JPH09197363A - 光変調素子及び光ヘッド装置 - Google Patents

光変調素子及び光ヘッド装置

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JPH09197363A
JPH09197363A JP8009168A JP916896A JPH09197363A JP H09197363 A JPH09197363 A JP H09197363A JP 8009168 A JP8009168 A JP 8009168A JP 916896 A JP916896 A JP 916896A JP H09197363 A JPH09197363 A JP H09197363A
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JP
Japan
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liquid crystal
optical
modulation element
light
light modulation
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Application number
JP8009168A
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English (en)
Inventor
Yuzuru Tanabe
譲 田辺
Tomonori Korishima
友紀 郡島
Koichi Murata
浩一 村田
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光の利用効率が高く、安価に製造できる2重焦
点レンズ効果を有する光変調素子及び光ヘッド装置を得
る。 【解決手段】2枚のガラス基板の表面にITO膜でべた
電極を形成し、べた電極の上にポリイミド膜を形成し、
マスクラビング法によりガラス基板の中心領域から周辺
領域に向かって0°、45°、90°の配向方向角の周
期的な分布が得られるようラビング処理し、2枚のガラ
ス基板を重ね合わせ液晶を真空注入した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CD(コンパクト
・ディスク)、CD−ROM、ビデオディスク等の光デ
ィスク及び光磁気ディスク等の光記録媒体に光学的情報
を書き込んだり、光学的情報を読み取るための光ヘッド
装置、及び光ヘッド装置用として適する光変調素子に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、光ディスク等に光学的情報を書き
込んだり、光学的情報を読み取る光ヘッド装置におい
て、CD及びCD−ROMとDVDディスクのように、
異なる厚みの光ディスクに対して信号の読み書きを1つ
の光ヘッド装置で行うことがしばしば必要になる。
【0003】このような目的の光ヘッド装置を実現する
ために、従来はレンズの表面にフレネルレンズタイプの
ブレーズホログラムを形成したものが知られていた。こ
の場合、半導体レーザからレンズに入射した光のうち約
半分をブレーズホログラムによって光ビームが拡がる方
向に回折し、残り半分をそのまま透過させ、その後にレ
ンズ本体によって各々を収束させることによって、2つ
の焦点を持つ光を1つの光ヘッド装置によって発生させ
ていた。
【0004】また、レンズは従来と同様の形状とし、上
記と同様の機能を持つフレネルホログラムレンズプレー
トを別途分離して設置することも試みられている。
【0005】しかし、これらの方式は、上記ホログラム
を1回通過するによって光の光量が半分になるという大
きな欠点がある。したがって、往き方向(光源側から光
記録媒体側に向かう方向)と、復り方向(光記録媒体側
から光源側へ向かう方向)のそれぞれで光量が約半分に
なるため、往復で光量が1/4になるという問題があ
る。このため、特に大きな出力を得るのが困難な赤色の
半導体レーザを利用した光ヘッド装置の場合、光源に対
する負荷が大きくなり、コストの上昇、信頼性の低下を
もたらす。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の問題
を解消し光の利用効率を高め、安価に製造できる2重焦
点レンズ効果を有する光変調素子と、それを利用した光
ヘッド装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、同心円状に分
布し液晶が配置される複数の領域を有し、各領域におけ
る液晶の配向状態が中心領域から周辺領域に向かって周
期的に変化し、さらにその変化の周期が中心から周囲に
向かって変化している液晶セルからなることを特徴とす
る光変調素子を提供する。
【0008】本発明の好ましい態様は、液晶の配向状態
の変化の周期が、中心領域から周辺領域にいくにしたが
って小さくなっていることである。
【0009】本発明の他の好ましい態様は、液晶の配向
状態の変化の1周期内で、中心領域から周辺領域に向か
う方向において配向状態が非対称であることである。
【0010】本発明の他の好ましい態様は、液晶の配向
状態の制御を、透明基板表面に形成した格子状凹部によ
って行うことである。
【0011】本発明の他の好ましい態様は、液晶セルは
略平行な2つの透明基板とその間に挟持される液晶とを
備え、液晶の配向方向が2つの透明基板に対してほぼ平
行で、透明基板に平行な面内における液晶の配向方向角
が中心領域から周辺領域に向かって周期的に変化してい
