(57)【要約】  光学回折素子（１）は、中間ストリップ（８）と交互の回折ストリップ（６）へと分割される回折層（４）を含む。回折ストリップは、一つの方向に整列させられると共にこの方向に直線偏光させられる放射（ｂ）を吸収するナノ素子（１０）を含む。回折素子は、線形の若しくは二次元の格子（１）又はフレネルレンズ（１６０）であってもよい。偏光に敏感な格子を、特定の偏光方向を備えた放射のみが回折されるべきである光学系において、又は、高い空間周波数を備えた情報の構造の読み取りを可能にする光記録担体において、使用することができる。
2007519017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間ストリップと交互になる回折ストリップに分割される回折層を含む光学回折素子において、
該回折ストリップは、該回折層に埋め込まれるナノ素子のチューブを含み、且つ
それら全ては、一つの方向に整列されたそれらの対称軸を有する
ことを特徴とする光学回折素子。
【請求項２】
前記ナノ素子は、ナノワイヤーである
ことを特徴とする、請求項１に記載の光学回折素子。
【請求項３】
前記ナノ素子は、ナノチューブである
ことを特徴とする、請求項１に記載の光学回折素子。
【請求項４】
前記ナノチューブは、炭素ナノチューブである
ことを特徴とする、請求項３に記載の光学回折素子。
【請求項５】
前記ナノチューブは、単一の壁のナノチューブである
ことを特徴とする、請求項４に記載の光学回折素子。
【請求項６】
それは、透過型の素子である
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学回折素子。
【請求項７】
それは、反射型の素子である
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学回折素子。
【請求項８】
前記回折層の材料は、３０℃より下の温度で本質的に固体である
ことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項に記載の光学回折素子。
【請求項９】
前記回折層の材料は、前記ナノ素子のチューブが破壊される温度より下の温度で液化可能である
ことを特徴とする請求項３乃至８のいずれか一項に記載の光学回折素子。
【請求項１０】
前記回折層の材料は、８００℃より下の溶融又はガラス温度を備えたガラス、アクリル系の熱可塑性樹脂、及びパラフィンからなる群より選択される
ことを特徴とする請求項３乃至９のいずれか一項に記載の光学回折素子。
【請求項１１】
それは、線形の回折格子として形作られると共に該線形の回折格子として作用すること、及び
前記回折ストリップは、真っ直ぐの格子ストリップであること
を特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学回折素子。
【請求項１２】
それは、二次元の回折格子として形作られると共に該二次元の回折格子として作用すること、及び
それは、二つの組みの真っ直ぐの回折ストリップを含み、
第一の組みのストリップは、第二の組みのストリップに垂直である
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学回折素子。
【請求項１３】
それは、フレネルレンズとして形作られると共に該フレネルレンズとして作用すること、及び
前記回折ストリップは、輪状のストリップである
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学回折素子。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光学回折素子を製造する方法において、
ナノ素子のチューブを含有する溶液を含むストリップのパターンを印刷するステップ、
電気的又は磁気的な整列させる場によって、要求された方向に該ナノ素子のチューブを整列させるステップ、及び
該整列させる場の存在下で該溶液を処理することによって前記の方向に前記ナノ素子のチューブの配向を固定するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記溶液を処理することは、前記溶液を蒸発させることを含む
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記溶液を処理することは、前記溶液を重合させることを含む
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の回折素子を製造する方法において、
ナノ素子のチューブを含有する溶液の薄膜で基体の表面のエリアをスピンコーティングするステップ、
電気的又は磁気的な整列させる場によって、要求された方向に該ナノ素子のチューブを整列させるステップ、
該整列させる場の存在下で該溶液を処理することによって該方向に該ナノ素子のチューブの配向を固定するステップ、及び
整列させられたナノ素子のチューブを含むストリップのパターンを得るように、該膜のストリップに形作られたエリアを徹底的に焼き付けるステップ
を含み、該ストリップは、回折ストリップを形成する
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記徹底的に焼き付けるステップは、整列させられたナノ素子のチューブを含むストリップのパターンが残留すると共に該ストリップが前記回折ストリップを形成するように、当該素子のパターンに対応する透明な及び不透明なストリップのパターンを有するマスクを介して十分なエネルギーの放射に前記溶液を露出させることによって行われる
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記徹底的に焼き付けるステップは、整列させられたナノ素子を含むストリップのパターンが残留すると共に該ストリップが前記回折ストリップを形成するように、前記溶液にわたってストリップの様式で十分に強い放射ビームを走査することによって行われる
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の回折素子を製造する方法において、
自己組織化された材料の層で基体のエリアを被覆するステップ、
該基体の表面に対して濡れる、ストリップのパターンが、得られると共に該層の材料の残りを取り除くように、該層の材料をストリップの様式に変更するステップ、
このように得られた該パターンにわたってナノ素子を含有する液体をスピンコーティングすることによって、該液体が、ナノ素子を含有する液体のストリップのパターンが得られるように、剥き出しの基体のみを濡らすステップ、
電気的な又は磁気的な整列させる場によって、要求された方向において液体のストリップにナノ素子を整列させるステップ、及び
該整列させる場の存在下で該液体を処理することによって、該方向における該ナノ素子の配向を固定させ、それによって、回折ストリップを形成する、整列されたナノ素子を含有するストリップのパターンを得るステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記層の材料を変更するステップは、放射のビームによって前記層をストリップの様式に走査することを含む
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記層の材料を変更するステップは、当該素子のストリップのパターンに対応する透明なスリットのパターンを有するマスクを介して前記層を照明することを含む
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の回折素子を製造する方法において、
基体に堆積した且つナノ素子の材料を含む層からの基体の表面におけるナノ素子の触媒性の成長の、及び、
整列されたナノ素子を含むストリップのパターンを得るための、該層のストリップに形作られたエリアの徹底的な焼き付けの
工程を含み、
該ストリップは、当該素子のストリップを形成する
ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
中間のエリアと交互になる情報エリアにおいて情報が符号化される少なくとも一つの情報層を含む光記録担体において、
該情報は、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の回折格子によってカバーされる
ことを特徴とする光記録担体。
【請求項２５】
第一の情報密度を有する第一のタイプの光情報担体及び第二の情報密度を有する第二のタイプの光情報担体を読み取る及び記録するためのデバイスであって、
該第一のタイプの情報担体と協働するための第一の波長を有する第一の放射ビーム及び該第二のタイプの記録担体と協働するための第二の波長を有する第二の放射ビームを供給する放射源のユニット、並びに、第一の及び第二のタイプの記録担体の情報層に、それぞれ、第一の及び第二のビームを集束させるための対物系
を含むデバイスにおいて、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の回折格子が、該第一の放射ビーム及び該第二の放射ビームの共通の放射の経路において、該放射源のユニットと該対物系との間に配置されること、並びに、
