JP4337510B2 - 回折素子および光ヘッド装置 - Google Patents

Description

本発明は、光を回折する回折素子を用いて、光ディスクなどの光記録媒体への記録または光記録媒体からの再生を行う光ヘッド装置に関する。

近年、いわゆるツインビームＬＤを用いて、ＣＤやＤＶＤ等の光記録媒体への情報の記録、または、これらの光記録媒体からの情報の再生（以下、「光記録媒体への記録・再生」という。同様に、ＣＤ（ＤＶＤ）を対象とする場合は、「ＣＤ（ＤＶＤ）への記録・再生」という。）を行う技術が開示された（例えば、特許文献１参照。）。

また、光記録媒体への記録・再生を行うためのトラッキングサーボには、精度等の観点からレーザ光を３ビームにして記録・再生の制御を行う技術（以下、「３ビームトラッキングサーボ技術」という。）が用いられ、３ビームトラッキングサーボ技術を実現するために回折素子が用いられていた。ここで、回折素子は、周期的な位相段差（段状の位相差を意味する）を面内に持ち、その位相段差と入射する光の波長との関係により回折効率が異なることが知られている。

ＣＤへの記録・再生を行うためのレーザ光の波長は７８０ｎｍ帯であり、ＤＶＤへの記録・再生を行うためのレーザ光の波長は６５０ｎｍ帯である。また、ＣＤとＤＶＤとでは、トラック間のピッチが異なる。トラック間のピッチの相違に対応して記録・再生を可能とする方法としては、回折素子を記録媒体毎に１つずつ設けることが容易に想起されるが、部品点数を削減することが信頼性の向上や光ヘッド装置の小型化等の観点から求められている。

ひとつのパッケージから、上記の２つの波長の光を発振するいわゆるツインビームＬＤなどでは、２つの波長がほぼ同じ光路となる。前述のようにＣＤ用とＤＶＤ用の３ビーム用回折素子では最適な格子ピッチや格子方向が異なるため、ＣＤ用の７８０ｎｍ帯の光では回折せず、ＤＶＤ用の光でのみ回折する回折素子や、ＣＤ用の光で回折し、ＤＶＤ用の光で回折しない波長選択性の回折素子が必要となる。

特開２００３−１６２８３１号公報 鶴田匡夫著、「応用光学１」、培風館出版、１９９０年

しかし、このような従来の光ヘッド装置では、ツインビームＬＤからの光を周期的な位相段差を有する回折素子を用いて回折させようとすると、その位相段差と入射する光の波長により回折効率が異なるため、どれか１つの波長で最適な回折効率を発生するように位相段差を設定すると、他の波長では必ずしも所望の回折効率を得ることができないという問題があった。例えば、回折素子を、ＤＶＤ用の光に対して回折せず、ＣＤ用の光に対して所望の回折効率で回折するように設定した場合に、設計によりＣＤ用の光に対しては回折効率が低すぎたり高すぎたりして実用上の困難があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、異なる波長の複数の光源を用いる場合でも、各波長の光線に対して適切な回折効率を確保することが可能な光ヘッド装置を提供する。

