WO2007069660A1 - 波長選択回折素子及び光ヘッド装置 - Google Patents

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WO2007069660A1
WO2007069660A1 PCT/JP2006/324873 JP2006324873W WO2007069660A1 WO 2007069660 A1 WO2007069660 A1 WO 2007069660A1 JP 2006324873 W JP2006324873 W JP 2006324873W WO 2007069660 A1 WO2007069660 A1 WO 2007069660A1
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wavelength
light
diffraction element
selective diffraction
wavelength selective
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Application number
PCT/JP2006/324873
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English (en)
French (fr)
Inventor
Atsushi Koyanagi
Hiromasa Sato
Yukihiro Tao
Koji Miyasaka
Original Assignee
Asahi Glass Co., Ltd.
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • G02B5/1871—Transmissive phase gratings
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1353—Diffractive elements, e.g. holograms or gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings

Definitions

  • Wavelength selective diffraction element and optical head device Wavelength selective diffraction element and optical head device
  • the present invention relates to a wavelength selective diffraction element and an optical head device that selectively diffract light having a plurality of different wavelengths.
  • a conventional wavelength selective diffraction element includes a glass substrate and a dielectric material periodically formed on the glass substrate, and the dielectric material is incident on incident light of the first wavelength.
  • the optical path difference length between the part on the glass substrate and the part not on the glass substrate is an integral multiple of the first wavelength, the incident light of the first wavelength is transmitted, and the incident light of the second wavelength is incident
  • the optical path difference length described above is set to a non-integer multiple of the second wavelength so that incident light of the second wavelength is diffracted (see, for example, Patent Document 1).
  • the condition that the optical path length difference is an integral multiple of the first wavelength with respect to the incident light of the first wavelength is the incident of the second wavelength.
  • a wavelength selective diffraction element as shown in Patent Document 2 has been proposed.
  • the wavelength selective diffraction element disclosed in Patent Document 2 includes a transparent substrate on which a periodic concavo-convex-shaped grating is formed, and a filling member filled in the concavo-convex part of the grating.
  • Any of the concavo-convex member and the filling member forming the organic material includes an organic pigment having a light absorption edge in a wavelength region shorter than the first wavelength, and the concavo-convex member and the filling member are either the first wavelength or the second wavelength.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 4-129040
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-318306
  • the wavelength of the absorption edge of the concavo-convex member is 580 ⁇ ! Because it uses organic pigments of ⁇ 600nm! /, It can handle 650nm band and 790nm band light used for DVD and CD respectively.
  • next generation DVD using 405nm band blue laser light In this case, the blue laser light will be absorbed by the concavo-convex member, and it will not be possible to selectively diffract light of the three wavelengths used in the next generation DVD, DVD and CD. was there.
  • the present invention has been made to solve the conventional problems, and provides a wavelength selective diffraction element and an optical head device capable of selectively diffracting light in a wider wavelength range than the conventional one.
  • the purpose is to provide.
  • the wavelength selective diffraction element of the present invention includes a transparent substrate having translucency, an uneven portion formed on the transparent substrate and periodically formed with an uneven shape extending in one direction, and the uneven portion.
  • the concave-convex portion and the filling portion each have a first filling portion filled with at least the concave portion.
  • the first optical isotropic material and the second optical isotropic material are both formed of the optical isotropic material and the second optical isotropic material.
  • the wavelength selective diffraction element according to the present invention can selectively diffract incident light having a plurality of different wavelengths without absorbing light in a specific wavelength range. It is possible to selectively diffract light in a wider wavelength range than conventional ones.
  • the wavelength selective diffraction element of the present invention it is preferable that the uneven portion and the filling portion have a configuration in which light absorption edge wavelengths are different from each other. [0010] With this configuration, the wavelength selective diffraction element of the present invention has the same refractive index with respect to light having at least one wavelength among a plurality of different wavelengths of incident light. Have different refractive indices for light with at least one different wavelength
  • the wavelength selective diffraction element of the present invention is preferably the first optically isotropic material and the second optically isotropic of the plurality of different wavelengths of the incident light. If the difference between the refractive index of the first optical isotropic material and the refractive index of the second optical isotropic material for light having a wavelength ⁇ having a refractive index different from that of the material is ⁇ , d ( ⁇ ) / ⁇ The absolute value of the value obtained by dividing ⁇ by ⁇ is 0.05 / nm or less.
  • the wavelength selective diffraction element of the present invention can suppress the variation ratio of the refractive index difference between the concave and convex portions and the filling portion, and thus selectively select light having a plurality of different wavelengths. Stabilization of the diffracting operation can be achieved.
  • the wavelength of light having a plurality of different wavelengths is ⁇ ,
  • the concavo-convex portion and the filling portion have different refractive indexes with respect to light having the wavelength ⁇ 1, and light having the wavelength ⁇ 2 and wavelength ⁇ 3
  • the structure which has the same refractive index with respect to the light which has is provided.
  • the wavelength selective diffraction element of the present invention diffracts light of wavelength ⁇ 1 and transmits light of wavelengths 2 and 3, so that light in a specific wavelength range is absorbed. It can selectively diffract light in a wider wavelength range than the ones.
  • the wavelength of light having a plurality of different wavelengths is ⁇ ,
  • the concave and convex portions and the filling portion have the same refractive index with respect to light having the wavelength ⁇ 1, and the light having the wavelength ⁇ 2 and the wavelength ⁇ 3 are It has a configuration having a different refractive index for the light it has.
  • the wavelength selective diffractive element of the present invention transmits light of wavelength ⁇ , and extends the wavelength.
  • Light in the wavelength range can be selectively diffracted.
  • the wavelength selective diffraction element of the present invention preferably has a configuration in which the uneven portion and the filling portion are installed only in a part of an effective region that is a region where the incident light is incident. I have.
  • the wavelength selective diffraction element of the present invention diffracts light having a wavelength of, for example, 1 in a part of the effective region where the concavo-convex portion and the filling portion are formed. Therefore, the light of a specific wavelength can be reduced or shielded only in a part of the effective area.
  • the concave and convex portions and the filling portion are formed concentrically in an effective region which is a region where the incident light is incident on the transparent substrate.
  • the concavo-convex part becomes smaller as it approaches the outer peripheral part of the center part force.
  • the optical head device of the present invention includes a light source that emits incident light having a plurality of different wavelengths, an objective lens that condenses the light on a recording layer of an optical disc, and reflected light from the optical recording medium.
  • a wavelength selective diffraction element is installed on the optical path between the light source and the objective lens or on the optical path between the objective lens and the photodetector.
  • the wavelength selective diffractive element selectively diffracts light having a plurality of different wavelengths, so that light in a specific wavelength range is absorbed.
  • Light in a wider wavelength range than the conventional one can be selectively diffracted, and a wide range of compatibility of optical storage media can be achieved.
  • the present invention can provide a wavelength selective diffractive element and an optical head device having an effect of selectively diffracting light in a wider wavelength range than conventional ones.
  • FIG. 1 (a) Conceptual diagram showing a state in which wavelength ⁇ incident light is diffracted by the wavelength selective diffraction element according to the first embodiment of the present invention. (B) According to the first embodiment of the present invention. Conceptual diagram showing a state in which wavelength-selective diffraction light is transmitted by a wavelength-selective diffraction element
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the wavelength and transmittance of incident light incident on the concave and convex portions and the filling portion in the wavelength selective diffraction element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a measurement result of transmittance of the wavelength selective diffraction element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the configuration of the optical head device according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 5 (a) Schematic diagram showing a state in which incident light of wavelength ⁇ is transmitted by the wavelength selective diffraction element according to the second embodiment of the present invention. (B) In the second embodiment of the present invention. Conceptual diagram showing a state in which the wavelength or the incident light is diffracted by the wavelength selective diffraction element.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the wavelength and the transmittance of incident light incident on the concavo-convex part and the filling part in the wavelength selective diffraction element according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a computer simulation result of diffraction efficiency of the wavelength selective diffraction element according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 (a) A plan view showing a configuration of a wavelength selective diffraction element according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 Conceptual diagram showing the configuration of the optical head device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing a state in which incident light of wavelength ⁇ is diffracted by the wavelength selective diffraction element according to the third embodiment of the present invention, and incident light of wavelengths ⁇ and ⁇ is transmitted.
  • FIG. 11 is a schematic plan view of a wavelength selective diffraction element according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing the configuration of an optical head device according to a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram of a spot shape on an optical detector generated by a wavelength selective diffraction element according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 (a) A plan view showing a configuration of a wavelength selective diffraction element according to a fifth embodiment of the present invention. (B) A configuration of a wavelength selective diffraction element according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram showing a configuration of an optical head device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 shows the incidence of wavelength ⁇ by the wavelength selective diffraction element according to the fifth embodiment of the present invention.
  • Conceptual diagram showing the state of recording and playback on optical discs with different cover layer thicknesses and NA (numerical aperture) by linearly transmitting and diffracting light
  • the wavelength selective diffraction element according to the present embodiment will be described by taking an example in which the BD (Blu-ray Disc) or HD DVD (High Definition DVD) and DVD and CD standards are used.
  • BD or HD DVD is simply referred to as “BD etc.”.
  • the wavelength of light used for recording / reproduction of DVD and CD, such as BD is set to ⁇
  • the wavelengths ⁇ , ⁇ and ⁇ are respectively the wavelength 405 nm band
  • the 405 nm band, the 660 nm band, and the 780 nm band are wavelength ranges of 405 ⁇ 15 nm, 660 ⁇ 15 nm, and 780 ⁇ 20 nm, respectively.
  • the wavelength selective diffraction element 10 is formed of a pair of transparent substrates 11 and 12 and an uneven shape that is formed on the transparent substrate 11 and extends in one direction is periodic.
  • the concavo-convex portion 13 having the concavo-convex shape formed on the concavo-convex portion and the filling portion 14 filled so as to fill at least the concave portion of the concavo-convex portion 13 are provided.
  • the direction in which the concavo-convex portion 13 extends in the substrate plane may be parallel to each other or concentric.
  • the cross-sectional shape of the concavo-convex portion 13 that is, the lattice, a rectangular shape, a sawtooth shape, or a shape approximating a desired sawtooth shape to a step shape can be used.
  • a similar grating may be formed on the entire surface of the effective area where incident light is incident on the substrate surface, but the substrate surface is divided, and the extension direction and cross-sectional shape of the grating are changed depending on the divided portion. It is also possible to form a lattice only in a part of the effective area.
  • FIG. 1 (a) a state in which light of wavelength ⁇ is incident on the wavelength selective diffraction element 10 and is diffracted is shown.
  • Fig. 1 (b) the wavelength or the light is selected.
  • the transparent substrates 11 and 12 are made of a material that does not substantially absorb light having the wavelength used in the wavelength selective diffraction element 10 according to the present invention. It is composed of a glass substrate or the like. From the viewpoint of ensuring reliability, the glass substrate is preferably used. In order to reduce reflection loss, an antireflection film may be formed on the substrate interface. In consideration of mass productivity, the transparent substrates 11 and 12 are preferably flat as shown in the figure, but the present invention is not limited to this, and a substrate having a curved surface such as a plastic lens may be used. [0032] The uneven portion 13 and the filling portion 14 are each made of an optically isotropic material.
  • the concavo-convex portion 13 and the filling portion 14 are made of, for example, a polymer material such as polyester, polyether, acrylic, or epoxy.
  • a polymer material such as polyester, polyether, acrylic, or epoxy.
  • the polymerization method for producing these polymer materials include a photopolymerization method and a thermal polymerization method.
  • the concave and convex portion 13 has a lattice shape such as a binary type, a blaze type, or a pseudo blaze type, for example, processing of a polymer film by lithography or etching using a photomask, a mold or a glass type. It is formed by the 2P method, imprint, injection molding, etc. used.
  • the concave and convex portion 13 and the filling portion 14 have different wavelengths, ⁇ , and diameter, respectively.
  • each of the concavo-convex portion 13 and the filling portion 14 has a long wavelength end of the light absorption wavelength region in a wavelength region shorter than the 405 nm band (405 ⁇ 15 nm) (not including the 405 nm band).
  • the concavo-convex portion 13 and the filling portion 14 are made of an optically isotropic material that does not absorb the! / And shift of light in the 405 nm band, 660 nm band, and 780 nm band exemplified in the present embodiment. ing.
  • the molar absorption coefficient of the polymer material constituting the uneven portion 13 and the filling portion 14 is preferably 10 or less in the wavelength band used. It should be noted that the phrase “not absorbed” described above does not only indicate that there is no absorption at all, but there may be absorption within the allowable range for use.
  • the concavo-convex portion 13 and the filling portion 14 have different refractive indices with respect to incident light in the wavelength 405 nm band, and for incident light in the wavelength 660 nm band and 780 nm band. It is composed of a polymer material having the same refractive index. Therefore, the wavelength selective diffraction element 10 according to the present embodiment diffracts incident light having a wavelength of 405 nm and directly transmits incident light having a wavelength of 660 nm and 780 nm.
  • the “same refractive index” described above is not limited to a refractive index that completely matches, but may be a value that can be regarded as almost the same in use.
