JP2011060405A - 光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長が異なる３つの光をそれぞれ、１つの光検出器の受光エリアのレイアウトに応じて受光できる光ヘッド装置を提供する。
【解決手段】４０５ｎｍ波長帯の波長λ_１の光、６６０ｎｍ波長帯の波長λ_２の光および７８５ｎｍ波長帯の波長λ_３の光が共通し、光ディスクで反射された復路のみの光路中に波長選択回折素子１０ａを配置し、波長選択回折素子１０ａは、波長λ_１の光と波長λ_２の光を直交する直線偏光にする波長板１２と、波長λ_１の光を回折させ、波長λ_２の光を回折させずに透過させる第１の回折格子１３と、波長λ_２の光を回折させずに透過させ、波長λ_１の光を回折させる第２の回折格子１５を有し、波長λ_３の光について高い０次回折効率として、それぞれの波長の光について回折効率、回折角を独立に調整することで、光検出器の各波長の受光エリアを高い自由度で設計できる光ヘッド装置を実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ストレージを扱う光学系として、ＣＤ、ＤＶＤ、光磁気ディスクなどの光記録媒体および、「Ｂｌｕ−ｒａｙ」（登録商標：以下、ＢＤ）などの高密度光記録媒体（以下、「光ディスク」という）に情報の記録および／または再生（以下、「記録・再生」という。）を行う光ヘッド装置に関する。

近年、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤなど異なる波長の光を用いて各光ディスクに記録・再生を行う光ヘッド装置が開発されており、このような光ヘッド装置には、複数の異なる波長の光に対して共通して用いる光学部品による部品点数の削減、小型化が求められている。光源となる半導体レーザについても、複数種の発振波長を有する半導体レーザを一体形成する技術を用いて、２波長あるいは３波長を発振する半導体素子を１つのパッケージに収めた、いわゆる２波長レーザ、３波長レーザとよばれる半導体レーザの開発が検討されている。

また、この他に、光ヘッド装置の部品点数の削減、小型化のため、波長が異なる２つまたは３つの光について、各波長の光に対応したそれぞれの光ディスクに対して球面収差を低減して集光させる対物レンズも開発されている。さらに、各光ディスクの情報記録面で反射した信号光などを検出する光検出器についても、各波長の光に対してそれぞれ独立した受光光学系と光検出器を有する光ヘッド装置から、波長が異なる２つまたは３つの光に対して共通する受光光学系を有し、１つの光検出器で複数の波長の光情報を検出する光ヘッド装置が検討、開発されている。

光検出器は、複数の受光エリアを有し、各光ディスクから反射された光がそれぞれの受光エリアに到達するように配置されている。そして、受光エリアに到達した光の信号（光量）を演算処理することによって、再生ＲＦ信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号などを生成する。ここで、各光ディスクの情報記録面から反射された、波長が異なる複数の光を１つの光検出器で受光させる光ヘッド装置として、例えば、ＢＤより反射した光と、ＨＤ−ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤより反射した光とを、それぞれ異なる受光エリア（センサーパターン）で受光させる光ヘッド装置が報告されている（特許文献１）。

特許文献１で開示される光ヘッド装置は、光ディスクで反射した光の光路中のみに配置されるアナモレンズ（シリンドリカルレンズ）と光検出器との間に、偏光性回折素子を備える。そして、偏光性回折素子は、ＢＤで反射した光と、ＨＤ−ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤで反射された光とが、互いに直交する偏光方向の光として入射したとき、ＢＤで反射した光を回折させ、ＨＤ−ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤで反射した光を透過させて、１つの光検出器においてそれぞれの光がＢＤ用の受光エリア、ＨＤ−ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用の受光エリアに到達するように調整されている。

特開２００８−４７２００号公報

しかし、特許文献１の光ヘッド装置では、異なる受光エリアに到達させる光毎、互いに直交する偏光状態として偏光性回折素子に入射させなければならない、という制限があった。さらに、従来の偏光性回折素子は、互いに直交するＳ偏光の光と、Ｐ偏光の光として偏光性回折素子に入射させて、光を偏光毎に、２つの方向に分岐させることができるが、例えば、各光ディスクによって信号処理が異なり、３つの波長の光に対して各々独立に受光エリアを有する光検出器を用いた光ヘッド装置に適用することができない。また、波長が異なる２つの光について同一の受光エリアに到達させる場合、偏光性回折素子を直進透過した、つまり０次回折光の延長方向の配置としなければならない、という制限があった。

本発明は、従来技術のかかる問題を解決するためになされたものであり、波長が異なる３つの光それぞれに対応した光ディスクから反射される信号光を、１つの光検出器のうちそれぞれの光に対応した受光エリアに到達させるために、波長選択回折素子を用いて、光検出器における受光エリアのレイアウトの自由度が高くかつ、小型化をともなって、記録・再生ができる光ヘッド装置を提供することを目的とする。

本発明は、４０５ｎｍ波長帯である波長λ_１の光と、６６０ｎｍ波長帯である波長λ_２の光と、７８５ｎｍ波長帯である波長λ_３の光を発射する光源と、前記波長λ_１の光、前記波長λ_２の光および前記波長λ_３の光を光ディスクに集光する対物レンズと、前記光ディスクから反射した光を光検出器に偏向させるビームスプリッタと、を備えた光ヘッド装置において、前記ビームスプリッタと前記光検出器との間の前記波長λ_１の光、前記波長λ_２の光および前記波長λ_３の光が共通する光路中に波長選択回折素子を有し、前記波長選択回折素子は、前記ビームスプリッタ側より、波長板、第１の回折格子、第２の回折格子の順にそれぞれ少なくとも有し、前記波長板は、透過する前記波長λ_１の光および前記波長λ_２の光を、互いに直交する第１の直線偏光の光と第２の直線偏光の光とし、前記第１の回折格子は波長λ_１の光と波長λ_２の光のうち、いずれか一方を回折させず透過させるとともに、他方を回折させ、前記第２の回折格子は、前記波長λ_１の光と前記波長λ_２の光のうち、前記第１の回折格子で回折させる方の光を回折させずに透過させるとともに、他方を回折させる光ヘッド装置を提供する。

また、前記波長板は、光学軸が厚さ方向に揃った複屈折性材料からなり、前記波長λ_１の光に対してλ_１の整数倍に略等しいリタデーション値を有するとともに、前記波長λ_２の光に対してλ_２／２の奇数倍に略等しいリタデーション値を有する上記の光ヘッド装置を提供する。

また、前記第１の回折格子は、複屈折性材料からなる第１の複屈折性材料層と、等方性材料からなる第１の等方性材料層によって、周期的な凹凸を有し、前記第１の複屈折性材料層の常光屈折率をｎ_ｏ１、異常光屈折率をｎ_ｅ１（ｎ_ｏ１≠ｎ_ｅ１）とし、前記等方性材料の屈折率をｎ_ｓ１とするとき、前記ｎ_ｓ１は、前記ｎ_ｏ１または前記ｎ_ｅ１に略等しい上記の光ヘッド装置を提供する。

また、前記第２の回折格子は、複屈折性材料からなる第２の複屈折性材料層と、等方性材料からなる第２の等方性材料層によって、周期的な凹凸を有し、前記第２の複屈折性材料層の常光屈折率をｎ_ｏ２、異常光屈折率をｎ_ｅ２（ｎ_ｏ２≠ｎ_ｅ２）とし、前記第２の等方性材料層の屈折率をｎ_ｓ２とするとき、前記ｎ_ｓ２は、前記ｎ_ｏ２または前記ｎ_ｅ２に略等しい上記の光ヘッド装置を提供する。

また、前記第２の回折格子は、透明基板の平面上に等方性材料からなる第２の等方性材料層によって周期的な凹凸を有し、前記第２の等方性材料層の屈折率をｎ_ｓ２、高さをｄ_Ａとするとき、（ｎ_ｓ２−１）×ｄ_Ａが波長λ_１の整数倍または波長λ_２の整数倍に略等しい上記の光ヘッド装置を提供する。

