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CN1259578C - 波长可选衍射元件及光学头装置 - Google Patents

波长可选衍射元件及光学头装置 Download PDF

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CN1259578C CNB028048148A CN02804814A CN1259578C CN 1259578 C CN1259578 C CN 1259578C CN B028048148 A CNB028048148 A CN B028048148A CN 02804814 A CN02804814 A CN 02804814A CN 1259578 C CN1259578 C CN 1259578C
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Abstract

本发明得到使双波长用半导体激光器出射的一种波长的光不产生衍射而透过、同时使另一种波长的光产生衍射的光学元件，安装在光学头装置中形成光利用效率高而且稳定的装置。为达到该目的，本发明的波长可选衍射元件1A，包括在表面形成截面形状为周期性凹凸状的光栅的透明基板、以及填入光栅的凹凸部分12A的填充构件13A，光栅的凹凸部分包括在比波长λ1更短的波长区域具有光的吸收端的有机颜料，而且凹凸部分及填充部分对波长λ1或波长λ2的某一种波长的光具有相同的折射率，此外，对另一种波长的光具有不同的折射率，并设置在光学头装置的光源与物镜之间。

Description

波长可选衍射元件及光学头装置
技术领域
本发明涉及波长可选衍射元件及光学头装置，特别涉及入射2种不同波长的光的波长可选衍射元件及装有该波长可选衍射元件的光学头装置。
背景技术
为了在CD及DVD等光盘或者光磁盘等光记录介质(下面将它们总称为“光盘”)的信息记录面上记录信息，或者重放信息记录面上的信息，现采用各种光学头装置。在这些光学头装置中，按照各种用途使用衍射元件。
在光学头装置中，为了一面使激光聚焦在光盘信息记录面上形成的道上，一面使光盘旋转，必须使聚焦的激光束不偏离道，为此开发了各种跟踪方法。在这些跟踪方法中，众所周知有一种在信息重放时使用的三光束法。另外还知道一种在信息记录时使用的推挽法，即该方法是采用与道平行一分为二的受光元件，接受来自光盘的反射光，求得一分为二的反射光之差，特别是知道一种为抵消信号偏离用的差动推挽法。
三光束法及差动推挽法的共同点在于，使用衍射元件，利用衍射元件产生0级衍射光即主光束及±1级衍射光即辅光束。
近年来，为了对规格及构成等不同的CD及DVD的两种光盘的信息进行记录或重放，一种CD与DVD互换型的光学头装置(下面称为互换性光学头装置)受到人们的注意。在该互换性光学头装置中，在以CD-R等CD系列的信息重放为前提的光盘的情况下，为了重放用，要使用790nm波长带的半导体激光器。此外，在DVD类的光盘的情况下，为了重放用，要使用650nm波长带的半导体激光器。
下面参照图9的构成例子，说明分开配置2个半导体激光器的第1以往例子的光学头装置。来自半导体激光器3A及3B的出射光，利用波长合成棱镜9，在同一光轴上进行合成，透过分束器4，利用准直透镜5形成平行光，在透过物镜6后，聚焦在光盘7的信息记录面上。该聚焦的光用信息记录面反射，被反射的光沿着与射出路径相同的光路反向前进。
即，该被反射的光再次利用物镜6形成平行光，用准直透镜5聚焦后，入射至分束器4。用该分束器4反射的光，沿与射出路径的光轴形成90°角度的光轴前进，聚焦在光检测器8的受光面上。然后，信号光用该光检测器8变换为电信号。在图9中，对于790nm(下面也称为λ2)波长带的光，采用三光束发生用衍射光栅10。
在这样的光学头装置中，作为出射2个波长的光的半导体激光器，提出在一个芯片内形成例如790nm波长带的半导体激光器及650nm(下面也称为λ1)波长带的半导体激光器的单片双波长用半导体激光器的方案。此外，最近还提出配置各波长带的激光器芯片、使其发光点之间有100～300μm左右的间隔的由多片芯片构成的双波长用半导体激光器的方案。若采用这些半导体激光器，则与图9所示的2个半导体激光器分别构成的以往的光学头装置相比，能够减少元器件数量，谋得实现装置小型化及低成本。因此，非常希望有适合双波长用半导体激光器的三光束发生用衍射光栅。
下面所示为使用衍射元件的第2以往例子的光学头装置。在对光盘记录信息的光学头装置中，来自半导体激光器的出射光被光盘反射，形成返回光，该光用分束器被引向光检测器即受光元件。作为该分束器，是使用全息衍射元件(全息分束器)。
图11所示为采用全息分束器的以往的互换型光学头装置示意图((a)为出射λ1波长带的光的情况，(b)为出射λ2波长带的光的情况)。来自出射650nm波长带的光及790nm波长带的光的半导体激光器3的出射光，利用准直透镜5形成平行光，再利用物镜6聚焦在光盘7的面上。来自光盘7的反射光，再次通过物镜6，在通过准直透镜5后，利用全息分束器11，到达构成光检测器8A(图11(b)或8B(图11(a))的受光元件。受光元件将接受的反射光变换为电信号，电信号用放大器进行放大，再利用自动增益补偿电路乘以增益，将信号电平调整在一定范围内，但是在图11中，未画出放大器及自动增益补偿电路。
此外，作为CD与DVD互换用的衍射元件，在日本专利特开平4-129040中提出一种波长可选衍射元件。该元件对一种入射光，使光路差为其波长的整数倍，而对另一种入射光，使光路为其波长的非整数倍。下面对其进行说明。一般，峰与谷交替出现的2级(矩形形状)的衍射光栅的衍射效率可用下式近似表示，其中设波长为λ，光程差为R。式中，ζ0表示0级衍射效率，ζm表示的m级衍射效率，另外m为0以外的整数。
ζ0＝[1+cos(2π×R/λ)]2/4
ζm＝[1-cos(2π×R/λ)]2×[1-(-1)m]2/(4πm2)
这里，若对一种入射光使其光程差为其波长的整数倍，则根据上式，ζ0＝1，ζm＝0。再有，若对另一种入射光使光程差为其波长的非整数值，则0＜ζ0＜1，0＜ζm＜1。这样能够得到波长可选衍射元件。
这里说明的是2级衍射元件的情况，但只要满足1级(级差)的光程差对一种入射光为其波长的整数倍，而对另一种入射光为其波长的非整数倍这样的条件，在多级光栅形状、特别是准闪耀(braced)光栅形状中，也能够得到波长可选衍射元件。
下面所示的是利用该波长可选衍射元件的以往的光学头装置例子。
图13所示为使用波长可选衍射元件作为孔径限制元件的第3以往例子的光学头装置。孔径限制元件18由合成石英玻璃等玻璃基板构成，图12所示为作为孔径限制元件使用的以往波长可选衍射元件构成的一个例子。如图12所示，仅在孔径限制元件18的周边部分形成光程差为DVD系列波长λ1的2倍的衍射光栅。这时，由于该光程差为CD系列波长λ2的近似1.6倍，因此能够使λ1波长的光透过，而使λ2波长的光的70％以上产生衍射。在图12中，之所以将衍射光栅的光栅面一分为二，是为了防止在来回光路都衍射的光沿与非衍射透射光相同的光路而聚焦在光检测器上。
如图13所示，来自半导体激光器3A及3B的出射光，利用波长合成棱镜9，在同一光轴上进行合成，透过分束器4后，利用准直透镜5形成平行光，入射至孔径限制元件18。λ1的光在孔径限制元件18的周边部分(图12(b)的斜线部分)及中心部分(图12(b)的圆内部分)不产生衍射而透过，利用物镜6聚焦在DVD系列光盘7的信息记录面上(图13(a))。
此外，λ2的光在孔径限制元件18的周边部分产生衍射，仅仅透过中心部分的光以小的数值孔径聚焦在光盘7的信息记录面上(图13(b))。来自光盘的反射光再次透过物镜6、孔径限制元件18及准直透镜5后，入射至分束器4。用该分束器4反射的光，沿与射出路径的光轴形成90°角度的光轴前进，聚焦在光检测器8的受光面上。然后，信号光用该光检测器8变换为电信号。此外，在图13(b)被省略了的还有，利用孔径限制元件18产生衍射的λ2的光，也聚焦在光盘7的信息记录面上，反射后沿与信号光同样的光路前进，聚焦在光检测器8的与受光面不同的部分。
图15所示为使用波长可选衍射元件作为波长可选偏转元件的第4以往例子的光学头装置。波长可选偏转元件由合成石英玻璃等玻璃基板构成，如以往的波长可选衍射元件构成的其它例子即图14所示，一级(级差)的光程差R等于DVD系列的波长λ1，形成5～7及(4～6段)的多级准闪耀衍射光栅19(在图14中所为6级(5段)光栅，但不限定于该级数)。
这时，能够不使λ1波长的光产生衍射而透过，使λ2波长的光的60％以上以一个衍射级数进行衍射，产生偏转。
