JPH1166598A

JPH1166598A - ホログラム素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1166598A
Application number: JP9217342A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kobayashi; 一雄小林; Kenichi Hayashi; 賢一林
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ポリジアセチレン誘電体からなる薄膜に対し
て選択的に紫外線を照射して、当該薄膜の表面に所望の
回折特性の周期格子を確実に形成できるようにするこ
と。【解決手段】ホログラム素子１は、ガラス基板１０の
光出射面１０ａにポリジアセチレン誘電体の薄膜１１を
有し、当該表面に選択的に紫外線を照射することにより
周期格子１３が形成されている。この周期格子１３の表
面側には接着層１５を介してカバーガラス１４が接着さ
れている。接着層１５は、薄膜１１のうち紫外線照射さ
れた部分（色相変化部）１３１の屈折率とほぼ等しい屈
折率を有する紫外線硬化型の樹脂からなっているので、
赤外線照射された部分の膜厚が減少しても、その減少に
伴う回折特性の変化を接着層によって補償できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の光学機器、
特に光ピックアップ装置に用いられるホログラム素子及
びその製造方法に関するものである。更に詳しくは、ポ
リジアセチレン誘電体からなる薄膜を用いて形成された
ホログラム素子及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ピックアップ装置等に用いられるホロ
グラム素子としては、光学的等方性基板の表面にポリジ
アセチレン誘電体膜からなる周期格子を形成したものが
知られている。本出願人は、このようなホログラム素子
の製造方法を特開平７−３２５２１７号公報において提
案している。

【０００３】この公開公報では、図５（Ａ）に示すよう
に、光学的等方性基板１０の表面にポリジアセチレン誘
電体からなる薄膜１１を形成し、その後、光学的等方性
基板１０を紫外線透過部分２０ａが周期格子状に形成さ
れたフォトマスク２０で覆い、フォトマスク２０を介し
て薄膜１１の表面に紫外線を照射することにより、当該
薄膜１１の表面に周期格子を形成するホログラム素子の
製造方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５
（Ｂ）に示すように、上記の製造方法で製造されたホロ
グラム素子１Ａでは、紫外線が照射された部分１３１の
薄膜（ポリジアセチレン誘電体膜）１１の厚さが減少す
る。膜厚が減少すると、凹んだ部分の屈折率が変化して
しまうので、所望の回折特性が得られない。例えば、光
ピックアップ装置に組み込むホログラム素子において
は、光の利用効率を高めるために、常光および異常光の
うちの一方に対しては回折格子として機能し、他方の光
をそのまま透過させるようにすることが望ましいが、こ
のような特性のホログラム素子を確実に作製できない。

【０００５】図６（Ａ）に周期格子のピッチと凹み量
（膜厚の減少量）の関係を示すように、周期格子のピッ
チに依存して凹み量は異なるが、紫外線照射された部分
１３１はほぼ４００ｎｍ以上収縮する。このような収縮
によって、図６（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、異常光に
対しては回折格子として機能するが、常光をそのまま透
過することができなくなる。すなわち、図６（Ｃ）から
明らかなように、本来透過しなければならない常光の０
次回折光η０（ｏ）が大きく減少し、発生してはならな
い１次回折光η１（ｏ）が発生してしまう。

【０００６】本発明の課題は、上記の点に鑑みて、紫外
線照射によるポリジアセチレン誘電体の薄膜の減少によ
って回折特性が変化してしまうことのないホログラム素
子及びその製造方法を提案することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明では、光学的等方性基板と、この光学的等方
性基板の光入射面および光出射面のうちの少なくとも一
方の面に形成したポリジアセチレン誘電体からなる薄膜
と、当該薄膜に選択的に紫外線を照射することにより当
該薄膜の表面に形成された周期格子とを有するホログラ
ム素子において、前記周期格子の表面には、接着層を介
して光学的等方性のカバーガラスが積層接着されてお
り、前記接着層は、前記薄膜のうち紫外線照射された部
分の屈折率とほぼ等しい樹脂から形成されていることを
特徴としている。

