(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１の光および波長λ２（λ１≠λ２）の光を出射する光源と、前記波長λ１の光および前記波長λ２の光を偏向するビームスプリッタと、前記波長λ１の光および前記波長λ２の光を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体の情報記録面で反射した信号光を受光する光検出器と、を備え、前記光記録媒体に情報の記録・再生を行う光ヘッド装置であって、
前記波長λ１の光および前記波長λ２の光の偏波面が互いに平行で共通する光路中に２波長用回折素子を備え、
前記２波長用回折素子は、前記波長λ１の光および前記波長λ２の光の入射側から位相板と、偏光性の回折格子を有し、
前記位相板は、前記波長λ１の光と前記波長λ２の光うち、いずれか一方の光に対して２π・（ｍ１−１／２）の位相差を発生して（ｍ１は自然数）前記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光を出射するとともに、他方の光に対して２π・ｍ２の位相差を発生して（ｍ２は自然数）前記第１の直線偏光を出射し、
前記偏光性の回折格子は、第１の偏光性の回折格子と、第２の偏光性の回折格子と、を有し、
前記第１の偏光性の回折格子は、前記第１の直線偏光と前記第２の直線偏光のうち、いずれか一方を回折させずに透過させるとともに、他方を回折させ、
前記第２の偏光性の回折格子は、前記第１の直線偏光と前記第２の直線偏光のうち、前記第１の偏光性の回折格子で回折させる方の直線偏光を回折させずに透過させるとともに、他方を回折させる光ヘッド装置。
【請求項２】
前記偏光性の回折格子は、階段状またはブレーズ状に形成され複屈折性材料からなる偏向機能層を有し、前記第１の直線偏光と前記第２の直線偏光のうち、いずれか一方を回折させずに透過させるとともに、他方を回折させて前記波長λ１の光と前記波長λ２の光の光軸をそろえる請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記波長λ１は、ＤＶＤ系の６５０ｎｍ波長帯であり、波長λ２は、ＣＤ系の７９０ｎｍ波長帯である請求項１または請求項２に記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの波長の光を光源とする光ディスクなどの光記録媒体用の記録装置や再生装置などに用いる光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＣＤやＤＶＤのような光ディスクまたは光磁気ディスクなどの光記録媒体（以下、これらをまとめて光ディスクとよぶ）の情報記録面上に情報を記録し、または情報記録面上に記録された情報を再生する光ヘッド装置が各種用いられている。
【０００３】
通常、この光ヘッド装置では、レーザ光などのビーム（光束）を使用して光学的に情報記録面上に情報を記録したり情報記録面上に記録された情報を再生するようになっているが、そのビームを（情報記録面のトラック上に集光させた状態で）光ディスクの回転に追随させながらトラック上をトレースさせていくために、各種のトラッキング方法が開発されている。
【０００４】
これらのトラッキング方法を用いて情報記録面の記録情報を再生する際の信号検出方法としては、例えば３ビーム法が知られている。この３ビーム法では、光源の半導体レーザから出射される１本のビームを回折格子によって回折し、この回折光の中から０次および±１次の３本の回折光を各ビームとして用いている。このうち、０次光はメインビームとしてトラック上に記録されたピットの信号再生に使用するが、残りの±１次光はトラッキング用の２つのサブビームとして使用するために、例えばトラック線方向に対してピットの前後にトラックピッチの約１／４だけずらして照射するように配置する。これにより、３本のビームの情報記録面での反射光は、それぞれ適宜位置に配置した受光素子に入射し、受光した光強度に応じた電気信号に変換される。
【０００５】
このような３ビーム法では、サブビーム側の電気信号の平均値レベルの差をとることで、トラック追跡サーボ用のトラッキング誤差信号が得られ、このトラッキング誤差信号を利用してメインビームをトラック上から逸脱せぬようにサーボ制御を行う。すなわち、メインビームがトラック中心を走査しているときには、サブビームの平均レベルはどちらも同じレベルであるが、メインビームがトラック中心を外れると、サブビームの平均レベルに相違が生じ、トラッキング誤差信号として検知される。
【０００６】
また、これとは別の信号検出方法としては、情報記録面で反射したビームをトラックと平行に２分割させた受光素子で受け、このときの出力差からトラッキング誤差信号を検出するようにしたプッシュプル法も知られている。このプッシュプル法においては、１本のビームだけでは信号にオフセットが生じ、トラッキング精度が劣化するので、そのオフセットをキャンセルするために差動プッシュプル法が用いられる。
【０００７】
すなわち、この差動プッシュプル法でも、前述の３ビーム法と同様に半導体レーザから出射した１本のビームを回折格子で回折させて生成した０次光および±１次光の３本のビームを用いるが、メインビームの０次光はトラック上に配置し、±１次光は２本のサブビームとしてトラック線方向に対して斜めの方向に配置し、メインビームが配置されたピットの前後にトラックピッチの約１／２だけトラックに垂直方向にずらして照射するように配置する。そして、それぞれのビームに対して配置された２分割の受光素子で情報記録面からの反射光を受け、２つの受光部における受光光量のプッシュプルを行う。この差動プッシュプル法では、メインビームのプッシュプル値とサブビームのプッシュプル値を減算することでオフセットをキャンセルする。
【０００８】
また、最近では、例えば同一の光ヘッド装置を用いて、規格・構成の異なるＣＤおよびＤＶＤの双方に記録された情報を再生するため、ＣＤ／ＤＶＤ互換光ヘッド装置が実用化されている。この互換光ヘッド装置にあっては、特に光記録媒体層に波長依存性の高い媒質を用いるＣＤ−Ｒなどの再生を前提とする場合には、ＣＤ系の光ディスク再生用には７９０ｎｍ波長帯の半導体レーザが、またＤＶＤ系の光ディスク再生用には６５０ｎｍ波長帯の半導体レーザが用いられている。
【０００９】
ここで、７９０ｎｍ波長帯の半導体レーザと６５０ｎｍ波長帯の半導体レーザとが分離した状態で配置された従来の光ヘッド装置について、図７の構成例を参照しながら説明する。
【００１０】
光ヘッド装置は、２つの半導体レーザ３Ａ（６５０ｎｍ波長帯）および３Ｂ（７９０ｎｍ波長帯）と、波長合成プリズム９と、ビームスプリッタ４と、コリメータレンズ５と、対物レンズ６と、光検出器８とを備えている。また、この光ヘッド装置には、半導体レーザ３Ｂと波長合成プリズム９との間に、３ビーム発生用の回折格子１０が配設されている。
【００１１】
