JP2007035205A - 光素子および光ピックアップ - Google Patents

Abstract

【課題】異なる波長の光に対し一方の波長の利用効率や信号のＳ／Ｎ確保のため効率を重視し偏光光学系とするともう一つの波長の光ではディスクの複屈折の影響が生し、逆にディスクの複屈折を考慮し非偏光光学系とすると光利用効率や信号のＳ／Ｎが低下する。
【解決手段】レーザ光源１から放射した波長λ₁の光ビームは、コリメートレンズ４を経て光素子１１で反射し、偏光ホログラム５とλ₁の光に対し５λ₁×（１／４）の位相差を生じる波長板６とを一体形成した偏光素子７を透過する。また、λ₂の光ビームもコリメートレンズ４を経た後、光素子１１で一部は±１次光として回折し残りの大部分は０次光として反射する。λ₂の内光素子１１で０次光として反射した光は偏光素子７を透過するが、偏光ホログラム５では回折されない。偏光素子７を透過したλ₁及びλ₂の光は、対物レンズ８により異なる基板厚みの光ディスク９及び１０それぞれにスポットを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、相異なる波長の光およびその光の偏光状態に対し光の反射および／または回折作用を異ならせる性質を持つ光素子、および、波長の異なるレーザ光源を有し、コンパクトディスク（以下、ＣＤと称す）、ディジタルバーサタイルディスク（以下、ＤＶＤと称す）、およびブルーレイ・ディスクと称される青色から青紫発光レーザを適用するディスク（以下、ＢＤと称す）などの基材厚の異なる光ディスクにそれぞれ信号を記録、または再生するために用いられる光ピックアップ等の光情報処理装置に関するものである。

近年、光ディスク等の光情報記録分野において、例えばＣＤやＤＶＤ、ＢＤ等のように記録密度、記録容量や基材厚仕様等、異なる規格の記録媒体に１台の装置で対応した製品が増えつつある。このような装置においては、記録媒体に情報を記録・再生するためのインターフェース部である光ピックアップに波長の異なる複数の光源が搭載されており、各々の光源を用いてそれが適した記録媒体への書き込みや消去、読み出しを行っている。このため記録および再生の基本的な機能を担いつつ、装置としての小型化や低コスト化のために、これら複数の光源を搭載した光ピックアップの光学系をできるだけコンパクトにレイアウトすることが重要な技術となる。

このような複数の記録媒体に対応したコンパクトな光学系を有する光ピックアップとして、特許文献１に開示されたものがある。図５は、特許文献１に開示されている光ピックアップの構成の基本構成部のみに簡略して示したものである。以下その構成と動作原理を簡単に説明する。なお、以降レーザ光源から光ディスクなどの光情報媒体に至るまでの光の光路を光学系の往路と呼び、光情報媒体を反射して光検出器に至るまでの光の光路を光学系の復路と呼ぶものとする。図５において光ピックアップは、再生専用であるＤＶＤ−ＲＯＭおよび記録媒体であるＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ等のように基材厚が０．６ｍｍの媒体に信号を記録および／または再生する波長６５０ｎｍ近傍（波長λ₁とする）のレーザ光を発生させるレーザ光源１０１と、再生専用のＣＤ−ＲＯＭや記録媒体であるＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のように基材厚が１．２ｍｍの媒体に信号を記録および／または再生する波長８００ｎｍ近傍（波長λ₂とする）のレーザ光を発生させるレーザ光源１０２とを具備している。

レーザ光源１０１を出射した波長λ₁の直線偏光の光は、波長選択性を有する膜１０３ａが表面に形成されたプリズム１０３により反射された後、コリメートレンズ１０４で平行光となり、光軸を光情報媒体の記録面法線方向と一致させる立ち上げ反射ミラー１１１で反射され、偏光性の回折素子（以降、偏光ホログラムと呼ぶ）１０７と波長板１０８とからなる偏光素子１０９を透過する。なおこの際、偏光ホログラム１０７の偏光依存性により、光学系の往路の直線偏光に対して光は回折されない。波長板１０８は波長λ₁の光に対して５×λ₁／４のレタデーションを有しており、偏光素子１０９を透過する光を直線偏光から円偏光に変換する。この円偏光の光は、対物レンズ１１０でＤＶＤ等の基材厚０．６ｍｍの光ディスクの記録面１１１に集光される。記録面１１１を反射した光は、再び対物レンズ１１０を経て偏光素子１０９に入射するが、今度は波長板１０８を逆方向に円偏光の光が通過することで光源側からくる光と直交する直線偏光に変換され、偏光ホログラム１０７により光束断面を分割されながら回折される。この回折光が反射ミラー１１１，コリメートレンズ１０４を経てプリズム１０３で反射され、レーザ光源１０１に近接して配置された光検出器群１１２に入射することによって光量変化が検出され、フォーカス、トラッキングなどの制御信号やＲＦ信号などを得る。

