JP2002258725A

JP2002258725A - ホログラム素子製造方法、ホログラム素子および光ピックアップ装置

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Publication number: JP2002258725A
Application number: JP2001054302A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Takemori; 浩俊竹森
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-11
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP3860715B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の製造方法をそのまま用いて、その製造
方法にわずかな改良を加えることによって、量産性を損
なうことなく高精度で所望のホログラム素子を製造する
方法、および前記方法によって製造されたホログラム素
子を提供することを目的とする。【解決手段】ホログラム素子のホログラムの各領域に
ホトリソグラフィー法で回折格子を形成するときに、各
領域の回折格子の１次回折効率を測定して、各回折格子
のデューティー比を算出し、このデューティー比に基づ
いて露光量を決定し、１次回折効率比および露光量が所
定の値になるようにホログラム素子を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光記録媒体記録再
生装置に搭載される光ピックアップ装置に用いられるホ
ログラム素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報を記録したり、記録される情報を読
出したりできる光ディスクは、大量の情報を高密度で記
録できるため、映像音響機器およびコンピュータなど多
分野にわたって利用されている。図１１（１）は、従来
の光ピックアップ装置１を示す概略図である。光ピック
アップ装置１は、光源２、立上げミラー３、コリメータ
レンズ４、対物レンズ５および光検出器６で構成され
る。光源２から出射した光は、立上げミラー３を透過
し、コリメータレンズ４を透過して平行光になり、対物
レンズ５によって光ディスク１０の情報記録面に集光さ
れる。光ディスク１０の情報記録面で反射された光ディ
スク１０の記録情報を有する信号光は、対物レンズ５お
よびコリメータレンズ４を透過して、立上げミラー３で
反射されて、光検出器６に入射する。

【０００３】光ディスクに記録される情報を読取る光記
録媒体記録再生装置に搭載される光ピックアップ装置の
再生特性を向上させるために、より多くの再生信号光を
光検出器に入射させる必要があり、偏光光学系を採用す
ることによって再生信号の質の向上を図ってきた。近
年、受光素子を含む光検出部およびドライブ技術の進歩
によって、信号光が弱くても充分な再生特性が得られる
ようになり、また装置の小形化および低コスト化のニー
ズが高まってきたために、偏光光学系を採用せずに、よ
り簡素な構成の光学系を採用するようになってきた。そ
の代表的な例として、回折素子を用いて、光源と光検出
部とを一体化した集積ユニット光学系がある。

【０００４】図１１（２）は、集積ユニット光学系を用
いた光ピックアップ装置１１を示す概略図である。光ピ
ックアップ装置１１は、大略的には集積ユニット１２お
よび対物レンズ１３で構成される簡素な構成であり、集
積ユニット１２と対物レンズ１３との間にコリメータレ
ンズ１４を配置する構成となっている。また集積ユニッ
ト１２を用いる光ピックアップ装置は、集積ユニット１
２と対物レンズ１３との間に立上げミラーを配置する構
成としてもよい。

【０００５】集積ユニット１２は、ホログラム素子１
５、光源であるレーザ素子１７および光検出部である受
光素子１８で構成される。ホログラム素子１５には、ホ
ログラム１６が形成される。ホログラム１６は、２つの
領域に分割され、各領域には回折格子が形成される。レ
ーザ素子１７から出射した光は、ホログラム素子１５の
ホログラム１６を透過し、コリメータレンズ１４を透過
して、対物レンズ１３によって光ディスク１０の情報記
録面に集光される。対物レンズ１３およびコリメータレ
ンズ１４を透過した光ディスク１０からの反射光がホロ
グラム１６に入射して、ホログラム１６の各領域の回折
格子によって回折して光検出部１８に入射する。ホログ
ラム１６の一方の領域で回折された反射光は、光ディス
ク１０のピット情報の検出に用いられ、他方の領域で回
折された反射光は、ピット情報の検出および焦点誤差信
号の検出に用いられる。

【０００６】またホログラム１６の各領域で回折された
光の強度差によって、トラック誤差信号の検出を行う。
この場合、ホログラムの各回折格子の１次回折効率が等
しくないと、トラック誤差信号にオフセットが発生し、
光ピックアップ装置による光ディスク上のトラックへの
追従がうまくできなくなり、ピット情報がうまく検出で
きない。このためにホログラム素子を製造するときに、
ホログラムの各領域の回折格子の１次回折効率の比であ
る１次回折効率比を０．９〜１．１の範囲で管理して製
造していた。ホログラムを形成する回折格子の１次回折
効率は、回折格子の溝の深さおよび溝の開口幅によって
決まるが、回折格子の溝の深さおよび溝の開口幅を管理
することは困難である。

【０００７】図１２は、ホトリソグラフィー法によるホ
ログラムの製造工程を示す断面図である。図１２（１）
に示される基板洗浄工程において、ガラス基板２１の表
面が洗浄される。図１２（２）に示されるレジスト塗布
工程において、感光体であるレジスト２２をスピンコー
ト法によってガラス基板２１の表面に塗布し、溶剤揮発
のためにベーキングを行う。