本発明の光ヘッド装置は、少なくとも２つの異なる波長λ_１ の光、波長λ_２ （λ _１ ≠λ _２ ）の光を出射する光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に回折素子を備えた光ヘッド装置において、前記回折素子は、第１の回折格子と第２の回折格子を備え、前記第１の回折格子は、前記第１の回折格子の面に垂直な方向に、回折にかかわる厚さｄ_１を有する第１の光学異方性媒質と屈折率ｎ_ｓ１ の第１の光学等方性媒質が周期的に交互に配列され、前記第１の光学異方性媒質の常光屈折率ｎ_ｏ１ と異常光屈折率ｎ_ｅ１ との差Δｎ _１ と前記厚さｄ_１との積が前記波長λ_２の概ね整数倍であり、前記第１の光学等方性媒質の屈折率ｎ_ｓ１ が前記常光屈折率ｎ_ｏ１ または前記異常光屈折率ｎ_ｅ１ のいずれかと等しいように構成され、前記第２の回折格子は、前記第２の回折格子の面に垂直な方向に、回折にかかわる厚さｄ _２ を有する第２の光学異方性媒質と屈折率ｎ _ｓ２ の第２の光学等方性媒質が周期的に交互に配列され、前記第２の光学異方性媒質の常光屈折率ｎ _ｏ２ と異常光屈折率ｎ _ｅ２ との差Δｎ _２ と前記厚さｄ _２ との積が前記波長λ _１ の概ね整数倍であり、前記第２の光学等方性媒質の屈折率ｎ _ｓ２ が前記常光屈折率ｎ _ｏ２ または前記異常光屈折率ｎ _ｅ２ のいずれかと等しいように構成され、前記波長λ _１ の光の偏光方向は、前記第１の回折格子の前記第１の光学異方性媒質の異常光屈折率ｎ_ｅ１ を有する方向と常光屈折率ｎ_ｏ１ を有する方向との間にあるとともに、前記波長λ _２ の光の偏光方向は、前記第２の回折格子の前記第２の光学異方性媒質の異常光屈折率ｎ _ｅ２ を有する方向と常光屈折率ｎ _ｏ２ を有する方向との間にあって、前記波長λ _１ の光および前記波長λ _２ の光において１次回折効率に対する０次回折効率の比が１０から２５の範囲の値となるように、入射する前記波長λ _１ の光の偏光方向と前記第１の回折格子の前記異常光屈折率ｎ _ｅ１ を有する方向との角度、および、入射する前記波長λ _２ の光の偏光方向と前記第２の回折格子の前記異常光屈折率ｎ _ｅ２ を有する方向との角度、が調整される構成を有している。

この構成により、異なる波長λ_１ 、λ _２ の光を別個に回折させる２つの回折格子を設け、回折対象でない波長の光を透過するようにし、光学異方性媒質が異常光屈折率を有する方向と、入射光の偏光方向とがなす角を調節して回折比を設定できるようにしたため、異なる波長の複数の光源を用いる場合でも、各波長の光線に対して適切な回折効率を確保することが可能な光ヘッド装置を実現できる。

また、本発明の光ヘッド装置は、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子とが一体化されている構成を有している。

この構成により、請求項１の効果に加え、第１の回折格子と第２の回折格子とが一体化されているため、部品点数を削減できることに加え、簡易に製造することが可能な光ヘッド装置を実現できる。

また、本発明の光ヘッド装置は、請求項１または２において、前記第１の光学異方性媒質および／または前記第２の光学異方性媒質は、液晶を高分子化した高分子液晶を含む材料からなる構成を有している。

この構成により、請求項１または２の効果に加え、光学異方性媒質を、液晶を高分子化した高分子液晶を含む材料で構成するため、記録・再生用の光の波長を容易に切り替えることができ、簡易に製造することが可能な光ヘッド装置を実現できる。

また、本発明の光ヘッド装置は、請求項１から３のいずれか１項において、前記回折素子を透過する透過光の偏光状態を変える位相板を、前記回折素子と一体にした構成を有している。

この構成により、請求項１から３のいずれか１項の効果に加え、位相板と回折素子とを一体として構成するため、部品点数を削減することが可能な光ヘッド装置を実現できる。

また、本発明の光ヘッド装置は、請求項１から４のいずれか１項において、偏光方向によって回折効率の異なる偏光回折素子を、前記回折素子と一体にした構成を有している。
この構成により、請求項１から４のいずれか１項の効果に加え、偏光回折素子を回折素子と一体として構成するため、部品点数を削減することが可能な光ヘッド装置を実現できる。

また、本発明の光ヘッド装置は、請求項１から５のいずれか１項において、前記波長λ _１ は、ＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯であり、前記波長λ _２ はＣＤ用の７８０ｎｍ帯である構成を有している。