該放射ビームの一方が、他方のビームが、該第一の偏光方向に垂直な偏光方向を有する一方で、該格子における該ナノ素子の方向に平行な第一の偏光方向を有する
ことを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中間ストリップと交互になる回折ストリップへと分割させられる回折層を含む光学回折素子に関する。
【０００２】
本発明は、また、このような回折素子を製造する方法に、このような素子が提供された光記録担体を読み取るデバイスに、及び、このような素子が提供された光記録担体にも関する。
【背景技術】
【０００３】
周知の回折素子は、光学的な回折格子であり、ここで回折ストリップは、格子ストリップである。回折格子は、単独型の素子として、又は、他の光学構成部品と統合されて、光学の分野において広く使用される。回折格子は、入射ビームを、偏向されないゼロ次のサブビーム、一対の偏向された一次のサブビーム、及び、より高い回折次数で偏向させられるサブビームの対へと分裂する。二つの主要なタイプの回折格子、振幅格子及び位相格子があるが、それらの両方が、反射型又は透過型のものであってもよい。振幅格子は、中間ストリップが、入射の放射を透過させるか又は反射させる一方で、入射の放射を吸収する格子ストリップを含む。位相格子は、格子ストリップが、屈折の係数を有するか又は中間ストリップ以外のレベルで位置を定められるのであるから、位相又は光路長を、格子ストリップに入射するビームの部分と中間ストリップに入射するビームの部分との間の差を、導入する。
【０００４】
新しい用途を考慮して、例えば、小型化された光学デバイスにおいて、又は光記録の技術において、これまで減少する格子の周期を有する回折格子に対する定常的な要求がある。格子の周期又は格子のピッチは、格子ストリップの幅及び中間ストリップの幅の総和であることが理解される。ミクロンの範囲における小さいピッチを備えた格子の製造は、電子ビーム書き込み及びリソグラフィーの技術のような、従来の技術によっては、このような格子が豪華な素子であるように、非常に高価である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、格子のような新しいタイプの回折素子を提供することであり、その素子は、高いコントラストを示し、容易に且つ安価な方式で製造され得ると共に、このように安価な構成部品である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この回折素子は、回折ストリップが、回折層に埋め込まれるナノ素子のチューブを含むと共に全てのものが、一つの方向に実質的に整列されたそれらの対称的な軸を有することで特徴付けられる。
【０００７】
一つの方向に実質的に整列されることは、原則として、全ての素子の対称的な軸が、同じもの、前記の一つの方向であることを、しかし、この一つの方向からの小さい偏差が、格子の挙動に影響を及ぼすこと無く可能であることを、意味することが理解される。線形の回折格子の場合に、前記の方向は、格子ストリップの方向に平行又は垂直である。また、回折素子は、第一の（Ｘ）方向に延びる格子ストリップの第一の組み及び第一の方向に垂直な第二の（Ｙ）方向に延びる格子ストリップの第二の組みを有する二次元の格子であってもよい。また、線形の又は二次元の格子の格子ストリップは、Ｘ及びＹ方向に対して対角の単数又は複数の方向に延びてもよい。また、回折ストリップは、輪状のストリップであってもよく、且つ、このようなストリップを含む回折素子は、回折レンズ、例えば、フレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）ゾーンレンズを構成する。
【０００８】
ナノ素子は、ナノチューブ及びナノワイヤーについての一般的な用語であり、それらは、また、ウィスカー及び小さいプリズムとも呼ばれる。ナノ素子は、多かれ少なかれ、ナノメートルの範囲における最も小さい寸法、例えば直径を有する、中空（ナノチューブ）又は充填された（ナノワイヤー）円柱の若しくは角柱の形状を有する非常に小さい本体である。これらの本体は、対称的な軸を有するが、その配向は、それらが埋め込まれる材料の吸収の特性のような、電気的及び光学的な性質を決定する。以後にそれらの配向について参照するとき、これは、それらの中央の円柱の軸又は角柱の軸の配向に関する。
【０００９】
ナノ素子は、
リン化インジウム（ＩｎＰ）（Ｘ  Ｄｕａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  ４０９（２００１），６６：Ｊ．Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９３（２００１），１１４５５−１４５７）、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）（Ｍ．Ｈｕａｎｇ  ｅｔ  ａｌ，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９２（２００１），１８９７−１８９９）、
ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）及びリン化ガリウム（ＧａＰ）（Ｋ．Ｈａｒａｇｕｃｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｌｅｔｔ．６０（１９９２），７４５：Ｘ．Ｄｕａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  ４０９（２０１），６６）、
炭化ケイ素（ＳｉＣ）（Ｓ．Ｍｏｔｏｊｉｍａ  ｅｔ  ａｌ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  １５８（１９９６），７８−８３、
ケイ素（Ｓｉ）（Ｂ．Ｌｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ５９，３（１９９９）１６４５）、
窒化ホウ素（ＢＮ）（Ｗ．Ｈａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ７３，２１（１９９８）３０８５）、
二塩化ニッケル（ＮｉＣｌ２）（Ｙ．Ｒｏｓｅｎｆｅｌｄ  Ｈａｃｏｎｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  ３９５（１９９８）３３６）、
二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）（Ｍ．Ｒｅｍｓｋａｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｕｒｆａｃｅ  ｒｅｖｉｅｗｓ  ａｎｄ  ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．５  ｎｏ．１（１９９８）４２３）、
二硫化タングステン（Ｉｉｊｉｍａ，Ｓ．，Ｎａｔｕｒｅ  ３５４（１９９１），５６−５８，Ｅｂｂｅｓｅｎ  Ｔ．Ｗ．  ａｎｄ  Ａｊａｙａｎ  Ｐ．Ｍ．Ｎａｔｕｒｅ  ３５８（１９９２），２２０）
のような、様々な材料について、記載されてきた。
【００１０】
炭素ナノチューブは、特に良く研究されてきた。それらは、基本的に黒鉛状（ｓｐ２）に構成された炭素の一つの層又は多層の円柱の炭素の構造である。金属の及び半導体性のナノチューブの両方の存在は、実験的に確認されてきた。さらには、最近、例えば、ＡＬＰＯ４−５の単結晶の溝に整列された４オングストロームの厚さを有する単一の壁で囲まれた炭素ナノチューブが、光学的な異方性を示すことが、見出されてきた。炭素ナノチューブは、１．５μｍから下方へ２００ｎｍまでの範囲における波長を有すると共にチューブの軸に垂直な偏光方向を有する放射に対してほとんど透明である。それらは、６００ｎｍから下方へ少なくとも２００ｎｍまでの範囲における波長を有すると共にチューブの軸に平行な偏光方向を有する放射について強い吸収を示す（Ｌｉ  Ｚ．Ｍ．  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８７（２００１），１２７７４０１−１−１２７４０１−４）。
【００１１】
類似の性質は、炭素からなるもの以外のナノチューブ（又はナノワイヤー）について見出されてきた。従って、ナノチューブは、最も都合のよいことには、以下の特徴を組み合わせる。それらは、波長の広い範囲で放射を、前記の放射の偏光方向に対するナノチューブの配向に依存して、吸収すると共に、ナノチューブの配向を、機械的に及び／又は電場によって、方向付ける及び／又は安定化させることができる。
【００１２】
全てが整列された、即ち、同じ方向にそれらの対称的な軸を有する、ナノ素子を含む、線形のストリップの構成は、そのストリップは中間ストリップと交互になるが、このように、整列の方向に平行な偏光方向を有する直線偏光の放射について、中間ストリップがこの放射について透明であるから、振幅格子として作用する。
【００１３】
Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４１９，２４−１−２００２，８０１ページにおける“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｙａｒｎｓ”の論文において、その論文は、炭素ナノチューブを、このようなチューブの過度に整列された配列から単純に引き出されることによって、長さが３０ｃｍまでの糸に、どのように自己組織化することがでるかを記載するが、ＣＮＴの偏光子を、このようなＣＮＴの糸の平行な配置によって構築することができることが、留意される。このように、論文は、炭素ナノチューブの特定の構造の偏光させる性質を開示するが、しかし、このようなナノチューブの外に形成された格子ストリップを有する回折格子を開示しない。
【００１４】
炭素ナノチューブを含む格子は、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．１０，ｎｏ．１１，２００２，４８２−４８７ページにおける“Ｓｕｒｆａｃｅ  ｓｕｓｔａｉｎｅｄ  ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｉｎ  ｎｅｍａｔｉｃ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｏｐｅｄ  ｗｉｔｈ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ”の論文に記載されている。しかしながら、この格子は、屈折率の格子又は位相格子である。それは、多層の炭素ナノチューブがドープされるネマチック液晶の層を含む。ホログラフィーの方式で、即ち、二つの干渉するビームによって、この層に、格子が形成される。これらのビームは、ＬＣ層と整列する層との間の界面で、ドープする材料の周期的な再分配を引き起こす。放射を吸収するナノチューブは、放射で誘導された表面の電荷のトラップとして作用し、ＬＣのバルクにおける容易軸の放射で誘導された変調を引き起こし、且つ、液晶の材料の連続体効果を通じて永久的な格子を持続させる。その論文においては、
偏光依存性があることもあるが、これは、ＬＣの再配向と結合させられると共に炭素ナノチューブに帰属されないことは、注目される。この格子は、主としてＬＣ格子であり、ここでナノチューブは、補助的な手段であり、且つ、このように、本発明に従った格子とは異なるタイプのものであり、ここで整列されたナノ素子のチューブのみが格子の機能を提供する。
【００１５】
ナノ素子のチューブは、一つの次元において非常に小さい。例えば、炭素ナノチューブは、０．３ｎｍからおおよそ１００ｎｍまでの幅を有することもある。このように、これらの素子を、大きな密度に詰め込むことができると共に、それらの大きさは、格子ストリップの幅、このように、回折格子のピッチについての主要な限定要因ではない。
【００１６】
異なるタイプのナノ素子のチューブが、類似の吸収する性質を示すと、本発明に従った回折素子は、一つの回折素子が一つのタイプのナノ素子のチューブのみを含むという理解において、異なるタイプのナノ素子のチューブを含んでもよい。
【００１７】
回折素子の第一の実施形態は、ナノ素子のチューブが、ナノワイヤーであることで特徴付けられる。
【００１８】
回折素子の第二の及び好適な実施形態は、ナノ素子のチューブが、ナノチューブであることで特徴付けられる。
【００１９】
ナノチューブ、特に炭素ナノチューブは、チューブの方向に、即ち、異方性の軸に関して、垂直に偏光した放射と平行に偏光した放射との間で非常に大きいコントラストを提供する。例えば、（光学密度ＯＤによって表現された）４−８ＯＤの吸収のコントラストを、４０５ｎｍの波長を有する入射の放射について得ることができる。さらには、有用な回折素子を、透明な層における小さい濃度のナノチューブで、すでに得ることができる。
【００２０】
加えて、ナノチューブは、それ自体、安価な、軽量の、並びに、製造すること及び再利用することが容易なものである。回折素子を得るために透明な媒体にナノチューブを含むことによって、これらの利点は、この媒体へ、及び、回折素子へ、移される。
【００２１】
また、ナノチューブは、非常に安定なものであると共に、回折素子の毎日の条件の下で、容易に崩壊しない又はラセミ化しない。一度生産されると、このように、ナノチューブのパターンは、また、非常に安定であると共に容易には崩壊しない。
【００２２】
回折素子のさらに好適な実施形態は、ナノチューブが、炭素ナノチューブ、特に単一の壁の炭素ナノチューブであることで特徴付けられる。
【００２３】
単一の壁のナノチューブ、特に単一の壁の炭素ナノチューブは、本発明の回折素子に固有の利点を強調する、特に明白な異方性を示す。
【００２４】
回折素子は、透過の素子又は反射型の素子であってもよい。透過の素子については、それは、回折層であるだけでなく、透明である回折層を担持する基体でもある。反射型の回折素子を、反射性の層で透明な回折層を覆うことによって、即ち、回折層と、透明であってもよく又は透明でなくてもよい、基体との間に反射性の層を配置することによって、得ることができる。また、基体を、回折素子が部分を形成する光学デバイスの別の光学素子によって、形成してもよい。
【００２５】
回折素子の特に好適な実施形態は、回折層が、３０℃より下の温度で本質的に固体であることで特徴付けられる。
【００２６】
このような回折素子は、ナノ素子の配向の強調された安定性を示す。このように、これらの素子は、事実上、凍結させられると共にそれらの配向を偶然に変化させることから予防される。前記の固体性を得るために、３０℃より下の温度で本質的な固体である透明な材料を、回折層について使用してもよい。また、その固体性は、固体の表面の上部にナノチューブを置くこと、及び、ファンデルワールス（ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ）力又は接着剤よって固体の表面へナノチューブを貼ることによって、達成されることもある。この発明の範囲内で、回折層は、３０℃以下でのその層の粘度が、少なくとも１０Ｐａ秒（１００ポアズ）、より好ましくは、２０Ｐａ秒よりも高いもの、いっそうより好ましくは５０Ｐａ秒（５００ポアズ）よりも高いものであるとすれば、本質的に固体であることが考えられる。１０Ｐａ秒よりも低い粘度で、回折層を、本質的に液化されたものであると考えることができる。好ましくは、回折層は、８０℃の温度まで、より好ましくは、１００℃の温度まで、本質的に固体である。これは、回折素子の使用の通常の条件の間にナノチューブの配向の安定性を高める。
【００２７】
好ましくは、回折素子は、回折層の材料が、ナノ素子のチューブが破壊される温度より下の温度で液化可能なものであることで特徴付けられる。
【００２８】
そして、回折層を、この層が、固体であるとすれば、その層の粘度を減少させることによって、液化することができる。従って、液化すること又はさもなければ回折層におけるナノチューブの構造的な集結度を変化させることは、必ずしも必要ではない。一般には、ナノチューブは、１００℃の温度に耐えることができる。炭素ナノチューブは、例えば、８００℃−１０００℃で破壊される。液化は、液化された回折層のナノチューブを再配向させることを可能にする。
【００２９】
回折素子は、さらに、回折層の材料が、８００℃より下の溶融又はガラス温度を備えたガラス、アクリル系の熱可塑性樹脂、及びパラフィンからなる群から選択されることで特徴付けられることもある。
【００３０】
このような透明な材料は、３０℃より下の温度で本質的に固体である回折層を実現することを、可能にする。また、それらは、ナノチューブ（特に炭素ナノチューブ）が実質的に破壊されない温度で液化可能であると共にこのような液化の後で再度凝固させることができる回折層を実現することを、可能にする。
【００３１】
本発明の主要な用途は、線形の又は二次元の格子における回折構造の使用であり、ここで本発明の利点は、最適に使用される。また、本発明を、フレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）レンズのような、他の回折素子に使用してもよい。
【００３２】
また、本発明は、上述した回折素子を製造する方法に関する。
【００３３】
第一の方法は、
ナノ素子のチューブを含有する溶液を含むストリップのパターンを印刷するステップ、
電気的な又は磁気的な整列させる場によって要求された方向にナノ素子のチューブを整列させるステップ、及び
整列させる場の存在下でその溶液を処理することによって、前記の方向におけるナノ素子のチューブの配向を固定するステップによって特徴付けられる。
【００３４】
その処理は、ナノ素子が、単離された素子として残るように、その溶液を蒸発させること、又は、その溶液を重合させること、即ち、その溶液を凝固させることからなってもよい。整列させる場は、磁場又はＡＣ若しくはＤＣの電場であってもよい。好ましくは、それは、ＡＣの電場である。
【００３５】
Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ．；Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３１（１９９８）Ｌ３４−Ｌ３６における“Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ａｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ”の論文は、電気泳動によってナノチューブをどのように配向させることができるかを記載する。ＡＣの電場が印加されるとすれば、ナノチューブは、電極へ移動すると共に配向させられることになるが、配向の程度は、電場の周波数を増加させると共に増加する。その論文は、ナノチューブに基づいた回折素子を開示しない。このような格子の製造について、電場が、ナノチューブの配向の固定の間、存在したままであることは、重要である。
