(57)【要約】【課題】サブ波長格子を所定領域にのみ形成して、透過光束は位相段差に伴う波面劣化が生じない格子構成を実現する。【解決手段】青色系の光記録媒体Ａでは入射する垂直偏光方向の光ビームが透過し、同光記録媒体Ｂでは水平偏光方向の光ビームが透過する光学素子は、サブ波長格子を形成の輪帯領域６ｂと未形成の中心領域６ａに分かれる。開口制限素子６の輪帯領域６ｂを、光記録媒体Ａの光ビームが不感帯透過するには、垂直偏光方向の光ビームに対して位相差δが２πの整数倍であればよい。一方、光記録媒体Ｂの光ビームは、水平偏光方向の光ビームのため回折される。開口制限素子６の輪帯領域６ｂと中心領域６ａを透過する光記録媒体Ａの光ビームに光路長差があると収差が発生するため、輪帯領域６ｂの波長より長いピッチの回折格子断面形状の凹凸部を透過する光ビームの平均光路長Ｌ１が回折格子未形成の中心領域６ａを透過する光路長Ｌ２と一致させる。【選択図】図３
2005285305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の領域に分割した中の少なくとも１つの領域に形成するサブ波長格子を備え、前記サブ波長格子は、光源より所定の偏光方向の光ビームが入射した場合に、隣接する領域と光路長が同一となる屈折率、格子高さまたはデューティ比の値を選択してなることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記サブ波長格子は、複数段の少なくとも２段以上の段差形状面に重畳形成してなることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記サブ波長格子は、波長より長い周期の格子上に重畳形成してなることを特徴とする請求項２記載の光学素子。
【請求項４】
前記サブ波長格子は、輪帯状領域に形成され、光源より所定の偏光方向の第１光ビームとは直交する偏光方向の第２光ビームが入射した場合、前記第２光ビームを回折する機能を有することを特徴とする請求項３記載の光学素子。
【請求項５】
前記サブ波長格子は、輪帯状領域の内側領域に形成され、光源より所定の偏光方向の第１光ビームとは直交する偏光方向の第２光ビームが入射した場合、前記第２光ビームを回折する機能を有することを特徴とする請求項３記載の光学素子。
【請求項６】
前記サブ波長格子は、輪帯状領域及び前記輪帯状領域の内側領域に形成され、光源より所定の偏光方向の第１光ビームとは直交する偏光方向の第２光ビームが入射した場合、前記２つの領域は各々異なる方向に前記第２光ビームを回折する機能を有することを特徴とする請求項３記載の光学素子。
【請求項７】
前記サブ波長格子は、複数の同心円状領域に形成され、光源より所定の偏光方向の第１光ビームとは直交する偏光方向の第２光ビームが入射した場合、前記第２光ビームに対して前記複数の同心円状領域で隣接した領域ごとに各々異なる光路長を発生させることを特徴とする請求項２記載の光学素子。
【請求項８】
請求項４記載の光学素子における回折機能を有した輪帯状領域の内側領域に、前記サブ波長格子を複数の同心円状領域に形成したことを特徴とする請求項７記載の光学素子。
【請求項９】
前記サブ波長格子は、１／２ｍ（ｍは整数）波長板として機能することを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項１０】
前記サブ波長格子は、平面上に対称分割した一方の領域に形成され、光源より所定の偏光方向の第１光ビームとは直交する偏光方向の第２光ビームが入射した場合、前記領域が１／２波長板機能を有することを特徴とする請求項９記載の光学素子。
【請求項１１】
前記サブ波長格子は、平面上の中心部分を含む円内領域、または短冊状領域に形成され、光源より所定の偏光方向の第１光ビームとは直交する偏光方向の第２光ビームが入射した場合、前記領域が１／２波長板機能を有することを特徴とする請求項９記載の光学素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法であって、光学設計の結果から要求された微細格子形状を表面に有する金型を製作する工程と、光透過性で熱可塑性の樹脂を前記金型に押し当て表面を溶融温度に加熱する工程と、加熱した前記樹脂を前記金型に押し当てる工程と、前記樹脂が前記金型にならって変形後に樹脂を徐々に冷却して形状を転写する工程と、前記樹脂と前記金型を剥離する工程とからなることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載された光学素子の製造方法によって、製造した光学素子を用いることを特徴とする光学製品。
【請求項１４】
請求項４記載の光学素子を備え、開口数ＮＡ１，ＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）の少なくとも２つの光記録媒体に記録、再生または消去を行う光ピックアップにおいて、開口数ＮＡ２の光記録媒体に記録、再生または消去を行う場合にのみ入射する光ビームを回折するため、前記光学素子の輪帯状領域に回折機能を有し、前記輪帯状領域の内側領域の集光点とは異なる位置に集光または散乱させることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１５】
請求項５または６記載の光学素子を備え、使用波長λ１，開口数ＮＡ１，基板厚ｔ１の第１の光記録媒体に記録、再生または消去を行う対物レンズを有する光ピックアップにおいて、使用波長λ２（≧λ１），開口数ＮＡ２（＜ＮＡ１），基板厚ｔ２（≧ｔ１）の第２の光記録媒体に記録、再生または消去を行う場合にのみ入射する光ビームを回折するため、前記光学素子の輪帯状領域より内側領域に回折機能を有し、集光時に発生する収差と逆極性の収差を付加することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１６】
請求項７または８記載の光学素子を備え、使用波長λ１，開口数ＮＡ１，基板厚ｔ１の第１の光記録媒体に記録、再生または消去を行う対物レンズを有する光ピックアップにおいて、使用波長λ２（≧λ１），開口数ＮＡ２（＜ＮＡ１），基板厚ｔ２（≧ｔ１）の第２の光記録媒体に記録、再生または消去を行う場合にのみ入射する光ビームに異なる光路長を発生させるため、前記光学素子の同心円状領域に位相段差機能を有し、集光時に発生する収差と逆極性の収差を付加することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１７】
請求項１０記載の光学素子を備え、２チャンネルのアレイ光源からの光ビームを光記録媒体に集光させて記録、再生または消去を行う光ピックアップにおいて、前記２チャンネルのアレイ光源から出力の２つの光ビームは、それぞれの偏光方向を略直交させて光記録媒体に照射することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１８】
請求項１１記載の光学素子と、前記光学素子と対物レンズの間に偏光フィルタを備え、前記光学素子に入射する光ビームの光軸近傍において偏光方向を略直交させて、前記偏光フィルタにより前記対物レンズに入射する光ビームの一部を遮光させて、光記録媒体に超解像度のビームスポットを形成することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１９】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学素子を備え、光記録媒体に情報の記録、再生または消去を行うことを特徴とする光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光記録媒体に情報の記録、再生または消去を行う光ピックアップ等に用いる光学素子及びその製造方法と、これを用いた光学製品、光ピックアップ及び光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の光ピックアップは、レンズ，プリズム，波長板，偏光光学素子など多くの光学部品を組み合わせて構成される。また近年では、従来のＣＤやＤＶＤに加え、大容量の青色系光記録媒体など多種類の新旧複数規格の光記録媒体に対応する必要があり、部品点数はさらに増加する傾向にある。その一方で、光ピックアップのサイズはおおよそ定まっており大きくすることはできない。すなわち、ＣＤ系のサイズにＤＶＤや青色の機能を入れ込む必要がある。さらに、ノート型ＰＣへ搭載するなどさらなる小型化の要求もある。
