(57)【要約】【課題】本発明は、温度や波長の変動に拘らず、対物レンズの開口数を正確に変更することができ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を有する電極パターン（１０７）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）とを有し、開口制御領域（１２）には、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前記入射光を発散させるための複数の電極（２０１〜２０６）が設けられていることを特徴とする液晶光学素子（１００）。【選択図】図２
2006323380.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、開口制御領域を有する電極パターンと、
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し、
前記開口制御領域には、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前記入射光を発散させるための複数の電極が設けられている、
ことを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
前記複数の電極は、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前記入射光の波面を直接的に変調させて、前記開口制御領域を通過する前記入射光を発散させる、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記複数の電極は、それぞれの間隔が不等間隔で配置された複数の輪帯から構成される、請求項１又は２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記複数の電極は、それぞれの間隔が周期性を有せずに配置された複数の輪帯から構成される、請求項１又は２に記載の液晶光学素子。
【請求項５】
さらに、前記開口制御領域の内側に設けられた球面収差補正用の複数の電極を有する、請求項１〜４の何れか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項６】
さらに、前記開口制御領域の内側に設けられたコマ収差補正用の複数の電極を有する、請求項１〜４の何れか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項７】
光学装置であって、
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且つ開口制御領域を有する電極パターン、及び前記第１又は第２の基板の他方に形成され且つ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み、前記開口制御領域には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前記光源からの入射光を発散させるための複数の電極が設けられている液晶光学素子と、
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８】
前記複数の電極は、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前記入射光の波面を直接的に変調させて、前記開口制御領域を通過する前記入射光を発散させる、請求項７に記載の光学装置。
【請求項９】
前記複数の電極は、それぞれの間隔が不等間隔で配置された複数の輪帯から構成される、請求項７又は８に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記複数の電極は、それぞれの間隔が周期性を有せずに配置された複数の輪帯から構成される、請求項７又は８に記載の光学装置。
【請求項１１】
さらに、前記開口制御領域の内側に設けられた球面収差補正用の複数の電極を有する、請求項７〜１０の何れか一項に記載の光学装置。
【請求項１２】
さらに、前記開口制御領域の内側に設けられたコマ収差補正用の複数の電極を有する、請求項７〜１０の何れか一項に記載の光学装置。
【請求項１３】
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且つ開口制御領域を有する電極パターン、及び前記第１又は第２の基板の他方に形成され且つ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み、前記開口制御領域には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前記第１の光源からの入射光を発散させるための複数の電極が設けられている液晶光学素子と、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、
前記開口制御領域に配置された複数の電極によって屈折率分布を発生させ、前記開口制御領域を通過する前記第１の光源からの入射光を発散させ、
前記液晶光学素子の前記開口制御領域以外の領域を通過する光を、前記対物レンズによって第１の記録媒体に集光し、
前記第２の光源を点灯し、
