(57)【要約】本発明は、波長が異なる複数の光ビームが通過する光路に配置される光回折素子である。複数の光ビームのうち、或る波長λ１を有する第１光ビームが第１方向Ｘに偏光した直線偏光状態にあるときは、第１光ビームを略完全に透過させるが、第１光ビームが第１の方向に直交する第２方向Ｙに偏光した直線偏光状態にあるときは、第１光ビームを略完全に回折させる周期構造を有している。複数の光ビームのうち、第１光ビームの波長λ１とは異なる波長λ２を有する第２光ビームの少なくとも一部は、その偏光状態によらず、回折させる。
2004097819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が異なる複数の光ビームが通過する光路に配置される光回折素子であって、
前記複数の光ビームのうち、或る波長λ１を有する第１光ビームが第１方向Ｘに偏光した直線偏光状態にあるときは、前記第１光ビームを略完全に透過させるが、前記第１光ビームが前記第１の方向に直交する第２方向Ｙに偏光した直線偏光状態にあるときは、前記第１光ビームを略完全に回折させる周期構造を有しており、
前記複数の光ビームのうち、前記第１光ビームの波長λ１とは異なる波長λ２を有する第２光ビームの少なくとも一部は、その偏光状態によらず、回折させる光回折素子。
【請求項２】
前記周期構造は、
前記第１光ビームが前記第１方向Ｘに偏光した直線偏光のとき、周期的に略２ｎπの位相差（ｎは０以外の整数）を有する光に変換し、前記第１光ビームが前記第２方向Ｙに偏光した直線偏光のとき、周期的に略（２ｍ＋１）πの位相差（ｍは整数）を有する光に変換し、しかも、
前記第２光ビームが前記第１方向Ｘと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、周期的に略２ｎπλ１／λ２の位相差を有する光に変換し、前記第２光ビームが前記第２方向Ｙと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、略（２ｍ＋１）πλ１／λ２の位相差を有する光に変換する、請求項１に記載の光回折素子。
【請求項３】
前記第１方向Ｘに偏光した直線偏光の波長がλ１であるときの周期的な屈折率差をΔｎ１、波長がλ２であるときの屈折率差をΔｎ２とし、しかも、前記第２方向Ｙに偏光した直線偏光の波長がλ１であるときの周期的な屈折率差をΔｎ１１、波長がλ２であるときの屈折率差をΔｎ２２とした場合において、
前記周期構造は、
前記第１光ビームが前記第１方向Ｘに偏光した直線偏光のとき、周期的に略２Ｎπの位相差（Ｎは０以外の整数）を有する光に変換し、前記第１光ビームが前記第２方向Ｙに偏光した直線偏光のとき、周期的に略（２Ｍ＋１）πの位相差（Ｍは整数）を有する光に変換し、しかも、
前記第２光ビームが前記第１方向Ｘと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、周期的に略２ＮπΔｎ２λ１／（Δｎ１λ２）の位相差の位相差を有する光に変換し、前記第２光ビームが前記第２方向Ｙと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、略（２Ｍ＋１）πΔｎ２２λ１／（Δｎ１１λ２）の位相差を有する光に変換する、請求項１に記載の光回折素子。
【請求項４】
前記周期構造は、交互に周期的に配列された第１領域Ａおよび第２領域Ｂを有しており、
前記第１および第２領域の各々は、少なくとも１つの層を有しており、
ある方向Ｘに偏光方向を有する波長λ１の直線偏光の光に対して領域Ａのｉ（ｉ＝１、２、３・・・Ｉ）番目の層（Ｉは空気層を含むＡ領域の総層数）の屈折率がｎ１Ａ（ｉ）、厚さがｔＡ（ｉ）、領域Ｂのｊ（ｊ＝１、２、３・・・Ｊ）番の層（Ｊは空気層を含むＢ領域の総層数）の屈折率がｎ１Ｂ（ｊ）、厚さがｔＢ（ｊ）、前記方向Ｘと直交する方向Ｙに偏光方向を有する波長λ１の直線偏光に対して領域Ａのｉ（ｉ＝１、２、３・・・Ｉ）番目の層の屈折率がｎ１１Ａ（ｉ）、領域Ｂのｊ（ｊ＝１、２、３・・・Ｊ）番の層の屈折率がｎ１１Ｂ（ｊ）とした場合において、
ΣｔＡ（ｉ）＝ΣｔＢ（ｊ）が成立し、
Σ（ｎ１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））＝Ｌλ１      （Ｌは０以外の整数）
かつ
Σ（ｎ１１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
または、
Σ（ｎ１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
かつ
Σ（ｎ１１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））＝Ｌλ１  （Ｌは０以外の整数）
を満足する請求項２または３に記載の光回折素子。
【請求項５】
前記周期構造は、厚さｄの層内に交互に周期的に配列された屈折率異方性領域および屈折率等方性領域を有しており、
波長λ１の常光および異常光に対する前記屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０およびｎ１とし、波長λ１の光に対する前記屈折率等方性領域の屈折率をｎ３とするとき、ｄ、ｎ１、ｎ２、ｎ３、およびλ１が、
ｄ（ｎ３−ｎ１）＝Ｌλ１                （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ３−ｎ２）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
または
ｄ（ｎ３−ｎ１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ３−ｎ２）＝Ｌλ１                （Ｌは０以外の整数）
を満足する請求項２または３に記載の光回折素子。
【請求項６】
前記周期構造は、厚さｄの層内に交互に周期的に第１および第２の屈折率異方性領域を有しており、
波長λ１の常光および異常光に対する前記第１の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０、ｎ１とし、常光、異常光に対する前記第２の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０１、ｎ１１とする場合において、
ｄ、ｎ０、ｎ１、ｎ０１、ｎ１１が、
ｄ（ｎ０−ｎ０１）＝Ｌλ１                  （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ１−ｎ１１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２    （Ｍは整数）
または
ｄ（ｎ０−ｎ０１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２    （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ１−ｎ１１）＝Ｌλ１                  （Ｌは０以外の整数）
を満足する請求項２または３に記載の光回折素子。
【請求項７】
前記周期構造は、交互に周期的に配列された厚さｄ１の屈折率異方性領域および厚さｄ２の第２の屈折率異方性領域を有し、
波長λ１の常光および異常光に対する前記第１の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０、ｎ１とし、常光、異常光に対する前記第２の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０１、ｎ１１とする場合において、
ｄ２（ｎ０１−１）−ｄ１（ｎ０−１）＝Ｌλ１              （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ２（ｎ１１−１）−ｄ１（ｎ１−１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
または、
ｄ２（ｎ０１−１）−ｄ１（ｎ０−１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
かつ
ｄ２（ｎ１１−１）−ｄ１（ｎ１−１）＝Ｌλ１              （Ｌは０以外の整数）
を満足する請求項２または３に記載の光回折素子。
【請求項８】
前記周期構造は、
厚さｄの層内に交互に周期的に配列された第１および第２の屈折率異方性領域と、前記第１または第２の屈折率異方性領域上に形成された屈折率ｎ４、厚さｔの膜Ｆ１とを
有しており、
波長λ１の常光および異常光に対する前記第１の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０、ｎ１とし、常光、異常光に対する前記第２の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０１、ｎ１１とする場合において、
前記第１の屈折率異方性領域上に前記膜Ｆ１が存在するときは、
ｄ（ｎ０１−ｎ０）−ｔ（ｎ４−１）＝Ｌλ１              （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ１１−ｎ１）−ｔ（ｎ４−１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
または、
ｄ（ｎ０１−ｎ０）−ｔ（ｎ４−１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ１１−ｎ１）−ｔ（ｎ４−１）＝Ｌλ１                （Ｌは０以外の整数）
を満たし、
前記第２の屈折率異方性領域上に前記膜Ｆ１が存在するときは、
ｄ（ｎ０１−ｎ０）−ｔ（１−ｎ４）＝Ｌλ１                （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ１１−ｎ１）−ｔ（１−ｎ４）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
または、
ｄ（ｎ０１−ｎ０）−ｔ（１−ｎ４）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ１１−ｎ１）−ｔ（１−ｎ４）＝Ｌλ１                （Ｌは０以外の整数）
を満足する請求項２または３に記載の光回折素子。
【請求項９】
前記複数の光ビームのうちの少なくとも２つは、偏光方向が互いに略直交している請求項１に記載の光回折素子。
【請求項１０】
光ビームを透過し得る開口エリアを前記光ビームの波長に応じて変化させる開口制限手段を備えている請求項１に記載の光回折素子。
【請求項１１】
異なる波長を有する前記複数の光ビームのうちの少なくとも１つの光ビームの波長の整数倍の段差を有する同心円状の階段構造を有している請求項１に記載の光回折素子。
【請求項１２】
複数の種類の光情報媒体にデータを書き込むこと及び／または前記光情報媒体からデータを読み出すことができる光情報処理装置であって、
波長の異なる複数の光ビームを形成する光源と、
前記光ビームを集光し、前記光情報媒体の信号面上に光スポットを形成する対物レンズと、
前記光源と前記対物レンズとの間に配置された光回折素子および波長板と、
前記光情報媒体から反射された前記光ビームの強度を検出する光検出器と
を備えており、
前記複数の光ビームのうちの少なくとも２つの光ビームについて、前記光源から前記対物レンズに至るまでの光路と、光情報媒体の信号面により反射されて前記光検出器に至るまでの光路とが共通する部分において、前記光回折素子が配置されており、
前記光回折素子は、前記少なくとも２つの光ビームのうち、波長λ１を有する第１の光ビームに対しては周期的に略２ｎπの位相差（ｎは０以外の整数）を与え、波長λ２を有する第２の光ビームに対しては周期的に略２ｎπλ１／λ２の位相差を与え、
前記光回折素子を透過した前記第１の光ビームは、前記対物レンズを経て第１の光情報媒体の信号面上に集光され、前記信号面で反射された第１の光ビームは前記対物レンズを経て前記光回折素子に入射し、前記光回折素子によって周期的に略２ｎπ＋αの位相差（αは０以外の実数）が与えられ、
前記光回折素子を透過した前記第２の光ビームは、前記対物レンズを経て第２の光情報媒体の信号面上に集光され、前記信号面で反射された第２の光ビームは前記対物レンズを経て前記光回折素子に入射し、前記光回折素子によって周期的に略（２ｎπ＋α）λ１／λ２の位相差が与えられる光情報処理装置。
【請求項１３】
前記第１の光ビームに関するαは（２ｍ＋１）π（ｍは整数）である請求項１２に記載の光情報処理装置。
【請求項１４】
複数の種類の光情報媒体にデータを書き込むこと及び／または前記光情報媒体からデータを読み出すことができる光情報処理装置であって、
波長の異なる複数の光ビームを形成する光源と、
前記光ビームを集光し、前記光情報媒体の信号面上に光スポットを形成する対物レンズと、
前記光源から前記対物レンズに至るまでの光路と前記光情報媒体から反射され前記光検出器に至るまでの光路とが共通する部分に配置された光回折素子および波長板と、
前記光情報媒体から反射された前記光ビームの強度を検出する光検出器と
を備えており、
前記光回折素子は、請求項１に記載されている光回折素子から構成されている、光情報処理装置。
【請求項１５】
前記対物レンズを移動する手段を備えており、前記光回折素子が前記対物レンズを移動する手段に搭載されている請求項１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１６】
前記波長板は、前記複数の光ビームのうち、波長λ１を有する光ビームに対しては、略（２Ｍ＋１）λ１／４のリターデーション（Ｍは整数）を有し、波長λ２を有する光ビームに対しては、略Ｎλ２のリターデーション（Ｎは整数）を有する請求項１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１７】
前記波長板は、前記複数の光ビームのうち、波長λ１を有する光ビームに対しては、略（２Ｍ＋１）λ１／４のリターデーション（Ｍは整数）を有し、波長λ２の光ビームに対しては（２Ｎ＋１）λ２／２のリターデーション（Ｎは整数）を有する請求項１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１８】
前記少なくとも２つの光ビームは、前記光源から出て前記光回折素子に入射するとき、互いに直交する方向に偏光している請求項１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１９】
請求項１４に記載の光情報処理装置と、
複数の異なる規格に基づいて作製された記録媒体を回転させる駆動部と、
を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光の波長および偏光状態に応じて回折作用を異ならせた光回折素子に関している。また、本発明は、基材厚の異なる複数種類の光ディスクに対してデータの記録および／または再生を行うことができる光情報処理装置に関している。
【背景技術】  近年、光ディスクなどの記録媒体に情報を記録し、または記録媒体から情報を読み出す装置が普及している。記録媒体としては、ＣＤやＤＶＤなどが使用されており、ＢＤ（Ｂｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）などの新しい規格に基づく光ディスクも開発されている。このように多種多様な記録媒体は、それぞれ異なる規格に従って作られるため、記録／再生用光の波長、記録密度、記録容量、基材厚などの仕様などが異なっているが、多様な記録媒体に対する情報の記録／再生を１台で行うことができる装置が開発され、利用されつつある。
このような種々の規格に基づいて作製された記録媒体に対するデータの記録／再生を、１台の光ディスク装置で処理するためには、波長の異なる光を放射する複数の光源を搭載した光ピックアップが必要になる。「光ピックアップ」とは、光源、光検出器、対物レンズ、対物レンズを駆動するアクチュエータなどの要素が集積された小型の装置であり、ＤＶＤプレーヤやレコーダなどの光ディスク装置にとって重要な構成要素である。
多様な光ディスクに対応するには、複数の光源を備えた光ピックアップを用い、記録／再生の対象となる光ディスクの種類に応じて光源を選択した上で、その光源から放射された光を用いてデータの書き込み、消去／再生動作を行う必要がある。
記録／再生の基本的な機能を担いつつ、光ディスク装置を小型化し、かつ製造コストを低減するためには、上記光ピックアップの光学系を可能な限りコンパクト化することが求められる。
複数種類の光ディスクに対応した光学系を有する光ピックアップの一例が特開２００１−１４７１４号公報に記載されている。以下、図１１を参照しながら、光ピックアップの従来例を説明する。図１１は、上記特開２００１−１４７１４号公報に開示されている光ピックアップの構成のうち、主要部のみを簡略的に記載した図面である。
図１１に示す光ピックアップは、再生専用のＤＶＤ−ＲＯＭや、記録可能なＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷなどの第１のタイプの光ディスクと、再生専用のＣＤ−ＲＯＭや記録可能なＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどの第２のタイプの光ディスクに対応できる。ここで、第１のタイプの光ディスクは、基材厚が０．６ｍｍであり、このタイプの光ディスクに情報を記録／再生するために用いられるレーザ光の波長は６５０ｎｍ近傍（波長λ１とする）である。一方、第２のタイプの光ディスクは、基材厚が１．２ｍｍであり、このタイプの光ディスクに情報を記録／再生するために用いられるレーザ光の波長は８００ｎｍ近傍（波長λ２とする）である。
このため、上記の光ピックアップは、波長６５０ｎｍ程度（λ１）のレーザ光を発するレーザ光源１０１と、波長８００ｎｍ近傍（λ２）のレーザ光を発生させるレーザ光源１０２とを具備している。
レーザ光源１０１から出た波長λ１の光（直線偏光）は、波長選択性を有する膜１０３ａが表面に形成されたプリズム１０３で反射された後、コリメートレンズ１０４で平行光となり、偏光素子１０９を透過する。偏光素子１０９は、偏光性ホログラム１０７および波長板（位相差板）１０８から構成されている。
ホログラム１０７が偏光依存性を有するため、ホログラム１０７に入射した光は回折されずに、ホログラム１０７を透過する。言い換えると、ホログラム１０７に入射する光の偏光方向（電界ベクトル）は、ホログラム１０７によって回折されない向きに設定されている。
波長板１０８は、波長λ１の光に対して、（５／４）λ１のリターデーション（Ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）を有しており、偏光素子１０９に入射した直線偏光を円偏光に変換して出射する。偏光素子１０９から出た円偏光は、対物レンズ１１０によって、基材厚０．６ｍｍの光ディスク（例えばＤＶＤ）の記録面１１１に集光される。記録面１１１で反射された光は、光源側からくる光とは反対の方向に伝搬し、対物レンズ１１０を経て偏光素子１０９に入射する。このため、光ディスクで反射された光は、波長板１０８により、光源の側からくる直線偏光の偏光方向に対して直交する向きに偏光した直線偏光に変換され、偏光性ホログラム１０７に入射する。このようにして、光ディスクで反射された光は、波長板１０８で、偏光性ホログラム１０７によって回折される直線偏光に変換されてから偏光性ホログラム１０７を透過するため、ホログラム１０７によって回折される。この回折は、光ディスクで反射された光の光束断面を分割するようにして行われる。
上記回折光は、コリメートレンズ１０４を経てプリズム１０３によって反射される。プリズム１０３で反射された回折光は、レーザ光源１０１に近接して配置された光検出器群１１２に入射する。こうして、ＤＶＤなどの光ディスクで反射された光の光量変化が検出され、フォーカスおよびトラッキングなどの制御に用いられる信号や再生信号（ＲＦ信号）などが得られる。
一方、レーザ光源１０２を出射した波長λ２の光は、樹脂などの透明部材に凹凸状のグレーティングが形成されたホログラム１１３によって一部が回折され、＋１次光及び−１次光などの回折光を形成するが、大部分は０次光として透過する。
ホログラム１１３から出た０次光は、プリズム１０３および波長選択性薄膜１０３ａを透過した後、コリメートレンズ１０４に入射する。コリメートレンズ１０４は、入射してきた発散光をある程度収束する。コリメートレンズ１０４を透過した波長λ２の光は、偏光素子１０９に入射するが、その偏光方向が偏光性ホログラム１０７によって回折されない向きに設定されているため、波長λ１の光と同様、偏光ホログラム１０７によって回折されずに、そのまま偏光ホログラム１０７を透過する。
波長板１０８は、前述したように、波長λ１の光に対しては４分の５波長板として機能するが、波長λ２の光に対しては、異なる位相差を与える。波長λ１＝約６５０ｎｍの光の４分の５波長は、以下の（式１）で示す大きさの波長を持つ位相差を形成する。
（式１）
６５０ｎｍ×５／４＝８１２．５ｎｍ≒８００ｎｍ
ＣＤなどに用いられるレーザ光の波長λ２は約８００ｎｍであるため、波長λ２の光にとって、波長板１０８は、略１波長板として機能することになる。このため、波長板１０８を透過する波長λ２の光は、ほぼ直線偏光のまま、波長板１０８を透過することになる。
偏光素子１０９を透過した光（波長λ２）は、対物レンズ１１０によって、基材厚１．２ｍｍの光ディスク（ＣＤなど）の記録面１１４に集光される。記録面１１４で反射された光は、対物レンズ１１０を経て、再び偏光素子１０９に入射する。このとき、波長板１０８は、上述したように１波長板として機能するため、復路においても、直線偏光のまま、波長λ２の光は波長板１０８を透過して、偏光性ホログラム１０７に入射する。このため、偏光性ホログラム１０７に入射する光（波長λ２）の偏光方向は往路における偏光方向と同じであり、波長λ２の光は、ホログラム１０７による回折作用を受けずに、そのまま、ホログラム１０７を透過してコリメートレンズ１０４に入射する。
コリメートレンズ１０４に入射した光は、プリズム１０３を経て、偏光依存性のないホログラム１１３で一部が回折分岐される。ホログラム１１３で回折された光は、レーザ光源１０２に近接して配置された光検出器群１１５に分割されて入射する。こうして、ＣＤなどの光ディスクで反射された光の光量変化が検出され、フォーカスやトラッキングなどの制御信号やＲＦ信号などが得られる。
