(57)【要約】【課題】短波長光である青紫レーザに対する耐光性を有し、容易に製造することができる安価な液晶光学素子を搭載した光ピックアップ装置およびその液晶光学素子を提供すること。【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を光ディスクに集光する対物レンズと、光ディスクからの反射光を受光する受光器と、レーザ光源と対物レンズとの間の光路中に配した液晶光学素子とを備え、液晶光学素子が、内側に配向膜が形成された２枚の透明基板間に液晶を挟持して構成され、当該液晶には、液晶材料に光照射がされることで励起される光活性種を失活させる機能を有するクエンチャーが混入された構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記光ディスクからの反射光を受光する受光器と、
前記レーザ光源と前記対物レンズとの間の光路中に配した液晶光学素子と、を備え、
前記液晶光学素子は、内側に配向膜が形成された２枚の透明基板間に液晶を挟持して構成され、当該液晶には、液晶材料に光照射がされることで励起される光活性種を失活させる機能を有するクエンチャーが混入されている
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記配向膜は、有機化合物よりなる有機配向膜である
ことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
前記有機配向膜には、ベンゼンが混入されていない
ことを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記レーザ光は、４０５ｎｍの波長の青紫レーザ光である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
内側に配向膜が形成された２枚の透明基板間に液晶を挟持する液晶光学素子において、
前記液晶には、液晶材料に光照射がされることで励起される光活性種を失活させる機能を有するクエンチャーが混入されている
ことを特徴とする液晶光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ装置および液晶光学素子に関し、有機配向膜を用いた簡易なプロセスを用いたとしても、４０５ｎｍ波長の青紫レーザ光に対する耐光性を確保することが出来る液晶光学素子をレーザ光の光路中に配した光ピックアップ装置および液晶光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
収差補正素子、レーザ光の光量調整素子、可変波長板、レーザ光の偏光回転素子、またはレーザ光の開口制限素子等に使用される液晶光学素子が搭載される光ピックアップ装置では、光ディスク上の記録容量を上げるためレーザ光の波長が短波長化され、従来のＣＤ波長７８０ｎｍおよびＤＶＤ波長６５０ｎｍに加え、近紫外波長域である４０５ｎｍ付近の青紫レーザも使用される様になってきている。更に今後、読み込みおよび記録の倍速化に伴い、青紫レーザの光強度は強くなる傾向にある。
【０００３】
この液晶光学素子は、透明導電膜と、ポリイミドからなる有機配向膜とが順に形成された２枚の透明基板間に液晶を挟持して構成される。ところが、この有機配向膜を用いた液晶光学素子に、レーザ光源から出射される青紫レーザを照射し続けると、レーザ照射された配向膜部分が光吸収による光反応を起こしてしまい、結果として、液晶分子の配向状態が乱されてしまうという問題が生ずる。この配向状態が乱れると判断されるまでの時間は、レーザ光の強度により異なり、その強度が増すにつれ短時間で劣化する傾向にある。
【０００４】
そこで上記課題を解決する手段として、無機材料が斜方蒸着された無機配向膜を用いた液晶光学素子を、レーザ光源と対物レンズとの間の光路中に配設した光ピックアップ装置が提案された（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１に記載の液晶光学素子には、無機配向膜の形成プロセスとして斜方蒸着法を用いて、無機物材料としてＳｉＯｘ（０＜ｘ＜２）が用いられる。この特許文献１に記載の無機配向膜を備えた液晶光学素子は、短波長光である青紫レーザ光を照射したとしても、上述した配向状態の乱れが起こり難くなる。したがって、この光耐光性に優れた液晶光学素子を搭載した光ピックアップ装置は、信頼性の高い装置となる。