また、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子の断面形状は、矩形状である上記の光ヘッド装置を提供する。

さらに、前記波長選択回折素子は、入射する波長λ_３の光の光量を１００％とするとき、直進透過する波長λ_３の光が７０％以上となる上記の光ヘッド装置を提供する。

本発明は、複数の異なる波長の光を用いて、各光ディスクを記録・再生する光ヘッド装置において、各光ディスクの情報記録面から反射された光信号を最適に処理し、かつ、小型化が実現できる効果を有する光ヘッド装置を提供することができる。

光ヘッド装置の構成例を示す模式図 第１の実施の形態に係る波長選択回折素子の断面模式図 第２の実施の形態に係る波長選択回折素子の断面模式図 他の波長選択回折素子の断面模式図 入射する光の偏光方向と波長板の光学軸（遅相軸）との関係を示す模式図

（第１の実施形態）
図１は、３つの異なる波長の光を用い、それぞれの規格の光ディスクの記録・再生を行う互換性のある光ヘッド装置１００の模式図である。光ヘッド装置１００を構成する各光学部品（要素）について、光源１０１ａ、１０１ｂから発射する光の光路を辿りながら説明する。また、光ヘッド装置１００において、光源１０１ａは、４０５ｎｍ波長帯の光を発射する半導体レーザ等であり、光源１０１ｂは、６６０ｎｍ波長帯の光と７８５ｎｍ波長帯の光の両方を発射するハイブリッド型またはモノシリック型の半導体レーザ等である。なお、４０５ｎｍ波長帯は３８５ｎｍ〜４３０ｎｍ、６６０ｎｍ波長帯は６３０ｎｍ〜６９０ｎｍ、７８５ｎｍ波長帯は７６０ｎｍ〜８１０ｎｍの範囲とする。

光ヘッド装置１００において、半導体レーザ等の光源１０１ａからＸ方向に発射された４０５ｎｍ波長帯の光は、グレーティング素子１０２ａで回折されて３ビームとなり、ダイクロイックプリズム１０３、そして偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、コリメータレンズ１０５で平行光となる。そして、ダイクロイックプリズム１０６によってＺ方向に偏向され１／４波長板１０８ａを透過して対物レンズ１０９ａによって光ディスク１１０ａの情報記録面に集光する。なお、光源から光ディスクに至るまでの光路を「往路」とし、（反射して）光ディスクから光検出器に至るまでの光路を「復路」と定義する。

ダイクロイックプリズム１０３は、４０５ｎｍ波長帯の光を透過し、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光を反射する機能を有する。一方、ダイクロイックプリズム１０６は、４０５ｎｍ波長帯の光を反射し、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光を透過する機能を有する。また、対物レンズ１０９ａは、ＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯の光に対して集光性があり、対物レンズ１０９ｂは、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯の光およびＣＤ用の７８５ｎｍ波長帯の光に対していずれも、集光性を有する。

光源１０１ｂから発射された６６０ｎｍ波長帯の光は、グレーティング素子１０２ｂで回折されて３ビームとなり、ダイクロイックプリズム１０３で反射し、偏光ビームスプリッタ１０４を透過する。また、光源１０１ｂから発射された７８５ｎｍ波長帯の光は、グレーティング素子１０２ｂで回折されて３ビームとなり、ダイクロイックプリズム１０３で反射し、偏光ビームスプリッタ１０４を透過する。偏光ビームスプリッタ１０４を透過した６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光は、ミラー１０７で反射され、１／４波長板１０８ｂを透過して対物レンズ１０９ｂによって光ディスク１１０ｂの情報記録面に集光する。ここで、光ディスク１１０ａはＢＤに相当し、光ディスク１１０ｂは、ＤＶＤまたはＣＤに相当する。

また、グレーティング素子１０２ａ、１０２ｂは、０次回折光（直進透過光）と±１次回折光を発生させ３ビーム法を用いて記録・再生を行うものであるが、光ヘッド装置１００が±１次回折光を発生させない１ビーム法を用いて記録・再生を行う場合は、グレーティング素子１０２ａまたは１０２ｂを配置しなくてもよい。また、例えば、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯の光に対して１ビーム法、ＣＤ用の７８５ｎｍ波長帯の光に対して３ビーム法を用いる場合、グレーティング１０２ｂとして、一方の波長帯の光のみを回折する波長選択性のグレーティングを用いてもよい。

光ディスク１１０ａを反射した４０５ｎｍ波長帯の復路の光は、対物レンズ１０９ａを透過し、１／４波長板１０８ａを透過した際に往路の直線偏光（例えばＳ偏光）の光と直交する直線偏光（例えばＰ偏光）の光となり、ダイクロイックプリズム１０６で反射され、コリメータレンズ１０５を透過し、偏光ビームスプリッタ１０４で反射する。そして、シリンドリカルレンズ１１１を透過し、後述する波長選択回折素子１０を透過して光検出器１１２に到達する。また、光ディスク１１０ｂを反射した６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の復路の光は、対物レンズ１０９ｂを透過し、１／４波長板１０８ｂを透過した際に往路の直線偏光（例えばＳ偏光）の光と直交する直線偏光（例えばＰ偏光）の光となり、反射ミラー１０７で反射し、ダイクロイックプリズム１０６、コリメータレンズ１０５を透過し、偏光ビームスプリッタ１０４で反射する。そして、シリンドリカルレンズ１１１を透過し、後述する波長選択回折素子１０を透過して光検出器１１２に到達する。なお、図１では、便宜的にＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯の光の軌跡は実線、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯およびＣＤ用の７８５ｎｍ波長帯の光の軌道は点線で示し、光軸を一点鎖線で示す。

次に、光ヘッド装置１００に用いる、波長選択回折素子１０について具体的に説明する。図２（ａ）、図２（ｂ）は、図１の波長選択回折素子１０に相当する波長選択回折素子１０ａ、１０ｂそれぞれの構成を示す断面模式図であり、波長板１２、第１の回折格子１３および第２の回折格子１５がこの順に有する。波長板１２は、透明基板１１ａの一方の面に有し、入射する３つの波長の光の位相をそれぞれ所望の値に変調する機能を有する。波長板１２は、光学軸が厚さ方向に揃った複屈折性材料からなる層や、光学軸が厚さ方向にツイストした複屈折性材料からなる層によって構成される。また、波長板１２として、複屈折性材料からなるこれらの層を、光学軸の方向が異なるように複数重ねて構成するものであってもよい。透明基板としては、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。

波長板１２は、例えば、液晶を高分子化した高分子液晶、あるいは延伸して複屈折性を誘起したポリカーボネート、ポリオレフィン、ＰＶＡ等の有機材料を使用してもよく、また水晶、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＫＤＰ等の光学異方性を有する単結晶を使用してもよい。また、高分子液晶からなる場合、図示しない配向膜が施されていてもよく、例えば、厚さ方向に光学軸をツイストしてなる高分子液晶とする場合、高分子液晶を挟持する配向膜の配向方向が異なるようにする。また、波長板１２は、異なる３つの波長の光のうち、同じ偏光方向で入射する、少なくとも２つの直線偏光の光に対して互いに直交する直線偏光の光に変調させるように各波長の光に対する位相差を調整したものである。波長板１２の具体的な光学特性については後述する。

第１の回折格子１３は、透明基板１１ｂ上に、複屈折性材料からなり第１の複屈折材料層１３ａに相当する凸部と、等方性材料からなり第１の等方性材料層１４に相当する凹部とが、周期的に配置された回折格子構造を有する。第１の等方性材料層１４は、第１の複屈折材料層１３ａを覆うように形成されてもよいが第１の複屈折材料層１３ａと同じ高さで交互に配置されてもよい。

