JP2010156906A - Liquid crystal optical element and optical pickup device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マルチレベルバイナリー型回折素子の光学特性を必要に応じて電気的に制御する液晶光学素子およびそれを備えた光ピックアップ装置に関する。また、特には一次元のマルチレベルバイナリー型回折素子あるいは二次元構造を持つマルチレベルバイナリー型フレネルレンズにおいてその回折特性を電気的に制御する液晶光学素子および光ピックアップ装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal optical element that electrically controls the optical characteristics of a multilevel binary diffraction element as required, and an optical pickup device including the same. In particular, the present invention relates to a liquid crystal optical element and an optical pickup device for electrically controlling diffraction characteristics of a one-dimensional multilevel binary diffraction element or a multilevel binary Fresnel lens having a two-dimensional structure.
曲率半径のみで規定される緩やかな構造変化をもつ球面光学素子から、より複雑な構造を持つ非球面光学素子、更には回折光学素子のような微細な光学構造を持つ素子の実用化により、光学システムは簡素化や高機能化がなされてきた。近年では、液晶光学素子に代表される光学特性を電気的に制御できる素子も実用化され、その素子を備えたDVD装置等の光ピックアップの高機能化に貢献している。 From the practical use of spherical optical elements with gradual structural changes defined only by the radius of curvature, aspherical optical elements with more complex structures, and elements with fine optical structures such as diffractive optical elements. Systems have been simplified and enhanced. In recent years, elements capable of electrically controlling optical characteristics typified by liquid crystal optical elements have been put into practical use, and have contributed to the enhancement of functions of optical pickups such as DVD devices equipped with such elements.
そして最近では、微細光学構造としてブレーズド格子を階段近似した複雑な構造を持つマルチレベルバイナリー型回折格子も実用化された。また、それら微細光学構造を内在させた液晶光学素子も提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Recently, a multilevel binary diffraction grating having a complicated structure obtained by stair approximation of a blazed grating as a fine optical structure has been put into practical use. In addition, a liquid crystal optical element having such a fine optical structure has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながらマルチレベルバイナリー型回折素子の場合、特定の設計波長のみに対してしか理想的には機能しない回折特性を持つ。またマルチレベルバイナリー型回折素子の特性は形状に対して敏感で、たとえば階段状のエッジが少しでも崩れてしまうとその機能は著しく低下してしまう。 However, multilevel binary diffraction elements have diffraction characteristics that ideally function only for a specific design wavelength. In addition, the characteristics of the multilevel binary diffraction element are sensitive to the shape. For example, if the stepped edge is broken even a little, its function is significantly deteriorated.
本発明の目的は上記問題点を解決し、回折特性を電気的に制御できるマルチレベルバイナリー型回折素子を内在した液晶光学素子や一次元マルチレベルバイナリー型回折素子構造を内在し、構造劣化が少ない、ひいては性能劣化の少ない液晶光学素子、およびそれを備えた光ピックアップ装置を提供するものである。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and includes a liquid crystal optical element having a multi-level binary diffraction element capable of electrically controlling diffraction characteristics and a one-dimensional multi-level binary diffraction element structure, and has little structural deterioration. Accordingly, a liquid crystal optical element with little performance deterioration and an optical pickup device including the same are provided.
上記課題を解決するために本発明の液晶光学素子および光ピックアップ装置は、基本的には下記記載の内容を採用するものである。 In order to solve the above problems, the liquid crystal optical element and the optical pickup device of the present invention basically adopt the following contents.
本発明における液晶光学素子は、2枚の透明基板間に液晶を挟持する液晶光学素子において、この2枚の透明基板の少なくとも一方の透明基板に、マルチレベルバイナリー型回折素子の構造を備え、電気信号により液晶の実効屈折率を変化させることでマルチレベルバイナリー型回折素子の光学特性を電気的に制御することを特徴とするものである。 The liquid crystal optical element in the present invention is a liquid crystal optical element in which liquid crystal is sandwiched between two transparent substrates, and at least one of the two transparent substrates has a multilevel binary diffraction element structure, The optical characteristics of the multilevel binary diffraction element are electrically controlled by changing the effective refractive index of the liquid crystal according to a signal.
