(57)【要約】【課題】  複数の種類の記録媒体に対応し且つ読み取り時に発生する収差を補正することを可能とする液晶光学素子を提供することを目的とする。【解決手段】  第１の基板（１０１）と、第２の基板（１０５）と、第１及び第２の基板間に挟持された液晶（１０６）と、第１又は第２の基板の一方に形成され且つ開口制御領域（２１１）及び収差補正領域（２１２）を有する電極パターン（２００、３００、４００、５００）と、第１又は第２の基板の他方に形成され且つ電極パターンとの間に電圧を印加するための対向電極（１０８）とを有することを特徴とする液晶光学素子（１００、１２０、１３０）。【選択図】      図３
2006330089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の開口制御を行うための液晶光学素子において、
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１及び第２の基板間に挟持された液晶と、
前記第１又は第２の基板の一方に形成され、開口制御領域及び収差補正領域を有する電極パターンと、
前記開口制御領域に配置された開口制御用電極と、
前記収差補正領域に配置された収差補正用電極と、
前記第１又は第２の基板の他方に形成され、前記電極パターンとの間に電圧を印加するための対向電極と、
を有することを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
前記開口制御用電極は、開口制御を行う場合及び収差補正を行う場合に利用される、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記開口制御用電極は、複数の電極から構成され、
前記複数の電極は、開口制御を行う場合には略同一条件で駆動され、収差補正を行う場合には異なった条件で駆動される、請求項２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記開口制御用電極は、前記液晶の屈折率を変化させることによって、前記開口制御領域を通過する入射光を発散させる、請求項２に記載の液晶光学素子。
【請求項５】
前記開口制御用電極は、複数の電極から構成され、
前記複数の電極によって発生する屈折率分布によって、前記開口制御領域を通過する入射光を直接的に変調させて、前記開口制御領域を通過する入射光を発散させる、請求項４に記載の液晶光学素子。
【請求項６】
前記開口制御用電極は、前記液晶における前記開口制御用電極の位置に対応した部分に収差を発生させることによって、前記開口制御領域を通過する入射光を発散させる、請求項２に記載の液晶光学素子。
【請求項７】
前記開口制御用電極は、入射光の波長の約１／４相当の収差を発生させる、請求項６に記載の液晶光学素子。
【請求項８】
前記複数の開口制御用電極は、前記液晶における前記複数の開口制御用電極の位置に対応した部分に、位相差による回折格子を発生させることによって、前記開口制御領域を通過する入射光を発散させる、請求項２に記載の液晶光学素子。
【請求項９】
前記複数の開口制御電極による回折格子は、光学的にロンキー格子として機能する、請求項８に記載の液晶光学素子。
【請求項１０】
前記収差補正領域は、前記開口制御領域の内側に配置されている、請求項１〜９の何れか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項１１】
前記収差補正領域には、複数のコマ収差補正用電極が配置される、請求項１〜１０の何れか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項１２】
前記収差補正領域には、複数の球面収差補正用電極が同心円状に配置される、請求項１〜１０の何れか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項１３】
光学装置であって、
光源と、
第１の基板と、第２の基板と、前記第１及び第２の基板間に挟持された液晶と、前記第１又は第２の基板の一方に形成され開口制御領域及び収差補正領域を有する電極パターンと、前記開口制御領域に配置された開口制御用電極と、前記収差補正領域に配置された収差補正用電極と、前記第１又は第２の基板の他方に形成され前記電極パターンとの間に電圧を印加するための対向電極とを有する液晶光学素子と、
前記液晶光学素子を通過した光を集光するための対物レンズと、
を有することを特徴とする光学装置。
【請求項１４】
前記液晶光学素子は、前記開口制御領域において前記光源からの入射光の開口制御を行い、前記開口制御領域及び前記収差補正領域を用いて収差補正を行う、請求項１３に記載の光学装置。
【請求項１５】
さらに、開口制御を行うために前記開口制御用電極を駆動し、収差補正を行うため前記開口制御用電極及び前記収差補正用電極を駆動する駆動手段を有する、請求項１４に記載の光学装置。
【請求項１６】
前記開口制御用電極は、複数の電極から構成され、
前記駆動手段は、開口制御を行う場合には前記複数の電極を略同一条件で駆動し、収差補正を行う場合には前記複数の電極を異なった条件で駆動する、請求項１５に記載の光学装置。
【請求項１７】
第１の光源と、第２の光源と、第１の基板、第２の基板、前記第１及び第２の基板間に挟持された液晶、前記第１又は第２の基板の一方に形成され開口制御領域及び収差補正領域を有する電極パターン、前記開口制御領域に配置され開口制御用電極、前記収差補正領域に配置された収差補正用電極及び前記第１又は第２の基板の他方に形成され前記電極パターンとの間に電圧を印加するための対向電極を含む液晶光学素子と、前記液晶光学素子を通過した光を集光するための対物レンズと、前記電極パターンを駆動するための駆動手段とを有する光学装置における開口制御方法であって、
前記第１の光源を点灯し、
前記駆動手段によって前記開口制御用電極を駆動し、前記液晶光学素子の前記開口制御領域及び前記収差補正領域を通過する前記第１の光源からの光を前記対物レンズによって第１の記録媒体に集光させ、
前記第２の光源を点灯し、
前記駆動手段によって前記開口制御用電極を駆動し、前記液晶光学素子の前記収差補正領域を通過する前記第２の光源からの光のみを、前記対物レンズによって第２の記録媒体に集光させる、
工程を有することを特徴とする開口制御方法。
【請求項１８】
前記第１の記録媒体に集光させる工程において、前記液晶光学素子の前記収差補正領域を通過する前記第１の光源からの光に対して収差補正を行う、請求項１７に記載の開口制御方法。
【請求項１９】
前記第１の記録媒体に集光させる工程において、前記液晶光学素子の前記開口制御領域を通過する前記第１の光源からの光に対しても収差補正を行う、請求項１８に記載の開口制御方法。
【請求項２０】
前記開口制御用電極は、複数の電極から構成され、
前記第１の記録媒体に集光させる工程において、前記駆動手段は、前記複数の電極を異なった条件で駆動し、
前記第２の記録媒体に集光させる工程において、前記駆動手段は、前記複数の電極を略同一条件で駆動する、
請求項１９に記載の開口制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の開口制御及び収差補正の両方を行うための液晶光学素子、そのような液晶光学素子を有する光学装置及び開口制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対物レンズに電極部を設け、電極部によって一定の波長に対しては外周部の光量を干渉作用によって見かけ上消失させることによって、ＣＤとＤＶＤのように開口数の規格が異なる光記録媒体に対応可能とする光ピックアップ装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