前記開口制御領域に配置された複数の電極によって屈折率分布を発生させず、前記液晶光学素子の前記開口制御領域及び前記開口制御領域以外の領域を通過する光を、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１４】
前記液晶光学素子は、前記開口制御領域の内側に設けられた球面収差補正用の複数の電極を有し、
前記開口制御領域を通過する前記第１の光源からの入射光を発散させた場合には、前記開口制御領域の内側に設けられた球面収差補正用の複数の電極により、球面収差補正を行わず、
前記開口制御領域を通過する前記第１の光源からの入射光を発散させなかった場合には、前記開口制御領域の内側に設けられた球面収差補正用の複数の電極により、球面収差補正を行う、請求項１３に記載の開口制御方法。
【請求項１５】
前記液晶光学素子は、前記開口制御領域の内側に設けられた球面収差補正用の複数の電極を有し、
前記開口制御領域を通過する前記第１の光源からの入射光を発散させた場合には、前記開口制御領域の内側に設けられた球面収差補正用の複数の電極により、球面収差補正を行わず、
前記開口制御領域を通過する前記第１の光源からの入射光を発散させなかった場合には、前記開口制御領域に設けられた複数の電極及び前記開口制御領域の内側に設けられた球面収差補正用の複数の電極により、球面収差補正を行う、請求項１３に記載の開口制御方法。
【請求項１６】
前記液晶光学素子は、前記開口制御領域の内側に設けられたコマ収差補正用の複数の電極を有し、
前記開口制御領域を通過する前記第１の光源からの入射光を発散させた場合には、前記開口制御領域の内側に設けられたコマ収差補正用の複数の電極により、コマ収差補正を行わず、
前記開口制御領域を通過する前記第１の光源からの入射光を発散させなかった場合には、前記開口制御領域の内側に設けられたコマ収差補正用の複数の電極により、コマ収差補正を行う、請求項１３に記載の開口制御方法。
【請求項１７】
前記液晶光学素子は、前記開口制御領域の内側に設けられたコマ収差補正用の複数の電極を有し、
前記開口制御領域を通過する前記第１の光源からの入射光を発散させた場合には、前記開口制御領域の内側に設けられたコマ収差補正用の複数の電極により、コマ収差補正を行わず、
前記開口制御領域を通過する前記第１の光源からの入射光を発散させなかった場合には、前記開口制御領域に設けられた複数の電極及び前記開口制御領域の内側に設けられたコマ収差補正用の複数の電極により、コマ収差補正を行う、請求項１３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、光束の開口制御を行うための液晶光学素子、そのような液晶光学素子を用いた光学装置、及びそのような光学装置における開口制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対物レンズに輪帯部を設け、輪帯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）。しかしながら、特定の波長に対して干渉作用を生じさせるための輪帯部を対物レンズ上に形状加工することは容易ではなく、コストアップや歩留まりの低下を招くという問題があった。また、良好に干渉作用を生じさせるための波長は決まっているので、複数の波長の光に対応することが難しいという問題があった。
【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偏向させ、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）。しかしながら、不要な光を排除するためには常に偏光ビーム・スプリッタを光路内に設ける必要があり、偏光ビーム・スプリッタによって光量が減少してしまう又は光路設計において制限を受けるという問題があった。さらに、偏光ビーム・スプリッタは高価であるので、その分装置のコストがアップしてしまうという問題もあった。
【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。しかしながら、液晶の屈折率は温度によって変化するので、正確にλ／４板として液晶パネルを動作させるためには、厳密な温度制御機構が必要となり、その分構造が複雑になるという問題があった。また、液晶の屈折率は波長によって変化するので、複数の波長の光を利用することができないという問題があった。さらに、正確にλ／４旋光しなかった光がノイズとして受光器側に戻ってしまうという問題があった。
【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、特許文献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。しかしながら、正確に等間隔で配置された波長選択性回折格子の形状加工は容易ではなく、コストアップや歩留まりの低下を招くという問題があった。また、良好に回折することができる波長は決まっているが、波長は光源の周囲温度によって変動してしまうことから、常に良好な回折を行うためには、厳密な温度制御機構が必要となり、その分構造が複雑になるという問題があった。
【０００６】
【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】
【０００７】
