(57)【要約】【課題】格子凸部と溝部における反射防止処理がなされ、かつ、格子凸部のシャドーイング効果による当該格子凸部の形状ズレを防止することが可能なグレーティング素子を提供する。【解決手段】凸部２０２と凹部２０３とが周期的に配列された回折構造を備えたグレーティング素子である。前記回折構造は、使用波長の光に対する反射率を調節する反射調節層ＡＲ２として機能する誘電体多層膜上に形成されている。凸部２０２は、使用波長の光に対して所定の位相シフト量を付与する位相調節層ＰＨとして機能する誘電体多層膜からなる。反射調節層ＡＲ２と位相調節層ＰＨとを積層した誘電体多層膜は反射防止膜ＡＲである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸部と凹部とが周期的に配列された回折構造を備えたグレーティング素子であって、
前記回折構造は、使用波長の光に対する反射率を調節する反射調節層として機能する誘電体多層膜上に形成されており、
前記凸部は、使用波長の光に対して所定の位相シフト量を付与する位相調節層として機能する誘電体多層膜からなり、
前記反射調節層と前記位相調節層とを積層した誘電体多層膜が反射防止膜であることを特徴とするグレーティング素子。
【請求項２】
透明基板をさらに備え、
前記反射調節層と前記位相調節層とが前記透明基板の少なくとも一方の側に形成されている、請求項１に記載のグレーティング素子。
【請求項３】
前記反射調節層及び位相調節層が、高屈折率材料膜と低屈折率材料膜とが交互に積層された誘電体多層膜からなる、請求項１又は２に記載のグレーティング素子。
【請求項４】
前記回折構造は、第１の波長λ1の光を、当該第１の波長λ1とは異なる第２の波長λ2の光よりも高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させるものであり、
前記回折構造が前記第１の波長λ1の光に付与する位相シフト量をφ1（単位は波長λ1）、前記回折構造が前記第２の波長λ2の光に付与する位相シフト量をφ2（単位は波長λ2）としたとき、前記位相調節層の膜厚が下記条件式（１）、（２）を満たすように設定されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のグレーティング素子。
０．１０＜｜φ1｜＜０．２０      ・・・・・・（１）
０．００≦｜φ2｜＜０．１０      ・・・・・・（２）
【請求項５】
前記反射防止膜における前記使用波長の光に対する反射率をＲ1（０≦Ｒ1≦１）、前記反射調節層における前記使用波長の光に対する反射率をＲ2（０≦Ｒ2≦１）、前記回折構造のピッチ（Ｐ）に対する前記凸部の幅（Ｗ）の比率（Ｗ／Ｐ）をデューティ（Ｘ）としたとき、下記条件式（３）を満たす、請求項１〜４のいずれか１項に記載のグレーティング素子。
Ｒ1Ｘ＋Ｒ2（１−Ｘ）＜０．０３  ・・・・・・（３）
【請求項６】
前記反射防止膜は、前記反射調節層と前記位相調節層との間に境界層を挟んでおり、前記境界層は前記反射調節層の一部として含まれる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のグレーティング素子。
【請求項７】
前記境界層がエッチングストップ層である、請求項６に記載のグレーティング素子。
【請求項８】
請求項１に記載のグレーティング素子の製造方法であって、
エッチングストップ層を間に挟む誘電体多層膜を成膜する工程と、
成膜した前記誘電体多層膜上にエッチングを行うための所定の寸法のマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンが形成された前記誘電体多層膜を、前記エッチングストップ層までエッチングして、前記位相調節層と前記反射調節層とからなる前記反射防止膜を得る工程と、
前記誘電体多層膜上に形成した前記マスクパターンを除去する工程と、を含むことを特徴とするグレーティング素子の製造方法。
【請求項９】
光源からの光を対物レンズを介して光情報記録媒体の情報記録面に集光して情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置であって、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に配置された、請求項１〜７のいずれか１項に記載のグレーティング素子を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グレーティング素子及びその製造方法、並びに、そのグレーティング素子を用いた光ピックアップ装置に関し、特に、波長の異なる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ピックアップ光学系に用いられるグレーティング素子、及び、その製造方法、並びに、そのグレーティング素子を用いた光ピックアップ装置に関する。
【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。これらの光ディスクは、世代が異なり、それぞれの世代において、膨大なコンテンツを蓄積している。また、新しい世代の光ディスクほど、記録密度が高く、それに対応する半導体レーザの波長が短くなっている。そのため、これらの光ディスクを記録／再生する光ディスクドライブ装置は、一般に、波長の異なる複数の半導体レーザを内蔵している。そして、これにより、一台の光ディスクドライブ装置で、前世代の膨大なコンテンツと共に次世代のコンテンツを記録／再生することができる。例えば、ＤＶＤドライブ装置においては、通常、ＣＤの再生が可能である。また、ＢＤドライブ装置においては、通常、ＤＶＤとＣＤの再生が可能である。
【０００３】
このように、異なる世代の光ディスクを記録／再生する光ディスクドライブ装置は、波長の異なる複数の半導体レーザを内蔵している。そのため、それぞれの半導体レーザごとに光路を設ける必要が出てくるが、これにより、部品点数の増加と光ピックアップ光学系の大型化が生じてしまう。そこで、部品点数の増加と光ピックアップ光学系の大型化を防止するために、複数の半導体レーザから出射された複数のレーザ光を共通の光路を用いて光ディスクに集光する技術が開発されている。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等に搭載される薄型の光ディスクドライブ装置においては、光学系の簡素化が必須である。例えば、近年では、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波長半導体レーザが用いられることが多い。
【０００４】
一方、光ピックアップ光学系では、トラッキング制御を行いながら信号の再生を行う。そのため、グレーティング素子により、半導体レーザから出射されたレーザ光を回折させて、０次回折光と±１次回折光とを生成する。これにより、０次回折光が集光されて、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」という）が形成される。また、±１次回折光が集光されて、光ディスク上に、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」という）が形成される。そして、サブスポットからトラッキング信号が生成される。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、それぞれの世代の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のが望ましい。そのため、グレーティング素子は、それぞれの世代の光ディスク専用のものを用いる必要がある。つまり、半導体レーザごとに複数のグレーティング素子を用いる必要がある。
【０００５】
