JP2006018060A - 回折格子の複製方法及び回折格子並びにその回折格子を用いた光ヘッド装置及び光ディスクドライブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計算機発生ホログラム（ＣＧＨ）を回折格子の原板として用い、高効率な回折格子を大量に複製することができる複製方法を提供する。
【解決手段】本発明の回折格子の複製方法は、２光束干渉露光で形成される干渉縞と等価な干渉縞を計算機で計算して人工的に作成した回折格子を原板１５として、該原板側から光照射して原板１５から発生する透過０次光と１次回折光をリレー光学系のレンズ１６，１７を介して複製用記録材料１８に入射させて生じる干渉縞を露光して複製する。従って、回折格子を複製するとき、原板と複製用記録材料を密着せず空間的に離して配置して複製できるので、密着複製するときの技術的な問題を回避することができ、高効率な回折格子を大量に複製することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回折格子（ホログラム）の複製方法及び、その複製方法を用いて作製した回折格子、並びにその回折格子を用いた光ヘッド装置（光ピックアップ装置）、及びその光ヘッド装置を搭載した光ディスクドライブ装置に関し、さらには、波長の異なる複数の光源を備え、ＣＤ（コンパクト・ディスク）系の光ディスク（ＣＤ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ等）、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）系の光ディスク（ＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ＋Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ＋ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ等）、青色半導体レーザを光源とした高密度光ディスクなどの使用する波長の異なる複数規格の記録媒体（光ディスク）に対して記録または再生を行なうことが可能な光ヘッド装置及びその光ヘッド装置を搭載した光ディスクドライブ装置に関する。

従来、光ディスクドライブ装置における光ヘッド装置（光ピックアップ装置とも言う）として、記録媒体である光ディスクからの反射光を回折光学素子（回折格子、ホログラム等）により分岐し、光検出器で受光する光学系を備えたものが種々提案されており、回折光学素子として、偏光性の回折格子（偏光性ホログラム）を用いたものが知られている。例えば特許文献１には、複屈折媒体に凹凸格子を設けて、少なくとも凹部に等方性媒体を充填することで、光の偏光方向により回折効率の異なる偏光性を有するようにした回折格子が記載されている。

また、光ヘッド装置等に用いられる回折格子の作製方法の一例として、特許文献２には、マスターグレーティングに可干渉光を入射させ、透過直進させる光と透過回折する一対の光を発生させ、この光を結像系を用いて感光材料上で干渉させてマスターグレーティングに依存した回折格子を形成する回折格子アレイの作製方法が記載されており、特許文献３には、フォトレジストなどへの二光束干渉露光により回折格子を作製する方法であって、露光時に透過領域を一部にもつフォトマスクにより干渉縞を部分的に遮光して露光領域を設定する回折格子の作製方法が記載されている。

特許第２５９４５４８号公報 特開平９−１３８６３２号公報 特開平１０−７８５０３号公報

図３３及び図３４に従来の光ヘッド装置及びその光ヘッド装置に用いる回折格子の一例を示す。
図３３に示すように光ヘッド装置は、半導体レーザ等からなる光源８、回折格子７、カップリングレンズ１０、１／４波長板１１、集光レンズ（対物レンズ）１２、光検出器９を備えた構成であり、光源８からの光をカップリングレンズ１０により光学系に取り込み、集光レンズ（対物レンズ）１２で光記録媒体である光ディスク１３に集光し、該光ディスク１３からの反射光を光検出器９で検出して情報の記録または再生、あるいは記録及び再生を行なう。

回折格子７は例えば図３４に示すように、透明基板１上に矩形凹凸形状を持つ複屈折（光学異方性）を示す媒体２が配置され、その上に光学的に等方性を示す媒体３が充填され、その上を透明基板１’で覆われている構成の偏光性回折格子であり、等方性媒体３の屈折率を複屈折媒体２の常光屈折率、または異常光屈折率のいずれかと等しくすることにより、偏光性（光学異方性）を示す回折格子となる。すなわち、ある方向の偏光に対してはほぼ全透過し、これと直交する偏光に対しては全回折するような特性を持たせることができる。
このような偏光性回折格子７を図３３に示す光ヘッド装置の分岐素子として用いれば、光源８から光ディスク１３へ向かう往路を全透過する偏光方向に設定して効率良く光ディスク１３に集光させ、光路中に１／４波長板１１を配置しておき光ディスク１３からの反射光を往路の偏光方向とは直交して戻るようにさせて再び偏光性回折格子７に入射させると、復路光は全回折され光検出器９に効率良く受光されるようにでき、往路、復路とも高効率の光ヘッド装置が実現できる。

図３５に図３４に示す偏光性回折格子７の入射角・対・＋１次回折光の回折効率特性を示す。この偏光性回折格子７は、矩形格子の特性として、垂直入射を中心に約４０％程度の回折効率を持つ。従来は図３５の回折効率を持つ偏光性回折格子で十分であったが、図３３に示す構成の光ヘッド装置が搭載される光ディスクドライブ装置の記録・再生速度（特に再生速度）を高速化させようとした場合、光ディスク１３からの反射信号を光検出器９で受光する場合のＳ／Ｎ比を向上させるため、偏光性回折格子には４０％以上の回折効率が必要となってくる。特に青色領域の半導体レーザを光源とした高密度光ディスクに適用する場合、記録情報の高密度化により再生信号帯域が広帯域となり、同時に光検出器の感度が青色領域では赤色あるいは赤外領域より感度低下することの２面から、光検出信号のＳ／Ｎ比の低下が生じる。このＳ／Ｎ比の低下を改善させるため、偏光性回折格子の復路効率（＋１次回折効率）は４０％を越えた高回折効率が必要となる。また、青色領域で光源、光検出器一体の小型ホログラムユニット（図３３の光源８と光検出器９及び偏光性回折格子７が一体化したユニット）を実現するためには、偏光性回折格子に必要な格子ピッチは短波長化にともない、１μｍオーダーの狭ピッチが必要となる。

以上のように、今後の光源短波長化に伴い必要となる、狭ピッチで高回折効率の偏光性回折格子は、図３４の矩形格子では＋１次回折効率が４０％以上にならないという点で実現できず、また、従来より片側の＋１次回折効率を高効率化する方法であるブレーズ格子は８０〜９０％の高回折効率化はできるが、１μｍオーダーの狭ピッチ化は加工の難易度が高く実現が困難である。また、例え加工が実現しても１μｍの狭ピッチにおいてはブレーズ格子でも回折効率が減少し、波長４０５ｎｍにおいて理論値でも回折効率が５０％程度しか得られないことが知られている。

そこで本発明は、光ディスク用の光ヘッド装置に適用される回折格子において、片側の＋１次（または−１次）回折効率の高効率化と格子ピッチの狭ピッチ化とを両立させることができる構成の回折格子、特に偏光性回折格子を大量に生産する方法を実現することを目的としている。

ここで、回折格子を大量に生産する方法としては、特許文献２に記載されているように、回折格子のマスターグレーティング（原板）に可干渉光を入射させ、原板からの直進透過光と透過回折光を結像系を用いて感光材料上で干渉させて、原板の複製を行ない、これを繰り返して生産する方法がある。
この方法では、原板の干渉縞を計算機で計算して人工的に回折格子を作る計算機発生ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）の技術を用いた原板を用いる場合がある。この場合、ＣＧＨ原板に可干渉光を入射させたとき、所望の直進透過光（０次光）と透過回折光（両１次回折光のうちの一つ（例えば＋１次回折光）が発生するが、ＣＧＨからはこの他に不要な回折光（もう一方の１次回折光や高次回折光）が生じてしまう。不要な回折光は感光材料上で不要な干渉縞を形成させ、その結果、回折格子からは不要な回折光が発生して本来高効率化したい＋１次回折光の回折効率が低下してしまうという欠点がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、前記の目的に加え、計算機発生ホログラム（ＣＧＨ）を回折格子の原板として用いたときにも、高効率な回折格子を複製することができる複製方法を提供することを目的とし、さらには、その複製方法を用いて作製した回折格子を提供することを目的とする。
また、本発明は、回折効率の高効率化と格子ピッチの狭ピッチ化とを両立させた回折格子を用いた光ヘッド装置及び、その光ヘッド装置を搭載した光ディスクドライブ装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明では以下のような手段を採っている。
本発明の第１の手段は、回折格子の複製方法であって、２光束干渉露光で形成される干渉縞と等価な干渉縞を計算機で計算して人工的に作成した回折格子を原板として、該原板側から光照射して原板から発生する透過０次光と１次回折光をリレー光学系を介して複製用記録材料に入射させて生じる干渉縞を露光して複製することを特徴とする（請求項１）。

