(57)【要約】【課題】  ２つの異なる波長の光を、それぞれ所定の角度に回折させる回折素子と該素子を備えた光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】  回折素子は、波長λ１の第１の光と、波長λ２の第２の光とを回折させる。該素子は、第１の光を回折させる第１パターンが形成された基板１と、第２パターンが形成された基板２とを備える。基板１，２は、第１パターンの凹部と第２パターンの凸部とが重なるＤ１領域と、第１パターンの凸部と第２パターンの凹部とが重なるＤ２領域と、第１と第２パターンの凸部どうしが重なるＤ３領域と、第１と第２パターンの凹部どうしが重なるＤ４領域とを有し、Ｄ１領域とＤ２領域との間、および、Ｄ３領域とＤ４領域との間で波長λ２の光の位相差がなく、Ｄ１領域またはＤ２領域と、Ｄ３領域またはＤ４領域との間で波長λ２の光の位相差が存在するように、第２パターンの形状が調整されている。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の第１の光と、第２の波長の第２の光とを回折させる回折素子であって、
前記第１の光を回折させる周期的な凹凸を含む第１パターンが表面に形成された第１の基板と、
前記第１の基板と重ねられ、表面に凹凸を含む第２パターンが形成された第２の基板とを備え、
前記第１と第２の基板は、
前記第１パターンの凹部と前記第２パターンの凸部とが重なる第１領域と、
前記第１パターンの凸部と前記第２パターンの凹部とが重なる第２領域と、
前記第１と第２パターンの凸部どうしが重なる第３領域と、
前記第１と第２パターンの凹部どうしが重なる第４領域とを有し、
前記第１領域と前記第２領域との間の光学距離の差と、前記第３領域と前記第４領域との間の光学距離の差とが前記第２の波長の整数倍となり、前記第１または第２領域の光学距離と、前記第３または第４領域の光学距離との差が、前記第２の波長の整数倍ではなくなるように、前記第１と第２領域の少なくとも一方で構成される第１領域群と、前記第３と第４領域の少なくとも一方で構成される第２領域群とが交互に周期的に並べられた回折素子。
【請求項２】
前記第１と第２パターンが対向するように、前記第１と第２の基板が重ねられ、
前記回折素子は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填される充填材をさらに備え、
前記第１と第２の基板が延在する平面上の第１の方向において、前記第１と第２の基板の屈折率と前記充填材の屈折率とが異なり、
前記第１と第２の基板が延在する平面上で前記第１の方向と直交する第２の方向において、前記第１と第２の基板の屈折率と前記充填材の屈折率とが等しい、請求項１に記載の回折素子。
【請求項３】
第１の波長の第１の光と、第２の波長の第２の光とを回折させる回折素子であって、
一方の表面に前記第１の光を回折させる周期的な凹凸を含む第１パターンと、他方の表面に凹凸を含む第２パターンが形成された基板を備え、
前記基板は、
前記第１パターンの凹部と前記第２パターンの凸部とが重なる第１領域と、
前記第１パターンの凸部と前記第２パターンの凹部とが重なる第２領域と、
前記第１と第２パターンの凸部どうしが重なる第３領域と、
前記第１と第２パターンの凹部どうしが重なる第４領域とを有し、
前記第１領域と前記第２領域との間の光学距離の差と、前記第３領域と前記第４領域との間の光学距離の差とが前記第２の波長の整数倍となり、前記第１または第２領域の光学距離と、前記第３または第４領域の光学距離との差が、前記第２の波長の整数倍ではなくなるように、前記第１と第２領域の少なくとも一方で構成される第１領域群と、前記第３と第４領域の少なくとも一方で構成される第２領域群とが交互に周期的に並べられた回折素子。
【請求項４】
前記回折素子は、前記第１と第２パターンの凹部に充填される充填材をさらに備え、
前記基板が延在する平面上の第１の方向において、前記基板の屈折率と前記充填材の屈折率とが異なり、
前記基板が延在する平面上で前記第１の方向と直交する第２の方向において、前記基板の屈折率と前記充填材の屈折率とが等しい、請求項３に記載の回折素子。
【請求項５】
前記第１パターンの周期と、１組の前記第１領域群と前記第２領域群との合計幅との比が、前記第１の波長の整数倍と前記第２の波長の整数倍との比に等しい、請求項１から請求項４に記載の回折素子。
【請求項６】
前記回折素子は、前記第２パターンの凹部に充填される充填材をさらに備え、
前記充填材は、前記第１の光と前記第２の光に対して、それぞれ異なる屈折率を有する、請求項１または請求項３または請求項５のいずれかに記載の回折素子。
【請求項７】
記録媒体に光を照射し、該記録媒体において反射した反射光から情報を再生する光ピックアップ装置であって、
光源と、
前記光源から放出された光を集光して前記記録媒体に照射する対物レンズと、
前記反射光を検出して情報を再生する光検出手段と、
前記反射光を前記光検出手段に向けて回折させる、請求項１から請求項６のいずれかに記載の回折素子とを備えた光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折素子および光ピックアップ装置に関し、特に、異なる２つの波長の光が入射する回折素子とこれを搭載した光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多量の情報信号を高密度で記録することができる光ディスクが、オーディオ、ビデオ、コンピュータなど多くの分野において利用されている。
