KR20050103921A

KR20050103921A - 광감쇠기 및 광헤드 장치

Info

Publication number: KR20050103921A
Application number: KR1020057014676A
Authority: KR
Inventors: 고이치 무라타; 미츠오 오사와
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2005-11-01
Also published as: EP1602964A4; US20060007385A1; EP1602964A1; JPWO2004079436A1; WO2004079436A1

Abstract

온도 변화에 대한 감광량의 변동이 작은 광감쇠기, 및 정보의 기록 및 재생특성이 우수한 광헤드 장치를 제공한다.

투명 전극 (103, 104) 사이에 액정층 (107) 이 끼워지고, 나선 형상 분자인 액정 소자와, 편광 상태에 따라 투과율이 상이한 편광 빔 스플리터 (110) 를 구비하는 광감쇠기에 있어서, 액정의 상광 굴절률 (n_o) 및 이상광 굴절률 (n_e) 과, 투명 기판면에 대한 액정 분자 (108) 의 각도 (θ_pt) 와, 액정층 (107) 의 두께 (d) 와, 광의 파장 (λ) 사이에서, (1) 식으로 정의되는 조건식의 A 의 값이 0.5 에서 1.5 까지의 범위를 만족시키도록 각 요소를 구성한다.

… (1)

단,

Description

광감쇠기 및 광헤드 장치{OPTICAL ATTENUATOR AND OPTICAL HEAD DEVICE}

기술분야

본 발명은 광감쇠기 및 광헤드 장치에 관하고, 특히 광기록 매체에 의한 정보의 기록 및 재생을 위해 사용하는 광헤드 장치, 및 광헤드 장치에 탑재하는 광감쇠기에 관한 것이다.

배경기술

최근, 광을 조사시킴으로써 정보의 기록 및/또는 재생을 실시할 수 있는 광기록 매체가 널리 이용되고 있다. 이러한 광기록 매체로는 예컨대, 기록하는 정보에 따라 미세한 요철 패턴이 기판 상에 형성된 재생 전용 CD-ROM 등이 알려져 있다.

또, 이 광기록 매체로는 예컨대, MO 디스크와 같이 자기 커 (kerr) 효과를 이용하여 정보의 재생이 이루어지는 광자기 디스크나, 상 (相) 변화 재료에 의해 형성된 신호 기록층을 구비하는 상 변화형 디스크, 또한 CD-R 과 같이 유기 색소 재료에 의해 형성된 신호 기록층에 기록 마크를 형성하고, 이 기록 마크에서의 반사율의 차이를 검출시킴으로써 정보의 재생을 실시하는 추기형 (追記型) 광디스크 등이 알려져 있다.

한편, 상기 기술한 각종 광디스크에 각종 정보를 기록 및/또는 재생하기 위해, 광헤드 장치를 구비한 기록 재생 장치도 각종 개발되어 있다. CD-R 등의 광기록 매체에 의한 정보의 기록 및/또는 재생을 실시하는 광헤드 장치에 있어서는, 대물 렌즈 등에 의해 광기록 매체 상에 집광되는 광량은, 정보의 기록시에는 크고, 정보의 재생시에는 작게 할 필요가 있다.

종래에는 이 필요성을 만족시키기 위해, 광을 출사하는 반도체 레이저에 대한 주입 전류를 변화시켜 반도체 레이저로부터의 출사 광량을 변화시켰다. 그러나, 사용하는 반도체 레이저에 따라서는, 출사 광량을 감소시키기 위해 주입 전류를 작게 했을 때, 노이즈가 증가하거나, 출사 광량이 불안정해지는 등의 문제가 있었다.

이 광헤드 장치에 광감쇠기를 병용시킴으로써, 노이즈가 적은 고품질 레이저광을 작은 파워로 광디스크에 조사하여, 노이즈를 가급적 억제한 고품질 정보의 기록 및/또는 재생 등을 실시하는 구성의 것이 제안되어 있다 (예컨대, 일본 공개특허공보 2002-260269호).

또, 이러한 광헤드 장치에 사용하는 광감쇠기로서, 예컨대, 편광 빔 스플리터 (PBS) 와 액정 소자를 조합한 구성의 것이 알려져 있으며, 이 액정 소자에서는, 소정의 전압을 인가함으로써, 입사되는 레이저광의 편광 상태를 변화시키고, 그 편광 상태에 따라 편광 빔 스플리터를 통과시켜, 광기록 매체로 입사되는 레이저광의 투과 비율을 제어하는 구성으로 되어 있다.

