(57)【要約】      （修正有）【課題】光ディスク装置の光ピックアップ用として、高い回折効率の回折格子を提供する。【解決手段】光記録媒体で反射した光ビームを分割するためのビームスプリッタとしての回折格子であって、周期的形状の複数の溝を含む複数の区画を有し、その内の少なくとも１つの区画は高次の回折光を主とするような格子周期および格子深さを持つ。【選択図】図１１
2006107712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ピックアップ装置に使用する回折格子であって、
所定の周期的形状を成す複数の溝をそれぞれが含む少なくとも２つの区画を有し、
前記少なくとも２つの区画の少なくとも１つに含まれる前記複数の溝が、所定の入射光角度θｉｎに対して、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の所定角度θｄｉｆを提供する周期（ｍは、１よりも大きい整数であり、また、θｉｎとθｄｉｆは、格子垂線から測定される）、すなわち周期＝ｍ×ｐを持っており、ここで、ｐ＝±λ／（ｓｉｎθｉｎ−ｓｉｎθｄｉｆ）であり、また、±が、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の符号に対応し、さらに、λ＝入射光の波長であるような回折格子。
【請求項２】
前記少なくとも２つの区画の前記少なくとも１つに含まれる前記複数の溝が、格子深さ≒ｍ×ｄ（ｄは、ｐに対して、最大回折効率に対応する深さである）を持つ請求項１に記載の回折格子。
【請求項３】
ｄが、ＲＣＷＭ（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ ＣｏｕｐｌｅｄＷａｖｅ Ｍｅｔｈｏｄ）に基づいて計算される請求項２に記載の回折格子。
【請求項４】
前記少なくとも２つの区画の異なる１つ１つに含まれる前記複数の溝の前記格子深さと前記周期が異なる請求項２に記載の回折格子。
【請求項５】
前記少なくとも２つの区画の少なくとも１つに含まれる前記複数の溝の前記格子深さが、前記複数の溝のうちの或る深さから、前記複数の溝のうちの次の深さへ、わずかに変えられる請求項２に記載の回折格子。
【請求項６】
前記回折格子が、グレーレベル回折格子およびマルチレベル回折格子のいずれかであり、また、所定の形状が、それぞれブレーズ型の鋸歯形状および階段形状のいずれかである請求項１に記載の回折格子。
【請求項７】
λが２００ｎｍ〜７９０ｎｍの範囲内にある請求項１に記載の回折格子。
【請求項８】
前記少なくとも２つの区画の少なくとも１つに含まれる前記複数の溝の周期が、前記複数の溝のうちの或る周期から、前記複数の溝のうちの次の周期へ、わずかに変えられる請求項１に記載の回折格子。
【請求項９】
前記少なくとも２つの区画の少なくとも１つに含まれる前記複数の溝が、曲線状である請求項１に記載の回折格子。
【請求項１０】
光ピックアップ装置に使用する回折格子であって、
所定の周期的形状を成す複数の溝をそれぞれが含む少なくとも２つの区画を有し、
前記少なくとも２つの区画の第１の区画に含まれる前記複数の溝が、第１の所定入射光角度に対して第１の所定の回折角を持つ＋１次の回折光および−１次の回折光のいずれかに使用するように設計されており、また、
前記少なくとも２つの区画の第２の区画に含まれる前記複数の溝が、第２の所定入射光角度に対して第２の所定の回折角を持つ＋ｍ次の回折光および−ｍ次の回折光（ｍは１よりも大きい整数）のいずれかに使用するように設計されている回折格子。
【請求項１１】
前記回折格子が、グレーレベル回折格子およびマルチレベル回折格子のいずれかであり、また、所定の形状が、それぞれブレーズ型の鋸歯形状および階段形状のいずれかである請求項１０に記載の回折格子。
【請求項１２】
光記録媒体で反射した光ビームを分割するためのビーム・スプリッタであり、発光素子と前記光記録媒体との間の光の進路に沿って配置される前記ビーム・スプリッタであって、前記ビームスプリッタは、
前記発光素子から送り出された光を前記光記録媒体の方に向け、また、前記光記憶媒体で反射した光を回折格子の方に向けるように作動する偏光ビーム・スプリッタ面を有し、
前記回折格子が、前記偏光ビーム・スプリッタ面で方向づけられた光を受け取るように配置され、また、前記回折格子が、少なくとも２つの区画を含み、それぞれの区画が所定の周期的形状を成す複数の溝を有し、
前記少なくとも２つの区画の少なくとも１つに含まれる前記複数の溝が、所定の入射光角度θｉｎに対して、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の所定角度θｄｉｆを提供する周期（ｍは、１よりも大きい整数であり、また、θｉｎとθｄｉｆは、格子垂線から測定される）、すなわち周期＝ｍ×ｐを持っており、ここで、ｐ＝±λ／（ｓｉｎθｉｎ−ｓｉｎθｄｉｆ）であり、また、±が、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の符号に対応し、さらに、λ＝入射光の波長であるようなビーム・スプリッタ。
【請求項１３】
前記少なくとも２つの区画の前記少なくとも１つに含まれる前記複数の溝が、格子深さ≒ｍ×ｄ（ｄは、ｐに対して、最大回折効率に対応する深さである）を持っている請求項１２に記載のビーム・スプリッタ。
【請求項１４】
ｄが、ＲＣＷＭ（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ ＣｏｕｐｌｅｄＷａｖｅ Ｍｅｔｈｏｄ）に基づいて計算される請求項１３に記載のビーム・スプリッタ。
【請求項１５】
前記回折格子が、グレーレベル回折格子およびマルチレベル回折格子のいずれかであり、また、所定の形状が、それぞれブレーズ型の鋸歯形状および階段形状のいずれかである請求項１２に記載のビーム・スプリッタ。
【請求項１６】
λが２００ｎｍ〜７９０ｎｍの範囲内にある請求項１２に記載のビーム・スプリッタ。
【請求項１７】
進路に沿って前記光記録媒体へ光を送り出すように作動する発光素子と、
前記光記録媒体で反射した光を受け取るように作動する回折格子であって、少なくとも２つの区画を含み、かつ、それぞれの区画が、所定の周期的形状を成す複数の溝を含んでいる回折格子であって、
前記少なくとも２つの区画の少なくとも１つに含まれる前記複数の溝が、所定の入射光角度θｉｎに対して、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の所定角度θｄｉｆを提供する周期（ｍは、１よりも大きい整数であり、また、θｉｎとθｄｉｆは、格子垂線から測定される）、すなわち周期＝ｍ×ｐを持っており、ここで、ｐ＝±λ／（ｓｉｎθｉｎ−ｓｉｎθｄｉｆ）であり、また、±が、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の符号に対応し、さらに、λ＝入射光の波長であるような回折格子と、
前記回折格子で反射した光を受け取り、前記受け取った光をディジタル信号に変換するように作動する光検出器と
を有する光ピックアップ。
【請求項１８】
前記少なくとも２つの区画の前記少なくとも１つに含まれる前記複数の溝が、格子深さ≒ｍ×ｄ（ｄは、ｐに対して、最大回折効率に対応する深さである）を持つ請求項１７に記載の光ピックアップ。
【請求項１９】
ｄが、ＲＣＷＭ（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ ＣｏｕｐｌｅｄＷａｖｅ Ｍｅｔｈｏｄ）に基づいて計算される請求項１８に記載の光ピックアップ。
【請求項２０】
前記回折格子が、グレーレベル回折格子およびマルチレベル回折格子のいずれかであり、また、所定の形状が、それぞれブレーズ型の鋸歯形状および階段形状のいずれかである請求項１７に記載の光ピックアップ。
【請求項２１】
前記回折格子が、屈折型の格子である請求項１７に記載の光ピックアップ。
【請求項２２】
