(57)【要約】【課題】レーザ光の波面収差を除去するために設ける液晶光学素子を搭載した光ピックアップなどに用いることができ、液晶層の平面形状が正方形とは異なる液晶光学素子においても温度変化による非点収差の発生を極力抑えた、液晶光学素子を提供すること。【解決手段】短辺シールの幅よりも長辺シールの幅を細くして形成された長方形状のシールを介して、２枚の透明基板間に液晶層を挟持する液晶光学素子において、長辺のシール幅が長辺シールと短辺シールとの２つの交点から中央に向けて細くなる構成を採用した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短辺シールの幅よりも長辺シールの幅を細くして形成された長方形状のシールを介して２枚の透明基板間に液晶層を挟持する液晶光学素子において、
前記長辺シールの幅は、長辺シールと短辺シールとの２つの交点から長辺シールの中央部に向けて徐々に狭くなるように形成されている
ことを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
前記長辺シールにおける短辺方向の前記液晶層の幅は、前記長辺シールと前記短辺シールとの２つの交点から前記長辺シールの中央部に向けて徐々に広くなるように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記光ディスクからの反射光を受光する受光器とを備え、
前記レーザ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に記載の液晶光学素子を配した
ことを特徴とする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、光ピックアップ装置のレーザ光の光軸上に配置して、コマ収差、非点収差、球面収差等を補償する収差補正用に用いられる液晶光学素子およびそれを備えた光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤあるいはＤＶＤ等の光ディスクや、光磁気ディスク等のディスクの情報を読み取ったり、書き込んだりするのに光ピックアップ装置が用いられている。この光ピックアップ装置は、レーザ光源から出射されたレーザ光を光ディスクに照射して、光ディスク表面のトラックに記録された情報を読み取ったり、またはトラックに情報を書きこんだりすることができる装置である。
【０００３】
そして、この光ピックアップ装置には、レーザ光により発生する波面収差（コマ収差、非点収差、球面収差等）の補正を行うために液晶光学素子が用いられる。この液晶光学素子は、素子に形成される収差補正パターンによって規定される能動領域上の液晶に所定の電圧を印加して、この液晶光学素子に入射するレーザ光の位相を局所的に進ませたり、遅らせたりすることで、このレーザ光の波面収差を補正する。これを光ピックアップ装置に搭載することで、正確に光ディスク情報を読み取ったり、または光ディスクへ情報の書き込みを正確に行うことができるようになる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
まず、前述した機能を有する液晶光学素子を搭載した、従来の光ピックアップ装置の構成および機能について説明する。図７は、従来の光ピックアップ装置を説明するための模式図である。
【０００５】
図７において、レーザ光源５０から出射したレーザ光６４は、コリメートレンズ５２によってＰ偏光の平行光とされ、偏光ビームスプリッタ５４と液晶光学素子１００を通過する。この液晶光学素子１００に入射する平行光の波面収差を補正した後、位相差板６６（λ／４波長板）により円偏光に変換され、対物レンズ５６により光ディスク５８にビームを照射する。
【０００６】
さらに、光ディスク５８から反射されたレーザ光は、対物レンズ５６を透過し、位相差板６６にてＳ偏光に変換された後、液晶光学素子１００を通過し、偏光ビームスプリッタ５４にて光路を変えて集光レンズ６０を通過して受光器６２に光ディスク５８から反射されたレーザ光を集める。そのデータを基に、光ディスク５８に記録された情報等を読み取ったり、光ディスク５８に情報等の書き込みをすることができるようになる。
【０００７】
次に前述した光ピックアップ装置に使用可能な液晶光学素子１００について下記に説明をする（例えば特許文献２参照）。図８（ａ）は、この液晶光学素子１００の構成を説明するための上部平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＤ−Ｄ’’断面図を示している。
