JP2010153039A - ３波長用回折素子、位相板付３波長用回折素子および光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ヘッド装置で用いられる３波長帯のレーザ光に対して、適切な回折効率および回折方向が得られる回折素子を得て、この素子を搭載して前記機能を有しながら光ヘッド装置の小型化、軽量化を図る。
【解決手段】３波長λ_１、λ_２およびλ_３が入射する回折素子は２つの回折格子からなり、該回折格子は２つの異なる樹脂が接していて周期的な凹凸状をなし、凸部４、５は複屈折性の樹脂からなり、凹部６、７は光学的等方性の樹脂からなり、第１の回折格子は波長λ_１の光を回折すると共に、波長λ_２およびλ_３の光を透過し、第２の回折格子は波長λ_１の光を透過すると共に、λ_３の光を回折する素子として、光ヘッド装置に搭載する。
【選択図】図１

Description

本発明は、３波長用回折素子、位相板付３波長用回折素子および光ヘッド装置に関するものである

ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙあるいはＨＤ−ＤＶＤを代表とする青紫色半導体レーザで再生および／または記録する次世代ＤＶＤ）、ＤＶＤ、ＣＤ等の異なる規格の光記録媒体の情報の再生および／または記録（以下、「再生および／または記録」を「再生・記録」と略記。）する互換光ヘッド装置において、装置の小型、軽量化の開発が盛んに行なわれている。

規格が異なるＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤでは、その再生・記録に用いられるレーザ光の波長が異なる。ＢＤでは４０５ｎｍ波長帯、ＤＶＤでは６６０ｎｍ波長帯、ＣＤでは７８０ｎｍ波長帯のレーザ光が用いられる。これら異なる規格の光記録媒体を交換して使用する互換光ヘッド装置を小型、軽量化するために、上述の３つの波長帯のレーザ光を出力する３波長半導体レーザが開発されている。

３波長半導体レーザを用いることで、レンズ、回折素子等の光学部品を共有化して、光ヘッド装置内の部品点数の削減が期待されている。通常、回折素子は、周期的な凹凸の断面形状からなる回折格子を有するガラスやプラスチックで形成されており、その回折効率はその凹凸の深さおよび材質の屈折率によって決まる。すなわち、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤ用の波長帯のレーザ光、それぞれに対し回折効率を自由に制御することができない。さらに、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤ用のそれぞれの波長帯のレーザ光に対し最適な回折方向を得るために複数の回折格子を形成することもできるが、前述のとおり回折効率を自由に制御できないため、回折素子の共有化を難しくしている。

３つの波長帯のレーザ光に対して、設計自由度が高くかつ最適な回折効率および回折方向が得られる、すなわち、波長選択的に回折を利用できる回折素子が望まれている。たとえば、６６０ｎｍ波長帯および７８０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する２波長半導体レーザを使う互換光ヘッド装置において、ＤＶＤおよびＣＤの波長帯のレーザ光に用いる回折素子は提案されているが（特許文献１）、さらに４０５ｎｍ波長帯のレーザ光にも対応できる回折素子の提案は数少ない。

特開２００１−２９００１７号公報

本発明は、３波長半導体レーザを用いた互換光ヘッド装置において、従来の回折素子では波長選択性がないため素子の共有化ができず、互換光ヘッド装置の小型化、軽量化に不利であるという課題を解決するためになされたものある。

すなわち、互換光ヘッド装置で用いられる３波長帯のレーザ光それぞれに対して、適切な回折効率および回折方向が得られる回折素子を得て、さらには位相変化と前記回折効果とを合わせ持った位相板付回折素子を得て、これら素子を搭載して前記機能を有しながら互換光ヘッド装置の小型化、軽量化を図るためになされたものである。

本発明は、３つの異なる波長λ_１、λ_２およびλ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）の入射光が別々に入射して用いられる、少なくとも２つの積層された回折格子を備えた３波長用回折素子において、３波長用回折素子が有する２つの回折格子は、それぞれ２つの異なる樹脂が接していてその断面形状が周期的な凹凸状をなしており、凹凸状の凸部は複屈折性を示す樹脂からなり、凹凸状の少なくとも凸部間は充填された光学的等方性の樹脂からなっていて、２つの回折格子のうち、第１の回折格子は波長λ_１の入射光を回折するとともに、波長λ_２および波長λ_３の入射光を透過し、第２の回折格子は波長λ_１の入射光を透過するとともに、波長λ_３の入射光を回折するように凸部の屈折率および／または高さ、並びに光学的等方性の樹脂の屈折率が調整されていることを特徴とする３波長用回折素子を提供する。

この構成により、本発明の３波長用回折素子は、偏光方向が互いに直交しており、本素子に入射する波長λ_１の光および波長λ_３の光それぞれに対して、選択的に透過および回折を制御することができる。

また、前記３波長用回折素子の１つ面に、無機材料からなる周期的な凹凸部または凸部を有する第３の回折格子がさらに形成され、波長λ_１および波長λ_３の入射光を透過するとともに波長λ_２の入射光を回折するように無機材料の凸部の屈折率および／または高さが調整され、かつ前記第２の回折格子が波長λ_２の入射光を透過するように構成されている上記の３波長用回折素子を提供する。

この構成により、本発明の３波長用回折素子は、本素子に入射する波長λ_１の光および波長λ_２の光、波長λ_３の光であって、波長λ_１の光と波長λ_２の光の偏光方向が直交し、波長λ_２の光と波長λ_３の光が平行であるとき、それぞれの波長の光に対して、選択的に透過および回折を制御することができる。

また、２枚の位相板が上記の３波長用回折素子を挟むように積層されており、前記位相板としてそれぞれ、波長λ_１の光に対して２πの位相差を有し、波長λ_２の光に対して略πの位相差を有し、かつ波長λ_３の光に対して略πの位相差を有する位相板付３波長用回折素子を提供する。

この構成により、本発明の位相板付３波長用回折素子は、偏光方向が互いに平行であり、本素子に入射する波長λ_１の光および波長λ_３の光それぞれに対して、選択的に透過および回折を制御することができる。

また、前記２枚の位相板のうち一方の位相板の側に、無機材料からなる周期的な凹凸部または凸部を有する第３の回折格子がさらに形成され、波長λ_１および波長λ_３の入射光を透過するとともに波長λ_２の入射光を回折するように無機材料の凸部の屈折率および／または高さが調整されている上記の位相板付３波長用回折素子を提供する。

この構成により、本発明の位相板付３波長用回折素子は、偏光方向が平行であり、本素子に入射する波長λ_１の光および波長λ_２の光、波長λ_３の光に対して、選択的に透過および回折を制御することができる。

さらに、３つの異なる波長λ_１、λ_２およびλ_３の光を出射する光源と、それぞれの波長の光を光記録媒体に集光する対物レンズと、集光されて光記録媒体により反射された光を検出する光検出器とを備え、光記録媒体の情報の再生および／または記録を行なう光ヘッド装置において、光源と対物レンズとの間の光路中に、上記の３波長用回折素子、あるいは上記の位相板付３波長用回折素子のいずれかが設置されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。

この構成により、本発明の光ヘッド装置は、ひとつの素子でありながら、３つの異なる波長の光に対して選択的に回折することができるので、光ヘッド装置の部品点数を減らすことができ、光ヘッド装置を小型軽量化をすることができる。

本発明の３波長用回折素子は、回折効率および回折方向を素子に入射するレーザ光の波長に応じて選択的に制御ができる、すなわち波長選択的回折効果を有する。

本発明の位相板付３波長用回折素子は、上記の波長選択的回折効果に加えて位相制御の効果も合わせもつ小型の回折素子となる。

また本発明の光ヘッド装置は、上記の３波長用回折素子または位相板付３波長用回折素子を搭載しているため、これらの効果を有しながら装置の小型化、軽量化を図ることができる。

本発明の第１実施形態の３波長用回折素子 本発明の第１実施形態の３波長用回折素子の変形例であり、実施例２の回折素子 本発明の第２実施形態の３波長用回折素子 本発明の第２実施形態の３波長用回折素子の変形例であり、実施例４の回折素子 本発明の第３実施形態の位相板付３波長用回折素子 本発明の第４実施形態の位相板付３波長用回折素子 本発明の第３実施形態の位相板付３波長用回折素子を搭載した互換光ヘッド装置

