JP2011227951A - 波長選択性回折格子、波長選択性回折格子の製造方法、および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】短波長化や小型化に対応しているとともに、作製に際して精密加工が不要な波長選択性回折格子、波長選択性回折格子の製造方法、および光学機器を提供する。
【解決手段】波長選択性回折格子４Ａは、透明基板１１と、波長選択性ホログラム１２，１３とが順に積層されている。波長選択性ホログラム１２は、第１の波長の光ビームを回折する。波長選択性ホログラム１３は、第２の波長の光ビームを回折する。波長選択性ホログラム１２，１３は、体積ホログラムで作製されており、感光性材料としてフォトポリマが用いられている。体積ホログラム用のフォトポリマは、第１の屈折率を有するマトリックスポリマ、第２の屈折率を有するモノマ、光反応開始剤、その他添加物から構成されているものが主である。
【選択図】図４

Description

この発明は、波長選択性回折格子、波長選択性回折格子の製造方法、および光学機器に関し、より特定的には、体積ホログラム型の波長選択性回折格子、波長選択性回折格子の製造方法、および光学機器に関する。

従来、光ディスクドライブ装置等の光学機器における光ピックアップ装置として、光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多く提案されている。このような光ピックアップ装置の中には、複数の光ディスクに対して記録再生を行なうことができるものがある。複数の光ディスクには、たとえば、ＣＤ（コンパクト・ディスク）、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）、ＢＤ（ブルーレイ・ディスク）等の系統がある。複数の光ディスクに対する記録再生を実現するための回折光学素子としては、たとえば、２波長以上の光をそれぞれ所望の場所に回折させることができる波長選択性回折格子がある。

特許文献１に記載の波長選択性回折素子は、３波長の光を選択的に回折させている。この波長選択性回折素子は、上面に第１ホログラムが形成された第１透明層と、上面に第２ホログラムが形成された第２透明層と、上面に第３ホログラムが形成された第３透明層とが順に積層された構造を有する。当該回折素子は、回折格子のパターンの深さを調整することにより、それぞれのホログラムパターンがいずれか特定の波長の光のみを回折させ、他の光を通過させる。これにより、波長選択性を実現している。

特許第３８３０４６５号（特開２００４−２１３８５４号公報）

光ピックアップ装置の小型化のために、受光素子を共通化することが提案されている。そのためには、たとえば、波長選択性回折格子を用い、各々の波長の光の回折光を共通の受光素子に入射させることが提案されている。波長選択性回折格子としては、たとえば、無機系、有機系材料の上面を加工し、凹凸構造を形成したホログラムを用いたものがある（特許文献１参照）。この場合、凹凸ピッチとその深さとにより、回折角、回折効率および回折波長が決定される。

しかしながら、上記の場合、短波長化や小型化に伴う回折角の拡大によって、サブμｍオーダの凹凸ピッチおよび深さの制御が必要となる。このため、従来の波長選択性回折格子は、加工が困難になるという問題があった。

それゆえに、この発明の目的は、短波長化や小型化に対応しているとともに、作製に際して精密加工が不要な波長選択性回折格子、波長選択性回折格子の製造方法、および光学機器を提供することである。

この発明のある局面によれば、第１の波長および第２の波長を含む複数の波長帯の光ビームを回折する波長選択性回折格子であって、第１の波長の光ビームを回折し、その他の波長の光ビームは透過させる第１の体積ホログラムと、第２の波長の光ビームを回折し、その他の波長の光ビームは透過させる第２の体積ホログラムとを含む。

好ましくは、第１の体積ホログラムと第２の体積ホログラムとの間に接着層をさらに含む。

この発明の他の局面によれば、第１の波長および第２の波長を含む複数の波長帯の光ビームを回折する波長選択性回折格子であって、基板と、基板上に積層され、第１および第２の波長の光ビームを回折し、その他の波長の光ビームは透過させる体積ホログラムとを含む。

好ましくは、体積ホログラムは、入射面内に１つ以上のホログラムパターンが形成されている。

好ましくは、体積ホログラムは、第１および第２の波長の光ビームの各々に感度を有する感光性材料に対して干渉露光することにより形成される。

好ましくは、体積ホログラムは、収束光を受けて、収束光を収束光の状態で回折する。
この発明の他の局面によれば、第１の波長および第２の波長を含む複数の波長帯の光ビームを回折する波長選択性回折格子の製造方法であって、第１の波長に感度を有する第１の感光性材料を基板上に塗布する工程と、第１の波長の光ビームを用いて、収束光同士を第１の感光性材料内で干渉させて第１の体積ホログラムを記録する工程と、体積ホログラム上に、第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する第２の感光性材料を塗布する工程と、第２の波長の光ビームを用いて、収束光同士を第２の感光性材料内で干渉させて第２の体積ホログラムを記録する工程とを備える。

この発明の他の局面によれば、光学機器であって、第１の波長および第２の波長を含む複数の波長帯の光ビームを発する光源部と、第１の波長の光ビームを回折し、その他の波長の光ビームは透過させる第１の体積ホログラムと、第２の波長の光ビームを回折し、その他の波長の光ビームは透過させる第２の体積ホログラムとを含む波長選択性回折格子と、波長選択性回折格子から回折された第１および第２の波長を含む複数の波長帯の光ビームを受光する受光部とを備える。

