(57)【要約】  【課題】  所望の特性を容易に得ることが可能な階段状回折素子および光ヘッド装置を提供すること。  【解決手段】  ２以上の整数ｍの偶数倍の段状ステップを有する複数の階段部材１２０を備え、所定の波長λの光を回折させる階段状回折素子１００であって、階段部材１２０が、複屈折性を有する高分子液晶によって構成され、各階段部材１２０に接する媒体１３０と各階段部材１２０との屈折率差をΔｎとするとき、各段状ステップ間の段差ｄがλ／（２ｍΔｎ）に等しく、各段状ステップが、幅が階段状回折素子１００のピッチの半分の周期の周期性を有するように配置されている構成を有している。【選択図】  図１
2006259132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等方性材料からなる透明基板と、
前記透明基板上に設けられ、２以上の整数ｍの偶数倍の段状ステップからなる階段状の断面形状を有する階段部材が回折格子状に複数配置された階段状回折格子と、
前記階段状回折格子の階段部分を埋めるように配置されていて、光学的等方性材料および光学的異方性材料のいずれかからなる光学媒質とを備え、所定の波長λの光を回折させる階段状回折素子であって、
前記階段部材が、複屈折性を有する高分子液晶によって構成され、前記階段部材の長手方向に偏光した直線偏光に対する前記階段状回折格子と前記光学媒質との屈折率差をΔｎとするとき、各前記段状ステップ間の段差ｄがλ／（２ｍΔｎ）に等しく、前記階段部材の段の低い方からｍステップとこれに引き続くｍステップとで対応する段状ステップの幅が相互に等しいことを特徴とする階段状回折素子。
【請求項２】
前記光学媒質が液晶によって構成される請求項１に記載の階段状回折素子。
【請求項３】
前記階段部材の長手方向に直交する方向に偏光した直線偏光に対する前記階段状回折格子と前記光学媒質の屈折率が相互に等しい請求項１または２に記載の階段状回折素子。
【請求項４】
前記整数ｍが、２、３および４のいずれかである請求項１から３までのいずれか１項に記載の階段状回折素子。
【請求項５】
前記整数ｍが２で、隣り合う段状ステップの幅の比が３：７となっている請求項１から４までのいずれか１項に記載の階段状回折素子。
【請求項６】
等方性材料からなる透明基板と、
前記透明基板上に設けられ、３以上の整数ｍの偶数倍の段状ステップからなる階段状の断面形状の階段部材が回折格子状に複数の配置された階段状回折格子とを備え、所定の波長λの光を回折させる階段状回折素子であって、
前記段状ステップに接する媒質と前記階段状回折格子との屈折率差をΔｎとするとき、各前記段状ステップ間の段差ｄがλ／（２ｍΔｎ）に等しく、前記階段部材の段の低い方からｍステップとこれに引き続くｍステップとで対応する段状ステップの幅が相互に等しいことを特徴とする階段状回折素子。
【請求項７】
前記階段状回折格子の階段部分を埋めるように配置された液晶を備える請求項６に記載の階段状回折素子。
【請求項８】
前記整数ｍが、３または４である請求項６または７に記載の階段状回折素子。
【請求項９】
光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体へ集光する対物レンズと、前記対物レンズによって集光され前記光記録媒体により反射された戻り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、前記光検出器と前記光源との間の光路中に、請求項１から８までのいずれか１項に記載の階段状回折素子が配置されていることを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を回折させて出射する階段状回折素子および光ヘッド装置に関し、特に２次の回折光の強度を抑制できる階段状回折素子および光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＤ、ＤＶＤ等の光記録媒体に光学的情報を記録し、光記録媒体に記録された光学的情報を再生する光ヘッド装置において、光学的情報の読み出し、フォーカシングサーボおよびトラッキングサーボを行うために、ピッチの異なる複数の回折格子を有する回折素子が用いられていた（例えば、特許文献１参照。）。図９は、光記録媒体からの戻り光が入射する回折素子と、回折素子からの±１次の回折光を受光する受光器上の受光面の配置を示す説明図である。
【０００３】
