JP2011227991A - 回折素子、光ピックアップおよび光情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる複数の波長に対して適切な回折効率を確保するとともに、不要な回折光の発生を防止ないし抑制する波長選択性回折素子及びこれを備えた光ピックアップ、これを用いた光情報処理装置及び光情報処理方法の提供。
【解決手段】波長λ１の光Ｌ２と波長λ２の光Ｌ１とを透過する基板４３に沿って交互に配設された、第１の材料によって形成された部分４１と第２の材料によって形成された部分４２とを有し、第１の材料の屈折率と第２の材料の屈折率とが互いに異なり、部分４１は波長λ１及び波長λ２よりも小さいピッチを有するサブ波長構造を備えており、サブ波長構造の有効屈折率と第２の材料の屈折率とが、波長λ１の光に対しては互いに等しく、波長λ２の光に対しては互いに異なる波長選択性回折素子及びこれを備えた光ピックアップ、これを用いた光情報処理装置及び光情報処理方法。
【選択図】図７

Description

本発明は、光の波長に応じて回折特性の異なる光選択性回折素子及びこれを備え光学的記録媒体の記録・再生を行う光ピックアップ、これを用いた光情報処理装置及び光情報処理方法に関する。

従来より、光ディスクであるＤＶＤ、ＣＤ等の光学的記録媒体の情報の処理を行う光情報処理装置及びこれに備えられ光学的記録媒体の記録・再生を行う光ピックアップが知られており、近年では、たとえば〔特許文献１〕、〔特許文献２〕等において開示されているように、複数種類の光学的記録媒体に対応した光ピックアップ及び光情報処理装置が提案されている。

〔特許文献１〕記載の光ピックアップは、複数種類の光学的記録媒体に対応すべく、光の波長に応じて回折特性の異なる光選択性回折素子を備えている。
この光選択性回折素子は、次のような課題を解決することを目的としたものである。
・従来の３ビーム発生用回折素子やホログラム回折素子などの回折素子を２波長用半導体レーザと組み合わせて使用する場合、２つの波長のいずれの入射光に対しても回折光を発生し、望まない不要な回折光が迷光となって光検出器に混入し、情報の記録または再生ができない。
・不要な回折光が発生する分、光量損失を招き信号光を減少させるなどの問題が発生する。

そこで、〔特許文献１〕記載の光選択性回折素子は、透明基板上に形成された周期的凹凸部と、周期的凹凸部を充填する充填部とを備え、異なる２つの波長の光に対して用いられる回折素子において、周期的凹凸部を構成する凹凸部材と充填部を構成する充填部材のうちいずれか一方は赤色有機物顔料を含む材料からなり、他方は透明無機物を含む材料からなり、凹凸部材の屈折率と充填部材の屈折率は、一方の波長の光に対して実質的に等しく、他方の波長の光に対しては異なるものとなっている。

しかし、かかる波長選択性回折素子は、次のような問題を有する。
・使用する２種類の材料のうちの一方は有機材料であるが、有機材料はガラスなどの無機材料に比べ耐熱性が低いため、高温下で使用される光学機器には不適である。
・有機材料は、耐光性についても無機材料に比べて弱いため、高パワーの光や短波長の光が入射する光学機器に不向きである。
・回折構造の両面を保持するためのガラス基板を要している。

本発明は、このような問題を解決しながら、異なる複数の波長に対して適切な回折効率を確保するとともに、不要な回折光の発生を防止ないし抑制する波長選択性回折素子及びこれを備えた光ピックアップ、これを用いた光情報処理装置及び光情報処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、互いに異なる少なくとも第１の波長の光と第２の波長の光とを透過する第１の基板と、第１の基板に沿って交互に配設された、第１の材料によって形成された第１の部分と第２の材料によって形成された第２の部分とを有し、第１の材料の屈折率と第２の材料の屈折率とが互いに異なり、第１の部分は第１の波長及び第２の波長よりも小さいピッチを有する第１のサブ波長構造を備えており、第１のサブ波長構造の有効屈折率と第２の材料の屈折率とが、第１の波長の光に対しては実質的に互いに等しく、第２の波長の光に対しては実質的に互いに異なる波長選択性回折素子にある。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の波長選択性回折素子において、第１の基板を透過した光を透過する第２の基板と、第２の基板に沿って交互に配設された、第３の材料によって形成された第３の部分と第４の材料によって形成された第４の部分とを有し、第３の材料の屈折率と第４の材料の屈折率とが互いに異なり、第３の部分は第１の波長及び第２の波長よりも小さいピッチを有する第２のサブ波長構造を備えており、第２のサブ波長構造の有効屈折率と第４の材料の屈折率とが、第２の波長の光に対しては実質的に互いに等しく、第１の波長の光に対しては実質的に互いに異なることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の波長選択性回折素子において、第１の基板と第２の基板とが一体化されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、第１の波長の光を出射する第１の出射手段と、第２の波長の光を出射する第２の出射手段と、第１の出射手段から出射された光と第２の出射手段から出射された光とを光記録媒体上に集光させるための光学系と、光記録媒体からの反射光を受光する受光手段と、第１の出射手段及び第２の出射手段と前記光学系との間に配設された、請求項１ないし３の何れか１つに記載の波長選択性回折素子とを有する光ピックアップにある。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の光ピックアップを有し、この光ピックアップによって光記録媒体の情報の処理を行う光情報処理装置にある。

請求項６記載の発明は、請求項４記載の光ピックアップを用いて光記録媒体の情報の処理を行う光情報処理方法にある。

本発明は、互いに異なる少なくとも第１の波長の光と第２の波長の光とを透過する第１の基板と、第１の基板に沿って交互に配設された、第１の材料によって形成された第１の部分と第２の材料によって形成された第２の部分とを有し、第１の材料の屈折率と第２の材料の屈折率とが互いに異なり、第１の部分は第１の波長及び第２の波長よりも小さいピッチを有する第１のサブ波長構造を備えており、第１のサブ波長構造の有効屈折率と第２の材料の屈折率とが、第１の波長の光に対しては実質的に互いに等しく、第２の波長の光に対しては実質的に互いに異なる波長選択性回折素子にあるので、第１の波長の光については透過し、第２の波長の光については回折するように第１のサブ波長構造の有効屈折率を調整することで、少なくとも２つの波長間での屈折率の大きな変化をサブ波長構造で実現することにより、サブ波長構造により屈折率の波長分散特性を調整するため材料の制約が低く、高温、高パワーや短波長の光を用いる場合には無機系材料を用いればよくこの場合でも選択できる材料の範囲は広く、フォトリソグラフィの手法やナノインプリントの手法で容易に多数個同時に作成できるから、有機材料に比べ耐熱性に強い酸化物薄膜などの無機材料を選択可能とし、高温下で使用される光学機器にも適用可能とするとともに、有機材料に比べ耐光性に強い酸化物薄膜などの無機材料を選択可能とし、短波長の光ビーム、例えば青色半導体レーザ搭載機器や、パワーの強い光ビーム、例えば高速記録用光ピックアップに使用されるハイパワーレーザなどを用いる光学機器にも適用可能であり、またフォトリソグラフィの手法で簡単に多数個同時に製作でき、しかも回折格子を保持するガラス基板の貼り合せ工程を必要とせず、本質的に薄膜素子であって素子の強度を持たせるだけの基板厚さがあればよいので、例えば１００μ程度と薄型化できるとともに軽量化することができ、これらを達成しつつ異なる複数の波長に対して適切な回折効率を確保するとともに、不要な回折光の発生を防止ないし抑制することができる波長選択性回折素子を提供することができる。

第１の基板を透過した光を透過する第２の基板と、第２の基板に沿って交互に配設された、第３の材料によって形成された第３の部分と第４の材料によって形成された第４の部分とを有し、第３の材料の屈折率と第４の材料の屈折率とが互いに異なり、第３の部分は第１の波長及び第２の波長よりも小さいピッチを有する第２のサブ波長構造を備えており、第２のサブ波長構造の有効屈折率と第４の材料の屈折率とが、第２の波長の光に対しては実質的に互いに等しく、第１の波長の光に対しては実質的に互いに異なることとすれば、第１の波長の光については透過し、第２の波長の光については回折するように第１のサブ波長構造の有効屈折率を調整することに加え、第２の波長の光については透過し、第１の波長の光については回折するように第２のサブ波長構造の有効屈折率を調整することで、少なくとも２つの波長間での屈折率の大きな変化をサブ波長構造で実現することにより、サブ波長構造により屈折率の波長分散特性を調整するため材料の制約が低く、高温、高パワーや短波長の光を用いる場合には無機系材料を用いればよくこの場合でも選択できる材料の範囲は広く、フォトリソグラフィの手法やナノインプリントの手法で容易に多数個同時に作成できるから、有機材料に比べ耐熱性に強い酸化物薄膜などの無機材料を選択可能とし、高温下で使用される光学機器にも適用可能とするとともに、有機材料に比べ耐光性に強い酸化物薄膜などの無機材料を選択可能とし、短波長の光ビーム、例えば青色半導体レーザ搭載機器や、パワーの強い光ビーム、例えば高速記録用光ピックアップに使用されるハイパワーレーザなどを用いる光学機器にも適用可能であり、またフォトリソグラフィの手法で簡単に多数個同時に製作でき、しかも回折格子を保持するガラス基板の貼り合せ工程を必要とせず、本質的に薄膜素子であって素子の強度を持たせるだけの基板厚さがあればよいので、例えば１００μ程度と薄型化できるとともに軽量化することができ、これらを達成しつつ異なる複数の波長に対して適切な回折効率を確保するとともに、不要な回折光の発生を防止ないし抑制することができる波長選択性回折素子を提供することができる。

