(57)【要約】【課題】４０５ｎｍ帯の青色光と６５０ｎｍ帯の赤色光とを結合または分離することのできる光学素子を提供する。【解決手段】光学部材の表面３に階段状の回折格子２を多数設けてなる光学素子１において、上記回折格子２は５ステップの階段状からなると共に、各段差はそれによって生じる位相差が４０５ｎｍ帯の青色光の波長の略２倍となる高さである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部材の表面に階段状の回折格子を多数設けてなる光学素子において、
上記回折格子は５ステップの階段状からなると共に、各段差はそれによって生じる位相差が４０５ｎｍ帯の青色光の波長の略２倍となる高さであることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
上記回折格子は同心円状の格子に形成されることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
上記回折格子は直線状の格子に形成されることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２つの異なる波長の入射光のうち一方を直進させ他方を回折させることで分離または結合する回折格子を有した光学素子に関し、特に４０５ｎｍ帯の青色光と６５０ｎｍ帯の赤色光とを分離または結合させる光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、２つの異なる波長のレーザ光を入射させ、一方の波長のレーザ光は直進させ、他方の波長のレーザ光は回折させることにより、これら２つのレーザ光を分離または結合する光学素子が知られている。例えば、ＣＤとＤＶＤの双方が使用可能なディスク装置において、ＣＤ用のレーザ光（波長７８５ｎｍ）と、ＤＶＤ用のレーザ光（波長６５０ｎｍ）とを入射させ、このうちの一方を直進させ、他方を回折させることにより、これらのレーザ光を分離する光学素子が用いられている。また、逆にＣＤ用のレーザ光（波長７８５ｎｍ）と、ＤＶＤ用のレーザ光（波長６５０ｎｍ）について、それぞれの光軸がずれた状態で光学素子に入射し、その一方を直進させ、他方を回折させることにより、これらのレーザ光の受光位置を一致させる光学素子も用いられている。この光学素子としては例えば特許文献１に挙げるものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３１１２２０号公報
【０００４】
これらの光学素子は、いずれも表面に回折格子を形成してなるもので、回折格子の段差の高さを、その段差によって生じる位相差（ｎ−１）ｄ（ただしｎは光学素子の屈折率、ｄは段差の高さ、以下同じ）が一方の光の波長の整数倍となるようにすることにより、一方の光を直進させることができ、他方の光は段差毎に位相差を生じるために回折させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＣＤ用のレーザ光（波長７８５ｎｍ）と、ＤＶＤ用のレーザ光（波長６５０ｎｍ）については、波長が比較的近いためにこれらを分離または結合する光学素子は以前から知られていたものである。一方、いわゆるブルーレイディスクにおいては、４０５ｎｍ帯の青色光が用いられる。したがってブルーレイディスクと従来のＤＶＤの両方を使用可能なディスク装置においては、４０５ｎｍ帯の青色光と６５０ｎｍ帯の赤色光を分離または結合できる光学素子が望まれる。しかし、これらは波長に大きな差があるために、従来これらを分離または結合できる光学素子は存在しなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、４０５ｎｍ帯の青色光と６５０ｎｍ帯の赤色光とを結合または分離することのできる光学素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、光学部材の表面に階段状の回折格子を多数設けてなる光学素子において、上記回折格子は５ステップの階段状からなると共に、各段差はそれによって生じる位相差が４０５ｎｍ帯の青色光の波長の略２倍となる高さであることを特徴として構成されている。
【０００８】
また本発明は、上記回折格子は同心円状の格子に形成されることを特徴として構成されている。
【０００９】
また本発明は、上記回折格子は直線状の格子に形成されることを特徴として構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に沿って詳細に説明する。図１は本実施形態における光学素子を模式的に示した正面図、図２は本実施形態における光学素子の回折格子を模式的に表した拡大断面図、図３は本実施形態における光学素子の回折格子を模式的に表した拡大斜視図である。
【００１１】
本実施形態における光学素子１は、例えばブルーレイディスクとＤＶＤの両方が利用可能なブルーレイディスク装置において、ブルーレイディスクに用いられる４０５ｎｍ帯の青色光と、ＤＶＤに用いられる６５０ｎｍ帯の赤色光とを分離できるようにするためのものである。光学素子１は光透過性の樹脂部材やガラス部材などの光学部材から形成されるものであり、図１に示すように略円形に形成される。この光学素子１の出射面３には回折格子２が形成されており、この回折格子２によって、４０５ｎｍ帯の青色光を直進させ、また６５０ｎｍ帯の赤色光を回折させる。
【００１２】
