(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長λ１のレーザ光を回折させ、第２の波長λ２のレーザ光を回折させずに透過させる回折格子が設けられた光学部材であって、
前記回折格子は、凹凸状に形成された第１の格子部と、前記第１の格子部の傾斜面に所定のステップ数からなる階段状の段差として形成された第２の格子部と、前記第２の格子部の表面に形成された微小な凹凸からなる第３の格子部とを有するものであり、
前記第２の格子部は前記第１の波長λ１のレーザ光に対しては１次回折光に対して選択性を有し且つ前記第２の波長λ２のレーザ光に対しては０次回折光に対する選択性を有する所定の格子深さ寸法（ｄ）で形成され、前記第２の格子部の１段あたりの深さ寸法（ｈ）は前記第２の波長λ２のレーザ光に対して（ｎ−１）ｈ＝ｍλ２（ただし、ｎは屈折率、ｍは正の整数）で形成され、前記第３の格子部の周期が前記レーザ光の波長（λ１及びλ２）以下で形成されていることを特徴とする光学部材。
【請求項２】
前記第２の格子部の各段が、幅方向と深さ方向に対していずれも等ピッチで形成されている請求項１記載の光学部材。
【請求項３】
前記第１の波長λ１が７８５ｎｍで、前記第２の波長λ２が６５８ｎｍである請求項１または２に記載の光学部材。
【請求項４】
前記第２の格子部の階段状のステップ数が６段である請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光学部材。
【請求項５】
前記第１の格子部と前記第２の格子部はともに樹脂で一体に形成されている請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光学部材。
【請求項６】
第１の波長λ１のレーザ光を発する発光点と第２の波長λ２のレーザ光を発する発光点とが、光軸と直交する方向へずれて位置している発光部と、前記発光部からの光が透過する請求項１ないし５のいずれかに記載の光学部材とが設けられ、前記第１の波長λ１のレーザ光の光軸と、第２の波長λ２の光軸とが受光部が設けられた位置で交わることを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの異なる波長のレーザ光が入射する光学部材に係り、特に互いに光軸のずれたレーザ光を受光部で受光する光学部材及びこれを用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤとＤＶＤの双方が使用可能なディスク装置に搭載される光ピックアップには、構造の簡略化を図るために、２つの異なる波長のレーザ光の光源が一体に設けられた発光部が搭載されている。前記発光部では、前記光源が微小間隔を置いて配置されているので、レーザ光の光軸がずれた状態で光路が形成される。光軸がずれた状態では、受光部での受光位置にずれが生じるので、受光部で双方のレーザ光の受光位置を一致させる必要がある。
【０００３】
図７は、前記ずれを解消するために設けられた従来の光学部材３０を示す平面図である。前記光学部材３０は、板状の透明部材の一面側に凹凸形状の回折格子３０ａが形成され、受光部３１に対向する位置に設けられている。
【０００４】
前記光学部材３０は、ＣＤとＤＶＤ兼用のディスク装置に搭載され、このディスク装置にはＣＤ用として７８５ｎｍの波長（λ１）のレーザ光が、ＤＶＤ用として６５８ｎｍの波長（λ２）のレーザ光が発光する発光部が設けられている。図７に示すように、ディスクに反射した戻り光の光軸がずれた状態で光学部材３０まで戻り、前記光学部材３０の回折格子３０ａで双方のレーザ光が回折させられて、受光部３１に到達する位置で受光位置が互いに一致するようになっている。また波長の長さに応じて回折角度が異なり、図７に示す場合ではλ１の回折角度（θ１）はλ２の回折角度（θ２）より大きくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記レーザ光を発する発光部では温度変化によって波長が変動する特性があるため、前記従来の光学部材３０では、温度変化により回折角度が変動して、その結果レーザ光の受光部での受光位置が互いに一致しなくなり、オフセットの問題が生じる。例えば、受光部での受光位置が大きくずれると、１次回折光より高次の回折光が受光部に漏れ込み、オフセットが生じることがある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するものであり、互いにずれたレーザ光の光軸を受光部で一致させることができ、しかも温度変化による波長変動の影響を低減できる光学部材及びそれを用いた光学装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の波長λ１のレーザ光を回折させ、第２の波長λ２のレーザ光を回折させずに透過させる回折格子が設けられた光学部材であって、
