(57)【要約】【課題】光利用効率の低下を防ぎ、迷光の発生を防止でき、より容易に製造できる光学素子、光ヘッド及び光学素子の設計方法を提供する。【解決手段】ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光を回折するＣＤ用回折構造１２１と、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光を回折するＤＶＤ用回折構造１２２と、が形成されたグレーティング素子１２であって、ＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２は、少なくとも局所的に周期構造を有し、当該周期構造の１周期分のＣＤ用格子構造１２３及びＤＶＤ用格子構造１２４は、高さの異なる少なくとも３種類の平坦部を有し、一の平坦部の両側に隣接する他の平坦部は、一の平坦部に対して同じ側に位置するように構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長のレーザ光を回折する第１の回折構造と、前記第１の波長と異なる第２の波長のレーザ光を回折する第２の回折構造と、が形成された光学素子であって、
前記第１の回折構造及び／又は前記第２の回折構造は、少なくとも局所的に周期構造を有し、
前記周期構造の１周期分の格子構造は、高さの異なる少なくとも３種類の平坦部を有し、
一の前記平坦部の両側に隣接する他の前記平坦部は、前記一の平坦部に対して同じ側に位置する光学素子。
【請求項２】
前記光学素子は透明基板により形成され、
前記１周期分の格子構造は、前記透明基板の表面に、凸部と凹部とが交互に配置されることによって形成される請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記周期構造の１周期分の格子構造において、
一の前記平坦部の両側に隣接する他の前記平坦部の幅がほぼ等しい請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１の回折構造が第１の面に形成され、前記第２の回折構造が前記第１の面と反対側の第２の面に形成されている請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の回折構造が一方の表面に形成された第１の基板と、前記第２の回折構造が一方の表面に形成された第２の基板と、からなり、
前記第１の基板の前記第１の回折構造が形成された面の反対側の面と、前記第２の基板の前記第２の回折構造が形成された面の反対側の面と、が張り合わされてなる請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第１の回折構造において、隣接する前記平坦部の間に形成された第１の段差の高さは、前記第２の波長の略整数倍であり、
前記第２の回折構造において、隣接する前記平坦部の間に形成された第２の段差の高さは、前記第１の波長の略整数倍である請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記第１の波長のレーザ光はＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）の記録・再生に用いられ、前記第２の波長のレーザ光はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）の記録・再生に用いられる場合であって、
前記第１の回折構造又は前記第２の回折構造によって回折されるレーザ光の第１の光利用効率を（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）とし、前記第１の回折構造又は前記第２の回折構造を回折せずに透過するレーザ光の第２の光利用効率を（０次回折光の強度）／（入射光の強度）とした場合に、
周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きく、
周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きい請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記第１の波長のレーザ光はＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）の記録・再生に用いられ、前記第２の波長のレーザ光はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）の記録・再生に用いられる場合であって、
前記第１の回折構造又は前記第２の回折構造によって回折されるレーザ光の第１の光利用効率を（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）とし、前記第１の回折構造又は前記第２の回折構造を回折せずに透過するレーザ光の第２の光利用効率を（０次回折光の強度）／（入射光の強度）とした場合に、
レーザ光の波長が前記第１の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、レーザ光の波長が前記第２の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きく、
レーザ光の波長が前記第２の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、レーザ光の波長が前記第１の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きい請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第１の波長のレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、前記第２の波長のレーザ光を出射する第２のレーザ光源との間の距離が固定されたレーザユニットを光源として有し、
前記レーザユニットから出射されたレーザ光の光路上に、請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学素子が配置されている光ヘッド。
【請求項１０】
第１の波長のレーザ光を回折する第１の回折構造と、前記第１の波長と異なる第２の波長のレーザ光を回折する第２の回折構造と、が形成された光学素子の設計方法であって、
前記第１の回折構造及び／又は前記第２の回折構造に、少なくとも局所的に周期構造を形成し、
前記周期構造の１周期分の格子構造に、高さの異なる少なくとも３種類の平坦部を形成し、
一の前記平坦部の両側に隣接する他の前記平坦部は、前記一の平坦部に対して同じ側に位置する光学素子の設計方法。
【請求項１１】
前記光学素子を透明基板により形成し、
前記１周期分の格子構造は、前記透明基板の表面に、凸部と凹部とを交互に配置することによって形成される請求項１０に記載の光学素子の設計方法。
【請求項１２】
前記周期構造の１周期分の格子構造において、
一の前記平坦部の両側に隣接する他の前記平坦部の幅がほぼ等しい請求項１０又は１１に記載の光学素子の設計方法。
【請求項１３】
前記第１の回折構造を第１の面に形成し、前記第２の回折構造を前記第１の面と反対側の第２の面に形成する請求項１０乃至１２の何れか一項に記載の光学素子の設計方法。
【請求項１４】
前記光学素子を、前記第１の回折構造が一方の表面に形成された第１の基板と、前記第２の回折構造が一方の表面に形成された第２の基板と、から形成し、
前記第１の基板の前記第１の回折構造が形成された面の反対側の面と、前記第２の基板の前記第２の回折構造が形成された面の反対側の面と、を張り合わせる請求項１０乃至１２の何れか一項に記載の光学素子の設計方法。
【請求項１５】
前記第１の回折構造において、隣接する前記平坦部の間に形成された第１の段差の高さは、前記第２の波長の略整数倍であり、
前記第２の回折構造において、隣接する前記平坦部の間に形成された第２の段差の高さは、前記第１の波長の略整数倍である請求項１０乃至１４の何れか一項に記載の光学素子の設計方法。
【請求項１６】
前記第１の波長のレーザ光はＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）の記録・再生に用いられ、前記第２の波長のレーザ光はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）の記録・再生に用いられる場合であって、
前記第１の回折構造又は前記第２の回折構造によって回折されるレーザ光の第１の光利用効率を（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）とし、前記第１の回折構造又は前記第２の回折構造を回折せずに透過するレーザ光の第２の光利用効率を（０次回折光の強度）／（入射光の強度）とした場合に、
周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きく、
周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きい請求項１０乃至１５の何れか一項に記載の光学素子の設計方法。
【請求項１７】
前記第１の波長のレーザ光はＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）の記録・再生に用いられ、前記第２の波長のレーザ光はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）の記録・再生に用いられる場合であって、
前記第１の回折構造又は前記第２の回折構造によって回折されるレーザ光の第１の光利用効率を（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）とし、前記第１の回折構造又は前記第２の回折構造を回折せずに透過するレーザ光の第２の光利用効率を（０次回折光の強度）／（入射光の強度）とした場合に、
レーザ光の波長が前記第１の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、レーザ光の波長が前記第２の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きく、
レーザ光の波長が前記第２の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、レーザ光の波長が前記第１の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きい請求項１０乃至１６の何れか一項に記載の光学素子の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、光ヘッド及び光学素子の設計方法に関し、波長の異なる複数の光源から出射された複数のレーザ光を共通の光路で光ディスクに集光する光ヘッドに用いられる光学素子、該光ヘッド及び光学素子の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）などの光ディスクが広く普及している。これらの異なる光ディスクを記録・再生するため、光ディスクドライブ装置には、波長の異なる複数の光源が備えられている。例えば、通常、ＤＶＤドライブはＣＤを再生することができ、ＢＤドライブはＣＤ及びＤＶＤを再生することができる。ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤは、それぞれ、世代の異なる光ディスクである。そして、新しい世代の光ディスクほど、記録密度が高い。また、新しい世代の光ディスクほど、使用する半導体レーザ光源の波長が短くなっている。
