(57)【要約】  【課題】  球面収差補正が行えるレンズ機能を有し、可動部のない小型化に好適な液晶レンズ素子を提供する。  【解決手段】  各透明基板に設けた透明電極と、一方の透明電極の一面に形成した凹凸部を備えるか、または、一方の透明基板に形成された凹凸部と、この凹凸部と他方の透明基板に形成された透明電極とを備え、液晶層は、少なくとも凹凸部の凹部に充填された平行配向のネマティック液晶であって、印加電圧に応じて屈折率が変化するとともに、波長λ1、λ2の異常光偏光の入射光に対して、凸部と凹部における透明電極間の光路長差が、λ2、λ1、０、−λ1、−λ2となる電圧値が存在する。【選択図】  図１
2006079669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の透明基板と、この透明基板に液晶が挟持された液晶層とを備え、この液晶層に印加する電圧に応じて前記液晶層を透過する光の焦点距離を変化させる液晶レンズ素子において、
前記各透明基板の互いに対向する平坦面にそれぞれ設けた前記液晶層に電圧を印加する透明電極と、前記一対の透明基板に形成する前記透明電極のうち少なくとも一方の透明電極の一面に形成した透明材料の凹凸部からなるフレネルレンズとを備えるか、
または、
前記一対の透明基板のうち一方の透明基板の他方の透明基板と対向する一方の平坦面に形成された凹凸部からなるフレネルレンズと、このフレネルレンズの凹凸状の表面に形成された透明電極と、前記他方の透明基板の、前記一方の透明基板と対向する一方の平坦面に形成された透明電極とを備え、
かつ、
前記液晶層は、少なくとも前記フレネルレンズの前記凹凸部の凹部に充填された平行配向のネマティック液晶であって、前記透明電極間に印加する電圧の大きさに応じて実質的な屈折率が変化するとともに、
波長λ1および波長λ2（λ1＜λ2）の異常光偏光の入射光に対して、前記透明電極間に印加する電圧は、前記フレネルレンズ凸部とフレネルレンズ凹部における前記対向する透明電極間の光路長差が、λ2、λ1、０、−λ1、−λ2となる電圧値が存在することを特徴とする液晶レンズ素子。
【請求項２】
異常光偏光の入射光に対し、前記液晶層のネマティック液晶は常光屈折率ｎoおよび異常光屈折率ｎe（但し、ｎo≠ｎe）を有するとともに、
前記印加電圧の大きさに応じて前記液晶層の実質的な屈折率がｎeからｎoまで変化し、かつ、
前記凹凸部の屈折率ｎFがｎoとｎeの中間の屈折率値に等しい請求項１に記載の液晶レンズ素子。
【請求項３】
前記波長λ1および波長λ2の光を出射する光源と、この光源からの出射光を情報記録層を覆うカバー層を有する光記録媒体に集光する対物レンズと、この対物レンズにより集光され前記光記録媒体により反射された出射光を検出する光検出器とを備え、前記カバー層の厚さが異なる前記光記録媒体への記録および／または再生を行う光ヘッド装置であって、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、請求項１または２の液晶レンズ素子を設置していることを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶レンズ素子および光ヘッド装置に係り、特に印加電圧の大きさに応じて複数の異なる焦点距離に切り換えることができる液晶レンズ、およびこの液晶レンズを搭載し、使用波長の異なる複数の光記録媒体への情報の記録および／または再生を行うことができる光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光入射側の面に形成された情報記録層と、この情報記録層を覆う透明樹脂からなるカバー層を有する光記録媒体（以後、「光ディスク」という）として、ＣＤ用光ディスクやＤＶＤ用光ディスクなどが普及している。また、このＤＶＤ用光ディスクへの情報の記録および／または再生（以下、「記録・再生」という）に用いる光ヘッド装置には、光源として波長が６６０ｎｍ帯の半導体レーザと、ＮＡ（開口数）が０．６から０．６５までの対物レンズなどを備えたものが用いられている。
【０００３】
近年、ＤＶＤ用光ディスクとして、従来の情報記録層が単層でカバー厚（カバー層の厚さ）が０．６ｍｍの光ディスク（以下、「単層ＤＶＤ光ディスク」という）の他に、情報記録層が２層（再生専用または再生および記録可能な）の光ディスク（以下、「２層ＤＶＤ光ディスク」という）が開発されている。この２層ＤＶＤ光ディスクは、情報記録層の間隔が５５±１５μｍで、光入射側のカバー厚が０．５６ｍｍから０．６３ｍｍの位置に情報記録層が形成されている。
【０００４】
ところが、カバー厚が０．６ｍｍの単層ＤＶＤ光ディスクに対して収差が最小となるように最適設計された対物レンズを使用する光ヘッド装置を用いて、２層ＤＶＤ光ディスクの記録・再生を行う場合、カバー厚の相違に応じて球面収差が発生し、情報記録層への入射光の集光性が劣化する。特に、記録型の２層ＤＶＤ光ディスクに前述の光ヘッド装置を用いると、集光性の劣化が記録時の集光パワー密度の低下をもたらし、書き込みエラーを招くため問題となる。
【０００５】
近年、さらに光ディスクの記録密度を向上させるため、カバー厚が０．６ｍｍの高密度光ディスク（以下、「単層ＨＤＤＶＤ光ディスク」とよぶ）が開発されている。この単層ＨＤＤＶＤ光ディスクの記録・再生に用いる光ヘッド装置には、光源として波長が４０５ｎｍ帯の青色レーザ光を出射する半導体レーザと、ＤＶＤ光ディスクと共通で使用できるＮＡが０．６５の対物レンズなどを備えたものが用いられる。
【０００６】
また、情報記録層が２層（再生専用または再生および記録可能な）の光ディスク（以下、「２層ＨＤＤＶＤ光ディスク」という）も開発されている。この２層ＨＤＤＶＤ光ディスクでは、情報記録層の間隔が４０μｍ程度であり、光入射側のカバー厚が０．５８ｍｍから０．６２ｍｍの位置に情報記録層が形成されている。一方、カバー厚が０．６ｍｍの単層ＨＤＤＶＤ光ディスクに対して収差が最小となるように最適設計された対物レンズを有する光ヘッド装置を用いて、２層ＨＤＤＶＤ光ディスクの記録・再生を行う場合、カバー厚の相違に応じて球面収差が発生し、情報記録層への入射光の集光性が劣化する。特に、記録型の２層ＤＶＤ光ディスクに前述の光ヘッド装置を用いると、集光性の劣化が記録時の集光パワー密度の低下をもたらし、書き込みエラーを招くため問題となる。
【０００７】
そこで、上述のような２層光ディスク等のカバー厚の相違に起因して発生する球面収差を補正する手段として、可動レンズ群や液晶レンズを用いる方法が知られている。
（I）例えば、可動レンズ群を用いて球面収差補正を行うために、図１４に示すような、光ディスクＤの記録・再生を行う光ヘッド装置１００が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この光ヘッド装置１００は、光源１１０と、各種の光学系１２０と、受光素子１３０と、制御回路１４０と、変調／復調回路１５０とのほかに、第１、第２の可動レンズ群１６０、１７０を備えている。また、第１の可動レンズ群１６０は、凹レンズ１６１と、凸レンズ１６２と、アクチュエータ１６３とを備えており、アクチュエータ１６３に固定された凸レンズ１６２を光軸方向に移動することにより、可動レンズ群１６０のパワーが正（凸レンズ）から負（凹レンズ）へと連続的に変わる焦点距離可変レンズ機能を発現する。
この可動レンズ群１６０は、光ディスクＤの光路中に配置することにより、光ディスクＤのカバー厚の異なる情報記録層（図略）に入射光の焦点を合わせることができるパワー成分を含む球面収差の補正が可能となる。
ところが、この可動レンズ群１６０を用いた場合、一対のレンズ１６１、１６２とアクチュエータ１６３とが必要となる分、光ヘッド装置１００の大型化を招くとともに、可動させるための機構設計が複雑になる問題があった。
【０００８】
（II）光ディスクのカバー厚の相違に起因して発生する球面収差を補正するために、図１５に示すような液晶レンズ２００を用いた光ヘッド装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
この液晶レンズ２００は、平坦な一面に透明電極２１０および配向フィルム２２０が形成された基板２３０と、軸対称で半径ｒのベキ乗の和である次式
【０００９】
［数１］
Ｓ（ｒ）＝α1ｒ2＋α2ｒ4＋α3ｒ6                    ・・・（１）          但し、ｒ2＝ｘ2＋ｙ2
α1、α2、α3；定数