図９において、戻り光９０は、回折素子７０に入射し、±１次の回折光が主成分の回折光となる。ここで、受光面７１〜７４には、回折素子７０からの＋１次の回折光９１〜９４が入射し、受光面７５〜７８には、回折素子７０からの−１次の回折光９５〜９８が入射するようになっている。光記録媒体に記録された光学的情報の読み取りのためのＲＦ信号と、フォーカシングサーボおよびトラッキングサーボを行うためのサーボ信号との生成は、受光面７１〜７４と受光面７５〜７８とで検出された信号を加減（線形結合）して行う。
【０００４】
ここで、ブレーズド回折格子を用いた場合、例えば図９に示すように、２次の回折光９９が迷光となって、いずれか１つ以上の受光面（図９では、受光面７５、７６）に入射し、光ヘッド装置の誤動作を生じさせることがある。係る誤動作がなく、＋１次の回折光と−１次の回折光との回折効率の比を所定値に設定するための回折素子として、例えば特許文献１に記載の、４ステップの擬似ブレーズド回折格子を有する回折素子がある。この回折素子は、各ステップの幅が１つおきに同一の４ステップからなる回折格子からなる。
【特許文献１】特開２００４−１３９７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような従来の階段状回折素子では、階段部材の材料にニオブ酸リチウム等の複屈折性を示す無機物を用いているため、所望の形状の段差を形成し難いという問題があった。ステップの幅の精度、ステップの形状等に応じて回折効率が大きく変化してしまい、所望の特性の階段状回折素子を作製することが困難であった。また、４ステップを超えるステップ数の擬似ブレーズド回折格子を有する従来の階段状回折素子は、ステップの幅が均等であるため、例えば＋１次光のみが発生し、−１次光は発生しないため、別途、ウォラストンプリズムを用いてビームを分岐する必要があるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、所望の特性を容易に得ることが可能な階段状回折素子および光ヘッド装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の点を考慮して、請求項１に係る発明は、等方性材料からなる透明基板と、前記透明基板上に設けられ、２以上の整数ｍの偶数倍の段状ステップからなる階段状の断面形状を有する階段部材が回折格子状に複数配置された階段状回折格子と、前記階段状回折格子の階段部分を埋めるように配置されていて、光学的等方性材料および光学的異方性材料のいずれかからなる光学媒質とを備え、所定の波長λの光を回折させる階段状回折素子であって、前記階段部材が、複屈折性を有する高分子液晶によって構成され、前記階段部材の長手方向に偏光した直線偏光に対する前記階段状回折格子と前記光学媒質との屈折率差をΔｎとするとき、各前記段状ステップ間の段差ｄがλ／（２ｍΔｎ）に等しく、前記階段部材の段の低い方からｍステップとこれに引き続くｍステップとで対応する段状ステップの幅が相互に等しい構成を有している。
【０００８】
この構成により、階段部材が、複屈折性を有する高分子液晶によって構成されるため、所望の形状の段差を容易に形成でき、所望の特性を容易に得ることが可能な階段状回折素子を実現できる。高分子液晶は、無機材料と比べて加工性が良いことに加え、特許文献１に記載されているようなプロトン交換領域等を必要とせず、屈折率を調整するだけで容易に２次の回折光を抑制できる。また、複屈折性を有する部分の厚さが薄いので、偏光方向が所望の方向から多少ずれても２次の回折が生じにくくなっている。さらに、偏光方向に依存する特性を付与できる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記光学媒質が液晶によって構成される。
【００１０】
この構成により、請求項１の効果に加え、液晶に印加する電圧を切り替えることによって液晶の屈折率を切り替えることができ、複数の波長の光に対して機能する階段状回折素子を実現できる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記階段部材の長手方向に直交する方向に偏光した直線偏光に対する前記階段状回折格子と前記光学媒質の屈折率が相互に等しい構成を有している。
【００１２】
この構成により、請求項１または２の効果に加え、往復の光路で偏光方向が直交する直線偏光の光を通過させる構成の光学系内に配置し、往復のいずれかの光のみを回折させることが可能な階段状回折素子を実現できる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、請求項１から３までのいずれか１項において、前記整数ｍが、２、３および４のいずれかである構成を有している。
【００１４】
