(57)【要約】  【課題】  液晶を用いて焦点可変素子を実現する場合でも、液晶の応答時間を低減できるという効果を有する光ヘッド装置を提供すること。  【解決手段】  光源と対物レンズとの間に設けられ焦点位置を変化させる焦点可変素子１０４を備え、焦点可変素子１０４は、基板２０１、２０２間に挟持された液晶層２０５に電圧を印加するための第１の電極２０３と、第２の電極２０４とを有し、第１の電極２０３を分割し、第１の電極２０３と第２の電極２０４とで、焦点可変素子１０４の光軸を中心にほぼ回転対称の電圧分布であって、光軸からの半径の２乗にほぼ比例する成分を有する電圧分布を実現できるようにした構成を有している。【選択図】  図４
2005302248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ焦点位置を変化させる焦点可変素子と、前記焦点位置を変化させるための電圧を前記焦点可変素子に出力する焦点可変素子制御回路とを備えた光ヘッド装置において、
前記焦点可変素子は、
少なくとも一対の基板と、
各前記基板の間に挟持された液晶からなる液晶層と、
各前記基板の対向する面のうちのいずれか一方の面に形成された第１の電極と、
各前記基板の対向する面のうち、前記第１の電極が形成された面と対向する面に形成された第２の電極とを有し、
前記第１の電極は、前記焦点可変素子の光軸を中心にほぼ回転対称の電位分布であって、前記光軸からの半径の２乗に比例する成分を有する電圧分布を、滑らかにまたは階段状に実現できるような電極形状を有し、前記第２の電極は、前記光軸を中心にほぼ回転対称の電位分布が実現できるような電極形状を有することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記第１の電極は、前記焦点可変素子の光軸を中心とする円形状の電極セグメントと、前記円形状の電極セグメントの外側に分離されて形成された複数の輪帯状の電極セグメントと、前記円形状の電極セグメントと１以上の前記輪帯状の電極セグメントとを接続する抵抗体とを有する請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ焦点位置を変化させる焦点可変素子と、前記焦点位置を変化させるための電圧を前記焦点可変素子に出力する焦点可変素子制御回路とを備えた光ヘッド装置において、
前記焦点可変素子は、
少なくとも一対の基板と、
各前記基板の間に挟持された液晶からなる液晶層と、
各前記基板の対向する面のうちのいずれか一方の面に形成された第１の電極と、
各前記基板の対向する面のうち、前記第１の電極が形成された面と対向する面に形成された第２の電極とを有し、
前記第1の電極は、前記焦点可変素子上の複数の輪帯領域毎に分割され、各前記輪帯領域で、前記焦点可変素子の光軸を中心にほぼ回転対称の電位分布であって、前記光軸からの半径の２乗に比例する成分を有する電位分布を、滑らかにまたは階段状に実現できるような電極形状を有し、前記第２の電極は、前記輪帯領域毎に、前記焦点可変素子上の前記第1の電極と対向する面に設けられ、前記光軸を中心にほぼ回転対称の電位分布が実現できるような電極形状を有することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項４】
前記第１の電極は、前記焦点可変素子の光軸を中心とする円形状の電極セグメントと、前記円形状の電極セグメントの外側に分離されて形成された複数の輪帯状の電極セグメントと、前記円形状の電極セグメントと１以上の前記輪帯状の電極セグメントとを接続する１つ以上の抵抗体とを有し、各前記電極セグメントは、各前記輪帯領域に１つ以上割り当てられて配置され、前記抵抗体は、各前記輪帯領域に分割され、各前記輪帯領域で、各前記輪帯領域に含まれる１以上の前記電極セグメントが前記抵抗体を介して接続されている請求項３に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記光源は、複数の波長の光を発し、前記焦点可変素子は、前記光源が発する複数の波長の光の焦点位置を変化させる請求項１から４までのいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記第２の電極は、前記焦点可変素子の光軸を中心とする円形状の電極セグメントと、前記第２の電極の前記円形状の電極セグメントの外側に分離されて形成された複数の輪帯状の電極セグメントと、前記第２の電極の前記円形状の電極セグメントと複数の前記第２の電極の前記輪帯状の電極セグメントとを接続する複数の抵抗体とを有する請求項１から５までのいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
前記第２の電極が有する各前記抵抗体は、ほぼ等しい抵抗値を有し、前記第２の電極が有する隣り合う各前記電極セグメントを相互に電気的に接続する請求項６に記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクなどの光記録媒体への情報の記録または光記録媒体からの情報の再生を行う光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ヘッド装置において、ディスク表面から記録層までの厚さ（以下、カバー厚さという。）が異なるディスクや、２つの記録層を有する２層ディスクに情報を記録しまたは記録された情報を再生する際に、各記録層までの距離が異なることにより球面収差が発生し、記録・再生特性を劣化させる。この球面収差を補正する方法の一つとして、対物レンズと光源との間に収差補正素子を設け、この収差補正素子により球面収差を補正する方法がある。
【０００３】
この補正方法は光源からの出射光の波面を変化させて波面収差を補正するものであるため、収差補正素子に設ける電極を複数の電極に分割し、分割された各電極に個別に制御信号である電圧を印加し、例えば、液晶等の複屈折材料の屈折率を変化させ、補正しようとする球面収差に応じた屈折率の空間分布を形成し、球面収差を補正するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、このような従来の補正方法は、この収差補正素子と対物レンズの各光軸がずれることによりコマ収差が発生するため、収差補正素子の位置と対物レンズの位置とを高精度（例えば１０μｍ以下）に合わせる必要があった。ここで、トラッキングに伴う対物レンズの移動を考慮すると、対物レンズと収差補正素子は同一のアクチュエータに搭載する必要があった。
【０００５】
これに対して、対物レンズに入射する光の焦点位置を焦点可変素子を用いてずらすことにより、対物レンズで球面収差を発生させ、ディスクのカバー厚さの差違が原因で発生する球面収差を打ち消すようにする方法がある。この方法では、対物レンズと焦点可変素子の位置ずれが生じてもコマ収差などが発生することはない。焦点位置をずらす方法としてはレンズを移動させる方法でもよいが、この方法では駆動部を要すると共に小型化に不利であるため、液晶を用いた焦点可変素子が好適である。
