(57)【要約】【課題】複数の波長に対して使用することができ、しかも波長依存性の小さい回折格子を提供する。【解決手段】ガラス等からなるガラス透明基板２と、低屈折率（第１の屈折率）を有する低屈折率材料３と、低屈折率材料３とは異なる屈折率で、且つ低屈折率材料３の屈折率より高い高屈折率を有する高屈折率材料４とからなり、ガラス透明基板２の出射面側に低屈折率材料３と高屈折率材料４とを交互に配置するようにした。これにより、ガラス透明基板２の表面に断面形状が周期的な凹凸となる回折格子を形成するようにしている。そして、凸部状に形成されている低屈折率材料３の幅Ｗと周期Ｐとの比Ｗ／Ｐを０．５に設定すると共に、低屈折率材料３と高屈折率材料４の屈折率、及び低屈折率材料３と高屈折率材料４との格子深さ（厚さ）を適宜設定するようにしている。【選択図】図１
2007293938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基材と、第１の屈折率を有する第１の屈折率材料と、前記第１の屈折率材料とは異
なる第２の屈折率を有する第２の屈折率材料と、を備え、所定の波長帯域における回折効
率がほぼ一定となる厚みに夫々設定した前記第１の屈折率材料と前記第２の屈折率材料と
を前記透明基材の表面上に交互に配置したことを特徴とする回折格子。
【請求項２】
前記第１の屈折率材料をＳｉＯ2、前記第２の屈折率材料をＴｉＯ2またはＴａ2Ｏ5とし
たことを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
【請求項３】
前記第１の屈折率材料を紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂、前記第２の屈折率材料をＴｉ
Ｏ2またはＴａ2Ｏ5としたことを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
【請求項４】
少なくとも２つの異なる波長の光を出射する光源と、前記光源から出射光を光記録媒体
に集光する対物レンズとを備え、光記録媒体に情報の記録又は／及び再生を行う光ピック
アップ装置であって、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、請求項１乃至３に記載の回折格子が配置
されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項５】
透明基材の表面上に第１の屈折率を有する第１の屈折率材料を形成する工程と、
前記第１の屈折率材料の表面上に感光樹脂を塗布する工程と、
前記感光性樹脂を選択的に露光する工程と、
前記感光性樹脂を現像する工程と、
前記感光性樹脂により覆われていない領域の前記第１の屈折率材料をエッチングする工
程と、
前記透明基材の表面上に前記第１の屈折率材料とは異なる第２の屈折率を有する第２の
屈折率材料を形成する工程と、
前記感光性樹脂を剥離する工程と、
からなることを特徴とする回折格子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の波長に対応した回折格子、及びその回折格子を備えた光ピックアップ
装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）といった異なる種類
の光記録媒体（以下、光ディスクと称す）から情報を再生したり、情報を記録したりする
光ピックアップ装置が開発されている。
上記のような光ピックアップ装置においては、レーザ光を集光させたレーザスポットが
光ディスクの情報記録面に形成されているトラックを追従するようトラッキング制御が行
われている。このようなトラッキング制御方法としては、３ビーム法や差動プッシュプル
法が広く利用されている。そして、これら３ビーム法や差動プッシュプル法では、レーザ
光源からの１つのレーザ光を３ビーム化するために回折格子が用いられている。
また、近年、光ピックアップ装置の小型化及び低コスト化を図るために、例えばＤＶＤ