【００１０】
で記述される表面形状Ｓ（ｒ）を有する曲面に透明電極２４０と配向フィルム２５０が形成された基板２６０と、これらの基板２３０、２６０により狭持されるネマティック液晶２７０とを備えた構成となっている。
【００１１】
ところが、この液晶レンズ２００は、透明電極２１０、２４０間に電圧が印加されると、液晶２７０の分子配向が変化し、屈折率が変わる。その結果、基板２６０と液晶２７０の屈折率差に応じて、透過光の波面が変化する。
ここで、基板２６０の屈折率は、電圧非印加時の液晶２７０に等しい。従って、この電圧非印加時の場合には、入射光の透過波面は変化しない。
一方、透明電極２１０、２４０間に電圧を印加すると、基板２６０と液晶２７０とに屈折率差△ｎが発生し、△ｎ×Ｓ（ｒ）（但し、Ｓ（ｒ）は（１）式参照）に相当する透過光の光路長差分布が生じる。
従って、光ディスクＤのカバー厚の相違に起因して発生する球面収差を補正するように基板２６０の表面形状Ｓ（ｒ）を加工し、印加電圧に応じて屈折率差△ｎを調整することにより収差補正が可能となる。
【００１２】
ところが、図１５に記載の液晶レンズの場合、印加電圧に対する液晶２７０の屈折率変化は最大０．３程度であるため、入射光の焦点を変化させるパワー成分に相当する大きな光路長差分布△ｎ×Ｓ（ｒ）を発生させるためには、前述の（１）式で定義される表面形状Ｓ（ｒ）の凹凸差を大きくしなければならない。その結果、液晶２７０の層が厚くなり、駆動電圧の増加および応答が遅くなる問題が生じる。
そこで、液晶層を薄くするためには、パワー成分を除いた収差補正量が最も少ない球面収差のみを補正することが有効である。しかし、球面収差のみを補正するように基板２６０の表面形状Ｓ（ｒ）を加工した場合、光ディスクの情報記録層に入射光を集光する対物レンズの光軸と液晶レンズの光軸とが偏心した時、コマ収差が発生してしまい、情報記録層への集光性が劣化して記録・再生ができない、といった問題が生じる。
【００１３】
（III）液晶層を厚くすることなく入射光の焦点変化に相当するパワー成分も可変とする実質的なレンズ機能を発現するために、図１６に示すような液晶回折レンズ３００も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
この液晶回折レンズ３００は、所定の鋸歯状レリーフが形成された基板３１０の片面に透明電極３２０が形成され、この透明電極３２０と対向電極３３０により液晶層３４０を狭持している。この電極３２０、３３０間に電圧を印加すると、異常光偏光に対して液晶層３４０の実質的な屈折率は異常光屈折率ｎeから常光屈折率ｎoへと変化する。ここで、実質的な屈折率とは液晶層の厚さ方向の平均屈折率を意味する。
鋸歯状レリーフ構造を有する基板３１０の屈折率をｎ1、入射光の波長をλとしたときに、鋸歯状レリーフの溝の深さｄが、次式
ｄ＝λ／（ｎe−ｎ1）
の関係を満たすように形成することにより、電圧非印加時に波長λで最大回折効率が得られ、回折レンズとなる。また、入射光の波長λが変化しても、波長λで最大回折となるように印加電圧を調整できる。
【００１４】
このような構成の液晶回折レンズ３００では、鋸歯状レリーフの溝を埋めるように液晶層３４０を充填すればよいため、前述の図１５に示す液晶レンズ２００を用いてパワー成分を含む球面収差を補正するタイプの液晶２７０に比べて、液晶層３４０は薄くできる。
しかしながら、この液晶回折レンズ３００を用いて、使用波長の異なる２層ＨＤＤＶＤ光ディスクおよび２層ＤＶＤ光ディスクにおいて発生する球面収差を補正する方法については、前述の特許文献３に何ら記載されていない。
【特許文献１】特開２００３−１１５１２７号公報
【特許文献２】特開平５−２０５２８２号公報
【特許文献３】特開平９−１８９８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、液晶層が薄い液晶素子であっても、印加電圧の大きさに応じて異なる波長の入射光の焦点変化に相当するパワー成分を含む球面収差補正が行えるレンズ機能を有するとともに、可動部がない小型化に好適な液晶レンズ素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、この液晶レンズ素子を搭載するとともに、この液晶レンズ素子を対物レンズと別置きで固定して用い、対物レンズと液晶素子との間に偏心が生じた場合でも、使用波長の異なる２層ＨＤＤＶＤ光ディスクおよび２層ＤＶＤ光ディスクにおいて、カバー厚の相違に起因して発生する球面収差を補正し、安定した記録・再生ができる光ヘッド装置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】
【００１６】
本発明は、対向する一対の透明基板と、この透明基板に液晶が挟持された液晶層とを備え、この液晶層に印加する電圧に応じて前記液晶層を透過する光の焦点距離を変化させる液晶レンズ素子において、前記各透明基板の互いに対向する平坦面にそれぞれ設けた前記液晶層に電圧を印加する透明電極と、前記一対の透明基板に形成する前記透明電極のうち少なくとも一方の透明電極の一面に形成した透明材料の凹凸部からなるフレネルレンズとを備えるか、または、前記一方の透明基板の他方の透明基板と対向する一方の平坦面に形成された凹凸部からなるフレネルレンズと、このフレネルレンズの凹凸状の表面に形成された透明電極と、前記他方の透明基板の、一方の透明基板と対向する一方の平坦面に形成された透明電極とを備え、かつ、前記液晶層は、少なくとも前記フレネルレンズの凹凸部の凹部に充填された平行配向のネマティック液晶であって、前記透明電極間に印加する電圧の大きさに応じて実質的な屈折率が変化するとともに、波長λ1および波長λ2（λ1＜λ2）の異常光偏光の入射光に対して、前記フレネルレンズ凸部とフレネルレンズ凹部における前記対向する透明電極間の光路長差が、λ2、λ1、０、−λ1、−λ2となる電圧値が存在することを特徴とする液晶レンズ素子を提供する。このような構成とすることにより、波長λ1および波長λ2の入射光に対し、印加電圧に応じて透過波面が、発散光（凹レンズ機能のパワー）と変化なし（パワーなし）と収束光（凸レンズ機能のパワー）に切り替わる焦点距離切り替えレンズとなる。
【００１７】
また、異常光偏光の入射光に対し、前記液晶層のネマティック液晶は常光屈折率ｎoおよび異常光屈折率ｎe（但し、ｎo≠ｎe）を有するとともに、前記印加電圧の大きさに応じて前記液晶層の実質的な屈折率がｎeからｎoまで変化し、かつ、前記凹凸部の屈折率ｎFがｎoとｎeの中間の屈折率値に等しい上記の液晶レンズ素子を提供する。
【００１８】
本発明は、前記波長λ1および波長λ2の光を出射する光源と、この光源からの出射光を情報記録層を覆うカバー層を有する光記録媒体に集光する対物レンズと、この対物レンズにより集光され前記光記録媒体により反射された出射光を検出する光検出器とを備え、前記カバー層の厚さが異なる前記光記録媒体への記録および／または再生を行う光ヘッド装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、請求項１または２の液晶レンズ素子を設置していることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。このような光ヘッド装置とすることにより、前記液晶レンズ素子の印加電圧に応じた焦点距離切り替えレンズ機能を用いて、波長λ1用の光記録媒体の情報記録層と波長λ2用の光記録媒体の情報記録層に入射光を安定して集光することができる。その結果、使用波長およびカバー層の厚さが異なる複数の光記録媒体への記録・再生ができる小型な光ヘッド装置を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、印加電圧の大きさに応じて異なる波長の入射光の焦点変化に相当するパワー成分を含む球面収差補正ができるレンズ機能を有する可動部のない小型な液晶レンズ素子を提供できる。特に、この液晶レンズ素子を光ヘッド装置に搭載し、対物レンズと別置きで用いて偏心が生じる場合でも、使用波長の異なる２層ＨＤＤＶＤ光ディスクおよび２層ＤＶＤ光ディスクにおいてカバー厚の相違に起因して発生する球面収差を補正し、安定した記録・再生ができる光ヘッド装置が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
[第１の実施形態]