【０００８】この構成のホログラム素子は、前記薄膜を
形成した後に、当該薄膜の表面を、紫外線透過部分が周
期格子状に形成されたフォトマスクで覆い、当該フォト
マスクを介して前記薄膜の表面に紫外線を照射して前記
周期格子を形成して、しかる後に、前記薄膜のうち紫外
線照射された部分の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する
接着性の樹脂を用いて、前記周期格子を前記カバーガラ
スを接着することにより製造できる。

【０００９】このような本発明のホログラム素子では、
紫外線照射された部分のポリジアセチレン誘電体の薄膜
の厚さが減少しても、その減少に伴う回折特性の変化を
接着層によって補償できる。このため、所望の回折特性
を確実に得ることができる。例えば、常光および異常光
のうちの一方に対しては回折格子として機能し、他方の
光をそのまま透過させるようなホログラム素子を確実に
得ることができ、光ピックアップ装置に光学素子として
好適なホログラム素子を確実に作製できる。

【００１０】樹脂としては、例えば、紫外線硬化型の樹
脂、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）、および熱硬化
型の樹脂のうちのいずれかを採用することが可能であ
る。紫外線硬化型の樹脂の場合には、周期格子の表面に
樹脂を介してカバーガラスを載置した後、紫外線を照射
すれば、カバーガラスを周期格子に対して接着固定でき
る。また、ポリビニールアルコールの場合には、自然乾
燥させれば良く、熱硬化型樹脂の場合には、熱硬化させ
れば良い。

【００１１】接着層は、紫外線照射により形成された前
記周期格子の凹部に形成しておけば良い。周期格子の凹
部に接着層を形成しておくことにより、薄膜の厚さの減
少に伴う回折特性の変化を当該接着層によって確実に補
償できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を
適用したホログラム素子を説明する。図１（Ａ）および
（Ｂ）には、ホログラム素子の断面図と共に、ホログラ
ム素子による常光および異常光に対する回折状態を示し
てある。これらの図に示すように、ホログラム素子１
は、一定の厚さの光学的等方性基板としてのガラス基板
１０を有している。このガラス基板１０においては、例
えば、一方の基板表面１０ａが光入射面とされ、他方の
基板表面１０ｂが光出射面とされる。

【００１３】ガラス基板１０の光出射面１０ｂには、フ
ィルム層１２を介してポリジアセチレン誘電体からなる
薄膜１１が形成されている。フィルム層１２は、ガラス
基板１０の光出射面１０ｂに薄膜１１を配向するための
下地膜である。

【００１４】本例では、薄膜１１の表面には、周期格子
１３が形成されている。この周期格子１３の回折特性
は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、常光をそのまま
透過し、異常光を回折するように設定されている。周期
格子１３が形成されている薄膜１１の表面には、接着層
１５を介して、光学的等方性のカバーガラス１４が積層
接着されている。このカバーガラス１４によって周期格
子１３が形成されている薄膜１１が覆われるため、機械
的な衝撃に対して強くなっている。

【００１５】この構成のホログラム素子１は、例えば、
ＭＯ等の光磁気記録媒体の再生などを行う光ピックアッ
プにおいて、光磁気記録媒体からの反射光を回折してト
ラッキングエラー検出用の回折光を形成するための光学
素子として用いることができる。

【００１６】薄膜１１を形成しているポリジアセチレン
誘電体は、化学式（１）で表され、例えば、その側鎖基
Ｒ、Ｒ’が化学式（２）、（９）により規定される種類
のものを用いることができる。これらは、ジアセチレン
モノマーをポリマー化したものである。例えば、化学式
（２）の側鎖基Ｒ、Ｒ’を有するジアセチレンモノマー
は化学式（１０）で表される。

【００１７】

【化１】

【００１８】

【化２】

【００１９】

【化３】

【００２０】

【化４】

【００２１】

【化５】

【００２２】

【化６】

【００２３】

【化７】

【００２４】

【化８】

【００２５】

【化９】

【００２６】

【化１０】

【００２７】このようなポリジアセチレン誘電体は、紫
外線が照射されると、青色、赤色、透明の順に、あるい
は、青色にならず赤色、透明の順に色相変化を起こし、
この変化に伴って屈折率が変化する性質を持っている。
なお、色相変化を起こす方法としては、熱処理、有機溶
媒浸漬等がある。

