JPH0777605A

JPH0777605A - 光スポットアレー素子の作製方法

Info

Publication number: JPH0777605A
Application number: JP24869293A
Authority: JP
Inventors: Jun Aketo; 純明渡; Hiroshi Kobayashi; 寛小林
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 1995-03-20
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JP2600101B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高次の回折光まで均等な強度の回折スポット
を得ることができる光スポットアレーを安価に製造する
ことができる光スポットアレーの作製方法を提供するこ
と。【構成】磁気記録媒体に回折格子パターンの磁気潜像
を非接触で１次元的または２次元的に書き込む。次に磁
気記録媒体に磁性流体を塗布して現像する。磁性流体中
の磁性超微粒子は磁気記録媒体の漏洩磁界の強度分布に
応じて堆積し立体的断面形状をもつ光スポットアレー素
子を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光スポットアレー素
子の作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光スポットアレー素子は、図１７に示す
ように２次元のスポットアレーを発生、投影する素子で
あって、形状測定を行うロボットビジョンや光情報処理
における分岐素子として重要な役割を有する。基本的に
は高次まで均等な回折光を発生する特殊な回折格子であ
る。従来このような格子の製作法としては、電子ビーム
等でレジスト材に格子パターンを描画するか、光ファイ
バーをアレー状に並べる方法が知られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の方法で作製された光スポットアレー素子は、発生
ビームの個数、ビーム強度の均一性、製作コストの点で
不充分なものであった。この発明は上記の如き事情に鑑
みてなされたものであって、多数の回折ビームを発生す
ることができ、高次の回折光まで均等な強度の回折スポ
ットを得ることができる光スポットアレーを安価に製造
することができる光スポットアレー素子の作製方法を提
供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明の光スポットアレー素子の作製方法は、磁気記録
媒体に磁気ヘッドを用いて回折格子パターンの磁気潜像
を形成する磁気潜像形成過程と、次に磁気記録媒体の磁
気潜像形成領域に磁性流体を塗布して現像する現像行程
とを含むことを特徴としている。

【０００５】

【作用】磁性媒体に回折格子パターンの磁気潜像を非接
触で１次元的または２次元的に書き込む。次に磁性媒体
に磁気流体を塗布して現像する。磁性流体中の磁性超微
粒子は磁気記録媒体の漏洩磁界の強度分布に応じて堆積
し、立体的断面形状をもつ光スポットアレーが形成され
る。

【０００６】

【実施例】以下この発明の詳細を一実施例を示す図面に
ついて説明する。図１にはこの発明の光スポットアレー
素子の作製方法において使用する回折格子パターン形成
装置１が示されている。すなわち回折格子パターン形成
装置１は磁気ヘッド２を有する。磁気ヘッド２はリング
状のコア３と、コア３に巻かれたコイル４とを備え、下
端に間隙５を置いて対向する磁極６ａ、６ｂを形成して
いる。また、磁気ヘッド２には回転軸９が取り付けられ
ていて、磁気ヘッド２は回転軸９の回りに回転可能であ
る。回転軸９の方向は磁気潜像を形成すべき磁気記録媒
体７の膜面８に垂直である。磁極６ａ、６ｂは磁気記録
媒体７の膜面８の直上にあって、膜面８に平行な平面内
に対向して位置しており、従って磁極６ａ、６ｂが形成
する磁界の漏洩磁界は磁気記録媒体７内に面内磁界を形
成し、磁気記録媒体７の回折格子パターン書込み位置１
０及びその周囲に面内記録が可能である。

【０００７】一方、磁気ヘッド２には光照射装置１１が
付属している。光照射装置１１はレーザー発生装置１２
及び光学素子１３を備えている。光照射装置１１はレー
ザ光を回折格子パターン書込み位置１０に結像させる。
この光照射装置１１は回折格子パターン書込み位置１０
を照射して、材料の温度をキューリ点の近傍或いは補償
温度の近傍まで加熱する能力を有することが必要であ
る。磁気記録媒体７はテーブル１４上に取り付けられ
る。テーブル１４は回転軸９に垂直な面内で二次元方向
に移動可能であり、その結果として磁極６ａ，６ｂ及び
光照射装置１１のビーム１５は磁気記録媒体７の膜面８
上を一次元的または二次元的に走査する。

【０００８】磁気記録媒体７を構成する磁気記録材料の
一例としては光磁気記録材料を使用することができ、そ
のような光磁気記録材料としては、ＭｎＢｉ（低温
相），ＭｎＢｉ（高温相），ＭｎＣｕＢｉ，ＰｔＣ
ｏ，Ｙ₃ Ｇａ_1.1 Ｆｅ_3.9 Ｏ₁₂，ＴｂＦｅＯ₃ ，
ＧｄＩＧ，ＧｄＣｏ，ＧｄＦｅ，ＴｂＦｅ，Ｇ
ｄＴｂＦｅ等を使用することができる。

