JP3986580B2 - 光変調素子及び光ヘッド装置 - Google Patents

Description

【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それに用いられる光変調素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスク、光磁気ディスク等の光記録媒体に情報を書き込んだり、光記録媒体から情報を読み取る光ヘッド装置において、例えばＤＶＤ（デジタルビデオディスク）とＣＤのように厚みの違う光ディスクを１つのレンズで読み取る場合、非球面レンズ（対物レンズ）と光変調素子を組み合わせて、光変調素子の開口径を電気的に切り替えることによって、ＤＶＤとＣＤの併用とし、収差を低減した状態で読み取ることが試みられてきた。
【０００３】
前記光ヘッド装置の基本構成を図３に示す。１は光源の半導体レーザで、２はハーフミラーで、３は開口径の制御が可能な光変調素子で、４は非球面レンズで、５はＤＶＤ等の光記録媒体で、６は収束レンズである。
【０００４】
しかし、前記の開口径の制御が可能な光変調素子は、例えばＴＮ（ツイストネマチック）液晶セル構造であるため、偏光膜を具備しており、光の透過率が低い（６０〜７０％）問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、光の利用効率が高く、開口径制御が可能な２重焦点用の光変調素子及びそれを利用した光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２つの透明基板の少なくとも周辺部に電極を形成し、２つの透明基板間に液晶を挟持させてなり、前記液晶が、硬化性化合物と液晶の溶液から相分離により液晶と固化物に分離形成された透過／散乱型液晶であって、２つの透明基板の中心部は周辺部とは異なる硬化条件で硬化性化合物が硬化されていて、電圧印加の有無にかかわらず常時光透過状態であり、２つの透明基板の周辺部は電圧印加の有無により光透過状態と光散乱状態を選択し得て、電圧非印加状態で散乱性が高いことを特徴とする光変調素子を提供する。
【０００７】
また本発明は、光源からの光を、前記光変調素子を通して光記録媒体に照射することにより、光学的情報の書き込み及び／又は読み取りを行うことを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい態様では、参考として２つの透明基板の中心部と周辺部に独立に電圧印加可能な電極が形成されている。このような構成により、中心部には常に電圧を印加して光の常透過部分とし、周辺部には選択的に電圧を印加することにより透過／散乱状態を切り替えることができる。すなわち、電極に印加する電圧を制御するだけで、光変調素子の開口径を制御できるという効果が得られる。
【０００９】
電極の具体的構成としては、以下の構成が採用しうる。液晶部分に相当して設けられる電極（ＩＴＯ等の透明電極）を、中心部とその周辺部とに独立に電圧を印加できるようなパターンとする。そして、参考として中心部には常時電圧を印加して光の常透過部分とし、周辺部には必要なときのみ電圧を印加して透過状態とし、その他の場合には電圧を印加せずに散乱状態とする構成である。
【００１０】
また、電極をベタ電極とし、中心部分に透明樹脂膜又は透明樹脂板等の透明性絶縁材料を介在させ、ベタ電極付き透明基板を積層し、中心部は電圧印加にかかわらず光の常透過部分とする。そして、その周辺部分は電圧印加に応じて透過／散乱を切り替える構成である。
【００１１】
また、上記の場合電極を中心部には設けずドーナツ型として、常透過部分を形成してもよい。
【００１２】
本発明の他の好ましい態様では、液晶が、硬化性化合物と液晶の溶液から相分離により液晶と固化物に分離形成された透過／散乱型液晶である。このような構成により、低い駆動電圧で高い光透過率が得られかつ電圧非印加状態での散乱性が高い、すなわち高い消光比が得られる、という効果が得られる。
【００１３】