【００２８】本例では、この性質を利用してポリジアセ
チレン誘電体からなる薄膜１１の表面の屈折率が周期的
に変化する周期格子１３を形成してある。すなわち、薄
膜１１に対して選択的に紫外線を照射して色相変化させ
た色相変化部１３１と、紫外線が照射されずに色相変化
しなかった色相非変化部１３２とによって周期格子１３
を形成してある。

【００２９】ここで、ポリジアセチレン誘電体は、紫外
線が照射されると、主鎖がランダムに切断して低分子量
の固体ポリマーとなり、これがさらに進行し、あるいは
主鎖の切断に続く解重合によってオリゴマー（固体また
は気体）およびモノマー（気体）となると考えられ、紫
外線照射された部分（色相変化部）１３１の膜厚が減少
する。

【００３０】しかし、本例のホログラム素子１では、周
期格子１３と光学的等方性のカバーガラス１４の間に接
着層１５が形成されている。従って、周期格子１３の表
面の凹んだ部分、すなわち、色相変化部１３１には接着
層１５を形成している樹脂が充填されている。

【００３１】接着層１５は、紫外線硬化型の樹脂からな
っており、この樹脂は周期格子１３およびカバーガラス
１４の双方に対する良好な接着性を有していると共に、
色相変化部１３１の屈折率とほぼ等しい屈折率を有して
いる。

【００３２】この結果、本例においては、色相非変化部
１３２の膜厚と実質的に同一の膜厚を有する色相変化部
１３１を形成できる。このことを裏付ける実験結果の一
例を図２に示してある。図２（Ａ）および（Ｂ）には、
周期格子１３のピッチと異常光および常光の回折効率の
関係を示してある。これらの図２（Ａ）から明らかなよ
うに、本例のホログラム素子１は、異常光に対しては確
実に回折格子として機能する。また、図２（Ｂ）から分
かるように、常光の０次回折光η０（ｏ）の回折効率が
大きく、常光の１次回折光η１（ｏ）がほとんど発生し
ない。すなわち、常光を回折することなく、そのまま透
過させることができる。

【００３３】以上のことから、紫外線照射による色相変
化部１３１の膜厚の減少に起因した回折特性の劣化を防
止でき、所望の回折特性が確実に付与されたホログラム
素子を得ることができる。

【００３４】次に、本例のホログラム素子１の製造方法
を、側鎖の化学式（２）を用いた例について図３および
図４に示すホログラム素子１の製造プロセスにしたがっ
て説明する。

【００３５】まず、図３（Ａ）に示すように、一定の厚
さの光学的等方性基板であるガラス基板１０を用意す
る。このガラス基板１０を洗浄した後に、光入射面１０
ａに反射防止膜（ＡＲ）を塗布する。

【００３６】次に、図３（Ｂ）に示すように、ガラス基
板１０の光出射面１０ｂにポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）からなるフィルム層１２を形成する。このフ
ィルム層１２は、ＰＥＴを少量の1,1,1,3,3,3-Hexafluo
ro-2-propanol に飽和するまで溶解させた後、1,1,2,2-
Tetrachloroethane で十倍に希釈し、この希釈した溶液
から沈殿物などを取り除いたものをガラス基板１０の光
出射面１０ｂにスピンコートする。フィルム層１２の膜
厚は、例えば、１００ｎｍ〜２００ｎｍである。なお、
フィルム層１２は、ポリジアセチレン誘電体の薄膜１１
との密着性を高めるために付与するので、密着性を高め
ることの可能な材料であればＰＥＴ以外の有機高分子材
料を用いても良い。一般的に、ポリエステル系高分子材
料、ポリアミド系高分子材料を用いることができる。

