(57)【要約】【課題】格子ピッチを小さくしていったときの体積型格子的な回折特性によるトラッキング信号のオフセットが生じない構成の偏光光学素子を提供する。【解決手段】本発明は、基板上に周期的に配列した格子構造をもつ偏光性の回折格子またはホログラムを有する偏光光学素子において、基板に対して傾斜した矩形形状の格子構造を有するか、あるいは、回折格子またはホログラムを有する基板を入射光軸に対して傾斜して配置し該基板を両側から光学部材で挟んだ構造を有する。一例としては、基板１上に配向状態の異なる２つの媒質２，３が交互に周期的に配列した格子構造をもつ偏光性の回折格子またはホログラムを有する偏光光学素子７において、一方の媒質２は複屈折性を示す媒質で、他方の媒質３は等方性を示す媒質とし、媒質２，３の境界が傾斜した矩形形状である格子構造とする。【選択図】　　　　　　　図１
2004145255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に周期的に配列した格子構造をもつ偏光性の回折格子またはホログラムを有する偏光光学素子において、
前記基板に対して傾斜した矩形形状の格子構造を有するか、あるいは、回折格子またはホログラムを有する基板を入射光軸に対して傾斜して配置し該基板を両側から光学部材で挟んだ構造を有することを特徴とする偏光光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の偏光光学素子であって、基板上に配向状態の異なる２つの媒質が交互に周期的に配列した格子構造をもつ偏光性の回折格子またはホログラムを有する偏光光学素子において、
媒質の境界が傾斜した矩形形状であることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項３】
請求項２記載の偏光光学素子において、
一方の媒質は複屈折性を示す媒質であり、他方は等方性を示す媒質で交互に周期的に配列した構造をもち、媒質の境界が傾斜した矩形形状であることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項４】
請求項３記載の偏光光学素子において、
複屈折媒質の面内の直交する２方向の異なる屈折率の一方の屈折率と等方性媒質の屈折率が略等しく、媒質の境界が傾斜した矩形形状であることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、
前記複屈折媒質は凹凸形状の格子構造を有し、その凹凸形状の複屈折媒質を等方性媒質で充填した構造をもち、前記凹凸形状が傾斜した矩形形状であることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、
前記矩形形状の傾斜方向が、効率を高めたい＋１次回折光とは基板法線に対し反対側に傾斜していることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、
前記矩形形状の傾斜角βを、回折格子またはホログラムへ波長λの光を垂直入射させたときの回折格子またはホログラムの媒質中の回折角α０　の略１／２に設定したことを特徴とする偏光光学素子。
【請求項８】
請求項２〜６のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、
前記矩形形状の傾斜角が格子面内で一様ではなく、かつ全ての領域でブラッグ角を満足することを特徴とする偏光光学素子。
【請求項９】
請求項２〜８のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、
入射する光の空気中の波長をλ、格子深さをＴ、回折格子またはホログラムの媒質の屈折率をｎ、格子ピッチをｄとしたとき、回折格子またはホログラムのＱ値（Ｑ＝２πλＴ／ｎｄ２）がＱ＞２であることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、
前記複屈折媒質が凹凸形状の格子構造を有する場合に、前記複屈折媒質に凹凸形状を形成するのにイオンあるいはプラズマを用いたドライエッチングを行ない、そのドライエッチングを行なう際に、エッチング電極に対し複屈折媒質を傾けて設置してエッチングを行なうことを特徴とする偏光光学素子。
【請求項１１】
請求項１０記載の偏光光学素子において、
エッチングを行なうときのエッチング電極に対する複屈折媒質の傾斜角を、回折格子またはホログラムへ光を垂直入射させたときの回折格子またはホログラムの媒質中の回折角α０　の略１／２に設定したことを特徴とする偏光光学素子。
【請求項１２】
請求項２〜１１のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、
前記複屈折媒質に有機延伸膜を用いたことを特徴とする偏光光学素子。
【請求項１３】
請求項１記載の偏光光学素子であって、前記基板上に、入射する光の偏光方向により回折効率が異なる格子構造の回折格子またはホログラムを有する偏光光学素子において、
前記回折格子またはホログラムを有する基板を入射光軸に対して傾斜させて配置し、該基板を両側からプリズムで挟んでキューブ状に一体化したことを特徴とする偏光光学素子。
【請求項１４】
請求項１３記載の偏光光学素子において、
入射する光の空気中の波長をλ、回折格子またはホログラムの溝深さをＴ、回折格子またはホログラムの媒質の屈折率をｎ、格子ピッチをｄとしたとき、回折格子またはホログラムのＱ値（Ｑ＝２πλＴ／ｎｄ２）が３＜Ｑ＜５．５であることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項１５】
請求項１３または１４記載の偏光光学素子において、
前記回折格子またはホログラムとプリズムの境界にはプリズムを形成する光学材料の屈折率よりも大きな屈折率を有する物質が介在していることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、
前記回折格子またはホログラムは光学的異方性材料に凹凸形状を設け、光学的異方性材料の屈折率の大きい方の屈折率と同じ屈折率の等方性物質によりその凹部とその上部を充填した構造であり、入射光側の屈折率が回折出射光側の屈折率よりも大きくなるように設定したことを特徴とする偏光光学素子。
【請求項１７】
請求項１６記載の偏光光学素子において、
前記光学的異方性材料は有機延伸膜であることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項１８】
請求項１３〜１５のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、
前記回折格子またはホログラムは配向状態の異なる２つの媒質が交互に周期的に配列した構造であることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項１９】
請求項１３〜１８のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、
前記プリズムの表面に回折格子が形成されたことを特徴とする偏光光学素子。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一つに記載の偏光光学素子を、光源と光検出器を一体化したユニットに一体化したことを特徴とする光学素子ユニット。
【請求項２１】
光源からの光をカップリングレンズにより光学系に取り込み、集光レンズで光記録媒体に集光して記録または再生を行なう光ヘッド装置において、
光路中に偏光光学素子を配置して光記録媒体からの反射光を偏光光学素子により分岐し、光検出器で受光する光学系を備え、該光学系において配置する偏光光学素子が請求項１〜１９のいずれか一つに記載の偏光光学素子であることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の光ヘッド装置において、
偏光光学素子を、光源と光検出器を一体化したユニットに一体化してなる光学素子ユニットを用いたことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２３】
複数の光源からの光を共通するカップリングレンズにより光学系に取り込み、集光レンズで光記録媒体に集光して記録または再生を行なう光ヘッド装置において、
光路中に偏光光学素子を配置して光記録媒体からの反射光を偏光光学素子により分岐し共通の光検出器で受光する光学系を備え、該光学系において配置する偏光光学素子が請求項１〜１９のいずれか一つに記載の偏光光学素子であることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の光ヘッド装置において、
偏光光学素子を、複数の光源と光検出器を一体化したユニットに一体化してなる光学素子ユニットを用いたことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２５】
光記録媒体に対して光ヘッド装置を用いて情報の記録または再生を行う光ディスクドライブ装置において、
前記光ヘッド装置として、請求項２１〜２４のいずれか一つに記載の光ヘッド装置を搭載したことを特徴とする光ディスクドライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光性回折格子または偏光性ホログラムからなる偏光光学素子、及び、その偏光光学素子を用いた光学素子ユニット及び光ヘッド装置（光ピックアップ装置）、及び、その光ヘッド装置を搭載した光ディスクドライブ装置、さらには、前記光ヘッド装置を搭載し、ＣＤ（コンパクト・ディスク）、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）、Ｓ−ＤＶＤなどの使用する波長の異なる複数規格の光記録媒体（光ディスク）に対して記録・再生を行なうことが可能な光ディスクドライブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスクドライブ装置における光ヘッド装置（光ピックアップ装置とも言う）として、光記録媒体である光ディスクからの反射光を回折素子により分岐し、光検出器で受光する光学系を備えたものが種々提案されており、回折素子としては、偏光性の回折素子やホログラムからなる偏光光学素子を用いたものが知られている。
例えば、特許文献１には、複屈折媒体に凹凸格子を設けて、少なくとも凹部に等方性媒体を充填することで、光の偏光方向により回折効率の異なる偏光光学素子が記載されている。
また、特許文献２には、光源からの光束を回折素子を通して光記録媒体に照射することにより、情報の記録／読取りを行なう光ヘッド装置において、回折素子として、光学異方性ポリマーにより形成された光学異方性を有する偏光性回折格子を用いることが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２５９４５４８号公報
【特許文献２】
特開平９−５０６４２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図３３に従来の偏光光学素子の一例を示す。この偏光光学素子は、透明基板１０１上に矩形凹凸形状１０２ａを持つ複屈折（光学的異方性）を示す媒体１０２が配置され、その上に光学的に等方性を示す媒体１０３が充填され、その上を透明基板１０１’で覆われている偏光性回折格子１０７の例であり、等方性媒体１０３の屈折率を複屈折媒体１０２の常光屈折率ｎｏ、または異常光屈折率ｎｅのいずれかと等しくすることにより、偏光性（光学的異方性）を示す回折格子となる。
すなわち、ある方向の偏光に対してはほぼ全透過し、これと直交する偏光に対しては全回折するような特性を持たせることができる。
【０００５】