特に、硬化性化合物と液晶との溶液中の未硬化の硬化性化合物（例えば樹脂組成物等）を、熱又は光（紫外線等）により重合硬化させ、液晶と固化物とに相分離させて得られる透過／散乱型液晶が、光変調素子の透過／散乱特性を精密に制御でき、溶媒の揮発等のプロセスが不要である等の製造の簡易さの点からも好ましい。
【００１４】
またこのタイプの透過／散乱型液晶を用いた場合には、素子の中心部に独立に電圧を印加できるようにパターニングされた透明電極を設け、中心部のみに電圧を印加しながら硬化性化合物と液晶との溶液を硬化させることにより、中心部に常透過部分を形成できる。
【００１５】
他の方法として、部分的に高い温度条件で硬化性化合物と液晶との溶液を硬化させ、硬化した部分を常透過部分とする方法がある。したがって、中心部のみを異なる硬化条件で硬化させ、中心部を光の常透過部分とできる。
【００１６】
以上の方法により、中心部分を光の常透過部分とし、それ以外の周辺部は必要に応じて透過／散乱を切り替え、光変調素子を光ヘッド装置の開口径制御に使用できる。
【００１７】
【実施例】
［例１］（参考例）
図１に示すように、厚さ０．７ｍｍの２枚のガラス基板１０、１１の表面に、ＩＴＯからなる透明電極１３Ａ、１３Ｂを形成した。透明電極は中心部の透明電極１３Ａと周辺部の透明電極１３Ｂに分離され、中心部の透明電極１３Ａは直径２．５ｍｍの円形状で、それと３０μｍの間隔をあけて周辺部の透明電極１３Ｂを形成した。ガラス基板１０、１１の組成物１２と反対側の面には、各々反射防止膜を形成した。
【００１８】
２枚のガラス基板１０、１１の透明電極１３Ａ、１３Ｂが形成された面の周辺部に、液晶注入口を除いてエポキシ樹脂を印刷し、各々の透明電極１３Ａ、１３Ｂが相対するように対面させ、セルギャップが１０μｍの状態でエポキシ樹脂を硬化させシールした。その後、硬化性化合物と液晶との溶液に光重合開始材を微量添加した組成物１２を、減圧注入法により液晶注入口から注入し、液晶注入口をエポキシ樹脂で封止した。さらにそのセルを紫外線で露光して組成物１２を重合硬化させ、液晶と樹脂の複合体とし、透過／散乱型液晶を有する光変調素子を作製した。
【００１９】
この光変調素子を用いて、中心部に１ｋＨｚ、１２Ｖの交流電圧を印加したとき、波長６５０ｎｍの光に対して、中心部の透過率は９２％であった。また周辺部に同様に電圧を印加したときの周辺部の透過率は９２％であり、電圧を印加しない状態では入射光は散乱され、直進する光の透過率は５％以下であった。
【００２０】
ここで、図３のように、光変調素子３を例１のものとし、光源の半導体レーザ１、収束レンズ６、ハーフミラー２、非球面レンズ（対物レンズ）４、ＣＤである光記録媒体５を用いて、光ヘッド装置を構成した。この光ヘッド装置を用いて、厚さ１．２ｍｍのＣＤを読み取った場合、開口径制御によって収差が約０．０６λ_ｒｍｓ〜０．６λ_ｒｍｓ（λ：光の波長、ｒｍｓ：自乗平均値）に低減した。
【００２１】
［例２］
例１と同様にしてセルを構成し、セル内に未硬化の組成物１２を注入し、中心部の透明電極１３Ａのみに５ｋＨｚ、６０Ｖの交流電圧を印加した状態でセル全体を紫外線で露光し、透過／散乱型液晶を有する光変調素子を作製した。この素子は、中心部に電圧を印加しない状態で中心部は光の透過状態を示し、透過率は例１と同じ測定条件で８８％であった。一方、周辺部は電圧を印加しない状態で直進する光の透過率は５％以下であり、電圧を印加したときの透過率は９２％であった。
【００２２】
ここで、光変調素子３を例２のものとし、光源の半導体レーザ１、収束レンズ６、ハーフミラー２、非球面レンズ（対物レンズ）４、ＣＤである光記録媒体５を用いて、光ヘッド装置を構成した。この光ヘッド装置を用いて、厚さ１．２ｍｍのＣＤを読み取った場合、例１と同様の効果が得られた。
【００２３】
［例３］
ガラス基板上に形成するＩＴＯ透明電極をベタ電極とした以外は例１と同様にしてセルを構成し、セル内に未硬化の組成物１２を注入した。セルの中心部を遮光するための直径２．５ｍｍの円形のマスクを設置して紫外線で露光し、周辺部の組成物を硬化した。続いてマスクを取り去り、セルの温度を組成物中の液晶のアイソトロピック相−ネマチック相の転移温度以上に上げ、再び紫外線で露光し、透過／散乱型液晶を有する光変調素子を作製した。
