(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な第１の反射面と第２の反射面とを有し、前記第１の反射面に波長分離膜および第１の回折格子が形成され、前記第２の反射面に第２の回折格子が形成され、前記第１の反射面に入射する任意の２波長の光のうちの一方が、前記第１の反射面に形成された前記波長分離膜で反射されるとともに前記第１の回折格子により反射回折され、他方は前記波長分離膜を透過し、且つ前記第１の回折格子では実質的に反射回折されず、前記第２の反射面で反射されるとともに前記第２の回折格子により反射回折される光学素子。
【請求項２】
第１のレーザ光および前記第１のレーザ光とは波長が異なり、且つ前記第１のレーザ光に平行な第２のレーザ光を出射する発光部と、前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光に関する光路上に配置された光学素子と、受光部とを有し、前記光学素子は前記第１のレーザ光を反射し、且つ前記第２のレーザ光を透過させる第１の反射面と、前記第２のレーザ光を反射し、且つ前記第１の反射面に平行な第２の反射面とを有し、前記第１の反射面に波長分離膜および第１の回折格子が形成され、前記第２の反射面に第２の回折格子が形成され、前記第１のレーザ光は、前記第１の反射面に形成された前記波長分離膜で反射される際に前記第１の回折格子により反射回折され、前記第２のレーザ光は、前記波長分離膜を透過する際には実質的に反射回折されず、前記第２の反射面で反射される際に前記第２の回折格子により反射回折され、前記受光部は反射回折された第１のレーザ光および第２のレーザ光の光路上に配置される光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンパクトディスク（ＣＤ）、追記型コンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）などの光ディスク、光磁気ディスクを初めとする光記録媒体に光を照射して再生、または記録かつ再生を行う光ピックアップ装置等の光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置には様々な規格があり、装置により異なる波長のレーザ光を利用している。例えば、ＣＤ装置では波長７８０ｎｍのレーザ光を、ＤＶＤ装置では６３５ｎｍまたは６５０ｎｍ等のレーザ光を利用しており、さらには波長４００〜４５０ｎｍの青色レーザ光を利用した光ディスク装置の開発も進んでいる。一方で光ディスク装置の小型・省スペース化のために、同一の記録装置または再生装置で複数種類の光記録媒体を記録または再生することが要求されており、例えば波長偏光フィルタ等の光学素子を用いて複数種類の光記録媒体を記録・再生することができる光ピックアップ装置が特開平１０−３２０８１５号公報等に提案されている。
【０００３】
以下、図７を用いて従来の光学ピックアップ装置の構成を説明する。第１の波長を有するレーザ光（例えばＣＤ用の波長７８０ｎｍのレーザ光）は第１の受発光素子１０２に搭載されている半導体レーザ素子（図示せず）から出射され、コリメータレンズ１１１により拡がり角を調整され、波長偏光フィルタ１１３を透過した後、対物レンズ３３により光記録媒体４１の所定の位置に集束される。
【０００４】
光記録媒体４１からの反射光は再び対物レンズ３３、波長変更フィルタ１１３を透過した後、コリメータレンズ１１１と受発光素子モジュール１０１に搭載されているホログラム素子もしくはマイクロプリズム（図示せず）等の光学素子１０３により出射光と分離され受発光素子１０２上の受光素子（図示せず）に導かれる。
【０００５】
受光素子で検出された信号は、記録信号、トラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号に演算され、これらのエラー信号をもとにフォーカスアクチュエータ３４およびトラッキングアクチュエータ３５により対物レンズ３３を保持しているレンズホルダー３２が移動し、ビームスポットが常に最適になるように調整される。
【０００６】
一方、第２の波長を有するレーザ光（例えばＤＶＤ用の波長６５０ｎｍのレーザ光）は第２の受発光素子１０５に搭載されている半導体レーザ素子（図示せず）から出射され、コリメータレンズ１１２により拡がり角を調整され、波長偏光フィルタ１１３により９０°反射され、第１のレーザ光に対し平行な光路に導かれた後、対物レンズ３３により光記録媒体４１の所定の位置に集束される。
【０００７】
光記録媒体４１からの反射光は再び対物レンズ３３を通り、波長変更フィルタ１１３にて９０°反射された後、コリメータレンズ１１２と受発光素子モジュール１０４に搭載されているホログラム素子もしくはマイクロプリズム等の光学素子１０６により出射光と分離され受発光素子１０５上の受光素子（図示せず）に導かれる。
