(57)【要約】【課題】  異なる２種類の波長のレーザ光の回折を行う簡単な構造の回折素子を提供する。【解決手段】  回折素子は、光透過性部材の少なくとも片面に形成された回折格子を備えると共に、回折素子を、第１波長λ１を有する第１レーザ光と第２波長λ２を有する第２レーザ光が透過したときに、前記片面のみで、それぞれの回折光の回折効率を等しくできる機能を有し、更に、Ｎ１とＮ２を自然数、Δφを位相変動量とすると、回折格子による第１レーザ光と第２レーザ光に対する位相変調量φ１とφ２が略、夫々、（２πＮ１±Δφ）と（２πＮ２±Δφ）である。【選択図】  図３
2004335077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性部材の少なくとも片面に形成された回折格子を備える回折素子であって、前記回折素子を、第１波長λ１を有する第１レーザ光と、第２波長λ２を有する第２レーザ光が透過したときに、前記回折素子の前記片面のみで、それぞれの回折光の回折効率を等しくできる機能を有する回折素子であって、
Ｎ１とＮ２を自然数、Δφを位相変動量とすると、前記回折格子による第１レーザ光と第２レーザ光に対する位相変調量φ１とφ２が略、夫々、次式（１）と（２）：
φ１＝２πＮ１±Δφ・・・（１）
φ２＝２πＮ２±Δφ・・・（２）
で表されることを特徴とする回折素子。
【請求項２】
前記回折格子において各々が幅Ｗａを有する凸部と各々が幅Ｗｂを有する凹部が交互に配置されていると共に、｛Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）｝として定義されるデューティ比が０．５以外の値を持つことを特徴とする請求項１記載の回折素子。
【請求項３】
第１レーザ光が、３８０〜４２０ｎｍの波長を第１波長λ１として有する青色レーザ光であって、第２レーザ光が、６３０〜６８０ｎｍの波長を第２波長λ２として有する赤色レーザ光であることを特徴とする請求項１記載の回折素子。
【請求項４】
Ｎを自然数、ｎ１が第１レーザ光に対する前記回折素子の屈折率、ｎ２を第２レーザ光に対する前記回折素子の屈折率とすると、回折格子の深さｈが略、次式（３）：
ｈ＝［Ｎλ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（３）
で表される一方、第１レーザ光の０次回折効率と第２レーザ光の０次回折効率が略等しいと共に、第１レーザ光の１次回折効率と第２レーザ光の１次回折効率が略等しいことを特徴とした請求項１記載の回折素子。
【請求項５】
前記式（３）において自然数Ｎを１に設定した回折格子の深さｈ１が次式（４）：
ｈ１＝［λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（４）
で表されることを特徴とする請求項４記載の回折素子。
【請求項６】
前記回折格子において各々が幅Ｗａを有する凸部と各々が幅Ｗｂを有する凹部が交互に配置されていると共に、｛Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）｝として定義されるデューティ比が０．１３５の時、０次回折効率と１次回折効率の比が略１０：１あることを特徴とする請求項５記載の回折素子。
【請求項７】
前記式（３）において自然数Ｎを２に設定した回折格子の深さｈ２が次式（５）：
ｈ２＝［２λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（５）
で表されることを特徴とする請求項４記載の回折素子。
【請求項８】
前記回折格子において各々が幅Ｗａを有する凸部と各々が幅Ｗｂを有する凹部が交互に配置されていると共に、｛Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）｝として定義されるデューティ比が０．２の時、０次回折効率と１次回折効率の比が略１０：１であることを特徴とする請求項７記載の回折素子。
【請求項９】
前記式（３）において自然数Ｎを３に設定した回折格子の深さｈ３が次式（６）：
ｈ３＝［３λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（６）
で表されることを特徴とする請求項４記載の回折素子。
【請求項１０】
前記回折格子において各々が幅Ｗａを有する凸部と各々が幅Ｗｂを有する凹部が交互に配置されていると共に、｛Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）｝として定義されるデューティ比が０．５の時、０次回折効率と１次回折効率の比が略１０：１であることを特徴とする請求項９記載の回折素子。
【請求項１１】
回折格子が、偏光異方性を持つ材料で形成されたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の回折素子。
【請求項１２】
回折格子が、偏光異方性を持たない等方性材料で形成されたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の回折素子。
【請求項１３】
回折素子において光透過性部材の片面のみに形成された回折格子の設計方法であって、
第１波長λ１を有する第１レーザ光と第２波長λ２を有する第２レーザ光が前記回折格子を、夫々、第１回折効率と第２回折効率で透過し、また、前記回折格子において各々が幅Ｗａを有する凸部と各々が幅Ｗｂと深さｈを有する凹部が交互に配置されていると共に、｛Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）｝として定義されるデューティ比と回折格子の深さｈをパラメータとして第１回折効率と第２回折効率が調整されることを特徴とする回折格子の設計方法。
【請求項１４】
第１レーザ光が、３８０〜４２０ｎｍの波長を第１波長λ１として有する青色レーザ光であって、第２レーザ光が、６３０〜６８０ｎｍの波長を第２波長λ２として有する赤色レーザ光であることを特徴とする請求項１３記載の回折格子の設計方法。
【請求項１５】
Ｎを自然数、ｎ１が第１レーザ光に対する前記回折素子の屈折率、ｎ２を第２レーザ光に対する前記回折素子の屈折率とすると、回折格子の深さｈが略、次式（７）：
ｈ＝［Ｎλ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（７）
で表される一方、第１レーザ光の０次回折効率と第２レーザ光の０次回折効率が略等しいと共に、第１レーザ光の１次回折効率と第２レーザ光の１次回折効率が略等しいことを特徴とした請求項１３記載の回折格子の設計方法。
【請求項１６】
前記式（７）において自然数Ｎを１に設定した回折格子の深さｈ１が次式（８）：
ｈ１＝［λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（８）
で表されることを特徴とする請求項１５記載の回折格子の設計方法。
【請求項１７】
デューティ比が０．１３５の時、０次回折効率と１次回折効率の比が略１０：１あることを特徴とする請求項１６記載の回折格子の設計方法。
【請求項１８】
前記式（７）において自然数Ｎを２に設定した回折格子の深さｈ２が次式（９）：
ｈ２＝［２λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（９）
で表されることを特徴とする請求項１５記載の回折格子の設計方法。
【請求項１９】
デューティ比が０．２の時、０次回折効率と１次回折効率の比が略１０：１であることを特徴とする請求項１８記載の回折格子の設計方法。
【請求項２０】
前記式（７）において自然数Ｎを３に設定した回折格子の深さｈ３が次式（１０）：
ｈ３＝［３λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（１０）
で表されることを特徴とする請求項１５記載の回折格子の設計方法。
【請求項２１】
デューティ比が０．５の時、０次回折効率と１次回折効率の比が略１０：１であることを特徴とする請求項２０記載の回折格子の設計方法。
【請求項２２】