【特許文献１】特開２００３―０３６５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような従来の焦点可変素子を用いて収差を補正する技術では、焦点可変素子に求められる光の位相変化量が、位相補正素子が補正しようとする球面収差を発生させるために必要な位相変化量に比べて非常に大きいため、液晶を用いて焦点可変素子を実現しようとする場合、液晶の厚さが大きくなってしまうという問題があった。これは、光の位相変化量が液晶の屈折率変調Δｎと液晶層の厚さｄの積で決まることによる。その結果、液晶の応答時間は一般に液晶層の厚さｄの２乗に比例するため、液晶の応答が非常に遅くなり重大な問題となっていた。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、液晶を用いて焦点可変素子を実現する場合でも、液晶の応答時間を低減できる光ヘッド装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の点を考慮して、請求項１に係る発明は、光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ焦点位置を変化させる焦点可変素子と、前記焦点位置を変化させるための電圧を前記焦点可変素子に出力する焦点可変素子制御回路とを備えた光ヘッド装置において、前記焦点可変素子は、少なくとも一対の基板と、各前記基板の間に挟持された液晶からなる液晶層と、各前記基板の対向する面のうちのいずれか一方の面に形成された第１の電極と、各前記基板の対向する面のうち、前記第１の電極が形成された面と対向する面に形成された第２の電極とを有し、前記第１の電極は、前記焦点可変素子の光軸を中心にほぼ回転対称の電位分布であって、前記光軸からの半径の２乗に比例する成分を有する電圧分布を、滑らかにまたは階段状に実現できるような電極形状を有し、前記第２の電極は、前記光軸を中心にほぼ回転対称の電位分布が実現できるような電極形状を有する構成を有している。
【０００９】
この構成により、第１の電極と第２の電極との間に、焦点可変素子の光軸を中心にほぼ回転対称の電圧分布であって、光軸からの半径の２乗に比例する成分を有する電圧分布を、滑らかにまたは階段状に実現できるようにしたため、液晶を用いて焦点可変素子を実現する場合でも、液晶の応答時間を低減できる光ヘッド装置を実現できる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記第１の電極が、前記焦点可変素子の光軸を中心とする円形状の電極セグメントと、前記円形状の電極セグメントの外側に分離されて形成された複数の輪帯状の電極セグメントと、前記円形状の電極セグメントと１以上の前記輪帯状の電極セグメントとを接続する抵抗体とを有する構成を有している。
【００１１】
この構成により、請求項１の効果に加え、各電極セグメントを抵抗体で接続するようにしたため、焦点可変素子に電圧を印加するための電源の数を大幅に削減できる光ヘッド装置を実現できる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ焦点位置を変化させる焦点可変素子と、前記焦点位置を変化させるための電圧を前記焦点可変素子に出力する焦点可変素子制御回路とを備えた光ヘッド装置において、前記焦点可変素子は、少なくとも一対の基板と、各前記基板の間に挟持された液晶からなる液晶層と、各前記基板の対向する面のうちのいずれか一方の面に形成された第１の電極と、各前記基板の対向する面のうち、前記第１の電極が形成された面と対向する面に形成された第２の電極とを有し、前記第１の電極は、前記焦点可変素子上の複数の輪帯領域毎に分割され、各前記輪帯領域で、前記焦点可変素子の光軸を中心にほぼ回転対称の電位分布であって、前記光軸からの半径の２乗に比例する成分を有する電位分布を、滑らかにまたは階段状に実現できるような電極形状を有し、前記第２の電極は、前記輪帯領域毎に、前記焦点可変素子上の前記第１の電極と対向する面に設けられ、前記光軸を中心にほぼ回転対称の電位分布が実現できるような電極形状を備えた構成を有している。
【００１３】
この構成により、請求項１の効果に加え、請求項１の構成の光ヘッド装置に比べ、焦点可変素子の第１の電極に印加すべき電圧を低く抑えることができるという効果がある。この効果は、特にモバイル用光ヘッド装置等の、供給しうる電圧の範囲が例えば３Ｖ以下などの制限がある用途には、特に有効である。このように、印加する電圧の振幅を低く抑えることのできる光ヘッド装置を実現できる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、請求項３において、前記第１の電極は、前記焦点可変素子の光軸を中心とする円形状の電極セグメントと、前記円形状の電極セグメントの外側に分離されて形成された複数の輪帯状の電極セグメントと、前記円形状の電極セグメントと１以上の前記輪帯状の電極セグメントとを接続する１つ以上の抵抗体とを有し、各前記電極セグメントは、各前記輪帯領域に１つ以上割り当てられて配置され、前記抵抗体は、各前記輪帯領域に分割され、各前記輪帯領域で、各前記輪帯領域に含まれる１以上の前記電極セグメントが前記抵抗体を介して接続されている構成を有している。
【００１５】
この構成により、請求項３の効果に加え、輪帯領域毎の電極セグメントを抵抗体で接続するようにしたため、焦点可変素子に電圧を印加するための電源の数や引き出し電極数を大幅に削減できる光ヘッド装置を実現できる。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、請求項１から４までのいずれか１項において、前記光源が、複数の波長の光を発し、前記焦点可変素子が、前記光源が発する複数の波長の光の焦点位置を変化させる構成を有している。
【００１７】
この構成により、請求項１から４までのいずれか１項の効果に加え、複数の波長の光に対して焦点位置を変化させるようにしたため、ディスクのカバー厚さや使用波長の異なる規格の複数のディスクを１つの対物レンズの光ヘッド装置で記録再生する場合に、上記のカバー厚さの相違や対物レンズの色収差により発生する球面収差を補正することが可能で、ひとつの光ヘッド装置で複数の規格の光ディスクの記録や再生が可能な光ヘッド装置を実現できる。
【００１８】
また、請求項６に係る発明は、請求項１から５までのいずれか１項において、前記第２の電極が、前記焦点可変素子の光軸を中心とする円形状の電極セグメントと、前記第２の電極の前記円形状の電極セグメントの外側に分離されて形成された複数の輪帯状の電極セグメントと、前記第２の電極の前記円形状の電極セグメントと複数の前記第２の電極の前記輪帯状の電極セグメントとを接続する複数の抵抗体とを備える構成を有している。
【００１９】
この構成により、請求項１から５までのいずれか１項の効果に加え、第２の電極を複数の電極セグメントに分割し、各電極セグメントを抵抗体で接続するようにしたため、中央の電極セグメントと最も外側の電極セグメントとの間に電圧を印加するだけで動作させることができ、焦点可変素子に電圧を印加するための電源の数を大幅に削減できると共に、焦点位置の微妙な調整が可能な光ヘッド装置を実現できる。
【００２０】
