(57)【要約】  素子全体の厚みを抑えつつ、領域の強度を保った光回折素子を提供すること。  光回折素子は、基板と、基板の一方の面に形成され、少なくとも一部の領域において基板の面に対して垂直又は傾いて高分子が配向した配向層と、配向層上に形成された液晶層とを備え、液晶層は、周期的に形成された、液晶の配向方向が互いに異なる複数の配向パターンを有し、複数の配向パターンのうち少なくとも一部の配向方向は、配向パターンの下面に形成された配向層の少なくとも一部の領域の配向に倣っていることにより、基板の面に対して垂直又は傾いている。
2012160740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方の面に形成され、少なくとも一部の領域において前記基板の面に対して垂直又は傾いて異方性を有する高分子が配向した配向層と、
前記配向層上に形成された液晶層と、を備え、
前記液晶層は、周期的に形成された、液晶分子の配向方向が互いに異なる複数の配向パターンを有し、
前記複数の配向パターンのうち少なくとも一部の配向方向は、前記複数の配向パターンの下面に形成された前記配向層の配向に倣っていることにより、前記基板の面に対して垂直又は傾いている
光回折素子。
【請求項２】
前記配向層には、前記高分子の前記基板の面に対する傾きが異なる領域が周期的に配され、
前記液晶層の前記複数の配向パターンの配向方向は、前記複数の配向パターンの下面に形成された前記配向層の配向に倣っている
請求項１に記載の光回折素子。
【請求項３】
前記複数の配向パターンの配向方向は、前記基板の面に垂直な単一の基板垂直面と平行である
請求項１又は２に記載の光回折素子。
【請求項４】
前記複数の配向パターンは、
前記基板の面に対して平行な配向方向を有する平行配向パターンと、
前記基板の面に対して垂直な配向方向を有する垂直配向パターンと、を含む、
請求項３に記載の光回折素子。
【請求項５】
前記複数の配向パターンは、
前記基板の面に対して平行な配向方向を有する平行配向パターンと、
前記基板の面に対して傾いた配向方向を有する斜め配向パターンと、を含む、
請求項３に記載の光回折素子。
【請求項６】
前記複数の配向パターンは、
光学的に等方性である等方性配向パターンと、
前記基板の面に対して傾いた配向方向を有する斜め配向パターンと、を含み、
前記斜め配向パターンの配向方向は、前記配向パターンの下面に形成された前記配向層の配向に倣っている
請求項１に記載の光回折素子。
【請求項７】
前記斜め配向パターンの前記基板の面内における最大屈折率は、前記光学的に等方性である配向パターンの前記基板の面内屈折率と等しい
請求項６に記載の光回折素子。
【請求項８】
前記複数の配向パターンは、周期的なストライプ形状に形成されている請求項１から７のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項９】
前記複数の配向パターンは、周期的なストライプ形状に形成され、
前記ストライプ形状の長手方向と、前記単一の基板垂直面が平行又は垂直である請求項３に記載の光回折素子。
【請求項１０】
前記液晶層は、配向方向のみが異なる同一の液晶分子から形成された請求項１から９のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項１１】
前記配向層は、直線偏光によって配向が誘起された光配向層である請求項１から１０のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項１２】
前記液晶層は、重合性液晶分子を重合させることにより固化して形成された請求項１から１１のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項１３】
前記重合性液晶分子は、棒状液晶分子を含む請求項１２に記載の光回折素子。
【請求項１４】
前記液晶層の上面に設けられた１／２波長層と、
前記１／２波長層の上面に設けられ、偏光方向に関わらず入射光を回折する分離用光回折層と、を有する、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項１５】
前記基板の前記配向層が設けられた側と反対の面に設けられ、偏光方向に関わらず入射光を回折する分離用光回折層と、
前記基板と、前記配向層と間の層に設けられた１／２波長層と、を有する
請求項１から１３のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項１６】
偏光を出力するレーザと、
前記レーザから出射された偏光が入射される光回折素子と、
前記光回折素子からの偏光と対象物からの反射光とを分離するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタで分離された反射光を受ける受光素子と
を備え、
前記光回折素子は、
前記レーザからの偏光が入射され、前記レーザの偏光を回折せずに透過させるように配置された偏光フィルタ用光回折素子と、
入射光の偏光方向を９０°回転する１／２波長層と、
入射光を回折する分離用光回折層と、を有し、
前記偏光フィルタ用光回折素子は、
基板と、
前記基板の一方の面に形成され、少なくとも一部の領域において前記基板の面に対して垂直又は傾いて異方性を有する高分子が配向した配向層と、
前記配向層上に形成された液晶層と、を備え、
前記液晶層は、周期的に形成された、液晶分子の配向方向が互いに異なる複数の配向パターンを含み、
前記複数の配向パターンのうち少なくとも一部の配向方向は、前記複数の配向パターンの下面に形成された前記配向層の配向に倣っていることにより、前記基板の面に対して垂直又は傾いている、
光ピックアップ。
【請求項１７】
前記複数の配向パターンの配向方向は、前記基板の面に垂直な単一の基板垂直面と平行であり、
前記レーザが出力するレーザ光の偏光方向は、前記光回折素子の前記単一の基板垂直面と直交する請求項１６に記載の光ピックアップ。
【請求項１８】
前記複数の配向パターンは、
光学的に等方性である等方性配向パターンと、
前記基板の面に対して傾いた配向方向を有する斜め配向パターンと、を含み、
前記斜め配向パターンの配向方向は、前記配向パターンの下面に形成された前記配向層の配向に倣っていて、
前記レーザが出力するレーザ光の偏光方向は、前記基板の面と平行な面内における前記斜め配向パターンの配向方向と平行である請求項１６に記載の光ピックアップ。
【請求項１９】
基板の一方の面に、異方性を有する高分子を含む光配向層を形成する光配向層形成工程と、
前記光配向層の一部の領域に、前記基板の基板面の法線方向から第１直線偏光を照射し、前記基板に平行で前記直線偏光の偏光方向に前記高分子が配向した光配向層を形成する第１光配向工程と、
前記光配向層の全面に、前記第１直線偏光よりも強度が弱く前記第１直線偏光と偏光方向が平行な第２直線偏光を、前記基板面に対して傾いた方向から照射し、前記基板の面に対して傾いて前記高分子が配向した光配向層を形成する第２光配向工程と、
