JP2011187108A - 偏光性回折格子及びその製造方法、並びに、その偏光性回折格子を用いた光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の材質に制約を受けることなく、入射光の偏光方向と回折光の発生方向とを自由に選択することのできる偏光性回折格子を提供する。
【解決手段】透明基板２と、透明基板２上に接着層３を介して接着され、接着層３とは反対側の面に入射光を回折させる機能を有する第１の凹凸構造４ａが形成された高分子液晶層４と、第１の凹凸構造４ａに充填された状態で設けられた光学的等方性材料層５とを備えた偏光性回折格子１である。高分子液晶層４の、第１の凹凸構造４ａが形成された面には、互いに平行に配置された複数のストライプ溝２２からなる第２の凹凸構造がさらに形成されており、高分子液晶層４の液晶分子は、当該第２の凹凸構造の溝長手方向（ストライプ溝２２の長手方向）に沿って配向されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光情報記録媒体に対して情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置の回折格子や偏光フィルタ等として利用される偏光性回折格子、及び、その製造方法に関する。また、本発明は、かかる偏光性回折格子を用いた光ピックアップ装置に関する。

高分子液晶を使用した偏光性回折格子は、例えば光ディスク装置の光ピックアップ装置においては、トラッキング用のサブビームを形成する回折格子や、光ディスクからの反射光のレーザ発光層への戻りを防止する偏光フィルタとして利用されている。そして、かかる偏光性回折格子においては、光ピックアップ装置に組み込む場合の設計の自由度を向上させるために、入射光の偏光方向と回折光の発生方向とを自由に選択できるようにすることが求められる。

従来、かかる要求を満たすものとして、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。

特許文献１においては、ガラス基板の上にラビング処理を施した配向膜を設け、この上に高分子液晶膜を塗布した後、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法とを用いてこの高分子液晶膜に凹凸状の回折格子パターンを形成し、その凹凸状の回折格子パターンに光学的等方性材料を充填して他の基板と貼り合わせることにより、高分子液晶と光学的等方性材料とからなる偏光性回折格子を製造する方法が開示されている。そして、この方法によれば、高分子液晶を配向させた後に、凹凸状の回折格子パターンを形成するようにされているため、液晶の配向方向とは無関係に格子溝の長手方向を任意に選択することができる。従って、特許文献１に開示された方法によれば、入射光の偏光方向と回折光の発生方向とを自由に選択することのできる偏光性回折格子を提供することが可能となる。

特開平１１−１２５７１０号公報

しかし、特許文献１等において配向膜として用いられるポリイミド膜などの有機膜のアニール焼成温度は、他の有機材料の耐熱温度に比べて極めて高いため、基板としてガラスなどの耐熱性の良好な材質のものを用いる必要があり、これが軽量化及び低コスト化の妨げとなっていた。

本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、基板の材質に制約を受けることなく、入射光の偏光方向と回折光の発生方向とを自由に選択することのできる偏光性回折格子及びその製造方法、並びに、その偏光性回折格子を用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る偏光性回折格子の構成は、一方の面に入射光を回折させる機能を有する第１の凹凸構造が形成された高分子液晶層と、前記第１の凹凸構造に充填された状態で設けられた光学的等方性材料層とを備えた偏光性回折格子であって、前記高分子液晶層の前記一方の面に第２の凹凸構造がさらに形成され、前記高分子液晶層の液晶分子が前記第２の凹凸構造の溝長手方向に沿って配向されていることを特徴とする。

前記本発明の偏光性回折格子の構成によれば、配向膜を設けることなく、入射光を回折させる機能を有する第１の凹凸構造の溝長手方向とは無関係に高分子液晶層の液晶分子が配向した状態を実現することができる。その結果、液晶による光学的異方性の方向と第１の凹凸構造での回折光の発生方向とを独立に設定することができるので、入射光の偏光方向と回折光の発生方向とを自由に選択することのできる偏光性回折格子を提供することが可能となる。そして、前記本発明の偏光性回折格子の構成によれば、配向膜を設ける必要がく、製造する際にアニール焼成などの高温工程が不要となるので、プラスチック基板を用いた軽量かつ低コストの偏光性回折格子を提供することが可能となる。

