JPH10188321A

JPH10188321A - 偏光回折格子及びそれを用いた光ヘッド装置

Info

Publication number: JPH10188321A
Application number: JP8343957A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Tanabe; 譲田辺; Hiromasa Sato; 弘昌佐藤
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-07-21
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: JP3648581B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気的な開口制御が可能で、光の利用効率が高
く、信頼性の高い、コンパクトな光ヘッド装置を得るた
めの偏光回折格子を得る。【解決手段】高分子液晶を基板間に挟持した偏光回折格
子１であって、その中心部２と周辺部３との少なくとも
いずれかでは、入射光６Ａ〜６Ｆに対する出射光７Ａ〜
７Ｆが偏光方向によって回折効率が異なる。７Ａ〜７Ｄ
はそのまま透過し、周辺部３のＰ偏光５での７Ｅ、７Ｆ
は回折する。

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、ＣＤ−Ｅ、ＣＤ−Ｒ、ビデ
オディスク等の光記録媒体に光学的情報を書き込んだ
り、光学的情報を読みとるための光ヘッド装置に用いら
れる高分子液晶を用いた偏光回折格子及びそれを用いた
光ヘッド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク及び光磁気ディスク等の光記
録媒体に光学的情報を書き込んだり、光学的情報を読み
とるための光ヘッド装置において、ＤＶＤとＣＤとを両
方とも読めることが望まれている。ＤＶＤとＣＤとでは
厚みが異なり、厚みの違うディスクを１つの光ヘッド装
置で読むことが試みられてきた。１個の集光レンズのみ
で両方のディスクを読むことは難しい。

【０００３】このため具体的には、２個の集光レンズを
用い、これを機械的に切り替えたり、集光レンズにＴＮ
（ツイステッドネマチック）型の液晶素子を組合せて、
開口径を液晶素子で電気的に切り替えて使用することに
より、収差を低減した状態で２種類のディスクを読むこ
とが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、機械的に集光
レンズを切り替えるのは、光ヘッド装置が大型化し、コ
ンパクトな光ヘッド装置が得られにくいし、信頼性及び
切り替え時間等に問題を生じやすい。また、開口制御に
ＴＮ型の液晶素子を用いるのは、ＴＮ液晶素子には偏光
膜が必須であるので、それにより光の透過率が大幅に低
下する問題点があった。このため、電気的に容易に切替
が可能で、光利用効率が低下しにくく、信頼性の高い光
ヘッド装置が望まれていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、高分子液晶を基板間
に挟持した偏光回折格子において、中心部と周辺部とで
少なくともいずれかの偏光に対する回折効率が異なるこ
とを特徴とする偏光回折格子を提供する。

【０００６】また、その直交する２つの偏光のうち、一
方の偏光に対しては、中心部ではほぼ全透過し、周辺部
では回折するとともに、もう一方の偏光に対しては、中
心部では同じくほぼ全透過し、周辺部でもほぼ全透過す
る偏光回折格子、及び、それらの中心部がレンズ状の凹
凸又はフレネルレンズ状の凹凸とされている偏光回折格
子を提供する。

【０００７】さらに、高分子液晶を基板間に挟持した偏
光回折格子の製造方法において、対向する電極の対向部
分が所望の格子パターンになるように電極を形成した一
対の基板を用い、それらの電極付き基板間に重合により
高分子化する液晶性化合物を挟持し、対向する電極間に
電圧を印加しつつ、液晶性化合物を重合して高分子化す
ることにより、中心部と周辺部とで少なくともいずれか
の偏光に対する回折効率が異なる偏光回折格子を製造す
ることを特徴とする偏光回折格子の製造方法を提供す
る。

【０００８】さらには、それらの偏光回折格子を光源、
ビームスプリッタ、光検出器、集光レンズとを含む光ヘ
ッド装置に組み込み、偏光方向制御素子により偏光回折
格子に入射する偏光方向を切り替えるようにしたことを
特徴とする光ヘッド装置を提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明では、高分子液晶を基板間
に挟持した偏光回折格子であって、その中心部と周辺部
とで少なくともいずれかの偏光に対する回折効率が異な
る偏光回折格子とする。この少なくともいずれかの偏光
とは、全偏光方向で中心部と周辺部とで回折効率が異な
るものも含むが、ある特定の方向の偏光に対してのみ中
心部と周辺部とで回折効率が異なるものも含む。