また、請求項７に係る発明は、請求項６において、前記第２の電極が有する各前記抵抗体は、ほぼ等しい抵抗値を有し、前記第２の電極が有する隣り合う各前記電極セグメントを相互に電気的に接続する構成を有している。
【００２１】
この構成により、請求項６の効果に加え、第２の電極が有する各抵抗体は、ほぼ等しい抵抗値を有し、第２の電極が有する隣り合う各電極セグメントを相互に電気的に接続するようにしたため、簡易な構成で、焦点位置の微妙な調整が可能な光ヘッド装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、第１の電極と第２の電極との間に、焦点可変素子の光軸を中心にほぼ回転対称の電圧分布であって、第１の電極には光軸からの半径の２乗に比例する成分を有する電圧分布を、滑らかにまたは階段状に実現できるようにし、第２の電極には光軸を中心にほぼ回転対称な電圧分布を印加することにより、第１の電極と第２の電極に挟持された液晶が発生する位相変化量を小さくすることで液晶の応答時間を低減できる効果を有する光ヘッド装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置のブロック構成を示す概念図である。図１において、光ヘッド装置１００は、光源としての半導体レーザ１０１、半導体レーザ１０１からの直線偏光の出射光をコリメートするコリメータレンズ１０２、偏光方向に応じて光を通過または反射させる偏光ビームスプリッタ１０３、焦点位置を変化させる焦点可変素子１０４、焦点可変素子１０４を電圧制御する焦点可変素子制御回路１０５、４分の１波長板１０６、４分の１波長板１０６を透過した光を光ディスク２０上に集光させる対物レンズ１０７、および、偏光ビームスプリッタ１０３によって反射された光を検出する光検出系１０８を備えるように構成される。
【００２５】
光ヘッド装置１００は、情報を記録する場合、光ディスク２０に集光する光の強度を、例えば、「０」と「１」で符合化された情報に応じて変化させるように動作する。光ディスク２０に集光された光は、光ディスク２０で反射され、対物レンズ１０７、４分の１波長板１０６、焦点可変素子１０４を順次、偏光ビームスプリッタ１０３に向けて透過し、偏光ビームスプリッタ１０３で反射された後、光検出系１０８に入射する。光検出系１０８が入射光を検出することにより、情報再生用の信号が形成される。
【００２６】
ここで、焦点可変素子１０４と４分の１波長板１０６とを一体化することにより、部品点数を削減できるため好ましい。また、焦点可変素子制御回路１０５は、制御信号を焦点可変素子１０４に出力し、光ディスク２０に集光する光の例えばスポット径が最適となるように制御したり、光検出器１０８に入射する光強度が最適となるように制御したりし、光ディスク２０に情報を正確に記録しまたは記録された情報を正確に再生できるようにする。
【００２７】
図２は、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置を構成する焦点可変素子の断面構造の一例を概念的に示す図である。焦点可変素子１０４は、一対の基板２０１、２０２と、基板２０１、２０２間に挟持された液晶からなる液晶層２０５とを備える。シール材２０６は、基板２０１、２０２の間隔を一定に保持すると共に、液晶層２０５を基板２０１、２０２間に閉じ込めている。上記の基板２０１、２０２の対向する面、すなわち基板２０１、２０２の液晶に接するそれぞれの面には、液晶に電圧を印加するための電極２０３、２０４（以下、一方の電極を「第１の電極」といい、他方の電極を「第２の電極」という。）が設けられている。これらの電極は、例えば、透明導電膜よりなる。図２では省略したが、電極２０３、２０４の表面には絶縁膜や配向膜を成膜することが好ましい。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置を構成する焦点可変素子の断面構造の他の一例を概念的に示す図である。図３に示す焦点可変素子１０４は、３枚の基板３０１、３０２、３０３により、２つの液晶層３０８、３０９が挟持されるように構成されている。液晶層３０８は、電極３０４、３０５を介して電圧が印加され、液晶層３０９は、電極３０６、３０７を介して電圧が印加される。シール材３１０は、基板３０１、３０３の間隔を一定に保持すると共に、液晶層３０８を基板３０１、３０３間に閉じ込めている。同様に、シール材３１１は、基板３０２、３０３の間隔を一定に保持すると共に、液晶層３０９を基板３０２、３０３間に閉じ込めている。
【００２９】
液晶層３０８を挟む電極のいずれか一方を、上記のように、第１の電極とし、他方の電極を第２の電極とするのでもよい。同様に、液晶層３０９を挟む電極のいずれか一方を第１の電極とし、他方の電極を第２の電極とするのでもよい。これらの第１の電極および第２の電極は、上記の第１の電極および第２の電極と同様に形成するのでもよい。また、２つの液晶層３０８、３０９の液晶分子の配向方向が基板面と平行面内にあり、かつ互いに直交するようにすることは、入射する光の偏光方向がどのような偏光方向であっても、焦点位置を変えることができ、好適である。
【００３０】
フレキシブル配線等の配線２０７、３１２、３１３を介して焦点可変素子１０４の電極に電圧を印加することにより、基板間に挟持された液晶には、電圧分布に応じて屈折率の変化が発生する。そして、焦点可変素子１０４への入射光は、透過の際、液晶の屈折率分布によって位相が変化するため、印加する電圧に応じて入射光の波面を変化させることができる。
【００３１】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する一方の電極（以下、この電極を電極２０３とし、「第１の電極」といい、他方の電極を電極２０４とし、「第２の電極」という。）の電極パターンの一例を概念的に示す平面図である。図５は、本発明の第１の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する第２の電極の電極パターンの一例を概念的に示す平面図である。
【００３２】
図４に示す第１の電極は、複数の電極セグメントからなり、光軸を中心にほぼ回転対称な電位分布を実現できるような電極パターンとなっている。このような電極パターンとすることによって、半径方向に階段的に変化する２次関数的な電位分布を実現できる。電極パターン（配線５０２は除く。）が図４に示すように回転対称なときは、透過する光の焦点距離は１つである。一方、楕円の様に回転対称からずれた場合には、楕円の長軸方向と短軸方向で焦点距離が異なり、非点収差を発生させることができる。他の光学部品が原因で、または、組み立て精度の問題等で非点収差が発生し、それを補正する必要がある場合などの、非点収差を発生させることが必要な場合には、電極パターンを楕円にするなど、回転対称からずらして用いることも有効である。ここで、電極パターンを楕円状にしたときの長軸と短軸の半径の比は１０：８から１０：１０の間が好ましい。
【００３３】