【０００８】図１２（３）に示される露光工程では、ガ
ラス基板２１とホログラムを構成する回折格子の微細パ
ターンを有するマスクとを、レジスト２２を介して密着
させて紫外線を照射し、回折格子の微細パターンがレジ
スト２２に形成される。図１２（４）に示されるエッチ
ング工程において、露光工程において得られた微細パタ
ーンが形成されるレジスト２２を有するガラス基板２１
を、ＣＦ₄ ガスをエッチングガスとして用いて、反応性
イオンエッチング装置（略称：ＲＩＥ装置）によってド
ライエッチングを行う。

【０００９】図１２（５）に示されるアッシング工程で
は、ガラス基板２１に残留するレジスト２２を、溶剤に
よる除去、または酸素ガス雰囲気中での灰化除去を行
う。図１２（６）に示される分断工程では、ガラス基板
２１に形成された複数のホログラムを、最終的に必要と
される形状に分割する。

【００１０】図１３は、ホトリソグラフィー法を用いて
ホログラムを製造するときの回折効率比を管理する手順
を示すフローチャートである。先ずガラス板にマスクを
密着させる。次にホログラムの各領域の１次回折効率
を、露光時間を変えて３回測定する。

【００１１】次に１次回折効率比が０．９〜１．１であ
るか否かを判断する。１次回折効率は、ある露光量でピ
ークを有するので、測定した各領域の１次回折効率を用
いて、たとえば２次補間法によって各領域の１次回折効
率が最大となる最適な露光量を求め、この最適な露光量
における１次回折効率比を求める。この１次回折効率比
が０．９〜１．１の範囲内であるか否かを判断し、範囲
内でないと判断されると再び露光条件を変更する。この
ようにして、１次回折効率比が０．９〜１．１の範囲内
となる最適な露光条件が決定される。露光条件が決定す
ると、これに基づいてホログラムの量産を行う。このよ
うにマスクを変更する度に、このような最適露光量の管
理を行えば、常にホログラムの２つの領域の１次回折効
率比を０．９〜１．１の範囲内で管理することができ
る。

【００１２】このような光学系に用いられるホログラム
素子として、従来のガラス素子の他に、特開平１０−１
８７０１４号公報および特開平１０−２５４３３５号公
報に開示される紫外線硬化型樹脂製の素子が使用され
る。紫外線硬化型樹脂製の素子を使用することによっ
て、従来のガラス素子にくらべて、材料が安価であるだ
けでなく、製造方法としてホトポリマー法（略称：２Ｐ
法）と呼ばれる生産性の良い方法を利用することがで
き、ホログラム素子の製造コストを小さくすることがで
きる。

【００１３】図１４は、ホトポリマー法によるホログラ
ムの製造工程を示す断面図である。先ず図１４（１）に
示されるように、予め上述のホトリソグラフィー法によ
ってガラス板に回折格子の型を形成した一対のスタンパ
２３Ａ，２３Ｂを用いて、一方のスタンパ２３Ａの回折
格子の型が形成される面をガラス基板２４の一方の面に
面して配置し、他方のスタンパ２３Ｂの回折格子の型が
形成される面をガラス基板２４の他方の面に面して配置
して、ガラス基板２４の一方の面に紫外線硬化型樹脂２
５を塗布し、他方のスタンパ２３Ｂの回折格子の型が形
成される面に紫外線硬化型樹脂２５を塗布する。

【００１４】続いて図１４（２）に示されるように、ス
タンパ２３Ａ，２３Ｂをガラス基板２４に当接させて、
必要に応じて加圧して、紫外線硬化型樹脂２５をガラス
基板２４の面に充分に圧し広げて、紫外線を照射して紫
外線硬化型樹脂２５を硬化させる。さらに図１４（３）
に示されるように、ガラス基板２４および紫外線硬化型
樹脂２５からスタンパ２３Ａ，２３Ｂを剥離させる。こ
のようにしてガラス基板２４に回折格子が形成される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述のホログラムの製
造において、ホログラムの１次回折効率比だけを管理す
ると、ホログラムの回折格子に反射防止膜を設けたり、
２Ｐ法においてガラス板をスタンパとして用いたりする
と、形成されたホログラムの１次回折効率比が所定の値
０．９〜１．１からしばしば外れてしまうことがある。
これは回折効率比だけを管理しているので、ホログラム
のいずれかの領域の回折格子の１次回折効率が偏った１
次回折効率になっていることに起因する。

【００１６】１次回折効率比を所定の範囲内にすること
は、特に２つの領域の回折格子の格子間隔に差がある場
合には非常に困難であった。このような場合には、格子
間隔と格子の溝の開口幅との比であるデューティー比を
犠牲にして、所望の１次回折効率比を得ることが多かっ
た。デューティー比が所定の範囲外でも、所望の１次回
折効率比を得ることができる。

【００１７】デューティー比が所定の範囲外であると
き、回折格子の溝の開口幅と凸部の幅とが異なるため
に、たとえば回折格子に反射防止膜を蒸着すると、ホロ
グラムの光学特性が変化してしまうことがあった。２Ｐ
法によって回折格子を形成する場合には、スタンパと形
成された回折格子とでは光学特性が異なるという問題が
発生し、また形成したホログラム素子に反射防止膜を蒸
着することによって光学特性が変化するという問題も発
生した。