この光ヘッド装置では、半導体レーザ３Ａ、３Ｂからの出射光は、波長合成プリズム９により同一光軸α上で合成され、ビームスプリッタ４を透過した後に、コリメータレンズ５で平行光とされ、対物レンズ６に入射する。そして、この対物レンズ６を透過し、光ディスク７の情報記録面に集光されたビームが、その情報記録面で反射された光（以下、信号光とよぶ）は、元の往路と同じ光路を逆行していく。すなわち、この信号光は、再び、対物レンズ６によって平行光となり、コリメータレンズ５で集光されたのち、ビームスプリッタ４に入射するが、このビームスプリッタ４で反射されたものが、元の往路の光軸αとは９０度偏向した光軸βに沿って進行して、光検出器８の受光面に集光されて入射する。そして、この光検出器８で電気信号に変換される。
【００１２】
このような構成の光ヘッド装置では、情報記録面からの反射光が戻り光となって半導体レーザ３Ａ、３Ｂのレーザ発光点に入射すると、レーザの発振状態が変動し、これに応じて半導体レーザ３Ａ、３Ｂの出力変動が生じるので、情報の記録再生の際の障害となる。そこで、この対策として、半導体レーザ３Ａ、３Ｂの電源に高周波重畳回路を組み合わせて出力変動を低減させたり、あるいは、半導体レーザ３Ａ、３Ｂと光ディスク７との間の光路中に、レーザ発振波長λに対してほぼ１／４波長板となる位相板を配置する方法がとられている。この位相板を使用することにより、往路の光路中での位相に対して復路では１／２波長だけ位相が変化し、戻り光の偏光方向がレーザ発振光の偏光方向と直交するので、レーザ発振の偏光に作用しないようにして半導体レーザの出力変動を抑制できる。
【００１３】
また、２つの波長の光を発光する半導体レーザとして、例えば７９０ｎｍ波長帯の半導体レーザと６５０ｎｍ波長帯の半導体レーザとを１チップ内に形成したモノリシックな２波長用半導体レーザや、各波長帯のレーザチップを発光点間が１００〜３００μｍ程度の間隔となるように配置した複数チップからなる２波長用半導体レーザも提案されている。これらの半導体レーザを用いれば、図７に示したような２つの半導体レーザが別ユニットで構成された従来の光ヘッド装置に比べ、部品点数が低減し、小型化および低コスト化を図ることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、前述したような光ヘッド装置において、３ビーム法や差動プッシュプル法での３ビーム発生に用いる回折格子を２波長用半導体レーザと組み合わせて使用すると、ＣＤ系再生用の７９０ｎｍ波長帯またはＤＶＤ系再生用の６５０ｎｍ波長帯のいずれの光が回折格子に入射しても回折光が形成されるので、余分な回折光が迷光となって光検出器に混入することがあり、情報の記録や記録された情報の再生ができなくなる問題が生じる。
【００１５】
また、３ビーム法や差動プッシュプル法を、ＣＤ系再生用のみに、またはＤＶＤ系再生用のみに利用する場合には、回折格子により生成された回折光が、他方の波長光に対しては光量損失をもたらし、信号光が低下する問題が生じる。
【００１６】
さらに、３ビーム法や差動プッシュプル法に用いる回折格子と、レーザ出力変動を抑制するために戻り光の低減対策に設けた位相板とが個別に配置された場合には、個々の光学素子の波面収差値が合算されるため、全体の波面収差値が増大する問題が生じる。
【００１７】
また、２波長用半導体レーザを用いた場合、各波長帯のレーザチップの発光点間隔が１００〜３００μｍ程度離れているため、ＣＤ系光ディスクおよびＤＶＤ系光ディスクの信号を受光する光検出器として従来のように受光面積の小さな単一光検出器が適用できないといった問題点があった。
【００１８】
本発明の目的は、２波長用半導体レーザを光源として２つの波長帯の光によりＣＤ系光ディスクおよびＤＶＤ系光ディスクなどのような異種の光記録媒体への情報の記録・再生を行う際に、安定した信号検出ができる光ヘッド装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、波長λ１の光および波長λ２（λ１≠λ２）の光を出射する光源と、前記波長λ１の光および前記波長λ２の光を偏向するビームスプリッタと、前記波長λ１の光および前記波長λ２の光を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体の情報記録面で反射した信号光を受光する光検出器と、を備え、前記光記録媒体に情報の記録・再生を行う光ヘッド装置であって、前記波長λ１の光および前記波長λ２の光の偏波面が互いに平行で共通する光路中に２波長用回折素子を備え、前記２波長用回折素子は、前記波長λ１の光および前記波長λ２の光の入射側から位相板と、偏光性の回折格子を有し、前記位相板は、前記波長λ１の光と前記波長λ２の光うち、いずれか一方の光に対して２π・（ｍ１−１／２）の位相差を発生して（ｍ１は自然数）前記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光を出射するとともに、他方の光に対して２π・ｍ２の位相差を発生して（ｍ２は自然数）前記第１の直線偏光を出射し、前記偏光性の回折格子は、第１の偏光性の回折格子と、第２の偏光性の回折格子と、を有し、前記第１の偏光性の回折格子は、前記第１の直線偏光と前記第２の直線偏光のうち、いずれか一方を回折させずに透過させるとともに、他方を回折させ、前記第２の偏光性の回折格子は、前記第１の直線偏光と前記第２の直線偏光のうち、前記第１の偏光性の回折格子で回折させる方の直線偏光を回折させずに透過させるとともに、他方を回折させる光ヘッド装置を提供する。
【００２０】
また、前記偏光性の回折格子は、階段状またはブレーズ状に形成され複屈折性材料からなる偏向機能層を有し、前記第１の直線偏光と前記第２の直線偏光のうち、いずれか一方を回折させずに透過させるとともに、他方を回折させて前記波長λ１の光と前記波長λ２の光の光軸をそろえる上記の光ヘッド装置を提供する。
【００２１】
また、前記波長λ１は、ＤＶＤ系の６５０ｎｍ波長帯であり、波長λ２は、ＣＤ系の７９０ｎｍ波長帯である上記の光ヘッド装置を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように本発明によれば、２波長用半導体レーザを光源として２つの波長帯の光によりＣＤ系光ディスクおよびＤＶＤ系光ディスクなどのような異種の光記録媒体への情報の記録・再生を行う際に、安定した信号検出を行える２波長用回折素子およびそれを用いた光ヘッド装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る２波長用回折素子の構成を示すものであり、（Ａ）は一方の波長の入射光の光路を示す模式図、（Ｂ）は他方の波長の入射光の光路を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る２波長用回折素子の構成を示すものであり、（Ａ）は一方の波長の入射光の光路を示す模式図、（Ｂ）は他方の波長の入射光の光路を示す模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る２波長用回折素子の構成を示すものであり、（Ａ）は一方の波長の入射光の光路を示す模式図、（Ｂ）は他方の波長の入射光の光路を示す模式図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る２波長用回折素子の構成を示すものであり、（Ａ）は一方の波長の入射光の光路を示す模式図、（Ｂ）は他方の波長の入射光の光路を示す模式図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る２波長用回折素子の構成を示すものであり、（Ａ）は一方の波長の入射光の光路を示す模式図、（Ｂ）は他方の波長の入射光の光路を示す模式図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る光ヘッド装置を示す概略構成図である。
