(57)【要約】  本発明は、透光性を有する透明基板と、この透明基板上に形成され一方向に伸張する凹凸形状が周期的に形成された凹凸部と、この凹凸部の少なくとも凹部を埋めるように充填された充填部とを備えて、互いに異なる複数の波長を有する入射光が入射される波長選択回折素子において、前記凹凸部及び前記充填部は、それぞれ、第１の光学的等方性材料及び第２の光学的等方性材料から形成され、前記第１の光学的等方性材料及び前記第２の光学的等方性材料は、共に前記入射光の波長の光を吸収せず、前記入射光の互いに異なる複数の波長のうちの少なくとも１つの波長である第１の波長を有する光に対して同じ屈折率を有し、前記第１の波長とは異なる少なくとも１つの波長である第２の波長を有する光に対して異なる屈折率を有する波長選択回折素子を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する透明基板と、この透明基板上に形成され一方向に伸張する凹凸形状が周期的に形成された凹凸部と、この凹凸部の少なくとも凹部を埋めるように充填された充填部とを備えて、互いに異なる複数の波長を有する入射光が入射される波長選択回折素子において、
前記凹凸部及び前記充填部は、それぞれ、第１の光学的等方性材料及び第２の光学的等方性材料から形成され、前記第１の光学的等方性材料及び前記第２の光学的等方性材料は、共に前記入射光の波長の光を吸収せず、前記入射光の互いに異なる複数の波長のうちの少なくとも１つの波長である第１の波長を有する光に対して同じ屈折率を有し、前記第１の波長とは異なる少なくとも１つの波長である第２の波長を有する光に対して異なる屈折率を有する波長選択回折素子。
【請求項２】
前記凹凸部及び前記充填部は、光の吸収端波長が互いに異なる材料によって形成された請求項１に記載の波長選択回折素子。
【請求項３】
前記入射光の互いに異なる複数の波長のうち、前記第１の光学的等方性材料及び前記第２の光学的等方性材料とが異なる屈折率を有する波長λｉを有する光に対する前記第１の光学的等方性材料の屈折率及び前記第２の光学的等方性材料の屈折率との差をΔｎとすると、ｄ（Δｎ）／ｄλｉをΔｎで除算した値の絶対値が０．０５／ｎｍ以下である請求項１又は２に記載の波長選択回折素子。
【請求項４】
前記互いに異なる複数の波長を有する光の波長をλ１、λ２及びλ３とするとき、前記凹凸部及び前記充填部は、前記波長λ１を有する光に対して異なる屈折率を有し、前記波長λ２を有する光及び前記波長λ３を有する光に対して同じ屈折率を有する請求項１から３までのいずれか１項に記載の波長選択回折素子。
【請求項５】
前記互いに異なる複数の波長を有する光の波長をλ１、λ２及びλ３とするとき、前記凹凸部及び前記充填部は、前記波長λ１を有する光に対して同じ屈折率を有し、前記波長λ２を有する光及び前記波長λ３を有する光に対して異なる屈折率を有する請求項１から３までのいずれか１項に記載の波長選択回折素子。
【請求項６】
前記凹凸部と前記充填部とが、前記入射光が入射する領域である有効領域の一部のみに設置されている請求項１から５までのいずれか１項に記載の波長選択回折素子。
【請求項７】
前記凹凸部と前記充填部とが前記透明基板の前記入射光が入射する領域である有効領域内に同心円状に形成されていて、前記凹凸部の周期が中心部から外周部に近づくほど小さい請求項１から５までのいずれか１項に記載の波長選択回折素子。
【請求項８】
互いに異なる複数の波長を有する入射光を出射する光源と、前記光を光ディスクの記録層に集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの反射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置において、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路上、又は前記対物レンズと前記光検出器との間の光路上に、請求項１から７までのいずれか１項に記載の波長選択回折素子が設置されている光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに異なる複数の波長の光を選択的に回折する波長選択回折素子及び光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の波長選択回折素子は、ガラス基板と、ガラス基板上に周期的に形成された誘電体物質とを備え、入射された第１波長の入射光に対しては、誘電体物質がガラス基板上にある部分とない部分との光路差長が第１波長の整数倍に設定されることによって第１波長の入射光を透過させ、入射された第２波長の入射光に対しては、前述の光路差長が第２波長の非整数倍に設定されることによって第２波長の入射光を回折させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
しかしながら、特許文献１に示された波長選択回折素子では、第１波長の入射光に対して光路長差を第１波長の整数倍にする条件が、第２波長の入射光に対する設計の自由度を狭めるため、回折効率選択の自由度が狭まるという課題があり、この課題を解決するものとして例えば特許文献２に示すような波長選択回折素子が提案されている。【０００４】
特許文献２に示された波長選択回折素子は、周期的凹凸状の格子が表面に形成された透明基板と、格子の凹凸部に充填された充填部材とを備え、格子の凹凸部を形成する凹凸部材及び充填部材のいずれかが第１波長よりも短い波長域に光の吸収端を有する有機物顔料を含み、凹凸部材と充填部材とが、第１波長及び第２波長のいずれか一方の波長の光に対しては同じ屈折率を有することにより第１波長及び第２波長のいずれか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することにより他方の波長の光を回折するようになっている。なお、特許文献２には、５８０ｎｍ〜６００ｎｍの波長域に光の吸収端を有する有機物顔料が開示されている。
【特許文献１】特開平４−１２９０４０号公報
【特許文献２】特開２００２−３１８３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に示された従来の波長選択回折素子では、凹凸部材の吸収端の波長が５８０ｎｍ〜６００ｎｍである有機物顔料を用いているので、ＤＶＤ及びＣＤにそれぞれ用いられる６５０ｎｍ帯及び７９０ｎｍ帯の光には対応することができるが、例えば４０５ｎｍ帯の青色レーザ光が用いられる次世代ＤＶＤにおいては青色レーザ光が凹凸部材に吸収されてしまうこととなり、次世代ＤＶＤ、ＤＶＤ及びＣＤで用いられる３つの波長の光を選択的に回折することができないという課題があった。【０００６】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、従来のものよりも広範な波長域の光を選択的に回折することができる波長選択回折素子及び光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の波長選択回折素子は、透光性を有する透明基板と、この透明基板上に形成され一方向に伸張する凹凸形状が周期的に形成された凹凸部と、この凹凸部の少なくとも凹部を埋めるように充填された充填部とを備えて、互いに異なる複数の波長を有する入射光が入射される波長選択回折素子において、前記凹凸部及び前記充填部は、それぞれ、第１の光学的等方性材料及び第２の光学的等方性材料から形成され、前記第１の光学的等方性材料及び前記第２の光学的等方性材料は、共に前記入射光の波長の光を吸収せず、前記入射光の互いに異なる複数の波長のうちの少なくとも１つの波長である第１の波長を有する光に対して同じ屈折率を有し、前記第１の波長とは異なる少なくとも１つの波長である第２の波長を有する光に対して異なる屈折率を有する構成を備えている。【０００８】
この構成により、本発明の波長選択回折素子は、互いに異なる複数の波長を有する入射光を吸収することなく選択的に回折することができるので、特定の波長域の光が吸収される従来のものよりも広範な波長域の光を選択的に回折することができる。【０００９】
