JP4336665B2 - 光学素子およびこれを備えた光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子およびこれを備えた光ピックアップ装置に係り、特に、光源からの出射光を適切に出射させるのに好適な光学素子およびこれを備えた光ピックアップ装置に関する。

従来から、ＣＤ、ＤＶＤなどの光ディスクや光磁気ディスク（ＭＯ）等の光学的情報記録媒体に対して、レーザ光等の光によって情報の書込みや読取りを行う光ピックアップ装置が採用されていた。

図６は、このような従来から採用されている光ピックアップ装置の一例を示したものである。

光源２から出射されたコヒーレントな光である出射光は、直線偏光として出射され、往路光として、光学的情報記録媒体３に向かって進行することになる。

ここで、往路光とは、光源２から出射されて光学的情報記録媒体３に至るまでの光源２からの出射光を総称したものであり、この往路光が、光学的情報記録媒体３に至るまでの過程において、直線偏光から円偏光へと偏光の形態を変える場合においても、往路光であることに変わりはないものとする（以下、同様）。

また、復路光とは、光源２から出射された後に光学的情報記録媒体３によって反射された光を総称したものであり、この復路光が、光学的情報記録媒体３によって反射された以降の過程において、円偏光から直線偏光へと偏光の形態を変える場合においても、復路光であることに変わりはないものとする（以下、同様）。

光源２に対して往路光の出射側の位置には、偏光性回折素子５が配置されており、この偏光性回折素子５には、往路光が入射するようになっている。

図７は、図６の偏光性回折素子５の一例を示したものである（例えば、特許文献１の第００１８段落、第００１９段落および図３参照）。

ここで、偏光性回折素子５は、第１透光性平面基板６の光源側の表面と反対側の表面（図７における下面）に格子状の複屈折材料７を複数配設した偏光性回折構造８と、第２透光性平面基板１０の光源側の表面と反対側の表面に回折格子１１を配設した３ビーム用回折構造１２とを、透光性接着材１４によって、第１透光性平面基板６が光源２側となるように貼り合わせることによって構成されている。

偏光性回折構造８は、複屈折性を有する光学結晶や高分子液晶等の複屈折材料７が、周期性の凹凸構造を形成するように複数備えられたものである。ここで、複屈折材料７は、光源２から出射された所定の直線偏光の光に対しては透光性接着材１４と同じ屈折率となり、前記所定の直線偏光とは偏光方向が直交する直線偏光に対しては透光性接着材１４とは異なる屈折率となる複屈折材料が選ばれる。

なお、図７に示した偏光性回折構造８以外にも、例えば、図８に示すように、透光性基板１５の表面に回折格子１６を形成し、この回折格子１６の格子溝１７に、複屈折材料７を埋設した偏光性回折構造９も知られている。

図７に示すように、偏光性回折素子５に入射した往路光は、まず、第１透光性平面基板６に入射した後、偏光性回折素子５における偏光性回折構造８に入射するようになっている。

偏光性回折構造８は、光源２側から入射した往路光としてのＴＭ偏光（磁場の振動方向が偏光性回折構造８の格子溝１７の長手方向に平行な光）に対しては、複屈折材料７と透光性接着材１４の屈折率がほぼ同様となることで等方性の屈折率層として作用し、ＴＭ偏光をそのまま透過させる。

すなわち、図７（ａ）に示すように、偏光性回折構造８は、光源２側から入射したＴＭ偏光を回折させずにそのまま素通りさせるようになっている。

偏光性回折構造８によって透過されたＴＭ偏光は、第２透光性平面基板１０に入射した後、偏光性回折素子５における３ビーム用回折構造１２に入射するようになっている。

３ビーム用回折構造１２は、偏光性回折構造８側から入射したＴＭ偏光を回折させることによって、この３ビーム用回折構造１２を経た段階の往路光としての０次光（以下、メインビームと称する）および±１次光（以下、サブビームと称する）からなる３ビーム（以下、往路３ビームと称する）を発生させて出射させるようになっている。

図６に戻って、偏光性回折素子５に対して往路３ビームの出射側の位置には、偏光プリズム１９が配置されており、この偏光プリズム１９には、偏光性回折素子５から出射された往路３ビームが入射するようになっている。

そして、偏光プリズム１９は、偏光性回折素子５側から入射した往路３ビームを、光学的情報記録媒体３側へ反射させるようになっている。

偏光プリズム１９に対して往路３ビームの反射側の位置には、コリメータレンズ２０、１／４波長板２１、対物レンズ２２が配置されている。

そして、対物レンズ２２は、１／４波長板２１側から入射した往路３ビームを収束光に変換して出射させるようになっている。

対物レンズ２２に対して往路３ビームの出射側の位置には、光学的情報記録媒体３が配置されており、この光学的情報記録媒体３の記録面には、対物レンズ２２から出射された往路３ビームが入射して集光するようになっている。

そして、光学的情報記録媒体３の記録面に入射した往路３ビームは、記録面によって、入射方向と逆方向となる対物レンズ２２側に反射されるようになっている。

その際に、往路３ビームにおけるメインビームは、記録面に対して情報の書込みや読取りを行うようになっている。また、往路３ビームにおけるサブビームは、必要に応じてトラッキングエラー信号の検出に用いられるようになっている。

