(57)【要約】【課題】本発明は、入射光の開口制御を行うための液晶光学素子が温度補償機能を有し、環境温度に関わらず、開口制御を円滑に行うことができる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。【解決手段】液晶光学素子１００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１０６と、第１の基板に形成され、開口制御領域２１１に配置された開口制御用電極である透明電極パターン２００、３００と、第２の基板に形成され、開口制御用電極との間に電圧を印加するための対向電極とを有し、この液晶光学素子１００を駆動する液晶制御手段４０に、液晶光学素子１００を温度補償するための、サーミスタ４２ａからなる温度補償手段を設け、当該温度補償手段により温度補償された制御電圧Ｐ２ｔを液晶光学素子１００に供給するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長の光ビームを出射するレーザ光源と、
前記光ビームを光ディスクに集光するための対物レンズと、
前記レーザ光源と前記対物レンズとの間に配した液晶光学素子と、
当該液晶光学素子に制御電圧を印加する液晶制御手段と、を備え、
前記液晶光学素子は、第１の基板と、第２の基板と、前記第１と第２の基板間に挟持された液晶と、前記第１の基板に形成される、開口制御領域に配置された開口制御用電極と、前記第２の基板に形成される、前記開口制御用電極との間に電圧を印加するための対向電極と、を有し、
前記液晶制御手段は、前記液晶光学素子を温度補償するための、サーミスタからなる温度補償手段を含み、当該温度補償手段により温度補償された制御電圧を前記液晶光学素子に供給する
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記開口制御用電極は、複数の輪帯状の電極を含み、当該輪帯状の電極に前記制御電圧を給電して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
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】
前記複数の輪帯状の電極は、前記複数の輪帯状の電極の位置に対応した液晶部分に、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
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】
前記複数の輪帯状の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
ことを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記開口制御用電極は、前記開口制御用電極の位置に対応した液晶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
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６】
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
ことを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の開口制御を行うための液晶光学素子が温度補償機能を有し、環境温度に関わらず、開口制御を円滑に行うことができる液晶光学素子を有する光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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１）。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。
【０００３】
また、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２）。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。
【０００４】
また、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３）。
【０００５】
【特許文献１】登録実用新案第３０３６３１４号公報（第１９−２０頁、第３−５図）
【特許文献２】特許第３４７６９８９号公報（第３−５頁、第１−７図）
【特許文献３】特許第３０４８７６８号公報（第２−３頁、第１−５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液晶パネルの所定範囲に電圧を印加し、その範囲をλ／４板やλ／２板など、所望の位相量を得るように動作させることで、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場合、位相量の絶対値が必要となってくる。しかしながら、液晶は環境温度の影響により、位相量が変化してしまうために、環境温度が変化するたびに所望の位相量の絶対値を得るために印加する電圧を変える必要があった。
【０００７】
そこで、本発明は、入射光の開口制御を行うための液晶光学素子が温度補償機能を有し、環境温度に関わらず、開口制御を円滑に行うことができる光ピックアップ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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の光ピックアップ装置は、基本的に下記の構成を有するものである。