ところが、上記のように、波長の異なる２つの半導体レーザが１つのパッケージに一体化された２波長半導体レーザを用いる場合、半導体レーザから光ディスクまでの全光路が共通光路となる。そのため、複数のグレーティング素子を当該共通光路に配置することになる。従って、各グレーティング素子は、回折させるレーザ光の波長と異なる波長のレーザ光に対して影響を及ぼさないようにするのが望ましい。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献１においては、透明基板の両面に複数の溝を設けたグレーティング素子が提案されている。特許文献１のグレーティング素子の表面に設けられた溝の深さは、回折させるレーザ光の波長と異なる波長のレーザ光に、当該レーザ光の波長の整数倍の位相差を発生させる深さとなっている。すなわち、当該グレーティング素子の表面は、回折させるレーザ光の波長と異なる波長のレーザ光に位相シフトを発生させない。一方、当該グレーティング素子の表面に設けられた溝の深さは、回折させるレーザ光に、当該レーザ光の波長の整数倍ではない位相差を発生させる深さとなっている。すなわち、当該グレーティング素子の表面は、回折させるレーザ光に位相シフトを発生させる。この場合、当該位相シフト量は、当該位相差から当該回折させるレーザ光の波長の整数倍の位相差を差し引いた大きさとなっている。
【０００７】
かかるグレーティング素子においては、レーザ光が当該グレーティング素子を透過する際の光量損失をいかに小さくするかが重要な課題となる。一般に、グレーティング素子の表面における光量損失を低減するためには、当該グレーティング素子の表面に反射防止膜を形成する必要がある。また、当該グレーティング素子の表面に設けられる溝の深さ（溝深さ）を浅くすることにより、当該溝深さに起因する光量損失を低減することができ、同時に、エッチングによって回折格子を形成する際に格子凸部にテーパーが付くことに起因する光量損失も低減することができる。
【０００８】
ここで、回折格子の溝深さを浅くするためには、格子凸部の屈折率を高くする必要があり、一般に、高屈折率材料は高コストであるため、基板部には通常の材料が用いられる。そして、このような構造の回折格子においては、凹部と凸部で屈折率が異なるため、通常の反射防止膜では適切に反射率を低減することができない。
【０００９】
このような高屈折率で浅溝の回折格子に反射防止膜を設けた回折格子体が、例えば、特許文献２において提案されている。当該回折格子体は、基板の表面から順に、第１の反射防止膜と格子凸部と第２の反射防止膜とを設けることによって構成されている。そして、この構成の回折格子体によれば、回折格子と基板との間での反射を第１の反射防止膜によって抑えることが可能となり、回折格子の表面からの反射を第２の反射防止膜によって抑えることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２８１４３２号公報
【特許文献２】特開２００７−２３４０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、回折格子のような凹凸形状を有する光学部品に反射防止膜を成膜する場合、格子凸部のシャドーイング効果により、反射防止膜が回折格子の表面に対して平行に付着せず、その結果、格子凸部の形状ズレが生じてしまう。そして、この格子凸部の形状ズレにより、回折光の強度がプラス側とマイナス側で非対称になってしまうことが考えられる。特に、ピッチに対して溝深さが深い高アスペクト比を有する回折格子の場合において、この現象は顕著になり、このような、プラス側とマイナス側における回折光強度の非対称性は、光ピックアップ装置におけるトラッキングの誤作動を招く恐れがある。
【００１２】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、格子凸部と溝部における反射防止処理がなされ、かつ、格子凸部のシャドーイング効果による当該格子凸部の形状ズレを防止することが可能なグレーティング素子及びその製造方法、並びに、そのグレーティング素子を用いた光ピックアップ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】
【００１３】
前記目的を達成するため、本発明に係るグレーティング素子の構成は、凸部と凹部とが周期的に配列された回折構造を備えたグレーティング素子であって、前記回折構造は、使用波長の光に対する反射率を調節する反射調節層として機能する誘電体多層膜上に形成されており、前記凸部は、使用波長の光に対して所定の位相シフト量を付与する位相調節層として機能する誘電体多層膜からなり、前記反射調節層と前記位相調節層とを積層した誘電体多層膜が反射防止膜であることを特徴とする。
【００１４】
前記本発明のグレーティング素子の構成によれば、凹部からの反射も含めた回折構造表面における光反射を低減することができるので、光量損失の少ないグレーティング素子を提供することができる。また、回折構造を得た後に反射防止膜を形成することが不要な構成となっているので、回折構造の凸部のシャドーイング効果による当該回折構造の凸部の形状ズレが生じることはない。その結果、±１次回折光のバランスが良好なグレーティング素子を提供することができる。
【００１５】
本発明に係るグレーティング素子の製造方法は、前記本発明のグレーティング素子の製造方法であって、エッチングストップ層を間に挟む誘電体多層膜を成膜する工程と、成膜した前記誘電体多層膜上にエッチングを行うための所定の寸法のマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンが形成された前記誘電体多層膜を、前記エッチングストップ層までエッチングして、前記位相調節層と前記反射調節層とからなる前記反射防止膜を得る工程と、前記誘電体多層膜上に形成した前記マスクパターンを除去する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
前記本発明のグレーティング素子の製造方法によれば、回折構造を得た後に反射防止膜を形成する工程が不要となるため、回折構造の凸部のシャドーイング効果による当該回折構造の凸部の形状ズレを防止することが可能となる。その結果、±１次回折光のバランスが良好なグレーティング素子を製造することができる。
【００１７】
本発明に係る光ピックアップ装置の構成は、光源からの光を対物レンズを介して光情報記録媒体の情報記録面に集光して情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に配置された、前記本発明のグレーティング素子を備えたことを特徴とする。
【００１８】
前記本発明の光ピックアップ装置の構成によれば、±１次回折光のバランスが良好な前記本発明のグレーティング素子を用いているため、トラッキングの誤作動を招く恐れのない光ピックアップ装置を提供することかできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、格子凸部と溝部における反射防止処理がなされ、かつ、格子凸部のシャドーイング効果による当該格子凸部の形状ズレを防止することが可能なグレーティング素子、及び、当該グレーティング素子を用いた、トラッキングの誤作動を招く恐れのない光ピックアップ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態におけるグレーティング素子を示す概略断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態における回折構造を示す概略断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態のグレーティング素子における、位相シフト量が０．２５の場合の０次回折光の強度及び分光比（１次回折光の強度／０次回折光の強度）のデューティ（回折構造のピッチに対する凸部の幅の比率）依存性を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態のグレーティング素子における、位相シフト量が０．２０の場合の０次回折光の強度及び分光比（１次回折光の強度／０次回折光の強度）のデューティ（回折構造のピッチに対する凸部の幅の比率）依存性を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態のグレーティング素子における、位相シフト量が０．１５の場合の０次回折光の強度及び分光比（１次回折光の強度／０次回折光の強度）のデューティ（回折構造のピッチに対する凸部の幅の比率）依存性を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の一実施の形態のグレーティング素子における、位相シフト量が０．１０の場合の０次回折光の強度及び分光比（１次回折光の強度／０次回折光の強度）のデューティ（回折構造のピッチに対する凸部の幅の比率）依存性を示すグラフである。