【０００８】
受光素子で検出された信号は、第１のレーザ光と同様に記録信号、トラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号に演算され、これらのエラー信号をもとにビームスポットが常に最適になるように調整される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の光ピックアップ装置は光学素子を２軸で構成するために、光学系の小型化ひいては光学装置の小型化が難しかった。従って光学系を１軸で構成するために例えば、２種類の半導体レーザ素子と受光素子とを一体の受発光装置として構成することが考えられるが、その場合出射光と反射光とを分離するための光学素子を共通に用いなければならず、受発光装置および光学素子の設計が非常に難しかった。
【００１０】
上記課題に鑑み本発明は、光学系を簡単に１軸で構成することができる光学素子を提供し、さらにそれを用いて構成した、光ピックアップ装置等の光学装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の光学素子は、第１の反射面と第２の反射面とを有し、前記第１の反射面に波長分離膜が形成され、前記第１の反射面と前記第２の反射面の少なくとも一方に回折格子が形成されたものである。
【００１２】
この構成により、第１の反射面と第２の反射面の一方に回折格子が形成されているので、上記光学素子に２種類の波長のレーザ光が照射された場合、一方の波長のレーザ光にのみ回折効果を与えることが可能となり、さらには２つの反射面の両方に回折格子を形成することにより、上記光学素子に２種類の波長のレーザ光が照射された場合、それぞれの波長のレーザ光に異なる回折効果を与えることが可能となる。
【００１３】
本発明の光学装置は、第１のレーザ光および前記第１のレーザ光とは波長の異なる第２のレーザ光を出射する発光部と、前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光に関する光路上に配置された光学素子とを有し、前記光学素子は前記第１のレーザ光を反射する第１の反射面と前記第２のレーザ光を反射する第２の反射面とを有し、前記第１の反射面に波長分離膜が形成され、前記第１の反射面と前記第２の反射面との少なくとも一方に回折格子が形成されたものである。
【００１４】
この構成により、第１の反射面に波長分離膜が形成されているので、第１のレーザ光を光学素子の第１の反射面で選択的に反射させ、第２のレーザ光を第２の反射面で選択的に反射させるようにすることができるとともに、第１の反射面と第２の反射面との少なくとも一方に回折格子が形成されているので第１のレーザ光と第２のレーザ光とに異なる回折効果を与えることができる。
【００１５】
本発明の光学装置は、かかる構成につき、第１のレーザ光と第２のレーザ光とが互いに平行で、第１の反射面と第２の反射面とが互いに平行であることにより、第１のレーザ光が第１の反射面で反射した後の光路と、第２のレーザ光が第２の反射面で反射した後の光路を平行にすることができる。このため、第１のレーザ光用と第２のレーザ光用とに使用される対物レンズ等の光学部品を共用することができる。
【００１６】
本発明の光学装置は、かかる構成につき、波長分離膜が第１の波長範囲の光を反射し、第２の波長範囲の光を透過することにより、第１のレーザ光が第１の反射面で反射し第２の反射面に到達しないため、第１の反射面においては第１のレーザ光のみ反射および回折させ、第２の反射面においては第２のレーザ光のみ反射および回折させることができる。
【００１７】
本発明の光学装置は、かかる構成につき、第１の反射面に回折格子が形成された光学素子を有し、第１のレーザ光および前記第２のレーザ光が前記光学素子の前記第１の反射面側から照射され、かつ前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光のどちらか一方が前記第１の反射面を透過もしくは反射する際に前記回折格子により回折されないことにより、第１のレーザ光と第２のレーザ光が第１の反射面を透過もしくは反射する際に、どちらか一方は回折効果を受けず、もう一方が回折効果を受けるようにすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１９】
なおこれらの実施の形態において、第１のレーザ光を波長６５０ｎｍの赤色レーザ光、第２のレーザ光を７８０ｎｍの赤外レーザ光としたがこの限りではなく、第１のレーザ光および第２のレーザ光は、例えば７８０〜８２０ｎｍの赤外レーザ光、６３５〜６８０ｎｍの赤色レーザ光、３５０〜５００ｎｍの青色レーザ光のいずれか２つであれば良い。
【００２０】
（実施形態１）