液晶フィルタの所定の範囲を通過する光の偏光方向を選択的に変更させ、偏光ビーム・スプリッタによって偏光方向を変化させた光（又は偏光方向を変化させなかった光）を排除するようにして、高密度ディスクと低密度ディスクから１つのピックアップによって情報ピットを検出することができる装置が知られている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
液晶パネルの所定範囲に電圧を印加し、その範囲をλ／４板として動作させ、その範囲を透過した光のみを偏光ビーム・スプリッタによって受光器に導く装置が知られている（例えば、特許文献３）。このような装置では、λ／４板として動作させる範囲を選択的に変化させて、液晶パネルを通過する光の径を変化させることができるので、実質的に対物レンズの開口数を変化させることが可能となり、１つの装置でＣＤ及びＤＶＤに対応することができる。
【０００５】
等間隔で配置された波長選択性回折格子を光路中に挿入し、第１の波長の光は波長選択性回折格子を素通りし、第２の波長の光の外周部は波長選択性回折格子によって光軸の外側に回折させる装置が知られている（例えば、登録実用新案文献４）。このような装置では、第１の波長をＤＶＤ用に用い、第２の波長をＣＤ用に用いることによって、１つの対物レンズによってＤＶＤ及びＣＤに対応することができる。
【０００６】
また、光ピックアップ装置において記録媒体の読取り又は書込みを行う際に、記録媒体のそり又は曲がり等によって記録媒体に傾きが生じ、記録媒体の基板内にコマ収差が生じ、記録媒体からの反射光ビームに基づいて発生される情報信号を劣化させる原因となることが知られている。
【０００７】
さらに、光ピックアップ装置において記録媒体の読取り又は書込みを行う際に、記録媒体のトラック面上の光透過保護層の厚みムラ等によって対物レンズからトラック面までの距離が一定にならないことによって、記録媒体の基板内に球面収差が生じ、記録媒体からの反射光ビームに基づいて発生される光強度信号を劣化させる原因となることが知られている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３４４７５９号公報（第１図）
【特許文献２】特許第３０４８７６８号公報（第１図）
【特許文献３】特許第３４７６９８９号公報（第１、３図）
【特許文献４】実用新案登録第３０３６３１４号公報（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、複数の種類の記録媒体に対応するために開口制御を行うことができ、しかも発生する収差を補正することを可能とする１つの光学素子は提案されていなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、開口制御及び収差補正を行うことを可能とする液晶光学素子、そのような液晶光学素子を有する光学装置及び開口制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る液晶光学素子は、第１の基板と、第２の基板と、第１及び第２の基板間に挟持された液晶と、第１又は第２の基板の一方に形成され開口制御領域及び収差補正領域を有する電極パターンと、開口制御領域に配置された開口制御用電極と、収差補正領域に配置された収差補正用電極と、第１又は第２の基板の他方に形成され、電極パターンとの間に電圧を印加するための対向電極と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る液晶光学素子では、開口制御用電極は、開口制御を行う場合及び収差補正を行う場合に利用されることが好ましい。開口制御領域を、収差補正を行う場合にも利用できるように構成した。
【００１３】
さらに、本発明に係る液晶光学素子では、開口制御用電極は、複数の電極から構成され、複数の電極は、開口制御を行う場合には略同一条件で駆動され、収差補正を行う場合には異なった条件で駆動されることが好ましい。開口制御を行う場合の開口制御用電極の駆動方法と、収差補正を行う場合の開口制御用電極の駆動方法を異なるように構成した。
【００１４】
さらに、本発明に係る液晶光学素子では、開口制御用電極は液晶の屈折率を変化させることによって開口制御領域を通過する入射光を発散させることが好ましく、屈折率分布によって開口制御領域を通過する入射光を直接的に変調させて開口制御領域を通過する入射光を発散させることがさらに好ましい。開口制御用電極を駆動することによって、所定の屈折率分布の発生／非発生を制御して、開口制御を行うように構成した。
【００１５】
さらに、本発明に係る液晶光学素子では、開口制御用電極は液晶における開口制御用電極の位置に対応した部分に収差を発生させることによって開口制御領域を通過する入射光を発散させることが好ましく、開口制御用電極は入射光の波長の約１／４相当の収差を発生させることが好ましい。開口制御用電極を駆動することによって、約１／４相当の収差の発生／非発生を制御して、開口制御を行うように構成した。
【００１６】
さらに、本発明に係る液晶光学素子では、開口制御用電極は液晶における複数の開口制御用電極の位置に対応した部分に位相差による回折格子を発生させることによって開口制御領域を通過する入射光を発散させることが好ましく、開口制御電極による回折格子は光学的にロンキー格子として機能することがさらに好ましい。開口制御用電極を駆動することによって、位相差による回折格子の発生／非発生を制御して、開口制御を行うように構成した。
【００１７】
さらに、本発明に係る液晶光学素子では、収差補正領域は、開口制御領域の内側に配置されていることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係る液晶光学素子では、収差補正領域には、複数のコマ収差補正用電極又は複数の球面収差補正用電極が同心円状に配置されることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る光学装置は、光源と、第１の基板と、第２の基板と、第１及び第２の基板間に挟持された液晶と、第１又は第２の基板の一方に形成され開口制御領域及び収差補正領域を有する電極パターンと、開口制御領域に配置された開口制御用電極と、収差補正領域に配置された収差補正用電極と、第１又は第２の基板の他方に形成され電極パターンとの間に電圧を印加するための対向電極とを有する液晶光学素子と、液晶光学素子を通過した光を集光するための対物レンズとを有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る開口制御方法は、第１の光源を点灯し、駆動手段によって開口制御用電極を駆動し、液晶光学素子の開口制御領域及び収差補正領域を通過する第１の光源からの光を対物レンズによって第１の記録媒体に集光させ、第２の光源を点灯し、駆動手段によって開口制御用電極を駆動し、液晶光学素子の収差補正領域を通過する第２の光源からの光のみを、対物レンズによって第２の記録媒体に集光させる、工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、可動部品を用いず、開口制御と収差補正とを１つの液晶光学素子で行うことが可能となった。
また、開口制御用電極を開口制御及び収差補正に利用した場合には、正確な収差補正を行うことが可能となった。
さらに、開口制御用電極を複数の電極から構成し、開口制御用電極を開口制御及び収差補正に利用する場合において、開口制御用電極を構成する複数の電極の駆動方法を可変した場合には、より正確な収差補正を行うことが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下図面を参照して、本発明に係る液晶光学素子、光学装置及び開口制御方法について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶光学素子１００の断面図を示す図である。
【００２４】