【００１０】後者の例では、直交する２つの偏光のう
ち、一方の偏光に対しては、中心部ではほぼ全透過し、
周辺部では回折するとともに、もう一方の偏光に対して
は、中心部では同じくほぼ全透過し、周辺部でもほぼ全
透過するというものがある。具体的には、Ｐ偏光に対し
ては中心部では全透過し周辺部では回折するが、Ｓ偏光
に対しては中心部と周辺部の両方で全透過するというも
のがある。

【００１１】図１は本発明の偏光回折格子の断面図であ
り、（Ａ）はＳ偏光（図の紙面に垂直な偏光方向を持つ
光）、（Ｂ）はＰ偏光（図の紙面に平行な偏光方向を持
つ光）の場合の光の透過状態を説明している。図２は、
図１の偏光回折格子の平面図である。

【００１２】図１及び図２において、１は偏光回折格
子、２はその中心部、３はその周辺部、４はＳ偏光、５
はＰ偏光、６Ａ〜６Ｆは入射光、７Ａ〜７Ｆは出射光、
８は第１の配向部、９は第２の配向部を示す。Ｗ₁ は中
心部の幅、Ｗ₂ 及びＷ₃ は周辺部の幅を示す。

【００１３】本発明では、この偏光回折格子１の中心部
２と周辺部３とで、少なくともいずれかの偏光に対する
回折効率が異なるようにされている。この図１及び図２
の例では、高分子液晶の配向が中心部と周辺部で異なっ
た状態にされており、かつ周辺部では軸対称に回折格子
が形成されている。

【００１４】この例では、上下の両基板とも図１の水平
方向に配向処理した状態（液晶分子のツイストは０°）
を示しており、Ｓ偏光に対して、入射光６Ａ、６Ｂ、６
Ｃはいずれもそのまま透過し出射光７Ａ、７Ｂ、７Ｃと
なる。Ｐ偏光に対して、入射光６Ｄ、６Ｅ、６Ｆは、中
心部ではそのまま透過し出射光７Ｄとなり、周辺部では
回折して出射光７Ｅ、７Ｆとなる。

【００１５】ただし、図１（Ａ）でも、この断面部分以
外では回折する部分がある。すなわち、この断面からも
っと奥の部分の周辺部では、格子の長手方向が偏光方向
に一致し、回折が生じる。これは、図１（Ａ）の断面に
直交する断面で見た場合に相当し、図１（Ｂ）と同じこ
とになる。すなわち、このように格子が軸対称の場合に
は、周辺部のどこかで回折が起きることになる。

【００１６】この場合、基板は通常のガラス、プラスチ
ック等の透明基板が使用できるが、信頼性の点から見て
ガラス基板が好ましい。基板に凹凸を形成する場合に
は、基板自体をエッチングや機械的な切削法で削った
り、プレス成形するか、基板表面に膜を形成し、これを
エッチングや機械的な切削法で削ったり、プレス成形し
たりして形成すればよい。

【００１７】この凹凸は、周辺部の格子の場合には直線
にしてもよく、輪状にしてもよい。また、後述の例のよ
うに中心部をレンズ状にする場合には、単純な凹部や凸
部としてもよく、フレネルレンズ状に形成してもよい。
用いる液晶の屈折率と基板又は基板表面の膜の屈折率と
の関係で、格子機能やレンズ機能を生じるので、基板表
面に膜を形成して凹凸化する方が、屈折率の調整が容易
になり好ましい。

【００１８】具体的には、この膜としては無機化合物の
膜が好ましいが、特にＳｉ_x Ｏ_y で表される膜が好まし
い。この膜は、ｘとｙとの値により、かなり広い範囲で
屈折率を変化させられ、液晶の通常持つ常光屈折率と異
常光屈折率との間の屈折率をほぼ自由に選択できる。

【００１９】電極を基板に形成する場合には、通常、透
明電極であるＩＴＯ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ ）が使用さ
れるが、他の透明電極も使用できる。この電極は、所望
のパターンにパターニングされて用いられるが、ベタ電
極で使用することもある。この例では、両方の基板で電
極はパターニングされ、中心部２と周辺部３の一部とに
電極がない部分が設けられている。

【００２０】この電極上に、必要に応じて配向膜を形成
する。この配向膜としては、通常の液晶表示素子で用い
られる配向膜が使用できる。代表的な水平配向膜として
は、ポリイミドやポリアミド等の樹脂膜をラビングした
膜や、ＳｉＯの斜め蒸着膜がある。また、代表的な垂直
配向膜は、アミノシラン系等の垂直配向剤を用いた膜が
ある。

