(57)【要約】【課題】高分子分散型液晶にホログラムを形成した多焦点レンズを製作して焦点を簡単な方法で変換できる多焦点レンズを提供する。【解決手段】本発明に係る多焦点レンズは、複数のホログラフィック高分子分散型液晶１００ａ〜ｃと、このホログラフィック高分子分散型液晶に電源を供給する電源供給装置２２０と、を含み、ホログラフィック高分子分散型液晶１００が透過光の焦点を制御することを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のホログラフィック高分子分散型液晶と、
該ホログラフィック高分子分散型液晶に電源を供給する電源供給装置と、を含み、
前記ホログラフィック高分子分散型液晶が透過光の焦点を制御することを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項２】
前記ホログラフィック高分子分散型液晶は、高分子分散型液晶層にホログラムを形成することによって生成され、
該ホログラムがコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）であることを特徴とする請求項１に記載の多焦点レンズ。
【請求項３】
前記複数のホログラフィック高分子分散型液晶のうち、一つを除いた残りのホログラフィック高分子分散型液晶に電源を供給すると、透過光は、その電源を供給しない一つのホログラフィック高分子分散型液晶に相応する焦点距離を持つことを特徴とする請求項１に記載の多焦点レンズ。
【請求項４】
ホログラムシートに予め設計されたホログラムを形成する段階と、
該ホログラムを高分子分散型液晶層に転写して一以上のホログラフィック高分子分散型液晶を生成する段階と、
該ホログラフィック高分子分散型液晶を配列する段階と、
を含むことを特徴とする多焦点レンズの製造方法。
【請求項５】
前記ホログラムは、コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）であることを特徴とする請求項４に記載の多焦点レンズの製造方法。
【請求項６】
前記ホログラフィック高分子分散型液晶を生成する段階は、
前記ホログラムシートを前記高分子分散型液晶層の上部に位置させる段階と、
前記ホログラムシートを通して光を照射することによって、該ホログラムシートに形成されているホログラムを前記高分子分散型液晶層に転写する段階と、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の多焦点レンズの製造方法。
【請求項７】
前記ホログラムを前記高分子分散型液晶層に転写する段階は、照射された光によって前記高分子分散型液晶層のポリマーを硬化させる段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の多焦点レンズ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多焦点レンズ及びその製造方法に関し、特に、ＨＰＤＬＣ（Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal Display）を使用して焦点距離を容易に変化させることができる多焦点レンズ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光情報記録媒体は光学的方式で情報を記録して抽出する媒体であり、ＣＤ（Compact Disc）、 ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）及び ＢＤ（Blue-ray Disc）のような光ディスクが代表的な例である。このような光情報記録媒体は、円板形態のディスクに情報が保存され、集束されたレーザービームを照射してその反射率や反射時の光の位相または偏光変化を読んで情報を読み取る。
【０００３】
光情報記録媒体に記録された情報を再生したり、光情報記録媒体に情報を記録したりするために、光記録及び／又は再生装置が使われる。この光記録及び／又は再生装置に採用される光ピックアップ装置は、情報の再生や記録のために必須的な装置である。
【０００４】
光ピックアップ装置は、一般に、光源と、該光源からのビームを光情報記録媒体の記録面に集束させる対物レンズと、光情報記録媒体で反射されて対物レンズを経由したビームから情報信号及びエラー信号を検出する受光光学系と、を含む。
【０００５】
