WO2008013047A1

WO2008013047A1 - Élément optique, procédé de fabrication d'élément optique et dispositif de capteur optique

Info

Publication number: WO2008013047A1
Application number: PCT/JP2007/063657
Authority: WO
Inventors: Osamu Masuda; Masahiro Morikawa; Hiroshi Miyakoshi
Original assignee: Konica Minolta Holdings, Inc.
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2008-01-31
Also published as: US20100002299A1; JPWO2008013047A1; US7907499B2

Description

明細書

光学素子、光学素子の製造方法及び光ピックアップ装置

技術分野

[0001] 本発明は、 1Z4波長板や偏光分離素子として機能する微細周期構造を有した光学素子、該光学素子の製造方法及び該光学素子を有した光ピックアップ装置に関するものである。

背景技術

[0002] 下記特許文献 1は、光の偏光状態を変化させる波長板にお!、て、誘電体平板が微細周期で配置された微細周期構造で形成され、同一基板上で微細周期構造を形成する誘電体平板の厚さ、誘電体平板の高さ、誘電体平板の配置される周期のうち少なくとも 1つが異なる領域が 2つ以上あり、且つ、各領域において、さらに光学軸の向きが異なる領域が少なくとも 2つ以上ある領域分割型波長板を開示している。

[0003] また、下記非特許文献 1は、 3次元周期構造 (フォトニック結晶）を用いた領域分割型波長板の応用例として多層光ディスクの読み出し用波長板を開示して、る。この波長板 99, 100は図 15 (a)のような周期構造を有し分割ライン (境界） 103で分割された領域 101, 102を備え、図 15 (b)のような光ピックアップ用の光学系に配置される。すなわち、分割された領域 101, 102を有する 2枚の波長板 99, 100を図 15 (b)のように配置し、波長板 99と 100の間に焦点を結ぶ光線 (実線）と、外側に結ぶ光線 (破線）とで偏波を 90° 変えることで両光線を偏光板 104で分離する。このようにして実線で示す光線が偏光板 104を通過することで、図 15 (b)のように多層光ディスクのある深さ位置力の反射光のみを透過させて、る。

特許文献 1：特開 2005 - 352378号公報

非特許文献 1 :「フォトニック結晶の実用化の前線で」川上彰ニ郎（O plus E Vol. 28, No4 2006年 4月）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しかし、上述のような領域分割型波長板は、 2枚の波長板 99と 100の間隔 k、波長板 99と 100の分割領域の境界 103の相対位置合わせ、及び境界 103自体についてそれぞれ精度が要求され、光ピックアップ装置に適用された場合に、上記精度は検出能力に大きく影響を与える。このため、 2枚の波長板 99と 100のァライメント調整が複雑となり手間がかかり、組立工数が増えてしまう。

[0005] 本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、波長板間の間隔や波長板間の分割領域の境界の相対位置合わせや分割領域の境界自体の高精度化を実現した、微細周期構造を有する光学素子、該光学素子の製造方法を提供し、かつ光学系に組み込むときの工数が大幅に削減されることによる低コストィ匕が可能な光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

[0006] 上記目的を達成するために、本発明の光学素子は、微細周期構造を有する光学素子であって、前記微細周期構造の方向が異なる 2つの領域を同一面内に備えるとともに、前記微細周期構造を両面に備え、前記微細周期構造の一方の面が 1Z4波長板として機能し、前記微細周期構造の他方の面が偏光分離素子として機能し、一方の面における前記 2つの領域の境界と他方の面における前記 2つの領域の境界とがー致して、ることを特徴とする。

[0007] この光学素子によれば、（1)境界幅をより小さくするのに適した微細周期構造により偏光機能を付加するので、分割領域の境界自体を高精度化できる。（2)両面に微細周期構造を有し、従来のように光学系に 2枚の波長板等の光学素子を配置する必要がなく、 1枚の光学素子を配置するだけでよいので、間隔調整が不要となり、 1Z4波長板として機能する面と偏光分離素子として機能する面の間隔の高精度化を実現できる。（3)微細周期構造の方向が異なる 2つの領域の境界が両面においてほぼ一致して略同一位置にあるので、偏光素子間の分割領域の境界の相対位置合わせが不要となる。このため、分割領域の境界の相対位置が精度よく調整された光学素子とすることが可能である。（4) 1Z4波長板として機能する面と偏光分離素子として機能する面のァライメントの高精度化及び安定性を実現できるので、他の光学部品と組み合わせて光学系に組み込むときの工数を大幅に削減できる。

[0008] また、上記光学素子に形成された一方の面における、 2つの領域の一方の領域の微細周期構造が 1Z4波長板として機能し、他方の領域の微細周期構造が + 1/ 4波長板として機能するように構成することが好ましい。

[0009] 本発明の光学素子の製造方法は、微細周期構造を有し、前記微細周期構造の方向が異なる 2つの領域を同一面内に備えるとともに前記微細周期構造を両面に備える光学素子を製造する方法であって、前記微細周期構造に対応する微細周期構造を有する一対の型を対向して配置し、前記一対の型の間に基材を配置して力プレスし、前記基材の両面に前記型の微細周期構造を転写することを特徴とする。

[0010] この光学素子の製造方法によれば、微細周期構造を有し、該微細周期構造の方向が異なる 2つの領域を同一面内に備えるとともに微細周期構造を両面に備える光学素子をインプリント法により簡単に製造することができる。更に、予め高精度にァラィメントされた上型と下型等の一対の型を用いて基材の両面に微細周期構造を形成できるので、両面における 2つの領域の境界位置及び間隔の調整が不要な光学素子を得ることができる。このようにして上述の（1)乃至 (4)の作用効果を奏する光学素子を製造できる。