本発明は、異なる波長λ_１、λ_２の光を別個に回折させる２つの回折格子を設け、回折対象でない波長の光を透過するようにし、光学異方性媒質が異常光屈折率を有する方向と、入射光の偏光方向とがなす角を調節して回折比を設定できるようにしたため、異なる波長の複数の光源を用いる場合でも、各波長の光線に対して適切な回折効率を確保することが可能な回折素子および光ヘッド装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置の概念的な構成を示す図である。光ヘッド装置１００は、光源１０１、１０２からの出射光を光記録媒体である光ディスク４００上に集光させ、光ディスク４００に情報を記録したり、光ディスク４００に記録された情報を再生したりする装置であり、光源として例えば半導体レーザを使用する。

図１に示す構成では、１つのパッケージに光源１０１、１０２として２つの半導体レーザを設け、２つの異なる波長（λ_１＝７８０ｎｍ帯とλ_２＝６５０ｎｍ帯）の光を発振するようになっている。２つの半導体レーザが発した光は、回折素子２００を透過してトラッキング用の３ビームの光となり（図１には、簡単のため０次光のみ記載。）、順次、コリメータレンズ１０３、ビームスプリッタ１０４、対物レンズ１０５を透過し、光ディスク４００に集光される。光ディスク４００から反射された光は、対物レンズ１０５を透過し、ビームスプリッタ１０４で反射され、光検出系１０６に導かれる。

図２は、本発明の実施の形態に係る回折素子の断面構造を概念的に示す図である。ＣＤとＤＶＤとでは、ディスクのトラックピッチが異なるため、一般に、異なる格子ピッチと格子方向のものが好ましい。そのため、本発明の実施の形態に係る回折素子を構成する回折格子は、２種類となっており、１つはＤＶＤ用の光を透過し、ＣＤ用の光を回折する第１の回折格子２０１と、ＣＤ用の光を透過し、ＤＶＤ用の光を回折する第２の回折格子２０２とを含むように構成される。

図２において、回折素子２００は、７８０ｎｍ帯の光（以下、「ＣＤ用光」ともいう。
）を回折する第１の回折格子２０１と６５０ｎｍ帯の光（以下、「ＤＶＤ用光」ともいう。）を回折する第２の回折格子２０２と、からなり、回折格子２０１、２０２は、それぞれ光学異方性媒質２１１、２２１と屈折率ｎ_ｓ１ を有する光学等方性媒質２１２及び屈折率ｎ _ｓ２ を有する光学等方性媒質２２２とを繰り返し配置した周期的構造を有する。ただし、将来の技術の進展に適合すべく、例えば、４０５ｎｍ帯の青紫レーザ光を回折するようになっていてもよい。

また、光学等方性媒質２１２の屈折率ｎ _ｓ１ と光学等方性媒質２２２の屈折率ｎ _ｓ２ とは、必ずしも同じである必要はなく、光学異方性媒質２１１の常光屈折率ｎ _ｏ１ と異常光屈折率ｎ _ｅ１ とについても、それぞれ光学異方性媒質２２１の常光屈折率ｎ _ｏ２ と異常光屈折率ｎ _ｅ２ と必ずしも同じである必要はない。以下では、説明の便宜上、これらの対応する各屈折率は、同一、つまり、ｎ _ｓ１ ＝ｎ _ｓ２ ＝ｎ _ｓ 、ｎ _ｏ１ ＝ｎ _ｏ２ ＝ｎ _ｏ 、ｎ _ｅ１ ＝ｎ _ｅ２ ＝ｎ _ｅ として説明する。

また、図２において、回折素子２００は、回折格子２０１、２０２が基板２０３〜２０５によって挟持される構成を有するが、図３に示すように基板２０４を除いた構成としてもよい。図３に示す素子構成は、図２に示す素子構成に比して素子を薄くできるので好ましく、基板２０４は、構成上、必ずしも必要ではない。図３において、３０２は、光学等方性媒質であり、他の符号で図２の符号と同じものは同じ要素を示す。