本発明に係る光ピックアップ装置は、複数の波長の光ビームを出射するレーザ光源と、光ビームを光ディスクに集光するための対物レンズと、レーザ光源と対物レンズとの間に配した液晶光学素子と、液晶光学素子に制御電圧を印加する液晶制御手段とを備え、液晶
光学素子が、第１の基板と第２の基板間に挟持された液晶と、第１の基板に形成される、開口制御領域に配置された開口制御用電極と、第２の基板に形成される、開口制御用電極との間に電圧を印加するための対向電極とを有し、液晶制御手段が、液晶光学素子を温度補償するための、サーミスタからなる温度補償手段を含み、温度補償手段により温度補償された制御電圧を液晶光学素子に供給することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光ピックアップ装置では、開口制御用電極が、複数の輪帯状の電極を含み、この輪帯状の電極に制御電圧を給電して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を特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る光ピックアップ装置では、複数の輪帯状の電極が、複数の輪帯状の電極の位置に対応した液晶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、この輪帯状の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。この様に輪帯状の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。
【００１１】
さらに、本発明に係る光ピックアップ装置では、開口制御用電極が、開口制御用電極の位置に対応した液晶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、開口制御用電極が、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。この様に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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、環境温度に係わらず、開口制御を液晶光学素子で行うことができる光ピックアップ装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面を参照して、本発明に係る光ピックアップ装置について説明する。図１は、本発明の液晶光学素子１００と液晶制御手段４０の構成を示す構成図である。
【００１４】
図１において、４３はフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと略す）であり、液晶光学素子１００に固着され、液晶光学素子１００に形成される後述する開口制御用電極と電気的に接続される。このＦＰＣ４３上には、液晶制御手段４０の液晶駆動回路４１と温度補償回路４２が実装されている。ここで、液晶駆動回路４１は、ワンチップのＩＣによって構成されることが好ましく、ＦＰＣ４３を介して光ピックアップの制御部（図示せず）からの液晶制御信号Ｐ１を入力し、液晶光学素子１００を駆動する制御電圧Ｐ２を出力する。
【００１５】
また、温度補償回路４２は、サーミスタ４２ａと抵抗４２ｂの直列接続によって構成され、液晶駆動回路４１からの制御電圧Ｐ２を入力し、サーミスタ４２ａの両端より制御電圧Ｐ２ｔを出力してＦＰＣ４３を介して液晶光学素子１００に供給される。ここで、サーミスタ４２ａは、液晶光学素子１００の温度特性を補償するために、温度上昇によって抵抗値が減少する負の温度係数を備えたＮＴＣサーミスタ（Negative Temperature Coefficient Thermistor）を用いる。
【００１６】
また、サーミスタ４２ａの抵抗値は、並列に接続される液晶光学素子１００の影響を無くすために、液晶光学素子１００の等価抵抗に対して充分小さいことが好ましい。すなわち、液晶光学素子１００の等価容量は通常５０ｐＦ程度であり、駆動周波数を１［ＫＨｚ］とすると等価抵抗は約３［ＭΩ］である。よって、サーミスタ４２ａの抵抗値が液晶光
学素子１００の等価抵抗に対して充分小さくするために、例えば、１／１００程度にするとすれば、１０［ＫΩ］〜５０［ＫΩ］の範囲のサーミスタを選定すると良い。
【００１７】
また、サーミスタ４２ａに直列に接続される抵抗４２ｂの抵抗値は、液晶光学素子１００に供給される制御電圧Ｐ２ｔが液晶の温度特性に対して最適な印加電圧になるように選定される。尚、温度補償回路４２の回路構成は限定されるものではなく、更に液晶光学素子１００の温度特性に合わせて精密な温度補償を行うために、直列抵抗や並列抵抗を追加しても良い。
【００１８】
また、温度補償回路４２にサーミスタ４２ａを用いるならば、形状的には小型化薄型化が可能であり、且つ、応答性に優れた温度補償を行うことが出来るが、温度補償回路４２はサーミスタ４２ａに限定されるものではない。例えば、温度に応じて出力電圧が変化する温度検出ＩＣ等を用いても良く、また、温度検出機能を液晶駆動回路４１に内蔵しても良い。
【００１９】
また、温度補償回路４２は、一つの波長に限られたものではなく、サーミスタ４２ａと抵抗４２ｂの最適化により、例えば、ＢＤ（ブルーレイディスク）とＤＶＤとＣＤの各波長に対応した温度補償がそれぞれ可能となる。
【００２０】
次に、液晶光学素子１００の構成について説明する。図２は、本発明の液晶光学素子１００の断面図を示す図である。