前記光配向層上に重合性液晶分子を含む重合性液晶溶液を塗布する重合性液晶形成工程と、
前記重合性液晶分子を重合させることにより固化する液晶固化工程と、を含む
光回折素子の製造方法。
【請求項２０】
基板の一方の面に、異方性を有する高分子を含む光配向層を形成する光配向層形成工程と、
前記光配向層の全面に、前記基板の面に対して傾いた方向から直線偏光を照射し、前記基板の面に対して傾いて前記高分子が配向した光配向層を形成する光配向工程と、
前記光配向層上に重合性液晶分子を含む重合性液晶溶液を塗布する重合性液晶形成工程と、
塗布された前記重合性液晶分子のうち、一部を重合させ、固化させる第１液晶固化工程と、
前記基板を前記重合性液晶分子の等方相相転移温度以上に加熱し、前記重合性液晶分子のうち、前記第１液晶固化工程で固化されなかった部分を等方相状態で固化する第２液晶固化工程と、を含む
光回折素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の偏光方向により回折効率が異なる光回折素子、光回折素子を用いた光ピックアップ及び光回折素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光回折素子は、多くの用途で用いられており、例えばＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイ等の光記憶媒体のデータを読み取る光ピックアップに用いられる。【０００３】
特許文献１には、回折格子が開示されている。この回折格子は、エッチングにより凹部が一面に周期的に形成された基板を有する。この回折格子では、凹部が形成された領域とそれ以外の領域によってレーザ光を回折させて分離する。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００８−２１３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の回折格子の基板は、凹部が形成されている領域は薄いので強度を保つために厚みが大きくなる。また、回折格子は、レーザへの戻り光を防止するため、偏光フィルタ及び１／２波長板に貼り合わされて用いられることがある。これらの部材を貼り合わせた結果、当該回折格子を含む装置全体が大型化するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、基板と、基板の一方の面に形成され、少なくとも一部の領域において基板の面に対して垂直又は傾いて異方性を有する高分子が配向した配向層と、配向層上に形成された液晶層と、を備え、液晶層は、周期的に形成された、液晶分子の配向方向が互いに異なる複数の配向パターンを有し、複数の配向パターンのうち少なくとも一部の配向方向は、複数の配向パターンの下面に形成された配向層の配向に倣っていることにより、基板の面に対して垂直又は傾いている光回折素子である。【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、偏光を出力するレーザと、レーザから出射された偏光が入射される光回折素子と、光回折素子からの偏光と対象物からの反射光とを分離するビームスプリッタと、ビームスプリッタで分離された反射光を受ける受光素子とを備え、光回折素子は、レーザからの偏光が入射され、レーザの偏光を回折せずに透過させるように配置された偏光フィルタ用光回折素子と、入射光の偏光方向を９０°回転する１／２波長層と、入射光を回折する分離用光回折層と、を有し、偏光フィルタ用光回折素子は、基板と、基板の一方の面に形成され、少なくとも一部の領域において基板の面に対して垂直又は傾いて異方性を有する高分子が配向した配向層と、配向層上に形成された液晶層と、を備え、液晶層は、周期的に形成された、液晶分子の配向方向が互いに異なる複数の配向パターンを含み、複数の配向パターンのうち少なくとも一部の配向方向は、複数の配向パターンの下面に形成された配向層の配向に倣っていることにより、基板の面に対して垂直又は傾いている、光ピックアップである。【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、基板の一方の面上に、高分子を含む光配向層を形成する光配向層形成工程と、光配向層の一部の領域に、基板の基板面の法線方向から第１直線偏光を照射し、基板に水平で直線偏光の向きに沿った方向に高分子が配向した光配向層を形成する第１光配向工程と、光配向層の全面に、基板面に対して傾いた方向から第１直線偏光よりも強度が弱く、第１直線偏光と偏光方向が平行な第２直線偏光を照射し、基板の面に対して垂直又は傾いて高分子が配向した光配向層を形成する第２光配向工程と、光配向層上に重合性液晶分子を含む重合性液晶溶液を塗布する重合性液晶形成工程と、重合性液晶分子を重合させ、固化された液晶を形成する液晶固化工程と、を含む光回折素子の製造方法である。【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第４の態様は、基板の一方の面上に、高分子を含む光配向層を形成する工程と、光配向層の全面に、基板の基板面に対して傾いた方向から直線偏光を照射し、基板の面に対して傾いて高分子が配向した光配向層を形成する光配向工程と、光配向層上に重合性液晶分子を含む重合性液晶溶液を塗布する重合性液晶形成工程と、重合性液晶分子のうち、一部を重合させ、固化された液晶を形成する第１液晶固化工程と、基板を重合性液晶分子の等方相相転移温度以上に加熱し、加熱した状態で、重合性液晶分子のうち、第１液晶固化工程で固化されなかった部分を等方相状態で固化する第２液晶固化工程と、を含む光回折素子の製造方法である。【０００９】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】光ピックアップの全体構成図である。
【図２】図１の光ピックアップの偏光フィルタ用光回折素子３の動作を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の偏光フィルタ用光回折素子３の断面図である。
【図４】第１の実施形態の偏光フィルタ用光回折素子３の分解斜視図である。
【図５】第１の実施形態の液晶の配向と屈折率との関係を示す図である。
【図６】第１の実施形態の変形例に係る光回折素子１０１の分解斜視図である。
【図７】第１の実施形態の光回折素子の偏光フィルタ用光回折素子３の製造方法を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の偏光フィルタ用光回折素子２０３の分解斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の偏光フィルタ用光回折素子３０３の分解斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態の偏光フィルタ用光回折素子４０３の断面図である。
【図１１】第４の実施形態の偏光フィルタ用光回折素子４０３の分解斜視図である。
【図１２】第４の実施形態の液晶の配向と屈折率との関係を示す図である。