【０００３】
光ディスクにおいてはＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）など、異なる規格、情報密度の光ディスクの普及が進んでいる。それらの異なる規格に対応するために、光ディスクドライブにおいては、ＣＤ系、ＤＶＤ系どちらの光ディスクに対しても記録、再生が行なえることが好ましく、両方のディスクに対して情報の記録、再生を行なえる光ピックアップ装置の開発が進められている。
【０００４】
上記のような、２波長対応光ピックアップ装置においては、ＣＤ系とＤＶＤ系とで光源として異なる波長のレーザが用いられており、ＣＤ系ではたとえば７８０ｎｍ程度の波長の半導体レーザが使用され、ＤＶＤ系ではたとえば６５０ｎｍ程度の波長の半導体レーザが使用される。なお、光ビームの進行方向や光ビームの形状を制御するなどのさまざまな用途において、回折素子が使用されている。
【０００５】
一方で、光ディスクドライブ装置においては小型薄型化が求められている。これは、従来のデスクトップ型のパソコンに対して、ノートパソコンのようなモバイル型のパソコンが急速に普及してきているためであり、光ディスクドライブの小型薄型化にあわせて、小型化を追求した光ピックアップの開発が望まれている。
【０００６】
従来の光ピックアップ装置としては、たとえば、特開２００２−１２３９５２号公報（従来例１）に開示されたものなどが挙げられる。
【０００７】
従来例１においては、６５０ｎｍ半導体レーザと７８０ｎｍ半導体レーザから出射された２つの波長の光を、それぞれの波長ごとに異なるホログラムを用いて回折させる光ピックアップ装置が開示されている。
【０００８】
図１１は、従来例１に開示された光ピックアップ装置の構成を示した図である。
【０００９】
図１１を参照して、半導体レーザ１１，１２から出たレーザ光は回折素子２２，２３を通過し、コリメートレンズ２１により平行光に変換され、対物レンズ１３により光ディスク１４のトラック上に集光される。光ディスク１４からの反射光は、対物レンズ１３、コリメートレンズ２１を通過した後、それぞれの波長に対応した回折素子２２，２３に達する。該回折素子２２，２３において偏向光が生成さる。偏向光は、光検出器１６に導かれる。
【００１０】
また、特開２００３−１０９２４３号（従来例２）においても、上記と同様の構成を有する光ピックアップ装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１２３９５２号公報
【特許文献２】特開２００３−１０９２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のような光ピックアップ装置においては、以下のような問題があった。
【００１２】
従来例１および従来例２においては、波長の異なる光を１つの光検出器で検出するために、回折素子を２つ用いている。この場合、ピックアップの組み立て時にそれぞれの回折素子を別々に調整する必要があり、手間がかかる。
【００１３】
これに対し、一定のピッチで凹凸パターンが形成された回折素子を１つだけ用いて、２つの異なる波長の光を回折させた場合、光の回折角度がそれぞれ異なるため、光検出装置が２つ必要になる。ここで、２つの光の回折角度の差は、それぞれの光の波長の差によって決定される。したがって、２つの光の回折角度の差を、所定の値に調整することができない。
【００１４】
この結果、いずれの場合においても、光ピックアップ装置の小型化に対する障害となる。
【００１５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、２つの異なる波長の光を、それぞれ所定の角度に回折させる回折素子と該素子を備えた光ピックアップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る回折素子は、第１の局面では、第１の波長の第１の光と、第２の波長の第２の光とを回折させる回折素子であって、第１の光を回折させる周期的な凹凸を含む第１パターンが表面に形成された第１の基板と、第１の基板と重ねられ、表面に凹凸を含む第２パターンが形成された第２の基板とを備え、第１と第２の基板は、第１パターンの凹部と第２パターンの凸部とが重なる第１領域と、第１パターンの凸部と第２パターンの凹部とが重なる第２領域と、第１と第２パターンの凸部どうしが重なる第３領域と、第１と第２パターンの凹部どうしが重なる第４領域とを有し、第１領域と第２領域との間の光学距離の差と、第３領域と第４領域との間の光学距離の差とが第２の波長の整数倍となり、第１または第２領域の光学距離と、第３または第４領域の光学距離との差が、第２の波長の整数倍ではなくなるように、第１と第２領域の少なくとも一方で構成される第１領域群と、第３と第４領域の少なくとも一方で構成される第２領域群とが交互に周期的に並べられている。
【００１７】
これにより、１つの回折素子を用いて、異なる２つの波長の光を、それぞれ所定の方向に偏向させることができる。
【００１８】
ここで、第１と第２パターンが対向するように、第１と第２の基板が重ねられ、回折素子は、第１の基板と第２の基板との間に充填される充填材をさらに備え、第１と第２の基板が延在する平面上の第１の方向において、第１と第２の基板の屈折率と充填材の屈折率とが異なり、第１と第２の基板が延在する平面上で第１の方向と直交する第２の方向において、前記第１と第２の基板の屈折率と充填材の屈折率とが等しいことが好ましい。