用の波長帯（６５０ｎｍ）のレーザを出射する半導体レーザと、ＣＤ用の波長帯（７８５
ｎｍ）のレーザを出射する半導体レーザとを１つのチップ内に形成した所謂モノリシック
集積型の２波長レーザ光源が実用化されている。
【０００３】
しかしながら、従来の回折格子は、２波長レーザ光源から出射される２つの異なる波長
のレーザ光を夫々回折して３ビーム化することができないという問題点があった。
そこで、２つの異なる波長のレーザ光を回折することができる回折格子が提案されてい
る。例えば、特許文献１には、断面形状が凹凸状で、格子の凸部の幅と周期の比が０．５
以外の値を有し、凸部と凹部との透過光の位相差が一方の波長の光に対して２πであり、
他方の波長の光に対して０次回折効率が所定の値に調整されている回折格子を透光性基板
上の夫々の面に形成した２波長対応の回折格子が開示されている。
【０００４】
図８は、特許文献１に開示されている従来の２波長対応回折格子の構造を示した図であ
る。
この図８（ａ）（ｂ）に示す２波長対応回折格子１００は、ガラス等からなる透明基板
１０１の入射面側に断面形状が周期的な凹凸からなり、均一の屈折率を有する回折格子１
０２を形成すると共に、透明基板１０１の出射面側に同じく断面形状が周期的な凹凸から
なり均一の屈折率を有する回折格子１０３を形成するようにしている。
このとき、２回折格子１０２の凸部１０２ａの幅Ｗ1と周期Ｐ1との比Ｗ1／Ｐ1、及び回
折格子１０３の凸部１０３ａの幅Ｗ2と周期Ｐ2の比Ｗ2／Ｐ2の値は夫々０．５以外の値を
有する。
【０００５】
回折格子１０２は、ＣＤ用の波長λ2の光に対しては位相差が２πであると共に、ＤＶ
Ｄ用の波長λ1の光に対しては０次回折光の回折効率が所定の値に調整されている。また
回折格子１０３はＤＶＤ用の波長λ1の光に対して位相差が２πであると共に、ＣＤ用の
波長λ2の光に対しては０次回折光の回折効率が所定の値に調整されている。
従って、このように構成される２波長対応回折格子１００においては、２波長レーザ光
源１０から波長λ1のレーザ光が出射された場合、回折格子１０２において、波長λ1のレ
ーザ光をメインビームとなる０次回折光Ｉ1（０）と、サイドビームとなる二つの±１次
回折光Ｉ1（±１）とに回折する。また２波長レーザ光源１０から波長λ2のレーザ光が出
射された場合、回折格子１０３において、波長λ2のレーザ光をメインビームとなる０次
回折光Ｉ2（０）と、サイドビームとなる二つの±１次回折光Ｉ2（±１）とに回折するよ
うにしている。なお、図６においては、説明を分かり易くするために、波長λ1と波長λ2
とのレーザ光線の光路を分離して記載しているが、実際は各波長の光線は同一の光路を伝
搬することになる。
【特許文献１】特開２００１−２８１４３２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図９は、前述した２波長対応回折格子１００を構成する夫々の回折格子１０２、１０３
の波長と回折効率との関係を示した図であり、図９（ａ）はＤＶＤ用の回折格子１０２に
おける波長と回折効率との関係を、図９（ｂ）はＣＤ用の回折格子１０３における波長と
回折効率との関係を夫々示した図である。
この図９（ａ）に示すＤＶＤ用の回折格子１０２では、ＤＶＤ用の６５０ｎｍ波長にお
いて０次回折光Ｉ1（０）とその±１次回折光Ｉ1（±１）の回折効率が所定の値となるよ
うに調整されている。また図７（ｂ）に示すＣＤ用の回折格子１０３では、ＣＤ用の７８
５ｎｍ波長において０次回折光Ｉ2（０）と、その±１次回折光Ｉ2（±１）の回折効率が
所定の値となるように調整されている。
【０００７】
しかしながら、回折格子１０２は、図９（ａ）に示すようにＤＶＤ用の波長λ1（６５
０ｎｍ）付近の回折効率が僅かな波長変化によって大きく変化するという欠点があった。
また回折格子１０３では、図９（ｂ）に示すようにＣＤ用の波長λ2（７８５ｎｍ）付近
の回折効率が僅かな波長変化によって回折効率が大きく変化するという欠点があった。即
