(57)【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、前記偏光回折格子は液晶性化合物を部分的に配向状態が異なる状態で高分子化させて形成した高分子液晶層を含む偏光回折格子であって、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っていて、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偏光回折格子。
【請求項２】
前記周辺部に形成されている前記偏光回折格子が、格子周期が変化する同心円状である請求項１記載の偏光回折格子。
【請求項３】
前記同心円状の偏光回折格子の格子周期が、内側から外側へ向かって増加していることを特徴とする請求項２記載の偏光回折格子。
【請求項４】
前記周辺部に形成されている前記偏光回折格子が、格子周期が変化する直線状の偏光回折格子である請求項１記載の偏光回折格子。
【請求項５】
前記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１〜４のいずれかに記載の偏光回折格子。
【請求項６】
前記偏光回折格子が、前記周辺部は、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形成された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形成されているとともに、前記中心部は、周辺部とは独立した透明電極によって電圧を印加しつつ重合することにより形成された水平配向と垂直配向の中間状態の高分子液晶からなり周辺部との位相差を低減した、請求項１〜５のいずれかに記載の偏光回折格子。
【請求項７】
入射した偏光の偏光方向を外部信号により変化させて透過する偏光方向制御素子と、請求項１〜６のいずれかに記載の偏光回折素子と、を備えていて、入射した光を、前記偏光方向制御素子に印加する外部信号により偏光方向を変化させて前記偏光回折素子に導くことを特徴とする開口制御装置。
【請求項８】
入射した偏光を、偏光方向制御素子、前記偏光回折格子をこの順番で透過させ、外部信号により光束径を変化させて出射する開口制御方法であって、前記偏光方向制御素子が、入射した偏光の偏光方向を外部信号により変化させて透過する偏光方向制御素子であって、前記開口制御方法は、入射した光を、前記偏光方向制御素子に外部信号を印加して偏光方向を変化させ、偏光により開口の異なる請求項１〜６のいずれかに記載の偏光回折格子に導くことを特徴とする開口制御方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載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。
【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とでは厚さが異なり、厚さの違うディスクを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、前記偏光回折格子は前記高分子液晶を部分的に配向状態が異なる状態で高分子化させて形成された偏光回折格子であって、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っていて、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偏光回折格子を提供する。
また、前記周辺部に形成された前記偏光回折格子が、格子周期が変化する同心円状、又は内側から外側へ向かって格子周期が増加する同心円状、又は格子周期が変化する直線状であ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、前記偏光回折格子が、前記周辺部は、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形成された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形成されているとともに、前記中心部は、周辺部とは独立した透明電極によって電圧を印加しつつ重合することにより形成された水平配向と垂直配向の中間状態の高分子液晶からなり周辺部との位相差を低減した偏光回折格子を提供する。
【０００８】
さらには、入射した偏光の偏光方向を外部信号により変化させて透過する偏光方向制御素子と、前記の偏光回折素子と、を備えていて、入射した光を、前記偏光方向制御素子に印加する外部信号により偏光方向を変化させて前記偏光により開口の異なる偏光回折素子に導くことを特徴とする開口制御装置及び開口制御方法を提供する。
また、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角は０°）を示しており、Ｓ偏光に対して、入射光６Ａ、６Ｂ、６Ｃ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ＳｉｘＯｙ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（Ｉｎ２Ｏ３−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（ｎｏ）乃至異常光屈折率（ｎｅ）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（ｎｏ）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角は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、１７Ｂ、１７Ｃとなる。Ｐ偏光に対して、入射光１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆは、中心部ではそのまま透過し出射光１７Ｄ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角は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２７Ａ、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２７Ｅ、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ＴＮ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、３６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ＳＨＧ（第２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（ｗ１＝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２７０°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５Ｖｒｍｓ、１００Ｈｚ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（ｗ１１＝２．５ｍｍ）より外の周辺部に、直線周期格子のＩＴＯ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２．５ｍｍ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ＩＴＯ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２．５ｍｍ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ｎｏ＝１．５、ｎｅ＝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１．２５ｍｍ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。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      ：３
Ｓ偏光      ：４
Ｐ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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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