【００２１】その他、シール技術、液晶注入技術、注入
口封止技術、多数個取り製法技術等は通常の液晶表示素
子の工程で使用される技術を用いればよい。また、本発
明の偏光回折格子は、外面に反射防止膜を形成して用い
ることが好ましい。

【００２２】このような偏光回折格子を製造するには、
いくつかの方法があるが、以下のような製造方法が好ま
しい。

【００２３】最も適している第１の方法は、対向する電
極の対向部分が所望の格子パターンになるように電極を
形成した一対の基板を用い、対向する電極間に電圧を印
加しつつ、液晶性化合物を重合して高分子化する方法で
ある。

【００２４】すなわち、対向する電極の対向部分が所望
の格子パターンになるように電極を形成した一対の基板
を準備する。具体的には、一方の基板に所望の格子パタ
ーンになるように電極を形成し、他方の基板には全面ベ
タ電極のままとすればよい。もっとも、両方とも同じよ
うにパターニングしてもよく、両方のパターンを組合せ
て重なった部分が所望の格子パターンになるようにして
もよい。

【００２５】次いで、それらの電極付き基板間に重合に
より高分子化する液晶性化合物を挟持する。これも具体
的には、それらの電極付き基板間を重ね合わせてセル化
し、その空セルに重合により高分子化する液晶性化合物
を注入すればよい。これも粘性の高い液晶性化合物の場
合には、注入と同時にシールするとか、後の高分子化工
程の後にシールを行うというような方法も可能である。

【００２６】次いで、対向する電極間に電圧を印加しつ
つ、液晶性化合物を重合して高分子化する。具体的に
は、これも光硬化性の液晶性化合物を用いて光照射によ
り硬化させればよい。熱硬化型の場合には、加熱して硬
化させる。これにより、電圧の印加されている電極間に
挟持されている部分では、部分的に配向状態が異なる状
態で高分子化される。

【００２７】正の誘電異方性のネマチック液晶を用い、
基板表面をラビング等で水平配向処理した場合には、電
圧を印加していない部分では、液晶分子は基板の配向処
理方向に沿って水平配向する。一方、電極間に電圧を印
加した部分では、液晶分子が垂直配向する。これによ
り、高分子化した際に２種類の配向状態になる。

【００２８】この場合、上下の基板で平行配向した状態
を考えたとき、電圧を印加せずに水平配向した部分で
は、入射する偏光方向によって常光屈折率（ｎ_o ）乃至
異常光屈折率（ｎ_e ）を示す。電圧印加により垂直配向
した部分では、常光屈折率（ｎ_o ）を示す。

【００２９】第２の方法としては、所望の格子パターン
になるように少なくとも一方の基板自体又は基板の表面
に設けた膜に凹凸を形成する。この凹凸を形成した基板
ともう１枚の基板とを用い、セル化して、その空セルに
重合により高分子化する液晶性化合物を注入する。

【００３０】次いで、注入した液晶性化合物を硬化させ
る。液晶分子が凹部の溝又は配向処理方向に沿って整列
する。この場合、基板又はその基板表面の膜の屈折率
と、液晶の配向時の屈折率とにより、回折が起きたり起
きなかったりさせうる。

【００３１】第３の方法としては、第１の方法に類似す
るが、電極はパターニングしないベタ電極とし、表面に
所望のパターンの遮光マスクを配置し、全面に電圧を印
加しつつ、光硬化させる方法がある。

【００３２】この場合には、２種類の方法がある。１つ
は遮光マスクを配置し、全面に電圧を印加しつつ光硬化
させ、次いで遮光マスクを取り去り、全面に電圧を印加
せずに硬化をする。もう１つは、遮光マスクを配置し、
全面に電圧を印加せずに光硬化させ、次いで遮光マスク
を取り去り、全面に電圧を印加して硬化をする。

【００３３】さらにこれらを組合せたりしてもよく、中
心部と周辺部とで少なくともいずれかの偏光に対する回
折効率が異なる偏光回折格子が形成されればよい。

【００３４】この図１及び図２のように軸対称に格子が
形成されている場合、上記の説明の中心部２では水平配
向しており、偏光方向によらず常に光は全透過する。一
方、周辺部３では、第１の配向部８では液晶分子（重合
後の側鎖部分）は水平配向し、第２の配向部９では液晶
分子は垂直配向しており、屈折率の異なる部分が生じ、
回折格子を形成している。このため、周辺部３では、輪
状に回折格子が形成されていることになるので、どの偏
光方向の光も一部は回折を生じる。

