JPH1092003A

JPH1092003A - 光ヘッド装置及びそれに用いる液晶レンズ

Info

Publication number: JPH1092003A
Application number: JP8246485A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Tanabe; 譲田辺
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】小型軽量で、電気的に２種の光ディスクの切替
え可かつ光利用効率大の光ヘッド装置を得る。【解決手段】光源１及び光検出器７と、光記録媒体５、
６との間にビームスプリッタ２と液晶レンズ３とを配す
る。液晶レンズの２枚の基板の一方又は双方の内面は中
心部にレンズ状の凹部又は凸部を有し、電圧印加にてレ
ンズ機能を変えうる位相制御部と、その周辺部に設けた
電圧印加にて回折格子機能を変えうる開口制御部とを有
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、ビデオディスク等の光ディ
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、光学的情報を読み取るための光ヘッド装
置及びそれに用いる液晶レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク等の光記録媒体に光学的情報
を書き込んだり、光学的情報を読み取る光ヘッド装置に
おいて、ＣＤ又はＣＤ−ＲＯＭとＤＶＤデイスクのよう
に、異なる厚みの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、従来は例えば集光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することが行われ
ている。これにより、光源である半導体レーザから集光
レンズに入射した光のうち、例えば約半分をホログラム
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。その後に集光レンズ本体によって各
々を収束せしめ、２つの焦点を持つ光を一つの光ヘッド
装置によって創り出すことが行われてきた。

【０００４】また、集光レンズは従来同様の形状とし、
上記と同様の機能を持つフレネルホログラムレンズプレ
ートを別途分離して設置せしめることも試みられてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしこれらの方式で
は、上記ホログラムによって、光の光量が半分になると
いう欠点がある。さらにこの場合、光記録媒体からの戻
り光においても再び光量が半分になるため、往復で光量
が１／４以下になるという問題がある。

【０００６】このため、特に大出力を得るのが困難であ
る短波長の半導体レーザを光源に利用した光ヘッド装置
の場合、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。

【０００７】また、２種類のディスクにアクセスできる
ように開口率を調整するために、開口率調整用の素子を
用いることも行われているが、これは使用する部品の数
が増加し、光ヘッド装置の大型化につながるという問題
もある。

【０００８】本発明は、このような問題を解消し、光の
利用効率を高めるとともに、安価に製造できる、開口制
御と位相制御が可能でありながら小型化できる液晶レン
ズとそれを用いた光ヘッド装置を提供することを目的と
する。

【０００９】また、偏光ビームスプリッタを用いた、い
わゆる偏光系でも使用できる電圧切り替え液晶レンズを
含んだ光ヘッド装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源及び光検
出器と、光記録媒体との間に、ビームスプリッタと液晶
レンズとを配置し、光源から出射した光がビームスプリ
ッタ、液晶レンズを順に通過し、光記録媒体で反射した
戻り光が再度液晶レンズを通過し、ビームスプリッタで
光路を変更されて光検出器に到達する光ヘッド装置にお
いて、液晶レンズの液晶層を挟持する２枚の基板の少な
くとも一方の内面は中心部にレンズ状の凹部又は凸部を
有し、電極への電圧印加によりレンズ機能を変化可能に
した位相制御部と、その周辺部に設けられ格子状の電極
又は格子状の溝と電極とを有し、電極への電圧印加によ
り回折格子機能を変化可能にした開口制御部とを有する
液晶レンズを用いたことを特徴とする光ヘッド装置を提
供する。

【００１１】また、その開口制御部の基板の少なくとも
一方が軸対称又は平行な格子状電極を有し、基板間に挟
持された液晶がツイストしている光ヘッド装置、及び、
その開口制御部の基板の少なくとも一方が平行な格子状
の凹凸部を有し、液晶の配向方向を制御する電極を有す
る光ヘッド装置を提供する。