ち、前述した従来の２波長対応回折格子１００は波長依存性が大きく、２波長レーザ光源
１０の温度ドリフトによる波長変化によって回折効率が大きく変化するという欠点があっ
た。
【０００８】
本発明は、上記したような点を鑑みてなされたものであり、複数の波長に対して使用す
ることができ、且つ、波長依存性の小さい回折格子を提供することを目的とする。またそ
のような回折格子を備えた光ピックアップ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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の回折格子は、透明基材と、第１の屈折率を有する第
１の屈折率材料と、第１の屈折率材料とは異なる第２の屈折率を有する第２の屈折率材料
と、を備え、所定の波長帯域における回折効率がほぼ一定となる厚みに夫々設定した第１
の屈折率材料と第２の屈折率材料とを透明基材の表面上に交互に配置するようにした。
このような本発明の回折格子によれば、所定の波長帯域における回折効率をほぼ一定に
保つことができるので波長依存性を小さくすることが可能になる。これにより、半導体レ
ーザの温度ドリフトにより波長変化が生じた場合でも回折効率が変動するのを防止するこ
とができる。
【００１０】
また本発明の回折格子は、第１の屈折率材料をＳｉＯ2、第２の屈折率材料をＴｉＯ2ま
たはＴａ2Ｏ5とした。このように第１の屈折率材料をＳｉＯ2、第２の屈折率材料をＴｉ
Ｏ2またはＴａ2Ｏ5の様に、各々の材料として誘電体を用いると、例えば、高い信頼性が
要求される車載用の光ディスク装置の光ピックアップ装置に好適な回折格子を実現するこ
とができる。
【００１１】
また本発明の回折格子は、第１の屈折率材料を紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂、第２の
屈折率材料をＴｉＯ2またはＴａ2Ｏ5とした。このように第１の屈折率材料として樹脂材
料、第２の屈折率材料として誘電体を用いると回折格子のコストダウンを図ることができ
る。特に、このような構成の回折格子は、使用条件が穏やかで、且つ低価格化が求められ
る家庭用の光ディスク装置の光ピックアップに好適とされる。
【００１２】
また本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも２つの異なる波長の光を出射する光源
と、前記光源から出射光を光記録媒体に集光する対物レンズとを備え、光記録媒体に情報
の記録又は／及び再生を行う光ピックアップ装置であって、光源と前記対物レンズとの間
の光路中に本発明の回折格子を配置するようにした。これにより、モノリシック集積型２
波長レーザを組み合わせて使用した場合でも、ＣＤやＤＶＤ等の異なる種類の光記録媒体
に情報の記録又は再生を確実に行うことができる。
【００１３】
また本発明の回折格子の製造方法は、透明基材の表面上に第１の屈折率を有する第１の
屈折率材料を形成する工程と、第１の屈折率材料の表面上に感光樹脂を塗布する工程と、
感光性樹脂を選択的に露光する工程と、感光性樹脂を現像する工程と、感光性樹脂により
覆われていない領域の第１の屈折率材料をエッチングする工程と、透明基材の表面上に第
１の屈折率材料とは異なる第２の屈折率を有する第２の屈折率材料を形成する工程と、感
光性樹脂を剥離する工程とからなる。このようにすれば本発明の回折格子を作製すること
ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る２波長対応回折格子の構造を示した図である。
この図１に示す２波長対応回折格子１は、ガラス等の透明基材である透明ガラス基板２
と、低屈折率（第１の屈折率）を有する低屈折率材料（第１の屈折率材料）３と、低屈折
率材料３とは異なる屈折率で、且つ低屈折率材料３の屈折率より高い高屈折率（第２の屈
折率）を有する高屈折率材料（第２の屈折率材料）４とからなる。そして、ガラス透明基
