JPH0625829B2 - ホログラフィックスキャナスピナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 a) 利用の産業分野 本発明はたとえば光の定常ビーム内に含まれる情報を感
光材料上にライン状に書込むために使用されるホログラ
フィックスキャナ内で使用可能なホログラフィックスキ
ャナスピナ（回転ディスク）に関する。

b) 従来技術 ホログラフィックスキャナスピナは、たとえばレーザダ
イオードからの光のような定常ビームを遮断するように
配置されかつ回転されたときにビームを走査させるとこ
ろの装置である。ディスクの中心の軸線のまわりに回転
するように装着可能なダィスクの形状のキャリャ基板を
含むホログラフィックスキャナスピナは既知である。デ
ィスクはホログラフィックスキャナスピナが透過型かま
たは反射型かに応じて透明かまたは不透明である。ディ
スクは複数の扇形状小面すなわちディスクの軸線から半
径方向に伸長する２つの半径方向線とおよびディスクと
同心の円弧とにより境界が形成されその円弧が通常はデ
ィスクの円周の一部であるところの領域に分割されたも
のとみなされるものである。小面の各々の境界を形成す
る半径方向線により内包される角度は同一であってこれ
らの和は３６０゜となる。各小面は通常キャリャ基板デ
ィスクにより支持されるホトレジスト層内に形成された
回折格子パターンを含む。各小面の回折格子パターンの
線は、「半径方向」すなわち小面を二等分する半径に平
行であってもまたは「接線方向」すなわち小面を二等分
する半径に直角であってもよい。通常複数小面ホログラ
フィックスキャナスピナにおいては、小面の回折格子パ
ターンはディスクの中心までは伸長していない。これ
は、ホログラフィックスキャナスピナが遮断しようとす
るビームの断面は有限寸法を有し、したがってホログラ
フィックスキャナスピナ上におけるその径路はディスク
の中心から離さなければならず、もしそうでないとビー
ムが常に多くの目的のために有効でない状態にある複数
小面上に入射することになるからである。回折格子パタ
ーンは通常ディスクの周縁までまたはディスクの半径よ
りわずかに小さい半径を有するディスクと同心の円まで
伸長する。このように各回折格子パターンは通常、２つ
の半径の部分と内側および外側の同心円弧とにより境界
が形成された形状を有する。最近、小面が隣接する場合
のみ隣接小面の格子パターン部分が相互にわずかにオー
バーラップするように各格子パターンが小面の弓形範囲
よりわずかに大きい弓形範囲を有するようにすべきであ
るという提案がなされている。

回折格子の製作方法として多くの方法が既知である。ア
カデミックス（Academic Press）社出版（１９８２年）
のエム・シー・ハトレー（M.C.Hutley）著「回折格子」
の１０１ページに１０の方法が示されている。これらの
すべての方法において、回折格子パターンが大きければ
大きいほど分割されてそれ自身が干渉する光のビーム断
面が大きくなければならないことが本質的である。前記
著書に開示の回折格子の製作方法の１つを添付図面の第
１図に示す。レーザからのコヒーレント放射のビーム２
０はプリズム２２の方向に向けられていることがわかる
であろう。プリズム２２の小面２４に入射するビーム２
０の部分は下方に屈折されおよび小面２６に入射するビ
ームの部分は上方に屈折される。ビームの２つの部分は
それらがプリズムのベース２８から出た後にベース２８
に隣接する空間内で干渉してその空間内に直線状干渉パ
ターンを形成する。３０によりプリズ２２のベースに平
行な平面が指示され、その平面内に最大面積を有する干
渉パターンが存在する。平面３０上に形成可能な回折格
子の最大寸法ｄはレーザビームの寸法Ｄに直接関係する
ことがわかるであろう。

もし干渉パターンを小さくすることが可能ならば、干渉
パターンを形成するために使用される光学系もまた小さ
くすることが可能であり、したがってコストも安くかつ
おそらくはより正確にすることが可能であることは明ら
かであろう。

