(57)【要約】【課題】  誘電体多層膜を用いて、対物レンズに入射する光ビームを部分的に遮断して、対物レンズの開口制御を可変する液晶光学素子及びそのような液晶光学素子を用いた光学装置を提供することを目的とする。【解決手段】  第１の透明基板（３１）と、第２の透明基板（３７）と、第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶（３８）と、第１の透明基板上に形成された第１の誘電体多層膜（４０）と、第２の透明基板上に形成された第２の誘電体多層膜（４１）と、第１の誘電体多層膜と第２の誘電体多層膜との間に封入された液晶の屈折率を変化させるために液晶に電圧を印加する領域（５０）を有する透明電極（３２）とを有し、領域に印加される電圧を制御することによって光ビームの透過を実質的に遮断して対物レンズ（１９）の開口を制御する液晶光学素子（１７、１１７）と、それを用いた光学装置。【選択図】      図１
2005266483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズに入射する光ビームの光路中に配置される液晶光学素子であって、
第１の透明基板と、
第２の透明基板と、
前記第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶と、
前記第１の透明基板上に形成された第１の誘電体多層膜と、
前記第２の透明基板上に形成された第２の誘電体多層膜と、
前記第１の誘電体多層膜と前記第２の誘電体多層膜との間に封入された前記液晶の屈折率を変化させるために、前記液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、
前記領域に印加される電圧を制御することによって、前記光ビームの透過を実質的に遮断して、前記対物レンズの開口を制御することを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
光源から射出される光ビームの光路中に配置される液晶光学素子であって、
第１の透明基板と、
第２の透明基板と、
前記第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶と、
前記第１の透明基板上に形成された第１の誘電体多層膜と、
前記第２の透明基板上に形成された第２の誘電体多層膜と、
前記第１の誘電体多層膜と前記第２の誘電体多層膜との間に封入された前記液晶の屈折率を変化させるために、前記液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、
前記領域に印加される電圧を制御することによって、前記光ビームの透過を実質的に遮断することを特徴とする液晶光学素子。
【請求項３】
前記第１の誘電体多層膜、前記第２の誘電体多層膜及び前記領域は、リング状に形成されている請求項１又は２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記第１の誘電体多層膜及び前記第２の誘電体多層膜は、第１の層及び少くとも前記第１の層より屈折率の小さい第２の層が積み重なって構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項５】
対物レンズに入射する光ビームの光路中に配置される液晶光学素子であって、
第１の透明基板と、
第２の透明基板と、
前記第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶と、
前記第１の透明基板上に形成された誘電体多層膜と、
前記誘電体多層膜と前記第２の透明基板との間に封入された前記液晶の屈折率を変化させるために、前記液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、
前記領域に印加される電圧を制御することによって、前記光ビームの透過を実質的に遮断して、前記対物レンズの開口を制御することを特徴とする液晶光学素子。
【請求項６】
光源から射出される光ビームの光路中に配置される液晶光学素子であって、
第１の透明基板と、
第２の透明基板と、
前記第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶と、
前記第１の透明基板上に形成された誘電体多層膜と、
前記誘電体多層膜と前記第２の透明基板との間に封入された前記液晶の屈折率を変化させるために、前記液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、
前記領域に印加される電圧を制御することによって、前記光ビームの透過を実質的に遮断して、前記対物レンズの開口を制御することを特徴とする液晶光学素子。
【請求項７】
前記誘電体多層膜及び前記領域は、リング状に形成されている請求項５又は６に記載の液晶光学素子。
【請求項８】
前記誘電体多層膜は、第１の層及び少くとも前記第１の層より屈折率の小さい第２の層が積み重なって構成されている請求項５〜７の何れか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項９】