板２の出射面側に低屈折率材料３と高屈折率材料４とを交互に配置することにより、ガラ
ス透明基板２の表面に断面形状が周期的な凹凸となる回折格子を形成するようにしている
。
そして、本実施形態の２波長対応回折格子１においては、凸部状に形成されている低屈
折率材料３の幅Ｗと周期Ｐとの比Ｗ／Ｐを０．５に設定したうえで、所定の波長帯域にお
ける回折効率がほぼ一定となるように低屈折率材料３と高屈折率材料４との格子深さ（厚
さ）を適宜設定するようにした点に特徴がある。
【００１５】
図２は、本実施形態の２波長対応回折格子１における波長と回折効率との関係を示した
図である。この図２に示すように、本実施形態の２波長対応回折格子１は、少なくともＤ
ＶＤ用の波長λ1（６５０ｎｍ）からＣＤ用の波長λ2（７８５ｎｍ）までの波長帯域にお
ける０次回折光Ｉ（０）とその±１次回折光Ｉ（±１）の回折効率の値をほぼ同じにする
ことができる。これにより、ＤＶＤ用の波長λ1とＣＤ用の波長λ2を含む波長帯域におけ
る波長依存性を小さくできるので、２波長レーザ光源１０の温度ドリフトによってレーザ
光の波長が変化した場合でも回折効率の変動を防止することができる。
【００１６】
ここで、図３を参照しながら、低屈折率材料３と高屈折率材料４との格子深さと回折効
率との関係を説明する。
図３は、本実施形態の２波長対応回折格子１の回折格子部分を示した拡大断面図であり
、この図３に示すように、低屈折率材料３の屈折率をｎL、高屈折率材料４の屈折率をｎH
、回折格子のピッチをＰ、低屈折率材料３部分の幅をＷ、低屈折率材料３の格子深さをｄ
L、高屈折率材料４の格子深さをｄHとする。
回折格子のｍ次光の回折効率をηmとすると、回折効率ηmは、Ｐ、Ｗ、Γによって式（
１）のような関数によって示すことができる。
2007293938.tif 000003
位相変調量Γは波長により変化するため、異なる波長で回折効率ηmを同じ値にするた
めには、波長が変化しても位相変調量Γが変化しないように補償すれば良い。
【００１７】
ここで、位相変調量Γは式（２）のように示すことができる。
2007293938.tif 000004
また、格子材料の屈折率は波長分散を持つため、波長λ1での低屈折率材料３の屈折率
をｎL1、高屈折率材料４の屈折率をｎH1、波長λ2での低屈折率材料３の屈折率をｎL2、
高屈折率材料４の屈折率をｎH2とすると、波長λ1における位相変調量をΓ1、及び波長λ
2における位相変調量をΓ2は、下記式（３）、（４）のように示すことができる。
【００１８】
2007293938.tif 000005
2007293938.tif 000006
そして、波長λ1及びλ2における回折効率を同じにするには、Γ1＝Γ2であれば良いか
ら、
2007293938.tif 000007
を満足するように各条件を設定すれば良い。
【００１９】
ここで、一例として、低屈折率材料３をＳｉＯ2、高屈折率材料４をＴａ2Ｏ5、波長λ1
を６６０ｎｍ、波長λ2を７８５ｎｍとすると、各波長λ1及びλ2におけるＳｉＯ2、Ｔａ
2Ｏ5の屈折率は、
波長λ1（６６０ｎｍ）  ＳｉＯ2＝１．４７０、Ｔａ2Ｏ5＝２．１６４
波長λ2（７８５ｎｍ）  ＳｉＯ2＝１．４６７、Ｔａ2Ｏ5＝２．１４７
となる。
これらの値を上記した式（５）に代入すると、下記式（６）の結果が得られる。
2007293938.tif 000008
【００２０】
従って、この式（６）を満たすように低屈折率材料３の格子深さｄLと、高屈折率材料
４の格子深さｄHを設定すれば、ＤＶＤ用の波長λ1における０次回折光Ｉ（０）の回折効
率とＣＤ用の波長λ2における０次回折光Ｉ（０）の回折効率をほぼ同じに設定すること
ができる。なお、説明は省略するが、同様にＤＶＤ用の波長λ1における１次回折光Ｉ（
±１）の回折効率と、ＣＤ用の波長λ2における１次回折光Ｉ（±１）の回折効率もほぼ
同じに設定することができる。
ここで、回折光量比（０次回折光／１次回折光）＝１５．０に設定する場合を考えると
、波長λ1における位相変調量Γ1＝０．１２３とすれば良いので、式（３）よりｄH＝１