ることである。
【0012】本発明の他の好ましい態様は、液晶の配向
方向角の変化の1周期内で、配向方向角が90°異なる
2つの領域が存在することである。
【0013】本発明の他の好ましい態様は、液晶セルの
2つの透明基板の液晶側の面に、電極が形成されている
ことである。
【0014】さらに本発明は、光源からの光を回折素子
を通して光記録媒体に照射することにより、情報を読み
取り及び/又は書き込む光ヘッド装置において、回折素
子が上記光変調素子であることを特徴とする光ヘッド装
置を提供する。
【0015】本発明により、非球面レンズ(対物レン
ズ)と分離され、液晶によって形成されたホログラムプ
レートを設け、ホログラムプレートに設けられた電極に
電圧を印加することによって2つの焦点を切り替えるこ
とができる。したがって、光利用効率の高い光変調素子
及び光ヘッド装置を実現できる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の光変調素子を上からみる
と液晶の配向状態(配向方向角)は図1のようになって
いる。ただし図1においては、液晶の配向状態の変化の
周期は2周期分のみ記載してあり、それ以上は省略して
ある。
【0017】光変調素子は、フレネルレンズと同様の機
能を持つためには、液晶の配向状態の変化の周期を中心
領域から周辺領域へいくにつれ小さくする。
【0018】図1において同心円内の直線は液晶の配向
方向を示し、この場合3層(3領域)が1周期である。
1周期は3層以上であってもよいが、1周期内で中心領
域から周辺領域に向かう方向において、液晶の配向状態
は非対称が好ましい。
【0019】1周期には3領域以上設けることが好まし
く、1周期を分割する領域数が多ければ多いほど、隣り
合う領域間の配向状態(配向方向角)の変化が細かくな
り、フレネルホログラム構造により等価になるため好ま
しい。しかし、数十μm〜数百μmの1周期内に多数の
領域を設けることは困難であり、10領域程度が上限で
ある。したがって、隣り合う領域間での配向方向角の変
化は小さい方がよく、45°以下とするのが好ましい。
【0020】図1の場合、配向方向角が中心領域から周
辺領域に向かって、1周期が0°(領域1)、45°
(領域2)、90°(領域3)の繰り返しであり、0
°、45°、90°の1周期における配向方向角の分布
は非対称である。しかし、例えば0°、30°、60
°、30°、0°の繰り返しとした場合、60°の領域
を中心として対称となる。この場合は、いわゆるブレー
ズ型回折格子又は疑似ブレーズ型回折格子と等価になら
ず、+1次回折光と−1次回折光の両方が同強度で発生
し、効率が低下する。
【0021】1周期内には、例えば0°と90°のよう
に配向方向角が90°異なる2つの領域が存在すること
が好ましく、この場合液晶の光学異方性(屈折率異方
性)が分子軸方向(長軸方向)とそれに垂直な方向(短
軸方向)とで最も大きいため、回折効率の大きい回折格
子となしうる。さらには、入射光の偏光方向を短軸方向
か長軸方向かいずれかに合わせると、回折効率を最も大
きくでき好ましい。
【0022】配向状態の周期的な制御は、フォトリソグ
ラフィ法とラビング処理を併用するマスクラビング法等
によって実現できる。
【0023】図1の素子を中心領域を通るA1−A2線
を含む面で切った側断面図を図2に示す。液晶セルの2
つの透明基板の液晶側の面には電極6が形成されてお
り、この電極6により液晶7に電界を印加し、液晶7の
配向状態を制御できる。電界が印加されないとき液晶7
の配向状態は図3のようになり、素子は液晶7の配向方
向角の分布によってフレネルレンズとして機能する。液
晶7の屈折率異方性の値(Δn)、セルギャップ及び配
向方向角を適切に選ぶと、光を高い効率で回折させう
る。例えば、1周期内に3つの領域があるときは68%
程度の回折効率が、4つの領域があるときは81%程度
の回折効率が原理的には得られる。
【0024】電界を印加したとき液晶7の配向状態は図
4のようになり、液晶7は垂直に配向し液晶7は光学的
な回折格子として機能せず、光は全て透過する。
【0025】このような光変調素子を光ヘッド装置に用
いた例を図5に示す。電界を印加したときは入射光(図
4では下方より入射する)のほぼ全てがそのまま透過
し、光ディスク10上の記録面に焦点を結ぶ。反射光は
同じ光路を戻りやはりほぼ100%通過する。電界を印
加しないときは中心の液晶ホログラム部を通過した光の
大部分は回折し広がり、その後レンズ12によってやや
遠いところに集光する。反射光も同じ経路を通過して同
じく大部分が液晶ホログラム部で回折され元の光路に戻
る。このとき、入射光はA1−A2方向に偏光している
ものとする。
【0026】液晶の配向状態の制御は、透明基板の表面
にポリイミド膜を形成し、ラビング処理することによっ
て行いうる。また透明基板の表面に比較的浅い格子状の
溝を設け、その格子状凹部の配向力によって液晶を配向
させることもできる。
【0027】本発明の光源としては半導体レーザ、YA
Gレーザ等の固体レーザ、He−Ne等の気体レーザ等
の各種の固体、気体レーザが使用でき、半導体レーザが
小型軽量化、連続発振、保守点検等の点で好ましい。ま
た、光源部に半導体レーザ等と非線形光学素子を組み込
んだ高調波発生装置(SHG)を使用し、青色レーザ等
の短波長レーザを用いると、高密度の光記録及び読み取
りができる。
【0028】本発明の光記録媒体は、光により情報を書
き込み及び/又は読み取ることができる媒体である。そ
の例としてはCD(コンパクト ディスク)、CD−R
OM、ビデオディスク、DVD(デジタル ビデオ デ
