説明を分かり易くするために波長λ₁と波長λ₂とのレーザ
光線の光路を分離して記載しているが、実際は各波長の光線は同一の光路を伝搬すること
になる。
この図１２（ａ）（ｂ）に示す２波長対応回折格子１００は、ガラス等からなる透明基
板１０１の入射面側に断面形状が周期的な凹凸からなり均一の屈折率を有する回折格子１
０２を形成すると共に、透明基板１０１の出射面側に同じく断面形状が周期的な凹凸から
なり均一の屈折率を有する回折格子１０３を形成する。これにより、２波長レーザ光源１
０から波長λ₁のレーザ光が出射された場合は、回折格子１０２により波長λ₁のレーザ光
をメインビームとなる０次回折光Ｉ₁（０）と、そのサイドビームとなる二つの±１次回
折光Ｉ₁（±１）とに回折するようにしている。また２波長レーザ光源１０から波長λ₂の
レーザ光が出射された場合は、回折格子１０３により波長λ₂のレーザ光をメインビーム
となる０次回折光Ｉ₂（０）と、そのサイドビームとなる二つの±１次回折光Ｉ₂（±１）
とに回折するようにしている。

また、図１２に示す従来の２波長対応回折格子１００においては、回折格子１０２の幅
寸法Ｗ₁₁と格子周期Ｐ₁₁との比Ｗ₁₁／Ｐ₁₁（以下、デューティ比という）を０．５以外の
値に設定することにより、ＤＶＤ用の波長λ₁の０次回折光Ｉ₁（０）と１次回折光Ｉ₁（
±１）の回折効率とが所定の値となるように調整している。また同様に回折格子１０３の
デューティ比Ｗ₁₂／Ｐ₁₂を０．５以外の値に設定することにより、ＣＤ用の波長λ₂の０
次回折光Ｉ₂（０）と１次回折光Ｉ₂（±１）の回折効率が所定の値となるように調整して
いる。
特開２００１−２８１４３２公報

ところで、回折格子における光量損失は、周知の通り回折格子のデューティ比の値が０
．５のときに最も小さくなり、０．５から離れるに従って大きくなる。
このため、上記図１２に示した２波長対応回折格子１００のように０次回折光と１次回
折光の回折効率が所定の値となるように、回折格子のデューティ比の値を０．５以外の値
を調整すると、回折格子における光量損失が大きくなり、高い光量が求められる例えばＤ
ＶＤに情報の書き込みを行う光記録装置の光ピックアップ装置等に適用できないという問
題点があった。
そこで、本発明は上記したような点を鑑みてなされたものであり、回折効率の調整を行
うために回折格子のデューティ比の値を０．５以外の値に調整する場合でも光量損失を抑
制することができる回折格子を提供することを目的とする。またそのような回折格子を備
えた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の回折格子は、複数の異なる波長のうち、少なくとも
一つの波長の光が入射する回折格子であって、透明基材と、透明基材の両主面上に夫々形
成され、第１の屈折率を有する第１の屈折率材料と第１の屈折率材料とは異なる第２の屈
折率を有する第２の屈折率材料とを交互に配置してなる第１及び第２の回折格子部と、を
備え、第１の回折格子部は、第２の波長に対して第１の屈折率材料と第２の屈折率材料と
の位相差が２πとなるように第１の屈折率材料と第２の屈折率材料の格子深さを夫々設定
し、第１の波長に対して回折効率が所定の値となるように第１の屈折率材料の幅寸法と回
折格子部の周期との比を０．５以外の値に設定し、第２の回折格子部は、第１の波長に対
して第１の屈折率材料と第２の屈折率材料との位相差が２πとなるように第１の屈折率材
料と第２の屈折率材料の格子深さを夫々設定し、第２の波長に対して回折効率が所定の値
となるように第１の屈折率材料の幅寸法と回折格子部の周期との比を０．５以外の値に設
定した。

本発明の回折格子によれば、第１の屈折率材料と第２の屈折率材料とを交互に配置して
透明基板の両側の表面上に第１及び第２の回折格子部を夫々形成したことで、第１及び第
２の屈折率材料を選択することが可能になる。これにより、第１及び第２の回折格子部の
幅寸法と格子周期との比を０．５以外の値に調整する場合でも、従来よりその値を０．５
に近づけることが可能になり、第１及び第２の回折格子部における光量損失を抑制するこ
とができる。

