JP3598703B2 - 光ヘッド装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスク、光磁気ディスク等の光記録媒体に、情報を読み取り及び／又は記録するための光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスク及び光磁気ディスク等に光学的情報を書き込んだり、光学的情報を読み取る光ヘッド装置としては、ディスクの記録面から反射された信号光を検出部へ導光（ビームスプリット）する光学部品としてプリズム式ビームスプリッタを用いたものと、回折格子又はホログラム素子を用いたものとが知られていた。
【０００３】
従来、光ヘッド装置用の回折格子又はホログラム素子は、ガラスやプラスチック基板上に、矩形の断面を有する矩形格子（レリーフ型の等方性回折格子）をドライエッチング法又は射出成形法によって形成し、これによって光を回折しビームスプリット機能を付与していた。
【０００４】
また、光の利用効率が１０％程度の等方性回折格子よりも光の利用効率を上げようとした場合、偏光を利用することが考えられる。偏光を利用しようとすると、プリズム式ビームスプリッタにλ／４板を組合せて、往路（光源側から光記録媒体側へ向かう方向）及び復路（光記録媒体側から光源側及び検出部側へ向かう方向）の効率を上げて往復効率を上げる方法があった。
【０００５】
しかし、プリズム式偏光ビームスプリッタは高価であり、他の方式が模索されていた。一つの方式としてＬｉＮｂＯ３等の複屈折結晶の平板を用い、表面に異方性回折格子を形成し偏光選択性をもたせる方法が知られている。しかし、複屈折結晶自体が高価であり、民生分野への適用は困難である。また通常プロトン交換法によって格子を形成する場合、プロトン交換液中のプロトンがＬｉＮｂＯ３基板中に拡散しやすいため、細かいピッチの格子を形成するのが困難であるという問題もあった。
【０００６】
等方性回折格子は前述のように、往路の利用効率が５０％程度で、復路の利用効率が２０％程度であるため、往復で１０％程度が限界である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述の問題を解決すべくなされたものであり、高い光の利用効率と高い信頼性を有する光ヘッド装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源からの光を回折素子を通して光記録媒体に照射することにより、情報を読み取り及び／又は情報を書き込む光ヘッド装置において、前記回折素子は、２枚の透明基板間に挟持された光学異方性を有する高分子液晶からなる光学異方性回折格子を備え、前記高分子液晶の配向方向が周期的に変化していて、周期的に変化している該配向方向が固定されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。このとき、前記配向方向が周期的に変化していて、周期的に変化している該配向方向が固定されている高分子液晶は、重合性の液晶材料を配向方向が周期的に変化している状態で高分子化させて形成されていることが好ましい。
【０００９】
本発明の好ましい態様では、前記２枚の透明基板には各々電極が設けられ、２つの電極の少なくとも一方は周期的に形成されている。このような構成により、周期的に形成された分割電極に相当する部分と、分割電極が形成されていない部分とで、電界印加時の液晶材料の配向状態を異なるようにでき、光学異方性回折格子を電界により容易に形成できる。このとき、前記２枚の透明基板間のギャップが６μｍ以下とすることが好ましい。
【００１０】
本発明の好ましい他の態様では、２つの電極の両方が周期的に形成されてなり、前記２枚の透明基板間において前記２つの電極が非対称である。これは、高分子液晶セルが形成された状態において、２枚の透明基板間の中心に位置し２枚の透明基板に平行な中心面に関して、非対称であるという意味である。このような構成により、２つの電極の各々の分割電極は、その位置及び／又は大きさが異なる状態で対面することになり、上下一対の分割電極でみた場合、高分子液晶の分割電極による配向部を左右非対称となしうる。したがって、±１次回折光のうちいずれかの回折効率が高い光学異方性回折格子を電界により容易に形成できる。
【００１１】
これらの場合、その少なくとも一方の周期的に形成された電極の幅が、周期ピッチの３０〜４５％とされていることが好ましい。
また、２つの電極の両方が周期的に形成され、両方の電極の幅が周期ピッチの３０〜４５％とされていてもよい。この場合には、上下の電極を同じ幅としてもよい。
【００１２】
本発明の好ましい他の態様では、少なくとも一方の透明基板の液晶と接する側の面に配向膜が設けられ、少なくとも一方の配向膜が周期的に配向力の異なる配向膜を含んでいる。このような構成により、周期的に配向力の異なる配向膜の分割配向膜により高分子液晶の配向状態に分布を付与できる。さらには、複数の分割配向膜を１周期とした場合、周期の方向における高分子液晶の配向状態を左右非対称となしうる。したがって、±１次回折光のうちいずれかの回折効率が部分的に高い光学異方性回折格子を容易に形成できる。
【００１３】
本発明の好ましい他の態様では、２枚の透明基板の両方の配向膜が周期的に配向力の異なる配向膜を各々含み、前記２枚の透明基板間において周期的に配向力の異なる配向膜が非対称である。これは、高分子液晶セルが形成された状態において、２枚の透明基板間の中心に位置し２枚の透明基板に平行な中心面に関して、非対称であることを意味する。このような構成により、２つの周期的に配向力の異なる配向膜の各々の分割配向膜は、上下一対の分割配向膜でみた場合、高分子液晶の分割配向膜による配向部を左右非対称となしうる。したがって、±１次回折光のうちいずれかの回折効率が高い光学異方性回折格子を配向膜により容易に形成できる。
【００１４】
さらに本発明は、光源からの光を回折素子を通して光記録媒体に照射することにより、情報を読み取り及び／又は情報を書き込む光ヘッド装置の製造方法において、２枚の透明基板に各々電極を設け、２つの電極の少なくとも一方は周期的に形成し、２枚の透明基板の少なくとも一方の透明基板の液晶材料に接する側の面に配向膜を設け、２枚の透明基板間に重合性の液晶材料を挟持し、前記電極に周期的な電界を印加して液晶材料を配向させ、その状態で液晶材料を重合させることによって、光学異方性回折格子を有する回折素子を作製することを特徴とする光ヘッド装置の製造方法を提供する。
【００１５】
本発明の好ましい態様では、前記周期的に形成された電極の複数の分割電極を１周期として、前記１周期において各々の分割電極に印加する電界が異なるようにし、電界の周期の方向において１周期内の液晶材料の配向状態が左右非対称になるようにし、その後液晶材料を重合させる。このような方法により、電界の周期の方向において、１周期内でブレーズ（鋸）型回折格子等に等価な非対称回折格子を電界により容易に形成できる。したがって、±１次回折光のうちいずれかの回折効率が高い光学異方性回折格子を電界により容易に形成できる。
【００１６】
本発明の好ましい他の態様では、２枚の透明基板間に未重合の液晶材料を挟持し、周期的なマスク露光により周期的に液晶材料を重合させる工程Ａと、次いで全面露光により液晶材料全体を重合させる工程Ｂとを実行する際に、前記工程Ａ又は前記工程Ｂにおいて電圧を印加する。このような方法により以下のようなことがなされる。
【００１７】