前記回折格子は、凹凸状に形成された第１の格子部と、前記第１の格子部の傾斜面に所定のステップ数からなる階段状の段差として形成された第２の格子部と、前記第２の格子部の表面に形成された微小な凹凸からなる第３の格子部とを有するものであり、
前記第２の格子部は前記第１の波長λ１のレーザ光に対しては１次回折光に対して選択性を有し且つ前記第２の波長λ２のレーザ光に対しては０次回折光に対する選択性を有する所定の格子深さ寸法（ｄ）で形成され、前記第２の格子部の１段あたりの深さ寸法（ｈ）は前記第２の波長λ２のレーザ光に対して（ｎ−１）ｈ＝ｍλ２（ただし、ｎは屈折率、ｍは正の整数）で形成され、前記第３の格子部の周期が前記レーザ光の波長（λ１及びλ２）以下で形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記第２の格子部の各段差部が、幅方向と深さ方向がいずれも等ピッチで形成されていることが好ましい。
【００１１】
上記本発明では、一方の波長のレーザ光を回折させることがないので、他方のレーザ光の回折角度を小さくでき、温度変化による波長変動の影響を低減でき、受光部での受光位置のずれを小さくできる。
【００１２】
また、前記第１の波長λ１が７８５ｎｍで、前記第２の波長λ２が６５８ｎｍとすることで、ＣＤとＤＶＤを兼用した光ピックアップに適用できる。
【００１３】
また前記の場合に、前記第２の格子部の階段状のステップ数が６段となるように設計することで、双方のレーザ光に対して受光位置での効率を高く維持した設計が可能となる。
【００１５】
また、前記第１の格子部と前記第２の格子部はともに樹脂で一体に形成されることで、製造コストを安くできる。
【００１６】
また本発明の光学装置は、第１の波長λ１のレーザ光を発する発光点と第２の波長λ２のレーザ光を発する発光点とが、光軸と直交する方向へずれて位置している発光部と、前記発光部からの光が透過する請求項１ないし５のいずれかに記載の光学部材とが設けられ、前記第１の波長λ１のレーザ光の光軸と、第２の波長λ２の光軸とが受光部が設けられた位置で交わることを特徴とするものである。
【００１７】
前記本発明では、２波長のレーザ光の光源が一体に設けられた発光部と、２波長のレーザ光を独立して回折させることができる単一の光学部材とが設けられるので、部品点数を減らして構造を簡略化でき、コストダウンが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の光学部材が搭載された光学装置の一例を示す概略図、図２は光学部材とその光軸を示す模式図、図３は光学部材を示す一部省略平面図、図４は６ステップでの格子深さに対する光の効率を示す線図、図５は５ステップでの格子深さに対する光の効率を示す線図である。
【００１９】
図１に示す光学装置としての光ピックアップ１０は、半導体レーザーダイオードが内蔵された発光部１２と、この発光部１２から発射されたレーザ光を平行光にするコリメータレンズ１３と、入射するレーザ光を反射させるとともに前記反射方向から入射する光を透過するビームスプリッタ１４と、対物レンズ１５と、受光部１６と、前記受光部１６とビームスプリッタ１４との間に配置された本発明の光学部材１１を備えている。
【００２０】
前記発光部１２は、ＣＤ用として波長７８５ｎｍ（λ１）のレーザ光の発光点を形成する発光素子１２ａと、ＤＶＤ用として波長６５８ｎｍ（λ２）のレーザ光の発光点を形成する発光素子１２ｂとが単一の筐体内で微小間隔（Ｓ）離間した状態で配置されている。
【００２１】
前記発光部１２から発射した各波長λ１，λ２のレーザ光は、ビームスプリッタ１４に入射すると、ビームスプリッタ１４でディスクＤ１方向へ反射され、コリメータレンズ１３により平行光とされた後に対物レンズ１５に入射する。対物レンズ１５により集光されたレーザ光はディスクＤ１にスポット光を形成し、ディスクＤ１に反射した戻り光は互いの光軸がずれた状態で対物レンズ１５とコリメータレンズ１３を通り、ビームスプリッタ１４を透過することで前記光学部材１１に至る。
