(57)【要約】【課題】青色等の短波長光においても大きな回折角度が得られ、大きな回折効率と優れた偏光選択性を有し、入射角度依存性が小さく発散光に対しても高効率の偏光分離素子を実現する。【解決手段】光学的異方性もしくは複屈折性を示す領域と光学的等方性を示す領域からなる周期的な構造を有し、前記周期的な構造として、非重合性液晶３と、重合性モノマー（あるいはプレポリマー）４と、光重合開始剤とからなる組成物を一対の透明基板１，２間に保持し、前記組成物を二光束干渉露光することにより、主にポリマー４から成る層と主に非重合性液晶３から成る層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の偏光分離素子において、前記二光束干渉露光時の波長における前記組成物の厚み１μｍ当たりの吸光度が０．０００２以下となるように前記光重合開始剤の添加量を調整する。【選択図】図２
2006048842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的異方性もしくは複屈折性を示す領域と光学的等方性を示す領域からなる周期的な構造を有し、前記周期的な構造として、非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーと、光重合開始剤とからなる組成物を一対の透明基板間に保持し、前記組成物を二光束干渉露光することにより、主にポリマーから成る層と主に非重合性液晶から成る層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の偏光分離素子において、
前記二光束干渉露光時の波長における前記組成物の厚み１μｍ当たりの吸光度が０．０００２以下となるように前記光重合開始剤の添加量を調整することを特徴とする偏光分離素子。
【請求項２】
請求項１記載の偏光分離素子において、
前記光重合開始剤にビスアシルフォスフィンオキサイド系を用いたことを特徴とする偏光分離素子。
【請求項３】
請求項２記載の偏光分離素子において、
前記光重合開始剤は、前記非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーとからなる組成物に対して、０．１〜５wt％の濃度で調整されていることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の偏光分離素子において、
前記二光束干渉露光時の露光波長λが、４００ｎｍ≦λ≦４１０ｎｍであることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項５】
光源からの光を記録媒体に集光し、該記録媒体からの反射光を光検出器で検出して情報の記録または再生、あるいは記録及び再生を行なう光ヘッド装置において、
前記記録媒体から前記光検出器に至る光路中に、前記記録媒体からの反射光を光検出器に向けて偏向する光学素子を備え、該光学素子が請求項１〜４のいずれか一つに記載の偏光分離素子であることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項６】
記録媒体に対して光ヘッド装置を用いて情報の記録または再生、あるいは記録及び再生を行なう光ディスクドライブ装置において、
前記光ヘッド装置として、請求項５記載の光ヘッド装置を搭載したことを特徴とする光ディスクドライブ装置。
【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って素子を透過または回折させる機能を有する偏光分離素子に関し、特に光ヘッド装置（光ピックアップ装置）等に用いる偏光選択性の偏光分離素子（偏光選択性ホログラム素子等）に関するものであり、さらには、その偏光分離素子を用いた光ヘッド装置及び、その光ヘッド装置を搭載した光ディスクドライブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ヘッド装置（光ピックアップ装置と言う場合もある）等に用いる偏光選択性の偏光分離素子としては、以下のような従来技術がある。
（１）特許文献１（特許第３２９９３８４号公報（特開平７−２８７１１７号公報））には、光学異方性基板上に回折格子形状を形成し、この回折格子形状の溝部に屈折率を規定した材料を充填した偏光ビームスプリッターが開示されている。
（２）特許文献２（特開平１０−９２００４号公報）には、等方性基板上に回折格子形状を形成し、この回折格子形状の溝部に光学異方性の材料を充填した光学異方性回折素子が開示されている。
（３）特許文献３（特開平１０−７４３３３号公報）には、光重合性液晶を、周期的な透明電極パターンを有する透光性基板で狭持した液晶セルを用い、透明電極パターンに電圧を印加することで液晶を周期的に垂直配向させて光重合させるとともに、非電圧印加部は水平配向の状態で光重合させることで、水平配向領域と垂直配向領域の周期構造を形成した光学異方性回折素子が開示されている。
（４）特許文献４（特開平１１−２７１５３６号公報）には、上述のような光重合性液晶を用い、水平配向させた状態で干渉露光等の方法で露光を行い、露光部の液晶を周期的に重合固化させた後に未露光部に外場を印加させ垂直配向させた状態で反応固化するホログラム素子が開示されている。
（５）特許文献５（特開２０００−２２１４６５号公報）には、液晶と高分子を含む光学媒体を液晶のＮ−Ｉ点に対応した特定の温度範囲に制御して二光束干渉露光を行うことで、液晶が微細な周期構造に対し一様な方向に配向する構造を有する回折光学素子が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３２９９３８４号公報（特開平７−２８７１１７号公報）