【００２１】
図２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。また、符号１０は、液晶光学素子１００に入射する光ビームの有効径を示している。入射側の透明基板１０１には、後述する開口制限用電極として作用する透明電極パターン２００、３００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、１０５と、シール部材１０３との間に封入されている。図２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。
【００２２】
尚、後述する開口制限用の透明電極パターン２００、３００は、透明電極１０７ではなく、透明電極１０８に形成されてもよい。
【００２３】
２枚の透明基板１０１、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、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。
【００２４】
次に、本発明に係る液晶光学素子１００の作用について説明する。図３（ａ）は、図１に示された液晶光学素子１００における開口制限用電極の第一の形態であり、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。図３（ｂ）は、開口制御領域に位相回折格子を発生させるための、透明電極パターンに印加される電圧分布例を示している。図３（ｃ）は、位相回折格子として作用させることで発生する、開口制御領域の屈折率分布を示す図である。
【実施例１】
【００２５】
第１の実施形態に係る液晶光学素子１００は、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御を行う。
【００２６】
透明電極パターン２００は、図３（ａ）に示すように、透明電極パターン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の内側に設けられた非開口制限領域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２０１が配置されており、非開口制限領域２１２には、電極を設けない。
【００２７】
環境温度の変化がない場合には、図３（ｂ）に示す制御電圧Ｐ２＝Ｖ1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（｜Ｖ1｜）を生じさせ、図３（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１２０２（λ／２相当）を有する位相回折格子を発生させる。
【００２８】
それに対して、環境温度の変化がある場合には、図１に示した温度補償回路４２によって決定された制御電圧Ｐ２ｔ＝Ｖ1−１が印加され、以下同様にして、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１２０２（λ／２相当）を有する位相回折格子を発生させる。この場合は、開口制御領域２１１の複数の輪体状の電極２０１には略同じ電圧を印加している。
【００２９】
なお、図３では、非開口制御領域２１２に電極を設けない例を示したが、必要に応じて光ピックアップ装置のレーザ光に発生する収差を補正するための分割電極を、非開口制限領域２１２に設けても構わない。このとき、非開口制限領域２１２に設けた分割電極には制御電圧Ｖ’1を、開口制限領域２１１に設けた輪帯状の電極２０１には制御電圧Ｖ’’1を印加し、その電位差が位相差１２０２(λ／２相当)が得られるように、｜Ｖ’1−Ｖ’’1＝Ｖ1｜もしくは｜Ｖ’1−Ｖ’’1＝Ｖ1-1｜となるように各電極に給電を行えばよい（図示せず）。
【００３０】
次に、本発明に係る液晶光学素子１００の開口制限領域に形成される位相分布について説明する。図４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。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。また、図４（ｂ）は、図３（ｂ）に示す印加電圧分布の一部Ｖ1を拡大して示した図である。図４（ｃ）は、図３（ｃ）に示す屈折率分布の一部１２０４を拡大して示した図であり、輪帯状の電極２０１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屈折率分布の一例を示した図である。
【００３１】
図４（ａ）に示す様に、複数の輪体状の電極２０１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２０１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。各輪帯状の電極２０１間には、同じ抵抗Ｒを接続し、両側の輪帯状の電極を液晶制御手段４０によって所定の同電位となるように制御している。なお、複数の輪体状の電極２０１を同じ抵抗Ｒで接続し、両側の輪帯状の電極を液晶制御手段４０によって所定の同電位となるように制御しても、あるいは複数の輪体状の電極２０１を独立に液晶制御手段４０によって所定の同電位となるように制御してもよい。
【００３２】
図４（ｂ）では、電圧Ｖ0（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４（ｂ）に示すように、複数の輪体状の電極２０１は、全て電圧Ｖ1に保持される。
【００３３】