本発明は、温度や波長の変動に拘らず、対物レンズの開口数を正確に変更することができる液晶光学素子を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、単純な構成で、対物レンズの開口数を正確に変更することができる液晶光学素子を提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、本発明は、開口数を制限したことによる不必要な光による干渉を起こすことなく、対物レンズの開口数を正確に変更することができる液晶光学素子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】
【００１０】
上記課題を解決するために、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且つ開口制御領域を有する電極パターンと、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とを有し、開口制御領域には、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前記入射光を発散させるための複数の電極が設けられている、ことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る光学素子は、光源と、第１の基板、第２の基板、第１及び第２の基板間に挟持された液晶、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を有する電極パターン、及び第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を含み、開口制御領域には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前記光源からの入射光を発散させるための複数の電極が設けられている液晶光学素子と、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。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る開口制御方法は、第１の光源を点灯し、開口制御領域に配置された複数の電極によって屈折率分布を発生させ、開口制御領域を通過する前記第１の光源からの入射光を発散させ、液晶光学素子の前記開口制御領域以外の領域を通過する光を対物レンズによって第１の記録媒体に集光し、第２の光源を点灯し、開口制御領域に配置された複数の電極によって屈折率分布を発生させず、液晶光学素子の開口制御領域及び開口制御領域以外の領域を通過する光を、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】
【００１３】
本発明によれば、可動部品を用いずに、液晶光学素子を用いて良好に開口制御を行うことが可能となった。
【００１４】
また、本発明によれば、開口制御に加えて、球面収差補正やコマ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】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、本発明に係る液晶光学素子１００の断面図を示す図である。
【００１７】
図中の矢印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。図１において、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。
【００１８】
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はホモジニアス型の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。
【００１９】
図２は、図１に示された液晶光学素子１００における屈折率補正用の透明電極パターン２００の一例を示す図である。
【００２０】
電極パターン２００は、図２に示すように、第１の有効径１０の範囲内に同心円状の輪帯２０１〜２０６を有し、それぞれを絶縁のために微小な間隔を空けて配置した。また、第１の輪帯２０１の直径は、第２の有効径１１と一致させ、第１の有効径１０と第２の有効径１１との間を開口制御領域１２とした。さらに、開口制御領域１２に第２の輪帯２０２〜第６の輪帯２０６の５つの輪帯を配置した。
【００２１】
各輪帯２０１〜２０６の半径（Ｒ６以外は各輪帯間の隙間の中間点までの距離）の一例は、Ｒ１＝０．７８、Ｒ２＝０．８０、Ｒ３＝０．８３、Ｒ４＝０．９５、Ｒ５＝０．９８、Ｒ６＝１．００である。なお、これらの半径の数値は、第６の輪帯２０６の最外郭Ｒ６を１．００として規格化した数値である。
【００２２】
図３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グラフ３０を示す図である。
【００２３】
図３に示すように、ホモジニアス型液晶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〜Ｖ３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。
【００２４】
図４は、各輪帯２０１〜２０６、印加電圧及び屈折率分布の関係を示す図である。
【００２５】