電極及び配向膜を有する透明基板をラビング処理することによって、水平配向力のある透明基板を得る。２枚の透明基板をラビング方向が一致するように重ね合わせて、その間に光重合性を有する正の誘電異方性を有する液晶性モノマーを挟持する。透明基板上に簾状のマスクを置き、両透明基板間に電圧を印加しながら紫外光を照射し露光（工程Ａ）すると、垂直配向状態で重合した高分子液晶と未重合の液晶性モノマーの周期的な構造が形成される。マスクを取り外しさらに電圧を印加しないで全面露光（工程Ｂ）すると、先に未重合であった液晶性モノマーの部分が水平配向状態の高分子液晶となり、全体として周期的な配向状態を有する光学異方性回折格子となしうる。
【００１８】
この場合、工程Ｂにおいて電圧を印加すると、工程Ａでは水平配向状態で重合した高分子液晶と未重合の液晶性モノマーの周期的な構造が形成され、工程Ｂでは未重合であった液晶性モノマーの部分が垂直配向状態の高分子液晶となる。
【００１９】
さらに本発明では以下に示すような態様が好ましい。
前記回折素子の２枚の透明基板に施された配向処理の方向を電極の周期的格子と直交するようにすることが好ましい。そうすることにより、電界印加時に電極境界部周辺で生じる過渡領域の屈折率楕円体軸が入射偏光方向と平行又は垂直になり、素子透過光の偏光直線性が維持されやすい。加えて電極の周期的格子と平行に配向させた場合に比べて過渡領域の入射光の偏光軸に対する屈折率異方性が大きくとれる。
【００２０】
さらに好ましくは、２枚の透明基板間の配向方向の角度（交差角）を１８０°にする。本発明ではこの配向方向の角度はほぼ０°又は１８０°で使用されるが、０°の場合より１８０°の場合の方が電界の周期的なオンオフに対し、より応答性に優れ、急峻な格子形状が作製できる。さらに、２枚の透明基板間のギャップを６μｍ以下にすることにより、駆動電圧が低減し電極境界からの電界の漏れに起因する格子形状の矩形からの乖離が低減するため好ましい。
【００２１】
また、上記電極幅の異なる電極を用いる場合においては、上下の電極を非対称に配置することにより片側の回折効率を上げうる。特に、狭い方の電極の幅を電極の周期ピッチの３０〜４５％にすることにより、対称格子の理論限界値４０％を超えうる。加えて、２枚の透明基板間のギャップを前述の６μｍ以下にすることにより、電極境界からの漏れ電界を抑制し電極の非対称性をより強く配向部に反映させられる。さらに配向部を非対称化し、片側効率の他方に対する割合を１．５倍以上にするためには、ギャップ３μｍ以下にすることが好ましい。
【００２２】
また、片側べた電極又は両側とも周期的な電極で上下の電極が対称である場合においても、少なくとも一方の電極の幅を電極の周期ピッチの３０〜４５％にすることが好ましい。上下の電極間への電圧印加をした際には、電界が電極幅のやや外側まで樽型に広がる。このため、電極の幅を電極の周期ピッチの５０％とするよりも４５％以下とする方が、回折効率が向上する。また、電極の幅を電極の周期ピッチの３０％未満とすると、電界の樽型のふくらみが相対的に大きくなる。このため、液晶がその電界に沿って配列し、格子の屈折率分布が不鮮明になりやすく、かえって回折効率が低下しやすくなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明では、２枚の透明基板の少なくとも一方の透明基板の高分子液晶に接する側の面に、周期的な電極（透明電極）を設ける。すなわち、一方が周期的な電極で他方がべた電極、又は両方を周期的な電極とする。このような２枚の透明基板で未重合の液晶材料（液晶性モノマー）を挟持し、前記電極に電界を印加した状態で重合させることによって、周期的な配向構造を持った高分子液晶による光学異方性回折格子を形成する。
【００２４】
このとき、未重合の液晶材料は、使用する液晶が正の誘電異方性を有する場合には、電界を印加された部分は液晶分子が電界に平行で透明基板に垂直に配向する。電界を印加しない部分は、透明基板に平行で配向膜のラビング方向に平行に配向する。
【００２５】
配向膜が垂直配向能を有し、使用する液晶材料が負の誘電異方性を有する場合には、電界を印加しない部分は透明基板に垂直に、電界を印加した部分は透明基板に平行に配向する。
【００２６】
配向膜の配向能力の違いを利用して、フォトリソグラフィ法とラビング法の組合せによって、垂直配向領域と水平配向領域の周期的パターンを形成することもできる。さらに電界を交互にかけることによって、電界分布を改善できる。この場合、配向膜は省略できる。
【００２７】
上記の方法により、液晶材料の配向に分布を付与した状態のまま、熱、紫外線等により全体を高分子化することにより、配向の分布を固定したまま固化させうる。
【００２８】
高分子液晶とは液晶性モノマーから生成したポリマーであって、ここではその屈折率異方性が０．０２以上のポリマーをいう。したがって高分子液晶自身が液晶性を示す必要はない。
【００２９】
高分子液晶は液晶性モノマーを光又は熱によって重合して製造することが好ましい。特に紫外光又は可視光で重合しうる液晶モノマーは、フォトリソプロセスによってオンサイトで（基板上で直接）高分子液晶を製造でき、好ましい。
【００３０】
液晶性モノマーとは室温又は光重合時の温度において液晶性を示すモノマーをいう。液晶性とはネマチック、スメクチック、コレステリックなど公知の液晶相を示すことをいうが、コレステリックのように分子の螺旋のピッチが短い場合は本発明にそぐわず不適である。
【００３１】
液晶性モノマーとしては、アクリル酸又はメタクリル酸等のエステル類中から選ぶのが好ましい。エステルを形成するアルコール残基にフェニル基が１個以上、特には２個又は３個、含まれていることが好ましい。さらにエステルを形成するアルコール残基にシクロヘキシル基が１個含まれていてもよい。液晶性モノマーはその液晶として存在できる温度範囲を広げるために、２成分以上混合して用いうる。
【００３２】
本発明の光ヘッド装置は、光学的には以下のように機能する。図１の回折素子の配向膜のラビング方向は電極の格子に垂直（図１の左右方向）な方向とした。以下の説明ではＰ波は図１の紙面に平行な方向に偏光した光を意味する。回折素子の光源側（図１では下方）から入射したＳ波（図１の紙面に垂直な方向に偏光した光）は、下方から光学異方性回折格子に入射する。
【００３３】
このとき光学異方性回折格子は、Ｓ波に対しては高分子液晶の垂直配向部と水平配向部が光学的に一様であるため、Ｓ波は何の変化も受けない。Ｓ波はそのままλ／４板に入射し、円偏光に変化し、非球面レンズ（対物レンズ）を透過し、ほぼ１００％の光が光記録媒体の記録面に到達する。
【００３４】
光記録媒体から反射し再び非球面レンズを通り戻ってきた光は、再びλ／４板を通過し、偏光方向が９０°異なったＰ波に変化する。Ｐ波が光学異方性回折格子に入射すると、Ｐ波に対しては高分子液晶の垂直配向部と水平配向部の屈折率が異なるため回折格子として機能する。そのとき、１次回折光として約４０％、−１次回折光として約４０％の回折効率が得られる。光検出器を一方にのみ配置した場合で４０％、両方に配置した場合は計８０％の光利用効率が得られる。
【００３５】
さらに、２つの透明基板に各々設けられた２つの周期的な電極を、その位置及び／又は大きさを非対称にすることにより、電極部に相当し電界によって特定方向に配向された高分子液晶を左右非対称に形成できる。したがって、±１次回折光のいずれかの回折効率が高い光学異方性回折格子となしうる。
【００３６】
【実施例】
［例１］
