(57)【要約】【課題】３つの波長に対し光学的な作用の異なる回折光学素子と前記回折光学素子を有する光ヘッド装置。【解決手段】透明基板の表面に形成された第１の材料層の表面に回折構造または凹凸構造が形成されており、第１の材料層の凹凸の凸部と凹部の光路差が、３９０ｎｍから４３０ｎｍの波長の光のうち１の波長λＡの光において２λＡであり、４３０ｎｍから７６５ｎｍの波長の光のうち１の波長λＢの光においてλＢとなるものであって、第１の材料層の実効屈折率によって計算されるアッベ数が２０以下である回折光学素子を用いる。【選択図】図１
2013093070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する光学部材と、前記光学部材の一方の表面に形成された材料層に凹凸構造が形成されており、
前記材料層の凹凸の凸部と凹部の光路差が、３９０ｎｍから４３０ｎｍの波長の光のうち１の波長λＡの光において２λＡであり、４３０ｎｍから７６５ｎｍの波長の光のうち１の波長λＢの光においてλＢとなるものであって、
前記材料層の実効屈折率によって計算されるアッベ数が２０以下であることを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
前記材料層がＴｉまたはＮｂを含む無機材料である前記回折光学素子を有する請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記材料層のＤ線の実効屈折率と前記材料層の実効屈折率から計算されるアッベ数ｖが、数式ｎＤ≧１３．８／ｖ２＋４．０６／ｖ＋１．０９の関係を満たす前記回折光学素子を有する請求項１または２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記材料層がアッベ数２０以下の材料とアッベ数２０超の材料の混合物からなる前記回折光学素子を有する請求項１乃至３に記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記材料層が、アッベ数の異なる層を交互に積層した多層膜からなり、前記多層膜は少なくとも２層からなり、前記多層膜の少なくとも１層はアッベ数２０以下の材料とアッベ数２０超の材料からなる混合物から構成される請求項１乃至３に記載の回折光学素子。
【請求項６】
３つ以上の波長の光を発生できる光ヘッド装置において、
３つ以上の光が存在する光路中に、請求項１乃至５記載の前記回折光学素子を有することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項７】
前記光ヘッド装置の光源は３つの異なる波長の光が単一の光源から出射される請求項５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、回折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という）、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７９０ｎｍ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、コリメーター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、対物レンズの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回折光学素子を用いた光ヘッド装置、例えば特許文献１の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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている光ヘッド装置に用いられている回折光学素子は、波長により光学的作用が異なる回折光学素子であるが、２波長の光に対して利用できるものであり、３つの異なる波長に対して、１つの波長にのみ作用するような機能のものを作成できないといった問題があった。本発明は、上記の問題点を解決するものであり、波長により光学的作用が異なる回折光学素子において、３つの波長に対して１つの波長にのみ作用する回折光学素子を提供する。更には、この回折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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光を透過する光学部材と、前記光学部材の一方の表面に形成された材料層に凹凸構造が形成されており、前記材料層の凹凸の凸部と凹部の光路差が、３９０ｎｍから４３０ｎｍの波長の光のうち１の波長λＡの光において２λＡであり、４３０ｎｍから７６５ｎｍの波長の光のうち１の波長λＢの光においてλＢとなるものであって、前記材料層の実効屈折率によって計算されるアッベ数が２０以下である本発明の回折光学素子を提供できる。