このような偏光性回折格子１０７を光ヘッド装置の分岐素子として用いれば、光源から光記録媒体へ向かう往路を全透過する偏光方向に設定して効率良く光記録媒体に集光させ、光路中に１／４波長板を配置しておき、光記録媒体からの反射光を往路の偏光方向とは直交して戻るようにさせて再び偏光性回折格子１０７に入射させると、復路光は全回折され光検出器に効率良く受光されるようにでき、往路、復路とも高効率の光ヘッド装置が実現できる。
【０００６】
ところで上記のような偏光性回折格子（または偏光性ホログラム）を光源部に近づけて光源および光検出器まわりを小さくしようとすると、偏光性回折格子のピッチを小さくして復路光の分岐角を大きくする必要がある。
しかし、ピッチを小さくしていくと一つの問題が発生する。それは回折効率の角度特性である。図３４に偏光性回折格子への入射角と＋１次回折効率の特性を示す。図３４において、曲線２０１は格子ピッチが比較的大きい格子（ピッチ４μｍ以上）の特性を示す。格子ピッチが比較的大きいときは薄い平面型回折格子として振る舞い、入射角　対　１次回折効率特性はかなり平坦な特性となり、回折効率は約４０％であり、入射角により回折効率がほとんど変化しない。これに対して、格子ピッチを小さくしていったときの特性を曲線２０２に示す。曲線２０２は格子ピッチが１．６μｍのときの入射角　対　（＋１次）回折効率特性を示している。格子ピッチが小さくなってくると、回折格子は薄い平面型回折格子から、厚い体積型回折格子へと格子タイプが変化してくる。このときの特性は入射角０°の回折効率より、特定の入射角θＢ　での回折効率がピークを持つ特性となってくる。
【０００７】
薄い格子、厚い格子の目安として回折格子のＱ値が定義されている。波長λ、格子厚さＴ、格子部平均屈折率ｎ、格子ピッチｄとすると、回折格子のＱ値は
Ｑ＝２πλＴ／ｎｄ２
で与えられる。Ｑ＜１のとき薄い平面型格子、Ｑ＞１０のとき厚い体積型格子、１＜Ｑ＜１０のとき平面型から体積型への中間領域の格子という目安がある。
【０００８】
図３４の例で曲線２０１は波長λ＝０．６６μｍとするとＱ＝０．６４となり平面型格子となるが、曲線２０２はＱ＝４．０となり平面型格子と体積型格子の中間的格子となって体積型回折格子の特性が表れてきている。つまり特定の入射角θＢ　で回折効率がピークを持つようになる。この特定の入射角θＢ　のことをブラッグ角と言い、
θＢ＝ｓｉｎ−１（λ／２ｄ）
で表わされる。図３４の曲線２０２の場合、格子ピッチが１．６μｍであるので、波長λ＝０．６６μｍとすると、θＢ＝１１．９°となる。すなわち、垂直入射より入射角１１．９°（空気中）のときが最も回折効率が高くなり、図３４の曲線２０２の場合、最高７０％以上の回折効率となっている。
【０００９】
偏光性回折格子を光源部に近づけて光源および光検出器まわりの光学系を小型化するために、回折格子のピッチを小さくする場合、以上の体積型格子の特性を持つ偏光性回折格子を光ヘッド装置に用いたときに以下の問題が生じる。
ここで、ピッチを小さくした偏光性回折格子を図３５の構成の光ヘッド装置に適用するときについて述べる。
【００１０】
図３５において、符号１０８は半導体レーザ等からなる光源、１０７は偏光性回折格子、１１０はコリメートレンズ、１１１は１／４波長板、１１２は対物レンズ、１１３は光記録媒体、１０９は多分割フォトダイオード等からなる光検出器である。
光源１０８からの出射光は偏光性回折格子１０７をほとんど全透過するような偏光方向に設定され、コリメートレンズ１１０でコリメートした後１／４波長板１１１により円偏光となり、対物レンズ１１２で光記録媒体１１３に集光される。光記録媒体１１３からの反射光は１／４波長板１１１で往路とは直交する偏光方向に変換されてコリメートレンズ１１０により集束光となり、偏光性回折格子１０７に入射する。この光束は往路とは直交する偏光なのでほとんど回折し、＋１次回折光が光検出器１０９に入射して信号検出される。このとき光記録媒体１１３のトラック方向が紙面とは垂直方向にあるとすると、トラッキング信号としてのＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号は偏光性回折格子１０７への戻り集束光について光軸を中心に左側と右側の光量を比較して、その差信号から得られる。
【００１１】
格子ピッチが比較的大きい図３４の曲線２０１の回折格子を使う場合は、入射角０°（垂直入射）を中心に入射角がマイナス方向とプラス方向が対称なので、回折光から得られたＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号が真のトラッキング信号を表わすのに対し、ピッチを小さくして図３４の曲線２０２の特性を表わす偏光性回折格子を用いるとき、入射角０°に対し入射角がマイナス方向では角度とともに回折効率が減少していき、逆にプラス方向では入射角度とともに回折効率が増加していく（図３４のグラフ中の矢印Ａで示される角度範囲が実際の光ヘッド装置に適用したときの入射角範囲である）。
【００１２】
ここで、偏光性回折格子の回折効率を高めるためには回折格子の溝を深く加工しなければならないが、溝が深く、ピッチの小さい回折格子はＱ値が大きくなり体積型格子の特性が表れる。光ヘッド装置に使う上で問題になる体積型格子の特性とは、上記のように光の入射角度により回折効率が異なる角度依存性のことである。通常、偏光性回折格子は光を垂直入射（入射角度０°）させて使うが、光ヘッド装置において、図３５に示すように偏光性回折格子１０７を光源１０８とコリメートレンズ１１０の間に配置すると、収束光が偏光性回折格子１０７に入るので光束の中心部は垂直入射（入射角度０°）するが、その周辺部では光の入射角度が＋５°や−５°の角度で入射する。＋５°で入射した光は回折効率が大きく、−５°で入射した光は回折効率が小さいと、ビームの左右で回折効率が異なることになり、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号にオフセットが生じてしまう。
【００１３】
このように偏光性回折格子の回折効率が左右でアンバランスであるとＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号はオフセットを履くようになる。
このため、光ヘッド装置が正確にトラック上にあってもＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号はゼロとはならず、正確なトラッキング信号が得られないという問題が生じる。
【００１４】
また、光ヘッド装置を搭載した光ディスクドライブ装置では再生の高速化が要望されている。再生の高速化のためには信号検出のＳ／Ｎ比を向上させるため、光ヘッドに用いる偏光性回折格子は垂直入射近傍（０±５°程度）で＋１次光が高回折効率を持つことが要求される。しかし、格子ピッチを小さくしていくと前述したように垂直入射以外の特定の入射角（ブラッグ角θＢ　）で回折効率がピークを持ち、垂直入射近傍の回折効率は低下してきてしまう。
【００１５】
尚、以上では偏光性回折格子を例に挙げて説明したが、偏光性回折格子の一種である偏光性ホログラムについても同様の問題がある。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、従来技術の問題を解決し、格子ピッチを小さくしていったときの体積型格子（または体積型ホログラム）的な回折特性によるトラッキング信号（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号）のオフセットが生じない構成の偏光光学素子（偏光性回折格子、偏光性ホログラム）と、それを用いた光ヘッド装置を提供することを目的（課題）とし、さらには、ピッチを小さくしていったときの垂直入射近傍での＋１次光回折効率を高めた偏光光学素子と、それを用いた高速再生可能な光ヘッド装置を提供することを目的（課題）とする。さらに本発明は、上記の偏光光学素子と、光源及び光検出器を一体化した光学素子ユニットと、それを用いた光ヘッド装置を提供することを目的（課題）とする。さらに本発明は、上記の光ヘッド装置を搭載した光ディスクドライブ装置を提供することを目的（課題）とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１に係る発明は、基板上に周期的に配列した格子構造をもつ偏光性の回折格子またはホログラムを有する偏光光学素子において、前記基板に対して傾斜した矩形形状の格子構造を有するか、あるいは、回折格子またはホログラムを有する基板を入射光軸に対して傾斜して配置し該基板を両側から光学部材で挟んだ構造を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の偏光光学素子であって、基板上に配向状態の異なる２つの媒質が交互に周期的に配列した格子構造をもつ偏光性の回折格子またはホログラムを有する偏光光学素子において、媒質の境界が傾斜した矩形形状であることを特徴としている。
また、請求項３に係る発明は、請求項２記載の偏光光学素子において、一方の媒質は複屈折性を示す媒質であり、他方は等方性を示す媒質で交互に周期的に配列した構造をもち、媒質の境界が傾斜した矩形形状であることを特徴としている。
さらに、請求項４に係る発明は、請求項３記載の偏光光学素子において、複屈折媒質の面内の直交する２方向の異なる屈折率の一方の屈折率と等方性媒質の屈折率が略等しく、媒質の境界が傾斜した矩形形状であることを特徴としている。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項２〜４のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、前記複屈折媒質は凹凸形状の格子構造を有し、その凹凸形状の複屈折媒質を等方性媒質で充填した構造をもち、前記凹凸形状が傾斜した矩形形状であることを特徴としている。
また、請求項６に係る発明は、請求項２〜５のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、前記矩形形状の傾斜方向が、効率を高めたい＋１次回折光とは基板法線に対し反対側に傾斜していることを特徴としている。
さらに、請求項７に係る発明は、請求項２〜６のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、前記矩形形状の傾斜角βを、回折格子またはホログラムへ波長λの光を垂直入射させたときの回折格子またはホログラムの媒質中の回折角α０　の略１／２に設定したことを特徴としている。
また、請求項８に係る発明は、請求項２〜６のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、前記矩形形状の傾斜角が格子面内で一様ではなく、かつ全ての領域でブラッグ角を満足することを特徴としている。
さらに、請求項９に係る発明は、請求項２〜８のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、入射する光の空気中の波長をλ、格子深さをＴ、回折格子またはホログラムの媒質の屈折率をｎ、格子ピッチをｄとしたとき、回折格子またはホログラムのＱ値（Ｑ＝２πλＴ／ｎｄ２）がＱ＞２であることを特徴としている。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、請求項２〜９のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、前記複屈折媒質が凹凸形状の格子構造を有する場合に、前記複屈折媒質に凹凸形状を形成するのにイオンあるいはプラズマを用いたドライエッチングを行ない、そのドライエッチングを行なう際に、エッチング電極に対し複屈折媒質を傾けて設置してエッチングを行なうことを特徴としている。
また、請求項１１に係る発明は、請求項１０記載の偏光光学素子において、
