JP2004020813A - Diffraction optical element, its manufacturing method, optical pickup system, and optical disk drive system - Google Patents

Diffraction optical element, its manufacturing method, optical pickup system, and optical disk drive system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively solve the problem of warp of a transparent substrate due to thermal contraction of an organic material film in a manufacture process of a diffraction optical element. <P>SOLUTION: In a manufacturing method of a diffraction optical element wherein a rectangular cross section forms diffraction gratings on the organic material film adhered to and fixed on the transparent substrate due to rectangular unevenness in the form of a plurality of diffraction grating array by a process including photolithography and etching, and individually separates a plurality of the formed diffraction gratings, a prescribed curve shape is previously given to the transparent substrate 1 in order to relieve the warp of the transparent substrate produced due to the thermal contraction of the organic material film, and the transparent substrate 1 is made substantially parallel flat plates by correcting the curve shape due to the thermal contraction of the organic material film. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回折光学素子およびその製造方法および光ピックアップ装置および光ディスクドライブ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
回折光学素子は「光に所望の回折現象を生じさせる光学素子」であり、分光や光の偏向等を行わせる素子として広く使用されている。
【0003】
回折光学素子は従来から種々のものが知られているが、新たな回折光学素子として「光学的に透明な基板の上に有機膜や高分子膜を形成し、これら膜の表面に凹凸による所望の回折格子を形成したもの」が提案されている(特開2000−221325号公報、特開2000―75130号公報、特開平11−174226号公報等)。
【0004】
上記公報記載の回折光学素子は、膜が複屈折性を持つ「偏光ホログラム素子」であり、例えば、光ピックアップ装置において「光源側からの光束の光路と光ディスクからの戻り光束の光路とを光路分離する」のに好適に使用され得る。
【0005】
若干、説明を補足すると、回折光学素子は、光ピックアップ装置に用いられるものではサイズが「数ミリ四方程度」で、これを単品づつ別個に製造するわけではなく、一度に100〜数100個が製造される。
【0006】
即ち、直径:数10〜数100mmのサイズの透明基板、例えば直径:100mmあるいは150mmの平行平板状の透明基板上に接着剤層が形成され、形成された接着剤層上に、基板サイズと同サイズ、あるいはこれより一回り小さいサイズの有機材料膜を載せ、接着剤層により透明基板に接着固定する。接着剤層を構成する接着剤としては熱硬化性のものや、紫外線硬化型接着剤のような光硬化性のものを用いることができる。
【0007】
透明基板に接着された有機材料膜の表面に複数(通常100〜200個)の回折格子の形成が行われる。回折格子の形成は、有機材料膜上に金属や酸化物による薄い膜を形成し、フォトリソグラフィにより上記膜をパターニングして回折格子群に対応するエッチングマスクを形成し、このマスクを介したドライエッチングで行うことができる。
【0008】
回折格子形成後、必要に応じてオーバコート層を形成し、さらに所望により透明な対向基板をオーバコート層上に載置して全体を一体化する。その後、ダイシング装置を用いて切断を行い、個々の回折光学素子を得る。
【0009】
ところで、上記回折格子を形成する有機材料膜の材料は一般に「高分子材料」で、回折光学素子の製造工程で加熱を伴う処理(例えば、熱硬化性の接着剤で接着剤層を構成し、加熱により硬化させて有機材料膜を接着固定する場合や、エッチングマスクを形成する際のフォトリソグラフィにおけるフォトレジストのプリベークやポストベーク処理)を受けると、熱による温度変化(上記接着剤の熱硬化の場合で100〜150℃)により収縮し、接着剤層を介して固定された透明基板に「反り」を生じさせる。
【0010】
このような「反り」が発生すると、例えば、回折格子形成工程を行う際に、基板を「真空吸着」で所定の位置に固定することが困難になったり、できなくなったりする。また、反りの生じた有機材料膜にドライエッチングで回折格子を形成する際、反りのために「同時に形成される複数の回折格子が同一のものにならなく」なり、製造された回折光学素子の光学特性の「ばらつき」が生じる。特に、反りの大きな部分に形成された回折格子の場合、透過光の波面収差を劣化させ、実際上の使用ができなくなる場合もあるため、回折光学素子の製造の歩留まりが低下する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、回折光学素子製造の際の、上記「反り」の問題を有効に解消することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明の回折光学素子の製造方法は、有機材料膜接着工程と、回折格子形成工程と、分離工程とを有する。
「有機材料膜接着工程」は、透明基板上に有機材料膜を接着固定する工程である。
【0013】
「回折格子形成工程」は、透明基板上に接着固定された有機材料膜に、フォトリソグラフィとエッチングとを含む工程により、断面形状が矩形状の凹凸による回折格子を複数個、格子配列状に形成する工程である。形成される回折格子の個数は、前述したように、通常100〜数100個である。
【0014】
「分離工程」は、格子配列状に形成された複数の回折格子を個別的に分離する工程である。この分離工程は通常、ダイシング装置を用いて行われる。
【0015】
請求項1記載の製造方法は、以下の点を特徴とする。
即ち「有機材料膜の熱収縮により生じる透明基板の反り」を緩和するべく、透明基板に予め「所定の湾曲形状」を与えておき、有機材料膜の熱収縮により透明基板の湾曲形状を矯正することにより、透明基板を実質的な平行平板とする。
【0016】
有機材料膜の熱収縮は、前述したように、例えば、熱硬化性の接着剤による接着の際や、フォトリソグラフィにおけるフォトレジストのプリベークやポストベーク処理における熱を受けることにより生じる。この発明では、透明基板の側に予め湾曲形状を与えておき、有機材料膜が熱収縮する際に透明基板に作用する引張り力を「透明基板の形状を湾曲形状から実質的な平行平板に矯正する矯正力」として利用するのである。
【0017】
湾曲形状が矯正された「実質的な平行平板」は、例えば、真空吸着で確実に保持でき、フォトリソグラフィによるエッチングマスク作製の際に、フォトレジスト層上への焦点合わせが確実に行われる程度に「反りの無い」状態を言う。
【0018】
請求項1記載の回折光学素子の製造方法において「透明基板に予め所定の湾曲形状を与える」には、透明基板となるべき透明平行平板状材料の両面を機械加工することにより、所定の湾曲形状を有する透明基板を作製することによって行ってもよいし(請求項2)、透明基板となるべき透明平行平板状材料を、所定の凸湾曲面形状を持つ第1冶具と、第1冶具の凸湾曲面形状に対応する凹湾曲面形状を持つ第2冶具とにより挟持して加圧し、透明平行平板状に所定の湾曲形状を与えることによって行ってもよい(請求項3)。
【0019】
上記請求項3記載の回折光学素子の製造方法においては、透明基板となるべき透明平行平板状材料として「複数の薄い透明板を、光硬化性若しくは熱硬化性で流動状態の接着剤を介して積層したもの」を用い、第1及び第2冶具による変形後、光もしくは熱により上記接着剤を固化することによって行うことができ(請求項4)、従ってこの場合には、最終的に「複数の薄い透明板を互いに接着一体化したもの」が透明基板となり、その上に有機材料膜が接着されることになる。
【0020】
なお、請求項3もしくは4記載の製造方法において、透明基板となるべき透明平行平板状材料における「有機材料膜が接着されることになる面」と反対側の面に予め「反射防止膜」を形成しておいてもよい。
【0021】
上記請求項1〜4の任意の1に記載の回折光学素子の製造方法において「透明基板に予め与える所定の湾曲形状」は、曲率半径にして、20m〜100mの範囲であることが好ましい(請求項5)。上記湾曲形状としては「凸球面形状や凸シリンダ面形状等」が可能である。
【0022】
請求項1〜5の任意の1に記載の回折光学素子の製造方法においては「透明基板の湾曲形状にフィットする凸湾曲面形状を持つ支持冶具に透明基板を支持させ、支持された透明基板の凸面側に接着剤を付与し、その上に有機材料膜を載置し、有機材料膜の上から支持冶具の凸湾曲面形状に対応する凹湾曲面形状を有する押さえ冶具により押圧を行い、接着剤を透明基板と有機材料膜との間に均一に広げる」ことにより、湾曲形状を形成された透明基板に有機材料膜を好適に接着することができる(請求項6)。
【0023】
上記接着剤としては光硬化性若しくは熱硬化性のものを用い、上記のように、接着剤が透明基板と有機材料膜との間に均一に広がった状態において、光照射または加熱により接着剤の固化を行えばよい。
【0024】
上記請求項1〜6の任意の1に記載の回折光学素子の製造方法において「透明基板上に接着固定された有機材料膜に、断面形状が矩形状の凹凸による回折格子を複数個、格子配列状に形成する回折格子形成工程におけるエッチング工程」は、電子サイクロトロンエッチングで好適に行うことができる(請求項7)。
【0025】
上記請求項1〜7の任意の1に記載の回折光学素子の製造方法において、複数の回折格子を格子配列状に形成された有機材料膜上から「各回折格子における回折格子の凹部に、光学的に透明な材料を充填してオーバコート層とする」ことができ(請求項8)、この場合、オーバコート層上に「透明な対向基板を一体化」することができる(請求項9)。
【0026】
請求項8または9記載の回折光学素子の製造方法において、有機材料膜として「有機複屈折膜」を用い、オーバコート層として「有機複屈折膜の常光線に対する屈折率もしくは異常光線に対する屈折率と実質的に等しい屈折率を持つ等方性光学材料(光学特性が方向により変化しない材料)」を用いることができる(請求項10)。この場合、得られる回折光学素子は、常光線と異常光線とで回折作用が異なる。
【0027】
請求項10記載の回折光学素子の製造方法で用いられる「有機複屈折膜」としては「分子鎖が配向した高分子複屈折膜」を用いることができ(請求項11)、この場合において、有機複屈折膜として用いられる高分子複屈折膜は「延伸により分子鎖を配向させた高分子膜」であることができる(請求項12)。
【0028】
請求項8〜12の任意の1に記載の回折光学素子の製造方法における「オーバコート層」の材料は、アクリル系もしくはエポキシ系の材料を好適に用いることができる(請求項13)。
【0029】
この発明の回折光学素子は、上記請求項1〜13の任意の1に記載の回折光学素子の製造方法で製造される回折光学素子である(請求項14)。
【0030】
請求項14記載の回折光学素子のうち、請求項10または11または12記載製造方法で製造される回折光学素子は「偏光ホログラム素子」として使用することができる(請求項15)。この場合、オーバコート層上に「透明な対向基板」を一体化することができ(請求項16)、オーバコート層の材料として、アクリル系もしくはエポキシ系の材料を好適に使用できる(請求項17)。
【0031】
請求項15または16または17記載の回折光学素子は「有機複屈折膜を接着された透明基板に、反射防止膜を形成」したものであることができる(請求項18)。
【0032】
この発明の光ピックアップ装置は、上記請求項15〜18の任意の1に記載の回折光学素子を「光源側からの光束の光路と、光ディスクからの戻り光束の光路とを光路分離する偏光ホログラム素子」として用いたことを特徴とする(請求項19)。
【0033】
この発明の光ディスクドライブ装置は「光ディスクに対し、光ピックアップ装置を用いて情報の記録・再生・消去の1以上を行う光ディスクドライブ装置において、光ピックアップ装置として請求項19記載のものを用いたことを特徴とする(請求項20)。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明するが、先ず、図1を参照して回折光学素子の製造プロセスの1例を簡単に説明する。