また本発明の回折格子は、複数の異なる波長のうち、少なくとも一つの波長の光が入射
する回折格子であって、透明基材と、第１の屈折率を有する第１の屈折率材料と第１の屈
折率材料とは異なる第２の屈折率を有する第２の屈折率材料とを透明基材の主面上に交互
に配置した回折格子部と、を備え、回折格子部は、第１及び第２の波長を含む波長帯域に
対して回折効率が所定の値となるように、第１の屈折率材料の幅寸法と回折格子部の周期
との比を０．５以外の値に設定すると共に、前記第１及び第２の屈折率材料の格子深さを
夫々設定した。

本発明の回折格子によれば、第１の屈折率材料と第２の屈折率材料とを交互に配置して
透明基板の表面上に回折格子部を形成したことで、第１及び第２の屈折率材料を選択する
ことが可能になる。これにより、回折格子部の幅寸法と格子周期との比を０．５以外の値
に調整する場合でも、従来よりその値を０．５に近づけることが可能になり回折格子部に
おける光量損失を抑制することができる。

また本発明の回折格子は、第１の屈折率材料をＳｉＯ₂、第２の屈折率材料を誘電体で
あるＴｉＯ₂またはＴａ₂Ｏ₅とした。このように第１の屈折率材料をＳｉＯ_2、第２の屈折
率材料をＴｉＯ₂またはＴａ₂Ｏ₅のように、夫々の材料として誘電体を用いると、例えば
、高い信頼性が要求される車載用の光ディスク装置の光ピックアップ装置に好適な回折格
子を実現することができる。

また本発明の回折格子は、第１の屈折率材料を紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂、第２の
屈折率材料を誘電体であるＴｉＯ₂またはＴａ₂Ｏ₅とした。このように第１の屈折率材料
として樹脂材料、第２の屈折率材料として誘電体を用いると回折格子のコストダウンを図
ることができる。特に、このような構成の回折格子は、使用条件が穏やかで、且つ低価格
化が求められる家庭用の光ディスク装置の光ピックアップに好適である。

また本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも２つの異なる波長の光を出射する光源
と、光源から出射光を光記録媒体に集光する対物レンズとを備え、光記録媒体に情報の記
録又は／及び再生を行う光ピックアップ装置であって、光源と対物レンズとの間の光路中
に、本発明の回折格子を配置するようにした。このように光ピックアップ装置を構成すれ
ば、回折格子と２つの異なる波長の光を出射する光源としてモノリシック集積型２波長レ
ーザとを組み合わせて使用した場合でも、ＣＤやＤＶＤ等の異なる種類の光記録媒体に情
報の記録又は再生を確実に行うことができる。

また本発明の回折格子の製造方法は、透明基材の一方の主面上に第１の屈折率を有する
第１の屈折率材料を形成する工程と、第１の屈折率材料の表面上に感光樹脂を塗布する工
程と、感光性樹脂を選択的に露光する工程と、感光性樹脂を現像する工程と、感光性樹脂
により覆われていない領域の第１の屈折率材料をエッチングする工程と、透明基材の表面
上に第１の屈折率材料とは異なる第２の屈折率を有する第２の屈折率材料を形成する工程
と、感光性樹脂を剥離する工程とからなる第１の回折格子部を形成する第１の工程と、透
明基材の他方の主面上に第１の屈折率を有する第１の屈折率材料を形成する工程と、第１
の屈折率材料の表面上に感光樹脂を塗布する工程と、感光性樹脂を選択的に露光する工程
と、感光性樹脂を現像する工程と、感光性樹脂により覆われていない領域の第１の屈折率
材料をエッチングする工程と、透明基材の表面上に第１の屈折率材料とは異なる第２の屈
折率を有する第２の屈折率材料を形成する工程と、感光性樹脂を剥離する工程とからなる
第２の回折格子部を形成する第２の工程とからなる。このようにすれば本発明の回折格子
を作製することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る２波長対応回折格子の構造を示した図である。
なお、図１においては、説明を分かり易くするために、波長λ₁と波長λ₂とのレーザ光線
の光路を分離して記載しているが、実際は各波長の光線は同一の光路を伝搬することにな
る。
この図１（ａ）（ｂ）に示す２波長対応回折格子１は、ガラス等の透明基材からなる透
明基板２の一方の表面上に、低屈折率（第１の屈折率）を有する低屈折率材料（第１の屈
折率材料）３ａと、この低屈折率材料３ａとは異なる高屈折率（第２の屈折率）を有する
高屈折率材料（第２の屈折率材料）４ａとを交互に配置した第１の回折格子部５を形成す
ると共に、他方の表面上に低屈折率を有する低屈折率材料３ｂと、この低屈折率材料３ｂ
とは異なる高屈折率を有する高屈折率材料４ｂとを交互に配置した第２の回折格子部６を
形成するようにしている。