【００１９】
これにより、偏光特性を備えた回折素子を形成することができる。
【００２０】
本発明に係る回折素子は、第２の局面では、第１の波長の第１の光と、第２の波長の第２の光とを回折させる回折素子であって、一方の表面に第１の光を回折させる周期的な凹凸を含む第１パターンと、他方の表面に凹凸を含む第２パターンが形成された基板を備え、基板は、第１パターンの凹部と第２パターンの凸部とが重なる第１領域と、第１パターンの凸部と第２パターンの凹部とが重なる第２領域と、第１と第２パターンの凸部どうしが重なる第３領域と、第１と第２パターンの凹部どうしが重なる第４領域とを有し、第１領域と第２領域との間の光学距離の差と、第３領域と第４領域との間の光学距離の差とが第２の波長の整数倍となり、第１または第２領域の光学距離と、第３または第４領域の光学距離との差が、第２の波長の整数倍ではなくなるように、第１と第２領域の少なくとも一方で構成される第１領域群と、第３と第４領域の少なくとも一方で構成される第２領域群とが交互に周期的に並べられている。
【００２１】
この局面においても、回折素子は、第１と第２パターンの凹部に充填される充填材をさらに備え、基板が延在する平面上の第１の方向において、基板の屈折率と充填材の屈折率とが異なり、基板が延在する平面上で第１の方向と直交する第２の方向において、基板の屈折率と充填材の屈折率とが等しいことが好ましい。
【００２２】
第２の局面においても、上述した第１の局面と同様の効果を奏する。
【００２３】
第１パターンの周期と、１組の第１領域群と第２領域群との合計幅との比が、第１の波長の整数倍と第２の波長の整数倍との比に等しいことが好ましい。
【００２４】
これにより、１つの回折素子を用いて、異なる２つの波長の光を、同じ方向に偏向させることができる。
【００２５】
回折素子は、第２パターンの凹部に充填される充填材をさらに備え、充填材は、第１の光と第２の光に対して、それぞれ異なる屈折率を有することが好ましい。
【００２６】
これにより、基板上に形成される凹凸形状のアスペクト比を小さくすることができる。
【００２７】
本発明に係る光ピックアップ装置は、記録媒体に光を照射し、該記録媒体において反射した反射光から情報を再生する光ピックアップ装置であって、光源と、光源から放出された光を集光して記録媒体に照射する対物レンズと、反射光を検出して情報を再生する光検出手段と、反射光を光検出手段に向けて回折させる上述した構成の回折素子とを備える。
【００２８】
上述したとおり、本発明に係る回折素子は、異なる２つの波長の光を、それぞれ所定の方向に回折させることができる。このような回折素子を備えることで、光ピックアップ装置を小型化することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、１つの回折素子を用いて、異なる２つの波長の光を、それぞれ所定の方向に回折させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、本発明に基づく回折素子および光ピックアップ装置の実施の形態について、図１から図１０を用いて説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る回折素子を示す断面図である。
【００３２】
図１を参照して、本実施の形態に係る回折素子３は、ガラスや高分子を材料とする基板上に凹凸形状が形成された２枚の基板（基板１，基板２）を備え、凹凸形状が形成された部分を向かい合わせ、その間に等方性あるいは異方性の屈折率を有する充填材３Ａを充填した構成となっている。なお、基板１，２の凹凸形状が形成された面を、外側（他方の基板と対向する面と反対側）に向けるように、該基板１，２を重ねてもよい。
【００３３】
ここで、基板１と基板２の凹凸形状は異なっている。図１中の破線Ｂから破線Ｃまでの間の部分的な領域に注目すると、基板１（第１の基板）には幅がほぼ一定のピッチで凹部と凸部とが周期的に形成されている。一方、基板２（第２の基板）の凸部の幅は破線Ａを中心として外側にいくほど一定比率で狭くなるように形成され、また破線Ａを中心としてほぼ対称的な形状となっている。なお、基板２には、破線Ｂから破線Ｃまでの間に形成された凹凸形状を一周期とする同様の凹凸形状が周期的に形成されている。
【００３４】
図２は、一定のピッチで凹凸が形成された回折素子を示す断面図である。
【００３５】
図２を参照して、この回折素子は、ほぼ一定のピッチ（ｄ）で基板上に形成された凹凸形状を有する。これは、図１における、基板１のみを取り出した状態と等価である。
【００３６】
この素子に異なる波長（λ１，λ２）の２つの光が入射した場合、その回折格子に形成された凹凸の周期によって決まる方向に回折光が発生する。一般に、凹凸形状のピッチをｄ、回折角度をαとすると、
ｄsinα＝ｋλ  （ｋは整数）
という関係を満たす。
【００３７】
すなわち、回折角度αは波長λと凹凸形状のピッチｄに依存する。そのため、通常、一様な周期的凹凸形状が形成された回折格子においては、回折格子に同じ角度で入射する波長（λ１，λ２）の異なる光に対しては、上式を満たす角度（図１中のα１，α２）でそれぞれ回折光が発生する。なお、λ１＞λ２の場合にはα１＞α２となる。
【００３８】
次に、基板１上に基板２を重ねた場合について、図３を用いて説明する。
【００３９】
図３は、一定のピッチで形成された凹凸を表面に有する基板１上に、異なるピッチで形成された凹凸を表面に有する基板２を重ねた状態を示す図である。
