(57)【要約】【課題】波長により光学的な作用の異なる光学素子の耐久性を高める。【解決手段】光を透過する光学部材と、前記光学部材の表面に形成された第１の材料層と、前記第１の材料層の上に形成された第２の材料層と、を有し、前記第１の材料層と前記第２の材料層との界面には、フレネルレンズまたは回折構造または凹凸構造が形成されており、前記第１の材料層及び前記第２の材料層は、ともに無機材料により形成されており、前記第１の材料層の屈折率と前記第２の材料層の屈折率との差は、３９０ｎｍから８３０ｎｍの波長の光のうち、１の波長λＡの光における屈折率差ΔｎＡは、０．０５以上であり、他の波長λＢの光における屈折率差ΔｎＢとした場合、（λＢΔｎＡ／λＡΔｎＢ）≧５を満たすものであり、前記他の波長λＢの光は１または２の波長の光であって、３９０ｎｍから８３０ｎｍまでの波長の光における透過率が５０％以上であることを特徴とする光学素子を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する光学部材と、
前記光学部材の表面に形成された第１の材料層と、
前記第１の材料層の上に形成された第２の材料層と、を有し、
前記第１の材料層と前記第２の材料層との界面には、フレネルレンズまたは回折構造または凹凸構造が形成されており、
前記第１の材料層及び前記第２の材料層は、ともに無機材料により形成されており、
前記第１の材料層の屈折率と前記第２の材料層の屈折率との差は、３９０ｎｍから８３０ｎｍの波長の光のうち、１の波長λＡの光における屈折率差ΔｎＡは、０．０５以上であり、他の波長λＢの光における屈折率差ΔｎＢとした場合、（λＢΔｎＡ／λＡΔｎＢ）≧５を満たすものであり、前記他の波長λＢの光は１または２の波長の光であって、
３９０ｎｍから８３０ｎｍまでの波長の光における透過率が５０％以上であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記１の波長λＡの光は、波長λ１の光であり、
前記他の波長λＢの光は、波長λ２の光及び波長λ３の光であって、
λ１＜λ２＜λ３である請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記１の波長λＡの光は、波長λ２の光又は波長λ３の光であり、
前記他の波長λＢの光は、波長λ１の光であって、
λ１＜λ２＜λ３である請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記波長λ１の光は、４０５ｎｍ波長帯の光であって、
前記波長λ２の光は、６６０ｎｍ波長帯の光であって、
前記波長λ３の光は、７８５ｎｍ波長帯の光である請求項２または３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の材料層には、酸化チタン、酸化ニオブ、硫化亜鉛、酸化亜鉛、酸化ビスマス、チタン酸バリウム及びチタン酸ストロンチウムのうちから選ばれる１また２以上のものと、酸化シリコン及び酸化アルミニウムのいずれかまたは双方を含む材料もしくはこれらを含まず、酸化チタン、酸化ニオブ、硫化亜鉛、酸化亜鉛、酸化ビスマス、チタン酸バリウム及びチタン酸ストロンチウムがポーラスとなっている材料により形成されている請求項１から４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
前記第２の材料層は、五酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸窒化シリコン、窒化シリコン、ダイアモンド及びダイアモンドライクカーボンのうちから選ばれる１また２以上のものを含む材料により形成されている請求項１から５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
前記光学素子の両面には、各々反射防止膜が形成されている請求項１から６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項８】
前記光学部材と前記第１の材料層との間には反射防止膜が形成されている請求項１から７のいずれかに記載の光学素子。
【請求項９】
複数の波長の光を出射する光源と、
前記光源から出射された各々の波長帯の光を各々の波長帯の光に対応した光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、
前記光ディスクの情報記録面において反射された信号光を検出するための光検出器と、
前記光ディスクに向かう光と前記光ディスクより反射された光とを分岐するビームスプリッタと、
を有する光ヘッド装置において、
前記光源から前記光検出器までの光路上に請求項１から８のいずれかに記載の光学素子が設置されていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１０】
前記光源は、３つの異なる波長の光を出射するものであって、
前記光検出器は、前記３つの異なる波長の光を検出するものである請求項９に記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及び光ヘッド装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクとして、Ｂｌｕ−ｒａｙ（商品名、以下、ＢＤ）、ＤＶＤ、ＣＤが幅広く普及している。これらＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤは、記録及び再生に用いる光の波長等が異なっている。具体的には、ＢＤは、カバー層の厚さが０．１ｍｍの情報記録媒体に、波長４０５ｎｍの光源から出射された光をＮＡ（開口数）が０．８５の対物レンズにより集光させることにより情報の記録及び再生を行う。ＤＶＤは、カバー層の厚さが０．６ｍｍの情報記録媒体に、波長６６０ｎｍの光源から出射された光をＮＡが０．６５の対物レンズにより集光させることにより情報の記録及び再生を行う。ＣＤは、カバー層の厚さが１．２ｍｍの情報記録媒体に、波長７８５ｎｍの光源から出射された光をＮＡが、０．４５の対物レンズにより集光し、情報の記録及び再生を行う。
【０００３】
ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤにおける光ディスクにおいては、現在、低コスト化と省スペース化の要求より、１つの光ピックアップ装置、即ち、光ヘッド装置により各々の光ディスクに使用する波長の光を用いて情報の記録及び再生がなされており、更には、光検出器、コリメータレンズ等の部品の共有化が進んでいる。しかしながら、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤでは、開口数等が異なることや、サーボ信号の方式が異なること、出射光源の位置が異なることから、同一の光ヘッド装置では、各々の条件を満たす特性を得ることができないため、光学的な作用が波長により異なる光学素子を用いた光ヘッド装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−２１６８８２号公報
【特許文献２】特開２００９−２０９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１及び２に開示されている光ヘッド装置に用いられている光学素子は、波長により光学的作用が異なる光学素子であり、樹脂材料により形成されたものや、所望の特性を得るため色素材料を混入したものである。樹脂材料により形成されたものの場合では、長時間光が照射されることにより、光学素子を構成する樹脂材料が変質して光学的な特性が変化し所望の特性を満たさない場合がある。また、色素材料を混入したものの場合では、色素材料が光を吸収してしまい十分な特性を得ることができない。特に、ＢＤでは、波長が４０５ｎｍの青色光が用いられており、紫外線に近い短波長の光であることから、長時間の使用により光照射による特性の低下が顕著となる。また、色素材料を混入したものの場合では、波長が４０５ｎｍ等の短波長の光においては十分な透過率が得られないといった問題がある。
【０００６】
本発明は、上記点を鑑みてなされたものであり、波長により光学的作用が異なる光学素子において、短波長の光に対応した耐久性の高い光学素子を提供することを目的とし、更には、この光学素子を有する複数の種類の光ディスクに対応した耐久性の高い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】