[0011] 上記光学素子の製造方法において、 2つの領域の境界に対応する境界位置がほぼ一致するように一対の型の相対位置を調整することで、一対の型を高精度にァライメン卜することがでさる。

[0012] なお、この型のァライメント調整のために、インプリント成形装置に型の平面を観察可能なモニタ装置を取り付け、 2つの領域の境界に対応する型の境界位置を観察しながら、一対の型の境界位置がほぼ一致するように一対の型の相対位置を調整することができる。また、予備的なインプリント成形を行い、光学素子の両面において 2つの領域の境界がほぼ一致するまで一対の型の相対位置を調整することができる。

[0013] また、型をプレス前に加熱することが好ま、。また、基材が熱可塑性榭脂からなることが好ましぐ基材の両面を凹凸変形させて微細周期構造を形成することができる

[0014] また、型は紫外線を透過するように構成され、型と基材との間に紫外線硬化性榭脂を配置し、型を基材に押し当てた状態で型を通して紫外線硬化性榭脂に紫外線を照射することで、型の微細周期構造を基材上の紫外線硬化性榭脂に転写することができる。この場合、基材の両面に紫外線硬化性榭脂で微細周期構造を形成できる。なお、基材はガラス材料から構成できる。

[0015] また、基材の一方の面に金属層を有し、型の微細周期構造を金属層上に転写して力金属層をエッチング加工することで、微細周期構造を金属層に形成することができる。これにより、例えば一方の面の微細周期構造が 1Z4波長板として機能し、他方の面の微細周期構造が偏光分離素子として機能する光学素子を製造できる。

[0016] また本発明の光ピックアップ装置は、所定の波長の光束を出射する光源と、該光束を記録媒体の記録面上で光スポットに集光する対物レンズと、前記記録媒体の記録面からの反射光を受光する受光素子と、前記光源からの光束を前記対物レンズへ導くと共に前記記録媒体の記録面からの反射光を前記受光素子へ導くよう配置されたビームスプリッタと、請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の光学素子と、を有し、前記光学素子は、前記ビームスプリッタと前記受光素子の間であって、前記受光素子側に前記偏光分離素子として機能する面を向けて配置されていることを特徴とする。

[0017] この光ピックアップ装置によれば、片側の面に複数の記録層を有する光ディスクの再生や記録に際し、光スポットが形成された記録層からの反射光のみを受光素子に到達させることができるようになり、記録層の情報をより正確に受光できるようになる。また上記の光学素子の組み込み工数が大幅に削減できるため、低コストィ匕することができる。

発明の効果

[0018] 本発明の光学素子によれば、 1Z4波長板として機能する面と偏光分離素子として機能する面との間隔、両面それぞれに形成された分割領域の境界の相対位置合わせ、及び分割領域の境界自体の高精度化を実現でき、光学系に組み込むときのェ数を大幅に削減できる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]第 1の実施の形態に係る光学素子の模式的な平面図 (a)、その模式的な断面図 (b)及び拡大した模式的な部分断面図 (c)である。

[図 2]図 1の光学素子 10を配置した第 2の実施の形態の光学系を概略的に示す図である。圆 3]第 2の実施の形態による別の光学系を概略的に示す図である。

[図 4]図 3に示す光学素子 10 'を用、た光ピックアップ装置の光学系の概略を示す図である。

圆 5]第 3の実施の形態によるインプリント法を行うためのインプリント装置を概略的に示す図である。

圆 6]第 3の実施の形態のインプリント法で被成形物となる基材の断面図である。圆 7]第 3の実施の形態によるインプリント法を行うためのインプリント装置の要部を概略的に示す側断面図である。

[図 8]第 3の実施の形態によるインプリント法による製造方法の工程 S01〜S08を説明するためのフローチャートである。

圆 9]第 4の実施の形態のインプリント法で被成形物となる基材の断面図である。

[図 10]第 4の実施の形態によるインプリント法による製造方法の工程 S11〜S16を説明するためのフローチャートである。

圆 11]第 5の実施の形態のインプリント法で被成形物となる基材の断面図である。

[図 12]第 5の実施の形態によるインプリント法による製造方法の工程 S21〜S29を説明するためのフローチャートである。

[図 13]図 12に示す工程中における被成形物の断面の状態を示す模式図である。圆 14]図 3に示す光学系の光学素子 10'をレンズ 21側から見た模式的な平面図である。

[図 15]従来の領域分割型偏光素子の境界部近傍の平面図 (a)及び従来の領域分割型偏光素子を用いた光学系を示す図 (b)である。

符号の説明

10, 10' 光学素子

10a 一方の面

10b 他方の面

11 第 1の領域

12 第 2の領域

13, 19 境界部 (境界） 14 基材

15, 16 微細周期構造部 (微細周期構造）

17, 18 微細周期構造部 (微細周期構造）

21, 23 レンズ

22 偏光板

30 インプリント装置

37 取付孔

38, 39 取付咅

40 多層光ディスク

40a 記録層

a, d, g 材

b 上型

c 下型

e ガラス板

f 紫外線硬化性榭脂層

金属層

il 熱可塑性榭脂層

12 熱可塑性榭脂層

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。

[0022] 〈第 1の実施の形態〉

図 1は、第 1の実施の形態に係る光学素子の模式的な平面図（a)、その模式的な断面図 (b)及び拡大した模式的な部分断面図 (c)である。

[0023] 図 1 (a)の平面図に示すように、円板状の光学素子 10は、直線状に延びる微細周期構造部 15を有する第 1の領域 11と、第 1の領域 11と異なる方向に延びる微細周期構造部 16を有する第 2の領域 12と、を直線状の境界部 13を挟んで備えており、両微細周期構造部 15, 16が第 1の領域 11と第 2の領域 12との境界部 13で交差するように形成されている。 [0024] 光学素子 10は、第 1の領域 11と第 2の領域 12が基材 14の両面 10a, 10bに形成されている。すなわち、図 1 (b)に示すように、第 1の領域 11の裏面側に第 2の領域 12 が位置し、第 2の領域 12の裏面側に第 1の領域 11が位置するようにして両面 10a, 1 Obに微細周期構造が形成されて！ヽる。

