JPH09304748A - 液晶レンズ及びそれを用いた光ヘッド装置 - Google Patents
液晶レンズ及びそれを用いた光ヘッド装置Info
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- JPH09304748A JPH09304748A JP8115075A JP11507596A JPH09304748A JP H09304748 A JPH09304748 A JP H09304748A JP 8115075 A JP8115075 A JP 8115075A JP 11507596 A JP11507596 A JP 11507596A JP H09304748 A JPH09304748 A JP H09304748A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電気的に焦点距離を可変にし、かつ高効率の光
ヘッド装置を得る。 【解決手段】光ヘッド装置に、電極１１〜１３、２１〜
２３がほぼ軸対称な多重輪状構造を持ち、その径方向の
電極幅が、中心から周囲に向かって減少し、両基板１
０、２０間にねじれた液晶１５を挟持した液晶レンズを
可変焦点用レンズとして用いる。
ヘッド装置を得る。 【解決手段】光ヘッド装置に、電極１１〜１３、２１〜
２３がほぼ軸対称な多重輪状構造を持ち、その径方向の
電極幅が、中心から周囲に向かって減少し、両基板１
０、２０間にねじれた液晶１５を挟持した液晶レンズを
可変焦点用レンズとして用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、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２重焦点機能を有する光ヘッド装置
及びそれに用いる液晶レンズに関する。
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２重焦点機能を有する光ヘッド装置
及びそれに用いる液晶レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】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
／ＣＤＲＯＭとＤＶＤディスクのように、異なる厚みの
ディスクに対して信号の読み書きを１つの光ヘッドで行
うことがしばしば必要になっている。
り、光学的情報を読み取る光ヘッド装置において、ＣＤ
／ＣＤＲＯＭとＤＶＤディスクのように、異なる厚みの
ディスクに対して信号の読み書きを１つの光ヘッドで行
うことがしばしば必要になっている。
【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、半導体レーザから
集光レンズに入射した光のうち、例えば約半分を、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、その後に集光レンズ本体によっ
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１つの光ヘッド装置によって創り出すことが行われ
てきた。
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、半導体レーザから
集光レンズに入射した光のうち、例えば約半分を、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、その後に集光レンズ本体によっ
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１つの光ヘッド装置によって創り出すことが行われ
てきた。
【０００４】また、あるいは集光レンズは従来同様の形
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せしめることも試みら
れていた。
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せしめることも試みら
れていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしこの方式の大き
な欠点は、このホログラムによって、光量が半分になっ
てしまうことであり、さらに光記録媒体で反射して戻る
際においても再び光量が半分になるため、往復で光量が
１／４になってしまうという問題があった。
な欠点は、このホログラムによって、光量が半分になっ
てしまうことであり、さらに光記録媒体で反射して戻る
際においても再び光量が半分になるため、往復で光量が
１／４になってしまうという問題があった。
【０００６】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、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った。
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、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った。
【０００７】本発明は、これらの問題を解消し、光の利
用効率を高め、安価に製造できる２重焦点レンズシステ
ム及び同システムを含む光ヘッド装置の提供を目的とす
る。
用効率を高め、安価に製造できる２重焦点レンズシステ
ム及び同システムを含む光ヘッド装置の提供を目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、２枚の基板の