図４（ａ）は、透明基板１０１上の透明電極パターン２００の断面の一部分を拡大したものである。輪帯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、第２の輪帯２０２と第３の輪帯２０３との間に抵抗Ｒ１を配置し、第３の輪帯２０３と第４の輪帯２０４との間に抵抗Ｒ２を配置し、第４の輪帯２０４と第５の輪帯２０５との間に抵抗Ｒ３を配置し、第５の輪帯２０５と第６の輪帯２０６との間に抵抗Ｒ４を配置した。さらに、第１の輪帯２０１及び第４の輪帯２０４と、第２の輪帯２０２と第６の輪帯２０６との間に電源２０よりＡＣ電圧を印加した。
【００２６】
図４（ｂ）は、基準電圧Ｖ１（第２の輪帯２０２と第６の輪帯２０６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、第２の輪帯２０２と第６の輪帯２０６には電圧Ｖ１が、第３の輪帯２０３及び第５の輪帯２０５には電圧Ｖ２が、第１の輪帯２０１及び第４の輪帯２０４には電圧Ｖ３が印加される。
【００２７】
なお、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。
【００２８】
図４（ｃ）は、各輪帯と対向透明電極１０８との間の液晶１０６に生じる屈折率Ｎを示している。図３に示す様な屈折率と印加電圧との関係から、第１の輪帯２０１及び第４の輪帯２０４には屈折率Ｎ１（例えば１．５）、第３の輪帯２０３及び第５の輪帯２０５には屈折率Ｎ２、第２の輪帯及び第６の輪帯には屈折率Ｎ３が発生する。
【００２９】
第２の輪帯２０２〜第６の輪帯２０６に生じる屈折率分布４０１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、液晶光学素子１００はリング状の凹レンズ（屈折率勾配型レンズ）として機能する。したがって、有効径１０と有効径１１との間の開口制御領域１２を部分を通過する光束は、屈折率分布４０１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、第１の輪帯２０１には屈折率Ｎ１（例えば０）が生じるため、有効径１０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。
【００３０】
このように、図２に示す透明電極パターン２００に対して、図４（ｂ）に示すように電圧を印加することによって、図４（ｃ）に示すような屈折率分布４０１が発生し、開口制御領域１２を通過する光に対してそれを発散させるような作用を及ぼす。なお、開口制御領域１２に設けられている輪帯２０２〜２０６に対して、一様の電圧Ｖ３を印加すれば、屈折率分布４０１は発生せず、液晶光学素子１０は、開口制御領域を通過する光に対しても、なんの作用も及ぼさない。
【００３１】
図５に、本発明に係る液晶光学素子１００を利用した光学装置の概略構成の一例を示す。
【００３２】
図５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１２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１３０、λ／４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。
【００３３】
図５（ａ）は、第１の光源２１を点灯し、ＤＶＤ等の第１の記録媒体１４０の読み取り又は書き込みをする場合を示している。この時、駆動制御回路１３０は、電極パターン２００における開口制御領域１２に配置された第２の輪帯２０２〜第６の輪帯２０６に対して、第１の輪帯２０１と同様の電圧を印加し、図４（ｃ）に示すような屈折率分布４０１を生じさせないように制御を行う。したがって、液晶光学素子１００は、有効径１０（φ＝３ｍｍ）内の光束に対して、何ら作用を及ぼさない。
【００３４】
以下に、第１の記録媒体１４０の読み込みをする場合を例に挙げて説明する。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、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。
【００３５】
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、λ／４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。
【００３６】
図５（ｂ）は、第２の光源２６を点灯し、ＣＤ等の第２の記録媒体１４１の読み込み又は書き込みをする場合を示している。この時、駆動制御回路１３０は、電極パターン２００における開口制御領域１２に配置された第２の輪帯２０２〜第６の輪帯２０６に対して、図４（ｂ）に示すような電圧を印加し、図４（ｃ）に示すような屈折率分布４０１を生じさせ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１２を通過する光束に対して、リング状の凹レンズとして機能するので、開口制御領域１２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（φ＝２．３５ｍｍ）内の光束に対して、何ら作用を及ぼさない。
【００３７】
以下に、第２の記録媒体１４１の読み込みをする場合を例に挙げて説明する。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、λ／４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１２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、λ／４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。