一般に、光ヘッド装置１００に用いる回折素子２００では、０次透過効率と１次回折効率の比（０次透過効率／１次回折効率。以下、回折比という。）が１０から２５程度の範囲の値をとるようになっている。多くの場合は１５から２０ぐらいが必要とされる。ここでＣＤとＤＶＤに用いる回折素子２００の回折効率が各光で大きく異なると、光検出系１０６のゲイン調整が難しいこと、サイド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、サイドビーム強度が高すぎるとサイド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。このため、好ましくはＣＤ用とＤＶＤ用の各光の波長に対して回折効率が等しいことが求められる。

回折素子２００を構成する回折格子２０１、２０２は、回折格子の面に垂直な方向にそれぞれ、厚さｄ_１、ｄ_２を有する略直方体の光学異方性媒質２１１、２２１が回折格子の面に一定の間隔で平行に分離して形成され、各光学異方性媒質２１１、２２１の間の領域が光学等方性媒質２１２、２２２で形成され、それぞれ、基板２０３、２０４と基板２０４、２０５によって挟持される構造を有する（図２）。

ここでは説明を簡単にするため、前述のように光学異方性媒質は直方体で分離されて配置された例で説明するが、±１次の回折効率の比を変えるためにブレーズ形状や階段形状の擬似ブレーズにしてもよい。また、光学異方性媒質を格子状に分離するのではなく、厚さ方向の一部のみに格子を作成してもよい。この場合回折にかかわる光学異方性媒質の厚さｄは、光学異方性媒質の総厚ではなく、実質的に格子を作成している部分の厚さである。光学異方性媒質２１１、２２１は、屈折率が異方性を有し、そのため複屈折を生じさせる媒質であり、図２に示す光の入射（進行）方向２３０に対して概ね垂直な面内に常光屈折率ｎ_ｏを有する方向（ｎ_ｏ方向）と異常光屈折率ｎ_ｅを有する方向（ｎ_ｅ方向）とが配置されるように形成されている。

ここで、ｎ_ｏ方向およびｎ_ｅ方向は、必ずしも光の入射（進行）方向（光軸）２３０と直交する必要はないが、光軸方向に進行する光の偏光方向によって屈折率が異なるようになっている必要がある。光学異方性媒質２１１、２２１は、低分子の液晶を重合した高分子液晶を用いて作成できるが、その他に、複屈折を有する有機膜、ＬｉＮｂＯ_３、水晶等の複屈折を有する単結晶なども用いることができる。図４にｎ_ｏ方向とｎ_ｅ方向と入射光の偏光方向（以下、「入射偏光方向」という。）との関係を図示する。図４に、ｎ_ｏ方向とｎ_ｅ方向とは直交するが、入射偏光方向とｎ_ｅ方向とのなす角度がθになっている様子を示す。

次に、ＤＶＤ用光を透過し、ＣＤ用光を透過する第１の回折格子２０１を例にとり、詳細に説明する。

ＤＶＤ用光を透過させるには、図５に示すように、常光屈折率ｎ_ｏと異常光屈折率ｎ_ｅとの差Δｎおよび厚さｄ_１の積Δｎｄ_１が、概ね波長λ_２（ＤＶＤ用光の波長：６５０ｎｍ）の整数倍であることが好ましい。ただし、ＣＤ用の光の透過の場合には概ね波長λ_１（ＤＶＤ用光の波長：７８０ｎｍ）の整数倍であることが好ましい。ここで概ね整数倍とは、その整数から±０．０５のずれの範囲内であることをいう。例えば、その整数が２であるとき、概ね整数倍であるためには１．９５〜２．０５倍であればよい。また、光学等方性媒質の屈折率ｎ_ｓが常光屈折率ｎ_ｏまたは異常光屈折率ｎ_ｅのいずれか一方と概ね等しいことが好ましい。本発明の実施の形態では、簡単のため、光学等方性媒質の屈折率ｎ_ｓが常光屈折率ｎ_ｏと等しい場合について説明する。