【００１８】上述の問題を解決する方法として、ホログ
ラム素子の各領域の回折格子の回折効率を管理する、す
なわち各領域の回折格子のデューティー比および溝の深
さを管理することが考えられる。しかしデューティー比
の測定は、レーザ顕微鏡等を用いると測定に要する時間
は短いが、回折格子の格子間隔が２μｍ程度と非常に小
さいために、高精度で測定することが困難であった。ま
た、たとえば走査型トンネル顕微鏡（略称：ＳＴＭ）お
よび原子間力顕微鏡（略称：ＡＦＭ）等の高精度で微細
パターンを測定することができる装置を用いると、測定
に要する時間が長く、すべてのホログラムを検査するこ
とができない。さらに測定に要する時間を短くするため
に、回折格子の極微小な領域だけを測定すると、ホログ
ラム全体にわたって光学特性が満足する特性となる保証
ができなかった。元来、ＳＴＭおよびＡＦＭなどでは、
測定できる領域が小さく、大きなホログラムでは一度の
測定では全体を測定できないという問題もあった。

【００１９】また回折格子の開口幅は、露光工程（アラ
イメント工程）において用いられるマスクの微細パター
ンの開口幅および露光量によって主に決定される。この
とき、用いるマスクの開口幅が適切でないと、露光量等
の露光条件を変更して回折格子を形成しても所望の特性
となる回折格子を得ることができない。

【００２０】したがって本発明の目的は、従来の製造方
法をそのまま用いて、その製造方法にわずかな改良を加
えることによって、量産性を損なうことなく高精度で所
望のホログラム素子を製造する方法、および前記方法に
よって製造されたホログラム素子を提供することであ
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも２
つの領域に分割され、各領域に回折格子が形成されるホ
ログラムを有する多分割ホログラム素子の製造方法にお
いて、各領域における回折格子の格子間隔と溝の開口幅
との比であるデューティー比、および各領域の１次回折
効率の比である１次回折効率比が、それぞれ所定の値の
範囲になるように製造することを特徴とするホログラム
素子製造方法である。

【００２２】本発明に従えば、ホログラム素子の各領域
の１次回折効率比だけでなく、各領域の回折格子のデュ
ーティー比が所定の値の範囲になるようにホログラム素
子を製造することができるので、ホトポリマー法（略
称：２Ｐ法）によってホログラム素子を製造したり、ホ
ログラムに反射防止膜を設けたりしても、１次回折効率
比が所定の値の範囲から外れることなく、所望の光学特
性を有するホログラム素子を製造することができる。

【００２３】また本発明は、前記ホログラム素子の回折
格子がホトリソグラフィー工程によって形成され、測定
した各領域の回折格子の１次回折効率に基づいてデュー
ティー比を算出し、これに基づいて露光量を決定するこ
とを特徴とする。

【００２４】本発明に従えば、ホログラムの各領域の回
折格子の１次回折効率を測定して、各回折格子のデュー
ティー比を算出するので、ホログラムの一部しか測定で
きない走査型トンネル顕微鏡および原子間力顕微鏡など
によって測定されるデューティー比に比べて、ホログラ
ム全体にわたる信頼性の高いデューティー比を得ること
ができ、所望の光学特性を有するホログラム素子を製造
することができる。

【００２５】また本発明は、前記デューティー比の所定
の値の範囲は０．４〜０．６であることを特徴とする。

【００２６】本発明に従えば、回折格子の溝の開口幅と
凸部の幅との比がほぼ１：１になるので、最適な光学特
性を有するホログラム素子を製造することができる。

【００２７】また本発明は、前記１次回折効率比の所定
の値の範囲は０．９〜１．１であることを特徴とする。

【００２８】本発明に従えば、１次回折効率比が１近傍
となるので、最適な光学特性を有するホログラム素子を
製造することができる。

【００２９】また本発明は、ホログラムの領域のうち少
なくとも１つの領域に反射防止膜を設けることを特徴と
する。

【００３０】本発明に従えば、回折格子に反射防止膜を
設けることによって、回折格子による光の反射を防ぐこ
とができ、回折効率を高めることができる。また回折格
子に反射防止膜を設けても、光学特性が変化しないホロ
グラム素子を製造することができる。

【００３１】また本発明は、ホトリソグラフィー工程で
形成された回折格子の型を用いて成型して製造すること
を特徴とする。

【００３２】本発明に従えば、回折格子の型であるスタ
ンパを用いて、再現性の高い樹脂製のホログラムを有す
るホログラム素子を、個々のホログラムの光学的特性の
ばらつきを抑制するとともに生産性を高くして製造する
ことができる。

【００３３】また本発明は、少なくとも２つの領域に分
割され、各領域に回折格子が形成されるホログラムを有
する多分割ホログラム素子であって、前記ホログラムの
各領域における回折格子の格子間隔と溝の開口幅との比
であるデューティー比の値の範囲が０．４〜０．６であ
り、前記ホログラムの各領域の１次回折効率の比である
１次回折効率比の値の範囲が０．９〜１．１であり、前
記ホログラムの領域のうち少なくとも１つの領域には反
射防止膜が設けられることを特徴とするホログラム素子
である。

【００３４】本発明に従えば、ホログラム素子の各領域
の１次回折効率比だけでなく、各領域の回折格子のデュ
ーティー比が所定の値の範囲になり、ホログラム素子の
ホログラムに入射した光を、所望の回折方向に回折させ
ることができる。またホログラムに反射防止膜を設けら
れるので、光の利用効率を高くすることができる。

