JP2005331757A - 偏光選択性ホログラム素子・光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 青色等の短波長光においても大きな回折角度が得られ、大きな回折効率と優れた偏光選択性を有し、入射角度依存性が小さく発散光に対しても高効率の偏光選択性ホログラム素子を実現する。
【解決手段】 偏光選択性ホログラム素子１は、非重合性液晶２と、重合性モノマー（あるいはプレポリマー）３と、図示しない光重合開始剤とを均一に混合した組成物４を２枚の透明基板５間に挟む構造を有している。各透明基板５の組成物４に対向する表面には透明電極６が設けられ、組成物４の厚み方向に電界を印加可能となっている。相分離時に電界あるいは磁界を印加することで液晶分子に静電的な配向力を与え、相分離後の液晶層部の複屈折を大きくすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ピックアップ等に用いられ、入射光の偏光方向によって素子を透過又は回折させる機能を有する偏光選択性ホログラム素子、該偏光選択性ホログラム素子を用いた光ピックアップ装置に関する。
本発明のホログラム素子は、光ディスクや光磁気ディスクなどの光ピックアップを小型化するための偏光依存性ホログラム素子や、投射型表示装置などの照明光の光利用効率を向上させるための偏光分離素子や、偏光面に応じて光路を切り換える光スイッチなどに応用できる。

このような偏光依存性ホログラム素子としては以下の従来技術がある。
（１）特開平７−２８７１１７号公報には、光学異方性基板上に回折格子形状を形成し、この回折格子形状の溝部に屈折率を規定した材料を充填した偏光ビームスプリッターが開示されている。
（２）特開平１０−９２００４号公報には、等方性基板上に回折格子形状を形成し、この回折格子形状の溝部に光学異方性の材料を充填した光学異方性回折素子が開示されている。
（３）特開平１０−７４３３３号公報には、光重合性液晶を、周期的な透明電極パターンを有する透光性基板で狭持した液晶セルを用い、透明電極パターンに電圧を印加することで液晶を周期的に垂直配向させて光重合させるとともに、非電圧印加部は水平配向の状態で光重合させることで、水平配向領域と垂直配向領域の周期構造を形成した光学異方性回折素子が開示されている。
（４）特開平１１−２７１５３６号公報には、上述のような光重合性液晶を用い、水平配向させた状態で干渉露光等の方法で露光を行い、露光部の液晶を周期的に重合固化させた後に未露光部に電場又は磁場を印加させ垂直配向させた状態で反応固化するホログラム素子が開示されている。
（５）特開２０００−２２１４６５号広報には、液晶と高分子を含む光学媒体を液晶のＮ−Ｉ点に対応した特定の温度範囲に制御して二光束干渉露光を行うことで、液晶が微細な周期構造に対し一様な方向に配向する構造を有する回折光学素子が開示されている。
（６）特開２００２−２２１６２１号公報には、光学的な等方性領域と異方性領域とが交互に積層され、異方性領域の光学軸を、再生光の入射面に対し略々平行で、且つ、等方性領域と異方性領域との境界面に対し略々平行に配向させた偏光選択性ホログラム素子が開示されている。異方性領域は液晶材料を含み、配向膜又は電界もしくは磁界あるいは照射される光線などによって配向規制されている。

特開平７−２８７１１７号公報 特開平１０−９２００４号公報 特開平１０−７４３３３号公報 特開平１１−２７１５３６号公報 特開２０００−２２１４６５号広報 特開２００２−２２１６２１号公報

近年、光ピックアップ装置の小型化のためにレーザーダイオードとフォトディテクターを近接して配置し、偏光依存性ホログラム素子を用いて光源からの出射光は回折せずに効率良くディスク面に集光し、ディスク面で反射された後に偏光面が９０度回転して戻ってきた光のみを回折させて効率良く受光素子内に導く方式が提案されている。
また、光ディスク装置は高密度化のために光源の短波長化が進展している。上記のホログラム素子を用いた場合回折角は波長に依存するため、小型のレイアウトを実現するために必要な回折角を得るためには、より短いピッチの回折格子が必要とされている。
一方、光源の短波長化に伴い、フォトディテクターの感度が低下するため、光学系の高効率化が必要とされている。さらに、書き込みや読み込み速度を向上させるためにも光学系の効率向上が求められており、偏光依存性ホログラム素子としては短いピッチで高い回折効率が得られるものが求められている。

それに対して、上記（１）や（２）の従来例のものはドライエッチング等の方法で回折格子形状を形成する必要がある。このような構造において、高い回折効率を得るためには溝形状の深さをより深くする必要があり、加工上の困難を伴う。また、深い溝形状に均一に材料を充填することが困難であるという問題もある。
上記（３）の従来例では格子のピッチは透明電極のピッチで決まるが、電極の微細化の制約とともに、回折効率を高くするために厚膜化すると電極のピッチよりも膜厚が厚くなり、隣接電極の影響によって液晶層に所望の電界がかけられなくなるという問題がある。また、短いピッチでは、垂直配向領域の配向が隣接する水平配向領域に影響を及ぼし、所望の配向分布が得られないと言う問題がある。
上記（４）の従来例では露光のピッチを微細化することは可能であるが、反応活性種の熱拡散のために露光通りの短いピッチを形成することが困難であるという問題がある。

さらに、上記（５）の従来例では、ポリマーと液晶の相分離を利用して短いピッチの周期構造を比較的容易に形成できるが、液晶相部分の複屈折性を十分に発現させることが難しいという問題がある。
上記（６）の従来例では、液晶相部分の配向規制方法として配向膜による方法を例示しているが、光誘起相分離過程において基板界面付近では配向規制力が働くが、ホログラム層内部では配向規制力の影響が小さくなってしまうという問題がある。
電界あるいは磁界による配向規制の記述もあるが、具体的構成は例示されていない。
また、上記のような方法によって得られるバイナリー構造のホログラムでは±１次ないしそれ以上の高次の回折現象を示すため、たとえ＋２次以上ないし−２次以下の高次光を抑制したとしても回折光の光利用効率は半分以下となってしまう。また、±１次光それぞれに対応させて受光素子を配置する方法も知られているが（例えば特開平９−５０６４２号公報）、構造が複雑となり、コスト増加を招く。

理想的には＋１次又は−１次光のみが高効率で得られるブレーズ化ホログラムのような性能を有する偏光分離素子が好ましいが、上記（１）から（３）の従来技術では青色等の短波長でこのような特性を示すものは得られていない。
上記（４）の従来方法では干渉縞を斜めに形成することで回折角の小さい場合には＋１次又は−１次光の片方の回折効率を高めた素子が得られるが、前述の反応活性種の拡散のため回折角が大きな素子は得られていない。
上記（５）の方法でも干渉縞を斜めに形成することで回折角の小さい場合には＋１次又は−１次光の片方の回折効率を高めた素子が得られるが、液晶相部分の複屈折性を十分に発現させることが難しく、体積ホログラムの厚みを厚くする必要があり、回折効率の入射角度依存性が大きくなるという問題がある。

