JP5767858B2 - Optical diffraction element, optical pickup, and method of manufacturing optical diffraction element - Google Patents
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Description
本発明は、光回折素子、光ピックアップ及び光回折素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical diffraction element, an optical pickup, and a method for manufacturing the optical diffraction element.
CD、DVD、ブルーレイ等の光記憶媒体のデータを読み取る光ピックアップ用の光回折素子がある。 There are optical diffraction elements for optical pickups that read data from optical storage media such as CDs, DVDs, and Blu-rays.
特許文献1には、回折格子が開示されている。この回折格子は、エッチングにより凹部が一面に周期的に形成された基板を有する。この回折格子では、凹部が形成された領域とそれ以外の領域によってレーザ光を回折させる。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]特開2008−21368号公報
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[Patent Document 1] JP 2008-21368 A
しかしながら、上述の回折格子の基板は、凹部が形成されている領域は薄いので強度が低い。これにより、この回折格子の基板は、凹部が形成されている領域の強度を保つために、回折格子全体の厚みを大きくしなければならないといった課題がある。 However, the substrate of the above-described diffraction grating has a low strength because the region where the recess is formed is thin. As a result, the substrate of the diffraction grating has a problem in that the thickness of the entire diffraction grating must be increased in order to maintain the strength of the region where the recess is formed.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、透明な基板と、前記基板の一方の面に形成され、配向方向が互いに異なる方向の2つの領域が周期的に並んで配された光配向膜とを備える光回折素子である。 In order to solve the above-described problem, a first aspect of the present invention is a transparent substrate and two regions formed on one surface of the substrate and having different orientation directions and arranged periodically. And an optical alignment film.
上記課題を解決するために、本発明の第2の態様は、上述の光回折素子と、前記光回折素子へ偏光を入力するレーザと、前記光回折素子からの回折光が入力され、前記光回折素子からの偏光と対象物からの反射光とを分離するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで分離された反射光を受ける受光素子とを備える光ピックアップである。 In order to solve the above-described problem, a second aspect of the present invention provides the above-described light diffractive element, a laser that inputs polarized light to the light diffractive element, diffracted light from the light diffractive element, and the light An optical pickup includes a beam splitter that separates polarized light from a diffraction element and reflected light from an object, and a light receiving element that receives the reflected light separated by the beam splitter.
上記課題を解決するために、本発明の第3の態様は、透明な基板の一方の面に、光配向膜を塗布する塗布工程と、前記光配向膜に、互いに偏光方向が異なる偏光を照射することにより、配向方向が互いに異なる方向であって、周期的に並んで配された2つの領域を形成する配向形成工程とを備える光回折素子の製造方法である。 In order to solve the above-mentioned problem, the third aspect of the present invention is to apply a photo-alignment film on one surface of a transparent substrate, and to irradiate the photo-alignment film with polarized light having different polarization directions. By doing so, there is provided an optical diffraction element manufacturing method comprising an alignment forming step of forming two regions having different alignment directions and being arranged side by side periodically.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、実施形態による光ピックアップの全体構成図である。図1に矢印で示すXYZをXYZ方向とする。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of an optical pickup according to an embodiment. XYZ indicated by an arrow in FIG. 1 is defined as an XYZ direction.