エッチングを行なうときのエッチング電極に対する複屈折媒質の傾斜角を、回折格子またはホログラムへ光を垂直入射させたときの回折格子またはホログラムの媒質中の回折角α０　の略１／２に設定したことを特徴としている。
さらに、請求項１２に係る発明は、請求項２〜１１のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、前記複屈折媒質に有機延伸膜を用いたことを特徴としている。
【００２１】
請求項１３に係る発明は、請求項１記載の偏光光学素子であって、前記基板上に、入射する光の偏光方向により回折効率が異なる格子構造の回折格子またはホログラムを有する偏光光学素子において、前記回折格子またはホログラムを有する基板を入射光軸に対して傾斜させて配置し、該基板を両側からプリズムで挟んでキューブ状に一体化したことを特徴としている。
また、請求項１４に係る発明は、請求項１３記載の偏光光学素子において、入射する光の空気中の波長をλ、回折格子またはホログラムの溝深さをＴ、回折格子またはホログラムの媒質の屈折率をｎ、格子ピッチをｄとしたとき、回折格子またはホログラムのＱ値（Ｑ＝２πλＴ／ｎｄ２）が３＜Ｑ＜５．５であることを特徴としている。
さらに、請求項１５に係る発明は、請求項１３または１４記載の偏光光学素子において、前記回折格子またはホログラムとプリズムの境界にはプリズムを形成する光学材料の屈折率よりも大きな屈折率を有する物質が介在していることを特徴としている。
【００２２】
請求項１６に係る発明は、請求項１３〜１５のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、前記回折格子またはホログラムは光学的異方性材料に凹凸形状を設け、光学的異方性材料の屈折率の大きい方の屈折率と同じ屈折率の等方性物質によりその凹部とその上部を充填した構造であり、入射光側の屈折率が回折出射光側の屈折率よりも大きくなるように設定したことを特徴としている。
また、請求項１７に係る発明は、請求項１６記載の偏光光学素子において、前記光学的異方性材料は有機延伸膜であることを特徴としている。
さらに、請求項１８に係る発明は、請求項１３〜１５のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、前記回折格子またはホログラムは配向状態の異なる２つの媒質が交互に周期的に配列した構造であることを特徴としている。
また、請求項１９に係る発明は、請求項１３〜１８のいずれか一つに記載の偏光光学素子において、前記プリズムの表面に回折格子が形成されたことを特徴としている。
【００２３】
請求項２０に係る発明は、光学素子ユニットであり、請求項１〜１９のいずれか一つに記載の偏光光学素子を、光源と光検出器を一体化したユニットに一体化したことを特徴としている。
【００２４】
請求項２１に係る発明は、光源からの光をカップリングレンズにより光学系に取り込み、集光レンズで光記録媒体に集光して記録または再生を行なう光ヘッド装置において、光路中に偏光光学素子を配置して光記録媒体からの反射光を偏光光学素子により分岐し、光検出器で受光する光学系を備え、該光学系において配置する偏光光学素子が請求項１〜１９のいずれか一つに記載の偏光光学素子であることを特徴としている。
また、請求項２２に係る発明は、請求項２１記載の光ヘッド装置において、偏光光学素子を、光源と光検出器を一体化したユニットに一体化してなる光学素子ユニットを用いたことを特徴としている。
【００２５】
請求項２３に係る発明は、複数の光源からの光を共通するカップリングレンズにより光学系に取り込み、集光レンズで光記録媒体に集光して記録または再生を行なう光ヘッド装置において、光路中に偏光光学素子を配置して光記録媒体からの反射光を偏光光学素子により分岐し共通の光検出器で受光する光学系を備え、該光学系において配置する偏光光学素子が請求項１〜１９のいずれか一つに記載の偏光光学素子であることを特徴としている。
また、請求項２４に係る発明は、請求項２３記載の光ヘッド装置において、偏光光学素子を、複数の光源と光検出器を一体化したユニットに一体化してなる光学素子ユニットを用いたことを特徴としている。
【００２６】
請求項２５に係る発明は、光記録媒体に対して光ヘッド装置を用いて情報の記録または再生を行う光ディスクドライブ装置において、前記光ヘッド装置として、請求項２１〜２４のいずれか一つに記載の光ヘッド装置を搭載したことを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
［実施形態１］
まず、本発明の第１の実施形態として、請求項１〜１２に係る偏光光学素子の実施例について説明する。尚、ここでは、偏光光学素子として偏光性回折格子を例に挙げて説明する。
【００２９】
［実施例１−１］
まず請求項１〜４に係る発明の実施例を説明する。図１は本発明の一実施例を示す偏光性回折格子の概略要部断面図である。図１において、この偏光性回折格子７は、配向状態の異なる２つの媒質２，３が交互に周期的に配列した構造をもち、媒質２，３の境界が傾斜した矩形形状であることを特徴としている。
すなわち、この偏光性回折格子７では、ガラス、プラスチックなどの透光性の基板１上に配向状態の異なる媒質２と媒質３が交互に周期的に配列され、かつ両媒質の境界は基板１に対し斜めに傾いている。形状としては傾斜した矩形形状であることが特徴である。この傾斜矩形構造にすることで、垂直入射したときの＋１次回折効率を高めることができる。
【００３０】
傾斜した周期構造の上側は保護のための透光性基板１’が装荷されている。この基板１’は必須ではないが格子面の保護と透過光の波面を劣化させないためにあった方が好ましい。
媒質２および媒質３は配向状態が異なる媒質でともに複屈折性をもっていても良いが、一方の媒質が複屈折性を示し、他方の媒質が等方性媒質である構成が媒質の選択の幅を広げられて好ましい。
また、往路で透過率が高く、復路で回折効率の高い偏光ホログラムを実現するには格子が傾斜断面構造を持ち、かつ、このとき複屈折媒質は基板に平行な面内における直交する２方向の屈折率が異なる屈折率異方性を示して、直交する２方向のうちのいずれかの方向の屈折率が等方性媒質の屈折率と略等しいことが必要となる。
【００３１】
［実施例１−２］
次に請求項５，６に係る発明の実施例を説明する。図２は本発明の第二の実施例を示す偏光性回折格子の構成、動作の説明図であり、（ａ）は偏光性回折格子の概略要部断面図、（ｂ）は偏光性回折格子７への入射光の入射角と格子の傾斜角および回折光の回折角の関係を示す図である。図２（ａ）において、この偏光性回折格子７は、透明基板１上に斜めに傾斜した凹凸状の格子構造（矩形格子）２ａをもつ複屈折媒質２が配置され、その上に光学的に等方性を示す媒質３が充填され、その上を透明性基板１’で覆われている構成である。
すなわち、この偏光性回折格子７では、ガラス、プラスチックなどの透明性の基板１上に凹凸状の格子構造（矩形格子）２ａを持つ複屈折媒質２が装荷されている。このとき凹凸状の格子構造は斜めに傾いた矩形形状をしていることが特徴である。そして、斜めに傾斜した矩形形状の凹凸構造（矩形格子）２ａの上に光学的に等方性な媒質３が充填され、その上に透明性基板１’が装荷されている。このように斜めに傾斜した矩形形状の凹凸構造（矩形格子）２ａにすることにより、垂直入射したときの＋１次回折効率を高めることができる。
【００３２】
図２（ａ）の構成と図１の構成とで異なる点は、透光性基板１上に複屈折媒質２が装荷され、複屈折媒質２の基板側と反対の上面に傾斜した矩形形状をもつ凹凸格子（矩形格子）２ａが形成されており、凹凸の底面は基板１まで達しておらず媒質２の厚さ方向の途中まで形成されていることである。このような構造にすると複屈折媒質２の膜厚は格子深さに厳密に合せる必要はなく、任意の厚さの媒質が適用できる。
しかし、本願では図１のような傾斜周期構造、図２のような傾斜周期構造のいずれも適用でき、限定されるものではない。
【００３３】
ここで、図５は格子ピッチ１．６μｍの偏光性回折格子の入射角　対　＋１次回折効率のグラフである。曲線４２は図３３に示したような従来の垂直矩形格子構造の特性を表わしており、ブラッグ角θＢ　で回折効率のピークを持つ。
これに対して、曲線４２’は図１または図２（ａ）に示すように矩形格子構造２ａを斜めに傾斜させたときの特性である。このとき矩形格子構造２ａの傾斜方向は回折光出射方向から見て基板法線に対し、＋１次回折光とは反対側に傾斜させている。
このように矩形格子を傾斜させると＋１次回折光の回折効率がピークとなる入射角は、垂直矩形格子の場合より低入射角側に移動する。
【００３４】
ここで、図３は偏光性回折格子７の斜め矩形格子２ａへの入射光の入射角と＋１次回折光の回折効率の関係を説明するための図である。
図３において入射光の波長をλ、格子ピッチをｄ、入射光の入射角（回折格子媒質中）をγ、＋１次光回折角（回折格子媒質中）をα、矩形格子２ａの傾斜角をβ、回折格子媒質の屈折率をｎとすると、格子の回折式より、
ｎｄ（ｓｉｎγ＋ｓｉｎα）＝λ　　　　・・・（１）
が成り立つ。傾斜した矩形格子２ａにおけるブラッグ角（回折効率ピークとなる入射角）をγ＝θＢ’とすると、傾斜面の法線Ｐと入射光のなす角と、法線Ｐと回折光のなす角とが等しい場合の入射角がブラッグ角θＢ’となる。これより、
θＢ’＋β＝α−β　　　　　　　・・・（２）
であり、
θＢ’＝α−２β　　　　　　　　・・・（３）
と表される。（３）　式より垂直矩形格子のときはβ＝０となり、θＢ’＝α、つまり入射角が回折角αと等しい場合が回折効率がピークとなるブラッグ角となる。また、（３）　式より矩形格子に傾斜角βをつけて斜め格子にしていくと、ブラッグ角θＢ’は回折角αより小さい角度に減少していくことになる。
このことから、図５に示したように矩形格子に傾斜角をつけていくと、曲線４２→４２’へと回折効率のピークを低入射角側へと移動させることができる。
【００３５】
［実施例１−３］
次に請求項７に係る発明の実施例を説明する。
偏光性回折格子を光ヘッド装置の分岐素子として用いる場合、トラッキング信号であるｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ信号のオフセットを生じさせないためにも、回折効率のピークとなる入射角が０°、すなわち垂直入射のときであることが好ましい。
図２（ｂ）及び図４に示すように、垂直入射のときの回折格子媒質中の回折角αをα＝α０とすると、垂直入射の回折効率がピークとなるブラッグ角となるためには、（３）式でθＢ’＝０と設定すると、
α０−２β＝０
より、
β＝α０／２　　　　　　　　　・・・（４）
のとき垂直入射において＋１次回折効率がピークとなる。
【００３６】
図５の曲線４３は　（４）式が成り立つように、矩形格子２ａの傾斜角βを回折格子媒質中の回折角α０の１／２に設定したときの入射角　対　＋１次回折効率特性を表す。この場合、垂直入射がブラッグ角となり、＋１次回折効率がピークとなって垂直入射を中心に正負角度特性を対称とすることができ、ピークの回折効率は７２％程度となる。
【００３７】
従って本発明の偏光性回折格子を光ヘッド装置に適用するときは、平行光路中、集束光路中あるいは発散光路中に配置するとき、いずれも偏光性回折格子への光記録媒体からの反射戻り光の主光線に対する＋１次回折角（回折格子媒質中）をα０　として、格子傾斜角βを設定すれば良い。
尚、回折格子媒質中の回折角α０と、媒質出射後の空気中回折角α０’の関係は、回折格子媒質中の屈折率をｎとして、
ｎｓｉｎα０＝ｓｉｎα０’
と表せる。
また、回折格子が複数の領域に分割され、各領域からの回折光が光検出器中の異なる受光領域に入射するような場合は、各分割領域における回折光の主光線回折角の平均値をα０（回折格子媒質中）と設定して、（４）式により矩形格子の傾斜角βを設定すれば良い。
【００３８】
［実施例１−４］