如图15所示，双波长用半导体激光器3的由一个发光点出射的波长λ1的出射光(图15(a))及由与上不同的发光点出射的波长λ2的出射光(图15(b))，透过分束器4后，利用准直透镜5形成平行光，再利用物镜6聚焦在光盘7的信息记录面上。
来自光盘7的反射光，再次通过物镜6及准直透镜5后，入射至分束器4，用该分束器4反射的光，沿与射出路径的光轴形成90°角度的光轴前进，入射至波长可选偏转元件19。入射至波长可选偏转元件19的波长λ1的光，不利用波长可选偏转元件19产生偏转而透过后，聚焦在光检测器8的受光面上(图15(a))。另一方面，入射至波长可选偏转元件19的波长λ2的光，利用波长可选偏转元件19产生偏转后，聚焦在与波长λ1的光的检测器8相同的光检测器的受光光面上(图15(b))。
但是，在第1以往例子的光学头装置的情况下，即将三光束法及差动推挽法中使用的三束发生用衍射元件与双波长用半导体激光器组合使用的情况下，会产生下述的问题。即，对于CD系列的光盘用790nm波长带及DVD系列的光盘用650nm波长带的任一个入射光，衍射元件都具有衍射效果，产生衍射光。其结果，不希望有的不需要的衍射光成为散射光混入光检测器，因而不能进行信息的记录或重放。另外产生的问题是，对于一种光盘用入射光设置的三光束发生用颜色光栅，对另一种光盘用入射光会产生衍射，产生不需要的衍射光，导致光量损耗，使信号光减少。
作为解决该问题的方法，如前所述，在日本特开平4-129040中提出了形成波长可选衍射元件的方法，该波长可选衍射元件对一种入射光使光程差为其波长的整数倍，而对另一种入射光使光程差为其波长的非整数倍。但是，对一种波长带的入射光使光程差为其波长的整数倍的条件，由于减少了对其它波长的设计自由度，减少了衍射效率选择的自由度，因此不能够满足要求。
此外，在第2以往例子的光学头装置的情况下，即将全息分束器与单片双波长用半导体激光器组合使用的情况下，会产生下述的问题。即，波长λ的光入射至光栅间距为P的衍射元件构成的全息分束器时，若设光的衍射角为θ，则sinθ与λ/P成正比。因而，对于650nm波长带与790nm波长带的光，由于波长不同，因此衍射角不同，在用同一个光检测器接受衍射光时，必须增大受光面积。
由于增大面积而产生的问题是，高频特性恶化，光盘不能进行高速重放。此外，在对于650nm波长带及790nm波长带的光分别形成光检测器的受光面时，产生的问题是，受光元件数增加为2倍，随着元件数增加而使信号处理电路也变得复杂。
作为解决该问题的方法，在日本特开2000-76689中提出，形成光程差等于DVD系列的波长λ1的衍射光栅，并在与形成衍射光栅的基板面不同的面上形成光程差等于CD系列的波长λ2的衍射光栅，然后用小型的同一光检测器来检测信号。
但是，前述衍射效率的计算式，是仅仅在考虑到与衍射光栅的光程差相比衍射光栅的间距是非常大的情况下成立的近似式，随着光栅的光程差增大或光栅间距减小，近似式将不成立。即使设定光程差为波长的n倍(n为自然数)，即前述的式中设定达到ζ0＝1、ζm＝0的条件，但实际上有时也不能达到ζ0＝1或不能达到ζm＝0。上述近似式不能成立的情况称为衍射光栅的共振现象，随着光栅间距减小或光程差增大，近似式更明显表现出不成立。
通常，该全息分束器的光栅间距小至5μm以下，与光程差相比，光栅间距小，因此由于前述的共振现象，存在想透过的波长的透射率下降的问题。
此外，在第3以往例子的光学头装置的情况下，对于信号检测用的受光元件，为了使得由于孔径限制元件而衍射的波长λ2的不需要的光不入射至信号检测用的受光元件，必须减小衍射光栅的间距，增大衍射光衍射角度。但是，如前所述，若减小衍射光栅的间距，则存在的问题是，想透射的λ1波长的光透射率降低，作为孔径限制元件的特性降低。
此外，在第4以往例子的光学头装置的情况下，为了使波长λ1的光透过，使波长λ2的光衍射，必须增加波长可选衍射光栅的级数，达到5～7。若增多级数，则总的光程差长达波长λ1的4～6倍，因此存在的问题是，想透过的λ1波长的光透射率降低，作为波长可选偏转元件的特性降低。
本发明为解决上述问题，其目的在于提供一种波长可选衍射元件，该波长可选衍射元件的设计自由度更大，即能够任意设定衍射效率，此外，对想透过的波长的光不产生光程差，即使光栅间隙小，想透过的波长的透射率也不降低。此外，在于提供具有该波长可选衍射元件及双波长用半导体激光器的、能够稳定进行信息的记录及重放的光学头装置。
发明内容
本发明提供的波长可选衍射元件，包括透明基板、在该透明基板的表面形成的由周期性凹凸状的凹凸构件构成的光栅、以及填入光栅的至少凹下部分的填充构件，是使波长λ1及波长λ2(λ1＜λ2)的2种光入射而使用的波长可选衍射元件，凹凸构件或填充构件的某一构件包含在比波长λ1更短的波长区域具有光的吸收端的有机颜料，而且凹凸构件及填充构件对于波长λ1或波长λ2的某一种波长的光具有相同的折射率，而对于另一种波长的光具有不同的折射率。
此外，提供的上述波长可选衍射元件，在所述凹凸构件的与所述透明基板的相反一侧，具有与所述透明基板不同的别的透明基板。
此外，提供的上述波长可选衍射元件，所述凹凸构件包含在比波长λ1更短的波长区域具有光的吸收端的有机颜料。
此外，提供的上述波长可选衍射元件，所述填充构件包含在比波长λ1更短的波长区域具有光的吸收端的有机颜料。
此外，提供的上述波长可选衍射元件，所述凹凸构件及所述填充构件对于波长λ1的光具有相同的折射率。
此外，提供的上述波长可选衍射元件，所述凹凸构件及所述填充构件对于波长λ2的光具有相同的折射率。
此外，提供的上述波长可选衍射元件，所述周期性凹凸状的光栅仅在透明基板表面的周边部分形成。
此外，提供的上述波长可选衍射元件，所述周期性凹凸状的光栅具有闪耀形状或准闪耀形状。
此外，提供的上述波长可选衍射元件，包括λ1的光不产生衍射而透过同时使波长λ2的光产生衍射的所述波长可选衍射元件、以及波长λ2的光不产生衍射而透过同时使波长λ1的光产生衍射的所述波长可选衍射元件，将这些波长可选衍射元件进行层叠而构成。
此外，提供的上述波长可选衍射元件，在波长λ1的光不产生衍射而透过同时使波长λ2的光产生衍射和波长λ2的光不产生衍射而透过同时使波长λ1的光产生衍射的所述波长可选衍射元件与进行层叠而构成的波长可选衍射元件的外侧、再重叠位相板。
此外，提供的上述波长可选衍射元件，是在波长λ1的光不产生衍射而透过同时使波长λ2的光产生衍射的所述波长可选衍射元件与波长λ2的光不产生衍射而透过同时使波长λ1的光产生衍射的所述波长可选衍射元件之间配置位相板。
此外，提供的上述波长可选衍射元件，其有机颜料是红色有机颜料。
再有，本发明提供的光学头装置，包括出射波长λ1及波长λ2的2种光的光源，将2种光聚焦在光记录介质上的物镜，以及检测2种光从光记录介质反射的反射光的光检测器，在光源与物镜之间的光路中，设置所述波长可选衍射元件。
附图说明
图1表示本发明波长可选衍射元件的第1形态图，(a)所示的波长λ1的光入射时的状态的侧视图，(b)表示波长λ2的光入射时的状态的侧视图。
图2表示本发明波长可选衍射元件的第2形态图，(a)表示波长λ1的光入射时的状态的侧视图，(b)表示波长λ2的光入射时的状态的侧视图。
图3表示本发明波长可选衍射元件的第3形态图，是将图1及图2的波长可选衍射元件进行层叠的波长可选衍射元件，(a)表示波长λ1的光入射时的状态的侧视图，(b)表示波长λ2的光入射时的状态的侧视图。
图4表示本发明波长可选衍射元件的第4形态图，是将图1及图2的波长可选衍射元件进行层叠的波长可选衍射元件，(a)表示波长λ1的光入射时的状态的侧视图，(b)表示波长λ2的光入射时的状态的侧视图。
图5表示本发明波长可选衍射元件的第5形态图，是将位相板与图3的波长可选衍射元件组合的波长可选衍射元件，(a)表示波长λ1的光入射时的状态的侧视图，(b)表示波长λ2的光入射时的状态的侧视图。
图6表示本发明波长可选衍射元件的第6形态图，是将位相板与图4的波长可选衍射元件组合的波长可选衍射元件，(a)表示波长λ1的光入射时的状态的侧视图，(b)表示波长λ2的光入射时的状态的侧视图。
图7表示本发明波长可选衍射元件的第7形态图，是将位相板与图3的波长可选衍射元件组合的波长可选衍射元件，(a)表示波长λ1的光入射时的状态的侧视图，(b)表示波长λ2的光入射时的状态的侧视图。
图8表示本发明光学头装置的第1形态的简要侧视图。
图9表示以往的光学头装置一个例子的简要侧视图。
图10表示以往的光学头装置的第1形态的简要侧视图。
图11表示以往的光学头装置的其它例子，(a)表示波长λ1的光产生衍射的状态的简要侧视图，(b)表示波长λ2的光产生衍射的状态的简要侧视图。
图12表示以往的波长可选衍射元件的一个例子，(a)为剖视图，(b)为顶视图。
