(57)【要約】【課題】トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対し、トラッキングオフセットが除去されたＤＰＰ信号を得る。【解決手段】ＨＤ系光学系は、半導体レーザ１からのＳ偏光成分の光を液晶素子２でＰ偏光成分に切り替え、ＨＤ回折素子３で回折して３ビームとし、ＢＤ回折素子４を通過しコリメートレンズ５で平行光とする。偏光ビームスプリッタ面６ａを透過した光は、反射ミラー面６ｂで反射され、１／２波長板７でＳ偏光成分に変換、１／４波長板８で円偏光とし対物レンズ９で光記録媒体１０に集光する。ＢＤ系光学系は、半導体レーザ１からのＳ偏光成分の光は液晶素子２を通過、ＨＤ回折素子３を通過しＢＤ回折素子４で回折して３ビームとし、コリメートレンズ５で平行光となる。偏光ビームスプリッタ面６ａで反射し、１／４波長板１３で円偏光とし対物レンズ１４で光記録媒体１５に集光する。各光記録媒体に適合した３ビーム光を受光しＤＰＰ信号を得る。【選択図】図１
2009223936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラックピッチの異なる第１光記録媒体と第２光記録媒体に情報の記録もしくは再生もしくは消去を行うために用いられる光ピックアップにおいて、
光源と、
前記第１光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第１集光手段と、
前記第２光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第２集光手段と、
前記第１，第２光記録媒体からの反射光を受光する受光手段と、
前記光源と前記第１，第２集光手段の間に設けられ、入射光の偏光方向に応じて、前記第１，第２集光手段それぞれに光路分岐する偏光選択型光路分岐手段と、
前記光源と前記偏光選択型光路分岐手段の間に設けられ、再生する光記録媒体に応じて、前記光源からの出射光の偏光方向を切り替える偏光切替手段と、
前記偏光選択型光路分岐手段と前記偏光切替手段の間に設けられ、前記光源からの出射光の偏光方向と直交する偏光方向の光を回折する第１回折素子と、
前記偏光選択型光路分岐手段と前記偏光切替手段の間に設けられ、前記光源からの出射光の偏光方向と同一方向の偏光方向の光を回折する第２回折素子とを備え、
前記第１回折素子は、前記光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、前記光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、
前記２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、前記光源からの出射光の偏光方向に対しては、同一となるように前記２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定され、
前記第２回折素子は、前記光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、前記光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、
前記２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、前記光源からの出射光の偏光方向と直交する偏光方向に対しては、同一となるように前記２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定されることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
トラックピッチの異なる第１光記録媒体と第２光記録媒体に情報の記録もしくは再生もしくは消去を行うために用いられる光ピックアップにおいて、
光源と、
前記第１光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第１集光手段と、
前記第２光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第２集光手段と、
前記第１，第２光記録媒体からの反射光を受光する受光手段と、
前記光源と前記第１，第２集光手段の間に設けられ、入射光の偏光方向に応じて、前記第１，第２集光手段それぞれに光路分岐する偏光選択型光路分岐手段と、
前記光源と前記偏光選択型光路分岐手段の間に設けられ、再生する光記録媒体に応じて、前記光源からの出射光の偏光方向を切り替える偏光切替手段と、
前記偏光選択型光路分岐手段と前記偏光切替手段の間に設けられ、前記光源からの出射光の偏光方向と直交する偏光方向の光を回折する第１領域、および前記光源からの出射光の偏光方向と同一方向の偏光方向の光を回折する第２領域を保有する回折素子とを備え、
前記回折素子の第１領域は、前記光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、前記光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、前記２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、前記光源からの出射光の偏光方向に対しては、同一となるように前記２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定され、
前記回折素子の第２領域は、前記光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、前記光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、前記２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、前記光源からの出射光の偏光方向と直交する偏光方向に対しては、同一となるように前記２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定されることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
トラックピッチの異なる第１光記録媒体と第２光記録媒体に情報の記録もしくは再生もしくは消去を行うために用いられる光ピックアップにおいて、
光源と、
前記第１光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第１集光手段と、
前記第２光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第２集光手段と、
前記第１，第２光記録媒体からの反射光を受光する受光手段と、
前記光源と前記第１，第２集光手段の間に設けられ、入射光の偏光方向に応じて、前記第１，第２集光手段それぞれに光路分岐する偏光選択型光路分岐手段と、
前記偏光選択型光路分岐手段と前記光源の間に設けられ、前記光源からの出射光の偏光方向から−４５度方向の偏光方向の光を回折する第１回折素子と、
前記偏光選択型光路分岐手段と前記光源の間に設けられ、前記光源からの出射光の偏光方向から＋４５度方向の偏光方向の光を回折する第２回折素子と備え、
前記光源は、出射光の偏光方向が、前記偏光選択型光路分岐手段の偏光選択方向から＋４５度方向になるように配置されてなり、
前記第１回折素子は、前記光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、前記光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、前記２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、前記光源からの出射光の偏光方向から＋４５度方向の偏光方向に対しては、同一となるように前記２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定され、
前記第２回折素子は、前記光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、前記光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、前記２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、前記光源からの出射光の偏光方向から−４５度方向の偏光方向に対しては、同一となるように前記２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定されることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４】
トラックピッチの異なる第１光記録媒体と第２光記録媒体に情報の記録もしくは再生もしくは消去を行うために用いられる光ピックアップにおいて、
光源と、
前記第１光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第１集光手段と、
前記第２光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第２集光手段と、
前記第１，第２光記録媒体からの反射光を受光する受光手段と、
前記光源と前記第１，第２集光手段の間に設けられ、入射光の偏光方向に応じて、前記第１，第２集光手段それぞれに光路分岐する偏光選択型光路分岐手段と、
前記偏光選択型光路分岐手段と前記光源の間に設けられ、前記光源からの出射光の偏光方向から−４５度方向の偏光方向の光を回折する第１領域、および前記光源からの出射光の偏光方向から＋４５度方向の偏光方向の光を回折する第２領域を保有する回折素子とを備え、
前記光源は、出射光の偏光方向が、前記偏光選択型光路分岐手段の偏光選択方向から＋４５度方向になるように配置されてなり、
前記回折素子の第１領域は、前記光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、前記光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、前記２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、前記光源からの出射光の偏光方向から＋４５度方向の偏光方向に対しては、同一となるように前記２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定され、