第２図および第２ａ図はその上にホトレジスト材料のコ
ーティング２９を有する剛な材料の基板キャリャディス
ク３１を含む既知のホログラフィックスキャナスピナ３
２を示す。ディスク３１は軸線３３上の装着兼駆動軸
（図示なし）と協働するための中心開口２７を有する。
ホログラフィックスキャナスピナは半径方向線３５によ
り境界が形成された６つの小面３４を有し、各々６０゜
の内包角を有する。各小面３４はホログラフィックスキ
ャナスピナ３２と同心の内周円および外周円３８および
４０のそれぞれの円弧により境界が形成された回折格子
パターン３６を含む。第２図にはもちろんきわめて拡大
された尺度で１つのパターンの回折線４２が示されしか
もただ１つの小面内のみで示されている。線４２はそれ
らが所属する小面を二等分する半径４３に平行であるこ
とがわかるであろう。したがって図示のホログラフィッ
クスキャナスピナは「ラジアルホログラフィックスキャ
ナスピナ」である。

第３図はホログラフィックスキャナスピナ３２の各小面
３４内に形成されるべき回折格子パターンの範囲を規定
するための既知のマスク４４を示す。マスクは各小面内
に形成されるべき回折格子パターンの形状およびサイズ
と同一の開口４６を有する。マクス４４はまた開口の２
つの辺４７の線の交点である中心点４８をも有する。

ホログラフィックスキャナスピナを製作するためにマス
ク４４は、ホトレジストを塗布された基板キャリャディ
スクに対してマスク４４の中心４８がディスクの軸線３
３と一致するように置かれる。プリズム２２はディスク
が第１図に示した平面３０の位置をとりかつ干渉パター
ンが開口４６を満たすように配置される。プリズムのエ
ッジ２３はそれが小面を二等分する半径４３に平行にな
るように配置される。プリズムとおよび光ビーム２０の
寸法Ｄとは両方とも、開口全体４６が照明されかつ干渉
パターンがマスク４４内の開口により被覆されなかった
全領域上に形成されるのに十分な大きさを有する。露出
後ディスクが正確に６０゜だけ回転されて他の露出が行
われる。このステップおよび露出工程は６つのすべての
小面の露出が完了するまで繰返される。その後ホトレジ
ストがエッチングされてホログラフィックスキャナスピ
ナが得られる。

第４図はホログラフィックスキャナスピナの１つの小面
３４を示し、スピナは矢印５０で示すように反時計方向
に回転するものと仮定する。第４図にはまたレーザ光線
のコリメートされたビームにより形成されたスポット５
２も示され、ビームは回転するホログラフィックスキャ
ナにより定常ビームから走査ビームに変換されることに
なる。この実施例においてスポットは円形であるが周知
のようにスポットは他の形状であってもよい。

c) 本発明の目的 ホログラフィックスキャナスピナが従来よりも経済的に
製作されまたはより良い品質で経済的に製作されること
を可能にすることが本発明の目的である。

d) 発明の構成 この目的は各小面が有効寸法は同じであるが周縁がより
小さい最大寸法を有し、これにより光学系をより小さく
することが可能か、または、同一サイズの光学系であっ
てしたがって光学系のコストが同じであってもよい高い
品質を得ることを可能にするように同一サイズの光学系
を操作できるようにした本発明に係るホログラフィック
スキャナスピナによって達成される。