[0025] 図 1 (b)、（c)に示すように、光学素子 10の、一方の面 10aの第 1の領域 11は、凹凸状の微細周期構造部 15を有し、凸部 15aと凹部 15bが周期的に繰り返して形成されている。一方の面 10aの第 2の領域 12は、凹凸状の微細周期構造部 16を有し、凸部と凹部が周期的に繰り返して形成されている。

[0026] 同じぐ他方の面 10bの第 2の領域 12は、凹凸状の微細周期構造部 17を有し、凸部 17aと凹部 17bが周期的に繰り返して形成されて、る。他方の面 10bの第 1の領域 11は、凹凸状の微細周期構造部 18を有している。

[0027] 光学素子 10は、一方の面 10aで第 1の領域 11と第 2の領域 12とが図 1 (a)、（b)のように境界部 13で分割され、他方の面 10bでも同様に第 1の領域 11と第 2の領域 12 とが境界部 19で分割されている力一方の面 10a及び他方の面 10bの境界部 13, 1 9は、図 1 (b)のようにほぼ一致して略同一位置にある。すなわち、両面 10a、 10bの境界部 13, 19は、一方の面 10aの直線状の境界部 13がその面に対し直交する方向（図 1 (a)の紙面垂直方向）に投影されると、他方の面 10bの直線状の境界部 19とほぼ重なるような投影位置関係にある。

[0028] 図 1 (a)乃至（c)に示した光学素子 10において、両面 10a、 10bの微細周期構造部 15〜18を榭脂で形成し、例えば、凹凸の周期ピッチ pを 300nm程度、各凸部の幅 w を 200nm程度、凹凸の深さ Hを lOOOnm程度とすることにより、構造性複屈折波長素子として機能するように構成することができる（図 2の光学素子 10参照)。即ち、両面の第 1の領域 11がー 1Z4波長板として機能し、両面の第 2の領域 12が + 1Z4波長板として機能する。 + 1Z4波長板は、 + 90° の位相差を与え、 1Z4波長板は、—90° の位相差を与え、円偏光を直線偏光に変換する（または、その逆）が、その偏光方向が互いに異なるものである。なお、上記寸法例は一例であって、他の寸法であってもよ、のは勿論である。

[0029] また、一方の面 10aの微細周期構造部 15と 16を榭脂で形成し、例えば、凹凸の周期ピッチ pを 300nm程度、各凸部の幅 wを 200nm程度、凹凸の深さ Hを lOOOnm 程度とすることにより、 1Z4波長板及び + 1Z4波長板として機能するようにし、他方の面 10bの微細周期構造部 17と 18を、例えば、アルミニウム等の金属材料で形成し、例えば、周期ピッチ pを 150nm程度、各凸部の幅 wを lOOnm程度、凹凸の深さ Hを 150nm程度とすることにより、偏光分離素子として機能するように構成することができる（図 3の光学素子 10'参照)。なお、上記寸法例は一例であって、他の寸法であってもょ、のは勿論である。

[0030] 上記で説明した光学素子 10及び光学素子 10'によれば、次のような作用効果を奏する。

[0031] (1)形成された微細周期構造により 1Z4波長板、偏光分離素子等の偏光機能を付加される力力かる微細周期構造によれば、領域 11と 12間の境界部 13, 19の幅をより小さくできるので、分割された領域間の境界部自体を高精度化できる。

[0032] (2)両面に微細周期構造を有することで、従来のように光学系に 2枚の波長板等の偏光機能を有する素子を配置する必要がなぐ 1枚の当該光学素子を配置するだけでよいので、 2枚の素子間の間隔調整が不要となり、間隔の高精度化を実現できる。

[0033] (3)微細周期構造の方向が異なる 2つの領域 11, 12の境界が両面においてほぼ一致して略同一位置にあるので、偏光機能を有する素子間の分割領域 11, 12の境界部 13, 19の相対位置合わせが不要となる。分割領域の境界の相対位置が精度よく調整された光学素子にできる。

[0034] 〈第 2の実施の形態〉

次に、図 1に示す光学素子 10を用いた第 2の実施の形態による光学系につ、て図 2を参照して説明する。図 2は、図 1に示す光学素子 10を配置した第 2の実施の形態の光学系を概略的に示す図である。

[0035] 図 2に示す光学素子 10は、両面 10a、 10bの微細周期構造部 15〜18を榭脂で形成し、構造性複屈折波長素子として機能するようにしたものであり、一方の面 10a及び他方の面 10bの第 1の領域 11がー 1Z4波長板として機能し、一方の面 10a及び他方の面 10bの第 2の領域 12が + 1Z4波長板として機能するように構成されている。図 2のように、レンズ 21と 23との間に光学素子 10を配置し、光学素子 10とレンズ 23 との間に偏光板 22を配置している。