４３０ｎｍ、式（６）よりｄL＝３７１８ｎｍが得られる。
【００２１】
図４は、低屈折率材料３の格子深さｄL＝３７１８ｎｍ、高屈折率材料４の格子深さｄH
＝１４３０ｎｍに設定したときの波長と回折効率との関係をシミュレーションした結果を
示した図である。
この図４に示すシミュレーション結果からも、ＤＶＤ用の波長λ1からＣＤ用の波長λ2
における０次回折光Ｉ（０）及び１次回折光Ｉ（±１）の回折効率をほぼ同じに設定でき
ることが確認された。
【００２２】
また本実施形態の２波長対応回折格子１においては、例えば低屈折率材料３として誘電
体であるＳｉＯ2、高屈折率材料４として同じく誘電体であるＴｉＯ2又はＴａ2Ｏ5を夫々
用いるようにした。
このように低屈折率材料３をＳｉＯ2、高屈折率材料をＴｉＯ2またはＴａ2Ｏ5により構
成すると、例えば、高い信頼性が要求される車載用の光ディスク装置の光ピックアップ装
置に好適な回折格子を実現することができる。
【００２３】
ここで、以下に本実施形態に係る２波長対応回折格子１の製造方法について、図５を参
照しつつ詳細に説明する。
まず、図５（ａ）に示すように透明ガラス基板２を用意し、図５（ｂ）に示すように透
明ガラス基板２の表面上に真空蒸着機やスパッタ成膜等の成膜装置を用いてＳｉＯ2３を
形成する。次に、図５（ｃ）に示すように前記ＳｉＯ2３の表面上にフォトレジスト３１
を塗布し、図５（ｄ）に示すように回折格子の仕様に基づいて所定の寸法でパターニング
されたマスク３２を用いてフォトレジスト３１を露光し、このフォトレジスト３１を現像
したのが図５（ｅ）に示す図である。そして、図５（ｆ）に示すようにフォトレジストの
感光部３１ａにより覆われていない領域の前記ＳｉＯ2３をエッチングにより除去する。
次に、図５（ｇ）に示すように透明ガラス基板２及びフォトレジスト３１ａの表面上に真
空蒸着機やスパッタ成膜等の成膜装置を用いてＴａ2Ｏ5４を形成する。そして、図５（ｈ
）に示すように剥離液を用いて、フォトレジスト３１ａを剥離して２波長対応回折格子１
が完成する。
【００２４】
また本実施形態の２波長対応回折格子１は、低屈折率材料３を紫外線硬化樹脂又は熱硬
化樹脂、高屈折率材料４をＴｉＯ2またはＴａ2Ｏ5としてもよい。このように低屈折率材
料３として樹脂材料を用いると、２波長対応回折格子１のコストダウンを図ることができ
る。特に、このような構成の２波長対応回折格子１は、使用条件が穏やかで、且つ低価格
化が求められる家庭用の光ディスク装置の光ピックアップに好適とされる。
【００２５】
以下に、低屈折率材料３に紫外線硬化樹脂を用いた場合の２波長対応回折格子１の製造
方法について、図６を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図６（ａ）に示すように透明ガラス基板２を用意し、図６（ｂ）に示すように透
明ガラス基板２の表面上に真空蒸着機やスパッタ成膜等の成膜装置を用いてＴａ2Ｏ5３４
を形成する。次に、図６（ｃ）に示すように前記Ｔａ2Ｏ5３４の表面上にフォトレジスト
３１を塗布し、図６（ｄ）に示すように回折格子の仕様に基づいて所定の寸法でパターニ
ングされたマスク３２を用いてフォトレジスト３１を露光し、このフォトレジスト３１を
現像したのが図６（ｅ）に示す図である。そして、図６（ｆ）に示すようにフォトレジス
トの感光部３１ａにより覆われていない領域の前記Ｔａ2Ｏ5３４をエッチングにより除去
し、図６（ｇ）に示すようにフォトレジスト感光部３１ａを剥離する。次に、図６（ｈ）
に示すように透明ガラス基板２及びＴａ2Ｏ5３４の表面上に紫外線硬化樹脂３３を塗布す
る。そして、図６（ｊ）に示すように、前記透明ガラス基板２の表面２ａとは反対側の主
表面２ｂから紫外線を照射して紫外線硬化樹脂３３を露光する。ここで、前記紫外線硬化
樹脂のＴａ2Ｏ5３４により遮蔽されていない領域は感光して硬化することとなる。次に、
図６（ｋ）に示すように剥離液を用いて、感光していない（硬化していない）領域の紫外