第１の実施形態に係る液晶光学素子１００は、開口制御領域と収差補正領域を有し、開口制御領域に屈折率分布を発生させることによって光を発散させて開口制限を行う。
【００２５】
図１において、矢印Ａの示す方向は、光が液晶光学素子１００に入射する方向を示している。入射側の透明基板１０１には、後述する屈折率補正用の透明電極パターン２００を有する透明電極１０７及び配向膜１０２が形成されている。また、反対側の透明基板１０５には、透明性対向電極１０８及び配向膜１０４が形成されている。液晶１０６は、２枚の透明基板１０１及び１０５と、シール部材１０３との間に、約１０μｍの厚さで封入されている。図１に示される各要素は、説明の便宜上、誇張して図示されており、実際の厚さの比と異なる。
【００２６】
２枚の透明基板１０１及び１０５はガラス材で構成され、シール部材１０３は樹脂から構成されている。本実施形態では、２枚の透明基板１０１及び１０５間に挟持される液晶１０６はホモジニアス配向を有するネマテック液晶が用いられるが、垂直配向型の液晶を利用することも可能である。
【００２７】
図２は、本実施形態に用いた液晶１０６における印加電圧と実効屈折率との関係を示す図である。
【００２８】
図２に示すように、液晶１０６では、印加電圧が上がるに従って、実効屈折率が徐々に減少する非線形な特性を有している。しかしながら、印加電圧範囲Ｖ1-１〜Ｖ1-3間の様に、ほぼ線形に変化する領域が存在するので、本実施形態では、この領域を屈折率を制御する領域として利用した。
【００２９】
図３（ａ）は、図１に示された液晶光学素子１００に利用することができる収差制御領域及び開口制御領域を有する透明電極パターン２００の一例を示す図である。
【００３０】
電極パターン２００は、図３（ａ）に示すように、電極パターン２００の外径２１０の内側に設けられた開口制御領域２１１と、開口制御領域２１１のさらに内側に設けられた収差補正領域２１２とを有している。また、開口制御領域２１１には、開口制御用の電極２０１〜２０５が同心円状に配置されている。さらに、収差補正領域２１２には、球面収差補正用の電極２２１〜２２５が同心円状に配置されている。なお、開口制御用の電極２０１〜２０５及び球面収差補正用の電極２２１〜２２５の電極間には、それぞれを絶縁のために微小な間隔が設けられている。
【００３１】
開口制御用電極２０１〜２０５の半径（Ｒ５以外は各電極間の隙間の中間点までの距離）の一例は、Ｒ１＝０．８０、Ｒ２＝０．８３、Ｒ３＝０．９５、Ｒ４＝０．９８、Ｒ５＝１．００である。なお、これらの半径の数値は、電極２０５の最外郭Ｒ５を１．００として規格化した数値である。
【００３２】
図３（ｂ）は、開口制御領域を通過する入射光を発散させるように駆動する場合に印加する電圧分布の一例を示している。また、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す電圧分布３０１を透明電極パターン２００に印加させた場合に発生する屈折率分布の一例を示している。図３（ｃ）に示すような屈折率分布３０２を生じさせるように透明電極パターン２００と対向電極１０８との間に電位差を生じさせた場合、開口制御領域２１１を通過する入射光は発散させるような作用を受け、対物レンズによる集光に実質的に寄与しなくなる。
【００３３】
図４は、開口制御領域への印加電圧及び屈折率分布を示す図である。
【００３４】
図４（ａ）は、図３（ａ）に示す開口制御領域２１１の一部を拡大して示した図である。ここで、電極間の微小な間隔は全て３μｍに設定した（なお、便宜上、拡大して示している）。また、電極２０１と電極２０２との間に抵抗Ｒ１を配置し、電極２０２と電極２０３との間に抵抗Ｒ２を配置し、電極２０３と電極２０４との間に抵抗Ｒ３を配置し、電極２０４と電極２０５との間に抵抗Ｒ４を配置した。さらに、電極２０３と、電極２０１及び電極２０５との間に駆動制御回路１５０より所定のＡＣ電圧を印加した。
【００３５】
図４（ｂ）は図３（ｂ）に示す印加電圧分布の一部３０３を拡大して示した図である。図４（ｂ）では、基準電圧Ｖ1-1（電極２０１と電極２０５に印加される電圧、ここでは０［Ｖ］とする）に対する実効電圧を示している。図４（ｂ）に示すように、電極２０１と電極２０５には電圧Ｖ1-1が、電極２０２及び電極２０４には電圧Ｖ1-2が、電極２０３及び収差補正用の電極２２１〜２２５には電圧Ｖ1-3が印加される。
【００３６】
液晶光学素子に用いる液晶は、一般に印加電圧に対し実効値応答を示す。また直流電圧成分を長時間この液晶に加えると、液晶の焼きつきや分解等の不都合を生ずる。従って液晶光学素子の各透明電極には直流電圧成分を印加しないように交流電圧を印加して液晶を駆動する。また、液晶光学素子に対する基準電圧０［Ｖ］は正確には液晶層に印加される電圧であり、その電圧を任意に設定することができる。一般的には印加電圧が０［Ｖ］の状態を基準とする事が多いが、他の電圧値（例えば３［Ｖ］）を基準電圧とすることも可能である。
【００３７】
図４（ｃ）は図３（ｃ）に示す屈折率分布３０２の一部３０４を拡大して示した図である。図４（ｃ）では、各電極と透明性対向電極１０８との間の液晶１０６に生じる屈折率Ｎを示している。図２に示す様な屈折率と印加電圧との関係から、電極２０３及び収差補正用の電極３０１〜３０５には屈折率Ｎ１（例えば０）、電極２０２及び電極２０４には屈折率Ｎ２、電極２０１及び電極２０５には屈折率Ｎ３が発生する。
【００３８】
このようにして開口制御領域２１１に配置された電極２０１〜２０５に生じる屈折率分布３０２は、図４（ｃ）に示すように、中央部の屈折率が低く、両端の屈折率が高いので、開口制御領域２１１はリング状の凹レンズ（屈折率勾配型レンズ４０１）として機能する。したがって、開口制御領域２１１の部分を通過する入射光は、屈折率分布３０２によって凹レンズによるのと同様に光路以外に発散されるような作用を受ける。また、収差補正領域２１２には屈折率Ｎ１（例えば０）が生じるため、収差補正領域２１２の部分を通過する光には対して液晶光学素子１００は何の作用も及ぼさない。
【００３９】
このように、図３（ａ）に示す透明電極パターン２００により、図３（ｃ）に示すような屈折率分布３０２を発生させれば、開口制御領域２１１を通過する光を発散させるような作用を及ぼすことが可能となった。即ち、光源からの光が、屈折率分布３０２を発生している液晶光学素子１００に入射した場合、開口制御領域２１１の部分を通過する光は発散され、収差補正領域２１２の部分の光のみが液晶光学素子１００をそのまま通過することとなる。
【００４０】
図５（ａ）は図３（ａ）と同じ透明電極パターン２００、図５（ｂ）は透明電極パターン２００への球面収差補正のための印加電圧例、図５（ｃ）は補正された収差例を示す図である。
【００４１】
図５（ｂ）に示す曲線５０１は、記録媒体のトラック面上に設けられた光透過保護層の厚みムラ等によって、対物レンズからトラック面までの距離が一定にならないことによって生じる球面収差を対物レンズの入射瞳位置で換算したものの一例である。開口制御領域２１１に配置された電極２０１〜２０５及び収差補正領域２１２に配置された電極２２１〜２２５に、図５（ｂ）の５０２に示すような電圧分布を印加すると、透明性対向電極１０８との間に電位差を生じ、その間の液晶１０６の配向性が電位差に応じて変化する。その部分を通過する光ビームは、電位差に応じてそれらの位相を遅らせるような作用を受ける。したがって、球面収差５０１は、図５（ｃ）に示す収差補正後の残存収差５０３のように、電位差に応じた位相の遅延によって抑制される。
【００４２】
なお、透明電極パターン２００に対して図５（ｂ）に示す電圧５０２を印加した場合、開口制御領域２１１に配置された電極２０１〜２０５には、図３（ｂ）又は図４（ｂ）に示すような電圧分布は印加されないので、図３（ｃ）又は図４（ｃ）に示すような屈折率分布は発生せず、開口制御領域２１１を通過する光は発散作用を受けることがない。
【００４３】
図６に、透明電極パターン２００を有する液晶光学素子１００を利用した光学装置５０の概略構成の一例を示す。