【図７】図７は、従来のグレーティング素子における、位相シフト量１λに対応する回折構造の溝深さと格子部材の屈折率との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、従来のグレーティング素子における、位相シフト量１λにおける凸部膜厚と０次光強度との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、従来の回折格子における反射防止膜の適用例を示す概略断面図である（（ａ）は、凹凸部を含む回折格子の全領域に対して反射防止膜を成膜した適用例、（ｂ）は、凸部以下の基板上にのみ反射防止膜を成膜した適用例）。
【図１０】図１０は、図９（ａ）に示す通常の単純矩形格子の製造方法を示す工程断面図である。
【図１１】図１１は、高屈折率材料によって凸部を形成した従来の回折格子における反射防止膜の適用例を示す概略断面図である（（ａ）は、基板と凸部の境界部と回折格子の表面と空気の境界部に反射防止膜を成膜した適用例、（ｂ）は、凸部を高屈折率材料と低屈折率材料とが交互に積層された誘電体多層膜で形成した適用例）。
【図１２】図１２は、図１１（ａ）に示す凸部に高屈折材料を用いた回折格子の製造方法を示す工程断面図である。
【図１３】図１３は、透明基板の表面にエッチングストップ層を設けたときの、エッチングストップ層の膜厚と透明基板の表面における反射率との関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、波長６６０ｎｍのレーザ光の分光比Ｉ1／Ｉ0が０．０６２である場合の、実施例、比較例１及び比較例２におけるグレーティング素子を波長６６０ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示すグラフである。
【図１５】図１５は、波長６６０ｎｍのレーザ光の分光比Ｉ1／Ｉ0が０．０６２である場合の、実施例、比較例１及び比較例２におけるグレーティング素子を波長７８５ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示すグラフである。
【図１６】図１６は、波長６６０ｎｍのレーザ光の分光比Ｉ1／Ｉ0が０．０７２である場合の、実施例、比較例１及び比較例２におけるグレーティング素子を波長６６０ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示すグラフである。
【図１７】図１７は、波長６６０ｎｍのレーザ光の分光比Ｉ1／Ｉ0が０．０７２である場合の、実施例、比較例１及び比較例２におけるグレーティング素子を波長７８５ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示すグラフである。
【図１８】図１８は、本発明の一実施の形態におけるグレーティング素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
前記本発明のグレーティング素子の構成においては、透明基板をさらに備え、前記反射調節層と前記位相調節層とが前記透明基板の少なくとも一方の側に形成されているのが好ましい。
【００２２】
また、前記本発明のグレーティング素子の構成においては、前記反射調節層及び位相調節層が、高屈折率材料膜と低屈折率材料膜とが交互に積層された誘電体多層膜からなるのが好ましい。この好ましい例によれば、回折構造の凸部の構成材料の一部に高屈折率材料を用いているため、低屈折率材料のみで形成された回折構造よりも溝深さを浅くすることができる。そして、これにより、エッチングによる回折構造の凸部へのテーパーの付加や回折構造の溝深さが深いことに起因する光量損失を低減することが可能となる。
【００２３】
また、前記本発明のグレーティング素子の構成においては、前記回折構造は、第１の波長λ1の光を、当該第１の波長λ1とは異なる第２の波長λ2の光よりも高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させるものであり、前記回折構造が前記第１の波長λ1の光に付与する位相シフト量をφ1（単位は波長λ1）、前記回折構造が前記第２の波長λ2の光に付与する位相シフト量をφ2（単位は波長λ2）としたとき、前記位相調節層の膜厚が下記条件式（１）、（２）を満たすように設定されているのが好ましい。
【００２４】
０．１０＜｜φ1｜＜０．２０      ・・・・・・（１）
０．００≦｜φ2｜＜０．１０      ・・・・・・（２）
位相調節層の膜厚を、上記条件式（１）、（２）を満たすように設定することにより、第２の波長λ2の光が回折構造を透過した場合に発生する回折光の分光比（１次回折光の強度／０次回折光の強度）を、良好なトラッキング信号が得られる範囲に相当する０．０５〜０．１０程度にすることができ、また、第２の波長λ2の光が回折構造を透過した場合に発生する０次回折光の強度を９０％以上にすることができる。
【００２５】
具体的には、グレーティング素子によって所定の波長の光に付与する位相シフト量φが大きくなるにつれて、０次回折光の強度が低下してしまい、分光比がデューティ（回折構造のピッチに対する凸部の幅の比率）の変化にしたがって大きく変化してしまう。そのため、所望の分光比を得ようとすると、０次回折光の強度が低下してしまい、再生信号レベルの低下を招いてしまう。一方、位相シフト量φが小さくなるにつれて、０次回折光の強度は大きくなるが、分光比がデューティを変化させても変化しにくくなり、いずれのデューティにおいても所望の分光比を得るのが難しくなる。
【００２６】
そのため、位相調節層の膜厚（回折構造の溝深さ）を、上記条件式（１）、（２）を満たすように設定することにより、再生信号レベルの低下を防止すると共に、良好なトラッキング信号を得ることができる。また、ほとんど回折させない光の０次回折光の光利用効率を不具合の無い範囲にすることができる。
【００２７】
また、前記本発明のグレーティング素子の構成においては、前記反射防止膜における前記使用波長の光に対する反射率をＲ1（０≦Ｒ1≦１）、前記反射調節層における前記使用波長の光に対する反射率をＲ2（０≦Ｒ2≦１）、前記回折構造のピッチ（Ｐ）に対する前記凸部の幅（Ｗ）の比率（Ｗ／Ｐ）をデューティ（Ｘ）としたとき、下記条件式（３）を満たすのが好ましい。
【００２８】
Ｒ1Ｘ＋Ｒ2（１−Ｘ）＜０．０３  ・・・・・・（３）
上記条件式（３）の右辺は、使用波長の光の回折構造の表面における実効的な反射率であり、回折構造の表面における反射率を、凸部と凹部とで別々に計算し、デューティ（Ｘ）に応じた重みを付けて足し合わせた値になる。
【００２９】
そして、第１の波長λ1と第２の波長λ2において上記条件式（３）を満たすように、反射防止膜における各層の膜厚を決定することにより、回折構造の表面における反射率を３％以下としたグレーティング素子を提供することができる。
【００３０】
また、前記本発明のグレーティング素子の構成においては、前記反射防止膜は、前記反射調節層と前記位相調節層との間に境界層を挟んでおり、前記境界層は前記反射調節層の一部として含まれるのが好ましい。また、この場合には、前記境界層は、例えばＡｌ2Ｏ3等からなるエッチングストップ層であるのが好ましい。この好ましい例によれば、エッチングによって回折構造の凸部を形成する際に、反射調節層と位相調節層との境界部でエッチングを止めることが可能となる。そして、これにより、エッチングによる回折構造の溝深さのばらつきを低減することができる。
【００３１】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００３２】
［グレーティング素子の構成］
まず、本実施の形態におけるグレーティング素子の構成について、図１を参照しながら説明する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施の形態におけるグレーティング素子を示す概略断面図である。
【００３４】