第１波長λ１の青色レーザ光を出射する第１レーザ光源と、第２波長λ２の赤色レーザ光を出射する第２レーザ光源と、青色レーザ光または赤色レーザ光を光情報媒体の情報記録面上へ微小スポットに集光するレンズと、前記光情報媒体の情報記録面上で反射した青色レーザ光または赤色レーザ光を受けてその光量に応じた電気信号を出力する光検出器と、回折素子とを備える光ヘッド装置であって、
前記回折素子は、光透過性部材の少なくとも片面に形成された回折格子を含み、前記回折素子を青色レーザ光と赤色レーザ光が透過したときに、前記回折素子の前記片面のみで、それぞれの回折光の回折効率を等しくできる機能を有すると共に、Ｎ１とＮ２を自然数、Δφを位相変動量とすると、前記回折格子による青色レーザ光と赤色レーザ光に対する位相変調量φ１とφ２が略、夫々、次式（１１）と（１２）：
φ１＝２πＮ１±Δφ・・・（１１）
φ２＝２πＮ２±Δφ・・・（１２）
で表される一方、前記回折素子が青色レーザ光や赤色レーザ光から回折光を生成して、前記光検出器が前記回折光を受けて、サーボ信号を検出することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２３】
第１波長λ１の青色レーザ光を出射する第１レーザ光源と、第２波長λ２の赤色レーザ光を出射する第２レーザ光源と、青色レーザ光または赤色レーザ光を光情報媒体の情報記録面上へ微小スポットに集光する光学レンズと、前記光情報媒体の情報記録面上で反射した青色レーザ光または赤色レーザ光を受けてその光量に応じた電気信号を出力する光検出器と、回折素子とを備える光ヘッド装置であって、
前記回折素子は、光透過性部材の少なくとも片面に形成された回折格子を含み、また、青色レーザ光と赤色レーザ光が前記回折素子を、夫々、第１回折効率と第２回折効率で透過し、更に、前記回折格子において各々が幅Ｗａを有する凸部と各々が幅Ｗｂと深さｈを有する凹部が交互に配置されていると共に、｛Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）｝として定義されるデューティ比と回折格子の深さｈをパラメータとして第１回折効率と第２回折効率が調整される一方、前記回折素子が青色レーザ光や赤色レーザ光から回折光を生成して、前記光検出器が、前記回折光を受けて、サーボ信号を検出することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２４】
光ヘッド装置と、光情報媒体を回転するモーターと、電気回路とを備える光情報装置であって、
前記光ヘッド装置は、第１波長λ１の青色レーザ光を出射する第１レーザ光源と、第２波長λ２の赤色レーザ光を出射する第２レーザ光源と、青色レーザ光または赤色レーザ光を光情報媒体の情報記録面上へ微小スポットに集光するレンズと、前記光情報媒体の情報記録面上で反射した青色レーザ光または赤色レーザ光を受けてその光量に応じた電気信号を出力する光検出器と、回折素子とを含み、また前記回折素子は、光透過性部材の少なくとも片面に形成された回折格子を含み、前記回折素子を青色レーザ光と赤色レーザ光が透過したときに、前記回折素子の前記片面のみで、それぞれの回折光の回折効率を等しくできる機能を有すると共に、Ｎ１とＮ２を自然数、Δφを位相変動量とすると、前記回折格子による青色レーザ光と赤色レーザ光に対する位相変調量φ１とφ２が略、夫々、次式（１１）と（１２）：
φ１＝２πＮ１±Δφ・・・（１１）
φ２＝２πＮ２±Δφ・・・（１２）
で表される一方、前記回折素子が青色レーザ光や赤色レーザ光から回折光を生成して、前記光検出器が前記回折光を受けて、サーボ信号を検出し、且つ、前記電気信号は、前記光ヘッド装置から得られる信号に基づいて前記モーターまたは前記光ヘッド装置の光学レンズ、第１レーザ光源及び第２レーザ光源のいずれかを制御及び駆動することを特徴とする光情報装置。
【請求項２５】
光ヘッド装置と、光情報媒体を回転するモーターと、電気回路とを備える光情報装置であって、
前記光ヘッド装置は、第１波長λ１の青色レーザ光を出射する第１レーザ光源と、第２波長λ２の赤色レーザ光を出射する第２レーザ光源と、青色レーザ光または赤色レーザ光を光情報媒体の情報記録面上へ微小スポットに集光する光学レンズと、前記光情報媒体の情報記録面上で反射した青色レーザ光または赤色レーザ光を受けてその光量に応じた電気信号を出力する光検出器と、回折素子とを含み、また、前記回折素子は、光透過性部材の少なくとも片面に形成された回折格子を有し、更に、青色レーザ光と赤色レーザ光が前記回折素子を、夫々、第１回折効率と第２回折効率で透過し、且つ、前記回折格子において各々が幅Ｗａを有する凸部と各々が幅Ｗｂと深さｈを有する凹部が交互に配置されていると共に、｛Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）｝として定義されるデューティ比と回折格子の深さｈをパラメータとして第１回折効率と第２回折効率が調整される一方、前記回折素子が青色レーザ光や赤色レーザ光から回折光を生成して、前記光検出器が、前記回折光を受けて、サーボ信号を検出し、また、前記電気回路は、前記光ヘッド装置から得られる信号に基づいて前記モーターまたは前記光ヘッド装置の光学レンズ、第１レーザ光源及び第２レーザ光源のいずれかを制御及び駆動することを特徴とする光情報装置。
【請求項２６】
請求項２４記載の光情報装置と、情報を入力するための入力装置と、前記入力装置によって入力された情報または前記光情報装置から再生された情報に基づいて演算を行う演算装置と、前記入力装置によって入力された情報または前記光情報装置から再生された情報または前記演算装置によって演算された結果を表示あるいは出力するための出力装置とを備えるコンピュータ。
【請求項２７】
請求項２５記載の光情報装置と、情報を入力するための入力装置と、前記入力装置によって入力された情報または前記光情報装置から再生された情報に基づいて演算を行う演算装置と、前記入力装置によって入力された情報または前記光情報装置から再生された情報または前記演算装置によって演算された結果を表示あるいは出力するための出力装置とを備えるコンピュータ。
【請求項２８】
請求項２４記載の光情報装置と、前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換するデコーダーとを備える光情報媒体プレーヤー。
【請求項２９】
請求項２５記載の光情報装置と、前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換するデコーダーとを備える光情報媒体プレーヤー。
【請求項３０】
請求項２４記載の光情報装置と、前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換するデコーダーとを備えるカーナビゲーションシステム。
【請求項３１】
請求項２５記載の光情報装置と、前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換するデコーダーとを備えるカーナビゲーションシステム。
【請求項３２】
請求項２４記載の光情報装置と、画像情報を前記光情報装置によって光情報媒体に記録する情報に変換するエンコーダーとを備える光情報媒体レコーダー。
【請求項３３】
請求項２５記載の光情報装置と、画像情報を前記光情報装置によって光情報媒体に記録する情報に変換するエンコーダーとを備える光情報媒体レコーダー。
【請求項３４】
請求項２４記載の光情報装置と、外部機器と情報をやりとりする入出力端子とを備える光ディスクサーバ。
【請求項３５】