最近では一つの光記録及び／又は再生装置で、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤのような互いに異なる波長を利用する光情報記録媒体を全部使用できるようにすることが求められている。このように互いに異なる波長で記録／再生される光情報記録媒体を全部使用可能とするためには、光ピックアップ装置が、各光情報記録媒体に適用の焦点距離で、該当する波長の光の焦点を合わせなければならない。
【０００６】
このために従来の光ピックアップ装置は、記録／再生のためのレンズを光情報記録媒体の種類ごとに備えていた。その各レンズは、たとえばＣＤ、ＤＶＤおよびＢＤに情報を記録／再生できるように製作される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術のように、多数のレンズを採用して光ピックアップ装置を構成する場合、各レンズに応じて必要な別の装置なども備えなければならず、光ピックアップ装置の構成が複雑になり、製造費用が上昇する原因となっている。従って、一つのレンズで多種類の光情報記録媒体に情報を記録／再生できるようにすることが求められている。
【０００８】
本発明の目的は、高分子分散型液晶（Polymer Dispersed Liquid Crystal Display）にホログラムを形成した多焦点レンズを製作して、焦点を簡単な方法で変換できる多焦点レンズを提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的は、ホログラフィック高分子分散型液晶（Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal Display）で製作され、多種類の光情報記録媒体に情報を記録／再生できる多焦点レンズを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、ホログラフィック高分子分散型液晶で製作された多焦点レンズを採用して光ピックアップ装置の構成を単純化させ、製造費用を低減することができる多焦点レンズ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成するために、本発明に係る多焦点レンズは、複数のホログラフィック高分子分散型液晶と、該ホログラフィック高分子分散型液晶に電源を供給する電源供給装置と、を含み、そのホログラフィック高分子分散型液晶が透過光の焦点を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る多焦点レンズの製造方法は、ホログラムシートに予め設計されたホログラムを形成する段階と、そのホログラムを高分子分散型液晶層に転写して一以上のホログラフィック高分子分散型液晶を生成する段階と、そのホログラフィック高分子分散型液晶を配列する段階と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る多焦点レンズ及びその製造方法は、高分子分散型液晶にホログラムを形成した多焦点レンズを製作することにより、焦点を簡単な方法で変換することができるという長所がある。
【００１４】
また、本発明に係る多焦点レンズ及びその製造方法は、ホログラフィック高分子分散型液晶層を含んで製作された多焦点レンズを利用し、多種類の光情報記録媒体に情報を記録／再生できるという長所がある。
【００１５】
また、本発明に係る多焦点レンズ及びその製造方法は、ホログラフィック高分子分散型液晶層を含んで製作された多焦点レンズを採用し、光ピックアップ装置の構成を単純化させて製造費用を低減できるという長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下では、添付図面を参照して本発明に係る多焦点レンズ及びその製造方法の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態に係る多焦点レンズの構成を示した図面で、図２（ａ）及び（ｂ）は、図１のＨＰＤＬＣの構造を示した要部断面図及び斜視図である。
【００１８】
図１を参照すると、本発明の多焦点レンズは、光源２００、複数のホログラフィック高分子分散型液晶１００（Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal Display；ＨＰＤＬＣ）、電源供給装置２２０及び複数のスイッチ２１０を含む。
【００１９】
電源供給装置２２０は、複数のＨＰＤＬＣ１００に電源を供給する。この電源供給装置２２０による電源は、複数のスイッチ２１０をスイッチング（switching）することにより、選択的にＨＰＤＬＣ１００に供給されるように制御される。
【００２０】
