(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１および波長λ２（λ１＜λ２）の２つの光を入射させて用い、
周期的凹凸状の格子を表面に形成した透明基板と、前記格子の凹凸部に充填された充填部材と、を備え、
前記凹凸部を形成する凹凸部材または前記充填部材のいずれかが前記波長λ１よりも短い波長域に光の吸収端を有する材料を含んで、前記波長λ１の光に対する屈折率が前記波長λ２の光の屈折率より高く、
かつ前記凹凸部材と前記充填部材とは、前記波長λ１の光または前記波長λ２の光のいずれか一方の波長の光に対しては同じ屈折率を有しこの一方の波長の光を回折せず透過し、他方の波長の光に対しては異なる屈折率を有しこの他方の波長の光を回折することを特徴とする波長選択性回折素子。
【請求項２】
前記波長λ１の光は回折せず透過し前記波長λ２の光を回折する請求項１記載の波長選択性回折素子と、前記波長λ２の光は回折せず透過し前記波長λ１の光を回折する請求項１記載の波長選択性回折素子とを備え、これら波長選択性回折素子が積層されて構成されている波長選択性回折素子。
【請求項３】
前記凹凸部または前記充填部材のいずれかが有機物顔料を含み、
前記有機物顔料として赤色有機物顔料を用いる請求項１または２記載の波長選択性回折素子。
【請求項４】
波長λ１および波長λ２の２つの光を出射する光源と、前記２つの光を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記２つの光の光記録媒体からの反射光を検出する光検出器と、を備え、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、請求項１、２または３記載の波長選択性回折素子が設置されていることを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波長選択性回折素子および光ヘッド装置に関し、特に異なる２つの波長の光が入射される波長選択性回折素子およびこの波長選択性回折素子を搭載した光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤやＤＶＤなどの光ディスク、または光磁気ディスクなどの光記録媒体（以下、これらをまとめて「光ディスク」とよぶ）の情報記録面上に情報を記録し、または情報記録面上の情報を再生する光ヘッド装置が種々用いられている。これらの光ヘッド装置には回折素子が様々な用途で使用されている。
【０００３】
光ヘッド装置では、光ディスクの情報記録面に形成されたトラック上にレーザ光を集光させながら光ディスクを回転するため、集光されたレーザ光のビームがトラックから外れないようにする必要があり、このため種々のトラッキング方法が開発されている。これらトラッキング方法の中では、情報の再生時に使用する３ビーム法がよく知られている。また情報の記録時に使用するプッシュプル法、すなわちトラックと平行に２分割された受光素子を用いて光ディスクからの反射光を受け２分割された反射光の差をとる方法、特に信号のオフセットを打ち消すための差動プッシュプル法がよく知られている。
３ビーム法および差動プッシュプル法は、回折素子が使用され、回折素子による０次回折光であるメインビームと、±１次回折光であるサブビームを発生させる点が共通している。
【０００４】
近年、規格、構成などの異なるＣＤおよびＤＶＤの両光ディスクの情報の記録または再生のため、ＣＤとＤＶＤ互換型の光ヘッド装置（以下、互換型光ヘッド装置という）が注目されている。この互換型光ヘッド装置においては、ＣＤ−ＲなどのＣＤ系で情報の再生を前提とする光ディスクの場合には、再生用に７９０ｎｍ波長帯の半導体レーザが使用される。また、ＤＶＤ系の光ディスクの場合には再生用に６５０ｎｍ波長帯の半導体レーザが使用される。
【０００５】
図９の構成例を参照しながら、２つの半導体レーザが分離配置された第１の従来例の光ヘッド装置について説明する。半導体レーザ３Ａ、３Ｂからの出射光は、波長合成プリズム９により同一光軸上で合成され、ビームスプリッタ４を透過した後に、コリメートレンズ５で平行光とされ、対物レンズ６を透過後、光ディスク７の情報記録面に集光される。この集光された光は情報記録面で反射され、反射された光は、往路と同じ光路を逆行する。
【０００６】
すなわち、この反射された光は、再び対物レンズ６によって平行光となり、コリメートレンズ５で集光された後、ビームスプリッタ４に入射する。このビームスプリッタ４で反射された光は、往路の光軸とは９０°の角度をなす光軸に沿って進行して、光検出器８の受光面に集光される。そして信号光は、この光検出器８で電気信号に変換される。図９において、７９０ｎｍ（以下λ２ともいう）波長帯の光に対して３ビーム発生用回折格子１０が用いられている。
【０００７】
このような光ヘッド装置において、２つの波長の光を出射する半導体レーザとして、例えば７９０ｎｍ波長帯の半導体レーザと６５０ｎｍ（以下λ１ともいう）波長帯の半導体レーザを１チップ内に形成したモノリシックな２波長用半導体レーザが提案されている。また、各波長帯のレーザチップを発光点間が１００〜３００μｍ程度の間隔となるように配置した複数チップからなる２波長用半導体レーザが最近提案されている。これらの半導体レーザを用いれば、図９に示した２つの半導体レーザが別々に構成された従来の光ヘッド装置に比べ部品点数が低減し、装置の小型化および低コスト化を図ることができる。そのため、２波長用半導体レーザに対応した３ビーム発生用回折格子が強く望まれている。
【０００８】
回折素子が使用されている第２の従来例の光ヘッド装置を示す。光ディスクに情報を記録する光ヘッド装置において、半導体レーザからの出射光が光ディスクにより反射されて戻り光となり、この光はビームスプリッタを用いて光検出器である受光素子へ導かれる。このビームスプリッタとして、ホログラムの回折素子（ホログラムビームスプリッタ）が使用される。
【０００９】
図１１にホログラムビームスプリッタを用いた従来の互換型光ヘッド装置の概略を示す（（ａ）λ１波長帯の光を出射する場合、（ｂ）λ２波長帯の光を出射する場合）。６５０ｎｍ波長帯の光および７９０ｎｍ波長帯の光を出射する半導体レーザ３からの出射光は、コリメートレンズ５により平行光となり、対物レンズ６により光ディスク７の面上に集光される。光ディスク７からの反射光は、再び対物レンズ６を通過し、コリメートレンズ５を通過した後、ホログラムビームスプリッタ１１により光検出器８Ａ（図１１（ｂ））または８Ｂ（図１１（ａ））を構成する受光素子に到達する。受光素子は、受光した反射光を電気信号に変換し、電気信号はアンプで増幅され、さらに自動ゲイン補正回路でゲインがかけられて信号レベルを一定範囲に調整される。ただし、図１１には、アンプおよび自動ゲイン補正回路は図示されていない。
【００１０】
一方、ＣＤとＤＶＤ互換用の回折素子として、特許文献１に、一方の入射光に対して光路差をその波長の整数倍にし、かつ他方の入射光に対して光路差をその波長の非整数倍にした波長選択性回折素子が記載されている。以下、その説明を行う。一般に、山と谷が交互に出現する２レベル（矩形状）の回折格子の回折効率は、波長をλ、光路差をＲとして以下の式で近似される。ここで、η０は０次の回折効率、ηｍはｍ次の回折効率をあらわし、またｍは０以外の整数である。
【００１１】
【数１】
0004591602.tif 000002
【００１２】
ここで、一方の入射光に対してその光路差をその波長の整数倍にすると、上式より、η０＝１、ηｍ＝０となる。さらに、他方の入射光に対して光路差がその波長の非整数倍ならば、０＜η０＜１、０＜ηｍ＜１となる、波長選択性回折素子を得ることができる。
【００１３】
ここでは２レベルの回折素子の場合について説明したが、１レベル（段差）の光路差が一方の入射光に対してその波長の整数倍であり、他方の入射光に対してその波長の非整数倍であるという条件が満たされている限り、マルチレベルの格子形状、特に疑似ブレーズド格子形状においても、波長選択性回折素子を得ることができる。
【００１４】
以下に、この波長選択性回折素子を利用した、従来の光ヘッド装置の例を示す。
図１３は、波長選択性回折素子が、開口制限素子として使用されている、第３の従来例の光ヘッド装置である。開口制限素子１８は、合成石英ガラスなどのガラス基板からなっており、開口制限素子として使用されている従来の波長選択性回折素子の構成の一例を図１２に示す。図１２に示すように、開口制限素子１８の周辺部にのみ、光路差がＤＶＤ系の波長λ１の２倍になる回折格子が形成されている。そのとき、その光路差は、ＣＤ系の波長λ２のほぼ１．６倍となるため、λ１の波長の光を透過し、λ２の波長の光の７０％以上を回折できる。図１２において、回折格子の格子面が２分割されているのは、往路と復路でともに回折された光が、非回折透過光と同じ光路を進行し、光検出器に集光されるのを防ぐためである。
【００１５】
図１３に示すように、半導体レーザ３Ａ、３Ｂからの出射光は、波長合成プリズム９により同一光軸上で合成され、ビームスプリッタ４を透過した後に、コリメートレンズ５により平行光となり、開口制限素子１８に入射する。λ１の光は開口制限素子１８の周辺部（図１２（ｂ）の斜線部）、中心部（図１２（ｂ）の円内部）で回折されることなく透過し、対物レンズ６によりＤＶＤ系の光ディスク７の情報記録面に焦点を結ぶ（図１３（ａ））。
【００１６】
また、λ２の光は開口制限素子１８の周辺部では回折され、中心部を透過した光のみが、小さい開口数で光ディスク７の情報記録面に集光される（図１３（ｂ））。光ディスクからの反射光は、再び対物レンズ６、開口制限素子１８、コリメートレンズ５を透過した後、ビームスプリッタ４に入射する。このビームスプリッタ４で反射された光は、往路の光軸とは９０°の角度をなす光軸に沿って進行して、光検出器８の受光面に集光される。そして信号光は、この光検出器８で電気信号に変換される。なお、図１３（ｂ）では省略されているが、開口制限素子１８により回折されたλ２の光も、光ディスク７の情報記録面に集光され、反射された後、信号光と同様の光路を進行し、光検出器８の、受光面とは異なる部分に集光される。
【００１７】
図１５には、波長選択性回折素子が、波長選択性の偏向素子として使用されている第４の従来例の光ヘッド装置が示されている。波長選択性偏向素子は、合成石英ガラスなどのガラス基板からなっており、従来の波長選択性回折素子の構成の他の例である図１４に示すように、１レベル（段差）の光路差ＲがＤＶＤ系の波長λ１に等しくなる、５〜７レベル（４〜６段）のマルチレベルの疑似ブレーズド回折格子１９が形成されている（図１４では６レベル（５段）の格子が示されているが、このレベル数に限定されない）。