「第１実施形態」
図１は、本発明の第１実施形態に係る３波長用回折素子の構成を示す断面図であり、３波長用回折素子は２つの回折格子を有しており、それぞれの回折格子は２つの異なる樹脂が接していてその断面形状が周期的な凹凸状をなしており、凹凸状の凸部は複屈折性を示す樹脂からなり、凹凸状の少なくとも凸部間（凹部）は充填された光学的等方性の樹脂からなる構成を有している。本構成では第１，第２および第３の３枚の透明基板を有し、第１と第２の透明基板間、第２と第３の透明基板間で２つの異なる樹脂が接していてその断面形状が周期的な凹凸状をなしており、光学的等方性の樹脂として充填接着剤などが用いられている。

なお、少なくとも凸部間（凹部）が充填されているとは、凸部間を充填しているかまたは凸部間を充填したうえにさらに凸部を完全に埋め尽くすということを意味する。

第１の透明基板１、第２の透明基板２、第３の透明基板３としては、ガラス、石英ガラス、プラスチックなどの透明材料基板を使用できる。また、第１の透明基板１と第３の透明基板３の空気側の表面に、反射防止膜を成膜することで、前記回折素子を透過するレーザ光の不要な反射を防ぐことができて好ましい。

第１の凸部４、第２の凸部５の材料である複屈折性の樹脂としては、高分子液晶などを用いることができる。凸部の形成方法としては、例えばネマチック液晶などの液晶モノマーを第１の透明基板１、第２の透明基板２上に均一に塗布し、ＵＶ光を照射して高分子化させた後、フォトリソグラフィとエッチングなどの技術を用いて、断面が凹凸状になるように加工すればよい。

そして、第１の凸部４と充填接着剤６が第１の回折格子の構成要素となり、第２の凸部５と充填接着剤７が第２の回折格子の構成要素となっていて、２つの回折格子が透明基板２を挟んで積層されて３波長用回折素子が形成される。この３波長用回折素子には、異なる３つの波長λ_１、λ_２およびλ_３の光が入射して用いられるが、第１の回折格子は波長λ_１の入射光を回折するとともに、波長λ_２および波長λ_３の入射光を透過し、第２の回折格子は波長λ_１の入射光を透過するとともに、波長λ_３の入射光を回折する構成となっている。以下、凸部は高分子液晶からなるとして説明する。

第１の回折格子を構成する充填接着剤６としては、その屈折率が、例えば、回折格子を透過する波長λ_３に対する第１の凸部４の材料である高分子液晶の常光屈折率と略同じものを選択する。一方、第２の回折格子を構成する充填接着剤７としては、その屈折率が、例えば、回折格子を透過する波長λ_１に対する第２の凸部５の材料である高分子液晶の常光屈折率と略同じものを選択する。

さらに、高分子液晶からなる第１の凸部４の異常光屈折率の軸方向と高分子液晶からなる第２の凸部５の異常光屈折率の軸方向とが直交するように、第１の回折格子と第２の回折格子が積層される。

このとき、第１の凸部４の異常光屈折率の軸方向に、波長λ_１のレーザ光が偏光方向を有する直線偏光であるとすると、波長λ_１のレーザ光が、３波長用回折素子を透過する際、第１の回折格子によって回折し、第２の回折格子では回折せず透過するようできる。一方、波長λ_１のレーザ光の偏光方向と波長λ_３のレーザ光の偏光方向が直交するとすると、波長λ_３のレーザ光が、該３波長用回折素子を透過する際、第１の回折格子によって回折せず、第２の回折格子では回折する。

上述のように、第１実施形態の回折素子によると、前記２つの回折格子の偏光依存性を利用して、波長選択的に回折を制御することができる。

なお、凸部の材料である高分子液晶の異常光屈折率と、充填接着剤の屈折率を考慮して、第１の凸部４、第２の凸部５の高さを適当に決めることで、該３波長用回折素子を透過するレーザ光の波長に対し、それぞれ所望の回折効率を得ることができる。

第１実施形態の３波長用回折素子は、規格が異なるＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの再生・記録を行なう互換光ヘッド装置であって、波長λ_１のレーザ光としてＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯、波長λ_２のレーザ光としてＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯、波長λ_３のレーザ光としてＣＤ用の７８０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置において、ＢＤおよびＣＤのトラッキング用の３ビームを得るための回折素子として利用できる。一方、ＤＶＤにおいては、ＲＡＭ規格の再生・記録をしない場合、３ビームを用いずにトラッキングできるため、該３波長用回折素子の２つの回折格子により回折する光を必要とせず、直進透過するレーザ光のみ利用すればよい。

第１実施形態の３波長用回折素子において、波長λ_１のＢＤ用のレーザ光に対して、第２の回折格子は不要な光としての回折光を発生しない、一方、波長λ_３のＣＤ用のレーザ光に対しては、第１の回折格子は、不要な光としての回折光を発生しない。すなわち、互換光ヘッド装置において、ノイズとなる不要な回折光を発生することがないので、良好な再生・記録特性を得ることができる。

また、第１実施形態の３波長用回折素子は、ＢＤおよびＣＤ用の波長のレーザ光それぞれに対し、回折効率および回折方向をそれぞれ自由度高く設計でき、一つの素子でありながら、回折効果を波長選択的に利用できるので、小型、軽量化が要望されている３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置を実現できる。

ここで、互換光ヘッド装置として、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯、ＣＤ用の７８０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する２波長半導体レーザと、ＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する半導体レーザとの２つを搭載して、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの再生・記録を行なう互換光ヘッド装置においても、後述する第３実施形態の３波長用回折素子を搭載してもよく、この場合、３つの波長のレーザ光が共通に通る位置に、該３波長用回折素子を設置することで上述と同じ機能を発現させることができる。

「第２実施形態」
図３は、本発明の第２実施形態に係る３波長用回折素子の構成を示す断面図であり、第１実施形態における３波長用回折素子の一方の面に無機材料からなる周期的な凸部を有する第３の回折格子がさらに形成され、かつ第１実施形態における３波長用回折素子のうち第２の回折格子が波長λ_２の入射光を透過する３波長用回折素子となっている。ここで、第３の回折格子は、無機材料が周期的な凸部となっていてもよいが、無機材料が周期的な凹凸部すなわち谷底で連続的に繋がっていてもよい。第１実施形態に係る３波長用回折素子の部分の構成は、その説明を省略する。

第１実施形態と同様に、凸部は高分子液晶からなり、凸部間を充填する材料は光学的等方性の樹脂である充填接着剤であるとして説明する。

本構成においても３枚の透明基板１３、１４および１５を有し、第１の透明基板１３、第２の透明基板１４、第３の透明基板１５としては、ガラス、石英ガラス、プラスチックなどを使用できる。また、第１の透明基板１３の表面に、反射防止膜を成膜することで、該３波長用回折素子を透過するレーザ光の不要な反射を防ぐことができる。第３の透明基板１５の表面には無機材料からなる第３の凸部１８が形成されており、その表面に、反射防止膜を成膜することで、該３波長用回折素子を透過するレーザ光の不要な反射を防ぐことができる。

ここで、第２の凸部１７の高さは、該３波長用回折素子を透過する波長λ_２のレーザ光に対する高分子液晶の異常光屈折率と充填接着剤２０の屈折率との差と、凸部１７の高さとの積が、波長λ_２の整数倍、例えば１倍になるように選択する。第２の凸部１７と充填接着剤２０を構成要素として含む回折格子を第２の回折格子という。

一方、第１の凸部１６の高さは、第１の凸部１６と第１の充填接着剤１９とを構成要素として含む回折格子（これを第１の回折格子という）において、該３波長用回折素子を透過する波長λ_１のレーザ光に対し所望の回折効率を得るように選択される。