【0035】
図1(a)は、「有機材料膜接着工程」により、透明基板1A上に有機材料膜3を、接着剤層2により接着した状態を示している。
【0036】
図1(b)に示すように、有機材料膜3の上に「エッチングマスク材料」によるマスク用膜4を形成する(マスク用膜形成工程)。マスク用膜は、例えばAl等の金属や酸化物膜で形成される。
【0037】
続いて、図1(c)に示すように、フォトリソグラフィにより、マスク用膜4上に加工用のマスクパターンに応じたレジストパターン5を形成する(レジストパターン形成工程)。
【0038】
このようにしてレジストパターン5が形成されたら、液体中におけるウエットエッチングにより、マスク用膜4をパターニングして加工用のマスクを形成する(マスク形成工程)。このとき、レジストパターン5がウエットエッチングに対するマスクとなり、マスク用膜4の「露呈していた部分」がエッチングされて除去される。エッチング後、レジストパターン5を除去すると、図1(d)に示すように、マスク4Mが有機材料膜3上に残る。
【0039】
マスク形成工程後、マスク4Mを介して、有機材料膜3に対するエッチング加工を行って、回折格子の形成を行う(エッチング工程)。このエッチング加工により、有機材料膜の表面には矩形状の凹凸による回折格子3Aが形成される。上記のマスク用膜形成工程、レジストパターン形成工程、マスク形成工程及びエッチング工程が「回折格子形成工程」である。
【0040】
なお、後述するように、マスク用膜4Mを用いずに、有機材料膜3上に直接フォトレジスト膜を形成し、マスクパターンに従ってパターニングし、パターニングされたレジストパターンをマスクとしてエッチングを行い回折格子を形成することもできる。
【0041】
図1(e)は、エッチング加工後、マスク4Mを除去した状態を示している。透明基板1上に設けられた有機材料膜3の表面に、断面形状が矩形状の凹凸による回折格子3Aが形成されている。図1(e)の状態、即ち、透明基板1A上に接着された有機材料膜3に回折格子3Aを形成した状態のものを、便宜上「回折素子」と呼ぶことにする。
【0042】
「回折素子」はそれ自体で「回折光学素子としての機能(透過光を回折させる機能)」を有するので、これをそのまま回折光学素子として使用することもできるが、回折格子の形成された有機材料膜は必ずしも十分な「物理的強度」を持つ訳ではないので、このまま使用するよりは、図1(g)に示すように、回折素子における断面形状が矩形状の回折格子の凹部に「光学的に透明な材料」を充填してオーバコート層9として補強を行うのが良く(請求項8)、更に、オーバコート層9上に透明な対向基板1Bを一体化することが好ましい(請求項9)。
【0043】
このようにして回折光学素子10が得られる。この場合、有機材料膜3を「有機複屈折膜」とし、オーバコート層9として「有機複屈折膜における常光線もしくは異常光線に対する屈折率に実質的に等しい屈折率」を持つ等方性光学材料を用いれば、回折光学素子10は請求項16記載の回折光学素子で、偏光ホログラム素子として使用され得る。
【0044】
取り扱いに幾分慎重を期するならば、図1(g)の状態から透明な基板1Bを除去し、オーバコート層9を「保護膜を兼ねた表面層」とすることもできる。
【0045】
上には、回折光学素子の単品として説明を簡単化したが、回折光学素子は、前述したように、これを単品づつ別個に製造するわけではなく、一度に100〜数100個が製造される。
【0046】
図2は、図1(e)の段階において、有機材料膜3に「多数の回折格子が格子配列状に形成された状態」を示している。符号3Aは、有機材料膜3に形成された多数の回折格子の個々を示している。図1(f)の回折光学素子10を得る場合であれば、図2の状態において、有機材料膜3の回折格子全体上に「光学的に透明な材料」を供給し、各回折格子の凹部、回折格子間に充填してオーバコート層とし、その上にさらに「透明な対向基板」を一体化させ、その後に、個々の回折格子3Aを含む部分をダイシング装置により切り離して、回折光学素子の単品とする(前記「分離工程」)。
【0047】
図3は「有機材料膜接着工程」後の状態を示している。この図において、符号1Aで示す透明基板や、符号3で示す有機材料膜は、まだ分離されていないサイズの大きいもの(図2に示す如き状態)である。
【0048】
透明基板1Aとして「平行平板」を用いると、接着剤2が硬化する際の接着剤層の収縮により、透明基板1Aは「反り」を生じる。上に説明したように、回折格子形成工程において、フォトリソグラフィにより、マスク用膜上に加工用のマスクに応じたレジストパターンが形成されるのであるが、その際のフォトレジストのプリベークやポストベークの熱により有機材料膜3が熱収縮し、この熱収縮により透明基板1Aが更に反る。図3は、このような「反り」を強調して描いている。
【0049】
この発明では、上述したように、透明基板の側に予め湾曲形状を与えておき、有機材料膜が熱収縮する際に透明基板に作用する引張り応力を「透明基板の形状を湾曲形状から実質的な平行平板に矯正する矯正力」として利用し、上記湾曲形状を矯正することにより、透明基板を実質的な平行平板とするのである。
【0050】
以下、回折光学素子の製造方法における特徴部分の実施の形態を説明する。 透明基板となるべき透明平行平板状材料として、直径:φ=100mm、厚さ:2mmのBK−7ガラス板を用い、その両面を機械加工することにより、図4に示す如く「所定の湾曲形状」を有する透明基板1を作製する(請求項2)。
【0051】
具体的には、上記BK−7ガラス板(透明平行平板状材料)の片面を、球面研磨装置で曲率半径:Rをとするように、粗削り・中研磨・精密研磨した後、仕上げ研磨により表面粗さをRa(中心線平均粗さ):5nm以下とする。このようにして、BK−7ガラス板の片面に曲率半径:Rの凸球面が形成される。
【0052】
次に、上記BK−7ガラス板の仕上げ研磨面形状を転写した研磨冶具(図示されず)により、上記仕上げ研磨した面とは反対側の面を粗削り・中研磨・精密研磨後、仕上げ研磨により表面粗さがRa(中心線平均粗さ):5nm以下の凹球面形状とし、両面が「同じ曲率半径:R」を持つ、厚み:1.0mmの「両面が互いに平行」で図4の如く湾曲した透明基板1を得る。
【0053】
例えば、曲率半径:R=30mとすると、図4に示す湾曲量:Wは27μmとなる。上記「研磨冶具」は繰り返し使えるので、研磨冶具コストを低減できる。また、自動化した機械研磨装置を用いることも可能で、これを用いると、湾曲した透明基板1の作製コストを低減できる。
【0054】
次に、図5に示すように、移動ステージ50によりX、Y、Z軸方向に移動可能な基板ホルダ51上に、湾曲した透明基板1を、その凸側が上向きとなるように載置し、図示されない真空吸着機構により基板ホルダ51に固定する。基板ホルダ51は透明基板1と略同じ曲率半径:Rを有する凸球面形状で、外径:φ=125mmであり、透明基板1より1サイズ大きい。
【0055】
基板ホルダ51の上方には「接着剤滴下装置」と「接着剤の中心と有機複屈折膜の中心を測定するため、X、Y方向に移動可能な測定系」(共に図示されず)が設けられている。
【0056】
上記測定系は「接着剤2、透明基板1及び有機材料膜3表面の反射光を検出して変位量を読み取るCCDレーザ変位計53を用いて位置検出し、位置情報をそれぞれの移動装置にフィードバックする回路(図示されず)」を有している。
【0057】
有機材料膜3の端部を保持するための保持具54A、54Bが基板ホルダ51に対して平行に配置され、「保持具54A、54BにモーメントMtを発生させるモーメント発生装置(図示されず)」が設けられている。
【0058】
上記の如く、基板ホルダ51上にセットされた湾曲した透明基板1の中心部に、透明基板1と略同じ屈折率を持つ「紫外線硬化型」の接着剤2(スリーボンド社製:商品名「TB3042」)を0.2ml滴下し、この上に「110mm×120mm」に切断した有機材料膜3の端部を保持具54A、54Bにより真空吸着で保持し、おおよそ透明基板1の中心位置に位置させ、上記モーメント発生装置により、図の如くU字状に変形させた有機材料膜3の表面形状をCCDレーザ変位計53により測定して「U字状の中心位置」を検出し、予め測定しておいた接着剤2の凸形状の頂点位置情報から移動量を演算し、X−Y移動装置により有機材料膜3のU字状の中心を接着剤2の凸形状の頂点に位置合わせする。
【0059】
透明基板1・接着剤2・有機材料膜3の位置合わせの完了後、基板ホルダ51をZ方向へ上昇させ、接着剤2と有機材料膜3が、それぞれの頂点で接触する位置で停止し、その後、有機材料膜3の左右のモーメントMtを緩やかに解除しつつ有機複材料膜3を透明基板1上に載置して行く。
【0060】
このようにして、有機材料膜3を透明基板1上に載置し終わったら、図6に示すように、透明基板1の湾曲形状と略同じ曲率半径:Rを持つ凹球面形状に加工した直径:φ=110mm、厚み:20mmの石英ガラス製の押圧具55を有機材料膜3上に載せ、図示されない押圧手段で全面均等加圧し、接着剤2が透明基板1の全面に広がった点で加圧を停止し、押圧具55を介して、図示されない紫外線照射装置(以下「UV装置」という)で、光強度:30mW/cmの紫外光を有機材料膜3側から200秒間照射して接着剤を硬化する。
【0061】
接着剤2の硬化後、透明基板1の直径:φ=100mmの外径に沿って有機複屈折膜3の余分な部分を切断し、その後、押圧具55を上昇し、基板ホルダ51の真空吸着を解除して、有機材料膜3を接着された透明基板1を取り出す。
【0062】
上記の如く、有機材料膜3を透明基板1上に載置する際、有機材料膜3の中央から透明基板1に接触させることにより、面接触で接着させる従来の載置法では「目視レベルで確認できる気泡の巻き込み」が発生していたのに対し、上記方法では気泡の巻き込みがない接着を実現できた。
【0063】
「透明基板1・接着剤2・有機材料膜3の位置合わせ」は、上記方法のほか、CCDカメラと画像処理により透明基板1と接着剤2の形状を認識して中心を割りだし、位置合わせする方法等も実施可能である。
【0064】
また、上の説明では接着剤2として「アクリル樹脂系の光硬化型の接着剤」を用いたが、「エポキシ樹脂系の光硬化型の接着剤」を用いてもよい。透明基板1となるべき「透明平行平板状材料」としては上記BK−7ガラス基板以外に、石英ガラス基板やパイレックス(登録商標)ガラス基板、結晶性ガラス(商品名:ネオセラム)基板等を用いてもよい。
【0065】
上記のように、透明基板1に接触する面の基板ホルダ51及び、石英ガラス製の押圧具55の凹球面形状の曲率半径:Rを透明基板1の曲率半径:Rと同じにすることにより、透明基板1と有機材料膜3との高精度な接着が可能となる。
【0066】
有機材料膜3は取り扱いの容易性から厚み:0.01mm以上が望ましい。有機材料膜3として「延伸により分子鎖を配向させ複屈折性を発現させた有機複屈折膜(請求項12)」とする場合は、最大厚み:0.5mmの範囲、より好ましくは厚み:0.05〜0.2mmの範囲がよい。
【0067】
説明中の例では、有機材料膜3として「厚み:0.1mmのポリエステル系の有機材料膜に延伸により複屈折性を発現させたもの」を用いている。
【0068】
上記の如く接着した有機材料膜3を「イソプロピルアルコール等の有機溶媒、純水の順」に洗浄したのち、日本ゼオン化社製:商品名ZEP−520レジストをスピンコートにより厚さ:0.5μmに塗布してフォトレジスト膜を形成し、100℃の温度で30分間プリベークする。
【0069】
この時、有機材料膜3の熱歪に起因する応力で7.5MPa程度の力が透明基板1に引張り応力として発生し、湾曲により「逆向きの反り」を有していた透明基板1の形状を矯正する力が働き、この結果、透明基板1の反りが低減される。
【0070】
フォトレジストを剥離して、有機材料膜表面の反りを測定した結果、平行平板状態のBK−7ガラス基板に有機材料膜を接着したものと比べ、有機材料膜面の反り量が低減することが確認された。
【0071】
透明基板1に予め与える湾曲形状の曲率半径:Rを、15m、20m、30m、100m、120mに変えた透明基板を多数用意し、これら透明基板に上記と同様にして有機材料膜3(厚み:0.1mmのポリエステル系の有機材料膜に延伸により複屈折性を発現させたもの)を接着して上記と同様に厚さ:0.5μmのフォトレジスト膜を形成し、100℃の温度で30分間ベークしたものを試料とした。
【0072】
これらの試料に対し、ステッパ装置への「真空吸着可否」と、フォトレジスト表面への焦点合わせ合否を調べた。結果を以下に示す。
【0073】
「○」は「問題が無かった場合」、「△」は手作業による修正が必要であるが「真空吸着・焦点合わせができる場合」、「×」は「真空吸着・焦点合わせができなかった場合」である。
【0074】
曲率半径:R       15m 20m 30m 100m 120m
ステッパへの真空吸着可否  ×   ○   ○   ○    △
焦点位置併せ合否      ×   △   ○   ○    ×  。
【0075】
曲率半径:Rが大きい透明基板、即ち「湾曲が小さいもの」と曲率半径が小さい透明基板、即ち「湾曲の大きすぎるもの」は効果がなかった。
【0076】
回折光学素子作製のプロセスの安定性と素子品質を考慮すると、透明基板1の変位を極力押えて作り込んでおく必要がある。
【0077】
上記の如く有機材料膜3を接着され、フォトレジスト膜を形成された透明基板1に、ステッパ装置を用い、有機材料膜3上に「ライン&スペース:2μm」のパターンを8mmピッチで300回繰り返し形成し、300単位の回折格子(図1(c)参照)用のマスクを格子配列状に形成した。1単位の回折格子用のマスクは外形:8mm×8mmの中心に1mm×2mmの矩形状に形成されている。
【0078】