次に、上記の偏光素子１０９に用いられている偏光性ホログラム１０７の構成および動作原理を更に詳しく説明する。
偏光性ホログラムは、例えば、ニオブ酸リチウムなどの屈折率異方性を有する複屈折材料（屈折率：ｎ１、ｎ２、屈折率差Δｎ）の基板を用いて作製される。このような基板の表面には、深さｄの格子溝が形成されており、格子溝内には、屈折率異方性を有しない等方性材料（屈折率：ｎ１）が充填されている。
屈折率異方性材料から形成されている基板の屈折率は、例えば、偏光方向が格子溝に平行な偏光に対してはｎ１であり、格子溝に垂直な偏光に対してはｎ２（ｎ１≠ｎ２）である。すなわち、偏光方向が格子溝に平行な偏光に対する屈折率は、格子溝の内外で等しく、ｎ１の大きさを持つ。これに対して、偏光方向が格子溝に垂直な偏光に対する屈折率は、格子溝の内部でｎ１、外部でｎ２である。このため、偏光方向が格子溝に垂直な偏光に対して、ホログラムは回折格子と機能するが、偏光方向が格子溝に平行な偏光に対して、ホログラムは回折格子としては機能しない。
ここで、格子溝の内部と外部（溝部間部分）を通る光の位相差をφとすると、ホログラムを透過する光（波長λ）の透過率Ｔは、以下の式２で表される。
（式２）
Ｔ＝ｃｏｓ２（φ／２）
位相差φは一般に、以下の式３で表される。
（式３）
φ＝２πΔｎｄ／λ
ここで、Δｎは、格子溝の内部と溝間部分との間にある屈折率差である。
本実施形態の場合、偏光方向が格子溝に垂直な偏光に対して、Δｎ＝ｎ１−ｎ２であるが、偏光方向が格子溝に平行な偏光に対して、Δｎ＝ｎ１−ｎ１＝０である。
このため、格子溝に平行な偏光の透過率Ｔは、式３にΔｎ＝０を代入してφ＝０となるので、以下の式４で表される。
（式４）
Ｔ＝１
これに対し、格子溝に垂直な偏光の場合、位相差φは、式５で表される。
（式５）
φ＝２π（ｎ１−ｎ２）ｄ／λ
式５において、φ＝πとなるように格子溝の深さｄを設定すれば、格子溝に垂直な偏光の透過率Ｔ＝０となり、この偏光は完全に回折されることになる。
したがって、光源側から光ディスクの方向に進む波長λ１および波長λ２の光は、偏光性ホログラム１０７の回折格子を感じることなく、そのまま透過するように光の偏光方向とホログラム１０７の格子溝の方向との関係が設定される。この場合、偏光素子１０９に入射する光は、その波長に関わらず、偏光性ホログラム１０７で回折しない。
これとは反対に、光ディスクから反射してきた光が偏光ホログラム１０７に入射するとき、波長λ１の光の偏光方向は、往路における波長λ１の光の偏光方向とは直交する。言い換えると、復路における波長λ１の光の偏光方向は、格子溝に垂直になる。このため、前述の式におけるλをλ１に等しく設定してホログラム１０７を作製しておけば、この光は、ホログラム１０７で完全に回折する。一方、復路における波長λ２の光は、往路におけるときと同じ偏光状態にあるため、波長λ２の光は、回折されずにホログラム１０７を透過する。
このように、偏光依存性を有するホログラムと、波長依存性を有する位相板とを用いた構成によれば、ＤＶＤ用の光の往復光路とＣＤ用の光の往復光路とが大部分共用できるため、光ピックアップの総部品点数を低減できるとともに、小型化および低コスト化が可能となる。
近年、さらに構成部品を集積化して光ピックアップを小型化し、価格を低減することにより、更にコンパクト化されたより安価な光ディスク装置を実現するため、異なる波長の光源（半導体レーザチップ）を同一基板上に近接させて配置した光ピックアップや、これらの光源を一体化して形成した集積デバイスを用いた光ピックアップが提案されている。これらの光ピックアップによれば、異なる波長の光について光学系を略完全に共有化できる。
このように複数の光源を１チップ内で集積した光ピックアップの一例が特開平２０００−７６６８９号公報に開示されている。図１２は、この特開平２０００−７６６８９号公報に記載されている光ピックアップの構成を示す図である。
図１２の光ピックアップでは、近接配置された２つの半導体レーザ１２１、１２２が、それぞれ異なる波長の光（波長λ１）、光（波長λ２）を出射する。ここで、波長λ１は例えば約６５０ｎｍであり、波長λ２は例えば約８００ｎｍである。図１２では、実線が波長λ１の光路を示し、破線が波長λ２の光路を示している。
半導体レーザ１２２から放射された波長λ２の光の一部は、透明部材１２３の光源側に形成された回折格子１２４で回折され、０次光と±１次光の３つのビームが形成され、３つのビームはトラッキング検出に利用される。
回折格子１２４の格子溝の深さは、半導体レーザ１２１から放射された波長λ１の光ビームを回折しない大きさに設定されている。波長λ１の光の一部および波長λ２の光ビームの一部は、透明部材１２５の表裏に形成されたホログラム１２６およびホログラム１２７で、それぞれ、回折されるが、大部分の光はそのまま透過する。透過した光は、コリメートレンズ１２８および対物レンズ１２９を経て、各々の波長に適した基材厚を有する光ディスクの記録面１３０、１３１に集光される。これらの記録面１３０、１３１で反射された光は、逆の経路をたどってホログラム１２７、１２６に戻ってくる。
ホログラム１２７では、波長λ１の光を回折するが、波長λ２の光は回折しないように、その格子溝の深さが調節されている。これに対し、ホログラム１２６では、波長λ２の光ビームを回折するが、波長λ１の光ビームは回折しないように、その格子溝の深さが調節されている。
上記の構成により、異なる波長の光ビームに対して、異なるホログラムパターンで各光ビームの一部を回折することにより、光ディスクで反射された光を検出器群１３２に導くことができる。
図１２に示す光ピックアップによれば、２つの光源（半導体レーザ１２１、１２２）を集積化することにより、更に小型化されるともに、異なる波長の光について、光軸の相対関係を半導体チップの実装精度で固定することができる。このため、光学系のアライメントが容易になる結果、光ピックアップの組立調整を簡素化し、生産性を向上させることができる。
しかしながら、上記従来の光ピックアップを用いた光ディスク装置には、以下に示す問題がある。
再生専用の光ディスク装置の場合は、信号のＳ／Ｎ比がそれほど高い値を示す必要が無いため、光源の出力が小さく、また、光学系による光伝達ロスがある程度の大きさを示しても、実用上差し支えない。しかし、情報（データ）の記録または書き換えを行う光ディスク装置の場合、光ディスクの記録層に相変化マークを形成するために充分に大きな光パワーが必要である。特に近年は、記録転送速度を高め、大容量のデータをより短い時間で記録することが求められているため、倍速記録性能の向上が必要である。倍速が高くなると、レーザ光による記録層の照射時間が短縮されるため、光パワーを更に向上することが要求される。このような要求に応えるため、レーザの高出力化が進みつつあるが、レーザ出力が大きくなるほど、レーザ素子の作製が困難になるとともに、消費電力増加や発熱などの問題が顕著になる。このため、光学系の光伝達ロスをできる限り小さくすることが必要になってきている。
特開２００１−１４７１４号公報に開示されている装置（図１１）では、ＤＶＤおよびＣＤのいずれの記録／再生を行う場合でも、光源から光ディスクに向かう往路上で偏光性ホログラム１０７を透過するとき、回折格子による回折が生じず、光の伝達ロスは生じない。ただし、ＣＤの再生を行うとき、光検出器へ信号光を分岐させるため使用されている他のホログラム１１３では、光の偏光方向によらず、光の回折が発生する。このホログラム１１３によって形成される０次光の透過率（回折しない光の透過率）Ｔは、以下の式６によって表される。
（式６）
Ｔ＝ｃｏｓ２（πｔ（ｎ−１）／λ２）
ここで、ｔは回折格子深さ（格子溝の深さ）、ｎは回折格子が形成されている透明部材の屈折率である。
ＣＤからの信号を検出するためには、ある程度の回折光を発生させる必要があるため、ＣＤ再生用の光が光源から光ディスクに向かう過程でも、ホログラム１１３による回折ロスが発生する。ただし、ＣＤ再生用光源は、赤外レーザと呼ばれる波長７８０ｎｍ程度の半導体レーザであるため、高出力化させやすく、動作電流値も低い。このため、上記のホログラム１１３を挿入したことによって生じる回折ロスを補うように、レーザ光の出力を高めることが可能である。
特開平２０００−７６６８９号公報に開示されている装置では、ＣＤ用またはＤＶＤ用光源として機能する半導体レーザ１２１、１２２から放射された光がＣＤ用またはＤＶＤ用の検出ホログラム１２６、１２７を通過するとき、偏光方向に関係なく、回折が発生する。このため、往路における光に回折ロスが生じる。
また、いずれの光源（半導体レーザ１２１、１２２）から出た光も、光学系の往路では、ＤＶＤ用およびＣＤ用検出ホログラム１２６、１２７の両方を通過することになる。このため、回折ロスが２重に生じる。このような２重の回折ロスを防止するためには、回折格子の深さや屈折率を最適に設定することにより、２つの検出ホログラムのうちの一方では回折が生じないように工夫されている。例えば、ＣＤ再生用の光がＤＶＤ用検出ホログラムを通過するとき、ＣＤ再生用光の波長に対しては、ＤＶＤ用検出ホログラムの回折格子の凹凸で２πだけ位相がずれるように設定される。一方、ＤＶＤ用の光がＣＤ用検出ホログラムを透過するときには、ＤＶＤの波長に対して回折格子の凹凸が２πずれるようになっている。
上記の装置では、検出用ホログラム１２６、１２７が光源（半導体レーザ１２１、１２３）に近いため、回折格子の回折ピッチが小さく、また、２種類の光のうちの他方の光を回折しないように格子溝が深く形成されている。例えば、ＤＶＤ用の光の発光点（光源）から光軸上で２ｍｍ離れた位置の検出ホログラムにより、光源から７００μｍ離れた位置の光検出器に回折光を入射させるには、その検出ホログラムの回折ピッチ∧を以下の式７で決まる大きさに設定する必要がある。
（式７）
∧＝λ１／ｓｉｎ（ａｔｎ（θ））＝０．６５／ｓｉｎ（ａｔｎ（０．７／２））＝２．０μｍ
これに対し、ＤＶＤ用の光に対して２πの位相差を与えるが、ＣＤ用の光を回折させる格子溝深さｄ３は、以下の式８に基づいて決定される。
（式８）
ｎ３×ｄ３＝ｍλ１  （ｍ＝１、２、３、・・・）
ｎ３＝２．０、λ１＝０．６５とすると、ｄ３＝０．３３μｍとなる。
格子ピッチ∧に対する格子溝深さｄ３の比（アスペクト比＝ｄ３／∧）は０．３３／（２／２）＝０．３３程度になる。
回折格子の加工寸法が大きい場合は、上記のアスペクト比を示す断面が理想的な矩形形状の格子溝パターンを形成できるが、微細加工の寸法が小さくなるほど、加工精度が低下し、断面が矩形形状から正弦波状に変化するため、１０〜２０％程度の回折ロスが発生する。すなわち、レーザ光源からの光を効率よく光ディスク面に伝達させるためには、不要な回折が生じない偏光性タイプの回折素子を用いることが望ましい。
他の問題点は、光ディスクの基材が持つ複屈折に起因して生じる。光ディスクの基材は、光学的に透明な樹脂を成型することによって作製される。樹脂は高分子材料であるため、その屈折率は異方性を示す。このため、成型過程で樹脂の一部が流動して偏りが生じると、ディスクの一部または全体が複屈折性を示すことになる。特にＣＤなどのように基材厚が大きいほど、複屈折性を顕著に示す場合が多くなる。また、価格を低く抑えつつ生産量を多くするため、規格で定められている複屈折性の許容範囲を超えた光ディスクも多く市販されており、このような光ディスクにも対応できることが光ディスク装置の側に求められている。なお、光ディスク基材の複屈折性は、ディスクの内周側から外周側に向かう径方向（ラジアル方向）に異方性の軸が表れやすい。
光ディスク基材が複屈折性を示すと、基材を透過する光の偏光状態が変化する。このため、偏光性ホログラムで回折される光量が基材の持つ複屈折性に依存して変動するという問題がある。極端な場合として、特開２００１−１４７１４号公報に開示されている装置（図１１）では、光ディスクの基材の遅相軸がディスク径方向に対して４５°傾斜し、かつ、基材が１／４波長板と同じリターデーションを示す場合を考える。この場合、光ディスクから戻ってきた光の偏光方向は、光源から偏光ホログラムに入射する光偏光方向に直交することになり、光ディスクから戻ってきた光は偏光ホログラム１０９で完全に回折されてしまう。すると、ＣＤ用の検出ホログラム１１３で回折して光検出器１１５に導かれるべき光がなくなるため、信号光量が０になってしまう。
一方、特開平２０００−７６６８９号公報に開示されている装置（図１２）では、ＣＤ検出用ホログラムおよびＤＶＤ検出用ホログラムのいずれもが、偏光に依存しないため、ディスク基材が複屈折性を有していても、その影響で検出光量が変動することがない。すなわち、ディスク基材の複屈折に起因する問題を回避する観点からは、偏光に依存しないタイプのホログラムを用いることが好ましいことになる。
以上に説明したように、特開２００１−１４７１４号公報に開示されている装置（図１１）では、波長の短いＤＶＤ用の光を効率よく光ディスク面に導くことができるが、偏光性ホログラム１０９を用いているため、ディスク基材の複屈折に影響され、ＣＤからの信号が０になってしまうことがある。このことは、ＲＦ信号の読みとりだけでなく、フォーカスやトラッキング制御にも悪い影響を及ぼす。
また、特開平２０００−７６６８９号公報に開示されている装置（図１２）では、ホログラム１２６、１２７が偏光依存性を有していないため、光ディスク基材の複屈折性による影響は受けないが、光伝達効率が低いという問題がある。
このように、従来は、光の往復路ともに高い光伝達効率を示しながら、光ディスク基材の複屈折による影響も受けないようなホログラム（光回折素子）がなかった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、高い光伝達効率を示しながら、光ディスク基材の複屈折による影響も受けない光回折素子および当該素子を備えた光ディスク装置を提供することにある。
【発明の開示】
本発明の光回折素子は、波長が異なる複数の光ビームが通過する光路に配置される光回折素子であって、前記複数の光ビームのうち、或る波長λ１を有する第１光ビームが第１方向Ｘに偏光した直線偏光状態にあるときは、前記第１光ビームを略完全に透過させるが、前記第１光ビームが前記第１の方向に直交する第２方向Ｙに偏光した直線偏光状態にあるときは、前記第１光ビームを略完全に回折させる周期構造を有しており、前記複数の光ビームのうち、前記第１光ビームの波長λ１とは異なる波長λ２を有する第２光ビームの少なくとも一部は、その偏光状態によらず、回折させる。
好ましい実施形態において、前記周期構造は、前記第１光ビームが前記第１方向Ｘに偏光した直線偏光のとき、周期的に略２ｎπの位相差（ｎは０以外の整数）を有する光に変換し、前記第１光ビームが前記第２方向Ｙに偏光した直線偏光のとき、周期的に略（２ｍ＋１）πの位相差（ｍは整数）を有する光に変換し、しかも、前記第２光ビームが前記第１方向Ｘと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、周期的に略２ｎπλ１／λ２の位相差を有する光に変換し、前記第２光ビームが前記第２方向Ｙと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、略（２ｍ＋１）πλ１／λ２の位相差を有する光に変換する。
好ましい実施形態において、前記第１方向Ｘに偏光した直線偏光の波長がλ１であるときの周期的な屈折率差をΔｎ１、波長がλ２であるときの屈折率差をΔｎ２とし、かつ、前記第２方向Ｙに偏光した直線偏光の波長がλ１であるときの周期的な屈折率差をΔｎ１１、波長がλ２であるときの屈折率差をΔｎ２２とした場合において、前記周期構造は、前記第１光ビームが前記第１方向Ｘに偏光した直線偏光のとき、周期的に略２Ｎπの位相差（Ｎは０以外の整数）を有する光に変換し、前記第１光ビームが前記第２方向Ｙに偏光した直線偏光のとき、周期的に略（２Ｍ＋１）πの位相差（Ｍは整数）を有する光に変換し、しかも、前記第２光ビームが前記第１方向Ｘと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、周期的に略２ＮπΔｎ２λ１／（Δｎ１λ２）の位相差の位相差を有する光に変換し、前記第２光ビームが前記第２方向Ｙと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、略（２Ｍ＋１）πΔｎ２２λ１／（Δｎ１１λ２）の位相差を有する光に変換する。
好ましい実施形態において、前記周期構造は、交互に周期的に配列された第１領域Ａおよび第２領域Ｂを有しており、前記第１および第２領域の各々は、少なくとも１つの層を有しており、ある方向Ｘに偏光方向を有する波長λ１の直線偏光の光に対して領域Ａのｉ（ｉ＝１、２、３・・・Ｉ）番目の層（Ｉは空気層を含むＡ領域の総層数）の屈折率がｎ１Ａ（ｉ）、厚さがｔＡ（ｉ）、領域Ｂのｊ（ｊ＝１、２、３・・・Ｊ）番の層（Ｊは空気層を含むＢ領域の総層数）の屈折率がｎ１Ｂ（ｊ）、厚さがｔＢ（ｊ）、前記方向Ｘと直交する方向Ｙに偏光方向を有する波長λ１の直線偏光に対して領域Ａのｉ（ｉ＝１、２、３・・・Ｉ）番目の層の屈折率がｎ１１Ａ（ｉ）、領域Ｂのｊ（ｊ＝１、２、３・・・Ｊ）番の層の屈折率がｎ１１Ｂ（ｊ）とした場合において、
ΣｔＡ（ｉ）＝ΣｔＢ（ｊ）が成立し、
Σ（ｎ１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））＝Ｌλ１          （Ｌは０以外の整数）
かつ
Σ（ｎ１１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
または、
Σ（ｎ１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
かつ
Σ（ｎ１１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））＝Ｌλ１      （Ｌは０以外の整数）
を満足する。
好ましい実施形態において、前記周期構造は、厚さｄの層内に交互に周期的に配列された屈折率異方性領域および屈折率等方性領域を有しており、波長λ１の常光および異常光に対する前記屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０およびｎ１とし、波長λ１の光に対する前記屈折率等方性領域の屈折率をｎ３とするとき、ｄ、ｎ１、ｎ２、ｎ３、およびλ１が、
ｄ（ｎ３−ｎ１）＝Ｌλ１      （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ３−ｎ２）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
または
ｄ（ｎ３−ｎ１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ３−ｎ２）＝Ｌλ１        （Ｌは０以外の整数）
を満足する。
好ましい実施形態において、屈折率異方性領域は、透明基板上のパターニングされた有機薄膜から形成されている。
好ましい実施形態において、前記周期構造は、厚さｄの層内に交互に周期的に第１および第２の屈折率異方性領域を有しており、波長λ１の常光および異常光に対する前記第１の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０、ｎ１とし、常光、異常光に対する前記第２の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０１、ｎ１１とする場合において、
ｄ、ｎ０、ｎ１、ｎ０１、ｎ１１が、
ｄ（ｎ０−ｎ０１）＝Ｌλ１      （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ１−ｎ１１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２    （Ｍは整数）
または
ｄ（ｎ０−ｎ０１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２    （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ１−ｎ１１）＝Ｌλ１        （Ｌは０以外の整数）
を満足する。
好ましい実施形態において、前記周期構造は、交互に周期的に配列された厚さｄ１の屈折率異方性領域および厚さｄ２の第２の屈折率異方性領域を有し、波長λ１の常光および異常光に対する前記第１の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０、ｎ１とし、常光、異常光に対する前記第２の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０１、ｎ１１とする場合において、
ｄ２（ｎ０１−１）−ｄ１（ｎ０−１）＝Ｌλ１      （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ２（ｎ１１−１）−ｄ１（ｎ１−１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
または、
ｄ２（ｎ０１−１）−ｄ１（ｎ０−１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
かつ
ｄ２（ｎ１１−１）−ｄ１（ｎ１−１）＝Ｌλ１      （Ｌは０以外の整数）
を満足する。
好ましい実施形態において、前記周期構造は、厚さｄの層内に交互に周期的に配列された第１および第２の屈折率異方性領域と、前記第１または第２の屈折率異方性領域上に形成された屈折率ｎ４、厚さｔの膜Ｆ１とを有しており、波長λ１の常光および異常光に対する前記第１の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０、ｎ１とし、常光、異常光に対する前記第２の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ０１、ｎ１１とする場合において、前記第１の屈折率異方性領域上に前記膜Ｆ１が存在するときは、
ｄ（ｎ０１−ｎ０）−ｔ（ｎ４−１）＝Ｌλ１    （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ１１−ｎ１）−ｔ（ｎ４−１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