第３の凸部１８の材料である無機材料として、ＳｉＯ_２（石英）を選択するのが、成膜あるいはエッチングによる加工が容易であるので望ましい。特に、第３の透明基板１５として石英ガラスを選んだ場合、ＳｉＯ_２膜を成膜しなくてもよく好ましい。ただし、用途によって、少なくとも波長３８０ｎｍ〜波長８２０ｎｍの間で略無色透明であるＴａ_２Ｏ_５、ＳｉＯＮ等を使用してもよい。ここで、第３の凸部１８の高さは、該３波長用回折素子を透過する波長λ_１のレーザ光に対する凸部１８の屈折率と空気の屈折率との差と、その高さの積が、波長λ_１の整数倍、例えば２倍になるように選択する。

また、充填接着剤１９としては、その屈折率が、該３波長用回折素子を透過する波長λ_３に対する第１の凸部１６の材料である高分子液晶の常光屈折率と略同じものを選択する。一方、充填接着剤２０としては、その屈折率が、該３波長用回折素子を透過する波長λ_１に対する第２の凸部１７の材料である高分子液晶の常光屈折率と略同じものを選択する。

さらに、高分子液晶からなる第１の凸部１６の異常光屈折率の軸方向と、高分子液晶からなる第２の凸部１７の異常光屈折率の軸方向とが直交するように第１の回折格子と第２の回折格子が積層される。

このとき、第１の凸部１６の異常光屈折率の軸方向に、波長λ_１のレーザ光が偏光方向を有する直線偏光であるとすると、波長λ_１のレーザ光が、該３波長用回折素子を透過する際、第１の回折格子によって回折し、第２の回折格子では回折せず透過し、第３の凸部１８と空気による第３の回折格子で回折しないようできる。

一方、波長λ_１のレーザ光の偏光方向と波長λ_２のレーザ光の偏光方向とが直交するとすると、波長λ_２のレーザ光が、該３波長回折素子を透過する際、第１の回折格子と、第２の回折格子では回折せず、第３の回折格子で回折する。

一方、波長λ_１のレーザ光の偏光方向と波長λ_３のレーザ光の偏光方向とが直交するとすると、波長λ_３のレーザ光が、該３波長用回折素子を透過する際、第１の回折格子で回折せず、第２の回折格子では回折するようにできる。なお、第３の回折格子では、波長λ_３が波長λ_１の略２倍であるとき、波長λ_１は回折しないので波長λ_３はほとんど回折しない。

第２実施形態の３波長用回折素子は、規格が異なるＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの再生・記録を行なう互換光ヘッド装置であって、波長λ_１のレーザ光としてＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯、波長λ_２のレーザ光としてＣＤ用の７８０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置において、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤのトラッキング用の３ビームを得るための回折素子として利用できる。

第２実施形態の３波長用回折素子において、波長λ_１のＢＤ用のレーザ光に対して、第２の回折格子と、第３回折格子とは、不要な光としての回折光を発生しない、一方、波長λ_２のＤＶＤ用のレーザ光に対して、第１の回折格子と、第２の回折格子とは、不要な光としての回折光を発生しない。他方、波長λ_３のＣＤ用のレーザ光に対して、第１の回折格子では回折せず、第３の回折格子においても、ＣＤ用の波長λ_３がＢＤ用の波長λ_１の略２倍となるので、不要な光としての回折光をほとんど発生しない。

すなわち、互換光ヘッド装置において、ノイズとなる不要な回折光を発生することがないので、良好な再生・記録特性を得ることができ、一つの素子でありながら、回折効果を波長選択的に利用できるので、小型、軽量化を要望されている３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置を実現できる。

また、第２実施形態の３波長用回折素子は、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤ用の波長のレーザ光それぞれに対し、回折効率、回折方向をそれぞれ自由度高く設計できる。

また、第１施形態の３波長用回折素子に比べ、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤ用のレーザ光それぞれに対する回折効率の設計自由度が少なくなっているが、ＤＶＤ−ＲＡＭ規格の再生・記録に対応することができる。

「第３実施形態」
図５は、本発明の第３実施形態に係る回折素子の構成を示す断面図であり、第１実施形態の３波長用回折素子を挟むように２枚の位相板が積層されている位相板付３波長用回折素子である。第１実施形態に係る３波長用回折素子の部分の構成は、その説明を省略する。

本実施形態では４枚の透明基板３１、３２、３３および３４が用いられている。第１実施形態と同様に、凸部は高分子液晶からなり、凸部間を充填する材料は光学的等方性の樹脂である充填接着剤であるとして説明する。また、２枚の位相板は、例えば複屈折性樹脂からなるとする。

第１の透明基板３１、第２の透明基板３２、第３の透明基板３３、第４の透明基板３４としては、ガラス、石英ガラス、プラスチックなどを使用できる。また、第１の透明基板３１と第４の透明基板３４の空気側の表面に、反射防止膜を成膜することで、該位相板付３波長用回折素子を透過するレーザ光の不要な反射を防ぐことができる。

充填接着剤３９としては、その屈折率が、該位相板付３波長用回折素子を透過する波長λ_３に対する第１の凸部３７の材料である高分子液晶の常光屈折率と略同じものを選択する。一方、充填接着剤４０としては、その屈折率が、該位相板付３波長用回折素子を透過する波長λ_１に対する第２の凸部３８の材料である高分子液晶の常光屈折率と略同じものを選択する。なお、凸部の材料である高分子液晶の異常光屈折率と、充填接着剤の屈折率を考慮して、第１の凸部３７、第２の凸部３８の高さを適当に決めることで、該位相板付３波長用回折素子を透過するレーザ光の波長に対し、それぞれ所望の回折効率を得ることができる。

第１の複屈折性樹脂からなる位相板３５としては、波長λ_１のレーザ光に対して、リタデーション値が、波長λ_１に等しく、かつ波長λ_２あるいは波長λ_３に対し、波長の略１／２になるように複屈折材料と厚さを決める。同様に、第２の複屈折性樹脂からなる位相板３６も同様に、リタデーション値が波長λ_１に等しく、かつ波長λ_２あるいは波長λ_３に対し、波長の略１／２になるように複屈折材料と厚さを決める。

第１から第４の透明基板を積層して３波長用回折素子とする際、第１の位相板３５の進相軸と第１の凸部３７の異常光屈折率の軸方向のなす角度が例えば４５°（１３５°、２２５°、３１５°などでもよい）、第１の凸部３７の異常光屈折率の軸方向と第２の凸部３８の異常光屈折率の軸方向のなす角度が例えば９０°（２７０°などでもよい）、第１の位相板３５の進相軸と第２の位相板３６の進相軸とがなす角度が例えば９０°（２７０°などでもよい）になるように積層する。

こうして形成される第３実施形態の位相板付３波長用回折素子において、第１の凸部３７の異常光屈折率の軸方向に、波長λ_１のレーザ光が偏光方向を有する直線偏光であるとする。波長λ_１のレーザ光は、該位相板付３波長用回折素子を透過する際、第１の位相板３５をその偏光状態を変えることなく透過し、第１の凸部３７と第１の充填接着剤３９を備える回折格子（これを、第１の回折格子という）によって回折され、第２の凸部３８と第２の充填接着剤４０を備える回折格子（これを、第２の回折格子という）に回折されずに直進透過し、第２の位相板３６をその偏光状態を変えることなく透過する。

一方、波長λ_１のレーザ光の偏光方向と波長該位相板付３波長用λ_２のレーザ光とが同じ偏光方向を有するとすると、波長λ_２のレーザ光は、回折素子を透過する際、第１の位相板３５にてその偏光方向を略９０°回転させて透過し、第１の回折格子を回折せずに直進透過し、第２の回折格子では回折し、第２の位相板３６にて、さらに、その偏光方向を略９０°回転させて、該位相板付３波長用回折素子に入射する前の偏光方向に戻って透過する。

同様に、波長λ_１のレーザ光の偏光方向と波長λ_３のレーザ光が同じ偏光方向を有するとすると、波長λ_３のレーザ光は、該位相板付３波長用回折素子を透過する際、第１の位相板３５にて、その偏光方向を略９０°回転させて透過し、第１の回折格子を回折せずに直進透過し、第２の回折格子では回折し、第２の位相板３６にてさらにその偏光方向を略９０°回転させて、該位相板付３波長用回折素子に入射する前の偏光方向に戻って透過する。