【００３６】
回折素子を製造する第二の方法は、
ナノ素子のチューブを含有する溶液の薄膜で基体の表面のエリアをスピンコーティングするステップ、
電気的又は磁気的な整列させる場によって、要求された方向にナノ素子のチューブを整列させるステップ、
整列させる場の存在下でその溶液を処理することによって、前記の方向におけるナノ素子のチューブの配向を固定するステップ、及び
その膜のストリップに形作られたエリアを徹底的に焼き付け、それによって整列させられたナノ素子のチューブを含むストリップのパターンを得るステップによって特徴付けられるが、それらストリップは、回折ストリップを形成する。
【００３７】
徹底的な焼き付けを、格子のパターンに対応する透明な及び不透明なストリップのパターンを有するマスクを介して、十分なエネルギーの放射にその溶液を露出させることによって、行ってもよい。代わりに、徹底的な焼き付けを、その溶液にわたってストリップの様式で十分に強い放射ビームを走査することによって、行ってもよい。両方の場合において、整列されたナノ素子を含むストリップのパターンは、残留するが、それらのストリップは、回折ストリップを形成する。徹底的な焼き付けに使用された放射は、反応性の環境において膜のストリップの除去を可能にするエネルギーを有するべきである。炭素ナノチューブについては、この環境は、酸素を含有する環境であってもよい。ストリップが、偏光に鈍感な位相格子が得られるであろうから、焼き付けの後に中間ストリップとλ／４の高さの差を示すことは、予防されるべきである。必要であれば、中間ストリップを、位相格子の形成を回避するために、ナノ素子のチューブを含まない膜の材料で満たすことができる。
【００３８】
回折素子を製造する第三の方法は、
自己組織化された材料の層で基体のエリアを被覆するステップ、
基体の表面に対して濡れる、ストリップのパターンが、得られると共にその層の材料の残りを取り除くように、その層の材料をストリップの様式に変更するステップ、
このように得られたパターンにわたって、ナノ素子のチューブを含有する液体を、その液体が、ナノ素子のチューブを含有する液体のストリップのパターンが得られるように、剥き出しの基体のみを濡らすように、スピンコーティングするステップ、
電気的な又は磁気的な整列させる場によって、要求された方向において液体のストリップにナノ素子のチューブを整列させるステップ、及び
整列させる場の存在下で液体を処理することによって、前記の方向におけるナノ素子のチューブの配向を固定させ、それによって、回折ストリップを形成する、整列されたナノ素子のチューブを含有するストリップのパターンを得るステップ
によって特徴付けられる。
【００３９】
その層の材料をストリップの様式で変更することを、スリットの格子のパターンに対応する透明なスリットのパターンを有するマスクを介して、例えば、電子ビームによって、又は、例えば、ＵＶ放射にその層を露出させることによって、ストリップの様式でその層を走査することによって行うことができる。Ｅ（電子）ビーム又は放射は、層の材料の分子又は官能基を破壊するが、それは、照明されたストリップにおけるその材料の変更された濡れの挙動に帰着する。また、微小接触印刷工程を使用することは、可能である。このような工程の利点は、それが、局所的な配向を変化させることができることである。格子ストリップ及び中間ストリップは、同じ材料のものである必要はないが、窒化ケイ素及びＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）のような異なる材料からなってもよい。
【００４０】
回折素子を製造する第四の方法は、基体に堆積させておいた、且つ、ナノ素子の材料を含む、ある層からの基体の表面におけるナノ素子の触媒性の成長によって、及び、その層のストリップに形作られたエリアの徹底的な焼き付けによって、特徴付けられ、それによって、整列されたナノ素子を含むストリップのパターンを得るが、それらのストリップは、回折ストリップを形成する。
【００４１】
ストリップの徹底的な焼き付けを、第二の方法について記載したのと同じ方式で行ってもよい。その層は、薄い金属の層であってもよく、その層を、化学蒸着（ＣＶＤ）又は蒸気−液体−凝固（ＶＬＳ）によって、基体に堆積させてもよい。加熱で、この層は、準液体である、小さい球体に粉砕される。球体の下側は、基体において結晶化すると共にそれに、その層に存在する要素に、例えば炭素ナノチューブの場合にはＦｅ粒子に、触媒作用を及ぼす影響の下で、付着する。
【００４２】
一般には、ナノ素子の層を生産するための上述した工程は、使用されることもある他の方法のみならず、それ自体で、知られる。しかしながら、回折格子又は回折素子を生産する上述した方法は、一般には、新しい。
【００４３】
多くの用途又は光学デバイスにおいて、本発明に従った回折格子は、リソグラフィーの技術によって、複製の技術によって、又は、干渉するビームによって（ホログラフィー的に）、製造された格子のような、従来の回折格子に取って代わることができる。新しい回折格子を、例えば、ビームの分裂、ビームの偏向、などに使用してもよい。回折格子が、偏光に敏感なものであると、それは、それが第一のビームに有効な且つ第二のビームに有効でないものであるべきである状況における使用に、非常に適切なものである。これらのビームは、相互に垂直な偏光方向を有するべきであるが、それらの一方は、ナノ素子の整列の方向に対応する。このような状況は、光記録担体を記録する及び読み取るためのデバイスで起こり、そのデバイスは、互換性のあるデバイスである、即ち、それは、ＣＤ、ＤＶＤ、及びブルー・レイ・ディスクのような、異なる形式の光ディスクを記録すること及び読み取ることが可能なものである。
【００４４】
また、回折格子の好都合な且つ発明の用途は、光記録の、すなわち、情報構造の密度を増加させるための、又は、情報の細部の大きさを減少させるための、分野に、その情報を読み取りデバイスによって満足に読み出すことができるが、見出される。同時係属の欧州特許出願第０３１００８１７．０号は、与えられた（従来の）情報密度を有する記録担体を読み取るために設計されたデバイスを、実質的により高い（過度の）情報密度を有する記録担体を読み取るために、後者の記録担体の情報層に回折格子が提供されるとすれば、使用することができることを開示する。以後に説明することになるように、回折格子が、本発明に従った格子であるとすれば、同じデバイスは、従来の密度を有する情報及び過度の密度を有する情報を読み取ることが可能なものである。また、この方式では、本発明は、上述したような回折格子が提供された記録担体もまた本発明の部分を形成するように、光記録の技術における情報密度の問題を解決する。
【００４５】
また、本発明は、第一の情報密度を有する第一のタイプの光情報担体及び第二の情報密度を有する第二のタイプの光情報担体を読み取る及び記録するためのデバイスにも関するが、そのデバイスは、第一のタイプの情報担体と協働するための第一の波長を有する第一の放射ビーム及び第二のタイプの記録担体と協働するための第二の波長を有する第二の放射ビームを供給する放射源のユニット、並びに、それぞれ第一の及び第二のタイプの記録担体の情報層において第一の及び第二のビームを集束させるための対物系を含む。このデバイスは、上述したような回折格子が、第一の及び第二の放射ビームの共通の放射の経路において放射源のユニットと対物系との間に配置されることで、並びに、放射ビームの一方が、他方のビームが、第一の偏光方向に垂直な偏光方向を有する一方で、その格子におけるナノ素子の方向に平行な第一の偏光方向を有することで、特徴付けられる。
【００４６】
このデバイスは、回折格子におけるナノ素子の配向に平行な偏光方向を有する直線偏光した放射ビーム用のみの格子として作用すると共に垂直な偏光方向を有する放射ビームに無効である新規な回折格子の性質を利用する。二つのビームを、回折格子によって、関連したタイプの記録担体について最適化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明のこれらの及び他の態様は、以後に記載された且つ添付する図面に図解された回折格子の実施形態を参照して、非限定的な例から明らかであると共に非限定的な例によって解明されると思われる。
【００４８】
図１ａ及び１ｂに示されるもののように、回折格子は、基板２及び回折層４を含む。回折層は、中間ストリップ８と交互になる多くの格子ストリップ６に分割される。格子ストリップは、円柱に若しくは角柱に形作られた充填されたナノワイヤー又は好ましくは中空のナノチューブ、及び、より好ましくは炭素ナノチューブのような、多数の非常に小さいナノ素子のチューブ１０を含む。これらの素子は、対称の軸を有するが、その配向は、光学的性質、即ち、それらが埋め込まれる材料の吸収を決定する。炭素ナノチューブは、１０オングストロームの程度の直径及び１０μｍの程度の長さを有する。図１ａ及び１ｂの実施形態においては、ナノチューブは、Ｘ方向に配向させられたそれらの対称軸を有する、すなわち、それらは、Ｘ方向に整列させられる。結果として、格子ストリップは、Ｘ方向に偏光方向、即ち、電磁放射のＥベクトルの方向を有する直線偏光した放射のビームｂを吸収することになる。ナノチューブが存在しない中間ストリップ８に入射するビームの部分は、格子の層４及び基板を、後者が透明であるとすれば、通過することになる。このように、ナノチューブを含むストリップ及びナノチューブが提供されない中間ストリップの構成は、Ｘ方向に直線偏光させられる放射について振幅格子として作用する。格子ストリップは、格子の構造がこのような放射に対して“不可視”であると共に素子１がこれのために透明な板を形成するように、Ｙ方向に偏光させられる放射を吸収しないことになる。