【０００７】
前記回折光学素子により、３９０ｎｍから４３０ｎｍの光（以下、ＢＤ光ともいう）において高い透過率となり、６４０ｎｍから６６０ｎｍの光（以下、ＤＶＤ光ともいう）において高い透過率となり、７６５ｎｍ〜８１０ｎｍの光（以下、ＣＤ光ともいう）において回折する回折素子を利用して、ＣＤの再生に適したＣＤ光のみを分岐させることができ、また、同一光路中に前記回折光学素子を配置することにより、省スペース化を図ることができ、小型の光ヘッド装置とできる。
【０００８】
また、前記回折光学素子の前記材料層は、Ｔｉ（チタン）またはＮｂ（ニオブ）を含む無機材料である前記回折光学素子を有する回折光学素子である。
【０００９】
前記回折光学素子は、低いアッベ数の材料を前記回折光学素子の第１の材料層に利用でき、ＣＤ光の回折効率の調整幅を広げられるため、再生、記録に対して、適した回折効率をそれぞれの光ヘッド装置の特性に合わせて調整でき、光ヘッド装置の再生、記録特性を向上できる。
【００１０】
また、本発明は、前記回折光学素子の第１の材料層のＤ線の実効屈折率と第１の材料層の実効屈折率から計算されるアッベ数ｖが、数式ｎＤ≧１３．８／ｖ２＋４．０６／ｖ＋１．０９の関係を満たす回折光学素子である。ここで、Ｄ線とはナトリウムＤ線であり５８７．６ｎｍの波長の光線をいう。
【００１１】
前記回折光学素子により、種々の手法により回折光学素子を作成でき、欲しい機能によって回折光学素子の作成コストに最も有利なプロセスを選択でき、安価な回折光学素子及び光ヘッド装置を作成できる。
【００１２】
また、本発明は、前記回折光学素子の第１の材料層が、アッベ数２０以下の材料とアッベ数２０以上の材料の複合物によって構成されている回折光学素子である。
【００１３】
前記回折光学素子は回折効率の調整が少ない材料の原料にて行うことができ、異なる回折効率の回折光学素子を同一の原料にて作成できるため、作成コストの低減ができ、安価な回折光学素子及び光ヘッド装置を作成できる。
【００１４】
また、本発明は、前記回折光学素子の第１の材料層が、アッベ数２０以下の材料とアッベ数２０以上の材料の多層膜によって構成されている回折光学素子装置である。
【００１５】
前記手段により、回折光学素子の透過率や回折効率の波長依存性に関しても最適化でき、より安定的に記録、再生ができる光ヘッド装置を提供できる。
【００１６】
本発明は、単一または複数の光源によって、３つ以上の波長の光を発生できる光ヘッド装置において、３つ以上の光が存在する光路中に、光を透過する光学部材と、前記光学部材の一方の表面に形成された材料層に凹凸構造が形成されており、前記材料層の凹凸の凸部と凹部の光路差が、３９０ｎｍから４３０ｎｍの波長の光のうち１の波長λＡの光において２λＡであり、４３０ｎｍから７６５ｎｍの波長の光のうち１の波長λＢの光においてλＢとなるものであって、前記材料層の実効屈折率によって計算されるアッベ数が２０以下であることを特徴とする回折光学素子である。また、前記回折光学素子を有することを特徴とする光ヘッド装置である。
【００１７】
また、本発明は、前記光ヘッド装置の光源は、３つの異なる波長の光が、単一の光源によって出射されることを特徴とする光ヘッド装置である。
【００１８】
前記手段により、光ヘッド装置の省スペース化を図ることができ、小型の光ヘッド装置が作成できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、波長により光学的作用が異なる回折光学素子を用いることで、複数の種類の光ディスクに対応した小型で、安価な光ヘッド装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施の形態における回折光学素子
【図２】チタニアとシリカの混合材料で構成された第１の材料層２１のＤ線の屈折率とアッベ数の関係
【図３】４０５ｎｍの波長λ１において、材料層２１の凹凸による光路差が２λ１となる、回折格子の高さとアッベ数の関係
【図４】図３の条件における、４０５ｎｍの波長λ１のアッベ数と透過率の関係
【図５】図３の条件における、４０５ｎｍの波長λ１のアッベ数と６６０ｎｍの透過率の関係
【図６】図３の条件における、４０５ｎｍの波長λ１のアッベ数と７９０ｎｍの０次回折光と１次回折光の回折効率比を示す
【図７】材料層２１をシリカとして回折格子の高さを変更して回折効率比を変更した場合の４０５ｎｍの透過率
【図８】材料層２１をシリカとして回折格子の高さを変更して回折効率比を変更した場合の６６０ｎｍの透過率