この構成により、請求項１から３までのいずれか１項の効果に加え、段状ステップの数が４、６および８と少ないため、容易に作成することが可能な階段状回折素子を実現できる。
【００１５】
また、請求項５に係る発明は、請求項１から４までのいずれか１項において、前記整数ｍが２で、隣り合う段状ステップの幅の比が３：７となっている構成を有している。
【００１６】
この構成により、段状ステップの数が４で、隣り合う段状ステップの幅の比が３：７となっているため、＋１次の回折光と−１次の回折光との強度を９：１程度にすることが可能な階段状回折素子を実現できる。
【００１７】
また、請求項６に係る発明は、前記透明基板上に設けられ、３以上の整数ｍの偶数倍の段状ステップからなる階段状の断面形状の階段部材が回折格子状に複数の配置された階段状回折格子とを備え、所定の波長λの光を回折させる階段状回折素子であって、前記段状ステップに接する媒質と前記階段状回折格子との屈折率差をΔｎとするとき、各前記段状ステップ間の段差ｄがλ／（２ｍΔｎ）に等しく、前記階段部材の段の低い方からｍステップとこれに引き続くｍステップとで対応する段状ステップの幅が相互に等しい構成を有している。
【００１８】
この構成により、段状ステップの数が６以上で、各段状ステップ間の段差ｄがλ／（２ｍΔｎ）に等しく、各段状ステップの幅が階段状回折素子のピッチの半分の周期の周期性を有するため、設計の自由度を有すると共に、±２次の回折光を抑制することが可能な階段状回折素子を実現できる。ここで、階段状回折素子のピッチとは、階段状回折格子の長手方向に直交する方向における、ある段状ステップから隣り合う同一の高さの段状ステップまでの距離をいう。また、ｍ＝２で最大の回折効率が８１．１％であるのに対して、ｍ＝３およびｍ＝４で最大の回折効率をそれぞれで９１．２％および９５％にでき、回折効率を高くすることができる。
【００１９】
また、請求項７に係る発明は、請求項６において、前記階段状回折格子の階段部分を埋めるように配置された液晶を備える構成を有している。
【００２０】
この構成により、請求項６の効果に加え、液晶に印加する電圧を切り替えることによって液晶の屈折率を切り替えることができ、複数の波長の光に対して機能する階段状回折素子を実現できる。
【００２１】
また、請求項８に係る発明は、請求項６または７において、前記整数ｍが、３または４である構成を有している。
【００２２】
この構成により、請求項６または７の効果に加え、段状ステップの数が６または８と少ないため、容易に作成することが可能な階段状回折素子を実現できる。また、ｍ＝２で最大の回折効率が８１．１％であるのに対して、ｍ＝３およびｍ＝４で最大の回折効率をそれぞれで９１．２％および９５％にでき、回折効率を高くすることができる。
【００２３】
また、請求項９に係る発明は、光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体へ集光する対物レンズと、前記対物レンズによって集光され前記光記録媒体により反射された戻り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、前記光検出器と前記光源との間の光路中に、請求項１から８までのいずれか１項に記載の階段状回折素子が配置されている構成を有している。
【００２４】
この構成により、請求項１から８までのいずれか１項の効果を有していて、光利用効率の高い光ヘッド装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、階段部材が、複屈折性を有する高分子液晶によって構成されるため、所望の形状の段差を容易に形成でき、所望の特性を容易に得ることができるという効果を有する階段状回折素子および光ヘッド装置を提供できる。さらに、段状ステップの数が４以上で、各段状ステップ間の段差ｄがλ／（２ｍΔｎ）に等しく、各段状ステップの幅が階段状回折素子のピッチの半分の周期の周期性を有するため、設計の自由度を有すると共に、±２次の回折光を抑制することができ、所望の特性を容易に得ることができる。また、偏光型の階段状回折素子を偏光ビームスプリッタと対物レンズとの間に設置することは、光ヘッド装置内でスペースを確保しやすいため、軸調整も容易であって、その特性を充分に発揮させることができる。
【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。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る階段状回折素子の模式的な構成を示す断面図である。図１（ａ）において、階段状回折素子１００は、平行に配置された１対の透明基板１１１、１１２と、透明基板１１１上に設けられた４以上の偶数（図１（ａ）では４。）の段状ステップを有する複数の階段部材１２０と、透明基板１１１および階段部材１２０と透明基板１１２との間に充填された、屈折率が等方的な光学媒質１３０と、光学媒質１３０を密閉するためのシール１４０とを備え、偏光型の回折素子を構成する。