また、本発明の波長選択回折素子は、好ましくは、前記凹凸部及び前記充填部が、光の吸収端波長が互いに異なる材料によって形成された構成を備えている。【００１０】
この構成により、本発明の波長選択回折素子は、入射光の互いに異なる複数の波長のうちの少なくとも１つの波長を有する光に対して同じ屈折率を有し、前記の波長とは異なる少なくとも１つの波長を有する光に対して異なる屈折率を有することとなる。【００１１】
さらに、本発明の波長選択回折素子は、好ましくは、前記入射光の互いに異なる複数の波長のうち、前記第１の光学的等方性材料及び前記第２の光学的等方性材料とが異なる屈折率を有する波長λｉを有する光に対する前記第１の光学的等方性材料の屈折率及び前記第２の光学的等方性材料の屈折率との差をΔｎとすると、ｄ（Δｎ）／ｄλｉをΔｎで除算した値の絶対値が０．０５／ｎｍ以下である構成を備えている。【００１２】
この構成により、本発明の波長選択回折素子は、凹凸部と充填部との間の屈折率差の変動比を抑制することができるので、互いに異なる複数の波長の光を選択的に回折する動作の安定化を図ることができる。【００１３】
さらに、本発明の波長選択回折素子は、好ましくは、前記互いに異なる複数の波長を有する光の波長をλ１、λ２及びλ３とするとき、前記凹凸部及び前記充填部は、前記波長λ１を有する光に対して異なる屈折率を有し、前記波長λ２を有する光及び前記波長λ３を有する光に対して同じ屈折率を有する構成を備えている。【００１４】
この構成により、本発明の波長選択回折素子は、波長λ１の光を回折し、波長λ２及びλ３の光を透過するので、特定の波長域の光が吸収される従来のものよりも広範な波長域の光を選択的に回折することができる。【００１５】
さらに、本発明の波長選択回折素子は、好ましくは、前記互いに異なる複数の波長を有する光の波長をλ１、λ２及びλ３とするとき、前記凹凸部及び前記充填部は、前記波長λ１を有する光に対して同じ屈折率を有し、前記波長λ２を有する光及び前記波長λ３を有する光に対して異なる屈折率を有する構成を備えている。【００１６】
この構成により、本発明の波長選択回折素子は、波長λ１の光を透過し、波長λ２及びλ３の光を回折するので、特定の波長域の光が吸収される従来のものよりも広範な波長域の光を選択的に回折することができる。【００１７】
さらに、本発明の波長選択回折素子は、好ましくは、前記凹凸部と前記充填部とが、前記入射光が入射する領域である有効領域の一部のみに設置されている構成を備えている。【００１８】
この構成により、本発明の波長選択回折素子は、有効領域のうち、凹凸部と充填部とが形成された一部の領域において、例えば波長λ１の光を回折し、波長λ２及びλ３の光を透過するので、特定の波長の光を有効領域の一部のみ減光し又は遮光することができる。【００１９】
さらに、本発明の波長選択回折素子は、好ましくは、前記凹凸部と前記充填部とが前記透明基板の前記入射光が入射する領域である有効領域内に同心円状に形成されていて、前記凹凸部の周期が中心部から外周部に近づくほど小さい構成を備えている。【００２０】
この構成により、本発明の波長選択回折素子に対して、互いに異なる複数の波長を有する入射光のうち、特定波長の光を集光または発散させ特定波長以外の波長の光を直進透過させる機能を持たせたり、特定波長の光の一部を選択的に回折して集光し、特定波長の残りの部分および特定波長以外の波長の光を直進透過させる機能を持たせることができる。【００２１】
本発明の光ヘッド装置は、互いに異なる複数の波長を有する入射光を出射する光源と、前記光を光ディスクの記録層に集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの反射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置において、前記光源と前記対物レンズとの間の光路上、又は前記対物レンズと前記光検出器との間の光路上に波長選択回折素子が設置されている構成を備えている。【００２２】
この構成により、本発明の光ヘッド装置は、波長選択回折素子が、互いに異なる複数の波長の波長を有する光を選択的に回折するので、特定の波長域の光が吸収される従来のものよりも広範な波長域の光を選択的に回折することができ、光記憶媒体の互換性の広範化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、従来のものよりも広範な波長域の光を選択的に回折することができるという効果を有する波長選択回折素子及び光ヘッド装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る波長選択回折素子によって波長λ１の入射光が回折される状態を示す概念図  （ｂ）本発明の第１の実施の形態に係る波長選択回折素子によって波長λ２又はλ３の入射光が透過される状態を示す概念図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る波長選択回折素子において、凹凸部及び充填部に入射する入射光の波長と透過率との関係を示す図
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る波長選択回折素子の透過率の測定結果を示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を示す概念図
【図５】（ａ）本発明の第２の実施の形態に係る波長選択回折素子によって波長λ１の入射光が透過される状態を示す概念図  （ｂ）本発明の第２の実施の形態に係る波長選択回折素子によって波長λ２又はλ３の入射光が回折される状態を示す概念図
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る波長選択回折素子において、凹凸部及び充填部に入射する入射光の波長と透過率との関係を示す図
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る波長選択回折素子の回折効率の計算機シミュレーション結果を示す図
【図８】（ａ）本発明の第３の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成を示す平面図  （ｂ）本発明の第３の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成を示す断面図
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を示す概念図
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る波長選択回折素子によって波長λ１の入射光が回折され、波長λ２及びλ３の入射光が透過する状態を示す概念図
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る波長選択回折素子の概略平面図
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を示す概念図
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係る波長選択回折素子によって発生する光検出器上のスポット形状の概念図
【図１４】（ａ）本発明の第５の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成を示す平面図  （ｂ）本発明の第５の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成を示す断面図
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を示す概念図
【図１６】本発明の第５の実施の形態に係る波長選択回折素子によって波長λ１の入射光を直進透過および回折させて、カバー層厚みやＮＡ（開口数）が異なる光ディスクに対して記録・再生する状態を示す概念図