【００３５】さらに、この例では、格子周期を徐々に変
化させる（チャープ）ことによって迷光の影響を回避し
ているが、これも格子ピッチが細かいとき、省略でき
る。この図では、格子周期は徐々に変化していることを
分かりやすくするためにかなり誇張して記載してある
が、実際にはその変化の割合は数十％程度の変化とさ
れ、図示したものよりもずっと少ない。以下の他の例の
説明でも同様である。

【００３６】これにより、周辺部では格子のピッチが狭
い内側の出射光７Ｅは、格子のピッチが広い外側の出射
光７Ｆよりも大きく回折する。

【００３７】また、この構成の偏光回折格子において
は、中心部と周辺部に生ずる透過波面収差を補正するた
めに位相補正コートを実施することが好ましい。位相補
正コートプロセスを省略し全透過する偏光に対して有効
径で、回折する偏光に対して中心部分で透過波面収差を
低減するためには、５０ｎｍ以下の薄いＩＴＯ膜を用い
る、または入射側と対向側の計２枚でのＩＴＯ膜がある
部分とない部分の面積比が等しくなるようなパターニン
グにすることが透過波面収差を低減するうえで好まし
い。

【００３８】すべての方向の偏光又は円偏光に対しての
有効径内の透過波面収差を抑制するためには、膜自体の
影響が少ない５０ｎｍ以下のＩＴＯ電極を中心部に周辺
部と独立に設け、重合時に周辺部より低い電圧を同時に
印加し、液晶が水平配向と垂直配向の中間状態で固体化
し、周辺部との位相差を低減することが好ましい。

【００３９】この構成の偏光回折格子において、片側の
周辺部を全面ＩＴＯ膜とすることで位置合わせが不要と
なり作製プロセスは簡便となるが、周辺部の回折する偏
光に対する透過率が上昇する。このため、周辺部に大き
な消光比（透過偏光に対する透過率／回折偏光に対する
透過率）が要求される場合は、両面に同じ形状のＩＴＯ
電極をパターニングすることが好ましい。

【００４０】また、この例では、回折部における回折光
が迷光となって光ノイズになる可能性が有るため、それ
を抑制するために回折部を軸対称にしているが、次に示
すように回折部を直線格子にしてもよい。

【００４１】図３は本発明の偏光回折格子の他の例の断
面図であり、（Ａ）はＳ偏光（図の紙面に垂直な偏光方
向を持つ光）、（Ｂ）はＰ偏光（図の紙面に平行な偏光
方向を持つ光）の場合の光の透過状態を説明している。
図４は、図３の偏光回折格子の平面図である。

【００４２】図３及び図４において、１１は偏光回折格
子、１２はその中心部、１３はその周辺部、１４はＳ偏
光、１５はＰ偏光、１６Ａ〜１６Ｆは入射光、１７Ａ〜
１７Ｆは出射光、１８は第１の配向部、１９は第２の配
向部を示す。Ｗ₁₁は中心部の幅、Ｗ₁₂及びＷ₁₃は周辺部
の幅を示す。

【００４３】この例では、中心部２を除き、周辺部３に
は直線状の格子が形成されている。しかも、例１と同様
に格子のピッチが変化させられている。この格子の形成
は図１及び図２のところで説明した製造方法と同じ製造
方法で製造すればよい。

【００４４】この例でも、上下の両基板とも図の水平方
向に配向処理した状態（液晶分子のツイストは０°）を
示しており、Ｓ偏光に対して、入射光１６Ａ、１６Ｂ、
１６Ｃはいずれもそのまま透過し出射光１７Ａ、１７
Ｂ、１７Ｃとなる。Ｐ偏光に対して、入射光１６Ｄ、１
６Ｅ、１６Ｆは、中心部ではそのまま透過し出射光１７
Ｄとなり、周辺部では回折して出射光１７Ｅ、１７Ｆと
なる。この場合、周辺部の格子のピッチが狭い左側の出
射光１７Ｅは、格子のピッチが広い右側の出射光１７Ｆ
よりも大きく回折する。