内表面に電極を形成し、少なくとも一方の電極がほぼ軸
対称な多重輪状構造を持ち、その径方向の電極幅が、中
心から周囲に向かって減少し、両基板間に液晶を挟持し
て、電界を印加しないときに液晶分子は基板にほぼ平行
にねじれ配向して、レンズとして機能しなく、電界を印
加したときに液晶分子は斜めに立ち上がりながらねじれ
配向するようにして、レンズとして機能させることを特
徴とする液晶レンズを提供する。
内表面に電極を形成し、少なくとも一方の電極がほぼ軸
対称な多重輪状構造を持ち、その径方向の電極幅が、中
心から周囲に向かって減少し、両基板間に液晶を挟持し
て、電界を印加しないときに液晶分子は基板にほぼ平行
にねじれ配向して、レンズとして機能しなく、電界を印
加したときに液晶分子は斜めに立ち上がりながらねじれ
配向するようにして、レンズとして機能させることを特
徴とする液晶レンズを提供する。
【０００９】また、電界を印加したときの配向状態が、
中心から周辺に向かって、１周期あたり、非対称な構造
を持っていることを特徴とする上記液晶レンズ、及び、
それらの２枚の基板の上下の電極が上下非対称であるこ
とを特徴とする上記液晶レンズを提供する。
中心から周辺に向かって、１周期あたり、非対称な構造
を持っていることを特徴とする上記液晶レンズ、及び、
それらの２枚の基板の上下の電極が上下非対称であるこ
とを特徴とする上記液晶レンズを提供する。
【００１０】さらに、光源から出射した光が上記液晶レ
ンズを通過して、光記録媒体に到達するようにされるこ
とにより、液晶レンズへの電界の印加の有無により焦点
距離を可変としたことを特徴とする光ヘッド装置を提供
する。
ンズを通過して、光記録媒体に到達するようにされるこ
とにより、液晶レンズへの電界の印加の有無により焦点
距離を可変としたことを特徴とする光ヘッド装置を提供
する。
【００１１】さらには、光源から出射した光が、光学異
方性回折格子を通過し、上記液晶レンズ及び位相差素子
を通過し、集光レンズにより集光されて光記録媒体に到
達するようにされることにより、液晶レンズへの電界の
印加の有無により焦点距離を可変としたことを特徴とす
る光ヘッド装置を提供する。
方性回折格子を通過し、上記液晶レンズ及び位相差素子
を通過し、集光レンズにより集光されて光記録媒体に到
達するようにされることにより、液晶レンズへの電界の
印加の有無により焦点距離を可変としたことを特徴とす
る光ヘッド装置を提供する。
【００１２】本発明は、集光レンズとして用いられる非
球面レンズと分離して、液晶によって形成された液晶レ
ンズ（フレネルレンズプレート）を設け、液晶レンズに
設けられた電極に電圧を印加することによって、２つの
焦点を切り替え可能にし、光利用効率の高い光ヘッドを
実現、提供する。
球面レンズと分離して、液晶によって形成された液晶レ
ンズ（フレネルレンズプレート）を設け、液晶レンズに
設けられた電極に電圧を印加することによって、２つの
焦点を切り替え可能にし、光利用効率の高い光ヘッドを
実現、提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の液晶レンズの代
表的な例の断面図である。図１において、１０、２０は
ガラス、プラスチック等の基板、１１、１２、１３、２
１、２２、２３はＩｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 （ＩＴＯ）、Ｓ
ｎＯ2 等の電極、１４、２４はポリイミド、ポリアミ
ド、ＳｉＯ等の配向膜、１５は液晶、１６はシール材、
１７は電界が印加されない部分での液晶分子の傾き、１
８は電界が印加された部分での液晶分子の傾きを示す。
表的な例の断面図である。図１において、１０、２０は
ガラス、プラスチック等の基板、１１、１２、１３、２
１、２２、２３はＩｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 （ＩＴＯ）、Ｓ
ｎＯ2 等の電極、１４、２４はポリイミド、ポリアミ
ド、ＳｉＯ等の配向膜、１５は液晶、１６はシール材、
１７は電界が印加されない部分での液晶分子の傾き、１
８は電界が印加された部分での液晶分子の傾きを示す。
【００１４】ここでは、分かりやすくするために、電極
は上下の基板とも３個ずつ記載されている。すなわち、
図１を上から見れば、電極１１は円状、電極１２、１３
は輪状に電極１１の中心を軸として対称に形成されてい
る。実際の液晶レンズでは、もっと多重の輪状の電極が
形成されている。
は上下の基板とも３個ずつ記載されている。すなわち、
図１を上から見れば、電極１１は円状、電極１２、１３
は輪状に電極１１の中心を軸として対称に形成されてい
る。実際の液晶レンズでは、もっと多重の輪状の電極が
形成されている。
【００１５】この電極の少なくとも一方は、多重の輪の
ような形状の電極とされる。すなわち、図１のように両
方とも多重の輪のような形状の電極としてもよく、一方
の基板では全面ベタ電極とすることもできる。
ような形状の電極とされる。すなわち、図１のように両
方とも多重の輪のような形状の電極としてもよく、一方
の基板では全面ベタ電極とすることもできる。
【００１６】この液晶レンズの電極は、フレネルレンズ
としての機能を持たすために、その繰り返しの周期は中
心から周辺にいくにつれ、その電極の周期を小さくする
必要がある。
としての機能を持たすために、その繰り返しの周期は中
心から周辺にいくにつれ、その電極の周期を小さくする
必要がある。
【００１７】液晶の配向の制御は、配向膜により行えば
よい。具体的には、基板表面にポリイミド、ポリアミド