上述のように、第３実施形態の位相板付３波長用回折素子によると、２つの位相板の波長依存性と、２つの回折格子の偏光依存性を利用して、波長選択的に回折効果を制御することができる。

第３実施形態の位相板付３波長用回折素子は、ＢＤおよびＣＤのトラッキング用の３ビームを得るための回折素子として利用できる。すなわち、図７の構成を基本とし、規格が異なるＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの再生・記録を行なう互換光ヘッド装置であって、波長λ_１のレーザ光としてＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯、波長λ_２のレーザ光としてＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯、波長λ_３のレーザ光としてＣＤ用の７８０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する３波長半導体レーザ５３を搭載した互換光ヘッド装置において、ＢＤおよびＣＤのトラッキング用の３ビームを得るための回折素子として利用できる。一方、ＤＶＤにおいては、ＲＡＭ規格の再生・記録をしない場合、３ビームを用いずにトラッキングできるため、該位相板付３波長用回折素子の２つの回折格子光を直進透過するレーザ光のみ利用する。

図７の互換光ヘッド装置において、第３実施形態の位相板付３波長用回折素子を回折素子５２として設置し、前記３波長半導体レーザ５３を出射するレーザ光は、回折素子５２を透過した後に偏光ビームスプリッタ５４で反射し、コリメートレンズ５５、および１／４波長板５６、対物レンズ５７を透過し、光記録媒体５８に集光する。光記録媒体５８を反射するレーザ光は、対物レンズ５７、１／４波長板５６、コリメートレンズ５５、偏光ビームスプリッタ５４を透過して光検出器５９に集光される。偏光ビームスプリッタ５４としては、前記３つの波長帯のレーザ光に対し、同様な反射・透過に関する偏光依存性を有するものを選択するのが望ましい。１／４波長板５６としても、前記３つの波長帯のレーザ光に対し、同様に１／４の位相差を生じ、直線偏光を円偏光、または円偏光を直線偏光に変換することができるものを選択するのが望ましい。

図７の互換光ヘッド装置において、第３実施形態の位相板付３波長用回折素子は、波長λ_１のＢＤ用のレーザ光に対して、第２の回折格子において不要な光である回折光を発生しない、一方、波長λ_３のＣＤ用のレーザ光に対しても、第１の回折格子において不要な光である回折光をほとんど発生しない。すなわち、互換光ヘッド装置において、ノイズとなる不要な回折光をほとんど発生しないので、良好な再生・記録特性を得ることができる。

また、第３実施形態の位相板付３波長用回折素子は、ＢＤおよびＣＤ用の波長のレーザ光それぞれに対し、回折効率および回折方向をそれぞれ自由度高く設計でき、一つの素子でありながら、回折効果を波長選択的に利用できるので、小型、軽量化を要望されている３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置を実現できる。特に、３波長半導体レーザから、直線偏光として出力されるレーザ光の偏光方向が、３つの波長帯で略同一である場合に用いることができ、偏光方向を制御する位相板を積層しているので、光ヘッド装置に搭載される部品点数を減らすことができる。

「第４実施形態」
図６は、本発明の第４実施形態に係る回折素子の構成を示す断面図であり、第１実施形態の３波長用回折素子を挟むように２枚の位相板が積層されていて、２枚の位相板のうち一方の位相板に、波長λ_１および波長λ_３の入射光を透過するとともに波長λ_２の入射光を回折する無機材料からなる周期的な凹凸部または凸部を有する第３の回折格子がさらに形成されている構成を有している。ここで、第３の回折格子は、無機材料が周期的な凸部となっていてもよいが、無機材料が周期的な凹凸部すなわち谷底で連続的に繋がっていてもよい。第１実施形態に係る３波長用回折素子の部分の構成は、その説明を省略する。本実施形態では４枚の透明基板４１，４２，４３および４４が用いられている。第１実施形態と同様に、凸部は高分子液晶からなり、凸部間を充填する材料は光学的等方性の樹脂である充填接着剤であるとして説明する。また、２つの位相板は、複屈折性樹脂からなるとする。

第１の透明基板４１、第２の透明基板４２、第３の透明基板４３、第４の透明基板４４としては、ガラス、石英ガラス、プラスチックなどを使用できる。また、第１の透明基板４１の空気側の表面に反射防止膜を成膜することで、該回折素子を透過するレーザ光の不要な反射を防ぐことができる。第３の回折格子の表面に、反射防止膜を成膜することで、該位相板付３波長用回折素子を透過するレーザ光の不要な反射を防ぐことができる。

充填接着剤５０としては、その屈折率が、該位相板付３波長用回折素子を透過する波長λ_３に対する第１の凸部４５の材料である高分子液晶の常光屈折率と略同じものを選択する。一方、充填接着剤５１としては、その屈折率が、該位相板付３波長用回折素子を透過する波長λ_１に対する第２の凸部４６の材料である高分子液晶の常光屈折率と略同じものを選択する。ここで、第２の凸部４６の高さは、該位相板付３波長用回折素子を透過する波長λ_２のレーザ光に対する、第２の凸部４６の材料である高分子液晶の異常光屈折率と、充填接着剤５１の屈折率との差が、波長λ_２の整数倍、たとえば１倍になるように選択する。

一方、第１の凸部４５の高さは、第１の凸部４５と第１の充填接着剤５０を備える回折格子（第１の回折格子という）において、該位相板付３波長用回折素子を透過する波長λ_１のレーザ光に対し所望の回折効率を得ることができるように選択する。

第３の凸部４７の材料である無機材料として、ＳｉＯ_２（石英）を選択するのが、成膜あるいはエッチングによる加工が容易であるので望ましい。特に、第４の透明基板４４として石英ガラスを選んだ場合、ＳｉＯ_２膜を成膜しなくてもよく望ましい。ただし、用途によって、少なくとも波長３８０ｎｍ〜波長８２０ｎｍの間で略無色透明である、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯＮ等を使ってもよい。ここで、第３の凸部４７の高さは、該位相板付３波長用回折素子を透過する波長λ_１のレーザ光に対する凸部４７の屈折率と空気の屈折率との差と高さの積が、波長λ_１の整数倍、例えば２倍になるように選択する。

第１の位相板４８としては、波長λ_１のレーザ光に対して、リタデーション値が、波長λ_１に等しくなるように複屈折材料と厚さを決める。同様に、第２の複屈折性樹脂からなる位相板４９も同様に、リタデーション値が波長λ_１に等しく、かつ波長λ_２あるいは波長λ_３に対し、波長の略２分の１になるように複屈折材料と厚さを決める。

第１から第４の透明基板を回折素子として積層する際、第１の位相板４１の進相軸と前記第１の凸部４５の異常光透過率の軸方向のなす角度が例えば４５°、第１の凸部４５の異常光透過率の軸方向と前記第２の凸部４６の異常光透過率の軸方向のなす角度が例えば９０°、第１の位相板４８の進相軸と第２の位相板４９の進相軸がなす角度が例えば９０°になるように積層する。

こうして形成される第４実施形態の位相板付３波長用回折素子において、第１の凸部４５の異常光透過率の軸方向に、波長λ_１のレーザ光が偏光方向を有する直線偏光であるとすると、波長λ_１のレーザ光が、該位相板付３波長用回折素子を透過する際、第１の位相板４８をその偏光状態を変えることなく透過し、第１の凸部４５と第１の充填接着剤５０を備える回折格子（これを、第１の回折格子という）によって回折され、第２の凸部４６と第２の充填接着剤５１を備える回折格子（これを、第２の回折格子という）を回折せずに直進透過し、第２の位相板４９をその偏光状態を変えることなく透過し、第３の回折格子を回折せずに直進透過する。

一方、波長λ_１のレーザ光の偏光方向と同じ偏光方向を有する波長λ_２のレーザ光が、該位相板付３波長用回折素子を透過する際、第１の位相板４８にて、その偏光方向を略９０°回転させて透過し、第１の回折格子を回折せずに直進透過し、第２の回折格子も回折せずに直進透過し、第２の位相板４９にて、さらに、その偏光方向を略９０°回転させて透過し、第３の回折格子で回折される。