【００４４】
図６に示すように、光学装置５０は、第１の光源２１、第１のコリメータレンズ２２、第２の光源２６、第２のコリメータレンズ２７、ハーフミラー２３、偏光ビーム・スプリッタ２４、開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２を有する液晶光学素子１００、液晶光学素子１００の駆動制御回路１５０、１／４λ波長板３０、対物レンズ２５、集光レンズ２８、及び受光器２９等を有している。
【００４５】
ここで、透明電極パターン２００における開口制御領域２１１の外径を第１の光源２１を用いた場合の有効径１０（φ＝３ｍｍ）と一致させ、収差補正領域２１２の外径を第２の光源２６を用いた場合の有効径１１（φ＝２．３５ｍｍ）と一致させた。
【００４６】
図６（ａ）は、第２の光源２６を点灯し、ＣＤ等の第２の記録媒体１４１を利用する場合を示している。
【００４７】
この場合、駆動制御回路１５０は、図３（ｂ）に示す電圧分布３０１を液晶光学素子１００の透明電極パターン２００に対して印加するように制御を行う。したがって、液晶光学素子１００は、開口制御領域２１１を通過する入射光に対して、リング状の凹レンズとして機能するので、開口制御領域２１１を通過する光束は発散され、対物レンズ２５によって第２の記録媒体１４１のトラック面上に集光されることはない。なお、液晶光学素子１００は、有効径１１内の光束に対して何ら作用を及ぼさない。また、この場合、液晶光学素子１００は、収差補正領域２１２による収差補正は行なわない。
【００４８】
第２の光源２６から出射された第２の光ビーム（７８０ｎｍ）は、第２のコリメータレンズ２７によってほぼ平行光に変換され、ハーフミラー２３によって光路を変更され、偏光ビーム・スプリッタ２４及び液晶光学素子１００を通過して、１／４λ波長板３０に入射する。前述したように、液晶光学素子１００の開口制御領域２１１を通過する光束は発散されて実質的に対物レンズ２５の集光に寄与しないので、１／４λ波長板３０を通過した有効径１１の光ビームは、対物レンズ２５（この場合の開口率ＮＡ＝０．５１）により第２の記録媒体１４１のトラック面上に集光される。
【００４９】
第２の記録媒体１４１から反射された光ビームは、再び対物レンズ２５、１／４λ波長板３０及び液晶光学素子１００を経て、偏光ビーム・スプリッタ２４によって光路を変更され、集光レンズ２８によって受光器２９に集光される。光ビームは、第２の記録媒体１４１により反射される際に、第２の記録媒体１４１のトラック面上に記憶されている情報（ピット）によって振幅変調されており、受光器２９は、受光した光ビームを振幅変調に応じた光強度信号として出力する。光強度信号（ＲＦ信号）から、第２の記録媒体に記録されている記録情報を読み出すことができる。
【００５０】
図６（ｂ）は、第１の光源２１を点灯し、ＤＶＤ等の第１の記録媒体１４０を利用する場合を示している。
【００５１】
この場合、駆動制御回路１５０は、図５（ｂ）に示す電圧分布５０２を液晶光学素子１００の透明電極パターン２００に対して印加するように制御を行う。したがって、液晶光学素子１００は、開口制御領域２１１を通過する入射光を発散させるような作用を及ぼさないので、対物レンズ２５は有効径１０内の光を全て利用することが可能となる。
【００５２】
さらに、液晶光学素子１００は、開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２によって球面収差補正を行うので、トラッキングや取り付け誤差による光ビーム径の中心と対物レンズの中心とズレによって生じる球面収差を適切に補正することが可能となる（図５（ｃ）参照）。
【００５３】
第１の光源２１から出射された第１の光ビーム（６５０ｎｍ）は、第１のコリメータレンズ２２によってほぼ平行光に変換され、ハーフミラー２３、偏光ビーム・スプリッタ２４及び液晶光学素子１００を通過して、１／４λ波長板３０に入射する。１／４λ波長板３０を通過した有効径１０を有する光ビームは、対物レンズ２５（この場合の開口率ＮＡ＝０．６５）により第１の記録媒体１４０のトラック面上に集光される。
【００５４】
第１の記録媒体１４０から反射された光ビームは、再び対物レンズ２５、１／４λ波長板３０及び液晶光学素子１００を経て、偏光ビーム・スプリッタ２４によって光路を変更され、集光レンズ２８によって受光器２９に集光される。光ビームは、第１の記録媒体１４０により反射される際に、第１の記録媒体１４０のトラック面上に記憶されている情報（ピット）によって振幅変調されており、受光器２９は、受光した光ビームを振幅変調に応じた光強度信号として出力する。光強度信号（ＲＦ信号）から、第１の記録媒体に記録されている記録情報を読み出すことができる。
【００５５】
このように、光学装置５０の液晶光学素子１００の透明電極パターン２００に対して、図３（ｂ）に示すような電圧分布３０１を印加することによって、開口制御領域２１１を通過する光を発散させ、収差補正領域２１２を通過する光のみを利用できるように制御することができた。また、透明電極パターン２００に対して、図５（ｂ）に示すような電圧５０２を印加することによって開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２を通過する光を利用できるようにさせ且つ開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２を通過する光に対して収差補正を行うように制御することができた。即ち、複数の種類の記録媒体（ＤＶＤ及びＣＤ等）に対応するための開口制御と収差補正とを１つの液晶光学素子で実現することができた。
【００５６】
本実施形態では、図６において説明したように、ＤＶＤとＣＤを例にしたが、これは一例であって、用いるべき開口数が異なる他の方式においても、開口制御領域２１１を最適化することで対応が可能となる。例えば、ＢＤ（ブルーレイディスク）とＤＶＤを用いる場合、ＢＤの開口率（ＮＡ）は０．８５であり、ＤＶＤの開口率（ＮＡ）は０．６５である。したがって、ＢＤ用の対物レンズにおいて、開口比（有効径比）が０．８５：０．６５となるように開口制御領域２１１を定め、開口制御領域２１１に入射する光束を発散させて光ビームの開口制限を行えば、ＢＤ用の対物レンズをＤＶＤ用の対物レンズの開口率に変換することができる。さらに、上記の液晶光学素子１００では、１種類の開口制御領域２１１を設けたが、複数種類の開口制御領域を設けることもできる。その場合、１つの対物レンズを利用して、３種類以上の異なった記録媒体に対応することが可能となる。
【００５７】
また、本実施形態に係る液晶光学素子１００では、開口制御領域２１１に、リング状の凹レンズの機能を持たせるような透明電極パターン２００を構成した。しかしながら、開口制御領域２１１を通過する光束を実質的に対物レンズ２５による集光に寄与させないように発散させることができれば良く、必ずしも凹レンズの機能を持たせるような透明電極パターン２００を構築する必要はない。例えば、液晶光学素子１００の開口制御領域２１１に、リング状の凸レンズの機能を持たせるような透明電極パターン２００を構成しても、良い。また、液晶光学素子１００の開口制御領域２１１に、不等間隔又はランダムな間隔で配置された、同じ幅又は異なった幅を有する複数の電極を有する透明電極パターン２００を構成しても良い。不等間隔又はランダムな間隔で配置された、同じ幅又は異なった幅を有する複数の電極を有する透明電極パターン２００に適当な電圧を印加することによって、開口制御領域２１１を通過する光束が発散され、実質的に対物レンズの集光に寄与しなくなる。なお、不等間隔とは、各電極間のピッチが等しくないことを言う。例えば、液晶光学素子１００の開口制御領域２１１に、等間隔で同じ幅の電極を複数有する透明電極パターンを構成しなければ良い。
【００５８】