等の有機高分子膜やＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 等の無機物の
膜を形成し、これをラビングしたり、ＳｉＯの斜め蒸着
をすることによって行うことができる。また基板表面に
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。
よい。具体的には、基板表面にポリイミド、ポリアミド
等の有機高分子膜やＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 等の無機物の
膜を形成し、これをラビングしたり、ＳｉＯの斜め蒸着
をすることによって行うことができる。また基板表面に
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。
【００１８】液晶は、通常のネマチック液晶が用いられ
る。ここでいうネマチック液晶は、光学活性物質を含ん
でいて自然にねじれているものも含む。通常は正の誘電
異方性のネマチック液晶とされればよい。液晶のねじれ
角は液晶固有のピッチと配向膜の配向処理方向により決
まるが、このねじれ角はＳＴＮで用いられているように
あまり大きくなると液晶分子の立ち上がりが急峻となる
ので好ましくない。このため、ねじれ角は３０〜１８０
°程度にされる。一般には通常のネマチック液晶と同様
の９０°とすればよい。
る。ここでいうネマチック液晶は、光学活性物質を含ん
でいて自然にねじれているものも含む。通常は正の誘電
異方性のネマチック液晶とされればよい。液晶のねじれ
角は液晶固有のピッチと配向膜の配向処理方向により決
まるが、このねじれ角はＳＴＮで用いられているように
あまり大きくなると液晶分子の立ち上がりが急峻となる
ので好ましくない。このため、ねじれ角は３０〜１８０
°程度にされる。一般には通常のネマチック液晶と同様
の９０°とすればよい。
【００１９】本発明の液晶レンズでは、液晶がねじれて
いるので、右回り、左回りの円偏光の入射光に対しても
レンズとして機能し、異なる方向の直線偏光を有する入
射光に対しても同等のレンズとして機能する。
いるので、右回り、左回りの円偏光の入射光に対しても
レンズとして機能し、異なる方向の直線偏光を有する入
射光に対しても同等のレンズとして機能する。
【００２０】この液晶レンズで、正の誘電異方性のネマ
チック液晶を用いれば、液晶は電界が印加されないと、
基板面にはほぼ平行にかつねじれて配列している。この
際、配向処理に伴うわずかなチルト角は生じるが、液晶
の層のどの部分をとってもほぼ基板にほぼ平行に配列し
ている。この状態での液晶分子の状態を示すのが、図１
の１７である。この場合、電界がないので、液晶レンズ
はフレネルレンズとして機能せず、入射光は偏光状態に
よらずセルを透過する。
チック液晶を用いれば、液晶は電界が印加されないと、
基板面にはほぼ平行にかつねじれて配列している。この
際、配向処理に伴うわずかなチルト角は生じるが、液晶
の層のどの部分をとってもほぼ基板にほぼ平行に配列し
ている。この状態での液晶分子の状態を示すのが、図１
の１７である。この場合、電界がないので、液晶レンズ
はフレネルレンズとして機能せず、入射光は偏光状態に
よらずセルを透過する。
【００２１】一方、ある程度の電界を印加すると、液晶
分子は立ち上がりはじめ、図１の１８で示すような状態
となる。この状態でもまだ液晶のねじれは保持されてい
る。より高い電界を印加すれば、液晶分子はほとんど垂
直に配列することになる。
分子は立ち上がりはじめ、図１の１８で示すような状態
となる。この状態でもまだ液晶のねじれは保持されてい
る。より高い電界を印加すれば、液晶分子はほとんど垂
直に配列することになる。
【００２２】この印加する電界の値を適当に選ぶことに
より、液晶はある角度に立ち上がる。この立ち上がり角
に依存して、直線偏光に対して偏光角を回転させるだけ
でなく、入射光と出射光の間に、電界に応じた位相差を
生じせしめる。そのため、それぞれの領域を通過した光
は位相が異なり、回折することになる。これにより印加
する電界を適切に選択することにより、偏光状態は電界
の有無にかかわらずほぼ同じとなしうる。
より、液晶はある角度に立ち上がる。この立ち上がり角
に依存して、直線偏光に対して偏光角を回転させるだけ
でなく、入射光と出射光の間に、電界に応じた位相差を
生じせしめる。そのため、それぞれの領域を通過した光
は位相が異なり、回折することになる。これにより印加
する電界を適切に選択することにより、偏光状態は電界
の有無にかかわらずほぼ同じとなしうる。
【００２３】印加する電界の値、液晶の常光屈折率、異
常光屈折率、基板間隙を適切に選ぶことにより、高い効
率で入射光を回折できる。このとき、電極の繰り返し周
期（電極のピッチ）を周辺に向かって小さくすることに
より、これにレンズ機能を持たすことができ、フレネル
レンズとして機能させうる。
常光屈折率、基板間隙を適切に選ぶことにより、高い効
率で入射光を回折できる。このとき、電極の繰り返し周
期（電極のピッチ）を周辺に向かって小さくすることに
より、これにレンズ機能を持たすことができ、フレネル
レンズとして機能させうる。
【００２４】この液晶レンズを用いた光ヘッド装置の代
表的な例を図４に示す。図４は、液晶レンズを用いた光
ヘッド装置の代表的な例の模式図である。図４におい
て、７１は光源、７２は光学異方性回折格子、７３は液
晶レンズ、７４は位相差素子、７５は集光レンズ、７
６、７７は光記録媒体、７８は光検出器を示す。
表的な例を図４に示す。図４は、液晶レンズを用いた光
ヘッド装置の代表的な例の模式図である。図４におい
て、７１は光源、７２は光学異方性回折格子、７３は液