前記回折格子が反射型の格子であり、また、前記光ピックアップがさらに、前記発光素子と前記光記録媒体との間の光の進路に沿って配置された偏光ビーム・スプリッタ要素を有し、前記偏光ビーム・スプリッタ要素が、前記発光素子から送り出された光を前記光記録媒体の方に向け、また、前記光記憶媒体で反射した光を前記回折格子の方に向けるように作動する請求項１７に記載の光ピックアップ。
【請求項２３】
λが２００ｎｍ〜７９０ｎｍの範囲内にある請求項１７に記載の光ピックアップ。
【請求項２４】
光ピックアップ装置に使用する回折格子を設計する方法であって、
前記回折格子上に少なくとも２つの区画を提供するステップと、
前記少なくとも２つの区画のそれぞれに、所定の周期的形状を成す複数の溝を提供するステップと、
前記少なくとも２つの区画の少なくとも１つに含まれる前記複数の溝の周期を、所定の入射光角度θｉｎに対して、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の所定角度θｄｉｆを提供する（ｍは、１よりも大きい整数であり、また、θｉｎとθｄｉｆは、格子垂線から測定される）ように周期＝ｍ×ｐ（ｐ＝±λ／（ｓｉｎθｉｎ−ｓｉｎθｄｉｆ）であり、±が、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の符号に対応し、また、λ＝入射光の波長である）となるようにセットするステップと
を有する方法。
【請求項２５】
前記少なくとも２つの区画の前記少なくとも１つに含まれる前記複数の溝の格子深さを、格子深さ≒ｍ×ｄ（式中、ｄは、ｐに対して、最大回折効率に対応する深さである）になるようにセットするステップをさらに含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ＲＣＷＭ（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ ＣｏｕｐｌｅｄＷａｖｅ Ｍｅｔｈｏｄ）を用いて、前記格子深さｄを計算するステップをさらに含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記複数の溝の前記格子深さをディジタル化するステップをさらに含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記回折格子が、グレーレベル回折格子およびマルチレベル回折格子のいずれかであり、また、所定の形状が、それぞれブレーズ型の鋸歯形状および階段形状のいずれかである請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
光ピックアップ装置に使用する回折格子であって、複数の区画を含んでそれぞれの区画が複数の溝を持ち、それらの溝が所定の周期的形状を成し、また入射光の波長λ、所定の入射光角度θｉｎ、所定の回折光角度θｄｉｆ、所定の周期＝ｐ０、および所定の深さ＝ｄ０を持つような回折格子を設計する方法であって、
前記複数の区画の１つを選択するステップと、
ｍ次の回折光を、＋１（正の次数）および−１（負の次数）のいずれかになるようにセットするステップと、
ｐ＝ｍλ／（ｓｉｎθｄｉｆ−ｓｉｎθｉｎ）の式を用いて、前記複数の溝の周期ｐを計算するステップと、
ｐがｐ０よりも大きいかどうか判定し、
ｐがｐ０よりも大きくない場合には、ｍを、ｍ＋１（正の次数）とｍ−１（負の次数）のいずれかになるようにセットして、前記計算するステップと前記判定するステップを繰り返すステップと、
ｐがｐ０よりも大きい場合には、最大の回折効率をもたらす格子深さｄを得るステップと、
前記得られた格子深さがｄ０よりも大きいかどうか決定し、
前記得られた格子深さがｄ０よりも大きくない場合には、ｍを、ｍ＋１（正の次数）とｍ−１（負の次数）のいずれかになるようにセットして、前記計算するステップ、前記判定するステップ、前記決定するステップを繰り返すステップと、
前記得られた格子深さがｄ０よりも大きい場合には、前記得られた格子深さｄ、周期ｐ、ｍの次数を、前記選択された区画用の設計パラメータとして選択するステップと、
前記複数の区画のうちの残りの区画１つ１つについて、前記選択するステップ、前記セットするステップ、前記計算するステップ、前記判定するステップ、前記決定するステップを繰り返すステップと
を有する方法。
【請求項３０】
前記回折格子が、グレーレベル回折格子およびマルチレベル回折格子のいずれかであり、また、所定の形状が、それぞれブレーズ型の鋸歯形状および階段形状のいずれかである請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
ＲＣＷＭ（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ ＣｏｕｐｌｅｄＷａｖｅ Ｍｅｔｈｏｄ）を用いて、前記格子深さｄを計算するステップをさらに含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
ｄ０およびｐ０が、最小製造しきい値である請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記複数の区画が、設計パラメータとして選択された＋１次および−１次のいずれかを持つ少なくとも１つの区画と、前記＋１次および前記−１次のいずれかよりも高い設計パラメータとして選択された次数を持つ少なくとも１つの他の区画とを有する請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
光ピックアップ装置に使用する回折格子を設計する方法であって、
前記回折格子上に少なくとも２つの区画を提供するステップと、
前記少なくとも２つの区画のそれぞれに、所定の周期的形状を持つ複数の溝を形成するステップと、
第１の所定の入射光角度に対して、第１の所定の回折角を持つ＋１次の回折光および−１次の回折光のいずれかを使用するために、前記少なくとも２つの区画の第１の区画に含まれる前記複数の溝の周期を選択するステップと、
第２の所定の入射光角度に対して、第２の所定の回折角を持つ＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光（ｍは１よりも大きい整数である）のいずれかを使用するために、前記少なくとも２つの区画の第２の区画に含まれる前記複数の溝の周期を選択するステップと
を有する方法。
【請求項３５】
前記回折格子が、グレーレベル回折格子およびマルチレベル回折格子のいずれかであり、また、所定の形状が、それぞれブレーズ型の鋸歯形状および階段形状のいずれかである請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
光を光学媒体に送り出すように作動する発光素子と、
前記光学媒体で反射した光を回折させて、第１の回折光と第２の回折光をそれぞれ形成するように作動する第１の部分と第２の部分を含む回折格子と、
前記回折格子の前記第１の部分で回折する前記第１の回折光を検出するように作動する第１の光検出区間と、
前記回折格子の前記第２の部分で回折する前記第２の回折光を検出するように作動する第２の光検出区間と
を有し、
前記第１の回折光の次数が、前記第２の回折光の次数よりも大きい光ピックアップ。
【請求項３７】
光を光ディスクに送り出すように作動する発光素子と、
前記光ディスクで反射した光を回折させて、第１の回折光と第２の回折光をそれぞれ形成するように作動する第１の部分と第２の部分を含む回折格子と、
前記回折格子の前記第１の部分で回折する前記第１の回折光を検出するように作動する第１の光検出区間と、
前記回折格子の前記第２の部分で回折する前記第２の回折光を検出するように作動する第２の光検出区間と、
を有し、
前記第１の回折光の次数が、前記第２の回折光の次数よりも大きく、また前記第１の回折光と前記第２の回折光がそれぞれフォーカシング信号とトラッキング信号に使用される光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子等に関する。