【図１３】第４の実施形態の偏光フィルタ用光回折素子４０３の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
図１は、光ピックアップの全体構成図である。図１に矢印で示すＸＹＺをＸＹＺ方向とする。Ｘ方向は、紙面奥から手前に向かう方向を示す。
【００１３】
図１に示すように、光ピックアップ１は、対象物の一例であるＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイ等の光記憶媒体９０に光を照射して、光記憶媒体９０に記憶されている情報を読み取る。光ピックアップ１は、レーザ２と、偏光フィルタ用光回折素子３及び分離用光回折素子４を有する光回折素子１００と、偏光ビームスプリッタ５と、コリメートレンズ６と、１／４波長板７と、対物レンズ８と、集光部９と、受光素子１０とを備えている。ここで、レーザ２から光記憶媒体９０までの光９１の経路を往路といい、光記憶媒体９０から受光素子１０までの光９１の経路を復路ということがある。
【００１４】
レーザ２は、分離用光回折素子４等に入力するための光９１を−Ｚ方向に出射する。レーザ２から出射される光９１は、±Ｙ方向を偏光方向とする直線偏光のレーザ光である。このレーザ光の波長は、例えば、光記憶媒体９０がＣＤの場合、波長は７８７ｎｍ、光記憶媒体９０がＤＶＤの場合、波長は６５５ｎｍである、光記憶媒体９０がブルーレイの場合、波長は４０５ｎｍである。
【００１５】
偏光フィルタ用光回折素子３は、光９１の往路におけるレーザ２の下流側に配され、レーザ２から出射された偏光が入射される。偏光フィルタ用光回折素子３は、±Ｙ方向を偏光方向とする偏光を通過させ、±Ｘ方向を偏光方向とする偏光を回折する。レーザ２から出射される往路の光９１の偏光方向は±Ｙ方向であるので、偏光フィルタ用光回折素子３は往路の光９１を回折させずに透過させる。尚、偏光フィルタ用光回折素子３の詳細については、後述する。
【００１６】
偏光フィルタ用光回折素子３は、ＸＹ平面に平行な四角形の板状に形成されている。ここで、偏光フィルタ用光回折素子３の形状は、正方形、長方形、平行四辺形にすることができる。特に、偏光フィルタ用光回折素子３の形状を長方形または平行四辺形にすることにより、組み立てる時に、光学軸の向きを容易に認識して、正確な方向に組み立てることができる。
【００１７】
分離用光回折素子４は、光９１の往路における偏光フィルタ用光回折素子３の下流側に配置される。分離用光回折素子４は、１／２波長板として機能する１／２波長層と、偏光方向に関わらず入射光を回折する分離用光回折層とを有する。分離用光回折素子４に入射した往路の光９１は、１／２波長層において、偏光方向が９０°回転され、±Ｘ方向の偏光として出射する。次に往路の光９１は、分離用光回折素子４の光回折層で回折されて、例えば３方向に分離して、０次光及び±１次光を出射する。これらの３方向に分離された光９１は、３ビームトラッキング法に用いられて、０次光が位置合わせされる。
【００１８】
偏光ビームスプリッタ５は、光９１の往路における分離用光回折素子４の下流側に配されている。偏光ビームスプリッタ５は、偏光方向が±Ｘ方向である光を透過するとともに、偏光方向が±Ｙ方向である光を反射する。ここで、分離用光回折素子４を透過して偏光ビームスプリッタに入力される光９１の偏光方向は±Ｘ方向である。従って、偏光ビームスプリッタ５は往路の光９１を透過する。
【００１９】
コリメートレンズ６は、光９１の往路における偏光ビームスプリッタ５の下流側に配置されている。コリメートレンズ６は、偏光ビームスプリッタ５から入力される拡散光を平行光に変換する。
【００２０】
１／４波長板７は、光９１の往路におけるコリメートレンズ６の下流側に配されている。１／４波長板７は、直線偏光を円偏光に変換するとともに、円偏光を直線偏光に変換する。従って、１／４波長板７は、コリメートレンズ６から入力した、直線偏光である往路の光９１を円偏光に変換する。
【００２１】
対物レンズ８は、光９１の往路における１／４波長板７の下流側に配されている。対物レンズ８は、往路において、略平行光の光９１を光記憶媒体９０へと集光する。
【００２２】
ここで、−Ｚ方向に進む往路の光９１は、光記憶媒体９０に反射されて＋Ｚ方向に進行する。光記憶媒体９０は固定端なので、往路の光９１の円偏光の回転方向は、光記憶媒体９０に反射されて反転する。さらに、光記憶媒体９０で反射した復路の光９１は、１／４波長板７に入力され、±Ｙ方向の偏光方向を有する直線偏光に変換されて出力される。１／４波長板７から出力された復路の光９１は、±Ｙ方向の偏光方向を有するので、偏光ビームスプリッタ５で＋Ｙ方向に反射する。
【００２３】
集光部９は、偏光ビームスプリッタ５で反射された光９１の下流側、すなわち、図中で偏光ビームスプリッタ５より＋Ｙ方向側に配されている。集光部９は、例えば、シリンドリカルレンズ、凹レンズ等の単数または複数のレンズによって構成することができる。集光部９は、偏光ビームスプリッタ５によって＋Ｙ方向へと反射された光９１を受光素子１０へと集光させる。
【００２４】
受光素子１０は、集光部９よりも光９１の下流側に配置されている。受光素子１０は、集光部９により集光された復路の光９１を受光する。そして、受光素子１０は、受光した光９１を電気信号に変換した後、出力する。
【００２５】
ここで、偏光ビームスプリッタ５に入射した±Ｙ方向の偏光方向を有する復路の光９１の一部は、偏光ビームスプリッタ５で＋Ｙ方向へ反射されず、漏れ光として＋Ｚ方向に透過する。この漏れ光は、分離用光回折素子４の１／２波長層に入射して、偏光方向が±Ｘ方向に９０°回転される。偏光方向が±Ｘ方向となった漏れ光は、偏光フィルタ用光回折素子３に入射して回折される。従って、偏光フィルタ用光回折素子３に入射する偏光方向が±Ｘ方向の漏れ光は、レーザ２の手前で回折され、レーザ２に入射しない。
【００２６】
図２は、図１の光ピックアップの偏光フィルタ用光回折素子３の動作を示す図である。図２（ａ）は、偏光フィルタ用光回折素子３の±Ｙ方向の偏光が入射した場合を示す。図２（ｂ）は、偏光フィルタ用光回折素子３の±Ｘ方向の偏光が入射した場合を示す。図２（ａ）（ｂ）に示す通り、偏光フィルタ用光回折素子３は、±Ｙ方向を偏光方向とする偏光を通過させる一方で、±Ｘ方向を偏光方向とする偏光を回折する。このように、偏光フィルタ用光回折素子３を用いた光ピックアップによれば、レーザ２に復路の光９１の一部が入射することを防ぎ、レーザ２の出力を安定させることができる。
【００２７】
図３は、図１の偏光フィルタ用光回折素子３の断面図であり、図４は偏光フィルタ用光回折素子３の分解斜視図である。本実施形態に係る光回折素子１００は、基板１０２と、基板１０２の一方の面に形成された配向層１０４と、配向層１０４上に形成された液晶層１０６とを有する。
【００２８】