光学的情報記録媒体３の記録面によって反射された３ビーム（以下、復路３ビームと称する）は、復路光として、往路光とは逆方向に進行することになる。

すなわち、光学的情報記録媒体３によって反射された復路３ビームは、対物レンズ２２に入射し、この対物レンズ２２によって平行光に変換されて１／４波長板２１側に出射されるようになっている。

対物レンズ２２から出射された復路３ビームは、１／４波長板２１に入射し、この１／４波長板２１によって往路３ビームとは偏光方向（電場および磁場の振動方向）が９０°回転された直線偏光に変換されてコリメータレンズ２０側に出射されるようになっている。

１／４波長板２１から出射された復路３ビームは、コリメータレンズ２０に入射し、このコリメータレンズ２０によって収束光に変換されて偏光プリズム１９側に出射されるようになっている。

コリメータレンズ２０から出射された復路３ビームは、偏光プリズム１９に入射し、後述する受光素子２３へ透過される。この時、偏光プリズム１９では、復路３ビームの約９５％が透過され、復路３ビームの約５％が光源２側に反射されることが知られている。

なお、偏光プリズム１９の代りにダイクロイックプリズムを用いる場合には、復路３ビームは、約１０％の反射率で光源２側に反射されることも知られている。

偏光プリズム１９に対して復路３ビームの透過側の位置には、非点収差発生素子５１とフォトディテクタ等の受光素子２３が配置されており、この受光素子２３には、偏光プリズム１９を透過した復路光としての復路３ビームが入射するようになっている。

非点収差発生素子５１は、光学的情報記録媒体３に対するフォーカスサーボのために配置されたものである。

そして、受光素子２３は、偏光プリズム１９側から入射した復路３ビームを受光して電気信号に変換するようになっている。

偏光プリズム１９によって反射された復路光としての復路３ビーム（以下、戻り光と称する）は、光源２に向かって戻り、偏光性回折素子５に入射するようになっている。

ここで、戻り光の偏光方向は、往路光の偏光方向に対して直交（９０°回転）しており、このような戻り光に対して、偏光性回折素子５における偏光性回折構造８は、複屈折材料７と透光性接着材１４との屈折率差による位相差を生じさせることによって、回折格子として作用するようになっている。

すなわち、図７（ｂ）に示すように、偏光性回折構造８は、戻り光（ＴＥ偏光）を回折させることによって、±１次光以上の高次光を発生させ、０次光を減少させるようになっている。

これによって、戻り光が光源２に入射することを軽減することができ、この結果、光源２を正常に動作させて光学的情報記録媒体３に対する情報の書込みや読取りを適正に行うことができるようになっている。例えば、光源２として高出力のレーザ光源を用いる場合には、レーザ光を安定的に発振させることができる。

このように、従来から、３ビーム用回折構造１２と、複屈折性を有する偏光性回折構造８とを備えた偏光性回折素子５によって、３ビームの発生と、光源２への戻り光の入射の軽減とを実現することは可能であった。

特開２００２−１７０２７２号公報

しかしながら、従来の偏光性回折素子５は、前述のように、偏光性回折構造８と３ビーム用回折構造１２とを別部材である透光性接着材１４を用いて貼り合わせた構造を有しているため、複数部材の選定や製造が非常に困難で、実用性に欠けるといった問題点を有している。

また、偏光性回折構造として、図８の偏光性回折構造９を用いる場合においても、格子溝１７に複屈折材料７を適切な方向および厚みで埋設することは容易ではないため、このような偏光性回折構造９を有する偏光性回折素子を製造することが困難であることに変わりはない。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、３ビームを発生させる機能と、光源への戻り光の入射を減らし、入射光量を最小にする機能とを併有する光学素子を、簡便かつ効率的に製造することができ、あわせて、コストを削減することができる実用性および量産性に優れた光学素子およびこれを備えた光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る光学素子の特徴は、コヒーレントな光を出射する光源と光学的情報記録媒体との間の光路中に備えられる光学素子であって、前記光源からの光を回折させて３ビームを発生させる第１の回折構造と、前記光源へ戻る所定の偏光の光について構造複屈折を示す第２の回折構造とを有し、透光性の光学基材の第１面に前記第１の回折構造を、前記光学基材の第２面に前記第２の回折構造をそれぞれ形成し、前記光学基材、前記第１の回折構造および前記第２の回折構造が単一材料からなる点にある。

そして、この請求項１に係る発明によれば、透光性の光学基材、第１の回折構造および第２の回折構造を、単一材料によって形成することができ、この結果、３ビームを発生させる機能と、光源への戻り光の入射を軽減する機能とを併有する光学素子を、簡便かつ効率的に製造することができ、あわせて、コストを削減することができる実用性および量産性に優れた光学素子を実現することができる。

また、請求項２に係る光学素子の特徴は、請求項１において、前記第２の回折構造が、前記光学基材の第２面に、第１の凹凸形状と、該第１の凹凸形状の凹部の位置に形成され前記光源からの光の波長より小さいピッチ幅の微細周期の第２の凹凸形状とを有するものであり、前記単一材料の屈折率と該単一材料以外の媒体の屈折率との差および前記第１の凹凸形状と第２の凹凸形状の形状に基づき前記構造複屈折を示す点にある。