【００１２】また、液晶レンズの液晶層を挟持する２枚
の基板の少なくとも一方の内面は中心部にレンズ状の凹
部又は凸部を有し、電極への電圧印加によりレンズ機能
を変化可能にした液晶レンズにおいて、その周辺部の基
板の少なくとも一方に格子状の電極又は格子状の溝と電
極とを設けて、電極への電圧印加により回折格子機能を
変化可能にした開口制御部を設けて、中心部で位相制御
を可能にし、周辺部で開口制御を可能にしたことを特徴
とする液晶レンズを提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明では、液晶レンズが中心部
のレンズ機能を電圧により変化可能にした位相制御部
と、その周辺部の回折格子機能を電圧により変化可能に
した開口制御部とを有する。これにより、１個の液晶レ
ンズでレンズ機能と回折格子機能を得ることができ、小
型軽量化でき、光の利用効率も向上できる。

【００１４】図１は、本発明の光ヘッド装置の代表的な
構成を示す模式図である。図１において、１は光源、２
はビームスプリッタ、３は液晶レンズ、４は集光レン
ズ、５、６は光記録媒体、７は光検出器である。

【００１５】半導体レーザ等の光源１から出射した光
は、ビームスプリッタ２、液晶レンズ３、集光レンズ４
を通過して光記録媒体５又は６に到達する。そこで反射
された光（戻り光）は、集光レンズ４、液晶レンズ３を
通過し、ホログラム等の回折格子やプリズム等によるビ
ームスプリッタ２で、光の進行方向が変化させられ、光
検出器７に到達する。

【００１６】図２は、この液晶レンズの代表的な例の断
面図である。図２において、１１、１２は基板、１３、
１４、１５は電極、１６はシール材、１７は液晶、１８
は周辺の開口制御部、１９は中心の位相制御部を示す。

【００１７】本発明では、液晶レンズの中心部が位相制
御部とされる。この中心部では、液晶層を挟持する２枚
の基板１１、１２の少なくとも一方の内面がレンズ状の
凹部又は凸部とされている。この図２の例では、基板１
２に凹部が形成されているところが示されている。これ
は逆に凸になるように形成されていてもよく、フレネル
レンズになるように微細な凹凸が形成されていてもよ
い。また、中心部が平らで周辺部がレンズ状の湾曲にな
っていてもよく、湾曲面がステップ状になっていてもよ
い。

【００１８】この中心の位相制御部１９では、通常は両
方の基板の位相制御部全面に電極が形成されていて、２
枚の基板の電極間に電圧を印加することにより、液晶の
屈折率を変化させて、レンズ機能を変化させる。

【００１９】例えば、液晶としてネマチック液晶の代表
的な液晶である正の誘電異方性のネマチック液晶を用い
た場合について説明する。この場合、通常は液晶は電圧
を印加しない場合、水平に配向する。この場合、直線偏
光光に対しては、液晶分子の配向方向と偏光方向によっ
て、液晶は常光屈折率又は異常光屈折率を示す。円偏光
光に対しては、液晶があるピッチ以下でツイストしてい
れば、ほぼ両者の中間の屈折率を示す。

【００２０】一方、液晶の閾値電圧以上の電圧を印加す
ると、液晶分子は立ち上がり、直線偏光光であっても円
偏光光であっても、液晶は常光屈折率を示す。このた
め、基板の内面の屈折率を液晶の常光屈折率と一致させ
ておけば、電圧オンで基板の内面の屈折率と液晶の屈折
率は一致し、この中心部は光はそのまま通過する。

【００２１】電圧をオフにすると、円偏光光で液晶があ
るピッチ以下でツイストしている場合には、基板の内面
の屈折率と液晶の実効屈折率（常光屈折率と異常光屈折
率との中間の値）は一致しないことになり、レンズとし
て機能する。直線偏光光の場合には、偏光の方向によっ
て、基板の内面の屈折率と液晶の屈折率（常光屈折率か
又は異常光屈折率）は一致しないことになり、レンズと
して機能する。