【０００３】
また、光学部品として、例えば、偏光ビームスプリッタのプリズムにおいては、その加工工程の多さと、配置上占有体積が大きくなる問題があった。すなわち、偏光ビームスプリッタのプリズムは高精度に形状を加工したガラス製の直角プリズムを２個用いて、一方のプリズム斜面に波長選択膜を形成した後、他方のプリズム斜面に接合した立方体構造であるため、平板素子に比べ複雑な加工工程を要する。また、このような立体構造からなる光学部品は光ピックアップ内での容積を占有している。
【０００４】
また、光学部品の使用材料として、従来、１／４波長板は光学結晶である水晶、あるいは液晶などを使用していた。しかしながら、前者の水晶を用いた場合は、光学結晶は結晶の主軸を一定の方向に保って加工する必要があるとともに、光ピックアップの組付の際にも方向精度が要求されて、低コスト化の弊害になっていた。また後者の液晶を用いる場合は、２枚のガラス基板で封止する必要があり、やはりコストアップの原因となっていた。
【０００５】
以上のことから、複数の光学部品を１枚構成の光学素子として構成することにより、小型化、組付簡素化を図るとともに、光学部品の一つ一つに対して行う必要があった蒸着膜や光学結晶などを用いることなく光学素子を実現して低コスト化を図ることが望まれる。
【０００６】
そして、近年の加工技術の進歩に伴って、光の波長程度あるいはより短いピッチをもつ格子構造を作ることが可能になってきた。このサブ波長領域の格子構造においては回折波を生じない代わりに透過特性は微細構造に強く依存し、この構造によって位相速度（有効屈折率）や偏光特性を制御することが可能となる。その研究報告としては、非特許文献１〜３、特許文献１，２に記載されたものが知られている。
【０００７】
このようなサブ波長領域の格子構造を用いれば、例えば偏光ビームスプリッタにおけるプリズムの表面コーティングは用いずに済み、またその構成は平板化できる。同様に位相速度を制御できるため１／４波長板を格子構造にて実現することが可能となる。
【０００８】
図２４はサブ波長格子を用いた偏光選択性回折素子の概念を示す図である。微小ピッチの矩形格子部が波長より長い間隔をもって一定周期で並んでいる。微小ピッチの矩形格子部を通り抜ける光と通らない光との位相差が２πの整数倍なら回折せずに全て透過し、位相差がπならば直進する透過光がなくなり、全て回折波になる。微小ピッチの矩形格子部の等価屈折率と格子の高さを適当に選ぶことにより、回折波で偏光を分離できる。なお、回折の方向は波長より長いピッチの格子形状をコントロールすることで行うことができる。
【０００９】
また、図２５はサブ波長格子を用いた波長板の概念を示す図である。サブ波長格子により発生する異方性により位相差を得る。この位相差をπあるいはπ／２に設定することができるため、各種波長板を実現することができる。
【特許文献１】特許第３０７７１５６号公報
【特許文献２】特許第３３８２６００号公報
【非特許文献１】菊田久雄，岩田耕一，「構造性複屈折とその光学素子への応用」，回折光学素子入門，監修：（社）応用物理学会  日本光学会  光設計研究グループ，オプトロニクス社，平成９年５月２０日  第１版第１刷，ｐ１５８−１６７
【非特許文献２】菊田久雄，岩田耕一，「波長より細かな格子構造による光制御」，光学，第２７巻１号（１９９８年），ｐ１２−１７
【非特許文献３】菊田久雄，「サブ波長領域の回折格子」，Ｏｐｌｕｓ  Ｅ，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．５（１９９９年５月），ｐ５４３−５５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の光ピックアップにおいては、従来技術に記載されているような素子全面にサブ波長格子を形成するのではなく、所定領域にのみサブ波長格子を形成することにより各種光学素子を実現するものである。ただし、図２６（ａ）に示すように素子の一部領域にのみサブ波長格子を形成した場合、サブ波長格子を形成した領域と形成していない領域で位相差が生じ、そのため図２６（ｂ）に示す波面収差が発生してしまい、対物レンズ集光特性が劣化するという問題があった。
【００１１】
本発明は、前記の問題を解決することに指向するものであり、サブ波長格子を所定領域にのみ形成した光学部品として、透過光束は位相段差に伴う波面劣化が生じない格子構成を実現する光学素子及びその製造方法と、これを用いた光学製品、光ピックアップ及び光情報処理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】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載された光学素子は、複数の領域に分割した中の少なくとも１つの領域に形成するサブ波長格子を備え、サブ波長格子は、光源より所定の偏光方向の光ビームが入射した場合に隣接する領域と光路長が同一となる屈折率、格子高さまたはデューティ比の値を選択してなることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２，３に記載された光学素子は、請求項１の光学素子であり、サブ波長格子は、複数段の少なくとも２段以上の段差形状面に重畳形成してなること、さらに、波長より長い周期の格子上に重畳形成してなることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４〜６に記載された光学素子は、請求項３の光学素子であり、サブ波長格子は、輪帯状領域に形成され、または、輪帯状領域の内側領域に形成され、光源より所定の偏光方向の第１光ビームとは直交する偏光方向の第２光ビームが入射した場合、第２光ビームを回折する機能を有すること、または、輪帯状領域及び輪帯状領域の内側領域に形成され、光源より所定の偏光方向の第１光ビームとは直交する偏光方向の第２光ビームが入射した場合、２つの領域は各々異なる方向に第２光ビームを回折する機能を有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７，８に記載された光学素子は、請求項２の光学素子であり、サブ波長格子は、複数の同心円状領域に形成され、光源より所定の偏光方向の第１光ビームとは直交する偏光方向の第２光ビームが入射した場合、第２光ビームに対して複数の同心円状領域で隣接した領域ごとに各々異なる光路長を発生させること、さらに、請求項４記載の光学素子における回折機能を有した輪帯状領域の内側領域に、サブ波長格子を複数の同心円状領域に形成したことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９〜１１に記載された光学素子は、請求項１の光学素子であり、サブ波長格子は、１／２ｍ（ｍは整数）波長板として機能すること、さらに、平面上に対称分割した一方の領域に形成され、あるいは、平面上の中心部分を含む円内領域、または短冊状領域に形成され、光源より所定の偏光方向の第１光ビームとは直交する偏光方向の第２光ビームが入射した場合、領域が１／