【０００８】
図８（ｂ）に示すように、この液晶光学素子１００は、収差補正パターンが形成された透明電極４と、透明性の対向電極５と、配向膜７、８とがそれぞれ形成された２枚の第１、第２の透明基板１、２を、シール１０３を介して間隙をもって貼り合わせ、その間隙に液晶層６挟持して構成される。この透明電極４に、目的に応じた収差補正用パターンを設けることで、主に光ディスクにより発生する波面収差を補正することを可能とする。なお、本図（ａ）に示す様に、シール１０３の形状は、長辺シールの幅ｂを、短辺シールの幅
ａに比べて細くなるように形成されている。
【０００９】
上記に示した液晶光学素子１００による波面の補正量は、液晶層６のギャップに依存する。例えば、液晶層６のギャップが厚い部分では、レーザ光がより長い光路を通るため、位相はより遅くなる。逆にギャップが薄い部分では、レーザ光がより短い光路を通るため、位相はより早くなる。そのため、ギャップが液晶層６全面にわたって均一でない場合、補正量にバラツキが生じてしまう。特に、液晶層６の平面形状が長方形場合、ギャップのバラツキを生じやすい。
【００１０】
【特許文献１】特開平９−１２８７８５号公報（第３−６頁、第１−４図）
【特許文献２】特開平４−２４０６２１号公報（第５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、液晶層６の平面形状が長方形であり、シール形状を長辺シールの幅ｂを、短辺シールの幅ａに比べて細くした液晶光学素子１００は、波面補正素子として有効であると考えられていたが、下記の問題点が発生する。
【００１２】
図９（ａ）は、従来の液晶光学素子１００の平面図を表している。本図面では、紙面右方向をＸ軸、紙面上方向をＹ軸、紙面に垂直で手前方向をＺ軸としている。図９（ｂ）は、従来の液晶光学素子１００の外部温度が上昇した時の、断面Ｅ−Ｅ’におけるＺ軸方向のギャップ変動とシール１０３の内側領域の距離との関係を示している。また、図９（ｃ）は、同図（ａ）に示した液晶光学素子１００を９０度回転した構成を示し、図９（ｄ）は、外部温度が上昇した時の、断面Ｆ−Ｆ’におけるＺ軸方向のギャップ変動とシール１０３の内側領域の距離との関係を示し、図９（ｅ）は、同図（ｂ）（ｄ）に示したＺ軸方向のギャップ変動とシール１０３の内側領域の距離との関係を示した図面である。なお、常温時の液晶光学素子１００の液晶層６ギャップを縦軸のゼロとしている。また、図９（ｂ）（ｄ）における符号１２１ａ〜１２１ｄは、シール形成領域を、符号１２２ａ、１２２ｂは、液晶領域（シール１０３の内側領域の距離）を示している。
【００１３】
液晶光学素子１００の温度が上昇した時、熱膨張率が最も大きいのは液晶である。そのため、液晶層６は、セルの中心１２３をピークにして膨らむ。そして、図９（ｂ）に示すように、長辺方向のギャップ変化に起因する液晶層の曲率１２４は、Ｚ軸方向のピークであるセルの中心１２３からシール１０３まで減少していく形状となる。このときシール１０３は短辺シールの幅ａが比較的広く形成されているので、シール形成領域１２１ａ、１２１ｂと液晶領域１２２ａとの境界での変動は、ほぼ「０」となる。
【００１４】
一方、図９（ｄ）に示す様に、短辺方向での液晶層の曲率１２５は、セルの中心１２３から外周部のシール１０３までの距離が、長辺方向に比べて短いため、Ｚ軸方向のピークであるセルの中心１２３から、同図（ｂ）に示す長辺方向の液晶の極率１２４に比べ急激な曲率で減少していく形状となる。なお、このとき長辺シールの幅ｂは、短辺シールの幅ａに比べて狭く形成されているため、シール形成領域１２１ｃ、１２１ｄと液晶領域１２２ｂとの境での変動が若干生じている。
【００１５】
この様に外部温度が上昇すると、本図（ｂ）（ｄ）に示す液晶層の曲率１２４と液晶層の曲率１２５の様に、セルの中心１２３から外周のシール１０３までの長辺方向と短辺方向の液晶層の曲率が異なる形状となるため、セルの中心１２３から短辺方向、長辺方向へ同じ距離に位置する液晶層６のギャップは、図９（ｅ）に示す様に、必ずギャップ差１２６を生じてしまうこととなる。
【００１６】
このセルの短軸方向と長軸方向のギャップ差１２６は、液晶光学素子１００に入射するレーザ光に対して非点収差を与える要因となる。この非点収差の発生は、光の波面を劣化させてしまうため、外部温度が変動した際にこの収差の劣化がひどいと、光ピックアップ装置における光ディスクの読み込みや書き込みが出来なくなる。