【０００３】
波長の異なる複数の光源を搭載すると、その分、部品点数が増えるため、光ピックアップが大型化する。そこで、光ピックアップの大型化を防ぐため、複数の光源から出射されたレーザ光を共通の光路を用いて光ディスクに集光することが図られている。
特に、スリムドライブ、ウルトラスリムドライブと呼ばれるノートパソコンなどに搭載される光ディスクドライブでは、光学系の簡素化が必須である。そこで、近年では、波長の異なる複数の半導体レーザが１つのパッケージに一体化された、半導体レーザ光源が用いられることが多い。例えば、ＤＶＤ用の赤色半導体レーザと、ＣＤ用の赤外半導体レーザとが１つのパッケージに一体化された、２波長半導体レーザ光源などが用いられている。
【０００４】
一方、光ピックアップの光学系においては、グレーティング素子などの光学素子が設けられている。そして、トラッキング制御を行いながら信号を再生するため、グレーティング素子によりレーザ光源から出射されたレーザ光を回折させて、光ディスク上に、信号再生用の光スポット（以下、メインスポットと称する。）と、トラッキング信号生成用の光スポット（以下、サブスポットと称する。）と、を形成する。このとき、メインスポットとサブスポットとの間隔、強度比、相対位置は、光ディスクの案内溝形状やトラックピッチに応じた適切な値である必要がある。そして、光ディスクの種類によって当該案内溝形状やトラックピッチは異なる。したがって、光ピックアップの光学系に、光ディスク専用のグレーティング素子を複数設ける必要がある。
【０００５】
しかし、上述のように、光ピックアップの光学系に、複数の半導体レーザが１つのパッケージに一体化された半導体レーザ光源を設ける場合、レーザ光源から光ディスクまでの全光路が共通となる。そのため、複数のグレーティング素子を共通光路に配置せざるを得ない。したがって、回折させるレーザ光の波長と異なる波長を有するレーザ光には影響を及ぼさないグレーティング素子の開発が望まれている。
【０００６】
特許文献１には、基板の表面に、断面矩形形状の凸部が複数形成されたグレーティング素子が記載されている。また、特許文献１に記載のグレーティング素子に形成された凸部の高さは、２つの波長のうち一方の波長の整数倍となっている。そして、凸部の高さが波長の整数倍とならない場合、凸部を透過した光束と凹部を透過した光束との間に位相差が生じ、レーザ光が回折される。ここで、凸部の高さは回折させないレーザ光の波長の整数倍に制限されるため、当該位相差の値は固定される。そこで、特許文献１に記載のグレーティング素子では、凸部の幅と、凹部の幅の比率（以下、Ｄｕｔｙ比と称する。）を１：１からずらすことにより、メインスポットとサブスポットとの光量比を調整している。
【０００７】
また、特許文献２には、基板の表面に、階段形状の凸部が複数形成されたグレーティング素子が記載されている。具体的には、当該凸部は、第１の段部と、第１の段部の両側に連設され、第１の段部より高さが低い第２の段部と、から形成されている。また、第１の段部の高さは、回折させないレーザ光の波長の整数倍となっている。一方、第１の段部の高さと第２の段部の高さとの差は、回折させるレーザ光の波長の整数倍となっている。これにより、温度変化に伴う回折効率の変動を防いでいる。
【０００８】
また、特許文献３には、基板の表面に複数の凸部が形成され、凹部に多層膜構造を形成したグレーティング素子が記載されている。そして、当該多層膜構造により、回折光の回折効率を調整している。
【特許文献１】特開２００１−２８１４３２号公報
【特許文献２】特開２００７−２４２１５６号公報
【特許文献３】特開２００８−１０７８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載のグレーティング素子では、Ｄｕｔｙ比を１：１からずらしているため、２次回折光の強度が強くなる。そのため、光利用効率が低下してしまう。ここで、光利用効率とは、入射光強度に対する、０次回折光強度及び±１次回折光強度の総和の比とする。
【００１０】
また、特許文献２に記載のグレーティング素子では、第２の段部の高さが、回折させるべきでないレーザ光の整数倍となっていない。そのため、回折させるべきでないレーザ光も、第２の段部によって回折されてしまい、迷光が発生してしまう。迷光は、信号再生などに必要な光と干渉し、有害な強度変動やノイズを発生させる。そのため、再生信号やトラッキング制御信号などの品質を低下させてしまう。
【００１１】
また、特許文献３に記載のグレーティング素子では、微小な凹部に多層膜構造を形成する必要があり、製造工程が複雑となってしまう。
【００１２】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、光利用効率の低下を防ぎ、迷光の発生を防止でき、より容易に製造できる光学素子、光ヘッド及び光学素子の設計方法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】
【００１３】
本発明にかかる光学素子は、第１の波長のレーザ光を回折する第１の回折構造と、前記第１の波長と異なる第２の波長のレーザ光を回折する第２の回折構造と、が形成された光学素子であって、前記第１の回折構造及び／又は前記第２の回折構造は、少なくとも局所的に周期構造を有し、前記周期構造の１周期分の格子構造は、高さの異なる少なくとも３種類の平坦部を有し、一の前記平坦部の両側に隣接する他の前記平坦部は、前記一の平坦部に対して同じ側に位置するものである。
【００１４】
本発明においては、光学素子に、第１の波長のレーザ光を回折する第１の回折構造と、第２の波長のレーザ光を回折する第２の回折構造と、が形成されている。そのため、第１の波長のレーザ光と第２の波長のレーザ光とを共通の光路で光ディスクに集光する場合に、当該光学素子により、第１の波長のレーザ光と第２の波長のレーザ光とを好適に回折させることができる。
また、第１の回折構造及び／又は第２の回折構造は、少なくとも局所的に周期構造を有している。また、周期構造の１周期分の格子構造は、高さの異なる少なくとも３種類の平坦部を有している。さらに、一の平坦部の両側に隣接する他の平坦部が、当該一の平坦部に対して同じ側に位置するように、当該格子構造が形成される。光学素子にこのような周期構造を設けることにより、光利用効率の低下を防ぐことができるとともに、迷光の発生を防止することができる。
また、多層膜構造を用いずに済むため、当該光学素子をより容易に製造することができる。
【００１５】
また、前記光学素子は透明基板により形成され、前記１周期分の格子構造は、前記透明基板の表面に、凸部と凹部とが交互に配置されることによって形成されることが好ましい。これにより、金型による成形加工が可能となり、当該光学素子をより容易に製造することができる。また、当該光学素子の量産性を向上することができる。
【００１６】
また、前記周期構造の１周期分の格子構造において、一の前記平坦部の両側に隣接する他の前記平坦部の幅がほぼ等しいことが好ましい。光学素子にこのような周期構造を設けることにより、２次回折光の発生を抑えることができ、光利用効率の低下を防ぐことができる。
【００１７】
さらに、また、前記第１の回折構造が第１の面に形成され、前記第２の回折構造が前記第１の面と反対側の第２の面に形成されていることが好ましい。これにより、第１の波長のレーザ光を回折する光学素子と、第２の波長のレーザ光を回折する光学素子とを１つの透明基板で製造することができ、素子を薄く形成することができる。また、材料費を低減することができる。
【００１８】
また、前記光学素子は、前記第１の回折構造が一方の表面に形成された第１の基板と、前記第２の回折構造が一方の表面に形成された第２の基板と、からなり、前記第１の基板の前記第１の回折構造が形成された面の反対側の面と、前記第２の基板の前記第２の回折構造が形成された面の反対側の面と、が張り合わされてなることが好ましい。
これにより、第１の回折構造が形成された第１の基板の材料と、第２の回折構造が形成された第２の基板の材料とを、別々の材料とすることができる。そのため、回折すべきレーザ光の波長等に合わせて、基板の材料を自由に選択することができる。したがって、基板材料の選択の自由度が広がる。また、第１の基板と第２の基板とを別々に形成するため、トータルでの歩留まりが向上する。また、第１の基板と第２の基板との間に偏光フィルムや旋光フィルムなどのフィルム状の光学素子を挿入することができる。
【００１９】
さらに、前記第１の回折構造において、隣接する前記平坦部の間に形成された第１の段差の高さは、前記第２の波長の略整数倍であり、前記第２の回折構造において、隣接する前記平坦部の間に形成された第２の段差の高さは、前記第１の波長の略整数倍であることが好ましい。これにより、迷光の発生を防ぐことができる。
【００２０】
また、前記第１の波長のレーザ光はＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）の記録・再生に用いられ、前記第２の波長のレーザ光はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）の記録・再生に用いられる場合であって、前記第１の回折構造又は前記第２の回折構造によって回折されるレーザ光の第１の光利用効率を（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）とし、前記第１の回折構造又は前記第２の回折構造を回折せずに透過するレーザ光の第２の光利用効率を（０次回折光の強度）／（入射光の強度）とした場合に、周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きく、
周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きいことが好ましい。
また、レーザ光の波長が前記第１の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、レーザ光の波長が前記第２の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きく、
レーザ光の波長が前記第２の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、レーザ光の波長が前記第１の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きいことが好ましい。
【００２１】
本発明にかかる光ヘッドは、前記第１の波長のレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、前記第２の波長のレーザ光を出射する第２のレーザ光源との間の距離が固定されたレーザユニットを光源として有し、前記レーザユニットから出射されたレーザ光の光路上に、上述の光学素子が配置されているものである。これにより、光利用効率の低下を防ぎ、迷光の発生を防止できる。
【００２２】
本発明にかかる光学素子の設計方法は、第１の波長のレーザ光を回折する第１の回折構造と、前記第１の波長と異なる第２の波長のレーザ光を回折する第２の回折構造と、が形成された光学素子の設計方法であって、前記第１の回折構造及び／又は前記第２の回折構造に、少なくとも局所的に周期構造を形成し、前記周期構造の１周期分の格子構造に、高さの異なる少なくとも３種類の平坦部を形成し、一の前記平坦部の両側に隣接する他の前記平坦部は、前記一の平坦部に対して同じ側に位置するものである。
【００２３】