前記透明電極は、前記光ビームの位相を制御するための複数の領域を有する請求項１〜８の何れか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項１０】
前記透明電極は、球面収差又はコマ収差を補正するために前記光ビームの位相を制御するための複数の領域を有する請求項１〜８の何れか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項１１】
光学装置であって、
光ビームを射出するための光源と、
前記光ビームを集光するための対物レンズと、
前記対物レンズに入射する前記光ビームの光路中の配置された液晶光学素子であって、
第１の透明基板と、
第２の透明基板と、
前記第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶と、
前記第１の透明基板上に形成された第１の誘電体多層膜と、
前記第２の透明基板上に形成された第２の誘電体多層膜と、
前記第１の誘電体多層膜と前記第２の誘電体多層膜との間に封入された前記液晶の屈折率を変化させるために、前記液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、
前記領域に印加される電圧を制御することによって、前記光ビームの透過を実質的に遮断して、前記対物レンズの開口を制御する液晶光学素子と、
を有することを特徴とする光学装置。
【請求項１２】
前記第１の誘電体多層膜、前記第２の誘電体多層膜及び前記領域は、リング状に形成されている請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記第１の誘電体多層膜及び前記第２の誘電体多層膜は、少くとも第１の層及び前記第１の層より屈折率の小さい第２の層が積み重なって構成されている請求項１１又は１２に記載の光学装置。
【請求項１４】
光学装置であって、
光ビームを射出するための光源と、
前記光ビームを集光するための対物レンズと、
前記対物レンズに入射する前記光ビームの光路中の配置された液晶光学素子であって、
第１の透明基板と、
第２の透明基板と、
前記第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶と、
前記第１の透明基板上に形成された誘電体多層膜と、
前記誘電体多層膜と前記第２の透明基板との間に封入された前記液晶の屈折率を変化させるために、前記液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、
前記領域に印加される電圧を制御することによって、前記光ビームの透過を実質的に遮断して、前記対物レンズの開口を制御する液晶光学素子と、
を有することを特徴とする光学装置。
【請求項１５】
前記誘電体多層膜及び前記領域は、リング状に形成されている請求項１４に記載の光学装置。
【請求項１６】
前記誘電体多層膜は、第１の層及び少くとも前記第１の層より屈折率の小さい第２の層が積み重なって構成されている請求項１４又は１５に記載の光学装置。
【請求項１７】
前記透明電極は、前記光ビームの位相を制御するための複数の位相制御領域を有する請求項１１〜１６の何れか一項に記載の光学装置。
【請求項１８】
前記透明電極は、球面収差又はコマ収差を補正するために前記光ビームの位相を制御するための複数の位相制御領域を有する請求項１１〜１６の何れか一項に記載の光学装置。
【請求項１９】
前記対物レンズ及び前記液晶光学素子を同時に移動させるトラッキング手段を更に有する請求項１１〜１８の何れか一項に記載の光学装置。
【請求項２０】
前記透明電極の前記領域及び前記位相制御領域に電圧を印加するための電圧印加手段を更に有する請求項１１〜１９の何れか一項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズの開口制御及び／又は位相制御を行うための液晶光学素子及びこれを用いた光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ビームを用いて、情報の再生又は書込みを行うための技術の重要性は、近年めざましい進歩を遂げており、その為に、様々な異なった規格又は異なった記録密度を有する光ディスクが提案されてきている。そこで、１つの対物レンズを用いて、複数種類の光ディスクから情報の再生を行う光ピックアップ装置が知られている（例えば、特許文献１）。
このような光ピックアップ装置の一例を図１０に示す。図１０において、光ピックアップ装置１は、半導体レーザ２、アパーチャ３、アパーチャ可動手段４及び対物レンズ５を有し、低密度光ディスク及び高密度ディスクの記録及び再生を行う。