【背景技術】
【０００２】
データを、光記憶媒体に記録する／光記憶媒体から再現（再生）するのに用いられる光ピックアップ装置は、光記憶媒体で反射した光ビームを分割するためのビーム・スピリッタを含む。これらの分割されたビームは、光検出器で検出されて、それらの検出された光ビームは、トラッキング（追跡）、フォーカス（焦点）、球面収差の制御に用いられるディジタル信号に変換される。分割されたビームを、光検出器の適切な部分に向けるために、ビーム・スプリッタは、分割されたビームを所定の角度で回折させることのできる回折格子を備えている。この回折格子は、一般に、０次、±１次、±２次、±３次、および、それよりも高い次数の光など、いくつかの次数の回折光ビームを作り出す。
【０００３】
回折格子は、屈折型の回折格子、あるいは反射型の回折格子であることもある。ビーム・スプリッタに使用される従来の回折格子は、バイナリ・クロム・マスクを用いるフォトリソグラフィック・プロセスにより作り出されるバイナリ・タイプのものである。バイナリ・クロム・マスクを用いる代表的なフォトリソグラフィック・プロセスは、図１に示されている。まず最初に、基板上に、フォトレジストをスピン・コーティングする。次に、所望のパターンのクロム・フォトマスクをフォトレジスト上にセットする。次に、マスク露光装置（ｍａｓｋａｌｉｇｎｅｒ）またはステッパを用いて、フォトマスクを通して、フォトレジストに露光を行う。そのような露出の後で、このフォトレジストの露光部分は、現像プロセスにより除去される。次に、その基板は、ＲＩＥ（反応性イオン・エッチング）によるプラズマ・エッチング、イオンビーム・ミリング（ｉｏｎｂｅａｍ ｍｉｌｌｉｎｇ）、またはウェット化学エッチングなどの任意の適切なエッチング法を用いてエッチングされる。最後に、残りのフォトレジストが剥ぎ取られて、最終的なバイナリ回折格子を製造する。
【０００４】
前述のやり方で構築され、かつ入射光ビームを持つバイナリ回折格子の一例が図２に示されている。図２に示されるバイナリ回折格子は、その周期が１．００μｍであり、またそのデューティ・サイクル（ｄｕｔｙｒａｔｉｏ）が５０％である。図２に示されるバイナリ回折格子は、波長が４０５ｎｍであり、かつ入射角が格子垂線から４５°であるＴＥモード（Ｓ偏光）の入射ビーム光を受ける。バイナリ回折格子の表面は、屈折率が、実部ではｎ１＝０．０６３１１６８０１、また虚部ではｎ２＝４．８１８２５９７であるように、銀メッキされている。回折格子の深さは、シミュレーション・パラメータに応じて変る。
【０００５】
図２に示されるように、０次のビームは、ミラーでの反射と同様に、バイナリ回折格子により完全に反射され、また０次のビームの回折角は４５°である。−１次のビームは、１８°の角度だけ回折され、また、−２次のビームは、−６°の角度だけ回折され、さらに、−３次のビームは、−３０°の角度だけ回折される。図２に示されるように、これらの角度はすべて、格子垂線から測定される。格子垂線から時計回りに測定される角度は、正の角度であり、また、格子垂線から反時計回りに測定される角度は、負の角度である。したがって、この入射光と、異なる次数の回折光は、それらの光が格子垂線のどちらの側に現れるかにより、正の角度、あるいは負の角度である。
【０００６】
このようなバイナリ回折格子が、入射光ビームを、多くの次数の光に分割するとはいえ、この入射光の大部分は、０次のビームと±１次のビームに配分される。これは、格子深さが０．１μｍである場合に、図２の例として回折効率を与える下記の表１に実証されている。回折効率は、−２次の光や−３次の光よりも、０次の光や−１次の光の方が、著しく高い。
【０００７】
【表１】
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【０００８】
この格子深さは、回折角には関係しないが、次に説明される回折効率と関係を持っている。ｍ次のビームの回折効率は、入射ビームのパワーと、ｍ次の回折ビームのパワーとの比率と定義される。図３は、図２に示されるバイナリ回折格子の場合に、０次の回折光、−１次の回折光、−２次の回折光、−３次の回折光のそれぞれに対して、様々な格子深さでの回折効率を示している。図３に示される上記次数の回折光の比較から、次数が高くなるにつれて、バイナリ回折格子に対する回折効率は下がることが明らかである。
【０００９】
図３および表１に基づいて、バイナリ回折格子の第１の顕著な特徴は、回折された次数の光のそれぞれに対する回折効率が５０％よりも大きくないことである。さらに、回折ビーム・エネルギーの大部分は、バイナリ回折格子中に、０次の回折光と、−１次の回折光となって蓄積される。特に、図２のバイナリ回折格子が０．１μｍの深さを持つ例に関して、表１に反映されるように、入射ビームのほぼ８５％が、０次の回折ビームと、−１次の回折ビームで占められる。入射ビームの他の１５％は、残りの次数の回折光で共用される。０次の回折ビームは、最大の効率をもたらすとはいえ、０次の回折ビームに対して回折角を変更することができず、その結果、０次の回折ビームは、実際の用途には適さない。それゆえ、±１次の回折光をバイナリ回折格子に使用して、このビームを所望の方向に分割する。
【００１０】
バイナリ回折格子の第２の顕著な特徴は、回折効率が、図３に示される格子深さに関して変動することである。このような特性の結果、回折効率を最大にするために、特定の次数の回折ビームに対して、複数の深さを選択することができる。しかしながら、バイナリ回折格子を製造するときに、どんな潜在的な製造欠陥も最小限に抑えるためには、この変動する（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ）回折効率の第１のピークに対応する深さが、一般に選択される。これは、格子深さがさらに浅い、すなわち、さらに小さいことから、製造プロセスの間、受け入れられるバイナリ回折格子に欠陥がさらに少なくなり、かつ、その歩留りが改善されるからである。例えば、０．１μｍの格子深さに対応する図３に示される−１次の回折ビームの第１のピークが選択されることになる。
【００１１】
ＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどの現行光ディスク技術は、赤色レーザ（６８０ｎｍの波長）を使用して、データを読み書きするが、一方、ブルーレイ・ディスク（ＢＤ）やＨＤ（高密度）などの最近現れた光ディスク形式は、青色レーザ（４０５ｎｍの波長）を使用している。短い方の青色波長を使用すれば、さらに高い精度でレーザビームの焦点を合わせ、かつ、さらに多くのデータをディスク上に密に詰め込む（パックする）ことが可能である。しかしながら、現行光ディスクに用いられる長い方の波長と比較すると、短い方の波長の使用に関連して、２つの問題が現れる。その第１の問題は、光電子変換効率が、短い方の波長に対して低いことである。第２の問題は、回折格子上の反射性メッキ層の反射率が、短い方の波長には不充分でありがちであることである。これらの問題の結果として、利用できる量のレーザ・エネルギーは、これらの最近現れた光ディスク形式に関連して、さらに低い。それゆえ、少ない方のレーザ・エネルギー量を補償するために、効率を高めるのに効果的であり、また、現在利用できる製造手法を用いて比較的に容易に製造できる回折格子が、現在、強く必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、高い回折効率を達成できるマルチレベル回折格子（ｍｕｌｔｉ−ｌｅｖｅｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）とグレーレベル回折格子（ｇｒａｙ−ｌｅｖｅｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）を提供することで、また、これらの回折格子を設計して、これらの回折格子をビーム・スプリッタや光ピックアップ装置に使用する効果的な設計方法を提供することで、前述の問題を解決することを対象としている。