[0036] 図 2に示す光学系において、レンズ 21からの実線で示す直線偏光の光 (波長え）が光学素子 10の第 1の領域 11, 11 ( 1Z4波長板)を通過して 90° — 90° の位相差を与え、偏光方向が変化し、また第 2の領域 12, 12 ( + 1Z4波長板)を通過して + 90° + 90° の位相差を与え、偏光方向が変化し、偏光板 22を通過する。この場合、破線で示すように、レンズ 21からの光が光学素子 10の一方の面 10aの手前で焦点を結ぶと、光学素子 10の第 2の領域 12,第 1の領域 11を通過し、或いは第 1 の領域 11,第 2の領域 12を通過するが、偏光方向も位相差も変化せず、偏光板 22 を通過することができない。これに対し、レンズ 21からの光が光学素子 10の一方の面 10aと他方の面 10bの間で焦点を結ぶ場合には、上述のように、 ± 180° の位相差が与えられて偏光方向が変化し、偏光板 22を通過することができる。

[0037] 以上のように、図 2に示す光学系によれば、レンズ 21からの光が光学素子 10の一方の面 10aと他方の面 10bの間で焦点を結ぶように光学素子 10を配置することで、例えば多層光ディスク等の所定の深さ位置の反射光のみを透過させるようにできる。図 2に示す光学系において 2枚の波長板を配置した場合、 2枚の波長板間に焦点を結ぶように 2枚の波長板の光軸方向の各位置を調整しなければならず、更に、各面の分割領域の境界位置を両面で一致するように調整する必要があり、このため調整が複雑で組立に手間取ってしまうのに対し、図 2に示すように 1枚の光学素子 10の両面に波長板の機能を備え、 2つの領域 11, 12の境界部 13, 19がー方の面 10a及び他方の面 10bにおいてほぼ一致しているので、分割領域 11, 12の境界部 13, 19の相対位置合わせが不要となる。

[0038] 以上のことから、光学素子 10の両面におけるァライメントの高精度化及び安定性を実現できるので、他の光学部品と組み合わせて光学系に組み込むときの工数を大幅に削減できる。

[0039] 次に、図 3,図 14を参照して第 2の実施の形態による別の光学系について説明する。図 3は、第 2の実施の形態による別の光学系を概略的に示す図である。図 14は、図 3に示す光学系の光学素子 10 'をレンズ 21側から見た模式的な平面図である。

[0040] 図 3に示す光学系はレンズ 21と 23との間に光学素子 10'を配置し、図 2の偏光板 2 2を省略して構成されて、る。

[0041] 図 3に示す光学素子 10'は、一方の面 10aの第 1の領域 11がー 1Z4波長板として機能し、第 2の領域 12が + 1Z4波長板として機能し、また、他方の面 10bの第 1の領域 11が第 1の偏光分離素子として機能し、第 2の領域 12が第 2の偏光分離素子として機能するものである。

[0042] すなわち、図 3に関し、紙面の奥行き方向を +X、紙面の上方向を +Yとする座標系（図 14に関し、横軸を X、縦軸を Yとする座標系）を考え、 +X軸を 0度、 +Y軸を 9 0° とすると、例えば、光学素子 10'に入射する円偏光を右回りの円偏光としたとき、図 14の実線で示すように一方の面 10aの第 2の領域 12の微細周期構造の方向を + 45° 、第 1の領域 11の微細周期構造の方向を— 45° とし、図 14の破線で示すように他方の面 10bの第 1の領域 11の微細周期構造の方向を 90° 、第 2の領域 12の微細周期構造の方向を 0° とすることで、他方の面 10bの領域 11 , 12が上記第 1及び第 2の偏光分離素子の各機能を発揮できる。

[0043] また、入射光が左回りの円偏光の場合は一方の面 10aの領域 11, 12における微細周期構造の方向が図 14の実線のとおりであれば、他方の面 10bの第 1の領域 11 の微細周期構造の方向を 0° 、第 2の領域 12の微細周期構造の方向を 90° とすることで、他方の面 10bの領域 11, 12が上記第 1及び第 2の偏光分離素子の各機能を発揮できる。

[0044] 上述の組合せは 1例であり、第 1及び第 2の領域 11と 12で微細周期構造が直交し、一方の面 10aの領域 11 (12)及び他方の面 10bの領域 11 (12)における各微細周期構造の各方向がなす角度が相対的に 45° であり、かつ、一方の面 10aの領域 11 を通過した光が他方の面 10bの領域 11を透過し、一方の面 10aの領域 12を通過した光が他方の面 10bの領域 12を透過する配置になっていれば、他の組み合わせであってもよい。

[0045] 図 3に示す光学系において、レンズ 21からの実線で示す円偏光の光 (波長え）が光学素子 10 'の一方の面 10aの第 1の領域 11 (一 1Z4波長板)を通過して直線偏光に変換され、他方の面 10bの第 1の偏光分離素子 (領域 11)を通過し、レンズ 23に入射する。また、一方の面 10aの第 2の領域 12 ( + 1Z4波長板)を通過して直線偏光（ 1Z4波長板を通過した光と偏光方向が異なる）に変換され、他方の面 10bの第 2 の偏光分離素子 (領域 12)を通過し、レンズ 23に入射する。

[0046] この場合、図 3の破線で示すように、光が例えば光学素子 10'の手前で焦点を結ぶと、一方の面 10aの第 1の領域 11を通過しても他方の面 10bの第 2の偏光分離素子（領域 12)で反射し、また一方の面 10aの第 2の領域 12を通過しても他方の面 10bの第 1の偏光分離素子 (領域 11)で反射し、光学素子 10'を通過することができな、。これに対し、レンズ 21からの光が光学素子 10'の一方の面 10aと他方の面 10bの間で焦点を結ぶことで、上述のように、光学素子 10'を通過することができる。

