(57)【要約】【課題】  凹凸状周期構造の倒れを有効に軽減もしくは防止できる構造をもったホログラム素子を実現する。【解決手段】  透明基板上に形成された光学的に透明な有機材料層の表面に、断面形状が略矩形波状で回折用の微小な凹凸状周期構造を有し、凹凸状周期構造の凹部に光学的に透明な材料が充填され、使用波長：λ0、凹部の深さ：Ｔ、有機材料層の屈折率：ｎ0、格子周期：Λにより  Ｑ＝（２πλ０Ｔ）／（ｎ０Λ２）  で定義されるＱの値が１より大きいホログラム素子において、微小な凹凸状周期構造の凹部２４に、隣接する凸部２３同士を連結する連結部２５が、同一凹部内においては１００μｍオーダー間隔で形成され、連結部２５は、透明な有機材料層の表面に直交する方向に渡って実質的に使用波長オーダーの幅を持ち、凹凸状周期構造の上面部と、連結部２５の上面部と、凹凸状周期構造の形成されていない有機材料層表面部分２２とが同一面をなす。【選択図】                  図２
2005339632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に形成された光学的に透明な有機材料層の表面に、断面形状が略矩形波状で回折用の微小な凹凸状周期構造を有し、上記凹凸状周期構造の凹部に光学的に透明な材料が充填され、使用波長：λ0、上記凹部の深さ：Ｔ、有機材料層の屈折率：ｎ0、格子周期：Λにより
Ｑ＝（２πλ０Ｔ）／（ｎ０Λ２）  
で定義されるＱの値が１より大きいホログラム素子において、
微小な凹凸状周期構造の凹部に、隣接する凸部同士を連結する連結部が、同一凹部内においては１００μｍオーダー間隔で形成され、
上記連結部は、透明な有機材料層の表面に直交する方向に渡って実質的に使用波長オーダーの幅を持ち、
上記凹凸状周期構造の上面部と、上記連結部の上面部と、上記凹凸状周期構造の形成されていない有機材料層表面部分とが同一面をなす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、
透明基板上に形成された光学的に透明な有機材料層が膜状の材料であり、その直交する光学軸である進相軸と遅相軸の方向の屈折率が異なる光学的異方性を持つことを特徴とするホログラム素子。
【請求項３】
請求項２記載のホログラム素子において、
凹凸状周期構造の凹部に充填する光学的に透明な材料が、光学的異方性を持った有機材料のいずれかの光学軸方向の屈折率とほぼ同一の屈折率をもつこと特徴とする、ホログラム素子。
【請求項４】
請求項２または３記載のホログラム素子において、
光学的異方性を持つ膜状の有機材料は、光学的等方性の透明基板上に接着材料により接着され、上記接着材料は凹凸状周期構造の凹部に充填する光学的に透明な材料と略同一の屈折率を持つものであるであることを特徴とするホログラム素子。
【請求項５】
請求項１または２記載のホログラム素子において、
凹凸状周期構造の凹部に充填された光学的に透明な材料の上に、この透明な材料を接着材料として光学的等方性基板を接着したことを特徴とするホログラム素子。
【請求項６】
請求項３または４記載のホログラム素子において、
凹凸状周期構造の凹部に充填された光学的に透明な材料の上に、この透明な材料を接着材料として光学的等方性基板を接着したことを特徴とするホログラム素子。
【請求項７】
請求項６記載のホログラム素子において、
光学的異方性を持つ膜状の有機材料は、光学的等方性の透明基板上に接着材料により接着され、上記接着材料は凹凸状周期構造の凹部に充填する光学的に透明な材料と略同一の屈折率を持ち、かつ、上記接着材料が、上記凹凸状周期構造の凹部に充填された光学的に透明な材料と同一材料であることを特徴とするホログラム素子。
【請求項８】
光ピックアップ装置用の半導体レーザモジュールであって、
光源としての半導体レーザと、
この半導体レーザからの光の光ディスクへの照射光の光路と、上記光ディスクからの戻り光の光路とを分離する光路分離素子と、
上記光路分離素子により光路分離された戻り光を受光する受光部とをユニットとして有し、上記光路分離素子として、請求項１〜７の任意の１に記載のホログラム素子を用いたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項９】
光源からの光の光ディスクへの照射光の光路と、上記光ディスクからの戻り光の光路とを分離する光路分離素子として、請求項１〜７の任意の１に記載のホログラム素子を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光ピックアップ装置において、