一方、レーザ光源１０２を出射した波長λ₂の光は、樹脂などの透明部材に凹凸状のグレーティングが形成されてなる偏光依存性のない光回折素子（以降、無偏光ホログラムと呼ぶ）１１３を経て、一部が回折され大部分は０次光として透過する。この０次光はプリズム１０３および波長選択性薄膜１０３ａを透過し、コリメートレンズ１０４により発散光が収束された後、反射ミラー１１１で反射され、偏光素子１０９に入射する。入射光は偏光ホログラム１０７の偏光依存性により、波長λ₁の光と同様、偏光ホログラム１０７で回折せずにそのまま透過する。すなわち、波長λ₁の光と波長λ₂の光とのレーザ出射直線偏光の方向は同じである。波長板１０８は前述したようにＤＶＤ等に用いられる波長λ₁の光に対しては５／４波長板であり、ＤＶＤ等に用いられる６５０ｎｍ近傍の波長λ₁の光にとって５／４波長板である波長板は（数１）であることから、ＣＤ等に用いられる８００ｎｍ近傍の波長λ₂の光にとってはほぼ１波長板であるので、ほぼ直線偏光のまま波長板１０８を透過する。

透過光は対物レンズ１１０によりＣＤ等の基材厚１．２ｍｍの光ディスクの記録面１１４に集光される。記録面１１４を反射した光は、対物レンズ１１０を経て再び偏光素子１０９に入射する。この際、波長板１０８は上述したように１波長板であるため、復路においてもそのままの直線偏光状態で波長板１０８を透過する。従って、偏光ホログラム１０７で回折作用を受けずにそのまま透過する。この透過光が反射ミラー１１１、コリメートレンズ１０４、プリズム１０３を経て無偏光ホログラム１１３で一部が回折分岐され、回折光がレーザ光源１０２に近接して配置された光検出器群１１５に分割入射することによって光量変化が検出され、フォーカス、トラッキングなどの制御信号やＲＦ信号などを得る。

ここで、偏光素子１０９の偏光ホログラム１０７の原理についてもう少し詳しく説明する。この偏光性の光回折素子とは、例えばニオブ酸リチウムなどの屈折率異方性材料（屈折率 ｎ₁、ｎ₂）の基板に深さｄの格子を形成し、その溝部に等方性の物質（屈折率ｎ₁）を充填してなる。屈折率異方性材料は、例えば格子溝に平行な方向には屈折率がｎ₁、すなわち溝部に充填された等方性物質と同じ屈折率であり、格子溝に直交する方向には屈折率ｎ₂である。一般に溝部と溝部間とを通る光の位相差をφとすると、光回折素子を透過する光の透過率Ｔは、
Ｔ＝ｃｏｓ²（φ／２） … 式２
で表される。また、位相差φは一般に、
φ＝２πΔｎｄ／λ … 式３
で表される。なお、Δｎは溝部と溝部間とでの屈折率差（＝ｎ₁−ｎ₂）である。

格子溝に平行な偏光に対してはΔｎ（＝ｎ₁−ｎ₁）＝０であるので、（式１）においてφ＝０となるため透過率Ｔは、Ｔ＝１である。一方、格子溝に垂直な偏光に対して位相差φは、
φ＝２π（ｎ１−ｎ２）ｄ／λ … 式５
であり、φ＝πとなるように格子深さｄを設定すれば透過率ＴはＴ＝０、すなわち完全回折される。従って、光学系の往路において、偏光素子１０９に入射する波長λ₁および波長λ₂の直線偏光の光の偏光方向がそれぞれ屈折率が同じで、周期構造が見えない方向であれば、波長に関わらず偏光性の光回折素子１０７で光が回折せずにそのまま透過する。反対にディスクから反射してきた光が進む復路において、波長λ₁の光は往路と直交する偏光状態であるため光が完全回折し、波長λ₂の光は反対に往路と同じ偏光状態であることから回折されずに透過する。このように、波長及び偏光状態に選択性を有する性質を持つ回折素子を用いた構成によれば、ＤＶＤ用の波長の光の往復光路とＣＤ用の波長の光の往復光路とが大部分共用できることから、光ピックアップの総部品点数を低減できるとともに、小型化および低コスト化が可能となる。