そこで、本発明は、青色等の短波長光においても大きな回折角度が得られ、大きな回折効率と優れた偏光選択性を有し、入射角度依存性が小さく発散光に対しても高効率の偏光選択性ホログラム素子の提供を、その目的とする。
また、本発明は、かかる偏光選択性ホログラム素子を用いた光ディスク用の小型の光ピックアップ装置の提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、少なくとも、誘電異方性を有する非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーと、光重合開始剤とからなる組成物を一対の透明基板間に保持し、前記組成物内の有効領域に電界あるいは磁界を印加した状態で、前記組成物を二光束干渉露光することにより、主にポリマーから成る層と主に非重合性液晶から成る層との周期的な相分離構造を形成したことを特徴とする。
ここでは、特に、入射する偏光面の方向（ｐ偏光又はｓ偏光）による回折効率の差（偏光選択性）が大きい偏光選択性ホログラム素子を提供することを目的イとする。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の偏光選択性ホログラム素子において、前記非重合性液晶が正の誘電異方性を示すネマチック液晶であり、二光束干渉露光による干渉縞を前記基板面上に投影した時の該基板面上での干渉縞の配列方向（ピッチ方向）と前記基板面に平行な方向に前記電界を形成する電極を有することを特徴とする。
ここでは、特に、高い透過率を有し、ｐ偏光に対して回折し、s偏光に対して回折しない偏光選択性ホログラムを提供することを目的とする。

請求項３記載の発明では、請求項１記載の偏光選択性ホログラム素子において、前記非重合性液晶が正の誘電異方性を示すネマチック液晶であり、二光束干渉による干渉縞を前記基板面上に投影した時の該基板面上での干渉縞の配列方向（ピッチ方向）に垂直で且つ前記基板面に平行な方向に前記電界を形成する電極を有することを特徴とする。
ここでは、特に、高い透過率を有し、s偏光に対して回折し、ｐ偏光に対して回折しない偏光選択性ホログラムを提供することを目的とする。

請求項４記載の発明では、少なくとも、非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーと、光重合開始剤とからなる組成物の層を透明な支持基板上あるいは一対の透明基板間に保持し、前記基板を通して二光束干渉露光することにより、主にポリマーから成る層と主に非重合性液晶から成る層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の性ホログラム素子において、前記組成物中に重合性液晶モノマーを含み、露光後の主にポリマーから成る層の中に液晶骨格部を含有することを特徴とする。
ここでは、特に、入射する偏光面の方向（ｐ偏光又はｓ偏光）による回折効率の差（偏光選択性）が大きく、使用温度範囲が広い偏光選択性ホログラム素子を提供することを目的とする。

請求項５記載の発明では、請求項４記載の偏光選択性ホログラム素子において、前記非重合性液晶及び前記重合性液晶モノマーが誘電異方性を有し、前記組成物内の有効領域内に電界を印加した状態で、前記基板を通して二光束干渉露光することを特徴とする。
ここでは、特に、偏光選択性が更に大きく、使用温度範囲が更に広い偏光選択性ホログラム素子を提供することを目的とする。

請求項６記載の発明では、請求項４記載の偏光選択性ホログラム素子において、前記非重合性液晶又は前記重合性液晶モノマーが誘電異方性を有し、前記組成物内の有効領域内に電界を印加した状態で、基板を通して二光束干渉露光することを特徴とする。
ここでは、特に、偏光選択性が更に大きく、使用温度範囲が更に広い偏光選択性ホログラム素子を提供することを目的とする。

請求項７記載の発明では、請求項１乃至６のうちの何れか１つに記載の偏光選択性ホログラム素子において、前記ポリマー層と前記液晶層の界面が前記基板面の法線方向に対して傾斜していることを特徴とする。
ここでは、特に、プラス又はマイナスの片側方向のみに回折光が出射する偏光選択性ホログラム素子を提供することを目的とする。

請求項８記載の発明では、光ピックアップ装置において、請求項１乃至７のうちの何れか１つに記載の偏光選択性ホログラム素子を用いたことを特徴とする。
ここでは、特に、小型で光利用効率の高い光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明によれば、少なくとも、誘電異方性を有する非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーと、光重合開始剤とからなる組成物を一対の透明基板間に保持し、前記組成物内の有効領域に電界あるいは磁界を印加した状態で、前記組成物を二光束干渉露光することにより、主にポリマーから成る層と主に非重合性液晶から成る層との周期的な相分離構造を形成したこととしたので、主に非重合性液晶から成る層の複屈折性が増加し、回折の偏光選択性を大きくできる。
一般に、二光束干渉露光により形成したポリマー分散液晶は、干渉縞の明暗ピッチに対応したポリマーリッチ部と液晶リッチ部の周期的な相分離構造が形成される。また、干渉縞は素子の深さ方向に均一に形成されるため回折効率が高い体積ホログラムが得られる。本発明では、電界あるいは磁界の印加により非重合性液晶分子に静電的配向力が働いている状態で、ポリマーと非重合性液晶の相分離を行うため、ポリマーと非重合性液晶の界面において非重合性液晶分子の配向性が比較的良い状態で固定化される。露光終了後の無電界状態においても非重合性液晶部全体の配向性は比較的良い状態で維持されるので、主に非重合性液晶から成る層の複屈折性が増加し、回折の偏光選択性を大きくできる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の偏光選択性ホログラム素子において、前記非重合性液晶が正の誘電異方性を示すネマチック液晶であり、二光束干渉露光による干渉縞を前記基板面上に投影した時の該基板面上での干渉縞の配列方向（ピッチ方向）と前記基板面に平行な方向に前記電界を形成する電極を有することとしたので、非重合性液晶部の複屈折性が更に増加し、回折の偏光選択性を更に大きくできる。
二光束干渉による干渉縞を基板面上に投影した時の基板面上での干渉縞の配列方向（ピッチ方向）と基板面に平行な方向に電界を印加した状態で、ポリマーと非重合性液晶の相分離を行うため、ポリマー部と非重合性液晶の界面において非重合性液晶分子の長軸方向が干渉縞を基板面上に投影した時の干渉縞の配列方向（ピッチ方向）に平行な方向に静電的配向力を受けた状態で固定化される。露光終了後の無電界状態においても非重合性液晶部全体が電界方向に配向した状態で維持されるので、非重合性液晶部の複屈折性が更に増加し、回折の偏光選択性を更に大きくできる。この場合、ｓ偏光ではポリマー部と液晶部の屈折率差を小さく感じて回折効率が小さく、ｐ偏光ではポリマー部と液晶部の屈折率差を大きく感じて回折効率が大きくなるような偏光選択性ホログラム素子が得られる。また、ホログラム層の水平方向に電界を印加する構成であるため、基板表面に透過率低下の原因となる透明電極を設ける必要が無く、電極は有効領域外に設けられているので、高い透過率が得られる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の偏光選択性ホログラム素子において、前記非重合性液晶が正の誘電異方性を示すネマチック液晶であり、二光束干渉による干渉縞を前記基板面上に投影した時の該基板面上での干渉縞の配列方向（ピッチ方向）に垂直で且つ前記基板面に平行な方向に前記電界を形成する電極を有することとしたので、非重合性液晶部の複屈折性が更に増加し、回折の偏光選択性を更に大きくできる。
二光束干渉による干渉縞を基板面上に投影した時の干渉縞の配列方向（ピッチ方向）に垂直で且つ基板面に平行な方向に電界を印加した状態で、ポリマーと非重合性液晶の相分離を行うため、ポリマー部と非重合性液晶の界面において非重合性液晶分子の長軸方向が干渉縞を基板面上に投影した時の基板面上での干渉縞の配列方向（ピッチ方向）に垂直で且つ基板面に平行な方向に静電的配向力を受けた状態で固定化される。露光終了後の無電界状態においても非重合性液晶部全体が電界方向に配向した状態で維持されるので、非重合性液晶部の複屈折性が更に増加し、回折の偏光選択性を更に大きくできる。この場合、ｐ偏光ではポリマー部と液晶部の屈折率差を小さく感じて回折効率が小さく、ｓ偏光ではポリマー部と液晶部の屈折率差を大きく感じて回折効率が大きくなるような偏光選択性ホログラム素子が得られる。また、ホログラム層の水平方向に電界を印加する構成であるため、基板表面に透過率低下の原因となる透明電極を設ける必要が無く、電極は有効領域外に設けられているので、高い透過率が得られる。