【特許文献２】特開平１０−９２００４号公報
【特許文献３】特開平１０−７４３３３号公報
【特許文献４】特開平１１−２７１５３６号公報
【特許文献５】特開２０００−２２１４６５号公報
【特許文献６】特開平９−５０６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、光ディスクドライブ装置等に搭載される光ヘッド装置（光ピックアップ装置）の小型化のために光源であるレーザーダイオード（ＬＤ）と光検出器（フォトディテクター）を近接して配置し、偏光分離素子（例えば偏光選択性ホログラム素子）を用いて光源からの出射光は回折せずに効率良くディスク面に集光し、ディスク面で反射された後に偏光面が９０度回転して戻ってきた光のみを回折させて効率良く光検出器の受光素子内に導く方式が提案されている。また、光ディスクドライブ装置は高密度化のために光源の短波長化が進展している。上記のホログラム素子を用いた場合、回折角は波長に依存するため、小型のレイアウトを実現するために必要な回折角を得るためには、より短いピッチの回折格子が必要とされている。一方、光源の短波長化に伴い、光検出器の受光素子の感度が低下するため、光学系の高効率化が必要とされている。さらに、書き込みや読み込み速度を向上させるためにも光学系の効率向上が求められており、偏光選択性ホログラム素子としては短いピッチで高い回折効率が得られるものが求められている。
【０００５】
それに対して、特許文献１や特許文献２に記載の従来例は、ドライエッチング等の方法で回折格子形状を形成する必要がある。このような構造において、高い回折効率を得るためには溝形状の深さをより深くする必要があり、加工上の困難を伴う。また、深い溝形状に均一に材料を充填することが困難であるという問題もある。特許文献３に記載の従来例では、格子のピッチは透明電極のピッチで決まるが、電極の微細化の制約とともに、回折効率を高くするために厚膜化すると電極のピッチよりも膜厚が厚くなり、隣接電極の影響によって液晶層に所望の電界がかけられなくなるという問題がある。また、短いピッチでは、垂直配向領域の配向が隣接する水平配向領域に影響を及ぼし、所望の配向分布が得られないと言う問題がある。また、特許文献４に記載に従来例では露光のピッチを微細化することは可能であるが、反応活性種の熱拡散のために露光通りの短いピッチを形成することが困難であるという問題がある。さらに特許文献５に記載の従来例では、ポリマーと液晶の相分離を利用して短いピッチの周期構造を比較的容易に形成できるが、液晶相部分の複屈折性を十分に利用し、良好な偏光選択性、短波長における良好な透過性を得ることは難しい。
【０００６】
上記のような方法によって得られるバイナリー構造のホログラムでは±１次あるいはそれ以上の高次の回折現象を示すため、例え＋２次以上あるいは−２次以下の高次光を抑制したとしても、回折光の光利用効率は半分以下となってしまう。また、±１次光それぞれに対応させて受光素子を配置する方法も知られているが（例えば特許文献６（特開平９−５０６４２号公報））、この方法では構造が複雑となり、コスト増加を招く。理想的には＋１次または−１次光のみが高効率で得られるブレーズ化ホログラムのような性能を有する偏光分離素子が好ましいが、前述の特許文献１〜３に記載の従来技術では青色等の短波長でこのような特性を示すものは得られていない。特許文献４に記載の方法では干渉縞を斜めに形成することで回折角の小さい場合には＋１次または−１次光の片方の回折効率を高めた素子が得られるが、前述の反応活性種の拡散のため回折角が大きな素子は得られていない。特許文献５に記載の方法でも干渉縞を斜めに形成することで回折角の小さい場合には＋１次または−１次光の片方の回折効率を高めた素子が得られるが、液晶相部分の複屈折性を十分に発現させることが難しく、体積ホログラムの厚みを厚くする必要があり、回折効率の入射角度依存性が大きくなるという課題がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、青色等の短波長光においても大きな回折角度が得られ、大きな回折効率と優れた偏光選択性を有し、入射角度依存性が小さく発散光に対しても高効率の偏光分離素子（偏光選択性ホログラム素子）を提供することを目的とする。また、本発明は、かかる偏光分離素子の製造方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、かかる偏光分離素子を用いた光ディスク用の小型な光ヘッド装置（光ピックアップ装置）を提供することを目的とする。さらに本発明は、その光ヘッド装置を搭載した光ディスクドライブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は以下のような技術的手段を採っている。
本発明の第１の手段は、光学的異方性もしくは複屈折性を示す領域と光学的等方性を示す領域からなる周期的な構造を有し、前記周期的な構造として、非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーと、光重合開始剤とからなる組成物を一対の透明基板間に保持し、前記組成物を二光束干渉露光することにより、主にポリマーから成る層と主に非重合性液晶から成る層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の偏光分離素子において、前記二光束干渉露光時の波長における前記組成物の厚み１μｍ当たりの吸光度が０．０００２以下となるように前記光重合開始剤の添加量を調整することを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