【００１８】
このとき、λ１の波長の光を回折せず透過し、λ２の波長の光を６０％以上、一つの回折次数で回折させて、偏向させることができる。
図１５に示すように、２波長用半導体レーザ３の１つの発光点から出射された波長λ１の出射光（図１５（ａ））と、それとは異なる発光点から出射された波長λ２の出射光（図１５（ｂ））は、ビームスプリッタ４を透過した後に、コリメートレンズ５により平行光となり、対物レンズ６により光ディスク７の情報記録面に集光される。
【００１９】
光ディスク７からの反射光は、再び対物レンズ６、コリメートレンズ５を透過した後、ビームスプリッタ４に入射し、このビームスプリッタ４で反射された光は、往路の光軸とは９０°の角度をなす光軸に沿って進行して、波長選択性偏向素子１９に入射する。波長選択性偏向素子１９に入射した波長λ１の光は、波長選択性偏向素子１９で偏向されることなく透過した後、光検出器８の受光面に集光される（図１５（ａ））。一方、波長選択性偏向素子１９に入射した波長λ２の光は、波長選択性偏向素子１９で偏向された後、波長λ１の光の検出器８と同一の光検出器の受光面に集光される（図１５（ｂ））。
【００２０】
しかし、第１の従来例の光ヘッド装置の場合、すなわち３ビーム法や差動プッシュプル法で用いる３ビーム発生用の回折素子を２波長用半導体レーザと組み合わせて使用する場合、次の問題が発生する。すなわち、ＣＤ系の光ディスク用７９０ｎｍ波長帯およびＤＶＤ系の光ディスク用６５０ｎｍ波長帯のいずれの入射光に対しても回折素子は、回折効果を有して回折光が発生する。その結果、望まない不要な回折光が迷光となって光検出器に混入して、情報の記録または再生ができなくなる。また、一方の光ディスク用入射光の３ビーム発生用に設けられた回折格子が、他方の光ディスク用入射光を回折し不要回折光を発生して、光量損失を招き信号光を減少させるなどの問題が生ずる。
【００２１】
この問題を解決する方法として、前述のように、特許文献１には、一方の入射光に対して光路差をその波長の整数倍にし、かつ他方の入射光に対して光路差をその波長の非整数倍にした波長選択性回折素子を形成することが記載されている。しかし、一方の波長帯の入射光に対して光路差をその波長の整数倍にする条件が、他方の波長に対する設計の自由度を少なくし、回折効率選択の自由度を少なくするため、満足できるものではなかった。
【００２２】
また、第２の従来例の光ヘッド装置の場合、すなわちホログラムビームスプリッタをモノリシックな２波長用半導体レーザと組み合わせて使用する場合、次の問題が発生する。すなわち、格子ピッチがＰの回折素子からなるホログラムビームスプリッタに波長λの光が入射したとき、光の回折角をθとするとｓｉｎθは、λ／Ｐに比例する。このため、６５０ｎｍ波長帯と７９０ｎｍ波長帯の光とでは波長が異なるため回折角が異なり、同一の光検出器で回折光を受光するとき受光面積を大型化する必要がある。
【００２３】
大型化することにより、高周波特性が劣化して光ディスクの高速再生ができない問題がある。また、６５０ｎｍ波長帯と７９０ｎｍ波長帯の光に対し光検出器のそれぞれ受光面を形成した場合、受光素子数が２倍に増加し、この増加に伴って信号処理回路も複雑になる問題が生じる。
【００２４】
この問題を解決する方法として、特許文献２には、光路差がＤＶＤ系の波長λ１と等しい回折格子と、回折格子が形成してある基板面とは別の面に、光路差がＣＤ系の波長λ２と等しい回折格子とを形成し、小型の同一の光検出器で信号を検出することが記載されている。
【００２５】
しかし、前述の回折効率の式は、回折格子の光路差と比較して回折格子のピッチが非常に大きいと考えられる場合にのみ成立する近似式であり、格子の光路差が大きくなる、または格子ピッチが小さくなるにつれて、近似式が成立しなくなる。光路差を波長のｎ倍（ｎは自然数）、すなわち前述の式でη０＝１、ηｍ＝０となる条件に設定しても、実際にはη０＝１にならない、またはηｍ＝０にならないことがある。上記の近似式が成り立たなくなることは、回折格子の共鳴現象と呼ばれ、格子ピッチが小さくなる、または光路差が大きくなるにつれてより近似式の不成立が顕著に表れる。
【００２６】
通常、このホログラムビームスプリッタの格子ピッチは５μｍ以下と小さく、光路差と比較して格子ピッチが小さいため、前述した共鳴現象により、透過させたい波長の透過率が低下する問題を有していた。
【００２７】
また、第３の従来例の光ヘッド装置の場合、信号検出用の受光素子に、開口制限素子により回折された波長λ２の不要な光が信号検出用の受光素子に入射しないようにするため、回折格子のピッチを小さくして回折光の回折角度を大きくする必要がある。しかし、前述のように、回折格子のピッチを小さくすると、透過させたいλ１の波長の光の透過率が低下し、開口制限素子としての特性が低下する問題を有していた。
【００２８】
また、第４の従来例の光ヘッド装置の場合、波長λ１の光を透過させ、波長λ２の光を回折させるためには、擬似ブレーズド回折格子のレベル数を５〜７と多くする必要があった。多くすると合計の光路差は、波長λ１の４〜６倍と長くなるため、透過させたいλ１の波長の光の透過率が低下し、波長選択性偏向素子としての特性が低下する問題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開平４−１２９０４０号公報
【特許文献２】特開２０００−７６６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明の目的は、上記の問題を解決し、さらに設計自由度の大きい、すなわち、回折効率が任意に設定でき、また、透過させたい波長の光に対して光路差が発生せず、格子ピッチが小さくても、透過させたい波長の透過率が低下しない波長選択性回折素子を提供することである。またこの波長選択性回折素子と２波長用半導体レーザを備えた情報の記録および再生を、安定して行える光ヘッド装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、波長λ１および波長λ２（λ１＜λ２）の２つの光を入射させて用い、周期的凹凸状の格子を表面に形成した透明基板と、前記格子の凹凸部に充填された充填部材と、を備え、前記凹凸部を形成する凹凸部材または前記充填部材のいずれかが前記波長λ１よりも短い波長域に光の吸収端を有する材料を含んで、前記波長λ１の光に対する屈折率が前記波長λ２の光の屈折率より高く、かつ前記凹凸部材と前記充填部材とは、前記波長λ１の光または前記波長λ２の光のいずれか一方の波長の光に対しては同じ屈折率を有しこの一方の波長の光を回折せず透過し、他方の波長の光に対しては異なる屈折率を有しこの他方の波長の光を回折することを特徴とする波長選択性回折素子を提供する。
【００３２】
また、波長λ１および波長λ２の２つの光を出射する光源と、前記２つの光を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記２つの光の光記録媒体からの反射光を検出する光検出器と、を備え、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、上記の波長選択性回折素子が設置されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の波長選択性回折素子を用いれば、特定の波長に対して３ビームを発生する回折格子やホログラムビームスプリッタとして機能する光学素子が実現する。このような波長選択性回折素子を光ヘッド装置に搭載することにより、ＣＤ系とＤＶＤ系の光に対して独立に回折効率や回折角度を設定できるため、おのおのの光学系で最適に光ディスクの情報を検出できる。
【００３４】
さらに、本発明の波長選択性回折素子を用いた光ヘッド装置では、２波長用半導体レーザの搭載による半導体レーザ数の削減に加えて、さらに装置の部品点数の削減および小型化が実現できるとともに、ＣＤ系光ディスクおよびＤＶＤ系光ディスクの情報の記録および再生において、光利用効率の高い安定した記録および再生性能が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の波長選択性回折素子の第１の態様を示す図で、（ａ）波長λ１の光が入射したときの様子を示す側面図、（ｂ）波長λ２の光が入射したときの様子を示す側面図。
【図２】本発明の波長選択性回折素子の第２の態様を示す図で、（ａ）波長λ１の光が入射したときの様子を示す側面図、（ｂ）波長λ２の光が入射したときの様子を示す側面図。
【図３】本発明の波長選択性回折素子の第３の態様を示す図で、図１と図２の波長選択性回折素子を積層した波長選択性回折素子であり、（ａ）波長λ１の光が入射したときの様子を示す側面図、（ｂ）波長λ２の光が入射したときの様子を示す側面図。
【図４】本発明の波長選択性回折素子の第４の態様を示す図で、図１と図２の波長選択性回折素子を積層した波長選択性回折素子であり、（ａ）波長λ１の光が入射したときの様子を示す側面図、（ｂ）波長λ２の光が入射したときの様子を示す側面図。
【図５】本発明の波長選択性回折素子の第５の態様を示す図で、図３の波長選択性回折素子に位相板を組み合わせた波長選択性回折素子であり、（ａ）波長λ１の光が入射したときの様子を示す側面図、（ｂ）波長λ２の光が入射したときの様子を示す側面図。
【図６】本発明の波長選択性回折素子の第６の態様を示す図で、図４の波長選択性回折素子に位相板を組み合わせた波長選択性回折素子であり、（ａ）波長λ１の光が入射したときの様子を示す側面図、（ｂ）波長λ２の光が入射したときの様子を示す側面図。
【図７】本発明の波長選択性回折素子の第７の態様を示す図で、図３の波長選択性回折素子に位相板を組み合わせた波長選択性回折素子であり、（ａ）波長λ１の光が入射したときの様子を示す側面図、（ｂ）波長λ２の光が入射したときの様子を示す側面図。
【図８】本発明の光ヘッド装置の第１の態様を示す概略的側面図。
【図９】従来の光ヘッド装置の一つの例を示す概略的側面図。
【図１０】本発明の光ヘッド装置の第２の態様を示す概略的側面図。
【図１１】従来の光ヘッド装置の他の例を示す図で、（ａ）波長λ１の光が回折される様子を示す概略的側面図、（ｂ）波長λ２の光が回折される様子を示す概略的側面図。
【図１２】従来の波長選択性回折素子の一つの例を示す図で、（ａ）、（ｂ）断面図。