【００１７】
そこで、本発明は、液晶層の平面形状を長方形とした液晶光学素子において上記問題を解決し、レーザ光の波面収差を補正する光ピックアップ等の光学系において、温度変化による非点収差の発生を極力抑えた、液晶光学素子およびそれを備えた光ピックアップ装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の液晶光学素子は、基本的に下記記載の構成を採用する。
【００１９】
本発明の液晶光学素子は、短辺シールの幅よりも長辺シールの幅を細くして形成された長方形状のシールを介して２枚の透明基板間に液晶層を挟持する液晶光学素子において、長辺シールの幅が、長辺シールと短辺シールとの２つの交点から長辺シールの中央部に向けて徐々に狭くなるように形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の液晶光学素子は、前述した長辺シールにおける短辺方向の液晶層の幅が、長辺シールと短辺シールとの２つの交点から長辺シールの中央部に向けて徐々に広くなるように形成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の光ピックアップ装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を光ディスクに集光する対物レンズと、光ディスクからの反射光を受光する受光器とを備え、レーザ光源と対物レンズとの間の光路中に、前述した液晶光学素子を配したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の液晶光学素子とする事で、液晶層の平面形状が長方形の液晶光学素子であっても、温度変化による短辺方向の液晶層の曲率と長辺方向の液晶層の曲率を極力同じとなるようにした液晶光学素子を提供する事ができる。また、この液晶光学素子を搭載した光ピックアップ装置は、温度変化による非点収差の発生を極力抑えた装置とすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の液晶光学素子の構成について図面を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の液晶光学素子の上部平面図を示しており、図１（ｂ）は、同図（ａ）におけるＡ−Ａ’における断面図を示している。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、本発明の液晶光学素子１０は、収差補正パターンが形成された透明電極４と、対向電極５と、配向膜７、８とがそれぞれ形成された２枚の第１、第２の透明基板１、２を、シール３ａを介して間隙をもって貼り合わせ、その間隙に液晶層６を挟持した構成となっている。
【００２５】
また、図１（ａ）に示すように、本発明の液晶光学素子１０のシール形状は、長辺方向のシール幅ｂを短辺方向にシール幅ａ比べ細くし、かつこの長辺方向のシール幅ｂを長辺シールと短辺シールとの２つの交点から長辺シールの中央部ｃに向けて細くなるように形成されている。さらに、このシール３ａは、長辺シールにおける短辺方向の液晶層６の幅が、長辺シールと短辺シールとの２つの交点から長辺シールの中央部に向けて徐々に広く
なるように形成されている。
【００２６】
ここで、本発明の液晶光学素子１０の温度による影響について説明する。図２（ａ）は、本発明の液晶光学素子１０の上部平面図を示し、図２（ｂ）は、外部温度が上昇した時の、同図（ａ）の断面Ｂ−Ｂ’（液晶光学素子１０の長辺方向）におけるＺ軸方向のギャップ変動とシール３ａの内側領域の距離との関係を示している。また、図２（ｃ）は、同図（ａ）に示した液晶光学素子１０を９０度回転した構成を示し、図２（ｄ）は、外部温度が上昇した時の、同図（ｃ）の断面Ｃ−Ｃ’（液晶光学素子１０の短辺方向）におけるＺ軸方向のギャップ変動とシール３ａの内側領域の距離との関係を示し、図２（ｅ）は、同図（ｂ）（ｄ）に示したＺ軸方向のギャップ変動とシール３ａの内側領域の距離との関係を示した図面である。なお、液晶層６の体積は、従来の液晶光学素子１００の構成例と同じとしている。また、常温時の液晶光学素子１０のギャップを縦軸のゼロとしている。また、図２（ｂ）（ｄ）における符号２１ａ〜２１ｄはシール形成領域を、符号２２ａ、２２ｂは液晶領域（シール３ａの内側領域の距離）を示している。