【００４５】図５は本発明の偏光回折格子のさらに他の
例の断面図であり、（Ａ）はＳ偏光（図の紙面に垂直な
偏光方向を持つ光）、（Ｂ）はＰ偏光（図の紙面に平行
な偏光方向を持つ光）の場合の光の透過状態を説明して
いる。図６は、図５の偏光回折格子の平面図である。

【００４６】図５及び図６において、２１は偏光回折格
子、２２はその中心部、２３はその周辺部、２４はＳ偏
光、２５はＰ偏光、２６Ａ〜２６Ｆは入射光、２７Ａ〜
２７Ｆは出射光、２８は第１の配向部、２９は第２の配
向部を示す。Ｗ₂₁は中心部の幅、Ｗ₂₂及びＷ₂₃は周辺部
の幅を示す。

【００４７】この例は、図３及び図４の例と同様に周辺
部３に直線状の格子が形成されており、かつ中心部２に
は基板自体に凹部が形成されている。周辺部３の直線状
の格子は、図３及び図４の例と同様に格子のピッチが変
化させられている。この格子の形成は図１及び図２のと
ころで説明した製造方法と同じ製造方法で製造すればよ
い。

【００４８】この例では、基板の中心部にレンズ状の曲
面を形成することによって、単に開口径を制御するだけ
でなく、位相も制御し、より光学波面収差を改善してい
る。このために中心部２に凹凸を形成しているが、中心
部がレンズとして機能するように所望の形状で形成され
ていればよい。この凹凸は、単純な凹部や凸部としても
よく、フレネルレンズ状に形成してもよい。

【００４９】この例でも、上下の両基板とも図の水平方
向に配向処理した状態（液晶分子のツイストは０°）を
示しており、Ｓ偏光に対して、入射光２６Ａ、２６Ｂ、
２６Ｃはこの断面ではいずれもそのまま透過し出射光２
７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃとなる。Ｐ偏光に対して、入射光
２６Ｄ、２６Ｅ、２６Ｆは、中心部ではそのまま透過し
出射光２７Ｄとなり、周辺部では回折して出射光２７
Ｅ、２７Ｆとなる。この場合、周辺部の格子のピッチが
狭い左側の出射光２７Ｅは、格子のピッチが広い右側の
出射光２７Ｆよりも大きく回折する。

【００５０】さらに、この例では、中心部２２では凹部
を設けた基板により、液晶がＰ偏光に対してのみ凸レン
ズとして働く。これは、液晶が平行に（ツイストせず
に）水平配向しているので、Ｐ偏光の方向では液晶が異
常光屈折率を示し、基板を常光屈折率近辺にしておくこ
とにより、その屈折率差が生じ、凸レンズとして機能す
る。一方、Ｓ偏光に対しては、液晶が常光屈折率を示
し、基板を常光屈折率近辺とした場合には、屈折率差が
生じなく、凸レンズとして機能しない。この場合、基板
の屈折率を異常光屈折率に合わせたり、中心部を垂直配
向にしたりしてもよく、基板の中心部に凸部を形成した
りしてもよい。

【００５１】本発明では、これにより、ある偏光方向の
光に対しては、光開口径が制御され、ある偏光方向の光
に対しては、光開口径が制限されない。

【００５２】この本発明の偏光回折格子とＴＮ液晶を用
いた偏光方向制御素子とを組み合わせると、電気的に容
易に開口を切り替えうる。この場合、ＴＮ液晶を用いた
偏光方向制御素子は、９０°ツイストした液晶を封入し
たベタ電極を有する通常のＴＮ液晶セルでよい。このＴ
Ｎ液晶を用いた偏光方向制御素子は、Ｐ偏光とＳ偏光と
を切り替える目的で用いるので、偏光膜は使用しなくて
よい。このため、偏光膜による光量の損失はない。

【００５３】このようにして製造した偏光回折格子は、
光ヘッド装置に組み込まれて使用される。図７は、本発
明の光ヘッド装置の基本的な構成を示す正面図である。
図７において、３１はレーザダイオード等の光源、３２
はビームスプリッタ、３３は１／４波長板等の位相差
板、３４は偏光方向制御素子、３５は偏光回折格子、３
６は集光レンズ、３７は第１の光記録媒体、３８は第２
の光記録媒体、３９は光検出器を示す。