光源としての半導体レーザと、光ディスクからの戻り光を受光する受光部と、請求項１〜７の任意の１に記載のホログラム素子が、請求項８記載の半導体レーザモジュールとしてユニット化されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ホログラム素子および半導体レーザモジュールおよび光ピックアップ装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップ装置による光ピックアップの対象となる光ディスクが多様化し、その実用性が高まる一方、光ピックアップ装置の一層のコンパクト化・低コスト化が求められている。
【０００３】
光ピックアップ装置の小型化や低コスト化に対して有効な構成として、ホログラム素子を利用した光学系が実用化されつつある。この場合のホログラム素子は、光源から光ディスクへ照射される光の光路（往路）と光ディスクからの戻り光の光路（復路）とを分離するのに使用されるが、従来「光路分離に用いられていたビームスプリッタ」と比較するとサイズが小さいため、光ピックアップ装置のコンパクト化に資するところが大きく、光源の発光部と同一面に信号検出用の受光部を配置出来るため光路の設計が容易で、部品点数の低減の面でも有利である。
【０００４】
このようなホログラム素子として、光学的等方性基板上にポリジアセチレン配向膜を形成し、この配向膜に周期格子を形成したもの（特許文献１）や、光学的等方性基板上に周期的凹凸格子をもった複屈折膜を装荷したもの（特許文献２）が提案されている。これら特許文献１、２記載のホログラム素子は低コスト化が可能で、格子ピッチも狭ピッチ化が可能であり、回折角が大きいので光ピックアップ装置をより有効に小型化できる。
【０００５】
ところで、ホログラム素子の回折効率に着目すると、入射光波長：λ０、回折格子の深さ：Ｔ、回折格子が形成されている材料の屈折率：ｎ０、格子周期：Λにより、
Ｑ＝（２πλ０Ｔ）／（ｎ０Λ２）                  （１）
で定義される「Ｑ」の値が１より大きくなると「体積ホログラム効果」が発生し、ホログラム素子の回折効率が「入射角度に依存」して変化するようになる。
【０００６】
光ピックアップ装置の光学系のコンパクト化のために回折角を大きくしようとすると、格子周期：Λを小さくしてホログラム素子のピッチを狭小化する必要があるが、このようにすると、上記式（１）の右辺の分母が小さくなって「Ｑ」の値が増大し、一般に１より大きくなる。
【０００７】
発明者は「透明基板上に形成された光学的に透明な有機材料層の表面に、断面形状が略矩形波状で回折用の微小な凹凸状周期構造を有し、凹凸状周期構造の凹部に光学的に透明な材料が充填されたホログラム素子」につき研究してきたが、このようなホログラム素子は、その製造の過程で「凹凸状周期構造の倒れ（凹凸状周期構造における凸部が透明基板の法線方向に対して傾く現象）」が発生しやすく、この凹凸状周期構造の倒れにより入射光の入射角に「バラツキ」が生じ、ホログラム素子ごとの「±１次回折光の不均一性」が発生し、ホログラム素子製造の歩留まりを低下させる問題があることを見出した。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２２１３２５
【特許文献２】特開２０００−７５１３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は上述した事情に鑑み、凹凸状周期構造の倒れを有効に軽減もしくは防止できる構造をもったホログラム素子、かかるホログラム素子を用いる光ピクアップ装置、半導体レーザモジュールの実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のホログラム素子は「透明基板上に形成された光学的に透明な有機材料層の表面に、断面形状が略矩形波状で回折用の微小な凹凸状周期構造を有し、凹凸状周期構造の凹部に光学的に透明な材料が充填され、使用波長：λ0、上記凹部の深さ：Ｔ、有機材料層の屈折率：ｎ0、格子周期：Λにより
Ｑ＝（２πλ０Ｔ）／（ｎ０Λ２）                    （１）
で定義されるＱの値が１より大きいホログラム素子」であって、以下のごとき特徴を有する（請求項１）。
【００１１】
即ち、微小な凹凸状周期構造の凹部に「隣接する凸部同士を連結する連結部」が、同一凹部内においては１００μｍオーダー間隔で形成される。  
「連結部」は、透明な有機材料層の表面に直交する方向に渡って実質的に使用波長オーダーの幅を持つ。また、凹凸状周期構造の上面部と、連結部の上面部と、凹凸状周期構造の形成されていない有機材料層表面部分とが同一面をなす。
【００１２】