本発明の第２の手段は、第１の手段の偏光分離素子において、前記光重合開始剤にビスアシルフォスフィンオキサイド系を用いたことを特徴とする（請求項２）。
また、本発明の第３の手段は、第２の手段の偏光分離素子において、前記光重合開始剤は、前記非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーとからなる組成物に対して、０．１〜５wt％の濃度で調整されていることを特徴とする。
さらに本発明の第４の手段は、第１〜第３のいずれか一つの手段の偏光分離素子において、前記二光束干渉露光時の露光波長λが、４００ｎｍ≦λ≦４１０ｎｍであることを特徴とする（請求項４）。
【００１０】
本発明の第５の手段は、光源からの光を記録媒体に集光し、該記録媒体からの反射光を光検出器で検出して情報の記録または再生、あるいは記録及び再生を行なう光ヘッド装置において、前記記録媒体から前記光検出器に至る光路中に、前記記録媒体からの反射光を光検出器に向けて偏向する光学素子を備え、該光学素子が第１〜第４のいずれか一つの手段の偏光分離素子であることを特徴とする（請求項５）。
また、本発明の第６の手段は、記録媒体に対して光ヘッド装置を用いて情報の記録または再生、あるいは記録及び再生を行なう光ディスクドライブ装置において、前記光ヘッド装置として、第５の手段の光ヘッド装置を搭載したことを特徴とする（請求項６）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る偏光分離素子は、光学的異方性を示す領域と光学的等方性を示す領域からなる周期的な構造が、主にポリマーからなる領域と主に非重合性液晶からなる領域との周期的な相分離構造より形成されている。この相分離構造を形成する相分離過程は重合反応に大きく依存し、重合反応が非常に速い場合には、十分な相分離過程が得られず偏光選択性が悪くなる。そのため前記第１の手段に示すように、適当な相分離過程を得る重合反応の条件を光重合開始剤の添加量により調整し、その条件は周期構造内部の厚み１μｍ当たりの吸光度を０．０００２以下と設定することで良好な偏光選択性が得られる。
【００１２】
本発明の偏光分離素子において、光重合開始剤を検討したところ、メタロセン系の開始剤に比べて、前記第２の手段に示すようにビスアシルフォスフィンオキサイド系の開始剤を用いることにより、非常に良好な偏光選択性が得られた。すなわち、良好な偏光選択性を得るためにビスアシルフォスフィンオキサイド系の光重合開始剤を用いることは有効である。
【００１３】
前述したように、相分離過程は重合反応に大きく依存する。重合反応は光重合開始剤の濃度などに依存するため、前記第３の手段に示すように、光重合開始剤は、非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーとからなる組成物に対して、０．１〜５wt％の濃度で調整されている。すなわち、適当な重合反応が得られるように光重合開始剤の濃度を０．１〜５wt％と設定することで、良好な偏光選択性が得られる。
【００１４】
さらに本発明の偏光分離素子においては、前記第４の手段に示すように、二光束干渉露光時の露光波長λが、４００ｎｍ≦λ≦４１０ｎｍの短波長であるため、光重合開始剤の添加量を微少にすることができる。添加量が微少であるため、周期的な相分離構造における不純物が少なく偏光分離素子の透過率が向上する。
【００１５】
第５の手段の光ヘッド装置では、記録媒体からの反射光を光検出器に向けて偏向する光学素子として、第１〜第４のいずれか一つの手段による偏光選択性のよい偏光分離素子を用いるので、光源から出射した光の往路ではほとんど回折せずに効率よく記録媒体に集光し、記録媒体からの反射光の復路（偏光面は９０°回転）では大きな回折効率で情報を光検出器へと回折させることができる。そのため、小型で光利用効率の高い光ヘッド装置を実現することができる。
【００１６】
第６の手段の光ディスクドライブ装置では、第５の手段の小型で光利用効率の高い光ヘッド装置を搭載しているので、光利用効率が高く、コンパクトな光ディスクドライブ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の構成・動作について図面を参照して詳細に説明する。
まず第一の実施形態における偏光分離素子の断面構成の概略を図１に示す。この偏光分離素子では、非重合性液晶分子３と重合性モノマー（あるいはプレポリマー）４と図示しない光重合開始剤とを均一に混合した組成物を二枚の透明基板１，２間に挟んで構成されている。組成物の厚みは基板間隔を制御する図示しないスペーサー部材によって制御できる。この組成物は感光性を有するため、素子作製工程において感度を有する波長域の光を遮断した環境下で取り扱うことが好ましい。
【００１８】
図１に示す偏光分離素子の構成に関して、スペーサー部材としては、液晶表示素子に用いられるような球形スペーサー、ファイバースペーサー、フィルムなどを用いることができる。また、フォトリソグラフィーとエッチングあるいは成型技術などによって基板表面に突起形状を加工しても良い。スペーサー部材はホログラムの有効領域外に形成することが好ましい。スペーサー部材の高さは数μｍから数十μｍ範囲が好ましく、回折光の波長とポリマー部と液晶部の屈折率差に応じて所望のホログラム層厚みとなるように適宜設定される。透明基板１，２としては、液晶表示素子に用いられるようなガラス、プラスチックなどを用いることができる。