【００３８】
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、λ／４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。
【００３９】
このように、液晶光学素子１００の透明電極パターンの輪帯２０２〜２０６への印加電圧を制御することによって、開口制御領域１２を通過する光束を集光に寄与させたり、させなかったりを選択的に動作させることができる。したがって、同一の対物レンズを利用して、ＤＶＤ及びＣＤに対応することができる光学装置を構成することが可能となる。図５においては、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１２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１２を定め、開口制御領域１２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。なお、開口率は、瞳半径（有効径）ｄと焦点距離ｆとの比（ｄ／ｆ）で表されるが、この場合対物レンズ２５は固定であるので、焦点距離ｆは変わらず、瞳半径によって開口率を切り換えることとなる。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１２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。
【００４０】
本実施形態に係る液晶光学素子１００では、開口制御領域１２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１２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１２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１２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輪帯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輪帯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１２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、各輪帯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１２に、等間隔で同じ幅の輪帯を複数有する透明電極パターンを構成しなければ良い。
【００４１】
本実施形態における開口制御領域１２において、重要なことは、開口制御領域１２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４（ｃ）における屈折率分布４０１が常に正確に形成される必要は全くない。図３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４０１が変化しても、開口制御領域１２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は環境温度に拘わらず、開口制御を行うことが可能となる。特許文献１に記載の対物レンズや特許文献４に記載の液晶光学素子では回折や干渉（λ／２変調）を用いて、特許文献２又は３に記載の液晶光学素子では偏向軸の回転（λ／２、λ／４変調）を用いて、つまり光ビームの波長に敏感に関係する波動光学的現象を用いて開口制御領域に入射する光束の開口制限をしている。そのため、使用する光ビームの波長変動や制御媒体（液晶）の温度特性等による位相揺らぎに対して敏感であるため、波長や温度の僅かな変動が開口制限に大きく影響し、正確な開口制限が行えなくなる。それに対して、本実施形態に係る液晶光学素子は、屈折等の幾何光学的な現象を用いて開口制御領域１２に入射する光束の開口制限をしている。したがって、前述した波長変動や位相揺らぎに対する影響が小さくなり、常に安定した開口制限を行える。
【００４２】
また、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３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４０１が変化しても、開口制御領域１２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係りなく、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。
【００４３】
次に、開口制御と球面収差補正とを一つの透明電極パターンを用いて行う場合について説明する。
【００４４】
図６（ａ）に、液晶光学素子１００の透明電極１０７に用いることができる他の透明電極パターン３００、図６（ｂ）に透明電極パターン３００への印加電圧例、図６（ｃ）に補正された収差例を示す。
【００４５】
透明電極パターン３００は、図６（ａ）に示すように、図２に示した開口制御領域１２に設けられた第２の輪帯２０２〜第６の輪帯２０６に加えて、球面収差の補正を行うための同心円状の球面収差補正用の輪帯３０１〜３０５を有している。また、これらの輪帯は、図２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。