本発明の第２の手段は、光源からの光を集光レンズで記録媒体に集光し、該記録媒体からの反射光を光検出器で検出して情報の記録または再生、あるいは記録及び再生を行なう光ヘッド装置に用いられる回折格子であって、格子部は複数の領域に分割され、各領域からの回折光は光検出器の対応した個別の光検出領域で受光されるように設定され、格子部の各領域は、光ヘッド装置の光源の発光点と等価な位置から出射する発散光と各光検出領域に対応した受光点と等価な位置から出射する発散光とによる干渉縞を記録材料へ露光する２光束干渉露光、あるいは光源の発光点と等価な位置へ集光する収束光と各光検出領域に対応した受光点と等価な位置へ集光する収束光とによる干渉縞を記録材料へ露光する２光束干渉露光で形成されている回折格子を複製する回折格子の複製方法において、前記の２光束干渉露光で形成される干渉縞と光学的に等価な干渉縞を計算機で計算して人工的に作成した回折格子を原板として用い、該原板側から光照射して原板から発生する透過０次光と１次回折光をリレー光学系を介して複製用記録材料に入射させて生じる干渉縞を露光して複製することを特徴とする（請求項２）。

本発明の第３の手段は、第１または第２の手段の回折格子の複製方法において、干渉縞を計算機で計算して人工的に作成した回折格子を第一原板として、該第一原板を原板複製用記録材料に略密着し、該第一原板側から光照射して第一原板から発生する透過０次光と１次回折光を原板複製用記録材料に入射させて生じる干渉縞を露光して第二原板を作成し、該第二原板を複製用原板として、該第二原板側から光照射して第二原板から発生する０次光と１次回折光をリレー光学系を介して複製用記録材料に入射させて生じる干渉縞を露光して複製することを特徴とする（請求項３）。
また、本発明の第４の手段は、第１〜第３のいずれか一つの手段の回折格子の複製方法において、干渉縞を計算機で計算して人工的に作成した回折格子の原板が、ブレーズ格子あるいは階段近似されたブレーズ格子であることを特徴とする（請求項４）。

本発明の第５の手段は、第１〜第４のいずれか一つの手段の回折格子の複製方法において、前記リレー光学系内に原板からの０次光と片方の１次回折光のみを透過させ、その他の次数の回折光及びノイズ光を遮断する空間フィルタを配置したことを特徴とする（請求項５）。
また、本発明の第６の手段は、第５の手段の回折格子の複製方法において、前記リレー光学系の中で原板からの０次光が収束する集光点であって、リレー光学系光軸に垂直な面に前記空間フィルタを配置したことを特徴とする（請求項６）。

本発明の第７の手段は、第１〜第６のいずれか一つの手段の回折格子の複製方法において、前記リレー光学系により原板面と複製用記録材料面が略結像の共役面となっていることを特徴とする（請求項７）。
また、本発明の第８の手段は、第１〜第７のいずれか一つの手段の回折格子の複製方法において、前記リレー光学系は２つのレンズ系から成り、原板に近い第一のレンズ系の前側焦点が原板面と一致し、第一のレンズ系の後側焦点と第二のレンズ系の前側焦点を一致させ、かつ第二のレンズ系の後側焦点が複製用記録材料面に一致していることを特徴とする（請求項８）。

本発明の第９の手段は、第１〜第８のいずれか一つの手段の回折格子の複製方法において、前記原板からリレー光学系を介して干渉露光する複製用記録材料として、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、前記組成物を２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回折格子を複製することを特徴とする（請求項９）。

本発明の第１０の手段は、回折格子であり、第１〜第９のいずれか一つの手段の回折格子の複製方法を用いて作製したことを特徴とする（請求項１０）。

本発明の第１１の手段は、光源からの光を集光レンズで記録媒体に集光し、該記録媒体からの反射光を光検出器で検出して情報の記録または再生、あるいは記録及び再生を行なう光ヘッド装置において、前記記録媒体から前記光検出器に至る光路中に回折格子を有し、前記光記録媒体からの反射光を前記回折格子により分岐して光検出器で受光する光学系を備え、該光学系において配置する前記回折格子が、第１０の手段の回折格子であることを特徴とする（請求項１１）。
また、本発明の第１２の手段は、第１１の手段の光ヘッド装置において、光源と光検出器及び回折格子が一体化されていることを特徴とする（請求項１２）。
さらに本発明の第１３の手段は、第１１または第１２の手段の光ヘッド装置において、前記光源として、波長の異なる複数の光源を備えたことを特徴とする（請求項１３）。

本発明の第１４の手段は、記録媒体に対して光ヘッド装置を用いて情報の記録または再生、あるいは記録及び再生を行なう光ディスクドライブ装置において、前記光ヘッド装置として、第１１〜第１３のいずれか一つの手段の光ヘッド装置を搭載したことを特徴とする（請求項１４）。

本発明の第１，２，７，８の手段に係る回折格子の複製方法では、ホログラム原板から露光複製する方法においてホログラム原板を計算機発生ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）で作成することにより、回折格子の分割領域の自由な設定が容易であり、原板記録波長と複製したホログラム回折格子を、光ヘッド装置やその他に応用したときの使用波長の違いによる収差発生の問題が生じない（干渉縞を計算する波長を光ヘッド装置での使用波長とすればよい）などメリットが多い。

また、ホログラム回折格子を複製するとき、原板と複製用記録材料を密着せず空間的に離して配置して複製できるので、密着複製するときの技術的に難しい点（原板と複製用記録材料の間のギャップを小さくするために原板あるいは記録材料のカバーガラスを極薄にしなければならないこと、あるいは密着した原板と記録材料の間の多重反射による不要な干渉縞の発生を防ぐために密着面に屈折率マッチング液を挟まなければならない点等）を回避することができる。従って、極薄カバーガラス、屈折率マッチング液などを使用しなくても高品質なホログラム回折格子が複製できる。また、原板は複製用記録材料に密着させないので、多数回の複製における接触による原板の損傷を生じることがない。

本発明の第３の手段に係る回折格子の複製方法では、第１、第２の手段の効果に加え、この方法により第一原板はフォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィなどを用いた計算機発生ホログラムの作成に適した１次原板とし、第二原板は最終的に光ヘッド装置で使われるホログラム回折格子が高回折効率を持つような複製露光ができるホログラム原板とするように、複製工程において原板を最適化できる。つまり原板を２枚用いることにより、計算機発生ホログラムから最終的な高回折効率のホログラム回折格子が複製できるようになる。

本発明の第４の手段に係る回折格子の複製方法では、第１〜第３の手段の複製方法において、ＣＧＨによる原板をブレーズ型格子、または階段状ブレーズ型格子とすることで、０次光と＋１次回折光の回折効率を均等にし、かつ他の回折次数の発生が抑制され、この原板から複製露光で作成されたホログラム回折格子の＋１次回折光の回折効率を高効率にできる。

本発明の第５、第６の手段に係る回折格子の複製方法では、第４の手段の複製方法において、ＣＧＨによる原板をブレーズ型格子、または階段状ブレーズ型格子とすることで生じる不要回折光、ノイズ的回折光を、リレー光学系中で遮断、除去することができ、複製用記録材料には０次光と＋１次回折光の純粋な２光束干渉露光を行なうことができ、複製露光で作成されたホログラム回折格子の＋１次回折効率を大幅に高めることができる（例えば８０％以上の高効率が可能となる）。

本発明の第９の手段に係る回折格子の複製方法では、液晶材料を含む複製用記録材料を用いることにより、往路は高透過率、復路は高回折効率の偏光性回折格子が実現でき、この偏光性回折格子を光ヘッド装置に用いることにより、高速記録、高速再生が可能でかつ小型・軽量な光ヘッド装置を実現することが可能となる。

本発明の第１０の手段に係る回折格子においては、第１〜第９のいずれか一つの手段の回折格子の複製方法を用いて作製したことにより、第１〜第９のいずれか一つの手段と同様の効果を有し、高回折効率で、大量生産が可能で低コストな回折格子（偏光性回折格子）を実現することができる。