【００２２】直線偏光の場合、基板の内面の屈折率を液
晶の異常光屈折率と一致させておけば、電圧オンで屈折
率が不一致となりレンズとして機能し、電圧オフで屈折
率は一致し光はそのまま通過するようにできる。

【００２３】この位相制御部では、この図２の例のよう
に２枚の基板の位相制御部の全面に電極を形成して駆動
することが製造も容易かつ機能的にも優れる。しかし、
電極をパターニングしたり、片側の基板に櫛の刃状に設
けたりして、液晶分子の配列状態を変えて屈折率を変化
させ、レンズ機能を変化させうるものであれば、使用で
きる。

【００２４】周辺の開口制御部１８は、格子状の電極１
５又は格子状の溝と電極とが設けられて、その電極への
電圧印加により回折格子機能を変化可能にしている。図
２の例では、格子状の電極が設けられている。

【００２５】この格子状の電極は、電極の印加状態によ
って、光の直進をオンオフするためのものであるので、
中心部の中心に対して円周方向に同心円状に配置されて
いてもよく、直線状に配置されていてもよい。これによ
り回折格子を形成し、光を回折させる。

【００２６】この格子状の電極を用いた場合には、電圧
オフでこの開口制御部１８では液晶分子は同じ配列状態
になっており、光は直進する。電圧オンにすると、電極
がある部分では液晶分子は立ち上がり、液晶分子が立ち
上がった部分と液晶分子が水平になっている部分が交互
に現れる。このため、縞状に屈折率が異なる部分がで
き、回折格子として機能し、光が回折される。

【００２７】図３は、この図２の液晶レンズの動作を説
明する断面図であり、（Ａ）は中心の位相制御部２１Ｂ
及び周辺の開口制御部２１Ａ、２１Ｃとも電圧オフの状
態を示し、（Ｂ）は中心の位相制御部２４Ｂ及び周辺の
開口制御部２４Ａ、２４Ｃとも電圧オンの状態を示す。

【００２８】なお、この液晶レンズでは、電極は表示が
省略されているが、図２と同様に下側の基板では全面に
電極がベタで形成されており、上側の基板では中心の位
相制御部では全面に電極がベタで形成され、その周辺の
開口制御部では、円周に沿って同心円状に電極が形成さ
れている。

【００２９】ここで液晶として正の誘電異方性のネマチ
ック液晶でツイストしている液晶を用い、下側の基板の
内面の屈折率を常光屈折率と異常光屈折率との中間の値
にしておく。電極に電圧を印加しない状態では、液晶分
子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃはツイストした状態になって
いる。

【００３０】そこで、入射光として円偏光光を用いる
と、基板の内面の屈折率と液晶の実効屈折率（常光屈折
率と異常光屈折率との中間の値）はほぼ一致し、液晶レ
ンズの位相制御部２１Ｂはレンズとして機能せず、光２
３Ｂはそのまま通過する。さらに、周辺の開口制御部２
１Ａ、２１Ｃでもそのまま光２３Ａ、２３Ｃは通過す
る。

【００３１】次いで、（Ｂ）に示すように位相制御部２
４Ｂ及び周辺の開口制御部２４Ａ、２４Ｃともに電圧を
オンにする。この状態では電極が両基板間で相対向して
いる部分では液晶が立ち上がる。すると、その部分の液
晶の屈折率は偏光方向に関係なく、常光屈折率になる。

【００３２】このため、液晶レンズの位相制御部２４Ｂ
では液晶分子２５Ｂが全て立ち上がっているので、基板
の内面の屈折率と液晶の屈折率（常光屈折率）は一致せ
ず、液晶レンズの位相制御部２４Ｂはレンズとして機能
するようになり、光２６Ｂのように曲げられる。