【図１３】従来の光ヘッド装置の別の例を示す図で、（ａ）波長λ１の光で記録、再生が行われている様子を示す概略的側面図、（ｂ）波長λ２の光で記録、再生が行われている様子を示す概略的側面図。
【図１４】従来の波長選択性回折素子の他の例を示す図で、（ａ）、（ｂ）断面図。
【図１５】従来の光ヘッド装置のさらに別の例を示す図で、（ａ）波長λ１の光で記録、再生が行われている様子を示す概略的側面図、（ｂ）波長λ２の光で記録、再生が行われている様子を示す概略的側面図。
【図１６】本発明の波長選択性回折素子の第８の態様を示す図で、（ａ）波長λ１の光が入射したときの様子を示す側面図、（ｂ）波長λ２の光が透過、回折される様子を示す側面図。
【図１７】本発明の光ヘッド装置の第３の態様を示す図で、（ａ）波長λ１の光で記録、再生が行われている様子を示す概略的側面図、（ｂ）波長λ２の光で記録、再生が行われている様子を示す概略的側面図。
【図１８】本発明の波長選択性回折素子の第９の態様を示す図で、（ａ）波長λ１の光が入射したときの様子を示す側面図、（ｂ）波長λ２の光が回折される様子を示す側面図。
【図１９】本発明の光ヘッド装置の第４の態様を示す図で、（ａ）波長λ１の光で記録、再生が行われている様子を示す概略的側面図、（ｂ）波長λ２の光で記録、再生が行われている様子を示す概略的側面図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
「波長選択性回折素子の第１の実施態様」
図１に示す本実施態様の波長選択性回折素子１Ａに、波長λ１と波長λ２の（λ１＜λ２）光が入射する（図１（ａ）波長λ１の光が入射する様子を示す、図１（ｂ）波長λ２の光が入射する様子を示す）。波長選択性回折素子１Ａは、格子の凹凸部である回折格子１２Ａ（凹凸部材からなる）を表面に形成している透明基板１１Ａと、その間に充填される充填部材１３Ａとを備える回折素子であり、透明基板１４Ａで充填部材１３Ａが保護されている。波長λ１の光に対しては回折格子１２Ａと充填部材１３Ａの屈折率が等しく、波長λ２の光に対しては回折格子１２Ａと充填部材１３Ａの屈折率が異なる。
【００３７】
ここで、回折格子１２Ａまたは充填部材１３Ａのいずれかは、波長λ１よりも短い波長域に光の吸収端（波長）を有す有機物顔料を含んでいる。ここで含んでいるという意味は、凹凸部材または充填部材が、有機物顔料を実際上含有する（含まれる）場合と有機物顔料そのものが両部材の一方を構成している場合のことである。しかし、有機物顔料を含む場合が多いので、以下では実際上、有機物顔料が含まれる、として説明する。
【００３８】
例えば、回折格子１２Ａに有機物顔料が含まれているとすると、異常分散効果により回折格子１２Ａの、波長λ１における屈折率と波長λ２における屈折率の差を、充填部材１３Ａの屈折率の差よりも大きくできる。したがって、有機物顔料が含まれている回折格子１２Ａと充填部材１３Ａとの材料を適切に選択すれば（有機物顔料も適切に選択する）、これら材料の波長λ１における屈折率の差をゼロとし波長λ２における屈折率の差を大きくできる。
【００３９】
このため、波長λ１の光が回折格子１２Ａを通過するときには、屈折率が等しいため、回折格子の機能は発生せず直進透過する。一方、波長λ２の光が透過するときには、屈折率が異なるため回折格子として機能し、回折格子１２Ａの高さｄ１と格子形状により回折効率を変化させることができ、また回折格子１２Ａの格子ピッチを変化させることにより回折角度を変化させることができる。
【００４０】
ここで、異常分散効果による屈折率の差を利用するのは、分散曲線における異常分散領域ではなく、この領域からは外れているが異常分散効果により屈折率が大きく変化した領域である。また、常分散領域の全波長領域で屈折率が全体的に高い方へシフトするので、この効果も利用できる。以下、同様である。
【００４１】
上記において、回折格子１２Ａに有機物顔料が含まれているとしたが、充填部材１３Ａに有機物顔料が含まれているとしても、同様である。
有機物顔料は分子骨格や置換基を変えることにより、容易に波長分散（屈折率の波長依存性）を変えることができる点で優れている。さらに、有機物顔料は染料などと異なり、耐熱性、耐照射性などが優れていて耐久性がある。
【００４２】
波長λ２における凹凸部材と充填部材との屈折率の差が大きいほど格子の深さを浅くでき、回折効率の入射角度依存性が低減できて好ましい。しかし、現実に存在する光学材料の波長λ２における屈折率分散と吸収量の関係を考慮すると、屈折率の差は０．０２から０．１０までの値をとることができる。
【００４３】
「波長選択性回折素子の第２の実施態様」
図２に示す本実施態様の波長選択性回折素子１Ｂは、凹凸部材からなる回折格子１２Ｂを表面に形成している透明基板と、その間に充填される充填部材１３Ｂとを備える回折素子である。波長λ１の光に対しては回折格子１２Ｂと充填部材１３Ｂの屈折率が異なり（図２（ａ））、波長λ２の光に対しては回折格子１２Ｂと充填部材１３Ｂの屈折率が等しい（図２（ｂ））。１１Ｂ、１４Ｂなど１１Ａ、１４Ａとはアルファベットは異なっているが、同じ数字のものは図１と同じ構成要素を示し、透明基板である。
【００４４】
本実施態様でも、回折格子１２Ｂまたは充填部材１３Ｂのいずれかに、波長λ１よりも短い波長域に光の吸収端を有する有機物顔料が含まれている。例えば、回折格子１２Ｂに有機物顔料が含まれているとすると、異常分散効果により回折格子１２Ｂの、波長λ１における屈折率と波長λ２における屈折率の差を、充填部材１３Ｂの屈折率の差よりも大きくできる。したがって、有機物顔料が含まれている回折格子１２Ｂと充填部材１３Ｂとの材料を適切に選択すれば（有機物顔料も適切に選択する）、これら材料の波長λ１における屈折率の差を大きくし波長λ２における屈折率の差をゼロとできる。
【００４５】
このとき、回折格子１２Ｂを波長λ１の光が透過するときには、波長選択性回折素子１Ｂは回折格子として機能し、格子ピッチの大きさに応じて特定の角度で回折される。直進光の透過効率と回折光の回折効率は、回折格子１２Ｂの高さｄ２や格子形状を変えることで変化できる。一方、波長λ２の光が透過するときは回折されることなく直進透過する。
【００４６】
「波長選択性回折素子の第３の実施態様」
図３に示す本実施態様の波長選択性回折素子１Ｃは、第１と第２の実施態様の波長選択性回折素子を組み合わせたものである。波長選択性回折素子１Ｃは、回折格子１２Ｃを表面に形成している透明基板１１Ｃと、回折格子１５Ｃを表面に形成している透明基板１６Ｃとを備え、充填部材１３Ｃと１４Ｃとにより透明基板１７Ｃが挟まれている積層構造を有する。ここで、波長λ１の光に対しては回折格子１２Ｃと充填部材１３Ｃの屈折率が等しく、波長λ２の光に対しては回折格子１２Ｃと充填部材１３Ｃの屈折率が異なる。
【００４７】
また、波長λ１の光に対しては回折格子１５Ｃと充填部材１４Ｃの屈折率が異なり、波長λ２の光に対しては回折格子１５Ｃと充填部材１４Ｃの屈折率が等しい。したがって、図３（ａ）が示す波長選択性回折素子１Ｃの上側の部分は図２（ａ）、下側の部分は図１（ａ）がそれぞれ示すように、波長λ１の光は回折格子１５Ｃで回折され、回折格子１２Ｃを透過し、１５Ｃのみが回折格子として作用する。
【００４８】
一方、図３（ｂ）が示す波長選択性回折素子１Ｃの上側の部分は図２（ｂ）、下側の部分は図１（ｂ）がそれぞれ示すように、波長λ２の光は回折格子１５Ｃを透過し、回折格子１２Ｃで回折され、１２Ｃのみが回折格子として作用する。したがって、ひとつの複合化された素子で２種の波長に対して、それぞれ独立に回折素子として機能する。
【００４９】
「波長選択性回折素子の第４の実施態様」
また、図３に示す波長選択性回折素子１Ｃにおける透明基板１７Ｃを用いず、図４に示す本実施態様の波長選択性回折素子１Ｄのように、透明基板１１Ｄ上に形成された回折格子１２Ｄと透明基板１５Ｄ上に形成された回折格子１４Ｄとが充填部材１３Ｄを介して積層されている構造としてもよい。波長λ１およびλ２に対する充填部材と回折格子の屈折率の値の関係は、第３の実施態様の場合と同様である。
【００５０】
第４の実施態様において、有機物顔料は回折格子１２Ｄおよび１４Ｄに含ませるか、または充填部材１３Ｄに含ませる。図４（ａ）に示す波長選択性回折素子１Ｄの場合、波長λ１の光は回折格子１４Ｄで回折され、回折格子１２Ｄを回折せず透過して、１４Ｄのみが回折格子として作用する。一方、図４（ｂ）に示す波長選択性回折素子１Ｄの場合、波長λ２の光は回折格子１４Ｄを透過し、回折格子１２Ｄで回折され、１２Ｄのみが回折格子として作用する。
したがって、本実施態様においても、ひとつの複合化された素子で２種の波長に対して、それぞれ独立に回折素子として機能する。
【００５１】
「波長選択性回折素子の第５の実施態様」
図５に示す本実施態様の波長選択性回折素子１Ｅは、第３の実施態様で説明した波長選択性回折素子１Ｃにおいて、透明基板１１Ｃの外側（図では下側）に位相板１２Ｅが設けられ、その上に透明基板１１Ｅを配置した構成となっている。位相板１２Ｅとしては、１／２波長板、１／４波長板などを挙げることができる。位相板１２Ｅを波長選択性回折素子と一体化することにより、小型でありながら入射光に対して回折効果と偏光状態を変化させる効果を合わせ持たせることができ好ましい。
【００５２】
ここで、図５（ａ）は波長λ１の光が回折格子１５Ｃにより回折され、０次回折光および±１次回折光が位相板１２Ｅを透過する様子を示し、図５（ｂ）は波長λ２の光回折格子１２Ｃにより回折され、０次回折光および±１次回折光が位相板１２Ｅを透過する様子を示している。
【００５３】
「波長選択性回折素子の第６の実施態様」
図６に示す本実施態様の波長選択性回折素子１Ｆは、第４の実施態様で説明した波長選択性回折素子において、透明基板１１Ｄの外側に位相板１２Ｆが設けられ、その上に透明基板１１Ｆを配置した構成となっている。図６（ａ）には波長λ１が入射し、図６（ｂ）には波長λ２が入射する様子を示している。位相板１２Ｆを波長選択性回折素子と一体化することにより、第５の実施態様の波長選択性回折素子１Ｅよりもさらに小型でありながら入射光に対して回折効果と偏光状態を変化させる効果を合わせもつことができ好ましい。また、波長選択性回折素子１Ｆは、波長選択性回折素子１Ｅより透明基板が１枚数少ないので、作製の工程数が減り好ましい。
【００５４】
「波長選択性回折素子の第７の実施態様」