ここで、最も中央の円形状の電極セグメント（以下、「中央電極セグメント」という。）の電位をＶ１とし、最も外側の幅のある輪状の電極セグメント（以下、このような「幅のある輪」を「輪帯」といい、最も外側の輪帯状の電極セグメントを「最外電極セグメント」という。）の電位をＶ２とする。中央電極セグメントと最外電極セグメントとの間にある輪帯状の電極セグメント（以下、「中間電極セグメント」という。）の電位は、上記の電位Ｖ１と電位Ｖ２の間の電位にすることができる。
【００３４】
各電極セグメントをそれぞれ独立な電位にすることができるように、素子を、直接、電源に接続するように構成するのでもよいが、図４に示すように電位Ｖ１の入力端子と電位Ｖ２の入力端子とを抵抗体４０１で接続し、その抵抗体４０１の途中と各電極セグメントとを接続するようにすることにより、中間電極セグメントの電位を電位Ｖ１と電位Ｖ２との間の電位にする方が好適である。
【００３５】
このようにすることにより、焦点可変素子１０４に電圧を印加するための電源の数を大幅に削減することができるからである。この抵抗体４０１は、電極２０３、２０４の透明導電膜と同じ透明導電膜を線状にパターニングして形成することができる。また、抵抗体４０１用として、電極２０３、２０４に用いる透明導電膜とは別の材質の薄膜を用いるのでもよい。
【００３６】
また、図４に示す抵抗体４０１の代わりに、図６に示すように、各電極セグメントを接続するように抵抗体６０１を基板２０１上に形成することが好適である。図４に示す構成では、抵抗体４０１から各電極セグメントへの配線４０２の面積が大きくなり、その分、光学有効領域が小さくなっていたが、図６に示す構成にすることにより、配線６０２（図７に示す各配線７０４を含む）の面積が低減でき、光学有効領域を拡大できるので好ましい。
【００３７】
図７は、焦点可変素子１０４に形成された第１の電極の光軸（中央）付近の配線の一形成例を示す図である。図７に示す配線７０４は、外部の電源と中央電極セグメントとを接続するための導電線であり、各配線７０４は、抵抗体６０１と各電極セグメント７０１とを接続する導電線である。抵抗体６０１の一端は中央電極セグメントに接続されて電位Ｖ１にし、他端は、配線７０４を介して最外電極セグメントに接続されて電位Ｖ２にするようになっている。各中間電極セグメントは、この抵抗体６０１の途中の各点と配線７０４を介して接続され、電位Ｖ１と電位Ｖ２の中間の電位となるようになっている。
【００３８】
図８は、中央電極セグメントの電位Ｖ１が１．５Ｖ、最外電極セグメントの電位Ｖ２が２．１Ｖになるように設定したときの半径方向の電位分布を概念的に示した図である。ここで、抵抗体６０１は、各電極セグメントの電位が半径の２乗に比例する成分を有する電位分布になるように形成されている。このとき、第２の電極の電位を０Ｖにすると、液晶には第１の電極の電位分布で表される電圧が印加される。
【００３９】
図９は、液晶に印加される電圧と、液晶を透過する際に発生する位相差との関係（以下、電圧位相差特性という。）の一例を示す図である。この図９から、液晶に印加される電圧が、約１．５Ｖから２．３Ｖまでの範囲で、電圧にほぼ比例した位相差を発生できることがわかる。以下、このように位相差が変化する電圧位相差特性の領域を線形領域という。図９に示す電圧位相差特性を有する液晶に電極を形成し、図８に示す電圧を印加したとき、電圧分布が１．５Ｖに半径のほぼ２乗に比例する成分を加算したものとなっているため、発生する位相分布も半径のほぼ２乗に比例し、透過した光の焦点位置を変えることができる。
【００４０】
ここで、焦点位置を大きく動かすには、大きな位相差が必要になり、図１０に示すように電位Ｖ１と電位Ｖ２との差を大きくする必要が生ずる。しかしながら、図９に示すように液晶の電圧に対する位相の応答は非線形であるため、図１０に示すように、各電極セグメントの電位を、半径の２乗に比例する成分を有する電位分布にしても、所望の位相分布を得ることができない。所望の位相分布を得るためには、液晶層を厚くすれば、印加される電圧に対する位相変化量を大きくすることができる。しかしながら、液晶層を厚くする場合、液晶の応答速度は液晶層の厚さの２乗に比例して遅くなるため、実用的な応答時間で焦点位置を変化させることができなくなる。
【００４１】
なお、例えば、電極セグメントを細くし、隣り合う電極セグメント間に電極セグメントのシート抵抗よりも十分高い輪帯状の抵抗膜を設け、隣り合う電極セグメント間をこの輪帯状の抵抗膜で電気的に接続することによって、半径方向に電圧を滑らかに変化させることができる。これは、電極セグメントのシート抵抗が、輪帯状の抵抗膜のシート抵抗よりも低いため、各電極セグメント内では略同一の電位となるのに対し、輪帯状の抵抗膜には、この輪帯状の抵抗膜を挟む電極セグメント間の電位差に応じた電流が流れ、電位降下が生ずるからである。このとき、電位分布は概ね回転対称となり、半径方向に滑らかに電圧を変化させることができる。このように滑らかな電圧分布を発生させることによって、焦点可変素子１０４を透過する光の波面の不連続を除去でき、その結果、この不連続による回折などが解消されるため好適である。
【００４２】
本発明では、第１の電極に対向する第２の電極を、図５に示すように複数の輪帯状の電極セグメント（以下、領域分割輪帯電極という。）によって構成する。この構成では、各領域分割輪帯電極に、電圧を独立に印加できるようにすることが好ましい。これにより、各領域分割輪帯電極間の境界で電圧分布を階段的に変更し、液晶層２０５、３０８、３０９に印加される電圧を線形領域内にすることが可能となり、位相の２乗特性を回復できるようになるからである。以下では、第２の電極を４つの領域分割輪帯電極に分割し、各領域分割輪帯電極に印加する電圧を、それぞれ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄとした場合について説明する。
【００４３】
図１１は、第１の電極および第２の電極の電位分布、並びに、液晶に印加される電圧分布の第１の例を模式的に示した図である。図１１に示す電位分布では、第１の電極は図１０に示す電位分布と同じ電位分布に設定され、第２の電極は、Ｖａ＝０Ｖ、Ｖｂ＝０．６Ｖ、Ｖｃ＝１．２Ｖ、Ｖｄ＝１．８Ｖの電位に設定される。第１の電極と第２の電極とに挟まれた液晶には、略これらの電位差にあたる電圧が印加される。このとき、第２の電極を構成する各領域分割輪帯電極の電位のステップ（以下、単に「電位ステップ」という。）を、液晶の通過により発生する位相差が使用する波長の整数倍になるようにすることが好適である。
【００４４】
各領域分割輪帯電極間の電位ステップをこのようにすることによって、第１の電極と第２の電極に挟まれた液晶に印加される電圧は、約１．５Ｖから２．３Ｖの間になり、図９に示す電圧位相差特性の線形領域内に入り、電圧分布に比例した位相差を得ることができる。さらに、電圧の印加によって変化する位相差の振幅も小さく抑えることができ、実用的な応答速度を得ることができる。
【００４５】
また、液晶を透過する光の位相変化が、使用する波長の整数倍になるように第２の電極の電位ステップを設定することによって、透過した光の波面は、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄの電位に設定された各領域分割輪帯電極の境界近傍でも連続的につながり、波面収差を抑えて焦点位置を変えることができる。上記の例では、波長４００ｎｍの光に適合するように、電位ステップを、位相差が１波長（０．４μｍ）分となる０．６Ｖとした（図９参照。）。