【００１９】
非重合性液晶３としては、屈折率異方性を有する液晶ならば一般的なものを使用することができる。液晶材料を選択する時は、あるオーダーパラメーターの配向状態において、重合性モノマーあるいはプレポリマーの硬化層の屈折率とほぼ等しい屈折率となる液晶材料を選択してもよく、また、液晶材料を選択してから、その液晶の或るオーダーパラメーターの配向状態での屈折率とほぼ等しい屈折率になるように重合性モノマーあるいはプレポリマーを選択してもよい。非重合性液晶３としては、ネマチック、コレステリック、スメクチックのいずれのタイプでも良く、従来公知のビフェニル、ターフェニル、フェニルシクロヘキサン、ビフェニルシクロヘキサン、安息香酸フェニルエステル、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、フェニルピリミジン、フェニルジオキサン、トラン、１−フェニル−２−シクロヘキシルエタン、１−フェニル−２−ビフェニルエタン、１−シクロヘキシル−２−ビフェニルエタン、ビフェニルカルボン酸フェニルエステル、４−シクロヘキシル安息香酸フェニルエステルなどを骨格とし、アルキル基、アルコキシ基や誘電異方性を付与するための極性付与基としてのシアノ基、ハロゲン基などを置換基として有する液晶などを用いることができる。非重合性液晶材料は、重合性モノマーあるいはプレポリマーの合計量１００重量部に対して２０重量部〜５００重量部の割合で使用されることが好ましい。
【００２０】
重合性モノマー（またはそのプレポリマー）４としては、重合による硬化収縮が大きいものを用いることが好ましい。このような重合性モノマーとしては、エチレン性不飽和結合を有する光重合可能な化合物であって、１分子中に少なくともエチレン性不飽和二重結合を１個有する光重合、光架橋可能なモノマー、オリゴマー、プレポリマー及びそれらの混合物であり、モノマー及びその共重合体の例としては、不飽和カルボン酸及びその塩、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物とのアミド等が挙げられるが、特に２官能以上の多官能性モノマーは硬化収縮が大きく、好適に使用できる。不飽和カルボン酸のモノマーとしてはアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸、及びそれらのハロゲン置換不飽和カルボン酸、例えば塩素化不飽和カルボン酸、臭素化不飽和カルボン酸、弗素化不飽和カルボン酸等が挙げられる。不飽和カルボン酸の塩としては前述の酸のナトリウム塩及びカリウム塩等がある。また、ウレタンアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、エポキシ樹脂と（メタ）アクリル酸等の多官能性のアクリレートやメタクリレートを挙げることができる。また、上記の他に熱重合禁止剤、可塑剤等が添加されても良い。
【００２１】
光重合開始剤としては、公知の材料を用いることができ、例えばビアセチル、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾインアルキルエーテル、ベンジルジメチルケタール、１−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、２−クロロチオキサントン、メチルベンゾイルフォーメート、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、ジエトキシアセトフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン、α−アミノアルキルフェノン、ビスアシルフォスフィンオキサイド、メタロセンなどを例示することができる。特にビスアシルフォスフィンオキサイド系を用いることが好ましい。
【００２２】
光重合開始剤の添加量は、少なすぎる場合にはポリマーと液晶の相分離が起こり難くなり、必要な露光時間が長くなってしまう。逆に、光重合開始剤が多すぎる場合にはポリマーと液晶の相分離が不十分な状態で硬化してしまうため、ポリマー中に多くの液晶分子が取り込まれ、偏光選択性が小さくなるという問題がある。そのため、良好な偏光選択性が得られるようなポリマーと液晶の相分離反応を光重合開始剤の添加量により調整する。光重合開始剤の添加量は照射する光の波長に対する吸光度によって調整し、偏光選択性と厚さ１μｍ当たりの吸光度の関係は図３のようになる。そこで光重合開始剤の添加量を調整し、吸光度を０．０００２［a.u］以下に設定することで偏光選択性を１０％以下にすることができる。ここで偏光選択性１０％以下とは実用上問題ない程度である。光重合開始剤の添加量の調整はモノマーまたはプレポリマー全量に対して０．１重量％以上５重量％以下であることが好ましく、０．５重量％以上３重量％以下であることがより好ましい。また、材料の吸収は短波長につれて大きくなる傾向があり、二光束干渉露光時の波長を４００ｎｍ≦λ≦４１０ｎｍの短波長とすることで、添加する開始剤の重量％は微少でよくなる。添加量が微少であるため偏光分離素子の透過率は向上する。さらに青色光ピックアップ装置用の偏光分離素子（偏光選択性ホログラム素子）として、使用波長での露光は収束光露光等において作製精度の向上となる。
【００２３】