本発明においては、光学素子に、第１の波長のレーザ光を回折する第１の回折構造と、第２の波長のレーザ光を回折する第２の回折構造と、が形成されている。そのため、第１の波長のレーザ光と第２の波長のレーザ光とを共通の光路で光ディスクに集光する場合に、当該光学素子により、第１の波長のレーザ光と第２の波長のレーザ光とを好適に回折させることができる。
また、第１の回折構造及び／又は第２の回折構造は、少なくとも局所的に周期構造を有している。また、周期構造の１周期分の格子構造は、高さの異なる少なくとも３種類の平坦部を有している。さらに、一の平坦部の両側に隣接する他の平坦部が、当該一の平坦部に対して同じ側に位置するように、当該格子構造が形成される。光学素子にこのような周期構造を設けることにより、光利用効率の低下を防ぐことができるとともに、迷光の発生を防止することができる。
また、多層膜構造を用いずに済むため、当該光学素子をより容易に製造することができる。
【００２４】
また、前記光学素子は透明基板により形成され、前記１周期分の格子構造は、前記透明基板の表面に、凸部と凹部とが交互に配置されることによって形成されることが好ましい。これにより、金型による成形加工が可能となり、当該光学素子をより容易に製造することができる。また、当該光学素子の量産性を向上することができる。
【００２５】
また、前記周期構造の１周期分の格子構造において、一の前記平坦部の両側に隣接する他の前記平坦部の幅がほぼ等しいことが好ましい。光学素子にこのような周期構造を設けることにより、２次回折光の発生を抑えることができ、光利用効率の低下を防ぐことができる。
【００２６】
さらに、また、前記第１の回折構造が第１の面に形成され、前記第２の回折構造が前記第１の面と反対側の第２の面に形成されていることが好ましい。これにより、第１の波長のレーザ光を回折する光学素子と、第２の波長のレーザ光を回折する光学素子とを１つの透明基板で製造することができ、素子を薄く形成することができる。また、材料費を低減することができる。
【００２７】
また、前記光学素子は、前記第１の回折構造が一方の表面に形成された第１の基板と、前記第２の回折構造が一方の表面に形成された第２の基板と、からなり、前記第１の基板の前記第１の回折構造が形成された面の反対側の面と、前記第２の基板の前記第２の回折構造が形成された面の反対側の面と、が張り合わされてなることが好ましい。
これにより、第１の回折構造が形成された第１の基板の材料と、第２の回折構造が形成された第２の基板の材料とを、別々の材料とすることができる。そのため、回折すべきレーザ光の波長等に合わせて、基板の材料を自由に選択することができる。したがって、基板材料の選択の自由度が広がる。また、第１の基板と第２の基板とを別々に形成するため、トータルでの歩留まりが向上する。また、第１の基板と第２の基板との間に偏光フィルムや旋光フィルムなどのフィルム状の光学素子を挿入することができる。
【００２８】
さらに、前記第１の回折構造において、隣接する前記平坦部の間に形成された第１の段差の高さは、前記第２の波長の略整数倍であり、前記第２の回折構造において、隣接する前記平坦部の間に形成された第２の段差の高さは、前記第１の波長の略整数倍であることが好ましい。これにより、迷光の発生を防ぐことができる。
【００２９】
また、前記第１の波長のレーザ光はＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）の記録・再生に用いられ、前記第２の波長のレーザ光はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）の記録・再生に用いられる場合であって、前記第１の回折構造又は前記第２の回折構造によって回折されるレーザ光の第１の光利用効率を（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）とし、前記第１の回折構造又は前記第２の回折構造を回折せずに透過するレーザ光の第２の光利用効率を（０次回折光の強度）／（入射光の強度）とした場合に、周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きく、
周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、周囲温度が設計温度から±４０℃の範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きいことが好ましい。
また、レーザ光の波長が前記第１の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、レーザ光の波長が前記第２の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第１の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きく、
レーザ光の波長が前記第２の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第１の光利用効率は０．９０より大きく、レーザ光の波長が前記第１の波長から±５ｎｍの範囲内で変動した際、前記第２の回折構造の前記第２の光利用効率は０．９０より大きいことが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明により、光利用効率の低下を防ぎ、迷光の発生を防止でき、より容易に製造できる光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の実施の形態にかかる光ヘッド１の光学系の一例を示したものである。光ヘッド１は、レーザユニット１１（光源）、グレーティング素子１２（光学素子）、ビームスプリッタ１３、コリメータレンズ１４、ピックアップレンズ１５、検出系１６等を備えている。本実施の形態では、光ディスクとしてＣＤ１７及びＤＶＤ１８を例に挙げて説明する。なお、本発明が適用される光ディスクの範囲は、ＣＤ１７及びＤＶＤ１８に限られない。
【００３２】
レーザユニット１１は、ＣＤ用レーザ光源１１１（第１のレーザ光源）とＤＶＤ用レーザ光源１１２（第２のレーザ光源）等を備えている。ＣＤ用レーザ光源１１１が出射するレーザ光の波長（第１の波長）と第２のレーザ光減１１２が出射するレーザ光の波長（第２の波長）とは、異なっている。本実施形態では、ＣＤ用レーザ光源１１１は、ＣＤ１７を記録・再生するのに用いられるレーザ光の波長０．７８５μｍ（第１の波長）のレーザ光を出射する。また、ＤＶＤ用レーザ光源１１２は、ＤＶＤ１８を記録・再生するのに用いられるレーザ光の波長０．６６０μｍ（第２の波長）のレーザ光を出射する。レーザユニット１１では、ＣＤ用レーザ光源１１１とＤＶＤ用レーザ光源１１２とが１つのパッケージに一体化されている。図１において、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光の光路を点線で示し、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光の光路を破線で示す。
【００３３】
レーザユニット１１から出射されたレーザ光の光路上にグレーティング素子１２が設けられている。グレーティング素子１１の側面図を図２に示す。また、図３にグレーティング素子１２における回折の様子を示す。
図２に示すように、グレーティング素子１２は、透明基板により形成されている。また、グレーティング素子１２の入射面（第１の面）には、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光を回折するＣＤ用回折構造１２１（第１の回折構造）が形成されている。また、グレーティング素子１２の出射面（第２の面）には、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光を回折するＤＶＤ用回折構造１２２（第２の回折構造）が形成されている。
そして、図３に示すように、ＣＤ用回折構造１２１は、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光（図３の白抜き矢印）を回折して、主に、０次回折光と＋１次回折光と−１次回折光とを発生させる。また、ＤＶＤ用回折構造１２２は、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光（図３のハッチングが施された矢印）を回折して、主に、０次回折光と＋１次回折光と−１次回折光とを発生させる。
【００３４】
グレーティング素子１２から出射したレーザ光の光路上にビームスプリッタ１３が設けられている。また、ビームスプリッタ１３より出射したレーザ光の光路上にコリメータレンズ１４が設けられている。コリメータレンズ１４は、レーザユニット１１から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。
【００３５】
コリメータレンズ１４を透過したレーザ光の光路上にピックアップレンズ１５が設けられている。
ピックアップレンズ１５は、入射された光をＣＤ１７又はＤＶＤ１８の情報記録面に回折限界近くまで集光させる機能を有する。ピックアップレンズ１５は、さらに、ＣＤ１７又はＤＶＤ１８の情報記録面で反射されたレーザ光を検出系１６に導く機能も有する。
また、フォーカスサーボ時、及びトラッキングサーボ時には、ピックアップレンズ１５が図示されないアクチュエータにより動作する。
【００３６】
次に、レーザユニット１１から出射されたレーザ光がＣＤ１７又はＤＶＤ１８の情報記録面で反射され検出系１６に検出されるまでの挙動について説明する。レーザユニット１１から出射されたレーザ光は、グレーティング素子１２により回折され、主に、０次回折光、＋１次回折光、−１次回折光となって出射する。グレーティング素子１２から出射された０次回折光、＋１次回折光、−１次回折光は、ビームスプリッタ１３を透過してコリメータレンズ１４に入射する。
【００３７】
コリメータレンズ１４は、レーザユニット１１から出射された０次回折光、＋１次回折光、−１次回折光を発散光から略平行光に変換する。
【００３８】
コリメータレンズ１４を透過した０次回折光、＋１次回折光、−１次回折光はピックアップレンズ１５に入射される。ピックアップレンズ１５は、０次回折光、＋１次回折光、−１次回折光をＣＤ１７又はＤＶＤ１８の情報記録面に回折限界近くまで集光させる。ＣＤ１７又はＤＶＤ１８の情報記録面で反射された０次回折光、＋１次回折光、−１次回折光は、ピックアップレンズ１５を介して検出系１６に入射し、検出される。検出系１６は、当該０次回折光、＋１次回折光、−１次回折光を検出し、光電変換することによって、再生信号、フォーカスサーボ信号、トラックサーボ信号などを生成する。
【００３９】
次に、本発明の実施の形態にかかる光ヘッド１において用いられるグレーティング素子１２について詳細に説明する。
図２、図３に示すように、グレーティング素子１２の入射面に凹凸形状が形成されることにより、ＣＤ用回折構造１２１が形成されている。同様に、グレーティング素子１２の出射面に凹凸形状が形成されることにより、ＤＶＤ用回折構造１２２が形成されている。また、ＣＤ用回折構造１２１の凹凸のピッチは、ＤＶＤ用回折構造１２２の凹凸のピッチより大きくなっている。
【００４０】
また、ＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２は周期構造を有している。具体的には、ＣＤ用回折構造１２１では、凸部の天面の高さは揃っているが、凹部の底面の深さは交互に異なっている。また、ＤＶＤ用回折構造１２２では、凹部の底面の光軸方向における位置はほぼ同じであるが、凸部の天面の高さは交互に異なっている。なお、ＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２は、グレーティング素子１２の全面において当該周期構造を有している必要はなく、局所的に当該周期構造を有していればよい。
