(57)【要約】【課題】  液晶材料を用いて適正な位相変調を可能にした位相変調用液晶素子及びこの位相変調用液晶素子を使用した光学ピックアップを提供する。液晶材料を用いて適正な位相補正を可能にした位相補正方法及び光学収差補正方法を提供する。【解決手段】  液晶材料８２と、該液晶材料８２を挟んで液晶材料に隣接する配向膜８３、８４と、前記液晶材料８２に電圧を印加するための電極膜９５、９６とを有し、電極膜８５、８６に電圧８７を一様に印加したときに液晶材料８２の屈折率変化が部分的に変調されるように、液晶材料８２の配向規制力を規定する配向膜８３１、８３２ 、８４１ 、８４２ の配向処理が変調されて成る液晶素子を用いる。【選択図】        図２
2005148654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶材料と、該液晶材料を挟んで液晶材料に隣接する配向膜と、前記液晶材料に電圧を印加するための電極膜とを有し、
前記電極膜に電圧を一様に印加したときに前記液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように、前記液晶材料の配向規制力を規定する前記配向膜の配向処理が変調されて成る
ことを特徴とする位相変調用液晶素子。
【請求項２】
前記配向規制力を規定する配向膜が、異なるエネルギーの直線偏光の光を照射する配向処理方法により部分的に異なる配向規制力を有して成る
ことを特徴とする請求項１記載の位相変調用液晶素子。
【請求項３】
前記一方の配向膜が部分的に異なる配向規制力を有し、前記他方の配向膜が一様な配向規制力を有して成る
ことを特徴とする請求項１記載の位相変調用液晶素子。
【請求項４】
光学レンズを用いてレーザ光を記録媒体に照射し、該記録媒体中の記録膜に集光スポットを形成する光学ピックアップであって、
前記レーザ光の光路中に、
液晶材料と、該液晶材料を挟んで液晶材料に隣接する配向膜と、前記液晶材料に電圧を印加するための電極膜とを有し、前記電極膜に電圧を一様に印加したときに前記液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように、前記液晶材料の配向規制力を規定する前記配向膜の配向処理が変調されてなる位相変調用液晶素子が配置され、
前記位相変調用液晶素子を通過するレーザ光の位相が、前記配向膜の配向処理に応じて部分的に変調され、前記光学レンズにより集光された光学スポットの収差が補正されるようにして成る
ことを特徴とする光学ピックアップ。
【請求項５】
光学レンズを用いてレーザ光を記録媒体中の記録膜に照射し、該記録膜からの反射光を集光して受光する光学ピックアップであって、
前記レーザ光の光路中に、
液晶材料と、該液晶材料を挟んで液晶材料に隣接する配向膜と、前記液晶材料に電圧を印加するための電極膜とを有し、前記電極膜に電圧を一様に印加したときに前記液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように、前記液晶材料の配向規制力を規定する前記配向膜の配向処理が変調されてなる位相変調用液晶素子が配置され、
前記位相変調用液晶素子を通過するレーザ光の位相が、前記配向膜の配向処理に応じて部分的に変調され、前記光学レンズにより集光された光学スポットの前記記録膜からの反射光の収差が補正されるようにして成る
ことを特徴とする光学ピックアップ。
【請求項６】
液晶材料の配向方向が互いに直交する２つの液晶素子からなり、該液晶素子の配向規制力を規定する配向膜の配向処理が変調されてなる前記位相変調用液晶素子を有し、
前記光学レンズにより前記記録膜に集光する光学スポットに含まれる収差及び前記記録膜からの反射光を集光する光学スポットに含まれる収差の双方を補正する
ことを特徴とする請求項４又は５記載の光学ピックアップ。
【請求項７】
前記配向規制力を規定する配向膜が、異なるエネルギーの直線偏光の光を照射する配向処理方法により部分的に異なる配向規制力を有して成る
ことを特徴とする請求項４、５又は６記載の光学ピックアップ。
【請求項８】
前記一方の配向膜が部分的に異なる配向規制力を有し、前記他方の配向膜が一様な配向規制力を有して成る
ことを特徴とする請求項４、５又は６記載の光学ピックアップ。
【請求項９】
液晶材料と、該液晶材料を挟んで液晶材料に隣接する配向膜と、前記液晶材料に電圧を印加するための電極膜とを有し、
前記電極膜に電圧を一様に印加したときに前記液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように、前記液晶材料の配向規制力を規定する前記配向膜の配向処理が変調されて成る液晶素子を用い、
前記液晶素子に電圧を一様に印加して、前記液晶材料を透過する光の位相を前記配向膜の配向処理に応じて部分的に変調する
ことを特徴とする位相調整方法。
【請求項１０】
前記液晶素子は、前記配向規制力を規定する配向膜が異なるエネルギーの直線偏光の光を照射する配向処理方法により部分的に異なる配向規制力を有してなる
ことを特徴とする請求項９記載の位相調整方法。
【請求項１１】
前記液晶素子は、前記一方の配向膜が部分的に異なる配向規制力を有し、前記他方の配向膜が一様な配向規制力を有してなる
ことを特徴とする請求項９記載の位相調整方法。
【請求項１２】
光学レンズを用いてレーザ光を記録媒体に照射し、該記録媒体中の記録膜に集光スポットを形成する際の、光学収差補正方法であって、
前記レーザ光の光路中に、
液晶材料と、該液晶材料を挟んで液晶材料に隣接する配向膜と、前記液晶材料に電圧を印加するための電極膜とを有し、前記電極膜に電圧を一様に印加したときに前記液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように、前記液晶材料の配向規制力を規定する前記配向膜の配向処理が変調されてなる位相変調用液晶素子を配置し、
前記位相変調用液晶素子を透過するレーザ光の位相を、前記配向膜の配向処理に応じて部分的に変調し、前記光学レンズにより集光された光学スポットの収差を補正する
ことを特徴とする光学収差補正方法。
【請求項１３】
光学レンズを用いてレーザ光を記録媒体中の記録膜に照射し、該記録膜からの反射光を集光して受光する際の、光学収差補正方法であって、
前記レーザ光の光路中に、
液晶材料と、該液晶材料を挟んで液晶材料に隣接する配向膜と、前記液晶材料に電圧を印加するための電極膜とを有し、前記電極膜に電圧を一様に印加したときに前記液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように、前記液晶材料の配向規制力を規定する前記配向膜の配向処理が変調されてなる位相変調用液晶素子を配置し、
前記位相変調用液晶素子を透過するレーザ光の位相を、前記配向膜の配向処理に応じて部分的に変調し、前記光学レンズにより集光された光学スポットの前記記録膜からの反射光の収差を補正する
ことを特徴とする光学収差補正方法。
【請求項１４】
前記液晶素子は、前記配向規制力を規定する配向膜が異なるエネルギーの直線偏光の光を照射する配向処理方法により部分的に異なる配向規制力を有してなる
ことを特徴とする請求項１２又は１３記載の光学収差補正方法。
【請求項１５】
前記液晶素子は、前記一方の配向膜が部分的に異なる配向規制力を有し、前記他方の配向膜が一様な配向規制力を有してなる
ことを特徴とする請求項１２又は１３記載の光学収差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相を部分的に変調する位相変調用液晶素子及びこの位相変調用液晶素子を使用した光学ピックアップに関する。