この発明の実施の形態によれば、短波長化や小型化に対応しているとともに、作製に際して精密加工が不要な波長選択性回折格子、波長選択性回折格子の製造方法、および光学機器を提供することができる。

この発明の実施の形態１による光ピックアップ装置１Ａの概略的な構成を示した図である。 受光素子５の具体的な構成を示した上面図である。 受光部８０の具体的な構成を示した斜視図である。 波長選択性回折格子４Ａの構造を説明するための断面図である。 波長選択性回折格子４における波長選択性ホログラム１２の形成方法を説明するための図である。 波長選択性回折格子４における波長選択性ホログラム１３の形成方法を説明するための図である。 ホログラムの記録原理を説明するための図である。 ホログラムの再生原理を説明するための図である。 体積ホログラムの波長選択性のグラフの一例を示した図である。 波長選択性回折格子４の製造工程の一部を示した図である。 波長選択性回折格子４の製造工程の他の一部を示した図である。 波長選択性回折格子４の製造工程の他の一部を示した図である。 波長選択性回折格子４の製造工程の他の一部を示した図である。 波長選択性回折格子４の製造工程の他の一部を示した図である。 波長選択性回折格子４の製造工程の他の一部を示した図である。 波長選択性回折格子４の製造工程の他の一部を示した図である。 波長選択性回折格子４の製造工程の他の一部を示した図である。 この発明の実施の形態２による光ピックアップ装置１Ｂの概略的な構成を示した図である。 波長選択性回折格子４Ｂの構造を説明するための断面図である。 この発明の実施の形態３による光ピックアップ装置１Ｃの概略的な構成を示した図である。 波長選択性回折格子４Ｃの構造を説明するための断面図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による光ピックアップ装置１Ａの概略的な構成を示した図である。

図１を参照して、実施の形態１の光ピックアップ装置１Ａは、光源部６０と、ビームスプリッタ７１と、コリメータレンズ７２と、対物レンズ７３と、凹レンズ７４と、受光部８０とを備える。光源部６０は、波長λ１の光源２ａと、波長λ２（λ１≠λ２）の光源２ｂと、ビームスプリッタ６１とを含む。受光部８０は、波長選択性回折格子４Ａと、受光素子５とを含む。光ピックアップ装置１Ａは、光ディスク１００に対して情報を記録するとともに、光ディスク１００から情報を再生する。実施の形態１では、波長λ１を４０５ｎｍ付近、波長λ２を６６０ｎｍ付近とする。

光源２ａから出射された光ビームＬＸは、ビームスプリッタ６１で反射されて、ビームスプリッタ７１でさらに反射される。光源２ｂから出射された光ビームＬＹは、ビームスプリッタ６１を透過して、ビームスプリッタ７１で反射される。ビームスプリッタ７１で反射された光ビームＬＸ，ＬＹは、コリメータレンズ７２で平行光にされ、対物レンズ７３により光ディスク１００に集光される。その後、光ディスク１００で反射された光ビームＬＸ，ＬＹは、再び対物レンズ７３およびコリメータレンズ７２を通り、ビームスプリッタ７１を透過する。当該透過した光ビームＬＸ，ＬＹは、凹レンズ７４を通過して、波長選択性回折格子４Ａに入射する。

波長選択性回折格子４Ａは、入射した光ビームＬＸ，ＬＹの一部を０次光Ｌ０として透過し、他の一部を１次光Ｌ１として回折する。波長選択性回折格子４Ａは、体積ホログラム型であり、後に説明するように、透明基板上に２種類の感光性材料層を形成した構造を有する。０次光Ｌ０および１次光Ｌ１は、受光素子５で受光される。

図２は、受光素子５の具体的な構成を示した上面図である。
図２を参照して、受光素子５は、フォトディテクタ（ＰＤ）５０〜５４を含む。ＰＤ５０は、波長選択性回折格子４Ａを透過した０次光Ｌ０を受光する。ＰＤ５１〜５４は、波長選択性回折格子４Ａで回折された１次光Ｌ１を受光する。

図３は、受光部８０の具体的な構成を示した斜視図である。
以下では、波長選択性回折格子４Ａを、他の実施の形態での波長選択性回折格子を含めて波長選択性回折格子４とも総称している。図３においては、波長選択性回折格子４と受光素子５との関係について説明する。なお、図３では、簡単のため、光ビームＬＸのみが受光部８０に入射した場合について説明している。ここで、１次光Ｌ１は、１次光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｆに分割される。