そして、図４（ｃ）に示す様に、各輪帯状の電極２０１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。輪帯状の電極２０１に所定の電圧を印加して図４（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。
【００３４】
次に、本発明に係る液晶光学素子１００への印加電圧と位相差との関係についてさらに説明する。図５は、本実施形態に用いた液晶１０６における印加電圧と位相量との関係を示すグラフである。
【００３５】
図５に示すように、液晶１０６は、印加電圧が上がるに従って位相量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、制御電圧Ｐ２＝Ｖ1を印加することによって、λ1＝λ／２の位相量を発生させることができる。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。
【００３６】
次に、本発明に係る液晶光学素子１００の温度の影響について説明する。図６（ａ）は、図５で示した液晶１０６の温度特性を温度補償回路４２を用いないで測定した印加電圧と位相差との関係を示すグラフである。図６（ｂ）は、図６（ａ）で示した液晶１０６の温度特性を温度補償回路４２を用いて測定した印加電圧と位相差との関係を示すグラフである。
【００３７】
なお、図６（ａ）は、温度補償回路４２を用いずに制御電圧Ｐ２を液晶光学素子１００に直接供給し、周囲温度をパラメータとして制御電圧Ｐ２を変化させたときの液晶光学素子１００の位相量を測定しグラフ化したものである。また、図６（ｂ）は、温度補償回路４２を用いて、温度補償回路４２の出力である制御電圧Ｐ２ｔを液晶光学素子１００に供給し、周囲温度をパラメータとして制御電圧Ｐ２を変化させたときの液晶光学素子１００の位相量を測定しグラフ化したものである。
【００３８】
また、ここで示す制御電圧Ｐ２ｔを出力する温度補償回路４２のサーミスタ４２ａと抵抗４２ｂは、液晶光学素子１００の温度補償を適切に行うように選択されているものとする。また、図６（ａ）と図６（ｂ）の測定条件は、−１０℃、＋２５℃、＋７０℃での三つの温度で測定し、液晶１０６のギャップは６μｍ、屈折率は約０．１５、光の波長は７８０ｎｍである。また、図６（ａ）、図６（ｂ）での横線の破線は、光の波長７８０ｎｍに対するλ／２の波長を示しており、液晶光学素子１００の位相量が、このλ／２であるとき、液晶光学素子１００は位相回折格子となり開口制限素子として機能する。
【００３９】
ここで、図６（ａ）において、制御電圧Ｐ２＝Ｖ1であるとき、液晶光学素子１００の位相量はλ／２近傍の位相量となることが理解出来る。しかし、図示するように温度が−１０℃〜＋７０℃まで変化すると、制御電圧Ｐ２＝Ｖ1付近での位相量の変動値がΔＰｈ１ほどある。すなわち、制御電圧Ｐ２を直接印加したのでは、温度変化によって、液晶光学素子１００の位相量は大きく変動することが理解出来る。
【００４０】
それに対して、図６（ｂ）においては、制御電圧Ｐ２ｔ＝Ｖ1-1であるとき、液晶光学素子１００の位相量はλ／２の位相量となることが理解出来る。そして、図示するように温度が−１０℃〜＋７０℃まで変化しても、制御電圧Ｐ２ｔ＝Ｖ1-1での位相量は、ほとんど変動していない。このため、温度補償回路４２は、液晶光学素子１００の温度特性を−１０℃〜＋７０℃の広範囲で補償し、周囲の温度変化に対して、その位相量を安定させる効果を備えていることが理解出来る。よって、温度補償回路４２を搭載する本発明の光ピックアップ装置は、液晶光学素子１００を広い温度範囲で安定して動作させることが出来、その効果は大きい。
【００４１】
尚、図６（ａ）、図６（ｂ）において、制御電圧Ｐ２、Ｐ２ｔが制御電圧Ｖ以下では位相量の変化はほとんど無いが、これは、液晶光学素子１００への印加電圧が液晶１０６の閾値以下であって、液晶１０６が動作しないためである。また、閾値以下での位相量は初
期位相量と定義され、この初期位相量も温度特性を有しているが、液晶１０６が動作しない領域であるので、温度補償することは出来ない。すなわち、温度補償回路４２によって温度補償出来る動作領域は、液晶１０６の位相量が変化する閾値以上の電圧が印加された領域となる。
【００４２】
次に、本発明の光ピックアップ装置について説明する。図７に、透明電極パターン２００（図３参照）を有する液晶光学素子１００を利用した光ピックアップ装置６０の概略構成の一例を示す。
【００４３】
図７に示すように、光ピックアップ装置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１００、液晶光学素子１００の液晶制御手段４０、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。
【００４４】
ここで、透明電極パターン２００を設けた開口制御領域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、非開口制限領域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。
【００４５】
図７（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。この場合、液晶制御手段４０は、図３（ｂ）に示す制御電圧Ｐ２＝Ｖ1を透明電極パターン２００に印加する。このとき、環境温度の変化があった場合には、図１で示した温度補償回路４２によって、液晶光学素子１００には制御電圧Ｐ２ｔ＝Ｖ1−１が電極２０１に対応する部分に印加され、図３（ｃ）の示すような位相差１２０２（λ／２相当）の位相回折格子が安定して発生して、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。