【００２２】
図２に示すように、前記光学部材１１は、光透過性の樹脂部材、ガラス部材または樹脂とガラスの複合材で板状に形成されたものである。この光学部材１１では、ＤＶＤ用の波長λ２のレーザ光を回折させずに透過させて受光部１６へ導き、ＣＤ用の波長λ１のレーザ光を回折させて受光部１６へ導く。また図１に示すように、光学部材１１と受光部１６との間には凹レンズ１７が配置されて、受光部１６に形成されるレーザ光のビーム形状を拡大するようになっていてもよい。
【００２３】
前記受光部１６はフォトダイオードで形成されており、４分割のセンサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが組み合わされた受光素子と、前記受光素子の両側部に設けられたセンサＥとＦからなる側部受光素子を有している。例えば、ＣＤとＤＶＤでのトラッキングサーボ機構として、それぞれ３ビーム法、位相差法が適用され、フォーカシングサーボ機構として非点収差法が適用される。ＣＤとＤＶＤのフォーカシングサーボ機構では、前記受光素子が共通の素子として使用される。
【００２４】
前記受光部１６では、温度変化によって波長が変化することで、センサＥとセンサＦとで結ばれるＥＦ方向に直交する方向にレーザ光のスポットがずれる結果、より高次の回折光が受光素子に漏れ込むことでオフセットの問題が生じることになる。そこで、前記ずれを改善した光学部材１１を以下に示す。
【００２５】
前記光学部材１１のレーザ光の射出面側には、複数の凸部１１ａが連続して形成された第１の格子部が形成され、各凸部１１ａの傾斜面に階段状の段差部１１ｂ（第２の格子部）が形成されている。前記凸部１１ａと段差部１１ｂとで回折格子１１Ａが構成されている。
【００２６】
前記第１の格子部は、ほぼ鋸刃形状に形成されたもので、各凸部１１ａは、いずれも同一形状であり、垂直面と傾斜面とで形成された直角三角形状である。また前記段差部１１ｂは、平坦面Ｓ１〜Ｓ６が段々と高さを変えてステップ数が６段となるように形成したものであり、各段のｘ方向の幅寸法ｗとｙ方向の深さ寸法ｈがいずれも等ピッチ（ｈ＝ｄ／５，ｗ＝ｐ／６）で形成されている。ただし、ｐは周期であり、この周期は凸部１１ａの幅寸法である。
【００２７】
図３に示す光学部材１１に形成された回折格子１１Ａでは、各段の深さ寸法をｈとし、樹脂の屈折率をｎとし、レーザ光の波長をλとすると、（ｎ−１）ｈ＝ｍλという関係式が成り立つ。ただし、ｍは正の整数とする。前記関係式より、（ｎ−１）ｈが波長の正の整数倍となるようにｈを決めることで、前記波長λのレーザ光に対しては、回折せずに透過させることができる。
【００２８】
上記式より、λ２（６５８ｎｍ）のレーザ光に対して（ｎ−１）ｈがλ２の正の整数倍となるようにｈを設定することで、回折格子１１Ａにλ２のレーザ光が入射したときに回折させずに０次回折光のまま透過させることができる。
【００２９】
前記により、凸部１１ａの格子深さ寸法ｄ（＝５ｈ）が決定され、周期ｐも例えば３０から５０μｍの範囲内で予め設定されるので、残るステップ数の段数を決定することで光学部材１１の形状が決まることになる。そこで、ステップ数を１段づつ変えたところ、図３に示すステップ数が６段である形状が最適であることが確認された。その理由について、図４を参照して説明する。
【００３０】
図４は、波長λ１と波長λ２の各回折光に対する格子深さと効率の関係を示す線図である。ただし、周期（ｐ）が２０μｍで、屈折率が１．５４である。また図４の縦軸の効率とは、回折格子１１Ａをレーザ光が通過したときの通過前のレーザ光の光量を１としたときの通過後の０次回折光（０Ｔ）、±１次回折光（±１Ｔ）および±２次回折光（±２Ｔ）の光量の割合を示している。
【００３１】
図４の（ａ）に示すように、回折格子の格子深さ寸法ｄを６μｍ付近に設定することで、６５８ｎｍ（λ２）の０次回折光と７８５ｎｍ（λ１）の１次回折光を高い効率で得ることができる。
【００３２】
上記のように光学部材１１を形成することで、λ１のレーザ光に対しては１次回折光を選択する選択性を有し、λ２のレーザ光に対しては０次回折光を選択する選択性を有するようになる。しかもλ１の１次回折光とλ２の０次回折光とをいずれも高い効率で得ることができる。
【００３３】
なお、図４の（ｂ）と（ｃ）に示す格子深さ寸法では、７８５ｎｍ（λ１）の１次回折光と６５８ｎｍ（λ２）の０次回折光を高い効率で得ることができない。また深さ寸法ｄを大きくすると、波長のばらつきに対する変動が大きくなるので好ましくない。なお、（ｂ）の深さでは７８５ｎｍの２次回折光は得られるものの、効率が悪くなるので好ましくない。