請求項２５記載の光情報装置と、外部機器と情報をやりとりする入出力端子とを備える光ディスクサーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折効率を自由に調整でき得るような２波長用の回折素子、回折格子設計方法及びこの回折素子を用いて例えば光ディスクなどの光情報媒体上に記録される情報の記録・再生あるいは消去を行う光ヘッド装置及び光ヘッド装置を含む光情報装置、並びに、各々が光情報装置を含むコンピュータ、光情報媒体プレーヤー、カーナビゲーションシステム、光情報媒体レコーダー及び光ディスクサーバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディジタルオーディオや画像、動画、コンピュータ等で作成された文書ファイルやデータファイルを記録、保存するための記録媒体は多種多様だが、その１つに光ディスクがある。中でもＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）は従来のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）と比較して高密度かつ大容量であり、録画機の分野においても、現在主流であるＶＴＲ（Ｖｉｄｅｏ  Ｔａｐｅ  Ｒｅｃｏｒｄｅｒ）に替わる媒体として普及しつつある。更に近年、記録密度をより一層高めた次世代の光ディスクの研究が各所で進められており、早期の登場が期待されている。
【０００３】
光ディスクにおける記録密度を高密度化するに当たり、情報記録面に入射する光線の開口数（ＮＡ）を大きくすることが考えられる。ところがこの時、光軸の傾き（チルト）が発生すると、収差の発生量が増大するという問題があるのだが、ＮＡを大きくすると、チルトに対する収差発生量が大きくなってしまう。これを防ぐための手段としては、光ディスクの保護層の厚みまたは基材厚を薄くすることが効果的である。本明細書中では、「基材厚」とは光線が光ディスクに入射する面から情報記録面までの厚みを指す。
【０００４】
光ディスクの変遷を見てみると、まず、第一世代と呼べるのがＣＤである。光源に赤外光（波長λは７８０〜８２０ｎｍ）、対物レンズはＮＡ０．４５を使用し、ディスクの基材厚は１．２ｍｍである。第二世代のＤＶＤでは赤色光（波長λは６３０〜６８０ｎｍ）とＮＡ０．６の対物レンズを使用し、ディスク基材厚は０．６ｍｍである。そして現在、研究が進行中の第三世代（以下、超高密度光ディスクと呼ぶ）では、青色光（波長λは３８０〜４２０ｎｍ）とＮＡ０．８５の対物レンズを使用し、ディスク基材厚は０．１ｍｍである。
【０００５】
以上のように、光ディスクの高密度化のために、基材厚が薄くなっている。経済性、装置の占有スペースの観点から考えても、上記基材厚や記録密度の異なる光ディスクを１つの光情報装置で記録再生できることが期待されている。そのためには異なる基板の厚みの光ディスク上に回折限界まで光ビームを集光することのできる集光光学系を備えた光ヘッド装置が必要である。
【０００６】
また、光ディスクの記録再生には、トラッキングやフォーカシングに代表される制御が必須である。この制御信号を小型、安価に検出するためには、装置の中に回折素子を用いることが有利である。上記のような、２種以上の光源（レーザ光）波長の違う系での記録再生を、１つの光情報装置によって行うためには、回折素子がそれぞれの光源波長に対して同等の回折効率を持つことが望ましい。
【０００７】
両面に回折格子を持つ１枚の回折素子によって、特定の波長の０次光（主ビーム）と１次回折光（サブビーム）の割合を調整できるような構成が特許文献１や特許文献２や特許文献３に開示されている。これを、図１２を用いて説明する。図１２は、従来の回折素子２００を示す。従来の回折素子２００では、一方の面に波長λ１のレーザ光を回折する第１の回折格子２００ａが設けられ、他方の面に波長λ２のレーザ光を回折する第２の回折格子２００ｂが設けられている。この場合に、第１の回折格子２００ａは、波長λ１のレーザ光を回折させると共に、波長λ２の波長のレーザ光は１ビームのまま透過させる。これに対し、第２の回折格子２００ｂは、波長λ２のレーザ光を回折させると共に、波長λ１のレーザ光は１ビームのまま透過させる。また、第１の回折格子２００ａの深さが、波長λ２のレーザ光に依存するとともに、第１の回折格子の凸部の幅寸法と凹部の幅寸法が、第１の回折格子２００ａによって回折される波長λ１のレーザ光の０次回折光と１次回折光との割合が所定の範囲内に収まるよう形成される。同様に、第２の回折格子２００ｂの深さが、波長λ１のレーザ光に依存するとともに、第２の回折格子２００ｂの凸部の幅寸法と凹部の幅寸法が、第２の回折格子２００ｂによって回折される波長λ２のレーザ光の０次回折光と１次回折光との割合が、所定の範囲内に収まるように形成されている。
【特許文献１】特開２００１−２８１４３２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１１２１９号公報
【特許文献３】特開２００２−２４５６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来例では、光透過性基板の両面に回折格子を設けているが、両面に形成しなければならないということは、その分手間もコストもかかるという課題がある。
【０００９】
また、回折格子を光が全透過しようとする面での光損失は０でないことから、回折格子が２面ある素子ではその分光損失も大きくなってしまうという課題がある。
【００１０】
また従来例では、２種の波長としてＣＤでの用途を考慮した赤外光（７８５ｎｍ〜７９０ｎｍ）と、ＤＶＤでの用途を考慮した赤色光（６５０ｎｍ〜６５８ｎｍ）を開示している。次世代超高密度光ディスク装置では青色光（３８０〜４２０ｎｍ）を使用するので、これに対応した素子が必要となるが、これに対応した構成は開示されていない。
【００１１】
そこで本発明では、光透過性基板上の片面にのみ回折格子を形成し、またその回折格子は２種の波長を赤色光（６３０〜６８０ｎｍ）と青色光（３８０〜４２０ｎｍ）とした時に、０次回折効率と１次回折効率を自由に調整でき得るような回折素子を実現し、小型で安価な光ヘッド装置や、光情報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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の回折素子は、光透過性部材の少なくとも片面に形成された回折格子を備え、前記回折素子を、第１波長λ１を有する第１レーザ光と、第２波長λ２を有する第２レーザ光が透過したときに、前記回折素子の前記片面のみで、それぞれの回折光の回折効率を等しくできる機能を有する回折素子であって、Ｎ１とＮ２を自然数、Δφを位相変動量とすると、前記回折格子による青色レーザ光と赤色レーザ光に対する位相変調量φ１とφ２が略、夫々、次式（１）と（２）：
φ１＝２πＮ１±Δφ・・・（１）
φ２＝２πＮ２±Δφ・・・（２）
で表される。
【００１３】
また、本発明の光ヘッド装置は、第１波長λ１の青色レーザ光を出射する第１レーザ光源と、第２波長λ２の赤色レーザ光を出射する第２レーザ光源と、青色レーザ光または赤色レーザ光を光情報媒体の情報記録面上へ微小スポットに集光する光学レンズと、前記光情報媒体の情報記録面上で反射した青色レーザ光または赤色レーザ光を受けてその光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを備える。光ヘッド装置は、上記回折素子を更に備える。回折素子が青色レーザ光や赤色レーザ光から回折光を生成して、光検出器が、回折光を受けて、サーボ信号を検出する。
【００１４】
更に、本発明の光情報装置は、上記光ヘッド装置を備える。光情報装置は、更に、光情報媒体を回転するモーターと、光ヘッド装置から得られる信号に基づいてモーターまたは光ヘッド装置の光学レンズ、第１レーザ光源及び第２レーザ光源のいずれかを制御及び駆動する電気回路とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の回折素子は、光透過性部材の少なくとも片面に形成された回折格子を備え、前記回折素子を第１波長λ１を有する第１レーザ光と、第２波長λ２を有する第２レーザ光が透過したときに、前記回折素子の前記片面のみで、それぞれの回折光の回折効率を等しくできる機能を有する回折素子であって、
Ｎ１とＮ２を自然数、Δφを位相変動量とすると、前記回折格子による青色レーザ光と赤色レーザ光に対する位相変調量φ１とφ２が略、夫々、次式（１１）と（１２）：
φ１＝２πＮ１±Δφ・・・（１）
φ２＝２πＮ２±Δφ・・・（２）