図１に示すように、厚さ３ｍｍ、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ角のガラス基板１の１表面に、ＩＴＯのべたの透明電極２を形成する。もう１枚の同じガラス基板４を用意し、その表面にフォトリソグラフィ法とドライエッチング法により、ＩＴＯの透明電極２を周期的に形成した。周期的透明電極は、電極部分の幅と電極のない部分の幅を約１：１とした。
【００３７】
その後、スピンコート法により１００ｎｍ程度のポリイミド膜３を、２枚のガラス基板１、４の透明電極２を形成した面に成膜した。前記ポリイミド膜３を水平配向のためにラビング処理を行った。この際、電極を形成した基板のラビングの方向は、透明電極２の格子に垂直（周期の方向）とした。２枚のガラス基板を透明電極２が対向し、上下の基板間の配向方向の角度が１８０°になるように配置し、２枚のガラス基板間のギャップを３μｍとした。
【００３８】
そのギャップに４’−ω−アクリロイルオキシアルキルオキシ−４−シアノビフェニルと、４−ω−アクリロイルオキシアルキルオキシ安息香酸４’−ｎ−アルキルオキシフェニルエステルとを主成分とする液状の液晶材料（液晶性モノマー）を注入し、２枚のガラス基板間に挟持させた。このとき、液晶性モノマーには光重合開始材としてベンゾインイソプロピルエーテルを１％添加して紫外線硬化性の液晶性モノマー組成物とした。
【００３９】
その後電極に５Ｖを印加し、電極を周期的に形成した分割電極に相当する液晶性モノマー組成物を垂直に配向せしめた（垂直配向部７）。分割電極に相当しない部分は水平配向部８となった。分割電極のピッチ（周期）は４μｍで、１つの分割電極の幅は２μｍとした。その後波長３６０ｎｍの紫外線を全体に照射し、上記の配向状態のまま液晶性モノマー組成物全体を重合せしめ固化することによって、全体を固定した。
【００４０】
ガラス基板４の上面（液晶と反対側の面）にλ／４板５を透明接着剤により積層接着し、さらにλ／４板５の上面に平坦性のよいガラス基板６を透明接着剤により積層接着した。ガラス基板６は回折素子全体の光入出射面における波面収差を改善するために設けられるが、λ／４板５の平坦性がよい場合は省略もできる。このようにして光学異方性回折格子を有する回折素子を作製した。
【００４１】
前記回折素子は、Ｓ波（図１においては紙面に垂直な方向に偏光した光）に対しては、電界印加部（垂直配向部７）で屈折率１．５２（常光屈折率）、非電界印加部（水平配向部８）で屈折率１．５３（常光屈折率）であった。Ｐ波（図１においては紙面に垂直方向に偏光した光）に対しては、電界印加部で屈折率１．５４（常光屈折率）、非電界印加部で屈折率１．６６（異常光屈折率）が得られ、屈折率差として０．１２程度が得られた。
【００４２】
光源として半導体レーザ（光波長７８０ｎｍ）、前記回折素子、λ／４板、非球面レンズ（対物レンズ）、光ディスク、光検出器としてフォトダイオードを用い、光ヘッド装置を作製した。光波長７８０ｍの入射光（Ｓ波）に対する光透過率は約８０％で、光ディスクからの反射光（円偏光）がλ／４板により変換されたＰ波に対する回折効率は、±１次回折光ともに約２５％が得られた。
【００４３】
［例２］
透明電極２の構成を以下のように変えた以外は例１と同様にして回折素子を作製した。
【００４４】
図２に示すように、ガラス基板１側の透明電極２を周期的に形成し、１つの分割電極の幅は４μｍで、ピッチは８μｍとした。ガラス基板４側の透明電極２も周期的に形成し、１つの分割電極の幅は２μｍで、ピッチは８μｍとした。この際も、配向方向はいずれの基板も格子と直交する方向（周期方向）とし、上下の基板間の配向方向の角度は１８０°とした。
【００４５】
この場合、Ｓ波に対しては、電界印加部（垂直配向部７）で屈折率１．５２（常光屈折率）、非電界印加部（水平配向部８）で屈折率１．５２（常光屈折率）であった。Ｐ波に対しては、電界印加部で屈折率１．５３（常光屈折率）、非電界印加部で屈折率１．６５（異常光屈折率）が得られ、屈折率差として０．１２程度が得られた。
【００４６】
光源として半導体レーザ（光波長７８０ｎｍ）、前記回折素子、λ／４板、非球面レンズ（対物レンズ）、光ディスク、光検出器としてフォトダイオードを用い、光ヘッド装置を作製した。光波長７８０ｎｍの入射光（Ｓ波）に対する光透過率は約７８％で、光ディスクからの反射光（円偏光）がλ／４板により変換されたＰ波に対する回折効率は、＋１次回折光で約２８％、−１次回折光で約１９％が得られた。
【００４７】
［例３］
透明電極２を形成せず、配向膜を以下のように構成した以外は例１と同様にして回折素子を作製した。
【００４８】
ガラス基板１、４のそれぞれに、フォトリソグラフィ法とマスクラビング法により、水平配向膜（ポリイミド膜）と垂直配向膜を交互に形成した。垂直配向膜はフッ素系界面活性剤（Ｃ８Ｆ１７ＳＯ２ＮＨ（ＣＨ２）３Ｎ＋（ＣＨ３）３・Ｉ−）をコートし形成した。水平配向膜どうしと垂直配向膜どうしが対面するようにして（ガラス基板１、４間で対称になるようにして）、ガラス基板１、４をギャップ５μｍで積層接着した。水平配向膜の幅を４μｍ、垂直配向膜の幅を４μｍとして、ピッチ８μｍの配向力が周期的に異なる周期的に配向力の異なる配向膜とした。この際、水平配向部の配向方向は、交互に形成されている周期の方向とした。また、上下の基板間の配向方向の角度は１８０°とした。
【００４９】
この場合、Ｓ波に対しては、垂直配向部で屈折率１．５３（常光屈折率）、水平配向部で屈折率１．５３（常光屈折率）であった。Ｐ波に対しては、垂直配向部で屈折率１．５４（常光屈折率）、水平配向部で屈折率１．６５（異常光屈折率）が得られ、屈折率差として０．１１程度が得られた。
【００５０】
光源として半導体レーザ（光波長７８０ｎｍ）、前記回折素子、λ／４板、非球面レンズ（対物レンズ）、光ディスク、光検出器としてフォトダイオードを用い、光ヘッド装置を作製した。光波長７８０ｎｍの入射光（Ｓ波）に対する光透過率は約７０％で、光ディスクからの反射光（円偏光）がλ／４板により変換されたＰ波に対する回折効率は、＋１次回折光で約２０％、−１次回折光で約２０％が得られた。
【００５１】
［例４］
透明電極２の構成を以下のように変えた以外は例１と同様にして回折素子を作製した。
【００５２】
ガラス基板１、４に、透明電極２を周期的に形成した。９μｍを１周期として、１周期中にほぼ３μｍ幅の非電極部と約３μｍ幅の分割電極２つを、端から前記順で設けた。前記非電極部どうしと分割電極どうしが対面するようにして（ガラス基板１、４間で対称になるようにして）、ガラス基板１、４をギャップ５μｍで積層接着した。１周期中で中央部の分割電極Ｄには２Ｖを印加し、もう一つの分割電極Ｅには５Ｖを印加した。
【００５３】
このようにして、非電極部の液晶性モノマーは水平配向部となり、分割電極Ｅに相当する部分は垂直配向部となり、分割電極Ｄに相当する部分は水平配向と垂直配向のほぼ中間の配向状態となった。したがって、１周期内の配向状態は左右非対称となった。その後波長３６０ｎｍの紫外線を全体に照射し、上記の配向状態のまま液晶性モノマー組成物全体を重合せしめ固化することによって、全体を固定した。
【００５４】
この場合、Ｓ波に対しては、垂直配向部で屈折率１．５２（常光屈折率）、中間の配向状態の部分で屈折率１．５２（常光屈折率）、水平配向部で屈折率１．５２（常光屈折率）であった。Ｐ波に対しては、垂直配向部で屈折率１．６６（常光屈折率）、中間の配向状態の部分で屈折率１．６０、水平配向部で屈折率１．５４（異常光屈折率）が得られ、屈折率が段階的に変化するようにした。
【００５５】