图13表示以往的光学头装置的其它例子，(a)表示用波长λ1的光进行记录重放的状态的简要侧视图，(b)表示用波长λ2的光进行记录重放的状态的简要侧视图。
图14表示以往的波长可选衍射元件的其它例子剖视图。
图15表示以往的光学头装置的别的其它例子，(a)表示用波长1的光进行记录重放的状态的简要侧视图，(b)表示用波长λ2的光进行记录重放的状态的简要侧视图。
图16表示本发明波长可选衍射元件的第8形态图，(a)表示波长λ1的光入射时的状态的侧视图，(b)表示波长λ2的光透射及衍射的状态的侧视图。
图17表示本发明光学头装置的第3形态图，(a)表示用波长λ1的光进行记录重放的状态的简要侧视图，(b)表示用波长λ2的光进行记录重放的状态的简要侧视图。
图18表示本发明波长可选衍射元件的第9形态图，(a)表示波长λ1的光入射时的状态的侧视图，(b)表示波长λ2的光衍射的状态的侧视图。
图19表示本发明光学头装置的第4形态图，(a)表示用波长λ1的光进行记录重放的状态的简要侧视图，(b)表示用波长λ2的光进行记录重放的状态的简要侧视图。
具体实施方式
[波长可选衍射元件的第1实施形态]
波长λ1及波长λ2(λ1＜λ2)的光入射至图1所示的本实施形态的波长可选衍射元件1A(图1(a)所示为波长λ1的光入射的状态，图1(b)所示为波长λ2的光入射的状态)。波长可选衍射元件1A是具有在表面形成光栅的凹凸部分即衍射光栅12A(由凹凸构件构成)的透明基板11A、以及填入其间的填充构件13A的衍射元件，用透明基板14A保护填充构件13A。对波长λ1的光，衍射光栅12A与填充构件13A的折射率相等；对波长λ2的光，衍射光栅12A与填充构件13A的折射率不相等。
这里，衍射光栅12A或填充构件13A的某一构件包含在比波长λ1更短的波长区域具有光的吸收端(波长)的有机颜料。这里所谓的包含的含意，是指凹凸构件或填充构件实际上含有有机颜料(包含)的情况及有机颜料材料本身构成两构件的一个构件的情况。但是，由于比较多的情况是含有有机颜料，因此下面实际上是作为包含有机颜料进行说明的。
例如，若衍射光栅12A中包含有机颜料，则由于异常色散效果，能够使衍射光栅12A的波长λ1的折射率与波长λ2的折射率之差大于填充构件13A的折射率之差。因而，若适当选择包含有机颜料的衍射光栅12A及填充构件13A的材料(也适当选择有机颜料)，则能够使这些材料的波长λ1的折射率之差为零，而增大波长λ2的折射率之差。
因此，在波长λ1的光通过衍射光栅12A时，由于折射率相等，没有发挥衍射光栅的功能，而直线前进透过。另一方面，在波长λ2的光透过时，由于折射率不同，起到作为衍射光栅的作用，能够构件衍射光栅12A的高度d1及光栅形态，使衍射效率变化，另外通过改变衍射光栅12A的光栅间距，能够使衍射角变化。
这里，利用因异常色散效果而产生折射率之差的，不是色散曲线中的异常色散区域，而是该区域之外的，是因异常色散效果而使折射率发生很大变化的区域。此外，在异常色散区域的整个波长区域，由于折射率整个向高折射率偏移，因此该效果也可以利用。下面的情况是同样的。
在上述中，是设在衍射光栅12A中包含有机颜料，但在填充构件13A中包含有机颜料也同样。
有机颜料通过改变分子骨架或取代基，能够很容易改变波长色散(折射率与波长的关系)，这一点是它的优点。再有，有机颜料与燃料等不同，耐热性及抗照射性也很好，有耐久性。
最好波长λ2的凹凸构件与填充构件的折射率之差越大，能够使光栅的深度越浅，越减少衍射效率与入射角的关系。但是，若考虑到实际上存在的光学材料中波长λ2的折射率色散与吸收量的关系，则折射率之差能够取0.02至0.10的值。
[波长可选衍射元件的第2实施形态]
图2所示的本实施形态的波长可选衍射元件1B是具有在表面形成由凹凸构件构成的衍射光栅12B的透明基板、以及填入其间的填充构件13B的衍射元件。对波长λ1的光，衍射光栅12B与填充构件13B的折射率不相等(图2(a))；对波长λ2的光，衍射光栅12B与填充构件13B的折射率相等(图2(b))。11B及14B等与11A及14A的英文字母虽不同，但数字相同的表示与图1相同的构成要素，是透明基板。
在本实施形态中，衍射光栅12B或填充构件13B的某一构件也包含比波长λ1更短的拨出那个区域具有光的吸收端的有机颜料。例如，若衍射光栅12B包含有机颜料，则由于异常色散效果，能够使衍射光栅12B的波长λ1的折射率与波长λ2的折射率之差大于填充构件13B的折射率之差。因而，若适当包含有机颜料的衍射光栅12B及填充构件13B的材料(也适当选择有机颜料)，则能够增大这些材料的波长λ1的折射率之差，使波长λ2的折射率之差为零。
这时，在波长λ1的光透过衍射光栅12B时，波长可选衍射有机1B发挥衍射光栅的功能，根据光栅间距的大小以特定的角度产生衍射。直线前进光的透射效率及衍射光的衍射效率能够通过改变衍射光栅12B的高度d2及光栅形状而改变。此外，在波长λ2的光透过时，不产生衍射，而直线前进透射。
[波长可选衍射元件的第3实施形态]
图3所示的本实施形态的波长可选衍射元件1C是将第1及第2实施形态的波长可选衍射元件组合而成的。波长可选衍射元件1C具有在表面形成衍射光栅12C的透明基板11C、以及在表面形成衍射光栅15C的透明基板16C，具有利用填充构件13C及14C夹住透明基板17C的层叠结构。这里，对波长λ1的光，衍射光栅12C与填充构件13C的折射率相等；对波长λ2的光，衍射光栅12C与填充构件13C的折射率不相等。
此外，对波长λ1的光，衍射光栅15C与填充构件14C的折射率不相等；对波长λ2的光，衍射光栅15C与填充构件14C的折射率相等。因而，图3(a)所示可选衍射元件1C的上侧部分如图2(a)所示，而下侧部分如图1(a)所示，波长λ1的光利用衍射光栅15C产生衍射，而透过衍射光栅12C，仅仅15C作为衍射光栅起作用。
另一方面，图3(b)所示的波长可选衍射元件1C的上侧部分如图2(b)所示，而下侧部分如图1(b)所示，波长λ2的光透过衍射光栅15C，而利用衍射光栅12产生衍射，仅仅12C作为衍射光栅起作用。因而，用一个复合元件对二种波长分别独立发挥作为衍射元件的功能。
[波长可选衍射元件的第4实施形态]
此外，也可以不用图3所示的波长可选衍射元件1C中的透明基板17C，而如图4所示的本实施形态的波长可选衍射元件1D那样，采用将透明基板11D上形成的衍射光栅12B与透明基板15D上形成的衍射光栅14D隔着填充构件13D而层叠的结构。对波长λ1及λ2，填充构件与衍射光栅的折射率值的关系与第3实施形态的情况相同。
在第4实施形态中，有机颜料包含在衍射光栅12D及14D中，或者包含在填充构件13D中。在图4(a)所示的波长可选衍射元件1D的情况下，波长λ1的光利用衍射光栅14D产生衍射，而透过衍射光栅12D不产生衍射，仅仅14D作为延伸光栅起作用。另一方面，在图4(b)所示的波长可选衍射元件1D的情况下，波长λ2的光透过衍射光栅14D，而利用衍射光栅12D产生衍射，仅仅14D作为衍射光栅起作用。
因而，在本实施形态中，也是用一个复合元件对二种波长分别独立发挥作为衍射元件的功能。
[波长可选衍射元件的第5实施形态]
图5所示的本实施形态的波长可选衍射元件1E，是在第3实施形态说明的波长可选衍射元件1C中，在透明基板11C的外侧(在图中是下侧)设置位相板12E，再在其上配置透明基板11E而构成。作为位相板12E，可以举出1/2波片及1/4波片等。通过将位相板12E与波长可选衍射元件一体化，能够既小型化，又对入射光同时具有使衍射效果及偏振状态变化的效果，这是比较好的。
这里，图5(a)所示为波长λ1的光利用衍射光栅15C产生衍射、而0级衍射光及±1级衍射光透过位相板12E的状态，图5(b)所示为波长λ2的光利用衍射光栅12C产生衍射，而0级衍射光及±1级衍射光透过位相板12E的状态。
[波长可选衍射元件的第6实施形态]
图6所示的本实施形态的波长可选衍射元件1F，是在第4实施形态说明的波长可选衍射元件中，在透明基板11D的外侧设置位相板12F，再在其上配置透明基板11F而构成。图6(a)所示为波长λ1入射的情况，图6(b)所示为波长λ2入射的情况。通过将位相板12F与波长可选衍射元件一体化，能够比第5实施形态的波长可选衍射元件1E更小型化，又对入射光同时具有使衍射效果及偏振状态变化的效果，这是比较好的。此外，由于波长可选衍射元件1F比波长可选衍射元件1E要少一块透明基板，因此制造工序数减少，这是比较好的。
[波长可选衍射元件的第7实施形态]
图7所示的本实施形态的波长可选衍射元件1G是将第5实施形态中引入的位相板作为位相板11G配置在填充构件13C与14C之间。在这种情况下，有机颜料可以都包含在衍射光栅15C及12C中，也可以都包含在填充构件14C及13C中，也可以包含在一个衍射光栅15C及另一个填充构件13C中，或者也可以包含在一个填充构件14C及另一个衍射光栅12C中。作为位相板11G，可以举出1/2波长及1/4波片等。