本発明によれば、軸線とおよび軸線から半径方向に伸長
する半径方向線により境界が形成された複数の扇形状小
面とを有するディスクを含むホログラフィックスキャナ
スピナにおいて、各小面が回折格子パターンを有し、各
パターンが軸線から第１の半径方向距離とおよび第２の
より大きい半径方向距離との間の領域内でそれの小面の
境界を形成する２つの半径方向線まで伸長しかつ第２の
半径方向距離から半径方向外方の領域内で２つの半径方
向線から間隔をなしている。一般的に前記第２の半径方
向距離はビームの最も幅の広い部分によりホログラフィ
ックスキャナスピナ上に描かれる円形径路（ここでは
「ビーム径路」という）の半径と関連がある。「最も幅
の広い」という用語はホログラフィックスキャナスピナ
の円周方向における最大の寸法を意味することを意図し
ている。ビームによりホログラフィックスキャナスピナ
上に形成されたスポットが１つの小面上にあるときに、
ホログラフィックスキャナスピナがビーム内で回転して
最初に隣接小面上へ伸長するのはビーム径路と隣接小面
間の境界である半径方向線との交点においてである。ス
ポットが第２の小面上に伸長する限り、ホログラフィッ
クスキャナスピナを含む系はこのような系が使用される
多くの目的に対して有効ではない。これが有効でないの
は、２つの小面上に入射するビームは２つの異なる方向
を向く走査ビームに分割されるからである。系が再び有
効となるのは、ホログラフィックスキャナスピナが十分
に回転してスポットが再び１つの小面上だけに存在する
ときのみである。したがってスポットが２つの小面上に
存在するときだけはスポットにより通過される各小面の
領域内に回折格子が存在することは必要ではない。この
ような２つの領域は前記ビーム径路から半径方向外方に
存在し、かつ小面境界半径方向線と隣接して存在する。
小面が最大の幅寸法を有するのはこれらの領域において
であり、幅は扇を二等分する半径に対し直角方向に測定
された寸法として定義される。したがって本発明の実施
例において格子パターンの幅は、前記第２の半径方向距
離より大きい半径方向距離においては第２の半径距離に
おける幅と同じである。このように本発明によるホログ
ラフィックスキャナスピナは従来技術によるホログラフ
ィックスキャナスピナと同一性能を有しながらその最大
幅がより小さい格子パターンを有する。したがって格子
パターンはより小さい光学系で形成可能でありまたは同
一光学系で製作された場合もよりすぐれた品質を有する
ことが可能である。

e) 実施例 本発明の実施例とおよび本発明によるホログラフィック
スキャナスピナを形成するのに使用されるマスクとの以
下の説明において、部分、部品および他の特徴には従来
技術に関する上記の説明における部分、部品および他の
特徴に対応する参照番号と同じ参照番号を使用するが１
００だけ多い参照番号を使用することとする。したがっ
てたとえば、従来技術のマスク内の開口は参照番号４６
を有するが本発明によるホログラフィックスキャナスピ
ナを製作するためのマスク内の開口は１４６である。

添付図面の第５図には本発明によるホログラフィックス
キャナスピナ１３２が示されている。ホログラフィック
スキャナスピナ１３２はたとえばガラスのような剛な材
料で形成されかつ第２ａ図に示すディスク３１に類似の
基板キャリャディスクを含む。ディスク上にはホトレジ
ス材料のコーティング１２９が存在する。ディスクは同
様に軸線１３３上の装着兼駆動軸と協働するための中心
開口１２７を有する。ホログラフィックスキャナスピナ
１３２は半径方向線１３５により境界が形成された６つ
の小面１３４を有し、各々６０゜の内包角を有する。各
小面１３４は回折格子パターン１３６を含む。本発明に
よれば小面１３４は、回折格子パターン１３６が軸線１
３３と同心の内周円および外周円１３８および１４０の
それぞれの円弧とおよび隣接小面の境界を形成する半径
方向線１３５とにより境界が形成される領域全体を占有
しないという点で小面３４とは異なる。本発明によれば
回折格子パターン１３６の各々は、 a) 円１３８および
１４０と； b) 円１３８と他の円１７０との間で伸長す
る半径方向線１３５の部分と；および c) 円１７０と円
１４０との間で伸長しかつ小面１３４を二等分する半径
１４３に平行な線１７２と；により境界が形成された領
域を占有する。円１３８は第１の半径ｒ_１を有しおよび
円１７０はより大きい半径ｒ_２を有する。したがって回
折格子パターンは、第１の半径方向距離ｒ_１とおよび第
２のより大きい半径方向距離ｒ_２との間の領域内でそれ
の小面の境界を形成する２つの半径方向線まで伸長する
が第２の半径方向距離ｒ_２から半径方向外方の領域内で
２つの半径方向線１３５からは間隔をなしている。した
がってパターンの幅を小面を二等分する半径に対し直角
な方向たとえば第５図における線１７４に平行な方向の
寸法とみなしたときに、パターンの幅はほぼビーム径路
（前記の定義による）付近における小面の幅と少なくと
も同じ大きさであり、ビーム径路から半径方向外方の小
面の幅よりは小さい。隣接する回折格子パターンが隣接
小面の間の境界を形成する半径方向線においてその各々
の側でわずかにオーバーラップするようにする提案が最
近なされこの場合にはパターンはこのようなオーバーラ
ップが存在して小面の幅よりやや大きい「幅」を有する
ので、パターンは小面の幅と「少なくとも同じ大きさ」
の幅を有するという表現を用いたのである。したがって
本明細書において格子パターンが半径方向線まで伸長す
ると表現されたときは、用語ｒ…まで伸長する…」は格
子パターンが半径方向線で停止することを意味していな
いと理解すべきである。このように「…まで伸長する
…」はそれを超えて伸長することを含む。