で表されるので、光透過性部材上の片面側のみの回折格子で第１レーザ光と第２レーザ光の回折効率を等しくすることが出来る。これにより、例えば光ピックアップ中で、２波長で同等の光量を得られる径の構成が可能となり、光検出器を共用できる等といった利点があり、部品点数減少などといった効果となる。
また、前記回折格子を設けた面と対向する面には、別の機能、例えばトラッキングエラー信号取得のための３ビーム格子などを設けることができる、といった自由度をもたせることもできる。これによりさらに部品点数減少できるといった効果もある。
【００１６】
また、回折素子において、回折格子のデューティ比は０．５が一般的な値であるが、０．５以外とすることで、回折効率を調整することが出来る。
【００１７】
本発明の回折素子において、第１レーザ光が、３８０〜４２０ｎｍの波長を第１波長λ１として有する青色レーザ光であって、第２レーザ光が、６３０〜６８０ｎｍの波長を第２波長λ２として有する赤色レーザ光であるとすれば、青色レーザ光と赤色レーザ光のそれぞれの０次回折効率と１次回折効率を略等しくなるように調整することができる。
【００１８】
本発明の回折素子において、Ｎを自然数、ｎ１が第１レーザ光に対する前記回折素子の屈折率、ｎ２を第２レーザ光に対する前記回折素子の屈折率とすると、回折格子の深さｈが略、次式（３）：
ｈ＝［Ｎλ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（３）
で表される一方、第１レーザ光の０次回折効率と第２レーザ光の０次回折効率が略等しく、同時に第１レーザ光の１次回折効率と第２レーザ光の１次光回折効率も略等しくすることができる。これにより、回折素子において、光透過性部材の片面のみに形成された回折格子により、第１レーザ光と第２レーザ光に対して略等しい回折効率を得ることができる。
【００１９】
本発明の回折素子において、格子深さｈ１を次式（４）：
ｈ１＝［λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（４）
で表し、またそのときのデューティ比が０．１３５の時、０次回折効率と１次回折効率の比が略１０：１とすることができる。
【００２０】
本発明の回折素子において、格子深さｈ２を次式（５）：
ｈ２＝［２λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（５）
で表し、またそのときのデューティ比が０．２の時、０次回折効率と１次回折効率の比が略１０：１とすることができる。
【００２１】
本発明の回折素子において、格子深さｈ３を次式（６）：
ｈ３＝［３λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（６）
で表され、またそのときのデューティ比が０．５の時、０次回折効率と１次回折効率の比が略１０：１とすることができる。このような比とすることで、光の利用効率を十分高く保ちつつも、光検出器からの出力信号の不安定材料である迷光の影響も考慮に入れる必要がない、といった利点がある。
【００２２】
本発明の回折素子において、偏光異方性を持つ材料で回折素子を形成すれば、偏光状態により回折の有無を区別することができる。これにより、回折素子を、例えば往復光路中に配置することもできるようになる。また、本発明の回折素子は、偏光異方性を持たない等方性材料でも形成することができるので、容易に形成できる。
【００２３】
本発明の回折格子設計方法は、回折素子において光透過性部材の片面のみに形成された回折格子の設計方法であって、第１波長λ１を有する第１レーザ光と第２波長λ２を有する第２レーザ光が前記回折格子を、夫々、第１回折効率と第２回折効率で透過し、また、前記回折格子において各々が幅Ｗａを有する凸部と各々が幅Ｗｂと深さｈを有する凹部が交互に配置されていると共に、｛Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）｝として定義されるデューティ比と回折格子の深さｈをパラメータとして第１回折効率と第２回折効率が調整されるので、第１レーザ光と第２レーザ光のそれぞれの０次回折効率と１次回折効率を自由に調整することもできる。光透過性部材の片面のみに形成された回折格子で回折光を作り出すことが可能となるので、回折素子の２面（両面）に回折格子を形成して２種の波長に対して、回折効率を調整する場合と比較して、光の利用効率を高められるという点で非常に有利である。
また、前記回折格子を設けた面と対向する面には、別の機能、例えばトラッキングエラー信号取得のための３ビーム格子などを設けることができる、といった自由度をもたせることもできる。これによりさらに部品点数減少できるといった効果もある。
【００２４】
本発明の回折格子設計方法において、第１レーザ光が、３８０〜４２０ｎｍの波長を有する青色レーザ光で、第２レーザ光が、６３０〜６８０ｎｍの波長を有する赤色レーザ光とすることで、例えば最近研究が盛んである青色レーザ光を光源として用いる超高密度光ディスクと、例えば赤色レーザ光を光源に用いるＤＶＤを同一の光学系で回折素子として用いることができる。
【００２５】
本発明の回折格子設計方法において、Ｎを自然数、ｎ１が第１レーザ光に対する前記回折素子の屈折率、ｎ２を第２レーザ光に対する前記回折素子の屈折率とすると、回折格子の深さｈが略、次式（７）：
ｈ＝［Ｎλ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（７）
で表される一方、第１レーザ光の０次回折効率と第２レーザ光の０次回折効率が略等しいと共に、第１レーザ光の１次回折効率と第２レーザ光の１次回折効率が略等しい。この設計方法では、例えば光ピックアップ中で、２波長で同等の光量を得られる回折格子の設計が可能となり、光検出器を共用できるため、部品点数を減少できるといった効果がある。
【００２６】
本発明の回折格子設計方法において、格子深さｈ１を次式（８）：
ｈ１＝［λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（８）
で表し、またそのときのデューティ比が０．１３５の時、０次回折効率と１次回折効率の比が略１０：１となる設計が可能である。
【００２７】
本発明の回折格子設計方法において、格子深さｈ２を次式（９）：
ｈ２＝［２λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（９）
で表し、またそのときのデューティ比が０．２の時、０次回折効率と１次回折効率の比が略１０：１となる設計が可能である。
【００２８】
本発明の回折格子設計方法において、格子深さｈ３を次式（１０）：
ｈ３＝［３λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（１０）
で表され、またそのときのデューティ比が０．５の時、０次回折効率と１次回折効率の比が略１０：１となる設計が可能である。このような設計を用いることにより、光の利用効率を十分高く保ちつつも、光検出器からの出力信号の不安定材料である迷光の影響も考慮に入れる必要がないように、回折素子を設計できる、といった利点がある。
【００２９】
更に、本発明の光ヘッド装置は、第１波長λ１の青色レーザ光を出射する第１レーザ光源と、第２波長λ２の赤色レーザ光を出射する第２レーザ光源と、青色レーザ光または赤色レーザ光を光情報媒体の情報記録面上へ微小スポットに集光する光学レンズと、光情報媒体の情報記録面上で反射した青色レーザ光または赤色レーザ光を受けてその光量に応じた電気信号を出力する光検出器と、上記回折素子とを備える。本発明の光ヘッド装置は、上述したように上記回折素子を備えるから、小型で安価である。
【００３０】
その上、本発明の光情報装置は、上記光ヘッド装置と、光情報媒体を回転するモーターと、光ヘッド装置から得られる信号に基づいて、モーターまたは光ヘッド装置の光学レンズ、第１レーザ光源及び第２レーザ光源のいずれかを制御及び駆動する電気回路とを備える。本発明の光情報装置は、上述したように上記光ヘッド装置を備えるから、小型で安価である。
【００３１】
