(57)【要約】【課題】ホログラム素子を製造する際に、感光性記録材料（液晶、高分子等）の重合反応により周期構造が形成される際の反応の広がりや多重反射による光漏れの問題を改善し、量産における生産性向上を図ることができるホログラム素子を実現する。【解決手段】本発明は、入射光を透過、反射、回折または散乱させる機能を有するホログラム素子において、一対の基板２２，２３と、該一対の基板間に設けられ隔離領域を形成する隔離部材と、前記隔離領域に封入された記録材料２１を有し、前記記録材料は感光性の材料からなり、記録材料への干渉光の露光により形成された周期構造を有することを特徴とする。また、前記干渉光は、二光束以上の多光束を用いて生成されるか、あるいは原版ホログラムを用いて生成され、記録材料２１は、光重合性を有する高分子や液晶等を含む組成物からなり、該組成物の重合反応と相分離により周期構造が形成される。【選択図】図１
2006318515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を透過、反射、回折または散乱させる機能を有するホログラム素子において、
一対の基板と、該一対の基板間に設けられ隔離領域を形成する隔離部材と、前記隔離領域に封入された記録材料を有し、前記記録材料は感光性の材料からなり、該記録材料への干渉光の露光により形成された周期構造を有することを特徴とするホログラム素子。
【請求項２】
請求項１記載のホログラム素子において、
前記干渉光は、二光束以上の多光束を用いて生成される干渉光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記載のホログラム素子において、
前記干渉光は、原版ホログラムを用いて生成されることを特徴とするホログラム素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載のホログラム素子において、
前記記録材料は、重合性を有する高分子を含む組成物からなることを特徴とするホログラム素子。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一つに記載のホログラム素子において、
前記記録材料は、重合性液晶を含む組成物からなることを特徴とするホログラム素子。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一つに記載のホログラム素子において、
前記記録材料は、非重合性の液晶と重合性を有する高分子とを混合した組成物からなることを特徴とするホログラム素子。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一つに記載のホログラム素子において、
前記記録材料は、重合性液晶、非重合性液晶のいずれか一方または両方と、重合性を有する高分子とを混合した組成物からなることを特徴とするホログラム素子。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか一つに記載のホログラム素子において、
前記周期構造は、前記記録材料に干渉光を露光することにより前記組成物の重合反応と相分離を行い、形成したことを特徴とする偏光ホログラム素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載のホログラム素子において、
前記周期構造として、入射光の偏光方向によって屈折率分布が異なる周期構造を有し、入射光の偏光方向に応じて素子を透過、反射、回折または散乱させる機能を有することを特徴とするホログラム素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載のホログラム素子において、
前記周期構造を有する素子部が一つ以上形成され、前記記録材料を構成する組成物は一対の基板間に保持されて素子部毎に前記隔離部材により隔離されており、前記素子部がマトリックス状に配列されてなるように前記隔離部材が形成され、該隔離部材の位置で切断することにより、個々の素子に分離されることを特徴とするホログラム素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載のホログラム素子において、
前記隔離部材は前記記録材料の膜厚を制御するスペーサーを兼ねることを特徴とするホログラム素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つに記載のホログラム素子において、
前記隔離部材は前記干渉光の波長を吸収する材料からなることを特徴とするホログラム素子。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一つに記載のホログラム素子において、
前記記録材料がワンドロップフィル法により前記隔離領域に封入されてなることを特徴とするホログラム素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一つに記載のホログラム素子において、
前記隔離部材が導電性を有する部材からなることを特徴とするホログラム素子。
【請求項１５】
感光性の記録材料からなるホログラム素子を干渉光を用いて製造するホログラム素子の製造方法において、
基板上に感光性の記録材料を成膜する工程と、
前記記録材料に隔離部材を用いて隔離領域を作製する工程と、
前記隔離領域を作製した記録材料に干渉光を照射する工程と、
を有することを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載のホログラム素子の製造方法において、
前記隔離領域は、ホログラム一素子を複数の領域に隔離することを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５記載のホログラム素子の製造方法において、
前記隔離領域は、少なくともホログラム一素子毎の領域に対応していることを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７記載のホログラム素子の製造方法において、
前記ホログラム一素子毎の領域に対応する隔離領域を切断位置とし、少なくともホログラム一素子を切り出す工程を含むことを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１５記載のホログラム素子の製造方法において、
前記記録材料が一対の基板間に保持され、素子部毎に隔離部材により隔離されており、前記素子部がマトリックス状に配列されてなるように前記隔離領域を形成したことを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９記載のホログラム素子の製造方法において、
前記素子部を隔離部材の位置で切断することにより、個々のホログラム素子に分離することを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項２１】
請求項１５〜２０のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法において、
前記干渉光は、二光束以上の多光束を用いて生成することを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項２２】
請求項１５〜２０のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法において、
前記干渉光は、原版ホログラムを用いて生成することを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項２３】
請求項２２記載のホログラム素子の製造方法において、
前記原版ホログラムに剥離層を設けることを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項２４】
請求項２２または２３記載のホログラム素子の製造方法において、
前記原版ホログラムを用いて生成する前記干渉光の照射は、リレー光学系を用いることを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項２５】
請求項１５〜２４のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法において、
前記感光性の記録材料は、一対の基板間に成膜されており、前記一対の基板の一方の基板はもう一方の基板に対して厚さが薄いことを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項２６】
請求項１５〜２５のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法において、
前記記録材料として、重合性を有する高分子を含む組成物を用いることを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項２７】
請求項１５〜２５のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法において、
前記記録材料として、重合性液晶を含む組成物を用いることを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項２８】
請求項１５〜２５のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法において、
前記記録材料として、非重合性の液晶と重合性を有する高分子とを混合した組成物を用いることを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項２９】
請求項１５〜２５のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法において、
前記記録材料として、重合性液晶、非重合性液晶のいずれか一方または両方と、重合性を有する高分子とを混合した組成物を用いることを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項３０】
請求項２６〜２９のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法において、
前記記録材料に干渉光を露光することにより前記組成物の重合反応と相分離を行い、周期構造を形成することを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項３１】
請求項３０記載のホログラム素子の製造方法において、
前記周期構造は、入射光の偏光方向によって屈折率分布が異なる周期構造であることを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項３２】
請求項１５〜３０のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法において、
前記隔離部材は前記記録材料の膜厚を制御するスペーサーを兼ねることを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項３３】
請求項１５〜３２のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法において、
前記隔離部材は前記干渉光の波長を吸収する材料からなることを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項３４】
請求項１５〜３３のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法において、
前記記録材料は、前記隔離領域にワンドロップフィル法を用いて塗布製膜することを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項３５】
請求項１５〜３４のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法において、
前記隔離部材は、導電性を有する部材からなることを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項３６】
入射光を透過、反射、回折または散乱させる機能を有するホログラム素子において、
請求項１５〜３５のいずれか一つに記載のホログラム素子の製造方法を用いて製造したことを特徴とするホログラム素子。
【請求項３７】
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１〜１４、３６のいずれか一つに記載のホログラム素子であることを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を透過、反射、回折または散乱させる機能を有するホログラム素子に関し、特に光ディスクや光磁気ディスクなどの光ヘッド装置を小型化するための偏光依存性のホログラム素子（偏光ホログラム素子）や、透過および散乱による反射表示、干渉によるカラー表示、立体表示などの画像を表示するための画像表示素子や、投射型表示装置などの照明光の光利用効率を向上させるための偏光分離素子や、偏光面に応じて光路を切り換える光スイッチ、などに応用されるホログラム素子に関する。また、本発明は、そのホログラム素子の製造方法に関する。さらに本発明は、そのホログラム素子を用いた光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラム素子の製造方法の一例として、本出願人は先に、フォトレジストなどへの二光束干渉露光において、露光時に透過領域を一部にもつフォトマスクにより干渉縞を部分的に遮光して露光領域を設定する回折格子の作製方法を提案している（特許文献１（特開平１０-７８５０３号公報））。
また、一素子内において格子部が複数の領域に分割され、各領域からの回折光は個別の光検出領域で受光されるように、光源の発光点と等価な位置から出射する発散光あるいは集光する収束光と各光検出領域に対応した受光点と等価な位置から出射する発散光あるいは収束する収束光とによる干渉縞を記録材料へ露光する二光束干渉露光による回折格子の作製方法を提案している（特許文献２（特開２００５−１１４７８））。
【０００３】
次に従来のホログラム作製方法の一例として。特許文献３（特開平１１-５２８２５号公報）には、第一の記録材料に被写体のホログラム記録を行ってコピーマスターを作製し、第一の記録材料より露光感度の低い第二の記録材料を重ね合せて、記録領域を複数に分割してコンタクトコピーによりホログラム複製を行うホログラム作製方法が記載されている。