また、本発明に係る偏光性回折格子の製造方法は、凹凸構造が形成された型に重合性液晶を充填し、前記重合性液晶を重合硬化することにより、凹凸状の回折構造が形成された高分子液晶層を得る工程と、前記高分子液晶層を前記型から剥離する工程と、前記凹凸状の回折構造に光学的等方性材料を充填し、前記光学的等方性材料を反応硬化することによって光学的等方性材料層を得る工程と、を含む偏光性回折格子の製造方法であって、前記型として、前記凹凸構造の表面に液晶分子の配向を誘発する配向誘発構造が形成された型を用いることを特徴とする。

前記本発明の偏光性回折格子の製造方法によれば、凹凸状の回折構造の格子溝の長手方向とは無関係に液晶分子を配向させることができ、その結果、液晶による光学的異方性の方向と凹凸状の回折構造での回折光の発生方向とを独立に設定することができるので、入射光の偏光方向と回折光の発生方向とを自由に選択することのできる偏光性回折格子を製造することが可能となる。そして、前記本発明の偏光性回折格子の製造方法によれば、液晶分子を配向させる際に配向膜を設ける必要がなく、アニール焼成などの高温工程が不要となるので、プラスチック基板を用いて軽量かつ低コストの偏光性回折格子を製造することが可能となる。

また、本発明に係る光ピックアップ装置の構成は、光源からの光を対物レンズを介して光情報記録媒体の情報記録面に集光して情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に配置された、前記本発明の偏光性回折格子を備えたことを特徴とする。

前記本発明の光ピックアップ装置の構成によれば、プラスチック基板を用いた軽量かつ低コストの偏光性回折格子を用いることにより、光ピックアップ装置自体の軽量化、低コスト化を図ることができる。

本発明によれば、基板の材質に制約を受けることなく、入射光の偏光方向と回折光の発生方向とを自由に選択することのできる偏光性回折格子を提供することが可能となる。

図１は、本発明の一実施の形態における偏光性回折格子を示す概略断面図である。 図２は、本発明の一実施の形態の偏光性回折格子における液晶分子の配向状態を示す概略平面図である。 図３は、本発明の一実施の形態における偏光性回折格子の製造方法に使用される型の構成を示す概略斜視図である。 図４は、本発明の一実施の形態における偏光性回折格子の製造方法を示す工程断面図である。 図５は、本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置を示す概略構成図である。

また、前記本発明の偏光性回折格子の構成においては、前記高分子液晶層への前記配向誘発構造の転写痕跡が、使用する光の波長において回折光の発生を抑える形状となっているのが好ましい。この好ましい例によれば、不要な回折光の発生を抑えることができる。

また、前記本発明の偏光性回折格子の製造方法においては、前記配向誘発構造が互いに平行に配置された複数のストライプ状の溝からなり、前記配向誘発構造のピッチが前記凹凸構造のピッチよりも細かく設定されているのが好ましい。この好ましい例によれば、配向誘発構造による液晶分子の配向度を高めることができる。

また、前記本発明の光ピックアップ装置の構成においては、前記光源が半導体レーザであり、前記偏光性回折格子が前記半導体レーザに光軸上で隣り合って配置されているのが好ましい。ここで、『光軸上で隣り合う』とは、偏光性回折格子が半導体レーザに接して配置されている場合と、偏光性回折格子が他の部材を介さずに半導体レーザから離間して配置されている場合とを含む概念である。この好ましい例によれば、光情報記録媒体の情報記録面によって反射され半導体レーザへ戻るレーザ光をカットして、光ピックアップ装置におけるレーザノイズを抑制することが可能となる。

以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。

［偏光性回折格子の構成］
まず、本実施の形態における偏光性回折格子の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態における偏光性回折格子を示す概略断面図、図２は、当該偏光性回折格子における液晶分子の配向状態を示す概略平面図、図３は、当該偏光性回折格子の製造方法に使用される型の構成を示す概略斜視図である。