また、本発明の液晶光学素子は、上記マルチレベルバイナリー型回折素子構造が、一次元のマルチレベルバイナリー型回折格子であることを特徴とするものである。このとき、液晶分子の配向軸方向と格子ベクトルの方向とを直交させるのが好ましい。 The liquid crystal optical element of the present invention is characterized in that the multilevel binary diffraction element structure is a one-dimensional multilevel binary diffraction grating. At this time, the alignment axis direction of the liquid crystal molecules and the direction of the lattice vector are preferably orthogonal.
また、本発明の液晶光学素子は、二次元のマルチレベルバイナリー型フレネルレンズであることを特徴とするものである。 The liquid crystal optical element of the present invention is a two-dimensional multilevel binary Fresnel lens.
ここで、上記液晶分子の配向軸方向は、無電圧印加状態で平行とするのが好ましい。 Here, the alignment axis direction of the liquid crystal molecules is preferably parallel when no voltage is applied.
本発明の光ピックアップ装置は、レーザー光源と対物レンズとの間の光路中に、上述した液晶光学素子を配したことを特徴とするものである。 The optical pickup device of the present invention is characterized in that the above-described liquid crystal optical element is arranged in an optical path between a laser light source and an objective lens.
本発明におけるマルチレベルバイナリー型回折素子の構造を内在する液晶光学素子は、マルチレベルバイナリー型回折素子の回折特性を電気的に制御可能で、設計波長の変更や波長変動もしくは回折構造の設計誤差に対する補正が可能となる。更に、一次元構造の場合は配向処理による回折素子構造の損傷を少なくし、最大回折効率を高くすることができる。 The liquid crystal optical element having the structure of the multi-level binary diffraction element according to the present invention can electrically control the diffraction characteristics of the multi-level binary diffraction element, and can cope with a change in design wavelength, wavelength variation, or design error of the diffraction structure. Correction is possible. Furthermore, in the case of a one-dimensional structure, damage to the diffraction element structure due to the alignment treatment can be reduced, and the maximum diffraction efficiency can be increased.
下記に示す液晶光学素子は、素子を構成する少なくとも一方の透明基板にマルチレベルバイナリー型回折素子の微細光学構造を備え、この素子に入射する入射光の波長程度以下の微細光学構造を内在する形態としている。また、回折素子の構造が一次元の場合には一次元の構造変化の方向と、液晶分子の配向軸方向を直交した構成とする。以下に、本発明における液晶光学素子の具体的な構成について説明をする。 The liquid crystal optical element shown below includes a fine optical structure of a multilevel binary diffraction element on at least one transparent substrate constituting the element, and has an internal structure of a fine optical structure having a wavelength equal to or less than incident light incident on the element. It is said. When the diffraction element has a one-dimensional structure, the direction of the one-dimensional structural change and the alignment axis direction of the liquid crystal molecules are orthogonal to each other. The specific configuration of the liquid crystal optical element in the present invention will be described below.
図1に、本実施例における一次元の微細光学構造に相当するマルチレベルバイナリー型回折素子の構造を内在した液晶光学素子の断面構造を示す。 FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a liquid crystal optical element having a multilevel binary diffraction element structure corresponding to a one-dimensional fine optical structure in this embodiment.