２波長板機能を有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１２に記載された光学素子の製作方法は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法であって、光学設計の結果から要求された微細格子形状を表面に有する金型を製作する工程と、光透過性で熱可塑性の樹脂を金型に押し当て表面を溶融温度に加熱する工程と、加熱した樹脂を金型に押し当てる工程と、樹脂が金型にならって変形後に樹脂を徐々に冷却して形状を転写する工程と、樹脂と金型を剥離する工程とからなることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１３に記載された光学製品は、請求項１２に記載された光学素子の製造方法によって、製造した光学素子を用いることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１４に記載された光ピックアップは、請求項４記載の光学素子を備え、開口数ＮＡ１，ＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）の少なくとも２つの光記録媒体に記録、再生または消去を行う光ピックアップにおいて、開口数ＮＡ２の光記録媒体に記録、再生または消去を行う場合にのみ入射する光ビームを回折するため、光学素子の輪帯状領域に回折機能を有し、輪帯状領域の内側領域の集光点とは異なる位置に集光または散乱させることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１５に記載された光ピックアップは、請求項５または６記載の光学素子を備え、使用波長λ１，開口数ＮＡ１，基板厚ｔ１の第１の光記録媒体に記録、再生または消去を行う対物レンズを有する光ピックアップにおいて、使用波長λ２（≧λ１），開口数ＮＡ２（＜ＮＡ１），基板厚ｔ２（≧ｔ１）の第２の光記録媒体に記録、再生または消去を行う場合にのみ入射する光ビームを回折するため、光学素子の輪帯状領域より内側領域に回折機能を有し、集光時に発生する収差と逆極性の収差を付加することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１６に記載された光ピックアップは、請求項７または８記載の光学素子を備え、使用波長λ１，開口数ＮＡ１，基板厚ｔ１の第１の光記録媒体に記録、再生または消去を行う対物レンズを有する光ピックアップにおいて、使用波長λ２（≧λ１），開口数ＮＡ２（＜ＮＡ１），基板厚ｔ２（≧ｔ１）の第２の光記録媒体に記録、再生または消去を行う場合にのみ入射する光ビームに異なる光路長を発生させるため、光学素子の同心円状領域に位相段差機能を有し、集光時に発生する収差と逆極性の収差を付加することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１７に記載された光ピックアップは、請求項１０記載の光学素子を備え、２チャンネルのアレイ光源からの光ビームを光記録媒体に集光させて記録、再生または消去を行う光ピックアップにおいて、２チャンネルのアレイ光源から出力の２つの光ビームは、それぞれの偏光方向を略直交させて光記録媒体に照射することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１８に記載された光ピックアップは、請求項１１記載の光学素子と、光学素子と対物レンズの間に偏光フィルタを備え、光学素子に入射する光ビームの光軸近傍において偏光方向を略直交させて、偏光フィルタにより対物レンズに入射する光ビームの一部を遮光させて、光記録媒体に超解像度のビームスポットを形成することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１９に記載された光情報処理装置は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学素子を備え、光記録媒体に情報の記録、再生または消去を行うことを特徴とする。
【００２５】
前記の構成によれば、サブ波長格子を利用した偏光回折光学機能を所定領域に形成した光学素子と、これを備えた光ピックアップにおいて、所定の偏光方向の光ビームに対し、サブ波長格子の形成領域と未形成領域間における位相差が発生せずに不要な波面劣化が生じることがなく、光学素子または光ピックアップを得ることができ、偏光選択性の開口制限，収差補正，位相シフタなどの機能を有する光学素子、または波長板の機能を有する光学素子及びこれらの光学素子を搭載した互換型光ピックアップ、マルチビーム光ピックアップ、または超解像光ピックアップとこれを用いた光情報処理装置が実現できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、サブ波長格子の形成領域と非形成領域との間での位相差が生じることなく、不要な波面劣化が抑制でき、また光学素子表面のコーティング処理を行うことなく製造でき、複数部品の機能を共用化ができるサブ波長格子を用いた光学素子と、これを用いる光学製品、光ピックアップ及び光情報処理装置を実現し、また小型化して低コストに製造できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態として、使用波長または基板厚と、開口数（ＮＡ）が異なる２種類以上の光記録媒体に記録、再生または消去を行う光ピックアップの互換素子を例に、サブ波長格子が偏光回折素子、偏光位相シフタ素子として機能する場合について説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態１における実施例１の光ピックアップの概略構成を示す図である。図１に示す光ピックアップにおいて、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体Ａ」と「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体Ｂ」を共に記録、再生または消去することができる。
【００２９】
図１に示す光ピックアップの要部は、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１、コリメートレンズ２、偏光面切換素子３、ハーフミラー４、偏向プリズム５、偏光選択性開口制限素子６、偏光選択性収差補正素子７、対物レンズ８、検出レンズ１０、光束分割手段１１、受光素子１２より構成される。
【００３０】
ここで、対物レンズ８は、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体Ａ」に対し、入射する光ビームが無限系で波面収差が最小になるように設計している。一般に対物レンズは高ＮＡになるほど公差が厳しくなるので、この例におけるＮＡ０.８５とＮＡ０.６５を比べると、ＮＡ０.８５において望ましい特性を得ることが難しくなることから、ＮＡ０.８５で収差を補正した非球面レンズを使うことが望ましいためである。
【００３１】
また、光記録媒体９ａ，９ｂはそれぞれ基板厚さまたは使用波長が異なる光記録媒体であり、光記録媒体９ａは基板厚さが０．１ｍｍの青色系光記録媒体Ａ、光記録媒体９ｂは基板厚さが０.６ｍｍの青色系光記録媒体Ｂである。記録または再生時にはいずれかの光記録媒体のみが図示しない回転機構にセットされて高速回転する。
【００３２】