발명의 개시

환경 온도가 변화된 경우, 액정의 상광 (常光) 굴절률과 이상광 (異常光) 굴절률이 변화한다는 점에서, 액정 소자를 사용한 광감쇠기에 의한 감쇠량이 변화하는 문제가 있었다.

또, 광감쇠기를 탑재한 광헤드 장치에 있어서, 액정 소자에 입사되는 광의, 편광 방향 등의 편광 상태가 변화된 경우, 광기록 매체에 도달하는 투과 광량이 크게 변화하기 때문에, 액정 소자에 대한 입사광의 편광 방향을 고정밀도로 제어할 필요가 있어, 편광 방향을 조정하기 위한 비용 상승과 수율 저하를 초래하고 있었다.

본 발명은, 2 장의 투명 기판의 대향하는 각각의 면에 투명 전극이 형성됨과 함께, 상기 투명 전극 간에는 액정층이 끼워지고, 또한 상기 액정층 내 액정 분자의 방향이 상기 액정층 두께 방향의 축 둘레에 나선 형상으로 비틀린 액정 소자와, 입사되는 광의 편광 상태에 따라 투과율이 상이한, 적어도 1 개의 편광성 투과 소자를 구비하는 광감쇠기에 있어서, 상기 액정 소자를 구성하는 액정의 상광 굴절률 (n_o) 및 이상광 굴절률 (n_e), 상기 투명 기판에 근접한 액정 분자의 투명 기판면에 대한 각도 (θ_pt), 액정층의 두께 (d) 및 입사되는 광의 파장 (λ) 사이에서, (1) 식에 의해 정의하는 제 1 조건식에 있어서, A 의 값이 0.5 에서 1.5 까지의 범위를 만족시키도록 구성되어 있는 광감쇠기를 제공한다.

… (1)

단,

또, 2 장의 상기 투명 기판에 근접한 액정 분자 각각의 2 개의 배향 방향이 이루는 각도 (θ_t), 상기 광감쇠기에 입사되는 광량 (P_in) 및 상기 광감쇠기로부터 출사되는 광량 (P_out) 사이에서, (2) 식에 의해 정의하는 제 2 조건식을 만족시키도록 (단, 감광 상수 (B) 가 -60, 각도 변수 (C) 의 값이 60 에서 90 의 범위) 구성되어 있는 상기의 광감쇠기를 제공한다.

… (2)

또, 상기 편광성 투과 소자를 2 개 갖고, 상기 편광성 투과 소자가 상기 액정의 광의 입사측과 광의 출사측에 각각 한 개씩 배치되어 있는 상기의 광감쇠기를 제공한다.

또, 2 개의 상기 편광성 투과 소자 중 적어도 1 개가, 입사되는 광의 편광 방향에 따라 회절 효율이 상이한 편광 회절 소자로 되어 있는 상기의 광감쇠기를 제공한다.

또, 2 개의 상기 편광성 투과 소자 중 적어도 1 개가, 상기 액정 소자와 일체화되어 있는 상기의 광감쇠기를 제공한다.

또, 상기 액정 소자는 네마틱 액정을 구비하고 있는 상기의 광감쇠기를 제공한다.

또, 상기 투명 기판은 유리로 이루어지는 상기의 광감쇠기를 제공한다.

또, 광원과, 이 광원으로부터의 출사광을 광기록 매체 상에 집광하기 위한 집광 수단과, 집광된 출사광의 광기록 매체로부터의 반사광을 검출하는 광 검출기와, 광원과 광기록 매체 사이의 광로 중 또는 광기록 매체와 광 검출기 사이의 광로 중에, 인가 전압에 따라 투과하는 광의 광량을 변화시키는 광감쇠기와, 이 광감쇠기에 전압을 인가하는 전압 제어 수단을 구비하는 광헤드 장치에 있어서, 상기 광감쇠기가 상기의 광감쇠기인 것을 특징으로 하는 광헤드 장치를 제공한다.

또한, 상기 광헤드 장치가 광기록 매체의 정보의 재생 및 기록을 실시하는 광헤드 장치로서, 광기록 매체 상에 정보의 재생을 위해 집광되는 광량 (P₁) 의, 정보의 기록을 위해 집광되는 광량 (P₂) 에 대한 비 (P₁/P₂) 가 0.2 ∼ 0.8 범위의 값인 상기의 광헤드 장치를 제공한다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 본 발명의 광감쇠기의 일례를 나타내는 측면도이다.