【００５４】この光ヘッド装置では、光源３１から出射
した光が、ビームスプリッタ３２、位相差板３３、偏光
方向制御素子３４、偏光回折格子３５、集光レンズ３６
を通過し、第１の光記録媒体３７に到達し、そこで反射
して逆に戻り、ビームスプリッタ３２で回折されて光検
出器３９に光が到達する。偏光方向制御素子３４により
偏光方向を変えることにより偏光回折格子３５の光の透
過状態が変わり、第２の光記録媒体３８に光が到達す
る。

【００５５】すなわち、偏光方向制御素子３４への電圧
の印加状態の変化により、偏光回折格子３５への入射偏
光方向をＰ偏光とＳ偏光とに切り替える。これにより、
偏光回折格子３５の出射光が変化し、第１の光記録媒体
３７、第２の光記録媒体３８へ焦点が切り替わる。

【００５６】この光ヘッド装置の構成は、代表的な構成
を示したにすぎない。ビームスプリッタに液晶を用いた
偏光回折格子を用いたり、ビームスプリッタを複数の部
分に分けて複数の光検出器に回折させたり、光源にＳＨ
Ｇ（高調波発生装置）を用いたり、光記録媒体に向かう
光を３ビームに分ける回折格子を併用したりする等公知
の光ヘッド装置に適用されている応用が本発明の効果を
損しない範囲で可能である。

【００５７】

【実施例】例１（実施例）０．５ｍｍ厚のガラス基板に、厚さ３０ｎｍのＩＴＯ透
明導電膜をスパッタ法により成膜した。フォトリソグラ
フィ及びウエットエッチングによりＩＴＯ膜にパターニ
ングを行い、図２に示すように半径１．２５ｍｍφ（ｗ
₁ ＝２．５ｍｍ）より外の周辺部に、軸対称のＩＴＯ格
子状の電極を形成した。

【００５８】ただし、通電を確保するため９０°及び２
７０°方向には幅２０μｍのＩＴＯ電極を残した。格子
周期は半径１．２５ｍｍの位置でのピッチ１６μｍから
半径２．５ｍｍの位置でのピッチ２０μｍまで徐々に大
きくした。対向基板側のＩＴＯ電極にも同一のパターニ
ングを実施した。

【００５９】両方の基板の対向する面（ＩＴＯ電極形成
面）に厚さ６０ｎｍのポリイミド配向膜を形成し、ラビ
ング布によるラビングを実施した。ラビング方向は、図
１の紙面に平行になるようにし、かつ、上下の基板でそ
の方向が１８０°となるように両方の基板を対向させ、
４μｍスペーサを混合したシール材により熱圧着し空セ
ルを作製した。

【００６０】空セル内に重合開始剤を１重量％含む未重
合の液晶モノマーを注入し、ＩＴＯ電極に５Ｖ_rms 、１
００Ｈｚの矩形電圧を印加した。この状態でパワー密度
１０ｍＷ／ｃｍ² の紫外線を３００秒間照射し、周期的
に印加された電圧により生じる配向方向の垂直／水平の
周期的な繰り返しを高分子化により固定化した。その
後、外側を切断し外形５．０ｍｍ角の偏光回折格子を作
製した。

【００６１】作製した偏光回折格子は、ラビング方向
（図１の紙面に平行）と垂直な直線偏光（図１のＳ偏
光）に対しては、半径１．２５ｍｍの中心部において
も、半径１．２５ｍｍから２．５ｍｍの格子が形成され
た周辺部においても９０％以上の透過率を示した。

【００６２】これに対し、ラビング方向と平行な直線偏
光（図１のＰ偏光）に対しては、半径１．２５ｍｍの中
心部においては９０％以上の透過率を示したが、半径
１．２５ｍｍから２．５ｍｍの格子が形成された周辺部
においては入射光は回折され、２０％程度しか透過しな
かった。

【００６３】この偏光回折格子と電気的に駆動可能な９
０°ツイストしたＴＮ液晶セル（偏光膜を設けていな
い）を偏光方向制御素子として用いて、透過光のビーム
径を約５ｍｍφと約２．５ｍｍφに電気的に切り替える
ことができた。

【００６４】例１の構成の偏光回折格子において、片側
の基板の周辺部を全面ベタＩＴＯ膜とした他は、例１と
同様にして偏光回折格子（例１Ａ）を製造した。一方の
基板の電極をベタ電極とすることにより、２枚の基板の
位置合わせが不要となり作製プロセスは簡便となった
が、周辺部の回折する偏光に対する透過率は４５％程度
まで上昇した。