第１の基板と第２の基板とが一体化されていることとすれば、第１の波長の光については透過し、第２の波長の光については回折するように第１のサブ波長構造の有効屈折率を調整することに加え、第２の波長の光については透過し、第１の波長の光については回折するように第２のサブ波長構造の有効屈折率を調整することで、少なくとも２つの波長間での屈折率の大きな変化をサブ波長構造で実現することにより、サブ波長構造により屈折率の波長分散特性を調整するため材料の制約が低く、高温、高パワーや短波長の光を用いる場合には無機系材料を用いればよくこの場合でも選択できる材料の範囲は広く、フォトリソグラフィの手法やナノインプリントの手法で容易に多数個同時に第１の基板と第２の基板との貼り合わせを行うことなく作成できるから、有機材料に比べ耐熱性に強い酸化物薄膜などの無機材料を選択可能とし、高温下で使用される光学機器にも適用可能とするとともに、有機材料に比べ耐光性に強い酸化物薄膜などの無機材料を選択可能とし、短波長の光ビーム、例えば青色半導体レーザ搭載機器や、パワーの強い光ビーム、例えば高速記録用光ピックアップに使用されるハイパワーレーザなどを用いる光学機器にも適用可能であり、またフォトリソグラフィの手法で簡単に多数個同時に製作でき、しかも回折格子を保持するガラス基板の貼り合せ工程を必要とせず、本質的に薄膜素子であって素子の強度を持たせるだけの基板厚さがあればよいので、例えば１００μ程度と薄型化できるとともに軽量化することができ、これらを達成しつつ、少ない部品点数で、異なる複数の波長に対して適切な回折効率を確保するとともに、不要な回折光の発生を防止ないし抑制することができる、簡易に製造することが可能な波長選択性回折素子を提供することができる。

本発明は、第１の波長の光を出射する第１の出射手段と、第２の波長の光を出射する第２の出射手段と、第１の出射手段から出射された光と第２の出射手段から出射された光とを光記録媒体上に集光させるための光学系と、光記録媒体からの反射光を受光する受光手段と、第１の出射手段及び第２の出射手段と前記光学系との間に配設された、請求項１ないし３の何れか１つに記載の波長選択性回折素子とを有する光ピックアップにあるので、上述の効果を奏する波長選択性回折素子を有し、高温下で使用される光学機器にも適用可能であるとともに、短波長の光ビーム、例えば青色半導体レーザ搭載機器や、パワーの強い光ビーム、例えばハイパワーレーザなどを用いる高速記録用光ピックアップとすることができる、小型で高性能の光ピックアップを提供することができる。

本発明は、請求項４記載の光ピックアップを有し、この光ピックアップによって光記録媒体の情報の処理を行う光情報処理装置にあるので、上述の効果を奏する光ピックを有し、高温下で使用可能であるとともに、短波長の光ビーム、例えば青色半導体レーザ搭載機器や、パワーの強い光ビーム、例えば高速記録用光ピックアップにおいてハイパワーレーザなどを用いることができる、小型で高性能の光情報処理装置を提供することができる。

本発明は、請求項４記載の光ピックアップを用いて光記録媒体の情報の処理を行う光情報処理方法にあるので、上述の効果を奏する光ピックを用い、高温下で使用可能であるとともに、短波長の光ビーム、例えば青色半導体レーザ搭載機器や、パワーの強い光ビーム、例えば高速記録用光ピックアップにおいてハイパワーレーザなどを用いることができる、小型で高性能の光情報処理方法を提供することができる。

本発明を適用した光情報処理装置の機能ブロック図である。 図１に示した光情報処理装置に備えられた、本発明を適用した光ピックアップの概略構成図である。 図２に示した光ピックアップに備えられた、本発明を適用した波長選択性回折素子の模式的正面図である。 図３に示した波長選択性回路素子の３面図である。 図３に示した波長選択性回路素子によって光記録媒体上に形成される光スポットの態様を示す光記録媒体の概略正面図である。 図３に示した波長選択性回路素子によって受光手段上に形成される光スポットの態様を示す受光手段の概略正面図である。 本発明を適用した別の波長選択性回折素子の模式的正面図である。 サブ波長構造を構成する各部の用語を説明するための模式図である。 図７に示した波長選択性回折素子の、フィリングファクタと偏光方向ごとの有効屈折率との関係を示す相関図である。 図７に示した波長選択性回折素子の入射光の波長と屈折率との関係を、所定のフィリングファクタのときのＴＥ方向の有効屈折率と石英の屈折率とで比較した相関図である。 図７に示した波長選択性回折素子の０次透過率及び１次回折効率の溝深さ依存性を、波長λ１、λ２によって比較して示した相関図である。 本発明を適用したまた別の波長選択性回折素子の模式的正面図である。 図１２に示した波長選択性回折素子の入射光の波長と屈折率との関係を、所定のフィリングファクタのときのＴＥ方向の有効屈折率と石英の屈折率とで比較した相関図である。 図１２に示した波長選択性回折素子の０次透過率及び１次回折効率の溝深さ依存性を、波長λ１、λ２によって比較して示した相関図である。 本発明を適用したさらに別の波長選択性回折素子の模式的正面図である。 波長選択性回折素子の回折格子の格子方向とサブ波長構造の格子方向と野関係を種々異ならせたときの波長選択性回折素子の構成例の斜視図である。 第２の部分にサブ波長構造を形成した波長選択性素子の概略斜視図である。 別の構成のサブ波長構造を備えた、本発明を適用した波長選択性素子の模式的正面図である。 本発明を適用した波長選択性回折素子を製造するための型の製造方法のフロー図である。 図１９に示した製造方法で製造した型を用いて本発明を適用した波長選択性回折素子のサブ波長構造を製造する製造方法のフロー図である。 図２０に示した製造方法に続いて第２の部分を製造することで本発明を適用した波長選択性回折素子を製造する製造方法のフロー図である。 図１９に示した製造方法で製造した型を用いて図１８に示した波長選択性回折素子のサブ波長構造を製造する製造方法のフロー図である。 図２２に示した製造方法に続いて第２の部分を製造することで図１８に示した波長選択性回折素子を製造する製造方法のフロー図である。 回折格子の格子溝をずらして形成した、本発明を適用した波長選択性回折素子の斜視図である。

図１に本発明を適用した光情報処理装置の概略を示す。光情報処理装置は、複数種類の光学的記録媒体すなわち光ディスク等といわれる光記録媒体の情報の処理を行うものである。光記録媒体としてはＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等、基板厚さや記録密度が異なる複数種類のものが挙げられる。

光記録媒体の情報の処理には、光記録媒体に記録されている情報の再生、光記録媒体への情報の記録等が含まれ、本形態の光情報処理装置１００では、かかる再生、記録の両方を行うことが可能である。

光情報処理装置１００は、光記録媒体１０を回転操作するスピンドルモータ１１と、光記録媒体１０の情報の処理にあたり情報信号の記録再生を行うのに使用される光ピックアップ２０と、光ピックアップ２０を光記録媒体１０の内外周に移動操作するための送りモータ１２と、所定の変調及び復調処理を行う変復調回路１３と、光ピックアップ２０のサーボ制御などを行うサーボ制御回路１４と、光情報処理装置１００の全体の制御を行うシステムコントローラ１５とを備えている。

スピンドルモータ１１は、サーボ制御回路１４により駆動制御され、所定の回転数で回転駆動される。記録再生の対象となる光記録媒体１０は、スピンドルモータ１１の駆動軸１１ａ上にチャッキングされ、サーボ制御回路１４により駆動制御されるスピンドルモータ１１によって、所定の回転数で回転操作される。

変復調回路１３は、システムコントローラ１５及び外部回路１６に接続されている。変復調回路１３は、情報信号を光記録媒体１０に記録するときには、システムコントローラ１５による制御のもとで、光記録媒体１０に記録する信号を外部回路１６から受け取り、当該信号に対して所定の変調処理を施す。変復調回路１３によって変調された信号は、光ピックアップ２０に供給される。

変復調回路１３は、情報信号を光記録媒体１０から再生するときには、システムコントローラ１５による制御のもとで、光記録媒体１０から再生された再生信号を光ピックアップ２０から受け取り、当該再生信号に対して所定の復調処理を施す。変復調回路１３によって復調された信号は、変復調回路１３から外部回路１６へ出力される。

送りモータ１２は、情報信号の記録及び再生を行うとき、光ピックアップ２０を光記録媒体１０の径方向の所定の位置に移動させるためのものであり、サーボ制御回路１４からの制御信号に基づいて駆動される。すなわち、送りモータ１２は、サーボ制御回路１４に接続されており、サーボ制御回路１４により制御される。