図５には、入射偏光方向がｎ_ｅ方向と等しく（θ＝０度）、ｎ_ｏ＝ｎ_ｓとしたときの、回折素子の０次透過率および１次回折効率を２つの波長λ_１（＝７８０ｎｍ）と波長λ_２（＝６５０ｎｍ）について示した。図５から明らかなように、Δｎｄ_１／λ_２が整数倍のとき、波長λ_２の光の回折効率は小さくほとんど透過する。これに対して波長λ_１の光は、回折する。

しかし、Δｎｄ_１／λ_２＝１では、波長λ_１の回折効率が１０％程度あり、波長λ_１の回折比（０次透過率／１次回折効率）が７．４と、上記の値（１０から２５程度）に比してかなり小さい（１次回折効率が大きい）ことがわかる。このままでは、光ヘッド用としては使いにくい。同様に、Δｎｄ_１／λ_２＝２でも、波長λ_１の回折効率が高すぎる。このように波長λ_２の光が透過する条件を満たす回折素子の回折効率は離散的で、光ヘッド装置に応用する場合、回折効率が高すぎたり、低すぎたりして所望の特性を得られない場合が多い。

本発明の回折素子は、上記の入射偏光方向がｎ_ｅ方向となす角度θを調節することによって、所望の回折比を得るものである。図６は、入射偏光方向がｎ_ｅ方向となす角度θを変えた場合の回折効率と回折比のグラフを示す図である。図６では、Δｎｄ_１／λ_２＝１の関係が成り立つ場合について示した。ここで、波長λ_２の光に対して、１次回折効率がほぼ０であり、０次透過率がほぼ１００％であったため、図６には、これらのグラフを省略して表した。

このように波長λ_２の光はほぼ透過し、波長λ_１（７８０ｎｍ）の光に対しては角θを０度から大きくすることにより、１次回折効率を小さくすることができるため、角θを適切な値に設定することによって所望の回折比を得ることができる。例えば、角θが４５度付近で、１次回折効率が約５％、回折比が１７．３となり、光ヘッド用の３ビーム回折素子として好ましい回折効率を得ることができる。

また、同様にΔｎｄ_２／λ_１が整数倍のときは、波長λ_１の光は透過し、波長λ_２に対して所望の回折効率を得ることができる。また、角θは第１の回折格子と第２の回折格子とで同じとするのでもよいし、第１の回折格子と第２回折格子とでｎ_ｅ方向を変え、θを異なるようにするのでもよい。これらの回折格子を図２に示すように、第１の回折格子および第２の回折格子として用いることでそれぞれの波長専用の回折格子を有する回折素子を実現できる。

第１の回折格子と第２の回折格子とを別部品として作成し、光ヘッド装置に別々に備え付けることも考えられるが、一体化することで光ヘッド装置の部品点数が削減でき好ましい。また、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場合には、第２の回折格子（ＤＶＤ回折効率）のみでもよい。また、図２等に示す格子のデューティ（格子の１周期に占める光学異方性媒質幅）を変えることでも調整が可能である。

以上の説明では、光学等方性媒質の屈折率ｎ_ｓが光学異方性媒質の常光屈折率ｎ_ｏに等しいとして説明したが、異常光屈折率ｎ_ｅに等しいとしてもよい。また、ｎ_ｏ＜ｎ_ｅであってもｎ_ｅ＜ｎ_ｏであっても、角θを調整して所望の回折比を得ることができる点は変わりない。