【００４９】
図２ａ及び２ｂは、格子ストリップ１６に、Ｙ方向に整列されるナノチューブが提供される、回折格子１１の実施形態を示す。これらのストリップは、この格子が、このタイプの放射については振幅格子として作用するように、Ｙ方向に直線偏光させられる放射を吸収することになる。素子１１は、Ｘ方向に直線偏光させられる透明な板の放射を形成する。
【００５０】
図１ａ、１ｂ及び図２ａ、２ｂは、少数の格子ストリップ及び中間ストリップのみを示す。現実には、この数は、大幅により大きい。格子のピッチ又は空間的な周期Ｐは、例えば、１ミクロンか又はそれより小さい程度のものであるが、しかし、ナノ素子が、炭素ナノチューブであるとすれば、２００ｎｍよりも大きいものである。図１ａ、１ｂの又は図２ａ、２ｂの回折格子は、単独型の素子であってもよく、そして、回折層は、適当な基板によって担持される。また、回折格子は、回折格子が含まれるべきである光学デバイスの別の素子と統合されてもよい。これは、光学デバイスが、より小型のものであり得るし、より少ない整列を要求し、且つ、別個の基板における偽の反射が回避されるという利点を有する。
【００５１】
また、回折格子は、透過型の格子の代わりに、反射型の格子であってもよい。その場合には、基板は、反射性であるか、又は、反射性の層が、回折層と基板との間に挿入される。回折格子に入射する放射は、二回、回折層を通過するが、それは、格子ストリップに入射する放射の部分が、格子ストリップと中間ストリップとの間のコントラストが増加させられるように、二回、吸収されることを意味する。
【００５２】
回折格子の参照と共に以後に記載することにする、新規の回折素子を製造する幾つかの方法がある。
【００５３】
第一の方法に従って、ストリップのパターンは、接触印刷技術によって、基板に印刷される。この方法は、概略的に、図３ａ−３ｃに、及び、図４ａ−４ｃに図解される。図３ａに示すように、スリット３４を備えた板３２を含む、グリッド３０は、基板２に置かれる。図４ａは、グリッド３０の上面図を示す。ナノ素子、例えばナノチューブを含有する溶液は、その溶液が、スリットを介して基板に到達するように、そのグリッドにわたって吹き付けられる。結果として、溶液のストリップ３６は、図３ｂに示すように、スリット３４の位置において、基板に形成される。溶液のストリップの上面図は、図４ｂに示される。溶液のストリップ３６におけるナノ素子３８は、それらの配向の無作為の分布を示す。次のステップで、ＡＣの電気的な整列させる場を、電極４０及び４２によって、図３ｃに図解される、溶液のパターンにわたって印加する。Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３１（１９９８），Ｌ３４−Ｌ３６における“Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ａｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ”の論文に記載されたような電気泳動の工程は、ナノ素子を整列させることに役に立つ、即ち、それらは、全て、電場の方向である、同じ方向に配向させられる。整列したナノ素子を備えた溶液のパターンは、図４ｃに示される。また、ＡＣの場の代わりに、ＤＣの電場を使用してもよい。また、磁場によってナノ素子を整列させることも可能である。
【００５４】
最後のステップとして、ナノ素子の配向は、固定される又は“凍結させられる”。これを、溶液のタイプに依存して、異なる方式で実現することができる。例えば、その溶液を、ファンデルワールス力によって基板に付着するナノ素子のみが、残留することになるように、蒸発させてもよい。その溶液が、液体の重合体であるとすれば、ナノ素子を、その溶液の重合によって、凍結させることができる。電場は、全てのナノ素子を整列してしまうと共にその製造を完了してしまうまで、維持される。
【００５５】
図５ａ−５ｃは、回折格子を製造する第二の方法を示す。第一のステップにおいて、形成される格子の大きさを有する基板のエリアは、図５ａに示すように、ナノ素子を含有する溶液の薄膜で覆われる。第二のステップにおいて、膜の全体のナノ素子３８は、図５ｂにおける電極４０及び４２によって暗示されるような、ＡＣの電気的な整列させる場によって、電気泳動的に整列させられる。重ねて、ＤＣの電気的な又は磁気的な整列させる場を、代わりに、使用してもよい。
【００５６】
ナノ素子の配向は、その膜が、液体の重合体の膜であるとすれば、その後、例えば、重合によって凍結される。そして、その膜のストリップは、局所的な焼き付けによって、例えば、形成される格子の中間ストリップに対応する透明なスリットのパターンを有するマスクを介して高い強度の放射にその膜を露出させることによって、取り除かれる。これは、図５ｃに示すような整列されたナノ素子を含む膜のストリップのパターンに帰着するが、それらのストリップは、格子ストリップを形成する。
【００５７】
回折格子を製造する第三の方法は、図６ａ−６ｃに図解される。この方法は、図６ａに示すように、基板２に被覆される、自己組織化された単層（ＳＡＭ）６０を使用する。ＳＡＭの及び基板の材料は、ＳＡＭが基板を濡らすように、選ばれる。例えば、ＳＡＭは、疎水性であると共に、基板は、親水性である。ＳＡＭは、ストリップの様式で、化学線、即ち、ＳＡＭの材料を攻撃する放射に露出される。化学線は、電子ビームのような、荷電粒子のビーム、又は、生産される格子のパターンに対応するパターンを有するマスクを通過する電磁ＵＶ放射であってもよい。その露出の結果として、ストリップ内のＳＡＭの材料の分子又は官能基は、その材料が、基板をもはや濡らさないと共に取り除かれ得るように、破壊される又は変更される。このように、ＳＡＭを欠くストリップ６４と交互になるＳＡＭのストリップ６２のパターンが、図６ｂに示すように、得られる。このパターンは、例えば、スピンコーティングによって、ナノ素子３８を含有する液体で覆われる。その液体は、それが、親水性の表面のみを、即ち、基板の表面のＳＡＭを欠くストリップ６１のみを濡らすように、選ばれる。ＳＡＭのストリップそれら自体のみならず、ＳＡＭのストリップにおける液体が、取り除かれる。液体のストリップにおけるナノ素子は、整列させる場、例えば、ＡＣの電場によって、整列させられ、それによって、ナノ素子の配向が、凍結させられる。整列させられたナノ素子を含むストリップ６６の構造は、それらストリップが、空のストリップ６８と交互になるが、このように得られると共に、ここで、それらストリップは、吸収する格子ストリップを構成する。
【００５８】
回折素子を製造する第四の方法は、基板の表面におけるナノ素子の触媒性の成長に基づく。第一に、ナノ素子の材料を含む層が、その表面に堆積させられる。そして、その層のストリップに形作られたエリアが、徹底的に焼き付けられるが、それによって、整列させられたナノ素子を含むストリップのパターンが、得られ、それらストリップは、回折ストリップを形成する。
【００５９】
ストリップの徹底的な焼き付けを、第二の方法について記載したのと同じ方式で行ってもよい。その層は、化学蒸着（ＣＶＤ）又は蒸気−液体−凝固（ＶＬＳ）によって、基板に堆積させてもよい、薄い金属の層であってもよい。加熱で、この層は、準液体である、小さい球体に粉砕される。球体の下側は、基板において結晶化すると共に、それに、その層に存在する要素を、例えば、炭素ナノチューブの場合にはＦｅ粒子を、結晶化する影響の下で、付着する。
【００６０】
一般には、ナノ素子の層を生産するための上記の工程は、使用してもよい他の方法のみならず、それ自体、知られている。しかしながら、回折格子又は回折素子を生産する上述した方法は、一般には、新しいものである。
【００６１】
格子の構造が形成される構造は、不連続な基板であってもよく、そのとき、製造された格子は、不連続な格子である。また、その基板は、その格子が含まれるものであるデバイスの光学素子であってもよく、その場合には、製造された格子は、前記の素子と統合されることになる。
【００６２】
新規な格子は、従来の振幅又は位相格子に取って代わることができると共に、製造することが容易な且つ安価なものであるという利点、及び、それが、格子ストリップと中間ストリップとの間で高いコントラストを示すという利点を有する。その格子の性能を、同じ放射の経路を追跡する二つの放射ビームが、それらビームの一方のみが回折を受けるべきであると共に他方は受けるべきではない一方で、使用される、光学系又はデバイスにおいて、最適に使用することができる。これを、共通の放射の経路に新規な回折格子を配置すること、及び、相互に垂直な偏光方向を有する二つのビームを使用することによって、それらの一方が、格子ストリップにおいてナノ素子の配向に平行なものであるが、達成することができる。
