JP4269836B2 - 液晶素子および光ヘッド装置 - Google Patents
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Description
ところが、この液晶素子に用いられる液晶は、一般的に液体であり、液晶を密封空間に充填するために用いられる固体材料から成るシール材103に比べ、熱膨張率が大きい。その結果、図6に示すような構成の従来の液晶素子では、温度上昇に対しては図7に示すように液晶層104は厚さ方向に膨張するとともに、温度低下に対しては図8に示すように液晶層104は厚さ方向に縮小する。
このように、液晶素子に用いられる液晶は、温度変化に対して液晶層104の厚さが、シール材103近傍に比べて、液晶層104の中央部側で大きく変動することが分かっている(例えば、特許公報1参照)。なお、図7および図8において、符号101、102はガラス基板である。
そこで、温度変化に対して透過ピーク波長の変動を抑えるために、クランプ部材を液晶素子の両端に連結させ、液晶層の厚さ変動を抑制することにより、反射ミラー間の距離の変動を抑制する構成のものが提案されている(例えば、特許公報2参照)。
このような構成とすると、液晶の熱膨張が気泡に吸収されるため、液晶層の厚さ変動に伴う透過波面の変形は抑制させることができる。
また、特許文献2に開示された液晶素子では、液晶素子両端にクランプを用いることにより液晶素子両端の液晶層の厚さ変動を抑えることはできるが、信号光として実際に利用する光束が透過する領域である有効エリアの液晶層の厚さ変動を抑えることはできない。
また、特許文献3に開示された液晶素子構成では、有効エリア内に空気層を形成しているため、有効エリア内の液晶層の厚さ変動を抑えることはできない。
図1は本発明の第1の実施形態に係る液晶素子である液晶エタロン型の波長可変フィルタの構成例を示す側断面図である。以下、図面を参照しながら本実施形態の液晶素子10を詳細に説明する。
第1の実施形態の液晶素子10は、基本的構成として、第1の透明基板11Aと、第1の透明電極12Aと、液晶層13と、第2の透明電極12Bと、第2の透明基板11Bとをこの順序に備えているが、特にこの外に、第2の透明基板11Bと第2の透明電極12Bとの間に、液晶層13側から固体透明層15および透明層16が順序に形成されている。なお、液晶層13を所定の厚さに保持するために、公知のスペーサ(図示せず)がシール材14A、14Bに混入して用いられている。
このうち、空気層16Aは、1気圧程度の気体であることが好ましく、さらに空気である方が製造工程上簡便であることから好ましい。さらに、空気層16Aは、液晶に比べて体積弾性変形が大きな物質であればよい。また、空気層16Aは、密封されていても、されていなくてもいずれでもよく、体積弾性変形の起こしやすさからは密封されていないほうが好ましい。また、空気層16Aの厚さとしては、2μm以上であればよく、厚すぎると厚み斑が発生しやすいため薄い方が好ましく、面積としては小さい方が液晶素子10の大きさが小型になるため好ましいが、形状弾性変形を起こす程度の大きさは必要である。
一方、固体透明層16Bは、例えばガラス、透明接着剤やアクリルやポリカーボネートなどの有機材料、水晶やLiNbO3などの無機結晶からなる無機材料などからなり、空気よりも弾性変形を起こしにくいものがよい。
図4は本発明の第2の実施形態の液晶素子20である液晶エタロン型の波長可変フィルタの構成例を示す側断面図である。なお、図4において、図1と同一機能のものには同一符号を付している。
この第2の実施形態の液晶素子20である液晶エタロン型の波長可変フィルタは、第1の透明基板11Aおよび第2の透明基板11Bの液晶層13側に、反射ミラー21Aおよび21Bが形成されていること以外は図1に示す第1の実施形態と同じである。また、本実施形態でも、交流電源Pを用いて電圧を液晶層13に印加することにより、透過ピーク波長を変化できる。
特に、この誘電体多層膜は、膜構成により分光反射率を制御でき、また、光吸収が少ないため、反射ミラー21A、21Bとして用いるのに好ましい。この誘電体多層膜を構成する高屈折率誘電体としては、Ta2O5、TiO2、Nb2O5、Siなどが用いられ、低屈折率誘電体多層膜としてはSiO2、MgF2、Al2O3などが用いられる。