そして、この請求項２に係る発明によれば、更に、第２の回折構造を、第１の凹凸形状および第２の凹凸形状を備えた簡易な構成にすることができる結果、請求項１に係る光学素子に比べて、３ビームを発生させる機能と、光源への戻り光の入射を減らし、入射光量を最小にする機能とを併有する光学素子を、より簡便かつ効率的に製造することができ、コストをさらに削減することができる。

さらに、請求項３に係る光学素子の特徴は、請求項２において、前記第１の凹凸形状の凸部と前記第２の凹凸形状の凸部との高さ、および、前記第１の凹凸形状の凹部と前記第２の凹凸形状の凹部との溝深さが同一である点にある。

そして、この請求項３に係る発明によれば、更に、第１の凹凸形状の凸部の高さ、第２の凹凸形状の凸部の高さ、第１の凹凸形状の凹部の溝深さおよび第２の凹凸形状の凹部の溝深さをすべて揃えることによって、第２の回折構造を製造しやすい寸法に構成することができる結果、請求項１または２に係る光学素子に比べて、３ビームを発生させる機能と、光源への戻り光の入射を減らし、入射光量を最小にする機能とを併有する光学素子を、さらに簡便かつ効率的に製造することができる。

さらにまた、請求項４に係る光学素子の特徴は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記第２の回折構造が前記光源からの光における第１の直線偏光を回折させずにそのまま透過させ、かつ、前記光学的情報記録媒体で反射され前記光源から出射された光とは逆方向に進行する光における前記光源へ向かって戻る前記第１の直線偏光と偏光方向が直交する第２の直線偏光の０次光を減少させる点にある。

そして、この請求項４に係る発明によれば、更に、第２の回折構造が構造複屈折を示すことによって、第２の直線偏光の０次光を減少させることができる結果、請求項１〜３のいずれか１項に係る光学素子に比べて、特定の直線偏光（第２の直線偏光）についての光源への入射をさらに有効に軽減することができる。

また、請求項５に係る光学素子の特徴は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記光学基材、前記第１の回折構造および前記第２の回折構造が射出成形法により単一の樹脂材料によって一体成形されたものである点にある。

そして、この請求項５に係る発明によれば、更に、透光性の光学基材、第１の回折構造および第２の回折構造を、安価な単一の樹脂材料によって一体成形することができる結果、請求項１〜４のいずれか１項に係る光学素子に比べて、３ビームを発生させる機能と、光源への戻り光の入射を軽減する機能とを併有する光学素子を、より簡便かつ効率的に製造することができ、コストをさらに削減することができる。

さらに、請求項６に係る光ピックアップ装置の特徴は、請求項１〜５のいずれか１項記載の光学素子を備えた点にある。

そして、この請求項６に係る発明によれば、３ビームを発生させる機能と、光源への戻り光の入射を減らし、入射光量を最小にする機能とを併有する光学素子を、簡便かつ効率的に製造することができ、あわせて、コストを削減することができる実用性および量産性に優れた光学素子を、光ピックアップ装置に搭載することができる。

本発明によれば、３ビームを発生させる機能と、光源への戻り光の入射を減らし、入射光量を最小にする機能とを併有する光学素子を、簡便かつ効率的に製造することができ、あわせて、コストを削減することができる実用性および量産性に優れた光学素子およびこれを備えた光ピックアップ装置を提供することができる。

（光学素子の実施形態）
以下、本発明に係る光学素子の実施形態について、図１および図２を参照して説明する。

なお、従来と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および図２に示すように、本実施形態における光学素子２５は、樹脂材料によって形成された透光性基板２６を有している。透光性基板２６には、光源２からの光の波長付近の帯域で透明材料である光学基材を用いることができる。

また、本実施形態における光学素子２５は、透光性基板２６の光源２側の表面（図１における上面）に、回折構造２７を有している。

この回折構造２７は、透光性基板２６を形成する樹脂材料と同一の樹脂材料によって、透光性基板２６と一体として形成されている。

この回折構造２７は、透光性基板２６の光源２側の表面に、複数の格子状の凸部２９が図１における横方向である幅方向に等間隔に整列された回折格子３０と、この回折格子３０における互いに隣位する凸部２９同士の間に存在する格子溝３１の位置にそれぞれ成形された微細周期構造体としての複数の微細構造体３３とを有している。

なお、本実施形態において、回折格子３０の凸部２９の図１における幅寸法Ｗ_１と、微細構造体３３の幅寸法Ｗ_２とは、互いに等しい寸法とされている。Ｗ_１、Ｗ_２の大きさは、好ましくは各々３μｍ程度とされている。

さらに、各微細構造体３３は、回折格子３０の凸部２９よりも幅寸法Ｗ_３が小さい複数の微小凸部３４が、幅方向に等間隔に整列されていることによって形成されている。

微小凸部３４の形成周期であるピッチＰは、光学素子２５に用いられる光源２からの出射光の波長よりも短い大きさとなっている。この微小凸部３４のピッチＰは、好ましくは、１００〜２００ｎｍとされている。