【００４６】
図６（ｂ）に示す曲線６０１は、記録媒体１４０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２５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（３次）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。このような球面収差６０１に対して、輪帯２０２〜２０６及び輪帯３０１〜３０５に対して、図６（ｂ）の６０２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６０１は、図６（ｃ）に示す収差補正後の残存収差６０３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。
【００４７】
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１２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１２とそれより内部の領域を用いて球面収差の補正を行うことができる。
【００４８】
なお、図６（ｂ）の例では、例えば輪帯２０２と２０３に同じ電位差が発生するように制御した。これは、図６（ａ）に示す透明電極パターン３００の開口制御領域１２に設けられた第２の輪帯２０２〜第６の輪帯２０６を利用して、できるだけ球面収差６０１を抑制するような電位差を発生するようにしたからである。しかしながら、発生する球面収差のパターンをより良く抑制するように、開口制御領域１２に設けられた第２の輪帯２０２〜第６の輪帯２０６に発生させる電位差を調整することができる。
【００４９】
図６（ａ）に示す透明電極パターン３００を有する液晶光学素子１００を用いた場合、第１の光源２１を点灯し、図６（ｂ）に示すような電位差を生じさせて、ＤＶＤ等の第１の記録媒体１４０に生じる球面収差を補正するように利用させることが好ましい（図５（ａ）参照）。この場合、開口制御領域１２の輪帯２０２〜２０６では、図４（ｃ）に示す屈折率分布４０１を生じさせないので、対物レンズ２５は有効径１０内の光束を利用することができる。さらに、図６（ａ）に示す透明電極パターン３００を有する液晶光学素子１００を用いた場合、第２の光源２６を点灯し、開口制御領域１２の輪帯２０２〜２０６には図４（ｃ）に示すような屈折率分布４０１を生じさせ、輪帯３０１〜３０５には全ての輪帯に一様な電位差（例えば、図６（ｂ）における輪帯３０１に対応）を生じさせ、ＣＤ等の第２の記録媒体１４１を利用することが好ましい（図５（ｂ）参照）。この場合、対物レンズ２５は有効径１１内の光束を利用して、球面収差の補正は行われない方式とすれば良いが、必要に応じてＣＤ等の第２の記録媒体１４１を利用する場合であっても、球面収差の補正を行っても構わない。
【００５０】
次に、図６（ａ）に示す透明電極パターン３００を利用した他の制御方法について説明する。
【００５１】
図７（ａ）に図６（ａ）と同じ透明電極パターン３００、図７（ｂ）に透明電極パターン３００への他の印加電圧例、図７（ｃ）に補正された収差例を示す。図７に示す例は、球面収差を補正する場合には、開口制御領域１２に配置された輪帯２０２〜２０６を利用しない場合を示しいている。
【００５２】
図７（ｂ）に示す曲線６０１は、図６（ｂ）と同様に、記録媒体１４０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２５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。このような球面収差６０１に対して、輪帯３０１〜３０５に、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６０１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。図７（ｃ）に示す収差補正後の残存収差７０３と図６（ｃ）に示す残存収差６０３とを比較すると、開口制御領域１２の輪帯２０２〜２０６を利用しない分だけ、残存収差７０３の方が大きくなっている。
【００５３】
また、図７に示すように透明電極パターン３００を利用する場合、透明電極パターン３００有する液晶光学素子１００は、第１の光源２１を点灯し、図７（ｂ）に示すような電位差を生じさせて、ＤＶＤ等の第１の記録媒体１４０に生じる球面収差を補正するように利用し（図５（ａ）参照）、第２の光源２６を点灯し、開口制御領域１２の輪帯２０２〜２０６には図４（ｃ）に示すような屈折率分布４０１を生じさせ、輪帯３０１〜３０５には全ての輪帯に一様な電位差（例えば、図６（ｂ）における輪帯３０１に対応）を生じさせ、ＣＤ等の第２の記録媒体１４１を利用することが好ましい（図５（ｂ）参照）。
【００５４】
第１の光源２１を点灯し、図７（ｂ）に示すような電位差を生じさせて、ＤＶＤ等の第１の記録媒体１４０に生じる球面収差を補正するように利用する場合、球面収差補正用の電極パターンは、この場合の対物レンズ２５の有効径１０の全体ではなく、その内側領域（開口制御領域１２の内側）に配置されることとなる。この場合、前述したように残存収差７０３は多少大きくなるが、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球面収差補正が適切に行われないという問題を解決することが可能となる。