도 2 는 액정부의 배향 방향, 편광성 투과 소자의 투과축을 나타내는 도면이다.

도 3 은 트위스트각 (θ_t) 이 60 도인 경우의 시뮬레이션 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 4 는 트위스트각 (θ_t) 이 42 도인 경우의 시뮬레이션 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 5 는 트위스트각 (θ_t) 이 10 도인 경우의 시뮬레이션 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 6 은 감광량을 20 ± 3 % 로 한 경우의 시뮬레이션 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 7 은 감광량을 80 ± 3 % 로 한 경우의 시뮬레이션 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 8 은 액정의 복굴절량 (△n) 이 0.108 인 경우의 시뮬레이션 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 9 는 액정의 복굴절량 (△n) 이 0.136 인 경우의 시뮬레이션 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 10 은 본 발명의 광헤드 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.

도 11 은 액정층에 인가하는 전압에 대한 광감쇠기를 투과하는 광 강도의 관계를, 액정부에 대한 입사 편광 방향의 각도 어긋남량을 파라미터로서 나타낸 그래프이다.

도 12 는 본 발명의 광감쇠기의 다른 예를 도시하는 측면도이다.

도 13 은 입사측에 편광성 투과 소자를 배치한 경우의, 본 광감쇠기에 대한 입사 편광 방향 어긋남과 광 강도비의 관계를 측정한 일례를 나타내는 그래프이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

도 1 에 본 발명의 광감쇠기의 일례를 나타낸다. 유리, 플라스틱 등의 투명 기판 (101, 102) 상에 ITO 등의 투명 전극 (103, 104) 을 형성한다. 또한, 폴리이미드 등의 배향막 (105, 106) 을 막 형성하고, 러빙 등의 배향 처리를 실시한 후, 2 장의 투명 기판을 균일한 간격의 갭을 형성하여 대향하도록 배치하고, 주변을 접착제 (도시하지 않음) 등으로 접착시켜 셀 구조로 한다. 셀 내에는 액정을 밀봉하여 액정층 (107) 으로 한다. 액정으로는 예컨대, 네마틱 액정 등을 사용할 수 있으며, 카이랄재를 첨가해도 된다.

투명 전극 (103, 104) 에는 외부로부터 전압을 인가할 수 있는 전압 제어부 (109) 를 접속시킨 액정부 (130) 가 형성되어 있다. 액정의 분자 (108) 는 폴리이미드와 액정층의 경계면에서 폴리이미드면에 대해 각도를 이루도록 배향 처리를 실시해도 되고, 이 각도를 프리틸트각 (θ_pt) 으로 한다. 액정 분자의 방향은 액정층 두께 방향의 축 둘레에 나선 형상으로 비틀려 있다. 편광성 투과 소자 (110) 는, 입사되는 광의 편광 상태에 따라 투과율이 상이한 소자이다. 도 1 에서는, 감쇠되는 광은 투명 기판 (101) 측으로부터 액정부 (130) 로 입사되고, 투명 기판 (102) 으로부터 출사된 후, 편광성 투과 소자 (110) 에 입사된다. 편광성 투과 소자 (110) 는, 적어도 광의 진행 방향에 대해 액정부 (130) 의 후단에 배치하는 것이 바람직하다.

도 2 에, 액정층과 각 투명 기판 상의 배향막의 각 경계면에 있어서의 액정 분자 각각의 배향 방향 (202, 203) 과, 편광성 투과 소자의 투과축 (201) 의 관계를 나타낸다. 본 광감쇠기에 입사되는 광은 직선 편광으로 X 축 방향으로 편광되어 있다. 액정부 (130) 의 광 입사측 투명 기판측 배향막 (도 1 중 105) 과 액정층의 경계면에서의 액정 분자의 배향 방향 (202) 과 X 축이 이루는 각도를 프리트위스트각 (도 2 중, θ_p) 으로 하고, 각각의 배향 방향 (202, 203) 이 이루는 각도를 트위스트각 (도 2 중, θ_t) 으로 한다. 프리트위스트각, 트위스트각에 제한은 없지만, 제작의 용이성이라는 점에서 트위스트각은 5 ∼ 90 도가 바람직하다. 또, 액정의 상광 굴절률을 n_o, 이상광 굴절률을 n_e 로 하고, 액정층의 두께를 d 로 한다. 감광하는 광의 파장을 λ 로 한다.