【０００６】
また、上記問題を解消するために、光吸収の要因とされている不飽和結合（トラン結合、エステル結合など）を低減した液晶を用いた液晶光学素子をレーザ光源と対物レンズとの間の光路中に配設した光ピックアップ装置も提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
この特許文献２に記載の液晶光学素子に、青紫レーザを照射し続けたとしても、光吸収の要因とされている不飽和結合が少ない液晶を用いているため、結果として液晶分子の配向状態の乱れを極力抑えることができる。したがって、この液晶光学素子を搭載した光ピックアップ装置は、信頼性の高い装置となる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−４５０６２号公報（第２―３頁、第１―２図）
【特許文献２】特開２００３−９０９９０号公報（第２―４頁、第１―２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の液晶の配向状態の乱れは、真空蒸着法により成長した結晶形状や配向膜表面の親疎水性に大きく影響する。この現象を起こさないために、斜方蒸着用のマス
ク形状や、基板配置を工夫した蒸着角度ばらつきの低減と無機配向膜の結晶性を安定化と表面水分除去を目的とした、蒸着後のアニーリングプロセスや、蒸着膜表面に吸着した水分や有機物に対する洗浄プロセス等を行う必要がある。しかしながら、光学素子の外形サイズが数ミリ角程度とした小型の液晶光学素子では、こうした基板面内のばらつき要素が、素子特性の固体ばらつきとなるため、上述した量産工程の工程管理をすることを非常に困難としていた。
【００１０】
また、特許文献２に記載の液晶光学素子の液晶材料として、芳香環以外の不飽和結合（トラン結合、エステル結合など）を減少させた液晶を用いると、レーザ光源から出射されるレーザ光の近紫外波長域での光吸収低減という点で効果的であるが、表示用液晶パネルで使用される一般的な液晶材料を使用することができない。つまり、有機配向膜と組み合わせる液晶材料には、不飽和結合を極力含まない特殊な液晶材料しか使用することができなかった。
【００１１】
そこで本発明の目的は、短波長光である青紫レーザに対する耐光性を有し、容易に製造することができる安価な液晶光学素子を搭載した光ピックアップ装置およびその液晶光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の光ピックアップ装置および液晶光学素子は、基本的に下記記載の構成を採用するものである。
【００１３】
本発明の光ピックアップ装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を光ディスクに集光する対物レンズと、光ディスクからの反射光を受光する受光器と、レーザ光源と対物レンズとの間の光路中に配した液晶光学素子とを備え、液晶光学素子が、内側に配向膜が形成された２枚の透明基板間に液晶を挟持して構成され、当該液晶には、液晶材料に光照射がされることで励起される光活性種を失活させる機能を有するクエンチャーが混入されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した配向膜が、有機化合物よりなる有機配向膜であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した有機配向膜にはベンゼンが混入されていないことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の光ピックアップ装置には、４０５ｎｍ波長の青紫レーザ光が使用されることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の液晶光学素子は、内側に配向膜が形成された２枚の透明基板間に液晶を挟持しており、この液晶には、液晶材料に光照射がされることで励