【００３５】また本発明は、前記のホログラム素子と、
レーザ光を出射する光源と、ホログラム素子によって回
折された光を受光する光検出部とを備えることを特徴と
する光ピックアップ装置である。

【００３６】本発明に従えば、ホログラム素子を用いる
ことによって、ホログラム素子と光源と受光素子とを一
体化した集積ユニットとすることができ、光ピックアッ
プ装置の光学系の構成を単純にすることができる。また
ホログラム素子に形成される回折格子の光学的特性が良
好なので、光ピックアップ装置は、Ｃ／Ｎ等の電気的特
性が良好となる。また個々のホログラム素子は、光学的
特性のばらつきが抑制されて製造されるので、個々の光
ピックアップ装置の電気的特性のばらつきも抑制され
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】図１（１）は、本発明の実施の一
形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第
１のホログラム素子３１を示す平面図であり、図１
（２）は、第１のホログラム素子３１のホログラム３２
に形成される回折格子３３を示す断面図である。第１の
ホログラム素子３１およびホログラム３２の材質は、石
英ガラスである。第１のホログラム素子３１の一表面の
中央部に、ホログラム３２が設けられる。ホログラム３
２の回折格子３３は、図１２で説明したホトリソグラフ
ィー法によって形成される。本実施の形態において、反
応性イオンエッチング装置（略称：ＲＩＥ装置）でＣＦ
₄ ガスをエッチングガスとして用いてドライエッチング
を行って回折格子３３を形成し、回折格子３３の溝の深
さを３７０ｎｍとした。

【００３８】図２は、ホログラムを示す平面図である。
図２（１）は、機種Ａのホログラムを示す。機種Ａにお
いてホログラムは、領域αおよび領域βの２つの領域に
分割されており、各領域α，βにおける回折格子の格子
間隔であるピッチは表１に示される値となっている。図
２（２）は、機種Ｂのホログラムを示す。機種Ｂにおい
てホログラムは、機種Ａと同様に領域αおよび領域βの
２つの領域に分割されており、各領域α，βにおける回
折格子のピッチは表１に示される値となっている。図２
（３）は、機種Ｃのホログラムを示す。機種Ｃにおいて
ホログラムは、領域α、領域βおよび領域γの３つの領
域に分割されており、各領域α，β，γにおける回折格
子のピッチは表１に示される値となっている。

【００３９】

【表１】

【００４０】第１のホログラム素子３１のホログラム３
２は、図２（２）に示される機種Ｂであり、表１に示さ
れるように領域αおよび領域βの回折格子のピッチはそ
れぞれ１．８９３μｍ〜２．０３μｍおよび１．４５３
μｍ〜１．６５５μｍである。

【００４１】本実施の形態のホログラム素子製造方法
は、複数種類の露光量でエッチングを行う毎に各領域
α，βの回折格子の１次回折効率を測定し、測定した露
光量および１次回折効率と、予め定めるデューティー比
と１次回折効率との関係を表す式とに基づいて、ホログ
ラムの各領域α，βの回折格子のデューティー比を算出
する。

【００４２】図３は、本実施の形態の第１のホログラム
素子３１を製造する手順を示すフローチャートである。
ステップｓ０で前記手順が開始され、ステップｓ１に進
む。ステップｓ１では、回折格子のパターンが形成され
るマスクを作成し、ステップｓ２に進む。ステップｓ２
では、ホログラム３２の各領域α，βを複数種類、本実
施の形態においては３種類の露光量で露光してエッチン
グを行い、各露光量によるエッチング毎に各領域α，β
の１次回折効率を測定して、ステップｓ３に進む。

【００４３】ステップｓ３では、ステップｓ２において
測定された各領域α，βの１次回折効率と露光量との関
係から、各領域α，βの１次回折効率が最大となる露光
量を求める。ステップｓ４に進む。ステップｓ３におけ
る１次回折効率が最大となる露光量の求め方は、たとえ
ば測定された１次回折効率のうち最大の１次回折効率と
なる露光量としてもよく、また測定によって得られた各
領域α，βの１次回折効率と露光量とから、この１次回
折効率との関係を２次曲線で補間して、１次回折効率が
最大となる露光量を推定して求めても良い。また１次回
折効率と露光量との関係を求める方法としては、１枚の
ダミーガラスを用いて、多重露光法によって前記ダミー
ガラスに露光して求めてもよいし、複数のガラスを用い
て、各ガラスに露光して求めてもよい。

【００４４】続いてステップｓ４では、ステップｓ３で
求めた各領域α，βの回折格子の１次回折効率が最大と
なる露光量を用いてホログラム３２を作成し、改めて測
定したホログラム３２の各領域α，βの１次回折効率と
露光量とから、各領域α，βの回折格子３３のデューテ
ィー比を算出し、ステップｓ５に進む。各領域α，βの
回折格子３３のデューティー比と、各領域α，βの１次
回折効率ηｅとの関係は、次式（１）で表される。