また、微小凸部３４の高さ（図１における縦方向の寸法）は、凸部２９の高さと同じ高さｄに形成されている。

このような回折構造２７は、光源２から出射されて光学的情報記録媒体３に向かって進行する光源２からの出射光である往路光における直線偏光の段階の往路光である第１の直線偏光（磁場の振動方向が格子溝３１の長手方向と平行な光）に対しては、次の（１）式を満足するようになっている。

ただし、（１）式において、ｄは、回折構造２７における回折格子３０の凸部２９および微細構造体３３の微小凸部３４の高さを、ｎ_１は、回折格子３０の凸部２９の屈折率（換言すれば、樹脂材料自体の屈折率）を、ｎ_ＴＭは、ＴＭ偏光に対する微細構造体３３の等価屈折率（有効屈折率）を、λは、ＴＭ偏光の波長を示している。なお、微細構造体３３の等価屈折率とは、微小凸部３４と空気層とが幅方向に交互に整列された微細構造体３３を、１つの屈折率を有する１つの物質であるとみなした場合における当該微細構造体３３の屈折率を意味する。

ｄ（ｎ_１−ｎ_ＴＭ）＝λ （１）
この（１）式は、図１（ａ）に示すように、回折構造２７が、回折構造２７に対して光源２側から入射したＴＭ偏光を回折させずにそのまま透過（以下、素通りと称する）させるための条件を示している。

さらに、回折構造２７は、光源２から出射された後に光学的情報記録媒体３によって反射された光である復路光における光源２に向かって進行する戻り光である第１の直線偏光と偏光方向が直交する第２の直線偏光（磁場の振動方向が格子溝３１の長手方向と直交する光）に対しては、次の（２）式を満足するようになっている。

ただし、（２）式において、ｄ、ｎ_１、λについては、（１）式と同様である。また、ｎ_ＴＥは、ＴＥ偏光に対する微細構造体３３の等価屈折率を示している。

ｄ（ｎ_１−ｎ_ＴＥ）＝λ／２ （２）
この（２）式は、図１（ｂ）に示すように、回折構造２７が、回折構造２７に対して光源２とは反対側から入射したＴＥ偏光を回折させて０次光以外の回折光を発生させ、０次光を最小化するための条件を示している。また、この条件は、戻り光であるＴＥ偏光が、光源２に入射しないための条件と同様である。

換言するならば、上記（１）式および（２）式は、回折構造２７が樹脂材料自体の屈折率、空気層の屈折率および回折構造２７の形状等に基づき複屈折性を有する条件式、すなわち構造複屈折の条件式を示している。

なお、このＴＥ偏光は、後述する３ビーム用回折構造３５を経た後に回折構造２７に対して光源２とは反対側から入射する光となる。

したがって、（１）式および（２）式を満足する回折構造２７は、従来と同様に複屈折性を有することができ、往路光におけるＴＭ偏光を素通りさせることができるとともに、復路光におけるＴＥ偏光を回折させて０次光を最小化することができる。

なお、具体的な設計例として、例えば、微細構造体３３における微小凸部３４の幅寸法Ｗ_３とピッチＰとの比（Ｗ_３／Ｐ）を０．２１、微小凸部３４を形成する樹脂材料自体の屈折率ｎ_１を１．６０７、微小凸部３４間の空気層の屈折率を１とした場合には、ｎ_ＴＥ＝１．５００、ｎ_ＴＭ＝１．３９２となる。さらに、λ＝０．６６μｍとすると、これらλの値（０．６６μｍ）、ｎ_ＴＥの値（１．５００）およびｎ_ＴＭの値（１．３９２）を（１）式に代入すると、ｄ＝３．０７μｍとなる。

さらに、本実施形態における光学素子２５は、透光性基板２６の光源２側の表面とは対向する反対側の表面（図１における下面）に、３ビーム用回折構造３５を有している。

この３ビーム用回折構造３５は、透光性基板２６および回折構造２７を形成する樹脂材料と同一の樹脂材料によって、透光性基板２６および回折構造２７と一体形成されている。

この３ビーム用回折構造３５は、複数の凸部３６が幅方向に等間隔に整列された回折格子３８を有している。互いに隣位する凸部３６同士の間に存在する格子溝３９の幅寸法Ｗ_４は、具体的な設計例としては、１７μｍ程度とされている。

この３ビーム用回折構造３５は、回折構造２７を素通りして３ビーム用回折構造３５に対して光源２側から入射したＴＭ偏光を回折させることによって、メインビームおよびサブビームからなる３ビームを発生させるようになっている。また、本実施形態の３ビーム用回折構造３５以外の構成としては、図５に示されるような通常の３ビーム用回折構造５３を用いて、３ビームを発生させる機能を光学素子２５の透光性基板２６に形成することができる。ここで、図５に示される３ビーム用回折構造５３以外の構造としては、この構造を平面的に光源２側から見た場合、直線状に形成されたものに限らず、ホログラムのパターンのような曲線状の構造としてもよく、特殊形状の３ビーム用の回折構造を形成することもできる。