【００４０】
図３を参照して、基板１，２を重ねた回折素子３に、波長がλ１とλ２の光が入射し、波長λ１の光については、主に角度α１の方向に回折光が発生し、波長λ２の光については、主に角度α３の方向に回折光が発生している。
【００４１】
ここで、波長λ１（第１の波長）の光（第１の光）に対しては、基板１に形成された一定な凹凸のピッチに従う回折光が発生し、波長λ２（第２の波長）の光（第２の光）に対しては、基板１と基板２とを組み合わせることによって実質的に形成されるピッチ（詳細は後述する。）に従う回折光が発生している。
【００４２】
なお、図３において、入射光は基板２側から入射しているが、基板１側から光が入射した場合においても回折素子３の動作は同じになる。
【００４３】
以下に、図３に示すような現象が生じる原理について説明する。
【００４４】
図４は、図３に示す回折素子３の拡大断面図であり、基板１上に一定間隔で形成された凹凸のピッチ（ｄ１）と、２つの基板１，２を重ねることで実質的に形成されるピッチ（ｄ２）とを説明する図である。なお、図４においては、説明の便宜上、図３と比較して縦方向（図４中の上下方向）の長さを比較的大きく拡大して描いている。
【００４５】
ここで、回折素子を通過する光ビームに対して与えられる位相変調について考える。１枚の基板上に周期的な凹凸を形成した回折格子（たとえば図２参照）の場合、その凹部を通過した光と凸部を通過した光とでは位相が異なるため、格子の凹凸の形状に対応した周期的な位相変調が与えられる。その位相変調の周期は、基板上の凹凸のピッチと一致する。したがって、基板上の凹凸のピッチにより回折光の角度が決定される。
【００４６】
これに対し、図３，図４に示すような回折素子３を通過する光においては、基板１上の凹凸により生じる位相差に加えて、基板１上の凹凸と基板２上の凹凸とで生じる位相差の和によっても回折光が生じる。したがって、基板１上の凹凸のピッチと対応しない角度の回折光が、さらに生じる。図３に示す回折素子３においては、波長λ２の光（第２の光）に対して、
ｄ２sinα３＝ｋλ２  （ｋは整数）
を満たす周期ｄ２の位相変調が実質的に与えられるように、それぞれの基板の格子形状（凹凸形状）と溝（凹部）の深さに関する条件が設定されている。
【００４７】
その条件の設定の仕方について、以下に説明する。図５は、図４に示すＤ部領域を抜き出して拡大した図であり、図５（ａ）は基板１，２の断面を示し、図５（ｂ）は、Ｄ部領域内を通過した波長λ２の光（第２の光）の位相差を説明する図である。
【００４８】
図５を参照して、Ｄ部領域は、基板１上の凹凸（第１パターン）と基板２上の凹凸（第宇２パターン）との組み合わせに応じて、４つの領域に分けることができる。すなわち、Ｄ部領域は、基板１の凹部と基板２の凸部とが重なる領域Ｄ１（第１領域）と、基板１の凸部と基板２の凹部とが重なる領域Ｄ２（第２領域）と、基板１，２の凸部どうしが重なる領域Ｄ３（第３領域）と、基板１，２の凹部どうしが重なる領域Ｄ４（第４領域）とを有する。
【００４９】
ここで、Ｄ部領域を、波長λ２の光（第２の光）が通過した時の位相差が図５（ｂ）に示す状態となるように凹凸形状と溝の深さを決定する。図５（ｂ）に示す状態とは、すなわち、領域Ｄ１を通過した光と領域Ｄ２を通過した光との間、および領域Ｄ３を通過した光と領域Ｄ４を通過した光との間で位相差がなく、かつ、領域Ｄ１または領域Ｄ２を通過した光と、領域Ｄ３または領域Ｄ４を通過した光との間で位相差がある状態である。
【００５０】
このような状態を生じさせるためには、領域Ｄ１と領域Ｄ２との間の光学距離の差と、領域Ｄ３と領域Ｄ４との間の光学距離の差とがλ２（第２の波長）の整数倍となり、領域Ｄ１または領域Ｄ２の光学距離と、領域Ｄ３または領域Ｄ４の光学距離との差が、λ２の整数倍ではない状態である必要がある。
【００５１】
まず、領域Ｄ１と領域Ｄ２との間の光学距離の差と、領域Ｄ３と領域Ｄ４との間の光学距離の差とがλ２（第２の波長）の整数倍となることから、以下の式が導かれる。
（ｎ２−ｎ３）Ｙ−（ｎ１−ｎ３）Ｘ＝ｌλ２・・・（１）
（ｎ２−ｎ３）Ｙ＋（ｎ１−ｎ３）Ｘ＝ｍλ２・・・（２）
ここで、ｌ，ｍは整数であり、ｎ１は基板１の屈折率、ｎ２は基板２の屈折率、ｎ３は基板１，２間に充填される充填材３Ａの屈折率を示す。
【００５２】
上記の式から、格子の溝深さＸ，Ｙは次のように求まる。
Ｘ＝（ｍ−ｌ）／Δｎ１３・（λ２／２）
Ｙ＝（ｌ＋ｍ）／Δｎ２３・（λ２／２）
ここで、Δｎ１３＝ｎ１−ｎ３、Δｎ２３＝ｎ２−ｎ３である。
【００５３】
これらの結果を、上記の（１）（２）式に代入すると、以下の式が導かれる。
Δｎ２３・Ｙ＝（ｌ＋ｍ）・λ２／２
Δｎ１３・Ｘ＝（ｌ−ｍ）・λ２／２
ここで、Δｎ２３・Ｙは、Ｄ１領域とＤ４領域間、およびＤ２領域とＤ３領域間の光学距離の差に相当する。また、Δｎ１３・Ｘは、Ｄ１領域とＤ３領域間、およびＤ２領域とＤ４領域間の光学距離の差に相当する。
【００５４】
領域Ｄ１または領域Ｄ２の光学距離と、領域Ｄ３または領域Ｄ４の光学距離との差が、λ２の整数倍ではないことから、ｌ−ｍ、およびｌ＋ｍはそれぞれ奇数となる必要がある。したがって、このような条件を満たすｌ，ｍを求めてＸ、Ｙを決定する必要がある。
【００５５】
上記の条件を満たす時、この素子を通過する波長λ２の光（第２の光）に対して図５（ｂ）に示す位相差の周期的な変化（ピッチｄ２）が与えられることになる。この結果、基板１，２を透過した波長λ２の光（第２の光）は、α３の角度だけ回折される。
【００５６】
