JP2005107128A

JP2005107128A - 光学装置

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Publication number: JP2005107128A
Application number: JP2003340017A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Osawa; 光生大澤
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】液晶封止素子を備えた構成において環境温度が変化してもその機能が変動することがなく、特に、広温度範囲にわたり光記録媒体上での集光特性に優れた光学装置を提供する。
【解決手段】光源と、この光源からの出射光を光記録媒体上に集光するための集光レンズと、光源と集光レンズとの間の光路中に配置された液晶封止素子１０とを備える光学装置において、液晶封止素子１０は、対向して設ける透明基板１１Ａ、１１Ｂ間の液晶１５が封入されている液晶層内に、双方の透明基板１１Ａ、１１Ｂ間に架設するような状態で設置して透明基板１１Ａ、１１Ｂの変形を防止する接着部材１４を、少なくとも１箇所以上に設けている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶封止素子を備えた光学装置に関する。

従来の液晶封止素子を作製するには、例えば図５および図６において、注入口１０５を除き、透明基板１０１と透明基板１０２の周縁部をシール材１０３にて熱圧着してセル構造を形成している。次に、真空注入法などにより、セル内部に液晶１０４が注入されて液晶層とされた後に、注入口１０５が図示外の封止材を用いて封止され、液晶セルが形成される。

このような液晶封止素子は、通過する光に対しさまざまな光学的な変調機能を付与することができる。例えば、ネマチック液晶を封止して作製したホモジニアス配列の液晶封止素子を用いれば、そのリタデーション値により通過する光の偏光状態を変化させる偏光変調器になる。また、透明基板上に複数に分割された透明電極を設置し、各々分割された透明電極に異なる電圧を印加することにより、リタデーション値の面内分布を設定し、通過する光の位相を２次元的に変調する位相変調器なども作製できる。

また、これらの液晶封止素子は、例えばＣＤ、ＤＶＤ等への情報記録を行う光ヘッド装置(例えば特許文献１参照)や、レーザビームプリンタなどの光学装置に適用させることができる。例えば、液晶封止素子を光ヘッド装置に搭載させれば、光の波面収差を補正して光ディスク上の集光特性を向上させることができ、また、液晶封止素子をレーザビームプリンタ等の光走査装置に搭載させれば、光の偏向を行い感光体ドラム上に集光される光のスポットの位置を走査できる。
特開２０００−８２２３３号公報

しかしながら、従来の液晶封止素子（光学装置）にあっては、液晶封止素子自体の温度が外部環境温度の変化などにより変化すると、透明基板１０１、１０２間に挟持された液晶１０４とシール材１０３との熱膨張係数が異なることにより、液晶封止素子が膨張するときの状態を示す図７や縮小するときの状態を示す図８のように、液晶封止素子が膨張（膨らむ）動作や縮小（へこむ）動作を行う。なお、図７及び図８の符号で図５及び図６と同じものは、同じ要素を表す。

これにより、液晶封止素子は、液晶層の厚さが場所により異なるようになるため、液晶封止素子の面内でリタデーション値が変動する。従って、この液晶封止素子を備えた光学装置では、例えば光ヘッド装置やレーザビームプリンタに適用すると、液晶封止素子を透過する光の波面が変形して、透過波面変化のうち特に倍率成分が変動することにより、光記録媒体上、すなわち光ディスク上や感光体ドラム上などでの集光特性の劣化が発生する不都合を生じている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、液晶封止素子を備えた構成において環境温度が変化してもその機能が変動することがなく、特に、広温度範囲にわたり光記録媒体上での集光特性に優れた光学装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源と、この光源からの出射光を光記録媒体上に集光するための集光レンズと、前記光源と前記集光レンズとの間の光路中に配置された液晶封止素子とを備える光学装置において、
前記液晶封止素子は、対向して設ける透明基板の間の液晶が封入されている液晶層内に、前記双方の透明基板間に架設するような状態で設置して前記透明基板の変形を防止する接着部材を、少なくとも１箇所設けていることを特徴とする光学装置を提供する。