ここで、光学異方性媒質としては、低分子の液晶を重合した高分子液晶を用いることで作成できる。他にも複屈折を有する有機膜や、ＬｉＮｂＯ_３や水晶等の複屈折を有する単結晶などを用いることができる。有機物質を光学異方性媒質２１１、２２１とする場合（以下、この媒質を「有機光学異方性媒質」という。）、例えば、基板上に成膜した有機光学異方性媒質をエッチング技術によってパターニングし格子状の凹凸を作成し、格子の凹部に光学等方性媒質２１２、２２２を充填することによって図２に示す回折素子２００を作成できる。

基板２０３〜２０５は、例えば、ガラス、アクリル樹脂やポリカーボネート等のプラスティック材料、その他の透明な材質を用いて実現できる。

また、回折素子２００を、偏光状態を変化させる位相板（例えば、１／４波長板や１／２波長板など。）と組み合わせて使用することで、回折素子２００を透過した光の偏光状態を変化させることができ、調整の自由度を広げることができて好ましい。また、本発明の回折素子を透過した光の偏光状態は、光学異方性媒質２１１、２２１の影響で入射した光の偏光状態と異なることがある。この偏光状態の変化が問題となる光ヘッド装置の場合には、この偏光状態の変化をキャンセルするような位相板を積層することが好ましい。また、出射した光を円偏光としたり、直線偏光の偏光方向を変換したりするような位相板を用いることもできる。

また、入射光の偏光方向が、素子構成のばらつきや、回折素子が温度特性を有することなどで大きく変化する場合には、偏光方向によって回折効率が大きく異なる偏光回折素子を用いて、本発明の回折素子２００に入射すべき光の偏光方向と偏光回折素子の０次透過率が高い偏光方向とを一致させ、入射光の偏光方向を調整することによって、回折効率のばらつきなどを抑えることができ好ましい。このとき用いる偏光回折素子としては、０次透過率の最も高い偏光方向と最も低い偏光方向の０次透過率の比（消光比）は５対１以上が好ましく、さらに消光比が１０対１以上とすることで、本発明の回折格子に入射する偏光方向がより安定し好ましい。また、この偏光回折素子は偏光方向を安定化させるために用いるものであって、同様の機能があれば偏光ビームスプリッタや、偏光板を用いてもよい。

なお、これらの位相板や偏光回折素子は、本発明の回折素子２００と回転方向を合わせて使用することで特性を安定させることができるために、位相板や偏光回折素子と回折素子２００とを別部品として使用するよりも一体化して使用する方が、取り扱いが容易になる等、好ましい。また、一体化することで部品点数も削減でき好ましい。

図１に、本発明の光ヘッド装置の概念的な構成図を示す。この実施例では、１つのパッケージに光源１０１、１０２である２つの半導体レーザを設け、各光源１０１、１０２は、異なる波長（７８０ｎｍ帯と６５０ｎｍ帯）で発振するようになっている。光源１０１、１０２から出た光は、回折素子２００を透過し、トラッキング用の３ビームとなり（図には簡単のため０次光のみ記載）、コリメータレンズ１０３、対物レンズ１０５を透過し、光ディスク４００に集光される。光ディスク４００から反射された光は、対物レンズ１０５を透過し、ビームスプリッタ１０４で反射されて光検出系１０６に導かれる。

図３に、本発明の回折格子の構造の一例を概念的に示す。本発明の回折素子３００では、基板２０３上の第１の回折格子と、ガラス基板２０４上の第２回折格子を有する。まず、基板２０３上に配向させた低分子の液晶を重合して高分子液晶としたものを光学異方性媒質２１１として用いる。この高分子液晶からなる光学異方性媒質２１１の厚さｄ_１は、約３．２５μｍ、異常光屈折率ｎ_ｅは１．７２、常光屈折率ｎ_ｏは１．５２である。フォトリソエッチング法を用いてこの高分子液晶をエッチングし、凹凸を有する回折格子パターンを作成する。なお、この回折格子パターンを、ＣＤ用の３ビーム発生用の格子ピッチと回折方向となるように形成する。

