JPH09230370A - 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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Publication number
JPH09230370A
JPH09230370A JP8036920A JP3692096A JPH09230370A JP H09230370 A JPH09230370 A JP H09230370A JP 8036920 A JP8036920 A JP 8036920A JP 3692096 A JP3692096 A JP 3692096A JP H09230370 A JPH09230370 A JP H09230370A
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JP
Japan
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liquid crystal
light
liquid crystals
optical
alignment direction
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Pending
Application number
JP8036920A
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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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Publication date
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Publication of JPH09230370A publication Critical patent/JPH09230370A/ja
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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】ガラス基板4の表面にITO膜の電極6を
形成し、その上にポリイミド膜5を形成し、ガラス基板
4の中心領域から周辺領域に向かって液晶7のツイスト
角が0°、120°、240°である3つの領域を1周
期とする、周期的な配向状態を形成した。

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した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、
異なった厚みの光記録媒体に対して、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、従来は例えば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レンズ素子を用い
ていた。半導体レーザからレンズ素子に入射した光のう
ち、例えば約半分をブレーズホログラムによってビーム
が拡がる方向に回折し、残り半分はそのまま透過せしめ
る。その後レンズ素子本体によって各々を収束せしめる
ことによって、2つの焦点を持つ光を一つの光ヘッド装
置によって発生させることが行われてきた。
【0004】また、レンズは従来と同様の形状とし、ブ
レーズホログラムをプレート上に形成したフレネルレン
ズホログラムプレートを別途分離して設置させることも
試みられている。
【0005】しかし、これらの方式の大きな欠点は、上
記ブレーズホログラムによって、光の1回の通過で光量
が半分になってしまうことである。したがって、往方向
(光源側から光記録媒体側へ向かう方向)と復方向(光
記録媒体側から光源側及び光検出器側へ向かう方向)の
2回の通過で光量が1/4になってしまうという問題が
ある。このため、特に大きな出力を得るのが困難である
赤色の半導体レーザを利用した光ヘッド装置の場合、大
出力を得ようとして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ことになる。
【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及び光ヘッド装置
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、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、液晶が
同心円状に分布する複数の領域を有し、2つの透明基板
の液晶側の面に電極が形成され、液晶は電界印加時には
配向方向が透明基板に対して略垂直であり、電界非印加
時には配向方向が中心領域から周辺領域に向かって周期
的に変化しかつその周期が中心領域から周辺領域に向か
って変化するよう設定され、1周期において液晶の配向
方向が基板に略平行な領域と液晶の配向方向が一方の透
明基板から他方の透明基板に向かって螺旋状に変化して
いる領域とを含む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、電界非印加時に
配向方向が螺旋状に変化している液晶のツイスト角が、
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。このような構成により、光学的にフレネル
レンズと等価な構造を液晶のツイスト角の分布によって
つくりだすことが容易になる。
【0009】本発明の好ましい他の態様は、1周期の長
さが中心領域から周辺領域に向かうにつれて小さくなる
ことである。このような構成により、フレネルレンズと
しての機能を容易に付与できる。
【0010】本発明の好ましい他の態様は、1周期にお
ける液晶のツイスト角の分布が、中心領域から周辺領域
に向かう方向において非対称であることである。このよ
うな構成により、高い効率で光変調素子に入射した光束
をひろげたり(遠焦点用とする)、狭めたり(近焦点用
とする)することができる。
【0011】また本発明は、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
が前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。
【0012】本発明の光ヘッド装置は、非球面レンズ
(対物レンズ)と分離された別個のフレネルレンズホロ
グラムプレート(回折素子)を設け、フレネルレンズホ
ログラムプレート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を可能にし、光利用効率の高い
光ヘッド装置を提供できる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の光変調素子を上方からみ
た平面図を図2に示す。ただし、図2では中心領域から
2周期分のみ描いてあり、3周期以上は省略した。上下
の透明基板間で、各領域毎にラビング(配向処理)方向
を変えることによって、領域間で液晶のツイスト角を周
期的に変化させる。例えば、領域1では上下の透明基板
のラビング方向を一致させ、領域2では上下の透明基板
のラビング方向が所定の角度をなすようにし、領域3で
は上下の透明基板のラビング方向がより大きな角度をな
すようにする。
【0014】このようなラビング方向の制御は、フォト
リソグラフィ法とラビング法を併用するマスクラビング
法等によって実現できる。
【0015】図2の光変調素子を、その中心を通るA1
−A2線で切った断面図は、図1のようになる。この場
合、電界非印加時には液晶はフレネルレンズとして機能
し、液晶の各領域のツイスト角を適切に選ぶと、入射光
が円偏光のとき入射光を高い効率で回折させうる。例え
ば、1周期が3領域からなる場合は約68%の回折効率
が得られ、1周期が4領域からなる場合は約81%の回
折効率が得られる。
【0016】電界印加時には液晶は垂直に配向し、液晶
は回折格子として機能せず、光はほぼ全て透過する。こ
の場合の光変調素子の断面図を図3に示す。ほぼ全ての
光(円偏光)はそのまま透過し、非球面レンズ等を通し
て光記録媒体に焦点を結ぶ。光記録媒体からの反射光は
そのままの経路を戻り、やはりほぼ100%の透過率で
通過する。
【0017】電界非印加時には、光変調素子を通過した
光(円偏光、例えば入射方向からみた場合右回りの円偏
光)の大部分は回折し拡がる。このとき、セルギャップ
に依存して偏光状態が変化するが、適切なセルギャップ
の厚みに選ぶと、右回りの円偏光が左回りの円偏光に変
化する。その後、非球面レンズ等によって、非球面レン
ズの焦点よりもやや遠いところに集光する。光記録媒体
からの反射光は偏光状態が変化し、再び右回りの円偏光
に戻る。そして全く同様の経路を逆にたどって回折し、
再び光変調素子を通過することによって左回りの円偏光
に戻る。
【0018】すなわち右回りの円偏光からスタートし、
左回りの円偏光になって元の光路に戻る。このとき、入
射光は左回りの円偏光でもよく、左回りの円偏光からス
タートして右回りの円偏光に戻る。
【0019】液晶の配向方向の制御は、透明基板の液晶
側の面に配向膜(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直接設け、その溝の配向力によ
って液晶を配向させることもできる。
【0020】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、高密度の情報の読み取り及
び/又は書き込みが可能になる。
【0021】本発明の光記録媒体は、光により情報を読
み取り及び/又は書き込みできる媒体である。その例と
してはCD(コンパクト ディスク)、CD−ROM、
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
ディスク等が使用できる。
【0022】
【実施例】本発明の実施例を図1〜5を用いて以下に説
明する。厚さ0. 5mm、10mm×10mm角、屈折
率1.52のガラス基板4の表面に、ITO膜の電極6
を形成し、その上にポリイミド膜5を形成した。フォト
リソグラフィ法を利用し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、液晶の
ツイスト角が0°、120°、240°である3つの領
域を1周期とする、周期的な配向状態(フレネルレンズ
ホログラム構造14)を形成した。ここで、フレネルレ
ンズホログラム構造14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。
【0023】このとき、中心領域での1周期は285μ
m、最周辺領域での1周期は33μmとした。1周期
は、ツイスト角が0°、120°、240°の3つの領
域からなり、各々の領域は1周期の1/3の幅とした。
【0024】このようなガラス基板4を上下用に2枚作
成した後、液晶注入用の開口部を除いて2枚のガラス基
板4の周辺部にシール部8を印刷し、セルギャップが約
12μmになるようにして重ね合わせた。その後、常光
屈折率が約1. 5、Δnが約0. 1のネマチック液晶7
を、液晶注入用の開口部から真空注入した。そして、液
晶注入用の開口部をエポキシ樹脂で封止し、光変調素子
13を作製した。
【0025】図5に示すように、半導体レーザ(図示せ
ず)、フレネルレンズホログラム構造14を有する光変
調素子13、非球面レンズ(対物レンズ)12、光ディ
スク10を設けて光ヘッド装置を作製した。電界非印加
時には焦点距離は長くなり、半導体レーザからの波長7
80nmの入射光に対して、往方向の回折効率は約60
%で、復方向の回折効率は約60%で、往復効率は約3
6%であった。
【0026】一方、電界印加時(電圧5V印加)には焦
点距離は短くなり、往方向の回折効率は約90%で、復
方向の回折効率も約90%で、約81%の往復効率が得
られた。
【0027】
【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ことにより、CD及びCD−ROM
とDVDディスクのように、異なった厚みの光ディスク
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
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示し、図2のA1−A2線に
おける光変調素子の部分側断面図。
【図2】本発明の実施例を示し、光変調素子の中心部の
平面図。
【図3】本発明の実施例を示し、電界印加時の液晶の配
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、光変調素子の基本構成
の側断面図。
【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:電極 7:液晶 8:シール部 10:光ディスク 12:非球面レンズ 13:光変調素子 14:フレネルレンズホログラム構造