前記回折素子の第２領域は、前記光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、前記光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、前記２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、前記光源からの出射光の偏光方向から−４５度方向の偏光方向に対しては、同一となるように前記２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定されることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項５】
トラックピッチの異なる複数の光記録媒体の記録面に光を照射して情報の記録もしくは再生もしくは消去を行う光情報処理装置において、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を備えた光ピックアップに係り、特にトラックピッチの異なる複数の光記録媒体に対して記録および／または再生時に、適切なトラックエラー信号を得られる光ピックアップおよびこれを用いる光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光ピックアップは、一般に光記録媒体内にある所定の記録トラック上に正しく集光スポットを照射するため、フォーカスエラー信号およびトラックエラー信号を検出し、これら各エラー信号を用いて対物レンズの位置制御を行う構成になっている。このうちトラックエラー信号の検出方式としては、３スポット方式，プッシュプル方式，差動プッシュプル方式などが代表的な検出方式として知られている（以下、説明を簡略化するため、便宜上この差動プッシュプル方式をＤＰＰ方式と記す）。
【０００３】
特にＤＰＰ方式は、比較的簡略な光学系によって感度の高いトラックエラー信号が検出できるうえ、対物レンズの変位や光記録媒体の傾きなどに起因するトラックエラー信号のオフセットが良好に除去された信頼性の高いトラックエラー信号を検出できるという利点がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、ＤＰＰ方式によるトラックエラー信号の検出原理について簡単に説明する。ＤＰＰ方式を用いた光ピックアップでは、例えば図２４に示すように、光源の半導体レーザ１とハーフミラー２６の間の光路中に回折素子２３を配置している。この回折素子２３は、一般に例えば図２５に示すように一定の周期で等間隔に刻まれた直線状の溝を有し、半導体レーザ１から発した光から０次光および±１次回折光の少なくとも合計３本の光を回折分離する機能を備えている。
【０００５】
そして、これら３本の光は、それぞれハーフミラー２６、コリメートレンズ５、対物レンズ２９を経てそれぞれ独立に集光され、図２６（ａ）に示すように光記録媒体３０の信号記録面上に３個の集光スポット１００，１０１，１０２を形成する。このとき、３個の集光スポット１００，１０１，１０２は、光記録媒体３０の半径方向、すなわち該光記録媒体３０の記録面上に周期的に設けられた案内溝３１を垂直によぎる方向に関する照射位置間隔δが該案内溝３１の周期（以下、説明を簡略化するため、便宜上この案内溝周期をトラックピッチと記す）Ｔｐの略２分の１に一致するよう、回折素子２３を光軸回りに回転調整するなどの手段によって、その照射位置が調整されている。そして各集光スポット（１００〜１０２）の光記録媒体３０の反射光は、再び対物レンズ２９、コリメートレンズ５、ハーフミラー２６に達する。そして一部の光量がこのハーフミラー２６を透過後、検出レンズ１１を経て受光素子１２に入射する。
【０００６】
この受光素子１２には、例えば図２６（ｂ）に示すように、３個の２分割もしくは４分割の受光部２０ａ，２０ｂ，２０ｃが配置されており、光記録媒体３０の反射光は各々独立に所定の受光面に入射し、それぞれ検出光スポット２００，２０１，２０２を形成する。そして、この各受光面からの光電変換信号を減算器５０ａ，５０ｂ，５０ｃによってそれぞれ減算処理することにより、それぞれ検出光スポット２００，２０１，２０２ごとにプッシュプル方式によるトラックエラー信号（以下、説明を簡略化するため、便宜上この信号を単純にプッシュプル信号と記す）が検出される。
【０００７】
このとき光記録媒体３０上に集光されているメイン集光スポット１００に対応する検出光スポットを２００、サブ集光スポット１０１，１０２に対応する検出光スポットをそれぞれ２０１，２０２とし、これらの各検出光スポットから得られるプッシュプル信号をＳａ，Ｓｂ，Ｓｃで表すと、光記録媒体３０上の集光スポット１００，１０１，１０２の位置関係から明らかに、プッシュプル信号ＳａとＳｂおよびＳｃは、その位相が互いに約１８０度ずれている。すなわち、プッシュプル信号ＳａとＳｂおよびＳａとＳｃは、互いにその信号波形が逆相になって出力される（ＳｂとＳｃは同位相）。したがって、この信号ＳａからＳｂとＳｃの和信号を減算処理しても信号成分は打ち消されることなく、逆に増幅させることができる。
【０００８】
一方、対物レンズ２９の変位や光記録媒体３０の傾きなどが生じると、それに起因して各プッシュプル信号に所定のオフセット成分が発生するが、このオフセット成分は明らかに光記録媒体３０面上の集光スポット位置に関係なくＳａ，Ｓｂ，Ｓｃのいずれも同じ極性で発生する。したがって、前記のような減算処理を行うと、各プッシュプル信号に含まれるオフセット成分だけが選択的に打ち消し合い、結果的にオフセット成分だけが完全に除去または大幅に低減された良好なトラックエラー信号を検出することができる。  
【０００９】
すなわち、例えば図２６（ｂ）のプッシュプル信号ＳｂとＳｃを加算器５１によって加算処理し、さらにこの加算処理後の信号を増幅器５２によって適当に増幅したのちに、減算器５３によってメインの光スポット１００のプッシュプル信号Ｓａから減算処理することにより、このプッシュプル信号Ｓａに含まれる前記オフセット成分を完全に除去または大幅に低減し、振幅だけを増幅させた良好なトラックエラー信号が出力されるわけである。  
【００１０】
以上に検出原理の概略を説明したようにＤＰＰ方式は、比較的簡略な検出光学系によって感度の高いトラックエラー信号が検出できるうえ、対物レンズの変位や光記録媒体の傾きなどに起因するトラックエラー信号のオフセット成分を完全に除去または大幅に低減することができるという特徴がある。  
【００１１】
しかしながら一方で、このＤＰＰ方式は以下に示すような実用上の問題点も抱えている。すなわちＤＰＰ方式では前述したように、光記録媒体上に照射される３個の集光スポットの照射位置間隔δをその光記録媒体３０のトラックピッチＴｐの２分の１に合わせる必要がある。したがって、逆にトラックピッチＴｐが集光スポットの照射位置間隔δの２倍から大きく外れるような光記録媒体３０に対しては、良好にトラックエラー信号を検出することができなくなってしまう。
【００１２】
例えば、現在急速に需要が伸びている青色波長（λ＝４０５ｎｍ）を使用波長とする光記録媒体として、Ｂｌｕ−ｒａｙ（以下、ＢＤという）系光記録媒体、ＨＤ−ＤＶＤ（以下、ＨＤという）系光記録媒体などがある。これら２種類の光記録媒体を再生する光ピックアップとして、例えば特許文献２が挙げられるが、このうちＢＤ系光記録媒体のトラックピッチが約０．３２μｍで、一方、ＨＤ系光記録媒体のトラックピッチは０．４０μｍと異なる。特許文献２の光学系概略構成図を図２７に示す。青色光源（半導体レーザ１ｂ）から出射光をＨＤ用対物レンズ９でＨＤ光記録媒体１０に集光させ、ＢＤ用対物レンズ１４でＢＤ系光記録媒体１５に集光させる構成となっており、光源と両対物レンズの光路上にＤＰＰ用回折素子１５が配置されてなる。
【特許文献１】特開平７−２７２３０３号公報
【特許文献２】特開２００７−１７９６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献２のような構成では、例えばＨＤ系光記録媒体で最適のトラックエラー信号が検出できるように３個の集光スポットの配置間隔を調整してしまうと、ＢＤ系光記録媒体に対しては、３個の集光スポットの配置間隔がずれてしまい、ＤＰＰ方式によるトラックエラー信号を検出することが困難になってしまう。すなわち、同一の光ピックアップでトラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対応させようとすると、光記録媒体の種類によっては、ＤＰＰ方式を用いて良好なトラックエラー信号を検出することが困難になってしまう場合がある。
【００１４】
これを回避する手段として、回折素子２４の前段にもうひとつ回折素子を配置し、前段の回折素子をＢＤ用、後段の回折素子２４をＨＤ用とする方法が考えられるが、この方法では使用しないサブスポットが光記録媒体上に形成されてしまうため同じく適正なトラックエラー信号の検出ができない。
【００１５】
あるいは他の解決手段として、プリズム２５の後段にグレーティングを配置する方法も考えられるが  レイアウトの制約上、配置困難な場合が多いという問題があった。
【００１６】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対して常にトラッキングオフセットが良好に除去された実用的なＤＰＰ信号を得られる回折素子を備え、この回折素子によるＤＰＰ方式を用いた光ピックアップおよびこれを用いる光情報処理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】
【００１７】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した光ピックアップは、トラックピッチの異なる第１光記録媒体（ＢＤ系）と第２光記録媒体（Ｈ系）に情報の記録もしくは再生もしくは消去を行うために用いられる光ピックアップにおいて、光源（波長が青色波長帯域（λ＝３９５ｎｍ〜４１５ｎｍ）で使用される半導体レーザ）と、第１光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第１集光手段と、第２光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第２集光手段と、第１，第２光記録媒体からの反射光を受光する受光手段と、光源と第１，第２集光手段の間に設けられ、入射光の偏光方向に応じて、第１，第２集光手段それぞれに光路分岐する偏光選択型光路分岐手段と、光源と偏光選択型光路分岐手段の間に設けられ、再生する光記録媒体に応じて、光源からの出射光の偏光方向を切り替える偏光切替手段と、偏光選択型光路分岐手段と偏光切替手段の間に設けられ、光源からの出射光の偏光方向と直交する偏光方向の光を回折する第１回折素子と、偏光選択型光路分岐手段と偏光切替手段の間に設けられ、光源からの出射光の偏光方向と同一方向の偏光方向の光を回折する第２回折素子とを備え、第１回折素子は、光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、光源からの出射光の偏光方向に対しては、同一となるように２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定され、第２回折素子は、光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、光源からの出射光の偏光方向と直交する偏光方向に対しては、同一となるように２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定されることを特徴とする。