【００４５】 ηｅ＝ηｍ｛１−ｃｏｓ（２πＤ１／Ｄ）｝ …（１）式（１）のＤは回折格子の格子間隔（以後、「ピッチ」
ともいう）であり、Ｄ１は回折格子の溝の開口幅であ
る。式（１）においてデューティー比は、Ｄ１／Ｄであ
る。ηｍは各領域α，βの最大回折効率であり、各領域
α，βの１次回折効率と露光量との関係から求められ
る。

【００４６】図４（１）は、矩形断面の溝および凸部を
有する回折格子のピッチＤと溝の開口幅Ｄ１とを示す断
面図であり、図４（２）は側壁がテーパになる溝を有す
る回折格子のピッチＤと溝の開口幅Ｄ１とを示す断面図
である。図４（２）に示される台形断面の溝および凸部
を有する回折格子において、溝の開口幅Ｄ１は溝の深さ
ｔの半分の位置における開口幅と定義する。

【００４７】ステップｓ５では、式（１）によって求め
られた各領域α，βのデューティー比が、０．４〜０．
６であるか否かを判断し、デューティー比が０．４〜
０．６であると判断されるとステップｓ６に進み、デュ
ーティー比が０．４〜０．６でないと判断されるとステ
ップｓ２に戻る。ステップｓ５においてデューティー比
が０．４〜０．６であると判断されると、ステップｓ６
では、領域α，βの１次回折効率比が０．９〜１．１で
あるか否かを判断し、１次回折効率比が０．９〜１．１
であると判断されるとステップｓ７に進み、１次回折効
率比が０．９〜１．１でないと判断されるとステップｓ
９に進む。

【００４８】ステップｓ６において１次回折効率比が
０．９〜１．１であると判断されると、ステップｓ７で
は、上述のステップにおいて得られたデューティー比と
露光量との関係から、デューティー比が所定の値の範囲
となる露光量の範囲を決定し、１次回折効率比が所定の
値の範囲となる露光量の範囲をして、これらから最適露
光量を決定し、この最適露光量を用いてホログラム３２
を量産して、ステップｓ８に進み、すべての手順を終了
する。ステップｓ６において１次回折効率比が０．９〜
１．１でないと判断されると、ステップｓ９では、マス
クの設定値を変更してステップｓ１に戻る。

【００４９】コンパクトディスク（略称：ＣＤ）を読取
る光ピックアップ装置に用いられるホログラム素子で
は、回折格子の溝の深さは３７０±２０ｎｍ程度で、デ
ューティー比は０．４〜０．６である。この条件の元で
は、領域αと領域βとの１次回折効率比は０．９〜１．
１となる。

【００５０】図５（１）は、本実施の形態のホログラム
素子の製造方法によって製造された第２のホログラム素
子３１Ａを示す平面図であり、図５（２）は、第２のホ
ログラム素子３１Ａのホログラム３２Ａに形成される回
折格子３３Ａを示す断面図である。第２のホログラム素
子３１Ａおよびホログラム３２Ａの材質は、青板ガラス
である。第２のホログラム素子３１Ａの一表面の中央部
に、ホログラム３２Ａが設けられる。ホログラム３２Ａ
の回折格子３３Ａは、第１のホログラム素子３１のホロ
グラム３２の回折格子３３と同様に作成される。ホログ
ラム３２Ａは、図２（１）に示される機種Ａであり、機
種Ａにおいてホログラムは、領域αおよび領域βの２つ
の領域に分割されており、表１に示されるように領域α
および領域βの回折格子のピッチはそれぞれ２．６３μ
ｍ〜２．７５μｍおよび１．９１μｍ〜１．９８μｍで
ある。また第２のホログラム素子３１Ａのホログラム３
２Ａの各領域α，βには、反射防止膜３４が蒸着されて
設けられる。反射防止膜３４は、ＳｉＯ／ＳｉＯ₂ の２
層構造である。領域αおよび領域βの１次回折効率は、
それぞれ１８．６％および１７．７％であった。

【００５１】図６は、本実施の形態のホログラム素子の
製造方法によって製造された第３のホログラム素子にお
ける各領域α，βのデューティー比と１次回折効率との
関係を示すグラフである。第３のホログラム素子のホロ
グラムは、第１および第２のホログラム素子３１，３１
Ａと同様の製造方法で作成されたスタンパを用いて、従
来の技術で説明したホトポリマー法（略称：２Ｐ法）で
製造される。第３のホログラム素子のホログラムは、図
２（２）に示される機種Ｂであり、機種Ｂにおいてホロ
グラムは、領域αおよび領域βの２つの領域に分割され
ており、表１に示されるように領域αおよび領域βの回
折格子のピッチはそれぞれ１．８９３μｍ〜２．０３μ
ｍおよび１．４５３μｍ〜１．６５５μｍである。図６
のＧ１は領域αの回折格子のデューティー比と１次回折
効率ηα１との関係を示し、Ｇ２は領域βの回折格子の
デューティー比と１次回折効率ηβ１との関係を示す。
図６に示されるように、各領域α，βの回折効率ηα
１，ηβ１の、最大１次回折効率から最大１次回折効率
より２％低い１次回折効率までの範囲におけるデューテ
ィー比は、０．４〜０．６となる。

【００５２】図７は、第３のホログラム素子の領域αの
１次回折効率ηα１と領域βの１次回折効率ηβ１との
比である１次回折効率比ηβ１／ηα１と、デューティ
ー比との関係を示すグラフである。デューティー比が
０．３〜０．７のとき、１次回折効率比ηβ１／ηα１
は０．９以上である。