回折格子２は図２に示すように、階段状に形成されてなる階段格子４から構成され、図２において下方から光が入射する。回折格子２を構成する階段格子４は、光学素子１の出射面３に同心円状に多数設けられ、そのピッチは外周の領域ほど小さく、したがって外周部において、階段格子４は最もピッチを小さく形成されている。なお、図２の左端の一点鎖線は、光学素子１の中心線を示している。階段格子４は、光の出射方向に沿う立上り面部５と、この立上り面部５から垂直方向に張出して細幅に形成された回折面部６とからなる段部７を所定段数備え、半径方向外側に階段が下がっていく外側傾斜となっている。なお図２は回折格子２を誇張して表した模式図である。したがって、回折格子２を構成する階段格子４は、実際には図２に示すよりも多数設けられる。
【００１３】
このような階段格子４から構成される回折格子２は一般的に、階段格子４の各段の段差の高さ、すなわち立上り面部５の高さをｄ、光学素子の屈折率をｎ、直進させるレーザ光の波長をλとすると、（ｎ−１）ｄ＝ｋλの関係が成り立つように形成される（ｋは正の整数とする）。すなわち本発明においては、階段格子４の立上り面部５の高さｄによって生じる位相差（ｎ−１）ｄが、４０５ｎｍ帯の青色光の波長の整数倍となるようにする。これにより図３に示すように、４０５ｎｍ帯の青色光は光学素子１の回折格子２において回折せずに直進し、一方、６５０ｎｍ帯の赤色光は回折面部６において回折するようになり、これら２つの波長のレーザ光を分離させることができる。
【００１４】
ここで本発明は、図２に示すようにこの階段格子４の段数を４段とし、また倍数ｋを２とすることを特徴としている。すなわち、階段格子４は４段５ステップであり、立上り面部５の高さｄは、階段格子４の１段によって生じる位相差（ｎ−１）ｄが４０５ｎｍ帯の青色光の波長の略２倍となるように形成する。この構成により４０５ｎｍ帯の青色光の０次回折光と６５０ｎｍ帯の赤色光の１次回折光を高い回折効率で得ることができる。
図４はステップ数が５、倍数ｋが２の光学素子１において、半径方向、４０５ｎｍ帯の青色光の０次回折光及び６５０ｎｍ帯の赤色光の１次回折光の回折効率分布を示すグラフである。このグラフから、４０５ｎｍ帯の青色光の０次回折光は中心位置では約８９％、外周部付近でも約７３％、また６５０ｎｍ帯の赤色光の１次回折光は中心位置では７７％、外周部付近でも約６３％という高い回折効率が得られることがわかる。
【００１５】
このような光学素子１を形成するには、光学素子１の回折格子２と凹凸が逆の回折格子部を成形面に有する成形金型を形成し、この成形金型によって射出成形を行う。つまり、階段格子が４段５ステップであり、立上り面部の高さを階段格子の１段によって生じる位相差（ｎ−１）ｄが４０５ｎｍ帯の青色光の波長の略２倍となるように形成した回折格子部を成形金型の成形面に形成し、この成形金型によって光学部材を射出成形することにより光学素子１を形成する。このような成形金型は金属部材をバイトで切削することにより形成する。
【００１６】
以上、本発明の実施形態について説明した。上記実施形態においては、階段格子４が半径方向外側に階段が下がっていく外側傾斜の場合について記載したが、本発明は特にこれに限られることなく、階段格子４が半径方向内側に階段が下がっていく内側傾斜、あるいは外側傾斜と内側傾斜が混在した形状としてもよい。
また上記実施形態においては、光学素子１の形状を略円形とし、この光学素子１の出射面３が、同心円状に多数形成された階段格子４から構成される回折格子２を有する形状とした。しかし本発明は特にこの形状に限られることなく、例えば図５に示すように、この光学素子１の出射面３が、直線状に多数形成された階段格子４から構成される回折格子２を有する形状など、他の形状であってもよい。このように光学素子の形状を変える場合も、階段格子４の段数、及び立上り面部５の高さｄは上記実施形態と同様である。
【００１７】
さらに上記実施形態では、４０５ｎｍ帯の青色光と６５０ｎｍ帯の赤色光とを分離させる場合について記載したが、４０５ｎｍ帯の青色光と６５０ｎｍ帯の赤色光について、それぞれの光軸がずれた状態で光学素子１に入射させ、４０５ｎｍ帯の青色光を直進させ、６５０ｎｍ帯の赤色光を回折させることにより、これら２つの波長のレーザ光を結合させることも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上本発明によれば、光学素子の回折格子は５ステップの階段状からなると共に、各段差はそれによって生じる位相差が４０５ｎｍ帯の青色光の波長の略２倍となる高さであることから、４０５ｎｍ帯の青色光の０次回折光と６５０ｎｍ帯の赤色光の１次回折光を高い回折効率で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における光学素子を模式的に示した正面図である。
【図２】本実施形態における光学素子の回折格子を模式的に表した拡大断面図である。
【図３】本実施形態における光学素子の回折格子を模式的に表した拡大斜視図である。
【図４】本実施形態における光学素子の半径方向と回折効率分布の関係を示したグラフである。
【図５】他の形態における光学素子を模式的に示した正面図である。
【符号の説明】
１      光学素子
２      回折格子
３      出射面
４      階段格子
５      立上り面部
６      回折面部
７      段部
【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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