図1に示すように、実施形態による光ピックアップ1は、対象物の一例であるCD、DVD、ブルーレイ等の光記憶媒体90に光を照射して、光記憶媒体90に記憶されている情報を読み取る。光ピックアップ1は、レーザ2と、偏光フィルター3と、光回折素子4と、偏光ビームスプリッタ5と、コリメートレンズ6と、1/4波長板7と、対物レンズ8と、集光部9と、受光素子10とを備えている。尚、往路とは、レーザ2から光記憶媒体90までの光91の経路を示し、復路とは光記憶媒体90から受光素子10までの経路を示す。
As shown in FIG. 1, the
レーザ2は、往路の最も上流側に配置されている。レーザ2は、光回折素子4等に入力するためのレーザ光である光91を−Z方向に出射する。レーザ2から出射されるレーザ光は、Y方向を偏光方向とする直線偏光である。このレーザ光の波長は特に限定するものではないが、例えば、光記憶媒体90がCDの場合、波長は787nm、光記憶媒体90がDVDの場合、波長は655nmである、光記憶媒体90がブルーレイの場合、波長は405nmである。
The
偏光フィルター3は、レーザ2と光回折素子4との間に配されている。偏光フィルター3は、Y方向を偏光方向とする光を透過するとともに、X方向を偏光方向とする光を遮断する。即ち、偏光フィルター3は、レーザ2から出射される光91を透過する。一方、光記憶媒体90によって反射されて偏光フィルター3に戻る光は、X方向を偏光方向とするので、偏光フィルター3によって遮断される。なお、偏光フィルター3はなくてもよい。
The polarizing
光回折素子4は、偏光フィルター3と偏光ビームスプリッタ5との間に配置されている。光回折素子4は、XY平面に平行な四角形の板状に形成されている。ここで、光回折素子4の形状は、正方形、長方形、平行四辺形にすることができる。特に、光回折素子4の形状を長方形または平行四辺形にすることにより、組み立て時に、光学軸の向きを容易に認識して、正確な方向に組み立てることができる。光回折素子4は、レーザ2から出射された光91を回折させて、回折光を生成する。また、光回折素子4は、レーザ2から出射されたY方向を偏光方向とする光91の偏光方向を90°回転させて、X方向を偏光方向とする光91に変換する。尚、光回折素子4の詳細については、後述する。
The
偏光ビームスプリッタ5は、光回折素子4とコリメートレンズ6との間に配されている。偏光ビームスプリッタ5は、ビームスプリッタの一例であり、偏光方向がX方向である光を透過するとともに、偏光方向がY方向である光を反射する。ここで、光回折素子4を透過して−Z方向に進行する往路の光91の偏光方向はX方向である。従って、偏光ビームスプリッタ5は往路の光91を透過する。一方、光記憶媒体90に反射されて+Z方向に進行する復路の光91の偏光方向は、後述する1/4波長板7によって90°回転されてY方向となっている。従って、偏光ビームスプリッタ5は、復路の光91を+Y方向に反射する。これにより、偏光ビームスプリッタ5は、レーザ2から出射された偏光である光91と、光記憶媒体90に反射された反射光である光91とを分離する。
The
コリメートレンズ6は、偏光ビームスプリッタ5と1/4波長板7との間に配置されている。コリメートレンズ6は、−Z方向に進行する光を平行光に変換するとともに、+Z方向に進行する平行光を集光させる。
The collimating lens 6 is disposed between the
1/4波長板7は、コリメートレンズ6と対物レンズ8との間に配されている。1/4波長板7は、直線偏光を円偏光に変換するとともに、円偏光を直線偏光に変換する。従って、1/4波長板7は、直線偏光である往路の光91を円偏光に変換する。また、1/4波長板7は、光記憶媒体90によって反射された円偏光である復路の光91を直線偏光に変換する。ここで、光記憶媒体90は固定端なので、光記憶媒体90に達する前の円偏光の回転方向と、光記憶媒体90に反射された後の円偏光の回転方向は、反対である。従って、1/4波長板7を透過した復路の光91の偏光方向は、1/4波長板7に達する前の直線偏光の偏光方向から90°回転されたY方向となる。
The quarter wavelength plate 7 is disposed between the collimating lens 6 and the
対物レンズ8は、1/4波長板7と光記憶媒体90との間に配されている。対物レンズ8は、往路において、略平行光の光91を光記憶媒体90へと集光する。
The
集光部9は、偏光ビームスプリッタ5と受光素子10との間に配されている。集光部9は、例えば、シリンドリカルレンズ、凹レンズ等の単数または複数のレンズによって構成することができる。集光部9は、光記憶媒体90によって反射された後、更に、偏光ビームスプリッタ5によって+Y方向へと反射された光91を受光素子10へと集光する。
The condensing
受光素子10は、集光部9の+Y方向側であって、復路の最も下流側に配置されている。受光素子10は、光記憶媒体90によって反射され、偏光ビームスプリッタ5によって分離された反射光である復路の光91を受光する。そして、受光素子10は、受光した光91を電気信号に変換した後、出力する。
The
図2は、光回折素子の分解斜視図である。図3は、光回折素子のYZ平面に平行な断面図である。 FIG. 2 is an exploded perspective view of the optical diffraction element. FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical diffraction element parallel to the YZ plane.
図2及び図3に示すように、光回折素子4は、基板11と、偏光方向変換用の光配向膜12及び液晶層13と、光回折用の光配向膜14及び液晶層15と、反射防止膜16とを備えている。尚、基板11は光記憶媒体90側に配置され、反射防止膜16はレーザ2側に配されている。
2 and 3, the
基板11は、面全体で略均一な厚みを有し、2mm〜5mm×2mm〜5mmの四角形状に形成されている。基板11は、レーザ光の波長で透過率の高い透明なガラス板からなる。尚、基板11を樹脂製の板、樹脂製のフィルムまたはガラス繊維を含む樹脂材料等の透明な材料によって構成してもよい。特に、ガラス繊維を含む材料によって基板11を構成した場合、強度及び作業性等を向上させることができる。基板11は、光配向膜12、液晶層13、光配向膜14、液晶層15及び反射防止膜16を保持する。
The
光配向膜12は、第二光配向膜の一例である。光配向膜12は、紫外線硬化樹脂であって、光分解型、光二量子化型、光異性化型等の光配向性化合物からなる。光配向膜12は、約0.01μm〜1μmの厚みを有する。光配向膜12は、基板11の+Z面に形成されている。換言すると、光配向膜12は、基板11と、液晶層13及び光配向膜14との間に配されている。光配向膜12は、後述する光配向膜14の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する。これは、光配向膜12の配向方向が、光配向膜12に入射するレーザ2からの光91の偏光方向に対して斜行していることを意味する。一例として、光配向膜12の配向方向は、光配向膜14の配向方向から45°傾斜させた方向である。光配向膜12は、この配向方向によって、液晶層13の光学軸を配向させる。ここでいう光学軸とは、遅相軸である。尚、光学軸の他の例は、進相軸である。
The photo-