【００５３】表２は、第３のホログラム素子を製造する
ときの露光量ＬＩに対する各領域α，βの１次回折効率
および１次回折効率比ηβ１／ηα１とを示す表であ
る。

【００５４】

【表２】

【００５５】図８は、第３のホログラム素子を製造する
ときの露光量ＬＩに対する各領域α，βの１次回折効率
および１次回折効率比ηβ１／ηα１とを示すグラフで
ある。図８において、Ｇ３は領域αの１次回折効率ηα
１を示し、Ｇ４は領域βの１次回折効率ηβ１を示し、
Ｇ５は１次回折効率比ηβ１／ηα１を示す。従来の製
造方法では、１次回折効率比を重視するために露光量Ｌ
Ｉを４．３程度とする露光条件で製造していたが、本実
施の形態では図８に示すように、領域αおよび領域βと
もに露光量ＬＩが４．０で１次回折効率ηα１，ηβ１
が最大となっている。

【００５６】図９は、式（１）から算出されたデューテ
ィー比と各領域α，βの１次回折効率ηα１，ηβ１と
の関係を示すグラフである。図９において、Ｇ６は領域
αの１次回折効率ηα１を示し、Ｇ７は領域βの１次回
折効率ηβ１を示す。図９に示されるようにデューティ
ー比が０．５のときに各領域α，βの１次回折効率ηα
１，ηβ１は最大となるので、図８における露光量ＬＩ
が４．０のときのデューティー比は０．５である。

【００５７】図８および図９から、領域αにおいて、露
光量ＬＩが３．５のときは、デューティー比は約０．４
であり、露光量ＬＩが４．３のときはデューティー比は
約０．６である。また領域βにおいて、露光量ＬＩが
３．８のときは、デューティー比は約０．４であり、露
光量ＬＩが４．４のときは、デューティー比は約０．６
である。したがって各領域α，βのデューティー比が
０．４〜０．６となるようにするには、露光量ＬＩを
３．８〜４．３とすればよい。露光量ＬＩを４．０とす
ると、各領域のデューティー比が０．５となり、このと
き１次回折効率比ηβ１／ηα１は０．９５となるの
で、１次回折効率比の所定の値の範囲０．９〜１．１を
満足している。

【００５８】１次回折効率からデューティー比Ｄ１／Ｄ
を算出するのに用いた式（１）は経験式であるが、通常
は矩形断面を有する回折格子の０次回折効率η０および
１次回折効率η１は、次の式（２）および式（３）でそ
れぞれ表される。 η０＝１−｛４Ｄ₁／Ｄ−（２Ｄ₁／Ｄ）²｝sin²Δφ …（２） η１＝（２／π²）×｛１−cos（２πD₁／D）｝sin²Δφ …（３）

【００５９】式（２）、式（３）の右辺のΔφは、次式
（４）で表される。２Δφ＝２πｔ（ｎ−１）／λ …（４）

【００６０】式（４）において、ｔは回折格子の溝の深
さであり、ｎは回折格子の材質の屈折率であり、λは回
折効率を測定するのに用いた光の波長である。

【００６１】経験式である式（１）は、式（３）から導
き出され、デューティー比が０．５付近では実測値とほ
ぼ一致するので、本実施の形態における回折格子は、デ
ューティー比が０．５付近であるので問題なく適用する
ことができる。

【００６２】本実施の形態のホログラム素子の製造方法
によれば、、回折格子のデューティー比および１次回折
効率比とが所定の範囲となり、光学特性の良好なホログ
ラム素子を製造することができる。従来の手法では、デ
ューティー比と１次回折効率比とを同時に所定の値の範
囲にすることが困難な場合があったが、これは露光時に
用いるマスクの開口幅が適切でないことが原因であり、
本発明の方法に従って得られた１次回折効率と露光量と
の関係、および露光量とデューティー比との関係から、
マスクの開口幅の設計値を変更して、回折格子を作成す
るのに適した作成条件に変更することができる。

【００６３】本実施の形態においてデューティー比を
０．４〜０．６の値の範囲としたが、この範囲に限定す
ることはない。たとえば紫外線硬化型樹脂製のホログラ
ム素子を２Ｐ法で製造する場合、スタンパからホログラ
ム素子を離反させる必要があるので、図４（２）に示す
ように回折格子の溝の側壁がテーパ状になっている。こ
のような回折格子に反射防止膜を蒸着すると、溝の側壁
がテーパ状になっているために溝の幅が狭くなるので、
このような場合には、回折格子のデューティー比を０．
５〜０．７とする。また精度をより高くするためには、
デューティー比を０．５〜０．６とするとよい。

【００６４】本実施の形態において１次回折効率比を
０．９〜１．１の値の範囲としたが、製造における歩留
りを向上するために、１次回折効率比を０．９２〜１．
０８の値の範囲としてもよい。

【００６５】上述の第１〜第３のホログラム素子は、ホ
ログラムが２分割されるホログラム素子であるが、たと
えば図２（３）に示される機種Ｃのようなホログラムが
３分割されるホログラムであってもよい。

