(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源とビームスプリッタと位相差板と液晶シャッタと光検出器とを備え、液晶シャッタがビームスプリッタと光記録媒体との間に配置されるとともに、位相差板がビームスプリッタと液晶シャッタとの間に配置される光ヘッド装置において、
液晶シャッタは、２枚の基板と、ツイストしている液晶がこれらの基板間に充填されてなる液晶層とを有し、位相差板を通過した右回り円偏光に対する液晶の実効屈折率と、光記録媒体で反射した左回り円偏光に対する液晶の実効屈折率とが、実用上許容される範囲内でほぼ等しくなるように、ツイストピッチＰは５μｍ以下にされていて、
少なくとも一方の基板の内面には収差補正用の液晶レンズのための凹部及び／又は凸部が設けられてなり、
両基板の屈折率は液晶の常光屈折率と異常光屈折率の平均値と等しくされてなり、
基板面の中心部と中心部を囲む周辺部に対応する液晶層の中心部と周辺部にそれぞれ独立に電圧を印加しうるように、両基板に中心部用電極と周辺部用電極が形成されてなり、
前記周辺部用電極に印加する電圧を、ゼロより大きくかつ電圧増加によって液晶配向がほぼ基板に垂直な方向に揃う臨界電圧Ｖｎより小さくなるように制御することによって、フォーカルコニック状態を用いて光を部分的に散乱させ、前記中心部用電極に印加する電圧をゼロとするかまたは臨界電圧Ｖｎ以上印加することによって、光の有効径を可変とするとともに、収差補正をすることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
液晶シャッタのセルギャップをｄ、液晶のツイストピッチをＰとするとき、Ｐ／ｄ＜０．４である請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
液晶層の上記中心部と上記周辺部をともに電圧をゼロとするかまたは臨界電圧Ｖｎ以上印加することによって光の高透過状態にするか、又は、上記中心部を光の高透過状態にしかつ上記周辺部用電極に印加する電圧を、ゼロより大きくかつ電圧増加によって液晶配向がほぼ基板に垂直な方向に揃う臨界電圧Ｖｎより小さくなるように制御することによってフォーカルコニック状態として光の散乱状態とするように、中心部用電極に印加する電圧及び周辺部用電極に印加する電圧を制御する請求項１記載の光ヘッド装置の駆動法。
【請求項４】
中心部用電極は円形であり、周辺部用電極は輪帯状パターンである請求項１又は２に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
基板の内面中心には凸部が設けられ、凸部が非球面凸レンズである請求項１又は２に記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ、ビデオディスク等の光ディスク及び光磁気ディスク等の光学記録媒体に光学的情報を書き込んだり、光学的情報を読み取るための光ヘッド装置及び光ヘッド装置の駆動法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスク及び光磁気ディスク等の光記録媒体に光学的情報を書き込んだり、光学的情報を読み取る光ヘッド装置において、ＣＤ／ＣＤ−ＲＯＭとＤＶＤのように異なる厚さのディスクに対して信号の読み書きを１つの光ヘッド装置で実現するために、各々のフォーマットに適合する波長を持った半導体レーザ光源を１つの光ヘッド装置内に内蔵させディスクの違いにより光源を切り替える方法や、光ヘッド装置の一部に径が可変である絞りを設けてディスクの違いにより光の開口径を変化させる方法が用いられている。
【０００３】
開口径を変化させる方法は、機械的方法と電気的方法に大別される。機械的手法は、集光レンズの前後に光線を部分的に遮るような物体を機械的に出し入れすることにより光線の絞りを変化させるものであり、駆動部を設けることから、機械的信頼性、生産性、コスト等が問題である。
【０００４】