また、特許文献４（特開平１１−２０２７４３号公報）には、回折特性の異なる複数のホログラムの物体光または参照光の発散点位置をほぼ同一にして、密着複製時にもこの発散点からの光で複製露光するホログラム作製方法が記載されている。
さらに特許文献５（特開平１１−２１２４３５号公報）には、原版上に同一ホログラムが複数形成されている原版を用い密着露光するホログラム作製方法が記載されている。この方法によれば、全面一括露光により複数個の同一ホログラムが形成できる。
また、特許文献６（特開平９−１３８６３２号公報）には、複数のレンズからなる4ｆリレー光学系を用いた原版回折格子の複製方法が記載されている。この方法によれば、狭ピッチの格子縞であっても、感光材料に原版からの格子縞を忠実に再現した回折格子セルを形成し、回折格子アレイを比較的容易に、かつ高精度に作製することができる。
【０００４】
次に偏光選択性のホログラム（偏光ホログラム）としては、以下の従来技術がある。
特許文献７（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記載されている。
【０００５】
特許文献８（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記載されている。
【０００６】
特許文献９（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記載されている。
【０００７】
特許文献１０（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記載されている。
【０００８】
特許文献１１（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記載されている。
【０００９】
近年、光ヘッド装置（以下光ピックアップ装置と呼ぶ場合もある）の小型化のためにレーザーダイオードとフォトディテクター（受光素子）を近接して配置し、偏光選択性のホログラム素子（偏光ホログラム素子）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受光素子内に導く方式が提案されている。また、光ヘッド装置を搭載した光ディスク装置では、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、フォトディテクター（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、偏光選択性のホログラム素子（偏光ホログラム素子）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。
【００１０】
ここで格子ピッチ等の周期構造に関して、前述の特許文献７や特許文献８に記載の従来技術においては、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９に記載の従来技術においては、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。特許文献６に記載の従来技術においては、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課題がある。なお、特許文献７に記載の従来技術においては、二光束干渉露光により、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。そして上記のようなエッチング等に比べて、二光束干渉露光による周期構造の形成は短いピッチを比較的容易に得ることができる。
【００１１】
また、回折効率に関して、バイナリー構造のホログラムでは±１次ないしそれ以上の高次の回折現象を示すため、たとえ＋２次以上ないし−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。±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１２（特開平９−５０６４２号公報））、構造が複雑となり、コスト増加を招く。理想的には＋１次光または−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、前述のようにエッチング等の加工では所望の周期構造を得ることは困難である。これに対して、二光束干渉露光法では、二光束干渉露光の干渉縞を斜めに形成することで＋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。
【００１２】
上述のように二光束干渉露光法は短いピッチで高回折効率を得る偏光ホログラム素子の作製において有効である。そこで、前述の特許文献３に記載の従来技術のように、干渉縞が露光可能である原版ホログラムを作製し、その原版ホログラムを用いてホログラムを複製する偏光ホログラム素子の作製方法がある。また、特許文献１に記載の従来技術のように、二光束干渉露光時に透過領域を一部にもつフォトマスクにより干渉縞を部分的に遮光して露光領域を設定して複製する偏光ホログラム素子の作製方法がある。
しかし上記技術における記録材料は、フォトレジスト等の現像工程を必要とする材料の記載であり、製造工程が多く生産性があまり良くない。
【００１３】
また、原板と複製記録材料を密着した密着複製露光に関して、記録材料として、特許文献１１に記載のような液晶と高分子の複合膜を用いる方法があるが、これは現像工程が不要であり生産性は比較的よい。しかし、液晶等の重合反応（相分離過程を含む）を利用する場合には反応の広がりや、多重反射による光漏れの問題がある。
【００１４】
【特許文献１】特開平１０-７８５０３号公報
【特許文献２】特開２００５−１１４７８
【特許文献３】特開平１１-５２８２５号公報
【特許文献４】特開平１１−２０２７４３号公報
【特許文献５】特開平１０−７４３３３号公報
【特許文献６】特開平９−１３８６３２号公報
【特許文献７】特開平７−２８７１１７号公報
【特許文献８】特開平１０−９２００４号公報
【特許文献９】特開平１０−７４３３３号公報
【特許文献１０】特開平１１−２７１５３６号公報
【特許文献１１】特開２０００−２２１４６５号公報
【特許文献１２】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】
【００１５】
ホログラムは出版・イベント分野、工業・産業分野や医学分野と幅広い分野で応用されている。例えば、セキュリティー用途としてクレジットカードや紙幣などの偽造防止用マーク、装飾用途としてパッケージのデザイン、また、前述の光ヘッド装置（光ピックアップ装置）やプロジェクターなどに用いられる分光用回折格子、ヘッドアップディスプレイや３次元ディスプレイなどの表示関連素子、その他にも光通信用、スキャナー用、光ＩＣ用の光学素子として応用されている。
【００１６】
近年、セキュリティー技術が注目されており、より高解像度でより複雑なホログラムが求められている。また、光記録技術においても短波長化による高密度記録が重要となっており、狭ピッチで高回折効率を有する回折格子の要求がある。このような光ヘッド装置用の回折格子として用いる場合は前述したように偏光依存性も重要となる。
【００１７】
従来、ホログラムの作製方法としては、ステッパによる一般的なマスク露光法、電子ビームによる直接描画法、レーザービームによる直接描画法、二光束干渉露光法などがある。しかし、マスク露光、レーザビームによる直接描画では、高解像度が得られない。電子ビームによる直接描画では、比較的高解像度は得られるが、装置の製造コストが高くて作製コストの面で問題がある。また、複雑な特性を有する単一のホログラムを作製する場合は、上記の方法では一度の露光では困難であり、多重露光することで単一のホログラムに回折特性の異なる複数のホログラムを記録することができる。しかし、ある所望の特性（例えば、回折波長、回折角度、焦点距離等）を持つ単一のホログラムを作製するためには、ホログラム記録用の感光材料およびレーザー光源の相対的な位置を厳密に位置決め、固定して露光する必要がある。そして、このホログラムと同一のホログラムを多数個作製するためには、この位置決め固定を繰り返して行わなければならず、作製工程数および時間がかかるといった問題がある。また、特性の異なる個々のホログラムを積層する場合には相互の位置関係を高精度に合わせる必要があり、これらのホログラムを接着層等を用いて固着する必要がある。さらに、複数のホログラム感光材料を用いるためコストも高くなり、量産には適さない問題点がある。
【００１８】
そこで、複数の特性を有する原版ホログラムを作製し、その原版にホログラム感光材料を密着させ、感光材料側あるいは原版ホログラム側から光を照射してホログラムの複製を行う方法がある。この方法によると、面倒な位置決めを何度も行わずに、多数枚連続して同一のホログラムが作製できる利点がある。
また、原版ホログラムと複数のレンズを用いて原版ホログラム像を感光材料に結像露光する方法がある。例えば、露光用の光源側から、原版ホログラム、第一レンズ、第二レンズ、感光材料の順番に配置し、原版ホログラムと第一レンズとの距離を第一レンズの焦点距離ｆとし、第一レンズと第二レンズの距離を第一レンズと第二レンズの焦点距離の和２ｆとし、第二レンズと感光材料の距離を第二レンズの焦点距離ｆとする４ｆリレー光学系がある。この方法によると、原版ホログラムを非常に高精度に複製できる。また、リレー光学系にマスクなどを配置することで原版から発生するノイズ光も抑制できる。
【００１９】
原版ホログラムの作製方法としては、ホログラムが必要な特性を生じるよう、電子計算機を使用して計算を行ない、計算結果を電子線描画機によりフォトマスクブランク板に描画して、最初のホログラム原版を得る。これとは別に、ガラス基板上に体積ホログラム形成用樹脂組成物を塗布して、体積ホログラム形成用基板を準備し、この体積ホログラム形成用基板の樹脂組成物層上に、上記で得られたホログラム原版のマスク面とが接するように、ホログラム原版と体積ホログラム形成用基板とを重ね合わせ、ホログラム原版側から、レーザー光により露光する。露光後、紫外線照射（光重合開始剤の分解）、及び加熱処理（光重合可能な化合物の拡散移動）の各工程を行なう事により、ホログラム原版が、ガラス基板上に塗布された体積ホログラム形成用樹脂組成物層に複製される。
【００２０】
ここで、前記のようなホログラム（回折格子を含む）の作製および複製におけるホログラム記録用材料としては、重クロム酸ゼラチン、フォトポリマー、フォトレジスト、光重合性高分子液晶、高分子分散型液晶（非重合性液晶と重合性高分子の複合膜）等の感光材料である。このような重合反応を伴う材料を用いた干渉露光によるホログラムの製造は、作製する素子のサイズ、周期構造の形状、露光時の温度や露光量（感度）などの条件にもよるが、重合が拡散して露光している素子内の特性が異なる領域や隣接する他素子へ影響を及ぼすことがある。また、同様にして、干渉露光における構造の形成過程時に発生する散乱、材料の屈折率変化に伴う基板界面の多重反射、原版ホログラムに含まれるノイズ光など、不要な干渉光も、露光している素子や隣接している他素子へ影響を及ぼすこともある。
【００２１】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、感光性の記録材料に干渉光を露光して作製されるホログラム素子に関し、感光性の記録材料の重合反応により周期構造が形成される際の反応の広がりや、干渉露光時の多重反射による光漏れ、不要な干渉光の発生などの問題を改善し、量産における生産性の向上を図ることができるホログラム素子を提供することを目的としている。また、本発明は、前記したように干渉光を感光性の記録材料に露光する干渉露光を用いたホログラム素子の製造方法に関し、感光性の記録材料の重合反応の広がりにおける同素子および隣接素子への影響を防止するとともに、干渉露光時の多重反射による光漏れや不要な干渉光の発生の問題を改善し、量産における生産性の向上を図ることができるホログラム素子の製造方法を提供することを目的としている。さらに本発明は、その偏光ホログラム素子を用いた光ヘッド装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上述の目的を達成するため、本発明では以下のような手段を採っている。
本発明の第１の手段は、入射光を透過、反射、回折または散乱させる機能を有するホログラム素子において、一対の基板と、該一対の基板間に設けられ隔離領域を形成する隔離部材と、前記隔離領域に封入された記録材料を有し、前記記録材料は感光性の材料からなり、該記録材料への干渉光の露光により形成された周期構造を有することを特徴とする（請求項１）。
また、本発明の第２の手段は、第１の手段のホログラム素子において、前記干渉光は、二光束以上の多光束を用いて生成される干渉光であることを特徴とする（請求項２）。
さらに本発明の第３の手段は、第１の手段のホログラム素子において、前記干渉光は、原版ホログラムを用いて生成されることを特徴とする（請求項３）。
【００２３】
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ホログラム素子において、前記記録材料は、重合性を有する高分子を含む組成物からなることを特徴とする（請求項４）。
また、本発明の第５の手段は、第１〜第３のいずれか一つの手段のホログラム素子において、前記記録材料は、重合性液晶を含む組成物からなることを特徴とする（請求項５）。
さらに本発明の第６の手段は、第１〜第３のいずれか一つの手段のホログラム素子において、前記記録材料は、非重合性の液晶と重合性を有する高分子とを混合した組成物からなることを特徴とする（請求項６）。
さらにまた、本発明の第７の手段は、第１〜第３のいずれか一つの手段のホログラム素子において、前記記録材料は、重合性液晶、非重合性液晶のいずれか一方または両方と、重合性を有する高分子とを混合した組成物からなることを特徴とする（請求項７）。
【００２４】
本発明の第８の手段は、第４〜第７のいずれか一つの手段のホログラム素子において、前記周期構造は、前記記録材料に干渉光を露光することにより前記組成物の重合反応と相分離を行い、形成したことを特徴とする（請求項８）。
【００２５】
本発明の第９の手段は、第１〜第８のいずれか一つの手段のホログラム素子において、前記周期構造として、入射光の偏光方向によって屈折率分布が異なる周期構造を有し、入射光の偏光方向に応じて素子を透過、反射、回折または散乱させる機能を有することを特徴とする（請求項９）。