晶レンズ、７４は位相差素子、７５は集光レンズ、７
６、７７は光記録媒体、７８は光検出器を示す。
【００２５】この光ヘッド装置の光源は、通常の光ヘッ
ド装置に使用される通常のレーザ光源が使用できる。具
体的には半導体レーザが好適であるが、他のレーザでも
よく、非線形光学素子を用いて短波長化したものでも使
用できる。将来的に小型の青色や紫外線のレーザ光源が
できれば、それも使用できる。
ド装置に使用される通常のレーザ光源が使用できる。具
体的には半導体レーザが好適であるが、他のレーザでも
よく、非線形光学素子を用いて短波長化したものでも使
用できる。将来的に小型の青色や紫外線のレーザ光源が
できれば、それも使用できる。
【００２６】光学異方性回折格子は、液晶を用いた光学
異方性回折格子が好ましく使用され、光源からの光はそ
のまま透過し、光記録媒体からの反射光は回折する。こ
れはホログラムであってもよく、ビームスプリッタでも
よい。ビームスプリッタを用いた場合には、光記録媒体
からの反射光の光路を変え、光源とは異なる方向に配置
した光検出器に導く。このビームスプリッタにさらに回
折格子を追加して用いることもできる。
異方性回折格子が好ましく使用され、光源からの光はそ
のまま透過し、光記録媒体からの反射光は回折する。こ
れはホログラムであってもよく、ビームスプリッタでも
よい。ビームスプリッタを用いた場合には、光記録媒体
からの反射光の光路を変え、光源とは異なる方向に配置
した光検出器に導く。このビームスプリッタにさらに回
折格子を追加して用いることもできる。
【００２７】位相差素子は、通常は１／４波長板を用い
る。これにより光の偏光面を回転させて、光源からの往
路の光と、光記録媒体からの反射光との偏光方向を異な
らせる。集光レンズは、光を集光するためのレンズであ
り、通常の光ヘッド装置に使用されるものが使用でき
る。
る。これにより光の偏光面を回転させて、光源からの往
路の光と、光記録媒体からの反射光との偏光方向を異な
らせる。集光レンズは、光を集光するためのレンズであ
り、通常の光ヘッド装置に使用されるものが使用でき
る。
【００２８】本発明では、前記した液晶レンズと集光レ
ンズとにより焦点距離が決まる。液晶レンズへの電界の
有無により焦点距離が変わり、例えば液晶レンズ７３に
電界が印加されていない場合に、光記録媒体７６に焦点
が合い、液晶レンズ７３に電界が印加された場合に、光
記録媒体７７に焦点が合うようにされればよい。逆に、
液晶レンズ７３に電界が印加されていない場合に、光記
録媒体７７に焦点が合い、液晶レンズ７３に電界が印加
された場合に、光記録媒体７６に焦点が合うようにされ
てもよい。
ンズとにより焦点距離が決まる。液晶レンズへの電界の
有無により焦点距離が変わり、例えば液晶レンズ７３に
電界が印加されていない場合に、光記録媒体７６に焦点
が合い、液晶レンズ７３に電界が印加された場合に、光
記録媒体７７に焦点が合うようにされればよい。逆に、
液晶レンズ７３に電界が印加されていない場合に、光記
録媒体７７に焦点が合い、液晶レンズ７３に電界が印加
された場合に、光記録媒体７６に焦点が合うようにされ
てもよい。
【００２９】すなわち、液晶レンズの電極に電界が印加
されない（液晶がほとんど立ち上がらない程度の低い電
界が印加されている場合も含む）ときは、全ての光がそ
のまま透過し、集光レンズにより定まる位置に焦点を結
ぶ。この焦点の位置に目的とする光記録媒体の１つがく
るように配置される。この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１００％通過する。
されない（液晶がほとんど立ち上がらない程度の低い電
界が印加されている場合も含む）ときは、全ての光がそ
のまま透過し、集光レンズにより定まる位置に焦点を結
ぶ。この焦点の位置に目的とする光記録媒体の１つがく
るように配置される。この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１００％通過する。
【００３０】液晶レンズの電極に電界が印加されたとき
は、ホログラムによる液晶レンズ部を通過した光の内最
大４０％は、回折し広がり、最大４０％は回折し収束す
る。すなわち、凹レンズ又は凸レンズと同様の作用を生
じ、集光レンズと組合された場合に、遠いところ又は近
いところに焦点を結ばすことができ、開口（ＮＡ）を小
さくしたり、大きくしたりできる。反射光は同じ経路を
通り、再び回折し、元の光路に戻る。このとき往復の理
論効率は１６％となる。
は、ホログラムによる液晶レンズ部を通過した光の内最
大４０％は、回折し広がり、最大４０％は回折し収束す
る。すなわち、凹レンズ又は凸レンズと同様の作用を生
じ、集光レンズと組合された場合に、遠いところ又は近
いところに焦点を結ばすことができ、開口（ＮＡ）を小
さくしたり、大きくしたりできる。反射光は同じ経路を
通り、再び回折し、元の光路に戻る。このとき往復の理
論効率は１６％となる。
【００３１】また、本発明の光ヘッド装置においては、
光学異方性回折格子としては、基板にストライプ状に凹
部を形成しそこに液晶、液晶ポリマー等の光学異方性材
料（複屈折材料）を充填したもの、液晶ポリマーの周期
的なストライプの配向制御によって形成された光学異方
性回折格子、液晶セルに設けられたストライプ状の電極
によってホログラムを形成する光学異方性回折格子等が
好適に用いられる。
光学異方性回折格子としては、基板にストライプ状に凹
部を形成しそこに液晶、液晶ポリマー等の光学異方性材
料（複屈折材料）を充填したもの、液晶ポリマーの周期
的なストライプの配向制御によって形成された光学異方
性回折格子、液晶セルに設けられたストライプ状の電極