【図９】材料層２１をシリカとして回折格子の高さを変更して回折効率比を変更した場合の７９０ｎｍの回折効率比
【図１０】第２の実施の形態における回折光学素子
【図１１】第１の実施の形態における回折光学素子を有する第３の実施の形態の光ヘッド装置
【図１２】実施例２の透過率の波長依存性
【図１３】実施例３のＣＤ光の回折効率比の波長依存性
【図１４】ｎＤとアッベ数の関係
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態における回折光学素子について説明する。本実施の形態における回折光学素子は、図１に示すように、透明基板１１上の表面には第１の材料層２１のバイナリの回折格子が形成されている。
【００２３】
第１の材料層２１は、アッベ数２０以下の低アッベ材料にて形成されている。２０以下の低アッベ材料は、フェニル基を多数含むような光学樹脂やチタニア（ＴｉＯ２）や酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）等の微粒子を含むコンポジット材料等によって得ることができるが、チタニアやニオビアの低アッベ数となる単一材料、または、それらとタンタラ（Ｔａ２Ｏ５）、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のようなアッベ数が２０超の材料を混合、または、多層化、または、混合と多層化によって得られる無機材料が、高照度のレーザー光や紫外線等を照射した場合においても材料が変質等なく、耐光性に優れ、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ため好ましい。本実施の形態においては、無機材料とは、有機ポリマーを含まない化合物を意味する。
【００２４】
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がより好ましい。ガラス材料としては、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。
【００２５】
また、本実施の形態における回折光学素子は、反射防止膜３１が形成されていることが透過率を向上させる効果があるため好ましい。
【００２６】
図２は、第１の材料層２１を構成する材料をチタニアとシリカの混合材料とした場合のＤ線の屈折率とアッベ数の関係を示したものである。ここでは、チタニアの屈折率はｎＤ≒２．５９であり、アッベ数が８．５、また、シリカの屈折率はｎＤ≒１．４６であり、アッベ数が５５であるものを用いた。アッベ数の変化とともに、Ｄ線の屈折率が変化しており、連続的な値を取ることが分かる。ここで、チタニアとシリカの混合比を変更することによってアッベ数を変化させた。本実施形態では、チタニアとシリカの混合材料を材料層２１に用いたもので説明するが、本発明は、この材料に限定されない。
【００２７】
図３は、波長λ１を４０５ｎｍとし、λ１において、材料層２１の凹凸によって発生する光路差が２λ１となるようにした場合の、回折格子の高さとアッベ数の関係を示す。アッベ数を変更した場合、Ｄ線の屈折率は変化するが、図３のように回折格子の高さをアッベ数に併せて設定することで４０５ｎｍの透過率を高くできる。図３のように回折格子の高さをアッベ数に併せて設定した場合の、４０５ｎｍのアッベ数に対する透過率を図４に示す。図４より、４０５ｎｍの透過率が略９０％と高いことが分かる。
【００２８】
また、図５に６６０ｎｍの透過率と図６に７９０ｎｍの０次回折光と１次回折光の回折効率比を示す。図５より、各アッベ数においても６６０ｎｍの透過率が７０％以上と高く、７９０ｎｍの回折効率比は３から５０までアッベ数を変更することで制御できることが分かる。ここで、回折効率比＝０次回折光量／１次回折光量である。
【００２９】
これより、本発明の構成を用いれば、ＣＤ光の回折効率比を任意に制御しつつ、ＢＤ光とＤＶＤ光の透過率を高くする回折格子を得ることができる。また、ＣＤ光の回折効率比において、光ヘッド装置のサーボ信号を生成するために必要な回折効率比は３０以下であるため、アッベ数２０以下の材料にて材料層２１を構成するとよいことが分かる。本実施の形態では、ＢＤ光の代表的な波長を４０５ｎｍとし、ＤＶＤ光の代表的な波長を６６０ｎｍとし、ＣＤ光の代表的な波長を７９０ｎｍとしている。
【００３０】