図1に示す様に、本実施例の液晶光学素子100aは、透明基板101aに、微細光学構造からなるマルチレベルバイナリー型回折素子102の構造が付加され、更に、回折素子の表面に、透明電極103a及びポリイミドからなる配向膜104aを有して構成されている。ここで、マルチレベルバイナリー型回折素子102は、後に述べる一次元の構造を持ち、その格子ベクトルの方向はY軸方向で、一段あたりの高さをdとした4段の階段構造を持つとする。また、回折素子表面に設けた配向膜104aの配向軸105はX軸方向であり、マルチレベルバイナリー型回折格子102における格子ベクトルの方向と直交となる様に設定されている。この格子ベクトルの方向とは、一次元の光学構造が変化する方向(本図のY軸方向)に相当する。
As shown in FIG. 1, in the liquid crystal
また、このマルチレベルバイナリー型回折素子102が形成された透明基板101aと対向する透明基板101b表面には、透明電極103b、配向膜104bが形成されている。この透明電極103bは全面ベタ電極であって、配向膜104bは配向膜104aと
平行となる様に、ラビング配向処理がされた、ポリイミドにより形成された有機配向膜である。この様に配向膜104a、104bを平行配向の形態とすることにより、電圧を与える前後で、入射光106の入射直線偏光の方位が変わらずに素子から出射するため、液晶光学素子100aによって、純粋な位相変調を実現することができる。
A
また、本図面では、4段の階段構造を持つマルチレベルバイナリー型回折格子102毎に、透明電極103aが複数個に分割して形成された例を示しており、これら各透明電極103aに個別に給電が行えるようになっている。
In addition, this drawing shows an example in which a
この様な構成とすることで、透明電極103aへ給電する領域と、給電しない領域とを任意に形成することができ、透明基板101a、101b間に挟持された液晶層112に含まれる液晶分子を、本図紙面と垂直方向を向いた液晶分子107aと、水平方向に向いた液晶分子107bの姿勢とすることができる。もちろん通常の使用においては透明電極103aを複数個に分割せず全面ベタにし、全面均一に液晶を駆動することで回折格子の光学特性を電気的に制御する。
With such a configuration, it is possible to arbitrarily form a region that supplies power to the
次に、この液晶光学素子100aの構成要素の一つである一次元のマルチレベルバイナリー型回折素子102の構造と特徴を記述する。図2は、マルチレベルバイナリー型回折素子102のY軸断面構造を表した図で、X軸方向には構造変化のない一次元回折格子を示している。
Next, the structure and characteristics of a one-dimensional multilevel
図2に示す様に、マルチレベルバイナリー型回折素子102は、先に示した様に、高さ方向であるZ軸方向に階段状の構造を持っている。ここでは、4段の場合を表している。この4段を一組とする階段構造が、Y軸方向にピッチPの周期で繰り返す回折格子となり、これが光学構造の変化する方向となり、このときのY軸方向を格子ベクトルの方向と定義する。
As shown in FIG. 2, the multilevel
図2において、階段高さ108はdで一定である。このとき、マルチレベルバイナリー型回折素子102を構成する媒質の屈折率をnとすれば、階段一段あたりの媒質部分の光路長はn×dである。一方で、空気の屈折率を1とすれば、階段一段あたりの空気部分での光路長はdであるから、両者の光路長差は(n−1)×dとなり、階段状の光路長分布を持つことがわかる。
In FIG. 2, the
また、階段構造は4段からなるため、最大の光路長差は4×(n−1)×dで表される。このとき段数が十分多ければ、階段構造は滑らかに直線的に変化する三角プリズム形状になることがわかる。これは、特定波長に対して理論上100%の回折効率を実現できるブレーズド格子となる。 Moreover, since the staircase structure is composed of four steps, the maximum optical path length difference is represented by 4 × (n−1) × d. If the number of steps is sufficiently large at this time, it can be seen that the staircase structure has a triangular prism shape that smoothly and linearly changes. This is a blazed grating that can theoretically realize 100% diffraction efficiency for a specific wavelength.