また、本発明の第１０の手段は、第１〜第９のいずれか一つの手段のホログラム素子において、前記周期構造を有する素子部が一つ以上形成され、前記記録材料を構成する組成物は一対の基板間に保持されて素子部毎に前記隔離部材により隔離されており、前記素子部がマトリックス状に配列されてなるように前記隔離部材が形成され、該隔離部材の位置で切断することにより、個々の素子に分離されることを特徴とする（請求項１０）。
【００２６】
本発明の第１１の手段は、第１〜第１０のいずれか一つの手段のホログラム素子において、前記隔離部材は前記記録材料の膜厚を制御するスペーサーを兼ねることを特徴とする（請求項１１）。
また、本発明の第１２の手段は、第１〜第１１のいずれか一つの手段のホログラム素子において、前記隔離部材は前記干渉光の波長を吸収する材料からなることを特徴とする（請求項１２）。
さらに本発明の第１３の手段は、第１〜第１２のいずれか一つの手段のホログラム素子において、前記記録材料がワンドロップフィル法により前記隔離領域に封入されてなることを特徴とする（請求項１３）。
さらにまた、本発明の第１４の手段は、第１〜第１３のいずれか一つの手段のホログラム素子において、前記隔離部材が導電性を有する部材からなることを特徴とする（請求項１４）。
【００２７】
本発明の第１５の手段は、感光性の記録材料からなるホログラム素子を干渉光を用いて製造するホログラム素子の製造方法において、基板上に感光性の記録材料を成膜する工程と、前記記録材料に隔離部材を用いて隔離領域を作製する工程と、前記隔離領域を作製した記録材料に干渉光を照射する工程と、を有することを特徴とする（請求項１５）。
また、本発明の第１６の手段は、第１５の手段のホログラム素子の製造方法において、前記隔離領域は、ホログラム一素子を複数の領域に隔離することを特徴とする（請求項１６）。
さらに本発明の第１７の手段は、第１５の手段のホログラム素子の製造方法において、前記隔離領域は、少なくともホログラム一素子毎の領域に対応していることを特徴とする（請求項１７）。
さらにまた、本発明の第１８の手段は、第１７の手段のホログラム素子の製造方法において、前記ホログラム一素子毎の領域に対応する隔離領域を切断位置とし、少なくともホログラム一素子を切り出す工程を含むことを特徴とする（請求項１８）。
【００２８】
本発明の第１９の手段は、第１５の手段のホログラム素子の製造方法において、前記記録材料が一対の基板間に保持され、素子部毎に隔離部材により隔離されており、前記素子部がマトリックス状に配列されてなるように前記隔離領域を形成したことを特徴とする（請求項１９）。
また、本発明の第２０の手段は、第１９の手段のホログラム素子の製造方法において、前記素子部を隔離部材の位置で切断することにより、個々のホログラム素子に分離することを特徴とする（請求項２０）。
【００２９】
本発明の第２１の手段は、第１５〜第２０のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法において、前記干渉光は、二光束以上の多光束を用いて生成することを特徴とする（請求項２１）。
また、本発明の第２２の手段は、第１５〜第２０のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法において、前記干渉光は、原版ホログラムを用いて生成することを特徴とする（請求項２２）。
さらに本発明の第２３の手段は、第２２の手段のホログラム素子の製造方法において、前記原版ホログラムに剥離層を設けることを特徴とする（請求項２３）。
さらにまた、本発明の第２４の手段は、第２２または第２３の手段のホログラム素子の製造方法において、前記原版ホログラムを用いて生成する前記干渉光の照射は、リレー光学系を用いることを特徴とする（請求項２４）。
【００３０】
本発明の第２５の手段は、第１５〜第２４のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法において、前記感光性の記録材料は、一対の基板間に成膜されており、前記一対の基板の一方の基板はもう一方の基板に対して厚さが薄いことを特徴とする（請求項２５）。
【００３１】
本発明の第２６の手段は、第１５〜第２５のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法において、前記記録材料として、重合性を有する高分子を含む組成物を用いることを特徴とする（請求項２６）。
また、本発明の第２７の手段は、第１５〜第２６のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法において、前記記録材料として、重合性液晶を含む組成物を用いることを特徴とする（請求項２７）。
さらに本発明の第２８の手段は、第１５〜第２６のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法において、前記記録材料として、非重合性の液晶と重合性を有する高分子とを混合した組成物を用いることを特徴とする（請求項２８）。
さらにまた、本発明の第２９の手段は、第１５〜第２６のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法において、前記記録材料として、重合性液晶、非重合性液晶のいずれか一方または両方と、重合性を有する高分子とを混合した組成物を用いることを特徴とする（請求項２９）。
【００３２】
本発明の第３０の手段は、第２６〜第２９のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法において、前記記録材料に干渉光を露光することにより前記組成物の重合反応と相分離を行い、周期構造を形成することを特徴とする（請求項３０）。
また、本発明の第３１の手段は、第３０の手段のホログラム素子の製造方法において、前記周期構造は、入射光の偏光方向によって屈折率分布が異なる周期構造であることを特徴とする（請求項３１）。
【００３３】
本発明の第３２の手段は、第１５〜第３０のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法において、前記隔離部材は前記記録材料の膜厚を制御するスペーサーを兼ねることを特徴とする（請求項３２）。
また、本発明の第３３の手段は、第１５〜第３２のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法において、前記隔離部材は前記干渉光の波長を吸収する材料からなることを特徴とする（請求項３３）。
さらに本発明の第３４の手段は、第１５〜第３３のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法において、前記記録材料は、前記隔離領域にワンドロップフィル法を用いて塗布製膜することを特徴とする（請求項３４）。
さらにまた、本発明の第３５の手段は、第１５〜第３４のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法において、前記隔離部材は、導電性を有する部材からなることを特徴とする（請求項３５）。
【００３４】
本発明の第３６の手段は、入射光を透過、反射、回折または散乱させる機能を有するホログラム素子において、第１５〜第３５のいずれか一つの手段のホログラム素子の製造方法を用いて製造したことを特徴とする（請求項３６）。
【００３５】
本発明の第３７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１４、第３６のいずれか一つの手段のホログラム素子であることを特徴とする（請求項３７）。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係るホログラム素子は、一対の基板と、該一対の基板間に設けられ隔離領域を形成する隔離部材と、前記隔離領域に封入された記録材料を有し、前記記録材料は感光性の材料からなり、該記録材料（感光材料）への干渉光の露光により形成された周期構造を有する。そして本発明のホログラム素子では、記録材料（感光材料）は、干渉光の露光の前に予め隔離部材にて隔離されている。この隔離部材は干渉光の露光時に発生する不要な散乱光、迷光、また感光材料の重合反応の広がりを抑制することができる。そのため、隔離された領域は、必要な干渉光以外の光の影響を受けずに露光でき、隣接する領域の重合反応の影響を受けることはない。これはホログラム素子の製造において歩留まり等の生産性の向上に繋がる。
【００３７】
本発明では、ホログラム素子の製造時に、記録材料は干渉光の露光の前に予め隔離部材にてホログラム一素子内において複数の領域に隔離されている。この隔離部材は干渉露光時に発生する不要な散乱光、迷光、また、感光材料の重合反応の広がりを抑制することができる。そのため、隔離された領域は、必要な干渉光以外の光の影響を受けずに露光でき、一素子において隣接する領域の重合反応の影響を受けることはない。これはホログラム一素子において異なる特性を有する領域がある場合においても、ホログラム素子の製造において歩留まり等の生産性の向上に繋がる。
【００３８】
本発明では、ホログラム素子の製造時に、記録材料は干渉光の露光の前に予め隔離部材にて一素子領域毎に隔離されている。この隔離部材は干渉露光時に発生する不要な散乱光、迷光、また感光材料の重合反応の広がりを抑制することができる。そのため、隔離された一素子領域は、必要な干渉光以外の光の影響を受けずに露光でき、隣接する素子の重合反応の影響を受けることはない。これはホログラム素子の製造において歩留まり等の生産性の向上に繋がる。
【００３９】
本発明では、干渉光の露光の前に予め隔離部材にて隔離された領域はホログラム一素子に対応しており、隔離領域にはホログラム領域がないため、この隔離領域を切断位置とすることで、ホログラムの特性を劣化させることなく一素子が切り出せる。これはホログラム素子の製造において歩留まり等の生産性の向上に繋がる。
より具体的には、本発明のホログラム素子では、周期構造を有する素子部が一つ以上形成され、記録材料を構成する組成物は一対の基板間に保持されて素子部毎に隔離部材により隔離されており、素子部がマトリックス状に配列されてなるように隔離部材が形成され、該隔離部材の位置で切断することにより、個々の素子に分離されることにより、隔離領域毎にホログラム素子が作製され、複数のホログラム素子を得ることができる。また、ホログラムの周期構造は干渉縞の露光により複製され、記録材料の重合反応、相分離過程により形成されるが、素子部毎に前記隔離部材により隔離されているので、隔離部材で隣接素子への重合反応の影響を抑制することができ、隣接素子の間隔を狭くすることができるため、生産性を向上することができる。従って、光利用効率が高く、量産における生産性が向上されたホログラム素子を実現することができる。
また、前記周期構造として、入射光の偏光方向によって屈折率分布が異なる周期構造を有することにより、入射光の偏光方向に応じて素子を透過、反射、回折または散乱させる機能を有する偏光依存性のホログラム素子（偏光ホログラム素子）を実現することができる。
【００４０】
本発明では、ホログラム素子の記録材料（感光材料）に露光する干渉光は、二光束以上の多光束を用いて生成することができ、例えば二光束干渉露光法を用いてホログラムを作製することができる。
また、本発明では、ホログラム素子の記録材料（感光材料）に露光する干渉光の生成に、原版ホログラムを用いることができる。
ここで、原版ホログラムを用いずに干渉光の露光をする場合は、ハーフミラーやビームスプリッター等を用いて一光束を二光束以上に分割し、ミラーやレンズ等を用いて光束の干渉縞を調整する必要がある。使用する光学部品にもよるが、仕様値や配置の制限から露光光学系は広いスペースを必要とし、大掛かりなものになる。それに対し、原版ホログラムを用いて干渉露光する場合、原版ホログラムが干渉光を生成するので、光束の分割および干渉縞の調整が不要になる。これは露光光学系を省スペース化し、干渉縞調整による露光時のノイズを低減できるため、ホログラム素子製造において歩留まり等の生産性の向上に繋がる。
【００４１】
本発明では、原版ホログラムを用いて干渉露光することで、露光光学系は簡易化でき、原版ホログラムと記録材料（感光材料）の間隔を狭くすることで、干渉縞の再現性精度を向上できる。すなわち、原版ホログラムに剥離層を設けて、感光材料と完全密着露光することで、再現性精度を向上でき、ホログラム素子の生産性の向上に繋がる。
また、原版ホログラムを用いて干渉露光する場合、原版ホログラムが干渉光を生成するので、干渉露光により作製されたホログラム素子は原版ホログラムの影響を大きく受ける。そのため、原版ホログラムの再現性精度は最重要であるが、原版ホログラム自体にノイズ光がある場合、さらにこれを抑制する必要がある。
そこで、リレー光学系を用いて原版ホログラム自体で発生するノイズ光を抑制することで、必要な干渉縞のみを露光することができ、さらに原版ホログラムの再現性精度もよい干渉露光ができる。これはホログラム素子の生産性の向上に繋がる。
【００４２】
本発明では、上記のように原版ホログラムを用いて干渉露光することで、露光光学系を簡易化できるが、原版ホログラムを用いて干渉露光する場合、生成される干渉縞は原版ホログラムから離れるに従ってその領域は狭くなり、再現性精度が低下する。そのため、原版ホログラムと感光材料の間隔は狭い方が、干渉縞の露光領域を広くでき、再現性精度が向上できる。特にホログラム一素子において、複数の領域に分割されている場合などは更に効果的である。従って、原版ホログラムと感光材料の間隔を決定する基板の厚さを薄くすることでホログラム素子の生産性の向上に繋がる。
【００４３】
本発明では、ホログラム素子の記録材料（感光材料）として、（１）重合性を有する高分子を含む組成物、（２）重合性液晶を含む組成物、（３）非重合性の液晶と重合性を有する高分子とを混合した組成物、（４）重合性液晶、非重合性液晶のいずれか一方または両方と、重合性を有する高分子とを混合した組成物、などのいずれかを用いる。より詳しくは、上記組成物として、（ａ）重合性高分子、（ｂ）重合性液晶、（ｃ）非重合性液晶と重合性高分子の混合物、（ｄ）重合性液晶と重合性高分子の混合物、（ｅ）重合性液晶と非重合性液晶と重合性高分子の混合物、等を用いる。
具体例としては、記録材料を構成する組成物として、フォトポリマー、フォトレジストや、高分子液晶等の、光重合性を有する高分子を用いることで、解像力、露光感度、感光波長帯域を幅広く選択でき、高耐環境性に優れ、膜厚・サイズに自由度がある素子を作製することができる。また、粒状性も低いため、ホログラムの特性として高回折効率、高透明性が得られる。また、記録材料を構成する組成物として、特に非重合性液晶と重合性高分子を混合した高分子分散型液晶を用いることで、干渉露光時の相分離過程に起因した作用により偏光依存性を有する偏光ホログラム素子が作製できる。
【００４４】