請求項４記載の発明によれば、少なくとも、非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーと、光重合開始剤とからなる組成物の層を透明な支持基板上あるいは一対の透明基板間に保持し、前記基板を通して二光束干渉露光することにより、主にポリマーから成る層と主に非重合性液晶から成る層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の性ホログラム素子において、前記組成物中に重合性液晶モノマーを含み、露光後の主にポリマーから成る層の中に液晶骨格部を含有することとしたので、非重合性液晶部全体の配向性が向上し、非重合性液晶部の複屈折性が増加し、回折現象の偏光選択性が大きくなる。
組成物中に重合性液晶モノマーを含んでいるので、ポリマー分散液晶構造のポリマー中に相分離過程において配向して固定化された液晶性骨格を含有する。特にポリマー部と非重合性液晶の界面においてポリマー表面に存在する液晶骨格の配向性は比較的良く、非重合性液晶分子との相互作用が強いために、非重合性液晶部全体の配向性が向上し、非重合性液晶部の複屈折性が増加し、回折現象の偏光選択性が大きくなる。また、ポリマー壁と非重合性液晶分子との相互作用が強いので、非重合性液晶部は比較的高温領域まで液晶相を保つことができ、偏光選択性ホログラム素子の使用温度範囲を広げることができる。また、電界印加手段を必要としないため比較的簡単に製造することができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の偏光選択性ホログラム素子において、前記非重合性液晶及び前記重合性液晶モノマーが誘電異方性を有し、前記組成物内の有効領域内に電界を印加した状態で、前記基板を通して二光束干渉露光することとしたので、非重合性液晶部の複屈折性が増加し、回折の偏光選択性を大きくできる。
電界印加により非重合性液晶分子及び重合性液晶モノマーに静電的配向力が働いている状態で、ポリマーと非重合性液晶の相分離を行うため、ポリマーと非重合性液晶の界面において非重合性液晶分子の配向性が良い状態で固定化される。露光終了後の無電界状態においても非重合性液晶部全体の配向性は比較的良い状態で維持されるので、非重合性液晶部の複屈折性が増加し、回折の偏光選択性を大きくできる。また、ポリマー壁と非重合性液晶分子との相互作用が比較的強いので、非重合性液晶部は比較的高温領域まで液晶相を保つことができ、偏光選択性ホログラム素子の使用温度範囲を広げることができる。

請求項６記載の発明によれば、請求項４記載の偏光選択性ホログラム素子において、前記非重合性液晶又は前記重合性液晶モノマーが誘電異方性を有し、前記組成物内の有効領域内に電界を印加した状態で、基板を通して二光束干渉露光することとしたので、非重合性液晶部の複屈折性が増加し、回折の偏光選択性を大きくできる。
電界印加により非重合性液晶分子又は重合性液晶モノマーに静電的配向力が働いている状態で、ポリマーと非重合性液晶の相分離を行うため、ポリマーと非重合性液晶の界面において非重合性液晶分子の配向性が良い状態で固定化される。露光終了後の無電界状態においても非重合性液晶部全体の配向性は比較的良い状態で維持されるので、非重合性液晶部の複屈折性が増加し、回折の偏光選択性を大きくできる。また、ポリマー壁と非重合性液晶分子との相互作用が比較的強いので、非重合性液晶部は比較的高温領域まで液晶相を保つことができ、偏光選択性ホログラム素子の使用温度範囲を広げることができる。

請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至６のうちの何れか１つに記載の偏光選択性ホログラム素子において、前記ポリマー層と前記液晶層の界面が前記基板面の法線方向に対して傾斜していることとしたので、ポリマー層と液晶層の界面が基板面の法線方向に対して傾斜しているので、ｓ偏光とp偏光を直進光と片側回折光の二つの方向に分離することができる。
基板面に垂直に入射した光は、周期構造の傾斜方向に応じてプラス方向又はマイナス方向の片側のみにブラック回折による回折光が出射する。したがって、円偏光を入射した場合、ｓ偏光とp偏光を直進光と片側回折光の二つの方向に分離することができる。

請求項８記載の発明によれば、光ピックアップ装置において、請求項１乃至７のうちの何れか１つに記載の偏光選択性ホログラム素子を用いたこととしたので、小型で光利用効率の高い光ピックアップ装置を実現できる。
偏光選択性が大きなホログラム素子を用いるので、レーザーダイオードから出射した光の往路ではほとんど回折せずに効率的に光ディスク面状に集光し、偏光面が９０°回転している復路に対しては大きな回折効率で効率的にフォトディテクターの位置へと回折させることができる。したがって、小型で光利用効率の高い光ピックアップ装置を実現できる。

以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
図１に本実施形態における偏光選択性ホログラム素子の断面を示す。偏光選択性ホログラム素子（以下、単に「ホログラム素子」ともいう）１は、非重合性液晶２と、重合性モノマー（あるいはプレポリマー）３と、図示しない光重合開始剤とを均一に混合した組成物４を２枚の透明基板（以下、単に「基板」ともいう）５間に挟む構造を有している。
組成物４の厚みは、透明基板５間に配置される図示しないスペーサ部材（図４におけるスペーサ９）によって制御できる。また、各透明基板５の組成物４に対向する表面には透明電極６が設けられ、組成物４の厚み方向に電界を印加可能となっている。
組成物４は感光性を有するため、素子作製工程において感度を有する波長域の光を遮断した環境下で取り扱うことが好ましい。

非重合性液晶２としては、屈折率異方性を有する液晶ならば一般的なものを使用できる。液晶材料を選択する時は、あるオーダーパラメータの配向状態において、重合性モノマー（あるいはプレポリマー）３の硬化層の屈折率と等しい屈折率となる液晶材料を選択してもよく、また、液晶材料を選択してから、その液晶のあるオーダーパラメータの配向状態での屈折率と同じ屈折率になるように重合性モノマー（あるいはプレポリマー）３を選択してもよい。
また、非重合性液晶２としては、ネマチック、コレステリック、スメクチックのいずれのタイプでもよく、従来公知のビフェニル、ターフェニル、フェニルシクロヘキサン、ビフェニルシクロヘキサン、安息香酸フェニルエステル、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、フェニルピリミジン、フェニルジオキサン、トラン、１−フェニル−２−シクロヘキシルエタン、１−フェニル−２−ビフェニルエタン、１−シクロヘキシル−２−ビフェニルエタン、ビフェニルカルボン酸フェニルエステル、４−シクロヘキシル安息香酸フェニルエステルなどを骨格とし、アルキル基、アルコキシ基や誘電異方性を付与するための極性付与基としてのシアノ基、ハロゲン基などを置換基として有する液晶などを用いることができる。非重合性液晶材料は、重合性モノマー（あるいはプレポリマー）３の合計量１００重量部に対して２０重量部〜５００重量部の割合で使用されることが好ましい。