【００１３】
本発明により、光ピックアップ装置に使用する回折格子が提供される。この回折格子は、少なくとも２つの区画（ｐａｒｔｉｔｉｏｎ）を含み、かつ、それぞれの区画は、所定の周期的形状を成す複数の溝を含んでいる。これらの少なくとも２つの区画の少なくとも１つに含まれる複数の溝は、所定の入射光角度θｉｎに対して、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の所定角度θｄｉｆを提供する周期（ｍは、１よりも大きい整数であり、また、θｉｎとθｄｉｆは、格子垂線から測定される）、すなわち周期＝ｍ×ｐを持っており、ここで、ｐ＝±λ／（ｓｉｎθｉｎ−ｓｉｎθｄｉｆ）であり、また、±が、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の符号に対応し、さらに、λ＝入射光の波長である。
【００１４】
本発明の他の面により、光ピックアップ装置に使用する回折格子が提供される。そこでは、この回折格子は、少なくとも２つの区画を含み、かつ、それぞれの区画は、所定の周期的形状を成す複数の溝を含んでいる。これらの少なくとも２つの区画の第１の区画に含まれる複数の溝は、第１の所定入射光角度に対して第１の所定の回折角を持つ＋１次の回折光と−１次の回折光のいずれかに使用するように設計されており、また、これらの少なくとも２つの区画の第２の区画に含まれる複数の溝は、第２の所定入射光角度に対して第２の所定の回折角を持つ＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光（ここで、ｍは１よりも大きい整数である）のいずれかに使用するように設計されている。
【００１５】
本発明の他の面により、光記録媒体で反射した光ビームを分割するために、ビーム・スプリッタが備えられる。ビーム・スプリッタは、発光素子と光記録媒体との間の光の進路に沿って配置されるものであって、発光素子から送り出された光を光記録媒体の方に向け、また、光記憶媒体で反射した光を回折格子の方に向けるように作動する偏光ビーム・スプリッタ面を含み、しかも、この回折格子は、この偏光ビーム・スプリッタ面で方向づけられた光を受け取るように配置されている。この回折格子は、少なくとも２つの区画を含み、かつ、それぞれの区画は、所定の周期的形状を成す複数の溝を含んでいる。これらの少なくとも２つの区画の少なくとも１つに含まれる複数の溝は、所定の入射光角度θｉｎに対して、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の所定角度θｄｉｆを提供する周期（ｍは、１よりも大きい整数であり、また、θｉｎとθｄｉｆは、格子垂線から測定される）、すなわち周期＝ｍ×ｐを持っており、ここで、ｐ＝±λ／（ｓｉｎθｉｎ−ｓｉｎθｄｉｆ）であり、また、±が、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の符号に対応し、さらに、λ＝入射光の波長である。
【００１６】
本発明の他の面により、光ピックアップは、進路に沿って光記録媒体へ光を送り出すように作動する発光素子、この光記録媒体で反射した光を受け取るように作動する回折格子であって、少なくとも２つの区画を含み、かつ、それぞれの区画が、所定の周期的形状を成す複数の溝を含んでいる回折格子であって、これらの少なくとも２つの区画の少なくとも１つに含まれる複数の溝が、所定の入射光角度θｉｎに対して、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の所定角度θｄｉｆを提供する周期（ｍは、１よりも大きい整数であり、また、θｉｎとθｄｉｆは、格子垂線から測定される）、すなわち周期＝ｍ×ｐを持っており、ここで、ｐ＝±λ／（ｓｉｎθｉｎ−ｓｉｎθｄｉｆ）であり、また、±が、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の符号に対応し、さらに、λ＝入射光の波長であるような回折格子、および、この回折格子で反射した光を受け取り、その受け取った光をディジタル信号に変換するように作動する光検出器を備えている。
【００１７】
本発明の他の面により、光ピックアップ装置に使用する回折格子を設計する方法であって、この回折格子上に少なくとも２つの区画を提供すること、これらの少なくとも２つの区画のそれぞれに、所定の周期的形状を成す複数の溝を提供すること、これらの少なくとも２つの区画の少なくとも１つに含まれる複数の溝の周期を、周期＝ｍ×ｐ（式中、ｐ＝±λ／（ｓｉｎθｉｎ−ｓｉｎθｄｉｆ）であり、ここで、±が、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の符号に対応し、また、λ＝入射光の波長である）の通り、所定の入射光角度θｉｎに対して、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の所定角度θｄｉｆを提供する（ｍは、１よりも大きい整数であり、また、θｉｎとθｄｉｆは、格子垂線から測定される）ようにセットすることを含む方法が提供される。
【００１８】
本発明の他の面により、光ピックアップ装置に使用する回折格子であって、複数の区画を含んで、それぞれの区画が複数の溝を持ち、しかもそれらの溝が、所定の周期的形状を成し、また入射光の波長λ、所定の入射光角度θｉｎ、所定の回折光角度θｄｉｆ、所定の周期＝ｐ０、および所定の深さ＝ｄ０を持つような回折格子を設計する方法が提供される。この方法は、複数の区画の１つを選択すること、ｍ次の回折光を、＋１（正の次数）と−１（負の次数）のいずれかになるようにセットすること、ｐ＝ｍλ／（ｓｉｎθｄｉｆ−ｓｉｎθｉｎ）の式を用いて、複数の溝の周期ｐを計算すること、ｐがｐ０よりも大きいかどうか判定し、ｐがｐ０よりも大きくない場合には、ｍを、ｍ＋１（正の次数）とｍ−１（負の次数）のいずれかになるようにセットして、上記計算することと上記判定することを繰り返すこと、ｐがｐ０よりも大きい場合には、最大の回折効率をもたらす格子深さｄを得ること、この得られた格子深さがｄ０よりも大きいかどうか決定し、この得られた格子深さがｄ０よりも大きくない場合には、ｍを、ｍ＋１（正の次数）とｍ−１（負の次数）のいずれかになるようにセットして、上記計算すること、上記判定すること、上記決定することを繰り返すこと、この得られた格子深さがｄ０よりも大きい場合には、この得られた格子深さｄ、周期ｐ、ｍの次数を、この選択された区画用の設計パラメータとして選択すること、および、これらの複数の区画のうちの残りの区画１つ１つについて、上記選択すること、上記セットすること、上記計算すること、上記判定すること、上記決定することを繰り返すことを含む。
【００１９】
本発明の他の面により、光ピックアップ装置に使用する回折格子を設計する方法であって、この回折格子上に少なくとも２つの区画を提供すること、これらの少なくとも２つの区画のそれぞれに、所定の周期的形状を持つ複数の溝を形成すること、第１の所定の入射光角度に対して、第１の所定の回折角を持つ＋１次の回折光と−１次の回折光のいずれかを使用するために、上記少なくとも２つの区画の第１の区画に含まれる複数の溝の周期を選択すること、および、第２の所定の入射光角度に対して、第２の所定の回折角を持つ＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光（ここで、ｍは１よりも大きい整数である）のいずれかを使用するために、上記少なくとも２つの区画の第２の区画に含まれる複数の溝の周期を選択することを含む方法が提供される。
【００２０】
本発明の他の面により、光を光学媒体に送り出すように作動する発光素子、この光学媒体で反射した光を回折させて、第１の回折光と第２の回折光をそれぞれ形成するように作動する第１の部分と第２の部分を含む回折格子、この回折格子の第１の部分で回折する第１の回折光を検出するように作動する第１の光検出区間、および、この回折格子の第２の部分で回折する第２の回折光を検出するように作動する第２の光検出区間を備える光ピックアップであって、上記第１の回折光の次数が、上記第２の回折光の次数よりも大きい光ピックアップが提供される。