ここで、相分離によるホログラム形成過程について図２を用いて説明する。図示しない所望の波長のレーザー光源による二光束干渉露光系を用いて、図２の上段に示すように、組成物中に二光束干渉露光を行うと、干渉縞の明部において重合性モノマー（あるいはプレポリマー）４の光重合反応が始まる。この時、硬化収縮が起こって密度差が生じ、隣接する重合性モノマー（あるいはプレポリマー）４が明部に移動し更に重合が進行する。それと同時に明部に存在していた非重合性液晶３が暗部に向かって追い出されることで相分離が起こる。この時、液晶分子が移動して行く際にモノマーやポリマー鎖との相互作用で液晶分子長軸を移動方向に配向させようとする力が働くと考えられる。すなわち、相分離過程において干渉縞の間隔方向に液晶分子を配向させようとする力が働くと考えられる。最終的には図２の下段の図のように、干渉縞の明暗のピッチに対応して重合性モノマー（あるいはプレポリマー）４からなるポリマー層と非重合性液晶層３の周期構造が形成され、液晶層部の配向ベクトルが干渉縞の間隔方向を向いた状態が得られると考えられる。
【００２４】
なお、上記の二光束干渉露光及び相分離過程においては、試料を適当な温度に加熱保持しておくことが好ましい。温度によって相分離の速度が変化し、液晶分子の配向性に影響を及ぼすと考えられる。また、最適な加熱温度は使用する材料によって異なるが、４０℃から１００℃程度が好ましい。
【００２５】
相分離によるポリマー層４と非重合性液晶層３の周期構造では、厳密にはポリマーと非重合性液晶が周期的に完全に分離することは困難であり、ここで言うポリマー層とはポリマー成分が多い領域であり液晶分子を含んでいても良い。また、非重合性液晶層とは非重合性液晶成分が多い領域でありポリマー成分を含んでいても良い。実際にはポリマー層と液晶層の界面は理想的な平面では無く凹凸状であると推測されるため、図２の下段の図に示したように、界面での液晶分子長軸方向のバラツキは大きく、液晶層のオーダーパラメーターは若干小さい状態となっている。
【００２６】
偏光分離素子に作製する周期構造のピッチは所望の回折角や波長によって異なるが、概ね０．２μｍから１０μｍの範囲である。例えば、４０５ｎｍの入射光に対して２０°の回折角を得るためには、１．１μｍ程度のピッチ、６５０ｎｍの入射光に対しては２．３μｍ程度のピッチが必要となる。ポリマー層と液晶層界面の傾斜角としては０°〜２０°程度が好ましい。露光量としては光重合開始剤の添加濃度や露光時の温度によっても異なるが、０．５Ｊ／ｃｍ２〜３０Ｊ／ｃｍ２が好ましく、１Ｊ／ｃｍ２〜１５Ｊ／ｃｍ２がより好ましい。
【００２７】
ここではより狭ピッチの周期構造が実現可能である二光束干渉露光系による説明を記しているが、所望のピッチが実現できれば、ステッパー露光、マスク露光等において相分離過程を促がし、偏光分離素子を作製してもよい。
【００２８】
本実施の形態では、液晶部全体の常光屈折率ｎoとポリマー部の屈折率ｎpがほぼ一致するように液晶の種類とポリマーの種類の組合せを適宜設定することで、Ｓ偏光の入射光に対しては液晶部全体の常光屈折率ｎoとポリマー部の屈折率ｎpの差を感じないため回折せず、Ｐ偏光の入射光に対しては液晶部全体の異常光屈折率ｎeとポリマー部の屈折差を感じて回折するような偏光分離素子が得られる。ここで、体積ホログラムの回折効率は屈折率変調量Δｎと厚みｄの積Δｎ・ｄに依存するので、屈折率差Δｎが大きい場合、ホログラムの厚みｄを薄くできる。体積ホログラムの厚みを薄くすると回折効率の角度依存性が小さくなり、実用的な非平行光に対する光利用効率が向上する。
【００２９】
以上の本発明に係る偏光分離素子について、例えば二光束干渉露光により作製した偏光分離素子は１μｍ程度の短いピッチが容易に形成できることから、小型化のために大きい回折角を必要とする光ヘッド装置（光ピックアップ装置）用の偏光分離素子に用いたときに特に効果的である。
【００３０】
図５は本発明の偏光分離素子（偏光選択性ホログラム素子）を用いた光ヘッド装置（光ピックアップ装置）の基本的な構成例を示す図である。図５において、符号１１は半導体レーザー（レーザーダイオード（ＬＤ））、１２は図１，２を参照して説明した構成の偏光分離素子（偏光選択性ホログラム素子）、１３は１／４波長板、１４はコリメーターレンズ、１５は対物レンズ、１６は記録媒体である光ディスク、１７は光検出器の受光素子（例えばフォトダイオード）である。
【００３１】
図５において、半導体レーザー１１から出た読み出し光である直線偏光は、偏光分離素子１２、１／４波長板１３を透過し、コリメーターレンズ１４によって略平行光となって対物レンズ１５に導かれ、光ディスク１６の記録層に集光される。光ディスク１６で反射された光は入出射の共通光路におかれた１／４波長板１３によって偏光面が９０°回転される。偏光分離素子１２は半導体レーザー近傍の入出射の共通光路中におかれる。半導体レーザー１１からの出射偏光が偏光分離素子１２の光学的異方性を示す領域と光学的等方性を示す領域の屈折率差が０となるような方向であれば、光はほとんど損失なく透過して光ディスク１６の記録層に集光される。光ディスク１６からの戻り光は偏光面が９０°回転して偏光分離素子１２に入射するため、光学的異方性を示す領域と光学的等方性を示す領域には屈折率差が生じ、この屈折率差に対して最大回折効率が得られる膜厚を設定しておくことで、高回折効率化が図れる。この際、偏光分離素子１２の分離角が１５°以上であれば、偏光分離素子１２と半導体レーザー１１及びフォトダイオード１７を近接させることができ、光路長を短く構成することができる。ここで、分離角を２０°、波長を４０５ｎｍとしたとき、所望の回折格子（ホログラム）のピッチはおおよそ１ミクロン前後である。本発明の偏光分離素子１２は、前述のように格子間隔をきわめて短く構成することができるため、このような短い格子間隔であっても高い回折効率を得ることができる。