【００３３】周辺の開口制御部２４Ａ、２４Ｃでは、同
心円状の電極により、縞状に液晶分子２５Ａ、２５Ｃは
立ち上がった部分とツイストした部分が生じる。このた
め、特定のピッチで屈折率が異なる回折格子として機能
し、光２６Ａ、２６Ｃは曲げられる。これにより開口径
が変えられる。

【００３４】この例では、位相制御部及び開口制御部
は、同時にオンオフしたが、一方のみのオンオフも容易
に可能である。また、開口制御部の電極は光を回折によ
り使わなくするので、同心円状の電極でなく、直線状の
格子状の電極にしてもよい。また、これは基板に凹凸の
溝を設け、ベタ電極として、電極への電圧印加により回
折格子のオンオフができるようにしてもよい。

【００３５】また、この例では、下側の基板の内面の屈
折率を常光屈折率と異常光屈折率との中間の値とした
が、常光屈折率として、オフ時にレンズ機能を発揮さ
せ、オン時にそのまま光が透過するようにしてもよい。

【００３６】また、この液晶レンズを通過後、さらに集
光レンズで光を集光しているが、これも液晶レンズのみ
で集光可能であれば、図１の集光レンズ４はなくてもよ
い。この場合には、液晶レンズはオン、オフのいずれで
も差はあるがある程度のレンズ効果を持つように基板の
屈折率と液晶の屈折率を選択するか、印加電圧をオンオ
フでなく、Ｖ₁ とＶ₂ というように２種類の電圧を併用
する。

【００３７】また、ビームスプリッタが無偏光系の場
合、光はレーザの偏光性により直線偏光にになり、液晶
はツイストしていなくてもよい。一方、ビームスプリッ
タが偏光系の場合には、往路と復路とで円偏光の方向が
逆になるので、液晶をツイストさせて疑似的な偏光無依
存系をつくりだす。

【００３８】図４は、周辺の開口制御部を基板に凹凸３
８Ａ、３８Ｂを設けた構造にし、液晶をねじらない構造
にした例の動作を説明する断面図である。（Ａ）は中心
の位相制御部３１Ｂ及び周辺の開口制御部３１Ａ、３１
Ｃとも電圧オフの状態を示し、（Ｂ）は中心の位相制御
部３４Ｂ及び周辺の開口制御部３４Ａ、３４Ｃとも電圧
オンの状態を示す。

【００３９】この液晶レンズでも、電極は表示が省略さ
れているが、図２と同様に下側の基板では全面に電極が
ベタで形成されており、上側の基板では中心の位相制御
部では全面に電極がベタで形成され、その周辺の開口制
御部でも、位相制御部とは独立してドーナツ状の電極が
形成されている。

【００４０】ここで液晶にはツイストしていない正の誘
電異方性の液晶を用い、上側の基板の内面の屈折率を異
常光屈折率と一致させておく。電極に電圧を印加しない
状態では、液晶分子３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃはツイスト
せずに図の前後方向に液晶分子の長軸がくるように配列
している。この配向のために基板内面をラビング等で配
向処理しておくことが好ましい。

【００４１】この基板への凹凸３８Ａ、３８Ｂの形成
は、基板をエッチング、切削加工、プレス加工等で直線
状の格子を形成してもよく、基板表面に透明材料膜を形
成し、その透明材料膜をエッチング、切削加工、プレス
加工等で直線状の格子を形成してもよい。

【００４２】基板の内面の屈折率を液晶の常光屈折率と
一致させる場合には、基板がガラス、プラスチックのい
ずれでも合わせやすい。しかし、液晶の異常光屈折率と
一致させたり、そのれらの中間的な値に一致させる場合
には、屈折率の合う材料が手に入りにくいこともあり、
基板の表面に透明材料膜を積層して用いることが好まし
い。もちろん、液晶の常光屈折率と一致させる場合であ
っても、透明材料膜を積層して用いることはできる。