図３を参照して、波長選択性回折格子４は、一例として、入射面が６種類のホログラムパターン４ａ〜４ｆで形成されている。ＰＤ５０は、波長選択性回折格子４を透過した０次光Ｌ０を受光する。ＰＤ５１は、ホログラムパターン４ａで回折された１次光Ｌ１ａを受光する。ＰＤ５２は、ホログラムパターン４ｂで回折された１次光Ｌ１ｂを受光する。ＰＤ５３は、ホログラムパターン４ｃ，４ｄで回折された１次光Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄを受光する。ＰＤ５４は、ホログラムパターン４ｅ，４ｆで回折された１次光Ｌ１ｅ，Ｌ１ｆを受光する。光ピックアップ装置１Ａは、ＰＤ５０〜５４で受光された光信号に基づいて、光ディスク１００の種類に応じた記録再生時のフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号等の制御信号を生成する。

図３に示すように、この発明の実施の形態における波長選択性回折格子４は、複数のホログラムパターン４ａ〜４ｆに分割されている。しかしながら、それぞれの領域におけるホログラムは、一種類のみで形成されている。また、当該分割は必須ではなく、光ピックアップ装置の必要性に応じて分割されればよい。

図４は、波長選択性回折格子４Ａの構造を説明するための断面図である。
図４を参照して、実施の形態１の波長選択性回折格子４Ａは、透明基板１１と、波長選択性ホログラム１２，１３とが順に積層されている。波長選択性ホログラム１２は、波長λ１の光ビームＬＸを回折する。波長選択性ホログラム１３は、波長λ２の光ビームＬＹを回折する。波長選択性ホログラム１２，１３は、体積ホログラムで作製されており、感光性材料としてフォトポリマが用いられている。体積ホログラム用のフォトポリマは、マトリックスポリマ（屈折率ｎ１）、モノマ（屈折率ｎ２（≠ｎ１））、光反応開始剤、その他添加物から構成されているものが主である。

体積ホログラム用のフォトポリマは、光反応開始剤が感度を有する波長領域内の波長の光が照射されると、光強度の強い部分で重合が開始してモノマを消費し、光強度の弱い部分のモノマが強い部分に拡散移動して、屈折率変化が生じる。これにより、干渉縞の明暗で生じる屈折率差（Δｎ＝｜ｎ１−ｎ２｜）を使ってホログラムが形成される。屈折率差Δｎは、ホログラム形成時の露光量によって変化する。これにより、ホログラムの回折効率を制御できる。すなわち、露光量を制御することで、波長選択性ホログラム１２，１３において所望の回折効率を得ることが可能となる。

また、図３に示すように、波長選択性回折格子４には、収束光である光ビームＬＸが入射する。０次光Ｌ０および１次光Ｌ１ａ〜Ｌ１ｆも、収束した状態でＰＤ５０〜５４に入射する。これは、ＰＤ５０〜５４に入射する回折光等のビーム径が広がっていた場合、光ディスク１００の記録再生の際にノイズとなり正確な動作を妨げるからである。このように収束光を収束光として回折する特性を波長選択性回折格子４に持たせるためには、収束光同士の干渉縞を形成する必要がある。

図５は、波長選択性回折格子４における波長選択性ホログラム１２の形成方法を説明するための図である。

図５では、簡単のため、入射光をある一方向に回折する体積ホログラムを形成している状態を示している。図５に示すように、波長選択性ホログラム１２は、透明基板１１上の感光性材料層に記録光ＬＸを露光することにより形成される。この感光性材料層は、波長λ１と同じまたはその付近の波長λ１ｚの記録光ＬＸに感光する。記録光ＬＸは、０次光Ｌ０の進行方向に対応する収束光Ｌ０Ｘと、１次光Ｌ１の進行方向に対応する収束光Ｌ１Ｘとに分けられる。収束光Ｌ０ＸとＬ１Ｘとを感光性材料層内で干渉させることにより、波長λ１を回折する波長選択性ホログラム１２が形成される。

図６は、波長選択性回折格子４における波長選択性ホログラム１３の形成方法を説明するための図である。

図６でも、簡単のため、入射光をある一方向に回折する体積ホログラムを形成している状態を示している。図６に示すように、波長選択性ホログラム１３は、波長選択性ホログラム１２上の感光性材料層に記録光ＬＹを露光することにより形成される。この感光性材料層は、波長λ２と同じまたはその付近の波長λ２ｚの記録光ＬＹに感光する。記録光ＬＹは、０次光Ｌ０の進行方向に対応する収束光Ｌ０Ｙと、１次光Ｌ１の進行方向に対応する収束光Ｌ１Ｙとに分けられる。収束光Ｌ０ＹとＬ１Ｙとを感光性材料層内で干渉させることにより、波長λ２を回折する波長選択性ホログラム１３が形成される。

次に、波長選択性ホログラム１２，１３の形成に、波長の異なる記録光ＬＸ，ＬＹをそれぞれ用いた理由について説明する。

図７は、ホログラムの記録原理を説明するための図である。
図７は、波長λの信号光ＳＬおよび参照光ＲＬが記録材料２１に入射し、干渉縞２３を形成する場合を表わしている。ホログラムの特性として、式（１）のブラッグ条件を満たす光ビームのみを回折する。ここで、ｄは干渉縞の間隔、θｂはブラッグ角、ｍは整数、ｎは記録材料２１の屈折率、θｓは信号光ＳＬの記録材料２１内での入射角、θｒは信号光ＲＬの記録材料２１内での入射角をそれぞれ示す。