図７に示す本実施態様の波長選択性回折素子１Ｇは、第５の実施態様で導入した位相板を位相板１１Ｇとして充填部材１３Ｃと１４Ｃとの間に配置されている。この場合、有機物顔料は、回折格子１５Ｃ、１２Ｃにともに含まれていてもよいし、充填部材１４Ｃと１３Ｃにともに含まれていてもよいし、一方の回折格子１５Ｃと他方の充填部材１３Ｃであってもよいし、または一方の充填部材１４Ｃと他方の回折格子１２Ｃに含まれていてもよい。位相板１１Ｇとしては、１／２波長板、１／４波長板などが挙げられる。
【００５５】
図７（ａ）に示すように、入射した波長λ１の光は回折格子１５Ｃにより±１次回折光に分離され、または０次回折光は透過されて、ともに位相板１１Ｇへ進み、±１次回折光および０次回折光は、偏光状態が変化する。これらの光はさらに、次の回折格子１２Ｃへ進むが１３Ｃと１２Ｃの屈折率が等しいため、回折されずに透過する。
【００５６】
図７（ｂ）に示すように、入射した波長λ２の光は、回折格子１５Ｃでは回折されず、透過して位相板１１Ｇへ進み偏光状態が変化して、回折格子１２Ｃへ進む。入射光は、回折格子１２Ｃによって、±１次回折光および０次回折光とに分離される。
【００５７】
図７に示すように、位相板１１Ｇを回折格子１５Ｃと１２Ｃとの間に配置することにより、位相板を一体化している第６の実施形態の波長選択性回折素子１Ｆと比較して、波長選択性回折素子１Ｇは透明基板の枚数を１枚少なくでき、作製の工程数が減り、さらに素子厚を薄くできて好ましい。
【００５８】
以上、第１〜７の実施態様において、波長選択性回折素子の説明をした。１つの波長選択性回折素子の場合、２つの波長選択性回折素子を積層する場合、さらに、２つの波長選択性回折素子と位相板とを積層する場合について説明したが、１つの波長選択性回折素子と位相板とを積層して使用することもできる。
【００５９】
波長選択性回折素子においては、格子高さｄ１、ｄ２または格子形状を変化させることで回折効率を変ることができるので、３ビーム発生用素子またはホログラムビームスプリッタとして、好適な効率が得られる格子高さを用いればよい。また、波長選択性回折素子の凹凸部を階段状の多段ステップまたはブレーズド回折格子の格子形状にすることにより、特定の次数の回折効率を高めて用いてもよい。回折角度についても、所望の回折角度となるような格子ピッチとすればよく、これらは従来の３ビーム発生用素子やホログラムビームスプリッタに用いられている手法をそのまま、波長選択性回折素子に採用できる。
【００６０】
上記において、２つの波長選択性回折素子の組み合わせ方について、波長λ１、波長λ２いずれの波長の光に対しても回折格子として機能する場合を説明した。しかし、波長λ１の光に対しては３ビーム発生用回折格子およびホログラムビームスプリッタとして機能し、波長λ２の光に対しては回折格子として機能しない組み合わせでもよく、また、その逆の場合であってもよい。選択的に回折させる波長とその回折格子の機能は、目的に応じて組み合わせて採用できる。
上記において、格子高さｄ１、ｄ２が回折効率に寄与し格子ピッチが回折方向に寄与することを述べたが、格子高さが低いほど格子形状のエッジにダレが少なく、またファインピッチを作製しやすいなど形状制御性に優れており好ましい。さらに、格子高さが低いほど素子の作製時間の短縮ができ工程上も好ましい。
【００６１】
上記のように、凹凸部材または充填部材に、２つの波長λ１およびλ２（λ１＜λ２）のうち短い方の波長λ１より短い波長域に吸収端を有する有機物顔料を含ませて、異常分散効果により屈折率の増加を発生させる。
【００６２】
例えば、図１に示す、充填部材１３Ａに有機物顔料が含まれているとして、回折格子１２Ａ（凹凸部材からなる）と充填部材１３Ａとの波長λ１の光に対する屈折率をそれぞれｎ１２Ａ（λ１）、ｎ１３Ａ（λ１）、λ２の光に対する屈折率をそれぞれｎ１２Ａ（λ２）、ｎ１３Ａ（λ２）とする。波長λ１に対して（図１（ａ））、ｎ１２Ａ（λ１）＝ｎ１３Ａ（λ１）であり、波長λ２に対して（図１（ｂ））、ｎ１２Ａ（λ２）＞ｎ１３Ａ（λ２）であって、ｎ１２Ａ（λ２）−ｎ１３Ａ（λ２）を大きくできる。
【００６３】
回折格子１２Ａに有機物顔料が含まれているとすると、波長λ１に対して（図１（ａ））、ｎ１２Ａ（λ１）＝ｎ１３Ａ（λ１）であり、波長λ２に対して（図１（ｂ））、ｎ１３Ａ（λ２）＞ｎ１２Ａ（λ２）であって、ｎ１３Ａ（λ２）−ｎ１２Ａ（λ２）を大きくできる。すなわち、波長λ１の光に対して波長選択性回折素子は回折の効果を有さず、波長λ２の光に対して回折の効果を有する。
【００６４】
また、例えば図２に示す充填部材１３Ｂに有機物顔料が含まれているとして、回折格子１２Ｂと充填部材１３Ｂとの波長λ１の光に対する屈折率をそれぞれｎ１２Ｂ（λ１）、ｎ１３Ｂ（λ１）、波長λ２の光に対する屈折率をそれぞれｎ１２Ｂ（λ２）、ｎ１３Ｂ（λ２）とする。波長λ１に対して（図２（ａ））、ｎ１３Ｂ（λ１）＞ｎ１２Ｂ（λ１）であり、ｎ１３Ｂ（λ１）−ｎ１２Ｂ（λ１）を大きくすることができ、また波長λ２に対して（図２（ｂ））、ｎ１２Ｂ（λ２）＝ｎ１３Ｂ（λ２）である。  回折格子１２Ｂに有機物顔料が含まれているとすると、波長λ１に対して（図２（ａ））、ｎ１２Ｂ（λ１）＞ｎ１３Ｂ（λ１）であり、ｎ１２Ｂ（λ１）−ｎ１３Ｂ（λ１）を大きくすることができ、また波長λ２に対して（図２（ｂ））、ｎ１２Ｂ（λ２）＝ｎ１３Ｂ（λ２）である。
すなわち、波長λ１の光に対して波長選択性回折素子は回折の効果を有し、波長λ２の光に対して回折の効果を有しない。
上記のように、凹凸部材または充填部材に有機物顔料を用いると、一方の波長（例えばλ１）の光に対してはこれら２つの材料間の屈折率を等しくしておきながら、他方の波長（例えばλ２）の光に対し屈折率の差を大きくできる。
【００６５】
有機物顔料は蒸着法などにより製膜してもよいし、また有機物顔料を樹脂バインダ、重合性モノマ、重合開始材、増感剤、溶剤、界面活性剤などに混合し適宜調整した組成物を用いて製膜してもよい。組成物を用いる場合には透明基板上に組成物を塗布した後、溶媒を加熱除去しさらに重合硬化させるとよい。また、必要に応じて重合硬化後、加熱処理してもよい。
【００６６】
上記組成物において、有機物顔料がエッチングできるレジスト中に含まれた場合には、選択的に硬化させた残りの末重合硬化部をエッチング処理し、容易に所望の格子形状を作製することができ好ましく、さらに前記レジストがフォトレジストである場合はフォトリソグラフィにより直接格子が形成でき特に好ましい。
【００６７】
波長λ１および波長λ２がそれぞれ６５０ｎｍ波長帯および７９０ｎｍ波長帯である場合には、赤色有機物顔料が好適に用いられる。
赤色有機物顔料は上記いずれの波長帯でも顕著な吸収がなく、高い透過率が実現できる。一方で６５０ｎｍより短い波長で吸収が現れ、その後波長の減少に応じて急激に吸収が増加し、５５０ｎｍ近傍に吸収極大を有するため、異常分散効果により、７９０ｎｍ波長帯、６５０ｎｍ波長帯で、屈折率の差の大きな値を実現できる。
【００６８】
黄色有機物顔料は赤色有機物顔料と比較すると、吸収端が短波長域の５００ｎｍ付近にある。このため、ＣＤ系の７９０ｎｍ波長帯、ＤＶＤ系の６５０ｎｍ波長帯では吸収がないため透過率は高く良好な材料であるが、反面波長分散が大きい領域が赤色有機物顔料より全体的に短波長域にシフトしており、６５０ｎｍ波長帯と７９０ｎｍ波長帯の屈折率の差は小さい値しか得られない。
【００６９】
赤色顔料としては、ジケトピロロピロール系、アンスラキノン系、キナクリドン系、縮合アゾ系、ペリレン系などに分類される有機物顔料を採用できる。これらの有機物顔料は単独で用いてもよいし、２種または３種以上を混合して用いてもよい。なかでも、ピグメントレッド（Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ）  ２５４に代表されるジケトピロロピロール系やピグメントレッド１７７に代表されるアンスラキノン系は耐久性に優れており、本素子の赤色有機物顔料として好ましく用いられる。
【００７０】
赤色有機物顔料が含まれたフォトレジストは、液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの作製に用いられており、市販のカラーフィルタ用レジストの一部はそのまま使用できる。また、赤色有機物顔料、樹脂バインダ、重合性モノマ重合開始材、増感剤、溶剤、界面活性剤などの濃度や化合物を必用に応じて調整してもよい。
【００７１】
赤色有機物顔料を用いてなる格子の凹凸部材または充填部材などについては、いずれの場合も、形成（製膜）後の光の吸収特性が以下のように調整されることが好ましい。吸収端の波長は５８０ｎｍから６２０ｎｍまでの範囲にあることが好ましく、吸収端の波長は複素屈折率ｎ＊（λ）＝ｎ（λ）＋ｉ・ｋ（λ）（実数部ｎ（λ）は通常の屈折率、虚数部ｉ・ｋ（λ）のうちｋ（λ）は吸収係数、λは波長）において、波長を減少させていくとき、波長６５０ｎｍ以下で初めてｋ（λ）が０．０１を超える波長λを吸収端と定義する。
【００７２】
ｋ（λ）を０．０１としたのは、ｋ（λ）を０から増加させるときに、０に近くかつ測定誤差より大きくて、明らかに増加傾向が把握できる値であることによる。この吸収端の波長が６２０ｎｍより大きい場合には、吸収損失（透過率の低下）が問題になり、また５８０ｎｍより小さい場合には、６５０ｎｍ波長帯と７９０ｎｍ波長帯との間で大きな波長分散を得ることが困難である。
【００７３】
大きな波長分散を得る観点から、波長の減少とともに吸収係数が急激に増加することが必要である。赤色有機物顔料は波長５５０ｎｍ近傍で吸収極大を有するので、この波長で吸収係数が大きな値であるとよい。本発明の例１、例３、例４、例１０、例１１に用いた有機物顔料の５５０ｎｍにおける吸収係数ｋと６５０ｎｍと７９０ｎｍの屈折率の差（△ｎ）を表１に示した。
【００７４】
【表１】
0004591602.tif 000003
【００７５】
ショット（ＳＣＨＯＴＴ）社の光学ガラスカタログにおいて、波長分散の大きい光学ガラスとしてフリントガラスが記載されている。商品名ＳＦ６やＳＦ５８などのフリントガラスの△ｎは、おのおの０．０１２、０．０１５である。これらの値と比較すると、赤色有機物顔料を用いた表１中でｋ（５５０ｎｍ）が０．０５以下である場合には異常分散効果により△ｎが大きな値を得ているとは言い難い。したがって、波長５５０ｎｍでの吸収係数ｋについては０．０５より大きいことが好ましい。
【００７６】
また、上記の有機物顔料を含むレジストを硬化前にエッチングして格子を作製する方法以外にも、硬化後の部材（膜や蒸着膜）をフォトリソグラフィとエッチング処理により格子を形成してもよく、また、基板表面に形成された格子の凹凸部に有機物顔料を含んだレジストを充填部材として充填してもよい。他の充填部材としては、光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂などが挙げられる。
【００７７】
前述の赤色有機物顔料を含んでいる組成物の△ｎが大きい程、赤色有機物顔料組成物の膜厚が薄くできるため好ましく、△ｎが大きくなると波長６５０ｎｍにおける屈折率も高くなる。このため、光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂としても波長６５０ｎｍにおける屈折率が高いものが好ましく、１.６以上のものが好ましく用いられる。
【００７８】
このような光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂としては、特開平２０００−３０９５８４に記載があるような下記の式１で表される化合物を含んでいる組成物は屈折率が高く、かつ屈折率の波長分散が小さく本用途として好ましく用いることができる。しかし、この化合物に限定されない。
【００７９】
【化１】
0004591602.tif 000004
【００８０】
式中、Ｒ1〜Ｒ６はそれぞれ炭素数１〜１０の炭化水素基または水素を表す。ＸはＳまたはＯを示し、このＳの個数は三員環を構成するＳとＯの合計に対して、５０％以上である。ＹはＯ、Ｓ、ＳｅまたはＴｅを表し、ｐは０〜６、ｑは０〜４の範囲の整数である。
【００８１】
基板表面に格子を形成するには、基板そのものをエッチング処理、金型成型などしてもよいし、また基板に別の光学材料をコーティングなどした後、この光学材料をエッチング処理や金型成型して格子を作製してもよい。また、上記の蒸着などで製膜され有機物顔料もこれに含まれる。
以下、波長選択性回折素子が光ヘッド装置に搭載された場合を説明する。
【００８２】
「光ヘッド装置の第１の実施態様」
図８は本発明の光ヘッド装置の第１の態様を示し、波長選択性回折素子として、ＣＤ用の３ビームを発生する波長選択性回折素子１Ａ（図１）を用いた光ヘッド装置である。このように構成された光ヘッド装置において、２波長用半導体レーザ３（ＤＶＤ系光ディスク用の波長λ１のレーザ光を出射する半導体レーザとＣＤ系光ディスク用の波長λ２のレーザ光を出射する半導体レーザとが一体化されている）から出射した波長λ１の光は、波長選択性回折素子１Ａにより回折されることなく直進透過し、さらにビームスプリッタ４を透過し、コリメートレンズ５により平行光となる。
【００８３】
その後、この平行光は、対物レンズ６により光ディスク７（ＤＶＤ系）の情報記録トラック上に集光される。そして、光ディスク７で反射された光は、再び対物レンズ６およびコリメートレンズ５を透過し、ビームスプリッタ４により反射されて光検出器８の受光面に集光される。
【００８４】
一方、２波長用半導体レーザ３から出射した波長λ２の光は、波長選択性回折素子１Ａにより出射光の一部（例えば、５％〜４０％）が±１次回折光として回折されるが、±１次回折光を含めこの光はさらにビームスプリッタ４を透過し、コリメートレンズ５により平行光にされる。その後、この平行光は対物レンズ６により光ディスク７（ＣＤ系）の情報記録トラック上に、０次回折光および±１次回折光が３ビームとなって集光される。そして、光ディスク７により反射された光は、再び対物レンズ６およびコリメートレンズ５を透過し、ビームスプリッタ４により反射されて、０次回折光および±１次回折光はそれぞれ光検出器８の受光面に集光される。
【００８５】
上記のように、本発明の波長選択性回折素子１Ａを搭載した光ヘッド装置の場合、波長λ１の光は波長選択性回折素子により回折されることなく直進透過するため、効率低下をもたらさずまた迷光も発生しない。したがって、ＤＶＤ系の光ディスクでは、ＤＶＤ系の光検出器（４分割受光面）を用いて、１ビームを使用する位相差法によるトラッキング誤差信号検出、さらに非点収差法による光ディスク面へのフォーカシング誤差信号検出、および記録情報であるピット信号検出が安定して行える。
【００８６】
一方、ＣＤ系の光ディスクでは、ＤＶＤ系と同一の４分割受光面の光検出器８を用いて、非点収差法による光ディスク情報記録面へのフォーカシング誤差信号検出およびピット信号検出が行われる。さらに光検出器における他の２つの受光面で±１次回折光を受光することにより、３ビーム法によるトラッキング誤差信号検出が行われる。
【００８７】
上記の説明では波長選択性回折素子をＣＤ系の波長λ２の光に対する３ビーム法に適用した例について述べたが、情報記録用に用いられる差動プッシュプル法に適用してもよい。またＤＶＤ系の波長λ１の光に対して３ビームを発生する波長選択性回折素子１Ｂを適用しても、１ビームを使用する方法に比べ、より正確なトラッキング誤差検出に有効である。ＤＶＤ系の波長λ１の光とＣＤ系の波長λ２の光に対し、独立に３ビームを発生する波長選択性回折素子１Ｃまたは１Ｄを適用しても、ＣＤ系およびＤＶＤ系それぞれの光ディスクに対し最適な回折格子を設計できる。また、一方の光ディスク用の光が他方の光ディスク用の回折格子により回折され、光量損失が発生することがなく有効である。
【００８８】
また、ＣＤおよびＤＶＤの光ディスク上に情報の記録を行う光ヘッド装置においては、３ビーム発生用回折格子における、０次回折効率と１次回折効率との比の値を１５以上にする場合が多く、この場合、回折効率を任意に設定できるため特に有用である。
なお、波長選択性回折素子の格子ピッチは、素子が用いられる光ヘッド装置の光学系および光ディスクのトラッキング誤差信号検出法に応じて適宜定められる。
【００８９】
「光ヘッド装置の第２の実施態様」
図１０は本発明の光ヘッド装置の第２の態様を示し、波長選択性回折素子１Ｃを、ホログラムビームスプリッタとして用いた光ヘッド装置である。このように構成された光ヘッド装置において、波長λ１および波長λ２の光を出射する２波長用半導体レーザ３から出射した波長λ１の光は、ホログラムビームスプリッタで入射光の約７０％が透過した後、コリメートレンズ５により平行光にされる。その後、この平行光は対物レンズ６により光ディスク７（ＤＶＤ系）の情報記録トラック上に集光される。そして、光ディスク７で反射された光は、再び対物レンズ６およびコリメートレンズ５を透過し、波長選択性ホログラムビームスプリッタにより回折された約１０％の光が、光検出器８の受光面に集光される。
【００９０】
一方、２波長用半導体レーザ３から出射した波長λ２の光も、ホログラムビームスプリッタで出射光の約７０％が透過した後、コリメートレンズ５により平行光にされる。その後、この平行光は対物レンズ６により光ディスク７（ＣＤ系）の情報記録トラック上に集光される。そして、光ディスク７により反射された光は、再び対物レンズ６およびコリメートレンズ５を透過し、ホログラムビームスプリッタにより回折された約１０％の光が、波長λ１の光の検出に用いたのと同一の光検出器８の受光面に集光される。
【００９１】
このように、本発明の波長選択性回折素子１Ｃを搭載した光ヘッド装置の場合、同一の光検出器を用いて、使用波長の異なる光ディスクへの情報の記録および再生を行うことができ、光ヘッド装置の小型化・高特性化を図れる。なお、波長選択性回折素子の格子ピッチはそれが用いられる光ヘッド装置の光学系に応じて適宜定められる。通常、この波長選択性回折素子の格子ピッチは５μｍ以下であるため、格子ピッチが５μｍ以下になっても透過させたい波長の光の透過率が低下することがない本発明の素子は、光の利用効率が高く有用である。また、ＤＶＤ系の光ディスクについては、波長選択性の偏光ホログラムビームスプリッタを対物レンズと一体駆動する構成にしてもよい。
【００９２】
また、図８に示した光ヘッド装置の例では、ビームスプリッタ４が用いられ、２波長用半導体レーザ３（光源ユニット）と光検出器８とが分離された構成とした。しかし、ビームスプリッタ４の代わりに波長選択性ホログラムビームスプリッタを用いて、光ディスクで反射された光を２波長用半導体レーザ（光源ユニット）内の半導体レーザ近傍に配置された、光検出器に集光するように回折させてもよい。この場合、半導体レーザと光検出器とが同一の光源ユニット内に配置されるため光ヘッド装置を小型化できる。
【００９３】
「波長選択性回折素子の第８の実施態様」
図１６に示す本実施態様の波長選択性回折素子１Ｈは、第１の実施態様の波長選択性回折素子において、周辺部のみに回折格子が存在するものである。波長選択性回折素子１Ｈは、格子の凹凸部である回折格子１２Ｈ（凹凸部材からなる）を表面に形成している透明基板１１Ｈと、その間に充填される充填部材１３Ｈとを備える回折素子であり、透明基板１４Ｈで充填部材１３Ｈが保護されている。  波長λ１の光に対しては回折格子１２Ｈと充填部材１３Ｈの屈折率が等しく、波長λ２の光に対しては回折格子１２Ｈと充填部材１３Ｈの屈折率が異なる。
【００９４】
このため、波長λ１の光が回折格子１２Ｈを通過するときには、屈折率が等しいため、回折格子の機能は発生せず直進透過する。一方、波長λ２の光が透過するときには、屈折率が異なるため回折格子として機能し、格子の高さを調節することで波長λ２の光の大部分を回折させることができる。
【００９５】
「光ヘッド装置の第３の実施態様」
図１７は本発明の光ヘッド装置の第３の態様を示し、本発明の波長選択性回折素子１Ｈが、開口制限素子として、コリメートレンズと対物レンズとの間に配置された構成となっている。半導体レーザ３Ａ、３Ｂからの出射光は、波長合成プリズム９により同一光軸上で合成され、ビームスプリッタ４を透過した後に、コリメートレンズ５により平行光となり、開口制限素子である波長選択性回折素子１Ｈに入射する。
【００９６】
λ１の光は開口制限素子の周辺部、中心部で回折されることなく透過し、対物レンズ６によりＤＶＤ系の光ディスク７の情報記録面に焦点を結ぶ（図１７（ａ））。また、λ２の光は開口制限素子の周辺部では回折され、中心部を透過した光のみが、小さい開口数で光ディスク７の情報記録面に集光される（図１７（ｂ））。光ディスクからの反射光は、再び対物レンズ６、開口制限素子（波長選択性回折素子１Ｈ）、コリメートレンズ５を透過した後、ビームスプリッタ４に入射する。このビームスプリッタ４で反射された光は、往路の光軸とは９０°の角度をなす光軸に沿って進行して、光検出器８の受光面に集光される。そして信号光は、この光検出器８で電気信号に変換される。
【００９７】