【００４６】
第１の電極および第２の電極の電位分布の第２、第３の設定例を、それぞれ、図１２および図１３に示す。図１２および図１３に示す電位の設定例では、第２の電極の電位ステップは０．６Ｖであり、第１の電極と第２の電極との間の電圧が電圧位相差特性の線形領域内に入るようになっている。なお、図９に示すような電圧位相差特性の場合は第２の電極の電位ステップとして０．６Ｖが好適であるが、液晶材料やセルギャップが異なる設計では、上記の電位ステップを変更すればよい。また、温度による液晶の特性変化が無視できない場合には、電圧ステップを温度に応じて変更することが好適である。
【００４７】
ここで、波長４００ｎｍ帯の光源を用いて記録再生を行う光ディスクには、カバー厚さの規格が７５μｍと１００μｍとの２種類の光ディスクがあり、光ヘッド装置は、これらの規格の光ディスクに適用可能でなければならない。それぞれのカバー厚さの許容誤差が±５μｍであることから、光ヘッド装置は、カバー厚さが７０〜８０μｍ、９５〜１０５μｍの光ディスクを対象に記録再生を行うことできる必要がある。
【００４８】
カバー厚さが７０〜１０５μｍのすべて光ディスクに焦点可変素子１０４を適用可能とするのは、焦点可変素子１０４の仕様を過大に拡張するものである。そのため、焦点可変範囲としては、７５μｍと１００μｍとの２つの値の周辺で微調整（可変）ができるだけでよく、焦点位置をこれらの２つの値の中間値すべての範囲で可変できる必要は必ずしもない。
【００４９】
かかる場合は、図１９に示す第２の電極の電極セグメント間の電気的接続のように、配線１９０２を各電極セグメントから引き出し、第２の電極の電極セグメントを抵抗体１９０１を挟んで電気的に接続するのが好適である。図１９には、第２の電極の中央電極セグメントから最外電極セグメントまでの隣り合う各電極セグメント間に１つずつ、合計３つの抵抗体１９０１を挟んで電極セグメントを接続した例を示す。上記のように、抵抗体１９０１を用いて電極セグメント間を接続することによって、焦点可変素子１０４に電圧を印加するための電源の数を削減できるので好適である。
【００５０】
具体的な駆動例として、第２の電極の中央電極セグメントをＶａ＝０Ｖにし、最外電極セグメントをＶｄ＝１．８Ｖにし、各電極セグメント間に挟まれる抵抗体１９０１の抵抗値をほぼ等しくすることによって、第２の電極には０．６Ｖのステップ電圧を印加することができる。ここで、上記の「ほぼ」とは、上記の各電極セグメント間に挟まれる抵抗体１９０１の抵抗値が、これらの抵抗値の平均から±２０％の範囲内にあることをいう。これにより、本発明に係る光ヘッド装置において、球面収差の補正を行うことができる。
【００５１】
また、平均の抵抗値から±１０％の範囲内にあれば、球面収差の補正を良好に行うことができ好ましく、平均の抵抗値から±５％の範囲内にあれば、球面収差の補正をさらに良好に行うことができ好適である。この状態で、第１の電極に印加する電圧、Ｖ１およびＶ２（＞Ｖ１）の値を調整することによって、焦点位置を微調整できる。上記のように、均等な値のステップ電圧を印加するには、各抵抗体１９０１の抵抗値をほぼ等しくするのが好適である。
【００５２】
また、上記の例と逆方向に焦点位置を変更することは、第１の電極に印加する電圧Ｖ１、Ｖ２がＶ１＞Ｖ２となるように電圧の高さを入れ替え、第２の電極に印加する電圧ＶａとＶｄがＶａ＞Ｖｂとなるように電圧の高さを入れ替え、印加する電圧を調整することよって実現できる。さらに、求められる焦点位置の調整範囲が小さい場合は、Ｖａ＝Ｖｂとし、Ｖ１とＶ２の電圧差も小さい範囲で調整することによって、焦点位置を適切に調整することができる。
【００５３】
上記では、光源が１つの半導体レーザで構成される場合について説明したが、１つの半導体レーザから異なる複数波長の光を出力させ、または、光源を複数の半導体レーザで構成し異なる複数波長の光を出力させ、出力された光を焦点可変素子１０４に入射させ、焦点可変素子１０４に印加される制御電圧を各波長に応じて変更し、各波長の光の焦点位置を調整するようにして球面収差を補正する構成でもよい。
【００５４】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置は、第１の電極と第２の電極との間に、焦点可変素子の光軸を中心にほぼ回転対称の電圧分布であって、光軸からの半径の２乗にほぼ比例する成分を有する電圧分布を、滑らかにまたは階段状に実現できるようにしたため、液晶を用いて焦点可変素子を実現する場合でも、液晶の応答時間を低減できる。
【００５５】
また、各電極セグメントを抵抗体で接続するようにしたため、焦点可変素子に電圧を印加するための電源の数を大幅に削減できる。
【００５６】
また、複数の波長の光に対して焦点位置を変化させるようにしたため、光ヘッド装置としての利用性を高くすることができる。
【００５７】
また、第２の電極を複数の電極セグメントに分割し、各電極セグメントを抵抗体で接続するようにしたため、中央の電極セグメントと最も外側の電極セグメントとの間に電圧を印加するだけでどうさせることができ、焦点可変素子に電圧を印加するための電源の数を大幅に削減できると共に、焦点位置の微妙な調整ができる。
【００５８】
さらに、第２の電極が有する各抵抗体は、ほぼ等しい抵抗値を有し、第２の電極が有する隣り合う各電極セグメントを相互に電気的に接続するようにしたため、簡易な構成で、焦点位置の微妙な調整ができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
図１４は、本発明の第２の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する第１の電極の平面構造を示す概念図である。図１４に示すように、第１の電極は、複数の電極セグメントを有する複数の輪帯の領域（以下、単に「輪帯領域」という。）１４０３、１４０４、１４０５、１４０６に分けられ、それぞれの輪帯領域毎に抵抗体１４１１、１４１２、１４１３、１４１４が設けられ、各輪帯領域で、中央から外側へ滑らかに、または、階段状に電位分布を設定できるようになっている。
【００６０】
第２の電極は、図５に示すように、領域分割輪帯電極に分割され、各領域分割輪帯電極が各輪帯領域内で一様な電位分布となるように第１の電極の輪帯領域に対向するように設けられている。図１４に示した第１の電極の中央付近を拡大して図１５に示す。図１５に示す構成例では、輪帯領域１４０３には、１つの中央電極セグメント１５０１と３つの輪帯状の電極セグメント１５０２、１５０３、１５０４が設けられている。また、輪帯領域１４０４には、４つの輪帯状の電極セグメント１５１１〜１５１４が設けられている。
【００６１】
以下に、輪帯領域について詳しく説明する。配線１４０１、１４０２は、それぞれ、Ｖ１とＶ２の電位に設定される。電極セグメント１５１１は配線１４０１に、電極セグメント１５１４は配線１４０２に、それぞれ結線されているため、電極セグメント１５１１と電極セグメント１５１４とは、それぞれＶ１、Ｖ２の電位に設定される。
【００６２】