起される光活性種を失活させる機能を有するクエンチャーが混入されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、短波長である青紫レーザによる耐光性を有し、容易に製造することができる安価な液晶光学素子を搭載した光ピックアップ装置、および液晶光学素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の液晶光学素子は、２枚の透明基板間に液晶を挟む構成であり、この液晶に光照射がされることで励起される光活性種を失活させる機能を有するクエンチャーが混入され
ている点に特徴を有するものである。また、このクエンチャーを混入した液晶を用いた液晶光学素子は、近紫外波長域である４０５ｎｍ付近の青紫レーザを照射し続けたとしても、クエンチャーが、液晶または配向膜の励起種の光エネルギーを吸収することができるので、レーザ照射された配向膜が光吸収による光反応を起こし難くなり、液晶分子の配向状態を乱すことを極力抑えることができる。このクエンチャーの機能詳細についは、後述する。また、この液晶光学素子は、一般的に用いられている液晶材料にクエンチャーを混入した液晶と、配向膜の組成との組み合わせを考慮することで、上記本発明の効果を達成し、安価な液晶光学素子の製造を可能とする。したがって、上記液晶光学素子を搭載した本発明の光ピックアップ装置は、安価に製造できる信頼性の高い装置となる。
【００２０】
また、本発明の光ピックアップ装置は、上述した液晶光学素子を搭載した装置であって、この液晶光学素子は、レーザ光源から出射されるレーザ光に対して収差補正を行うための素子や、レーザ光の光量調整素子であるアッテネータや、レーザ光のビーム偏光軸を偏光回転させるための偏光回転素子として用いられ、特に、このレーザ光として、４０５ｎｍ付近の短波長帯域の青紫レーザを使用する場合に、本発明の効果を特に発揮する。
【００２１】
この本発明の光ピックアップ装置は、４０５ｎｍの青紫レーザ光を出射するレーザ光源と、この青紫レーザ光をＢＤ、ＨＤ−ＤＶＤ等の高密度光ディスクに集光する対物レンズと、レーザ光源と対物レンズとの間の光路中に配した液晶光学素子と、高密度光ディスクからの反射光を受光する受光器とを備えて構成される。
【００２２】
以下の説明では、まず上述した液晶光学素子の構成および作用について説明をし、後段で改めてこの光ピックアップ装置の構成および作用について詳細に説明をする。まず、本発明の液晶光学素子１０５の構成について説明する。図１は本発明の液晶光学素子１０５の断面構造を示している。なお、下記の説明では、特に本発明の効果が顕著に現れる有機配向膜と液晶材料との組み合わせについて説明をする。
【００２３】
図１に示すように、本発明の液晶光学素子１０５は、透明導電膜２ａとその表面を被覆する有機配向膜３ａとを有する透明基板１ａと、同様に透明導電膜２ｂと有機配向膜３ｂとを有する透明基板１ｂとを、各透明導電膜２ａ、２ｂが内側となるように対向配置し、有機配向膜３ａ、３ｂ間にシール剤４を介して液晶５を挟持する構造となっている。また、この液晶光学素子の液晶５には、ニッケル錯体であるクエンチャー６が液晶中に溶解した構成となっている。
【００２４】
この液晶光学素子で使用する液晶５として、例えば、屈折率異方性Δｎが０．１５、誘電率異方性Δεが+６、Ｎ-Ｉ点が１００℃のネマティック液晶を用いることができる。この液晶にはフッ素を含有する成分が含まれ、モノフェニル、ビフェニルおよびターフェニルの芳香族成分を主体に構成される。またトラン結合、エステル結合、アルケン側鎖などの、芳香族以外の不飽和結合が全く含まない液晶材料を用いる。
【００２５】
上記液晶５の調整方法は、粉末状のニッケルクエンチャー６を適量混入し、９０℃に温めながら１５分間撹拌しながら液晶中に溶解させて行う。すると、液晶中にニッケルクエンチャーが溶解して、白濁色から緑色へと変色する。一度溶解したクエンチャー入りの液晶は、液晶光学素子の使用環境温度の範囲内において溶解したクエンチャーが析出しない程度の混入量に設定する必要がある。
【００２６】
次に、液晶５に混入するクエンチャーの具体的組成について説明する。図２は、液晶５に溶けているクエンチャーの分子構造を示している。