低密度光ディスクの記録及び再生を行う場合には、アパーチャ可動手段４がアパーチャ３を半導体レーザ２からの光ビーム径を制限するように光路に挿入し、対物レンズ５の開口数を０．４５になるようにして、低密度光ディスクのトラック面６上にスポットを形成させる。また、高密度光ディスクの記録及び再生を行う場合には、アパーチャ可動手段４がアパーチャ３を光路から退避させ、対物レンズの開口数を０．６になるようにして、高密度光ディスクのトラック面７上にスポットを形成させる。このように、アパーチャ可動手段４がアパーチャ３を光路中に出し入れすることよって、対物レンズ５の開口数の切換えを行っている。
しかしながら、対物レンズの開口数を可変するための機械的な稼動部品はスペースを必要とし、光学装置の小型化の障害となり、さらにはコストアップの原因となっていた。また、光路を制限するためのアパーチャ３は機械的に繰り返し可動されるため、アパーチャと光ビーム径との位置関係を常に精度良く維持するのは非常に困難であった。
【特許文献１】特開平９−６３１０４号公報（第２−３頁、第６、７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明は、機械的可動部を必要とせずに、対物レンズに入射する光ビームを部分的に遮断して、対物レンズの開口制御を行うことができる液晶光学素子及びそのような液晶光学素子を用いた光学装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、機械的可動部を必要とせずに、光源から射出された光ビームを部分的に遮断することができる液晶光学素子及びそのような液晶光学素子を用いた光学装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、誘電体多層膜を用いて、対物レンズに入射する光ビームを部分的に遮断して、対物レンズの開口制御を可変する液晶光学素子及びそのような液晶光学素子を用いた光学装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、誘電体多層膜を用いて、光源から射出された光ビームを部分的に遮断することができる液晶光学素子及びそのような液晶光学素子を用いた光学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】
【０００４】
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の透明基板と、第２の透明基板と、第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶と、第１の透明基板上に形成された第１の誘電体多層膜と、第２の透明基板上に形成された第２の誘電体多層膜と、第１の誘電体多層膜と第２の誘電体多層膜との間に封入された液晶の屈折率を変化させるために液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、領域に印加される電圧を制御することによって光ビームの透過を実質的に遮断して対物レンズの開口を制御することを特徴とする。
また、本発明に係る液晶光学素子は、第１の透明基板と、第２の透明基板と、第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶と、第１の透明基板上に形成された誘電体多層膜と、第１の誘電体多層膜と第２の透明基板との間に封入された液晶の屈折率を変化させるために液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、領域に印加される電圧を制御することによって光ビームの透過を実質的に遮断することを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る光学装置は、光ビームを射出するための光源と、光ビームを集光するための対物レンズと、
第１の透明基板と、第２の透明基板と、第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶と、第１の透明基板上に形成された第１の誘電体多層膜と、第２の透明基板上に形成された第２の誘電体多層膜と、第１の誘電体多層膜と第２の誘電体多層膜との間に封入された液晶の屈折率を変化させるために液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、領域に印加される電圧を制御することによって光ビームの透過を実質的に遮断して対物レンズの開口を制御する液晶光学素子と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る光学装置は、光ビームを射出するための光源と、光ビームを集光するための対物レンズと、
第１の透明基板と、第２の透明基板と、第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶と、第１の透明基板上に形成された誘電体多層膜と、誘電体多層膜と第２の透明基板との間に封入された液晶の屈折率を変化させるために液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、領域に印加される電圧を制御することによって光ビームの透過を実質的に遮断して対物レンズの開口を制御する液晶光学素子と、を有することを特徴とする。