如图7(a)所示，入射的波长λ1的光利用用衍射光栅15C分离成±1级衍射光，另外0级光透过，都向位相板11G前进，±1级衍射光及0级衍射光的偏振状态变化。这些光再次进入下一个衍射光栅12C，由于13C与12C的折射率相等，因此不产生衍射而透过。
如图7(b)所示，入射的波长λ2的光在衍射光栅15C处不产生衍射而透过，进入位相板11G，偏振状态变化，然后进入衍射光栅12C。入射光利用衍射光栅2C，分离成±1级衍射光及0级衍射光。
如图7所示，通过将位相板11G配置在衍射光栅15C与12C之间，与将位相板一体化的第6实施形态的波长可选衍射元件1F相比，波长可选衍射元件1G能够减少一块透明基板，能够减少制造工序数，还能够减薄元件厚度，这是比较好的。
以上在第1～第7的实施形态中，说明了波长可选衍射元件。说明的是有关一个波长可选衍射元件的情况、将二个波长可选衍射元件进行层叠的情况、以及进一步将二个波长可选衍射元件与位相板层叠的情况，但也可以将一个波长可选衍射元件与位相板层叠使用。
在波长可选衍射元件中，由于通过改变光栅高度d1、d2或光栅形状能够改变衍射效率，因此作为三光束发生用元件或全息分束器，只要采用能够得到理想效率的光栅高度即可。此外，也可以通过使波长可选衍射元件的凹凸部分形成阶梯状的多级台阶或闪耀衍射光栅的光栅形状，提高特定级数的衍射效率使用。关于衍射角，只要采用构成所希望的衍射角那样的光栅间距即可，这些可以原来不动将以往的三光束发生用元件或全息分束器所用的方法应用于波长可选衍射元件。
在上述中，关于二个波长可选衍射元件的组合方法，说明的情况是无论对波长λ1及波长λ2的任一种波长的光都发挥作为衍射光栅的功能。但是，也可以是对波长λ1的光发挥作为三光束发生用衍射光栅及全息分束器的功能、及对波长λ2的光不发挥作为衍射光栅的功能的组合，此外，也可以是其相反情况的组合。有选择地产生衍射的波长及其衍射光栅的功能，可以根据目的进行组合使用。
在上述中，叙述的是光栅高度d1及d2影响衍射效率而光栅间距影响衍射方向的情况，但是光栅高度越低，则光栅形状边缘的塌边越少，另外越容易制成细间距元件等，形状控制性好，这是比较好的。再有，光栅高度越低，越能够缩短元件的制造时间，在工序上也是比较好的。
如上所述，使凹凸构件或填充构件包含在2中波长λ1及λ2(λ1＜λ2)中比短的波长λ1更短的波长区域具有吸收端的有机颜料，利用异常色散效果，增加折射率。
例如，如图1所示，作为填充构件13A中包含有机颜料的情况，设衍射光12A(由凹凸构件构成)及填充构件13A的对波长λ1的光的折射率分别为n12A(λ1)及n13A(λ1)，对λ2的光的折射率分别为n12A(λ2)及n13A(λ2)。对波长λ1(图1(a))，n12A(λ1)＝n13A(λ1)；对波长λ2(图1(b))，n12A(λ2)＞n13A(λ2)，能够增大n12A(λ2)-n13A(λ2)。
若设衍射光栅12A中包含有机颜料，则对波长λ1(图1(a))，n12A(λ1)＝n13A(λ1)；对波长λ2(图1(b))，n13A(λ2)＞n12A(λ2)，能够增大n13A(λ2)-n12A(λ2)。即，对波长λ1的光，波长可选衍射元件没有衍射效果，而对波长λ2的光，有衍射效果。
此外，如图2所示，作为填充构件13B中包含有机颜料的情况，设衍射光栅12B及填充构件13B的对波长λ1的光的折射率分别为n12B(λ1)及n13B(λ1)，对波长λ2的光的折射率分别为n12B(λ2)及n13B(λ2)。对波长λ1(图2(a))，n13B(λ1)＞n12B(λ1)，能够增大n13B(λ1)-n12B(λ1)；此外，对波长λ2(图2(b))，n12B(λ2)＝n13B(λ2)。若设衍射光栅12B中包含有机颜料，则对波长λ1(图2(a))，n12B(λ1)＞n13B(λ1)，能够增大n12B(λ1)-n13B(λ1)；另外对波长λ2(图2(b))，n12B(λ2)＝13B(λ2)。
即，对波长λ1的光，波长可选衍射元件有衍射效果，而对波长λ2的光，没有衍射效果。
如上所述，若凹凸构件或填充构件采用有机颜料，则对一种波长(例如λ1)的光，使这2种材料间的折射率保持相等。而对另一种波长(例如λ2)的光，能够增大折射率之差。
有机颜料也可以用蒸镀法等制成膜，另外也可以采用对有机颜料混合树脂粘合剂、可聚单体、聚合引发剂、增感剂、溶剂、表面活性剂等而进行适当调整的组成物来制成膜。在采用组成物时，可以在透明基板上涂布组成物后，加热除去溶剂，再进行聚合固化。此外，也可以根据需要，再聚合固化后进行加热处理。
在上述组成物中，在能够腐蚀的抗蚀剂中包含有机颜料时，比较好的方法是对可选择性固化的残余最后聚合固化部分进行腐蚀处理，能够容易制成所希望的光栅形状，特别好的方法是前述抗蚀剂是光刻胶时，利用光刻法能够直接形成光栅。
在波长λ1及波长λ2分别为650nm波长带及740nm波长带时，最好采用红色有机颜料。
红色有机颜料在上述任何一种波长带中，都没有显著的吸收，能够实现高透射率。此外，由于在比650nm更短的波长处表现出吸收，然后随着波长减少，吸收就急剧增大，而在550nm附近有吸收极大，因此利用异常色散效果，能够在790nm波长带及650nm波长带实现较大的折射率之差的数值。
若将黄色有机颜料与红色有机颜料进行比较，则其吸收端在短波长区域500nm，因此，对于CD系列的790nm波长带及DVD系列的650nm波擦黑那个代没有吸收，所以透射率高，是一种较好的材料，但其反面，波长色散大的区域与红色有机颜料相比，是整体向短波长区域偏移，650nm波长带与790nm波长带的折射率之差只能够得到较小的数据。
作为红色颜料，可以采用按照二氧代吡咯并吡咯系、蒽醌系、喹吖酮系、缩合偶氮基系及二萘嵌苯系等分类的有机颜料。这些有机颜料可以单独使用，也可以将2种或3种以上混合使用。其中，以颜料红(Pigment Red)254为代表的二氧代吡咯并吡咯系及以颜料红177为代表的蒽醌系，其耐久性优异，用作为本元件红色有机颜料是比较好的。
含有红色有机颜料的光刻胶可以照原样使用液晶显示器滤色片制造时所用的市售滤色片用抗蚀剂的一部分。此外，也可以根据需要，调整红色有机颜料、树脂粘合剂、可聚单体、聚合引发剂、增感剂、溶剂、表面活性剂等的浓度或化合物。
关于用红色有机颜料制成的光栅的凹凸构件或填充构件等，无论哪种情况，形成(制膜)后的光的吸收特性最好进行如下所述的调整。最好吸收端的波长在580nm至620nm的范围内，吸收端的波长在复数折射率n*(λ)＝n(λ)+i·k(λ)(实数部分n(λ)为通常的折射率，虚数部分i·k(λ)中的k(λ)为吸收系数，λ为波长)中，在使波长减少下去时，在波长650nm以下开始k(λ)超过0.01，将该波长λ定义为吸收端。
将k(λ)定为0.01是由于，在使k(λ)从0增加时，这是接近于0而且大于测量误差，能够明显把握增加倾向的值。在该吸收端的波长大于620nm时，吸收损耗(透射率降低)将成为问题，另外在小于580nm时，在650nm波长带及790nm波长带之间，难以得到大的波长色散。
作为吸收端的最小值，对短的波长λ1，最好是0.85λ1。其理由是由于，通常使用的波长λ1虽是650nm，但由于半导体激光器的元件差异及温度变化等，常常650nm变为675nm左右，为了使最好的吸收端最小值成为580nm，这就是0.85λ1。此外，在半导体激光器没有元件差异等，而如上所述，波长λ1为650nm的理想情况下，为了使吸收端最小值成为580nm，这是0.9λ1。若考虑到有元件差异等现状，则作为吸收端最小值最好为0.85λ1。
从得到大的波长色散的观点出发，必须随着波长的减少，吸收系数要同时急剧增加。由于红色有机颜料在波长550nm附近有吸收极大，因此在该波长的吸收系数可以是较大的数值。表1所示为本发明的例1、例3、例4、例10及例11中所用的有机颜料在550nm的吸收系数k及650nm与790nm的折射率之差(Δn)。
               表1
  k(550nm)   Δn
  例1   0.21   0.028
  例3   0.19   0.024
  例4   0.09   0.035
  例10   0.05   0.014
  例11   0.05   0.015
在肖特(SCHOTT)公司的光学玻璃产品目录中，作为波长色散大的光学玻璃记有铅玻璃。商品名SF6及SF58等的铅玻璃的Δn分别为0.012及0.015。若与这些值相比，在用红色有机颜料的表1中的k(550nm)为0.05以下的情况下，很难说由于异常色散效果，Δn得到较大的数值。因而，关于波长550nm的吸收系数k，最好大于0.05。