または、
ｄ（ｎ０１−ｎ０）−ｔ（ｎ４−１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ１１−ｎ１）−ｔ（ｎ４−１）＝Ｌλ１    （Ｌは０以外の整数）
を満たし、
前記第２の屈折率異方性領域上に前記膜Ｆ１が存在するときは、
ｄ（ｎ０１−ｎ０）−ｔ（１−ｎ４）＝Ｌλ１    （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ１１−ｎ１）−ｔ（１−ｎ４）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
または、
ｄ（ｎ０１−ｎ０）−ｔ（１−ｎ４）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ１１−ｎ１）−ｔ（１−ｎ４）＝Ｌλ１    （Ｌは０以外の整数）
を満足する。
好ましい実施形態において、前記膜Ｆ１は、リフトオフ法により形成されたものである。
好ましい実施形態において、前記周期構造は、屈折率異方性基板に周期的に形成された凹凸の凹部に屈折率等方性材料を充填することによって形成されている。
好ましい実施形態において、前記周期構造は、屈折率異方性基板に周期的に形成された凹凸の凹部に屈折率異方性材料を充填することによって形成されている。
好ましい実施形態において、前記複数の光ビームのうちの少なくとも２つは、偏光方向が互いに略直交している。
好ましい実施形態において、前記光回折素子は、光ビームを透過し得る開口エリアを前記光ビームの波長に応じて変化させる開口制限手段を備えている。
好ましい実施形態において、異なる波長を有する前記複数の光ビームのうちの少なくとも１つの光ビームの波長の整数倍の段差を有する同心円状の階段構造が前記光回折素子上に形成されている。
本発明の光情報処理装置は、複数の種類の光情報媒体にデータを書き込むこと及び／または前記光情報媒体からデータを読み出すことができる光情報処理装置であって、波長の異なる複数の光ビームを形成する光源と、前記光ビームを集光し、前記光情報媒体の信号面上に光スポットを形成する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に配置された光回折素子および波長板と、前記光情報媒体から反射された前記光ビームの強度を検出する光検出器とを備えており、前記複数の光ビームのうちの少なくとも２つの光ビームについて、前記光源から前記対物レンズに至るまでの光路と、光情報媒体の信号面により反射されて前記光検出器に至るまでの光路とが共通する部分において、前記光回折素子が配置されており、前記光回折素子は、前記少なくとも２つの光ビームのうち、波長λ１を有する第１の光ビームに対しては周期的に略２ｎπの位相差（ｎは０以外の整数）を与え、波長λ２を有する第２の光ビームに対しては周期的に略２ｎπλ１／λ２の位相差を与え、前記光回折素子を透過した前記第１の光ビームは、前記対物レンズを経て第１の光情報媒体の信号面上に集光され、前記信号面で反射された第１の光ビームは前記対物レンズを経て前記光回折素子に入射し、前記光回折素子によって周期的に略２ｎπ＋αの位相差（αは０以外の実数）が与えられ、前記光回折素子を透過した前記第２の光ビームは、前記対物レンズを経て第２の光情報媒体の信号面上に集光され、前記信号面で反射された第２の光ビームは前記対物レンズを経て前記光回折素子に入射し、前記光回折素子によって周期的に略（２ｎπ＋α）λ１／λ２の位相差が与えられる。
好ましい実施形態において、前記第１の光ビームに関するαは（２ｍ＋１）π（ｍは整数）である。
本発明の光情報処理装置は、複数の種類の光情報媒体にデータを書き込むこと及び／または前記光情報媒体からデータを読み出すことができる光情報処理装置であって、波長の異なる複数の光ビームを形成する光源と、前記光ビームを集光し、前記光情報媒体の信号面上に光スポットを形成する対物レンズと、前記光源から前記対物レンズに至るまでの光路と前記光情報媒体から反射され前記光検出器に至るまでの光路とが共通する部分に配置された光回折素子および波長板と、前記光情報媒体から反射された前記光ビームの強度を検出する光検出器とを備えており、前記光回折素子は、上記何れかに記載された光回折素子から構成されている。
好ましい実施形態において、前記対物レンズを移動する手段を備えており、前記光回折素子が前記対物レンズを移動する手段に搭載されている。
好ましい実施形態において、前記波長板は、前記複数の光ビームのうち、波長λ１を有する光ビームに対しては、略（２Ｍ＋１）λ１／４のリターデーション（Ｍは整数）を有し、波長λ２を有する光ビームに対しては、略Ｎλ２のリターデーション（Ｎは整数）を有する。
好ましい実施形態において、前記波長板は、前記複数の光ビームのうち、波長λ１を有する光ビームに対しては、略（２Ｍ＋１）λ１／４のリターデーション（Ｍは整数）を有し、波長λ２の光ビームに対しては（２Ｎ＋１）λ２／２のリターデーション（Ｎは整数）を有する。
好ましい実施形態において、前記少なくとも２つの光ビームは、前記光源から出て前記光回折素子に入射するとき、互いに直交する方向に偏光している。
本発明の電子機器は、上記いずれかの光情報処理装置と、複数の異なる規格に基づいて作製された記録媒体を回転させる駆動部とを備えている。
【図面の簡単な説明】  図１（ａ）および（ｂ）は、本発明における光回折素子の基本的な動作を示す図である。
図２は、本発明の光情報処理装置の第１の実施形態の構成を示す断面図である。
図３（ａ）および（ｂ）は、本発明による光回折素子と波長板から構成される偏光素子の動作を示す図である。
図４（ａ）は、第１の実施形態における光回折素子５によって分岐された光が検出器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに入射する状態を示す図であり、図４（ｂ）は、検出光と検出器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの位置関係の一例を示す平面図であり、図４（ｃ）は、光回折素子５の溝パターンを模式的に示す平面図である。
図５は、本発明の第１の実施形態に用いられる光回折素子の構成を示す断面図である。
図６（ａ）から（ｃ）は、本発明による光回折素子の種々の実施形態を示す図である。
図７は、本発明による光回折素子の他の実施形態の構成を示す断面図である。
図８は、本発明による光回折素子の更に他の実施形態の構成を示す断面図である。
図９は、本発明による光回折素子の更に他の実施形態の構成を示す断面図である。
図１０は、本発明の光回折素子におけるサイドエッチングとテーパと回折効率との関係を示すグラフである。
図１１は、光ディスク装置の第１の従来例の構成を示す断面図である。
図１２は、光ディスク装置の第２の従来例の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明では、光ピックアップを小型化するため、異なる波長の光ビームを放射する光源を近接または１つのチップに一体化するとともに、異なる波長の光ビームに対して光回折素子や光検出器を共用化して使用する。
図１（ａ）は、本発明による光回折素子５に波長λ１の光ビームが入射する様子を示している。図１（ａ）の上側には光回折素子５の断面が示されており、その下側には光回折素子５の正面部分が模式的に示されている。偏光方向が第１方向Ｘに平行な方向に偏光した光ビーム（波長λ１）は、図１（ａ）に示すように、光回折素子５の周期構造１１によってほとんど回折されることなく光回折素子５を透過することができるが、偏光方向が第２方向Ｙに平行な方向に偏光した光ビーム（波長λ１）は、光回折素子５の周期構造１１によって略完全に回折される。
一方、図１（ｂ）は、光回折素子５に波長λ２の光ビームが入射する様子を示している。ここで、λ１＜λ２の関係が成立しているとする。図１（ｂ）の上側には光回折素子５の断面が示されており、その下側には光回折素子５の正面部分が模式的に示されている。波長がλ２の光ビームの場合は、その偏光方向が第１方向Ｘに平行な方向に偏光している場合も、また、第２方向Ｙに平行な方向に偏光している場合も、ともに、図１（ｂ）に示すように、光回折素子５の周期構造１１によって一部が回折され、残りが透過することになる。
このように、本発明の光回折素子５は、偏光依存性と波長依存性を有している点に特徴があるが、波長λ１の光ビームについては偏光方向によって回折の有無が大きく異なるのに対して、波長λ２の光ビームについては、偏光方向にかかわらず常に入射光の一部が回折する点に最も重要な特徴を有している。
このように新規な光回折素子５を光ピックアップに用いることにより、相対的に波長が長く、出力を大きくしやすい光ビーム（例えばＣＤ用の光ビーム）に対しては、その偏光状態の変化によらず、常に回折光を生成することができる。このため、図１１に示す従来の装置で生じていた問題、すなわちディスク基材の複屈折に影響されてＣＤからの信号検出が０になってしまうという問題を解決することができる。
なお、図１１の偏光ホログラム１０７は、ＤＶＤ用の波長を有する光ビームに対しては光回折素子として機能するが、ＣＤ用の波長を有する光ビームに対しては光回折素子として機能しないため、ＣＤ用に別のホログラム１１３が不可欠になる。また、図１２に示す従来の装置でも、ＣＤ用の光ビームとＤＶＤ用の光ビームに対して別々の回折格子を用いる必要がある。
これらの従来技術に対して、本発明では、１つの光回折素子５でＤＶＤ用の光ビームだけではなく、ＣＤ用の光ビームに対しても適切な回折を行なうことができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
（実施形態１）
まず、図２から図５を参照しながら、本発明による光情報処理装置の第１の実施形態を説明する。本実施形態の光情報処理装置は、本発明の光回折素子を備えた光ピックアップである。図２は、この光ピックアップの全体構成を示している。
図２の光ピックアップは、複数の種類の光ディスクにデータを書き込むこと、および／または光ディスクからデータを読み出すことができる光ディスク装置に用いられる。記録再生動作を行なうとき、光ディスクは光ディスク装置内のモータなどの駆動部（不図示）によって回転させられる。
本実施形態の光ピックアップは、波長の異なる複数の光ビームを形成する光源と、光ビームを集光し、光ディスクの信号面上に光スポットを形成する対物レンズと、光源と対物レンズとの間に配置された光回折素子および波長板と、光ディスクから反射された光ビームの強度を検出する光検出器とを備えている。なお、光源は、異なる波長の光を放射する単一のレーザチップから構成されることが好ましいが、２種類のレーザチップを近接配置したものであってもよい。
光源から対物レンズに至るまでの光路と、光ディスクの信号面で反射されて光検出器に至るまでの光路とが共通する部分において、本発明による光回折素子が配置されている。
以下、本実施形態の光ピックアップの構成を、より詳細に説明する。
まず、図２を参照する。本実施形態における光検出器３は、シリコンチップなどの半導体基板２に形成されており、波長λ１および波長λ２の２種類のレーザ光を出射するレーザチップ１が基板２にマウントされている。光検出器３は、光電効果によって光を電気信号に変換する複数のフォトダイオードから構成されている。レーザチップ１が放射するレーザ光のうち、例えば、波長λ１は約６５０ｎｍであり、波長λ２は約８００ｎｍである。本実施形態では、波長λ１のレーザ光はＤＶＤ用に用いられ、波長λ２のレーザ光はＣＤ用に用いられる。
レーザチップ１から出射された波長λ１の光は、コリメートレンズ４によって平行化された後、偏光素子７を透過する。偏光素子７は、光回折素子５と波長板６とが一体化された素子である。偏光素子７は、対物レンズ８とともに支持部材３５に取り付けられており、アクチュエータ３６によって対物レンズ８とともに一体的に駆動される。
偏光素子７に含まれる光回折素子５は、光源であるレーザチップ１の側から入射してくる波長λ１の光に対して、周期的に略２ｎπの位相差（ｎは０以外の整数）を与える。すなわち、光源側から入射してくる波長λ１の光に対しては殆んど回折することなく透過させることができる。
偏光素子７を透過した光（波長λ１）は、対物レンズ８によって光ディスクの記録面９上に集光され、反射される。反射光は、再び対物レンズ８を経て偏光素子７に入射し、偏光素子７内の光回折素子５によって回折される。光回折素子５は、光ディスクから反射されてきた波長λ１の光に対して周期的に略２ｎπ＋αの位相差（αは０以外の実数）を与える。すなわち、光回折素子５は、光ディスク側から入射してきて波長λ１の光の少なくとも一部を回折する。なお、αが（２ｍ＋１）πのとき（ｍは整数）、光ディスク側から入射してきた波長λ２の光の略全てが回折されることになる。光回折素子５で回折された光は、コリメートレンズ４を経て光検出器３に入射する。光検出器３は、光量変化に応じた電気信号を生成し、この電気信号は、フォーカス制御信号、トラッキング制御信号、およびＲＦ信号である。
一方、レーザチップ１を出射した波長λ２の光も、コリメートレンズ４によって平行化され、偏光素子７を透過する。偏光素子７に含まれる光回折素子５は、光源であるレーザチップ１の側から入射してくる波長λ２の光に対して、周期的に略２ｎπλ１／λ２の位相差を与える。このため、波長λ２の光の一部は光回折素子５によって回折されるが、残りは光回折素子５を透過する。
光回折素子５を透過した光は、対物レンズ８によって基材厚の異なる光ディスクの記録面１０上に集光され、記録面１０で反射される。反射光は、再び対物レンズ８を経て偏光素子７に入射し、偏光素子７内の光回折素子５によって回折される。光回折素子５は、光ディスクから反射されてきた波長λ２の光に対して、周期的に略（２ｎπ＋α）λ１／λ２の位相差（αは０以外の実数）を与える。光回折素子５で回折された光は、コリメートレンズ４を経て光検出器３に入射する。光検出器３は、光量変化に応じた電気信号を生成し、この電気信号は、フォーカス制御信号、トラッキング制御信号、およびＲＦ信号である。
図３（ａ）および（ｂ）は、図２の偏光素子７について、波長λ１、λ２の光について、回折の偏光依存性を模式的に示す図である。
図３（ａ）は、波長λ１の光が偏光素子７を反対方向に通過する場合を模式的に示している。光源側（図中下側）から偏光素子７に入射する波長λ１の光は、例えば、紙面に平行な偏光方向を持つ直線偏光である。このような光は、周期構造１１を有する回折素子５を透過することができる。なお、図示されている偏光素子７の周期構造１１は、紙面に垂直な方向に延びる回折溝によって構成されている。光回折素子５の周期構造１１は、偏光依存性を有しており、偏光方向が紙面に平行な直線偏光（波長λ１）が光回折素子５を透過するとき、周期構造１１の入射位置に応じて、２Ｎπ（Ｎは０以外の整数）の位相差が透過光に生じる。Ｎが０でない点で、本実施形態の光回折素子５は、特開２００１−１４７１４号公報に記載されている回折格子（図１１のホログラム１０７）から大きく異なっている。本実施形態では、光回折素子５の透過光に生じる周期的な位相差が２πの整数倍に等しい（光回折素子５で生じる光路差が波長λ１の整数倍に等しい）ため、光の回折原理に従い、波長λ１の光にとっては周期構造１が無い状態に等しくなる。このため、上記の光は、光回折素子５によって回折されず、透過する。
このようにして光回折素子５を透過した光は、次に波長板６を通過する。波長板６は、波長λ１の光に対して、（ｍ±１／４）波長（ｍは整数）相当のリターデーションを有している。本実施形態では、波長板６は、波長λ１（６５０ｎｍ）の光に対して、４分の５波長板として機能する。このため、波長λ１の直線偏光は、波長板６によって円偏光に変換される。
不図示の光ディスクで反射されて戻ってきた光（円偏光）は、波長板６によって直線偏光に変換される。この直線偏光の偏光方向（紙面に垂直）は、光源側から光回折素子５に入射した光の偏光方向と直交する。このような直線偏光に対して、回折素子５の周期構造１１は、入射位置に応じて（２Ｍ＋１）πの位相差（Ｍは整数）を周期的に発生させる。このため、この直線偏光は、光の回折原理により、完全に回折される（式２参照）。
次に、図３（ｂ）を参照しながら、波長λ２の光について偏光素子７の動作を説明する。
図３（ｂ）に示すように、光源側から光回折素子５に入射する波長λ２の光（偏光方向が紙面に平行な直線偏光）が偏光素子７に入射するとき、光回折素子５の周期構造１１により、ほぼ２Ｎπλ１／λ２の位相差が発生する。Ｎは０でないため、発生する位相差は０にならない。このため、光回折素子５では、波長λ２の光の回折がある程度は発生してしまう。
また、厳密には、光回折素子５の材料には波長分散があるため、波長λ１の光と波長λ２の光との間に屈折率差が生じる。ここで、周期構造１１を構成する媒質の周期的屈折率差を波長λ１、λ２の光の各々についてΔｎ１、Δｎ２とする。この場合、周期構造１１で２ＮπΔｎ２・λ１／（Δｎ１・λ２）の位相差が発生し、この位相差は、光回折素子５の材料に波長分散が大きいと無視できない。
λ１＝６５０ｎｍ（ＤＶＤ用の波長の光）、λ２＝８００ｎｍ（ＣＤ用の波長の光）、Ｎ＝１とすると、回折しない光（０次光）の透過効率は、以下の式９で示される。
（式９）
ｃｏｓ２（（２πλ１／λ２）／２）＝ｃｏｓ２（（２π×６５０／８００）／２）＝６９％
式９から、入射した光の３９％が光回折素子５によって回折されることがわかる。
一方、光ディスクから戻ってくる波長λ２の光が、図３（ｂ）に示すように、偏光素子７に入射したとき、光回折素子５の周期構造１１によって（２Ｍ＋１）πλ１／λ２の位相差が発生する。従って、波長λ１の光または波長λ２の光のうち相対的に大きな波長を持つ光が、他方の光の波長の整数倍（２倍、３倍、・・・）の大きさを持たない限り、両方の光に対する回折光を０に設定することはできない。
なお、前述した波長分散により、厳密には（２Ｍ＋１）πΔｎ２２λ１／（Δｎ１１λ２）の位相差が発生する。Δｎ１１、Δｎ２２は、それぞれ、光ディスクから戻ってきた波長λ１、λ２の光が波長板６を経て光回折素子５に入射するときの偏光状態に対する周期構造の周期的な屈折率差である。
λ１＝６５０ｎｍ（ＤＶＤ用の光）、λ２＝８００ｎｍ（ＣＤ用の光）、Ｍ＝１とすると、±１次回折光の各回折効率は、以下の式１０で表される。
（式１０）
（２／π）２×ｃｏｓ２（（πλ１／λ２）／２）＝ｃｏｓ２（（π×６６０／８００）／２）＝８．４％
±１次回折光以外の光は、ほとんど０次光として回折格子を透過する。
なお、最も偏光の影響を大きく受けるのは、ＣＤの基材が１／４波長板とほぼ等価な複屈折を持つ場合である。この場合、入射時と直交する方向の直線偏光となる。このときの±１次回折光の回折効率は、完全回折条件を満たし、±１次回折光の約３７％程度が信号光として帰還する。すなわち、帰還光量は、様々な偏光状態に応じて変化するが、最悪の場合でも０にならない。
図４（ａ）は、光回折素子５によって分岐された光が検出器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに入射する状態を示す図であり、図４（ｂ）は、検出光と検出器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの位置関係の一例を示す平面図である。また、図４（ｂ）は、光回折素子５の溝パターンを模式的に示す平面図である。
光回折素子５は、図４（ｂ）に示すように、光ディスクのトラック方向に対応する方向に延びる境界線を境にして２分割されている。分割された２つの領域の一方は、光ディスクの外周側から反射された光を検出器３ｂ、３ｄへ回折し、分割された２つの領域の他方は、光ディスクの内周側から反射された光を検出器３ａ、３ｃへ回折する。図４（ａ）では、実線で波長λ２の光ビームを示し、破線で波長λ１の光ビームを示している。光回折素子５から光検出器３ａ、３ｂの方向に回折される光が＋１次光であるとすると、光回折素子５から光検出器３ｃ、３ｄの方向に回折される光が−１次光である。
上記の光回折素子５では、境界線の右側における格子間隔と左側における格子間隔との間に差異を設けることにより、＋１次光と−１次光との間に形成される角度を境界線の左右で変化させることができる。図４の例では、境界線より右側の格子間隔を左側の格子間隔に比べて相対的に短く設定している。
光ビームスポットの光ディスク面での位置がトラックの中心からずれると、回折光量に非対称性が現れる。この回折光量の非対称性は、光ビームスポットのトラック中心からのずれの大きさに依存する。従って、光検出器３ｃの出力から光検出器３ｄの出力を引く演算をすることにより、上記回折光量の非対称性を定量的に検出できる。このような演算によって得られる信号（トラッキングエラー信号）に基づいて、プッシュプル法によるトラッキング検出を行うことができる。
また、光ディスク面に対するフォーカスのずれは、検出器に形成されるビームスポットのサイズの変化として現れる。光検出器３ａの出力から光検出器３ｂの出力を引く演算をすることにより、ピームスポットサイズの変化を検出できる。上記の演算によって得られる信号に基づいて、ＳＳＤ法（Ｓｐｏｔ  Ｓｉｚｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ法）によるフォーカス検出ができる。
なお、光ディスクのトラックに沿って書き込まれたデータは、例えば、光検出器３ｃからの出力と光検出器３ｄからの出力を足し合わせる演算を行うことにより、検出（再生）することができる。このような演算によって得られる再生信号を、以下「ＲＦ信号」と称する場合がある。
本実施形態における偏光素子７は、前述のように、対物レンズ８とともにアクチュエータ３６で一体的に駆動される。このため、光ディスクの偏芯運動などに追従して対物レンズ８がトラッキング方向（ディスク径方向）にシフトしたときでも、上記の演算によって求められる信号にオフセットは発生しない。これは、対物レンズ８がトラッキング方向にシフトしても、検出器３ａ〜３ｄ上に形成される光スポットの位置が検出器上のＸ方向にシフトするのみだからである。このような光スポットのシフトを考慮して、検出器の受光エリアが充分に広く形成されていれば、光スポットの位置が検出器の受光エリア内で移動したとしても、上記の演算によって求められる信号のレベルに変化は生じない。