【図７】従来の光ヘッド装置の構成例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る光ヘッド装置に用いる２波長用回折素子の構成を示す模式図である。２波長用回折素子１は、回折格子と位相板とが一体化された構成となっている。この２波長用回折素子１は、概略構成として、第１の透光性基板１１Ａと、位相板１１Ｃと、第２の透光性基板１１Ｄとを互いに接着剤１１Ｅで接着した３層構造となっている。
【００２９】
本実施形態における透光性基板１１Ａは、均一屈折率の透光性材料で形成されており、位相板１１Ｃを接着してある一面とは逆の（空気と界面をなす）他面側の表面に凹凸部分からなる均一屈折率の回折格子１１Ｂを形成してある。この回折格子１１Ｂである凹凸部分の格子深さ（厚さ）ｄ1および凸部の屈折率ｎ1は、波長λ1および波長λ2の入射光に対して、以下の関係式を満すように形成されている。
波長λ1の入射光が空気との屈折率差により形成される位相差が、
２π・（ｎ1−１）・ｄ1／λ1≒２πＮ        ……（１）
同様に、波長λ2の入射光が空気との屈折率差により形成される位相差が、
２π・（ｎ1−１）・ｄ1／λ2≠２πＮ        ……（２）
ここで、ｎ1は回折格子１１Ｂの凸部の屈折率、Ｎは自然数である。
【００３０】
また、位相板１１Ｃは、有機物薄膜からなり、例えば、ポリカーボネート膜を延伸させることにより延伸方向に光軸のそろった複屈折性膜を形成させて位相差機能を発生させている。この場合、波長λ1の直線偏光の入射光が有機物薄膜を透過するとき、ほぼ円偏光となる位相差が発生するように位相板１１Ｃの進相軸（複屈折軸）方向と入射光の直線偏光方向とが調整されている。
【００３１】
回折格子１１Ｂは屈折率ｎ1の第１の透光性基板１１Ａの表面を凹凸形状に加工してもよいし、第１の透光性基板１１Ａ上に屈折率ｎ1の膜が厚さｄ1の凸部を形成するように成膜・加工してもよい。
【００３２】
このような構成の２波長用回折素子１に、波長λ1と波長λ2の異なる波長で同じ偏光方向あるいは直交する偏光方向の直線偏光が入射すると、図１（Ａ）に示すように、一方の波長λ1の直線偏光入射光は回折されることなく円偏光となって透過するが、図１（Ｂ）に示すように、他方の波長λ2の直線偏光入射光はその一部が回折される。この波長λ2の直線偏光入射光は、一般に楕円偏光となって出射する。つまり、一方の波長の光に対しては回折格子として作用するが、他方の波長の光に対しては回折格子として作用しない２波長用回折素子が実現できる。
【００３３】
本実施形態では、位相板１１Ｃと回折格子１１Ｂの形成された透光性基板１１Ａと透光性基板１１Ｄとを接着剤１１Ｅを用いて接着した構造としたが、透光性基板１１Ｄを用いないで、透光性基板１１Ａと位相板１１Ｃのみを接着剤１１Ｅで接着した構成でもよい。これにより、部品点数削減および軽量化につながる。
【００３４】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係る光ヘッド装置に用いる２波長用回折素子の構成を示す模式図である。第２実施形態は前述した第１実施形態の変形例を示す。
【００３５】
本実施形態の２波長用回折素子１では、第１の透光性基板１１Ａのみに回折格子１１Ｂを形成するだけではなく、図２（Ａ）に示すように、２波長用回折素子１において、第２の透光性基板１１Ｄにも、表面に凹凸部分からなる均一屈折率の回折格子１１Ｇを形成する。この場合、回折格子１１Ｇである凹凸部分の格子深さ（厚さ）ｄ2および凸部の屈折率ｎ2は、波長λ1および波長λ2の入射光に対して、以下の関係式を満足するように形成されている。
波長λ1の入射光が空気との屈折率差により形成される位相差が、
２π・（ｎ2−１）・ｄ2／λ1≠２πＮ        ……（３）
同様に、波長λ2の入射光が空気との屈折率差により形成される位相差が、
２π・（ｎ2−１）・ｄ2／λ2≒２πＮ        ……（４）
ここで、ｎ2は回折格子１１Ｇの凸部の屈折率、Ｎは自然数である。
【００３６】
これにより、異なる波長光に対しそれぞれ回折機能を持った波長選択性回折格子を実現できる。すなわち、図２（Ａ）に示すように、波長λ1の入射光に対しては、回折格子１１Ｇが回折作用を及ぼし、０次光および±１次回折光を生成できる。一方、図２（Ｂ）に示すように、波長λ2の入射光に対しては、回折格子１１Ｂが回折作用を及ぼし、０次光および±１次回折光を生成できる。ここで図２中の１１Ｃおよび１１Ｅは、図１の同符号の要素と同じものを意味する。
【００３７】
［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態に係る光ヘッド装置に用いる２波長用回折素子の構成を示す模式図である。この第３実施形態に係る光ヘッド装置に用いる２波長用回折素子２は、第１実施形態と同様に、回折格子と位相板とが一体化されて構成され、第１の透光性基板２１Ａと、位相板２１Ｃと、第２の透光性基板２１Ｄとを互いに充填材２１Ｆおよび接着剤２１Ｅで接着した３層構造となっている。
【００３８】
第１の透光性基板２１Ａは、ガラス基板などの透光性材料で形成され、界面が外部（空気）と接していない一方の面には、常光屈折率ｎoで異常光屈折率ｎeである複屈折性直線格子が周期的に形成された透過型の回折格子２１Ｂが設けられている。この回折格子２１Ｂは、凹凸部分を形成した複屈折性材料からなり、その凹部には複屈折性材料の常光屈折率ｎoとほぼ等しい屈折率ｎsの充填材２１Ｆを充填させてある。これにより、常光偏光入射光に対しては回折せず、異常光偏光入射光に対しては回折する偏光性回折格子を構成する。
【００３９】
この偏光性の回折格子２１Ｂの凹凸部分の格子深さをｄ1とすると、常光偏光入射光に対しては、凹凸部分と充填材２１Ｆとで屈折率差がないので、位相差が生じないため、回折されることなく直進透過する。一方、異常光偏光入射光に対しては、波長を例えばλ2とすると、
２π・（ｎe−ｎs）・ｄ1／λ2        ……（５）
で与えられる位相差を発生し、回折格子として作用する。
【００４０】