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、誘電体多層膜及び領域は、リング状に形成されていることが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、誘電体多層膜は、第１の層及び少くとも第１の層より屈折率の小さい第２の層が積み重なって構成されていることが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、透明電極は、光ビームの位相を制御するための複数の位相制御領域を有することが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、透明電極は、球面収差又はコマ収差を補正するために光ビームの位相を制御するための複数の位相制御領域を有することが好ましい。
さらに、本発明に係る光学装置では、対物レンズの軸ずれを補正するために、対物レンズ及び液晶光学素子を同時に移動させるトラッキング手段を有することが好ましい。
さらに、本発明に係る光学装置では、透明電極の開口制御領域及び位相制御領域に電圧を印加するための電圧印加手段有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、機械的可動部を必要とせずに、液晶光学素子のみを用いて対物レンズの開口制御を行うことができるので、装置の小型化及び／又は低コスト化を図ることが可能となった。
また、本発明によれば、光ビームに対して液晶光学素子を固定することができるので、常に同じ精度で対物レンズの開口制御を行うことが可能となった。
さらに、本発明によれば、光ビームと、光ビームを部分的に遮断するための液晶光学素子とを高い精度で位置決めすることができるので、非常に高い精度で、対物レンズの開口制御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】
【０００６】
以下図面を参照して、本発明に係る液晶光学素子及び光学装置について説明する。
本発明に係る液晶光学素子１７を用いた光学装置１０を図１に示す。図１において、液晶光学素子１７が後述する開口制御動作を行わない場合、半導体レーザ等から構成される光源１１から出射された光ビーム（６５０ｎｍ）は、コリメータレンズ１２によって、ほぼ平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ１３を通過した後、反射ミラー１４に入射する。反射ミラー１４によって光路を曲げられた光ビームは、液晶光学素子１７に入射され、１／４波長板１８を経て、対物レンズ１９（開口率ＮＡ＝０．６５）により記録媒体２０の１層目のトラック面２１上に集光される。
この場合の光ビームの有効径２７（φ）は３．００ｍｍに設定されている。また、「有効径」とは、光ビームに位置ずれや径の変化のないとした場合の、幾何光学設計上の、対物レンズ１９で有効に利用される液晶光学素子１７上での主光ビーム径を言う。
また、液晶光学素子１７が後述する開口制御動作を行う場合、液晶光学素子１７に入射された光ビームは、液晶光学素子１７によってビーム径が有効径２８に制限され、１／４波長板１８を経て、対物レンズ１９に入射する。光ビーム径が有効径２８に制限されることによって、対物レンズ１９の開口率ＮＡは０．６０に切換えられる。光ビームは、対物レンズ１９の開口率ＮＡが０．６０に切換えられることによって、焦点位置が変化し、記録媒体２０の２層目のトラック面２２上に集光される。この場合の光ビームの有効径２８（φ）は、２．６４ｍｍに設定されている。
記録媒体２０の１層目のトラック面２１又は第２層のトラック面２２から反射された光ビームは、再び対物レンズ１９、１／４波長板１８及び液晶光学素子１７を経て、反射ミラー１４によって光路を曲げられ、偏光ビームスプリッタ１３により光路を変更され、集光レンズ２３を介して受光器２４上に集光される。光ビームは、記録媒体２０から反射される際に、記録媒体２０の１層目のトラック面２１又は第２層のトラック面２２上に記録されている情報（ピット）によって振幅変調されている。受光器２４は、受光した光ビームを光強度信号として出力する。この光強度信号（ＲＦ信号）から記録情報が読み出される。
液晶光学素子１７は、制御部２５に接続され、後述するように、制御部２５からの制御信号にしたがい開口制御を行って、光ビームのビーム径を可変させることによって、対物レンズ１９の開口を制御する。
また、記録媒体２０の１層目のトラック面２１又は２層目のトラック面２２に書込みを行う場合には、書込みを行うためのデータ信号に応じて光源１１から出射された光ビームの強度を変調し、変調された光ビームによって記録媒体２０を照射する。書込みが行われる記録媒体２０の１層目のトラック面２１又は２層目のトラック面２２では、光ビームの強度に応じて、ディスクに挟まれた薄膜の屈折率や色が変化し、又はピットの起状が生じることで、データが書込まれる。なお、光ビームの強度変調は、光源１１に用いる半導体レーザ素子に流す電流を変調すること等によって行うことができる。