図１及び図２は、本実施形態に係る液晶レンズ素子１０を示すものであり、この液晶レンズ素子１０は、透明基板１１、１２と、透明電極１３、１４と、シール１５と、液晶層１６と、凹凸部１７とを備えている。
このうち、凹凸部１７は、有効径φの領域においてフレネルレンズまたはフレネルレンズを階段状で近似した形状であって、屈折率ｎFの透明材料を用いて形成されており、入射光の光軸（Ｚ軸）に対して回転対称性を有する。
【００２１】
次に、この液晶レンズ素子１０の作製手順の一例について、図1および図２を参照しながら以下に説明する。
はじめに、透明基板１１の一方の平坦面に透明電極１３を形成する。さらに、この透明電極１３の一方の平坦面（図１では上面）に、屈折率ｎFの透明材料を用いて凹凸部１７からなるフレネルレンズを形成する。なお、凹凸部１７および透明電極１４の表面には配向処理された配向膜が形成されており、液晶層１６の液晶分子が一定方向に揃うようにしている。
さらに、透明電極１４が形成された透明基板１２に、ギャップ制御材が混入された接着材を印刷パターニングしてシール１５を形成し、前述の透明基板１１と重ね合わせ、圧着して空セルを作製する。
その後、シール１５の一部に設けられた注入口（図示せず）から常光屈折率ｎoおよび異常光屈折率ｎe（但し、ｎo≠ｎe）を有するネマティック液晶を注入したならば、この注入口を封止して液晶層１６を形成し、本実施形態の液晶レンズ素子１０とする。
なお、図２に示すように、透明基板１１側に形成された電極１４１を通して透明電極１４に電圧を印加する構成とするため、あらかじめシール１５に導電性金属粒子を混入してシール圧着する。これにより、シール１５の厚さ方向に導電性を発現させ、透明電極１４と電極１４１を導通する。さらに、透明電極１３に接続された電極１３１と、透明電極１４に接続された電極１４１とに外部の交流電源を接続して、液晶層１６に交流電圧を印加可能な構成とする。
【００２２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
このようにして作製された液晶レンズ素子１０において、液晶レンズ素子１０の透明電極１３と１４に交流電圧Ｖを印加すると、液晶層１６に印加される電圧ＶLCに応じて、液晶分子の配向が変化し、液晶層の実質的な屈折率が変化する。なお、交流印加電圧は全て実効電圧を示す。ここで、液晶層１６の実質的な屈折率とは、入射光の偏光方向に対する液晶層１６の平均屈折率を意味し、（光路長）÷（液晶層の厚さ）に相当する。その結果、入射光の特定の直線偏光に対し、電圧ＶLCの大きさに応じて液晶層１６の実質的な屈折率ｎ（ＶLC）が変化し、液晶レンズ素子１０の透過光の波面が変化する。
凹凸部１７の透明材料の電気比抵抗ρFが液晶層１６の電気比抵抗ρLCに比べて充分小さな値と見なされない場合、透明電極１３と１４の印加電圧Ｖに対して、凹凸部１７の電圧降下が生じ、実効的に液晶層１６に印加される電圧ＶLCが低下する。凹凸部１７および液晶層１６が電気的に絶縁体と見なせる大きな電気比抵抗の場合、印加電圧Ｖは凹凸部１７の電気容量ＣFと液晶層１６の電気容量ＣLCに応じて配分され、液晶層１６に印加される電圧ＶLCが定まる。また、透明電極１３と１４に狭持された凹凸部１７と液晶層１６の厚さおよび比誘電率の比率に応じて電気容量ＣFとＣLCが変化するため、電圧ＶLCおよび屈折率ｎ（ＶLC）が分布する。従って、透明電極間の平均屈折率（すなわち、光路長）を凹凸部１７の形状に応じて調整することができる。その結果、凹凸部１７のフレネルレンズ形状に応じて入射光の透過波面がパワー成分（レンズ機能）を示す印加電圧が存在し、後述するように、印加電圧Ｖの切り替えで透過光の焦点距離の切り替えができる液晶レンズ素子１０が得られる。
【００２３】
なお、電圧ＶLCに対して液晶層１６の実質的な屈折率の大きな変化を得るために、液晶層１６の分子の配向方向が透明基板１２との界面で揃っていることが好ましい。液晶分子の配向方向を一定方向に揃えるために、透明電極１４および凹凸部１７の表面にポリイミドなどの配向材（図示せず）を塗布し、硬化後に特定方向にラビング処理すればよい。凹凸部１７の材料としてポリイミドを用い、その表面をラビング処理してもよい。ポリイミドのラビング処理以外に、ＳｉＯ斜蒸着膜や光配向膜などを配向材として用い液晶分子の配向を揃えてもよい。例えば、図２において、Ｘ軸方向に液晶分子の配向方向（すなわち、異常光屈折率ｎeの方向）を揃え、Ｘ軸方向の偏波面を有する直線偏光を入射させる。
なお、ここで、フレネルレンズ形状の透明材料からなる凹凸部１７は、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂、感光性樹脂などの有機材料でもよいし、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯxＮy（但し、ｘ，ｙはＯとＮの元素比率を示す）などの無機材料でもよい。また、均一屈折率材料あるいは複屈折材料でもよい。Ｘ軸方向の偏波面を有する直線偏光に対して、凹凸部１７はその屈折率ｎFがｎoとｎeの中間の屈折率値を有する透明材料であればよい。凹凸部１７は、透明基板１１の平坦面に所定の膜厚の透明材料層を形成した後、フォトリソグラフィや反応性イオンエッチングにより凹凸状に加工してもよいし、金型を用いて透明材料層に凹凸部形状を転写してもよい。
【００２４】
次に、フレネルレンズまたはフレネルレンズを階段状で近似した凹凸部１７の断面形状について、以下に説明する。
本発明の液晶レンズ素子１０を用いて、波長λ1＝４０５ｎｍで単層および２層ＨＤＤＶＤ光ディスクのカバー厚の相違に起因して発生する球面収差を補正する正または負のパワー成分が付与された透過波面を生成するとともに、波長λ2＝６６０ｎｍで単層および２層ＤＶＤ光ディスクのカバー厚の相違に起因して発生する球面収差を補正する正または負のパワー成分が付与された透過波面を生成する。このためには、液晶レンズ１０に入射する平面波の透過波面において、光軸中心（座標原点：Ｘ＝Ｙ＝０）の光線に対して半径ｒの距離だけ離れた位置を通過する光線の光路長差ＯＰＤが、次式のようなベキ級数
【００２５】
［数２］
ＯＰＤ（ｒ）＝ａ1ｒ2＋ａ2ｒ4＋ａ3ｒ6＋ａ4ｒ8＋    ・・・（２）                但し、ｒ2＝ｘ2＋ｙ2
ａ1、ａ2、・・・；定数（後述の［表１］参照）
【００２６】
で記述されるようにする。
ここで、（２）式の曲線の具体例を図３に符号αで示す。なお、横軸は半径ｒで、縦軸は光路長差ＯＰＤを入射光の波長λの単位で表記し、αのグラフは（２）式の中心軸（ｒ＝０）を含む断面を示す。
波長λの入射光に対してλの整数倍の光路長差をもつ透過波面は同等と見なせるため、図３のαで示すグラフ（光路長差）を波長λの間隔で分割して光路長差ゼロの面に射影した光路長差を示すグラフβは、グラフαと実質的に同等である。一方、グラフβに示す光路長差は全てλ以内（図中では−λからゼロの範囲）であり、断面が鋸歯状のフレネルレンズ形状となっている。これが、図１に示す液晶レンズ素子１０における凹凸部１７のフレネルレンズ形状に対応する。なお、図３のγで示すグラフは光路長差ゼロの面に対してグラフβと面対称の光路長差の透過波面に相当する。すなわち、グラフαの光路長差は凹レンズ機能の波面を、グラフβの光路長差は凸レンズ機能の波面を生成する。
【００２７】
次に、この凹凸部１７および液晶１６の電気体積抵抗率ρF、ρLCが電気的絶縁体と見なせる大きな電気比抵抗の場合、この電気等価回路において凹凸部１７と液晶層１６の電気容量ＣF、ＣLCにより凹凸部１７と液晶層１６への電圧配分が決定される。すなわち、透明電極間に印加する交流電圧Ｖの交流周波数をｆ、凹凸部１７の比誘電率をεF、膜厚をｄF、液晶１６の比誘電率をεLC、層厚をｄLCとしたときに、交流インピーダンスの電気抵抗成分に対する電気容量の比率であるｆ×ε0×ρF×εFおよびｆ×ε0×ρLC×εLCが１より充分大きな場合、液晶レンズ素子１０の作用について、図４を用いて以下に説明する。なお、ε0は真空中の誘電率である。また、透明電極１３と１４の間隔Ｇは、凹凸部１７の膜厚ｄFと液晶１６の層厚ｄLCの和（ｄF＋ｄLC）に相当する。
図４は、透明電極１３と１４の間の凹凸部１７および液晶層１６の拡大断面図であり、透明電極間の交流印加電圧Ｖに対して液晶層１６に配分される印加電圧ＶLCの比率ＶLC／Ｖは、次式で記載される。
【００２８】
［数３］
ＶLC／Ｖ＝ＣF／（ＣF＋ＣLC）
＝１／｛１＋（εLC／εF）×（ｄF／ｄLC）｝
・・・（３）
【００２９】