また、位相板２１Ｃは、前述した第１実施形態の２波長用回折素子１での位相板１１Ｃと同様のものが設けられており、波長λ1の直線偏光の入射光がこの有機物薄膜を透過する際にほぼ円偏光となる位相差を発生するように、位相板２１Ｃの進相軸（複屈折軸）方向と入力光の直線偏光方向とが調整されている。
【００４１】
このような構成の２波長用回折素子２に、波長の異なる波長λ1と波長λ2の偏波面が直交し、かつ、偏光性の回折格子２１Ｂに対して、一方の波長λ1の光が常光偏光で、他方の波長λ2の光が異常光偏光となる直線偏光が回折格子２１Ｂ側から入射すると、波長λ1の常光偏光の入射光は回折されることなく円偏光となって透過するが、波長λ2の異常光偏光の入射光はその一部が回折される。この波長λ2の入射光は、一般に楕円偏光となって出射する。
【００４２】
なお、波長λ1と波長λ2の入射光偏波面が平行の場合、位相板２１Ｃとして、例えば波長λ1の直線偏光に対しては２π・（ｍ1−１／２）（ｍ1は自然数）の位相差を、波長λ2の直線偏光に対しては２π・ｍ2（ｍ2は自然数）の位相差を発生する機能を有する有機物薄膜を用いるとともに、２波長用回折素子２において光入射側に位相板２１Ｃを配置し、光出射側に回折格子２１Ｂを配置する構成が好ましい。
【００４３】
この場合、偏波面が平行な波長λ1と波長λ2が位相板２１Ｃを透過したとき、波長λ1は偏波面が９０°回転するが、波長λ2は偏波面が回転しないため、直交偏光となって回折格子２１Ｂへ入射する。その結果、波長λ1と波長λ2の入射光に対して、一方の入射光は回折するが、他方の入射光は回折しないで透過する２波長用回折素子が得られる。
【００４４】
［第４実施形態］
図４は、本発明の第４実施形態に係る光ヘッド装置に用いる２波長用回折素子の構成を示す模式図である。第４実施形態は前述した第３実施形態の変形例を示す。
【００４５】
本実施形態の２波長用回折素子２では、第１の透光性基板２１Ａのみに複屈折性材料で形成された偏光性の回折格子２１Ｂ（格子深さｄ1）を設けるだけでなく、図４（Ａ）に示すように、位相板２１Ｃにも、複屈折性材料で形成された偏光性の回折格子２１Ｇを設けて構成する。この回折格子２１Ｇは、回折格子２１Ｂと同一の常光屈折率ｎoと異常光屈折率ｎeを有する複屈折性材料を用いるが、この複屈折性材料での常光屈折率方向が、回折格子２１Ｂを形成する複屈折性材料での常光屈折率方向と直交するように形成されている。ここで２１Ｄは、透光性基板である。
【００４６】
したがって、偏光性の回折格子２１Ｇの格子深さをｄ2とすると、波長λ2の入射偏光に対しては、凹凸部分と充填材２１Ｆとで屈折率差がないので、位相差が生じないため、回折されることなく直進透過する。一方、波長λ1の入射偏光に対しては、
２π・（ｎe−ｎs）・ｄ2／λ1        ……（６）
で与えられる位相差を発生し、回折格子として作用する。
【００４７】
これにより、異なる波長の光に対しそれぞれ回折機能を持った波長選択性回折格子を実現できる。すなわち、図４（Ａ）に示すように、波長λ1の入射光に対しては、回折格子２１Ｇのみが回折作用を及ぼし、一方、図４（Ｂ）に示すように、波長λ2の入射光に対しては、回折格子２１Ｂのみが回折作用を及ぼし、それぞれ０次光および±１次回折光を生成できる。
【００４８】
なお、図４では、位相板２１Ｃと偏光性の回折格子２１Ｇとが接した構成となっているが、別途ガラス基板を設けてその片面に偏光性の回折格子２１Ｇを形成して、偏光性の回折格子２１Ｂが形成されたガラス基板２１Ａと一体化した後、位相板２１Ｃを光入射側に接着してもよい。
【００４９】
また、第３実施形態と同様に、波長λ1と波長λ2の入射光偏波面が平行の場合、位相板２１Ｃとして、例えば波長λ1の直線偏光に対しては２π・（ｍ1−１／２）（ｍ1は自然数）の位相差を、波長λ2の直線偏光に対しては２π・ｍ2（ｍ2は自然数）の位相差を発生する機能を有する有機物薄膜を用いるとともに、２波長用回折素子２において光入射側に位相板２１Ｃを配置し、光出射側に回折格子２１Ｂを配置する構成とすればよい。この場合、偏波面が平行な波長λ1と波長λ2の入射光が位相板２１Ｃを透過したとき、波長λ1は偏波面が９０°回転するが、波長λ2は偏波面が回転しないため、直交偏光となって回折格子２１Ｂと２１Ｇへ入射する。その結果、波長λ1は回折格子２１Ｇで、波長λ2は回折格子２１Ｂでそれぞれ独立に回折される２波長用回折素子が得られる。ここで、２波長用回折素子の光出射側にさらに波長λ1または波長λ2の入射光が透過したとき、ほぼ円偏光となる位相差が発生する位相板（図示せず）を配置してもよい。
【００５０】
［第５実施形態］
図５は、本発明の第５実施形態に係る光ヘッド装置に用いる２波長用回折素子の構成を示す模式図である。第５実施形態の２波長用回折素子２Ａは、前述した第１から第４実施形態の２波長用回折素子１または２に、波長λ１と波長λ２の入射光のうちで一方の波長のみを偏向する偏向機能層が付加された形態である。
【００５１】
２波長用半導体レーザを光源として用いた場合、各波長帯のレーザチップの発光点間隔が１００〜３００μｍ程度離れているため、２波長用回折素子への入射光の光軸を例えば波長λ1の発光点に合わせると、波長λ2の入射光は光軸外の斜入射光となる。図５では、斜入射光となる波長λ2の入射光が偏向機能層を形成する回折格子２１Ｈにより波長λ1の入射光と同じ光軸上に偏向され、波長λ1と波長λ2ともに同じ光軸の光として２波長用回折素子から出射する。
【００５２】
偏向機能層を形成する回折格子２１Ｈの具体的構成として、偏向機能に偏光依存性のないタイプＡと偏光依存性のあるタイプＢとがある。
【００５３】
タイプＡは、均一屈折率ｎ1の透光性基板の表面を階段状に形状加工した回折格子で、波長λ1および波長λ2の入射光に対して、回折格子の階段１段当たりの深さｄ1が前述の関係式（１）および（２）を満たすように形成されている。階段の段数は４から８段である。このような回折格子に波長λ1の光が入射すると回折されることなく透過し、波長λ2の入射に対して５０％以上が１次回折光として格子ピッチで規定される回折角度方位に回折される。
【００５４】
このようなタイプＡの回折格子は、図１の２波長用回折素子１において第２の透光性基板１１Ｄの表面、あるいは、図３または図４の２波長用回折素子２において、第１の透光性基板２１Ａまたは第２の透光性基板２１Ｄの表面に形成される。
【００５５】
タイプＢは、常光屈折率ｎoで異常光屈折率ｎeの複屈折性材料を鋸波状または階段状で周期的な回折格子として透光性基板上に形成し、複屈折性材料の常光屈折率ｎoとほぼ等しい屈折率ｎsの充填剤で回折格子の凹凸部を充填して別の透光性基板により狭持した構造となっている。
【００５６】
ここで、常光偏光入射光に対しては、複屈折性材料と充填材とで屈折率差がないので、位相差が生じないため、回折されることなく直進透過する。一方、異常光偏光入射光に対しては、波長を例えばλ2とし、階段状回折格子の格子深さをｄ、階段の段数をＮ（Ｎ≧３）とすると、
２π・（ｎe−ｎs）・ｄ＝｛（Ｎ−１）／Ｎ｝・λ2        ……（７）