液晶光学素子１７、１／４波長板１８及び対物レンズ１９は、ユニット１５として一体的に構成され、ユニット１５にはトラッキング用のアクチュエータ１６が取付けられている。アクチュエータ１６が、ユニット１５を移動させることによって、対物レンズ１９によって集光される光ビームが、記録媒体２０の１層目又は２層面のトラックに正確に追従するように構成されている。
記録媒体２０は、例えばＤＶＤのような２層のトラック面を有するデュアルレイヤーディスクであり、直径１２ｃｍ、厚さ１．２ｍｍの円盤形状を有している。また、情報が記録される２層のトラック面２１及び２２は、ディスクの表面から約０．６０ｍｍの位置に配置され、その上部はポリカーボネイト等から構成される光透過保護層で保護されている。
図２（ａ）に液晶光学素子１７の概略断面図を示し、図２（ｂ）に液晶光学素子１７の概略上面図を示す。なお、図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡＡ´断面図に相当する。図２（ａ）に示す矢印の示す方向は、図１において光源１１から出た光ビームが反射ミラー１４で反射後、液晶光学素子１７に入射する方向を示している。図２（ａ）及び（ｂ）において、光源１１側のガラス等から構成される透明基板３１には、透明電極３２及び配向膜３３が形成されている。また、記録媒体２０側のガラス等から構成される透明基板３７には、透明性対向電極３６及び配向膜３５が形成されている。シール材３４の開口部は封止材３９によって封止されるので、液晶３８は、２枚の透明基板３１及び３７と、シール部材３４との間に封入されている。図２（ａ）及び（ｂ）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、実際の比とは異なる場合がある。
また、透明基板３１と透明電極３２との間には第１の誘電体多層膜４０が、透明基板３７と対向透明電極との間には第２の誘電体多層膜４１が、それぞれ同じ大きさのリング状に形成されている。また、第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１の外径は有効径２７と同じ（φ）３．００ｍｍに設定され、第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１の内径は有効径２８と同じ（φ）２．６４ｍｍに設定されている。さらに、透明電極３２の電極パターン５０は、図３に示すように、第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１と同じ大きさのリング状に形成されている。なお、本実施形態では、第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１と透明電極３２の電極パターン５０は、同じリング状としたが、必ずしも同じ形状にする必要はない。
液晶３８の液晶セルの配向方向は、ホモジェニアス配向又はホメオトロピック配向であり、半導体レーザ１１の入射偏光方向と液晶セルの長軸が傾く方向（液晶ダイレクタ）を一致させている。
このように、液晶光学素子１７には、第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１によって、開口制御領域６０が形成されている。後述するように、透明電極３２の透明電極パターン５０のリング状の領域５１に所定の電圧を印加することによって、対向透明電極３６との間に電位差を生じ、その間の液晶３８の配向性が電位差に応じて変化する。配向性が変化することによって、実効屈折率が変化する液晶３８と、第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１とが協働して、この液晶光学素子１７に入射する光ビームを干渉させる。この作用により、開口制御領域６０において光源１１からの光ビームの透過率をほぼ０％とするように動作する。
以下、誘電体多層膜の動作について説明する。
図４（ａ）又は（ｂ）に、液晶光学素子１７に設けられる誘電体多層膜の拡大図を示す。図４（ａ）又は（ｂ）に示すように、第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１は、７０ｎｍの厚さのＴｉＯ2（酸化チタン）層４２及び１２０ｎｍの厚さのＳｉＯ2（酸化ケイ素)層４３からなる層を１ユニットとして３ユニット積み重ねた干渉膜である。ここで、ＴｉＯ2層４２の屈折率は２．２〜２．４であり、ＳｉＯ2層４３の屈折率は１．５であって、ＳｉＯ2層４２の方が屈折率が小さい。なお、上記第１及び第２の誘導体多層膜４０及び４１の構成は、高屈折率層であるＴｉＯ2層４２と、低屈折率層であるＳｉＯ2層４３の組み合わせのみならず、例えば低屈折率層としてＳｉＯ2、Ｆ含有ＳｉＯ2、ＭｇＦ2、高屈折率層としてＴｉＯ2、ＺｒＯ3、ＣｅＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｓｂ2Ｏ3等を組み合わせて積層構造を形成しても構わない。