まず、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体Ａ」の光記録媒体９ａを記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ２で略平行光とされ、偏光面切換素子３で偏光方向を紙面垂直面内で９０度回転され（回転後の偏光方向を入射する光ビームの垂直偏光方向とする）、ハーフミラー４を透過し、偏向プリズム５で光路を９０度偏向され、偏光選択性開口制限素子６と偏光選択性収差補正素子７を不感帯透過し、対物レンズ８に入射し、光記録媒体９ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録または消去が行われる。光記録媒体９ａから反射した光は、再び略平行光とされ、ハーフミラー４で反射され、検出レンズ１０で収束光とされ、光束分割手段１１により複数の光路に偏向分割され受光素子１２に至る。受光素子１２からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【００３３】
次に、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体Ｂ」の光記録媒体９ｂを記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ２で略平行光とされ、偏光面切換素子３では偏光方向は回転せずにそのまま透過し（入射する光ビームの水平偏光方向とする）、ハーフミラー４を透過し、偏向プリズム５で光路を９０度偏向され、偏光選択性開口制限素子６でＮＡ０.６５に制限され、偏光選択性収差補正素子７において回折されて所定発散度で対物レンズ８に入射し、光記録媒体９ｂ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録または消去が行われる。光記録媒体９ｂから反射した光は、再び略平行光とされ、ハーフミラー４で反射され、検出レンズ１０で収束光とされ、光束分割手段１１により複数の光路に偏向分割され受光素子１２に至る。受光素子１２からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【００３４】
偏光面切換素子３としては、ＴＮ（ツイスト・ネマティック）型液晶を用いればよい。ＴＮ型液晶は電圧を加えたときには偏光方向を回転させ、電圧を印加しないときは不感透過させることで一般に知られている。
【００３５】
また、開口数（ＮＡ）と光束径に関する条件について説明する。本実施の形態１の実施例１では、光記録媒体に応じて、ＮＡを切り換える必要がある。すなわち、青色系光記録媒体ＡではＮＡ０.８５であり、青色系光記録媒体ＢではＮＡ０.６５である。対物レンズの焦点距離をｆ、集光に利用する光束の有効径をφとしたとき、ＮＡは（数１）で与えられる。
【００３６】
【数１】
2005285305.tif 000003
【００３７】
よって、光記録媒体の種類に応じて、透過光束径を切り換える手段を用いればよい。そこで、光記録媒体に応じて、光源からの出射光の偏光方向を切り換える偏光面切換素子３と、偏光方向に応じて、０次，１次の回折特性を有する偏光選択性開口制限素子６を用いている。
【００３８】
開口制限を行う偏光回折は、図２４に示したようにサブ波長格子を用いた偏光選択性回折素子により、微小ピッチの矩形格子部の等価屈折率と格子の高さを適当に選ぶと、回折波で偏光を分離でき、回折の方向は波長より長いピッチの格子形状をコントロールすることで行うことができる。
【００３９】
さらに、光学素子におけるサブ波長格子の形成領域と未形成領域間において所定の偏光方向の光ビームについて位相差を生じさせないための条件を説明する。サブ波長格子においては、入射する光ビームの偏光方向が格子の溝方向に平行であるか垂直であるかによって複屈折を有する。周期構造部分での屈折率は、入射する光ビームの水平偏光方向におけるｎｐと垂直偏光方向におけるｎｓのそれぞれは（数２），（数３）で与えられる。
【００４０】
【数２】
2005285305.tif 000004
【００４１】
【数３】
2005285305.tif 000005
【００４２】
ここで、ｎ１，ｎ２はそれぞれ格子周期構造の山と谷の部分における各媒体の屈折率であり、ｔはデューティ比である。すなわち、ｎ２を１（空気層）、デューティ比（ｔ）を０．５とすると（数２），（数３）は（数４），（数５）のように表せる。
【００４３】
【数４】
2005285305.tif 000006
【００４４】
【数５】
2005285305.tif 000007
例えば、入射する垂直偏光方向の光ビームに対しては、不感帯（位相差δが２πの整数倍）とするためには、（数６）となればよい。
【００４５】
【数６】
2005285305.tif 000008
ここで、λは使用波長、ｄ１は格子高さ、ｍは任意の整数である。
【００４６】
そして、図２に示すようにサブ波長格子の形成領域と、隣接するサブ波長格子の未形成領域との間で位相差を生じさせないためには、サブ波長格子の形成領域と未形成領域の間を透過する光ビームに光路長差が発生してはならない。そこでサブ波長格子を透過する光ビームの平均光路長Ｌ１は（数７）で表せ、
【００４７】
【数７】
2005285305.tif 000009
これが未形成領域を透過する光路長Ｌ２の（数８）と一致していればよい。
【００４８】
【数８】
2005285305.tif 000010
ここで、ｄ２は未形成領域の高さに相当する。
【００４９】
ここで、前述のような偏光選択性回折機能を利用した開口制限素子について説明する。図３（ａ）は本実施の形態１の実施例１における開口制限素子の斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図である。青色系光記録媒体Ａの記録，再生時には入射する垂直偏光方向の光ビームが透過し、青色系光記録媒体Ｂの記録，再生時には入射する水平偏光方向の光ビームが透過する。図３（ａ）に示すように光学素子の形状として、回折格子を形成した輪帯状の輪帯領域６ｂと回折格子を形成していない中心領域６ａとに分かれている。中心領域６ａと輪帯領域６ｂの境界はＮＡ０．６５に相当する。
【００５０】
青色系光記録媒体Ａの記録，再生時には、開口制限素子６を透過する光ビームは、輪帯領域６ｂを０次回折光として透過する。このためには、入射する垂直偏光方向の光ビームに対しては、位相差δが２πの整数倍であればよく、（数９）を満足すればよい。
【００５１】
【数９】
2005285305.tif 000011
ここで、ｄ１は輪帯領域６ｂの回折格子の溝深さ、λは使用波長、ｍは任意の整数である。
【００５２】
一方、青色系光記録媒体Ｂの記録，再生時には、開口制限素子６を透過する光ビームは、入射する水平偏光方向の光ビームとなり回折される。図３（ｂ）に示すように断面形状が矩形構造をなす、薄い位相回折格子の回折効率η１は（数１０）で表される。
【００５３】
【数１０】
2005285305.tif 000012
ここでΔｎは超微細の回折格子によって生じる複屈折である。
【００５４】
本実施の形態１の実施例１では、青色系光記録媒体Ａの記録，再生時には、開口制限素子６を透過する光ビームは不感帯透過する必要がある。そのためには、輪帯領域６ｂと中心領域６ａのそれぞれを透過する光ビームに光路長差が発生してはならない。光路長差があると、透過する光ビームは位相段差を感じ収差が発生する。そこで輪帯領域６ｂの波長より長いピッチの回折格子は、断面形状が凹凸状であり、この凹部と凸部の平均の光路長Ｌ１は（数１１）で表される。
【００５５】
【数１１】
2005285305.tif 000013
そして、回折格子が何ら形成されていない中心領域６ａを透過する光路長Ｌ２の（数１２）と一致していればよい。
【００５６】
【数１２】
2005285305.tif 000014
ここで、ｄ２は中心領域の高さに相当する。
【００５７】