サーボ制御回路１４は、システムコントローラ１５による制御のもとで、光ピックアップ２０が光記録媒体１０に対向する所定の位置に移動されるように、送りモータ１２を制御する。サーボ制御回路１４は、スピンドルモータ１１にも接続されており、システムコントローラ１５による制御のもとで、スピンドルモータ１１の動作を制御する。このように、サーボ制御回路１４は、光記録媒体１０に対する情報信号の記録及び再生時に、光記録媒体１０が所定の回転数で回転駆動されるように、スピンドルモータ１１を制御する。

光ピックアップ２０は、光記録媒体１０に対する情報信号の記録及び再生を行うとき、回転駆動される光記録媒体１０に対してレーザ光を照射し、その戻り光を検出する。光ピックアップ２０は、変復調回路１３に接続されている。情報信号の記録を行う際には、外部回路１６から入力され変復調回路１３によって所定の変調処理が施された信号が光ピックアップ２０に供給される。

光ピックアップ２０は、変復調回路１３から供給される信号に基づいて、光記録媒体１０に対して、光強度変調が施されたレーザ光を照射する。また、情報信号の再生を行う際には、光ピックアップ２０は、回転駆動される光記録媒体１０に対して、一定の出力のレーザ光を照射し、その戻り光から再生信号が生成され、この再生信号が変復調回路１３に供給される。

光ピックアップ２０は、サーボ制御回路１４にも接続されている。そして、情報信号の記録再生時に、回転駆動される光記録媒体１０によって反射されて戻ってきた戻り光からフォーカスサーボ信号及びトラッキングサーボ信号が生成され、それらのサーボ信号がサーボ制御回路１４に供給される。

図２は、本発明を適用した光ピックアップの概略構成図である。
本形態の光ピックアップ２０は、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等、基板厚さや記録密度が異なる複数種類の光記録媒体１０の再生、記録を行うものである。

光ピックアップ２０は、第１の波長の光としての、波長が７８０ｎｍ帯域の第１のレーザ光Ｌ１を出射する第１の出射手段としての第１のレーザダイオード２１と、第２の波長の光としての、波長が６６０ｎｍ帯域の第２のレーザ光Ｌ２を出射する第２の出射手段としての第２のレーザダイオード２２とが共通パッケージに収納された２波長光源２３を有している。

光ピックアップ２０はまた、２波長光源２３から出射された第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光Ｌ２を回折して３ビームを生成する波長選択性回折素子としての回折素子３０と、回折素子３０を通過した第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２を光記録媒体１０の記録面１０ａに集光させるための、これらレーザ光Ｌ１、Ｌ２に共通の光学系Ｌｏとを備えている。

光ピックアップ２０はまた、光記録媒体１０の記録面１０ａで反射された反射光であって共通光学系Ｌｏを通過した、第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光Ｌ２の戻り光Ｌｒ１、Ｌｒ２の光軸のずれを補正する光軸調整素子２７と、戻り光Ｌｒ１、Ｌｒ２を受光するための受光手段としての共通受光素子２８とを備えている。

２波長光源２３としては、同一半導体基板上に２波長光源が形成されたモノリッシックタイプ、または、個別チップを組み込んだハイブリットタイプの何れかを採用することができる。

共通光学系Ｌｏは、出射レーザ光Ｌ１、Ｌ２とこれらの戻り光Ｌｒ１、Ｌｒ２とを分離する平板状のビームスプリッタ２４と、ビームスプリッタ２４によって導かれた出射レーザ光Ｌ１、Ｌ２を平行光化するコリメートレンズ２５と、コリメートレンズ２５を透過した出射レーザ光Ｌ１、Ｌ２を光記録媒体１０の記録面１０ａに収束させる対物レンズ２６とを有している。

このような構成の光ピックアップ２０において、光記録媒体１０としてのＣＤ−Ｒから情報を再生等するときは、第１のレーザ光源２１から、波長が７８０ｎｍの第１のレーザ光Ｌ１を出射する。

第１のレーザ光Ｌ１は、回折素子３０に入射することで共通光学系Ｌｏに進入し、ビームスプリッタ２４、コリメートレンズ２５を経た後、対物レンズ２６によって、ＣＤ−Ｒの記録面１０ａに光スポットとして収束する。

記録面１０ａで反射した第１のレーザ光Ｌ１の戻り光Ｌｒ１は、対物レンズ２６、コリメートレンズ２５、ビームスプリッタ２４、光軸調整素子２７を介して共通受光素子２８に集光し、共通受光素子２８で検出された信号によりＣＤ−Ｒの情報再生が行われる。

光記録媒体１０としてのＤＶＤに情報を再生等するときは、第２のレーザ光源２２から、波長が６６０ｎｍの第２のレーザ光Ｌ２を出射する。第２のレーザ光Ｌ２も、第１のレーザ光Ｌ２と同様に、回折素子３０に入射することで共通光学系Ｌｏに進入し、対物レンズ２６によってＤＶＤの記録面１０ａに光スポットとして収束し、記録面１０ａで反射した第２のレーザ光Ｌ２の戻り光Ｌｒ２は、ビームスプリッタ２４を介して共通受光素子２８に集光する。共通受光素子２８で検出された信号によりＤＶＤの情報再生等が行われる。

回折素子３０は、２波長光源２３側に配設された第１の回折格子面３１と、ビームスプリッタ２４側に配設された第２の回折格子面３２とを有しており、その両面に回折格子面が形成されたものとなっている。

回折素子３０は、３ビーム法言い換えると３スポット法によりトラッキングエラー検出を行なうために、２波長光源２３から出射された長波長７８０ｎｍの第１のレーザ光Ｌ１および短波長６６０ｎｍの第２のレーザ光Ｌ２の双方を回折して３ビームを生成するためのものである。

図３に示すように、第１の回折格子面３１は、長波長側の７８０ｎｍのレーザ光Ｌ１を角度αで回折し、短波長側の６６０ｎｍのレーザ光Ｌ２を回折せずにそのまま透過させる。第２の回折格子面３２は、逆に、長波長側の７８０ｎｍのレーザ光Ｌ１を回折せずにそのまま透過させ、短波長側の６６０ｎｍのレーザ光Ｌ２を角度βで回折する。

同図に示されているように、第１の回折格子面３１に形成されている周期格子３１ａの格子ピッチＰ１と、第２の回折格子面３２に形成されている周期格子３２ａの格子ピッチＰ２とは互いに異なっており、格子ピッチＰ２が格子ピッチＰ１より大きくなっている。

これらの回折角度α、βは、レーザ光Ｌ１の波長をΛ１、レーザ光Ｌ２の波長をΛ２とすると、格子ピッチＰ１、格子ピッチＰ２を用いて、下式を満足する値として求められる。
ｓｉｎ（α）＝Λ１／Ｐ１
ｓｉｎ（β）＝Λ２／Ｐ２

図４は、第１の回折格子面３１に形成されている周期格子３１ａの方向と、第２の回折格子面３２に形成されている周期格子３２ａの方向との関係を示している。同図（ａ）は回折素子３０における第１の回折格子面３１、第２の回折格子面３２の配設位置を示しており、同図（ｂ）、（ｃ）は、同図（ａ）における第１の回折格子面３１、第２の回折格子面３２の図示位置に対応して、それぞれ第１の回折格子面３１、第２の回折格子面３２の周期格子３１ａ、３２ａの形成態様を示している。なお、同図（ａ）において、符号ｄ１、ｄ２はそれぞれ、周期格子３１ａ、３２ａの溝深さを示している。

同図（ｂ）、（ｃ）の対比から分かるように、周期格子３１ａの方向と、周期格子３２ａの方向とは、予め定めた所定の角度θをなしている。言い換えると、周期格子３１ａの方向に対する周期格子３２ａの方向は、光軸周りに角度θ傾いている。

この結果、第１の回折格子面３１による長波長側のレーザ光Ｌ１の回折方向に対して、第２の回折格子面３２による短波長側のレーザ光Ｌ２の回折方向は、光軸周りに角度θだけ傾いた方向になる。

この角度θは、異なる種類の光記録媒体におけるビームのスポット位置に合わせて設定される。
図５は、異なる種類の光記録媒体１０を再生するためのレーザ光Ｌ１、Ｌ２のスポット位置を示す説明図であり、この図を参照して角度θの設定方法を説明する。

光記録媒体１０の記録面１０ａにおける長波長のレーザ光Ｌ１の３ビームのスポット位置を、メインスポットＬ１Ｍと、メインスポットＬ１Ｍから上下方向及び左右方向においてずれた位置にあるとともにこれら両方向においてメインスポットＬ１Ｍを中心に対称に位置する第１のサブスポットＬ１Ａおよび第２のサブスポットＬ１Ｂとする。

このとき、短波長側のレーザ光Ｌ２の３ビームのスポット位置は、メインスポットＬ１Ｍと重なり合うメインスポットＬ２Ｍとするとともに、メインスポットＬ２Ｍから上下方向及び左右方向においてずれた位置にあるとともにこれら両方向においてメインスポットＬ２Ｍを中心に対称に位置する第１のサブスポットＬ２Ａおよび第２のサブスポットＬ２Ｂとなる。