本発明では、ホログラム素子の記録材料（感光材料）として、上記のような重合性液晶、非重合性液晶、重合性高分子（重合性モノマーあるいはプレポリマー等）のいずれか一つまたは複数を混合した組成物を用い、干渉露光により前記組成物の重合反応と相分離を行うことにより、ホログラムの周期構造を容易に形成でき、偏光方向によって屈折率分布が異なる周期構造を有する偏光ホログラム素子を得ることができる。
【００４５】
本発明では、ホログラム素子の隔離部材がスペーサーを兼ねる構成とすることにより、ホログラム素子の膜厚（基板間ギャップ）精度を向上することができる。これはホログラム素子の生産性の向上に繋がる。
また、本発明では、隔離部材は干渉光の波長を吸収する構成とすることにより、干渉露光時に発生する不要な散乱光、基板間の多重反射等の不要光による劣化要因を抑制できる。そのため、隔離された一素子領域は、必要な干渉光以外の光の影響を受けずに露光でき、隔離領域を必要最小限にすることができる。これはホログラム素子の生産性の向上に繋がる。
【００４６】
本発明では、ホログラム素子を製造する際の記録材料（感光材料）の成膜工程において、インクジェット方式等の塗布量を微少設定できる技術を用いたワンドロップフィル（ＯＤＦ）法を用いることで、感光材料を隔離領域に適量塗布し、均一に成膜することができる。これは真空注入法に比べて工程が少なく、ホログラム素子の生産性の向上に繋がる。
【００４７】
本発明では、隔離部材が導電性を有する構成とすることにより、隔離領域間に電界を印加することが可能となる。例えば、感光材料として誘電異方性を有する液晶等を用いた場合、隔離領域間の液晶の配向は電界により制御できるため、ホログラム素子において液晶の複屈折性を大きく利用することができる。この大きな複屈折性は、薄膜化による入射角および波長依存性の改善、偏光依存性を向上することができる。
【００４８】
以上のような特徴を備えた本発明のホログラム素子（第１〜第１４のいずれか一つの手段のホログラム素子、あるいは第１５〜第３５のいずれか一つの手段の製造方法を用いて製造した第３６の手段のホログラム素子）を用いることにより、光学装置の小型化、全体の特性を向上させることができる。例えば、光ヘッド装置の小型化、光スイッチのノイズ低減、表示装置の高輝度化などの効果がある。
【００４９】
本発明に係る光ヘッド装置においては、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１４、第３６のいずれか一つの手段のホログラム素子を用いるので、該ホログラム素子に偏光依存性を持たせることにより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ことができ、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図示の実施例に基いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００５１】
まず、本発明に係るホログラム素子の構成、動作と、ホログラム素子の製造方法について説明する。
第１の実施例は、ホログラム素子の一例として、偏光方向によって屈折率分布が異なる周期構造を有する偏光ホログラム素子とその製造方法に関し、特に、原版ホログラムを用いて記録材料に前記周期構造のホログラム領域を複製してなる偏光ホログラム素子とその製造方法の実施例に関するものである。
ここで、基本的な複製による製造方法の一例を図１に示す。図１（ａ）に示すように、原版ホログラム１０と、ホログラム素子２０となる基板２２，２３に挟持された感光性の記録材料（感光材料）２１を配置（密着）させ、原版ホログラム１０のホログラム領域１１にコリメートレンズ３０を介して露光波長光を照射することで、原版ホログラム１０の透過光と回折光からなる干渉縞を記録材料２１に複製することができ、ホログラム素子２０が作製できる。なお、図１（ａ）ではコリメートレンズ３０を用いて透過光および回折光が収束するようにし、図１（ｂ）に示すような３つの領域（セクター１〜セクター３）に分割されているホログラム領域１１を有する原版ホログラム１０を用いた構成としており、このような構成は光ヘッド装置（光ピックアップ装置）に適した構成となっている。すなわち、光ヘッド装置に用いた場合に、複製されたホログラム素子２０のホログラム領域による回折光の集光位置が、図１（ｃ）に示すように光検出器の３つの受光素子ＰＤ１〜ＰＤ３に対応するようになっている。
【００５２】
しかし、これに限らず、透過光および回折光が発散あるいは平行光となる原版ホログラムを用いても良く、用途に適した原版ホログラムを使用することができる。ここで、原版ホログラム１０のホログラム領域１１の作製は、一般的なホログラムの作製法である二光束による干渉露光法や、干渉縞を計算機上で計算して電子ビームリソグラフィーあるいはフォトリソグラフィー手法を用いて作製する方法等を用いることができる。また、原版ホログラムからの透過光と回折光の光パワーは露光波長において１：１になるように設定されていることが好ましい。
【００５３】
ホログラム素子２０となる感光性の記録材料（感光材料）２１は、例えば重合性液晶、非重合性液晶、重合性高分子（重合性モノマーあるいはプレポリマー等）のいずれか一つまたは複数を混合した組成物であり、必要に応じて光重合開始剤が添加される。
重合性液晶としては、単官能の液晶アクリレートモノマー、液晶メタアクリレートモノマー、二官能の液晶ジアクリレートモノマー、液晶ジメタアクリレートモノマーなどを用いることができる。これらの材料は、官能基であるアクリロイルオキシ基と液晶骨格の間にメチレン鎖を有していても良い。
【００５４】
非重合性液晶としては、屈折率異方性を有する液晶ならば一般的なものを使用できる。その相構成はネマチック、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。
【００５５】
重合性モノマーまたはそのプレポリマーとしては、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。
【００５６】
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。光重合開始剤の添加量は照射する光の波長に対する各材料の吸光度によって異なり、複製時の露光条件によって適宜調整される。
【００５７】
上記に示した組成物からなる記録材料は、複製時の露光条件を適切に設定することで、原版ホログラムの干渉縞を露光することができ、偏光方向によって屈折率分布が異なる周期構造を形成することができる（偏光方向によって周期構造における屈折率変調量が異なる）。組成物の具体的な例としては、高分子モノマー（重合性モノマー）中に非重合性液晶と光重合開始剤を分散させたホログラフィック高分子分散液晶（HPDLC：Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal）、あるいは重合性液晶と光重合開始剤を混合させた光硬化型液晶（PPLC：Photo-Polymerized Liquid Crystal）などがある。
【００５８】
ここで、上記した組成物に干渉縞を露光した場合について説明する。HPDLCにおいては干渉縞の明部においてモノマーが移動（高分子と液晶の相分離）して重合し硬化する。干渉縞暗部には液晶が残り、明部で硬化したポリマーに引っ張られて液晶が特定の方向に配向する。この配向のために直交する入射偏光に対し、一方は屈折率変化が生じずほとんど透過する。これと直交する偏光方向は液晶が配向して屈折率が大きい方向と一致することにより、周期的屈折率変化を感じて入射光は回折する。以上によりHPDLCは偏光ホログラム素子として機能する。また、PPLCにおいては透明電極（ＩＴＯ）と液晶を配向させる配向層を持つ基板間に光重合性の感応基がついた液晶を封入して液晶を水平配向させる。これに干渉縞を露光すると縞の明部では液晶分子が重合して硬化する。一方、縞の暗部は液晶分子は硬化しないで残っている。次に液晶層を挟む透明電極間に電圧をかけながら光を照射する。このとき暗部の液晶は電圧印加により基板に垂直方向に配向して光により硬化する。以上により干渉縞の明、暗に対応して液晶の配向が水平／垂直の周期構造を持つようになる。このようにして記録した回折格子（ホログラム）に直交する偏光を入射させると一方の偏光方向（水平配向した液晶分子の短軸方向と一致）では水平／垂直の配向があっても屈折率変化を感じないで入射光はほとんど透過し、これと直交する方向では水平配向した液晶分子の長軸方向と一致して水平／垂直の配向による屈折率変化を感じて入射光はほとんど回折する。以上のように組成物材料の重合反応に伴った相分離あるいは重合反応と外場による配向変化などによって偏光選択性を有する偏光ホログラムが作製できる。
【００５９】
ここで、ホログラムを大量生産する場合は図２に示すように、原版ホログラム１０に複数のホログラム領域１１を設けて、ホログラム領域１１を記録材料２１の全体に一括複製露光する方法、または図３に示すように、原版ホログラム１０に複数のホログラム領域１１を設けて、複数のホログラム領域１１を記録材料２１の一部の領域に一旦複製露光し、記録材料２１あるいは原版ホログラム１０、あるいは記録材料２１と原版ホログラム１０の両方を移動させて、複数回複製露光し、最終的に記録材料２１の全体に複製露光をする方法、または図４に示すように、原版ホログラム１０に一つのホログラム領域１１を設けて、図３と同様にして、記録材料２１あるいは原版ホログラム１０、あるいは記録材料２１と原版ホログラム１０の両方を移動させて、複数回複製露光し、最終的に記録材料２１の全体に複製露光をする方法が考えられる。ここで、図２の方法においては一回の露光面積が広くなるため、非常に大きな露光強度が必要となる。また、露光強度が大きくできない場合には露光時間が長くなってしまう。そこで、図３または図４に示すような複数回露光する方法を用いるほうが露光強度および露光時間の面で好ましい。また、原版ホログラムの作製においてもホログラム領域が少ない方が有効である。
【００６０】
しかし、複数回露光する場合において、記録材料は重合反応により広がりの影響があるため、図５に示すように、原版ホログラムの幅より大きく露光（硬化）されてしまうことがある。そこで、図６に示すように、隔離部材２４をマトリックス状に設けて各隔離領域に記録材料２１を封入し、一ホログラム領域（素子部）毎に隔離することで、重合反応による広がりを抑えることができる。この隔離部材２４は一般的に液晶ディスプレイなどに使われている光硬化型あるいは熱硬化型のシール接着剤を用いることができ、その形成方法としてはスクリーン印刷法などを用いることができるが、これに限るものではない。
図７に複数回露光により全面複製後の記録材料２１を示す。図７に示すように、複製されたホログラム素子２０の記録材料２１上の複製されたホログラム領域（素子部）２５毎に隔離部材２４がマトリックス状に設けられているので、複数のホログラム領域（素子部）２５を同時に形成でき、この隔離部材２４の位置をダイシングソー等により切断することで個々の素子に分離し、偏光ホログラム素子を大量生産することが可能となる。
【００６１】
また、隔離部材２４に液晶ディスプレイに用いられるような球形スペーサーや、ファイバースペーサー等を混合させることで、隔離部材２４がスペーサーの役割を果たし、基板間ギャップを制御することができる。スペーサーを兼用した隔離部材としては一定な膜厚が制御できるフィルムなども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隔離部としても良い。隔離部材２４をスペーサーとした場合の平面図及び概略断面図を図８に示す。このスペーサー兼隔離部２４の厚さは、波長と周期構造の屈折率変調量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。
【００６２】
ここで、隔離部材２４を形成することで隣接素子への重合反応の広がりの影響を抑えることができるが、干渉露光時には記録材料２１を保持する基板間での多重反射による光漏れの影響がある。そこで、図９に示すように露光波長を吸収する材料を用いた隔離部材２４’とすることで、複製露光における多重反射等の隣接素子への光漏れの影響を抑制でき、隣接素子の隔離を必要最小限にすることができる。波長を吸収する部材としては、酸化クロム／クロム、カーボンや顔料を分散させた樹脂、顔料を分散させたレジスト等があり、露光波長によって適宜選定させる。顔料としては、例えば、赤色の波長ではアントラキノン系、緑や青の波長ではフタロシアニン系を用いることができる。また、レジスト材の一例としては、多感応アクリル酸エステルモノマとトリハロメチルトリアジン系光重合開始剤とアクリル酸／アクリル酸エステルの共重合体からなるラジカル重合型フォトポリマが挙げられるが、これに限るものではない。
【００６３】
また、隔離部材にクロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）などの導電性部材を用いる場合は、図１２に示すように、非導電性の隔離部材２４Ａと導電性の隔離部材２４Ｂを組み合わせ、導電性の隔離部材２４Ｂに交流を印加することで隔離領域間に均一な電界を印加することが可能となる。記録材料２１として用いる組成物は前述したように電界方向により、液晶の配向が変化するため、電界印加により液晶の配向を制御し、液晶の複屈折性を大きく利用することで、偏光選択性を向上することができる。この電界強度は所望の複屈折性が得られるように設定される。
【００６４】
ここで、上記のような隔離部材を設けた場合、記録材料の基板間への保持は、液晶封入の一般的手法である真空中注入法は困難である。そこで、記録材料の封入工程において、インクジェット方式等の塗布量を微小設定できる技術を用いたワンドロップフィル（ＯＤＦ）法を用いることで、図１０に示すように、基板２２上の隔離部材２４で区切られた隔離領域毎に、記録材料２１を適量塗布することができ、真空注入法に比べて工程が少なく生産性を向上することができる。
また、図１１（ａ）に示すように、記録材料２１が一対の基板２２，２３に保持されている場合は、原版ホログラム１０と記録材料２１を完全に密着させることは難しい。そこで、図１１（ｂ）に示すように、原版ホログラム１０に直接剥離層２６を設け、この剥離層２６が記録材料２１を保持する一方の基板を兼ねるようにすることで、複製露光において完全な密着複製露光が可能となり、露光精度が向上する。
【００６５】
次に本発明に係るホログラム素子とその製造方法の具体的な実施例と比較例について説明する。
【００６６】
（比較例１−１）