【００２７】
図２（ｂ）に示す様に、本発明の液晶光学素子１０における短辺方向の液晶層の曲率２４は、外部から掛かる温度の上昇に応じて、セルの中心２３で最も厚くなり、セルの中心２３から外周部のシール３ａへ向かうに従い減少する形状となる。この時、液晶層６の熱膨張による引っ張り張力が第１、第２の透明基板１、２を介してシール３ａに掛かるため、シール３ａは、Ｚ軸方向に引っ張られ、結果として第１、第２の透明基板１、２、および液晶層６は、図２（ｂ）に示す曲率を持つこととなる。
【００２８】
そして、液晶層６の熱膨張量は、液晶光学素子１０を構成するシール３ａの体積に依存して決まるため、図２（ｄ）に示す様に、第１、第２の透明基板１、２により外周部のシール３ａが引っ張れて、シール形成領域２１ｃ、２１ｄと液晶領域２２ｂとの境界部分の本図の上矢印方向にシール３ａが膨張した分だけ、本図の下矢印方向にセルの中心２３のギャップ変動を減少させる。その結果として、短辺方向の液晶層の曲率２５は、従来の液晶光学素子１００における液晶層の曲率１２５に比べて緩やかになる。
【００２９】
つまり、このシール３ａの体積が大きい箇所の第１、第２の透明基板１、２に対するシール３ａの保持力は大きくなり、シール３ａの体積が小さい箇所の第１、第２の透明基板１、２に対するシール３ａの保持力は小さくなる作用を受けて、液晶層６の熱膨張に追従してシール３ａの体積の小さい箇所（長辺シールの中央部ｃ）のシール３ａも膨張させることで上記作用を受けて、図２（ｅ）に示す液晶層の曲率２４、２５とすることが出来る。
【００３０】
この様に、本発明の液晶光学素子１０は、長辺方向のシール幅ｂを短辺方向のシール幅ａに比べ細くし、かつ長辺方向のシール幅ｂを長辺シールと短辺シールとの２つの交点から長辺シールの中央部ｃに向けて除々に細くなるように構成しているので、この長辺シールの中央部ｃにおける第１、第２の透明基板１、２に対する引っ張り張力によるシール材のＺ軸方向への伸び量を、太い部分のシール幅（短辺方向のシール幅ｂ、長辺方向のシール幅ａ）の箇所に比べて大きくすることが出来る。
【００３１】
これにより、例え外部温度が上昇したとしても、図２（ｄ）に示す様に、従来の構成における液晶層の曲率１２５に対して、大幅に小さな変化量を示す液晶層の曲率２５とすることが出来る。なお、図２（ｂ）に示す様に、長辺方向のシール幅は従来と同じであるので、ここで示す液晶層の曲率２４は、従来の構成での液晶層の曲率１２４（図９（ｂ）参照）と同じとなる。
【００３２】
そして、液晶光学素子１０の液晶層６は、外部温度が上昇したとしても、図２（ｅ）に
示す様に、短辺方向の液晶層の曲率２５が緩やかになった分、長辺方向の液晶層の曲率２４に近づけることが出来る。そのため、短辺方向の液晶層の曲率２５と、長辺方向の液晶層の曲率２４のギャップ差２６は、従来のギャップ差１２６（図９（ｅ）参照）よりもはるかに小さくすることが出来る。それにより、この本発明の液晶光学素子１０を、図７に示した光ピックアップ装置のレーザ光源と対物レンズの間の光束中に搭載し、具体的には、レーザ光源から出射するレーザ光を液晶光学素子１０を介して対物レンズで光ディスクに集光し、この光ディスクからの反射光を受光器にて検出する構成とすれば、液晶光学素子１０を通過するレーザ光に対し、温度上昇による非点収差の発生を極力抑える装置形態とする事が可能となる。
【００３３】
なお、上記説明では、長辺方向のシール幅ｂを短辺方向のシール幅ａに比べ細くし、かつ長辺方向のシール幅ｂを長辺シールと短辺シールとの２つの交点から長辺シールの中央部ｃに向けて細くなるように形成されている点について重点を置いて説明したが、上述した作用を受けるためには、図１、図２に示す様に、シール３ａを、長辺シールにおける短辺方向の液晶層６の幅が、長辺シールと短辺シールとの２つの交点から長辺シールの中央部に向けて徐々に広くなるように形成する方が望ましい。
【００３４】
つまり、液晶層６の内側領域を長方形とし、シール３ａの外形を工夫することで、上記作用を受けることは可能であるが、液晶層６の幅を上述した様に設定することにより、セルの中心２３から外周のシール３ａまでの距離をできるだけ稼ぐことが出来る。この様に、液晶層６の幅を考慮してシール３ａの形状を設定すれば、より上記作用の効果をより得やすくなる。
【００３５】
次に本発明の液晶光学素子１０の製造方法について図１を用いて説明する。