  • the concave and convex portions 13 and the filling portion 14 are selected.
  • Each of the 14 refractive indices can be different. For example, by setting the absorption edge wavelength of the uneven portion 13 to 290 nm and the absorption edge wavelength of the filling portion 14 to 260 nm, the refractive index difference ⁇ between the uneven portion 13 and the filling portion 14 in the 405 nm band is about 0.01. Can be rubbed.
  • the refractive index difference ⁇ becomes smaller, the zero-order diffraction efficiency for the desired wavelength, that is, the height of the diffraction grating that minimizes the transmittance of straight light and maximizes the first-order diffraction efficiency, that is, the uneven portion in FIG. Since the thickness d of 13 is increased, the inventors have found that the refractive index difference ⁇ between the concavo-convex part 13 and the filling part 14 in the wavelength 405 nm band is preferably 0.001 or more. Yes.
  • the thickness d of the concavo-convex portion 13 is preferably about 1 ⁇ to 50 / ⁇ m because the thickness variation in the manufacturing process increases as the thickness decreases, and the light utilization efficiency decreases as the thickness increases. .
  • the ratio between the refractive index difference ⁇ wavelength gradient and the refractive index difference ⁇ (d ( ⁇ ) / ⁇ ) ⁇ (hereinafter referred to as “ It was found that by setting the “wavelength gradient refractive index ratio”) to 0.05 Znm or less, good characteristics can be obtained over the entire wavelength range.
  • the wavelength selective diffractive element 10 of the present invention in which the grating height is 20 m so that the refractive index is the smallest and the first-order diffraction efficiency is maximized, the wavelength gradient refractive index ratio is 0.05 Znm or less.
  • the refractive index difference ⁇ with respect to light with wavelengths of 400 nm and 410 nm is suppressed to a range of ⁇ 25%. %, 1st-order diffraction efficiency change is about 7%. That is, it can be suppressed to 20% or less and 10% or less, respectively.
  • the wavelength selective diffraction element of the present invention has the above-described configuration, even if the wavelength of the emitted light of the light source used in combination varies within a wavelength range of ⁇ 5 nm with respect to the center wavelength, even in this wavelength range! Therefore, it is preferable because good characteristics are obtained.
  • the wavelength gradient refractive index ratio is expressed in a differential form, in actual examination, as described above, ⁇ is about ⁇ 5 nm, and each amount of change is obtained. I am.
  • the temperature selection range when the wavelength selective diffraction element 10 is used in an optical head device for example, ⁇ 10 ° C. to 80 ° C. is also applied to temperature fluctuations as described above.
  • the change in the 0th-order diffraction efficiency is reduced to 10% or less, and the change in the first-order diffraction efficiency is 5%. % Or less can be suppressed respectively.
  • the wavelength selective diffraction element of the present invention when used in combination with a light source such as a semiconductor laser light source whose emission wavelength fluctuates due to temperature change, it is preferable because good characteristics can be maintained during temperature change.
  • the temperature characteristics can be further improved by forming at least one of the uneven portion 13 and the filling portion 14 in a laminated structure.
  • wavelength selective diffraction element 10 Next, specific examples of the wavelength selective diffraction element 10 according to the present embodiment will be described. Note that the materials and manufacturing methods described below are examples, and the present invention is not limited to these.
  • a first photopolymerizable polymer is formed in a monomer state on a transparent substrate 11 made of a glass substrate by spin coating.
  • the formed monomer is polymerized by ultraviolet irradiation to form a photopolymer, and a polymer film having a thickness of 25 m is produced. Further, the polymer film is formed in a pitch lattice pattern by dry etching to form the uneven portion 13.
  • the lattice-shaped uneven portion 13 is filled with the second photopolymerizable polymer in a monomer state, and a transparent substrate 12 composed of a glass substrate is further laminated. Then, the wavelength selective diffraction element 10 is obtained by polymerizing the filled monomer by ultraviolet irradiation.
  • the first and second photopolymerizable polymers described above can be obtained, for example, by mixing any one or a plurality of polymer materials such as polyester, polyether, acrylic, and epoxy.
  • the refractive indexes of the concave and convex portions 13 and the filling portion 14 do not match in the wavelength 405 nm band so as to diffract light in the wavelength band 405 nm and transmit light in the wavelength bands 660 nm and 780 nm.
  • any one of the above-mentioned polyester-based monomers or the like, or a plurality of the same or different types are mixed so as to ensure a degree of polymerization that can ensure reliability such as light resistance and durability.
  • Using the material create the uneven part 13 and the filling part 14. To make.
  • the transmittance of the wavelength selective diffraction element 10 manufactured under the conditions described above was measured using a light source device including a tungsten halogen lamp and a deuterium lamp, and a spectroscope. As a result, as shown in FIG. 3, the transmittance of light at a wavelength of 405 nm was about 5%, and the transmittance of light at wavelengths of 660 ⁇ m and 780 nm was both about 87%. Therefore, the wavelength selective diffraction element 10 according to the present embodiment can diffract light having a wavelength of 405 nm and transmit light having wavelengths of 660 nm and 780 nm.
  • the wavelength selective diffraction element 10 according to the present embodiment is mounted on an optical head device and the optical head device reads information recorded on a BD or the like and a DVD will be described as an example.
  • This optical head device uses a three-beam method for tracking control when reading information recorded on a BD or the like.
  • the concave-convex portion 13 and the filling portion 14 have a refractive index difference ⁇ with respect to light of a wavelength of 405 nm band is 0.001.
  • the obtained wavelength selective diffraction element 10 has a light amount ratio between the light amount of the 0th-order diffracted light and the light amount of ⁇ 1st-order diffracted light, and is suitably applied as a diffraction grating for generating three beams.
  • the light intensity of ⁇ 1st order diffracted light is the average light intensity of + 1st order diffracted light and 1st order diffracted light.
  • an optical head device 100 converts a light source 101 that emits laser light, a wavelength selective diffraction element 10, a beam splitter 102 that transmits laser light, and parallel light into laser light.
  • a collimator lens 103, an objective lens 104 for condensing on the recording layer 111 of the optical disc 110, and a photodetector 105 for detecting reflected light from the optical disc 110 are provided.
  • the light source 101 is composed of, for example, a semiconductor laser diode, generates laser light having a wavelength corresponding to the type of the optical disk 110, and emits the laser light to the wavelength selective diffraction element 10.
  • the laser light generated in this embodiment has a 405 nm band (wavelength) and a 660 nm band (wavelength laser).
  • Laser light For example, a plurality of light sources that emit laser beams having different wavelengths may be provided, and laser light may be emitted from each light source to the wavelength selective diffraction element 10.
  • the wavelength selective diffraction element 10 transmits the laser light having the wavelength ⁇ without being diffracted (0th-order diffracted light). And three beams including the light ( ⁇ first-order diffracted light) diffracted from the laser light having the wavelength ⁇ are output to the beam splitter 102.
  • the wavelength selective diffraction element 10 has a wavelength
  • the light is transmitted and output to the beam splitter 102.
  • the beam splitter 102 is made of a light-transmitting material, such as glass or plastic, and includes a reflecting surface that reflects the reflected light from the optical disc 110.
  • the collimator lens 103 is made of a translucent material, such as glass or plastic, and collimates incident laser light.
  • the objective lens 104 has a predetermined diameter (numerical aperture), condenses the laser light incident from the collimator lens 103 on the recording layer 111 of the optical disc 110, and captures the reflected light from the recording layer 111. It is supposed to be.
  • the photodetector 105 includes, for example, a lens, a photodiode, and the like, and converts reflected light from the optical disk 110 reflected by the reflecting surface of the beam splitter 102 into an electric signal.
  • the photodetector 105 receives the reflected light of three beams of the wavelength, receives the main beam generated by the next-order folding light, and the two sub-beams generated by the first-order diffracted light.
  • a tracking error signal is detected based on the light amount difference between the sub beams and is output to a tracking control unit (not shown).
  • optical head device 100 Next, the operation of the optical head device 100 according to the present embodiment will be described. First, the case where the optical disc 110 is a BD or the like will be described.
  • the wavelength-selective light emitted from the light source 101 is partially diffracted by the wavelength selective diffraction element 10.
  • light including 0th-order diffracted light and ⁇ 1st-order diffracted light is emitted from the wavelength selective diffraction element 10, passes through the beam splitter 102, and is collimated by the collimator lens 103.
  • the parallel light emitted from the collimator lens 103 is collected by the objective lens 104 onto the information recording track of the optical disc 110 as 0th-order diffracted light and ⁇ 1st-order diffracted light force S3 beam.
  • the light reflected by the optical disk 110 is transmitted again through the objective lens 104 and the collimator lens 103, reflected by the beam splitter 102, and the main beam generated by the 0th-order diffracted light and the first-order diffracted light.
  • the two sub beams generated by the above are condensed on the light receiving surface of the photodetector 105. Then, based on the light amount difference between the two sub-beams by the photodetector 105 A tracking error signal is detected and output to a tracking control unit (not shown).
  • the optical head device 100 uses the photodetector 105 to reproduce a BD or the like, thereby performing focusing error signal detection and pit signal detection on the optical disc information recording surface by the astigmatism method. It can be carried out. Furthermore, the optical head device 100 can detect the tracking error signal by the three-beam method by receiving ⁇ first-order diffracted light by the photodetector 105.
  • optical disc 110 is a DVD
  • light of a wavelength emitted from the light source 101 is transmitted straight without being diffracted by the wavelength selective diffraction element 10.
  • the light passes through the beam splitter 102 and is collimated by the collimator lens 103.
  • the parallel light is condensed on the information recording track of the optical disc 110 by the objective lens 104.
  • the light reflected by the optical disk 110 passes through the objective lens 104 and the collimator lens 103 again, is reflected by the beam splitter 102, and is collected on the light receiving surface of the photodetector 105.
  • the light of the wavelength is transmitted straight without being diffracted by the wavelength selective diffraction element 10.
  • the optical head device 100 separately uses a tracking error signal detection by a one-beam push-pull method or the like to detect a focusing error signal on an optical disc surface by an astigmatism method and record information. Pit signal detection and the like can be performed stably.
  • the power described with respect to the example in which the wavelength selective diffraction element 10 is applied to the three-beam method with respect to light having a wavelength for BD or the like is not limited thereto.
  • the hologram diffraction grating As described above, the present invention may be applied to focusing signal detection.
  • the uneven portion 13 and the filling portion 14 have different wavelengths, ⁇ , and different wavelength ranges of the incident light.
  • It includes an optically isotropic material that has a light absorption wavelength range that absorbs light of a predetermined wavelength in the long range.
  • each light has the same refractive index, it is possible to selectively diffract light of different wavelengths and to absorb light of a specific wavelength range. Select light in a wider wavelength range It can be selectively diffracted.
  • the wavelength selective diffraction element 10 that can selectively diffract light in three different wavelength bands is provided, the BD or the like Information recorded on DVD and CD can be read more accurately.
  • the wavelength selective diffraction element 10 performs selective diffraction on the three wavelengths used for recording / reproducing DVD and CD, such as BD, ⁇ , and the like.
  • the force described by giving an example of performing the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even when the selective diffraction is performed for a plurality of different wavelengths.
  • the refractive index of the uneven portion 13 in the wavelength 405 nm band is set to be larger than the refractive index of the filling portion 14 (see FIG. 2).
  • the uneven portion 13 and the filling portion 14 are configured as follows.
  • the wavelength selective diffraction element 10 of the optical head device 100 has been described with an example in which the three-beam method is used in tracking control when reading information recorded on a BD or the like.
  • the present invention is not limited to such a diffraction element.
  • a hologram diffraction element that collects and diverges light by a curved pattern
  • an aberration correction element having a concentric diffraction pattern and a wavelength selection lens element. Applying to etc. Power S.
  • the diffraction pattern can be applied to a part of an effective region that is a region through which light is transmitted.
  • these elements are used by being installed between an objective lens and a collimator lens.
  • the installation location is not limited to this.
  • the configuration in which the wavelength selective diffraction element 10 is provided between the light source 101 and the beam splitter 102 of the optical head device 100 has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • the wavelength selective diffraction element 10 may be provided in the optical path between the light source 101 of the optical head device 100 and the objective lens 104.
  • the configuration of the wavelength selective diffraction element according to the second embodiment of the present invention will be described.
  • the wavelength selective diffraction element 10 see FIG. 1
  • the wavelength selective diffraction element according to the present embodiment is compatible with DVD and CD standards such as BD.
  • An explanation will be given with an example of adapting, and duplicate explanation will be omitted.
  • the wavelength selective diffraction element 20 has a pair of transparent substrates 21 and 22 and a concavo-convex shape formed on the transparent substrate 21 and extending in one direction is periodic. And a concavo-convex portion 23 having a concavo-convex shape and a filling portion 24 filled so as to fill at least the concave portion of the concavo-convex portion 23.
  • FIG. 5 (a) shows a state in which light of wavelength ⁇ is incident on the wavelength selective diffraction element 20 and is transmitted therethrough.
