JPH09230300A - 光変調素子および光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光の利用効率が高く、安価に製造できる２重焦
点レンズ効果を有する光変調素子および光ヘッド装置を
得る。 【解決手段】ポリオレフィン樹脂からなり表面に同心円
状のブレーズ形状（ブレーズ深さ約３μｍ）を有する透
明基板１の液晶４側の面にＩＴＯ膜の透明電極３を形成
し、その上にポリイミド膜２を形成しラビング処理し
た。中心部分での１周期は２８５μｍ、最周辺部分での
１周期は３３μｍであった。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
ィスクおよ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、およ
び光ヘッド装置用として適した光変調素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光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光ヘッド装置におい
て、ＣＤおよびＣＤ−ＲＯＭとＤＶＤディスクのよう
に、異なった厚みの光記録媒体に対して、信号の読み書
きを１つの光ヘッド装置で行うことがしばしば必要にな
る。

【０００３】このような目的の光ヘッド装置を実現する
ために、従来は例えばレンズの表面にフレネルレンズタ
イプのブレーズホログラムを形成したレンズ素子を用い
ていた。半導体レーザからレンズ素子に入射した光のう
ち、例えば約半分をブレーズホログラムによってビーム
が拡がる方向に回折し、残り半分はそのまま透過せしめ
る。その後レンズ素子本体によって各々を収束せしめる
ことによって、２つの焦点を持つ光を一つの光ヘッド装
置によって発生させることが行われてきた。

【０００４】また、レンズは従来と同様の形状とし、ブ
レーズホログラムをプレート上に形成したフレネルレン
ズホログラムプレートを別途分離して設置させることも
試みられている。

【０００５】しかし、これらの方式の大きな欠点は、上
記ブレーズホログラムによって、光の１回の通過で光量
が半分になってしまうことである。したがって、往方向
（光源側から光記録媒体側へ向かう方向）と復方向（光
記録媒体側から光源側および光検出器側へ向かう方向）
の２回の通過で光量が１／４になってしまうという問題
がある。このため、特に大きな出力を得るのが困難であ
る赤色の半導体レーザを利用した光ヘッド装置の場合、
大出力を得ようとして光源に対する負荷が大きくなり、
コストの上昇、信頼性の低下をもたらすことになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の問題
を解消し、光の利用効率を高め、安価に製造できる、２
重焦点レンズ効果を有する光変調素子および光ヘッド装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、略平行な２つ
の透明基板とその間に挟持される液晶とを備え、少なく
とも一方の透明基板の液晶側の面が同心円状のブレーズ
形状とされ、２つの透明基板の液晶側の面に電極および
配向膜が形成され、液晶は電界非印加時には配向方向が
透明基板に対して略平行であり、電界印加時には配向方
向が透明基板に対して略垂直であることを特徴とする光
変調素子を提供する。

【０００８】本発明の好ましい態様は、液晶の常光屈折
率、異常光屈折率のいずれか一方が透明基板の屈折率に
ほぼ等しいことである。このような構成により、液晶の
常光屈折率が透明基板の屈折率にほぼ等しい場合、液晶
の常光屈折率の方向に偏光した光に対してはフレネルレ
ンズホログラムとして機能せず、液晶の異常光屈折率の
方向に偏光した光に対してはフレネルレンズホログラム
として機能する。液晶の異常光屈折率が透明基板の屈折
率にほぼ等しい場合は、液晶の常光屈折率の方向に偏光
した光に対してはフレネルレンズホログラムとして機能
し、液晶の異常光屈折率の方向に偏光した光に対しては
フレネルレンズホログラムとして機能しない。したがっ
て、偏光選択性を有するフレネルレンズホログラムを構
成できる。

【０００９】本発明はさらに、光源からの光を回折素子
を通して光記録媒体に照射することにより、情報を読み
取りおよび／または書き込む光ヘッド装置において、回
折素子が前記光変調素子であることを特徴とする光ヘッ
ド装置を提供する。