第１の回折格子１３は、第１の複屈折性材料層１３ａが、常光屈折率ｎ_ｏ１と異常光屈折率ｎ_ｅ１との差の絶対値で表される屈折率異方性Δｎ_１（＝｜ｎ_ｅ１−ｎ_ｏ１｜＞０）を有し、第１の等方性材料層１４の屈折率ｎ_ｓ１が、ｎ_ｅ１またはｎ_ｏ１のいずれか一方と略等しくなる材料の組み合わせとする。なお、第１の等方性材料層１４にはＵＶ硬化型の透明な接着剤などが利用できる。このようにすることで、例えば、ｎ_ｓ１≒ｎ_ｏ１の場合（ｎ_ｓ１≠ｎ_ｅ１）、第１の回折格子１３に入射する光のうち、第１の複屈折性材料層１３ａの進相軸方向となる光は、屈折率が略一致しているので第１の回折格子１３を直進透過し、一方、遅相軸方向となる光は、屈折率が一致しないので少なくとも一部は回折する。また、第１の複屈折性材料層１３ａと第１の等方性材料層１４を構成する材料は、屈折率の波長分散特性を考慮する。

第１の複屈折性材料層１３ａは、複屈折性材料によって形成されていればよく、屈折率異方性Δｎ_１が大きいことなどから液晶モノマーを硬化させた高分子液晶を用いるのが好ましい。また、高分子液晶は、第１の回折格子１３の凹凸の長手方向と液晶の配向方向に相当する遅相軸と、を異ならせて自由に設定できることもできる。したがって、図２（ａ）の波長選択回折素子１０ａは、第１の回折格子１３の長手方向をＹ軸方向としているが、光を透過または回折して到達させる光検出器の受光エリアのレイアウトに応じて、Ｘ−Ｙ平面内の長手方向を自由に設定することができる。また、光が入射する有効領域内において、第１の回折格子１３は、回折格子の長手方向が１方向の領域のみに限らず、長手方向が異なる複数の領域から構成されて、各領域に入射した光毎、異なる方向に回折させてもよい。

次に、第２の回折格子１５について説明する。第２の回折格子１５も、第１の回折格子１３と同様に、透明基板１１ｃ上に、複屈折性材料からなり第２の複屈折材料層１５ａに相当する凸部と、等方性材料からなり第２の等方性材料層１６に相当する凹部とが、周期的に配置された回折格子構造を有する。第２の等方性材料層１６は、第１の複屈折材料層１５ａを覆うように形成されてもよいが第２の複屈折材料層１５ａと同じ高さで交互に配置されてもよい。

第２の回折格子１５は、第２の複屈折性材料層１５ａが、常光屈折率ｎ_ｏ２と異常光屈折率ｎ_ｅ２との差の絶対値で表される屈折率異方性Δｎ_２（＝｜ｎ_ｅ２−ｎ_ｏ２｜＞０）を有し、第２の等方性材料層１６の屈折率ｎ_ｓ２が、ｎ_ｅ２またはｎ_ｏ２のいずれか一方と略等しくなる材料の組み合わせとする。このようにすることで、例えば、ｎ_ｓ２≒ｎ_ｏ２の場合（ｎ_ｓ２≠ｎ_ｅ２）、第２の回折格子１５に入射する光のうち、第２の複屈折性材料層１５ａの進相軸方向となる光は、屈折率が略一致しているので第２の回折格子１５を直進透過し、一方、遅相軸方向となる光は、屈折率が一致しないので少なくとも一部は回折する。また、第２の複屈折性材料層１５ａと第２の等方性材料層１６を構成する材料は、屈折率の波長分散特性を考慮する。

第２の複屈折性材料層１５ａも、屈折率異方性Δｎ_２が大きいことなどから高分子液晶を用いるのが好ましい。また、ｎ_ｓ１≒ｎ_ｏ１およびｎ_ｓ２≒ｎ_ｏ２の場合、第１の複屈折性材料層１３ａの液晶の配向方向と、第２の複屈折性材料層１５ａの液晶の配向方向とは直交させる。例えば、図２（ａ）において、第１の複屈折性材料層１３ａの配向方向をＹ軸方向、第２の複屈折性材料層１５ａの配向方向をＸ軸方向とする。また、第１の複屈折性材料層１３ａ、第２の複屈折性材料層１５ａ配向方向の組み合わせはこれに限らず、ｎ_ｓ１≒ｎ_ｅ１およびｎ_ｓ２≒ｎ_ｅ２の場合、第１の複屈折性材料層１３ａの配向方向をＸ軸方向、第２の複屈折性材料層１５ａの配向方向をＹ軸方向としてもよい。

さらに、例えばｎ_ｓ１≒ｎ_ｏ１およびｎ_ｓ２≒ｎ_ｅ２の場合、第１の複屈折性材料層１３ａおよび第２の複屈折性材料層１５ａの配向方向がいずれもＸ軸方向であるかまたは、いずれもＹ軸方向であってもよい。つまり、入射するＸ軸方向の直線偏光の光およびＹ軸方向の直線偏光の光のうち、第１の回折格子１３は一方の直線偏光の光を透過するとともに他方の直線偏光の光を回折し、第２の回折格子１５は一方の直線偏光の光を回折するとともに他方の直線偏光の光を透過するように構成される。言い換えると、Ｘ軸方向の直線偏光の光は第１の回折格子１３と第２の回折格子１５のうち、一方でのみ回折し、Ｙ軸方向の直線偏光の光は、他方でのみ回折する。また、第２の回折格子１５の長手方向も、上記の第１の回折格子１３と同様にＹ軸方向に限らず、また、長手方向が異なる複数の領域から構成されて、各領域に入射した光毎、異なる方向に回折させてもよい。さらに、領域は、回折格子の長手方向によって区分するものに限らず、例えば、回折格子の長手方向が同一であっても、格子ピッチが異なる複数の領域があったり、または、回折格子の長手方向および格子ピッチが同一であっても、回折格子の高さが異なる複数の領域があったりしてもよい。

波長選択回折素子は、図２（ａ）の波長選択回折素子１０ａのように回折格子の断面形状が矩形状に限らず、図２（ｂ）に示す波長選択回折素子１０ｂのように、第１の回折格子１３および第２の回折格子１５両方の断面形状がブレーズ形状またはブレーズ形状を階段状に近似した擬似ブレーズ形状であってもよく、いずれか一方が（擬似）ブレーズ形状で他方が矩形状であってもよい。また、第１の回折格子１３および第２の回折格子１５両方の断面形状が（擬似）ブレーズ形状の場合、一つの断面における斜め方向の傾きが異なってもよい。波長選択回折素子１０ｂは、第１の複屈折性材料層１３ｂおよび第２の複屈折性材料層１５ｂをブレーズ形状とした例であり、それ以外は、波長選択回折素子１０ａと同じ番号を付して、説明の重複を避ける。この場合、入射した光に対して１方向に高い回折効率で回折させることができる。また、第１の回折格子１３および第２の回折格子１５の断面形状は、矩形状と（擬似）ブレーズ形状との組み合わせであってもよい。さらに、第１の回折格子１３、第２の回折格子１５は、回折格子の長手方向が異なる複数の領域から構成されている場合、断面形状が、矩形状となる回折格子の領域と、（擬似）ブレーズ形状となる回折格子の領域と、の組み合わせを有してもよい。

次に、波長選択回折素子に入射する、波長が異なる３つの光に対する光学作用について説明する。図２（ｃ）は、波長選択回折素子１０ａにＺ軸方向に進行する３つの波長の光、即ち、波長λ_１の光、波長λ_２の光、波長λ_３の光がいずれもＹ軸方向の直線偏光の光として入射するときの様子を模式的に示したものである。なお、波長λ_１は４０５ｎｍ波長帯、波長λ_２は６６０ｎｍ波長帯、波長λ_３は７８５ｎｍ波長帯とする。