  • Fig. 5 (b) the wavelength or the light is selected.
  • the angle at which the 2nd order diffracted light is diffracted and the angle at which the ⁇ 1st order diffracted light with a wavelength of 3 is diffracted are strictly different.
  • the wavelength selective diffraction element 20 according to the present embodiment is different from the wavelength selective diffraction element 10 according to the first embodiment of the present invention in the configuration of the concavo-convex portion 23 and the filling portion 24. . Therefore, the configuration of the uneven portion 23 and the filling portion 24 will be described below, and the description of the other configurations will be omitted.
  • the uneven portion 23 and the filling portion 24 have the same refractive index with respect to incident light in a wavelength of 405 nm, and different refractions for incident light in a wavelength of 660 nm and 780 nm. It is composed of a material having a rate. Therefore, the wavelength selective diffraction element 20 according to the present embodiment can transmit incident light having a wavelength of 405 nm and diffract incident light having a wavelength of 660 nm and 780 nm.
  • the above-mentioned “same refractive index” is not limited to a refractive index that completely matches, but may be a value that can be regarded as almost the same in use.
  • the refractive index of the uneven portion 23 in the 660 nm band and the 780 nm band is set to be larger than the refractive index of the filled portion 24, but the uneven portion 23 and the filled portion are reversed so that the magnitude relationship is reversed. 24 may be configured.
  • a first photopolymerizable polymer is formed in a monomer state on a transparent substrate 21 made of a glass substrate by spin coating.
  • the formed monomer is polymerized into a photopolymer by ultraviolet irradiation, and a polymer film having a thickness of 18.5 / zm is produced.
  • a polymer film is formed in a lattice shape with a pitch of 12 ⁇ by dry etching to form the uneven portion 23.
  • the lattice-shaped concavo-convex portion 23 is filled with the second photopolymerizable polymer in a monomer state, and a transparent substrate 22 composed of a glass substrate is further laminated. Then, the wavelength selective diffraction element 20 is obtained by polymerizing the filled monomer by ultraviolet irradiation.
  • the first and second photopolymerizable polymers described above can be obtained, for example, by polymer materials such as polyester-based, polyether-based, acrylic-based, and epoxy-based materials, or a mixture thereof.
  • the refractive indexes of the concave and convex portions 23 and the filling portion 24 coincide with each other in the wavelength 405 nm band so that light in the wavelength 405 nm band is transmitted and light in the wavelength 660 nm band and 780 nm band is circulated.
  • the 0 curve shows the diffraction efficiency data of the 0th order diffracted light, that is, the transmittance data of the incident light, and the curve shown by 7? Shows the diffraction efficiency data of the 1st order diffracted light.
  • the wavelength selective diffraction element 20 transmits light in the wavelength band of 405 nm and can diffract light in the wavelength bands of 660 nm and 780 nm.
  • the wavelength selective diffraction element 20 according to the present embodiment can be mounted on an optical head device that reads information recorded on a BD or the like and a CD.
  • the optical head device can perform tracking control using the three-beam method when reading information recorded on a CD. it can.
  • the configuration of the optical head device in this case is the same as that of the optical head device 100 (see FIG. 4) according to the first embodiment of the present invention. Omitted.
  • the uneven portion 23 and the filling portion 24 have different wavelengths, ⁇ , and different wavelength ranges of the incident light. wave
  • It includes an optically isotropic material that has a light absorption wavelength range that absorbs light of a predetermined wavelength in the long range.
  • each light has a different refractive index, it is possible to selectively diffract light of different wavelengths, and a wider wavelength range than the conventional one that targets light of two wavelengths. Can be selectively diffracted.
  • the wavelength selective diffraction element 20 performs selective diffraction on the three wavelengths used for recording / reproducing DVD and CD, such as BD, ⁇ , and the light.
  • the force described by giving an example of performing the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even when the selective diffraction is performed for a plurality of different wavelengths.
  • the wavelength selective diffraction element according to the third embodiment of the present invention will be described. Note that, similarly to the wavelength selective diffraction element 10 (see FIG. 1) according to the first embodiment of the present invention, the wavelength selective diffraction element according to the present embodiment corresponds to the standards of DVD and CD such as BD. An explanation will be given using an example, and a duplicate description will be omitted.
  • the wavelength selective diffraction element 30 includes a refractive index difference ⁇ and a diffraction grating height force at a wavelength of 405 nm of the first and second photopolymerized polymers.
  • the point where the 0th-order diffracted light is minimized and the first-order diffraction efficiency is adjusted to the maximum with respect to the incident light, and the grating period of the concentric diffraction grating in the effective region where the incident light is incident is Except for the fact that it has a lattice pattern 31 as shown in the plan view and cross-sectional view of FIG. This has the same configuration as the wavelength selective diffraction element 10 according to the first embodiment.
  • the wavelength selective diffraction element 30 has, for example, a refractive index difference ⁇ with respect to light in a wavelength of 405 nm band of 0.008 and a thickness of an uneven portion of 25 m. .
  • an optical head device 300 includes a light source 301 that emits divergent laser light, a beam splitter 302 that transmits laser light, and a laser.
  • a collimator lens 303 for collimating the light; a wavelength selective diffraction element 30; an objective lens 304 for condensing on the recording layer 311 of the optical disk 310; and a light detector 305 for detecting reflected light from the optical disk 310.
  • the optical head device 300 uses the wavelength selective diffraction element 30 described above instead of the wavelength selective diffraction element 10 of the first embodiment, and the wavelength selective diffraction element 30 Except for being disposed between the collimator lens 303 and the object lens 304 in the forward optical path, it has the same configuration as the optical head device 100 (see FIG. 4) of the first embodiment.
  • the light source 301 is composed of, for example, a semiconductor laser diode, and generates laser light having a wavelength corresponding to the type of the optical disk 310.
  • the laser light generated in this embodiment is a laser having a wavelength of 405 nm (wavelength), 660 nm (wavelength), and 780 nm (wavelength).
  • the optical disc 310 has a different thickness and recording size of the cover layer of the recording layer 311 depending on the type, it is necessary to use a condensing method suitable for each. When recording / reproducing is performed on different types of optical disks 310 using the same objective lens 304, correction is preferably performed.
  • FIG. 10 schematically shows the light collection characteristics of the optical head device 300 using the wavelength selective diffraction element 30 according to the present embodiment.
  • the wavelength selective diffraction element 30 according to the present embodiment includes the concentric grating pattern 31 having a different grating period as described above while diffracting almost all of the incident light having a wavelength of 405 nm (wavelength). Therefore, the light incident on the central portion travels almost straight and is diffracted at a larger diffraction angle as it approaches the outer peripheral portion. Therefore, the incident light is collected by the wavelength selective diffraction element 30 and the objective lens 304 as shown by a solid line in FIG. 10, and is collected by a large NA (numerical aperture) near the objective lens 304.
  • the present embodiment relates.
  • the wavelength selective diffractive element 30 does not diffract incident light in the wavelength band, incident light transmitted through the wavelength selective diffractive element 30 and the objective lens 304 is collected only by the objective lens 304 as shown by a dotted line in FIG. Then, it is condensed with a small NA (numerical aperture) at a position far from the incident light in the 405 nm wavelength band.
  • the wavelength selective diffractive element 30 that acts only on the wavelength 405 nm band (wavelength) and does not act on the wavelength 660 nm band (wavelength) and 780 nm band (wavelength) is combined.
  • the present invention is not limited to the above-described configuration, and does not operate on the wavelength 405 nm band (wavelength ⁇ ), but operates on the wavelength 660 nm band (wavelength ⁇ ) and 780 nm band (wavelength ⁇ ).
  • compatible recording and reproduction can be performed using a combination of a wavelength selective diffraction element and an objective lens optimized for the 405 nm band (wavelength ⁇ ).
  • the grating pattern 31 is not limited to the one illustrated in FIG. 8, and may have an appropriate grating period distribution or an elliptical shape in order to improve the light collecting property at the wavelength to be actuated. Noh.
  • the cross-sectional shape of the periodic concavo-convex shape may be a rectangular shape in which the intensity of ⁇ 1st-order diffracted light shown in FIG. 1 is diffracted equally, or a saw-shaped shape or an approximate saw-shaped shape. It is also possible to increase the diffraction efficiency to increase the light utilization efficiency or reduce the influence of unnecessary light.
  • the optical head device 300 has the effect that different types of optical disks can be recorded / reproduced by the same objective lens 304, and the optical system can be simplified. It is useful as a wavelength selective diffraction element and an optical head device that selectively diffracts light having a plurality of different wavelengths.
  • the wavelength selective diffraction element according to the fourth embodiment of the present invention will be described. Note that, similarly to the wavelength selective diffraction element 10 (see FIG. 1) according to the first embodiment of the present invention, the wavelength selective diffraction element according to the present embodiment corresponds to the standards of DVD and CD such as BD. An example will be described, and a duplicate description will be omitted.
  • the wavelength selective diffraction element 40 according to the present embodiment has a grating height that minimizes the 0th-order diffracted light and maximizes the ⁇ 1st-order diffraction efficiency with respect to light in the wavelength 405 nm band (wavelength ⁇ ).
  • a diffraction grating composed of an uneven portion and a filling portion is formed only in the central rectangular lattice region 41 in the effective region where incident light is incident.
  • the wavelength selective diffraction element 10 see FIG. 1 according to the first embodiment. That is, in the wavelength selective diffraction element 40 according to the present embodiment, for example, the refractive index difference ⁇ with respect to light having a wavelength of 400 nm is 0.008, and the thickness of the uneven portion is 25 m.
  • the optical head device 400 includes a light source 401 that emits laser light, a diffraction element 420 that generates three beams, a beam splitter 402 that transmits laser light, and laser light.
  • the light source 401 is composed of a semiconductor laser diode, for example, and generates laser light having a wavelength corresponding to the type of the optical disc 410.
  • the laser light generated in this embodiment is a laser beam having a wavelength of 405 nm (wavelength), 660 nm (wavelength), and 780 nm (wavelength).
  • the light For example, a configuration in which a plurality of light sources that emit laser beams having different wavelengths may be provided.
  • the diffraction element 420 includes zero-order diffracted light (main beam) transmitted without diffracting from a laser beam having a wavelength of 405 nm emitted from the light source 401 and first-order diffracted light (sub beam). A beam is generated and output to the beam splitter 102.
  • the optical disc 410 has two recording layers, that is, a first recording layer 411 and a second recording layer 412. As shown in FIG. 12, when the objective lens 404 is disposed so as to be focused on the first recording layer 411, the laser light having a wavelength of 405 nm applied to the optical disc 410 is emitted from the first recording layer 411. The light is reflected as a main reflected light from 411 and is incident on the second recording layer 412 as a spot spread as shown by a dotted line, and a reflected light is generated thereby. The reflected light passes through the objective lens 404, the collimator lens 403, the beam splitter 402, and the wavelength selection diffraction element 40 and then enters the photodetector 405.
  • the photodetector 405 receives the reflected light of the three beams in the same manner as the optical head device 100 shown in FIG. Is configured to do. Reflected light from the two recording layers incident on the photodetector 405 when reproducing the first recording layer 411 out of an optical disc having two recording layers using light of a wavelength of 405 nm. This situation will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram schematically showing the intensity of the reflected light on the photodetector 405. Light in the wavelength 405 nm band (wavelength) collected on the first recording layer 411 is collected as a spot 406 in the light receiving portion 405a of the photodetector 405 shown in FIG. Recorded signals and tracking error signals are detected.
  • the reflected light from the spread spot on the second recording layer 412 is incident on the photodetector 405 as a spread spot 407 indicated by grandsing and pinching.
  • the grating pattern formed in the rectangular grating region 41 in the center of the effective region of the wavelength selective diffraction element 40 diffracts almost all of the light in the 405 nm band (wavelength) and deflects the optical path force.
  • a light shielding portion 408 where the reflected light is not incident is generated. This reduces reflection noise (interlayer crosstalk) due to the reflected light from the recording layer that does not collect light, and realizes good recording / reproduction characteristics.
  • the wavelength-selective diffractive element 40 has a wavelength of 660 nm (wavelength) and 780 nm (wavelength).
  • the example of focusing on the first recording layer 411 has been described.
  • the shape of the grating region 41 shown in the present embodiment is not limited to the shape shown in FIG. 11, but depends on the shape of the light receiving portion of the light receiving element used and the influence of the reflection noise. It is possible to optimize the shape and number and thereby reduce the loss.
  • the wavelength diffracted by the wavelength selective diffraction element is not limited to the wavelength band of 405 nm (wavelength) shown in the present embodiment, and other wavelength bands can be diffracted.
  • the optical head device 400 has the effect of achieving both reduction in interlayer crosstalk of an optical disk having a plurality of recording layers and high utilization efficiency at different wavelengths. It is useful as a wavelength selective diffraction element that selectively diffracts light having a plurality of different wavelengths and an optical head device.
  • a wavelength selective diffraction element according to the fifth embodiment of the present invention will be described.
  • the wavelength selective diffraction element according to the present embodiment corresponds to the standards of DVD and CD such as BD. Will be described with duplicate explanations omitted.