第６図は本発明によるホログラフィックスキャナスピナ
の回折格子パターン１３４（同図の下部の「本発明の実
施例」と付記されたもの）とおよび従来技術によるパタ
ーン３４（同図の上部の「従来技術」と付記されたも
の）とを示す。同図の上部はもちろん第４図に類似す
る。第６図は同じ効果をなす２つの小面がいかに異なる
最大幅（上記のように定義された幅）を有するかをよく
示している。従来技術のホログラフィックスキャナスピ
ナのパターンの最大幅はＷでありおよび本発明によるホ
ログラフィックスキャナスピナの最大幅はより小さい寸
法のｗである。

かって構成された本発明の一実施例において、その寸法
は次のとおりである： 各格子パターンの半径方向外方の境界である円１４０の
半径……2.188″ 各格子パターンの半径方向内方の境界である円１３８の
半径ｒ_１……0.70000″ 円１７０（ビーム光路）の半径ｒ_２……1.465″ 小面のメンバー数……６ 幅ｗ（すなわち格子パターンの最大幅：第６図参照）…
…1.465″。

もしホログラフィックスキャナスピナが本発明を態様化
しなかったとしたら、それは次の値をとったであろう： 幅Ｗ（すなわち格子パターンの最大幅：第６図参照）…
…2.188″； したがって特定の寸法が与えられた上記の例において、
本発明は各小面の最大幅を 2.188″から 1.465″へ３３
％の減少を可能にしたことがわかるであろう。各格子パ
ターンがより小さくなるので、パターンの形成に使用さ
れる光学系はより小さくなってしたがってより安くなる
であろう。また格子パターンを製作するのにもし第１図
に示す光学系が使用された場合、ラジアル型格子パター
ンが製作されるならば露出ビームの浪費を減少すること
が可能である。ビームサイズの減少は露出時間を減少
し、これは生産率の向上とクロススキャンエラーの減少
とを可能にする。小面ごとの格子定数の変動が小さくな
るのでクロススキャンエラーの減少が可能となる。格子
定数の変動の主要原因は１つのホログラフィックスキャ
ナスピナのいくつかの小面が露出されつつある間の露出
系におけるドリフトであることがわかった。１つのホロ
グラフィックスキャナスピナのすべての小面の露出を完
了する時間が短かければ短かいほどドリフトが少なくか
つ１つのホログラフィックスキャナスピナにおけるパタ
ーンの格子定数の変動が少なくなることがわかった。ま
たある実施例において、各格子パターンに対する回折効
率の均一性においてわずかに改良があることもわかっ
た。この改良は、格子パターンが他の格子パターンと隣
接していないところすなわち円１７０から半径方向外方
における格子パターンのエッジに隣接する現像剤動特性
の改良によるものと思われる。