同様に、波長λ_１のレーザ光の偏光方向と波長λ_３のレーザ光が同じ偏光方向を有するとすると、波長λ_３のレーザ光は、該位相板付３波長用回折素子を透過する際、第１の位相板４８にて、その偏光方向を略９０°回転させて透過し、第１の回折格子を回折せずに直進透過し、第２の回折格子では回折し、第２の位相板４９にて、さらに、その偏光方向を略９０°回転させて透過する。なお、第３の回折格子では、波長λ_３が波長λ_１の略２倍であるとき、上記のように波長λ_１は回折せずに直進透過するので、波長λ_３はほとんど回折しない。

上述のように、第４実施形態の位相板付３波長用回折素子によると、２つの位相板の波長依存性と、２つの回折格子の偏光依存性、無機材料からなる回折格子の波長依存性を利用して、波長選択的に回折効果を制御することができる。

第４実施形態の位相板付３波長用回折素子は、規格が異なるＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの再生・記録を行なう互換光ヘッド装置であって、波長λ_１のレーザ光としてＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯、波長λ_２のレーザ光としてＣＤ用の７８０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置において、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤのトラッキング用の３ビームを得るための回折素子として利用できる。

第４実施形態の位相板付３波長用回折素子は、波長λ_１のＢＤ用のレーザ光に対して、第２の回折格子と、第３の回折格子において不要な光である回折光を発生しない、一方、波長λ_２のＤＶＤ用のレーザ光に対しては、第１の回折格子と、第２の回折格子において不要な光である回折光を発生しない。

一方、波長λ_３のＣＤ用のレーザ光に対しては、第１の回折格子では回折せず、第３回折格子においても、ＣＤ用の波長λ_３がＢＤ用の波長λ_１の略２倍となるので、不要な光である回折光をほとんど発生しない。

すなわち、互換光ヘッド装置において、ノイズとなる不要な回折光を発生することがないので、良好な再生・記録特性を得ることができ、一つの素子でありながら、回折効果を波長選択的に利用できるので、小型、軽量化を要望されている３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置を実現できる。特に、３波長半導体レーザから、直線偏光として出力されるレーザ光の偏光方向が、３つの波長帯で略同一である場合に用いることができ、偏光方向を制御する位相板を積層しているので、光ヘッド装置に搭載される部品点数を減らすことができる。

また、第４実施形態の位相板付３波長用回折素子は、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤ用の波長のレーザ光それぞれに対し、回折効率、回折方向をそれぞれ自由度高く設計できる。また、第３施形態の位相板付３波長用回折素子に比べ、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤ用のレーザ光それぞれに対する回折効率の設計自由度が少なくなっているが、ＤＶＤ−ＲＡＭ規格の再生・記録に対応することができる。

「例１」
本例は図１に示した第１実施形態の具体例であり、作製方法を以下に記す。まず、ガラス製の第１の透明基板１の空気側の表面に、真空蒸着法を用いて反射防止膜を成膜する。次に、ガラス製の第１の透明基板１に、複屈折性を有する液晶モノマーを均一に塗布し、ＵＶ光を照射して高分子化させて、高分子液晶膜とする。このとき、液晶分子の配向方向が紙面に垂直になるように選択し、かつ厚さが１．８μｍになるように、塗布条件を決める。この高分子液晶膜の波長４０５ｎｍに対する常光屈折率が１．５４２、異常光屈折率が１．５８８である。波長６６０ｎｍに対する常光屈折率が１．５１７、異常光屈折率が１．５５６である。波長７８０ｎｍに対する常光屈折率が１．５１４、異常光屈折率が１．５５２である。この高分子液晶膜にフォトリソグラフィとエッチングの技術を用いて、断面が凹凸状になるように加工する。

同様に、ガラス製の第２の透明基板２に、前記液晶モノマーを用いて高分子液晶膜を成膜する。このとき、液晶分子の配向方向が紙面に平行になるように選択し、かつ３．３μｍの厚さになるように成膜する。さらに、フォトリソグラフィとエッチングの技術を用いて、断面が凹凸状になるように加工する。このとき、形成する凸部５の周期と方向は、前記第１透明基板１の高分子液晶からなる凸部４の周期と方向と異なっている。すなわち、ピッチにして、数μｍ〜数１０μｍ、格子角度にして１°程度異なっている。

次に、第２の透明基板２の高分子液晶からなる凸部５を埋めるように、充填接着剤７を用いて第３の透明基板３を接着する。なお、第３の透明基板３の接着していない面には、反射防止膜が成膜されている。このとき、充填接着剤７としては、波長４０５ｎｍに対する屈折率が１．５４２、波長６６０ｎｍに対する屈折率が１．５１５、波長７８０ｎｍに対する屈折率が１．５１２になるものを選ぶ。ここで、凸部５と充填接着剤７を有する回折格子を第２の回折格子とする。

次に、第１の透明基板１の高分子液晶からなる凸部４を埋めるように、充填接着剤６を用いて、第２の透明基板２の接着していない面を接着する。このとき、充填接着剤６としては、波長４０５ｎｍに対する屈折率が１．５４４、波長６６０ｎｍに対する屈折率が１．５１８、波長７８０ｎｍに対する屈折率が１．５１４になるものを選ぶ。ここで、凸部４と充填接着剤６を有する回折格子を第１の回折格子とする。

こうして作製される本例の３波長用回折素子において、波長が４０５ｎｍ、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光であるレーザ光が本素子を透過する際、第１の回折格子では、高分子液晶の異常光屈折率と充填接着剤の屈折率の差と格子高さ（１．８μｍ）の関係から回折する。このとき、０次透過率が約６７％、１次回折効率が約１３．５％となる。一方、第２の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤７の屈折率が等しいので回折せずに直進透過する。

波長が７８０ｎｍ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光であるレーザ光が本素子を透過する際、第１の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤６の屈折率が等しいので回折せずに直進透過し、第２の回折格子では、高分子液晶の異常光屈折率と充填接着剤７の屈折率との差と格子高さ（３．３μｍ）の関係から回折する。このとき、０次透過率が約７４％、１次回折効率が約１０％となる。

一方、波長が６６０ｎｍ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光であるレーザ光が本素子を透過する際、第１の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤６の屈折率が略等しいのでほとんど回折せずに直進透過し、第２の回折格子では、高分子液晶の異常光屈折率と充填接着剤７の屈折率の差と格子高さ（３．３μｍ）の関係から回折する。このとき、０次透過率が約６４％、１次回折効率が約１４．６％となる。

本例の３波長用回折素子は、規格が異なるＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの再生・記録を行なう互換光ヘッド装置であって、ＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯、ＣＤ用の７８０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置において、ＢＤおよびＣＤのトラッキング用の３ビームを得るための回折素子として利用できる。

「例２」
本例は図２に示す構造をもつ３波長用回折素子である。第１の透明基板８に形成された高分子液晶からなる凸部１０と、第２の透明基板９に形成された高分子液晶からなる凸部１１が向かいあうように充填接着剤１２にて接着されている。また、第１の透明基板と第２の透明基板の接着していない面には、反射防止膜が成膜されている。ここで、凸部１０と充填接着剤１２を有する回折格子が第１の回折格子であり、凸部１１と充填接着剤１２を有する回折格子が第２の回折格子である。

第１の透明基板８の凸部１０と第２の透明基板９の凸部１１は、例１の３波長用回折素子と同じ材料を用いて同様に作製する。充填接着剤１２としては、波長４０５ｎｍに対する屈折率が１．５４２、波長６６０ｎｍに対する屈折率が１．５１７、波長７８０ｎｍに対する屈折率が１．５１２になるものを選ぶ。

本例の３波長用回折素子は、例１の３波長用回折素子と同様に、規格が異なるＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの再生・記録を行なう３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置において、ＢＤおよびＣＤのトラッキング用の３ビームを得るための回折素子として利用でき、同様の効果を得ることができる。