次に請求項８に係る発明の実施例を説明する。
偏光性回折格子が図３５のように光記録媒体からの収束光路中に配置された場合には、両端の光線の入射角度は正負が異なるため、　（４）式の条件だけでは厳密には全ての光束についてピークの回折効率を得ることができない。全ての光束でピークの回折効率を得たい場合には、偏光回折格子の凹凸形状の傾斜角を入射光線の入射角度に対応して変化させることによりピークの回折効率が得られるようになる。
【００３９】
すなわち、図２（ｂ）において入射光線０の領域では、実施例１−３で説明したように、回折格子媒質中において、
β０＝α０／２　　　　　　（γ０＝０）
の傾きの時にピークの回折効率が得られる。
また、図２（ｂ）において入射光線１の時には、（３）式より、
β１＝（α１−γ１）／２　　　　　　　　　　　・・・（５）
の傾きの時にピークの回折効率が得られ、入射光線２の時には、同様に、
β２＝（α２−γ２）／２　　（γ２＝−γ１）　　・・・（６）
の傾きの時にピークの回折効率が得られる。
このように、傾斜角βを入射光線の回折格子媒質中の入射角度γ、回折角度αに対応して、常にブラッグ角を満足するように設定することにより、全領域について最大の回折効率が得られる。
【００４０】
［実施例１−５］
次に請求項９に係る発明の実施例を説明する。ここでは、以上の実施例のように矩形格子を傾斜させて、垂直入射光に対してブラッグ角として高回折効率化することが効果を発揮する領域を考察する。従来から矩形回折格子の回折効率は格子を薄い平面型格子として近似したスカラー回折理論からの理論式より計算予測できた。スカラー回折理論による矩形格子の回折効率理論式は、以下のようである。
波長λの単色光が格子を透過した際、溝の山と谷で生じる位相変化δは、
δ＝π・ΔｎＴ／λ　　　　　　　　　　　　　　・・・（７）
である。ここで、Ｔは格子深さ、Δｎは格子部屈折率差を表す。
±ｍ次回折光の回折効率（光強度効率）ηｍ（垂直入射）は、
ηｍ＝４（ｓｉｎ（ｍπｑ）／ｍπ）２ｓｉｎ２δ　　　　　　・・・（８）
となる。ここでｑは矩形格子のＤｕｔｙを表す。
【００４１】
（８）　式により矩形格子の回折効率は予測できる。格子の体積性を表わすＱ値（Ｑ＝２πλＴ／ｎｄ２）で言えばＱ＜２である格子については実測値と　（８）式による計算値がほぼ一致するが、Ｑ＞２となる格子では実測値と計算値が合わなくなってくる。　（８）式から出てくる矩形格子の回折効率最大値（垂直入射）が理論値の４０．５％まで達せず、垂直入射時の回折効率はＱ＞２の領域ではＱが大きくなる程、理論値より低下する。したがって、Ｑ＞２の格子で正確に計算予測するためにはベクトル回折理論による数値計算が必要となる。
以上の事実はＱ＞２の領域の格子は体積格子の特性を持ち始め、垂直入射以外の特定の角度（ブラッグ角）で回折効率のピークをもち、垂直入射時は逆に効率が低下していくためと考えられる。
以上のことから、本願の傾斜格子を適用して効果（ブラッグ角の垂直入射へのシフトによる高回折効率化）のある領域は回折格子のＱ値がＱ＞２であるような領域の格子である。
【００４２】
［実施例１−６］
次に請求項１０，１１に係る発明の実施例を説明する。
図６、図７は実施例１−１〜１−５で説明した構成の偏光性回折格子の作製方法の説明図である。まず、透明性の基板１上に複屈折媒質２を形成する。形成法は複屈折媒質２の膜を基板１に貼り付ける、あるいは複屈折媒質２をスピンコートなどで塗布する、あるいは真空蒸着、スパッタリングなどの物理製膜法で形成する（図６（ａ））。次に複屈折媒質２の上にフォトレジスト層４をスピンコートなどにより形成する（図６（ｂ））。次にフォトレジスト層４に格子パターンを露光して現像を行なうと、複屈折媒質２上に回折格子のパターン４’が形成される（図６（ｃ））。この上にアルミニウム（Ａｌ），クロム（Ｃｒ）などの金属層５を真空蒸着、スパッタリング法などにより形成する（図６（ｄ））。次にフォトレジストパターン４’をアセトン等の有機溶剤による溶出、あるいは酸素プラズマ中での分解による除去により、フォトレジストパターンとその上の金属層を取り除く（図６（ｅ））。図６（ｅ）ではフォトレジストパターン部以外は金属層の格子パターン５’が複屈折媒質２上に残っているところを示す。残った金属格子パターン５’が以後のドライエッチングのマスクとなる。
【００４３】
次に図７（ａ）に示すように、図６（ｅ）のように複屈折媒質２上に金属格子パターン５’を形成したものをイオンビームエッチング、反応性イオン（ビーム）エッチングあるいはプラズマエッチングなどのドライエッチング装置（図示せず）に入れて金属パターン５’をマスクとしてエッチングする。このとき基板１はイオン（ビーム）、プラズマ等（図７（ａ）では符号６で図示）を形成するエッチング装置の対向電極１７に対して傾けて設置してエッチングすることが大きな特徴である。すなわち、基板１をエッチング装置の対向電極１７に対して傾けて設置することにより、エッチングは対向電極面に垂直方向に進行することになる。その結果、エッチング直後の状態は図７（ｂ）のようになり、酸によって金属マスク５’を除去した後は、図７（ｃ）のように基板１に対して斜めに傾斜した凹凸形状の矩形格子２ａが複屈折媒質２に形成される。
【００４４】
図７（ａ）において特にブラッグ角θＢ’＝０°、すなわち垂直入射をブラッグ角とするためには、エッチング装置の対向電極１７に対する基板１の設置傾き角は、垂直入射時の回折角α０（回折格子媒質中）に対して２分の１（α０／２）に設定する。また、このとき基板１の設置傾き角は変えずに、基板１をエッチング装置の対向電極面に垂直な軸の回りに回転させながらエッチングを行ない、格子面内のエッチング均一性を向上させることもできる。
【００４５】
図７（ｄ）に示すように、エッチング後の回折格子は、複屈折媒質２の凹凸部を等方性の媒質３で充填され、その上に透明性基板１’が被せられる。このとき等方性媒質３の屈折率は、複屈折媒質２の常光屈折率または異常光屈折率のいずれかと等しいことが透過率および回折効率を高くする観点から望ましい。
【００４６】
尚、図７（ｄ）において最上部の透明性基板１’は必ずしも必須でなく、等方性媒質３の表面の平坦性が確保できれば無くても良い。
また、図６，７の実施例では、ドライエッチング用の金属マスクの作成法にいわゆるリフトオフ法を用いる方法を述べたが、これに限定されず、図６（ａ）の複屈折媒質２上に直接金属層を形成し、この金属層上にフォトレジストを塗布して格子パターンを露光、現像し、フォトレジストによる格子パターンを形成し、この格子パターンをエッチングマスクとして金属層をエッチング（ドライエッチングあるいはウエットエッチング）する。そして、この後にフォトレジストを除去して図６（ｅ）の状態を形成することもできる。
また、請求項８の構成のような格子全面でブラッグ角を満足するような格子傾斜角を持った偏光性回折格子の作製は，図７（ａ）におけるドライエッチングのときに，イオンビームを平行状ビームとせず、発散状あるいは集束状ビームとして、このビームに対して基板を傾けて行なえば良い。
【００４７】
［実施例１−７］
次に請求項１２に係る発明の実施例を説明する。
実施例１−１〜１−６における偏光性回折格子７の複屈折媒質２は材料が限定されるものではない。複屈折無機結晶（この場合は基板１は必須ではなく、無くてもよい）あるいは無機物質の斜め蒸着膜、あるいは有機物質の配向膜でも良い。複屈折媒質２の材料としては、特に有機高分子を加熱しながら引っ張り延伸した有機延伸膜が適しており、この有機延伸膜は複屈折媒質として大量、安価に製造でき複屈折媒質としては非常に好ましい。
【００４８】
ピッチの小さい偏光性回折格子７を作製するためには、複屈折媒質自体が微細加工に適した材料であることが必要である。ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶は複屈折媒質としてはポピュラーだが、微細加工には適しておらず、ピッチはせいぜい５μｍ程度までしか加工できない。
そこで本実施例では、ピッチの小さい偏光性回折格子の微細加工に適した複屈折媒質２として有機延伸膜を提案している。この有機延伸膜は微細加工に適しており、特に深い溝の傾斜した格子を加工するのに適している。また有機物質であることから充填物質として屈折率制御された高分子材料と馴染みが良く、小さいピッチで深い溝に対しても十分に充填されることが確認されている。有機延伸膜の材料としては、ポリエステル系、ポリイミド系、ポリエチレン系、ポリカーボネート系、ポリビニルアルコール系、ポリメタクリル酸メチル系、ポリスチレン系、ポリサルフォン系、ポリエーテルサルフォン系、ポリエチレンテレフタレート系などの有機材料が考えられる。
また、この場合は透明性基板１に有機延伸膜を接着剤で貼り付けて図６，７の作製方法を適用する。
【００４９】
［実施形態２］
次に本発明の第２の実施形態として、実施形態１の実施例１−１〜１−７で説明した偏光光学素子（偏光性回折格子）を用いた光ヘッド装置（光ピックアップ装置）の実施例について説明する。
【００５０】
［実施例２−１］
図８は請求項２１に係る発明の一実施例を示す図であって、実施例１−１〜１−７における偏光性回折格子７を適用した光ヘッド装置の概略構成図である。図８において、符号８は半導体レーザ等からなる光源、７は本発明の偏光性回折格子、１０はコリメートレンズ、１１は１／４波長板、１２は対物レンズ、１３は光記録媒体（光ディスク）、９は多分割フォトダイオード等からなる光検出器である。
【００５１】
光源８からの出射光は偏光性回折格子７をほとんど全透過するような偏光方向に設定され、コリメートレンズ１０でコリメートした後、１／４波長板１１により円偏光となり、対物レンズ１２で光記録媒体１３に集光される。光記録媒体１３からの反射光は、１／４波長板１１で往路とは直交する偏光方向に変換されてコリメートレンズ１０により集束光となり、偏光性回折格子７に入射する。偏光性回折格子７に入射した集束光は往路とは直交する偏光なのでほとんど回折し、＋１次回折光が光検出器９に入射して信号検出される。
このとき光記録媒体１３のトラック方向が紙面とは垂直方向にあるとすると、トラッキング信号としてのＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号は偏光性回折格子７への戻り集束光について光軸を中心に左側と右側の光量を比較して、その差信号から得られる。
【００５２】
従来の垂直矩形格子で問題となる回折効率が左右でアンバランスであることから来るＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号のオフセット発生の問題は、本発明の傾斜矩形形状の格子構造を有する偏光性回折格子７の採用で軽減されるようになる。特に請求項７，８の構成を満たす傾斜矩形格子を用いると、垂直入射を中心に入射角のプラス、マイナス方向の特性が対称なのでＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号のオフセットは発生しなくなる。また、回折効率自体も垂直入射で７０％以上もあり、従来の垂直矩形格子の約４０％より回折効率が大幅にアップするメリットも得られる。
【００５３】
［実施例２−２］
図９は請求項２０，２２に係る発明の一実施例を示す光学素子ユニット及び光ヘッド装置の概略構成図である。本実施例では図９に示すように、図８に示した構成の光ヘッド装置において、光源８、光検出器９および偏光性回折格子７を一つのケース１４の内部とケース上に一体化して光学素子ユニットを構成したものであり、このようにユニット化することにより、光ヘッド装置の組立てを行なう際に、光源８、光検出器９、検出光学系が一体化されているので、組立て時間が短縮され、調整も簡単になる。
【００５４】
［実施例２−３］