【符号の説明】
【００２５】
１０、２０、３０、４０、５０  波長選択回折素子
１１、１２、２１、２２、５１、５２  透明基板
１３、２３、５３  凹凸部
１４、２４、５４  充填部
３１  格子パターン
４１  格子領域
１００、３００、４００、５００  光ヘッド装置
１０１、３０１、４０１、５０１  光源
１０２、３０２、４０２、５０２  ビームスプリッタ
１０３、３０３、４０３、５０３  コリメータレンズ
１０４、３０４、４０４、５０４  対物レンズ
１０５、３０５、４０５、５０５  光検出器
１１０、３１０、４１０、５１０、５１０ａ、５１０ｂ  光ディスク
１１１、３１１、５１１、５１１ａ、５１１ｂ  記録層
４０５ａ  受光部
４０６  所望の記録層からの反射光によるスポット
４０７  広がったスポット
４０８  遮光部
４１１  第１の記録層
４１２  第２の記録層
４２０  回折素子
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。【００２７】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成について説明する。なお、本実施の形態に係る波長選択回折素子をＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）又はＨＤ  ＤＶＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  ＤＶＤ）と、ＤＶＤ及びＣＤとの規格に対応させる例を挙げて説明する。以下の記載において、ＢＤ又はＨＤ  ＤＶＤを単に「ＢＤ等」という。また、ＢＤ等、ＤＶＤ及びＣＤの記録再生に用いられる光の波長をそれぞれλ１、λ２及びλ３で表す。ここで、波長λ１、λ２及びλ３の光は、それぞれ、波長４０５ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯の光である。なお、波長４０５ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯とは、それぞれ、４０５±１５ｎｍ、６６０±１５ｎｍ及び７８０±２０ｎｍの波長範囲をいう。【００２８】
図１に示すように、本実施の形態に係る波長選択回折素子１０は、一対の透明基板１１及び１２と、透明基板１１上に形成され、一方向に伸張する凹凸形状が周期的に形成された凹凸形状を有する凹凸部１３と、凹凸部１３の少なくとも凹部を埋めるように充填された充填部１４とを備えている。【００２９】
基板面内における前記凹凸部１３が伸張する方向は、互いに平行としてもよく、あるいは同心円状としてもよい。前記凹凸部１３すなわち格子の断面形状は、矩形、鋸歯形状あるいは所望の鋸歯形状を階段状に近似した形状を用いることができる。また基板面に対して入射光が入射する有効領域の全面に同様の格子を形成してもよいが、基板面内を分割し、分割した部位により格子の伸張方向や断面形状を変化させたり、有効領域の一部のみに格子を形成したりすることもできる。【００３０】
ここで、図１（ａ）において、波長λ１の光が波長選択回折素子１０に入射され回折される状態が示されている。また、図１（ｂ）において、波長λ２又はλ３の光が波長選択回折素子１０に入射され透過される状態が示されている。【００３１】
透明基板１１及び１２は、本発明に係る波長選択回折素子１０に用いられる波長の光を実質的に吸収しない材料からなる基板が用いられ、例えばアクリルのようなプラスチック基板や、ガラス基板等で構成される。信頼性確保の観点からガラス基板で構成されるのが好ましい。また、反射ロスを低減するために、基板界面に反射防止膜を成膜してもよい。量産性を考慮すると透明基板１１及び１２は図示のような平面が好ましいが、これに限定されず、例えばプラスチックレンズのような基板面が曲面形状である基板を用いてもよい。【００３２】
凹凸部１３及び充填部１４は、それぞれ、光学的等方性材料で構成されている。具体的には、凹凸部１３及び充填部１４は、例えばポリエステル系、ポリエーテル系、アクリル系、エポキシ系等の高分子材料で構成されている。これらの高分子材料を生成する際の重合方法としては、例えば光重合法や熱重合法等が挙げられる。また、凹凸部１３は、例えばバイナリ型、ブレーズ型、疑似ブレーズ型等の格子形状を有しており、フォトマスクを用いたリソグラフィ、エッチングによる高分子膜の加工や、金型やガラス型を用いた２Ｐ法、インプリント、射出成形等により形成される。【００３３】
また、凹凸部１３及び充填部１４は、それぞれ、互いに異なる波長λ１、λ２及びλ３の入射光の波長域とは異なる波長域に所定波長の光を吸収する光吸収波長域を有している。具体的には、凹凸部１３及び充填部１４は、それぞれ、４０５ｎｍ帯（４０５±１５ｎｍ）よりも短い波長域（４０５ｎｍ帯を含まない。）に光吸収波長域の長波長端を有している。すなわち、凹凸部１３及び充填部１４は、本実施の形態において例示した波長４０５ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯の光のいずれもが吸収されない光学的等方性材料で構成されている。ここで、発明者の検討結果によれば、凹凸部１３及び充填部１４を構成する高分子材料のモル吸収係数は使用波長帯において１０以下が好ましい。なお、前述の「吸収されない」という文言は、吸収が全く無いことのみを表すものではなく、使用上許容される範囲内の吸収はあってもよい。【００３４】
さらに、凹凸部１３及び充填部１４は、図２に示すように、波長４０５ｎｍ帯の入射光に対して異なる屈折率を有し、波長６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯の入射光に対しては同じ屈折率を有する高分子材料で構成されている。したがって、本実施の形態に係る波長選択回折素子１０は、波長４０５ｎｍ帯の入射光を回折し、波長６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯の入射光を直進透過する。なお、前述の「同じ屈折率」とは、完全に一致する屈折率のみに限定するものではなく、使用上ほぼ同一と見なせる値であればよい。【００３５】
具体的には、凹凸部１３の吸収端波長と、充填部１４の吸収端波長とが異なるよう凹凸部１３及び充填部１４の材料を選定することにより、凹凸部１３及び充填部１４の各屈折率を異なるものとすることができる。例えば、凹凸部１３の吸収端波長を２９０ｎｍ、充填部１４の吸収端波長を２６０ｎｍとすることにより、４０５ｎｍ帯における凹凸部１３と充填部１４との間の屈折率差Δｎを０．０１程度にすることができる。【００３６】
所望の波長の入射光に対して、０次回折効率すなわち直進光の透過率を最小かつ１次回折効率を最大とするためには、回折格子の矩形断面の格子高さｄ、凹凸部１３と充填部１４との屈折率差Δｎと、入射光の波長λとの間に、Δｎ・ｄ＝{（２ｍ＋１）／２）}・λ（ただしｍは０以上の整数）なる関係が成り立つようにすることが好ましい。【００３７】
屈折率差Δｎが小さくなるに従って、所望の波長に対する０次回折効率すなわち直進光の透過率が最小かつ１次回折効率が最大となる回折格子の高さ、すなわち図１における凹凸部１３の厚さｄは大きくなるので、波長４０５ｎｍ帯における凹凸部１３と充填部１４との間の屈折率差Δｎは、０．００１以上が好ましいことが発明者の検討において判明している。凹凸部１３の厚さｄは、薄くするほど製造プロセスでの膜厚バラツキが大きくなり、厚くするほど光の利用効率が低下するので１μｍ〜５０μｍ程度にするのが好ましい。【００３８】
また、発明者の検討結果によれば、本発明の波長選択回折素子１０が、幅を持った波長域の光に対して用いられるときに、該波長域の中心波長λｉ（ｉ＝１、２、３）における凹凸部１３と充填部１４との間の屈折率差Δｎの波長勾配と屈折率差Δｎとの比（ｄ（Δｎ）／ｄλｉ）／Δｎの絶対値（以下「波長勾配屈折率比」という。）を０．０５／ｎｍ以下にすることにより、該波長域の全域にわたって良好な特性が得られることがわかった。【００３９】