ここで、凹凸部１７の膜厚ｄFはフレネルレンズを形成する鋸歯状または鋸歯を階段形状で近似した断面形状に対応してゼロからｄまで分布するため、ｄF／ｄLCはゼロからｄ／（Ｇ−ｄ）まで分布する。その結果、液晶層１６の印加電圧ＶLCは凹凸部１７の形状に応じて空間分布が生じる。
凹凸部１７は、液晶層１６に効率よく電圧を印加するために、ＶLC／Ｖが増すよう大きな比誘電率εFの材料を用いることが好ましい。液晶層１６の比誘電率εLCは約４以上であるため、４以上の比誘電率εFとすることが好ましい。
また、液晶は誘電率異方性を有し、液晶分子長軸方向の比誘電率ε//と液晶分子短軸方向の比誘電率ε⊥が異なるため、電圧印加に伴い液晶分子の配向が変化し、液晶分子の配向変化により液晶層１６の比誘電率εLCも変化する。従って、（３）式において、比誘電率εLCのＶLCに応じた変化を反映し、凹凸部１７の形状に応じた液晶層１６の印加電圧ＶLCの空間分布が定まる。ＶLCはｄFに依存するため、今後は、ＶLC［ｄF］と表記する。なお、ＶLC［０］は透明電極間の印加電圧Ｖに等しい。
従って、凹凸部１７の膜厚ｄFの分布に応じて異常光偏光の入射光に対する液晶層１６の実質的な屈折率ｎ（ＶLC［ｄF］）に空間分布が生じる。図４において、凹凸部１７の膜厚ｄFの位置の透明電極１３と１４の間の光路長は｛ｎF×ｄF＋ｎ（ＶLC［ｄF］）×ｄLC｝であり、凹凸部１７のフレネルレンズ中心位置（ｄF＝ｄ）の光路長｛ｎF×ｄ＋ｎ（ＶLC［ｄ］）×（Ｇ−ｄ）｝に対する光路長差ＯＰＤは次式となる。
【００３０】
［数４］
ＯＰＤ＝ｎF×（ｄF−ｄ）＋ｎ（ＶLC［ｄF］）×（Ｇ−ｄF）
−ｎ（ＶLC［ｄ］）×（Ｇ−ｄ）
・・・（４）
【００３１】
膜厚ｄFはｄからゼロまで分布し、光路長差ＯＰＤはゼロから次式のＯＰＤ0まで分布する。
【００３２】
［数５］
ＯＰＤ0＝｛ｎ（Ｖ）−ｎ（ＶLC［ｄ］）｝
×Ｇ−｛ｎF−ｎ（ＶLC［ｄ］）｝×ｄ
・・・（５）
【００３３】
例えば、印加電圧Ｖ+12において、ＤＶＤの波長λ2の入射光に対して図３のグラフβに相当する透過波面（縦軸は波長λ2単位）の光路長差を生成するためには、光路長差ＯＰＤoが略λ2となるように、凹凸部１７の膜厚ｄおよび透明電極間の間隔Ｇを決定するとともに、凹凸部１７を膜厚ゼロからｄに至るフレネルレンズ形状とすればよい。ここで、光路長差ＯＰＤ0がＤＶＤの波長λ2に略等しいとは、ＯＰＤ0が０．７５λ2から１．２５λ2の範囲、さらに好ましくは０．９λ2から１．１λ2の範囲を意味する。
ここで、印加電圧Ｖを変化させることにより、（４）式の光路長差ＯＰＤが変化する。例えば、
i）光路長差ＯＰＤ0がＨＤＤＶＤの波長λ1の入射光に対して略λ1（すなわち、０．７５λ1から１．２５λ1の範囲）となる印加電圧Ｖ+11において、図３のグラフβに示す光路長差の透過波面（縦軸は波長λ1単位）を生成できる。
また、
ii）光路長差ＯＰＤ0が入射光の波長λ1およびλ2に対して充分小さな値となる印加電圧Ｖ0が存在する。このとき、液晶レンズ素子１０の透過波面は変化しない。ここで、充分小さな光路長差ＯＰＤ0とは、λ1／５以下、好ましくはλ1／１０以下を意味する。
また、
iii）光路長差ＯＰＤ0がＨＤＤＶＤの波長λ1の入射光に対して略−λ1（すなわち、−０．７５λ1から−１．２５λ1の範囲）となる印加電圧Ｖ-11において、図３のグラフγに示す光路長差の透過波面（縦軸は波長λ1単位）を生成できる。
また、
iv）光路長差ＯＰＤ0がＤＶＤの波長λ2の入射光に対して略−λ2（すなわち、−０．７５λ2から−１．２５λ2の範囲）となる印加電圧Ｖ-12において、図３のグラフγに示す光路長差の透過波面（縦軸は波長λ2単位）を生成できる。
ここで、波長λ1は波長λ2に比べ短波長であるため、図３のグラフβに相当する透過波面の光路長差は、波長λ2に比べ波長λ1の方が短い透過波面に相当する。なお、印加電圧の大小関係は、Ｖ+12＜Ｖ+11＜Ｖ0＜Ｖ-11＜Ｖ-12となる。
【００３４】
従って、ＨＤＤＶＤの波長λ1の入射光に対して、透明電極間に印加する電圧をＶ+11、Ｖ0、Ｖ-11に切り替えることにより、３種類の透過波面を選択的に切り替えることができる。また、ＤＶＤの波長λ2の入射光に対して、透明電極間に印加する電圧をＶ+12、Ｖ0、Ｖ-12に切り替えることにより、３種類の透過波面を選択的に切り替えることができる。ここで、印加電圧Ｖ+11、Ｖ0、Ｖ-11において液晶レンズ１０に入射するＨＤＤＶＤの波長λ1の入射光の平面波は、それぞれ図５（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示す透過波面となって出射する。また、印加電圧Ｖ+12、Ｖ0、Ｖ-12において液晶レンズ１０に入射するＤＶＤの波長λ2の入射光の平面波は、それぞれ図５（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）に示す透過波面となって出射する。すなわち、波長λ1および波長λ2の透過波面は透明電極１３、１４の印加電圧に応じて、負のパワー、パワーなし、正のパワーに対応するレンズ機能が得られる。
【００３５】
上記の動作は、印加電圧Ｖ+12において光路長差ＯＰＤ0がＤＶＤの波長λ2に略等しくなるよう凹凸部１７をフレネルレンズ形状に加工する場合だが、他の形状としてもよい。例えば、印加電圧Ｖ+21（＜Ｖ+12）において光路長差ＯＰＤ0がＨＤＤＶＤの波長λ1の２倍に略等しくなるよう凹凸部１７をフレネルレンズ形状に加工するとともに、以下の関係を満たす印加電圧値が存在するように、凹凸部１７の膜厚ｄおよび屈折率ｎFを設定する。
（Ｉ）．印加電圧Ｖ+21で、ＯＰＤ0＝＋２×λ1
（ＩＩ）．印加電圧Ｖ+12で、ＯＰＤ0＝＋λ2
（ＩＩＩ）．印加電圧Ｖ+11で、ＯＰＤ0＝＋λ1
（ＩＶ）．印加電圧Ｖ0で、ＯＰＤ0＝０
（Ｖ）．印加電圧Ｖ-11で、ＯＰＤ0＝−λ1
（ＶＩ）．印加電圧Ｖ-12で、ＯＰＤ0＝−λ2
（ＶＩＩ）．印加電圧Ｖ-21で、ＯＰＤ0＝−２×λ1
ただし、Ｖ+21＜Ｖ+12＜Ｖ+11＜Ｖ0＜Ｖ-11＜Ｖ-12＜Ｖ-21
この場合、波長λ1の出射光において、印加電圧Ｖ+11で発生する負のパワーの約２倍の負のパワーが印加電圧Ｖ+21で発生し、印加電圧Ｖ-11で発生する正のパワーの約２倍の正のパワーが印加電圧Ｖ-21で発生する。すなわち、ＨＤＤＶＤの波長λ1の入射光の平面波は、印加電圧Ｖ+21とＶ+11とＶ0とＶ-11とＶ-21の切り替えで、５つの透過波面の切り替えができる。
【００３６】
また、凹凸部１７の屈折率ｎFを液晶層１６の液晶の常光屈折率ｎoに略等しくすることが好ましい。この場合、透明電極間の印加電圧Ｖの値に係わらず常光偏光の入射光に対して凹凸部１７と液晶層１６との屈折率差が生じないため、液晶レンズ素子１０に入射する常光偏光の透過波面は変化せず、高い透過率が得られるといった利点がある。すなわち、液晶レンズ素子１０に波長の異なる複数の光束が入射し、特定の光束は波面変化を生じることなく透過させたい場合、液晶レンズ素子１０に常光偏光として入射させればよい。例えば、ＨＤＤＶＤとＤＶＤとＣＤで異なる３つの波長光が入射し、ＨＤＤＶＤとＤＶＤの波長にのみ液晶レンズ素子１０のパワー切り替え作用を発現させるためには、波長λ1および波長λ2は異常光偏光とし、ＣＤの波長は常光偏光として液晶レンズ素子１０に入射させればよい。
【００３７】
また、本実施形態では、（２）式で記述される軸対称の光路長差ＯＰＤを生成する液晶レンズ素子の場合について、その素子構造および動作原理について説明したが、（２）式以外の軸非対称なコマ収差や非点収差などの補正に相当する光路長差ＯＰＤを生成する液晶素子も、同様の原理で凹凸部の加工およびその凹部への液晶充填により作製できる。
また、本実施形態では、何れもベタ電極である透明電極１３と１４の２端子を用いて液晶層１６に交流電圧を印加する構成を示したが、これ以外に、例えば透明電極１３と１４の少なくとも一方の電極が、空間的に分割されて独立に異なる交流電圧を印加できる構成としてもよい。また、この空間的に分割された透明電極を所望の電気抵抗を有する抵抗膜とし、２つ以上の給電点を設けて半径方向に印加電圧分布を付与し、液晶に印加される電圧が半径方向に傾斜分布するようにしてもよい。このような分割電極または抵抗膜電極の構造とすることにより、さらに多様な光路長差ＯＰＤの空間分布を生成できる。