格子パターンを形成するための光学系のコストの減少と
いう本発明の有利性のほかに、従来技術では小さい格子
パターンしか製作できなかった光学系を用いてより大き
い格子パターンを有するラジアルホログラフィックスキ
ャナスピナを形成可能なこと、およびこれらのより大き
い格子パターンにおいてもより小さい格子パターンにお
いて得られたのと同じ品質を達成可能なこと、という点
でも有利である。ホログラフィックスキャナスピナに精
通しているものは、多くの適用において光の走査スポッ
トサイズを減少することにより利点が得られることを知
っている。彼らはまた、走査スポットサイズが減少され
るならばホログラフィックスキャナスピナ上のスポット
サイズを増大しなければならないことも知っているであ
ろう。もしホログラフィックスキャナスピナ上のスポッ
トサイズが増大されるならば、小面および格子パターン
サイズを増大することが多分必要となる。したがって合
理的なコストでかつ良好な品質を有しながら格子パター
ンサイズを増大したいという大きな希望がある。

ｅ）発明の効果 本発明は、ホログラフィックスキャナスピナの格子パタ
ーンがより小さい光学系で形成可能なことまたは同じ光
学系を用いて製作した場合でも同じ操作特性を有する従
来技術のスピナに比較して格子パターンがよりすぐれた
品質を有することなどの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はホログラフィックスキャナスピナを製作すると
きに使用に適した多数の干渉パターン形成方法のうちの
１つを示す概略図； 第２図は６つの小面を有する既知のホログラフィックス
キャナスピナを示す概略図； 第２ａ図は第２図の線２ａ−２ａによる断面図； 第３図は第２図に示す既知のホログラフィックスキャナ
スピナを製作するときに使用される既知のマスクを示す
概略図； 第４図はビームが既知のホログラフィックスキャナの小
面上に入射する場合にビームにより形成されるだ円形ス
ポットの説明図； 第５図は本発明によるホログラフィックスキャナスピナ
の説明図； 第６図は既知のホログラフィックスキャナスピナ小面と
本発明によるホログラフィックスキャナスピナ小面との
比較図；および 第７図は本発明によるホログラフィックスキャナスピナ
を形成するために使用される第３図に示したマスクに類
似のマスクの説明図である。 ３１……ディスク、１３３……軸 線 １３４……小面、１３５……半径方向線 １３６……格子パターン、ｒ_１……半径方向距離 ｒ_２……半径方向距離。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸線(133) とおよび前記軸線(133) から半
   径方向に伸長する半径方向線(135) により境界が形成さ
   れた複数の扇形状小面(134) とを有するディスクを含む
   ホログラフィックスキャナスピナにおいて、各小面(13
   4) が回析格子パターン(136) を有し、各パターン (13
   6)が前記軸線(133) から第１の半径方向距離とおよび第
   ２のより大きい半径方向距離（ｒ_１，ｒ_２）との間の領
   域内でそれぞれ小面(134) の境界を形成する２つの半径
   方向線(135) まで伸長しかつ前記第２の半径方向距離
   （ｒ_２）から半径方向外方の領域内で前記２つの半径方
   向線(135) から間隔をなしているところのホログラフィ
   ックスキャナスピナ。
2. 【請求項２】前記第２の半径方向距離（ｒ_２）がホログ
   ラフィックスキャナスピナ上で使用されるビームの最も
   幅の広い部分の径路の半径にほぼ等しいところの、スピ
   ナが回転されるときに定常ビームにより走査させるため
   の請求項１記載のホログラフィックスキャナスピナ。
3. 【請求項３】前記第２の半径方向距離（ｒ_２）から外方
   のパターン(136) の幅が前記第２の半径方向距離
   （ｒ_２）におけるパターンの幅と等しいところの請求項
   １記載のホログラフィックスキャナスピナ。