【００４３】この透明材料膜としては、ＳｉＯ₂ 系やＳ
ｉＯＮ系が好適である。特に、ＳｉＯＮ系は酸素と窒素
の量比を適当に選択することにより、かなり屈折率を変
化させることができ、かつドライエッチングで精密な加
工ができるので有利である。これらの膜は公知の真空蒸
着とかスパッタとかの方法で堆積すればよい。

【００４４】入射光３９としてＳ偏光光（図４の前後方
向に偏光のある光）を用いると、電圧オフ時には、基板
の内面の屈折率と液晶の屈折率（異常光屈折率）はほぼ
一致することになり、液晶レンズの位相制御部３１Ｂは
レンズとして機能せず、光３３Ｂはそのまま通過する。
さらに、周辺の開口制御部３１Ａ、３１Ｃでも、凹凸３
８Ａ、３８Ｂは回折格子として機能せず、そのまま光３
３Ａ、３３Ｃは通過する。

【００４５】次いで、（Ｂ）に示すように位相制御部３
４Ｂ及び周辺の開口制御部３４Ａ、３４Ｃともに電圧を
オンにする。この状態では電極が両基板間で相対向して
いる部分では液晶が立ち上がる。すると、その部分の液
晶の屈折率は偏光方向に関係なく、常光屈折率になる。

【００４６】このため、液晶レンズの位相制御部３４Ｂ
では液晶分子３５Ｂが全て立ち上がっているので、基板
の内面の屈折率と液晶の屈折率（常光屈折率）は一致し
なくなり、液晶レンズの位相制御部３４Ｂはレンズとし
て機能するようになり、光３６Ｂのように曲げられる。

【００４７】周辺の開口制御部３４Ａ、３４Ｃでは、凹
凸３８Ａ、３８Ｂの部分では、基板の内面の屈折率と液
晶の屈折率（常光屈折率）は一致しなくなり、その凹凸
のピッチでの回折格子として機能し、光３６Ａ、３６Ｃ
は曲げられる。これにより開口径が変えられる。なお、
基板の屈折率の選択、印加電圧等については、図３の例
と同様に変化させうる。

【００４８】図５は、図４と同様に周辺の開口制御部が
凹凸４８Ａ、４８Ｂである構造の例であるが、液晶がツ
イストした例を示す。なお、この例では、液晶のツイス
ト角は９０°で説明してあるが、９０°に限られない。

【００４９】この液晶レンズでも、電極は表示が省略さ
れているが、図４と同様である。ここで用いる液晶は９
０°ツイストしている正の誘電異方性の液晶を用い、上
側の基板の内面の屈折率を異常光屈折率と一致させてお
く。電極に電圧を印加しない状態では、液晶分子４２
Ａ、４２Ｂ、４２Ｃは９０°ツイストして上側の基板内
面で図の前後方向に液晶分子の長軸がくるように配列し
ている。この配向のために基板内面をラビング等で配向
処理しておくことが好ましい。

【００５０】入射光４９としてＰ偏光光（図４の左右方
向に偏光のある光）を用いると、電圧オフ時には、上側
の基板では液晶分子の長軸が図の前後方向に配列する。
このため、基板の内面の屈折率と液晶の屈折率（異常光
屈折率）はほぼ一致することになり、液晶レンズの位相
制御部３１Ｂはレンズとして機能せず、光４３Ｂはその
まま通過する。さらに、周辺の開口制御部４１Ａ、４１
Ｃでも、凹凸４８Ａ、４８Ｂは回折格子として機能せ
ず、そのまま光４３Ａ、４３Ｃは通過する。

【００５１】次いで、（Ｂ）に示すように位相制御部４
４Ｂ及び周辺の開口制御部４４Ａ、４４Ｃともに電圧を
オンにする。この状態では電極が両基板間で相対向して
いる部分では液晶が立ち上がる。すると、その部分の液
晶の屈折率は偏光方向に関係なく、常光屈折率になる。