で規定される格子深さｄとして構成することで、１次回折光の効率が６０％以上となる位相差が発生する回折格子、すなわち偏向機能層が得られる。鋸波状のブレーズ格子の場合はＮが無限大の場合に相当する。
【００５７】
このようなタイプＢの複屈折性材料からなる回折格子は、図１または図２の２波長用回折素子１において第２の透光性基板１１Ｄの位相板１１Ｃ面側に形成する。あるいは、図３または図４の２波長用回折素子２において、第１の透光性基板２１Ａの表面に形成した後、充填剤を用いて別の透光性基板と接合する。
【００５８】
また、タイプＡおよびタイブＢいずれも、偏向機能層である階段状またはブレーズ状に形状加工した回折格子は、格子ピッチが空間的に分布したまたは透光性基板面上の格子パターンが直線でなく空間的に曲線となったいわゆるホログラムパターンとすることにより光学系の収差を補正してもよいし、集光性や発散性などのレンズ機能を付加した構成としてもよい。
【００５９】
また、第３実施形態と同様に、図３または図４において波長λ1と波長λ2の入射光偏波面が平行の場合、位相板２１Ｃとして、例えば波長λ1の直線偏光に対しては２π・（ｍ1−１／２）（ｍ1は自然数）の位相差を、波長λ2の直線偏光に対しては２π・ｍ2（ｍ2は自然数）の位相差を発生する機能を有する有機物薄膜を用いるとともに、２波長用回折素子において光入射側に位相板２１Ｃを配置し、波長λ1と波長λ2の入射光偏波面を直交化する。その後に、タイプＢの複屈折性材料からなる回折格子および偏向機能層を積層した構成とすればよい。なお、図５では、タイプＢの回折格子２１Ｈが用いられた場合の構成例が示されている。
【００６０】
［第６実施形態］
次に、第６実施形態として、上述した第１〜第５実施形態に係る光ヘッド装置に用いる２波長用回折素子を搭載した光ヘッド装置について説明する。図６は第６実施形態に係る光ヘッド装置を示す概略構成図である。
【００６１】
光ヘッド装置は、ＤＶＤ系光ディスク用の波長λ1のレーザ光を発生する半導体レーザとＣＤ系光ディスク用の波長λ2のレーザ光を発生する半導体レーザとの２つの半導体レーザが一体化されて構成された２波長用半導体レーザ３と、２波長用回折素子１または２と、ビームスプリッタ４と、コリメータレンズ５と、対物レンズ６と、光検出器８とを備えて構成され、光ディスク７に対してレーザ光のビームを照射して情報の記録・再生を行うものである。ここで、例えば、ＤＶＤ系光ディスク用の波長λ1をλ1＝６５０ｎｍ、ＣＤ系光ディスク用の波長λ2をλ2＝７９０ｎｍの各波長帯とする。
【００６２】
このように構成された光ヘッド装置において、２波長用半導体レーザ３から出射した波長λ1の光は、２波長用回折素子１または２で回折されることなく光軸α上を直進透過し、さらにビームスプリッタ４を透過し、コリメータレンズ５により平行光にされる。その後、この平行光は、対物レンズ６により光ディスク７（ＤＶＤ系）の情報記録面の情報記録トラック上に集光される。そして、情報記録面で反射された光は、再び対物レンズ６およびコリメータレンズ５を透過し、ビームスプリッタ４により反射されて往路の光軸αとは９０度偏向した光軸βに沿って進行し、光検出器８の受光面に集光される。
【００６３】
一方、２波長用半導体レーザ３から出射した波長λ2の光は、２波長用回折素子１または２で入射光の一部（例えば、１０％から４０％）が±１次回折光として回折し、さらにビームスプリッタ４を透過し、コリメータレンズ５により平行光にされる。その後、この平行光は、対物レンズ６により光ディスク７（ＣＤ系）の情報記録面の情報記録トラック上に、０次光および±１次回折光が３ビームとなって集光される。そして、情報記録面で反射された光は、再び対物レンズ６およびコリメータレンズ５を透過し、ビームスプリッタ４により反射されて光検出器８の受光面に集光される。
【００６４】
このように、本実施形態の２波長用回折素子１または２を搭載した光ヘッド装置の場合、波長λ1の光は、２波長用回折素子１または２により回折されることなく直進透過するため、効率低下をもたらさず、また、迷光も生じない。したがって、ＤＶＤ系の光ディスクにおける光検出法として一般的な４分割の受光面で構成される光検出器を用いて、ヘテロダイン検波法や位相差法によるトラッキング誤差信号検出、非点収差法による光ディスク情報記録面へのフォーカス信号検出、および記録情報であるピット信号検出が安定して行える。
【００６５】
一方、ＣＤ系の光ディスクでは、ＤＶＤ系と同一の４分割受光面の光検出器を用いて、非点収差法による光ディスク情報記録面へのフォーカス信号検出およびピット信号検出が行われ、さらに光検出器における他の２つの受光面で±１次回折光を受光することにより、３ビーム法によるトラッキング誤差信号の検出が行われる。
【００６６】
さらに、２波長用回折素子１または２を透過した波長λ1の直線偏光は、位相差発生機能を有する有機物薄膜からなる図１または図３などの位相板１１Ｃまたは２１Ｃにより、円偏光となる。したがって、情報記録面で反射され無偏光のビームスプリッタ４を透過する戻り光は、再び２波長用回折素子１または２を透過することで、レーザ発振光の直線偏光方向と直交する直線偏光方向となって半導体レーザの発光点に入射する。このため、光ディスクからの戻り光がレーザ発振光と干渉することがなく、発振出力変動が発生しないので、安定した光ディスクの情報の記録・再生ができる。また、波長λ2の光に対しても、同様に、２波長用半導体レーザ３への戻り光の偏光状態はレーザ発振光の偏光状態と異なるので、半導体レーザの発振出力変動が抑制されて安定した光ディスクの情報の記録・再生ができる。
【００６７】
ここで、２波長用回折素子として、第１および第２実施形態の２波長用回折素子１を用いる場合には、入射光の直線偏光の方向に依存しない回折格子が形成されるため、２波長用回折素子の配置の制約がなく、位相板１１Ｃが回折格子１１Ｂに対して半導体レーザ側にあっても、その逆でもよいという構成の自由度がある。一方、第３および第４実施形態の２波長用回折素子２を用いる場合には、波長λ1の入射光偏光方向と波長λ2の入射光偏光方向とを直交させれば、一方の波長のみに作用する偏光性の回折格子となるため、これを形成している複屈折性材料の格子深さを変えることにより、０次透過光および±１次回折光の効率比を目的に応じて調整できる自由度がある。特に、０次光の透過率を７０％以上に設定することが好ましい記録用の光ヘッド装置に有効である。
【００６８】
なお、２波長用回折素子１および２の格子ピッチは、それが搭載される光ヘッド装置の光学系および光記録媒体のトラッキング法に応じて適宜定められる。また、位相板として、位相差発生機能を有する有機物薄膜、例えば面内に光軸がそろったポリカーボネートなどの複屈折性材料を用いることにより、従来の水晶位相板に比べて入射光の入射角度の相違による位相差変動が少ないため、発散光が２波長用回折素子に入射するような半導体レーザの近傍に配置する構成であっても、一定で均一な位相差を発生できる。特に、面内に光軸がそろった有機物薄膜の２種の位相板を２種の光軸方向が面内で角度をなすように張り合わせることにより、広い波長帯の直線偏光の入射光に対しても、ほぼ円偏光となる位相差を発生できるため、波長λ1および波長λ2の入射光に対して、レーザ発振出力の変動をより効果的に低減し、安定した光ディスクの情報の記録・再生ができる。