本実施形態における開口制御領域２１１において、重要なことは、開口制御領域２１１を通過する入射光が発散し、対物レンズ２５による集光に寄与しないようにすることである。したがって、図３（ｃ）における屈折率分布３０２が常に正確に形成される必要は全くない。図２に示す印加電圧と屈折率との関係は、環境温度によって変化するが、それによって、屈折率分布３０２が変化しても、開口制御領域２１１を通過する入射光が発散することに変わりはない。即ち、液晶光学素子１００は環境温度に係りなく、開口制御を行うことが可能となる。
【００５９】
さらに、本実施形態では、液晶光学素子１００は、第１の光源（６５０ｎｍ）と第２の光源（７８０ｎｍ）に対して開口制御を行うように構成した。図２に示す印加電圧と屈折率との関係は、入射光の波長によって変化するが、それによって、屈折率分布３０２が変化しても、開口制御領域２１１を通過する入射光が発散することに変わりはない。即ち、液晶光学素子１００は利用する光ビームの波長に拘わりなく、開口制御を行うことが可能となる。したがって、２種類の光ビームだけではなく、３つ以上の異なった光ビームを利用することもできる。
【００６０】
さらに、本実施形態では、開口制御領域２１１を制御してその部分を通過する光を発散させる場合には、図３（ｂ）に示すように、収差補正領域２１２の電極を用いた収差補正を行ってはいない。しかしながら、例えば、図６（ａ）の場合において、球面収差やコマ収差が大きく補正を要する場合には、開口制御領域２１１による光を発散作用と同時に、図５（ｂ）や図７（ｂ）に示すような収差補正を収差補正領域２１２において実施しても良い。
【００６１】
さらに、本実施形態では、図３（ａ）及び図５（ａ）に示したように、収差補正領域２１２に、球面収差補正用の電極を有している透明電極パターン２００について説明した。しかしながら、球面収差補正を行う代わりに、コマ収差補正を行うことも可能である。以下に、本実施形態に利用することができる、開口制御領域とコマ収差補正用の収差補正領域を有する他の透明電極パターンについて説明する。
【００６２】
図７（ａ）は開口制御領域とコマ収差補正用の収差補正領域を有する透明電極パターン３００、図７（ｂ）は透明電極パターン３００への印加電圧分布例、図７（ｃ）は補正された収差例を示す図である。
【００６３】
図７（ａ）に示す透明電極パターン３００は、図１に示した液晶光学素子１００の透明電極１０７上に形成され、透明電極パターン３００を有する液晶光学素子１００は、図６（ａ）及び（ｂ）の光学装置５０に用いることができる。
【００６４】
透明電極パターン３００は、図７（ａ）に示すように、図３（ａ）に示した開口制御領域２１１に設けられた電極２０１〜２０５及びコマ収差の補正を行うための電極２３１〜２３５を有している。また、電極２３１〜２３５は、図３（ａ）に示す透明電極パターン２００と同様に、それぞれを絶縁のために微小な間隔を空けて配置した。
【００６５】
図７（ｂ）に示す曲線７０１は、対物レンズ２５によって集光された光ビームの光軸が記録媒体１４０のトラック面に対して傾くことによって生じるコマ収差を対物レンズの入射瞳位置で換算したものの一例である。このようなコマ収差７０１に対して、電極２０１〜２０５及び電極２３１〜２３５に対して、図７（ｂ）の７０２に示すような電圧を印加すると、透明性対向電極１０８との間に電位差を生じ、その間の液晶１０６の配向性が電位差に応じて変化する。その部分を通過する光ビームは、電位差に応じてそれらの位相を遅らせるような作用を受ける。したがって、コマ収差７０１は、図７（ｃ）に示す収差補正後の残存収差７０３のように、電位差に応じた位相の遅延によって抑制される。
【００６６】
また、透明電極パターン３００の開口制御領域２１１を用いて開口制限を行う場合には、透明電極パターン３００に対して、図３（ｂ）に示すような電圧分布３０１を印加し、図３（ｃ）に示すような屈折率分布３０２を発生させる。これによって、開口制御領域２１１を通過する光束は発散され、対物レンズ２５による集光に実質的に寄与しなくなる。
【００６７】
このように、透明電極パターン３００では、透明電極パターン３００の開口制御領域２１１を用いて光ビームの開口制御を行い、さらに、開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２を用いてコマ収差の補正を行うことができる。
【００６８】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る液晶光学素子１２０の断面図を示す図である。
【００６９】
第２の実施形態に係る液晶光学素子１２０は、開口制御領域と収差補正領域を有し、開口制御領域に最大収差を発生させることで開口制限を行う。
【００７０】
図８において、矢印Ａの示す方向は、光が液晶光学素子１２０に入射する方向を示している。図８において、図１と同様の構成には、同じ番号を付した。図１に示す液晶光学素子１００と図８に示す液晶光学素子１２０との大きな差異は、図８に示す液晶光学素子１２０が旋光を制御するための透明電極パターン４００を有する透明電極１２７を有する点である。
【００７１】
図９は、本実施形態に用いた液晶１２６における印加電圧と位相差との関係を示すグラフを示す図である。
【００７２】
図９に示すように、液晶１２６は、印加電圧が上がるに従って、位相が徐々に減少する非線形な特性を有している。図示されるように、印加電圧をＶ2-1からＶ2-2へ切り換えることによって、λ2-1−λ2-2＝３λ／４−ｍ×λ／２の最大位相差（λ／４相当）（ｍは正の整数）を発生させることができる。液晶１２６はホモジニアス配向を有するネマテック液晶が用いられるが、垂直配向型の液晶を利用することも可能である。
【００７３】
図１０（ａ）は、図８に示された液晶光学素子１２０に利用することができる収差制御領域及び開口制御領域を有する透明電極パターン４００の一例を示す図である。
【００７４】
電極パターン４００は、図８（ａ）に示すように、電極パターン４００の外径２１０の内側に設けられた開口制御領域２１１と、開口制御領域２１１の内側に設けられた収差補正領域２１２とを有している。また、開口制御領域２１１には、開口制御用の電極２４１及び２４２が同心円状に配置されている。さらに、収差補正領域２１２には、球面収差補正用の電極２２１〜２２５が同心円状に配置されている。なお、開口制御用の電極２４１及び２４２及び球面収差補正用の電極２２１〜２２５の各電極間には、それぞれを絶縁のために微小な間隔が設けられている。
【００７５】
図１０（ｂ）は開口制御領域２１１を通過する入射光にλ／４の収差を与えるために透明電極パターン４００に印加される電圧分布例を示している。図１０（ｂ）に示す電圧分布１００１を印加することによって、透明対向電極１０８との間に電位差（｜Ｖ2-1−Ｖ2-2｜）が生じ、図１０（ｃ）に示すように、開口制御領域２１１を通過する光に対して電位差に応じた最大位相差１００２（λ／４相当）を発生する。
【００７６】
この場合、開口制御領域２１１の電極２４１、２４２には略同じ電圧を印加した。また、収差補正領域２１２に配置された電極２２１〜２２５には、収差を生じさせないように、一様な電圧（例えば基準電圧：０Ｖ）を印加し、球面収差補正は行わなかった。
【００７７】
図１１（ａ）は図１０（ａ）と同じ透明電極パターン４００、図１１（ｂ）は透明電極パターン４００への球面収差補正のための印加電圧例、図１１（ｃ）は補正された収差例を示す図である。
【００７８】
図１１（ｂ）に示す曲線１１０１は、記録媒体のトラック面上に設けられた光透過保護層の厚みムラ等によって、対物レンズからトラック面までの距離が一定にならないことによって生じる球面収差を対物レンズの入射瞳位置で換算したものの一例である。開口制御領域２１１の電極２４１、２４２及び収差補正領域２１２の電極２２１〜２２５に、図１１（ｂ）に示すような電圧分布１１０２を印加すると、透明性対向電極１０８との間に電位差を生じ、その間の液晶１２６の配向状態が電位差に応じて変化する。その部分を通過する光ビームは、電位差に応じてそれらの位相を遅らせるような作用を受ける。したがって、球面収差１１０１は、図１１（ｃ）に示す収差補正後の残存収差１１０３のように、電位差に応じた位相の遅延によって抑制される。なお、図１１（ｂ）に示すように、開口制御領域２１１の電極２４１、２４２に別の電圧を印加することによって、球面収差をより正確に補正することが可能となる。