重合性モノマー（またはそのプレポリマー）３としては、重合による硬化収縮が大きいものを用いることが好ましい。このような重合性モノマー３としては、エチレン性不飽和結合を有する光重合可能な化合物であって、１分子中に少なくともエチレン性不飽和二重結合を１個有する光重合、光架橋可能なモノマー、オリゴマー、プレポリマー及びそれらの混合物であり、モノマー及びその共重合体の例としては、不飽和カルボン酸及びその塩、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物とのアミド等が挙げられるが、特に２官能以上の多官能性モノマーは硬化収縮が大きく、好適に使用できる。
不飽和カルボン酸のモノマーとしてはアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸、及びそれらのハロゲン置換不飽和カルボン酸、例えば塩素化不飽和カルボン酸、臭素化不飽和カルボン酸、弗素化不飽和カルボン酸等が挙げられる。
不飽和カルボン酸の塩としては前述の酸のナトリウム塩及びカリウム塩等がある。また、ウレタンアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、エポキシ樹脂と（メタ）アクリル酸等の多官能性のアクリレートやメタクリレートを挙げることができる。また、上記の他に熱重合禁止剤、可塑剤等が添加されてもよい。

光重合開始剤としては、公知の材料を用いることができ、例えばビアセチル、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾインアルキルエーテル、ベンジルジメチルケタール、１−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、２−クロロチオキサントン、メチルベンゾイルフォーメート、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、ジエトキシアセトフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン、α−アミノアルキルフェノン、ビスアシルフォスフィンオキサイド、メタロセンなどを例示することができる。
光重合開始剤の添加量は照射する光の波長に対する各材料の吸光度によっても異なるが、モノマー又はプレポリマー全量に対して０．１重量％以上１０重量％以下であることが好ましく、０．５重量％以上３重量％以下であることがより好ましい。光重合開始剤の添加量が少なすぎる場合にはポリマーと液晶の相分離が起こり難くなり、必要な露光時間が長くなってしまう。逆に、光重合開始剤が多すぎる場合にはポリマーと液晶の相分離が不十分な状態で硬化してしまうため、ポリマー中に多くの液晶分子が取り込まれ、偏光選択性が小さくなるという問題がある。

スペーサ部材としては、液晶表示装置に用いられるような球形スペーサ、ファイバースペーサ、フィルムなどを用いることができる。また、フォトリソグラフィーとエッチングあるいは成型技術などによって基板表面に突起形状を加工してもよい。
スペーサ部材はホログラムの有効領域外に形成することが好ましい。スペーサ部材の高さは数μｍから数十μｍ範囲が好ましく、回折光の波長とポリマー部と液晶部の屈折率差に応じて所望のホログラム層厚みとなるように適宜設定される。
透明基板５としては、液晶表示装置に用いられるようなガラス、プラスチックなどを用いることができる。
透明基板５上の透明電極６としては、ＩＴＯ薄膜などを用いることができる。

次に、図２に基づいて、従来の一般的な相分離によるホログラム形成過程を説明する。図示しない所望の波長のレーザー光源による二光束干渉露光系を用いて、組成物４中に露光を行うと、干渉縞の明部において重合性モノマー（あるいはプレポリマー）３の光重合反応が始まる。この時、硬化収縮が起こって密度差が生じ、隣接する重合性モノマー（あるいはプレポリマー）３が明部に移動し更に重合が進行する。
それと同時に明部に存在していた非重合性液晶２が暗部に向かって追い出されることで相分離が起こる。
この時、図３に示すように、液晶分子が移動して行く際にモノマーやポリマー鎖との相互作用で液晶分子長軸を移動方向に配向させようとする力が働くと考えられる。すなわち、相分離過程において干渉縞の間隔方向に液晶分子を配向させようとする力が働くと考えられる。

最終的には、図２に示すように、干渉縞の明暗のピッチに対応してポリマー層７と、非重合性液晶層（以下、単に「液晶層」ともいう）８の周期構造が形成され、液晶層部の配向ベクトルが干渉縞の間隔方向を向いた状態が得られると考えられる。この干渉露光及び相分離過程において、試料を適当な温度に加熱保持しておくことが好ましい。温度によって相分離の速度が変化し、液晶分子の配向性に影響を及ぼすと考えられる。最適な加熱温度は使用する材料によって異なるが、４０°Ｃから１００°Ｃ程度が好ましい。
相分離によるポリマー層７と非重合性液晶層８の周期構造では、厳密にはポリマー３と非重合性液晶２が周期的に完全に分離することは困難であり、ここで言うポリマー層７とはポリマー成分が多い領域であり、液晶分子を含んでいてもよい。
また、非重合性液晶層８とは非重合性液晶成分が多い領域であり、ポリマー成分を含んでいてもよい。実際にはポリマー層７と液晶層８の界面は理想的な平面では無く凹凸状であると推測されるため、図２（ｂ）、（ｃ）及び図３に示したように、界面での液晶分子長軸方向のバラツキは大きく、液晶層８のオーダーパラメータは比較的小さい状態となる。したがって、液晶層８部の複屈折は比較的小さくなる。

作製する周期構造のピッチは所望の回折角や波長によって異なるが、概ね０．２μｍから１０μｍの範囲である。
例えば、４０５ｎｍの入射光に対して２０°の回折角を得るためには、１．１μｍ程度のピッチ、６５０ｎｍの入射光に対しては２．３μｍ程度のピッチが必要となる。ポリマー層７と液晶層８の界面の傾斜角としては０°から２０°程度が好ましい。露光量としては光重合開始剤の添加濃度や露光時の温度によっても異なるが、０．５Ｊ／ｃｍ^２から３０Ｊ／ｃｍ^２が好ましく、１Ｊ／ｃｍ^２から１５Ｊ／ｃｍ^２がより好ましい。

本実施形態では、相分離時に電界あるいは磁界を印加することで液晶分子に静電的な配向力を与え、相分離後の液晶層部の複屈折を大きくすることができる。
例えば、図４及び図５に示すように、２枚の透明基板５の面に透明電極６を形成し、組成物４の厚み方向に電界を印加可能とする。この時、非重合性液晶２としては負の誘電異方性を有するネマチック液晶を用いる。
透明電極６間に交流電界を印加すると、図４に示すように、液晶分子短軸方向を基板面（基板表面）に垂直な方向に向ける静電力Ｆが働く。図４では透明電極６は省略している。符号９はスペーサを示す。
しかし、基板面に配向膜形成や配向処理を行っていない場合、液晶分子長軸方向は基板面に対して指向性が無い状態となる。
この状態で二光束干渉露光を行うと、前述と同様に相分離過程で干渉縞の間隔方向に液晶分子を配向させようとする力が働くと同時に、図５（ａ）に示すように、液晶分子短軸方向を基板面に垂直な方向に向ける静電力Ｆも併せて働くことになる。

したがって、図５（ｂ）に示すように、液晶層８の厚み方向のオーダーパラメータが比較的大きい状態で保持され、液晶部の複屈折を比較的大きくすることができる。但し、図５（ｃ）に示すように、基板面内方向のオーダーパラメータは比較的小さい状態となる。
そこで、２枚の透明基板５の組成物４と接する面に配向膜を形成し、ラビングや偏光紫外線照射などの配向処理を行ってもよい。この場合、配向処理方向は干渉縞の配列方向と平行にすることが好ましい。
透明電極６は２枚の透明基板５の組成物４と接する側に形成してもよいし、別な透明基板に形成した透明電極を露光時のみ素子の両面に密着させてもよい。この時、密着部に空気が入って別な干渉縞を発生させることを防止するためにマッチングオイルなどを挟んで密着させることが好ましい。
非重合性液晶２として二周波液晶を用いた場合には、誘電異方性が負を示す周波数領域での交流電界を印加する。