図１、図２に示すように、本実施の形態の偏光性回折格子１は、透明基板２と、透明基板２の一方の面上に接着層３を介して接着され、接着層３とは反対側の面に入射光を回折させる機能を有する第１の凹凸構造（凹凸状の回折構造）４ａが形成された高分子液晶層４と、高分子液晶層４の凹凸状の回折構造４ａに充填された状態で設けられた光学的等方性材料層５とを備えている。また、高分子液晶層４の、凹凸状の回折構造４ａが形成された面には、互いに平行に配置された複数のストライプ状の溝（ストライプ溝）２２からなる第２の凹凸構造がさらに形成されており、高分子液晶層４の液晶分子４ｂは、当該第２の凹凸構造の溝長手方向（ストライプ溝２２の長手方向）に沿って配向されている。

ここで、高分子液晶層４に形成された凹凸状の回折構造４ａは、例えば、図３に示すような予め凹凸構造６ａが形成された型６に重合性液晶を充填し、当該重合性液晶を重合硬化することによって得ることができる。すなわち、この場合の、高分子液晶層４に形成された凹凸状の回折構造４ａは、型６の凹凸構造６ａが転写されたものである（後述する［偏光性回折格子の製造方法］参照）。

高分子液晶層４に形成される凹凸状の回折構造４ａは、目的とする回折特性に応じて形状を決めればよい。例えば、使用する光の波長に合わせてピッチを変えることにより、回折角を調整することができ、使用する光の波長に合わせて溝深さを変えることにより、回折効率を調整することができる。また、凹凸状の回折構造４ａの凸部の形状は、図１に示すような略矩形状に限定されるものではなく、階段状や鋸歯状にすることも可能である。

尚、本実施の形態においては、便宜上、未重合の状態の液晶を『重合性液晶』、重合して高分子化した状態の液晶を『高分子液晶』と呼んで区別することとする。本実施の形態で用いる重合性液晶は、液晶性を示すモノマー、オリゴマーその他の反応性化合物などの組成物であり、液晶状態を発現するメソゲン基の末端にアクリル、エポキシなどの重合性を有する官能基を付けたものが好適である。これらの重合性液晶には、ホモジニアス配向、ホメオトロピック配向、コレステリック配向など様々な配向状態を示すものがある。偏光性回折格子１においては、面内方向に光学的異方性を発現させる必要があるため、重合性液晶としてはホモジニアス配向を示すものがよい。重合性液晶を硬化する手段としては、可視光やＵＶ（紫外）光などを照射することによる光硬化、加熱による熱硬化などがあるが、重合性液晶の相転移温度による制約を受けにくい光硬化が好ましい。

また、図３に示すように、型６の、凹凸構造６ａの表面には、当該凹凸構造６ａの溝長手方向に対して４５度の角度をなす複数のストライプ溝２３が形成されており、この複数のストライプ溝２３により、当該ストライプ溝２３の長手方向に重合性液晶の液晶分子を配向させる（液晶分子の配向を誘発する）ための配向誘発構造６ｂが付与されている。そして、例えば、上記のように、型６を用いて重合性液晶を重合硬化することにより、図２に示すように、高分子液晶層４の液晶分子４ｂは、凹凸状の回折構造４ａの溝長手方向に対して４５度の角度をなす方向（型６のストライプ溝２３が転写されることによって形成された転写痕跡であるストライプ溝２２の長手方向）に配向された状態となる（後述する［偏光性回折格子の製造方法］参照）。従って、高分子液晶層４の液晶分子４ｂを配向させる際に、ポリイミド膜などの配向膜を設ける必要はない。

透明基板２の材料としては、ガラス、プラスチックのいずれを使用することもできる。

上記したように、本実施の形態の偏光性回折格子１を得るに当たっては、ポリイミド膜などの配向膜を設ける必要がなく、アニール焼成などの高温工程が不要となるので、透明基板２の材料として耐熱温度の低いものを使用することができる。すなわち、透明基板２の材料として、軽量性及びコストの面で優れたプラスチック、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂に代表される熱可塑性プラスチック、エポキシ系熱硬化性材料の硬化物やアクリル系光重合性材料の硬化物に代表される熱硬化性プラスチックなどを使用することができる。その結果、軽量かつ低コストの偏光性回折格子１を提供することが可能となる。