本発明は、光を透過する光学部材と、前記光学部材の表面に形成された第１の材料層と、前記第１の材料層の上に形成された第２の材料層と、を有し、前記第１の材料層と前記第２の材料層との界面には、フレネルレンズまたは回折構造または凹凸構造が形成されており、前記第１の材料層及び前記第２の材料層は、ともに無機材料により形成されており、前記第１の材料層の屈折率と前記第２の材料層の屈折率との差は、３９０ｎｍから８３０ｎｍの波長の光のうち、１の波長λＡの光における屈折率差ΔｎＡは、０．０５以上であり、他の波長λＢの光における屈折率差ΔｎＢとした場合、（λＢΔｎＡ／λＡΔｎＢ）≧５を満たすものであり、前記他の波長λＢの光は１または２の波長の光であって、３９０ｎｍから８３０ｎｍまでの波長の光における透過率が５０％以上であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記１の波長λＡの光は、波長λ１の光であり、前記他の波長λＢの光は、波長λ２の光及び波長λ３の光であって、λ１＜λ２＜λ３である。
【０００９】
また、本発明は、前記１の波長λＡの光は、波長λ２の光又は波長λ３の光であり、前記他の波長λＢの光は、波長λ１の光であって、λ１＜λ２＜λ３である。
【００１０】
また、本発明は、前記波長λ１の光は、４０５ｎｍ波長帯の光であって、前記波長λ２の光は、６６０ｎｍ波長帯の光であって、前記波長λ３の光は、７８５ｎｍ波長帯の光である。
【００１１】
また、本発明は、前記第１の材料層には、酸化チタン、酸化ニオブ、硫化亜鉛、酸化亜鉛、酸化ビスマス、チタン酸バリウム及びチタン酸ストロンチウムのうちから選ばれる１また２以上のものと、酸化シリコン及び酸化アルミニウムのいずれかまたは双方を含む材料もしくはこれらを含まず、酸化チタン、酸化ニオブ、硫化亜鉛、酸化亜鉛、酸化ビスマス、チタン酸バリウム及びチタン酸ストロンチウムがポーラスとなっている材料により形成されている。
【００１２】
また、本発明は、前記第２の材料層は、五酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸窒化シリコン、窒化シリコン、ダイアモンド及びダイアモンドライクカーボンのうちから選ばれる１また２以上のものを含む材料により形成されている。
【００１３】
また、本発明は、前記光学素子の両面には、各々反射防止膜が形成されている。
【００１４】
また、本発明は、前記光学部材と前記第１の材料層との間には反射防止膜が形成されている。
【００１５】
また、本発明は、複数の波長の光を出射する光源と、前記光源から出射された各々の波長帯の光を各々の波長帯の光に対応した光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、前記光ディスクの情報記録面において反射された信号光を検出するための光検出器と、前記光ディスクに向かう光と前記光ディスクより反射された光とを分岐するビームスプリッタと、を有する光ヘッド装置において、前記光源から前記光検出器までの光路上に前記記載の光学素子が設置されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記光源は、３つの異なる波長の光を出射するものであって、前記光検出器は、前記３つの異なる波長の光を検出するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、波長により光学的作用が異なる光学素子において、短波長の光に対応した耐久性の高い光学素子を提供できる。また、この光学素子を用いることにより複数の種類の光ディスクに対応した耐久性の高い光ヘッド装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態における光学素子の構造図
【図２】第１の実施の形態における光学素子の説明図
【図３】（λ２Δｎ１／λ１Δｎ２）の値とλ２における透過率との相関図
【図４】第１の実施の形態における他の光学素子の説明図
【図５】第１の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（１）
【図６】第１の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図（２）
【図７】第２の実施の形態における光学素子の構造図
【図８】第３の実施の形態における光学素子の構造図
【図９】第４の実施の形態における光学素子の製造方法の工程図
【図１０】第５の実施の形態における光学素子の構造図（１）
【図１１】第５の実施の形態における光学素子の構造図（２）
【図１２】第６の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【図１３】第７の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【図１４】第８の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【図１５】第９の実施の形態における光ヘッド装置の構造図
【図１６】第９の実施の形態における光ヘッド装置に用いられる光学素子の構造図
【図１７】第１０の実施の形態における光学素子の構造図
【図１８】第１１の実施の形態における光学素子の構造図
【図１９】第１１の実施の形態における光学素子の上面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２０】
〔第１の実施の形態〕
（光学素子の構造）
第１の実施の形態における光学素子について説明する。本実施の形態における光学素子は、透明基板１１上に第１の材料層２１が形成され、第１の材料層２１上に第２の材料層２２が形成されたものであって、第１の材料層２１の表面にはバイナリの回折格子が形成されており、第２の材料層２２は、この回折格子上に形成されているものである。第１の材料層２１及び第２の樹脂層２２は、ともに無機材料により形成されている。無機材料は、高照度のレーザ光や紫外線等を照射した場合においても材料が変質等することがなく、耐候性に優れ、長期間において安定した光学的特性を得ることができる。本実施の形態においては、無機材料とは、炭素を含まない化合物を意味し、炭素と酸素、窒素等が結合した有機材料を除くものを意味する。具体的には、金属等の酸化物等を意味するものであるが、ダイアモンドまたはダイアモンドライクカーボンは含むものとする。尚、第１の材料層２１及び第２の材料層２２を形成する工程においては、界面活性剤等の添加剤、溶媒、不純物として有機材料が混入する場合があるが、微量であり、無機材料としての性質が変化するようなものではない。よって、本実施の形態における光学素子の効果に影響を与えない限り、不純物等として有機物が含まれているものも含むものとする。
【００２１】
透明基板１１は、有機樹脂、有機無機ハイブリッド材料等が利用できるが、無機材料で構成されていることが、耐久性、信頼性の観点から好ましく、加工性、入手性の点でガラスであることがより好ましい。用いることができるガラス材料は、石英等が利用可能であり、ＢＫ７、Ｂ２７０等の低価格な光学ガラス材料等も利用できる。また、透明基板１１の光学特性には、特に制限は無いが、光学的に等方性であることが好ましい。
【００２２】
また、本実施の形態における光学素子は、両面に反射防止膜３１及び３２が形成されている。即ち、透明基板１１において第１の材料層２１が形成されている面とは反対側の面には、反射防止膜３１が形成されており、第２の材料層２２の表面には反射防止膜３２が形成されている。反射防止膜３１及び３２は、屈折率の異なる誘電体材料を所定の膜厚ごとに交互に積層することにより形成されている。
【００２３】