光回折素子５に入射する光は、波長の違いに応じて、異なる角度（回折角）で回折される。例えば、波長λ１の光は、参照符号１２ａ〜１２ｄで示される領域に入射し、光スポットを形成する。これに対し、波長λ２の光は、参照符号１３ａ〜１３ｄで示される領域に入射し、光スポットを形成する。本実施形態では、各検出器３ａ〜３ｄの受光エリアが、これら光スポットの全体を受けることができる大きさを有しているため、波長の異なる光を同じ検出器で検出することが可能である。図１１の装置では、ＤＶＤ用およびＣＤ用に２種類の光検出器を必要としたため、装置の小型が困難であったが、本発明によれば、小型化が容易になる。
本実施形態の偏光素子７を用いることにより、波長λ１の光（例えばＤＶＤ用の光）は、光源から出て光回折素子５を透過する際、ほとんど回折されない（図３（ａ））。このため、光源から出た光は、光量の損失を避けつつ、高い効率で光ディスク面へ導かれる。一方、波長λ２の光（例えばＣＤ用の光）は、ディスク基材が有する複屈折性のために偏光状態が変化した光が光ディスクから戻ってきたとしても、回折後、光量の低下が抑制され、最悪の場合でも、信号レベルが０になってしまうことはない（図３（ｂ））。
なお、本実施形態における波長板６は、波長λ１の光に対しては、５／４波長板として機能する。すなわち、波長λ２の光に対しては、ほぼ１波長板として機能する。
本発明では、上記の波長板の代わりに、波長λ１の光に対して１／４波長板として機能するリターデーションを有する波長板６を用いてもよい。このような波長板６は、波長λ２の光に対して、ほぼ１／５波長板と機能する。このため、ディスク基材に複屈折が無い場合、ディスクから戻ってきた光が波長板６を通過して光回折素子５に入射するときの偏光状態は、楕円偏光になる。この楕円偏光は、光源から出た光が最初に光回折素子５に入射するときの偏光方向に対して略直交する方向に主軸を持ち、かつ直線偏光に近い楕円度を有する。このような偏光が光回折素子５に入射すると、回折光量が大きくなるため、信号光量も大きくなる。
本発明で用いることのできる波長板は、上記の具体的なリターデーションを有する２種類の波長板に限定されない。すなわち、波長λ１の光に対して略（２Ｍ＋１）λ１／４のリターデーション（Ｍは整数）を有し、かつ、波長λ２の光に対して略Ｎλ２のリターデーション（Ｎは整数）を有している波長板でも同様の効果を得ることができる。
また、波長λ１の光に対して略（２Ｍ＋１）λ１／４のリターデーション（Ｍは整数）を有し、かつ、波長λ２の光に対して略（２Ｎ＋１）λ２／２のリターデーション（Ｎは整数）を有している波長板でもよい。このような波長板を用いると、波長λ２の光が光ディスクから反射して戻ってきたとき、再び同じ偏光状態に戻るので、波長板６が波長λ２の光に対して１波長板として機能する場合の効果と同様の効果が発揮される。
ディスク基材が複屈折性を有すると、光ディスクで反射された光の偏光状態は様々に変化するが、本実施形態によれば、信号光量が検出できないレベルに低下することはない。なぜなら、信号光量が最も少なくなるのは、光ディスクから戻ってきた光の偏光状態が往路における光の偏光状態と同じ直線偏光となるときであるが、このような場合でも、本実施形態によれば、回折効率が８．４％であり、０にはならないからである。従って、本実施形態によれば、複屈折性の大きい光ディスクに対しても、安定して信号の再生および制御を行うことができる。
このように、本実施形態の光ピックアップによれば、ＤＶＤ用光源のように、波長が短いため、低コストで作製または入手しにくい高出力光源から出る光については、その利用効率を高めている（図３（ａ））。一方、高出力の光源を比較的安価で作製または入手できるが、基材が厚いために複屈折性による偏光状態の変化が生じやすいＣＤなどの光ディスクについては、偏光状態の変化による影響を低減することができる（図３（ｂ））。
また、本実施形態によれば、異なる波長の光に対して、光源からの光は効率良く透過させながらも、光ディスクから戻ってきた光を検出器に導く機能を発揮させることができる光ピックアップを実現できるため、小型化で部品点数の少ない光ピックアップを低コストで提供することが可能になる。
次に、図５を参照しながら、本実施形態の光ピックアップに好適に用いられ得る光回折素子の構造を説明する。図５は、このような光回折素子の周期構造を模式的に示す断面図である。
図５に示す光回折素子は、領域Ａと領域Ｂとが面内方向に交互に規則的に配列した周期構造を有している。この周期構造が格子パターンを構成し、光を回折する。領域Ａ及び領域Ｂの各々は、屈折率及び／または厚さが異なる複数の媒質層が積層された構造を有している。図５の回折素子を光が透過するとき、領域Ａを透過する光と領域Ｂを透過する光との間に位相差が発生し、これによって回折現象が生じる。
ここで、偏光方向が図５の紙面に平行な直線偏光が、図５の回折格子を透過するとき、領域Ａと領域Ｂとの間で発生する位相差をδとする。一方、偏光方向が図５の紙面に垂直な直線偏光が、図５の回折格子を透過するとき、領域Ａと領域Ｂとの間で発生する位相差をδ１とする。更に、偏光方向が紙面に平行な直線偏光である波長λ１の光に対する領域Ａのｉ（ｉ＝１、２、３・・・Ｉ）番目の層の屈折率がｎ１Ａ（ｉ）、厚さがｔＡ（ｉ）、領域Ｂのｊ（ｊ＝１、２、３・・・Ｊ）番の層の屈折率がｎ１Ｂ（ｊ）、厚さがｔＢ（ｊ）とする。一方、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光に対する領域Ａのｉ（ｉ＝１、２、３・・・Ｉ）番目の層の屈折率はｎ１１Ａ（ｉ）、領域Ｂのｊ（ｊ＝１、２、３・・・Ｊ）番の層の屈折率はｎ１１Ｂ（ｊ）とする。なお、本明細書における「媒質層」には、空気の層も含まれるものとする。
このような標記方法に従うと、以下の式１１が成立する。
（式１１）
ΣｔＡ（ｉ）＝ΣｔＢ（ｊ）
そして、位相差δは、以下の式１２で表される。
（式１２）
δ＝Σ（ｎ１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））
ここで、Σは各層の屈折率と層厚の積の総和を意味する。
一方、位相差δ１は、以下の式１３で表される。
（式１３）
δ１＝Σ（ｎ１１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））
（式２）および（式３）より、位相差δや位相差δ１がＬλ１（Ｌは０以外の整数）に等しくなるとき、回折が生じない「完全透過」の状態となり、位相差δや位相差δ１が（２Ｍ＋１）λ１／２に等しくなるとき、「完全回折」の状態になる。すなわち、光回折素子の周期構造が、以下の式１４及び式１５の両方を満足するとき、波長λ１の光が光回折素子に対して、光源側から入射する場合には「完全透過」が実現し、ディスク側から入射する場合には「完全回折」が実現する。
（式１４）
Σ（ｎ１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））＝Ｌλ１（Ｌは０以外の整数）
（式１５）
Σ（ｎ１１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））＝（２Ｍ＋１）λ１／２（Ｍは整数）
一方、上記の条件が満足されるとき、波長λ２の光については、位相差δと位相差δ１との間に、（２Ｍ＋１）πλ１／λ２の位相差が発生するため、以下の（式１６）に表される１次回折光が発生する。
（式１６）
（２／π）２×ｃｏｓ２（（２Ｍ＋１）（πλ１／λ２）／２）
波長λ１の光または波長λ２の光との間に、一方が他方の波長の整数倍（２倍以上）になるような差がなければ、回折光はゼロにならない。ＤＶＤ用の光の波長（λ１＝６５０ｎｍ）と、ＣＤ用の光の波長（λ２＝８００ｎｍ）との間には、このような大きな差異は無いため、回折光はゼロにならない。
各媒質層は、光源側からの光が紙面に垂直な直線偏光となり、かつ、ディスク側からの光が紙面に平行な直線偏光となる場合であっても、上記の作用と同じ作用を光に与える。このため、以下の式１７及び式１８が満足される条件を採用しても良い。
（式１７）
Σ（ｎ１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））＝（２Ｍ＋１）λ１／２（Ｍは整数）
（式１８）
Σ（ｎ１１Ａ（ｉ）×ｔＡ（ｉ））−Σ（ｎ１１Ｂ（ｊ）×ｔＢ（ｊ））＝Ｌλ１（Ｌは０以外の整数）
（実施形態２）
図６（ａ）から（ｃ）を参照しながら、本発明による光回折素子の第２の実施形態を説明する。
図６（ａ）は、本実施形態の光回折素子と波長板とを含む偏光素子の構成を示す断面図である。
この偏光素子は、第１のガラス基板１５と、前記ガラス基板１５上に形成された薄膜周期構造１６と、薄膜周期構造１６を覆うようにガラス基板１５上に形成された等方性媒質１７と、等方性媒質１７上に設けられた波長板２１と、波長板２１上に設けられた第２のガラス基板１４とを備えている。ここで、薄膜周期創造１６は屈折率異方性を有しており、波長板２１はフィルム状シートから形成されている。
上記の偏光素子の回折格子の部分は、例えば、次のようにして製造される。
まず、ガラス基板１５上に、厚さｄの有機膜からなる屈折率異方性薄膜（屈折率ｎ１、ｎ２）の格子パターンを形成する。次に、この薄膜周期構造１６の溝を等方性屈折率の媒質１７（屈折率ｎ３）で充填する。
この場合、実施形態１について説明した理由と同様の理由により、厚さｄ、屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３、および光の波長λ１は、以下の式１９および式２０、または式２１及び式２２を満足するように選択される。
（式１９）
ｄ（ｎ３−ｎ１）＝Ｌλ１      （Ｌは０以外の整数）
（式２０）
ｄ（ｎ３−ｎ２）＝（２Ｍ＋１）λ１／２（Ｍは整数）
（式２１）
ｄ（ｎ３−ｎ１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２（Ｍは整数）
（式２２）
ｄ（ｎ３−ｎ２）＝Ｌλ１      （Ｌは０以外の整数）
また、本実施形態の構成によれば、素子の作製が容易になり、波長板も含めて構成が簡素化される。このため、光ピックアップの小型化に適している。
さらに、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、ガラス基板上に他の機能をもつ薄膜や構造を設ければ、他の機能も偏光素子の機能に付与できる。
図６（ｂ）に示す素子は、ガラス基板１４上に形成された開口制限膜１８および位相補正膜１９を更に備えている。開口制限膜１８は、例えば波長λ２の光は透過するが、波長λ１の光は遮断するような波長選択性を有する材料から形成されている。このため、開口制限膜１８は、波長λ１の光に対して、選択的な「絞り」として機能する。位相補正膜１９は、開口制限膜１８の存在する領域と存在しない領域との間で生じる位相のずれを補正する。
ＤＶＤやＣＤなどのように記録密度が異なる複数の光ディスクに対してデータの記録／再生を行う場合、記録密度に応じて光ディスク上に形成する光スポットのサイズ（直径）が異なる。図６（ｂ）の素子によれば、波長選択性を有する膜を用いているため、入射する光の波長に応じて開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を調節することができ、光ディスク上に最適なサイズの光スポットを形成することができる。
図６（ｃ）に示す素子は、厚さが同心円状に変化する位相段差構造２０を備えている。本実施形態における位相段差構造２０の各段差は、波長λ１の整数倍の光学厚さを有しているため、波長λ１の光は、波面が揃った状態（平面波と等価な状態）で素子を透過することができる。一方、波長λ２の光が、図６（ｃ）の素子を透過すると、その位相は同心円状に変化したものとなる。すなわち、光軸の中心から外側に向かって、少しずつ位相がずれた波面、すなわち略球面波が形成される。このような球面波が、集光レンズによって、波長λ１の光と同じように同一基材厚の光ディスクの記録面上に集光されると、球面収差のためぼやけた像が形成されるが、波長λ２の光は、もともと、波長λ１の光が照射されるべき光ディスクとは異なる基材厚のディスクへ適用される。位相段差構造２０を最適に設計することにより、基材厚の差によって生じる収差を補正することができる。
波長λ１の光源および波長λ２の光源がともに実質的に等しい位置に発光点を有し、いずれの光もコリメートレンズで平行化される無限系を採用する場合、同じレンズを用いても、異なる基材厚のディスク記録面に対して、球面収差の抑制された最適な集光を行うことができる。
なお、開口制限膜１８および位相段差板２０を、それぞれ、ガラス基板１５およびガラス基板１４に形成することにより、多機能な偏光素子を構成することも可能である。
（実施形態３）
図７を参照しながら、本発明の光回折素子と波長板とを備えた偏光素子の他の構成を説明する。
本実施形態の光回折素子は、屈折率異方性領域２２が周期的に形成された基板２３を有している。基板２３は、ニオブ酸リチウムなどの異方性材料から形成されており、屈折率異方性領域２２は、プロトン交換などの方法によって極性が反転された領域（厚さ：ｄ、プロトン交換部）である。
基板２３の周期構造は、波長λ１の常光、異常光に対して、それぞれ、屈折率ｎ０、ｎ１である部分と、波長λ１の常光、異常光に対してそれぞれ屈折率ｎ０１、ｎ１１である部分とからなっている。
これらの数値は、以下の式２３および式２４または式２５および式２６を満足するように設定される。
（式２３）
ｄ（ｎ０−ｎ０１）＝Ｌλ１        （Ｌは０以外の整数）
（式２４）
ｄ（ｎ１−ｎ１１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２    （Ｍは整数）
（式２５）
ｄ（ｎ０−ｎ０１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
（式２６）
ｄ（ｎ１−ｎ１１）＝Ｌλ１        （Ｌは０以外の整数）
本実施形態によれば、素子の作製が簡単になるという利点がある。
（実施形態４）
図８を参照しながら、本発明の光回折素子と波長板とを備えた偏光素子の他の構成を説明する。
上記の各実施形態の場合、偏光素子の作製が容易であるという利点があるが、選択できる材料の屈折率範囲が比較的狭い。したがって、利用する光の波長によっては、上記式を満足するような解がない場合もある。
図８の光回折素子は、屈折率異方性領域２５が周期的に形成された基板２６を有している。基板２６は、ニオブ酸リチウムなどの異方性材料から形成されており、屈折率異方性領域２５は、プロトン交換などの方法によって極性が反転された領域（厚さ：ｄ１、プロトン交換部）である。このような構造は、厚さｄ２のプロトン交換部２５を基板２６に形成したあと、プロトン交換部２５のみを選択的にエッチングし、その厚さをｄ１に設定することにより作成され得る。
ここで、波長λ１の常光、異常光に対するプロトン交換部２５の屈折率をｎ０、ｎ１、厚さをｄ１とし、波長λ１の常光、異常光に対する基板２６の屈折率をｎ０１、ｎ１１とする。
このとき、各数値は、以下の式２７および式２８、または式２９および式３０を満足するように設定される。
（式２７）ｄ２（ｎ０１−１）−ｄ１（ｎ０−１）＝Ｌλ１（Ｌは０以外の整数）
（式２８）
ｄ２（ｎ１１−１）−ｄ１（ｎ１−１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２    （Ｍは整数）
（式２９）
ｄ２（ｎ０１−１）−ｄ１（ｎ０−１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２    （Ｍは整数）
（式３０）
ｄ２（ｎ１１−１）−ｄ１（ｎ１−１）＝Ｌλ１          （Ｌは０以外の整数）
本実施形態によれば、プロトン交換部２５のエッチング量を調節することにより、厚さｄ２および厚さｄ１を独立した値に設定できるため、上記の式を満足する屈折率を持つ材料の選択範囲が拡大する。
（実施形態５）
図９を参照しながら、本発明による光回折素子の他の実施形態を説明する。
実施形態４の光回折素子にれば、必要な条件を満足する材料を見い出し易いが、基板のエッチング量をそれほど大きくすることができない。なぜなら、エッチング量を大きくすると、深さ方向だけでなく横方向のエッチング（サイドエッチング）も進行する。サイドエッチングが生じると、格子溝の側面にテーパが形成され、溝の断面形状が理想的な矩形ではなくなる。
図１０は、格子ピッチが１０μｍおよび２０μｍの周期構造を有する光回折素子を作製する場合において、サイドエッチングに起因するテーパ部の幅と、波長λ１の光の０次透過効率との関係を示すグラフである。このグラフからわかるように、テーパ部の幅が大きくなるほど、言い換えると、サイドエッチングが進行するほど、透過効率が低下し、損失が大きくなる。
これに対して、図９に示す構造の光回折素子によれば、屈折率異方性基板２９にプロトン交換などにより形成した屈折率異方性部分２８をエッチングする代わりに、その上にタンタルなどの高屈折率薄膜（屈折率ｎ４、厚さｔ）３０を成長させている。高屈折率薄膜３０のパターニングは、例えば、リフトオフ法によって行われ得る。高屈折率の薄膜を用いる理由は、屈折率ｎ４が高いほど、必要な薄膜３０の厚さｔを小さくすることができるからである。
このような構成を採用することにより、サイドエッチングによるテーパが形成されず、また、高屈折率膜３０の屈折率や厚さを調節できるため、前述の式で規定される条件を満足する周期構造を作成しやすくなる。
本実施形態では、波長λ１の常光、異常光に対して、それぞれ屈折率ｎ０、ｎ１である領域Ｇと、波長λ１の常光、異常光に対してそれぞれ屈折率ｎ０１、ｎ１１である領域Ｈとによって、屈折率異方性領域が構成されている。
この場合において、領域Ｇ上に膜３０があるとき、ｄ、ｔ、ｎ０、ｎ１、ｎ０１、ｎ１１、ｎ４は、以下の式３１および式３２、または式３３および式３４を満足するように設定される。
（式３１）
ｄ（ｎ０１−ｎ０）−ｔ（ｎ４−１）＝Ｌλ１        （Ｌは０以外の整数）
（式３２）
ｄ（ｎ１１−ｎ１）−ｔ（ｎ４−１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
（式３３）
ｄ（ｎ０１−ｎ０）−ｔ（ｎ４−１）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
（式３４）
ｄ（ｎ１１−ｎ１）−ｔ（ｎ４−１）＝Ｌλ１        （Ｌは０以外の整数）
領域Ｈ上に膜３０がある場合は、ｄ、ｔ、ｎ０、ｎ１、ｎ０１、ｎ１１、ｎ４は、以下の式３５および式３６、または式３７および式３８を満足するように設定される。
（式３５）
ｄ（ｎ０１−ｎ０）−ｔ（１−ｎ４）＝Ｌλ１        （Ｌは０以外の整数）
（式３６）
ｄ（ｎ１１−ｎ１）−ｔ（１−ｎ４）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
（式３７）
ｄ（ｎ０１−ｎ０）−ｔ（１−ｎ４）＝（２Ｍ＋１）λ１／２  （Ｍは整数）
（式３８）
ｄ（ｎ１１−ｎ１）−ｔ（１−ｎ４）＝Ｌλ１        （Ｌは０以外の整数）
なお、サイドエッチングによる回折効率の低下を防ぐためには、屈折率異方性基板の表面に回折溝を形成した後、溝の内部を適切な厚さの異方性材料で埋め込んでもよい。屈折率異方性基板に矩形の回折溝を形成するには、サイドエッチングが少ないイオンミリングなどの物理エッチングを用いることが好ましい。
以上説明してきた実施形態では、波長の異なる光が同じ偏光方向で光回折素子に入射しているが、これらの波長の異なる光が互いに直交する方向に偏光していてもよい。この場合、特定波長の光に対して１／２波長板として機能する偏光板を、光源と光回折素子との間に配置すればよい。
本発明によれば、１つの光回折素子により、異なる波長の光に対して光ディスクからの光を分岐して検出器に導く光分岐素子が実現できる。このため、光ピックアップの光学系を簡素化でき、基材厚や記録密度が異なる光ディスクへの記録再生が１つの小型で安価な光ピックアップを用いて行うことができるようになる。
また、ＣＤのように基材が厚く、複屈折性の高いディスクに対して記録・再生を行う場合でも、偏光依存性が低いため、検出光量の変化も小さく、最悪でも信号がなくなってしまうことがない。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、１つの光回折素子により、ＣＤ用の光ビームとＤＶＤ用の光ビームの両方に対して必要な回折を引き起こすことができるため、光情報処理装置を小型化することが容易になる。
【図１】
2004097819.tif 000003
【図２】
2004097819.tif 000004
【図３】
2004097819.tif 000005
【図４】
2004097819.tif 000006
【図５】
2004097819.tif 000007
【図６】
2004097819.tif 000008
【図７】
2004097819.tif 000009
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年11月22日(2004.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が異なる複数の光ビームが通過する光路に配置される光回折素子であって、
前記複数の光ビームのうち、或る波長λ1を有する第１光ビームが第１方向Ｘに偏光した直線偏光状態にあるときは、前記第１光ビームを略完全に透過させるが、前記第１光ビームが前記第１の方向に直交する第２方向Ｙに偏光した直線偏光状態にあるときは、前記第１光ビームを略完全に回折させる周期構造を有しており、
前記複数の光ビームのうち、前記第１光ビームの波長λ1とは異なる波長λ2を有する第２光ビームの少なくとも一部は、その偏光状態によらず、回折させる光回折素子。
【請求項２】
前記周期構造は、
前記第１光ビームが前記第１方向Ｘに偏光した直線偏光のとき、周期的に略２ｎπの位相差（ｎは０以外の整数）を有する光に変換し、前記第１光ビームが前記第２方向Ｙに偏光した直線偏光のとき、周期的に略（２ｍ＋１）πの位相差（ｍは整数）を有する光に変換し、しかも、
前記第２光ビームが前記第１方向Ｘと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、周期的に略２ｎπλ1／λ2の位相差を有する光に変換し、前記第２光ビームが前記第２方向Ｙと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、略（２ｍ＋１）πλ1／λ2の位相差を有する光に変換する、請求項１に記載の光回折素子。
【請求項３】