【００３２】
次に上記光ヘッド装置（光ピックアップ装置）を搭載した光ディスクドライブ装置の一例について説明する。
図５に示した光ヘッド装置（光ピックアップ装置）は、偏光分離素子１２に偏光選択性ホログラム素子を用いるので、光利用効率が高く、高速な記録・再生に適した信頼性の高い信号が得られる。また、回折効率が高いと信号検出系の光集積回路（ＯＰＩＣ）のゲインを小さくでき、ＯＰＩＣの高速応答化に貢献できる。また、入射角度により回折効率が変わらなければオフセットの小さい信号が得られる。したがって光ディスクドライブ装置の記録・再生速度の高速化と安定したサーボ制御を達成することができる。
【００３３】
さらに、本発明に係る光ヘッド装置は、偏光分離素子として偏光選択性ホログラム素子を用い、半導体レーザー１１とフォトダイオード１７を配設したユニットと一体化することが可能であるので、光ヘッド装置の小型化、薄型化が可能であり、例えばノート型パーソナルコンピュータや、ディスプレイ一体型ドライブ装置等に搭載される光ディスクドライブ装置の光ヘッド装置（光ピックアップ装置）として好適に用いることができる。
【００３４】
次に光ディスクドライブ装置の一構成例を図６に示す。図６は光ディスクドライブ装置の概略構成の一例を示すブロック図である。この光ディスクドライブ装置２０は、記録媒体としての光ディスク１６を回転駆動するためのスピンドルモータ２２、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）２３、レーザコントロール回路２４、エンコーダ２５、モータドライバ２７、再生信号処理回路２８、サーボコントローラ３３、バッファＲＡＭ３４、バッファマネージャ３７、インターフェース３８、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）３９、中央演算処理装置（ＣＰＵ）４０、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）４１などを備えている。尚、図６における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表わすものではない。また、図６の構成は一例であり、これに限定されるものではない。
【００３５】
記録媒体である光ディスク１６としては、ＣＤ（コンパクト・ディスク）系の光ディスク（ＣＤ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ）や、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）系の光ディスク（ＤＶＤ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ＋Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ＋ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＡＭ等）、青色半導体レーザーを光源とした高密度光ディスク等があるが、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）２３内に波長の異なる光源を複数備えた構成とし、光ディスク１６の種類に応じて光源を選択的に駆動するようにすれば、複数種類の光ディスクに対して記録や再生を行うことができる光ディスクドライブ装置を構成することができる。
【００３６】
図６において、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）２３は、光ディスク１６のスパイラル状または同心円状のトラックが形成された記録面にレーザ光を照射すると共に、記録面からの反射光を受光し、情報の記録または再生を行うための装置であり、例えば図５に示したような構成となっている。
再生信号処理回路２８は、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）２３の出力信号である電流信号を電圧信号に変換し、該電圧信号に基づいてウォブル信号、再生情報を含むＲＦ信号及びサーボ信号（フォーカス信号、トラッキング信号）などを検出する。そして、再生信号処理回路２８では、ウォブル信号からアドレス情報及び同期信号等を抽出する。ここで抽出されたアドレス情報はＣＰＵ４０に出力され、同期信号はエンコーダ２５に出力される。さらに、再生信号処理回路２８では、ＲＦ信号に対して誤り訂正処理等を行なった後、バッファマネージャ３７を介してバッファＲＡＭ３４に格納する。また、サーボ信号は再生信号処理回路２８からサーボコントローラ３３に出力される。サーボコントローラ３３では、サーボ信号に基づいて光ヘッド装置（光ピックアップ装置）２３を制御する制御信号を生成しモータドライバ２７に出力する。
【００３７】