比較例として、材料層２１にシリカを用い、回折格子の高さを変更して回折効率比を変更した場合の４０５ｎｍの透過率を図７に、６６０ｎｍの透過率を図８に、７９０ｎｍの回折効率比を図９にそれぞれ示す。これより、図９のように回折効率比を変化させていった場合、ＣＤ光の回折効率比が３０以下となるように回折格子の高さを０．１５μｍ以上とすると、４０５ｎｍの透過率が７０％以下となってしまい、光の利用効率のよい光ヘッド装置を得ることができず、４０５ｎｍの再生、記録特性に問題が生じる。また、ＣＤ光の再生特性を向上させるためには、回折効率比を小さくした方が好ましいが、ＣＤ光の回折効率比を１５以下とすると、４０５ｎｍの透過率が５０％以下となってしまい、さらに４０５ｎｍの再生、記録特性に問題が大きくなる。ＢＤ光とＤＶＤ光の透過率を高く、かつ、ＣＤの安定的な再生特性を得るＣＤ光の回折効率比とするために、本発明の回折光学素子は大変有効である。
【００３１】
また、比較例の回折格子の高さを波長４０５ｎｍの光において、光路差が波長と同程度となるように０．８４μｍに設定すると、６６０ｎｍの透過率が１０％以下となり不適であり、光路差が波長の２倍程度となるように１．６８μｍに設定すると、７９０ｎｍの１次回折効率が１％以下となり、サーボ信号を生成できなくなる。また、さらに光路差を大きくして波長の３倍以上に設定すると、各波長域において波長依存性が大きくなりすぎて好ましくない。回折光学素子の波長依存性が大きいと、温度変動によって波長が変動しやすい半導体レーザー（以下、ＬＤという）を用いた光ヘッド装置において安定な動作が困難となるためである。
【００３２】
次に、格子材料２１に用いる材料や作成方法を変更した場合に、７９０ｎｍの光の回折効率比に対し、格子材料２１のアッベ数とｎＤの関係を調べ、回折効率比に対する材料のアッベ数とｎＤの関係を示す。ここで、ｎＤとはナトリウムＤ線の屈折率をいう。
【００３３】
７９０ｎｍの光の回折効率比を３０として設定した場合に、種々の材料と成膜法の結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
2013093070.tif 000003
【００３５】
７９０ｎｍの光の回折効率比を５として設定した場合に、種々の材料と成膜法の結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
2013093070.tif 000004
【００３７】
表１より、波長７９０ｎｍの回折効率比３０とする場合は、アッベ数が略２０、ｎＤは任意でよく、表２より、回折効率比５では、アッベ数は略１０となり、ｎＤは任意でよいことがわかった。これより、回折効率比はアッベ数によって一般化できることがわかる。安定的な光ヘッド装置の再生特性を得るために必要なサーボ信号を生成する回折効率比は３０以下であるので、回折格子として有用な材料の光学特性の範囲としては、屈折率ｎＤにはよらずアッベ数が２０以下となる。このように、回折効率比とアッベ数は相関関係にあり、アッベ数を決めることで７９０ｎｍの回折効率比を決定できる。ここで、略とはプラスマイナス１割の範囲をいう。
【００３８】
表で示した材料の作成法は、スパッタ法や蒸着法、ＣＶＤといったドライプロセスやゾルゲル法を代表とするようなウェットプロセスを使用できる。
【００３９】
屈折率の調整方法は、材料の混合比を調整するだけでなく、結晶相や密度等を変化させることでも調整可能であり、表で示したものよりも大きな屈折率を得ることもできる。
【００４０】
ｎＤの大きな材料を用いる場合は、チタニアのルチル相を用いるとよく、チタニアのｎＤは２．９、アッベ数は８となる。
【００４１】
ｎＤの小さな材料を用いる場合は、屈折率の小さい材料を混合材料として用いるほか、材料の密度を下げる手法によっても屈折率を小さくできる。ゾルゲル法を用いれば、作成プロセス、特に、混ぜ合わせる有機材料の沸点や無機材料との結合性、焼成温度によって密度が制御でき、ｎＤの小さな材料を作成できる。特に、焼成温度を低温で焼成する場合や、ゾルゲル法の１種であるテンプレート法等を利用することで、材料の密度を下げる効果やポーラスな材料とする効果を得ることができ、より小さなｎＤの材料を作成できる。表に示したポーラス材料の混合膜のＤ線の屈折率とアッベ数の関係は、数式ｎＤ≧１３．８／ｖ２＋４．０６／ｖ＋１．０９の関係となり、ポーラスな材料においても、アッベ数の調整は任意にできる。
【００４２】
ｎＤが数式ｎＤ≧１３．８／ｖ２＋４．０６／ｖ＋１．０９の関係をとらない場合にはポア率が高くなることによる光の散乱が大きくなり、光の利用効率が低下するため上記数式を満たすことが好ましい。ここで、ポア率とは単位体積中の材料が充填されていない気孔部分の体積の比率をいう。ポア率は６０％以下が好ましく、４０％以下がより好ましい。この場合、屈折率ｎＤは１．３以上が好ましい。ポア率が６０％を超えると気孔同士が接触して大きな気孔となりやすく、透過率が悪くなり、また材料が白濁してくる。屈折率ｎＤは１．３未満では所望の厚みに作成することが難しくなる。表１と表２の値を点とし、数式を点線としてｎＤとアッベ数の関係を図１４に示した。
【００４３】