此外，除了上述在固化前将包含有机颜料的抗蚀剂进行腐蚀而制成光栅的方法以外，也可以对固化后的构件(膜或蒸镀膜)利用光刻及腐蚀处理形成光栅，另外也可以对基板表面形成的光栅的凹凸部分填入包含有机颜料的抗蚀剂作为填充构件。作为其它的填充构件，可以举出光固化型树脂及热固化型树脂等。这里所述的是填入凹凸部分，是意味着至少填入凹下部分，也可以仅填入凹下部分。下面也同样。
包含前述红色有机颜料的组成物的Δn越大，则红色有机颜料组成物的膜厚可以越薄，因此是比较好，若Δn增大，则波长650nm的折射率也升高，因此，作为光固化型树脂及热固化型树脂，也最好采用波长650nm的折射率高的材料，最好采用1.6以上的材料。
作为这样的光固化型树脂及热固化型树脂，如包含日本专利特开平2000-309584中所述的下式1所示的化合物的组成物，其折射率高，而且折射率的波长色散小，能够很适合用于本用途。但是，不限定于该化合物。
Figure C0280481400201
式1
式中，R1～R6分别表示碳数1～10的烃基或氢。X表示S或O，该S的个数相对于构成三环的S与O的总和为50％以上。Y表示O、S、Se或Te，p为0～6范围的整数，q为0～4范围的整数。
为了在基板表面上形成光栅，可以对基板本身进行腐蚀处理或金属模具成型等，或者也可以对基板覆盖别的光学材料后，对该光学材料进行腐蚀处理或金属模具成型而制成光栅。此外，通过上述蒸镀等制膜，有机颜料也包含在其中。
下面说明光学头装置中装有波长可选衍射元件的情况。
[光学头装置的第1实施形态]
图8所示为本发明光学头装置的第1形态，是采用产生CD用的三光束的波长可选衍射元件1A(图1)作为波长可选衍射元件的光学头装置。在这样构成的光学头装置中，从双波长用半导体激光器3(将出射DVD系列光盘用波长λ1的激光的半导体激光器一体化)出射的波长λ1的光，不利用波长可选衍射元件1A产生衍射而直线前进透过，再透过分束器4，利用准直透镜5成为平行光。
然后，该平行光利用物镜6，聚焦在光盘7(DVD系列)的信息记录道上。然后，用光盘7反射的光，再次透过物镜6及准直透镜5，利用分束器4进行反射，聚焦在光检测器8的受光面上。
另一方面，从双波长用半导体激光器3出射的波长λ2的光，利用波长可选衍射元件1A将出射光的一部分(例如5％～40％)作为±1级衍射光产生衍射，而包含±1级衍射光的该光再透过分束器4，利用准直透镜5成为平行光。然后，该平行光利用物镜6聚焦在光盘7(CD系列)的信息记录道上，而0级衍射光±1级衍射光形成三光束。然后，利用光盘7反射的光，再次透过物镜6及准直透镜5，利用分束器4进行反射，0级衍射光及±1衍射光分别聚焦在光检测器8的受光面上。
如上所述，在装有本发明波长可选衍射元件1A的光学头装置的情况下，由于波长λ1的光不利用波长可选衍射元件产生衍射而直线前进透过，因此不会使效率降低，也不产生散射光。因而，对于DVD系列的光盘，是采用DVD系列的光检测器(4象限受光面)，能够稳定进行根据使用单光束的位相差法的跟踪误差信号检测、根据象散法的对光盘面的聚焦误差信号检测、以及记录信息即凹坑信号检测。
另一方面，对于CD系列的光盘，是采用与DVD系列相同的4象限受光面的光检测器，进行根据象散法的对光盘信息记录面的聚焦误差信号检测及凹坑信号检测。再通过在光检测器的其它2个受光面接受±1级衍射光，进行根据三光束的跟踪误差信号检测。
在上述的说明中，所述的是将波长可选衍射元件用于对CD系列的波长λ2的光采用的三光束法的例子，但也可以适用于信息记录用的差动推挽法。此外，若采用对DVD系列的波长λ1的光产生三光束的波长可选衍射元件1B，与使用单光束的方法相比，对于更正确的跟踪误差检测也是有效的。若采用对DVD系列的波长λ1的光及CD系列的波长λ2的光独立产生三光束的波长可选衍射元件1C或1D，也能够对CD系列及DVD系列的各自光盘设计最佳的衍射光栅。此外，一种光盘用的光利用另一种光盘用的衍射光栅产生衍射，不会产生光量损耗，是有效的。
此外，在向CD及DVD光盘上进行信息记录的光学头装置中，多数情况下将三光束发生用衍射光栅的0级衍射效率与1级衍射效率之比的值设为15以上，在这种情况下，由于能够任意设定衍射效率，因此是特别有用的。
此外，波长可选衍射元件的光栅间距可根据用该元件的光学头装置的光学系统及光盘的跟踪误差信号检测法适当确定。
[光学头装置的第2实施形态]
图10所示为本发明光学头装置的第2形态，是采用波长可选衍射元件IC作为全息分束器的光学头装置。在这样构成的光学头装置中，从出射波长λ1及波长λ2的光的双波长用半导体激光器3出射的波长λ1的光，利用全息分束器有入射光的约70％透过后，利用准直透镜5形成平行光。然后，该平行光利用物镜6，聚焦在光盘7(DVD系列)的信息记录道上。然后，用光盘7反射的光，再次透过物镜6及准直透镜5，利用波长可选全息分束器衍射的约10％的光，聚焦在光检测器8的受光面上。
另一方面，从双波长用半导体激光器3出射的波长λ2的光，也利用全息分束器有出射光的约70％透过后，利用准直透镜5形成平行光。然后，该平行光利用物镜6，聚焦在光盘7(CD系列)的信息记录道上。然后，用光盘7反射的光，再次透过物镜6及准直透镜5，利用全息分束器衍射的约10％的光，聚焦在与波长λ1的光检测用相同的光检测器8的受光面上。
这样，在装有本发明波长可选衍射元件1C的光学头装置的情况下，能够用同一个光检测器，对使用波长不同的光盘进行信息的记录及重放，能够实现光学头装置的小型化及高性能。此外，波长可选衍射元件的光栅间距能够根据采用它的光学头装置的光学系统适当确定。通常，该波长选择性衍射元件的光栅间距为5μm以下，而本发明的元件即使光栅间距为5μm以下，想透过的波长的光的透射率也不降低，因此光的利用效率高，是有用的。此外，对于DVD系列的光盘，也可以将波长可选的偏振全息分束器与物镜形成一体进行驱动而构成。
此外，在图8所示的光学头装置的例子中，是采用分束器4，将双波长用半导体激光器3(光源单元)与光检测器8分开构成的。但是，也可以用波长可选全息分束器来代替分束器4，使光盘反射的光产生衍射，使其聚焦在双波长用半导体激光器(光源单元)内的半导体激光器附近配置的光检测器上。在这种情况下，由于半导体激光器与光检测器配置在同一个光源单元内，因此能够使光学头装置小型化。
[波长可选衍射元件的第8实施形态]
图16所示的本实施形态的波长可选衍射元件1H，是在第1实施形态的波长可选衍射元件中仅在周边部分存在衍射光栅的元件。波长可选衍射元件1H是具有在表面形成光栅的凹凸部分即衍射光栅12H(由凹凸构件构成)的透明基板11H、以及填入其间的填充构件13H的衍射元件，用透明基板14H保护填充构件13H。
对波长λ1的光，衍射光栅12H与填充构件13H的折射率相等；对波长λ2的光，衍射光栅12H与填充构件13H的折射率不相等。因此，在波长λ1的光通过衍射光栅12H时，由于折射率相等，因此不发挥衍射光栅的功能，而直线前进透过。另一方面，在波长λ2的光透过时，由于折射率不相等，因此发挥作为衍射光栅的功能，通过调节光栅的高度，能够使波长λ2的光的大部分产生衍射。
[光学头装置的第3实施形态]
图17所示为本发明光学头装置的第3形态，是将本发明的波长可选衍射元件1H作为孔径限制元件，配置在准直透镜与物镜之间而构成。来自半导体激光器3A及3B的出射光，利用波长合成棱镜9，在同一光轴上进行合成，在透过分束器4后，利用准直透镜5成为平行光，入射至孔径限制元件的波长可选衍射元件1H。
λ1的光在孔径限制元件的周边部分及中心部分不产生衍射而透过，利用物镜6聚焦在DVD系列的光盘7的信息记录面上(图17(a))。此外，λ2的光在孔径限制元件的周边部分产生衍射，仅仅是透过中心部分的光以小的数值孔径聚焦在光盘7的信息记录面上(图17(b))。来自光盘的反射光，再次透过物镜6、孔径限制元件(波长可选衍射元件1H)及准直透镜5后，入射至分束器4。用该分束器4反射的光，沿与射出路径的光轴形成90°角度的光轴前进，聚焦在光检测器8的受光面上。然后，信号光用该光检测器8变换为电信号。
此外，在图17(b)被省略了的还有，利用孔径限制元件产生衍射的λ2的光，也聚焦在光盘7的信息记录面上，反射后沿与信号光同样的光路前进，聚焦在光检测器8的与受光面不同的部分。由于使用本发明的波长可选衍射元件，因此仅对波长λ2的光起到作为孔径光圈的功能，另外即使减小衍射光栅的间距，也由于波长λ1的透射率不降低，因此能够减小光栅间距，以增大λ2的光的折射角度，容易与信号光分离，不会作为散射光到达信号检测用的受光元件，与以往类型的孔径限制元件相比，能够稳定进行信息的记录及重放。
[波长可选衍射元件的第9实施形态]