【００６６】図１０は、本発明の他の実施の形態の光ピ
ックアップ装置５１の構成を示す概略図である。光ピッ
クアップ装置５１は、集積ユニット５２、コリメータレ
ンズ５３、立上げミラー５４および対物レンズ５５を含
んで構成される。集積ユニット５２は、本発明の製造方
法によって製造されたホログラム素子５６、レーザ素子
および受光素子（図示せず）を含んで構成される。コリ
メータレンズ５３は、集積ユニット５２のレーザ素子か
ら出射した光を、平行光に変換する。立上げミラー５４
は、入射した光を、前記光の光軸に垂直な方向へ反射す
る。対物レンズ５５は、立上げミラー５４で反射された
光を、光ディスク６０の情報記録面上に集光する。

【００６７】集積ユニット５２のレーザ素子から出射し
た光は、ホログラム素子５６およびコリメータレンズ５
３を透過して、立上げミラー５４で光ディスク６０の方
向に反射され、対物レンズ５５によって光ディスク６０
の情報記録面に集光される。光ディスク６０の情報記録
面で反射され光ディスク６０の情報を有する信号光は、
対物レンズ５５を透過し、立上げミラー５４で反射さ
れ、コリメータレンズ５３を透過し、ホログラム素子５
６のホログラムによって回折し、受光素子に入射する。

【００６８】光ピックアップ装置５１において、集積ユ
ニット５２、コリメータレンズ５３、立上げミラー５４
の順に並んで配置され、立上げミラー５４、集光レンズ
５５は、集積ユニット５２、コリメータレンズ５３、立
上げミラー５４の並ぶ方向とは垂直な方向に順に並んで
配置される。ホログラム素子５６を含む集積ユニット５
２を用いることによって、光ピックアップ装置５１の構
成が簡単になるとともに、装置の小形化も達成できる。
この光ピックアップ装置５１の電気光学特性を測定する
と、光ディスク読取り信号（略称：ＲＦ）の出力レベ
ル、焦点誤差信号（略称：ＦＥＳ）の出力レベル、およ
びフォーカスエラー対称性等が、所望の仕様を満足し
た。

【００６９】本実施の形態の光ピックアップ装置５１に
おいて、立上げミラー５４を用いたが、図１１（２）に
示すように立上げミラーは無くても構わない。

【００７０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ホログラ
ム素子の各領域の１次回折効率比だけでなく、各領域の
回折格子のデューティー比が所定の値の範囲になるよう
にホログラム素子を製造することができるので、ホトポ
リマー法（略称：２Ｐ法）によってホログラム素子を製
造したり、ホログラムに反射防止膜を設けたりしても、
１次回折効率比が所定の値の範囲から外れることなく、
所望の光学特性を有するホログラム素子を製造すること
ができる。

【００７１】また本発明によれば、ホログラムの各領域
の回折格子の１次回折効率を測定して、各回折格子のデ
ューティー比を算出するので、ホログラムの一部しか測
定できない走査型トンネル顕微鏡および原子間力顕微鏡
などによって測定されるデューティー比に比べて、ホロ
グラム全体にわたる信頼性の高いデューティー比を得る
ことができ、所望の光学特性を有するホログラム素子を
製造することができる。１枚のガラス基板上にホログラ
ムパターンは、７００〜１０００個作成することがで
き、たとえば自動化された装置でガラス基板全体にわた
って１次回折効率を測定し、測定された１次回折効率か
らデューティー比を算出すれば、基板全体の各領域のデ
ューティー比がわかり、歩留りおよび生産性が向上す
る。

【００７２】また本発明によれば、回折格子の溝の開口
幅と凸部の幅との比がほぼ１：１になるので、最適な光
学特性を有するホログラム素子を製造することができ
る。

【００７３】また本発明によれば、１次回折効率比が１
近傍となるので、最適な光学特性を有するホログラム素
子を製造することができる。

【００７４】また本発明によれば、回折格子に反射防止
膜を設けることによって、回折格子による光の反射を防
ぐことができ、回折効率を高めることができる。また回
折格子に反射防止膜を設けても、光学特性が変化しない
ホログラム素子を製造することができる。

【００７５】また本発明によれば、回折格子の型である
スタンパを用いて、再現性の高い樹脂製のホログラムを
有するホログラム素子を、個々のホログラムの光学的特
性のばらつきを抑制するとともに生産性を高くして製造
することができる。

【００７６】また本発明によれば、ホログラム素子の各
領域の１次回折効率比だけでなく、各領域の回折格子の
デューティー比が所定の値の範囲になり、ホログラム素
子のホログラムに入射した光を、所望の回折方向に回折
させることができる。またホログラムに反射防止膜を設
けられるので、光の利用効率を高くすることができる。

【００７７】また本発明によれば、ホログラム素子を用
いることによって、ホログラム素子と光源と受光素子と
を一体化した集積ユニットとすることができ、光ピック
アップ装置の光学系の構成を単純にすることができる。
またホログラム素子に形成される回折格子の光学的特性
が良好なので、光ピックアップ装置は、Ｃ／Ｎ等の電気
的特性が良好となる。また個々のホログラム素子は、光
学的特性のばらつきが抑制されて製造されるので、個々
の光ピックアップ装置の電気的特性のばらつきも抑制さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（１）は、本発明の実施の一形態のホログ
ラム素子の製造方法によって製造された第１のホログラ
ム素子３１を示す平面図であり、図１（２）は、第１の
ホログラム素子３１のホログラム３２に形成される回折
格子３３を示す断面図である。