前記第１方向Ｘに偏光した直線偏光の波長がλ1であるときの周期的な屈折率差をΔｎ1、波長がλ2であるときの屈折率差をΔｎ2とし、しかも、前記第２方向Ｙに偏光した直線偏光の波長がλ1であるときの周期的な屈折率差をΔｎ11、波長がλ2であるときの屈折率差をΔｎ22とした場合において、
前記周期構造は、
前記第１光ビームが前記第１方向Ｘに偏光した直線偏光のとき、周期的に略２Ｎπの位相差（Ｎは０以外の整数）を有する光に変換し、前記第１光ビームが前記第２方向Ｙに偏光した直線偏光のとき、周期的に略（２Ｍ＋１）πの位相差（Ｍは整数）を有する光に変換し、しかも、
前記第２光ビームが前記第１方向Ｘと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、周期的に略２ＮπΔｎ2λ1／（Δｎ1λ2）の位相差の位相差を有する光に変換し、前記第２光ビームが前記第２方向Ｙと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、略（２Ｍ＋１）πΔｎ22λ1／（Δｎ11λ2）の位相差を有する光に変換する、請求項１に記載の光回折素子。
【請求項４】
前記周期構造は、交互に周期的に配列された第１領域Ａおよび第２領域Ｂを有しており、
前記第１および第２領域の各々は、少なくとも１つの層を有しており、
ある方向Ｘに偏光方向を有する波長λ1の直線偏光の光に対して領域Ａのｉ（ｉ＝１、２、３・・・Ｉ）番目の層（Ｉは空気層を含むＡ領域の総層数）の屈折率がｎ1A（ｉ）、厚さがｔA（ｉ）、領域Ｂのｊ（ｊ＝１、２、３・・・Ｊ）番の層（Ｊは空気層を含むＢ領域の総層数）の屈折率がｎ1B（ｊ）、厚さがｔB（ｊ）、前記方向Ｘと直交する方向Ｙに偏光方向を有する波長λ1の直線偏光に対して領域Ａのｉ（ｉ＝１、２、３・・・Ｉ）番目の層の屈折率がｎ11A（ｉ）、領域Ｂのｊ（ｊ＝１、２、３・・・Ｊ）番の層の屈折率がｎ11B（ｊ）とした場合において、
ΣｔA（ｉ）＝ΣｔB（ｊ）が成立し、
Σ（ｎ1A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ1B（ｊ）×ｔB（ｊ））＝Ｌλ1 
（Ｌは０以外の整数）
かつ
Σ（ｎ11A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ11B（ｊ）×ｔB（ｊ））＝（２Ｍ＋１）λ1／２  （Ｍは整数）
または、
Σ（ｎ1A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ1B（ｊ）×ｔB（ｊ））＝（２Ｍ＋１）λ1／２  （Ｍは整数）
かつ
Σ（ｎ11A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ11B（ｊ）×ｔB（ｊ））＝Ｌλ1 
（Ｌは０以外の整数）
を満足する請求項２または３に記載の光回折素子。
【請求項５】
前記周期構造は、厚さｄの層内に交互に周期的に配列された屈折率異方性領域および屈折率等方性領域を有しており、
波長λ1の常光および異常光に対する前記屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ0およびｎ1とし、波長λ1の光に対する前記屈折率等方性領域の屈折率をｎ３とするとき、ｄ、ｎ1、ｎ2、ｎ3、およびλ1が、
ｄ（ｎ3−ｎ1）＝Ｌλ1                  （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ3−ｎ2）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
または
ｄ（ｎ3−ｎ1）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ3−ｎ2）＝Ｌλ1                    （Ｌは０以外の整数）
を満足する請求項２または３に記載の光回折素子。
【請求項６】
前記周期構造は、厚さｄの層内に交互に周期的に第１および第２の屈折率異方性領域を有しており、
波長λ1の常光および異常光に対する前記第１の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ0、ｎ1とし、常光、異常光に対する前記第２の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ01、ｎ11とする場合において、
ｄ、ｎ0、ｎ1、ｎ01、ｎ11が、
ｄ（ｎ0−ｎ01）＝Ｌλ1                    （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ1−ｎ11）＝（２Ｍ＋１）λ1／２      （Ｍは整数）
または
ｄ（ｎ0−ｎ01）＝（２Ｍ＋１）λ1／２      （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ1−ｎ11）＝Ｌλ1                    （Ｌは０以外の整数）
を満足する請求項２または３に記載の光回折素子。
【請求項７】
前記周期構造は、交互に周期的に配列された厚さｄ1の屈折率異方性領域および厚さｄ2の第２の屈折率異方性領域を有し、
波長λ1の常光および異常光に対する前記第１の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ0、ｎ1とし、常光、異常光に対する前記第２の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ01、ｎ11とする場合において、
ｄ2（ｎ01−１）−ｄ1（ｎ0−１）＝Ｌλ1                  （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ2（ｎ11−１）−ｄ1（ｎ1−１）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
または、
ｄ2（ｎ01−１）−ｄ1（ｎ0−１）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
かつ
ｄ2（ｎ11−１）−ｄ1（ｎ1−１）＝Ｌλ1                  （Ｌは０以外の整数）
を満足する請求項２または３に記載の光回折素子。
【請求項８】
前記周期構造は、
厚さｄの層内に交互に周期的に配列された第１および第２の屈折率異方性領域と、前記第１または第２の屈折率異方性領域上に形成された屈折率ｎ4、厚さｔの膜Ｆ1とを
有しており、
波長λ1の常光および異常光に対する前記第１の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ0、ｎ1とし、常光、異常光に対する前記第２の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ01、ｎ11とする場合において、
前記第１の屈折率異方性領域上に前記膜Ｆ１が存在するときは、
ｄ（ｎ01−ｎ0）−ｔ（ｎ4−１）＝Ｌλ1                  （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ11−ｎ1）−ｔ（ｎ4−１）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
または、
ｄ（ｎ01−ｎ0）−ｔ（ｎ4−１）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ11−ｎ1）−ｔ（ｎ4−１）＝Ｌλ1                  （Ｌは０以外の整数）
を満たし、
前記第２の屈折率異方性領域上に前記膜Ｆ１が存在するときは、
ｄ（ｎ01−ｎ0）−ｔ（１−ｎ4）＝Ｌλ1                  （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ11−ｎ1）−ｔ（１−ｎ4）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
または、
ｄ（ｎ01−ｎ0）−ｔ（１−ｎ4）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ11−ｎ1）−ｔ（１−ｎ4）＝Ｌλ1                  （Ｌは０以外の整数）
を満足する請求項２または３に記載の光回折素子。
【請求項９】
前記複数の光ビームのうちの少なくとも２つは、偏光方向が互いに略直交している請求項１に記載の光回折素子。
【請求項１０】
光ビームを透過し得る開口エリアを前記光ビームの波長に応じて変化させる開口制限手段を備えている請求項１に記載の光回折素子。
【請求項１１】
異なる波長を有する前記複数の光ビームのうちの少なくとも１つの光ビームの波長の整数倍の段差を有する同心円状の階段構造を有している請求項１に記載の光回折素子。
【請求項１２】
複数の種類の光情報媒体にデータを書き込むこと及び／または前記光情報媒体からデータを読み出すことができる光情報処理装置であって、
波長の異なる複数の光ビームを形成する光源と、
前記光ビームを集光し、前記光情報媒体の信号面上に光スポットを形成する対物レンズと、
前記光源と前記対物レンズとの間に配置された光回折素子および波長板と、
前記光情報媒体から反射された前記光ビームの強度を検出する光検出器と
を備えており、
前記複数の光ビームのうちの少なくとも２つの光ビームについて、前記光源から前記対物レンズに至るまでの光路と、光情報媒体の信号面により反射されて前記光検出器に至るまでの光路とが共通する部分において、前記光回折素子が配置されており、
前記光回折素子は、前記少なくとも２つの光ビームのうち、波長λ1を有する第１の光ビームに対しては周期的に略２ｎπの位相差（ｎは０以外の整数）を与え、波長λ2を有する第２の光ビームに対しては周期的に略２ｎπλ1／λ2の位相差を与え、
前記光回折素子を透過した前記第１の光ビームは、前記対物レンズを経て第１の光情報媒体の信号面上に集光され、前記信号面で反射された第１の光ビームは前記対物レンズを経て前記光回折素子に入射し、前記光回折素子によって周期的に略２ｎπ＋αの位相差（αは０以外の実数）が与えられ、
前記光回折素子を透過した前記第２の光ビームは、前記対物レンズを経て第２の光情報媒体の信号面上に集光され、前記信号面で反射された第２の光ビームは前記対物レンズを経て前記光回折素子に入射し、前記光回折素子によって周期的に略（２ｎπ＋α）λ1／λ2の位相差が与えられる光情報処理装置。
【請求項１３】
前記第１の光ビームに関するαは（２ｍ＋１）π（ｍは整数）である請求項１２に記載の光情報処理装置。
【請求項１４】
複数の種類の光情報媒体にデータを書き込むこと及び／または前記光情報媒体からデータを読み出すことができる光情報処理装置であって、
波長の異なる複数の光ビームを形成する光源と、
前記光ビームを集光し、前記光情報媒体の信号面上に光スポットを形成する対物レンズと、
前記光源から前記対物レンズに至るまでの光路と前記光情報媒体から反射され前記光検出器に至るまでの光路とが共通する部分に配置された光回折素子および波長板と、
前記光情報媒体から反射された前記光ビームの強度を検出する光検出器と
を備えており、
前記光回折素子は、請求項１に記載されている光回折素子から構成されている、光情報処理装置。
【請求項１５】
前記対物レンズを移動する手段を備えており、前記光回折素子が前記対物レンズを移動する手段に搭載されている請求項１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１６】
前記波長板は、前記複数の光ビームのうち、波長λ1を有する光ビームに対しては、略（２Ｍ＋１）λ1／４のリターデーション（Ｍは整数）を有し、波長λ2を有する光ビームに対しては、略Ｎλ2のリターデーション（Ｎは整数）を有する請求項１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１７】
前記波長板は、前記複数の光ビームのうち、波長λ1を有する光ビームに対しては、略（２Ｍ＋１）λ1／４のリターデーション（Ｍは整数）を有し、波長λ2の光ビームに対しては（２Ｎ＋１）λ2／２のリターデーション（Ｎは整数）を有する請求項１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１８】
前記少なくとも２つの光ビームは、前記光源から出て前記光回折素子に入射するとき、互いに直交する方向に偏光している請求項１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１９】
請求項１４に記載の光情報処理装置と、
複数の異なる規格に基づいて作製された記録媒体を回転させる駆動部と、
を備えた電子機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の波長および偏光状態に応じて回折作用を異ならせた光回折素子に関している。また、本発明は、基材厚の異なる複数種類の光ディスクに対してデータの記録および／または再生を行うことができる光情報処理装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスクなどの記録媒体に情報を記録し、または記録媒体から情報を読み出す装置が普及している。記録媒体としては、ＣＤやＤＶＤなどが使用されており、ＢＤ（Ｂｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）などの新しい規格に基づく光ディスクも開発されている。このように多種多様な記録媒体は、それぞれ異なる規格に従って作られるため、記録／再生用光の波長、記録密度、記録容量、基材厚などの仕様などが異なっているが、多様な記録媒体に対する情報の記録／再生を１台で行うことができる装置が開発され、利用されつつある。
【０００３】
このような種々の規格に基づいて作製された記録媒体に対するデータの記録／再生を、１台の光ディスク装置で処理するためには、波長の異なる光を放射する複数の光源を搭載した光ピックアップが必要になる。「光ピックアップ」とは、光源、光検出器、対物レンズ、対物レンズを駆動するアクチュエータなどの要素が集積された小型の装置であり、ＤＶＤプレーヤやレコーダなどの光ディスク装置にとって重要な構成要素である。
【０００４】
多様な光ディスクに対応するには、複数の光源を備えた光ピックアップを用い、記録／再生の対象となる光ディスクの種類に応じて光源を選択した上で、その光源から放射された光を用いてデータの書き込み、消去／再生動作を行う必要がある。
【０００５】
記録／再生の基本的な機能を担いつつ、光ディスク装置を小型化し、かつ製造コストを低減するためには、上記光ピックアップの光学系を可能な限りコンパクト化することが求められる。
【０００６】
複数種類の光ディスクに対応した光学系を有する光ピックアップの一例が特開２００１−１４７１４号公報に記載されている。以下、図１１を参照しながら、光ピックアップの従来例を説明する。図１１は、上記特開２００１−１４７１４号公報に開示されている光ピックアップの構成のうち、主要部のみを簡略的に記載した図面である。
【０００７】
図１１に示す光ピックアップは、再生専用のＤＶＤ−ＲＯＭや、記録可能なＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷなどの第１のタイプの光ディスクと、再生専用のＣＤ−ＲＯＭや記録可能なＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどの第２のタイプの光ディスクに対応できる。ここで、第１のタイプの光ディスクは、基材厚が０．６ｍｍであり、このタイプの光ディスクに情報を記録／再生するために用いられるレーザ光の波長は６５０ｎｍ近傍（波長λ1とする）である。一方、第２のタイプの光ディスクは、基材厚が１．２ｍｍであり、このタイプの光ディスクに情報を記録／再生するために用いられるレーザ光の波長は８００ｎｍ近傍（波長λ2とする）である。
【０００８】
このため、上記の光ピックアップは、波長６５０ｎｍ程度（λ1）のレーザ光を発するレーザ光源１０１と、波長８００ｎｍ近傍（λ2）のレーザ光を発生させるレーザ光源１０２とを具備している。
【０００９】
レーザ光源１０１から出た波長λ1の光（直線偏光）は、波長選択性を有する膜１０３ａが表面に形成されたプリズム１０３で反射された後、コリメートレンズ１０４で平行光となり、偏光素子１０９を透過する。偏光素子１０９は、偏光性ホログラム１０７および波長板（位相差板）１０８から構成されている。
【００１０】
ホログラム１０７が偏光依存性を有するため、ホログラム１０７に入射した光は回折されずに、ホログラム１０７を透過する。言い換えると、ホログラム１０７に入射する光の偏光方向（電界ベクトル）は、ホログラム１０７によって回折されない向きに設定されている。
【００１１】
波長板１０８は、波長λ1の光に対して、（５／４）λ1のリターデーション（Ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）を有しており、偏光素子１０９に入射した直線偏光を円偏光に変換して出射する。偏光素子１０９から出た円偏光は、対物レンズ１１０によって、基材厚０．６ｍｍの光ディスク（例えばＤＶＤ）の記録面１１１に集光される。記録面１１１で反射された光は、光源側からくる光とは反対の方向に伝搬し、対物レンズ１１０を経て偏光素子１０９に入射する。このため、光ディスクで反射された光は、波長板１０８により、光源の側からくる直線偏光の偏光方向に対して直交する向きに偏光した直線偏光に変換され、偏光性ホログラム１０７に入射する。このようにして、光ディスクで反射された光は、波長板１０８で、偏光性ホログラム１０７によって回折される直線偏光に変換されてから偏光性ホログラム１０７を透過するため、ホログラム１０７によって回折される。この回折は、光ディスクで反射された光の光束断面を分割するようにして行われる。
【００１２】
上記回折光は、コリメートレンズ１０４を経てプリズム１０３によって反射される。プリズム１０３で反射された回折光は、レーザ光源１０１に近接して配置された光検出器群１１２に入射する。こうして、ＤＶＤなどの光ディスクで反射された光の光量変化が検出され、フォーカスおよびトラッキングなどの制御に用いられる信号や再生信号（ＲＦ信号）などが得られる。
【００１３】
一方、レーザ光源１０２を出射した波長λ2の光は、樹脂などの透明部材に凹凸状のグレーティングが形成されたホログラム１１３によって一部が回折され、＋１次光及び−１次光などの回折光を形成するが、大部分は０次光として透過する。
【００１４】
ホログラム１１３から出た０次光は、プリズム１０３および波長選択性薄膜１０３ａを透過した後、コリメートレンズ１０４に入射する。コリメートレンズ１０４は、入射してきた発散光をある程度収束する。コリメートレンズ１０４を透過した波長λ2の光は、偏光素子１０９に入射するが、その偏光方向が偏光性ホログラム１０７によって回折されない向きに設定されているため、波長λ1の光と同様、偏光ホログラム１０７によって回折されずに、そのまま偏光ホログラム１０７を透過する。
【００１５】
波長板１０８は、前述したように、波長λ1の光に対しては４分の５波長板として機能するが、波長λ2の光に対しては、異なる位相差を与える。波長λ1＝約６５０ｎｍの光の４分の５波長は、以下の（式１）で示す大きさの波長を持つ位相差を形成する。
【００１６】
（式１）
６５０ｎｍ×５／４＝８１２．５ｎｍ≒８００ｎｍ
【００１７】
ＣＤなどに用いられるレーザ光の波長λ2は約８００ｎｍであるため、波長λ2の光にとって、波長板１０８は、略１波長板として機能することになる。このため、波長板１０８を透過する波長λ2の光は、ほぼ直線偏光のまま、波長板１０８を透過することになる。
【００１８】
偏光素子１０９を透過した光（波長λ2）は、対物レンズ１１０によって、基材厚１．２ｍｍの光ディスク（ＣＤなど）の記録面１１４に集光される。記録面１１４で反射された光は、対物レンズ１１０を経て、再び偏光素子１０９に入射する。このとき、波長板１０８は、上述したように１波長板として機能するため、復路においても、直線偏光のまま、波長λ2の光は波長板１０８を透過して、偏光性ホログラム１０７に入射する。このため、偏光性ホログラム１０７に入射する光（波長λ2）の偏光方向は往路における偏光方向と同じであり、波長λ2の光は、ホログラム１０７による回折作用を受けずに、そのまま、ホログラム１０７を透過してコリメートレンズ１０４に入射する。
【００１９】
コリメートレンズ１０４に入射した光は、プリズム１０３を経て、偏光依存性のないホログラム１１３で一部が回折分岐される。ホログラム１１３で回折された光は、レーザ光源１０２に近接して配置された光検出器群１１５に分割されて入射する。こうして、ＣＤなどの光ディスクで反射された光の光量変化が検出され、フォーカスやトラッキングなどの制御信号やＲＦ信号などが得られる。
【００２０】
次に、上記の偏光素子１０９に用いられている偏光性ホログラム１０７の構成および動作原理を更に詳しく説明する。
【００２１】
偏光性ホログラムは、例えば、ニオブ酸リチウムなどの屈折率異方性を有する複屈折材料（屈折率：ｎ1、ｎ2、屈折率差Δｎ）の基板を用いて作製される。このような基板の表面には、深さｄの格子溝が形成されており、格子溝内には、屈折率異方性を有しない等方性材料（屈折率：ｎ1）が充填されている。
【００２２】
屈折率異方性材料から形成されている基板の屈折率は、例えば、偏光方向が格子溝に平行な偏光に対してはｎ1であり、格子溝に垂直な偏光に対してはｎ2（ｎ1≠ｎ2）である。すなわち、偏光方向が格子溝に平行な偏光に対する屈折率は、格子溝の内外で等しく、ｎ1の大きさを持つ。これに対して、偏光方向が格子溝に垂直な偏光に対する屈折率は、格子溝の内部でｎ1、外部でｎ2である。このため、偏光方向が格子溝に垂直な偏光に対して、ホログラムは回折格子と機能するが、偏光方向が格子溝に平行な偏光に対して、ホログラムは回折格子としては機能しない。
【００２３】
ここで、格子溝の内部と外部（溝部間部分）を通る光の位相差をφとすると、ホログラムを透過する光（波長λ）の透過率Ｔは、以下の式２で表される。
【００２４】
（式２）
Ｔ＝ｃｏｓ2（φ／２）
【００２５】
位相差φは一般に、以下の式３で表される。
【００２６】
（式３）
φ＝２πΔｎｄ／λ
【００２７】