同様に、基板２０３の場合と同様に、ガラス基板２０４上に配向させた高分子液晶を光学異方性媒質２２１として形成する。この光学異方性媒質２２１の厚さｄ _２ は、約３．９μｍ、異常光屈折率ｎ_ｅは１．７２、常光屈折率ｎ_ｏは１．５２である。フォトリソエッチング法を用いてこの高分子液晶をエッチングし、凹凸を有する回折格子パターンを作成する。そして、この回折格子パターンを、ＤＶＤ用の３ビーム発生用の格子ピッチと回折方向となるように形成する。

最後に、基板２０３とガラス基板２０４とを対向させて、この凹凸に屈折率ｎ_ｓが１．５２（常光屈折率ｎ_ｏと同じ）の樹脂を光学等方性媒質３０２として充填する。その際、対向させる面は、図３に示すように、光学異方性媒質２１１、２２１を有する面とした。

ここで、第１の回折格子については、Δｎｄ_１／λ_２＝３．２５×（１．７２−１．５２）／０．６５＝１の条件が満たされている。この回折素子に、ｎ_ｅ方向と入射偏光方向のなす角θを４５度として上記２つの波長で回折効率を測定した。その結果、波長６５０ｎｍに対してはほとんど透過し、波長７８０ｎｍに対してはθ＝４５度付近で１次回折効率が約５％で回折比が１７．３となった。

また、第２の回折格子については、Δｎｄ_２／λ_１＝３．９×（１．７２−１．５２）／０．７８＝１の条件が満たされている。この回折素子に、ｎ_ｅ方向と入射偏光方向のなす角θを５３度として上記２つの波長で回折効率を測定した。その結果、波長７８０ｎｍに対してはほとんど透過し、波長６５０ｎｍに対しては１次回折効率が約５％で回折比が１７．３となった。

このように、第１の回折格子はＣＤ用光（波長λ_１：７８０ｎｍ）のみを、第２の回折素子はＤＶＤ用光（波長λ_２：６５０ｎｍ）のみを、それぞれ所望の回折効率で回折し、回折格子パターンの方向・ピッチを、それぞれのディスクに適したものとすることができる。そして、この光ヘッド装置を用いてＤＶＤおよびＣＤとも良好な再生特性を得られた。また、このときＤＶＤもＣＤもほぼ同じトラッキング信号レベルを得ることができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置は、異なる波長λ_１、λ_２の光を別個に回折させる２つの回折格子を設け、回折対象でない波長の光を透過するようにし、光学異方性媒質が異常光屈折率を有する方向と、入射光の偏光方向とがなす角を調節して回折比を設定できるようにするため、異なる波長の複数の光源を用いる場合でも、各波長の光線に対して適切な回折効率を確保できる。なお、回折格子を１つとした場合も同様の効果を得ることができる。

また、光学異方性媒質を、液晶を高分子化した高分子液晶を含む材料で構成するため、記録・再生用の光の波長を容易に切り替えることができ、簡易に製造できる。

さらに、複数の回折格子を１つの回折素子内に一体として設けたり、位相板と回折素子とを一体として構成したり、偏光回折素子と回折素子とを一体としたりするため、部品点数を削減できる。

本発明にかかる回折素子および光ヘッド装置は、異なる波長の複数の光源を用いる場合でも、各波長の光線に対して適切な回折効率を確保できるという効果を有し、複数種類の光記録媒体への記録・再生を行うための回折素子および光ヘッド装置等として有用である。

本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置の概念的な構成を示す図。 本発明の実施の形態に係る回折素子の概念的な一構成例を示す図。 基板点数を削減した、本発明の実施の形態に係る回折素子の概念的な一構成例を示す図。 本発明の回折素子の入射偏光方向と光学異方性媒質の光学軸との関係の一例を示す模式図。 回折素子の回折効率とΔｎｄ_１／λ_２との関係の一例を示すグラフ。 回折素子の回折効率の角θ依存性の一例を示すグラフ。