次いで「酸素ガスを主成分とするエッチングガス雰囲気」中で、住友金属社製ECR(Electron Cyclotron Resonance:電子サイクロトロン共鳴)エッチング装置で幅:2μm、深さ:3μmのラインと2mm幅のスペースを300周期繰り返した回折格子の格子状配列を形成した。他のフォトリソグラフィは一般に知られているプロセスを採用しており、詳細は省略する。
【0079】
次に、図7に示すように、平面加工した直径:φ=200mm、厚み:50mmのステンレス台70上に、有機材料膜3に回折格子を格子配列状に形成された透明基板1を載置し、回折格子を形成された面に、アクリル樹脂系の光硬化型の(光学的に等方性で、有機材料膜に発現した複屈折性における異常光線に対する屈折率と略等しい屈折率を持つ)接着剤71をマイクロシリンジで0.25ml計量滴下し、その上方から両面を光学研磨した外径:φ=100mm、厚み:0.5mmのBK−7ガラスによる透明な対向基板5を載置し、さらにその上に光学研磨した石英ガラス製の押圧具72を載せ、対向基板5に100gf/cmの圧力を印加し、光学的に等方性の接着剤71を被接着面全面に広げた。
【0080】
この状態で、図示されないUV装置で、対向透明基板5の150mm上方から照射照度:20mW/cmの紫外光を10分間照射し接着剤71を硬化接着した。これにより硬化した接着剤71の層は「オーバコート層」になる。その後、ダイシング装置により、各回折格子の形成された領域を8mm×8mmに切り出して分離し1単位の回折光学素子とした。
このようにして、図1(f)に示す如き回折光学素子が得られる。この回折光学素子は請求項16記載の偏光ホログラム素子である。
【0081】
上記「光学的に等方性の接着剤」は、粘性や屈折率等の特性制御の容易さや接着力および透明性の点からアクリル系の紫外線硬化型接着剤を用いたが、エポキシ系の紫外線硬化型接着剤でも同様な事が可能である。これらの接着剤は紫外線で硬化するので、加圧中に硬化が可能であり、製造工程を簡略できる。
【0082】
複屈折性を有する有機材料膜を得る方法としては「ポリエチレンテレフタレート等の高分子膜を布で擦ってラビング処理して配向膜を形成し、この配向膜上にポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させた後、紫外光を照射してポリマー化して異方性膜とする方法(J.Appl.phys.,72,No,3,P938−947)」が知られているが、工程が複雑で製造コストが高い。
【0083】
上に用いた有機材料膜3は「分子鎖が配向した有機高分子膜(請求項11)」であり、特性の均一性を考慮して延伸により複屈折性を発現させたもの(請求項12)である。
【0084】
なお、透明基板における曲率半径:Rは、有機材料膜の熱膨張係数や厚みに応じて「熱収縮による有機材料膜の引張り応力」が変化するので、用いる有機材料膜の特性とプリベークやポストベーク等の温度等を考慮して実験的に定められるものであり、上記例に限定されるものではない。
【0085】
以下には、回折光学素子の製造方法の実施の別形態を説明する。
この形態では、透明基板となるべき透明平行平板状材料を「所定の凸湾曲面形状を持つ第1冶具と、上記凸湾曲面形状に対応する凹湾曲面形状を持つ第2冶具とにより挟持して加圧し」て、透明平行平板状材料に所定の湾曲を与える(請求項3)が、以下に説明する形態では、透明基板となるべき透明平行平板状材料として、複数の薄い透明板を、光硬化性若しくは熱硬化性で流動状態の接着剤を介して積層したものを用い、第1及び第2冶具による変形後、光もしくは熱により接着剤を固化する(請求項4)。
【0086】
図8に示すように、曲率半径:RとしてR=30mを有する石英ガラス製の積層受け冶具81(球面研磨装置で曲率半径:Rが30mの凸球面形状となるよう粗削り・中研磨・精密研磨後、仕上げ研磨により表面粗さをRa(中心線平均粗さ):5nm以下とした「凸球面状の受け面」を有する)と、石英ガラス製の加圧冶具82(積層受け冶具81の受け面の研磨面を転写した研磨冶具で、加圧面を曲率半径:Rが30mの凹球面形状となるように粗削り・中研磨・精密研磨後、仕上げ研磨により表面粗さをRa(中心線平均粗さ):5nm以下とした「凹球面状の加圧面」を有する)を用意する。
【0087】
積層受け冶具81の受け面上に、直径:φ=100mm、厚さ:0.1mmのBK−7ガラスによる平行平板G1を載置し、その上にBK−7ガラスと略同じ屈折率を持つ紫外線硬化型の接着剤S1を0.1ml滴下する。その上に、直径:φ=100mm、厚さ:0.1mmのBK−7ガラスの平行平板G2を載置し、その上に上記紫外線硬化型の接着剤S2を0.1ml滴下する。
【0088】
同様にして、BK−7ガラスによる上記と同寸・同厚の平行平板G3、G4を載置し、4枚の平行平板G1〜G4が接着剤S1〜S3を介して積層した状態とする。
【0089】
この状態で、積層された平行平板G1〜G4の上方から加圧冶具82により、図示されない加圧装置で加圧し、平行平板G1〜G4を変形するとともに「変形状態を固定」し、図示されないUV装置で加圧冶具82を介して紫外光を照射し、接着剤S1〜S3を硬化する。
【0090】
接着剤S1〜S3としてはスリーボンド社の商品名:TB3042を用いた。
【0091】
このようにして図9に示す如く、変形により湾曲形状を付与され、接着により一体化された4枚の平行平板G1〜G4による「透明基板」が得られる。
透明基板の両面の曲率半径:Rは40m、湾曲量:Wは27μmである。
【0092】
この透明基板に対し、先に説明したのと同様のプロセスで回折格子群を格子配列状に形成し、オーバコート層の形成と対向基板の一体化を行い、ダイシング装置により8mm×8mmのサイズに切り出し、偏光ホログラム素子とした。
【0093】
この方法の場合、安価な平面基板G1等を用い、積層接着により「両面が同じ曲率半径を有する透明基板」を実現でき、積層数を増減することで「厚さ」を適宜に設定した透明基板を作製できる。
【0094】
積層による透明基板の作り易さを考慮すると、積層する平行平板G1等の厚さは0.03mmから1mmの範囲が望ましく、薄板平行平板の入手容易性や取り扱い性、コスト、積層コストを考慮すると積層される1枚の平行平板の厚さは0.07から0.3mmが好ましい。
【0095】
図10は、図8、図9に即して説明した実施の形態の変形例を示す。
【0096】
湾曲形状を与えられた透明基板は、BK−7ガラスによる薄い平行平板G1〜G4を接着剤S1〜S3を介して積層し、加圧による変形で、曲率半径:R=30m、湾曲量:W=27μmの湾曲を与えられ、接着剤S1〜S3で互いに接着一体化されたものである。
【0097】
この例では、前記積層受け面冶具と加圧冶具で加圧による変形を行うときに、凹面側となる平行平板G1の凹面側となる面に、予め、MgFなどによる反射防止膜Hをコーテイングしている。
【0098】
即ち、直径:φ=100mm、厚さ:0.1mmのbK−7ガラスによる平行平板G1の片面に真空蒸着法でMgFを、λ/4=n・dとなるよう残留膜応力が無い成膜条件で成膜する。
【0099】
以下、先の実施の形態の場合と同様に、平行平板G1〜G4の積層・加圧による変形・接着剤硬化を行い、図10に示す如き透明基板を得る。
【0100】
以下、上記と同様にして有機材料膜の接着、回折格子の形成、オーバコート層の形成、対向基板の一体化を行い、ダイシング装置による分離工程を経て回折光学素子を得る。このようにして得られる回折光学素子は、反射防止膜Hをコーテイングされているので、使用状態において光の入射効率が向上する。
【0101】
上には、有機材料膜として「熱収縮が等方的に生じるもの」を想定したので、透明基板に予め与える湾曲形状は、透明基板の両面を「曲率の等しい球面」とするような湾曲であるが、有機材料膜の熱収縮に方向性があり、ある特定の方向に熱収縮が顕著に生じるものである場合には、透明基板の湾曲を「両面が曲率の等しいシリンダ面」となるように形成し、熱収縮による応力がシリンダ面の最大曲率方向に作用するようにすればよい。
【0102】
図11は、この発明の光ピックアップ装置の実施の1形態を示す図である。 光ピックアップ装置は、光源30から放射される光を、対物レンズ37により光ディスク40の記録面上に光スポットとして集光し、記録面により反射された戻り光束を、対物レンズ37を介して光検出部39へ導きつつ、光ディスク40に対し、情報の記録・再生・消去の1以上を行う光ピックアップ装置であり、光源30と対物レンズ37との間に回折光学素子31が配置されている。
回折光学素子31は、図1(f)に示す如きものである。
【0103】
図11の光ピックアップ装置では、光源30である半導体レーザからの光が回折光学素子31を透過する。回折光学素子31は有機材料膜が有機複屈折膜のものであり「偏光ホログラム素子」として用いられ、光源側からの光はそのまま回折光学素子31を透過し、さらに、1/4波長板35を透過し、対物レンズ37の作用により、光ディスク40の記録面上に光スポットとして集光する。
【0104】
記録面により反射された光は「戻り光束」となって対物レンズ37、1/4波長板35を透過し、偏光面が当初の方向から90度旋回した直線偏光となり、回折光学素子31に入射し、回折光学素子31による回折作用を受けて光検出部39へ向けて偏向される。このとき、戻り光束には回折光学素子31により、例えば非点収差が与えられ、この光束は光検出部39で受光され、非点収差法によるフォーカシング信号、プッシュプル法によるトラッキング信号や再生信号を発生させる。
【0105】
即ち、図11の光ピックアップ装置は、請求項16記載の回折光学素子を、光源30側からの光束の光路と、光ディスク40からの戻り光束の光路とを光路分離する偏光ホログラム素子31として用いたもの(請求項19)である。
【0106】
図12は、光ディスクドライブ装置の実施の1形態を示す図である。
この光ディスクドライブ装置は、光ディスク40に対し、光ピックアップ装置41を用いて情報の記録・再生・消去の1以上を行う装置である。光ディスク40は保持部47に保持され、「駆動手段」としてのモータMで回転駆動される。
【0107】
セットされた光ディスク40に対し(例えば、図11に示した如き)光ピックアップ装置41が、変位駆動手段43により光ディスク40の半径方向へ変位駆動されて、記録・再生・消去の1以上を行う。制御手段45は、光ピックアップ装置41からの信号に基づく各種制御や再生信号の出力を制御するほか、装置全体の制御を行う。
【0108】
即ち、図12の光ディスクドライブ装置は、光ディスク40に対し、光ピックアップ装置41を用いて情報の記録・再生・消去の1以上を行う光ディスクドライブ装置において、光ピックアップ装置として請求項19記載のものを用いたもの(請求項20)である。
【0109】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な回折光学素子およびその製造方法、光ピックアップ装置および光ディスクドライブ装置を実現できる。
この発明の回折光学素子製造方法では、透明基板に予め所定の湾曲形状を与えておき、有機材料膜の熱収縮が透明基板に作用する引張り応力を矯正力として、上記湾曲形状を矯正するので透明基板の反りが有効に軽減され、回折格子形成工程の際、基板を「真空吸着」で所定の位置に確実に固定でき、透明基板の反りに起因する「同時に形成される複数の回折光学素子の光学特性のばらつき」を有効に防止でき、反りの大きな部分に形成された回折光学素子における透過光の波面収差の劣化の問題を有効に解消することができる。
【0110】
従って、この発明の回折光学素子は製造の歩留まりよく安価に製造でき、素子間の光学特性のばらつきが小さい。
【0111】
このような回折光学素子を偏光ホログラム素子として用いる光ピックアップ装置は、良好な光ピックアップ機能を実現でき、このような光ピックアップ装置を用いる光ディスクドライブ装置は性能良好である。
【図面の簡単な説明】
【図1】回折光学素子を作製する基本的なプロセスを説明するための図である。
【図2】透明基板に接着された有機材料膜に格子配列状に形成された回折格子の配列を説明図的に示す図である。
【図3】有機材料膜の熱収縮による透明基板の反りを説明するための図である。
【図4】この発明の回折光学素子の製造方法において用いられる、予め湾曲形状を与えられた透明基板を説明するための図である。
【図5】発明の実施の形態において、透明基板上へ有機材料膜を、接着剤を介して載置する工程を説明するための図である。
【図6】図5の工程で、透明基板上に載置された有機材料膜を、透明基板上に接着する工程を説明するための図である。
【図7】回折格子を形成された有機材料膜上にオーバコート層となる接着剤で対向透明基板を接着する工程を説明するための図である。
【図8】透明基板となる透明平行平板状材料を変形させて湾曲形状を付与する工程を説明するための図である。
【図9】図8に示す工程で湾曲形状を与えられた透明基板を示す図である。
【図10】反射防止膜を形成した透明基板を説明するための図である。
【図11】光ピックアップ装置の実施の1形態を説明するための図である。
【図12】光ディスクドライブ装置の実施の1形態を説明するための図である。
【符号の説明】
1A   透明基板
2    接着剤
3    有機材料膜
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a diffractive optical element, a method of manufacturing the same, an optical pickup device, and an optical disk drive device.
[0002]
[Prior art]