一方、本発明のコンピュータは、上記光情報装置と、情報を入力するための入力装置と、前記入力装置によって入力された情報または前記光情報装置から再生された情報に基づいて演算を行う演算装置と、前記入力装置によって入力された情報または前記光情報装置から再生された情報または前記演算装置によって演算された結果を表示あるいは出力するための出力装置とを備える。本発明のコンピュータは、上述したように上記光情報装置を備えるから、小型で安価である。
【００３２】
更に、本発明の光情報媒体プレーヤーは、上記光情報装置と、光情報装置から得られる情報信号を画像に変換するデコーダーとを備える。本発明の光情報媒体プレーヤーは、上述したように上記光情報装置を備えるから、小型で安価である。
【００３３】
同様に、本発明のカーナビゲーションシステムは、上記光情報装置と、光情報装置から得られる情報信号を画像に変換するデコーダーとを備える。本発明のカーナビゲーションシステムは、上述したように上記光情報装置を備えるから、小型で安価である。
【００３４】
更に、本発明の光情報媒体レコーダーは、上記光情報装置と、画像情報を光情報装置によって光情報媒体に記録する情報に変換するエンコーダーとを備える。本発明の光情報楳媒体レコーダーは、上述したように上記光情報装置を備えるから、小型で安価である。
【００３５】
その上、本発明の光ディスクサーバは、上記光情報装置と、外部機器と情報をやりとりする入出力端子と備える。本発明の光ディスクサーバは、上述したように上記光情報装置を備えるから、小型で安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に、本発明の各実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光ヘッド装置５０Ａの構造を示す。光ヘッド装置５０Ａは、波長λ１（３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ：代表として４０５ｎｍとする）の青色レーザ光４１を出射する青色レーザ１、波長λ２（６３０ｎｍ〜６８０ｎｍ：代表として６６０ｎｍとする）の赤色レーザ光４２を出射する赤色レーザ２０、ビームスプリッタ４、コリメートレンズ８、光軸を折り曲げる立ち上げミラー１２、回折素子として働くホログラム１３、１／４波長板５、屈折型対物レンズ（光学レンズ）１４、ビームスプリッタ１６と光検出器３３を含む。
【００３８】
光ヘッド装置５０Ａは、光ディスク１０Ａと１０Ｂに使用できる。光ディスク１０Ａは、基材厚みｔ１（図２）が約０．１ｍｍ（以下０．０６ｍｍ〜０．１１ｍｍの基材厚を約０．１ｍｍと呼ぶ）で、波長λ１の青色レーザ光によって記録・再生をされる第三世代の光ディスクである。一方、光ディスク１０Ｂは、基材厚みｔ２（図２）が約０．６ｍｍ（０．５４ｍｍ〜０．６５ｍｍの基材厚を約０．６ｍｍと呼ぶ）で、波長λ２の光ビームによって記録・再生されるＤＶＤ等第二世代の光ディスクである。図面においては、特に図２に明示されているように、光の入射面１０Ａ’から情報記録面１０Ａ”までの厚さｔ１を有する基材のみを光ディスク１０Ａとして図示する一方、光の入射面１０Ｂ’から情報記録面１０Ｂ”までの厚さｔ２を有する基材のみを光ディスク１０Ｂとして図示している。実際には、光ディスク１０Ａと１０Ｂにおいて、基材に機械的強度を補強し、また、全体厚さをＣＤと同じ１．２ｍｍにするため、保護層を基材の情報記録面１０Ａ”又は１０Ｂ”に貼り合わせる。よって、光ディスク１０Ａでは保護層は厚み１．１ｍｍを有する一方、光ディスク１０Ｂでは保護層は厚み０．６ｍｍを有する。しかしながら、図面において、簡単のため保護層を図示しない。
【００３９】
青色レーザ１、赤色レーザ２０は、好ましくは半導体レーザ光源とすることにより、光ヘッド装置５０Ａ及びこれを用いた光情報装置を小型、軽量、低消費電力にすることができる。
【００４０】
最も記録密度の高い光ディスク１０Ａに記録再生を行う際には、波長λ１の青色レーザ光４１が青色レーザ１から直線偏光として出射され、ビームスプリッタ４によって反射され、コリメートレンズ８によって略平行光にされ、更に立ち上げミラー１２によって光軸を折り曲げられ、ホログラム１３を透過し、１／４波長板５によって円偏光になる。１／４波長板５は波長λ１、波長λ２の両方に対して１／４波長板として作用するように設計する。そして対物レンズ１４によって光ディスク１０Ａの厚さ０．１ｍｍの基材を通して情報記録面１０Ａ”に集光される。
【００４１】
光ディスク１０Ａの情報記録面１０Ａ”で反射した青色レーザ光４１は、元の光路を逆にたどって（復路）、１／４波長板５によって初期とは直角方向の直線偏光になり、ホログラム１３で回折され、ビームスプリッタ４をほぼ全透過し、ビームスプリッタ１６で全反射され、光検出器３３に入射する。光検出器３３の出力を演算することによって、光ディスク１０Ａの焦点制御やトラッキング制御に用いるサーボ信号と、情報信号とが得られる。上記のようにビームスプリッタ４は、波長λ１の光ビームに関しては、一方向の直線偏光を全反射し、それと直角方向の直線偏光を全透過する偏光分離膜を有する。且つ、後で述べるように、波長λ２を有して赤色レーザ２０から出射される赤色レーザ光４２は、ビームスプリッタ４を全透過する。このようにビームスプリッタ４は、偏光特性と共に波長選択制を持った光路分岐素子である。
【００４２】
一方、光ディスク１０Ｂに記録再生を行う際には、波長λ２の赤色レーザ光４２が赤色レーザ２０から略直線偏光として出射されて、ビームスプリッタ１６とビームスプリッタ４を透過し、コリメートレンズ８によって略平行光にされ、更に立ち上げミラー１２によって光軸を折り曲げられ、ホログラム１３を透過し、１／４波長板５で円偏光にされ、対物レンズ１４によって光ディスク１０Ｂの厚さ約０．６ｍｍの基材を通して情報記録面１０Ｂ”に集光される。
【００４３】
光ディスク１０Ｂの情報記録面１０Ｂ”で反射した赤色レーザ光４２は元の光路を逆にたどって（復路）、１／４波長板５によって初期とは直角方向の直線偏光になり、ホログラム１３で回折され、ビームスプリッタ４をほぼ全透過し、ビームスプリッタ１６で全反射され、光検出器３３に入射する。光検出器３３の出力を演算することによって、光ディスク１０Ｂの焦点制御やトラッキング制御に用いるサーボ信号と、情報信号とが得られる。このように共通の光検出器３３から、光ディスク１０Ａと１０Ｂのサーボ信号を得るためには、青色レーザ１と赤色レーザ２０の発光点は、夫々、光ディスク１０Ａと１０Ｂに結像するように、共通の位置に置かれた対物レンズ１４に対して配置される。こうすることにより、光検出器の数も光検出器用の配線数も減らすことができる。
【００４４】
波長λ２の赤色レーザ光４２に対して、ビームスプリッタ１６は、一方向の直線偏光を全透過し、それと直角方向の直線偏光を全反射する偏光分離膜である。且つ、ビームスプリッタ１６は、波長λ１の光ビームに関しては青色光ビーム６１を全反射する。このようにビームスプリッタ１６も偏光特性と共に波長選択制を持った光路分岐素子である。
【００４５】
ここで、図２乃至図４を参照して、ホログラム１３の働きと構成を説明する。図２において、ホログラム１３は偏光異方性を持つホログラムである。偏光異方性を持つホログラムは、一方向の直線偏光の光ビームには回折性を与えず全透過するが、それと直角方向の直線偏光の光ビームは回折する素子である。この場合、波長λ１の青色レーザ光４１、波長λ２の赤色レーザ光４２共に、往路の直線偏光時に全透過させる設計になっている。往路のビームは１／４波長板５で円偏光になるが、この円偏光は対物レンズ１４により集光され、ディスク１０Ａ、１０Ｂで反射され、再び１／４波長板５を通過すると、初期とは直角の直線偏光となる。ホログラム１３は偏光回折素子であるから、復路においては青色レーザ光４１、赤色レーザ光４２とも回折され、メインビームたる０次回折光と、サーボ信号取得用のサブビームたる（±）１次回折光とが生成される。
【００４６】