액정층에 임계 전압 이하의 전압을 인가한 경우, 액정부를 통과한 광의 편광은 직선 편광으로부터 변환되어 일반적으로는 타원 편광이 된다. 다음으로, 전압을 인가하고 액정 분자를 구동시켜 예컨대, 전계 방향으로 액정의 분자 방향을 일치시킨 것으로 한다. 이 경우, 액정부에 입사된 직선 편광은, 편광 상태를 변화시키지 않고 그대로 액정부를 통과한다. 액정부에 인가하는 전압을 제어함으로써 액정부를 통과한 광의 편광 상태를 변화시킬 수 있으며, 그 후 편광성 투과 소자를 통과한 광의 광량을 제어할 수 있다.

여기에서, 액정층을 두께 (d) 방향으로 N 등분하고, 광학 축 방향이 조금씩 비틀린 N 장의 일축성 복굴절판의 집합이라고 생각한다. 액정층의 두께 방향에, 즉 두께 방향의 가상축 둘레에 액정 분자가 비틀져 있지 않은 것으로 했을 때의 위상차 (Γ) 를 다음 식으로 나타낸다.

여기에서,

비틀림은 두께 방향에 균일한 것으로 가정하면, N 등분한 복굴절판 각각의 위상차는 Γ/N 이다. 액정부에 입사되는 광의 편광 상태, 액정부를 통과한 광의 편광 상태를 스트로크 파라미터 표시로 하고, 각각 S_in, S_out 로 하면,

로 표기되고, 이들은 뮬러 행렬을 사용하여,

여기에서,

로 표기된다.

편광성 투과 소자의 투과율이, X 축 방향이 100 %, Y 축 방향이 0 % 인 일축성의 이상적인 편광자인 것으로 하면, 본 광감쇠기의 투과율 (P_out) 은,

이 되고, n_o, n_e, d, θ_t, θ_p, θ_pt, λ 의 함수가 된다. P_out를 계산함으로써, 본 감쇠기의 원하는 감쇠율을 얻을 수 있다.

도 3, 도 4, 도 5 에 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 각 결과에 있어서, 액정의 복굴절량 (△n) = 0.1005, 파장 (λ) = 405 ㎚ 로 하였다. 여기에서, △n 인 것을 복굴절량이라고 정의한다. 트위스트각 (θ_t) 은, 도 3, 도 4, 도 5 의 결과에 있어서 각각 60 도, 42 도, 10 도이다. 각 그래프의 횡축은 액정층의 두께 (d), 즉 셀 갭, 종축은 프리트위스트각 (θ_p) 이고, 감광량이 50 ± 3 % 인감광량이 되는 액정층의 두께와 프리트위스트각의 관계를 곡선으로 나타냈다. 감광량이 50 ± 3 % 의 감광량이 되는, 액정층의 두께에 대한 프리트위스트각의 분포 (해(解) 분포) 는 트위스트각 (θ_t) 의 크기에 따라 변화하고, 특히 트위스트각 (θ_t) = 42 도인 경우 (도 4 의 경우), 해의 분포가 넓어져 있는 것을 알 수 있다.

특히, 액정층의 두께가 3.5 ㎛ 부근에서 해의 분포의 넓이가 크다. 해의 분포가 넓은 것은, 파라미터의 제조 편차에 대한 허용폭이 증가하는 것과, 특히 환경 온도에 따라 액정의 굴절률이 변화되었을 때의 감광량의 변동을 억제할 수 있어 매우 바람직하다.

마찬가지로, 감광량 20 ± 3 %, 80 ± 3 % 에 대하여 계산한 결과, 동일하게 해의 분포를 넓게 취할 수 있는 트위스트각 (θ_t) 이 존재하고 있으며, 각 감광량에 대해 60 도, 24 도이다. 시뮬레이션 결과를 각각 도 6, 도 7 에 나타낸다. 감광량 50 % ± 3 % 인 경우 (도 4 의 경우) 와 마찬가지로, 특히 액정층의 두께가 3.5 ㎛ 부근에서 해의 분포가 넓은 영역이 존재한다.