【００４１】
ＣＤ用回折構造１２１における１周期分のＣＤ用格子構造１２３（格子構造）は、２つの凹部と２つの凸部とからなる。また、ＣＤ用格子構造１２３において、凸部と凹部とは交互に配置されている。そして、ＣＤ用格子構造１２３において、２つの凸部の天面の高さはほぼ同じであり、２つの凹部の深さは異なっている。したがって、ＣＤ用格子構造１２３は、凸部の天面、一の凹部の底面、他の凹部の底面、の３種類の平坦部を有している。即ち、ＣＤ用格子構造１２３は、光軸方向における位置が異なる３種類の平坦部を有している。換言すれば、ＣＤ用格子構造１２３は、高さの異なる３種類の平坦部を有している。
【００４２】
ＤＶＤ用回折構造１２２における１周期分のＤＶＤ用格子構造１２４（格子構造）は、２つの凹部と２つの凸部とからなる。また、ＤＶＤ用格子構造１２４において、凸部と凹部とは交互に配置されている。そして、ＤＶＤ用格子構造１２４において、２つの凹部の底面の深さ（光軸方向における位置）はほぼ同じであり、２つの凸部の高さは異なっている。したがって、ＤＶＤ用格子構造１２４は、凹部の底面、一の凸部の天面、他の凸部の天面、の３種類の平坦部を有している。即ち、ＤＶＤ用格子構造１２４は、光軸方向における位置が異なる３種類の平坦部を有している。換言すれば、ＤＶＤ用格子構造１２４は、高さの異なる３種類の平坦部を有している。
【００４３】
また、ＣＤ用格子構造１２３及びＤＶＤ用格子構造１２４において、一の平坦部の両側に隣接する他の平坦部は、当該一の平坦部に対して同じ側に位置している。具体的には、凹部の底面の両側に隣接する凸部の天面の光軸方向における位置は、当該底面に対して同じ側となっている。また、凸部の天面の両側に隣接する凹部の底面の光軸方向における位置は、当該天面に対して同じ側となっている。
【００４４】
また、ＣＤ用回折構造１２１において、隣接する平坦部の間に形成された段差（第１の段差）の高さは、ＤＶＤ用レーザ光源１１２の波長（第２の波長）の略整数倍となっている。つまり、ＣＤ用格子構造１２３において、凹部の深さや凸部の高さは、ＤＶＤ１８を記録・再生するのに用いられるレーザ光の波長０．６６０μｍの略整数倍となっている。そのため、ＣＤ用回折構造１２１は、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光を回折せずに透過する。
また、ＤＶＤ用回折構造１２２において、隣接する平坦部の間に形成された段差（第２の段差）の高さは、ＣＤ用レーザ光源１１１の波長（第１の波長）の略整数倍となっている。つまり、ＤＶＤ用格子構造１２４において、凹部の深さや凸部の高さは、ＣＤ１７を記録・再生するのに用いられるレーザ光の波長０．７８５μｍの略整数倍となっている。そのため、ＤＶＤ用回折構造１２２は、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光を回折せずに透過する。
【００４５】
また、ＣＤ用格子構造１２３及びＤＶＤ用格子構造１２４において、一の平坦部の両側に隣接する他の平坦部の幅がほぼ等しくなっている。換言すれば、ＣＤ用格子構造１２３及びＤＶＤ用格子構造１２４において、一の凸部の天面の幅と他の凸部の天面の幅とがほぼ等しくなっている。また、ＣＤ用格子構造１２３及びＤＶＤ用格子構造１２４において、一の凹部の底面の幅と他の凹部の底面の幅とがほぼ等しくなっている。
【００４６】
ここで、本実施形態にかかるグレーティング素子１２の設計仕様として、ＣＤ用回折構造１２１の設計波長を０．７８５μｍ、格子ピッチを５０μｍ、透明基板の屈折率を１．５とする。また、ＣＤ用回折構造１２１において、（±１次回折光の強度）／（０次回折光の強度）＝０．０７７±０．０１、（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）＞０．９を満たすように設計を行うこととする。なお、（±１次回折光の強度）／（０次回折光の強度）は、０次回折光に対する＋１次回折光又は−１次回折光の強度の比率である。
また、本実施形態にかかるグレーティング素子１２の設計仕様として、ＤＶＤ用回折構造１２２の設計波長を０．６６０μｍ、格子ピッチを３０μｍ、透明基板の屈折率を１．５とする。また、ＤＶＤ用回折構造１２２において、（±１次回折光の強度）／（０次回折光の強度）＝０．０７７±０．０１、（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）＞０．９を満たすように設計を行うこととする。
【００４７】
グレーティング素子１２の拡大断面図を図４に示す。図４においてグレーティング素子１２の下側の面に形成された凹凸形状がＣＤ用回折構造１２１であり、上側の面に形成された凹凸形状がＤＶＤ用回折構造１２２である。
図４に示すように、ＣＤ用回折構造１２１において、ＣＤ用格子構造１２３の幅をＱ、凹部の底面の幅をそれぞれＣ、Ｄとした場合、例えば、Ｑ＝５０μｍ、Ｃ／Ｑ＝Ｄ／Ｑ＝０．３１４である。即ち、Ｃ≒Ｄとなっている。
また、ＤＶＤ用回折構造１２２において、ＤＶＤ用格子構造１２４の幅をＰ、凸部の天面の幅をそれぞれＡ、Ｂとした場合、例えば、Ｐ＝３０μｍ、Ａ／Ｐ＝Ｂ／Ｐ＝０．２４９である。即ち、Ａ≒Ｂとなっている。
【００４８】
また、グレーティング素子１２の他の例を図５に示す。図５に示すＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２の凹凸形状は、図４に示すＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２の凹凸形状が反転した形状となっている。ＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２の凹凸形状が反転しても、グレーティング素子１２は、反転前と同じ機能を有する。また、後述するように、温度が設計温度よりずれたり、波長が設計波長からずれることにより、グレーティング素子１２の機能に影響を及ぼすが、ＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２の凹凸形状が反転しても、グレーティング素子１２の温度ずれの許容範囲や波長ずれの許容範囲は同じ範囲となる。
【００４９】
図６に、ＤＶＤ用格子構造１２４の断面形状を表わすグラフを示す。また、図７に、ＣＤ用格子構造１２３の断面形状を表わすグラフを示す。図６、図７において、横軸が光軸に垂直な方向における位置を示し、縦軸が深さを示す。また、図６、図７において、下側がグレーティング素子１２の内部側となっている。
また、図８に、図６に示す断面形状を有するＤＶＤ用回折構造１２２によって、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光に与える位相差を表わすグラフを示す。また、図９に、図７に示す断面形状を有するＣＤ用回折構造１２１によってＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光に与える位相差を表わすグラフを示す。図８、図９において、横軸が規格化位置、縦軸が位相を示す。規格化位置は、光軸からの光線高さを格子ピッチで規格化したものである。即ち、図８、図９では、１周期分の格子構造であるＣＤ用格子構造１２３及びＤＶＤ用格子構造１２４を透過するレーザ光に付与される位相差を表わしている。
【００５０】
図８に示すように、ＤＶＤ用回折構造１２２は、図６に示す断面形状を有することにより、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光に、階段状の位相差を付与することができる。同様に、図９に示すように、ＣＤ用回折構造１２１は、図７に示す断面形状を有することにより、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光に、階段状の位相差を付与することができる。
具体的には、図６に示す高さの低い凸部の天面と凹部の底面との間の段差により、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光に、図８に示す階段状の位相差における中段の位相差を付与することができる。また、図６に示す高さの高い凸部の天面と凹部の底面との間の段差により、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光に、図８に示す階段状の位相差における上段の位相差を付与することができる。
同様に、図７に示す深さの小さい凹部の底面と凸部の天面との間の段差により、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光に、図９に示す階段状の位相差における中段の位相差を付与することができる。また、図７に示す深さの大きい凹部の底面と凸部の天面との間の段差により、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光に、図９に示す階段状の位相差における上段の位相差を付与することができる。
【００５１】
次に、上述のグレーティング素子１２におけるＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２の設計方法について説明する。
ＣＤ用回折構造１２１において、隣り合う平坦部の間に形成された段差（第１の段差）の高さは、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光の波長の略整数倍であるから、以下の数式（１）により表わされる。
ｄ１＝ｎ１×λ２／（Ｎ２−１）    ・・・・・（１）
ここで、ｄ１はＣＤ用回折構造１２１における段差の高さ（μｍ）、ｎ１は整数、λ２はＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光の波長（μｍ）、Ｎ２はＤＶＤ用回折構造１２２が形成される透明基板の屈折率である。
同様に、ＤＶＤ用回折構造１２２において、隣り合う平坦部の間に形成された段差（第２の段差）の高さは、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光の波長の略整数倍であるから、以下の数式（２）により表わされる。
ｄ２＝ｎ２×λ１／（Ｎ１−１）    ・・・・・（２）
ここで、ｄ２はＤＶＤ用回折構造１２２における段差の高さ（μｍ）、ｎ２は整数、λ１はＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光の波長（μｍ）、Ｎ１はＣＤ用回折構造１２１が形成される透明基板の屈折率である。
【００５２】
また、ＣＤ用回折構造１２１によりＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光に付与される位相差φ１は、以下の数式（３）により表わされる。
φ１＝ｄ１×（Ｎ１−１）／λ１−Round（ｄ１×（Ｎ１−１）／λ１）
・・・・・（３）
同様に、ＤＶＤ用回折構造１２２によりＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光に付与される位相差φ２は、以下の数式（４）により表わされる。
φ２＝ｄ２×（Ｎ２−１）／λ２−Round（ｄ２×（Ｎ２−１）／λ２）
・・・・・（４）
数式（３）及び数式（４）において、「Round」は、因数の少数第１位を四捨五入して整数化する関数である。