  • FIG. 14 (a) A conceptual diagram of the planar configuration of the wavelength selective diffraction element 50 according to the present embodiment is shown in FIG. 14 (a), and a conceptual diagram of the cross-sectional configuration is shown in FIG. 14 (b).
  • the wavelength selective diffractive element 50 according to the present embodiment has a concentric grating pattern that becomes smaller as the grating period approaches the outer peripheral part of the central force, and has a 405 nm band (wavelength).
  • the wavelength selective diffraction element 50 does not act as a diffraction grating for incident light in the 660 nm band (wavelength) and 785 nm band (wavelength).
  • the light is transmitted in a straight line, and part of the incident light in the wavelength of 405 nm (wavelength) is transmitted in a straight line, and the rest is diffracted to collect and Z or diverge.
  • the 0th-order diffracted light that is, the linearly transmitted light intensity
  • the + first-order diffracted light and the first-order diffracted light, that is, the collected light and the divergent light, with respect to the incident light in the wavelength of 405 nm band (wavelength) are used. It is preferable to adjust the diffraction grating height so that and are substantially equal.
  • the cross-sectional shape of the lattice is rectangular or a sawtooth shape! / Can be any shape that approximates the desired sawtooth shape to a staircase shape, but the sawtooth shape or the desired sawtooth shape can be approximated to a staircase shape Use of such a shape is preferable because the diffraction efficiency in the desired direction can be increased.
  • the wavelength selective diffraction element 50 according to the present embodiment is mounted on the optical head device 500 and the optical head device 500 reads information recorded on a DVD and a CD, such as a BD, is taken as an example.
  • a DVD and a CD such as a BD
  • the optical head device 500 includes a light source 501 that emits divergent laser light, a laser beam emitted from the light source 501, and a recording layer of an optical disc 510.
  • a beam splitter 502 that reflects the reflected light from 511
  • a collimator lens 503 that converts the laser light into parallel light
  • the wavelength selective diffraction element 50 according to the present embodiment and an objective lens that focuses on the recording layer 511 of the optical disk 510 504 and a photodetector 505 that detects reflected light from the recording layer 511 of the optical disc 510.
  • the objective lens 504 has a numerical aperture ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ for the wavelength of 405 nm (wavelength ⁇ ) of approximately 0.85 and a numerical aperture NA of approximately 660 nm (wavelength) for NA of approximately 0.65 and 785 nm (wavelength).
  • the numerical aperture NA is approximately 0.40, and the light condensing characteristics are optimized so that recording and playback can be performed on an optical disk with a wavelength of 405 nm (wavelength) and a cover thickness of 0.1 mm 3
  • This is a wavelength compatible objective lens. That is, the optical head device 500 according to the present embodiment is replaced with the optical head device 300 schematically shown in FIG. 9 and the wavelength selection diffraction element 30 according to the third embodiment.
  • the configuration is the same except that the diffraction element 50 is used and the objective lens 504 is an objective lens having three-wavelength compatibility.
  • the light condensing characteristic of the optical head device 500 using the wavelength selective diffraction element 50 of the present embodiment with respect to incident light in the wavelength band of 405 nm will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG.
  • the wavelength selective diffractive element 50 used in the present embodiment has a cross-sectional shape that approximates a desired sawtooth shape to a multi-stepped shape in order to increase the diffraction efficiency from the optical axis to the divergence side.
  • the intensity of the linearly transmitted light and the light that is diffracted and diverged (hereinafter simply referred to as diffracted light t) is made substantially equal to the incident light of the wavelength.
  • the light source light having a wavelength of 405 nm band (wavelength) transmitted straight by the wavelength selective diffraction element 50 is condensed by the objective lens 504 as shown by the solid line in the figure, and is close to the objective lens 504!
  • the light is condensed with a large NA (numerical aperture) on the recording layer 511 a placed at the position.
  • the concentric grating pattern of the wavelength selective diffractive element 50 has a smaller grating period as it is closer to the outer peripheral part. Is diffracted with a large diffraction angle, and is emitted as divergent light by the wavelength selective diffraction element 50. Therefore, the diffracted light is shown as a dotted line in the figure.
  • the objective lens 504 collects light with a small NA (numerical aperture) on the recording layer 5 ib placed at a position far from the light transmitted through the wavelength selective diffraction element 50 in a straight line.
  • the characteristics of the 660 nm band (wavelength) and 785 nm band (wavelength) can be changed by using each of the transmitted light and diffracted light with respect to the 405 nm band (wavelength ⁇ ).
  • Recording / reproducing can be performed with good characteristics for both optical discs 510a and 510b having different cover layer thicknesses and NAs (numerical apertures).
  • ⁇ 11 is set to 0.08
  • the grid height is 20 m
  • the period of the grid becomes smaller as the center force approaches the outer periphery
  • the period is increased at the outermost periphery.
  • a configuration that is 15 m is illustrated.
  • the present invention is not limited to the above-described configuration, and the diffraction direction is focused at a position close to the linearly transmitted light with a small NA (numerical aperture) as the light collecting direction.
  • a configuration in which light is condensed at a far position with a large NA (numerical aperture) for light can also be used.
  • the same grating may be formed on the entire surface of the effective region where the incident light is incident on the substrate surface.
  • the grating in the effective region 530 No grating is formed near the outer periphery so that diffracted light is not generated, or the light is diffracted in the opposite direction from the center, reducing the light collecting property on the disc and used for recording and playback. It is also possible to reduce the influence on the condensing spot.
  • the optical head device records on a plurality of types of optical disks having different wavelengths and NA (numerical aperture) using an optical system using the same objective lens. Since it is possible to reproduce, the optical system can be simplified. That is, it is useful as a wavelength selective diffraction element and an optical head device that selectively diffract light having a plurality of different wavelengths.