図１に示すように、本実施の形態のグレーティング素子１００は、以下のように構成されている。すなわち、透明基板１０１の一方の表面には、使用波長の光に対する反射率を調節する反射調節層ＡＲ２が形成され、反射調節層ＡＲ２の表面には、使用波長の光に対して所定の位相シフト量を付与する位相調節層ＰＨにより構成される第１の回折構造１０３が形成されている。また、透明基板１０２の一方の表面には第２の回折構造１０４が形成されている。そして、透明基板１０１の第１の回折構造１０３が形成された表面と反対側の表面と、透明基板１０２の第２の回折構造１０４が形成された表面と反対側の表面とが、透明基板１０１、１０２の屈折率に近い屈折率を有する接着剤からなる接着層１０９を介して、対向するように貼り合わされている。換言すれば、透明基板１０１と透明基板１０２とは、透明基板１０１の当該表面と透明基板１０２の当該表面とに略垂直な方向に積層されている。ここでは、２つの透明基板１０１、１０２を用いる場合を例に挙げて説明したが、反射調節層ＡＲ２と位相調節層ＰＨにより構成される第１の回折構造１０３とを１つの透明基板の一方の側に形成し、第２の回折構造１０４を当該透明基板の他方の側に形成するようにしてもよい。また、透明基板は必ずしも必須のものではない。尚、図１中、参照符号ＡＲは反射防止膜、参照符号ＭＤは境界層としてのエッチングストップ層をそれぞれ示している。また、後述するように、反射調節層ＡＲ２及び位相調節層ＰＨは、誘電体多層膜により構成されている。
【００３５】
第１の回折構造１０３は、透明基板１０１の一方の表面に凸部１０５と凹部１０６とが周期的に配列された構造となっている。換言すれば、透明基板１０１の一方の表面に凸部１０５と凹部１０６とが交互に配置されている。
【００３６】
第２の回折構造１０４は、透明基板１０２の一方の表面に凸部１０７と凹部１０８とが周期的に配列された構造となっている。換言すれば、透明基板１０２の一方の表面に凸部１０７と凹部１０８とが交互に配置されている。
【００３７】
そして、図１に示すように、第１の回折構造１０３が主に回折させるレーザ光の波長と、第２の回折構造１０４が主に回折させるレーザ光の波長とは異なっている。
【００３８】
具体的には、第１の回折構造１０３は、レーザ光Ｌ１を主に回折させる。また、図示していないが、第１の回折構造１０３は、レーザ光Ｌ１の波長とは異なる波長のレーザ光Ｌ２を若干回折させる。換言すれば、第１の回折構造１０３は、レーザ光Ｌ１をレーザ光Ｌ２よりも高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させる。また、第１の回折構造１０３は、レーザ光Ｌ２をほとんど回折させない。
【００３９】
また、第２の回折構造１０４は、レーザ光Ｌ２を主に回折させる。また、図示していないが、第２の回折構造１０４は、レーザ光Ｌ１を若干回折させる。換言すれば、第２の回折構造１０４は、レーザ光Ｌ２をレーザ光Ｌ１よりも高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させる。また、第２の回折構造１０４は、レーザ光Ｌ１をほとんど回折させない。
【００４０】
ここで、例えば、レーザ光Ｌ１の波長は、ＤＶＤ用のレーザ光の波長である６６０ｎｍであってもよい。また、レーザ光Ｌ２の波長は、ＣＤ用のレーザ光の波長である７８５ｎｍであってもよい。この場合、第１の回折構造１０３によってＤＶＤ用のレーザ光Ｌ１を回折させることができ、第２の回折構造１０４によってＣＤ用のレーザ光Ｌ２を回折させることができる。そのため、本実施の形態のグレーティング素子１００を用いることにより、ＤＶＤ用のレーザ光Ｌ１とＣＤ用のレーザ光Ｌ２とを共通光路を用いて光ディスク（図示せず）に導くことが可能となる。
【００４１】
そして、第１の回折構造１０３は、レーザ光Ｌ１を回折して、主に、０次回折光と±１次回折光とを発生させる。また、第２の回折構造１０４は、レーザ光Ｌ２を回折して、主に、０次回折光と±１次回折光とを発生させる。
【００４２】
［回折構造］
次に、本実施の形態のグレーティング素子１００における第１及び第２の回折構造１０３、１０４について、図２を参照しながら説明する。
【００４３】
図２は、本発明の一実施の形態における回折構造を示す概略断面図である。
【００４４】
尚、以下の説明においては、第１の回折構造１０３と第２の回折構造１０４とを特に区別せずに、単に『回折構造』と称して説明する。すなわち、第２の回折構造１０４も、第１の回折構造１０３と同様に、誘電体多層膜からなる反射調節層及び位相調節層から構成されていてもよい。
【００４５】
図２に示すように、本実施の形態の回折構造２００は、透明基板２０１の一方の表面に凸部２０２と凹部２０３とが周期的に配列された構造となっている。
【００４６】
ここで、透明基板２０１としては、ガラス、石英、樹脂などによって形成された基板を使用することができる。
【００４７】
また、図２に示すように、反射調節層ＡＲ２は、透明基板２０１上に形成されており、凸部２０２は、反射調節層ＡＲ２上に形成された位相調節層ＰＨにより構成されている。
【００４８】
反射調節層ＡＲ２及び位相調節層ＰＨは、２種類以上の誘電膜が透明基板２０１に略垂直な方向に積層された誘電体多層膜により構成されている。より具体的には、１．８〜２．３程度の屈折率を有する誘電膜（高屈折率材料膜）と、１．３〜１．６程度の屈折率を有する誘電膜（低屈折率材料膜）とが交互に積層されて、反射調節層ＡＲ２及び位相調節層ＰＨが構成されている。反射調節層ＡＲ２及び位相調節層ＰＨを構成する誘電膜の材料としては、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5などを使用することができる。また、反射調節層ＡＲ２と位相調節層ＰＨとの境界部の誘電膜としては、Ａｌ2Ｏ3などのエッチングストップ層ＭＤとして機能する材料を使用することもできる。
【００４９】
尚、誘電膜は、真空蒸着法やスパッタリング法などを用いて、透明基板２０１上に成膜することができる。特に、光学多層膜を成膜する際によく用いられるイオンアシスト蒸着法やイオンビームスパッタリング法を用いれば、膜の平坦性及び膜厚を好適に制御することができる。従って、イオンアシスト蒸着法やイオンビームスパッタリング法を用いて、誘電膜を成膜するのがより好ましい。
【００５０】
凸部２０２と凹部２０３は、透明基板２０１上に反射防止膜ＡＲを成膜した後、フォトリソグラフィ法やドライエッチング法、イオンミリング法などを用いて形成することができる。あるいは、透明基板２０１上にフォトリソグラフィ法を用いてレジスト部を作製した後、誘電膜を成膜し、その後、レジストを取り除くことにより、凸部２０２と凹部２０３を形成するようにしてもよい。
【００５１】
［位相シフト量］
次に、回折構造によって各レーザ光に付与される好ましい位相シフト量について、図３〜図６を参照しながら説明する。
【００５２】
図３は、本発明の一実施の形態のグレーティング素子における、位相シフト量φが０．２５の場合の０次回折光の強度及び分光比（１次回折光の強度／０次回折光の強度）のデューティ（回折構造のピッチに対する凸部の幅の比率）依存性を示すグラフ、図４は、当該グレーティング素子における、位相シフト量φが０．２０の場合の０次回折光の強度及び分光比のデューティ依存性を示すグラフ、図５は、当該グレーティング素子における、位相シフト量φが０．１５の場合の０次回折光の強度及び分光比のデューティ依存性を示すグラフ、図６は、当該グレーティング素子における、位相シフト量φが０．１０の場合の０次回折光の強度及び分光比のデューティ依存性を示すグラフである。
【００５３】
ここで、図３〜図６に係るグレーティング素子は、一方の表面に凹凸形状を有する透明基板からなり、単一材料で形成されている。また、図３〜図６において、紙面に向かって左側の縦軸に０次回折光の強度（０次光強度）Ｉ（０）を示し、紙面に向かって右側の縦軸に分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））を示し、横軸にデューティ（Ｗ／Ｐ）を示している。また、図３〜図６において、白抜きの四角印は０次光強度Ｉ（０）を示し、黒色の丸印は分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））を示している。デューティは、回折構造のピッチＰ（凸部の幅と凹部の幅の和）に対する凸部の幅Ｗの比率である（図２参照）。
【００５４】