また、電極セグメント１５１１〜１５１４は、抵抗体１４１２によって電気的に結線されている。そのため、電極セグメント１５１１と電極セグメント１５１４との間に電位差がある場合、抵抗体１４１２に電流が流れ電位降下を生じる。このとき、電極セグメント１５１２、１５１３はこの抵抗体１４１２の途中の電位に設定されるため、電極セグメント１５１１〜１５１４の電位分布を階段状に設定することができる。他の輪帯領域についても同様に配線することによって、各輪帯領域で、中心側から外側へ階段状に異なる電位分布とすることができる。
【００６３】
ここで、上記の抵抗体１４１２は、電極セグメントに用いたものと同じ透明導電膜を線状にパターニングすることによって実現することができる。ただし、電極セグメントに用いる透明導電膜とは異なる材質の薄膜を基板上に作成し、抵抗体とするのでもよい。
【００６４】
また、各輪帯領域内に、電極セグメントを細くし、隣り合う電極セグメント間に電極セグメントのシート抵抗よりも十分高い輪帯状の抵抗膜を設け、隣り合う電極セグメント間をこの輪帯状の抵抗膜で電気的に接続することによって、半径方向に電圧を滑らかに変化させることができる。これは、電極セグメントのシート抵抗が、輪帯状の抵抗膜のシート抵抗よりも低いため、各電極セグメント内では略同一の電位となるのに対し、輪帯状の抵抗膜には、この輪帯状の抵抗膜を挟む電極セグメント間の電位差に応じた電流が流れ、電位降下が生ずるからである。
【００６５】
このとき、電位分布は概ね回転対称となり、半径方向に滑らかに電圧を変化させることができる。このように滑らかな電圧分布を発生させることによって、焦点可変素子１０４を透過する光の波面の不連続を除去することができ、その結果、この不連続による回折などが解消されるため好適である。この場合、隣り合う輪帯領域間にも上記の輪帯状の抵抗膜を設けるのでもよい。
【００６６】
第２の電極には、本発明の第１の実施の形態と同様に、各領域分割輪帯電極の電位をそれぞれ独立に設定できるようになっているのでもよい。以下では、第２の電極を４つの領域分割輪帯電極に分割し、各領域分割輪帯電極に印加する電圧を、それぞれ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄとした場合について説明する。図１６に示す電位分布では、第１の電極は１．５Ｖ（Ｖ１）から１．９５Ｖ（Ｖ２）の間の電位分布に設定され、第２の電極は、Ｖａ＝Ｖｂ＝Ｖｃ＝Ｖｄ＝０Ｖに設定される。
【００６７】
第１の電極と第２の電極に挟まれた液晶には、これら２つの電極間の電位差分の電圧が印加される。各輪帯領域では、１．５Ｖから１．９５Ｖまで階段状に外側に向けて電圧が高くなる。また、隣り合う輪帯領域の境界で長４００ｎｍの光に適合するように、電位ステップを、位相差が１波長（０．４μｍ）分となる０．６Ｖとする。このようにすることによって、透過する光の波面は実質的に連続となり、良好に焦点位置を変えることができる。
【００６８】
第１の電極および第２の電極の電位分布の第２の設定例を図１７に示す。図１７に示す設定例では、第１の電極は１．８Ｖ（Ｖ１）から２．０３Ｖ（Ｖ２）の間の電位分布に設定され、第２の電極は、Ｖａ＝Ｖｃ＝０Ｖ、Ｖｂ＝Ｖｄ＝０．３Ｖに設定される。また、図１８に示す第３の設定例では、第１の電極は１．５Ｖ（Ｖ１）から１．６５Ｖ（Ｖ２）の間の電位分布に設定され、第２の電極は、Ｖａ＝０Ｖ、Ｖｂ＝−０．２Ｖ、Ｖｃ＝−０．４Ｖ、Ｖｄ＝０Ｖに設定される。上記の第１の設定例、第２の設定例とも、第１の電極と第２の電極に挟まれた液晶の輪帯領域には、外側に向けて階段状に高くなる電圧が印加されるようになっている。
【００６９】
また、隣り合う輪帯領域の境界で波長４００ｎｍの光に適合するように、位相差が１波長（０．４μｍ）分となる電位ステップに設定した。このようにすることによって、透過する光の焦点位置を良好に変えることができる。また、透過光の焦点位置変化は、図１８、図１７、図１６に示す設定例の順で大きくなる。ここで、液晶に印加される電圧範囲は、上記の３つの設定例では約１．５Ｖから２．１Ｖの範囲内にあり、本発明の第１の実施の形態で用いた図１３に示した液晶の電圧位相差特性の線形領域内にあるため、液晶を通過する光の位相差を、約４００ｎｍ近傍の波長で、焦点位置を大きくかつ連続的に変化させることができる。
【００７０】
なお、第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様に、焦点可変範囲が２つあるいは３つの値の周辺のみで調整できればよい場合には、図１９に示すように、配線を各電極セグメントから引き出し、第２の電極の電極セグメントを抵抗体を挟んで電気的に接続するのが、焦点可変素子１０４に電圧を印加するための電源の数を削減できるので好適である。
【００７１】
上記の第１の電極および第２の電極の電極材料としては、ＩＴＯ、スズ酸化物、亜鉛酸化物、および、それらの混合物などが用いることができる。また、スズとシリコンの酸化物の混合物（ＳｎｘＳｉ（１−ｘ）Ｏｙ、ｘは０．５から０．９９までのいずれか、かつｙは概ね２）からなる膜を用いると、安定した抵抗を得ることができて好ましい。また、上記の第１の電極用の薄膜および第２の電極用の薄膜をスパッタ法によって形成することが好適であるが、その他の方法でもよい。
【００７２】
焦点可変素子１０４の基板としては、使用する波長の光に対して透明であればよく、ガラス、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などが使用できるが、耐久性、コストや加工の容易さからガラスが好適である。
【００７３】
また、ＤＶＤ、ＣＤ等や、波長４００ｎｍ帯のレーザ光を用いる高密度ディスクでは、ディスクの種類によりカバー厚さが異なるため、単一の対物レンズを用いてディスク記録面に光を集光しようとすると球面収差が発生する。本発明の可変焦点素子は、対物レンズに入射する光の波面のパワー成分を変化させて対物レンズで球面収差を発生させ、ディスクで発生する球面収差とキャンセルさせることができるため、各種のディスクに対して、同一の対物レンズで記録・再生することができ好適である。
【００７４】
また、ＤＶＤ等や、４００ｎｍ帯のレーザ光を用いる高密度ディスクでは、記録面に複数の記録層を有するものもあるが、複数の記録層を有するディスクに対する記録・再生においても、各記録層とディスク表面との間の厚さが異なるために発生する球面収差を、焦点可変素子を用いて焦点位置を変えることによって補正できるため、有効である。
【００７５】
上記では、光源が１つの半導体レーザで構成される場合について説明したが、１つの半導体レーザから異なる複数波長の光を出力させ、または、光源を複数の半導体レーザで構成し異なる複数波長の光を出力させ、出力された光を焦点可変素子１０４に入射させ、焦点可変素子１０４に印加される制御電圧を各波長に応じて変更し、各波長の光の焦点位置を調整するようにして球面収差を補正する構成でもよい。