  • the optical head device has an effect of selectively diffracting light in a wider wavelength range than the conventional one, and selectively selects light having a plurality of different wavelengths. It is useful as a wavelength selective diffractive element and an optical head device that diffracts the light.

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Abstract

　本発明は、透光性を有する透明基板と、この透明基板上に形成され一方向に伸張する凹凸形状が周期的に形成された凹凸部と、この凹凸部の少なくとも凹部を埋めるように充填された充填部とを備えて、互いに異なる複数の波長を有する入射光が入射される波長選択回折素子において、前記凹凸部及び前記充填部は、それぞれ、第１の光学的等方性材料及び第２の光学的等方性材料から形成され、前記第１の光学的等方性材料及び前記第２の光学的等方性材料は、共に前記入射光の波長の光を吸収せず、前記入射光の互いに異なる複数の波長のうちの少なくとも１つの波長である第１の波長を有する光に対して同じ屈折率を有し、前記第１の波長とは異なる少なくとも１つの波長である第２の波長を有する光に対して異なる屈折率を有する波長選択回折素子を提供する。

Description

明 細 書
波長選択回折素子及び光ヘッド装置
技術分野
[0001] 本発明は、互いに異なる複数の波長の光を選択的に回折する波長選択回折素子 及び光ヘッド装置に関する。
背景技術
[0002] 従来の波長選択回折素子は、ガラス基板と、ガラス基板上に周期的に形成された 誘電体物質とを備え、入射された第 1波長の入射光に対しては、誘電体物質がガラ ス基板上にある部分とない部分との光路差長が第 1波長の整数倍に設定されること によって第 1波長の入射光を透過させ、入射された第 2波長の入射光に対しては、前 述の光路差長が第 2波長の非整数倍に設定されることによって第 2波長の入射光を 回折させるようになつている（例えば、特許文献 1参照)。
[0003] し力しながら、特許文献 1に示された波長選択回折素子では、第 1波長の入射光に 対して光路長差を第 1波長の整数倍にする条件が、第 2波長の入射光に対する設計 の自由度を狭めるため、回折効率選択の自由度が狭まるという課題があり、この課題 を解決するものとして例えば特許文献 2に示すような波長選択回折素子が提案され ている。
[0004] 特許文献 2に示された波長選択回折素子は、周期的凹凸状の格子が表面に形成 された透明基板と、格子の凹凸部に充填された充填部材とを備え、格子の凹凸部を 形成する凹凸部材及び充填部材のいずれかが第 1波長よりも短い波長域に光の吸 収端を有する有機物顔料を含み、凹凸部材と充填部材とが、第 1波長及び第 2波長 のいずれか一方の波長の光に対しては同じ屈折率を有することにより第 1波長及び 第 2波長の 、ずれか一方の波長の光を回折せず透過し、他方の波長の光に対して は異なる屈折率を有することにより他方の波長の光を回折するようになっている。な お、特許文献 2には、 580ηπ！〜 600nmの波長域に光の吸収端を有する有機物顔 料が開示されている。
特許文献 1：特開平 4— 129040号公報 特許文献 2 :特開 2002— 318306号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] し力しながら、特許文献 2に示された従来の波長選択回折素子では、凹凸部材の 吸収端の波長が 580ηπ！〜 600nmである有機物顔料を用いて!/、るので、 DVD及び CDにそれぞれ用いられる 650nm帯及び 790nm帯の光には対応することができる 力 例えば 405nm帯の青色レーザ光が用いられる次世代 DVDにおいては青色レ 一ザ光が凹凸部材に吸収されてしまうこととなり、次世代 DVD、 DVD及び CDで用 V、られる 3つの波長の光を選択的に回折することができな 、と 、う課題があった。
[0006] 本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、従来のものよりも広範 な波長域の光を選択的に回折することができる波長選択回折素子及び光ヘッド装置 を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明の波長選択回折素子は、透光性を有する透明基板と、この透明基板上に形 成され一方向に伸張する凹凸形状が周期的に形成された凹凸部と、この凹凸部の 少なくとも凹部を埋めるように充填された充填部とを備えて、互いに異なる複数の波 長を有する入射光が入射される波長選択回折素子において、前記凹凸部及び前記 充填部は、それぞれ、第 1の光学的等方性材料及び第 2の光学的等方性材料から 形成され、前記第 1の光学的等方性材料及び前記第 2の光学的等方性材料は、共 に前記入射光の波長の光を吸収せず、前記入射光の互いに異なる複数の波長のう ちの少なくとも 1つの波長である第 1の波長を有する光に対して同じ屈折率を有し、前 記第 1の波長とは異なる少なくとも 1つの波長である第 2の波長を有する光に対して 異なる屈折率を有する構成を備えて!/ヽる。
[0008] この構成により、本発明の波長選択回折素子は、互いに異なる複数の波長を有す る入射光を吸収することなく選択的に回折することができるので、特定の波長域の光 が吸収される従来のものよりも広範な波長域の光を選択的に回折することができる。
[0009] また、本発明の波長選択回折素子は、好ましくは、前記凹凸部及び前記充填部が 、光の吸収端波長が互いに異なる材料によって形成された構成を備えている。 [0010] この構成により、本発明の波長選択回折素子は、入射光の互いに異なる複数の波 長のうちの少なくとも 1つの波長を有する光に対して同じ屈折率を有し、前記の波長 とは異なる少なくとも 1つの波長を有する光に対して異なる屈折率を有することとなる
[0011] さらに、本発明の波長選択回折素子は、好ましくは、前記入射光の互いに異なる複 数の波長のうち、前記第 1の光学的等方性材料及び前記第 2の光学的等方性材料と が異なる屈折率を有する波長 λを有する光に対する前記第 1の光学的等方性材料 の屈折率及び前記第 2の光学的等方性材料の屈折率との差を Δ ηとすると、 d ( Δ η) /ά λを Δηで除算した値の絶対値が 0. 05/nm以下である構成を備えている。
[0012] この構成により、本発明の波長選択回折素子は、凹凸部と充填部との間の屈折率 差の変動比を抑制することができるので、互いに異なる複数の波長の光を選択的に 回折する動作の安定ィ匕を図ることができる。
[0013] さらに、本発明の波長選択回折素子は、好ましくは、前記互いに異なる複数の波長 を有する光の波長を λ 、
1 λ 2及び λ 3とするとき、前記凹凸部及び前記充填部は、前 記波長 λ 1を有する光に対して異なる屈折率を有し、前記波長 λ 2を有する光及び前 記波長 λ 3を有する光に対して同じ屈折率を有する構成を備えている。
[0014] この構成により、本発明の波長選択回折素子は、波長 λ 1の光を回折し、波長え 2及 びえ 3の光を透過するので、特定の波長域の光が吸収される従来のものよりも広範な 波長域の光を選択的に回折することができる。
[0015] さらに、本発明の波長選択回折素子は、好ましくは、前記互いに異なる複数の波長 を有する光の波長を λ 、
1 λ 2及び λ 3とするとき、前記凹凸部及び前記充填部は、前 記波長 λ 1を有する光に対して同じ屈折率を有し、前記波長 λ 2を有する光及び前記 波長 λ 3を有する光に対して異なる屈折率を有する構成を備えている。
[0016] この構成により、本発明の波長選択回折素子は、波長 λ の光を透過し、波長え 及
1 2 びえ の光を回折するので、特定の波長域の光が吸収される従来のものよりも広範な
3
波長域の光を選択的に回折することができる。
[0017] さらに、本発明の波長選択回折素子は、好ましくは、前記凹凸部と前記充填部とが 、前記入射光が入射する領域である有効領域の一部のみに設置されて 、る構成を 備えている。
[0018] この構成により、本発明の波長選択回折素子は、有効領域のうち、凹凸部と充填部 とが形成された一部の領域において、例えば波長え 1の光を回折し、波長え 2及びえ 3 の光を透過するので、特定の波長の光を有効領域の一部のみ減光し又は遮光する ことができる。
[0019] さらに、本発明の波長選択回折素子は、好ましくは、前記凹凸部と前記充填部とが 前記透明基板の前記入射光が入射する領域である有効領域内に同心円状に形成さ れていて、前記凹凸部の周期が中心部力 外周部に近づくほど小さい構成を備えて いる。
[0020] この構成により、本発明の波長選択回折素子に対して、互いに異なる複数の波長 を有する入射光のうち、特定波長の光を集光または発散させ特定波長以外の波長の 光を直進透過させる機能を持たせたり、特定波長の光の一部を選択的に回折して集 光し、特定波長の残りの部分および特定波長以外の波長の光を直進透過させる機 能を持たせることができる。
[0021] 本発明の光ヘッド装置は、互いに異なる複数の波長を有する入射光を出射する光 源と、前記光を光ディスクの記録層に集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの 反射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置において、前記光源と前記対物 レンズとの間の光路上、又は前記対物レンズと前記光検出器との間の光路上に波長 選択回折素子が設置されて!ヽる構成を備えて ヽる。
[0022] この構成により、本発明の光ヘッド装置は、波長選択回折素子が、互いに異なる複 数の波長の波長を有する光を選択的に回折するので、特定の波長域の光が吸収さ れる従来のものよりも広範な波長域の光を選択的に回折することができ、光記憶媒体 の互換性の広範ィ匕を図ることができる。
発明の効果
[0023] 本発明は、従来のものよりも広範な波長域の光を選択的に回折することができると いう効果を有する波長選択回折素子及び光ヘッド装置を提供することができるもので ある。
図面の簡単な説明 [図 1] (a)本発明の第 1の実施の形態に係る波長選択回折素子によって波長 λ 入 射光が回折される状態を示す概念図 （b)本発明の第 1の実施の形態に係る波長選 択回折素子によって波長え 又はえ の入射光が透過される状態を示す概念図
2 3
[図 2]本発明の第 1の実施の形態に係る波長選択回折素子において、凹凸部及び充 填部に入射する入射光の波長と透過率との関係を示す図
[図 3]本発明の第 1の実施の形態に係る波長選択回折素子の透過率の測定結果を 示す図
[図 4]本発明の第 1の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を示す概念図
[図 5] (a)本発明の第 2の実施の形態に係る波長選択回折素子によって波長 λ の入 射光が透過される状態を示す概念図 （b)本発明の第 2の実施の形態に係る波長選 択回折素子によって波長え 又はえ の入射光が回折される状態を示す概念図
2 3
[図 6]本発明の第 2の実施の形態に係る波長選択回折素子において、凹凸部及び充 填部に入射する入射光の波長と透過率との関係を示す図
[図 7]本発明の第 2の実施の形態に係る波長選択回折素子の回折効率の計算機シミ ユレーシヨン結果を示す図
[図 8] (a)本発明の第 3の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成を示す平面図
(b)本発明の第 3の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成を示す断面図 [図 9]本発明の第 3の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を示す概念図
[図 10]本発明の第 3の実施の形態に係る波長選択回折素子によって波長 λ の入射 光が回折され、波長 λ 及び λ の入射光が透過する状態を示す概念図
2 3
[図 11]本発明の第 4の実施の形態に係る波長選択回折素子の概略平面図
[図 12]本発明の第 4の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を示す概念図
[図 13]本発明の第 4の実施の形態に係る波長選択回折素子によって発生する光検 出器上のスポット形状の概念図
[図 14] (a)本発明の第 5の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成を示す平面 図 （b)本発明の第 5の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成を示す断面図 [図 15]本発明の第 5の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を示す概念図
[図 16]本発明の第 5の実施の形態に係る波長選択回折素子によって波長 λ の入射 光を直進透過および回折させて、カバー層厚みや NA (開口数）が異なる光ディスク に対して記録 ·再生する状態を示す概念図
符号の説明
[0025] 10、 20、 30、 40、 50 波長選択回折素子
11、 12、 21、 22、 51、 52 透明基板
13、 23、 53 凹凸部
14、 24、 54 充填部
31 格子パターン
41 格子領域
100、 300、 400、 500 光ヘッド装置
101、 301、 401、 501 光源
102、 302、 402、 502 ビームスプリッタ
103、 303、 403、 503 コリメータレンズ
104、 304、 404、 504 対物レンズ
105、 305、 405、 505 光検出器
110、 310、 410、 510、 510a, 510b 光ディスク
111、 311、 511、 511a, 511b 記録層
405a 受光部
406 所望の記録層からの反射光によるスポット
407 広がったスポット
408 遮光部
411 第 1の記録層
412 第 2の記録層
420 回折素子
発明を実施するための最良の形態
[0026] 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。
[0027] (第 1の実施の形態）
まず、本発明の第 1の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成について説明 する。なお、本実施の形態に係る波長選択回折素子を BD (Blu— ray Disc)又は H D DVD (High Definition DVD)と、 DVD及び CDとの規格に対応させる例を 挙げて説明する。以下の記載において、 BD又は HD DVDを単に「BD等」という。 また、 BD等、 DVD及び CDの記録再生に用いられる光の波長をそれぞれえ 、 λ
1 2 及びえ で表す。ここで、波長え 、 λ 及びえ の光は、それぞれ、波長 405nm帯、 6
3 1 2 3
60nm帯及び 780nm帯の光である。なお、波長 405nm帯、 660nm帯及び 780nm 帯とは、それぞれ、 405± 15nm、 660± 15nm及び 780± 20nmの波長範囲を!/、う
[0028] 図 1に示すように、本実施の形態に係る波長選択回折素子 10は、一対の透明基板 11及び 12と、透明基板 11上に形成され、一方向に伸張する凹凸形状が周期的に 形成された凹凸形状を有する凹凸部 13と、凹凸部 13の少なくとも凹部を埋めるよう に充填された充填部 14とを備えている。