【００２１】
本発明の他の面により、光を光ディスクに送り出すように作動する発光素子、この光ディスクで反射した光を回折させて、第１の回折光と第２の回折光をそれぞれ形成するように作動する第１の部分と第２の部分を含む回折格子、この回折格子の第１の部分で回折する第１の回折光を検出するように作動する第１の光検出区間、および、この回折格子の第２の部分で回折する第２の回折光を検出するように作動する第２の光検出区間を備える光ディスク装置であって、上記第１の回折光の次数が、上記第２の回折光の次数よりも大きく、また上記第１の回折光と上記第２の回折光がそれぞれ、フォーカシング信号とトラッキング信号に使用される光ディスク装置が提供される。
【００２２】
上述の本発明の様々な面により、これらの複数の溝は、格子深さ≒ｍ×ｄ（式中、ｄは、周期ｐに対して、最大回折効率に対応する深さである）を持つように、設計できる。
【００２３】
上述の本発明の様々な面により、この回折格子は、グレーレベル回折格子とマルチレベル回折格子のいずれかであり、また、その所定の形状は、それぞれ、ブレーズ型鋸歯形状と階段形状のいずれかであることもある。
【００２４】
本発明のさらなる適用分野は、以下で与えられる詳細な説明から明らかになろう。この詳細な説明と具体的な例は、本発明の好ましい実施形態を示すものであるが、例示目的だけのために示されて、本発明の範囲を制限するつもりはないものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の上記および他の目的、特徴、利点は、添付図面といっしょに、以下の詳細な説明を読めば、より明確に理解されよう。
図４と図５を参照すると、それぞれ、本発明によるグレーレベル回折格子の例とマルチレベル回折格子の例が示されている。特に、図４は、グレーレベル回折格子の一例として、ｐの周期とｄの格子深さを持つブレーズ型回折格子を示している。また、図５は、マルチレベル回折格子の一例として、ｐの周期とｄの格子深さを持つ階段状回折格子を示している。残りの説明は、本発明の好ましい実施形態として、ブレーズ型回折格子の特性および特徴に向けられることになるが、このような特性および特徴は、図５に示される階段状回折格子などの他のグレーレベル・タイプおよびマルチレベル・タイプの回折格子にも適用できるものとする。
【００２６】
ブレーズ型回折格子１の一例の断面図を示す図６を参照すると、所定の周期的形状として鋸歯形状を成す複数のブレーズ型溝２が、この回折格子上に設けられる。比較の目的で、図２に示されるバイナリ回折格子用のものと同一のパラメータが、図６に示されるブレーズ型回折格子に施される。具体的に言えば、ブレーズ型格子は、４０５ｎｍの波長と、格子垂線から４５°の入射角を持つＴＥモード（Ｓ偏光）入射光ビームを受ける。この回折格子の深さは、シミュレーション・パラメータに応じて変る。図６に示されるように、０次の光ビームの回折角は４５°であり、−１次の光ビームは、１８°の角度だけ回折し、−２次の光ビームは、−６°の角度だけ回折し、また、−３次の光ビームは、−３０°の角度だけ回折する。これらの回折角は、図２に示されるバイナリ回折格子の回折角と同一である。これらの回折角が、バイナリ回折格子でも、ブレーズ型回折格子でも同一であるという理由は、ｍ次の回折ビームの回折角を計算するのに用いられる下記の式がバイナリ回折格子だけでなく、ブレーズ型回折格子にも当てはまるためである：
【００２７】
数式１：  ｐ（ｓｉｎθｄｉｆ−ｓｉｎθｉｎ）＝ｍλ
【００２８】
数式１において、ｐは、これらの溝の周期であり、また、θｉｎとθｄｉｆは、それぞれ入射角と回折角であって、それぞれ、格子垂線に対して測定される。
【００２９】
図７は、図６に示されるブレーズ型回折格子で回折する異なる次数の回折光の、様々な格子深さに対する回折効率を示すグラフである。図７と図３のグラフの比較から、ブレーズ型回折格子の２つの個々の特性が注目に値する。第１の特性は、ブレーズ型回折格子の格子深さに適した選択が、一般に、異なる次数の回折光ビームの１つに対して、高い回折効率をもたらすことである。例えば、図７のグラフを用いて、０．５２μｍが、所望の格子深さとして選択される場合には、−２次の光ビームは、約７８％という最大の回折効率をもたらす唯一のビームである。残りの次数のそれぞれに対する回折効率は、このような所望の格子深さでは、約１０％よりも大きくない。ブレーズ型回折格子の第２の特性は、異なる次数の回折光ビームのそれぞれに対して、ピーク効率をもたらす唯一の最適な格子深さがあることである。言い替えると、異なる次数の回折光はそれぞれ、ただ１つの格子深さにて、ただ１つの最大ピークを持っている。例えば、−３次の回折光に関して、図７のグラフを調べれば、約８１％のピーク効率をもたらす０．９５μｍの最適な格子深さがただ１つあることが明らかである。格子深さと、異なる次数の回折光のピーク効率との関係を表わす下記の表２には、ブレーズ型回折格子のこれらの記述された２つの特性が示されている。
【００３０】
【表２】
2006107712.tif 000004
【００３１】
表１と表２を比較すれば、ブレーズ型回折格子は、バイナリ回折格子よりも大きい回折効率をもたらすことがまったく明らかである。したがって、ブレーズ型回折格子は、効率の見地から、バイナリ回折格子に優る有意な恩恵をもたらす。もちろん、考慮に入れなければならない重要な問題は、ブレーズ型回折格子が製造できることである。特に、ブレーズ型回折格子の製造の間に考慮されるべき２つの大きさは、以下で説明される格子深さとブレーズ型溝の周期である。
【００３２】
まず最初に、ブレーズ型回折格子の格子深さの問題を説明することから始めると、格子深さが浅いときにブレーズ型回折格子を製造することの難しさを扱わなければならない。このように浅い格子深さは、特に重要である。これは、さきに記述されたように、ブルーレイ・ディスク形式とＨＤ（高密度）ディスク形式が、比較的に短い波長の光（４０５ｎｍ）を持つ青色レーザの利用を必要とするからである。例えば、設計要件が、−２次の回折光ビームを、図６に示される模範的なブレーズ型回折格子に使用するものとしてみよう。このような場合、約０．５２μｍの格子深さを使用して、上記の表２に示されるように、約７８％の最大効率を達成しなければならない。ブレーズ型回折格子の製造では、さきに記述されたバイナリ回折格子の製造と同様なフォトリソグラフィ・プロセスが、一般に使用される。このフォトリソグラフィック・プロセスを使用して、基板上にスピン・コーティングされたフォトレジスト中に、鋸歯外形を形作り、次に、プラズマ・エッチングを用いて、この基板にエッチングを行って、その鋸歯外形を基板中に転写する。しかしながら、ブレーズ型回折格子を製造するプロセスは、鋸歯外形上にノイズをもたらす工程を含む。次に、このようなノイズの一例として、図８を参照する。図８には、所望のブレーズ型回折格子が、「理想的なもの」で示されており、また、グレースケール・レーザ・ライタで得られる実際のブレーズ型回折格子が、「現実のもの」で示されている。図８に表わされるように、利用可能なグレースケール・レーザ・ライタは、フォトレジストの外形上に、約０．３μｍＲＭＳ（実効値）のノイズをもたらす。このノイズは著しいものであって、それぞれのブレーズ型溝の所望の格子深さが約０．５μｍにすぎないという事実により、無視できない。したがって、１つの鋸歯外形中に、なめらかな、あるいは障害物のない多段傾斜を作ることは難しいから、さらに深い鋸歯外形をカットする必要がある。
【００３３】