【００２７】
図１（ａ）において、透明基板１１１、１１２としては、耐久性、信頼性等の点からガラス基板が好適である。ただし、軽量で安価なことから、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネート等の有機物質からなるものを用いてもよい。
【００２８】
階段部材１２０は、複屈折性を有し、図１（ａ）に示す断面と垂直な方向に長手方向が向き、回折格子をなすように透明基板１１１上に周期的に形成される。ここで、階段部材１２０は、異常光屈折率の方向が例えば上記の長手方向を向くようになっている。また、図２（ａ）に示すように、階段部材１２０の各段状ステップ１２１〜１２４は、各段状ステップ間の段差（以下、ステップ間段差という。）がｄである。
【００２９】
ここで、階段部材１２０を構成する段状ステップの個数が２ｍ個のとき、厚さの最も薄い段状ステップから連続してｍ個の段状ステップを第１の段状ステップ群といい、残りの厚いｍ個の段状ステップを第２の段状ステップ群という。また、第１の段状ステップ群を構成する各段状ステップの幅の比を厚さの薄い方からｒ１１：ｒ１２：・・・：ｒ１ｍとし、第２の段状ステップ群を構成する各段状ステップの幅の比を厚さの薄い方からｒ２１：ｒ２２：・・・：ｒ２ｍとし、第１の段状ステップ群１２５と第２の段状ステップ群１２６とは同一の幅となっているものとする。ここで、ステップの幅とは、断面形状が階段となっているときの幅をいう。
【００３０】
ｍ＝２の例である上記の階段部材１２０は、各段状ステップ１２１〜１２４がｒ１１：ｒ１２＝ｒ２１：ｒ２２となっている。換言すれば、第１の段状ステップ群１２５と第２の段状ステップ群１２６とは、段状ステップ１２１〜１２４の幅が回折格子のピッチｐの半分の周期ｐ／２の周期性を有する。具体的には、第１の段状ステップ１２１と第３の段状ステップ１２３の幅がともにｗで、第２の段状ステップ１２２と第４の段状ステップ１２４の幅がともに（ｐ／２）−ｗになっている。
【００３１】
階段部材１２０には、例えばアクリル系の高分子液晶を用いることができる。［化１］に示す液晶化合物（１）、（２）、（３）および（４）をモル比１４：１４：３６：３６で混合した光重合性液晶化合物を調整し、高分子液晶を形成する。
【００３２】
【化１】
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【００３３】
この場合、液晶化合物を透明基板１１１上に塗布し、ＵＶ光等を照射し固化させて高分子液晶とし、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて上記の階段状の形状とする。高分子液晶はフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて所望の形状を得るのが容易な材料であるため、高分子液晶を用いて階段部材の階段状の断面形状を容易に形成することができる。
【００３４】
また、高分子液晶の配向方向は、不図示の配向膜を設け、配向膜のラビング方向等を調節することによって設定できるほか、ＳｉＯ２等を斜め蒸着すること、イオンビームを照射すること等によっても設定することができる。以下、階段部材１２０には高分子液晶を用い、透明基板１１１と階段部材１２０との界面には、ラビング処理された配向膜が形成されているものとする。
【００３５】
光学媒質１３０は、ポリエステル系、アクリル系等の材料からなり、いわゆる充填材として用いることができる。ここで、例えば階段部材１２０の常光屈折率と光学媒質１３０の屈折率は略一致するようになっている。また、階段部材１２０のステップ間段差ｄは、階段部材１２０と光学媒質１３０との屈折率の差Δｎ（＞０。以下、階段部材屈折率差という。）に応じて決定される。
【００３６】
具体的には、入射光の波長をλとするとき、階段部材１２０のステップ間段差ｄは、λ／（４Δｎ）になっている。また、一般の場合、すなわち、段状ステップの個数が２ｍ個のとき、ステップ間段差ｄはλ／（２ｍΔｎ）になっている。この段差によって、λ／（２ｍ）光路長差が発生するようになっている。
【００３７】