[0029] 基板面内における前記凹凸部 13が伸張する方向は、互いに平行としてもよぐある いは同心円状としてもよい。前記凹凸部 13すなわち格子の断面形状は、矩形、鋸歯 形状あるいは所望の鋸歯形状を階段状に近似した形状を用いることができる。また基 板面に対して入射光が入射する有効領域の全面に同様の格子を形成してもよいが、 基板面内を分割し、分割した部位により格子の伸張方向や断面形状を変化させたり 、有効領域の一部のみに格子を形成したりすることもできる。
[0030] ここで、図 1 (a)において、波長 λ の光が波長選択回折素子 10に入射され回折さ れる状態が示されている。また、図 1 (b)において、波長え 又はえ の光が波長選択
2 3
回折素子 10に入射され透過される状態が示されている。
[0031] 透明基板 11及び 12は、本発明に係る波長選択回折素子 10に用いられる波長の 光を実質的に吸収しな 、材料力 なる基板が用いられ、例えばアクリルのようなブラ スチック基板や、ガラス基板等で構成される。信頼性確保の観点からガラス基板で構 成されるのが好ましい。また、反射ロスを低減するために、基板界面に反射防止膜を 成膜してもよい。量産性を考慮すると透明基板 11及び 12は図示のような平面が好ま しいが、これに限定されず、例えばプラスチックレンズのような基板面が曲面形状であ る基板を用いてもよい。 [0032] 凹凸部 13及び充填部 14は、それぞれ、光学的等方性材料で構成されている。具 体的には、凹凸部 13及び充填部 14は、例えばポリエステル系、ポリエーテル系、ァ クリル系、エポキシ系等の高分子材料で構成されている。これらの高分子材料を生成 する際の重合方法としては、例えば光重合法や熱重合法等が挙げられる。また、凹 凸部 13は、例えばバイナリ型、ブレーズ型、疑似ブレーズ型等の格子形状を有して おり、フォトマスクを用いたリソグラフィ、エッチングによる高分子膜の加工や、金型や ガラス型を用いた 2P法、インプリント、射出成形等により形成される。
[0033] また、凹凸部 13及び充填部 14は、それぞれ、互いに異なる波長え 、 λ 及びえ
1 2 3 の入射光の波長域とは異なる波長域に所定波長の光を吸収する光吸収波長域を有 している。具体的には、凹凸部 13及び充填部 14は、それぞれ、 405nm帯 (405± 1 5nm)よりも短い波長域 (405nm帯を含まない。 )に光吸収波長域の長波長端を有し ている。すなわち、凹凸部 13及び充填部 14は、本実施の形態において例示した波 長 405nm帯、 660nm帯及び 780nm帯の光の!/、ずれもが吸収されな 、光学的等方 性材料で構成されている。ここで、発明者の検討結果によれば、凹凸部 13及び充填 部 14を構成する高分子材料のモル吸収係数は使用波長帯において 10以下が好ま しい。なお、前述の「吸収されない」という文言は、吸収が全く無いことのみを表すもの ではなぐ使用上許容される範囲内の吸収はあってもよい。
[0034] さらに、凹凸部 13及び充填部 14は、図 2に示すように、波長 405nm帯の入射光に 対して異なる屈折率を有し、波長 660nm帯及び 780nm帯の入射光に対しては同じ 屈折率を有する高分子材料で構成されている。したがって、本実施の形態に係る波 長選択回折素子 10は、波長 405nm帯の入射光を回折し、波長 660nm帯及び 780 nm帯の入射光を直進透過する。なお、前述の「同じ屈折率」とは、完全に一致する 屈折率のみに限定するものではなぐ使用上ほぼ同一と見なせる値であればよい。
[0035] 具体的には、凹凸部 13の吸収端波長と、充填部 14の吸収端波長とが異なるよう凹 凸部 13及び充填部 14の材料を選定することにより、凹凸部 13及び充填部 14の各 屈折率を異なるものとすることができる。例えば、凹凸部 13の吸収端波長を 290nm 、充填部 14の吸収端波長を 260nmとすることにより、 405nm帯における凹凸部 13 と充填部 14との間の屈折率差 Δ ηを 0. 01程度〖こすることができる。 [0036] 所望の波長の入射光に対して、 0次回折効率すなわち直進光の透過率を最小か つ 1次回折効率を最大とするためには、回折格子の矩形断面の格子高さ d、凹凸部 1 3と充填部 14との屈折率差 Δηと、入射光の波長えとの間に、 An-d={(2m+l)/ 2)}· λ (ただし mは 0以上の整数)なる関係が成り立つようにすることが好ましい。
[0037] 屈折率差 Δηが小さくなるに従って、所望の波長に対する 0次回折効率すなわち直 進光の透過率が最小かつ 1次回折効率が最大となる回折格子の高さ、すなわち図 1 における凹凸部 13の厚さ dは大きくなるので、波長 405nm帯における凹凸部 13と充 填部 14との間の屈折率差 Δηは、 0. 001以上が好ましいことが発明者の検討にお いて判明している。凹凸部 13の厚さ dは、薄くするほど製造プロセスでの膜厚バラッ キが大きくなり、厚くするほど光の利用効率が低下するので 1 μ πι〜50/ζ m程度にす るのが好ましい。
[0038] また、発明者の検討結果によれば、本発明の波長選択回折素子 10が、幅を持った 波長域の光に対して用いられるときに、該波長域の中心波長え（i=l、 2、 3)におけ る凹凸部 13と充填部 14との間の屈折率差 Δηの波長勾配と屈折率差 Δηとの比（d( Δη)/άλ )ΖΔηの絶対値 (以下「波長勾配屈折率比」という。）を 0. 05Znm以下 にすることにより、該波長域の全域にわたって良好な特性が得られることがわ力つた。
[0039] 例えば、波長 405nm帯の光に対する屈折率差 Δηが 0. 01である凹凸部 13及び 充填部 14の材料の組合せを用いて、該波長に対して 0次回折効率すなわち直進光 の透過率が最小かつ 1次回折効率が最大となるように格子高さが 20 mとされた本 発明の波長選択回折素子 10において、波長 405nmの光に対して波長勾配屈折率 比を 0.05Znm以下〖こすること〖こより、波長 400nm及び波長 410nmの光に対する 屈折率差 Δηが ±25%の範囲に抑えられて、その結果、該波長範囲における 0次回 折効率の変化すなわち透過率の変化が約 15%、 1次回折効率の変化が約 7%とな る。すなわち、それぞれ 20%以下、 10%以下に抑制することができる。
[0040] 本発明の波長選択回折素子を上述の構成とすると、組み合わせて用いる光源の出 射光の波長が中心波長に対して ± 5nmの波長域でばらつ 、ても、該波長域にお!、 て良好な特性が得られて好ましい。なお、波長勾配屈折率比を微分形式で表記して いるが、実際の検討においては前述のように Δ λを ±5nm程度として各変化量を求 めている。
[0041] さらに、発明者の検討結果によれば、温度変動に対しても前述と同様に、波長選択 回折素子 10が光ヘッド装置において用いられる場合の使用温度範囲、例えば— 10 °C〜80°Cにおける凹凸部 13と充填部 14との間の屈折率差の変動比を 20%以下に 抑制することにより、 0次回折効率の変化を 10%以下に、 1次回折効率の変化を 5% 以下にそれぞれ抑制することができる。したがって、本発明の波長選択回折素子と、 温度変化により出射波長が変動する半導体レーザ光源のような光源と、を組み合わ せて用いたときに、温度変化時に良好な特性が維持できて好ましい。なお、凹凸部 1 3及び充填部 14の少なくとも一方を積層構造にすることにより、温度特性をさらに改 善することちでさる。
[0042] 次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子 10の具体的な実施例について説明 する。なお、以下に記載した材料や製造方法等は一例であり、本発明は、これらに限 定されるものではない。
[0043] [実施例 1]
まず、ガラス基板で構成された透明基板 11上に、スピンコート法により第 1の光重合 性高分子をモノマーの状態で成膜する。次いで、紫外線照射により、成膜されたモノ マーを重合してフォトポリマーとし、厚さ 25 mの高分子膜を作製する。さらに、ドライ エッチング法により高分子膜をピッチ の格子状に形成して凹凸部 13とする。
[0044] 引き続き、格子状の凹凸部 13に第 2の光重合性高分子をモノマーの状態で充填し 、さらに、ガラス基板で構成された透明基板 12を積層する。そして、紫外線照射によ り、充填されたモノマーを重合させることにより、波長選択回折素子 10が得られる。
[0045] 前述の第 1及び第 2の光重合高分子は、例えばポリエステル系、ポリエーテル系、 アクリル系、エポキシ系等の高分子材料のいずれか、又は複数混合して得ることがで きる。ここで、波長 405nm帯の光を回折し、波長 660nm帯及び 780nm帯の光を透 過するよう、図 2に示すように凹凸部 13及び充填部 14の屈折率が波長 405nm帯で 一致せず、波長 660nm帯及び 780nm帯で一致し、さらに耐光性、耐久性等の信頼 性が確保できる程度の重合性が確保できるよう上記ポリエステル系等のモノマーのい ずれか又は同種、異種複数を混合した材料を用いて凹凸部 13及び充填部 14を作 製する。
[0046] 以上説明した条件で作製した波長選択回折素子 10の透過率を、タングステンハロ ゲンランプ及び重水素ランプを備えた光源装置と、分光器とを用いて測定した。その 結果、図 3に示すように、波長 405nm帯の光の透過率は 5%程度であり、波長 660η m帯及び 780nm帯の光の透過率は共に 87%程度であった。したがって、本実施の 形態に係る波長選択回折素子 10は、波長 405nm帯の光を回折し、波長 660nm帯 及び 780nm帯の光を透過することができるものである。
[0047] 次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子 10を光ヘッド装置に搭載し、光へッ ド装置が BD等及び DVDに記録された情報を読み取る場合を例に挙げて説明する。 この光ヘッド装置は、 BD等に記録された情報を読み取る際のトラッキング制御にお いて 3ビーム法を用いるものとする。具体的には、本実施の形態に係る光ヘッド装置 の波長選択回折素子 10において、凹凸部 13及び充填部 14を、波長 405nm帯の 光に対する屈折率差 Δ ηが 0. 008である第 1及び第 2の光重合高分子により形成し 、凹凸部 13の厚みすなわち回折格子の格子高さを 6 mとする。得られる波長選択 回折素子 10は、 0次回折光の光量と ± 1次回折光の光量との光量比が約 16であつ て、 3ビーム発生用回折格子として好適に適用されるものである。ここで ± 1次回折光 の光量は、 + 1次回折光と 1次回折光との平均光量である。
[0048] 図 4に示すように、光ヘッド装置 100は、レーザ光を出射する光源 101と、波長選択 回折素子 10と、レーザ光を透過するビームスプリッタ 102と、レーザ光を平行光にす るコリメータレンズ 103と、光ディスク 110の記録層 111に集光する対物レンズ 104と、 光ディスク 110からの反射光を検出する光検出器 105とを備えて 、る。
[0049] 光源 101は、例えば半導体レーザダイオードで構成され、光ディスク 110の種類に 応じた波長のレーザ光を生成し、波長選択回折素子 10に出射するようになっている 。本実施の形態において生成されるレーザ光は、 405nm帯（波長え ）及び 660nm 帯 (波長え レ レ
2）の ーザ光である。なお、例えば互いに異なる波長の ーザ光を出射 する光源を複数備え、各光源から波長選択回折素子 10にレーザ光を出射する構成 としてちよい。
[0050] 波長選択回折素子 10は、波長 λ のレーザ光を回折せず透過した光 (0次回折光） と、波長 λェのレーザ光を回折した光（± 1次回折光）とを含む 3ビームをビームスプリ ッタ 102に出力するようになっている。また、波長選択回折素子 10は、波長え のレー
2 ザ光を透過してビームスプリッタ 102に出力するようになっている。
[0051] ビームスプリッタ 102は、透光性を有する材料、例えばガラスやプラスチック等で構 成され、光ディスク 110からの反射光を反射する反射面を備えて ヽる。
[0052] コリメータレンズ 103は、透光性を有する材料、例えばガラスやプラスチック等で構 成され、入射されたレーザ光を平行ィ匕するようになって 、る。
[0053] 対物レンズ 104は、所定の ΝΑ (開口数）を有し、コリメータレンズ 103から入射され たレーザ光を光ディスク 110の記録層 111に集光し、記録層 111からの反射光を捕 捉するようになっている。
[0054] 光検出器 105は、例えばレンズやフォトダイオード等を含み、ビームスプリッタ 102 の反射面によって反射された光ディスク 110からの反射光を電気信号に変換するよう になっている。また、光検出器 105は、波長え の 3ビームの反射光を受光し、 0次回 折光により生成された主ビームと、士 1次回折光により生成された 2つの副ビームとを 受光し、 2つの副ビーム間の光量差に基づいてトラッキングエラー信号を検出し、トラ ッキング制御部（図示省略）に出力するようになっている。
[0055] 次に、本実施の形態に係る光ヘッド装置 100の動作について説明する。最初に、 光ディスク 110が BD等である場合にっ 、て説明する。
[0056] まず、光源 101から出射された波長え の光は、波長選択回折素子 10により出射光 の一部が回折される。その結果、波長選択回折素子 10からは 0次回折光及び ± 1次 回折光を含む光が出射され、ビームスプリッタ 102を透過してコリメータレンズ 103に より平行光にされる。その後、コリメータレンズ 103から出射された平行光は、対物レ ンズ 104により光ディスク 110の情報記録トラック上に、 0次回折光及び ± 1次回折光 力 S3ビームとなって集光される。
[0057] 光ディスク 110により反射された光は、再び対物レンズ 104及びコリメータレンズ 10 3を透過し、ビームスプリッタ 102により反射されて、 0次回折光により生成された主ビ ームと、士 1次回折光により生成された 2つの副ビームとが光検出器 105の受光面に 集光される。そして、光検出器 105によって、 2つの副ビーム間の光量差に基づいて トラッキングエラー信号が検出され、トラッキング制御部（図示省略）に出力される。
[0058] したがって、光ヘッド装置 100は、 BD等を再生する際に、光検出器 105を用いるこ とによって、非点収差法による光ディスク情報記録面へのフォーカシング誤差信号検 出及びピット信号検出を行うことができる。さらに、光ヘッド装置 100は、光検出器 10 5によって ± 1次回折光を受光することにより、 3ビーム法によるトラッキング誤差信号 検出を行うことができる。
[0059] 次に、光ディスク 110が DVDである場合について説明する。まず、光源 101から出 射された波長え の光は、波長選択回折素子 10により回折されることなく直進透過し
2
、さらにビームスプリッタ 102を透過し、コリメータレンズ 103により平行光となる。
[0060] その後、この平行光は、対物レンズ 104により光ディスク 110の情報記録トラック上 に集光される。そして、光ディスク 110で反射された光は、再び対物レンズ 104及び コリメータレンズ 103を透過し、ビームスプリッタ 102により反射されて光検出器 105の 受光面に集光される。
[0061] このようにして、本発明の波長選択回折素子 10を搭載した光ヘッド装置 100にお いて、波長え の光は波長選択回折素子 10により回折されることなく直進透過するた
2
め、効率低下をもたらさず、また迷光も発生しない。したがって、光ヘッド装置 100は 、 DVDを再生する際に、別途、 1ビームプッシュプル法等によるトラッキング誤差信号 検出を用い、非点収差法による光ディスク面へのフォーカシング誤差信号検出、記 録情報であるピット信号検出等を安定して行うことができる。