近年、さらに構成部品を集積化して光ピックアップを小型化、低コスト化することで、よりコンパクトで安価な光ディスク装置を実現するための技術として、異なる波長の光を発生させる半導体レーザチップを同一基板上に近接させて配置または一体化して形成した集積デバイスを用い、異なる波長の光に対してほぼ完全に光学系を共有化した光ピックアップが提案されている。このような複数の光源を１チップ内で作製した光ピックアップとして、特許文献２で開示されたものがある。図６は、特許文献２に開示の光ピックアップの構成図である。図６において、近接されて配置された２つの半導体レーザ１２１、１２２はそれぞれ異なる波長の光Ａ、光Ｂを出射する。これらの光の内一つの波長の光Ｂについては、透明部材１２３の光源側に形成された回折格子１２４で一部が回折され、０次光と±１次光の３ビームとに分かれる。これは光Ｂを適用する光ディスクの記録再生において、トラッキング検出法として３ビーム法を採用しているためである。波長Ａの光の場合は、回折格子１２４の深さを最適にすることで回折されないようになっている。光Ａまたは光Ｂは、透明部材１２５の表裏に形成されたホログラム１２４およびホログラム１２６で、それぞれ一部の光が回折され大部分の光はそのまま透過する。透過した光はコリメートレンズ１２８、対物レンズ１２９を経て、各々の波長に適した基材厚を有する光ディスクの記録面１３０、１３１に集光され、記録面１３０、１３１で反射した光は逆の経路をたどってホログラム１２７、１２６に至る。

光回折素子１２７は、その深さを最適にすることで、一方の波長の光Ａは回折するが光Ｂは回折しない。反対に光回折素子１２６は、一方の波長の光Ｂは回折するがＡは回折しない。これにより各々の波長の光に対して別々の回折格子パターンで光の一部を回折分岐させ、光ディスクからの光を検出器群１３２に導く。このように２つの光源を集積化することでさらに光ピックアップがコンパクトになる。また、レーザチップの実装精度で２つの波長の相対光軸が決まるので、ピックアップの組立調整も簡素化され生産性も高い。
特開２００１−１４７１４号公報 特開２０００−７６６８９号公報

このような従来の光回折素子およびこれを用いた光ピックアップにおいて、以下の問題があった。一般に再生専用の光ディスク装置においては、光源の出力は大きくなくてもよく、また光源から光ディスクの盤面に至るまでの光学系による光伝達ロスがある程度あっても実用上差し支えない。しかしながら、データの記録、書き換えが可能な媒体に対しては、盤面上で信号マークを形成させるのに高い光パワーが必要である。特に近年記録の転送速度を高め、大容量のデータをより短時間に記録する要望が高まっており、ＤＶＤ−Ｒなどを初めとして、その倍速記録性能への要求が高まりつつある。倍速が上がるとより短い照射時間でマークを形成せせるために、盤面上でより高い光パワーが要求される。

これに対応するために、レーザの高出力化も進みつつあるが、出力が大きいほどレーザチップの作製が困難であるとともに、消費電力の増加や発熱などの問題があるため、光学系の伝達ロスをレーザ出力だけでカバーするのは困難である。特に、波長の短いレーザほど高出力化は困難であり、近年ではＣＤ用の７８０ｎｍから８００ｎｍの波長帯のレーザは簡単に作れるが、ＤＶＤ用の６５０から６７０ｎｍの波長帯やＢＤ用の４００から４２０ｎｍの帯域では、高倍速記録性能を満たす高出力化については開発途中である。このため、光源からの光を効率よく記録面に伝えるための光学系の伝達効率向上が重要な技術ポイントとなっている。