【００５３】
グレーティング素子１２におけるＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２を設計する場合には、数式（１）のｎ１及び数式（２）のｎ２に任意の整数を代入して得られたｄ１、ｄ２をそれぞれ数式（３）及び数式（４）に代入し、得られた位相差φ１及びφ２が所望する値であるかを検討する。このようにして、所望する値の位相差φ１及びφ２を得られる整数ｎ１及びｎ２を検索する。これにより、グレーティング素子１２におけるＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２の段差の高さを設計することができる。
【００５４】
具体的には、ｎ２＝−５とすることにより、図８に示す階段状の位相差における中段の位相差を得ることができる。ｎ２＝−５のとき、数式（２）より、ｄ２＝−５×０．７８５／（１．５−１）＝−７．８５μｍであり、数式（４）より、φ２＝−７．８５×（１．５−１）／０．６６−Round（−７．８５×（１．５−１）／０．６６）＝−５．９４７−Round（−５．９４７）＝０．０５３（λ）である。また、ｎ２＝１とすることにより、図８に示す階段状の位相差における上段の位相差を得ることができる。ｎ２＝１のとき、数式（２）より、ｄ２＝１×０．７８５／（１．５−１）＝１．５７μｍであり、数式（４）より、φ２＝１．５７×（１．５−１）／０．６６−Round（１．５７×（１．５−１）／０．６６）＝１．１８９−Round（１．１８９）＝０．１８９（λ）である。
【００５５】
同様に、ｎ１＝６とすることにより、図９に示す階段状の位相差における中段の位相差を得ることができる。ｎ１＝６のとき、数式（１）より、ｄ１＝６×０．６６／（１．５−１）＝７．９２μｍであり、数式（３）より、φ１＝７．９２×（１．５−１）／０．７８５−Round（７．９２×（１．５−１）／０．７８５）＝５．０４４−Round（５．０４４）＝０．０４４（λ）である。また、ｎ１＝−１とすることにより、図９に示す階段状の位相差における上段の位相差を得ることができる。ｎ１＝−１のとき、数式（１）より、ｄ１＝−１×０．６６／（１．５−１）＝−１．３２μｍであり、数式（３）より、φ１＝−１．３２×（１．５−１）／０．７８５−Round（−１．３２×（１．５−１）／０．７８５）＝−０．８４１−Round（−０．８４１）＝０．１５９（λ）である。
【００５６】
比較のために、特許文献１に記載の断面矩形形状の凸部が複数形成されたグレーティング素子（以下、矩形格子と称する。）を比較例とする。上述の設計仕様を満たすように設計した特許文献１に記載の矩形格子の断面形状を図１０及び図１１に示す。図１０は、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光を回折する矩形格子のＤＶＤ用回折構造の断面形状を示す。また、図１１は、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光を回折する矩形格子のＣＤ用回折構造の断面形状を示す。図１０、図１１において、横軸が光軸に垂直な方向における位置を示し、縦軸が深さを示す。また、図１０、図１１において、下側が矩形格子の内部側となっている。
特許文献１の矩形格子では、ＤＶＤ用回折構造の段差の高さは、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光の波長の略１倍となっている。
また、特許文献１の矩形格子では、ＣＤ用回折構造の段差の高さは、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光の波長の略−１倍となっている。
【００５７】
また、矩形格子のＤＶＤ用回折構造において、格子ピッチに対する凸部の天面の幅の比率は、０．２３９３となっている。なお、矩形格子のＤＶＤ用回折構造の格子ピッチは３０μｍである。
また、矩形格子のＣＤ用回折構造において、格子ピッチに対する凸部の天面の幅の比率は、０．３０３６となっている。なお、矩形格子のＣＤ用回折構造の格子ピッチは５０μｍである。
したがって、特許文献１の矩形格子では、凸部の幅と凹部幅の比率（Ｄｕｔｙ比）が１：１からずれている。
【００５８】
図１２に、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２と、特許文献１の矩形格子のＤＶＤ用回折構造とにおける、０次回折光の強度に対する１次回折光の強度の比率を示す。また、図１３に、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１と、特許文献１の矩形格子のＣＤ用回折構造とにおける、０次回折光の強度に対する１次回折光の強度の比率を示す。
図１２、図１３に示すように、グレーティング素子１２及び矩形格子の両方において、０次回折光の強度に対する１次回折光の強度の比率は、設計仕様の値である０．０７７にほぼ一致している。
【００５９】
図１４に、グレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２と、矩形格子のＤＶＤ用回折構造とにおける、入射光の強度に対する０次回折光と±１次回折光の強度（（０次回折光の強度）＋（±１次回折光の強度））の比率を示す。また、図１５に、グレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１と、矩形格子のＣＤ用回折構造とにおける、入射光の強度に対する０次回折光と±１次回折光の強度（（０次回折光の強度）＋（±１次回折光の強度））の比率を示す。
図１４、図１５に示すように、グレーティング素子１２において、入射光の強度に対する０次回折光と±１次回折光の強度（（０次回折光の強度）＋（±１次回折光の強度））の比率が０．９より大きくなっている。また、矩形格子のＣＤ用回折構造において、入射光の強度に対する０次回折光と±１次回折光の強度（（０次回折光の強度）＋（±１次回折光の強度））の比率が０．９より大きくなっている。しかし、矩形格子のＤＶＤ用回折構造において、入射光の強度に対する０次回折光と±１次回折光の強度（（０次回折光の強度）＋（±１次回折光の強度））の比率が０．９より小さくなってしまっている。
また、グレーティング素子１２の方が、矩形格子よりも、入射光の強度に対する０次回折光と±１次回折光の強度（（０次回折光の強度）＋（±１次回折光の強度））の比率が大きくなっている。
【００６０】
図１６に、グレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２と、矩形格子のＤＶＤ用回折構造とにおける、各回折光の回折効率を示す。また、図１７に、グレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１と、矩形格子のＣＤ用回折構造とにおける、各回折光の回折効率を示す。図１６、図１７において、横軸は回折次数を示し、縦軸は各回折光の回折効率を示す。ここで、回折効率とは、各回折光の強度の入射光の強度に対する比率である。
図１６、図１７に示すように、本実施形態にかかるグレーティング素子１２は、矩形格子よりも、０次回折光及び±１次回折光の回折効率が高くなっており、±２次回折光の回折効率が低く抑えられている。したがって、本実施形態にかかるグレーティング素子１２では、±２次回折光の発生を抑えることができる。これにより、０次回折光及び±１次回折光の光利用効率を向上することができる。
【００６１】
図１８に、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（図１８のＩ１／Ｉ０）と光利用効率（図１８のＩ０＋Ｉ±１）とに対する温度ずれの影響を表わすグラフを示す。また、図１９に、本発明にかかるグレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（図１９のＩ１／Ｉ０）と光利用効率（図１９のＩ０＋Ｉ±１）とに対する温度ずれの影響を表わすグラフを示す。
図１８、図１９において、横軸が温度ずれを示し、紙面向かって左側の縦軸が光利用効率を示し、紙面向かって右側の縦軸が０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（Ｉ１／Ｉ０）を示す。
また、光利用効率とは、レーザ光がＣＤ用回折構造１２１又はＤＶＤ用回折構造１２２によって回折される場合、入射光の強度に対する０次回折光と±１次回折光の強度（（０次回折光の強度）＋（±１次回折光の強度））の比率（第１の光利用効率）である。
また、レーザ光がＣＤ用回折構造１２１又はＤＶＤ用回折構造１２２によって回折されない場合、光利用効率とは、入射光の強度に対する０次回折光の強度の比率（第２の光利用効率）である。レーザ光がＣＤ用回折構造１２１又はＤＶＤ用回折構造１２２によって回折されない場合、±１次回折光の強度はほぼ０であるためである。
【００６２】
また、本実施形態において、グレーティング素子１２の硝材としてアクリルを想定した。そして、グレーティング素子１２の温度ずれに対する屈折率感度を−０．０００１（１／℃）、線膨張係数を７．０×１０−５（１／℃）と仮定した。本実施形態では、温度ずれの影響を計算するにあたり、温度ずれによる屈折率の変化と熱膨張による形状の変化の両方を加味した。しかし、温度ずれによる屈折率の変化と熱膨張による形状の変化は互いに相殺する方向に作用する。そのため、温度ずれによる屈折率の変化と熱膨張による形状の変化は、それぞれ単独で作用する場合よりも、温度ずれの影響は小さくなる。
【００６３】
また、図１８、図１９において、設計仕様である（±１次回折光の強度）／（０次回折光の強度）＝０．０７７±０．０１を満たす範囲の上限と下限を破線で示した。また、図１８、図１９において、設計仕様である（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）＞０．９を満たす範囲の下限を一点鎖線で示した。
【００６４】
図１８に示すように、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２では、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０（０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率）が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、０．０７７±０．０１の範囲内となっている。また、グレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光及びＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光の光利用効率が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、０．９より大きくなっている。したがって、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２は、−４０℃から＋４０℃までの温度ずれが発生しても、設計仕様を満たすことができる。
また、グレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、ほぼ０となっている。したがって、グレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２では、−４０℃から＋４０℃までの温度ずれが発生しても、不要な１次回折光を発生せずに、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光を透過することができる。