例えば、波長４０５ｎｍ帯の光に対する屈折率差Δｎが０．０１である凹凸部１３及び充填部１４の材料の組合せを用いて、該波長に対して０次回折効率すなわち直進光の透過率が最小かつ１次回折効率が最大となるように格子高さが２０μｍとされた本発明の波長選択回折素子１０において、波長４０５ｎｍの光に対して波長勾配屈折率比を０．０５／ｎｍ以下にすることにより、波長４００ｎｍ及び波長４１０ｎｍの光に対する屈折率差Δｎが±２５％の範囲に抑えられて、その結果、該波長範囲における０次回折効率の変化すなわち透過率の変化が約１５％、１次回折効率の変化が約７％となる。すなわち、それぞれ２０％以下、１０％以下に抑制することができる。【００４０】
本発明の波長選択回折素子を上述の構成とすると、組み合わせて用いる光源の出射光の波長が中心波長に対して±５ｎｍの波長域でばらついても、該波長域において良好な特性が得られて好ましい。なお、波長勾配屈折率比を微分形式で表記しているが、実際の検討においては前述のようにΔλｉを±５ｎｍ程度として各変化量を求めている。【００４１】
さらに、発明者の検討結果によれば、温度変動に対しても前述と同様に、波長選択回折素子１０が光ヘッド装置において用いられる場合の使用温度範囲、例えば−１０℃〜８０℃における凹凸部１３と充填部１４との間の屈折率差の変動比を２０％以下に抑制することにより、０次回折効率の変化を１０％以下に、１次回折効率の変化を５％以下にそれぞれ抑制することができる。したがって、本発明の波長選択回折素子と、温度変化により出射波長が変動する半導体レーザ光源のような光源と、を組み合わせて用いたときに、温度変化時に良好な特性が維持できて好ましい。なお、凹凸部１３及び充填部１４の少なくとも一方を積層構造にすることにより、温度特性をさらに改善することもできる。【００４２】
次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子１０の具体的な実施例について説明する。なお、以下に記載した材料や製造方法等は一例であり、本発明は、これらに限定されるものではない。【００４３】
［実施例１］
まず、ガラス基板で構成された透明基板１１上に、スピンコート法により第１の光重合性高分子をモノマーの状態で成膜する。次いで、紫外線照射により、成膜されたモノマーを重合してフォトポリマーとし、厚さ２５μｍの高分子膜を作製する。さらに、ドライエッチング法により高分子膜をピッチ１２μｍの格子状に形成して凹凸部１３とする。【００４４】
引き続き、格子状の凹凸部１３に第２の光重合性高分子をモノマーの状態で充填し、さらに、ガラス基板で構成された透明基板１２を積層する。そして、紫外線照射により、充填されたモノマーを重合させることにより、波長選択回折素子１０が得られる。【００４５】
前述の第１及び第２の光重合高分子は、例えばポリエステル系、ポリエーテル系、アクリル系、エポキシ系等の高分子材料のいずれか、又は複数混合して得ることができる。ここで、波長４０５ｎｍ帯の光を回折し、波長６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯の光を透過するよう、図２に示すように凹凸部１３及び充填部１４の屈折率が波長４０５ｎｍ帯で一致せず、波長６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯で一致し、さらに耐光性、耐久性等の信頼性が確保できる程度の重合性が確保できるよう上記ポリエステル系等のモノマーのいずれか又は同種、異種複数を混合した材料を用いて凹凸部１３及び充填部１４を作製する。【００４６】
以上説明した条件で作製した波長選択回折素子１０の透過率を、タングステンハロゲンランプ及び重水素ランプを備えた光源装置と、分光器とを用いて測定した。その結果、図３に示すように、波長４０５ｎｍ帯の光の透過率は５％程度であり、波長６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯の光の透過率は共に８７％程度であった。したがって、本実施の形態に係る波長選択回折素子１０は、波長４０５ｎｍ帯の光を回折し、波長６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯の光を透過することができるものである。【００４７】
次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子１０を光ヘッド装置に搭載し、光ヘッド装置がＢＤ等及びＤＶＤに記録された情報を読み取る場合を例に挙げて説明する。この光ヘッド装置は、ＢＤ等に記録された情報を読み取る際のトラッキング制御において３ビーム法を用いるものとする。具体的には、本実施の形態に係る光ヘッド装置の波長選択回折素子１０において、凹凸部１３及び充填部１４を、波長４０５ｎｍ帯の光に対する屈折率差Δｎが０．００８である第１及び第２の光重合高分子により形成し、凹凸部１３の厚みすなわち回折格子の格子高さを６μｍとする。得られる波長選択回折素子１０は、０次回折光の光量と±１次回折光の光量との光量比が約１６であって、３ビーム発生用回折格子として好適に適用されるものである。ここで±１次回折光の光量は、＋１次回折光と−１次回折光との平均光量である。【００４８】
図４に示すように、光ヘッド装置１００は、レーザ光を出射する光源１０１と、波長選択回折素子１０と、レーザ光を透過するビームスプリッタ１０２と、レーザ光を平行光にするコリメータレンズ１０３と、光ディスク１１０の記録層１１１に集光する対物レンズ１０４と、光ディスク１１０からの反射光を検出する光検出器１０５とを備えている。【００４９】
光源１０１は、例えば半導体レーザダイオードで構成され、光ディスク１１０の種類に応じた波長のレーザ光を生成し、波長選択回折素子１０に出射するようになっている。本実施の形態において生成されるレーザ光は、４０５ｎｍ帯（波長λ１）及び６６０ｎｍ帯（波長λ２）のレーザ光である。なお、例えば互いに異なる波長のレーザ光を出射する光源を複数備え、各光源から波長選択回折素子１０にレーザ光を出射する構成としてもよい。【００５０】
波長選択回折素子１０は、波長λ１のレーザ光を回折せず透過した光（０次回折光）と、波長λ１のレーザ光を回折した光（±１次回折光）とを含む３ビームをビームスプリッタ１０２に出力するようになっている。また、波長選択回折素子１０は、波長λ２のレーザ光を透過してビームスプリッタ１０２に出力するようになっている。【００５１】
ビームスプリッタ１０２は、透光性を有する材料、例えばガラスやプラスチック等で構成され、光ディスク１１０からの反射光を反射する反射面を備えている。【００５２】
コリメータレンズ１０３は、透光性を有する材料、例えばガラスやプラスチック等で構成され、入射されたレーザ光を平行化するようになっている。【００５３】
対物レンズ１０４は、所定のＮＡ（開口数）を有し、コリメータレンズ１０３から入射されたレーザ光を光ディスク１１０の記録層１１１に集光し、記録層１１１からの反射光を捕捉するようになっている。【００５４】
光検出器１０５は、例えばレンズやフォトダイオード等を含み、ビームスプリッタ１０２の反射面によって反射された光ディスク１１０からの反射光を電気信号に変換するようになっている。また、光検出器１０５は、波長λ１の３ビームの反射光を受光し、０次回折光により生成された主ビームと、±１次回折光により生成された２つの副ビームとを受光し、２つの副ビーム間の光量差に基づいてトラッキングエラー信号を検出し、トラッキング制御部（図示省略）に出力するようになっている。【００５５】
次に、本実施の形態に係る光ヘッド装置１００の動作について説明する。最初に、光ディスク１１０がＢＤ等である場合について説明する。【００５６】