【００２７】
図２では、クエンチャーの分子構造７として、ニッケル有機錯体形状を例に挙げており
、図中のＲ１・Ｒ２は、例えばターシャルブトキシ基（ｔ-Ｃ４Ｈ９）、ターシャルオクチル基（ｔ-Ｃ８Ｈ１７）などのアルキル基を、Ｒ３は、ニッケルとの極性差を持たせるためにアミノアルキル基を示している。ここでは示さないが、このクエンチャーとして、上述したニッケル錯体に代えて、鉄錯体を用いても本発明の効果を得ることができる。
【００２８】
次に、本発明の液晶光学素子に混入するクエンチャーの作用について説明する。図３は、本発明の液晶光学素子における液晶に混入されるクエンチャーの作用を示す図である。なお、本図中に示している［Ａ］＊は、光吸収により励起した配向膜分子または液晶分子を示しており、Ａは、基底状態へ戻った分子を示している。また、［Ｂ］＊は［Ａ］＊よりエネルギー移動を受けて励起したニッケルクエンチャー分子を示しており、Ｂは、基底状態に戻ったニッケルクエンチャー分子を示している。
【００２９】
ここでは、クエンチャーである有機高分子に、短波長光８（青紫レーザ）が照射されている態様を考える。
図３に示す様に、有機物分子内の原子どうしの結合はσ結合とπ結合とで形成されており、電子が存在しない空軌道も持ち合わせている。結合に関与している基底状態の電子は、外部より短波長光が照射されると、光エネルギーの吸収により空軌道へ移動し、ポテンシャルエネルギーの高い励起状態９となる。この励起状態９は、自然に格子振動などによる発熱などで基底状態へと戻る場合、またはラジカル活性種として分子構造を破壊する働きをする。一般には、励起一重項から励起三重項へ遷移すると、光活性種として働くといわれている。
【００３０】
クエンチャーは、この励起状態９に対して働きかけ、光活性種へ遷移する前に自らがエネルギーを受けとり、励起状態９を元の基底状態１０へと戻し、自らが一度励起状態１１となる。しかしその後速やかに、光活性種とならずに基底状態１２へ戻る。このため有機物材料の中に励起種が発生したとしても、この有機物分子は、光反応を起こさずに安定状態を保つことができる。
【００３１】
次に、液晶中に混入されるクエンチャーの含有量と、青紫レーザを照射した際の耐光時間との関係について説明する。図４は、本発明の液晶光学素子における液晶に混入されるクエンチャー含有量と耐光時間を示す図である。
図４で示すデータは、液晶光学素子１０５に、６８ｍＷ／ｍｍ２の中心光強度を放つ青紫レーザを照射し、液晶配向が劣化するまでの耐光時間を示している。また、液晶およびクエンチャーは上述した構成とし、有機配向膜にポリイミドを用いた。また、青紫レーザを照射したときの外部環境温度を７０℃とし、液晶５に対するクエンチャー重量率ｘを、０ｗ％≦ｘ≦０．０４ｗ％の間に設定した。
【００３２】
図４に示す様に、クエンチャー濃度に対する耐光時間を示す曲線１３は、クエンチャー濃度０ｗｔ％時には１５０時間の耐光時間であったが、クエンチャー濃度を増すにつれ上昇し、０．０２ｗｔ％では２倍の３００時間まで向上した。それ以上の濃度では耐光時間に変化はなく、本液晶ではクエンチャー濃度０．０２ｗｔ％が、最大の効果を発揮する最小濃度１４である事が分かる。
【００３３】
本図に示したデータを参照して、液晶光学素子で求められる光耐光性の能力に相当するクエンチャー濃度を決め、先に示した手順でクエンチャーを液晶材料へ混入する調整を行えばよい。
【００３４】
次に、有機配向膜にポリイミドを用い、ポリイミド分子構造に含有されるベンゼン環量
を変化させたときの、本発明の液晶光学素子に及ぼすクエンチャーの効果について説明する。図５は、本発明の液晶光学素子における有機配向膜のベンゼン含有量と耐光時間を示す図である。ここでは、ポリイミド高分子中のベンゼン環量を変化させるために、前駆体である酸無水物（Ａ）とアミック酸（Ｂ）に含まれるベンゼン環存在率を変化させて調べた。そして、脱水重縮合により合成されるポリイミド高分子（Ａ−Ｂ）ｎは、単位ユニットｎ個中にベンゼン環が含まれるユニットが存在する高分子構造となる。
【００３５】