本発明は、透過する光を屈折するとなく位相を部分的に変調する液晶素子を用いた位相補正方法及び光学収差補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のコンピュータ技術の進展、情報ネットワーク環境の高機能化により、より多くの情報を記録する記録媒体が望まれている。情報の記録再生を光学的に行う記録媒体（いわゆる光ディスク）、情報の記録再生を磁気的に行う記録媒体（いわゆるハードディスク）の双方においても、記録密度の高密度化が望まれている。
【０００３】
光ディスクにおける記録密度は、一般的に光学系のレンズ開口数（ＮＡ）及び光の波長により定義される。レンズ開口数（ＮＡ）が大きく、短い波長を用いるほど高い記録密度を実現することができる。しかしながら、レンズ開口数（ＮＡ）を大きくすること、および短い波長を用いることは、光学的な収差が発生し易くなり、光学系のマージンを狭めることになる。あるいは、光学的な収差が発生しにくい光学系でなければ、高い記録密度を実現することができないことになる。
【０００４】
また、ハードディスクは記録再生ヘッドが近接する記録媒体の表面の極近傍にしか記録膜を形成することができない。これに対して、光ディスクは光学的に干渉しない程度の間隔を保って記録膜を重ねること、いわゆるマルチレイヤーディスクとすることも可能である。マルチレイヤーディスクの記録再生は、記録媒体の表面から異なる深さの位置に存在する各々の記録膜に光学スポットを形成して行うので、収差が存在する環境において記録再生を行わざをえない。
従って、高記録密度用のマルチレイヤーディスクを記録再生するには、光学的に許容される収差が少ない状態において、収差が存在する環境で行わざるをえない。
【０００５】
このような状況を踏まえて、岩崎氏らは非特許文献１において、平行な電極材料に挟まれた領域に注入された液晶材料に対して、球面収差の形状に近い電圧を印加することにより、液晶素子を通過するレーザ光の位相を調整し、集光されるスポットの収差を低減する試みを提案している。岩崎氏らが提唱している位相調整デバイスの構成を説明する前に、図１３を用いてその原理である電圧印加による液晶材料の屈折率制御（Ｅｌｅｃｔｏｒｉｃａｌｌｙ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｂｉｒｅｆｒｉｇｅｎｃｅ：ＥＣＢ）について説明する。
【０００６】
液晶材料はその電気的特性あるいは光学的特性により多くの種類に分類されるが、ここでは簡単に光学異方性が正であるネマティック液晶材料を例に説明する。液晶材料は、その分子構造が電気的に対称でないため、配向処理が施された配向膜に従い規則正しく配列するようになされる。
図１３に示す液晶素子１は、電圧７〔７１ 、７２ 〕を印加するための一方の電極膜２の内面に配向膜４を形成し、他方の電極膜３の内面に配向膜５を形成し、これら両配向膜４及び５に挟まれて液晶材料６を充填して構成されている。図１３Ａは、電極膜２、３に電圧を印加しないときの液晶材料６の状態を示しており、液晶材料６はそれぞれ配向膜４、５に施された配向処理の方向に配列されている。この液晶材料６の誘電率異方性が正である場合には、液晶素子１の電極膜２及び３間に電圧７を印加すると、図１３Ｂ，Ｃに示すように外部から印加される電圧７１、７２ の方向に液晶材料６（即ち液晶材料６を構成する各液晶分子６′）がその方向を変えようとする。ここで、配向膜４、５に近接している液晶分子６ａ′は、配向膜４、５から遠い位置に存在する液晶分子６ｂ′に比較して、配向膜４、５に施されている配向処理の影響を大きく受けるので分子の方向を変えにくい。しかし、液晶分子６′は外部からの電界の大きさ（電圧７１、７２ ）に応じてその方向を変化させる。
【０００７】
光学異方性を有する液晶材料６は、液晶材料６の配向方向に平行な方向の偏光の光に対する屈折率ｎｅが液晶材料６の角度により変化する特性を有している。このことから、結果的に外部からの電圧印加によりその屈折率が変化する。光学異方性が正である液晶材料６においては、ｎｅ＞ｎｏ（ｎｏ：液晶材料６の配向方向と垂直な方向の偏光の光に対する屈折率）であるので、液晶材料６の配向が光の電界方向（図１３中、上下方向）に平行な場合に最もその屈折率が大きくなる。
【０００８】
次に、図１４に示すように、液晶素子に印加される電界が一様でない場合を考える。図１４の試料となる液晶素子１１は、液晶材料６を挟む一方の側に配向膜４を有した高抵抗導電性膜８が配置されると共に、この高抵抗導電性膜８の両端側に低抵抗導電性膜９〔９ａ，９ｂ〕が形成され、液晶材料６を挟む他方の側に配向膜５を有した電極膜３が配置されて構成される。そして、一方の低抵抗導電性膜９ａと電極膜３間に電圧７1 が印加され、他方の低抵抗導電性膜９ｂと電極膜３間に電圧７１より大きい電圧７２ が印加される。液晶材料６は上述したように、印加される電圧に応じてその屈折率ｎｅが変化することから、図１４に示すような液晶素子１１に垂直に入射した光は屈折を生じることなく、その印加された電圧７１、７２ に応じた屈折率変化のみを感じることになる。図１４において、領域１２は屈折率変化の小さい領域であり、領域１３は屈折率変化の大きな領域である。光が屈折率変化を感じるということは、光学的な距離（屈折率×物理的な距離）の違いを感じることになるので、透過した光は電圧印加量に応じて位相が変化することになる。
【０００９】
岩崎氏らは、図１３及び図１４を用いて説明を行った液晶材料６の基本特性を光ディスク装置の再生光学系に応用したものである。図１５は岩崎氏らの光学プックアップの構成を示す。図１６は岩崎氏らの用いた液晶素子に形成された電極パターンを示す。図１７は岩崎氏らが行った位相調整の例を示す。
【００１０】
図１５において、１４は記録媒体即ち光ディスク、２１は光学ピックアップを示す。記録媒体１４は、支持体１５に記録層１６が形成され、その上にカバー層（例えばカバーガラス層）１７が形成されて成る。光学ピックアップ２１は、半導体レーザ２２と、レーザ光の出射方向に沿って順次配列されたコリメートレンズ２３と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２４と、液晶素子を用いた後述の収差補正素子２５と、１／４波長板（ＱＷＰ）２６と、対物レンズ２７と、さらに集光レンズ２８を介して光ディスク１４からの戻り光を検出するためのフォトッディテクタ２９とを有して構成される。
この光学ピックアップ２１では、半導体レーザ２２から出射されたレーザ光Ｌ１ がコリメーとレンズ２３で平行光とされ、この平行光が偏光ビームスプリッタ２４、収差補正素子２５、１／４波長板を通過し、対物レンズ２７により集光されて光ディスク１４の記録膜１６に照射される。即ち記録膜１６上に光学スポットが形成される。そして、光学スポットの記録膜１６からの反射光（いわゆる戻り光Ｌ２）が、再び対物レンズ２７、１／４波長板２６、収差補正素子２５を通して偏光ビームスプリッタ２４に入射され、偏光ビームスプリッタ２４で反射されて集光レンズ２８を介してフォトディテクタ２９に受光される。
【００１１】
岩崎氏らは、前述の図１３、図１４において説明した液晶素子の位相変化を利用した収差補正素子２５を用い、光ディスク１４のカバーガラス層１７の厚さが変化した場合に発生する球面収差を補正するために、対物レンズ２７に入射するレーザビームの位相を予め補正しておく方法を採用している。即ち、対物レンズ２７に入射する前の平行レーザビームに対して、光ディスク１４のカバーガラス層１７の厚さｔが変化した場合に発生する球面収差をキャンセルするような位相分布を持たせる方法である。
【００１２】