ここで、基板２を通過したときの波長λ１の光（第１の光）の位相が、Ｄ１領域からＤ４領域にわたってほぼ等しくなるように、すなわち、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４領域の光学距離の差がλ１の整数倍に近い値になるように、基板２の溝深さＹを設定すれば、λ１の光のほとんどは、基板２によって回折されることなく基板２を透過し、基板１によって主に回折されることになる。なお、このような条件を満たさない場合も、基板２を透過した後の第１の光のうち、基板２によって回折されていない成分が、基板１によってα１の角度だけ回折される。
【００５７】
ところで、上記のα１とα３とを等しくすれば、１つの回折素子３によって、異なる波長（λ１，λ２）の光が同じ方向に回折する。このような状態が生じるための条件について以下に説明する。
【００５８】
２つの波長（λ１，λ２）の光について、その光を回折させる格子の実質的なピッチであるｄ１，ｄ２の満たす条件が
ｄ１sinα＝ｍ１・λ１  （ｍ１は整数）
ｄ２sinα＝ｍ２・λ２  （ｍ２は整数）
となるような場合は、回折素子３によって、波長λ１，λ２の光について、同じ回折角度αの方向に回折光が生成される。図１に示す回折素子３においては、波長λ２の光（第２の光）を回折させる実質的なピッチ（ｄ２）の６周期分が、波長λ１の光（第１の光）を回折させる均一な凹凸のピッチ（ｄ１）の５周期分に相当している。したがって、たとえば、λ１／λ２＝１．２のとき、２つの波長の光の回折角度は同じになる。
【００５９】
図１においては、基板２上の凹凸パターン（第２パターン）の１周期内（破線Ｂ−Ｃ間）で、波長λ２の光（第２の光）を回折させる実質的な凹凸が６周期分形成されているが、この比率はこの値に限定されるものではなく、また、同一の基板上においても、一定の値に限定されない。また、必ずしも第２パターンの一周期内（破線Ｂ−Ｃ間）において、図１に示すように、凹凸パターンが対称形状に形成されるとは限らない。
【００６０】
以上に述べた条件は、上述したｄ１，ｄ２が回折素子の合計厚さｔに対して十分大きい場合に成り立つ。
【００６１】
基板１，２上の凹凸パターンは、フォトリソグラフィ−、エッチングなどの方法により形成される。その後、基板１あるいは基板２の上に充填材３Ａを充填し、もう一方の基板を張り合わせる。なお、回折素子の製作方法としてはこの方法に限定されるものではなく、たとえば、基板１，２を張り合わせた後に充填材３Ａを充填して作製することもできる。
【００６２】
基板に充填される物質は空気であってもよい。基板１，２との屈折率の差が大きくなるように充填材３Ａを選択した場合には、基板に形成される格子の溝深さを浅くすることができる。この結果、比較的短いピッチの回折格子を作製することができる。
【００６３】
上述した回折素子の構成について要約すると以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る回折素子は、波長λ１（第１の波長）の光（第１の光）と、波長λ２（第２の波長）の光（第２の光）とを回折させる回折素子であって、第１の光を回折させる周期的な凹凸（ピッチｄ１）を含む第１パターンが表面に形成された基板１（第１の基板）と、基板１と重ねられ、表面に凹凸を含む第２パターンが形成された基板２（第２の基板）とを備え、基板１，２は、第１パターンの凹部と第２パターンの凸部とが重なるＤ１領域（第１領域）と、第１パターンの凸部と第２パターンの凹部とが重なるＤ２領域（第２領域）と、第１と第２パターンの凸部どうしが重なるＤ３領域（第３領域）と、第１と第２パターンの凹部どうしが重なるＤ４領域（第４領域）とを有し、Ｄ１領域とＤ２領域との間の光学距離の差と、Ｄ３領域とＤ４領域との間の光学距離の差とがλ２の整数倍となり、Ｄ１領域またはＤ２領域の光学距離と、Ｄ３領域またはＤ４領域の光学距離との差が、λ２の整数倍ではなくなるように、Ｄ１領域とＤ２領域とで構成される第１領域群と、Ｄ３領域とＤ４領域とで構成される第２領域群とが交互に周期的に並べられている。
【００６４】
なお、第１と第２領域群は、それぞれＤ１とＤ２領域の少なくとも一方、Ｄ３とＤ４領域の少なくとも一方で形成してもよい。
【００６５】
本実施の形態においては、上述した構成により、１つの回折素子を用いて、異なる２つの波長（λ１，λ２）の光を、それぞれ所定の方向（回折角度α１，α３）に偏向させることができる。
【００６６】
このような２波長に対応した回折素子を用いることによって、一方の波長の光に対して、他方の波長の光の回折角度の範囲を、ある程度自由に設定することができる。
【００６７】
１つの回折素子で回折した波長の異なる２つの光ビームを、それぞれ別の検出器で検出する際、その２つの光ビームの分離角度が小さいと、光ビームが互いに十分に分離した状態で検出されるために、回折素子と光検出器との間の距離を十分に離す必要がある。このことは、該回折素子を設置するデバイス（たとえば光ピックアップ装置など）の小型化に対する障害となる。
【００６８】
これに対し、本実施の形態に係る回折素子においては、２つの光ビームを、それぞれ所定の角度で回折させることができるので、比較的大きな分離角度を設定することもできる。したがって、たとえば回折素子と光検出器との間の距離を小さくすることが可能である。この結果、回折素子を設置するデバイスの小型化に寄与することができる。
【００６９】