図２は、第１の材料層２１を構成する材料の屈折率ｎ１（λ）と第２の材料層２２を構成する材料の屈折率ｎ２（λ）との関係を示す。波長λ１においては、第１の材料層２１を構成する材料の屈折率ｎ１（λ１）と第２の材料層２２を構成する材料の屈折率ｎ２（λ１）は異なり、屈折率ｎ１（λ１）は屈折率ｎ２（λ１）よりも高い。また、波長λ２においては、第１の材料層２１を構成する材料の屈折率ｎ１（λ２）と第２の材料層２２を構成する材料の屈折率ｎ２（λ２）は略等しく、波長λ３においては、第１の材料層２１を構成する材料の屈折率ｎ１（λ３）と第２の材料層２２を構成する材料の屈折率ｎ２（λ３）は略等しい。尚、本実施の形態では、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応した光学素子であるため、波長λ１は約４０５ｎｍであり、波長λ２は約６６０ｎｍであり、波長λ３は約７８５ｎｍであるものとする。ここで屈折率が略等しいとは、波長λ１における屈折率差Δｎ１を｜ｎ１（λ１）−ｎ２（λ１）｜とし、波長λ２における屈折率差Δｎ２を｜ｎ１（λ２）−ｎ２（λ２）｜とした場合に、下記（１）に示す式の値が５以上となることを指す。
（λ２Δｎ１／λ１Δｎ２）・・・・・（１）
上記（１）に示す式と本実施の形態の光学素子の回折部分を形成する回折格子の透過率の関係を図３に示す。回折格子は、格子深さによって回折効率が異なるが、波長λ１にて回折効率が最大となり、波長λ２の透過率が実用上最も小さくなる深さとして計算を行った。図３より、上記（１）に示す式の値が５以上となると、透過率が８５％以上となり、透明材料として実用上十分な透過率を確保することができるため、屈折率の略等しい条件として、上記（１）に示す式の値が５以上となることとする。さらに、５．５以上となると、透過率が９０％以上となり、８以上となると、透過率が９５％以上となるため、このような条件下で素子を作製することができればより好ましい。尚、上記（１）に示す式は、一般的には、波長λ１、λ２、λ３のいずれか１つを波長λＡとし、他の１または２を波長λＢとして考えることができる。この場合、波長λＡにおける屈折率差ΔｎＡを｜ｎ１（λＡ）−ｎ２（λＡ）｜とし、波長λＢにおける屈折率差ΔｎＢを｜ｎ１（λＢ）−ｎ２（λＢ）｜とすると、（λＢΔｎＡ／λＡΔｎＢ）となる。
【００２４】
第１の材料層２１は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等と酸化シリコン（ＳｉＯ２）または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等との混合物により形成されている。また、酸化シリコンや酸化アルミニウムを利用せず、ポーラス構造とすることで、屈折率を調整することも可能である。また、第２の材料層２２は、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、窒化シリコン（Ｓ３Ｎ４）、ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン等、またはこれらの材料と酸化シリコン或いは酸化アルミニウム等との混合物により形成されている。
【００２５】
第１の材料層２１と第２の材料層２２を構成する材料は、光学的に均質とみなせる材料とすることが、作成の容易さの点や、任意な回折構造として所望の回折効率に調整する設計の自由度が大幅に高まるため好ましい。回折構造を多層膜にて作製する方法も考えられるが、光学特性や作成上の制約から、現実的には回折構造がバイナリ型に制限されたり、回折効率を変更しようとすると、単純に回折格子深さを変えるだけでなく、多層膜設計等も変更する必要があるため、本発明の材料構成とする方が利点は多い。
【００２６】
ここで、第１の材料層２１に、ＴｉＯ２とＳｉＯ２との混合物を用いた場合について説明する。この場合において、第２の材料層２２としてＴａ２Ｏ５を用いた場合では、第１の材料層２１におけるＴｉとＳｉに対するＴｉの比率は、７０〜８０ａｔｍ％となるように形成される。また、第２の材料層２２としてＹ２Ｏ３を用いた場合では、第１の材料層２１におけるＴｉとＳｉに対するＴｉの比率は、４０〜６０ａｔｍ％となるように形成される。また、第２の材料層２２としてＺｒＯ２を用いた場合では、第１の材料層２１におけるＴｉとＳｉに対するＴｉの比率は、４０〜６０ａｔｍ％となるように形成される。また、第２の材料層２２としてＳｉＯＮを用いた場合では、第１の材料層２１におけるＴｉとＳｉに対するＴｉの比率は、５０〜９０ａｔｍ％となるように形成される。
【００２７】
同様に、第１の材料層２１に、ＴｉＯ２のポーラス体を用いた場合について説明する。この場合において、第２の材料層２２としてＴａ２Ｏ５を用いた場合では、第１の材料層２１におけるＴｉＯ２の密度は、通常のものと比較して、７０〜９０％となるように形成される。また、第２の材料層２２としてＹ２Ｏ３を用いた場合では、第１の材料層２１におけるＴｉＯ２の密度は、通常のものと比較して、６０〜８０％となるように形成される。また、第２の材料層２２としてＺｒＯ２を用いた場合では、第１の材料層２１におけるＴｉＯ２の密度は、通常のものと比較して、６０〜８０％となるように形成される。また、第２の材料層２２としてＳｉＯＮを用いた場合では、第１の材料層２１におけるＴｉＯ２の密度は、通常のものと比較して、３０〜８５％となるように形成される。
【００２８】
例えば、第１の材料層２１に、ＴｉＯ２が７０％となるＳｉＯ２との混合物を用い、第２の材料層２２としてＴａ２Ｏ５を用いた光学素子の場合において、図２に示されるように、波長λ１が４０５ｎｍでは、第１の材料層２１の屈折率ｎ１（λ１）では約２．３０であり、第２の材料層２２の屈折率ｎ２（λ１）では約２．２１であり、第１の材料層２１の屈折率ｎ１（λ１）と第２の材料層２２の屈折率ｎ２（λ１）との差は、約０．０９である。また、波長λ２が６６０ｎｍでは、第１の材料層２１の屈折率ｎ１（λ２）と、第２の材料層２２の屈折率ｎ２（λ２）は略等しく約２．１１であり、同様に、波長λ３が７８５ｎｍでは、第１の材料層２１の屈折率ｎ１（λ３）と、第２の材料層２２の屈折率ｎ２（λ３）は略等しく約２．１０である。
【００２９】
このように、本実施の形態における光学素子では、波長λ１では、第１の材料層２１の屈折率ｎ１（λ１）と第２の材料層２２の屈折率ｎ２（λ１）との差は０．０５以上となるように形成されており、波長λ２では、第１の材料層２１の屈折率ｎ１（λ２）と第２の材料層２２の屈折率ｎ２（λ２）との差は０．０１以下、上記（１）に示す式の値が８以上、波長λ３では、第１の材料層２１の屈折率ｎ１（λ３）と第２の材料層２２の屈折率ｎ２（λ３）との差は０．０１以下、上記（１）に示す式の値が８以上となるように形成されている。これにより、波長λ２の光及び波長λ３の光においては屈折率差が殆どないため、波長λ２の光及び波長λ３の光が入射した際には、光の屈折または回折等の光学的な作用がなく、単に透明の基板となるが、波長λ１の光においては屈折率差が大きいため、波長λ１の光が入射した場合には、光を屈折または回折等の光学的に作用する光学素子として機能する。
【００３０】
本実施の形態における光学素子は、４０５ｎｍの波長λ１、６６０ｎｍの波長λ２、７８５ｎｍの波長λ３において使用するものであるため、これらの波長の光を透過することが必要となる。具体的には、本実施の形態における光学素子は、波長が３９０ｎｍから８３０ｎｍの全域において、透過率が５０％以上であることが好ましく、より好ましくは透過率が７０％以上、更には、９５％以上であることが好ましい。
【００３１】
上記において説明した光学素子は、第１の材料層２１を形成する材料と第２の材料層２２を形成する材料は、波長λ２及び波長λ３において屈折率が略等しく、波長λ１において屈折率が異なる材料の組み合わせにより形成されるものである。しかしながら、図１に示す構造の光学素子において、材料を組み合わせることにより、図４に示すように第１の材料層２１を形成する材料と第２の材料層２２を形成する材料は、波長λ２及び波長λ３において屈折率が異なり、波長λ１において屈折率が略等しくなるように、光学素子を形成することも可能である。このように形成された光学素子は、波長λ１の光においては光学的に作用することがなく、波長λ２及び波長λ３において光学的に作用するものとなる。尚、図４においては、第１の材料層２１を形成する材料の屈折率をｎ３（λ）で示し、第２の材料層２２を形成する材料の屈折率をｎ４（λ）で示す。
【００３２】