透明基板２の材料としてガラスを使用する場合には、屈折率を考慮する必要がある。一般的なガラスの屈折率範囲は１．４〜２．１程度と広い。一方、接着層３は樹脂であるため、その屈折率は１．４〜１．６程度である。そして、ガラス基板と接着層３との屈折率差が大きい場合には、ガラス基板と接着層３との界面で反射が起こり、透過率の低下を招いてしまう。従って、透明基板２の材料としてガラスを使用する場合には、接着層３の屈折率に近い屈折率を有するガラスを使用するのが望ましい。

また、透明基板２を他の光学素子によって代用することも可能である。例えば、光ピックアップ装置においては、直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板や直線偏光の方向を９０度回転させる１／２波長板などの位相差板、位相差フィルムが用いられている。これらは、水晶やポリカーボネート樹脂、ポリビニルアルコール樹脂などの材料からなり、透明基板２として使用することができる。そして、このように、透明基板２を他の光学素子によって代用することにより、複数の光学素子を複合化することができるので、光ピックアップ装置の小型化を図ることができる。

光学的等方性材料層５の材料としては、例えば、光重合型のアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂などを使用することができる。特に高分子液晶層４を形成する重合性液晶としてアクリル変性型のものを使用する場合には、光学的等方性材料層５の材料としてアクリル系紫外線硬化性樹脂を使用することにより、高分子液晶層４と光学的等方性材料層５との間に強い接着を得ることができる。また、光学的等方性材料層５の屈折率を高分子液晶層４の常光屈折率（ｎ_o）又は異常光屈折率（ｎ_e）に近づけておくことにより、入射光の直線偏光方位による偏光分離性能を高めることができる。

接着層３に使用する接着剤としては、光硬化性樹脂が最も好適である。特に高分子液晶層４を形成する重合性液晶としてアクリル変性型のものを使用する場合には、接着層３に使用する接着剤としてアクリル系紫外線硬化性樹脂を使用することにより、高分子液晶層４と接着層３との間に強い接着を得ることができる。

以上、図１〜図３を参照しながら本実施の形態の偏光性回折格子１の構成について説明したが、本発明の偏光性回折格子はこの構成に限定されるものではない。例えば、透明基板２の接着層３と反対側の面や光学的等方性材料層５の高分子液晶層４と反対側の面に別の回折格子を形成した複合回折素子として構成することもできる。また、剛性や波面収差性能を向上させるために、他の透明基板を用いて、接着層３、高分子液晶層４、光学的等方性材料層５を挟持した構成とすることもできる。また、空気と接する表面に誘電体膜や微細構造を設けることにより、反射防止処理を施した構成とすることもできる。また、透明基板２は必ずしも必須のものではない。

［偏光性回折格子の製造方法］
次に、本実施の形態における偏光性回折格子の製造方法について、図４をも参照しながら説明する。

図４は、本発明の一実施の形態における偏光性回折格子の製造方法を示す工程断面図である。

本製造方法においては、上記のような、高分子液晶層４を成形するための型６（図３参照）が用いられる。図３に示すように、型６には、高分子液晶層４に凹凸状の回折構造４ａを転写するための凹凸構造６ａと、重合性液晶の液晶分子を配向させる（液晶分子の配向を誘発する）ための複数のストライプ溝２３からなる配向誘発構造６ｂとが形成されている。この配向誘発構造６ｂは、凹凸構造６ａの溝の向きによらず自由に形成することができ、重合性液晶の液晶分子は、配向誘発構造６ｂのストライプ溝２３の長手方向に沿って配向することになる。このように、上記構成の型６を用いれば、凹凸状の回折構造４ａの格子溝の長手方向とは無関係に液晶分子を配向させることができ、その結果、液晶による光学的異方性の方向と凹凸状の回折構造４ａでの回折光の発生方向とを独立に設定することができるので、入射光の偏光方向と回折光の発生方向とを自由に選択することのできる偏光性回折格子を提供することが可能となる。特に溝による配向では、ピッチが細かい方が液晶分子の配向度が高くなるので、配向誘発構造６ｂのピッチは凹凸構造６ａのピッチよりも細かく設定されているのがよい。尚、このような型６を用いて高分子液晶層４を成形した場合には、図１に示すように、高分子液晶層４の凹凸状の回折構造４ａの表面に配向誘発構造６ｂが複数のストライプ溝２２として転写されるので、この転写痕跡に起因して不要な回折光が発生する可能性がある。そこで、この転写痕跡すなわち配向誘発構造６ｂは、不要な回折光の発生を可及的に抑える形状にしておく必要がある。例えば、本実施の形態のように配向誘発構造６ｂが複数のストライプ溝２３からなる場合には、そのピッチを使用する光の波長よりも小さくする、周期性を無くす、透過光に位相差が発生しない溝深さにするなどの工夫を施せばよい。