图18所示的本实施形态的波长可选衍射元件1J，是在第1实施形态的波长可选衍射元件中其凹凸部分的形状是闪耀形状或准闪耀形状的元件(图18中为4级准闪耀形状，但不限于此)。波长可选衍射元件1J是具有在表面形成光栅的凹凸部分即衍射光栅12J(由凹凸构件构成)的透明基板11J、以及填入其间的填充构件13J的衍射元件，用透明基板14J保护填充构件13J。对波长λ1的光，衍射光栅12J与填充构件13J的折射率相等；对波长λ2的光，衍射光栅12J与填充构件13J折射率不相等。
因而，在波长λ1的光通过衍射光栅12J时，由于折射率相等，因此不发挥衍射光栅的功能，而直线前进透过。另一方面，在波长λ2的光透过时，由于折射率不相等，因此发挥作为衍射光栅的功能，由于凹凸形状是闪耀形状或准闪耀形状，因此能够通过调节光栅的高度d，使波长λ2的光的大部分以特定的衍射级数产生衍射。
[光学头装置的第4实施形态]
图19所示为本发明光学头装置的第4形态，是将本发明的波长可选衍射元件1J作为波长可选偏转元件，配置在分束器4与光检测器8中间而构成。来自双波长用半导体激光器3的一个发光点出射的波长λ1的出射光(图19(a))及来自与其不同发光点出射的波长λ2的出射光(图19(b))，在透过分束器4后，利用准直透镜5成为平行光，再利用物镜聚焦在光盘7的信息记录面上。
来自光盘7的反射光，再次透过物镜6及准直透镜5后，入射至分束器4，用该分束器4反射的光，沿与射出路径的光轴形成90°角度的光轴前进，入射至波长可选偏转元件即波长可选衍射元件1J。入射至波长可选偏转元件的波长λ1的光，不在波长可选偏转元件产生偏转而透过后，聚焦在光检测器8的受光面上(图19(a))。
另一方面，入射至波长可选偏转元件的波长λ2的光，在波长可选偏振元件即波长可选衍射元件1J产生偏转后，聚焦在与波长λ1的光检测器8相同的光检测器的受光面上(图19(b))。由于使用本发明的波长可选衍射元件，因此能够以高透射率使波长λ1的光透过，同时使波长λ2的光衍射即偏转，与使用以往类型的波长可选偏转元件的情况相比，能够稳定进行信息的记录和重放。
以下所示为实施例。
[例1]
采用包含有机颜料(红色颜料)红色的抗蚀剂CFRP-RH1019(东京应化工业社生产)作为凹凸构件。利用旋涂法在玻璃基板上均匀覆盖厚度为6.0μm的该红色抗蚀剂，在100℃下保持5分钟。然后，将光掩膜配置在玻璃基板的红色抗蚀剂一侧，进行紫外线曝光。然后进行碱性显影，在220℃下保持60分钟。
这样，形成光栅间距为60μm、光栅高度为6.0μm的图1所示的衍射光栅12A。凹凸构件在波长590nm有吸收端，波长550nm的吸收系数k为0.21。此外，波长650nm的折射率为1.654，波长790nm的折射率为1.626，上述2种波长的折射率之差为0.028。
然后，将聚合后的波长650nm的折射率为1.656、波长790nm的折射率为1.646、折射率之差为0.010的光聚合物以单体形态作为填充构件填入光栅的凹凸部分，再层叠别的玻璃基板，将衍射光栅及光聚合物夹在当中。然后，对单体照射紫外线使其聚合，这样制成波长可选衍射元件。
在对这样制成的元件入射波长790nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为74％，±1级衍射光及-1级衍射光的衍射效率分别为10％。此外，在入射波长650nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为92％，±1级衍射光、-1级衍射光及高级衍射光的衍射效率都为0.5％以下，本元件显示出对于上述2种波长的光具有波长可选的衍射功能。
[例2]
将与例1中所用的材料相同的红色抗蚀剂作为凹凸构件，利用旋涂法在玻璃基板上均匀进行覆盖，在与例1相同的温度及时间等条件下，制成厚度为6.0μm的红色抗蚀剂膜。在这样制成的膜上利用溅射法形成膜厚为60nm的SiO2膜，再在SiO2膜上利用旋涂法涂布光刻胶。
然后，将光掩膜配置在玻璃基板的SiO2膜一侧，进行紫外线曝光，然后进行干法刻蚀。这样，制成光栅间距为4μm、光栅高度为6.0μm的图1所示的衍射光栅12A。然后，将例1中所用的光聚合物以单体状态作为填充构件填入光栅的凹凸部分，再将衍射光栅及光聚合物用别的玻璃基板进行层叠，并夹在当中。然后，对整个玻璃基板表面照射紫外线，使单体聚合，这样制成波长可选衍射元件。
在对这样制成的波长可选衍射元件入射波长790nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为74％，+1级衍射光及-1级衍射光的衍射效率都为10％。此外，在入射波长650nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为92％，+1级衍射光、-1级衍射光及高级衍射光的衍射效率都为0.5％以下，本元件显示出对于上述2种波长的光具有波长可选的衍射功能。
[例3]
采用包含有机材料(红色颜料)的红色抗蚀剂A-0011(大日本油墨(InK)化学工业社生产)。将该红色抗蚀剂作为凹凸构件，利用旋涂法在玻璃基板上均匀进行覆盖。然后，与例1相同，在100℃下保持5分钟，对整个玻璃基板表面照射紫外线，在220℃下保持60分钟，制成厚度为7.0μm的膜。在这样制成的膜上，与例2相同，利用溅射法形成SiO2膜，将SiO2膜上涂布的光刻胶进行紫外线曝光后，进行干法刻蚀。这样，制成光栅间距为4μm、光栅高度为7.0μm的图1所示的衍射光栅12A。
凹凸构件在波长580nm有吸收端，波长550nm的吸收系数K为0.19。波长650折射率为1.631，波长790nm的折射率为1.607，上述2种波长的光的折射率之差为0.024。
然后，将聚合后的波长650nm的折射率为1.632、波长790nm的折射率为1.624、2种波长的折射率之差为0.008的光聚合物以单体状态作为填充构件填入光栅的凹凸部分，再将衍射光栅及光聚合物用别的玻璃基板表面照射紫外线，使单体聚合，这样制成可选衍射元件。
在对这样制成的元件入射波长790nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为74％，+1级衍射光及-1级衍射光的衍射效率分别为10％。此外，在入射波长650nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为92％。+1级衍射光、-1级衍射光及高级衍射光的衍射效率都为0.5％以下，本元件显示出对于上述2种波长的光具有波长可选的衍射功能。
[例4]
采用包含14.8％(作为质量基准，下同)的作为红色有机颜料的颜料红177的颜料含有液、即御国色素公司生产的CF红AGR-01，将73％的CF红AGR-01、22％的季戊四醇四丙烯酸酯(日本化药公司上产KAYARAD-DPHA)、以及5％的丙二醇-1-单甲醚-2-醋酸盐进行混合，制成混合物。再作为光聚合引发剂，欧加格库阿(イルガキユア)907(千叶专业化学公司生产)，使得相对于上述混合物成为0.7％，这样制成组成物。
将该组成物作为凹凸构件，利用旋涂法在玻璃基板上均匀进行覆盖，在1002C下保持3分钟。然后，对整个组成物表面照射紫外线后，在2002C下保持60分钟，制成厚度为5.5μm的膜，在这样制成的膜上，利用溅射法形成膜厚为60nm的SiO2膜，在SiO2膜上利用旋涂法涂布光刻胶。然后，将光掩膜配置在玻璃基板的SiO2m膜一侧，进行紫外线曝光，然后进行干法刻蚀。这样，制成光栅间距为4μm、光栅高度为5.5μm的图1所示的衍射光栅12A。
凹凸构件的吸收端的波长为600nm，550nm吸收系数K为0.10。波长650nm的折射率为1.636，波长790nm的折射率为1.601，上述2种波长的折射率之差为0.035。
然后，将聚合后的波长650nm的折射率为1.638、波长790nm的折射率为1.624、2种波长的折射率之差为0.014的光聚合物以单体状态作为填充构件填入光栅的凹凸部分，再层叠将别的玻璃基板，将衍射光栅及光聚合物夹在当中。然后，对单体照射紫外线，使其聚合，这样制成波长可选衍射元件。
在对这样制成的元件入射波长790nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为745，+1级衍射光及-1级衍射光的衍射效率分别为10％。此外，在入射波长650nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为92％，+1级衍射光、-1级衍射光及高级衍射光的衍射效率都为0.5％以下，本元件显示出对于上述2种波长的光具有波长可选的衍射功能。
[例5]