[0047] 以上のように、図 3に示す光学系によれば、 1枚の光学素子 10'の一方の面に 1Z

4波長板としての機能を有し、他方の面に偏光分離素子としての機能を備え、 2つの領域 11 , 12の境界部 13, 19が両面においてほぼ一致しているので、分割領域 11, 12の境界部 13, 19の相対位置合わせが不要となる。このため、光学素子 10'の両面におけるァライメントの高精度化及び安定性を実現できるので、他の光学部品と組み合わせて光学系に組み込むときの工数を大幅に削減できる。更に、図 3に示す光学素子 10 'を用いる光学系の場合、図 2に示す光学系では必要であった偏光板 22 を省略でき、部品点数の削減を図ることができる。

[0048] 次に、図 4を参照して図 3に示した光学系を光ピックアップ装置に適用した例について説明する。図 4は、図 3に示す光学素子 10'を用いた光ピックアップ装置の光学系の概略を示す図である。

[0049] 図 4に示す光ピックアップ装置の光学系は、多層光ディスク 40の所定の深さ位置にある記録層 40aに記録された情報を読み取る場合を示している。

光源であるレーザダイオード 41から出射された直線偏光状態のレーザ光は、コリメ一タレンズ 42で平行光とされ、偏光ビームスプリッタ 43で反射された後、 1Z4波長板 4 4で円偏光状態とされ、対物レンズ 45により多層光ディスク 40の所定の深さ位置の記録層 40aに合焦する。この記録層 40aからの反射光は、対物レンズ 45を通過し、 1/ 4波長板 44で偏光方向を 90° 回転させられ、偏光ビームスプリッタ 43を通過して、 1 Z4波長板 46で円偏光状態にされる。この後、コリメータレンズ 47を介して光学素子 10，の面 10aと面 10bの間に焦点を結び、更に、コリメータレンズ 48、コリメータレンズ 49及びシリンドリカルレンズ 50を介して、受光素子であるフォトダイオード 51に入射する。これにより、記録層 40aに記録された情報を光信号力も電気信号に変換して読み取ることができるようになって!/、る。

[0050] 図 4において、例えば、多層光ディスク 40の記録層 40aよりも深い位置にある記録層 40bから反射した光は、光学素子 10'の一方の面 10aの手前で合焦するため、図 3の破線と同様に、光学素子 10'の他方の面 10bの第 1の偏光分離素子及び第 2の偏光分離素子で反射され、光学素子 10'を通過できず、フォトダイオード 51に到達しない。また、多層光ディスク 40の記録層 40aよりも浅い位置にある記録層 40cから反射した光は、光学素子 10'の他方の面 10bを越えた位置で合焦する方向に進む力この場合も同様に、他方の面 10bの第 1の偏光分離素子及び第 2の偏光分離素子で反射され、光学素子 10'を通過できず、フォトダイオード 51に到達しない。

即ち、図 4に示す、光ピックアップ装置の光学系によれば、多層光ディスク 40の複数の記録層のうち、対物レンズ 45により光スポットが形成されている記録層からの反射光のみが、光学素子 10'を透過し、フォトダイオード 51に到達することになる。

[0051] 図 4に示す光ピックアップ装置の光学系によれば、 SZN比の高い情報検出が可能となると共に、上述のように光学素子 10'の両面におけるァライメントの高精度化及び安定性を実現できるので、光学素子 10'を光ピックアップ装置の光学系に他の光学部品と組み合わせて組み込むときの工数を大幅に削減できる。

[0052] なお、図 4では、レーザダイオード 41から出射される光束をビームスプリッタ 43で反射させ、記録層からの反射光はビームスプリッタ 43を通過して 1Z4波長板 46〜フォトダイオード 51へ導くよう構成された光ピックアップ装置の光学系で説明したが、これに限るものでない。例えば、レーザダイオード 41から出射された光束を通過させ、記録層からの反射光を反射させるようビームスプリッタ 43を構成し、記録層からの反射光を 1Z4波長板 46〜フォトダイオード 51へ導くような構成でもよい。

[0053] 〈第 3の実施の形態〉

次に、第 3の実施の形態として図 1に示した光学素子 10のインプリント法による製造方法について図 5乃至図 8を参照して説明する。

[0054] 図 5は、第 3の実施の形態によるインプリント法を行うためのインプリント装置を概略的に示す図である。図 6は第 3の実施の形態のインプリント法で被成形物となる基材の断面図である。図 7は第 3の実施の形態によるインプリント法を行うためのインプリント装置の要部を概略的に示す側断面図である。図 8は第 3の実施の形態によるインプリント法による製造方法の工程 S01〜S08を説明するためのフローチャートである。

[0055] 図 5に示すように、インプリント装置 30は、モータ 36を取り付け固定するフレーム 31 と、上型 bの上方に位置し上型 bを加熱するヒータ 32と、ヒータ 32や取付部 39を取り付ける横部材 35と、横部材 35を固定するガイド部 33と、ガイド部 33や取付部 38を固定するベース部 34と、を備える。

[0056] インプリント装置 30は、上型 bを取付部 39に取り付け、下型 cを上型 bと対向するようにベース部 34の上側の取付部 38に取り付け、下型 cと上型 bとの間に被成形物である基材 aを配置してから、モータ 36の回転により上型 bを下型 cに向けて鉛直方向下方 Vに降下させてプレスすることで成形を行うように構成されて！ヽる。