【００６５】
また、図１９に示すように、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０（０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率）が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、０．０７７±０．０１の範囲内となっている。また、グレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光及びＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光の光利用効率が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、０．９より大きくなっている。したがって、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１は、−４０℃から＋４０℃までの温度ずれが発生しても、設計仕様を満たすことができる。
また、グレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１では、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、ほぼ０となっている。したがって、グレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１では、−４０℃から＋４０℃までの温度ずれが発生しても、不要な１次回折光を発生せずに、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光を透過することができる。
【００６６】
図２０に、特許文献１の矩形格子のＤＶＤ用回折構造における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（図２０のＩ１／Ｉ０）と光利用効率（図２０のＩ０＋Ｉ±１）とに対する温度ずれの影響を表わすグラフを示す。また、図２１に、特許文献１の矩形格子のＣＤ用回折構造における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（図２１のＩ１／Ｉ０）と光利用効率（図２１のＩ０＋Ｉ±１）とに対する温度ずれの影響を表わすグラフを示す。
図２０、図２１において、横軸が温度ずれを示し、紙面向かって左側の縦軸が光利用効率を示し、紙面向かって右側の縦軸が０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（Ｉ１／Ｉ０）を示す。
【００６７】
また、特許文献１の矩形格子の硝材としてアクリルを想定した。そして、矩形格子の温度ずれに対する屈折率感度を−０．０００１（１／℃）、線膨張係数を７．０×１０−５（１／℃）と仮定した。また、温度ずれの影響を計算するにあたり、温度ずれによる屈折率の変化と熱膨張による形状の変化の両方を加味した。
【００６８】
また、図２０、図２１において、設計仕様である（±１次回折光の強度）／（０次回折光の強度）＝０．０７７±０．０１を満たす範囲の上限と下限を破線で示した。また、図２０、図２１において、設計仕様である（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）＞０．９を満たす範囲の下限を一点鎖線で示した。
【００６９】
図２０に示すように、特許文献１の矩形格子のＤＶＤ用回折構造では、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０（０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率）が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、０．０７７±０．０１の範囲内となっている。また、矩形格子のＤＶＤ用回折構造では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光の光利用効率が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、０．９より大きくなっている。しかし、矩形格子のＤＶＤ用回折構造では、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光の光利用効率が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、０．９より小さくなってしまっている。したがって、特許文献１の矩形格子のＤＶＤ用回折構造は、−４０℃から＋４０℃までの温度ずれが発生した場合に、設計仕様を満たすことができない。
また、矩形格子のＤＶＤ用回折構造では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、ほぼ０となっている。したがって、矩形格子のＤＶＤ用回折構造では、−４０℃から＋４０℃までの温度ずれが発生しても、不要な１次回折光を発生せずに、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光を透過することができる。
【００７０】
また、図２１に示すように、特許文献１の矩形格子のＣＤ用回折構造では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０（０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率）が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、０．０７７±０．０１の範囲内となっている。また、矩形格子のＣＤ用回折構造では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光及びＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光の光利用効率が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、０．９より大きくなっている。したがって、特許文献１の矩形格子のＣＤ用回折構造は、−４０℃から＋４０℃までの温度ずれが発生しても、設計仕様を満たすことができる。
また、矩形格子のＣＤ用回折構造では、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０が、温度ずれ−４０℃から＋４０℃において、ほぼ０となっている。したがって、矩形格子のＣＤ用回折構造では、−４０℃から＋４０℃までの温度ずれが発生しても、不要な１次回折光を発生せずに、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光を透過することができる。
【００７１】
したがって、本実施形態にかかるグレーティング素子１２と特許文献１の矩形格子を比較すると、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１とＤＶＤ用回折構造１２２とは何れも、−４０℃から＋４０℃までの温度ずれが発生しても、設計仕様を満たすことができる。これに対し、特許文献１の矩形格子のＤＶＤ用回折構造では、−４０℃から＋４０℃までの温度ずれが発生した場合に、設計仕様を満たすことができない。
また、本実施形態にかかるグレーティング素子１２は、特許文献１の矩形格子に比べて、温度ずれ−４０℃から＋４０℃の範囲において、回折するレーザ光の光利用効率が高くなっている。
【００７２】
図２２に、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（図２２のＩ１／Ｉ０）と光利用効率（図２２のＩ０＋Ｉ±１）とに対する波長ずれの影響を表わすグラフを示す。また、図２３に、本発明にかかるグレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（図２３のＩ１／Ｉ０）と光利用効率（図２３のＩ０＋Ｉ±１）とに対する波長ずれの影響を表わすグラフを示す。
図２２、図２３において、横軸が波長ずれを示し、紙面向かって左側の縦軸が光利用効率を示し、紙面向かって右側の縦軸が０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（Ｉ１／Ｉ０）を示す。
【００７３】
また、ＣＤ用レーザ光源１１１の波長におけるグレーティング素子１２の波長ずれに対する屈折率感度を−１．９８×１０−５（１／ｎｍ）、ＤＶＤ用レーザ光源１１２の波長におけるグレーティング素子１２の波長ずれに対する屈折率感度を−３．３７×１０−５（１／ｎｍ）と仮定した。
また、図２２、図２３において、設計仕様である（±１次回折光の強度）／（０次回折光の強度）＝０．０７７±０．０１を満たす範囲の上限と下限を破線で示した。また、図２２、図２３において、設計仕様である（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）＞０．９を満たす範囲の下限を一点鎖線で示した。
【００７４】
図２２に示すように、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２では、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０（０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率）が、波長ずれ−１０ｎｍから＋５ｎｍにおいて、０．０７７±０．０１の範囲内となっている。また、グレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光及びＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光の光利用効率が、波長ずれ−５ｎｍから＋１０ｎｍにおいて、０．９より大きくなっている。したがって、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２は、−５ｎｍから＋５ｎｍまでの波長ずれが発生しても、設計仕様を満たすことができる。
また、グレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０が、波長ずれ−１０ｎｍから＋１０ｎｍにおいて、ほぼ０となっている。したがって、グレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２では、−１０ｎｍから＋１０ｎｍまでの波長ずれが発生しても、不要な１次回折光を発生せずに、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光を透過することができる。
【００７５】
また、図２３に示すように、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０（０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率）が、波長ずれ−１０ｎｍから＋５ｎｍにおいて、０．０７７±０．０１の範囲内となっている。また、グレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光及びＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光の光利用効率が、波長ずれ−１０ｎｍから＋９ｎｍにおいて、０．９より大きくなっている。したがって、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１は、−１０ｎｍから＋５ｎｍまでの波長ずれが発生しても、設計仕様を満たすことができる。