特許文献１においては、ＤＶＤ、ＣＤともに偏光ホログラム１０７を透過する際には往路の偏光状態から回折格子が見えないため、回折によるロスは生じない。但し、ＣＤについては、光検出器へ信号光を分岐させるために、別に光回折素子である無偏光ホログラム１１３があり、この回折素子を透過する光は、その偏光状態に関わらず回折格子の凹凸で発生する光の位相差で決まる量だけ回折する。この場合の０次光透過率、すなわち回折しない光の透過率Ｔは次の（式６）
Ｔ＝ｃｏｓ²（πｔ（ｎ−１）／λ₂） … 式６
で表される。なお、式中でｔは回折格子深さ、ｎは回折格子が形成されている透明部材の屈折率である。

信号検出のためにはある程度回折光を発生させる必要があるので、ＣＤの光が光源から光ディスクに向かう過程では、このＣＤの信号検出用ホログラムによる回折ロスが発生する。但し、ＣＤ用などの一般に赤外レーザと呼ばれる例えば８００ｎｍの半導体レーザのように、比較的長波長のレーザは高出力であっても作製しやすく、動作電流値も低いため回折ロス分をレーザで補うことがある程度可能である。その一方、ＤＶＤ等のディスクの記録再生においては、特にＤＶＤ−ＲＡＭディスクなどのように反射率の低いディスクでも安定して信号品質を確保する必要があり、そのためには光学系の往路だけでなく復路の伝達効率も重要である。このためＤＶＤ用の光学系としては、往路の偏光に対してはほとんど回折を生じず、復路では逆に高効率で光を回折させる偏光ホログラムなどを用いた偏光光学系が適している。

次に、特許文献２では、例えばＤＶＤの信号検出用ホログラムをＤＶＤのレーザからの往路の光が通過するときには、偏光状態に関わらず回折する。このため往路の０次光の光について回折ロスが生ずる。ＣＤの場合も同様である。またこの場合、レーザからどちらの波長の光が出射される場合であっても、光学系の往路でＤＶＤ用無偏光ホログラム、ＣＤ用無偏光ホログラムの両方を通過する。従って、２重に回折ロスを生じることになってしまうが、これを防ぐ手段として、回折格子の深さや屈折率を最適に設定し、互いにもうひとつの波長の光に対しては位相が２πずれるようにすることで、一方の検出ホログラムでは回折しないようにしている。例えば、ＤＶＤ用の検出ホログラムをＣＤの光が通過するときには、ＣＤの波長に対して回折格子の凹凸で２πずれ、逆にＣＤ用の検出ホログラムをＤＶＤの光が透過するときには、ＤＶＤの波長に対して回折格子の凹凸が２πずれるようになっている。

しかしながら、検出ホログラムの距離が光源から近いので、その格子ピッチがきわめて小さい上に、上記したもう一方の波長の光を回折させないために、格子深さが深い。例えば、ＤＶＤの光を発光点すなわち光源から光軸方向に向かって２ｍｍ離れた所にある検出ホログラムによって、光源から７００μｍ離れたところにある光検出器に分岐入射させるためには、
Λ＝λ／ｓｉｎ（ａｔｎ（θ））＝０．６５／ｓｉｎ（ａｔｎ（０．７／２））＝２．０（μｍ） … 式７
であるのに対して、ＤＶＤで２πずれ、ＣＤで回折させる条件として
ｎ₃×ｄ₃＝ｍλ （但し、ｍは自然数） … 式８
であるので、ｎ₃＝２．０、λ＝０．６５としてもｄ₃＝０．３３μｍであり、アスペクト比は０．３３／（２／２）＝０．３３程度になる。これに対して、理想的な矩形形状になっていればよいが、微細になればなるほど加工精度の問題で矩形形状を保つのが難しく、断面形状が正弦波状になっていくので、１０〜２０％程度の回折ロスが発生する。すなわち、このような構成においても、レーザ光源からの光を効率よく光ディスク面に伝達させるためには、その間の光路に配置された光回折素子での回折が無い偏光性タイプの回折素子が望ましい。

もう一つの問題点として、ディスク基材の複屈折がある。ディスク基材は光学的に透明な樹脂を成型して作られており、材料は高分子であるので屈折率の異方性を持つ。従って成型過程での樹脂の流れなどにより偏りが生ずると、ディスクの一部または全体が複屈折性を持つ。特にＣＤ等の基材厚が厚い光ディスクについては、その成形過程で樹脂の流れの異方性などにより、透明基材が複屈折性を有している場合が多い。また、ディスクの低コスト化や生産量の多さから、規格で定められている複屈折仕様を越えているものも多く市販されており、これらに対応できるか否かが、装置としての性能課題になっている。なお複屈折性は、一般的には内周から外周に向かってのラジアル方向に異方性軸を持つ分布を有することが多い。