다음으로, 액정의 복굴절량 (△n) 이 0.108 과 0.136 인 경우에 대하여, 감광량 50 ± 3 % 에서 해의 분포가 넓어지는 트위스트각 (θ_t) 을 계산하면, △n = 0.1005 인 경우와 마찬가지로, 트위스트각 (θ_t) 이 42 도가 되었다. 결과를 도 8, 도 9 에 나타낸다. 특히 해의 분포가 넓어져 있는 액정층의 두께는 △n 이 커지면 작아지는 경향이고, 시뮬레이션을 반복한 결과, △ n, d, λ 사이에,

(A 는, 0.5 에서 1.5 이고, 바람직하게는 0.75 ∼ 0.95 이다.) 의 관계가 있으며, 또 이 경우의 트위스트각 (θ_t) 은, 투과율 (P_out) 간에

(B 는 -60, C 는 60 에서 90, 바람직하게는 65 에서 75 까지의 값을 취한다) 의 관계가 있다는 것을 알 수 있었다.

이들 조건을 만족시키도록 액정부의 파라미터 (n_o, n_e, d, θ_t, θ_p, θ_pt) 를 선택하여 액정부를 제작하면, 파라미터의 제조 편차에 대한 허용폭이 증가하고, 특히 환경 온도의 변화에 대해 액정의 굴절률이 변화했을 때의 감광량의 변동을 억제할 수 있다.

다음으로, 도 1 의 광감쇠기에 있어서 입사되는 광의 편광 방향이 변화된 경우를 생각한다. 예컨대, 입사되는 광이 직선 편광으로 도 2 에 있어서 X 축 방향으로 편광하고 있을 때 Z 축을 중심으로 편광 방향이 회전한 경우에, 액정층에 인가하는 전압에 대한 광감쇠기를 투과하는 광 강도의 일례를 도 11 에 나타낸다. 도 11 중 3 개의 그래프는, 입사되는 직선 편광의 편광 방향과 X 축 방향의 상대적 어긋남이 각각 3 도, 0 도, -3 도인 3 가지 경우를 나타내고 있다. 이와 같이 편광 방향의 상대적 어긋남에 의해, 전압 0 V 부근의 광 강도가 변화한다.

즉, 본 광감쇠기를 사용하는 경우, 예컨대 액정층에 각각 5 V, 0 V 의 전압을 인가함으로써 투과하는 광 강도를 높이거나 (5 V), 약하게 하거나 (0 V) 하는 경우, 입사되는 직선 편광의 편광 방향과 X 축 방향의 상대적 어긋남에 의해 각각의 전압에서의 광 강도의 비가 변화한다. 반대로 광 강도의 비를 변화시키지 않도록, 입사되는 직선 편광의 편광 방향을 정밀하게 제어할 필요가 생긴다.

본 발명의 광감쇠기의 다른 예를 도 12 에 나타낸다. 또한, 도 1 에서 사용되고 있는 부호와 동일한 것은 동일한 요소를 나타낸다. 액정부의 광의 입사측 (투명 기판 (101) 측) 에 제 2 편광성 투과 소자 (120) 를 배치함으로써, 본 광감쇠기에 입사되는 광의 편광 방향이 변화된 경우, 제 2 편광성 투과 소자 (120) 에 의해 액정부에 입사되는 광의 편광은 안정되기 때문에, 상기 기술한 광 강도비는 변화하지 않아 매우 바람직하다. 입사측에 편광성 투과 소자를 배치한 경우의, 본 광감쇠기에 대한 입사 편광 방향 어긋남과 광 강도비를 측정한 일례를, 편광성 투과 소자를 배치하지 않은 경우의 결과와 함께 도 13 에 나타낸다.

또, 편광성 투과 소자는, 폴리머에 색소를 첨가한 후에 연신 등을 한 흡수형 편광자나, 와이어 그레이팅, 편광 빔 스플리터와 같이 편광 방향에 따라 광로를 변화시켜 실질 투과율을 변화시키는 것도 사용할 수 있다. 특히, 입사되는 광의 편광 방향에 따라 회절 효율이 상이한 편광 회절 소자는 박형화가 가능하고, 또 액정부와의 일체화에 의한 소형화도 용이하여 바람직하다. 편광 회절 소자로는, 액정이나 고분자 액정 또는 니오브산 리튬 (LiNbO₃) 등의 복굴절 매체를 사용하여 제작할 수 있다.