液晶層13は、第二液晶層の一例であって、1/2波長板の構成を有する。液晶層13は、基板11と光配向膜14との間であって、光配向膜12上に形成されている。液晶層13は、複屈折性を有する重合性液晶等の有機膜からなる。液晶層13は、約0.5μm〜10μmの厚みを有する。液晶層13は、光配向膜12の一様な配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有する。図2に示す例において、液晶層13の光学軸は、光配向膜14の配向方向から45°傾斜させた方向である。従って、液晶層13は、レーザ2から出射されたY方向を偏光方向とする光91の偏光方向を90°回転させて、X方向を偏光方向とする光91に変換する。また、液晶層13は、偏光ビームスプリッタ5を透過した、Y方向を偏光方向とする復路の光91の偏光方向を90°回転させて、X方向を偏光方向とする光91に変換する。
The
光配向膜14は、紫外線硬化樹脂であって、光分解型、光二量子化型、光異性化型等の光配向性化合物からなる。光配向膜14は、約0.01μm〜1μmの厚みを有する。光配向膜14は、液晶層13上に形成されている。換言すると、光配向膜14は、基板11の+Z側の面に間接的に形成されている。光配向膜14は、100μm以下のY方向の幅を有し、X方向に延びる長方形状の2つの領域21、22を有する。領域21と領域22は、略同じ形状に形成されている。Y方向において、領域21、22は、交互に周期的に並んで配されている。領域21は、X方向の配向方向を有する。従って、領域21の配向方向は、レーザ2から出射される光91の偏光方向であるX方向に平行である。領域22は、Y方向の配向方向を有する。即ち、光配向膜14は、配向方向が互いに直交する2つの領域21、22を有する。光配向膜14は、これらの配向方向によって、液晶層15の光学軸を配向させる。
The photo-
液晶層15は、光配向膜14上に形成されている。液晶層15は、複屈折性を有する重合性液晶等の有機膜からなる。液晶層15は、約0.5μm〜10μmの厚みを有する。液晶層15は、X方向に延びる長方形状の2つの領域23、24を有する。領域23は、光配向膜14の領域21の配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有し、領域24は、光配向膜14の領域22の配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有する。領域23は、光配向膜14の領域21と略同じ形状に、且つ、領域21上に配されている。領域24は、光配向膜14の領域22と略同じ形状に、且つ、領域22上に配されている。従って、Y方向において、領域23、24は、交互に周期的に並んで配列されている。領域23の光学軸は、レーザ2から出射される光91の偏光方向であるX方向に平行である。領域24の光学軸は、Y方向に平行である。従って、領域23は、Y方向の偏光成分の位相を遅らせるとともに、領域24は、X方向の偏光成分の位相を遅らせる。この結果、液晶層15は、X方向の偏光方向を有し、Z方向に進行する往路の光91を回折させて、Z方向と略平行な0次光910、Z方向からY方向に傾斜した1次光911、Z方向から更に傾斜した2次光(図示略)等を生成する。
The
反射防止膜16は、液晶層15上に形成されている。換言すると、反射防止膜16は、基板11から見て、光配向膜12、液晶層13、光配向膜14、及び、液晶層15よりも外側に配されている。反射防止膜16は、レーザ2から出射されて光回折素子4に入射する光91の反射を抑制する。これにより、反射防止膜16は、到達した光91のうち、使用される光の効率を向上させる。また、反射防止膜16は、反射して散乱する光も抑制するので、光記憶媒体90からの信号の読み取りを低下させるノイズを低減することができる。
The
次に、上述した実施形態の光回折素子4を有する光ピックアップ1の動作について説明する。
Next, the operation of the
まず、レーザ光である光91が、レーザ2から出射される。この光91は、Y方向の偏光方向を有し、−Z方向に進行する。この光91は、偏光フィルター3に達する。ここで、光91は、Y方向を偏光方向とする直線偏光である。従って、ほとんどの光91は、偏光フィルター3を透過して、光回折素子4に達する。
First, light 91 which is laser light is emitted from the
光回折素子4の+Z側には反射防止膜16が設けられているので、光回折素子4に達した光91は、ほとんど反射されることなく、反射防止膜16に入射する。反射防止膜16を透過した光91は、液晶層15に入射する。液晶層15は、互いに光学軸が直交する2つの領域23、24を有するので、光91は、液晶層15を回折する。この結果、光91は、0次光910、1次光911、・・となる。回折した光91は、光配向膜14を透過した後、液晶層13に達する。液晶層13は、1/2波長板の構成を有するので、Y方向を偏光方向とする直線偏光の光91は液晶層13によってX方向を偏光方向とする直線偏光の光91に変換される。この後、光91は、光配向膜12及び基板11を透過して、光回折素子4から出射される。
Since the
この後、光91は、偏光ビームスプリッタ5に達する。ここで、光91は、X方向の偏光方向を有するので、偏光ビームスプリッタ5を透過して、コリメートレンズ6に達する。この後、光91は、コリメートレンズ6によって平行光に変換された後、1/4波長板7に達する。
Thereafter, the light 91 reaches the
次に、直線偏光の光91は、1/4波長板7によって円偏光に変換された後、対物レンズ8に達する。光91は、対物レンズ8によって集光されて、光記憶媒体90へと達する。この後、光記憶媒体90に達した光91のうち、0次光910、1次光911、または、その他の多次光の何れかが、光記憶媒体90によって+Z方向へと反射される。この後、反射された光91は、対物レンズ8によって平行光に変換された後、1/4波長板7に達する。円偏光の光91は、1/4波長板7によって、直線偏光に変換される。ここで、復路の円偏光の光91の回転方向は、固定端である光記憶媒体90の反射によって、往路の回転方向から反転されている。従って、復路において1/4波長板7を透過した直線偏光の光91の偏光方向は、往路において1/4波長板7に達した直線偏光の光91の偏光方向から90°回転されてY方向となっている。
Next, the linearly
次に、平行光である光91は、コリメートレンズ6によって集光されて、偏光ビームスプリッタ5へと達する。ここで偏光ビームスプリッタ5はY方向を偏光方向とする光を反射する。従って、Y方向を偏光方向とする直線偏光である復路の光91は、偏光ビームスプリッタ5によって+Y方向へと反射される。尚、復路の光91のうち、一部は偏光ビームスプリッタ5を透過するが、この透過した光91の多くは、Y方向を偏光方向とする偏光である。そして、この透過した光91の偏光方向は、光回折素子4の液晶層13によって90°回転されて、X方向となる。これにより、偏光ビームスプリッタ5を透過した光91は、偏光フィルター3によって遮断されて、レーザ2には達しない。
Next, the light 91 that is parallel light is collected by the collimating lens 6 and reaches the
この後、偏光ビームスプリッタ5によって+Y方向に反射された光91は、集光部9によって受光素子10へと集光される。受光素子10によって受光された光91は、電気信号に変換されて出力される。ここで、光ピックアップ1の初期設定では、3ビームトラッキング法が実行される。即ち、光回折素子4によって回折された光91のうち、1次光911等が反射されて受光素子10によって受光されると、0次光910が受光素子10によって受光されるように、光ピックアップ1が調整される。