光源２００から発生した光は、複数のＨＰＤＬＣ１００を透過しながら特定の焦点距離で合焦する光となり、該当する特定の光情報記録媒体２３０に合焦する。光源２００は、各光情報記録媒体２３０の特性に応じて、光情報記録媒体２３０の種類ごとに好適な波長の光を発生するように形成される。
【００２１】
ＨＰＤＬＣ１００は、光ピックアップ装置で使用可能となっている光情報記録媒体２３０の種類分の個数が備えられている。たとえば、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤに情報を記録／再生することを一つの光ピックアップ装置で遂行するために、その各光情報記録媒体２３０に合致した３つのＨＰＤＬＣ１００ａ，１００ｂ，１００ｃが備えられる。一例として、ＨＰＤＬＣ１００ａ，１００ｂ，１００ｃは、ＣＤに情報を記録／再生するために０．４５、ＤＶＤに情報を記録／再生するために０．６、ＢＤに情報を記録／再生するために０．８５の各開口率（ＮＡ：numerical aperture）を持つ。
【００２２】
以下、ＨＰＤＬＣ１００を用いた多焦点レンズの動作原理に対して説明する。
【００２３】
まず、ＨＰＤＬＣ１００の構成及び特性を詳述する。
【００２４】
図２（ａ）及び（ｂ）を参照すると、ＨＰＤＬＣ１００は、上部ガラス基板１２０、下部ガラス基板１１０、透明電極１３０，１４０、ホログラフィック高分子分散型液晶層１５０（Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal layer；ＨＰＤＬＣ層）及び複数のビーズ１６０を含む。
【００２５】
上部ガラス基板１２０と下部ガラス基板１１０とは、所定の間隔を隔てて対向するように配置される。透明電極１３０，１４０は、上部ガラス基板１２０の内側面と下部ガラス基板１１０の内側面とにそれぞれ形成される。そして、これら透明電極１３０，１４０の間にＨＰＤＬＣ層１５０が形成され、該ＨＰＤＬＣ層１５０は、ポリマー１５４と液晶１５２を含んで構成される。
【００２６】
ＨＰＤＬＣ１００では、光源２００から発生された光の透光状態が、上部ガラス基板１２０と下部ガラス基板１１０との間に内蔵されたＨＰＤＬＣ層１５０に従い切り換えられる。すなわち、電源印加の有無に応じる電場の変化によって、ＨＰＤＬＣ層１５０におけるポリマー１５４中の液晶１５２の配列状態が変化し、これに伴いポリマー１５４と多数の液晶１５２との間の屈折率差が変わって光の回折が生まれるようになる。
【００２７】
複数のビーズ１６０は、透明電極１３０，１４０の間で、ＨＰＤＬＣ層１５０の両側部に形成される。ビーズ１６０の個数には特に制限がない。両側部（端部）にそれぞれ２個以上のビーズ１６０が形成されることが好ましい。ビーズ１６０は、ＨＰＤＬＣ層１５０の厚さを調節する役割を果たす。
【００２８】
ＨＰＤＬＣ１００の透光原理をより詳細に説明すれば次の通りである。
【００２９】
図３（ａ）及び（ｂ）は図２のＨＰＤＬＣ１００に電源が供給されない時の状態を示した断面図及び斜視図で、図４（ａ）及び（ｂ）は図２のＨＰＤＬＣ１００に電源が供給された時の状態を示した断面図及び斜視図である。
【００３０】
ＨＰＤＬＣ１００に電源が供給されない場合、図３（ａ）に示されるように、ＨＰＤＬＣ層１５０の液晶１５２は不規則に存在している。従って、光源２００からの光がＨＰＤＬＣ１００に入射すれば、図３（ｂ）に示されるように、液晶１５２とポリマー１５４との屈折率差によって回折現象が発生する。
【００３１】
一方、ＨＰＤＬＣ１００に電源が供給される場合、図４（ａ）に示されるように、ＨＰＤＬＣ層１５０の液晶１５２は特定方向に規則的に配列される。従って、光源２００からの光がＨＰＤＬＣ１００に入射すれば、液晶１５２とポリマー１５４との屈折率差が抑制され、回折現象が起こらず、規則的に配列された液晶１５２を光が透過する。ＨＰＤＬＣ１００に入射された光が透過すれば、図４（ｂ）に示されるように、ＨＰＤＬＣ１００が透明になり、ＨＰＤＬＣ１００の反対側に位置したパターンが見えるようになる。本例における光の透過率は９８％以上である。
【００３２】
このような特性を持ったＨＰＤＬＣ１００がレンズとしての機能を遂行するために所定のホログラムパターンが印刷されている。図５は、図２のＨＰＤＬＣにＣＧＨ（Computer Generated Hologram）を利用したホログラムを転写する方法を示した斜視図である。
【００３３】
