(57)【要約】【課題】集光スポットの形状を適宜変化させ、光ディスクに対して最適の状態で記録再生を行うことができる光ヘッド装置を提供すること。【解決手段】光ヘッド装置１０は、透過する光の波面を変化させる液晶素子２０を備え、液晶素子２０は、互いに対向配置された透明基板２１及び２２と、透明基板２１及び２２上にそれぞれ形成された透明電極２３及び２４と、透明電極２３と透明電極２４とに挟持された液晶層２５と、液晶層２５の外周を封止するシール２６とを備え、透明電極２３は、低抵抗の材料で構成された低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと、高抵抗の材料で構成された高抵抗平面電極２３ｅとを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、この光源から所定の光軸に沿って出射される出射光を光記録媒体上に集光させる集光手段と、前記光源と前記集光手段との間に設けられた液晶素子と、を有する光ヘッド装置であって、
前記液晶素子は、一方の面に透明電極が形成され、透明電極形成面を対向させて配置された２枚の透明基板と、前記透明基板間に挟持された液晶層とを備え、前記透明電極に対して外部からの電圧印加により前記液晶層の液晶分子の配向を変化させて、素子面内においてリタデーション値および遅相軸方向の少なくとも一方が前記光軸に対して回転対称の分布を発生可能とされている液晶素子であることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記液晶素子は、外部からの電圧の印加または非印加により、前記液晶層の液晶分子を、前記光軸を中心とする放射状または同心円状のパターンに配向させて前記リタデーション分布を発生させる、請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記液晶素子が、同心円状に形成された複数の低抵抗電極と、前記複数の低抵抗電極と同一面上に形成され、前記低抵抗電極と電気的に接続されている高抵抗電極と、を備えていて、前記低抵抗電極のシート抵抗ＲＬと前記高抵抗電極のシート抵抗ＲＨの比ＲＬ／ＲＨが１０００分の１以下である請求項１または２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記透明電極の一方が、光軸を中心とする半径で、回転対称な複数の領域に分割された分割電極からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記液晶素子が、厚さおよび誘電率の少なくとも一方が前記光軸を中心とする回転対称な分布を有する誘電体を備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記液晶は、ネマチック液晶からなる請求項１〜５のいずれか１項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、光ディスクの記録再生に用いる光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光ヘッド装置は、ガラスやプラスチックを材料として製作された対物レンズを備えている。一般に成形加工により製作されるプラスチック製の対物レンズでは、成型後に残留した残留歪みによってレンズ内部に複屈折位相差（以下「リタデーション」という）を生じ、所望の屈折力分布が得られずにレンズ性能が低下する問題がある。前記リタデーションは、高い屈折率を示す偏光方向の方位である遅相軸方向と、遅相軸方向および遅相軸と直交する偏光方向の２つの直線偏光間に生じる位相差の大きさであるリタデーション値と、により表すことができる。
【０００３】
レンズ瞳内において、前記リタデーション値は光軸付近では小さく周辺では大きくなり、遅相軸の方向は光軸を中心に概ね回転対称となる分布をもつ。このような位相差の分布をもつ対物レンズに直線偏光を入射させると、透過光束の形状が変化するため、従来の光ヘッド装置は、光ディスクの記録面での集光スポットの形状が変化し、情報の記録再生特性が低下する問題があった。
【０００４】
また、光ディスクは、表面から記録層までのプラスチック層（以下「カバー層」という。）を有しており、このカバー層が、光ディスクの法線方向に光学軸を持つ複屈折特性をもつ場合もある。この場合、光ヘッド装置から光ディスクに向かう光は対物レンズによって集光されながら記録層に進むため、ビームの光軸から離れて進む光ほど大きく傾いてカバー層を通過し、カバー層の複屈折特性の影響を大きく受けることとなる。一方、光軸中心を進む光は、複屈折特性の影響を受けない状況になる。したがって、光ディスクにおいても、対物レンズと同じように光軸中心で回転対称な位相差分布が発生するという問題があった。特に、波長４０５ｎｍ帯を使用する高密度光ディスクや、ＮＡ（開口数）の大きな光学系では、より影響を受けやすい。
【０００５】
前述の問題を解決するものとして、例えば特許文献１に示された光ヘッド装置が提案されている。特許文献１に示されたものは、遅相軸方向及びリタデーション値のうち少なくとも一方の面内での分布状態に偏りを有する位相板を備え、位相板が、対物レンズの位相差分布をキャンセルすることによって、対物レンズ透過後の光の偏光状態分布を補正するようになっている。
【特許文献１】特開２００５−２１６４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示された従来の光ヘッド装置では、位相板が有する分布状態の偏りは、遅相軸方向及びリタデーション値のうち少なくとも一方の分布状態の偏りであって固定されたものなので、種々の光ディスクが個別に有する位相差分布に応じて対物レンズ透過後の光の偏光状態分布を補正することができないという課題があった。
【０００７】