本発明の第１１の手段に係る光ヘッド装置においては、第１０の手段の回折格子（第１〜第９のいずれか一つの手段の回折格子の複製方法を用いて作製した回折格子）を用いることにより、回折格子を光源に近づけて、光源、光検出器構成をコンパクトにする場合に、格子ピッチの微細化が可能であり、往路は記録媒体への透過率が高く、復路は記録媒体からの反射光の検出効率の高い光ヘッド装置が実現でき、高速記録・高速再生が可能となる。

本発明の第１２の手段に係る光ヘッド装置においては、光源、光検出器及び回折格子を一体化してユニット構成とすることにより、光ヘッド装置の組立てを行なう際に光源、光検出器、回折格子が一体化されているので組立て時間が短縮され、光学系調整も簡単になる。また、一体化されているので、光ヘッド装置に使用したときの周囲温度変化および経時変化に強く、信頼性の高い光ヘッド装置を実現することができる。
また、本発明の第１３の手段の光ヘッド装置においては、第１１または第１２の手段の効果に加え、前記光源として、波長の異なる複数の光源を備えたことにより、使用する波長の異なる複数規格の記録媒体（ＣＤ系、ＤＶＤ系の光ディスク等）に対して記録または再生を行なうことが可能な光ヘッド装置を実現することができる。

本発明の第１４の手段の光ディスクドライブ装置においては、光ヘッド装置として、第１１〜第１３のいずれか一つの光ヘッド装置を搭載したことにより、安定した信号検出ができ、記録・再生速度の高速化を達成することができる光ディスクドライブ装置を実現することができる。
また、光ヘッド装置内に波長の異なる複数の光源を備えることにより、ＣＤ系やＤＶＤ系の光ディスク、青色半導体レーザを光源とした高密度光ディスクなどの使用する波長の異なる複数規格の光ディスクを記録または再生することができる光ディスクドライブ装置を実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
まず第１，７，８，１０の手段に係る実施例を説明する。
図２に２光束干渉露光によりホログラム回折格子を作成する方法を示す。図２において、符号１９はホログラム記録材料であり、干渉露光法は、ホログラム記録材料１９に可干渉性のあるビーム(1)とビーム(2)を異なる入射角で照射し、２つのビームが重なったところで生じる干渉縞をホログラム記録材料１９に露光して回折格子を作成する方法である。しかし、回折格子の応用において作成される回折格子を一つ一つ上述した干渉露光で作成していくことは非常に手間がかかり、また、干渉露光系が大きく複雑で、振動にも影響を受け易いという欠点があり、生産性が良くない。

そこで、上述の干渉露光によるホログラム回折格子と等価な干渉縞を計算機上で計算して発生させたホログラム回折格子（計算機発生ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram））を原板（原版）とする方法がある。すなわち、干渉露光により生じる干渉縞を計算機で計算して、そのデータを元にマスクを作成し、ホログラム原板とする方法がある。この方法では、干渉露光と等価な波面による干渉縞を計算機上で計算して電子ビームリソグラフィー、あるいはフォトリソグラフィー手法によりホログラムの干渉縞を形成する。そしてＣＧＨによる原板に可干渉光を入射させて、原板から発生する透過０次光と＋１次回折光を記録材料上で干渉させて原板の回折格子を複製して、ホログラム回折格子を作成していく。この方法によると、複製露光系は簡易で済み、また、振動等にも強くなり生産性が向上する。

図１に原板から記録材料へ複製する光学系の一例を示す。原板１５と複製用記録材料１８は空間的に離して配置し、両者の間にリレー光学系を介在させる構成である。図１において原板１５を複製照射光で照射して原板１５から生じる０次光と＋１次回折光を第１、第２のレンズ１６，１７で構成されるリレー光学系で複製用記録材料１８に入射させる。このときリレー光学系は原板１５を物体面、複製用記録材料１８がその像面となる結像の共役面の関係になっている。このことにより原板１５で発生した０次回折光と１次回折光は記録用材料面で再び重なって干渉縞を生じる。複製用記録材料１８はこの干渉縞を記録することにより原板１５の複製が行われる。

図１においてリレー光学系は２つのレンズ系である第１レンズ１６と第２レンズ１７から構成されている。図では各レンズ系は単レンズであるが、２つのレンズ系は各々複数レンズを組み合わせたものでも良い。
第１レンズ１６はその前側焦点が原板面と一致して、第１レンズ１６の後側焦点と第２レンズ１７の前側焦点が一致するように各レンズを配置し、また、第２レンズ１７の後側焦点を複製用記録材料面と一致させている。図１では第１レンズ１６と第２レンズ１７の焦点距離は共にｆであり等しい場合を示す。第１レンズ１６と第２レンズ１７の焦点距離が等しいとリレー光学系により原板面は等倍で記録材料面に結像する。そして原板１５に記録されたホログラム分割パターンは等倍で複製用記録材料１８に露光される。また、ホログラム格子パターンも原板１５と同じピッチで複製用記録材料１８に形成される。

［実施例２］
次に第２，７，８，１０の手段に係る実施例を説明する。
ここでは、光ヘッド装置に用いる回折格子として、図３３に示した構成の光ヘッド装置の回折格子７と同様の位置に配置される回折格子を例に挙げて説明する。図３は回折格子の複数に分割された格子部の回折格子領域と光検出器の光検出領域との関係を示す図である。図３（ａ）に示すように、この回折格子２０は、基板中に形成された格子部が複数の領域に分割されており、例えばセクター(1),(2),(3)の３つの回折格子領域２０−１〜２０−３で構成されている。また、図３（ｂ）に示すように、光検出器は回折格子２０の回折格子領域（セクター(1),(2),(3)）２０−１〜２０−３に対応して３つの光検出領域ＰＤ(1)〜ＰＤ(3)で構成されている。但し、図３は典型的な実施例の一つであり、回折格子や光検出器の領域は、この分割形式に限定されるものではない。ここで、回折格子２０のセクター(1)の回折格子領域２０−１で回折された光は２分割された光検出領域ＰＤ(1)の分割線上に集光し、ナイフエッジ法によるフォーカス検出を行なう。また、回折格子２０のセクター(2)及びセクター(3)の回折格子領域２０−２，２０−３からの回折光はそれぞれＰＤ(2)及びＰＤ(3)で受光し、プッシュプル法によるトラック検出を行なう。

次に図３に示す回折格子２０を作製する方法の一例を図４に示す。図４において、符号２４は透明基板、２５はその基板上に形成されたホログラム記録材料である。このホログラム記録材料２５に近接してセクターマスク２３−１が配置されている。図示しないが、ガスレーザ、固体レーザ、あるいは半導体レーザ（ＬＤ）などのレーザ光源からのコヒーレントなレーザ光をハーフミラーなどで２分割した後、その一方を第１のレンズ２１に入射させ集光させる。このときの集光点は、図３３に示した構成の光ヘッド装置の光源８としてのＬＤの発光点と等価な位置に集光する。これにより光ヘッド装置の光源（ＬＤ）８の発光点と等価な点から発散する光となり記録材料２５に入射する。また、ハーフミラーで分割されたもう一方のレーザ光は第２のレンズ２２に入射させ集光させる。このときの集光点は、図３３に示した構成の光ヘッド装置の光検出器９の光検出領域ＰＤ(1)の受光点と等価な位置に集光する。これにより光ヘッド装置の光検出器９の光検出領域ＰＤ(1)の受光点と等価な点から発散する光となり記録材料２５に入射する。従って、第１のレンズ２１からの入射光と第２のレンズ２２からの入射光とが記録材料２５上で重なり、２光束干渉露光による干渉縞が記録材料２５に露光される。

この露光のとき、記録材料２５の直前にセクターマスクを配置して、回折格子のセクター(1)〜(3)の領域を規定する。すなわち、セクターマスクは図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、回折格子の各セクター領域以外を遮蔽する開口マスクで構成されている。例えば図４はセクター(1)を記録する際の配置の例であり、このときは図５（ａ）のセクターマスク２３−１を配置して前述の２光束干渉露光を行う。図６はセクター(2)を記録する際の配置の例であり、このときは図５（ｂ）のセクターマスク２３−２を配置して、光検出領域ＰＤ(2)の受光点と等価な点からの発散光と、光源の発光点と等価な点からの発散光とにより２光束干渉露光を行なう。図７はセクター(3)を記録する際の配置の例であり、このときは図５（ｃ）のセクターマスク２３−３を配置して、光検出領域ＰＤ(3)の受光点と等価な点からの発散光と、光源の発光点と等価な点からの発散光とにより２光束干渉露光を行なう。