によってホログラムを形成する光学異方性回折格子等が
好適に用いられる。
【００３２】図４は、この光学異方性回折格子による偏
光ホログラムビームスプリッタと液晶レンズとを組合せ
た光ヘッド装置の例であり、この光ヘッド装置の動作を
さらに詳しく説明する。
光ホログラムビームスプリッタと液晶レンズとを組合せ
た光ヘッド装置の例であり、この光ヘッド装置の動作を
さらに詳しく説明する。
【００３３】液晶レンズの液晶のねじれ角は９０°とし
て説明する。また、光源７１の半導体レーザからでた光
の偏光方向を紙面に平行（Ｐ波と呼ぶ）であるとする。
て説明する。また、光源７１の半導体レーザからでた光
の偏光方向を紙面に平行（Ｐ波と呼ぶ）であるとする。
【００３４】このとき、この光は光学異方性回折格子７
２をそのまま透過する。その後、液晶レンズ７３に入射
し、偏光方向が９０度回転して、紙面に垂直な偏光方向
を持つ光（Ｓ波と呼ぶ）になる。この光は位相差素子７
４である１／４波長板で、左回りの円偏光になり、集光
レンズ７５である非球面対物レンズを通過して、光記録
媒体７６であるディスクに到達する。
２をそのまま透過する。その後、液晶レンズ７３に入射
し、偏光方向が９０度回転して、紙面に垂直な偏光方向
を持つ光（Ｓ波と呼ぶ）になる。この光は位相差素子７
４である１／４波長板で、左回りの円偏光になり、集光
レンズ７５である非球面対物レンズを通過して、光記録
媒体７６であるディスクに到達する。
【００３５】この光記録媒体７６で反射した光は、右回
りの円偏光になる。その反射光が、再び１／４波長板を
通過し、Ｐ波になる。その後、液晶レンズを再度通過
し、再度偏光方向が９０°回転され、Ｓ波になる。この
Ｓ波に対しては、光学異方性回折格子７２は回折格子と
して機能し、光は回折され光検出器７８に到達する。
りの円偏光になる。その反射光が、再び１／４波長板を
通過し、Ｐ波になる。その後、液晶レンズを再度通過
し、再度偏光方向が９０°回転され、Ｓ波になる。この
Ｓ波に対しては、光学異方性回折格子７２は回折格子と
して機能し、光は回折され光検出器７８に到達する。
【００３６】本発明では液晶レンズは入射光が円偏光で
あってもレンズとして機能するので、図４の液晶レンズ
７３と位相差素子７４との位置を入れ替えても使用でき
る。
あってもレンズとして機能するので、図４の液晶レンズ
７３と位相差素子７４との位置を入れ替えても使用でき
る。
【００３７】以上の説明では、図１に示すように液晶レ
ンズを左右対称な格子で形成することを前提で考えてい
たが、この場合は先ほど述べたように、回折効率が４０
％が理論限界で、往復で１６％程度しか得られない。
ンズを左右対称な格子で形成することを前提で考えてい
たが、この場合は先ほど述べたように、回折効率が４０
％が理論限界で、往復で１６％程度しか得られない。
【００３８】そのため、さらに効率を向上させたいとき
は、いわゆるブレーズ格子を近似的に実現する必要があ
る。
は、いわゆるブレーズ格子を近似的に実現する必要があ
る。
【００３９】その１つの例としては、図２に示すように
輪状の電極の１周期をさらに３つの領域にわけ、各々に
異なった電界を印加する方法がある。
輪状の電極の１周期をさらに３つの領域にわけ、各々に
異なった電界を印加する方法がある。
【００４０】図２は、本発明の液晶レンズの電極の形状
を示す断面図である。図２において、電極３１Ａ、３１
Ｂ、３１Ｃは図１の電極１１に対応し、電極３２Ａ、３
２Ｂ、３２Ｃは図１の電極１２に対応し、電極３３Ａ、
３３Ｂ、３３Ｃは図１の電極１３に対応し、電極４１
Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは図１の電極２１に対応し、電極４
２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃは図１の電極２２に対応し、電極
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃは図１の電極２３に対応してい
る。すなわち、図１では１個の電極が夫々より狭い幅の
３本の電極に分割されている。
を示す断面図である。図２において、電極３１Ａ、３１
Ｂ、３１Ｃは図１の電極１１に対応し、電極３２Ａ、３
２Ｂ、３２Ｃは図１の電極１２に対応し、電極３３Ａ、
３３Ｂ、３３Ｃは図１の電極１３に対応し、電極４１
Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは図１の電極２１に対応し、電極４
２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃは図１の電極２２に対応し、電極
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃは図１の電極２３に対応してい
る。すなわち、図１では１個の電極が夫々より狭い幅の
３本の電極に分割されている。
【００４１】このようにしておき、Ａ、Ｂ、Ｃの電極に
かける電圧を変化させる。具体的には、印加される電界
をＡ＞Ｂ＞Ｃとする。これにより回折効率が向上する。
かける電圧を変化させる。具体的には、印加される電界
をＡ＞Ｂ＞Ｃとする。これにより回折効率が向上する。
【００４２】もう１つの例としては、図３に示すよう
に、上下に非対称な電極を設ける方法がある。
に、上下に非対称な電極を設ける方法がある。
【００４３】図３においては、上の基板では電極は図２
の電極３１Ａ、３２Ａ、３３Ａに相当する電極５１Ａ、
５１Ｂ、５１Ｃのみが形成されている。その他の５１
Ｂ、５１Ｃ、５２Ｂ、５２Ｃ、５３Ｂ、５３Ｃの部分に