この場合、第１の回折格子部５は、第１の波長であるＤＶＤ用の波長λ₁（６５０ｎｍ
）に対して回折効率が所定の値となるように低屈折率材料３ａの幅寸法Ｗ₁と回折周期Ｐ₁
とのデューティ比Ｗ₁／Ｐ₁を０．５以外の値に設定すると共に、第２の波長であるＣＤ用
の波長λ₂（７８５ｎｍ）に対して低屈折率材料３ａと高屈折率材料４ａとの位相差が２
πとなるように低屈折率材料３ａと高屈折率材料４ａの格子深さを夫々設定することによ
り構成している。
また第２の回折格子部６は、ＣＤ用の波長λ₂に対しては回折効率が所定の値となるよ
うに低屈折率材料３ｂの幅寸法Ｗ₂と格子周期Ｐ₂とのデューティ比Ｗ₂／Ｐ₂を０．５以外
の値に設定すると共に、波長λ₁に対して低屈折率材料３ｂと高屈折率材料４ｂとの位相
差が２πとなるように低屈折率材料３ｂと高屈折率材料４ｂの格子深さを夫々設定するこ
とにより構成している。

図２は、回折格子部のデューティ比と回折効率の関係を示した図であり、（ａ）は０次
回折効率を、（ｂ）は１次回折効率を夫々示した図である。
この図２（ａ）に示すように第１及び第２の回折格子部５、６の０次回折効率は、通常
デューティ比の値が０．５のときに最も小さな値となり、０．５の値から離れるにしたが
って大きくなる。一方、図２（ｂ）に示すように第１及び第２の回折格子部５、６の±１
次回折効率は、デューティ比の値が０．５のときに最も大きな値になり、０．５の値から
離れるにしたがって小さくなる。

そこで、本実施形態の２波長対応回折格子１においては、第１及び第２の回折格子部５
、６における夫々の波長λ₁、λ₂の０次回折効率と１次回折効率が夫々所定の値となるよ
うに第１及び第２の回折格子部５、６のデューティ比を０．５以外の値に調整するように
している。
これにより、２波長レーザ光源１０から波長λ₁のレーザ光が出射された場合は、第１
の回折格子部５により波長λ₁のレーザ光を所定の回折効率でメインビームとなる０次回
折光Ｉ₁（０）と、そのサイドビームとなる二つの±１次回折光Ｉ₁（±１）とに回折し、
２波長レーザ光源１０から波長λ₂のレーザ光が出射された場合は、第２の回折格子部６
により波長λ₂のレーザ光を所定の回折効率でメインビームとなる０次回折光Ｉ₂（０）と
、そのサイドビームとなる二つの±１次回折光Ｉ₂（±１）とに回折するようにしている
。

図８に示した従来の２波長対応回折格子１００は、凹部を空気により構成しているため
屈折率は１となり、波長λ₁、λ₂の０次回折効率と１次回折効率とが夫々所定の値となる
ように回折格子のデューティ比を夫々調整し、例えばＣＤの波長光を３ビーム化するため
に０次回折光と１次回折光との比率を１５：１に調整した場合は、デューティ比が０．５
の値から大きくずれて、第１及び第２の回折格子部５、６における光量損失が大きくなっ
てしまうという問題点があった。
これに対して、本実施形態の２波長対応回折格子１においては、透明基板２の両側の表
面上に夫々低屈折率材料３ａ、３ｂと高屈折率材料４ａ、４ｂとを交互に配置して第１及
び第２の回折格子部５、６を形成することによって、低屈折率材料３ａ、３ｂ及び高屈折
率材料４ａ、４ｂを任意に選択することが可能となった。
従って、低屈折率材料３ａ、３ｂ及び高屈折率材料４ａ、４ｂを適宜選択することで、
第１及び第２の回折格子部５、６のデューティ比を０．５以外の値に調整した場合におい
ても、第１及び第２の回折格子部５、６における光量損失を抑制することが可能になる。