本発明の実施の形態１に係る光学素子について説明する。
【００２１】
図１において光学素子は以下のように構成される。まずシリコンなどの基板２の表面にフォトリソグラフィー等により所定の回折格子を形成し第２の反射面６とした後、ＳｉＯ2などの透明膜３を平坦に形成し再度フォトリソグラフィー等の技術を用いて所定の回折格子を形成することにより第１の反射面５とする。
【００２２】
さらにその上に、ＺｎＳ、ＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＭｇＦ2などの誘電体を所定の膜厚に積層した多層膜を形成し、例えば図２のような透過率（反射率）特性を有する波長分離膜４を形成する。このとき、λ1、λ2は本発明の光学素子に入射される異なる２つのレーザ光の波長であり、ここでは第１のレーザ光７の波長をλ1、第２のレーザ光８の波長をλ2とする。また波長分離膜４における第１のレーザ光７の反射率はＲ1で表され、第２のレーザ光８の透過率はＴ2で表される。これにより波長分離膜４において光学素子に入射されるレーザ光のうち、第１のレーザ光の大部分は反射され第２のレーザ光の大部分は透過することになる。
【００２３】
このとき第１の反射面に形成された第１の回折格子によって、第１のレーザ光７および第２のレーザ光８のいずれも回折格子の影響を受ける。しかしながら本発明の光学素子においては、透明膜の屈折率ｎ1および第１の回折格子の溝深さｄ1を調整することにより、例えば第１のレーザ光に回折格子の影響を強く与え、第２のレーザ光に回折格子の影響をほとんど与えないようにすることができる。以下図３を用いて説明する。
【００２４】
図３は第１の反射面５における第１のレーザ光７および第２のレーザ光８の回折効率を計算したものである。今第１の反射面に第１のレーザ光および第２のレーザ光が角度θ0で入射し、第１のレーザ光の大部分が反射し、第２のレーザ光の大部分が透過するとする。このとき第１のレーザ光は回折格子による光路長の差
ΔＬ≒２・（ｄ1／ｃｏｓθ0）・ｎ0        （式１）
による位相差（＝２π・ΔＬ／λ1）が発生し回折光が発生する。また第２のレーザ光は透明膜３内での角度がθ1になるとすると、光路長の差
ΔＬ≒｛（ｎ1／ｃｏｓθ1）−（ｎ0／ｃｏｓθ0）｝・ｄ1    （式２）
による位相差（＝２π・ΔＬ／λ2）により回折光が発生する。
【００２５】
図３にデューティ比（溝幅／回折格子周期）０．５、屈折率ｎ1＝１．５２、第１のレーザ光の波長λ1＝６５０ｎｍ、第２のレーザ光λ2＝７８０ｎｍ、角度θ0=４５°における、０次光回折効率の回折格子深さ依存性（ａ）、±１次光回折効率の回折格子深さ依存性（ｂ）を示す。第１のレーザ光の目的とする回折効率はおよそ０次光ξ0で６５〜７５％、±１次光ζ1で１０〜１５％であるから、例えば回折格子深さを０．０４４μｍとすると０次光６８％、±１次光１３％となる。このとき第２のレーザ光に係る０次光の回折効率は９９％以上となりほとんど回折されない。したがって、第１の反射面においては、第１のレーザ光のみ回折されることになる。
【００２６】
さらに、第１の反射面を透過した第２のレーザ光は第２の反射面に到達し反射される。第２の反射面に形成された回折格子において第２のレーザ光は光路長の差
ΔＬ≒２・（ｄ2／ｃｏｓθ1）・n1      （式３）
による位相差（＝２π・ΔＬ／λ2）が発生し回折光が発生する。このときｄ2は第２の反射面に形成された回折格子の溝深さであり、第２の反射面の回折格子における第２のレーザ光の回折効率−回折格子深さ依存性を図４（ａ）（ｂ）に示す。（ａ）は０次光の、（ｂ）は±１次光の特性図である。回折格子の溝深さｄ2を例えば０．０４４μｍにすることにより、０次光を６８％、１次光を１３％とすることができる。このとき第１のレーザ光は第２の反射面にほとんど到達しないためほとんど影響を受けない。
【００２７】
以上の原理により、第１のレーザ光の大部分が第１の反射面で反射・回折され、第２のレーザ光の大部分が第２の反射面で反射・回折される。
【００２８】
さらに、第１の反射面における第２のレーザ光に関する０次光回折効率が９６％以上であれば、光学素子を第２のレーザ光が往復しても８５％以上の光が利用できることになる。
【００２９】
さらにこのとき、波長分離膜４の特性においてＲ1を９２％以上、Ｔ2を９６％以上とすることにより、レーザ光が光学素子を往復して８５％以上の光を利用することができる。
【００３０】
以上のことから、第１のレーザ光が第１の反射面で反射・回折され、第２のレーザ光が第２の反射面で反射・回折されるようにすることができる。
【００３１】
（実施形態２）
次に本発明の実施の形態２に係る光学装置の一例である光ピックアップ装置について説明する。図５は本発明の光学装置を説明する構成図であり、図６は図５の光学装置の構成部品である光学素子１と受発光素子モジュール３０を詳しく説明する部分拡大斜視図である。