【００５５】
図８は、内側領域に形成された球面収差補正用の輪帯パターンの作用を説明するための図である。
【００５６】
図８（ａ）及び（ｂ）は、対物レンズの視野内（例えば、有効径１０内）の全ての領域で球面収差補正を行う場合、すなわち対物レンズの視野と収差補正領域が一致している場合を例示している（例えば、図６（ｂ）に相当）。
【００５７】
対物レンズの視野と球面収差補正用の電極パターンを構成している収差補正領域が一致している場合（図８（ａ））には、図６（ｃ）に示すように、球面収差が最適に抑制される。しかしながら、トラッキングによる対物レンズ２５の移動や、対物レンズ２５と液晶光学素子１００との取り付け誤差によって、対物レンズの視野と収差補正領域とずれている場合（図８（ｂ））には、効果的に球面収差補正を行うことができない。
【００５８】
図８（ｃ）及び（ｄ）は、対物レンズの視野（例えば、有効径１０内）の内側領域で球面収差補正を行う場合、すなわち対物レンズの視野に対して収差補正領域が小さい場合を例示している（例えば、図７（ｂ）に相当）。
【００５９】
対物レンズの視野の中心と球面収差補正用の電極パターンを構成している収差補正領域の中心が一致している場合（図８（ｃ））には、図７（ｃ）に示すように、球面収差が抑制される。さらに、トラッキングによる対物レンズ２５の移動や、対物レンズ２５と液晶光学素子１００との取り付け誤差によって、対物レンズの視野の中心と収差補正領域の中心とがずれている場合（図８（ｄ））にも、収差補正の程度は若干落ちるが、十分に球面収差補正を行うことができる。これは、対物レンズの視野内に収差補正用の電極パターンが全て留まるからである。
【００６０】
次に、開口制御とコマ収差（３次）補正とを一つの透明電極パターンを用いて行う場合について説明する。
【００６１】
図９（ａ）に、液晶光学素子１００の透明電極１０７に用いることができる他の透明電極パターン４００、図９（ｂ）に透明電極パターン４００への印加電圧例、図９（ｃ）に補正された収差例を示す。
【００６２】
透明電極パターン４００は、図９（ａ）に示すように、図２に示した開口制御領域１２に設けられた第２の輪帯２０２〜第６の輪帯２０６を図中の中央部分で半分に分割した右側の輪帯２１２〜２１６及び左側の輪帯２２２〜２２６を有している。さらに、透明電極パターン４００は、コマ収差の補正を行うための領域４０１〜４０５を有している。また、領域４０１〜４０５は、図２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。
【００６３】
図９（ｂ）に示す曲線９０１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９０１に対して、輪帯２１２〜２１６、輪帯２２２〜２２６、及び領域４０１〜４０５に対して、図９（ｂ）の９０２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９０１は、図９（ｃ）に示す収差補正後の残存収差９０３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。
【００６４】
このように、透明電極パターン４００では、透明電極パターン４００の開口制御領域１２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１２とそれより内部の領域を用いてコマ収差の補正を行うことができる。なお、図９（ｂ）においては、輪帯２１２〜２１６と輪帯２２２〜２２６に基準電位に対して逆極性の電圧を印加したが、開口制御を行う場合には、図４（ｂ）に示すように、全て同じ極性の電圧を印加する。また、図２に示す透明電極パターン２００の輪帯に対して、図９（ａ）に示す透明電極パターン４００の開口制御領域１２の輪帯は、図中の中央部分で２分割されているが、分割による領域は微小であるため、開口制御に大きな影響は及ぼさない。
【００６５】
ところで、図９（ｂ）の例では、輪帯２１２〜２１６と輪帯２２２〜２２６のそれぞれに同じ電位差が発生するように制御した。これは、図９（ａ）に示す透明電極パターン４００の開口制御領域１２に設けられた輪帯２１２〜２１６及び輪帯２２２〜２２６を利用して、できるだけコマ収差９０１を抑制するような電位差を発生するようにしたからである。しかしながら、発生するコマ収差のパターンをより良く抑制するように、開口制御領域１２に設けられた輪帯２１２〜２１６及び輪帯２２２〜２２６を調整することができる。
【００６６】
図９（ａ）に示す透明電極パターン４００を有する液晶光学素子１００を用いた場合、第１の光源２１を点灯し、図９（ｂ）に示すような電位差を生じさせて、ＤＶＤ等の第１の記録媒体１４０に生じるコマ収差を補正するように利用することが好ましい（図５（ａ）参照）。この場合、開口制御領域１２の輪帯２１２〜２１６及び２２２〜２２６では、図４（ｃ）に示す屈折率分布４０１を生じさせないので、対物レンズ２５は有効径１０内の光束を利用することができる。さらに、図９（ａ）に示す透明電極パターン４００を有する液晶光学素子１００を用いた場合、第２の光源２６を点灯し、開口制御領域１２の輪帯２１２〜２１６及び２２２〜２２６には図４（ｃ）に示すような屈折率分布４０１を生じさせ、領域４０１〜４０５には全ての輪帯に一様な電位差（例えば、図９（ｂ）における領域４０５に対応）を生じさせ、ＣＤ等の第２の記録媒体１４１を利用することが好ましい（図５（ｂ）参照）。この場合、対物レンズ２５は有効径１１内の光束を利用することができるが、コマ補正は行われない。