また本実施形態の２波長対応回折格子１においては、低屈折率材料３を屈折率波長分散
が小さい材料、高屈折率材料４を屈折率波長分散が大きい材料を夫々用いるようにした。
具体的には、例えば低屈折率材料３として誘電体であるＳｉＯ_2、高屈折率材料４として
同じく誘電体であるＴｉＯ₂又はＴａ₂Ｏ₅を夫々用いるようにした。このように低屈折率
材料３をＳｉＯ₂、高屈折率材料をＴｉＯ₂またはＴａ₂Ｏ₅等の誘電体材料に構成すると、
例えば、高い信頼性が要求される車載用の光ディスク装置の光ピックアップ装置に好適な
回折格子を実現することができる。
また本実施形態の２波長対応回折格子１は、低屈折率材料３を紫外線硬化樹脂又は熱硬
化樹脂、高屈折率材料４をＴｉＯ₂またはＴａ₂Ｏ₅等の誘電体材料により構成した。この
ように低屈折率材料３として樹脂材料を用いると、２波長対応回折格子１のコストダウン
を図ることができる。特に、このような構成の２波長対応回折格子１は、使用条件が穏や
かで、且つ低価格化が求められる家庭用の光ディスク装置の光ピックアップに好適とされ
る。

図３は本発明の第２の実施形態に係る２波長対応回折格子の構造を示した図である。
この図３に示す２波長対応回折格子２０は、ガラス等からなる透明基材２と、低屈折率
（第１の屈折率）を有する低屈折率材料（第１の屈折率材料）３と、低屈折率材料３とは
異なる屈折率で、且つ低屈折率材料３の屈折率より高い高屈折率（第２の屈折率）を有す
る高屈折率材料（第２の屈折率材料）４とからなる。そして、透明基材２の出射面側に低
屈折率材料３と高屈折率材料４とを交互に配置することにより、透明基材２の表面に断面
形状が周期的な凹凸となる回折格子を形成するようにしている。
そしてこの場合も、所定の波長帯域における回折効率がほぼ一定となるように低屈折率
材料３の幅Ｗ₃と周期Ｐ₃とのデューティ比Ｗ₃／Ｐ₃を０．５以外の値に設定すると共に、
低屈折率材料３と高屈折率材料４との格子深さ（厚さ）を適宜設定するようにした点に特
徴がある。

図４は、２波長対応回折格子２０における波長と回折効率との関係を示した図である。
この図４に示すように２波長対応回折格子２０は、少なくともＤＶＤ用の波長λ₁（６５
０ｎｍ）からＣＤ用の波長λ₂（７８５ｎｍ）までの波長帯域における０次回折光Ｉ（０
）とその±１次回折光Ｉ（±１）の回折効率の値をほぼ同じにすることができる。

ここで、図５を参照しながら、低屈折率材料３と高屈折率材料４との格子深さと回折効
率との関係を説明する。
図５は、２波長対応回折格子２０の回折格子部分を示した拡大断面図であり、この図５
に示すように、低屈折率材料３の屈折率をｎ_L、高屈折率材料４の屈折率をｎ_H、回折格子
のピッチをＰ、低屈折率材料３部分の幅をＷ、低屈折率材料３の格子深さをｄ_L、高屈折
率材料４の格子深さをｄ_Hとする。

回折格子のｍ次光の回折効率をη_mとすると、回折効率η_mは、Ｐ、Ｗ、Γによって式（
１）のような関数によって示すことができる。

位相変調量Γは波長により変化するため、異なる波長で回折効率η_mを同じ値にするた
めには、波長が変化しても位相変調量Γが変化しないように補償すれば良い。

ここで、位相変調量Γは式（２）のように示すことができる。

また、格子材料の屈折率は波長分散を持つため、波長λ₁での低屈折率材料３の屈折率
をｎ_L1、高屈折率材料４の屈折率をｎ_H1、波長λ₂での低屈折率材料３の屈折率をｎ_L2、
高屈折率材料４の屈折率をｎ_H2とすると、波長λ₁における位相変調量をΓ₁、及び波長λ
₂における位相変調量をΓ₂は、下記式（３）、（４）のように示すことができる。