さらに、素子を構成する透明基板の数を削減できるので、回折素子自体の小型・軽量化を実現できる。

「例３」
本例は図３に示した第２実施形態の具体例であり、作製方法を以下に記す。

まず、ガラス製の第１の透明基板１３の空気側の表面に、真空蒸着法を用いて反射防止膜を成膜する。次に、ガラス製の第１の透明基板１３に、例１（図１）の高分子液晶からなる凸部４と同じ、凸部１６を形成する。同様に、ガラス製の第２の透明基板１４に、同じ液晶モノマーを用いて高分子液晶膜を成膜する。このとき、液晶の配向方向が紙面に平行になるように選択し、かつ１６．１μｍの厚さになるように成膜する。さらに、フォトリソグラフィとエッチングの技術を用いて、断面が凹凸状になるように加工する。このとき、形成する凸部１７の周期と方向は、第１の透明基板１３の高分子液晶からなる凸部１６の周期と方向と異なっている。

次に、第２の透明基板１４の高分子液晶からなる凸部１７を埋めるように、充填接着剤２０を用いて第３の透明基板１５を接着する。充填接着剤２０としては、例１（図１）の充填接着剤４と同じものを用いる。ここで、凸部１７と充填接着剤２０を有する回折格子が第２の回折格子である。

なお、第３の透明基板１５の接着していない面には、無機材料からなる凸部１８が形成されている。無機材料からなる凸部１８は、第２の透明基板１４と接着する前に形成され、その表面には反射防止膜が成膜されている。作製方法は、第３の透明基板１５に石英をスパッタで成膜したのち、フォトリソグラフィとエッチングの技術を用いて、断面が凸状になるように加工する。このとき、形成される凸部１８の周期と方向は、前記第１の透明基板１３の高分子液晶からなる凸部１６の周期および方向、第２の透明基板１４の高分子液晶からなる凸部１７の周期および方向と異なっている。このとき成膜する石英の波長４０５ｎｍに対する屈折率が１．４７０、波長６６０ｎｍに対する屈折率が１．４５６、波長７８０ｎｍに対する屈折率が１．４５４になっている。また、エッチングする凸部の深さは、１．７２μｍである。ここで、凸部１８を有する回折格子が第３の回折格子である。

次に、第１の透明基板１３の高分子液晶からなる凸部１６を埋めるように、充填接着剤１９を用いて、第２の透明基板１４の接着していない面を接着する。充填接着剤１９として、例１（図１）で用いた充填接着剤６と同じものを用いる。ここで、凸部１６と充填接着剤１９を有する回折格子が第１の回折格子である。

こうして作製される本例の３波長用回折素子において、波長が４０５ｎｍ、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光であるレーザ光が本素子を透過する際、第１の回折格子では、高分子液晶の異常光屈折率と充填接着剤１９の屈折率との差と格子高さ（１．８μｍ）の関係から回折する。このとき、０次透過率が約６７％、１次回折効率が約１３．５％となる。第２の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤の屈折率が等しいので回折せずに直進透過する。また、第３の回折格子では、その凹部の光路長と凸部の光路長の差が、波長の２倍である８１０ｎｍになるので回折せずに直進透過する。

波長が６６０ｎｍ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光であるレーザ光が本素子を透過する際、第１の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤１９の屈折率が略等しいのでほとんど回折せずに直進透過し、第２の回折格子では、その凹部の光路長と凸部の光路長の差が、波長の１倍である６６０ｎｍになるので、回折せずに直進透過する。また、第３の回折格子では、凸部の石英と凹部の空気の屈折率の差と格子高さ（１．７２μｍ）の関係から回折する。このとき、０次透過率は６９％であり、１次回折効率は１２．６％となる。

波長が７８０ｎｍ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光であるレーザ光が本素子を透過する際、第１の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤１９の屈折率が等しいので回折せずに直進透過し、第２の回折格子では、高分子液晶の異常光屈折率と充填接着剤２０の屈折率の差と格子高さ（１６．１μｍ）の関係から回折する。このとき、０次透過率が約７３％、１次回折効率が約１１％となる。また、第３の回折格子では、その凹部の光路長と凸部の光路長の差が、波長の１倍である７８０ｎｍになるので、回折せずに直進透過する。

本例の３波長用回折素子は、規格が異なるＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの再生・記録を行なう互換光ヘッド装置であって、ＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯、ＣＤ用の７８０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置において、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤのそれぞれのトラッキング用の３ビームを得るための回折素子として利用できる。

「例４」
本例は図４に示す構造をもつ回折素子である。第１の透明基板２１に形成された高分子液晶からなる凸部２３と、第２の透明基板２２に形成された高分子液晶からなる凸部２４が向かいあうように充填接着剤２６にて接着されている。また、第１の透明基板２１の接着していない面には、反射防止膜が成膜されている。ここで、凸部２３と充填接着剤２６を有する回折格子が第１の回折格子であり、凸部２４と充填接着剤２６を有する回折格子が第２の回折格子である。

一方、第２の透明基板２２の接着していない面には、無機材料からなる凸部２５が形成されている。無機材料からなる凸部２５は、第２透明基板２２のもう１面に形成されている高分子液晶からなる凸部２４を形成する前に、形成される。作製方法は、例３（図３）の第３の透明基板１５に形成する無機材料からなる凸部１８と同様である。また、その表面には反射防止膜が成膜されている。ここで、凸部２５を有する回折格子が第３の回折格子である。

透明基板２２の凸部２４は、例３の３波長用回折素子と同じ材料を用いて同様に作製する。充填接着剤２６としては、例２（図２）の回折素子に用いた充填接着剤１２を用いる。

本例の３波長用回折素子は、例３の回折素子と同様に、規格が異なるＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの再生・記録を行なう３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置において、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤのトラッキング用の３ビームを得るための回折素子として利用でき、同様の効果を得ることができる。

さらに、素子を構成する透明基板の数を削減できるので、回折素子自体の小型・軽量化を実現できる。

「例５」
本実施例は図５に示した第３実施形態の具体例であり、作製方法を以下に記す。

まず、ガラス製の第１の透明基板３１の空気側の表面に、真空蒸着法を用いて反射防止膜を成膜する。次に、ガラス製の第１の透明基板３１に、例１で用いた複屈折性を有する液晶モノマーを均一に塗布し、ＵＶを照射して高分子化させて、高分子液晶膜とする。このとき、液晶分子の配向方向が紙面奥行き右４５度方向になるように選択し、かつ厚さが８．８μｍになるように、塗布条件を決める。

同様に、ガラス製の第４の透明基板３４の空気側の表面に、真空蒸着法を用いて反射防止膜を成膜する。次に、ガラス製の第４の透明基板３４に、上述の複屈折性を有する液晶モノマーを均一に塗布し、ＵＶを照射して高分子化させて、高分子液晶膜とする。このとき、液晶の配向方向が紙面奥行き左４５度方向になるように選択し、かつ厚さが８．８μｍになるように、塗布条件を決める。

ガラス製の第２の透明基板３２には、例１（図１）の高分子液晶からなる凸部４と、同じ凸部３７を形成する。同様に、ガラス製の第３の透明基板３３には、例１（図１）の高分子液晶からなる凸部５と同じ凸部３８を形成する。

次に、第２の透明基板３２の高分子液晶からなる凸部３７を埋めるように、充填接着剤３９を用いて第１の透明基板３１の高分子液晶膜３５を向かいあわせて接着する。充填接着剤３９としては、例１（図１）の充填接着剤６と同じものを用いる。ここで、凸部３７と充填接着剤３９を有する回折格子が第１の回折格子である。

次に、第３の透明基板３３の高分子液晶からなる凸部３８を埋めるように、充填接着剤４０を用いて、上述の第２の透明基板３２の接着していない面を接着する。充填接着剤４０としては、例１（図１）の充填接着剤７と同じものを用いる。ここで、凸部３８と充填接着剤４０を有する回折格子が第２の回折格子である。