将与例1中所用的材料相同的红色抗蚀剂利用旋涂法在玻璃基板上均匀进行覆盖，在与例1相同的温度及时间等条件下，制成厚度为6.0μm的红色抗蚀剂膜。在这样制成的膜上，与例2相同，利用溅射法形成SiO2膜。进行干法刻蚀，制成光栅间距为4μm、光栅高度为4.0μm的图1所示的衍射光栅。
然后将聚合后的波长650nm的折射率为1.632、波长790nm的折射率为1.624、2种波长的折射率之差为0.008的例3中所用的光聚合物以单体状态下作为填充构件填入光栅的凹凸部分，再将衍射光栅及光聚合物用别的玻璃基板进行层叠，并夹在当中。然后，对整个玻璃基板表面照射紫外线，使其单体聚合，这样制成波长可选衍射元件。
在对这样制成的元件入射波长650nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为72％，+1级衍射光及一级衍射光的衍射效率分别为10％。此外，在入射波长790nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为95％，+1级衍射光、-1级衍射光及高级衍射光的衍射效率都为0.5％以下，本元件显示出对于上述2种波长的光具有波长可选的衍射功能，此外，显示出与例2的元件不同的波长选择性。
[例6]
将与例1中所用的材料相同的红色抗蚀剂利用旋涂法在玻璃基板上均匀进行覆盖，在与例1相同的温度及时间等条件下，制成厚度为60μm的红色抗蚀剂膜。在这样制成的膜上，与例2相同，利用溅射法形成SiO2膜，进行干法刻蚀，制成光栅间距为4μm、光栅高度为4.0μm的图1所示的衍射光栅。
然后，将聚合后的波长650nm的折射率为1.632、波长790nm的折射率为1.624、2种波长的折射率之差为0.008的光聚合物以单体状态作为填充构件填入光栅的凹凸部分，再将例2中制成的元件进行层叠，对整个玻璃基板表面照射紫外线，使其单体聚合，这样制成波长可选衍射元件。
对这样制成的元素在入射波长650nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为10％，+1级衍射光及-1级衍射光的衍射效率分别为10％。此外，在入射波长790nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为72％，+1级衍射光及-1级衍射光的衍射效率分别为10％。此外，无论是哪一种波长的光，2级及以上的高级衍射光的衍射效率都为0.5％以下。
[例7]
本例的双波长用光学头装置是这样构成，即例1中制成的波长可选衍射元件如图8所示的波长可选衍射元件1A那样，配置在双波长用半导体激光器3与分束器4之间。由于使用本发明的波长可选衍射元件，因此能够不使波长λ1的光产生衍射，另外对波长λ2的光，产生跟踪误差检测用的三光束，能够以少的元器件数量进行S/N比高、稳定的信息记录及重放。
[例8]
本例的双波长用光学头装置是这样构成，即例6中制成的波长可选衍射元件如图10所示的波长可选衍射元件1C那样，配置在双波长用半导体激光器3与准直透镜5之间。由于使用本发的波长可选衍射元件，因此能够对波长λ1的光及波长λ2的光独立设计全息分束器，使波长λ1及波长λ2的任一种光都高效聚焦在同一光检测器的8的受光面，能够以少的元器件数量进行S/N比高、稳定的信息记录及重放。
[例9(比较例)]
采用包含有机颜料(黄色颜料)的黄色抗蚀剂CY-S673A(富士胶卷奥林公司生产)作为凹凸构件。利用旋涂法在玻璃基板上均匀覆盖该有机颜料后，在100℃下保持5分钟。然后，对整个玻璃基板表面照射紫外线后，在220°下保持60分钟，形成厚度为6.0μm的膜。该膜在波长480nm有吸收端，波长650nm的折射率为1.590，波长790nm的折射率为1.576，上述二种波长的折射率之差为0.014。
与此不同的是，采用在波长590nm有吸收端的包含红色颜料的红色抗蚀剂CFRP-RH1019(东京应化工业公司生产)，在同样形成的膜的情况下，上述二种波长的折射率之差为0.028，是黄色抗蚀剂的值的二倍。
使用上述黄色抗蚀剂，制成与例1相同的波长可选衍射元件，在入射波长790nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为90％，+1级衍射光及-1级衍射光的衍射效率分别为3％。衍射效率是红色抗蚀剂CFRP-RH1019情况下的1/3的值。
[例10(比较例)]
采用红色抗蚀剂CFRP-RP103(东京应化工业公司生产)作为凹凸构件，利用旋涂法在玻璃基板上均匀覆盖该抗蚀剂，在90℃下保持2分钟。然后，对整个表面照射紫外线后，在190℃下保持30分钟，制成厚度为6.0μm的膜。该凹凸构件的吸收端的波长为580nm，波长550nm的吸收系数k为0.05。波长650nm的折射率为1.548，波长790nm的折射率为1.534，上述二种波长的折射率之差为0.014。
与此不同的是，采用在波长590nm有吸收端的包含红色颜料的红色抗蚀剂CFRP-RH1019(东京应化工业公司生产)，在同样形成的膜的情况下，上述二种波长的折射率之差为0.028，是红色抗蚀剂CFRP-RP103的二倍。
使用上述红色抗蚀剂CFRP-RP103，制成与例1相同的波长可选衍射元件，在入射波长790nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为90％，+1级衍射光及-1级衍射光的衍射效率分别为3％。衍射效率是红色抗蚀剂CFRP-RH101情况下的1/3的值。
[例11(比较例)]
采用包含14.7％的作为红色有机颜料的颜料红209的颜料含有液、即御国色素公司生产队CF红AGR-02，将73％的CF红AGR-02、22％的季戊四醇四丙烯酸酯(日本化药公司生产KAYARAD-DPHA)、以及5％的丙二醇-1-单甲醚-2-醋酸盐进行混合，制成混合物。再作为光聚合引发剂，欧加格库阿(イルガキユア)907(千叶专业化学公司生产)，使得相对于上述混合物成为0.7％，这样制成组成物。
将该组成物作为凹凸构件，利用旋涂法在玻璃基板上均匀进行覆盖，在100℃下保持3分钟。然后，对整个组成物表面照射紫外线后，在200℃下保持60分钟，制成厚度为6.0μm的膜。该凹凸构件的吸收端的波长为570nm，550nm的吸收系数k为0.05。波长650nm的折射率为1.605，波长790nm的折射率为1.590，上述2种波长的折射率之差为0.015。
与此不同的是，采用在波长590nm有吸收端的包含红色颜料的红色抗蚀剂CFRP-RH1019(东京应化工业公司生产)，在同样形成的膜的情况下，上述二种波长的折射率之差为0.028，是本例中组成物的值的约二倍。
使用本例中的组成物，制成与例1相同的波长可选衍射元件，在入射波长790nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为90％，+1级衍射光及-1衍射光的衍射效率分别为3％。衍射效率是红色抗蚀剂CFRP-RH1019情况下的1/3的值。
[例12]
采用包含14.7％的作为红色有机颜料的颜料红254的颜料含有液、即御国色素公司生产的CF红EX-2739，将85％的CF红色EX-2739、12％的季戊四醇四丙烯酸酯(日本化药公司生产KAYARAD-DPHA)、以及3％的丙二醇-1-单甲醚-2-醋酸盐进行混合，制成混合物。再作为光聚合引发剂，欧加格库阿(イルガキユア)907(干叶专业化学公司生产)，使得相对于上述混合物成为0.2％，这样制成组成物。
将该组成物作为凹凸构件，利用旋涂法在玻璃基板上均匀进行覆盖，在100℃下保持3分钟。然后，对整个组成物表面照射紫外线后，在200℃下保持60分钟，制成厚度为4.9μm的膜。在这样制成的膜上，利用溅射法形成膜厚为60nm的SiO2膜，在SiO2膜上利用旋涂法涂布光刻胶。然后，将光掩膜配置在玻璃基板的SiO2膜一侧，进行紫外线曝光，然后进行干法刻蚀。这样，制成光栅间距为4μm、光栅高度为4.9μm的图1所示的衍射光栅12A。
凹凸构件的吸收端的波长为590nm，550nm的吸收系数k为0.28。波长650nm的折射率为1.703，波长790nm的折射率为1.656，上述二种波长的折射率之差为0.047。
然后，对式2所示的化合物双(β-表丙硫)硫化物添加0.1％的四丁铵溴化物，经5分钟搅拌后，以单体状态作为填充构件填入光栅的凹凸部分，再层叠别的玻璃基板，将衍射光栅及填充构件夹在当中。然后，在100℃下加热4小时，使填充构件固化。固化后的填充构件在650nm的折射率为1.704，790nm的折射率为1.697。