Thereafter, the light 91 reflected in the + Y direction by the
次に、上述した実施形態による光回折素子4の製造方法について説明する。図4〜図8は、光回折素子の製造工程を説明する図である。図4、図6、図7において、大きい矢印は、光の照射方向を示し、その横の小さい矢印は光の偏光方向を示す。
Next, a method for manufacturing the
まず、図4に示すように、第二塗布工程において、透明な基板11の+Z面の全体に、例えば紫外線硬化樹脂からなる光配向膜12を塗布する。この後、第二配向形成工程において、紫外線であって、光配向膜14の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する直線偏光を光配向膜12に照射して、光配向膜12を配向させる。これにより、光配向膜14の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する光配向膜12が形成される。
First, as shown in FIG. 4, in the second application step, a photo-
次に、図5に示すように、第二液晶形成工程において、光配向膜12上に液晶を塗布する。この後、液晶を乾燥させた後、紫外線を照射することにより硬化させて、液晶層13を形成する。尚、加熱により液晶層13を硬化させてもよい。ここで、液晶層13の光学軸は、下層の光配向膜12の配向方向に基づいて平行に配向する。この結果、光配向膜12の一様な配向方向に平行な光学軸を有する液晶層13が形成される。
Next, as shown in FIG. 5, in the second liquid crystal forming step, liquid crystal is applied on the photo-
次に、図6に示すように、液晶層13の+Z面の全体に光配向膜14を塗布する。換言すると、塗布工程において、透明な基板11の+Z面に間接的に光配向膜14を塗布する。この状態で、所定間隔開けて、光配向膜14の+Z方向にマスク31を配置する。マスク31には、領域21と同形状の開口部32が形成されている。このマスク31の開口部32は、領域21を形成する領域の上方に配置される。次に、配向形成工程において、X方向を偏光方向とする直線偏光を、マスク31の開口部32を介して光配向膜14に照射する。これにより、領域21の配向方向が、X方向に配向する。
Next, as shown in FIG. 6, the photo-
次に、図7に示すように、開口部32が領域22の上方となるように、マスク31をY方向に移動させる。この状態で、Y方向を偏光方向とする直線偏光を、マスク31を介して、光配向膜14に照射する。これにより、領域22の配向方向が、Y方向に配向する。この結果、光配向膜14に互いに直交する直線偏光を照射して、配向方向が互いに直交し、周期的に並んで配された2つの領域21、22を光配向膜14に形成するための配向形成工程が終了する。
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、図8に示すように、光配向膜14上に液晶を塗布する。この後、液晶を乾燥させた後、紫外線を照射することにより硬化させて、液晶層15を形成する。尚、加熱により液晶層15を硬化させてもよい。ここで、液晶層15の光学軸は、下層の光配向膜14の配向方向に基づいて平行に配向する。従って、光配向膜14の領域21上に形成された液晶層15の領域23の光学軸はX方向となる。一方、光配向膜14の領域22上に形成された液晶層15の領域24の光学軸はY方向となる。これにより、光配向膜14の2つの領域21、22の配向方向のそれぞれに基づいて平行に配向した光学軸を有する2つの領域23、24が周期的に並んで配された液晶層15を形成するための液晶形成工程が終了する。
Next, as shown in FIG. 8, a liquid crystal is applied on the photo-
次に、液晶層15の+Z面の全体に反射防止膜16を形成する。これにより、図3に示す光回折素子4が完成する。
Next, the
次に、上述した実施形態による光回折素子4の効果について説明する。
Next, the effect of the
上記実施形態によれば、光回折素子4では、液晶層15が、光学軸を互いに直交させた領域23及び領域24であって、周期的に並べて配された領域23及び領域24によって光を回折させている。これにより、光回折素子4は、基板11を面全体で略均一な厚みにして、面全体で略等しい強度とすることができる。この結果、光回折素子4の厚みを小さくして、小型化することができる。
According to the above embodiment, in the
光回折素子4は、基板11に凹凸を形成する必要がないので、平坦性を向上させることができる。この結果、光回折素子4は、カバーガラス等を設けることなく、充分な透過波面収差を得ることができる。また、基板11に凹凸を形成する必要がないので、基板11に塵等が積もることを抑制できる。この結果、光回折素子4は、扱いが容易になり作業性が向上するとともに、塵等による光学性能の劣化を抑制できる。
Since the
光回折素子4では、1/2波長板として機能する液晶層13及び回折格子として機能する液晶層15を同じ基板11上に順に塗布することによって形成している。ここで、1/2波長板と回折格子とを別々の部品として製造した後に組み立てる場合、組み立て前の各部品は、強度を保つために一定の厚みを必要とする。このため、光回折素子の厚みは大きくなる。一方、実施形態による光回折素子4の場合、基板11が所定の強度を有すれば、塗布によって形成される液晶層13及び液晶層15の厚みを小さくすることができる。これにより、光回折素子4を薄型化することができる。また、液晶層13及び液晶層15の組み立て工程及び位置合わせ工程が不要となるので、製造工程を簡略化できる。
In the
光回折素子4では、反射防止膜16が、レーザ2からの光91が入射する面に形成されている。これにより、光回折素子4は、到達した光91の反射を低減して、使用される光の効率を反射防止膜16によって向上させることができる。また、光回折素子4は、反射により散乱する光も、反射防止膜16によって抑制することができる。これにより、光記憶媒体90からの信号の読み取りを低下させるノイズを低減することができる。更に、液晶層15が、反射防止膜16によって大気に曝されることを抑制することができる。この結果、液晶層15が、酸化等により劣化することを抑制できる。
In the
次に、上述した実施形態の光回折素子を変更した実施形態について説明する。尚、上述した実施形態と同様の構成には同じ符号をつけて説明を省略する。図9は、変更した実施形態による光回折素子のYZ平面に平行な断面図である。 Next, an embodiment in which the optical diffraction element of the above-described embodiment is changed will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted. FIG. 9 is a cross-sectional view parallel to the YZ plane of the optical diffraction element according to the modified embodiment.