【００１８】
この構成によって、光源からの出射光を、偏光切替手段によりその偏光方向を切り替え、偏光選択型光路分岐手段により光路分岐して、一方の偏光成分の光を第１光記録媒体に集光し、直交する他方の偏光成分の光を第２光記録媒体に集光するため、偏光選択型光路分岐手段の前段に配置した第１回折素子によって、一方の偏光成分の光が透過した際のみ３ビーム回折を行い、また第２回折素子によって、他方の偏光成分が透過した際にのみ３ビーム回折を行って、透過率ロスなく、各光記録媒体に対応した３ビームを生成できる。
【００１９】
また、請求項２に記載した光ピックアップは、トラックピッチの異なる第１光記録媒体と第２光記録媒体に情報の記録もしくは再生もしくは消去を行うために用いられる光ピックアップにおいて、光源と、第１光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第１集光手段と、第２光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第２集光手段と、第１，第２光記録媒体からの反射光を受光する受光手段と、光源と第１，第２集光手段の間に設けられ、入射光の偏光方向に応じて、第１，第２集光手段それぞれに光路分岐する偏光選択型光路分岐手段と、光源と偏光選択型光路分岐手段の間に設けられ、再生する光記録媒体に応じて、光源からの出射光の偏光方向を切り替える偏光切替手段と、偏光選択型光路分岐手段と偏光切替手段の間に設けられ、光源からの出射光の偏光方向と直交する偏光方向の光を回折する第１領域、および光源からの出射光の偏光方向と同一方向の偏光方向の光を回折する第２領域を保有する回折素子とを備え、回折素子の第１領域は、光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、光源からの出射光の偏光方向に対しては、同一となるように２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定され、回折素子の第２領域は、光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、光源からの出射光の偏光方向と直交する偏光方向に対しては、同一となるように２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定されることを特徴とする。
【００２０】
この構成によって、光源からの出射光を、偏光切替手段によりその偏光方向を切り替え、偏光選択型光路分岐手段により光路分岐して、一方の偏光成分の光を第１光記録媒体に集光し、直交する他方の偏光成分の光を第２光記録媒体に集光するため、偏光選択型光路分岐手段の前段に配置した回折素子の第１領域によって、一方の偏光成分の光が透過した際のみ３ビーム回折を行い、また回折素子の第２領域によって、他方の偏光成分が透過した際にのみ３ビーム回折を行って、透過率ロスなく、各光記録媒体に対応した３ビームを生成できる。
【００２１】
また、請求項３に記載した光ピックアップは、トラックピッチの異なる第１光記録媒体と第２光記録媒体に情報の記録もしくは再生もしくは消去を行うために用いられる光ピックアップにおいて、光源と、第１光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第１集光手段と、第２光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第２集光手段と、第１，第２光記録媒体からの反射光を受光する受光手段と、光源と第１，第２集光手段の間に設けられ、入射光の偏光方向に応じて、第１，第２集光手段それぞれに光路分岐する偏光選択型光路分岐手段と、偏光選択型光路分岐手段と光源の間に設けられ、光源からの出射光の偏光方向から−４５度方向の偏光方向の光を回折する第１回折素子と、偏光選択型光路分岐手段と光源の間に設けられ、光源からの出射光の偏光方向から＋４５度方向の偏光方向の光を回折する第２回折素子と備え、光源は、出射光の偏光方向が、偏光選択型光路分岐手段の偏光選択方向から＋４５度方向になるように配置されてなり、第１回折素子は、光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、光源からの出射光の偏光方向から＋４５度方向の偏光方向に対しては、同一となるように２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定され、第２回折素子は、光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、光源からの出射光の偏光方向から−４５度方向の偏光方向に対しては、同一となるように２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定されることを特徴とする。
【００２２】
この構成によって、光源からの出射光を、偏光選択型光路分岐手段への入射面に対して斜め４５度回転させた偏光方向で入射させ、偏光選択型光路分岐手段により光路分岐して、一方の偏光成分の光を第１光記録媒体に集光し、直交する他方の偏光成分の光を第２光記録媒体に集光するため、偏光選択型光路分岐手段の前段に配置した第１回折素子によって、一方の偏光成分の光が透過した際のみ３ビーム回折を行い、また第２回折素子によって、他方の偏光成分が透過した際にのみ３ビーム回折を行って、透過率ロスなく、各光記録媒体に対応した３ビームを生成できる。
【００２３】
また、請求項４に記載した光ピックアップは、トラックピッチの異なる第１光記録媒体と第２光記録媒体に情報の記録もしくは再生もしくは消去を行うために用いられる光ピックアップにおいて、光源と、第１光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第１集光手段と、第２光記録媒体の所望の記録面に集光させるための第２集光手段と、第１，第２光記録媒体からの反射光を受光する受光手段と、光源と第１，第２集光手段の間に設けられ、入射光の偏光方向に応じて、第１，第２集光手段それぞれに光路分岐する偏光選択型光路分岐手段と、偏光選択型光路分岐手段と光源の間に設けられ、光源からの出射光の偏光方向から−４５度方向の偏光方向の光を回折する第１領域、および光源からの出射光の偏光方向から＋４５度方向の偏光方向の光を回折する第２領域を保有する回折素子とを備え、光源は、出射光の偏光方向が、偏光選択型光路分岐手段の偏光選択方向から＋４５度方向になるように配置されてなり、回折素子の第１領域は、光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、光源からの出射光の偏光方向から＋４５度方向の偏光方向に対しては、同一となるように２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定され、回折素子の第２領域は、光源からの出射光の波長以上の周期をもち、１周期が、光源からの出射光の波長以下の周期をもつ２種類のサブ波長凹凸構造が隣り合せに直交するように形成されてなり、２種類のサブ波長凹凸構造の有効屈折率が、光源からの出射光の偏光方向から−４５度方向の偏光方向に対しては、同一となるように２種類のサブ波長凹凸構造のフィリングファクタおよび溝深さが決定されることを特徴とする。
【００２４】
この構成によって、光源からの出射光を、偏光選択型光路分岐手段への入射面に対して斜め４５度回転させた偏光方向で入射させ、偏光選択型光路分岐手段により光路分岐して、一方の偏光成分の光を第１光記録媒体に集光し、直交する他方の偏光成分の光を第２光記録媒体に集光するため、偏光選択型光路分岐手段の前段に配置した回折素子の第１領域によって、一方の偏光成分の光が透過した際のみ３ビーム回折を行い、また第２領域によって、他方の偏光成分が透過した際にのみ３ビーム回折を行って、透過率ロスなく、各光記録媒体に対応した３ビームを生成できる。
【００２５】
また、請求項５に記載した光情報処理装置は、トラックピッチの異なる複数の光記録媒体の記録面に光を照射して情報の記録もしくは再生もしくは消去を行う光情報処理装置において、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップを備えたこと特徴とする。この構成によって、対物レンズの変位に伴うトラックエラー信号の振幅劣化や残留するオフトラック量が改善されたトラックエラー信号を検出でき、高汎用性、高信頼性を有する情報の記録または再生を行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体の記録、再生において、対物レンズの変位に伴うトラックエラー信号の振幅劣化や残留するオフトラック量が改善されたトラックエラー信号を検出でき、高汎用性、高信頼性を有する情報の記録または再生を行うことが可能な光ピックアップおよびそれを用いた光情報処理装置を実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における液晶素子，２枚の偏光選択型の回折素子を備えた光ピックアップの概略構成を示す図である。図１において、１は半導体レーザ、２は液晶素子、３はＨＤ−ＤＶＤ（以下、ＨＤという）用３ビームのＨＤ回折素子、４はＢｌｕ−ｒａｙ（以下、ＢＤという）用３ビームのＢＤ回折素子、５はコリメートレンズ、６は偏光選択型の光路分岐手段で、６ａは偏光ビームスプリッタ面、６ｂは反射ミラー面、７は１／２波長板、８は１／４波長板、９はＨＤ用の対物レンズ、１０はＨＤ系光記録媒体、１１は検出レンズ、１２は受光素子、１３は１／４波長板、１４はＢＤ用対物レンズ、１５はＢＤ系光記録媒体である。
【００２９】