図３〜図６に示すように、位相シフト量φが大きくなるにつれて（図６→図５→図４→図３）、０次光強度Ｉ（０）が低下してしまい、分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））がデューティ（Ｗ／Ｐ）の変化にしたがって大きく変化してしまう。そのため、所望の分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））を得ようとすると、０次光強度Ｉ（０）が低下してしまい、再生信号レベルの低下を招いてしまう。一方、位相シフト量φが小さくなるにつれて（図３→図４→図５→図６）、０次光強度Ｉ（０）は大きくなるが、分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））がデューティ（Ｗ／Ｐ）を変化させても変化しにくくなり、いずれのデューティ（Ｗ／Ｐ）においても所望の分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））を得ることが難しくなる。
【００５５】
前述した通り、分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））は、良好なトラッキング信号が得られる範囲に相当する０．０５〜０．１０程度であるのが好ましい。
【００５６】
図６から分かるように、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量φ1が０．１０以下になると、デューティを調節することによって０．０５〜０．１０程度の分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））を得ることが難しくなる。また、図３、図４から分かるように、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量φ1が０．２０以上になると、０．０５〜０．１０程度の分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））におけるデューティでの０次光強度Ｉ（０）が８０％以下となり、メインとなるレーザ光の強度が弱くなるために、再生信号レベルの低下の原因となる。
【００５７】
また、図６から分かるように、ほとんど回折させないレーザ光に付与する位相シフト量φ2が０．１０よりも小さくなると、いずれのデューティにおいても、ほとんど回折させないレーザ光の０次光強度Ｉ（０）は９０％よりも大きくなる。
【００５８】
以上のことから、本実施の形態のグレーティング素子においては、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量をφ1（単位は波長λ1）、ほとんど回折させないレーザ光に付与する位相シフト量をφ2（単位は波長λ2）としたとき、上記条件式（１）、（２）を満たすように、位相調節層ＰＨの膜厚を設定するのが好ましい。
【００５９】
そして、上記条件式（１）を満たすことにより、再生信号レベルの低下を防止することができると共に、良好なトラッキング信号を得ることができる。また、上記条件式（２）を満たすことにより、ほとんど回折させないレーザ光の０次回折光の光利用効率を不具合の無い範囲にすることができる。
【００６０】
［従来のグレーティング素子の回折構造及びその問題点］
次に、従来、一般的に用いられているグレーティング素子の回折構造及びその問題点について説明する。
【００６１】
従来の２波長グレーティングにおいては、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量が、当該レーザ光の波長の整数倍になっている。具体的には、通常、回折させないレーザ光に発生させる位相シフト量は、１λ（λは、レーザ光の波長）になっている。このため、回折構造の溝深さは、回折させないレーザ光の波長と格子部材の屈折率とによって決まる。以下に具体例を示す。
【００６２】
図７に、回折させないレーザ光の波長を７８５ｎｍとしたときの、位相シフト量１λに対応する回折構造の溝深さと格子部材の屈折率との関係を示す。図７に示すように、回折構造の溝深さは格子部材の屈折率が大きくなるほど浅くなる傾向にあり、一般的に格子部材として用いられているＳｉＯ2や樹脂等の屈折率である１．５前後に対応する溝深さは１．５７μｍ程度となる。このため、格子部材をエッチングで形成した場合に、格子の形状が台形になる不具合が起こりやすい。
【００６３】
また、回折構造の溝深さが深い場合には、それによる光量損失が起こる。一例として、図８に、波長７８５ｎｍでの位相シフト量が１λとなるような溝深さ（凸部膜厚）を有する回折構造に対して波長７８５ｎｍのレーザ光を照射したときに得られる０次光強度を示す。尚、０次光強度は、入射光をベクトル波とした厳密計算によって求めており、回折構造の表面における反射は起こらないものとしている。また、回折構造のデューティは０．５としている。
【００６４】
レーザ光をスカラー的に取り扱った場合においては、回折構造の凸部で付与される位相シフト量を１λとした場合の非回折側の０次光強度は理論的には１（１００％透過）となる。しかし、厳密計算によると、図８に示すように、非回折光の０次光強度は、凸部膜厚が厚くなるに伴って減少していることが確認できる。図８には、回折構造のデューティを０．７とした場合の結果を実線で示しており、この条件での０次光強度の特性もデューティ０．５の場合とほとんど変わらない。図８より、非回折光の０次光強度を９０％以上とするためには、回折構造の溝深さ（凸部膜厚）を０．９μｍ以下にする必要があり、通常の回折構造の溝深さ（凸部膜厚）である１．５７μｍでは、十分な強度の０次回折光が得られないことが分かる。図８に記載されている全てのピッチ条件において０次光強度を９０％よりも大きくするためには、回折構造の溝深さ（凸部膜厚）を１μｍ以下に設定するのが望ましく、この条件に対応する格子部材の屈折率を図７から判断すると、１．７以上の通常よりも高い屈折率の材料が必要になることが分かる。
【００６５】
図９（ａ）、（ｂ）に、従来の回折格子における反射防止膜の適用例を示す。図９（ａ）は、凹凸部を含む回折格子の全領域に対して反射防止膜６０３を成膜した適用例であり、図９（ｂ）は、凸部４０２以下の透明基板４０１上にのみ反射防止膜４０３を成膜した適用例である。
【００６６】
図９（ａ）に示す回折格子を製造するに際しては、まず、図１０（ａ）に示すように、ＳｉＯ2からなる透明基板６０１上に、回折光に対して所定の位相シフト量を与える凸部６０２及び凹部６０４を、ドライエッチング法を用いて形成する。尚、凸部は紫外線硬化性樹脂によって形成してもよい。次に、図１０（ａ）の工程で形成した、凸部６０２と凹部６０４とからなる回折構造の表面に、ＳｉＯ2膜とＴａ2Ｏ5膜との多層膜からなる反射防止膜６０３を形成する。しかし、回折構造の表面の凹凸の影響があるため、反射防止膜６０３は、図１０（ｂ）に示すような均一な形状にはならず、図１０（ｃ）に示すような非対称かつ不均一な形状になる（凸部６０２のシャドーイング効果により、当該凸部６０２に形状ズレが生じる）。そのため、±１次回折光が非対称になり、また、回折構造の表面において凸部６０２の形状ズレに起因した光量損失が現れる。一方、図９（ｂ）に示す回折格子を製造するに際しては、凹凸部上に反射防止膜を成膜する工程が含まれないため、凸部４０２のシャドーイング効果による当該凸部４０２の形状ズレは生じないが、回折格子の凸部４０２における反射防止処理はなされていない。
【００６７】
図１１（ａ）、（ｂ）に、高屈折率材料で凸部を形成した従来の回折格子における反射防止膜の適用例を示す。一般に、高屈折率材料はＳｉＯ2や樹脂等に比べると高コストであるため、回折格子に適用する場合には、凸部のみに高屈折率材料が使用される。そのため、透明基板と凸部とで反射率が異なり、通常の反射防止膜では適切に反射防止処理を行うことができない。図１１（ａ）においては、透明基板７０１と凸部７０２の境界部、及び、回折格子の表面と空気の境界部に反射防止膜７０３ａ、７０３ｂが成膜されている。図１１（ｂ）に示す回折格子においては、凸部５０２が高屈折率材料膜と低屈折率材料膜とが交互に積層された誘電体多層膜で構成されており、さらに誘電体多層膜の膜厚と総数が入射光の凸部における反射を防止するように設定されている。
【００６８】