【００７６】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッド装置は、本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置の効果に加え、電極セグメントを複数の輪帯領域毎に分け、輪帯領域毎に、電極セグメントを抵抗体で接続するようにしたため、液晶に印加する電圧分布の自由度が増え、印加電圧に応答して変化する位相差の振幅を小さく抑えることができ、実用的な応答速度を得ることができる。
【００７７】
また、焦点可変素子上の輪帯領域毎に第１の電極と第２の電極とを対向させて設けたため、液晶が発生させる位相の跳びを波長単位で生じさせることができ、液晶の電圧位相特性の線形領域の利用をさらに容易にし、位相の制御性を向上できる。
【００７８】
さらに、電極セグメントを複数の輪帯領域毎に分け、輪帯領域毎に、電極セグメントを抵抗体で接続するようにしたため、液晶に印加する電圧分布の自由度が増え、印加電圧に応答して変化する位相差の振幅を小さく抑えることができ、実用的な応答速度を得ることができる。
【実施例】
【００７９】
上記の本発明の実施の形態に基づく具体的な実施例を、以下に図面を用いて説明する。本実施例に係る光ヘッド装置は、光源と、光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、光源と対物レンズとの間に設けられた焦点位置を変化させる焦点可変素子と、焦点位置を変化させるための電圧を焦点可変素子へ出力する制御電圧発生手段とを備えている。
【００８０】
図１を用いて、本実施例に係る光ヘッド装置の構成をさらに詳しく説明する。本実施例に係る光ヘッド装置１００は、半導体レーザ１０１から出力された、波長４００ｎｍ、直線偏光の出射光が、コリメータレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３を通過した後、焦点可変素子１０４、４分の１波長板１０６を順次透過し、対物レンズ１０７により光ディスク２０上に集光されるようになっている。光ディスク２０上に集光された光は、光ディスク２０で反射され、対物レンズ１０７、４分の１波長板１０６、焦点可変素子１０４を順次上記の場合と逆向きに透過した後、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、光検出系１０８に入射する。
【００８１】
本実施例に係る光ヘッド装置は、さらに、焦点可変素子１０４を電圧制御する制御電圧発生手段としての焦点可変素子制御回路１０５を備え、光ディスク２０に情報を正確に記録したり、情報を正確に再生したりできるよう焦点可変素子を制御する。焦点可変素子制御回路１０５は、光ディスク２０に集光する光の、例えば、スポット径が最適となるように、または、光検出器に入射する光強度が最適となるように、制御用の電圧を焦点可変素子１０４に出力する。
【００８２】
図２は、本実施例に係る焦点可変素子１０４の断面構造の一例を概念的に示す図である。本実施例に係る焦点可変素子１０４は、一対の基板２０１、２０２と、基板２０１、２０２間に挟持された液晶からなる液晶層２０５とを備える。シール材２０６は、基板２０１、２０２の間隔を一定に保持すると共に、液晶層２０５を基板２０１、２０２間に閉じ込めるようになっている。上記の基板２０１、２０２の対向する面、すなわち基板２０１、２０２の液晶に接するそれぞれの面には、液晶に電圧を印加するための電極２０３、２０４が設けられている。これらの電極は、ＩＴＯからなる透明導電膜をパターニングして形成される。電極上には、不図示の絶縁膜や配向膜を成膜する。
【００８３】
焦点可変素子１０４に設けた電極に配線２０７により電圧を印加することにより、基板２０１、２０２間に挟持された液晶層２０５の屈折率は、印加された電圧によって形成される電圧分布に応じて変化する。ここで、配線２０７としてはフレキシブル配線を用いる。焦点可変素子１０４への入射光は、液晶層２０５を通過すると、液晶層２０５内の屈折率分布によって位相が変化するため、波面が印加する電圧に応じて変化する。
【００８４】
図６は、液晶層２０５を挟持する電極２０３、２０４のうちの第１の電極（例えば、２０３）の電極パターンの一形成例を示す平面図である。図７は、図６に示す第１の電極の中央付近を拡大して示す概念図である。図５は、上記の第２の電極（例えば、２０４）の電極パターン一形成例を示す平面図である。
【００８５】
図６に示す第１の電極は、光軸を中心にする回転対称な電位分布であって、半径方向に階段的に変化する２次関数的な電位分布を実現できる。第１の電極のうちの、中央電極セグメントは電位Ｖ１に設定され、最外電極セグメントは電位Ｖ２に設定される。中間電極セグメントは、電位Ｖ１と電位Ｖ２の間の電位になるように設定することができる。
【００８６】
電位Ｖ１の入力端子と電位Ｖ２の入力端子の間に抵抗体６０１を設け、その抵抗体の途中と各電極セグメントとを配線６０２で接続することによって、中間電極セグメントを電位Ｖ１から電位Ｖ２までの間の電位に設定することができる。この抵抗体６０１は、電極２０３、２０４と同じ透明導電膜を線状にパターニングして形成するのでもよい。また、抵抗体６０１用として、電極２０３、２０４に用いる透明導電膜とは別の材質の薄膜（例えば、酸化スズ薄膜）を用いるのでもよい。
【００８７】
第２の電極を、図５に示すように複数の領域分割輪帯電極によって構成する。各領域分割輪帯電極は、それぞれ独立に電位を設定できるようになっている。以下では、第２の電極を４つの領域分割輪帯電極に分割し、各領域分割輪帯電極の電位を、それぞれ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄとした場合を例にとり説明する。
【００８８】
図８は、第１の電極に、電位Ｖ１が１．５Ｖ、電位Ｖ２が２．１Ｖになるように電圧を印加したときの半径方向の電位分布を概念的に示した図である。図８に示す電位分布は、半径の２乗に比例する成分を有する電圧分布となる。このとき、第２の電極の電位を０Ｖにすると、液晶には第１の電極の電位分布で表される電圧が印加される。
【００８９】
図９は、焦点可変素子１０４の電圧位相差特性の１例を示す図である。液晶層２０５に印加された電圧が約１．５〜２．３Ｖの範囲は、電圧に比例した位相差を発生させることができる線形領域である。第１の電極を図８に示す電位に設定し、第２の電極の電位を０Ｖに設定した場合、液晶層２０５に印加される電圧分布は半径の２乗に比例する成分を有するため、発生する位相分布も半径の２乗に比例し、透過した光の焦点位置が変わることになる。
【００９０】
ここで、焦点位置を大きく動かすには、大きな位相差が必要になり、図１０に示すように電位Ｖ１と電位Ｖ２との差を大きくする必要が生ずる。しかしながら、図９に示すように液晶の電圧に対する位相の応答は非線形であるため、所望の位相分布を得ることができない。このため、第２の電極の電位を、Ｖａ＝０Ｖ、Ｖｂ＝０．６Ｖ、Ｖｃ＝１．２Ｖ、Ｖｄ＝１．８Ｖに設定する。第１の電極と第２の電極とに挟まれた液晶には、略これらの電位差にあたる電圧が印加される。
【００９１】
上記の電位ステップの電位分布にすることによって、第１の電極と第２の電極とに挟まれた液晶層２０５に印加される電圧は、約１．５Ｖから２．３Ｖの範囲内になり、図９に示す電圧位相差特性の線形領域内に入り、電圧分布に比例した位相差を得ることができる。さらに、印加電圧に応答して変化する位相差の振幅も小さく抑えることができ、実用的な応答速度を得ることができる。