図１６は、岩崎氏らが提案した収差補正素子に用いた液晶素子である。この液晶素子３１は、前述の図１４と類似の構成を採り、液晶材料を挟んで一方の側に内面に配向膜を有する高抵抗透明導電性膜３２が配置され、この高抵抗透明導電性膜３２上に同心円状の第１の低抵抗透明導電性膜３３、第２の低抵抗透明導電性膜３４及び第３の低抵抗透明導電性膜３５が形成される。第３の低抵抗透明導電性膜３５は分割して円状に形成される。液晶材料を挟んで他方の側には、内面に配向膜を有する透明電極膜が形成される。各第１、第２及び第３の低抵抗透明導電性膜３３、３４及び３５から引き出し線３６、３７及び３８が導出される。Ｌはこの液晶素子３１に入射されるレーザビームを示す。
この液晶素子３１において、同心円状の低抵抗電極パターンである第１、第２及び第３の低抵抗透明導電性膜３３、３４及び３５に夫々所定の電圧を印加し、その他の領域に形成されている高抵抗電極パターンである高抵抗透明導電性膜３２に対して、図１７Ｂで示す電位分布、即ち液晶材料に図１７Ｃに示すような位相分布を生成するような屈折率変化が生じるような電圧分布ａとなるようにしている。図１７Ｃは位相補正に対応した屈折率変化の分布図であり、その曲線ｂは位相補正量の理想形状、曲線ｃは実際の位相補正量を示す。
【非特許文献１】Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒｇｅ  ２００１，１０３〜１０５，Ｓａｎｔａ  Ｆｅ，Ｎｅｗ  Ｍｅｘｉｃｏ，Ａｐｒｉｌ  ２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図１６に示したような電極形状の低抵抗透明導電性膜３３、３４及び３５を有する液晶素子３１を用いた場合には、次に示すような問題点が存在する。
まず、第１には、印加させる電圧に分布を持たせるには、透明性を有する高抵抗の導電性膜と透明性を有する低抵抗の導電性膜の２種類の導電性膜が必要である。しかし、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）材料などの酸化物よりなる透明性を有する導電膜は、その分子構造から酸素が抜けることにより導電性が増すこととなるので、低抵抗の導電性膜はその透明性に欠けるという問題点が存在する。即ち、全面に均一に電圧を印加する場合においては、透明性の高い高抵抗の導電性膜を用いることができるが、印加させる電圧に分布を持たせるには透明性に乏しい低抵抗の導電性膜を用いなければならない。このため、液晶素子３１を有する位相調整素子、例えば収差補正素子を透過するレーザビームの強度分布に影響を与えてしまうことになる。
【００１４】
第２には、リング状に電圧を印加させるためには、図１６に示すように、内側の低抵抗透明導電性膜３３、３４に電圧を印加するための引き出し線３６、３７を配置しなければならない。このため、引き出し線３６、３７により印加される電圧の分布形状が乱れてしまうという問題点がある。引き出し線を導出する部分３９は位相補正がなされない領域となる。
第３には、上記低抵抗の導電性膜が透明性に欠けるという問題点、及び上記引き出し線３６、３７の配置が印加電圧分布に乱れを生じさせるという問題点に依存することである。即ち、これら２つの問題点により、低抵抗の導電性膜の配置領域を少なくして、引き出し線の本数を減らしたいので、電圧を規定する低抵抗の導電性膜の配置数を２〜３か所に減らしてその間の電圧分布を外挿しなければならず、理想となる位相調整パターンに忠実な電極パターンを形成することができないという問題点である。
【００１５】
本発明は、上述の点に鑑み、液晶材料を用いて適正な位相変調を可能にした位相変調用液晶素子、及びこの位相変調素子を使用した光学ピックアップを提供するものである。
本発明は、液晶材料を用いて適正な位相補正を可能にした位相調整方法及び光学収差補正方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る位相変調用液晶素子は、液晶材料と、この液晶材料を挟んで液晶材料に隣接する配向膜と、液晶材料に電圧を印加するための電極膜とを有し、電極膜に電圧を一様に印加したときに液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように、液晶材料の配向規制力を規定する前記配向膜の配向処理が変調された構成とする。
【００１７】
本発明の位相変調用液晶素子においては、液晶材料の配向規制力を規定する配向膜の配向処理を変調させることにより、電圧を一様に印加したときに液晶材料の屈折率変化が変調される。この液晶素子に光を透過すると、光の位相が変調される。
【００１８】
本発明に係る光学ピックアップは、光学レンズを用いてレーザ光を記録媒体に照射し、この記録媒体中の記録膜に集光スポットを形成する光学ピックアップであって、レーザ光の光路中に、液晶材料と、液晶材料を挟んで液晶材料に隣接する配向膜と、液晶材料に電圧を印加するための電極膜とを有して電極膜に電圧を一様に印加したときに液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように、液晶材料の配向規制力を規定する配向膜の配向処理が変調されてなる位相変調用液晶素子が配置され、位相変調用液晶素子を通過するレーザ光の位相が、配向膜の配向処理に応じて部分的に変調され、光学レンズにより集光された光学スポットの収差が補正されるようにした構成とする。
【００１９】
また、本発明に係る光学ピックアップは、光学レンズを用いてレーザ光を記録媒体中の記録膜に照射し、該記録膜からの反射光を集光して受光する光学ピックアップであって、レーザ光の光路中に、上記と同様の位相変調用液晶素子が配置され、位相変調用液晶素子を通過するレーザ光の位相が、配向膜の配向処理に応じて部分的に変調され、光学レンズにより集光された光学スポットの記録膜からの反射光の収差が補正されるようにした構成とする。
【００２０】
本発明の光学ピックアップにおいては、上記液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように構成された位相変調用素子をレーザ光の光路中に配置することにより、記録媒体へ照射されるレーザ光、あるいは記録媒体から反射された反射光の収差が補正される。
【００２１】
本発明に係る位相調整方法は、液晶材料と、液晶材料を挟んで液晶材料に隣接する配向膜と、液晶材料に電圧を印加するための電極膜とを有し、電極膜に電圧を一様に印加したときに液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように、液晶材料の配向規制力を規定する配向膜の配向処理が変調されて成る液晶素子を用い、液晶素子に電圧を一様に印加して、液晶材料を透過する光の位相を配向膜の配向処理に応じて部分的に変調する。
【００２２】
本発明の位相調整方法においては、上記液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように構成された液晶素子を用いることにより、液晶素子に一様な電圧を印加したとき屈折率変化が部分的に変調され、液晶材料を透過る光の位相が変調される。
【００２３】
本発明に係る光学収差補正方法は、光学レンズを用いてレーザ光を記録媒体に照射し、記録媒体中の記録膜に集光スポットを形成する際の、光学収差補正方法であって、  レーザ光の光路中に、液晶材料と、液晶材料を挟んで液晶材料に隣接する配向膜と、液晶材料に電圧を印加するための電極膜とを有して電極膜に電圧を一様に印加したときに液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように、液晶材料の配向規制力を規定する配向膜の配向処理が変調されてなる位相変調用液晶素子を配置し、位相変調用液晶素子を透過するレーザ光の位相を、配向膜の配向処理に応じて部分的に変調し、光学レンズにより集光された光学スポットの収差を補正する。