さらに、第４の透明基板３４の高分子液晶膜３６と、第３透明基板３３の接着していない面を向かいあわせて、透明な接着剤で接着する。

ここで、本例の位相板付３波長用回折素子を作製する上で、４枚の透明基板の積層方法としては、第２の透明基板３２の高分子液晶からなる凸部３７を埋めるように、充填接着剤３９を用いて、第１の透明基板３１の高分子液晶膜３５を向かいあわせて接着したもの、第３の透明基板３３の高分子液晶からなる凸部３８を埋めるように、充填接着剤４０を用いて第４の透明基板３４の高分子液晶膜３６を向かいあわせて接着したものを別々に用意したのち、第２の透明基板３２の高分子液晶からなる凸部３７のない面と、第３の透明基板３３の高分子液晶からなる凸部３８のない面を透明な接着剤で接着する積層方法でもよい。これは、図５とは異なる構成である。

こうして作製される本例の回折素子において、波長が４０５ｎｍ、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光であるレーザ光が本素子を透過する際、第１の透明基板３１の高分子液晶膜３５が、高分子液晶の異常光屈折率と常光屈折率との差と、その厚さ（８．８μｍ）の積からなるリタデーション値４０５ｎｍを有する位相板（第１の位相板）としての機能を有する。このリタデーション値が、波長と等しいため、レーザ光の偏光状態を変えることなく透過する。第１の回折格子では、高分子液晶の異常光屈折率と充填接着剤３９の屈折率との差と格子高さの関係から回折する。このとき、０次透過率が約６７％、１次回折効率が約１３．５％となる。一方、第２の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤４０の屈折率とが等しいので回折せずに直進透過する。第４の透明基板３４の高分子液晶膜３６も、リタデーション値４０５ｎｍを有する位相板（第２の位相板）としての機能を有し、同様にレーザ光の偏光状態を変えることなく透過する。

波長が７８０ｎｍ、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光であるレーザ光が本素子を透過する際、第１の位相板である高分子液晶膜３５が、リタデーション値３３４ｎｍを有する位相板としての機能を有し、レーザ光の偏光状態を変化させる。このとき、紙面に垂直な偏光成分の強度は５％、紙面に平行な偏光成分の強度が９５％となる楕円偏光に変わる。

紙面に平行な偏光成分のレーザ光は、第１の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤３９の屈折率が等しいので回折せずに直進透過し、第２の回折格子では、高分子液晶の異常光屈折率と充填接着剤４０の屈折率との差と格子高さの関係から回折する。このとき、０次透過率が約７４％、１次回折効率が約１０％となる。

一方、紙面に垂直な偏光成分のレーザ光は、第１の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤３９の屈折率の差と、格子高さの関係から回折する。このとき、０次透過率が約９０％、１次回折効率が約４％となる。一方、の第２の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤４０の屈折率が略等しいのでほとんど回折せずに直進透過する。

第２の位相板である高分子液晶膜３６も、リタデーション値３３４ｎｍを有する位相板としての機能を有するが、高分子液晶膜３５（第１の位相板）の進相軸と直交した進相軸を有するため、結果的に、高分子液晶膜３６（第２の位相板）を透過する際、レーザ光の偏光状態は本例の回折素子に入射する前と略同じ偏光状態、すなわち、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光となって、本例の回折素子を出射する。

このとき、本例の回折素子により得られる０次透過率は約７５％、１次回折効率は約９．５％である。なお、第１の回折格子による１次回折光は、不要となる光である。ただし、その回折効率は約０．２％であり十分小さい。

一方、波長が６６０ｎｍ、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光であるレーザ光が本素子を透過する際、高分子液晶膜３５（第１の位相板）が、リタデーション値３４３ｎｍを有する位相板としての機能を有し、レーザ光の偏光状態を変化させる。このとき、リタデーション値が、波長の略１／２になるので、９９％以上の紙面に平行な偏光成分を有する略直線偏光に変わる。

紙面に平行な略直線偏光は、第１の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤３９の屈折率が等しいので回折せずに直進透過し、第２の回折格子では、高分子液晶の異常光屈折率と充填接着剤４０の屈折率との差と格子高さの関係から回折する。このとき、０次透過率が約６４％、１次回折効率が約１４．６％となる。

高分子液晶膜３６（第２の位相板）も、リタデーション値３４３ｎｍを有する位相板としての機能を有するが、高分子液晶膜３５（第１の位相板）の進相軸と直交した進相軸を有するため、結果的に、高分子液晶膜３６（第２の位相板）を透過する際、レーザ光の偏光状態は本例の回折素子に入射する前と略同じ偏光状態、すなわち、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光となって、本例の回折素子を出射する。このとき、本例の回折素子により得られる０次透過率は約６３％、１次回折効率は約１４．５％である。

本実施例の位相板付３波長用回折素子は、規格が異なるＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの再生・記録を行なう互換光ヘッド装置であって、ＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯、ＣＤ用の７８０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置において、ＢＤおよびＣＤのトラッキング用の３ビームを得るための回折素子として利用できる。一方、ＤＶＤにおいては、ＲＡＭ規格の再生・記録をしない場合、３ビームを用いずにトラッキングできるため、本実施例の回折素子による回折光を必要とせず、６４％の０次透過光のみ利用する。

「例６」
本例は図６に示した第４実施形態の具体例であり、作製方法を以下に記す。

まず、ガラス製の第１の透明基板４１の空気側の表面に、真空蒸着法を用いて反射防止膜を成膜する。次に、ガラス製の第１の透明基板４１に、例５（図５）の高分子液晶膜３５と同じ、高分子液晶膜４８を成膜する。

次に、ガラス製の第４透明基板４４に、例３（図３）の第３の透明基板１５の石英からなる凸部１８と同じ、凸部４７を形成し、その表面に反射防止膜を成膜する。さらに、凸部４７を形成していない面に、例５（図５）の第４の透明基板３４の高分子液晶膜３６と同じ、高分子液晶膜４９を成膜する。

次に、ガラス製の第２の透明基板４２に、例５（図５）の第２の透明基板３２の高分子液晶からなる凸部３７と、同じ凸部４５を形成する。同様に、ガラス製の第３の透明基板４３に、例３（図３）の第２の透明基板１４の高分子液晶からなる凸部１７と同じ、凸部４６を形成する。

なお、高分子液晶からなる凸部４５、４６、および石英からなる凸部４７の周期と方向は、それぞれ異なっている。

次に、第２の透明基板４２の高分子液晶からなる凸部４５を埋めるように、充填接着剤５０を用いて第１の透明基板４１の高分子液晶膜４８を向かいあわせて接着する。充填接着剤５０としては、例１（図１）の充填接着剤６と同じものを用いる。次に、第３の透明基板４３の高分子液晶からなる凸部４６を埋めるように、充填接着剤５１を用いて、上述の第２の透明基板４２の接着していない面を接着する。充填接着剤５１としては、例１（図１）の充填接着剤７と同じものを用いる。ここで、凸部４５と充填接着剤５０を有する回折格子が第１の回折格子であり、凸部４６と充填接着剤５１を有する回折格子が第２の回折格子である。

さらに、第４の透明基板４３の高分子液晶膜４９と、第３の透明基板４３の接着していない面を向かいあわせて、透明な接着剤で接着する。

ここで、本例の位相板付３波長用回折素子を作製する上で、４枚の透明基板の積層方法としては、第２透明基板４２の高分子液晶からなる凸部４５を埋めるように、充填接着剤５０を用いて、第１透明基板４１の高分子液晶膜４８を向かいあわせて接着したもの、第３透明基板４３の高分子液晶からなる凸部４６を埋めるように、充填接着剤５１を用いて第４透明基板４４の高分子液晶膜４９を向かいあわせて接着したものを別々に用意したのち、第２透明基板４２の高分子液晶からなる凸部４５のない面と、第３透明基板４３の高分子液晶からなる凸部４６のない面を透明な接着剤で接着する積層方法でもよい。これは図６とは異なる構成である。