上記「凹凸状周期構造の上面部」や「連結部の上面部」における「上面部」は、必ずしも空間的な上下関係における上面を意味するものでなく、有機材料層の表面に形成された凹凸状周期構造における「透明基板と反対側の面部分」を意味する。  
［連結部］は、凹凸状周期構造の各凹部に形成しても良いし、凹部１つおきに形成してもよい。連結部を形成しない凹部が「複数の凹部に対して１つ存在する」ような形成の仕方でも良い。
【００１３】
同一凹部内に形成する連結部の間隔が１０μｍオーダーと狭い場合には、連結部の存在がホログラム素子の回折特性を劣化させる。また、数百μｍオーダーの間隔では「凹凸状周期構造の倒れ」を有効に防止する効果が不十分と成る。従って、同一凹部内に形成する連結部の間隔は１００μｍオーダー、例えば１００〜３００μｍ程度が好ましい。  
また、連結部の存在が回折特性に影響しないためには、連結部の幅は「使用波長オーダー」であることが必要である。
【００１４】
請求項１記載のホログラム素子は、「透明基板上に形成された光学的に透明な有機材料層」を、膜状で「その直交する光学軸である進相軸と遅相軸の方向の屈折率」が異なる光学的異方性を持つ材料とすることができる（請求項２）。  
この場合において、請求項１における「有機材料層の屈折率：ｎ0」は上記直交する光学軸方向の屈折率の平均値」である。
【００１５】
この請求項２記載のホログラム素子は、「凹凸状周期構造の凹部に充填する光学的に透明な材料」が、光学的異方性を持った膜状の有機材料における「いずれかの光学軸方向の屈折率」とほぼ同一の屈折率をもつ構成とすることができる（請求項３）。
【００１６】
請求項２または３記載のホログラム素子においては、光学的異方性を持つ膜状の有機材料を「光学的等方性の透明基板上に接着材料により接着」し、この接着材料を「凹凸状周期構造の凹部に充填する光学的に透明な材料と略同一の屈折率を持つもの」とすることができる（請求項４）。
【００１７】
上記請求項１または２記載のホログラム素子においては「凹凸状周期構造の凹部に充填された光学的に透明な材料の上に、この透明な材料を接着材料として光学的等方性基板を接着した構成」とすることが好ましい（請求項５）。
【００１８】
同様に、請求項３または４記載のホログラム素子においても「凹凸状周期構造の凹部に充填された光学的に透明な材料の上に、この透明な材料を接着材料として光学的等方性基板を接着した構成」とすることが好ましい（請求項６）。
【００１９】
請求項６記載のホログラム素子は「光学的異方性を持つ膜状の有機材料が、光学的等方性の透明基板上に接着材料により接着され、この接着材料が凹凸状周期構造の凹部に充填される光学的に透明な材料と略同一の屈折率を持ち、かつ、上記接着材料が、凹凸状周期構造の凹部に充填された光学的に透明な材料と同一材料である構成」とすることができる（請求項７）。
【００２０】
この発明の半導体レーザモジュールは「光ピックアップ装置用の半導体レーザモジュール」であって、半導体レーザと、光路分離素子と、受光部とをユニットとして有する。  
「半導体レーザ」は光源として、光ディスクに照射する光を放射する。  
「光路分離素子」は、半導体レーザからの光の光ディスクへの照射光の光路（往路）と、光ディスクからの戻り光の光路（復路）とを分離する光学素子である。  
「受光部」は、光路分離素子により光路分離された戻り光を受光し、各種信号を生成するための受光信号を発する。  
そして上記光路分離素子として、請求項１〜７の任意の１に記載のホログラム素子を用いる（請求項８）。
【００２１】
この発明の光ピックアップ装置は、「光源からの光の光ディスクへの照射光の光路（往路）と、光ディスクからの戻り光の光路（復路）とを分離する光路分離素子」として、請求項１〜７の任意の１に記載のホログラム素子を用いたことを特徴とする（請求項９）。
【００２２】
請求項９記載の光ピックアップ装置において、光源としての半導体レーザと、光ディスクからの戻り光を受光する受光部と、請求項１〜７の任意の１に記載のホログラム素子とを、請求項８記載の半導体レーザモジュールとしてユニット化することができる（請求項１０）。
【００２３】
この発明のホログラム素子は、上記の如く光ピックアップ装置における光路分離素子として使用できるが、この発明のホログラム素子の用途はこれに限らず、種々の光学装置に各種の回折光学素子（入射光を、一定の比率で０次光（透過光）と±１次光、±２次光などに分光する作用を持つ光学素子）として使用できることは言うまでもない。
【発明の効果】
【００２４】