【００６５】中心部にも周辺部の格子とは分離して電極
を設けた他は、例１と同様にして空セルを作成した。液
晶モノマーの重合時に、中心部の電極には、液晶が垂直
配向するよりも低い電圧を印加しつつ、周辺部には例１
と同じ電圧を印加して重合した。この偏光回折格子（例
１Ｂ）は、例１の偏光回折格子よりも透過波面収差が低
かった。

【００６６】例２（実施例）０．５ｍｍ厚のガラス基板に、厚さ３０ｎｍのＩＴＯ透
明導電膜をスパッタ法により成膜した。フォトリソグラ
フィ及びウエットエッチングによりＩＴＯ膜にパターニ
ングを行い、図４に示すように半径１．２５ｍｍφ（ｗ
₁ ＝２．５ｍｍ）より外の周辺部に、直線周期格子のＩ
ＴＯ格子状の電極を形成した。

【００６７】格子周期は偏光回折格子中心から２．５ｍ
ｍ左側の位置でのピッチ１６μｍから中心から右側２．
５ｍｍの位置でのピッチ２０μｍまで徐々に大きくし
た。対向基板側のＩＴＯ電極にも同一のパターニングを
実施した。格子に直交する方向にラビングを行い、両方
の基板を用いて例１と同様にして、偏光回折格子を作製
した。

【００６８】作製した偏光回折格子は、ラビング方向
（図３の紙面に平行）と垂直な直線偏光（図３のＳ偏
光）に対しては、半径１．２５ｍｍの中心部において
も、半径１．２５ｍｍから２．５ｍｍの格子が形成され
た周辺部においても９０％以上の透過率を示した。

【００６９】これに対し、ラビング方向と平行な直線偏
光（図３のＰ偏光）に対しては、半径１．２５ｍｍの中
心部においては９０％以上の透過率を示したが、半径
１．２５ｍｍから２．５ｍｍの格子が形成された周辺部
においては入射光は回折され１５％程度しか透過しなか
った。

【００７０】この偏光回折格子と、電気的に駆動可能な
９０°ツイストしたＴＮ液晶セル（偏光膜を設けていな
い）を偏光方向制御素子として用いて、透過光のビーム
径を約５ｍｍφと約２．５ｍｍφに電気的に切り替える
ことが可能であった。

【００７１】例２の構成の偏光回折格子において、片側
の基板の周辺部を全面ベタＩＴＯ膜とした他は、例１と
同様にして偏光回折格子（例２Ａ）を製造した。一方の
基板の電極をベタ電極とすることにより、２枚の基板の
位置合わせが不要となり作製プロセスは簡便となった
が、周辺部の回折する偏光に対する透過率は４０％程度
まで上昇した。

【００７２】中心部にも周辺部の格子とは分離して電極
を設けた他は、例２と同様にして空セルを作成した。液
晶モノマーの重合時に、中心部の電極には、液晶が垂直
配向するよりも低い電圧を印加しつつ、周辺部には例２
と同じ電圧を印加して重合した。この偏光回折格子（例
２Ｂ）は、例２の偏光回折格子よりも透過波面収差が低
かった。

【００７３】例３（実施例）屈折率１．５２の１．０ｍｍ厚のガラス基板上に、プレ
ス法により直径２．５ｍｍ深さ５μｍの非球面凹型形状
を作製した。このガラス基板上に、厚さ３０ｎｍのＩＴ
Ｏ透明導電膜をスパッタ法により成膜し、フォトリソグ
ラフィ及びウエットエッチングによりＩＴＯ膜にパター
ニングを行い、図６に示すように半径１．２５ｍｍφ以
上の周辺部に、直線周期格子のＩＴＯ格子状の電極を形
成した。

【００７４】格子周期は偏光回折格子中心から２．５ｍ
ｍ左側の位置でのピッチ１６μｍから中心から右側２．
５ｍｍの位置でのピッチ２０μｍまで徐々に大きくし
た。対向基板側のＩＴＯ電極にも同一のパターニングを
実施した。

【００７５】例２と同様に空セルを作成し、セル内に重
合開始剤を１重量％含む未重合のアクリル系液晶モノマ
ー（重合後ｎ_o ＝１．５、ｎ_e ＝１．６）を注入し、例
２と同様にして偏光回折格子を作製した。