光源として半導体レーザ（光波長７８０ｎｍ）、前記回折素子、λ／４板、非球面レンズ（対物レンズ）、光ディスク、光検出器としてフォトダイオードを用い、光ヘッド装置を作製した。光波長７８０ｎｍの入射光（Ｓ波）に対する光透過率は約８０％で、光ディスクからの反射光（円偏光）がλ／４板により変換されたＰ波に対する回折効率は、＋１次回折光で約２９％、−１次回折光で約２０％が得られた。
【００５６】
［例５］
図１に示すように、厚さ１．１ｍｍ、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ角のガラス基板１、４の１表面に、厚さ１０００ＡのＩＴＯの透明電極２を形成する。ガラス基板１、４のＩＴＯ電極にフォトリソグラフィ法とウエットエッチング法により、ＩＴＯの透明電極２を周期的に形成した。この際、周期的透明電極は、電極部分の幅と電極の無い部分の幅を約０．８：１．２とした。
【００５７】
その後、スピンコート法により１００ｎｍ程度のポリイミド膜３を、２枚のガラス基板１、４の透明電極２を形成した面に成膜した。前記ポリイミド膜３を水平配向のためにラビング処理をＩＴＯ電極格子に対し直交する方向に行った。２枚のガラス基板を透明電極２が対向し、上下の基板間の配向方向の角度が１８０°となるように配置し、２枚のガラス基板間のギャップを５μｍとした。
【００５８】
そのギャップに４’−ω−アクリロイルオキシアルキルオキシ−４−シアノビフェニルと、４−ω−アクリロイルオキシアルキルオキシ安息香酸４’−ｎ−アルキルオキシフェニルエステルとを主成分とする液状の液晶材料（液晶性モノマー）を注入し、２枚のガラス基板間に挟持させた。このとき、液晶性モノマーには光重合開始材としてベンゾインイソプロピルエーテルを１％添加して紫外線硬化性の液晶性モノマー組成物とした。
【００５９】
その後電極に５Ｖ、１００Ｈｚの矩形交流電圧を印加し、電極を周期的に形成した分割電極に相当する液晶性モノマー組成物を垂直に配向せしめた（垂直配向部７）。分割電極に相当しない部分は水平配向部８となった。分割電極のピッチ（周期）は２０μｍで、１つの分割電極の幅は８μｍとした。その後波長３６０ｎｍの紫外線を全体に照射し、上記の配向状態のまま液晶性モノマー組成物全体を重合せしめ固化することによって、全体を固定した。
【００６０】
ガラス基板４の上面（液晶と反対側の面）にλ／４板５を透明接着剤により積層接着し、さらにλ／４板５の上面に平坦性のよいガラス基板６を透明接着剤により積層接着した。ガラス基板６は回折素子全体の光入出射面における波面収差を改善するために設けられるが、λ／４板５の平坦性がよい場合は省略もできる。このようにして光学異方性回折格子を有する回折素子を作製した。
【００６１】
前記回折素子は、Ｓ波（図１においては紙面の垂直方向に偏光した光）に対しては、電界印加部（垂直配向部７）で屈折率１．５２（常光屈折率）、非電界印加部（水平配向部８）で屈折率１．５３（常光屈折率）であった。Ｐ波（図１においては紙面に平行に偏光した光）に対しては、電界印加部で屈折率１．５４（常光屈折率）、非電界印加部で屈折率１．６６（異常光屈折率）が得られ、屈折率差として０．１２程度が得られた。
【００６２】
光源として半導体レーザ（光波長７８０ｎｍ）、前記回折素子、λ／４板、非球面レンズ（対物レンズ）、光ディスク、光検出器としてフォトダイオードを用い、光ヘッド装置を作製した。光波長７８０ｎｍの入射光（Ｓ波）に対する光透過率は約８４％で、光ディスクからの反射光（円偏光）がλ／４板により変換されたＰ波に対する回折効率は、±１次回折光ともに約３２％が得られた。
【００６３】
［例６］
透明電極２の構成を以下のように変えた以外は例５と同様にして回折素子を作製した。
【００６４】
図２に示すように、ガラス基板１側の透明電極２を周期的に形成し、１つの分割電極の幅は８μｍで、ピッチは１６μｍとした。ガラス基板４側の透明電極２も周期的に形成し、１つの分割電極の幅は６μｍで、ピッチは１６μｍとした。また２枚の基板間のギャップは３μｍとした。紫外光照射時には７Ｖ、１００Ｈｚの矩形交流電圧を印加した。
【００６５】
この場合、Ｓ波に対しては、電界印加部（垂直配向部７）で屈折率１．５２（常光屈折率）、非電界印加部（水平配向部８）で屈折率１．５２（常光屈折率）であった。Ｐ波に対しては、電界印加部で屈折率１．５３（常光屈折率）、非電界印加部で屈折率１．６５（異常光屈折率）が得られ、屈折率差として０．１２程度が得られた。
【００６６】
光源として半導体レーザ（光波長７８０ｎｍ）、前記回折素子、λ／４板、非球面レンズ（対物レンズ）、光ディスク、光検出器としてフォトダイオードを用い、光ヘッド装置を作製した。光波長７８０ｍの入射光（Ｓ波）に対する光透過率は約８９％で、光ディスクからの反射光（円偏光）がλ／４板により変換されたＰ波に対する回折効率は、＋１次回折光で約４０％、−１次回折光で約２６％が得られた。
【００６７】
【発明の効果】
本発明により、電極を周期的に形成したり、配向膜の配向方向を周期的に変化させることにより、小さいピッチ（周期）の光学異方性回折格子が容易に得られる。また、分割電極又は分割配向膜を２枚の透明基板間で非対称にすることにより、非対称な光学異方性回折格子を容易に形成できるので、±１次回折光のうちいずれかの回折効率が高い回折素子を容易に作製できる。また電極のみによって液晶性モノマーを電界により配向させうるので、配向膜を省略することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示し、光ヘッド装置用の回折素子の側断面図。
【図２】本発明の実施例を示し、光ヘッド装置用の回折素子の部分側断面図。
【符号の説明】
１：ガラス基板
２：透明電極
３：ポリイミド膜
４：ガラス基板
５：λ／４板
６：ガラス基板
７：垂直配向部
８：水平配向部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスク、光磁気ディスク等の光記録媒体に、情報を読み取り及び／又は記録するための光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスク及び光磁気ディスク等に光学的情報を書き込んだり、光学的情報を読み取る光ヘッド装置としては、ディスクの記録面から反射された信号光を検出部へ導光（ビームスプリット）する光学部品としてプリズム式ビームスプリッタを用いたものと、回折格子又はホログラム素子を用いたものとが知られていた。
【０００３】
従来、光ヘッド装置用の回折格子又はホログラム素子は、ガラスやプラスチック基板上に、矩形の断面を有する矩形格子（レリーフ型の等方性回折格子）をドライエッチング法又は射出成形法によって形成し、これによって光を回折しビームスプリット機能を付与していた。
【０００４】
また、光の利用効率が１０％程度の等方性回折格子よりも光の利用効率を上げようとした場合、偏光を利用することが考えられる。偏光を利用しようとすると、プリズム式ビームスプリッタにλ／４板を組合せて、往路（光源側から光記録媒体側へ向かう方向）及び復路（光記録媒体側から光源側及び検出部側へ向かう方向）の効率を上げて往復効率を上げる方法があった。
【０００５】
しかし、プリズム式偏光ビームスプリッタは高価であり、他の方式が模索されていた。一つの方式としてＬｉＮｂＯ３等の複屈折結晶の平板を用い、表面に異方性回折格子を形成し偏光選択性をもたせる方法が知られている。しかし、複屈折結晶自体が高価であり、民生分野への適用は困難である。また通常プロトン交換法によって格子を形成する場合、プロトン交換液中のプロトンがＬｉＮｂＯ３基板中に拡散しやすいため、細かいピッチの格子を形成するのが困難であるという問題もあった。