具体的には、例えば波長４０５ｎｍの光を使用する高密度光ディスクであるブルーレイディスク（Ｂｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｃ、以下「ＢＤ」という。）と、ＨＤＤＶＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ、以下「ＨＤ」という。）との間の互換を考慮する場合、カバー層厚及びＮＡが両者間で異なり、光ディスクに発生する複屈折量が異なるので、特許文献１に示されたものでは、ＢＤ用に設計された位相板をＨＤに用いるとＨＤ用光ディスクの記録面において適正な集光スポットの形状が得られず、記録再生特性が劣化するという課題があった。また、ＢＤ、ＨＤの各光ディスクにおいても、製造方法等によりカバー層に存在する複屈折の大きさが異なる場合があり、複屈折がほとんどない光ディスクに対して、固定の位相差分布を与える場合は逆に波面が乱れ集光特性が劣化する問題があった。
【０００８】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、集光スポットの形状を適宜変化させ、光ディスクに対して最適の状態で記録再生を行うことができる光ヘッド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】
【０００９】
本発明の光ヘッド装置は、光源と、この光源から所定の光軸に沿って出射される出射光を光記録媒体上に集光させる集光手段と、前記光源と前記集光手段との間に設けられた液晶素子と、を有する光ヘッド装置であって、前記液晶素子は、一方の面に透明電極が形成され、透明電極形成面を対向させて配置された２枚の透明基板と、前記透明基板間に挟持された液晶層とを備え、前記透明電極に対して外部からの電圧印加により前記液晶層の液晶分子の配向を変化させて、素子面内においてリタデーション値および遅相軸方向の少なくとも一方が前記光軸に対して回転対称の分布を発生可能とされている構成を有している。
【００１０】
この構成により、本発明の光ヘッド装置は、前記液晶素子の透明電極に対する印加電圧に応じて液晶分子を所定の方向に配向させて複屈折をキャンセルするので、集光スポットの形状を適宜変化させ、光ディスクに対して最適の状態で記録再生を行うことができる。
【００１１】
また、本発明の光ヘッド装置は、前記液晶素子が、外部からの電圧の印加または非印加により、前記液晶層の液晶分子を、前記光軸を中心とする放射状または同心円状のパターンに配向させて前記リタデーション分布を発生させる構成を有している。この構成により、本発明の光ヘッド装置は、電圧印加により所望のリタデーションの分布を容易に得ることができる。
【００１２】
さらに、本発明の光ヘッド装置は、前記液晶素子が、同心円状に形成された複数の低抵抗電極と、前記複数の低抵抗電極と同一面上に形成され、前記低抵抗電極と電気的に接続されている高抵抗電極と、を備えていて、前記低抵抗電極のシート抵抗ＲＬと前記高抵抗電極のシート抵抗ＲＨの比ＲＬ／ＲＨが１０００分の１以下である構成を有している。この構成により、本発明の光ヘッド装置は、光軸を中心とする半径方向における勾配電圧を変化させて液晶層の液晶分子の配向方向を電気的に制御し、それによりリタデーション分布を制御することができるので、集光スポットの形状を適宜変化させ、光ディスクに対して最適の状態で記録再生を行うことができる。
【００１３】
さらに、本発明の光ヘッド装置は、前記透明電極の一方が、光軸を中心とする半径で、回転対称な複数の領域に分割された分割電極からなる構成を有している。この構成により、本発明の光ヘッド装置は、回転対称なリタデーション分布をより最適に調整することが可能になり、それにより、集光スポットの形状をより最適に変化させ、光ディスクに対して最適の状態で記録再生を行うことができる。
【００１４】
さらに、本発明の光ヘッド装置は、前記液晶素子が、厚さおよび誘電率の少なくとも一方が前記光軸を中心とする回転対称な分布を有する誘電体を備えた構成を有している。この構成により、本発明の光ヘッド装置は、光軸を中心とする半径方向において誘電率の勾配を与えることにより、液晶素子に含まれる液晶分子の配向方向を電気的に制御することができるので、集光スポットの形状を適宜変化させ、光ディスクに対して最適の状態で記録再生を行うことができる。
【００１５】
さらに、本発明の光ヘッド装置は、前記液晶が、ネマチック液晶からなる構成を有している。この構成により、本発明の光ヘッド装置は、前記液晶層の透明電極に対する印加電圧に応じてネマチック液晶の液晶分子を所定の方向に配向させて複屈折をキャンセルするので、集光スポットの形状を適宜変化させ、光ディスクに対して最適の状態で記録再生を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、集光スポットの形状を適宜変化させ、光ディスクに対して最適の状態で記録再生を行うことが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ができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成について図１を用いて説明
する。図１は、本実施の形態に係る光ヘッド装置１０の構成例を示す模式図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態に係る光ヘッド装置１０は、所定波長の直線偏光を出射する光源１１と、光源１１から出射された直線偏光の光源光を透過させるビームスプリッタ１２と、ビームスプリッタ１２から出射された光源光を平行光線化するコリメータレンズ１３と、直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板１４と、液晶素子２０と、コリメータレンズ１３から出射され１／４波長板１４および液晶素子２０を経て入射した光源光を光ディスク３０の記録層３１に集光する対物レンズ１５と、光ディスク３０の記録層３１により反射された再生光を検出する光検出系１６とを備えている。なお、光ディスク３０は、特許請求の範囲に記載の光記録媒体に対応するものである。