フォトレジストと二光束干渉露光法により作製された原版ホログラムの一例を図１３に示す。原版ホログラム１０の特性は、４４２ｎｍの波長において透過光（０次光）と回折光（１次光）の強度比がほぼ１：１であり、二光束の交差領域に約１μｍ周期の干渉縞が生成される構成となっている。この原版ホログラム１０を用いて下記に示す記録材料（感光材料）にホログラムを複製露光した。
【００６７】
図１４に示すように、記録材料２１を封入するセル（ホログラム素子）２０としては、３０ｍｍ×４０ｍｍ、厚みｔ０．７ｍｍのガラス基板２２，２３の片面に青色光に対する反射防止膜を形成し、およそ５μｍ径のビーズスペーサーを混入した接着剤（シール材）２７により二枚のガラス基板２２，２３を貼り合わせたものを用いた。シール材２７の塗布は反射防止膜形成面とは反対の面で、基板の縁２箇所に塗布した。
【００６８】
次に記録材料２１として、以下の（１）〜（５）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５μｍ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。
（１）ネマチック液晶（メルク社製  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（共栄化学社製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（共栄化学社製ＤＣＰ−Ａ）：１０重量部。
（４）２−ヒドロキシエチルメタクリレート（共栄化学社製Ｈ０）：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（チバガイギー社製イルガキュア８１９）：１重量部。
上記の組成物をセル中に注入後、この組成物は室温下において等方性を示した。
【００６９】
次に波長４４２ｎｍ、出力８０ｍＷのＨｅ−Ｃｄレーザを用い、レーザ光径を拡大して、原版ホログラムに照射し、原版ホログラムの透過光束が約１１．１ｍＷ／ｃｍ２程度になるようＮＤフィルターを用いて調整した。複製露光は図１５（ａ）に示すように、原版ホログラム／開口マスク／記録材料保持セル（基板／記録材料／基板）の配置構成にて行う。すなわち、原版ホログラムとセル２０の間に図１５（ｂ）に示すような開口マスク４０を設け、セルのおよそ１／２領域において複製露光し、原版ホログラム１０および開口マスク４０の配置を変えて未露光である残りの１／２領域を複製露光する複数回の複製露光を可能とする構成とした。露光時にはセル基板を加熱装置に取り付け、約６０℃に加熱した状態で、一回の露光を約５分間づつ行い、２回の複製露光により２つのホログラム領域を有する偏光ホログラム素子を作製した。
【００７０】
作製した複製ホログラム素子の基板面に対して垂直方向から波長４４２ｎｍの直線偏光（Ｐ偏光およびＳ偏光）のレーザ光を照射したところ、一回目の複製露光領域においては偏光選択性を有する回折光が確認できたが、二回目の複製露光領域においては、Ｐ偏光およびＳ偏光の方向においても回折光は観察できなかった。
【００７１】
（実施例１−１）
本実施例の基本的な複製方法は比較例１−１と同じであるが、本実施例では記録材料を保持するセルの構成として、図１６に示すように、セル（ホログラム素子）２０の中央に接着剤にて隔離部材２４を設けて２つの隔離領域を形成した構成とする。接着剤の塗布はピペットチップの先端にて大体均一な厚さになるようにした。隔離部材２４により隔離領域を形成する以外は、セルの作製および複製露光を比較例１と同様にして行った。作製した複製ホログラムを評価したところ、一回目の複製露光領域および二回目の複製露光領域においても偏光選択性を有する回折光が確認できた。これは隔離部材２４で仕切って複数のホログラム領域（素子部）を形成することにより、一セルにて複数の偏光ホログラム素子が複製できることがわかる。
【００７２】
（実施例１−２）
実施例１−１で作製したホログラム素子の一回目および二回目の複製露光領域のセルギャップを、回折効率の入射角特性の測定結果と結合波理論による計算値とのフィッティングにより算出したところ３．２μｍ程度（狙いは５μｍ）であった。
本実施例では、隔離部材２４を形成する接着剤に粒径５μｍのビーズスペーサーを混合して、実施例１−１と同様にしてセルの作製および複製露光を行い、ホログラム素子２０を作製した。特性としては実施例１−１と同様にして一回目および二回目の複製露光領域において、偏光選択性を有する回折光が確認できた。この素子のセルギャップを算出したところ、４．５μｍであり、狙いの５μｍに対してギャップ精度が向上した。
【００７３】
（比較例１−２）
この比較例１−２は、図１７に示すようにセルに複数の隔離部材２４を設けて隔離領域を増やした例であり、それ以外は実施例１−２と同様にして記録材料を保持するセルを作製した。隔離領域に対応して開口マスク４０の開口領域を小さくし、各隔離領域にて複製露光を行った（即ち３回の複製露光を行った）。この３つの複製領域の評価をしたところ、一回目の複製領域以外では回折光が確認できなかった。
【００７４】
（実施例１−３）
本実施例では、図１７と同様のセル構成で、隔離部材に用いる接着剤に黒い染料を混合して露光波長を吸収する特性を持つ隔離部材２４とし、それ以外は比較例１−２と同様にして、セル作製および複製露光を行った。作製した複製ホログラムを評価したところ、３つの複製領域（ホログラム領域）にて偏光選択性を有する回折光が確認できた。これは露光波長を吸収する特性を持つ材料を隔離部材２４に用いることにより、配列する複製ホログラム素子の間隔を狭くしても偏光ホログラムが複製できることがわかる。
【００７５】
（実施例１−４）
本実施例では、セルの記録材料２１を保持する一方の基板に実施例１−１と同様の隔離部材２４を設けて隔離領域を形成した。そして、塗出量が調整可能なディスペンサーロボット（ＳＯＮＹ製）を用いて、図１０に示すように、隔離部材２４で区切られた領域に比較例１−１と同様の記録材料２１を塗布した。また、原版ホログラムのホログラム領域がある面にフッ素系の剥離剤をデップ法により形成し、その剥離剤の上にレンズ成型用のＵＶ硬化樹脂（スリーボンド社製）を膜厚がおよそ０．５μｍ程度となるようにスピンコート法により塗布した。この原版ホログラム１０の剥離層２６を図１１（ｂ）に示すように記録材料２１を保持する対向基板とし、実施例１−１と同様にして複製露光を行った。複製露光後に原版ホログラム１０とセル（ホログラム素子）２０を引き剥がし、ホログラム素子２０の特性を評価したところ、実施例１−１と同様にして、偏光選択性を有する回折光が発生することが確認できた。また、マイクロメーターで複製ホログラム素子を移動させ、一複製ホログラム領域の大きさを測定し、実施例１−１と比較したところ、実施例１−１に比べて広いホログラム領域が複製されていた。
【００７６】
（実施例１−５）
本実施例では、図１６において、ビーズスペーサーを混入した接着剤の替わりに、５μｍ厚のアルミフィルムを用いて導電性のスペーサー兼隔離部材２４とし、それ以外は実施例１−１と同様にして記録材料を保持するセルを作製した。複製露光における配置構成は図１５とほぼ同様であるが、複製露光時にパルスジェネレーターとアンプを用いてセルに交流電界を印加した。このようにして作製したホログラム素子の特性を評価したところ、実施例１−１に比べて偏光選択性が１０％向上した。
【００７７】
以上、第１の実施例に係るホログラム素子とその製造方法の具体的な実施例及び比較例について説明したが、本実施例によれば、偏光選択性が良く、光利用効率が高く、量産における生産性が向上された偏光ホログラム素子を実現することができる。そして、本実施例の偏光ホログラム素子は、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。
【００７８】
（偏光ホログラム素子の応用例）
ここで図１８は本実施例に係る偏光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１８において、符号１０１は半導体レーザー（レーザーダイオード（ＬＤ））、１０２は本発明に係る方法（例えば実施例１〜５のいずれかの方法）で複製され、図１（ｂ）に示すようなホログラム領域（セクター１〜セクター３）が形成された偏光ホログラム素子、１０３は１／４波長板、１０４はコリメートレンズ、１０５は対物レンズ、１０６は記録媒体である光ディスク、１０７は例えば図１（ｃ）のように３つの受光素子（例えばフォトダイオード）ＰＤ１〜ＰＤ３で構成される光検出器である。
【００７９】
図１８において、半導体レーザー１０１から出た読み出し光である直線偏光は、偏光ホログラム素子１０２、１／４波長板１０３を透過し、コリメートレンズ１０４によって略平行光となって対物レンズ１０５に導かれ、対物レンズ１０５で光ディスク１０６の記録層に集光される。そして、光ディスク１０６の記録層で反射された光は、対物レンズ１０５で略平行光となってコリメートレンズ１０４に戻され、コリメートレンズ１０４で収束光となり、入・出射の共通光路におかれた１／４波長板１０３によって偏光面が９０°回転され、偏光ホログラム素子１０２のホログラム領域（セクター１〜セクター３）で光検出器１０７の方向に回折され、光検出器１０７の３つの受光素子（ＰＤ１〜ＰＤ３）で受光される。そして、光検出器１０７の受光素子出力から、記録信号、トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号等の各種信号が検出される。
【００８０】
図１８に示す構成の光ヘッド装置では、偏光ホログラム素子１０２は半導体レーザー近傍の入・出射光の共通光路中に配置されているが、半導体レーザー１０１からの出射偏光が偏光ホログラム素子１０２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１０６の記録層に集光される。光ディスク１０６からの戻り光は１／４波長板１０３によって偏光面が９０°回転して偏光ホログラム素子１０２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、偏光ホログラム素子１０２の分離角が１５°以上であれば、偏光ホログラム素子１０２と半導体レーザー１０１及び光検出器１０７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）の格子間隔（ピッチ）はおおよそ１μｍ前後である。本発明の偏光ホログラム素子１０２は、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。
【実施例２】
【００８１】
次に本発明の第２の実施例におけるホログラム素子の構成、動作と、このホログラム素子の製造方法について説明する。
図１９は本発明の第２の実施例に係るホログラム作製用の干渉露光装置の概略構成を示す図である。この干渉露光装置は、露光用光源であるレーザー装置（可干渉性を有する光源）５１と、対物レンズ５３とアパーチャ５４からなるスペイシャルフィルター５２と、コリメートレンズ５５と、ハーフミラー５６と、ミラー５７ａ，６７ｂで構成され、感光性の記録材料（以下、感光材料と言う）２１は加熱するための温調ステージ５８（必須ではない）で固定する。露光用レーザー装置５１にはクリプトンイオンレーザー（発振波長４０７ｎｍ）、ヘリウムカドミウムレーザー（発振波長４４２ｎｍ）、アルゴンレーザ（発振波長４８８ｎｍ又は５１４ｎｍ）、ヘリウムネオンレーザー（発振波長６３３ｎｍ）や、チタンサファイアレーザー（発振波長８７０ｎｍ）、等が利用できるが、これに限らず可干渉性を有する光源であればよい。
【００８２】
露光用レーザー装置５１には単一縦モード発振するレーザーを利用するとコヒーレンス長が長くなり、また、ノイズの少ないホログラムを作製できる。スペイシャルフィルター５２は必ずしも必要ではないが、ハーフミラー５６までの光学部品などでレーザービームにノイズが乗ることがあり、このビーム品質を良好にするためには有用である。ハーフミラー５６でレーザー光を分割してからミラー５７ａ，５７ｂで所定の角度でビームを重ね合わせ、干渉縞を発生させ、感光材料（被露光サンプル）２１をこの干渉縞の発生した位置に配置すると、干渉縞ピッチに対応したホログラムを作製できる。
【００８３】
ここでは、スペイシャルフィルター５２とコリメートレンズ５５はハーフミラー５６の手前に配置しているが、ミラー５７ａ，５７ｂの各ミラーの後に配置してもよい。さらに、コリメートレンズ５５の後に収束レンズ（図示しない）を配置することで、収束光を用いた干渉露光が可能となる。収束光による干渉露光を用いた場合、再生した時の収束位置が設定できる。ここでは基本的な二光束干渉露光装置を示しているが、二光束以上の多光束干渉露光も光束の分割数に対応した光学部品を個々に配置することで同様にして構成できる。
【００８４】
前述したような二光束干渉露光法はハーフミラー等のビームスプリッターを用いて光束を複数光束に分割し、ミラーやレンズ等を用いて光束の干渉縞を調整する必要があり、使用する光学部品にもよるが、一般的に仕様値や配置の制限から露光光学系は広いスペースを必要とし、比較的大掛かりなものになる。また、特に図２０のように単一のホログラム素子に特性の異なるホログラム領域が複数ある場合、所望の干渉光を所望の露光領域へ露光する必要があり、領域毎における干渉光の調整、領域毎に対応した開口マスク等を用いた位置決め調整、または２軸または３軸ステージなどによる位置決め調整の工程が必要になる。
【００８５】
そこで、図２１に示すように単一のホログラムに特性の異なるホログラム領域を複数設けた原版ホログラムを用いて干渉露光することで、光束の分割および干渉縞の調整、開口マスク等の位置調整が不要になる。図２１では特性の異なるホログラム領域を複数設けているが、もちろん領域分割されずに単一の特性を有するホログラムにも適応できる。これは干渉露光における光学系を省スペース化し、干渉縞調整による露光時のノイズを低減できるため、ホログラム素子の製造において歩留まり等の生産性の向上に繋がる。
【００８６】
原版ホログラムの作製方法としては、ホログラムが必要な特性を生じるよう、電子計算機を使用して計算を行ない、計算結果を電子線描画機によりフォトマスクブランク板に描画して、最初のホログラム原版を得る。これとは別に、ガラス基板上に体積ホログラム形成用樹脂組成物を塗布して、体積ホログラム形成用基板を準備し、この体積ホログラム形成用基板の樹脂組成物層上に、上記で得られたホログラム原版のマスク面とが接するように、ホログラム原版と体積ホログラム形成用基板とを重ね合わせ、ホログラム原版側から、レーザー光により露光する。露光後、紫外線照射（光重合開始剤の分解）、及び加熱処理（光重合可能な化合物の拡散移動）の各工程を行なう事により、ホログラム原版が、ガラス基板上に塗布された体積ホログラム形成用樹脂組成物層に複製される。この複製されたホログラムを原版として用いる。ここでは、電子ビームリソグラフィーによる作製法について述べたが、一般的な二光束干渉露光法を用いることもできる。また、原版ホログラムの特性としては干渉縞のコントラストが高い方が好ましく、回折格子用の原版は干渉縞を形成する透過光と回折光の光パワーは露光波長において１：１になるように設定されていることが好ましい。