基板１０２は、配向層１０４と液晶層１０６を保持する。基板１０２は、面全体で略均一な厚みを有する。例えば、基板１０２は、２ｍｍ〜５ｍｍ×２ｍｍ〜５ｍｍの四角形状に形成されている。基板１０２は、レーザ光の波長で透過率の高い透明なガラスにより形成されている。尚、基板１０２を樹脂製の板、樹脂製のフィルムまたはガラス繊維を含む樹脂材料等の透明な材料によって構成してもよい。特に、ガラス繊維を含む材料によって基板１０２を構成した場合、強度及び作業性等を向上させることができる。
【００２９】
配向層１０４は、基板１０２の一方の面上に形成され、液晶層１０６の液晶分子１２０、１２２を配向させることができる。配向層１０４は、異方性を有する高分子１１０、１１２を含み、この高分子１１０、１１２の配向方向によって、液晶層１０６に含まれる液晶分子１２０、１２２を配向させる。配向層１０４は、直線偏光によって配向が誘起された光配向層であってよい。光配向層の一例は、紫外線硬化樹脂であって、光分解型、光二量子化型、光異性化型等の光配向性高分子を含むことができる。配向層１０４は、例えば、約０．０１μｍ〜１μｍの厚みを有する。
【００３０】
配向層１０４は、面に対する配向方向の傾きすなわち面方向に対する配向方向の仰角が互いに異なる、高分子配向領域１５２と高分子配向領域１５４を有する。高分子配向領域１５２は、基板１０２の面に対して傾いて高分子１１０が配向している。高分子配向領域１５４は、基板１０２の面と平行に高分子１１２が配向している。
【００３１】
高分子配向領域１５２の高分子１１０は、±Ｘ方向に配向している。さらに、高分子配向領域１５４の高分子１１２は、基板１０２と平行な投影面において、±Ｘ方向に配向している。すなわち、基板１０２と平行な面内における、高分子配向領域１５２の配向方向と高分子配向領域１５４の配向方向とは平行である。
【００３２】
高分子配向領域１５２と高分子配向領域１５４とはそれぞれ、±Ｘ方向に沿ったストライプ形状に形成され配列されている。さらに、高分子配向領域１５２と高分子配向領域１５４とは、±Ｙ方向に周期的に配列されている。本実施形態においては、配向層１０４の高分子配向領域１５２および高分子配向領域１５４の配列方向と、配向層１０４の高分子１１０、１１２の面内配向方向は直交している。
【００３３】
液晶層１０６は、配向層１０４の上面に位置して、偏光フィルタ用光回折素子３に入射する光を回折する。液晶層１０６の液晶分子１２０、１２２は、配向層１０４の配向方向に倣って配向する。液晶層１０６は、液晶分子１２０、１２２の配向方向が互いに異なる複数の配向パターン１６０を有する。本実施形態においては、複数の配向パターン１６０は、斜め配向パターン１６４、平行配向パターン１６６を有する。複数の配向パターン１６０が、周期的に繰り返し形成されることで、液晶層１０６は回折格子として機能する。液晶層１０６は、配向方向が異なる同一の液晶分子１２０、１２２から形成される。例えば、液晶層１０６は、約０．５μｍ〜２０μｍの厚みを有する。
【００３４】
斜め配向パターン１６４の液晶分子１２０は、その下面に形成された配向層１０４の高分子１１０に倣って、基板１０２の面に対して傾いて配向されている。平行配向パターン１６６の液晶分子１２２は、その下面に形成された配向層の高分子１１２に倣って、基板１０２の面に対して平行に配向されている。
【００３５】
斜め配向パターン１６４の液晶分子１２０は、±Ｘ方向に配向している。さらに、平行配向パターン１６６の液晶分子１２２は、基板１０２と平行な投影面において、±Ｘ方向に配向している。すなわち、基板１０２と平行な面内における、高分子配向領域１５２の配向方向と高分子配向領域１５４の配向方向とは平行である。
【００３６】
斜め配向パターン１６４と平行配向パターン１６６とはそれぞれ、±Ｘ方向に沿ったストライプ形状に形成され配列されている。さらに、斜め配向パターン１６４と平行配向パターン１６６とは、±Ｙ方向に周期的に配列されている。本実施形態においては、斜め配向パターン１６４および平行配向パターン１６６の配列方向と、液晶層１０６の液晶分子１２０、１２２の面内配向方向は直交している。
【００３７】
図５は、第１の実施形態における液晶分子１２０、１２２の屈折率楕円体１３０、１３２を示す図である。図５（ａ）は斜め配向パターン１６４に含まれる液晶分子１２０の屈折率楕円体１３０を示す。図５（ｂ）は平行配向パターン１６６に含まれる液晶分子１２２の屈折率楕円体１３２を示す。
【００３８】
液晶分子１２０、１２２は一軸性の屈折率異方性を有している。液晶分子１２０、１２２の常屈折率ｎｏは屈折率楕円体１３０、１３２の短軸であり、異常屈折率ｎｅは屈折率楕円体１３０、１３２の長軸である。液晶分子１２０、１２２の基板１０２面内における面内屈折率は、屈折率楕円体１３０、１３２の中心を通る、基板１０２の面と平行な断面で表わされる。
【００３９】
図５（ａ）に示すにように、斜め配向パターン１６４の液晶分子１２０の屈折率楕円体１３０は、基板１０２の面方向に対して仰角θで傾いている。これにより、液晶分子１２０を含む斜め配向パターン１６４は、基板１０２と平行な面内における面内の遅相軸方向の屈折率ｎｘ、面内の進相軸方向の屈折率ｎｙを有する。
【００４０】
ここで屈折率ｎｘは、面内における最大屈折率であり、ｎｙは最小屈折率である。ｎｘは、液晶分子１２０の屈折率楕円体１３０の傾きを示す仰角θに応じて増減するが、ｎｙは仰角θによらず一定である。ｎｘは、仰角θが９０°の場合に最小でｎｙと等しくなり、仰角θが減少するにつれて増加する。本実施形態においては、仰角θは０°よりも大きく９０°以下であればよいが、例えば２０°から９０°とすることができる。仰角θが０°より大きく、９０°以下の場合に、ｎｘ'はｎｘよりも大きい。
【００４１】
図５（ｂ）に示すにように、平行配向パターンの液晶分子１２２の屈折率楕円体１３２は、基板１０２の面と平行に配置される。液晶分子１２２を含む平行配向パターンは、面内の遅相軸方向の屈折率ｎｘ'、面内の進相軸方向の屈折率ｎｙ'を有する。液晶分子１２２の屈折率楕円体１３０は、仰角θが０°であって、その遅相軸方向の屈折率ｎｘ'は液晶分子１２０の異常屈折率ｎｅに等しい。ｎｙ'及びｎｙは、液晶分子１２０、１２２の常屈折率ｎｏと等しい。
【００４２】
次に、偏光フィルタ用光回折素子３に入射した光の回折原理について説明する。図４に示す通り、偏光フィルタ用光回折素子３に入射したＸ方向直線偏光５００は、液晶層１０６に含まれる斜め配向パターン１６４と平行配向パターン１６６をそれぞれ通過する。この時、斜め配向パターン１６４の屈折率ｎｘと平行配向パターン１６６の屈折率ｎｘ'との差により、Ｘ方向直線偏光５００は液晶層１０６で回折され、回折光６００として出射する。
【００４３】
一方で、偏光フィルタ用光回折素子３に入射したＹ方向直線偏光５１０は、斜め配向パターン１６４と平行配向パターン１６６をそれぞれ通過するが、斜め配向パターン１６４の屈折率ｎｙと平行配向パターン１６６の屈折率ｎｙ'は等しいので、Ｙ方向直線偏光５１０は回折されず、透過光６１０として出射する。
【００４４】
各偏光方向における回折効率は、各方向における偏光フィルタ用光回折素子３の位相差を調整することにより制御できる。本実施形態において、Ｙ方向直線偏光５１０が偏光フィルタ用光回折素子３に入射した場合の位相差は０である。Ｘ方向直線偏光５００が偏光フィルタ用光回折素子３に入射した場合の位相差は、（ｎｅ−ｎｘ）×ｄを計算して求められる。ｄは、液晶層１０６の厚さである。