シール１４０は、透明基板１１２の光学的有効領域の外に印刷法を用いて形成され、透明基板１１１と透明基板１１２とを張り合わせることによって透明基板１１１、１１２間の間隔が一定に保持されるように設けられる。シール１４０として、エポキシ樹脂等の熱硬化型高分子、紫外線硬化型樹脂等を用いることができ、所望のセル間隔を得るためにシール１４０にガラスファイバ等のスペーサを数％混入させるのでもよい。
【００３８】
図２（ｃ）は、第１の段状ステップ１２１の比率（以下、幅比率という。）ｒ１１に対する、＋１次の回折光と−１次の回折光の強度の和、＋１次の回折光と−１次の回折光の強度比、＋２次の回折光と＋１次の回折光の強度比、および、−２次の回折光と−１次の回折光の強度比を示す表である。＋１次の回折光と−１次の回折光の強度の和は、入射光に対する比で表す。図２（ｄ）は、図２（ｃ）に示す幅比率ｒ１１に対する＋１次の回折光と−１次の回折光の強度比の関係を示す図である。
【００３９】
ここで、図２（ａ）に示すように、波長λは０．４０５μｍ、ステップ間段差ｄは約２．１５４μｍ、高分子液晶の常光屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅはそれぞれ１．５４１および１．５８８であり、光学媒質１３０の屈折率は１．５４１である。また、ピッチｐは２６．１μｍである。図２（ｃ）および図２（ｄ）から、＋１次の回折光と−１次の回折光の強度比は、幅比率ｒ１１が０．１５近傍または０．３５近傍で、１０となることが分かる。
【００４０】
図３（ｃ）は、ｍ＝３のときの図２（ｃ）に対応する図であり、ｒ１２が０．１に固定されている。図３（ｄ）は、図３（ｃ）に示す幅比率ｒ１１に対する＋１次の回折光と−１次の回折光の強度比の関係を示す図である。ここで、図３（ａ）に示すように、波長λは０．４０５μｍ、ステップ間段差ｄは約１．４３６μｍ、高分子液晶の常光屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅはそれぞれ１．５４１および１．５８８であり、等方光学媒質の屈折率は１．５４１である。図３（ｃ）および図３（ｄ）から、＋１次の回折光と−１次の回折光の強度比は、幅比率ｒ１１が０．０８近傍または０．３２近傍で、１０となることが分かり、＋１次の回折光と−１次の回折光の強度比の変化がｍ＝２のときのものよりも小さくなっていることが分かる。このように強度比の変化を小さくできるため、プロセス上のマージンを広げることが可能となり、階段状回折素子を容易に作製できるようにできる。
【００４１】
図４（ｃ）は、ｍ＝４のときの図２（ｃ）に対応する図であり、ｒ１２およびｒ１３がともに０．０５に固定されている。図４（ｄ）は、図４（ｃ）に示す幅比率ｒ１１に対する＋１次の回折光と−１次の回折光の強度比の関係を示す図である。ここで、図４（ａ）に示すように、波長λは０．４０５μｍ、ステップ間段差ｄは約１．０７７μｍ、高分子液晶の常光屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅはそれぞれ１．５４１および１．５８８であり、等方光学媒質の屈折率は１．５４１である。図４（ｃ）および図４（ｄ）から、＋１次の回折光と−１次の回折光の強度比は、幅比率ｒ１１が０．１１近傍または０．２８近傍で、１０となることが分かり、＋１次の回折光と−１次の回折光の強度比の変化がｍ＝２のときのものよりも小さくなっていることが分かる。このように強度比の変化を小さくできるため、プロセス上のマージンを広げることが可能となり、階段状回折素子を容易に作製できるようにできる。
【００４２】
上記では、光学媒質１３０が充填材等の屈折率が等方的な材料で構成される例について説明したが、光学媒質１３０が所定の液晶によって構成されるのでもよい。ここで、光学媒質１３０として用いる液晶は、常光屈折率と異常光屈折率の差が階段部材１２０の常光屈折率と異常光屈折率の差よりも大きいものとする。また、光学媒質１３０として用いる液晶と階段部材１２０の常光屈折率は、ほぼ等しくなっているものとする。
【００４３】
このような構成と同等の構成の階段状回折素子２００を図１（ｂ）に示す。この場合、図１（ｂ）に示すように、液晶からなる光学媒質１３１と透明基板１１１との間、および、階段部材１３２と透明基板１１２との間に、液晶に電圧を印加するための透明電極１４１および透明電極１４２が設けられるのでもよい。光学媒質１３１を構成する液晶は、回折格子の長手方向に配向しているものとする。図５（ａ１）〜図５（ａ３）は、ｍ＝２のときに、波長λ０．４０５μｍ、０．６６μｍの各光に対して、図２（ｃ）および図２（ｄ）に示す特性と同様の特性を得るための構成を示す図である。ここで、図５（ａ３）に示すΔｎｅｅは、光学媒質１３１を構成する液晶の異常光屈折率から階段部材１２０を構成する高分子液晶の異常光屈折率を引いたものである。また、図５（ａ１）に示す階段部材屈折率差Δｎは、透明電極１４１、１４２間に印加する電圧を調整して得られる。すなわち、波長λが４０５ｎｍの場合は、液晶に電圧を印加して液晶の屈折率ｎを１．６７４にすることによって階段部材屈折率差Δｎを０．０８６とし、波長λが６６０ｎｍの場合は、液晶に電圧を印加せず階段部材屈折率差Δｎを０．１３９とする。