【０００９】次に、このように構成された回折格子パタ
ーン形成装置１を使用して回折格子パターンの書き込み
及び創成について説明する。まず回折格子パターンを創
成する基板２０の表面に蒸着、スパッタリング法或いは
無電解メッキ法等で記録用の磁気記録媒体７を形成する
（図２ａ）。この記録媒体７に書き込むべき回折格子パ
ターンに沿って光照射装置１１により光を照射し磁気記
録媒体７の温度をキュリー温度近傍或いは補償温度以上
まで上昇させることで記録媒体７の室温での保磁力（Ｈ
ｃ）を低下させる（図４）。このとき、図３、図５に示
すように、照射された光の強度分布（図５参照）、また
は照射点を中心とした熱拡散による温度分布（図３参
照）に対応した形で、記録媒体７内部での保磁力は（０
≦Ｈｉ≦Ｈｃ）分布を持つことになる。次に外部から磁
界（Ｈｄ）を印加しながら記録媒体７の載せられたテー
ブル１４を移動させると光が当たらなくなったところか
ら順次冷却されていき、一度光が照射されていて記録媒
体７の面内及び厚さ方向でＨｉ≦Ｈｄの条件を満たした
領域だけが外部磁界の方向にそろい回折格子パターンの
磁気潜像は書き込まれる。この時に記録媒体７として、
面内方向に磁化容易軸を持つ面内磁化膜を用い、磁気ヘ
ッド２により媒体面とその移動方向に平行な外部磁界
（Ｈｄ）を印加し、照射する光強度（Ｉ）または印加す
る外部磁界強度（Ｈｄ）を形成する断面波形に応じてア
ナログ的に変調すると記録媒体７の厚さ方向で媒体の保
磁力（Ｈｉ）が印加外部磁界（Ｈｄ）より低くなってい
る深さ（ｈ）まで磁化され、この深さ（ｈ）は光強度
（Ｉ）または外部磁界強度（Ｈｄ）に依存して変化し、
その結果、図６に示すように磁気潜像による漏洩磁界分
布（Ｈ（ｘ））もアナログ的に変化する形で書き込まれ
る。また、印加する外部磁界強度を一定としてホログラ
フィ等の二次元平面的な光の強度分布（光画像）を固定
された記録媒体に一定時間照射、加熱し上記原理で一度
に二次元平面的な回折格子パターンの磁気潜像を書き込
むこともできる（図２ｂ）。また、磁気記録を目的とし
て光を用いて磁性媒体を加熱し磁気潜像を書き込む方法
は、光磁気メモリとして知られている（「薄膜技術ハン
ドブック」，ｐ７５２〜７５７，（１９８６年）参
照）。

【００１０】回折格子パターンの磁気潜像の記録媒体へ
の書き込みは、熱磁気書き込みの原理から整理すると以
下４通りの方法がある。すなわち、（１）外部印加磁界強度（Ｈｄ）を一定にして、照射光
強度（Ｉ）を製作する断面波形に応じて強度変調し書き
込む方法（図７参照）。（ただしこの場合、照射光に空
間的な強度分布を持たせれば図１１に示すような特定の
断面波形の線状パターンの描画やホログラフィックなパ
ターンの書き込みができる。）（２）照射光強度（Ｉ）を一定にして、外部印加磁界
（Ｈｄ）を製作する断面波形に応じて強度変調し書き込
む方法（図８参照）。（３）照射光強度（Ｉ）を一定にして、製作する断面波
形に応じて強度変調された外部交流磁界（Ｈｄ）を印加
することにより書き込む方法（図９参照）。（この場合
の交流磁界（Ｈｄ）は、断面波形に応じて強度変化する
磁界に一定強度、周波数の交流磁界を電気的或いは磁気
的に加算したものである。）（４）外部印加交流磁界（Ｈｄ）を一定にして、照射光
強度（Ｉ）を製作する断面波形に応じて強度変調し書き
込む方法。