一方、電気的方法には、液晶の複屈折性を利用して、電圧によって部分的に液晶の配向状態を変化させて透過光の偏光状態を変え、偏光子によりその部分の光を透過させないようにする方法や、光の径を絞りたい部分に液晶や光学結晶等を使用した偏光性回折格子を設け、ディスクの違いにより液晶の配向状態又は入射光の偏光状態を変化させて部分的に回折させ遮光効果を持たせて、光の有効径を調整する方法等がある。
【０００５】
しかし、電気的方法は、いずれも部品数が増加したり、入射光の偏光状態が規定されるために偏光ビームスプリッタとの共存が困難である等の欠点がある。
【０００６】
さらに、異なる厚さのディスクを１つの光ヘッド装置で読み書きするうえで、開口径を調整するだけでは不充分な場合もある。すなわち、異なる厚さのディスク上に１つの集光レンズによって、異なる焦点合わせをする必要がある。この場合、一方のディスク上に焦点合わせをするときに収差が最小になるように集光レンズを作成しても、他方のディスク上に焦点合わせをすると集光レンズの収差が大きくなる問題がある。
【０００７】
また、焦点距離の異なる２つの集光レンズを切り替えることも行われているが、機械的信頼性、生産性、コスト面で課題が残る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述の欠点を解消し、小型化が容易で、生産性良く製造できる液晶シャッタを組み込んだ光ヘッド装置及びその駆動法の提供を目的とする。また、偏光ホログラムや偏光ビームスプリッタ等を用いた、いわゆる偏光系でも使用できる液晶シャッタを組み込んだ光ヘッド装置及びその駆動法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源とビームスプリッタと位相差板と液晶シャッタと光検出器とを備え、液晶シャッタがビームスプリッタと光記録媒体との間に配置されるとともに、位相差板がビームスプリッタと液晶シャッタとの間に配置される光ヘッド装置において、液晶シャッタは、２枚の基板と、ツイストしている液晶がこれらの基板間に充填されてなる液晶層とを有し、位相差板を通過した右回り円偏光に対する液晶の実効屈折率と、光記録媒体で反射した左回り円偏光に対する液晶の実効屈折率とが、実用上許容される範囲内でほぼ等しくなるように、ツイストピッチＰは５μｍ以下にされていて、少なくとも一方の基板の内面には収差補正用の液晶レンズのための凹部及び／又は凸部が設けられてなり、両基板の屈折率は液晶の常光屈折率と異常光屈折率の平均値と等しくされてなり、基板面の中心部と中心部を囲む周辺部に対応する液晶層の中心部と周辺部にそれぞれ独立に電圧を印加しうるように、両基板に中心部用電極と周辺部用電極が形成されてなり、前記周辺部用電極に印加する電圧を、ゼロより大きくかつ電圧増加によって液晶配向がほぼ基板に垂直な方向に揃う臨界電圧Ｖｎより小さくなるように制御することによって、フォーカルコニック状態を用いて光を部分的に散乱させ、前記中心部用電極に印加する電圧をゼロとするかまたは臨界電圧Ｖｎ以上印加することによって、光の有効径を可変とするとともに、収差補正をすることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
また、液晶層の上記中心部と上記周辺部をともに電圧をゼロとするか又は臨界電圧Ｖｎ以上印加することによって光の高透過状態にするか、又は、上記中心部を光の高透過状態にしかつ上記周辺部用電極に印加する電圧を、ゼロより大きくかつ電圧増加によって液晶配向がほぼ基板に垂直な方向に揃う臨界電圧Ｖｎより小さくなるように制御することによってフォーカルコニック状態として光の散乱状態とするように、中心部用電極に印加する電圧及び周辺部用電極に印加する電圧を制御することを特徴とする上記光ヘッド装置の駆動法を提供する。
【００１１】
また、液晶シャッタのセルギャップをｄ、液晶のツイストピッチをＰとするとき、Ｐ／ｄ＜０．４である上記光ヘッド装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の基本的な光ヘッド装置の構成を示す模式図である。