【００２０】
光源１１は、例えば波長４０５ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザで構成され、レーザ光をビームスプリッタ１２に出射するようになっている。なお、光源１１を複数備え、互いに異なる波長のレーザ光をビームスプリッタ１２に出射する構成としてもよい。
【００２１】
ビームスプリッタ１２は、透光性を有する材料、例えばガラスやプラスチック等で構成され、光源１１からの光源光を透過させるとともに、光ディスク３０からの再生光を反射する反射面を備えている。
【００２２】
コリメータレンズ１３は、透光性を有する材料、例えばガラスやプラスチック等で構成され、入射されたレーザ光を平行光線化するようになっている。
【００２３】
１／４波長板１４は、例えば複屈折性を有する樹脂フィルムや水晶、高分子液晶等で構成され、コリメータレンズ１３から入射された直線偏光を円偏光に変換するようになっている。なお、１／４波長板１４が無い構成としてもよい。また、１／４波長板１４と液晶素子２０とを一体化することにより部品点数の削減が図れるので好ましい。液晶素子２０の詳細な構成については後述する。
【００２４】
対物レンズ１５は、所定のＮＡ（開口数）を有するレンズであって、例えばプラスチックからなり、液晶素子２０から入射された円偏光を光ディスク３０の記録層３１に集光し、記録層３１からの反射光を捕捉するようになっている。なお、対物レンズ１５は、本発明の集光手段を構成している。また、対物レンズ１５と液晶素子２０とを一体化すると、例えばトラッキング調整時に、対物レンズ１５と液晶素子２０との相対位置を変化させずに、対物レンズ１５を移動させることができるので好ましい。
【００２５】
光検出系１６は、例えばレンズやフォトダイオード等を含み、ビームスプリッタ１２の反射面によって反射された光ディスク３０からの再生光を電気信号に変換するようになっている。
【００２６】
液晶素子２０は、図２に示すように、以下に述べる透明電極２３、２４が形成された面を対向させて配置された透明基板２１及び２２と、透明基板２１及び２２上にそれぞれ形成された透明電極２３及び２４と、透明電極２３と透明電極２４とに挟持された液晶層２５と、液晶層２５の外周を封止するシール２６とを備えている。
【００２７】
透明基板２１及び２２は、それぞれ、透光性を有する材料、例えばガラスやプラスチック等で構成され、所定の間隔で対向配置されている。なお、透明基板２１及び２２の少なくとも一方を、たとえば１／４波長板などの他の光学素子と共用としてもよい。
【００２８】
透明電極２３及び２４は、それぞれ、例えばＩＴＯ（インジウムドープ酸化錫）や、ドープされたＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電性金属酸化物膜で構成されている。透明電極２３及び２４は、外部信号源４０に接続され、液晶層２５に所定の電圧を印加することができるようになっている。
【００２９】
図３は、図２に示された透明基板２２の側から見た平面図である。透明電極２３は、同心円状に形成された複数の低抵抗電極である２３ａ〜２３ｄと、前記低抵抗電極と同一面上に形成された高抵抗平面電極２３ｅと、が組み合わされた複合電極構成を有している。
【００３０】
透明電極２３は、透明基板２１上に例えばシート抵抗が４０Ω／□のＩＴＯ膜を成膜し、パタニングして低抵抗電極２３ａ〜２３ｄとし、次いで例えばシート抵抗が１００ＭΩ／□のＳｎＯ２膜を積層、成膜しパタニングして高抵抗平面電極２３ｅを形成して、作製される。低抵抗電極２３ａ〜２３ｄは、不図示の配線により電極取出部２３ｆ〜２３ｉと接続され、外部電源から互いに独立に電圧を印加することができるように構成されている。
【００３１】
透明電極２４は、透明基板２２上に例えばシート抵抗が３００Ω／□のＩＴＯ膜を成膜し、パタニングして作製され、不図示の配線により電極取出部２４ａに接続されている。
【００３２】
低抵抗電極２３ａ〜２３ｄのシート抵抗ＲＬと前記高抵抗平面電極２３ｅのシート抵抗ＲＨとの比ＲＬ／ＲＨは１０００分の１以下であることが好ましい。前記比ＲＬ／ＲＨが１０００分の１を超えると、低抵抗電極の電極内の電圧効果が大きくなって後述する所望の勾配電圧が得られないことがある。また、前記高抵抗電極のシート抵抗ＲＨは、大き過ぎると勾配電圧が発生しなくなるため、１０９Ω／□以下が好ましい。低抵抗電極のシート抵抗ＲＬは、小さい方が前記高抵抗電極のシート抵抗の許容範囲が広がるため好ましく、透明電極の形成の容易さやコストを考慮して、１〜５０Ω／□の範囲とすることが好ましい。低抵抗電極としては、シート抵抗が４０Ω／□のＩＴＯ膜が、高抵抗電極としては、シート抵抗が１００ＭΩ／□のＳｎＯ２膜が、それぞれ好ましく例示されるが、これに限定されない。とくに低抵抗が必要な場合は、金、銅、アルミニウムなどの金属膜からなる幅が細い配線膜を、上述の透明電極と組合せて用いることが好ましい。
【００３３】
透明電極２３及び２４上にそれぞれ例えばポリイミドの配向膜（図示省略）を設け、さらに、配向膜にラビング処理、光照射等の配向処理を施すことによって液晶層２５の液晶分子の配向を安定化させてもよい。
【００３４】
なお、ポリイミドに代えてＳｉＯ２やＳｉＯ等の無機物を配向膜として用いると、有機物を用いるものよりも耐熱性及び耐候性の向上が図れるので好ましい。また、液晶層２５の配向処理は、ラビング処理のみに限定されるものではなく、例えば、配向膜に紫外線を照射することによって液晶分子を非接触で配向させる光配向法や、ＳｉＯ２の斜め蒸着法、ダイヤモンドライクカーボンへのイオンビーム照射による液晶配向の制御法等を用いてもよい。また、透明基板の液晶層と接する基板面に微小な溝を多数設けて液晶分子が溝に倣うようにしてもよい。溝の深さｄは、液晶分子に所望の配向を行わせるためには０．０５μｍ以上であることが好ましい。また、溝が深いと、溝により生じる散乱光や回折光が迷光となってコントラストを落とす原因となるため、溝の深さｄと、溝を形成する材料と液晶との屈折率差Δｎとの積Δｎ・ｄを、使用する光の波長の１０分の１以下とすることが好ましい。より好ましくは２０分の１以下である。前記溝上にポリイミドなどの配向膜をさらに設けると配向が安定して好ましい。