２ｄ・ｓｉｎθｂ＝ｍλ （１）
ｄ＝（λ／２ｎ）｜ｓｉｎ（θｓ−θｒ／２）｜ （２）
図８は、ホログラムの再生原理を説明するための図である。

図８は、図７において記録された干渉縞２３から情報を再生する場合を表わしている。基本的には、記録に用いた波長λの光ビームを用いて、ホログラム記録時と同状態（たとえば、入射角θｒ）で再生することで、干渉縞２３から再生光ＣＬが出射角θｓで発生する。今回のように、体積的にホログラムが形成される体積ホログラムを形成した場合、ホログラムの厚みが増すほどブラッグ条件を満たす入射角および入射波長が狭まることが知られている。これを角度選択性および波長選択性と呼ぶ。この場合、実施の形態１のように、波長λ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６６０ｎｍの光ビームを同時に回折できる干渉縞間隔ｄを満たす体積ホログラムを形成することは困難である。

平行光同士の干渉であれば、回折させたい波長が異なる場合であっても、入射角θｓまたはθｒを変えることで、波長によって干渉縞間隔ｄを一定の割合で変化させてホログラムを形成可能である。これにより、それぞれの波長に対してブラッグ条件を満たすブラッグ角θｂを存在させることができる。しかしながら、実施の形態１のように、記録光ＬＸ，ＬＹとして収束光を用いた場合、感光性材料内では様々な方向から光ビームが入射し、それぞれの光ビームが干渉してホログラムを形成する。そのため、様々な干渉縞間隔ｄが存在し、特定のブラッグ角θｂを存在させることが不可能となる。

したがって、実施の形態１では、回折させる波長を波長選択性回折格子４Ａに入射させる波長λ１およびλ２の光ビームに限定している。ホログラム記録時には、各々の波長λ１，λ２と同じまたはその付近の波長λ１ｚ，λ２ｚの記録光ＬＸ，ＬＹを用いて、それぞれホログラムを形成している。記録光ＬＸ，ＬＹを波長λ１，λ２と同じまたはその付近の波長λ１ｚ，λ２ｚの光ビームと記載しているが、これは上述の波長選択性に依存するものである。これらの詳細に関しては、たとえば「ホログラフィ（辻内順平著、裳華房出版）」に説明されている。

波長選択性により選択される波長域Δλは、式（３）により表わされる。ここで、ｎは感光性材料層の屈折率、ξはブラッグ条件からのずれ量、ｔはホログラムの厚さ、φはホログラムの傾き角をそれぞれ示す。

Δλ＝８πｎＣｓξ／Ｋ²ｔ （３）
Ｃｓ＝−ｃｏｓ（２φ−θｂ） （４）
Ｋ＝２π／ｄ （５）
また、上記したブラッグ条件からのずれ量ξと回折効率ηとの関係は、式（６）により表わされる。

η＝ｓｉｎ²√（ξ²＋ν²）／（１＋ξ²／ν²） （６）
ν＝（πｎｔ／λ）ｃｏｓθｂ （７）
式（３）および（６）により、波長域Δλにおける回折効率ηが得られる。これにより、必要な回折効率ηを満たす波長域Δλが決定される。それを記録光ＬＸ，ＬＹに用いることで、所望のホログラムが形成できる。なお、波長選択性を求める場合は、簡単のため、平行光同士の干渉を基本にして考えてよい。

図９は、体積ホログラムの波長選択性のグラフの一例を示した図である。
図９は、ホログラムの厚さｔ＝１８μｍとした場合の結果である。たとえば、波長λ２＝６６０ｎｍを回折する波長選択性ホログラム１３を形成する際に、記録光ＬＹとして波長λ２ｚ＝６５２ｎｍを用いた場合について考える。図９に示すように、記録光ＬＹと同じ波長λ２ｚ＝６５２ｎｍで再生すると、最大回折効率（規格化表示で１．０）が得られる。また、図９の斜線部で示した波長域Δλ＝６４０ｎｍ〜６６４ｎｍの光ビームで再生すれば、最大回折効率に対して９０％以上の回折効率（規格化表示０．９以上）が得られる。つまり、波長λ２＝６６０ｎｍで再生した場合であっても９０％以上の回折効率を得ることが出来る。

上記のように、本願の体積ホログラムは、異なる波長で記録再生をした場合でも、高い回折効率で入射光を回折可能であることが分かる。所望の回折効率ηが得られる範囲であれば、記録光ＬＹと再生光ＣＬとで波長が異なってもよい。本願では、その範囲を満たす光ビームのことを「付近の」波長の光ビームとして記載している。実施の形態１の波長選択性回折格子４Ａにおいては、回折効率の許容範囲を０．５以上としている。具体的には、実施の形態１では、波長λ１の光ビームＬＸおよび波長λ２の光ビームＬＹにより再生された再生光ＣＬの回折効率ηが、体積ホログラムの有する最大回折効率の５０％以上の範囲を記録波長の許容範囲としている。