【００３７】次に、フィルム層１２の表面をシリコン、
レーヨン、ポリエステル等のクロスで一方向にラビング
し、フィルム層１２を配向させる。

【００３８】次に、図３（Ｃ）に示すように、フィルム
層１２の表面に、ポリジアセチレン誘導体の薄膜１１を
形成するためのジアセチレンモノマー１１ａを真空蒸着
法により成膜する。この真空蒸着時には、ジアセチレン
モノマーはラビング処理された方向に自発的に配向す
る。本例では、上記の真空蒸着を行うにあたって、抵抗
加熱による加熱温度を１２４℃、蒸着速度０．０５ｎｍ
／秒〜０．５ｎｍ／秒、圧力を１〜４×１０^-3Ｐａとし
て、ジアセチレンモノマー１１ａからなる薄膜を形成す
る。

【００３９】次に、図３（Ｄ）に示すように、ジアセチ
レンモノマー膜１１ａを紫外光重合してポリマー化し、
ポリジアセチレン誘電体からなる薄膜１１を形成する。
この重合時には、超高圧水銀灯の放射照度を約２ｍＷ／
ｃｍ²とし、照射時間については側鎖の種類にもよる
が、おおよそ２〜５ｍｉｎで重合が完了する。

【００４０】次に、図３（Ｅ）に示すように、ホログラ
ム素子１をＤＶＤの記録再生用の光ピックアップ装置に
組み込むことを想定している場合には、その光ピックア
ップ装置で使用される光の波長（６５０ｎｍ）に対して
吸収がないようにするために、熱処理を行い、ポリジア
セチレン誘電体の薄膜１１を青相から赤相へと色相変化
させる。なお、ホログラム素子１をＣＤの記録再生用の
光ピックアップ装置に組み込むことを想定している場合
には、青相のままでもその光ピックアップ装置に使用さ
れる光の波長（７８０ｎｍ）に対して吸収がないので、
色相変化させなくても良い。

【００４１】次に、ポリジアセチレン誘電体の薄膜１１
の表面に紫外光を選択的に照射して周期格子１２を形成
する。図４（Ａ）に示すように、紫外光を照射するにあ
たっては、まず、薄膜１１の表面にフォトマスク２０を
配置する。このフォトマスク２０は、クロム等の紫外線
遮断特性のある素材から形成され、微細な周期格子パタ
ーンが紫外線透過部分２０ａとして形成されている。フ
ォトマスク２０を配置した後は、その表面側から紫外線
を照射する。例えば、この時の光源としては超高圧水銀
灯を用い、その放射照度が約２ｍＷ／ｃｍ²、露光時間
を膜厚４００ｎｍのもので６時間程度とする。フォトマ
スク２０の紫外線透過部分２０ａに照射した紫外線は、
これらの部分２０ａを透過するので、ポリジアセチレン
誘電体の薄膜１１の表面は、フォトマスク２０に形成さ
れている微細な周期格子パターンに対応した領域が露光
される。

【００４２】ポリジアセチレン誘電体の薄膜１１の表面
は、紫外線が照射されると、その照射部分は前述したよ
うな理由から凹み、紫外線が照射されない部分はそのま
まの状態を保持するので、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すよ
うに、全体として凹凸状の周期格子１３が形成される。
また、紫外線照射された部分は、色相変化して前記の色
相変化部１３１となり、紫外線照射されない部分は色相
変化せず、前記の色相非変化部１３２となる。例えば、
この時の色相変化部１３１の常光の屈折率、および色相
非変化部１３２の常光の屈折率は共に約１．５程度にな
り、これに対して、色相変化部１３１の異常光の屈折率
は１．５程度、色相非変化部１３２の異常光の屈折率は
１．７程度になる。

【００４３】次に、図４（Ｂ）に示すように、紫外線硬
化型の樹脂からなる接着層１５を周期格子１３の表面に
塗布して、周期格子１３の凹んだ部分を当該樹脂によっ
て充填する。なお、図示の例では、凹凸状の周期格子１
３の全体に樹脂を塗布しているが、周期格子１３の凹部
にのみ樹脂を充填しても良い。

【００４４】次に、図４（Ｃ）に示すように、周期格子
１３の表面に塗布した紫外線硬化型の樹脂からなる接着
層１５の上に使用波長に対して透明なカバーガラス１４
を載置して密着させる。このカバーガラスにも反射防止
のための反射防止コートすることもある。