３ビーム用回折構造３５は、光源２とは反対側から入射する復路光であるＴＥ偏光を回折させることによって、戻り光の３ビームを発生させるようになっている。

なお、図１（ｂ）においては、戻り光の３ビームのうちのメインビームのみを、回折構造２７に光源２とは反対側から入射するＴＥ偏光として示している。

このような構成を有する光学素子２５によれば、光源２側から入射して回折構造２７を素通りしたＴＭ偏光を、３ビーム用回折構造３５によって回折させることにより、３ビームを発生させることができる。さらに、光源２とは反対側から入射した戻り光であるＴＥ偏光を、回折構造２７によって回折させることにより、０次以外の±１次以上の高次の回折光を発生させ、光源２への戻り光である０次光を最小化することができる。

すなわち、本実施形態における光学素子２５は、従来と同様に、３ビームを発生させる機能と、光源２への戻り光の入射を防止する機能とを併有することができる。

また、光源２への戻り光を除光する性能についても、従来と同等若しくはそれ以上（光源２への戻り光の内、光学素子へ入射する戻り光を１とした場合、本光学素子２５から出射される０次光は０．０３以下）とすることが可能である。

このような従来と同一の機能等を有することができる上に、さらに、本実施形態においては、透光性基板２６、回折構造２７および３ビーム用回折構造３５が、単一の樹脂材料によって一体として形成されている結果、３ビームを発生させる機能と、光源２への戻り光の入射を防止する機能とを併有する光学素子２５を、簡便かつ効率的に製造することができる。

なお、透光性基板２６、回折構造２７および３ビーム用回折構造３５を一体成形する方法としては、樹脂材料の射出成形法を挙げることができる。その他、レーザ加工装置、フォトリソグラフィー装置等を用いる微細加工法、精密加工法によっても光学素子２５の製造が可能である。

また、本実施形態によれば、図７に示した従来の偏光性回折素子５に比べて厚み方向の寸法を小さくすることができ、さらなる小型化を図ることができる。

さらに、本実施形態によれば、回折構造２７が、微細構造体３３を有する結果、良好な複屈折性を有する回折構造２７を簡便かつ高精度に形成することができる。
（光ピックアップ装置の第１実施形態）
次に、本発明に係る光ピックアップ装置の第１実施形態として、光学的情報記録媒体としてのＤＶＤに対する情報の書込みを行う光ピックアップ装置の実施形態について、図３を参照して説明する。

なお、従来と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

図３に示すように、本実施形態における光ピックアップ装置４１は、従来の光ピックアップ装置１の基本的な構成をそのまま含んでいる。

ただし、本実施形態において、光源は、波長６６０ｎｍのコヒーレントな光を出射するＤＶＤ用光源４２とされている。また、光学的情報記録媒体は、ＤＶＤ４３とされている。

さらに、偏光性回折素子５が配置されていた位置には、この偏光性回折素子５に代って、前述した光学素子２５が、その回折構造２７をＤＶＤ用光源４２側に向けるようにして配置されている。

この光学素子２５は、３ビームとしてのＤＶＤ往路３ビームを発生させる機能と、ＤＶＤ用光源４２への戻り光の入射を防止する機能とを併有した光学素子２５とされている。

このような本実施形態における光ピックアップ装置４１によって、ＤＶＤ４３に対する情報の書込みを行うには、まず、ＤＶＤ用光源４２から、往路光として、第１の直線偏光であるＴＭ偏光を出射させると、このＴＭ偏光は、光学素子２５における回折構造２７に入射する。ここで、ＤＶＤ用光源４２からの往路光の偏光方向を回折構造２７の溝の長手方向に平行な光として光学素子２５に入射させるべく、ＤＶＤ用光源４２を回転させて光ピックアップ装置４１を構成することができる。また、ＤＶＤ用光源４２から出射される光の偏光方向に合わせて光学素子２５を配置するようにしてもよい。

回折構造２７に入射したＴＭ偏光は、回折構造２７の複屈折性によって回折構造２７を素通りする。

回折構造２７を素通りしたＴＭ偏光は、３ビーム用回折構造３５に入射し、この３ビーム用回折構造３５によって回折される。

これにより、往路光としてのＤＶＤ往路３ビームが発生して偏光プリズム１９側に向かって出射される。

３ビーム用回折構造３５から出射されたＤＶＤ往路３ビームは、偏光プリズム１９に入射し、この偏光プリズム１９によってコリメータレンズ２０側に反射される。

偏光プリズム１９によって反射されたＤＶＤ往路３ビームは、コリメータレンズ２０に入射し、このコリメータレンズ２０によって平行光に変換されて１／４波長板２１側に出射される。

コリメータレンズ２０から出射されたＤＶＤ往路３ビームは、１／４波長板２１に入射し、この１／４波長板２１によって直線偏光から円偏光に変換されて対物レンズ２２側に出射される。