【００７６】作製した偏光回折格子は、ラビング方向
（図５の紙面に平行）と垂直な直線偏光（Ｓ偏光）に対
しては、半径１．２５ｍｍの中心部においても、半径
１．２５ｍｍから２．５ｍｍの格子が形成された周辺部
においても９０％以上の透過率を示した。この直線偏光
に対しては屈折率差がほとんどないため中心部はレンズ
として機能しなかった。

【００７７】これに対し、ラビング方向と平行な直線偏
光（Ｐ偏光）に対しては、半径１．２５ｍｍの中心部に
おいては９０％以上の透過率を示したが、半径１．２５
ｍｍから２．５ｍｍの格子が形成された周辺部において
は入射光は回折され１５％程度しか透過しなかった。ま
た、中心部は屈折率差０．１、厚さ５μｍの位相補正凸
レンズとして機能し透過波面の位相変化が確認された。

【００７８】この偏光回折格子と、電気的に駆動可能な
９０°ツイストしたＴＮ液晶セル（偏光膜を設けていな
い）を偏光方向制御素子として用いて、透過光のビーム
径を約５ｍｍφと約２．５ｍｍφに電気的に切り替える
ことが可能であった。

【００７９】

【発明の効果】本発明では、高分子液晶を基板間に挟持
した偏光回折格子であって、その中心部と周辺部とで少
なくともいずれかの偏光に対する回折効率が異なるよう
にしている。これにより、偏光膜を用いないで電気的な
開口制御が可能になり、光の利用効率が高く、信頼性の
高い、コンパクトな光ヘッド装置が容易に得られる。

【００８０】電気的に開口制御が可能になることによ
り、機械的なレンズ切り替え等の機構が不要になり、光
ヘッド装置の小型軽量化、高信頼化に好適である。ま
た、偏光膜を用いなくてすむため、光の利用効率が上
り、光源が低出力、小型化でき、低消費電力という利点
も有する。本発明は、本発明の効果を損しない範囲内
で、種々の応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏光回折格子の断面図。（Ａ）はＳ偏
光、（Ｂ）はＰ偏光の場合の光の透過状態を説明。

【図２】図１の偏光回折格子の平面図。

【図３】本発明の偏光回折格子の他の例の断面図。
（Ａ）はＳ偏光、（Ｂ）はＰ偏光の場合の光の透過状態
を説明。

【図４】図３の偏光回折格子の平面図。

【図５】本発明の偏光回折格子のさらに他の例の断面
図。（Ａ）はＳ偏光、（Ｂ）はＰ偏光の場合の光の透過
状態を説明。

【図６】図５の偏光回折格子の平面図。

【図７】本発明の光ヘッド装置の基本的な構成を示す正
面図。

【符号の説明】

偏光回折格子：１中心部：２周辺部：３Ｓ偏光：４Ｐ偏光：５入射光：６Ａ〜６Ｆ出射光：７Ａ〜７Ｆ第１の配向部：８第２の配向部：９

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高分子液晶を基板間に挟持した偏光回折格
子において、中心部と周辺部とで少なくともいずれかの
偏光に対する回折効率が異なることを特徴とする偏光回
折格子。
【請求項２】直交する２つの偏光のうち、一方の偏光に
対しては、中心部ではほぼ全透過し、周辺部では回折す
るとともに、もう一方の偏光に対しては、中心部では同
じくほぼ全透過し、周辺部でもほぼ全透過することを特
徴とする請求項１記載の偏光回折格子。
【請求項３】中心部がレンズ状の凹凸又はフレネルレン
ズ状の凹凸とされていることを特徴とする請求項１又は
２記載の偏光回折格子。
【請求項４】高分子液晶を基板間に挟持した偏光回折格
子の製造方法において、対向する電極の対向部分が所望
の格子パターンになるように電極を形成した一対の基板
を用い、それらの電極付き基板間に重合により高分子化
する液晶性化合物を挟持し、対向する電極間に電圧を印
加しつつ、液晶性化合物を重合して高分子化することに
より、中心部と周辺部とで少なくともいずれかの偏光に
対する回折効率が異なる偏光回折格子を製造することを
特徴とする偏光回折格子の製造方法。
【請求項５】請求項１、２又は３の偏光回折格子、又は
請求項４の製造方法により製造された偏光回折格子を光
源、ビームスプリッタ、光検出器、集光レンズとを含む
光ヘッド装置に組み込み、偏光方向制御素子により偏光
回折格子に入射する偏光方向を切り替えるようにしたこ
とを特徴とする光ヘッド装置。