ブレーズ型回折格子の第２の問題は、ブレーズ型溝の周期である。短い方の４０５ｎｍの波長を持つ青色レーザを使用し、かつ、ビームを、さらに急勾配な角度で回折させたいときには、所要の周期は短くなければならない。このような関係は、さきに述べられた「数式１」から容易に推定される。これは、入射角と回折角が決まっていて、また、４０５ｎｍという短い方の波長が使用される場合に、この周期もさらに短くしなければならないからである。入射角と波長が決まっていて、かつ、回折する次数の光の角度が小さいとき（すなわち、入射角と回折角が互いに組み合わされると、大きい角度が得られる）。以下に与えられる表３（ａ）は、ブレーズ型溝の周期と、入射光の異なる波長との関係を示している。以下に与えられる表３（ｂ）は、ブレーズ型溝の周期と、回折角（回折角は、格子垂線に対するものである）との関係を示している。
【００３４】
【表３ａ】
2006107712.tif 000005
【００３５】
例証として、表３（ａ）は、−１次の回折光、２５°の回折角、および４５°の入射角では、波長が短くなるにつれて、ブレーズ型回折格子の格子周期が短くなることを示している。
【００３６】
【表３ｂ】
2006107712.tif 000006
【００３７】
他の例証として、表３（ｂ）は、−１次の回折光、０．４０５μｍの波長、および４５°の入射角では、回折角が小さくなるにつれて、ブレーズ型回折格子の格子周期が短くなることを示している。
【００３８】
ブレーズ型回折格子の格子深さと周期に関する上述の関係および制約条件にかんがみて、ブレーズ型回折格子を製造する負担および費用も最小限に抑えなければならない。
【００３９】
しかしながら、ブレーズ型回折格子の製造の期間中、露光工程の間に使用されるステッパまたはマスク露光装置の解像度が制限されるという事実により、実現できる最小格子周期は、このような露光設備の解像度により制限される。現在、約１ミクロンの特徴サイズ（解像度）を持つステッパに、「ｇ線」露光光源（４３６ｎｍ）を使用する。したがって、ｇ線ステッパを使用しても、１ミクロンよりも短い周期を持つ回折格子を製作することは不可能である。ｇ線ステッパに代る別法として、３６５ｎｍというさらに短い波長と、約０．５ミクロンの特徴サイズを持つ「ｉ線」ステッパがある。しかしながら、どの寸法も０．５ミクロンよりも小さい回折格子の製作については、ｉ線ステッパを使用しても、不可能である。同様に、すべてのステッパは、限られた特徴サイズを持っており、また、従来のやり方で用いられる回折格子を、従来の設計法を使用して製造する限りは、その格子周期は、つねに、露光の波長により制限される。
【００４０】
次に与えられる説明は、本発明が、ビーム・スプリッタと光ピックアップ装置に効果的に用いられる高効率の回折格子を設計でき、かつ、これらの回折格子を製造できるようにするやり方を狙いとしている。
【００４１】
図９Ａは、入射光の波長＝λ、入射角＝θｉｎｃ、回折角＝θｄｉｆｆという定められた特性を持つ−１次の回折光を使用するブレーズ型回折格子の例証を示している。最適な格子深さはｄであり、また周期ｐは、「数式１」を用いて計算される。図９Ｂに示されるように、−１次の回折光を使用する上記のブレーズ型回折格子は、ｄの格子深さに対応するＭａｘＥｆにて、ただ１つの最大効率を持っている。しかしながら、ｐの周期と、ｄの格子深さが、許容製造しきい値よりも小さい場合には、高レベルの回折効率を維持しながら、周期ｐと格子深さｄを大きくすることが必要となる。本発明により、さらに高い次数の回折光を使用して、前述の定められた特性に影響を及ぼすことなく、上記の周期および格子深さを、それらが所定の製造しきい値を超えるように大きくすることが可能である。具体的に言えば、−１次の回折光を−２次の回折光に変える場合には、図１０Ａに示されるように、その周期をｐから２ｐに２倍にし、かつ、その格子深さをｄから約２ｄにほぼ２倍にすることで、その定められた特性の変更を必要とせずに、高レベルの回折効率を達成することが可能である。図１０Ｂに示されるように、約２ｄの格子深さに対する回折効率は、約ＭａｘＥｆである。したがって、−２次の光ビームを使用すれば、また、その周期を２倍にし、かつその格子深さをほぼ２倍にすれば、−１次の光ビームを用いて達成されるものとほぼ同一の回折効率を得るために、−１次の光ビームと同一の入射ビームおよび同一の回折角を使用することができる。
【００４２】
したがって、さらに高い次数の回折光を効果的に使用できるようにするために、複数の溝は、所定の入射光角度θｉｎに対して、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の所定角度θｄｉｆを提供する周期（ｍは、１よりも大きい整数であり、また、θｉｎとθｄｉｆは、格子垂線から測定される）、すなわち周期＝ｍ×ｐを持っており、ここで、ｐ＝±λ／（ｓｉｎθｉｎ−ｓｉｎθｄｉｆ）であり、また、±が、＋ｍ次の回折光と−ｍ次の回折光の少なくとも１つの回折光の符号に対応し、さらに、λ＝入射光の波長であって、ここでは、２００ｎｍ〜７９０ｎｍの範囲内にある。さらに高い次数の回折光を使用するときにも、ｍ×ｄにほぼ等しい格子深さを持つように、これらの複数の溝を設けることができる。ここで、ｄは、ｐに対して、最大回折効率に対応する格子深さである。回折光の角度があまり大きくないときには、スカラー理論を用いれば、最適な格子深さを得ることができる。別法として、例えばＧＳＯＬＶＥＲなどの市販の製品、あるいは、ＲＣＷＭ（ＲｉｇｏｒｏｕｓＣｏｕｐｌｅｄ Ｗａｖｅ Ｍｅｔｈｏｄ）に基づく自製のアルゴリズム／プログラムを使用して、回折効率を計算すれば、最適な格子深さを得ることができる。
【００４３】
±１次よりも高い次数の回折光を使用する本発明による上記方法を用いれば、所定の最小製造しきい値を満たし、かつ／または、そのしきい値を超える周期および格子深さを持つように、ブレーズ型回折格子を設計することができる。
【００４４】
前述の式および関係における個々の値が、本発明の新規な概念から逸脱することなく、わずかな変化度／許容差を受けることに留意する。これらの変化度／許容差は、関連する極めて小さい寸法によるもの、さらに、そのような小さい寸法の正確な測定に固有の難しさにもよるものと考えられる。例えば、屈折型の回折格子の場合には、回折角θｄｉｆは、基準軸線（例えば、入射ビーム軸線）に対する光検出器の位置を決定することにより、測定される。しかしながら、光検出器のうち、光がぶつかる面は特定の幅を持っているから、光検出器のうち、回折光がぶつかる面上の正確な地点を突き止めることは困難である。したがって、光検出器の幅は、許容差をもたらす。その結果、前述の式および関係における数値のわずかな変化度／許容差は、本発明の新規性の範囲内にも包含されることが理解されよう。例えば、複数の溝の周期がｍ×ｐからわずかに逸れることは許容でき、また、複数の溝の格子深さがｍ×ｄからわずかに逸れることも許容できる。
【００４５】
次に、図１１を参照すると、本発明による１次の格子形態と、さらに高い次数の格子形態の上面図の模範的な比較が示されている。図１１に示されるように、ブレーズ型回折格子は、複数の区画を含み、しかも、それぞれの区画は、例えば、鋸歯形状または階段形状などの所定の周期的形状を成す複数の溝を含んでいる。図１１に示される模範的なブレーズ型回折格子は、光検出器１２の６つの部分に対応する６つの区画を持っているが、個々の設計基準に応じて、区画の数を増減できることに留意する。その区画の数および配列は、一般に、光検出器１２上に設けられた区分エリアの数および配列に対応するように与えられる。例えば、光検出器が、第１の光検出区間と第２の光検出区間を持っている場合には、その回折格子は、第１の部分と第２の部分を持つことになる。図１１に示されるように、１次の格子形態において、区画３、区画４、区画６に含まれる溝の周期は、短くて、あらかじめ定められた最小製造しきい値よりも短い。図１１に示される対応する元のビーム次数には、１次のビームしか含まれていない。これと対照的に、本発明による高い方の次数の格子形態は、さらに高い次数のビームを用いることで、区画３、区画４、区画６の周期を長くする。特に、図１１に示されるように、本発明の高い方の次数の格子形態により、区画３、区画４、区画６は、２次の回折ビームと３次の回折ビームを持っている。したがって、図１１に示される新たなビーム次数には、１次の回折ビームだけでなく、さらに高い次数の回折ビームも含まれている。この例では、区画１、区画２、区画５の次数を変更する必要はない。これは、それらの周期が短くないからである。すなわち、それらの周期は、所定の最小製造しきい値よりも短くない。本発明の回折格子により、０次の回折光、±１次の回折光、および、±１次よりも高い次数（すなわち、±２次、±３次など）の回折光を含むように、異なる次数の回折光ビームの混合を含むことがある複数の区画が、回折格子上に設けられる。図１１は、このような異なる次数の回折光の混合の一例として与えられている。さらに、図１１に示される光検出器１２のそれぞれの異なる部分により検出される異なる回折光ビームは、フォーカシング信号、トラッキング信号、収差信号に使用できることに留意する。例えば、第１の回折光と第２の回折光は、それぞれフォーカシング信号とトラッキング信号に使用できよう。