【００３５】
透明電極２３と透明電極２４との間の電気的絶縁を確保するため、透明電極２３及び２４上の少なくとも一方の対向面上に絶縁膜を形成してもよい。この絶縁膜は透明であることが好ましく、例えばＳｉＯ２のような無機物やアクリルのような有機物からなる膜が好ましく例示される。
【００３６】
シール２６は、無機物及び有機物のいずれの材料で形成してもよいが、熱や光で硬化するエポキシ樹脂やアクリル樹脂を使用すると作業性及びプロセスの簡便さが向上するので好ましい。
【００３７】
液晶層２５は、例えば異常光屈折率が常光屈折率より大きく、負の誘電異方性をもつネマチック液晶からなり、透明電極２３及び２４と、シール２６とによって挟持されている。
【００３８】
液晶層２５の液晶は、透明電極２３及び２４に電圧が印加されていないときは、図４に示すように液晶分子の長手方向が透明基板２１及び２２の基板面に対して垂直（Ｚ軸方向）に揃った垂直配向をとる。誘電異方性が負の液晶を用い、液晶分子を電圧非印加時に垂直配向させ、勾配電圧により液晶分子の配向を制御するとラビング等の配向処理が不要となり、製造工数が削減できるので大変好ましい。
【００３９】
次に、液晶素子２０における液晶層２５の液晶分子の配向分布の例を前述の図４及び５と、図６及び８とを用いて説明する。なお、図中の線分の方向は液晶分子の配向方向を、線分の長さは液晶分子の配向により発生するリタデーション値を、それぞれ表す。図６中の点は、液晶分子が基板面に対して垂直配向していることを表している。
【００４０】
液晶素子２０の液晶分子は例えば図４及び６に示した、基板に対して垂直配向した状態から、透明電極２３及び２４に印加する電圧を調整して液晶分子が光軸に対してなす角度を変化させることによって、図５及び８に示したようなリタデーション分布が得られる。すなわち、透明電極２３の低抵抗電極２３ａ〜２３ｄに対して、透明電極２４との電位差が光軸からの距離に応じて大きくなる勾配電圧を印加することにより、光軸に対する液晶分子の傾きが光軸から遠ざかるにつれて大きくなる図５及び８に示すような、遅相軸の方向が光軸を中心とする放射状であって、リタデーション値が光軸から遠ざかるにつれて大きくなる分布をもつ配向状態とすることができる。
【００４１】
図７は、透明電極２３の低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと透明電極２４との間に面内で均一な電圧を印加して、電圧印加時に液晶分子が、透明基板２１及び２２の基板面に対して略平行で放射状に配向され、遅相軸方向が放射状であって、リタデーション値が面内で均一である状態を示している。また、図９は、光軸に対する液晶分子の傾きが光軸から遠ざかるにつれて小さくなるようにし、光軸を中心として放射状に液晶分子が配向され、遅相軸方向が放射状であって、リタデーション値が光軸から遠ざかるにつれて小さくなる分布をもつ配向状態を示している。この図９に示す状態は、図８に示す状態において透明電極２３及び２４に印加された電圧の極性を逆にすることによって得られる。
【００４２】
また、液晶素子２０は、例えば図７に示すように予め液晶分子を放射状に配向させておいて、電圧印加により液晶分子の配向を変化させて図６、８、９に示すように、リタデーションを持たない、光軸に近づくにつれてあるいは遠ざかるにつれて小さくなるリタデーション分布を得るようにすることもできる。
【００４３】
また、液晶素子２０は、図１０〜１２に示すように同心円状に液晶分子を配向させることもできる。なお、図１０は、液晶分子が、透明基板２１及び２２に対して略平行で同心円状に配向された状態を示している。また、図１１は、透明基板２１及び２２に対する傾きを光軸から遠ざかるにつれて小さくなるようにした状態を示している。また、図１２は、透明基板２１及び２２に対する傾きを光軸から遠ざかるにつれて大きくなるようにした状態を示している。
【００４４】
図１３〜１５は、常光屈折率が異常光屈折率より大きい液晶、例えばディスコティック液晶を用いたときの液晶分子の配向を表した図であって、図中の円または楕円の半径方向とその長さは、液晶分子の配向により発生する遅相軸方向とリタデーション値とを表わす。
【００４５】
また、液晶素子２０は、例えば、異常光屈折率が常光屈折率より小さく、誘電異方性が負の液晶を用いて、図１３に示すようになるよう予め液晶分子を垂直配向させておき、電圧印加により図１４又は１５に示すような状態になるよう液晶分子の配向を変化させれば、図１１、１２に示されたものと同等なリタデーション分布を得ることができる。すなわち、図１３の液晶素子は、図６と同等のリタデーション分布を示し、図１４、１５の液晶素子はそれぞれ図１１、１２と同等なリタデーション分布を示す。
【００４６】
一方、液晶素子２０は、異常光屈折率が常光屈折率より大きく、誘電異方性が負の液晶を用いても、図１０〜１２に示されたものと同等なリタデーション分布を得ることができる。また、液晶素子２０に用いる液晶は、誘電異方性が正の液晶を用いることもできる。
【００４７】
なお、対物レンズ１５の複屈折は、図８又は１１に示すような遅相軸方向が光軸を中心とした放射状でリタデーション値が光軸から外周に向かって増大または減少する分布をもつ場合が多いので、その場合、それぞれ図１１、図８に示すリタデーション分布パターンを用いることが好ましい。さらに、光ディスク３０のカバー層で生じる複屈折は、集光された光の角度に応じて大きくなるため、これを打ち消すためには図８に示されたリタデーション分布パターンを用いる。その場合、図８に示すパターンと図１１に示すパターンとを組合せたパターンを用いることが好ましく、遅相軸方向およびリタデーション値は、対物レンズ１５及び光ディスク３０で発生する複屈折の大きさに応じて決められる。