【００４５】
ｎｘは使用される液晶分子と仰角により定まるので、使用する液晶分子１２０、１２２の種類、液晶層１０６の厚み、及び仰角を適宜設定することにより、偏光フィルタ用光回折素子３はＸ方向直線偏光５００の１次回折効率等を個別に制御することができる。
【００４６】
このように、本実施形態の光回折素子１００の偏光フィルタ用光回折素子３によれば、入射する光の偏光方向によって入射光をそのまま透過又は回折させることができる。言い換えると、光回折素子１００は、入射する光の偏光方向によって回折効率を異ならせることができる。
【００４７】
図６には、第１の実施形態の変形例に係る光回折素子１０１を示す。本変形例に係る光回折素子１０１は、基板１０２と、基板１０２の一方の面に形成された配向層１０４と、配向層１０４上に形成された液晶層１０６と、液晶層１０６上に形成された１／２波長層１０７と、分離用光回折層１０８とを有する。光回折素子１０１のうち、基板１０２、配向層１０４、及び液晶層１０６は、図１における偏光フィルタ用光回折素子３として機能する。光回折素子１０１のうち、１／２波長層１０７と分離用光回折層１０８は、図１における分離用光回折素子４として機能する。
【００４８】
１／２波長層１０７は、液晶層１０６の上面に形成され、入射する直線偏光の偏光方向を９０°回転させる。１／２波長層１０７は、一方向に配向された液晶分子を有する液晶層である。液晶分子の配向方向は、１／２波長層１０７に入射する直線偏光の偏光方向に対して４５°傾いている。１／２波長層１０７は、液晶分子を配向させるための配向層を含んでいる。
【００４９】
分離用光回折層１０８は、１／２波長層１０７の上面に形成され、入射する光を回折する。分離用光回折層１０８は、液晶分子を有する液晶層である。分離用光回折層１０８は、ストライプ状に形成され配列された複数の配向パターンを有する。複数の配向パターンは、交互に形成された、配向方向が直交する２つの配向パターンを有する。分離用光回折層１０８は、液晶分子を配向させるための配向層を含んでもよい。
【００５０】
ストライプ状に形成され配列された複数の配向パターンの配列方向は、±Ｙ方向である。これに代えて、ストライプ状に形成され配列された複数の配向パターンの配列方向は、±Ｘ方向に平行であってもよい。
【００５１】
本変形例では、光回折素子１０１には、基板１０２上に、配向層１０４、液晶層１０６、１／２波長層１０７及び分離用光回折層１０８がこの順に形成されている。これに代えて、光回折素子１０１は、１／２波長層１０７及び分離用光回折層１０８の配置を変更してもよい。
【００５２】
例えば、光回折素子１０１は、基板１０２と配向層１０４の間に設けられた１／２波長層１０７と、基板１０２の配向層１０４が設けられた反対面に形成された分離用光回折層１０８を有する。光回折素子１０１は、基板１０２の配向層１０４が設けられた反対の面に形成された１／２波長層１０７、及び１／２波長層１０７上に形成された分離用光回折層１０８を有してもよい。また、光回折素子１０１は、基板１０２上に順次形成された分離用光回折層１０８及び１／２波長層１０７と、この上に形成された配向層１０４及び液晶層１０６を有してもよい。
【００５３】
このように、本実施形態の光回折素子１０１によれば、偏光フィルタ、１／２波長板、分離用回折素子が１枚の基板上に形成されるので、素子全体の厚みを抑えることができる。
【００５４】
図７は、第１の実施形態における光回折素子の偏光フィルタ用光回折素子の製造方法を示す図である。図７（ａ）から（ｄ）は、光回折素子１００の偏光フィルタ用光回折素子３の製造方法における、光配向層形成工程、第１光配向工程、第２光配向工程、重合性液晶形成工程及び液晶固化工程をそれぞれ示す。
【００５５】
まず、図７（ａ）に示すように、光配向層形成工程において、基板１０２の一方の面上に、異方性を有する高分子を含む光配向層１３４を形成する。光配向層形成工程は、例えば、透明な基板１０２の一面の全体に、光二量子型配向材料を塗布した後、乾燥する工程である。光二量子型配向材料は紫外線硬化樹脂であってもよい。塗布は、ロールコーター、スピンコーター、スリットダイコーターなど公知の塗布方法を用いることができる。
【００５６】
次に、図７（ｂ）に示すように、第１光配向工程において、光配向層１３４の一部の領域に、基板１０２面の法線方向から第１直線偏光１９０を照射することにより、領域の異方性を有する高分子は、基板１０２に平行な直線偏光の偏光方向１９６に配向する。光配向層１３４のうち第１直線偏光１９０が照射された部分は、第１直線偏光１９０と平行な配向方向１９８に配向する。光配向層の一部の領域に、第１直線偏光１９０を照射するためにフォトマスク１９４が用いられる。
【００５７】
次に、図７（ｃ）に示すように、第２光配向工程において、光配向層１３４の全面に第１直線偏光１９０よりも強度が弱く、第１直線偏光１９０と偏光方向が同じ第２直線偏光１９２を、基板１０２面に対して傾いた方向から照射する。光配向層１３４のうち第２直線偏光１９２が照射された部分は、第２直線偏光１９２と平行な配向方向、つまり基板１０２面に対して傾いた方向に配向する。第２直線偏光１９２の強度は第１直線偏光１９０よりも弱いので、第１光配向工程において第１直線偏光１９０が照射された領域の光配向層１３４の配向は乱されない。
【００５８】
第２直線偏光１９２の傾きと、高分子の傾きは正の相関関係がある。そこで、後に形成する斜め配向パターン１６４の基板１０２に対する傾きを大きくしたい場合には、第２直線偏光１９２の基板１０２に対する傾きを大きくする。なお、説明の便宜上、図７（ｃ）では、第２直線偏光１９２は右上方向から傾いて照射しているが、第１の実施形態と対応する光回折素子を得る場合には、第２直線偏光１９２は紙面の手前側又は奥側から傾いて照射される。
【００５９】
次に、図７（ｄ）に示すように、重合性液晶形成工程において、光配向層１３４上に重合性液晶分子を含む重合性液晶溶液を塗布する。重合性液晶形成工程は、重合性液晶溶液を塗布した後、乾燥する工程を含んでもよい。塗布された重合性液晶分子は、下面に位置する光配向層１３４の配向に倣って配向する。重合性液晶溶液は、重合性液晶分子、溶媒及び重合開始剤を含んでもよい。重合性液晶分子は、光照射又は加熱により重合することで、固化する。
【００６０】
重合性液晶分子に用いられる材料は、偏光フィルタ用光回折素子３の用途及び入射光の波長等に応じて適宜に選択される。重合性液晶分子は、例えば棒状液晶分子である。この重合性液晶分子は、下面に設けられた光配向層１３４の規制力に従い、斜め配向パターン１６４では基板１０２の面と平行に配向され、平行配向パターン１６６では基板１０２の面に対して傾いて配向される。塗布は、ロールコーター、スピンコーター、スリットダイコーターなど公知の塗布方法を用いることができる。
【００６１】