は電極は形成されていない。また、下側の基板には、上
側の基板の電極５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃよりも幅の広い
（外側に出っ張った形状）電極６１、６２、６３が形成
されている。
の電極３１Ａ、３２Ａ、３３Ａに相当する電極５１Ａ、
５１Ｂ、５１Ｃのみが形成されている。その他の５１
Ｂ、５１Ｃ、５２Ｂ、５２Ｃ、５３Ｂ、５３Ｃの部分に
は電極は形成されていない。また、下側の基板には、上
側の基板の電極５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃよりも幅の広い
（外側に出っ張った形状）電極６１、６２、６３が形成
されている。
【００４４】このように上下非対称の電極にしておき、
電界を印加することもできる。この方法は電圧の種類が
１種類であるという利点がある。これにより回折効率が
向上する。
電界を印加することもできる。この方法は電圧の種類が
１種類であるという利点がある。これにより回折効率が
向上する。
【００４５】
［例１］０．５ｍｍ厚さ、１０×１０ｍｍ巾で、屈折率
１．５２のガラス基板の表面に、フレネルホログラム構
造のＩＴＯ電極パターンを形成した。このフレネルホロ
グラム構造の領域は直径２．５ｍｍとし、その周期は中
心付近で約２８５μｍ、最周辺部で約５０μｍとした。
その後、ポリイミド膜を塗布し、通常のラビングを行い
配向処理を施した。基板裏面には反射防止膜をつけた。
１．５２のガラス基板の表面に、フレネルホログラム構
造のＩＴＯ電極パターンを形成した。このフレネルホロ
グラム構造の領域は直径２．５ｍｍとし、その周期は中
心付近で約２８５μｍ、最周辺部で約５０μｍとした。
その後、ポリイミド膜を塗布し、通常のラビングを行い
配向処理を施した。基板裏面には反射防止膜をつけた。
【００４６】この基板と配向処理方向のみ９０°回転さ
せた第２の基板とを周辺部でシールし、基板間隙５μｍ
の空セルを作製した。このとき、ＩＴＯ電極パターンが
一致するように上下基板の位置合わせを行った。セル面
積が小さい場合、ギャップはスペーサを用いなくても制
御できるが、この例では基板間隙はフレネルホログラム
以外の領域に配置したスペーサを用いて制御した。
せた第２の基板とを周辺部でシールし、基板間隙５μｍ
の空セルを作製した。このとき、ＩＴＯ電極パターンが
一致するように上下基板の位置合わせを行った。セル面
積が小さい場合、ギャップはスペーサを用いなくても制
御できるが、この例では基板間隙はフレネルホログラム
以外の領域に配置したスペーサを用いて制御した。
【００４７】この空セルに、常光屈折率が約１．５、液
晶の異常光屈折率と常光屈折率の差（Δｎ）が約０．２
５の正の誘電異方性のネマチック液晶を真空注入した。
その後、注入口をエポキシ樹脂で封止して液晶レンズを
作成した。
晶の異常光屈折率と常光屈折率の差（Δｎ）が約０．２
５の正の誘電異方性のネマチック液晶を真空注入した。
その後、注入口をエポキシ樹脂で封止して液晶レンズを
作成した。
【００４８】この素子の光学特性を、図４で光学異方性
回折格子７２と位相差素子７４を除いた構成の系で測定
した。波長６５０ｎｍの平行光を入射させ、ＮＡ：０．
６、焦点距離：３．３６ｍｍの集光レンズで集光させ
た。集光レンズ単体、集光レンズと液晶レンズとの合成
系のそれぞれの焦点位置に鏡を配置ことにより、往路と
復路の透過率、回折効率を測定した。
回折格子７２と位相差素子７４を除いた構成の系で測定
した。波長６５０ｎｍの平行光を入射させ、ＮＡ：０．
６、焦点距離：３．３６ｍｍの集光レンズで集光させ
た。集光レンズ単体、集光レンズと液晶レンズとの合成
系のそれぞれの焦点位置に鏡を配置ことにより、往路と
復路の透過率、回折効率を測定した。
【００４９】入射光の偏光方向は、光の入射側の基板の
液晶配向方向と一致させた。このとき、上下電極間に電
圧を印加しないときは、往路の０次透過光の透過率はほ
ぼ９０％、復路の透過率もほぼ９０％、往復効率はほぼ
８１％であった。
液晶配向方向と一致させた。このとき、上下電極間に電
圧を印加しないときは、往路の０次透過光の透過率はほ
ぼ９０％、復路の透過率もほぼ９０％、往復効率はほぼ
８１％であった。
【００５０】上下電極間に周波数１ｋＨｚ、３Ｖの電圧
を印加したところ、往路の１次回折効率はほぼ２０％
で、集光レンズと液晶レンズとの合成系の焦点位置に集
光された。復路の１次回折効率もほぼ２０％で、往復効
率ほぼ４％であった。
を印加したところ、往路の１次回折効率はほぼ２０％
で、集光レンズと液晶レンズとの合成系の焦点位置に集
光された。復路の１次回折効率もほぼ２０％で、往復効
率ほぼ４％であった。
【００５１】［例２］電極のパターンのみを変えた他は
例１と同様にして液晶レンズを形成した。電極のパター
ンは図２に示すように、例１の電極を３分割し、３本の
電極を１組とした。このフレネルホログラム構造の周期
は中心付近で約２８５μｍ、最周辺部で約５０μｍとし
た。各電極のパターンは各周期毎に３分割されており、
各ＩＴＯ電極は約１０μｍの間隔をあけた。
例１と同様にして液晶レンズを形成した。電極のパター
ンは図２に示すように、例１の電極を３分割し、３本の
電極を１組とした。このフレネルホログラム構造の周期
は中心付近で約２８５μｍ、最周辺部で約５０μｍとし
た。各電極のパターンは各周期毎に３分割されており、
各ＩＴＯ電極は約１０μｍの間隔をあけた。
【００５２】この液晶レンズの光学特性を例１と同様の
系で測定した。入射光の偏光方向は、光の入射側の基板
の液晶配向方向と一致させた。このとき、上下電極間に
電圧を印加しないときは、往路の０次透過光の透過率は