そして、波長λ₁及びλ₂における回折効率を同じにするには、Γ₁＝Γ₂であれば良いか
ら、

を満足するように各条件を設定すれば良い。

ここで、一例として、低屈折率材料３をＳｉＯ₂、高屈折率材料４をＴａ₂Ｏ₅、波長λ₁
を６６０ｎｍ、波長λ₂を７８５ｎｍとすると、各波長λ₁及びλ₂におけるＳｉＯ₂、Ｔａ
₂Ｏ₅の屈折率は、
波長λ₁（６６０ｎｍ）ＳｉＯ₂＝１．４７０、Ｔａ₂Ｏ₅＝２．１６４
波長λ₂（７８５ｎｍ）ＳｉＯ₂＝１．４６７、Ｔａ₂Ｏ₅＝２．１４７
となる。

これらの値を上記した式（５）に代入すると、下記式（６）の結果が得られる。

従って、この式（６）を満たすように低屈折率材料３の格子深さｄ_Lと、高屈折率材料
４の格子深さｄ_Hを設定すれば、ＤＶＤ用の波長λ₁における０次回折光Ｉ（０）の回折効
率とＣＤ用の波長λ₂における０次回折光Ｉ（０）の回折効率をほぼ同じに設定すること
ができる。なお、説明は省略するが、同様にＤＶＤ用の波長λ₁における１次回折光Ｉ（
±１）の回折効率と、ＣＤ用の波長λ₂における１次回折光Ｉ（±１）の回折効率もほぼ
同じに設定することができる。
ここで、回折光量比（０次回折光／１次回折光）＝１５．０に設定する場合を考えると
、波長λ₁における位相変調量Γ₁＝０．１２３とすれば良いので、式（３）よりｄ_H＝１
４３０ｎｍ、式（６）よりｄ_L＝３７１８ｎｍが得られる。

図６は、低屈折率材料３の格子深さｄ_L＝３７１８ｎｍ、高屈折率材料４の格子深さｄ_H
＝１４３０ｎｍに設定したときの波長と回折効率との関係をシミュレーションした結果を
示した図である。
この図６に示すシミュレーション結果からも、ＤＶＤ用の波長λ₁からＣＤ用の波長λ₂
における０次回折光Ｉ（０）及び１次回折光Ｉ（±１）の回折効率をほぼ同じに設定でき
ることが確認された。
このように構成される２波長対応回折格子２０においては、前述の通り透明基板２の表
面上に低屈折率材料３と高屈折率材料４とを交互に配置して回折格子部を形成するように
している。この場合、第１及び第２の屈折率材料を適宜選択することによって、回折格子
部のデューティ比を０．５以外の値に調整した場合でも、回折格子における光量損失を抑
制することができる。

また上記２波長対応回折格子２０においても、例えば低屈折率材料３として誘電体であ
るＳｉＯ_2、高屈折率材料４として同じく誘電体であるＴｉＯ₂又はＴａ₂Ｏ₅を夫々用いる
ようにすると、例えば、高い信頼性が要求される車載用の光ディスク装置の光ピックアッ
プ装置に好適な回折格子を実現することができる。

ここで、以下に本実施形態に係る２波長対応回折格子１の製造方法について、図７及び
８を参照しつつ詳細に説明する。
まず、第１の回折格子部５を形成工程について説明する。図７（ａ）に示すように透明
ガラス基板２を用意し、図７（ｂ）に示すように透明ガラス基板２の表面上に真空蒸着機
やスパッタ成膜等の成膜装置を用いてＳｉＯ₂３を形成する。次に、図７（ｃ）に示すよ
うに前記ＳｉＯ₂３の表面上にフォトレジスト３１を塗布し、図７（ｄ）に示すように回
折格子の仕様に基づいて所定の寸法でパターニングされたマスク３２を用いてフォトレジ
スト３１を露光し、このフォトレジスト３１を現像したのが図７（ｅ）に示す図である。
そして、図７（ｆ）に示すようにフォトレジストの感光部３１ａにより覆われていない領
域の前記ＳｉＯ₂３をエッチングにより除去する。次に、図７（ｇ）に示すように透明ガ
ラス基板２及びフォトレジスト３１ａの表面上に真空蒸着機やスパッタ成膜等の成膜装置
を用いてＴａ₂Ｏ₅４を形成する。そして、図７（ｈ）に示すように剥離液を用いて、フォ
トレジスト３１ａを剥離して第１の回折格子部５が完成する。