ここで、波長選択性は、波長選択性ホログラム１２，１３の厚みで決まる。実施の形態１では、波長選択性ホログラム１２が波長λ２の光ビームＬＹを回折しないように設計する必要がある。逆に、波長選択性ホログラム１３については、波長λ１の光ビームＬＸを回折しないように設計する必要がある。この場合、ホログラムの厚さｔは１０μｍ〜３０μｍ程度である。その中でも、特に、波長の短い光ビームＬＸを回折させる波長選択性ホログラム１２の厚さは１５μｍ程度、波長の長い光ビームＬＹを回折させる波長選択性ホログラム１３の厚さは１８μｍ程度が望ましい。

以上のように、この発明の実施の形態における波長選択性回折格子４は、感光性材料層の屈折率変化を用いて体積的にホログラムを記録する体積ホログラムで形成されており、ガラス基板や高分子層の上面のみに形成されたホログラムとは構造が異なる。体積ホログラム形成時に、使用する波長および入射角を限定することで、ブラッグ条件を満たして回折する波長および入射角を選択的に決めることができる。さらに、ホログラムの回折効率は、感光性材料層を形成するフォトポリマの屈折率変化に依存する。そのため、記録時の露光量を制御することで、回折効率を決定できる。

高分子層の上面に形成された凹凸構造によるホログラムの場合、波長オーダの精密なピッチ制御およびピッチ深さ制御が必要となる。これに対し、本願の体積ホログラムでは、記録時の波長および露光量を制御することで所望の特性が実現されるため、製造が容易となる。また、体積ホログラム記録時の入射角をそのまま１次光Ｌ１の回折角に設定して記録することで、再生された１次光Ｌ１の回折方向を決定できる。したがって、回折角の設計の自由度が大きくなる。

上記の結果、光ピックアップ装置１Ａは、回折角を広げて波長選択性回折格子４と受光素子５との距離を短縮することができ、組み立て時の調整がしやすくなる。また、光ピックアップ装置１Ａ全体の小型化につながる効果がある。これに対し、凹凸構造によるホログラムの場合は、回折角を大きくするためにピッチを狭める必要があり、加工精度の面から限界がある。そのため、本願の体積ホログラムの場合と比較すると、光ピックアップ装置を小型化するのが困難である。

さらに、本願の波長選択性ホログラム１２，１３を形成する際、それぞれ波長選択性回折格子４で回折させる光ビームの波長と同じまたは近い波長の光ビームを用いる。これにより、所望の波長の収束光を収束光の状態かつ所望の回折角で回折させる波長選択性をもった体積ホログラムを形成することが可能となる。その結果、光ピックアップ装置１Ａは、品質の高い信号を提供できる。

次に、波長選択性回折格子４の製造方法について説明する。図１０〜１７は、波長選択性回折格子４の製造工程の一部を示した図である。ここでは、１枚の透明基板３１から複数の波長選択性回折格子４を切り出して作製する。

図１０は、透明基板３１上に、波長λ１の光ビームに感度を有する感光性材料３２を、ホログラムサイズを考慮してディスペンサなどで点打ちして塗布する工程を表わす。図１１は、加圧しながら膜厚を制御し、感光性材料３２を硬化させて感光性材料層３３を形成する工程を表わす。図１２は、感光性材料層３３に波長λ１付近の記録光ＬＸを照射してホログラムを記録し、波長選択性ホログラム３５を形成する工程を表わす。

図１３は、感光性材料層３３上に、波長λ２の光ビームに感度を有する感光性材料３６を、図１０と同様の方法で塗布する工程を表わす。図１４は、図１１と同様に加圧しながら膜厚を制御して感光性材料３６を硬化させ、感光性材料層３７を形成する工程を表わす。図１５は、感光性材料層３７に波長λ２付近の記録光ＬＹを照射してホログラムを記録し、波長選択性ホログラム３９を形成する工程を表わす。

図１６は、形成された波長選択性ホログラム３５，３９を覆うように保護層４０を形成する工程を表わす。このようにして、透明基板３１上に、複数個の波長選択性ホログラム３５，３９を形成する。図１７は、透明基板３１上の複数個の波長選択性ホログラム３５，３９を波長選択性回折格子４の形態に切り出す工程を表わす。なお、波長選択性ホログラム３５，３９の形成後は、ポストキュアというインコヒーレントな光を十分に照射する工程によりホログラムを固定する。

この発明の実施の形態では、感光性材料３２，３６の塗布方法として、ディスペンサによる点打ちとしている。これにより、材料の無駄な使用を回避することができる。さらに、後の工程にあるダイシングによる切り出し工程で、感光性材料３２，３６の抵抗を受けずにダイシングの刃を動かすことができる。これにより、製造コストを低減することができるという効果がある。

また、感光性材料３２をディスペンサで点打ちした後、スタンパで上から加圧しながら膜厚を制御する。スタンパ材質としては、表面粗度が小さく、面精度の高いガラス基板を用いている。さらに、感光性材料３２を硬化させた後、スタンパを離型する必要がある。そのため、ガラス基板の表面に、離型膜としてフッ素系の樹脂膜を形成している。図１３の工程でさらに感光性材料３６を積層するため、感光性材料３２上に離型剤が残り、層同士の密着性が低下する可能性がある。離型剤塗布のみとしない理由は、この層同士の密着性の低下を防ぐためである。このようなスタンパを用いることで、表面粗度および面精度の良好な感光性材料を積層させることができる。