本実施形態では、液晶部全体の常光屈折率ｎｏとポリマー部の屈折率ｎｐがほぼ一致するように液晶の種類とポリマーの種類の組合せを適宜設定することで、ｓ偏光の入射光に対しては液晶部全体の常光屈折率ｎｏとポリマー部の屈折率んｐの差を感じないため回折せず、p偏光の入射光に対しては液晶部全体の異常光屈折率ｎｅとポリマー部の屈折差を感じて回折するような偏光選択性ホログラムが得られる。
特に、電界印加によって液晶部８の複屈折が大きくできるため、液晶部全体の異常光屈折率ｎｅとポリマー部の屈折差を大きく設定することができる。
ここで、体積ホログラムの回折効率は屈折率変調量Δｎと厚みdの積Δｎ・ｄに依存するので、屈折率差Δｎを大きくできるとホログラムの厚みｄを薄くできる。

体積ホログラムの厚みを薄くすると回折効率の角度依存性が小さくなり、実用的な非平行光に対する光利用効率が向上する。したがって、偏光選択性が大きく入射角度依存性が比較的少ない高効率な偏光選択性ホログラムが得られる。
但し、本実施形態では、透明基板５の面に水平に透明電極６や配向膜を設ける必要があるため、露光時あるいは回折素子としての使用時に透過率が減少してしまうという問題がある。また、露光時のみ外部基板を密着させる場合には、透明電極６を取り外せる分だけ透過率が向上するが、外部基板を密着させるためのマッチングオイルを注入・除去するために製造プロセスが複雑になるという問題がある。

図６及び図７に基づいて第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
本実施形態では、非重合性液晶２として正の誘電異方性を有するネマチック液晶を用い、図６に示すように、厚みが数μｍ〜数十μｍ程度の導電体から成る電極対１０を２枚の透明基板５間に配置している。
各電極１０の端部を基板５の外側まで伸ばして電源に接続可能とすることが好ましい。電極形状は細長く、露光する有効領域の外側に互いに平行に配置することが好ましい。この電極１０が基板５間の厚みを規制する前述スペーサ部材（スペーサ９）を兼ねてもよい。

ここで、干渉縞を基板面上に投影した時の基板面上での干渉縞の配列方向（ピッチ方向）と基板面に平行な方向に電界を印加するように電極対１０を配置する。電極対１０の間に交流電界を印加した状態で二光束干渉露光を行うと、図７（ａ）に示すように、液晶分子の長軸方向が電界方向に静電的な配向規制力を受けた状態で相分離が進行し、最終的に図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、液晶層８が配向した状態でポリマー層７との界面が固定化される。
本実施形態の場合、ポリマー層７との界面に対して液晶分子は略垂直配向した状態がメモリーされており、露光終了後の無電界状態においても図７（ｂ）、（ｃ）に示すような良好な配向性を維持していると考えられる。
この界面配向の影響を受けて、液晶層８全体が比較的大きなオーダーパラメータで配向した状態を維持できる。したがって、液晶層８の複屈折性が更に増加し、回折の偏光選択性を更に大きくできる。

ここで、液晶層８全体の常光屈折率ｎｏとポリマー層７の屈折率ｎｐがほぼ一致するように液晶の種類とポリマーの種類の組合せを適宜設定することで、ｓ偏光の入射光に対しては液晶層８全体の常光屈折率ｎｏとポリマー層７の屈折率ｎｐの差を感じないため回折せず、ｐ偏光の入射光に対しては液晶層８全体の異常光屈折率ｎｅとポリマー層７の屈折差を感じて回折するようなｐ偏光回折型の偏光選択性ホログラムが得られる。
液晶層８全体の異常光屈折率ｎｅとポリマー層７の屈折差を更に大きくすることができるため、ホログラムの厚みｄを更に薄くできる。したがって、回折効率の角度依存性が更に小さくなり、実用的な非平行光に対する光利用効率が更に向上する。また、ホログラム層の水平方向に電界を印加する構成であるため、基板表面に透過率低下の原因となる透明電極６を設ける必要が無く、電極１０は有効領域外に設けられているので、高い透過率のｐ偏光回折型の偏光選択性ホログラム素子が得られる。

図８及び図９に基づいて第３の実施形態を説明する。
本実施形態では、非重合性液晶２として正の誘電異方性を有するネマチック液晶を用い、図８に示すように、干渉縞を基板面上に投影した時の干渉縞の配列方向（ピッチ方向）に垂直で且つ基板面に平行な方向に電界を形成するように上記と同様な電極対１１を配置している。
電極対１１の間に交流電界を印加した状態で二光束干渉露光を行うと、図９に示すように、液晶分子の長軸方向が電界方向(紙面に垂直方向)に静電的な配向規制力を受けた状態で相分離が進行し、最終的に液晶層８が配向した状態でポリマー層７との界面が固定化される。
本実施形態の場合、図９（ｃ）に示すように、ポリマー層７との界面に対して液晶分子は略水平配向した状態がメモリーされており、露光終了後の無電界状態においても良好な配向性を維持していると考えられる。
この界面配向の影響を受けて、液晶層８全体が比較的大きなオーダーパラメータで配向した状態を維持できる。したがって、液晶層８の複屈折性が更に増加し、回折の偏光選択性を更に大きくできる。

ここでは、第２の実施形態とは電界の印加方向が異なるため、液晶層８の配向方向も異なり、偏光選択性も変化する。液晶層８全体の常光屈折率ｎｏとポリマー層７の屈折率ｎｐがほぼ一致するように液晶の種類とポリマーの種類の組合せを適宜設定することで、ｐ偏光の入射光に対しては液晶層８全体の常光屈折率ｎｏとポリマー層７の屈折率ｎｐの差を感じないため回折せず、ｓ偏光の入射光に対しては液晶層８全体の異常光屈折率ｎｅとポリマー層７の屈折差を感じて回折するようなｓ偏光回折型の偏光選択性ホログラムが得られる。
液晶層８全体の異常光屈折率ｎｅとポリマー層７の屈折差を更に大きくすることができるため、ホログラムの厚みｄを更に薄くできる。したがって、回折効率の角度依存性が更に小さくなり、実用的な非平行光に対する光利用効率が更に向上する。
また、ホログラム層の水平方向に電界を印加する構成であるため、基板表面に透過率低下の原因となる透明電極６を設ける必要が無く、電極１１は有効領域外に設けられているので、高い透過率のｓ偏光回折型の偏光選択性ホログラム素子が得られる。

図１０及び図１１に基づいて第４の実施形態を説明する。
本実施形態では、干渉露光時に電界を印加しない。上記実施形態と同様な組成物１２中に重合性モノマー（あるいはプレポリマー）３の一部として重合性液晶モノマー１３を混合し、図１０（ａ）に示すように、２枚の透明基板５間に封入している。
重合性液晶モノマー１３としては、単官能の液晶アクリレートモノマー、液晶メタアクリレートモノマー、二官能の液晶ジアクリレートモノマー、液晶ジメタアクリレートモノマーなどが用いられる。これらの材料は、官能基であるアクリロイルオキシ基と液晶骨格の間にメチレン鎖を有していてもよい。
このような組成物１２に二光束干渉露光を行うと、ポリマー中にはある程度の液晶性モノマー骨格も取り込まれながら重合されていく。

この時、図３で示したのと同様に、干渉縞の明部から暗部に非重合性液晶分子が追い出されて行く過程で、重合性液晶モノマー１３にも相互作用して重合性液晶モノマー１３の分子長軸を移動方向に配向させようとする力が働くと考えられる。
このようにして、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、重合性液晶モノマー１３の分子長軸が比較的配向した状態でポリマー中に固定化される。特に、ポリマー層７と非重合性液晶２の界面ではポリマー層７表面に略垂直方向に液晶骨格長軸が配向した状態で固定化されていると考えられる。したがって、非重合性液晶層８全体としても液晶分子の配向性が向上する。この場合、上記実施形態のように外部電界を印加しなくても液晶層８内の複屈折性が更に向上するため、回折現象の偏光選択性が大きくなる。