【０００６】
等方性回折格子は前述のように、往路の利用効率が５０％程度で、復路の利用効率が２０％程度であるため、往復で１０％程度が限界である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述の問題を解決すべくなされたものであり、高い光の利用効率と高い信頼性を有する光ヘッド装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源からの光を回折素子を通して光記録媒体に照射することにより、情報を読み取り及び／又は情報を書き込む光ヘッド装置において、前記回折素子は、２枚の透明基板間に挟持された光学異方性を有する高分子液晶からなる光学異方性回折格子を備え、前記高分子液晶の配向方向が周期的に変化していて、周期的に変化している該配向方向が固定されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。このとき、前記配向方向が周期的に変化していて、周期的に変化している該配向方向が固定されている高分子液晶は、重合性の液晶材料を配向方向が周期的に変化している状態で高分子化させて形成されていることが好ましい。
【０００９】
本発明の好ましい態様では、前記２枚の透明基板には各々電極が設けられ、２つの電極の少なくとも一方は周期的に形成されている。このような構成により、周期的に形成された分割電極に相当する部分と、分割電極が形成されていない部分とで、電界印加時の液晶材料の配向状態を異なるようにでき、光学異方性回折格子を電界により容易に形成できる。このとき、前記２枚の透明基板間のギャップが６μｍ以下とすることが好ましい。
【００１０】
本発明の好ましい他の態様では、２つの電極の両方が周期的に形成されてなり、前記２枚の透明基板間において前記２つの電極が非対称である。これは、高分子液晶セルが形成された状態において、２枚の透明基板間の中心に位置し２枚の透明基板に平行な中心面に関して、非対称であるという意味である。このような構成により、２つの電極の各々の分割電極は、その位置及び／又は大きさが異なる状態で対面することになり、上下一対の分割電極でみた場合、高分子液晶の分割電極による配向部を左右非対称となしうる。したがって、±１次回折光のうちいずれかの回折効率が高い光学異方性回折格子を電界により容易に形成できる。
【００１１】
これらの場合、その少なくとも一方の周期的に形成された電極の幅が、周期ピッチの３０〜４５％とされていることが好ましい。
また、２つの電極の両方が周期的に形成され、両方の電極の幅が周期ピッチの３０〜４５％とされていてもよい。この場合には、上下の電極を同じ幅としてもよい。
【００１２】
本発明の好ましい他の態様では、少なくとも一方の透明基板の液晶と接する側の面に配向膜が設けられ、少なくとも一方の配向膜が周期的に配向力の異なる配向膜を含んでいる。このような構成により、周期的に配向力の異なる配向膜の分割配向膜により高分子液晶の配向状態に分布を付与できる。さらには、複数の分割配向膜を１周期とした場合、周期の方向における高分子液晶の配向状態を左右非対称となしうる。したがって、±１次回折光のうちいずれかの回折効率が部分的に高い光学異方性回折格子を容易に形成できる。
【００１３】
本発明の好ましい他の態様では、２枚の透明基板の両方の配向膜が周期的に配向力の異なる配向膜を各々含み、前記２枚の透明基板間において周期的に配向力の異なる配向膜が非対称である。これは、高分子液晶セルが形成された状態において、２枚の透明基板間の中心に位置し２枚の透明基板に平行な中心面に関して、非対称であることを意味する。このような構成により、２つの周期的に配向力の異なる配向膜の各々の分割配向膜は、上下一対の分割配向膜でみた場合、高分子液晶の分割配向膜による配向部を左右非対称となしうる。したがって、±１次回折光のうちいずれかの回折効率が高い光学異方性回折格子を配向膜により容易に形成できる。
【００１４】
さらに本発明は、光源からの光を回折素子を通して光記録媒体に照射することにより、情報を読み取り及び／又は情報を書き込む光ヘッド装置の製造方法において、２枚の透明基板に各々電極を設け、２つの電極の少なくとも一方は周期的に形成し、２枚の透明基板の少なくとも一方の透明基板の液晶材料に接する側の面に配向膜を設け、２枚の透明基板間に重合性の液晶材料を挟持し、前記電極に周期的な電界を印加して液晶材料を配向させ、その状態で液晶材料を重合させることによって、光学異方性回折格子を有する回折素子を作製することを特徴とする光ヘッド装置の製造方法を提供する。
【００１５】
本発明の好ましい態様では、前記周期的に形成された電極の複数の分割電極を１周期として、前記１周期において各々の分割電極に印加する電界が異なるようにし、電界の周期の方向において１周期内の液晶材料の配向状態が左右非対称になるようにし、その後液晶材料を重合させる。このような方法により、電界の周期の方向において、１周期内でブレーズ（鋸）型回折格子等に等価な非対称回折格子を電界により容易に形成できる。したがって、±１次回折光のうちいずれかの回折効率が高い光学異方性回折格子を電界により容易に形成できる。
【００１６】
本発明の好ましい他の態様では、２枚の透明基板間に未重合の液晶材料を挟持し、周期的なマスク露光により周期的に液晶材料を重合させる工程Ａと、次いで全面露光により液晶材料全体を重合させる工程Ｂとを実行する際に、前記工程Ａ又は前記工程Ｂにおいて電圧を印加する。このような方法により以下のようなことがなされる。
【００１７】
電極及び配向膜を有する透明基板をラビング処理することによって、水平配向力のある透明基板を得る。２枚の透明基板をラビング方向が一致するように重ね合わせて、その間に光重合性を有する正の誘電異方性を有する液晶性モノマーを挟持する。透明基板上に簾状のマスクを置き、両透明基板間に電圧を印加しながら紫外光を照射し露光（工程Ａ）すると、垂直配向状態で重合した高分子液晶と未重合の液晶性モノマーの周期的な構造が形成される。マスクを取り外しさらに電圧を印加しないで全面露光（工程Ｂ）すると、先に未重合であった液晶性モノマーの部分が水平配向状態の高分子液晶となり、全体として周期的な配向状態を有する光学異方性回折格子となしうる。
【００１８】
この場合、工程Ｂにおいて電圧を印加すると、工程Ａでは水平配向状態で重合した高分子液晶と未重合の液晶性モノマーの周期的な構造が形成され、工程Ｂでは未重合であった液晶性モノマーの部分が垂直配向状態の高分子液晶となる。
【００１９】
さらに本発明では以下に示すような態様が好ましい。
前記回折素子の２枚の透明基板に施された配向処理の方向を電極の周期的格子と直交するようにすることが好ましい。そうすることにより、電界印加時に電極境界部周辺で生じる過渡領域の屈折率楕円体軸が入射偏光方向と平行又は垂直になり、素子透過光の偏光直線性が維持されやすい。加えて電極の周期的格子と平行に配向させた場合に比べて過渡領域の入射光の偏光軸に対する屈折率異方性が大きくとれる。
【００２０】
さらに好ましくは、２枚の透明基板間の配向方向の角度（交差角）を１８０°にする。本発明ではこの配向方向の角度はほぼ０°又は１８０°で使用されるが、０°の場合より１８０°の場合の方が電界の周期的なオンオフに対し、より応答性に優れ、急峻な格子形状が作製できる。さらに、２枚の透明基板間のギャップを６μｍ以下にすることにより、駆動電圧が低減し電極境界からの電界の漏れに起因する格子形状の矩形からの乖離が低減するため好ましい。