[0062] なお、前述の説明では波長選択回折素子 10を BD等用の波長え の光に対する 3 ビーム法に適用した例について述べた力 本発明はこれに限定されるものではなぐ 例えばホログラム回折格子として、フォーカシング信号検出に適用してもよい。
[0063] 以上のように、本実施の形態に係る波長選択回折素子 10によれば、凹凸部 13及 び充填部 14は、互いに異なる波長え 、 λ 及びえ の入射光の波長域とは異なる波
1 2 3
長域に所定波長の光を吸収する光吸収波長域を有する光学的等方性材料を含み、 波長え の
1 光に対して異なる屈折率を有し、波長え の
2及びえ 3 光に対してはそれぞ れ同じ屈折率を有する構成としたので、互いに異なる波長の光を選択的に回折する ことができ、特定の波長域の光が吸収される従来のものよりも広範な波長域の光を選 択的に回折することができる。
[0064] また、本実施の形態に係る光ヘッド装置 100によれば、互いに異なる 3つの波長帯 の光を選択的に回折することができる波長選択回折素子 10を備える構成としたので 、 BD等、 DVD及び CDに記録された情報をより正確に読み出すことができる。
[0065] なお、前述の実施の形態において、波長選択回折素子 10が、 BD等、 DVD及び C Dの記録再生に用いられる 3つの波長え 、 λ 及びえ の光に対して選択的な回折を
1 2 3
行う例を挙げて説明した力 本発明はこれに限定されるものではなぐ互いに異なる 複数の波長に対して選択的な回折を行う構成としても同様の効果が得られる。
[0066] また、前述の実施の形態において、波長 405nm帯での凹凸部 13の屈折率が充填 部 14の屈折率よりも大きくした構成としたが（図 2参照）、大小関係がこの逆となるよう 凹凸部 13及び充填部 14を構成としてもょ ヽ。
[0067] また、前述の実施の形態において、光ヘッド装置 100の波長選択回折素子 10が、 BD等に記録された情報を読み取る際のトラッキング制御において 3ビーム法を用い る例を挙げて説明したが、本発明はこのような回折素子に限定されるものではなぐ 例えば曲線状のパターンにより光を集光、発散するホログラム回折素子や、同心円 状の回折パターンを有する収差補正素子や波長選択レンズ素子等に適用すること 力 Sできる。回折パターンは、光が透過する領域である有効領域の一部でもよぐ例え ば外周のみに設置した開口制限素子等にも適用可能である。これらの素子は、例え ば対物レンズとコリメータレンズとの間に設置して用いられる。しかし、設置場所は、こ れに限定されない。
[0068] また、前述の実施の形態において、光ヘッド装置 100の光源 101とビームスプリッタ 102との間に波長選択回折素子 10を設ける構成を例に挙げて説明したが、本発明 はこれに限定されるものではなぐ光ヘッド装置 100の光源 101と対物レンズ 104との 間の光路中に波長選択回折素子 10を設ける構成であればよい。
[0069] (第 2の実施の形態）
まず、本発明の第 2の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成について説明 する。なお、本発明の第 1の実施の形態に係る波長選択回折素子 10 (図 1参照）と同 様に、本実施の形態に係る波長選択回折素子を BD等、 DVD及び CDの規格に対 応させる例を挙げて説明し、重複する説明は省略する。
[0070] 図 5に示すように、本実施の形態に係る波長選択回折素子 20は、一対の透明基板 21及び 22と、透明基板 21上に形成され、一方向に伸張する凹凸形状が周期的に 形成された凹凸形状を有する凹凸部 23と、凹凸部 23の少なくとも凹部を埋めるよう に充填された充填部 24とを備えて 、る。
[0071] ここで、図 5 (a)にお 、て、波長 λ の光が波長選択回折素子 20に入射され透過さ れる状態が示されている。また、図 5 (b)において、波長え 又はえ の光が波長選択
2 3
回折素子 20に入射され回折される状態が示されている。なお、図 5 (b)には示してい ないが、波長え ± 1
2の 次回折光が回折する角度と、波長え 3の ± 1次回折光が回折 する角度とは厳密には異なる。
[0072] また、本実施の形態に係る波長選択回折素子 20は、本発明の第 1の実施の形態 に係る波長選択回折素子 10と比べ、凹凸部 23及び充填部 24の構成が異なってい る。したがって、凹凸部 23及び充填部 24の構成について以下説明し、その他の構 成については説明を省略する。
[0073] 凹凸部 23及び充填部 24は、図 6に示すように、波長 405nm帯の入射光に対して 同じ屈折率を有し、波長 660nm帯及び 780nm帯の入射光に対しては異なる屈折 率を有する材料で構成されている。したがって、本実施の形態に係る波長選択回折 素子 20は、波長 405nm帯の入射光を透過し、波長 660nm帯及び 780nm帯の入 射光を回折することができる。
[0074] なお、前述の「同じ屈折率」とは、完全に一致する屈折率のみに限定するものでは なぐ使用上ほぼ同一と見なせる値であればよい。また、図 6において、 660nm帯及 び 780nm帯での凹凸部 23の屈折率が充填部 24の屈折率よりも大きくした構成とし たが、大小関係がこの逆となるよう凹凸部 23及び充填部 24を構成としてもよい。
[0075] 次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子 20の具体的な実施例について説明 する。
[0076] なお、以下に記載した材料や製造方法等は一例であり、本発明は、これらに限定さ れるものではない。
[0077] [実施例 2] まず、ガラス基板で構成された透明基板 21上に、スピンコート法により第 1の光重合 性高分子をモノマーの状態で成膜する。次いで、紫外線照射により、成膜されたモノ マーを重合してフォトポリマーとし、厚さ 18. 5 /z mの高分子膜を作製する。さらに、ド ライエッチング法により高分子膜をピッチ 12 πιの格子状に形成して凹凸部 23とす る。
[0078] 引き続き、格子状の凹凸部 23に第 2の光重合性高分子をモノマーの状態で充填し 、さらに、ガラス基板で構成された透明基板 22を積層する。そして、紫外線照射によ り、充填されたモノマーを重合させることにより、波長選択回折素子 20が得られる。
[0079] 前述の第 1及び第 2の光重合高分子は、例えばポリエステル系、ポリエーテル系、 アクリル系、エポキシ系等の高分子材料のいずれか、又は複数混合して得ることがで きる。ここで、波長 405nm帯の光を透過し、波長 660nm帯及び 780nm帯の光を回 折するよう、図 6に示すように凹凸部 23及び充填部 24の屈折率が波長 405nm帯で 一致し、波長 660nm帯及び 780nm帯で一致しないよう、さらに耐光性、耐久性等の 信頼性が確保できる程度の重合性が確保できるよう上記のモノマーのいずれか又は 同種、異種複数を混合した材料を用いて凹凸部 23及び充填部 24を作製する。
[0080] 以上説明した条件で作製した波長選択回折素子 20の透過率を、計算機シミュレ一 シヨンにより算出したところ図 7に示すような結果が得られた。図 7において、 7? で示
0 された曲線は 0次回折光の回折効率のデータ、すなわち入射光の透過率のデータを 示し、 7? で示された曲線は 1次回折光の回折効率のデータを示している。この結果 より、本実施の形態に係る波長選択回折素子 20は、波長 405nm帯の光を透過し、 波長 660nm帯及び 780nm帯の光を回折することができるものである。
[0081] なお、本実施の形態に係る波長選択回折素子 20を BD等及び CDに記録された情 報を読み取る光ヘッド装置に搭載することができる。この場合、波長選択回折素子 2 0を 3ビーム発生用回折格子として適用することにより、光ヘッド装置は、 CDに記録さ れた情報を読み取る際に 3ビーム法を用いてトラッキング制御を行うことができる。こ の場合の光ヘッド装置の構成は、本発明の第 1の実施の形態に係る光ヘッド装置 10 0 (図 4参照）と同様であり、 3ビームを得る波長が異なるだけなので詳細な説明を省 略する。 [0082] 以上のように、本実施の形態に係る波長選択回折素子 20によれば、凹凸部 23及 び充填部 24は、互いに異なる波長え 、 λ 及びえ の入射光の波長域とは異なる波
1 2 3
長域に所定波長の光を吸収する光吸収波長域を有する光学的等方性材料を含み、 波長え の
1 光に対して同じ屈折率を有し、波長え 2及びえ の
3 光に対してはそれぞれ 異なる屈折率を有する構成としたので、互いに異なる波長の光を選択的に回折する ことができ、 2つの波長の光を対象とする従来のものよりも広範な波長域の光を選択 的に回折することができる。
[0083] なお、前述の実施の形態において、波長選択回折素子 20が、 BD等、 DVD及び C Dの記録再生に用いられる 3つの波長え 、 λ 及びえ の光に対して選択的な回折を
1 2 3
行う例を挙げて説明した力 本発明はこれに限定されるものではなぐ互いに異なる 複数の波長に対して選択的な回折を行う構成としても同様の効果が得られる。
[0084] (第 3の実施の形態）
本発明の第 3の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成について説明する。 なお、本発明の第 1の実施の形態に係る波長選択回折素子 10 (図 1参照）と同様に、 本実施の形態に係る波長選択回折素子を BD等、 DVD及び CDの規格に対応させ る例を用いて説明し、重複する説明は省略する。
[0085] 本実施の形態に係る波長選択回折素子 30は、第 1及び第 2の光重合高分子の波 長 405nmにおける屈折率差 Δ η及び回折格子高さ力 波長 405nm帯（波長え ）の 入射光に対して 0次回折光が最小で士 1次回折効率が最大になるように調整されて いる点と、入射光が入射される有効領域内で、同心円状の回折格子の格子周期が、 前記凹凸部の周期が外周部に近いほど小さくされている、図 8の平面図及び断面図 のような格子パターン 31を備えている点以外は、図 1に構成の概念図を示した本発 明の第 1の実施の形態に係る波長選択回折素子 10と同様の構成を有する。すなわ ち、本実施の形態に係る波長選択回折素子 30は、例えば、波長 405nm帯の光に対 する屈折率差 Δ ηが 0. 008、凹凸部の厚みが 25 mとされたものである。
[0086] 次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子 30を搭載した光ヘッド装置につい て説明する。図 9に示すように、本実施の形態に係る光ヘッド装置 300は、発散光の レーザ光を出射する光源 301と、レーザ光を透過するビームスプリッタ 302と、レーザ 光を平行光にするコリメータレンズ 303と、波長選択回折素子 30と、光ディスク 310の 記録層 311に集光する対物レンズ 304と、光ディスク 310からの反射光を検出する光 検出器 305とを備えている。すなわち、本実施の形態に係る光ヘッド装置 300は、第 1の実施の形態の波長選択回折素子 10に替えて前述の波長選択回折素子 30を用 いている点と、この波長選択回折素子 30が往路の光路中のコリメータレンズ 303と対 物レンズ 304との間に配置されている点以外は、第 1の実施の形態の光ヘッド装置 1 00 (図 4参照）と同様の構成を有する。
[0087] 光源 301は、例えば半導体レーザダイオードで構成され、光ディスク 310の種類に 応じた波長のレーザ光を生成する。本実施の形態において生成されるレーザ光は、 波長 405nm帯（波長え ）、660nm帯（波長え ）及び 780nm帯（波長え ）のレーザ
1 2 3 光である。なお、互いに異なる波長のレーザ光を出射する光源を複数備え、合波して 出射する構成としてもよい。
[0088] 光ディスク 310は、その種類に応じて、記録層 311のカバー層の厚みや記録サイズ が異なることから、それぞれに適した集光方法とすることが必要となる。異なる種類の 光ディスク 310に対して同一の対物レンズ 304を用いて記録 ·再生を行う場合には、 補正を行うことが好ましい。
[0089] 次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子 30を使用した光ヘッド装置 300の 集光特性を、図 10に模式的に示す。本実施の形態に係る波長選択回折素子 30は、 波長 405nm帯 (波長え ）の入射光のほぼ全てを回折するとともに、前述のような格 子周期が異なる同心円状の格子パターン 31を備えているので、中心部分に入射し た光はほぼ直進し、外周部に近づくほど大きな回折角で回折される。そのため、入射 光は図 10に実線で示すように波長選択回折素子 30と対物レンズ 304とにより集光さ れ、対物レンズ 304に近い位置に大きな NA (開口数)で集光される。一方、波長 660 nm帯 (波長え ）及び 780nm帯 (波長え ）の入射光に対しては、本実施の形態に係
2 3
る波長選択回折素子 30は該波長帯の入射光を回折しないため、波長選択回折素 子 30及び対物レンズ 304を透過した入射光は、図 10に点線で示すように対物レンズ 304によってのみ集光され、波長 405nm帯の入射光と比べて遠い位置に、小さな N A (開口数)で集光される。 [0090] 以上のように、波長 405nm帯（波長ぇェ）に対してのみ作用し、波長 660nm帯（波 長え ）及び 780nm帯 (波長え ）に対して作用しない波長選択回折素子 30を組合せ
2 3
ることにより、波長 660nm帯 (波長え ）及び 780nm帯 (波長え ）での集光に最適化
2 3
された対物レンズ 304を用いても、波長 405nm帯（波長 λ )、 660nm帯（波長 λ )
1 2 及び 780nm帯 (波長 λ )のそれぞれの光ディスクの互換記録'再生が可能になる。
3
[0091] なお、本発明は前述の構成に限定されるものではなぐ波長 405nm帯 (波長 λ ) に対して作用せず波長 660nm帯 (波長 λ )及び 780nm帯 (波長 λ )に対して作用
2 3
する波長選択回折素子と、 405nm帯 (波長 λ )に対して最適化された対物レンズと を組合せて用いてもよぐ同様に互換記録'再生を行うことができる。
[0092] また、格子パターン 31は、図 8に例示したものに限定されず、作用させる波長での 集光性の改善のため適切な格子周期の分布としたり、楕円形状としたりすることも可 能である。また、周期的な凹凸形状の断面形状は、図 1に示した ± 1次回折光の強 度がほぼ等しく回折する矩形形状としてもよぐあるいは、鋸型形状や近似的な鋸型 形状として一方の回折効率を高めて光の利用効率を高めたり、不要光の影響を低減 したりすることも可能である。
[0093] 以上のように、本実施の形態に係る光ヘッド装置 300は、異なる種類の光ディスク を同一の対物レンズ 304で記録 ·再生することができ、光学系が単純ィ匕できるという 効果を有し、互いに異なる複数の波長の光を選択的に回折する波長選択回折素子 及び光ヘッド装置等として有用である。
[0094] (第 4の実施の形態）
本発明の第 4の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成について説明する。 なお、本発明の第 1の実施の形態に係る波長選択回折素子 10 (図 1参照）と同様に、 本実施の形態に係る波長選択回折素子を BD等、 DVD及び CDの規格に対応させ る例を挙げて説明し、重複する説明は省略する。
[0095] 本実施の形態に係る波長選択回折素子 40は、波長 405nm帯 (波長 λ )の光に対 して 0次回折光が最小で ± 1次回折効率が最大になるように格子高さが調整されて いる点と、図 11の概略平面図に示すように、入射光が入射する有効領域内の中央の 長方形の格子領域 41にのみ凹凸部と充填部とからなる回折格子が形成されている 点以外は、第 1の実施の形態に係る波長選択回折素子 10 (図 1参照）と同様の構成 を有する。すなわち、本実施の形態に係る波長選択回折素子 40は、例えば、波長 4 05nm帯の光に対する屈折率差 Δ ηが 0. 008、凹凸部の厚みが 25 mとされたもの である。