波長板１２は、波長λ_１の光に対して、λ_１の整数倍に略等しいリタデーション値となる、いわゆるλ板となるように、複屈折性材料および厚さが調整されている。なお、波長λ_ｍの光に対するリタデーション値Ｒｄ（λ_ｍ）は（ｍは、１〜３の整数）、波長板１２が、光学軸が厚さ方向に揃った１層の複屈折性材料で構成されている場合、波長λ_ｍの光に対する複屈折性材料の屈折率異方性Δｎ（λ_ｍ）と、波長板１２の厚さｄとの積で表される。つまり、この場合、Ｒｄ（λ_１）≒ｐλ_１（ｐ≧１の整数）とする。さらに、波長板１２は、波長λ_１の光に対してλ板となる特性に加え、波長λ_２の光に対してλ_２／２の奇数倍に略等しいリタデーション値となる、いわゆる１／２波長板となるように調整されている。つまり、Ｒｄ（λ_２）≒（２ｑ−１）λ_２／２（ｑ≧１の整数）とする。これより、波長板１２を透過する波長λ_１の光がＹ軸方向の直線偏光の光のまま変わらず、波長λ_２の光がＸ軸方向の直線偏光の光となる。

また、波長板１２は、波長λ_１の光と波長λ_２の光に対してそれぞれ、優先的に所望のリタデーション値になるように調整するとよいが、さらに、例えば、波長λ_３の光に対して、Ｘ軸方向もしくはＹ軸方向の成分の光強度が大きい楕円偏光の光とすることによって、波長選択回折素子１０ａの０次回折光（直進透過光）の回折効率を高めることができる。このように、波長λ_３の光に対して、第１の回折格子１３と第２の回折格子１５による回折特性を考慮し、高い０次回折効率が得られるように波長板１２を透過する偏光状態を調整するとよい。なお、波長板１２は、波長λ_１の光に対してλ板、波長λ_２の光に対して１／２波長板としたが、波長λ_１の光に対して１／２波長板、波長λ_２の光に対してλ板とし、波長板１２を透過する波長λ_１の光がＸ軸方向の直線偏光の光となり、波長λ_２の光がＹ軸方向の直線偏光の光のまま変わらないように調整してもよい。

次に、図２（ｃ）より、波長板１２を透過した光の、第１の回折格子１３および第２の回折格子１５における光学作用について説明する。波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光は、それぞれＹ軸方向の直線偏光の光としてＺ軸方向に進行しながら波長選択回折素子１０ａに入射する。上記の説明のように、波長板１２を透過した波長λ_１の光はＹ軸方向の直線偏光の光のまま、波長λ_２の光はＸ軸方向の直線偏光の光、波長λ_３の光は楕円偏光の光となって第１の回折格子１３に入射する。また、第１の回折格子１３は、第１の複屈折性材料層１３ａの液晶がＹ軸方向に平行に配向され、ｎ_ｓ１≒ｎ_ｏ１であるので、波長λ_１の光の一部は回折し、波長λ_２の光は回折せず直進透過する。また、波長λ_３の光は、楕円偏光の光のうちＸ軸方向の直線偏光の光の成分は直進透過し、Ｙ軸方向の直線偏光の光の成分の一部は回折する。

一方、第２の回折格子１５は、第２の複屈折性材料層１５ａの液晶がＸ軸方向に平行に配向され、ｎ_ｓ２≒ｎ_ｏ２であるので、波長λ_１の光は回折せずに直進透過し、波長λ_２の光の一部は回折する。また、波長λ_３の光は、楕円偏光の光のうちＹ軸方向の直線偏光の光の成分は直進透過し、Ｘ軸方向の直線偏光の光の成分の一部は回折する。

また、回折格子の格子ピッチと回折角との関係として、透明基板面に垂直に波長λの光が格子ピッチＰの回折格子に入射するとき、透明基板面の法線（＝光の進行方向）に対するＱ次回折光（Ｑ＝±１、±２、・・・）の回折角θ［°］は、
θ＝Ｓｉｎ^−１（Ｑλ／Ｐ）
であるので、光ヘッド装置１００における光検出器１１２の仕様、各受光エリアの位置に合わせて各波長の光の回折効率および回折角度を調整するとよい。

このように、波長選択回折素子１０ａは、波長板１２、波長λ_１の光と波長λ_２の光のうち、いずれか一方を回折させず透過させるとともに、他方を回折する第１の回折格子１３と、第１の回折格子１３で回折させる方の光を回折させずに透過させるとともに、他方を回折させる第２の回折格子１５を有するので、これら２つの波長の光に対してそれぞれ独立に所望の回折効率、回折角度で回折させることができる。このため、例えば、光検出器の受光エリアのうち、ＢＤ用の受光エリアとＤＶＤ用の受光エリアを共有させる場合でも、第１の回折格子１３および第２の回折格子１５の構成により調整できる。

ＣＤ用の波長λ_３の光は、第１の回折格子１３および第２の回折格子１５で回折されたＱ次回折光（Ｑ＝±１、±２、・・・）を、光検出器１１２において光検出の対象にせず、２つの回折格子を直進透過する０次回折光のみを検出することがある。そのため、この場合、波長λ_３の光に対して、第１の回折格子１３および第２の回折格子１５において０次回折効率が高いことが好ましく、これら２つの回折格子を直進透過する光のトータルの０次回折効率は７０％以上であればよく、８０％以上であればより好ましい。例えば、光ヘッド装置１００が、ＣＤ用の波長λ_３の光に対して往路の光路中にて３ビームとする３ビーム法を利用する場合、復路の光路中のみに配置される波長選択回折素子１０ａによって、往復した３ビームの光利用効率を低下させずに光検出器１１２に到達させることができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、光ヘッド装置１００に用いる波長選択回折素子１０として、第１の実施の形態の波長選択回折素子１０ａと異なる、波長選択回折素子２０ａ、２０ｂを備えるものである。図３（ａ）、図３（ｂ）は、それぞれ波長選択回折素子２０ａ、２０ｂの構成を示す断面模式図であり、波長板２２、第１の回折格子２３および第２の回折格子２５が備えられている。

波長板２２は、透明基板２１ａの一方の面に備えられ、第１の実施の形態の波長板１２と同様の機能を有する。第１の回折格子２３は、透明基板２１ｂ上に、複屈折性材料からなり複屈折材料層２３ａに相当する凸部と、等方性材料からなり第１の等方性材料層２４に相当する凹部とが、周期的に配置された回折格子構造を有する。第１の等方性材料層２４は、複屈折材料層２３ａを覆うように形成されてもよいが複屈折材料層２３ａと同じ高さで交互に配置されてもよい。なお、第１の回折格子２３は、第１の実施の形態の第１の回折格子１３と同様の機能を有する。つまり、複屈折材料層２３ａの常光屈折率ｎ_ｏ１と異常光屈折率ｎ_ｅ１のうち、いずれか一方は、等方性材料層２４の屈折率ｎ_ｓ１と略等しい材料の組み合わせとなっている。

また、波長選択回折素子は、図３（ａ）の波長選択回折素子２０ａのように回折格子の断面形状が矩形状に限らず、図３（ｂ）に示す波長選択回折素子２０ｂのように、第１の回折格子２３の断面形状が（擬似）ブレーズ形状であってもよい。波長選択回折素子２０ｂは、複屈折性材料層２３ｂをブレーズ形状とした例であり、それ以外は、波長選択回折素子２０ａと同じ番号を付したものである。

次に、第２の回折格子２５について説明する。第２の回折格子２５は、等方性材料からなり第２の等方性材料層２５ａに相当する凸部が離隔して周期的に配置された回折格子構造を有する。なお、第２の等方性材料層２５ａとなる等方性材料は、透明基板２１ｂと同じ材料であってもよく、例えば、透明基板２１ｂの表面を凹凸状に加工して、第２の等方性材料層２５ａを得るものであってもよい。また、等方性材料層２５ａの周辺の媒質は空気（屈折率＝１）であるところが、第１の実施の形態に係る波長選択回折素子１０ａとは異なる。したがって、等方性材料層２５ａと空気との間には屈折率の差が生じるので、第２の回折格子２５は、下記のように設計する。