図１において、半導体レーザ等の光源１から出た光は、ビームスプリッタ２、位相差板３、液晶シャッタ４を順次通過して、集光レンズ５で集光されて光記録媒体に到達する。ここで、液晶シャッタ４に電圧を印加するか否か、又は印加する電圧を変えることにより、液晶シャッタ４の絞りを変え、また集光レンズ５の位置を調整することにより、第１の光記録媒体６又は第２の光記録媒体７に焦点を合わせる。ビームスプリッタ２には、プリズム状のもの、液晶ホログラム等の偏光ビームスプリッタが使用できる。
【００１３】
この光記録媒体から反射して戻ってきた光は、再度集光レンズ５、液晶シャッタ４、位相差板３、ビームスプリッタ２を順次通過し、ビームスプリッタ２で分離された光が光検出器８に到達する。
【００１４】
図２は、電圧を印加しない状態の液晶シャッタを示す断面図であり、図３は周辺部用電極に弱電圧Ｖoを印加し、中心部用電極に臨界電圧Ｖn以上の電圧を印加した状態の液晶シャッタを示す断面図である。臨界電圧Ｖnとは、印加電圧の増加によって液晶がほぼ基板に垂直な方向を向いたときの電圧である。
【００１５】
図２、図３において、１１、１２は基板、１３は下面基板のベタの電極、１４は上面基板の周辺部用電極、１５は上面基板の中心部用電極である。基板１１、１２には、プラスチック、ガラス等の透明基板が使用できる。電極１３、１４、１５には、通常のＩＴＯ膜等の透明電極が使用できる。１６は周辺のシール材、１７は基板間に充填された液晶であり、図示してないが基板１１又は１２の液晶に対向する面には、収差補正用の液晶レンズのための凹部又は凸部が設けられている。
【００１６】
１８は中心部用電極のための電圧発生器（電圧がゼロ）、１９は周辺部用電極のための電圧発生器（電圧がゼロ）を示す。１８’は中心部用電極のための電圧発生器（Ｖn以上の電圧発生）、１９’は周辺部用電極のための電圧発生器（Ｖo の電圧発生）を示す。また各々液晶の配向状態を模式的に示してある。
【００１７】
基板１１の電極パターンは、光軸を中心とした円形である中心部用電極１５とその外側の輪帯状パターンである周辺部用電極１４で構成され、各部分に異なる電圧を印加できる。周辺部用電極の外側周辺形状は円形に限らず多角形状であってもよい。これらの電極は、図２及び図３の例のように、一方の基板１２はベタの電極、他方の基板１１はパターニングした電極としてもよく、両方の基板の電極ともパターニングしてもよい。さらに、上下基板の電極を組み合わせて、その上下で対向しているパターンが中心部用とその周辺の輪帯状の周辺部用電極となるようにしてもよい。
【００１８】
また、図示していないが、この電極上に液晶を配向させる配向処理が施されている。配向処理は両側の基板とも水平配向処理をする、片側の基板のみを水平配向処理する、片側の基板を水平配向処理し他方の基板を垂直配向処理する、両側の基板とも垂直配向処理をする等の配向処理が可能である。
【００１９】
垂直配向処理法は有機シラン、レシチン、界面活性剤等で電極基板表面を処理する方法で行えばよい。また水平配向処理は電極、基板又はその有機、無機のオーバーコート材を布等で一方向にこするラビング法や、シリカ等の斜方蒸着法等を使用すればよく、両側とも水平配向処理の場合、ラビング方向は両側で互いに平行しても直交してもよく、また任意の角度をとってもよい。
【００２０】
こうして形成された２枚の基板を電極側が対向するように配置し、周辺のシール材１６で接着して、内部に液晶１７を充填する。この液晶としては、通常のネマチック液晶が用いられ、この液晶にカイラル液晶を加えて、液晶をツイストさせる。
【００２１】
次いで光ヘッド装置の動作を説明する。
図１において光源１から出た光が直線に偏光されＰ偏光とすると、Ｓ偏光で回折しＰ偏光では回折しない特徴を有するビームスプリッタ２では光線は回折せずに通過する。位相差板３を通過後、右回り円偏光になり、液晶シャッタ４を通過後、集光レンズ５により第１の光記録媒体６において集光される。第１の光記録媒体６で反射した光は左回り円偏光となって、集光レンズ５、液晶シャッタ４を順次通過し、位相差板３でＳ偏光になり、ビームスプリッタ２で回折され光検出器８に到達する。図１は第１の光記録媒体６に焦点合わせが行われている場合を示しており、第２の光記録媒体７は模式的にのみ示してある。
【００２２】