ほぼ９０％であった。復路の透過率もほぼ９０％であ
り、往復効率はほぼ８１％であった。
系で測定した。入射光の偏光方向は、光の入射側の基板
の液晶配向方向と一致させた。このとき、上下電極間に
電圧を印加しないときは、往路の０次透過光の透過率は
ほぼ９０％であった。復路の透過率もほぼ９０％であ
り、往復効率はほぼ８１％であった。
【００５３】周波数１ｋＨｚの電圧を上下電極Ａ領域に
３Ｖ、Ｂ領域に１．５Ｖ、Ｃ領域に０Ｖ印加したとこ
ろ、往路の１次回折効率はほぼ４０％、復路の１次回折
効率はほぼ４０％、往復効率ほぼ１６％であった。
３Ｖ、Ｂ領域に１．５Ｖ、Ｃ領域に０Ｖ印加したとこ
ろ、往路の１次回折効率はほぼ４０％、復路の１次回折
効率はほぼ４０％、往復効率ほぼ１６％であった。
【００５４】［例３］電極のパターンのみを変えた他は
例１と同様にして液晶レンズを形成した。電極のパター
ンは図３に示すように、上側の基板では例２の３分割電
極のＡ電極に相当する部分にのみ電極を設け、下側の基
板では、それよりも電極の幅を広くして外側に出っ張ら
せて上下非対称の構成とした。
例１と同様にして液晶レンズを形成した。電極のパター
ンは図３に示すように、上側の基板では例２の３分割電
極のＡ電極に相当する部分にのみ電極を設け、下側の基
板では、それよりも電極の幅を広くして外側に出っ張ら
せて上下非対称の構成とした。
【００５５】この液晶レンズの光学特性を例１と同様の
系で測定した。入射光の偏光方向は、光の入射側の基板
の液晶配向方向と一致させた。このとき、上下電極間に
電圧を印加しないときは、往路の０次透過光の透過率は
ほぼ９０％であった。復路の透過率もほぼ９０％であ
り、往復効率はほぼ８１％であった。
系で測定した。入射光の偏光方向は、光の入射側の基板
の液晶配向方向と一致させた。このとき、上下電極間に
電圧を印加しないときは、往路の０次透過光の透過率は
ほぼ９０％であった。復路の透過率もほぼ９０％であ
り、往復効率はほぼ８１％であった。
【００５６】周波数１ｋＨｚ、３Ｖの電圧を印加したと
ころ、往路の１次回折効率はほぼ３５％、復路の１次回
折効率はほぼ３５％、往復効率ほぼ１２％であった。
ころ、往路の１次回折効率はほぼ３５％、復路の１次回
折効率はほぼ３５％、往復効率ほぼ１２％であった。
【００５７】
【発明の効果】本発明は、電極が多重輪状とされ、液晶
がねじれた状態とされているので、円偏光を有する入射
光に対してもレンズとして機能し、Ｐ波及びＳ波で同等
にレンズとして機能するので、偏光状態の異なる光学用
途に適する。特に、光ヘッド装置に用いることに適す
る。
がねじれた状態とされているので、円偏光を有する入射
光に対してもレンズとして機能し、Ｐ波及びＳ波で同等
にレンズとして機能するので、偏光状態の異なる光学用
途に適する。特に、光ヘッド装置に用いることに適す
る。
【００５８】本発明の光ヘッド装置は、電界の印加状態
によってレンズ機能を生じ偏光状態に影響を受けない液
晶レンズを用いているので、焦点距離を変えるのが容易
でかつ高い光の利用効率を有する。
によってレンズ機能を生じ偏光状態に影響を受けない液
晶レンズを用いているので、焦点距離を変えるのが容易
でかつ高い光の利用効率を有する。
【００５９】本発明は、本発明の効果を損しない範囲内
で、種々の応用ができる。
で、種々の応用ができる。
【図１】本発明の液晶レンズの例の断面図。
【図２】本発明の液晶レンズの他の例の断面図。
【図３】本発明の液晶レンズのさらに他の例の断面図。
【図４】本発明の光ヘッド装置の模式図。
基板 ：１０、２０ 電極 ：１１、１２、１３、２１、２２、２３ 配向膜 ：１４、２４ 液晶 ：１５ シール材：１６ 液晶分子：１７、１８
Claims (5)
- 【請求項１】２枚の基板の内表面に電極を形成し、少な
くとも一方の電極がほぼ軸対称な多重輪状構造を持ち、
その径方向の電極幅が、中心から周囲に向かって減少
し、両基板間に液晶を挟持して、電界を印加しないとき
に液晶分子は基板にほぼ平行にねじれ配向して、レンズ
として機能しなく、電界を印加したときに液晶分子は斜
めに立ち上がりながらねじれ配向するようにして、レン
ズとして機能させることを特徴とする液晶レンズ。 - 【請求項２】電界を印加したときの配向状態が、中心か
ら周辺に向かって、１周期あたり、非対称な構造を持っ
ていることを特徴とする請求項１の液晶レンズ。 - 【請求項３】２枚の基板の上下の電極が上下非対称であ
ることを特徴とする請求項１又は２の液晶レンズ。 - 【請求項４】光源から出射した光が請求項１、２又は３
の液晶レンズを通過して、光記録媒体に到達するように
されることにより、液晶レンズへの電界の印加の有無に
より焦点距離を可変としたことを特徴とする光ヘッド装
置。 - 【請求項５】光源から出射した光が、光学異方性回折格
子を通過し、請求項１、２又は３の液晶レンズ及び位相
差素子を通過し、集光レンズにより集光されて光記録媒
体に到達するようにされることにより、液晶レンズへの
電界の印加の有無により焦点距離を可変としたことを特
徴とする光ヘッド装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11507596A JP3620145B2 (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 光ヘッド装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11507596A JP3620145B2 (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 光ヘッド装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09304748A true JPH09304748A (ja) | 1997-11-28 |