図5は本発明の第3の実施形態である液晶素子30の構成例を示す側断面図である。なお、図5において、図1、図4と同一機能のものには同一符号を付している。
本発明の第3の実施形態に係る液晶素子30では、第2の実施形態のように反射ミラー21A、21Bを配設した構成の場合には、(第2の実施形態の)透明層16の固体透明層16Bのように、有効エリア内に(透明層17の)固体透明層17Bを配設するのではなく、図5に示すように、固体透明層17Bの間の有効エリア内に空気などの体積弾性変形を起こしやすい空気層17Aを配設する構成としてもよい。
本発明の実施例の液晶エタロン型の波長可変フィルタ(第2の実施形態に係る液晶素子20で構成のもの)について、その構造を模式的に示した図4の側断面図を用いて説明する。初めに、実施例の液晶エタロン型の波長可変フィルタの製造方法について説明する。
すなわち、1550nm波長帯域で広い発光スペクトルを持つ広帯域光源からの光を、液晶分子の配向方向と同じ偏光方向で入射させ、その出射光を光スペクトルアナライザーで観測した。このとき、波長可変フィルタの液晶層13には、電源Pを用いて矩形波状の交流電圧を第1の透明電極12Aと第2の透明電極12Bを介して0Vから10Vまで印加し、さらに、波長可変フィルタの温度を35℃から45℃まで変化させた。
因みに、液晶層13の厚さの変動に起因する透過ピーク波長の変動量(X)は350pm/℃であり、液晶の屈折率変化に起因する透過ピーク波長の変動量(Y)は−100pm/℃であった。
Z=X+Y ・・・(1)
の関係を満たすものとの知見も得られた。
なお、ここで、上記したように、液晶の屈折率変化に起因する透過ピーク波長の変動量(Y)が固有の定数、つまり前述した−100pm/℃であるので、(1)式から、液晶の熱膨張の寄与による液晶層13の厚さ変動量(X)は、
X=Z−Y
=−100−(−100)
=0(pm/℃)
となり、ゼロとなることが判明した。
図5は参考例である液晶エタロン型の波長可変フィルタ(第3の実施形態に係る液晶素子30で構成のもの)の構造を模式的に示した側面図である。この参考例の液晶エタロン型の波長可変フィルタは、透明層17内の空気層17Aが有効エリア内に形成されていることを除き、図4に示す実施例と同じ構造となっており、同様の方法で形成している。
Z=X+Y+α ・・・(2)
ただし、ここでα:空気層収縮による変動量
の関係を満たすものとの知見も得られた。
α=Z−(X+Y)
=80−(350−100)
=−170(pm/℃)
であるものとされる。
11A、11B:透明基板
12A、12B:透明電極
13:液晶層
14A、14B:シール材
15:固体透明層
16、17:透明層
16A、17A:空気層
16B、17B:固体透明層
2:基板
2A、2B:基板
21A、21B:反射ミラー
L:光束
P:矩形波交流電源
Claims (4)
- 入射光に対して液晶の実質的屈折率またはリタデーション値を変化させて出射する液晶素子であって、
前記液晶素子は、第1の透明基板と、第1の透明電極と、液晶層と、第2の透明電極と、第2の透明基板とがこの順序に配設され、
前記第1の透明基板と前記第1の透明電極との間および/または前記第2の透明基板と前記第2の透明電極との間に、前記液晶層側から固体透明層および透明層が形成され、
前記透明層のうち、前記入射光が透過する領域である有効エリアには、固体透明層が配置され、前記有効エリアとは異なる領域には、空気層が含まれることを特徴とする液晶素子。 - 前記空気層は密封されていないことを特徴とする請求項1に記載の液晶素子。
- 表面を含む前記第1の透明基板と前記液晶層との間の平面、および表面を含む前記第2の透明基板と前記液晶層との間の平面に、反射ミラーが形成されている請求項1または請求項2に記載の液晶素子。
- 光源と、
前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光するための対物レンズと、
前記光記録媒体へ集光されるとともに前記光記録媒体により反射された前記出射光を検出する光検出部と、を備える光ヘッド装置において、
請求項1から3いずれか1項に記載の液晶素子が前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に配置されていることを特徴とする光ヘッド装置。
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