【００８７】
ここで、ホログラムを大量生産する場合は、前述の図２に示したように、原版ホログラム１０に複数のホログラム領域１１を設けて、ホログラム領域１１を記録材料（感光材料）２１の全体に一括複製露光する方法、または図３に示したように、原版ホログラム１０に複数のホログラム領域１１を設けて、複数のホログラム領域１１を記録材料（感光材料）２１の一部の領域に一旦複製露光し、記録材料（感光材料）２１、あるいは原版ホログラム１０、あるいは記録材料（感光材料）２１と原版ホログラム１０の両方を移動させて、複数回複製露光し、最終的に記録材料（感光材料）２１全体に複製露光をする方法、または図４に示したように、原版ホログラム１０に単一のホログラム領域１１を設けて、図３と同様にして、記録材料（感光材料）２１、あるいは原版ホログラム１０、あるいは記録材料（感光材料）２１と原版ホログラム１０の両方を移動させて、複数回複製露光し、最終的に感光材料全体に複製露光をする方法が考えられる。
【００８８】
ここで、図２の方法においては一回の露光面積が広くなるため、非常に大きな露光強度が必要となる。また、露光強度を大きくできない場合には露光時間が長くなってしまう。そこで、図３、図４に示すように複数回露光する方法の方が、露光強度および露光時間の面で好ましい。また、原版ホログラム１０の作製においてもホログラム領域が少ない方が有効である。
【００８９】
露光作製されるホログラムの特性としては、高回折効率、高透明性、耐環境性に優れていることがよい。そこで耐環境性に関して、耐久性向上のため、ホログラム領域には保護膜を設けることが好ましく、ガラス、プラスチックフィルムなどの基板を対に重ねてセル化してホログラムを露光することで、保護膜の成膜は不要になる。しかし、セル化することで、前述した二光束干渉露光または原版ホログラム密着露光においては、図２２（ａ），（ｂ）に示すように、基板の厚さによって入射光軸位置が変化し、露光される領域（干渉縞形成領域）が狭くなる問題がある。例えば、約１μｍピッチの格子を形成するために、４４２ｎｍの波長を用いて干渉縞を生成する二光束の入射角が、一方の一光束は基板に対して垂直、他方の一光束は基板に対して２６°とし、屈折率１．５の基板を用いた場合、基板の厚さが３ｍｍ、１．１ｍｍ、０．７ｍｍ、０．１５ｍｍのときの入射光の光軸に対するズレはそれぞれ０．５５ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．１３ｍｍ、０．０３ｍｍとなる。このように光軸のズレは基板の厚さによって変化し、厚さが薄くなるにつれてズレ量は小さくなる。
【００９０】
形成する格子ピッチや領域、また、素子全体のサイズや用途にもよるが、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）等に用いられる狭いピッチ（〜３μｍ）で比較的小さい領域（〜φ２ｍｍ）を有するホログラム回折素子においては、単一のホログラム素子内に複数の特性を有する領域（分割領域）があるため、この分割領域の制限から基板の厚さｔ1は０．７ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．１５ｍｍ以下がよい。ここでセル化に用いる対のもう一方の基板の厚さｔ2は、前述した基板厚さｔ1と同じでも使用可能であるが、対の両基板を薄くするとホログラム形成時における感光材料の硬化収縮の影響やホログラム素子の耐久強度が低下する。そのため、対の一方の基板の厚さｔ2は一般的な光学素子や液晶ディスプレイ用途等に用いられている基板の厚さ３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度が好ましい。２３（ａ），（ｂ）に前記のように一方の基板の厚さｔ1を薄くしたセル構成および効果を示す。
【００９１】
さらには、図２４に示すように原版ホログラムに薄い剥離層を設けることで、露光されたホログラムは保護層が成膜され、かつ原版ホログラムからの干渉領域を高精度に露光することができる。特に単一ホログラムで特性が異なる領域を有する場合は図２５に示すように、特性が異なる領域に重なりやスペースができるため、薄い基板を用いたセル化や原版ホログラムの剥離層形成は非常に有効である。
【００９２】
ここで、原版ホログラムを用いて干渉露光する場合、原版ホログラムが干渉光を生成するので、干渉露光により作製されたホログラム素子は原版ホログラムの影響を大きく受ける。そのため、原版ホログラムの再現性精度は最重要であるが、原版ホログラム自体にノイズ光がある場合は、さらにこれを抑制する必要がある。
【００９３】
所望のホログラム特性に起因する周期構造の形状にもよるが、複雑な形状になるほど、原版ホログラムのノイズ光の発生は高くなり、完全にノイズ光を除去することは困難である。そこで、原版ホログラムを用いた干渉露光法においては、例えば図２６に示すように、光源側から、原版ホログラム１０、第一レンズ６１、第二レンズ６２、記録材料（感光材料）２１の順番に配置し、原版ホログラム１０と第一レンズ６１との距離を第一レンズ６１の焦点距離ｆとし、第一レンズ６１と第二レンズ６２の距離を第一レンズ６１と第二レンズ６２の焦点距離の和２ｆとし、第二レンズ６２と感光材料２１の距離を第二レンズ６２の焦点距離ｆとする４ｆリレー光学系がある。この方法によると、原版ホログラム１０を非常に高精度に複製できる。また、図２７に示すように、リレー光学系に遮光マスク６３などを配置することで原版ホログラム１０から発生するノイズ光も抑制できる。このようなリレー光学系を用いて原版ホログラム自体で発生するノイズ光を抑制することで、必要な干渉縞のみを露光することができ、更に原版ホログラムの再現性精度もよい干渉露光が実現できる。
【００９４】
ここで、前述した二光束干渉露光法、原版ホログラム密着干渉露光法および４ｆリレー光学系干渉露光法などの干渉光を用いて記録材料（感光材料）に干渉縞を露光する場合、露光領域（作製する素子サイズ）、干渉縞のパターン（周期構造の形状）、露光条件（露光時の温度や露光量）などにより異なるが、前述したように感光材料の重合反応による広がりの影響があるため、図２８（ａ），（ｂ）に示すように、実際に光を照射する領域より広い領域（ａ）および単一素子内の特性の異なる領域が一部重複（ｂ）されて露光（硬化）されることがある。このように光照射領域より広い領域が露光される、一素子内で重複して露光される場合、光照射より広がった露光領域および重複された露光領域は十分な特性がでない不要な領域であり、素子の特性を悪化させる要因となる。そのため、ホログラム記録においては一素子毎の間隔を広くして露光する必要があり、全体の記録用領域としても広い領域が必要となる。
【００９５】
そこで、図２９（ａ）に示すように、記録材料（感光材料）２１のホログラム一素子領域毎に隔離するように隔離部材２４をマトリックス状に設けるか、あるいは同図（ｂ）に示すように、単一素子内において分割された領域を隔離するように隔離部材２４を設けることで、重合反応による広がりを抑えることができる。この隔離部材２４は一般的に液晶ディスプレイなどに使われている光硬化型あるいは熱硬化型のシール接着剤を用いることができ、その形成方法としてはスクリーン印刷法などを用いることができる。スクリーン印刷の印刷用の版には、凸版、平版、凹版、孔版等の形式があり、スクリーン版は謄写版や孔版を使用することができる。具体例としてはスクリーン版には、ポリエステルなどの繊維で織った紗（スクリーン）を使用し、このスクリーンを枠に張って固定させ、その上に版膜（レジスト）を作って、必要な画線以外（隔離部）の目を塞げばスクリーン版ができる。スクリーン版の枠内に印刷インキ（ＵＮ硬化、熱硬化樹脂など）をのせて、スキージでインキを摺動すると、インキはレジストのない部分のスクリーンを通過して、被印刷物に転移する。このようなスクリーン印刷は様々な形状、サイズの材質に印刷でき、様々なインキ（隔離部材）が使用できる。また、比較的厚い膜（〜１００μｍ）も形成可能である。このようにしてホログラム基板に予め隔離部を形成することができるが、隔離部の形成方法はこれに限るものではない。
【００９６】
ここで、図３０（ａ），（ｂ）に示すように、隔離領域毎に露光されたホログラム領域を、ダイシング、スクライブ等により隔離領域位置（隔離部材を含む位置）から切断することで大量生産することが可能となる。また、スクライブにより切断する場合は、接着層などがあると切断できないため、図１５（ｂ）に示すように隔離領域にスペースを設けることが好ましい。
【００９７】
次にホログラム領域を隔離する隔離部材２４について述べる。隔離部材２４としては前述したように一般的なシール剤として用いられているＵＶ硬化接着剤、熱硬化接着剤等が使用できる。また、液晶ディスプレイ等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を混合させることで、隔離部材２４がスペーサーの役割を果たし、基板間ギャップを制御することができる。スペーサーを兼用した隔離部材としては一定な膜厚が制御できるポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド（ナイロン（登録商標））、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート、ポリエステル、ポリカーボネイト、ポリプロピレンなどからなるプラスチックフィルムも用いることができる。
【００９８】
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隔離部としても良い。例えば、一般的な半導体プロセスに用いられるフォトリソグラフィに関しては、まず所望の隔離部パターンを描いたマスク（例えば、ガラス基板にクロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）などの遮光パターンが形成されたもの）を用い、フォトレジスト感光性材料の層を形成しておいた基板（露光前のホログラム基板）に、前記マスクを通して可視光あるいは紫外光を露光する。またはマスクは通さずに直接電子ビームにより隔離部パターンを露光する。この露光によってフォトレジストの現像液に対する溶解度が変化するため、現像工程で、マスクに対応するパターンがフォトレジストに転写される。このパターンの分解能をサブμｍのオーダにするためには、より短い波長の光を用いることが好ましい。
【００９９】
前記したフォトレジストをそのまま隔離部材としてもよいが、耐久性や信頼性などを考えると、このフォトレジストのパターンを基準に、ドライまたはウェットエッチングして基板に直接隔離部パターンを形成することが好ましい。
また、成形技術に関しては、電子ビームや切削加工により露光前のホログラム基板へ直接隔離部となる突起形状を形成する。または電子ビームや切削加工により隔離部となる突起形状を有する金型（ＳＵＳ、Ｎｉ、Ａｌなど）を形成した後、転写成形、押出成形や射出成形などを用いて隔離部が形成されたホログラム基板を作製することができる。
【０１００】
隔離部材２４をスペーサーとした概略断面は、前述の図８に示したものと同様である。このスペーサーの厚さは、波長と周期構造の屈折率変調量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。
【０１０１】
ここで、隔離部材を形成することで隣接素子への重合反応の広がりの影響を抑えることができるが、干渉露光時には感光材料を保持する基板間での多重反射による光漏れの影響がある。そこで図９に示したように、露光波長を吸収する材料２４’を隔離部材とすることで、干渉露光における多重反射等の隣接素子への光漏れの影響を抑制でき、隣接素子の隔離を必要最小限にすることができる。波長を吸収する部材としては、酸化クロム／クロム、カーボンや顔料を分散させた樹脂、顔料を分散させたレジスト等があり、露光波長によって適宜選定させる。顔料としては例えば、赤色の波長ではアントラキノン系、緑や青の波長ではフタロシアニン系を用いることができる。また、レジスト材の一例としては、多感応アクリル酸エステルモノマとトリハロメチルトリアジン系光重合開始剤とアクリル酸／アクリル酸エステルの共重合体からなるラジカル重合型フォトポリマーが挙げられるが、これに限るものではない。
【０１０２】
また、隔離部材がクロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）などの導電性部材である場合は、図１２に示したように、交流を印加することで隔離領域間に均一な電界を印加することが可能となる。感光材料として、高分子液晶や高分子分散型液晶などの誘電異方性を有する組成を含む場合、液晶分子は電界方向により配向が変化するため、電界印加により液晶の配向を制御し、所望の複屈折性が得られるように設定することができる。このような複屈折性は前述したようにホログラム領域における周期構造の屈折率変調量の差を大きくすることができる。これは前述の偏光ホログラムの場合のように、偏光選択性を向上することができる。
【０１０３】
次に記録材料として用いる感光材料について説明する。ホログラム用記録材料としては一般的な感光材料が使用でき、例えば、重クロム酸ゼラチン、フォトクロック材料、フォトサーモプラスチック、電気光学結晶（例えば、強誘電性酸化物：ＬｉＮｂＯ３，ＢａＴｉＯ３結晶など）、フォトレジスト、フォトポリマー、高分子液晶および高分子分散液晶などがある。
【０１０４】
重クロム酸ゼラチンは、振幅型および位相型のホログラムを記録することができるが、現像などの工程を有する。また、耐環境性が低いため、ホログラムの保存性はあまり良くない。しかし、無粒状性のため散乱ノイズが低く、非常に高解像力の性能を有する。
【０１０５】
フォトレジストは、表面凹凸レリーフ型のホログラムが代表的であるが、体積位相型のホログラムも作製可能である。材料の種類としては、半導体集積回路作製に開発された一般的なポジ型、ネガ型材料のどちらでも使用でき、感光波長域の長波長化、高感度のために開発されているアクリル酸、メタクリル酸系ポリマー、アクリレート系多官能モノマー、スチレン-マイレン酸エステル系ポリマー、アクリル系多官能モノマー、光重合開始剤、増感色素などで組成されている光重合性レジストも使用できる。露光記録に関しては、高解像力を有し、感度、感光波長域を幅広く選択でき、体積位相型ホログラムにおいて非常に高い回折効率が得られる。