ここで、図2に示されるマルチレベルバイナリー型回折素子102に、波長λ1の入射光106が垂直に入射したとする。このときmを任意の自然数として下記に示す(1)式の関係を満たせば、理論上は100%の一次回折光109を得ることができる。(1)式において、記号||は絶対値を表す。このときの一次回折光109の回折角θは、先の周期Pを用いて(2)式で表される。
Here, it is assumed that the
m×λ1 =4×|(n−1)|×d ・・・(1)
P×sin(θ)=λ1 ・・・(2)
m × λ 1 = 4 × | (n-1) | × d ··· (1)
P × sin (θ) = λ 1 (2)
ここで、図2で示すマルチレベルバイナリー型回折素子102に、波長λ2の入射光106が垂直に入射したとする。このとき、Lを任意の自然数として(3)式に示すように、階段一段あたりの空気との光路長差が波長λ2と同じか、もしくはその整数倍なら、そ
の光に対しては階段構造がないことと同じとみなすことができる。なぜなら、光は波長を周期として繰り返す波であるからである。したがって、このときの入射光106は、液晶光学素子100aをそのまま透過し、0次光110となる。
Here, it is assumed that the
L×λ2=|(n−1)|×d ・・・(3) L × λ 2 = | (n -1) | × d ··· (3)
このように、バイナリー型回折素子102では、特定の波長λ1に対して100%機能し、別の特定の波長λ2に対しては全く機能しない光学特性を実現することができる。
As described above, the
次に、液晶光学素子100aの構造と作用について図3を用いて簡単に説明する。図3(a)に、図1に示した方向から90°回転させた方向から見た液晶光学素子100aにおける液晶分子の挙動を示し、図3(b)に、図1と同じ方向から見たときの液晶分子の様子を示した。
Next, the structure and operation of the liquid crystal
図3(a)(b)に示す様に、一対の透明基板101a、101bには透明電極103a、103bが形成され、一方の透明基板101aに形成された透明電極103aは、本図では上下に電気的に二分割されている。また、透明電極103a上には更に配向膜104aが塗布され、その配向軸105はX軸方向となる様に設定されているとする。
As shown in FIGS. 3A and 3B,
図3(a)(b)において、図中の上側の領域において透明電極103a、103bに挟まれた液晶層112には、電位差が与えられていないとする。このとき、ラグビーボール形状をした液晶分子107aは、配向膜104aの近辺でその分子長軸111を配向軸105の方向にそろえる。従って、連続体として振る舞う液晶分子107aの集団は、分子長軸111をX軸方向にほぼ平行に揃えた液晶層112を形成する。ここで、図3(a)に示す液晶分子107aが、X軸(配向軸105)に対し若干傾いているのは、プレチルト角が設定されているからであって、その角度は数度程度である。この領域において、X軸方向の直線偏光成分を有する入射光106は、およそ分子長軸111の屈折率neを見ながら液晶層112を伝搬する。
3A and 3B, it is assumed that no potential difference is given to the
これに対し、両図面の下側の領域において透明電極103a、103bに挟まれた液晶層112に十分に高い電圧が掛けられると、液晶分子107bは、分子長軸111を電界の方向であるZ軸方向にそろえて静止する。このとき入射光106は、およそ分子短軸113の屈折率noを見ながら伝搬する。そして、透明電極103a、103bに掛ける電圧を調整することで、液晶分子107bの傾きを調整することが可能で、この電圧により液晶層112の入射光106に対する屈折率を、およそneからnoまで連続に変化させることができる。
On the other hand, when a sufficiently high voltage is applied to the
したがって、透明基板101aの表面に形成したマルチレベルバイナリー型回折素子102の形状に応じた屈折率分布を与えることが可能で、屈折率分布の深さを電圧で制御することができる。また、ここで入射光106の偏光方向は、配向軸105の方向、正確には電圧を加える前の分子長軸111の方向と同じにする、本図ではX軸方向とする必要がある。これは、X軸方向の直線偏光に対しては液晶分子107bの傾きに関係なく、分子短軸113の屈折率noを見ながら伝搬するからである。
Therefore, it is possible to provide a refractive index distribution according to the shape of the multilevel
この現象は、空気層を液晶層112に置き換えたことと同じである。従って、マルチレベルバイナリー型回折素子102を構成する媒質の屈折率をnとすれば、前述した(1)(3)式において、空気の屈折率1の代わりに、neからnoまでの任意の屈折率を電気的に選択できることになり以下の(4)(5)(6)式で表される。これにより設計波長を電気的に変えることができることが判る。