（実施例）
以下、具体的実施例を挙げて、本実施の形態における偏光性回折格子の製造方法について詳細に説明する。

まず、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法とを用いて、シリコン（Ｓｉ）基板上の１０ｍｍ×１０ｍｍのエリアに、ピッチ１００μｍ、溝幅５０μｍの凹凸構造６ａを形成した。次いで、電子線描画法とドライエッチング法とを用いて、凹凸構造６ａの表面に、当該凹凸構造６ａの溝長手方向に対して４５度の角度をなす複数のストライプ溝２３からなる配向誘発構造６ｂをピッチ０．３２μｍ、溝幅０．１６μｍで形成し、これを型６とした（図３参照）。

次に、図４（ａ）に示すように、型６の、凹凸構造６ａが形成された面上に、溶剤で希釈した重合性液晶７（ＲＭＳ０３−００１Ｃ（メルク社製））をスピンコート法を用いて塗布し、その後、溶剤を加熱乾燥させた。

次に、図４（ｂ）に示すように、重合性液晶７を室温まで戻した後、窒素雰囲中で波長３６５ｎｍを主とした紫外線を照射することにより、重合性液晶７を重合硬化させて、高分子液晶層４を成形した。これにより、型６の凹凸構造６ａが転写されて、高分子液晶層４に凹凸状の回折構造４ａが形成され、また、高分子液晶層４の液晶分子４ｂが、凹凸状の回折構造４ａの溝長手方向に対して４５度の角度をなす方向に配向された（図２参照）。尚、高分子液晶層４の、凹凸状の回折構造４ａが形成された表面には、型６のストライプ溝２３が転写されることによって転写痕跡であるストライプ溝２２が形成されている。

次に、図４（ｃ）に示すように、硬化した高分子液晶層４上に液状紫外線硬化性樹脂を塗布し、その上に透明基板２となるポリカーボネート基板を貼り付け押圧した後、波長３６５ｎｍを主とした紫外線を照射することにより、液状紫外線硬化性樹脂を反応硬化させて、接着層３を形成した。尚、接着層３を形成する液状紫外線硬化性樹脂としては、ジシクロペンタジエニルヘキサアクリレート（共栄社化学製）２０重量部と、イソボルニルアクリレート（共栄社化学製）と屈折率調整剤としてのフェノキシアクリレート（共栄社化学製）とを合わせた８０重量部と、重合開始剤としてのイルガキュア１８４（チバスペシャリティケミカルズ製）３重量部とを混合したものを使用し、その硬化物である接着層３の屈折率が高分子液晶層４の常光屈折率１．５３となるようにした。

次に、図４（ｄ）に示すように、接着層３を介して透明基板２と一体化した高分子液晶層４を、型６から剥離した（離型）。

次に、図４（ｅ）に示すように、高分子液晶層４の、凹凸状の回折構造４ａが形成された面に、接着層３の材料と同じ液状紫外線硬化性樹脂を塗布し、その上に別の透明基板８となるポリカーボネート基板を貼り付け押圧した後、波長３６５ｎｍを主とした紫外線を照射することにより、液状紫外線硬化性樹脂を反応硬化させて、光学的等方性材料層５を形成した。