図１０は請求項２３に係る発明の一実施例を示す図であって、実施例１−１〜１−７における偏光性回折格子７を適用した２波長光ヘッド装置の概略構成図である。図１０において、符号８は例えば波長７８０ｎｍの半導体レーザ等からなる光源、８’は例えば波長６６０ｎｍの半導体レーザ等からなる光源、７は本発明の偏光性回折格子、１０はコリメートレンズ、１１は１／４波長板、１２は２波長に対して収差補正された対物レンズ、１３は光記録媒体（光ディスク）、９は多分割フォトダイオード等からなる光検出器である。この２波長光ヘッド装置は、波長の異なる２つの光源８，８’を備えているので、記録密度が異なる２種類の光記録媒体１３に対応することができ、光記録媒体１３としては例えば通常の記録密度のＣＤ系の光ディスクと、高密度記録が可能なＤＶＤ系の光ディスクがある。ＣＤ系とＤＶＤ系では記録密度が異なるので、使用する光源の波長とディスクの基板厚が異なり、例えば波長７８０ｎｍを用いるＣＤ系ディスクの場合、基板厚は１．２ｍｍであり、波長６６０ｎｍを用いるＤＶＤ系ディスクの場合、基板厚は０．６ｍｍとなる。
【００５５】
各光源よりの出射光は偏光性回折格子７をほとんど全透過するような偏光方向に設定され、コリメートレンズ１０でコリメートした後、２波長に対応した１／４波長板１１により円偏光となり、対物レンズ１２で光記録媒体１３に集光される。光記録媒体１３からの反射光は１／４波長板１１で往路とは直交する偏光方向に変換されてコリメートレンズ１０により集束光となり、偏光性回折格子７に入射する。偏光性回折格子７に入射した集束光は往路とは直交する偏光なのでほとんど回折し、＋１次回折光が２波長共通の光検出器９に入射して信号検出される。
このとき光記録媒体１３のトラック方向が紙面とは垂直方向にあるとすると、トラッキング信号としてのＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号は偏光性回折格子７への戻り集束光について光軸を中心に左側と右側の光量を比較して、その差信号から得られる。
【００５６】
本実施例の場合も従来の垂直矩形格子で問題となる回折効率が左右でアンバランスであることから来るＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号のオフセット発生の問題は、傾斜矩形形状の格子構造を有する偏光性回折格子７の採用で軽減されるようになる。特に請求項７，８の構成を満たす傾斜矩形格子を用いると、垂直入射を中心に入射角のプラス、マイナス方向の特性が対称なのでＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号のオフセットは発生しなくなる。
また、回折効率自体も垂直入射で７０％以上もあり、従来より回折効率が大幅にアップするメリットも得られることは実施例２−１と同様である。
【００５７】
［実施例２−４］
図１１は請求項２０，２４に係る発明の一実施例を示す光学素子ユニット及び光ヘッド装置の概略構成図である。本実施例では図１１に示すように、図１０に示した構成の光ヘッド装置において、波長の異なる２つの光源８，８’、２波長共通の光検出器９および偏光性回折格子７を一つのケース１４の内部とケース上に一体化して光学素子ユニットを構成したものであり、このようにユニット化することにより、光ヘッド装置の組立てを行なう際に、光源８，８’、光検出器９、検出光学系が一体化されているので、組立て時間が短縮され、調整も簡単になる。
【００５８】
［実施形態３］
次に本発明の第３の実施形態として、請求項１，１３〜２０に係る偏光光学素子及び光学素子ユニットの実施例について説明する。尚、ここでは、偏光光学素子として偏光性ホログラムを例に挙げて説明するが、偏光性回折格子としても同様である。
【００５９】
前述の実施形態１では、光検出器に入る回折光量を大きくし、入射角度の違いによる回折効率の違いから生じるトラック信号（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号）のオフセットを除去するために、基板に対して格子自体を傾けた構造の偏光光学素子について説明したが、格子を傾けて加工することは難しいので、本実施形態では格子の加工は従来通り傾けずに加工して、格子が形成された基板の方を斜めに傾けることにより、格子自体を傾けて加工した場合と同等の効果が得られるようにするものである。
【００６０】
本実施形態の偏光光学素子では、光検出器（受光素子）に入る光量を大きくするために、体積型ホログラムの特性が現れる格子形状とする。すなわち、特定の入射角度に対して回折効率が大きくなるようなホログラムとする。さらに入射角度の違いによる回折効率の違いから生じるＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号のオフセットを除去するために、回折効率が最大になる入射角で光が入射するように、ホログラムが形成された基板を傾ける。そして、ホログラムを有する基板が傾いた場合でも非点収差が発生しないように、基板を２つの光学部材（例えばプリズム）で挟んでキューブ形状として発散光路中に配置できるようにする。
【００６１】
より具体的には、本実施形態の偏光光学素子では、体積型ホログラムの特性が現れるホログラムの基板を２つの光学部材（例えばプリズム）で挟んでキューブ形状として発散光路中に配置できるようにする。
そして、本実施形態の偏光光学素子では、体積ホログラムの特性が現れる格子の定義として、Ｑ値を３〜５．５とする。完全な体積型ホログラム（Ｑ≧１０）では特定の入射角度に対しては回折効率が大きくなるが、その角度から少しずれただけで回折効率が大幅に低下する。カップリングレンズからの収束光のように、±６°くらいの範囲で入射してくる光に対しても高い回折効率を得るためには完全な体積型ホログラムではない方が良い。
【００６２】
本実施形態の偏光光学素子では、入射した光がプリズムの屈折率より大きな屈折率物質を経てホログラムに入射するようにすることにより、ホログラムに入射する角度を小さくして角度依存性の影響を小さくする。
また、本実施形態の偏光光学素子では、光学的異方性材料（例えば複屈折材料）に凹凸形状を設け、その凹部と上部を光学的異方性材料の常光屈折率ｎｏもしくは異常光屈折率ｎｅのうち、屈折率の大きい方と同じ屈折率の等方性材料で充填することにより、ホログラムに入射する角度を小さくして角度依存性の影響を小さくする。
さらに本実施形態の偏光光学素子では、光学的異方性材料に有機延伸膜を使い大面積な加工ができるようにしてコストダウンを図れるようにする。
【００６３】
本実施形態の偏光光学素子では、配向の異なる媒質を交互に配置することにより屈折率を格子状とし配向物質を挟む基板の屈折率をプリズムの屈折率より大きな屈折率物質とすることによりホログラムに入射する角度を小さくして角度依存性の影響を小さくする。
また、本実施形態の偏光光学素子では、２つのプリズムの一方に上記とは別の回折格子（グレーティング）を設け、３ビーム法やＤＰＰ法でトラック信号の検出ができるようにする。
【００６４】
本実施形態の光学素子ユニットは、上記の特徴を有する偏光光学素子を、光源と光検出器を一体化したユニットに一体化したものであり、回折効率が高く、入射角度が違っても回折効率が等しくなる偏光光学素子を使うことにより、高速応答可能で信号のオフセットを小さくして信頼性の向上を図るものである。
以下、本実施形態の具体的な実施例について説明する。
【００６５】
［実施例３−１］
まず請求項１，１３に係る発明の実施例を説明する。
図１２は通常の偏光性ホログラムの一例を示す概略要部断面図である。この偏光性ホログラム５０は、光学的異方性材料からなる基板５１上に入射する光の偏光方向により回折効率が異なる凹凸形状の格子構造のホログラム５２を設け、そのホログラム５２の凹部と上部を等方性材料５３で充填したものである。図１２に示すように、波長λ（例えば４０３ｎｍ）の光が偏光性ホログラム５０に入射すると透過光（０次光）と回折光（ここでは±１次光だけを示す）を生じる。ここで偏光性ホログラム５０のホログラム５２の格子ピッチは１μｍとして、波長４０３ｎｍの光が垂直に入射した時に回折効率が最大になるような溝深さを計算すると、図１３に示す関係のようになる。図１３から溝深さが１．０μｍのときに＋１次光の回折効率は最大になり３８％の効率が得られることがわかる。
【００６６】
また、図１４に示すように、溝深さが１．０μｍのホログラム５２を有する偏光性ホログラム５０に、入射角度が−２０°〜＋２０°の範囲で光が入射するときの、入射角度に対する回折効率の様子を図１５に示す。図１５に示すように、０°±１０°くらいの範囲で多少効率が変動し、±１０°を越えてしまうと回折効率が低下することがわかる。光ディスクではカップリングレンズの開口数（ＮＡ）は０．１付近なので、±６°くらいの角度で収束光が入射することになり、０°±１０°くらいの範囲でほぼ一定の回折効率であれば実用上問題はない。この時、波長λ＝４０３ｎｍ、溝深さＴ＝１μｍ、ホログラムの媒質の屈折率ｎ＝１．６、格子ピッチｄ＝１μｍとすると、ホログラムのＱ値は、
Ｑ＝２πλＴ／ｎｄ２
＝（２π×０．４０３×１）／（１．６×１×１）
＝１．５８
であり、体積型ホログラムといわれるＱ≧１０ほど大きくはないが、平面型ホログラムとして扱われるＱ≦１よりは大きい。
【００６７】
次に同じ条件でホログラム５２の溝深さだけを２．７μｍとした偏光性ホログラム５０に光を入射角度±２０°の範囲で入射させたときの回折効率を図１６に示す。＋１次回折効率は特定の角度（ここでは約−８°）の時に最大になり、約８７％となる。溝深さが１．０μｍのときには＋１次光の回折効率は最大３８％であったので、溝深さを２．７μｍとすることにより大幅に上回る回折効率が得られる。その反面、光の入射角度を特定の角度に傾けなければいけないという問題がある。そこで、ここでは図１７に示すように、偏光性ホログラム５０全体を特定の角度傾けて配置する。しかし、偏光性ホログラム５０を単に傾けただけでは発散光路中に配置すると非点収差が発生してしまう。
【００６８】
そこで本実施例では、図１８に示すように、ホログラム５２を有する基板５１を入射光軸に対して傾斜させて配置し、該基板５１を両側から２つのプリズム５４，５５で挟むようにしてキューブ形状の偏光性ホログラム６０にする。このような構造の偏光性ホログラム６０とすることにより、発散光路中に配置しても非点収差の発生を抑えられるので、光源とカップリングレンズ（コリメートレンズ等）の間に配置することができる。したがって、図１９に示すように、光源６３と光検出器（多分割受光素子等）６４を一つのケース６２内に一体化したユニットに偏光性ホログラム６０を搭載することができるようになり、光学素子ユニット（ホログラムユニット）６１を構成することができるようになる。しかもホログラム５２全体を傾けることにより、＋１次光の強度だけを強められ、０次光、−１次光の強度は弱いので、光検出器６４は＋１次光を受光するだけでよく、±１次光両方を受光するタイプに比べて光検出器の受光面積を小さくできるので、ホログラムユニット６１の小型化とコストダウンを図ることができる。
【００６９】
［実施例３−２］
次に請求項１４に係る発明の実施例を説明する。
格子ピッチが波長以下で高密度ホログラムと呼ばれる体積型ホログラムが知られているが、本実施形態では波長４０３ｎｍに対して、ピッチは１．０μｍなので波長の２倍以上と大きく、高密度ホログラムではない。しかしながら、溝深さが２．７ｎｍの場合は、図１８に示したようにホログラム５２を有する基板５１を入射光軸に対して傾けることにより８７％もの回折効率が得られ、高密度ホログラムの回折効率（８５〜９０％）と比べても遜色のない回折効率が得られる。しかも格子ピッチが大きいので高密度ホログラムに比べて加工が容易となる。
【００７０】
一方、図１２に示したような光を垂直入射させる従来の偏光性ホログラム５０では、図１３、図１５に示したように回折効率は最大で約３８％である。また、ピッチが１μｍと大きいので高密度ホログラムに比べて加工は容易だが、回折効率は小さい。回折効率３８％が得られるときは、溝深さは１．０μｍなのでＱ値は前述したように、