次に、液晶固化工程において、重合性液晶分子を重合させ固化された液晶層１０６を形成する。本実施形態においては、液晶固化工程は、重合性液晶分子が重合する紫外線等の露光光１８８を、塗布された重合性液晶溶液の全面に照射する工程であってもよい。重合性液晶分子が熱重合性を有する場合には、液晶固化工程において、重合性液晶溶液を加熱してもよい。
【００６２】
このように、本実施形態の製造方法によれば、入射光の偏光方向によって回折効率が異なる光回折素子１００の偏光フィルタ用光回折素子３を製造することができる。また、光配向層に入射する光の傾きを変えることで、特定の偏光方向における光の回折効率を容易に制御することができる。
【００６３】
図８は、本発明の第２の実施形態における偏光フィルタ用光回折素子２０３の分解斜視図である。本実施形態に係る偏光フィルタ用光回折素子２０３は、斜め配向パターン１６４の代わりに、垂直配向パターン２６４を有する以外は第１の実施形態と同じである。垂直配向パターン２６４は、基板１０２の面に対して垂直に配向されている。
【００６４】
つまり、本実施形態では、複数の配向パターン２６０は、基板１０２の面に対して平行な配向方向を有する平行配向パターン２６６と、基板１０２の面に対して垂直な配向方向を有する垂直配向パターン２６４を有する。平行配向パターン２６６は、異方性を有する高分子２１２が基板１０２面に平行に配向した高分子配向領域２５４の上面に形成されている。垂直配向パターン２６４は、異方性を有する高分子２１０が垂直に配向した高分子配向領域２５２の上面に形成されている。
【００６５】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の原理により、Ｘ方向直線偏光５００は液晶層２０６で回折され回折光６００として出射するが、Ｙ方向直線偏光５１０は、液晶層２０６において回折されず、透過光６１０として出射する。このように、本実施形態の偏光フィルタ用光回折素子２０３によれば、入射する光の偏光方向によって、入射光を透過又は回折させることができる。
【００６６】
また、本実施形態によれば、液晶分子２２０を含む配向パターンの±Ｘ方向の基板面内屈折率と液晶分子２２２を含む配向パターンの±Ｘ方向の基板面内屈折率の差が最も大きくなるので、液晶層２０６の膜厚が薄くても回折効率を上げることができる。特に、最大の回折効率を得ることができる液晶層２０６の膜厚ｄは、下記式の（ｎｘ'−ｎｘ）が最大となるときに最も薄くすることができる。入射波長がλ、隣接する配向パターンの屈折率をそれぞれｎｘ'、ｎｘとすると、最大の回折効率を得ることができる膜厚ｄは、下記の通りに表される。
ｄ＝（λ／２）・（ｎｘ'−ｎｘ）−１      …数式１
【００６７】
ここで各配向パターンの液晶層２０６の材料が同じ場合には、ｎｘ'が最も大きくかつｎｘが最も小さくなるのは、一の配向パターンにおいて液晶分子が基板１０２面と平行であり、他の配向パターンにおいて液晶分子が垂直のときである。すなわち、図８に示す形態がこの場合に相当する。よって、図８に示す配向パターンであって上記式を満たす厚みｄが、最大の回折効率を得ることができかつ最も薄い厚みとなる。
【００６８】
偏光フィルタ用光回折素子２０３は、図６の形態と同様に、１／２波長層１０７と、分離用光回折層１０８と一体に形成してもよい。この場合、偏光フィルタ、１／２波長板、分離用回折層が１枚の基板上に形成されるので、素子全体の厚みを抑えることができる。
【００６９】
本実施形態の偏光フィルタ用光回折素子２０３は、例えば以下の方法により作製する。まず、基板１０２上に、異方性を有する高分子を含む配向層２０４を塗布した後、フォトマスク等を用いて、配向層２０４の一部の領域に直線偏光を基板１０２の法線方向から照射する。配向層２０４のうち、直線偏光が照射された領域の高分子は、直線偏光の偏光方向と同じ方向に配向する。
【００７０】
次に、配向層２０４上に光重合性の垂直配向液晶を塗布した後、溶剤を乾燥させて液晶層２０６を形成する。液晶層２０６のうち、直線偏光が照射された配向層２０４の領域上に存在する部分に存在する垂直配向液晶は、配向層２０４の向きに倣って基板１０２の基板面と平行に配向する。一方で、液晶層２０６のうち、直線偏光が照射されなかった配向層２０４の領域上に存在する部分に存在する垂直配向液晶は、基板１０２の基板面に対して垂直に配向する。次に、液晶層２０６の全面に紫外線等を照射して、液晶層２０６に含まれる液晶を硬化する。
【００７１】
図９は、本発明の第３の実施形態における偏光フィルタ用光回折素子３０３の分解斜視図である。偏光フィルタ用光回折素子３０３は、基板１０２、配向層３０４、液晶層３０６を有する。本実施形態に係る偏光フィルタ用光回折素子３０３は、複数の配向パターン３６０に含まれる斜め配向パターン３６４の液晶分子３２０と平行配向パターン３６６の液晶分子３２２の基板１０２面内における配向方向が、±Ｘ方向でなく±Ｙ方向であること以外は第１の実施形態と同じである。
【００７２】
本実施形態においては、第１の実施形態と同様の原理により、Ｘ方向直線偏光５００は液晶層３０６で回折されず透過光７１０として出射するが、Ｙ方向直線偏光５１０は液晶層３０６において回折され、回折光７００として出射する。このように、本実施形態の光回折素子１００によれば、回折又は透過される光の偏光方向が第１の実施形態と異なる。
【００７３】
ここで、斜め配向パターン３６４及び平行配向パターン３６６の基板１０２と平行な面内配向方向は、いずれも±Ｙ方向である。つまり、斜め配向パターン３６４と平行配向パターン３６６の配向方向は、基板１０２の面と垂直な単一の面と平行である。この単一の面を基板垂直面３７０と定義すると、基板垂直面３７０はＹＺ平面と平行である（すなわち、図９において斜め配向パターン３６４と平行配向パターン３６６の配向方向はいずれもＸ方向に対して垂直である）。
【００７４】
なお、第１および第２実施形態において単一の基板垂直面３７０は、複数の配向パターン３６０の配向方向と垂直になる。当該単一の基板垂直面３７０が垂直又は平行である場合、偏光フィルタ用光回折素子３０３によって回折又は透過される偏光の偏光方向と、回折光が広がる方向が一致する。また、基板垂直面３７０は、複数の配向パターン３６０の配列方向（図９におけるＹ方向）に対して斜めであってもよい。すなわち、斜め配向パターン３６４の配向方向がＸ、Ｙ、Ｚ方向のいずれに対しても傾いており、平行配向パターン３６６の配向方向がＸ、Ｙ方向のいずれに対しても傾いていてもよい。
【００７５】
本実施形態では、液晶層３０６に含まれる複数の配向パターン３６０の基板１０２と平行な面内における配向方向は全て±Ｙ方向であり、同一である。しかし、液晶層３０６に含まれる配向パターンの面内配向方向は全て同一でなくてもよい。例えば、ある配向パターンの面内配向方向と、別の配向パターンの面内配向方向が異なっていてもよい。この場合でも、入射する光の偏光方向によって、回折効率を異ならせることができる。
【００７６】
偏光フィルタ用光回折素子３０３は、図６の形態と同様に、１／２波長層１０７と、分離用光回折層１０８とを一体に形成してもよい。この場合、偏光フィルタ、１／２波長板、分離用回折層が１枚の基板上に形成されるので、素子全体の厚みを抑えることができる。