また、発散光同士による２光束干渉記録の他に、図８に示すように収束光同士により２光束干渉記録する方法もある。この場合は図８に示すように、図示しない光源やハーフミラーと、レンズ２１，２２を、ホログラム記録材料２５を形成した基板２４の背面側に配置し、第１のレンズ２１により図３３に示した構成の光ヘッド装置の光源８としてのＬＤの発光点と等価な位置に集光する収束光と、第２のレンズ２２により図３３に示した構成の光ヘッド装置の光検出器９の光検出領域ＰＤ（ＰＤ(1)〜(3)のいずれか）の受光点と等価な位置に集光する収束光を、ホログラム記録材料２５上で干渉させて記録する。このときホログラム記録材料２５を形成した基板２４に密着して図５（ａ）〜（ｃ）のいずれかと同様のセクターマスク２３を配置し、回折格子の分割領域を規定する。

以上のような方法で複数領域に分割された光ヘッド装置用のホログラム回折格子を作製することができるが、図９にこのホログラム回折格子を図３３と同様の構成の光ヘッド装置に使用するときの様子を示す。図示しない光ディスクからの反射光は、カップリングレンズであるコリメートレンズレンズ２７により光源である半導体レーザ（ＬＤ）（図示せず）の発光点に向かって集光する。収束光の途中におかれたホログラム回折格子２０には２光束干渉露光のときの一方の光が入射するので、ホログラム回折格子２０からは効率良く＋１次回折光が発生し、図３に示したようにホログラム回折格子２０を構成する各分割領域（セクター(1),(2),(3)）で回折された回折光が光検出器の各光検出領域ＰＤ(1),(2),(3)に集光し、光検出器で受光される。

以上のようにして作成される光ヘッド装置用回折格子２０を一つ一つ上述した干渉露光法で作成していくことは非常に手間がかかり、また、干渉露光系が大きく複雑で、振動にも影響を受け易いという欠点があり、生産性が良くない。
そこで、上述の干渉露光によるホログラム回折格子と等価な干渉縞を計算機上で計算して発生させたホログラム回折格子（計算機発生ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram））を原板（原版）とする方法がある。すなわち干渉露光により生じる干渉縞を計算機で計算してそのデータを元にマスクを作成し、ホログラム原板とする方法である。

図１０に計算機で計算したデータを元にホログラムを作製したホログラム原板３０の一例を示す。このホログラム原板３０では、干渉露光と等価な波面による干渉縞を計算機上で計算して、電子ビームリソグラフィー、あるいはフォトリソグラフィー手法により基板２９上にホログラムセクター３０−１〜３０−３を形成する。
この方法によると回折格子の分割領域の自由な設定が容易であり、原板記録波長と複製したホログラム回折格子を光ヘッド装置に搭載したときの使用波長の違いによる収差発生の問題が生じない（干渉縞を計算する波長を光ヘッド装置での使用波長とすればよい）などのメリットが増して好ましい。
また、この方法では、ＣＧＨによる原板に可干渉光を入射させて、原板から発生する透過０次光と＋１次回折光を記録材料上で干渉させて原板の回折格子を複製して、光ヘッド装置に搭載するホログラム回折格子を作成していく。この方法によると、複製露光系は簡易で済み、また、振動等にも強くなり生産性が向上する。

図１１は本発明に係る複製方法の一実施例を示す図であり、計算機で計算したデータを元にホログラムを作製したホログラム原板から、複製用記録材料へ複製する光学系の一例を示している。これは原板４２（例えば図１０に示すホログラム原板３０）と複製用記録材料４５を空間的に離して配置し、両者の間にリレー光学系を介在させる構成である。図１１において原板４２を第１のレンズ４１からの収束光で照射して原板４２から生じる０次光と１次回折光を第２、第３のレンズ４３，４４で構成されるリレー光学系で複製用記録材料４５に入射させる。このときリレー光学系は原板４２を物体面、複製用記録材料４５がその像面となる結像の共役面の関係になっている。このことにより原板４２で発生した０次回折光と１次回折光は複製用記録用材料面で再び重なって干渉縞を生じる。複製用記録材料４５はこの干渉縞を記録することにより原板４２のホログラム回折格子の複製が行われる。

原板４２への複製露光照射光は図１１に示すように第１のレンズ４１により光ヘッド装置の光源の発光点と等価な点に集光される光を原板４２に入射する。原板４２からは光源発光点に集光する０次光と光ヘッド装置の受光器の受光点と等価な位置に集光する＋１次回折光が生じる。この２光束はリレー光学系により複製用記録材料面で再び重なった後、０次光は光源発光点’、＋１次回折光は受光点’に集光する。複製用記録材料面で重なった２光束は干渉縞を形成して、これが複製用記録材料４５に露光される。

図１１においてリレー光学系は２つのレンズ系、すなわち第２レンズ４３と第３レンズ４４から構成されている。図では各レンズ系は単レンズであるが、２つのレンズ系は各々複数レンズを組み合わせたものでも良い。
第２レンズ４３はその前側焦点が原板面と一致して、第２レンズ４３の後側焦点と第３レンズ４４の前側焦点が一致するように各レンズを配置し、また、第３レンズ４４の後側焦点を複製用記録材料面と一致させている。図１１では第２レンズ４３と第３レンズ４４の焦点距離は共にｆであり等しい場合を示している。第２レンズ４３と第３レンズ４４の焦点距離が等しいとリレー光学系により原板面は等倍で記録材料面に結像する。そして原板４２に記録されたホログラム分割パターンは等倍で複製用記録材料４５に露光される。また、ホログラム格子パターンも原板４２と同じピッチで複製用記録材料４５に形成される。図１１では原板面と記録材料面はリレー光学系により結像の共役面になっているが、同時に原板から発生する光源発光点の面（図１１のａ面）とリレー光学系による光源発光点’の面（ｂ面）も結像の共役面となっている。

原板４２を照射する光が光ヘッド装置に搭載時の光源波長近傍の波長を持ち、光源発光点と等価な位置に集光する収束光とすることにより、複製用記録材料４５へ入射する２光束がリレー光学系で形成された光源発光点と等価な光源発光点’への収束光と、受光器受光点と等価な受光器受光点’への収束光であるので、複製されたホログラム回折格子が光検出器に回折、集光するスポットに収差が生じず、また、回折効率は回折格子全面にわたって高効率を持たせることができる。これは光ヘッド装置の使用波長で光ディスクからの反射戻り光と光検出器への回折光に相当する２光束による干渉露光を行なっているので、複製用記録材料中に形成される干渉縞は作成の２光波に対して最適化されたブラッグ格子となっている。このため光ヘッド装置で使用するとき、光ディスクからの戻り光は光源発光点に集光する収束波としてホログラム回折格子に入射するが、このときホログラム回折格子の全面にわたりブラッグ条件が満たされ、高効率の１次回折光が生じる。

図１２は、本発明に係る複製方法の別の実施例を示す図であり、原板４２’のホログラムが複数の分割ホログラムから構成されている例である。この場合、光源発光点に集光する光が原板４２’に照射されると、各分割ホログラムからは受光器上の異なる受光領域に対応した点に集光し、受光点群を形成する。原板４２からの光源発光点に集光する０次光と受光点群に集光する１次回折光群はリレー光学系のレンズ４３，４４により複製用記録材料面で再び重なり合い、各分割領域に対応した干渉縞が形成されて複製用記録材料４５に露光される。

図１３は本発明に係る複製方法のさらに別の実施例を示す図であり、リレー光学系を構成する２つのレンズ系の焦点距離が異なる場合である。リレー光学系はレンズ４３’，４４’から構成され、レンズ４３’の焦点距離はｆ１、レンズ４４’の焦点距離はｆ２である。レンズ４３’及び４４’の前側焦点、後側焦点の配置関係は図１１の場合と同じである。図１３の配置ではリレー光学系により原板面は倍率ｆ２／ｆ１倍で複製用記録材料面に結像される。原板４２に記録された分割ホログラムパターン及び格子ピッチはｆ２／ｆ１倍で複製用記録材料４５に記録される。
また、最終的ホログラムの格子ピッチが小さく、ホログラム原板の作成が困難のときなどは、ｆ１＞ｆ２として原板の格子ピッチを粗くして原板を作成して複製することもできる。