また、グレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１では、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０が、波長ずれ−１０ｎｍから＋１０ｎｍにおいて、ほぼ０となっている。したがって、グレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１では、−１０ｎｍから＋１０ｎｍまでの波長ずれが発生しても、不要な１次回折光を発生せずに、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光を透過することができる。
【００７６】
図２４に、特許文献１の矩形格子のＤＶＤ用回折構造における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（図２４のＩ１／Ｉ０）と光利用効率（図２４のＩ０＋Ｉ±１）とに対する波長ずれの影響を表わすグラフを示す。また、図２５に、特許文献１の矩形格子のＣＤ用回折構造における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（図２５のＩ１／Ｉ０）と光利用効率（図２５のＩ０＋Ｉ±１）とに対する波長ずれの影響を表わすグラフを示す。
図２４、図２５において、横軸が波長ずれを示し、紙面向かって左側の縦軸が光利用効率を示し、紙面向かって右側の縦軸が０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（Ｉ１／Ｉ０）を示す。
【００７７】
また、ＣＤ用レーザ光源１１１の波長における矩形格子の波長ずれに対する屈折率感度を−１．９８×１０−５（１／ｎｍ）、ＤＶＤ用レーザ光源１１２の波長における矩形格子の波長ずれに対する屈折率感度を−３．３７×１０−５（１／ｎｍ）と仮定した。
また、図２４、図２５において、設計仕様である（±１次回折光の強度）／（０次回折光の強度）＝０．０７７±０．０１を満たす範囲の上限と下限を破線で示した。また、図２４、図２５において、設計仕様である（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）＞０．９を満たす範囲の下限を一点鎖線で示した。
【００７８】
図２４に示すように、特許文献１の矩形格子のＤＶＤ用回折構造では、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０（０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率）が、波長ずれ−５ｎｍから＋５ｎｍにおいて、０．０７７±０．０１の範囲内となっている。また、矩形格子のＤＶＤ用回折構造では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光の光利用効率が、波長ずれ−１０ｎｍから＋１０ｎｍにおいて、０．９より大きくなっている。しかし、矩形格子のＤＶＤ用回折構造では、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光の光利用効率が、波長ずれ−１０ｎｍから＋５ｎｍにおいて、０．９より小さくなってしまっている。したがって、特許文献１の矩形格子のＤＶＤ用回折構造は、−５ｎｍから＋５ｎｍまでの波長ずれが発生すると、設計仕様を満たすことができない。
また、矩形格子のＤＶＤ用回折構造では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０が、波長ずれ−１０ｎｍから＋１０ｎｍにおいて、ほぼ０となっている。したがって、矩形格子のＤＶＤ用回折構造では、−１０ｎｍから＋１０ｎｍまでの波長ずれが発生しても、不要な１次回折光を発生せずに、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光を透過することができる。
【００７９】
また、図２５に示すように、特許文献１の矩形格子のＣＤ用回折構造では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０（０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率）が、波長ずれ−８ｎｍから＋８ｎｍにおいて、０．０７７±０．０１の範囲内となっている。また、矩形格子のＣＤ用回折構造では、ＣＤ用光源１１１から出射されたレーザ光及びＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光の光利用効率が、波長ずれ−１０ｎｍから＋１０ｎｍにおいて、０．９より大きくなっている。したがって、特許文献１の矩形格子のＣＤ用回折構造は、−８ｎｍから＋８ｎｍまでの波長ずれが発生しても、設計仕様を満たすことができる。
また、矩形格子のＣＤ用回折構造では、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光のＩ１／Ｉ０が、波長ずれ−１０ｎｍから＋１０ｎｍにおいて、ほぼ０となっている。したがって、矩形格子のＣＤ用回折構造では、−１０ｎｍから＋１０ｎｍまでの波長ずれが発生しても、不要な１次回折光を発生せずに、ＤＶＤ用光源１１２から出射されたレーザ光を透過することができる。
【００８０】
したがって、本実施形態にかかるグレーティング素子１２と特許文献１の矩形格子を比較すると、本実施形態にかかるグレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１とＤＶＤ用回折構造１２２とは何れも、−５ｎｍから＋５ｎｍまでの波長ずれが発生しても、設計仕様を満たすことができる。これに対し、特許文献１の矩形格子のＤＶＤ用回折構造では、−５ｎｍから＋５ｎｍまでの波長ずれが発生した場合に、設計仕様を満たすことができない。
また、本実施形態にかかるグレーティング素子１２は、特許文献１の矩形格子に比べて、波長ずれ−５ｎｍから＋５ｎｍの範囲において、回折するレーザ光の光利用効率が高くなっている。
【００８１】
図２６に、グレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２において、図４に示す高さの高い凸部の幅ＡのＤＶＤ用格子構造１２４の幅Ｐに対する比Ａ／Ｐ（以下、内側Ｄｕｔｙと称する。）が設計値よりずれた場合における、グレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２の０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（図２６のＩ１／Ｉ０）及び光利用効率（図２６のＩ０＋Ｉ±１）を表わすグラフを示す。
また、図２７に、グレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２において、図４に示す高さの低い凸部の幅ＢのＤＶＤ用格子構造１２４の幅Ｐに対する比Ｂ／Ｐ（以下、外側Ｄｕｔｙと称する。）が設計値よりずれた場合における、グレーティング素子１２のＤＶＤ用回折構造１２２の０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（図２７のＩ１／Ｉ０）及び光利用効率（図２７のＩ０＋Ｉ±１）を表わすグラフを示す。
【００８２】
図２８に、グレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１において、図４に示す深さの大きい凹部の幅ＣのＣＤ用格子構造１２３の幅Ｑに対する比Ｃ／Ｑ（以下、内側Ｄｕｔｙと称する。）が設計値よりずれた場合における、グレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１の０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（図２８のＩ１／Ｉ０）及び光利用効率（図２８のＩ０＋Ｉ±１）を表わすグラフを示す。
また、図２９に、グレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１において、図４に示す深さの小さい凹部の幅ＤのＣＤ用格子構造１２３の幅Ｑに対する比Ｄ／Ｑ（以下、外側Ｄｕｔｙと称する。）が設計値よりずれた場合における、グレーティング素子１２のＣＤ用回折構造１２１の０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（図２９のＩ１／Ｉ０）及び光利用効率（図２９のＩ０＋Ｉ±１）を表わすグラフを示す。
【００８３】
また、図２６〜図２９において、横軸が内側Ｄｕｔｙずれ又は外側Ｄｕｔｙずれを示し、紙面向かって左側の縦軸が光利用効率を示し、紙面向かって右側の縦軸が０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率（Ｉ１／Ｉ０）を示す。
また、図２６〜図２９において、設計仕様である（±１次回折光の強度）／（０次回折光の強度）＝０．０７７±０．０１を満たす範囲の上限と下限を破線で示した。また、図２６〜図２９において、設計仕様である（（０次回折光の強度）＋（＋１次回折光の強度）＋（−１次回折光の強度））／（入射光の強度）＞０．９を満たす範囲の下限を一点鎖線で示した。
【００８４】
図２６、図２８に示すように、ＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２の何れにおいても、内側Ｄｕｔｙずれの許容範囲は、±０．０３程度である。一方、図２７、図２９に示すように、ＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２の何れにおいても、外側Ｄｕｔｙずれの許容範囲は、±０．０５以上である。したがって、ＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２の何れにおいても、内側Ｄｕｔｙずれの許容範囲は、外側Ｄｕｔｙずれの許容範囲よりも狭くなっている。
【００８５】
図３０に、本実施形態にかかるグレーティング素子１２の一例の側面図を示す。図３０に示すように、グレーティング素子１２は、ＣＤ用回折構造１２１が一方の表面に形成された第１の透明基板１２５（第１の基板）と、ＤＶＤ用回折構造１２２が一方の表面に形成された第２の透明基板１２６（第２の基板）とが張り合わされることによって形成されてもよい。図３０に示すグレーティング素子１２では、第１の透明基板１２５のＣＤ用回折構造１２１が形成された面の反対側の面と、第２の透明基板１２６のＤＶＤ用回折構造１２２が形成された面の反対側の面と、が貼り合わされている。
【００８６】
図３１に、本実施形態にかかるグレーティング素子１２の他の例の側面図を示す。図３１に示すように、グレーティング素子１２において、第１の透明基板１２５と第２の透明基板１２６との間に旋光フィルム１２７が挟まれていてもよい。フィルム状の光学素子は薄型である特徴がある反面、支持が難しいという欠点がある。しかし、フィルム状の素子を第１の透明基板１２５と第２の透明基板１２６との間に挟みこむことにより、当該フィルム状の素子を支持することができる。また、第１の透明基板１２５と第２の透明基板１２６の間に旋光フィルム１２７を挟みこむことにより、光ディスク（ＣＤ１７やＤＶＤ１８）からの戻り光がレーザユニット１１に入射するのを防ぐことができ、ノイズの発生を低減することができる。