第２の等方性材料層２５ａの屈折率をｎ_ｓ２とし、第２の回折格子２５で回折させない波長の光をλ_Ａ、第２の等方性材料層２５ａの高さをｄ_Ａとすると、（ｎ_ｓ２−１）×ｄ_Ａがλ_Ａの整数倍に略等しくなるように、調整するとよい。このようにすることで、第２の回折格子を透過する波長λ_Ａの光の波面が変化せずに直進透過する。

次に、図３（ｃ）より、波長選択回折素子２０ａを透過した光の、第２の回折格子２５における光学作用について説明する。波長λ_１は４０５ｎｍ波長帯、波長λ_２は６６０ｎｍ波長帯、波長λ_３は７８５ｎｍ波長帯とし、波長選択回折素子２０ａに入射する、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光は、それぞれＹ軸方向の直線偏光の光としてＺ軸方向に進行しながら波長選択回折素子２０ａに入射する。波長板２４および第１の回折格子２３を透過する各波長の光の状態は、第１の実施の形態の波長選択回折素子１０ａと同じ効果を有する。つまり、第１の回折格子２３では、Ｙ軸方向の直線偏光の光である波長λ_１の光の一部は回折し、Ｘ軸方向の直線偏光の光である波長λ_２の光はほぼ直進透過する。また、楕円偏光の光である波長λ_３の光は、Ｘ軸方向の直線偏光の光の成分は直進透過し、Ｙ軸方向の直線偏光の光の成分の一部は回折する。

第２の回折格子２５は、（ｎ_ｓ２−１）×ｄ_Ａが波長λ_１の整数倍に略等しく、好ましくは波長λ_１の偶数倍に略等しく、より好ましくは波長λ_１の２倍に略等しくなるように、ｎ_ｓ２およびｄ_Ａが設定されている。ここで、波長λ_１は、ＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯としており、かつ、（ｎ_ｓ２−１）×ｄ_Ａ≒２λ_１とした場合、ＣＤ用の７８５ｎｍ波長帯に相当する波長λ_３の光も、（ｎ_ｓ２−１）×ｄ_Ａ≒λ_３と近似できる。そのため、第２の回折格子２５では、波長λ_３の光に対する１次以上の回折光の光量を小さくして、直進透過する０次回折効率を高くできるので、光検出器１１２における光利用効率を高くすることもできる。

一方、上記のように、第２の回折格子２５を（ｎ_ｓ２−１）×ｄ_Ａ≒２λ_１とした場合、（ｎ_ｓ２−１）×ｄ_Ａ≠ｍλ_２であるので（ｍ≧１の整数）、第２の回折格子２５で、波長λ_２の光の一部は回折する。このように、波長選択回折素子２０ａは、波長板２２、波長λ_１の光を回折し、波長λ_２の光を透過する第１の回折格子２３、波長λ_２の光を回折し、波長λ_１の光を透過する第２の回折格子２５を有するので、これら２つの波長の光に対してそれぞれ独立に所望の回折効率、回折角度で回折させることができる。なお、第２の回折格子２５は、凸部となる部分が第２の等方性材料層２５ａとしたが、複屈折性材料であってもよく、その場合、波長λ_１の光で入射するＹ軸方向の直線偏光の光に対する屈折率（常光屈折率または異常光屈折率）を考慮してｄ_Ａを与えるとよい。

また、第１および第２の実施の形態に係る波長選択回折素子には、波長λ_１の光、波長λ_２の光、波長λ_３の光がいずれもＹ軸方向の直線偏光の光として入射するものとしたが、いずれもＸ軸方向の直線偏光の光として入射するものであってもよく、波長λ_１の光と波長λ_２の光とが同じ偏光方向の直線偏光の光であって、波長λ_３の光がそれに対して直交した直線偏光の光であってもよい。入射する各波長の光のうち、波長λ_１の光および波長λ_２の光を２つの回折格子によってそれぞれ独立に回折させることができればよい。

また、第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る波長選択回折素子とは異なるものとして、波長板と１つの回折格子からなる波長選択回折素子を用いることもできる。図４（ａ）は、第１の実施の形態に係る波長選択回折素子１０ａのうち、透明基板１１ａと透明基板１１ｂとに挟持された部分により構成される波長選択回折素子３０を示す断面模式図であり、波長選択回折素子３０を構成する各部は、波長選択回折素子１０ａと同じ番号を付して、説明の重複を避ける。

図４（ｂ）は、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光は、それぞれＹ軸方向の直線偏光の光としてＺ軸方向に進行しながら波長選択回折素子３０に入射したときの作用を示す模式図である。この場合、（第１の）回折格子１３において、波長λ_１の光を回折させ、波長λ_２の光を回折させずに透過させる。例えば、光ヘッド装置１００が、ＤＶＤ用の波長λ_２の光およびＣＤ用の波長λ_３の光に対して往路の光路中にて３ビームとする３ビーム法を利用する場合、復路の光路中のみに配置される波長選択回折素子３０によって、往復した３ビームの光利用効率を低下させずに光検出器１１２に到達させることができる。

（実施例１）
本実施例は、図２（ａ）に示す第１の実施形態に係る波長選択回折素子１０ａの具体的な設計例および光学特性について説明する。

まず、透明基板１１ａとして石英ガラス基板を洗浄、乾燥し、石英ガラス基板の一方の面に真空蒸着法を用いて反射防止膜を形成する。次に、石英ガラス基板の他方の面に、ポリイミドを塗布してできたポリイミド膜をラビングして配向膜を形成する。そして、配向膜上に複屈折性を有する液晶モノマーを均一に塗布し、ＵＶ光を照射することによって、液晶分子の長軸方向が均一で厚さ方向に揃った高分子液晶からなる厚さ９．１μｍの波長板１２を作製する。なお、波長板１２の高分子液晶の各波長の光に対する常光／異常光屈折率およびリタデーション値は表１に示すとおりである。

次に、透明基板１１ｂとして石英ガラス基板を洗浄、乾燥し、石英ガラス基板の一方の面に、ポリイミドを塗布してできたポリイミド膜をラビングして配向膜を形成する。そして、配向膜上に複屈折性を有する液晶モノマーを均一に塗布し、ＵＶ光を照射することによって、液晶分子の長軸方向が均一で厚さ方向に揃った高分子液晶からなる厚さ１．３μｍの高分子液晶膜を作製する。その後、回折格子の長手方向と高分子液晶の配向方向（遅相軸方向）とが一致するように、フォトリソグラフィとエッチング技術を用いて断面が矩形状の周期的な凹凸を有する回折格子形状に加工して、第１の複屈折性材料層１３ａを有する第１の回折格子１３を得る。このとき、第１の回折格子１３のピッチＰは１．６μｍであり、ピッチＰに対して第１の複屈折性材料層１３ａの幅は０．８μｍ（Ｄｕｔｙ比：０．５）とする。なお、第１の複屈折性材料層１３ａとなる高分子液晶は、波長板１２の高分子液晶と同じ材料であって、各波長の光に対する常光／異常光屈折率は表１に示すとおりである。