【００７７】
また、本実施形態の偏光フィルタ用光回折素子３０３を光ピックアップに用いる場合、レーザが出力するレーザ光の偏光方向は、単一の基板垂直面３７０と直交してもよい。偏光フィルタ用光回折素子３０３は、単一の基板垂直面３７０と直交する偏光を透過する一方、単一の基板垂直面３７０と平行な偏光を回折する。従って、このように偏光フィルタ用光回折素子３０３を配置した光ピックアップは、レーザから出力され偏光フィルタ用光回折素子３０３を通過した往路の光を透過させ、偏光ビームスプリッタ５から漏れて入射する偏光を回折することができる。
【００７８】
図１０は、本発明の第４の実施形態における偏光フィルタ用光回折素子４０３の断面図であり、図１１は第４の実施形態の偏光フィルタ用光回折素子４０３の分解斜視図である。本実施形態に係る偏光フィルタ用光回折素子４０３は、基板１０２、配向層４０４及び液晶層４０６を有する。偏光フィルタ用光回折素子４０３は、配向層４０４が面内で均一に配向されていることと、液晶層４０６が斜め配向パターン４６４と等方性配向パターン４６６を有すること以外は、第１の実施形態と同じである。
【００７９】
配向層４０４は、基板１０２の一方の面上に形成され、上面に形成された液晶層４０６の液晶を配向させる。配向層４０４は、全面に一様な異方性を有する高分子４１０の配向を有している。配向層４０４は、基板１０２の面に対して傾いて配向された高分子４１０を有する。配向層４０４は、この図のように全体で一様に配向されなくてもよい。例えば、配向層４０４は、一部の領域が基板１０２の面に対して傾いて配向され、残りの領域は無配向である。
【００８０】
液晶層４０６は、配向層４０４の上面に位置する。液晶層４０６は、偏光フィルタ用光回折素子４０３に入射する光を回折する。液晶層４０６は複数の配向パターン４６０を有する。複数の配向パターン４６０は、基板の面に対して傾いて配向された斜め配向パターン４６４と、光学的に等方性である等方性配向パターン４６６を有する。斜め配向パターン４６４の液晶分子４２０は、その下面に形成された配向層４０４の高分子４１０の配向に倣って配向されているが、等方性配向パターン４６６の液晶分子４２２は、その下面に形成された配向層４０４の高分子４１０の配向に倣っていない。斜め配向パターン４６４は、基板１０２と平行な面内において、±Ｘ方向に配向している。斜め配向パターン４６４と等方性配向パターン４６６は、長手方向が±Ｘ方向と平行である周期的なストライプ形状に形成されている。
【００８１】
図１２は、第４の実施形態における液晶分子４２０、４２２の屈折率楕円体４３０、４３２を示す図である。図１２（ａ）は斜め配向パターン４６４に含まれる液晶分子４２０の屈折率楕円体４３０を示す。図１２（ｂ）は等方性配向パターン４６６に含まれる液晶分子４２２の屈折率楕円体４３２を示す。
【００８２】
図１２（ａ）に示すにように、斜め配向パターンの液晶分子４２０の屈折率楕円体４３０は、基板面に対して傾いている。液晶分子４２０を含む斜め配向パターンは、基板１０２と平行な面内における遅相軸方向の屈折率ｎｘ、進相軸方向の屈折率ｎｙを有する。
【００８３】
ここで屈折率ｎｘは面内における最大屈折率であり、ｎｙは最小屈折率である。ｎｙは、液晶分子４２０の常屈折率ｎｏと等しい。ｎｘは、液晶分子４２０の屈折率楕円体４３０の傾きを示す仰角θに応じて増減するが、ｎｙは仰角θによらず一定である。ｎｘは、仰角θが９０°の場合に最小でｎｙと等しくなり、仰角θが減少するにつれて増加する。
【００８４】
図１２（ｂ）に示すにように、等方性配向パターンの液晶分子４２２は、屈折率異方性を示さず、その屈折率楕円体４３２は球形状である。このため、液晶分子４２２を含む配向パターンの基板１０２と平行な面内における面内屈折率ｎｘ'と面内屈折率ｎｙ'は等しい。
【００８５】
ここで、ｎｘは、液晶分子４２０の異常屈折率をｎｅ、常屈折率をｎｏとすると、
ｎｘ＝ｎｏ・ｎｅ／（ｎｏ２ｃｏｓ２θ＋ｎｅ２ｓｉｎ２θ）１／２      …数式２
を計算することにより導出できる。また、ｎｘ'（及びｎｙ'）は、
ｎｘ'＝（ｎｅ＋２ｎｏ）／３      …数式３
を計算することにより導出できる。数式２及び数式３から、ｎｘとｎｘ'が等しくなる仰角θを導出することができる。ｎｘとｎｘ'が等しくなるように、液晶分子４２０の屈折率楕円体４３０の仰角θを設定することで、偏光フィルタ用光回折素子４０３の偏光選択性を良好にすることができる。ここで、液晶分子４２０の屈折率楕円体４３０の仰角θは、ｎｘはｎｘ'と等しくなる角度に対して、±１０°幅を持たせてもよい。
【００８６】
ここで、偏光フィルタ用光回折素子４０３に入射した光の回折原理について説明する。図１１に示すように、偏光フィルタ用光回折素子４０３に入射したＹ方向直線偏光５１０は、液晶層４０６に含まれる斜め配向パターン４６４と等方性配向パターン４６６をそれぞれ通過する。この時、斜め配向パターン４６４の屈折率ｎｙと等方性配向パターン４６６の屈折率ｎｙ'との差により、Ｙ方向直線偏光５１０は液晶層４０６で回折され、回折光７００として出射する。
【００８７】
一方で、偏光フィルタ用光回折素子４０３に入射したＸ方向直線偏光５００は、斜め配向パターン４６４と等方性配向パターン４６６をそれぞれ通過するが、斜め配向パターン４６４の屈折率ｎｘと等方性配向パターン４６６の屈折率ｎｘ'は等しいので、Ｘ方向直線偏光５００は回折されず、透過光７１０として出射する。
【００８８】
本実施形態において、Ｘ方向直線偏光５００が偏光フィルタ用光回折素子４０３に入射した場合の位相差は０である。Ｙ方向直線偏光５１０が偏光フィルタ用光回折素子４０３に入射した場合の位相差は、（（ｎｅ＋２ｎｏ）／３−ｎｏ）×ｄを計算することで求められる。ｄは液晶層１０６の厚さである。使用する液晶分子、液晶層１０６の厚みを適宜設定することにより、偏光フィルタ用光回折素子４０３は、Ｙ方向直線偏光５１０の１次回折効率等を個別に制御することができる。
【００８９】
このように、本実施形態の偏光フィルタ用光回折素子４０３によれば、入射する光の偏光方向によって、入射光を透過又は回折させることができる。言い換えると、偏光フィルタ用光回折素子４０３によれば、入射する光の偏光方向によって、回折効率を異ならせることができる。
【００９０】
偏光フィルタ用光回折素子４０３は、図６の形態と同様に、１／２波長層１０７と、分離用光回折層１０８とを一体に形成してもよい。この場合、偏光フィルタ、１／２波長板、分離用回折層が１枚の基板上に形成されるので、素子全体の厚みを抑えることができる。
【００９１】
本実施形態の偏光フィルタ用光回折素子４０３を光ピックアップに用いる場合、レーザが出力するレーザ光の偏光方向は、斜め配向パターン４６４の配向方向と平行であってよい。偏光フィルタ用光回折素子４０３は、基板１０２と平行な面内における斜め配向パターン４６４の配向方向に平行な偏光を透過させる一方、直交する偏光を回折する。従って、このように偏光フィルタ用光回折素子４０３を配置した光ピックアップは、レーザから出力され偏光フィルタ用光回折素子４０３を通過した往路の光を透過させ、偏光ビームスプリッタ５から漏れて入射する偏光を回折して逸らすことができる。