この発明のホログラム素子は、上述の如く、微小な凹凸状周期構造の凹部に「隣接する凸部同士を連結する連結部」が形成されるので、この連結部が「凹凸状周期構造の倒れ」を有効に軽減しもしくは防止する。従って、この発明のホログラム素子は、入射光の入射角の「バラツキ」による、ホログラム素子ごとの±１次回折光の不均一性を軽減ないし防止でき、製造の歩留まりがよい。このようなホログラム素子を歩留まり良く製造できるので、ホログラム素子の製造コスト、延いては半導体レーザモジュールや光ピックアップ装置の製造コストを低減化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、実施の形態を具体的な実施例により説明する。  
【実施例１】
【００２６】
図１は、実施例１のホログラム素子の断面図を示す。  
図１に示すように、ホログラム素子は、透明基板１１としての厚さ：１．０ｍｍのＢＫ７基板（平行平板）上に、エポキシ系の紫外線硬化型樹脂１２（厚さ：約４０μｍ）を介して、回折格子１５が形成された厚さ：約１００μｍのポリエステル系の有機複屈折膜１３が接着され、有機複屈折膜１３の表面の回折格子を埋め込むようにしてエポキシ系の紫外線硬化型樹脂１４（厚さ：約４０μｍ）が形成された構成である。
【００２７】
回折格子１５は、図示の如く、断面形状が「略矩形波状」であり、格子ピッチ：１．９μｍ、Ｄｕｔｙ：０．５、格子深さ：２．７μｍである。「光学的に透明な有機材料層」としての有機複屈折膜１３の屈折率は、直交する光学軸である進相軸と遅相軸の方向の屈折率がそれぞれ１．５８と１．６７であり、「光学的に透明な材料」である紫外線硬化型樹脂１２、１４の屈折率は１．５８である。これらの屈折率はいずれも使用波長：６６０ｎｍにおける屈折率である。
【００２８】
使用波長：λ0＝６６０ｎｍ（＝０.６６μｍ）、凹部の深さ：Ｔ＝２.７μｍ、有機材料層の屈折率：ｎ0＝１.６２５（＝１．５８と１．６７の平均値）、格子周期：Λ＝１.９μｍとして、（１）式の右辺を計算すると、
（２πλ０Ｔ）／（ｎ０Λ２）＝２×３.１４×０.６６×２.７／（１.６２５×１.９×１.９）＝１.９０７７
となって、「Ｑ」の値は１より大きい。
【００２９】
ここで、図１に示すホログラム素子の製法と、凹凸状周期構造の倒れの発生するメカニズムを説明する。
【００３０】
図３を参照すると、図３（ａ）に示すように、ＢＫ７基板による透明基板１１上に接着剤（紫外線硬化型樹脂）１２を介して有機複屈折膜１３を形成する。即ち、透明基板１１上に接着剤１２をスピンコートし、コートされた接着剤１２上に「気泡を混入させない」ようにして、有機複屈折膜１３を載置する。載置後に透明基板１１を回転させて「余分な接着剤」を振り切り、遠心力によって有機複屈折膜１３を平坦化し、最後に紫外線を照射して接着剤１２を硬化させることにより全体を強固に一体化する。
【００３１】
次に図３（ｂ）に示すように、凹凸状周期構造による回折格子１５を形成する。  
有機複屈折膜１３の自由表面上にアルミ金属薄膜を蒸着し、その上にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により、凹凸状周期構造の平面形状に対応するパターンを持ったエッチングマスクを得、酸素プラズマによる異方性のドライエッチングを行って、回折格子１５の凹部を侵刻し、その後にエッチングマスクを除去して回折格子１５とした。
【００３２】
次いで、図３（ｃ）に示すように、回折格子１５の凹部を埋め込むように紫外線硬化樹脂１４の層を形成する。即ち、紫外線硬化樹脂１４を回折格子１５上にボッティングし、スピンコートを行い、スピンコート後に紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂１４を硬化させる。
【００３３】
ところで、説明中のホログラム素子も含めて、この発明のホログラム素子と同様の構造を持つものは一般に、そのサイズが「縦横数ｍｍ程度」のものであり、図１に示すようなホログラム素子が単体として個別的に製造されるわけではない。  
一般には、縦横１００ｍｍオーダーのサイズの透明基板（ウエハ）上に、有機材料層が形成され、形成された大サイズの有機材料層の上に数十〜数百の回折格子の配列が一度に形成され、形成された回折格子の配列面全体の上に透明な材料の膜が形成される。そして、全体が一体化した後に、個々の回折格子をダイシングソーによる切断により切り離して「個別的なホログラム素子」を得るのである。説明中の実施例１では、ホログラム素子のサイズは３ｍｍ×３ｍｍである。
【００３４】
図４は、上の製造工程において「透明な材料の膜」を大サイズの有機材料層上に形成する工程を説明図的に示している。  