まず、光源１０１から出射された波長λ１の光は、波長選択回折素子１０により出射光の一部が回折される。その結果、波長選択回折素子１０からは０次回折光及び±１次回折光を含む光が出射され、ビームスプリッタ１０２を透過してコリメータレンズ１０３により平行光にされる。その後、コリメータレンズ１０３から出射された平行光は、対物レンズ１０４により光ディスク１１０の情報記録トラック上に、０次回折光及び±１次回折光が３ビームとなって集光される。【００５７】
光ディスク１１０により反射された光は、再び対物レンズ１０４及びコリメータレンズ１０３を透過し、ビームスプリッタ１０２により反射されて、０次回折光により生成された主ビームと、±１次回折光により生成された２つの副ビームとが光検出器１０５の受光面に集光される。そして、光検出器１０５によって、２つの副ビーム間の光量差に基づいてトラッキングエラー信号が検出され、トラッキング制御部（図示省略）に出力される。【００５８】
したがって、光ヘッド装置１００は、ＢＤ等を再生する際に、光検出器１０５を用いることによって、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及びピット信号検出を行うことができる。さらに、光ヘッド装置１００は、光検出器１０５によって±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を行うことができる。【００５９】
次に、光ディスク１１０がＤＶＤである場合について説明する。まず、光源１０１から出射された波長λ２の光は、波長選択回折素子１０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１０２を透過し、コリメータレンズ１０３により平行光となる。【００６０】
その後、この平行光は、対物レンズ１０４により光ディスク１１０の情報記録トラック上に集光される。そして、光ディスク１１０で反射された光は、再び対物レンズ１０４及びコリメータレンズ１０３を透過し、ビームスプリッタ１０２により反射されて光検出器１０５の受光面に集光される。【００６１】
このようにして、本発明の波長選択回折素子１０を搭載した光ヘッド装置１００において、波長λ２の光は波長選択回折素子１０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、光ヘッド装置１００は、ＤＶＤを再生する際に、別途、１ビームプッシュプル法等によるトラッキング誤差信号検出を用い、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、記録情報であるピット信号検出等を安定して行うことができる。【００６２】
なお、前述の説明では波長選択回折素子１０をＢＤ等用の波長λ１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、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばホログラム回折格子として、フォーカシング信号検出に適用してもよい。【００６３】
以上のように、本実施の形態に係る波長選択回折素子１０によれば、凹凸部１３及び充填部１４は、互いに異なる波長λ１、λ２及びλ３の入射光の波長域とは異なる波長域に所定波長の光を吸収する光吸収波長域を有する光学的等方性材料を含み、波長λ１の光に対して異なる屈折率を有し、波長λ２及びλ３の光に対してはそれぞれ同じ屈折率を有する構成としたので、互いに異なる波長の光を選択的に回折することができ、特定の波長域の光が吸収される従来のものよりも広範な波長域の光を選択的に回折することができる。【００６４】
また、本実施の形態に係る光ヘッド装置１００によれば、互いに異なる３つの波長帯の光を選択的に回折することができる波長選択回折素子１０を備える構成としたので、ＢＤ等、ＤＶＤ及びＣＤに記録された情報をより正確に読み出すことができる。【００６５】
なお、前述の実施の形態において、波長選択回折素子１０が、ＢＤ等、ＤＶＤ及びＣＤの記録再生に用いられる３つの波長λ１、λ２及びλ３の光に対して選択的な回折を行う例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、互いに異なる複数の波長に対して選択的な回折を行う構成としても同様の効果が得られる。【００６６】
また、前述の実施の形態において、波長４０５ｎｍ帯での凹凸部１３の屈折率が充填部１４の屈折率よりも大きくした構成としたが（図２参照）、大小関係がこの逆となるよう凹凸部１３及び充填部１４を構成としてもよい。【００６７】
また、前述の実施の形態において、光ヘッド装置１００の波長選択回折素子１０が、ＢＤ等に記録された情報を読み取る際のトラッキング制御において３ビーム法を用いる例を挙げて説明したが、本発明はこのような回折素子に限定されるものではなく、例えば曲線状のパターンにより光を集光、発散するホログラム回折素子や、同心円状の回折パターンを有する収差補正素子や波長選択レンズ素子等に適用することができる。回折パターンは、光が透過する領域である有効領域の一部でもよく、例えば外周のみに設置した開口制限素子等にも適用可能である。これらの素子は、例えば対物レンズとコリメータレンズとの間に設置して用いられる。しかし、設置場所は、これに限定されない。【００６８】
また、前述の実施の形態において、光ヘッド装置１００の光源１０１とビームスプリッタ１０２との間に波長選択回折素子１０を設ける構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光ヘッド装置１００の光源１０１と対物レンズ１０４との間の光路中に波長選択回折素子１０を設ける構成であればよい。【００６９】
（第２の実施の形態）
まず、本発明の第２の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成について説明する。なお、本発明の第１の実施の形態に係る波長選択回折素子１０（図１参照）と同様に、本実施の形態に係る波長選択回折素子をＢＤ等、ＤＶＤ及びＣＤの規格に対応させる例を挙げて説明し、重複する説明は省略する。【００７０】
図５に示すように、本実施の形態に係る波長選択回折素子２０は、一対の透明基板２１及び２２と、透明基板２１上に形成され、一方向に伸張する凹凸形状が周期的に形成された凹凸形状を有する凹凸部２３と、凹凸部２３の少なくとも凹部を埋めるように充填された充填部２４とを備えている。【００７１】
ここで、図５（ａ）において、波長λ１の光が波長選択回折素子２０に入射され透過される状態が示されている。また、図５（ｂ）において、波長λ２又はλ３の光が波長選択回折素子２０に入射され回折される状態が示されている。なお、図５（ｂ）には示していないが、波長λ２の±１次回折光が回折する角度と、波長λ３の±１次回折光が回折する角度とは厳密には異なる。【００７２】
また、本実施の形態に係る波長選択回折素子２０は、本発明の第１の実施の形態に係る波長選択回折素子１０と比べ、凹凸部２３及び充填部２４の構成が異なっている。したがって、凹凸部２３及び充填部２４の構成について以下説明し、その他の構成については説明を省略する。【００７３】
凹凸部２３及び充填部２４は、図６に示すように、波長４０５ｎｍ帯の入射光に対して同じ屈折率を有し、波長６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯の入射光に対しては異なる屈折率を有する材料で構成されている。したがって、本実施の形態に係る波長選択回折素子２０は、波長４０５ｎｍ帯の入射光を透過し、波長６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯の入射光を回折することができる。【００７４】
なお、前述の「同じ屈折率」とは、完全に一致する屈折率のみに限定するものではなく、使用上ほぼ同一と見なせる値であればよい。また、図６において、６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯での凹凸部２３の屈折率が充填部２４の屈折率よりも大きくした構成としたが、大小関係がこの逆となるよう凹凸部２３及び充填部２４を構成としてもよい。【００７５】