A diffractive optical element is an “optical element that causes a desired diffraction phenomenon in light”, and is widely used as an element that performs light separation, light deflection, and the like.
[0003]
Conventionally, various types of diffractive optical elements have been known. As a new type of diffractive optical element, an organic film or a polymer film is formed on an optically transparent substrate, and the surface of these films is desirably formed by unevenness. (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-221325, 2000-75130, and 11-174226).
[0004]
The diffractive optical element described in the above publication is a “polarization hologram element” having a birefringent film. For example, in an optical pickup device, “an optical path separation between an optical path of a light beam from the light source side and an optical path of a return light beam from the optical disk” is performed. Can be suitably used.
[0005]
To slightly supplement the description, the diffractive optical element used in the optical pickup device has a size of “about several millimeters square”, and is not manufactured separately by itself, but 100 to several hundred at a time. Manufactured.
[0006]
That is, an adhesive layer is formed on a transparent substrate having a diameter of several tens to several hundreds of mm, for example, a parallel plate-shaped transparent substrate having a diameter of 100 mm or 150 mm, and the same size as the substrate is formed on the formed adhesive layer. An organic material film of a size or one size smaller than this is placed, and is adhered and fixed to a transparent substrate by an adhesive layer. As the adhesive constituting the adhesive layer, a thermosetting adhesive or a photocurable adhesive such as an ultraviolet curable adhesive can be used.
[0007]
A plurality of (normally 100 to 200) diffraction gratings are formed on the surface of the organic material film adhered to the transparent substrate. To form a diffraction grating, a thin film made of metal or oxide is formed on an organic material film, the film is patterned by photolithography to form an etching mask corresponding to the diffraction grating group, and dry etching is performed through this mask. Can be done with
[0008]
After the formation of the diffraction grating, an overcoat layer is formed as necessary, and if necessary, a transparent counter substrate is placed on the overcoat layer to integrate the entire structure. Thereafter, cutting is performed using a dicing device to obtain individual diffractive optical elements.
[0009]
By the way, the material of the organic material film forming the diffraction grating is generally a “polymer material”, and a process involving heating in the manufacturing process of the diffractive optical element (for example, forming an adhesive layer with a thermosetting adhesive, When the organic material film is cured by heating to adhere and fix the film, or when subjected to a photoresist pre-bake or post-bake treatment in photolithography when forming an etching mask, a temperature change due to heat (the heat curing of the adhesive described above) occurs. (100-150 ° C. in some cases), causing “warping” in the transparent substrate fixed via the adhesive layer.
[0010]
When such “warpage” occurs, for example, it becomes difficult or impossible to fix the substrate at a predetermined position by “vacuum suction” when performing a diffraction grating forming step. In addition, when a diffraction grating is formed on a warped organic material film by dry etching, the warpage causes "a plurality of diffraction gratings formed at the same time to be not the same". "Variation" of optical characteristics occurs. In particular, in the case of a diffraction grating formed in a portion having a large warp, the wavefront aberration of transmitted light is degraded, and there is a case where the diffraction grating cannot be practically used.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to effectively solve the above-mentioned problem of "warpage" at the time of manufacturing a diffractive optical element.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The method for manufacturing a diffractive optical element according to the present invention includes an organic material film bonding step, a diffraction grating forming step, and a separation step.
The “organic material film bonding step” is a step of bonding and fixing an organic material film on a transparent substrate.
[0013]
The “diffraction grating forming step” is a process including photolithography and etching, in which a plurality of diffraction gratings having a rectangular cross section are formed in a lattice array on an organic material film bonded and fixed on a transparent substrate. This is the step of doing. As described above, the number of diffraction gratings to be formed is usually 100 to several hundreds.
[0014]
The “separation step” is a step of individually separating a plurality of diffraction gratings formed in a lattice array. This separation step is usually performed using a dicing device.
[0015]
The manufacturing method according to claim 1 has the following features.
That is, in order to alleviate "warping of the transparent substrate caused by thermal contraction of the organic material film", a "predetermined curved shape" is given to the transparent substrate in advance, and the curved shape of the transparent substrate is corrected by thermal contraction of the organic material film. This makes the transparent substrate a substantially parallel plate.
[0016]
As described above, the heat shrinkage of the organic material film is caused, for example, by bonding with a thermosetting adhesive or by receiving heat in pre-baking or post-baking of a photoresist in photolithography. In the present invention, a curved shape is given to the transparent substrate side in advance, and the tensile force acting on the transparent substrate when the organic material film thermally contracts is "correcting the shape of the transparent substrate from the curved shape to a substantially parallel flat plate. It is used as "correcting power".