図9に示すように、この実施形態による光回折素子4では、光配向膜14、液晶層15、光配向膜12、液晶層13、反射防止膜16が、この順に基板11の+Z面に配されている。換言すると、光配向膜12が、光配向膜14における基板11とは反対側に配されるとともに、光配向膜14の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する。液晶層13は、光配向膜12上に形成されるとともに、光配向膜12の一様な配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有する。
As shown in FIG. 9, in the
この実施形態による光回折素子4の製造方法では、まず、塗布工程、配向形成工程、及び、液晶形成工程を行う。
In the method for manufacturing the
次に、第二塗布工程において、光配向膜14における基板11とは反対側に、光配向膜12を塗布する。
Next, in the second coating step, the photo-
次に、第二配向形成工程において、光配向膜12に、光配向膜14の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する偏光を照射する。これにより、光配向膜14の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する光配向膜12を形成する。
Next, in the second alignment formation step, the photo-
次に、第二液晶形成工程において、光配向膜12上に液晶を塗布する。この後、液晶を乾燥及び硬化させることにより、光配向膜12の一様な配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有する液晶層13を形成する。
Next, a liquid crystal is applied on the photo-
この後、反射防止膜16を液晶層13上に形成して、図9に示す光回折素子4が完成する。
Thereafter, an
次に、上述した光回折素子を変更した実施形態について説明する。尚、上述した実施形態と同様の構成には同じ符号をつけて説明を省略する。図10は、変更した実施形態による光回折素子のYZ平面に平行な断面図である。 Next, an embodiment in which the above-described optical diffraction element is changed will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted. FIG. 10 is a cross-sectional view parallel to the YZ plane of the optical diffraction element according to the modified embodiment.
図10に示すように、この実施形態による光回折素子4では、光配向膜14、液晶層15、反射防止膜16が、この順に基板11の+Z面に配されるとともに、光配向膜12、液晶層13が、この順に基板11の−Z面に配されている。換言すると、光配向膜12は、基板11における光配向膜14とは反対の面に配されるとともに、光配向膜14の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する。液晶層13は、光配向膜12上に形成されるとともに、光配向膜12の一様な配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有する。
As shown in FIG. 10, in the
この実施形態による光回折素子4の製造方法の一例では、まず、塗布工程、配向形成工程、及び、液晶形成工程を行う。この後、反射防止膜16を液晶層13上に形成する。
In an example of the manufacturing method of the
次に、第二塗布工程において、基板11における光配向膜14とは反対の面に、光配向膜12を塗布する。
Next, in the second application step, the photo-
次に、第二配向形成工程において、光配向膜12に、光配向膜14の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する偏光を照射する。これにより、光配向膜14の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する光配向膜12を形成する。
Next, in the second alignment formation step, the photo-
次に、第二液晶形成工程において、光配向膜12上に液晶を塗布する。この後、液晶を乾燥及び硬化させることにより、一様な配向方向に基づいて平行に配向した光学軸を有する液晶層13を形成する。
Next, a liquid crystal is applied on the photo-
これにより、図10に示す光回折素子4が完成する。
Thereby, the
尚、この実施形態による光回折素子4の製造方法においては、塗布工程、配向形成工程、及び、液晶形成工程を、第二液晶形成工程の後に行ってもよい。
In the method for manufacturing the
上記図1から図10の実施形態において、1/2波長板として機能する光配向膜12および液晶層13が一組設けられているが、1/2波長板の構成はこれに限られない。他の例として、光配向膜12および液晶層13の組を、光学軸が所定の関係になるように複数積層することにより1/2波長板を構成してもよい。これにより、異なる波長のレーザ光に対しても1/2波長の位相差を与えることができ、複数種類の光記憶媒体に対応することができる。
In the embodiment of FIGS. 1 to 10 described above, one set of the photo-
また、部分的に変更する他の実施形態として、レーザから出射された光の偏光方向を、その光を回折させる液晶層の光学軸から傾斜させてもよい。 As another embodiment that is partially changed, the polarization direction of the light emitted from the laser may be tilted from the optical axis of the liquid crystal layer that diffracts the light.
また、部分的に変更する他の実施形態として、光を回折させる液晶層の2つの領域の面積を異ならせてもよい。これにより、0次光と1次光または多次光との強度及び方向を変更することができる。 As another embodiment that is partially changed, the areas of the two regions of the liquid crystal layer that diffract light may be different. Thereby, the intensity | strength and direction of 0th order light, primary light, or multi-order light can be changed.