このようにして、透明基板１１に成膜した材料を、インプリント法、または、フォトリソグラフィーとエッチングを利用するなどして、材料層２１として格子や任意の凹凸形状に加工できる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態における回折光学素子について説明する。
本実施の形態における回折光学素子は、図１０に示すように、透明基板１２上に第２の材料層２２と第３の材料層２３とが積層されて多層膜となっており、第２の材料層２２と第３の材料層２３を用いた多層膜２４がバイナリの回折格子として形成されているものである。
【００４５】
多層膜２４の屈折率は、多層膜２４を透過した時の位相を計算して得られる多層膜の実効屈折率を用いることで、第１の実施の形態の第１の材料層２１の光学特性と同様に考えることができ、多層膜２４の光学特性に関する条件は、第１の実施の形態の時の光学特性の条件と同様である。すなわち、第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様に、図３、図４、図５、図６を参照でき、多層膜２４のアッベ数を実質的に２０以下となる構成とする。
【００４６】
そのため、第２の材料層２２と第３の材料層２３はアッベ数２０以下の材料とするのが好ましい。第１の実施の形態のように、最適なアッベ数を決定する場合、多層膜を構成する第２の材料層２２と第３の材料層２３を合わせた全体の体積比率に関しては、以下の手順にて決定することが好ましい。まず、屈折率とアッベ数は材料の混合比つまり体積比率より容易に計算できるので、第２の実施の形態の多層膜２４の格子は第１の実施の形態のように混合材料で構成されていると仮定して、所望のアッベ数となるように材料の体積比率を決定する。次に、多層膜を構成する低屈折率の材料の体積比率を第１の実施の形態時の体積比率より３〜１０％増やして多層膜を設計する。これにより、各層での多重干渉による影響を軽減でき、多層膜の実効屈折率を用いて計算されるアッベ数が、所望のアッベ数として作成できる。この手順を用いずに、第１の実施の形態時の体積比率のまま多層膜を設計すると、計算されるアッベ数より小さいアッベ数の回折光学素子が作成されてしまうという不具合が生じる。
【００４７】
第２の材料層２２と第３の材料層２３をアッベ数２０以下の材料で設計する場合、格子の設計を成立させるためにはアッベ数を自由に設定できないといけない。しかし、現実的には、アッベ数が２０以下であり多層膜に利用できる材料はチタニアとニオビアの２種類と限られている。そこで、第２の材料層２２と第３の材料層２３のうち、少なくとも高屈折率となる材料層に関して、アッベ数２０以下の材料とアッベ数２０超の材料を混合することでアッベ数２０以下の所望の値に制御した材料層とすることで、所望の多層膜を設計でき、回折効率に対する制御性を上げることできる。この場合、アッベ数２０超の材料としてシリカなどが好ましい。
【００４８】
また、多層化することで、格子材料に高屈折率を用いる場合に発生する、多重干渉が起因の透過率の低下を抑えることができ、透過率の波長依存性を抑制できることや、ＣＤ光の回折効率比の波長依存性を抑制できるメリットがある。ここで、高屈折率の格子材料とは１．６５以上を言い、特に１．８を超えるとさらに透過率の低下が大きくなる。
【００４９】
（第３の実施の形態）
第３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回折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１１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、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ができる。即ち、この光ヘッド装置は、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯、７９０ｎｍ波長帯の光に対応したものである。
【００５０】
本実施の形態における光ヘッド装置では、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３つの波長を出射する光源１０１によって出射されたＢＤ用の４０５ｎｍの波長のＬＤ光は、本発明の回折光学素子である波長選択回折素子１０２、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、図示しない駆動機構を備えたコリメーターレンズ１０４によって略平行光に変換され、立ち上げミラー１０５によって反射される。その後、４分の１波長板１０６によって左周りの円偏光となり、対物レンズ１０７によって光ディスク１０８上の読み取りスポット位置に集光される。光ディスク１０８によって反射されたＬＤ光は、対物レンズ１０７を透過、４分の１波長板１０６によって往路とは直交した直線偏光に変換され、立ち上げミラー１０５によって反射される。