波長選択性ホログラム３５，３９を形成する工程において、感光性材料３２，３６が記録時に酸素と触れている場合、酸素と触れている部分は酸素阻害の影響により感度が大幅に低下するといった特性を有する場合がある。この場合、感度低下を回避するため、窒素雰囲気中で記録したり、記録時に感光性材料層３３，３７上をガラス基板やフィルム等で覆った状態で記録することが必要である。感光性材料層３７に対してであれば、保護層４０を形成後にホログラムを記録することで、同様の効果が得られる。いずれにしても、感光性材料層３３，３７上を覆う材料に関しては、ホログラム形成に影響を与えない程度の波面を維持できる表面粗度にする必要がある。

また、この発明の実施の形態では、感光性材料層３３に波長選択性ホログラム３５を形成後、感光性材料層３７を感光性材料層３３上に形成して、波長選択性ホログラム３９を形成している。これは、以下の理由からである。

感光性材料層３３に波長選択性ホログラム３５を記録する波長λ１ｚ＝４０７ｎｍ付近に感度を有する感光性材料３２を用いた場合について考える。この場合、感光性材料層３３に対する不要な露光を回避するため、周辺の光はその付近の波長を含まないようにしなければならない。すなわち、作業を行なう際の照明光は、長波長寄りにすればよい。一方、感光性材料層３７に波長選択性ホログラム３９を記録する波長λ２ｚ＝６４７ｎｍ付近に感度を有する感光性材料３６を用いた場合について考える。この場合、感光性材料層３７に対する不要な露光を回避するため、周辺の光はその付近の波長を含まないようにしなければならない。すなわち、作業を行なう際の照明光は、短波長寄りにすればよい。

感光性材料３２，３６を塗布する工程を１回にまとめると、今回のように可視光領域に感光性材料の波長感度が広がっている場合、赤外線光等を用いなければならない。そのため、作業効率が低下する可能性がある。一方、この発明の実施の形態のように、感光性材料３２，３６を塗布する工程を２段階に分けて波長選択性ホログラム３５，３９を形成することで、作業しやすい環境を維持できるなどの効果がある。ただし、感光性材料３２，３６の波長感度は、光反応開始剤の特性により決まる。そのため、たとえば感光性材料層３３，３７のそれぞれの波長感度が交わらない領域がある場合は、その領域の光を作業時の光として用いてもよい。

また、感光性材料３２，３６の塗布方法としては、たとえば、２層を貼り合わせたドライフィルム形態の感光性材料３２，３６を透明基板３１に接着することが考えられる。この場合も、透明基板３１の全面に塗布するため材料使用率が低下する問題や、作業時の照明の問題がある。その一方で、塗布工程が簡単になることや、層間の密着性を高められることなどの効果がある。

その他の塗布方法として、次の手法が考えられる。まず、上記のスタンパ上に形成した離型膜をエッチングし、点打ちの間隔および材料厚に対応した凹型を作製する。その凹型に感光性材料を充填し、下地の透明基板または一層目の感光性材料層と密着させて感光性材料層を形成する。この塗布方法では、凹型の精度で感光性材料層を形成することが可能となる。また、加圧する必要がないため、膜厚の再現性等が高まる。

さらに、波長選択性ホログラム３５，３９の周辺は、保護層４０で覆われている。これにより、光ピックアップ装置１Ａに組み込まれる波長選択性回折格子４を傷やダストから保護することができる。また、波長選択性回折格子４の製造時のダイシングにおける水やダストから保護する効果がある。保護層４０には、たとえば、シリコーン樹脂、ＵＶ（Ultraviolet）樹脂、ガラス基板が挙げられる。

上記のように収束光を回折する体積ホログラムを作製するために、所望の収束光を平行光と干渉させたマスタホログラムを作製することができる。一様な強度分布を有するある面積の平行光を当該マスタホログラムに照射することで、体積ホログラム型の波長選択性回折格子４を容易に複製することができる。これにより、回折角および回折効率を簡単に制御可能な波長選択性回折格子４を高い生産性で実現できる。

以上のように、この発明の実施の形態では、体積ホログラム型の波長選択性回折格子４の使用時に用いる波長の近傍に感度を有する感光性材料を、波長選択性回折格子４の製造に用いる。これにより、波長選択性ホログラム３５，３９の記録時に、それぞれの光ビームを用いてホログラムを記録することが可能となる。また、所望の波長の収束光を収束光の状態かつ所望の回折角で回折させる波長選択性をもった体積ホログラムを形成することが可能となる。この結果、光ピックアップ装置１Ａの信号を劣化させることなく扱える。また、波長選択性ホログラム３５，３９の形成およびそれらに対する露光を２段階に分けて行なうことで、ホログラム作製の効率を向上させることができる。