【００２４】
本発明に係る光学収差補正方法は、光学レンズを用いてレーザ光を記録媒体中の記録膜に照射し、記録膜からの反射光を集光して受光する際の、光学収差補正方法であって、レーザ光の光路中に、上記と同様の位相変調用液晶素子を配置し、位相変調用液晶素子を透過するレーザ光の位相を、配向膜の配向処理に応じて部分的に変調し、光学レンズにより集光された光学スポットの記録膜からの反射光の収差を補正する。
【００２５】
本発明の光学収差補正方法においては、収差をキャンセルするような位相分布を生成するように、液晶材料の配向規制力を規定する配向規制力の配向処理を変調させた位相変調用液晶素子を配置し、記録媒体へ照射するレーザ光、あるいは記録媒体から反射した反射光を、この位相変調用液晶素子に透過させることにより、光学スポットにおける収差が補正される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る位相変調用液晶素子によれば、一様な電圧を印加したときに液晶材料の屈折率変化が変調するように、配向規制力を規定する配向膜の配向処理が変調されているので、この液晶素子を透過する光の位相を変調することができる。従って、従来例と比較して、低抵抗の電極膜及び高抵抗の電極膜といった抵抗率の異なる電極膜を用いる必要がないので、全面に透明性を優先した透明導電膜を用いることができると共に、電極膜の引き出し線を設置する必要もない。このため、電極膜の引き出し線による屈折率が乱れる領域を形成することがなく、より忠実な位相変調を可能にする。
【００２７】
位相変調用液晶素子の配向膜が、異なるエネルギーの直線偏光の光を照射する配向処理方法により部分的に異なる配向規制力を有するときは、容易に製造可能で、且つ精度の良い位相変調用液晶素子を提供できる。
一方の配向膜が部分的に異なる配向規制力を有し、他方の配向膜が一様な配向規制力を有して成る位相変調用液晶素子とするときは、双方の配向膜に夫々異なる配向規制力を有するように配向処理した場合に比べて、双方の配向膜の配向処理の位置合わせが不要になり、より精度良く且つ容易に位相変調用液晶素子を製造することができる。他方に配向膜の配向処理が一般のラビング布を用いた低コストの配向処理とすることができ、低コストにこの種の位相変調用液晶素子を提供できる。
【００２８】
本発明に係る光学ピックアップによれば、レーザ光の光路中に、収差をキャンセルするような位相分布を生成するように、配向規制力を規定する配向膜の配向処理を部分的に変調して液晶材料の屈折率変化を部分的に変調した位相変調用液晶素子からなる、いわゆる収差補正素子を配置することにより、光ディスク等の記録媒体の記録再生時の記録媒体へ照射されるレーザ光、あるいは記録媒体から反射された反射光における収差を補正することができる。収差補正素子としては、従来の低抵抗の電極膜及び高抵抗の電極膜のような抵抗率の異なる電極膜を用いる必要がないので、全面に透明性を優先した透明導電膜を用いることができ、構成の簡素が図れる。同時に、電極膜の引き出し線を設置する必要もないので、電極膜の引き出し線による屈折率が乱れる領域を形成することがない。従って、レーザスポットにおけるより忠実な位相補正ができ、より高密度記録再生を行うことができる。
従来の方法では、複数の同心円状の電極パターンにより形成される電圧分布でしか、電圧が印加されることによる屈折率の分布形状を得ることができなかった。しかし、本発明では液晶素子において、電圧が印加されることによる屈折率の変化が配向膜の配向処理時において規定できる。従って、配向膜の配向処理時において、ほぼ任意の屈折率変化パターンを形成できるので、収差をキャンセルするためのより忠実な位相補正パターンを実現することが可能である。
【００２９】
液晶材料の配向方向が互いに直交する２つの液晶素子からなり、これらの液晶素子の配向規制力を規制する配向膜の配向処理が変調されてなる位相変調用液晶素子を有するときは、一方の液晶素子により記録膜に集光する光学スポットに含まれる収差を補正でき、他方の液晶素子により記録膜からの反射光を集光する光学スポットに含まれる収差を補正することができる。
位相変調用液晶素子の配向膜が、異なるエネルギーの直線偏光の光を照射する配向処理方法により部分的に異なる配向規制力を有するときは、容易に製造可能で、且つ精度の良い収差補正素子を提供できる。
一方の配向膜が部分的に異なる配向規制力を有し、他方の配向膜が一様な配向規制力を有して成る位相変調用液晶素子とするときは、双方の配向膜に夫々異なる配向規制力を有するように配向処理した場合に比べて、双方の配向膜の配向処理の位置合わせが不要になり、より精度良く且つ容易に収差補正素子を製造することができる。他方に配向膜の配向処理が一般のラビング布を用いた低コストの配向処理とすることができ、低コストにこの種の位相変調用液晶素子を提供できる。
【００３０】
本発明に係る位相調整方法によれば、電圧を一様に印加したときに液晶材料の屈折率変化が部分的に変調されるように、液晶材料の配向規制力を規定する配向膜の配向処理を変調させた液晶素子を用い、この液晶素子に光を投下することにより、透過する光の位相を変調することができ、光の位相調整を行うことができる。液晶素子としては、低抵抗の電極膜及び高抵抗の電極膜といった抵抗率の異なる電極膜を用いる必要がなく、全面に透明性を優先した透明導電膜を用いることができると共に、電極膜の引き出し線を設置する必要もないので、引き出し線による屈折率が乱れる領域を形成することがなく、より忠実な位相調整を行うことができる。
【００３１】
液晶素子の配向膜が、異なるエネルギーの直線偏光の光を照射する配向処理方法により部分的に異なる配向規制力を有するときは、精度の良いこの種の液晶素子を得て、より精度のよい位相補正を行うことができる。
一方の配向膜が部分的に異なる配向規制力を有し、他方の配向膜が一様な配向規制力を有して成る液晶素子とするときは、双方の配向膜に夫々異なる配向規制力を有するように配向処理した場合に比べて、双方の配向膜の配向処理の位置合わせが不要になり、より精度の良いこの種の液晶素子を得て、さらに精度のよい位相補正を行うことができる。
【００３２】
本発明に係る光学収差補正方法によれば、レーザ光の光路中に、収差をキャンセルするような位相分布を生成するように、配向規制力を規定する配向膜の配向処理を部分的に変調して液晶材料の屈折率変化を部分的に変調した位相変調用液晶素子を配置することにより、記録媒体の記録膜に集光スポットを形成する際、あるいは記録膜からの反射光を集光して受光する際のレーザスポットにおける収差を補正することができる。位相変調用液晶素子としては、従来の低抵抗の電極膜及び高抵抗の電極膜のような抵抗率の異なる電極膜を用いる必要がなく、全面に透明性を優先した透明導電膜を用いることができると共に、電極膜の引き出し線を設置する必要もないので、電極膜の引き出し線による屈折率が乱れる領域を形成することがない。従って、レーザスポットにおけるより忠実な位相補正が可能になる。
従来の方法では、複数の同心円状の電極パターンにより形成される電圧分布でしか、電圧が印加されることによる屈折率の分布形状を得ることができなかった。しかし、本発明では位相変調用液晶素子において、電圧が印加されることによる屈折率の変化が配向膜の配向処理時において規定できるので、配向膜の配向処理時において、ほぼ任意の屈折率パターンを形成でき、収差をキャンセルするためのより忠実な位相補正パターンを実現することが可能である。