そうすると、トラックピッチの違いにより、第１のレーザ光Ｌ１のサブスポットＬ１Ａ、Ｌ１Ｂと、第２のレーザ光Ｌ２のサブスポットＬ２Ａ、Ｌ２Ｂとは、光軸周りに角度θ傾いた位置とする必要がある。

この角度θは、周期格子３１ａの方向と、周期格子３２ａの方向とが光軸周りになす角度に一致するため、かかる角度がθとなるように、第１の回折格子面３１、第２の回折格子面３２が、回折素子３０に形成されている。そのためには回折素子３０の第１の回折格子面３１あるいは第２の回折格子面３２のいずれかの光軸周りの回転調整を行なえば足りる。

周期格子３１ａの方向と、周期格子３２ａの方向とが光軸周りになす角度をθに調整していることによって、回折素子３０を透過した各レーザ光Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ光記録媒体１０の適切な位置に光スポットを形成する。

同様に、共通受光素子２８の受光面に形成される３ビームのスポット形成位置の調整を行なうことができる。
図６は、異なる種類の光記録媒体１０からの戻り光を受光する共通受光素子２８の受光面を示している。同図に示すように、共通受光素子２８は、受光面２８ａ上に、図２に示した第１、第２の戻り光Ｌｒ１、Ｌｒ２を受光する、４分割型のメイン受光部３３と、メイン受光部３３を中心に対称に配設された２分割型の２つのサブ受光部３４、３５とを有する、分割型受光面を備えた差動プッシュプル式のものである。

第１の戻り光Ｌｒ１は、同図に示すように、３ビームとして、メイン受光部３３に、メイン戻りスポットＲ１Ｍとして集光するとともに、サブ受光部３４、３５に、第１、第２のサブ戻りスポットＲ１Ａ、Ｒ１Ｂとして集光する。第２の戻り光Ｌｒ２は、同図に示すように、３ビームとして、メイン受光部３３に、メイン戻りスポットＲ２Ｍとして集光するとともに、サブ受光部３４、３５に、第１、第２のサブ戻りスポットＲ２Ａ、Ｒ２Ｂとして集光する。

第１、第２の戻り光Ｌｒ１、Ｌｒ２は、メイン戻りスポットＲ１Ｍ、Ｒ２Ｍの中心を合わせると、光記録媒体１０のトラックピッチの違いにより、第１のレーザ光Ｌｒ１のサブ戻りスポットＲ１Ａ、Ｒ１Ｂを結ぶ直線に対して、第２のレーザ光のサブ戻りスポットＲ２Ａ、Ｒ２Ｂを結ぶ直線が、光軸周りに角度θ傾いて受光面２８ａ上に集光する。この角度θは、周期格子３１ａの方向と、周期格子３２ａの方向とが光軸周りになす角度に一致する。従って、回折素子３０において、かかる角度をθとすることにより、戻り光Ｌｒ１、Ｌｒ２が受光面２８ａ上にかかる態様で集光する。

また、図３に示した格子ピッチＰ１、Ｐ２は、回折角度α、βを左右するものである。これら回折角度α、βは、メインスポットＬ１Ｍ、Ｌ２Ｍと、第１のサブスポットＬ１Ａ、Ｌ２Ａおよび第２のサブスポットＬ１Ｂ、Ｌ２Ｂとの距離を左右するものである。またこれら回折角度α、βは、メイン戻りスポットＲ１Ｍ、Ｒ２Ｍと、第１のサブ戻りスポットＲ１Ａ、Ｒ２Ａおよび第２のサブスポットＲ１Ｂ、Ｒ２Ｂとの距離を左右するものである。
よって、光記録媒体１０、共通受光素子２８の所定の位置にサブビームが配されるように、各格子ピッチＰ１、Ｐ２が選択される。

光ピックアップ２０に用いる回折素子３０では、０次透過効率と１次回折効率との比（±１次回折光効率／０次光透過率）が０．０５〜０．３０程度の範囲の値をとるようになっている。

ここでＣＤとＤＶＤに用いる回折素子３０の回折効率が各波長の光で大きく異なると、共通受光素子２８のゲイン調整が難しいこと、サブビームの光量が少なすぎてノイズが多くなり記録・再生特性が劣化することなどが起こる。また、サブビーム強度が高すぎると、メインビーム強度が低下するため記録するためのパワーが低下してしまうため、より高出力の半導体レーザが必要となる。またサブビームでディスクに記録してしまうことも生じ、記録特性が劣化することにもなる。

そこで、図４（ａ）に示した周期格子３１ａ、３２ａの溝深さｄ１、ｄ２が調整される。溝深さｄ１、ｄ２と回折素子３０の回折効率との関係は後述するが、溝深さｄ１、ｄ２を選択することにより、０次透過効率と１次回折効率との比が上述の範囲に収められる。

なお、回折素子３０は、第１の回折格子面３１、第２の回折格子面３２を一体に有した構成となっているが、第１の回折格子面３１のみを備えた第１の回折素子と、第２の回折格子面３２のみを備えた第２の回折素子とに分離した構成であってもよい。この構成では、上述の角度θを、第１の回折素子と第２の回折素子との光軸周りの回転によって、各回折格子の製造後に調整可能となる。

また第１の回折素子と第２の回折素子とに分離した構成では、これらを光ピックアップ２０に組み込む際の位置調整等の調整を容易にするために、双方の回折素子を共通のホルダ等によって支持し、これより光軸回りに一体回転可能にするように構成することができる。またこのように分離した構成では、各回折格子面を対向配置させた構成としてもよい。

回折素子３０、第１、第２の回折素子は何れも、光の波長に応じて回折特性の異なる光選択性回折素子である。
以下、本発明を適用した光選択性回折素子について説明する。

図７に示すように、光選択性回折素子４０は、図７の紙面左右方向及び垂直方向に数ｍｍ角程度の大きさで延在し第１の波長λ１の光Ｌ２と第２の波長λ２の光Ｌ１とを透過する平板状の第１の基板としての基板４３と、基板４３の延在方向のうち図７における左右方向に沿って基板４３に交互に配設された第１の材料によって形成された第１の部分である第１のサブ波長構造としてのサブ波長構造４１と第２の材料によって形成された第２の部分である突状部４２とを有している。

光Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ第１、第２のレーザダイオード２１、２２から出射される第１、第２のレーザ光に相当し、波長λ１、λ２はそれぞれ上記の波長Λ２（＝６６０ｎｍ）、Λ１（＝７８０ｎｍ）に相当し、サブ波長構造４１及び突状部４２は第１の回折格子面３１に相当する。

サブ波長構造４１と突状部４２とは、図７の紙面垂直方向にライン状をなす態様で互い違いに配設されており、波長λ１、λ２よりも大きい周期的構造を形成している。この周期すなわち回折格子の各格子周期は、波長λ１、λ２よりも十分に長い、たとえば２０〜１００μｍである。

第１の材料は石英、第２の材料は高誘電体材であるＴａ２０５であり、互いに異なっているとともに、これらの屈折率も互いに異なっている。たとえば、波長λ１について石英、Ｔａ２０５の屈折率はそれぞれ１．４５６、２．３０９であり、波長λ２について石英、Ｔａ２０５の屈折率はそれぞれ１．４５４、２．２６１である。

基板４３の材料も石英であり、透明基板となっている。基板４３、突状部４２の材料としては石英など、波長λ１、波長λ２間での屈折率差が０．００５以下のものが好適であり、光学機器に使われる、屈折率が１．６以下の一般的なガラス材料（ＢＫ７など）、樹脂材料が使用可能である。

サブ波長構造４１は、波長λ１、λ２よりも小さい、４００ｎｍ以下のピッチの微細構造による周期的構造を有し、構造性複屈折を呈する。構造性複屈折とは、屈折率の異なる２種類の媒質を光の波長よりも短い周期でストライプ状に配設したとき、ストライプに平行な偏光成分であるＴＥ波とストライプに垂直な偏光成分であるＴＥ波とで屈折率が異なり、複屈折作用が生じることをいう。

ここで、以下の説明のため、図８を参照して、サブ波長構造４１のような断面矩形波状の微細凹凸構造の用語を説明する。この微細凹凸構造の凹凸は断面形状が矩形波形状であり、矩形波状の凹凸は図８の紙面に垂直な方向に均一な断面形状で形成されている。よって微細凹凸構造における凸部は図面に垂直な方向に長い凸条をなし、凹部は図面に直行する方向に長い凹条をなす。凸条をなす凸部をランドといい、凹条をなす凹部をスペースという。

断面矩形波状の微細凹凸構造のピッチＰは、１対をなすランドとスペースのランド幅ａとスペース幅ｂとの和である。またスペース底部に対するランドの高さを溝深さｄとする。この溝深さｄは上記溝深さｄ１、ｄ２に相当する。
このとき、フィリングファクタｆはａ／Ｐで表される。フィリングファクタｆが大きいことは、ピッチＰに占めるランド幅ａが大きいことを示す。