【００４６】
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１００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。
【００４７】
これに対して、非開口制限領域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１００を通過して、１／４λ波長板３０に入射する。液晶光学素子１００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。
【００４８】
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１４１に記録されている記録情報を読み出すことができる。
【００４９】
図７（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、液晶制御手段４０は、透明電極パターン２００（図３参照）に対して、制御電圧を印加しない。この結果、開口制御領域２１１に対応する部分には
、図３（ｃ）の示すような位相差１２０２（λ／２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及び非開口制御領域２１２を通過する全ての光を利用できる。
【００５０】
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１００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。
【００５１】
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１４０に記録されている記録情報を読み出すことができる。
【００５２】
このように、光ピックアップ装置６０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）に示すような制御電圧Ｐ２＝Ｖ1を印加することによって、また、環境温度の変化があった場合には、図１の温度補償回路４２により制御電圧Ｐ２＝Ｖ1−１を印加することによって、開口制御領域２１１を通過する光を安定して発散させ、非開口制御領域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７（ａ）参照）。また、透明電極パターン２００に対して、制御電圧を印加しないことによって開口制御領域２１１及び非開口制御領域２１２を通過する光を利用できるように制御することができた（図７（ｂ）参照）。即ち、透明電極パターン２００で構成された液晶光学素子１００によって、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を環境温度に係ることなく実現することができた。
【００５３】
本実施形態では、図７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。
【実施例２】
【００５４】
次に、本発明に係る液晶光学素子の第二の形態について説明する。図８（ａ）は、図１に示した液晶光学素子１００における開口制限用電極の第二の形態である、開口制御領域を有する透明電極パターン３００の一例を示す図である。図８（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３００に印加される電圧分布例を示している。図８（ｃ）は、同図（ｂ）で印加される電圧に対応した屈折率分布１３０４を示す図である。
【００５５】
第二の実施形態に係る液晶光学素子１００は、開口制御領域に最大位相差を発生させて、最大収差による光の発散を利用して開口制御を行う。
【００５６】
透明電極パターン３００は、図８（ａ）に示すように、透明電極パターン３００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非開口制御領域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ベタ状の電極３０１が配置されており、非開口制限領域２１２には、電極を設けない。
【００５７】
そして、環境温度の変化がない場合には、図８（ｂ）に示す制御電圧Ｐ２＝Ｖ2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｜）を生じさせ、図８（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１３０２（λ／４相当）を発生させる。
【００５８】
それに対して、環境温度の変化がある場合には、図１で示した温度補償回路４２によって決定された制御電圧Ｐ２ｔ＝Ｖ２−１が印加することで、透明性対向電極１０８との間に電位差（｜Ｖ２−１｜）が生じさせ、図８（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１３０２（λ／４相当）を有する位相回折格子を発生させる。
【００５９】
また、図８では、非開口制御領域２１２に電極を設けない例を示したが、先の形態と同様に、必要に応じて非開口制限領域２１２に収差補正用の電極を設けても構わない。このとき、非開口制限領域２１２に制御電圧Ｖ’２を、開口制限領域２１１には制御電圧Ｖ’’２を印加し、その電位差が最大位相差１３０２(λ／４)が得られるように、｜Ｖ’２−Ｖ’’２＝Ｖ２｜もしくは｜Ｖ’２−Ｖ’’２＝Ｖ２−２｜となるように各電極に給電すればよい（図示せず）。
【００６０】