【００７９】
図１２に、透明電極パターン４００を有する液晶光学素子１２０を利用した光学装置６０の概略構成の一例を示す。
【００８０】
図１２に示すように、光学装置６０は、第１の光源２１、第１のコリメータレンズ２２、第２の光源２６、第２のコリメータレンズ２７、ハーフミラー２３、偏光ビーム・スプリッタ２４、開口制御領域２１１を有する液晶光学素子１２０、液晶光学素子１２０の駆動制御回路１６０、対物レンズ２５、集光レンズ２８、受光器２９、及びλ／４波長板３０等を有している。
【００８１】
ここで、透明電極パターン４００における開口制御領域２１１の外径を第１の光源２１を用いた場合の有効径１０（φ＝３ｍｍ）と一致させ、収差補正領域２１２の外径を第２の光源２６を用いた場合の有効径１１（φ＝２．３５ｍｍ）と一致させた。
【００８２】
図１２（ａ）は、第２の光源２１を点灯し、ＣＤ等の第２の記録媒体１４１を利用する場合を示している。この場合、駆動制御回路１６０は、図１０（ｂ）に示す電圧分布１００１を透明電極パターン４００に印加するように制御を行う。この結果、電極２４１、２４２に対応する部分には、図１０（ｃ）の示すような最大位相差１００２（λ／４相当）が発生して、第２の記録媒体１４１に集光する光ビームの結像点をずらし、言い換えれば、開口制御領域２１１を通過する光は発散させられるような作用を受け、実質的に対物レンズ２５の集光に寄与しなくなる。
【００８３】
第２の光源２６から出射された第２の光ビーム（７８０ｎｍ）は、第２のコリメータレンズ２７によってほぼ平行光に変換され、ハーフミラー２３によって光路を変更され、偏光ビーム・スプリッタ２４を通過して液晶光学素子１２０に入射する。この場合、開口制御領域２１１を通過する光は発散されてしまう。
【００８４】
これに対して、収差補正領域２１２を通過した光は、そのような作用を受けないので、液晶光学素子１２０を通過して、１／４λ波長板３０に入射する。液晶光学素子１２０の開口制御領域２１１を通過する光は発散されて実質的に対物レンズ２５の集光に寄与しないので、１／４λ波長板３０を通過した有効径１１の光ビームは、対物レンズ２５（この場合の開口率ＮＡ＝０．５１）により第２の記録媒体１４１のトラック面上に集光される。
【００８５】
第２の記録媒体１４１から反射された光ビームは、再び対物レンズ２５、１／４λ波長板３０及び液晶光学素子１２０を経て、偏光ビーム・スプリッタ２４によって光路を変更され、集光レンズ２８によって受光器２９に集光される。光ビームは、第２の記録媒体１４１により反射される際に、第２の記録媒体１４１のトラック面上に記憶されている情報（ピット）によって振幅変調されており、受光器２９は、受光した光ビームを振幅変調に応じた光強度信号として出力する。光強度信号（ＲＦ信号）から、第２の記録媒体１４１に記録されている記録情報を読み出すことができる。
【００８６】
図１２（ｂ）は、第１の光源２１を点灯し、ＤＶＤ等の第１の記録媒体１４０を利用する場合を示している。この場合、駆動制御回路１６０は、透明電極パターン４００に対して、図１１（ｂ）に示すような電圧分布１１０２を印加するように制御する。この結果、開口制御領域２１１に対応する部分には図１０（ｃ）の示すような最大位相差１００２（λ／４相当）は発生せず、開口制御領域２１１を通過する光に対して発散させようとする作用は働かない。即ち、この場合、対物レンズ２５は開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２を通過する全ての光を利用でき、且つ液晶光学素子１２０は開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２を利用して収差補正を行うことができる。
【００８７】
したがって、第１の光源２１から出射された第１の光ビーム（６５０ｎｍ）は、第１のコリメータレンズ２２によってほぼ平行光に変換され、ハーフミラー２３、偏光ビーム・スプリッタ２４及び液晶光学素子１２０を透過してλ／４波長板３０に入射する。λ／４波長板３０を通過した有効径１０を有する光ビームは、対物レンズ２５（この場合の開口率ＮＡ＝０．６５）により第１の記録媒体１４０のトラック面上に集光される。
【００８８】
第１の記録媒体１４０から反射された光ビームは、再び対物レンズ２５を経て、偏光ビーム・スプリッタ２４で光路を変更され、集光レンズ２８によって受光器２９に集光される。光ビームは、第１の記録媒体１４０により反射される際に、第１の記録媒体１４０のトラック面上に記憶されている情報（ピット）によって振幅変調されており、受光器２９は、受光した光ビームを振幅変調に応じた光強度信号として出力する。光強度信号（ＲＦ信号）から、第１の記録媒体に記録されている記録情報を読み出すことができる。
【００８９】
このように、光学装置６０の液晶光学素子１２０の透明電極パターン４００に対して、図１０（ｂ）に示すような電圧分布１００１を印加することによって、開口制御領域２１１を通過する光を発散させ、収差補正領域２１２を通過する光のみを利用できるように制御することができた（図１２（ａ）参照）。また、透明電極パターン４００に対して、図１１（ｂ）に示すような電圧分布１１０２を印加することによって開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２を通過する光を利用できるようにさせ且つ開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２を通過する光に対して収差補正を行うように制御することができた（図１２（ｂ）参照）。即ち、複数の種類の記録媒体（ＤＶＤ及びＣＤ等）に対応するための開口制御と収差補正とを１つの液晶光学素子で実現することができた。
【００９０】
なお、液晶光学素子１２０が開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２によって球面収差補正を行う場合には、トラッキングや取り付け誤差による光ビーム径の中心と対物レンズの中心とズレによって生じる球面収差を適切に補正することが可能となる（図１１（ｃ）参照）。
【００９１】
本実施形態においては、液晶光学素子１２０を偏光ビーム・スプリッタ２４とλ／４波長板３０との間に配置したが、偏光ビーム・スプリッタ２４とハーフミラー２３との間に配置することも可能である。
【００９２】
また、本実施形態では、図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示したように、開口制御領域２１１と球面収差補正領域２１２を有している透明電極パターン４００について説明した。しかしながら、球面収差補正を行う代わりに、コマ収差補正を行うことも可能である。その場合、透明電極パターン４００の収差補正領域２１２に、球面収差補正用の電極２２１〜２２５の代わりにコマ収差補正用の電極２３１〜２３５（図７参照）を配置すれば良い。
【００９３】
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る液晶光学素子１３０の断面図を示す図である。
【００９４】
第３の実施形態に係る液晶光学素子１３０は、開口制御領域と収差補正領域を有し、開口制御領域に位相回折格子を発生し、回折による光の発散を利用して開口制限を行う。
【００９５】