【００５２】このため、液晶レンズの位相制御部４４Ｂ
では液晶分子４５Ｂが全て立ち上がっているので、基板
の内面の屈折率と液晶の屈折率（常光屈折率）は一致し
なくなり、液晶レンズの位相制御部４４Ｂはレンズとし
て機能するようになり、光４３Ｂのように曲げられる。

【００５３】周辺の開口制御部４４Ａ、４４Ｃでは、凹
凸４８Ａ、４８Ｂの部分では、基板の内面の屈折率と液
晶の屈折率（常光屈折率）は一致しなくなり、その凹凸
のピッチでの回折格子として機能し、光４６Ａ、４６Ｃ
は曲げられる。これにより開口径が変えられる。

【００５４】なお、基板の屈折率の選択、印加電圧等に
ついては、図３の例と同様に変化させうる。また、液晶
のツイスト角が９０°でない場合には、入射光の偏光方
向をツイスト角に合わせて変えればよい。

【００５５】この液晶レンズの両外面には、反射防止コ
ート層を形成して、入射光が反射しないようにすること
が好ましい。また、この液晶レンズに基板に凹凸による
格子を形成した液晶回折格子を組合せて使用する場合に
は、液晶レンズと液晶回折格子とを一体に構成してもよ
い。この場合、位相差板をその間に挟んで使用すること
もできる。

【００５６】本発明は円偏光系で使用する場合には、ビ
ームスプリッタとして偏光ビームスプリッタを用い、ビ
ームスプリッタと液晶レンズとの間にλ／４板等の位相
差板を配置して用いる。この場合の液晶はツイストされ
ており、比較的小さいピッチとされる。このピッチは３
μｍ以下とされることが好ましい。

【００５７】本発明は無偏光系で使用する場合には、ビ
ームスプリッタは非偏光のビームスプリッタを用い、ビ
ームスプリッタと液晶レンズとの間にλ／４板等の位相
差板を配置しない。この場合の液晶はツイストされてい
てもいなくてもよく、ツイストされている場合には、９
０°程度の比較的大きいピッチとされる。

【００５８】

【実施例】

「例１」厚さ０．５ｍｍ、１０ｍｍ角で、屈折率１．６
２のガラスを基板に用い、下側のガラス基板の中心には
プレス成形により非球面凹レンズを形成した。この非球
面レンズは、その領域は直径２ｍｍ、中心の深さは５μ
ｍとした。この基板内面には、ベタＩＴＯ電極を形成し
た後、ポリイミド膜を塗布し、ラビングを行い、水平配
向処理を施した。

【００５９】上側基板には、同じ材質、外形寸法の平坦
なガラス基板を用い、中心部にベタＩＴＯ電極、周辺部
には軸対称の格子状ＩＴＯ電極（ピッチ３０μｍ）を設
けた後、ポリイミド膜を塗布し、ラビングを行い、水平
配向処理を施した。

【００６０】なお、各々基板外面には反射防止膜をつけ
た。上側と下側の基板を配向処理方向が平行になるよう
配置した後、周辺部にエポキシ樹脂でシール材を印刷
し、基板間隙が周辺の平行部分で５μｍ、レンズ中心部
では１０μｍの空セルを作製した。基板間隙は、レンズ
以外の領域に配置したスペーサを用いて制御した。セル
面積が小さい場合には、基板間隙はスペーサを用いなく
ても制御できる。

【００６１】この空セルに、常光屈折率が１．５２で、
液晶の異常光屈折率と常光屈折率の差（Δｎ）が０．２
の正の誘電異方性のネマティック液晶にカイラル液晶を
加え、ツイストピッチが３μｍとなるよう調整した混合
液晶を真空注入した。その後、注入口をエポキシ樹脂で
封止した。

【００６２】電圧非印加時に、波長６５０ｎｍで左右円
偏光の透過率を測定した。往路透過率（右回り円偏光）
は９５％、復路透過率は９５％（左回り円偏光）で往復
効率は９０％であった。