このような光学素子の作製方法としては、第１の材料層２１を形成する材料に屈折率ｎ１（λ）の材料と同じ材料を用い（ｎ３（λ）＝ｎ１（λ））、第２の材料層２２を形成する材料の組成比等を変えることにより屈折率を全体的に高くして屈折率ｎ４（λ）とすることにより作製することができる。また、第２の材料層２２を形成する材料に屈折率ｎ２（λ）の材料と同じ材料を用い（ｎ４（λ）＝ｎ２（λ））、第１の材料層２１を形成する材料の組成比等を変えることにより屈折率を全体的に低くして屈折率ｎ３（λ）とすることにより作製することができる。また、第１の材料層２１と第２の材料層２２の両方の屈折率を変化させて作製することができる。
【００３３】
（光学素子の製造方法）
次に、本実施の形態における光学素子の製造方法について説明する。
【００３４】
最初に、図５（ａ）に示すように、透明基板１１の一方の面上に第１の材料層２１を形成するための無機材料膜２１ａを形成する。具体的には、透明基板１１の一方の面にスパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により無機材料膜２１ａを成膜することにより形成する。本実施の形態では、スパッタリングにより膜厚２．０μｍのＴｉＯ２とＳｉＯ２からなる無機材料膜２１ａを形成する。この無機材料膜２１ａは、波長λ２となる６６０ｎｍと波長λ３となる７８５ｎｍとの略中間の波長となる波長７３０ｎｍにおいて、屈折率が２．００となるようにＴｉとＳｉの比率が調節されており、Ｔｉ比率が６４％となっている。このように波長７３０ｎｍにおいて屈折率が２．００となるように調整することにより、この波長に近い波長λ２となる６６０ｎｍの光及び波長λ３となる７８５ｎｍの光においても屈折率が２．００となる。
【００３５】
具体的に、スパッタリングにより所定の比率でＴｉとＳｉとが含まれる無機材料膜２１ａを形成する方法としては、所定の比率により形成されたＴｉとＳｉからなる合金ターゲットを用いて酸素ガスを導入しリアクティブスパッタにより成膜する方法、所定の比率により形成されたＴｉＯ２とＳｉＯ２からなる焼結体ターゲットを用いてスパッタリングにより成膜する方法、ＴｉターゲットとＳｉターゲットを用いて酸素ガスを導入し各々のターゲットに印加されるパワーを調節してリアクティブによるコスパッタリングにより成膜する方法、ＴｉＯ２ターゲットとＳｉＯ２ターゲットを用いて各々のターゲットに印加されるパワーを調節してコスパッタリングにより成膜する方法等が挙げられる。
【００３６】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１の材料層２１の表面に形成される回折格子のパターンに対応してレジストパターン４１を形成する。具体的には、無機材料膜２１ａの表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光及び現像を行うことによりレジストパターン４１を形成する。
【００３７】
次に、図５（ｃ）に示すように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によるドライエッチングを行うことにより、レジストパターン４１の形成されていない領域の無機材料膜２１ａを０．５μｍ〜２．０μｍの深さまで除去し、この後、レジストパターン４１を有機溶剤等により除去する。これにより、ピッチが４μｍのバイナリの回折格子が表面に形成された第１の材料層２１が形成される。尚、形成される回折格子のピッチは用途等により定まるものであり、本実施の形態における光学素子においては、０．９μｍ〜１００μｍ程度のピッチの回折格子が形成される。また、これまでの説明では、回折格子の形状をバイナリ格子としたが、用途によっては所望の回折効率が異なるため、所望の回折効率が所望の回折次数に得られるような回折構造とすることが求められる。本発明では、回折構造においては、その構造上の利点より制約がなく作製できるため、回折構造の形状はバイナリ形状に限定せずに、種々の形状を取ることができ、回折格子の形状をブレーズ形状、擬似ブレーズ形状、特定の周期によって変化する凹凸構造を持った回折構造としてもよい。また、回折像のフーリエ変換によって形成される回折構造としてもよく、その場合は、１周期のピッチが１０μｍ〜５０ｍｍ程度で、１周期のみの構造としてもよい。
【００３８】
次に、図６（ａ）に示すように、第１の材料層２１の回折格子が形成されている面上に、第２の材料層２２を形成するための無機材料膜２２ａを形成する。具体的には、第１の材料層２１の回折格子が形成されている面に、スパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤにより無機材料膜２２ａを成膜することにより形成する。本実施の形態では、スパッタリングにより膜厚３．０μｍのＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２からなる無機材料膜２１ａを成膜する。尚、ＳｉＯ２は、屈折率を調節するために混入されており、この無機材料膜２２ａは、波長７３０ｎｍにおいて、屈折率が２．０となるようにＴａとＳｉの比率が調節されており、Ｔａが８５％となっている。このように波長７３０ｎｍにおいて屈折率が２．００となるように調整することにより、波長の近い波長λ２となる６６０ｎｍの光及び波長λ３となる７８５ｎｍの光においても屈折率が２．００となる。これにより、波長λ２の光において第１の材料層２１の屈折率と第２の材料層２２の屈折率を略同じとすることができ、また、波長λ３の光において第１の材料層２１の屈折率と第２の材料層２２の屈折率を略同じとすることができる。
【００３９】
このように所定の比率でＴａとＳｉとが含まれる無機材料膜２２ａをスパッタリングにより形成する方法としては、無機材料膜２１ａを形成する場合と同様の方法により形成することができる。また、無機材料膜２２ａを形成する方法としてはゾルゲル法等であってもよい。
【００４０】
次に、図６（ｂ）に示すように、無機材料膜２２ａの表面を研磨することにより平坦化し、平坦な表面を有する第２の材料層２２を形成する。尚、無機材料膜２２ａをゾルゲル法等の塗布等することにより形成する場合には、表面が比較的平坦に形成されるため、無機材料膜２２ａの表面の平坦化を要しない場合がある。
【００４１】
平坦化を要しない場合とは、凹凸構造の高さが５０ｎｍ以下であることを言い、この状態を略平坦とする。また、平坦度に関しては、５０ｎｍ以下であれば、９０％以上の透過率が得られるが、好ましくは、９５％以上の透過率が得られる２０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは、透過率劣化をほぼ抑制可能な１０ｎｍ以下である。
【００４２】
次に、図６（ｃ）に示すように、透明基板１１の他方の面に反射防止膜３１を形成し、第２の材料層２２の平坦化された面に反射防止膜３２を形成する。
【００４３】
これにより本実施の形態における光学素子を作製することができる。このように形成された光学素子は、波長が４０５ｎｍの光を入射させた場合には１次回折光効率が３８％となり、波長が６６０ｎｍの光を入射させた場合には０次回折効率が９０％となり、波長が７８５ｎｍの光を入射させた場合には０次回折効率が９０％となる。即ち、４０５ｎｍの波長λ１の光においては回折格子として作用し、６６０ｎｍの波長λ２の光及び７８５ｎｍの波長λ３の光においては、光学的には作用しない光学素子を得ることができる。
【００４４】
また、無機材料膜２１ａを成膜する際に、Ｔｉの比率を５８％となるようにすることで、４０５ｎｍの屈折率を２．２１、７３０ｎｍの屈折率を２．０２とすることができ、図４のような屈折率の関係を得ることができる。
【００４５】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態における光学素子は、第１の実施の形態における光学素子と構造が異なるものである。図７に基づき本実施の形態における光学素子について説明する。
【００４６】
本実施の形態における光学素子は、基板１３の表面に回折格子を形成したものであり、具体的には、第１の実施の形態における第１の材料層２１を形成する材料により、基板１３が形成されているものである。基板１３としては、株式会社住田光学ガラス製商品名Ｋ−ＰＳＦｎ２１４やＫ−ＰＳＦｎ２０３等や、酸化チタン、酸化ニオブ、ニオブ酸リチウム等を主成分とした材料を用いることができる。基板１３の表面には、回折格子が形成されているが、この回折格子は、図５（ｂ）に示す方法と同様に、基板１３となるものの表面にレジストパターン４１を形成し、ドライエッチングによりレジストパターンの形成されていない領域を所定の深さまで除去することにより形成することができる。これにより、より低コストで光学素子を形成することができる。尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００４７】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態における光学素子は、第１の実施の形態における光学素子と構造が異なるものである。図８に基づき本実施の形態における光学素子について説明する。