【００１０】本発明の光ヘッド装置は、非球面レンズ
（対物レンズ）と分離され、液晶によって形成されたフ
レネルレンズホログラムプレートからなる光変調素子を
有し、光変調素子に設けられた電極に電圧を印加するこ
とにより、２つの焦点を切り替えることができ、光利用
効率の高い光ヘッド装置とすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の光変調素子を上からみた
平面図を図２に示す。ただし、図２では中心部から６周
期分の同心円状のブレーズ形状を示し、それ以上は省略
してある。前記ブレーズ形状は、階段状の疑似ブレーズ
形状であってもフレネルレンズ機能を付与できる。フレ
ネルレンズ機能を付与するために、ブレーズの周期は中
心部から周辺部に向かって小さくすることが好ましい。

【００１２】図２のＡ１−Ａ２線で切った部分側断面図
を図１に示す。ここで、液晶４は電界非印加時には紙面
に略平行で透明基板１、１１に略平行（Ａ１−Ａ２線に
略平行）に配向しているとし、液晶４の常光屈折率が透
明基板１、１１の屈折率にほぼ等しいとする。電界非印
加時には、紙面に略平行で透明基板１、１１に略平行に
偏光した光に対しては、透明基板１、１１と液晶４の異
常光屈折率が異なるため、光変調素子はフレネルレンズ
として機能する。ブレーズ形状の凹凸部の深さ（高さ）
を、液晶４の異常光屈折率と透明基板１、１１の屈折率
との差（Δｎ）に応じて適切な大きさにすると、入射光
を高い割合で、原理的にはほぼ１００％回折させること
ができる。具体的には、電界非印加時にΔｎ×（凹凸の
深さ）＝（真空中の光の波長）のとき、ほぼ１００％の
回折効率が得られる。

【００１３】一方電界印加時には、液晶４は透明基板
１、１１に対してほぼ垂直に配向し、液晶４と透明基板
１、１１の屈折率が等しくなり液晶４はフレネルレンズ
として機能せず、光は全て透過する。

【００１４】このような光変調素子７を図３のように配
置し、光ヘッド装置を構成する。電界印加時には、液晶
の常光屈折率と透明基板の屈折率が等しいため全ての光
がそのまま透過し、光ディスク５面の近いところに焦点
を結ぶ。反射光はそのままの経路を戻りやはり１００％
通過する。

【００１５】電界非印加時には、光変調素子７の中心部
のフレネルレンズホログラム構造８の部分を通過した光
（液晶の配向方向に偏光した光）の大部分は、液晶の異
常光屈折率と透明基板の屈折率が異なるためフレネルレ
ンズ効果により回折し拡がり、非球面レンズ６によって
光ディスク５面の遠いところに焦点を結ぶ。反射光も同
じ経路を戻り、同じく大部分がフレネルレンズホログラ
ム構造の部分で回折され元の光路に戻る。

【００１６】液晶の配向の制御は、透明基板の表面にポ
リイミド膜を形成し、ラビング処理することによって行
うことができる。

【００１７】本発明の光源としては半導体レーザ、ＹＡ
Ｇレーザ等の固体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅ等の気体レーザ等
の各種の固体、気体レーザが使用でき、半導体レーザが
小型軽量化、連続発振、保守点検等の点で好ましい。ま
た、光源部に半導体レーザ等と非線形光学素子を組み込
んだ高調波発生装置（ＳＨＧ）を使用し、青色レーザ等
の短波長レーザを用いると、高密度の情報の読み取りお
よび／または書き込みが可能になる。