m×λ1 =4×|(n−nθ)|×d ・・・(4)
L×λ2=|(n−nθ)|×d ・・・(5)
no<nθ<ne ・・・(6)
This phenomenon is the same as replacing the air layer with the
m × λ 1 = 4 × | (n−n θ ) | × d (4)
L × λ 2 = | (n−n θ ) | × d (5)
n o <n θ <n e (6)
一例として代表的な値であるnが1.5、neが1.7、noが1.5、そしてdが2μmとすると、液晶光学素子100aに電圧を与えないときは、(3)式よりLが1の場合として400nmの波長は素通りし、(1)式よりmが2の場合として、800nmの波長に対してほぼ100%の一次回折光を得ることができる。
When n is a typical value as an example 1.5, n e is 1.7, n o is 1.5, and d is a 2 [mu] m, when no given voltage to the liquid crystal
また、液晶光学素子100aに電圧を与え、入射光106に対する液晶分子107a、107bの実効屈折率を1.6にすれば、同様に200nmの波長を持つ光は素通りし、400nmの波長を持つ光に対してはほぼ100%の一次回折光を得ることができる。
正確には、透明電極103a、103bや配向膜104a、104bの屈折率と厚みを考慮しなければならないが、それらの厚みは200nm程度以下のため、ここでは無視した。
Further, if a voltage is applied to the liquid crystal
To be exact, the refractive indexes and thicknesses of the
また、前述した液晶光学素子100aは、設計波長を電気的に変えることができるが、設計波長の補正という意味でも重要な役割を果たす。すなわち、マルチレベルバイナリー型回折素子102は、設計波長からのずれに敏感で、階段高さの微妙な誤差や、レーザー光の発振波長のばらつき、温度によるレーザーの発振波長シフトや階段構造の膨張伸縮の影響を受ける。これにより、回折すべき波長を持つ光線の効率低下や、回折すべきでない波長を持つ光線の回折ノイズが発生する。この様なときに、液晶層112に与える電圧を制御し、上述した設計波長を補正することで、これらの影響をほぼ完全に除去可能となる。また、本形態によれば、接触等により壊れやすい微細構造を持つ、マルチレベルバイナリー型回折素子102の段差構造が、液晶光学素子100aに内在されて保護されるので都合が良い。
The liquid crystal
また、先に記述したように、マルチレベルバイナリー型回折素子102では、ブレーズド形状すなわち三角プリズム形状のスロープ(図2では破線で表示)を階段近似している。このときに得られる理論上の最大回折効率は、図2に示す4段の場合は約82%、8段の場合は約95%であることが知られている。
Further, as described above, in the multi-level
ここで、本発明の効果の一例として、ピッチ10μm、段差dが0.285μm、段数が8段のマルチレベルバイナリー型回折素子102を内在した液晶光学素子100aの最大回折効率を測定した。この測定では、波長650nmのレーザー光を液晶光学素子100aに垂直に入射し、入射光強度に対する一次回折光強度を測定し割合を求めた。光強度の測定にあたっては、市販のレーザーパワーメーターを用いた。その結果、本実施例で示した液晶光学素子100aでは、設計波長に対する一次回折光は82%の値が得られ、理論最大効率の95%に比較的近い値となったが、この配向方向と直交する方向に配向処理を施した従来の液晶光学素子では、60%程の一次回折光しか得られなかった。
Here, as an example of the effect of the present invention, the maximum diffraction efficiency of the liquid crystal
この様にして、液晶光学素子100aを、配向膜104aにおける配向軸105がマルチレベルバイナリー型回折素子102の格子ベクトルの方向と直交となる様に設定すれば、ラビング配向処理だけでなく、光配向処理や蒸着配向処理等による配向処理において、マルチレベルバイナリー型回折格子102の段差構造を損傷し難くし、従来のものよりも最大回折効率を飛躍的に向上することが確認できた。
In this way, if the liquid crystal
なお、上記説明では、配向膜104a、104bを平行に配向した液晶光学素子100aの形態を示したが、初期の状態で液晶分子長軸が透明基板101に対しほぼ垂直に立った垂直配向型の光学素子形態としても、本発明と同様の効果を得ることができる。