【００１１】光照射による加熱点を中心とした熱拡散に
より記録媒体に温度分布が生じ、これに応じた形で記録
媒体厚さ方向に保磁力（Ｈｉ）は分布を持つことにな
る。このとき媒体内部の保磁力（Ｈｉ）が外部印加磁界
（Ｈｄ）以下になる領域だけが外部印加磁界の方向に磁
化され、光照射による加熱点が記録媒体に対して相対的
に移動することで媒体が冷却されて書き込み状態は保持
されることになる。これが、上述（１）〜（４）の書き
込み方法の基本原理である。また、これらの方法は記録
媒体を一様方向に磁化しておいてから書き込みをおこな
う。（１），（２）の方法では、媒体断面内で加熱点を
中心としＨｄ＞Ｈｉとなる半円弧領域内が外部印加磁界
の方向に磁化され、照射光或いは印加磁場の変調強度に
応じてこの半円弧の半径が変化しアナログ的な記録がお
こなわれる。ただし、これらの場合外部印加磁界（Ｈ
ｄ）の方向は変化しないので記録媒体の移動にともなう
記録領域の境界は、この半円弧を重ねた包絡線の形とな
り、高い空間周波数成分を含む断面波形の書き込みが行
えない（図７，８参照）。これに対して、（３），
（４）の方法では外部印加磁界が交流磁界のため一度書
き込まれた領域を再び逆方向に磁化する事ができるの
で、図９，１０に示すように照射した光スポット径以下
の高い空間周波数成分を含む短波長の断面波形の書き込
みが行える。また、回折格子パターンの磁気潜像の記録
媒体への書き込み技術としては平成４年特許出願第２６
６５５３号明細書、図面に記載された技術も使用するこ
とができる。

【００１２】次に磁気記録媒体７の表面に磁性流体１６
を塗布し現像し、乾燥・固定化する（図２ｃ）。ここで
用いる磁性流体１６は、直径５ｎｍ〜１０ｎｍ程度の磁
性を持つ超微粒子を界面活性材でコートし、揮発性の溶
媒中に分散させたものである。このような磁性流体につ
いては雑誌「機能材料」（１９８１年１０月号第４９頁
以下）に示されている。

【００１３】磁性流体１６中の磁性超微粒子と磁気記録
媒体７の漏洩磁界の間には、その強度分布に応じた吸引
力が働き媒体表面に吸引・堆積するが、図１２（ａ）に
示すように、この吸引力は漏洩磁界の極性に無関係なの
で、このまま現像すると得られる断面形状は図１２
（ｂ）に示すように漏洩磁界分布の絶対値を取った形と
なる。そこで、記録媒体の保磁力（Ｈｃ）以下の直流磁
界を磁気記録媒体７の表面に平行に印加し、漏洩磁界に
図１２（ｃ）に示すように、バイアス（ＤＣバイアス磁
界）を与えることで磁界分布に対し図１２（ｄ）に示す
ように正確な形状の現像を行う。尚、上記現像中に印加
するバイアス磁界の方向を逆にすると、図１３に示すよ
うに形成される表面形状の凹凸は反転させることがで
き、雄・雌両方の型を作れる。その後、磁性流体１６中
の溶媒を蒸発・乾燥させて三次元形状をもつ回折格子パ
ターンを創成する。また、完全に固定化するには光硬化
型または熱硬化型の樹脂等をバインダーとして磁性流体
中に加え形状形成後に硬化させるか、図２（ｄ）に示す
ように離型材として金等を離型剤１７として蒸着しＮｉ
等の硬質金属１８で電鋳するかエポキシ等の樹脂で固め
た後、剥離することで回折格子パターンの形状の転写を
行う。

【００１４】形成する回折格子パターンはバイナリー型
にしてもよいが、バイナリー型の格子の場合は、スリッ
トの開口幅を小さくすると高次まで均等な強度の回折ス
ポットが得られるが効率が悪くなる。そこで特定形状の
凹凸断面をもつレリーフ型回折格子を検討する。図１８
に理論計算による各種断面形状での回折像を示す。各形
状とも格子の凹凸が深くなるほど、より高次の回折スポ
ットが現れる。各次回折スポットの強度分布は、円弧、
放物の断面曲線では各次数ごとに強度のばらつきがあ
り、さらに双曲線では高次の回折強度も強くなるが、楕
円状の断面曲線の場合は、滑らかに変化しほぼ均等にな
る。光源波長λ＝６３３ｎｍで格子面の深さ（ｈ）は、
少なくとも１μｍ以上必要である。