【００１８】本発明の光記録媒体は、光により情報を読
み取りおよび／または書き込みできる媒体である。その
例としてはＣＤ（コンパクト ディスク）、ＣＤ−ＲＯ
Ｍ、ビデオディスク、ＤＶＤ（デジタル ビデオ ディ
スク）等の光ディスク、および光磁気ディスク、相変化
型光ディスク等が使用できる。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例を図１〜図３を用いて以下に
説明する。厚さ０. ５ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍ角で、
屈折率１．５０のポリオレフィン樹脂を、その表面に同
心円状のブレーズ形状を有するように成形し、透明基板
１とした。ブレーズの深さは約３μｍとした。その後、
その液晶４側の面にＩＴＯ膜の透明電極３を形成し、さ
らにその上にポリイミド膜２を形成しラビング処理し
た。ここで、フレネルレンズホログラム構造を形成した
のは、透明基板１の中心部の直径２. ５ｍｍの円形部分
である。このとき、中心部分での１周期（１ブレーズ）
は２８５μｍ、最周辺部分での１周期は３３μｍであっ
た。

【００２０】ポリオレフィン樹脂を成形した、もう１枚
の平坦な透明基板１１の液晶４側の面に、ＩＴＯ膜の透
明電極３とポリイミド膜２を形成し、表面をラビング処
理した。

【００２１】液晶注入用の開口部を除いて周辺部にシー
ル部を印刷した、２枚の透明基板１、１１をポリイミド
膜２が対面するようにし、セルギャップが約１０μｍに
なるようにして重ね合わせた。その後、液晶注入用の開
口部から液晶４（メルク社製商品名ＰＬ−００８、ネマ
チック液晶、常光屈折率＝１．５２５、異常光屈折率＝
１．７７１）を真空注入した。その後、液晶注入用の開
口部をエポキシ樹脂で封止し、光変調素子７を作製し
た。

【００２２】図３に示すように、半導体レーザ（図示せ
ず）、フレネルレンズホログラム構造８を有する光変調
素子７、非球面レンズ（対物レンズ）６、光ディスク５
を設けて光ヘッド装置を作製した。電界非印加時には焦
点距離は短くなり、半導体レーザからの波長７８０ｎｍ
の入射光に対して、往方向の回折効率は約６０％で、復
方向の回折効率は約６０％で、往復効率は約３６％であ
った。

【００２３】一方、電界印加時（電圧５Ｖ印加）には焦
点距離は長くなり、往方向の回折効率は約９０％で、復
方向の回折効率も約９０％で、約８１％の往復効率が得
られた。

【００２４】

【発明の効果】本発明により、光の利用効率が高く、安
価に製造できる２重焦点レンズ効果を有する光変調素子
と、それを利用した光ヘッド装置が得られた。２重焦点
レンズ効果を有することにより、ＣＤおよびＣＤ−ＲＯ
ＭとＤＶＤディスクのように、異なった厚みの光ディス
クに対して信号の読み書きを１つの光ヘッド装置で行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示し、図２のＡ１−Ａ２線に
おける光変調素子の部分側断面図。

【図２】本発明の実施例を示し、光変調素子の中心部の
平面図。

【図３】本発明の実施例を示し、光ヘッド装置の側面
図。

【符号の説明】

１：透明基板 ２：ポリイミド膜 ３：透明電極 ４：液晶 ５：光ディスク ６：非球面レンズ ７：光変調素子 ８：フレネルレンズホログラム構造 １１：透明基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】略平行な２つの透明基板とその間に挟持さ
   れる液晶とを備え、少なくとも一方の透明基板の液晶側
   の面が同心円状のブレーズ形状とされ、２つの透明基板
   の液晶側の面に電極および配向膜が形成され、液晶は電
   界非印加時には配向方向が透明基板に対して略平行であ
   り、電界印加時には配向方向が透明基板に対して略垂直
   であることを特徴とする光変調素子。
2. 【請求項２】液晶の常光屈折率、異常光屈折率のいずれ
   か一方が透明基板の屈折率にほぼ等しい請求項１記載の
   光変調素子。
3. 【請求項３】光源からの光を回折素子を通して光記録媒
   体に照射することにより、情報を読み取りおよび／また
   は書き込む光ヘッド装置において、回折素子が請求項１
   または２に記載の光変調素子であることを特徴とする光
   ヘッド装置。