以上の工程により、偏光性回折格子１０が得られた。

尚、本製造方法においては、２枚の透明基板を用いる場合を例に挙げて説明したが、図１に示すような１枚の透明基板を用いる場合であっても略同様の工程を経て製造することができる。この場合には、図４（ｅ）の工程に替えて、高分子液晶層４の、凹凸状の回折構造４ａが形成された面に、光学的等方性材料をスピンコート法などを用いて塗布するか、あるいは、光学的等方性材料を塗布した後、型で押圧して離型する工程を採用すればよい。

また、２枚の透明基板を用いる場合には、一方の透明基板に配向処理を施しておくことにより、液晶分子の配向度をさらに高めることができる。また、型６の配向誘発構造６ｂのストライプ溝２３の長手方向と透明基板の配向処理の方向とをずらしておくことにより、ねじれ配向を誘発することもできる。

また、硬化した高分子液晶層４上に透明基板２を貼り付け押圧する等の図４（ｃ）の工程は必ずしも必須のものではない。この図４（ｃ）の工程を省略する場合には、硬化した高分子液晶層４を型６から直接剥離すればよい。

上記のようにして得られた偏光性回折格子１０を２枚の直交した偏光子間に挿入して、直交ニコル観察を行った。そして、偏光性回折格子１０を光軸を中心として回転させたところ、透過光量が変化する様子が観察された。

また、上記のようにして得られた偏光性回折格子１０に、波長６６０ｎｍのレーザ光を１／２波長板を通して照射した。そして、入射するレーザ光の偏光方向（入射偏光方向）を回転させたところ、０次光強度が変化し、凹凸状の回折構造４ａの溝長手方向と直交する方向に発生する回折光が観察された。一方、型６の配向誘発構造６ｂのストライプ溝２３が転写されることによって形成された転写痕跡であるストライプ溝２２の長手方向と直交する方向への回折光の発生は見られなかった。次に、０次光強度が最大となる入射偏光方向を調べたところ、ストライプ溝２２の長手方向と直交する方向（凹凸状の回折構造４ａの溝長手方向に対して４５度の角度をなす方向）であった。また、０次光強度が最小となる入射偏光方向は、ストライプ溝２２の長手方向であった。これにより、本実施例で得られた偏光性回折格子１０においては、ストライプ溝２２の長手方向が異常光成分（遅相軸方向）、ストライプ溝２２の長手方向と直交する方向が常光成分（進相軸方向）となっており、液晶分子が、型６の配向誘発構造６ｂのストライプ溝２３の転写痕跡であるストライプ溝２２の長手方向に沿って配向していることが確認された。

（比較例１）
ピッチ１００μｍ、溝幅５０μｍの凹凸構造のみが形成され、液晶配向用の配向誘発構造が形成されていない型を用い、上記実施例と同様の手順で偏光性回折格子を製造した。

本比較例で得られた偏光性回折格子を２枚の直交した偏光子間に挿入して、直交ニコル観察を行った。しかし、この偏光性回折格子を光軸を中心として回転させても、光の透過は見られず、消光したままであった。

（比較例２）
ピッチ３μｍ、溝幅１．５μｍの凹凸構造のみが形成され、液晶配向用の配向誘発構造が形成されていない型を用い、上記実施例と同様の手順で偏光性回折格子を製造した。

本比較例で得られた偏光性回折格子を２枚の直交した偏光子間に挿入して、直交ニコル観察を行った。そして、この偏光性回折格子を光軸を中心として回転させたところ、透過光量が変化する様子が観察された。

また、本比較例で得られた偏光性回折格子に、波長６６０ｎｍのレーザ光を１／２波長板を通して照射した。そして、入射偏光方向を回転させたところ、０次光強度が変化し、凹凸状の回折構造の溝長手方向と直交する方向に発生する回折光が観察された。次に、０次光強度が最大となる入射偏光方向を調べたところ、凹凸状の回折構造の溝長手方向と直交する方向であった。また、０次光強度が最小となる入射偏光方向は、凹凸状の回折構造の溝長手方向であった。これにより、本比較例で得られた偏光性回折格子においては、凹凸状の回折構造の溝長手方向が異常光成分（遅相軸方向）、凹凸状の回折構造の溝長手方向と直交する方向が常光成分（進相軸方向）となっており、液晶分子が、凹凸状の回折構造の溝長手方向に沿って配向していることが確認された。