また、上記とは別の観点では、上述した回折素子３においては、それぞれの波長（λ１，λ２）の光に対して、所定の回折角度（たとえばα１，α３）における回折効率を、一定の範囲で独立に設定することができる。したがって、回折素子３を、それぞれの波長（λ１，λ２）の光に対して分離光量比率の異なる光分離素子としても用いることができる。
【００７０】
また、第１パターンの周期ｄ１と、１組の第１領域群と第２領域群との合計幅ｄ２との比が、λ１の整数倍とλ２の整数倍との比に等しくなるように設定することもできる。
【００７１】
これにより、１つの回折素子を用いて、異なる２つの波長（λ１，λ２）の光を同じ方向（回折角度α）に偏向させることができる。
【００７２】
ところで、ほぼ同一光軸上を伝播する異なる波長の光を、同一の光検出器に向けて偏向させるために、それぞれの波長に対応する別々の回折格子を用意することが考えられる。この場合には、独立にそれぞれの回折格子を調整する必要がある。
【００７３】
これに対し、本実施の形態に係る回折素子の場合には、たとえば、一方の光の回折角度の調整を行なうと同時に、他方の光の回折角度の調整もあわせて行なうことができ、調整の簡略化を図ることができる。
【００７４】
別々の回折素子（第１と第２回折素子）を用いて２波長の光を回折させる場合、第１回折素子によって回折された光は、その下流側に位置する第２回折素子を通過する際に、その第２回折素子を構成する基板上に形成された凹凸によってさらに回折され、余分な迷光を生じる場合がある。このような問題を回避するために、第１と第２の回折素子において、通過する光の一部分のみを回折させ、二重回折をさけるなどの対策が必要となる。
【００７５】
これに対し、本実施の形態に係る回折素子においては、異なる２波長の光を実質的に同一面上で回折させるため、素子を通過する光全体を回折光として用いることができる。この結果、たとえば信号強度が大きくなり、その光信号の精度を高めることができる。
【００７６】
別々の回折素子（第１と第２回折素子）を用いて２波長の光を回折させる場合、それぞれの光の伝播方向が変化する位置や角度が異なり、第１の回折素子によって偏向された光の光路長と、第２の回折素子によって偏向された光の光路長とが一致しない。したがって、それぞれの光の焦点位置が、一致しない場合がある。
【００７７】
これに対し、本実施の形態に係る回折素子においては、２つの波長の光の回折位置と回折角度がほぼ同じであるため、集光点のずれを抑制することができる。
【００７８】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る回折素子について説明する。
【００７９】
本実施の形態に係る回折素子は、実施の形態１に係る回折素子の変形例であって、充填材３Ａとして、たとえば基板１,２上の凹凸パターン（第１と第２パターン）の延在方向（第１の方向）において基板１，２の屈折率と異なる屈折率を有し、基板１，２が延在する平面上において上記延在方向と直交する方向（第２の方向）において基板１，２の屈折率と等しい屈折率を有するものを用いることを特徴とする。
【００８０】
図６は、本実施の形態に係る回折素子による回折の状態を示す図である。
【００８１】
図６を参照して、本実施の形態に係る回折素子３は、基板１，２の主表面と直交する方向に該基板を通過する偏光に対し、その偏光面が第２の方向と平行である場合（β１）には、光をまっすぐにそのまま通過させる一方で、その偏光面が第１の方向と平行である場合（β２）には回折素子として機能する。すなわち、上記構成により、偏光特性を備えた回折素子３が形成されている。
【００８２】
上記のように、光の透過する方向によって屈折率が異なる異方性屈折率材料としては、たとえばカルサイト結晶などが使用可能である。
【００８３】
互いに直交する上記第１と第２の方向は、基板１，２が延在する平面上において任意に選択することができる。また、上述した構成は、ある局面では、基板１，２として屈折率が等方性を有するものを用い、充填材３Ａとして屈折率が異方性を有するものを用いることにより形成してもよいし、他の局面では、基板１，２として屈折率が異方性を有するものを用い、充填材３Ａとして屈折率が等方性を有するものを用いることにより形成してもよい。ただし、いずれの局面においても、第１の方向において基板１，２と充填材３Ａとの屈折率が異なり、第２の方向において基板１，２と充填材３Ａとの屈折率が等しいことが必要である。
【００８４】
なお、その他の事項については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００８５】
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３に係る回折素子を示す断面図である。
【００８６】
本実施の形態に係る回折素子３は、上述した各実施の形態に係る回折素子の変形例であって、上述した第１領域群の幅と第２領域群の幅との比率が１：１でない部分を含む点で、上述した各実施の形態と異なる。
【００８７】
上述した実施の形態１において、Ｄ１領域とＤ２領域とから構成される第１領域群の幅と、Ｄ３領域とＤ４領域とから構成される第２領域群の幅との比率は１：１である（たとえば図１を参照）。この第１と第２領域群が交互に周期的に形成されることで、λ２の波長の光を回折させている。
【００８８】
これに対し、図７においては、第１領域群の幅と第２領域群の幅は、破線Ａ−Ｂ間では２：３で形成され、破線Ｂ−Ｃ間では３：２で構成されている。
【００８９】