【００６７】
次に、図９（ａ）に示す透明電極パターン４００を利用した他の制御方法について説明する。
【００６８】
図１０（ａ）に図９（ａ）と同じ透明電極パターン４００、図１０（ｂ）に透明電極パターン４００への他の印加電圧例、図１０（ｃ）に補正された収差例を示す。図１０に示す例は、コマ収差を補正する場合には、開口制御領域１２に配置された輪帯２１２〜２１６及び２２２〜２２６を利用しない場合を示している。
【００６９】
図１０（ｂ）に示す曲線１００１は、図９（ｂ）と同様に、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１００１に対して、領域４０１〜４０５に、図１０（ｂ）の１００２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１００１は、図１０（ｃ）に示す収差補正後の残存収差１００３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。図１０（ｃ）に示す収差補正後の残存収差１００３と図９（ｃ）に示す残存収差９０３とを比較すると、開口制御領域１２の輪帯２１２〜２１６及び２２２〜２２６を利用しない分だけ、残存収差１００３の方が大きくなっている。
【００７０】
また、図１０に示すように透明電極パターン４００を利用する場合、透明電極パターン４００有する液晶光学素子１００は、第１の光源２１を点灯し、図１０（ｂ）に示すような電位差を生じさせて、ＤＶＤ等の第１の記録媒体１４０に生じるコマ収差を補正するように利用し（図５（ａ）参照）、第２の光源２６を点灯し、開口制御領域１２の輪帯２１２〜２１６及び２２２〜２２６には図４（ｃ）に示すような屈折率分布４０１を生じさせ、領域４０１〜４０５には全ての輪帯に一様な電位差（例えば、図１０（ｂ）における領域４０５に対応）を生じさせ、ＣＤ等の第２の記録媒体１４１を利用することが好ましい（図５（ｂ）参照）。
【００７１】
第１の光源２１を点灯し、図１０（ｂ）に示すような電位差を生じさせて、ＤＶＤ等の第１の記録媒体１４０に生じるコマ収差を補正するように利用する場合、コマ収差補正用の電極パターンは、この場合の対物レンズ２５の有効径１０の全体ではなく、その内側領域（開口制御領域１２の内側）に配置されることとなる。この場合、前述したように残存収差１００３は多少大きくなるが、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コマ収差補正が適切に行われないという問題を解決することが可能となる。この点は、図８を用いて球面収差補正について行った説明と同様な原理に基づく。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明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】透明電極パターンの一例を示す図である。
【図３】液晶の印加電圧と屈折率との関係を示す図である。
【図４】（ａ）は図２に示す透明電極パターンの一部の拡大図、（ｂ）は各輪帯への印加電圧分布の一例を示す図、（ｃ）は各輪帯の屈折率分布の一例を示す図である。
【図５】（ａ）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、（ｂ）は第２の光源を点灯させた場合の光学装置の概要を示す図。
【図６】（ａ）開口制御と球面収差補正とを行う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（ｂ）による残存収差の一例を示す図である。
【図７】（ａ）開口制御と球面収差補正とを行う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他の例を示す図、（ｃ）は（ｂ）による残存収差の一例を示す図である。
【図８】対物レンズの視野と収差補正領域との関係を示す図である。
【図９】（ａ）開口制御とコマ収差補正とを行う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（ｂ）による残存収差の一例を示す図である。
【図１０】（ａ）開口制御とコマ収差補正とを行う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他の例を示す図、（ｃ）は（ｂ）による残存収差の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１００    液晶光学素子
１０１、１０５    透明基板
１０６    液晶
１０７    透明電極
１０８    透明性対向電極
２００、３００、４００    透明電極パターン
２０２〜２０６、２１２〜２１６、２２２〜２２６    輪帯
３０１〜３０５    球面収差補正領域
４０１〜４０５    コマ収差補正領域
【図１】
2006323380.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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