符号の説明

１００ 光ヘッド装置
１０１、１０２ 光源
１０３ コリメータレンズ
１０４ ビームスプリッタ
１０５ 対物レンズ
１０６ 光検出系
２００、３００ 回折素子
２０１、２０２ 回折格子
２０３、２０４、２０５ 基板
２１１、２２１ 光学異方性媒質
２１２、２２２、３０２ 光学等方性媒質
２３０ 光の入射方向
４００ 光ディスク

Claims (6)

1. 少なくとも２つの異なる波長λ_１ の光、波長λ_２ （λ _１ ≠λ _２ ）の光を出射する光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に回折素子を備えた光ヘッド装置において、
   前記回折素子は、第１の回折格子と第２の回折格子を備え、
   前記第１の回折格子は、前記第１の回折格子の面に垂直な方向に、回折にかかわる厚さｄ_１を有する第１の光学異方性媒質と屈折率ｎ_ｓ１ の第１の光学等方性媒質が周期的に交互に配列され、
   前記第１の光学異方性媒質の常光屈折率ｎ_ｏ１ と異常光屈折率ｎ_ｅ１ との差Δｎ _１ と前記厚さｄ_１との積が前記波長λ_２の概ね整数倍であり、前記第１の光学等方性媒質の屈折率ｎ_ｓ１ が前記常光屈折率ｎ_ｏ１ または前記異常光屈折率ｎ_ｅ１ のいずれかと等しいように構成され、
   前記第２の回折格子は、前記第２の回折格子の面に垂直な方向に、回折にかかわる厚さｄ _２ を有する第２の光学異方性媒質と屈折率ｎ _ｓ２ の第２の光学等方性媒質が周期的に交互に配列され、
   前記第２の光学異方性媒質の常光屈折率ｎ _ｏ２ と異常光屈折率ｎ _ｅ２ との差Δｎ _２ と前記厚さｄ _２ との積が前記波長λ _１ の概ね整数倍であり、前記第２の光学等方性媒質の屈折率ｎ _ｓ２ が前記常光屈折率ｎ _ｏ２ または前記異常光屈折率ｎ _ｅ２ のいずれかと等しいように構成され、
   前記波長λ _１ の光の偏光方向は、前記第１の回折格子の前記第１の光学異方性媒質の異常光屈折率ｎ_ｅ１ を有する方向と常光屈折率ｎ_ｏ１ を有する方向との間にあるとともに、
   前記波長λ _２ の光の偏光方向は、前記第２の回折格子の前記第２の光学異方性媒質の異常光屈折率ｎ _ｅ２ を有する方向と常光屈折率ｎ _ｏ２ を有する方向との間にあって、
   前記波長λ _１ の光および前記波長λ _２ の光において１次回折効率に対する０次回折効率の比が１０から２５の範囲の値となるように、入射する前記波長λ _１ の光の偏光方向と前記第１の回折格子の前記異常光屈折率ｎ _ｅ１ を有する方向との角度、および、入射する前記波長λ _２ の光の偏光方向と前記第２の回折格子の前記異常光屈折率ｎ _ｅ２ を有する方向との角度、が調整されることを特徴とする光ヘッド装置。
2. 前記第１の回折格子と前記第２の回折格子とが一体化されている請求項１に記載の光ヘッド装置。
3. 前記第１の光学異方性媒質および／または前記第２の光学異方性媒質は、液晶を高分子化した高分子液晶を含む材料からなる請求項１または請求項２に記載の光ヘッド装置。
4. 前記回折素子を透過する透過光の偏光状態を変える位相板を、前記回折素子と一体に構成した請求項１から３のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
5. 偏光方向によって回折効率の異なる偏光回折素子を、前記回折素子と一体に構成した請求項１から４のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
6. 前記波長λ _１ は、ＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯であり、前記波長λ _２ はＣＤ用の７８０ｎｍ帯である請求項１から５のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。

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