【００４６】
さきに述べられたように、光の所定の波長、入射角、回折角という決まっているパラメータを変更せずに、周期ｐを広げることが可能である。これは、さらに高い次数の回折光を使用することで、例えばｍの次数を−１次から−２次に変更し、また周期をｐから２ｐに変更することで、達成される。したがって、２次の回折光を使用し、かつ、その周期を２倍にすることで、同一の回折角を達成できる。さらに、この２倍にした周期が、なおも小幅すぎる（すなわち、所定の製造しきい値よりもまだ短い）場合には、この周期は、−３次の回折光ビームを用いて、３倍にすることができる。したがって、本発明により、例えば、その周期を２倍または３倍にすることなどで、その周期を長くすれば、また回折光の次数を変更すれば、所望の回折角に変更はない。本発明のこのような面は、４５°の角度と、０．４０５μｍの波長を持つ入射光に対して、格子周期と回折角との関係が載っている下記の表４で明らかにされる。Ｎ／Ａ（該当しない）は、特定の次数では回折ビームを得られないことを示すために用いられることに留意する。
【００４７】
【表４】
2006107712.tif 000007
【００４８】
したがって、表４に示されるように、−１次の回折光次数を、−２次か、−３次のいずれかの次数に変更すれば、また、その周期をそれぞれ２倍または３倍にすれば、１７．５８４１８５という同一回折角を得ることができる。
【００４９】
さらに、さきに述べられたように、この格子深さはまた、その周期を２倍または３倍にすると、ほぼ２倍または３倍にされる。図１２は、周期を２倍にすること以外、図７に用いられるものと同一の特性を用いて、様々な格子深さに対する回折効率のグラフを示している。さらに、下記の表５には、異なる格子深さに対して、回折光の次数ごとに、ピーク効率が載っている。表５から、格子周期を２倍にする場合には、−２次の光が用いられ、また、そのピーク効率は、０．５８μｍの格子深さにて得られるものである。この格子深さは、１次の光ビームに用いられる０．２７μｍのほぼ２倍である。−２次の光ビームが製造しがたい場合には、−３次の光ビームを使用できる。−３次の光ビームにより、０．２７μｍの格子深さの約３倍である０．８３μｍの格子深さにて、ピーク効率が得られる。
【００５０】
【表５】
2006107712.tif 000008
【００５１】
次に、ブレーズ型回折格子の前述の特性および関係にかんがみて、光ピックアップ装置に用いられるブレーズ型回折格子を設計するための本発明による方法が、図１３に示される流れ図を参照して説明される。図１１に示されるものと同様に、この方法で設計されるブレーズ型回折格子は、複数のＮｍａｘ個の所定区画を含む。ここで、Ｎｍａｘは、任意の整数であり得る。さきに述べられたように、区画の数および配列は、光検出器上に位置づけられる区分エリアに対応するように与えられる。Ｎ個の区画のそれぞれに対して、複数のブレーズ型溝は、許容製造しきい値をもたらす特定の次数の回折光ビームを選択し、かつ、その回折光ビームを、所定の入射角および所定の回折角に対する回折効率の点から最適化できるように、設計されることに留意する。それぞれの区画に含まれる複数のブレーズ型溝は、所定の周期的形状を成し、かつ、図１３のステップＳ１に示されるように、あらかじめ定められた入射光の波長λ、入射角θｉｎ、回折角θｄｉｆを持っている。このあらかじめ定められた形状は、例えば、ブレーズ型の鋸歯形状または階段形状であることもある。周期ｐ０と深さｄ０は、ステップＳ２に示される所定の最小製造しきい値である。
【００５２】
ステップＳ３において、この方法は、第１の区画を使用して、まず、Ｎを１になるようにセットする。
【００５３】
次に、ステップＳ４において、ビーム次数は、初めに、ｍを正の次数に対して１、あるいは、負の次数に対して−１になるようにセットすることで、第１のビーム次数になるようにセットされる。
【００５４】
ステップＳ５において、数式１を用いて、格子周期ｐを計算する。
【００５５】
次に、ステップｐ６において、ステップＳ５で計算された周期ｐがｐ０よりも長いかどうか判定を下す。ｐがｐ０よりも長くない場合には、ステップＳ７を実行する。ｐがｐ０よりも長い場合には、ステップＳ８を実行する。
【００５６】
ステップＳ７において、ｍをｍ＋１（正の次数）か、ｍ−１（負の次数）のいずれかとなるようにセットすることで、次数を大きくする（正の次数）か、あるいは小さくする（負の次数）。次に、この流れは、ステップＳ５まで戻る。
【００５７】
ステップＳ８において、さきに述べられたスカラー理論、例えばＧＳＯＬＶＥＲなどの市販のソフトウェア、あるいは、ＲＣＷＭ（ＲｉｇｏｒｏｕｓＣｏｕｐｌｅｄ Ｗａｖｅ Ｍｅｔｈｏｄ）に基づく自製のプログラムを使用して、回折効率を計算することで、格子深さｄを最適化する。
【００５８】
ステップＳ９において、この最適化された深さｄを、ｄ０と比較する。ｄがｄ０よりも大きくない場合には、ステップＳ１０を実行する。ｄがｄ０よりも大きい場合には、ステップＳ１１を実行する。
【００５９】
ステップＳ１０において、ｍをｍ＋１（正の次数）か、ｍ−１（負の次数）のいずれかとなるようにセットすることで、次数を大きくする（正の次数）か、あるいは小さくする（負の次数）。次に、この流れは、ステップＳ５まで戻る。
【００６０】
ステップＳ１１において、区画Ｎに対して最小製造しきい値を満たすのに適した次数として、ｍ次を選択し、ステップＳ１２を実行する。
【００６１】
ステップＳ１２において、Ｎを、Ｎ＋１となるようにセットし、次に、次の区画に移った後で、ステップＳ１３を実行する。
【００６２】
ステップＳ１３において、Ｎ＝Ｎｍａｘ＋１であるかどうか確かめることで、すべての区画が完成されたかどうかチェックを行う。ＮがＮｍａｘ＋１に等しくない場合には、これらの区画のすべてが完成されたわけではなく、この流れは、ステップＳ５まで戻る。ＮがＮｍａｘ＋１に等しい場合には、すべての区画は完成されていて、その手順は、ステップＳ１４において終了する。
【００６３】
本発明により、ビーム・スプリッタに用いられる回折格子を設計するための上記方法を提供すれば、複数の区画を含む回折格子は、ブレーズ型回折格子の回折効率および所定の総合特性を損なわずに、最小製造しきい値を満たすように、図１１に示される通り、一次よりも高い次数を含む混合ビーム次数を用いて、設計することができる。
【００６４】
図１４は、図１１の区画２、区画６、区画３の断面図の比較を示している。記号「１ｓｔ／ｐ／ｄ」は、１次のビーム、周期ｐ、格子深さｄに相当することに留意する。図１４に示されるように、区画２、区画６、区画３を含む従来のバイナリ格子の格子面全体にわたって、格子深さは同一である。これは、バイナリ・フォトリソグラフィック・プロセスの間、異なる深さ露光（ｄｅｐｔｈｅｘｐｏｓｕｒｅ）を用いてパターニングを実行することが不可能であるからである。しかしながら、ブレーズ型回折格子用のフォトリソグラフィック・プロセスにより、異なる深さ露光を用いて、パターニングを実行することが可能である。したがって、図１４に示されるように、本発明のブレーズ型回折格子は、格子面全体にわたる３つの区画に対して、ｐ、３ｐ、２ｐという異なる格子周期だけでなく、ｄ、３ｄ、２ｄという異なる格子深さも含む。