線硬化樹脂３３ｂを剥離すれば２波長対応回折格子１が完成する。
【００２６】
なお、本実施形態の２波長対応回折格子１は、フォトリソグラフィ法とエッチング技法
を用いて回折格子を作製したがナノインプリント技術と呼ばれるナノオーダーのパターン
を有する金型を利用して格子を作製するようにしても良い。ナノインプリント技術を利用
して格子パターンを作製する場合は、上記したフォトリソグラフィ法に比べて安価に格子
を製造することが可能になる。但し、ナノインプリント技術を使用する場合は、格子材料
に樹脂を用いる必要があるため、低屈折率材料３に紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用い
ると好適である。
【００２７】
図７は本実施形態の２波長対応回折格子を備えた光ピックアップ装置の構成を示した図
である。
この図７に示す光ピックアップ装置は、２波長レーザ光源１０から出射された光が２波
長対応回折格子１に入射され、２波長対応回折格子１において０次回折光と±１次回折光
に回折される。２波長対応回折格子１において回折された０次回折光と±１次回折光はビ
ームスプリッタ２１を透過し、コリメートレンズ２２により平行光にされた後、対物レン
ズ２３により光ディスク３０の情報記録面上に集光される。そして、光ディスク３０で反
射された光が再び対物レンズ２３、及びコリメートレンズ２２を透過し、ビームスプリッ
タ２１により反射されて光検出器２４の受光面において受光されることになる。
このように本実施形態の２波長対応回折格子１を用いて光ピックアップ装置を構成すれ
ば、レーザ光源として２波長レーザ光源１０を使用した場合でも、ＣＤやＤＶＤ等の異な
る種類の光ディスクに対して情報の記録又は再生を確実に行うことが可能になる。
【００２８】
なお、本実施形態では、本発明の回折格子の一例として、異なる２つの波長に対応した
２波長対応回折格子を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、ガラス透明
基板２の表面上に形成する低屈折率材料３と高屈折率材料４との格子深さを変えることに
よって、例えばＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ等に用いられる青紫色レーザ（４０５ｎｍ）を
含む波長帯域において、波長依存性の小さい回折格子を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る２波長対応回折格子の構造を示した図。
【図２】本実施形態の２波長対応回折格子における波長と回折効率との関係を示した図。
【図３】本実施形態の回折格子を拡大して示した図。
【図４】シミュレーション結果を示した図。
【図５】本発明の実施形態に係る２波長対応回折格子の製造方法を示した図。
【図６】本発明の実施形態に係る２波長対応回折格子の製造方法を示した図。
【図７】本実施形態の２波長対応回折格子を備えた光ピックアップ装置の構成を示した図。
【図８】従来の２波長対応回折格子の構造を示した図。
【図９】従来の２波長対応回折格子を構成する夫々の回折格子における波長と回折効率との関係を示した図。
【符号の説明】
【００３０】
１…波長対応回折格子、２…透明基板、３…低屈折率材料、４…高屈折率材料、１０…半
導体レーザ、２１…ビームスプリッタ、２２…コリメートレンズ、２３…対物レンズ、２
４…光検出器、３０…光ディスク、３１…フォトレジスト、３１ａ…感光部
【図１】
2007293938.tif 000009
【図２】
2007293938.tif 000010
【図３】
2007293938.tif 000011
【図４】
2007293938.tif 000012
【図５】
2007293938.tif 000013
【図６】
2007293938.tif 000014
【図７】
2007293938.tif 000015
【図８】
2007293938.tif 000016
【図９】
2007293938.tif 000017