또, 액정부와 편광성 투과 소자를 일체화시키는 것은 소형 경량화, 부품 점수의 삭감 등을 할 수 있어 매우 바람직하다.

또, 이와 같이 하여 제작한 광감쇠기를 광헤드 장치에 탑재한 일례를 도 10 에 나타낸다. 본 발명의 광감쇠기는, 액정 소자 (3), 편광성 투과 소자 (4, 12) 로서, 콜리메이트 렌즈 (2) 와 1/4 파장판 (8) 사이에 설치되어 있다. 반도체 레이저 (1) 로부터 출사된 광은 콜리메이트 렌즈 (2) 에 의해 평행광이 되어 편광성 투과 소자 (12) 를 투과 후, 액정 소자 (3) 를 투과한다. 전압 제어 장치 (11) 를 사용하여 액정 소자 (3) 에는 외부로부터 전압을 인가할 수 있다. 액정 소자 (3) 를 투과한 광은, 편광성 투과 소자 (4) 를 투과한다. 편광성 투과 소자 (4) 는, 이 소자에 입사된 광이 출사할 때, 광기록 매체를 향해 출사하는 광량을 입사광의 편광 방향에 따라 변화시키는 것으로, 편광 빔 스플리터, 프리즘 또는 와이어 그레이팅을 포함시켜 회절 격자, 편향 회절 소자 등을 사용할 수 있다. 도 10 의 예에서는, 편광성 투과 소자 (4) 로서 편광 빔 스플리터를, 편광성 투과 소자 (12) 로서 편광 회절 소자를 사용했다. 또, 편광성 투과 소자 (4, 12) 는 액정 소자 (3) 에 붙여 일체화할 수 있다. 편광성 투과 소자 (4) 를 투과한 광은, 1/4 파장판 (8) 을 투과 후, 액츄에이터 (6) 에 탑재된 집광 렌즈 (5) 에 의해 광기록 매체 (7) 상에 집광된다.

광기록 매체 (7) 에서 반사된 광은 상기의 광로를 반대로 진행된다. 도 10 의 예에서는, 편광성 투과 소자 (4) 로서 편광 빔 스플리터를 사용하고 있기 때문에, 광로를 반대로 진행하는 광은 편광성 투과 소자 (4) 에 의해 반사된 후, 집광 렌즈 (9) 에 의해 집광되어 광 검출기 (10) 에 도달한다. 이 때, 액정 소자 (3) 에 (실제로는, 액정 소자를 구성하는 투명 기판의 표면에 형성된 투명 전극에) 복수의 상이한 전압을 인가함으로써, 액정 소자 (3) 를 투과한 광의 편광 방향을 변화시키고, 편광성 투과 소자 (4) 를 통과하여 광기록 매체에 집광되는 광량을 변화시킬 수 있다.

광기록 매체의 정보의 재생을 위해 광기록 매체 상에 집광되는 광량 (P₁) 의, 광기록 매체의 정보의 기록을 위해 집광되는 광량 (P₂) 에 대한 비 (P₁/P₂) 는 0.2 ∼ 0.8 범위의 값으로 하는 것이 좋지만, 0.3 ∼ 0.6 범위의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이 광량비이면, 광기록 매체에 대한 정보의 기록시에는 광량을 100 % 로 하여 충분히 정보를 기록할 수 있고, 한편 재생시에는 광량을 기록시의 광량에 대해 20 ∼ 80 % (즉, 0.2 ∼ 0.8) 범위의 값으로 하고, 또한 30 % ∼ 50 % (즉, 0.3 ∼ 0.6) 범위의 값으로 하면, 광기록 매체에 정보를 기록하지 않고 S/N 을 크게 취하면서 정보의 재생을 실시할 수 있기 때문에 바람직하다.

이하에, 실시예를 나타낸다.