以下、各光路について説明する。なお便宜上、紙面垂直方向の偏光方向をＳ偏光、紙面内での偏光方向をＰ偏光と呼ぶこととする。そして、本実施形態１においては、半導体レーザはＳ偏光成分の光を出射するように配置されてなる。
【００３０】
図１に示す半導体レーザ１は、ＢＤ系光記録媒体１５およびＨＤ系光記録媒体１０の規格を満足する青色波長帯域の光、例えば４０５ｎｍ波長の光を出射する。
【００３１】
液晶素子２は、入射光の偏光および電源駆動により選択的に位相差を発生させる。すなわち、液晶素子２は電源オン状態であるときは、半導体レーザ１側から光記録媒体側に進む偏光、例えば、Ｓ偏光の光に対して１／２波長相当の位相差を発生させてＰ偏光方向の光に変換し、電源オフ状態であるときは、入射光の偏光に関係なく入射光を、位相差を発生させずに、そのまま透過させる偏光切替手段である。
【００３２】
ＨＤ回折素子３は、３ビーム法やＤＰＰ方式などによりトラックエラー信号を検出するように、半導体レーザ１から出射される光を０次光（メイン光）および±１次光（サブ光）に分岐する。これによりＨＤ系光記録媒体１０で反射された０次光の検出信号から再生信号を得、ＨＤ系光記録媒体１０で反射された０次光および±１次光の検出信号の演算によりトラックエラー信号を得ることができる。
【００３３】
ＢＤ回折素子４は、３ビーム法やＤＰＰ方式などによりトラックエラー信号を検出するように、半導体レーザ１から出射される光を０次光（メイン光）および±１次光（サブ光）に分岐する。これによりＢＤ系光記録媒体１５で反射された０次光の検出信号から再生信号を得、ＢＤ系光記録媒体１５で反射された０次光および±１次光の検出信号の演算によりトラックエラー信号を得ることができる。
【００３４】
コリメートレンズ５は、半導体レーザ１からの発散入射光を平行光に変換する。
【００３５】
光路分岐手段６は、偏光ビームスプリッタ面６ａ，反射ミラー面６ｂからなる。偏光ビームスプリッタ面６ａは、Ｐ偏光成分の光は透過させ、Ｓ偏光成分の光は反射させるような多層膜が形成されてなる。反射ミラー６ｂは反射膜が蒸着されたミラーで、光路を９０度変換する。
【００３６】
１／２波長板７は、入射光に対して１／２波長相当の光学的位相差を付与するものであり、例えばＰ偏光方向の入射光をＳ偏光方向の反射光に変換する。同様にＳ偏光方向の入射光をＰ偏光方向の反射光に変換する。
【００３７】
１／４波長板８は記録光学系での高効率要求を満足するように、偏光ビームスプリッタ面６ａと対物レンズ９の間に配置され、入射光の偏光を変化させる手段として使用する。入射光に対して１／４波長相当の光学的位相差を付与するものであり、入射光が直線偏光の場合は円偏光に、また円偏光を直線偏光に変換する。
【００３８】
ＨＤ用の対物レンズ９は、ＨＤ系光記録媒体１０の規格を満足する開口数、すなわち、約０．６５の開口数をもつ。
【００３９】
ＨＤ系光記録媒体１０は、トラックピッチ０．４０μｍの案内溝がその情報記録面に形成された光記録媒体である。このＨＤ系光記録媒体１０は、例えば対物レンズ側から順に情報記録面Ｌ１，Ｌ２を有する２層光記録媒体である。
【００４０】
検出レンズ１１は、受光素子１２へ各光記録媒体からの反射光を集光させるためのレンズである。
【００４１】
受光素子１２は、光記録媒体１０，１５で反射された光を受光して情報信号および／または誤差信号を検出する。
【００４２】
１／４波長板１３は記録光学系での高効率要求を満足するように、偏光ビームスプリッタ６ａと対物レンズ１４の間に配置され、入射光の偏光を変化させる手段として使用する。入射光に対して１／４波長相当の光学的位相差を付与するものであり、入射光が直線偏光の場合は円偏光に、また円偏光を直線偏光に変換する。
【００４３】
ＢＤ用の対物レンズ１４は、ＢＤ系光記録媒体１５の規格を満足する開口数、すなわち、約０．８５の開口数をもつ。
【００４４】
ＢＤ系光記録媒体１５は、トラックピッチ０．３２μｍの案内溝がその情報記録面に形成された光記録媒体である。
【００４５】
本実施形態１の光ピックアップの構成は、ＨＤ系光記録媒体１０に集光するための光学系と、ＢＤ系光記録媒体１５に集光するための光学系とを有しており、半導体レーザ１、受光素子１２は共通化されている。
【００４６】
まず、ＨＤ系光学系の光路（往路）は、Ｓ偏光成分の直線偏光である波長４０５ｎｍ帯の発散光を半導体レーザ１から照射して、Ｐ偏光／Ｓ偏光の切替素子である液晶素子２でＳ偏光成分の光をＰ偏光成分の直線偏光に切り替える。ＨＤ回折素子３で光は回折され３ビームとなり、続くＢＤ回折素子４では入射光は回折されず、コリメートレンズ５で入射発散光は平行光となる。光路分岐手段６の偏光ビームスプリッタ面６ａはＰ偏光の光は透過し、続く反射ミラー面６ｂで反射され光路を９０度偏向される。１／２波長板７で位相を９０°ずらしてＳ偏光成分の光に変換され、１／４波長板８で円偏光にされＨＤ用の対物レンズ９で集光され光記録媒体１０の信号記録層に絞り込まれる。
【００４７】
また、光記録媒体１０から反射した光（復路）は、往路を順に戻り、１／４波長板８でＰ偏光成分の光となり、さらに１／２波長板７でＳ偏光成分の光に変換され、光路分岐手段６の反射ミラー面６ｂで反射され、Ｓ偏光成分の光を反射する偏光ビームスプリッタ面６ａで反射され光路を９０度偏向され検出レンズ１１を介して受光素子１２で受光される。
【００４８】
次に、ＢＤ系光学系の光路（往路）は、Ｓ偏光成分の直線偏光である波長４０５ｎｍ帯の発散光を半導体レーザ１から照射して、Ｐ偏光／Ｓ偏光を切替素子である液晶素子２をＳ偏光成分のまま通過する。ＨＤ回折素子３では回折されず、続くＢＤ回折素子４において光は回折され３ビームとなり、コリメートレンズ５で入射発散光は平行光となる。光路分岐手段６の偏光ビームスプリッタ面６ａでＳ偏光の光は反射され、光路を９０度偏向される。１／４波長板１３で円偏光にされＢＤ用の対物レンズ１４で集光され光記録媒体１５の信号記録層に絞り込まれる。
【００４９】
また、光記録媒体１５から反射した光（復路）は、往路を順に戻り、１／４波長板１３でＰ偏光成分の光となり、光路分岐手段６のＰ偏光成分の光を透過する偏光ビームスプリッタ面６ａを透過し検出レンズ１１を介して受光素子１２で受光される。
【００５０】
また、図２（ａ）〜（ｄ）はＨＤ，ＢＤ回折素子のマクロ構造を示す図である。図２（ａ），（ｂ）は、ＨＤ回折素子の光源側の側面図と、断面図であり、図２（ｃ），（ｄ）は、ＢＤ回折素子の光源側の側面図と、断面図である。
【００５１】
ＨＤ回折素子３は、Ｐ偏光成分の光を回折し、Ｓ偏光成分の光を回折せずにそのまま透過させる格子面を有する。ＢＤ回折素子４は、逆に、Ｐ偏光成分の光を回折せずにそのまま透過させ、Ｓ偏光成分の光を回折する格子面を有する。
【００５２】
図１では、ＨＤ，ＢＤ回折素子３，４は、回折素子面がともに光源１の側に向く状態で配置された状態として説明している。
【００５３】
また、ＨＤ回折素子３に形成されている周期格子の方向と、ＢＤ回折素子４に形成されている周期格子の方向とは、予め定めた所定の角度θ１，θ２をなしている。
【００５４】
図３（ａ），（ｂ）はＨＤ，ＢＤ回折素子に形成されている格子のさらに拡大した斜視図であり、ＨＤ，ＢＤ回折素子３，４に形成されている波長以上の周期のうちの３周期分を示している。図３（ａ）はＨＤ用３ビームの回折素子の拡大図であり、図３（ｂ）はＢＤ用３ビームの回折素子の拡大図である。
【００５５】
ＨＤ回折素子３は、図３（ａ）に示すように、波長以上の周期Ｐ（ＨＤ）を有する周期構造に、さらに波長よりも短い周期ｑ１（ＨＤ）、ｑ２（ＨＤ）を有するサブ波長凹凸構造が形成されてなる。波長以上の周期構造に応じて入射光は回折し、サブ波長凹凸構造によってＰ，Ｓいずれの偏光成分で回折するかの偏光選択性を出している。これにより、図４（ａ）に示すようにＨＤ回折素子３はＰ偏光成分の光が入射したときは回折し、Ｓ偏光成分の光に対しては不感帯透過する。
【００５６】
同様に、ＢＤ回折素子４は、図３（ｂ）に示すように、波長以上の周期Ｐ（ＢＤ）を有する周期構造に、さらに波長よりも短い周期ｑ１（ＢＤ）、ｑ２（ＢＤ）を有するサブ波長凹凸構造が形成されてなる。波長以上の周期構造に応じて入射光は回折し、サブ波長凹凸構造によってＰ，Ｓいずれの偏光成分で回折するかの偏光選択性を出している。これにより、図４（ｂ）に示すようにＢＤ回折素子４はＳ偏光成分の光が入射したときは回折し、Ｐ偏光成分の光に対しては不感帯透過する。
【００５７】
また、図５（ａ），（ｂ）は異なる種類の光記録媒体を再生するためのレーザ光のスポット位置を示す説明図である。図５（ａ）はＨＤ系光記録媒体を再生するためのレーザ光のスポット位置を示す図であり、図５（ｂ）はＢＤ系光記録媒体を再生するためのレーザ光のスポット位置を示す図である。
【００５８】
ＨＤ系光記録媒体１０を再生するのに必要なレーザ光の３ビームのスポット位置が、メインスポットＬ１Ｍと、メインスポットＬ１Ｍにおける右上および左下に第１サブスポットＬ１Ａおよび第２サブスポットＬ１Ｂであり、
ＢＤ系光記録媒体１５を再生するのに必要なレーザ光の３ビームのスポット位置は、メインスポットＬ２Ｍと、メインスポットＬ２Ｍにおける右上および左下に第１サブスポットＬ２Ａおよび第２サブスポットＬ２Ｂである。
【００５９】
それぞれのメインスポットＬ１Ｍ，Ｌ２Ｍの中心は同一であり、トラックピッチの違いにより対応するサブスポットは同じ位置にならず、ＨＤ系光記録媒体１０のサブスポットＬ１Ａ，Ｌ１Ｂに対して、ＢＤ系光記録媒体１５のサブスポットＬ２Ａ，Ｌ２Ｂはずれており、これを光軸周りの角度で表すと（θ１−θ２）傾いた位置となっている。
【００６０】
この角度θに合わせて、ＨＤ回折素子３の周期格子の方向θ１と、ＢＤ回折素子４の周期格子の方向θ２を傾けて設定しているので、ＨＤ，ＢＤ回折素子３，４を透過した各レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ光記録媒体の適切な位置に光スポットを形成することができる。
【００６１】
図６は異なる種類の光記録媒体からの戻り光を受光する受光素子を示す説明図である。図６おいて、２０ａは４分割型のメイン受光部、２０ｂ，２０ｃは２分割型のサブ受光部をそれぞれ示す。
【００６２】
前記と同様に  受光素子１２の受光面に形成される３ビームのスポット形成位置の調整を行うことができる。図６に示すように、差動プッシュプル（ＤＰＰ）方式の受光素子１２は、戻り光の３ビームのメインビームを受光する４分割型のメイン受光部２０ａと、２つのサブビームを受光する２分割型のサブ受光部２０ｂ，２０ｃを備えている。メイン受光部２０ａには、ＨＤ系光記録媒体１０の戻り光およびＢＤ系光記録媒体１５からの戻り光におけるメイン戻りスポットＲ１ＭおよびＲ２Ｍが集光し、サブ受光部２０ｂ，２０ｃには、それぞれ第１サブ戻りスポットＲ１Ａ，Ｒ２Ａおよび第２サブ戻りスポットＲ１Ｂ，Ｒ２Ｂが集光する。