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】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、液晶が同心円状に分布する複数の領
    域を有し、2つの透明基板の液晶側の面に電極が形成さ
    れ、液晶は電界印加時には配向方向が透明基板に対して
    略垂直であり、電界非印加時には配向方向が中心領域か
    ら周辺領域に向かって周期的に変化しかつその周期が中
    心領域から周辺領域に向かって変化するよう設定され、
    1周期において液晶の配向方向が基板に略平行な領域と
    液晶の配向方向が一方の透明基板から他方の透明基板に
    向かって螺旋状に変化している領域とを含むことを特徴
    とする光変調素子。
  2. 【請求項2】電界非印加時に配向方向が螺旋状に変化し
    ている液晶のツイスト角が、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記載の光変調素
    子。
  3. 【請求項3】1周期の長さが中心領域から周辺領域に向
    かうにつれて小さくなる請求項1又は2記載の光変調素
    子。
  4. 【請求項4】1周期における液晶のツイスト角の分布
    が、中心領域から周辺領域に向かう方向において非対称
    である請求項1、2又は3いずれかに記載の光変調素
    子。
  5. 【請求項5】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、
    2、3又は4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。
JP8036920A 1996-02-23 1996-02-23 光変調素子及び光ヘッド装置 Pending JPH09230370A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100693002B1 (ko) * 2000-09-01 2007-03-12 삼성전자주식회사 광픽업장치
CN109946857A (zh) * 2019-04-19 2019-06-28 清华-伯克利深圳学院筹备办公室 一种基于宽带隙无机二维液晶材料的紫外及深紫外磁光调制装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100693002B1 (ko) * 2000-09-01 2007-03-12 삼성전자주식회사 광픽업장치
CN109946857A (zh) * 2019-04-19 2019-06-28 清华-伯克利深圳学院筹备办公室 一种基于宽带隙无机二维液晶材料的紫外及深紫外磁光调制装置

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