次に、第二実施形態に係る液晶光学素子１００に印加する印加電圧と液晶１０６で形成される位相差との関係について説明する。図９は、本実施形態に用いた液晶１０６（図２参照）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。また、図１０（ａ）は、温度補償回路４２を用いずに制御電圧Ｐ２を液晶光学素子１００に直接供給し、周囲温度をパラメータとして制御電圧Ｐ２を変化させたときの液晶光学素子１００の位相量を測定しグラフ化したものである。また、図１０（ｂ）は、温度補償回路４２を用いて、温度補償回路４２の出力である制御電圧Ｐ２ｔを液晶光学素子１００に供給し、周囲温度をパラメータとして制御電圧Ｐ２を変化させたときの液晶光学素子１００の位相量を測定しグラフ化したものである。
【００６１】
尚、制御電圧Ｐ２ｔを出力する温度補償回路４２のサーミスタ４２ａと抵抗４２ｂは、液晶光学素子１００の温度補償を適切に行うように選択されているものとする。また、図１０（ａ）と図１０（ｂ）の測定条件は、−１０℃、＋２５℃、＋７０℃での三つの温度で測定し、液晶１０６のギャップは６μｍ、屈折率は約０．１５、光の波長は７８０ｎｍである。また、図１０（ａ）、図１０（ｂ）での横線の破線は、光の波長７８０ｎｍに対する３λ／４−ｍ×λ／２の波長を示しており、液晶光学素子１００の位相量が、この３λ／４−ｍ×λ／２であるとき、液晶光学素子１００は最大収差を持ち開口制御として機能する。
【００６２】
図９に示すように、液晶１０６は、印加電圧が上がるに従って、位相量が徐々に減少する非線形な特性を有している。この様に、制御電圧Ｐ２＝Ｖ2を印加することによって、λ2＝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。
【００６３】
ここで、図１０（ａ）において、制御電圧Ｐ２＝Ｖ2であるとき、液晶光学素子１００の位相量は３λ／４−ｍ×λ／２近傍の位相量となることが理解出来る。しかし、図示するように温度が−１０℃〜＋７０℃まで変化すると、制御電圧Ｐ２＝Ｖ2付近での位相量の変動値がΔＰｈ２ほどある。すなわち、制御電圧Ｐ２を直接印加したのでは、温度変化によって、液晶光学素子１００の位相量は大きく変動することが理解出来る。
【００６４】
それに対して、図１０（ｂ）においては、制御電圧Ｐ２ｔ＝Ｖ2-1であるとき、液晶光学素子１００の位相量は３λ／４−ｍ×λ／２の位相量となることが理解出来る。そして、図示するように温度が−１０℃〜＋７０℃まで変化しても、制御電圧Ｐ２ｔ＝Ｖ2-1での位相量は、ほとんど変動していない。このため、温度補償回路４２は、液晶光学素子１００の温度特性を−１０℃〜＋７０℃の広範囲で補償し、周囲の温度変化に対して、その位相量を安定させる効果を備えていることが理解出来る。よって、温度補償回路４２を搭載する本発明の光ピックアップ装置は、液晶光学素子１００を広い温度範囲で安定して動作させることが出来、その効果は大きい。
【００６５】
尚、図１０（ａ）、図１０（ｂ）において、制御電圧Ｐ２が制御電圧Ｖ以下では位相量の変化はほとんど無いが、これは、液晶光学素子１００への印加電圧が液晶１０６の閾値以下であって、液晶が動作しないためである。また、閾値以下での位相量は初期位相量と定義され、この初期位相量も温度特性を有しているが、液晶１０６が動作しない領域であるので、温度補償することは出来ない。すなわち、温度補償回路４２によって温度補償出来る動作領域は、液晶１０６の位相量が変化する閾値以上の電圧が印加された領域となる。
【００６６】
次に、第二実施形態に係る光ピックアップ装置の構成について説明する。図１１に、透明電極パターン３００を有する液晶光学素子１００を利用した光ピックアップ装置７０の概略構成の一例を示す。
【００６７】
図１１に示すように、光ピックアップ装置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１００、液晶光学素子１００の液晶制御手段４０、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。
【００６８】
ここで、透明電極パターン３００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、非開口制御領域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。
【００６９】
図１１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。この場合、液晶制御手段４０は、図８（ｂ）に示す制御電圧Ｖ2を透明電極パターン３００に印加する。このとき、環境温度の変化があった場合には、図１で示した温度補償回路４２によって、液晶光学素子１００には制御電圧Ｐ２ｔ＝Ｖ２−１が電極３０１に対応する部分に印加され、図８（ｃ）の示すような最大位相差１３０２（λ／４相当）の最大位相差が安定して発生して、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。
【００７０】
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１００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。
【００７１】
これに対して、非開口制御領域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１００を通過して、１／４λ波長板３０に入射する。液晶光学素子１００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。
【００７２】