前記バッファマネージャ３７では、バッファＲＡＭ３４へのデータの入出力を管理し、蓄積されたデータ量が所定の値になると、ＣＰＵ４０に通知する。前記モータドライバ２７では、サーボコントローラ３３からの制御信号及びＣＰＵ４０の指示に基づいて、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）２３及びスピンドルモータ２２を制御する。前記エンコーダ２５では、ＣＰＵ４０の指示に基づいて、バッファＲＡＭ３４に蓄積されているデータをバッファマネージャ３７を介して取り出し、エラー訂正コードの付加などを行い、光ディスク１６への書き込みデータを作成するとともに、再生信号処理回路２８からの同期信号に同期して、書き込みデータをレーザコントロール回路２４に出力する。前記レーザコントロール回路２４では、エンコーダ２５からの書き込みデータに基づいて、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）２３からのレーザ光出力を制御する。
【００３８】
前記インターフェース３８は、ホスト（例えばパーソナルコンピュータ）との双方向の通信インターフェースであり、ＡＴＡＰＩ（AT Attachment Packet Interface）及びＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）等の標準インターフェースに準拠している。
前記ＲＯＭ３９には、ＣＰＵ４０にて解読可能なコードで記述された制御用のプログラム等が格納されている。ＣＰＵ４０は、ＲＯＭ３９に格納されている前記プログラムに従って上記各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータ等を一時的にＲＡＭ４１に保持する。
【００３９】
以上、光ディスクドライブ装置の一構成例を説明したが、本発明では光ヘッド装置（光ピックアップ装置）２３として、回折効率が高い偏光分離素子（偏光選択性ホログラム素子）１２を用いた光ヘッド装置（光ピックアップ装置）を搭載しているので、光利用効率が高く、信頼性の高い信号が得られ、かつ記録・再生速度の高速化を達成することができる。また、青色半導体レーザを光源とした高密度光ディスクドライブ装置を実現することができる。
さらに本発明では、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）２３内に波長の異なる複数の光源を備えることにより、ＣＤ系やＤＶＤ系の光ディスク、青色半導体レーザを光源とした高密度光ディスクなどの使用する波長の異なる複数規格の光ディスクを記録または再生することができる光ディスクドライブ装置を実現することができる。
【実施例】
【００４０】
次に本発明に係る偏光分離素子のより具体的な実施例を説明する。
【００４１】
（実施例１）
厚み０．７ｍｍのガラス基板の片面に青色光に対する反射防止膜を形成し、およそ１０μｍ径のビーズスペーサーを混入した接着剤により二枚のガラス基板１，２を貼り合わせた。接着剤の塗布は反射防止膜形成面とは反対の面で、基板の縁の２箇所に塗布した。
次に以下の(1)〜(4)＋(5)or(6)の材料の混合物からなる組成物を約６０℃に加熱しながら毛管法によりセル中に注入し、厚み約１０μｍの組成物層を形成した。なお、この組成物は緑色より短波長の光に反応性を示すため赤色光を用いた暗室下で取り扱った。また、セル中に注入後、この組成物は室温下において等方性を示した。
【００４２】
(1) ネマチック液晶（メルク製  ＴＬ２１６、Δε＞０）：３０重量部
(2) フェニルグリシジルエーテルアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー（共栄社化学製ＡＨ６００）：７５重量部
(3) ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート（共栄社化学製ＤＣＰ−Ａ）：１０重量部
(4) ２−ヒドロキシエチルメタクリレート（共栄社化学製ＨＯ）：５重量部
(5) ビスアシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤（チバガイギー製イルガキュア８１９）：０．１〜３重量部
(6) メタロセン系光重合開始剤（チバガイギー製イルガキュア７８４）：０．１〜３重量部
【００４３】
次に波長４４２ｎｍ、出力８０ｍＷのＨｅ−Ｃｄレーザーによる二光束干渉露光系を作成した。レーザー光を分割、拡大して、１つの光束が約１１ｍＷ／ｃｍ２程度の平行光として、二光束の交差角度を２６度に設定した。この波長と交差角度では二光束の交差領域に約１μｍ周期の干渉縞が生成される。
セル基板を加熱装置に取り付け、約６０℃に加熱した状態で、約５分間の二光束干渉露光を行い、偏光分離素子を作製した。この時、基板面の垂直方向に対して＋２６度と０度の方向から二光束が入射するように設定した。
【００４４】
作製した素子の基板面に対して垂直方向から波長４４２ｎｍの直線偏光のレーザー光を照射して、入射光強度に対する＋１次回折光強度を測定した。入射光強度は５ｍＷ程度になるようにＮＤフィルターを用いて調整した。入射光路中に直線偏光板と半波長板を配置し、半波長板の光軸を４５度回転させることで、素子に入射する偏光方向（Ｐ偏光、Ｓ偏光）を切り換え可能に構成し、＋１次回折効率の偏光選択性を測定した。このときのＰ偏光は干渉露光時の干渉縞と直交方向とし、Ｓ偏光は干渉縞の方向とした。
また、偏光分離素子に使用する上記(1)〜(6)の各材料をクロロホルムまたはアセトニトリル溶媒に溶解し、１０ｍｍ幅の石英セルを用いて各材料における吸光度を分光光度計（HITACHI製）で測定した。
【００４５】
ここで、偏光選択性の測定に用いた偏光分離素子の吸光度をセル厚及び波長を考慮して算出し、偏光選択性と厚さ１μｍ当たりの吸光度の関係をグラフにしたものを図３に示す。図３から明らかなように、吸光度０．０００２［a.u.］以下において、１０％以下の良好な偏光選択性が得られた。