次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子２０の具体的な実施例について説明する。【００７６】
なお、以下に記載した材料や製造方法等は一例であり、本発明は、これらに限定されるものではない。【００７７】
［実施例２］
まず、ガラス基板で構成された透明基板２１上に、スピンコート法により第１の光重合性高分子をモノマーの状態で成膜する。次いで、紫外線照射により、成膜されたモノマーを重合してフォトポリマーとし、厚さ１８．５μｍの高分子膜を作製する。さらに、ドライエッチング法により高分子膜をピッチ１２μｍの格子状に形成して凹凸部２３とする。【００７８】
引き続き、格子状の凹凸部２３に第２の光重合性高分子をモノマーの状態で充填し、さらに、ガラス基板で構成された透明基板２２を積層する。そして、紫外線照射により、充填されたモノマーを重合させることにより、波長選択回折素子２０が得られる。【００７９】
前述の第１及び第２の光重合高分子は、例えばポリエステル系、ポリエーテル系、アクリル系、エポキシ系等の高分子材料のいずれか、又は複数混合して得ることができる。ここで、波長４０５ｎｍ帯の光を透過し、波長６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯の光を回折するよう、図６に示すように凹凸部２３及び充填部２４の屈折率が波長４０５ｎｍ帯で一致し、波長６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯で一致しないよう、さらに耐光性、耐久性等の信頼性が確保できる程度の重合性が確保できるよう上記のモノマーのいずれか又は同種、異種複数を混合した材料を用いて凹凸部２３及び充填部２４を作製する。【００８０】
以上説明した条件で作製した波長選択回折素子２０の透過率を、計算機シミュレーションにより算出したところ図７に示すような結果が得られた。図７において、η０で示された曲線は０次回折光の回折効率のデータ、すなわち入射光の透過率のデータを示し、η１で示された曲線は１次回折光の回折効率のデータを示している。この結果より、本実施の形態に係る波長選択回折素子２０は、波長４０５ｎｍ帯の光を透過し、波長６６０ｎｍ帯及び７８０ｎｍ帯の光を回折することができるものである。【００８１】
なお、本実施の形態に係る波長選択回折素子２０をＢＤ等及びＣＤに記録された情報を読み取る光ヘッド装置に搭載することができる。この場合、波長選択回折素子２０を３ビーム発生用回折格子として適用することにより、光ヘッド装置は、ＣＤに記録された情報を読み取る際に３ビーム法を用いてトラッキング制御を行うことができる。この場合の光ヘッド装置の構成は、本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置１００（図４参照）と同様であり、３ビームを得る波長が異なるだけなので詳細な説明を省略する。【００８２】
以上のように、本実施の形態に係る波長選択回折素子２０によれば、凹凸部２３及び充填部２４は、互いに異なる波長λ１、λ２及びλ３の入射光の波長域とは異なる波長域に所定波長の光を吸収する光吸収波長域を有する光学的等方性材料を含み、波長λ１の光に対して同じ屈折率を有し、波長λ２及びλ３の光に対してはそれぞれ異なる屈折率を有する構成としたので、互いに異なる波長の光を選択的に回折することができ、２つの波長の光を対象とする従来のものよりも広範な波長域の光を選択的に回折することができる。【００８３】
なお、前述の実施の形態において、波長選択回折素子２０が、ＢＤ等、ＤＶＤ及びＣＤの記録再生に用いられる３つの波長λ１、λ２及びλ３の光に対して選択的な回折を行う例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、互いに異なる複数の波長に対して選択的な回折を行う構成としても同様の効果が得られる。【００８４】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成について説明する。なお、本発明の第１の実施の形態に係る波長選択回折素子１０（図１参照）と同様に、本実施の形態に係る波長選択回折素子をＢＤ等、ＤＶＤ及びＣＤの規格に対応させる例を用いて説明し、重複する説明は省略する。【００８５】
本実施の形態に係る波長選択回折素子３０は、第１及び第２の光重合高分子の波長４０５ｎｍにおける屈折率差Δｎ及び回折格子高さが、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）の入射光に対して０次回折光が最小で±１次回折効率が最大になるように調整されている点と、入射光が入射される有効領域内で、同心円状の回折格子の格子周期が、前記凹凸部の周期が外周部に近いほど小さくされている、図８の平面図及び断面図のような格子パターン３１を備えている点以外は、図１に構成の概念図を示した本発明の第１の実施の形態に係る波長選択回折素子１０と同様の構成を有する。すなわち、本実施の形態に係る波長選択回折素子３０は、例えば、波長４０５ｎｍ帯の光に対する屈折率差Δｎが０．００８、凹凸部の厚みが２５μｍとされたものである。【００８６】
次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子３０を搭載した光ヘッド装置について説明する。図９に示すように、本実施の形態に係る光ヘッド装置３００は、発散光のレーザ光を出射する光源３０１と、レーザ光を透過するビームスプリッタ３０２と、レーザ光を平行光にするコリメータレンズ３０３と、波長選択回折素子３０と、光ディスク３１０の記録層３１１に集光する対物レンズ３０４と、光ディスク３１０からの反射光を検出する光検出器３０５とを備えている。すなわち、本実施の形態に係る光ヘッド装置３００は、第１の実施の形態の波長選択回折素子１０に替えて前述の波長選択回折素子３０を用いている点と、この波長選択回折素子３０が往路の光路中のコリメータレンズ３０３と対物レンズ３０４との間に配置されている点以外は、第１の実施の形態の光ヘッド装置１００（図４参照）と同様の構成を有する。【００８７】
光源３０１は、例えば半導体レーザダイオードで構成され、光ディスク３１０の種類に応じた波長のレーザ光を生成する。本実施の形態において生成されるレーザ光は、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）、６６０ｎｍ帯（波長λ２）及び７８０ｎｍ帯（波長λ３）のレーザ光である。なお、互いに異なる波長のレーザ光を出射する光源を複数備え、合波して出射する構成としてもよい。【００８８】
光ディスク３１０は、その種類に応じて、記録層３１１のカバー層の厚みや記録サイズが異なることから、それぞれに適した集光方法とすることが必要となる。異なる種類の光ディスク３１０に対して同一の対物レンズ３０４を用いて記録・再生を行う場合には、補正を行うことが好ましい。【００８９】
次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子３０を使用した光ヘッド装置３００の集光特性を、図１０に模式的に示す。本実施の形態に係る波長選択回折素子３０は、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）の入射光のほぼ全てを回折するとともに、前述のような格子周期が異なる同心円状の格子パターン３１を備えているので、中心部分に入射した光はほぼ直進し、外周部に近づくほど大きな回折角で回折される。そのため、入射光は図１０に実線で示すように波長選択回折素子３０と対物レンズ３０４とにより集光され、対物レンズ３０４に近い位置に大きなＮＡ（開口数）で集光される。一方、波長６６０ｎｍ帯（波長λ２）及び７８０ｎｍ帯（波長λ３）の入射光に対しては、本実施の形態に係る波長選択回折素子３０は該波長帯の入射光を回折しないため、波長選択回折素子３０及び対物レンズ３０４を透過した入射光は、図１０に点線で示すように対物レンズ３０４によってのみ集光され、波長４０５ｎｍ帯の入射光と比べて遠い位置に、小さなＮＡ（開口数）で集光される。【００９０】