なお、図１７（ｂ）では省略されているが、開口制限素子により回折されたλ２の光も、光ディスク７の情報記録面に集光され、反射された後、信号光と同様の光路を進行し、光検出器８の受光面から外れた部分に集光される。本発明の波長選択性回折素子が使用されているため、波長λ２の光に対してのみ開口絞りとして機能し、また、回折格子のピッチを小さくしても波長λ１の透過率が落ちないため、格子ピッチを小さくしてλ２の光の回折角度を大きくでき、信号光との分離が容易になり、信号検出用の受光素子に迷光として到達することがなく、従来型の開口制限素子と比較して、安定して情報の記録、再生を行うことができる。
【００９８】
「波長選択性回折素子の第９の実施態様」
図１８に示す本実施態様の波長選択性回折素子１Ｊは、第１の実施態様の波長選択性回折素子において、その凹凸部の形状が、ブレーズド形状または擬似ブレーズド形状になっているものである。（図１８では４レベルの擬似ブレーズド形状であるが、それに限らない）波長選択性回折素子１Ｊは、格子の凹凸部である回折格子１２Ｊ（凹凸部材からなる）を表面に形成している透明基板１１Ｊと、その間に充填される充填部材１３Ｊとを備える回折素子であり、透明基板１４Ｊで充填部材１３Ｊが保護されている。波長λ１の光に対しては回折格子１２Ｊと充填部材１３Ｊの屈折率が等しく、波長λ２の光に対しては回折格子１２Ｊと充填部材１３Ｊの屈折率が異なる。
【００９９】
このため、波長λ１の光が回折格子１２Ｊを通過するときには、屈折率が等しいため、回折格子の機能は発生せず直進透過する。一方、波長λ２の光が透過するときには、屈折率が異なるため回折格子として機能し、凹凸の形状が、ブレーズド形状または、擬似ブレーズド形状であるため、格子の高さｄを調節することで、波長λ２の光の大部分を特定の回折次数に回折させることができる。
【０１００】
「光ヘッド装置の第４の実施態様」
図１９は本発明の光ヘッド装置の第４の態様を示し、本発明の波長選択性回折素子１Ｊが、ビームスプリッタ４と光検出器８との間に、波長選択性偏向素子として配置された構成となっている。２波長用半導体レーザ３の１つの発光点から出射された波長λ１の出射光（図１９（ａ））と、それとは異なる発光点から出射された波長λ２の出射光（図１９（ｂ））は、ビームスプリッタ４を透過した後に、コリメートレンズ５により平行光となり、対物レンズ６により光ディスク７の情報記録面に集光される。
【０１０１】
光ディスク７からの反射光は、再び対物レンズ６、コリメートレンズ５を透過した後、ビームスプリッタ４に入射し、このビームスプリッタ４で反射された光は、往路の光軸とは９０°の角度をなす光軸に沿って進行して、波長選択性偏向素子である波長選択性回折素子１Ｊに入射する。波長選択性偏向素子に入射した波長λ１の光は、波長選択性偏向素子で偏向されることなく透過した後、光検出器８の受光面に集光される（図１９（ａ））。
【０１０２】
一方、波長選択性偏向素子に入射した波長λ２の光は、波長選択性偏向素子である波長選択性回折素子１Ｊで偏向された後、波長λ１の光の検出器８と同一の光検出器の受光面に集光される（図１９（ｂ））。本発明の波長選択性回折素子が使用されているため、波長λ１の光を高い透過率で透過するとともに、波長λ２の光を回折、すなわち偏向させることができ、従来型の波長選択性偏向素子を使用する場合より、安定して情報の記録、再生を行うことができる。
【実施例】
【０１０３】
「例１」
有機物顔料（赤色顔料）を含む赤色レジストＣＦＲＰ−ＲＨ１０１９（東京応化工業社製）を凹凸部材として用いた。この赤色レジストを、スピンコート法によりガラス基板上に均一に厚さ６．０μｍにコーティングし、１００℃で５分間保持した。次に、フォトマスクをガラス基板の赤色レジスト側に配置して紫外線露光した。その後アルカリ現像を行い、２２０℃で６０分間保持した。
【０１０４】
このようにして、図１に示すような回折格子１２Ａを、格子ピッチ６０μｍ、格子高さ６．０μｍとして形成した。凹凸部材は波長５９０ｎｍに吸収端を有し、波長５５０ｎｍにおける吸収係数ｋは０．２１であった。また、屈折率は波長６５０ｎｍにおいて１．６５４、波長７９０ｎｍにおいて１．６２６であり、上記２波長での屈折率の差は０．０２８であった。
【０１０５】
次に重合後の屈折率が波長６５０ｎｍにおいて１．６５６、波長７９０ｎｍにおいて１．６４６であり、屈折率の差が０．０１０であるフォトポリマをモノマの状態で充填部材として格子の凹凸部に充填し、さらに別のガラス基板を積層して、回折格子とフォトポリマを挟み込んだ。その後、モノマに紫外線を照射し重合させて波長選択性回折素子を作製した。
【０１０６】
このようにして作製した素子に波長７９０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が７４％であり、＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がおのおの１０％であった。また、波長６５０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が９２％であり、＋１次回折光、−１次回折光、および高次回折光の回折効率はいずれも０．５％以下であり、本素子は上記２波長の光で波長選択性のある回折機能を示した。
【０１０７】
「例２」
例１で用いたものと同じ赤色レジストを凹凸部材として、スピンコート法によりガラス基板上に均一にコーティングし、例１と同じ温度、時間などの条件で、厚さ６．０μｍの赤色レジスト膜を作製した。このようにして作製した膜の上に、膜厚６０ｎｍのＳｉＯ２膜をスパッタ法により形成し、ＳｉＯ２膜の上にフォトレジストをスピンコート法により塗布した。
【０１０８】
次にフォトマスクをガラス基板のＳｉＯ２膜側に配置して紫外線露光し、その後ドライエッチングを行った。このようにして、図１に示すような回折格子１２Ａを、格子ピッチ４μｍ、格子高さ６．０μｍとして作製した。次に例１において用いたフォトポリマをモノマの状態で充填部材として格子の凹凸部に充填し、さらに回折格子とフォトポリマを別のガラス基板で積層して挟み込んだ。その後、紫外線をガラス基板全面に照射し、モノマを重合させ波長選択性回折素子を作製した。
【０１０９】
このようにして作製した波長選択性回折素子に波長７９０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が７４％で＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がいずれも１０％であった。また、波長６５０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が９２％であり、＋１次回折光、−１次回折光、および高次回折光の回折効率はいずれも０．５％以下であり、本素子は上記２波長の光に対し波長選択性のある回折機能を示した。
【０１１０】
「例３」
有機物顔料（赤色顔料）を含む赤色レジストＡ−００１１（大日本インキ化学工業社製）を用いた。この赤色レジストを凹凸部材として、スピンコート法によりガラス基板上に均一にコーティングした。その後、例１と同様に、１００℃で５分間保持し、ガラス基板全面に紫外線を照射し、２２０度で６０分間保持して、厚さ７．０μｍの膜を作製した。このようにして作製した膜の上に、例２と同様に、ＳｉＯ２膜をスパッタ法により形成し、ＳｉＯ２膜上に塗布したフォトレジストを紫外線露光後ドライエッチングを行った。このようにして、図１に示すような回折格子１２Ａを、格子ピッチ４μｍ、格子高さ７．０μｍとして作製した。
【０１１１】
凹凸部材は波長５８０ｎｍに吸収端を有し、波長５５０ｎｍにおける吸収係数ｋは０．１９であった。屈折率は波長６５０ｎｍにおいて１．６３１、波長７９０ｎｍにおいて１．６０７であり、上記２波長の光での屈折率の差は０．０２４であった。
【０１１２】
次に、重合後の屈折率が波長６５０ｎｍにおいて１．６３２、波長７９０ｎｍにおいて１．６２４であり、両波長における屈折率の差は０．００８であるフォトポリマをモノマの状態で充填部材として格子の凹凸部に充填し、さらに回折格子とフォトポリマを別のガラス基板で積層して挟み込んだ。その後、紫外線をガラス基板全面に照射し、モノマを重合させ波長選択性回折素子を作製した。
【０１１３】
このようにして作製した素子に波長７９０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が７４％で＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がおのおの１０％であった。また、波長６５０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が９２％であり、＋１次回折光、−１次回折光、および高次回折光の回折効率はいずれも０．５％以下であり、本素子は上記２波長の光に対し波長選択性のある回折機能を示した。
【０１１４】
「例４」
赤色有機物顔料としてピグメントレッド１７７を１４．８％（質量基準とする、以下同じ）含む顔料含有液である御国色素社製ＣＦレッドＡＧＲ−０１を７３％、ペンタエリスリトールテトラアクリレート（日本化薬社製ＫＡＹＡＲＡＤ−ＤＰＨＡ）を２２％、プロピレングリコール−１−モノメチルエーテル−２−アセテートを５％混合し混合物を作製した。さらに光重合開始材として、イルガキュア９０７（チバスペシャリティケミカルズ社製）を上記混合物に対して０．７％となるよう混合し組成物を作製した。
【０１１５】
この組成物を凹凸部材としてスピンコート法によりガラス基板上に均一にコーティングし、１００℃で３分間保持した。次に組成物全面に紫外線を照射後、２００℃で６０分間保持し、厚さ５．５μｍの膜を作製した。このようにして作製した膜の上に、膜厚６０ｎｍのＳｉＯ２膜をスパッタ法により形成し、ＳｉＯ２膜の上にフォトレジストをスピンコート法により塗布した。次にフォトマスクをガラス基板のＳｉＯ２膜側に配置して紫外線露光し、その後ドライエッチングを行った。このようにして、図１に示すような回折格子１２Ａを、格子ピッチ４μｍ、格子高さ５．５μｍとして作製した。
【０１１６】
凹凸部材の吸収端の波長は６００ｎｍであり、５５０ｎｍでの吸収係数ｋは０．１０であった。屈折率は波長６５０ｎｍにおいて１．６３６、波長７９０ｎｍにおいて１．６０１であり、上記２波長での屈折率の差は０．０３５であった。
次に重合後の屈折率が波長６５０ｎｍにおいて１．６３８、波長７９０ｎｍにおいて１．６２４であり、２波長における屈折率の差が０．０１４であるフォトポリマをモノマの状態で充填部材として格子の凹凸部に充填し、さらに別のガラス基板を積層して、回折格子とフォトポリマを挟み込んだ。その後、モノマに紫外線を照射し重合させて波長選択性回折素子を作製した。