微細凹凸構造が、本形態のようにサブ波長構造であると、微細凹凸構造へ空気領域から入射する入射光において、ランド長手方向すなわち図８における紙面に垂直な方向に平行に振動する偏光成分であるＴＥ成分と、微細凹凸構造の周期方向すなわち図８における左右方向に平行に振動する偏光成分であるＴＭ成分とに対し、微細凹凸構造は屈折率が異なる媒質のように作用し、複屈折作用が発現する。

サブ波長構造４１における有効屈折率を、ＴＥ成分についてｎ//、ＴＭ成分についてｎ⊥とすると、これらの有効屈折率すなわち任意の偏光方向の光がサブ波長構造４１のような微細凹凸構造を通過するときに感じる屈折率は、サブ波長構造４１が形成された材料の屈折率ｎ、微細凹凸構造のフィリングファクタｆを用いて次のように表される。

すなわち、サブ波長構造４１の周期よりも大きい波長λ１、λ２を持つレーザ光Ｌ２、Ｌ１が垂直入射したと仮定すると、この入射光であるレーザ光Ｌ２、Ｌ１の偏光方向が、サブ波長構造４１のスペース延在方向に平行なＴＥ方向であるか垂直なＴＭ方向であるかによって、サブ波長構造４１の有効屈折率はそれぞれ上式１、２で与えられる。
また位相差ψは、次の式３で表される。

よって、位相差ψは、フィリングファクタｆ、溝深さｄを適当に選択することで任意に調整可能であることが分かる。

図９に、Ｔａ２０５で形成したサブ波長構造４１に波長λ１の光Ｌ２を入射させた場合のフィリングファクタと、ＴＥ方向、ＴＭ方向の有効屈折率との関係を示す。この関係は上式１、２によって得られる。またすでに述べたように、Ｔａ２０５自体の屈折率は波長λ１について２．３０９であり、これはフィリングファクタｆが１の場合すなわちスペースが形成されていない場合に相当する。
図９に示されているように、入射光の偏光方向をサブ波長構造４１のＴＥ方向とＴＭ方向との間で変化させることで、有効屈折率が上式１と上式２との間で変化する。

図１０に、入射光の波長と屈折率との関係を、Ｔａ２０５で形成したサブ波長構造４１のフィリングファクタｆが０．２６のときのＴＥ方向の有効屈折率と石英の屈折率とで比較した相関図を示す。

この条件においてサブ波長構造４１のＴＥ方向の有効屈折率は波長λ１で１．４５６、波長λ２で１．４３６であり、これらの差は０．０２４である。上述した、光学機器に使われる、屈折率が１．６以下の一般的なガラス材料（ＢＫ７など）等における波長λ１、λ２間での屈折率差が０．００５以下であることと比べると、大きな屈折率差が生じていることが分かる。

その一方で、波長λ１におけるサブ波長構造４１のＴＥ方向の有効屈折率は１．４５６であって、石英の屈折率と実質的に等しい。なお、実質的に、とは、ここでは、光ピックアップ２０、光情報処理装置１００に用いたときに光学的に与える影響がないに等しいか否かを基準に判断する（本出願全体において同様）。

このように、サブ波長構造４１の有効屈折率は、使用する材料の屈折率とフィリングファクタｆによって変化させることが可能である。また、上式１から明らかなように、サブ波長構造４１を形成した場合は、その有効屈折率は、その材料の屈折率より小さくなる。よって、サブ波長構造４１で突状部４２の屈折率と同等の有効屈折率を得るためには、サブ波長構造４１を形成する材料の屈折率を突状部４２を形成する材料の屈折率より大きくする必要がある。

以上のことを考慮して、光選択性回折素子４０は、かかるＴａ２０５によって形成したサブ波長構造４１と石英で形成した突状部４２及び基板４３とを備えている。サブ波長構造４１と突状部４２との周期で決まる回折格子の方向と、サブ波長構造４１のサブ波長格子の方向は平行であり、入射光Ｌ１、Ｌ２の偏光方向はかかる回折格子及びサブ波長格子に平行なＴＥ方向である。

サブ波長構造４１のフィリングファクタｆは０．２６であり、有効屈折率は、波長λ１について１．４５６、波長λ２について１．４３６となっている。突状部４２の屈折率は、波長λ１について１．４５６、波長λ２について１．４３６となっている。これらの条件下において、波長λ１についてのサブ波長構造４１の有効屈折率と突状部４２の屈折率とは実質的に互いに等しい。溝深さは図７に示したようにｄ１であり、上述のｄ１に相当する。

よって、サブ波長構造４１の有効屈折率と突状部４２の屈折率とは、波長λ１の光Ｌ２に対しては実質的に互いに等しいため、図７（ａ）に示したように波長λ１の光Ｌ２は回折を生じず０次光のみが生じる。

また、サブ波長構造４１の有効屈折率と突状部４２の屈折率とは、波長λ２の波長の光Ｌ１に対しては実質的に互いに異なるため、図７（ｂ）に示したように波長λ２の波長の光Ｌ１は回折を生じ、０次光及び±１次光が生じる。なお、この±１次光は、図５に示した第１のサブスポットＬ１Ａおよび第２のサブスポットＬ１Ｂ並びに図６に示した第１のサブ戻りスポットＲ１Ａおよび第２のサブスポットＲ１Ｂの集光光に相当する。

図１１に、ピッチＰが０．３μｍ、フィリングファクタｆが０．２６であるサブ波長構造４１を備えた光選択性回折素子４０の、０次透過率及び１次回折効率の溝深さ依存性を、波長λ１、λ２によって比較して示す。ピッチＰは図３等に示したピッチＰ１に相当する。

図１１（ａ）から明らかなように、波長λ１においては上述のようにサブ波長構造４１の有効屈折率と突状部４２の屈折率とは実質的に差がないため、回折光が発生せず、１次回折効率は０である。

一方、波長λ２においては、図１１（ｂ）から明らかなように、サブ波長構造４１の有効屈折率と突状部４２の屈折率との差、および溝深さｄ１に依存して０次透過率及び１次回折効率が変化する。

これらのことから、光選択性回折素子４０を使用する光学機器等のアプリケーションたとえば光ピックアップ２０、光情報処理装置１００の使用条件、すなわち、上述のように光ピックアップ２０に用いる回折素子３０では、０次透過効率と１次回折効率との回折比を０．０５〜０．３０程度の範囲とするようになっていることから、溝深さｄ１を、回折比がかかる値をとるように調整されている。

たとえば、図１１（ｂ）から分かるように、溝深さｄ１が５．５μｍでは、波長λ２において、０次透過率０．８６、１次回折効率０．０６であることから、回折比は０．０７となる。波長λ１では、０次透過率はほぼ１であり、±１次回折光及び高次回折光の回折効率は何れも０．５％以下である。よって、光選択性回折素子４０は、溝深さｄ１を５．５μｍとすれば、λ１、λ２の２波長で波長選択性のある回折機能が実質的に確保される。

図１２に、本発明を適用した光選択性回折素子５０を示す。光選択性回折素子５０について、光選択性回折素子４０と異なる部分について主に説明する。

光選択性回折素子４０は、波長λ１の光Ｌ２については透過し、波長λ２の光Ｌ１については回折するものであるが、光選択性回折素子５０は、波長λ１の光Ｌ２については回折し、波長λ２の光Ｌ１については透過するものである。

光選択性回折素子５０は、サブ波長構造４１に対応する、第３の材料によって形成された第３の部分である第２のサブ波長構造としてのサブ波長構造５１と、突状部４２に対応する、第４の材料によって形成された第４の部分である突状部５２と、基板４３に対応する、第２の基板である基板５３とを備えている。

第３、第４の材料の選択、およびサブ波長構造５１のフィリングファクタｆの選択により、サブ波長構造５１の有効屈折率と突状部５２の屈折率とを適切に選択することにより、波長λ１の光Ｌ２については回折し、波長λ２の光Ｌ１については透過する特性が得られる。

かかる特性は、光選択性回折格子５０が、波長λ１の光Ｌ２については回折格子として機能し、波長λ２の光Ｌ１については回折を行わずに直進透過することによって得られる。回折効率は、サブ波長構造５１の溝深さｄ２やフィリングファクタｆ等の格子形状を変えることで調整され、回折光の角度はサブ波長構造５１の格子ピッチＰの大きさによって調整される。溝深さｄ２は、図３等に示したｄ２に相当し、格子ピッチＰは図３等に示したピッチＰ２に相当する。サブ波長構造５１及び突状部５２は第２の回折格子面３２に相当する。

図１３に、入射光の波長と屈折率との関係を、Ｔａ２０５で形成したサブ波長構造５１のフィリングファクタｆが０．２７のときのＴＥ方向の有効屈折率と石英の屈折率とで比較した相関図を示す。

この条件においてサブ波長構造５１のＴＥ方向の有効屈折率は波長λ１で１．４７４であり、波長λ２で１．４５４であり、これらの差は０．０２０である。上述した、光学機器に使われる、屈折率が１．６以下の一般的なガラス材料（ＢＫ７など）等における波長λ１、λ２間での屈折率差が０．００５以下であることと比べると、大きな屈折率差が生じていることが分かる。

その一方で、波長λ２におけるサブ波長構造５１のＴＥ方向の有効屈折率は１．４５６であって、石英の屈折率と実質的に等しい。このように、サブ波長構造４１の有効屈折率は、使用する材料の屈折率とフィリングファクタｆによって変化させることが可能である。