また、透明基板３１及び３７はガラスから構成され、それぞれの厚さは０．３ｍｍ、屈折率は約１．５であり、透明電極３２及び対向透明電極３６はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）から構成され、それぞれの厚さは１７ｎｍ、屈折率は１．８であり、配向膜３３及び３５はポリイミドから構成され、それぞれ厚さは約５０ｎｍ、屈折率は１．６５である。また液晶３８の厚さは４８００ｎｍ、屈折率（電圧が印加されない状態で）は２．０である。また、上記各屈折率は、６５０ｎｍの波長の光ビームに対するものである。なお、後述する図５のグラフは、前記の各厚さ及び屈折率を用いて求めたものである。
液晶３８は、印加される電圧に応じて配向性が変化し、配向性が変化することによって、その実効屈折率が変化する。したがって、液晶３８の実効屈折率を印加電圧によって変化させることによって、誘電体多層膜４０、液晶３８及び誘電体多層膜４１から構成される干渉膜の、光源１１から射出された６５０ｎｍの波長の光ビームに対する透過率を変化させることができる。なお、図中の矢印は、図１において、反射ミラー１４から反射された光ビームが液晶光学素子１７に入射する方向を示している。
図５に、図４に示した、液晶光学素子１７の６５０ｎｍの光ビームに対する透過率と液晶３８の実効屈折率の関係を示す。図に示すように、液晶３８の実効屈折率を変化させることによって、誘電体多層膜４０、液晶３８及び誘電体多層膜４１から構成される干渉膜を有する液晶光学素子１７の、６５０ｎｍの波長の光ビームに対する透過率を１００〜２％の間で変化させることができる。
図４（ａ）は透明電極パターン５０の領域５１に第１の電圧が印加された液晶光学素子１７の状態を示し、図４（ｂ）は透明電極パターン５０の領域５１に第２の電圧を印加することによって、液晶３８に電圧を印加した状態を示している。ここで、図４（ａ）の場合には、液晶光学素子１７の透過率がほぼ１００％となる液晶３８の実効屈折率を選択するように第１の電圧を液晶３８に印加し、対物レンズ１９の開口数ＮＡ＝０．６５となるように構成されている。また、図４（ｂ）の場合には、液晶光学素子１７の透過率がほぼ２％となる液晶３８の実効屈折率を選択するように第２の電圧を液晶３８に印加し、対物レンズ１９の開口数ＮＡ＝０．６０となるように構成される。このように、液晶光学素子１７の透明電極パターン５０の領域５１へ印加される電圧を第１の電圧（例えば２．０５Ｖｒｍｓ）から第２の電圧（例えば１．６５Ｖｒｍｓ）に切換えることのよって、光ビームを部分的に遮断し、対物レンズ１９の開口を制御することができる。
このように、本発明に係わる液晶光学素子によれば、機械的可動部を必要とせずに、対物レンズの開口制御を行うことができるので、装置の小型化及び／又は低コスト化を図ることが可能となった。また、本発明に係わる液晶光学素子を対物レンズと一体化すれば、常に同じ精度で対物レンズの開口制御を行うことが可能となった。さらに、光ビームを部分的に遮断するための液晶光学素子とを高い精度で位置決めすることができるので、非常に高い精度で、対物レンズの開口制御を行うことが可能となった。
図６に、本発明で用いることができる他の液晶光学素子１１７の断面図を示す。図６に示す液晶光学素子１１７では、２枚の透明基板の片側にのみ誘電体多層膜１４０を設けている。図６において、光源１１側のガラス等から構成される透明基板１３１には、透明電極１３２及び配向膜１３３が形成されている。また、記録媒体２０側のガラス等から構成される透明基板１３７には、透明性対向電極１３６及び配向膜１３５が形成されている。シール材１３４の開口部は封止材（不図示）によって封止されるので、液晶３８は、２枚の透明基板１３１及び１３７と、シール部材１３４との間に封入されている。図６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、実際の比とは異なる場合がある。
また、透明基板１３７と対向透明電極１３６との間には誘電体多層膜１４０が、リング状に形成されている。誘電体多層膜１４０の外径は有効径２７と同じ（φ）３．００ｍｍに設定され、内径は有効径２８と同じ（φ）２．６４ｍｍに設定されている。さらに、透明電極１３２の電極パターンは、図３と同様に、誘電体多層膜１４０と同じ大きさのリング状に形成されている。したがって、液晶光学素子１１７には、図２に示した液晶光学素子１７と同様な開口制御領域６０が形成されているものとする。
図７に、図６に示す誘電体多層膜１４０の詳細を示す。図７に示すように、誘電体多層膜１４０は、７０ｎｍの厚さのＴｉＯ2（酸化チタン）層４２及び１２０ｎｍの厚さのＳｉＯ2（酸化ケイ素)層４３からなる層を１ユニットとして６ユニット積み重ねた干渉膜である。ＴｉＯ2層４２の屈折率及びＳｉＯ2層４３の屈折率を含む他の構成は、全て図２に示す液晶光学素子１７と同様である。