以下の説明は、参考として基板１１、１２の屈折率が液晶１７の常光屈折率に等しい場合も、本発明の常光屈折率と異常光屈折率の平均値に略等しい場合にも適応できる。その場合、第１の光記録媒体６に焦点合わせをするときは、基板１１、１２と液晶１７の屈折率を一致させているため、集光レンズ５を動かさず行い、第２の光記録媒体７に焦点合わせをするときには、基板１１、１２と液晶１７の屈折率を一致させておらず、集光レンズ５を光軸方向に微動させて行う。
【００２３】
まず、光を透過する状態を実現するために、電圧を印加しない場合を説明する。第１の光記録媒体から情報を読み書きするときで、開口径を絞る必要がない場合は、図２のように電極１３、１４間、及び１３、１５間には電圧を印加しない。その場合、液晶はらせん軸が基板に垂直な（図の上下方向）ツイスト配向になり、全体が透明化し高い透過率を有するので、光の開口径は絞られない。ここでは、光が集光レンズ５により第１の光記録媒体６に集光するように集光レンズ５を配置しているとする。
【００２４】
次に、第２の光記録媒体７に情報を読み書きする場合、図３のように周辺部用のみの電極１３、１４間に弱電圧Ｖoを印加する。Ｖoは液晶１７が液晶のらせん軸が乱れたフォーカルコニック状態になるような電圧であり、液晶配向方向が電場方向を向く臨界電圧Ｖnよりも小さい。フォーカルコニック状態ではらせん軸が乱れるために発生するドメインにより、光は強く散乱させる。そのため、弱電圧Ｖoを印加した周辺部のみ光は散乱され透過率が低下し、結果的に開口径が絞られた状態になる。開口径が絞られ、集光レンズと光記録媒体との距離を適当に調整することで、第２の光記録媒体７に集光できる。
【００２５】
上述の説明では、光が透過する状態として電圧を印加せず液晶がらせん構造を採る場合を述べたが、臨界電圧Ｖn以上に電圧を印加し液晶配向を電場方向に揃えて光が透過する状態を実現してもよい。この場合、第１の光記録媒体を読み書きする場合には電極１３、１４間、及び電極１３、１５間に臨界電圧Ｖn以上の電圧を印加して開口径を絞らず、集光レンズ５を微動させなくても第１の光記録媒体６に集光されている。次に第２の光記録媒体を読み書きする場合には図３のように電極１３、１５間には臨界電圧Ｖn以上の電圧を印加し、電極１３、１４には弱電圧Ｖoを印加すればよい。これによって、開口径が絞られて、集光レンズと光記録媒体との距離を適当に調整することで、第２の光記録媒体７に集光できる。
【００２６】
本発明では、液晶のツイストピッチＰと液晶シャッタのセルギャップｄとの比Ｐ／ｄの値は、液晶が低い電圧の印加でフォーカルコニックによる光の散乱を生じる範囲であれば使用できる。このフォーカルコニック状態による光透過率は、ほぼＰ／ｄに比例する。したがって、できるだけＰ／ｄが小さい方が望ましい。特に、０．０２＜Ｐ／ｄ＜０．４にすることが光の散乱を増加させ、透過率を３０％程度に抑えるために好ましい。
【００２７】
また、このＰ／ｄに対するこの条件下で電極１３、１４に印加する弱電圧Ｖo としては２〜９Ｖp-p程度であり、用いる液晶で実験的に最適な値を選択すればよい。
【００２８】
また本発明では、上述したように、図２及び図３における液晶シャッタの基板１１、１２のいずれか一方の中心部用電極と同一な領域に凹部又は凸部を形成しレンズ効果を与えることで収差を補正する。この凹部又は凸部は基板自体に形成する。また、基板表面に有機又は無機の透明膜を所定の形状に形成してもよい。この加工は、基板自体に形成する場合には、機械的に削ったり、プレス成形したり、エッチングして形成すればよい。
【００２９】
基板表面に有機又は無機の透明膜を形成する場合には、透明膜を全面に形成後、基板自体の場合と同様に削ったり、エッチングして形成してもよく、直接所定のパターンに堆積させたり、印刷して形成してもよい。また、場合によっては同様の手法によりフレネル型にしてもよい。
【００３０】
図２、図３において基板１２の中心部に、基板１１に施された中心部用電極１５と同様の領域に、凸状のレンズを成形したとする。内部に充填する液晶として常光屈折率ｎo、異常光屈折率ｎeである正の誘電異方性のネマチック液晶を用い、基板１２の屈折率を（ｎe＋ｎo）／２に等しくしたものを用いる。