以上のことを考慮して、光選択性回折素子５０は、かかるＴａ２０５によって形成したサブ波長構造５１と石英で形成した突状部５２及び基板５３とを備えている。サブ波長構造５１と突状部５２との周期で決まる回折格子の方向と、サブ波長構造５１のサブ波長格子の方向は平行であり、入射光Ｌ１、Ｌ２の偏光方向はかかる回折格子及びサブ波長格子に平行なＴＥ方向である。

サブ波長構造５１のフィリングファクタｆは０．２７であり、有効屈折率は、波長λ１について１．４７４、波長λ２について１．４５４となっている。突状部５２の屈折率は、波長λ１について１．４５６、波長λ２について１．４５４となっている。これらの条件下において、波長λ２についてのサブ波長構造４１の有効屈折率と突状部４２の屈折率とは実質的に互いに等しい。溝深さは図１２に示したようにｄ２であり、上述のｄ２に相当する。

よって、サブ波長構造５１の有効屈折率と突状部５２の屈折率とは、波長λ１の波長の光Ｌ１に対しては実質的に互いに異なるため、図１３（ａ）に示したように波長λ１の波長の光Ｌ２は回折を生じ、０次光及び±１次光が生じる。なお、この±１次光は、図５に示した第１のサブスポットＬ２Ａおよび第２のサブスポットＬ２Ｂ並びに図６に示した第１のサブ戻りスポットＲ２Ａおよび第２のサブスポットＲ２Ｂの集光光に相当する。

また、サブ波長構造５１の有効屈折率と突状部５２の屈折率とは、波長λ２の光Ｌ２に対しては実質的に互いに等しいため、図１３（ｂ）に示したように波長λ１の光Ｌ１は回折を生じず０次光のみが生じる。

図１４に、ピッチＰが０．３μｍ、フィリングファクタｆが０．２７であるサブ波長構造５１を備えた光選択性回折素子５０の、０次透過率及び１次回折効率の溝深さ依存性を、波長λ１、λ２によって比較して示す。ピッチＰは図３等に示したピッチＰ２に相当する。

図１４（ａ）から明らかなように、波長λ１においてはサブ波長構造５１の有効屈折率と突状部５２の屈折率との差、および溝深さｄ２に依存して０次透過率及び１次回折効率が変化する。

一方、波長λ２においては、上述のようにサブ波長構造５１の有効屈折率と突状部５２の屈折率とは実質的に差がないため、図１４（ｂ）から明らかなように、回折光が発生せず、１次回折効率は０である。

これらのことから、光選択性回折素子５０を使用する光学機器等のアプリケーションたとえば光ピックアップ２０、光情報処理装置１００の使用条件、すなわち、上述のように光ピックアップ２０に用いる回折素子３０では、０次透過効率と１次回折効率との回折比を０．０５〜０．３０程度の範囲とするようになっていることから、溝深さｄ２を、回折比がかかる値をとるように調整されている。

たとえば、図１４(ａ)から分かるように、溝深さｄ２が４．５μｍでは、波長λ１において、０次透過率０．８６、１次回折効率０．０６であることから、回折比は０．０７となる。波長λ２では、０次透過率はほぼ１であり、±１次回折光及び高次回折光の回折効率は何れも０．５％以下である。よって、光選択性回折素子５０は、溝深さｄ２を４．５μｍとすれば、λ１、λ２の２波長で波長選択性のある回折機能が実質的に確保される。

図１５に、本発明を適用した光選択性回折素子６０を示す。光選択性回折素子６０は、光選択性回折素子４０と光選択性回折素子５０とを組み合わせて一体化したものであって、基板４３と基板５３とが共通化され基板６３となっており、回折素子３０に相当するものとなっている。光選択性回折素子４０、光選択性回折素子５０はそれぞれ、回折素子３０を分離した上述の第１の回折素子、第２の回折素子に相当する。

基板６３は、基板４３と基板５３とが共通化されていることから、基板４３を透過した光を基板５３によって透過する構成と同様のものとなっている。その他、光選択性回折素子４０、光選択性回折素子５０に備えられた構成、光Ｌ１、Ｌ２の偏光方向等については同じ符号を付して説明を省略する。

光選択性回折素子６０は、同図（ａ）に示すように、波長λ１の光Ｌ２については、サブ波長構造４１と突状部４２との部分では回折し、サブ波長構造５１と突状部５２との部分では透過する。すなわちサブ波長構造４１と突状部４２との部分のみが回折格子として機能する。

一方で、光選択性回折素子６０は、同図（ｂ）に示すように、波長λ２の光Ｌ１については、サブ波長構造４１と突状部４２との部分では透過し、サブ波長構造５１と突状部５２との部分では回折する。すなわちサブ波長構造５１と突状部５２との部分のみが回折格子として機能する。

このように、光選択性回折素子６０では、複合化された１つの素子で、２種の波長λ１、λ２に対して、それぞれ独立に回折素子として機能するようになっている。よって、回折素子３０として用いることができるものである。

以上、回折素子３０、第１、第２の回折素子、光選択性回折素子４０、５０、６０について説明したが、これらについては種々の変形が可能である。

すなわち、波長λ１を６６０ｎｍ、波長λ２を７８０ｎｍとし、２波長に着目して説明してきたが、他の波長であってもよい。入射光の波長は、可視光領域から赤外光領域すなわち３００〜１６００ｎｍの範囲内とされる。図１０、１６から明らかなように、２つの波長差が広がるほど、２つの波長の間での屈折率差は大きくとれる。

使用する波長は、２波長に限定されるものでなく、３つ以上のレーザ光を搭載した、３波長以上を用いる光学機器にも適用可能である。

回折格子への入射光は、回折格子へ垂直入射するものと説明したが、垂直入射に限定されるものでなく、斜め入射する構成であってもよい。

回折素子への入射光の偏光方向はＴＥ方向である必要はなく、ＴＭ方向であってもよい。この場合には図９から明らかなように、有効屈折率が異なることとなる。また偏光方向はＴＥ方向とＴＭ方向の間であってもよい。この場合はＴＥ方向の有効屈折率とＴＭ方向の有効屈折率の中間の屈折率となる。

上述の例では、回折格子の格子方向とサブ波長構造の格子方向とは、図１６（ａ）に示すように平行としたが、図１６（ｂ）、（ｃ）に示すように、平行でなくてもよい。同図（ｃ）は回折格子方向とサブ波長構造の格子方向が垂直な場合を示し、同図（ｂ）は同図（ａ）と同図（ｃ）との中間の角度である場合を示している。有効屈折率はサブ波長構造の格子方向に応じて変化するため、所望の有効屈折率が得られるようにサブ波長構造の格子方向を選択することも可能である。

サブ波長構造の格子の断面形状は、矩形状に限られるものでなく、台形形状もしくは三角形形状もしくは部分円形状または部分楕円形状であってもよい。所望する有効屈折率にあうように、該形状に応じてフィリングファクタを調整してやればよい。

同様に上述の例で突状部とした、サブ波長構造が形成されていない部分の断面形状についても、矩形状に限られるものでなく、台形形状もしくは三角形形状もしくは部分円形状または部分楕円形状であってもよい。所望する回折効率にあうように、該形状に応じて溝深さを調整してやればよい。

上述の例で突状部とした部分の部材と基板として説明した部分とは異なる材料で形成してもよい。

図１７に示すように、上述の例で突状部として説明した部分にもサブ波長構造を形成してもよい。

図１８に示すように、サブ波長構造のランドの高さ言い換えるとスペースの深さもしくは溝深さｄ３が、上述の例で突状部とした部分の高さｈよりも浅く、サブ波長構造が突状部の間の部分において上端部のみに形成されたものであってもよい。

以上述べた光選択性回折素子の製造方法を説明する。この製造方法では、基板上にサブ波長構造を先に形成し、次に突状部を形成する。サブ波長構造を形成するには、サブ波長構造の形状に応じて、サブ波長構造を反転した形状のモールドが必要であるため、このモールドの製造方法についても説明する。

まず、図１９ないし図２１を参照して、図１８に示した光選択性回折素子を除く光選択性回折素子の製造方法を説明する。図１９はナノインプリント基板としてのモールドの製造方法を示し、図２０はサブ波長構造の製造方法を示し、図２１は突状部の製造方法を示している。なお、モールドの製造方法は、図１８に示した光選択性回折素子の製造方法についても同様である。

モールドを形成するにあたっては、図１９（ａ）に示すような平板状のシリコン基板７１を用意する。このシリコン基板７１はその表面上に電子線描画用レジスト層７２を形成するものであるが、かかる表面は、結晶面（１１０）となっている。シリコン基板７１には予めＸ線回折分析を実施し、表面・研磨面と結晶軸とのズレ、及び、基板オリフラ方向と結晶軸とのズレを測定しておく。この測定結果から、同図（ｃ）を参照して後述するウェットエッチング後の端面７１ａが、レジストパターンのピッチ、ライン幅を維持した形状の面｛１１１｝の壁として現れるように、目的とするライン方向とオリフラ方向とを専用治具で軸合わせする。