【００６３】
受光素子１２の位置を、レーザ光のメイン戻りスポットＲ１Ｍ，Ｒ２Ｍの中心を合わせると、ＨＤ形光記録媒体１０とＢＤ系光記録媒体１５のトラックピッチの違いにより、第１サブ戻りスポットＲ１Ａに対してＲ２Ａ、および第２サブ戻りスポットＲ１Ｂに対してＲ２Ｂは、光軸周りに角度θ（θ２−θ１）傾いた位置で共通受光素子８に受光する。この角度θ（θ２−θ１）は、ＨＤ回折素子３の格子方向とＢＤ回折素子４の格子方向の角度差と同一である。
【００６４】
図７は本実施形態１に用いる回折素子の回折角を説明するための図である。図７において符号αはＨＤ回折素子３によるレーザ光の回折角、βはＢＤ回折素子４によるレーザ光の回折角をそれぞれ示す。
【００６５】
図７に示すように、ＨＤ回折素子３はＰ偏光成分のレーザ光を回折角度αで回折し、ＢＤ回折素子４はＳ偏光成分のレーザ光を回折角度βで回折する。これらの回折角度α，βは、ＨＤ回折素子３の波長以上の周期Ｐ（ＨＤ）とし、ＢＤ回折素子４の波長以上の周期Ｐ（ＢＤ）とすると、（数１）を満足する値として
【００６６】
【数１】
2009223936.tif 000003
求められる。
【００６７】
ここで、λは半導体レーザの波長である。Ｐ（ＨＤ）はＨＤ系光記録媒体１０の所定の位置にサブビームが配されるように、Ｐ（ＢＤ）はＨＤ系光記録媒体１５の所定の位置にサブビームが配されるように、各周期Ｐ（ＨＤ），Ｐ（ＢＤ）を選択すればよい。
【００６８】
一般に、光ピックアップに用いる３ビーム用の回折素子では、０次透過率と１次回折効率の比（±１次回折効率／０次透過率）が０．０５〜０．３０程度の範囲の値をとるようになっている。
【００６９】
ここで、ＨＤ回折素子３、ＢＤ回折素子４の回折効率が各光で大きく異なると、受光素子１２のゲイン調整が難しいこと、サブビームの光量が少なすぎてノイズが多くなり記録，再生特性が劣化することなどが起こる。
【００７０】
また、サブビームの強度が高すぎると、メインビーム強度が低下して記録するためのパワーが低下してしまうため、より高出力の半導体レーザが必要となる。またサブビームで光記録媒体に記録してしまうことも生じ、記録特性が劣化することにもなる。
【００７１】
なお、本実施形態１のＨＤ，ＢＤ回折素子３，４を図８（ｂ）に示すように、回折格子面を両面に有するようにして１素子化してやってもよい。１素子化により、部品点数の削減でき、工数削減、低コスト化が可能となる。
【００７２】
また、偏光方向切替手段としては、図１に示す液晶素子２に限定されるものでなく、１／２波長の光学的位相差を付与する１／２波長板を配置し、その光学軸を０度と９０度を機械的に回転させてやる方法であってもよい。
【００７３】
（実施形態２）
図９は本発明の実施形態２における液晶素子，領域分割型で偏光選択型の回折素子を備えた光ピックアップの概略構成を示す図である。図９に示すように、本実施形態２において、前述の実施形態１の図１で説明した光ピックアップと異なる点は、３ビーム用のＨＤ，ＢＤ回折素子３，４の代わりに、３ビーム用の回折素子１６を配置した構成である。
【００７４】
また、図１０（ａ），（ｂ）は回折素子のマクロ構造を示す図である。図１０（ａ）は回折素子１６の光源側の側面図、（ｂ）は断面図であり、回折素子１６は２つの領域に分割されてなり、ＢＤ回折領域３ａとＨＤ回折領域４ａからなる。
【００７５】
ＢＤ回折領域３ａは、Ｐ偏光成分の光を回折し、Ｓ偏光成分の光を回折せずにそのまま透過させる格子面を有する。ＨＤ回折領域４ａは、逆に、Ｐ偏光成分の光を回折せずにそのまま透過させ、Ｓ偏光成分の光を回折する格子面を有する。
【００７６】
図１０では、ＨＤ，ＢＤ回折領域３ａ，４ａは、回折素子面がともに光源１の側に向く状態で配置された状態として説明している。また、ＨＤ回折領域３ａに形成されている周期格子の方向と、ＢＤ回折領域４ａに形成されている周期格子の方向とは、予め定めた所定の角度θ１，θ２をなしている。
【００７７】
回折素子１６の回折構造を示す図１１（ａ）〜（ｄ）において、図１１（ａ），（ｂ）は図１１（ａ），（ｂ）と同一のものであり、図１１（ｃ）はＢＤ回折領域４ａの拡大斜視図、図１１（ｄ）はＨＤ回折領域３ａの拡大断面図である。図１１（ｃ）は回折素子１６に形成されている格子を拡大した図であり、ＢＤ回折領域４ａに形成されている波長以上の周期のうちの３周期分を示している。また図１１（ｄ）は回折素子１６に形成されている格子を拡大した図であり、ＨＤ回折領域３ａに形成されている波長以上の周期のうちの３周期分を示している。
【００７８】
ＨＤ回折領域３ａは、図１１（ｄ）に示すように、波長以上の周期Ｐ（ＨＤ）を有する周期構造に、さらに波長よりも短い周期ｑ１（ＨＤ），ｑ２（ＨＤ）を有するサブ波長凹凸構造が形成されてなる（図３（ａ）参照）。波長以上の周期構造に応じて入射光は回折し、サブ波長凹凸構造によってＰ，Ｓいずれの偏光成分で回折するかの偏光選択性を出している。これにより、図１２（ａ）に示すように回折素子１６はＰ偏光成分の光が入射したときは部分的に回折し、Ｓ偏光成分の光に対しては不感帯透過する。
【００７９】
同様に、ＢＤ回折領域４ａは、図１１（ｃ）に示すように、波長以上の周期Ｐ（ＢＤ）を有する周期構造に、さらに波長よりも短い周期ｑ１（ＢＤ），ｑ２（ＢＤ）を有するサブ波長凹凸構造が形成されてなる（図３（ｂ）参照）。波長以上の周期構造に応じて入射光は回折し、サブ波長凹凸構造によってＰ，Ｓいずれの偏光成分で回折するかの偏光選択性を出している。これにより、図１２（ｂ）に示すように回折素子１６はＳ偏光成分の光が入射したときは部分的に回折し、Ｐ偏光成分の光に対しては不感帯透過する。
【００８０】
（実施形態３）
図１３は本発明の実施形態３における光源回転，２枚の偏光選択型の回折素子を備えた光ピックアップの概略構成を示す図である。図１３に示すように、本実施形態３において、前述の実施形態１の図１で説明した光ピックアップと異なる点は、液晶素子を配置していない構成である。
【００８１】
また実施形態１と異なる点として、図１４（ａ）に示したように光源の偏光方向をＳ偏光方向から斜め４５度回転させた方向とする。斜め４５度方向の偏光成分はＰ偏光成分とＳ偏光成分の光に分解できる。すなわち半導体レーザ１からＰ偏光成分のＳ偏光成分の光が同時に出射されているといえる。
【００８２】
このような配置にすれば実施形態１で用いていたような電気的手段である液晶素子２を具備しないで済み、結果、ピックアップの組付工数の削減、低コスト化が可能となる。
【００８３】
これにより、図１４（ｂ）に示すように、ＨＤ回折素子３ではＳ偏光成分のみが回折され、ＢＤ回折素子４ではＰ偏光成分のみが回折される。図示しない偏光ビームスプリッタ面の前段に２つの光記録媒体用の３ビーム回折素子が配置されてなるが、各々偏光選択性を有するため、光利用効率のロスなく３ビーム生成が可能である。
【００８４】
（実施形態４）
図１５は本発明の実施形態４における光源回転，領域分割型で偏光選択型の回折素子を備えた光ピックアップの概略構成を示す図である。図１５に示すように、本実施形態４において、前述の実施形態３の図１３で説明した光ピックアップと同一の半導体レーザの偏光方向において、実施形態２の回折素子と同一の３ビーム用の回折素子を具備してなる。
【００８５】
実施形態１の光ピックアップの構成に比べ、液晶素子２を必要とせず、また２つの光記録媒体への３ビーム用回折素子を１素子、より正確には１面のみで実現できており、組付工数の削減，低コスト化，小型化が可能である。
【００８６】
ここで、本発明における実施形態１，３の光ピックアップに搭載されてなる３ビーム用のＨＤ，ＢＤ回折素子３，４について詳述する。なお、実施形態２，４に搭載されてなる３ビーム用の回折素子１６は、ＨＤ，ＢＤ回折素子３，４の構造を１素子の１面に領域分割して形成させればよい。
【００８７】
前述の図２（ａ）〜（ｄ）において、ＨＤ，ＢＤ回折素子３，４のマクロ構造を示したように、ＨＤ回折素子３は、Ｐ偏光成分の光を回折し、Ｓ偏光成分の光を回折せずにそのまま透過させる格子面を有し、ＢＤ回折素子４は、逆に、Ｐ偏光成分の光を回折せずにそのまま透過させ、Ｓ偏光成分の光を回折する格子面を有する。また、ＨＤ回折素子３に形成されている周期格子の方向と、ＢＤ回折素子４に形成されている周期格子の方向とは、予め定めた所定の角度θ１，θ２をなしている。
【００８８】
また、図３（ａ），（ｂ）にはＨＤ，ＢＤ回折素子３，４に形成されている格子を示す拡大図である。まず、図３（ａ）に記載のＨＤ回折素子３の符号について説明する。波長以上の周期構造に、２種類のサブ波長凹凸構造Ａ，Ｂが重畳された構造となっている。サブ波長凹凸構造ＡはＳ偏光方向に溝方向をもつ波長以下の周期を有する。またサブ波長凹凸構造ＢはＰ偏光方向に溝方向をもつ波長以下の周期を有する。
【００８９】
図３（ａ）において、
Ｐ（ＨＤ）は、ＨＤ回折素子３に形成されている波長以上の周期構造の周期を表す。
Ｌ（ＨＤ）は、後述するサブ波長凹凸構造Ａが形成されている領域の幅である。
Ｌ（ＨＤ）／Ｐ（ＨＤ）は、回折素子のＤｕｔｙと呼んでおり、後述する回折効率の計算などに用いる。
ｑ１（ＨＤ）は、サブ波長凹凸構造Ａの周期を表す。
ｍ１（ＨＤ）は、サブ波長凹凸構造Ａの凸部の幅である。
ｍ１（ＨＤ）／ｑ１（ＨＤ）は、フィリングファクタと呼んでおり、後述する有効屈折率の計算に用いる。
ｑ２（ＨＤ）は、サブ波長凹凸構造Ｂの周期を表す。
ｍ２（ＨＤ）は、サブ波長凹凸構造Ｂの凸部の幅である。
ｍ２（ＨＤ）／ｑ２（ＨＤ）は、フィリングファクタと呼んでおり、後述する有効屈折率の計算に用いる。
ｄ１（ＨＤ）は、サブ波長凹凸構造Ａの溝深さを表す。
ｄ２（ＨＤ）は、サブ波長凹凸構造Ｂの溝深さを表す。
【００９０】
次に、図３（ｂ）に記載のＢＤ回折素子４の符号について説明する。波長以上の周期構造に、２種類のサブ波長凹凸構造Ｃ，Ｄが重畳された構造となっている。サブ波長凹凸構造ＣはＳ偏光方向に溝方向をもつ波長以下の周期を有する。またサブ波長凹凸構造ＤはＰ偏光方向に溝方向をもつ波長以下の周期を有する。
【００９１】
図３（ｂ）において、
Ｐ（ＢＤ）は、ＢＤ回折素子４に形成されている波長以上の周期構造の周期を表す。
Ｌ（ＢＤ）は、後述するサブ波長凹凸構造Ｃが形成されている領域の幅である。
Ｌ（ＢＤ）／Ｐ（ＢＤ）は、回折素子のＤｕｔｙと呼んでおり、後述する回折効率の計算などに用いる。
ｑ１（ＢＤ）は、サブ波長凹凸構造Ｃの周期を表す。
ｍ１（ＢＤ）は、サブ波長凹凸構造Ｃの凸部の幅である。
ｍ１（ＢＤ）／ｑ１（ＢＤ）は、フィリングファクタと呼んでおり、後述する有効屈折率の計算に用いる。
ｑ２（ＢＤ）は、サブ波長凹凸構造Ｄの周期を表す。
ｍ２（ＢＤ）は、サブ波長凹凸構造Ｄの凸部の幅である。