【００５１】
その後、コリメーターレンズ１０４を透過、偏光ビームスプリッタ１０３によって反射され、回折素子１０９によってトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号光に分離され、シリンドリカルレンズ１１０を透過後、光検出器１１１によって検出される。
【００５２】
ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３つの波長を出射する光源１０１によって出射されたＤＶＤ用の６６０ｎｍの波長のＬＤ光は、波長選択回折素子１０２、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、図示しない駆動機構を備えたコリメーターレンズ１０４によって略平行光に変換され、立ち上げミラー１０５を透過する。その後、立ち上げミラー１１２によって反射され、４分の１波長板１１３によって左周りの円偏光となり、対物レンズ１１４によって光ディスク１１５上の読み取りスポット位置に集光される。光ディスク１１５によって反射されたＬＤ光は、対物レンズ１１４を透過、４分の１波長板１１３によって往路とは直交した直線偏光に変換され、立ち上げミラー１１２によって反射される。その後、立ち上げミラー１０５を透過、コリメーターレンズ１０４を透過、偏光ビームスプリッタ１０３によって反射され、回折素子１０９によってトラッキング信号用とデータ読み取り用の信号光に分離され、シリンドリカルレンズ１１０を透過後、光検出器１１１によって検出される。この場合の光ディスク１１５はＤＶＤ用の光ディスクである。
【００５３】
ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３つの波長を出射する光源１０１によって出射されたＣＤ用の７９０ｎｍの波長のＬＤ光は、波長選択回折素子１０２によって光ディスクに記録されたデータを読み出すメインビームとサーボ信号を生成するサブビームとに分けられる。
【００５４】
メインビームとサブビームは偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、図示しない駆動機構を備えたコリメーターレンズ１０４によって略平行光に変換され、立ち上げミラー１０５を透過する。その後、立ち上げミラー１１２によって反射され、４分の１波長板１１３によって左周りの円偏光となり、対物レンズ１１４によって光ディスク１１５上の読み取りスポット位置に集光される。
【００５５】
光ディスク１１５によって反射されたＬＤ光は、対物レンズ１１４を透過、４分の１波長板１１３によって往路とは直交した直線偏光に変換され、立ち上げミラー１１２によって反射される。その後、立ち上げミラー１０５を透過、コリメーターレンズ１０４を透過、偏光ビームスプリッタ１０３によって反射され、回折素子１０９を透過し、シリンドリカルレンズ１１０を透過後、光検出器１１１によって検出される。この場合の光ディスク１１５はＣＤ用の光ディスクである。
【００５６】
波長選択回折素子１０２により、ＢＤ用とＤＶＤ用の光は光ディスクへ向かう光の利用効率を大きくできるため、ＬＤへ投入する電力量を小さくでき、消費電力の削減にメリットがある。また、３つの光を出射するレーザーを使用でき、レーザー自身の設置スペースの削減やレーザー光を合波する素子の削減が可能で、省スペース化、低コスト化のメリットがある。
【００５７】
ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３つの波長を出射する光源１０１はひとつのパッケージに収められたＬＤでもよく、ＤＶＤとＣＤがひとつのパッケージに収められたＬＤとＢＤのＬＤを合波させた光学系の光源１０１でも良く、ＤＶＤとＣＤとＢＤがそれぞれ別のパッケージであるＬＤを合波させた光源１０１でも良い。
【００５８】
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。
【実施例】
【００５９】
（実施例１）
実施例１は、第１の実施の形態に対応し、図１に基づき説明する。透明基板１１として厚み０．５ｍｍの石英基板を用い、透明基板の片側に、波長４０５ｎｍ、波長６６０ｎｍ、波長７９０ｎｍの反射率が０．５％以下となるように反射防止膜３１を作成した。
【００６０】