上記構成によれば、液晶封止素子を備えた構成において環境温度が変化しても、変形を防止する接着部材の存在によって、その環境温度の変化による機能の変動が抑えられ、特に光記録媒体上での集光特性に優れた光学装置が実現できる。

また、前記接着部材が、前記光源からの出射光の波長に対して透明である上記の光学装置を提供する。

上記構成によれば、変形を防止する接着部材で接着される接着部も透明に形成できるので、その分、表示画面の大型化などが容易になる。

本発明によれば、液晶封止素子を備えた構成において環境温度が変化してもその機能が変動することがなく、特に、広温度範囲にわたり光記録媒体上での集光特性に優れた光学装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
［第1の実施形態］
図１、図２は、本発明の光学装置に取付ける液晶封止素子１０を示すものであり、この液晶封止素子１０には、対向する２枚の透明基板１１Ａ、１１Ｂ間に、液晶１５が挟持されており、この透明基板１１Ａ、１１Ｂの外周部がシール材１２と封止材１３により封止された構造を有している。
また、この液晶封止素子１０には、透明基板１１Ａ、１１Ｂ間の液晶１５が封入されている液晶層内に、換言すれば液晶１５の充填されている透明基板１１Ａ、１１Ｂの中央部の領域に、双方の透明基板１１Ａ、１１Ｂ間に架設するような状態で透明基板１１Ａ、１１Ｂに接着させて環境温度の変化による変形を防止する固有の部材（以下、これを「接着部材」とよぶ）１４を設置している。

接着部材１４は、外部環境温度変化により透明基板１１Ａ、１１Ｂ（熱変形を起こしやすい領域）が変形するのを防止するためのものであり、複数個のもので構成している。なお、この接着部材１４は、弾性率が液晶封止素子１０の外周部のシール材１２、封止材（注入口に対応する部分を埋めるためのもの）１３の各々の弾性率に近いものを使用すると、液晶封止素子１０が膨張、収縮した際の液晶層面内厚さのむらを少なく保つことができ好ましい。

また、この接着部材１４は、使用する光の波長帯において透明なものを使用すると、液晶封止素子１０を通過する光の透過率を高めることができ、この液晶封止素子１０を設けた光学装置の光利用効率を向上させることができ、大変好ましい。
さらに、この接着部材１４は、屈折率が使用する液晶１５の屈折率に近いものを選択すると、散乱による光の透過率減少を抑えることができ、好ましい。
なお、この接着部材１４には、例えば、アクリルやエポキシなどの樹脂材料を使用するのが好適である。また、接着部材１４の設置方法の一つとして、接着性の樹脂ビーズの散布方法を用いるのが、プロセスが簡素化され好ましい。

このように液晶封止素子１０を構成することにより、透過波面収差を小さくし、かつ環境の温度変化に伴い液晶封止素子１０が膨張、収縮する際に、液晶層の面内の厚さｔ(図２参照)が場所により異なり液晶封止素子の面内でリタデーション値が変動する、といったことを抑制できる。すなわち、透過波面収差の変動をできるだけ小さく抑えることができる。

以下に、第１の実施形態に係る液晶封止素子１０の製造方法を説明する。
（１）まず、一方の透明基板１１Ａまたは１１Ｂに、ディスペンス法やスクリーン印刷法などにより、シール材１２として接着剤を外周部に設置する。
この場合の透明基板１１Ａ、１１Ｂとしては、ガラス基板を用いてもよいし、ポリカーボネートなどのプラスティック基板を用いてもよい。なお、接着剤は、対向する２枚の透明基板を接着できれば、どのような材料を用いてもよいが、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの樹脂系接着剤が、熱による硬化や光による硬化ができて、取り扱い上好ましい。シール材１２には、透明基板１１Ａ、１１Ｂ間の隙間を均一に保つためのガラス粒子やガラスファイバなどを混ぜ込んでもよい。