［光ピックアップ装置の構成］
次に、本実施の形態における光ピックアップ装置の構成について、図５を参照しながら説明する。

図５は、本発明の一実施の形態における光ピックアップ装置を示す概略構成図である。尚、ＸＹＺ３次元直交座標系は、図５のように設定されている。

図５に示すように、本実施の形態の光ピックアップ装置１１の光学系は、光源としての半導体レーザ１２から光情報記録媒体としての光ディスク１３までの光路中に順に配置された、上記した本実施の形態の偏光性回折格子（例えば、偏光性回折格子１又は１０）からなる偏光フィルタとしての偏光性回折格子部（図示せず）と入射偏光方向依存性を持たない等方性回折格子部（図示せず）との複合回折素子１４と、偏光ビームスプリッタ１５と、半導体レーザ１２からのレーザ光をコリメートするコリメートレンズ１６と、コリメートレンズ１６からＹ軸方向に出射されたレーザ光の光路をＺ軸方向に折り曲げる立上げミラー１７と、半導体レーザ１２からのレーザ光を直線偏光から円偏光に変換する１／４波長板１８と、円偏光に変換されたレーザ光を光ディスク１３の情報記録面上に集光する対物レンズ１９とを備えている。また、偏光ビームスプリッタ１５の側方（Ｘ軸方向）には、検出レンズ２０と光検出器２１とが配置されている。尚、図５においては、偏光ビームスプリッタ１５と検出レンズ２０、光検出器２１との位置関係を明確に示すために、便宜上、偏光ビームスプリッタ１５の鉛直下方（―Ｚ軸方向）に検出レンズ２０と光検出器２１とが配置されているように描かれている。

次に、本実施の形態における光ディスク１３の再生動作について説明する。

半導体レーザ１２からＹ軸方向に出射されたレーザ光（実線）は、直線偏光であり、複合回折素子１４に入射する。複合回折素子１４に入射したレーザ光は、当該複合回折素子１４の等方性回折格子部を透過して、トラッキング制御用の３ビームに回折される。ここで、複合回折素子１４の偏光性回折格子部においては、上記したように、０次光強度が最大となる入射偏光方向は、転写痕跡であるストライプ溝２２の長手方向と直交する方向であるので、ストライプ溝２２の長手方向と半導体レーザ１２からのレーザ光の偏光方向とが直交するように複合回折素子１４を配置すれば、半導体レーザ１２からのレーザ光は、偏光性回折格子部ではほとんど回折することなく透過する。ここで、例えば、複合回折素子１４に１／２波長板も複合すれば、半導体レーザ１２からのレーザ光の偏光方向を９０度回転させることも可能である。複合回折素子１４からのレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１５をそのまま透過した後、コリメートレンズ１６によってコリメートされて平行光となる。コリメートされたレーザ光は、立上げミラー１７によって光路をＺ軸方向に折り曲げられる。そして、Ｚ軸方向に折り曲げられたレーザ光は、１／４波長板１８によって直線偏光から円偏光に変換された後、対物レンズ１９によって光ディスク１３の情報記録面上に集光される。

光ディスク１３の情報記録面によって反射されたレーザ光（一点鎖線）は、再び対物レンズ１９を透過し、１／４波長板１８の作用により、往路の偏光方向から９０度回転した直線偏光となる。１／４波長板１８を透過したレーザ光は、立上げミラー１７によって光路を−Ｙ軸方向に折り曲げられた後、コリメートレンズ１６を透過して、偏光ビームスプリッタ１５に入射する。そして、偏光ビームスプリッタ１５に入射したレーザ光は、当該偏光ビームスプリッタ１５で反射されて光路をＸ軸方向に折り曲げられる。Ｘ軸方向に折り曲げられたレーザ光は、検出レンズ２０を経て光検出器２１に入射する。以上の動作により、光ディスク１３からの情報の再生が行われる。