| JP3620145B2 JP3620145B2 (ja) | 2005-02-16 |
Family
ID=14653566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11507596A Expired - Fee Related JP3620145B2 (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 光ヘッド装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3620145B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2003045062A (ja) * | 2001-07-27 | 2003-02-14 | Asahi Glass Co Ltd | 光ヘッド装置 |
| US6577434B2 (en) | 2000-01-14 | 2003-06-10 | Minolta Co., Ltd. | Variable focal position spatial modulation device |
| US6819646B1 (en) | 1999-01-19 | 2004-11-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical pickup, optical information recording/reproducing apparatus using the same, and phase variable wave plate used in the pickup and the apparatus |
| US20060164593A1 (en) * | 2005-01-21 | 2006-07-27 | Nasser Peyghambarian | Adaptive electro-active lens with variable focal length |
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| JP2009520229A (ja) * | 2005-12-20 | 2009-05-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 切り替え可能な自動立体表示装置 |
| JP2009245473A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Citizen Holdings Co Ltd | 液晶光学素子及び光ピックアップ装置 |
| JP2009245486A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Citizen Holdings Co Ltd | 液晶光学素子及び光ピックアップ装置 |
| JP2010134981A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Citizen Holdings Co Ltd | 液晶光学素子及び光ピックアップ装置 |
| KR20110078791A (ko) * | 2009-12-31 | 2011-07-07 | 엘지디스플레이 주식회사 | 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치 |
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| KR101301955B1 (ko) * | 2006-12-04 | 2013-08-30 | 엘지디스플레이 주식회사 | 액정렌즈의 피치 제어 방법 |
| JP2013195856A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Toshiba Corp | 液晶光学素子及び画像表示装置 |
| JP2013195980A (ja) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Toshiba Corp | 液晶光学素子及び画像表示装置 |
| JP2013205584A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Toshiba Corp | 液晶レンズ装置及び画像表示装置 |
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|---|---|---|---|---|
| KR102192207B1 (ko) | 2014-04-29 | 2020-12-18 | 삼성디스플레이 주식회사 | 영상 표시 장치 |
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1996
- 1996-05-09 JP JP11507596A patent/JP3620145B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP3620145B2 (ja) | 2005-02-16 |
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