（２）その後、接着性の樹脂ビーズ（接着部材１４を構成する）を少なくとも一方の透明基板１１Ａまたは１１Ｂ上に散布し、透明基板１１Ａ、１１Ｂを位置合わせ後に重ね合わせ、光や熱と圧力をかけて圧着しセルを形成する。この際、接着性の樹脂ビーズの大きさはセルギャップより例えば２０％程度大きいものを使用し、圧着時に接着性の樹脂ビーズが少しつぶれて対向する透明基板１１Ａ、１１Ｂ間を接着できる。接着の強さは散布する接着性の樹脂ビーズの数で容易に調整でき、１ｍｍ^２あたり１００個以上散布することが接着力の点から好ましい。
接着性の樹脂ビーズとともにセルギャップを保つためのガラス粒子やガラスファイバなどを同時に散布してもよい。また、開口をつくったマスクなどを散布する透明基板１１Ａ、１１Ｂに重ねて散布することにより、所望の位置に接着性の樹脂ビーズを配置することができる。また、異なる開口の大きさをもったマスクを準備し、マスクを取り替えながら複数回散布することにより、接着性の樹脂ビーズの密度を、透明基板１１Ａ、１１Ｂ面内で適正な配置分布に作ることもできる。

（３）作製されたセルに液晶１５を注入したのち、封止材１３で注入口を封鎖することにより、液晶封止素子１０を作製する。ここで、使用する液晶１５としては、例えばネマチック液晶を挙げることができ、ポリイミド等の配向膜を利用して配向処理を行うこともできる。また、透明基板１１Ａ、１１Ｂ表面上に透明電極を形成し、外部から液晶層に電圧を印加して液晶分子を配向させてもよい。また、透明電極上に、透明基板１１Ａ、１１Ｂ間の導通防止のＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２など、またはそれらの混合物の無機物コートを施してもよい。

［第２の実施形態］
次に、第１の実施形態に係る液晶封止素子１０を組み込んだ本発明の光学装置である光ヘッド装置２０について、図３を参照しながら説明する。
この光ヘッド装置２０は、半導体レーザ（ＬＤ）２１と、コリメートレンズ２２と、電圧制御装置２３Ａを備えた液晶封止素子（第１の実施形態の液晶封止素子１０で構成した）２３と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２４と、λ／４板２５と、アクチュエータ２６Ａに搭載された第１の集光レンズ２６と、戻り光を集光する第２の集光レンズ２７と、光検出器２８とを備えており、光記録媒体Ｄに各種の情報を記録するように構成されている。

このように構成された本実施形態の光ヘッド装置２０では、半導体レーザ２１より出射された光は、コリメートレンズ２２により平行光とされ、液晶封止素子２３を透過する。この液晶封止素子２３には、付設する電圧制御装置２３Ａを用いて外部から電圧を印加できる。液晶封止素子２３を透過した光は、偏光ビームスプリッタ２４、λ／４板２５を透過後、アクチュエータ２６Ａに搭載された第１の集光レンズ２６により、光記録媒体Ｄに集光される。

次に、光記録媒体Ｄで反射された光は、上記の光路を逆に進み、偏光ビームスプリッタ２４により反射後、第２の集光レンズ２７により集光されて光検出器２８に到達する。

この場合、液晶封止素子２３に電圧を印加（実際には、液晶封止素子１０を構成する透明基板１１Ａ、１１Ｂの表面に形成された図示外の透明電極に電圧を印加）することにより、液晶封止素子２３を透過した光の波面を変化させ、光記録媒体Ｄへの集光特性を向上させることができる。

従って、この光ヘッド装置において、特に、液晶封止素子２３として本発明の第１の実施形態に係る液晶封止素子１０を使用することにより、外部環境温度の変化などによる液晶封止素子２３の面内のレタデーション値変動が抑えられ、光記録媒体Ｄ上での集光特性の劣化を防ぐことができる。