In the above description, the configuration of the liquid crystal
また、上記説明では、透明基板101aのみにマルチレベルバイナリー型回折素子102を配した例を示しているが、これを必要に応じて、透明基板101a、101bの両方の表面にそれぞれ設けても構わない。この様に、両方の透明基板101a、101b表面に、同じ格子で同じピッチのマルチレベルバイナリー型回折素子102を設けることで、各格子に刻む深さを半分にでき、素子の製造が容易となる。また、両基板に異なる回折格子を設ける場合は、一つの素子で2種類の回折機能を持たせることができる。
In the above description, an example in which the multi-level
また、上記説明では、マルチレベルバイナリー型回折素子102の表面に透明電極103aを配した例を示したが、透明基板101aの表面に設けた透明基板103a上にマルチレベルバイナリー型回折素子102を設ける構成としても構わない。
In the above description, the
次に、液晶光学素子の他の構成例について図4を用いて説明する。図4では、二次元のマルチレベルバイナリー型フレネルレンズ114を内在した液晶光学素子の断面構造を示すもので、光軸115に対し回転対称の構造を持つ。
Next, another configuration example of the liquid crystal optical element will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a cross-sectional structure of a liquid crystal optical element having a two-dimensional multilevel
図4に示す様に、本実施例に示す液晶光学素子100bは、透明基板101aに、図1に示す実施例と同様に4段の多段構造とした、マルチレベルバイナリー型フレネルレンズ114を有する。また図1に示す実施例と同様にマルチレベルバイナリー型フレネルレンズ114の上には、透明電極103aと配向膜104aがコートされ、対向する透明基板101bの表面には、透明電極103b、配向膜104bが形成され、液晶分子107aが平行に配向されている。
As shown in FIG. 4, the liquid crystal
ここで、図4に示したマルチレベルバイナリー型フレネルレンズの設計手法について説明する。図5は、マルチレベルバイナリー型フレネルレンズ114の構造設計の仕方を示す図面である。
Here, a design method of the multilevel binary Fresnel lens shown in FIG. 4 will be described. FIG. 5 is a diagram showing a structure design method of the multi-level
図5(a)に、通常の球面レンズ116(非球面レンズを含む)の断面構造を示した。まず、この球面レンズ116に対して、図5(b)に示す様に、(a)図の球面レンズ116の構造をZ軸方向に等ピッチでスライスし、均一な厚み分を省いたフレネルレンズ117とする。次に、図5(c)に示す様に、(b)図のフレネルレンズ117の構造を、高さピッチdで多段量子化することで、マルチレベルバイナリー型フレネルレンズ114の構造を得る。なお、図5ではZ軸方向に等ピッチでスライスした例を示したが、これをX軸方向に等ピッチでスライスして多段量子化してマルチレベルバイナリー型フレネルレンズとしも構わない。
FIG. 5A shows a cross-sectional structure of a normal spherical lens 116 (including an aspheric lens). First, for this
この様な形態とした、本実施例におけるマルチレベルバイナリー型液晶素子は、図1における実施例とまったく同じ作用により、特定の波長λ1に対して100%レンズとして機能し、別の特定の波長λ2に対しては、全く機能しない光学特性を実現することができ、その結果、設計波長λ1、λ2を電気的に制御することが可能となる。 The multi-level binary liquid crystal element in this embodiment configured as described above functions as a 100% lens with respect to a specific wavelength λ 1 by the same action as the embodiment in FIG. For λ 2 , optical characteristics that do not function at all can be realized, and as a result, the design wavelengths λ 1 and λ 2 can be electrically controlled.