反射防止膜３１を施した面と逆面の透明基板１１上にスパッタ法にてチタニアとシリカを３：１の堆積比率、膜厚が６３５ｎｍとなるようにチタンとシリコンを二元同時スパッタすることでチタニアシリカ混合薄膜を得た。混合薄膜の屈折率を測定したところ、波長４０５ｎｍにおいて屈折率が２．２７、波長６６０ｎｍにおいて屈折率が２．１０、波長７９０ｎｍにおいて屈折率が２．０８となっており、Ｄ線の屈折率が２．１２、アッベ数が１４となった。また、このときに用いたチタニアのアッベ数は８．５であり、シリカのアッベ数は５５であった。
【００６１】
得られたチタニアシリカ混合薄膜上に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィープロセスにて、フォトレジストにピッチ１０μｍの格子パターンを形成した。レジスト上より、フロン系のガスをエッチャントとして反応性イオンを用いたドライエッチングを行い、その後、フォトレジストをアッシングにて除去して、チタニアシリカ混合材料の回折格子２１を得た。
【００６２】
次に、ダイシングソーにて５ｍｍ×５ｍｍに切断し、回折光学素子とした。
レーザー光を用いて回折効率を測定したところ、４０５ｎｍの透過率が８８％、６６０ｎｍの透過率が８５％、７９０ｎｍの０次回折効率が６８％、１次回折効率が５．３％、回折効率比は１３となった。７９０ｎｍの回折効率比が同様の１３となるように作成した透明基板１１の石英基板を直接エッチングして得られた石英格子の比較例１は４０５ｎｍの透過率が４３％、６６０ｎｍの透過率が７４％となった。実施例１は比較例１に対し大きく透過率が向上しており、回折光学素子として好ましく利用できる。
【００６３】
また、マッハツェンダー干渉計にてＨｅ−Ｎｅレーザーにより波面収差を測定したところ、５ｍλ以下となっており光ヘッド装置に用いる光学部品として、十分な収差特性となっている。
【００６４】
本発明の回折光学素子１を第３の実施の形態と同様の光ヘッド装置の波長選択回折素子１０２として利用することで、３つの光ディスクに対し、それぞれ良好な再生、記録特性を得ることができる。
【００６５】
（実施例２）
実施例２は、第２の実施の形態に対応し、図１０に基づき説明する。透明基板１２として厚み０．５ｍｍの石英基板を用い、透明基板１２の片側に、波長４０５ｎｍ、波長６６０ｎｍ、波長７９０ｎｍの反射率が０．５％以下となるように反射防止膜３２を作成した。
【００６６】
【表３】
2013093070.tif 000005
【００６７】
透明基板１２において反射防止膜３１とは反対の面にチタニアシリカの混合膜とシリカ膜を交互に表３のように積層した。チタニアシリカの混合膜は、チタニアとシリカを８：２の体積比率となるようにチタンとシリコンを二元同時スパッタし、測定の結果、波長４０５ｎｍにおいて屈折率が２．３７、波長６６０ｎｍにおいて屈折率が２．１７、波長７９０ｎｍにおいて屈折率が２．１４であった。多層膜の実効屈折率においては、Ｄ線の屈折率が２．０９であり、アッベ数が１４となった。その後、実施例１と同様の手法にて多層膜２４の回折光学素子を得た。
【００６８】
レーザー光を用いて回折効率を測定したところ、４０５ｎｍの透過率が８８％、６６０ｎｍの透過率が８８％、７９０ｎｍの０次回折効率が７３．７％、１次回折効率が５．７％、よって回折効率比は１３となった。
【００６９】
また、分光器を用いて透過率の波長依存性を測定した結果を図１２に示す。ＢＤで用いる波長帯域３９０ｎｍから４３０ｎｍにおいて透過率の波長依存性は実施例１でも良い結果が得られているが、実施例２では波長帯域でより均一な高い透過率となる良い結果が得られ改善していることを確認した。
【００７０】
また、膜全体のシリカとチタニアの体積比率を実施例１と実施例２で比較したところ、同じアッベ数１４のとしながら、混合材料の回折格子２１である実施例１は、シリカ：チタニア＝２５：７５に対し、多層膜の回折格子である多層膜２４の実施例２は、シリカ：チタニアは、３１：６９となり、混合材料の体積比率に対して低屈折率のシリカ成分は全体で６％増えていた。
【００７１】
本発明の回折光学素子１を第３の実施の形態と同様の光ヘッド装置の波長選択回折素子１０２として利用することで、３つの光ディスクに対し、それぞれ良好な再生、記録特性を得ることができた。
【００７２】
（実施例３）
実施例３は、第２の実施の形態に対応し、図１０に基づき説明する。
【００７３】
実施例２と同様の手法にて回折光学素子を作成し、多層膜の構成を表４のように変更した。チタニアシリカ混合膜の屈折率を測定した結果、波長４０５ｎｍにおいて屈折率が２．４７、波長６６０ｎｍにおいて屈折率が２．２４、波長７９０ｎｍにおいて屈折率が２．２２であった。多層膜の実効屈折率においては、Ｄ線の屈折率が２．１４であり、アッベ数が１４となった。
【００７４】
【表４】
2013093070.tif 000006
【００７５】