図１１（ａ）に示す回折格子を製造するに際しては、まず、図１２（a）に示すように、ＳｉＯ2からなる透明基板７０１上のＳｉＯ2膜とＴａ2Ｏ5膜との多層膜ならなる反射防止膜７０３ａの上に、回折光に対して所定の位相シフト量を付与する高屈折率材料からなる凸部７０２及び凹部７０４を形成する。次に、図１２（a）の工程で形成した、凸部７０２と凹部７０４とからなる回折構造の表面に、ＳｉＯ2膜とＴａ2Ｏ5膜との多層膜ならなる反射防止膜７０３ｂを形成する。しかし、回折構造の表面の凹凸の影響があるため、反射防止膜７０３ｂは、図１２（ｂ）に示すような均一な形状にはならず、図１２（ｃ）に示すような非対称かつ不均一な形状になる（凸部７０２のシャドーイング効果により、当該凸部７０２に形状ズレが生じる）。そのため、±１次回折光が非対称になり、また、回折構造の表面において凸部７０２の形状ズレに起因した光量損失が現れる。一方、図１１（ｂ）に示す回折格子を製造するに際しては、凹凸部上に反射防止膜を成膜する工程が含まれないため、凸部５０２のシャドーイング効果による当該凸部５０２の形状ズレは生じないが、回折格子の凹部における反射防止処理はなされていない。
【００６９】
また、図１１（ｂ）に示すような、凸部５０２に高屈折率材料膜と低屈折率材料膜とが交互に積層された誘電体多層膜を用いる回折格子においては、透明基板５０１の表面上に高屈折率材料膜と低屈折率材料膜とを交互に蒸着し、エッチングによって回折格子を形成するのが一般的であるが、エッチング精度に起因して溝深さの精度にバラツキが生じる。そのため、回折格子部と基板部の境界にエッチングストップ層ＭＤと呼ばれるエッチングレートの遅い材料を挟むことにより、所定の界面でエッチングが停止するようにされている。エッチングストップ層ＭＤの材料としては、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2などが使用される。
【００７０】
ここで、回折格子を形成する透明基板とエッチングストップ層とは異なる材料であるため、境界面で反射が起こる。図１３に、透明基板の表面にエッチングストップ層を設けたときの、エッチングストップ層の膜厚と透明基板の表面における反射率との関係を示す。ここでは、エッチングストップ層の材料をＡｌ2Ｏ3として、その屈折率を１．６３としている。また、透明基板の材料をＳｉＯ2として、その屈折率を１．４７としている。
【００７１】
図１３に示すように、透明基板の表面における反射率は、エッチングストップ層の膜厚０．０μｍに対応する反射率を最小値とする周期関数になり、一般に用いられるエッチングストップ層の厚さである５０．０ｎｍ前後における反射率は６％程度となる。このため、図１１（ｂ）に示すような、透明基板５０１の直上にエッチングストップ層ＭＤが成膜された回折格子においては、エッチングストップ層ＭＤを設けることで溝部における反射率が増加することが分かる。
【００７２】
［実施例］
次に、本発明を適用した実施例について説明する。本実施例におけるグレーティング素子は、図２に示す構成をとり、波長６６０ｎｍのレーザ光（第１の波長（λ1）のレーザ光）が、波長７８５ｎｍのレーザ光（第２の波長（λ2）のレーザ光）よりも高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折される。換言すれば、本実施例におけるグレーティング素子により、本来回折されるべきレーザ光は波長６６０ｎｍのレーザ光であり、本来回折させたくないレーザ光は波長７８５ｎｍのレーザ光である。
【００７３】
本実施例のグレーティング素子において、透明基板２０１はＳｉＯ2からなり、反射防止膜ＡＲはＳｉＯ2膜、Ｔａ2Ｏ5膜、Ａｌ2Ｏ3膜を積層した誘電体多層膜からなる。また、本実施例におけるグレーティング素子の回折構造２００のピッチＰは、２０μｍである。
【００７４】
下記（表１）に、本実施例のグレーティング素子における、反射防止膜ＡＲ、反射調節層ＡＲ２、及び、位相調節層ＰＨを構成する各層の膜厚と屈折率とを示す。
【００７５】
【表１】
2011187139.tif 000003
【００７６】
上記（表１）に示すように、レーザ光の波長が６６０ｎｍであるとき、ＳｉＯ2の屈折率は１．４７、Ｔａ2Ｏ5の屈折率は２．１６であり、Ａｌ2Ｏ3の屈折率は１．６３である。また、レーザ光の波長が７８５ｎｍであるとき、ＳｉＯ2の屈折率は１．４６、Ｔａ2Ｏ5の屈折率２．１４であり、Ａｌ2Ｏ3の屈折率は１．６３である。
【００７７】
下記（表２）に、本実施例におけるグレーティング素子の特性を示す。
【００７８】
【表２】
2011187139.tif 000004
【００７９】
上記（表２）に示すように、レーザ光の波長が６６０ｎｍであるときの反射防止膜ＡＲにおける反射率は０．２６％であり、レーザ光の波長が６６０ｎｍであるときの反射調節層ＡＲ２における反射率は０．０９％となる。また、レーザ光の波長が７８５ｎｍであるときの反射防止膜ＡＲにおける反射率は０．００％であり、レーザ光の波長が７８５ｎｍであるときの反射調節層ＡＲ２における反射率は２．２０％となり、本実施例のグレーティング素子は、デューティによらず上記条件式（３）を満たしていることが分かる。
【００８０】
また、上記（表２）に示すように、本実施例におけるグレーティング素子の回折構造により、波長６６０ｎｍのレーザ光に付与される位相シフト量φ1は、０．１３６（λ1）である。また、本実施例におけるグレーティング素子の回折構造により、波長７８５ｎｍのレーザ光に付与される位相シフト量φ2は、０．０６１（λ2）であり、上記条件式（１）及び上記条件式（２）を満たしていることが分かる。
【００８１】
［比較例１］
次に、比較例１について説明する。本比較例１におけるグレーティング素子は、図９（ｂ）に示す構成をとり、波長６６０ｎｍのレーザ光（第１の波長（λ1）のレーザ光）が、波長７８５ｎｍのレーザ光（第２の波長（λ2）のレーザ光）よりも高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折される。換言すれば、本比較例１におけるグレーティング素子により、本来回折されるべきレーザ光は波長６６０ｎｍのレーザ光であり、本来回折させたくないレーザ光は波長７８５ｎｍのレーザ光である。
【００８２】
本比較例１のグレーティング素子において、透明基板４０１はＳｉＯ2からなり、回折格子の凸部（格子部材）４０２はＳｉＯ2からなり、反射防止膜４０３はＳｉＯ2膜、Ｔａ2Ｏ5膜を積層した誘電体多層膜からなる。また、本比較例１におけるグレーティング素子の回折構造の溝深さは１．７１μｍである。また、回折構造のピッチＰは、２０μｍである。
【００８３】
下記（表３）に、本比較例１のグレーティング素子における、回折格子を構成する各層の膜厚と屈折率とを示す。
【００８４】
【表３】
2011187139.tif 000005
【００８５】
上記（表３）に示すように、レーザ光の波長が６６０ｎｍであるとき、ＳｉＯ2の屈折率は１．４７であり、レーザ光の波長が７８５ｎｍであるとき、ＳｉＯ2の屈折率は１．４６である。
【００８６】
下記（表４）に、本比較例１におけるグレーティング素子の特性を示す。
【００８７】
【表４】
2011187139.tif 000006
【００８８】
上記（表４）に示すように、レーザ光の波長が６６０ｎｍであるときの凹部（反射防止膜相当部）における反射率は０．００％であり、レーザ光の波長が６６０ｎｍであるときの凸部４０２（反射調節層相当部）における反射率は３．６０％となる。また、レーザ光の波長が７８５ｎｍであるときの凹部（反射防止膜相当部）における反射率は０．００％であり、レーザ光の波長が７８５ｎｍであるときの凸部４０２（反射調節層相当部）における反射率は３．４０％となり、上記実施例に比べると、６６０ｎｍと７８５ｎｍのいずれの波長においても凸部４０２（反射調節層相当部）の反射率が大きくなっている。
【００８９】
一方、上記（表４）に示すように、本比較例１におけるグレーティング素子の回折構造により、波長６６０ｎｍのレーザ光に付与される位相シフト量φ1は、０．２２（λ1）である。また、本比較例１におけるグレーティング素子の回折構造により、波長７８５ｎｍのレーザ光に付与される位相シフト量φ2は、０．００（λ2）であり、上記条件式（１）及び上記条件式（２）を満たしていることが分かる。
【００９０】
［比較例２］