【００２４】
この光変調素子は、中心部に電圧を印加しない状態で中心部は透過状態を示し、透過率は例１と同じ測定条件で８５％であった。一方、周辺部は電圧を印加しない状態で直進する光の透過率は５％以下であり、電圧を印加したときの透過率は９２％であった。
【００２５】
ここで、光変調素子３を例３のものとし、光源の半導体レーザ１、収束レンズ６、ハーフミラー２、非球面レンズ（対物レンズ）４、ＣＤである光記録媒体５を用いて、光ヘッド装置を構成した。この光ヘッド装置を用いて、厚さ１．２ｍｍのＣＤを読み取った場合、例１と同様の効果が得られた。
【００２６】
［例４］（参考例）
図２に示すように、例１と同様にして透明電極が形成されたガラス基板２０、２１の中心部の透明電極をエッチングにより取り去った。２枚のガラス基板２０、２１の透明電極２４が形成された面の周辺部にエポキシ樹脂を印刷し、また中心部には透明な未硬化の硬化性樹脂２３を印刷し、２枚のガラス基板２０、２１を透明電極２４が相対するように対面させ、セルギャップが１０μｍの状態でエポキシ樹脂及び硬化性樹脂２３を硬化させた。このセル内に例１と同様の未硬化の組成物２２を注入し、例１と同様に硬化させ透過／散乱液晶を有する光変調素子を作製した。
【００２７】
この光変調素子は、中心部は常に光の透過状態を示し、透過率は例１と同じ測定条件で９４％であった。一方、周辺部は電圧を印加しない状態で直進する光の透過率は５％以下であり、電圧を印加したときの透過率は９２％であった。
【００２８】
ここで、光変調素子３を例４のものとし、光源の半導体レーザ１、収束レンズ６、ハーフミラー２、非球面レンズ（対物レンズ）４、ＣＤである光記録媒体５を用いて、光ヘッド装置を構成した。この光ヘッド装置を用いて、厚さ１．２ｍｍのＣＤを読み取った場合、例１と同様の効果が得られた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の光変調素子は、ＴＮ液晶セルのように偏光膜を用いていないため、光の透過状態における透過率が高いという効果を有する。また、光の利用効率が高く、開口径制御が可能な２重焦点用の光ヘッド装置が得られるという効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の光変調素子の部分側断面図。
【図２】本発明の他の実施例の光変調素子の部分側断面図。
【図３】本発明の実施例の光ヘッド装置の側面図。
【符号の説明】
１：半導体レーザ
３：光変調素子
５：光記録媒体
１０：ガラス基板
１１：ガラス基板
１２：硬化性化合物と液晶との溶液に光重合開始材を微量添加した組成物
１３Ａ：中心部の透明電極
１３Ｂ：周辺部の透明電極

Claims (4)

1. ２つの透明基板の少なくとも周辺部に電極を形成し、２つの透明基板間に液晶を挟持させてなり、前記液晶が、硬化性化合物と液晶の溶液から相分離により液晶と固化物に分離形成された透過／散乱型液晶であって、２つの透明基板の中心部は周辺部とは異なる硬化条件で硬化性化合物が硬化されていて、電圧印加の有無にかかわらず常時光透過状態であり、２つの透明基板の周辺部は電圧印加の有無により光透過状態と光散乱状態を選択し得て、電圧非印加状態で散乱性が高いことを特徴とする光変調素子。
2. 常時光透過状態である前記中心部のみに、電圧が印加されて硬化性化合物と液晶が硬化されてなる請求項１記載の光変調素子。
3. 常時光透過状態である前記中心部は、前記周辺部とは異なる温度で紫外線により露光硬化されてなる請求項１記載の光変調素子。
4. 光源からの光を、請求項１、２又は３記載の光変調素子を通して光記録媒体に照射することにより、光学的情報の書き込み及び／又は読み取りを行うことを特徴とする光ヘッド装置。

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