なお、輪帯領域６ｂ及び中心領域６ａに入射した光ビームは、往路で回折されて光記録媒体へ集光した後、復路で再び回折格子の光軸の軸対象となる位置、すなわち回転対称となる位置で回折される。回折格子の格子パターンが光軸の軸対象となる場合、往路でプラス次数で回折された光が、復路でマイナス次数で回折されることにより、０次光となって直進光に重畳する。重畳した直進光は受光素子に入射してしまいフレア成分として信号劣化させてしまう。そこで、輪帯領域６ｂにおいて、例えば図４に示すように回折格子の平面パターンを領域６ｅ，６ｆの格子パターンが直交している２つとし、回転対称性がないようにする。このように構成することにより、往路でプラス次数（またはマイナス次数）で回折された光と復路でマイナス次数（またはプラス次数）で回折された光が重なることがなく、フレアの抑制が可能となる。
【００５８】
また、使用波長がλ＝４０５ｎｍ、基板厚が０．１ｍｍの青色系光記録媒体Ａに対して良好な収差特性となるよう設計したＮＡ＝０．８５の対物レンズを、使用波長が同一のλ＝４０５ｎｍで厚さが０.６ｍｍの青色系光記録媒体ＢにＮＡ＝０．６５で用いたときに発生する波面収差を図５に示す。図５において横軸には入射瞳径、縦軸には波面収差を表す。また図５では位相差分布の２次元的な断面形状を表しているが、実際には縦軸（ＮＡ＝０）に関して回転対称な３次元的な分布となっている。このような発生収差を補正するために、前述した開口制限と同様に偏光選択性回折機能を利用すればよい。
【００５９】
図６は、一般的な対物レンズの基板厚みと発散度の関係を示したグラフである。図６において横軸は基板厚み、縦軸は対物レンズに入射する光束発散度の関数で使用状態における対物レンズの倍率を示す。対物レンズより基板側へ出射する光束は常に収斂光であるので、対物レンズに収斂光が入射するときの符号を「＋」、発散光が入射するときの符号は「−」とする。また、この倍率が「０」のときは、対物レンズへは平行光が入射する。図中の曲線は各基板厚に対し、波面収差を最小とする倍率を結んだものであり、例えば、ある基板厚で平行光入射が最良の場合、この基板厚が厚くなるほどマイナスすなわち発散光、薄くなるほどプラスすなわち収斂光を入射させてやると収差が小さくなるということが一般に知られている。よって、本実施の形態１の実施例１においては、対物レンズは基板厚０．１ｍｍの青色系光記録媒体Ａで最適化したレンズであるため、基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体Ｂに集光するときは発散光を入射させることにより収差を抑制することが可能となる。
【００６０】
次に、偏光選択性回折機能を利用した収差補正素子について説明する。図７（ａ）は本実施の形態１の実施例１における収差補正素子の斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図である。青色系光記録媒体Ａの記録，再生時には入射する垂直偏光方向の光ビームが透過し、青色系光記録媒体Ｂの記録，再生時には入射する平行偏光方向の光ビームが透過する。図７（ａ）に示すように光学素子の形状として、回折格子を形成した輪帯領域の内側領域である中心領域７ａと回折格子を形成していない周辺領域７ｂとに分かれている。中心領域７ａと周辺領域７ｂの境界はＮＡ０．６５以上であればよい。
【００６１】
青色系光記録媒体Ａの記録，再生時には、収差補正素子を透過する光ビームは、中心領域を０次回折光として透過する。入射する垂直偏光方向の光ビームに対しては、位相差が２πの整数倍であればよい。一方、青色系光記録媒体Ｂについては青色系光記録媒体Ａと直交する方向に偏光した光ビームとする。その光ビームが入射すると位相差が生じて回折される。この回折領域の平面パターンはよく知られているゾーンプレート状に形成すればよい。
【００６２】
なお、本実施の形態１の実施例１として前述した開口制限素子と収差補正素子を１素子化してもよい。例えば、平板の光学素子の各面に開口制限機能と収差補正機能を設ければ、部品点数を削減することができる。具体的には、図８に示すように、開口制限機能を有する輪帯領域６ｂと、収差補正機能を有する中心領域７ａとを１面化して構成してもよい。
【００６３】
また、光学素子を製造する方法として、回折格子の材料に光透過性で熱可塑性の樹脂を用いることにより樹脂成形金型に形成した微細形状を転写すればよい。すなわち、従来の蒸着のような長時間を要するプロセスを用いないため大量生産が可能である。図９に金型作製工程のフローを示す。樹脂成形金型すなわち金型４０は電子線露光技術により露光、現像などのパターニングの後（図９（ａ），（ｂ）参照）、反応性イオンエッチングなどにより金型基板を掘り込み金型原盤を作製し（図９（ｃ），（ｄ）参照）、その後に転写工程で金型４０を容易に引き離せるように剥離材料４１を塗布する工程からなる。
【００６４】
また、図１０に格子パターンの転写工程のフローを示す。基板４５上に光透過性で熱可逆性の樹脂４６を塗布し（図１０（ａ）参照）、この樹脂４６を金型４０に押し当て表面を樹脂Ｔｇ温度（例えば、高透過率樹脂のガラス転移温度として、ＣＹＴＯＰ：１０８℃、ＰＭＭＡ：１０５〜１２０℃など）より僅かに高い溶融温度に加熱する工程、さらに加熱した樹脂４６を金型４０に押し当てて加圧する工程、さらに樹脂４６が金型４０にならって変形した後に樹脂４６を徐々に冷却し形状を転写する工程（図１０（ｂ）参照）、樹脂４６と金型４０を剥離する工程（図１０（ｃ）参照）とからなる。この図９，図１０に示す工程により回折格子を作製する。
【００６５】
また、本実施の形態１の実施例１では光学素子への回折格子の転写と合わせて、もう一方の面にグレーティングなど他の格子面を同時形成させてもよい。これにより光学素子を用いる、例えば波長板，偏光光学素子，開口制限素子，収差補正素子，位相シフタ素子等のいずれか１以上を有する光学製品、光ピックアップを構成するための部品点数を削減することができ、低コスト化、小型化を実現できる。
【００６６】
以上のことから、本実施の形態１の実施例１の構成よって、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体Ａ」と「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体Ｂ」を共に記録、再生または消去できる互換型光ピックアップが実現できる。
【００６７】
また、本実施の形態１における実施例２として、前述した「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体Ａ」と「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体Ｂ」を共に記録、再生または消去する光ピックアップに限られるものでなく、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」や「使用波長７８５ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」などを記録、再生または消去するものであってもよい。
【００６８】
図１１は、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体Ａ」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」に記録、再生または消去を行う光ピックアップの構成例を示す図である。
【００６９】
図１１に示す光ピックアップの要部は、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１、コリメートレンズ２、ハーフミラー４、ダイクロイックプリズム２４、偏向プリズム５、偏光選択性開口制限素子６、偏光選択性収差補正素子７、対物レンズ８、検出レンズ１０、光束分割手段１１、受光素子１２から構成する波長４０５ｎｍの光ビームが透過する青色光学系と、ホログラムユニット２１、コリメートレンズ２２、ダイクロイックプリズム２４、偏向プリズム５、偏光選択性開口制限素子６、偏光選択性収差補正素子７、対物レンズ８から構成する波長６６０ｎｍの光ビームが透過するＤＶＤ系光学系から構成されている。