[0017]
The “substantially parallel flat plate” whose curved shape has been corrected can be securely held by, for example, vacuum suction, and is sufficiently focused on the photoresist layer when an etching mask is manufactured by photolithography. Say "no warp".
[0018]
In the method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 1, the step of “giving a transparent substrate a predetermined curved shape in advance” includes machining a transparent parallel flat plate-shaped material to be a transparent substrate by machining both surfaces. (Claim 2), or a transparent parallel plate-like material to be a transparent substrate is provided by a first jig having a predetermined convex curved surface shape and a convex of the first jig. It may be performed by sandwiching and pressing with a second jig having a concave curved surface shape corresponding to the curved surface shape to give a predetermined curved shape to the transparent parallel plate shape (claim 3).
[0019]
In the method for manufacturing a diffractive optical element according to the third aspect of the present invention, the transparent parallel plate-like material to be used as the transparent substrate may be “a plurality of thin transparent plates, via a photocurable or thermosetting adhesive in a fluid state. After the deformation by the first and second jigs, the adhesive can be solidified by light or heat after the deformation by the first and second jigs (Claim 4). A thin transparent plate bonded and integrated with each other "is a transparent substrate, on which an organic material film is bonded.
[0020]
In the manufacturing method according to claim 3 or 4, an "anti-reflection film" is previously formed on a surface of the transparent parallel plate material to be a transparent substrate, which is opposite to the "surface on which the organic material film is to be bonded". It may be formed.
[0021]
In the method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 1 to 4, the “predetermined curved shape given to the transparent substrate in advance” preferably has a radius of curvature in a range of 20 m to 100 m (claim). Item 5). As the curved shape, a “convex spherical shape, a convex cylinder surface shape, or the like” is possible.
[0022]
The method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 1 to 5, wherein the transparent substrate is supported by a support jig having a convex curved surface shape that fits the curved shape of the transparent substrate. An adhesive is applied to the convex surface side, an organic material film is placed thereon, and pressing is performed from above the organic material film by a holding jig having a concave curved surface shape corresponding to the convex curved surface shape of the supporting jig, and bonding is performed. By spreading the agent uniformly between the transparent substrate and the organic material film, the organic material film can be suitably bonded to the curved transparent substrate (claim 6).
[0023]
As the adhesive, a light-curable or thermosetting adhesive is used. As described above, in a state where the adhesive is uniformly spread between the transparent substrate and the organic material film, the adhesive is irradiated with light or heated. Solidification may be performed.
[0024]
The method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 1 to 6, wherein "a plurality of diffraction gratings each having a rectangular cross section are formed on an organic material film adhered and fixed on a transparent substrate. The etching step in the diffraction grating forming step of forming a shape can be suitably performed by electron cyclotron etching (claim 7).
[0025]
The method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 1 to 7, wherein a plurality of diffraction gratings are formed on the organic material film formed in a lattice array in a manner such that “optical elements are formed in concave portions of the diffraction gratings in each diffraction grating. Transparent material can be filled to form an overcoat layer "(claim 8). In this case," a transparent counter substrate can be integrated "on the overcoat layer (claim 9). .
[0026]
The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 8, wherein the organic material film is an “organic birefringent film” and the overcoat layer is “an organic birefringent film having a refractive index for ordinary rays or an extraordinary ray. An isotropic optical material (a material whose optical properties do not change with direction) having substantially the same refractive index "can be used (claim 10). In this case, the obtained diffractive optical element has a different diffracting action between the ordinary ray and the extraordinary ray.
[0027]
As the “organic birefringent film” used in the method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 10, a “polymer birefringent film having oriented molecular chains” can be used (claim 11). The polymer birefringent film used as the birefringent film can be a “polymer film in which molecular chains are oriented by stretching” (Claim 12).
[0028]
In the method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 8 to 12, an acrylic or epoxy-based material can be suitably used as a material of the “overcoat layer” (claim 13).
[0029]
A diffractive optical element according to the present invention is a diffractive optical element manufactured by the method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 1 to 13 (claim 14).
[0030]
Of the diffractive optical elements according to claim 14, the diffractive optical element manufactured by the manufacturing method according to claim 10 or 11 or 12 can be used as a "polarization hologram element" (claim 15). In this case, a "transparent counter substrate" can be integrated on the overcoat layer (claim 16), and an acrylic or epoxy-based material can be suitably used as the material of the overcoat layer (claim 17). ).
[0031]
The diffractive optical element according to claim 15 or 16 or 17 can be one in which “an antireflection film is formed on a transparent substrate to which an organic birefringent film is adhered” (claim 18).
[0032]
An optical pickup device according to the present invention is characterized in that the diffraction optical element according to any one of claims 15 to 18 is a polarization hologram element that separates an optical path of a light beam from a light source side and an optical path of a return light beam from an optical disk. (Claim 19).
[0033]
An optical disk drive device according to the present invention is directed to an optical disk drive device that performs at least one of recording, reproducing, and erasing of information on an optical disk by using an optical pickup device. It is a feature (claim 20).
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment will be described. First, an example of a manufacturing process of a diffractive optical element will be briefly described with reference to FIG.
[0035]
FIG. 1A shows a state in which an organic material film 3 is bonded on a transparent substrate 1A by an adhesive layer 2 in an “organic material film bonding step”.
[0036]
As shown in FIG. 1B, a mask film 4 is formed on the organic material film 3 using an “etching mask material” (mask film forming step). The mask film is formed of, for example, a metal such as Al or an oxide film.
[0037]
Subsequently, as shown in FIG. 1C, a resist pattern 5 corresponding to a processing mask pattern is formed on the mask film 4 by photolithography (resist pattern forming step).
[0038]
After the resist pattern 5 is thus formed, the mask film 4 is patterned by wet etching in a liquid to form a processing mask (mask forming step). At this time, the resist pattern 5 serves as a mask for wet etching, and the “exposed portion” of the mask film 4 is etched and removed. When the resist pattern 5 is removed after the etching, the mask 4M remains on the organic material film 3 as shown in FIG.
[0039]
After the mask formation step, the organic material film 3 is etched through the mask 4M to form a diffraction grating (etching step). By this etching, a diffraction grating 3A having rectangular irregularities is formed on the surface of the organic material film. The above-mentioned mask film forming step, resist pattern forming step, mask forming step and etching step are the “diffraction grating forming step”.
[0040]
As will be described later, a photoresist film is formed directly on the organic material film 3 without using the mask film 4M, patterned according to the mask pattern, and etched using the patterned resist pattern as a mask to form a diffraction grating. It can also be formed.
[0041]
FIG. 1E shows a state in which the mask 4M has been removed after the etching. On the surface of the organic material film 3 provided on the transparent substrate 1, a diffraction grating 3A having a rectangular cross section is formed. The state shown in FIG. 1E, that is, the state in which the diffraction grating 3A is formed on the organic material film 3 adhered on the transparent substrate 1A is referred to as a "diffraction element" for convenience.
[0042]
The "diffraction element" itself has a "function as a diffractive optical element (function of diffracting transmitted light)", so it can be used as it is as a diffractive optical element, but an organic material having a diffraction grating formed thereon Since the film does not always have a sufficient “physical strength”, rather than using the film as it is, as shown in FIG. It is preferable to reinforce the overcoat layer 9 by filling it with "transparent material" (Claim 8), and it is preferable to integrate the transparent counter substrate 1B on the overcoat layer 9 (Claim 9). ).
[0043]
Thus, the diffractive optical element 10 is obtained. In this case, the organic material film 3 is an “organic birefringent film”, and the overcoat layer 9 is an isotropic optical material having a “refractive index substantially equal to the refractive index of the organic birefringent film for ordinary or extraordinary light”. If the above is used, the diffractive optical element 10 is a diffractive optical element according to claim 16 and can be used as a polarization hologram element.
[0044]
If some care is taken in handling, the transparent substrate 1B can be removed from the state shown in FIG. 1 (g), and the overcoat layer 9 can be used as a "surface layer also serving as a protective film".
[0045]
Above, the description has been simplified as a single diffractive optical element, but as described above, the diffractive optical element is not manufactured separately and individually, but 100 to several hundred pieces are manufactured at a time. .
[0046]
FIG. 2 shows “a state in which a large number of diffraction gratings are formed in a lattice array” on the organic material film 3 at the stage of FIG. Reference numeral 3A indicates each of a large number of diffraction gratings formed on the organic material film 3. In the case of obtaining the diffractive optical element 10 of FIG. 1F, in the state of FIG. 2, “optically transparent material” is supplied over the entire diffraction grating of the organic material film 3 and the concave portion of each diffraction grating is provided. , Filling between the diffraction gratings to form an overcoat layer, on which a “transparent counter substrate” is further integrated, and thereafter, a portion including the individual diffraction gratings 3A is cut off by a dicing device to form a diffractive optical element. A single product (the above-mentioned “separation step”).
[0047]
FIG. 3 shows a state after the “organic material film bonding step”. In this figure, the transparent substrate denoted by reference numeral 1A and the organic material film denoted by reference numeral 3 are large in size (as shown in FIG. 2) that have not yet been separated.
[0048]
When a “parallel plate” is used as the transparent substrate 1A, the adhesive substrate 2 contracts when the adhesive 2 cures, so that the transparent substrate 1A generates “warp”. As described above, in the diffraction grating forming step, a resist pattern corresponding to the processing mask is formed on the mask film by photolithography. In this case, the photoresist is subjected to pre-baking and post-baking. The organic material film 3 is thermally contracted by the heat, and the transparent substrate 1A is further warped by the thermal contraction. FIG. 3 emphasizes such “warpage”.
[0049]
In the present invention, as described above, a curved shape is given in advance to the transparent substrate side, and the tensile stress acting on the transparent substrate when the organic material film thermally shrinks is referred to as “the shape of the transparent substrate is substantially changed from the curved shape. The transparent substrate is made into a substantially parallel flat plate by correcting the above-mentioned curved shape.
[0050]
Hereinafter, an embodiment of a characteristic portion in a method for manufacturing a diffractive optical element will be described. As a transparent parallel plate-shaped material to be a transparent substrate, a BK-7 glass plate having a diameter of φ = 100 mm and a thickness of 2 mm was used, and both sides thereof were machined to obtain a “predetermined curved shape” as shown in FIG. Is produced (claim 2).
[0051]
Specifically, one surface of the BK-7 glass plate (transparent parallel plate-like material) is roughly, medium-, and precision-polished to have a radius of curvature: R with a spherical polishing device, and then subjected to finish polishing. The roughness is Ra (center line average roughness): 5 nm or less. In this manner, a convex spherical surface having a radius of curvature: R is formed on one surface of the BK-7 glass plate.