【００６３】上下間の電極に電圧を印加しない場合、右
回り円偏光の光及び左回り円偏光の光に対して、いずれ
もほとんど屈折、回折されなかった。上下電極間に、周
波数１００Ｈｚ、電圧１５Ｖの電圧を印加したところ、
中心部では往路光及び復路光ともに非球面レンズにした
がって屈折され、所望のレンズ特性が得られた。また、
周辺部では液晶配向による位相回折格子により、８０％
が回折され、実質的な透過率は２０％であった。このた
め、往復での効率は４％となり、実質的に開口制御が可
能であった。

【００６４】この液晶レンズを図１のような光ヘッド装
置で、ビームスプリッタ２と液晶レンズ３との間にλ／
４板を挟み込んだ光ヘッド装置に組み込み動作させたと
ころ、液晶レンズへの電圧印加により、ＣＤとＤＶＤと
の２種類のディスクの再生が切り替えできた。

【００６５】「例２」例１と同じサイズで、屈折率１．
７７のガラスを基板に用い、上側のガラス基板にプレス
成形により、中心部には非球面凹レンズ、周辺部に平行
回折格子状凹部を形成した。この非球面レンズは、その
領域は直径２ｍｍ、中心の深さは５μｍとした。また、
平行格子状凹部は深さ１．４μｍ、ピッチ３０μｍとし
た。

【００６６】下側基板には、上側基板と同じ材質、外形
寸法の平坦なガラス基板を用いた。上側、下側の両基板
にはベタＩＴＯ電極を形成した後、ポリイミド膜を塗布
し、ラビングを行い、水平配向処理を施した。なお、各
々基板外面には反射防止膜をつけた。

【００６７】上側と下面の基板を配向処理方向が平行に
なるよう配置した後、周辺部にエポキシ樹脂でシール材
を印刷し、基板間隙が平行部分で５μｍ、レンズ中心部
では１０μｍの空セルを作製した。基板間隙は、レンズ
以外の領域に配置したスペーサを用いて制御した。セル
面積が小さい場合には、基板間隙はスペーサを用いなく
ても制御できる。

【００６８】この空セルに、常光屈折率が１．５２、液
晶の異常光屈折率と常光屈折率の差（Δｎ）が０．２５
の正の誘電異方性のネマティック液晶を真空注入した。
その後注入口をエポキシ樹脂で封止した。

【００６９】電圧非印加時に、波長６５０ｎｍでＳ偏光
の透過率を測定した。往路透過率（Ｓ偏光で入射）は９
５％、復路透過率は９５％（Ｓ偏光で入射）で往復効率
は９０％であった。

【００７０】上下間の電極に電圧を印加しない場合、Ｓ
偏光に対して、ほとんど屈折、回折されなかった。上下
電極間に周波数１００Ｈｚ、電圧５Ｖの電圧を印加した
ところ、中心部では往路光及び復路光ともに非球面レン
ズにしたがって屈折され所望のレンズ特性が得られた。
また、周辺部では格子状凹部による回折格子により、９
０％が回折され、実質的な透過率は１０％であった。こ
のため、往復での効率は１％となり、実質的に開口制御
が可能であった。

【００７１】この液晶レンズを図１のような光ヘッド装
置に組み込み動作させたところ、液晶レンズへの電圧印
加により、ＣＤとＤＶＤとの２種類のディスクの再生が
切り替えできた。

【００７２】「例３」下側基板のラビング方向が９０°
ずれている他は例２と同じ空セルを形成した。この空セ
ルに、常光屈折率が１．５２、液晶の異常光屈折率と常
光屈折率の差（Δｎ）が０．２５の正の誘電異方性のネ
マティック液晶を真空注入した。その後注入口をエポキ
シ樹脂で封止した。

【００７３】電圧非印加時に、波長６５０ｎｍでＰ偏光
の透過率を測定した。往路透過率（Ｐ偏光で入射）は９
５％、復路透過率は９５％（Ｓ偏光で入射）で往復効率
は９０％であった。