また、ポリマー層７表面に液晶骨格部が固定化されていて非重合性液晶分子との相互作用が強いので、比較的高温まで液晶相を保つことができ、偏光選択性ホログラム素子の使用温度範囲を広げることができる。
また、本実施形態では、図１１に示すように、片面基板５上にスピンコート法やディッピング法、ナイフエッジ法、各種印刷方法などによって上記組成物１２の膜を塗布し、同様な二光束干渉露光を行うことによって、同様な偏光選択性ホログラムを得ることもできる。この場合、基板５が一枚なのでホログラム素子の薄型化や低コスト化を図れる利点がある。

図１２に基づいて第５の実施形態を説明する。
本実施形態では、非重合性液晶２あるいは重合性液晶モノマー１３のどちらか一方あるいは両方が誘電異方性を有し、前述のように組成物１２内の有効領域内に電界を印加した状態で、基板５を通して二光束干渉露光する。
図１２は、非重合性液晶２と重合性液晶モノマー１３の両方が正の誘電異方性を有し、図６で示したのと同様に電界を印加する場合の概略図である。正の誘電異方性を有する液晶分子は静電的配向力を受けながら、ポリマーと相分離していく。この時、少なくとも非重合性液晶２あるいは重合性液晶モノマー１３のどちらか一方が静電的配向力を受ければ、他方の液晶分子も相互作用を受けて配向する。
ポリマー中には配向した液晶性モノマー骨格も取り込まれながら重合されていく。特に、ポリマー層７と非重合性液晶２の界面ではポリマー層７表面に略垂直方向に液晶骨格長軸が配向した状態で固定化されていると考えられる。

したがって、無電界時において、非重合性液晶層８全体としても液晶分子の配向性が向上する。この場合、相分離時の外部電界の印加によって液晶層８内の複屈折性が更に向上しているため、回折現象の偏光選択性が大きくなる。また、ポリマー層７表面に液晶骨格部が配向して固定化されているため、非重合性液晶分子との相互作用が更に強くなる。したがって、比較的高温まで液晶相を保つことができ、偏光選択性ホログラム素子の使用温度範囲を広げることができる。

図１３及び図１４に基づいて第６の実施形態を説明する。
上記実施形態ではポリマー層７と液晶層８の界面が基板面に対して略垂直の場合を例示したが、そのような体積ホログラム素子では素子表面に対して斜め方向から光を入射させる必要がある。
すなわち、屈折率の周期構造に対して斜めから光を入射させることでブラック反射あるいはブラック回折が起こる。このような場合、光学系の光軸に対してホログラム素子を斜めに配置する必要があり、光学系中のスペースを有効に利用できない場合がある。
そこで、本実施形態では、図１３に示すように、ポリマー層と液晶層の界面が基板面の法線方向に対して傾斜するように干渉縞と基板の方向を設定して干渉露光を行う。干渉縞が傾斜していても上記の相分離過程は同様に起こり、ｓ偏光とｐ偏光に対する偏光選択性が発現する。

ポリマー層と液晶層の界面が基板面の法線方向に対して傾斜しているので、光を素子表面に対して垂直に入射させても、図１４に示すように、周期構造の傾斜方向に応じてプラス方向又はマイナス方向の片側のみにブラック回折による回折光が出射する。
ここで、回折させたい偏光方向に対するポリマー層と液晶層の屈折率差と厚みを最適化することで、プラス又はマイナス一次回折光のみが高効率で出射し、二次以上の高次の回折光はほとんどゼロとなるように設定することができる。
図１４では上記のような方法により、二光束干渉露光による干渉縞を基板面上に投影した時の基板面上での干渉縞の配列方向（ピッチ方向）と基板面に平行な方向に液晶層が配向した状態を示している。

ここで、s偏光に対する液晶層の屈折率ｎｏがポリマー層の屈折率ｎｐとほぼ等しくなるように設定することで、ｓ偏光は回折せずに直進する。また、ｐ偏光に対する液晶層の屈折率ｎｅとポリマー層の屈折率ｎｐとの差によって、ほとんどの透過光がプラス一次回折光となる。
したがって、素子表面に対して垂直に円偏光を入射した場合、入射するｓ偏光とp偏光を直進光と一次回折光の二つの方向に効率良く分離することができる。
また、素子表面に対して垂直に入射する直線偏光の偏光面を９０度切り換えることで、透過光の角度を切り換えることができる光スイッチにも応用できる。

図１５に基づいて第７の実施形態を説明する。
上記各実施形態における偏光選択性ホログラム素子は、前述のような干渉露光により、１μｍ程度の短いピッチが容易に形成できることから、小型化のために大きい回折角を必要とする光ピックアップ用の偏光分離素子に用いたときに特に効果的である。
図１５は、偏光分離素子を用いたピックアップの基本的な構成例である。半導体レーザー１５から出た読み出し光である直線偏光は、コリメーターレンズ１６によって略平行光となって対物レンズ１７に導かれる。
光ディスク１８で反射された光は入出射の共通光路におかれた１／４λ板１９によって偏光面が９０°回転される。

偏光選択性ホログラム素子１はフォトダイオード２０近傍の入出射の共通光路中におかれる。半導体レーザー１５からの出射偏光が図１４でいうＳ偏光であれば、この光はほとんど損失なく透過し、光ディスク１８の記録層に集光される。
光ディスク１８からの戻り光は偏光面が９０°回転しているためｐ偏光となって偏光選択性ホログラム素子１に入射し、回折を受ける。この際、偏光選択性ホログラム素子１の分離角が１５°以上であれば、偏光選択性ホログラム素子１と半導体レーザー１５及びフォトダイオード２０を近接させることができ、光路長を短く構成することができる。
分離角を２０°、波長を４０５ｎｍとしたとき、所望の回折格子のピッチはおおよそ１ミクロン前後である。本発明の偏光選択性ホログラム素子１は、前述のように格子間隔を極めて短く構成することができるため、このような短い格子間隔であっても高い回折効率を得ることができる。

厚み０．７ｍｍのガラス基板の片面にＩＴＯ透明電極、もう片面に青色光に対する反射防止膜を形成した。厚み１０μｍのマイラーフィルムを短冊状に切った２枚のシートを図４のように並べて２枚のガラス基板を貼り合せ、周辺部の一部を接着剤で固定した。マイラーフィルムの間隔は５ｍｍ程度とした。この５ｍｍ幅の領域がホログラム素子の有効領域になる。
このとき、ＩＴＯ透明電極の面を内側にして僅かにずらして重ね、電極面に外部電源からの電圧を印加可能なセル構成とした。次に以下の５種類の材料の混合物からなる組成物を約６０°Ｃに加熱しながら毛管法によりセル中に注入し、厚み約１０μｍの組成物層を形成した。なお、この組成物は緑色より短波長の光に反応性を示すため赤色光を用いた暗室下で取り扱った。

（１）ネマチック液晶(メルク製ＺＬＩ−４８５０、Δε＜０) ３０重量部
（２）フェニルグリシジルエーテルアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー(共栄社化学製ＡＨ６００) ７５重量部
（３）ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート(共栄社化学製ＤＣＰ−Ａ) １０重量部
（４）２−ヒドロキシエチルメタクリレート(共栄社化学製ＨＯ) ５重量部
（５）メタロセン系光重合開始剤(チバガイギー製イルガキュア７８４) ０．５重量部
セル中に注入後、この組成物は室温下において等方性を示した。
次に波長４４２ｎｍ、出力８０ｍＷのＨｅ−Ｃｄレーザーによる二光束干渉露光系を作成した。
レーザー光を分割、拡大して、１つの光束が約１１ｍＷ／ｃｍ^２程度の平行光として、２光束の交差角度を２６度に設定した。この波長と交差角度では二光束の交差領域に約１μｍ周期の干渉縞が生成される。