ここで、Δｎは、格子溝の内部と溝間部分との間にある屈折率差である。本実施形態の場合、偏光方向が格子溝に垂直な偏光に対して、Δｎ＝ｎ1−ｎ2であるが、偏光方向が格子溝に平行な偏光に対して、Δｎ＝ｎ1−ｎ1＝０である。
【００２８】
このため、格子溝に平行な偏光の透過率Ｔは、式３にΔｎ＝０を代入してφ＝０となるので、以下の式４で表される。
【００２９】
（式４）
Ｔ＝１
【００３０】
これに対し、格子溝に垂直な偏光の場合、位相差φは、式５で表される。
【００３１】
（式５）
φ＝２π（ｎ1−ｎ2）ｄ／λ
【００３２】
式５において、φ＝πとなるように格子溝の深さｄを設定すれば、格子溝に垂直な偏光の透過率Ｔ＝０となり、この偏光は完全に回折されることになる。
【００３３】
したがって、光源側から光ディスクの方向に進む波長λ1および波長λ2の光は、偏光性ホログラム１０７の回折格子を感じることなく、そのまま透過するように光の偏光方向とホログラム１０７の格子溝の方向との関係が設定される。この場合、偏光素子１０９に入射する光は、その波長に関わらず、偏光性ホログラム１０７で回折しない。
【００３４】
これとは反対に、光ディスクから反射してきた光が偏光ホログラム１０７に入射するとき、波長λ1の光の偏光方向は、往路における波長λ1の光の偏光方向とは直交する。言い換えると、復路における波長λ1の光の偏光方向は、格子溝に垂直になる。このため、前述の式におけるλをλ1に等しく設定してホログラム１０７を作製しておけば、この光は、ホログラム１０７で完全に回折する。一方、復路における波長λ2の光は、往路におけるときと同じ偏光状態にあるため、波長λ2の光は、回折されずにホログラム１０７を透過する。
【００３５】
このように、偏光依存性を有するホログラムと、波長依存性を有する位相板とを用いた構成によれば、ＤＶＤ用の光の往復光路とＣＤ用の光の往復光路とが大部分共用できるため、光ピックアップの総部品点数を低減できるとともに、小型化および低コスト化が可能となる。
【００３６】
近年、さらに構成部品を集積化して光ピックアップを小型化し、価格を低減することにより、更にコンパクト化されたより安価な光ディスク装置を実現するため、異なる波長の光源（半導体レーザチップ）を同一基板上に近接させて配置した光ピックアップや、これらの光源を一体化して形成した集積デバイスを用いた光ピックアップが提案されている。これらの光ピックアップによれば、異なる波長の光について光学系を略完全に共有化できる。
【００３７】
このように複数の光源を１チップ内で集積した光ピックアップの一例が特開２０００−７６６８９号公報に開示されている。図１２は、この特開２０００−７６６８９号公報に記載されている光ピックアップの構成を示す図である。
【００３８】
図１２の光ピックアップでは、近接配置された２つの半導体レーザ１２１、１２２が、それぞれ異なる波長の光（波長λ1）、光（波長λ2）を出射する。ここで、波長λ1は例えば約６５０ｎｍであり、波長λ2は例えば約８００ｎｍである。図１２では、実線が波長λ1の光路を示し、破線が波長λ2の光路を示している。
【００３９】
半導体レーザ１２２から放射された波長λ2の光の一部は、透明部材１２３の光源側に形成された回折格子１２４で回折され、０次光と±１次光の３つのビームが形成され、３つのビームはトラッキング検出に利用される。
【００４０】
回折格子１２４の格子溝の深さは、半導体レーザ１２１から放射された波長λ1の光ビームを回折しない大きさに設定されている。波長λ1の光の一部および波長λ2の光ビームの一部は、透明部材１２５の表裏に形成されたホログラム１２６およびホログラム１２７で、それぞれ、回折されるが、大部分の光はそのまま透過する。透過した光は、コリメートレンズ１２８および対物レンズ１２９を経て、各々の波長に適した基材厚を有する光ディスクの記録面１３０、１３１に集光される。これらの記録面１３０、１３１で反射された光は、逆の経路をたどってホログラム１２７、１２６に戻ってくる。
【００４１】
ホログラム１２７では、波長λ1の光を回折するが、波長λ2の光は回折しないように、その格子溝の深さが調節されている。これに対し、ホログラム１２６では、波長λ2の光ビームを回折するが、波長λ1の光ビームは回折しないように、その格子溝の深さが調節されている。
【００４２】
上記の構成により、異なる波長の光ビームに対して、異なるホログラムパターンで各光ビームの一部を回折することにより、光ディスクで反射された光を検出器群１３２に導くことができる。
【００４３】
図１２に示す光ピックアップによれば、２つの光源（半導体レーザ１２１、１２２）を集積化することにより、更に小型化されるともに、異なる波長の光について、光軸の相対関係を半導体チップの実装精度で固定することができる。このため、光学系のアライメントが容易になる結果、光ピックアップの組立調整を簡素化し、生産性を向上させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４４】
しかしながら、上記従来の光ピックアップを用いた光ディスク装置には、以下に示す問題がある。
【００４５】
再生専用の光ディスク装置の場合は、信号のＳ／Ｎ比がそれほど高い値を示す必要が無いため、光源の出力が小さく、また、光学系による光伝達ロスがある程度の大きさを示しても、実用上差し支えない。しかし、情報（データ）の記録または書き換えを行う光ディスク装置の場合、光ディスクの記録層に相変化マークを形成するために充分に大きな光パワーが必要である。特に近年は、記録転送速度を高め、大容量のデータをより短い時間で記録することが求められているため、倍速記録性能の向上が必要である。倍速が高くなると、レーザ光による記録層の照射時間が短縮されるため、光パワーを更に向上することが要求される。このような要求に応えるため、レーザの高出力化が進みつつあるが、レーザ出力が大きくなるほど、レーザ素子の作製が困難になるとともに、消費電力増加や発熱などの問題が顕著になる。このため、光学系の光伝達ロスをできる限り小さくすることが必要になってきている。
【００４６】
特開２００１−１４７１４号公報に開示されている装置（図１１）では、ＤＶＤおよびＣＤのいずれの記録／再生を行う場合でも、光源から光ディスクに向かう往路上で偏光性ホログラム１０７を透過するとき、回折格子による回折が生じず、光の伝達ロスは生じない。ただし、ＣＤの再生を行うとき、光検出器へ信号光を分岐させるため使用されている他のホログラム１１３では、光の偏光方向によらず、光の回折が発生する。このホログラム１１３によって形成される０次光の透過率（回折しない光の透過率）Ｔは、以下の式６によって表される。
【００４７】
（式６）
Ｔ＝ｃｏｓ2（πｔ（ｎ−１）／λ2）
【００４８】
ここで、ｔは回折格子深さ（格子溝の深さ）、ｎは回折格子が形成されている透明部材の屈折率である。
【００４９】
ＣＤからの信号を検出するためには、ある程度の回折光を発生させる必要があるため、ＣＤ再生用の光が光源から光ディスクに向かう過程でも、ホログラム１１３による回折ロスが発生する。ただし、ＣＤ再生用光源は、赤外レーザと呼ばれる波長７８０ｎｍ程度の半導体レーザであるため、高出力化させやすく、動作電流値も低い。このため、上記のホログラム１１３を挿入したことによって生じる回折ロスを補うように、レーザ光の出力を高めることが可能である。
【００５０】
特開２０００−７６６８９号公報に開示されている装置では、ＣＤ用またはＤＶＤ用光源として機能する半導体レーザ１２１、１２２から放射された光がＣＤ用またはＤＶＤ用の検出ホログラム１２６、１２７を通過するとき、偏光方向に関係なく、回折が発生する。このため、往路における光に回折ロスが生じる。
【００５１】
また、いずれの光源（半導体レーザ１２１、１２２）から出た光も、光学系の往路では、ＤＶＤ用およびＣＤ用検出ホログラム１２６、１２７の両方を通過することになる。このため、回折ロスが２重に生じる。このような２重の回折ロスを防止するためには、回折格子の深さや屈折率を最適に設定することにより、２つの検出ホログラムのうちの一方では回折が生じないように工夫されている。例えば、ＣＤ再生用の光がＤＶＤ用検出ホログラムを通過するとき、ＣＤ再生用光の波長に対しては、ＤＶＤ用検出ホログラムの回折格子の凹凸で２πだけ位相がずれるように設定される。一方、ＤＶＤ用の光がＣＤ用検出ホログラムを透過するときには、ＤＶＤの波長に対して回折格子の凹凸が２πずれるようになっている。
【００５２】
上記の装置では、検出用ホログラム１２６、１２７が光源（半導体レーザ１２１、１２３）に近いため、回折格子の回折ピッチが小さく、また、２種類の光のうちの他方の光を回折しないように格子溝が深く形成されている。例えば、ＤＶＤ用の光の発光点（光源）から光軸上で２ｍｍ離れた位置の検出ホログラムにより、光源から７００μｍ離れた位置の光検出器に回折光を入射させるには、その検出ホログラムの回折ピッチΛを以下の式７で決まる大きさに設定する必要がある。
【００５３】
（式７）
Λ＝λ1／sｉｎ（ａｔｎ（θ））＝０．６５／sｉｎ（ａｔｎ（０．７/２））＝  ２．０μｍ
【００５４】
これに対し、ＤＶＤ用の光に対して２πの位相差を与えるが、ＣＤ用の光を回折させる格子溝深さｄ3は、以下の式８に基づいて決定される。
【００５５】
（式８）
ｎ3×ｄ3＝ｍλ1    （ｍ＝１、２、３、・・・）
ｎ3＝２．０、λ1＝０．６５とすると、ｄ3＝０．３３μｍとなる。
【００５６】
格子ピッチΛに対する格子溝深さｄ3の比（アスペクト比＝ｄ3／Λ）は０．３３／（２／２）＝０．３３程度になる。
【００５７】
回折格子の加工寸法が大きい場合は、上記のアスペクト比を示す断面が理想的な矩形形状の格子溝パターンを形成できるが、微細加工の寸法が小さくなるほど、加工精度が低下し、断面が矩形形状から正弦波状に変化するため、１０〜２０％程度の回折ロスが発生する。すなわち、レーザ光源からの光を効率よく光ディスク面に伝達させるためには、不要な回折が生じない偏光性タイプの回折素子を用いることが望ましい。
【００５８】
他の問題点は、光ディスクの基材が持つ複屈折に起因して生じる。光ディスクの基材は、光学的に透明な樹脂を成型することによって作製される。樹脂は高分子材料であるため、その屈折率は異方性を示す。このため、成型過程で樹脂の一部が流動して偏りが生じると、ディスクの一部または全体が複屈折性を示すことになる。特にＣＤなどのように基材厚が大きいほど、複屈折性を顕著に示す場合が多くなる。また、価格を低く抑えつつ生産量を多くするため、規格で定められている複屈折性の許容範囲を超えた光ディスクも多く市販されており、このような光ディスクにも対応できることが光ディスク装置の側に求められている。なお、光ディスク基材の複屈折性は、ディスクの内周側から外周側に向かう径方向（ラジアル方向）に異方性の軸が表れやすい。
【００５９】
光ディスク基材が複屈折性を示すと、基材を透過する光の偏光状態が変化する。このため、偏光性ホログラムで回折される光量が基材の持つ複屈折性に依存して変動するという問題がある。極端な場合として、特開２００１−１４７１４号公報に開示されている装置（図１１）では、光ディスクの基材の遅相軸がディスク径方向に対して４５°傾斜し、かつ、基材が１／４波長板と同じリターデーションを示す場合を考える。この場合、光ディスクから戻ってきた光の偏光方向は、光源から偏光ホログラムに入射する光偏光方向に直交することになり、光ディスクから戻ってきた光は偏光ホログラム１０９で完全に回折されてしまう。すると、ＣＤ用の検出ホログラム１１３で回折して光検出器１１５に導かれるべき光がなくなるため、信号光量が０になってしまう。
【００６０】
一方、特開２０００−７６６８９号公報に開示されている装置（図１２）では、ＣＤ検出用ホログラムおよびＤＶＤ検出用ホログラムのいずれもが、偏光に依存しないため、ディスク基材が複屈折性を有していても、その影響で検出光量が変動することがない。すなわち、ディスク基材の複屈折に起因する問題を回避する観点からは、偏光に依存しないタイプのホログラムを用いることが好ましいことになる。
【００６１】
以上に説明したように、特開２００１−１４７１４号公報に開示されている装置（図１１）では、波長の短いＤＶＤ用の光を効率よく光ディスク面に導くことができるが、偏光性ホログラム１０９を用いているため、ディスク基材の複屈折に影響され、ＣＤからの信号が０になってしまうことがある。このことは、ＲＦ信号の読みとりだけでなく、フォーカスやトラッキング制御にも悪い影響を及ぼす。
【００６２】
また、特開２０００−７６６８９号公報に開示されている装置（図１２）では、ホログラム１２６、１２７が偏光依存性を有していないため、光ディスク基材の複屈折性による影響は受けないが、光伝達効率が低いという問題がある。
【００６３】
このように、従来は、光の往復路ともに高い光伝達効率を示しながら、光ディスク基材の複屈折による影響も受けないようなホログラム（光回折素子）がなかった。
【００６４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、高い光伝達効率を示しながら、光ディスク基材の複屈折による影響も受けない光回折素子および当該素子を備えた光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００６５】
本発明の光回折素子は、波長が異なる複数の光ビームが通過する光路に配置される光回折素子であって、前記複数の光ビームのうち、或る波長λ1を有する第１光ビームが第１方向Ｘに偏光した直線偏光状態にあるときは、前記第１光ビームを略完全に透過させるが、前記第１光ビームが前記第１の方向に直交する第２方向Ｙに偏光した直線偏光状態にあるときは、前記第１光ビームを略完全に回折させる周期構造を有しており、前記複数の光ビームのうち、前記第１光ビームの波長λ1とは異なる波長λ2を有する第２光ビームの少なくとも一部は、その偏光状態によらず、回折させる。
【００６６】
好ましい実施形態において、前記周期構造は、前記第１光ビームが前記第１方向Ｘに偏光した直線偏光のとき、周期的に略２ｎπの位相差（ｎは０以外の整数）を有する光に変換し、前記第１光ビームが前記第２方向Ｙに偏光した直線偏光のとき、周期的に略（２ｍ＋１）πの位相差（ｍは整数）を有する光に変換し、しかも、前記第２光ビームが前記第１方向Ｘと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、周期的に略２ｎπλ1／λ2の位相差を有する光に変換し、前記第２光ビームが前記第２方向Ｙと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、略（２ｍ＋１）πλ1／λ2の位相差を有する光に変換する。
【００６７】
好ましい実施形態において、前記第１方向Ｘに偏光した直線偏光の波長がλ1であるときの周期的な屈折率差をΔｎ1、波長がλ2であるときの屈折率差をΔｎ2とし、かつ、前記第２方向Ｙに偏光した直線偏光の波長がλ1であるときの周期的な屈折率差をΔｎ11、波長がλ2であるときの屈折率差をΔｎ22とした場合において、前記周期構造は、前記第１光ビームが前記第１方向Ｘに偏光した直線偏光のとき、周期的に略２Ｎπの位相差（Ｎは０以外の整数）を有する光に変換し、前記第１光ビームが前記第２方向Ｙに偏光した直線偏光のとき、周期的に略（２Ｍ＋１）πの位相差（Ｍは整数）を有する光に変換し、しかも、前記第２光ビームが前記第１方向Ｘと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、周期的に略２ＮπΔｎ2λ１／（Δｎ1λ2）の位相差の位相差を有する光に変換し、前記第２光ビームが前記第２方向Ｙと略一致する方向に偏光した直線偏光であるとき、略（２Ｍ＋１）πΔｎ22λ1／（Δｎ11λ2）の位相差を有する光に変換する。
【００６８】
好ましい実施形態において、前記周期構造は、交互に周期的に配列された第１領域Ａおよび第２領域Ｂを有しており、前記第１および第２領域の各々は、少なくとも１つの層を有しており、ある方向Ｘに偏光方向を有する波長λ1の直線偏光の光に対して領域Ａのｉ（ｉ＝１、２、３・・・Ｉ）番目の層（Ｉは空気層を含むＡ領域の総層数）の屈折率がｎ1A（ｉ）、厚さがｔA（ｉ）、領域Ｂのｊ（ｊ＝１、２、３・・・Ｊ）番の層（Ｊは空気層を含むＢ領域の総層数）の屈折率がｎ1B（ｊ）、厚さがｔB（ｊ）、前記方向Ｘと直交する方向Ｙに偏光方向を有する波長λ1の直線偏光に対して領域Ａのｉ（ｉ＝１、２、３・・・Ｉ）番目の層の屈折率がｎ11A（ｉ）、領域Ｂのｊ（ｊ＝１、２、３・・・Ｊ）番の層の屈折率がｎ11B（ｊ）とした場合において、
ΣｔA（ｉ）＝ΣｔB（ｊ）が成立し、
Σ（ｎ1A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ1B（ｊ）×ｔB（ｊ））＝Ｌλ1              （Ｌは０以外の整数）
かつ
Σ（ｎ11A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ11B（ｊ）×ｔB（ｊ））＝（２Ｍ＋１）λ1／２  （Ｍは整数）
または、
Σ（ｎ1A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ1B（ｊ）×ｔB（ｊ））＝（２Ｍ＋１）λ1／２  （Ｍは整数）
かつ
Σ（ｎ11A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ11B（ｊ）×ｔB（ｊ））＝Ｌλ1            （Ｌは０以外の整数）
を満足する。
【００６９】
好ましい実施形態において、前記周期構造は、厚さｄの層内に交互に周期的に配列された屈折率異方性領域および屈折率等方性領域を有しており、波長λ1の常光および異常光に対する前記屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ0およびｎ1とし、波長λ1の光に対する前記屈折率等方性領域の屈折率をｎ3とするとき、ｄ、ｎ1、ｎ2、ｎ3、およびλ1が、
ｄ（ｎ3−ｎ1）＝Ｌλ1                （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ3−ｎ2）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
または
ｄ（ｎ3−ｎ1）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ3−ｎ2）＝Ｌλ1                  （Ｌは０以外の整数）
を満足する。
【００７０】
好ましい実施形態において、屈折率異方性領域は、透明基板上のパターニングされた有機薄膜から形成されている。
【００７１】
好ましい実施形態において、前記周期構造は、厚さｄの層内に交互に周期的に第１および第２の屈折率異方性領域を有しており、波長λ1の常光および異常光に対する前記第１の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ0、ｎ1とし、常光、異常光に対する前記第２の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ01、ｎ11とする場合において、
ｄ、ｎ0、ｎ1、ｎ01、ｎ11が、
ｄ（ｎ0−ｎ01）＝Ｌλ1                  （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ1−ｎ11）＝（２Ｍ＋１）λ1／２      （Ｍは整数）
または
ｄ（ｎ0−ｎ01）＝（２Ｍ＋１）λ1／２      （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ1−ｎ11）＝Ｌλ1                  （Ｌは０以外の整数）
を満足する。
【００７２】
好ましい実施形態において、前記周期構造は、交互に周期的に配列された厚さｄ１の屈折率異方性領域および厚さｄ2の第２の屈折率異方性領域を有し、波長λ1の常光および異常光に対する前記第１の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ0、ｎ1とし、常光、異常光に対する前記第２の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ01、ｎ11とする場合において、
ｄ2（ｎ01−１）−ｄ1（ｎ0−１）＝Ｌλ1          （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ2（ｎ11−１）−ｄ1（ｎ1−１）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
または、
ｄ2（ｎ01−１）−ｄ1（ｎ0−１）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
かつ
ｄ2（ｎ11−１）−ｄ1（ｎ1−１）＝Ｌλ1        （Ｌは０以外の整数）
を満足する。
【００７３】
好ましい実施形態において、前記周期構造は、厚さｄの層内に交互に周期的に配列された第１および第２の屈折率異方性領域と、前記第１または第２の屈折率異方性領域上に形成された屈折率ｎ4、厚さｔの膜Ｆ1とを有しており、波長λ1の常光および異常光に対する前記第１の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ0、ｎ1とし、常光、異常光に対する前記第２の屈折率異方性領域の屈折率をそれぞれｎ01、ｎ11とする場合において、前記第１の屈折率異方性領域上に前記膜Ｆ１が存在するときは、
ｄ（ｎ01−ｎ0）−ｔ（ｎ4−１）＝Ｌλ1      （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ11−ｎ1）−ｔ（ｎ4−１）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
または、
ｄ（ｎ01−ｎ0）−ｔ（ｎ4−１）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ11−ｎ1）−ｔ（ｎ4−１）＝Ｌλ1      （Ｌは０以外の整数）
を満たし、
前記第２の屈折率異方性領域上に前記膜Ｆ１が存在するときは、
ｄ（ｎ01−ｎ0）−ｔ（１−ｎ4）＝Ｌλ1      （Ｌは０以外の整数）
かつ
ｄ（ｎ11−ｎ1）−ｔ（１−ｎ4）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
または、