파장 405 ㎚ 에서 사용하는 감광률 36.5 % 인 광감쇠기를 제작하였다. 이하에서 제작의 상세함을 도 1, 도 2 를 사용하여 설명한다. 우선, 액정부에 대해서는, 도 1 에 있어서 두께 1.0 ㎜ 인 유리의 투명 기판 (101 및 102) 에, 스퍼터법에 의해 ITO 로 이루어지는 투명 도전막을 두께 30 ㎚ 로 막을 형성하고, 포토리소그래피 및 습식 에칭에 의해 패터닝하여 투명 전극 (103, 104) 을 형성하였다. 투명 기판 (101 과 102) 의 투명 전극 (103, 104) 상에는 두께 약 50 ㎚ 인 폴리이미드의 배향막 (105, 106) 을 플렉소 인쇄법에 의해 도포하고, 그 후 소성하였다. 폴리이미드막의 배향막 (105, 106) 에 대해 직물에 의한 러빙의 배향 처리를 실시하였다. 이 때 액정 분자 (108) 는, 액정층 (107) 두께 방향의 축의 둘레에 비틀리도록 하였다. 투명 기판 (101) 에 스크린 인쇄법에 의해 에폭시계 시일재 (도시하지 않음) 를 인쇄하였다. 에폭시계 시일재 (도시하지 않음) 에는, 액정층의 두께를 유지하기 위한 직경 3.6 ㎛ 인 화이버 스페이서를 3 % (질량비 환산. 이하 동일.), 및 투명 기판 (101 과 102) 사이의 도전성을 얻기 위해 표면에 도전성 코팅을 실시한 직경 4 ㎛ 인 플라스틱 구(球) 를 2 % 각각을 혼합하였다. 투명 기판 (101 과 102) 을 겹쳐 위치 맞춤한 후, 170 도의 온도에서 6 × 10⁴ N/㎡ 의 압력으로 압착하여 셀을 형성하였다. 제작한 셀에 진공 주입법에 의해 네마틱 액정을 주입하여 액정층 (107) 으로 하고, 주입구를 UV 접착제 (도시하지 않음) 로 밀봉하여 외형 8 ㎜ × 10 ㎜ 각의 액정 소자를 제작하였다. 이 액정 소자는, 투명 전극 (103, 104) 을 개재시켜 외부로부터 액정층에 전압을 인가할 수 있다. 액정 소자 (광감쇠기의 액정부) 의 파라미터는, θ_p= -10 도, θ_t= 50 도, △n = 0.1005, d = 3.6 으로 하였다.

제작된 액정 소자를, 도 10 에 나타내는 바와 같이 광헤드 장치에 삽입하였다. 액정 소자 (3) 는, 광헤드 장치에 배치된 편광성 투과 소자 (4) 인 편광 빔 스플리터와 편광성 투과 소자 (12) 인 편광 회절 소자 사이에 설치되고, 이 액정 소자는 전압 제어 장치 (11) 로부터의 출력전압에 의해 제어되었다. 반도체 레이저 (1) 로부터의 출사광은, 콜리메이트 렌즈 (2), 편광성 투과 소자 (12), 액정 소자 (3), 편광성 투과 소자 (4) 인 편광 빔 스플리터, 1/4 파장판 (8) 의 순서로 투과하고, 액츄에이터 (6) 에 지지된 집광 렌즈 (5) 를 투과하여 광기록 매체 (7) 상에 집광된다. 집광된 광은 광기록 매체 (7) 에 의해 반사되어, 집광 렌즈 (5), 1/4 파장판 (8) 의 순서로 투과하여 편광 방향이 90 도 변화된 후, 편광 빔 스플리터에 의해 반사되고, 집광 렌즈 (9) 에 의해 광 검출기 (10) 로 유도되었다.

이 때, 액정 소자 (3) 에 전압을 인가하여 광기록 매체 (7) 의 위치에 광 검출기를 배치하여 집광된 광의 광량을 측정한 결과, 액정 소자에 인가하는 전압이 0.4 V_rms (1 ㎑ 의 직사각형 교류) 일 때에는 37 % (전압 10 V_rms (1 ㎑ 의 직사각형 교류) 를 인가했을 때의 광량을 100 % 로 함) 로, 액정에 인가하는 전압에 따라 광기록 매체 (7) 에 집광되는 광의 광량을 변화시킬 수 있었다. 이 광헤드 장치를 사용하여, 광기록 매체에 정보를 기록할 때에는, 액정 소자 (3) 에 전압을 10 V_rms(1 ㎑ 직사각형 교류) 를 인가하여, 광기록 매체 (7) 에 집광된 광의 광량을 크게 하고, 광기록 매체 (7) 로부터 정보를 재생할 때에는, 반도체 레이저 (1) 의 출력은 변화시키지 않고, 액정 소자 (3) 에 전압을 0.4 V_rms (1 ㎑ 의 직사각형 교류) 로 하여 광기록 매체 (7) 에 집광된 광의 광량을 37 % 로 감광시킨다. 이와 같이 하여 저(低) 노이즈로 정보의 재생이 행해졌다. 또, 환경 온도를 10 ℃ 에서 60 ℃ 사이에서 변화시켰지만, 감광량의 변동은 작게 억제되어 있다는 것을 확인하였다.