レーザー光を用いて回折効率を測定したところ、４０５ｎｍの透過率が８８％、６６０ｎｍの透過率が８９％、７９０ｎｍの０次回折効率が６０．０％、１次回折効率が４．６％、回折効率比が１３となった。
【００７６】
また、ＣＤ光の回折効率比の波長依存性を測定したところ、図１３のようになりＣＤで用いる波長帯域７６５ｎｍ〜８１０ｎｍにおいて回折効率比は実施例１でも良い結果が得られているが、実施例３では波長帯域でより均一な回折効率比となり良い結果が得られ改善していることを確認した
【００７７】
また、膜全体のシリカとチタニアの体積比率を実施例１と実施例３を比較したところ、同じアッベ数１４のとしながら、混合材料の回折格子２１である実施例１は、シリカ：チタニア＝２５：７５に対し、多層膜の回折格子である多層膜２４の実施例３は、シリカ：チタニアは、３７：６３となり、混合材料の体積比率に対して低屈折率のシリカ成分が全体で８％増えていた。
【００７８】
本発明の回折光学素子２を第３の実施の形態と同様の光ヘッド装置の波長選択回折素子１０２として利用することで、３つの光ディスクに対し、それぞれ良好な再生、記録特性を得ることができる。
【００７９】
（比較例）
比較例１として図１を用い、第１の材料層２１を石英で作成した場合を説明する。透明基板１１として厚み０．５ｍｍの石英基板を用い、透明基板の片側に、波長４０５ｎｍ、波長６６０ｎｍ、波長７９０ｎｍの反射率が０．５％以下となるように反射防止膜３１を作成した。
【００８０】
透明基板１１の反射防止膜と反対側に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィープロセスにて、フォトレジストにピッチ１０μｍの格子パターンを形成した。レジスト上より、フロン系のガスをエッチャントとして反応性イオンを用いたドライエッチングを行い、石英基板を２２５ｎｍほどエッチングした。
【００８１】
その後、フォトレジストをアッシングにて除去して、石英の回折格子を得た。測定の結果、波長４０５ｎｍにおいて屈折率が１．４７９、波長６６０ｎｍにおいて屈折率が１．４６２、波長７９０ｎｍにおいて屈折率が１．４５９であった。多層膜の実効屈折率においては、Ｄ線の屈折率が１．４６４であり、アッベ数が５５となった。また、レーザー光を用いて回折効率を測定したところ、４０５ｎｍの透過率が４３％、６６０ｎｍの透過率が７４％、７９０ｎｍの０次回折効率が８０％、１次回折効率が６．１％となり回折効率比は１３となった。
【００８２】
比較例１の回折光学素子を第３の実施の形態と同様の光ヘッド装置の波長選択回折素子１０２として利用すると、十分なＢＤ光の再生、記録特性を得ることができないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の回折光学素子は波長を選択的に回折する素子として好適に利用できる。また、特にＣＤ光を選択的に回折する光ヘッド装置用の回折光学素子として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００８４】
１  第１の実施の形態の回折光学素子
２  第２の実施の形態の回折光学素子
１１        透明基板
２１        第１の材料層
２２        第２の材料層
２３        第３の材料層
２４        多層膜
３１        反射防止膜
３２        反射防止膜
１０１      光源
１０２      第１の回折光学素子（波長選択回折素子）
１０３      偏光ビームスプリッタ
１０４      コリメーターレンズ
１０５      第１の立ち上げミラー
１０６      １／４波長板
１０７      第１の対物レンズ
１０８      光ディスク
１０９      第２の回折光学素子（波長選択回折素子）
１１０      シリンドリカルレンズ
１１１      光検出器
１１２      第２の立ち上げミラー
１１３      １／４波長板
１１４      第２の対物レンズ
１１５      光ディスク
【図１】
2013093070.tif 000007
【図２】
2013093070.tif 000008
【図３】
2013093070.tif 000009
【図４】
2013093070.tif 000010
【図５】
2013093070.tif 000011
【図６】
2013093070.tif 000012
【図７】
2013093070.tif 000013
【図８】
2013093070.tif 000014
【図９】
2013093070.tif 000015
【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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