次に、第２の回折格子部６を形成工程について説明する。図８（ａ）に示すように裏面
に第１の回折格子部５が形成された透明ガラス基板２を用意し、図８（ｂ）に示すように
透明ガラス基板２の表面上に真空蒸着機やスパッタ成膜等の成膜装置を用いてＳｉＯ₂３
を形成する。次に、図８（ｃ）に示すように前記ＳｉＯ₂３の表面上にフォトレジスト３
１を塗布し、図８（ｄ）に示すように回折格子の仕様に基づいて所定の寸法でパターニン
グされたマスク３２を用いてフォトレジスト３１を露光し、このフォトレジスト３１を現
像したのが図８（ｅ）に示す図である。そして、図８（ｆ）に示すようにフォトレジスト
の感光部３１ａにより覆われていない領域の前記ＳｉＯ₂３をエッチングにより除去する
。次に、図８（ｇ）に示すように透明ガラス基板２及びフォトレジスト３１ａの表面上に
真空蒸着機やスパッタ成膜等の成膜装置を用いてＴａ₂Ｏ₅４を形成する。そして、図８（
ｈ）に示すように剥離液を用いて、フォトレジスト３１ａを剥離して第２の回折格子部６
が形成されて２波長対応回折格子１が完成する。

また２波長対応回折格子２０は、低屈折率材料３を紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂、高
屈折率材料４をＴｉＯ₂またはＴａ₂Ｏ₅等の誘電体材料により構成した。このように低屈
折率材料３として樹脂材料を用いると、２波長対応回折格子２０のコストダウンを図るこ
とができる。特に、このような構成の２波長対応回折格子２０は、使用条件が穏やかで、
且つ低価格化が求められる家庭用の光ディスク装置の光ピックアップに好適とされる。

以下に、低屈折率材料３に紫外線硬化樹脂を用いた場合の２波長対応回折格子１の製造
方法について、図９及び１０を参照しつつ詳細に説明する。
まず、第１の回折格子部５を形成工程について説明する。図９（ａ）に示すように透明
ガラス基板２を用意し、図９（ｂ）に示すように透明ガラス基板２の表面上に真空蒸着機
やスパッタ成膜等の成膜装置を用いてＴａ₂Ｏ₅３４を形成する。次に、図９（ｃ）に示す
ように前記Ｔａ₂Ｏ₅３４の表面上にフォトレジスト３１を塗布し、図９（ｄ）に示すよう
に回折格子の仕様に基づいて所定の寸法でパターニングされたマスク３２を用いてフォト
レジスト３１を露光し、このフォトレジスト３１を現像したのが図９（ｅ）に示す図であ
る。そして、図９（ｆ）に示すようにフォトレジストの感光部３１ａにより覆われていな
い領域の前記Ｔａ₂Ｏ₅３４をエッチングにより除去し、図９（ｇ）に示すようにフォトレ
ジスト感光部３１ａを剥離する。次に、図９（ｈ）に示すように透明ガラス基板２及びＴ
ａ₂Ｏ₅３４の表面上に紫外線硬化樹脂３３を塗布する。そして、図９（ｊ）に示すように
、前記透明ガラス基板２の表面２ａとは反対側の主表面２ｂから紫外線を照射して紫外線
硬化樹脂３３を露光する。ここで、前記紫外線硬化樹脂のＴａ₂Ｏ₅３４により遮蔽されて
いない領域は感光して硬化することとなる。次に、図９（ｋ）に示すように剥離液を用い
て、感光していない（硬化していない）領域の紫外線硬化樹脂３３ｂを剥離すれば第１の
回折格子部５が完成する。