【００３３】
位相変調用液晶素子の配向膜が、異なるエネルギーの直線偏光の光を照射する配向処理方法により部分的に異なる配向規制力を有するときは、精度の良いこの種の位相変調用液晶素子を得て、より精度の良い位相補正を行うことができる。
一方の配向膜が部分的に異なる配向規制力を有し、他方の配向膜が一様な配向規制力を有して成る位相変調用液晶素子とするときは、双方の配向膜に夫々異なる配向規制力を有するように配向処理した場合に比べて、双方の配向膜の配向処理の位置合わせが不要になり、より精度の良いこの種の位相変調用液晶素子を得て、さらに精度のよい位相補正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照して本発明の位相変調用液晶素子、位相変調用液晶素子を使用した光学ピックアップ、液晶材料を用いた位相調整方法、液晶材料を用いた光学収差補正方法の実施の形態を説明する。
【００３５】
本発明に係る位相変調用液晶素子、位相変調用液晶素子を使用した光学ピックアップを説明する前に、本発明に適用される配向処理の方法について図１０、図１１、図１２を用いて説明する。
前述の図１３では、配向膜の全面に一様な配向処理を施した例を示したが、本発明においては、配向処理に変調を施している。図１０は一般的に用いられるラビング布を用いた配向処理の原理図を示す。ラビング布を用いた配向処理の方法は、配向膜４１が形成された基板４２に対し、ラビング布４３を巻き付けたロール４４を配置し、ロール４４に巻き付けられたラビング布４３を、回転させながら配向膜４１に押しつる方法である。ラビング布４３が押し当てられる方向４５に配向膜４１の配向が揃うようになる。この方法においては、短時間に広い面積の配向膜４１を配向処理させる場合に適しており、一般の液晶ディスプレイなどの製造工程に用いられる。
【００３６】
次に、最近開発された光を用いた配向処理方法を説明する。この方法は、配向膜材料に直線偏光の光を照射することにより、偏光に対応した方向の配向膜の鎖を切り、配向膜の分極方向に異方性を与える方法である。この光を用いた配向処理、いわゆる光配向の方法においては、照射する光は、分子内の鎖を切る必要があるので、短波長（ＵＶ光が望ましい）であることが必要である。また、この方法においては、配向膜に照射する光のエネルギーに応じて、鎖の残り具合が変わるので、光の照射エネルギーを調整することにより配向の強さ、即ち液晶材料の配向を規制する配向規制力、をコントロールすることができる。より具体的には配向膜の材質にも依存するが、２６６ｎｍ付近のレーザ光源を用いた場合においては、０．１〜２．０Ｊ／ｃｍ２程度の光エネルギーを照射することにより配向規制力を調整することができる。
【００３７】
図１１、図１２は、配向膜に対する光配向の処理方法の例を示す。
図１１の光配向処理装置４６を用いた光配向処理方法では、レーザ光源（例えば市販されている２６６ｎｍのＵＶレーザ光源）４７を使用して、集光レンズ４８により集光された直線偏光のＵＶレーザ光４９を基板５２に形成された配向膜５１に照射する方法である。この光配向処置装置４６は、レーザ光源４７と、レーザ光を開閉するシャッター５４と、レーザ光の照射エネルギーを調整するアッテネータ５５と、光路変更用のミラー５６と、集光レンズ４８とを配置し、さらに配向膜５１を有した基板５２を載置してＸ方向及びＹ方向に移動可能としたＸーＹステージ５３を配置して構成される。この装置４６では、レーザ光源４７からの直線偏光のＵＶレーザ光４９が開放されたシャッター５４を通り、アッテネータ５５で照射エネルギーが調整され、ミラー５６、集光レンズ４８を介して配向膜５１に照射される。この方法によれば、レーザ光４９が照射された部分の配向膜５１は、照射されるレーザ光４９の偏光方向に対応した方向の配向方向で、且つ照射されるレーザ光４９の照射エネルギーに応じた配向規制力の配向処理がなされる。従って、レーザ光４９の照射エネルギーを調整するアッテネータ５５と、レーザ光４９の照射位置を制御するステージ５３を配置することにより、レーザ光４９の照射エネルギーを部分的に制御することができる。即ち、レーザ光４９の照射エネルギーを部分的に制御できることは、配向膜５１の配向規制力を部分的に制御できることになる。
【００３８】
図１２は、光配向処理を用いて配向膜の配向規制力を部分的に制御できる他の具体例である。この光配向処理装置６１は、一般のフォトリソグラフィー工程に用いている露光機を照射させる光が直線偏光になるように改造したものである。光源６２には高圧水銀ランプなどの紫外線を発光する無偏光の光源を用いているが、基板６４表面に形成された配向膜６５への照射領域までの経路に直線偏光の光のみとなるように改良されている。図１６においては、透明誘電体基板よりなる偏光成分分離ミラー６６、即ち誘電体基板６７をブリュースター角φとなる位置に配置することにより、Ｓ偏光の成分のみが配向膜６５への照射領域に到着する例を示したものである。このような光配向処理装置６１を用いることにより、配向膜６５を形成した基板（サンプル）６４をＸーＹステージ６３を介して移動させなくても広い面積に一括照射させることができる。即ち、半導体製造工程に一般に用いられるフォトマスク６８を用いることにより、部分的な配向処理が可能となる。フォトマスク６８の種類を数種類用いることにより、配向規制力が数段階存在する配向処理を容易に行うことができる。さらには、グレイ階調を有するフォトマスクを用いれば、配向膜６５上のフォトレジスト膜６９に対する一回の露光工程において、配向規制力がほぼ連続的に変化する配向処理を容易に行うことができる。
【００３９】
次に、図１及び図２を用いて本発明に係る位相変調を可能にする液晶素子の構成、動作の原理を説明する。
配向規制力が異なる場合の液晶材料の動作について、図１を用いて説明する。図１Ａは、電圧を印加しないときの液晶素子７１の液晶材料の状態を示す。液晶素子７１は、液晶材料７２を挟んで一方の側に配向膜７３を有する電極膜７５が形成され、他方の側に配向膜７４を有する電極膜７４が形成されて成る。図１Ｂは、配向規制力が強くなるように配向処理された配向膜７３１７４２ を有する液晶素子７１１ に電圧７７を印加したときの液晶材料７２の状態を示す。図１Ｃは、配向規制力が弱くなるように配向処理された配向膜７３２、７４２ を有する液晶素子７１２ に同じ電圧７７を印加したときの液晶材料７２の状態を示す。
【００４０】
両電極膜７５及び７６間に電圧７７が印加されていないときは、図１Ｂの配向膜の配向規制力が強くなるように配向処理された液晶材料７１１及び図１Ｃの配向膜の配向規制力が弱くなるような配向処理された液晶素子７１２ 共に、図１Ａに示すように液晶材料７２が配向膜７３〔７３１ 、７３２〕、７４〔７４１ 、７４２〕により定められた方向に配列している。一方、両電極膜７５及び７６間に外部から電圧７７が印加されたときの、図１Ｂの液晶素子７１１及び図１Ｃの液晶素子７１２ における液晶材料７２の状態を見る。夫々に等しい電圧７７が印加されたとしても、図１Ｂの配向膜７３１、７４１ の配向規制力が強くなるように配向処理された液晶素子７１1の方が、図１Ｃの配向膜７３２ 、７４２ の配向規制力が弱くなるように配向処理された液晶素子７１２に比較して、液晶材料７２は配向膜７３１ 、７４１の配向規制力を相対的に強く感じられる。このため図１Ｂの液晶素子７１１ では、外部からの電圧７７があたかも少ないように感じられる。即ち、一定の電圧７７を印加している場合において、配向膜の配向規制力が強くなるように配向処理された場合は、配向膜の配向規制力が弱くなるような配向処理された場合に比較して、屈折率ｎｅの変化量が少なくなる。
【００４１】