【００７０】
ここで、対物レンズ８は、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体Ａ」に対し、入射する光ビームが無限系で波面収差が最小になるように設計している。一般に対物レンズは高ＮＡ，短波長になるほど公差が厳しくなるので、ＮＡ０.８５において望ましい特性を得ることが難しくなることから、ＮＡ０.８５で収差を補正した非球面レンズを使う方が望ましいためである。
【００７１】
また、青色の半導体レーザ１と、ＤＶＤ用のホログラムユニット２１の光ビームの偏光方向は略直交するものであり、ＤＶＤ集光用の光ビームは偏光選択性開口制限素子６及び偏光選択性収差補正素子７により回折する方向に配置され、青色用の光ビームは偏光選択性開口制限素子６及び偏光選択性収差補正素子７を不感帯透過する配置構成となっている。
【００７２】
まず、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体Ａ」の光記録媒体９ａを記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ２で略平行光とされ、ハーフミラー４、ダイクロイックプリズム２４を透過し、偏向プリズム５で光路が９０度偏向され、偏光選択性開口制限素子６と、偏光選択性収差補正素子７を不感帯透過し、対物レンズ８に入射し、光記録媒体９ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の記録、再生または消去が行われる。光記録媒体９ａから反射した光は、ハーフミラー４で反射され、検出レンズ１０で収束光とされ、光束分割手段１１により複数の光路に偏向分割されて受光素子１２に至る。受光素子１２からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【００７３】
次に、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」の光記録媒体９ｃを記録、再生または消去する場合について説明する。近年、ＤＶＤの光ピックアップには受発光素子を１つのキャン（容器）の中に設置し、ホログラムを用いて光束の分離を行うホログラムユニットが一般的に用いられるようになってきた。ホログラムユニット２１は、半導体レーザ２１ａのチップ、ホログラム２１ｂ及び受光素子２１ｃを一体化して構成されている。
【００７４】
このホログラムユニット２１の半導体レーザ２１ａから出射された６６０ｎｍの光ビームは、ホログラム２１ｂを透過し、コリメートレンズ２２で平行光とされ、青色波長帯域の光ビームは透過し、赤色波長帯域の光ビームは反射させるダイクロイックプリズム２４によって偏向プリズム５の方向に反射され、偏向プリズム５によって光路が９０度偏向され、偏光選択性開口制限素子６でＮＡ０.６５に制限され、偏光選択性収差補正素子７において所定の発散光ビームとなり、対物レンズ８に入射し、光記録媒体９ｃ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録または消去が行われる。光記録媒体９ｃから反射した光ビームは、偏向プリズム５、ダイクロイックプリズム２４で反射され、コリメートレンズ２２で収束光とされ、ホログラム２１ｂにより半導体レーザ２１ａと同一キャン内にある受光素子２１ｃ方向に回折されて、受光素子２１ｃに受光される。受光素子２１ｃからは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【００７５】
本実施の形態１の実施例２においても、前述の実施例１の青色系光記録媒体Ａ，Ｂと同様に、青色系光記録媒体ＡとＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体との互換を有した記録、再生または消去を行う光ピックアップを構成することができる。
【００７６】
図１２（ａ）は本発明の実施の形態２における偏光選択性位相シフタ機能を利用した収差補正素子の斜視図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図である。収差補正素子として実施の形態１のような回折を利用したものに限らず、０次光を利用した補正方法であってもよい。本実施の形態２では、サブ波長格子による偏光選択性を利用した位相シフタ素子について説明する。
【００７７】
なお、本実施の形態２の光ピックアップの構成は、前述の図１に示す青色系光記録媒体Ａと青色系光記録媒体Ｂの２媒体について記録、再生または消去を行う光ピックアップと同じものであり、収差補正素子として位相シフタ素子７’を用いる。
【００７８】
以下に、偏光選択性位相シフタ機能を利用した収差補正素子について説明する。青色系光記録媒体Ａの記録，再生時には入射する垂直偏光方向の光ビームが透過し、青色系光記録媒体Ｂの記録，再生時には水平偏光方向の光ビームが透過する。図１２（ａ），（ｂ）に示すように光軸中心に同心円状に分割された第１領域７ｅ〜第５領域７ｉの平面パターン、かつ各領域に階段状の断面形状を有する。
【００７９】
位相シフタ素子７’において第２〜第５領域７ｆ〜７ｉの各領域は、微小ピッチのサブ波長格子が形成されている。この微小ピッチの格子部を通り抜ける光と通り抜けない光との位相差が２πの整数倍なら不感帯透過し、それ以外は直進する透過光がなく位相差に応じた段差により遅れを生じる。この遅れを生じる段差形状を補正対象である発生収差と極性を反転したものとすれば、総じて発生収差を補正することができる。
【００８０】
青色系光記録媒体Ｂの記録，再生時に、位相シフタ素子が機能する様子を説明する。サブ波長格子の階段の高さは均一なもので、高さをｄ、位相シフタ素子の屈折率をｎ１、入射する光ビームの水平偏光方向における屈折率をｎｐと表す。第１領域７ｅ〜第５領域７ｉのそれぞれを透過する光ビームは、各々隣接する領域と光路差は（数１３）
【００８１】
【数１３】
2005285305.tif 000015
すなわち、波長をλとして、位相差δは（数１４）を与えることができる。
【００８２】
【数１４】
2005285305.tif 000016
【００８３】
また、青色系光記録媒体Ｂへ集光したときに発生する波面収差は、図１３（ａ）の実線で示す上側部分である。対物レンズに光源側から入射する光束に、図１３（ａ）の破線で示す下側部分のような位相差を与えるように、位相段差を形成すると、収差補正する位相シフタ素子を透過する光束の各部において波面遅れにより「波面収差」を打ち消すことができる。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）における実線（波面収差）と破線（位相シフタ素子による波面の遅れ）の和、すなわち補正後の波面収差を示す。もとの波面収差（図１３（ａ）の上側部分）よりも格段に小さくなる。
【００８４】
一方、青色系光記録媒体Ａの記録，再生時には、位相シフタ機能は生じず、不感帯透過するために、位相差δは（数１５）
【００８５】
【数１５】
2005285305.tif 000017
が２πの整数倍であればよい。
【００８６】
なお、本実施の形態２の位相シフタ素子を、実施の形態１として前述した開口制限素子と１素子化してもよい。具体的には、図１２（ａ）に示す光軸中心に同心円状に分割した第１領域７ｅ〜第５領域７ｉの位相シフタ機能の領域と、その外周に輪帯領域として開口制限機能の領域を設けて１面化して構成してもよい。
【００８７】