また、液晶レンズ素子１０に、位相板、回折格子、偏光ホログラムビームスプリッタ、一定の固定位相差分布を発生する位相補正面などを一体化形成してもよい。その結果、光ヘッド装置等に搭載して用いる場合、部品点数を削減できるとともに装置の小型化につながる。
【００３８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る液晶レンズ素子２０について、図６の側面図を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態の液晶レンズ素子１０と同一部分には、同一符号を付して重複説明を避ける。
第１の実施形態に係る液晶レンズ素子１０では、透明電極１３が透明基板１１の平面に成膜され、その上に凹凸部１７からなるフレネルレンズを形成しているが、本実施形態では、図６に示すように、透明基板１１の平面に凹凸部１７からなるフレネルレンズを形成し、凹凸部１７の表面に透明電極１３を成膜する構成としている。
この場合、透明電極１３と透明電極１４に印加する電圧Ｖが、凹凸部１７で電圧降下することなく直接、液晶層１６に印加されるため、凹凸部１７の膜厚ｄFの分布に係わらず、液晶層１６の実質的な屈折率ｎ（Ｖ）は均一となる。従って、凹凸部１７の膜厚がｄFの位置のときに、透明電極間の光路長は、｛ｎF×ｄF＋ｎ（Ｖ）×ｄLC｝であり、凹凸部１７のフレネルレンズ中心位置（ｄF＝ｄ）のときの光路長｛ｎF×ｄ＋ｎ（Ｖ）×（Ｇ−ｄ）｝に対する光路長差ＯＰＤは、次式となる。
【００３９】
［数６］
ＯＰＤ＝｛ｎF×ｄF＋ｎ（Ｖ）×ｄLC｝
−｛ｎF×ｄ＋ｎ（Ｖ）×（Ｇ−ｄ）｝
＝｛ｎ（Ｖ）−ｎF｝×（ｄ−ｄF）
・・・（６）
【００４０】
膜厚ｄFはｄからゼロまで分布し、光路長差ＯＰＤはゼロから次式のＯＰＤ1まで分布する。
【００４１】
［数７］
ＯＰＤ1＝｛ｎ（Ｖ）−ｎF｝×ｄ                          ・・・（７）
【００４２】
例えば、印加電圧Ｖ+12において、ＤＶＤの波長λ2の入射光に対して図３のグラフβに相当する透過波面の光路長差を生成するためには、光路長差｛ｎ（Ｖ+12）−ｎF｝×ｄが略λ2（すなわち、０．７５λ2から１．２５λ2の範囲）となるように、凹凸部１７の膜厚ｄを決定するとともに、凹凸部１７を膜厚ゼロからｄに至る断面形状とすればよい。
【００４３】
ここで、印加電圧Ｖを変化させることにより、（６）式の光路長差ＯＰＤが変化する。その結果、第１の実施形態と同様に、液晶レンズ１０に入射するＨＤＤＶＤの波長λ1の入射光の平面波が、それぞれ図５（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示す透過波面となって出射する、印加電圧Ｖ+11、Ｖ0、Ｖ-11が存在する。また、液晶レンズ１０に入射するＤＶＤの波長λ2の入射光の平面波が、それぞれ図５（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）に示す透過波面となって出射する、印加電圧Ｖ+12、Ｖ0、Ｖ-12が存在する。すなわち、波長λ1および波長λ2の透過波面は、透明電極１３、１４の印加電圧に応じて、負のパワー、パワー無し、正のパワーに対応するレンズ機能が得られる。このとき、
（Ｉ）．ｎ（Ｖ+12）＝ｎF＋λ2／ｄ
（ＩＩ）．ｎ（Ｖ+11）＝ｎF＋λ1／ｄ
（ＩＩＩ）．ｎ（Ｖ0）＝ｎF
（ＩＶ）．ｎ（Ｖ-11）＝ｎF−λ1／ｄ
（Ｖ）．ｎ（Ｖ-12）＝ｎF−λ2／ｄ
を満たすとともに、液晶層１６の実質効的な屈折率ｎ（Ｖ）となる印加電圧Ｖ+12、Ｖ+11、Ｖ0、Ｖ-11、Ｖ-12を調整するように、凹凸部１７の屈折率ｎFおよび膜厚ｄを設定する。
【００４４】
凹凸部１７の表面に透明電極１３を成膜する本実施形態の場合、液晶層１６の印加電圧ＶLCは、凹凸部１７の比誘電率や体積抵抗率など材質物性およびその形状に係わらず透明電極間の印加電圧Ｖと一致するため、フレネルレンズの凹凸部１７の形状の設計が容易となる長所がある。
一方、凹凸部１７の下面に透明電極１３を成膜する第１の実施形態の構成の場合、液晶層１６の印加電圧ＶLCは、凹凸部１７の膜厚ｄFが厚い程低下し、それに応じて液晶層１６の実質的な屈折率ｎ（ＶLC［ｄF］）が分布する。その結果、比較的薄い膜厚ｄの凹凸部１７により大きな光路長差を得ることができるため、凹凸部１７の成膜および加工プロセスが簡略化される長所がある。
【００４５】
本実施形態において、凹凸部１７の透明材料として光軸方向（すなわち、分子の配向方向）が基板面内で一方向に揃った高分子液晶などの複屈折材料を用いてもよい。この場合、複屈折材料の異常光屈折率をｎFとし、常光屈折率を液晶の常光屈折率ｎoと等しくするとともに、複屈折材料の配向方向（異常光屈折率の方向）を液晶分子の配向方向と一致させることが好ましい。このような構成とすることにより、液晶の常光屈折率と複屈折材料の常光屈折率が一致するため、印加電圧の大きさに係わらず常光偏光入射光に対して透過光の波面は変化しない。
【００４６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る液晶レンズ素子３０について、図７を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には、同一符号を付して重複説明を避ける。
本実施形態の液晶レンズ素子３０は、第１の実施形態に係る液晶レンズ素子１０を２個（第１の液晶レンズ素子１０Ａと第２の液晶レンズ素子１０Ｂ）備えており、凹凸部１７が互いに対向するよう上下に重ねて積層させた構成（ただし、透明基板１１は共通）とする。
すなわち、第１の液晶レンズ素子１０Ａは、２枚の透明基板１２Ａ、１１と、これらの透明基板に形成した透明電極１３Ａ、１４Ａと、透明電極１３Ａ上に形成した凹凸部１７Ａと、透明電極１３Ａと凹凸部１７Ａを設けた透明電極１４Ａとの間に密封された液晶層１６Ａを備えている。第２の液晶レンズ素子１０Ｂも、第１の液晶レンズ素子１０Ａと同様の構成となっている。
【００４７】
図７に示す本実施形態の第１、第２の液晶レンズ素子１０Ａ、１０Ｂの構成および作用は、図１に示した第１の実施形態に係る液晶レンズ１０と同様であるが、液晶層１６Ａ、１６Ｂはその界面における液晶分子の配向方向が互いに直交している点が第１の実施形態のものと異なる。すなわち、第１の液晶レンズ素子１０Ａは液晶層界面の配向処理をＹ軸方向とし、第２の液晶レンズ素子１０Ｂは液晶層界面の配向処理をＸ軸方向としている。また、透明電極１４Ａと透明電極１４Ｂを短絡して共通電極とし、透明電極１３Ａと透明電極１３Ｂを短絡して共通電極との間に交流電圧を印加する。従って、液晶層１６Ａと液晶層１６Ｂには同等の交流電圧が印加される。
【００４８】
その結果、第１の液晶レンズ素子１０ＡはＹ軸方向の偏波面の直線偏光入射光に対して、また第２の液晶レンズ素子１０ＢはＸ軸方向の偏波面の直線偏光入射光に対して、第１の実施形態の液晶レンズ１０と同様に、それぞれ、印加電圧に応じたレンズ機能が発現する。また、凹凸部１７Ａ、１７Ｂの屈折率ｎFを液晶層１６Ａ、１６Ｂの常光屈折率ｎoと略等しくすることにより、第１の液晶レンズ素子１０ＡはＸ軸方向の偏波面の直線偏光入射光に対して、また第２の液晶レンズ素子１０ＢはＹ軸方向の偏波面の直線偏光入射光に対して、それぞれ、入射光の波長および印加電圧に係わらず透過波面の変化は生じない。従って、図５に示すように、波長λ1およびλ2の入射光の偏光状態にかかわらず印加電圧に応じて、透過波面の切り替えができるレンズ機能が得られる。
【００４９】
［第４の実施形態］
次に、第３の実施形態に係る液晶レンズ素子３０を搭載し、ＨＤＤＶＤとＤＶＤとＣＤの３種の光ディスクの記録・再生に用いる、本発明の第４の実施形態に係る光ヘッド装置４０について、図８を参照しながら説明する。
本実施形態の光ヘッド装置４０は、ＨＤＤＶＤの波長λ1＝４０５ｎｍの光源である半導体レーザ１と、偏光ビームスプリッタ２と、合波プリズム３と、コリメータレンズ４と、液晶レンズ素子３０と、位相板７と、対物レンズ５と、光検出器６とを備えており、液晶レンズ素子３０がコリメータレンズ４と対物レンズ５の間の光路中に固定されている。さらに、ＤＶＤの波長λ2＝６６０ｎｍの光源である半導体レーザと光検出器とビームスプリッタが一体化されたＤＶＤユニット８Ａと、ＣＤの波長λ3＝７９０ｎｍの光源である半導体レーザと光検出器とビームスプリッタが一体化されたＣＤユニット８Ｂと、ビームスプリッタ９も付設している。
【００５０】
次に、本実施形態の光ヘッド装置の作用について説明する。