【００４８】
また、液晶素子２０が発生する位相差分布は、光軸を中心とするいかなる回転角度に対しても回転対称であること、すなわち無限回回転対称であることを要さず、ｎ回回転対称（ただしｎは自然数）であってもよい。例えば図１８に示した液晶素子２０は、２回回転対称のリタデーション分布をもつ例である。図１８の液晶素子２０の素子面は、光軸を中心とする半径で９０度ごとの４つの領域１００、１０１、１０２、１０３に分割されていて、面内全面で遅相軸方向が放射状となっているが、領域１００と１０２は、ともにリタデーション値が均一で小さいリタデーション分布を有し、領域１０１と１０３は光軸からの距離に伴ってリタデーション値が大きくなるリタデーション分布を有していて、領域１００と１０２、領域１０１と１０３は、それぞれ１８０度回転すると領域が重なるとともに、同じリタデーション分布となる。
【００４９】
液晶素子をｎ回回転対称のリタデーション分布とする場合、各領域は等分する必要はなく、各領域の境界は直線状に限らない。分割された領域内での遅相軸方向およびリタデーション値の分布は、放射状に限定されず、液晶素子が回転対称であれば同心円状や他の方向であってもよく、また、領域間で遅相軸方向が異なってもよい。回転対称の回数はキャンセルしたい複屈折の分布に応じて決められ、上限はないが、領域間の境界での光学ロスが生じるおそれや作製の容易さから４回対称以下とすることが好ましいが、これに限定されない。
【００５０】
次に、本実施の形態に係る光ヘッド装置１０の動作について図１を用いて説明する。光源１１から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ１２、コリメータレンズ１３を透過し、１／４波長板１４を透過した後に円偏光に変換される。続いて、液晶分子が所望の配向に設定された液晶素子２０を経て、対物レンズ１５に出射され、対物レンズ１５によって、光ディスク３０の記録層３１に対して、光ディスクのカバー層を通して集光される。
【００５１】
光ディスク３０の記録層３１により反射された光は、再度、対物レンズ１５、液晶素子２０、１／４波長板１４を透過した後、偏光方向が９０度回転した直線偏光に変換され、コリメータレンズ１３を透過し、ビームスプリッタ１２の反射面で反射され、光検出系１６に入射されて電気信号に変換される。
【００５２】
ここで、光ディスク３０のカバー層が、光ディスク面の法線方向に光学軸をもち、異常光屈折率が常光屈折率より小さい複屈折性を有していると、対物レンズ１５によって集光された光源光は、カバー層を斜めに通過するため、実質的に図１１に示すような複屈折となる。このとき、液晶素子２０の液晶分子の配向分布を図８に示すような状態とすると、光ディスク３０面に対して法線方向に発生する複屈折をキャンセルすることができるので、記録層３１上の集光スポットの形状を適宜変化させて、光ディスクに対して最適の状態で記録再生を行うことができる。
【００５３】
例えば、光ヘッド装置１０は、光ディスクのフォーマットがＨＤ用光ディスク及びＢＤ用光ディスクのように大きく異なる場合でも、それぞれのフォーマットに対応した最適な記録再生特性を得ることができる。
【００５４】
次に、本実施の形態に係る液晶素子２０の実施例について説明する。
【実施例１】
【００５５】
まず、透明基板２１として厚さが０．５ｍｍの石英ガラス基板を用意し、スパッタリング法を用いて、ＩＴＯからなるシート抵抗が４０Ω／□の透明電極２３を透明基板２１上に成膜し、外部から電圧印加できるようにパタニングして、図３に示すような低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと電極取出部２３ｆ〜２３ｉ、２４ａとを形成した。その後、シート抵抗値が１００ＭΩ／□のＳｎＯ２膜を成膜してパタニングし、図３に示すような高抵抗平面電極２３ｅを作製して複合電極とした。なお、電極取出部２３ｆ〜２３ｉは低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと導通するように形成され、電極取出部２４ａは、液晶セルとしたときに後述の対向電極とされる透明電極２４と導通するように形成されている。
【００５６】
次に、透明基板２２として厚さが０．５ｍｍの石英ガラス基板を用意し、スパッタリング法を用いて、ＩＴＯからなるシート抵抗が３００Ω／□の透明電極２４を透明基板２２上に成膜し、外部から電圧印加できるようにパタニングして、透明電極２３の対向電極とした。
【００５７】
透明基板２１の透明電極２３が設けられた面とは反対側の面と、透明基板２２の透明電極２４が設けられた面と反対側の面とには、波長４０５ｎｍの光に対する反射防止膜を蒸着法により成膜した。
【００５８】
次に、透明電極２３及び２４上に厚さが５０ｎｍのポリイミド膜を成膜し、このポリイミド膜に垂直に液晶分子が配向するようにした。
【００５９】
次いで、透明電極２４と電極取出部２４ａとの間の導通を得るための導電性ビーズとスペーサとを混合した接着剤を印刷パタニングしてシール２６を形成し、透明基板２１及び２２を透明電極２３、２４が形成された面を対向させて重ね合わせて圧着して、透明電極間のギャップが１０μｍの液晶セルを作製した。
【００６０】
次いで、異常光屈折率＝１．６４、常光屈折率＝１．４９、誘電異方性＝−３の特性を有する液晶材料を液晶セルに注入し、注入口を封止して液晶層２５を形成し、図４に示すような液晶素子２０を得た。
【００６１】
得られた液晶素子２０の低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと透明電極２４との間に、電極取出部２３ｆ〜２３ｉおよび２４ａを介して１ｋＨｚの矩形交流波電源を接続した。得られた液晶素子２０の液晶層２５は、低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと透明電極２４との間に電圧を印加しないときは、液晶分子が垂直配向して、素子の全面でリタデーションを示さなかった。