［実施例３］
次に第３，１０の手段に係る実施例を説明する。
本実施例はホログラム原板から複製用記録材料への露光による複製方法であり、ホログラム原板を２段階で作成する複製方法の実施例を図１４に示す。図１４（ａ）において第１の原板３０１は干渉露光により生じる干渉縞を計算機で計算してそのデータを元にマスクを作成し、ホログラム原板としたものである。これは干渉縞を計算機上で計算して電子ビームリソグラフィー、あるいはフォトリソグラフィー手法により領域分割されたホログラムセクター(1),(2),(3)を形成し、第１の原板３０１とする。この第１の原板３０１を感光性のある原板記録材料に略密着して第１の原板３０１側から光を照射して第１の原板３０１からの０次光と１次回折光による干渉縞を露光記録して第２の原板３０２とする。
次に図１４（ｂ）に示すように第２の原板３０２を複製用記録材料３１に略密着して第２の原板３０２側から光ヘッド装置の使用波長と略同一の波長を持つ光を照射し、第２の原板３０２からの０次光と１次回折光による干渉縞を露光記録して最終的に光ヘッド装置に搭載するホログラム回折格子を作製する。

この方法により第１の原板３０１はフォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィなどを用いた計算機発生ホログラムの作製に適した１次原板とし、第２の原板３０２は最終的に光ヘッド装置で使われるホログラム回折格子が高回折効率を持つような複製露光ができるホログラム原板とするように複製工程において原板を最適化できるのである。つまり計算機上で発生したホログラムから最終的に高回折効率のホログラム回折格子が形成できるように原板を２枚用いる。

以上のようにして作製した第２の原板は、図１１の複製用光学系の原板４２として用いることができ、原板４２で発生した０次光と＋１次回折光を干渉させて複製用記録材料４５への複製記録が行なわれる。

なお、第１の原板３０１から略密着により第２の原板３０２を作成するときの複製光の照射条件は、第２の原板３０２から最終的な複製用記録材料３１に略密着露光複製するとき、第２の原板３０２から発生する０次光と１次回折光の回折効率が略等しくなるような照射条件（主光線方向及び集光点または発散点位置）を設定する。このとき照射波長は必ずしも光ヘッド装置の使用波長あるいは第２の原板３０２からの２段階目の複製波長と同一でなくても良い。第２の原板３０２からの０次光と１次回折光の露光強度が略等しくなると、最終的複製記録材料に対しては最もコントラストの高い干渉縞が形成されて、複製されたホログラムを高回折効率化できる。

以上の方法により、計算機で計算された理想的ホログラム回折格子を原板として、高回折効率でかつ、回折光に収差の生じない光ヘッド装置用ホログラム回折格子を複製することができる。

［実施例４］
次に第４，１０の手段に係る実施例を説明する。
前述のＣＧＨによる原板は、基本的には０次光及び＋１次回折光のみが発生して、かつ両回折光の強度が略等しいことが望ましい。これは０次光及び＋１次回折光とは別の回折光が生じると、理想的な２光束干渉露光とはならなくなってしまうからである。すなわち多光束干渉露光となって複数の干渉縞が同時に形成されてしまい、重要である複製された回折格子の＋１次回折光の回折効率を高くできなくなってしまう。また、原板からの０次光と＋１次回折光の回折強度が略等しいということは、２光束にのる干渉縞のコントラストを最大にすることができ、やはり＋１次回折光を高効率化することができる。

このような目的のためにはＣＧＨによる原板の格子形状は図１５に示すようなブレーズ型の回折格子形状であることが望ましい。ブレーズ型回折格子３３に入射した光は格子深さの適正化により、０次光と＋１次回折光の回折効率を略等しくさせ、かつ−１次回折光の回折効率を低く設定することができる。
また、図１６に示すように、ブレーズ型回折格子の鋸歯状の格子形状をデジタル的に階段状の形状で近似させた、いわゆるバイナリーブレーズ型格子３４を用いても、格子深さの適正化により０次光と＋１次回折光の回折効率を略等しくさせ、かつ−１次回折光の回折効率を低く設定することができる。このような階段状のバイナリーブレーズ型格子３４を実施例１や実施例２のＣＧＨによる原板として用いても良い。

［実施例５］
次に第５，６，１０の手段に係る実施例を説明する。
実施例４で示したブレーズ型回折格子３３、あるいは階段状のバイナリーブレーズ型回折格子３４を用いた場合、０次光と＋１次回折光の回折効率を略等しくさせ、かつ−１次回折光の回折効率を低く設定することができるが、図１５のブレーズ型回折格子３３の場合は不要な−１次回折光の抑制は行なうことができるが、完全に発生させなくすることはできず、数％の回折効率は生じてしまう。
この−１次回折光の存在は、複製露光において不必要な干渉縞を記録材料内に形成し、＋１次回折光を高効率化する際の阻害要因になる。

また、図１６の階段状のバイナリーブレーズ型回折格子３４は、図１７に示すように数％の−１次回折光の発生とともに、連続鋸歯形状を階段状のステップ形状で近似させることによる量子化ノイズが、正規の０次光、±１次回折光以外の回折角で発生する。図１７ではこれらをノイズ的回折光（一点鎖線の矢印）として表示している。
これらノイズ的回折光は階段状で近似したときの正規のステップからのずれが大きくなると更に増加していく。

以上のように、原板から０次光、＋１次回折光、−１次回折光の他に、ノイズ的回折光が発生すると、本来必要とされる干渉縞の他に、不要なノイズ的回折光間の干渉縞、あるいはノイズ的回折光と各次数の回折光との干渉縞が記録材料内に形成される。このため、必要とする＋１次回折光を高効率化することに対しては更に阻害要因になる。

以上の原板のＣＧＨとしてブレーズ型あるいは階段状ブレーズ型回折格子を用いたときの、不要な回折光及びノイズ的回折光の除去法を図１８に示す。原板４２（例えば図１５のブレーズ型回折格子３３、または図１６の階段状のバイナリーブレーズ型回折格子３４）への複製露光照射光は図１８に示すように第１のレンズ４１により光ヘッド装置の光源の発光点と等価な点に集光される光を原板４２に入射する。原板４２からは光源発光点に集光する０次光と光ヘッド装置の受光器の受光点と等価な位置に集光する１次回折光が生じる。この０次光の集光点を含み、リレー光学系の光軸に垂直な面に空間フィルタ４６を配置する。

空間フィルタ４６は０次光と＋１次回折光の集光点部分だけに開口が開けられているか、あるいは透明な部材で形成され、０次光と＋１次回折光のみが空間フィルタ４６を通過し、他の回折次数光あるいはノイズ的回折光は空間フィルタ４６部で遮断される。空間フィルタ４６を通過した原板４２からの０次光と＋１次回折光はリレー光学系のレンズ４３，４４により、複製用記録材料４５上で２光束干渉して記録される。複製用記録材料４５には０次光と＋１次回折光のみで干渉露光されているので、干渉露光の露光量及び複製用記録材料４５の厚さを適正化することにより、記録されたホログラム格子からは８０％以上の＋１次回折効率を発生させることが可能になる。

図１９は別の実施例を示す図であり、原板４２へはレンズ４１により、一度光源発光点と等価な点に集光した後、その光源発光点と等価な点から発散光となって原板４２に入射する。原板４２からはそのまま発散する０次光と、受光器受光点から発散する＋１次回折光が発生し、それに加えＣＧＨ原板のときは−１次回折光およびノイズ的回折光も発生する。これら諸回折光はリレー光学系のレンズ４３，４４を介して、図１９のａ’面に対する結像の共役面ｂ’面で一端集光する。０次光が集光する点でリレー光学系の光軸に垂直な面（ｂ’面）に空間フィルタ４６を配置して、０次光及び＋１次回折光のみを通過させ、他の次数光及びノイズ的回折光は空間フィルタ４６で遮断して、その背後に置かれた複製用記録材料４５に０次光と＋１次回折光のみで干渉露光される。