ｍ２（ＢＤ）／ｑ２（ＢＤ）は、フィリングファクタと呼んでおり、後述する有効屈折率の計算に用いる。
ｄ１（ＢＤ）は、サブ波長凹凸構造Ｃの溝深さを表す。
ｄ２（ＢＤ）は、サブ波長凹凸構造Ｄの溝深さを表す。
【００９２】
ＨＤ回折素子３は、図３（ａ）に示すように、波長以上の周期Ｐ（ＨＤ）を有する周期構造に、さらに波長よりも短い周期ｑ１（ＨＤ），ｑ２（ＨＤ）を有するサブ波長凹凸構造Ａ，Ｂが形成されてなる。波長以上の周期構造に応じて入射光は回折し、サブ波長凹凸構造によってＰ，Ｓいずれの偏光成分で回折するかの偏光選択性を出している。これにより、図４（ａ）に示すようにＨＤ回折素子３はＰ偏光成分の光が入射したときは回折し、Ｓ偏光成分の光に対しては不感帯透過する。
【００９３】
同様に、ＢＤ回折素子４は、図３（ｂ）に示すように、波長以上の周期Ｐ（ＢＤ）を有する周期構造に、さらに波長よりも短い周期ｑ１（ＢＤ），ｑ２（ＢＤ）を有するサブ波長凹凸構造Ｃ，Ｄが形成されてなる。波長以上の周期構造に応じて入射光は回折し、サブ波長凹凸構造によってＰ，Ｓいずれの偏光成分で回折するかの偏光選択性を出している。これにより、図４（ｂ）に示すように回折素子４はＳ偏光成分の光が入射したときは回折し、Ｐ偏光成分の光に対しては不感帯透過する。
【００９４】
各回折素子面に形成されているサブ波長凹凸構造は、一般に知られている構造性複屈折を呈する（発現する）。
【００９５】
構造性複屈折とは、屈折率の異なる２種類の媒質を光の波長よりも短い周期でストライプ状に配置したとき、ストライプに平行な偏光成分（ＴＥ波）とストライプに垂直な偏光成分（ＴＭ波）とで屈折率が異なり、複屈折作用が生じることをいう。
【００９６】
ここで、屈折率の異なる２種類の媒質として、空気と屈折率ｎの媒質を想定して、サブ波長凹凸構造の周期よりも２倍以上の波長をもつ光が垂直入射したと仮定する。このときの入射光の偏光方向がサブ波長凹凸構造の溝に平行（ＴＥ方向）であるか垂直（ＴＭ方向）であるかによって、サブ波長凹凸構造の有効屈折率は、各々次の（数２），（数３）で与えられる。
【００９７】
入射光の偏光方向がサブ波長凹凸構造の溝に平行である場合をｎ（ＴＥ）、垂直である場合をｎ（ＴＭ）と表し、符号ｔは前述のフィリングファクタを表す。
【００９８】
【数２】
2009223936.tif 000004
【００９９】
【数３】
2009223936.tif 000005
図１６はフィリングファクタに対する偏光方向別の屈折率を示す図である。  図１６はそれぞれの屈折率の計算結果の例を示している。計算にはｎ＝２．３１３、波長４０５ｎｍを用いた。
【０１００】
図３（ａ），（ｂ）のフィリングファクタｔはそれぞれ次のとおり、サブ波長凹凸構造Ａのフィリングファクタｔ１（ＨＤ）は（数４）、サブ波長凹凸構造Ｂのフィリングファクタｔ２（ＨＤ）は（数５）、サブ波長凹凸構造Ｃのフィリングファクタｔ１（ＢＤ）は（数６）、サブ波長凹凸構造Ｄのフィリングファクタｔ２（ＢＤ）は（数７）
【０１０１】
【数４】
2009223936.tif 000006
【０１０２】
【数５】
2009223936.tif 000007
【０１０３】
【数６】
2009223936.tif 000008
【０１０４】
【数７】
2009223936.tif 000009
となる。
【０１０５】
よって、各サブ波長凹凸構造の有効屈折率は以下のとおり、サブ波長凹凸構造ＡのＴＥ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＥ、ＨＤ１）は（数８）、サブ波長凹凸構造ＡのＴＭ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＭ、ＨＤ１）は（数９）、またサブ波長凹凸構造ＢのＴＥ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＥ、ＨＤ２）は（数１０）、サブ波長凹凸構造ＢのＴＭ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＭ、ＨＤ２）は（数１１）、またサブ波長凹凸構造ＣのＴＥ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＥ、ＢＤ１）は（数１２）、サブ波長凹凸構造ＣのＴＭ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＭ、ＢＤ１）は（数１３）、またサブ波長凹凸構造ＤのＴＥ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＥ、ＢＤ２）は（数１４）、サブ波長凹凸構造ＤのＴＭ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＭ、ＢＤ２）は（数１５）
【０１０６】
【数８】
2009223936.tif 000010
【０１０７】
【数９】
2009223936.tif 000011
【０１０８】
【数１０】
2009223936.tif 000012
【０１０９】
【数１１】
2009223936.tif 000013
【０１１０】
【数１２】
2009223936.tif 000014
【０１１１】
【数１３】
2009223936.tif 000015
【０１１２】
【数１４】
2009223936.tif 000016
【０１１３】
【数１５】
2009223936.tif 000017
となる。
【０１１４】
また位相差は、以下のように、Ｐ偏光方向の光が入射したときのサブ波長凹凸構造ＡとＢの位相差ψＨＤ、Ｐ偏光）は（数１６）、Ｓ偏光方向の光が入射したときのサブ波長凹凸構造ＡとＢの位相差ψＨＤ、Ｓ偏光）は（数１７）、
Ｐ偏光方向の光が入射したときのサブ波長凹凸構造ＣとＤの位相差ψＢＤ、Ｐ偏光）は（数１８）、Ｓ偏光方向の光が入射したときのサブ波長凹凸構造ＣとＤの位相差ψＢＤ、Ｓ偏光）は（数１９）
【０１１５】
【数１６】
2009223936.tif 000018
【０１１６】
【数１７】
2009223936.tif 000019
【０１１７】
【数１８】
2009223936.tif 000020
【０１１８】
【数１９】
2009223936.tif 000021
となる。
【０１１９】
ここで、λは使用波長、ｄはサブ波長凹凸構造の溝深さである。これからフィリングファクタおよび溝深さｄを適当に選択することで位相差を任意に調整可能である。
【０１２０】
ＨＤ回折素子３は、Ｐ偏光成分の光を回折し、Ｓ偏光成分の光を回折せずにそのまま透過させる格子面を有する。Ｓ偏光成分の光を不感帯透過させるには、位相差が０あるいは２ｎπ（ｎは整数）である必要がある。
【０１２１】
以下に具体的な数値の一例を示すと、
ｎ＝２．３１３の媒質に、
サブ波長凹凸構造Ａのフィリングファクタ：ｔ１（ＨＤ）＝０．３０
サブ波長凹凸構造Ｂのフィリングファクタ：ｔ２（ＨＤ）＝０．７０とし、
サブ波長凹凸構造ＡのＴＥ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＥ、ＨＤ１）＝１．５１８
サブ波長凹凸構造ＡのＴＭ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＭ、ＨＤ１）＝１．１５０
サブ波長凹凸構造ＢのＴＥ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＥ、ＨＤ２）＝２．０１１
サブ波長凹凸構造ＢのＴＭ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＭ、ＨＤ２）＝１．５２３
のサブ波長凹凸構造Ａ，Ｂにおいて溝深さを同一のｄとした場合、
Ｐ偏光方向の光が入射したときのサブ波長凹凸構造ＡとＢの位相差
ψ（ＨＤ、Ｐ偏光）＝（２πｄ／λ）×（２．０１１−１．１５０）
Ｓ偏光方向の光が入射したときのサブ波長凹凸構造ＡとＢの位相差
ψ（ＨＤ、Ｓ偏光）＝０
である。
【０１２２】
図１７（ａ）は、以上のような条件において、ＨＤ回折素子３に光を入射させた場合の０次透過率および１次回折効率を示す図である。縦軸は回折効率、横軸はサブ波長凹凸構造の溝深さｄである。
【０１２３】
Ｓ偏光成分については、不感帯透過するため０次光が１．０で±１次回折光は発生しない。一方、Ｐ偏光成分についてはサインカーブを描く。±１次回折光と０次光の比を、適正なＤＰＰ信号がとれる溝深さを選定すればよい。例えば、図１７（ａ）では、この回折比が０．１となる位置に目印をつけている。
【０１２４】
また、ＢＤ回折素子４は、Ｓ偏光成分の光を回折し、Ｐ偏光成分の光を回折せずにそのまま透過させる格子面を有する。Ｐ偏光成分の光を不感帯透過させるには、位相差が０あるいは２ｎπ（ｎは整数）である必要がある。
【０１２５】
以下に具体的数値の一例を示すと
ｎ＝２．３１３の媒質に、
サブ波長凹凸構造Ｃのフィリングファクタ：ｔ１（ＢＤ）＝０．７０
サブ波長凹凸構造Ｄのフィリングファクタ：ｔ２（ＢＤ）＝０．３０とし、
サブ波長凹凸構造ＣのＴＥ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＥ、ＢＤ１）＝２．０１１サブ波長凹凸構造ＣのＴＭ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＭ、ＢＤ１）＝１．５２３
サブ波長凹凸構造ＤのＴＥ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＥ、ＢＤ２）＝１．５１８
サブ波長凹凸構造ＤのＴＭ方向の有効屈折率：ｎ（ＴＭ、ＢＤ２）＝１．１５０
のサブ波長凹凸構造Ｃ，Ｄにおいて溝深さを同一のｄとした場合、
Ｐ偏光方向の光が入射したときのサブ波長凹凸構造ＣとＤの位相差
ψ（ＢＤ、Ｐ偏光）＝０
Ｓ偏光方向の光が入射したときのサブ波長凹凸構造ＣとＤの位相差
ψ（ＢＤ、Ｓ偏光）＝（２πｄ／λ）×（２．０１１−１．１５０）
である。
【０１２６】
図１７（ｂ）は、以上のような条件において、ＢＤ回折素子４に光を入射させた場合の０次透過率および１次回折効率を示す図である。縦軸は回折効率、横軸はサブ波長凹凸構造の溝深さｄである。
【０１２７】
Ｐ偏光成分については、不感帯透過するため０次光が１．０で±１次回折光は発生しない。一方、Ｓ偏光成分についてはサインカーブを描く。±１次回折光と０次光の比を、適正なＤＰＰ信号がとれる溝深さを選定すればよい。例えば、図１７（ｂ）では、この回折比が０．１となる位置に目印をつけている。
【０１２８】
（実施形態５）
次に、本発明の実施形態５として前述した各実施形態での回折素子の作製手順について説明する。まず、回折素子の作製の説明に先立って型の作製方法について述べる。
【０１２９】