また、ディスペンサ等で必要なホログラムのサイズに合わせて感光性材料３２，３６を部分的に塗布することで、材料の使用率を上げることができる。また、上述した波長選択性回折格子４の切り出しにより、ダイシング装置を効率的に用いることができる。その結果、波長選択性回折格子４の製造コストが低減できる。

また、以上説明したように、実施の形態１の波長選択性回折格子４Ａは、波長λ１，λ２の光ビームを各々所望の回折効率で所望の方向に回折できる回折素子である。また、波長選択性回折格子４Ａの作製工程も、従来技術で作製したものと比較して設計自由度が高く、製造コストを低減できる。したがって、図１の光ピックアップ装置１Ａに波長選択性回折格子４Ａを搭載することで、小型、薄型および低コストの光ピックアップ装置１Ａを実現することが可能である。また、この光ピックアップ装置１Ａを搭載したＢＤ／ＤＶＤ記録再生装置を低コストで実現できる。

以上のように、実施の形態１の光ピックアップ装置１Ａは、波長選択性回折格子４Ａとして、屈折率変化で干渉縞を記録した体積ホログラムを用いる。この体積ホログラムは、一定の厚みを有したホログラムであり、厚みに応じた波長選択性および角度選択性を有する。そのため、体積ホログラム記録時の入射角および波長を変化させることで、所望の回折角および回折波長を選択的に決定できる。また、体積ホログラムに対する露光量で屈折率の変化量を制御することで、回折効率が制御できる。このように、ホログラム記録時の入射角、波長および露光量を制御して記録することで、体積ホログラムの回折角、回折効率および回折波長を制御することができる。そのため、波長選択性回折格子４Ａの製造が容易となる。また、波長選択性回折格子４Ａの回折角の設計自由度が向上し、光ピックアップ装置１Ａの小型化が実現できる。

実施の形態１では、光ビームの照射により屈折率が変化する感光性材料中で２光束を干渉させて干渉縞を形成する。その干渉縞の明暗を屈折率変調として記録することにより、体積ホログラム型の波長選択性回折格子４Ａが形成される。このように波長選択性回折格子４Ａを形成することで、精密加工が不要となる。また、光ピックアップ装置１Ａの小型化および短波長化に対応できる。光ピックアップ装置は、光学機器の一種である。

［実施の形態２］
図１８は、この発明の実施の形態２による光ピックアップ装置１Ｂの概略的な構成を示した図である。

図１８を参照して、実施の形態２の光ピックアップ装置１Ｂは、波長選択性回折格子４Ａが波長選択性回折格子４Ｂに置き換えられた点において、実施の形態１の光ピックアップ装置１Ａと異なる。ここでは、実施の形態１と重複する説明は繰り返さない。波長選択性回折格子４Ｂは、透明基板上の２種類の感光性材料層の間に接着層が設けられている点で、波長選択性回折格子４Ａと異なる。

図１９は、波長選択性回折格子４Ｂの構造を説明するための断面図である。
図１９を参照して、実施の形態２の波長選択性回折格子４Ｂは、透明基板１１と、波長選択性ホログラム１２と、接着層１５と、波長選択性ホログラム１３とが順に積層されている。波長選択性ホログラム１２は、波長λ１の光ビームＬＸを回折する。波長選択性ホログラム１３は、波長λ２の光ビームＬＹを回折する。波長選択性ホログラム１２，１３の形成および効果は、実施の形態１と同様である。ただし、波長選択性ホログラム１２，１３の間に接着層１５が設けられたことで、次のような効果がある。

波長選択性ホログラム１２，１３は、体積ホログラムで作製されており、感光性材料としてフォトポリマが用いられている。波長選択性ホログラム１２，１３を積層する際、層間の密着性を高めるために接着層１５が設けられている。接着層１５としては、たとえば、プライマ処理が施された透明ガラス薄板、波長選択性ホログラム１２上に直接塗布される高分子材料膜が挙げられる。

波長選択性ホログラム１２の感光性材料層を形成する際、スタンパを用いて加圧しながら膜厚を調整し、その後スタンパを外す。その際、離型性をよくするために、離型剤をスタンパに塗布する。しかし、加圧の際に感光性材料層と離型剤とが接触するため、感光性材料層上にも離型剤が残る。この上に、波長選択性ホログラム１３の感光性材料層を直接形成した場合、波長選択性ホログラム１３が外れやすい状態となる。

また、全く異なる組成の感光性材料層を有する波長選択性ホログラムであれば、密着性が十分に高められない。それ以外の塗布方法でも、たとえば使用時の温度変化による材料の伸縮、光照射による材料の経時変化などによって、感光性材料層の間の密着性が低下することがある。密着性が維持できなくなり、波長選択性ホログラムの形状が変化すると、光ピックアップ装置の信号を誤認識する可能性がある。

上記に対し、実施の形態２では、２種類の感光性材料間の密着性を高めるために接着層１５を設けている。これにより、波長選択性ホログラム１２，１３間の密着性が高まり、安定した品質の波長選択性回折格子４Ｂを提供できる。