こうして作製される本例の位相板付３波長用回折素子において、波長が４０５ｎｍ、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光であるレーザ光が本素子を透過する際、第１の透明基板４１の高分子液晶膜４８が、高分子液晶の異常光屈折率と常光屈折率との差と、その厚さの積からなるリタデーション値４０５ｎｍを有する位相板（第１の位相板）としての機能を有するが、このリタデーション値が波長と等しいため、レーザ光の偏光状態を変えることなく透過する。第１の回折格子では、高分子液晶の異常光屈折率と充填接着剤５０の屈折率との差と格子高さの関係から回折する。このとき、０次透過率が約６７％、１次回折効率が約１３．５％となる。一方、第２の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤５１の屈折率とが等しいので回折せずに直進透過する。高分子液晶膜４９も、リタデーション値４０５ｎｍを有する位相板（第２の位相板）としての機能を有し、同様にレーザ光の偏光状態を変えることなく透過する。さらに、第４の透明基板４４の回折格子（第３の回折格子）では、その凹部の光路長と凸部の光路長の差が、波長の２倍である８１０ｎｍになるように、凸部の深さを決めており、回折せずに直進透過する。

一方、波長が６６０ｎｍ、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光であるレーザ光が本素子を透過する際、高分子液晶膜４８（第１の位相板）が、リタデーション値３４３ｎｍを有する位相板としての機能を有し、レーザ光の偏光状態を変化させる。このとき、リタデーション値が、波長の略１／２になるので、９９％以上の紙面に平行な偏光成分を有する略直線偏光に変わる。

紙面に平行な略直線偏光は、第１の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤５０の屈折率が略等しいのでほとんど回折せずに直進透過し、第２の回折格子では、その凹部の光路長と凸部の光路長の差が、波長の等倍である６６０ｎｍになるように、凸部の高さを決めており、回折せずに直進透過する。

第２の位相板である高分子液晶膜４９も、リタデーション値３４３ｎｍを有する位相板としての機能を有するが、高分子液晶膜４８（第１の位相板）の進相軸と直交した進相軸を有するため、結果的に、高分子液晶膜４９（第２の位相板）を透過する際、レーザ光の偏光状態は本例の回折素子に入射する前と略同じ偏光状態になる。また、第３の回折格子では、凸部の石英と凹部の空気の屈折率の差と格子高さの関係から回折する。このとき、０次透過率は６９％であり、１次回折効率は１２．６％である。

このとき、本例の回折素子により得られる０次透過率は約６８％、１次回折効率は約１２．５％である。

波長が７８０ｎｍ、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光であるレーザ光が本素子を透過する際、高分子液晶膜４８（第１の位相板）が、リタデーション値３３４ｎｍを有する位相板としての機能を有し、レーザ光の偏光状態を変化させる。このとき、紙面に垂直な偏光成分の強度は５％、紙面に平行な偏光成分の強度が９５％となる楕円偏光に変わる。

紙面に平行な偏光成分は、第１の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤５０の屈折率が等しいので回折せずに直進透過し、第２の回折格子では、高分子液晶の異常光屈折率と充填接着剤５１の屈折率との差と格子高さの関係から回折する。このとき、０次透過率が約７３％、１次回折効率が約１１％となる。

一方、紙面に垂直な偏光成分のレーザ光は、第１の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤５０の屈折率との差と格子高さの関係から回折する。このとき、０次透過率が約９０％、１次回折効率が約４％となる。一方、第２の回折格子では、高分子液晶の常光屈折率と充填接着剤５１の屈折率が略等しいのでほとんど回折せずに直進透過する。

高分子液晶膜４９（第２の位相板）も、リタデーション値３３４ｎｍを有する位相板としての機能を有するが、高分子液晶膜４８（第１の位相板）の進相軸と直交した進相軸を有するため、結果的に、高分子液晶膜４９（第２の位相板）を透過する際、レーザ光の偏光状態は本例の回折素子に入射する前と略同じ偏光状態になる。また、第３の回折格子では、その凹部の光路長と凸部の光路長の差が、波長の等倍である７８０ｎｍになるように、凸部の高さを決めており、回折せずに直進透過する。

このとき、本例の回折素子により得られる０次透過率は約７４％、１次回折効率は約１０．５％である。なお、第１の回折格子による１次回折光は、不要となる光である。ただし、その効率は約０．２％であり十分小さい。

本例の回折素子は、規格が異なるＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの再生・記録を行なう互換光ヘッド装置であって、ＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯、ＣＤ用の７８０ｎｍ波長帯のレーザ光を出力する３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置において、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤのそれぞれのトラッキング用の３ビームを得るための回折素子として利用できる。

本発明の３波長用回折素子または位相板付３波長用回折素子は、複屈折性樹脂による回折格子、位相板と無機媒質による回折格子を形成したものであり、それぞれのもつ偏光依存性および波長依存性を利用して、１つの回折素子でありながら複数波長の光に対して、選択的に回折効率および回折方向を制御できる効果を有する。この回折素子を用いることで、小型、軽量化を期待される３波長半導体レーザを搭載した互換光ヘッド装置を実現できる。

１、２、３、８、９、１３、１４、１５、２１、２２ 透明基板
３１、３２、３３、３４、４１、４２、４３、４４ 透明基板
４、５、１０、１１、１６、１７ 凸部
２３、２４、３７、３８、４５、４６ 凸部
１５、１８、２５、４７ 凸部
６、７、１２、１９、２０、２６、３９、４０、５０、５１ 充填接着剤
３５、３６、４８、４９ 位相板
５３ ３波長半導体レーザ
５２ 本発明の第３実施形態の位相板付３波長用回折素子
５４ 偏光ビームスプリッタ
５５ コリメートレンズ
５６ １／４波長板
５７ 対物レンズ
５８ 光記録媒体
５９ 光検出器

Claims (5)

1. ３つの異なる波長λ_１、λ_２およびλ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）の入射光が別々に入射して用いられる、少なくとも２つの積層された回折格子を備えた３波長用回折素子において、
   ３波長用回折素子が有する２つの回折格子は、それぞれ２つの異なる樹脂が接していてその断面形状が周期的な凹凸状をなしており、凹凸状の凸部は複屈折性を示す樹脂からなり、凹凸状の少なくとも凸部間は充填された光学的等方性の樹脂からなっていて、２つの回折格子のうち、第１の回折格子は波長λ_１の入射光を回折するとともに、波長λ_２および波長λ_３の入射光を透過し、第２の回折格子は波長λ_１の入射光を透過するとともに、波長λ_３の入射光を回折するように凸部の屈折率および／または高さ、並びに光学的等方性の樹脂の屈折率が調整されていることを特徴とする３波長用回折素子。
2. 前記３波長用回折素子の１つ面に、無機材料からなる周期的な凹凸部または凸部を有する第３の回折格子がさらに形成され、波長λ_１および波長λ_３の入射光を透過するとともに波長λ_２の入射光を回折するように無機材料の凸部の屈折率および／または高さが調整され、かつ前記第２の回折格子が波長λ_２の入射光を透過するように構成されている請求項１に記載の３波長用回折素子。
3. ２枚の位相板が請求項１に記載の３波長用回折素子を挟むように積層されており、前記位相板としてそれぞれ、波長λ_１の光に対して２πの位相差を有し、波長λ_２の光に対して略πの位相差を有し、かつ波長λ_３の光に対して略πの位相差を有する位相板付３波長用回折素子。
4. 前記２枚の位相板のうち一方の位相板の側に、無機材料からなる周期的な凹凸部または凸部を有する第３の回折格子がさらに形成され、波長λ_１および波長λ_３の入射光を透過するとともに波長λ_２の入射光を回折するように無機材料の凸部の屈折率および／または高さが調整されている請求項３に記載の位相板付３波長用回折素子。
5. ３つの異なる波長λ_１、λ_２およびλ_３の光を出射する光源と、それぞれの波長の光を光記録媒体に集光する対物レンズと、集光されて光記録媒体により反射された光を検出する光検出器とを備え、光記録媒体の情報の再生および／または記録を行なう光ヘッド装置において、光源と対物レンズとの間の光路中に、請求項１または２に記載の３波長用回折素子、あるいは請求項３または４に記載の位相板付３波長用回折素子のいずれかが設置されていることを特徴とする光ヘッド装置。

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