【００６５】
次に、図１５に示されるように、本発明によるブレーズ型回折格子の深さは、ディジタル化された格子外形を与えるようにディジタル化できる。このようなディジタル化を利用すれば、格子深さを正確に、かつ容易に制御することができる。
【００６６】
図１６に示されるように、或る区画内で、これらの溝の周期を連続的に変えて、回折角を連続的に変えることができる。すなわち、これらの複数の溝の周期は、或る溝から次の溝へ、わずかに変えられる。さらに、これらの溝を、格子面上に、曲線状に施すこともできる。さらに、図１７に示されるように、これらの複数の溝は、或る溝から次の溝へ連続的に変えられる格子深さを持つこともできる。すなわち、周期と同様に、これらの複数の溝の格子深さを、或る溝から次の溝へ、わずかに変えることができる。
【００６７】
本発明によるビーム・スプリッタは、図１８に示されている。このビーム・スプリッタは、偏光ビーム・スプリッタ面１０と回折格子１１を含む。本発明によるビーム・スプリッタは、光記録媒体で反射した光ビームを分割するために用いられる。このビーム・スプリッタは、発光素子１３と光記録媒体との間の光の進路に沿って配置される。発光素子１３は、レーザ・ダイオード、または光を送り出すことのできる他の任意の光源であることもある。図１８に示されるように、偏光ビーム・スプリッタ面１０は、発光素子１３から送り出された光を光記録媒体の方に向け（光が上方へ進み）、また、光記憶媒体で反射した（光が下方に戻る）光を回折格子１１の方に向けるように作動する。本発明のビーム・スプリッタに入っている回折格子１１は、さきに述べられた回折格子に一致するものであって、さきに述べられた本発明の方法を用いて設計することができる。回折格子１１は、偏光ビーム・スプリッタ面１０で方向づけられた光を受け取るように配置されている。次に、回折格子１１で回折した光は、光検出器１２で受け取られる。
【００６８】
図１９Ａは、本発明による反射型回折格子を持つ光ピックアップを示す略図である。図１９Ｂは、本発明による屈折型回折格子を持つ光ピックアップを示す略図である。図１９Ａと図１９Ｂに記されている同一要素には、同一の参照数字が付けられている。これらの光ピックアップは、信号を、光記録媒体１５から再現する／光記憶媒体１５に記録するのに用いられる。図１９Ａと図１９Ｂに示される光ピックアップ装置はそれぞれ、光検出器１２と発光装置１３を含む。記録または再現が行われるときには、発光素子１３は、２００ｎｍ〜７９０ｎｍの範囲内の波長を持つ光を、進路に沿って、光記録媒体１５に送り出す。発光素子１３から送り出される光の波長は、２００ｎｍ〜７９０ｎｍの範囲内で変えることができる。次に、この光は、光記録媒体１５で反射し、次に、この進路の一部を、逆方向にたどる。図１９Ａに示される光ピックアップにより、偏光ビーム・スプリッタは、この光を反射させ、次に、この光が、反射型回折格子１１で受け取られて、次に、反射型回折格子１１が、その光を、光検出器１２上へ回折させる。図１９Ｂに示される光ピックアップにより、屈折型回折格子１４は、この反射された光を受け取って、その光を、光検出器１２上へ回折させる。反射型回折格子１１と屈折型回折格子１４はそれぞれ、さきに詳述された回折格子により、構造化されて、設計される。光検出器１２は、回折光を受け取ると、その受け取られた光をディジタル信号に変換する。光検出器１２の構造は、図１１を参照して、さきに述べられたものと同一である。
【００６９】
前述の特徴は、本発明による光ピックアップの新規な面を構成しているが、他の様々な周知の要素および配列を、光ピックアップに実現できることが、通常の当業者にはすぐ明らかになる。例えば、追加の光学素子を、光記録媒体と回折格子との間の光の進路に沿って（すなわち、図１９Ａおよび図１９Ｂ中の切断部分に）配置することができる。
【００７０】
最後に、図２０は、本発明による光ディスク装置を示す略図である。この光ディスク装置は、さきに述べられた本発明による光ピックアップを含むことに留意する。さらに、この光ディスク装置は、セットトップ形光ディスク・プレーヤ／レコーダ、ポータブル形光ディスク・プレーヤ／レコーダ、デスクトップ形コンピュータ、ポータブル形コンピュータのどれか１つ、あるいは、データの再現／記録のために、光ディスクを受け取ることのできる他の任意の装置であることもある。
【００７１】
本発明の好ましい実施形態が例示目的で記述され、開示されてきたが、当業者であれば、併記の特許請求の範囲に述べられる本発明の範囲および精神から逸脱することなく、様々な変更、追加、代用が可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】従来のバイナリ回折格子を製造するためのフォトリソグラフィック・プロセスを示す略図である。
【図２】入射光ビームを４５°にて受けるバイナリ回折格子の断面図を示す略図である。
【図３】図２に示されるバイナリ回折格子の様々な格子深さに対する格子効率を示すグラフである。
【図４】本発明によるブレーズ型回折格子の断面図を示す略図である。
【図５】本発明による階段状の回折格子の断面図を示す略図である。
【図６】本発明により、入射光ビームを４５°にて受けるブレーズ型回折格子の断面図を示す略図である。
【図７】本発明により、図６に示されるブレーズ型回折格子の様々な格子深さに対する格子効率を示すグラフである。
【図８】本発明により、ＲＭＳノイズを含むブレーズ型回折格子の鋸歯外形の断面を示す略図である。
【図９Ａ】−１次の回折光を用いるブレーズ型回折格子の断面図を示す略図である。
【図９Ｂ】−１次の回折光を用いるブレーズ型回折格子の回折効率の対応するグラフである。
【図１０Ａ】本発明により、−２次の回折光を用いるブレーズ型回折格子の断面図を示す略図である。
【図１０Ｂ】−２次の回折光を用いるブレーズ型回折格子の回折効率の対応するグラフである。
【図１１】本発明により、複数の区画を含むブレーズ型回折格子形態の上面図と、光検出器の上面図である。
【図１２】本発明により、周期が２倍にされているほかは、図６に示されるものと同じブレーズ型回折格子の様々な深さに対する回折効率を示すグラフである。
【図１３】本発明によるブレーズ型回折格子を設計する方法を示す流れ図である。
【図１４】本発明によるブレーズ型回折格子と、バイナリ回折格子の断面図の比較を示す略図である。
【図１５】本発明によるブレーズ型回折格子のディジタル化された外形の断面図を示す略図である。
【図１６】本発明により、曲線状の溝と、徐々に変化する周期を持つブレーズ型回折格子の上面図を示す略図である。
【図１７】本発明により、徐々に変化する回折深さを持つブレーズ型回折格子の断面図を示す略図である。
【図１８】本発明によるビーム・スプリッタを示す略図である。
【図１９Ａ】本発明により、反射型の回折格子を有する光ピックアップ装置を示す略図である。
【図１９Ｂ】本発明により、屈折型の回折格子を有する光ピックアップ装置を示す略図である。
【図２０】本発明による光ディスク装置を示す略図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０  偏光ビーム・スプリッタ面
１１  回折格子
１２  光検出器
１３  発光素子、発光装置
１４  屈折型回折格子
１５  光記録媒体
２０  光ディスク装置
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【外国語明細書】
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【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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