上述の説明に基づき、図２を用いて本発明に係る位相変調用液晶素子及び液晶材料を用いた位相調整方法の実施の形態（原理的な構成、動作）を説明する。
本実施の形態に係る位相変調用液晶素子８１は、図２に示すように、同一デバイス内に、配向膜８３、８４の配向規制力が強くなるように配向処理された領域８３１、８４１ と、配向膜８３、８４の配向規制力が弱くなるように配向処理された領域８３２、８４２が混在して構成された例である。即ち、位相変調用液晶素子８１は、液晶材料８２を挟んで一方の側にそれぞれ液晶材料８２に接触して配向規制力が強くなるように配向処理した領域８３１と、配向規制力が弱くなるように配向処理した領域８３２ とが混在する配向膜８３を有する電極膜８５が配置され、液晶材料８２を挟む他方の側にそれぞれ液晶材料８２に接触して配向膜８３の領域８３１、８４１ に対向するように、配向規制力が強くなるように配向処理した領域８４１と、配向規制力が弱くなるように配向処理した領域８４２ とが混在する配向膜８４を有する電極膜８６が配置されて成る。本例では、液晶材料８２を挟んで互いに対向する配向膜８３の領域８３１と配向膜８４の領域８４１ の配向規制力が共に同じになるように配向処理され、配向膜８３の領域８３２と配向膜８４の領域８４２ の配向規制力が共に同じになるように配向処理される。
【００４２】
図２に示すように、配向膜８３、８４の配向規制力が強くなるように配向処理された領域８３１、８４１ に対応する液晶材料８２は、配向膜８３、８４の配向規制力が弱くなるように配向処理された領域８３２、８４２ に対応する液晶材料８２に比較して、等しい電界が印加されている状況においても、その屈折率ｎｅの変化量が少なくなる。このため、本実施の形態の位相変調用液晶素子８１では、印加する電圧を変調することなしに、液晶材料８２の屈折率の変化量を変調することができる。位相変調用液晶素子８１に垂直に入射した光は、屈折を生じることなく、その印加された電圧８７に応じた屈折率変化のみを感じるとになる。従って、位相変調用液晶素子８１に光を透過させると、透過した光は配向膜８３、８４の配向規制力に対応して位相量を変化させることになる。印加する電圧８７を変化させることによっても透過した光の位相量を変化させることもできる。光ビームは、例えば配向規制力の強い領域８３１、８４１ 及び配向規制力が弱い領域８３２ 及び８４２ を含むように素子８１に透過させることができる。
【００４３】
図２に示した位相変調用液晶素子８１によれば、図１４に示した従来例と比較して、低抵抗導電性膜及び高抵抗導電性膜といった抵抗率の異なる導電材料を用いる必要がないので、全面に透明性を優先した透明導電膜を用いることができると共に、引き出し線を設置する必要もない。なお、同一液晶素子内に、配向膜の配向規制力が強くなるように配向処理された領域８３１、８４１ と、配向膜の配向規制力が弱くなるような配向処理された領域８３２、８４２ が混在する液晶素子８１は、前述した図１１及び図１２に示した配向処理方法により容易に作成することができる。
【００４４】
次に、図３は、本発明の位相変調用液晶素子、即ち同一液晶素子内に、配向膜の配向規制力が強くなるように配向処理された領域と、配向膜の配向規制力が弱くなるような配向処理された領域とが混在するよう構成した位相変調用液晶素子の他の実施の形態を示す。
本実施の形態に係る位相変調用液晶素子９１は、液晶材料８２を挟んで一方の側に図２と同様に、液晶材料８２に接触して配向規制力が強くなるように配向処理した領域８３１と配向規制力が弱くなるように配向処理した領域８３２ とが混在する配向膜８３を有する電極膜８５が配置され、液晶材料８２を挟む他方の側に一定の配向処理を施した配向膜９２を有する電極膜８６が配置されて構成される。その他の構成は図２と同様であるので、対応する部分には同一符号を付して詳細説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態の位相変調用液晶素子９１においても、図２の場合と同様に、等しい電圧８７を印加されている状況において、配向膜８３の配向規制力が強くなるように配向処理した領域８３１に対応した液晶材料８２の屈折率ｎｅの変化量が、配向膜８３の配向規制力が弱くなるように配向処理した領域８３2 に対応した液晶材料８２の屈折率ｎｅの変化量に比較して、少なくなる。このため、印加する電圧を変調することなく、屈折率の変化量を変調することができる。従って、この位相変調用液晶素子９１に光を透過させると、透過した光は配向膜８３の配向規制力に対応して位相量を変化させることができる。その他、図２と同様の効果を奏する。
【００４６】
図４及び図５は、本発明の位相変調用液晶素子および液晶材料を用いた位相調整方法を、光学的な収差を補正する収差補正素子、及び収差補正方法に適用した場合の原理的な実施の形態を示す。
本実施の形態に係る収差補正素子９４は、図４に示すように、配向膜９６上に透明性電極膜９７を形成した位相変調用液晶素子１００で構成される。配向膜９６を有する透明性電極膜９７は、対向する夫々の透明基板９８、９９の内面に形成され、この透明基板９８、９９間に液晶材料が充填される。配向膜の構成は、前述の図２又は図３に示す構成を採用できる。この収差補正素子９４は、電圧を印加することによる液晶材料の屈折率変化が配向膜９６の配向規制力に対応して位置的に変調されるようになっており、対物レンズに入射する前の並行ビームに対して、図５に示すように、光ディスクのカバーガラス層の厚さが変化した場合に発生する球面収差をキャンセルするような位相分布となるように、液晶材料の屈折率が分布するような配向膜９４の配向規制力が分布されている。
【００４７】
図４において、配向膜９４は、光学的な収差がキャンセルされるような位相変化を生じるような屈折率変化となるように配向処理される。図５Ａは、外部電圧の印加による液晶の屈折率変化を示しており、配向膜の配向規制力の強さに反比例する傾向である。ｅは液晶材料の屈折率の分布である。図５Ｂは外部電圧の印加による位相変化を示す。ｄは位相分布である。
本例の配向膜９６では、図５の屈折率の分布ｅが得られるように、同心円状に円形中央領域９６１を配向規制力が強くなるように配向処理し、その外側の円リング状領域９６２ を配向規制力が弱くなるように配向処理し、最外側領域９６３ を配向規制力が強くなるように配向処理することができる。
【００４８】
従って、本実施の形態の収差補正素子９４、及びこれを用いた収差補正方法によれば、収差補正素子を構成する位相変調用液晶素子１００に一様な電圧を印加することにより、球面収差をキャンセルするような位相分布（即ち位相変化）ｄを生成することができ、この収差補正素子９４に光ビーム９５を透過させることにより、球面収差を補正することができる。本実施の形態の収差補正素子９４および収差補正方法においては、従来の電圧分布を形成するために必要な低抵抗の導電性膜あるいは引き出し線等の不要な電極を必要せず、加えて引き出し線の存在によって電圧分布が乱れる領域をなくすことができる。
【００４９】
また、本実施の形態の位相変調用液晶素子を適用した収差補正素子９４および液晶材料を用いた位相調整方法を適用した収差補正方法においては、電圧が印加されることによる屈折率の変化は、配向膜の配向処理において、規定することができる。従って、電圧を分布させる従来の方法では複数の同心円状の電極パターンにより形成される電圧分布でしかその屈折率の分布形状が得られなかったが、本実施の形態においては、配向膜の配向処理時においてほぼ任意のパターンの屈折率の分布形状を形成することができる。
【００５０】