図１８（ａ）〜（ｄ）は石英を基材とした型の作製方法を説明するための工程図である。図１８（ａ）において、石英材料５０を基板とし、その表面に電子線５２の描画用のレジスト５１を所定の厚さに塗布し、プリベークする。予め設計されたプログラムにより、回折素子の諸元に対応したピッチ・線幅に描画する。
【０１３０】
図１８（ｂ）において、レジスト５１に対し、現像およびリンスを行うことにより、レジスト上にサブ波長凹凸構造５３が形成される。溝の底は石英材料５０が露出している。
【０１３１】
図１８（ｃ）において、サブ波長凹凸構造５３のレジストパターンをマスクとして石英材料５０のドライエッチングを行う。エッチングには、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）、ＮＬＤ（Magnetic Neutral Loop Discharge：磁気中性線放電）、ＴＣＰ（Transformer Coupled Plasma：電磁結合型プラズマ）等のエッチング装置にて、ＣＦ４（四フッ化メタン）、ＣＦ３（トリフルオロメチル）ガスを用いる。基板にバイアスをかけることで、面に垂直にエッチングを進行させる。
【０１３２】
図１８（ｄ）において、レジストを剥離する。剥離の方法はドライエッチング装置内で、酸素ガスを導入し、酸素ガスプラズマ中でレジスト除去を行う方法と、基板を装置から取り出してＣＡＲＯＳ（硫酸と過酸化水素水の混合液）を用いた洗浄で除去する方法とがある。完成したものを石英型として用いる。
【０１３３】
また、図１９（ａ）〜（ｄ）はシリコンを基材とした型の作製方法を説明するための工程図である。図１９（ａ）において、シリコン５５を基板とし、その表面に電子線５２の描画用のレジスト５１を所定の厚さに塗布し、プリベークする。予め設計されたプログラムにより、回折素子の諸元に対応したピッチ・線幅に描画する。
【０１３４】
図１９（ｂ）において、レジスト５１に対し、現像およびリンスを行うことにより、レジスト上にサブ波長凹凸構造５３が形成される。溝の底はシリコン５５の基材が露出している。
【０１３５】
図１９（ｃ）において、サブ波長凹凸構造５３のレジストパターンをマスクとしてシリコン５５のアルカリウェットエッチング（ＫＯＨ溶液使用）を行う。シリコン５５基板は面の壁として、ピッチを維持したまま深さ方向にエッチングされる。なお、ボッシュプロセス用いたドライエッチングでも同様の構造を制作できる。
【０１３６】
図１９（ｄ）において、レジストを剥離する。完成したものをシリコン型として用いる。
【０１３７】
このようにして作られた石英型、あるいはシリコン型を便宜上、金型と呼ぶことがある。
【０１３８】
図２０（ａ）〜（ｇ）はガラス基板にＴａ２Ｏ５を成膜し、Ｔａ２Ｏ５に回折素子を形成する手順を示す工程図である。
【０１３９】
図２０（ａ）において、ガラス基板表面にＴａ２Ｏ５膜（５酸化タンタル膜）を形成する。形成方法としては、スパッタリング法を次の
１．基板温度  ：７０〜１００℃
２．製膜時圧力：５〜８×１０−４Ｔｏｒｒ
３．成膜速度  ：０．７〜１．０Å／ｓｅｃ
４．ＲＦパワー：３００〜５００Ｗ
条件で用いる。
【０１４０】
図２０（ｂ）において、Ｔａ２Ｏ５膜上にＵＶ硬化樹脂を塗布し、上からモールド型で押圧する。モールド型としてはシリコン型、石英型ともに使用しうるが、微細構造を形成するナノインプリントにおいては、石英金型の方が光透過性なので適している。ＵＶ硬化樹脂はグランディックＲＣ８７９０（大日本インキ製）を用いる。
【０１４１】
図２０（ｃ）において、モールド背面からＵＶ（紫外線）を照射し、樹脂を固める。モールド型としてシリコン金型を用いる場合は、ＵＶをガラス基板側から与える。
【０１４２】
図２０（ｄ）において、モールド型を離型する。ガラス基板上のＵＶ硬化樹脂に凸状の微細構造が形成されている。図２０（ｅ）において、Ｔａ２Ｏ５が露出するまで樹脂をドライエッチングする。ドライエッチングは以下の
１．ガス種            ：酸素ガス（Ｏ２）
２．ガス流入量        ：２０ｓｃｃｍ
３．圧力              ：０．４Ｐａ
４．樹脂エッチング速度：３０ｎｍ／ｓｅｃ
５．上部バイアス電力  ：１ＫＷ
６．下部バイアス電力  ：６０Ｗ
条件で行う。
【０１４３】
図２０（ｆ）において、Ｔａ２Ｏ５溝が所望の深さになるまでドライエッチングする。このドライエッチングは以下の
１．ガス種                ：ＣＨＦ３（トリフルオロメタン）、Ａｒ（アルゴン）
２．ガス流入量
Ａｒ        ：５ｓｃｃｍ
ＣＨＦ３    ：２０ｓｃｃｍ
３．圧力                  ：０．３Ｐａ
４．Ｔａ２Ｏ５エッチング速度：８ｎｍ／ｓｅｃ
５．上部バイアス電力      ：１ＫＷ
６．下部バイアス電力      ：４００Ｗ
条件で行う。
【０１４４】
最後に、最上部に残った樹脂マスクを酸素ガス（プラズマ）中でドライエッチングによる剥離処理により除去する。
【０１４５】
図２０（ｇ）の状態になって回折素子が完成し、ガラス基板上の５酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）が回折素子を形成している。
【０１４６】
また、図２１（ａ）〜（ｉ）はシリコン膜とモールド型を利用してガラス基板に回折素子を形成する手順を示す工程図である。
【０１４７】
図２１（ａ）において、ガラス基板表面にシリコン膜（Ｓｉ膜）を形成する。形成方法としては、スパッタリング法を次の
１．基板温度  ：７０〜１００℃
２．製膜時圧力：７〜８×１０−４Ｔｏｒｒ
３．成膜速度  ：０．５〜１．０Å／ｓｅｃ
４．ＲＦパワー：１００〜２００Ｗ
条件で用いる。
【０１４８】
図２１（ｂ）において、Ｓｉ膜上にＵＶ硬化樹脂を塗布し、上からモールドで押圧する。モールド型としてはシリコン型，石英型ともに使用しうるが、微細構造を形成するナノインプリントにおいては、石英金型の方が光透過性なので適している。ＵＶ硬化樹脂はグランディックＲＣ８７９０（大日本インキ製）を用いる。
【０１４９】
図２１（ｃ）において、モールド背面からＵＶ（紫外線）を照射し、樹脂を固める。モールド型としてシリコン金型を用いる場合は、ＵＶをガラス基板側から与える。
【０１５０】
図２１（ｄ）において、モールド型を離型する。ガラス基板上のＵＶ硬化樹脂に凸状の微細構造が形成されている。
【０１５１】
図２１（ｅ）において、ドライエッチングで、Ｓｉ膜が露出するまで樹脂を除去する。ドライエッチングは以下の
１．ガス種            ：酸素ガス（Ｏ２）
２．ガス流入量        ：２０ｓｃｃｍ
３．圧力              ：０．４Ｐａ
４．樹脂エッチング速度：３０ｎｍ／ｓｅｃ
５．上部バイアス電力  ：１ＫＷ
６．下部バイアス電力  ：６０Ｗ
条件で行う。
【０１５２】
図２１（ｆ）において、ガラス基板が露出するまでＳｉ膜と樹脂をドライエッチングする。ドライエッチングは以下の
１．ガス種            ：ＳＦ６（六フッ化硫黄）、ＣＨＦ３
２．ガス流入量
ＳＦ６  ：２０ｓｃｃｍ
ＣＨＦ３：５ｓｃｃｍ
３．圧力              ：０．３Ｐａ
４．樹脂エッチング速度：５ｎｍ／ｓｅｃ
Ｓｉエッチング速度：３０ｎｍ／ｓｅｃ
５．上部バイアス電力  ：１ＫＷ
６．下部バイアス電力  ：５０Ｗ
条件で行う。
【０１５３】
図２１（ｇ）において、ガラス溝が所望の深さになるまでドライエッチングする。ドライエッチングは以下の
１．ガス種            ：ＣＨＦ３、Ａｒ
２．ガス流入量
Ａｒ    ：５ｓｃｃｍ
ＣＨＦ３：２０ｓｃｃｍ
３．圧力              ：０．３Ｐａ
４．Ｓｉエッチング速度：４ｎｍ／ｓｅｃ
ガラスエッチング速度：１２ｎｍ／ｓｅｃ
５．上部バイアス電力  ：１ＫＷ
６．下部バイアス電力  ：４００Ｗ
条件で行う。
【０１５４】
図２１（ｈ）において、最上部に残ったＳｉ膜を剥離処理により除去する。  シリコンマスクはアルカリ（ＫＯＨ）液でウェット剥離する。
【０１５５】
図２１（ｉ）の状態になって回折素子が完成し、ガラス基板自身の片面が回折素子になっている。
【０１５６】
また、図２２（ａ）〜（ｇ）は金型を使用しない回折素子の製法を説明する工程図である。
【０１５７】
図２２（ａ）において、ガラス基板表面にシリコン膜（Ｓｉ膜）を形成する。形成方法としては、スパッタリング法を次の
１．基板温度  ：７０〜１００℃
２．製膜時圧力：７〜８×１０−４Ｔｏｒｒ
３．成膜速度  ：０．５〜１．０Å／ｓｅｃ
４．ＲＦパワー：１００〜２００Ｗ
条件で用いる。
【０１５８】
図２２（ｂ）において、Ｓｉ膜上に電子線用レジストを塗布する。
【０１５９】
図２２（ｃ）において、「高精度微細幅露光装置」等によって、Ｉ線ステッパを使用する。露光後、現像工程を経て部分的にレジストを除去し、Ｓｉ膜を露出させる。残っているレジストは、以後のエッチング用マスクパターンとなる。
【０１６０】
図２２（ｄ）において、ガラス基板が露出するまでＳｉ膜をドライエッチングする。ドライエッチングは以下の
１．ガス種            ：ＳＦ６、ＣＨＦ３
２．ガス流入量
ＳＦ６  ：２０ｓｃｃｍ
ＣＨＦ３：  ５ｓｃｃｍ
３．圧力              ：０．４Ｐａ
４．Ｓｉエッチング速度：３０ｎｍ／ｓｅｃ
５．上部バイアス電力  ：１ＫＷ
６．下部バイアス電力  ：５０Ｗ
条件で行う。
【０１６１】
図２２（ｅ）において、ガラス基板の溝が所望の深さになるまでドライエッチングする。ドライエッチングは以下の
１．ガス種              ：ＣＨＦ３、Ａｒ
２．ガス流入量
Ａｒ      ：  ５ｓｃｃｍ
ＣＨＦ３  ：２０ｓｃｃｍ
３．圧力                ：０．３Ｐａ
４．ガラスエッチング速度：１２ｎｍ／ｓｅｃ
５．上部バイアス電力    ：１ＫＷ
６．下部バイアス電力    ：４００Ｗ
条件で行う。
【０１６２】
図２２（ｆ）において、最上部に残ったＳｉ膜を剥離処理により除去する。シリコンマスクはアルカリ（ＫＯＨ）液でウェット剥離する。
【０１６３】
図２２（ｇ）の状態になって回折素子が完成し、ガラス基板自身の片面が回折素子になっている。
【０１６４】
（実施形態６）
図２３は本発明の実施形態６における光情報処理装置を略示するブロック図である。図２３に示すように、光記録媒体３０に対して、情報信号の記録および再生を行う装置であり、前述した光ピックアップに相当する４１を備えて構成されている。そして光記録媒体３０を回転操作するスピンドルモータ４８と、情報信号の記録再生を行うにあたって使用される光ピックアップ４１と、光ピックアップ４１を光記録媒体３０の内外周に移動操作するための送りモータ４２と、所定の変調および復調処理を行う変復調回路４４と、光ピックアップ４１のサーボ制御などを行うサーボ制御回路４３と、光情報処理装置の全体の制御を行うシステムコントローラ４７とを備えている。