【００６２】
低抵抗電極２３ａ〜２３ｄに対する印加電圧をすべて３．２Ｖｒｍｓとすると、図７に示すように光軸を中心に放射状に液晶分子が配向し、素子全面でリタデーション値が均一である分布が得られた。
【００６３】
また、低抵抗電極２３ａ〜２３ｄに対して各々２．９Ｖｒｍｓ、３．２Ｖｒｍｓ、３．５Ｖｒｍｓ、３．８Ｖｒｍｓを印加したところ、図８に示すように、光軸を中心に放射状に液晶分子が配列し、光軸から遠ざかるにつれてリタデーション値が大きくなるリタデーション分布が得られた。
【００６４】
さらにまた、低抵抗電極２３ａ〜２３ｄに対して各々３．８Ｖｒｍｓ、３．５Ｖｒｍｓ、３．２Ｖｒｍｓ、２．９Ｖｒｍｓを印加したところ、図９に示すように、光軸を中心に放射状に液晶分子が配列し、光軸に近づくにつれてリタデーション値が大きくなるリタデーション分布が得られた。
【００６５】
すなわち、本例の液晶素子２０は、低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと透明電極２４との間に印加する電圧を適宜調整することにより、液晶分子の配向状態を変化させて、素子の全面で液晶分子が垂直配向してリタデーションを持たない図６の状態と、遅相軸方向が放射状でリタデーション値が、図７に示した一定である分布、図８に示した光軸から遠ざかるにつれて増大する分布、および図９に示した光軸から遠ざかるにつれて減少する分布、とに変化させることができる。また、中間の電圧とすることにより、素子面内でのリタデーション値を変化させてこれらの中間の分布が得られる。
【実施例２】
【００６６】
透明電極２３及び２４上に形成した厚さ５０ｎｍのポリイミド膜に対するラビング処理を、直径１０ｍｍの回転棒の先端に直径１０ｍｍの円形のラビング布を貼り付け、回転棒を軸に回転させつつポリイミド膜に数秒間接触させて、配向方向が同心円状である配向処理とした点と、液晶セルに充填する液晶を、異常光屈折率＝１．６５、常光屈折率＝１．５、誘電異方性＝８の特性を有する液晶とした点以外は実施例１と同様にして、図２に示すような液晶素子２０を得た。
【００６７】
得られた液晶素子２０の低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと透明電極２４との間に、１ｋＨｚの矩形交流波電源を接続した。低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと高抵抗平面電極２３ｅとの間に電圧を印加しないときは、液晶層の液晶分子は上述の配向方向に沿って同心円状に配向してリタデーション値が均一な図１０に示すリタデーション分布を示した。また、低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと透明電極２４との間に２．３Ｖｒｍｓの電圧を印加すると、図６に示すように液晶分子が垂直配向して、素子全面でリタデーションを示さなかった。
【００６８】
次に、低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと透明電極２４との間に各々２．６Ｖｒｍｓ、２．４Ｖｒｍｓ、２．２Ｖｒｍｓ、２．０Ｖｒｍｓを印加したところ、図１１に示すように、遅相軸方向が光軸を中心とした同心円状で、かつ光軸から遠ざかるにつれてリタデーション値が大きくなるリタデーション分布が得られた。
【００６９】
また、低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと透明電極２４との間に各々２．０Ｖｒｍｓ、２．２Ｖｒｍｓ、２．４Ｖｒｍｓ、２．６Ｖｒｍｓを印加したところ、図１２に示すように、遅相軸方向が光軸を中心とした同心円状で、かつ光軸から遠ざかるにつれてリタデーション値が小さくなるリタデーション分布が得られた。
【００７０】
すなわち、本例の液晶素子２０は、低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと透明電極２４との間に印加する電圧を適宜調整することにより、素子の全面で液晶分子が垂直配向してリタデーションを持たない図６の状態、遅相軸方向が同心円状でリタデーション値が、図１０に示した一定である分布、図１１および１２に示した光軸から遠ざかるにつれて増大する分布、および減少する分布、とすることができる。また、中間の電圧とすることにより、これらの中間の分布が得られる。
【実施例３】
【００７１】
実施例１と同様にして、透明基板２１上に、図３に示すような低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと電極取出部２３ｆ〜２３ｉ、２４ａおよび高抵抗平面電極２３ｅを備えた複合電極を形成し、透明基板２２上に透明電極２４を形成する。ただし透明基板２２上の透明電極２４については、図１８の領域１００、１０１、１０２、１０３に対応する、光軸を中心とする半径で９０度ごとの４つの領域に分割して、独立に電圧を印加できるようにパタニングを行う。
【００７２】
次いで透明電極２３、２４上に、スパッタリング法により屈折率１．５４の酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜を０．３μｍ成膜して、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、これに深さ０．３μｍの同心円状の溝（図示せず）を、溝間ピッチ５μｍで多数形成し、さらに溝上に厚さ４０ｎｍのポリイミド膜を形成して、配向膜（図示せず）とする。
【００７３】
以上で得られた透明基板２１および２２を、実施例１と同様に、波長４０５ｎｍの光に対する反射防止膜を形成し、シール２６を形成し、透明電極２３、２４および配向膜が設けられた面を対向させて液晶セルとする。そして、常光屈折率と異常光屈折率の屈折率差Δｎが０．１５の正の誘電異方性を持つネマチック液晶を注入し封止して、図２に示すような液晶素子２０が得られる。
【００７４】