図２０はさらに別の実施例を示す図であり、レンズ４１により光ヘッド装置の受光器受光点と等価な点に集光される光を原板４２に入射する。原板４２からは受光器受光点に集光する０次光と光ヘッド装置の光源発光点と等価な位置に集光する−１次回折光が生じる（注：このときは原板４２への照射光は斜入射の角度であるので、原板４２からの回折光は、これが０次光になり、光源発光点と等価な収束点へ回折する光は−１次回折光となる）。
この実施例の場合は、原板４２からの０次光の集光点を含み、リレー光学系の光軸に垂直な面に空間フィルタ４６を配置する。

空間フィルタ４６は０次光と−１次回折光の集光点部分だけに開口が開けられているか、あるいは透明な部材で形成され、０次光と−１次回折光のみが空間フィルタ４６を通過し、他の回折次数光あるいはノイズ的回折光は空間フィルタ部で遮断される。空間フィルタ４６を通過した原板からの０次光と−１次回折光はリレー光学系のレンズ４３，４４により、複製用記録材料４５上で２光束干渉して記録される。複製用記録材料４５には０次光と−１次回折光のみで干渉露光されているので、干渉露光の露光量及び複製用記録材料４５の厚さを適正化することにより、８０％以上の−１次回折効率を発生させることが可能になる。

図２１はさらに別の実施例を示す図であり、ＣＧＨ原板４２に平行光を入射させ、原板より発生する０次光、±１次回折光、及びノイズ的回折光（図示せず）はリレー光学系のレンズ４３とレンズ４４の中間で一度集光される。０次光の集光点においてリレー光学系の光軸に垂直な面に空間フィルタ４６を配置して０次光及び＋１次回折光のみを通過させ、他の回折光は空間フィルタ４６で遮断する。リレー光学系を出射した０次光、＋１次回折光の２光束は各々平行光となり、複製用記録材料４５上で干渉露光される。複製用記録材料４５には０次光と＋１次回折光のみで干渉露光されているので、干渉露光の露光量及び複製用記録材料４５の厚さを適正化することにより、８０％以上の＋１次回折効率を発生させることが可能になる。

［実施例６］
次に第９，１０の手段に係る実施例を説明する。
実施例１〜５の複製用記録材料として用いる素子の断面の一例を図２２に示す。図２２に示すように、非重合性液晶分子と重合性モノマーあるいはプレポリマーと図示しない光重合開始剤とを均一に混合した組成物を二枚の透明基板間に挟む。組成物の厚みは基板間隔を制御する図示しないスペーサー部材によって制御できる。この組成物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ー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ー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を選択してもよい。
また、重合性モノマーまたはそのプレポリマーとしては、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。

光重合開始剤としては公知の材料を用いることができ、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。

スペーサー部材としては、液晶表示装置に用いられるような球形スペーサー、ファイバースペーサー、フィルムなどを用いることが出来る。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良い。スペーサー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。スペーサー部材の高さは数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出来る。

次に相分離によるホログラム形成過程について図２３，２４を用いて説明する。図２３において、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、組成物中に露光を行うと、図２４に示すように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。このとき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２５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と非重合性液晶層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。すなわち、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℃から１００℃程度が好ましい。

本実施例では、図２５に示すように、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。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を大きく出来るとホログラムの厚みｄを薄く出来る。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、入射角変動に対する光利用効率低下が改善する。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。

この素子を光ヘッド装置に用いれば、往路の透過率が高く、かつ記録媒体からの反射光が通る復路においても高効率で受光器に光を入射することができ、高速の記録及び再生が可能となる。

［実施例７］
次に第１１の手段に係る実施例を説明する。
ここでは実施例１〜６で説明した回折格子のうち、特に偏光性回折格子を光ヘッド装置（光ピックアップ装置）に適用する実施例を示す。図２６は本発明の一実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。図中の符号４８は半導体レーザ（ＬＤ）からなる光源、４７は本発明の偏光性回折格子、５０はカップリングレンズであるコリメートレンズ、５１は１／４波長板、５２は対物レンズ（集光レンズ）、５３は光記録媒体である光ディスク、４９は光検出器である。

図２６において、光源４８よりの出射光は偏光性回折格子４７をほとんど全透過するような偏光方向に設定され、コリメートレンズ５０で略平行光にコリメートした後、１／４波長板５１により円偏光となり、対物レンズ５２で光ディスクに集光される。光ディスク５３からの反射光は対物レンズ５２で略平行光となり、１／４波長板５１で往路とは直交する偏光方向に変換されてコリメートレンズ５０により集束光となり、偏光性回折格子４７に入射する。この入射光は往路とは直交する偏光なのでほとんど回折し、＋１次回折光が光検出器９に入射して信号検出される。このとき光ディスク５３のトラック方向が紙面とは垂直方向にあるとすると、トラッキング信号としてのPush-Pull信号は偏光性回折格子４７への戻り集束光について光軸を中心に左側と右側の光量を比較して、その差信号から得られる。

また、図２７に示すように、本発明の偏光性回折格子４７の回折効率（II）は前述したように垂直入射で８０％以上あり、従来の垂直矩形格子（図３４に示す偏光性回折格子７）の回折効率（Ｉ）の約４０％よりも回折効率が大幅にアップしているので、高速の信号再生ができるというメリットが生じる。

図２８は光ヘッド装置の別の実施例であり、偏光性回折格子としては図２１の複製光学系配置を用いて作成されたものを使う。この偏光性回折格子４７’はコリメートレンズ５０と１／４波長板５１の間に配置される。偏光性回折格子４７’からは平行光が＋１次回折光として回折され、コリメートレンズ５０で光検出器４９の受光面に集光される。

［実施例８］
次に第１２の手段に係る実施例を説明する。
図２９は本発明の別の実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。本実施例では、実施例７で説明した図２６に示す構成の光ヘッド装置において、光源４８、光検出器４９及び偏光性回折格子４７を一つのケース５４の内部と開口部に配置して一体化し、ユニット構成としたものであり、このようなユニット構成とすることにより、光ヘッド装置の組立てを行なう際に光源４８、光検出器４９、偏光性回折格子４７が一体化されているので組立て時間が短縮され、調整も簡単になる。

［実施例９］
次に第１３の手段に係る発明の実施例を説明する。
ここでは実施例１〜６で説明した回折格子のうち、特に偏光性回折格子を２波長対応の光ヘッド装置（光ピックアップ装置）に適用する実施例を示す。図３０は本実施例の光ヘッド装置の概略構成図である。図中の符号４８−１，４８−２は異なる波長を持つ半導体レーザ（ＬＤ）からなる光源、４７は本発明の偏光性回折格子、５０はカップリングレンズであるコリメートレンズ、５１は１／４波長板、５２は２波長に対して収差補正された対物レンズ（集光レンズ）、５３は光記録媒体である光ディスク、４９は２波長共通の光検出器である。

この２波長対応の光ヘッド装置は、波長の異なる２つの光源４８−１，４８−２を備えているので、記録密度が異なる２種類の光ディスク５３に対応することができる。光ディスク５３としては例えば通常の記録密度のＣＤ系の光ディスクと、高密度記録が可能なＤＶＤ系の光ディスクなどがある。ＣＤ系とＤＶＤ系では記録密度が異なるので、使用する光源の波長と光ディスクの基板厚が異なり、例えば波長７８０ｎｍを用いるＣＤ系ディスクの場合、基板厚は１．２ｍｍであり、波長６６０ｎｍを用いるＤＶＤ系ディスクの場合、基板厚は０．６ｍｍとなる。

図３０において、各光源４８−１，４８−２からの出射光は偏光性回折格子４７をほとんど全透過するような偏光方向に設定され、コリメートレンズ５０で略平行光にコリメートした後、２波長に対応した１／４波長板５１により円偏光となり、対物レンズ５２で光ディスク５３に集光される。光ディスク５３からの反射光は対物レンズ５２で略平行光となり、１／４波長板５１で往路とは直交する偏光方向に変換されてコリメートレンズ５０により集束光となり、偏光性回折格子４７に入射する。この入射光は往路とは直交する偏光なのでほとんど回折し、＋１次回折光が２波長共通の光検出器４９に入射して信号検出される。このとき光ディスク５３のトラック方向が紙面とは垂直方向にあるとすると、トラッキング信号としてのPush-Pull信号は偏光性回折格子４７への戻り集束光について光軸を中心に左側と右側の光量を比較して、その差信号から得られる。
また、本発明の偏光性回折格子４７の回折効率（図２７のII）は、前述したように垂直入射で８０％以上あり、従来の垂直矩形格子の回折効率（図２７のI）の約４０％より回折効率が大幅にアップしているので、高速の信号再生が可能になる。