大サイズの有機材料層４１（直径：１００ｍｍサイズの円形の透明基板上に形成されている。）には、多数の回折格子部が形成されているが、図４においては、説明の簡単のために、３つの回折格子を示している。これら回折格子４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃのうち、回折格子４２Ａは、大サイズの有機材料層４１の中央近傍に形成されたものを示し、回折格子４２Ｂ、４２Ｃは大サイズの有機材料層４１の周辺部近傍に形成されたものを示す。
【００３５】
図４の例では、透明な材料４３の層はスピンコートにより形成される。  
図４（ａ）の状態は、透明な材料（紫外線硬化型樹脂）４３を大サイズの有機材料層４１の中央部にボッティングした状態を示す。この状態で、大サイズの透明基板を高速回転させると、透明な材料４３に作用する遠心力により、透明な材料４３は大サイズの有機材料層４３上で塗り広げられ（図４（ｂ））、最終的には図４（ｃ）のように材料４３を平坦化したのち紫外線硬化させて、各回折格子の凹部に透明な材料４３を充填する。
【００３６】
透明な材料４３を回転により塗り広げる過程に於いて、透明な材料４３や有機材料膜４１に遠心力が作用する。この遠心力の作用は大サイズの有機材料層４１の周辺部に近いほど大きい。このため、大サイズの有機材料層４１の周辺部においては、図４（ｃ）に示すように、遠心力の作用により回折格子４２Ｂや４２Ｃの凹凸状周期構造が倒れる（凹凸状周期構造における凸部が「図示されない透明基板の法線方向（図の上下方向）」に対して傾く）ことがある。
【００３７】
また、紫外線硬化型樹脂４３が硬化される際に樹脂の収縮が生じて、大サイズの有機材料層上の「回折格子の位置」によっては、凹凸状周期構造が、図４（ｃ）の向きとは逆に、大サイズの有機材料層の中央部側に倒れる場合もある。
【００３８】
このようして、大サイズの有機材料層４１に形成された凹凸状周期構造の倒れは、大サイズの有機材料層４１上における「個々の凹凸状周期構造の位置」に応じて異なるので、最終的に個々のホログラム素子を切り離した状態において、１枚のウエハから得られる数十〜数百のホログラム素子は、凹凸状周期構造の倒れが区々となる。
【００３９】
実施例１のホログラム素子においては、Ｑ値が約１．９７と１より大きいので、体積ホログラム効果を生じ、凹凸状周期構造の倒れがバラツキにより、±１次回折光の回折効率に「略±３％程度のバラツキ」が発生し、加工の公差よりも大きなバラツキを持ってしまう。このためホロググラム素子製造の歩留まりを高めるには加工の公差を厳しくしなけばならず、生産性が低下する。
【００４０】
このような問題を解決するために、この発明では、微小な凹凸状周期構造の凹部に「隣接する凸部同士を連結する連結部」を、同一凹部内においては１００μｍオーダー間隔で形成し、連結部が「透明な有機材料層の表面に直交する方向に渡って実質的に使用波長オーダーの幅」を持ち、凹凸状周期構造の上面部と、連結部の上面部と、凹凸状周期構造の形成されていない有機材料層表面部分とが同一面をなすようにしている（請求項１）。
【００４１】
図２（ａ）は、実施例１のホログラス素子の平面形状を説明図的に示している。ホログラム素子（図１に示した構造を持つ。）は、平面図的（図１の状態を図１の上方からみた状態）には、３ｍｍ×３ｍｍの正方形形状であり、その中央部に、格子配列方向が互いに異なる３種の回折格子部からなる凹凸状周期構造２１（図１において符号１５で示す部分）が形成されている。
【００４２】
図２（ａ）において符号Ｂで示す部分を拡大して図２（ｂ）に模式的に示す。また、図２（ａ）において符号Ｃで示す部分を図２（ｃ）に拡大して示す。図２（ａ）に符号Ａで示す部分の断面形状が図１に示すものである。  
図２（ｂ）、（ｃ）において、符号２３で示す部分は凹凸状周期構造における「凸部」、符号２４は「凹部」、符号２５は「連結部」を示す。連結部２５は、隣接する凸部２３同士を連結するものであり、微小な凹凸状周期構造の凹部２４に形成される。
【００４３】
実施例１においては、同一凹部内において形成された連結部２５は当該凹部内で１００μｍ間隔で（図２（ｂ）、（ｃ）の上下方向に並んで）形成される。連結部２５の幅（図２（ｂ）、（ｃ）において上下方向の幅）は０.３μｍであり、使用波長：０.６６μｍより小さいが「使用波長オーダー」である。また、凹凸状周期構造の上面部（凸部２３の上面部）と、連結部２５の上面部と、凹凸状周期構造の形成されていない有機材料層表面部分２２とは同一面をなす。
【００４４】
図２に示す凹凸状周期構造の平面形状は、図２の図面に直交する方向（凹凸の凹部の深さの方向）に渡って実施的に同一の形状である。即ち、図２に示す凹凸状周期構造のパターンは、先に説明した「エッチングマスク」のパターンと同じである。
【００４５】