図１４は本発明の実施の形態３における光ピックアップの概略構成を示す図である。図１４に示す光ピックアップにおいて、２チャンネルのアレイ光源を有するマルチビーム光ピックアップの偏光方向切換素子を例に、サブ波長格子が波長板として機能する場合について説明する。
【００８８】
図１４に示す光ピックアップの要部は、光源ユニット３１、偏光方向切換素子３２、コリメートレンズ２、２ビーム光路合成素子３３、ハーフミラー４、偏向プリズム５、対物レンズ８、検出レンズ１０、光束偏向手段１１’、受光素子１２より構成されている。
【００８９】
マルチビーム光ピックアップは、２トラック同時記録再生などの高速化が可能となる。または、一方の光ビームを記録、他方の光ビームをベリファイ用の光ビームとすることにより高信頼性を確保することが可能となる。さらに、一方の光ビームを青色系光記録媒体Ａ、他方の光ビームをＤＶＤ系光記録媒体あるいはＣＤ系光記録媒体に記録、再生または消去にすること、または一方の光ビームはＤＶＤ系光記録媒体、他方の光ビームはＣＤ系光記録媒体に記録、再生または消去することができ光ピックアップの小型化が可能となる。
【００９０】
光源ユニット３１には、半導体レーザチップを搭載しており、この半導体レーザチップには２つのレーザ発光点（レーザダイオード：ＬＤ）として第１ＬＤ１ａ，第２ＬＤ１ｂが設けられている。半導体レーザチップの後段には偏光方向切換素子３２が配置されており、第１ＬＤ１ａの光ビームは１／２波長板相当のサブ波長格子領域を透過することにより偏光方向が９０度回転され、第２ＬＤ１ｂから出射され偏光方向切換素子３２を透過した光ビームとは偏光方向が直交する。
【００９１】
光源ユニット３１から出射した光ビームはコリメートレンズ２で略平行光に変換される。特に、ここでコリメートレンズ２を透過した光ビームの傾角は相異なるものであって、後述する角度低減手段である２ビーム光路合成素子３３により、各々の光ビームにおける対物レンズ８の光軸とのずれをコリメートレンズ２の出射直後において低減する。その後、光ビームは、ハーフミラー４を透過して偏向プリズム５により光路を９０度折り曲げられ、対物レンズ８により光記録媒体９上に集光される。
【００９２】
光記録媒体９からの反射光は、照射時の光路を逆行し、ハーフミラー４により反射され、光束偏向手段１１’に到達する。光束偏向手段１１’は、入射した光記録媒体９からの反射光をその偏光回転角に応じて透過または反射または回折することにより各光ビームを同一の受光素子１２に導く。受光素子１２はサーボ信号の生成方法により適宜分割されている。受光素子１２で検出された光記録媒体９からの反射光はトラッキング信号，フォーカス信号及び再生信号として後続の制御回路（図示せず）に出力される。
【００９３】
一般に対物レンズ８へ入射する光ビームが、対物レンズ８の光軸に対して傾いていると波面劣化により、盤面上のスポット性能が確保できない。特に対物レンズ８が高ＮＡになるほどその劣化は大きい。図１５には対物レンズ入射角と波面収差の計算結果を示す。ここで本実施の形態３においては、コリメートレンズ２から出射する第１ＬＤ１ａ，第２ＬＤ１ｂからの各ビームで対物レンズ８光軸との角度差を低減する２ビーム光路合成素子３３を、コリメートレンズ２３と対物レンズ８の間に配置したことを１つの特徴としている。なお、第１ＬＤ１ａと第２ＬＤ１ｂの間隔を狭めることによって、２つの光ビームの角度差は低減できるが、一般に製造上の問題やＬＤ間の熱干渉の問題があり第１ＬＤ１ａと第２ＬＤ１ｂの間隔は数十μｍある。
【００９４】
そこで、本実施の形態３のマルチビーム光ピックアップによれば、偏光方向切換素子３２により、光源ユニット３１から出射した２つの光ビームの偏光面を直交させることができるため、偏光選択性のある素子を２ビーム光路合成素子３３として適用することができる。２ビーム光路合成素子３３としては偏光選択手段として用いられる偏光ホログラム（図１６（ａ）参照）、ウォーラストンプリズム（図１６（ｂ）参照）などが挙げられる。また、楕円ビームを略円形状に変換するために用いられるビーム整形プリズム（図１６（ｃ）参照）も適用可能である。
【００９５】
また、本実施の形態３のマルチビーム光ピックアップによれば、偏光方向切換素子３２により、光源ユニット３１から出射する２つの光ビームの偏光面を直交させることができるため、これらの光ビームにおいて光記録媒体９からの反射光を光束偏向手段１１’により偏光面の相違に応じて記録ビーム、再生ビームの両光ビームを同一の受光素子１２に導くことができ、記録用，再生用の各受光素子を配置する必要がない。光束偏向手段１１’としては、偏光ホログラム（図１７（ａ）参照）やウォーラストンプリズム（図１７（ｂ）参照）が挙げられる。
【００９６】
また、図３４に示したサブ波長格子を用いた波長板の概念図において、前述のとおり、サブ波長格子により異方性が得られ、そのときの位相差δは（数１６）から得られる。
【００９７】
【数１６】
2005285305.tif 000018
ここで、λは波長、ｎ１は媒体の屈折率、ｄ１は格子高さである。これから、媒体の屈折率ｎ１と格子高さｄ１を適当に選択することにより、位相差をπあるいはπ／２に設定することができるため、各種波長板を実現できる。
【００９８】
前述のようなサブ波長格子による波長板機能を利用した偏光方向切換素子について説明する。図１８（ａ）は本実施の形態３における偏光方向切換素子の斜視図であり、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図である。光源ユニットの第１ＬＤ１ａからの光ビームがサブ波長格子領域を透過し、第２ＬＤ１ｂからの光ビームが透過する領域は単なる平板である。サブ波長格子を形成した領域と、形成していない領域は偏光方向切換素子３２の平面上を２等分した各領域に形成し構成される。第１ＬＤ１ａからの光ビームは、サブ波長格子領域を透過するためには、位相差が２πの整数倍であればよい。
【００９９】
また、収差が発生しないために、第１ＬＤ１ａと第２ＬＤ１ｂの各光源からコリメートレンズまでの光路長は略同一であることが望ましい。これは両者に差がある場合、コリメートレンズのデフォーカス誤差に相当する収差が生じるためである。そこで、サブ波長格子を透過する光ビームの光路長Ｌ１は（数１７）で表され、
【０１００】
【数１７】
2005285305.tif 000019
格子を形成していない領域を透過する第２ＬＤ１ｂからの光ビームの光路長Ｌ２の（数１８）と一致していればよい。
【０１０１】
【数１８】
2005285305.tif 000020
ここで、ｄ２は平板領域の高さに相当する。
【０１０２】
図１９は本発明の実施の形態４における光ピックアップの概略構成を示す図である。図１９に示す光ピックアップの要部は、光源ユニットの半導体レーザ１、コリメートレンズ２、ハーフミラー４、偏向プリズム５、超解像素子３５、対物レンズ８、検出レンズ１０、光束分割手段１１、受光素子１２より構成されている。
【０１０３】
本実施の形態４は、前述の実施の形態３に記載した構成に限らず、波長板機能を光路中の一部に形成した光学素子であれば、いずれにも有効であり、例えば超解像度ピックアップに用いてもよい。そして、超解像ピックアップは光ビームの小径化による高密度化が可能な光ピックアップとして一般に知られている。
【０１０４】
図１９の光ピックアップの光路として、半導体レーザ１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ２で略平行光とされ、ハーフミラー４を透過し、偏向プリズム５で光路を９０度偏向され、超解像素子３５により光軸近傍が遮光され、光軸近傍が抜けたレーザ光となって対物レンズ８に入射し、光記録媒体９上に微小スポットとして集光される。このとき、ビームスポットは光軸付近の遮光による超解像効果により、超解像素子のない場合の通常スポットに比べ小さいビーム径とすることができる。光記録媒体９から反射した光は、再び略平行光とされ、ハーフミラー４で反射され、検出レンズ１０で収束光とされ、光束分割手段１１により複数の光路に偏向分割されて受光素子１２に至る。受光素子１２からは、情報信号、サーボ信号が検出される。