［実施例１０］
図３１は本発明のさらに別の実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。本実施例では、実施例９で説明した図３０に示す構成の２波長対応の光ヘッド装置において、波長の異なる２つの光源４８−１，４８−２、光検出器４９及び偏光性回折格子４７を一つのケース５４の内部と開口部に配置して一体化し、ユニット構成としたものである。このようなユニット構成とすることにより、光ヘッド装置の組立てを行なう際に、光源４８−１，４８−２、光検出器４９及び偏光性回折格子４７が一体化されているので、組立て時間が短縮され、調整も簡単になる。

［実施例１１］
次に第１４の手段に係る実施例を説明する。
ここでは、実施例７〜１０のいずれかに示した光ヘッド装置（光ピックアップ装置）を搭載した光ディスクドライブ装置の実施例について説明する。
実施例７〜１０に示した光ヘッド装置（光ピックアップ装置）は、回折効率が高効率で、格子ピッチが狭ピッチ化された偏光性回折格子を用いるので、光利用効率が高く、高速な記録・再生に適した信頼性の高い信号が得られる。また、回折効率が高いと信号検出系の光集積回路（ＯＰＩＣ）のゲインを小さくでき、ＯＰＩＣの高速応答化に貢献できる。また、入射角度により回折効率が変わらなければオフセットの小さい信号が得られる。したがって光ディスクドライブ装置の記録・再生速度の高速化と安定したサーボ制御を達成することができる。

さらに、本発明に係る光ヘッド装置は、偏光性回折格子を用い、光源と光検出器を配設したユニットと一体化しているので、光ヘッド装置の小型化、薄型化が可能であり、例えばノート型パーソナルコンピュータに搭載される光ディスクドライブ装置の光ヘッド装置（光ピックアップ装置）として好適に用いることができる。

次に光ディスクドライブ装置の一構成例を図３２に示す。図３２は光ディスクドライブ装置の概略構成の一例を示すブロック図である。この光ディスクドライブ装置１２０は、光記録媒体としての光ディスク１１７を回転駆動するためのスピンドルモータ１２２、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）１２３、レーザコントロール回路１２４、エンコーダ１２５、モータドライバ１２７、再生信号処理回路１２８、サーボコントローラ１３３、バッファＲＡＭ１３４、バッファマネージャ１３７、インターフェース１３８、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）１３９、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４０、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１４１などを備えている。尚、図３２における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表わすものではない。また、図３２の構成は一例であり、これに限るものではない。

光ディスク１１７としては、ＣＤ（コンパクト・ディスク）系の光ディスク（ＣＤ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ）や、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）系の光ディスク（ＤＶＤ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ＋Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ＋ＲＷ）、青色半導体レーザを光源とした高密度光ディスク等があるが、図３０や図３１に示す光ヘッド装置のように、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）１２３内に波長の異なる光源を複数備えた構成とし、光ディスク１１７の種類に応じて光源を選択的に駆動するようにすれば、複数種類の光ディスクに対して記録や再生を行うことができる光ディスクドライブ装置を構成することができる。

図３２において、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）１２３は、光ディスク１１７のスパイラル状または同心円状のトラックが形成された記録面にレーザ光を照射すると共に、記録面からの反射光を受光し、情報の記録または再生を行うための装置であり、例えば図２８〜３１のいずれかに示したような構成となっている。
再生信号処理回路１２８は、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）１２３の出力信号である電流信号を電圧信号に変換し、該電圧信号に基づいてウォブル信号、再生情報を含むＲＦ信号及びサーボ信号（フォーカス信号、トラッキング信号）などを検出する。そして、再生信号処理回路１２８では、ウォブル信号からアドレス情報及び同期信号等を抽出する。ここで抽出されたアドレス情報はＣＰＵ１４０に出力され、同期信号はエンコーダ１２５に出力される。さらに、再生信号処理回路１２８では、ＲＦ信号に対して誤り訂正処理等を行なった後、バッファマネージャ１３７を介してバッファＲＡＭ１３４に格納する。また、サーボ信号は再生信号処理回路１２８からサーボコントローラ１３３に出力される。サーボコントローラ１３３では、サーボ信号に基づいて光ヘッド装置（光ピックアップ装置）１２３を制御する制御信号を生成しモータドライバ１２７に出力する。

前記バッファマネージャ１３７では、バッファＲＡＭ１３４へのデータの入出力を管理し、蓄積されたデータ量が所定の値になると、ＣＰＵ１４０に通知する。前記モータドライバ１２７では、サーボコントローラ１３３からの制御信号及びＣＰＵ１４０の指示に基づいて、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）１２３及びスピンドルモータ１２２を制御する。前記エンコーダ１２５では、ＣＰＵ１４０の指示に基づいて、バッファＲＡＭ１３４に蓄積されているデータをバッファマネージャ１３７を介して取り出し、エラー訂正コードの付加などを行い、光ディスク１１７への書き込みデータを作成するとともに、再生信号処理回路１２８からの同期信号に同期して、書き込みデータをレーザコントロール回路１２４に出力する。前記レーザコントロール回路１２４では、エンコーダ１２５からの書き込みデータに基づいて、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）１２３からのレーザ光出力を制御する。

前記インターフェース１３８は、ホスト（例えば、パーソナルコンピュータ）との双方向の通信インターフェースであり、ＡＴＡＰＩ（AT Attachment Packet Interface）及びＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）等の標準インターフェースに準拠している。
前記ＲＯＭ１３９には、ＣＰＵ１４０にて解読可能なコードで記述された制御用のプログラム等が格納されている。ＣＰＵ１４０は、ＲＯＭ１３９に格納されている前記プログラムに従って上記各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータ等を一時的にＲＡＭ１４１に保持する。

以上、光ディスクドライブ装置の一構成例を説明したが、本発明では光ヘッド装置（光ピックアップ装置）１２３として、回折効率が高い偏光性回折格子を用いた光ヘッド装置（光ピックアップ装置）を搭載しているので、光利用効率が高く、信頼性の高い信号が得られ、かつ記録・再生速度の高速化を達成することができる。さらに本発明では、図３０または図３１のように光ヘッド装置（光ピックアップ装置）１２３内に波長の異なる複数の光源を備えることにより、ＣＤ系やＤＶＤ系の光ディスク、青色半導体レーザを光源とした高密度光ディスクなどの使用する波長の異なる複数規格の光ディスクを記録または再生することができる光ディスクドライブ装置を実現することができる。

以上説明したように、本発明の回折格子の複製方法では、計算機発生ホログラム（ＣＧＨ）を回折格子の原板として用いて、高効率な回折格子を複製することができので、光ディスク用の光ヘッド装置に適用される回折格子において、片側の＋１次（または−１次）回折効率の高効率化と格子ピッチの狭ピッチ化とを両立させることができる構成の回折格子、特に偏光性回折格子を大量に生産することができる。また、この偏光性回折格子を用いることにより、回折格子を光源に近づけて、光源、光検出器構成をコンパクトにする場合に、格子ピッチの微細化が可能であり、往路は記録媒体への透過率が高く、復路は記録媒体からの反射光の検出効率の高い光ヘッド装置が実現でき、高速記録・高速再生が可能な光ディスクドライブ装置が実現できる。さらに本発明では、光ヘッド装置内に波長の異なる複数の光源を備えることにより、ＣＤ系やＤＶＤ系の光ディスク、青色半導体レーザを光源とした高密度光ディスクなどの使用する波長の異なる複数規格の光ディスクを記録または再生することができる光ディスクドライブ装置を実現することができる。