【０１６５】
その動作をとしてスピンドルモータ４８は、サーボ制御回路４３により駆動制御され、所定の回転数で回転駆動される。すなわち、記録再生の対象となる光記録媒体３０は、スピンドルモータ４８の駆動軸上にチャッキングされ、サーボ制御回路４３により駆動制御されるスピンドルモータ４８によって、所定の回転数で回転走査される。
【０１６６】
光ピックアップ４１は、光記録媒体３０に対する情報信号の記録および再生を行うとき、前述したように、回転駆動される光記録媒体３０に対してレーザ光を照射し、その戻り光を検出する。この光ピックアップ４１は、変復調回路４４に接続されている。そして、情報信号の記録を行う際には、外部回路４５から入力され変復調回路４４によって所定の変調処理が施された信号が光ピックアップ４１に供給される。光ピックアップ４１は、変復調回路４４から供給される信号に基づいて、光記録媒体３０に対して、光強度変調が施されたレーザ光を照射する。
【０１６７】
また、情報信号の再生を行う際には、光ピックアップ４１は、回転駆動される光記録媒体３０に対して、一定の出力のレーザ光を照射し、その戻り光から再生信号が生成され、当該再生信号が変復調回路４４に供給される。
【０１６８】
また、この光ピックアップ４１は、サーボ制御回路４３にも接続されている。そして、情報信号の記録再生時に、回転駆動される光記録媒体３０によって反射されて戻ってきた戻り光から、前述したように、フォーカスサーボ信号およびトラッキングサーボ信号が生成され、それらのサーボ信号がサーボ制御回路４３に供給される。
【０１６９】
変復調回路４４は、システムコントローラ４７および外部回路４５に接続されている。この変復調回路１０４は、情報信号を光記録媒体３０に記録するときには、システムコントローラ４７による制御のもとで、光記録媒体３０に記録する信号を外部回路４５から受け取り、当該信号に対して所定の変調処理を施す。変復調回路４４によって変調された信号は、光ピックアップ４１に供給される。
【０１７０】
また、この変復調回路４４は、情報信号を光記録媒体３０から再生するときには、システムコントローラ４７による制御のもとで、光記録媒体３０から再生された再生信号を光ピックアップ４１から受け取り、当該再生信号に対して所定の復調処理を施す。そして、変復調回路４４によって復調された信号は、変復調回路４４から外部回路４５へ出力される。
【０１７１】
送りモータ４２は、情報信号の記録および再生を行うとき、光ピックアップ４１を光記録媒体３０の径方向の所定の位置に移動させるためのものであり、サーボ制御回路４３からの制御信号に基づいて駆動される。すなわち、この送りモータ４２は、サーボ制御回路４３に接続されており、サーボ制御回路４３により制御される。
【０１７２】
サーボ制御回路４３は、システムコントローラ４７による制御のもとで、光ピックアップ４１が光記録媒体３０に対向する所定の位置に移動されるように、送りモータ４２を制御する。また、サーボ制御回路４３は、スピンドルモータ４８にも接続されており、システムコントローラ４７による制御のもとで、スピンドルモータ４８の動作を制御する。すなわち、サーボ制御回路４３は、光記録媒体３０に対する情報信号の記録および再生時に、該光記録媒体３０が所定の回転数で回転駆動されるように、スピンドルモータ４８を制御する。
【０１７３】
この構成により、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体の記録、再生において、対物レンズの変位に伴うトラックエラー信号の振幅劣化や残留するオフトラック量が改善されたトラックエラー信号を検出でき、高汎用性、高信頼性に情報の記録または再生を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７４】
本発明に係る光ピックアップおよびこれを用いる光情報処理装置は、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体の記録、再生において、対物レンズの変位に伴うトラックエラー信号の振幅劣化や残留するオフトラック量が改善されたトラックエラー信号を検出でき、高汎用性、高信頼性を有する情報の記録または再生を行うことができ、トラックピッチの異なる複数の光記録媒体に対して記録および／または再生時に、適切なトラックエラー信号を得られ、光ピックアップおよびこれを用いる光情報処理装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】本発明の実施形態１における液晶素子，２枚の偏光選択型の回折素子を備えた光ピックアップの概略構成を示す図
【図２】マクロ構造を示し（ａ）はＨＤ回折素子の正面図、（ｂ）はＨＤ回折素子の断面図、（ｃ）はＢＤ回折素子の正面図、（ｄ）はＢＤ回折素子の断面図
【図３】（ａ）はＨＤ回折素子、（ｂ）はＢＤ回折素子に形成の格子を拡大した斜視図
【図４】（ａ）はＨＤ回折素子、（ｂ）はＢＤ回折素子のＰ，Ｓ偏光成分の光が入射したときの状態を示す図
【図５】（ａ），（ｂ）は異なる種類の光記録媒体のレーザ光のスポット位置を示す説明図
【図６】異なる種類の光記録媒体からの戻り光を受光する受光素子を示す説明図
【図７】本実施形態１に用いる（ａ）はＨＤ、（ｂ）はＢＤ再生時の回折素子の回折角を説明するための図
【図８】回折格子面を両面に有した（ａ）はＨＤ回折素子側の正面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）はＢＤ回折素子側の正面図
【図９】本発明の実施形態２における液晶素子，領域分割型で偏光選択型の回折素子を備えた光ピックアップの概略構成を示す図
【図１０】回折素子のマクロ構造を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図
【図１１】回折素子の回折構造を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）はＢＤ側の拡大斜視図、（ｄ）はＨＤ側の拡大斜視図
【図１２】（ａ）はＨＤ、（ｂ）はＢＤ再生時の回折素子の回折角を説明するための図
【図１３】本発明の実施形態３における光源回転，２枚の偏光選択型の回折素子を備えた光ピックアップの概略構成を示す図
【図１４】（ａ）は光源の偏光方向を斜め４５度回転させたＳ，Ｐ偏光方向、（ｂ）は回折素子の回折角を説明するための図
【図１５】本発明の実施形態４における光源回転，領域分割型で偏光選択型の回折素子を備えた光ピックアップの概略構成を示す図
【図１６】フィリングファクタに対する偏光方向別の屈折率を示す図
【図１７】（ａ）はＨＤ回折素子に光を入射させた場合、（ｂ）はＢＤ回折素子に光を入射させた場合の０次透過率および１次回折効率を示す図
【図１８】石英を基材とした型の作製方法の手順（ａ）〜（ｄ）を示す工程図
【図１９】シリコンを基材とした型の作製方法の手順（ａ）〜（ｄ）を示す工程図
【図２０】ガラス基板にＴａ２Ｏ５を成膜し、Ｔａ２Ｏ５に補正素子を形成する手順（ａ）〜（ｇ）を示す工程図
【図２１】シリコン膜とモールド型を利用してガラス基板に補正素子を形成する手順（ａ）〜（ｉ）を示す工程図
【図２２】金型を使用しない補正素子の製法の手順（ａ）〜（ｇ）を示す工程図
【図２３】本発明の実施形態６における光情報処理装置を略示するブロック図
【図２４】従来のＤＰＰ方式を用いる光ピックアップの概略構成を示す図
【図２５】回折素子の構造の一例を示す図
【図２６】光記録媒体面上の（ａ）は集光スポット、（ｂ）は演算回路を示す図
【図２７】従来の光学系概略構成を示す図
【符号の説明】
【０１７６】
１  半導体レーザ
２  液晶素子
３  ＨＤ回折素子
３ａ  ＨＤ回折領域
４  ＢＤ回折素子
４ａ  ＢＤ回折領域
５  コリメートレンズ
６  光路分岐手段
６ａ  偏光ビームスプリッタ面
６ｂ  反射ミラー面
７  １／２波長板
８，１３  １／４波長板
９  対物レンズ（ＨＤ）
１０  光記録媒体（ＨＤ）
１１  検出レンズ
１２  受光素子
１４  対物レンズ（ＢＤ）
１５  光記録媒体（ＢＤ）
１６  回折素子
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  受光部
２３，２４  回折素子
２５  プリズム
２６  ハーフミラー
２９  対物レンズ
３０  光記録媒体
３１  案内溝
４１  光ピックアップ
４２  送りモータ
４３  サーボ制御回路
４４  変復調回路
４５  外部回路
４７  システムコントローラ
４８  スピンドルモータ
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５３  減算器
５１  加算器
５２  増幅器
５５  石英材料
５６  レジスト
５７  電子線
５８  サブ波長凹凸構造
５９  シリコン材料
１００，１０１，１０２  集光スポット
２００，２０１，２０２  検出光スポット
【図１】
2009223936.tif 000022
【図２】
2009223936.tif 000023
【図３】
2009223936.tif 000024
【図４】
2009223936.tif 000025
【図５】
2009223936.tif 000026
【図６】
2009223936.tif 000027
【図７】
2009223936.tif 000028
【図８】
2009223936.tif 000029
【図９】
2009223936.tif 000030
【図１０】
2009223936.tif 000031
【図１１】
2009223936.tif 000032
【図１２】
2009223936.tif 000033
【図１３】
2009223936.tif 000034
【図１４】
2009223936.tif 000035
【図１５】
2009223936.tif 000036
【図１６】
2009223936.tif 000037
【図１７】
2009223936.tif 000038
【図１８】
2009223936.tif 000039
【図１９】
2009223936.tif 000040
【図２０】
2009223936.tif 000041
【図２１】
2009223936.tif 000042
【図２２】
2009223936.tif 000043
【図２３】
2009223936.tif 000044
【図２４】
2009223936.tif 000045
【図２５】
2009223936.tif 000046
【図２６】
2009223936.tif 000047
【図２７】
2009223936.tif 000048