【００４８】
本実施の形態における光学素子は、透明基板１１と第１の材料層２１との間に反射防止膜３４を設けた構造のものである。第１の材料層２１及び第２の材料層２２は無機材料により形成されているが、これらの無機材料は透明基板１１との屈折率差が大きく、透明基板１１と第１の材料層２１との界面における反射率は高くなる。このため、透明基板１１と第１の材料層２１との間に反射防止膜３４を設けることにより、この界面における反射を防ぎ、光学素子における光の透過率を高くすることができる。反射防止膜３４に関しては、高屈折率膜と低屈折率膜からなる多層膜の構成や中間屈折率膜を用いた構成等が利用できる。多層膜の構成例を表１に示す。また、中間屈折率膜の構成例を表２に示す。
【００４９】
【表１】
2012243378.tif 000003
【００５０】
【表２】
2012243378.tif 000004
材料Ａ、材料Ｂは、共に、ＴｉとＳｉの混合酸化物であり、材料Ａは、Ｔｉの比率が４３％であり、ｄ線の屈折率は１．９４であり、材料Ｂは、Ｔｉの比率が２２％であり、ｄ線の屈折率は１．７１である。
【００５１】
また、ＡＲを構成する材料は、特に制限は無いが、回折格子材料と接する界面に、ＴｉとＳｉの複合酸化物のエッチングレートに対して、大きな選択比を持つ材料であるチタニア、ジルコニア、フッ化マグネシウム等の光学膜を利用すると格子高さを一定することが容易となり、歩留まりが向上するといったメリットがあるため好ましい。
【００５２】
また、別の側面として、中間屈折率を利用すると、反射防止膜３４の厚み、または、層数を薄くすることができ、スループット向上や作成コストの低減等が行いやすくなるメリットがある。
【００５３】
この結果、波長が４０５ｎｍの光を入射させた場合には１次回折光効率が３９％となり、波長が６６０ｎｍの光を入射させた場合には０次回折効率が９５％となり、波長が７８５ｎｍの光を入射させた場合には０次回折効率が９５％となる。
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００５４】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における光学素子の製造方法とは異なる方法により、第１の実施の形態における光学素子を製造する光学素子の製造方法である。
【００５５】
図９に基づき、本実施の形態における光学素子の製造方法について説明する。最初に、ケイ酸ソーダに適量の水を加え、この後、ＴｉＯ２微粒子を加えて屈折率が所望の値となるように調節し、第１の水ガラスを作製する。この際、イオン交換によりＮａの量を調節してもよい。この第１の水ガラスをスピンコートにより、透明基板１１の一方の面上に塗布し、インプリントにより表面に回折格子を形成した後、焼成する。これにより、図９（ａ）に示すように、透明基板１１の一方の面上には、表面に回折格子が形成された第１の材料層２１が形成される。
【００５６】
次に、ケイ酸ソーダに適量の水を加え、この後、ＺｒＯ２微粒子を加えて屈折率が所望の値となるように調節し、第２の水ガラスを作製する。この際、イオン交換によりＮａの量を調節してもよい。この第２の水ガラスをスピンコートにより、表面に回折格子が形成された第１の材料層２１上に塗布した後、焼成する。これにより、図９（ｂ）に示すように、表面に回折格子が形成された第１の材料層２１上には、第２の材料層２２が形成される。本実施の形態では、第２の材料層２２はスピンコートにより形成されているため、第２の材料層２２の表面は略平坦に形成されているが、必要に応じて研磨等を行ってもよい。
【００５７】
この後、図９（ｃ）に示すように、透明基板１１の他方の面に反射防止膜３１を形成し、第２の材料層２２の表面に反射防止膜３２を形成する。
【００５８】
これにより、本実施の形態における光学素子の形成方法により、第１の実施の形態における光学素子を作製することができる。尚、本実施の形態における光学素子の製造方法の一部または全部は、第２の実施の形態及び第３の実施の形態における光学素子を作製する場合にも適用することができる。
【００５９】
また、本実施の形態においては、図９（ａ）に示す工程に代えて、図５（ａ）〜（ｃ）に示す工程を行うものであってもよい。即ち、図５（ａ）〜（ｃ）に示す工程を行なった後、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示す工程を行うものであってもよい。また、図９（ｂ）に示す工程に代えて、図６（ａ）、（ｂ）に示す工程を行うものであってもよい。即ち、図９（ａ）に示す工程を行なった後、図６（ａ）、（ｂ）に示す工程を行い、更に、図９（ｃ）に示す工程を行うものであってもよい。尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態における光学素子は、第１の材料層の表面にフレネルレンズ形状のブレーズ、擬似ブレーズ等が形成されているものである。
【００６１】
本実施の形態における光学素子は、図１０に示すように、透明基板１１の一方の面に表面にフレネルレンズ形状のブレーズ等が形成された第１の材料層２３が形成されており、第１の材料層２３のフレネルレンズ形状のブレーズ等が形成されている面の全体を覆うように、第２の材料層２４が形成されている。第１の材料層２３は第１の実施の形態における第１の材料層２１を形成する材料と同一の材料が用いられており、第２の材料層２４は第１の実施の形態における第２の材料層２２を形成する材料と同一の材料が用いられている。
【００６２】
本実施の形態における光学素子の製造方法において第１の材料層２３の表面にフレネルレンズ形状のブレーズ等を形成する際は、図５（ｂ）と図５（ｃ）に示す工程を繰り返し行うことにより、多段の擬似ブレーズを形成することができる。また、また、第４の実施の形態における製造方法におけるインプリントによりブレーズ等の形状に形成することができる。
【００６３】
また、本実施の形態における光学素子は、図１１に示すように、透明基板１１と第１の材料層２３との間に反射防止膜３４を形成したものであってもよい。尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態から第３の実施の形態と同様である。
【００６４】
〔第６の実施の形態〕
次に、第６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における光学素子を有する光ヘッド装置である。本実施の形態における光ヘッド装置は、図１２に示すように、３種類の異なる光ディスク、例えば、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの光ディスクに対応したものであり、１つの光ヘッド装置により３種類の異なる光ディスクの記録及び再生を行うことができるものである。即ち、この光ヘッド装置は、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の光に対応したものである。
【００６５】
本実施の形態における光ヘッド装置では、光源１１１、第１の光学素子１１２、偏光ビームスプリッタ１１３、コリメータレンズ１１５、第１の立ち上げミラー１１６、１／４波長板１１７、対物レンズ１１８、第２の立ち上げミラー１１９、１／４波長板１２０、第２の対物レンズ１２１、第２の光学素子１２２、シリンドリカルレンズ１２３、光検出器１２４を有している。
【００６６】
光源１１１は、３つの波長の光を出射することのできる３波長レーザであり、具体的には、４０５ｎｍ波長帯である波長λ１の光、６６０ｎｍ波長帯である波長λ２の光、７８５ｎｍ波長帯である波長λ３の光の３つの波長の光を対応する光ディスクに応じて出射することができる。
【００６７】