ィスク)等の光ディスク、及び光磁気ディスク、相変化
型光ディスク等が挙げられる。
【0029】
【実施例】本発明の実施例を図1〜5に基づき以下に説
明する。厚さ0.5mm、10×10mm角、屈折率
1.52のガラス基板4の表面に、ITO膜でべた電極
6を形成した。その後、べた電極6の上にポリイミド膜
5を形成し、フォトリソグラフィ法を用いたマスクラビ
ング法により、ガラス基板4の中心領域から周辺領域に
向かって0°、45°、90°の配向方向角の周期的な
分布が得られるよう、ラビング処理した。ここで、前記
の配向方向角の周期的な分布によりフレネルホログラム
構造11を形成したのは、ガラス基板4の中心部の直径
2.5mmの円形部分である。
【0030】前記フレネルホログラム構造の中心領域の
1周期は285μm、最周辺領域の1周期は33μmで
あり、周期は中心領域から周辺領域に向かって短くなる
よう形成した。1周期における配向方向角は0°、45
°、90°であり、各々の領域は1周期の1/3の幅で
ある。
【0031】前記ガラス基板4を上下用に2枚作成し、
それらの周辺部にシール部8を印刷しセルギャップを1
μmとして、2枚のガラス基板4を重ね合わせた。その
後、液晶(ネマチック液晶、メルク社製商品名PL−0
08、常光屈折率1.525、異常光屈折率1.77
1)7を真空注入した。その後注入口をエポキシ樹脂で
封止し、光変調素子を作製した。
【0032】光変調素子に電圧を印加しないときは、光
変調素子は凹レンズとして機能し光は回折される。波長
780nmの半導体レーザ光に対して、往きの回折効率
は約50%、復りの回折効率は約50%となった。した
がって、焦点距離の遠い光路に対して往復効率は約25
%であった。
【0033】一方5Vの電圧を印加したときは、光は回
折されず焦点距離の近い光路となる。このとき、光の往
きの透過率は約90%、復りの透過率も約90%で、往
復で約81%の往復効率が得られた。
【0034】図5に示すように、前記光変調素子と、半
導体レーザ(図示せず。図では下方に位置する)と、レ
ンズ12と、光ディスク10とを用いて、光ヘッド装置
を作製した。この場合、1つの光変調素子により2つの
焦点が得られ、光ディスク10として厚みの異なる2種
類のものを同時に使用できた。
【0035】
【発明の効果】本発明により、光の利用効率が高く、安
価に製造できる2重焦点レンズ効果を有する光変調素子
と、それを利用した光ヘッド装置が得られた。2重焦点
レンズ効果を有するので、CD及びCD−ROMとDV
Dディスクのように、異なる厚みの光ディスクに対して
信号の読み書きを1つの光ヘッド装置で行いうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示し、光変調素子の中心部の
平面図。
【図2】本発明の実施例を示し、図1のA1−A2線に
おける光変調素子の側断面図。
【図3】本発明の実施例を示し、電界を印加しない場合
の液晶の配向状態を説明する光変調素子の部分側断面
図。
【図4】本発明の実施例を示し、電界を印加した場合の
液晶の配向状態を説明する光変調素子の部分側断面図。
【図5】本発明の実施例を示し、光ヘッド装置の側面
図。
【符号の説明】
1:領域 2:領域 3:領域 4:ガラス基板 5:ポリイミド膜 6:べた電極 7:液晶 10:光ディスク 11:フレネルホログラム構造

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同心円状に分布し液晶が配置される複数の
    領域を有し、各領域における液晶の配向状態が中心領域
    から周辺領域に向かって周期的に変化し、さらにその変
    化の周期が中心から周囲に向かって変化している液晶セ
    ルからなることを特徴とする光変調素子。
  2. 【請求項2】液晶の配向状態の変化の周期が、中心領域
    から周辺領域にいくにしたがって小さくなっている請求
    項1記載の光変調素子。
  3. 【請求項3】液晶の配向状態の変化の1周期内で、中心
    領域から周辺領域に向かう方向において配向状態が非対
    称である請求項1又は2記載の光変調素子。
  4. 【請求項4】液晶の配向状態の制御を、透明基板表面に
    形成した格子状凹部によって行う請求項1〜3いずれか
    に記載の光変調素子。
  5. 【請求項5】液晶セルは略平行な2つの透明基板とその
    間に挟持される液晶とを備え、液晶の配向方向が2つの
    透明基板に対してほぼ平行で、透明基板に平行な面内に
    おける液晶の配向方向角が中心領域から周辺領域に向か
    って周期的に変化している請求項1〜4いずれかに記載
    の光変調素子。
  6. 【請求項6】液晶の配向方向角の変化の1周期内で、配
    向方向角が90°異なる2つの領域が存在する請求項5
    記載の光変調素子。
  7. 【請求項7】液晶セルの2つの透明基板の液晶側の面
    に、電極が形成されている請求項1〜6いずれかに記載
    の光変調素子。
  8. 【請求項8】光源からの光を回折素子を通して光記録媒
    体に照射することにより、情報を読み取り及び/又は書
    き込む光ヘッド装置において、回折素子が請求項1〜7
    いずれかに記載の光変調素子であることを特徴とする光
    ヘッド装置。
JP8009168A 1996-01-23 1996-01-23 光変調素子及び光ヘッド装置 Pending JPH09197363A (ja)

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