ｄ（ｎ01−ｎ0）−ｔ（１−ｎ4）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
かつ
ｄ（ｎ11−ｎ1）−ｔ（１−ｎ4）＝Ｌλ1      （Ｌは０以外の整数）
を満足する。
【００７４】
好ましい実施形態において、前記膜Ｆ1は、リフトオフ法により形成されたものである。
【００７５】
好ましい実施形態において、前記周期構造は、屈折率異方性基板に周期的に形成された凹凸の凹部に屈折率等方性材料を充填することによって形成されている。
【００７６】
好ましい実施形態において、前記周期構造は、屈折率異方性基板に周期的に形成された凹凸の凹部に屈折率異方性材料を充填することによって形成されている。
【００７７】
好ましい実施形態において、前記複数の光ビームのうちの少なくとも２つは、偏光方向が互いに略直交している。
【００７８】
好ましい実施形態において、前記光回折素子は、光ビームを透過し得る開口エリアを前記光ビームの波長に応じて変化させる開口制限手段を備えている。
【００７９】
好ましい実施形態において、異なる波長を有する前記複数の光ビームのうちの少なくとも１つの光ビームの波長の整数倍の段差を有する同心円状の階段構造が前記光回折素子上に形成されている。
【００８０】
本発明の光情報処理装置は、複数の種類の光情報媒体にデータを書き込むこと及び／または前記光情報媒体からデータを読み出すことができる光情報処理装置であって、波長の異なる複数の光ビームを形成する光源と、前記光ビームを集光し、前記光情報媒体の信号面上に光スポットを形成する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に配置された光回折素子および波長板と、前記光情報媒体から反射された前記光ビームの強度を検出する光検出器とを備えており、前記複数の光ビームのうちの少なくとも２つの光ビームについて、前記光源から前記対物レンズに至るまでの光路と、光情報媒体の信号面により反射されて前記光検出器に至るまでの光路とが共通する部分において、前記光回折素子が配置されており、前記光回折素子は、前記少なくとも２つの光ビームのうち、波長λ1を有する第１の光ビームに対しては周期的に略２ｎπの位相差（ｎは０以外の整数）を与え、波長λ2を有する第２の光ビームに対しては周期的に略２ｎπλ1／λ2の位相差を与え、前記光回折素子を透過した前記第１の光ビームは、前記対物レンズを経て第１の光情報媒体の信号面上に集光され、前記信号面で反射された第１の光ビームは前記対物レンズを経て前記光回折素子に入射し、前記光回折素子によって周期的に略２ｎπ＋αの位相差（αは０以外の実数）が与えられ、前記光回折素子を透過した前記第２の光ビームは、前記対物レンズを経て第２の光情報媒体の信号面上に集光され、前記信号面で反射された第２の光ビームは前記対物レンズを経て前記光回折素子に入射し、前記光回折素子によって周期的に略（２ｎπ＋α）λ1／λ2の位相差が与えられる。
【００８１】
好ましい実施形態において、前記第１の光ビームに関するαは（２ｍ＋１）π（ｍは整数）である。
【００８２】
本発明の光情報処理装置は、複数の種類の光情報媒体にデータを書き込むこと及び／または前記光情報媒体からデータを読み出すことができる光情報処理装置であって、波長の異なる複数の光ビームを形成する光源と、前記光ビームを集光し、前記光情報媒体の信号面上に光スポットを形成する対物レンズと、前記光源から前記対物レンズに至るまでの光路と前記光情報媒体から反射され前記光検出器に至るまでの光路とが共通する部分に配置された光回折素子および波長板と、前記光情報媒体から反射された前記光ビームの強度を検出する光検出器とを備えており、前記光回折素子は、上記何れかに記載された光回折素子から構成されている。
【００８３】
好ましい実施形態において、前記対物レンズを移動する手段を備えており、前記光回折素子が前記対物レンズを移動する手段に搭載されている。
【００８４】
好ましい実施形態において、前記波長板は、前記複数の光ビームのうち、波長λ1を有する光ビームに対しては、略（２Ｍ＋１）λ1／４のリターデーション（Ｍは整数）を有し、波長λ2を有する光ビームに対しては、略Ｎλ2のリターデーション（Ｎは整数）を有する。
【００８５】
好ましい実施形態において、前記波長板は、前記複数の光ビームのうち、波長λ1を有する光ビームに対しては、略（２Ｍ＋１）λ1／４のリターデーション（Ｍは整数）を有し、波長λ2の光ビームに対しては（２Ｎ＋１）λ2／２のリターデーション（Ｎは整数）を有する。
【００８６】
好ましい実施形態において、前記少なくとも２つの光ビームは、前記光源から出て前記光回折素子に入射するとき、互いに直交する方向に偏光している。
【００８７】
本発明の電子機器は、上記いずれかの光情報処理装置と、複数の異なる規格に基づいて作製された記録媒体を回転させる駆動部とを備えている。
【発明の効果】
【００８８】
本発明によれば、１つの光回折素子により、ＣＤ用の光ビームとＤＶＤ用の光ビームの両方に対して必要な回折を引き起こすことができるため、光情報処理装置を小型化することが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８９】
本発明では、光ピックアップを小型化するため、異なる波長の光ビームを放射する光源を近接または１つのチップに一体化するとともに、異なる波長の光ビームに対して光回折素子や光検出器を共用化して使用する。
【００９０】
図１（ａ）は、本発明による光回折素子５に波長λ1の光ビームが入射する様子を示している。図１（ａ）の上側には光回折素子５の断面が示されており、その下側には光回折素子５の正面部分が模式的に示されている。偏光方向が第１方向Ｘに平行な方向に偏光した光ビーム（波長λ1）は、図１（ａ）に示すように、光回折素子５の周期構造１１によってほとんど回折されることなく光回折素子５を透過することができるが、偏光方向が第２方向Ｙに平行な方向に偏光した光ビーム（波長λ1）は、光回折素子５の周期構造１１によって略完全に回折される。
【００９１】
一方、図１（ｂ）は、光回折素子５に波長λ2の光ビームが入射する様子を示している。ここで、λ1＜λ2の関係が成立しているとする。図１（ｂ）の上側には光回折素子５の断面が示されており、その下側には光回折素子５の正面部分が模式的に示されている。波長がλ2の光ビームの場合は、その偏光方向が第１方向Ｘに平行な方向に偏光している場合も、また、第２方向Ｙに平行な方向に偏光している場合も、ともに、図１（ｂ）に示すように、光回折素子５の周期構造１１によって一部が回折され、残りが透過することになる。
【００９２】
このように、本発明の光回折素子５は、偏光依存性と波長依存性を有している点に特徴があるが、波長λ1の光ビームについては偏光方向によって回折の有無が大きく異なるのに対して、波長λ2の光ビームについては、偏光方向にかかわらず常に入射光の一部が回折する点に最も重要な特徴を有している。
【００９３】
このように新規な光回折素子５を光ピックアップに用いることにより、相対的に波長が長く、出力を大きくしやすい光ビーム（例えばＣＤ用の光ビーム）に対しては、その偏光状態の変化によらず、常に回折光を生成することができる。このため、図１１に示す従来の装置で生じていた問題、すなわちディスク基材の複屈折に影響されてＣＤからの信号検出が０になってしまうという問題を解決することができる。
【００９４】
なお、図１１の偏光ホログラム１０７は、ＤＶＤ用の波長を有する光ビームに対しては光回折素子として機能するが、ＣＤ用の波長を有する光ビームに対しては光回折素子として機能しないため、ＣＤ用に別のホログラム１１３が不可欠になる。また、図１２に示す従来の装置でも、ＣＤ用の光ビームとＤＶＤ用の光ビームに対して別々の回折格子を用いる必要がある。
【００９５】
これらの従来技術に対して、本発明では、１つの光回折素子５でＤＶＤ用の光ビームだけではなく、ＣＤ用の光ビームに対しても適切な回折を行なうことができる。
【００９６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００９７】
（実施形態１）
まず、図２から図５を参照しながら、本発明による光情報処理装置の第１の実施形態を説明する。本実施形態の光情報処理装置は、本発明の光回折素子を備えた光ピックアップである。図２は、この光ピックアップの全体構成を示している。
【００９８】
図２の光ピックアップは、複数の種類の光ディスクにデータを書き込むこと、および／または光ディスクからデータを読み出すことができる光ディスク装置に用いられる。記録再生動作を行なうとき、光ディスクは光ディスク装置内のモータなどの駆動部（不図示）によって回転させられる。
【００９９】
本実施形態の光ピックアップは、波長の異なる複数の光ビームを形成する光源と、光ビームを集光し、光ディスクの信号面上に光スポットを形成する対物レンズと、光源と対物レンズとの間に配置された光回折素子および波長板と、光ディスクから反射された光ビームの強度を検出する光検出器とを備えている。なお、光源は、異なる波長の光を放射する単一のレーザチップから構成されることが好ましいが、２種類のレーザチップを近接配置したものであってもよい。
【０１００】
光源から対物レンズに至るまでの光路と、光ディスクの信号面で反射されて光検出器に至るまでの光路とが共通する部分において、本発明による光回折素子が配置されている。
【０１０１】
以下、本実施形態の光ピックアップの構成を、より詳細に説明する。
【０１０２】
まず、図２を参照する。本実施形態における光検出器３は、シリコンチップなどの半導体基板２に形成されており、波長λ1および波長λ2の２種類のレーザ光を出射するレーザチップ１が基板２にマウントされている。光検出器３は、光電効果によって光を電気信号に変換する複数のフォトダイオードから構成されている。レーザチップ１が放射するレーザ光のうち、例えば、波長λ1は約６５０ｎｍであり、波長λ2は約８００ｎｍである。本実施形態では、波長λ1のレーザ光はＤＶＤ用に用いられ、波長λ2のレーザ光はＣＤ用に用いられる。
【０１０３】
レーザチップ１から出射された波長λ1の光は、コリメートレンズ４によって平行化された後、偏光素子７を透過する。偏光素子７は、光回折素子５と波長板６とが一体化された素子である。偏光素子７は、対物レンズ８とともに支持部材３５に取り付けられており、アクチュエータ３６によって対物レンズ８とともに一体的に駆動される。
【０１０４】
偏光素子７に含まれる光回折素子５は、光源であるレーザチップ１の側から入射してくる波長λ1の光に対して、周期的に略２ｎπの位相差（ｎは０以外の整数）を与える。すなわち、光源側から入射してくる波長λ1の光に対しては殆んど回折することなく透過させることができる。
【０１０５】
偏光素子７を透過した光（波長λ1）は、対物レンズ８によって光ディスクの記録面９上に集光され、反射される。反射光は、再び対物レンズ８を経て偏光素子７に入射し、偏光素子７内の光回折素子５によって回折される。光回折素子５は、光ディスクから反射されてきた波長λ1の光に対して周期的に略２ｎπ＋αの位相差（αは０以外の実数）を与える。すなわち、光回折素子５は、光ディスク側から入射してきて波長λ1の光の少なくとも一部を回折する。なお、αが（２ｍ＋１）πのとき（ｍは整数）、光ディスク側から入射してきた波長λ2の光の略全てが回折されることになる。光回折素子５で回折された光は、コリメートレンズ４を経て光検出器３に入射する。光検出器３は、光量変化に応じた電気信号を生成し、この電気信号は、フォーカス制御信号、トラッキング制御信号、およびＲＦ信号である。
【０１０６】
一方、レーザチップ１を出射した波長λ2の光も、コリメートレンズ４によって平行化され、偏光素子７を透過する。偏光素子７に含まれる光回折素子５は、光源であるレーザチップ１の側から入射してくる波長λ2の光に対して、周期的に略２ｎπλ1／λ2の位相差を与える。このため、波長λ2の光の一部は光回折素子５によって回折されるが、残りは光回折素子５を透過する。
【０１０７】
光回折素子５を透過した光は、対物レンズ８によって基材厚の異なる光ディスクの記録面１０上に集光され、記録面１０で反射される。反射光は、再び対物レンズ８を経て偏光素子７に入射し、偏光素子７内の光回折素子５によって回折される。光回折素子５は、光ディスクから反射されてきた波長λ2の光に対して、周期的に略（２ｎπ＋α）λ1／λ2の位相差（αは０以外の実数）を与える。光回折素子５で回折された光は、コリメートレンズ４を経て光検出器３に入射する。光検出器３は、光量変化に応じた電気信号を生成し、この電気信号は、フォーカス制御信号、トラッキング制御信号、およびＲＦ信号である。
【０１０８】
図３（ａ）および（ｂ）は、図２の偏光素子７について、波長λ1、λ2の光について、回折の偏光依存性を模式的に示す図である。
【０１０９】
図３（ａ）は、波長λ1の光が偏光素子７を反対方向に通過する場合を模式的に示している。光源側（図中下側）から偏光素子７に入射する波長λ1の光は、例えば、紙面に平行な偏光方向を持つ直線偏光である。このような光は、周期構造１１を有する回折素子５を透過することができる。なお、図示されている偏光素子７の周期構造１１は、紙面に垂直な方向に延びる回折溝によって構成されている。光回折素子５の周期構造１１は、偏光依存性を有しており、偏光方向が紙面に平行な直線偏光（波長λ1）が光回折素子５を透過するとき、周期構造１１の入射位置に応じて、２Ｎπ（Ｎは０以外の整数）の位相差が透過光に生じる。Ｎが０でない点で、本実施形態の光回折素子５は、特開２００１−１４７１４号公報に記載されている回折格子（図１１のホログラム１０７）から大きく異なっている。本実施形態では、光回折素子５の透過光に生じる周期的な位相差が２πの整数倍に等しい（光回折素子５で生じる光路差が波長λ1の整数倍に等しい）ため、光の回折原理に従い、波長λ1の光にとっては周期構造１が無い状態に等しくなる。このため、上記の光は、光回折素子５によって回折されず、透過する。
【０１１０】
このようにして光回折素子５を透過した光は、次に波長板６を通過する。波長板６は、波長λ1の光に対して、（ｍ±１／４）波長（ｍは整数）相当のリターデーションを有している。本実施形態では、波長板６は、波長λ1（６５０ｎｍ）の光に対して、４分の５波長板として機能する。このため、波長λ1の直線偏光は、波長板６によって円偏光に変換される。
【０１１１】
不図示の光ディスクで反射されて戻ってきた光（円偏光）は、波長板６によって直線偏光に変換される。この直線偏光の偏光方向（紙面に垂直）は、光源側から光回折素子５に入射した光の偏光方向と直交する。このような直線偏光に対して、回折素子５の周期構造１１は、入射位置に応じて（２Ｍ＋１）πの位相差（Ｍは整数）を周期的に発生させる。このため、この直線偏光は、光の回折原理により、完全に回折される（式２参照）。
【０１１２】
次に、図３（ｂ）を参照しながら、波長λ2の光について偏光素子７の動作を説明する。
【０１１３】
図３（ｂ）に示すように、光源側から光回折素子５に入射する波長λ2の光（偏光方向が紙面に平行な直線偏光）が偏光素子７に入射するとき、光回折素子５の周期構造１１により、ほぼ２Ｎπλ1／λ2の位相差が発生する。Ｎは０でないため、発生する位相差は０にならない。このため、光回折素子５では、波長λ2の光の回折がある程度は発生してしまう。
【０１１４】
また、厳密には、光回折素子５の材料には波長分散があるため、波長λ1の光と波長λ2の光との間に屈折率差が生じる。ここで、周期構造１１を構成する媒質の周期的屈折率差を波長λ1、λ2の光の各々についてΔｎ1、Δｎ2とする。この場合、周期構造１１で２ＮπΔｎ2・λ1／（Δｎ1・λ2）の位相差が発生し、この位相差は、光回折素子５の材料に波長分散が大きいと無視できない。
【０１１５】
λ1＝６５０ｎｍ（ＤＶＤ用の波長の光）、λ2＝８００ｎｍ（ＣＤ用の波長の光）、Ｎ＝１とすると、回折しない光（０次光）の透過効率は、以下の式９で示される。
【０１１６】
（式９）
ｃｏｓ2（（２πλ1／λ2）／２）＝ｃｏｓ2（（２π×６５０/８００）/２）＝６９％
【０１１７】
式９から、入射した光の３９％が光回折素子５によって回折されることがわかる。
【０１１８】
一方、光ディスクから戻ってくる波長λ2の光が、図３（ｂ）に示すように、偏光素子７に入射したとき、光回折素子５の周期構造１１によって（２Ｍ＋１）πλ1／λ2の位相差が発生する。従って、波長λ1の光または波長λ2の光のうち相対的に大きな波長を持つ光が、他方の光の波長の整数倍（２倍、３倍、・・・）の大きさを持たない限り、両方の光に対する回折光を０に設定することはできない。
【０１１９】
なお、前述した波長分散により、厳密には（２Ｍ＋１）πΔｎ22λ1／（Δｎ11λ2）の位相差が発生する。Δｎ11、Δｎ22は、それぞれ、光ディスクから戻ってきた波長λ1、λ2の光が波長板６を経て光回折素子５に入射するときの偏光状態に対する周期構造の周期的な屈折率差である。
【０１２０】
λ1＝６５０ｎｍ（ＤＶＤ用の光）、λ2＝８００ｎｍ（ＣＤ用の光）、Ｍ＝１とすると、±１次回折光の各回折効率は、以下の式１０で表される。
【０１２１】
（式１０）
（２／π）2×ｃｏｓ2（（πλ1／λ2）／２）＝ｃｏｓ2（（π×６５０/８００）/２）＝８．４％
【０１２２】
±１次回折光以外の光は、ほとんど０次光として回折格子を透過する。
【０１２３】
なお、最も偏光の影響を大きく受けるのは、ＣＤの基材が１／４波長板とほぼ等価な複屈折を持つ場合である。この場合、入射時と直交する方向の直線偏光となる。このときの±１次回折光の回折効率は、完全回折条件を満たし、±１次回折光の約３７％程度が信号光として帰還する。すなわち、帰還光量は、様々な偏光状態に応じて変化するが、最悪の場合でも０にならない。
【０１２４】
図４（ａ）は、光回折素子５によって分岐された光が検出器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに入射する状態を示す図であり、図４（ｂ）は、検出光と検出器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの位置関係の一例を示す平面図である。また、図４（ｂ）は、光回折素子５の溝パターンを模式的に示す平面図である。
【０１２５】
光回折素子５は、図４（ｂ）に示すように、光ディスクのトラック方向に対応する方向に延びる境界線を境にして２分割されている。分割された２つの領域の一方は、光ディスクの外周側から反射された光を検出器３ｂ、３ｄへ回折し、分割された２つの領域の他方は、光ディスクの内周側から反射された光を検出器３ａ、３ｃへ回折する。図４（ａ）では、実線で波長λ2の光ビームを示し、破線で波長λ1の光ビームを示している。光回折素子５から光検出器３ａ、３ｂの方向に回折される光が＋１次光であるとすると、光回折素子５から光検出器３ｃ、３ｄの方向に回折される光が−１次光である。
【０１２６】
上記の光回折素子５では、境界線の右側における格子間隔と左側における格子間隔との間に差異を設けることにより、＋１次光と−１次光との間に形成される角度を境界線の左右で変化させることができる。図４の例では、境界線より右側の格子間隔を左側の格子間隔に比べて相対的に短く設定している。
【０１２７】
光ビームスポットの光ディスク面での位置がトラックの中心からずれると、回折光量に非対称性が現れる。この回折光量の非対称性は、光ビームスポットのトラック中心からのずれの大きさに依存する。従って、光検出器３ｃの出力から光検出器３ｄの出力を引く演算をすることにより、上記回折光量の非対称性を定量的に検出できる。このような演算によって得られる信号（トラッキングエラー信号）に基づいて、プッシュプル法によるトラッキング検出を行うことができる。
【０１２８】
また、光ディスク面に対するフォーカスのずれは、検出器に形成されるビームスポットのサイズの変化として現れる。光検出器３ａの出力から光検出器３ｂの出力を引く演算をすることにより、ピームスポットサイズの変化を検出できる。上記の演算によって得られる信号に基づいて、ＳＳＤ法（Ｓｐｏｔ Ｓｉｚｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ法）によるフォーカス検出ができる。
【０１２９】
なお、光ディスクのトラックに沿って書き込まれたデータは、例えば、光検出器３ｃからの出力と光検出器３ｄからの出力を足し合わせる演算を行うことにより、検出（再生）することができる。このような演算によって得られる再生信号を、以下「ＲＦ信号」と称する場合がある。
【０１３０】
本実施形態における偏光素子７は、前述のように、対物レンズ８とともにアクチュエータ３６で一体的に駆動される。このため、光ディスクの偏芯運動などに追従して対物レンズ８がトラッキング方向（ディスク径方向）にシフトしたときでも、上記の演算によって求められる信号にオフセットは発生しない。これは、対物レンズ８がトラッキング方向にシフトしても、検出器３ａ〜３ｄ上に形成される光スポットの位置が検出器上のＸ方向にシフトするのみだからである。このような光スポットのシフトを考慮して、検出器の受光エリアが充分に広く形成されていれば、光スポットの位置が検出器の受光エリア内で移動したとしても、上記の演算によって求められる信号のレベルに変化は生じない。
【０１３１】
光回折素子５に入射する光は、波長の違いに応じて、異なる角度（回折角）で回折される。例えば、波長λ1の光は、参照符号１２ａ〜１２ｄで示される領域に入射し、光スポットを形成する。これに対し、波長λ2の光は、参照符号１３ａ〜１３ｄで示される領域に入射し、光スポットを形成する。本実施形態では、各検出器３ａ〜３ｄの受光エリアが、これら光スポットの全体を受けることができる大きさを有しているため、波長の異なる光を同じ検出器で検出することが可能である。図１１の装置では、ＤＶＤ用およびＣＤ用に２種類の光検出器を必要としたため、装置の小型が困難であったが、本発明によれば、小型化が容易になる。
【０１３２】
本実施形態の偏光素子７を用いることにより、波長λ1の光（例えばＤＶＤ用の光）は、光源から出て光回折素子５を透過する際、ほとんど回折されない（図３（ａ））。このため、光源から出た光は、光量の損失を避けつつ、高い効率で光ディスク面へ導かれる。一方、波長λ2の光（例えばＣＤ用の光）は、ディスク基材が有する複屈折性のために偏光状態が変化した光が光ディスクから戻ってきたとしても、回折後、光量の低下が抑制され、最悪の場合でも、信号レベルが０になってしまうことはない（図３（ｂ））。
【０１３３】
なお、本実施形態における波長板６は、波長λ1の光に対しては、５／４波長板として機能する。すなわち、波長λ2の光に対しては、ほぼ１波長板として機能する。