本発明に係る回折格子の複製方法の一実施例を示す光学系配置図である。 ２光束干渉露光によりホログラム回折格子を作成する方法を示す図である。 本発明に係る回折格子の複数に分割された格子部の回折格子領域と光検出器の光検出領域との関係を示す図である。 図３に示す回折格子のセクター(1) の領域を作製する際の作製方法の説明図である。 図３に示す回折格子を作製する際に用いられるセクターマスクの例を示す図である。 図３に示す回折格子のセクター(2) の領域を作製する際の作製方法の説明図である。 図３に示す回折格子のセクター(3) の領域を作製する際の作製方法の説明図である。 図３に示す回折格子を作製する際の別の作製方法の説明図である。 図３に示す構成のホログラム回折格子を図３３と同様の構成の光ヘッド装置に使用したときの様子を示す図である。 計算機で計算したデータを元に作成したホログラム原板の一例を示す平面図である。 本発明に係る回折格子の複製方法の別の実施例を示す光学系配置図である。 本発明に係る回折格子の複製方法の別の実施例を示す光学系配置図である。 本発明に係る回折格子の複製方法の別の実施例を示す光学系配置図である。 本発明に係る回折格子の複製方法の別の実施例を示す図である。 ブレーズ型回折格子の一例を示す概略要部断面図である。 バイナリーブレーズ型回折格子の一例を示す概略要部断面図である。 図１６のバイナリーブレーズ型回折格子で発生するノイズ的回折光を示す図である。 本発明に係る回折格子の複製方法の別の実施例を示す光学系配置図である。 本発明に係る回折格子の複製方法の別の実施例を示す光学系配置図である。 本発明に係る回折格子の複製方法の別の実施例を示す光学系配置図である。 本発明に係る回折格子の複製方法の別の実施例を示す光学系配置図である。 複製用記録材料として用いる素子の断面の一例を示す図である。 図２２に示す構成の複製用記録材料に二光束干渉露光を行いホログラムを形成する過程の説明図である。 相分離によるホログラム形成過程の説明図である。 干渉縞の明暗のピッチに対応してポリマー層と非重合性液晶層の周期構造が形成された状態を示す図である。 本発明の一実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。 本発明の偏光性回折格子と従来例の偏光性回折格子の回折効率を比較した結果を示す図である。 本発明の別の実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。 本発明の別の実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。 本発明の別の実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。 本発明の別の実施例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。 光ディスクドライブ装置の一構成例を示すブロック図である。 従来技術の一例を示す光ヘッド装置の概略構成図である。 図３３の光ヘッド装置に用いる回折格子の一例を示す概略断面図である。 図３４に示す偏光性回折格子の入射角・対・＋１次回折光の回折効率特性を示す図である。

符号の説明

１５：原板
１６：リレー光学系のレンズ
１７：リレー光学系のレンズ
１８：複製用記録材料
２０：回折格子
２０−１〜２０−３：回折格子領域
２１，２２：レンズ
２３，２３−１〜２３−３：セクターマスク
２４：基板
２５：記録材料
２７：レンズ（コリメートレンズ）
３０：ホログラム原板
３１：複製用記録材料
３３：ブレーズ型回折格子
３４：バイナリーブレーズ型回折格子
４１：レンズ
４２，４２’：原板
４３，４３’：リレー光学系のレンズ
４４，４４’：リレー光学系のレンズ
４５：複製用記録材料
４６：空間フィルタ
４７，４７’：偏光性回折格子
４８：光源
４８−１，４８−２：波長の異なる光源
４９：光検出器
５０：コリメートレンズ
５１：１／４波長板
５２：対物レンズ（集光レンズ）
５３，１１７：光記録媒体（光ディスク）
５４：ケース
１２３：光ヘッド装置（光ピックアップ装置）
３０１：第１の原板
３０２：第２の原板

Claims (14)

1. ２光束干渉露光で形成される干渉縞と等価な干渉縞を計算機で計算して人工的に作成した回折格子を原板として、該原板側から光照射して原板から発生する透過０次光と１次回折光をリレー光学系を介して複製用記録材料に入射させて生じる干渉縞を露光して複製することを特徴とする回折格子の複製方法。
2. 光源からの光を集光レンズで記録媒体に集光し、該記録媒体からの反射光を光検出器で検出して情報の記録または再生、あるいは記録及び再生を行なう光ヘッド装置に用いられる回折格子であって、格子部は複数の領域に分割され、各領域からの回折光は光検出器の対応した個別の光検出領域で受光されるように設定され、格子部の各領域は、光ヘッド装置の光源の発光点と等価な位置から出射する発散光と各光検出領域に対応した受光点と等価な位置から出射する発散光とによる干渉縞を記録材料へ露光する２光束干渉露光、あるいは光源の発光点と等価な位置へ集光する収束光と各光検出領域に対応した受光点と等価な位置へ集光する収束光とによる干渉縞を記録材料へ露光する２光束干渉露光で形成されている回折格子を複製する回折格子の複製方法において、
   前記の２光束干渉露光で形成される干渉縞と光学的に等価な干渉縞を計算機で計算して人工的に作成した回折格子を原板として用い、該原板側から光照射して原板から発生する透過０次光と１次回折光をリレー光学系を介して複製用記録材料に入射させて生じる干渉縞を露光して複製することを特徴とする回折格子の複製方法。
3. 請求項１または２記載の回折格子の複製方法において、
   干渉縞を計算機で計算して人工的に作成した回折格子を第一原板として、該第一原板を原板複製用記録材料に略密着し、該第一原板側から光照射して第一原板から発生する透過０次光と１次回折光を原板複製用記録材料に入射させて生じる干渉縞を露光して第二原板を作成し、該第二原板を複製用原板として、該第二原板側から光照射して第二原板から発生する０次光と１次回折光をリレー光学系を介して複製用記録材料に入射させて生じる干渉縞を露光して複製することを特徴とする回折格子の複製方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の回折格子の複製方法において、
   干渉縞を計算機で計算して人工的に作成した回折格子の原板が、ブレーズ格子あるいは階段近似されたブレーズ格子であることを特徴とする回折格子の複製方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の回折格子の複製方法において、
   前記リレー光学系内に原板からの０次光と片方の１次回折光のみを透過させ、その他の次数の回折光及びノイズ光を遮断する空間フィルタを配置したことを特徴とする回折格子の複製方法。
6. 請求項５記載の回折格子の複製方法において、
   前記リレー光学系の中で原板からの０次光が収束する集光点であって、リレー光学系光軸に垂直な面に前記空間フィルタを配置したことを特徴とする回折格子の複製方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の回折格子の複製方法において、
   前記リレー光学系により原板面と複製用記録材料面が略結像の共役面となっていることを特徴とする回折格子の複製方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一つに記載の回折格子の複製方法において、
   前記リレー光学系は２つのレンズ系から成り、原板に近い第一のレンズ系の前側焦点が原板面と一致し、第一のレンズ系の後側焦点と第二のレンズ系の前側焦点を一致させ、かつ第二のレンズ系の後側焦点が複製用記録材料面に一致していることを特徴とする回折格子の複製方法。
9. 請求項１〜８のいずれか一つに記載の回折格子の複製方法において、
   前記原板からリレー光学系を介して干渉露光する複製用記録材料として、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、前記組成物を２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回折格子を複製することを特徴とする回折格子の複製方法。
10. 請求項１〜９のいずれか一つに記載の回折格子の複製方法を用いて作製したことを特徴とする回折格子。
11. 光源からの光を集光レンズで記録媒体に集光し、該記録媒体からの反射光を光検出器で検出して情報の記録または再生、あるいは記録及び再生を行なう光ヘッド装置において、
    前記記録媒体から前記光検出器に至る光路中に回折格子を有し、前記光記録媒体からの反射光を前記回折格子により分岐して光検出器で受光する光学系を備え、該光学系において配置する前記回折格子が、請求項１０記載の回折格子であることを特徴とする光ヘッド装置。
12. 請求項１１記載の光ヘッド装置において、
    光源と光検出器及び回折格子が一体化されていることを特徴とする光ヘッド装置。
13. 請求項１１または１２記載の光ヘッド装置において、
    前記光源として、波長の異なる複数の光源を備えたことを特徴とする光ヘッド装置。
14. 記録媒体に対して光ヘッド装置を用いて情報の記録または再生、あるいは記録及び再生を行なう光ディスクドライブ装置において、
    前記光ヘッド装置として、請求項１１〜１３のいずれか一つに記載の光ヘッド装置を搭載したことを特徴とする光ディスクドライブ装置。
    

Images