セル基板を加熱装置に取り付け、約６０°Ｃに加熱した状態で、ＩＴＯ電極間に電圧±１０Ｖ(電界強度１Ｖ／μｍ)、周波数１ｋＨｚの交流電圧を印加した。組成物に電圧を印加しながら、約５分間の２光束干渉露光を行い、ホログラム素子を作製した。この時、基板面の垂直方向に対して＋１３度と−１３度の方向から２光束が入射するように設定した。
作製したホログラム素子の基板面に対して角度が１３度の方向から波長４４２ｎｍの直線偏光のレーザー光を照射して、入射光強度に対する＋１次回折光強度を測定した。入射光強度は５ｍＷ程度になるようにＮＤフィルターを用いて調整した。入射光路中に直線偏光板と半波長板を配置し、半波長板の光軸を４５度回転させることで、ホログラム素子に入射する偏光方向(ｐ偏光、ｓ偏光)を切り換え可能に構成し、＋１次回折効率の偏光選択性を比較した。

その結果、入射光に対する＋１次回折光の出射角度は２６度であり、
Ｐ偏光の＋1次回折効率＝２０％
Ｓ偏光の＋1次回折効率＝０．５％
と大きな偏光選択性を示した。ここで、Ｓ偏光回折効率／Ｐ偏光回折効率の比をＳ／Ｐ値として偏光選択性の良し悪しを評価する基準として定義すると、偏光選択性が無い場合はＳ／Ｐ＝１となり、理想的な偏光選択性を示す場合はＳ／Ｐ＝０となる。本実施例では、Ｓ／Ｐ＝０．０２５であり、良好な偏光選択性を示すホログラム素子を作製することができた。
なお、Ｐ偏光の回折効率の絶対値は２０％程度と比較的低いが、これはホログラム層内の屈折率変調量に対してホログラム層の厚みが最適化されていないためである。したがって、スペーサ部材であるフィルムの厚みや、別途設けることができるスペーサビーズの粒子径などを変化させてホログラム層の厚みを最適化することで、偏光選択性が良く、回折効率が大きなホログラム素子を作製することができる。
「比較例」

２光束干渉露光時に電圧を印加しないこと以外は、実施例１と同様にしてホログラム素子を作製した。その結果、入射光に対する＋１次回折光の出射角度は２６度であり、室温下での回折効率は、
Ｐ偏光の＋1次回折効率＝４０％
Ｓ偏光の＋1次回折効率＝８％
Ｓ／Ｐ＝０．２と僅かに偏光選択性を示すホログラム素子が得られた。
なお、Ｐ偏光の回折効率の絶対値が４０％程度と増加したが、これはホログラム層内の屈折率変調量が変化したために、同一厚みのホログラム層では回折効率が変化したためと考えられる。

厚み０．７ｍｍのガラス基板の片面に青色光に対する反射防止膜を形成した。厚み１０μｍのアルミ泊を短冊状に切った２枚のシートを図６のように並べて２枚のガラス基板を貼り合せ、周辺部の一部を接着剤で固定した。
アルミシートの間隔は２ｍｍ程度とし、各アルミシート端部に電圧が印加できるように配置した。この２ｍｍ幅の領域がホログラム素子の有効領域になる。この時、反射防止膜の面を外側にして重ねた。次に液晶材料を正の誘電異方性を示す以下の材料を変更した以外は実施例１と同様にセルを準備した。
（１）ネマチック液晶(メルク製ＺＬＩ−４８９２、Δε＞０) ３０重量部
セル中に注入後、この組成物も室温下において等方性を示した。
次に実施例１と同様の二光束干渉露光系を用いた。この時、干渉縞の方向とアルミシート電極の配置は図６のようにした。したがって、電界は干渉縞の配列方向に平行方向に印加される。セル基板を加熱装置に取り付け、約６０°Ｃに加熱した状態で、二つのアルミシート間に電圧±２０００Ｖ(電界強度１Ｖ／μｍ)、周波数１ｋＨｚの交流電圧を印加した。組成物に電圧を印加しながら、約５分間の２光束干渉露光を行い、ホログラム素子を作製した。基板面の配置は実施例１と同様にした。

実施例1と同様に回折効率の偏光選択性を測定した結果、入射光に対する＋１次回折光の出射角度は２６度であり、室温下での回折効率は、
Ｐ偏光の＋1次回折効率＝２５％
Ｓ偏光の＋1次回折効率＝０．１％
と大きな偏光選択性を示した。Ｓ／Ｐ＝０．００４であり、良好な偏光選択性を示すホログラム素子を作製することができた。また、光の透過光路にＩＴＯのような透過率を低下させる層を設ける必要がないため、ホログラム素子の透過率及び回折効率が向上する。
なお、Ｐ偏光の回折効率の絶対値は２５％程度と比較的低いが、これはホログラム層内の屈折率変調量に対してホログラム層の厚みが最適化されていないためである。したがって、スペーサ部材であるフィルムの厚みや、別途設けることができるスペーサビーズの粒子径などを変化させてホログラム層の厚みを最適化することで、偏光選択性が良く、回折効率が大きなホログラム素子を作製することができる。
また、Ｐ偏光の＋1次回折効率の温度変化を観測したところ、８０°Ｃにおいて約２０％まで低下した。

アルミ電極の配置を図８のように９０度回転させた以外は実施例２と同様にしてホログラム素子を作製・評価した。その結果、入射光に対する＋１次回折光の出射角度は２６度であり、室温下での回折効率は、
Ｐ偏光の＋1次回折効率＝０．２％
Ｓ偏光の＋1次回折効率＝２５％
と大きな偏光選択性を示した。Ｓ／Ｐ＝０．００８であり、良好な偏光選択性を示し、Ｓ偏光に対してのみ比較的大きな回折効率を示すホログラム素子を作製することができた。なお、実施例２とは回折する光の偏光方向が異なるので、使用する光学システムの光源のレイアウトやその偏光特性に応じて、適宜最適なホログラム素子を作製することができる。

厚み０．７ｍｍのガラス基板の片面に青色光に対する反射防止膜を形成した。厚み１０μｍのマイラーフィルムを短冊状に切った２枚のシートを並べて２枚のガラス基板を貼り合せ、周辺部の一部を接着剤で固定した。
マイラーフィルムの間隔は５ｍｍ程度とした。この５ｍｍ幅の領域がホログラム素子の有効領域になる。この時、反射防止膜の面を外側にして重ねた。
次に以下の６種類の材料の混合物からなる組成物を約６０°Ｃに加熱しながら毛管法によりセル中に注入し、厚み約１０μｍの組成物層を形成した。なお、この組成物は緑色より短波長の光に反応性を示すため赤色光を用いた暗室下で取り扱った。
（１）ネマチック液晶(ＴＬ２１６) ３０重量部
（２）フェニルグリシジルエーテルアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー(共栄社化学製ＡＨ６００) ７５重量部
（３）ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート(共栄社化学製ＤＣＰ−Ａ) １０重量部
（４）２−ヒドロキシエチルメタクリレート(共栄社化学製ＨＯ) ５重量部
（５）メタロセン系光重合開始剤(チバガイギー製イルガキュア７８４) ０．５重量部
（６）液晶性アクリレートモノマー(大日本インキ製ＵＣＬ００１) １０重量部
セル中に注入後、この組成物は室温下において等方性を示した。