【００４４】
また、上記では、光学媒質１３０を充填する構成について説明したが、図１（ｃ）に示すように光学媒質１３０のない構成、すなわち階段状回折素子３００が透明基板１１１と階段部材１３３によって構成されるのでもよい。また、ｍが３以上の場合、上記で示したように、＋１次の回折光と−１次の回折光の強度比の幅比率ｒ１１に対する変化がｍ＝２のときのものよりも小さくなっているため、ステップ間段差ｄをλ／（２ｍΔｎ）にし、階段部材１３３として固体の光学部材を用いるのでも、所望の＋１次の回折光と−１次の回折光の強度比を従来よりも容易に得ることができると共に、＋２次の回折光と＋１次の回折光の強度比、および、−２次の回折光と−１次の回折光の強度比を略０にすることができる。
【００４５】
図５（ｂ１）および図５（ｂ２）は、階段部材１３３として固体の光学部材を用い、ｍ＝３のときに、波長λ０．４０５μｍの光に対して、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示す特性と同様の特性を得るための構成を示す図である。同様に、図５（ｃ１）および図５（ｃ２）は、階段部材１３３として固体の光学部材を用い、ｍ＝４のときに、波長λ０．４０５μｍの光に対して、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示す特性と同様の特性を得るための構成を示す図である。上記では、偏光型の階段状回折素子について説明したが、階段部材１３３を、屈折率が等方的な材料を用いて形成し、無偏光型の階段状回折素子とするのでもよい。
【００４６】
以下、本発明の実施の形態に係る階段状回折素子１００の作用について説明する。以下、幅比率ｒ１１は０．１５に設定されているものとする。階段状回折素子１００に入射した光は、８０％程度が＋１次の回折光と−１次の回折光に振り分けられ、階段状回折素子１００から出射する。一方、±２次の回折光は、各段状ステップ１２１〜１２４間の各段差がλ／（４Δｎ）になっているため、殆ど０に抑えられる。
【００４７】
図６は、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置のブロック構成を示す図である。図６において、光ヘッド装置１は、光源１１と、光源１１からの発散光を平行光束化するコリメータ１２と、偏光ビームスプリッタ１３と、階段状回折素子６００と、１／４波長板１４と、対物レンズ１５と、集光レンズ１６と、受光器６０とによって構成される。ここで、階段状回折素子６００は偏光型の回折格子を有するものとする。
【００４８】
光源１１は、例えば半導体レーザからなり、所定の波長の発散光を出射する。階段状回折素子６００は、例えば図７に示すように、ピッチが相互に異なる擬似ブレーズド回折格子１０１〜１０４を、長手方向を一致させて配列した構成を有するのでもよい。ここで、擬似ブレーズド回折格子１０１〜１０４は、相互に接する部分にシールがないことを除けば、階段状回折素子１００と同様の構成を有する。
【００４９】
ここで、受光器６０は＋１次の回折光と−１次の回折光を受光する受光面６１〜６８を有する。具体的には、受光面６１〜６４が＋１次の回折光を受光し、受光面６５〜６８が−１次の回折光を受光するようになっている。このように構成することによって、各回折格子からの±１次の回折光を対物レンズ１５をフォーカシングおよびトラッキングするためのサーボ信号用の光束とすることが可能となる。
【００５０】
以下、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置１の作用について説明する。光源１１から出射された直線偏光（以下、Ｐ偏光とする。）の光は、コリメータ１２、偏光ビームスプリッタ１３および階段状回折素子６００を透過して１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光は、円偏光となって対物レンズ１５に向けて１／４波長板１４を出射し、光記録媒体１０の情報記録面上に集光される。光記録媒体１０に入射した光は、光記録媒体１０で反射し、戻り光となって対物レンズ１５と透過して１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した戻り光は、円偏光から、Ｐ偏光に直交する偏光方向であるＳ偏光の戻り光となって階段状回折素子６００に向けて１／４波長板１４を出射する。階段状回折素子６００に入射したＳ偏光の戻り光は、階段状回折素子６００で各擬似ブレーズド回折格子１０１〜１０４のピッチに応じた回折角の±１次の回折光となり、偏光ビームスプリッタ１３に向けて階段状回折素子６００を出射する。偏光ビームスプリッタ１３に入射した戻り光の±１次の回折光は、反射されて集光レンズ１６を透過し、受光器６０の所定の受光点６１〜６８上に集光される。