[0052]
Next, a polishing jig (not shown) to which the finish polishing surface shape of the BK-7 glass plate has been transferred is rough-cut, medium-polished, precision-polished on the surface opposite to the above-mentioned finished-polished surface, and then subjected to final polishing. As shown in FIG. 4, the surface roughness is Ra (center line average roughness): a concave spherical surface shape of 5 nm or less, both surfaces have “the same radius of curvature: R”, and the thickness is 1.0 mm. A curved transparent substrate 1 is obtained.
[0053]
For example, if the radius of curvature: R = 30 m, the amount of curvature: W shown in FIG. 4 is 27 μm. Since the above “polishing jig” can be used repeatedly, the cost of the polishing jig can be reduced. It is also possible to use an automated mechanical polishing apparatus, which can reduce the manufacturing cost of the curved transparent substrate 1.
[0054]
Next, as shown in FIG. 5, the curved transparent substrate 1 is placed on a substrate holder 51 that can be moved in the X, Y, and Z-axis directions by the moving stage 50 so that the convex side thereof faces upward. It is fixed to the substrate holder 51 by a vacuum suction mechanism (not shown). The substrate holder 51 has a convex spherical shape having substantially the same radius of curvature: R as the transparent substrate 1, has an outer diameter of φ = 125 mm, and is one size larger than the transparent substrate 1.
[0055]
Above the substrate holder 51, an "adhesive dropping device" and a "measurement system movable in the X and Y directions for measuring the center of the adhesive and the center of the organic birefringent film" (both not shown) are provided. Have been.
[0056]
The above-mentioned measurement system detects the position using the CCD laser displacement meter 53 which reads the amount of displacement by detecting the reflected light on the surface of the adhesive 2, the transparent substrate 1, and the organic material film 3, and feeds back the position information to each moving device. (Not shown). "
[0057]
Holders 54A and 54B for holding the ends of the organic material film 3 are arranged in parallel to the substrate holder 51, and a "moment generating device (not shown) for generating a moment Mt in the holders 54A and 54B". Is provided.
[0058]
As described above, an “ultraviolet curable” adhesive 2 (manufactured by ThreeBond: trade name “TB3042”) having substantially the same refractive index as the transparent substrate 1 is provided at the center of the curved transparent substrate 1 set on the substrate holder 51. )), And the ends of the organic material film 3 cut into “110 mm × 120 mm” are held thereon by vacuum suction with the holders 54A and 54B, and are roughly positioned at the center of the transparent substrate 1. By means of the moment generator, the surface shape of the organic material film 3 deformed into a U-shape as shown in the figure is measured by the CCD laser displacement meter 53 to detect the "U-shaped center position" and measure it in advance. The amount of movement is calculated from the position information of the top of the convex shape of the adhesive 2 placed, and the U-shaped center of the organic material film 3 is aligned with the top of the convex shape of the adhesive 2 by the XY moving device.
[0059]
After the alignment of the transparent substrate 1, the adhesive 2, and the organic material film 3 is completed, the substrate holder 51 is raised in the Z direction, and stopped at the position where the adhesive 2 and the organic material film 3 contact each other at the apex. After that, the organic composite material film 3 is placed on the transparent substrate 1 while the moment Mt on the left and right sides of the organic material film 3 is gradually released.
[0060]
After the organic material film 3 has been placed on the transparent substrate 1 in this manner, as shown in FIG. 6, the diameter processed into a concave spherical shape having substantially the same radius of curvature as the curved shape of the transparent substrate 1 is R. : A pressing member 55 made of quartz glass having a diameter of 110 mm and a thickness of 20 mm is placed on the organic material film 3, and is uniformly pressed over the entire surface by a pressing means (not shown) so that the adhesive 2 spreads over the entire surface of the transparent substrate 1. The pressure is stopped, and a light intensity of 30 mW / cm is applied by an ultraviolet irradiation device (not shown) (hereinafter, referred to as “UV device”) via the pressing tool 55. 2 Is irradiated from the organic material film 3 side for 200 seconds to cure the adhesive.
[0061]
After the adhesive 2 is cured, the excess portion of the organic birefringent film 3 is cut along the outer diameter of the transparent substrate 1 having a diameter of φ = 100 mm. Thereafter, the pressing tool 55 is raised, and the substrate holder 51 is vacuum-adsorbed. Is released, and the transparent substrate 1 to which the organic material film 3 is adhered is taken out.
[0062]
As described above, when the organic material film 3 is mounted on the transparent substrate 1, the conventional mounting method in which the organic material film 3 is brought into contact with the transparent substrate 1 from the center of the organic material film 3 so as to be adhered by surface contact is “at a visual level. In contrast to the occurrence of "bubble entrainment that can be confirmed", the above method was able to realize adhesion without entrainment of air bubbles.
[0063]
"Positioning of the transparent substrate 1, the adhesive 2, and the organic material film 3" means, in addition to the above-described method, recognizing the shapes of the transparent substrate 1 and the adhesive 2 by using a CCD camera and image processing, dividing the center, and positioning. It is also possible to carry out a method for performing such operations.
[0064]
In the above description, “acrylic resin-based photocurable adhesive” is used as the adhesive 2, but “epoxy resin-based photocurable adhesive” may be used. As the “transparent parallel plate-like material” to be the transparent substrate 1, in addition to the BK-7 glass substrate, a quartz glass substrate, a Pyrex (registered trademark) glass substrate, a crystalline glass (trade name: Neoceram) substrate, or the like is used. Is also good.
[0065]
As described above, by making the radius of curvature R of the concave spherical shape of the substrate holder 51 and the pressing member 55 made of quartz glass in contact with the transparent substrate 1 the same as the radius of curvature R of the transparent substrate 1, The highly accurate bonding between the transparent substrate 1 and the organic material film 3 becomes possible.
[0066]
The thickness of the organic material film 3 is preferably 0.01 mm or more from the viewpoint of easy handling. When the organic material film 3 is an “organic birefringent film in which the molecular chains are oriented by stretching to exhibit birefringence (Claim 12)”, the maximum thickness is in the range of 0.5 mm, more preferably 0. The range of 0.05 to 0.2 mm is good.
[0067]
In the example in the description, as the organic material film 3, “a film obtained by developing a birefringent property by stretching a polyester-based organic material film having a thickness of 0.1 mm” is used.
[0068]
After the organic material film 3 adhered as described above is washed in the order of "an organic solvent such as isopropyl alcohol and pure water", a ZEP-520 resist (trade name, manufactured by Zeon Chemical Co., Ltd.) is spin-coated to a thickness of 0.5 μm. To form a photoresist film, and pre-baked at a temperature of 100 ° C. for 30 minutes.
[0069]
At this time, a force of about 7.5 MPa is generated as a tensile stress in the transparent substrate 1 due to the stress caused by the thermal strain of the organic material film 3, and the shape of the transparent substrate 1 having “reverse warpage” due to the curvature Is applied, and as a result, the warpage of the transparent substrate 1 is reduced.
[0070]
As a result of measuring the warpage of the surface of the organic material film by removing the photoresist, the amount of warpage of the organic material film surface is reduced as compared with the case where the organic material film is adhered to the BK-7 glass substrate in a parallel plate state. confirmed.
[0071]
A large number of transparent substrates were prepared in which the radius of curvature R of the curved shape previously given to the transparent substrate 1 was changed to 15 m, 20 m, 30 m, 100 m, and 120 m, and the organic material film 3 (thickness: A polyester film having a birefringence developed by stretching is attached to a 0.1 mm polyester-based organic material film to form a photoresist film having a thickness of 0.5 μm in the same manner as described above. A sample baked for a minute was used as a sample.
[0072]
With respect to these samples, "whether or not vacuum suction" was performed on a stepper device and whether or not focusing was performed on the photoresist surface were examined. The results are shown below.
[0073]
"○" means "no problem", "△" requires manual correction, but "vacuum suction / focusing is possible", "x" means "vacuum suction / focusing was not possible" Case ".
[0074]
Curvature radius: R 15m 20m 30m 100m 120m
Availability of vacuum suction on stepper × ○ ○ ○ △
Acceptance of focus position × △ ○ ○ ×.
[0075]
Radius of curvature: A transparent substrate having a large R, that is, "a substrate having a small curvature" and a transparent substrate having a small radius of a curvature, that is, "a substrate having a too large curvature" had no effect.
[0076]
In consideration of the stability of the process of manufacturing the diffractive optical element and the quality of the element, it is necessary to manufacture the transparent substrate 1 while minimizing the displacement.
[0077]
On the transparent substrate 1 on which the organic material film 3 is adhered and the photoresist film is formed as described above, a pattern of “line & space: 2 μm” is repeated 300 times at a pitch of 8 mm on the organic material film 3 using a stepper device. Then, masks for 300 units of diffraction gratings (see FIG. 1C) were formed in a lattice array. The mask for one unit of the diffraction grating is formed in a rectangular shape of 1 mm × 2 mm at the center of the outer shape: 8 mm × 8 mm.
[0078]
Next, in an “etching gas atmosphere containing oxygen gas as a main component”, a line having a width of 2 μm, a depth of 3 μm, and a space having a width of 2 mm are formed with an ECR (Electron Cyclotron Resonance: Electron Cyclotron Resonance) etching apparatus manufactured by Sumitomo Metal Co., Ltd. A lattice-like array of diffraction gratings with periodic repetitions was formed. Other photolithography uses a generally known process, and a detailed description thereof will be omitted.
[0079]
Next, as shown in FIG. 7, the transparent substrate 1 having the organic material film 3 and the diffraction gratings formed in a lattice array is placed on a stainless steel plate 70 having a flattened diameter: φ = 200 mm and a thickness: 50 mm. Then, on the surface on which the diffraction grating is formed, an acrylic resin-based photocurable (optically isotropic, having a refractive index substantially equal to the refractive index for an extraordinary ray in the birefringence developed in the organic material film. ) 0.25 ml of the adhesive 71 was metered and dropped with a microsyringe, and a transparent counter substrate 5 made of BK-7 glass having an outer diameter of φ = 100 mm and a thickness of 0.5 mm, both surfaces of which were optically polished from above, was placed. Further, a pressing member 72 made of quartz glass which has been optically polished is placed thereon, and 100 gf / cm 2 Is applied to spread the optically isotropic adhesive 71 over the entire surface to be bonded.
[0080]
In this state, with a UV device (not shown), the irradiation illuminance: 20 mW / cm from 150 mm above the opposing transparent substrate 5 2 For 10 minutes to cure and bond the adhesive 71. Thus, the layer of the cured adhesive 71 becomes an “overcoat layer”. Thereafter, the area where each diffraction grating was formed was cut out into 8 mm × 8 mm by a dicing apparatus and separated to obtain one unit of a diffractive optical element.
Thus, a diffractive optical element as shown in FIG. 1 (f) is obtained. This diffractive optical element is the polarization hologram element according to claim 16.