【００８７】
以上に説明した本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子１２、光ヘッド１及びグレーティング素子１２の設計方法においては、グレーティング素子１２に、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光を回折するＣＤ用回折構造１２１と、ＤＶＤレーザ光源１１２から出射されたレーザ光を回折するＤＶＤ用回折構造１２２と、が形成されている。そのため、ＣＤ用レーザ光源１１１のレーザ光とＤＶＤ用レーザ光源１１２のレーザ光とを共通の光路でＣＤ１７又はＤＶＤ１８に集光する場合に、当該グレーティング素子１２により、ＣＤ用レーザ光源１１１のレーザ光とＤＶＤ用レーザ光源１１２のレーザ光とを好適に回折させることができる。
【００８８】
また、ＣＤ用回折構造１２１及びＤＶＤ用回折構造１２２は、少なくとも局所的に周期構造を有している。また、周期構造の１周期分のＣＤ用格子構造１２３及びＤＶＤ用格子構造１２４は、高さの異なる少なくとも３種類の平坦部を有している。さらに、一の平坦部の両側に隣接する他の平坦部が、当該一の平坦部に対して同じ側に位置するように、当該格子構造が形成される。グレーティング素子１２にこのような周期構造を設けることにより、光利用効率の低下を防ぐことができるとともに、迷光の発生を防止することができる。
また、多層膜構造を用いずに済むため、当該グレーティング素子１２をより容易に製造することができる。
【００８９】
また、グレーティング素子１２は透明基板により形成され、ＣＤ用格子構造１２３及びＤＶＤ用格子構造１２４は、透明基板の表面に、凸部と凹部とが交互に配置されることによって形成される。これにより、金型による成形加工が可能となり、当該グレーティング素子１２をより容易に製造することができる。また、当該グレーティング素子１２の量産性を向上することができる。
【００９０】
また、ＣＤ用格子構造１２３及びＤＶＤ用格子構造１２４において、一の平坦部の両側に隣接する他の平坦部の幅がほぼ等しい。グレーティング素子１２にこのような周期構造を設けることにより、２次回折光の発生を抑えることができ、光利用効率の低下を防ぐことができる。
【００９１】
さらに、また、ＣＤ用回折構造１２１が入射面に形成され、ＤＶＤ用回折構造１２２が出射面に形成されている。これにより、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光を回折するグレーティング素子と、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光を回折するグレーティング素子とを１つの透明基板で製造することができ、グレーティング素子１２を薄く形成することができる。また、材料費を低減することができる。
【００９２】
また、グレーティング素子１２は、ＣＤ用回折構造１２１が一方の表面に形成された第１の透明基板１２５と、ＤＶＤ用回折構造１２２が一方の表面に形成された第２の透明基板１２６と、からなり、第１の透明基板１２５のＣＤ用回折構造１２１が形成された面の反対側の面と、第２の透明基板１２６のＤＶＤ用回折構造１２２が形成された面の反対側の面と、が張り合わされて形成されてもよい。
これにより、ＣＤ用回折構造１２１が形成された第１の透明基板１２５の材料と、ＤＶＤ用回折構造１２２が形成された第２の透明基板１２６の材料とを、別々の材料とすることができる。そのため、回折すべきレーザ光の波長等に合わせて、透明基板の材料を自由に選択することができる。したがって、基板材料の選択の自由度が広がる。また、第１の透明基板１２５と第２の透明基板１２６とを別々に形成するため、トータルでの歩留まりが向上する。また、第１の透明基板１２５と第２の透明基板１２６との間に偏光フィルムや旋光フィルムなどのフィルム状の光学素子を挿入することができる。
【００９３】
さらに、ＣＤ用回折構造１２１において、隣接する平坦部の間に形成された段差（第１の段差）の高さは、ＤＶＤ用レーザ光源１１２から出射されたレーザ光の波長の略整数倍であり、ＤＶＤ用回折構造１２２において、隣接する平坦部の間に形成された段差（第２の段差）の高さは、ＣＤ用レーザ光源１１１から出射されたレーザ光の波長の略整数倍である。これにより、迷光の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施の形態にかかる光ヘッドの光学系の一例を示したものである。
【図２】本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子の一例を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子における回折を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子の拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子の他の例を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子のＤＶＤ用格子構造の断面形状を表わすグラフである。
【図７】本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子のＣＤ用格子構造の断面形状を表わすグラフである。
【図８】図６に示す断面形状を有するＤＶＤ用回折構造によって、ＤＶＤ用レーザ光源から出射されたレーザ光に与える位相差を表わすグラフである。
【図９】図７に示す断面形状を有するＣＤ用回折構造によって、ＣＤ用レーザ光源から出射されたレーザ光に与える位相差を表わすグラフである。
【図１０】従来の矩形格子の断面形状を表わすグラフである。
【図１１】従来の矩形格子の断面形状を表わすグラフである。
【図１２】本実施形態にかかるグレーティング素子のＤＶＤ用回折構造と、従来の矩形格子のＤＶＤ用回折構造とにおける、０次回折光の強度に対する１次回折光の強度の比率を示すグラフである。
【図１３】本実施形態にかかるグレーティング素子のＣＤ用回折構造と、従来の矩形格子のＣＤ用回折構造とにおける、０次回折光の強度に対する１次回折光の強度の比率を示すグラフである。
【図１４】本実施形態にかかるグレーティング素子のＤＶＤ用回折構造と、矩形格子のＤＶＤ用回折構造とにおける、入射光の強度に対する０次回折光と±１次回折光の強度（（０次回折光の強度）＋（±１次回折光の強度））の比率を示すグラフである。
【図１５】本実施形態にかかるグレーティング素子のＣＤ用回折構造と、矩形格子のＣＤ用回折構造とにおける、入射光の強度に対する０次回折光と±１次回折光の強度（（０次回折光の強度）＋（±１次回折光の強度））の比率を示すグラフである。
【図１６】本実施形態にかかるグレーティング素子のＤＶＤ用回折構造と、矩形格子のＤＶＤ用回折構造とにおける、各回折光の回折効率を示すグラフである。
【図１７】本実施形態にかかるグレーティング素子のＣＤ用回折構造と、矩形格子のＣＤ用回折構造とにおける、各回折光の回折効率を示すグラフである。
【図１８】本実施形態にかかるグレーティング素子のＤＶＤ用回折構造における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率と光利用効率とに対する温度ずれの影響を表わすグラフである。
【図１９】本実施形態にかかるグレーティング素子のＣＤ用回折構造における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率と光利用効率とに対する温度ずれの影響を表わすグラフである。
【図２０】従来の矩形格子のＤＶＤ用回折構造における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率と光利用効率とに対する温度ずれの影響を表わすグラフである。
【図２１】従来の矩形格子のＣＤ用回折構造における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率と光利用効率とに対する温度ずれの影響を表わすグラフである。
【図２２】本実施形態にかかるグレーティング素子のＤＶＤ用回折構造における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率と光利用効率とに対する波長ずれの影響を表わすグラフである。
【図２３】本実施形態にかかるグレーティング素子のＣＤ用回折構造における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率と光利用効率とに対する波長ずれの影響を表わすグラフである。
【図２４】従来の矩形格子のＤＶＤ用回折構造における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率と光利用効率とに対する波長ずれの影響を表わすグラフである。
【図２５】従来の矩形格子のＣＤ用回折構造における、０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率と光利用効率とに対する波長ずれの影響を表わすグラフである。
【図２６】本実施形態にかかるグレーティング素子のＤＶＤ用回折構造において、内側Ｄｕｔｙが設計値よりずれた場合における、グレーティング素子のＤＶＤ用回折構造の０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率及び光利用効率を表わすグラフである。
【図２７】本実施形態にかかるグレーティング素子のＤＶＤ用回折構造において、外側Ｄｕｔｙが設計値よりずれた場合における、グレーティング素子のＤＶＤ用回折構造の０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率及び光利用効率を表わすグラフである。
【図２８】本実施形態にかかるグレーティング素子のＣＤ用回折構造において、内側Ｄｕｔｙが設計値よりずれた場合における、グレーティング素子のＤＶＤ用回折構造の０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率及び光利用効率を表わすグラフである。
【図２９】本実施形態にかかるグレーティング素子のＣＤ用回折構造において、外側Ｄｕｔｙが設計値よりずれた場合における、グレーティング素子のＤＶＤ用回折構造の０次回折光の強度に対する＋１次回折光の強度又は−１次回折光の強度の比率及び光利用効率を表わすグラフである。
【図３０】本実施形態にかかるグレーティング素子の一例を示す側面図である。
【図３１】本実施形態にかかるグレーティング素子の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  光ヘッド
１１  レーザユニット（光源）
１１１  ＣＤ用レーザ光源（第１のレーザ光源）
１１２  ＤＶＤ用レーザ光源（第２のレーザ光源）
１２  グレーティング素子（光学素子）
１２１  ＣＤ用回折構造（第１の回折構造）
１２２  ＤＶＤ用回折構造（第２の回折構造）
１２３  ＣＤ用格子構造（格子構造）
１２４  ＤＶＤ用格子構造（格子構造）
１２５  第１の透明基板（第１の基板）
１２６  第２の透明基板（第２の基板）
１７  ＣＤ
１８  ＤＶＤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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