【００３１】
この場合、液晶が右ねじれでツイストピッチＰ（３６０°ツイストするピッチ）でツイストしているとすると、右回り円偏光及び左回り円偏光の光に対する液晶の実効的な屈折率は近似的に式１及び式２のように表される。
【００３２】
【数１】
0004179645.tif 000002
【００３３】
第１の光記録媒体を読み書きする場合には、開口径制御もレンズ効果による収差補正も必要ないので、電極１３、１４間、電極１３、１５間には電圧を印加しない。そのとき、往路の場合では右回り円偏光が入射するから（ｎe＋ｎo）／２に比して（ｎe−ｎo）2Ｐ／（８λ）が充分小さいとすると、液晶の実効的な屈折率は近似的に（ｎe＋ｎo）／２にほぼ等しくなる。
【００３４】
このため、光源１から出た光は、基板の屈折率（液晶の常光屈折率と異常光屈折率との平均値）とツイストした液晶の屈折率はほぼ一致することになり、屈折率が等しいので光は屈折せずにほぼ直進しレンズ効果は生じない。復路の場合では、光記録媒体で反射された結果、左回り円偏光が入射するが、往路と同様に（ｎe＋ｎo）／２に比して（ｎe−ｎo）2Ｐ／（８λ）が充分小さいとすると、液晶の実効的な屈折率は近似的に（ｎe＋ｎo）／２にほぼ等しくなり、レンズ効果は生じない。
【００３５】
第２の光記録媒体に読み書きする場合は、上述のように周辺部用電極１３、１４間には開口径制御するため弱電圧Ｖoを印加し、中心部用電極１３、１５間には臨界電圧Ｖn以上の電圧を印加する。すると中心部では液晶は電界方向に整列し、基板にほぼ垂直に（紙面の上下方向）に配向する。このため、液晶の実効屈折率は常光屈折率ｎo にほぼ等しくなる。
【００３６】
ここで基板の屈折率（液晶の常光屈折率と異常光屈折率の平均値）と液晶の屈折率（常光屈折率）とは一致しないことになり、中心の凸部は凸レンズとして機能することになり光は屈折する。この状態で集光レンズの収差が小さくなるようにレンズの形状が形成されていれば、収差は補正され第２の光記録媒体に読み書きができる。
【００３７】
また、本発明では、右回り円偏光に対する液晶の実効屈折率と、左回り円偏光に対する液晶の実効屈折率とが、実用上許容される範囲内でほぼ等しいことが重要になる。そのためには、ツイストピッチＰはあまり大きくないことが好ましい。具体的には、ツイストピッチＰは５μｍ以下にされる。特に３μｍ以下にすることが好ましい。
【００３８】
また、液晶のツイスト角が大きい場合、電圧の非印加時に液晶ツイスト軸の乱れたフォーカルコニック状態による光散乱のため、実質的ターンオフ時間が増大する問題が生じやすい。このため、液晶の粘性を低くすること、基板界面付近の液晶配向ベクトルと基板面とのなす角度、すなわちプレチルト角を大きくすること、が好ましい。
【００３９】
なお、上記例では、基板１２が凸部を有する基板を用いたが、同じ構成で基板１２が凹部を有する基板を用いれば、上述のように中心部用電極１３、１５間には臨界電圧Ｖn以上の電圧を印加すると、凹レンズとして機能することになる。このとき、開口径制御をするために周辺部用電極１３、１４間には弱電圧Ｖoを印加する。
【００４０】
また、参考として基板１２の屈折率を液晶の常光屈折率ｎoと一致させ、基板１２が凹部を有する基板を用いた場合には電圧の非印加時に、凸レンズとして機能し、凸部を有する基板を用いた場合には凹レンズとして機能する。この場合、周辺部用電極１４、１３間及び中心部用電極１５、１３間に臨界電圧Ｖn以上の電圧を印加して、レンズ効果を消失させ第１の光記録媒体に読み書きする。さらに周辺部用電極１４、１３間には弱電圧Ｖo を印加し光の散乱を起こさせ、中心部用電極１５、１３間に電圧を印加せずレンズ効果を持たせ、開口径を制御して第２の光記録媒体に読み書きする。これらいずれの場合にも集光レンズ５を光は通過してそれぞれの光記録媒体の表面上に焦点を結ぶ。
【００４１】
したがって、参考として液晶シャッタ基板の屈折率が液晶の常光屈折率に等しい場合と、本発明の常光屈折率と異常光屈折率の平均値に略等しい場合には、基板の中心部に凹部を設けても凸部を設けても、液晶シャッタの駆動方法は次のようになる。