[0081]
The above-mentioned “optically isotropic adhesive” used an acrylic UV-curable adhesive from the viewpoints of easy control of characteristics such as viscosity and refractive index, and adhesiveness and transparency. The same is possible with a curable adhesive. Since these adhesives are cured by ultraviolet rays, they can be cured during pressurization, and the manufacturing process can be simplified.
[0082]
A method for obtaining an organic material film having birefringence is as follows: a polymer film such as polyethylene terephthalate is rubbed with a cloth and rubbed to form an alignment film, and a polydiacetylene monomer is vacuum-deposited on the alignment film to be aligned; After that, a method of irradiating ultraviolet light to polymerize to form an anisotropic film (J. Appl. Phys., 72, No. 3, P938-947) is known, but the process is complicated. High manufacturing cost.
[0083]
The organic material film 3 used above is an “organic polymer film in which the molecular chains are oriented (claim 11)”, which exhibits birefringence by stretching in consideration of uniformity of characteristics (claim 12). ).
[0084]
The radius of curvature: R of the transparent substrate varies depending on the coefficient of thermal expansion and the thickness of the organic material film, because the “tensile stress of the organic material film due to thermal contraction” changes. The temperature is determined experimentally in consideration of the temperature and the like, and is not limited to the above example.
[0085]
Hereinafter, another embodiment of the method of manufacturing the diffractive optical element will be described.
In this embodiment, a transparent parallel plate-like material to be a transparent substrate is sandwiched between a first jig having a predetermined convex curved surface shape and a second jig having a concave curved surface shape corresponding to the convex curved surface shape. To apply a predetermined curvature to the transparent parallel plate-like material (claim 3). In the embodiment described below, a plurality of thin transparent plates are used as the transparent parallel plate-like material to be a transparent substrate. After the photo-setting or thermo-setting adhesive laminated in a fluid state is used, the adhesive is solidified by light or heat after being deformed by the first and second jigs.
[0086]
As shown in FIG. 8, a laminated receiving jig 81 made of quartz glass having a radius of curvature R = 30 m as a radius of curvature (rough cutting, medium polishing, and precision polishing so as to form a convex spherical shape having a radius of curvature of 30 m with a spherical polishing device). Then, the surface roughness is Ra (center line average roughness): having a “convex spherical receiving surface” of 5 nm or less by finish polishing, and a pressing jig 82 made of quartz glass (for receiving the lamination receiving jig 81). Using a polishing jig on which the polished surface of the surface has been transferred, the pressed surface is roughly ground to have a concave spherical shape with a radius of curvature: R of 30 m, medium polished, precision polished, and then finished with a surface roughness Ra (center line average roughness). A) having a “concave spherical pressing surface” of 5 nm or less.
[0087]
A parallel flat plate G1 made of BK-7 glass having a diameter of φ = 100 mm and a thickness of 0.1 mm is placed on the receiving surface of the laminated receiving jig 81, and has substantially the same refractive index as that of the BK-7 glass. 0.1 ml of the ultraviolet curing adhesive S1 is dropped. A parallel plate G2 of BK-7 glass having a diameter of φ = 100 mm and a thickness of 0.1 mm is placed thereon, and 0.1 ml of the ultraviolet curing adhesive S2 is dropped thereon.
[0088]
Similarly, the parallel flat plates G3 and G4 of the same size and the same thickness as described above made of BK-7 glass are placed, and four parallel flat plates G1 to G4 are laminated via the adhesives S1 to S3.
[0089]
In this state, pressure is applied from above the stacked parallel flat plates G1 to G4 by a pressing device (not shown) using a pressing jig 82 to deform the parallel flat plates G1 to G4 and “fix the deformed state”, and UV (not shown) The apparatus irradiates ultraviolet light through a pressing jig 82 to cure the adhesives S1 to S3.
[0090]
As the adhesives S1 to S3, TB3042 (trade name of Three Bond) was used.
[0091]
In this way, as shown in FIG. 9, a “transparent substrate” including four parallel flat plates G <b> 1 to G <b> 4 which is given a curved shape by deformation and integrated by bonding is obtained.
The radius of curvature: R of both surfaces of the transparent substrate is 40 m, and the amount of curvature: W is 27 μm.
[0092]
On this transparent substrate, a group of diffraction gratings is formed in a lattice array by the same process as described above, the overcoat layer is formed and the opposing substrate is integrated, and a dicing device is used to form a 8 mm × 8 mm size. The cutout was used as a polarization hologram element.
[0093]
In the case of this method, a “transparent substrate having both surfaces having the same radius of curvature” can be realized by laminating and bonding using an inexpensive flat substrate G1 and the like, and a transparent substrate having an appropriately set “thickness” by increasing or decreasing the number of layers. Can be produced.
[0094]
Considering the easiness of making a transparent substrate by lamination, the thickness of the parallel flat plate G1 or the like to be laminated is desirably in the range of 0.03 mm to 1 mm, and considering the availability, handling, cost, and lamination cost of the thin parallel flat plate. The thickness of one parallel flat plate to be laminated is preferably 0.07 to 0.3 mm.
[0095]
FIG. 10 shows a modification of the embodiment described with reference to FIGS.
[0096]
A transparent substrate having a curved shape is formed by laminating thin parallel plates G1 to G4 of BK-7 glass via adhesives S1 to S3, and deforming by pressing to obtain a radius of curvature: R = 30 m, and a bending amount: W. = 27 [mu] m and bonded together with adhesives S1 to S3.
[0097]
In this example, when deforming by pressing with the laminated receiving surface jig and the pressing jig, the surface of the parallel flat plate G1 that is the concave 2 The anti-reflection film H is coated.
[0098]
That is, MgF was formed on one surface of a parallel plate G1 of bK-7 glass having a diameter of φ = 100 mm and a thickness of 0.1 mm by vacuum evaporation. 2 Is formed under a film-forming condition with no residual film stress so that λ / 4 = n · d.
[0099]
Hereinafter, as in the case of the previous embodiment, the parallel flat plates G1 to G4 are laminated, deformed by applying pressure, and cured with an adhesive to obtain a transparent substrate as shown in FIG.
[0100]
Hereinafter, the bonding of the organic material film, the formation of the diffraction grating, the formation of the overcoat layer, and the integration of the opposing substrate are performed in the same manner as described above, and the diffractive optical element is obtained through a separation process using a dicing apparatus. Since the diffractive optical element obtained in this way is coated with the antireflection film H, the light incidence efficiency is improved in use.
[0101]
On the upper side, as the organic material film is assumed to be “one in which heat shrinkage isotropically occurs”, the curved shape given to the transparent substrate in advance is such that both surfaces of the transparent substrate are “spherical surfaces having the same curvature”. However, when the heat shrinkage of the organic material film is directional and the heat shrinkage is remarkable in a specific direction, the curvature of the transparent substrate is changed to “a cylinder surface having the same curvature on both sides”. And the stress due to thermal shrinkage may act in the direction of the maximum curvature of the cylinder surface.
[0102]
FIG. 11 is a diagram showing one embodiment of the optical pickup device of the present invention. The optical pickup device focuses the light emitted from the light source 30 on the recording surface of the optical disk 40 as a light spot by the objective lens 37, and detects the return light beam reflected by the recording surface through the objective lens 37. An optical pickup device that performs at least one of recording, reproducing, and erasing of information on an optical disk 40 while guiding the optical disk 40 to a unit 39. A diffractive optical element 31 is disposed between a light source 30 and an objective lens 37.
The diffractive optical element 31 is as shown in FIG.
[0103]
In the optical pickup device shown in FIG. 11, light from a semiconductor laser, which is the light source 30, passes through the diffractive optical element 31. The diffractive optical element 31 has an organic material film of an organic birefringent film and is used as a “polarization hologram element”. Light from the light source side is transmitted through the diffractive optical element 31 as it is, and furthermore, the 1 / wavelength plate 35 The light is transmitted and condensed as a light spot on the recording surface of the optical disk 40 by the action of the objective lens 37.
[0104]
The light reflected by the recording surface becomes a “return light beam”, passes through the objective lens 37 and the quarter-wave plate 35, becomes a linearly polarized light whose polarization plane is rotated by 90 degrees from the original direction, and enters the diffractive optical element 31. Then, the light is deflected toward the light detection unit 39 by the diffraction effect of the diffractive optical element 31. At this time, for example, astigmatism is given to the return light beam by the diffractive optical element 31, and this light beam is received by the light detection unit 39, and the focusing signal by the astigmatism method, the tracking signal by the push-pull method, and the reproduction signal are output. generate.
[0105]
That is, the optical pickup device of FIG. 11 uses the diffractive optical element according to claim 16 as a polarization hologram element 31 for separating the optical path of the light beam from the light source 30 and the optical path of the return light beam from the optical disk 40. (Claim 19).
[0106]
FIG. 12 is a diagram showing one embodiment of an optical disk drive device.
This optical disk drive device is a device that performs one or more of recording, reproducing, and erasing of information on an optical disk 40 using an optical pickup device 41. The optical disk 40 is held by a holding section 47 and is driven to rotate by a motor M as a “drive unit”.
[0107]
An optical pickup device 41 (for example, as shown in FIG. 11) is displaced and driven in the radial direction of the optical disc 40 by a displacement driving means 43 for the set optical disc 40, and performs at least one of recording, reproduction, and erasing. The control unit 45 controls various controls based on signals from the optical pickup device 41, controls the output of a reproduction signal, and controls the entire device.
[0108]
That is, the optical disk drive device shown in FIG. 12 is an optical disk drive device that performs one or more of recording, reproducing, and erasing of information on an optical disk 40 using an optical pickup device 41. It was used (claim 20).
[0109]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a novel diffractive optical element, a method for manufacturing the same, an optical pickup device, and an optical disk drive device can be realized.
In the diffractive optical element manufacturing method according to the present invention, the transparent substrate is given a predetermined curved shape in advance, and the heat shrinkage of the organic material film corrects the curved shape by using the tensile stress acting on the transparent substrate as a correcting force. The warpage of the substrate is effectively reduced, and during the diffraction grating forming step, the substrate can be securely fixed at a predetermined position by “vacuum suction”, and the “curve of the plurality of diffractive optical elements simultaneously formed due to the warp of the transparent substrate” The variation of the optical characteristics "can be effectively prevented, and the problem of the deterioration of the wavefront aberration of the transmitted light in the diffractive optical element formed in the portion having a large warp can be effectively solved.
[0110]
Therefore, the diffractive optical element according to the present invention can be manufactured at a low cost with good manufacturing yield, and the variation in optical characteristics between the elements is small.
[0111]
An optical pickup device using such a diffractive optical element as a polarization hologram element can realize a good optical pickup function, and an optical disc drive device using such an optical pickup device has good performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a basic process for manufacturing a diffractive optical element.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an array of diffraction gratings formed in a grid array on an organic material film adhered to a transparent substrate.