［実施の形態３］
図２０は、この発明の実施の形態３による光ピックアップ装置１Ｃの概略的な構成を示した図である。

図２０を参照して、実施の形態３の光ピックアップ装置１Ｃは、波長選択性回折格子４Ａが波長選択性回折格子４Ｃに置き換えられた点において、実施の形態１の光ピックアップ装置１Ａと異なる。ここでは、実施の形態１と重複する説明は繰り返さない。波長選択性回折格子４Ｃは、透明基板上に１種類の感光性材料層を形成している点で、波長選択性回折格子４Ａと異なる。

図２１は、波長選択性回折格子４Ｃの構造を説明するための断面図である。
図２１を参照して、実施の形態３の波長選択性回折格子４Ｃは、透明基板１１上に波長選択性ホログラム１７が積層されている。波長選択性ホログラム１７は、波長λ１の光ビームＬＸおよび波長λ２の光ビームＬＹの両方に感度を有する感光性材料層により形成されている。波長選択性ホログラム１７では、波長λ１，λ２と同じまたは近傍の波長λ１ｚ，λ２ｚの記録光ＬＸ，ＬＹにより、それぞれの波長に対応するようにホログラムが記録される。この場合も、実施の形態１と同様に、波長選択性ホログラム１７に入射した収束光を収束光の状態で回折させることが可能となる。

上記のように、実施の形態３では、１種類の感光性材料層中に波長多重された体積ホログラムが記録される点において実施の形態１と異なる。波長選択性回折格子４Ｃでは、感光性材料層の塗布工程を１回にまとめられ、感光性材料も１種類でよい。そのため、波長選択性回折格子４Ｃの製造コストを下げることができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態によれば、波長選択性を有する体積型ホログラムを形成することで、決まった波長の光ビームを決まった回折効率で決まった回折方向に回折させることができる。そのため、本発明は、たとえば、レーザ光や指向性の高いＬＥＤ（Light Emitting Diode）光を用いた光ピックアップ装置、小型プロジェクタなどの光学機器、電子機器に応用することができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 光ピックアップ装置、２ａ，２ｂ 光源、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 波長選択性回折格子、４ａ〜４ｆ ホログラムパターン、５ 受光素子、１１，３１ 透明基板、１２，１３，１７，３５，３９ 波長選択性ホログラム、１５ 接着層、２１ 記録材料、２３ 干渉縞、３２，３６ 感光性材料、３３，３７ 感光性材料層、４０ 保護層、６０ 光源部、６１，７１ ビームスプリッタ、７２ コリメータレンズ、７３ 対物レンズ、７４ 凹レンズ、８０ 受光部、１００ 光ディスク。

Claims (8)

1. 第１の波長および第２の波長を含む複数の波長帯の光ビームを回折する波長選択性回折格子であって、
   前記第１の波長の光ビームを回折し、その他の波長の光ビームは透過させる第１の体積ホログラムと、
   前記第２の波長の光ビームを回折し、その他の波長の光ビームは透過させる第２の体積ホログラムとを含む、波長選択性回折格子。
2. 前記第１の体積ホログラムと前記第２の体積ホログラムとの間に接着層をさらに含む、請求項１に記載の波長選択性回折格子。
3. 第１の波長および第２の波長を含む複数の波長帯の光ビームを回折する波長選択性回折格子であって、
   基板と、
   前記基板上に積層され、前記第１および第２の波長の光ビームを回折し、その他の波長の光ビームは透過させる体積ホログラムとを含む、波長選択性回折格子。
4. 前記体積ホログラムは、入射面内に１つ以上のホログラムパターンが形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の波長選択性回折格子。
5. 前記体積ホログラムは、前記第１および第２の波長の光ビームの各々に感度を有する感光性材料に対して干渉露光することにより形成される、請求項１〜４のいずれかに記載の波長選択性回折格子。
6. 前記体積ホログラムは、収束光を受けて、前記収束光を収束光の状態で回折する、請求項１〜５のいずれかに記載の波長選択性回折格子。
7. 第１の波長および第２の波長を含む複数の波長帯の光ビームを回折する波長選択性回折格子の製造方法であって、
   第１の波長に感度を有する第１の感光性材料を基板上に塗布する工程と、
   前記第１の波長の光ビームを用いて、収束光同士を前記第１の感光性材料内で干渉させて第１の体積ホログラムを記録する工程と、
   前記体積ホログラム上に、前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する第２の感光性材料を塗布する工程と、
   前記第２の波長の光ビームを用いて、収束光同士を前記第２の感光性材料内で干渉させて第２の体積ホログラムを記録する工程とを備える、波長選択性回折格子の製造方法。
8. 第１の波長および第２の波長を含む複数の波長帯の光ビームを発する光源部と、
   前記第１の波長の光ビームを回折し、その他の波長の光ビームは透過させる第１の体積ホログラムと、前記第２の波長の光ビームを回折し、その他の波長の光ビームは透過させる第２の体積ホログラムとを含む波長選択性回折格子と、
   前記波長選択性回折格子から回折された前記第１および第２の波長を含む複数の波長帯の光ビームを受光する受光部とを備える、光学機器。

Images