図６、図７、図８は、本発明の位相変調用液晶素子および液晶材料を用いた位相調整方法を適用して、光学ピックアップに組み込むことのできる光学収差補正素子の実施の形態を示す。図６は、その光学収差補正素子の概略構成を示す。図１１はその光学収差補正素子の分解斜視図、図１２はその光学収差補正素子の要部の断面構造を示す。
本実施の形態に係る光学ピックアップ用の光学収差補正素子１０１は、図６に示すように、透明なガラス基板１０２の両面にそれぞれ透明なカバーガラス部材１０３及び１０４を所定間隔を置いて配置し、ガラス基板１０２と一方のカバーガラス部材１０３との間、ガラス基板１０２と他方のカバーガラス部材１０４との間にそれぞれ液晶材料１０７、１０８を注入して形成した第１の液晶素子１０５及び第２の液晶素子１０６から構成される。第１の液晶素子１０５は、ガラス基板の一方の面に透明性のガラス基板側電極１１０及びその上の配向膜１１１が形成され、カバーガラス部材１０３の内面に透明性のカバーガラス部材側電極１１２及びその上の配向膜１１３が形成され、配向膜１１１及び１１３間に液晶材料１０７が注入されて形成される。第２の液晶素子１０６は、ガラス基板の他方の面に透明性のガラス基板側電極１１５及びその上の配向膜１１６が形成され、カバーガラス部材１０４の内面に透明性のカバーガラス部材側電極１１７及びその上の配向膜１１８が形成され、配向膜１１６及び１１８間に液晶材料１０８が注入されて形成される。
【００５１】
ガラス基板１０２は、両カバーガラス部材１０３、１０４より大きな面積を有するように形成される。ガラス基板１０２の一方の面には、ガラス基板側電極１１０に一体の電極端子１２１と、カバーガラス部材側電極１１２に電気的に接続する電極端子１２２とが外部の露出するように形成される。同様に、ガラス基板１０２の他方の面には、ガラス基板側電極１１５に一体の電極端子１２３と、カバーガラス部材側電極１１７に電気的に接続する電極端子（図示せず）とが外部の露出するように形成される。ガラス基板側電極１１２及び１１５に一体の電極端子１２１及び１２３はガラス基板１０２の例えば中央部に形成され、カバーガラス部材側電極１１２及び１１７に接続される電極端子は、夫々電極端子１２１、１２３と並列にガラス基板１０２の端側に形成される。
【００５２】
図７、図８は、液晶材料１０７、１０８に電圧を印加するための電極接続構成および液晶材料１０７、１０８が注入されている領域、さらには、後述の配向膜１１３、１１６の配向規制力が変調されている領域をより判りやすく説明するための図である。ガラス基板側電極１１０、１１５及びカバーガラス部材側電極１１２、１１７は、互いに対向しているために、電圧を外部から印加する場合において、その接続が容易でない。従って、図７、図８に示した例においては、液晶材料１０７、１０８を注入する領域の厚さを規定するために、絶縁性接着剤に導電性粒子１２６を分散した異方性導電接着剤１２７にさらにスペーサ１２５を加えて、この異方性導電瀬着剤１２７によりカバーガラス部材側電極１１２、１１７とガラス基板１０２に形成されているガバーガラス用電極端子１２２との接続を行っている。
【００５３】
即ち、ガラス基板１０２とカバーガラス部材１０３は、図７及び図８に示すように、スペーサ１２５を介して枠状の異方性導電接着剤１２７で接合される。電極端子１２２とカバーガラス部材側電極１１２とは異方性導電接着剤１２７により電気的に接続される。同様に、ガラス基板１０２とカバーガラス部材１０４は、スペーサ１２５を介して枠状の異方性導電接着剤１２７で接合される。電極端子（図示せず）とカバーガラス部材側電極１１７とは異方性導電接着剤１２７により電気的に接続される。枠状の異方性導電接着剤１２７とガラス基板１０２とカバーガラス部材１０３で囲まれた空間に液晶材料１０７が注入され、枠状の異方性導電接着剤１２７とガラス基板１０２とカバーガラス部材１０４で囲まれた空間に液晶材料１０８が注入される。
【００５４】
そして、これら第１の液晶素子１０５及び第２の液晶素子１０６は、それぞれの液晶材料１０７及び１０８の配向の方向が、共にガラス基板１０２に平行な方向であり、且つ、第１の液晶素子１０５及び第２の液晶素子１０６における液晶材料１０７及び１０８の配向の方向が互いに直交するように構成される。第１及び第２の液晶素子１０５、１０６は、その配向膜の配向規制力の強さが光学収差補正パターンに対応するように変調されて構成される。本例では、ガラス基板１０２側の配向膜１１１及び１１６にのみ、電圧を印加したときの液晶材料１０７、１０８の屈折率変化が球面収差をキャンセルするような位相分布を生成するように、配向膜１１１及び１１６の配向規制力を位置的に変調させた構成としている。
本例の配向膜１１１及び１１６では、前述の図５の屈折率の分布ｅが得られるように、同心円状に円形中央領域を配向規制力が強くなるように配向処理し、その外側の円リング状領域を配向規制力が弱くなるように配向処理し、最外側領域を配向規制力が強くなるように配向処理することができる。
【００５５】
ここで、前述の図２の構成と同様に、液晶材料１０７及び１０８の両側の配向膜１１１、１１２及び１１６、１１８を、電圧を印加したときの液晶材料１０７、１０８の屈折率変化が球面収差をキャンセルするような位相分布を生成するように、配向膜１１１、１１２及び１１６、１１８の配向規制力が位置的に変調されている構成とすることも可能である。このように液晶材料１０７及び１０８の夫々の両側の配向膜１１１、１１２及び１１６、１１８の配向規制力が位置的に変調させた構成とすることにより、印加する電圧の低電圧化および調整できる収差量を大きくすることができるという効果を奏する。
【００５６】
また、図６に示すように、電圧を印加したときの液晶材料１０７、１０８の屈折率変化が球面収差をキャンセルするような位相分布を生成するように、液晶材料１０７、１０８の両側の配向膜のいずれか一方の配向膜（図６では配向膜１１１、１１６）のみを、配向規制力が位置的に変調するように配向処理した場合には、他方の配向膜（図６では配向膜１１２、１１８）の配向処理を一般のラビング布を用いた低コストな配向処理とすることができる。これにより、収差補正素子の低コスト化を図ることができると共に、ガラス基板１０２とカバーガラス部材１０３、１０４との接着工程において、その位置合わせ精度を極めて緩くすることができるという効果を奏する。
【００５７】
このように、本実施の形態の収差補正素子１０１では、液晶素子１０５、１０６の配向膜の配向処理において、ほぼ任意の屈折率変化の分布形状を形成することができるので、収差をキャンセルするためのより忠実な位相補正パターンを実現できる。
【００５８】
図９は、図６に示す本実施の形態の収差補正素子及び収差補正方法を適用した本発明に係る光学ピックアップの一実施の形態を示す。図９において、１４は、記録媒体即ち光ディスク、１３１は本実施の形態に係る光学ピックアップを示す。光ディスク１４は支持体１５に単層又は多層の記録膜１６が形成され、その表面にカバー層（例えばカバーガラス層）が形成されて成る。
本実施の形態に係る光学ピックアップ１３１は、光源となる例えば半導体レーザ光源１３２と、半導体レーザ光源１３２から出射されたレーザ光の光ディスク１４に向かう光路に沿って順次平行光とするためのコリメートレンズ１３３と、偏光ビームスプリッタ１３４と、本発明の収差補正素子１０１と、１／４波長板（ＱＷＰ）１３６と、対物レンズ（ＰＢＳ）１３７とが配置され、さらに光ディスク１４からの反射光が偏光ビームスプリッタ１３４で反射した戻り光の光路に集光レンズ１３８と戻り光を受光検出するためのフォトディテクタ１３９が配置されて成る。
【００５９】