【００３２】
まず図６を用いて光学素子１と受発光素子モジュール３０の構成を説明する。受発光素子モジュール３０は、２つの異なる波長を出射する半導体レーザ素子５１、５２が受光素子基板６０に搭載され、さらに受光素子基板６０が収納容器６５に収納されることにより構成される。受光素子基板６０には受光素子６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂが形成され、さらにエッチング等により４５°ミラーが形成される。第１の半導体レーザ素子５１と第２の半導体レーザ素子５２はその出射光が４５°ミラーにより９０°反射されるように配置される。なお半導体レーザ素子５１、５２の代わりに一つの半導体レーザ素子から２つの異なる波長のレーザ光が出射されるものを用いても良い。光学素子１は、第１および第２の半導体レーザ素子から出射され４５°ミラーにより９０°方向に反射される第１のレーザ光７、第２のレーザ光８をさらに９０°方向に反射するように配置される。
【００３３】
光記録媒体４１に合わせて受発光素子モジュール３０から出射された第１のレーザ光７および第２のレーザ光８のいずれか一方は、図５に示すように光学素子１により反射された後、コリメータレンズ３１により拡がり角を調整され、さらに対物レンズ３３により光記録媒体４１の所定の位置に集束される。光記録媒体４１からの反射光は再び対物レンズ３３、コリメータレンズ３１を通り、光学素子１で９０°方向に反射される。このとき光学素子１は図１のような構成をしており、レーザ光が第１のレーザ光である場合反射光の８０％以上は光学素子１の第１の反射面で反射・回折される。そして±１次回折光は受光素子６１ａおよび６１ｂで受光され、所定の情報記録信号もしくはトラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号に計算される。
【００３４】
一方、レーザ光が第２のレーザ光である場合、反射光の８０％以上は光学素子１の第２の反射面で反射・回折される。そして、±１次回折光は受光素子６２ａおよび６２ｂで受光され、所定の情報記録信号もしくはトラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号に計算される。
【００３５】
このとき、光学素子１の第１の反射面と第２の反射面に形成される回折格子をそれぞれのレーザ光に合わせて設計することにより、受光素子６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを簡単に設計することができ、さらには４つの受光素子の一部を共用した構成も可能となる。これにより、受光素子基板の小型化が図れる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学素子を用いることにより、従来２軸で構成していた光学装置の光学系を１軸の光学系で簡単に構成することができ、光学装置の小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる光学素子の断面図
【図２】同光学素子波長分離膜の透過特性（あるいは反射特性）を示す特性図
【図３】（ａ）同光学素子の第１の反射面における０次光の回折効率特性を示す特性図
（ｂ）同光学素子の第１の反射面における±１次光の回折効率特性を示す特性図
【図４】（ａ）同光学素子の第２の反射面における０次光の回折効率特性を示す特性図
（ｂ）同光学素子の第２の反射面における±１次光の回折効率特性を示す特性図
【図５】本発明の実施の形態２に係る光学装置の構成図
【図６】同光学装置を構成する光学素子および受発光素子モジュールの部分拡大斜視図
【図７】従来の光学ピックアップ装置の構成図
【符号の説明】
１  光学素子
２  基板
３  透明膜
４  波長分離膜
５  第１の反射面
６  第２の反射面
７  第１のレーザ光
８  第２のレーザ光
１０  第１の反射光
１０ａ、２０ａ  ０次回折光
１０ｂ、２０ｂ  １次回折光
１０ｃ、２０ｃ  −１次回折光
２０  第２の反射光
３０  受発光素子モジュール
３１  コリメータレンズ
３２  レンズホルダー
３３  対物レンズ
３４  フォーカスアクチュエータ
３５  トラッキングアクチュエータ
４０  筐体
４１  光記録媒体
５１  第１の半導体レーザ素子
５２  第２の半導体レーザ素子
６０  受光素子基板
６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ  受光素子
６５  収納容器
【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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