本図では、ベンゼン環含有量を変化させた有機配向膜に対し、上述したクエンチャー無しの液晶を備えた液晶光学素子と、０．０２ｗｔ％クエンチャーを入れた液晶光学素子１０５に、青紫レーザを照射したときの耐光時間を示している。そして、本データの測定は、レーザの中心光強度は６８ｍＷ／ｍｍ２とし、照射環境は７０℃としたときのものである。
【００３６】
図５に示す様に、クエンチャーを入れない場合の特性１５は、ベンゼン環含有量に対して直線的な変化となり、ベンゼン環量が少ないほど耐光性が高くなる傾向を示している。そして、全ての単位ユニットにベンゼン環が含有される場合（図中１００％）では、耐光時間は約２０時間であるのに対し、全く含まれない場合（図中０．１％）では、１５０時間と７倍の耐光性を示すことが分かる。
【００３７】
それに対し、０．０２ｗｔ％クエンチャーを入れた場合の特性１６は、ベンゼン環含有量が多い時（１％以上）では、クエンチャーを入れない場合とほぼ同等の結果であるのに対して、含有量１％以下では、クエンチャーを入れない場合より、耐光時間が大幅に増加している事が分かる。
【００３８】
なお、本図には示していないが、有機配向膜に混入されるベンゼン環含有量を０ｗｔ％とした材料を用いた場合の耐光時間は、本図に示した耐光時間よりさらに上昇することが判っている。このベンゼン環含有量０ｗｔ％とした有機配向膜を備えた液晶光学素子とすれば、単波長光である青紫レーザ光を連続的に照射したとしても、配向状態の乱れは起こり難くなるが、液晶中に混入されるクエンチャーが光吸収の多い液晶（不飽和結合の多い液晶）に対して有効に作用し、耐光性に対して効果を発揮するからである。
【００３９】
この様に、ポリイミドからなる有機配向膜の分子構造と光吸収という観点では、ベンゼン環量が少ない方が低光吸収となるため、光劣化に対して強い傾向にあると云える。一方ポリイミド分子中に存在するベンゼン環は、液晶の配向性を強くするため、液晶光学素子１０５の熱安定性に対して良い効果を得る。したがって、上述結果は、有機配向膜に微量のベンゼン環が含有されていても耐光性が強くできる事を示しており、本発明の形態を採用すれば、有機配向膜の選択範囲が広がる事となる。
【００４０】
これまで、特に効果が大きいポリイミドからなる有機配向膜を使用した液晶光学素子を例に挙げて説明してきたが、他の有機材料として、例えばアクリル系の有機配向膜等を用いても、上述したと同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、本発明の液晶光学素子の有機配向膜に代えて、無機材料を用いた形態であっても、先に示した有機配向膜に混入されるベンゼン環が０ｗｔ％のときと同様に、本発明の光耐光性に対する効果を得ることができる。
【００４２】
ここで、この液晶光学素子を、収差補正素子として用いる場合と、アッテネータとして用いる場合の光ピックアップ装置の具体的な構成例および作用について説明する。図６、図７は、本発明の光ピックアップ装置の構成例を示す図面である。
【００４３】
まず、本発明の液晶光学素子を、収差補正素子として用いた場合の光ピックアップ装置の具体的な構成例および作用について説明する。
【００４４】
図６に示す様に、本発明の光ピックアップ装置は、青紫レーザを発振するレーザ光源１０１、カップリングレンズ１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、収差補正素子として機能する液晶光学素子１０５ａ、１／４波長板１０６、対物レンズ１０７、集光レンズ１０９、受光ダイオード１１０から構成されている。
【００４５】
図６において、レーザ光源１０１から出射された短波長の青紫レーザ光１０２は、カップリングレンズ１０３で平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０４を通過した後、液晶光学素子１０５ａに入射する。この液晶光学素子１０５ａを通過する際に、青紫レーザ光は、液晶光学素子１０５ａで変調されて青紫レーザ光の収差補正が行われる。その後、１／４波長板１０６を通過して、対物レンズ１０７により高密度光ディスク１０８に集光される。そして高密度光ディスク１０８にて反射された青紫レーザ光は、再び対物レンズ１０７及び１／４波長板１０６を経て、偏光ビームスプリッタ１０４により光路が変更されて、集光レンズ１０９を介して受光ダイオード１１０に集光される。