半導体レーザ１から放射された波長λ1＝４０５ｎｍの光は、偏光ビームスプリッタ２で反射され、合波プリズム３を透過し、コリメータレンズ４により平行光となり、液晶レンズ素子３０に常光偏光（紙面に垂直な偏波面）として入射する。ここで、液晶レンズ素子３０に入射する常光偏光には、図示外の交流電源より印加する電圧に応じた透過波面変化が液晶レンズ素子３０により発生する。その後、常光偏光は位相板７を透過する。ここで、波長λ1に対して１／４波長板の機能を有する位相板７の透過光は円偏光となり、ＮＡ＝０．６５に相当する光束が対物レンズ５によりＨＤＤＶＤ光ディスクＤの情報記録面へ集光される。
一方、情報記録層で反射された信号光は、元の経路を経て、液晶レンズ素子３０に異常光偏光（紙面内の偏波面）として入射する。ここで、その異常光偏光には、印加電圧に応じた透過波面変化が液晶レンズ素子３０により発生する。その後、常光偏光は、コリメータレンズ４、合波プリズム３および偏光ビームスプリッタ２を透過して光検出器６の受光面へ効率よく集光され、電気信号に変換される。
【００５１】
また、ＤＶＤユニット８Ａから放射された波長λ2＝６６０ｎｍの光は、合波プリズム９を透過し、合波プリズム３で反射された後、コリメータレンズ４により平行光となり液晶レンズ素子３０に常光偏光として入射する。そして、この常光偏光には、印加電圧に応じた透過波面変化が液晶レンズ素子３０により発生し、その後、位相板７を透過する。ここで、波長λ2に対して１／４波長板の機能を有する位相板７の透過光は円偏光となり、ＮＡ＝０．６５に相当する光束が対物レンズ５によりＤＶＤ光ディスクＤの情報記録面へ集光される。
一方、情報記録層で反射された信号光は、元の経路を経て、液晶レンズ素子３０に異常光偏光として入射する。そして、この異常光偏光には、印加電圧に応じた透過波面変化が液晶レンズ素子３０により発生する。その後、この異常光偏光は、合波プリズム３で反射され、合波プリズム９を透過し、ＤＶＤユニット８Ａ内の光検出器の受光面へ集光され、電気信号に変換される。
【００５２】
また、ＣＤユニット８Ｂから放射された波長λ3＝７９０ｎｍの光は、合波プリズム９および合波プリズム３で反射された後、コリメータレンズ４により平行光となり液晶レンズ素子３０に常光偏光として入射する。そして、この常光偏光には、透過波面変化が生じない電圧Ｖ0を液晶レンズ素子３０に印加し、位相板７を透過する。ここで、波長λ3に対して１／４波長板の機能を有する位相板７の透過光は円偏光となり、ＮＡ＝０．５０に相当する光束が対物レンズ５によりＣＤ光ディスクＤの情報記録面へ集光される。
一方、情報記録層で反射された信号光は、元の経路を経て、液晶レンズ素子３０に異常光偏光として入射する。そして、この異常光偏光は、液晶レンズ素子３０を透過の際に波面に変化がなく透過し、合波プリズム３および合波プリズム９で反射され、ＣＤユニット８Ｂ内の光検出器の受光面へ集光される。
【００５３】
ここで、単一の対物レンズ５を用いて３種の光ディスクの情報記録層に入射光を効率よく集光するように、３波長互換の対物レンズ５を用いる。あるいは、対物レンズ５と一体で互換用の位相補正素子を用いる。また、入射光の波長に対して、例えば波長λ1および波長λ2についてはＮＡ＝０．６５、波長λ3＝７９０ｎｍについてはＮＡ＝０．５０となるように、開口制限素子を併用してもよい。３つの波長λ1、λ2、λ3の光に対して１／４波長板の機能を有する位相板７は、例えば、リタデーション値と光軸角度の異なる複数の位相板を積層することにより得られる。具体的には、波長λ1とλ2の中間波長の光に対してリタデーション値が１／２と１／４に相当する高分子液晶から成る位相板を、所望の光軸角度を成すように積層する。
【００５４】
次に、本発明の液晶レンズ素子３０を搭載した光ヘッド装置４０を用いて、カバー厚の異なる単層および２層のＨＤＤＶＤ光ディスクおよびＤＶＤ光ディスクの記録・再生について、以下に説明する。
（i）単層ＨＤＤＶＤおよび単層ＤＶＤ光ディスク（カバー厚０．６０ｍｍ）の場合：
対物レンズ５は、カバー厚０．６０ｍｍの単層ＨＤＤＶＤ光ディスクおよび単層ＤＶＤ光ディスクに対して収差が最小となるよう設計されているため、単層光ディスクの記録・再生時は、液晶レンズ素子３０の電極間に交流電圧Ｖ0を印加する。このとき、液晶レンズ素子３０（図７を参照）中の電極間の光路長は凹凸部１７Ａ、１７Ｂの形状に係わらず一定であるため、図５の（Ｃ）に示すように、液晶レンズ３０の入射波面に対して透過波面は不変である。すなわち、光源からの光は、対物レンズ５によりカバー厚０．６０ｍｍの情報記録層に効率よく集光される。
なお、ＣＤ光ディスク（カバー厚１．２０ｍｍ）の記録・再生の場合も、液晶レンズ素子３０の電極間に交流電圧Ｖ0を印加することにより、液晶レンズ３０の入射波面に対して透過波面は不変であり、対物レンズ５によりカバー厚１．２ｍｍの情報記録層に効率よく集光される。
（ii）２層ＨＤＤＶＤ光ディスク（カバー厚０．６２ｍｍ）の場合：
２層ＨＤＤＶＤ光ディスク中のカバー厚０．６２ｍｍの情報記録層への記録・再生時は、液晶レンズ素子３０の電極間に交流電圧Ｖ+11を印加する。このとき、図５の（Ｂ）に示すように、液晶レンズ素子３０の透過光は、負のパワー（すなわち、凹レンズ相当）の発散光の透過波面となり、対物レンズ５によりカバー厚０．６２ｍｍの情報記録層に効率よく集光される。
（iii）２層ＨＤＤＶＤ光ディスク（カバー厚０．５８ｍｍ）の場合：
２層ＨＤＤＶＤ光ディスク中のカバー厚０．５８ｍｍの情報記録層への記録・再生時は、液晶レンズ素子３０の電極間に交流電圧Ｖ-11を印加する。このとき、図５の（Ｄ）に示すように、液晶レンズ素子３０の透過光は、正のパワー（すなわち、凸レンズ相当）の収束光の透過波面となり、対物レンズ５によりカバー厚０．５８ｍｍの情報記録層に効率よく集光される。
（iv）２層ＤＶＤ光ディスク（カバー厚０．６３ｍｍ）の場合：
２層ＤＶＤ光ディスク中のカバー厚０．６３ｍｍの情報記録層への記録・再生時は、液晶レンズ素子３０の電極間に交流電圧Ｖ+12を印加する。このとき、図５の（Ａ）に示すように、液晶レンズ素子３０の透過光は、負のパワー（すなわち、凹レンズ相当）の発散光の透過波面となり、対物レンズ５によりカバー厚０．６３ｍｍの情報記録層に効率よく集光される。
（v）２層ＤＶＤ光ディスク（カバー厚０．５７ｍｍ）の場合：
２層ＤＶＤ光ディスク中のカバー厚０．５７ｍｍの情報記録層への記録・再生時は、液晶レンズ素子３０の電極間に交流電圧Ｖ-12を印加する。このとき、図５の（Ｅ）に示すように、液晶レンズ素子３０の透過光は、正のパワー（すなわち、凸レンズ相当）の収束光の透過波面となり、対物レンズ５によりカバー厚０．５７ｍｍの情報記録層に効率よく集光される。
従って、液晶レンズ素子３０の印加電圧をＶ0、Ｖ+11、Ｖ-11に切り替えることにより、カバー厚の異なる単層ＨＤＤＶＤ光ディスクおよび２層ＨＤＤＶＤ光ディスクに対して安定した記録・再生が実現する。また、液晶レンズ素子３０の印加電圧をＶ0、Ｖ+12、Ｖ-12に切り替えることにより、カバー厚の異なる単層ＤＶＤ光ディスクおよび２層ＤＶＤ光ディスクに対して安定した記録・再生が実現する。
【００５５】
なお、ＣＤ光ディスクの記録・再生時には、液晶レンズ素子３０の印加電圧をＶ0にすることにより透過波面変化が生じないため、対物レンズ５の収差性能が実現する。
また、第１の実施形態において説明したように、印加電圧Ｖ+21において光路長差ＯＰＤ0がＨＤＤＶＤの波長λ1の２倍に略等しくなるよう凹凸部１７をフレネルレンズ形状に加工し、ＨＤＤＶＤの波長λ1の入射光の平面波が、印加電圧Ｖ+21、Ｖ+11、Ｖ0、Ｖ-11、Ｖ-21の切り替えで、５つの透過波面の切り替えができるようにすると、カバー厚ばらつきの補正範囲の拡大、あるいは補正後の残留収差の低減につながる。
【００５６】
このように、本実施形態に係る光ヘッド装置４０によれば、液晶レンズ素子３０は、光ディスクＤのカバー厚の相違により発生する球面収差の補正のみならず、焦点位置変化に相当するパワー成分の切替え機能も付加できる。このため、液晶レンズ素子３０を対物レンズ５と別置きで使用し、対物レンズ５がトラッキング時に光ディスクＤの半径方向に移動して液晶レンズ素子３０との偏心が生じた場合でも、収差劣化はほとんどない。その結果、球面収差のみを補正する従来の液晶素子に比べて、安定した記録・再生が実現する。