そのうえで、シリコン基板７１上に、電子線描画用レジスト層７２を形成する。電子線描画用レジスト層７２は、電子線描画用レジストをシリコン基板７１上に塗布しプリベークすることで形成する。これにより電子線描画基板準備が行われ、続いて、電子線による描画が行われる。電子線による描画は、目的製品のピッチ、線幅によって異なる描画条件に応じて予め決定、設計されたプログラムによって行われる。

描画後、同図（ｂ）に示すように、現像、リンスを行って電子線描画用レジスト層７２を所定形状で残し、レジストパターンを形成する。レジスト部分の形状は、形成されるサブ波長構造におけるランド部分の形状に対応している。

同図（ｃ）に示すように、レジストパターンをマスクとしてシリコン基板７１をＫＯＨによりアルカリウェットエッチングする。シリコン基板７１はレジストパターンの形状と同じ形状で深さ方向にエッチングされる。このときシリコン基板７１はレジストパターンと同じビッチ、同じライン幅で深さ方向にエッチングされ、これによって形成された壁がウェットエッチング端面である面｛１１１｝の端面７１ａとして現れる。

同図（ｄ）に示すように、電子線描画用レジスト層７２を剥離し、シリコン金型すなわちモールド７３が作成される。同図（ｄ）に付した符号は、図８に示した対応する符号部分とほぼ同じ大きさを有する部分であることを示している。

図１９（ｅ）はモールド７３の俯瞰図であり、同図（ｄ）に示したものをその一部として備えている。同図（ａ）〜（ｄ）は同図（ｅ）に比して拡大した状態を示したものである。なおモールド７３は光透過性材料によって形成してもよい。

モールド７３を使用してサブ波長構造を形成するにあたっては、図２０（ａ）に示すように、上述の基板に相当する製品基板としてのガラス基板７４に転写用樹脂であるＵＶ硬化樹脂７５を塗布する。

同図（ｂ）に示すように、モールド７３を上方から押し当て、ナノインプリント転写を行う。転写材料であるＵＶ硬化樹脂７５は十分に粘度が低いので、モールド７３の凹凸に入り込んで形状転写が行われる。

同図（ｃ）に示すように、光透過材料であるガラス基板７４側からＵＶ照射を行い、ＵＶ硬化樹脂７５を硬化させる。なお、図１９に示した製造方法で製造したモールド７３を使用しているが、光硬化性樹脂をナノインプリント材料として使用する場合は、光透過性のたとえば石英基板製の金型を使用するのが望ましい。石英基板性の金型は、ここで示しているナノインプリント技術をそのまま使用して製造することが可能である。このときは凹凸が反転する点で異なる。なおＵＶ硬化樹脂７５の代わりに熱硬化樹脂をナノインプリント材料として使用することもでき、この場合、その硬化は、加熱により行う。

図２０（ｄ）に示すように、モールド７３を取り外す離型処理を行う。ガラス基板７４上にはＵＶ硬化樹脂７５の層によって形成されたインプリント樹脂層７６が形成されている。インプリント樹脂層７６は、ガラス基板７４の全面を覆っている。すなわち、モールド７３の凸部に対応する部分にも、薄層がレイヤーとして形成されている。

同図（ｅ）に示すように、Ｏ２ドライエッチングによりレイヤーを除去し、モールド７３の凸部に対応する部分における薄層を取り除いてこの部分においてガラス基板７４を露出させる。ドライエッチング装置としては、ＴＣＰ装置、ＮＬＤ装置などの高密度プラズマエッチング装置を用いる。

エッチング条件を次に示す。
・ガス種：酸素ガス（Ｏ２）
・ガス導入量：２０ｓｃｃｍ
・圧力：０．４Ｐａ
・樹脂エッチング速度：３０ｎｍ／秒
・上部バイアス電力：１ＫＷ
・下部バイアス電力：６０Ｗ

続いて、同図（ｆ）に示す塗布膜成膜処理を行う。この処理においては、レイヤー除去処理を行った基板を取り出し、スピンナーにて高屈折材料であるゾル−ゲル材料７７をガラス基板７４が露出した部分であるインプリント樹脂層７６の間隙すなわちサブ波長構造のランドを形成する部分に塗布して、プリベークする。必要な高さに応じて、かかる塗布とプリベークとを繰り返す。最後にポストベークを行い、ゾル−ゲル材料７７を完全に硬化し、同図（ｆ）に示す状態とする。この際、同材料は僅かに収縮する。

塗布膜成膜処理の条件を次に示す。
・ＪＳＲ社製 ナノコンポジット材料使用、無機超微粒子を含む感光性ゾル−ゲル材料、屈折率１．９０
・型番：Ｚ−７５０３に高屈折率超微粒子を混合し、ベース材料屈折率を上昇
・高屈折率超微粒子の材質：Ｔａ２０５材料
・高屈折率超微粒子の粒径：１０ｎｍ以下
・粘度：１０ｍＰａ・ｓ
・硬化：光照射エネルギー量 ４００ｍｊ／ｃｍ２＊１２０秒

同図（ｇ）に示すように、インプリント樹脂層７６を除去してインプリント膜の除去処理を行う。除去処理は、例えば、ＣＡＲＯＳ洗浄すなわち硫酸と過酸化水素水との混合液による洗浄を行う、有機樹脂物の除去方法により行う。これにより、ガラス基板７４上にサブ波長構造７８が形成される。

サブ波長構造７８の相互間に突状部を形成するにあたっては、図２１（ａ）に示すように、ガラス基板７４の全面にわたって、サブ波長構造７８のスペース部分も埋めるように、マスク・レジスト層７９を形成する。マスク・レジスト層７９はレジストとなる。

同図（ｂ）に示すように、マスク・レジスト層７９上の、サブ波長構造７８に対応する部分に、露光用マスクパターン８０を形成し、同図（ｃ）に示すように、露光用マスクパターン８０側から露光を行い、同図（ｄ）に示すように、現像、リンスを行って露光用マスクパターン８０を除去し、サブ波長構造７８のスペース部分にマスク・レジスト層７９が残った状態とする。これにより、突状部に対応する部分においてガラス基板７４が露出したパターニングが行われる。

同図（ｅ）に示すように、ガラス基板７４が露出したマスク・レジスト層７９の間隙部分に低屈折率材料であるゾル−ゲル材料８１を塗布してベーク処理により硬化させる。このとき、ゾル−ゲル材料８１の塗布、プリベーク及びポストベークによるベーク処理は、図２０（ｆ）に示した塗布膜成膜処理と同様にして行う。

かかる低屈折率材料塗布・ベーク処理の条件を次に示す。
・ＪＳＲ社製 ナノコンポジット材料使用
・型番：Ｚ−７５０３
・材質：無機超微粒子を含む感光性ゾル−ゲル材料、屈折率１．４５
・超微粒子の粒径：１０ｎｍ以下
・粘度：１ｍＰａ・ｓ
・硬化：光照射エネルギー量 ４００ｍｊ／ｃｍ２＊１２０秒

図２１（ｆ）に示すように、マスク・レジスト層７９を除去して、屈折率が高い構造であるサブ波長構造７８と、屈折率が低い構造である突状部８２とを備えた回折格子構造８３を有する光選択性回折素子８４を得る。この回折格子構造８３は、図３等に示した第１の回折格子面３１に相当する。

必要に応じて、ガラス基板７４の、回折格子構造８３が形成されていない面に、図２０、図２１（ａ）〜（ｆ）に示した処理を施し、かかる面にも回折格子構造８３を形成して、同図（ｇ）に示すように、ガラス基板７４の両面に回折格子構造８３を有する光選択性回折素子８４を形成することができる。この光選択性回折素子８４は上述の回折素子３０、光選択性回折素子６０に相当するものである。

なお、この場合、２回目に回折格子構造８３を形成するにあたっては、必要に応じて、１回目に回折格子構造８３を形成するにあたって用いたモールド７３とは別の形状のモールドを、図１９に示した工程によって製造し、これを用いる。２回目に形成する回折格子構造８３は、１回目に形成した回折格子構造８３とその光学特性が異なるため、１回目に形成した回折格子構造８３とスペース幅等の形状が異なる場合があるからである。２回目に形成した回折格子構造８３は、図３等に示した第２の回折格子面３２に相当する。

ガラス基板７４の各面に形成するサブ波長構造７８のピッチ、溝深さ、屈折率等を異ならせることで、上述の回折素子３０、光選択性回折素子６０に相当する光選択性回折素子８４を製造することが可能である。

両面に回折格子構造８３を形成する方法としては、上述のように１枚のガラス基板７４の両面に上述の処理を施す方法のほか、２枚のガラス基板７４それぞれの片面に互いに異なる回折格子構造８３を形成し、これらガラス基板７４を接合して一体化する方法がある。

図２２、図２３を参照して、図１８に示した光選択性回折素子の製造方法を説明する。図２２はサブ波長構造の製造方法を示し、図２３は突状部の製造方法を示している。図２２は図１９に対応し、図２３は図２０に対応しているので、図１９、図２０に示したのと同様の部分には同じ符号を付して適宜説明を省略する。