第１の光学素子１１２は、光源１１１より出射された波長λ２及び波長λ３の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離するものである。具体的には、波長λ１の光においては光学的に作用することなく、波長λ２の光及び波長λ３の光においては回折格子として作用する光学素子であり、この光学素子における第１の材料層２１を形成する材料と第２の材料層２２を形成する材料は、図４に示すような屈折率の特性を有している。
【００６８】
偏光ビームスプリッタ１１３は、所定の偏光の光を透過し、所定の偏光に対し垂直方向の偏光の光を偏向するものである。
【００６９】
コリメータレンズ１１５は、光源１１１から出射された各々の波長の光を略平行光となるようにコリメートするものである。略平行光とは、ピックアップの再生、記録が可能な程度の収差を対物レンズ入射時に維持できる程度に光軸と平行であることを示す。
【００７０】
第１の立ち上げミラー１１６は、ダイクロイックミラーであり、波長λ１の光は偏向されて分岐され、波長λ２及び波長λ３の光は偏向されることなくそのまま透過するように形成されている。具体的には、第１の立ち上げミラー１１６は、所定の膜厚の高屈折率と低屈折率の誘電体材料を交互に積層することにより形成されている。
【００７１】
１／４波長板１１７及び１２０は、入射した直線偏光の光を円偏光に、円偏光の光を直線偏光に変換する機能を有している。
【００７２】
第１の対物レンズ１１８は、光ディスク１３１の情報記録面に光を集光するためのものである。尚、本実施の形態では、光ディスク１３１はＢＤである。
【００７３】
第２の立ち上げミラー１１９は、波長λ２及び波長λ３の光を偏向するものであり、例えば、ダイクロイックミラー等により形成されている。具体的には、第２の立ち上げミラー１１９は、所定の膜厚の高屈折率と低屈折率の誘電体材料を交互に積層形成することにより形成されている。
【００７４】
第２の対物レンズ１２１は、光ディスク１３２の情報記録面に光を集光するためのものである。尚、本実施の形態では、光ディスク１３２はＤＶＤまたはＣＤである。
【００７５】
第２の光学素子１２２は、波長λ１の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離するものである。具体的には、波長λ２の光及び波長λ３の光においては光学的に作用することなく、波長λ１の光においては回折格子として作用する光学素子である。この光学素子における第１の材料層２１を形成する材料と第２の材料層２２を形成する材料は、図２に示すような屈折率の特性を有している。
【００７６】
シリンドリカルレンズ１２３は、波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光を光検出器１２４に入射させるためのものである。
【００７７】
光検出器１２４は、入射した波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光の光量に応じた電気信号を出力するものである。
【００７８】
次に、本実施の形態における光ヘッド装置において、光ディスク１３１における情報を再生等する場合について説明する。本実施の形態では、光ディスク１３１はＢＤであり、光源１１１よりＢＤに対応した波長λ１の光が出射される。光源１１１より出射された波長λ１の光は、第１の光学素子１１２を光学的な作用を受けることなく透過し、偏光ビームスプリッタ１１３に入射する。偏光ビームスプリッタ１１３に入射した光はそのまま透過し、コリメータレンズ１１５により略平行光にコリメートされ、第１の立ち上げミラー１１６により反射され偏向される。第１の立ち上げミラー１１６により偏向された光は、１／４波長板１１７に入射し左回りの円偏光の光となって出射され、第１の対物レンズ１１８により、光ディスク１３１、即ち、ＢＤの情報記録面に集光されて照射される。光ディスク１３１に照射された光は、光ディスク１３１の情報記録面において反射され、第１の対物レンズ１１８を介し、１／４波長板１１７に入射する。１／４波長板１１７では入射の際の偏光方向と直交する偏光方向の光に変換され、第１の立ち上げミラー１１６において偏向され、コリメータレンズ１１５を介し、偏光ビームスプリッタ１１３に入射する。偏光ビームスプリッタ１１３に入射した光は、偏光ビームスプリッタ１１３において偏向され、第２の光学素子１２２に入射する。第２の光学素子１２２に入射した光は第２の光学素子１２２によりトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号とに分離されて、シリンドリカルレンズ１２３により集光され、光検出器１２４に入射する。光検出器１２４からは入射した光の光量に応じた電気信号が出力されるため、この電気信号に基づき光ディスク１３１であるＢＤに記録されていた情報が再生される。
【００７９】
次に、本実施の形態における光ヘッド装置において、光ディスク１３２における情報を再生等する場合について説明する。本実施の形態では、光ディスク１３２はＤＶＤまたはＣＤであり、光源１１１よりＤＶＤに対応した波長λ２の光、または、ＣＤに対応した波長λ３の光が出射される。光源１１１より出射された波長λ２または波長λ３の光は、第１の光学素子１１２によりトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号とに分離され、この後、偏光ビームスプリッタ１１３を透過し、コリメータレンズ１１５に入射する。コリメータレンズ１１５に入射した光は、コリメータレンズ１１５により略平行光にコリメートされ、第１の立ち上げミラー１１６を透過し、第２の立ち上げミラー１１９により反射され偏向される。第２の立ち上げミラー１１９により偏向された光は、１／４波長板１２０に入射し左回りの円偏光の光となって出射され、第２の対物レンズ１２１により、光ディスク１３２、即ち、ＤＶＤまたはＣＤの情報記録面に集光されて照射される。光ディスク１３２に照射された光は、光ディスク１３２の情報記録面において反射され、第２の対物レンズ１２１を介し、１／４波長板１２０に入射する。１／４波長板１２０では入射の際の偏光方向と直交する偏光方向の光に変換され、第２の立ち上げミラー１１９において偏向され、第１の立ち上げミラー１１６を透過し、コリメータレンズ１１５を介し、偏光ビームスプリッタ１１３に入射する。偏光ビームスプリッタ１１３に入射した光は、偏光ビームスプリッタ１１３において偏向され、第２の光学素子１２２において光学的な作用を受けることなく透過し、シリンドリカルレンズ１２３により集光され、光検出器１２４に入射する。光検出器１２４からは入射した光の光量に応じた電気信号が出力されるため、この電気信号に基づき光ディスク１３２であるＤＶＤまたはＣＤに記録されていた情報が再生される。
【００８０】
本実施の形態における光ヘッド装置では、第１の光学素子１１２及び第２の光学素子１２２は、第１の実施の形態における光学素子を用いているため、耐久性が高い。
【００８１】
また、第１の光学素子１１２、第２の光学素子１２２を同時に利用せずに光ヘッド装置を構成してもよい。
【００８２】
また、第１の光学素子１１２では、波長λ１の光においては光学的に作用することなく、波長λ２及び波長λ３の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離するものとし、第２の光学素子１２２では、波長λ１の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離し、波長λ２及び波長λ３の光においては光学的に作用しないとしたが、波長に対する作用を逆転させてもよい。
【００８３】
また、波長λ１の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離する素子を通常の回折素子としても、回折効率が小さいような素子とすれば、より波長の長い波長λ２及び波長λ３の光の透過率は高くなる。よって、第１の光学素子１１２、第２の光学素子１２２のいずれかを通常の回折素子として、利用することも可能である。
【００８４】
また、第２の光学素子１２２を利用せず、第１の光学素子１１２の構成を、波長λ１の光においては光学的に作用することなく、波長λ２及び波長λ３の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離する回折素子と、波長λ１の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離し、波長λ２及び波長λ３の光においては光学的に作用しない素子を積層した構成としてもよい。このとき、上記と同様に、通常の回折素子と波長によって作用が異なる本発明の回折素子を積層する構成としてもよい。