図８では、液晶レンズ素子３０をコリメータレンズ４と対物レンズ５の間に配置し、光源から光ディスクへと集光される往路の光束と光ディスクで反射され光検出器へと集光される復路の光束が、液晶レンズ素子３０を透過する光ヘッド装置４０の構成としているが、往路用の液晶レンズ素子１０Ａと復路用の液晶レンズ素子１０Ｂを分離して配置する、図９に示す光ヘッド装置５０の構成としてもよい。
【００５７】
即ち、光ヘッド装置５０において、ＨＤＤＶＤの波長λ1＝４０５ｎｍの光源である半導体レーザ１とＤＶＤの波長λ2＝６６０ｎｍの光源である半導体レーザ１Ａとの出射光を、ビームスプリッタ９により合波して、往路用の液晶レンズ１０Ａに紙面に垂直な偏波面として入射する。そして、この液晶レンズ１０Ａに入射する合波光には、図示外の交流電源より印加する電圧に応じた透過波面変化が液晶レンズ素子１０Ａにより発生する。その後、その波長λ1および波長λ2の光束は、偏光ビームスプリッタ２により反射され、合波プリズム３、コリメータレンズ４、位相板７を透過し、対物レンズ５により光ディスクＤの情報記録面へ集光される。
一方、情報記録面で反射した信号光は、元の経路を経て、偏光ビームスプリッタ２を透過し、復路用の液晶レンズ１０Ｂに紙面内の偏波面として入射する。ここで、この信号光である波長λ1および波長λ2の光束には、液晶レンズ素子１０Ｂに印加する電圧に応じた透過波面変化が液晶レンズ素子１０Ｂより発生し、波長λ1および波長λ2の光束は光検出器６の受光面へ集光される。
このような往路と復路で液晶レンズ素子を分離配置する構成により、往路および復路で液晶層をそれぞれ１回通過するのみとなり、高い透過率を維持しやすい。
【実施例】
【００５８】
「例１」
次に、第２の実施形態に示した本発明の液晶レンズ素子２０の具体的な実施例について、図６を参照しながら以下に説明する。
初めに、この液晶レンズ素子２０の作製方法について説明する。
透明基板１１であるガラス基板上に、ＳｉＯxＮy膜をスパッタリング法により成膜する。ここでは、Ｓｉスパッタターゲットを用い、Ａｒガスに酸素および窒素を混入した放電ガスを用いることにより、透明な均一屈折率で膜厚ｄ（＝６．０μｍ）のＳｉＯxＮy膜としている。ここで、ＳｉＯxＮy膜の屈折率ｎFは、波長λ1＝４０５ｎｍでは１．７０、波長λ2＝６６０ｎｍでは１．６４である。
さらに、図３のグラフβの形状に相当するように、フォトマスクを用いたフォトリソグラフィにてレジストをパターニングした後、反応性イオンエッチング法によりＳｉＯxＮy膜を加工する。具体的には、有効径φ（＝５．０ｍｍ）の領域に、フレネルレンズを１６段の階段状で近似した図６に断面を示す凹凸部１７とする。
次に、凹凸部１７の表面に透明導電膜（ＩＴＯ膜）を成膜し、これを透明電極１３とする。さらに、ポリイミド膜（図示せず）を透明電極１３上に膜厚約５０ｎｍとなるよう塗布した後に焼成し、ポリイミド膜表面をＸ軸方向にラビング配向処理して配向膜とする。
一方、透明基板１２であるガラス基板上に、透明電極１４として透明導電膜（ＩＴＯ膜）を成膜し、さらにその上にポリイミド膜（図示せず）を膜厚約５０ｎｍ塗布した後に焼成し、ポリイミド膜表面をＸ軸方向にラビング配向処理して液晶用の配向膜とする。
さらに、その上に、直径８μｍのギャップ制御材が混入された接着材を印刷パターニングしてシール１５を形成し、透明基板１１と重ね合わせて圧着し、透明電極１３と透明電極１４の間隔が最大８μｍ、最小２μｍの空セルを作製する。
その後、液晶を空セルの注入口（図示せず）から注入し、その注入口を封止して液晶層１６を形成し、図６に示す液晶レンズ素子２０とする。液晶層１６の液晶としては、波長λ1における常光屈折率ｎo（＝１．５４）および異常光屈折率ｎe（＝１．８４）であって、波長λ2における常光屈折率ｎo（＝１．５０）および異常光屈折率ｎe（＝１．７５）の正の誘電異方性を有するネマティック液晶を用いる。また、この液晶層１６は、電圧非印加時に透明電極１３、１４の面に平行かつＸ軸方向に液晶分子の配向が揃ったホモジニアス配向であり、凹凸部１７の凹部に充填されている。
【００５９】
このようにして得られた液晶レンズ素子２０の透明電極１３、１４に交流電源を接続して、液晶層１６に電圧を印加する。印加電圧を０Ｖから増加させると、液晶層１６の異常光偏光（Ｘ軸方向の偏波面）に対する実質的な屈折率が、ｎeからｎoまで変化する。その結果、異常光偏光入射光に対して、液晶層１６と凹凸部１７との屈折率差が（ｎe−ｎF）から（ｎo−ｎF）まで変化し、凹凸部１７の凹部に充填された液晶層１６の厚さ分布に応じて、透過波面が変化する。
【００６０】
さらに、入射偏光に依存しない透過波面変化を得るため、図７に示す本発明の第３の実施形態に係る液晶レンズ素子３０と同様に、上記のＸ軸方向に液晶分子の配向が揃ったホモジニアス配向の液晶レンズ素子と、Ｙ軸方向に液晶分子の配向が揃ったホモジニアス配向の液晶レンズ素子を積層した構成に相当する液晶レンズ素子３１とする。図７に示す液晶レンズ素子３０と比べ、透明電極１３Ａと透明電極１３Ｂが凹凸部１７Ａ、１７Ｂの表面に形成されている点が異なる。また、ＳｉＯxＮy膜からなる凹凸部１７Ａ、１７Ｂの屈折率ｎFが液晶層１６Ａ、１６Ｂの常光屈折率ｎoと異常光屈折率ｎeの中間域の値で、凹凸部１７Ａ、１７Ｂの膜厚ｄも液晶レンズ３０とは異なる。
【００６１】
液晶レンズ素子３１に、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の偏波面の直線偏光が入射し、液晶層にとって常光偏光となる場合、印加電圧に係わらず凹凸部と液晶層で一定の屈折率差（ｎF−ｎo）が発生する。また、これに起因して凹凸部１７Ａ、１７Ｂの形状に対応した固定的な透過波面変化が生じる。このような固定位相分布を相殺するために、透明基板１２Ａまたは１２Ｂの表面に位相補正面を形成する。具体的には、透明基板１２Ａ、１２Ｂの屈折率をｎGとすると、（ｎG−１）×ｄG＝（ｎF−ｎo）×ｄを満たす凹凸最大深さｄGで、凹凸部１７Ａ、１７Ｂと同じ輪帯半径で中心部が凹となるフレネルレンズ形状とする。
【００６２】
ここで、波長λ1（＝４０５ｎｍ）で、カバー厚０．６０ｍｍの単層ＨＤＤＶＤ光ディスクに対して、収差がゼロとなるように設計されたＮＡ０．６５および焦点距離３．０５ｍｍの対物レンズを、カバー厚０．５８ｍｍと０．６２ｍｍの２層ＨＤＤＶＤ光ディスクに用いると、波長λの光に対して、最大光路長差が約０．１６λで、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）波面収差が約４６ｍλに相当する球面収差が発生する。
液晶レンズ素子３１を用いてこの球面収差を補正するため、電圧非印加時の透過波面が、下記の［表１］に示す係数ａ1〜ａ5の値を用いて、（２）式で表記される図３のグラフαに相当するグラフβの光路長差ＯＰＤとなるように、凹凸部１７Ａ、１７Ｂを加工する。ただし、（２）式の光路長差ＯＰＤは［μｍ］単位で、ｒは［ｍｍ］単位である。
【００６３】
【表１】
2006079669.tif 000003
【００６４】
このようにして得られる液晶レンズ素子３１の透明電極１３Ａ、１３Ｂと、透明電極１４Ａ、１４Ｂとの間に交流電圧Ｖを印加する。このとき、印加電圧に応じて発生する図５の（Ａ）〜（Ｅ）の透過波面の効率の計算値を図１０に示す。
すなわち、ＨＤＤＶＤの波長λ1＝４０５ｎｍの入射光に対し、印加電圧Ｖ+11＝１．４Ｖ程度で透過波面は図５（Ｂ）に示す発散光となり、焦点距離（ｆ）がｆ＝−９３７ｍｍ相当の凹レンズ作用（図１０の黒塗り四角で示すグラフ）を示す。次に、印加電圧を増加させると、Ｖ0＝１．７Ｖ程度で透過波面は図５（Ｃ）に示すように、入射波面と同じ波面のまま（パワーなし：図１０の●で示すグラフ）透過する。さらに、印加電圧を増加させると、Ｖ-11＝２．３Ｖ程度で透過波面は図５（Ｄ）に示す収束光となり、焦点距離（ｆ）がｆ＝９３７ｍｍ相当の凸レンズ作用（図１０の▲で示すグラフ）を示す。
また、ＤＶＤの波長λ2＝６６０ｎｍの入射光に対し、印加電圧Ｖ+12＝１．０Ｖ程度で透過波面は、図５（Ａ）に示す発散光となり、焦点距離（ｆ）がｆ＝−５７８ｍｍ相当の凹レンズ作用（図１０の□で示すグラフ）を示す。次に、印加電圧を増加させると、Ｖ0＝１．７Ｖ程度で透過波面は、図５（Ｃ）に示すように、入射波面と同じ波面のまま（パワーなし：図１０の○で示すグラフ）透過する。さらに、印加電圧を増加させると、Ｖ-12＝４．２Ｖ程度で透過波面は、図５（Ｅ）に示す収束光となり、焦点距離（ｆ）がｆ＝５７８ｍｍ相当の凸レンズ作用（図１０の△で示すグラフ）を示す。
【００６５】
「例２」