このように、基板２の凹凸形状の配置を任意に変更することで、所定の方向に回折する光の割合（回折効率）を調整することができる。この結果、回折光の強度を調整することができる。ここで、基板２の凹凸形状の配置だけを変化させた場合には、波長λ２の光に対する回折効率のみが変化し、波長λ１の光に対する回折効率は変化しない。
【００９０】
また、基板１および基板２の両方の凹凸形状の配置を変更してもよい。その場合には波長λ１の回折効率についても、基板１の凹部と凸部との幅の比に応じて変化する。
【００９１】
なお、その他の事項については、上述した各実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００９２】
（実施の形態４）
図８は、実施の形態４に係る回折素子を示す断面図である。
【００９３】
本実施の形態に係る回折素子６は、上述した各実施の形態に係る回折素子の変形例であって、基板５（第２の基板）上に形成される凹凸パターン（第２パターン）の凹部に充填される充填材３Ｃが、波長λ１，λ２の光（第１と第２の光）に対して、それぞれ異なる屈折率を有する点を特徴とする。
【００９４】
ここで、基板４，５上に形成される凹凸パターン（第１と第２パターン）の配置は、上述した実施の形態１における基板１，２上に形成される凹凸パターン（第１と第２パターン）と同様である。
【００９５】
波長λ１，λ２の光が基板５から基板４に向かう場合、波長λ１の光は、基板５を通過した後、基板４上の凹凸パターン（第１パターン）によって所定の角度に回折される。したがって、その回折効率を向上させる観点から、波長λ１の光が基板５を通過する際に、第２パターンの凸部領域を通過した部分と凹部領域を通過した部分との間で、位相差が生じていないことが好ましい。
【００９６】
以下、上記のような位相差が生じない状態を、基板を完全に透過した状態という。上述した実施の形態１に係る回折素子３（図１から図５を参照）において、第１の光が基板５を完全に透過するためには、以下の条件を満たす必要がある。
Δｎ２３・Ｙ＝ｐ・λ１  （ｐは整数）
ここで、上述したとおり、
Ｙ＝（ｌ＋ｍ）／Δｎ２３・（λ２／２）
であるから、
λ１／λ２＝（ｌ＋ｍ）／２ｐ
となる。
【００９７】
ｌ，ｍ，ｐは整数であるため、λ１とλ２の値によっては、この条件を満たすような適切な整数（ｌ，ｍ，ｐ）の組を見つけるのが困難、または（ｌ，ｍ，ｐ）の値が大きくなる場合がある。この結果、Ｙの値が極端に大きくなり、基板２に形成する凹凸形状のアスペクト比が大きくなるため、素子の作製自体が困難となる問題などが生じる場合がある。
【００９８】
これに対し、本実施の形態に係る回折素子６は、基板５の凹部に、波長によって屈折率の異なる屈折率を有する材料が充填されている。すなわち、基板５上の凹部に充填される充填材３Ｃは、波長λ１の光に対してはｎ４ａ、波長λ２の光に対してはｎ４ｂの屈折率を有する。なお、基板４上の凹部に充填される充填材３Ｂとしては、波長λ１，λ２の光に対して、それぞれｎ３ａ，ｎ３ｂの屈折率を有するものを用いてもよいし、波長λ１，λ２の光に対して、同じ屈折率を有するものを用いてもよい。また、充填材３Ｂ，３Ｃは、同じものであってもよい。
【００９９】
ここで、波長λ２の光に周期的な位相変調を与える観点から、実施の形態１と同様に、以下の条件が導かれる。
（ｎ２−ｎ４ｂ）Ｙ−（ｎ１−ｎ３ｂ）Ｘ＝ｌλ２
（ｎ２−ｎ４ｂ）Ｙ＋（ｎ１−ｎ３ｂ）Ｘ＝ｍλ２
ここで、ｌ，ｍは整数であり、ｎ１は基板４の屈折率、ｎ２は基板５の屈折率を示す。
【０１００】
上記の式から、基板４上の凹凸部分の溝深さＸ、および基板５上の凹凸部分の溝深さＹは次のように求まる。
Ｘ＝（ｍ−ｌ）／Δｎ１３ｂ・（λ２／２）
Ｙ＝（ｌ＋ｍ）／Δｎ２４ｂ・（λ２／２）
ここで、Δｎ１３ｂ＝ｎ１−ｎ３ｂ、Δｎ２４ｂ＝ｎ２−ｎ４ｂである。なお、ｌ，ｍはｌ＋ｍ，ｍ−ｌが奇数となる整数である。
【０１０１】
ここで、波長λ１の光が基板５を完全に透過するための条件は、
Δｎ２４ａ・Ｙ＝ｐ・λ１  （ｐは整数）
である。ここで、Δｎ２４ａ＝ｎ２−ｎ４ａである。
【０１０２】
したがって、
（Δｎ２４ｂ／Δｎ２４ａ）・λ1／λ2＝（ｌ＋ｍ）／２ｐ
という条件が得られる。したがって、Δｎ２４ｂ，Δｎ２４ａの値を調整して、比較的小さな値で整数（ｌ，ｍ，ｐ）の組を見つけることができる。この結果、上記のような問題を抑制することができる。
【０１０３】
以上、波長λ１，λ２の光が基板５から基板４に向かう場合について説明したが、これらの光が基板４から基板５に向かう場合においても事情は上記と同様である。すなわち、波長λ１の光のうち、基板４において回折されなかった成分が基板５によって回折されると、所望の角度以外の回折光の強度が大きくなるという問題がある。したがって、この場合も、波長λ１の光は、基板５を完全に透過することが好ましい。
【０１０４】
なお、その他の事項については、上述した各実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１０５】
（実施の形態５）
図９は、実施の形態５に係る回折素子を示した断面図である。
【０１０６】
本実施の形態に係る回折素子は、上述した各実施の形態に係る回折素子の変形例であって、第１と第２パターンを同一の基板３Ｄ上に形成した点を特徴とする。
【０１０７】
図９を参照して、基板３Ｄの一方の表面（図９中における基板３Ｄの上側表面）に第１の光を回折させる周期的な凹凸を含む第１パターンと、他方の表面（図９中における基板３Ｄの下側表面）に凹凸を含む第２パターンが形成されている。