【００４５】次に、図４（Ｄ）に示すように、紫外線硬
化型の樹脂が硬化する波長の紫外線を適当な時間照射
（例えば２０秒）して、カバーガラス１４を当該樹脂か
らなる接着層１５を介して周期格子１３に対して貼り付
ける。

【００４６】次に、図４（Ｅ）に示すように、ガラス基
板１０をさいの目状に切断（ダイシング）して個々のホ
ログラム素子１に分割する。以上の工程を経て、図１
（Ａ）、（Ｂ）に示したようなホログラム素子１が製造
される。

【００４７】なお、カバーガラスを貼り付けた後にガラ
ス基板１０を切断する代わりに、ガラス基板１０を切断
した後に、カバーガラスを貼り付けるようにしても良い
のは勿論である。また、紫外線硬化型の樹脂の代わりに
ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）を用いても良く、こ
の場合には、自然乾燥させればカバーガラス１４と周期
格子１３を接着することができる。さらに、熱硬化型の
樹脂を用いることも可能であり、この場合には、熱硬化
させれば良い。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ポリ
ジアセチレン誘電体の薄膜の表面に選択的に紫外線を照
射することにより回折特性が付与されたホログラム素子
において、ポリジアセチレン誘電体の薄膜の表面に接着
層を介して光学的等方性のカバーガラスを接着した構成
としてある。従って、本発明によれば、ポリジアセチレ
ン誘電体の薄膜部分の膜厚が減少しても、それに伴う回
折特性の変化が接着層によって補償されるので、所望の
回折特性を確実に得ることができる。よって、常光およ
び異常光のうちの一方のみを回折し、他方を回折するこ
となくそのまま透過させる特性のホログラム素子を確実
に製造できる。

【００４９】また、ポリジアセチレンがカバーガラスで
覆われるため、機械的な衝撃に対して強くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したホログラム素子の断面、およ
びホログラム素子による常光および異常光に対する回折
状態を示す図である。

【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、図１に示す
ホログラム素子の周期格子のピッチと、異常光および常
光に対する回折効率を示すグラフである。

【図３】図１に示すホログラム素子の製造プロセスを示
す図である。

【図４】図３に示す製造プロセス以降の製造プロセスを
示す図である。

【図５】従来のホログラム素子を示す図である。

【図６】（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）は、それぞれ、
図５に示すホログラム素子の周期格子のピッチと、色相
変化部の凹み量、異常光に対する回折効率、および常光
に対する回折効率を示すグラフである。

【符号の説明】

１ホログラム素子１０ガラス基板１０ａ光入射面１０ｂ光出射面１１薄膜１２フィルム層１３周期格子１３１色相変化部１３２色相非変化部１４カバーガラス１５接着層２０フォトマスク２０ａ紫外線透過部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的等方性基板と、この光学的等方性
基板の光入射面および光出射面のうちの少なくとも一方
の面に形成したポリジアセチレン誘電体からなる薄膜
と、この薄膜に選択的に紫外線を照射することにより当
該薄膜の表面に形成された周期格子とを有するホログラ
ム素子において、前記周期格子の表面には、接着層を介して光学的等方性
のカバーガラスが積層接着されており、前記接着層は、前記薄膜のうち紫外線照射された部分の
屈折率とほぼ等しい屈折率を有する樹脂から形成されて
いることを特徴とするホログラム素子。
【請求項２】請求項１において、前記樹脂は、紫外線
硬化型の樹脂、ポリビニールアルコール、および熱硬化
型の樹脂のうちのいずれかであることを特徴とするホロ
グラム素子。
【請求項３】請求項１または２において、前記樹脂層
は、紫外線照射により形成された前記周期格子の凹部に
形成されていることを特徴とするホログラム素子。
【請求項４】請求項１乃至３のうちのいずれかの項に
記載のホログラム素子の製造方法において、前記薄膜を
形成した後に、当該薄膜の表面を、紫外線透過部分が周
期格子状に形成されたフォトマスクで覆い、当該フォト
マスクを介して前記薄膜の表面に紫外線を照射して前記
周期格子を形成して、しかる後に、前記薄膜のうち紫外
線照射された部分の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する
接着性の樹脂を用いて、前記周期格子と前記カバーガラ
スを接着することを特徴とするホログラム素子の製造方
法。