【０１３４】
本発明では、上記の波長板の代わりに、波長λ1の光に対して１／４波長板として機能するリターデーションを有する波長板６を用いてもよい。このような波長板６は、波長λ2の光に対して、ほぼ１／５波長板として機能する。このため、ディスク基材に複屈折が無い場合、ディスクから戻ってきた光が波長板６を通過して光回折素子５に入射するときの偏光状態は、楕円偏光になる。この楕円偏光は、光源から出た光が最初に光回折素子５に入射するときの偏光方向に対して略直交する方向に主軸を持ち、かつ直線偏光に近い楕円度を有する。このような偏光が光回折素子５に入射すると、回折光量が大きくなるため、信号光量も大きくなる。
【０１３５】
本発明で用いることのできる波長板は、上記の具体的なリターデーションを有する２種類の波長板に限定されない。すなわち、波長λ1の光に対して略（２Ｍ＋１）λ1／４のリターデーション（Ｍは整数）を有し、かつ、波長λ2の光に対して略Ｎλ2のリターデーション（Ｎは整数）を有している波長板でも同様の効果を得ることができる。
【０１３６】
また、波長λ1の光に対して略（２Ｍ＋１）λ1／４のリターデーション（Ｍは整数）を有し、かつ、波長λ2の光に対して略（２Ｎ＋１）λ2／２のリターデーション（Ｎは整数）を有している波長板でもよい。このような波長板を用いると、波長λ2の光が光ディスクから反射して戻ってきたとき、再び同じ偏光状態に戻るので、波長板６が波長λ2の光に対して１波長板として機能する場合の効果と同様の効果が発揮される。
【０１３７】
ディスク基材が複屈折性を有すると、光ディスクで反射された光の偏光状態は様々に変化するが、本実施形態によれば、信号光量が検出できないレベルに低下することはない。なぜなら、信号光量が最も少なくなるのは、光ディスクから戻ってきた光の偏光状態が往路における光の偏光状態と同じ直線偏光となるときであるが、このような場合でも、本実施形態によれば、回折効率が８．４％であり、０にはならないからである。従って、本実施形態によれば、複屈折性の大きい光ディスクに対しても、安定して信号の再生および制御を行うことができる。
【０１３８】
このように、本実施形態の光ピックアップによれば、ＤＶＤ用光源のように、波長が短いため、低コストで作製または入手しにくい高出力光源から出る光については、その利用効率を高めている（図３（ａ））。一方、高出力の光源を比較的安価で作製または入手できるが、基材が厚いために複屈折性による偏光状態の変化が生じやすいＣＤなどの光ディスクについては、偏光状態の変化による影響を低減することができる（図３（ｂ））。
【０１３９】
また、本実施形態によれば、異なる波長の光に対して、光源からの光は効率良く透過させながらも、光ディスクから戻ってきた光を検出器に導く機能を発揮させることができる光ピックアップを実現できるため、小型化で部品点数の少ない光ピックアップを低コストで提供することが可能になる。
【０１４０】
次に、図５を参照しながら、本実施形態の光ピックアップに好適に用いられ得る光回折素子の構造を説明する。図５は、このような光回折素子の周期構造を模式的に示す断面図である。
【０１４１】
図５に示す光回折素子は、領域Ａと領域Ｂとが面内方向に交互に規則的に配列した周期構造を有している。この周期構造が格子パターンを構成し、光を回折する。領域Ａ及び領域Ｂの各々は、屈折率及び／または厚さが異なる複数の媒質層が積層された構造を有している。図５の回折素子を光が透過するとき、領域Ａを透過する光と領域Ｂを透過する光との間に位相差が発生し、これによって回折現象が生じる。
【０１４２】
ここで、偏光方向が図５の紙面に平行な直線偏光が、図５の回折格子を透過するとき、領域Ａと領域Ｂとの間で発生する位相差をδとする。一方、偏光方向が図５の紙面に垂直な直線偏光が、図５の回折格子を透過するとき、領域Ａと領域Ｂとの間で発生する位相差をδ1とする。更に、偏光方向が紙面に平行な直線偏光である波長λ1の光に対する領域Ａのｉ（ｉ＝１、２、３・・・Ｉ）番目の層の屈折率がｎ1A（ｉ）、厚さがｔA（ｉ）、領域Ｂのｊ（ｊ＝１、２、３・・・Ｊ）番の層の屈折率がｎ1B（ｊ）、厚さがｔB（ｊ）とする。一方、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光に対する領域Ａのｉ（ｉ＝１、２、３・・・Ｉ）番目の層の屈折率はｎ11A（ｉ）、領域Ｂのｊ（ｊ＝１、２、３・・・Ｊ）番の層の屈折率はｎ11B（ｊ）とする。なお、本明細書における「媒質層」には、空気の層も含まれるものとする。
【０１４３】
このような標記方法に従うと、以下の式１１が成立する。
【０１４４】
（式１１）
ΣｔA（ｉ）＝ΣｔB（ｊ）
【０１４５】
そして、位相差δは、以下の式１２で表される。
【０１４６】
（式１２）
δ＝Σ（ｎ1A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ1B（ｊ）×ｔB（ｊ））
【０１４７】
ここで、Σは各層の屈折率と層厚の積の総和を意味する。
【０１４８】
一方、位相差δ1は、以下の式１３で表される。
【０１４９】
（式１３）
δ1＝Σ（ｎ11A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ11B（ｊ）×ｔB（ｊ））
【０１５０】
（式１２）および（式１３）より、位相差δや位相差δ1がＬλ1（Ｌは０以外の整数）に等しくなるとき、回折が生じない「完全透過」の状態となり、位相差δや位相差δ1が（２Ｍ＋１）λ1／２に等しくなるとき、「完全回折」の状態になる。すなわち、光回折素子の周期構造が、以下の式１４及び式１５の両方を満足するとき、波長λ1の光が光回折素子に対して、光源側から入射する場合には「完全透過」が実現し、ディスク側から入射する場合には「完全回折」が実現する。
【０１５１】
（式１４）
Σ（ｎ1A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ1B（ｊ）×ｔB（ｊ））＝Ｌλ1（Ｌは０以外の整数）
（式１５）
Σ（ｎ11A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ11B（ｊ）×ｔB（ｊ））＝（２Ｍ＋１）λ1／２  （Ｍは整数）
【０１５２】
一方、上記の条件が満足されるとき、波長λ2の光については、位相差δと位相差δ1との間に、（２Ｍ＋１）πλ1／λ2の位相差が発生するため、以下の（式１６）に表される１次回折光が発生する。
【０１５３】
（式１６）
（２／π）2×ｃｏｓ2（（２Ｍ＋１）（πλ1／λ2）／２）
【０１５４】
波長λ1の光または波長λ2の光との間に、一方が他方の波長の整数倍（２倍以上）になるような差がなければ、回折光はゼロにならない。ＤＶＤ用の光の波長（λ1＝６５０ｎｍ）と、ＣＤ用の光の波長（λ2＝８００ｎｍ）との間には、このような大きな差異は無いため、回折光はゼロにならない。
【０１５５】
各媒質層は、光源側からの光が紙面に垂直な直線偏光となり、かつ、ディスク側からの光が紙面に平行な直線偏光となる場合であっても、上記の作用と同じ作用を光に与える。このため、以下の式１７及び式１８が満足される条件を採用しても良い。
【０１５６】
（式１７）
Σ（ｎ1A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ1B（ｊ）×ｔB（ｊ））＝（２Ｍ＋１）λ1／２  （Ｍは整数）
（式１８）
Σ（ｎ11A（ｉ）×ｔA（ｉ））−Σ（ｎ11B（ｊ）×ｔB（ｊ））＝Ｌλ1  （Ｌは０以外の整数）
【０１５７】
（実施形態２）
図６（ａ）から（ｃ）を参照しながら、本発明による光回折素子の第２の実施形態を説明する。
【０１５８】
図６（ａ）は、本実施形態の光回折素子と波長板とを含む偏光素子の構成を示す断面図である。
【０１５９】
この偏光素子は、第１のガラス基板１５と、前記ガラス基板１５上に形成された薄膜周期構造１６と、薄膜周期構造１６を覆うようにガラス基板１５上に形成された等方性媒質１７と、等方性媒質１７上に設けられた波長板２１と、波長板２１上に設けられた第２のガラス基板１４とを備えている。ここで、薄膜周期創造１６は屈折率異方性を有しており、波長板２１はフィルム状シートから形成されている。
【０１６０】
上記の偏光素子の回折格子の部分は、例えば、次のようにして製造される。
【０１６１】
まず、ガラス基板１５上に、厚さｄの有機膜からなる屈折率異方性薄膜（屈折率ｎ1、ｎ2）の格子パターンを形成する。次に、この薄膜周期構造１６の溝を等方性屈折率の媒質１７（屈折率ｎ3）で充填する。
【０１６２】
この場合、実施形態１について説明した理由と同様の理由により、厚さｄ、屈折率ｎ1、ｎ2、ｎ3、および光の波長λ1は、以下の式１９および式２０、または式２１及び式２２を満足するように選択される。
【０１６３】
（式１９）
ｄ（ｎ3−ｎ1）＝Ｌλ1        （Ｌは０以外の整数）
（式２０）
ｄ（ｎ3−ｎ2）＝（２Ｍ＋１）λ1／２  （Ｍは整数）
（式２１）
ｄ（ｎ3−ｎ1）＝（２Ｍ＋１）λ1／２  （Ｍは整数）
（式２２）
ｄ（ｎ3−ｎ2）＝Ｌλ1    （Ｌは０以外の整数）
【０１６４】
また、本実施形態の構成によれば、素子の作製が容易になり、波長板も含めて構成が簡素化される。このため、光ピックアップの小型化に適している。
【０１６５】
さらに、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、ガラス基板上に他の機能をもつ薄膜や構造を設ければ、他の機能も偏光素子の機能に付与できる。
【０１６６】
図６（ｂ）に示す素子は、ガラス基板１４上に形成された開口制限膜１８および位相補正膜１９を更に備えている。開口制限膜１８は、例えば波長λ2の光は透過するが、波長λ1の光は遮断するような波長選択性を有する材料から形成されている。このため、開口制限膜１８は、波長λ1の光に対して、選択的な「絞り」として機能する。位相補正膜１９は、開口制限膜１８の存在する領域と存在しない領域との間で生じる位相のずれを補正する。
【０１６７】
ＤＶＤやＣＤなどのように記録密度が異なる複数の光ディスクに対してデータの記録／再生を行う場合、記録密度に応じて光ディスク上に形成する光スポットのサイズ（直径）が異なる。図６（ｂ）の素子によれば、波長選択性を有する膜を用いているため、入射する光の波長に応じて開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を調節することができ、光ディスク上に最適なサイズの光スポットを形成することができる。
【０１６８】
図６（ｃ）に示す素子は、厚さが同心円状に変化する位相段差構造２０を備えている。本実施形態における位相段差構造２０の各段差は、波長λ1の整数倍の光学厚さを有しているため、波長λ1の光は、波面が揃った状態（平面波と等価な状態）で素子を透過することができる。一方、波長λ2の光が、図６（ｃ）の素子を透過すると、その位相は同心円状に変化したものとなる。すなわち、光軸の中心から外側に向かって、少しずつ位相がずれた波面、すなわち略球面波が形成される。このような球面波が、集光レンズによって、波長λ1の光と同じように同一基材厚の光ディスクの記録面上に集光されると、球面収差のためぼやけた像が形成されるが、波長λ2の光は、もともと、波長λ1の光が照射されるべき光ディスクとは異なる基材厚のディスクへ適用される。位相段差構造２０を最適に設計することにより、基材厚の差によって生じる収差を補正することができる。
【０１６９】
波長λ1の光源および波長λ2の光源がともに実質的に等しい位置に発光点を有し、いずれの光もコリメートレンズで平行化される無限系を採用する場合、同じレンズを用いても、異なる基材厚のディスク記録面に対して、球面収差の抑制された最適な集光を行うことができる。
【０１７０】
なお、開口制限膜１８および位相段差板２０を、それぞれ、ガラス基板１５およびガラス基板１４に形成することにより、多機能な偏光素子を構成することも可能である。
【０１７１】
（実施形態３）
図７を参照しながら、本発明の光回折素子と波長板とを備えた偏光素子の他の構成を説明する。
【０１７２】
本実施形態の光回折素子は、屈折率異方性領域２２が周期的に形成された基板２３を有している。基板２３は、ニオブ酸リチウムなどの異方性材料から形成されており、屈折率異方性領域２２は、プロトン交換などの方法によって極性が反転された領域（厚さ：ｄ、プロトン交換部）である。
【０１７３】
基板２３の周期構造は、波長λ1の常光、異常光に対して、それぞれ、屈折率ｎ0、ｎ1である部分と、波長λ1の常光、異常光に対してそれぞれ屈折率ｎ01、ｎ11である部分とからなっている。
【０１７４】
これらの数値は、以下の式２３および式２４または式２５および式２６を満足するように設定される。
【０１７５】
（式２３）
ｄ（ｎ0−ｎ01）＝Ｌλ1          （Ｌは０以外の整数）
（式２４）
ｄ（ｎ1−ｎ11）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
（式２５）
ｄ（ｎ0−ｎ01）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
（式２６）
ｄ（ｎ1−ｎ11）＝Ｌλ1          （Ｌは０以外の整数）
【０１７６】
本実施形態によれば、素子の作製が簡単になるという利点がある。
【０１７７】
（実施形態４）
図８を参照しながら、本発明の光回折素子と波長板とを備えた偏光素子の他の構成を説明する。
【０１７８】
上記の各実施形態の場合、偏光素子の作製が容易であるという利点があるが、選択できる材料の屈折率範囲が比較的狭い。したがって、利用する光の波長によっては、上記式を満足するような解がない場合もある。
【０１７９】
図８の光回折素子は、屈折率異方性領域２５が周期的に形成された基板２６を有している。基板２６は、ニオブ酸リチウムなどの異方性材料から形成されており、屈折率異方性領域２５は、プロトン交換などの方法によって極性が反転された領域（厚さ：ｄ1、プロトン交換部）である。このような構造は、厚さｄ2のプロトン交換部２５を基板２６に形成したあと、プロトン交換部２５のみを選択的にエッチングし、その厚さをｄ1に設定することにより作成され得る。
【０１８０】
ここで、波長λ1の常光、異常光に対するプロトン交換部２５の屈折率をｎ0、ｎ1、厚さをｄ1とし、波長λ1の常光、異常光に対する基板２６の屈折率をｎ01、ｎ11とする。
【０１８１】
このとき、各数値は、以下の式２７および式２８、または式２９および式３０を満足するように設定される。
【０１８２】
（式２７）
ｄ2（ｎ01−１）−ｄ1（ｎ0−１）＝Ｌλ1  （Ｌは０以外の整数）
（式２８）
ｄ2（ｎ11−１）−ｄ1（ｎ1−１）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
（式２９）
ｄ2（ｎ01−１）−ｄ1（ｎ0−１）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
（式３０）
ｄ2（ｎ11−１）−ｄ1（ｎ1−１）＝Ｌλ1            （Ｌは０以外の整数）
【０１８３】
本実施形態によれば、プロトン交換部２５のエッチング量を調節することにより、厚さｄ2および厚さｄ1を独立した値に設定できるため、上記の式を満足する屈折率を持つ材料の選択範囲が拡大する。
【０１８４】
（実施形態５）
図９を参照しながら、本発明による光回折素子の他の実施形態を説明する。
【０１８５】
実施形態４の光回折素子によれば、必要な条件を満足する材料を見い出し易いが、基板のエッチング量をそれほど大きくすることができない。なぜなら、エッチング量を大きくすると、深さ方向だけでなく横方向のエッチング（サイドエッチング）も進行する。サイドエッチングが生じると、格子溝の側面にテーパが形成され、溝の断面形状が理想的な矩形ではなくなる。
【０１８６】
図１０は、格子ピッチが１０μｍおよび２０μｍの周期構造を有する光回折素子を作製する場合において、サイドエッチングに起因するテーパ部の幅と、波長λ1の光の０次透過効率との関係を示すグラフである。このグラフからわかるように、テーパ部の幅が大きくなるほど、言い換えると、サイドエッチングが進行するほど、透過効率が低下し、損失が大きくなる。
【０１８７】
これに対して、図９に示す構造の光回折素子によれば、屈折率異方性基板２９にプロトン交換などにより形成した屈折率異方性部分２８をエッチングする代わりに、その上にタンタルなどの高屈折率薄膜（屈折率ｎ4、厚さｔ）３０を成長させている。高屈折率薄膜３０のパターニングは、例えば、リフトオフ法によって行われ得る。高屈折率の薄膜を用いる理由は、屈折率ｎ4が高いほど、必要な薄膜３０の厚さｔを小さくすることができるからである。
【０１８８】
このような構成を採用することにより、サイドエッチングによるテーパが形成されず、また、高屈折率膜３０の屈折率や厚さを調節できるため、前述の式で規定される条件を満足する周期構造を作成しやすくなる。
【０１８９】
本実施形態では、波長λ1の常光、異常光に対して、それぞれ屈折率ｎ0、ｎ1である領域Ｇと、波長λ1の常光、異常光に対してそれぞれ屈折率ｎ01、ｎ11である領域Ｈとによって、屈折率異方性領域が構成されている。
【０１９０】
この場合において、領域Ｇ上に膜３０があるとき、ｄ、ｔ、ｎ0、ｎ1、ｎ01、ｎ11、ｎ4は、以下の式３１および式３２、または式３３および式３４を満足するように設定される。
【０１９１】
（式３１）
ｄ（ｎ01−ｎ0）−ｔ（ｎ4−１）＝Ｌλ1          （Ｌは０以外の整数）
（式３２）
ｄ（ｎ11−ｎ1）−ｔ（ｎ4−１）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
（式３３）
ｄ（ｎ01−ｎ0）−ｔ（ｎ4−１）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
（式３４）
ｄ（ｎ11−ｎ1）−ｔ（ｎ4−１）＝Ｌλ1          （Ｌは０以外の整数）
【０１９２】
領域Ｈ上に膜３０がある場合は、ｄ、ｔ、ｎ0、ｎ1、ｎ01、ｎ11、ｎ4は、以下の式３５および式３６、または式３７および式３８を満足するように設定される。
【０１９３】
（式３５）
ｄ（ｎ01−ｎ0）−ｔ（１−ｎ4）＝Ｌλ1          （Ｌは０以外の整数）
（式３６）
ｄ（ｎ11−ｎ1）−ｔ（１−ｎ4）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
（式３７）
ｄ（ｎ01−ｎ0）−ｔ（１−ｎ4）＝（２Ｍ＋１）λ1／２    （Ｍは整数）
（式３８）
ｄ（ｎ11−ｎ1）−ｔ（１−ｎ4）＝Ｌλ1          （Ｌは０以外の整数）
【０１９４】
なお、サイドエッチングによる回折効率の低下を防ぐためには、屈折率異方性基板の表面に回折溝を形成した後、溝の内部を適切な厚さの異方性材料で埋め込んでもよい。屈折率異方性基板に矩形の回折溝を形成するには、サイドエッチングが少ないイオンミリングなどの物理エッチングを用いることが好ましい。
【０１９５】
以上説明してきた実施形態では、波長の異なる光が同じ偏光方向で光回折素子に入射しているが、これらの波長の異なる光が互いに直交する方向に偏光していてもよい。この場合、特定波長の光に対して１／２波長板として機能する偏光板を、光源と光回折素子との間に配置すればよい。
【０１９６】
本発明によれば、１つの光回折素子により、異なる波長の光に対して光ディスクからの光を分岐して検出器に導く光分岐素子が実現できる。このため、光ピックアップの光学系を簡素化でき、基材厚や記録密度が異なる光ディスクへの記録再生が１つの小型で安価な光ピックアップを用いて行うことができるようになる。
【０１９７】
また、ＣＤのように基材が厚く、複屈折性の高いディスクに対して記録・再生を行う場合でも、偏光依存性が低いため、検出光量の変化も小さく、最悪でも信号がなくなってしまうことがない。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
本発明によれば、１つの光回折素子により、ＣＤ用の光ビームとＤＶＤ用の光ビームの両方に対して必要な回折を引き起こすことができるため、光情報処理装置を小型化することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０１９９】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明における光回折素子の基本的な動作を示す図である。
【図２】本発明の光情報処理装置の第１の実施形態の構成を示す断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、本発明による光回折素子と波長板から構成される偏光素子の動作を示す図である。
【図４】（ａ）は、第１の実施形態における光回折素子５によって分岐された光が検出器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに入射する状態を示す図であり、（ｂ）は、検出光と検出器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの位置関係の一例を示す平面図であり、（ｃ）は、光回折素子５の溝パターンを模式的に示す平面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に用いられる光回折素子の構成を示す断面図である。
【図６】（ａ）から（ｃ）は、本発明による光回折素子の種々の実施形態を示す図である。
【図７】本発明による光回折素子の他の実施形態の構成を示す断面図である。
【図８】本発明による光回折素子の更に他の実施形態の構成を示す断面図である。
【図９】本発明による光回折素子の更に他の実施形態の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の光回折素子におけるサイドエッチングとテーパと回折効率との関係を示すグラフである。
【図１１】光ディスク装置の第１の従来例の構成を示す断面図である。
【図１２】光ディスク装置の第２の従来例の構成を示す断面図である。
【国際調査報告】
2004097819.tif 000015
2004097819.tif 000016
2004097819.tif 000017
2004097819.tif 000018
2004097819.tif 000019
2004097819.tif 000020