凹凸状周期構造の上面部と、連結部２５の上面部と、凹凸状周期構造の形成されていない有機材料層表面部分２２とが同一面をなすので、連結部を有する凹凸状周期構造をエッチングで形成するのが容易であり、ホログラム素子の製造が容易である。
【００４６】
凹凸状周期構造に連結部２５が形成されたことにより、透明な材料をスピンコートする際の遠心力の作用による凸部の傾きが有効に軽減もしくは防止されるので、１枚のウエハから、凹凸状周期構造の倒れのない良好なホログラム素子を多数得ることができ、ホログラム素子製造の歩留まりがよく、ホログラム素子製造のコストを低減化できる。
【００４７】
実施例１のホログラム素子は、ＤＶＤ用の光ピックアップで「光路分離素子」として使用される。  
光源（半導体レーザ）からのレーザ光が実施例１のホログラム素子に入射すると回折光が発生するが、有機複屈折膜１３上に回折格子を形成しているため、レーザ光の偏光方向によって回折効率が異なる。有機複屈折膜１３の１．５８の屈折率を持つ光学軸方向の偏光では、充填している樹脂１４の屈折率と同様なので回折格子が存在しないと同等で回折効率が低く、殆どのレーザ光が透過する。上記光学軸の方向と直交する偏光方向（ホログラム素子とＤＶＤとの間の光路に設けられた１／４波長板の作用で戻り光は、この方向に偏光している。）では充填している樹脂との屈折率差が存在するため、戻り光は約３２％の回折効率で受光部へ向けて回折される。
【実施例２】
【００４８】
実施例２のホログラム素子の構造を図５に示す。繁雑を避けるため、混同の恐れがないと思われるものについては図１におけると同一の符号を付した。  
図５に示すホログラム素子は、厚み：１．０ｍｍのＢＫ７基板（平行平板）による透明基板１１上に、エポキシ系の紫外線硬化型樹脂１２（厚さ：約４０μｍ）を介して、回折格子１５が凹凸状周期構造として形成された厚さ：約１００μｍのポリエステル系の有機複屈折膜１３が接着され、その表面に「回折格子１５の凹部」を埋め込むような構成でエポキシ系の紫外線硬化型樹脂５４（厚さ：約４０μｍ）が形成され、さらにその上に厚さ：１．０ｍｍのＢＫ７基板（平行平板）による光学的等方性基板１６が接着されている。
【００４９】
回折格子１５は格子ピッチ：１．９μｍ、Ｄｕｔｙ：０．５、格子深さ：２．７μｍの矩形波形状の断面形状を持ち、有機複屈折膜１３の屈折率は互いに直交する光学軸方向に１．５８と１．６７であり、紫外線硬化型樹脂１２、１４の屈折率は１．５８（ともに使用波長：６６０ｎｍにおける値）である。
【００５０】
形成された凹凸状周期構造の平面形状は図２に示す如くである。即ち、実施例２のホログラム素子は、光学的等方性基板１６を除けば、材料的にも形態的にも実施例１のものと同じであり、（１）式の右辺で定義される「Ｑ」の値も実施例１の場合と同じく１.９０７７である。また、回折格子１５の作製方法も実施例１のホログラム素子の作製方法と同じである。
【００５１】
即ち、図６（ａ）に示すように、ＢＫ７基板による透明基板１１上に接着剤１２を介して、有機複屈折膜１３を接着する。即ち、透明基板１１上に接着剤１２をスピンコートし、その上に「気泡を混入させない」ようにして有機複屈折膜１３を載置し、載置後に透明基板１１を回転させて余分な接着剤を振り切り、遠心力の作用によって有機屈折膜を平坦化し、紫外線を照射して接着剤１２を固化する。
【００５２】
次いで、図６（ｂ）に示すように、回折格子１５を実施例１の場合と同様にして形成し、図６（ｃ）に示すように、回折格子１５の凹部を埋め込むように紫外線硬化型樹脂１４を付加し、この紫外線効果樹脂１４を接着材料としてＢＫ７基板による光学的等方性基板１６を接着して全体を一体化させる。
【００５３】
実施例２においては、紫外線硬化型樹脂１４による回折格子１５の凹部の埋め込みと、光学的等方性基板１６の接着を以下のように行う。  
図７は、上の製造工程において「紫外線硬化型樹脂による回折格子の凹部の埋め込みと、光学的等方性基板の接着」を、図示されない大サイズの透明基板（ウエハ）上に接着された大サイズの有機材料層４１に対して行う工程を説明図的に示している。  
大サイズの有機材料層４１（実施例１の場合と同じく直径：１００ｍｍの円形の透明基板（ウエハ）上に形成されている。）には多数の回折格子部が形成され、図７においては説明の簡単のために、３つの回折格子を示している。これら回折格子４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃのうち、回折格子４２Ａは、大サイズの有機材料層４１の中央近傍に形成されたものを示し、回折格子４２Ｂ、４２Ｃは大サイズの有機材料層４１の周辺部近傍に形成されたものを示す。
【００５４】