Ｑ＝２πλＴ／ｎｄ２
＝（２π×０．４０３×１）／（１．６×１×１）
＝１．５８
である。
これに対して、溝深さが２．７μｍの場合は、Ｑ値は、
Ｑ＝２πλＴ／ｎｄ２
＝（２π×０．４０３×２．７）／（１．６×１×１）
＝４．２７
である。
【００７１】
ここで、図１８に示したようにホログラム５２を有する基板５１を入射光軸に対して傾けて配置したときに、ホログラムの溝深さをパラメータに回折効率の関係をシミュレーションすると図２０のようになる。溝深さが２．７μｍの場合に＋１次光の回折効率が最大になるが、溝深さが２．１〜３．３μｍの範囲であれば、図１２に示したような光を垂直入射させる偏光性ホログラムの最大回折効率３８％を上回る。この時のＱ値は、Ｑ＝３．３（溝深さ２．１μｍ）〜５．２２（溝深さ３．３μｍ）となる。
以上のことから、Ｑ値が３〜５．５の範囲の格子構造を持つホログラム５２を図１８に示すように斜めに配置し、両側から２つのプリズム５４，５５で挟むようにしてキューブ形状の偏光性ホログラム６０にすることにより、垂直に配置するよりも高い＋１次回折効率が得られることがわかる。
【００７２】
［実施例３−３］
次に請求項１５に係る発明の実施例を説明する。
ここでは、図１８に示す構成の偏光性ホログラム６０のプリズム５４，５５およびホログラム５２を構成する材料の屈折率について述べる。図１８に示す構成の偏光性ホログラム６０では、ホログラム５２を形成した基板５１を斜めに配置したことにより、ホログラム５２に入射する入射光の入射角度に応じて、図１６に示すように、＋１次回折効率は最大で約８７％が得られる。しかしながら入射角度が特定の角度（図１６では約−８°）から外れると急速に回折効率は低下する。したがってホログラム５２にはできるだけ狭い範囲の角度で光が入射することが望ましい。ここで、図２１、図２２は、図１８に示す構造の偏光性ホログラム６０において、プリズム５４の屈折率と、ホログラム５２に入射する直前の材料５３の屈折率の関係を変えた場合の光の回折の違いを示す図である。図２１において、プリズム５４の屈折率をｎ１、ホログラム５２に入射する直前の材料５３の屈折率をｎ２とすると、ｎ１＞ｎ２の場合は、ホログラム５２に入射する光の角度範囲は大きい。逆に図２２に示すように、ｎ１＜ｎ２の場合は、ホログラム５２に入射する光の角度範囲は小さい。したがって図２２に示すように、ホログラム５２とプリズム５４の間に介在する材料５３の屈折率ｎ２がプリズム５４の屈折率ｎ１より大きい（ｎ１＜ｎ２）場合の方が狭い角度範囲で光が入射する分だけ高い回折効率を確保することができる。
【００７３】
［実施例３−４］
次に請求項１６に係る発明の実施例を説明する。
本実施形態に係る偏光性ホログラム６０の構成例としては、例えば図２３に示すように、基板５１を光学的異方性材料で構成し、この光学的異方性材料からなる基板５１にエッチング等により凹凸形状のホログラム５２を形成し、少なくともその凹部を光学的異方性材料の常光屈折率ｎｏまたは異常光屈折率ｎｅの一方と同じ屈折率の等方性材料５３で充填した後、プリズム５４，５５で挟持する構造がある。
実施例３−３で示したようにホログラム５２に入射する光の角度範囲を狭くするためには、ホログラム５２の入射側の材料５３の屈折率ｎ２がプリズム５４の屈折率ｎ１より大きいことが望ましいので、図２３に示す構成では、ホログラム５２を形成する光学的異方性材料（基板）５１の常光屈折率ｎｏもしくは異常光屈折率ｎｅのうちの屈折率の大きい方と同じ屈折率の等方性材料５３でホログラム５２の凹部および上部を充填すれば、ホログラム５２に入射する角度を小さくして角度依存性の影響を小さくすることができる。
【００７４】
また、偏光性ホログラム６０の別の構成例としては、図２４に示すように基板５１’を光学的等方性材料で構成し、この光学的等方性材料からなる基板５１’にエッチング等により凹凸形状を形成し、少なくともその凹部に光学的異方性材料５３’を充填してホログラム５２’を作製した後、プリズム５４，５５で挟持する構造がある。
この図２４に示す構成の場合は、プリズム５４側から入射した光は、まずプリズム５４の屈折率より屈折率が大きい光学的異方性材料５３’に入射し、ホログラム５２’で回折され、光学的異方性材料５３’の常光屈折率ｎｏもしくは異常光屈折率ｎｅのうちの屈折率の小さい方と同じ屈折率の等方性材料からなる基板５１’を経て出射する。このようにすれば、ホログラム５２’に入射する角度を小さくして角度依存性の影響を小さくすることができる。
以上のようにホログラム５２（５２’）に入射する前の材料５３（５３’）の屈折率が大きく、ホログラムから出射する側の材料５１（５１’）の屈折率が小さくなるように設定すれば、角度依存性の影響を小さくすることができる。
【００７５】
［実施例３−５］
次に請求項１７，１８に係る発明の実施例を説明する。
本実施例では、実施例３−４で述べた光学的異方性材料として、具体的には有機延伸膜を使うものである。光学的異方性材料としてはカルサイト等が知られているが（特許文献１参照）、有機延伸膜はカルサイトに比べて大面積化が容易で、膜厚が薄く、安価に入手できると言うメリットを持っている。有機延伸膜の具体例としては、前述の実施例１−７でも説明しているように、ポリイミドやポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の高分子フィルムがあり、この高分子フィルムを延伸により分子鎖を一軸方向に配向させ、面内複屈折を発生させる方法がある。図２５は有機延伸膜の作製方法の一例を示しており、ガラス基板上にポリアミド酸膜を形成し、これを基板から剥離した後、延伸により分子鎖を一軸方向に配向させてポリイミド複屈折膜を作製した例である。この方法では、延伸の時の温度や加える力により複屈折Δｎを変えることができ、安価で量産可能な方法である。
【００７６】
さらに有機延伸膜以外の材料として液晶を用いることも可能である。液晶は、電圧印加の有無により配向方向が変わり、配向方向の違いが屈折率の違いとなる。ここで、図２６に液晶を用いた偏光性ホログラムの作製工程を示す。図２６（ａ）に示すように、２つの基板７１，７２の間に液晶７３を設け、図２６（ｂ）に示すように、液晶７３の両面に電極を設けて電圧印加させて配向させた状態で、格子パターンを形成したマスク７４を通して露光し、液晶７３を硬化させる。次に図２６（ｃ）に示すように、液晶７３の硬化した所だけを残して、その他の部分は上側の基板７２とともに除去し、図２６（ｄ）に示すように、液晶７３の屈折率ｎｏ、ｎｅの一方と同じ屈折率の等方性材料７５を凹部に充填し、さらにその上に基板（またはプリズム）７６を設ければ偏光ホログラム７０を形成できる。この工程ではエッチング工程が不要なので、工程が簡素化され、高価なエッチング装置が不要なので設備投資が安く、低コスト化も図れる。
【００７７】
また、液晶を使って偏光性ホログラムを作る別の方法としては、図２７に示すような方法もある。まず図２７（ａ），（ｂ）に示すように、等方性基板８１にフォトリソグラフィ工程とエッチング工程を行って凹凸加工した後、図２７（ｃ）に示すように、もう１枚の基板８３と貼り合わせ、図２７（ｄ）に示すように、基板間に液晶８４を充填して、偏光性ホログラム８０を作製する。この方法では、ガラス基板等をエッチングして凹凸加工するので、加工しやすいというメリットを有する。
【００７８】
［実施例３−６］
次に請求項１９，２０に係る発明の実施例を説明する。
光ディスクドライブ装置の光ヘッド装置（光ピックアップ装置）では、３ビーム法やＤＰＰ法など、３つの光ビームを光ディスクに照射してトラック信号を検知する方法が良く知られている。３つの光ビームを使うことにより１つの光ビームを照射する方法に比べてトラックオフセットの影響を受けにくくなる。３つの光ビームを生成するためには回折格子（グレーティング）が必要であるが、本実施形態の偏光性ホログラムを用いる場合には、回折格子（グレーティング）をプリズムの１面に形成すればよい。
【００７９】
ここで、図２８は光源６３と光検出器（多分割受光素子等）６４を一つのケース６２内に一体化したユニットに偏光性ホログラム６０’を一体化してなる光学素子ユニット（ホログラムユニット）の一例を示す図である。図２８に示すように、偏光性ホログラム６０’は、図１８と同様にホログラム５２を斜めに配置し、両側から２つのプリズム５４，５５で挟むようにしてキューブ形状としたものであるが、本実施例ではプリズム５５の１面にグレーティング５６が形成されている。そしてグレーティング５６が形成されたプリズム面を下向きにして、光源６３と光検出器（多分割受光素子等）６４を一つのケース６２内に一体化したユニットに偏光性ホログラム６０’を一体化して光学素子ユニット（ホログラムユニット）６１を構成している。
【００８０】
図２８に示す構成のホログラムユニット６１を光ヘッド装置に用いた場合、偏光性ホログラム６０’のグレーティング５６で生成させる３つの光ビームを、メインビーム（０次光）、サブビーム（±１次光）と分けると、メインビームは光ディスクから反射されて偏光性ホログラム６０’に垂直に入射するが、サブビームは偏光性ホログラム６０’に垂直ではなく、プラスとマイナスの逆の所定の傾きθを持って入射する。従って偏光性ホログラム６０’に角度依存性があると、サブビームのうち、＋１次光は回折効率が高く、−１次光は回折効率が低いといった現象が生じてしまい、正確なトラック検出ができなくなってしまう。
【００８１】
例えば図１４，１５に示したような特性の偏光性ホログラムでは、角度依存性は比較的小さいが、それでも垂直入射（入射角度０°）よりも大きな角度（＋θ）で入射した光と垂直入射よりも小さな角度（−θ）で入射した光とでは回折効率が異なる。ここで、図２９（ａ）は図１５の＋１次光のグラフの一部を拡大して示した図であり、図２９（ｂ）は図１６の＋１次光のグラフの一部を拡大して示した図である。、
【００８２】
図２８のように、３ビームを用いる場合、偏光性ホログラムにメインビーム（０次光）は垂直入射するが、サブビーム１（＋１次光）は＋θの角度でホログラム５２に入射し、サブビーム２（−１次光）は−θの角度でホログラム５２に入射するので、サブビーム１（＋１次光）の方がサブビーム２（−１次光）より回折効率が高くなり、トラック信号にアンバランスが生じてしまう。
一方、本実施例の偏光性ホログラム６０’のように、ホログラム５２を入射光軸に傾けて配置した構成では、図２９（ｂ）のような関係となり、角度依存性はあるものの垂直入射（入射角度０°）で最も効率が大きく、入射角が＋θ、−θの角度で変わっても、図２９（ｂ）に示すように同じように効率が低下するような特性であれば、サブビーム１（＋１次光）とサブビーム２（−１次光）の回折効率は等しくなり、トラック信号にアンバランスが生じることはない。
【００８３】
［実施形態４］
次に本発明の第４の実施形態として、実施形態３で説明した偏光性ホログラムを有する光学素子ユニット（ホログラムユニット）を用いた光ヘッド装置（光ピックアップ装置）の実施例について説明する。
【００８４】
図３０は本発明の第４の実施形態の一実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図であり、図１９または図２８に示した構成の光学素子ユニット（ホログラムユニット）を用いた光ヘッド装置の例である。図３０において、符号６１は光学素子ユニット（ホログラムユニット）、６５はカップリングレンズ（コリメートレンズ）、６６は立上げミラー、６７は１／４波長板、６８は集光レンズである対物レンズ、６９は光記録媒体である光ディスクである。図３０に示す光ヘッド装置のホログラムユニット６１のケース６２内には、図１９または図２８に示したように、光源６３及び光検出器（受光素子）６４が一体に配設されており、そのユニットのケース６２の光出・入射用の開口部に偏光性ホログラム６０が一体に設置されている。尚、図３０に示す構成は一例であり、本発明に係る光ヘッド装置はこの構成に限定されるものではない。