次に、透明基板１１ｃとして石英ガラス基板を洗浄、乾燥し、石英ガラス基板の一方の面に真空蒸着法を用いて反射防止膜を形成する。次に、石英ガラス基板の他方の面に、ポリイミドを塗布してできたポリイミド膜をラビングして配向膜を形成する。そして、配向膜上に複屈折性を有する液晶モノマーを均一に塗布し、ＵＶ光を照射することによって、液晶分子の長軸方向が均一で厚さ方向に揃った高分子液晶からなる厚さ２．８μｍの高分子液晶膜を作製する。その後、回折格子の長手方向と高分子液晶の配向方向と直交する方向（進相軸方向）とが一致するように、フォトリソグラフィとエッチング技術を用いて断面が矩形状の周期的な凹凸を有する回折格子形状に加工して、第２の複屈折性材料層１５ａを有する第２の回折格子１５を得る。このとき、第２の回折格子１５のピッチＰは２．４μｍであり、ピッチＰに対して複屈折性材料層１５ａの幅は１．２μｍ（Ｄｕｔｙ比：０．５）とする。なお、第２の複屈折性材料層１５ａとなる高分子液晶は、波長板１２の高分子液晶と同じ材料であって、各波長の光に対する常光／異常光屈折率は表１に示すとおりである。

第１の等方性材料層１４として透明な接着剤を用いて、波長板１２と、第１の回折格子１３との間を充填するように接着する。このとき、透明基板１１ａ側からみて第１の複屈折性材料層１３ａの配向方向を基準にして、波長板１２の高分子液晶の配向方向（遅相軸方向）のなす角度αが４５［°］または−４５［°］になるように接着する。なお、角度αの符号は、第１の複屈折性材料層１３ａの配向方向を基準に時計回りをプラス（＋）とする。

そして、第２の等方性材料層１６として透明な接着剤を用いて、透明基板１１ｂの平坦な面と、第２の回折格子１５との間を充填するように接着する。このとき、第２の回折格子１５の長手方向は、第１の回折格子１３の長手方向と一致するように接着し、波長選択回折素子１０ａを得る第１の等方性材料層１４を形成する第１の等方性材料（接着剤）および、第２の等方性材料層１６を形成する第２の等方性材料（接着剤）の、各波長の光に対する屈折率（ｎ_ｓ１、ｎ_ｓ２）は表２に示すとおりである。

作製した波長選択回折素子１０ａに対して、第１の回折格子１３および第２の回折格子１５の長手方向に平行な直線偏光の光を入射する。このとき、図２（ｃ）に示すように、入射する光は、第１の回折格子１３および第２の回折格子１５の長手方向に相当する、Ｙ軸方向の直線偏光の光としてＺ方向に進行させる。また、図５は、入射する光の（直線）偏光方向と、波長板１２の光学軸（遅相軸）との関係を示す模式図であり、Ｙ軸方向で入射する光の偏光方向４０と、波長板１２の高分子液晶の配向方向１２ａとの角度αを示したものであり、本実施例ではαが４５［°］である。なお、入射する光は、波長４０５ｎｍの光、波長６６０ｎｍの光、波長７８５ｎｍの光とする。

Ｙ軸方向の直線偏光の光として波長４０５ｎｍの光を入射すると、波長板１２を、ほぼ１００％Ｙ軸方向の直線偏光の光のまま透過する。波長板１２を透過した波長４０５ｎｍの光は、第１の回折格子１３の高分子液晶の異常光屈折率の方向であるので、回折する。このときの回折効率は、０次回折効率が８１．９［％］、±１次回折効率が８．７［％］となる。次に、第１の回折格子１３を透過／回折した波長４０５ｎｍの光は、第２の回折格子１５に入射するが、第２の回折格子１５の高分子液晶の常光屈折率の方向であって、第２の等方性材料の屈折率と一致するので、回折せずに直進透過するので、０次回折効率η_０（４０５）が８１．８［％］、±１次回折効率η_±１（４０５）が８．７［％］となる。

次いで、Ｙ軸方向の直線偏光の光として波長６６０ｎｍの光を入射すると、波長板１２は、１／２波長板として作用するので、ほぼＸ軸方向の直線偏光の光に変調される。具体的に、波長板１２に入射する前の光量を１００［％］とすると、Ｘ軸方向の直線偏光の光の成分が９９．６［％］となる。波長板１２を透過した波長６６０ｎｍの光のうち、Ｘ軸方向の直線偏光の光は、第１の回折格子１３の高分子液晶の常光屈折率の方向であるので、第１の回折格子１３では回折せずに直進透過し、第２の回折格子１５に入射する。第２の回折格子１５に入射する波長６６０ｎｍの光のうち、Ｘ軸方向の直線偏光の光は、第２の回折格子１５の高分子液晶の異常光屈折率の方向であるので、回折する。このとき、Ｘ軸方向の直線偏光の光に対する０次回折効率が８４．１［％］、±１次回折効率が７．９［％］となる。ここで、波長板１２透過前後による波長６６０ｎｍの光のうちのＸ軸方向の直線偏光の光の成分が９９．６［％］であるので、±１次回折効率η_±１（６６０）＝７．８［％］となる。

一方、波長板１２を透過した波長６６０ｎｍの光のうち、Ｙ軸方向の直線偏光の光は、第１の回折格子１３の高分子液晶の異常光屈折率の方向であるので、回折する。このとき、Ｙ軸方向の直線偏光の光に対する、第１の回折格子１３の０次回折効率が９５．７［％］、±１次回折効率が２．１［％］となる。ただし、波長板１２透過前後による波長６６０ｎｍの光のうちのＹ軸方向の直線偏光の光の成分が０．４［％］であるので、第１の回折格子１３で回折される光はほぼ０である。また、波長６６０ｎｍの光のうち、第１の回折格子１３を直進透過したＹ軸方向の直線偏光の光は、第２の回折格子では、０次回折効率が９９．９［％］となる。これより、波長板１２を透過した波長６６０ｎｍの光のうち、Ｘ軸方向の直線偏光の光の０次回折効率および、Ｙ軸方向の直線偏光の光の０次回折効率を合計すると、０次回折効率η_０（６６０）＝８４．１［％］となる。

次いで、Ｙ軸方向の直線偏光の光として波長７８５ｎｍの光を入射する。波長板１２に入射する前の光量を１００％とすると、Ｘ軸方向の直線偏光の光の成分が９４．２％となる。波長板１２を透過した波長７８５ｎｍの光のうち、Ｘ軸方向の直線偏光の光は、第１の回折格子１３の高分子液晶の常光屈折率の方向であるので、第１の回折格子１３では回折せずにほぼ直進透過し、第２の回折格子１５に入射する。第２の回折格子１５に入射する波長７８５ｎｍの光のうち、Ｘ軸方向の直線偏光の光は、第２の回折格子１５の高分子液晶の異常光屈折率の方向であるので、回折する。このとき、Ｘ軸方向の直線偏光の光に対する、第２の回折格子１５の０次回折効率が８９．６［％］、±１次回折効率が５．１［％］となる。ここで、波長板１２透過前後による波長７８５ｎｍの光のうちのＸ軸方向の直線偏光の光の成分が９４．２［％］となる。なお、±１次回折効率η_±１（７８５）＝４．９［％］である。

一方、波長板１２を透過した波長７８５ｎｍの光のうち、Ｙ軸方向の直線偏光の光は、第１の回折格子１３の高分子液晶の異常光屈折率の方向であるので、回折する。このとき、Ｙ軸方向の直線偏光の光に対する０次回折効率が９７．２［％］、±１次回折効率が１．４［％］となる。ただし、波長板１２透過前後による波長７８５ｎｍの光のうちのＹ軸方向の直線偏光の光の成分が５．８［％］であるので、第１の回折格子１３で回折される光はほぼ０である。また、波長７８５ｎｍの光のうち、第１の回折格子１３を直進透過したＹ軸方向の直線偏光の光は、第２の回折格子では、０次回折効率が９９．９［％］となる。これより、波長板１２を透過した波長７８５ｎｍの光のうち、Ｘ軸方向の直線偏光の光の０次回折効率および、Ｙ軸方向の直線偏光の光の０次回折効率を合計すると、０次回折効率η_０（７８５）＝９０．０［％］となる。本実施例における、各波長における０次回折効率および±１次回折効率を表３にまとめた。