ホログラムはコンピュータ生成ホログラム３１０（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）を使用している。ＣＧＨ３１０とは、コンピュータで作成されたホログラムであり、物体の振幅分布からホログラムの複素振幅分布を計算して記録されたホログラムである。ＣＧＨ３１０は、入射する光の光経路によってリング状または扇状に製造され得る。本実施形態では、光の進行経路に球面波（Spherical Wave）形態のＣＧＨ３１０が印刷されている。ＣＧＨ３１０は、光源２００から発生された光を、光情報記録媒体２３０に情報を記録／再生できる焦点距離の光に変換できるように設計する。
【００３４】
以下、ＨＰＤＬＣ層１５０にＣＧＨ３１０を利用してホログラム１８０を印刷する過程を説明する。
【００３５】
まず、電子ビームリソグラフィ（Electron beam lithography）を利用してホログラムの円状の光マスクを作る。続いて、この光マスクを利用して光学的に透明な位相ホログラムをフォトリソグラフィ技法で作る。このような工程によってホログラムシート３００に予め設計されたＣＧＨ３１０が印刷される。このＣＧＨ３１０は、光情報記録媒体２３０ごとに必要な各焦点距離の光を発生できるように印刷される。
【００３６】
次に、図５に示されるように、ＣＧＨ３１０が印刷されたホログラムシート３００をＨＰＤＬＣ層１５０の上部に位置させた後、ホログラムシート３００の上方から光を照射する。光が照射されれば、ＣＧＨ３１０が印刷されていない部分に対応した位置のＨＰＤＬＣ層１５０はポリマー１５４が硬化する。当該部分は透明な状態となる。一方、ＣＧＨ３１０が印刷されている部分に対応した位置のＨＰＤＬＣ層１５０には、前記のポリマー１５４の硬化に伴い押し出された液晶１５２が集まる。液晶１５２は流動性があるからである。
【００３７】
このようにして、ホログラムシート３００に形成されたＣＧＨ３１０のパターンが同じくＨＰＤＬＣ層１５０に転写される。当該方法で製作されたＨＰＤＬＣ１００は、光ピックアップ装置でＣＤ、ＤＶＤおよびＢＤに情報を記録／再生するためのレンズとして使用される。
【００３８】
なお、ＣＧＨ３１０をＨＰＤＬＣ層１５０に形成する方法は上記説明した方法に限定されるものではない。
【００３９】
図６は図１の多焦点レンズの動作原理を示した図面である。
【００４０】
光ピックアップ装置がＤＶＤ２３０に情報を記録／再生する場合を例とすると、複数のスイッチ２１０を制御して、ＤＶＤ２３０のレンズに該当する第２ＨＰＤＬＣ１００ｂは電源供給を遮断し、残りの第１及び第３ＨＰＤＬＣ１００ａ，１００ｃには電源を供給する。これにより電源が供給されれば、第１及び第３ＨＰＤＬＣ１００ａ，１００ｃには電場が加えられるので、当該第１及び第３ＨＰＤＬＣ１００ａ，１００ｃは透明になり、入射される光をそのまま透過させる。
【００４１】
一方の第２ＨＰＤＬＣ１００ｂは、入射される光を、ＤＶＤ２３０に該当する焦点距離で合焦させる。すなわち、第２ＨＰＤＬＣ１００ｂに形成されたホログラム１８０が平面レンズの役割を遂行する。光源２００で発生された光は、第１ＨＰＤＬＣ１００ａを透過して第２ＨＰＤＬＣ１００ｂに入射し、第２ＨＰＤＬＣ１００ｂに形成されたホログラム１８０によって、ＤＶＤ２３０に該当する焦点距離の光に変換されるようになる。変換された光は第３ＨＰＤＬＣ１００ｃをそのまま透過する。
【００４２】
このように、複数のＨＰＤＬＣ１００ａ，１００ｂ，１００ｃを通りながら、光はＤＶＤ２３０に情報を記録／再生できる位置で焦点が合わせられるようになる。
【００４３】
以上で説明した実施形態は例示の目的のために開示されたものであり、本発明に対する通常の知識を有した当業者であるならば、本発明の思想と範囲内で様々な修正、変更、付加が可能である。従って、このような修正、変更及び付加は本発明の特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る多焦点レンズの構成を示した図面である。
【図２】図１のＨＰＤＬＣの構造を示した断面図及び斜視図である。
【図３】図２のＨＰＤＬＣに電源が供給されない時の動作を示した断面図及び斜視図である。
【図４】図２のＨＰＤＬＣに電源が供給された時の動作を示した断面図及び斜視図である。
【図５】図２のＨＰＤＬＣにＣＧＨを利用してホログラムを転写する方法を示した斜視図である。
【図６】図１の多焦点レンズの動作原理を示した図面である。
【符号の説明】
【００４５】
１００  ＨＰＤＬＣ
１００ａ  第１ＨＰＤＬＣ層
１００ｂ  第２ＨＰＤＬＣ層
１００ｃ  第３ＨＰＤＬＣ層
１８０  ホログラム
２００  電源
２１０  スイッチ
２２０  電源供給装置
２３０  ＤＶＤ
【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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