【００２１】
また、上記電極幅の異なる電極を用いる場合においては、上下の電極を非対称に配置することにより片側の回折効率を上げうる。特に、狭い方の電極の幅を電極の周期ピッチの３０〜４５％にすることにより、対称格子の理論限界値４０％を超えうる。加えて、２枚の透明基板間のギャップを前述の６μｍ以下にすることにより、電極境界からの漏れ電界を抑制し電極の非対称性をより強く配向部に反映させられる。さらに配向部を非対称化し、片側効率の他方に対する割合を１．５倍以上にするためには、ギャップ３μｍ以下にすることが好ましい。
【００２２】
また、片側べた電極又は両側とも周期的な電極で上下の電極が対称である場合においても、少なくとも一方の電極の幅を電極の周期ピッチの３０〜４５％にすることが好ましい。上下の電極間への電圧印加をした際には、電界が電極幅のやや外側まで樽型に広がる。このため、電極の幅を電極の周期ピッチの５０％とするよりも４５％以下とする方が、回折効率が向上する。また、電極の幅を電極の周期ピッチの３０％未満とすると、電界の樽型のふくらみが相対的に大きくなる。このため、液晶がその電界に沿って配列し、格子の屈折率分布が不鮮明になりやすく、かえって回折効率が低下しやすくなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明では、２枚の透明基板の少なくとも一方の透明基板の高分子液晶に接する側の面に、周期的な電極（透明電極）を設ける。すなわち、一方が周期的な電極で他方がべた電極、又は両方を周期的な電極とする。このような２枚の透明基板で未重合の液晶材料（液晶性モノマー）を挟持し、前記電極に電界を印加した状態で重合させることによって、周期的な配向構造を持った高分子液晶による光学異方性回折格子を形成する。
【００２４】
このとき、未重合の液晶材料は、使用する液晶が正の誘電異方性を有する場合には、電界を印加された部分は液晶分子が電界に平行で透明基板に垂直に配向する。電界を印加しない部分は、透明基板に平行で配向膜のラビング方向に平行に配向する。
【００２５】
配向膜が垂直配向能を有し、使用する液晶材料が負の誘電異方性を有する場合には、電界を印加しない部分は透明基板に垂直に、電界を印加した部分は透明基板に平行に配向する。
【００２６】
配向膜の配向能力の違いを利用して、フォトリソグラフィ法とラビング法の組合せによって、垂直配向領域と水平配向領域の周期的パターンを形成することもできる。さらに電界を交互にかけることによって、電界分布を改善できる。この場合、配向膜は省略できる。
【００２７】
上記の方法により、液晶材料の配向に分布を付与した状態のまま、熱、紫外線等により全体を高分子化することにより、配向の分布を固定したまま固化させうる。
【００２８】
高分子液晶とは液晶性モノマーから生成したポリマーであって、ここではその屈折率異方性が０．０２以上のポリマーをいう。したがって高分子液晶自身が液晶性を示す必要はない。
【００２９】
高分子液晶は液晶性モノマーを光又は熱によって重合して製造することが好ましい。特に紫外光又は可視光で重合しうる液晶モノマーは、フォトリソプロセスによってオンサイトで（基板上で直接）高分子液晶を製造でき、好ましい。
【００３０】
液晶性モノマーとは室温又は光重合時の温度において液晶性を示すモノマーをいう。液晶性とはネマチック、スメクチック、コレステリックなど公知の液晶相を示すことをいうが、コレステリックのように分子の螺旋のピッチが短い場合は本発明にそぐわず不適である。
【００３１】
液晶性モノマーとしては、アクリル酸又はメタクリル酸等のエステル類中から選ぶのが好ましい。エステルを形成するアルコール残基にフェニル基が１個以上、特には２個又は３個、含まれていることが好ましい。さらにエステルを形成するアルコール残基にシクロヘキシル基が１個含まれていてもよい。液晶性モノマーはその液晶として存在できる温度範囲を広げるために、２成分以上混合して用いうる。
【００３２】
本発明の光ヘッド装置は、光学的には以下のように機能する。図１の回折素子の配向膜のラビング方向は電極の格子に垂直（図１の左右方向）な方向とした。以下の説明ではＰ波は図１の紙面に平行な方向に偏光した光を意味する。回折素子の光源側（図１では下方）から入射したＳ波（図１の紙面に垂直な方向に偏光した光）は、下方から光学異方性回折格子に入射する。
【００３３】
このとき光学異方性回折格子は、Ｓ波に対しては高分子液晶の垂直配向部と水平配向部が光学的に一様であるため、Ｓ波は何の変化も受けない。Ｓ波はそのままλ／４板に入射し、円偏光に変化し、非球面レンズ（対物レンズ）を透過し、ほぼ１００％の光が光記録媒体の記録面に到達する。
【００３４】
光記録媒体から反射し再び非球面レンズを通り戻ってきた光は、再びλ／４板を通過し、偏光方向が９０°異なったＰ波に変化する。Ｐ波が光学異方性回折格子に入射すると、Ｐ波に対しては高分子液晶の垂直配向部と水平配向部の屈折率が異なるため回折格子として機能する。そのとき、１次回折光として約４０％、−１次回折光として約４０％の回折効率が得られる。光検出器を一方にのみ配置した場合で４０％、両方に配置した場合は計８０％の光利用効率が得られる。
【００３５】
さらに、２つの透明基板に各々設けられた２つの周期的な電極を、その位置及び／又は大きさを非対称にすることにより、電極部に相当し電界によって特定方向に配向された高分子液晶を左右非対称に形成できる。したがって、±１次回折光のいずれかの回折効率が高い光学異方性回折格子となしうる。
【００３６】
【実施例】
［例１］
図１に示すように、厚さ３ｍｍ、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ角のガラス基板１の１表面に、ＩＴＯのべたの透明電極２を形成する。もう１枚の同じガラス基板４を用意し、その表面にフォトリソグラフィ法とドライエッチング法により、ＩＴＯの透明電極２を周期的に形成した。周期的透明電極は、電極部分の幅と電極のない部分の幅を約１：１とした。
【００３７】
その後、スピンコート法により１００ｎｍ程度のポリイミド膜３を、２枚のガラス基板１、４の透明電極２を形成した面に成膜した。前記ポリイミド膜３を水平配向のためにラビング処理を行った。この際、電極を形成した基板のラビングの方向は、透明電極２の格子に垂直（周期の方向）とした。２枚のガラス基板を透明電極２が対向し、上下の基板間の配向方向の角度が１８０°になるように配置し、２枚のガラス基板間のギャップを３μｍとした。
【００３８】
そのギャップに４’−ω−アクリロイルオキシアルキルオキシ−４−シアノビフェニルと、４−ω−アクリロイルオキシアルキルオキシ安息香酸４’−ｎ−アルキルオキシフェニルエステルとを主成分とする液状の液晶材料（液晶性モノマー）を注入し、２枚のガラス基板間に挟持させた。このとき、液晶性モノマーには光重合開始材としてベンゾインイソプロピルエーテルを１％添加して紫外線硬化性の液晶性モノマー組成物とした。
【００３９】
その後電極に５Ｖを印加し、電極を周期的に形成した分割電極に相当する液晶性モノマー組成物を垂直に配向せしめた（垂直配向部７）。分割電極に相当しない部分は水平配向部８となった。分割電極のピッチ（周期）は４μｍで、１つの分割電極の幅は２μｍとした。その後波長３６０ｎｍの紫外線を全体に照射し、上記の配向状態のまま液晶性モノマー組成物全体を重合せしめ固化することによって、全体を固定した。