図３はホログラム１３の詳細図である。偏光異方性ホログラムの実現方法は複数が公知であるが、図３のホログラム１３は、一例として、偏光異方性を持つ材料１３ａを偏光異方性を持たない材料１３ｂに埋め込んだ構成（例えば液晶）を有する。偏光異方性ホログラムは、ニオブ酸リチウムのプロトン交換により形成してもよい。図３において、ホログラム１３は、各々が幅Ｗａを有する凸部と、各々が幅Ｗｂと深さｈを有する凹部とが矩形の回折格子として交互に配置された回折素子とみなせる。
【００４７】
ここで、｛Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）｝をデューティ比と定義すると、図４（ａ）と図４（ｂ）は、夫々、このデューティ比が約０．５と約０．２である時のスカラー計算による青色レーザ光４１と赤色レーザ光４２の０次回折効率と１次回折効率を表したグラフである。ここで、横軸は図３の格子深さｈ（μｍ）、縦軸は回折効率を示している。図４（ａ）と図４（ｂ）において、曲線Ｂ０とＢ１は、夫々、青色レーザ光４１に対する０次回折効率と１次回折効率を指す一方、曲線Ｒ０とＲ１は、夫々、赤色レーザ光４２に対する０次回折効率と１次回折効率を指す。図４（ａ）と図４（ｂ）から、回折格子の深さｈとデューティ比によって、回折素子１３の一面のみに設けた回折格子でも、２種の波長λ１とλ２の青色レーザ光４１と赤色レーザ光４２に対して０次回折効率と１次回折効率を調整することが可能だとわかる。
【００４８】
ここで、Ｎ１、Ｎ２を自然数、Δφを位相変動量とすると、回折格子は、波長λ１を有する青色レーザ光４１に対する位相変調量φ１と、波長λ２の赤色レーザ光４２に対する位相変調量φ２が、夫々、次式（１）と（２）で表されるように設計されている。
φ１＝２πＮ１±Δφ…（１）
φ２＝２πＮ２±Δφ…（２）
【００４９】
具体的には、復路の直線偏光を、偏光異方性を持つ材料１３ａ面側からホログラム１３に入射させるとき、波長λ１を有する青色レーザ光４１に対するホログラム１３の屈折率とｎ１、波長λ２を有する赤色レーザ光４２に対するホログラム１３の屈折率をｎ２とし、Ｎを自然数とすると、格子深さｈはおよそ次式（３）で表される。
ｈ＝［Ｎλ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（３）
【００５０】
自然数Ｎが１、２と３に等しい時、格子深さｈは、図４（ａ）と図４（ｂ）に示すように、夫々、ｈ１、ｈ２とｈ３に設定される。よって、格子深さｈ１、ｈ２とｈ３は、夫々、次式（４）、（５）と（６）で表される。
ｈ１＝［λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（４）
ｈ２＝［２λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（５）
ｈ３＝［３λ１λ２／｛λ１（ｎ２−１）＋λ２（ｎ１−１）｝］…（６）
【００５１】
デューティ比が０．５である図４（ａ）において、青レーザ光４１と赤レーザ光４２の０次回折効率が格子深さｈ１、ｈ２とｈ３において互いに等しく、青レーザ光４１と赤レーザ光４２の１次回折効率が格子深さｈ１、ｈ２とｈ３において互いに等しい。同様に、デューティ比が０．２である図４（ｂ）において、青レーザ光４１と赤レーザ光４２の０次回折効率が格子深さｈ１、ｈ２とｈ３において互いに等しく、青レーザ光４１と赤レーザ光４２の１次回折効率が格子深さｈ１、ｈ２とｈ３において互いに等しい。すなわち、単一の回折素子１３によって、青レーザ光４１と赤レーザ光４２に対して同じ０次回折効率と同じ１次回折効率を得ることが可能である。
【００５２】
レーザ光は回折素子１３の一面に形成した回折格子で回折されるので、回折格子が両面に形成されている回折素子と比較して、光の利用効率が高くなるので、レーザ寿命を伸ばしたり、消費電力を下げることができるといった効果がある。
【００５３】
ここで図１の光ヘッド装置５０Ａを再度考えると、ホログラム１３はサーボ信号を得るための回折素子である。ホログラム１３において、集光されＲＦ信号生成に用いられる０次回折光、いわゆる主ビームを得るための回折格子の回折効率は比較的大きく、波面変換されサーボ検出時に利用される１次回折光、いわゆるサブビームを得るための回折格子の回折効率は比較的小さいことが望ましい。ここで、図１のように、信号検出用の光検出器３３が１つであると、部品点数を減らせるという点からも望ましいといえる。上記したように光検出器３３を２種の波長λ１とλ２に対して共用する場合においては、その２種の波長λ１とλ２のホログラム１３における回折効率は、０次、１次とも同等であることが望ましい。
【００５４】
本発明者が行った実験によれば、０次回折効率と１次回折効率の比が１０：１のとき、Ｓ／Ｎの良いＲＦ信号と、安定なサーボ信号を両立できた。従って、図４（ａ）のデューティ比が０．５のときでは、格子深さｈ３が最も望ましいといえる。しかしながら、この時、格子深さｈ３が透過すべきレーザ光の波長の３波長分近くある。よって回折効率はスカラー計算よりも、０次、１次共に減る。図４（ｂ）のデューティ比が０．２とした場合、格子深さｈ２であっても十分対応でき、スカラー計算に近い回折効率が得られる。
【００５５】
ここではデューティ比０．５と０．２の場合のみを、夫々、図４（ａ）と図４（ｂ）を参照して述べたが、適当な回折効率を得るためには、デューティ比ならびに回折格子の深さｈは、この限りではない。
【００５６】
具体的には、Ｎ＝１の時の格子深さｈ１を用いると、デューティ比が０．１３５である時、スカラー計算による０次回折効率と１次回折効率が、夫々、約６０％と約６％となる。
【００５７】
また、Ｎ＝２の時の格子深さｈ２を用いると、デューティ比が図４（ｂ）に示すように０．２である時、スカラー計算による０次回折効率と１次回折効率が、夫々、約７０％と約７％となる。
【００５８】
一方、Ｎ＝３の時の格子深さｈ３を用いると、デューティ比が図４（ａ）に示すように０．５である時、スカラー計算による０次回折効率と１次回折効率が、夫々、約８５％と約６％となる。
【００５９】
このように、０次回折効率と１次回折効率の比が、実際にはおよそ７：１〜およそ１５：１までの範囲、例えば、略１０：１であることが望ましい。これは、光の利用効率の観点からは、７：１以上は必要であると考えられるが、１５：１より大きくしてしまうと、迷光による影響が無視できなくなり、信号が不安定になってしまう。よってこの範囲が望ましい。
【００６０】
光ヘッド装置５０Ａに更に設けることのできる追加の装置を以下に説明する。これらの追加の装置は、実施の形態１に限定されず、全実施の形態に適用できる。ただし、本発明の重要な点は、青色レーザ光４１と赤色レーザ光４２に対して特定の回折効率を得るように、回折格子を回折素子１３の片面のみに形成したことである。
【００６１】
第１に、図１において、３ビーム格子（回折素子）３を更に青色レーザ１からビームスプリッタ４までの間に配置することにより光ディスク９のトラッキングエラー信号をよく知られたディファレンシャルプッシュプル（ＤＰＰ）法によって検出することも可能である。
【００６２】
また、第２に、光軸に対して垂直な２方向をｘ方向とｙ方向と定義したときに、青色レーザ光４１を、例えば、ｘ方向のみにおいて拡大するようなビーム整形素子２を更に青色レーザ１からビームスプリッタ４までの間に配置することにより青色光ビーム４１の遠視野像を、光軸を中心に点対称形に近い強度分布に近づけることができ、光の利用効率の向上を図ることができる。ビーム整形素子２は、両面シリンドリカルレンズなどを用いることによって構成可能である。
【００６３】
第３に、３ビーム格子（回折素子）２２を更に赤色レーザ２０からビームスプリッタ１６までの間に配置することにより光ディスク１０のトラッキングエラー信号をよく知られたディファレンシャルプッシュプル（ＤＰＰ）法によって検出することも可能である。更に、リレーレンズ２１を更に赤色レーザ２０からビームスプリッタ１６までの間に配置することにより、遠視野像の補正や光の利用効率の向上のために、開口数を変更することも可能である。
【００６４】
第４に、集光レンズ６と光検出器７が更に設けられる。即ち、青色レーザ１から出射する直線偏光の一部（例えば１０％程度）がビームスプリッタ４を透過するようにして、透過した光ビームを更に集光レンズ６によって光検出器７へ導くと、光検出器７から得られる信号を用いて青色レーザ１の発光光量変化をモニターしたり、更に、その光量変化をフィードバックして、青色レーザ１の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。