【０１１７】
このようにして作製した素子に波長７９０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が７４％であり、＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がおのおの１０％であった。また、波長６５０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が９２％であり、＋１次回折光、−１次回折光、および高次回折光の回折効率はいずれも０．５％以下であり、本素子は上記２波長で波長選択性のある回折機能を示した。
【０１１８】
「例５」
例１で用いたものと同じ赤色レジストを、スピンコート法によりガラス基板上に均一にコーティングし、例１と同じ温度、時間などの条件で、厚さ６．０μｍの赤色レジスト膜を作製した。このようにして作製した膜の上に、例２と同様に、ＳｉＯ２膜をスパッタ法により形成し、ドライエッチングを行って、図１に示すような回折格子１２Ａを、格子ピッチ４μｍ、格子高さ４．０μｍとして作製した。
【０１１９】
次に、重合後の屈折率が波長６５０ｎｍにおいて１．６３２、波長７９０ｎｍにおいて１．６２４であり、２波長での屈折率の差が０．００８である、例３で用いたフォトポリマをモノマの状態で充填部材として格子の凹凸部に充填し、さらに回折格子とフォトポリマを別のガラス基板で積層して挟み込んだ。その後、紫外線をガラス基板全面に照射し、モノマを重合させ波長選択性回折素子を作製した。
【０１２０】
このようにして作製した素子に波長６５０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が７２％で＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がおのおの１０％であった。また、波長７９０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が９５％であり、＋１次回折光、−１次回折光、および高次回折光の回折効率はいずれも０．５％以下であり、本素子は上記２波長の光に対し波長選択性のある回折機能を示し、また例２の素子とは異なる波長選択性を示した。
【０１２１】
「例６」
例１で用いたものと同じ赤色レジストを、スピンコート法によりガラス基板上に均一にコーティングし、例１と同じ温度、時間などの条件で、厚さ６．０μｍの赤色レジスト膜を作製した。このようにして作製した膜の上に、例２と同様に、ＳｉＯ２膜をスパッタ法により形成し、ドライエッチングを行って、図１に示すような回折格子１２Ａを、格子ピッチ４μｍ、格子高さ４．０μｍとして作製した。
【０１２２】
次に、重合後の屈折率が波長６５０ｎｍにおいて１．６３２、波長７９０ｎｍにおいて１．６２４であり、２波長での屈折率の差が０．００８であるフォトポリマをモノマの状態で充填部材として格子の凹凸部に充填し、例２で作製した素子を積層し、紫外線をガラス基板全面に照射し、モノマを重合させ波長選択性回折素子を作製した。
【０１２３】
このようにして作製した素子に波長６５０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が７０％で＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がおのおの１０％であった。また、波長７９０ｎｍの半導体レーザを入射光したところ、０次回折光の透過率が７２％で＋１次回折光のおよび−１次回折光の回折効率がおのおの１０％であった。また、いずれの波長の光においても２次以上の高次回折光の回折効率は０．５％以下であった。
【０１２４】
「例７」
本例の２波長用の光ヘッド装置は、例１で作製した波長選択性回折素子が、図８に示す波長選択性回折素子１Ａのように、２波長用半導体レーザ３とビームスプリッタ４との間に配置された構成となっている。本発明の波長選択性回折素子が使用されているため、波長λ１の光を回折させることなく、また波長λ２の光に対してトラッキングエラー検出用の３ビームを発生させることができ、少ない部品点数でＳ／Ｎのよい安定した情報の記録、再生を行うことができた。
【０１２５】
「例８」
本例の２波長用の光ヘッド装置は、例６で作製した波長選択性回折素子が、図１０の示す波長選択性回折素子１Ｃのように、２波長用半導体レーザ３とコリメートレンズ５との間に配置された構成となっている。本発明の波長選択性回折素子が使用されているため、波長λ１の光および波長λ２の光に対して独立にホログラムビームスプリッタを設計することができ、波長λ１および波長λ２のいずれの光も同一の光検出器８の受光面に効率よく集光され、少ない部品点数でＳ／Ｎのよい安定した情報の記録、再生を行うことができた。
【０１２６】
「例９（比較例）」
有機物顔料（黄色顔料）を含む黄色レジストＣＹ−Ｓ６７３Ａ（富士フィルムオーリン社製）を凹凸部材として用いた。この有機物顔料をスピンコート法によりガラス基板上に均一にコーティング後、１００℃で５分間保持した。次にガラス基板全面に紫外線を照射後、２２０℃で６０分間保持し、厚さ６．０μｍの膜を形成した。この膜は波長４８０ｎｍに吸収端を有し、屈折率は波長６５０ｎｍにおいて１．５９０、波長７９０ｎｍにおいて１．５７６であり、上記２波長における屈折率の差は０．０１４であった。
【０１２７】
これに対し、波長５９０ｎｍに吸収端を有する赤色顔料を含む赤色レジストＣＦＲＰ−ＲＨ１０１９（東京応化工業社製）を用いて、同様に形成した膜の場合の上記２波長における屈折率の差は０．０２８であり、黄色レジストの値の２倍であった。
【０１２８】
上記の黄色レジストを使用し、例１と同様の波長選択性回折素子を作製し、波長７９０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が９０であり、＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がおのおの３％であった。回折効率は、赤色レジストＣＦＲＰ−ＲＨ１０１９の場合の１／３の値であった。
【０１２９】
「例１０（比較例）」
赤色レジストＣＦＲＰ−ＲＰ１０３（東京応化工業社製）を凹凸部材として用い、このレジストをスピンコート法によりガラス基板上に均一にコーティングし、９０℃で２分間保持した。次に全面に紫外線を照射後、１９０℃で３０分間保持し、厚さ６．０μｍの膜を作製した。この凹凸部材における吸収端の波長は５８０ｎｍであり、波長５５０ｎｍにおける吸収係数ｋは０．０５であった。屈折率は波長６５０ｎｍにおいて１．５４８、波長７９０ｎｍにおいて１．５３４であり、上記２波長での屈折率差は０．０１４であった。
【０１３０】
これに対し、波長５９０ｎｍに吸収端を有する赤色顔料を含む赤色レジストＣＦＲＰ−ＲＨ１０１９（東京応化工業社製）を用いて、同様に形成した膜の場合の上記２波長における屈折率の差は０．０２８であり、赤色レジストＣＦＲＰ−ＲＰ１０３の２倍であった。
【０１３１】
上記の赤色レジストＣＦＲＰ−ＲＰ１０３を使用し、例１と同様の波長選択性回折素子を作製し、波長７９０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が９０％であり、＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がおのおの３％であった。回折効率は、赤色レジストＣＦＲＰ−ＲＨ１０１９の場合の１／３の値であった。
【０１３２】
「例１１（比較例）」
赤色有機物顔料としてピグメントレッド２０９を１４．７％含む顔料含有液である御国色素社製ＣＦレッドＡＧＲ−０２を７３％、ペンタエリスリトールテトラアクリレート（日本化薬社製ＫＡＹＡＲＡＤ−ＤＰＨＡ）を２２％、プロピレングリコール−１−モノメチルエーテル−２−アセテートを５％混合し混合物を作製した。さらに光重合開始材として、イルガキュア９０７（チバスペシャリティケミカルズ社製）を上記混合物に対して０．７％となるよう混合し組成物を作製した。
【０１３３】
この組成物を凹凸部材としてスピンコート法によりガラス基板上に均一にコーティングし、１００℃で３分間保持した。次に組成物全面に紫外線を照射後、２００℃で６０分間保持し、厚さ６．０μｍの膜を作製した。この凹凸部材における吸収端の波長は５７０ｎｍであり、波長５５０ｎｍでの吸収係数ｋは０．０５であった。屈折率は波長６５０ｎｍにおいて１．６０５、波長７９０ｎｍにおいて１．５９０であり、上記２波長での屈折率の差は０．０１５であった。
【０１３４】
これに対し、波長５９０ｎｍに吸収端を有する赤色顔料を含む赤色レジストＣＦＲＰ−ＲＨ１０１９（東京応化工業社製）を用いて、同様に形成した膜の場合の上記２波長における屈折率の差は０．０２８であり、本例における組成物の値の約２倍であった。
【０１３５】
本例における組成物を使用し、例１と同様の波長選択性回折素子を作製し、波長７９０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が９０％であり、＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がおのおの３％であった。回折効率は、赤色レジストＣＦＲＰ−ＲＨ１０１９の場合の１／３の値であった。
【０１３６】
「例１２」
赤色有機物顔料としてピグメントレッド２５４を１４．７％含む顔料含有液である御国色素社製ＣＦレッドＥＸ−２７３９を８５％、ペンタエリスリトールテトラアクリレート（日本化薬社製ＫＡＹＡＲＡＤ−ＤＰＨＡ）を１２％、プロピレングリコール−１−モノメチルエーテル−２−アセテートを３％混合し混合物を作製した。さらに光重合開始材として、イルガキュア９０７（チバスペシャリティケミカルズ社製）を上記混合物に対して０．２％となるよう混合し組成物を作製した。
【０１３７】
この組成物を凹凸部材としてスピンコート法によりガラス基板上に均一にコーティングし、１００℃で３分間保持した。次に組成物全面に紫外線を照射後、２００℃で６０分間保持し、厚さ４．９μｍ膜を作製した。このようにして作製した膜の上に、膜厚６０ｎｍのＳｉＯ２膜をスパッタ法により形成し、ＳｉＯ２膜の上にフォトレジストをスピンコート法により塗布した。次にフォトマスクをガラス基板のＳｉＯ２膜側に配置して紫外線露光し、その後ドライエッチングを行った。このようにして、図１に示すような回折格子１２Ａを、格子ピッチ４μｍ、格子高さ４．９μｍにして作製した。