図７（ａ）に示すように、多数の回折格子を配列形成された大サイズの有機材料層４１の中央部に、透明な材料（紫外線硬化型樹脂）４３をボッティングし、その上から、光学的等方性基板４６を載置し、その上部から押圧力を加えて、透明な材料４３の層厚を制御しつつ、透明な材料４３により各回折格子の凹部を埋め込む。
【００５５】
光学的等方性基板４６に押圧力を印加することにより、透明な材料４３を有機材料層４１上で広げる。このようにして、透明な材料４３は周辺へと広げられ、最終的には第７図（ｃ）のようにウエハ全面に均一に広がり各回折格子の凹部を埋め込む。このとき有機材料層４１と光学的等方性基板４６とのギャップを制御し、透明な材料４３である紫外線硬化型樹脂を硬化させる。
【００５６】
光学的等方性基板４６による押圧により、図７（ｃ）に示すように、回折格子４２Ｂや４２Ｃの凸部がウエハ周辺側に傾く場合がある。また、樹脂硬化の際の収縮によって、回折格子の凸部が第７図（ｃ）とは逆にウエハの内側に向かって傾く場合がある。
【００５７】
実施例２においても、回折格子の凹部に実施例１と同様の連結部が形成されるので、このような回折格子の傾き、即ち凹凸状周期構造の倒れが有効に軽減もしくは防止される。
【００５８】
上に説明した実施例１、２のホログラム素子は、透明基板１１上に形成された光学的に透明な有機材料層１３の表面に、断面形状が略矩形波状で回折用の微小な凹凸状周期構造１５を有し、凹凸状周期構造１５の凹部に光学的に透明な材料１４が充填され、使用波長：λ0、上記凹部の深さ：Ｔ、有機材料層の屈折率：ｎ0、格子周期：Λにより
Ｑ＝（２πλ０Ｔ）／（ｎ０Λ２）  
で定義されるＱの値（＝１．９０７７）が１より大きいホログラム素子である。
【００５９】
そして、微小な凹凸状周期構造１５の凹部に、隣接する凸部２３同士を連結する連結部２５が、同一凹部２４内においては１００μｍオーダー間隔で形成され、連結部２５は、透明な有機材料層の表面に直交する方向に渡って実質的に使用波長オーダーの幅を持ち、凹凸状周期構造１５の上面部と、連結部２５の上面部と、凹凸状周期構造の形成されていない有機材料層表面部分２２とが同一面をなす（請求項１）。
【００６０】
また、透明基板上に形成された光学的に透明な有機材料層１３は膜状の材料（厚さ：約１００μｍのポリエステル系の有機複屈折膜）であり、その直交する光学軸である進相軸と遅相軸の方向の屈折率が異なる光学的異方性を持つ（請求項２）。
【００６１】
また、凹凸状周期構造１５の凹部に充填する光学的に透明な材料１４が、光学的異方性を持った有機材料のいずれかの光学軸方向の屈折率（＝１．５８）と略同一の屈折率（＝１．５８）をもつ（請求項３）。
【００６２】
光学的異方性を持つ膜状の有機材料層１３は、光学的等方性の透明基板１１上に接着材料１２により接着され、接着材料１２は凹凸状周期構造１５の凹部に充填する光学的に透明な材料１４と略同一の屈折率（＝１．５８）を持つ（請求項４）。
【００６３】
また実施例２のホログラム素子は、凹凸状周期構造１５の凹部に充填された光学的に透明な材料１４の上に、この透明な材料を接着材料として光学的等方性基板１６を接着したものである（請求項５、６）。
【００６４】
また、実施例１、２のホログラム素子とも、光学的異方性を持つ膜状の有機材料層１３は、光学的等方性の透明基板１１上に接着材料１２により接着され、接着材料１２は凹凸状周期構造１５の凹部に充填する光学的に透明な材料１４と略同一の屈折率を持ち、かつ、接着材料１２が、凹凸状周期構造１５の凹部に充填された光学的に透明な材料１４と同一材料である（請求項７）。
【００６５】
実施例１、２のホログラム素子は、有機材料層を複屈折材料としているので、ホログラム素子に偏光特性を付加することができ、有機材料層を「膜状の材料」とすることで、材料使用量を低減して製造コストを下げることができる。また、回折格子内に充填する材料の屈折率を有機複屈折膜の「直交する光学軸のいずれかの屈折率」と合わせることにより、偏光性の効率が向上する。
【００６６】
さらに、有機複屈折膜１３をＢＫ７基板（透明基板）１１に貼り付けることにより、ＢＫ７基板面の平坦度が向上し波面収差特性が向上する。実施例２のホログラム素子のように、回折格子の表面側にもＢＫ７基板（光学的等方性基板）を配して透明な材料１４の表面を平坦化することにより、「スピンコート等で埋め込みを行う場合に発生する可能性のある表面うねり」による波面収差も改善される。
【００６７】
接着に用いる樹脂はすべて同一材料を用いていることにより、上部と下部のＢＫ７基板の間を略同一の屈折率とすることができ、内部の層構成の凹凸による波面収差も低減することができる。
【実施例３】
【００６８】
実施例３として、光ピックアップ用の「半導体レーザモジュール」の実施の形態を図８に示す。
【００６９】