基材が複屈折性を持っていると、これを透過する光の偏光状態が変化し、円偏光、楕円偏光から直線偏光まで様々に変化するため、偏光ホログラムによる回折光量が大きく変動する。従って、ＣＤ用の光に対して偏光ホログラムを用いた偏光光学系を適用すると、極端な場合、基材の複屈折性が１／４波長板と同じレタデーションを持っていれば、ＣＤの信号検出のためのホログラムにより光検出器に導かれる光がなくなり、信号光量が０になってしまう。このことはＲＦ信号の読みとりだけでなく、フォーカス、トラッキング制御にも影響する。

一方、特許文献２については、ＣＤ検出用ホログラム、ＤＶＤ検出用ホログラムとも偏光影響を受けないため、ディスクに複屈折性があってもその影響で検出光量が変動することがない。すなわち、ディスク基材の複屈折影響の観点では、光分岐素子として偏光に依存しないタイプ、すなわち無偏光ホログラムを用いた無偏光光学系が望ましい。一方、特許文献２に開示された構成では、ＤＶＤの光伝達効率も低くなってしまう。

本発明は、このようにＤＶＤ用の光の伝達効率とＣＤの複屈折影響との２つの観点で両者を満足する光回折素子がなかった点に鑑み、これを解消する光素子およびそれを用いた光ピックアップを実現することを目的とする。

上記した問題点を解決するため、本発明の光素子は、複数種類の波長の光が通過する光路に配置する光素子であって、前記複数種類の波長の内少なくとも１種類の波長の光の偏光状態に拠らず当該光を完全反射し、前記複数種類の波長の内別の少なくとも１種類の波長の光は偏光状態に依存せず当該光の一部を反射回折または偏光状態に依存するがあらゆる偏光に対して当該光の一部を反射回折する構成を有する。

上述の光素子において、前記複数種類の波長の光の波長および当該光の偏光状態に応じて、完全反射する面と一部を反射回折する面とを近接して備える構成が好ましい。

また、上述の光素子における近接して備える面として、前記複数種類の波長の光が入射する光入射側に、１種類の波長の光を偏光状態に拠らず完全反射する面Ａと、他の種類の波長の光を偏光状態に依存せず前記面Ａを透過すると共に当該面Ａを透過した透過光を反射回折格子により前記透過光の一部を反射回折する面Ｂとを備えることをが好ましい。

また、上記何れかの光素子において、前記複数種類の波長の光が入射する入射光線に対して傾きを有する面Ｓを備え、少なくとも２つの相異なる波長の光の発光点が前記面Ｓ内で隔差を有し、当該面Ｓ内で反射した光の光軸が前記少なくとも２つの異なる波長の光同士で一致する構成が好ましい。

また、本発明の光ピックアップは、複数種類の波長の光を出射するレーザ光源と、前記光を受光する光検出器と、集光手段とを有した光ピックアップであって、前記レーザ光源と前記集光手段との間の光路に、上記何れかの光素子を備える構成を有する。

上記光ピックアップにおけるレーザ光源と光検出器とが、一体化されている構成が好ましい。

上記何れかの光ピックアップに適用する光素子が、前記レーザ光源から出射した光を光情報記録面の法線方向に光路変化させる光路変化素子とすることが好ましい。

上記何れかの光ピックアップにおける光路に、少なくとも１種類の波長の偏光状態により回折または透過する別の回折素子を有する構成が好ましい。

以上の本発明により、異なる波長の光に対して光ディスクからの光を分岐して検出器に導く光分岐素子が実現できるため、光学系を簡素化でき、例えば波長が相異なる２つの光により、基材厚、記録密度の異なる光ディスクへの記録再生ができる光ピックアップを小型にかつ安価に実現できる。

また、このとき、ＣＤ等の基材厚が厚く複屈折性の高いディスクであっても、これに記録再生する光の偏光状態に対する依存性がないため、検出光量の変化も小さく、安定した記録再生が可能となる。一方、ＤＶＤ等の基材厚が薄く複屈折は小さいがレーザの高出力化が困難な短波長の光を用いる光学系に対する光伝達率を確保できる。。