【００４２】
液晶シャッタ基板の屈折率が参考として液晶の常光屈折率に等しいか、又は本発明の常光屈折率と異常光屈折率の平均値に略等しいかに応じて、基板の中心部と周辺部をともに光の高透過状態にする場合は、前者の基板では中心部用と周辺部用との両電極には臨界電圧以上の電圧を印加し、後者では電圧を印加せず、基板の中心部を光の高透過状態にしかつ周辺部を光の散乱状態にする場合は、前者では中心部用電極には電圧を印加せず、後者では臨界電圧以上の電圧を印加し、周辺部用電極にはいずれの基板でも弱電圧を印加する。
【００４３】
以上、シャッタ基板の中心部のみに凹部又は凸部を設けて、第２の記録媒体を読み書きする場合に収差の補正を行うことについて記載した。他方、第１の記録媒体を読み書きする場合、集光レンズの収差補正を行うために、基板１２の周辺部が中心部同様、レンズ形状を有するようにしてもよい。
すなわち、周辺部と中心部に凹部及び／又は凸部が設けられている場合の駆動法は次のようになる。
【００４４】
液晶シャッタ基板の屈折率が液晶の参考として常光屈折率に等しいか、又は本発明の常光屈折率と異常光屈折率の平均値に略等しいかに応じて、基板の中心部と周辺部をともに光の高透過状態にする場合は、前者の基板では中心部用と周辺部用との両電極には電圧を印加せず、後者では臨界電圧以上の電圧を印加し、基板の中心部を光の高透過状態にしかつ周辺部を光の散乱状態にする場合は、前者では中心部用電極には臨界電圧以上の電圧を印加し、後者では電圧を印加せず、周辺部用電極にはいずれの基板でも弱電圧を印加する。
【００４５】
なお、本発明で使用する光源１は、通常の光ヘッド装置に使用される光源が使用できる。具体的には、半導体レーザによる光源が最も一般的であるが、他のレーザや波長変換素子を組み合わせた光源も使用できる。
【００４６】
ビームスプリッタ２は、特定の偏光方向の光のみ回折させるものであり、往路の光源からの光はそのまま通過し、復路の光は回折又は反射して、光検出器８に光を到達させうるものであればよい。具体的には、回折格子、液晶を用いた回折格子、複合プリズム等が使用できる。特に、特定の偏光方向の光のみ回折させる液晶を用いた回折格子が好適である。
【００４７】
位相差板３は、直線偏光で入射した光を円偏光に変換するλ／４板等の公知の位相差板が使用できる。
集光レンズ５は、第１の光記録媒体又は第２の光記録媒体のいずれかに光を集光させるためのレンズである。液晶シャッタ４が電圧の印加状態と非印加状態とでいずれもある程度レンズとして収差補正機能を有する場合でも、その使用状態のいずれかの状態で第１の光記録媒体又は第２の光記録媒体のいずれかに光を集光させうるようにする。
【００４８】
【実施例】
図２及び図３に示すように、基板１１、１２として厚さ０．５ｍｍで、大きさが１０×１０ｍｍで、屈折率が１．５８のガラス基板を用い、基板１２の中心にはプレスにより非球面凸レンズを形成した。この非球面レンズは、直径２．５ｍｍ、中心の高さは５μｍとした。
【００４９】
基板１２の表面にはＩＴＯ膜のベタの電極１３を、基板１１の表面には中心部に直径２．５ｍｍ、周辺部に直径４．０ｍｍ、中心部と周辺部の間隔３０μｍのＩＴＯ膜のパターニングによる電極１４、１５をエッチングにより作製した後、基板１１を水平配向処理、基板１２を垂直配向処理した。水平配向膜はポリイミドの膜を塗布して焼成した後ラビングを行う通常の手法で処理した。垂直配向膜は有機シラン系の溶剤を塗布した後、焼成して作製した。
【００５０】
この２枚の基板１１、１２を対向させ、周辺をシールして、レンズ中心部で間隙が３μｍ、周辺部で間隙が８μｍの空セルを形成した。基板１１、１２の外面には夫々反射防止膜を形成した。この空セルに、液晶１７として常光屈折率が１．５２、常光屈折率と異常光屈折率の差Δｎが０．１２、ツイストピッチＰが３μｍの正の誘電異方性のネマチック液晶組成物を注入し、注入口を封止して液晶シャッタを製造した。
【００５１】