[0057] また、上型 bの取付部 39には X— Y— Θステージが設けられており、取付部 39に取り付けられた上型 bと、取付部 38に取り付けられた下型 cとの相対的な平面位置の調整を行うことができる。

[0058] また、ベース部 34にはモニタ装置のカメラ部や紫外線照射装置の照射ノズル部が取り付け可能な取付孔 37が設けられており、下型 cが取り付けられる取付部 38が例えばガラス等の光透過材料カゝら構成されて光透過可能になっている。このため、取付孔 37に取り付けたモニタ装置のカメラ部で取付部 38を介して下型 c、上型 bを観察でき、また、紫外線照射装置の照射ノズル部力も取付部 38を介して下型 cに向けて紫外線を照射できる。

[0059] 基材 aは、図 6に示すようにシート状の熱可塑性榭脂であり、この榭脂として、ポリオレフイン榭脂ゃノルボルネン系榭脂等の光学用榭脂材料が好ましぐ具体的には、例えば、三井ィ匕学 (株)製のアベル、 JSR (株)製のアートン、日本ゼオン (株)製のゼォノア、ゼォネックスなどを使用できる。

[0060] 図 7に示すように、上型 bは、図 1 (a)〜（c)の第 1の領域 11の微細周期構造部 15 及び第 2の領域 12の微細周期構造部 16に対応した凹凸部 blを有し、下型 cは、同じく微細周期構造部 17及び微細周期構造部 18に対応した凹凸部 c 1を有する。上型 bは凹凸部 blに図 l (a)、（b)の一方の面 10aにおける 2つの領域 11, 12の境界部 13と対応した直線状の境界を有し、同じく下型 cは凹凸部 c 1に図 1 (b)の他方の面 10bにおける 2つの領域 11, 12の境界部 19と対応した直線状の境界を有する。

[0061] 次に、図 8を参照して図 1 (a)乃至 (c)の光学素子 10を製造するインプリント法のェ程 S01〜S08【こつ!/、て説明する。

[0062] まず、図 7に示すような上型 b及び下型 cを用意し、図 5のインプリント装置 30の取付部 39, 38にそれぞれ取り付けてから、上型 bと下型 cとの位置合わせをする（S01)。

[0063] すなわち、上記位置合わせは、上型 bの 2つの領域 11, 12の境界部 13 (図 1 (a)、 ( b)参照）と対応した直線状の境界と、下型 cの 2つの領域 11, 12の境界部 19 (図 l (b )参照）と対応した直線状の境界とが重なるように位置調整することで高精度に行うことができる。この位置調整は、図 5のベース部 34の取付孔 37にモニタ装置のカメラ部を取り付け、光透過可能な取付部 38を介して下型 cの凹凸部と上型 bの凹凸部とを観察しながら、上型 bの取付部 39に設けられた X—Y— 0ステージにより上型 bを平面的に微調整することで行うことができる。

[0064] なお、上型 bと下型 cの位置合わせは、以下の工程により成形を予備的に行い、得られた成形品の境界部 13, 19の位置を測定して微調整することで、更に高精度に行うことができる。また、力かる予備的成形を繰り返して微調整を繰り返すことで上型 b と下型 cの位置合わせを高精度にできるので、上述のようなモニタ装置による観察ェ程を省略してもよい。

[0065] 次に、図 6の基材 aを上型 bと下型 cの間にセットする（S02)。そして、上型 bを所定温度まで昇温してから（S03)、モータ 36を回転させて上型 bを鉛直方向下方、矢印 V 方向に降下させ (S04)、基材 aを上型 bと下型 cとの間で一定以上の圧力となるまでプレスし (S05)、この圧力状態で一定時間上型 bと下型 cを保持する（S06)。

[0066] 次に、上型 bと下型 cを冷却してから（S07)、上型 bを鉛直方向上方、矢印 v'方向に上昇させ、また、基材 aを下型 cから取り去ることで剥離して離型することで (S08)、光学素子 10を得ることができる。

[0067] なお、上型 b、下型 cは、例えば、ガラス力なる型基材上にレジストを均一に塗布してレジストマスクを形成して力電子ビームにより所定の微細パターンを描画し、所定の現像材料により現像し、この微細パターンが形成された型基材に対しプラズマ等のドライエッチングを行うことで凹凸部 bl, clを形成して製造できる。この電子ビーム描画は、本発明者等が、例えば特開 2004— 107793号公報ゃ特開 2004— 54218号公報等で提案した電子ビーム描画装置により行うことができる。これにより、所望の描画パターンを電子ビームによる 3次元描画でサブミクロンオーダーの高精度でレジスト膜上に形成できる。

[0068] 以上のようにして、構造性複屈折波長板として機能する微細周期構造の方向が異なる 2つの領域 11, 12を同一面内に備えるとともに微細周期構造を両面 10a, 10b に備える光学素子 10をインプリント法により簡単に製造できる。また、上型 b及び下型 cは領域 11 , 12の境界部 13, 19と対応した直線状の境界同士が高精度に位置合わせされており、このように予め高精度にァライメントされた上型 b及び下型 cを用いて基材の両面 10a, 10bに同時に微細周期構造を形成するので、両面における 2つの領域の境界部 13, 19の位置及び間隔の調整が不要な光学素子 10を得ることができる