また、部分的に変更する他の実施形態として、光配向膜14を厚くして、液晶層15を省略してもよい。この場合、光配向膜14の厚みは、回折させる光91の波長に対応させて設定することが好ましい。例えば、回折させる光91の波長が405nm〜787nmの場合、光配向膜14の厚みは、0.5μm〜10μm程度にすることが好ましい。この実施形態の製造方法では、光配向膜14を構成する材料を上述の厚みに対応させて塗布する。この後、所望の偏光方向を有する直線偏光の紫外線を、マスク31を介して、照射することにより塗布した材料を硬化させて、厚い光配向膜14を形成することができる。同様に、光配向膜12を厚くして、液晶層13を省略してもよい。
Further, as another embodiment that is partially changed, the photo-
また、部分的に変更する他の実施形態として、液晶層15の光学軸を、光配向膜14の配向方向と平行以外の方向に設定してもよい。例えば、液晶層15の光学軸を、光配向膜14の配向方向から90°回転させてもよい。同様に、液晶層13の光学軸を、光配向膜12の配向方向と平行以外の方向に設定してもよい。液晶層13の光学軸を、光配向膜12の配向方向から90°回転させてもよい。
As another embodiment that is partially changed, the optical axis of the
次に、シミュレーションによって調べた、領域23と領域24のリタデーションReと回折効率及び回折効率比との関係について説明する。このシミュレーションは、図2の構成から光配向膜12及び液晶層13を省略した構成で行った。リタデーションReは、以下の式で定義される。
Re=(ne−no)・d
ここで、neは、領域23及び領域24の材料の異常屈折率である。noは、領域23及び領域24の材料の常屈折率である。dは、領域23及び領域24の厚みである。
また、入射光の波長をλとして、(Re/λ)をリタデーション比と呼ぶことにする。図11は、リタデーション比を変化させた場合の、0次光及び±1次光の回折効率の変化を示すグラフである。図12は、リタデーション比を変化させた場合の、0次光に対する±1次光の回折効率比の変化を示すグラフである。回折効率比とは、(±1次光の回折効率)/(0次光の回折効率)のことである。尚、図中の[−]は、単位が無次元であることを示す。
Next, the relationship between the retardation Re, the diffraction efficiency, and the diffraction efficiency ratio of the
Re = (ne−no) · d
Here, ne is the extraordinary refractive index of the material of the
The wavelength of incident light is λ, and (Re / λ) is called a retardation ratio. FIG. 11 is a graph showing changes in diffraction efficiency of 0th-order light and ± 1st-order light when the retardation ratio is changed. FIG. 12 is a graph showing changes in the diffraction efficiency ratio of ± 1st order light with respect to 0th order light when the retardation ratio is changed. The diffraction efficiency ratio is (± first-order light diffraction efficiency) / (zero-order light diffraction efficiency). Note that [-] in the figure indicates that the unit is dimensionless.
このシミュレーションの条件を述べる。領域23及び領域24の形状は同じである。領域23の遅相軸の方向と領域24の遅相軸の方向は直交する。入射光は、領域23、24の長手方向と直交する偏光方向を有する直線偏光である。換言すれば、入射光の偏光方向は、領域23の遅相軸と平行である。
The conditions for this simulation will be described. The shape of the
図11に示すように、リタデーション比が大きくなるに連れて、0次光の回折効率は小さくなるとともに、1次光の回折効率は大きくなることがわかる。尚、0次光の回折効率の変曲点におけるリタデーション比は約0.25である。一方、1次光の回折効率の変曲点におけるリタデーション比は約0.25である。図12に示すように、回折効率比は、リタデーション比が大きくなるに連れて、指数関数的に大きくなることがわかる。これにより、リタデーション比を変化させることによって、当該回折効率比を制御することができる。例えば、光ピックアップにおいて、希望の回折効率比が0.1である場合、リタデーション比を0.15に設定すればよい。 As shown in FIG. 11, it can be seen that as the retardation ratio increases, the diffraction efficiency of the zero-order light decreases and the diffraction efficiency of the first-order light increases. The retardation ratio at the inflection point of the diffraction efficiency of the 0th-order light is about 0.25. On the other hand, the retardation ratio at the inflection point of the diffraction efficiency of the primary light is about 0.25. As shown in FIG. 12, it can be seen that the diffraction efficiency ratio increases exponentially as the retardation ratio increases. Thereby, the diffraction efficiency ratio can be controlled by changing the retardation ratio. For example, in the optical pickup, when the desired diffraction efficiency ratio is 0.1, the retardation ratio may be set to 0.15.