【００９２】
図１３は、第４の実施形態における光回折素子の製造方法を示す図である。図１３（ａ）から（ｅ）は、偏光フィルタ用光回折素子４０３の製造方法における、光配向層形成工程、光配向工程、重合性液晶形成工程、第１液晶固化工程、及び第２液晶固化工程をそれぞれ示す。
【００９３】
まず、図１３（ａ）に示すように、光配向層形成工程において、基板１０２の一方の面上に、異方性を有する高分子を含む光配向層４３４を形成する。光配向層形成工程は、例えば、透明な基板１０２の一面の全体に、光二量子型配向材料を塗布した後、乾燥する工程である。塗布方法及び光二量子型配向材料等は、他の実施形態と同じ構成を採用することができる。
【００９４】
次に、図１３（ｂ）に示すように、光配向工程において、光配向層１３４の全面に偏光方向直線偏光４９０を、基板１０２の面に対して傾いた方向から照射することで、基板１０２の面に対して傾いた配向方向４９８に高分子が配向した光配向層４３４を形成する。直線偏光４９０の傾きと、高分子の傾きは正の相関関係がある。そこで、後に形成する斜め配向パターン４６４の基板に対する傾きを大きくしたい場合には、直線偏光４９０の基板に対する傾きを大きくする。
【００９５】
次に、図１３（ｃ）に示すように、重合性液晶形成工程において、光配向層４３４上に重合性液晶分子を含む重合性液晶溶液を塗布する。重合性液晶形成工程は、重合性液晶溶液を塗布した後、乾燥する工程を含んでもよい。重合性液晶溶液は、重合性液晶分子、溶媒及び重合開始剤を含んでよい。塗布された重合性液晶分子は、下面に位置する光配向層４３４の配向に倣って配向する。重合性液晶分子は、光照射又は加熱により重合することで固化する。
【００９６】
重合性液晶分子に用いられる材料は、偏光フィルタ用光回折素子４０３の用途及び入射光の波長等に応じて適宜に選択される。重合性液晶分子は、例えば棒状のサーモトロピック液晶分子である。塗布方法は既に説明したものと同じ構成を採用することができる。
【００９７】
次に、図１３（ｄ）に示すように、第１液晶固化工程において、重合性液晶分子のうち一部を重合させ、一部の領域が固化された液晶層を形成する。本実施形態においては、第１液晶固化工程は、重合性液晶が重合する紫外線等の露光光４８８を、フォトマスク４９４を介して、重合性液晶分子の一部に照射する工程であってもよい。これにより、液晶層４０６のうち、露光された一部の領域には斜め配向パターン４６４が形成される。
【００９８】
次に、第２液晶固化工程において、基板１０２を重合性液晶分子の等方相相転移温度以上に加熱する。すると、液晶層４０６に含まれる重合性液晶分子のうち第１液晶固化工程で固化されなかった領域の重合性液晶分子の配向が乱れて等方相状態になる。固化された領域の液晶分子は、固定されているため配向が乱れない。次に、固化されなかった領域を等方相状態で固化する。本実施形態においては、重合性液晶分子が重合する紫外線等の露光光４９２を、重合性液晶の全面に照射することで重合性液晶を固化する。
【００９９】
このように、本実施形態の製造方法によれば、入射光の偏光方向によって回折効率が異なる光回折素子を製造することができる。また、光配向層に入射する光の傾きを変えることで、特定の偏光方向における光の回折効率を容易に制御することができる。
【０１００】
説明したとおり、第１から第４の実施形態に係る光回折素子は、ストライプ形状に配向パターンが形成された液晶層を有している。ストライプの幅は、光回折素子の用途等に応じて適宜設定することができる。液晶層の配向パターンは、ストライプ形状に代えて、市松模様形状にパターニングされていてもよい。
【０１０１】
また、第１から第４の実施形態に係る光回折素子は、２種類の配向パターンが交互に配置された液晶層を有しているが、これに代えて３種類以上のパターンを周期的に繰り返すことにより液晶層を形成してもよい。
【０１０２】
また、光回折素子の両外面には、反射防止層、保護層等を追加して形成してもよい。更に、上述の各実施形態では、光回折素子が、偏光フィルタ用光回折素子、及び、分離用光回折素子を有するとして説明したが、分離用光回折素子は省略してもよく、光回折素子が偏光フィルタ用光回折素子により構成されてもよい。
【０１０３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【０１０４】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および工程等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１０５】
１  光ピックアップ、２  レーザ、３  偏光フィルタ用光回折素子
４  分離用光回折素子、５  偏光ビームスプリッタ、６  コリメートレンズ
７  １／４波長板、８  対物レンズ、９  集光部、１０  受光素子、９０  光記憶媒体
９１  光、１００  光回折素子、１０１  光回折素子、１０２  基板、１０４  配向層
１０６  液晶層、１０７  １／２波長層、１０８  分離用光回折層、１１０  高分子
１１２  高分子、１２０  液晶分子、１２２  液晶分子、１３０  屈折率楕円体
１３２  屈折率楕円体、１３４  光配向層、１５２  高分子配向領域
１５４  高分子配向領域、１６０  複数の配向パターン、１６４  斜め配向パターン
１６６  平行配向パターン、１８８  露光光、１９０  第１直線偏光
１９２  第２直線偏光、１９４  フォトマスク、１９６  偏光方向、１９８  配向方向
２０３  偏光フィルタ用光回折素子、２０４  配向層、２０６  液晶層、２１０  高分子
２１２  高分子、２２０  液晶分子、２２２  液晶分子、２５２  高分子配向領域
２５４  高分子配向領域、２６０  複数の配向パターン、２６４  垂直配向パターン
２６６  平行配向パターン、３０３  偏光フィルタ用光回折素子、３０４  配向層、３０６  液晶層
３２０  液晶分子、３２２  液晶分子、３６０  複数の配向パターン
３６４  斜め配向パターン、３６６  平行配向パターン、３７０  基板垂直面
４０３  偏光フィルタ用光回折素子、４０４  配向層、４０６  液晶層、４１０  高分子
４２０  液晶分子、４２２  液晶分子、４３０  屈折率楕円体、４３２  屈折率楕円体
４３４  光配向層、４６０  複数の配向パターン、４６４  斜め配向パターン
４６６  等方性配向パターン、４８８  露光光、４９０  直線偏光、４９２  露光光
４９４  フォトマスク、４９８  配向方向、５００  Ｘ方向直線偏光
５１０  Ｙ方向直線偏光、６００  回折光、６１０  透過光、７００  回折光
７１０  透過光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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