【００５１】
図８は、無偏光型の階段状回折素子を搭載した光ヘッド装置のブロック構成を示す図である。図８に示す光ヘッド装置２の構成では、無偏光型の階段状回折素子８００が集光レンズ１６と受光器８０との間に設けられている。図８に示す光ヘッド装置２の構成では、１／４波長板１４に入射した戻り光がＳ偏光の戻り光となり、偏光ビームスプリッタ１３で反射されて、集光レンズ１６を透過し、階段状回折素子８００で回折して受光器８０の所定の受光点８１〜８８上に集光される。
【００５２】
なお、上記（図６）では、階段状回折素子６００が偏光ビームスプリッタ１３と１／４波長板１４との間に設けられている構成について説明したが、階段状回折素子６００は、偏光ビームスプリッタ１３と集光レンズ１６との間の、その他の所定の光路上に設けるのでもよい。また、上記では、階段状回折素子８００が集光レンズ１６と受光器８０との間に設けられている構成について説明したが、階段状回折素子８００は、偏光ビームスプリッタ１３と集光レンズ１６との間の、その他の所定の光路上に設けるのでもよい。
【００５３】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る階段状回折素子は、階段部材が、複屈折性を有する高分子液晶によって構成されるため、所望の形状の段差を容易に形成でき、所望の特性を容易に得ることができる。
【００５４】
また、高分子液晶からなる段状ステップの数が４、６および８と少ないため、容易に作成することができる。
【００５５】
また、高分子液晶からなる段状ステップの数が４で、隣り合う段状ステップの幅の比が３：７となっているため、＋１次の回折光と−１次の回折光との強度を９：１程度にすることができる。
【００５６】
また、階段部材に高分子液晶を用いない構成であっても、段状ステップの数が６以上で、各段状ステップ間の段差ｄがλ／（２ｍΔｎ）に等しく、各段状ステップの幅が階段状回折素子のピッチの半分の周期の周期性を有するため、設計の自由度を有すると共に、±２次の回折光を抑制することができる。
【００５７】
また、階段部材に高分子液晶を用いない構成であっても、段状ステップの数が６または８と少ないため、容易に作成することができる。
【００５８】
また、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置は、上記の効果を有すると共に、光利用効率を向上することができる。
【実施例】
【００５９】
上記の本発明の実施の形態に基づく具体的な実施例を以下に説明する。
（実施例）
図１（ａ）は、本発明の実施例に係る階段状回折素子の模式的な構成を示す断面図である。まず、透明基板１１１、１１２としてはガラス基板を用いる。階段部材１２０には、常光屈折率ｎｏが１．５４１で異常光屈折率がｎｅが１．５８８の高分子液晶を用い、光学媒質１３０には屈折率が１．５４１の充填剤を用いた。以下に、階段状回折素子の作成方法について説明する。
【００６０】
まず、所定の基板（以下、取替え基板という。）の１つの基板面に配向膜を形成し、ラビング法によって配向処理を施す。ラビング方向は、回折格子の長手方向である。次に、シール１４０用の材料としてエポキシ樹脂系接着剤を用い、エポキシ樹脂系接着剤を、取替え基板の配向膜が形成された基板面の光学的有効領域の外周に印刷する。同様に、透明基板１１１の１つの基板面に配向膜を形成し、ラビング法によって配向処理を施す。次に、配向膜を形成した面が対向するように、取替え基板と透明基板１１１とを対向させて熱圧着し、シール１４０を形成し、セルを作製する。
【００６１】
次に、このセルに、真空注入法で、上記の高分子液晶を注入してＵＶ露光を行い、固化させて高分子液晶とする。次に、取替え基板を除去し、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて高分子液晶をエッチングし、ｍが２、ピッチｐが２６．１μｍ、３１．８μｍ、４０．７μｍおよび５６．５μｍ、幅比率ｒ１１が０．１５の階段状の形状とする。最後に、充填材を高分子液晶上に充填して透明基板１１２を取り付けて階段状回折素子とする。