以下、本発明の最良の実施形態について、図１から図４を用いて説明する。なお、同じ機能を有する構成要素は同一の符号で示す。

（実施の形態１）
図１は本発明の光ピックアップにおける一実施形態を示す要部構成図で、図２は同実施形態に適用した光素子の断面構成図である。

図１において、光検出器３が形成されたシリコンなどの基板２上に、モノリシックレーザと称される２種類の相異なる波長λ₁の光および波長λ₂の光（例えば、ＤＶＤの記録再生波長６５０ｎｍおよびＣＤの記録再生波長８００ｎｍ）を出射するレーザチップ１がマウントされている。

レーザチップ１を出射した波長λ₁の光（例えば、ＤＶＤの６５０ｎｍの光）は、コリメートレンズ４により平行光となり、光素子１１で反射し、偏光ホログラム５とλ₁の光に対して５×λ₁／４の位相差を生ずる波長板６（１／４波長板と等価）とを一体化形成した偏光素子７を透過する。

偏光ホログラム５の偏光依存性により、レーザ光源１から出射される直線偏光の光に対しては完全に透過し、これと直交する直線偏光の光は完全に回折するように、回折素子の光学的な格子深さが設定されている。従って、偏光ホログラム５で回折せずに効率よく偏光素子７を透過する光は波長板６により円偏光に変換され、対物レンズ８により光ディスクの記録面９上に集光され、反射される。なお、偏光素子７は、対物レンズ８とともに支持部材３５に取り付けられており、アクチュエータ３６により対物レンズ８とともに一体駆動される。記録面９で反射した反射光は、再び対物レンズ８を経て偏光素子７を通過するが、５／４波長板６によりレーザ出射光の偏光方向と直交する方向の直線偏光の光となるため光回折素子５により回折分岐され、この回折光は光素子１１を反射してコリメートレンズ４を経て光検出器３に入射し、その光量変化でフォーカス、トラッキング等の制御信号およびＲＦ信号を得る。

一方、レーザチップ１を出射したもう一方の波長λ₂の光（例えば、ＣＤの８００ｎｍの光）も、コリメートレンズ４により平行光となり、光素子１１によりその一部は±１次光として回折され、大部分の光は０次光として反射される。光素子１１で反射された０次光の光は偏光素子７を透過するが、この際上記したように偏光ホログラム５では回折されない。また、波長板６は波長λ₁（例えば、ＤＶＤの６５０ｎｍの波長)の光に対して５／４波長板であるため、λ₂の光（例えば、ＣＤの８００ｎｍの光）に対してはほぼ１波長板となるので、偏光状態が変わることなく直線偏光のまま偏光素子７を透過し、対物レンズ８により基材厚の異なる光ディスクの記録面１０上に集光され、反射される。記録面１０で反射した反射光は、再び対物レンズ８を経て偏光素子７に入射する。ここで上記したように偏光素子７をそのまま透過し、光素子１１で再び０次光と±１次光とに分岐される。回折された光は、コリメートレンズ４を経て光検出器３に入射し、その光量変化で同じくフォーカス、トラッキング等の制御信号およびＲＦ信号を得る。

図２において、光素子１１は近接した（数μｍから数百μｍの差）２つの面Ａ、面Ｂをもち、面Ａには波長選択性の膜２２が形成され、面Ｂには凹凸構造表面に金属などの薄膜を形成した反射回折格子２１が形成されている。また面Ａと面Ｂとの間には透明層２３がある。

光素子１１に入射する波長λ₁の光は、波長選択性膜２２により全反射される。一方、光素子１１に入射する波長λ₂の光は、波長選択性膜を透過し、透明層２３を経て、反射回折格子２１により回折され、０次光と±１次光とに分かれる。なお、光学系の往路で対物レンズを経て光情報媒体に集光され記録および再生のスポットを形成する０次光と、復路での信号のＳ／Ｎが確保できる最低限必要な±１次光とを、それぞれバランスよい光量配分になるように回折格子の深さ（すなわち回折効率）が設定されている。ここで、透明層２３の屈折率をｎ、反射型回折格子の場合、光線の入射角を４５°、深さをｄとすると、０次光の反射効率は概ね（式９）で
Ｒ＝ｃｏｓ２（π×２×２^1/2×ｄ×ｎ／λ₂） … 式９
表される。また、波長λ₁および波長λ₂の光の偏光状態に関わらず、上記作用をそれぞれの波長の光が受ける。すなわち、波長選択膜１１は、波長λ₁の光に対してＰ波、Ｓ波ともに反射し、波長λ₂の光に対してはＰ波、Ｓ波ともに透過する。すなわち、面Ｂの反射回折格子２１に到達し反射回折するのは、波長λ₂の光のみである。