【００６３】
このような装置の例は、第一の情報密度を有する第一のタイプの光情報担体及び第二の情報密度を有する第二のタイプの光情報担体を読み取る及び記録するためのデバイスであり、そのデバイスは、第一のタイプの情報担体と協働するための第一の波長を有する第一の放射ビーム及び第二のタイプの記録担体と協働するための第二の波長を有する第二の放射ビームを供給する放射源のユニット、並びに、それぞれ、第一の及び第二のタイプの記録担体の情報層に第一の及び第二のビームを集束させるための対物系を含む。
【００６４】
係属している欧州特許出願第０２０７９０９８．６号（ＰＨＮＬ０２０９８５）は、動作の第一のモードで第一のＨＤの情報層を有する第一の記録担体を走査するための、及び、動作の第二のモードで第二のＬＤの情報層を有する第二のタイプの記録担体を走査するための、光走査デバイスを記載し、そのデバイスは、ＬＤの走査ビーム及びＨＤの走査ビームを、それぞれ、主要なビーム及び二つのサテライトビームへと分裂させるための第一の及び第二の回折格子を含む。
【００６５】
ＨＤは、高い密度を表し、且つ、高密度の記録担体は、例えば、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）形式の記録担体である。ＨＤの走査ビームは、このような記録担体を記録する及び／又は読み取るためのビームである。ＬＤは、低い密度を表し、且つ、低密度の記録担体は、例えば、ＣＤ（コンパクト・ディスク）形式の記録担体である。ＬＤの走査ビームは、このような記録担体を記録する及び／又は読み取るためのビームである。ＨＤのビームは、同じ対物系が、ＨＤのビームを、ＬＤのビームよりも小さい走査スポットへと集束させることになるように、ＬＤのビーム、例えば、７８０ｎｍよりも小さい波長、例えば、６５０ｎｍを有する。
【００６６】
欧州特許出願第０２０７９０９８．６号から再現される、図７は、コンビネーションプレーヤーともまた呼ばれる、前記の記録／読み取りデバイスの実施形態を示す。そのデバイスの光路は、二波長ダイオードレーザーパッケージの形態の放射源６１を含む。二波長ダイオードレーザーパッケージは、異なる波長で放射ビーム６４、６６を放出する二つの素子６２、６３を有する半導体モジュールで構成される。このモジュールは、一つのパッケージに配置された二つの発光性素子又は二つのダイオードレーザーチップを有する単一のダイオードレーザーチップを含んでもよい。発光性素子の間の距離が、できるだけ小さいものにされるとはいえ、ビーム６４、６６の主光線は、一致しない。にもかかわらず、図７は、ＨＤのビーム６４及びＬＤのビーム６６を、簡単のために、単一の放射ビームとして示す。そのデバイスが、ＨＤの記録担体及びＬＤの記録担体を記録することが可能なものであるべきであると、素子６２は、高い出力の赤色の（ＨＤ）の放射を放出するべきであり、且つ、素子６３は、高い出力の赤外の（ＬＤ）の放射を放出するべきである。
【００６７】
二波長のレーザーによって放出されたビーム６４は、ビームスプリッター６８、例えば、そのビームの主光線に関して、例えば、４５°の角度で配置された平面の透明な板に入射する。板６８には、例えば、ビームをコリメータレンズ７４へ反射させる、半透明な反射性の表面７０が提供される。このレンズは、発散性のビームをコリメートされたビーム７６へ変換する。このビームは、コリメートされたビーム７６を、記録担体９０を走査するための収束性のビーム８０へ変化させる、対物レンズ系７８を通過する。対物レンズ系は、単一のレンズ素子からなってもよい、又は、それは、図７に示すもののような、二つ以上のレンズ素子を含んでもよい。
【００６８】
ＨＤのビーム６４によって走査される記録担体は、第一の高密度の他タイプのものであると共に、例えば、０．６ｍｍの厚さを有する透明な層９１及び情報層９２を含むが、その層の上に、収束するビーム８０は、走査スポット８２に集束させられる。情報層９２から反射された放射は、ビーム８０及び７６の光路に沿って戻り、ビームスプリッター６８を通過し、且つ、コリメータレンズ７４によって、放射に敏感な検出系８６における検出器スポット８４へ収束させられる。この系は、ビームを、電気的な検出器の信号に変換する。情報層９２に蓄積された情報を表す情報信号並びに情報層９２に垂直な方向における（焦点制御）及びトラックの方向に垂直な方向における（トラッキング制御）焦点８２を位置決めするための制御信号を、検出器信号から誘導することができる。
【００６９】
第二のタイプの記録担体９６を走査するためのＬＤのビーム６６は、例えば、１．２ｍｍの厚さを有する基板９４及び低密度の情報層９５を含む、この記録担体に向かってＨＤのビーム６４と同じ経路に沿って伝播する。
【００７０】
記録担体９０及び９６は、半透明の情報層９２を有する単一の二つの層の記録担体として描かれるが、しかし、それらは、代わりに、異なる厚さの透明な層を有する別個の単一の層の記録担体であってもよい。
【００７１】
ＬＤのビームは、情報層９５における走査スポット８８に集束させられるべきである。対物系７８は、第一のモードにおいて、第一の組みの共役系で、動作するように、設計されるが、それによって、発光性素子６２からのＨＤのビームが、情報層９２に集束させられる。第二のモードにおいて、対物系は、第二の組みの共役系で、動作するが、それによって、発光性素子６３からのＬＤのビームが、情報層９５に集束させられる。情報層９５から反射された放射は、ＬＤのビーム８０、７６の経路に沿って戻り、ビームスプリッター６８を通過し、且つ、対物レンズ系によって、放射に敏感な検出系８６における検出器スポット８５へ収束させられる。
【００７２】
ビームスプリッター６８と検出系８６との間には、スポット８４の位置がスポット８５の位置と一致するように、ＨＤのビームの及びＬＤのビームの主光線を同軸にする、ビームを組み合わせる素子１００を、配置してもよい。これは、それぞれのモードで使用されるＨＤのビーム及びＬＤのビームについて同じ検出系８６を使用することを、可能なものにする。ビームを組み合わせる素子は、ＨＤ及びＬＤのビームの一方を回折させると共に他方を、それを回折することなく、通過させる、波長の選択的な格子であってもよい。好ましくは、この格子は、ブレーズド位相格子である。
【００７３】
走査デバイスが、ＨＤの記録担体を読み取ることだけでなく記録することもまた可能なものであるべきであるとすれば、レーザーパッケージは、低い出力の素子の代わりに、高い出力の赤色の放射を放出する素子６２を含むべきであり、且つ、三点格子１１０と表記された、回折格子は、放射源ユニット６１とビームスプリッター６８との間に配置されるべきである。この格子は、透明な基板１１１及び格子の構造１１２を含む。現在のところ、このような走査デバイスは、ビームスプリッター６８の後側に配置された付加的な検出器１０２を含む。この検出器は、素子６２からのＨＤのビームの強度に比例すると共に記録ビームの強度を制御するために使用される出力信号を供給する。
【００７４】
格子１１２は、入射のＨＤのビームを、偏向させられないゼロ次の又は主要なサブビーム、並びに、プラス及びマイナスの一次のサブビームへと分裂させる。簡単のために、図７は、主要なビームのみを示す。主要なサブビームは、このトラックを記録する又は読み取る目的のために情報層における走査されるトラックに主要な走査スポットを形成する。一次のサブビームは、情報層に（示さない）二つのサテライトスポットを形成するが、それらのスポットは、主要なスポットに関して、トラックの方向に対して斜めの、反対の方向にシフトさせられる。サテライトスポットは、検出系８６における（示さない）付加的な検出器スポットに結像させられると共に、これらのスポット用の別個の検出器の素子は、この系に提供される。トラック誤差信号を、即ち、主要なスポット８２の中心と走査されるトラックの中心線との間の偏差についての指標を含む信号を、別個の検出器の素子の出力信号から誘導することができる。トラック誤差信号を、トラックに主要なビームを保つためのトラックサーボシステムにおいて使用することができる。トラック誤差信号の発生及び関連するトラックサーボシステムそれ自体は、当技術において周知である。
【００７５】
走査デバイスは、ＬＤタイプの記録担体を読み取ることだけでなく記録することもまた可能なものであるべきであるとすれば、レーザーパッケージ６１は、ＬＤのビーム用に高い出力の赤外の放射を放出する素子６３及び三点のサーボトラックシステムを含むべきである。また、第二の回折格子１１４を、レーザーパッケージ６１とビームスプリッター６８との間に配置するべきである。この格子は、ＬＤのビームについては透明な板であると共にＨＤのビームのみを回折させる格子１１２と同様に、ＬＤのビームのみを回折させると共にＨＤのビームについては透明な板であるべきである。格子１１２及び１１４は、別個の素子であってもよいが、好ましくは、一方の側にＨＤの三点の格子及び他方の側にＬＤの三点の回折格子１１４を有する二重の格子の素子１１０において統合される。一つの構成部品における格子１１２及び１１４の統合は、走査デバイスにおける空間のみならず材料及び製造費用を節約する。さらには、放射経路における表面の数は、偽の反射が起こることの危険度を減少させるように、減少させられる。