【００８５】
図３０において、ホログラムユニット６１内の光源（例えば半導体レーザ）６３から出射された直線偏光の光は、偏光性ホログラム６０を透過し、カップリングレンズ（コリメートレンズ）６５で略平行光になり、立上げミラー６６で光路を略直角方向に偏向され、１／４波長板６７を透過して円偏光となり、対物レンズ６８で集光されて光ディスク６９の記録面に微小なスポット光として照射される。そして、光ディスク６９の記録面上の信号を読み取った光は、記録面で反射されて往路とは反対回りの円偏光となり、対物レンズ６８で略平行光とされ、１／４波長板６７を透過して往路とは直交した直線偏光となり、立上げミラー６６で光路を偏向され、カップリングレンズ６５に戻り、偏光性ホログラム６０のホログラム５２で回折されて分岐され、分岐された回折光は光検出器（受光素子）６４で受光され、情報信号、フォーカス信号、トラッキング信号（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号）等の信号が検出される。
【００８６】
図３０に示すような構成の光ヘッド装置においては、実施例３−１〜３−６に示したような構成の偏光性ホログラムを用いれば、以下のような利点がある。
（１）回折効率が高いので、高速記録・再生に対応できる。
（２）回折効率が最大になる入射角で光が入射するように、ホログラム５２が形成された基板５１を傾けているので、格子自体を傾けるより加工が容易。
（３）ホログラム５１を有する基板５１は傾いているが、プリズム５４，５５で挟んでキューブ形状としているので、非点収差は生じない。
（４）回折効率が最大になる入射角で光が入射するようになっているので、入射角度による回折効率アンバランスが生じず、正確なトラッキング信号検出ができる。
また、このような偏光性ホログラムを、図１９または図２８に示すように、光源６３と光検出器６４が一体となった光学素子ユニット６１に一体化することにより、経時変化に対して安定な信号検出ができる。
【００８７】
［実施形態５］
次に本発明の第５の実施形態として、実施形態２や実施形態４に示した光ヘッド装置（光ピックアップ装置）を搭載した光ディスクドライブ装置の実施形態について説明する。
実施形態２や実施形態４に示した光ヘッド装置（光ピックアップ装置）は、回折効率が高く、回折効率にアンバランスのない偏光光学素子（偏光性回折格子または偏光性ホログラム）を用いるので、光利用効率が高く、高速な記録再生に適した信頼性の高い信号が得られる。また、回折効率が高いと信号検出系の光集積回路（ＯＰＩＣ）のゲインを小さくでき、ＯＰＩＣの高速応答化に貢献できる。また、入射角度により回折効率が変わらなければオフセットの小さい信号が得られる。したがって光ディスクドライブ装置の記録・再生速度の高速化と安定したサーボ制御を達成することができる。
さらに、本発明に係る光ヘッド装置は、偏光分離に偏光光学素子（偏光性回折格子または偏光性ホログラム）を用い、光源と光検出器（受光素子）を配設した光学素子ユニットと一体化しているので、光ヘッド装置の小型化、薄型化が可能であり、例えば図３１に示すようなノート型パーソナルコンピュータ９０に搭載される光ディスクドライブ装置９１の光ヘッド装置（光ピックアップ装置）９２として好適に用いることができる。
【００８８】
次に光ディスクドライブ装置の一構成例を図３２に示す。図３２は光ディスクドライブ装置の概略構成の一例を示すブロック図である。この光ディスクドライブ装置３２０は、光記録媒体としての光ディスク３１７を回転駆動するためのスピンドルモータ３２２、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）３２３、レーザコントロール回路３２４、エンコーダ３２５、モータドライバ３２７、再生信号処理回路３２８、サーボコントローラ３３３、バッファＲＡＭ３３４、バッファマネージャ３３７、インターフェース３３８、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）３３９、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３４０、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）３４１などを備えている。尚、図３２における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表わすものではない。また、光ディスク３１７としては、ＣＤ（コンパクト・ディスク）系の光ディスク（ＣＤ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ）や、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）系の光ディスク（ＤＶＤ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ）等があるが、図１０や図１１に示す光ヘッド装置のように、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）３２３内に波長の異なる光源を複数備えた構成とし、光ディスク３１７の種類に応じて光源を選択的に駆動するようにすれば、複数種類の光ディスクに対して記録・再生を行うことができる光ディスクドライブ装置を構成することができる。
【００８９】
図３２において、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）３２３は、光ディスク３１７のスパイラル状または同心円状のトラックが形成された記録面にレーザ光を照射すると共に、記録面からの反射光を受光し、情報の記録または再生を行うための装置であり、例えば図８〜１１，３０のいずれかに示したような構成となっている。
再生信号処理回路３２８は、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）３２３の出力信号である電流信号を電圧信号に変換し、該電圧信号に基づいてウォブル信号、再生情報を含むＲＦ信号及びサーボ信号（フォーカス信号、トラッキング信号）などを検出する。そして、再生信号処理回路３２８では、ウォブル信号からアドレス情報及び同期信号等を抽出する。ここで抽出されたアドレス情報はＣＰＵ３４０に出力され、同期信号はエンコーダ３２５に出力される。さらに、再生信号処理回路３２８では、ＲＦ信号に対して誤り訂正処理等を行なった後、バッファマネージャ３３７を介してバッファＲＡＭ３３４に格納する。また、サーボ信号は再生信号処理回路３２８からサーボコントローラ３３３に出力される。サーボコントローラ３３３では、サーボ信号に基づいて光ヘッド装置（光ピックアップ装置）３２３を制御する制御信号を生成しモータドライバ３２７に出力する。
【００９０】
前記バッファマネージャ３３７では、バッファＲＡＭ３３４へのデータの入出力を管理し、蓄積されたデータ量が所定の値になると、ＣＰＵ３４０に通知する。前記モータドライバ３２７では、サーボコントローラ３３３からの制御信号及びＣＰＵ３４０の指示に基づいて、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）３２３及びスピンドルモータ３２２を制御する。前記エンコーダ３２５では、ＣＰＵ３４０の指示に基づいて、バッファＲＡＭ３３４に蓄積されているデータをバッファマネージャ３３７を介して取り出し、エラー訂正コードの付加などを行い、光ディスク３１７への書き込みデータを作成するとともに、再生信号処理回路３２８からの同期信号に同期して、書き込みデータをレーザコントロール回路３２４に出力する。前記レーザコントロール回路３２４では、エンコーダ３２５からの書き込みデータに基づいて、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）３２３からのレーザ光出力を制御する。
【００９１】
前記インターフェース３３８は、ホスト（例えば、パーソナルコンピュータ）との双方向の通信インターフェースであり、ＡＴＡＰＩ（ＡＴ　Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ　ＰａｃｋｅｔＩｎｔｅｒｆａｃｅ）及びＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等の標準インターフェースに準拠している。
前記ＲＯＭ３３９には、ＣＰＵ３４０にて解読可能なコードで記述された制御用のプログラム等が格納されている。ＣＰＵ３４０は、ＲＯＭ３３９に格納されている前記プログラムに従って上記各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータ等を一時的にＲＡＭ３４１に保持する。
【００９２】
以上、光ディスクドライブ装置の一構成例を説明したが、本発明では光ヘッド装置（光ピックアップ装置）３２３として、回折効率が高く、回折効率にアンバランスのない偏光光学素子（偏光性回折格子または偏光性ホログラム）を用いた実施形態２または実施形態４で説明した光ヘッド装置（光ピックアップ装置）を搭載しているので、光利用効率が高く、信頼性の高い信号が得られ、かつ記録・再生速度の高速化を達成することができる。
さらに本発明では、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）３２３内に波長の異なる光源を複数備えることにより、ＣＤ、ＤＶＤ、Ｓ−ＤＶＤなどの使用する波長の異なる複数規格の光ディスクを記録再生することができる光ディスクドライブ装置を実現することができる。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜６に係る発明では、偏光光学素子の媒質境界形状を傾斜した矩形形状（矩形格子）にすることで、格子ピッチが小さくなったときの体積格子化による１次回折効率の角度依存性を変化させ、１次回折効率がピークとなるブラッグ角を低入射角側にシフトさせることができる。
特に矩形格子を基板法線に対し＋１次回折光の回折方向とは反対側に傾斜させることにより、＋１次回折効率のブラッグ角を低入射角側にシフトさせ、垂直入射に対する＋１次回折効率を向上させることができる。
【００９４】
請求項７に係る発明では、＋１次回折光の回折効率がピークとなるブラッグ角を垂直入射に設定でき、偏光光学素子を光ヘッド装置に適用したときに、垂直入射を中心に正負の入射角が対称の回折効率特性を持たせることができるので、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号もオフセットを生じることなく正確なトラッキング信号を発生させることができる。また、垂直入射時に＋１次回折効率がピークとなり、光検出器が受光する光量を増大することにより光ヘッドの検出Ｓ／Ｎ比が向上して、従来より高速の再生が可能となる。
また、請求項８に係る発明では、＋１次回折効率は格子全領域についてピークとなるため、最大の回折効率が得られ、かつＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ信号にもオフセットを生じることがない。
さらに請求項９に係る発明では、本願の特徴である格子を傾斜格子化することによる効果（ブラッグ角のシフトによる垂直入射近傍の高回折効率化）が発揮できる領域が設定できる。
【００９５】
請求項１０に係る発明では、請求項１〜９の構成及び効果を有する偏光光学素子を、従来からの作製方法を大幅に変更せず、ドライエッチング時に複屈折媒質を傾けて設置するという比較的簡単な方法で傾斜矩形形状を持つ偏光光学素子を作製でき、大量生産と低コスト化に大きく寄与することができる。