[0069] 〈第 4の実施の形態〉

次に、第 4の実施の形態として図 1の光学素子 10のインプリント法による別の製造方法について図 9,図 10を参照して説明する。

[0070] 図 9は、第 4の実施の形態のインプリント法で被成形物となる基材の断面図である。

図 10は、第 4の実施の形態によるインプリント法による製造方法の工程 S11〜S 16を説明するためのフローチャートである。

[0071] 第 4の実施の形態に係る光学素子 10の製造方法は、図 9に示すような基材 dを用いて図 5のインプリント装置により実行できる。基材 dは、図 9に示すように、ガラス板 e の両面に、それぞれ形成された紫外線硬化性榭脂層 fを有する。

[0072] 図 10を参照して図 1の光学素子 10を製造するインプリント法の工程 S 11〜S16について説明する。

[0073] まず、図 7と同様の上型 b及び下型 cを用意し、図 5のインプリント装置 30の取付部 3 9, 38にそれぞれ取り付けてから、第 3の実施の形態と同様にして上型 bと下型じとの位置合わせをする（S 11)。 [0074] 次に、図 9の基材 dを上型 bと下型 cの間にセットする（S12)。そして、モータ 36を回転させて上型 bを鉛直方向下方矢印 V方向に降下させ (S13)、基材 dを上型 bと下型 cとの間で一定以上の圧力となるまでプレスし (S14)、この圧力状態で取付孔 37に取り付けた紫外線照射装置の照射ノズル部から取付部 38を介して下型 cと上型との間の基材 dに紫外線を所定時間照射する (S15)。

[0075] 次に、上型 bを鉛直方向上方矢印 V方向に上昇させ、基材 dを下型 cから取り去ることで剥離して離型することで (S16)、光学素子 10を得ることができる。

[0076] 以上のようにして、構造性複屈折波長板として機能する微細周期構造の方向が異なる 2つの領域 11, 12を同一面内に備えるとともに微細周期構造を両面 10a, 10b に備える光学素子 10をインプリント法により簡単に製造できる力上述のように、プレス工程 S14で基材 dのガラス板 eの両面に形成された紫外線硬化性榭脂層 f〖こ上型 b 及び下型 cから微細周期構造が転写され、紫外線照射工程 S 15で両面の紫外線硬化性榭脂層 fが硬化される。このように、図 8と同様に予め高精度にァライメントされた上型 b及び下型 cを用 V、て基材の両面 1 Oa, 1 Obに同時に微細周期構造を形成するので、両面 10a, 10bにおける 2つの領域の境界部 13, 19の位置及び間隔の調整が不要な光学素子 10を得ることができる。

[0077] 〈第 5の実施の形態〉

次に、第 5の実施の形態として図 3,図 14の光学素子 10'のインプリント法による更に別の製造方法について図 11、図 12、図 13を参照して説明する。

[0078] 図 11は、第 5の実施の形態のインプリント法で被成形物となる基材の断面図である。図 12は、第 5の実施の形態によるインプリント法による製造方法の工程 S21〜S29 を説明するためのフローチャートである。図 13は、図 12に示す工程中における被成形物の断面の状態を示す模式図である。

[0079] 第 5の実施の形態による光学素子 10'の製造方法は、図 11に示すような基材 gを用いて図 5のインプリント装置により実行できる。基材 gは、図 11に示すように、ガラス板 eの一面に熱可塑性榭脂層 ilを有し、他面に金属層 hを有し、更に金属層 hの上に熱可塑性榭脂層 i2を有してヽる。

[0080] 光学素子 10'は、一方の面 10aに形成された熱可塑性榭脂層 ilが、以下の方法で格子状の微細周期構造部 15, 16に形成されて、構造性複屈折波長板として機能し、他方の面 10bに形成された金属層 hが、以下の方法で格子状の微細周期構造部 1 7, 18に形成されて、偏光分離素子として機能するものである。

[0081] 図 12及び図 13を参照して、光学素子 10'を製造するインプリント法の工程 S21〜S 29について説明する。

[0082] まず、図 7と同様の上型 b及び下型 cを用意し、図 5のインプリント装置 30の取付部 3 9, 38にそれぞれ取り付けてから、第 2の実施の形態と同様にして上型 bと下型じとの位置合わせをする（S21)。なお、上型 bの凹凸部 blは、光学素子 10'の一方の面 1 Oaの格子状の微細周期構造部 15, 16と対応した形状となっており、下型 cの凹凸部 clは、光学素子 10'の他方の面 10bの格子状の微細周期構造部 17, 18と対応した形状となっている。

[0083] 次に、図 11に示す基材 gを上型 bと下型 cの間にセットする（S22)。そして、上型 bを所定温度まで昇温して力も (S23)、モータ 36を回転させて上型 bを鉛直方向下方矢印 V方向に降下させ (S24)、基材 gを上型 bと下型 cとの間で一定以上の圧力となるまでプレスし (S25)、この圧力状態で一定時間上型 bと下型 cを保持する（S26)。

[0084] 次に、上型 bと下型 cを冷却してから（S27)、上型 bを鉛直方向上方矢印 v'方向に上昇させ、基材 gを下型 cから取り去ることで剥離して離型する（S28)。このとき、基材 gの断面形状は、図 13 (a)に示すような形状となっている。即ち、金属層 hはそのままで、熱可塑性榭脂層 ilと熱可塑性榭脂層 i2は、それぞれ上型 bと下型 cの形状が転写された状態となる。

[0085] 次に、離型した基材 gの他方の面の熱可塑性榭脂層 i2 (下型 cから微細周期構造が転写されたエッチング用マスクの役割を果たす）に対しエッチングを行うことで (S2 9)、熱可塑性榭脂層 i2とガラス板 eとの間の金属層 hを例えば格子状に加工する。ェツチング後の断面形状は、図 13 (b)に示すような形状となっている。即ち、金属層 h のうち、露出している部分が溶出して無くなった状態となる。