【００４０】
ガラス基板４の上面（液晶と反対側の面）にλ／４板５を透明接着剤により積層接着し、さらにλ／４板５の上面に平坦性のよいガラス基板６を透明接着剤により積層接着した。ガラス基板６は回折素子全体の光入出射面における波面収差を改善するために設けられるが、λ／４板５の平坦性がよい場合は省略もできる。このようにして光学異方性回折格子を有する回折素子を作製した。
【００４１】
前記回折素子は、Ｓ波（図１においては紙面に垂直な方向に偏光した光）に対しては、電界印加部（垂直配向部７）で屈折率１．５２（常光屈折率）、非電界印加部（水平配向部８）で屈折率１．５３（常光屈折率）であった。Ｐ波（図１においては紙面に垂直方向に偏光した光）に対しては、電界印加部で屈折率１．５４（常光屈折率）、非電界印加部で屈折率１．６６（異常光屈折率）が得られ、屈折率差として０．１２程度が得られた。
【００４２】
光源として半導体レーザ（光波長７８０ｎｍ）、前記回折素子、λ／４板、非球面レンズ（対物レンズ）、光ディスク、光検出器としてフォトダイオードを用い、光ヘッド装置を作製した。光波長７８０ｍの入射光（Ｓ波）に対する光透過率は約８０％で、光ディスクからの反射光（円偏光）がλ／４板により変換されたＰ波に対する回折効率は、±１次回折光ともに約２５％が得られた。
【００４３】
［例２］
透明電極２の構成を以下のように変えた以外は例１と同様にして回折素子を作製した。
【００４４】
図２に示すように、ガラス基板１側の透明電極２を周期的に形成し、１つの分割電極の幅は４μｍで、ピッチは８μｍとした。ガラス基板４側の透明電極２も周期的に形成し、１つの分割電極の幅は２μｍで、ピッチは８μｍとした。この際も、配向方向はいずれの基板も格子と直交する方向（周期方向）とし、上下の基板間の配向方向の角度は１８０°とした。
【００４５】
この場合、Ｓ波に対しては、電界印加部（垂直配向部７）で屈折率１．５２（常光屈折率）、非電界印加部（水平配向部８）で屈折率１．５２（常光屈折率）であった。Ｐ波に対しては、電界印加部で屈折率１．５３（常光屈折率）、非電界印加部で屈折率１．６５（異常光屈折率）が得られ、屈折率差として０．１２程度が得られた。
【００４６】
光源として半導体レーザ（光波長７８０ｎｍ）、前記回折素子、λ／４板、非球面レンズ（対物レンズ）、光ディスク、光検出器としてフォトダイオードを用い、光ヘッド装置を作製した。光波長７８０ｎｍの入射光（Ｓ波）に対する光透過率は約７８％で、光ディスクからの反射光（円偏光）がλ／４板により変換されたＰ波に対する回折効率は、＋１次回折光で約２８％、−１次回折光で約１９％が得られた。
【００４７】
［例３］
透明電極２を形成せず、配向膜を以下のように構成した以外は例１と同様にして回折素子を作製した。
【００４８】
ガラス基板１、４のそれぞれに、フォトリソグラフィ法とマスクラビング法により、水平配向膜（ポリイミド膜）と垂直配向膜を交互に形成した。垂直配向膜はフッ素系界面活性剤（Ｃ８Ｆ１７ＳＯ２ＮＨ（ＣＨ２）３Ｎ＋（ＣＨ３）３・Ｉ−）をコートし形成した。水平配向膜どうしと垂直配向膜どうしが対面するようにして（ガラス基板１、４間で対称になるようにして）、ガラス基板１、４をギャップ５μｍで積層接着した。水平配向膜の幅を４μｍ、垂直配向膜の幅を４μｍとして、ピッチ８μｍの配向力が周期的に異なる周期的に配向力の異なる配向膜とした。この際、水平配向部の配向方向は、交互に形成されている周期の方向とした。また、上下の基板間の配向方向の角度は１８０°とした。
【００４９】
この場合、Ｓ波に対しては、垂直配向部で屈折率１．５３（常光屈折率）、水平配向部で屈折率１．５３（常光屈折率）であった。Ｐ波に対しては、垂直配向部で屈折率１．５４（常光屈折率）、水平配向部で屈折率１．６５（異常光屈折率）が得られ、屈折率差として０．１１程度が得られた。
【００５０】
光源として半導体レーザ（光波長７８０ｎｍ）、前記回折素子、λ／４板、非球面レンズ（対物レンズ）、光ディスク、光検出器としてフォトダイオードを用い、光ヘッド装置を作製した。光波長７８０ｎｍの入射光（Ｓ波）に対する光透過率は約７０％で、光ディスクからの反射光（円偏光）がλ／４板により変換されたＰ波に対する回折効率は、＋１次回折光で約２０％、−１次回折光で約２０％が得られた。
【００５１】
［例４］
透明電極２の構成を以下のように変えた以外は例１と同様にして回折素子を作製した。
【００５２】
ガラス基板１、４に、透明電極２を周期的に形成した。９μｍを１周期として、１周期中にほぼ３μｍ幅の非電極部と約３μｍ幅の分割電極２つを、端から前記順で設けた。前記非電極部どうしと分割電極どうしが対面するようにして（ガラス基板１、４間で対称になるようにして）、ガラス基板１、４をギャップ５μｍで積層接着した。１周期中で中央部の分割電極Ｄには２Ｖを印加し、もう一つの分割電極Ｅには５Ｖを印加した。
【００５３】
このようにして、非電極部の液晶性モノマーは水平配向部となり、分割電極Ｅに相当する部分は垂直配向部となり、分割電極Ｄに相当する部分は水平配向と垂直配向のほぼ中間の配向状態となった。したがって、１周期内の配向状態は左右非対称となった。その後波長３６０ｎｍの紫外線を全体に照射し、上記の配向状態のまま液晶性モノマー組成物全体を重合せしめ固化することによって、全体を固定した。
【００５４】
この場合、Ｓ波に対しては、垂直配向部で屈折率１．５２（常光屈折率）、中間の配向状態の部分で屈折率１．５２（常光屈折率）、水平配向部で屈折率１．５２（常光屈折率）であった。Ｐ波に対しては、垂直配向部で屈折率１．６６（常光屈折率）、中間の配向状態の部分で屈折率１．６０、水平配向部で屈折率１．５４（異常光屈折率）が得られ、屈折率が段階的に変化するようにした。
【００５５】
光源として半導体レーザ（光波長７８０ｎｍ）、前記回折素子、λ／４板、非球面レンズ（対物レンズ）、光ディスク、光検出器としてフォトダイオードを用い、光ヘッド装置を作製した。光波長７８０ｎｍの入射光（Ｓ波）に対する光透過率は約８０％で、光ディスクからの反射光（円偏光）がλ／４板により変換されたＰ波に対する回折効率は、＋１次回折光で約２９％、−１次回折光で約２０％が得られた。
【００５６】
［例５］
図１に示すように、厚さ１．１ｍｍ、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ角のガラス基板１、４の１表面に、厚さ１０００ＡのＩＴＯの透明電極２を形成する。ガラス基板１、４のＩＴＯ電極にフォトリソグラフィ法とウエットエッチング法により、ＩＴＯの透明電極２を周期的に形成した。この際、周期的透明電極は、電極部分の幅と電極の無い部分の幅を約０．８：１．２とした。
【００５７】
その後、スピンコート法により１００ｎｍ程度のポリイミド膜３を、２枚のガラス基板１、４の透明電極２を形成した面に成膜した。前記ポリイミド膜３を水平配向のためにラビング処理をＩＴＯ電極格子に対し直交する方向に行った。２枚のガラス基板を透明電極２が対向し、上下の基板間の配向方向の角度が１８０°となるように配置し、２枚のガラス基板間のギャップを５μｍとした。
【００５８】
そのギャップに４’−ω−アクリロイルオキシアルキルオキシ−４−シアノビフェニルと、４−ω−アクリロイルオキシアルキルオキシ安息香酸４’−ｎ−アルキルオキシフェニルエステルとを主成分とする液状の液晶材料（液晶性モノマー）を注入し、２枚のガラス基板間に挟持させた。このとき、液晶性モノマーには光重合開始材としてベンゾインイソプロピルエーテルを１％添加して紫外線硬化性の液晶性モノマー組成物とした。