また、請求項１１に係る発明では、請求項１０の効果に加え、特に垂直入射のときを＋１次回折効率に対するブラッグ角とするための偏光光学素子を容易に作製することができる。
さらに請求項１２に係る発明では、複屈折媒質を有機延伸膜とすることにより、青色波長の光ヘッド装置にも使用でき、ピッチの小さな格子の作成も可能となり、また、本発明で重要となる傾斜した矩形格子の形成も容易となる。また、材料としても安価に大面積化が可能となり、偏光光学素子の低コスト化や、大量生産が可能となる。
【００９６】
請求項１，１３に係る発明では、体積性のある回折格子またはホログラムを有する基板を斜めに配置し、該基板を光学部材（プリズム）で挟んでキューブ状とした構成としたことにより、高効率を得ると共に、回折効率のアンバランスを抑えて信頼性の高いトラック信号を得られる偏光光学素子を実現できる。また、キューブ形状にして非点収差の発生を抑えることにより、光源とカップリングレンズの間に配置でき、小型化を図ることができる。
また、請求項１４に係る発明では、偏光光学素子の斜め配置した回折格子またはホログラムとして、Ｑ値が３＜Ｑ＜５．５の回折格子またはホログラムを使うことにより、垂直入射の従来の偏光光学素子よりも高い効率が得られるので高速化に有利である。
さらに請求項１５に係る発明では、偏光光学素子の回折格子またはホログラムに収束光が入る時に、入射する角度の範囲を狭くなるようにすることにより回折効率の低下が小さくなる。
【００９７】
請求項１６に係る発明では、偏光光学素子に光学的異方性材料と等方性材料を使った構成において、入射光側に屈折率の大きい材料を配することで、回折格子またはホログラムに収束光が入る時に、入射する角度の範囲を狭くできる。これにより回折効率の低下を抑制できる。
また、請求項１７に係る発明では、上記光学的異方性材料として有機延伸膜を使うことにより大面積に加工でき、コストダウンを図れる。
さらに請求項１８に係る発明では、偏光光学素子を構成する回折格子またはホログラムは、配向状態の異なる２つの媒質が交互に周期的に配列した構造であり、例えば液晶材料の配向を使って格子構造を形成するので、凹凸加工をするエッチング工程が不要でコストダウンを図れる。
また、請求項１９に係る発明では、請求項１３〜１７に係る偏光光学素子のプリズムの表面に回折格子（グレーティング）を設けることにより、光源からの光束を３つの光ビームに分けて、その３つの光ビームを光ディスクに照射することができるので、３ビーム法やＤＰＰ法による安定したトラック検出を行なうことができる。また、サブビームがある角度を持って偏光光学素子に入射しても、回折効率が等しくなるようにしているので、トラック信号にアンバランスが出ることがない。
【００９８】
請求項２０に係る発明では、請求項１〜１９のいずれか一つに記載の偏光光学素子を、光源と光検出器を一体化したユニットに一体化して光学素子ユニットを構成したので、経時変化に安定な信号検出ができるユニットを実現できる。
【００９９】
請求項２１に係る発明では、請求項１〜１９のいずれか一つに記載の偏光光学素子を光ヘッド装置に適用することにより、回折格子またはホログラムを光源に近づけて配置し、光源、光検出器構成をコンパクトにする場合、格子ピッチの微細化に伴う体積型格子化の影響を軽減でき、信号出力にアンバランスが無いのでトラッキング信号のオフセットが少なく、正確なトラッキング信号検出ができるうえに検出効率の良い光ヘッド装置を実現することができる。特に請求項７，８の構成の偏光光学素子を適用すると、トラッキング信号のオフセットが生じず、検出効率が最高の光ヘッド装置を実現することができる。また、請求項１３〜１９の構成の偏光光学素子を適用した場合には、検出効率の向上と共に低コスト化を図ることができる。
さらに、請求項２２に係る発明では、請求項２１の構成及び効果に加え、光源、光検出器、偏光光学素子を一体化して光学素子ユニットを構成することにより、光ヘッド装置の組立てを行なう際に光源、光検出器、検出光学系が一体化されているので、組立て時間が短縮され、光学系調整も簡単になる。
【０１００】
請求項２３に係る発明では、請求項１〜１９の偏光光学素子を複数波長の光源を持つ光ヘッド装置に適用することで、回折格子またはホログラムを光源に近づけて配置し、複数光源、光検出器構成をコンパクトにする場合、格子ピッチの微細化に伴う体積型格子化の影響を軽減でき、信号出力にアンバランスが無いのでトラッキング信号のオフセットが少なく、正確なトラッキング信号検出ができるうえに検出効率の良い光ヘッド装置を実現することができる。特に請求項７，８の構成の偏光光学素子を適用すると、トラッキング信号のオフセットが生じず、検出効率が最高の複数波長光ヘッド装置を実現することができる。また、請求項１３〜１９の構成の偏光光学素子を適用した場合には、検出効率の向上と共に低コスト化を図ることができる。
さらに、請求項２４に係る発明では、請求項２３の構成及び効果に加え、複数波長の光源、光検出器、偏光光学素子を一体化して光学素子ユニットを構成することにより、光ヘッド装置の組立てを行なう際に複数波長光源、光検出器、検出光学系が一体化されているので組立て時間が短縮され、光学系調整も簡単になる。
【０１０１】
請求項２５に係る発明では、光ヘッド装置として、請求項２１〜２４のいずれか一つに記載の光ヘッド装置を搭載したことにより、安定した信号検出ができ、記録・再生速度の高速化を達成することができる光ディスクドライブ装置を実現することができる。
また、光ヘッド装置内に波長の異なる光源を複数備えることにより、ＣＤ、ＤＶＤ、Ｓ−ＤＶＤなどの使用する波長の異なる複数規格の光ディスクを記録・再生することができる光ディスクドライブ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の一実施例を示す偏光性回折格子の概略要部断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の別の実施例を示す偏光性回折格子の構成、動作の説明図であり、（ａ）は偏光性回折格子の概略要部断面図、（ｂ）は偏光性回折格子への入射光の入射角と格子の傾斜角および回折光の回折角の関係を示す図である。
【図３】偏光性回折格子の斜め矩形格子への入射光の入射角と＋１次回折光の回折効率の関係を説明するための図である。
【図４】偏光性回折格子の斜め矩形格子へ入射光が垂直入射したときの＋１次回折光の回折角と回折効率を説明するための図である。
【図５】偏光性回折格子の斜め矩形格子への入射光の入射角と＋１次回折光の回折効率の関係を示す図である。
【図６】本発明に係る偏光性回折格子の作製方法の説明図である。
【図７】本発明に係る偏光性回折格子の作製方法の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の一実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の別の実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態のさらに別の実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態のさらに別の実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。
【図１２】通常の偏光性ホログラムの一例を示す概略要部断面図である。
【図１３】図１２に示す構成の偏光性ホログラムに波長４０３ｎｍの光が垂直に入射した時のホログラムの溝深さと回折効率の関係を示す図である。
【図１４】図１２に示す構成の偏光性ホログラムに入射光が斜め入射したときの様子を示す図である。
【図１５】図１４に示す構成でホログラムの溝深さが１μｍの偏光性ホログラムに入射光が斜め入射したときの入射角度と回折効率の関係を示す図である。
【図１６】図１４に示す構成でホログラムの溝深さが２．７μｍの偏光性ホログラムに入射光が斜め入射したときの入射角度と回折効率の関係を示す図である。
【図１７】図１２に示す構成の偏光性ホログラムを入射光の光軸に対して傾けて配置した例を示す図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態の一実施例を示す偏光性ホログラムの概略要部断面図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態の別の実施例を示す光学素子ユニットの概略断面図である。
【図２０】ホログラムを有する基板を入射光軸に対して傾けて配置したときの、ホログラムの溝深さと回折効率の関係を示す図である。
【図２１】図１８に示す構造の偏光性ホログラムにおいて、プリズムの屈折率ｎ１と、ホログラムに入射する直前の材料の屈折率ｎ２の関係がｎ１＞ｎ２の場合の光の回折の様子を示す図である。
【図２２】図１８に示す構造の偏光性ホログラムにおいて、プリズムの屈折率ｎ１と、ホログラムに入射する直前の材料の屈折率ｎ２の関係がｎ１＜ｎ２の場合の光の回折の様子を示す図である。
【図２３】本発明の第３の実施形態の偏光性ホログラムの構成例を示す概略要部断面図である。
【図２４】本発明の第３の実施形態の偏光性ホログラムの別の構成例を示す概略要部断面図である。
【図２５】有機延伸膜の作製方法の一例を示す図である。
【図２６】液晶を用いた偏光光学素子の作製工程の一例を示す図である。
【図２７】液晶を用いた偏光光学素子の作製工程の別の例を示す図である。
【図２８】本発明の第３の実施形態のさらに別の実施例を示す光学素子ユニットの概略断面図である。
【図２９】（ａ）は図１５の＋１次光のグラフの一部を拡大して示した図、（ｂ）は図１６の＋１次光のグラフの一部を拡大して示した図である。
【図３０】本発明の第４の実施形態の一実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。
【図３１】ノート型パーソナルコンピュータとそれに搭載される光ディスクドライブ装置の一例を示す外観斜視図である。
【図３２】本発明の第５の実施形態の一実施例を示す図であって、光ディスクドライブ装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図３３】従来の偏光性回折格子の一例を示す概略要部断面図である。
【図３４】図３３に示す偏光性回折格子の矩形格子への入射光の入射角と＋１次回折光の回折効率の関係を示す図である。
【図３５】図３３に示す偏光性回折格子を適用した光ヘッド装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１，１’：透明性基板
２：複屈折媒質
２ａ：傾斜した矩形格子
３：等方性媒質
４：フォトレジスト
４’：格子パターン
５：金属層
５’：金属パターン
７：偏光性回折格子（偏光光学素子）
８，８’，６３：光源
９，６４：光検出器
１０，６５：コリメートレンズ（カップリングレンズ）
１１，６７：１／４波長板
１２，６８：対物レンズ
１３，６９，３１７：光記録媒体（光ディスク）
１４，６２：ケース
１７：エッチング電極
５１：基板
５２：ホログラム
５３：等方性材料
５４，５５：プリズム
６０：偏光性ホログラム（偏光光学素子）
６１：光学素子ユニット（ホログラムユニット）
９２，３２３：光ヘッド装置（光ピックアップ装置）
【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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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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