[0086] 次いで、残存している熱可塑性榭脂層 i2を取り除くことで、図 13 (c)に示すように、熱可塑性榭脂層 i2に転写された微細周期構造に対応した格子状の微細周期構造が金属層 hに形成された状態となる。 [0087] 上述のようにして得られた光学素子 10'は、一方の面 10aの熱可塑性榭脂層 ilに形成された微細周期構造部が構造性複屈折波長板として機能し、他方の面 10bの金属層 hに形成された微細周期構造部が図 3の第 1の偏光分離素子及び第 2の偏光分離素子として機能する。図示の各部の寸法は、例えば、一方の面 10aの微細周期構造部の凹凸の周期ピッチ Pを 300nm程度、各凸部の幅 wを 200nm程度、凹凸の深さ Hを lOOOnm程度とすることにより、 - 1Z4波長板及び + 1Z4波長板として機能するようにし、他方の面 10bの微細周期構造部を、例えば、アルミニウム等の金属材料で形成し、周期ピッチ pを 150nm程度、各凸部の幅 wを lOOnm程度、凹凸の深さ Hを 150nm程度とすることにより、偏光分離素子として機能するように構成することができる。なお、上記寸法例は一例であって、他の寸法であってもよいのは勿論である。

[0088] 以上のようにして、微細周期構造の方向が異なる 2つの領域 11, 12を同一面内に備えるとともに、この微細周期構造を両面に備える光学素子 10'をインプリント法により簡単に製造することができる力この場合、図 11の基材 gの一方の面 10aの熱可塑性榭脂層 ilに上型 bから微細周期構造が転写され、他方の面 10bの金属層 hに格子状の微細周期構造が形成されることで、予め高精度にァライメントされた上型 b及び下型 cを用いて基材の両面に微細周期構造を形成できるので、両面 10a, 10bにおける 2つの領域の境界部 13, 19の位置及び間隔の調整が不要な光学素子 10'を得ることがでさる。

[0089] なお、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなぐ本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図 4の光ピックアップ用光学系において図 2の光学系を配置してもよぐ図 3の場合と同様の効果を得ることができる。

[0090] また、図 11の基材 gは、ガラス板 eの一面に紫外線硬化性榭脂層を有し、他面に金属層 hを有し、更に金属層 hの上に紫外線硬化性榭脂層を有し、図 10と同様に、基材 gを上型 bと下型 cとの間で一定以上の圧力となるまでプレスした圧力状態で下型 c と上型 bとの間の基材 gに紫外線を所定時間照射するようにしてもよぐこれにより硬化した金属層 h上の紫外線硬化性榭脂層をエッチング用マスクとしてエッチングを行い、金属層 hを格子状にエッチング加工しても同様の光学素子 10'を得ることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 微細周期構造を有する光学素子であって、

前記微細周期構造の方向が異なる 2つの領域を同一面内に備えるとともに、前記微細周期構造を両面に備え、前記微細周期構造の一方の面が 1Z4波長板として機能し、前記微細周期構造の他方の面が偏光分離素子として機能し、一方の面における前記 2つの領域の境界と他方の面における前記 2つの領域の境界とがー致していることを特徴とする光学素子。

[2] 前記 1Z4波長板として機能する面に形成された 2つの領域のうち一方の領域の微細周期構造が 1Z4波長板として機能し、他方の領域の微細周期構造が + 1/4 波長板として機能することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光学素子。

[3] 微細周期構造を有し、前記微細周期構造の方向が異なる 2つの領域を同一面内に備えるとともに前記微細周期構造を両面に備える光学素子を製造する方法であって前記微細周期構造に対応する微細周期構造を有する一対の型を対向して配置し、前記一対の型の間に基材を配置して力プレスし、前記基材の両面に前記型の微細周期構造を転写することを特徴とする光学素子の製造方法。

[4] 前記 2つの領域の境界に対応する境界位置が一致するように前記一対の型の相対位置を調整することを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の光学素子の製造方法。

[5] 前記型を前記プレス前に加熱することを特徴とする請求の範囲第 3項または第 4項に記載の光学素子の製造方法。

[6] 前記基材が熱可塑性榭脂からなることを特徴とする請求の範囲第 3項乃至第 5項の!、ずれか 1項に記載の光学素子の製造方法。

[7] 前記型は紫外線を透過するように構成され、

前記型と前記基材との間に紫外線硬化性榭脂を配置し、前記型を前記基材に押し当てた状態で前記型を通して前記紫外線硬化性榭脂に紫外線を照射することを特徴とする請求の範囲第 3項乃至第 5項のいずれか 1項に記載の光学素子の製造方法。

[8] 前記基材の一方の面に金属層を有し、前記型の微細周期構造を前記金属層上に転写して力前記金属層をエッチング加工することを特徴とする請求の範囲第 3項乃至第 7項のいずれか 1項に記載の光学素子の製造方法。

所定の波長の光束を出射する光源と、該光束を記録媒体の記録面上で光スポットに集光する対物レンズと、前記記録媒体の記録面からの反射光を受光する受光素子と、前記光源からの光束を前記対物レンズへ導くと共に前記記録媒体の記録面からの反射光を前記受光素子へ導くよう配置されたビームスプリッタと、請求の範囲第 1 項又は第 2項に記載の光学素子と、を有し、

前記光学素子は、前記ビームスプリッタと前記受光素子の間であって、前記受光素子側に前記偏光分離素子として機能する面を向けて配置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。