次に、シミュレーションによる領域23及び領域24の幅の比と回折効率及び回折効率比との関係について説明する。このシミュレーションは、図2の構成から光配向膜12及び液晶層13を省略した構成で行った。尚、幅とは、長手方向と直交する方向の領域23、24の長さのことである。下記の説明において、領域24の幅に対する領域23の幅の比を幅比WRという。図13は、幅比WRを変化させた場合の、0次光及び±1次光の回折効率の変化を示すグラフである。図14は、幅比WRを変化させた場合の、0次光に対する±1次光の回折効率比の変化を示すグラフである。
Next, the relationship between the width ratio of the
このシミュレーションの条件を述べる。領域23及び領域24の波長に対するリタデーションの比は0.25である。領域23の遅相軸の方向と領域24の遅相軸の方向は直交する。入射光は、領域23、24の長手方向と直交する偏光方向を有する直線偏光である。換言すれば、入射光の偏光方向は、領域23の遅相軸と平行である。
The conditions for this simulation will be described. The ratio of the retardation to the wavelength of the
図13に示すように、幅比WRが大きくなるに連れて、0次光の回折効率は小さくなるとともに、1次光の回折効率は大きくなることがわかる。これに伴って、図14に示すように、回折効率比は、幅比WRが大きくなるに連れて、大きくなることがわかる。但し、幅比WRが一定の大きさ以上となると、回折効率比はほとんど変化しないことがわかる。尚、1次光の変曲点は、幅比WRが約0.25である。回折効率比の変曲点は、幅比WRが約0.25である。これにより、1次光の変曲点と回折効率比の変曲点は、略同じ幅比WRで生じていることがわかる。尚、リタデーション比が0.25である光ピックアップにおいて、希望の回折効率比が0.1である場合、幅比WRは0.25に設定すればよい。 As shown in FIG. 13, it can be seen that as the width ratio WR increases, the diffraction efficiency of the 0th-order light decreases and the diffraction efficiency of the 1st-order light increases. Accordingly, as shown in FIG. 14, it can be seen that the diffraction efficiency ratio increases as the width ratio WR increases. However, it can be seen that the diffraction efficiency ratio hardly changes when the width ratio WR exceeds a certain value. The inflection point of the primary light has a width ratio WR of about 0.25. The inflection point of the diffraction efficiency ratio has a width ratio WR of about 0.25. Accordingly, it can be seen that the inflection point of the primary light and the inflection point of the diffraction efficiency ratio are generated at substantially the same width ratio WR. In the optical pickup having a retardation ratio of 0.25, when the desired diffraction efficiency ratio is 0.1, the width ratio WR may be set to 0.25.
図15は、変更した実施形態による光回折素子の分解斜視図である。図15に示すように、本実施形態の光回折素子104では、光配向膜14の領域21の配向方向と領域22の配向方向は、互いに異なる方向である。領域21の配向方向と領域22の配向方向との交差角度を「θ」とする。交差角度θは、0°<θ≦90°の間で適宜変更してよい。液晶層15の領域23の光学軸と領域24の光学軸は、領域21、22の配向方向に倣って、互いに異なる方向である。液晶層15の領域23の光学軸と領域24の光学軸は、交差角度θで交差する。このような構成は、光配向膜14の領域21、22を形成する場合に、互いに偏光方向が異なる偏光を照射することによって、製造できる。
FIG. 15 is an exploded perspective view of an optical diffraction element according to a modified embodiment. As shown in FIG. 15, in the
交差角度θを制御することによって、0次光及び1次光の回折効率を設定できる。また、交差角度θを制御することによって、0次光を楕円偏光にするとともに、その楕円率を設定できる。これにより、例えば、光回折素子104をレーザ光源のプロジェクターに適用した場合、出射される0次光を希望の楕円率を有する楕円偏光にすることができる。この結果、レーザ光源から出射される光のコヒーレント性の高さに起因するスペックル及び色むらによる画質の低下を抑制できる。
By controlling the crossing angle θ, it is possible to set the diffraction efficiencies of the zero-order light and the first-order light. Further, by controlling the crossing angle θ, the zero-order light can be made into elliptically polarized light, and its ellipticity can be set. Thereby, for example, when the
次に、シミュレーションによって調べた、図15の光回折素子104の領域23、24の遅相軸の交差角度θと、回折効率、及び、楕円率との関係について説明する。このシミュレーションは、図15の構成から光配向膜12及び液晶層13を省略した構成で行った。このシミュレーションの条件を述べる。領域23及び領域24の波長に対するリタデーションの比は、0.15である。領域23及び領域24の形状は同じである。領域23の遅相軸は領域23、24の長手方向と直交した状態で固定する。そして、領域23の遅相軸と領域24の遅相軸との間の交差角度θを0°から90°の間で変化させる。入射光は、領域23、24の長手方向と直交する偏光方向を有する直線偏光である。換言すれば、入射光の偏光方向は、領域23の遅相軸と平行である。
Next, the relationship between the crossing angle θ of the slow axes of the
図16は、領域23の遅相軸と領域24の遅相軸の交差角度θと、0次光及び1次光の回折効率との関係を示すグラフである。図16に示すように、交差角度θが大きくなるに連れて、0次光の回折効率は小さくなるとともに、1次光の回折効率は大きくなる。
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the crossing angle θ between the slow axis of the
図17は、領域23の遅相軸と領域24の遅相軸の交差角度θと、0次光及び1次光の楕円率との関係を示すグラフである。楕円率とは、長径に対する短径の比である。即ち、「楕円率=短径/長径」である。図17に示すように、交差角度θが47°から50°の場合、0次光の楕円率は最大値の0.24となる。また、交差角度θが0°または90°の場合、0次光は直線偏光で出射されることがわかる。一方、交差角度θの変化に関わらず、1次光の楕円率は略0であることがわかる。これにより、1次光は、交差角度θに関係なく直線偏光で出射されることがわかる。
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the crossing angle θ between the slow axis of the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
1 光ピックアップ
2 レーザ
3 偏光フィルター
4 光回折素子
5 偏光ビームスプリッタ
6 コリメートレンズ
7 1/4波長板
8 対物レンズ
9 集光部
10 受光素子
11 基板
12 光配向膜
13 液晶層
14 光配向膜
15 液晶層
16 反射防止膜
21 領域
22 領域
23 領域
24 領域
31 マスク
32 開口部
90 光記憶媒体
91 光
910 0次光
911 1次光
104 光回折素子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第二光配向膜に偏光を照射することにより、一様な配向方向を有する第二光配向膜を配向させる第二配向形成工程と、
前記第二光配向膜における前記基板とは反対側に直接、光配向膜を塗布する塗布工程と、
前記光配向膜に、互いに偏光方向が異なる偏光を照射することにより、配向方向が互いに異なる方向であって、周期的に並んで配された2つの領域を形成する配向形成工程と
を備え、
前記第二配向形成工程において、前記第二光配向膜に、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する偏光を照射することにより、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する前記第二光配向膜を配向させる光回折素子の製造方法。 A second coating step of coating the second photo-alignment film on one surface of the transparent substrate ;
A second alignment forming step of aligning the second photo-alignment film having a uniform alignment direction by irradiating the second photo-alignment film with polarized light;
A coating step of directly coating the photo-alignment film on the opposite side of the second photo-alignment film from the substrate ;
It said optical alignment layer, by irradiating a polarized light polarization directions different from each other, a different direction alignment direction from each other, Bei example an alignment formation step of forming two regions arranged side by side periodically,
In the second alignment formation step, by irradiating the second photo-alignment film with polarized light having a polarization direction oblique to the alignment direction of the photo-alignment film, the alignment direction of the photo-alignment film A method of manufacturing an optical diffraction element, wherein the second optical alignment film having a uniform alignment direction that is skewed is aligned .