得られた液晶素子２０の低抵抗電極２３ａ〜２３ｄと４領域に分割された透明電極２４との間に、１ｋＨｚの矩形交流波電源を接続する。液晶層に対して電圧を印加しないときは、遅相軸方向が光軸を中心とする同心円状で、光軸からの距離や領域に依らずリタデーションが一定である図１０に示すような分布を示す。次に低抵抗電極２３ａ〜２３ｄに対して各々２．６Ｖｒｍｓ、２．４Ｖｒｍｓ、２．２Ｖｒｍｓ、２．０Ｖｒｍｓなる勾配電位を与える電圧を印加すると、図１１に示すように、異常光屈折率が与えられる方向が光軸を中心に放射状に液晶分が配向し、かつ光軸から遠ざかるにつれてリタデーションが大きくなるリタデーション分布を示す。
【００７５】
また、透明電極２４の領域１００、１０２には液晶が垂直配向する電圧を印加し、領域１０１、１０３には上述の勾配電位となる電圧を印加すると、図１８に示すように４つの領域について、遅相軸方向は光軸を中心とする放射状であって、領域１００、１０２の領域はリタデーションを実質的に示さず、１０１、１０３の領域は光軸から遠ざかるに従ってリタデーションが徐々に大きくなるリタデーション分布とすることができる。また、低抵抗電極２３ａ〜２３ｄに印加する電圧を調整することにより、図７〜図９に示すようなリタデーションの大きさの分布を連続的に変化させることができる。
【００７６】
以上のように、本実施の形態に係る光ヘッド装置１０によれば、液晶素子２０は、複合電極が形成された透明電極２３を備え、透明電極２３と透明電極２４との間に印加電圧に応じた勾配電圧を発生し、液晶分子を所定の方向に配向させて複屈折をキャンセルする構成としたので、集光スポットの形状を適宜変化させ、光ディスクに対して最適の状態で記録再生を行うことができる。
【００７７】
なお、前述の実施の形態において、透明電極２３上に複合電極を設ける構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複合電極を透明電極２４側のみ、又は透明電極２３及び２４の両方に設ける構成としても同様の効果が得られる。
【００７８】
また、前述の実施の形態において、複合電極を一方の透明電極２３側にのみ設ける構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１６に示すような分割電極を他方の透明電極２４側のみ、又は透明電極２３及び２４の両方に設ける構成としても同様の効果が得られる。
【００７９】
図１６に示す分割電極５１は図３の複合電極と同様に、４つに分割された分割電極５１ａ〜５１ｄと、分割電極５１ａ〜５１ｄにそれぞれ接続された電極取出部５１ｅ〜５１ｈと、液晶セルとされたときに対向配置された対向電極に接続される電極取出部２４ａとを備えているが、高抵抗平面電極を備えてなく、分割電極５１ａ〜５１ｄが互いに導通しない点が図３の複合電極とは異なっている。
【００８０】
また、前述の実施の形態において、４つの低抵抗電極で複合電極を構成する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の低抵抗電極で構成されればよい。
【００８１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッド装置について説明する。本実施の形態に係る光ヘッド装置は、図１７に示すような液晶素子６０を備えている。図１７は、第１の実施の形態に係る液晶素子２０の断面を示す図２に対応するものである。
【００８２】
本実施の形態に係る液晶素子６０は、互いに対向配置された透明基板６１及び６２と、透明基板６１及び６２上にそれぞれ形成された透明電極６３及び６４と、透明電極６３と透明電極６４とに挟持された液晶層６５と、液晶層６５の外周を封止するシール６６と、透明電極６３と液晶層６５との間に設けられた誘電体６７とを備えている。ここで、液晶素子６０の構成は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶素子２０に対して、誘電体６７を備えた点以外は同様であるので、共通する構成の説明は省略する。
【００８３】
本実施の形態に係る液晶素子６０の誘電体６７は、光軸から遠ざかるにつれて厚さが薄くなるよう形成されている。したがって、液晶素子６０は、本発明の第１及び第２の実施の形態に係る液晶素子２０及び５０と同様に、勾配電圧を液晶層６５に印加することによりリタデーション分布を発生することができる。
【００８４】
誘電体６７の屈折率は、液晶層６５の異常光屈折率又は常光屈折率と一致させるか、異常光屈折率と常光屈折率との間の値とすれば、電圧駆動時の界面反射を抑えることができて好ましい。
【００８５】
なお、本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１０と比べ、前述のように、リタデーション分布を発生させる手段が異なるだけなので、動作の説明は省略する。
【００８６】
以上のように、本実施の形態に係る光ヘッド装置によれば、液晶素子６０は、誘電体６７を備え、透明電極６３と透明電極６４との間に印加電圧に応じた勾配電圧を発生し、液晶分子を所定の方向に配向させて複屈折をキャンセルする構成としたので、集光スポットの形状を適宜変化させ、光ディスクに対して最適の状態で記録再生を行うことができる。
【００８７】
なお、前述の実施の形態において、誘電体６７を一方の透明電極６３側にのみ設ける構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、誘電体６７を他方の透明電極６４側のみ、又は透明電極６３及び６４の両方に設ける構成としても同様の効果が得られる。また、透明電極６３及び６４として前述の分割電極、複合電極等を用いてもよい。
【００８８】