【０１０６】
フォトポリマーは、屈折率変調型のホログラムを記録することができるので、高い回折効率が得られ、粒状性がほとんどないため高解像力で、低ノイズのホログラムが得られる。フォトポリマーは非常に多種・多用の材料により組成されており、光架橋型、光重合型に大別できる。光重合型では現像を要するものと不要なものがある。現像工程が不要な材料では、組成面から（ａ）ポリマー、モノマー、（ｂ）モノマー、モノマー、（ｃ）不活性成分（低分子）、モノマーに分類できる。（ａ）および（ｃ）はモノマー重合物質とポリマーあるいは低分子化合物との間で大きな屈折率差が生じるように成分が選ばれる。（ｂ）は屈折率の異なる２種類のモノマーで構成されるが、（１）光重合性の異なるモノマー、（２）光重合性と熱重合性のモノマー、（３）光ラジカル重合性と光カチオン重合性のモノマーなどの組み合わせがある。
【０１０７】
前記した材料において、フォトポリマーやフォトレジストなどの光重合性を有する高分子感光材料（重合性高分子）は解像力、露光感度、感光波長帯域を幅広く選択でき、高耐環境性に優れ、膜厚・サイズに自由度がある。また、粒状性も低いため、ホログラムの特性として高回折効率、高透明性が得られる。
また、高回折効率を有する屈折率変調型ホログラムの場合、記録されたホログラム領域における周期構造の屈折率変調の差は大きい方が、高効率が得られる最適な膜厚は小さくなり、それに伴い波長変動や入射角度に依存する回折効率の変化が小さくできる。即ち、得られる高回折効率特性の波長変動や入射角度に対する許容範囲が広いホログラムが実現できる。周期構造の屈折率変調の差が大きくできる感光材料としは、複屈折性が大きい高分子液晶および高分子分散型液晶などがある。
【０１０８】
高分子液晶および高分子分散型液晶は、重合性液晶を含む組成物、非重合性の液晶と重合性を有する高分子とを混合した組成物、重合性液晶と非重合性液晶のいずれか一方または両方と重合性を有する高分子とを混合した組成物、などのいずれかからなり、より詳しくは、上記組成物として、（１）重合性液晶、（２）非重合性液晶と重合性高分子の混合物、（３）重合性液晶と重合性高分子の混合物、（４）重合性液晶と非重合性液晶と重合性高分子の混合物、などのいずれかが用いられ、これに必要に応じて光重合開始剤が添加される。
【０１０９】
重合性液晶モノマーとしては、単官能の液晶アクリレートモノマー、液晶メタアクリレートモノマー、二官能の液晶ジアクリレートモノマー、液晶ジメタアクリレートモノマーなどを用いることができる。これらの材料は、官能基であるアクリロイルオキシ基と液晶骨格の間にメチレン鎖を有していても良い。
【０１１０】
非重合性液晶としては、屈折率異方性を有する液晶ならば一般的なものを使用できる。その相構成はネマチック、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。
【０１１１】
重合性高分子である重合性モノマーまたはそのプレポリマーとしては、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。
【０１１２】
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。光重合開始剤の添加量は照射する光の波長に対する各材料の吸光度によって異なり、複製時の露光条件によって適宜調整される。
【０１１３】
上記した感光材料からなる組成物は、露光時の条件を適切に設定することで、偏光方向によって屈折率分布が異なる周期構造を形成することができる（偏光方向によって周期構造における屈折率変調量が異なる）。組成物の例としては高分子モノマー中に非重合性液晶と光重合開始剤を分散させたホログラフィック高分子分散液晶（HPDLC：Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal）あるいは重合性液晶と光重合開始剤を混合させた光硬化型液晶（PPLC: Photo-Polymerized Liquid Crystal）などがある。
【０１１４】
ここで、上記した組成物に干渉縞を露光した場合について説明する。HPDLCにおいては干渉縞の明部においてモノマーが移動（高分子と液晶の相分離）して硬化する。干渉縞暗部には液晶が残り、明部で硬化したポリマーに引っ張られて液晶が特定の方向に配向する。この配向のために直交する入射偏光に対し、一方は屈折率変化が生じずほとんど透過する。これと直交する偏光方向は液晶が配向して屈折率が大きい方向と一致することにより、周期的屈折率変化を感じて入射光は回折する。以上によりHPDLCは偏光性回折格子として機能する。また、PPLCにおいては透明電極（ＩＴＯ）と液晶を配向させる配向層をもつ基板間に光重合性の感応基がついた液晶を封入して液晶を水平配向させる。これに干渉縞を露光すると縞の明部では液晶分子が重合して硬化する。一方縞の暗部は液晶分子は硬化しないで残っている。次に液晶層をはさむ透明電極間に電圧をかけながら光を照射する。このとき暗部の液晶は電圧印加により基板に垂直方向に配向して光により硬化する。以上より干渉縞の明、暗に対応して液晶の配向が水平/垂直の周期構造をもつようになる。このようにして記録した回折格子に直交する偏光を入射させると一方の偏光方向（水平配向した液晶分子の短軸方向と一致）では水平/垂直の配向があっても屈折率変化を感じないで入射光はほとんど透過し、これと直交する方向では水平配向した液晶分子の長軸方向と一致して水平/垂直の配向による屈折率変化を感じて入射光はほとんど回折する。以上のように組成物材料の重合反応に伴った相分離あるいは重合反応と外場による配向変化などによって偏光選択性を有する偏光ホログラムが作製できる。
【０１１５】
ホログラム記録用感光材料を成膜する方法としては、一般的な溶剤の成膜手法が適応でき、単基板へのスピンコートやディッピング、対基板で構成されているセルへの毛細管現象あるいは真空による注入方法などがある。しかし、所望のホログラム特性が得られる程度に均一な膜厚に成膜されていれば、これらの方法に限らなくてもよい。前記した成膜方法においては、本発明の隔離領域の配置にもよるが、感光材料の成膜後に隔離領域を設けることが有効である。
【０１１６】
感光材料成膜後に隔離領域を設ける方法としては、干渉露光する前、または同時に隔離する領域の枠を露光することで実現できる。しかし、この場合は隔離部材と感光材料は同じ組成となり、前記したスペーサー部材、光吸収部材、導電性部材にて形成することは困難である。
そこで、感光材料を成膜する前に隔離部材により隔離領域を設けることで、隔離部材兼スペーサー部材による膜厚精度の向上、光吸収部材による迷光の抑制、導電性部材の電界印加が可能になる。
【０１１７】
しかし、感光材料の成膜前に図３０のように隔離部材を設けた場合、感光材料の成膜はスピンコートや基板間への注入は困難である。そこで、感光材料の成膜工程において、インクジェット方式等の塗布量を微小設定できる技術を用いたワンドロップフィル（ＯＤＦ）法を用いることで、図１０に示したように、感光材料２１を隔離領域毎に適量塗布することができ、感光材料の成膜前に隔離領域を設けても問題なく感光材料の成膜が可能になる。このＯＤＦ法は基板間に成膜する方法としては、真空注入法等に比べて所要時間が短く生産性を向上することができる。
【０１１８】
次に第２の実施例に係るホログラム素子とその製造方法のより具体的な実施例と比較例について説明する。
【０１１９】
＜感光材料に関して＞
感光材料としては高分子分散型液晶を用い、以下の（１）〜（５）の材料からなる組成物をスターラー付ホットプレート上で約８５℃に加熱しながら混合した。
（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）：１重量部
【０１２０】
＜ホログラム記録用セルに関して＞
・従来のホログラム記録用セル（隔離領域なし）
サイズ３０×４０×ｔ０．７ｍｍのガラス基板の片面に青色光に対する反射防止膜（図示しない）を形成し、約５μｍ径のビーズスペーサーを混入したＵＶ硬化接着剤により二枚のガラス基板を貼り合わせた。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２箇所に塗布した。
ホットプレートで上記セルを約６０℃に加熱しながら上記感光材料を毛管法によりセル中に注入し、厚み約４〜５μｍの感光層を成膜した。セル中に注入後、この感光材料は室温下において等方性を示した。このセルの概略構成は図１４と同様である。なお、この感光材料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。
【０１２１】
・本実施例のホログラム記録用セル（隔離領域あり）
サイズ３０×４０×ｔ０．７ｍｍのガラス基板の片面に青色光に対する反射防止膜（図示しない）を形成し、シール材２７として、約５μｍ径のビーズスペーサーを混入したＵＶ硬化接着剤を図３１に示すように塗布して、隔離部材２４による隔離領域を形成した。接着剤の塗布はピペットチップの先端にて大体均一な厚さになるようにした。隔離領域形成後、二枚のガラス基板２２，２３を貼り合わせてセル化した。
ホットプレートで上記セルを約６０℃に加熱しながら上記感光材料２１を毛管法によりセル中に注入し、厚み約４〜５μｍの感光材料層を成膜した。セル中に注入後、この感光材料は室温下において等方性を示した。このセルの概略構成を図３１に示す。なお、この感光材料２１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。
【０１２２】
＜干渉露光法に関して＞
・二光束干渉による露光
光源として、波長４４２ｎｍ、出力８０ｍＷのＨｅ−Ｃｄレーザーを用いて図１９のような二光束干渉露光系を作製した。露光用レーザー光源５１からのレーザー光を対物レンズ５３（拡大率：４０倍）とアパチャー５４（直径φ５μｍ）を組み合わせたスペイシャルフィター５２およびコリメートレンズ（アクロマティックレンズ（焦点距離ｆ：１００ｍｍ））５５により拡大して、１つの光束が約１０ｍＷ／ｃｍ２程度の平行光とした後、ハーフミラー５５で２分割し、ミラー５７ａ，５７ｂで偏向して２光束の交差角度が２６度になるように設定した。この波長と交差角度では２光束の交差領域に約１μｍ周期の干渉縞が生成され、二光束干渉露光によりホログラム内部に形成される格子の傾きは、基板面に対しておよそ８１．７度となる。感光材料２１を封入したホログラム記録用セルを加熱装置（ヤマキ製：サーミスタ、ペルチェ素子使用、φ２０ｍｍの開口部あり）に取り付け、一定の温度に加熱した状態（温度測定は加熱装置の温度コントローラの表示温度が一定になってから約１分間維持）で約５分間の二光束干渉露光を行い、ホログラム素子を作製した。二光束干渉露光は塵と気流等の影響を防ぐため、アクリル板で囲った。また、温度露光時の外気温度は２５℃とした。
ここで、二光束干渉露光時の露光温度は、ある偏光面において周期構造の屈折率変調量ΔｎＨが最大になる最適露光温度とし、その値は６５℃とした。ホログラムの屈折率変調量ΔｎＨは後述するホログラム素子の特性評価に記載する方法により求めた値である。
【０１２３】
・原版ホログラムによる干渉露光
フォトレジストと二光束干渉露光法により作製された原版ホログラムは図１３と同様の構成とする。この原版ホログラムの特性は、４４２ｎｍの波長、垂直入射において、＋１次光の回折効率は約３０％であり、透過光（０次光）と回折光（＋１次光）の強度比はおよそ１．５：１であった。光利用効率として残りの約２５％の光は散乱、吸収、反射などの損失および−１次光や高次光のノイズ光であった。原版ホログラム１０からの二光束（０次光と＋１次光）の交差領域に約１μｍ周期の干渉縞が生成される構成となっている。露光に用いた光学系は図３２（ａ）に示すように、図１９の二光束干渉露光系の一光束を遮光し、残りの一光束が約３０ｍＷ／ｃｍ２程度の光強度になるように調整し、ホログラム記録用セルへの一高束の入射光強度は約１０ｍＷ／ｃｍ２となるように設定した。また、露光時間と露光温度は二光束干渉露光と同じとし、それぞれ５分間と６５℃に設定した。原版ホログラム１０とホログラム記録用セルは図示しない板バネにより密着させて干渉露光した。
【０１２４】
・４ｆリレー光学系による干渉露光
図２６に示したような４ｆリレー光学系を作製した。原版ホログラム１０は上記に示したのと同様の原版ホログラムを用い、結像のための第一、第二レンズ６１，６２は焦点距離ｆが５０ｍｍのカメラレンズ（ペンタックス製３５ｍｍ一眼レフ用マニュアルレンズ）を２個用いて構成した。原版ホログラム１０からの高次光はレンズの径からはずれており、−１次光はマスクにより遮光して結像位置ではノイズ光が完全にない状態とした。結像位置での一光束の露光強度は約１０ｍＷ／ｃｍ２となるように設定し、露光時間および露光温度はそれぞれ５分間と６５℃に設定した。
【０１２５】
＜ホログラム素子の特性評価に関して＞
ホログラム素子の特性評価としては、作製した素子に波長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１０ｍＷ程度になるようにＮＤフィルターを用いて調整し、回転ステージを用いて素子の基板面に対して垂直方向から±２０°の範囲で回折効率の入射角特性を測定した。この入射角特性の実測値と理論値（Kogelnikの結合波理論）を比較し、素子の屈折率変調量ΔｎＨを求めた。また、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（ｓ偏光の+１次回折効率／ｐ偏光の+１次回折効率）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。
前述した各露光方法で作製したホログラム素子の特性はほぼ同様であり、その諸特性を下記の表１に示す。どの露光方法においても回折効率、透過率ともに非常に高い特性が得られた。
【０１２６】
【表１】
2006318515.tif 000003
【０１２７】
＜ホログラム作製の生産性向上に関して＞
ホログラム作製において生産性を向上させるために、ホログラム記録用セル内に複数のホログラム領域を作製する。その方法の一例としては、原版ホログラム１０と開口マスク４０とホログラム記録用セルを図３２（ａ）に示すように配置し、一回目の露光でホログラム領域を記録し、二回目の露光では、開口マスク４０および原版ホログラム１０の配置を変えて、図３２（ｂ）の領域にホログラム領域を記録する。このような方法により一つのホログラム記録用セル内に複数のホログラム領域が記録できる。
【０１２８】
（比較例２−１）
図１４に示すような隔離領域のない従来のホログラム記録用セルを用いて、開口マスクを用いた２回露光により、ホログラム記録用セル内に複数のホログラム領域の作製について検討した。露光方法としては二光束干渉による露光、原版ホログラムによる露光、４ｆリレー光学系による露光についてそれぞれ検討した。