FIG. 3 is a diagram for explaining a warp of a transparent substrate due to heat shrinkage of an organic material film.
FIG. 4 is a diagram for explaining a transparent substrate having a curved shape used in the method of manufacturing a diffractive optical element according to the present invention.
FIG. 5 is a view for explaining a step of placing an organic material film on a transparent substrate via an adhesive in the embodiment of the invention.
FIG. 6 is a view for explaining a step of bonding an organic material film placed on a transparent substrate to the transparent substrate in the step of FIG. 5;
FIG. 7 is a view for explaining a step of bonding an opposing transparent substrate to an organic material film on which a diffraction grating is formed, using an adhesive to be an overcoat layer.
FIG. 8 is a view for explaining a process of deforming a transparent parallel plate-shaped material to be a transparent substrate to give a curved shape.
FIG. 9 is a view showing a transparent substrate provided with a curved shape in the step shown in FIG. 8;
FIG. 10 is a view for explaining a transparent substrate on which an antireflection film is formed.
FIG. 11 is a diagram illustrating one embodiment of an optical pickup device.
FIG. 12 is a diagram for describing one embodiment of an optical disk drive device.
[Explanation of symbols]
1A transparent substrate
2 adhesive
3 Organic material film

Claims (20)

透明基板上に有機材料膜を接着固定する有機材料膜接着工程と、
上記透明基板上に接着固定された上記有機材料膜に、フォトリソグラフィとエッチングとを含む工程により、断面形状が矩形状の凹凸による回折格子を複数個、格子配列状に形成する回折格子形成工程と、
格子配列状に形成された複数の回折格子を個別的に分離する分離工程とを有する回折光学素子の製造方法において、
上記有機材料膜の熱収縮により生じる透明基板の反りを緩和するべく、上記透明基板に予め所定の湾曲形状を与えておき、上記有機材料膜の熱収縮により上記湾曲形状を矯正することにより、透明基板を実質的な平行平板とすることを特徴とする回折光学素子の製造方法。
An organic material film bonding step of bonding and fixing the organic material film on the transparent substrate,
A step of forming a plurality of diffraction gratings having rectangular irregularities in a cross-sectional shape by a step including photolithography and etching on the organic material film adhered and fixed on the transparent substrate; ,
A method of manufacturing a diffractive optical element having a separation step of individually separating a plurality of diffraction gratings formed in a lattice array,
In order to alleviate the warpage of the transparent substrate caused by the heat shrinkage of the organic material film, a predetermined curved shape is given to the transparent substrate in advance, and the curved shape is corrected by the heat shrinkage of the organic material film, whereby the transparent material is formed. A method for manufacturing a diffractive optical element, wherein the substrate is a substantially parallel flat plate.
請求項1記載の回折光学素子の製造方法において、透明基板となるべき透明平行平板状材料の両面を機械加工することにより、所定の湾曲形状を有する透明基板を作製することを特徴とする回折光学素子の製造方法。2. The method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 1, wherein a transparent substrate having a predetermined curved shape is produced by machining both surfaces of a transparent parallel plate material to be a transparent substrate. Device manufacturing method. 請求項1記載の回折光学素子の製造方法において、
透明基板となるべき透明平行平板状材料を、所定の凸湾曲面形状を持つ第1冶具と、上記凸湾曲面形状に対応する凹湾曲面形状を持つ第2冶具とにより挟持して加圧し、透明平行平板状材料に所定の湾曲形状を与えることを特徴とする回折光学素子の製造方法。
The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 1,
A transparent parallel plate material to be a transparent substrate is sandwiched and pressed by a first jig having a predetermined convex curved surface shape and a second jig having a concave curved surface shape corresponding to the convex curved surface shape, A method for producing a diffractive optical element, wherein a transparent parallel plate material is given a predetermined curved shape.
請求項3記載の回折光学素子の製造方法において、
透明基板となるべき透明平行平板状材料として、複数の薄い透明板を、光硬化性若しくは熱硬化性で流動状態の接着剤を介して積層したものを用い、第1及び第2冶具による変形後、光もしくは熱により上記接着剤を固化することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 3,
As a transparent parallel plate-shaped material to be a transparent substrate, a laminate of a plurality of thin transparent plates via a light-curable or thermosetting adhesive in a fluid state is used, and after being deformed by the first and second jigs. A method for manufacturing a diffractive optical element, wherein the adhesive is solidified by light or heat.
請求項1〜4の任意の1に記載の回折光学素子の製造方法において、
透明基板に予め与える所定の湾曲形状の曲率半径が20〜100mの範囲であることを特徴とする回折光学素子の製造方法。
The method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 1 to 4,
A method of manufacturing a diffractive optical element, wherein a radius of curvature of a predetermined curved shape previously applied to a transparent substrate is in a range of 20 to 100 m.
請求項1〜5の任意の1に記載の回折光学素子の製造方法において、
透明基板の湾曲形状にフィットする凸湾曲面形状を持つ支持冶具に透明基板を支持させ、支持された透明基板の凸面側に接着剤を付与し、その上に有機材料膜を載置し、上記有機材料膜の上から上記支持冶具の凸湾曲面形状に対応する凹湾曲面形状を有する押さえ冶具により押圧を行い、上記接着剤を上記透明基板と上記有機材料膜との間に均一に広げることを特徴とする回折光学素子の製造方法。
The method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 1 to 5,
The transparent substrate is supported by a support jig having a convex curved surface shape that fits the curved shape of the transparent substrate, an adhesive is applied to the convex surface side of the supported transparent substrate, and an organic material film is placed thereon, and Pressing from above the organic material film by a holding jig having a concave curved surface shape corresponding to the convex curved surface shape of the supporting jig, and uniformly spreading the adhesive between the transparent substrate and the organic material film. A method for manufacturing a diffractive optical element, comprising:
請求項1〜6の任意の1に記載の回折光学素子の製造方法において、
透明基板上に接着固定された有機材料膜に、断面形状が矩形状の凹凸による回折格子を複数個、格子配列状に形成する回折格子形成工程におけるエッチング工程を、電子サイクロトロンエッチングで行うことを特徴とする回折光学素子の製造方法。
The method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 1 to 6,
The etching step in the diffraction grating forming step of forming a plurality of diffraction gratings having a rectangular cross section on the organic material film bonded and fixed on the transparent substrate in a grid array is performed by electron cyclotron etching. A method for manufacturing a diffractive optical element.
請求項1〜7の任意の1に記載の回折光学素子の製造方法において、
複数の回折格子を格子配列状に形成された有機材料膜上から、各回折格子における回折格子の凹部に、光学的に透明な材料を充填して、オーバコート層とすることを特徴とする回折光学素子の製造方法。
The method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 1 to 7,
Diffraction characterized by filling an optically transparent material into the concave portions of the diffraction gratings in each diffraction grating from an organic material film in which a plurality of diffraction gratings are formed in a lattice array to form an overcoat layer. A method for manufacturing an optical element.
請求項8記載の回折光学素子の製造方法において、
オーバコート層上に、透明な対向基板を一体化することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 8,
A method for manufacturing a diffractive optical element, wherein a transparent counter substrate is integrated on an overcoat layer.
請求項8または9記載の回折光学素子の製造方法において、
有機材料膜が有機複屈折膜であり、オーバコート層が、上記有機複屈折膜の常光線に対する屈折率もしくは異常光線に対する屈折率と実質的に等しい屈折率を持つ等方性光学材料であることを特徴とする回折光学素子の製造方法。
The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 8,
The organic material film is an organic birefringent film, and the overcoat layer is an isotropic optical material having a refractive index substantially equal to the refractive index of the organic birefringent film for ordinary light or extraordinary light. A method for manufacturing a diffractive optical element, comprising:
請求項10記載の回折光学素子の製造方法において、
有機複屈折膜として、分子鎖が配向した高分子複屈折膜を用いることを特徴とする回折光学素子の製造方法。
The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 10,
A method for producing a diffractive optical element, comprising using a polymer birefringent film in which molecular chains are oriented as the organic birefringent film.
請求項11記載の回折光学素子の製造方法において、
有機複屈折膜として用いられる高分子複屈折膜が、延伸により分子鎖を配向させた高分子膜であることを特徴とする回折光学素子の製造方法。
The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 11,
A method for producing a diffractive optical element, wherein the polymer birefringent film used as the organic birefringent film is a polymer film in which molecular chains are oriented by stretching.
請求項8〜12の任意の1に記載の回折光学素子の製造方法において、
オーバコート層の材料がアクリル系もしくはエポキシ系の材料であることを特徴とする回折光学素子の製造方法。
The method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 8 to 12,
A method for manufacturing a diffractive optical element, wherein the material of the overcoat layer is an acrylic or epoxy material.
請求項1〜13の任意の1に記載の回折光学素子の製造方法で製造される回折光学素子。A diffractive optical element manufactured by the method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 1. 請求項14記載の回折光学素子において、
請求項10または11また12記載の回折光学素子の製造方法で製造され、偏光ホログラム素子として使用されることを特徴とする回折光学素子。
The diffractive optical element according to claim 14,
13. A diffractive optical element produced by the method for producing a diffractive optical element according to claim 10, and used as a polarization hologram element.
請求項15記載の回折光学素子において、
オーバコート層上に透明な対向基板を一体化されていることを特徴とする、偏光ホログラム素子として使用される回折光学素子。
The diffractive optical element according to claim 15,
A diffractive optical element used as a polarization hologram element, wherein a transparent counter substrate is integrated on the overcoat layer.
請求項16記載の回折光学素子において、
オーバコート層の材料がアクリル系もしくはエポキシ系の材料であることを特徴とする回折光学素子。
The diffractive optical element according to claim 16,
A diffractive optical element, wherein the material of the overcoat layer is an acrylic or epoxy material.
請求項15または16または17記載の回折光学素子において、
有機複屈折膜を接着された透明基板に反射防止膜を形成したことを特徴とする回折光学素子。
The diffractive optical element according to claim 15, 16 or 17,
A diffractive optical element comprising an antireflection film formed on a transparent substrate to which an organic birefringent film is adhered.
請求項15〜18の任意の1に記載の回折光学素子を、光源側からの光束の光路と、光ディスクからの戻り光束の光路とを光路分離する偏光ホログラム素子として用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。19. Light using the diffractive optical element according to any one of claims 15 to 18 as a polarization hologram element for separating an optical path of a light beam from a light source side and an optical path of a return light beam from an optical disk. Pickup device. 光ディスクに対し、光ピックアップ装置を用いて情報の記録・再生・消去の1以上を行う光ディスクドライブ装置において、
光ピックアップ装置として、請求項19記載のものを用いたことを特徴とする光ディスクドライブ装置。
In an optical disk drive device that performs one or more of recording, reproducing, and erasing of information on an optical disk using an optical pickup device,
An optical disk drive device using the device according to claim 19 as an optical pickup device.
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