図１に示すように、この液晶シャッタ４を配置して、波長６５０ｎｍの右回り及び左回りの円偏光の透過率を測定したところ、右回りの円偏光（光ヘッド装置での往路）では９５％、左回りの円偏光（光ヘッド装置での復路）でも９５％の効率であり、往復で９０％の効率（９５％×９５％）が得られた。
【００５２】
まず、第１の光記録媒体６に焦点を合わせる場合には、図２のように、液晶シャッタ４の上下の基板１１、１２の電極１３、１４間、及び１３、１５間に電圧を印加しないようにした。この場合、光源１から出たＰ偏光（紙面に平行な偏光方向）の光は、偏光系のビームスプリッタ２を通過し、位相差板３で右回りの円偏光となった光は、液晶シャッタ４でほとんど屈折されずに通過し、第１の光記録媒体６に焦点が合った。
【００５３】
この第１の光記録媒体６で反射した光は左回りの円偏光になり、再度液晶シャッタ４をほぼそのまま通過し、位相差板３で直線偏光に戻され、Ｓ偏光（紙面に垂直な偏光方向）の光になって、偏光系のビームスプリッタ２に入射する。Ｓ偏光の光はビームスプリッタ２で回折されて、光検出器８に到達した。
【００５４】
一方、第２の光記録媒体７に焦点を合わせる場合には、図３のように液晶シャッタ４の上下の基板１１、１２の電極１３、１４間に１００Ｈｚ、４Ｖp-pの電圧を印加し、電極１３、１５間には１００Ｈｚ、１４Ｖp-pの電圧を印加した。
【００５５】
波長６５０ｎｍの右回り及び左回りの円偏光の透過率を測定したところ、電極１５を透過する光に関しては、右回りの円偏光（光ヘッド装置での往路）で９５％、左回りの円偏光（光ヘッド装置での復路）でも９５％であったが、電極１４を透過する光に関しては、電極１３、１４間の液晶がフォーカルコニック状態となるためドメインにより光散乱され、実質的透過率は右回り円偏光で３０％、左回り円偏光でも３０％であった。
【００５６】
光源１から出たＰ偏光（紙面に平行な偏光方向）の光は、偏光系のビームスプリッタ２を通過し、位相差板３で右回りの円偏光になった光は、液晶シャッタ４に入射するが、電極１３、１４間の液晶のフォーカルコニック状態によって透過率が低いため、液晶シャッタを通過する光の大部分は電極１３、１５間を透過した光となった。
【００５７】
また、電極１３、１５間には臨界電圧以上の電圧が印加されているため液晶の実効屈折率は常光屈折率になり、基板との間で屈折率差が生じるため、基板１２に形成された非球面レンズで屈折し、集光レンズの収差を補正するように作用した。そして、集光レンズ５の収差を補正して、液晶シャッタ４を通過した光は、集光レンズ５により第２の光記録媒体７に焦点が合うようにした。
【００５８】
この第２の光記録媒体７で反射した光は左回りの円偏光になり、再度液晶シャッタ４で屈折され、位相差板３で直線偏光に戻され、Ｓ偏光（紙面に垂直な偏光方向）の光になって、偏光系のビームスプリッタ２に入射する。Ｓ偏光の光はビームスプリッタ２で回折されて、光検出器８に到達した。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の光ヘッド装置では、電圧印加により開口径を制御可能であり、また液晶がツイストした液晶シャッタを用いているので、外部からの電圧印加によって収差補正ができ、利用効率の高い光ヘッド装置が得られる。本発明は、その効果を損しない範囲内で、種々の応用ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な光ヘッド装置の構成を示す模式図。
【図２】電圧を印加しない状態の液晶シャッタを示す断面図。
【図３】電圧を印加した状態の液晶シャッタを示す断面図。
【符号の説明】
１：光源
２：ビームスプリッタ
３：位相差板
４：液晶シャッタ
５：集光レンズ
６：第１の光記録媒体
７：第２の光記録媒体
８：光検出器
１１、１２：基板
１３、１４、１５：電極
１６：シール材
１７：液晶
１８：電圧発生器（電圧がゼロ）
１８’：電圧発生器（Ｖn 以上の電圧発生）
１９：電圧発生器（電圧がゼロ）
１９’：電圧発生器（Ｖo の電圧発生）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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