【００７６】
格子の構造の各々は、回折するべきであるビームについては、ゼロ次における放射のエネルギーに対する一次に回折された放射のエネルギーの与えられた比を提供するべきであると共に、それは、回折しないはずであるビームに対しては“不可視”であるべきである。欧州特許出願第０２０７９０９８．６号において述べられるように、その格子は、５０％のデューティ・サイクルを有するべきである。デューティ・サイクルは、格子の構造のピッチ又は空間周波数に対する格子ストリップの幅の比であることが理解される。欧州特許出願第０２０７９０９８．６号のデバイスにおいて、二つのビーム、ＨＤ及びＬＤの異なる一方についての各々の格子の選択性は、波長の選択性に基づく。格子は、位相格子である、即ち、格子ストリップは、格子の表面における溝又は隆起であると共に、その選択性は、ＬＤの格子用の溝よりも小さい深さのＨＤの格子の溝を与えることによって得られる。
【００７７】
本発明に従って、前記の選択性は、回折格子を使用することによって得られるが、その格子ストリップは、整列されたナノ素子を含み、ここで、一方の格子におけるナノ素子の配向は、他方の格子においてナノ素子の配向に対して垂直であり、並びに、前記の選択性は、一方の格子のナノ素子の配向に対して平行な偏光方向を有する直線偏光したＨＤのビーム及び他方の格子のナノ素子の配向に対して平行な偏光方向を有する直線偏光したＬＤのビームを使用することによって得られる。この方式では、各々のビームが、格子のそれぞれ一つによって回折され、各々の格子が、関連するビームについて高いコントラストを示すことが、達成される。
【００７８】
また、本発明の非常に好都合な使用を、光記録の技術において、かなり異なる態様を、すなわち、より低い情報密度を有する記録担体を読み取るために設計された光学的な読み取りデバイスによって高い情報密度の記録担体を読み取ることを別にすれば、なすことができる。上述したように、一つ以上のレンズ素子を含む、対物系、ここでは、対物レンズは、このようなデバイスにおいて、読み取りビームを情報層における読み取りスポットへと集束させる。情報は、記録担体において、中間のエリアとトラックの方向で交互になる、個々の情報エリアの連続体に符号化される。読み取りスポットの大きさは、個々の情報エリアの幅よりも大きい。このように、これらのエリアは、入射の読み取りビームを回折させる、すなわち、それらは、このビームを、偏向されないゼロ次のサブビーム及び多くの偏向させられたより高い次数のサブビームへと分割させる。ここでの光記録担体は、反射性の情報層を有すると共に、情報層によって反射された、ゼロ次のサブビーム及び二つの一次のサブビームの部分は、対物レンズを通過する。このレンズは、放射に敏感な検出系に放射の部分を、これらの放射の部分が、相互に干渉するように、集中させる。情報層の走査の間に、検出系に形成された干渉パターンは、変動すると共に、この系は、読み出される情報を表す電気的な信号を供給する。
【００７９】
光記録担体の情報層における情報密度が、増加させられるものであるとすれば、情報トラックの間の距離のみならず情報のエリアの及び中間のエリアの大きさを、減少させるべきである。減少した大きさを備えた情報エリアの読み取りは、対応して減少した大きさを備えた読み取りスポットを要求する。さもなければ、情報のエリアを、別個に読み取ることができない。これは、読み取りデバイスの分解能を増加させるべきであることを意味する。従来の読み取りデバイスのカットオフ周波数、即ち、従来のカットオフ周波数は、２ＮＡ／λであり、ここで、ＮＡは、対物レンズの開口数であると共にλは、読み取りビームの波長である。これは、２ＮＡ／λまでの空間周波数を有する情報構造を満足に読み出すことができることを意味する。より高い空間周波数を有する情報構造について、これは、もはや可能なことではない。ＮＡを増加させること及び／又はλを減少させることは、読み取りデバイスの分解能、及び、このように、まだ読み取ることができる情報構造の空間周波数を増加させることができるであろう。焦点の深度が、大きいＮＡについて小さ過ぎになることになるのであるから、対物レンズの焦点の深度がλ／（ＮＡ）２に比例するという事実は、ＮＡの増加に対する限界を設定する。十分に小さい読み取り波長を備えた読み取りデバイスを、このような小さい波長を放出するダイオードレーザーが、利用可能になるときにのみ、実現することができる。
【００８０】
米国特許第４，２４２，５７９号に記載されるように、対物レンズが、検出系へ、反射された読み取りビームの、ゼロ次のサブビームの部分のみ及び一次のサブビームの一方のみを通過させるという点で、並びに、走査の方向において小さい寸法を有する検出器が使用されるという点で、分解能を、増加させることができる。そのためには、読み取りビーム及び記録担体は、相互に対して、傾斜させられる、即ち、読み取りビームは、記録担体に対して垂直には、入射しない。この方式では、情報エリアのより高い空間周波数については、一次及びゼロ次の放射が、まだ、対物レンズを通過させると共に情報信号を提供するために検出系で干渉することが、達成される。このように、分解能を、例えば、従来の分解能の二倍まで増加させることができる。読み取りビームが、記録担体の基板を通過させる必要があると共にこの基板が、十分な機械的強度及び塵からの保護を提供するために、与えられた厚さ、例えば、１．２ｍｍを有すると、コマ及び非点収差のような、ある量の収差が、読み取りビームに導入される。これは、要求されたものよりも大きいと共にクロストークを引き起こす情報層における読み取りスポットに帰着することになる。
【００８１】
この問題を扱うために、従来の光学読み取りデバイスを使用すること、及び、入射ビームの主光線に対して鋭角で、ある方向において、情報層に垂直に入射する、読み取りビームの放射を方向付けるための回折格子を備えた記録担体の情報層を提供することが、最近、係属する欧州特許出願第０３１００８１７．０において提案されてきた。記録担体にこのような回折格子を提供することは、コマ及び非点収差が生じないように、記録担体に垂直に入射すると共に担体の基板を垂直に通過する読み取りビームを使用する一方で、過度の分解能で読み取りを可能にする。垂直に入射することは、ここでは収束されたビームである、入射の読み取りビームの主光線が、記録担体に垂直であることを意味することが理解される。その回折格子は、それを回折性の情報構造と区別するために、規則的な又は無情報の格子と呼ばれる。
【００８２】
欧州特許出願第０３１００８１７０．０号に記載されるように、規則的な回折格子は、放射に敏感な検出器において、この検出器の場所で干渉するために、ゼロ次で二重に屈折させられる放射と一緒に、回折性の情報構造によって形成された一次のビームの部分を、これらの部分が対物レンズを通過すると共に集束させられるように、偏向させる。この検出器は、米国特許第４，２４２，５７９号に開示された読み取りデバイスに使用されたのと同じものであってもよい。情報層における規則的な格子の効果についてのさらなる詳細については、及び、このような格子が提供された記録担体の実施形態については、欧州特許出願第０３１００８１７．０への参照がなされる。
【００８３】
Ｋｇが、規則的な格子の周期性又は空間周波数であると共にＫｉが情報平面における情報又はデータ構造の空間周波数であるとすれば、読み取りビームは、
Ｋｅ＝Ｋｉ−ｍ．Ｋｇ
によって与えられ、ここでｍは、通常一次である、規則的な格子の使用された回折次数である、有効な空間周波数Ｋｅを示す構造を満たすことになる。Ｋｅは、規則的な格子の格子周期が、十分に大きいとすれば、従来のカットオフ周波数よりも小さいままであることになる。この周期は、与えられた回折次数のサブビームが、格子によって偏向させられる角度を決定する。その周期が小さければ小さいほど、回折角は、大きい。
【００８４】
この方式では、例えば、従来のカットオフ周波数の二倍までの最も大きい空間周波数を有する情報構造を、読み取ることができる。これは、図８にグラフ１２０及び１２２によって図解される。この図においては、変調伝達関数（ＭＴＦ）についての値が、縦軸にプロットされる一方で、Ｋｉ．λ／ＮＡについての異なる値が、横軸にプロットされる。ＭＴＦは、その最大の値が１であるが、情報構造から読み取られた情報信号の振幅についての尺度である。グラフ１２０は、従来の対称的な状況、即ち、情報層によって反射された、ゼロ次のサブビームの全体及び二つの一次のサブビームの部分が、対物レンズを通過すると共に情報の検出に使用されること、を表す。読み取ることができる情報構造の最大の空間周波数Ｋｉは、Ｋｉ．λ／ＮＡ＝２、それゆえＫｉ＝２．ＮＡ／λによって与えられる。このＫｉの値について、読み取り信号の振幅は、ほとんどゼロまで減少してきたが、それは、このような空間周波数を備えた情報エリアを読み出すことができないことを意味する。グラフ１２２は、情報層には、適切な格子の周波数を有する回折格子が提供されるという状況を表す。この格子は、ゼロ次のサブビームの及び一次のサブビームの非対称的な部分が、対物レンズを通過することを果たす。今、読み取り信号の振幅は、従来のカットオフ周波数の二倍である、Ｋｉ．λ／ＮＡ＝４、それゆえＫｉ＝４．ＮＡ／λについてゼロになる。
【００８５】