[0096] 次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子 40を搭載した光ヘッド装置につい て説明する。図 12に示すように、本実施の形態に係る光ヘッド装置 400は、レーザ 光を出射する光源 401と、 3ビームを発生する回折素子 420と、レーザ光を透過する ビームスプリッタ 402と、レーザ光を平行光にするコリメータレンズ 403と、光ディスク 4 10の第 1の記録層 411及び第 2の記録層 412に集光する対物レンズ 404と、光ディ スク 410からの反射光を検出する光検出器 405とを備えていて、さらに復路の光路中 のビームスプリッタ 402と光検出器 405との間に前述の波長選択回折素子 40が配置 され備えられている。
[0097] 光源 401は、例えば半導体レーザダイオードで構成され、光ディスク 410の種類に 応じた波長のレーザ光を生成する。本実施の形態において生成されるレーザ光は、 波長 405nm帯（波長え ）及び 660nm帯（波長え ）及び 780nm帯（波長え ）のレー
1 2 3 ザ光である。なお、例えば互いに異なる波長のレーザ光を出射する光源を複数備え る構成としてちよい。
[0098] 回折素子 420は、光源 401から出射された波長 405nm帯のレーザ光から、回折せ ず透過した 0次回折光（主ビーム）と、士 1次の回折光（副ビーム）とを含む 3ビームを 生成してビームスプリッタ 102に出力するようになっている。
[0099] 光ディスク 410は、 2層の記録層すなわち第 1の記録層 411及び第 2の記録層 412 を有している。図 12に示すように、第 1の記録層 411に集光するように対物レンズ 40 4を配置した場合には、光ディスク 410に照射された 405nm帯の波長のレーザ光は 、第 1の記録層 411から主たる反射光として反射されるとともに、第 2の記録層 412上 に点線で示すように広がったスポットで入射し、これによる反射光が生じる。これらの 反射光は、対物レンズ 404、コリメータレンズ 403、ビームスプリッタ 402、及び波長選 択回折素子 40を透過した後、光検出器 405に入射する。
[0100] 光検出器 405は、 3ビームの反射光を図 4に示した光ヘッド装置 100と同様に受光 するように構成されている。波長 405nm帯の光を用いて、 2層の記録層を持った光 ディスクのうち第 1の記録層 411を再生するときの、光検出器 405に入射した、 2層の 記録層からの反射光の様子を、図 13を用いて説明する。図 13は、光検出器 405上 の反射光の強度を模式的に示した図である。第 1の記録層 411に集光した波長 405 nm帯（波長え ）の光は、図 13に示す光検出器 405の受光部 405a中にスポット 406 として集光され、第 1の記録層 411に記録された信号及びトラッキングエラー信号が 検出される。これに対して、第 2の記録層 412上の広がったスポットからの反射光は、 光検出器 405上に、ノ、ツチングで示した広がったスポット 407となって入射する。この とき、波長選択回折素子 40の有効領域の中央の長方形の格子領域 41に形成され た格子パターンによって、波長 405nm帯 (波長え ）の光がほぼ全て回折されて光路 力も逸らされるため、広がったスポット 407の中央には、この反射光が入射しない遮 光部 408が生成される。これにより、集光しない記録層からの反射光による反射ノィ ズ (層間クロストーク)を低減して、良好な記録 ·再生特性が実現される。一方、波長 選択回折素子 40は、波長 660nm帯（波長え ）及び 780nm帯（波長え ）の光はほ
2 3
ぼ全透過することから、これらの波長を用いた記録 ·再生を行うときは、有効領域内の 全ての光を損失なく効率的に利用することが可能となる。
なお、本実施の形態では、第 1の記録層 411に集光する例について説明したが、 第 2の記録層 412に集光する場合の、第 1の記録層 411からの反射光に対しても全く 同様の効果が得られる。また、本実施の形態に示した格子領域 41の形状は、図 11 に示された形状に限定されるものではなぐ使用する受光素子の受光部の形状や反 射ノイズの影響の大小に応じて形状や個数を最適設計し、それにより低損失化する ことができる。また、波長選択回折素子で回折する波長は、本実施の形態で示した波 長 405nm帯 (波長え ）に限定されるものではなぐその他の波長帯を回折する構成 とすることも可能である。また、回折する波長の異なる複数の波長選択回折素子を用 いて、全ての受光部又は特定の受光部に対して自由に反射ノイズの遮蔽をすること が可能である。このとき、回折格子を形成する領域は、有効領域の全領域もしくは部 分的とされ、さらにそれぞれの波長に対する信号処理の方法や反射ノイズの影響度 を考慮し最も利用効率を高めるように設計することが好まし 、。 [0102] 以上のように、本発明に係る光ヘッド装置 400は、複数の記録層を有する光デイス クの層間クロストークの低減と、異なる波長での高い利用効率を両立できる効果を有 し、互いに異なる複数の波長の光を選択的に回折する波長選択回折素子及び光へ ッド装置等として有用である。
[0103] (第 5の実施の形態）
本発明の第 5の実施の形態に係る波長選択回折素子について説明する。なお、本 発明の第 1の実施の形態に係る波長選択回折素子 10 (図 1参照）と同様に、本実施 の形態に係る波長選択回折素子を BD等、 DVD及び CDの規格に対応させる例を 挙げて説明し、重複する説明は省略する。
[0104] 本実施の形態に係る波長選択回折素子 50の平面構成の概念図を図 14 (a)に、断 面構成の概念図を図 14 (b)にそれぞれ示す。本実施の形態に係る波長選択回折素 子 50は、格子周期が中心部力 外周部に近づくほど小さくなる同心円状の格子バタ ーンを有している点、および、 405nm帯（波長え ）の入射光に対して一部を直進透 過させ、残りを回折させるように回折格子高さが調整されている点以外は、第 1の実 施の形態に係る波長選択回折素子 10と同様の構成を有している。
[0105] 係る構成により本実施の形態に係る波長選択回折素子 50は、波長 660nm帯 (波 長え ）および 785nm帯 (波長え ）の入射光に対しては回折格子として作用せずこ
2 3
れを直進透過させ、波長 405nm帯 (波長え ）の入射光に対しては一部を直進透過 させ、残りを回折させて、集光および Zまたは発散させる。このとき、波長 405nm帯（ 波長え ）の入射光に対する 0次回折光すなわち直進透過光強度と、 + 1次回折光お よび 1次回折光、すなわち集光光および発散光のうち、用いる方の回折光強度と、 が略等しくなるように回折格子高さを調整することが好ま 、。
[0106] 格子の断面形状は、矩形、鋸歯形状ある!/、は所望の鋸歯形状を階段状に近似した 形状のいずれを用いることもできるが、鋸歯形状あるいは所望の鋸歯形状を階段状 に近似した形状を用いると、所望の用いる方向の回折効率を高められるので好まし い。
[0107] 次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子 50を光ヘッド装置 500に搭載し、光 ヘッド装置 500が BD等、 DVD及び CDに記録された情報を読み取る場合を例に挙 げて説明する。
[0108] 本実施形態に係る光ヘッド装置 500は、図 15に示すように、発散光のレーザ光を 出射する光源 501と、光源 501から出射されたレーザ光を透過し、光ディスク 510の 記録層 511からの反射光を反射するビームスプリッタ 502と、レーザ光を平行光にす るコリメータレンズ 503と、本実施形態に係る波長選択回折素子 50と、光ディスク 510 の記録層 511に集光する対物レンズ 504と、光ディスク 510の記録層 511からの反射 光を検出する光検出器 505と、を備えている。
[0109] 対物レンズ 504は、波長 405nm帯（波長 λ )に対する開口数 ΝΑが略 0. 85、 660 nm帯 (波長え ）に対する開口数 NAが略 0. 65および 785nm帯 (波長え ）に対する
2 3 開口数 NAが略 0. 40とされ、波長 405nm帯（波長え ）でカバー厚み 0. 1mmの光 ディスクに対して記録 '再生が可能となるように集光特性が最適化された 3波長互換 用対物レンズである。すなわち、本実施形態に係る光ヘッド装置 500は図 9に構成を 模式的に示した光ヘッド装置 300と、第 3の実施の形態の波長選択回折素子 30に 替えて本実施の形態の波長選択回折素子 50を用いている点、および対物レンズ 50 4が 3波長互換性を有する対物レンズである点以外は同様の構成を有している。
[0110] 本実施形態の波長選択回折素子 50を使用した光ヘッド装置 500の、波長 405nm 帯の入射光に対する集光特性を、図 16の模式的断面図を用いて説明する。本実施 形態で用いた波長選択回折素子 50は、光軸から発散される側への回折効率を高め るために、所望の鋸歯形状を多段の階段状に近似した断面形状を持ち、 405nm帯（ 波長え ）の入射光に対する、直進透過光と回折され発散される光 (以下単に回折光 t 、う）との強度が略等しくされて 、る。
[0111] 波長選択回折素子 50により直進透過された波長 405nm帯（波長え ）の光源光は 、図中に実線で示したように対物レンズ 504によって集光されて、対物レンズ 504に 近!、位置に置かれた記録層 511 a上に大きな NA (開口数)で集光される。
[0112] 波長選択回折素子 50の同心円状の格子パターンは外周部に近いほど格子周期 が小さいので、波長選択回折素子 50に入射した入射光のうち外周部への入射光は 、中心部付近への入射光に対して大きな回折角で回折されるので、波長選択回折素 子 50により発散光として出射される。そのため、回折光は、図中に点線で示したよう に対物レンズ 504により、波長選択回折素子 50を直進透過された光と比べて遠い位 置に置かれた記録層 5 l ib上に、小さな NA (開口数)で集光される。
[0113] 以上のように、 405nm帯（波長 λ )に対して透過する光および回折する光のそれ ぞれを用いることで、 660nm帯 (波長え ）や 785nm帯 (波長え ）の特性を変化させ
2 3
ることなくカバー層厚みや NA (開口数）が異なる光ディスク 510a、 510bのいずれに 対しても良好な特性で記録 ·再生することができる。
[0114] 係る格子の具体的な構成としては、厶11を0. 08とし、格子高さが 20 mで、格子周 期が中心部力も外周部に近づくほど小さくなつて最外周部で周期が 15 mである構 成が例示される。
[0115] なお、本発明は上記の構成に限定されるものではなぐ回折方向を集光する方向と して、直進透過光に対して小さな NA (開口数)で近い位置で集光させ、回折光に対 して大きな NA (開口数)で遠 ヽ位置で集光させる構成とすることも同様に用いること ができる。
[0116] また、格子は、基板面に対して入射光が入射する有効領域の全面に同様の格子を 形成してもよいが、集光時の収差を小さく抑えるために、有効領域 530内の外周に近 い部分には格子を形成せずに回折光が発生しないようにしたり、中心部とは逆方向 に回折させたりして、ディスク上の集光性を低下させて記録 ·再生に使用する集光ス ポットへの影響を低減することもできる。
[0117] 以上のように、本実施の形態に係る光ヘッド装置は、波長および NA (開口数）が異 なる複数の種類の光ディスクに対して、同一の対物レンズを用いた光学系で記録'再 生することが可能になるので、光学系が単純化できる。すなわち、互いに異なる複数 の波長の光を選択的に回折する波長選択回折素子及び光ヘッド装置等として有用 である。
[0118] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲 を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明ら かである。
[0119] 本出願は、 2005年 12月 15日出願の日本特許出願（特願 2005— 361987)、 200 6年 9月 7日出願の日本特許出願 (特願 2006— 243139)に基づくものであり、その 内容はここに参照として取り込まれる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る光ヘッド装置は、従来のものよりも広範な波長域の光 を選択的に回折することができるという効果を有し、互いに異なる複数の波長の光を 選択的に回折する波長選択回折素子及び光ヘッド装置等として有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 透光性を有する透明基板と、この透明基板上に形成され一方向に伸張する凹凸形 状が周期的に形成された凹凸部と、この凹凸部の少なくとも凹部を埋めるように充填 された充填部とを備えて、互いに異なる複数の波長を有する入射光が入射される波 長選択回折素子において、
前記凹凸部及び前記充填部は、それぞれ、第 1の光学的等方性材料及び第 2の光 学的等方性材料から形成され、前記第 1の光学的等方性材料及び前記第 2の光学 的等方性材料は、共に前記入射光の波長の光を吸収せず、前記入射光の互いに異 なる複数の波長のうちの少なくとも 1つの波長である第 1の波長を有する光に対して 同じ屈折率を有し、前記第 1の波長とは異なる少なくとも 1つの波長である第 2の波長 を有する光に対して異なる屈折率を有する波長選択回折素子。
[2] 前記凹凸部及び前記充填部は、光の吸収端波長が互いに異なる材料によって形 成された請求項 1に記載の波長選択回折素子。
[3] 前記入射光の互いに異なる複数の波長のうち、前記第 1の光学的等方性材料及び 前記第 2の光学的等方性材料とが異なる屈折率を有する波長 λを有する光に対す る前記第 1の光学的等方性材料の屈折率及び前記第 2の光学的等方性材料の屈折 率との差を Δηとすると、 d( An) Zd を Δηで除算した値の絶対値が 0. 05Znm以 下である請求項 1又は 2に記載の波長選択回折素子。
[4] 前記互いに異なる複数の波長を有する光の波長をえ 、え 及びえ とするとき、前
1 2 3
記凹凸部及び前記充填部は、前記波長 λ を有する光に対して異なる屈折率を有し 、前記波長 λ 2を有する光及び前記波長 λ 3を有する光に対して同じ屈折率を有する 請求項 1から 3までのいずれ力 1項に記載の波長選択回折素子。
[5] 前記互いに異なる複数の波長を有する光の波長をえ 、え 及びえ とするとき、前
1 2 3
記凹凸部及び前記充填部は、前記波長 λ を有する光に対して同じ屈折率を有し、 前記波長 λ 2を有する光及び前記波長 λ 3を有する光に対して異なる屈折率を有す る請求項 1から 3までのいずれか 1項に記載の波長選択回折素子。
[6] 前記凹凸部と前記充填部とが、前記入射光が入射する領域である有効領域の一 部のみに設置されている請求項 1から 5までのいずれか 1項に記載の波長選択回折 素子。
[7] 前記凹凸部と前記充填部とが前記透明基板の前記入射光が入射する領域である 有効領域内に同心円状に形成されていて、前記凹凸部の周期が中心部から外周部 に近づくほど小さい請求項 1から 5までのいずれか 1項に記載の波長選択回折素子。
[8] 互いに異なる複数の波長を有する入射光を出射する光源と、前記光を光ディスクの 記録層に集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの反射光を検出する光検出 器とを備える光ヘッド装置において、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路上、又は前記対物レンズと前記光検出器 との間の光路上に、請求項 1から 7までのいずれか 1項に記載の波長選択回折素子 が設置されて!ヽる光ヘッド装置。
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