このような光素子を用いることで、前述したようにレーザ光源の高出力化が困難で、光利用効率が光学系の往復ともに重要となるＤＶＤ用などの波長の光（λ₁）に対しては、光素子１１の表面で往路復路ともに完全に光が反射し回折素子として機能しないので、効率のロスがない。一方、ディスクの基材が厚く複屈折の影響が出やすいＣＤ用などの波長の光（λ₂）に対しては、その偏光状態に拠らず反射回折格子２１で信号光を生成するので常に一定量の信号光が形成される。

また、一般的に光ピックアップの光学系では、レーザチップ１から光ディスクまでの大部分の光学系の光路は、先ず光情報処理装置のディスク面とほぼ平行な平面内に配置し、対物レンズ８によりディスクに光を集光照射するために、この平面の法線方向に光路を折り曲げるのに反射ミラー（一般に立ち上げミラーと呼ばれることが多い）がほぼ必須の構成要素となるが、本実施形態の光素子１１は、この反射ミラーを置き換えたものであるため、部品点数の増加や構成の複雑化につながることがない。

また、一般に信号検出光を生成するホログラム（本実施形態の場合波長λ₁の光については光回折素子５、波長λ₂の光については反射回折格子２１）と検出器との位置合わせが必要だが、本実施形態のようなレーザと検出器とを一体化したユニットを用いれば、発光点と検出器との位置関係はレーザチップの実装精度で決まり、あとは検出光（すなわち、光回折素子で回折された光の検出器面上のスポット）と検出器との位置関係は、レーザ光軸周りにユニットを回転すれば調整できる。すなわち、例えば波長λ₂の光に対しては検出器（ユニット）を発光点中心まわりに回転して調整し、波長λ₁の光についてはその後偏光ホログラム５を搭載したアクチュエータを光軸周りに回転することで両方の調整ができる。

また、本実施形態では立ち上げミラーとよぶ反射ミラーとして光素子１１を用いたが、必ずしもそうでなくともよく、光学系の中で光路を折り曲げるための反射手段が構成上存在するならば、その反射ミラーの代わりに用いるのでよい。特に、波長λ₂の光の往路で光素子１１の回折格子２１により発生する回折光は本来不要な迷光成分であり、この迷光が対物レンズ８に入射する前になるべく拡散しているのが望ましいので、対物レンズ８から遠い位置に置いた方が有利である。

（実施の形態２）
図３Ａは本発明の光素子を用いた光ピックアップの別の実施形態、図３Ｂは当該光ピックアップで用いられる光素子の構成断面である。なお、レーザ光源６１は一つのレーザチップから２つの異なる波長の光を出射する。通常このような２波長のレーザは、同じ位置から別の波長の光を出力することが出来ないので、光軸と直交する方向でそれぞれの発光点は隔たり（すなわち、隔差）ΔＰを持っている。

本実施形態では、図３Ｂにおける紙面内でΔＰの隔差をもつ光線が、平行に光素子５０に入射するとする。この内λ₁の波長の光は、光素子５０の表面に形成された波長選択膜５２表面で反射し光線５８となる。一方、波長λ₂の光は、光素子５０の波長選択膜５２および透明層５３を透過し、反射回折格子５１で一部回折光５５，５６となり、大部分は０次反射光５７となる。ここで、波長λ₂の光に対して屈折率ｎの透明層５３の厚みｔ、素子５０への入射角４５°としたとき、次の（式１０）
２^1/2×ΔＰ＝２×ｔ・ｔａｎ^-1（ｓｉｎ^-1（１／（２^1/2×ｎ）） … 式１０
を満たすようにｎ、ｔを選ぶことで、光素子５０を経た波長λ₁の光と波長λ₂の光の光軸間隔がほぼ０となる。すなわち、このような光素子５０を用いることで、２種類の相異なる波長のレーザの発光点隔差を光学系の往路で補正できるので、ＤＶＤとＣＤとの光学軸を一致させることができ、一方の光が対物レンズに斜入射することで発生するコマ収差を抑制することができる。