１／４波長板２１から出射されたＤＶＤ往路３ビームは、対物レンズ２２に入射し、この対物レンズ２２によって収束光に変換されてＤＶＤ４３側に出射される。

対物レンズ２２から出射されたＤＶＤ往路３ビームは、ＤＶＤ４３の記録面に入射して集光し、この記録面によって、入射方向と逆方向となる対物レンズ２２側に、復路光としてのＤＶＤ復路３ビームとして反射する。

これにより、ＤＶＤ往路３ビームにおけるメインビームは、例えば、ＤＶＤ−ＲやＤＶＤ＋Ｒの場合には、ＤＶＤ４３の記録面に形成された有機色素層の温度を上昇させて色素を化学変化させることによって記録面に情報を書込むようになっている。また、ＤＶＤ往路３ビームにおけるサブビームは、トラッキングエラー信号の検出に用いられる。

ＤＶＤ４３の記録面によって反射されたＤＶＤ復路３ビームは、対物レンズ２２に入射し、この対物レンズ２２によって平行光に変換されて１／４波長板２１側に出射される。

対物レンズ２２から出射されたＤＶＤ復路３ビームは、１／４波長板２１に入射し、この１／４波長板２１によって円偏光から直線偏光に変換されてコリメータレンズ２０側に出射される。

１／４波長板２１から出射されたＤＶＤ復路３ビームは、コリメータレンズ２０に入射し、このコリメータレンズ２０によって収束光に変換されて偏光プリズム１９側に出射される
コリメータレンズ２０から出射された復路３ビームは、偏光プリズム１９に入射し、この偏光プリズム１９によって約９５％の透過率で受光素子２３側に透過され、約５％の反射率で、戻り光としてＤＶＤ用光源４２側に反射される。

偏光プリズム１９によって透過されたＤＶＤ復路３ビームは、非点収差発生素子５１を透過した後、受光素子２３に入射し、この受光素子２３によって電気信号に変換される。

一方、偏光プリズム１９によって反射された戻り光は、ＤＶＤ用光源４２に向かって戻り、光学素子２５の３ビーム用回折構造３５に入射する。

３ビーム用回折構造３５に入射した戻り光は、３ビーム用回折構造３５によって回折されることによって戻り光の３ビームに分光されて回折構造２７に入射する。

回折構造２７に入射した戻り光は、回折構造２７の複屈折性によって回折される。

これによって、０次光以外の回折光が発生し、０次光を最小化して回折構造２７から出射される。

この回折光は、ＤＶＤ用光源４２から離れる方向に出射されるため、ＤＶＤ用光源４２に直接入射することはない。ここで、光学素子２５は、ＤＶＤ用光源４２のコヒーレント光を出射する出射部への戻り光の入射を阻止するように、すなわち、光源４２への不要光の入射を妨げる位置に配置する。また、光学素子２５の回折構造２７をＤＶＤ用光源４２の出射窓に形成し、ＤＶＤ用光源４２の出射部そのものへの戻り光の入射を防ぐ位置に配置してもよく、偏光プリズム１９の光源側の面に戻り光を防ぐように設けてもよい。

この結果、ＤＶＤ用光源４２を正常に駆動することができる。また、光ピックアップ装置４１の所定位置に光学素子２５を配置することで、光ピックアップ光学系全体の光学特性の不安定化を最小限に抑えることができ、ＤＶＤ４３に対する情報の書き込みを適切に行うことができる。

なお、ＤＶＤ４３に既に記録されている情報の読取りについても、書込みの場合と同様に図３に示される構成により適切に行うことができる。本実施形態では、ＤＶＤ４３への情報の記録および／または再生を適切に行うことができ、ひいては光学系全体を高精度化し、さらなる安定化を図れることとなる。
（光ピックアップ装置の第２実施形態）
次に、本発明に係る光ピックアップ装置の第２実施形態として、図４を参照して説明する。

なお、第１実施形態と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

図４に示すように、本実施形態における光ピックアップ装置４５は、第１実施形態の構成に加えて、さらに、ＣＤ４６からの情報の読取りにも使用することができるようになっている。

すなわち、本実施形態における光ピックアップ装置４５は、第１実施形態の構成に加えて、さらに、ＣＤ用光源４７を有しており、このＣＤ用光源４７は、往路光として、７８５ｎｍの波長を有するコヒーレントな光を出射するようになっている。

ＣＤ用光源４７に対して光源から出射された光（往路光）の出射側の位置には、前述した光学素子２５と同様に、透光性基板２６、回折構造２７および３ビーム用回折構造３５を樹脂材料によって一体成形した構成を有する光学素子４８が、回折構造２７をＣＤ用光源４７側に向けるようにして配置されている。

この光学素子４８は、３ビームとしてのＣＤ往路３ビームを発生させる機能と、ＣＤ用光源４７への戻り光の入射を防止する機能とを併有した光学素子４８となっているが、具体的な寸法を除く基本的な構成は、図１に示した光学素子２５と全く同じである。

この光学素子４８に対してＣＤ往路３ビームの出射側の位置であって、ＤＶＤ往路３ビームおよびＤＶＤ復路３ビームの光路上の位置には、ＣＤ用光源４７に対応する偏光プリズム（以下、第２の偏光プリズム４９と称する）が配置されている。