【０１３８】
凹凸部材の吸収端の波長は５９０ｎｍであり、５５０ｎｍでの吸収係数ｋは０．２８であった。屈折率は波長６５０ｎｍにおいて１．７０３、波長７９０ｎｍにおいて１．６５６であり、上記２波長での屈折率の差は０．０４７であった。
【０１３９】
次に、式２で表される化合物、ビス（β−エピチオプロピル）スルフィドにテトラブチルアンモニウムブロミドを０．１％添加し、５分間攪拌した後、モノマの状態で充填部材として格子の凹凸部に充填し、さらに別のガラス基板を積層して、回折格子と充填部材を挟み込んだ。その後、１００℃で４時間加熱し充填部材を硬化させた。硬化後の充填部材の屈折率は波長６５０ｎｍにおいて１．７０４であり、７９０ｎｍにおいて１．６９７であった。
【０１４０】
このようにして作製した素子に波長７９０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が７３％であり、＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がおのおの９％であった。また、波長６５０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が９５％であり、＋１次回折光、−１次回折光、および高次回折光の回折効率はいずれも０．５％以下であり、本素子は上記２波長で波長選択性のある回折機能を示した。
【０１４１】
【化２】
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【０１４２】
「例１３」
赤色有機物顔料としてピグメントレッド２５４を１４．７％含む顔料含有液である御国色素社製ＣＦレッドＥＸ−２７３９を９１％、ペンタエリスリトールテトラアクリレート（日本化薬社製ＫＡＹＡＲＡＤ−ＤＰＨＡ）を７％、プロピレングリコール−１−モノメチルエーテル−２−アセテートを２％混合し混合物を作製した。さらに光重合開始材として、イルガキュア９０７（チバスペシャリティケミカルズ社製）を上記混合物に対して０．２％となるよう混合し組成物を作製した。
【０１４３】
この組成物を凹凸部材としてスピンコート法によりガラス基板上に均一にコーティングし、１００℃で３分間保持した。次に組成物全面に紫外線を照射後、２００℃で６０分間保持し、厚さ２．７μｍ膜を作製した。このようにして作製した膜の上に、膜厚６０ｎｍのＳｉＯ２膜をスパッタ法により形成し、ＳｉＯ２膜の上にフォトレジストをスピンコート法により塗布した。次にフォトマスクをガラス基板のＳｉＯ２膜側に配置して紫外線露光し、その後ドライエッチングを行った。このようにして、図２に示すような回折格子１２Ｂを、格子ピッチ４μｍ、格子高さ２．７μｍにして作製した。
【０１４４】
凹凸部材の吸収端の波長は５９０ｎｍであり、５５０ｎｍでの吸収係数ｋは０．２９であった。屈折率は波長６５０ｎｍにおいて１．７５６、波長７９０ｎｍにおいて１．６９５であり、上記２波長での屈折率の差は０．０６１であった。
【０１４５】
次に、実施例１２で用いた充填部材を使用して、同様に格子の凹凸部に充填し、さらに別のガラス基板を積層して、回折格子と充填部材を挟み込んだ。その後、１００℃で４時間加熱し充填部材を硬化させた。硬化後の充填部材の屈折率は波長６５０ｎｍにおいて１．７０４であり、７９０ｎｍにおいて１．６９７であった。
【０１４６】
このようにして作製した素子に波長７９０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が９７％であり、＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がおのおの０．５％以下であった。また、波長６５０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が７０％であり、＋１次回折光、−１次回折光、および高次回折光の回折効率はいずれも１０％であり、本素子は上記２波長の光で波長選択性のある回折機能を示した。
【０１４７】
「例１４」
例１２で用いたのと同じ赤色有機物顔料を含む組成物を凹凸部材として、スピンコート法によりガラス基板上に均一にコーティングし、１００℃で３分間保持した。次に組成物全面に紫外線を照射後、２００℃で６０分間保持し、厚さ１０．０μｍの膜を作製した。このようにして作製した膜の上に、膜厚６０ｎｍのＳｉＯ２膜をスパッタ法により形成し、ＳｉＯ２膜の上にフォトレジストをスピンコート法により塗布した。次にフォトマスクをガラス基板のＳｉＯ２膜側に配置して紫外線露光し、その後ドライエッチングを行った。このようにして、図１６に示すような波長選択性回折素子１２Ｈを、格子ピッチ１０μｍ、格子高さ１０．０μｍにして作製した。この回折素子は、周辺部のみに回折格子が存在するもの（図１２（ｂ）参照）である。
【０１４８】
次に、例１２で用いた充填部材を使用して、同様に格子の凹凸部に充填し、さらに別のガラス基板を積層して、回折格子と充填部材を挟み込んだ。その後、１００℃で４時間加熱し充填部材を硬化させた。このようにして作製した素子に波長６５０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が９５％であり、＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がおのおの０．５％以下であった。また、波長７９０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が１０％であり、本素子は上記２波長の光で波長選択性のある回折機能を示した。
【０１４９】
「例１５」
例１２で用いたのと同じ赤色有機物顔料を含む組成物を凹凸部材として、スピンコート法によりガラス基板上に均一にコーティングし、１００℃で３分間保持した。次に組成物全面に紫外線を照射後、２００℃で６０分間保持し、厚さ１５．０μｍの膜を作製した。このようにして作製した膜の上に、膜厚６０ｎｍのＳｉＯ２膜をスパッタ法により形成し、ＳｉＯ２膜の上にフォトレジストをスピンコート法により塗布した。次にフォトマスクをガラス基板のＳｉＯ２膜側に配置して紫外線露光し、その後ドライエッチングを行った。その後、ＳｉＯ２膜形成からドライエッチングまでの工程を繰り返すことで、図１８に示すような波長選択性回折素子１２Ｊを、格子ピッチ３０μｍ、各段の高さが５．０μｍ、合計高さ１５．０μｍにして作製した。
【０１５０】
次に、例１２で用いた充填部材を使用して、同様に格子の凹凸部に充填し、さらに別のガラス基板を積層して、回折格子と充填部材を挟み込んだ。その後、１００℃で４時間加熱し充填部材を硬化させた。このようにして作製した素子に波長６５０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、０次回折光の透過率が９０％であり、＋１次回折光および−１次回折光の回折効率がおのおの０．５％以下であった。また、波長７９０ｎｍの半導体レーザ光を入射したところ、＋１次回折光の透過率が７５％であり、０次回折光、−１次回折光の回折効率はいずれも０．５％以下であり、本素子は上記２波長で波長選択性のある回折機能を示した。
【０１５１】
「例１６」
本例の２波長用の光ヘッド装置は、例１４で作製した波長選択性回折素子が、図１７に示す波長選択性回折素子１Ｈのように、コリメートレンズ５と対物レンズ６との間に配置された構成となっている。本発明の波長選択性回折素子が使用されているため、波長λ１の光の開口数を変化させることなく、波長λ２の光の開口数を小さくでき、また、回折素子の格子ピッチを小さくしても波長λ１の光の透過率が低下しないため、格子ピッチを小さくして波長λ２の光の回折角度を大きくでき、迷光が少なく、Ｓ／Ｎのよい安定した情報の記録、再生を行うことができた。
【０１５２】
「例１７」
本例の２波長用の光ヘッド装置は、例１５で作製した波長選択性回折素子が、図１９に示す波長選択性回折素子１Ｊのように、ビームスプリッタ４と光検出器８との間に配置された構成となっている。本発明の波長選択性回折素子が使用されているため、波長λ１の光を高い透過率で透過させるとともに波長λ２の光を高い回折効率で回折させることができ、波長λ１および波長λ２のいずれの光も同一の光検出器８の受光面に効率よく集光され、少ない部品点数でＳ／Ｎのよい安定した情報の記録、再生を行うことができた。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
以上説明したように、本発明の波長選択性回折素子を用いれば、特定の波長に対して３ビームを発生する回折格子やホログラムビームスプリッタとして機能する光学素子が実現する。このような波長選択性回折素子を光ヘッド装置に搭載することにより、ＣＤ系とＤＶＤ系の光に対して独立に回折効率や回折角度を設定できるため、おのおのの光学系で最適に光ディスクの情報を検出できる。
【０１５４】
さらに、本発明の波長選択性回折素子を用いた光ヘッド装置では、２波長用半導体レーザの搭載による半導体レーザ数の削減に加えて、さらに装置の部品点数の削減および小型化が実現できるとともに、ＣＤ系光ディスクおよびＤＶＤ系光ディスクの情報の記録および再生において、光利用効率の高い安定した記録および再生性能が実現できる。
【符号の説明】
【０１５５】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｊ：波長選択性回折素子
３：２波長用半導体レーザ
３Ａ，３Ｂ：半導体レーザ
４：ビームスプリッタ
５：コリメートレンズ
６：対物レンズ
７：光ディスク
８、８Ａ、８Ｂ：光検出器
９：波長合成プリズム
１０：３ビーム発生用回折格子
１１：ホログラムビームスプリッタ
１１Ａ、１４Ａ、１１Ｂ、１４Ｂ、１１Ｃ、１６Ｃ、１７Ｃ、１１Ｄ、１５Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ：透明基板
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ，１５Ｃ、１２Ｄ、１４Ｄ：回折格子
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１４Ｃ、１３Ｄ：充填部材
１２Ｅ、１２Ｆ、１１Ｇ：位相板
【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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