以上のように、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）に対してのみ作用し、波長６６０ｎｍ帯（波長λ２）及び７８０ｎｍ帯（波長λ３）に対して作用しない波長選択回折素子３０を組合せることにより、波長６６０ｎｍ帯（波長λ２）及び７８０ｎｍ帯（波長λ３）での集光に最適化された対物レンズ３０４を用いても、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）、６６０ｎｍ帯（波長λ２）及び７８０ｎｍ帯（波長λ３）のそれぞれの光ディスクの互換記録・再生が可能になる。【００９１】
なお、本発明は前述の構成に限定されるものではなく、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）に対して作用せず波長６６０ｎｍ帯（波長λ２）及び７８０ｎｍ帯（波長λ３）に対して作用する波長選択回折素子と、４０５ｎｍ帯（波長λ１）に対して最適化された対物レンズとを組合せて用いてもよく、同様に互換記録・再生を行うことができる。【００９２】
また、格子パターン３１は、図８に例示したものに限定されず、作用させる波長での集光性の改善のため適切な格子周期の分布としたり、楕円形状としたりすることも可能である。また、周期的な凹凸形状の断面形状は、図１に示した±１次回折光の強度がほぼ等しく回折する矩形形状としてもよく、あるいは、鋸型形状や近似的な鋸型形状として一方の回折効率を高めて光の利用効率を高めたり、不要光の影響を低減したりすることも可能である。【００９３】
以上のように、本実施の形態に係る光ヘッド装置３００は、異なる種類の光ディスクを同一の対物レンズ３０４で記録・再生することができ、光学系が単純化できるという効果を有し、互いに異なる複数の波長の光を選択的に回折する波長選択回折素子及び光ヘッド装置等として有用である。【００９４】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る波長選択回折素子の構成について説明する。なお、本発明の第１の実施の形態に係る波長選択回折素子１０（図１参照）と同様に、本実施の形態に係る波長選択回折素子をＢＤ等、ＤＶＤ及びＣＤの規格に対応させる例を挙げて説明し、重複する説明は省略する。【００９５】
本実施の形態に係る波長選択回折素子４０は、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）の光に対して０次回折光が最小で±１次回折効率が最大になるように格子高さが調整されている点と、図１１の概略平面図に示すように、入射光が入射する有効領域内の中央の長方形の格子領域４１にのみ凹凸部と充填部とからなる回折格子が形成されている点以外は、第１の実施の形態に係る波長選択回折素子１０（図１参照）と同様の構成を有する。すなわち、本実施の形態に係る波長選択回折素子４０は、例えば、波長４０５ｎｍ帯の光に対する屈折率差Δｎが０．００８、凹凸部の厚みが２５μｍとされたものである。【００９６】
次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子４０を搭載した光ヘッド装置について説明する。図１２に示すように、本実施の形態に係る光ヘッド装置４００は、レーザ光を出射する光源４０１と、３ビームを発生する回折素子４２０と、レーザ光を透過するビームスプリッタ４０２と、レーザ光を平行光にするコリメータレンズ４０３と、光ディスク４１０の第１の記録層４１１及び第２の記録層４１２に集光する対物レンズ４０４と、光ディスク４１０からの反射光を検出する光検出器４０５とを備えていて、さらに復路の光路中のビームスプリッタ４０２と光検出器４０５との間に前述の波長選択回折素子４０が配置され備えられている。【００９７】
光源４０１は、例えば半導体レーザダイオードで構成され、光ディスク４１０の種類に応じた波長のレーザ光を生成する。本実施の形態において生成されるレーザ光は、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）及び６６０ｎｍ帯（波長λ２）及び７８０ｎｍ帯（波長λ３）のレーザ光である。なお、例えば互いに異なる波長のレーザ光を出射する光源を複数備える構成としてもよい。【００９８】
回折素子４２０は、光源４０１から出射された波長４０５ｎｍ帯のレーザ光から、回折せず透過した０次回折光（主ビーム）と、±１次の回折光（副ビーム）とを含む３ビームを生成してビームスプリッタ１０２に出力するようになっている。【００９９】
光ディスク４１０は、２層の記録層すなわち第１の記録層４１１及び第２の記録層４１２を有している。図１２に示すように、第１の記録層４１１に集光するように対物レンズ４０４を配置した場合には、光ディスク４１０に照射された４０５ｎｍ帯の波長のレーザ光は、第１の記録層４１１から主たる反射光として反射されるとともに、第２の記録層４１２上に点線で示すように広がったスポットで入射し、これによる反射光が生じる。これらの反射光は、対物レンズ４０４、コリメータレンズ４０３、ビームスプリッタ４０２、及び波長選択回折素子４０を透過した後、光検出器４０５に入射する。【０１００】
光検出器４０５は、３ビームの反射光を図４に示した光ヘッド装置１００と同様に受光するように構成されている。波長４０５ｎｍ帯の光を用いて、２層の記録層を持った光ディスクのうち第１の記録層４１１を再生するときの、光検出器４０５に入射した、２層の記録層からの反射光の様子を、図１３を用いて説明する。図１３は、光検出器４０５上の反射光の強度を模式的に示した図である。第１の記録層４１１に集光した波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）の光は、図１３に示す光検出器４０５の受光部４０５ａ中にスポット４０６として集光され、第１の記録層４１１に記録された信号及びトラッキングエラー信号が検出される。これに対して、第２の記録層４１２上の広がったスポットからの反射光は、光検出器４０５上に、ハッチングで示した広がったスポット４０７となって入射する。このとき、波長選択回折素子４０の有効領域の中央の長方形の格子領域４１に形成された格子パターンによって、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）の光がほぼ全て回折されて光路から逸らされるため、広がったスポット４０７の中央には、この反射光が入射しない遮光部４０８が生成される。これにより、集光しない記録層からの反射光による反射ノイズ（層間クロストーク）を低減して、良好な記録・再生特性が実現される。一方、波長選択回折素子４０は、波長６６０ｎｍ帯（波長λ２）及び７８０ｎｍ帯（波長λ３）の光はほぼ全透過することから、これらの波長を用いた記録・再生を行うときは、有効領域内の全ての光を損失なく効率的に利用することが可能となる。【０１０１】
なお、本実施の形態では、第１の記録層４１１に集光する例について説明したが、第２の記録層４１２に集光する場合の、第１の記録層４１１からの反射光に対しても全く同様の効果が得られる。また、本実施の形態に示した格子領域４１の形状は、図１１に示された形状に限定されるものではなく、使用する受光素子の受光部の形状や反射ノイズの影響の大小に応じて形状や個数を最適設計し、それにより低損失化することができる。また、波長選択回折素子で回折する波長は、本実施の形態で示した波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）に限定されるものではなく、その他の波長帯を回折する構成とすることも可能である。また、回折する波長の異なる複数の波長選択回折素子を用いて、全ての受光部又は特定の受光部に対して自由に反射ノイズの遮蔽をすることが可能である。このとき、回折格子を形成する領域は、有効領域の全領域もしくは部分的とされ、さらにそれぞれの波長に対する信号処理の方法や反射ノイズの影響度を考慮し最も利用効率を高めるように設計することが好ましい。【０１０２】