図６及び図７に示す液晶光学素子１１７についても、図２に示す液晶光学素子１７と同様に、液晶３８の実効屈折率を変化させることによって、誘電体多層膜１４０及び液晶３８から構成される干渉膜を有する液晶光学素子１７の、６５０ｎｍの波長の光ビームに対する透過率を１００〜２％の間で変化させることができる。即ち、液晶光学素子１１７の透明電極パターン５０へ印加される電圧を切換えることのよって、液晶光学素子１１７の開口領域を制限するように制御することができる。
このように、誘電体多層膜は、屈折率の異なる少なくとも２つの異なった層を１ユニットとして積み重ねることにより構成される。また、液晶光学素子の他の要素（液晶、透明基板、透明導電膜、配向膜等）と合わせて考慮して、各層の屈折率、厚さ及びユニットの階層を選択することによって、液晶に印加される電圧を切換えた場合に、利用する波長の光ビームの透過及び遮断の制御を行うことが可能となる。したがって、誘電体多層膜の構成は、図４及び７に示したものに限られず、様々な改変が可能である。
以下、誘電体多層膜を利用した開口制御に加えて、通過する光ビームの位相制御を行うことができる他の液晶光学素子について説明する。
本発明で用いられる記録媒体２０では、１層目及び２層目のトラック面２１及び２２を保護する光透過保護層の厚さムラに起因する球面収差によって、受光器２４から出力される光強度信号が劣化してしまう場合がある。そこで、図８（ａ）に示す、図１及び２に示す液晶光学素子１７に用いることができる他の透明電極パターン１５０を用いて、この球面収差を補正するように、光ビームの位相制御を行う。
図８（ａ）に示す透明電極パターン１５０では、前述した領域５１による開口制御に加えて、領域５１の内側に位相制御領域(球面収差制御領域）を有している。前述したように、領域５１の外径は有効径２７と同径であり、領域５１の内径は有効径２８と同径である。
図８（ａ）に示されるように、位相制御領域には、位相を進ませるための７つの領域１５２〜１５８が同心円状に配置されている。なお、領域１５１及び１５９には、基準電位が印加されており、入射ビームの位相を進ませる機能を有してはいない。
透明電極３２の電極パターン１５０における領域１５２〜１５８に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、透明性対向電極３６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。したがって、この部分を通過する光ビームは、その位相を進められるような作用を受ける。領域１５１及び１５９には、基準電位（例えばこの場合は０ｖと考える）が印加される。
図８（ｂ）に、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧波形８１を示す。このような電圧が各領域１５１〜１５９に印加されることによって、記録媒体２０の光透過保護層の厚みムラ等に起因する球面収差８０を打ち消すように、液晶光学素子１７が働く。ここで、図８（ｂ）に示した球面収差８０は、記録媒体２０の光透過保護層の厚さムラ等に起因した発生した球面収差の一例である。
図８（ｃ）に、補正後の球面収差８２を示す。図８（ｂ）の球面収差８０が、図８（ｃ）の球面収差８２となるように補正される。即ち、液晶光学素子１７に図８（ａ）に示す透明電極パターン１５０を用いることで、記録媒体２０の基板内に発生する球面収差が抑制されるように補正されることが理解される。
図８の説明では、球面収差補正用の透明電極パターン１５０の領域１５１〜１５９に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加して、この部分を通過する光ビームをその位相を進めるように制御した。しかしながら、記録媒体２０の基板中に発生する球面収差が図８（ｂ）とは逆向きに発生する場合には、電極パターン１５０の領域１５１〜１５９には、図８（ｂ）とは逆の負（−）の電圧を印加するように制御することもできる。その場合、電極パターン１５０の領域１５１〜１５９を通過する光ビームは、その位相を遅らされるような作用を受ける。
以下、誘電体多層膜を利用した開口制御に加えて、通過する光ビームの位相制御を行うことができる更に他の液晶光学素子について説明する。
本発明で用いられる記録媒体２０では、記録媒体２０自体のそり又は曲がり、記録媒体の駆動機構の欠陥等によって、記録媒体２０に傾きが生じる場合がある。そのような傾きが生じると、対物レンズ１９によって集光された光ビームの光軸が記録媒体２０に対して傾くことによって、記録媒体２０の基板内にコマ収差が生じ、受光器２４から出力される光強度信号が劣化してしまう。そこで、図９（ａ）に示す、図１及び２に示す液晶光学素子１７に用いることができる更に他の透明電極パターン２５０を用いて、このコマ収差を補正するように、光ビームの位相制御を行う。
図９（ａ）に示すコマ収差補正用の透明電極パターン２５０では、前述した開口制御に加えて、領域５１の内側に位相制御領域(コマ収差制御領域）を有している。前述したように、領域５１の外径は有効径２７と同径であり、領域５１の内径は有効径２８と同径である。