また、本実施例で示した形態においても、実施例1と同様に、液晶は平行配向型だけでなく、垂直配向型の光学素子形態としても、本発明と同様の効果を得ることができる。 Also in the form shown in this example, the same effect as in the present invention can be obtained not only in the parallel alignment type but also in the vertical alignment type optical element form as in Example 1.
次に、実施例2で示した液晶光学素子を光ピックアップ装置に適用した例について説明する。図6は、本実施例における液晶光学素子を用いた光ピックアップ装置の構成例を示す図面である。 Next, an example in which the liquid crystal optical element shown in Embodiment 2 is applied to an optical pickup device will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of an optical pickup device using the liquid crystal optical element in the present embodiment.
本実施例で示す光ピックアップ装置200は、所定の波長のレーザー光を発振するレー
ザー光源118と、このレーザー光源から発振されたレーザー光を平行光とするコリメートレンズ120と、光ディスク123にその平行光を集光するための対物レンズ122と、コリメートレンズ120と対物レンズ122との光路の途中に配した、液晶光学素子100bとを有して構成される。
The
この光ピックアップ装置200は、405nmと650nmの発振波長を持つレーザー光源118から発振したレーザー光119が、コリメートレンズ120で平行光とされた後に、液晶光学素子100bを透過し、対物レンズ122により光ディスク123に集光される。ここで液晶光学素子100bは、図4に示す基本構造を持ったフレネルレンズである。また、対物レンズ122の開口数は、BD(ブルーレイディスク)用の0.85となっている。BDディスクの再生において、液晶光学素子100bはレンズとして機能しない。すなわち、405nmの波長に対しては機能しないように、駆動回路124で液晶が制御される。
In this
一方、DVDの再生において液晶光学素子100bはマルチレベルバイナリー型フレネルレンズとして機能するように駆動回路124で液晶が制御され、対物レンズ122との相互作用でDVD用の対物レンズ系として機能する。ここで、レーザー光の発振波長が変動した場合は、駆動回路124により、液晶光学素子100bの設計波長を補正して対処することもできる。
On the other hand, in reproducing a DVD, the liquid crystal
この様に、実施例2に示した液晶光学素子100bを、光ピックアップ装置200におけるレーザー光源118と対物レンズ122の間の光路中に配することで、確実にレンズ状態と素ガラス状態とを切り替えて、光ディスク123の焦点位置のズレを補正する。
In this way, by arranging the liquid crystal
なお、上記説明では光ピックアップ装置200に実施例2で示したマルチレベルバイナリー型フレネルレンズを有する液晶光学素子100bを搭載した例を示したが、この液晶光学素子100bに代えて、実施例1で示したマルチレベルバイナリー型回折格子を有する液晶光学素子100aを搭載することも可能である。以下に、液晶光学素子100aを光ピックアップ装置200に搭載した場合について説明する。
In the above description, the example in which the liquid crystal
液晶光学素子100aを搭載した光ピックアップ装置は、マルチレベルバイナリー型回折格子によって、レーザー光源118から出射されたレーザー光119から0次光と±1次光の3ビームを生成する。例えば、レーザー光源118が785nmと650nmの2つの波長のレーザー光を発振する光源であるとし、CD再生のときには、レーザー光源118から出射された785nmのレーザー光119を、液晶光学素子100aにて3ビームのレーザー光119に変換する。そして、この3ビームレーザー光を光ディスク123(CD)に照射し、その光ディスク123からの反射光の内の0次光を使用してディスク情報を読み取り、±1次光からトラッキング信号を取得し、CDの正確な情報の読み取り行う。
The optical pickup device equipped with the liquid crystal
また、DVD再生のときには、液晶光学素子100aに入射する650nmのレーザー光をそのまま通過させ、1ビームのまま光ディスク123(DVD)に照射して、DVDの正確な情報の読み取りを行う。
When reproducing a DVD, the 650-nm laser light incident on the liquid crystal
この様に、光ピックアップ装置における、液晶光学素子100aのマルチレベルバイナリー型回折格子を用いて、CDの波長のときには回折素子として機能させ、DVDのレーザー波長のときには回折素子として機能させないように制御することができる。
As described above, in the optical pickup device, the multi-level binary diffraction grating of the liquid crystal
また、上記構成によれば、レーザー光源118から発振されるレーザー光119の発振波長が、例えば温度変動により変化したとしても、この液晶光学素子100aでもってそ