【００４６】
（実施例２）
実施例１と同様にして偏光分離素子を作製し、＋１次回折効率の偏光選択性を測定した。図４に示すように、＋１次回折効率と偏光選択性の関係を重合開始剤の種類別（ここでは上記の(5) ビスアシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤（チバガイギー製イルガキュア８１９）と、(6) メタロセン系光重合開始剤（チバガイギー製イルガキュア７８４））に分けてプロットしたところ、(5)８１９のビスアシルフォスフィンオキサイド系の重合開始剤では、１０％以下の良好な偏光選択性が得られた。
【００４７】
（実施例３）
上記(5) の光重合開始剤の重量部を０．１〜１０の範囲にした以外は、実施例１と同様にして偏光分離素子を作製し、偏光選択性を測定した。偏光選択性１０％を基準として重量部の範囲を下記の表１に示す。表１から０．１〜５wt％において良好な偏光選択性が得られることが分かる。
【００４８】
【表１】
2006048842.tif 000003
【００４９】
（実施例４）
Ｋｒイオンレーザーを用いて露光する波長を４０５ｎｍとすること以外は実施例１と同様にして、偏光分離素子を作製した。このときの光重合開始剤は上記の(5)８１９を用い０．１重量部とした。偏光選択性は実施例１と同様にして１０％以下と良好な特性を示した。
ここで、実施例１において、本実施例にて作製した素子の吸光度と同様な吸光度を示す条件をみたところ、光重合開始剤(5)８１９を用い３重量部の素子であった。したがって、同じ吸光度を得るには短波長にて露光した方が、添加量が少なくて済むことが分かる。
【００５０】
(実施例５)
実施例１と同様にして偏光分離素子を作製し、この素子を図５のような光ヘッド装置（光ピックアップ装置）に使用する場合、偏光分離素子１２の基板面を光源（半導体レーザー）１１から光ディスク１６面までの光軸に対して垂直に配置することができる。また、図５の半導体レーザー１１とフォトダイオード１７間の距離が一定である場合、回折角度が２６度と非常大きいために、半導体レーザー１１とフォトダイオード１７の形成面と、偏光分離素子１２の間隔を短縮することができる。したがって光ヘッド装置（光ピックアップ装置）全体の薄型化が実現できる。また、半導体レーザー１１とフォトダイオード１７の形成面と、偏光分離素子１２の間隔を短縮することができるので、例えば半導体レーザー（ＬＤ）１１とフォトダイオード（ＰＤ）１７を収納したケースの光入・出射部に偏光分離素子（ＨＯ）１２を取り付けてユニット化することができ、このようなＬＤ・ＰＤ・ＨＯ一体化ユニットを用いることにより、光ヘッド装置の組み付け・調整が容易になる。さらに、この光ヘッド装置（光ピックアップ装置）を用いることにより、光利用効率が高く、薄型でコンパクトな光ディスクドライブ装置が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上説明したように、本発明によれば、青色等の短波長光においても大きな回折角度が得られ、大きな回折効率と優れた偏光選択性を有し、入射角度依存性が小さく発散光に対しても高効率の偏光分離素子（偏光選択性ホログラム素子）を実現することができる。そして、この偏光分離素子を用いることにより、高密度光ディスク対応の小型な光ヘッド装置（光ピックアップ装置）を容易に実現することができ、さらには、その光ヘッド装置を搭載した、小型でコンパクトな光ディスクドライブ装置を実現することができる。そして、このような小型でコンパクトな光ディスクドライブ装置は、デスクトップ型やノート型のパーソナルコンピュータに搭載する光ディスクドライブ装置として好適に利用できる他、ポータブルなディスプレー一体型光ディスクドライブ装置等にも好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態を示す偏光分離素子の概略断面図である。
【図２】図１に示す偏光分離素子の相分離によるホログラム形成過程の説明図である。
【図３】本発明に係る偏光分離素子の偏光選択性と厚さ１μｍ当たりの吸光度の関係を示す図である。
【図４】本発明に係る偏光分離素子の＋１次回折効率と偏光選択性の関係を重合開始剤の種類別に分けてプロットした図である。
【図５】本発明の偏光分離素子を用いた光ヘッド装置の基本的な構成例を示す図である。
【図６】図５に示す光ヘッド装置を搭載した光ディスクドライブ装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，２：透明基板
３：非重合性液晶
４：重合性モノマー（あるいはプレポリマー）
１１：半導体レーザー
１２：偏光分離素子（偏光選択性ホログラム素子）
１３：１／４波長板
１４：コリメーターレンズ
１５：対物レンズ
１６：光ディスク（記録媒体）
１７：フォトダイーオード（受光素子）
２３：光ヘッド装置（光ピックアップ装置）
【図１】
2006048842.tif 000004
【図２】
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【図３】
2006048842.tif 000006
【図４】
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【図５】
2006048842.tif 000008
【図６】
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