次に、比較例２について説明する。本比較例２におけるグレーティング素子は、図１１（ｂ）に示す構成をとり、波長６６０ｎｍのレーザ光（第１の波長（λ1）のレーザ光）が、波長７８５ｎｍのレーザ光（第２の波長（λ2）のレーザ光）よりも高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折される。換言すれば、本比較例２におけるグレーティング素子により、本来回折されるべきレーザ光は波長６６０ｎｍのレーザ光であり、本来回折させたくないレーザ光は波長７８５ｎｍのレーザ光である。
【００９１】
本比較例２のグレーティング素子において、透明基板５０１はＳｉＯ2からなり、回折格子の凸部（格子部材）５０２はＳｉＯ2膜、Ｔａ2Ｏ5膜を積層した誘電体多層膜からなる。また、エッチングストップ層ＭＤとしてＡｌ2Ｏ3膜が使用されている。また、本比較例２におけるグレーティング素子の回折構造のピッチＰは、２０μｍである。
【００９２】
下記（表５）に、本比較例２のグレーティング素子における、回折格子を構成する各層の膜厚と屈折率とを示す。
【００９３】
【表５】
2011187139.tif 000007
【００９４】
上記（表５）に示すように、レーザ光の波長が６６０ｎｍであるとき、ＳｉＯ2の屈折率は１．４７、Ｔａ2Ｏ5の屈折率は２．１６であり、Ａｌ2Ｏ3の屈折率は１．６３である。また、レーザ光の波長が７８５ｎｍであるとき、ＳｉＯ2の屈折率は１．４６、Ｔａ2Ｏ5の屈折率は２．１４であり、Ａｌ2Ｏ3の屈折率は１．６３である。
【００９５】
下記（表６）に、本比較例２におけるグレーティング素子の特性を示す。
【００９６】
【表６】
2011187139.tif 000008
【００９７】
上記（表６）に示すように、レーザ光の波長が６６０ｎｍであるときの凸部５０２（反射防止膜相当部）における反射率は０．１３％であり、レーザ光の波長が６６０ｎｍであるときの凹部（反射調節層相当部）における反射率は３．５０％となる。また、レーザ光の波長が７８５ｎｍであるときの凸部５０２（反射防止膜相当部）における反射率は０．０７％であり、レーザ光の波長が７８５ｎｍであるときの凹部（反射調節層相当部）における反射率は３．５０％となり、上記実施例に比べると、６６０ｎｍと７８５ｎｍのいずれの波長においても凹部（反射調節層相当部）の反射率が大きくなっている。
【００９８】
一方、上記（表６）に示すように、本比較例２におけるグレーティング素子の回折構造により、波長６６０ｎｍのレーザ光に付与される位相シフト量φ1は、０．１３４（λ1）である。また、本比較例２におけるグレーティング素子の回折構造により、波長７８５ｎｍのレーザ光に付与される位相シフト量φ2は、０．０６３（λ2）であり、上記条件式（１）及び上記条件式（２）を満たしていることが分かる。
【００９９】
［実施例の効果］
図１４に、波長６６０ｎｍのレーザ光の分光比Ｉ1／Ｉ0が０．０６２である場合の、上記実施例、比較例１及び比較例２におけるグレーティング素子を波長６６０ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示す。また、図１５に、波長６６０ｎｍのレーザ光の分光比Ｉ1／Ｉ0が０．０６２である場合の、上記実施例、比較例１及び比較例２におけるグレーティング素子を波長７８５ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示す。図１４及び図１５に示すグラフにおいては、縦軸に各回折光の強度を示し、横軸に回折次数を示している。また、図１４及び図１５に示すグラフにおいては、入射光の強度を１００％とし、各回折光の強度を入射光の強度に対する割合で示している。
【０１００】
図１４に示すように、上記実施例におけるグレーティング素子においては、上記比較例１におけるグレーティング素子に比べて、波長６６０ｎｍのレーザ光の０次回折光及び±１次回折光の強度が強くなっている。そのため、上記実施例におけるグレーティング素子の光利用効率は、上記比較例１におけるグレーティング素子よりも向上している。尚、ここでは、光利用効率を、波長６６０ｎｍの入射光の強度に対する０次回折光及び±１次回折光の強度の総和とする。
【０１０１】
また、図１５に示すように、上記実施例におけるグレーティング素子においては、上記比較例１におけるグレーティング素子に比べて、波長７８５ｎｍのレーザ光の０次回折光の強度が弱くなっている。また、上記実施例におけるグレーティング素子においては、上記比較例１におけるグレーティング素子に比べて、波長７８５ｎｍのレーザ光の±１次回折光の強度が強くなっている。しかし、上記実施例におけるグレーティング素子においては、波長７８５ｎｍのレーザ光の０次回折光の強度は、入射光の強度の９０％以上となっている。また、上記実施例におけるグレーティング素子においては、波長７８５ｎｍのレーザ光の±１次回折光の強度は、入射光の強度の５％以下となっている。従って、上記実施例におけるグレーティング素子の回折構造によって、本来回折させるべきでない波長７８５ｎｍレーザ光は若干回折されるが、この回折の程度は、不具合が生じない程度に抑えられている。
【０１０２】
図１６に、波長６６０ｎｍのレーザ光の分光比Ｉ1／Ｉ0が０．０７２である場合の、上記実施例、比較例１及び比較例２におけるグレーティング素子を波長６６０ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示す。また、図１７に、波長６６０ｎｍのレーザ光の分光比Ｉ1／Ｉ0が０．０７２である場合の、上記実施例、比較例１及び比較例２におけるグレーティング素子を波長７８５ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示す。図１６及び図１７に示すグラフにおいては、縦軸に各回折光の強度を示し、横軸に回折次数を示している。また、図１６及び図１７に示すグラフにおいては、入射光の強度を１００％とし、各回折光の強度を入射光の強度に対する割合で示している。
【０１０３】
図１６に示すように、上記実施例におけるグレーティング素子においては、上記比較例１におけるグレーティング素子に比べて、波長６６０ｎｍのレーザ光の０次回折光及び±１次回折光の強度が強くなっている。そのため、上記実施例におけるグレーティング素子の光利用効率は、上記比較例１におけるグレーティング素子よりも向上している。尚、ここでは、光利用効率を、波長６６０ｎｍの入射光の強度に対する０次回折光及び±１次回折光の強度の総和とする。
【０１０４】
また、図１７に示すように、上記実施例におけるグレーティング素子においては、上記比較例１におけるグレーティング素子に比べて、波長７８５ｎｍのレーザ光の０次回折光の強度が弱くなっている。また、上記実施例におけるグレーティング素子においては、上記比較例１におけるグレーティング素子に比べて、波長７８５ｎｍのレーザ光の±１次回折光の強度が強くなっている。しかし、上記実施例におけるグレーティング素子においては、波長７８５ｎｍのレーザ光の０次回折光の強度は、入射光の強度の９０％以上となっている。また、上記実施例におけるグレーティング素子においては、波長７８５ｎｍのレーザ光の±１次回折光の強度は、入射光の強度の５％以下となっている。従って、上記実施例におけるグレーティング素子の回折構造によって、本来回折させるべきでない波長７８５ｎｍレーザ光は若干回折されるが、この回折の程度は、不具合が生じない程度に抑えられている。
【０１０５】
下記（表７）に、波長６６０ｎｍのレーザ光の分光比Ｉ1／Ｉ0が０．０６２である場合の、上記実施例、比較例１及び比較例２のグレーティング素子の表面における反射率と、波長６６０ｎｍのレーザ光の分光比Ｉ1／Ｉ0が０．０７２である場合の、上記実施例、比較例１及び比較例２のグレーティング素子の表面における反射率とを、波長６６０ｎｍのレーザ光と波長７８５ｎｍのレーザ光の場合に分けて示す。
【０１０６】
【表７】
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【０１０７】
上記（表７）に示すように、上記実施例のグレーティング素子の表面における反射率は、上記比較例１、２の場合に比べて低減されており、本発明の構成を採用することにより、グレーティング素子の表面における反射率が良好に抑えられることが分かる。
【０１０８】
［グレーティング素子の製造方法］