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１４１に記録されている記録情報を読み出すことができる。
【００７３】
図１１（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、液晶制御手段４０は、透明電極パターン３００に対して、制御電圧を印加しない。この結果、開口制御領域２１１に対応する部分には図８（ｃ）の示すような最大位相差１３０２（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及び非開口制御領域２１２を通過する全ての光を利用できる。
【００７４】
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１００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。
【００７５】
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。
【００７６】
このように、光ピックアップ装置７０の液晶光学素子１００の透明電極パターン３００に対して、図８（ｂ）に示すような制御電圧Ｐ２＝Ｖ2を印加することによって、また、環境温度の変化があった場合には、図１の温度補償回路４２により制御電圧Ｐ２ｔ＝Ｖ２−１が印加されることによって、開口制御領域２１１を通過する光を安定して発散させ、非開口制御領域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１１（ａ）参照）。また、透明電極パターン３００に対して、制御電圧を印加しないことによって開口制御領域２１１及び非開口制御領域２１２を通過する光を利用できるように制御することができた（図１１（ｂ）参照）。即ち、透明電極パターン３００で構成された液晶光学素子１００によって、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を環境温度に係ることなく実現することができた。
【００７７】
本実施形態においては、液晶光学素子１００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。
【００７８】
本実施形態では、図１１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。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の光ピックアップ装置に係る液晶光学素子の構成例を示す図である。
【図２】図１に示した液晶光学素子の断面図を示す図である。
【図３】図１に示した液晶光学素子に設ける透明電極パターン、および透明電極パターンへの制御電圧の掛け方、および屈折率分布を示す図である。
【図４】図３に示す透明電極パターンの一部の拡大図、制御電圧の掛け方、各電極の屈折率分布を示す図である。
【図５】本発明の光ピックアップ装置に係る液晶光学素子における液晶の位相変化特性を示す図である。
【図６】図５に示した液晶光学素子における温度補償回路の有効性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、および作用概要を示す図である。
【図８】本発明に係る液晶光学素子の透明電極パターンの構成例、透明電極パターンへの制御電圧の掛け方、およびそれにより発生する屈折率分布を示す図である。
【図９】本発明に係る液晶光学素子における液晶の位相変化特性を示す図である。
【図１０】図５に示した液晶光学素子における温度補償回路の有効性を説明するための図である。
【図１１】本発明の光ピックアップ装置の構成、および作用概要を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０、１１  有効径
２１  第１の光源
２２  第１のコリメータレンズ
２３  ハーフミラー
２４  偏光ビーム・スプリッタ
２５  対物レンズ
２６  第２の光源
２７  第２のコリメータレンズ
２８  集光レンズ
２９  受光器
４０  液晶制御手段
４１  液晶駆動回路
４２  温度補償回路
４２ａ  サーミスタ
４２ｂ  抵抗
４３  フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
６０、７０  光ピックアップ装置
１００  液晶光学素子
１０１  透明基板
１０２  配向膜
１０３  シール部材
１０４  配向膜
１０５  透明基板
１０６  液晶
１０７  透明電極
１０８  透明性対向電極
１４０  第１の記録媒体
１４１  第２の記録媒体
２００  透明電極パターン
２０１  輪帯状の電極
２１１  開口制御領域
２１２  非開口制限領域
２１０  外径
３００  透明電極パターン
３０１  ベタ状の電極
１２０２  位相差
１２０４  屈折率分布の一部
１３０２  最大位相差
１３０４  屈折率分布
【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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【図８】
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【図９】
2008071395.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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