図１（ｂ）に示す様に、第１、第２の透明基板１、２の表面に、蒸着法あるいはスパッタリング法などで透明導電膜を形成し、フォトリソ工程を経てこの透明導電膜のパターニングを行い、所望のパターン形状を有する透明電極４、および対向電極５をそれぞれ形成する。
【００３６】
次に、図１（ａ）に示す様に、透明電極４が形成された第１の透明基板１に、長辺のシール幅ｂが短辺方向のシール幅ａに比べて細く、かつ長辺のシール幅ｂを、長辺シールと短辺シールの２つの交点から長辺シールの中央部ｃに向けて徐々に細くなる形状でシール３ａを形成する。
【００３７】
次に、第２の透明基板２に、液晶層６の厚みを規定するためのスペーサー（図示せず）をシール３ａの内側領域に噴霧して、第１、第２の透明基板１、２を貼り合わせる。
【００３８】
そして、このシール３ａにより囲まれた第１、第２の透明基板１、２の間に液晶層６を配することで、本発明の液晶光学素子１０を得ることが出来る。
【００３９】
次に、本発明の液晶光学素子の他の構成例について説明する。図３〜図６は、本発明の液晶光学素子の他の構成例を示す平面図である。
【００４０】
先に示した液晶光学素子１０（図１参照）と、本構成における液晶光学素子との相違点は、この長辺方向のシール幅ｂを、長辺シールと短辺シールとの２つの交点から長辺シールの中央部ｃに向けて、直線的に、あるいは階段状に、あるいはＲ状に、減少する構成とした点のみである。したがって、他の構成要件についてのここでの詳細な説明は割愛し、上記相違点のみについて説明する。
【００４１】
図３に示す液晶光学素子１１は、シール３ｂを構成する長辺シールにおける液晶層６の
側面を階段形状とし、長辺シールと短辺シールとの交点から長辺シールの中央部ｃに向けて徐々にシール幅を減少させる形態としている。
【００４２】
また、図４に示す液晶光学素子１２は、シール３ｃを構成する長辺シールにおける液晶層６側の面を湾曲形状とし、長辺シールと短辺シールとの交点から長辺シールの中央部ｃに向けて徐々にシール幅を減少させる形態としている。
【００４３】
また、図５に示す液晶光学素子１３は、シール３ｄを構成する長辺シールにおける液晶層６側の面を、長辺シールと短辺シールとの交点では直角に折り曲げて、そのまま長辺シールの幅を保ち、長辺シールの途中から長辺シールの中央部ｃに向けて徐々にシール幅を減少させる形態としている。
【００４４】
また、図６に示す液晶光学素子１４は、シール３ｅを構成する長辺シールにおける液晶層６の側面を、途中までを内側に凸とし、続けて外側に凸となる湾曲形状とし、長辺シールと短辺シールとの交点から長辺シールの中央部ｃに向けて徐々にシール幅を減少させる形態としている。
【００４５】
上述した図３〜図６に示す液晶光学素子１１〜１４の形態とする事で、先の構成例と同様に、この液晶光学素子１１〜１４を光ピックアップ装置に搭載し、液晶光学素子１１〜１４に温度変化が生じても、非点収差の発生を極力抑える事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の液晶光学素子の構成例を示す上部平面図と断面図である。
【図２】本発明の液晶光学素子の上部平面図と、この素子が温度上昇した際のセルギャップの変動を示す図である。
【図３】本発明の液晶光学素子の他の構成例を示す上部平面図である。
【図４】本発明の液晶光学素子の他の構成例を示す上部平面図である。
【図５】本発明の液晶光学素子の他の構成例を示す上部平面図である。
【図６】本発明の液晶光学素子の他の構成例を示す上部平面図である。
【図７】光ピックアップ装置の構成を示す模式図である。
【図８】従来の液晶光学素子の構成を示す上部平面図と断面図である。
【図９】従来の液晶光学素子の上部平面図と、この素子が温度上昇した際のセルギャップの変動を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  第１の透明基板
２  第２の透明基板
３ａ〜３ｅ  シール
６  液晶層
７、８  配向膜
１０〜１４  液晶光学素子
２１ａ〜２１ｄ  シール形成領域
２２ａ、２２ｂ  液晶領域
２３  セルの中心
２４、２５  液晶層の曲率
２６  ギャップ差
【図１】
2008076928.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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