以上のように、本発明に係る光ヘッド装置４００は、複数の記録層を有する光ディスクの層間クロストークの低減と、異なる波長での高い利用効率を両立できる効果を有し、互いに異なる複数の波長の光を選択的に回折する波長選択回折素子及び光ヘッド装置等として有用である。【０１０３】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態に係る波長選択回折素子について説明する。なお、本発明の第１の実施の形態に係る波長選択回折素子１０（図１参照）と同様に、本実施の形態に係る波長選択回折素子をＢＤ等、ＤＶＤ及びＣＤの規格に対応させる例を挙げて説明し、重複する説明は省略する。【０１０４】
本実施の形態に係る波長選択回折素子５０の平面構成の概念図を図１４（ａ）に、断面構成の概念図を図１４（ｂ）にそれぞれ示す。本実施の形態に係る波長選択回折素子５０は、格子周期が中心部から外周部に近づくほど小さくなる同心円状の格子パターンを有している点、および、４０５ｎｍ帯（波長λ１）の入射光に対して一部を直進透過させ、残りを回折させるように回折格子高さが調整されている点以外は、第１の実施の形態に係る波長選択回折素子１０と同様の構成を有している。【０１０５】
係る構成により本実施の形態に係る波長選択回折素子５０は、波長６６０ｎｍ帯（波長λ２）および７８５ｎｍ帯（波長λ３）の入射光に対しては回折格子として作用せずこれを直進透過させ、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）の入射光に対しては一部を直進透過させ、残りを回折させて、集光および／または発散させる。このとき、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）の入射光に対する０次回折光すなわち直進透過光強度と、＋１次回折光および−１次回折光、すなわち集光光および発散光のうち、用いる方の回折光強度と、が略等しくなるように回折格子高さを調整することが好ましい。【０１０６】
格子の断面形状は、矩形、鋸歯形状あるいは所望の鋸歯形状を階段状に近似した形状のいずれを用いることもできるが、鋸歯形状あるいは所望の鋸歯形状を階段状に近似した形状を用いると、所望の用いる方向の回折効率を高められるので好ましい。【０１０７】
次に、本実施の形態に係る波長選択回折素子５０を光ヘッド装置５００に搭載し、光ヘッド装置５００がＢＤ等、ＤＶＤ及びＣＤに記録された情報を読み取る場合を例に挙げて説明する。【０１０８】
本実施形態に係る光ヘッド装置５００は、図１５に示すように、発散光のレーザ光を出射する光源５０１と、光源５０１から出射されたレーザ光を透過し、光ディスク５１０の記録層５１１からの反射光を反射するビームスプリッタ５０２と、レーザ光を平行光にするコリメータレンズ５０３と、本実施形態に係る波長選択回折素子５０と、光ディスク５１０の記録層５１１に集光する対物レンズ５０４と、光ディスク５１０の記録層５１１からの反射光を検出する光検出器５０５と、を備えている。【０１０９】
対物レンズ５０４は、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）に対する開口数ＮＡが略０．８５、６６０ｎｍ帯（波長λ２）に対する開口数ＮＡが略０．６５および７８５ｎｍ帯（波長λ３）に対する開口数ＮＡが略０．４０とされ、波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）でカバー厚み０．１ｍｍの光ディスクに対して記録・再生が可能となるように集光特性が最適化された３波長互換用対物レンズである。すなわち、本実施形態に係る光ヘッド装置５００は図９に構成を模式的に示した光ヘッド装置３００と、第３の実施の形態の波長選択回折素子３０に替えて本実施の形態の波長選択回折素子５０を用いている点、および対物レンズ５０４が３波長互換性を有する対物レンズである点以外は同様の構成を有している。【０１１０】
本実施形態の波長選択回折素子５０を使用した光ヘッド装置５００の、波長４０５ｎｍ帯の入射光に対する集光特性を、図１６の模式的断面図を用いて説明する。本実施形態で用いた波長選択回折素子５０は、光軸から発散される側への回折効率を高めるために、所望の鋸歯形状を多段の階段状に近似した断面形状を持ち、４０５ｎｍ帯（波長λ１）の入射光に対する、直進透過光と回折され発散される光（以下単に回折光という）との強度が略等しくされている。【０１１１】
波長選択回折素子５０により直進透過された波長４０５ｎｍ帯（波長λ１）の光源光は、図中に実線で示したように対物レンズ５０４によって集光されて、対物レンズ５０４に近い位置に置かれた記録層５１１ａ上に大きなＮＡ（開口数）で集光される。【０１１２】
波長選択回折素子５０の同心円状の格子パターンは外周部に近いほど格子周期が小さいので、波長選択回折素子５０に入射した入射光のうち外周部への入射光は、中心部付近への入射光に対して大きな回折角で回折されるので、波長選択回折素子５０により発散光として出射される。そのため、回折光は、図中に点線で示したように対物レンズ５０４により、波長選択回折素子５０を直進透過された光と比べて遠い位置に置かれた記録層５１１ｂ上に、小さなＮＡ（開口数）で集光される。【０１１３】
以上のように、４０５ｎｍ帯（波長λ１）に対して透過する光および回折する光のそれぞれを用いることで、６６０ｎｍ帯（波長λ２）や７８５ｎｍ帯（波長λ３）の特性を変化させることなくカバー層厚みやＮＡ（開口数）が異なる光ディスク５１０ａ、５１０ｂのいずれに対しても良好な特性で記録・再生することができる。【０１１４】
係る格子の具体的な構成としては、Δｎを０．０８とし、格子高さが２０μｍで、格子周期が中心部から外周部に近づくほど小さくなって最外周部で周期が１５μｍである構成が例示される。【０１１５】
なお、本発明は上記の構成に限定されるものではなく、回折方向を集光する方向として、直進透過光に対して小さなＮＡ（開口数）で近い位置で集光させ、回折光に対して大きなＮＡ（開口数）で遠い位置で集光させる構成とすることも同様に用いることができる。【０１１６】
また、格子は、基板面に対して入射光が入射する有効領域の全面に同様の格子を形成してもよいが、集光時の収差を小さく抑えるために、有効領域５３０内の外周に近い部分には格子を形成せずに回折光が発生しないようにしたり、中心部とは逆方向に回折させたりして、ディスク上の集光性を低下させて記録・再生に使用する集光スポットへの影響を低減することもできる。【０１１７】
以上のように、本実施の形態に係る光ヘッド装置は、波長およびＮＡ（開口数）が異なる複数の種類の光ディスクに対して、同一の対物レンズを用いた光学系で記録・再生することが可能になるので、光学系が単純化できる。すなわち、互いに異なる複数の波長の光を選択的に回折する波長選択回折素子及び光ヘッド装置等として有用である。【０１１８】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。【０１１９】
本出願は、２００５年１２月１５日出願の日本特許出願（特願２００５−３６１９８７）、２００６年９月７日出願の日本特許出願（特願２００６−２４３１３９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
以上のように、本発明に係る光ヘッド装置は、従来のものよりも広範な波長域の光を選択的に回折することができるという効果を有し、互いに異なる複数の波長の光を選択的に回折する波長選択回折素子及び光ヘッド装置等として有用である。
【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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【国際調査報告】
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