【図２】図２（１）は、機種Ａのホログラムを示す平面
図であり、図２（２）は、機種Ｂのホログラムを示す平
面図であり、図２（３）は、機種Ｃのホログラムを示す
平面図である。

【図３】本実施の形態の第１のホログラム素子３１を製
造する手順を示すフローチャートである。

【図４】図４（１）は、矩形断面の溝および凸部を有す
る回折格子のピッチＤと溝の開口幅Ｄ１とを示す断面図
であり、図４（２）は側壁がテーパになる溝を有する回
折格子のピッチＤと溝の開口幅Ｄ１とを示す断面図であ
る。

【図５】図５（１）は、本実施の形態のホログラム素子
の製造方法によって製造された第２のホログラム素子３
１Ａを示す平面図であり、図５（２）は、第２のホログ
ラム素子３１Ａのホログラム３２Ａに形成される回折格
子３３Ａを示す断面図である。

【図６】本実施の形態のホログラム素子の製造方法によ
って製造された第３のホログラム素子における各領域
α，βのデューティー比と１次回折効率との関係を示す
グラフである。

【図７】第３のホログラム素子の領域αの１次回折効率
ηα１と領域βの１次回折効率ηβ１との比である１次
回折効率比ηβ１／ηα１と、デューティー比との関係
を示すグラフである。

【図８】第３のホログラム素子を製造するときの露光量
ＬＩに対する各領域α，βの１次回折効率および１次回
折効率比ηβ１／ηα１とを示すグラフである。

【図９】式（１）から算出されたデューティー比と各領
域α，βの１次回折効率ηα，ηβとの関係を示すグラ
フである。

【図１０】本発明の他の実施の形態の光ピックアップ装
置５１の構成を示す概略図である。

【図１１】図１１（１）は、従来の光ピックアップ装置
１を示す概略図であり、図１１（２）は、集積ユニット
光学系を用いた光ピックアップ装置１１を示す概略図で
ある。

【図１２】ホトリソグラフィー法によるホログラムの製
造工程を示す断面図である。

【図１３】ホトリソグラフィー法を用いてホログラムを
製造するときの回折効率比を管理する手順を示すフロー
チャートである。

【図１４】ホトポリマー法によるホログラムの製造工程
を示す断面図である。

【符号の説明】

３１，３１Ａ，５６ホログラム素子３２，３２Ａホログラム３３，３３Ａ回折格子３４反射防止膜５１光ピックアップ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ１１Ｂ 7/135 Ｇ０２Ｂ 1/10 ＡＦターム(参考） 2H049 AA25 AA33 AA40 AA51 AA57 AA64 AA65 CA08 CA15 CA20 CA28 2K008 AA04 BB01 BB04 BB08 CC03 DD12 HH19 2K009 AA05 CC03 5D119 AA38 BA01 CA09 JA03 JA04 JA13 JA14 JA22 JA23 JA65 LB07 NA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの領域に分割され、各領
域に回折格子が形成されるホログラムを有する多分割ホ
ログラム素子の製造方法において、各領域における回折格子の格子間隔と溝の開口幅との比
であるデューティー比、および各領域の１次回折効率の
比である１次回折効率比が、それぞれ所定の値の範囲に
なるように製造することを特徴とするホログラム素子製
造方法。
【請求項２】前記ホログラム素子の回折格子がホトリ
ソグラフィー工程によって形成され、測定した各領域の
回折格子の１次回折効率に基づいてデューティー比を算
出し、これに基づいて露光量を決定することを特徴とす
る請求項１記載のホログラム素子製造方法。
【請求項３】前記デューティー比の所定の値の範囲は
０．４〜０．６であることを特徴とする請求項１または
２記載のホログラム素子製造方法。
【請求項４】前記１次回折効率比の所定の値の範囲は
０．９〜１．１であることを特徴とする請求項１〜３の
いずれか１つに記載のホログラム素子製造方法。
【請求項５】ホログラムの領域のうち少なくとも１つ
の領域に反射防止膜を設けることを特徴とする請求項１
〜４のいずれか１つに記載のホログラム素子製造方法。
【請求項６】ホトリソグラフィー工程で形成された回
折格子の型を用いて成型して製造することを特徴とする
請求項１〜５のいずれか１つに記載のホログラム素子製
造方法。
【請求項７】少なくとも２つの領域に分割され、各領
域に回折格子が形成されるホログラムを有する多分割ホ
ログラム素子であって、前記ホログラムの各領域における回折格子の格子間隔と
溝の開口幅との比であるデューティー比の値の範囲が
０．４〜０．６であり、前記ホログラムの各領域の１次回折効率の比である１次
回折効率比の値の範囲が０．９〜１．１であり、前記ホログラムの領域のうち少なくとも１つの領域には
反射防止膜が設けられることを特徴とするホログラム素
子。
【請求項８】請求項７記載のホログラム素子と、レー
ザ光を出射する光源と、ホログラム素子によって回折さ
れた光を受光する光検出部とを備えることを特徴とする
光ピックアップ装置。