ここで、偏光ビームスプリッタ１５で反射されなかったレーザ光（破線）が半導体レーザ１２へ戻り（以下、半導体レーザ１２へ戻るレーザ光を『戻りレーザ光』という）、レーザノイズを引き起こす可能性がある。しかし、この戻りレーザ光は、その偏光方向が往路のレーザ光に対して９０度回転した方向であるため、複合回折素子１４の偏光性回折格子部で回折される。すなわち、半導体レーザ１２への戻りレーザ光は、複合回折素子１４の偏光性回折格子部でカットされる。

以上のように、本実施の形態の偏光性回折格子を光ピックアップ装置１１の偏光フィルタとして用いることにより、光ディスク１３の情報記録面によって反射され光源としての半導体レーザ１２へ戻るレーザ光をカットすることができるので、光ピックアップ装置１１におけるレーザノイズを抑制することが可能となる。

尚、本実施の形態の光ピックアップ装置１１においては、本実施の形態の偏光性回折格子からなる偏光性回折格子部と入射偏光方向依存性を持たない等方性回折格子部との複合回折素子１４を用いた場合を例に挙げて説明したが、偏光性回折格子部と等方性回折格子部とは別個独立に構成されていてもよい。例えば、半導体レーザ１２と偏光ビームスプリッタ１５との間に、本実施の形態の偏光性回折格子（例えば、偏光性回折格子１又は１０）を配置し、それとは別個に等方性回折格子を配置するようにしてもよい。

本発明の偏光性回折格子は、基板の材質に制約を受けることなく製造することができ、入射光の偏光方向と回折光の発生方向とを自由に選択することができるので、軽量化、低コスト化が望まれる光ピックアップ装置の偏光フィルタ等として有用である。

１、１０ 偏光性回折格子
２、８ 透明基板
３ 接着層
４ 高分子液晶層
４ａ 凹凸状の回折構造
４ｂ 液晶分子
５ 光学的等方性材料層
６ 型
６ａ 凹凸構造
６ｂ 配向誘発構造
７ 重合性液晶
１１ 光ピックアップ装置
１２ 半導体レーザ
１３ 光ディスク
１４ 複合回折素子
１５ 偏光ビームスプリッタ
１６ コリメートレンズ
１７ 立上げミラー
１８ １／４波長板
１９ 対物レンズ
２０ 検出レンズ
２１ 光検出器
２２、２３ ストライプ溝

Claims (6)

1. 一方の面に入射光を回折させる機能を有する第１の凹凸構造が形成された高分子液晶層と、前記第１の凹凸構造に充填された状態で設けられた光学的等方性材料層とを備えた偏光性回折格子であって、
   前記高分子液晶層の前記一方の面に第２の凹凸構造がさらに形成され、前記高分子液晶層の液晶分子が前記第２の凹凸構造の溝長手方向に沿って配向されていることを特徴とする偏光性回折格子。
2. 前記第２の凹凸構造が、使用する光の波長において回折光の発生を抑える形状になっている、請求項１に記載の偏光性回折格子。
3. 凹凸構造が形成された型に重合性液晶を充填し、前記重合性液晶を重合硬化することにより、凹凸状の回折構造が形成された高分子液晶層を得る工程と、
   前記高分子液晶層を前記型から剥離する工程と、
   前記凹凸状の回折構造に光学的等方性材料を充填し、前記光学的等方性材料を反応硬化することによって光学的等方性材料層を得る工程と、を含む偏光性回折格子の製造方法であって、
   前記型として、前記凹凸構造の表面に液晶分子の配向を誘発する配向誘発構造が形成された型を用いることを特徴とする偏光性回折格子の製造方法。
4. 前記配向誘発構造が互いに平行に配置された複数のストライプ状の溝からなり、前記配向誘発構造のピッチが前記凹凸構造のピッチよりも細かく設定されている、請求項３に記載の偏光性回折格子の製造方法。
5. 光源からの光を対物レンズを介して光情報記録媒体の情報記録面に集光して情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置であって、
   前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に配置された、請求項１又は２に記載の偏光性回折格子を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 前記光源が半導体レーザであり、前記偏光性回折格子が前記半導体レーザに光軸上で隣り合って配置されている、請求項５に記載の光ピックアップ装置。

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