【００６９】
また、図１および図３では、位相板として、ポリカーボネート複屈折性膜をガラス基板に接着剤を用いて固定した構成のものを示したが、位相差発生機能を有する有機物薄膜をガラス基板に直接成膜してもよい。例えば、具体的には、ガラス基板上に配向膜用の膜を塗布し、所望の配向処理を施した後配向膜とし、複屈折性材料である液晶とモノマーの混合液を塗布することにより、配向膜の配向方向に液晶分子の光軸方向をそろえる。さらに、液晶とモノマーの混合液にあらかじめ光重合硬化剤を含有させておき、光重合用の光源光を照射することでモノマーを高分子化し、高分子液晶層とすることによって、接着剤を用いないで位相板を形成できる。
【００７０】
なお、上述した実施形態では、２波長用回折素子をＣＤ系の光ディスクで用いる波長λ2の光に対する３ビーム法のビーム発生に適用した構成について説明したが、情報記録用に用いられる差動プッシュプル法やＤＶＤ系の光ディスクで用いる波長λ1の光に対して、回折格子として作用する構成としても有効である。
【００７１】
さらに、第２実施形態の２波長用回折素子１の光入射面である透光性基板１１Ａの表面と光出射面である透光性基板１１Ｄの表面との両面に、それぞれ波長λ1の光および波長λ2の光のみに回折格子として機能する凹凸形状を形成して、ＣＤ系およびＤＶＤ系の光ディスクに対応させて仕様の異なる３ビームを生成するようにしてもよい。
【００７２】
同様に、第４実施形態の２波長用回折素子２においても、透光性基板２１Ａの表面に形成された複屈折性材料の回折格子２１Ｂと対向する位相板２１Ｃの面にも複屈折性材料の回折格子を形成し、それぞれ波長λ1の偏光および波長λ2の偏光のみに回折格子として機能する偏光性回折格子を設けて、ＣＤ系およびＤＶＤ系の光ディスクに対応させて仕様の異なる３ビームを生成するようにしてもよい。
【００７３】
また、図６に示した光ヘッド装置の例では、ビームスプリッタ４が用いられ、２波長用半導体レーザ３のユニットと光検出器８とが分離された構成としたが、ビームスプリッタ４の代わりにホログラムビームスプリッタを用いて、情報記録面で反射された光を回折させることにより分離し、２波長用半導体レーザユニット内の半導体レーザ近傍に配置された光検出器に集光するように構成してもよい。この場合、半導体レーザと光検出器とが同一のユニット内に配置されるため、光ヘッド装置を小型化できる。
【００７４】
また、第５実施形態の２波長用回折素子では、偏向機能層が付加されているため、各波長帯の発光点間隔が離れている２波長用半導体レーザと組み合わせて用いた場合であっても、出射光は同一発光点位置から出射する光源として取り扱うことができる。したがって、光ヘッド装置に搭載する場合、光源位置の調整が簡便となり取り付け精度も向上する。２波長用回折素子を２波長用半導体レーザが内側に配置されたパッケージの光出射窓位置に固定した光源装置とすることにより、従来の単一波長の光源と同様に扱うことができるため、光ヘッド装置の組立調整が著しく簡略化される。
【実施例】
【００７５】
以下の実施例において、前述した実施形態の構成の具体例を示す。
【００７６】
「例１」
例１は図１に示した第１実施形態の具体例である。第１の透光性基板１１Ａを屈折率ｎ1がｎ1＝１．５の均一屈折率材料で構成し、凹凸形状に加工して空気と界面をなす回折格子１１Ｂを形成する。そして、この凹凸部分の格子深さｄ1を、（ｎ1−１）・ｄ1がλ1となるよう、すなわちｄ1＝１．３μｍとする。このような構成とすると、ＤＶＤ系の光ディスクに使用する波長λ1＝６５０ｎｍの入射光では、生じる位相差が２πとなり、一方、ＣＤ系の光ディスクに使用する波長λ2＝７９０ｎｍの入射光では、生じる位相差が２πにならない。これにより、図１（Ｂ）に示すように、波長λ2の光に対しては回折格子として作用し、図１（Ａ）に示すように、波長λ1の光に対しては回折格子として作用しない波長選択性回折格子が得られる。
【００７７】
この場合、回折格子として作用する波長λ2の入射光のみに対して、０次光の透過率がほぼ７０％であり、±１次回折光の回折効率がほぼ１０％となる２波長用回折素子を構成できる。なお、第１の透光性基板１１Ａにおいて空気との界面をなす回折格子１１Ｂの形成された面および第２の透光性基板１１Ｄにおいて空気との界面をなす一面には、波長λ1および波長λ2の入射光に対してフレネル反射の発生を１％以下に抑えるために、反射防止膜が成膜されている。
【００７８】
また、位相板１１Ｃは、ポリカーボネート膜を延伸させることにより、延伸方向に光軸のそろった複屈折性膜を形成して位相差機能を発生させている。ここで、延伸条件を調整することにより、具体的には、位相板１１Ｃの進相軸を波長λ1の直線偏光方向に対して４５°傾斜した配置とすることにより、波長λ1の４分の１波長板として機能させている。したがって、この位相板１１Ｃでは、例えば波長λ1の直線偏光の入射光がこの位相板１１Ｃを透過すると、円偏光となって出射する。
【００７９】
なお、位相板１１Ｃを構成するポリカーボネート膜自体は２０μｍから８０μｍ程度の厚さの薄膜であり、膜厚分布が均一とはいえないため、このポリカーボネート膜を単体で用いる場合には、ここを透過するレーザ光の透過波面収差にばらつきが多く発生するおそれがある。そこで、この例１では、ポリカーボネートの位相板１１Ｃを平均屈折率とほぼ等しい接着剤を用いて、厚さ精度および面精度の優れた変形の少ない透光性基板１１Ａ、１１Ｄに挟んで接合させるように構成することで、２波長用回折素子１としての透過波面収差が安定した小さな値に抑えることができる。具体的には、波長λ1および波長λ2の光に対して、二乗平均波面収差値で０．０１５λ（ただし、λ＝λ1またはλ2）以下の値となった。
【００８０】
したがって、このような構成の２波長用回折素子１に、位相板１１Ｃの光軸に対して直線偏光方向が＋４５°または−４５°傾いた波長λ1および波長λ2の異なる波長の直線偏光が入射すると、一方の波長λ1の直線偏光入射光は回折されることなく円偏光となって直進透過するが、他方の波長λ2の直線偏光入射光は一部が回折され、楕円偏光となって前述した効率で回折光が生成されて透過する。つまり、一方の波長の光に対しては回折格子として作用するが、他方の波長の光に対しては回折格子として作用しないようになる。
【００８１】
このような構成の２波長用回折素子を光ヘッド装置に搭載することにより、装置構成が簡略化されるため、部品点数の削減および小型化が実現でき、かつ、ＣＤ系およびＤＶＤ系の各光ディスクに対して、それぞれ光利用効率の高い安定した記録・再生信号の検出ができる。
【００８２】
「例２」