［第３の実施形態］
次に、第１の実施形態に係る液晶封止素子１０を組み込んだ本発明の光学装置である光走査装置３０について、図４を参照しながら説明する。

この光走査装置３０は、レーザプリンタなどに適用されており、光源３１と、ポリゴンミラー３２と、ｆθレンズなどの集光レンズ３３と、静電潜像を形成する感光体ドラム３４との他に、本発明の液晶封止素子（第１の実施形態の液晶封止素子１０で構成した）３５と、電圧制御装置３５Ａとを備えている。なお、光源３１と液晶封止素子３５との間の光路上には、光源３１より出射される光をコリメートさせるため、コリメートレンズ（図示せず）などの平行光形成手段を配設している。

本実施形態の光走査装置３０で使用されている液晶封止素子３５には、交流電圧を印加する電圧制御装置３５Ａが接続されており、この電圧制御装置３５Ａにより電圧が印加されると、通過する光の方向を偏向する偏向素子としての機能を有する。

このように構成された本実施形態の光走査装置３０では、光源３１から出射された光は、コリメートレンズ（図示せず）などによりコリメートされ、本発明の液晶封止素子３５に入射する。ここで、液晶封止素子３５の光の偏向方向は、図中Ｙ方向になるように配置されている。
次に、液晶封止素子（光偏向器）３５を通過した光は、回転するポリゴンミラー３２により反射され、集光レンズ３３により感光体ドラム３４上に集光される。この際、ポリゴンミラー３２の回転により、感光体ドラム３４上で光がＺ方向に沿って掃引される。

従って、本光走査装置３０によれば、例えば光走査装置３０の組みたて調整時、及び経時的に光軸がずれたとき等には、電圧制御装置３５Ａにより液晶封止素子（光偏向器）３５に電圧を印加し、光源３１からの光をＹ方向に偏向させることで、初期設定やその後の調整が容易に行える。また、本発明の液晶封止素子（光偏向器）３５を使用することにより、外部環境温度の変化などによる液晶封止素子３５の面内のレタデーション値変動が抑えられ、感光体ドラム３４上の集光特性の劣化を防ぐこともできる。

まず、本発明の光学装置に取付ける液晶封止素子１０の作製方法について、図１及び図２を用いて説明する。

（１）厚さ１．０ｍｍのガラスの透明基板１１Ａ、１１Ｂに、それぞれ、スパッタ法によりＩＴＯからなる図示外の透明電極膜を厚さ３０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィ法及びウエットエッチング法により透明電極（図示せず）を形成する。
（２）次に、この透明電極（図示せず）上には厚さ約５０ｎｍのポリイミド膜（図示せず）をフレキソ印刷法により塗布し、焼成する。
（３）その後、ポリイミド膜（図示せず）に対して布によるラビング法により配向処理を施す。
（４）透明基板１１Ｂに、スクリーン印刷法によりエポキシ系のシール材１２を印刷しておく。このエポキシ系のシール材１２には、所定のセルギャップを維持するために直径５μｍのファイバスペーサを３％（質量比換算。以下同じ。）と、透明基板１１Ａ、１１Ｂ上に形成された透明電極間の導電性を得るために表面に導電性コーティングを施した直径５．５μｍのアクリル球を２％と、を混合する。
（５）一方、透明基板１１Ａには、接着部材１４として直径６μｍの接着性のあるアクリル粒子を１ｍｍ^２あたり１５００個散布しておく。
（６）次に、透明基板１１Ａと１１Ｂとは位置合わせた後に重ね合わせ、１７０℃にて、６×１０^４Ｎ／ｍ^２の圧力で圧着し、セルを作製する。
（７）このようにして作製したセルに、真空注入法により常光屈折率および異常光屈折率の差Δｎ＝０．１の液晶１５を注入して液晶層とし、注入口（後に、封止材１３により封止される部分）を、ＵＶ接着剤を用いた封止材１３にて封止し、外形１０ｍｍ×１２ｍｍ角の液晶封止素子１０を作製する。なお、この液晶封止素子１０は、図示外の電極端子取り出し部（液晶封止素子の外部に突出した透明基板４１ｂの部分）を介して、外部から液晶層に電圧を印加できる。