【００６５】
更に、赤色レーザ１から出射する直線偏光の一部（例えば１０％程度）がビームスプリッタ４によって反射されるようにして、反射した光ビームを更に集光レンズ６によって光検出器７へ導くと、光検出器７から得られる信号を用いて赤色レーザ２０の発光光量変化をモニターしたり、更に、その光量変化をフィードバックして、赤色レーザ２０の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。
【００６６】
以上に述べたことから明らかなように、本発明では実施の形態１では、青色レーザ光４１と赤色レーザ光４２は共に、往路と復路の両方においてホログラム１３を通過しなければならないので、往路と復路で直線偏光の偏光方向の違いを利用することにより、ホログラム１３は偏光異方性を有する。ホログラム１３の格子深さｈとデューティ比を調整することで、青色レーザ光４１と赤色レーザ光４２の０次回折効率を略等しくなるように調整すると共に、青色レーザ光４１と赤色レーザ光４２の１次回折効率を略等しくなるように調整することができる。また、格子深さｈを先に述べた式（３）近傍の値とする回折格子とすると、青色レーザ光４１と赤色レーザ光４２に対して同じ０次回折効率と同じ１次回折効率を得ることもできる。
【００６７】
また、回折格子がホログラム１３の片面にしか形成しないので、回折格子を両面に形成したホログラムより安価に製造できる効果がある。
【００６８】
また、回折格子がホログラム１３の片面にしか形成しないので、全透過しようとする面での光損失を、回折格子を両面に形成したホログラムと比較して低くおさえることができる効果がある。これにより、光の利用効率を高くできるので、光源の出力を低くおさえることもできる。光源が半導体レーザの場合には、光源の寿命延長や低消費電力化が可能になるという効果がある。
また、回折格子がホログラム１３の片面にしか形成しないので、ホログラム１３における前記回折格子と対向する面には別の機能を持たせる自由度があるので、例えばここに前記３ビーム格子（回折素子）２２が持つような、３ビーム生成用の格子を形成してもよい。これにより、３ビーム格子２２を消去して、一つの部品１３で機能の複合化ができるので、これまで３ビーム格子２２を配置していた場所にはスペースができ、また別の部品を配置することや、光学系全体を小さくすることが可能となる、といった効果がある。
【００６９】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２にかかる光ヘッド装置５０Ｂの構造を示す。図５において、実施の形態１の光ヘッド装置５０Ａのホログラム１３を消去して、ホログラム３１を代わりにビームスプリッタ１６と光検出器３３の間に設けている。光ヘッド装置５０Ｂの他の構造は、実施の形態１の光ヘッド装置５０Ａと同様であるので、その説明を省略する。
【００７０】
ここで、図６を参照して、ホログラム３１の働きと構成を説明する。ホログラム３１は、以下の理由により、実施の形態１のホログラム１３のような偏光異方性は持たない。即ち、図５において、青色レーザ光４１または赤色レーザ光４２は、光ディスク１０Ａまたは１０Ｂから光検出器３３に向けて一方向にのみホログラム３１を通過するので、直線偏光がある方向またはそれに直角な方向に指向しているかに基づいて、ホログラム３１を非回折モードと回折モードに切換える必要がないためである。よって、ホログラム３１は、単純なガラスあるいは樹脂により形成でき、各々が幅Ｗｃを有する凸部と、各々が幅Ｗｄと深さｈ２を有する凹部とが矩形の回折格子として交互に配置された回折素子である。ホログラム３１において、デューティ比は｛Ｗｃ／（Ｗｃ＋Ｗｄ）｝と定義される。
【００７１】
本実施の形態においても、ホログラムはサーボ信号を得るための光ビームの分岐用の素子であり、０次回折光いわゆる主ビームの回折効率は比較的大きく、１次回折光いわゆるサブビームの回折効率は比較的小さいことが望ましい。すなわち実施の形態１で述べたように、デューティ比と格子深さｈを調節することによって、青色レーザ光ビーム４１と赤色レーザ光４２の適切な回折効率を得ることができる。
【００７２】
波長λ１を有する青色レーザ光４１に対するホログラム３１の屈折率とｎ２１、波長λ２を有する赤色レーザ光４２に対するホログラム３１の屈折率をｎ２２とし、Ｎを自然数とすると、格子深さｈは、実施の形態１と同様に、およそ次式（７）で表される。
ｈ＝［Ｎλ１λ２／｛λ１（ｎ２２−１）＋λ２（ｎ２１−１）｝］…（７）
【００７３】
本実施の形態でも、格子深さｈ、回折効率とデューティ比が、実施の形態１と同様に、図４（ａ）及び図４（ｂ）で表される関係を満たすので、格子深さｈとデューティ比を用いることによって、ホログラム３１の一面のみに形成された回折格子でも、２種の波長λ１とλ２を、夫々、有する青色レーザ光４１と赤色レーザ光４２を同一の０次回折効率と同一の１次回折効率に調整することが可能である。
【００７４】
自然数Ｎが１、２と３に等しい時、格子深さｈは、前述したように、夫々、ｈ１、ｈ２とｈ３に設定される。格子深さｈ１においてデューティ比０．１３５である時、スカラー計算による０次回折効率と１次回折効率が、夫々、約６０％と約６％となる。
【００７５】
また、格子深さｈ２においてデューティ比０．２である時、スカラー計算による０次回折効率と１次回折効率が、夫々、約７０％と約７％となる。
【００７６】
更に、格子深さｈ３においてデューティ比０．５である時、スカラー計算による０次回折効率と１次回折効率が、夫々、約８５％と約６％となる。
【００７７】
上記したように、０次回折効率と１次回折効率の比が、実際にはおよそ７：１〜およそ１５：１までの範囲、例えば、略１０：１にあることが望ましい。
【００７８】
更に、実施の形態１の光ヘッド装置５０Ａに更に設けた追加の装置を、光ヘッド装置５０Ｂに更に設けることができる。
【００７９】
実施の形態２では、実施の形態１とは異なる場所にホログラム３１を配置することで、ホログラム３１を、偏光異方性を有さないガラスや樹脂といった一般的な材料で形成することができるといった効果がある。この場合も回折格子は、ホログラム３１の片面のみに形成するだけでよい。ホログラム３１を実施の形態１のホログラム１３と同様に設計することにより、青色レーザ光４１と赤色レーザ４２に対して同一の０次回折効率と同一の１次回折効率を得ることができると共に、デューティ比の調整で、０次回折効率と１次回折効率を調節することができる。当然、回折格子を、先に述べた式（７）近傍の格子深さｈを有するように形成すると、青色レーザ光４１と赤色レーザ光４２に対して同一の０次回折効率と同一の１次回折効率を得ることもできる。
また、この実施の形態２においても、ホログラム３１の片面のみに回折格子を形成するだけでよいため、実施の形態１で述べたような、回折格子を片面のみに形成したときに得られる効果は全てここでも有効である。
【００８０】
（実施の形態３）
図７は、光ヘッド装置５０を含む、本発明の実施の形態３にかかる光情報装置７０を示す。光ヘッド装置５０は、実施の形態１の光ヘッド装置５０Ａまたは実施の形態２の光ヘッド装置５０Ｂによって形成される。図７において、前述した光ディスク１０Ａまたは１０Ｂによって形成される光ディスク１０は、ターンテーブル６１とクランパー６２の間に挟持されて、モーター６３によって回転される。光ヘッド装置５０は、光ディスク１０において所望の情報を格納するトラックのところまで駆動装置５１によって駆動される。
【００８１】
光ヘッド装置５０は、また、光ディスク１０に対するその位置に対応したフォーカシングエラー信号やトラッキングエラー信号を電気回路５３へ送る。フォーカシングエラー信号やトラッキングエラー信号に応じて、電気回路５３は、光ヘッド装置５０へ、対物レンズ１４を微動させるための信号を送る。この信号に従って、光ヘッド装置５０は、光ディスク１０に対してフォーカシング制御とトラッキング制御を行って、光ディスク１０に情報の読みだし、書き込み（記録）や消去を行う。