例２は図２に示した第２実施形態の具体例である。回折格子１１Ｂが形成された第１の透光性基板１１Ａに加えて、第２の透光性基板１１Ｄを屈折率ｎ2がｎ2＝１．５の均一屈折率材料で構成し、凹凸形状に加工して空気と界面をなす回折格子１１Ｇを形成する。そして、この凹凸部分の格子深さｄ2を、（ｎ2−１）・ｄ2がλ2となるよう、すなわちｄ2＝１．５８μｍとする。この構成により、波長λ1＝６５０ｎｍの入射光のみに対して０次光の透過率がほぼ６０％であり、±１次回折光の回折効率がほぼ１０％となる波長選択性回折格子が得られる。すなわち、異なる波長λ1、λ2の光に対しそれぞれ回折機能を持った波長選択性の２波長用回折素子を実現できる。
【００８３】
この場合、図２（Ａ）に示すように、波長λ1の入射光に対しては、回折格子１１Ｇが回折作用を及ぼし、０次光および±１次回折光が生成される。一方、図２（Ｂ）に示すように、波長λ2の入射光に対しては、回折格子１１Ｂが回折作用を及ぼし、０次光および±１次回折光が生成される。したがって、このような構成の２波長用回折素子を光ヘッド装置に搭載することにより、ＣＤ系およびＤＶＤ系の各光ディスクに対して、それぞれ独立に信号検出用の３ビームを発生できるので、光利用効率の高い安定した記録・再生信号の検出ができる。
【００８４】
「例３」
例３は図３に示した第３実施形態の具体例である。第１の透光性基板２１Ａの一面に、常光屈折率ｎo＝１．５、異常光屈折率ｎe＝１．６５の複屈折性材料を凹凸形状に加工形成してなる偏光性の回折格子２１Ｂを設ける。そして、凹部には前記複屈折性材料の常光屈折率ｎoとほぼ等しい均一屈折率ｎsの充填材２１Ｆを充填させ、常光偏光入射光に対しては回折せず、異常光偏光入射光に対しては回折する偏光性の回折格子を構成する。
【００８５】
この構成において、例えば、偏光性の回折格子２１Ｂに対して、ＤＶＤ系の光ディスクに使用する波長λ1＝６５０ｎｍの入射光が常光に、ＣＤ系の光ディスクに使用する波長λ2＝７９０ｎｍの入射光が異常光に対応するように、波長λ1と波長λ2の入射光の偏光方向を直交させることにより、波長λ1の入射光に対しては回折格子として作用しないが、波長λ2の入射光に対しては回折格子として作用する波長選択性回折格子が得られる。具体的には、格子深さｄ1をｄ1＝０．９２μｍに形成することにより、波長λ2＝７９０ｎｍの入射光のみに対して０次光の透過率がほぼ７０％であり、±１次回折光の回折効率がほぼ１０％となる波長選択性の２波長用回折素子を実現できる。
【００８６】
なお、例えば、この例３の構成の２波長用回折素子２を光ヘッド装置に使用する場合、波長λ1と波長λ2をそれぞれ出射する２つのレーザチップからなる２波長用半導体レーザを搭載するには、一般に、半導体レーザからの出射光は直線偏光であるため、各レーザチップを波長λ1と波長λ2の偏光方向が直交するように、ベースにマウントすればよい。
【００８７】
また、波長λ1と波長λ2の偏光方向が同一方向にそろって出射する２波長用半導体レーザを用いる場合には、２波長用半導体レーザと２波長用回折素子２との間に、波長λ1と波長λ2のうちいずれか一方の波長の光の偏波面を９０°回転し、他方の波長の光の偏波面は回転しない位相板あるいは旋光子を配置すればよい。例えば、波長λ1＝６５０ｎｍの波長の光に対して５／２波長板となる位相板を用いれば、波長λ2＝７９０ｎｍの波長の光に対してはほぼ４／２波長板となるので、位相板を透過する波長λ1の出射光の偏光方向は９０°回転するが、波長λ2の出射光の偏光方向は回転しない。したがって、これら波長λ1および波長λ2の出射光は互いに直交する偏光方向となる。
【００８８】
さらに、上記の位相板の代わりに、電圧印加により偏光方向を０°と９０°での回転角度の切替えができる偏光方向切替え素子を用いてもよい。この場合の構成としては、例えば、１対のガラス基板の各片面上に透明電極および直交する配向膜を形成し、セル化させた後、ネマティック液晶を注入してツイステッドネマティック液晶素子を形成する。そして、この液晶素子の透明電極間への電圧印加をオン・オフすると、入射光の直線偏光方向を９０°回転させる偏光方向切替え素子が形成できる。このような素子を半導体レーザとこの２波長用回折素子２との間に配置すれば、例えば波長λ1の波長の光入射に対しては電圧をオフして偏光方向を変化させず、波長λ2の波長の光入射に対しては電圧をオンして偏光方向を変化させる偏光方向の切替えができる。
【００８９】
「例４」
例４は図４に示した第４実施形態の具体例である。第１の透光性基板２１Ａに設けた回折格子２１Ｂに加えて、位相板２１Ｃにも複屈折性材料で形成された偏光性の回折格子２１Ｇを設ける。この場合、回折格子２１Ｂと同一の常光屈折率ｎo＝１．５と異常光屈折率ｎe＝１．６５を有する複屈折性材料を用いるが、この複屈折性材料での常光屈折率方向が、回折格子２１Ｂを形成する複屈折性材料での常光屈折率方向と直交するように形成する。すなわち、ＤＶＤ系光ディスクで用いる波長λ1の入射偏光に対して、回折格子２１Ｂでは常光屈折率ｎoであるが、回折格子２１Ｇでは異常光屈折率ｎeとなる。一方、ＣＤ系光ディスクで用いる波長λ2の入射偏光に対して、偏光性回折格子２１Ｂでは異常光屈折率ｎeであるが、偏光性の回折格子２１Ｇでは常光屈折率ｎoとなる。
【００９０】
したがって、波長λ2の入射偏光に対しては、回折格子２１Ｇの凹凸部分と充填材２１Ｆとで屈折率差がないので、位相差が生じることなく、回折格子として作用せずに直進透過する。一方、波長λ1の入射偏光に対しては、上記（６）式で示される位相差を発生し、回折格子として作用する。具体的には、偏光性の回折格子２１Ｇの格子深さｄ2をｄ2＝０．７８μｍとすることにより、波長λ1＝６５０ｎｍの入射光のみに対して、０次光の透過率がほぼ７０％であり、±１次回折光の回折効率がほぼ１０％となる波長選択性回折格子が得られる。すなわち、異なる波長λ1、λ2の光に対しそれぞれ回折機能を持った波長選択性の２波長用回折素子を実現できる。
【００９１】
この場合、図４（Ａ）に示すように、波長λ1の入射光に対しては、回折格子２１Ｇのみが回折作用を及ぼし、一方、図４（Ｂ）に示すように、波長λ2の入射光に対しては、回折格子２１Ｂのみが回折作用を及ぼし、それぞれ０次光および±１次回折光が生成される。したがって、このような構成の２波長用回折素子を光ヘッド装置に搭載することにより、ＣＤ系およびＤＶＤ系の各光ディスクに対して、それぞれ独立に信号検出用の３ビームを発生できるので、光利用効率の高い安定した記録・再生信号の検出ができる。
【００９２】
また、この例４では、前述した例２の２波長用回折素子１（図２参照）と比較して、ＤＶＤ系の光ディスクに用いる波長λ1の入射光とＣＤ系の光ディスクに用いる波長λ2の入射光の０次光の透過効率および±１次回折光の回折効率を、独立に、かつ、任意の値に設定できるため、種々の光ヘッド装置の光学系構成に対して容易に適用できる。
【００９３】
「例５」
例５は上述した例１〜４の２波長用回折素子１、２において位相板の構成を変更した変形例である。
【００９４】