このような光学特性を有する波長選択回折素子１０ａを、図１の光ヘッド装置１００の波長選択回折素子１０の位置に配置させると、波長４０５ｎｍの光および波長６６０ｎｍの光に対して所望の回折効率で、光検出器１１２の各受光エリアのパターンに応じて光を到達させることができるとともに、波長７８５ｎｍの光に対して、高い０次回折効率を得ることができる。したがって、波長選択回折素子を用いることで、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの記録・再生を行う受光光学系において高い制御性を有する光ヘッド装置を実現できる。

（実施例２）
本実施例は、図３（ａ）に示す第２の実施形態に係る波長選択回折素子２０ａの具体的な設計例および光学特性について説明する。

まず、透明基板２１ａとして石英ガラス基板を洗浄、乾燥し、石英ガラス基板の一方の面に真空蒸着法を用いて反射防止膜を形成する。次に、石英ガラス基板の他方の面に、ポリイミドを塗布してできたポリイミド膜をラビングして配向膜を形成する。そして、配向膜上に複屈折性を有する液晶モノマーを均一に塗布し、ＵＶ光を照射することによって、液晶分子の長軸方向が均一で厚さ方向に揃った高分子液晶からなる厚さ９．１μｍの波長板２２を作製する。なお、波長板２２の高分子液晶の各波長の光に対する常光／異常光屈折率およびリタデーション値は、実施例と同様に、表１に示すとおりである。

次に、透明基板２１ｂとして石英ガラス基板を洗浄、乾燥し、石英ガラス基板の一方の面に、真空蒸着法により二酸化珪素を１．６７μｍの厚さ成膜する。その後、フォトリソグラフィとエッチング技術を用いて断面が矩形状の周期的な凹凸を有する回折格子形状に加工して、（第２の）等方性材料層２５ａを有する第２の回折格子２５を得る。このとき、第２の回折格子２５のピッチＰは１４．０μｍであり、ピッチＰに対して（第２の）等方性材料層２５ａの幅は７．０μｍ（Ｄｕｔｙ比：０．５）とする。その後、石英ガラス基板のうち、二酸化珪素を回折格子形状に加工した面に真空蒸着法を用いて多層膜からなる反射防止膜を形成する。

次に、透明基板２１ｂのうち、二酸化珪素からなる回折格子を形成した面と反対の面に、ポリイミドを塗布してできたポリイミド膜をラビングして配向膜を形成する。そして、配向膜上に複屈折性を有する液晶モノマーを均一に塗布し、ＵＶ光を照射することによって、液晶分子の長軸方向が均一で厚さ方向に揃った高分子液晶からなる厚さ１．３μｍの高分子液晶膜を作製する。その後、回折格子の長手方向と高分子液晶の配向方向（遅相軸方向）とが一致するように、フォトリソグラフィとエッチング技術を用いて断面が矩形状の周期的な凹凸を有する回折格子形状に加工して、第１の複屈折性材料層２３ａを有する第１の回折格子２３を得る。このとき、第１の回折格子２３のピッチＰは９．０μｍであり、ピッチＰに対して第１の複屈折性材料層１３ａの幅は４．５μｍ（Ｄｕｔｙ比：０．５）とする。また、第１の回折格子２３の長手方向は、第２の回折格子２５の長手方向と平行するように加工する。なお、第１の複屈折性材料層２３ａとなる高分子液晶の各波長の光に対する常光／異常光屈折率は表２に示すとおりである。

そして、第１の等方性材料層２４として透明な接着剤を用いて、波長板２２と、第１の回折格子２３との間を充填するように接着し、波長選択回折素子１０ａ得る。このとき、透明基板２１ａ側からみて第１の複屈折性材料層２３ａの配向方向を基準にして、波長板２２の高分子液晶の配向方向（遅相軸方向）のなす角度αが４５［°］になるように接着する。なお、図４に示すように、角度αの符号は、第１の複屈折性材料層２３ａの配向方向を基準に時計回りをプラス（＋）とする。なお、第１の等方性材料層２４を形成する第１の等方性材料（接着剤）および、第２の回折格子２５を形成する第２の等方性材料（二酸化珪素）の、各波長の光に対する屈折率（ｎ_ｓ１、ｎ_ｓ２）は表４に示すとおりである。

作製した波長選択回折素子２０ａに対して、第１の回折格子２３および第２の回折格子２５の長手方向に平行な直線偏光の光を入射する。このとき、図３（ｃ）に示すように、入射する光は、第１の回折格子２３および第２の回折格子２５の長手方向に相当する、Ｙ軸方向の直線偏光の光としてＺ方向に進行させる。また、本実施例では、αを４５［°］、入射する光は、波長４０５ｎｍの光、波長６６０ｎｍの光、波長７８５ｎｍの光とする。

Ｙ軸方向の直線偏光の光として波長４０５ｎｍの光を入射すると、波長板２２を、ほぼ１００％Ｙ軸方向の直線偏光の光のまま通過する。波長板２２を透過した波長４０５ｎｍの光は、第１の回折格子２３の高分子液晶の異常光屈折率の方向であるので、回折する。このときの回折効率は、０次回折効率が７９．０［％］、±１次回折効率が８．７［％］となる。次に、第１の回折格子２３を透過／回折した波長４０５ｎｍの光は、第２の回折格子２５に入射するが、第２の回折格子２５を構成する第２の等方性材料層２５ａと空気（屈折率＝１）との屈折率差、第２の等方性材料層２５ａの高さ（ｄ_Ａ）の関係から、０次回折効率が８８．８［％］となる。これより、波長板２２に入射する前の光量を１００［％］とすると、０次回折効率η_０（４０５）＝７０．１［％］、±１次回折効率η_±１（４０５）＝７．７［％］となる。

次いで、Ｙ軸方向の直線偏光の光として波長６６０ｎｍの光を入射すると、波長板２２は、１／２波長板として作用するので、ほぼＸ軸方向の直線偏光の光に変調される。具体的に、波長板１２に入射する前の光量を１００［％］とすると、Ｘ軸方向の直線偏光の光の成分が９９．６［％］となる。波長板２２を透過した波長６６０ｎｍの光のうち、Ｘ軸方向の直線偏光の光は、第１の回折格子２３の高分子液晶の常光屈折率の方向であるので、第１の回折格子２３では回折せずに直進透過し、第２の回折格子２５に入射する。第２の回折格子２５に入射する波長６６０ｎｍの光は、第２の回折格子２５を構成する第２の等方性材料層２５ａと空気（屈折率＝１）との屈折率差、第２の等方性材料層２５ａの高さ（ｄ_Ａ）の関係から、０次回折効率が７２．５［％］、±１次回折効率が８．７［％］となる。ここで、波長板２２透過前後による波長６６０ｎｍの光のうちの第１の回折格子２３を直進透過する、Ｘ軸方向の直線偏光の光の成分が９９．６［％］であるので、±１次回折効率η_±１（６６０）＝８．６［％］となる。

一方、波長板２２を透過した波長６６０ｎｍの光のうち、Ｙ軸方向の直線偏光の光は、第１の回折格子２３の高分子液晶の異常光屈折率の方向であるので、回折する。このとき、Ｙ軸方向の直線偏光の光に対する０次回折効率が９４．９［％］、±１次回折効率が２．１［％］となる。ただし、波長板２２透過前後による波長６６０ｎｍの光のうちのＹ軸方向の直線偏光の光の成分が０．４［％］であるので、第１の回折格子２３で回折される光はほぼ０である。また、波長６６０ｎｍの光のうち、第１の回折格子２３を直進透過したＹ軸方向の直線偏光の光は、第２の回折格子では、０次回折効率が７１．９［％］、±１次回折効率が８．８［％］であるので、波長板２２を透過した波長６６０ｎｍの光のうち、Ｘ軸方向の直線偏光の光の０次回折効率および、Ｙ軸方向の直線偏光の光の０次回折効率を合計すると、０次回折効率η_０（６６０）＝７２．４［％］となる。