図９（ａ）に示されるように、位相制御領域には、位相を進ませるための２つの領域２５２及び２５３、及び位相を遅らせるための２つの領域２５４及び２５５が配置されている。また、図中２５１には、基準電位が印加されており、入射ビームの位相を進ませる機能を有してはいない。
透明電極３２の電極パターン２５０における領域２５１に印加される基準電圧に対して正（＋）の電圧を領域２５２及び２５３に印加すると、透明性対向電極３６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。したがって、この部分を通過する光ビームは、その位相を進められるような作用を受ける。また、領域２５１に印加される基準電圧に対して負（−）の電圧を領域２５４及び２５５に印加すると、透明性対向電極３６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。したがって、この部分を通過する光ビームは、その位相を遅らせるような作用を受ける。領域２５１には、基準電位（例えばこの場合は０ｖと考える）が印加される。
図９（ｂ）に、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧波形９１を示す。このような電圧が各領域２５１〜２５５に印加されることによって、記録媒体２０が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差９１を打ち消すように、液晶光学素子１７が働く。ここで、図９（ｂ）に示したコマ収差９０は、記録媒体２０が光軸に対して傾くことに起因して発生したコマ収差の一例である。
図９（ｃ）に、補正後のコマ収差９２を示す。即ち、図９（ｂ）のコマ収差９１が、図７（ｃ）のコマ収差９２のように補正されている。即ち、液晶光学素子１７に図９（ａ）に示す透明電極パターン２５０を用いることで、記録媒体２０の基板内に発生するコマ収差が抑制されるように補正されることが理解される。
上記の説明では、液晶光学素子１７の透明電極３２に、球面収差補正用の電極パターン１５０又はコマ収差補正用の電極パターン２５０を設ける例について説明した。しかしながら、透明電極３２上に球面収差補正用の電極パターン１５０を設け、透明性対向電極３６上にコマ収差補正用の電極パターン２５０を設けること、又はその逆に構成することも可能である。その場合、一つの液晶光学素子１７で、対物レンズ１９の開口数を可変するための開口制御と、球面収差補正及びコマ収差補正を行う位相制御とを行うことが可能となる。
なお、液晶光学素子１７の透明電極３２に、球面収差補正用の電極パターン１５０又はコマ収差補正用の電極パターン２５０を設けた場合には、受光器２４からの光強度信号に基づいて球面収差又はコマ収差を検出し、検出した球面収差又はコマ収差を相殺するように、各電極パターンに電圧を印加する。ここで、受光器２４からの光強度信号（ＲＦ信号）の振幅を最大にするように、球面収差補正用の電極パターン１５０又はコマ収差補正様の電極パターン２５０に電圧を印加することによって、記録媒体２０の基板内に発生する球面収差又はコマ収差を相殺することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係わる光学装置を示す概念図である。
【図２】（ａ）は図１に示す光学装置に用いられる本発明に係る液晶光学素子の断面図の一例を示し、（ｂ）は(ａ）に示す液晶光学素子の平面図の一例を示す図である。
【図３】図１に示す光学装置に用いられる液晶光学素子の透明電極パターンの一例を示す図である。
【図４】（ａ）は液晶に第１の電圧を印加した場合を示し、（ｂ）は液晶に第２の電圧を印加した場合を示す図である。
【図５】本発明に係る液晶光学素子の透過率と液晶の実効屈折率との関係の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る他の液晶光学素子の断面図を示す図である。
【図７】図６に示す液晶光学素子における誘電体多層膜を示す図である。
【図８】（ａ）球面収差補正用の電極パターンの一例を示し、（ｂ）は（ａ）に示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、（ｃ）は補正された球面収差の一例を示す図である。
【図９】（ａ）はコマ収差補正用の電極パターンの一例を示し、（ｂ）は（ｂ）に示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、（ｃ）は補正されたコマ収差の一例を示す図である。
【図１０】従来の光学装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０００８】
１１…光源
１７、１１７…液晶光学素子
１９…対物レンズ
２０…記録媒体
３２…透明電極
３６…透明性対向電極
３８…液晶
４０、４１、１４０…誘電体多層膜
５０、１５０、２５０…電極パターン
６０…開口制御領域
【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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