【００４６】
次に、本発明の光ピックアップ装置における液晶光学素子を、アッテネータとして用いる場合の装置構成について説明する。
【００４７】
図７に示す様に、本発明の光ピックアップ装置は、青紫レーザを発振するレーザ光源１０１、カップリングレンズ１０３、アッテネータとして機能する液晶光学素子１０５ｂ、偏光ビームスプリッタ１０４、１／４波長板１０６、対物レンズ１０７、集光レンズ１０９、受光ダイオード１１０から構成されている。
【００４８】
図７において、レーザ光源１０１から出射された短波長の青紫レーザ光１０２は、カップリングレンズ１０３で平行光とされ、液晶光学素子１０５ｂに入射し、偏光方向が回転される。すると、一部の青紫レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、残りの青紫レーザ光が偏光ビームスプリッタ１０４を通過する。これにより、青紫レーザ光の光量が調整される。この偏光ビームスプリッタ１０４を通過する光量の調整は、液晶光学素子１０５ｂでの偏向回転量によって決まる。
【００４９】
偏光ビームスプリッタ１０４を通過した青紫レーザ光は、１／４波長板１０６を通過して、対物レンズ１０７により高密度光ディスク１０８に集光される。そして高密度光ディスク１０８にて反射された青紫レーザ光は、再び対物レンズ１０７及び１／４波長板１０６を経て、偏光ビームスプリッタ１０４により光路を変更されて、集光レンズ１０９を介して受光ダイオード１１０に集光される。
【００５０】
図６、図７に示す光ピックアップ装置に、前述したクエンチャー入りの液晶を備えた液晶光学素子を搭載すれば、先に示した様に、短波長の青紫レーザを発振するレーザ光源を用いたとしても、液晶光学素子の配向不良が発生することを抑えた信頼性の高い装置とすることができる。しかも、この液晶光学素子は、構成が簡易となっており、液晶材料の制限もなく、容易に製造することができるというメリットもある。
【００５１】
そして、本発明の光ピックアップ装置に、この液晶光学素子を組み込むことにより、青紫レーザに対するライフタイムが長くなり、倍速化に伴うレーザパワーの増加に対応する光ピックアップ装置に適用可能となる。
【００５２】
これら本発明の効果は、レーザ光源１０１の近くであって、ここから発振される青紫レーザの減衰が殆ど起こらない状態で液晶光学素子のレーザ光が入射することとなる、図７
に示す形態で特に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る液晶光学素子の断面構造を示す図である。
【図２】本発明の液晶光学素子における液晶に混入されるクエンチャーの基本構造を示す図である。
【図３】本発明の液晶光学素子における液晶に混入されるクエンチャーの機能を示す図である。
【図４】本発明の液晶光学素子における液晶に混入されるクエンチャー含有量と耐光時間を示す図である。
【図５】本発明の液晶光学素子における有機配向膜のベンゼン含有量と耐光時間を示す図である。
【図６】本発明の光ピックアップ装置の構成および作用を説明するための図である。
【図７】本発明の光ピックアップ装置の構成および作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ａ、１ｂ  透明基板
２ａ、２ｂ  透明導電膜
３ａ、３ｂ  有機配向膜
４  シール剤
５  液晶
６  クエンチャー
７  分子構造
８  短波長光
９  励起状態
１０  基底状態
１１  励起状態
１２  基底状態
１３  曲線
１４  最小濃度
１５、１６  特性
１０１  レーザ光源
１０２  青紫レーザ光
１０３  カップリングレンズ
１０４  偏光ビームスプリッタ
１０５、１０５ａ、１０５ｂ  液晶光学素子
１０６  １／４波長板
１０７  対物レンズ
１０８  高密度光ディスク
１０９  集光レンズ
１１０  受光ダイオード
【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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