作製した複数のホログラム素子の基板面に対して垂直方向から波長４４２ｎｍの直線偏光（ｐ偏光およびｓ偏光）のレーザー光を照射したところ、一回目の露光領域においては偏光選択性を有する回折光が確認できたが、二回目の露光領域においては、ｐ偏光およびｓ偏光の方向においても回折光は観察できなかった。
【０１２９】
（実施例２−１）
図３１に示すような隔離領域のある本発明のホログラム記録用セルを用いて、開口マスクを用いた２回露光により、ホログラム記録用セル内に複数のホログラム領域の作製について検討した。露光方法としては二光束干渉による露光、原版ホログラムによる露光、４ｆリレー光学系による露光についてそれぞれ検討した。
作製した複数のホログラム素子の基板面に対して垂直方向から波長４４２ｎｍの直線偏光（ｐ偏光およびｓ偏光）のレーザー光を照射したところ、一回目の露光領域および二回目の露光領域においても偏光選択性を有する回折光が確認できた。これは隔離領域を形成することにより、一つのホログラム記録用セル内に複数のホログラム領域を作製することができた。
また、ホログラム記録したセル内の複数のホログラム領域を、ダイシングにより隔離領域を形成する隔離部材の位置で切断した。この分離した２つのホログラム素子に前記と同様にしてレーザー光を照射したところ、どちらの素子においても偏光選択性を有する回折光が確認できた。このことから、ホログラム作製において生産性を向上させることができる。
【０１３０】
（実施例２−２）
比較例２−１と実施例２−１で作製した一回目露光のホログラム領域のセルギャップを、回折効率の入射角特性の測定結果と結合波理論による計算値とのフィッティングにより算出したところ、隔離領域を設けていない比較例２−１のギャップは３．８μｍであり、隔離部材２４を用いて隔離領域を設けている実施例２−１のギャップは４．６μｍであった。隔離部材を形成する接着剤に混合したビーズ径は５μｍであり、隔離領域を設けた方が狙いギャップ（５μｍ）に対するギャップ精度が向上した。
【０１３１】
（実施例２−３）
図３３に示すように、隔離部材２４で形成した隔離領域を狭くして、領域数を３つに増やした以外は前記したホログラム記録用セルと同様のセルを作製した。この隔離領域に対応して開口領域を小さくした開口マスクを用い、各隔離領域にホログラム露光を行った（即ち３回露光を行った）。露光方法は二光束干渉露光法を用いた。
３つのホログラム領域の特性を評価したところ一回目、二回目、三回目に露光したホログラム領域の回折効率は異なり、後に露光した領域の方が回折効率が低くなった。これは、干渉露光時に発生する散乱光や基板等の界面による多重反射の影響を受けたものと推測される。
【０１３２】
そこで、隔離領域に用いる隔離部材２４として、接着剤に黒い染料を混合した以外は上記と同様にしてホログラム記録用セル作製および二光束干渉露光を行った。
３つのホログラム領域の特性を評価したところ一回目、二回目、三回目に露光したホログラム領域の回折効率はほぼ同様であり、同一セル内において、露光するタイミングに係らず安定した特性が得られた。
これは露光波長を吸収する特性を持つ材料を隔離部材２４に用いることで、干渉露光時に発生する不要光が、他の隔離領域（隣接したホログラム未露光領域）へ及ぼす影響を防ぐことができた。このことから、配列するホログラム隔離領域を狭くしても安定してホログラムが露光でき、生産性を向上することができた。
【０１３３】
（実施例２−４）
感光材料の成膜について、まず実施例２−１と同様の隔離領域を設けたホログラム記録用セルを作製し、感光材料をセル内に真空注入法にて注入した。この方法にて感光材料を封入したホログラム記録用セルを作製するのに所要した時間は約４５分であった。
これに対し、感光材料を保持する一方の基板２２に実施例２−１と同様の隔離領域を設け、塗出量が調整可能なディスペンサーロボット（ＳＯＮＹ製）を用いて、図１０に示すように、この隔離領域に感光材料（記録材料）２１を適量塗布し、その後、対向基板２３を重ね合わせた。この方法にて感光材料を封入したホログラム記録用セルを作製するのに所要した時間は約１５分であった。
このように、感光材料を隔離領域へ適量塗布して基板間に成膜することで、大幅に作製時間が短縮できた。
【０１３４】
（実施例２−５）
原版ホログラム１０による干渉露光において、上記したホログラム記録用セルに干渉露光したところ、露光記録されたホログラム領域は、図３４に示すように、端部に不要なホログラム領域ができていた。これはホログラム記録用セルの基板厚さの影響を受けたものである。
そこで、原版ホログラム１０のホログラム領域がある面にフッ素系の剥離剤（ダイキン化成製）をデップ法により形成し、その剥離剤の上にレンズ成型用のＵＶ硬化樹脂（スリーボンド製）を膜厚がおよそ２μｍ程度となるようにスピンコート法により塗布した。
【０１３５】
この剥離層を形成した原版ホログラム１０を、図３５に示すように、ホログラム記録用セルの感光材料２１を保持する対向基板とし、干渉露光を行った。露光後に原版ホログラム１０とホログラム記録用セルを引き剥がしたところ、露光記録されたホログラム領域は図３５に示すように、不要なホログラム領域がなくなっていた。マイクロメーター付の微動ステージを用いてホログラム素子を移動させ、所望の露光記録されたホログラム領域の大きさを測定したところ、原版ホログラム１０に剥離層を設けた方が広いホログラム領域が露光記録されていた。
また、露光記録されたホログラム領域の特性を評価したところ、偏光選択性を有する回折光が発生することを確認した。
【０１３６】
（実施例２−６）
ビーズスペーサーを混入した接着剤の替わりに、５μｍ厚のアルミフィルムをスペーサーとした以外は実施例２−３と同様にしてホログラム記録用セルを作製した。露光における配置構成は図３６に示すようにし、露光時にパルスジェネレーターとアンプを用いてセルのアルミフィルム間に交流電界（±１５０Ｖ、１ｋＨｚ、矩形波）を印加した。
このようにして作製したホログラム素子の特性を評価したところ、実施例２−３のホログラム素子の特性に比べて屈折率変調量が大きくなった。また、偏光選択性も向上した。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
以上説明したように、本発明によれば、ホログラム素子は二光束以上の多光束を用いた干渉縞の露光、あるいは原版ホログラムを用いた干渉縞の露光により作製されるので、量産における生産性が向上されたホログラム素子を容易に実現することができる。また、光利用効率が高いホログラム素子や、偏光選択性のホログラム素子を容易に実現することができる。
そして、本発明のホログラム素子は、光ディスクや光磁気ディスクなどの記録媒体に対して情報の記録及び／または再生を行なう光ヘッド装置（光ピックアップ装置）に利用でき、特に光ヘッド装置を小型化するための偏光選択性の偏光分離素子として好適に利用することができる。また、本発明のホログラム素子は、光ヘッド装置（光ピックアップ装置）に限らず、投射型表示装置などの照明光の光利用効率を向上させるための偏光分離素子や、偏光面に応じて光路を切り換える光スイッチなどにも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】原版ホログラムを用いて記録材料にホログラム領域を複製露光する製造方法の一例を示す図である。
【図２】原版ホログラムを用いて記録材料にホログラム領域を複製露光する製造方法の別の例を示す図である。
【図３】原版ホログラムを用いて記録材料にホログラム領域を複製露光する製造方法のさらに別の例を示す図である。
【図４】原版ホログラムを用いて記録材料にホログラム領域を複製露光する製造方法のさらに別の例を示す図である。
【図５】原版ホログラムの露光領域と、記録材料上の露光された領域とを示す図である。
【図６】記録材料に設けた隔離部材と原版ホログラムの露光領域とを示す平面図である。
【図７】複数回露光により全面複製後の複製ホログラムの記録材料に複製されたホログラム領域とマトリックス状の隔離部材とを示す平面図である。
【図８】隔離部材をスペーサーとした場合の複製ホログラムの平面図及び概略断面図である。
【図９】露光波長に吸収のある隔離部材を用いた場合の複製ホログラムの平面図である。
【図１０】基板上の隔離部材で区切られた隔離領域毎に記録材料を適量塗布する方法の説明図である。
【図１１】原版ホログラムと複製ホログラムの記録材料を密着させる方法の説明図である。
【図１２】導電性の隔離部材を用いて電界を印加した場合の複製ホログラムの平面図である。
【図１３】フォトレジストと二光束干渉露光法により作製された原版ホログラムの一例を示す図であり、（ａ）は原版ホログラムの平面図、（ｂ）は原版ホログラムの断面図である。
【図１４】二枚の基板の間に記録材料を封入するセルの一例を示す図であり、（ａ）はセルの平面図、（ｂ）はセルの断面図である。
【図１５】原版ホログラムとセルの間に開口マスクを設けて複製露光を行う方法の説明図である。
【図１６】中央に隔離部材を設けて２つの隔離領域を形成したセルの一例を示す図であり、（ａ）はセルの平面図、（ｂ）はセルの断面図である。
【図１７】複数の隔離部材を設けて複数の隔離領域を形成したセルの一例を示す図であり、（ａ）はセルの平面図、（ｂ）はセルの断面図である。
【図１８】本発明の偏光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１９】二光束干渉露光装置の概略構成図である。
【図２０】単一ホログラム素子におけるホログラム領域の一例を示す図である。
【図２１】原版ホログラムにおけるホログラム領域の一例を示す図である。
【図２２】一対の同じ厚さの基板間に感光材料を封入してセル化し、干渉光を露光した場合の基板の厚さによる問題点を示す説明図である。
【図２３】図２２と同様のセルで、一方の基板の厚さを薄くして問題を改善した様子を示す説明図である。
【図２４】剥離層を設けた原版ホログラムを用いて用いて干渉光を密着露光する場合の説明図である。
【図２５】単一ホログラムに複数のホログラム領域がある原版ホログラムを用いて露光した場合に複製されるホログラムの問題点の説明図である。
【図２６】リレー光学系を用いた干渉露光の説明図である。
【図２７】図２６に示すリレー光学系において遮光マスクを用いた干渉露光の説明図である。
【図２８】従来の干渉露光による露光領域の説明図である。
【図２９】セル内に記録材料を複数の領域に隔離する隔離領域を設けた場合の露光領域の説明図である。
【図３０】セル内に記録材料を複数の領域に隔離する隔離領域を設けた場合の隔離領域による切断位置の説明図である。
【図３１】中央に隔離部材を設けて２つの隔離領域を形成したホログラム記録用セルの一例を示す図であり、（ａ）はセルの平面図、（ｂ）はセルの断面図である。
【図３２】原版ホログラムとセルの間に開口マスクを設けて２箇所に露光を行う場合の説明図である。
【図３３】２箇所に隔離部材を設けて３つの隔離領域を形成したホログラム記録用セルの一例を示す図であり、（ａ）はセルの平面図、（ｂ）はセルの断面図である。
【図３４】一対の基板間に感光材料を封入して原版ホログラムにより干渉露光を行う場合の問題店の説明図である。
【図３５】原版ホログラムに設けた剥離層をセルの対向基板として利用した場合の効果の説明図である。
【図３６】導電性部材による隔離領域を備えたセルに原版ホログラムを用いて干渉露光を行う場合の説明図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１０：原版ホログラム
１１：ホログラム領域
２０：ホログラム（ホログラム記録用セル）
２１：記録材料（感光材料）
２２，２３：基板
２４：隔離部材
２４’：露光波長に吸収のある隔離部材
２４Ａ：非導電性の隔離部材
２４Ｂ：導電性の隔離部材
２５：ホログラム領域（素子部）
２６：剥離層
２７：シール材
３０：コリメートレンズ
４０：開口マスク
５１：露光用光源
５２：スペイシャルフィルター
５３：対物レンズ
５４：アパーチャ
５５：コリメートレンズ
５６：ハーフミラー
５７ａ，５７ｂ：ミラー
５８：温調ステージ
６１：第一レンズ
６２：第二レンズ
１０１：半導体レーザー
１０２：偏光ホログラム素子
１０３：１／４波長板
１０４：コリメートレンズ
１０５：対物レンズ
１０６：光ディスク（記録媒体）
１０７：光検出器
【図１】
2006318515.tif 000004
【図２】
2006318515.tif 000005
【図３】
2006318515.tif 000006
【図４】
2006318515.tif 000007
【図５】
2006318515.tif 000008
【図６】
2006318515.tif 000009
【図７】
2006318515.tif 000010
【図８】
2006318515.tif 000011
【図９】
2006318515.tif 000012
【図１０】
2006318515.tif 000013
【図１１】
2006318515.tif 000014
【図１２】
2006318515.tif 000015
【図１３】
2006318515.tif 000016
【図１４】
2006318515.tif 000017
【図１５】
2006318515.tif 000018
【図１６】
2006318515.tif 000019
【図１７】
2006318515.tif 000020
【図１８】
2006318515.tif 000021
【図１９】
2006318515.tif 000022
【図２０】
2006318515.tif 000023
【図２１】
2006318515.tif 000024
【図２２】
2006318515.tif 000025
【図２３】
2006318515.tif 000026
【図２４】
2006318515.tif 000027
【図２５】
2006318515.tif 000028
【図２６】
2006318515.tif 000029
【図２７】
2006318515.tif 000030
【図２８】
2006318515.tif 000031
【図２９】
2006318515.tif 000032
【図３０】
2006318515.tif 000033
【図３１】
2006318515.tif 000034
【図３２】
2006318515.tif 000035
【図３３】
2006318515.tif 000036
【図３４】
2006318515.tif 000037
【図３５】
2006318515.tif 000038
【図３６】
2006318515.tif 000039