（実施の形態３）
図４は、３つの相異なる波長の光を出射するレーザ光源を適用する構成における光学系の光素子構成を示す図である。光ピックアップ光学系の説明は省略すが、図１の構成で、レーザチップ１が３つの異なる波長の光を出射するものと置き換えればよい。同図において光素子４０は、３つの近接した面Ａ、面Ｂ、面Ｃを有しており、それぞれ面Ａには波長λ₁を反射し、波長λ₂および波長λ₃を透過する波長選択膜４２、面Ｂには波長λ₃の光を全反射し、波長λ₂の光を透過する波長選択膜４３、面Ｃには波長λ₂の光を一部反射回折する回折素子４１が形成されている。また、それぞれの面の光学的な間隔は、実施の形態２で示したように、レーザの各波長間の発光点隔差を補正し、光素子４０の反射光の光軸が３つの波長で一致するように設定されている。

また、本実施形態では図１の光学系構成図における偏光ホログラムは波長λ₁の光と波長λ₃の光とで共有し、波長λ₂の光に対しては往路復路ともに回折を生じない。すなわち、偏光を用い往路復路ともに高い効率を得たい波長λ₁（例えば、ＤＶＤ用の光）及び波長λ₃の光（例えば、ＢＤ用の光）は偏光光学系で、複屈折特性を確保したい波長λ₂の光（例えば、ＣＤ用の光）については無偏光光学系とすることができる。このように本実施形態によれば、３種類以上の波長の光に対しても、それぞれの波長に適合した反射面を形成することで、それぞれ偏光光学系、無偏光光学系を選ぶことができる。

本発明による光ピックアップは、１台の装置で複数の異なる光記録媒体への記録再生を行う光情報記録装置のデバイスとして、特に異なる波長の光源と光検出器とを一体化して形成することで小型で低コストであることが要求されるＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤといった記録型の光ディスク装置等の用途に適用できる。

本発明の光ピックアップに於ける一実施形態の光学系構成図 同実施形態における光素子の断面構造を示す図 他の実施形態における光素子の断面構造を示す図 別の実施形態における光素子の断面構造を示す図 従来例に於ける光ピックアップの光学系構成図 他の従来例におけるピックアップの光学系構成図

符号の説明

１ レーザ光源
３ 光検出器
４ コリメートレンズ
５ 光回折素子
６ 波長板
７ 偏光素子
８ 対物レンズ
１１ 光素子

Claims (8)

1. 複数種類の波長の光が通過する光路に配置する光素子であって、
   前記複数種類の波長の内少なくとも１種類の波長の光の偏光状態に拠らず当該光を完全反射し、前記複数種類の波長の内別の少なくとも１種類の波長の光は偏光状態に依存せず当該光の一部を反射回折または偏光状態に依存するがあらゆる偏光に対して当該光の一部を反射回折することを特徴とする光素子。
2. 前記複数種類の波長の光の波長および当該光の偏光状態に応じて、完全反射する面と一部を反射回折する面とを近接して備えることを特徴とする請求項１記載の光素子。
3. 前記複数種類の波長の光が入射する光入射側に、１種類の波長の光を偏光状態に拠らず完全反射する面Ａと、他の種類の波長の光を偏光状態に依存せず前記面Ａを透過すると共に当該面Ａを透過した透過光を反射回折格子により前記透過光の一部を反射回折する面Ｂとを備えることを特徴とする請求項２記載の光素子。
4. 前記複数種類の波長の光が入射する入射光線に対して傾きを有する面Ｓを備え、少なくとも２つの相異なる波長の光の発光点が前記面Ｓ内で隔差を有し、当該面Ｓ内で反射した光の光軸が前記少なくとも２つの異なる波長の光同士で一致することを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の光素子。
5. 複数種類の波長の光を出射するレーザ光源と、前記光を受光する光検出器と、集光手段とを有した光ピックアップであって、
   前記レーザ光源と前記集光手段との間の光路に、請求項１〜４何れかに記載の光素子を備えることを特徴とする光ピックアップ。
6. 前記レーザ光源と前記光検出器とが一体化されている請求項５記載の光ピックアップ。
7. 前記光素子が、前記レーザ光源から出射した光を光情報記録面の法線方向に光路変化させる光路変化素子である請求項５または６何れかに記載の光ピックアップ。
8. 前記光路に、少なくとも１種類の波長の偏光状態により回折または透過する別の回折素子を有する請求項５〜７何れかに記載の光ピックアップ。

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