次に、図８に示す第４の実施形態の光ヘッド装置４０に前述の「例１」の液晶レンズ素子３１を搭載した実施例について、具体的に説明する。なお、この光ヘッド装置４０の構成は第４の実施形態で説明したので省略する。
カバー厚が０．６０ｍｍの単層ＨＤＤＶＤ光ディスクＤを記録・再生する場合、液晶レンズ素子３１の印加電圧をＶ0＝１．７Ｖ程度とすると、入射光は対物レンズ５により情報記録層に集光される。２層ＨＤＤＶＤ光ディスクＤに対しては、液晶レンズ素子３１の印加電圧をＶ+11＝１．４Ｖ程度とすると、入射光はカバー厚０．６２ｍｍの情報記録層に集光され、印加電圧をＶ-11＝２．３Ｖ程度とすると、入射光はカバー厚０．５８ｍｍの情報記録層に集光される。何れも、残留するＲＭＳ波面収差の計算値は３ｍλ以下となる。
【００６６】
次に、カバー厚が０．５６ｍｍから０．６４ｍｍのＨＤＤＶＤ光ディスクに対して、液晶レンズ素子３１の印加電圧Ｖ0、Ｖ+11、Ｖ-11に応じて発生する透過波面を用いた場合、残留するＲＭＳ波面収差の計算結果を図１１に示す。
従って、カバー厚が０．５７ｍｍから０．５９ｍｍの範囲では、印加電圧Ｖ-11とすることにより、また、カバー厚が０．５９ｍｍから０．６１ｍｍの範囲では印加電圧Ｖ0とすることにより、さらに、カバー厚が０．６１ｍｍから０．６３ｍｍの範囲では印加電圧Ｖ+11とすることにより、それぞれ、残留するＲＭＳ波面収差の計算値が約２５ｍλ以下に低減する。
カバー厚が０．６０ｍｍの単層ＤＶＤ光ディスクＤを記録・再生する場合、液晶レンズ素子３１の印加電圧をＶ0＝１．７Ｖ程度とすると、入射光は対物レンズ５により情報記録層に集光される。２層ＤＶＤ光ディスクＤに対しては、液晶レンズ素子３０の印加電圧をＶ+12＝１．０Ｖ程度とすると、入射光はカバー厚０．６３ｍｍの情報記録層に集光され、印加電圧をＶ-12＝４．２Ｖ程度とすると、入射光はカバー厚０．５７ｍｍの情報記録層に集光される。何れも、残留するＲＭＳ波面収差の計算値は１０ｍλ以下となる。
【００６７】
次に、カバー厚が０．５６ｍｍから０．６４ｍｍのＤＶＤ光ディスクに対して、液晶レンズ素子３１の印加電圧Ｖ0、Ｖ+12、Ｖ-12に応じて発生する透過波面を用いた場合、残留するＲＭＳ波面収差の計算結果を図１２に示す。
従って、カバー厚が０．５６ｍｍから０．５８６ｍｍの範囲では、印加電圧Ｖ-12とすることにより、また、カバー厚が０．５８６ｍｍから０．６１４ｍｍの範囲では印加電圧Ｖ0とすることにより、さらに、カバー厚が０．６１４ｍｍから０．６４ｍｍの範囲では印加電圧Ｖ+12とすることにより、それぞれ、残留するＲＭＳ波面収差の計算値が約２０ｍλ以下に低減する。
【００６８】
また、トラッキングのため、光ディスクＤの半径方向に対物レンズ５が±０．５ｍｍ程度移動した時、液晶レンズ素子３１との偏心が発生する。この偏心量に対する発生収差の計算結果を図１３に示す。ａ（記号●のグラフ）はカバー厚０．５８ｍｍの２層ＨＤＤＶＤ光ディスクの場合、ｂ（記号○のグラフ）はカバー厚０．５７ｍｍの２層ＤＶＤ光ディスクの場合である。
比較例として、従来のレンズ機能のない球面収差のみを補正する球面収差補正素子を搭載した光ヘッド装置について、カバー厚０．５８ｍｍの２層ＨＤＤＶＤ光ディスクの場合をｃ（記号▲のグラフ）で、カバー厚０．５７ｍｍの２層ＤＶＤ光ディスクの場合をｄ（記号△のグラフ）で示す。
【００６９】
従来の球面収差補正素子（ＳＡ）の場合、０．５ｍｍの偏心量で５０ｍλ程度の大きなＲＭＳ波面収差の劣化が生じ、情報記録層における集光スポットの劣化となる。一方、本発明の液晶レンズ素子（Ｐｏｗｅｒ）の場合、０．５ｍｍの偏心量では収差劣化がほとんど無いため、集光スポットの劣化も生じない。
従って、単一の液晶レンズ素子３１を搭載した本発明の光ヘッド装置４０を用いて、単層および２層のＨＤＤＶＤ光ディスクと単層および２層のＤＶＤ光ディスの安定した記録・再生を行える光ヘッド装置が実現する。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、波長が異なる入射光に対し、印加電圧に応じて焦点距離が複数切り換わる焦点距離切り換えレンズとして利用できる。特に、使用波長およびカバー厚の異なる単層および２層の情報記録層を有する光ディスクの記録・再生において、発生するパワー成分を含む球面収差を補正する液晶レンズ素子として利用でき、例えば、単一の対物レンズを用いて単層および２層のＨＤＤＶＤ光ディスクや単層および２層のＤＶＤ光ディスクの記録・再生などを行う光ヘッド装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の液晶レンズ素子の構成を示す側面図。
【図２】図１に示す液晶レンズ素子の構成を示す平面図。
【図３】液晶レンズにより生成される透過波面の光路長差を示すグラフであって、αは横軸を半径ｒとし、光路長差を波長λ単位で表記したグラフ。βはαから波長λの整数倍を差し引き、ゼロ以上λ以下の光路長差としたグラフ。γは光路長差ゼロの面に対してβと面対称な光路長差を示すグラフ。
【図４】本発明の液晶レンズ素子の側面図における透明電極間の拡大図。
【図５】本発明の液晶レンズ素子への印加電圧を切り替えたとき、波長λ1と波長λ2の入射光に対する作用を示すものであって、（Ａ）は波長λ2で印加電圧Ｖ+12のときの収束透過波面を示す側面図、（Ｂ）は波長λ1で印加電圧Ｖ+11のときの収束透過波面を示す側面図、（Ｃ）は波長λ1および波長λ2で印加電圧Ｖ0のときの波面変化のない透過波面を示す側面図、（Ｄ）は波長λ1で印加電圧Ｖ-11のときの発散透過波面を示す。（Ｅ）は波長λ2で印加電圧Ｖ-12のときの発散透過波面を示す側面図。
【図６】本発明に係る第２の実施形態の液晶レンズ素子の構成を示す側面図。
【図７】液晶分子の配向方向が互いに直交するように液晶レンズ素子が積層された本発明の第３の実施形態の液晶レンズ素子の構成を示す側面図。
【図８】本発明の液晶レンズ素子を搭載した第４の実施形態の光ヘッド装置を示す構成図。
【図９】本発明の液晶レンズ素子を搭載した第５の実施形態の光ヘッド装置を示す構成図。
【図１０】本発明の液晶レンズ素子の電圧による焦点切り替えの効率計算例を示すグラフ。
【図１１】本発明の液晶レンズ素子が搭載された光ヘッド装置を用い、カバー厚の異なるＨＤＤＶＤ光ディスクに対して発生する波面収差の計算値を示すグラフ。
【図１２】本発明の液晶レンズ素子が搭載された光ヘッド装置を用い、カバー厚の異なるＤＶＤ光ディスクに対して発生する波面収差の計算値を示すグラフ。
【図１３】液晶素子と対物レンズに偏心が生じた時に発生する収差量を示すグラフであって、本発明の液晶レンズ素子（Ｐｏｗｅｒ）の場合と比較例の液晶球面収差補正素子（ＳＡ）の場合を示す。
【図１４】可動レンズ群が球面収差補正素子として搭載された従来の光ヘッド装置を示す構成図。
【図１５】従来の液晶レンズの構成例を示す側面図。
【図１６】従来の液晶回折レンズの構成例を示す側面図。
【符号の説明】
【００７２】
１、１Ａ  半導体レーザ（光源）
２  偏光ビームスプリッタ
３、９  合波プリズム
４  コリメータレンズ
５  対物レンズ
６  光検出器
７  位相板
８Ａ  ＤＶＤユニット
８Ｂ  ＣＤユニット
１０、１０Ａ、１０Ｂ、２０、３０、３１  液晶レンズ素子
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１２、１２Ａ、１２Ｂ  透明基板
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１４、１４Ａ、１４Ｂ  透明電極
１５  シール
１６、１６Ａ、１６Ｂ  液晶層
１７、１７Ａ、１７Ｂ  凹凸部
４０、５０  光ヘッド装置
１３１、１４１  電極
Ｄ  光ディスク
【図１】
2006079669.tif 000004
【図２】
2006079669.tif 000005
【図３】
2006079669.tif 000006
【図４】
2006079669.tif 000007
【図５】
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【図６】
2006079669.tif 000009
【図７】
2006079669.tif 000010
【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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