この第２の偏光プリズム４９は、光学素子４８の３ビーム用回折構造３５から出射されたＣＤ往路３ビームをコリメータレンズ２０側に反射させるようになっている。また、この第２の偏光プリズム４９は、ＤＶＤ往路３ビームおよびＤＶＤ復路３ビームについてはそのまま透過させるだけであるので、ＤＶＤ４３に対する情報の書込みおよび／または読取りには影響を与えない構成を有する。

このような光ピックアップ装置４５によって、ＣＤ４６に対する情報の読取りを行うには、まず、ＣＤ用光源４７から、往路光として、第１の直線偏光を出射させ、光学素子４８における回折構造２７に入射させる。

回折構造２７に入射した第１の直線偏光（ＴＭ偏光）は、回折構造２７の複屈折性によって回折構造２７をそのまま素通りする。

回折構造２７を素通りしたＴＭ偏光は、３ビーム用回折構造３５に入射し、この３ビーム用回折構造３５によって回折される。

これにより、往路光としてのＣＤ往路３ビームが発生して第２の偏光プリズム側４９に向かって出射される。

３ビーム用回折構造３５から出射されたＣＤ往路３ビームは、第２の偏光プリズム４９に入射し、この第２の偏光プリズム４９によってコリメータレンズ２０側に反射される。

第２の偏光プリズム４９によって反射されたＣＤ往路３ビームは、コリメータレンズ２０に入射し、このコリメータレンズ２０によって平行光に変換されて１／４波長板２１側に出射される。

コリメータレンズ２０から出射されたＣＤ往路３ビームは、１／４波長板２１に入射し、この１／４波長板２１によって直線偏光から円偏光に変換されて対物レンズ２２側に出射される。

１／４波長板２１から出射されたＣＤ往路３ビームは、対物レンズ２２に入射し、この対物レンズ２２によって収束光に変換されてＣＤ４６側に出射される。

対物レンズ２２から出射されたＣＤ往路３ビームは、ＣＤ４６の記録面に入射し、このＣＤ４６の記録面によって、対物レンズ２２側に、復路光としてのＣＤ復路３ビームとして反射される。

このとき、ＣＤ復路３ビームにおけるメインビームは、記録面からの光の反射の強弱によって、記録面に記録された情報を取得した光となっている。また、ＣＤ復路３ビームにおけるサブビームは、トラッキングエラー信号の検出に用いられる。

ＣＤの記録面によって反射されたＣＤ復路３ビームは、対物レンズ２２に入射し、この対物レンズ２２によって平行光に変換されて１／４波長板２１側に出射される。

対物レンズ２２から出射されたＣＤ復路３ビームは、１／４波長板２１に入射し、この１／４波長板２１によって円偏光から直線偏光に変換されてコリメータレンズ２０側に出射される。

１／４波長板２１から出射されたＣＤ復路３ビームは、コリメータレンズ２０に入射し、このコリメータレンズ２０によって収束光に変換されて第２の偏光プリズム４９側に出射される。

コリメータレンズ２０から出射された復路３ビームは、第２の偏光プリズム４９に入射し、この第２の偏光プリズム４９によって約９５％の透過率で受光素子２３側に透過され、約５％の反射率で、戻り光としてＣＤ用光源４７側に反射される。

第２の偏光プリズム４９によって透過されたＣＤ復路３ビームは、偏光プリズム１９と、非点収差発生素子５１を透過した後に受光素子２３に入射し、この受光素子２３によって電気信号に変換されることによって、情報の再生に用いられる。

一方、第２の偏光プリズム４９によって反射された戻り光は、ＣＤ用光源４７に向かって戻り、光学素子４８の３ビーム用回折構造３５に入射する。

３ビーム用回折構造３５に入射した戻り光は、３ビーム用回折構造３５によって回折されることによって戻り光の３ビームに分光されて回折構造２７に入射する。

回折構造２７に入射したＴＥ偏光である戻り光は、回折構造２７の複屈折性によって回折される。

これによって、０次光以外の回折光が発生し、０次光を最小化して回折構造２７から出射される。

この回折光は、ＣＤ用光源４７から離れるように出射されるため、ＣＤ用光源４７に直接入射することはない。ここで、光学素子４８は、ＣＤ用光源４７のコヒーレント光を出射する出射部への戻り光の入射を阻止するように、すなわち、光源４７への不要光の入射を妨げる位置に配置する。また、光学素子４８の回折構造２７をＣＤ用光源４７の出射窓に形成し、ＣＤ用光源４７の出射部そのものへの戻り光の入射を防ぐ位置に配置してもよく、偏光プリズム４９の光源側の面に戻り光を防ぐように設けてもよい。

この結果、ＣＤ用光源４７を正常に駆動することができ、ＣＤ４６からの情報の読み取りを適切に行うことができる。すなわち、ＣＤ用光源４７から出射される光が安定し、受光素子２３での情報検出精度を高めることができ、光ピックアップ系全体の高精度化、さらなる安定化をもたらすことができる。

なお、ＤＶＤ４３に対する情報の書込みを行う際の光ピックアップ装置４５の挙動は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上述べたように、本実施形態によれば、透光性基板２６、回折構造２７および３ビーム用回折構造３５を、単一の樹脂材料によって一体として形成することができる。