【００５９】
その後電極に５Ｖ、１００Ｈｚの矩形交流電圧を印加し、電極を周期的に形成した分割電極に相当する液晶性モノマー組成物を垂直に配向せしめた（垂直配向部７）。分割電極に相当しない部分は水平配向部８となった。分割電極のピッチ（周期）は２０μｍで、１つの分割電極の幅は８μｍとした。その後波長３６０ｎｍの紫外線を全体に照射し、上記の配向状態のまま液晶性モノマー組成物全体を重合せしめ固化することによって、全体を固定した。
【００６０】
ガラス基板４の上面（液晶と反対側の面）にλ／４板５を透明接着剤により積層接着し、さらにλ／４板５の上面に平坦性のよいガラス基板６を透明接着剤により積層接着した。ガラス基板６は回折素子全体の光入出射面における波面収差を改善するために設けられるが、λ／４板５の平坦性がよい場合は省略もできる。このようにして光学異方性回折格子を有する回折素子を作製した。
【００６１】
前記回折素子は、Ｓ波（図１においては紙面の垂直方向に偏光した光）に対しては、電界印加部（垂直配向部７）で屈折率１．５２（常光屈折率）、非電界印加部（水平配向部８）で屈折率１．５３（常光屈折率）であった。Ｐ波（図１においては紙面に平行に偏光した光）に対しては、電界印加部で屈折率１．５４（常光屈折率）、非電界印加部で屈折率１．６６（異常光屈折率）が得られ、屈折率差として０．１２程度が得られた。
【００６２】
光源として半導体レーザ（光波長７８０ｎｍ）、前記回折素子、λ／４板、非球面レンズ（対物レンズ）、光ディスク、光検出器としてフォトダイオードを用い、光ヘッド装置を作製した。光波長７８０ｎｍの入射光（Ｓ波）に対する光透過率は約８４％で、光ディスクからの反射光（円偏光）がλ／４板により変換されたＰ波に対する回折効率は、±１次回折光ともに約３２％が得られた。
【００６３】
［例６］
透明電極２の構成を以下のように変えた以外は例５と同様にして回折素子を作製した。
【００６４】
図２に示すように、ガラス基板１側の透明電極２を周期的に形成し、１つの分割電極の幅は８μｍで、ピッチは１６μｍとした。ガラス基板４側の透明電極２も周期的に形成し、１つの分割電極の幅は６μｍで、ピッチは１６μｍとした。また２枚の基板間のギャップは３μｍとした。紫外光照射時には７Ｖ、１００Ｈｚの矩形交流電圧を印加した。
【００６５】
この場合、Ｓ波に対しては、電界印加部（垂直配向部７）で屈折率１．５２（常光屈折率）、非電界印加部（水平配向部８）で屈折率１．５２（常光屈折率）であった。Ｐ波に対しては、電界印加部で屈折率１．５３（常光屈折率）、非電界印加部で屈折率１．６５（異常光屈折率）が得られ、屈折率差として０．１２程度が得られた。
【００６６】
光源として半導体レーザ（光波長７８０ｎｍ）、前記回折素子、λ／４板、非球面レンズ（対物レンズ）、光ディスク、光検出器としてフォトダイオードを用い、光ヘッド装置を作製した。光波長７８０ｍの入射光（Ｓ波）に対する光透過率は約８９％で、光ディスクからの反射光（円偏光）がλ／４板により変換されたＰ波に対する回折効率は、＋１次回折光で約４０％、−１次回折光で約２６％が得られた。
【００６７】
【発明の効果】
本発明により、電極を周期的に形成したり、配向膜の配向方向を周期的に変化させることにより、小さいピッチ（周期）の光学異方性回折格子が容易に得られる。また、分割電極又は分割配向膜を２枚の透明基板間で非対称にすることにより、非対称な光学異方性回折格子を容易に形成できるので、±１次回折光のうちいずれかの回折効率が高い回折素子を容易に作製できる。また電極のみによって液晶性モノマーを電界により配向させうるので、配向膜を省略することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示し、光ヘッド装置用の回折素子の側断面図。
【図２】本発明の実施例を示し、光ヘッド装置用の回折素子の部分側断面図。
【符号の説明】
１：ガラス基板
２：透明電極
３：ポリイミド膜
４：ガラス基板
５：λ／４板
６：ガラス基板
７：垂直配向部
８：水平配向部
Claims (12)
- 光源からの光を回折素子を通して光記録媒体に照射することにより、情報を読み取り及び／又は情報を書き込む光ヘッド装置において、前記回折素子は、２枚の透明基板間に挟持された光学異方性を有する高分子液晶からなる光学異方性回折格子を備え、前記高分子液晶の配向方向が周期的に変化していて、周期的に変化している該配向方向が固定されていることを特徴とする光ヘッド装置。
- 前記配向方向が周期的に変化していて、周期的に変化している該配向方向が固定されている高分子液晶が、重合性の液晶材料を配向方向が周期的に変化している状態で高分子化させて形成されていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
- 前記２枚の透明基板には各々電極が設けられ、２つの電極の少なくとも一方は周期的に形成されている請求項１または２記載の光ヘッド装置。
- 前記２枚の透明基板間のギャップが６μｍ以下である請求項３に記載の光ヘッド装置。
- ２つの電極の両方が周期的に形成されてなり、前記２枚の透明基板間において前記２つの電極が非対称である請求項３又は４記載の光ヘッド装置。
- 少なくとも一方の周期的に形成されている電極の幅が、周期ピッチの３０〜４５％とされている請求項３、４又は５のいずれか記載の光ヘッド装置。
- 少なくとも一方の透明基板の高分子液晶と接する側の面に配向膜が設けられ、少なくとも一方の配向膜が周期的に配向力の異なる配向膜を含んでいる請求項１又は２記載の光ヘッド装置。
- ２枚の透明基板の両方の配向膜が周期的に配向力の異なる配向膜を各々含み、前記２枚の透明基板間において周期的に配向力の異なる配向膜が非対称である請求項７記載の光ヘッド装置。
- 光源からの光を回折素子を通して光記録媒体に照射することにより、情報を読み取り及び／又は情報を書き込む光ヘッド装置の製造方法において、２枚の透明基板に各々電極を設け、２つの電極の少なくとも一方は周期的に形成し、２枚の透明基板の少なくとも一方の透明基板の液晶材料に接する側の面に配向膜を設け、２枚の透明基板間に重合性の液晶材料を挟持し、前記電極に周期的な電界を印加して液晶材料を配向させ、その状態で液晶材料を重合させることによって、光学異方性回折格子を有する回折素子を作製することを特徴とする光ヘッド装置の製造方法。
- 前記周期的に形成された電極の複数の分割電極を１周期として、前記１周期において各々の分割電極に印加する電界が異なるようにし、電界の周期の方向において１周期内の液晶材料の配向状態が左右非対称になるようにし、その後液晶材料を重合させる請求項９記載の光ヘッド装置の製造方法。
- 光源からの光を回折素子を通して光記録媒体に照射することにより、情報を読み取り及び／又は情報を書き込む光ヘッド装置の製造方法において、２枚の透明基板に各々電極を設け、２枚の透明基板の少なくとも一方の透明基板の液晶材料に接する側の面に配向膜を設け、２枚の透明基板間に重合性の液晶材料を挟持し、周期的なマスク露光により周期的に液晶材料を重合させる工程Ａと、次いで全面露光により液晶材料全体を重合させる工程Ｂとを実行する際に、前記工程Ａ又は前記工程Ｂにおいて電圧を印加する光ヘッドの製造方法。
- 前記２枚の透明基板に各々設けられた２つの電極の少なくとも一方は周期的に形成された電極である請求項１１記載の光ヘッドの製造方法。
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