の変動量に則して回折効率を変動させて、常に安定した3ビームレーザー光を生成することができるという利点も有する。
Further, according to the above configuration, even if the oscillation wavelength of the
100a、100b 液晶光学素子
101a、101b 透明基板
102 マルチレベルバイナリー型回折素子
103a、103b 透明電極
104a、104b 配向膜
105 配向軸
106 入射光
107a、107b 液晶分子
108 階段高さ
109 一次回折光
110 0次光
111 分子長軸
112 液晶層
113 分子短軸
114 マルチレベルバイナリー型フレネルレンズ
115 光軸
116 レンズ
117 フレネルレンズ
118 レーザー光源
119 レーザー光
120 コリメートレンズ
122 対物レンズ
123 光ディスク
124 駆動回路
200 光ピックアップ装置
100a, 100b Liquid crystal
Claims (6)
少なくとも一方の透明基板にマルチレベルバイナリー型回折素子の構造を備え、
電気信号により前記液晶の実効屈折率を変化させることで、前記マルチレベルバイナリー型回折素子の光学特性を電気的に制御する
ことを特徴とした液晶光学素子。 In a liquid crystal optical element that sandwiches liquid crystal between two transparent substrates,
At least one transparent substrate has a multi-level binary diffraction element structure,
A liquid crystal optical element, wherein an optical characteristic of the multilevel binary diffraction element is electrically controlled by changing an effective refractive index of the liquid crystal by an electric signal.
ことを特徴とする請求項1に記載の液晶光学素子。 The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the multilevel binary diffraction element is a one-dimensional multilevel binary diffraction grating.
ことを特徴とする請求項2に記載の液晶光学素子。 The liquid crystal optical element according to claim 2, wherein an alignment axis direction of liquid crystal molecules of the liquid crystal and a direction of a lattice vector of the one-dimensional multilevel binary diffraction grating are orthogonal to each other.
ことを特徴とする請求項1に記載の液晶光学素子。 The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the multilevel binary diffraction element is a two-dimensional multilevel binary Fresnel lens.
ことを特徴とする請求項2から4のいずれか一項に記載の液晶光学素子。 The liquid crystal optical element according to any one of claims 2 to 4, wherein the alignment axis directions of the liquid crystal molecules are parallel when no voltage is applied.
ことを特徴とする光ピックアップ装置。 An optical pickup device comprising the liquid crystal optical element according to any one of claims 2 to 5 disposed in an optical path between a laser light source and an objective lens.
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JP5887559B2 (en) * | 2010-11-17 | 2016-03-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Optical deflector and liquid crystal display device using the same |
US20180328557A1 (en) * | 2015-12-08 | 2018-11-15 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Lt d. | Optical device |
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- 2009-01-05 JP JP2009000105A patent/JP2010156906A/en active Pending
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