以上のような方法で作製された液晶封止素子１０の透過波面変動の温度依存性を測定したところ、大きな変動がなく良好な特性を示すことが確認できる。

次に、上記のようにして作製した液晶封止素子１０を図３に示すように液晶封止素子２３として搭載する、光ヘッド装置２０を作製する。
この光ヘッド装置２０において、半導体レーザ２１からの出射光は、第２の実施形態で説明したように、コリメートレンズ２２、液晶封止素子２３、偏光ビームスプリッタ２４、λ／４板２５の順に透過し、アクチュエータ２６Ａに保持された第１集光レンズ２６を透過して光記録媒体Ｄ上に集光される。
また、この集光された光は、光記録媒体Ｄにより反射され、第１の集光レンズ２６、λ／４板２５の順に透過し、偏光方向が９０度変化された後、偏光ビームスプリッタ２４により反射され、第２の集光レンズ２７により光検出器２８に導かれる。

ここで、液晶封止素子２３には電圧制御装置２３Ａから電圧を印加させることにより、液晶封止素子２３を透過した光の波面を変化させ、光記録媒体Ｄへの集光特性を向上させることができるが、このとき、光ヘッド装置２０の外部環境温度を１０℃から６０℃まで変化させても、集光特性に大きな変化はなく、良好な特性を示す。

なお、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。

本発明の光学装置としては、例えば光ヘッド装置、光走査装置のほか、カメラなどにも使用できる効果を有し、さらに使用波長の制限もないので、１５５０ｎｍ帯の波長を使用する通信デバイス、例えば光アッテネータ、エタロンなど及びそれを使用した光学装置にも使用できる。

本発明の光学装置に取付ける液晶封止素子の一例を示す平面図図１の液晶封止素子の側方断面図本発明の光学装置として適用の光ヘッド装置の一例を示す図本発明の光学装置として適用の光走査装置の一例を示す図従来の液晶封止素子の一例を示す平面図図５の液晶封止素子の側方断面図従来の液晶封止素子が環境温度の変化により膨張した例を示す側方断面図従来の液晶封止素子が環境温度の変化により縮小した例を示す側方断面図

符号の説明

１０：液晶封止素子
１１Ａ、１１Ｂ：透明基板
１２：シール材
１３：封止材（注入口）
１４：接着部材（変形を防止する部材）
１５：液晶
２０：光ヘッド装置
２１：半導体レーザ
２２：コリメートレンズ
２３、３５：液晶封止素子
２３Ａ：電圧制御装置
２４：偏光ビームスプリッタ
２５：λ／４板
２６、２７：集光レンズ
２６Ａ：アクチュエータ
２８：光検出器
３０：光走査装置
３１：光源
３２：ポリゴンミラー
３３：集光レンズ（ｆθレンズ）
３４：感光体ドラム
Ｄ：光記録媒体
ｔ：液晶層の面内の厚さ

Claims

光源と、この光源からの出射光を光記録媒体上に集光するための集光レンズと、前記光源と前記集光レンズとの間の光路中に配置された液晶封止素子とを備える光学装置において、
前記液晶封止素子は、対向して設ける透明基板の間の液晶が封入されている液晶層内に、前記双方の透明基板間に架設するような状態で設置して前記透明基板の変形を防止する接着部材を、少なくとも１箇所以上に設けていることを特徴とする光学装置。
前記接着部材は、前記光源からの出射光の波長に対して透明である請求項１記載の光学装置。