【０１０５】
図２０（ａ）は本実施の形態４における超解像素子である偏光方向素子の斜視図、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図である。光軸近傍にサブ波長格子を形成して、さらに、格子を形成している面の裏面には偏光フィルタを均一に形成している。サブ波長格子は実施の形態３のサブ波長格子と同様に１／２波長板として機能する。また偏光フィルタはサブ波長格子領域を透過することによって、偏光方向が９０度回転した光ビームを遮光するように形成していれば、光軸近傍領域のみ遮光することが可能である。
【０１０６】
なお、遮光領域は、円形に限らず、短冊状（図２１参照）や、十文字（図２２参照）であってもよい。これらの遮光領域と非遮光領域間で位相段差は、これまで説明した各実施の形態と同様に不要収差発生の原因となりうるため、実施の形態３と同様に位相段差がない構成が望ましい。すなわち、サブ波長格子を透過する光ビームの光路長Ｌ１の（数１９）
【０１０７】
【数１９】
2005285305.tif 000021
と、格子が形成されていない領域を透過する第２ＬＤ１ｂからの光ビームの光路長Ｌ２の（数２０）
【０１０８】
【数２０】
2005285305.tif 000022
との一致が望まれる。
【０１０９】
図２３は本発明の実施の形態５における光情報処理装置の概略構成を示す透過斜視図である。図２３に示すように光情報処理装置５０は光記録媒体５５に対して、光ピックアップ５３を用いて情報の記録、再生あるいは消去の少なくとも１以上を行う装置である。本実施の形態５において、光記録媒体５５はディスク状であって、保護ケースのカートリッジ５６内に格納されている。光記録媒体５５はカートリッジ５６ごと、挿入口５１から光情報処理装置５０に矢印「ディスク挿入」方向へ挿入セットされ、スピンドルモータ５２により回転駆動され、光ピックアップ５３により情報の記録，再生あるいは消去が行われる。なお、光記録媒体５５はカートリッジ５６内に格納している必要はなく裸の状態であってもよい。また、光ピックアップ５３として、前記した各実施の形態に記載の光ピックアップを適宜用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明に係る光学素子及びその製造方法と、これを用いた光学製品、光ピックアップ及び光情報処理装置によれば、サブ波長格子の形成領域と非形成領域との間での位相差が生じることなく不要な波面劣化を抑制し、また光学素子表面をコーティング処理することなく製造でき、複数部品の機能共用化が可能なサブ波長格子を用いた光学素子、光ピックアップ及び光情報処理装置を小型化し、かつ低コストに製造することができ、光記録媒体に情報の記録、再生または消去を行う光学素子、光ピックアップ及び光情報処理装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施の形態１における実施例１の光ピックアップの概略構成を示す図
【図２】本実施の形態におけるサブ波長格子の形成領域と未形成領域で発生する光路長を説明する図
【図３】本実施の形態１の実施例１における（ａ）は開口制限素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図
【図４】本実施の形態１の実施例１における輪帯領域の格子パターン領域を説明する図
【図５】本実施の形態１の実施例１における青色系光記録媒体Ｂに集光時の補正対象収差を示す図
【図６】対物レンズの基板厚みと倍率の関係を示したグラフ
【図７】本実施の形態１の実施例１における（ａ）は収差補正素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図
【図８】本実施の形態１の実施例１における開口制限機能の輪帯領域と収差補正機能の中心領域７を１面化した構成を示す図
【図９】本実施の形態１の実施例１における光学素子の金型作製工程を示す図
【図１０】本実施の形態１の実施例１における光学素子の転写工程を示す図
【図１１】本発明の実施の形態１における実施例１の光ピックアップの概略構成を示す図
【図１２】本実施の形態２における（ａ）は収差補正素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図
【図１３】（ａ）は波面収差と収差補正する位相差、（ｂ）は補正後の波面収差を示す図
【図１４】本発明の実施の形態３における光ピックアップの概略構成を示す図
【図１５】対物レンズ入射角と波面収差の計算結果を示す図
【図１６】本実施の形態３における２ビーム光路合成素子の偏光選択手段として偏光ホログラム（ａ）、ウォーラストンプリズム（ｂ）、ビーム整形プリズム（ｃ）を示す図
【図１７】本実施の形態３における光束偏向手段として偏光ホログラム（ａ）、ウォーラストンプリズム（ｂ）を示す図
【図１８】本実施の形態３における（ａ）は偏光方向切換素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図
【図１９】本発明の実施の形態４における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２０】本実施の形態４における（ａ）は超解像素子の偏光方向素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図
【図２１】本実施の形態４における短冊状の偏光方向素子の斜視図
【図２２】本実施の形態４における十文字の偏光方向素子の斜視図
【図２３】本発明の実施の形態５における光情報処理装置の概略構成を示す透過斜視図
【図２４】サブ波長格子を用いた偏光選択性回折素子の概念を示す図
【図２５】サブ波長格子を用いた波長板の概念を示す図
【図２６】（ａ）は素子の一部領域にのみに形成したサブ波長格子、（ｂ）はサブ波長格子の形成領域と未形成領域に発生する波面収差を示す図
【符号の説明】
【０１１２】
１  半導体レーザ
１ａ  第１ＬＤ
１ｂ  第２ＬＤ
２，２２  コリメートレンズ
３  偏光面切換素子
４  ハーフミラー
５  偏向プリズム
６  偏光選択性開口制限素子
６ａ，７ａ  中心領域
６ｅ，６ｆ  領域
７  偏光選択性収差補正素子
７’  偏光選択性位相シフタ素子
７ｂ  輪帯領域
７ｅ  第１領域
７ｆ  第２領域
７ｇ  第３領域
７ｈ  第４領域
７ｉ  第５領域
８  対物レンズ
９，９ａ，９ｂ，９ｃ  光記録媒体
１０  検出レンズ
１１  光束分割手段
１１’  光束偏向手段
１１ａ’  光束偏向手段（偏光ホログラム）
１１ｂ’  光束偏向手段（ウォーラストンプリズム）
１２，２１ｃ  受光素子
２１  ホログラムユニット
２１ａ  半導体レーザ
２１ｂ  ホログラム
２４  ダイクロイックプリズム
３２  偏光方向切換素子
３３  ２ビーム光路合成素子
３３ａ  ２ビーム光路合成素子（偏光ホログラム）
３３ｂ  ２ビーム光路合成素子（ウォーラストンプリズム）
３３ｃ  ２ビーム光路合成素子（ビーム整形プリズム）
４０  金型
４１  剥離材料
４５  基板
４６  樹脂
５０  光情報処理装置
５１  挿入口
５２  スピンドルモータ
５３  光ピックアップ
５４  キャリッジ
５５  光記録媒体
５６  カートリッジ
５７  シャッター
【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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