次いで、Ｙ軸方向の直線偏光の光として波長７８５ｎｍの光を入射する。波長板２２に入射する前の光量を１００％とすると、Ｘ軸方向の直線偏光の光の成分が９４．２％となる。波長板２２を透過した波長７８５ｎｍの光のうち、Ｘ軸方向の直線偏光の光は、第１の回折格子２３の高分子液晶の常光屈折率の方向であるので、第１の回折格子２３では回折せずにほぼ直進透過し、第２の回折格子２５に入射する。第２の回折格子２５に入射する波長７８５ｎｍの光は、第２の回折格子２５を構成する第２の等方性材料層２５ａと空気（屈折率＝１）との屈折率差、第２の等方性材料層２５ａの高さ（ｄ_Ａ）の関係から、０次回折効率が８７．１［％］となる。ここで、波長板２２透過前後による波長７８５ｎｍの光のうちの第１の回折格子２３を直進透過する、Ｘ軸方向の直線偏光の光の成分が９４．２［％］であるので、０次回折効率が８２．０［％］となる。

一方、波長板２２を透過した波長７８５ｎｍの光のうち、Ｙ軸方向の直線偏光の光は、第１の回折格子２３の高分子液晶の異常光屈折率の方向であるので、回折する。このとき、Ｙ軸方向の直線偏光の光に対する０次回折効率が９６．６［％］、±１次回折効率が１．４［％］となる。ただし、波長板２２透過前後による波長７８５ｎｍの光のうちのＹ軸方向の直線偏光の光の成分が５．８［％］であるので、第１の回折格子２３で回折される光はほぼ０である。また、波長７８５ｎｍの光のうち、第１の回折格子２３を直進透過したＹ軸方向の直線偏光の光は、第２の回折格子では、０次回折効率が８７．７［％］であるので、波長板２２を透過した波長７８５ｎｍの光のうち、Ｘ軸方向の直線偏光の光の０次回折効率および、Ｙ軸方向の直線偏光の光の０次回折効率を合計すると、０次回折効率η_０（７８５）＝８６．９［％］となる。なお、±１次回折効率η_±１（７８５）＝０．５［％］である。本実施例における、各波長における０次回折効率および±１次回折効率を表５にまとめた。

このような光学特性を有する波長選択回折素子２０ａを、図１の光ヘッド装置１００の波長選択回折素子１０の位置に配置させると、波長４０５ｎｍの光および波長６６０ｎｍの光に対して所望の回折効率で、光検出器１１２の各受光エリアのパターンに応じて光を到達させることができるとともに、波長７８５ｎｍの光に対して、高い０次回折効率を得ることができる。したがって、波長選択回折素子を用いることで、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの記録・再生を行う受光光学系において高い制御性を有する光ヘッド装置を実現できる。

以上のように、本発明は、入射するＢＤ用の波長の光、ＤＶＤ用の波長の光およびＣＤ用の波長の光に対して、それぞれ所望の回折効率で透過／回折する波長選択回折素子を用いることで、光検出器の受光エリアのレイアウトの自由度が高く、かつ、小型化が実現できる効果を有する光ヘッド装置を提供することができるものである。

１０、１０ａ、１０ｂ、２０ａ、２０ｂ、３０ 波長選択回折素子
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、２１ａ、２１ｂ 透明基板
１２、２２ 波長板
１２ａ 波長板の光学軸（遅相軸）の方向
１３、２３ 第１の回折格子
１３ａ、２３ａ、２３ｂ、２５ｂ 複屈折性材料層
１４、２４ （第１の）等方性材料層
１５、２５ 第２の回折格子
１５ｂ 等方性材料層
２５ａ （第２の）等方性材料層
４０ 入射する光の直線偏光の方向
１００ 光ヘッド装置
１０１ａ、１０１ｂ 光源
１０２ａ、１０２ｂ グレーティング素子
１０３、１０６ ダイクロイックプリズム
１０４ 偏光ビームスプリッタ
１０５ コリメータレンズ
１０７ ミラー
１０８ａ、１０８ｂ １／４波長板
１０９ａ、１０９ｂ 対物レンズ
１１０ａ、１１０ｂ 光ディスク
１１１ シリンドリカルレンズ
１１２ 光検出器

Claims (7)

1. ４０５ｎｍ波長帯である波長λ_１の光と、６６０ｎｍ波長帯である波長λ_２の光と、７８５ｎｍ波長帯である波長λ_３の光を発射する光源と、前記波長λ_１の光、前記波長λ_２の光および前記波長λ_３の光を光ディスクに集光する対物レンズと、前記光ディスクから反射した光を光検出器に偏向させるビームスプリッタと、を備えた光ヘッド装置において、
   前記ビームスプリッタと前記光検出器との間の前記波長λ_１の光、前記波長λ_２の光および前記波長λ_３の光が共通する光路中に波長選択回折素子を有し、
   前記波長選択回折素子は、前記ビームスプリッタ側より、波長板、第１の回折格子、第２の回折格子の順にそれぞれ少なくとも有し、
   前記波長板は、透過する前記波長λ_１の光および前記波長λ_２の光を、互いに直交する第１の直線偏光の光と第２の直線偏光の光とし、
   前記第１の回折格子は波長λ_１の光と波長λ_２の光のうち、いずれか一方を回折させず透過させるとともに、他方を回折させ、
   前記第２の回折格子は、前記波長λ_１の光と前記波長λ_２の光のうち、前記第１の回折格子で回折させる方の光を回折させずに透過させるとともに、他方を回折させる光ヘッド装置。
2. 前記波長板は、光学軸が厚さ方向に揃った複屈折性材料からなり、前記波長λ_１の光に対してλ_１の整数倍に略等しいリタデーション値を有するとともに、前記波長λ_２の光に対してλ_２／２の奇数倍に略等しいリタデーション値を有する請求項１に記載の光ヘッド装置。
3. 前記第１の回折格子は、複屈折性材料からなる第１の複屈折性材料層と、等方性材料からなる第１の等方性材料層によって、周期的な凹凸を有し、
   前記第１の複屈折性材料層の常光屈折率をｎ_ｏ１、異常光屈折率をｎ_ｅ１（ｎ_ｏ１≠ｎ_ｅ１）とし、前記等方性材料の屈折率をｎ_ｓ１とするとき、前記ｎ_ｓ１は、前記ｎ_ｏ１または前記ｎ_ｅ１に略等しい請求項１または請求項２に記載の光ヘッド装置。
4. 前記第２の回折格子は、複屈折性材料からなる第２の複屈折性材料層と、等方性材料からなる第２の等方性材料層によって、周期的な凹凸を有し、
   前記第２の複屈折性材料層の常光屈折率をｎ_ｏ２、異常光屈折率をｎ_ｅ２（ｎ_ｏ２≠ｎ_ｅ２）とし、前記第２の等方性材料層の屈折率をｎ_ｓ２とするとき、前記ｎ_ｓ２は、前記ｎ_ｏ２または前記ｎ_ｅ２に略等しい請求項３に記載の光ヘッド装置。
5. 前記第２の回折格子は、透明基板の平面上に等方性材料からなる第２の等方性材料層によって周期的な凹凸を有し、
   前記第２の等方性材料層の屈折率をｎ_ｓ２、高さをｄ_Ａとするとき、（ｎ_ｓ２−１）×ｄ_Ａが波長λ_１の整数倍または波長λ_２の整数倍に略等しい請求項３に記載の光ヘッド装置。
6. 前記第１の回折格子および前記第２の回折格子の断面形状は、矩形状である請求項１〜５いずれか１項に記載の光ヘッド装置。
7. 前記波長選択回折素子は、入射する波長λ_３の光の光量を１００％とするとき、直進透過する波長λ_３の光が７０％以上となる請求項１〜６いずれか１項に記載の光ヘッド装置。

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