２波長用回折素子１、２において、位相板１１Ｃまたは２１Ｃとして用いられる位相差発生機能を有する有機物薄膜を２種類積層することにより、波長λ1＝６５０ｎｍと波長λ2＝７９０ｎｍの双方の波長に対してほぼ１／４波長板となる位相板を構成する（図示せず）。
【００９５】
具体的には、例えば、リターデーション値が１８０ｎｍのポリカーボネート膜位相板Ｘと、リターデーション値が３６０ｎｍのポリカーボネート膜位相板Ｙとを各々の進相軸方向がほぼ６０°の角度をなすように、接着剤で張り合わせて一体の積層位相板とする。すなわち、この積層位相板を形成する際に、進相軸を位相板Ｘと位相板Ｙのそれぞれの進相軸方向の中間の方向とし、波長λ1と波長λ2の入射偏光方向に対して積層位相板の進相軸が４５°の角度をなすようにして、ガラス基板などの透光性基板に接着剤で固着する。
【００９６】
このような構成の位相板を有する２波長用回折素子を光ヘッド装置に搭載することにより、光ディスクの情報記録面で反射されて半導体レーザに入射する波長λ1と波長λ2の戻り光は、偏光方向がいずれもレーザ出射光の偏光方向に対して直交するため、レーザ発振状態に影響を及ぼさない。したがって、波長λ1と波長λ2のいずれのレーザ光についてもレーザ発振強度の変動が抑制され、安定した記録・再生ができる。
【００９７】
「例６」
例６は図５に示した第５実施形態の具体例である。第１の透光性基板２１Ａの一面に、常光屈折率ｎo＝１．５、異常光屈折率ｎe＝１．６５の複屈折性材料を８段の階段形状に加工形成してなる偏光性の回折格子２１Ｈを設ける。また、第２の透光性基板２１Ｄに同じ複屈折性材料を凹凸矩形形状に加工形成してなる偏光性の回折格子２１Ｇを設ける。ここで、回折格子２１Ｈは常光偏光入射光に対して常光屈折率ｎoとして作用するが、回折格子２１Ｇは異常光屈折率ｎeとして作用するように複屈折性材料の配向軸方向が直交する構成としている。次に、第１の透光性基板２１Ａと第２の透光性基板２１Ｄを各偏光性の回折格子が形成された側を対向させ、複屈折性材料の常光屈折率ｎo＝１．５とほぼ等しい均一屈折率ｎsの充填材２１Ｆを回折格子の凹部に充填させる。
【００９８】
さらに、位相板２１Ｃとして位相差発生機能を有する有機薄膜を用い、第１の透光性基板２１Ａの片面に接着材２１Ｅで位相板２１Ｃが固定されている。ここで、位相板２１Ｃは例１と同様にポリカーボネート膜を延伸させることで複屈折膜を形成して位相差機能を発生させている。位相板２１Ｃは、波長λ1＝６５０ｎｍの入射光に対する位相差が５πとなる複屈折とし、波長λ2＝７９０ｎｍの入射光に対する位相差はほぼ４πとなっている。さらに、第３の透光性基板２１Ｋに同じ複屈折性材料を凹凸矩形形状に加工形成してなる偏光性の回折格子２１Ｂを設ける。ここで、回折格子２１Ｂは常光偏光入射光に対して常光屈折率ｎoとして作用する複屈折性材料の配向軸方向としている。偏光性の回折格子２１Ｂと回折格子２１Ｇは例４で説明した構成および作用と同一である。回折格子２１Ｂの凹部には前記複屈折性材料の常光屈折率ｎoとほぼ等しい均一屈折率ｎsの充填材２１Ｉを充填させる。
【００９９】
このような構成の２波長用回折素子２Ａに波長λ1の異常光偏光が入射すると、位相板２１Ｃ透過後に偏波面が９０°回転して常光偏光となり、回折格子２１Ｈおよび回折格子２１Ｂでは回折されず、回折格子２１Ｇのみで回折され０次光と±１次回折光が発生する。一方、波長λ2の異常光偏光が入射すると、位相板２１Ｃ透過後に偏波面は回転しないため異常光偏光のままで、回折格子２１Ｈおよび回折格子２１Ｇで回折され、回折格子２１Ｂでは回折されない。
【０１００】
ここで、偏光性の回折格子２１Ｈの平均格子ピッチを２８μｍとした場合、θ＝１．６°光軸方向が傾いて入射する波長λ2の異常光偏光のほぼ８０％を波長λ1と同じ光軸方向に１次回折して偏向する偏向機能層として作用する。すなわち、回折格子２１Ｈの形成された面からほぼ３．６ｍｍ離れた面で、波長λ1のレーザ発光点と１００μｍ間隔を成して配置された波長λ2のレーザ発光点からの出射光を波長λ1のレーザ発光点からの出射光と同一軸に偏向する。
【０１０１】
また、格子ピッチが空間的に同一で直線状の回折格子を用いた場合、１次回折光にはコマ収差等の収差が発生するため、収差が生じないように１次回折光に位相分布を付加するように面内の格子パターン形状が空間的に分布したホログラム格子パターンを用いた。さらに、必要に応じて波長λ1と波長λ2の波長の相異に起因した光学系の色収差を補正するホログラム格子パターンとしてもよい。また、偏光性の回折格子２１Ｂと回折格子２１Ｇにより、例４と同様にＣＤ系およびＤＶＤ系の各ディスクに対して、それぞれ独立に信号検出用の３ビームを発生する。図５では偏光性の回折格子２１Ｈ、回折格子２１Ｂ、回折格子２１Ｇ、位相板２１Ｃが一体化された構成例を示したが、個別に各回折素子を作製した後組み合わせて用いてもよい。
【０１０２】
この例６では、前述した例４の２波長用回折素子２（図４参照）と比較して、ＣＤ系およびＤＶＤ系の各波長帯のレーザチップが互いの発光点間が離れて配置された２波長用半導体レーザを用いた場合でも、偏向機能層により一方の波長の大半の光が偏向され、結果的に同一発光点から２波長の光が出射する光源装置となる。その結果、ＣＤ系光ディスクおよびＤＶＤ系光ディスクの信号を従来のように受光面積の小さな単一光検出器で受光することができるため、光ヘッド装置の小型化と高速応答が実現できる。
【０１０３】
上述したように、本実施形態の２波長用回折素子によれば、波面収差を劣化させることなく、特定の波長に対して３ビーム以上を発生する回折格子機能と、直線偏光の入射光を円偏光の出射光に変換する位相板機能とを、単一のもので併せ持った光学素子が実現でき、部品点数の削減による小型化を図れる。
【０１０４】
また、本実施形態の２波長用回折素子を光ヘッド装置に搭載することにより、光源に２波長用半導体レーザを用いて構成でき、光学系および光源の構成を簡略化できるため、装置の部品点数の削減および小型化が実現できる。しかも、例えばＣＤ系光ディスクおよびＤＶＤ系光ディスクなどの複数種の光ディスクそれぞれへの信号の記録・再生時において、光利用効率が高く、しかも安定した信号検出ができ、高い記録・再生性能を実現できる。
【符号の説明】
【０１０５】
１，２，２Ａ  ２波長用回折素子
３  ２波長用半導体レーザ
４  ビームスプリッタ
５  コリメータレンズ
６  対物レンズ
７  光ディスク（光記録媒体）
８  光検出器
１１Ａ，２１Ａ，１１Ｄ，２１Ｄ，２１Ｋ  透光性基板（ガラス基板）
１１Ｂ，１１Ｇ  回折格子
１１Ｃ，２１Ｃ  位相板
１１Ｅ，２１Ｅ  接着剤
２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｈ  偏光性の回折格子
２１Ｆ，２１Ｉ  充填材
【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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