前記光配向膜に、互いに偏光方向が異なる偏光を照射することにより、配向方向が互いに異なる方向であって、周期的に並んで配された2つの領域を形成する配向形成工程と、
前記光配向膜における前記基板とは反対側に直接、第二光配向膜を塗布する第二塗布工程と、
前記第二光配向膜に、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する偏光を照射することにより、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する第二光配向膜を配向させる第二配向形成工程と
を備える光回折素子の製造方法。 An application step of applying a photo-alignment film on one surface of a transparent substrate;
An alignment forming step of irradiating the optical alignment film with polarized light having different polarization directions from each other, thereby forming two regions in which the alignment directions are different from each other and periodically arranged,
A second coating step of directly coating the second photo-alignment film on the opposite side of the photo-alignment film from the substrate;
Uniform orientation direction oblique to the alignment direction of the photo-alignment film by irradiating the second photo-alignment film with polarized light having a polarization direction oblique to the alignment direction of the photo-alignment film A second alignment forming step of aligning a second photo-alignment film having
The manufacturing method of an optical diffraction element provided with .
前記第二光配向膜に偏光を照射することにより、一様な配向方向を有する前記第二光配向膜を配向させる第二配向形成工程と、A second alignment forming step of aligning the second photo-alignment film having a uniform alignment direction by irradiating the second photo-alignment film with polarized light;
前記第二光配向膜上に液晶を塗布して硬化することにより、前記一様な配向方向に基づいて配向した光学軸を有する第二液晶層を形成する第二液晶形成工程と、A second liquid crystal forming step of forming a second liquid crystal layer having an optical axis oriented based on the uniform orientation direction by applying and curing a liquid crystal on the second photo-alignment film;
前記第二液晶層における前記第二光配向膜とは反対側に直接、光配向膜を塗布する塗布工程と、A coating step of directly coating the photo-alignment film on the side opposite to the second photo-alignment film in the second liquid crystal layer;
前記光配向膜に、互いに偏光方向が異なる偏光を照射することにより、配向方向が互いに異なる方向であって、周期的に並んで配された2つの領域を形成する配向形成工程とAn alignment forming step of irradiating the photo-alignment film with polarized light having different polarization directions, thereby forming two regions having different alignment directions and periodically arranged side by side;
を備え、With
前記第二配向形成工程において、前記第二光配向膜に、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する偏光を照射することにより、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する前記第二光配向膜を配向させる光回折素子の製造方法。In the second alignment formation step, by irradiating the second photo-alignment film with polarized light having a polarization direction oblique to the alignment direction of the photo-alignment film, the alignment direction of the photo-alignment film A method of manufacturing an optical diffraction element, wherein the second optical alignment film having a uniform alignment direction that is skewed is aligned.
前記光配向膜に、互いに偏光方向が異なる偏光を照射することにより、配向方向が互いに異なる方向であって、周期的に並んで配された2つの領域を形成する配向形成工程と、An alignment forming step of irradiating the optical alignment film with polarized light having different polarization directions from each other, thereby forming two regions in which the alignment directions are different from each other and periodically arranged,
前記光配向膜上に液晶を塗布して硬化することにより、前記2つの領域の配向方向に基づいて配向した光学軸を有する2つの領域が周期的に並んで配された液晶層を形成する液晶形成工程と、Liquid crystal that forms a liquid crystal layer in which two regions having optical axes aligned based on the alignment direction of the two regions are periodically arranged by applying and curing a liquid crystal on the photo-alignment film Forming process;
前記液晶層における前記配向膜とは反対側に直接、第二光配向膜を塗布する第二塗布工程と、A second coating step of directly coating the second photo-alignment film on the opposite side of the liquid crystal layer from the alignment film;
前記第二光配向膜に、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する偏光方向を有する偏光を照射することにより、前記光配向膜の配向方向に対して斜行する一様な配向方向を有する前記第二光配向膜を配向させる第二配向形成工程とUniform orientation direction oblique to the alignment direction of the photo-alignment film by irradiating the second photo-alignment film with polarized light having a polarization direction oblique to the alignment direction of the photo-alignment film A second alignment forming step of aligning the second photo-alignment film having
を備える光回折素子の製造方法。The manufacturing method of an optical diffraction element provided with.
前記第二光配向膜上に液晶を塗布することにより、前記一様な配向方向に基づいて配向した光学軸を有する第二液晶層を形成する第二液晶形成工程と
をさらに備える請求項5に記載の光回折素子の製造方法。 After the second alignment formation step,
By applying the liquid crystal onto the second optical alignment layer, to claim 5, further comprising a second liquid crystal forming step of forming a second liquid crystal layer having an optical axis oriented in accordance with the uniform alignment direction The manufacturing method of the optical diffraction element of description.
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