１／４波長板１３６は、収差補正素子１０１を構成する液晶素子１０５、１０６に直線偏光の光が入射するように収差補正素子１０１と偏光ビームスプリッタ１３４との間に配置される。収差補正素子１０１は、前述したように液晶素子１０５、１０６の配向膜を透過するレーザ光の偏光方向にそれぞれ一致させている。即ち、収差補正素子１０１は、その液晶素子１０５、１０６の夫々の配向方向が互いに直交し、これらの配向方向が夫々光ディスク１４へ入射するレーザ光の偏光方向、及び光ディスク１４からの反射光が有する偏光方向に一致するように構成される。例えば液晶素子１０５の配向方向が光ディスク１４へ入射されるレーザ光の偏光方向に一致し、液晶素子１０６の配向方向が光ディスク１４からの反射光の偏光方向に一致する。この場合、一方の液晶素子１０５は、光ディスク１４へ入射されるレーザ光の球面収差を補正する位相分布が得られるように配向膜の配向規制力が位置的に変調されて形成される。また、他方の液晶素子１０６は、光ディスク１４から反射されフォトディテクタ１３９に集光される戻り光の球面収差を補正する位相分布が得られるように配向膜の配向規制力が位置的に変調されて形成される。
【００６０】
本実施の形態の光学ピックアップ１３１では、半導体レーザ光源１３２から出射したレーザ光はコトメートレンズ１３３で平行光になり、偏光ビームスプリッタ１３４を透過する。偏光ビームスプリッタ１３４を透過したレーザ光Ｌｆは、収差補正素子１０１において、光を透過するように電圧印加された液晶素子１０６を透過し、液晶素子１０５を透過したときに位相変調され、１／４波長板１３６、対物レンズ１３７を透過して光ディスク１４の記録膜１６に集光される。このとき、レーザ光Ｌｆが液晶素子１０５で位相変調されることにより、記録膜１４上のレーザ光Ｌｆにおける球面収差が補正される。
光ディスク１４の記録膜１６で反射された反射光は、再び対物レンズ１３７を透過し１／４波長板１３６でレーザ光Ｌｆの偏光方向と直交する直偏光の光に変換されて収差補正素子１０１に入射される。収差補正素子１０１では、液晶素子１０６が収差補正素子として作用し、液晶素子１０５は光を透過するように電圧印加される。従って、反射光は、液晶素子１０５を透過し液晶素子１０６で位相変調され、偏光ビームスプリッタ１３４に入射し、ここで反射して戻り光Ｌｒとして集光レンズ１３８を介してフォトディテクタ１３９に受光される。このとき、反射光が液晶素子１０６で位相変調されることにより、フォトディテクタ１３９上の戻り光Ｌｒにおける球面収差が補正される。
【００６１】
従って、本実施の形態の光学ピックアップ１３１は、高記録密度におけるマルチレイヤーの記録再生といった光学的に許容される収差が少ない状態における、収差が存在する環境の使用を可能とする。
【００６２】
上述の本発明の説明においては、配向膜の配向処理工程の説明以外、製造工程に関する詳細説明を行っていないが、製造工程においては、一般に市販されている液晶表示デバイスの製造工程により作成が容易である。また、本発明の位相変調用液晶素子、位相変調用液晶素子を使用した光学ピックアップ、液晶材料を用いた位相調整方法、液晶材料を用いた光学収差補正方法の説明においては、位相補正、収差補正に関する機能に重点をおいて説明したが、本発明の位相変調用液晶素子、位相変調用液晶素子を使用した光学ピックアップにおいては、一般的な光学部品としての要素として望ましい形態、即ち、透過光量を高めるための反射防止膜コートなどの形成を可能にする。反射膜コート等に関する具体的な記述は省略する。
【００６３】
さらに、本発明の説明においては、配向規制力の強弱を変調している配向膜の材質を規定していないが、本発明の配向膜は、光配向処理に適した材料でありさえすればよい。より具体的には、従来のラビング布を用いた配向法に使用することのできる配向膜材料であるＪＳＲ製のＡＬ１２５４材料を光配向方法により配向することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】Ａ〜Ｃ  本発明に係る位相変調を可能にする液晶素子の原理的な構成、動作の説明に供する説明図である。
【図２】本発明に係る位相変調用液晶素子及び位相調整方法の原理的な一実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明に係る位相変調用液晶素子及び位相調整方法の原理的な他の実施の形態を示す構成図である。
【図４】本発明に係る光学的な収差を補正する収差補正素子及び収差補正方法に適用した場合の原理的な実施の形態を示す構成図である。
【図５】Ａ  図４の収差補正素子に外部電圧を印加したときの液晶材料の屈折率変化の分布図である。  Ｂ  図４の収差補正素子に外部電圧を印加したときの位相変化の分布図である。
【図６】光学ピックアップに適用される本発明に係る収差補正素子の実施の形態を示す概略構成図である。
【図７】図６の収差補正素子の分解斜視図である。
【図８】Ａ  図７のＡーＡ線上の要部の断面図である。  Ｂ  図７のＢーＢ線上の要部の断面図である。
【図９】本発明に係る光学ピックアップの一実施の形態を示す構成図である。
【図１０】本発明に適用される配向処理方法の一例を示す構成図である。
【図１１】本発明に適用される配向処理方法の他の例を示す構成図である。
【図１２】本発明に適用される配向処理方法のさらに他の例を示す構成図である。
【図１３】Ａ〜Ｃ  電圧印加による液晶材料の屈折率制御についての説明図である。
【図１４】従来の球面収差補正用の液晶素子の原理の説明に供する構成図である。
【図１５】従来の光学ピックアップの例を示す構成図である。
【図１６】図１５の光学ピックアップに適用される収差補正素子の概略構成図である。
【図１７】Ａ  図１５の収差補正素子の収差補正に供する領域部の平面図である。  Ｂ  収差補正素子の液晶材料に印加される電圧分布図である。  Ｃ  補正すべき位相分布に対応した屈折率変化の分布図である。
【符号の説明】
【００６５】
１４・・・光ディスク、１５・・・支持体、１６・・・記録膜、１７・・・カバー層、７１・・・液晶素子、７２・・・液晶材料、７３、７４・・・配向膜、７５、７６・・・電極膜、７３１、７４１ ・・・配向規制力が強い配向膜、７３２ 、７４２ ・・・配向規制力が弱い配向膜、７７・・・電圧、８１・・・位相変調用液晶素子、８２・・・液晶材料、８３〔８３１、８３２ 〕、８４〔８４1 、８４２ 〕、９２・・・配向膜、８５、８６・・・電極膜、８７・・・電圧、９４・・・収差補正素子、９５・・・平行光ビーム、９６・・・配向膜、９７・・・透明性電極膜、９８、９９・・・透明基板、ｅ・・・液晶材料の屈折率変化の分布、ｄ・・・位相変化の分布、１０１・・・光学ピックアップ用の収差補正素子、１０２・・・ガラス基板、１０３、１０４・・・カバーガラス部材、１０５、１０６・・・液晶素子、１０７、１０８・・・液晶材料、１１０、１１５・・・ガラス基板側電極、１１１、１１３、１１６、１１８・・・配向膜、１１２、１１７・・・カバーガラス部材側電極、１２１、１２２・・・電極端子、１２５・・・スペーサ、１２６・・・導電性粒子、１２７・・・異方性導電接着剤、１３１・・・光学ピックアップ、１３２・・・半導体レーザ光源、１３３・・・コリメートレンズ、１３４・・・偏光ビームスプリッタ、１３６・・・１／４波長板、１３７・・・対物レンズ、１３８・・・集光レンズ、１３９・・・フォトディテクタ
【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】
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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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