図１３において、矢印Ａの示す方向は、光が液晶光学素子１３０に入射する方向を示している。図１３において、図１と同様の構成には、同じ番号を付した。図１に示す液晶光学素子１００と図１３に示す液晶光学素子１３０との大きな差異は、図１３に示す液晶光学素子が回折による光の発散を生じさせるための透明電極パターン５００を有する点である。
【００９６】
図１４は、本実施形態に用いた液晶１３６における印加電圧と位相差との関係を示すグラフを示す図である。
【００９７】
図１４に示すように、液晶１３６は、印加電圧が上がるに従って、位相が徐々に減少する非線形な特性を有している。図示されるように、印加電圧をＶ３-1からＶ３-2へ切り換えることによって、λ３-1−λ３-2＝λ／２の位相差を発生させることができる。液晶１２６はホモジニアス配向を有するネマテック液晶が用いられるが、垂直配向型の液晶を利用することも可能である。
【００９８】
図１５（ａ）は、図１３に示された液晶光学素子１３０に利用することができる収差制御領域及び開口制御領域を有する透明電極パターン５００の一例を示す図である。
【００９９】
電極パターン５００は、図１５（ａ）に示すように、電極パターン５００の外径２１０の内側に設けられた開口制御領域２１１と、開口制御領域２１１の内側に設けられた収差補正領域２１２とを有している。また、開口制御領域２１１には、開口制御用のために設けられた複数の輪体状の電極５０１が配置されている。さらに、収差補正領域２１２には、球面収差補正用の電極２２１〜２２５が同心円状に配置されている。なお、開口制御用の電極７０１及び球面収差補正用の電極２２１〜２２５の電極間には、それぞれを絶縁のために微小な間隔が設けられている。
【０１００】
図１５（ｂ）は開口制御領域２１１に位相回折格子を発生させるために、透明電極パターン５００に印加される電圧分布例を示している。図１５（ｂ）に示す電圧分布１５０１を印加することによって、透明性対向電極１０８との間に電位差（｜Ｖ3-1−Ｖ3-2｜）が生じ、図１５（ｃ）に示すように、開口制御領域２１１を通過する光に対して電位差に応じた位相差１５０２（λ／２相当）を有する位相回折格子を発生する。
【０１０１】
この場合、開口制御領域２１１の複数の輪体状の電極５０１には略同じ電圧を印加した。また、収差補正領域２１２に配置された電極２２１〜２２５には、収差を生じさせないように、一様な電圧（例えば基準電圧：０Ｖ）を印加し、球面収差補正は行わなかった。
【０１０２】
図１６は、開口制御領域への印加電圧及び位相分布を示す図である。
【０１０３】
図１６（ａ）は、図１５（ａ）に示す開口制御領域２１１の一部を拡大して示した図である。複数の輪体状の電極５０１は、それぞれ同じ幅Ｗ１（２５μｍ）、同じ間隔Ｗ２（２５μｍ）、及びピッチＷ３（５０μｍ）で、２０本形成されている。なお、複数の輪体状の電極の幅、間隔、ピッチ及び本数は一例であって、これに限定されるものではない。各電極と電極の間には、同じ抵抗Ｒを接続し、両側の電極を駆動制御回路１７０によって所定の同電位となるように制御した。
【０１０４】
図１６（ｂ）は、図１５（ｂ）に示す印加電圧分布の一部１５０３を拡大して示した図である。図１６（ｂ）では、電圧Ｖ3-1（基準電圧、例えば０［Ｖ］）に対する実効電圧を示している。これにより、図１６（ｂ）に示すように、複数の輪体状の電極５０１は、全て電圧Ｖ3-2に保持される。また、収差補正領域２１２に配置された電極２２１〜２２５には、収差を生じさせないように、一様な電圧（例えば基準電圧：０Ｖ）を印加し、球面収差補正は行わなかった。
【０１０５】
図１６（ｃ）は、図１５（ｃ）に示す収差の一部１５０４を拡大して示した図である。電極５０１に所定の電圧を印加することによって、発生する位相回折格子の一例を示した図である。各電極によって発生した位相差は、λ／２となるように設定されることが好ましい。電極５０１に所定の電圧を印加して図１６（ｃ）に示す位相回折格子を発生させると、位相回折格子は光学的にいわゆるロンキー格子として機能し、開口制御領域２１１を通過する光束を回折によって発散させることができる。
【０１０６】
図１７（ａ）は図１５（ａ）と同じ透明電極パターン５００、図１７（ｂ）は透明電極パターン５００への印加電圧分布例、図１７（ｃ）は補正された収差例を示す図である。
【０１０７】
図１７（ｂ）に示す曲線１７０１は、記録媒体のトラック面上に設けられた光透過保護層の厚みムラ等によって、対物レンズからトラック面までの距離が一定にならないことによって生じる球面収差を対物レンズの入射瞳位置で換算したものの一例である。開口制御領域２１１の電極５０１及び収差補正領域２１１の電極２２１〜２２５に、図１７（ｂ）に示すような電圧分布１７０２を印加すると、透明性対向電極１０８との間に電位差を生じ、その間の液晶１３６の配向状態が電位差に応じて変化する。その部分を通過する光ビームは、電位差に応じてそれらの位相を遅らせるような作用を受ける。したがって、球面収差１７０１は、図１７（ｃ）に示す収差補正後の残存収差１７０３のように、電位差に応じた位相の遅延によって抑制される。
【０１０８】
図１７（ｂ）の電圧分布１７０２を印加する場合、開口制御領域２１１の電極５０１には、図１６（ｂ）に点線で示すような電圧１６０１を印加する。具体的には、電極５０１の内、最も内側の電極と最も外側の電極に所定の電位差を生じるように駆動制御回路１７０から電圧を印加する。駆動制御回路１７０からの電圧の印加によって、各電極間の抵抗Ｒによって抵抗分割による電位差が生じ、図１６（ｂ）に示すような、階段状の電圧が各電極に印加される。なお、図１６に示すように電圧を印加せず、電極５０１の各電極に個別に独立した電圧を印加するように構成しても良い。
【０１０９】
図１８に、透明電極パターン５００を有する液晶光学素子１３０を利用した光学装置７０の概略構成の一例を示す。
【０１１０】
図１８に示すように、光学装置７０は、第１の光源２１、第１のコリメータレンズ２２、第２の光源２６、第２のコリメータレンズ２７、ハーフミラー２３、偏光ビーム・スプリッタ２４、開口制御領域２１１を有する液晶光学素子１３０、液晶光学素子１３０の駆動制御回路１７０、対物レンズ２５、集光レンズ２８、受光器２９、及びλ／４波長板３０等を有している。
【０１１１】
ここで、透明電極パターン５００における開口制御領域２１１の外径を第１の光源２１を用いた場合の有効径１０（φ＝３ｍｍ）と一致させ、収差補正領域２１２の外径を第２の光源２６を用いた場合の有効径１１（φ＝２．３５ｍｍ）と一致させた。
【０１１２】
図１８（ａ）は、第２の光源２１を点灯し、ＣＤ等の第２の記録媒体１４１を利用する場合を示している。この場合、駆動制御回路１７０は、図１５（ｂ）に示す電圧分布１５０１を透明電極パターン５００に印加するように制御を行う。この結果、電極５０１に対応する部分には、図１５（ｃ）の示すような位相差１５０２（λ／２相当）の位相回折格子が発生して、開口制御領域２１１を通過する光は発散させられるような作用を受け、実質的に対物レンズ２５の集光に寄与しなくなる。
【０１１３】
第２の光源２６から出射された第２の光ビーム（７８０ｎｍ）は、第２のコリメータレンズ２７によってほぼ平行光に変換され、ハーフミラー２３によって光路を変更され、偏光ビーム・スプリッタ２４を通過して液晶光学素子１３０に入射する。この場合、開口制御領域２１１を通過する光は発散されてしまう。
【０１１４】
これに対して、収差補正領域２１２を通過した光は、そのような作用を受けないので、液晶光学素子１３０を通過して、１／４λ波長板３０に入射する。液晶光学素子１３０の開口制御領域２１１を通過する光は発散されて実質的に対物レンズ２５の集光に寄与しないので、１／４λ波長板３０を通過した有効径１１の光ビームは、対物レンズ２５（この場合の開口率ＮＡ＝０．５１）により第２の記録媒体１４１のトラック面上に集光される。
【０１１５】