【００８２】
本実施の形態の光情報装置７０では、実施の形態１の光ヘッド装置５０Ａまたは実施の形態２の光ヘッド装置５０Ｂが光ヘッド装置５０として使用されるので、記録密度の異なる複数の光ディスクを単一の光ヘッド装置５０に使用することができるという効果を有する。
【００８３】
（実施の形態４）
図８は、実施の形態３の光情報装置７０を含む、本発明の実施の形態４にかかるコンピュータ８０を示す。図８において、コンピュータ８０は、実施の形態３の光情報装置７０と、情報の入力を行うためのキーボードあるいはマウス、タッチパネルなどの入力装置７１と、入力装置７１から入力された情報や光情報装置７０から読み出した情報に基づいて演算を行う中央演算装置（ＣＰＵ）などの演算装置７２と、演算装置７２によって演算された結果などの情報を表示するブラウン管や液晶表示装置、プリンターなどの出力装置７３とを備える。
コンピュータ８０において、入力装置７１は入力端子のみのものを含み、また、出力装置７３は出力端子のみのものを含む。
【００８４】
本実施の形態のコンピュータ８０では、実施の形態３の光情報装置７０を設けているので、異なる種類の光ディスクに安定に記録あるいは再生できるから、コンピュータ８０は広い用途に使用できるという効果を有する。
【００８５】
（実施の形態５）
図９は、実施の形態３の光情報装置７０を含む、本発明の実施の形態５にかかる光ディスクプレーヤー９０Ａを示す。
【００８６】
図９において、光ディスクプレーヤー９０Ａは、実施の形態３の光情報装置７０と、光情報装置７０から得られる情報信号を画像に変換する変換装置（例えば、デコーダー）８１とを備える。液晶モニター８２を更に光ディスクプレーヤー９０Ａに設けてもよい。また、図９に示すように、本実施の形態はカーナビゲーションシステム９０Ｂに適用してもよい。
【００８７】
本実施の形態の光ディスクプレーヤー９０Ａ及びカーナビゲーションシステム９０Ｂでは、実施の形態３の光情報装置７０を設けているので、異なる種類の光ディスクに安定に記録あるいは再生できるから、光ディスクプレーヤー９０Ａ及びカーナビゲーションシステム９０Ｂは広い用途に使用できるという効果を有する。
【００８８】
（実施の形態６）
図１０は、実施の形態３の光情報装置７０を含む、本発明の実施の形態６にかかる光ディスクレコーダー１００を示す。
【００８９】
図１０において、光ディスクレコーダー１００は、実施の形態３の光情報装置７０と、画像情報を、光情報装置７０によって光ディスク１０に記録する情報に変換する変換装置（例えばエンコーダー）９１とを備える。もし光情報装置７０から得られる情報信号を画像に変換する変換装置（デコーダー）９２を更に設ければ、既に記録した部分を再生することも可能となる。図８の実施の形態４と同様に、情報を表示するブラウン管、液晶表示装置やプリンターなどの出力装置７３を光ディスクレコーダー１００に更に設けてもよい。
【００９０】
本実施の形態の光ディスクレコーダー１００では、実施の形態３の光情報装置７０を設けているので、異なる種類の光ディスクに安定に記録あるいは再生できるから、光ディスクレコーダー１００は広い用途に使用できるという効果を有する。
【００９１】
（実施の形態７）
図１１は、実施の形態３の光情報装置７０を含む、本発明の実施の形態７にかかる光ディスクサーバ１１０を示す。図１１において、光ディスクサーバ１１０は、実施の形態３の光情報装置７０と、光情報装置７０に記録する情報を光情報装置７０に入力したり、光情報装置７０によって読み出した情報を外部のネットワーク１０２に出力する有線または無線の入出力端子１０１とを備える。
図８の実施の形態４と同様に、情報を表示するブラウン管、液晶表示装置やプリンターなどの出力装置７３を光ディスクサーバ１１０に更に設けてもよい。更に、複数の光ディスクを光情報装置７０に出し入れするチェンジャー１０３を更に光ディスクサーバ１１０に設ければ、多くの情報を記録・蓄積できる効果が得られる。
【００９２】
光ディスクサーバ１１０は、ネットワーク１０２、すなわち、複数の機器、例えば、コンピュータ、電話、テレビチューナーなどと情報をやりとりするので、光ディスクサーバ１１０は、これら複数の機器から共有の情報サーバとして利用することが可能となる。
【００９３】
本実施の形態の光ディスクサーバ１１０では、実施の形態３の光情報装置７０を設けているので、異なる種類の光ディスクに安定に記録あるいは再生できるから、光ディスクサーバ１１０は広い用途に使用できるという効果を有する。
【００９４】
なお、実施の形態４乃至実施の形態７において、出力装置７３を図８、図１０と図１１に示し、液晶モニター８２を図９に示した。しかしながら、出力装置７３や液晶モニター８２を出力端子と置換して、別売りの出力装置や液晶モニターを出力端子に接続してもよいことはいうまでもない。また、図９と図１０には、入力装置は図示されていないが、キーボード、タッチパネル、マウス、リモートコントロール装置など入力装置を設けてもよい。逆に、実施の形態４乃至実施の形態７において、入力端子を入力装置７１の代わりに設けて、別売りの入力装置を入力端子に接続してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明の回折素子は、光透過性部材と、光透過性部材の片面のみに形成された回折格子とを備えて、異なる２種類の波長のレーザ光を回折するから、小型で安価な光ヘッド装置や光情報装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる光ヘッド装置の概略断面図である。
【図２】図１の光ヘッド装置の部分概略断面図である。
【図３】図１の光ヘッド装置に用いられるホログラムの拡大断面図である。
【図４】（ａ）と（ｂ）は、夫々、図３のホログラムにおいて、デューティ比が０．５と０．２である時の格子深さと回折効率の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる光ヘッド装置の概略断面図である。
【図６】図５の光ヘッド装置に用いられるホログラムの拡大断面図である。
【図７】図１または図５の光ヘッド装置を含む、本発明の実施の形態３にかかる光情報装置の概略断面図である。
【図８】図７の光情報装置を含む、本発明の実施の形態４にかかるコンピュータの構成を示す概略斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態５にかかる光ディスクプレーヤー及びカーナビゲーションシステムの構成を示す概略斜視図である。
【図１０】図７の光情報装置を含む、本発明の実施の形態６にかかる光ディスクレコーダーの構成を示す概略斜視図である。
【図１１】図７の光情報装置を含む、本発明の実施の形態７にかかる光ディスクサーバの構成を示す概略斜視図である。
【図１２】従来の光ヘッド装置に用いられる回折素子の概略断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  青色レーザ
２  ビーム整形素子
３  ３ビーム格子
４  ビームスプリッタ
５  １／４波長板
６  集光レンズ
７  光検出器
８  コリメートレンズ
１０Ａ  光ディスク
１０Ｂ  光ディスク
１２  立ち上げミラー
１３  ホログラム
１４  対物レンズ
１６  ビームスプリッタ
２０  赤色レーザ
２２  ３ビーム格子
３１  ホログラム
３３  光検出器
５０Ａ  光ヘッド装置
５０Ｂ  光ヘッド装置
７０  光情報装置
８０  コンピュータ
９０Ａ  光ディスクプレーヤー
９０Ｂ  カーナビゲーションシステム
１００  光ディスクレコーダー
１１０  光ディスクサーバ
【図１】
2004335077.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004335077.tif 000005
【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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