【００１５】（実験例）正弦波状のアナログ信号をヘッ
ドギャップ：１０μｍの磁気ヘッドを用いて残留磁束密
度（Ｂｒ）：２５００Ｇａｕｓｓ、保磁力（Ｈｃ）：１
４５０Ｏｅの磁気記録媒体にアナログ記録し、光スポ
ットアレー素子を形成するための回折格子の磁気潜像を
書き込んだ。次にこれに塗布する磁性流体は、粒径：１
０ｎｍ程度のマグネタイト系（Ｆｅ₃ Ｏ₄ ）の磁性超微
粒子をパラフィン系の溶媒に分散させた飽和磁化：５０
０Ｇａｕｓｓ、粘度：３０ｃｐｓの磁性流体を用い、こ
れをｎ−オクタンで体積比にして約２倍に希釈したもの
を用いた。磁性流体帯の塗布方法は、磁気潜像の書き込
まれた磁気記録媒体をスピナーに取付、回転数約２００
０ｒｐｍで前記希釈調整された磁性流体を滴下し均一に
塗布した。この時の磁性流体の塗布厚は、０．５μｍで
あった。その後塗布された磁性流体中の揮発性溶媒が乾
燥し、磁性流体が硬化する前に回折格子パターンの磁気
潜像が記録された前記磁性媒体の膜面に対し垂直方向か
ら約９００Ｇａｕｓｓの直流磁界を印加しながら乾燥・
固定化し、上述のような凹凸形状を実現した。反射型の
場合の固定化は、磁性流体中に光硬化性エポキシを混入
し紫外線硬化を行い、透過型格子の場合は、通常のエポ
キシ樹脂を用いてガラス基盤に転写した。図１９に４０
μｍの格子ピッチをもつビームスプリッタの作製例を示
す。強度分布のばらつきに検討の余地を残すが、約４０
個の明瞭な光ビームが得られた。

【００１６】

【発明の効果】このようにこの発明によれば、多数の回
折ビームを発生することができ、高次の回折光まで均等
な強度の回折スポットを得ることができる光スポットア
レーを安価に製造することができる光スポットアレーの
作製方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の磁気潜像書込み装置を示す構成説明
図。

【図２】この発明による微細加工法の行程を示す説明
図。

【図３】書込み位置の温度分布を示す説明図。

【図４】磁気記録媒体の保持力と温度との関係を示すグ
ラフ。

【図５】磁気記録媒体の記録領域の温度分布の一例を示
す説明図。

【図６】磁気記録媒体の記録領域の磁界強度分布を示す
説明図。

【図７】照射強度の時間変化と外部印加磁界強度の時間
変化と磁気潜像のパターンの関係の一例を示す説明図。

【図８】光照射強度の時間変化と外部印加磁界強度の時
間変化と磁気潜像のパターンの関係の他の例を示す説明
図。

【図９】光照射強度の時間変化と外部印加磁界強度の時
間変化と磁気潜像のパターンの関係の他の例を示す説明
図。

【図１０】光照射強度の時間変化と外部印加磁界強度の
時間変化と磁気潜像のパターンの関係の他の例を示す説
明図。

【図１１】光照射強度の時間変化と外部印加磁界強度の
時間変化と磁気潜像のパターンの関係の他の例を示す説
明図。

【図１２】断面形状の制御とバイアス磁界の原理を示す
説明図。

【図１３】従来の方法による形状創成例を示す説明図。

【図１４】この発明による形状創成波形を示す説明図。

【図１５】この発明による形状創成波形を示す説明図。

【図１６】現像時のバイアス磁界の方向と各種断面形状
創成例を示す説明図。

【図１７】マルチビームスプリッタを示す斜視説明図。

【図１８】レリーフ型光スポットアレー素子の断面形状
と回折光の強度分布を示すグラフ。

【図１９】レリーフ型光スポットアレー素子の断面形状
と回折光の強度分布と回折格子パターンの関係を示す説
明図。

【符号の説明】

１磁気潜像形成装置２磁気ヘッド３コア４コイル５間隙６ａ，６ｂ磁極７磁気記録媒体８膜面９回転軸１０記録書込み位置１１光照射装置１２レーザー発生装置１３光学素子１４テーブル１５ビーム１６磁性流体１７離型剤１８硬質金属２０物体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気記録媒体に磁気ヘッドを用いて回折
格子パターンの磁気潜像を形成する磁気潜像形成過程
と、次に前記磁気記録媒体の前記磁気潜像形成領域に磁
性流体を塗布して現像する現像行程とを含むことを特徴
とする光スポットアレー素子の作製方法。
【請求項２】前記磁気潜像形成過程は、回折格子パタ
ーンの磁気潜像をアナログ的に磁気記録し前記回折格子
の回折特性を制御することを特徴とする請求項１記載の
光スポットアレー素子の作製方法。
【請求項３】前記磁気潜像形成過程で回折格子パター
ンの磁気潜像が磁気記録された前記磁気記録媒体の膜面
に対し垂直方向から直流磁界を印加しながら、前記磁気
記録媒体の前記磁気潜像形成領域に磁性流体を塗布して
現像する現像行程を含むことを特徴とする請求項１記載
の光スポットアレー素子の作製方法。