なお、使用するモールド７３は図１９に示した製造方法と同様に製造可能であるため説明を省略する。ただし、モールド７３に備えられた、サブ波長構造に対応する凸部の高さは、形成すべきサブ波長構造の溝深さである図１８に示した溝深さｄ３に対応して形成される。

モールド７３を使用してサブ波長構造を形成するにあたっては、図２２（ａ）に示すように、上述の基板に相当する製品基板としてのガラス基板７４に、高屈折率材料によって高屈折率層９０を形成した上で、高屈折率層９０上に転写用樹脂であるＵＶ硬化樹脂７５を塗布する。

この高屈折率層９０を備えていることが、上述の製造方法と主に異なる。高屈折率層９０は、図１８に示した溝深さｄ３と突状部の高さｈとの差の厚みを形成する部分であるため、その高さはかかる厚みと同じ高さに調整される。

塗布膜成膜処理の条件を次に示す。
・ＪＳＲ社製 ナノコンポジット材料使用、無機超微粒子を含む感光性ゾル−ゲル材料、屈折率１．９０
・型番：Ｚ−７５０３に高屈折率超微粒子を混合し、ベース材料屈折率を上昇
・高屈折率超微粒子の材質：Ｔａ２０５材料
・高屈折率超微粒子の粒径：１０ｎｍ以下
・粘度：１０ｍＰａ・ｓ
・硬化：光照射エネルギー量 ４００ｍｊ／ｃｍ２＊１２０秒

図２２（ｂ）ないし（ｄ）まで、図２０（ｂ）ないし（ｄ）と同様に、転写処理、硬化処理、離型処理を行う。
図２２（ｅ）においてレイヤー除去処理を行うと、レイヤーの除去により、高屈折率層９０の一部の、サブ波長構造のランドを形成すべき部分が露出する。

続いて、同図（ｆ）に示す塗布膜成膜処理を行う。この処理においては、高屈折材料であるゾル−ゲル材料７７を高屈折率層９０が露出した部分であるサブ波長構造のランドを形成する部分に塗布し、ゾル−ゲル材料７７を完全に硬化して、同図（ｆ）に示す状態とする。

同図（ｇ）に示すように、インプリント樹脂層７６を除去してインプリント膜の除去処理を行い、ガラス基板７４上に高屈折率層９０とゾル−ゲル材料７７によって構成されたサブ波長構造９１を形成する。ただし、この状態では、高屈折率層９０が、突状部を形成すべき部分にも延在している。この部分の高屈折率層９０は、図２３に示す、突状部の形成過程で除去される。

突状部を形成するにあたっては、図２３（ａ）に示すように、マスク・レジスト層７９を形成してから、同図（ｂ）に示すように、最終的にサブ波長構造を形成すべき部分に対応する部分に、露光用マスクパターン８０を形成し、同図（ｃ）に示すように、露光用マスクパターン８０側から露光を行う。

同図（ｄ）に示すように、現像、リンスを行って露光用マスクパターン８０を除去するとともに、高屈折率層９０の突状部を形成すべき部分を除去し、完成したサブ波長構造９１のスペース部分にマスク・レジスト層７９が残った状態とする。

同図（ｅ）に示すように、ガラス基板７４が露出したマスク・レジスト層７９の間隙部分に低屈折率材料であるゾル−ゲル材料８１を塗布してベーク処理により硬化させる。

同図（ｆ）に示すように、マスク・レジスト層７９を除去して、屈折率が高い構造であるサブ波長構造９１と、屈折率が低い構造である突状部８２とを備えた回折格子構造９２を有する光選択性回折素子９３を得る。この回折格子構造９２は、図３等に示した第１の回折格子面３１に相当する。

この場合も必要に応じて、ガラス基板７４の、回折格子構造８３が形成されていない面にも回折格子構造９２を形成して、同図（ｇ）に示すように、ガラス基板７４の両面に回折格子構造９２を有する光選択性回折素子９３を形成することができる。この光選択性回折素子９３は上述の回折素子３０、光選択性回折素子６０に相当するものである。２回目に形成した回折格子構造９２は、図３等に示した第２の回折格子面３２に相当する。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

たとえば、上述の形態では、第１の波長をλ１、第２の波長をλ２とし、第１のサブ波長構造の有効屈折率と第２の材料の屈折率とが、波長λ１の光に対しては実質的に等しく波長λ２の光に対しては実質的に異なるとしたが、第１のサブ波長構造の有効屈折率と第２の材料の屈折率とは、波長λ２の光に対しては実質的に等しく波長λ１の光に対しては実質的に異なる構造であってもよい。

上述の形態では、光記録媒体をＤＶＤおよびＣＤとして２波長に対応した光ピックアップ２０、光情報処理装置１００を説明したが、光ピックアップ２０、光情報処理装置１００は、波長４０５ｎｍ帯の青紫レーザ光を用いたＢｌｕ−ｒＢｙや、ＨＤ ＤＶＤ及びＤＶＤの２波長に対応したものであってもよい。

上述の形態では、光源として２つのレーザ光源を備えているが、本発明は３つ以上のレーザ光源を備えている多光源型の光ピックアップ、光情報処理装置に対しても適用可能である。

上述の形態は、ＣＤ、ＤＶＤのそれぞれに専用の回折格子を備えた場合の例であるが、例えば、ＣＤについては３ビーム方式ではなく１ビーム方式を用いるような場合には、ＤＶＤに適した回折効率の、光選択性回折素子５０のような第２の回折格子のみを備えていてもよい。

透過率の調整は、回折格子のデューティすなわち格子の１周期に占める凸部言い換えるとサブ波長構造が形成されている領域の割合を変えることで行ってもよい。

さらには、光選択性回折素子は、図２４に示すように、例えば〔特許文献２〕に開示されているような、光選択性回折素子自体又はサブ波長構造を形成する回折格子の格子溝を領域Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３ごとにずらした、回折格子の領域分割を行った構成とし、検出する信号の質を向上するようにしてもよい。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１０ 光記録媒体
２０ 光ピックアップ
２１ 第１の出射手段
２２ 第２の出射手段
２８ 受光手段
３０ 波長選択性回折素子
４０ 波長選択性回折素子
４１ 第１の部分、第１のサブ波長構造
４２ 第２の部分
４３ 第１の基板
５０ 波長選択性回折素子
５１ 第３の部分、第２のサブ波長構造
５２ 第４の部分
５３ 第２の基板
６０ 波長選択性回折素子
７４ 第１、第２の基板
７８ 第１、第３の部分、第１、第２のサブ波長構造
８２ 第２、第４の部分
８４ 波長選択性回折素子
９１ 第１、第３の部分、第１、第２のサブ波長構造
９３ 波長選択性回折素子
１００ 光情報処理装置
Ｌｏ 光学系
Ｌ１ 第２の波長の光
Ｌ２ 第１の波長の光
ｎ//、ｎ⊥ 有効屈折率
Ｐ ピッチ
λ１ 第１の波長
λ２ 第２の波長

特開２００２−３５０６２５号公報 特開２００４−１４５９１５号公報

Claims (6)

1. 互いに異なる少なくとも第１の波長の光と第２の波長の光とを透過する第１の基板と、
   第１の基板に沿って交互に配設された、第１の材料によって形成された第１の部分と第２の材料によって形成された第２の部分とを有し、
   第１の材料の屈折率と第２の材料の屈折率とが互いに異なり、
   第１の部分は第１の波長及び第２の波長よりも小さいピッチを有する第１のサブ波長構造を備えており、
   第１のサブ波長構造の有効屈折率と第２の材料の屈折率とが、第１の波長の光に対しては実質的に互いに等しく、第２の波長の光に対しては実質的に互いに異なる波長選択性回折素子。
2. 請求項１記載の波長選択性回折素子において、
   第１の基板を透過した光を透過する第２の基板と、
   第２の基板に沿って交互に配設された、第３の材料によって形成された第３の部分と第４の材料によって形成された第４の部分とを有し、
   第３の材料の屈折率と第４の材料の屈折率とが互いに異なり、
   第３の部分は第１の波長及び第２の波長よりも小さいピッチを有する第２のサブ波長構造を備えており、
   第２のサブ波長構造の有効屈折率と第４の材料の屈折率とが、第２の波長の光に対しては実質的に互いに等しく、第１の波長の光に対しては実質的に互いに異なることを特徴とする波長選択性回折素子。
3. 請求項２記載の波長選択性回折素子において、第１の基板と第２の基板とが一体化されていることを特徴とする波長選択性回折素子。
4. 第１の波長の光を出射する第１の出射手段と、
   第２の波長の光を出射する第２の出射手段と、
   第１の出射手段から出射された光と第２の出射手段から出射された光とを光記録媒体上に集光させるための光学系と、
   光記録媒体からの反射光を受光する受光手段と、
   第１の出射手段及び第２の出射手段と前記光学系との間に配設された、請求項１ないし３の何れか１つに記載の波長選択性回折素子とを有する光ピックアップ。
5. 請求項４記載の光ピックアップを有し、この光ピックアップによって光記録媒体の情報の処理を行う光情報処理装置。
6. 請求項４記載の光ピックアップを用いて光記録媒体の情報の処理を行う光情報処理方法。

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