前述の説明では、誘電体６７が、光軸から遠ざかるにつれて厚さが薄くなるよう形成されている例を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば誘電体６７の厚さが均一で、誘電率が光軸から遠ざかるにつれて小さくなるような構成としても同様の効果が得られる。また、光軸から遠ざかるにつれて、誘電体６７の厚さが厚くなったり、誘電率が大きくなったりする構成とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上のように、本発明に係る光ヘッド装置は、集光スポットの形状を適宜変化させ、光ディスクに対して最適の状態で記録再生を行うことができるという効果を有し、光ディスクの記録再生に用いる光ヘッド装置等として有用である。
【００９０】
また、本発明の液晶素子は平板素子であるので、１／４波長板や収差補正用の位相補正素子などの他の光学部品との一体化に適しており、これらの光学部品と一体化することにより複数の機能を１つの素子で実現して部品点数の削減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を示す模式図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る液晶素子の光軸方向における断面図
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る液晶素子の平面図
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る液晶素子において、液晶分子が垂直方向に配列した状態を示す断面図
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る液晶素子において、光軸に対する液晶分子の傾きが光軸から遠ざかるにつれて大きくなっている状態を示す断面図
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置において、液晶分子が垂直方向に配列した状態を示す平面図
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置において、液晶分子が透明基板に対して略平行で放射状に配向された状態を示す平面図
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置において、光軸に対する液晶分子の傾きが光軸から遠ざかるにつれて大きくなり、光軸を中心として放射状に液晶分子が配向された状態を示す平面図
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置において、光軸に対する液晶分子の傾きが光軸から遠ざかるにつれて小さくなり、光軸を中心として放射状に液晶分子が配向された状態を示す平面図
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置において、液晶分子が透明基板に対して略平行で同心円状に配向された状態を示す平面図
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置において、透明基板に対する傾きが光軸から遠ざかるにつれて小さくなるようにした状態を示す平面図
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置において、透明基板に対する傾きが光軸から遠ざかるにつれて大きくなるようにした状態を示す平面図
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置における液晶分子の配向例を示す平面図
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置における液晶分子の配向例を示す平面図
【図１５】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置における液晶分子の配向例を示す平面図
【図１６】本発明の第１の実施の形態の他の態様に係る光ヘッド装置における液晶素子の平面図
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッド装置において、液晶素子の光軸方向における断面図
【図１８】本発明の第１の実施の形態のさらに他の態様に係る光ヘッド装置における液晶素子の平面図
【符号の説明】
【００９２】
１０  光ヘッド装置
１１  光源
１２  ビームスプリッタ
１３  コリメータレンズ
１４  １／４波長板
１５  対物レンズ（集光手段）
１６  光検出系
２０、５０、６０  液晶素子
２１、２２、６１、６２  透明基板
２３、５１  透明電極
２３ａ〜２３ｄ  低抵抗電極
２３ｅ  高抵抗平面電極
２３ｆ〜２３ｉ  電極取出部
２４、６３、６４  透明電極
２４ａ  電極取出部
２５、６５  液晶層
２６、６６  シール
３０  光ディスク
３１  記録層
４０  外部信号源
５１ａ〜５１ｄ  分割電極
５１ｅ〜５１ｈ  電極取出部
６７  誘電体
【図１】
2007250168.tif 000003
【図２】
2007250168.tif 000004
【図３】
2007250168.tif 000005
【図４】
2007250168.tif 000006
【図５】
2007250168.tif 000007
【図６】
2007250168.tif 000008
【図７】
2007250168.tif 000009
【図８】
2007250168.tif 000010
【図９】
2007250168.tif 000011
【図１０】
2007250168.tif 000012
【図１１】
2007250168.tif 000013
【図１２】
2007250168.tif 000014
【図１３】
2007250168.tif 000015
【図１４】
2007250168.tif 000016
【図１５】
2007250168.tif 000017
【図１６】
2007250168.tif 000018
【図１７】
2007250168.tif 000019
【図１８】
2007250168.tif 000020