JPWO2008013047A1 - 光学素子、光学素子の製造方法及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

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可能でありかつ光学系に組み込むときの工数を大幅に削減可能な光学素子及びその製造方法を提供するために、この光学素子は、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、微細周期構造の一方の面が１／４波長板として機能し、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２つの領域の境界と他方の面における２つの領域の境界とが一致することを特徴とする。

Description

本発明は、１／４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。

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いて、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。

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いる。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からの反射光のみを透過させている。
特開２００５−３５２３７８号公報 「フォトニック結晶の実用化の前線で」川上彰二郎（Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ４ ２００６年４月）

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のア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。

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化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。

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１／４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一致していることを特徴とする。

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、１／４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）１／４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ア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。

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−１／４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。

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からプレスし、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。

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、予め高精度にアライ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。

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アライメントすることができる。

なお、この型のア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。

また、型をプレス前に加熱することが好ましい。また、基材が熱可塑性樹脂からなることが好ましく、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。

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樹脂を配置し、型を基材に押し当てた状態で型を通して紫外線硬化性樹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樹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樹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。

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から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１／４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。

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。

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、低コスト化することができる。

本発明の光学素子によれば、１／４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工数を大幅に削減できる。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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 取付部
４０ 多層光ディスク
４０ａ 記録層
ａ，ｄ，ｇ 基材
ｂ 上型
ｃ 下型
ｅ ガラス板
ｆ 紫外線硬化性樹脂層
ｈ 金属層
ｉ１ 熱可塑性樹脂層
ｉ２ 熱可塑性樹脂層

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。

〈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。

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。

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，１０ｂに微細周期構造が形成されている。

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。

同じく、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いる。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。

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で分割されているが、一方の面１０ａ及び他方の面１０ｂの境界部１３，１９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。

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を樹脂で形成し、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１０００ｎｍ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−１／４波長板として機能し、両面の第２の領域１２が＋１／４波長板として機能する。＋１／４波長板は、＋９０°の位相差を与え、−１／４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いのは勿論である。

また、一方の面１０ａの微細周期構造部１５と１６を樹脂で形成し、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１０００ｎｍ程度とすることにより、−１／４波長板及び＋１／４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１００ｎｍ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よいのは勿論である。

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。

（１）形成された微細周期構造により１／４波長板、偏光分離素子等の偏光機能を付加されるが、か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。

（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く、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。

（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。

〈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いて図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。

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を樹脂で形成し、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−１／４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＋１／４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。

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λ）が光学素子１０の第１の領域１１，１１（−１／４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（＋１／４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。

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が一方の面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。

以上のことから、光学素子１０の両面におけるア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。

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。

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２２を省略して構成されている。

図３に示す光学素子１０’は、一方の面１０ａの第１の領域１１が−１／４波長板として機能し、第２の領域１２が＋１／４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。

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９０°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。

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。

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。

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λ）が光学素子１０’の一方の面１０ａの第１の領域１１（−１／４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（＋１／４波長板）を通過して直線偏光（−１／４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。

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。

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１／４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’の両面におけるア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。

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。

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、コリメータレンズ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、１／４波長板４４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、１／４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から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いる。

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が、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。

図４に示す光ピックアップ装置の光学系によれば、Ｓ／Ｎ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’の両面におけるア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。

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１／４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１／４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。

〈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。

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。

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。

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いる。

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。

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か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から取付部３８を介して下型ｃに向けて紫外線を照射できる。

基材ａは、図６に示すようにシート状の熱可塑性樹脂であり、この樹脂として、ポリオレフィン樹脂やノルボルネン系樹脂等の光学用樹脂材料が好ましく、具体的には、例えば、三井化学（株）製のアペル、ＪＳＲ（株）製のアートン、日本ゼオン（株）製のゼオノア、ゼオネックスなどを使用できる。

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ｂ１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ｃ１を有する。上型ｂは凹凸部ｂ１に図１（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ｃ１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。

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工程Ｓ０１〜Ｓ０８について説明する。

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）。

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１（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−θ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。

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、か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工程を省略してもよい。

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）。

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。

なお、上型ｂ、下型ｃは、例えば、ガラスから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から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ｂ１，ｃ１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号公報や特開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。

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ア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。

〈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。

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〜Ｓ１６を説明するためのフローチャートである。

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樹脂層ｆを有する。

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Ｓ１１〜Ｓ１６について説明する。

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３９，３８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ｃとの位置合わせをする（Ｓ１１）。

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ｂとの間の基材ｄに紫外線を所定時間照射する（Ｓ１５）。

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。

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が、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樹脂層ｆに上型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Ｓ１５で両面の紫外線硬化性樹脂層ｆが硬化される。このように、図８と同様に予め高精度にア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。

〈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。

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。

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の一面に熱可塑性樹脂層ｉ１を有し、他面に金属層ｈを有し、更に金属層ｈの上に熱可塑性樹脂層ｉ２を有している。

光学素子１０’は、一方の面１０ａに形成された熱可塑性樹脂層ｉ１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１７，１８に形成されて、偏光分離素子として機能するものである。

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〜Ｓ２９について説明する。

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３９，３８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ｃとの位置合わせをする（Ｓ２１）。なお、上型ｂの凹凸部ｂ１は、光学素子１０’の一方の面１０ａ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ｃ１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。

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から（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）。

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、熱可塑性樹脂層ｉ１と熱可塑性樹脂層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。

次に、離型した基材ｇの他方の面の熱可塑性樹脂層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（Ｓ２９）、熱可塑性樹脂層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。エッ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。

次いで、残存している熱可塑性樹脂層ｉ２を取り除くことで、図１３（ｃ）に示すように、熱可塑性樹脂層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。

上述のようにして得られた光学素子１０’は、一方の面１０ａの熱可塑性樹脂層ｉ１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１０００ｎｍ程度とすることにより、−１／４波長板及び＋１／４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１００ｎｍ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。

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が、この場合、図１１の基材ｇの一方の面１０ａの熱可塑性樹脂層ｉ１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、予め高精度にア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’を得ることができる。

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く、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く、図３の場合と同様の効果を得ることができる。

また、図１１の基材ｇは、ガラス板ｅの一面に紫外線硬化性樹脂層を有し、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樹脂層を有し、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く、これにより硬化した金属層ｈ上の紫外線硬化性樹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 (9)

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１／４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一致していることを特徴とする光学素子。
2. 前記１／４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−１／４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からプレスし、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樹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項のいずれか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樹脂を配置し、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樹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から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。
9. 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。