次に、第２の回折格子部６を形成工程について説明する。図１０（ａ）に示すように裏
面に第１の回折格子部５が形成された透明ガラス基板２を用意し、図１０（ｂ）に示すよ
うに透明ガラス基板２の表面上に真空蒸着機やスパッタ成膜等の成膜装置を用いてＴａ₂
Ｏ₅３４を形成する。次に、図１０（ｃ）に示すように前記Ｔａ₂Ｏ₅３４の表面上にフォ
トレジスト３１を塗布し、図１０（ｄ）に示すように回折格子の仕様に基づいて所定の寸
法でパターニングされたマスク３２を用いてフォトレジスト３１を露光し、このフォトレ
ジスト３１を現像したのが図１０（ｅ）に示す図である。そして、図１０（ｆ）に示すよ
うにフォトレジストの感光部３１ａにより覆われていない領域の前記Ｔａ₂Ｏ₅３４をエッ
チングにより除去し、図１０（ｇ）に示すようにフォトレジスト感光部３１ａを剥離する
。次に、図１０（ｈ）に示すように透明ガラス基板２及びＴａ₂Ｏ₅３４の表面上に紫外線
硬化樹脂３３を塗布する。そして、図１０（ｊ）に示すように、前記透明ガラス基板２の
表面２ａとは反対側の主表面２ｂから紫外線を照射して紫外線硬化樹脂３３を露光する。
ここで、前記紫外線硬化樹脂のＴａ₂Ｏ₅３４により遮蔽されていない領域は感光して硬化
することとなる。次に、図１０（ｋ）に示すように剥離液を用いて、感光していない（硬
化していない）領域の紫外線硬化樹脂３３ｂを剥離すれば第２の回折格子部６が形成され
て２波長対応回折格子１が完成する。

なお、本実施形態の２波長対応回折格子１、２０は、フォトリソグラフィ法を用いてド
ライエッチング又はリフトオフにより格子を作製しても良いし、或いはナノインプリント
技術と呼ばれるナノオーダーのパターンを有する金型を利用して格子を作製するようにし
ても良い。ナノインプリント技術を利用して格子パターンを作製する場合は、上記したフ
ォトリソグラフィ法に比べて安価に格子を製造することが可能になる。但し、ナノインプ
リント技術を使用する場合は、格子材料に樹脂を用いる必要があるため、低屈折率材料３
に紫外線硬化樹脂又は熱効果樹脂を用いることが好ましい。

図１１は上記した本実施形態の２波長対応回折格子１、２０を備えた光ピックアップ装
置の構成を示した図である。
この図１１に示す光ピックアップ装置は、２波長レーザ光源１０から出射された光が２
波長対応回折格子１（２０）において０次回折光と±１次回折光に回折される。２波長対
応回折格子１（２０）において回折された０次回折光と±１次回折光はビームスプリッタ
２１を透過し、コリメートレンズ２２により平行光にされた後、対物レンズ２３により光
ディスク３０の情報記録面上に集光される。そして、光ディスク３０で反射された光が再
び対物レンズ２３、及びコリメートレンズ２２を透過し、ビームスプリッタ２１により反
射されて光検出器２４の受光面において受光されることになる。
このように本実施形態の２波長対応回折格子１（２０）を用いて光ピックアップ装置を
構成すれば、レーザ光源として２波長レーザ光源１０を使用した場合でも、ＣＤやＤＶＤ
等の異なる種類の光ディスクに対して情報の記録又は再生を確実に行うことが可能になる
。

なお、本実施の形態では、本発明の回折格子の一例として、異なる２つの波長に対応し
た２波長対応回折格子を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、透明基材
２の表面上に形成する低屈折率材料３と高屈折率材料４との格子深さを変えることによっ
て、例えばＢｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ等に用いられる青紫色レーザ（４０５ｎｍ）を含む
波長帯域において、波長依存性の小さい回折格子を実現することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る２波長対応回折格子の構造を示した図。回折格子部のデューティ比と回折効率との関係を示した図。本発明の第２の実施形態に係る２波長対応回折格子の構造を示した図。図３に示した２波長対応回折格子における波長と回折効率との関係を示した図。図３に示した波長対応回折格子の回折格子部を拡大して示した図。シミュレーション結果を示した図。本発明の実施形態に係る２波長対応回折格子の製造方法を示した図。本発明の実施形態に係る２波長対応回折格子の製造方法を示した図。本発明の実施形態に係る２波長対応回折格子の製造方法を示した図。本発明の実施形態に係る２波長対応回折格子の製造方法を示した図。本実施形態の２波長対応回折格子を備えた光ピックアップ装置の構成を示した図。従来の２波長対応回折格子の構造を示した図。