この結果、３ビームを発生させる機能と、光源２、４２、４７への戻り光の入射を防止する機能とを併有する光学素子２５、４８を、簡便かつ効率的に製造することができ、あわせて、コストを削減することができる実用性および量産性に優れた光学素子２５、４８を実現することができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、偏光プリズム１９、４９に代わって、ダイクロイックプリズムや偏光ビームスプリッタを用いるようにしてもよい。

本発明は、樹脂材料性の光学素子に限らず、ガラス等の樹脂材料以外の材料によって形成される光学素子にも有効に適用することができるものである。

また、回折構造２７における凸部２９の溝方向に対して、３ビーム用回折構造３５の溝方向は、上記実施形態では同一方向として説明したが、本実施形態では同一方向とは異なる方向に３ビーム用回折構造３５の溝方向を形成してもよい。３ビーム用回折構造３５の凸部３６については、平面形状等に成形するようにしてもよい。

また、上述した実施形態で参照した図１（ａ）、（ｂ）および図２では、回折格子３０の凸部２９を１０個、凸部２９間に設けられた微小凸部３４を３個それぞれ示したが、これらの数に限定されるものではなく、回折格子３０の凸部２９と微小凸部３４との数は、上述した（１）式および（２）式を満たすように複数個設けて光源への戻り光を減らし、光源の光の出射部そのものの入射光量を最小にしてもよい。

また、微小凸部３４の断面形状は、図１および図２のような断面矩形状に限る必要はなく、断面三角形状（階段状のものも含む）等の断面矩形状以外の断面形状を選択するようにしてもよい。

さらに、回折格子３０の凸部２９の幅寸法と、その凹部の幅寸法とは、図１および図２では同一寸法として説明したが、上述した（１）式および（２）式を満たし、かつ、光源の出射光の出射部そのものへ高次の回折光を含む戻り光の入射を防ぐことができる寸法であるならば、同一寸法でなくても良い。

さらにまた、本発明は、光源として、波長４０５ｎｍのコヒーレントな光を出射する光源を備え、Blu-rayあるいはHD DVDといった大容量の光学的情報記録媒体に対する情報の書込みや読取りを行うことができる光ピックアップ装置にも有効に適用することができるものである。

本発明に係る光学素子の実施形態を、光源からの出射光の偏光方向とともに示す断面図であり、（ａ）は往路光が入射した様子 （ｂ）は復路光が入射した様子 （ｃ）は拡大断面図 図１の光学素子を、光源光の偏光方向とともに示す斜視図 本発明に係る光ピックアップ装置の第１実施形態を示す構成図 本発明に係る光ピックアップ装置の第２実施形態を示す構成図 通常の３ビーム用回折構造を有する光学素子の一例を示す構成図 従来から採用されていた光ピックアップ装置の一例を示す構成図 図６の光ピックアップ装置に搭載されている偏光性回折素子を、光源光の偏光方向とともに示す断面図 従来から採用されていた光学素子における図７と異なる偏光性回折構造の構成の一例を示す概略断面図

符号の説明

２ 光源
２５ 光学素子
２６ 透光性基板
２７ 回折構造
３３ 微細構造体
３５ ３ビーム用回折構造
４１ 光ピックアップ装置
４３ ＤＶＤ
４５ 光ピックアップ装置
４６ ＣＤ

Claims (6)

1. コヒーレントな光を出射する光源と光学的情報記録媒体との間の光路中に備えられる光学素子であって、
   前記光源からの光を回折させて３ビームを発生させる第１の回折構造と、前記光源へ戻る所定の偏光の光について構造複屈折を示す第２の回折構造とを有し、
   透光性の光学基材の第１面に前記第１の回折構造を、前記光学基材の第２面に前記第２の回折構造をそれぞれ形成し、
   前記光学基材、前記第１の回折構造および前記第２の回折構造が単一材料からなることを特徴とする光学素子。
2. 前記第２の回折構造が、前記光学基材の第２面に第１の凹凸形状と、該第１の凹凸形状の凹部の位置に形成され前記光源からの光の波長より小さいピッチ幅の微細周期の第２の凹凸形状とを有するものであり、前記単一材料の屈折率と該単一材料以外の媒体の屈折率との差および前記第１の凹凸形状と第２の凹凸形状の形状に基づき前記構造複屈折を示すことを特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 前記第１の凹凸形状の凸部と前記第２の凹凸形状の凸部との高さ、および、前記第１の凹凸形状の凹部と前記第２の凹凸形状の凹部との溝深さが同一であることを特徴とする請求項２記載の光学素子。
4. 前記第２の回折構造が前記光源からの光における第１の直線偏光を回折させずにそのまま透過させ、かつ、前記光学的情報記録媒体で反射され前記光源から出射された光とは逆方向に進行する光における前記光源へ向かって戻る前記第１の直線偏光と偏光方向が直交する第２の直線偏光の０次光を減少させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の光学素子。
5. 前記光学基材、前記第１の回折構造および前記第２の回折構造が射出成形法により単一の樹脂材料によって一体成形されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光学素子。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の光学素子を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。

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