【００３４】
したがって、格子深さ寸法ｄを６μｍ付近（より正確には６．１μｍ付近）とし、段差部１１ｂの各段の幅寸法と深さ寸法とをいずれも等ピッチで形成することで、効率を高く維持した回折格子１１Ａを得ることができる。
【００３５】
また図５に示す線図は、図３に示す回折格子１１Ａのステップ数を６段から５段に変更したものである。ただし、この場合も前記のように各段の幅寸法と深さ寸法がいずれも等しいピッチで形成されている。
【００３６】
図５に示すものでは、回折格子の格子深さ寸法ｄを５．８μｍ付近（ｅ）に設定することで、６５８ｎｍの−１次回折光と７８５ｎｍの０次回折光を共に効率よく得ることできる。この場合は、λ１とλ２とが逆になり、６５８ｎｍをλ１、７８５ｎｍをλ２とすればよい。
【００３７】
上記のように、回折格子の格子深さｄが、図４の（ａ）または図５の（ｅ）で決定される形状とすることで、６５８ｎｍのレーザ光の０次回折光のみを透過させ且つ７８５ｎｍのレーザ光の１次回折光のみを回折させ、または６５８ｎｍの−１次回折光のみを回折させ、７８５ｎｍの０次回折光のみを透過させることができるようになり、７８５ｎｍの光軸と６５８ｎｍの光軸とを受光部１６で一致させることができるようになる。
【００３８】
したがって、一方のレーザ光は回折しないので波長変動の影響を受けることがなく、他方のレーザ光は回折させられるものの回折角度が従来よりも小さくなるので、全体として波長変動による影響を低減できる。なお、上記した光学部材１１において、ステップ数が６段と５段とでは、６段とした形状とすることが光の効率の点でより好ましい。
【００３９】
なお、本実施の形態では、波長が６５８ｎｍと７８５ｎｍの組み合わせについて説明したが、その他の波長の組合わせであってもよい。波長の組み合わせが異なることで、最適な段差部のステップ数や深さ寸法が異なってくる。
【００４０】
また、前記第１の格子部を構成する凸部１１ａと第２の格子部を構成する段差部１１ｂとが樹脂で一体に形成されることで、製造コストを低くできる。
【００４１】
図６に示す回折格子１１Ｂは、前記回折格子１１Ａの変形例の一部分を示す平面図である。
【００４２】
この回折格子１１Ｂは、前記回折格子１１Ａの段差部１１ｂの各平坦面Ｓ１〜Ｓ６にぎざぎざ形状の凹凸からなる微少回折格子（第３の格子部）１１ｃが重ねて形成されている。この微小回折格子１１ｃでは、凸部から隣接する凸部までを１周期としたときに、この１周期が前記レーザ光の波長λ１やλ２より短く形成されていることが好ましい。これにより、高価な反射防止膜を形成したときと同等な反射防止効果を発揮できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ずれた光軸を所定の位置で一致させることができ、しかも一方の波長のレーザ光のみを回折させ、他方のレーザ光の回折角度を従来よりも小さくできるので、双方のレーザ光を回折させる場合よりも温度変化による波長変動の影響を低減できる。
【００４４】
また本発明の光学装置は、２波長のレーザ光を発光する発光部と、各レーザ光の光軸を一致させる単一の光学部材とで構成されているので、部品点数を減らして構造を簡略化できるのでコストダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学部材が搭載された光学装置の一例を示す概略図、
【図２】光学部材とその光軸を示す模式図、
【図３】光学部材の一部分を示す平面図、
【図４】ステップ数が６段での格子深さに対する光の効率を示す線図、
【図５】ステップ数が５段での格子深さに対する光の効率を示す線図、
【図６】本発明の光学部材の変形例の一部分を示す平面図、
【図７】従来の光学部材とその光軸を示す模式図、
【符号の説明】
１０  光ピックアップ
１１  光学部材
１１ａ  凸部（第１の格子部）
１１ｂ  段差部（第２の格子部）
１１ｃ  微小回折格子（第３の格子部）
１２  発光部
１２ａ，１２ｂ  発光素子
１３  コリメータレンズ
１４  ビームスプリッタ
１５  対物レンズ
１６  受光部
【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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