【００６２】
上記のように構成された階段状回折素子１００に、波長４０５ｎｍで、回折格子の長手方向に平行な偏光方向の直線偏光（Ｓ偏光）のレーザ光を入射させると、＋１次と−１次の回折効率の比が略９：１の回折光を得ることができる。これに対して、Ｐ偏光のレーザ光を入射させると、回折せずに透過する。また、＋２次の回折光と＋１次の回折光との強度比はほぼ０となり、−２次の回折光と−１次の回折光との強度比も同様にほぼ０となる。
【００６３】
図６は、本発明の実施例に係る光ヘッド装置のブロック構成を示す図である。まず、光源１１として、半導体レーザを用いる。階段状回折素子６００は、図７に示すように異なる４種類のピッチの擬似ブレーズド回折格子からなり、各擬似ブレーズド回折格子１０１〜１０４が接する境界面にシールが設けられていない点を除き、上記の実施例に示す階段状回折素子１００と同様に作製される。ここで、階段状回折素子１００を構成する擬似ブレーズド回折格子のピッチは、擬似ブレーズド回折格子１０１〜１０４について、それぞれ２１．６μｍ、３１．８μｍ、４０．７μｍおよび５６．５μｍである。
【００６４】
上記のように構成された光ヘッド装置１において、光源１１を出射した波長４０５ｎｍ、回折格子の長手方向に垂直な偏光方向の直線偏光（Ｐ偏光）のレーザ光は、コリメータ１２、偏光ビームスプリッタ１３、階段状回折素子６００を回折せず透過して、１／４波長板１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光は、円偏光となり、対物レンズ１５を透過して光記録媒体１０によって反射され、戻り光となる。光記録媒体１０からの戻り光は、１／４波長板１４によってＳ偏光の光となり、階段状回折素子６００で各回折格子のピッチに応じた回折角度で回折して、偏光ビームスプリッタ１３に出射する。偏光ビームスプリッタ１３に入射した光は、偏光ビームスプリッタ１３で反射し、集光レンズ１６で受光器６０上の各受光面６１〜６８に入射する。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る階段状回折素子は、２次の回折光を抑制できると共に、＋１次の回折光と−１次の回折光の光量比を所望の値に設定できる等、所望の特性を容易に得ることができるという効果が有用な階段状回折素子およびノイズの少ない光ヘッド装置等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態に係る階段状回折素子の模式的な構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態に係る階段状回折素子の第１の構成および特性を説明するための図
【図３】本発明の実施の形態に係る階段状回折素子の第２の構成および特性を説明するための図
【図４】本発明の実施の形態に係る階段状回折素子の第３の構成および特性を説明するための図
【図５】本発明の実施の形態に係る階段状回折素子の階段部材を液晶と高分子液晶を用いて構成したときの構成および特性（ａ）、６ステップの透明部材で構成したときの構成および特性（ｂ）、８ステップの透明部材で構成したときの構成および特性（ｃ）を説明するための図
【図６】本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置の第１のブロック構成を示す図
【図７】図６に示す階段状回折素子６００の平面構造を説明するための図
【図８】本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置の第２のブロック構成を示す図
【図９】光記録媒体からの戻り光が入射する回折素子と、回折素子からの±１次の回折光を受光する受光器上の受光面の配置を示す説明図
【符号の説明】
【００６７】
１、２  光ヘッド装置
１０  光記録媒体
１１  光源
１２  コリメータ
１３  偏光ビームスプリッタ
１４  １／４波長板
１５  対物レンズ
１６  集光レンズ
６０、８０  受光器
６１〜６８、７１〜７８、８１〜８８  受光面
７０、１００、２００、３００、６００、８００  階段状回折素子
９０  戻り光
９１〜９９  回折光
１１１、１１２  透明基板
１２０、１３２  階段部材
１２１〜１２４  段状ステップ
１３１  液晶からなる光学媒質
１３３  階段部材または等方的な屈折率の部材
【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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