次に、本実施の形態におけるグレーティング素子の製造方法について、図１８を参照しながら説明する。
【０１０９】
図１８は、本発明の一実施の形態におけるグレーティング素子の製造方法を示す工程断面図である。
【０１１０】
当該グレーティング素子の製造方法は、エッチングストップ層を間に挟む誘電体多層膜を成膜する第１の工程と、成膜した前記誘電体多層膜上にエッチングを行うための所定の寸法のマスクパターンを形成する第２の工程と、前記マスクパターンが形成された前記誘電体多層膜を、前記エッチングストップ層までエッチングして、位相調節層と反射調節層とからなる反射防止膜を得る第３の工程と、前記誘電体多層膜上に形成した前記マスクパターンを除去する第４の工程と、を含む。
【０１１１】
第１の工程について説明する。まず、ガラスや樹脂などの透明な材料を用いて、グレーティング素子を形成する基板３０１（図１８（ａ）参照）を所定の寸法に加工する。次いで、加工した基板３０１の一方の表面上に、膜厚８０ｎｍのＴａ2Ｏ5膜、膜厚９６ｎｍのＳｉＯ2膜、膜厚４０ｎｍのエッチングストップ層ＭＤとしてのＡｌ2Ｏ3膜、膜厚１５ｎｍのＴａ2Ｏ5膜、膜厚６８ｎｍのＳｉＯ2膜、膜厚５５０ｎｍのＴａ2Ｏ5膜、膜厚１２８ｎｍのＳｉＯ2膜をこの順番で蒸着して、エッチングストップ層ＭＤを間に挟む誘電体多層膜３０３を成膜する（以上、図１８（ａ））。
【０１１２】
次に、第２の工程について説明する。成膜した誘電体多層膜３０３の表面上に、回折構造を得る際にエッチングを行うための、フォトレジスト又は金属膜などを用いた所定の寸法のマスクパターン３０２を形成する。ここで、所定の寸法は、回折構造のピッチが２０μｍで、波長６６０ｎｍの回折光における分光比Ｉ1／Ｉ0が０．０６２の条件の場合には回折構造の凸部の幅が１３．５６μｍ、波長６６０ｎｍの回折光における分光比Ｉ1／Ｉ0が０．０７２の条件の場合には回折構造の凸部の幅が１４．３μｍである（以上、図１８（ｂ））。
【０１１３】
次に、第３の工程で、マスクパターン３０２が形成された誘電体多層膜３０３の表面上を、エッチングストップ層ＭＤまでエッチングして、位相調節層ＰＨと反射調節層ＡＲ２とからなる反射防止膜ＡＲを得る（以上、図１８（ｃ））。
【０１１４】
最後に、第４の工程で、誘電体多層膜３０３の表面上に形成したマスクパターン３０２を除去する。これにより、上記実施例に示したグレーティング素子が得られる（以上、図１８（ｄ））。
【０１１５】
以上の製造方法によれば、回折構造を得た後に反射防止膜を形成する工程が不要となるため、回折構造の凸部のシャドーイング効果による当該回折構造の凸部の形状ズレを防止することが可能となる。その結果、±１次回折光のバランスが良好なグレーティング素子を製造することができる。
【０１１６】
［光ピックアップ光学系の構成］
次に、本実施の形態における光ピックアップ装置の構成について、図１９を参照しながら説明する。
【０１１７】
図１９は、本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置を示す概略構成図である。尚、ＸＹＺ３次元直交座標系は、図１９のように設定されている。
【０１１８】
図１９に示すように、本実施の形態の光ピックアップ装置は、光源としてのレーザユニット２０４から光情報記録媒体としての光ディスク２１０までの光路中に順に配置された、上記した本実施の形態のグレーティング素子１００と、偏光ビームスプリッタ２０５と、レーザユニット２０４からのレーザ光をコリメートするコリメートレンズ２０６と、コリメートレンズ２０６からＹ軸方向に出射されたレーザ光の光路をＺ軸方向に折り曲げる立上げミラー２０７と、レーザユニット２０４からのレーザ光を直線偏光から円偏光に変換する１／４波長板２０８と、円偏光に変換されたレーザ光を光ディスク２１０の情報記録面上に集光する対物レンズ２０９とを備えている。また、偏光ビームスプリッタ２０５の側方（Ｘ軸方向）には、検出レンズ２１１と光検出器２１２とが配置されている。尚、図１９においては、偏光ビームスプリッタ２０５と検出レンズ２１１、光検出器２１２との位置関係を明確に示すために、便宜上、偏光ビームスプリッタ２０５の鉛直下方（―Ｚ軸方向）に検出レンズ２１１と光検出器２１２とが配置されているように描かれている。
【０１１９】
尚、本実施の形態においては、光ディスク２１０がＣＤ又はＤＶＤである場合を例に挙げて説明するが、本発明が適用される光ディスクの範囲は、ＣＤ、ＤＶＤに限定されるものではない。
【０１２０】
レーザユニット２０４は、ＣＤ用のレーザとＤＶＤ用レーザとが１つのパッケージに一体化されたものであり、ＣＤの記録／再生時には波長７８５ｎｍのレーザ光を出射し、ＤＶＤの記録／再生時には波長６６０ｎｍのレーザ光を出射する。
【０１２１】
以下、ＤＶＤの場合を例に挙げて、その再生動作について説明する。
【０１２２】
レーザユニット２０４からＹ軸方向に出射された波長６６０ｎｍのレーザ光（実線）は、直線偏光であり、グレーティング素子１００に入射する。グレーティング素子１００に入射したレーザ光は、当該グレーティング素子１００の第１の回折構造１０３（図１参照）で回折され、これにより、トラッキング制御用の３ビームが生成される。グレーティング素子１００からのレーザ光は、偏光ビームスプリッタ２０５をそのまま透過した後、コリメートレンズ２０６によってコリメートされて平行光となる。コリメートされたレーザ光は、立上げミラー２０７によって光路をＺ軸方向に折り曲げられる。そして、Ｚ軸方向に折り曲げられたレーザ光は、１／４波長板２０８によって直線偏光から円偏光に変換された後、対物レンズ２０９によって光ディスク２１０の情報記録面上に集光される。
【０１２３】
光ディスク２１０の情報記録面によって反射されたレーザ光（一点鎖線）は、再び対物レンズ２０９を透過し、１／４波長板２０８の作用により、往路の偏光方向から９０度回転した直線偏光となる。１／４波長板２０８を透過したレーザ光は、立上げミラー２０７によって光路を−Ｙ軸方向に折り曲げられた後、コリメートレンズ２０６を透過して、偏光ビームスプリッタ２０５に入射する。そして、偏光ビームスプリッタ２０５に入射したレーザ光は、当該偏光ビームスプリッタ２０５で反射されて光路をＸ軸方向に折り曲げられる。Ｘ軸方向に折り曲げられたレーザ光は、検出レンズ２１１を経て光検出器２１２に入射する。光検出器２１２は、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、トラッキングサーボ信号などを生成する。
【０１２４】
以上のように、本実施の形態の光ピックアップ装置の構成によれば、±１次回折光のバランスが良好な本実施の形態のグレーティング素子１００を用いているため、トラッキングの誤作動を招く恐れのない光ピックアップ装置を提供することができる。
【０１２５】
尚、レーザユニット２０４から出射される波長７８５ｎｍのＣＤ用のレーザ光は、グレーティング素子１００の第２の回折構造１０４（図１参照）で同様に回折され、これにより、トラッキング制御用の３ビームが生成される。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明によれば、光量損失が少なく、かつ、±１次回折光のバランスが良好なグレーティング素子を実現することが可能となる。従って、本発明のグレーティング素子は、良好な再生動作と良好なトラッキング制御が要求される光ピックアップ装置における、トラッキング制御用の３ビームを生成するグレーティング素子として有用である。
【符号の説明】
【０１２７】
１００  グレーティング素子
１０１、１０２  透明基板
１０３  第１の回折構造
１０４  第２の回折構造
１０５、１０７  凸部
１０６、１０８  凹部
１０９  接着層
２０４  レーザユニット
２０５  偏光ビームスプリッタ
２０６  コリメートレンズ
２０７  立上げミラー
２０８  １／４波長板
２０９  対物レンズ
２１０  光ディスク
２１１  検出レンズ
２１２  光検出器
ＡＲ  反射防止膜
ＡＲ２  反射調節層
ＰＨ  位相調節膜
ＭＤ  エッチングストップ層
Ｌ１、Ｌ２  レーザ光
【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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