산업상이용가능성

본 발명에 있어서는, 환경 온도의 변화에 대한 감쇠량의 변동이 작은 광감쇠기, 또 입사되는 광의 편광 방향 등의 편광 상태의 변화에 대한 감쇠량의 변동이 작은 광감쇠기, 및 정보의 기록 및 재생 특성이 우수한 상기 광감쇠기를 탑재한 광헤드 장치를 제공할 수 있다.

또, 본 광감쇠기는 파장 1550 ㎚ 대 (帶) 등의 근적외 파장 영역에 있어서도, 예컨대, 광통신 시스템에 있어서의 가변 광감쇠기 등에도 이용할 수 있다.

Claims

2 장의 투명 기판의 대향하는 각각의 면에 투명 전극이 형성됨과 함께, 상기 투명 전극 간에는 액정층이 끼워지고, 또한 상기 액정층 내 액정 분자의 방향이 상기 액정층 두께 방향의 축 둘레에 나선 형상으로 비틀려 있는 액정 소자와, 입사되는 광의 편광 상태에 따라 투과율이 상이한, 적어도 1 개의 편광성 투과 소자를 구비하는 광감쇠기에 있어서,

상기 액정 소자를 구성하는 액정의 상광 굴절률 (n_o) 및 이상광 굴절률 (n_e), 상기 투명 기판에 근접한 액정 분자의 투명 기판면에 대한 각도 (θ_pt), 액정층의 두께 (d) 및 입사되는 광의 파장 (λ) 사이에서, (1) 식에 의해 정의하는 제 1 조건식에 있어서, A 의 값이 0.5 에서 1.5 까지의 범위를 만족시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광감쇠기.

… (1)

단,
제 1 항에 있어서,

2 장의 상기 투명 기판에 근접한 액정 분자 각각의 2 개의 배향 방향이 이루는 각도 (θ_t), 상기 광감쇠기에 입사되는 광량 (P_in) 및 상기 광감쇠기로부터 출사하는 광량 (P_out) 사이에서, (2) 식에 의해 정의하는 제 2 조건식을 만족시키도록 (단, 감광 상수 (B) 가 -60, 각도 변수 (C) 의 값이 60 에서 90 의 범위) 구성되어 있는 광감쇠기.

… (2)
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 편광성 투과 소자를 2 개 갖고, 상기 편광성 투과 소자가 상기 액정의 광의 입사측과 광의 출사측에 각각 한 개씩 배치되어 있는 광감쇠기.
제 3 항에 있어서,

2 개의 상기 편광성 투과 소자 중 적어도 1 개가, 입사되는 광의 편광 방향에 따라 회절 효율이 상이한 편광 회절 소자로 되어 있는 광감쇠기.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

2 개의 상기 편광성 투과 소자 중 적어도 1 개가, 상기 액정 소자와 일체화되어 있는 광감쇠기.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액정 소자는 네마틱 액정을 구비하고 있는 광감쇠기.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 투명 기판은 유리로 이루어지는 광감쇠기.
광원과, 이 광원으로부터의 출사광을 광기록 매체 상에 집광하기 위한 집광 수단과, 집광된 출사광의 광기록 매체로부터의 반사광을 검출하는 광 검출기와, 광원과 광기록 매체 사이의 광로 중 또는 광기록 매체와 광 검출기 사이의 광로 중에, 인가 전압에 따라 투과하는 광의 광량을 변화시키는 광감쇠기와, 이 광감쇠기에 전압을 인가하는 전압 제어 수단을 구비하는 정보의 재생 및/또는 기록을 위한 광헤드 장치에 있어서,

상기 광감쇠기가 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 광감쇠기인 것을 특징으로 하는 광헤드 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 광헤드 장치는 광기록 매체의 정보의 재생 및 기록을 실시하는 광헤드 장치로서, 광기록 매체 상에 정보의 재생을 위해 집광되는 광량 (P₁) 의, 정보의 기록을 위해 집광되는 광량 (P₂) 에 대한 비 (P₁/P₂) 가 0.2 ∼ 0.8 범위의 값인 광헤드 장치.