【００９２】
また、液晶を透過する光の位相変化が、使用する波長の整数倍になるように第２の電極の電位ステップを設定することによって、透過した光の波面は、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄの電位に設定された各領域分割輪帯電極の境界近傍でも連続的につながり、波面収差を劣化させることなく焦点位置を変えることができる。上記の例では、波長４００ｎｍの光に適合するように、電位ステップを、位相差が１波長（０．４μｍ）分となる０．６Ｖとする。
【００９３】
第１の電極および第２の電極の電位分布の他の設定例を図１２および図１３に示す。図１２および図１３に示す電位の設定例では、第２の電極の電位ステップは０．６Ｖであり、第１の電極と第２の電極との間の電圧が電圧位相差特性の線形領域内に入るようになっている。なお、図９に示すような電圧位相差特性の場合は、第２の電極の電位ステップとして０．６Ｖが好適であるが、液晶材料やセルギャップが異なる設計では、上記の電位ステップを変更すればよい。また、温度による液晶の特性変化が無視できない場合には、電圧ステップを温度に応じて変更することが好適である。
【００９４】
波長４００ｎｍ帯の青紫レーザを用いて記録再生を行う高密度光ディスクであって、記録層が２層あるディスクでは、記録層間の距離が２５μｍあり、ディスク表面から各記録層までのカバー厚さが、それぞれ、７５μｍと１００μｍとなっている。本実施例では、対物レンズをディスク表面から８７．５μｍの距離で収差が最小となるように設定する。
【００９５】
このように設定すると、カバー厚が７５μｍと１００μｍのディスクを記録再生するとき、ディスクの深さ方向に±１２．５μｍ、焦点位置がずれたことに相当する球面収差が発生する。この場合、本発明の焦点可変素子１０４に印加する電圧を調整して、焦点可変素子１０４を透過する光の波面のパワー成分を変化させ、対物レンズで球面収差が発生するため、上記の球面収差をキャンセルすることができ、良好な記録・再生特性を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明に係る光ヘッド装置は、液晶を用いて焦点可変素子を実現する場合でも、液晶の応答時間を低減できるという効果が有用な光ヘッド等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置のブロック構成を示す概念図
【図２】本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置を構成する焦点可変素子の断面構造の一例を概念的に示す図
【図３】本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置を構成する焦点可変素子の断面構造の他の一例を概念的に示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する第１の電極の電極パターンの一例を概念的に示す平面図
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する第２の電極の電極パターンの一例を概念的に示す平面図
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する第１の電極の電極パターンの他の一例を概念的に示す平面
【図７】焦点可変素子に形成された各電極セグメントの電位を設定するための配線の一形成例を示す図
【図８】第１の電極に、電位Ｖ１が１．５Ｖ、電位Ｖ２が２．１Ｖになるように電圧を印加したときの半径方向の電位分布を概念的に示した図
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る焦点可変素子の電圧位相差特性の一例を示す図
【図１０】焦点位置を大きく動かすために第１の電極に印加する電圧分布の一例を示す図
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する第１の電極および第２の電極の電位分布、並びに、液晶に印加される電圧分布の第１の設定例を模式的に示した図
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する第１の電極および第２の電極の電位分布、並びに、液晶に印加される電圧分布の第２の設定例を模式的に示した図
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する第１の電極および第２の電極の電位分布、並びに、液晶に印加される電圧分布の第３の設定例を模式的に示した図
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する第１の電極の平面構造を示す概念図
【図１５】図１４に示した第１の電極の中心部分を拡大して示した図
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する第１の電極および第２の電極の電位分布、並びに、液晶に印加される電圧分布の第１の設定例を模式的に示した図
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する第１の電極および第２の電極の電位分布、並びに、液晶に印加される電圧分布の第２の設定例を模式的に示した図
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る焦点可変素子を構成する第１の電極および第２の電極の電位分布、並びに、液晶に印加される電圧分布の第３の設定例を模式的に示した図
【図１９】本発明の第１の実施の形態に係る焦点可変素子の第２の電極の電極セグメント間の電気的接続の一例を示す図
【符号の説明】
【００９８】
２０  光ディスク
１００  光ヘッド装置
１０１  半導体レーザ
１０２  コリメータレンズ
１０３  偏光ビームスプリッタ
１０４  焦点可変素子
１０５  焦点可変素子制御回路
１０６  ４分の１波長板
１０７  対物レンズ
１０８  光検出系
２０１、２０２、３０１〜３０３  基板
２０３、２０４、３０４〜３０７  電極
２０５、３０８、３０９  液晶層
２０６、３１０、３１１  シール材
２０７、３１２、３１３、４０２、５０２、６０２、７０４、１４０１、１４０２、１９０２  配線
４０１、６０１、１４１１〜１４１４、１９０１  抵抗体
７０１、１５０１〜１５０４、１５１１〜１５１４  電極セグメント
１４０３〜１４０６  同一輪帯領域中の電極セグメント
【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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【図１８】
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【図１９】
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