【０１０８】
第１と第２パターンの凹部には、上述した充填材３Ｂ，３Ｃがそれぞれ充填されている。
【０１０９】
充填材３Ｂ，３Ｃとしては、同じものを用いてもよい。また、基板３Ｄの主表面と直交する方向に基板３Ｄを通過する光に対して、基板３Ｄの屈折率と異なる屈折率（第１の屈折率）を有する一方で、基板３Ｄの主表面と平行な方向に基板３Ｄを通過する光に対しては、基板３Ｄの屈折率と等しい屈折率（第２の屈折率）を有するものを用いてもよい。さらに、異なる波長（λ１，λ２）の光に対して、異なる屈折率を有するものを用いてもよい。
【０１１０】
なお、その他の事項については、上述した各実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１１１】
（実施の形態６）
図１０は、実施の形態６に係る光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【０１１２】
図１０を参照して、本実施の形態に係る光ピックアップ装置は、光ディスク１４（記録媒体）に異なる２つの波長（λ１，λ２）の光を照射し、光ディスク１４において反射した反射光から情報を再生する光ピックアップ装置であって、半導体レーザ１１，１２（光源）と、半導体レーザ１１，１２から放出された光を集光して光ディスク１４に照射する対物レンズ１３と、反射光を検出して情報を再生する光検出器１６（光検出手段）と、反射光を検出器１６に向けて回折させる回折素子３とを備える。
【０１１３】
半導体レーザ１１は、波長λ１の光ビームを発生させ、半導体レーザ１２は、波長λ２の光ビームを発生させる。
【０１１４】
半導体レーザ１１，１２から出たレーザ光は、回折素子３を通過する。回折素子３を通過した光は、対物レンズ１３により光ディスク１４のトラック１５上に集光される。光ディスク１４からの反射光は、対物レンズ１３を介して回折素子３を通過する。その回折光の一部が光検出器１６に導かれる。検出された光を用いてフォーカスサーボ、またはトラッキングサーボを行なうための信号を生成する。
【０１１５】
回折素子３としては、上述した各実施の形態に係るものを用いる。この回折素子は、上述したとおり、異なる２つの波長（λ１，λ２）の光を同じ方向に回折させることができる。このような回折素子を備えることで、２つの波長の光を照射／検出する光ピックアップ装置を、１つの回折素子と１つの検出器により構成することができるので、該装置の部品数を削減することができる。このことは、該装置の小型化および組み立て工程の簡略化に寄与することができる。
【０１１６】
なお、実施の形態２において説明した異方性屈折率材料を用いることにより、光ディスクに到達する光の利用効率を高めることができる。
【０１１７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施の形態の特徴部分を適宜組み合わせることは、当初から予定されている。また、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回折素子を示す断面図である。
【図２】一定のピッチで凹凸が形成された回折素子を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る回折素子による回折の状態を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る回折素子を示す拡大断面図である。
【図５】図４中のＤ部領域の状態を示す図であり、（ａ）は基板の拡大断面図であり、（ｂ）はＤ１からＤ４領域の位相差を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る回折素子による回折の状態を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る回折素子を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る回折素子を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る回折素子を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態６に係る光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【図１１】従来の光ピックアップ装置の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１，２，４，５，３Ｄ  基板、３，６  回折素子、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ  充填材、１１，１２  半導体レーザ、１３  対物レンズ、１４  光ディスク、１５  トラック、１６  光検出器。
【図１】
2005165167.tif 000003
【図２】
2005165167.tif 000004
【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】
2005165167.tif 000009
【図８】
2005165167.tif 000010
【図９】
2005165167.tif 000011
【図１０】
2005165167.tif 000012
【図１１】
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