実施例３の半導体レーザモジュールは、ホログラム素子８１、半導体レーザ８２、受光素子８３、パッケージ８４、半導体レーザと受光素子を実装するためのステム８５を有し、これらをユニット化したものである。
【００７０】
半導体レーザ８２は波長：６６０ｎｍのものである。ホログラム素子８１としては、実施例１、２に示したものを適宜に利用できるが、この実施例では実施例２のホログラム素子を用いている。
【００７１】
即ち、実施例３の半導体レーザモジュールは、光ピックアップ装置用の半導体レーザモジュールであって、光源としての半導体レーザ８２と、この半導体レーザ８２からの光８６の光ディスクへの照射光の光路と、光ディスクからの戻り光の光路とを分離する光路分離素子８１と、光路分離素子８１により光路分離された戻り光８７を受光する受光部８３とをユニットとして有し、上記光路分離素子８１として実施例２のホログラム素子を用いたものである（請求項８）。
【実施例４】
【００７２】
図１０に実施例４として、光ピックアップ装置の実施の形態を示す。  
光ピックアップ装置は、光ピックアップ用の半導体レーザモジュール９１として実施例３のものを用い、この半導体レーザモジュール９１に対して、コリメートレンズ９２、フォーカスレンズ９３、１／４波長板９６を付加した構成となっている。勿論、実際の光ピックアップ装置には構成部品が他にもあるが図９は簡略化した構成を示している。
【００７３】
半導体レーザモジュール９１から出射したレーザ光（波長：６６０ｎｍ）はコリメートレンズ９２、１／４波長板９６、フォーカスレンズ９３を通過し、ＤＶＤである光ディスク９４に照射される。光ディスク９４に照射されたレーザ光は光ディスク９４の情報を得て反射されて戻り光となり、上記光学系を再度通過し、半導体レーザモジュール９１に戻る。戻り光は１／４波長板９６を往復するため、半導体レーザモジュール９１のホログラム素子８１には偏光方向が９０度旋回した状態で戻り、回折された戻り光８７が受光部８３で受光されて受光信号が発せられ、各種信号の生成に供される。
【００７４】
実施例４の光ピックアップ装置は、ホログラム素子８１が「回折効率や透過率の均一性の高いホログラム素子」であるため、特性の均一性も高い光ピックアップ装置として実現できる。
【００７５】
即ち、実施例４の光ピックアップ装置は、光源８２からの光の光ディスク９４への照射光の光路と、光ディスク９４からの戻り光の光路とを分離する光路分離素子８１として、実施例２のホログラム素子を用いたものであり（請求項９）、光源としての半導体レーザ８２と、光ディスクからの戻り光を受光する受光部８３と、実施例２のホログラム素子８１が半導体レーザモジュールとしてユニット化されている（請求項１０）。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施例１のホログラム素子を説明するための図である。
【図２】ホログラム素子の凹凸状周期構造と、凸部相互を連結する連結部を説明するための図である。
【図３】実施例１のホログラム素子の製造工程を説明するための図である。
【図４】実施例１のホログラム素子の製造工程において発生する凹凸状周期構造の倒れを説明するための図である。
【図５】実施例２のホログラム素子を説明するための図である。
【図６】実施例２のホログラム素子の製造工程を説明するための図である。
【図７】実施例２のホログラム素子の製造工程において発生する凹凸状周期構造の倒れを説明するための図である。
【図８】実施例３の半導体レーザモジュールを説明するための図である。
【図９】実施例４の光ピックアップ装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７７】
１１      透明基板
１３      有機材料層
１４      透明な材料
１５      凹凸状周期構造（回折格子）
２２      凹凸状周期構造の形成されていない有機材料層表面部分
２３      凹凸状周期構造の凸部
２５      連結部
【図１】
2005339632.tif 000003
【図２】
2005339632.tif 000004
【図３】
2005339632.tif 000005
【図４】
2005339632.tif 000006
【図５】
2005339632.tif 000007
【図６】
2005339632.tif 000008
【図７】
2005339632.tif 000009
【図８】
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【図９】
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