【００８５】
また、第１の光学素子１１２を利用せず、第２の光学素子１２２の構成を、波長λ１の光においては光学的に作用することなく、波長λ２及び波長λ３の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離する回折素子と、波長λ１の光をトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号に分離し、波長λ２及び波長λ３の光においては光学的に作用しない素子を積層した構成としてもよい。このとき、上記と同様に、通常の回折素子と波長によって作用が異なる本発明の回折素子を積層する構成としてもよい。
【００８６】
尚、本実施の形態における光ヘッド装置には、第２から第４の実施の形態における光学素子を用いることも可能である。
【００８７】
〔第７の実施の形態〕
次に、第７の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第６の実施の形態における光ヘッド装置の光源１１１を異なる構造のものに置き換えたものである。即ち、本実施の形態における光ヘッド装置は、図１３に示すように、光源１１１に代えて、第１の光源１５１、第２の光源１５２、レンズ１５３、ダイクロイックプリズム１５４が設けられているものである。
【００８８】
第１の光源１５１は、波長λ１の４０５ｎｍの光を出射する半導体レーザであり、第２の光源１５２は、波長λ２の６６０ｎｍの光及び波長λ３の７８５ｎｍの光を出射する半導体レーザである。レンズ１５３は、第１の光源より出射された波長λ１の光を所定のＲＩＭ強度となるようにＲＩＭ強度補正を行うものであり、レンズ１５３に入射した所定の倍率に変換される。ダイクロイックプリズム１５４は、波長λ１の光を透過し、波長λ２の光及び波長λ３の光を偏向する機能を有するものである。
【００８９】
本実施の形態では、第１の光源１５１より出射された波長λ１の光は、レンズ１５３に入射し所定の倍率に変換された後、ダイクロイックプリズム１５４を透過し、第１の光学素子１１２に入射する。また、第２の光源１５２より出射された波長λ２の光及び波長λ３の光は、ダイクロイックプリズム１５４において偏向された後、第１の光学素子１１２に入射する。
【００９０】
本実施の形態では、ダイクロイックプリズム１５４を出射した光が、第１の光学素子１１２に入射する構造であるため、一般的に多層膜層数が多いこと等によって高価になり易いダイクロイックプリズム１５４の大きさを小さくすることができ、より一層光ヘッド装置を小型化することができ、また低コストなものとすることができる。尚、上記以外の内容については、第６の実施の形態と同様である。
【００９１】
〔第８の実施の形態〕
次に、第８の実施の形態について説明する。図１４に基づき。本実施の形態における光ヘッド装置について説明する。本実施の形態における光ヘッド装置は、第６の実施の形態における光ヘッド装置の偏光ビームスプリッタ１１３とコリメータレンズ１１５との間に波長選択レンズ１１４を設けた構造のものである。
【００９２】
波長選択レンズ１１４は、波長λ２及び波長λ３の光に対しては、レンズとして作用することなく、そのまま光を透過し、波長λ１の光に対しては、レンズとして作用するものである。このような波長選択レンズ１１４としては、第５の実施の形態における光学素子を用いることができる。
【００９３】
尚、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤでは、必要となるＲＩＭ強度や、光源から出射されるレーザ光の利用効率等が異なるため、光源とコリメータレンズの位置関係が異なり、同じ光検出器に集光できないという問題や、また、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応した各々の波長の光を出射できる３波長レーザを光源として用いることができるが、ＢＤではＲＩＭ強度を大きくしたいことから、焦点距離を長くすることが求められており、ＤＶＤ、ＣＤでは、レーザ光の利用効率を高めるため、焦点距離を短くすることが求められており、相互の要求が相反するといった問題などを解決すために、波長選択レンズは用いられる。
【００９４】
次に、本実施の形態における光ヘッド装置において、光ディスク１３１における情報を再生等する場合について説明する。本実施の形態では、光ディスク１３１はＢＤであり、光源１１１よりＢＤに対応した波長λ１の光が出射される。光源１１１より出射された波長λ１の光は、第１の光学素子１１２及び偏光ビームスプリッタ１１３を透過し、波長選択レンズ１１４に入射する。波長選択レンズ１１４は、波長λ１の光については、レンズとして作用するため、入射した波長λ１の光は屈折する。この後、波長選択レンズ１１４を出射した光は、コリメータレンズ１１５により略平行光にコリメートされ、第１の立ち上げミラー１１６により反射され偏向される。第１の立ち上げミラー１１６により偏向された光は、１／４波長板１１７に入射し左回りの円偏光の光となって出射され、第１の対物レンズ１１８により、光ディスク１３１、即ち、ＢＤの情報記録面に集光されて照射される。光ディスク１３１に照射された光は、光ディスク１３１の情報記録面において反射され、第１の対物レンズ１１８を介し、１／４波長板１１７に入射する。１／４波長板１１７では入射の際の偏光方向と直交する偏光方向の光に変換され、第１の立ち上げミラー１１６において偏向され、コリメータレンズ１１５を介し、波長選択レンズ１１４に入射する。波長選択レンズ１１４に入射した光は、波長選択レンズ１１４により屈折し、偏光ビームスプリッタ１１３において偏向され第２の光学素子１２２に入射する。第２の光学素子１２２に入射した光は、第２の光学素子１２２によりトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号とに分離されて、シリンドリカルレンズ１２３により集光され、光検出器１２４に入射する。光検出器１２４からは入射した光の光量に応じた電気信号が出力されるため、この電気信号に基づき光ディスク１３１であるＢＤに記録されていた情報が再生される。
【００９５】
次に、本実施の形態における光ヘッド装置において、光ディスク１３２における情報を再生等する場合について説明する。本実施の形態では、光ディスク１３２はＤＶＤまたはＣＤであり、光源１１１よりＤＶＤに対応した波長λ２の光、または、ＣＤに対応した波長λ３の光が出射される。光源１１１より出射された波長λ２または波長λ３の光は、第１の光学素子１１２によりトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号とに分離され、この後、偏光ビームスプリッタ１１３を透過し、波長選択レンズ１１４に入射する。波長選択レンズ１１４は、波長λ２及び波長λ３の光については、レンズとして作用することなく、そのまま透過する。この後、波長選択レンズ１１４を出射した光は、コリメータレンズ１１５により略平行光にコリメートされ、第１の立ち上げミラー１１６を透過し、第２の立ち上げミラー１１９により反射され偏向される。第２の立ち上げミラー１１９により偏向された光は、１／４波長板１２０に入射し左回りの円偏光の光となって出射され、第２の対物レンズ１２１により、光ディスク１３２、即ち、ＤＶＤまたはＣＤの情報記録面に集光されて照射される。光ディスク１３２に照射された光は、光ディスク１３２の情報記録面において反射され、第２の対物レンズ１２１を介し、１／４波長板１２０に入射する。１／４波長板１２０では入射の際の偏光方向と直交する偏光方向の光に変換され、第２の立ち上げミラー１１９において偏向され、第１の立ち上げミラー１１６を透過し、コリメータレンズ１１５を介し、波長選択レンズ１１４に入射する。波長選択レンズ１１４に入射した光は、そのまま透過し、偏光ビームスプリッタ１１３において偏向され、第２の光学素子１２２を透過し、シリンドリカルレンズ１２３により集光され、光検出器１２４に入射する。光検出器１２４からは入射した光の光量に応じた電気信号が出力されるため、この電気信号に基づき光ディスク１３２であるＤＶＤまたはＣＤに記録されていた情報が再生される。