在对这样制成的元件入射波长790nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为73％，+1级衍射光及-1级衍射光的衍射效率分别为9％。此外，在入射波长650nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为95％，+1级衍射光，-1级衍射光及高级衍射光的衍射效率都为0.5％以下，本元件显示出对于上述二种波长的光具有波长可选的衍射功能。
Figure C0280481400301
式2
[例13]
采用包含14.7％的作为红色有机颜料的颜料红254的颜料含有液、即御国色素公司生产的CF红EX-2739，将91％的CF红EX-2739、7％的季戊四醇四丙烯酸酯(日本化药公司生产KAYARAD-DPHA)、以及2％的丙二醇-1-单甲醚-2-醋酸盐进行混合，制成混合物。再作为光聚合引发剂，欧加格库阿(イルガキユア)907(千叶专业化学公司生产)，使得相对于上述混合物成为0.2％，这样制成组成物。
将该组成物作为凹凸构件，利用旋涂法在玻璃基板上均匀进行覆盖，在100℃下保持3分钟。然后，对整个组成物表面照射紫外线后，在200℃下保持60分钟，制成厚度为2.7μm的膜。在这样制成的膜上，利用溅射法形成膜厚为60nm的SiO2膜，在SiO2膜上利用旋涂法涂布光刻胶。然后，将光掩膜配置在玻璃基板的SiO2膜一侧，进行紫外线曝光，然后进行干法刻蚀。这样，制成光栅间距为4μm、光栅高度为2.7μm的图2所示的衍射光栅12B。
凹凸构件的吸收端的波长为590nm，550nm的吸收系数k为0.29。波长650nm的折射率为1.756，波长790nm的折射率为1.695，上述2种波长的折射率之差为0.061。
然后，使用实施例12中所用的填充构件，同样填入光栅的凹凸部分，再层叠别的玻璃基板，将衍射光栅及填充构件夹在当中。然后，在100℃下加热4小时，使填充构件固化。固化后的填充构件在650nm的折射率为1.704，790nm的折射率为1.697。
在对这样制的元件入射波长790nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为97％，+1级衍射光及-1级衍射光的衍射效率分别为0.5％以下，此外，在入射波长650nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为70％，+1级衍射光，-1级衍射光及高级衍射光的衍射效率都为10％，本元件显示出对于上述二种波长的光具有波长可选的衍射功能。
[例14]
将与例12中所用材料相同的包含红色有机颜料的组成物作为凹凸构件，利用旋涂法在玻璃基板上均匀进行覆盖，在100℃下保持3分钟。然后，对整个组成物表面照射紫外线后，在200℃下保持60分钟，制成厚10.0μm的膜。在这样制成的膜上，利用溅射法形成膜厚为60nm的SiO2膜，在SiO2膜上利用旋涂法涂布光刻胶。然后，将光掩膜配置在玻璃基板的SiO2膜一侧，进行紫外线曝光，然后进行干法刻蚀。这样，制成光栅间距为10μm、光栅高度为10.0μm的图16所示的波长可选衍射元件12H。该衍射元件是仅在周边部分存在衍射光栅的元件(参照图12(b))。
然后，是也能够例12中所用的填充构件，同样填入光栅的凹凸部分，再层叠别的玻璃基板，将衍射光栅及填充构件夹在当中。然后，在100℃下加热4小时，使填充构件固化。在对这样制成的元件入射波长650nm的光导体激光时，0级衍射光的透射率为95％，+1级衍射光及-1级衍射光的衍射效率分别为0.5％以下。此外，在入射波长790nm的半导体激光时，0级衍射光的透射率为10％，本元件显示出对于上述二个波长的光具有波长可选的衍射功能。
[例15]
将与例12中所用材料相同的包含红色有机颜料的组成物作为凹凸构件，利用旋涂法在玻璃基板上均匀进行覆盖，在100℃下保持3分钟。然后，对整个组成物表面照射紫外线后，在200℃下保持60分钟，制成厚15.0μm的膜。在这样制成的膜上，利用溅射法形成膜厚为60nm的SiO2膜，在SiO2膜上利用旋涂法涂布光刻胶。然后，将光掩膜配置在玻璃基板的SiO2膜一侧，进行紫外线曝光，然后进行干法刻蚀。然后，重复从SiO2膜形成到干涉刻蚀的步骤，通过这样制成光栅间距为30μm、各段高度为5.0μm、总高度为15.0μm的图18所示的波长可选衍射元件12J。
然后，使用例12中所用的填充构件，同样填入光栅的凹凸部分，再层叠别的玻璃基板，将衍射光栅及填充构件夹在当中。然后，在100℃下加热4小时，使填充构件固化。在对这样制成的元件入射波长650nm的光导体激光时，0级衍射光的透射率为90％，+1级衍射光及-1级衍射光的衍射效率分别为0.5％以下。此外，在入射波长790nm的半导体激光时，+1级衍射光的透射率为75％，0级衍射光及-1级衍射光的衍射效率都为0.5％以下，本元件显示出对于上述2个波长的光具有波长可选的衍射功能。
[例16]
本例的双波长用光学头装置是这样构成，即例14中制成的波长可选衍射元件如图17所示的波长可选衍射元件1H那样，配置在准直透镜5与物镜6之间。由于使用本发明的波长可选衍射元件，因此能够不改变波长λ1的光的数值孔径，而减小波长λ2的光的数值孔径，另外即使减小衍射元件的光栅间距，也由于波长λ1的光的透射率不降低，因此能够减小光栅间距，增大波长λ2的光的衍射角，能够进行散射光少、S/N比高、稳定的信息记录及重放。
[例17]
本例的双波长用光学头装置是这样构成，即例15中制成的波长可选衍射元件如图19所示的波长可选衍射元件1J那样，配置在分束器4与光检测器8之间。由于使用本发明的波长可选衍射元件，因此能够使波长λ1的光以高的透射率透过，同时使波长λ2的光以高的衍射效率产生衍射，波长λ1及波长λ2的任一种光都以高效率聚焦在同一光检测器8的受光面上，能够以少的元器件数量进行S/N比高、稳定的信息记录及重放。
工业上的实用性
如上所述，若采用本发明的波长可选衍射元件，实现具有对特定波长产生三光束的衍射光栅或全息分束器功能的光学元件。通过将这样的波长可选衍射光栅装在光学头装置中，由于能够对CD系列及DVD系列的光独立设定衍射效率或衍射角，因此能够以各自的光学系统最佳检测光盘信息。
再有，在采用本发明波长可选衍射元件的光学头装置中，除了因装有双波长用半导体激光器而减少半导体激光器数量，还能够实现装置的元器件数量的减少及小型化，同时在CD系列光盘及DVD系列光盘的信息记录及重放中，能够实现光利用效率高、稳定的记录及重放性能。

Claims (11)

1.一种波长可选衍射元件，使波长λ1及大于λ1的波长λ2的二种光入射而使用，其特征在于，
波长可选衍射元件，包括
透明基板，
在该透明基板的表面形成的由周期性凹凸状的凹凸构件构成的光栅，以及
填入光栅的至少凹下部分的填充构件，
凹凸构件或填充构件的某一构件包含在比波长λ1更短的波长区域具有光的吸收端的有机颜料，而且凹凸构件及填充构件对于波长λ1或波长λ2的某一种波长的光具有相同的折射率，而对于另一种波长的光具有不同的折射率。
2.如权利要求1所述的波长可选衍射元件，其特征在于，
在所述凹凸构件的与所述透明基板的相反一侧，具有与所述透明基板不同的别的透明基板。
3.如权利要求1或2所述的波长可选衍射元件，其特征在于，
所述凹凸构件包含在比波长λ1更短的波长区域具有光的吸收端的有机颜料。
4.如权利要求1或2所述的波长可选衍射元件，其特征在于，
所述周期性凹凸状的光栅仅在透明基板表面的周边部分形成。
5.如权利要求1或2所述的波长可选衍射元件，其特征在于，
所述周期性凹凸状的光栅具有闪耀形状或准闪耀形状。
6.如权利要求1或2所述的波长可选衍射元件，其特征在于，
有机颜料是红色有机颜料。
7.一种波长可选衍射元件，其特征在于，
包括波长λ1的光不产生衍射而透过同时使波长λ2的光产生衍射的如权利要求1所述的波长可选衍射元件、以及波长λ2的光不产生衍射而透过同时使波长λ1的光产生衍射的如权利要求1所述的波长可选衍射元件，
将这些波长可选衍射元件进行层叠而构成。
8.如权利要求7所述的波长可选衍射元件，其特征在于，
在所述波长可选衍射元件的外侧再层叠位相板。
9.如权利要求7所述的波长可选衍射元件，其特征在于，
在二个波长可选衍射元件之间配置位相板。
10.如权利要求7至9中任一项所述的波长可选衍射元件，其特征在于，
有机颜料是红色有机颜料。
11.一种光学头装置，包括出射波长λ1及波长λ2的二种光的光源，将2种光聚焦在光记录介质上的物镜，以及检测二种光从光记录介质反射的反射光的光检测器，其特征在于，
在所述光学头装置的光源与物镜之间的光路中，设置如权利要求1至9任一项所述的波长可选衍射元件。
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