【００７４】上下間の電極に電圧を印加しない場合、Ｐ
偏光に対して、ほとんど屈折、回折されなかった。上下
電極間に周波数１００Ｈｚ、電圧５Ｖの電圧を印加した
ところ、中心部では往路光及び復路光ともに非球面レン
ズにしたがって屈折され所望のレンズ特性が得られた。
また、周辺部では格子状凹部による回折格子により、８
５％が回折され、実質的な透過率は１５％であった。こ
のため、往復での効率は２％となり、実質的に開口制御
が可能であった。

【００７５】この液晶レンズを図１のような光ヘッド装
置に組み込み動作させたところ、液晶レンズへの電圧印
加により、ＣＤとＤＶＤとの２種類のディスクの再生が
切り替えできた。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、液晶レンズへの電圧印
加により、ＣＤとＤＶＤとの２種類のディスクの再生が
切り替えが容易に可能となる。これは、電気的に切り替
え可能であり、機械的な駆動を要しないので、信頼性が
高い。そして、焦点距離を切り替える位相制御と開口径
を切り替える開口制御が同一の素子で実現できるので、
光ヘッド装置の小型軽量化に有用である。

【００７７】開口径を大きくした場合には、その光をほ
とんど無駄にしなくてすむので、光源への負担も少な
く、消費電力を低減するという効果もある。偏光系ビー
ムスプリッタを用いた光ヘッド装置でも、非偏光系ビー
ムスプリッタを用いた光ヘッド装置でも使用できる。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】本発明の光ヘッド装置の代表的な構成を示す模
式図。

【図２】本発明の液晶レンズの代表的な例の断面図。

【図３】図２の液晶レンズの動作を説明する断面図。
（Ａ）は電圧オフ時、（Ｂ）は電圧オン時の状態を示
す。

【図４】他の液晶レンズの動作を説明する断面図。
（Ａ）は電圧オフ時、（Ｂ）は電圧オン時の状態を示
す。

【図５】さらに他の液晶レンズの動作を説明する断面
図。（Ａ）は電圧オフ時、（Ｂ）は電圧オン時の状態を
示す。

【符号の説明】

１：光源２：ビームスプリッタ３：液晶レンズ４：集光レンズ５、６：光記録媒体７：光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源及び光検出器と、光記録媒体との間
に、ビームスプリッタと液晶レンズとを配置し、光源か
ら出射した光がビームスプリッタ、液晶レンズを順に通
過し、光記録媒体で反射した戻り光が再度液晶レンズを
通過し、ビームスプリッタで光路を変更されて光検出器
に到達する光ヘッド装置において、液晶レンズの液晶層を挟持する２枚の基板の少なくとも
一方の内面は中心部にレンズ状の凹部又は凸部を有し、
電極への電圧印加によりレンズ機能を変化可能にした位
相制御部と、その周辺部に設けられ格子状の電極又は格
子状の溝と電極とを有し、電極への電圧印加により回折
格子機能を変化可能にした開口制御部とを有する液晶レ
ンズを用いたことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】開口制御部の基板の少なくとも一方が軸対
称又は平行な格子状電極を有し、基板間に挟持された液
晶がツイストしている請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項３】開口制御部の基板の少なくとも一方が平行
な格子状の凹凸部を有し、液晶の配向方向を制御する電
極を有する請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項４】液晶レンズの液晶層を挟持する２枚の基板
の少なくとも一方の内面は中心部にレンズ状の凹部又は
凸部を有し、電極への電圧印加によりレンズ機能を変化
可能にした液晶レンズにおいて、その周辺部の基板の少なくとも一方に格子状の電極又は
格子状の溝と電極とを設けて、電極への電圧印加により
回折格子機能を変化可能にした開口制御部を設けて、中
心部で位相制御を可能にし、周辺部で開口制御を可能に
したことを特徴とする液晶レンズ。