【００９６】
本実施の形態における光ヘッド装置では、波長選択レンズ１１４を、偏光ビームスプリッタ１１３とコリメータレンズ１１５との間に設置することにより、光ディスク１３１を照射する光と光ディスク１３１により反射された光との双方においてレンズとして作用させることができる。
【００９７】
尚、波長選択レンズ１１４は、コリメータレンズ１１５と第１の立ち上げミラー１１６との間に設置した場合においても同様の効果を得ることができる。また、上記以外の内容については、第６の実施の形態と同様である。
【００９８】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【００９９】
〔第９の実施の形態〕
次に、第９の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における光学素子を有する光ヘッド装置である。本実施の形態における光ヘッド装置は、図１５に示すように、３種類の異なる光ディスク、例えば、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの光ディスクに対応したものであり、１つの光ヘッド装置により３種類の異なる光ディスクの記録及び再生を行うことができるものである。即ち、この光ヘッド装置は、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の光に対応したものである。
【０１００】
本実施の形態における光ヘッド装置では、光源１１１、第１の光学素子１１２、第３の光学素子１２５、偏光ビームスプリッタ１１３、コリメータレンズ１１５、第１の立ち上げミラー１１６、１／４波長板１１７、対物レンズ１１８、第２の立ち上げミラー１１９、１／４波長板１２０、第２の対物レンズ１２１、第２の光学素子１２２、シリンドリカルレンズ１２３、光検出器１２４を有している。
【０１０１】
光源１１１は、３つの波長の光を出射することのできる３波長レーザであり、具体的には、４０５ｎｍ波長帯である波長λ１の光、６６０ｎｍ波長帯である波長λ２の光、７８５ｎｍ波長帯である波長λ３の光の３つの波長の光を対応する光ディスクに応じて出射することができる。ただし、３波長レーザは、作成上の問題から、同一の出射位置から全ての波長のレーザ光を出射できない場合がある。
【０１０２】
光源１１１から出射される光線の実線で表したものを６６０ｎｍと７８５ｎｍ波長帯の光とし、破線にて表したものを４０５ｎｍ波長帯の光とし、実線の光線と破線の光線の光軸は一致していないとする。
【０１０３】
第３の光学素子１２５は、４０５ｎｍ波長帯の光のみを回折し、６６０ｎｍと７８５ｎｍ波長帯の光と同様の光軸が一致するようにする作用を持つ。ただし、第３の光学素子１２５は、光軸を一致させる作用だけでなく、光軸方向の発光点位置を調整する機能や光軸を補正する際に発生する光量分布を補正する機能を付随させてもよく、また、複数枚の組み合わせによって機能を発現しても良い。
【０１０４】
第３の光学素子１２５の構造の１例を、図１６に示す。図１６に示すように、透明基板１１の一方の面に表面にブレーズ等が形成された第１の材料層２３が形成されており、第１の材料層２３のブレーズ等が形成されている面の全体を覆うように、第２の材料層２４が形成されている。第１の材料層２３は第１の実施の形態における第１の材料層２１を形成する材料と同一の材料が用いられており、第２の材料層２４は第１の実施の形態における第２の材料層２２を形成する材料と同一の材料が用いられている。
【０１０５】
第１の光学素子１１２と第２の光学素子１２２、その他の光学部材、ピックアップの機能については、実施の形態７と同様である。
【０１０６】
〔第１０の実施の形態〕
次に、第１０の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における光学素子と第６の実施の形態から第８の実施の形態におけるコリメータレンズ１１５とを一体化した構造の波長選択コリメータレンズである。
【０１０７】
具体的には、図１７に示すように、本実施の形態における波長選択コリメータレンズ３１０は、第６の実施の形態等におけるコリメータレンズ１１５と同様の構造のコリメータレンズ本体３１５の一方の面に、表面がフレネルレンズ形状の第１の材料層３２１を形成し、この第１の材料層３２１上に第２の材料層３２２を形成したものである。これにより本実施の形態における波長選択コリメータレンズ３１０は、波長によって焦点距離の異なるコリメータレンズとなる。本実施の形態では、コリメータレンズ本体３１５は、ガラス材料ＢＫ７により形成されており、第１の材料層３２１は水ガラスとチタニア微粒子コンポジットにより形成されるシリカ−チタニアコンポジット材料により形成されており、第２の材料層３２２は水ガラスとジルコニア微粒子コンポジットにより形成されるシリカ−ジルコニアコンポジット材料により形成されている。尚、本実施の形態は、他の実施の形態を適用したものであってもよい。
【０１０８】
〔第１１の実施の形態〕
次に、第１１の実施の形態について説明する。本実施の形態における光学素子は、第１の材料層の表面に凹凸構造が形成されているものである。凹凸形状は、各種収差形状等にすることにより光学系の残留収差を波長によって取り除いたり、または、特定の波長に対して選択的に付与することができる。
【０１０９】
本実施の形態における光学素子４００は、図１８に示すように、透明基板１１の一方の面に表面に凹凸形状が形成された第１の材料層２３が形成されており、第１の材料層２３の凹凸形状が形成されている面の全体を覆うように、第２の材料層２４が形成されている。第１の材料層２３は第１の実施の形態における第１の材料層２１を形成する材料と同一の材料が用いられており、第２の材料層２４は第１の実施の形態における第２の材料層２２を形成する材料と同一の材料が用いられている。
【０１１０】
図１９に、本実施の形態における光学素子４００を光線の入射方向から見た図を示しており、領域４０１、領域４０２、領域４０３、領域４０４の順に第１の材料層が薄くなるようになっている。このような形状とすることで、本素子に入射した光線のうち、ＢＤ波長にて選択的に非点収差（ＡＳ）の収差を付与するような機能を得ることができる。本実施の形態では、ＡＳの形状としたが、任意の形状のものを作成することができる。
【０１１１】
本実施の形態における光学素子の製造方法において第１の材料層２３の表面に凹凸形状を形成する際は、図５（ｂ）と図５（ｃ）に示す工程を繰り返し行うことにより、多段の擬似ブレーズを形成することができる。また、また、第４の実施の形態における製造方法におけるインプリントによりブレーズ等の形状に形成することができる。
【０１１２】
また、本実施の形態における光学素子は、図１１に示すように、透明基板１１と第１の材料層２３との間に反射防止膜３４を形成したものであってもよい。尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態から第３の実施の形態と同様である。
【０１１３】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【０１１４】
１１        透明基板
２１        第１の材料層
２２        第２の材料層
３１        反射防止膜
３２        反射防止膜
１１１      光源
１１２      第１の光学素子（回折光学素子）
１１３      偏光ビームスプリッタ
１１４      波長選択レンズ
１１５      コリメータレンズ
１１６      第１の立ち上げミラー
１１７      １／４波長板
１１８      第１の対物レンズ
１１９      第２の立ち上げミラー
１２０      １／４波長板
１２１      第２の対物レンズ
１２２      第２の光学素子（回折光学素子）
１２３      シリンドリカルレンズ
１２４      光検出器
１３１      光ディスク
１３２      光ディスク
【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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