情報層に格子を提供することは、２．ＮＡ／λから４．ＮＡ／λまでの範囲における空間周波数を有する情報構造の読み取りを可能なものにすると共に、このように、ｍ．Ｋｇにわたって読み取ることができる空間周波数の帯域をシフトさせる。しかしながら、周波数の帯域の幅は、増加させられないと共に２．ＮＡ／λのままである。
【００８６】
本発明の重要な態様に従って、その帯域幅を、情報層に以前に記載した特別な回折格子を提供することによって、増加させることができる。これは、回折格子の偏光の感度を最適に利用する。情報層を、相互に垂直な偏光方向を備えた二つの成分を有する放射ビームによって走査するとすれば、理論的にゼロから４．ＮＡ／λまでの空間周波数を有する情報構造を、読み取ることができる。回折格子におけるナノ素子の配向に平行な偏光方向を有するビームの成分、即ち、格子によって回折されるビームの成分は、高い周波数の情報エリアを読み取ることに使用される。格子によって回折されない、他のビームの成分は、低い周波数の情報エリア、即ち、２．ＮＡ／λまでの空間周波数を有する情報エリアを読み取るために、従来の方式で使用される。
【００８７】
図９に示すようなデバイスを、空間周波数の大きいスペクトルを示す情報構造を有する記録担体を読み取ることに使用してもよい。このデバイスは、単一の放射ビームｂを放出するダイオードレーザー１３０、コリメータレンズ１３２、ビームスプリッター１３４、対物レンズ１３６、及び検出部門１４０を含む。読み取りビームｂは、二つの相互に垂直に偏光した成分を含むべきである。このようなビームを、直線偏光したレーザービームの偏光方向が、基板１５２を有する、記録担体１５０の情報層１５４における格子５６におけるナノ素子の配向の方向と４５°の角度を含むように、適当な方向にダイオードレーザーの空胴共振器のスリットを配向させることによって、得てもよい。代わりに、且つ、図９に示すように、λ／２板を、ダイオードレーザーとビームスプリッターとの間に配置してもよく、その板は、直線偏光したレーザービームを、二つの相互に垂直に偏光したビームの成分で構成される、円偏光したレーザービームへと変換する。高い周波数の情報エリア及び低い周波数の情報エリアによって変調してある、反射させられたビームの成分ｂ１及びｂ２は、それぞれ、別個に検出される必要がある。これを、検出部門に偏光に敏感なビームスプリッター１４２を含むことによって、実現することができるが、そのスプリッターは、ビームの成分ｂ１を検出器１４４へ反射させると共にビームの成分ｂ２を検出器１４６へ通過させる。これらの検出器の一方は、従来のカットオフ周波数までの周波数を備えた信号を供給すると共に、他方の検出器は、従来のカットオフ周波数からこの周波数の二倍までの周波数を有する信号を供給する。
【００８８】
図１０は、情報構造によって回折されたサブビームに対する規則的な格子が有する効果を示す。この図は、記録担体における新しい回折格子の発明の使用に関連する図９のそれらの素子のみを、すなわち、対物レンズ系１３６並びに情報層１５４及び回折格子１５６を備えた記録担体１５０を示す。この格子は、入射の放射ビームを、ゼロ次のサブビーム、図１０に割り込まれた矢印の線によって表記される、プラス一次のサブビームｂ’（＋１）及びマイナス一次のサブビームｂ’（−１）へと分裂させる。規則的な格子の周期は、サブビームｂ（＋１）及びｂ（−１）が、情報構造によって偏向させられる角度よりも小さい角度で、規則的な格子によって、サブビームｂ’（＋１）及びｂ’（−１）が、偏向させられるように、情報層における情報構造の周期よりも大きい。サブビームｂ（＋１）及びｂ（−１）は、図１０に単一の実線によって表記される。格子１５６が、情報構造１５４に重ね合わせられると、情報構造によって形成された一次のサブビーム、ｂ（０）、ｂ（＋１）、及びｂ（−１）の各々は、二重の回折されたゼロ次及び一次のサブビームにおける格子によって、さらに回折されることになる。これらの二重の回折されたサブビームの、サブビームｂ（＋１，−１）及びｂ（−１，＋１）は、図１０に示すように、対物レンズ系の瞳を通過することになる。これらのサブビームの第一の及び第二の指標は、それぞれ、情報構造によって、及び、規則的な格子によって、引き起こされた回折の次数に関する。また、入射の読み取りビームと同じであるが反対の方向を有する、サブビームｂ（０，０）は、対物レンズ系１３６の瞳を通過する。この方式では、情報構造によって変調される、一次のサブビームの部分が、放射に敏感な検出系の場所で、ゼロ次のサブビームの部分と干渉すると共に、実質的に強調された分解能を備えた読み取りが可能になることが、達成される。
【００８９】
このタイプの読み取りは、従来の周波数の二倍までの、高い空間周波数を有する情報エリアに使用されると共に、格子１５６におけるナノ素子の方向に平行な偏光方向を有する読み取りビームの成分によって行われるのみであり得る。格子によって回折されない、他のビームの成分は、従来のカットオフ周波数までの、より低い空間周波数を有する情報エリアを読み取るのみであり得る。
【００９０】
従来の格子についての同時係属する欧州特許出願第０３１００８１７．０号において議論されるように、規則的な格子の格子ストリップの方向を、情報層における情報エリアの配置に適合させることができる。これらのエリアをトラックに配置させるとすれば、前記の方向は、トラックの方向に平行であってもよいが、好ましくは、トラックの方向に垂直である。情報エリアが、２Ｄ−ＯＳ（二次元の光記憶）の構造、即ち、例えば検出器の対応する数の行列によって、同時に読み取られる多くの情報エリアを各々が含むブロックで構成された構造に従って、配置されるとすれば、格子ストリップの方向は、好ましくは、ブロックに対して対角である。この態様についてのさらなる詳細を、その態様に関してここでは参照によって組み込まれる、欧州特許出願第０３１００８１７号に見出すことができる。
【００９１】
本発明を、それの用途を参照して、光記録の技術の分野における回折格子の形態で、記載してきた。これは、本発明に従った格子の使用が、この技術に限定されることを意味しない。本発明に従った格子を、同じ経路に沿って伝わる二つのビームが、使用され、それらの一方が、回折される必要があると共に他方が回折されないいずれの光学系においても、及び、より一般には、従来の回折格子が使用されるいずれの光学系においても、使用してもよい。
【００９２】
本発明を、回折格子においてだけでなく、第二のエリアと交互になる、第一のエリア、ストリップ又はそれとは別の形状のもので構成されるいずれの回折素子においてもまた、使用してもよいが、それら第一の及び第二のエリアは、異なる光学的な性質を有する。このような回折素子の別の周知の例は、フレネル（ゾーン）レンズである。図１１は、本発明に従ったフレネルレンズ１６０の実施形態を示す。このレンズは、第二の輪状に形作られたストリップ１６４と交互になる第一の輪状に形作られたストリップ１６２で構成される。第一のストリップ１６２は、第二のストリップ１６４が、このような素子を含まない一方で、整列されたナノ素子１６６を含む。第一のストリップは、ナノ素子の整列の方向に偏光させられる放射を吸収すると共に、素子１６０は、このような放射についてフレネルレンズとして作用する。整列の方向に垂直な方向に偏光させられる放射について、素子１６０は、ニュートラルプレートである。簡単のために、少数のストリップのみを、図１１に示してあるが、実際には、ストリップの数は、大幅により大きいものであってもよい。ストリップ１６２及び１６４の幅は、中心から境界まで減少してもよい。
【００９３】
フレネルレンズの構造を、線形の格子について上述したのと類似の方式で製造してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】ａ及びｂは、本発明に従った回折格子の第一の実施形態の部分の、それぞれ、上面図及び断面を示す。
【図２】ａ及びｂは、このような回折格子の第二の実施形態のこのような図を示す。
【図３】ａ−ｃは、このような回折格子を製造する第一の方法の個々のステップを示す。
【図４】ａは、これらのステップの最初に使用されたマスクを示す。ｂ及びｃは、上面図における第二の及び第三のステップの結果を示す。
【図５】ａ−ｃは、このような回折格子を製造する第二の方法の個々のステップを示す。
【図６】ａ−ｃは、このような回折格子を製造する第三の方法の個々のステップを示す。
【図７】本発明に従った回折格子が使用される、二つのタイプの光記録担体を読み取るためのデバイスの実施形態を示す。
【図８】それぞれ、従来の情報層における及び整列されたナノ素子を有する格子が提供された情報層における規格化された空間周波数の関数としての変調伝達関数を示す。
【図９】この記録担体を読み取ることができる読み取りデバイスの実施形態を示す。
【図１０】情報構造によって回折されたサブビームにおける整列されたナノ素子を備えた格子が有する効果を示す。
【図１１】本発明に従った回折構造が提供されたフレネルレンズの実施形態を示す。
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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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【国際調査報告】
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