符号の説明

１、２０…２波長対応回折格子、２…透明基板、３、３ａ、３ｂ…低屈折率材料、４、
４ａ、４ｂ…高屈折率材料、１０…半導体レーザ、２１…ビームスプリッタ、２２…コリ
メートレンズ、２３…対物レンズ、２４…光検出器、３０…光ディスク

Claims

複数の異なる波長のうち、少なくとも一つの波長の光が入射する回折格子であって、
透明基材と、
前記透明基材の両主面上に夫々形成され、第１の屈折率を有する第１の屈折率材料と該
第１の屈折率材料とは異なる第２の屈折率を有する第２の屈折率材料とを交互に配置して
なる第１及び第２の回折格子部と、を備え、
前記第１の回折格子部は、第２の波長に対して前記第１の屈折率材料と前記第２の屈折
率材料との位相差が２πとなるように前記第１の屈折率材料と前記第２の屈折率材料の格
子深さを夫々設定し、
第１の波長に対して回折効率が所定の値となるように前記第１の屈折率材料の幅寸法と
回折格子部の周期との比を０．５以外の値に設定し、
前記第２の回折格子部は、前記第１の波長に対して前記第１の屈折率材料と前記第２の
屈折率材料との位相差が２πとなるように前記第１の屈折率材料と前記第２の屈折率材料
の格子深さを夫々設定し、
前記第２の波長に対して回折効率が所定の値となるように前記第１の屈折率材料の幅寸
法と回折格子部の周期との比を０．５以外の値に設定したことを特徴とする回折格子。
複数の異なる波長のうち、少なくとも一つの波長の光が入射する回折格子であって、
透明基材と、
第１の屈折率を有する第１の屈折率材料と該第１の屈折率材料とは異なる第２の屈折率
を有する第２の屈折率材料とを前記透明基材の主面上に交互に配置した回折格子部と、を
備え、
前記回折格子部は、前記第１及び第２の波長を含む波長帯域に対して回折効率が所定の
値となるように、前記第１の屈折率材料の幅寸法と回折格子部の周期との比を０．５以外
の値に設定すると共に、前記第１及び第２の屈折率材料の格子深さを夫々設定したことを
特徴とする回折格子。
前記第１の屈折率材料をＳｉＯ₂、前記第２の屈折率材料を誘電体であるＴｉＯ₂または
Ｔａ₂Ｏ₅としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回折格子。
前記第１の屈折率材料を紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂、前記第２の屈折率材料を誘電
体であるＴｉＯ₂またはＴａ₂Ｏ₅としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回折格
子。
少なくとも２つの異なる波長の光を出射する光源と、前記光源から出射光を光記録媒体
に集光する対物レンズとを備え、光記録媒体に情報の記録又は／及び再生を行う光ピック
アップ装置であって、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、請求項１乃至４の何れか１項に記載の回
折格子が配置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
透明基材の一方の主面上に第１の屈折率を有する第１の屈折率材料を形成する工程と、
前記第１の屈折率材料の表面上に感光樹脂を塗布する工程と、
前記感光性樹脂を選択的に露光する工程と、
前記感光性樹脂を現像する工程と、
前記感光性樹脂により覆われていない領域の前記第１の屈折率材料をエッチングする工
程と、
前記透明基材の表面上に前記第１の屈折率材料とは異なる第２の屈折率を有する第２の
屈折率材料を形成する工程と、
前記感光性樹脂を剥離する工程とからなる第１の回折格子部を形成する第１の工程と、
前記透明基材の他方の主面上に第１の屈折率を有する第１の屈折率材料を形成する工程
と、
前記第１の屈折率材料の表面上に感光樹脂を塗布する工程と、
前記感光性樹脂を選択的に露光する工程と、
前記感光性樹脂を現像する工程と、
前記感光性樹脂により覆われていない領域の前記第１の屈折率材料をエッチングする工
程と、
前記透明基材の表面上に前記第１の屈折率材料とは異なる第２の屈折率を有する第２の
屈折率材料を形成する工程と、
前記感光性樹脂を剥離する工程とからなる第２の回折格子部を形成する第２の工程と
からなることを特徴とする回折格子の製造方法。