第２の記録媒体１４１から反射された光ビームは、再び対物レンズ２５、１／４λ波長板３０及び液晶光学素子１３０を経て、偏光ビーム・スプリッタ２４によって光路を変更され、集光レンズ２８によって受光器２９に集光される。光ビームは、第２の記録媒体１４１により反射される際に、第２の記録媒体１４１のトラック面上に記憶されている情報（ピット）によって振幅変調されており、受光器２９は、受光した光ビームを振幅変調に応じた光強度信号として出力する。光強度信号（ＲＦ信号）から、第２の記録媒体１４１に記録されている記録情報を読み出すことができる。
【０１１６】
図１８（ｂ）は、第１の光源２１を点灯し、ＤＶＤ等の第１の記録媒体１４０を利用する場合を示している。この場合、駆動制御回路１７０は、透明電極パターン５００に対して、図１７（ｂ）に示すような電圧分布１７０２を印加するように制御する。この結果、開口制御領域２１１に対応する部分には図１５（ｃ）の示すような位相差１５０２（λ／２相当）の位相回折格子は発生せず、開口制御領域２１１を通過する光に対して発散させようとする作用は働かない。即ち、この場合、対物レンズ２５は開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２を通過する全ての光を利用でき、且つ液晶光学素子１３０は開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２を利用して収差補正を行うことができる。
【０１１７】
したがって、第１の光源２１から出射された第１の光ビーム（６５０ｎｍ）は、第１のコリメータレンズ２２によってほぼ平行光に変換され、ハーフミラー２３、偏光ビーム・スプリッタ２４及び液晶光学素子１３０を透過してλ／４波長板３０に入射する。λ／４波長板３０を通過した有効径１０を有する光ビームは、対物レンズ２５（この場合の開口率ＮＡ＝０．６５）により第１の記録媒体１４０のトラック面上に集光される。
【０１１８】
第１の記録媒体１４０から反射された光ビームは、再び対物レンズ２５を経て、偏光ビーム・スプリッタ２４で光路を変更され、集光レンズ２８によって受光器２９に集光される。光ビームは、第１の記録媒体１４０により反射される際に、第１の記録媒体１４０のトラック面上に記憶されている情報（ピット）によって振幅変調されており、受光器２９は、受光した光ビームを振幅変調に応じた光強度信号として出力する。光強度信号（ＲＦ信号）から、第１の記録媒体に記録されている記録情報を読み出すことができる。
【０１１９】
このように、光学装置７０の液晶光学素子１３０の透明電極パターン５００に対して、図１５（ｂ）に示すような電圧分布１５０１を印加することによって、開口制御領域２１１を通過する光を発散させ、収差補正領域２１２を通過する光のみを利用できるように制御することができた（図１８（ａ）参照）。また、透明電極パターン５００に対して、図１７（ｂ）に示すような電圧分布１７０２を印加することによって開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２を通過する光を利用できるようにさせ且つ開口制御領域２１１及び収差補正領域２１２を通過する光に対して収差補正を行うように制御することができた（図１８（ｂ）参照）。即ち、複数の種類の記録媒体（ＤＶＤ及びＣＤ等）に対応するための開口制御と収差補正とを１つの液晶光学素子で実現することができた。
【０１２０】
また、本実施形態では、図１５（ａ）及び図１７（ａ）に示したように、開口制御領域２１１と球面収差補正領域２１２を有している透明電極パターン５００について説明した。しかしながら、球面収差補正を行う代わりに、コマ収差補正を行うことも可能である。その場合、透明電極パターン５００の収差補正領域２１２に、球面収差補正用の電極２２１〜２２５の代わりにコマ収差補正用の電極２３１〜２３５（図７参照）を配置すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる液晶光学素子の断面図の一例を示す図である。
【図２】液晶の印加電圧と屈折率との関係を示す図である。
【図３】（ａ）は透明電極パターンの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す透明電極パターンへの印加電圧分布の一例を示す図、（ｃ）は屈折率分布を示す図である。
【図４】（ａ）は図３（ａ）に示す透明電極パターンの一部の拡大図、（ｂ）は各電極への印加電圧分布の一例を示す図、（ｃ）は各電極の屈折率分布の一例を示す図である。
【図５】（ａ）透明電極パターンの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す透明電極パターンへの他の印加電圧分布の一例を示す図、（ｃ）は（ｂ）による収差の一例を示す図である。
【図６】（ａ）第２の光源を点灯させた場合の光学装置の概要を示す図、（ｂ）は第１の光源を点灯させた場合の光学装置の概要を示す図。
【図７】（ａ）は透明電極パターンの他の例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す透明電極パターンへの印加電圧分布の一例を示す図、（ｃ）は（ｂ）による収差の一例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係わる液晶光学素子の断面図の一例を示す図である。
【図９】液晶の印加電圧と位相との関係を示す図である。
【図１０】（ａ）は透明電極パターンの更に他の例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す透明電極パターンへの印加電圧分布の一例を示す図、（ｃ）は（ｂ）による収差の一例を示す図である。
【図１１】（ａ）は透明電極パターンの更に他の例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す透明電極パターンへの他の印加電圧分布の一例を示す図、（ｃ）は（ｂ）による収差の一例を示す図である。
【図１２】（ａ）第２の光源を点灯させた場合の光学装置の概要を示す図、（ｂ）は第１の光源を点灯させた場合の光学装置の概要を示す図。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係わる液晶光学素子の断面図の一例を示す図である。
【図１４】液晶の印加電圧と位相差との関係を示す図である。
【図１５】（ａ）は透明電極パターンの更に他の例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す透明電極パターンへの印加電圧分布の一例を示す図、（ｃ）は（ｂ）による収差の一例を示す図である。
【図１６】（ａ）は図１５（ａ）に示す透明電極パターンの一部の拡大図、（ｂ）は各電極への印加電圧分布の一例を示す図、（ｃ）は各電極の屈折率分布の一例を示す図である。
【図１７】（ａ）は透明電極パターンの更に他の例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す透明電極パターンへの他の印加電圧分布の一例を示す図、（ｃ）は（ｂ）による収差の一例を示す図である。
【図１８】（ａ）第２の光源を点灯させた場合の光学装置の概要を示す図、（ｂ）は第１の光源を点灯させた場合の光学装置の概要を示す図。
【符号の説明】
【０１２２】
１００、１２０、１３０    液晶光学素子
１０１、１０５    透明基板
１０６、１２６、１３６    液晶
１０７    透明電極
１０８    透明性対向電極
２００、３００、４００、５００    透明電極パターン
２０１〜２０５、２２１〜２２５、２４１、２４２、５０１    電極
２１１    開口制御領域
２１２    収差補正領域
【図１】
2006330089.tif 000003
【図２】
2006330089.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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