次に実施例１と同様の二光束干渉露光系を用いた。セル基板を加熱装置に取り付け、約６０°Ｃに加熱した状態で、約５分間の２光束干渉露光を行い、ホログラム素子を作製した。入射光に対する基板面の配置は実施例１と同様にした。
実施例1と同様に回折効率の偏光選択性を測定した結果、入射光に対する＋１次回折光の出射角度は２６度であり、室温下での回折効率は、
Ｐ偏光の＋1次回折効率＝１８％
Ｓ偏光の＋1次回折効率＝０．７％
と大きな偏光選択性を示した。Ｓ／Ｐ＝０．０４であり、比較的良好な偏光選択性を示すホログラム素子を作製することができた。また、ＩＴＯやアルミシートのような電極や交流電源などを設ける必要がないため、非常に簡単な構成で実現できる。
なお、Ｐ偏光の回折効率の絶対値は１８％程度と比較的低いが、これはホログラム層内の屈折率変調量に対してホログラム層の厚みが最適化されていないためである。したがって、スペーサ部材であるフィルムの厚みや、別途設けることができるスペーサビーズの粒子径などを変化させてホログラム層の厚みを最適化することで、偏光選択性が比較的良く、回折効率が大きなホログラム素子を比較的簡単な構成で作製することができる。

実施例２において、組成物中に液晶性アクリレートモノマー(大日本インキ製ＵＣＬ００１)１０重量部を添加した。それ以外は同様にしてホログラム素子の作製と評価を行った結果、入射光に対する＋１次回折光の出射角度は２６度であり、室温下での回折効率は、
Ｐ偏光の＋1次回折効率＝２５％
Ｓ偏光の＋1次回折効率＝０．１％
と大きな偏光選択性を示した。Ｓ／Ｐ＝０．００４であり、良好な偏光選択性を示すホログラム素子を作製することができた。
また、Ｐ偏光の＋1次回折効率の温度変化を観測したところ、８０°Ｃにおいて２４％であり、高温環境下での回折効率の低下現象を低減できた。これは、相分離後のポリマー層中に取り込まれて固定化されている液晶分子は比較的高温でも固定化状態を維持しているため、この液晶部分に接する非重合性の液晶層も比較的高温まで液晶相を維持できるようなる、すなわち、固定化された液晶分子の影響を受けて液晶層全体の相転移温度が上昇したためと考えられる。

基板面の垂直方向に対して＋２６度と０度の方向から２光束が入射するように設定した以外は実施例５と同様にしてホログラム素子を作製した。
作製したホログラム素子の基板面に対して垂直方向から波長４４２ｎｍの直線偏光のレーザー光を照射して、入射光強度に対する＋1次回折光強度を測定した。その結果、入射光に対する＋１次回折光の出射角度は２６度であり、
Ｐ偏光の＋1次回折効率＝２５％
Ｓ偏光の＋1次回折効率＝０．１％
で実施例５と同様な特性を示した。この素子を図１５のような光ピックアップ装置に使用する場合、ホログラム素子の基板面を光源から光ディスク面までの光軸に対して垂直に配置することができる。また、図１５の半導体レーザー１５とフォトダイオード２０間の距離が一定である場合、回折角度が２６度と非常大きいために、半導体レーザー１５とフォトダイオード２０の形成面とホログラム素子の間隔を短縮することができた。したがって光ピックアップ装置全体の薄型化が実現できた。

本発明の第１の実施形態における偏光選択性ホログラム素子の概要断面図である。 一般的な相分離によるホログラム形成過程を説明する図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は相分離後の断面図、（ｃ）は上面図である。 相分離過程を示すモデル図である。 液晶分子の配向モデル図である。 静電的配向力を受けたホログラム素子を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は相分離後の断面図、（ｃ）は上面図である。 第２の実施形態における、干渉縞配列方向に平行に電界を印加した場合の斜視図である。 第２の実施形態における、干渉縞配列方向に平行な静電的配向力を受けたホログラム素子を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は相分離後の断面図、（ｃ）は上面図である。 第３の実施形態における、干渉縞配列方向に垂直に電界を印加した場合の斜視図である。 第３の実施形態における、干渉縞配列方向に垂直な静電的配向力を受けたホログラム素子を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は相分離後の断面図、（ｃ）は上面図である。 第４の実施形態における、液晶性モノマーを添加したホログラム素子を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は相分離後の断面図、（ｃ）は上面図である。 片面基板上に作成するホログラム素子を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は相分離後の断面図、（ｃ）は上面図である。 第５の実施形態における、液晶性モノマーを添加して電界を印加したホログラム素子を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は相分離後の断面図、（ｃ）は上面図である。 第６の実施形態における、傾斜ホログラム素子の干渉露光を示す図である。 傾斜ホログラム素子の偏光選択性を示す図である。 第７の実施形態における、光ピックアップ装置の概要図である。

符号の説明

２ 非重合性液晶
３ 重合性モノマーあるいはプレポリマー
４ 組成物
５ 透明基板間
７ ポリマー層
８ 液晶層
１０、１１ 電極
１３ 重合性液晶モノマー

Claims (8)

1. 少なくとも、誘電異方性を有する非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーと、光重合開始剤とからなる組成物を一対の透明基板間に保持し、前記組成物内の有効領域に電界あるいは磁界を印加した状態で、前記組成物を二光束干渉露光することにより、主にポリマーから成る層と主に非重合性液晶から成る層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の偏光選択性ホログラム素子。
2. 請求項１記載の偏光選択性ホログラム素子において、
   前記非重合性液晶が正の誘電異方性を示すネマチック液晶であり、二光束干渉露光による干渉縞を前記基板面上に投影した時の該基板面上での干渉縞の配列方向（ピッチ方向）と前記基板面に平行な方向に前記電界を形成する電極を有することを特徴とする偏光選択性ホログラム素子。
3. 請求項１記載の偏光選択性ホログラム素子において、
   前記非重合性液晶が正の誘電異方性を示すネマチック液晶であり、二光束干渉による干渉縞を前記基板面上に投影した時の該基板面上での干渉縞の配列方向（ピッチ方向）に垂直で且つ前記基板面に平行な方向に前記電界を形成する電極を有することを特徴とする偏光選択性ホログラム素子。
4. 少なくとも、非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーと、光重合開始剤とからなる組成物の層を透明な支持基板上あるいは一対の透明基板間に保持し、前記基板を通して二光束干渉露光することにより、主にポリマーから成る層と主に非重合性液晶から成る層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の性ホログラム素子において、
   前記組成物中に重合性液晶モノマーを含み、露光後の主にポリマーから成る層の中に液晶骨格部を含有することを特徴とする偏光選択性ホログラム素子。
5. 請求項４記載の偏光選択性ホログラム素子において、
   前記非重合性液晶及び前記重合性液晶モノマーが誘電異方性を有し、前記組成物内の有効領域内に電界を印加した状態で、前記基板を通して二光束干渉露光することを特徴とする偏光選択性ホログラム素子。
6. 請求項４記載の偏光選択性ホログラム素子において、
   前記非重合性液晶又は前記重合性液晶モノマーが誘電異方性を有し、前記組成物内の有効領域内に電界を印加した状態で、基板を通して二光束干渉露光することを特徴とする偏光選択性ホログラム素子。
7. 請求項１乃至６のうちの何れか１つに記載の偏光選択性ホログラム素子において、
   前記ポリマー層と前記液晶層の界面が前記基板面の法線方向に対して傾斜していることを特徴とする偏光選択性ホログラム素子。
8. 請求項１乃至７のうちの何れか１つに記載の偏光選択性ホログラム素子を用いた光ピックアップ装置。
   

Images