(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、光の利用効率が高く、駆動方法が簡易な、小型の液晶回折レンズを提供すること。【解決手段】発生させる位相周期の組ごとに、閉環状の輪帯状電極４０４を同じ数となるように周期的に配置し、その周期ごとに対応する接続電極４０５を順に配置し、輪帯状電極４０４とは交差する形状で引き出し配線４０２を設け、透明絶縁膜４０３のスルーホールに設けた接続電極４０５を介して、輪帯状電極４０４と引き出し配線４０２とを接続する構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板と第２の透明基板に挟まれた液晶と、
前記第１の透明基板の液晶側に形成された共通電極と、
前記第２の透明基板に形成された引き出し配線と、
当該引き出し配線を被覆して設けられる絶縁膜と、
当該絶縁膜の前記液晶側に、閉環形状で形成された複数の輪帯状電極と、
前記複数の輪帯状電極と前記引き出し配線とを、前記絶縁膜を通して接続する接続電極と、を備え
前記複数の輪帯状電極は、同じ数となる複数の組に分けられ、
各組における環の内側から第１、第２の輪帯状電極としたときに、前記第１の輪帯状電極と、他の組における前記第１の輪帯状電極同士を、共通の引き出し配線に接続し、
前記第２の輪帯状電極と、他の組における前記第２の輪帯状電極同士を、他の共通の引き出し配線に接続する関係をもって、各輪帯状電極と各引き出し配線とが前記接続配線で接続される
ことを特徴とする液晶回折レンズ。
【請求項２】
前記第１の輪帯状電極と前記共通の引き出し配線との接続と、前記第２の輪帯状電極と前記他の共通の引き出し配線との接続との関係が、レンズ領域における非球面レンズエリアに適用されている
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶回折レンズ。
【請求項３】
レーザ光源と対物レンズとの間の光路中に、請求項１または２に記載の液晶回折レンズを配し、
前記液晶回折レンズを制御して、前記レーザ光源から出射され、光ディスクに集光するレーザビームの焦点調整を行う
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点距離を電気的に変調できる液晶回折レンズと、それを備えた光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光源から発せられるレーザ光を当てて、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ピックアップ装置がある。この光ピックアップ装置が、光ディスク表面から記録層までのカバー層の厚さが異なる規格の光ディスクや、多層の記録層を有する光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場合がある。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可変焦点レンズを設け、この可変焦点レンズによって記録層に結像する焦点距離を可変することで、球面収差を補正する方法がある。
【０００３】
また、この可変焦点レンズに適用できる構成として、液晶を用いて、フレネルゾーンプレート型の電極パターンを構成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照のこと）。ここで、この従来の可変焦点レンズの構成について説明する。図９は、従来の可変焦点レンズの構成を示す図面であり、本図（ａ）が、一方のガラス基板上に形成される電極パターン形状を示す平面図であり、本図（ｂ）が、平面図のＡ−Ａ断面である。
【０００４】
図９（ａ）（ｂ）に示すように、この特許文献１に記載されている可変焦点レンズは、ガラス基板９０１に形成された電極パターンと、図示しない共通電極が形成された他のガラス基板とで、液晶を挟持して構成されている。ガラス基板９０１に形成される電極パターンは、光の結像特性を高める目的で、輪帯状電極９０４を閉環形状としており、この輪帯状電極９０６に接続する電極引き出し線９０２を、輪帯状電極９０４とは異なる面内に配設している。
【０００５】
このガラス基板９０１の表面に形成された電極引き出し線９０２は、絶縁保護膜９０５で被覆されており、この絶縁保護膜９０５に形成されたスルーホールに充填される接続部９０３を介して、絶縁保護膜９０５の表面に配した、複数本の輪帯状電極９０４と接続されている。なお、この従来の可変焦点レンズは、各輪帯状電極９０４のそれぞれに、電極引き出し線９０２が接続されており、各輪帯状電極９０４を個別駆動できるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１００２０１号公報（第２―３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この可変焦点レンズを前述した光ピックアップ装置に適用した場合、光が入射する有効面内に引き出し配線９０２のパターンが多数存在することになり、引き出し配線９０２のパターンが入射する光を回折させてしまう。この光の回折現象が起こると、光ディスク上での結像特性が劣化し、光利用効率を低下させるという問題点があった。
【０００８】
本発明はこれらの問題を解決するものであり、その目的とするところは、閉環形状のパターンを構成しながらにして、引き出し配線を簡略化し、光の利用効率が高く、小型化が可能な液晶回折レンズを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の点を考慮して、本発明の液晶回折レンズは、第１の透明基板と第２の透明基板に挟まれた液晶と、第１の透明基板の液晶側に形成された共通電極と、第２の透明基板に形成された引き出し配線と、当該引き出し配線を被覆して設けられる絶縁膜と、当該絶縁膜の液晶側に、閉環形状で形成された複数の輪帯状電極と、複数の輪帯状電極と引き出し配線とを、絶縁膜を通して接続する接続電極とを備える。さらに、この複数の輪帯状電極が、同じ数となる複数の組に分けられ、各組における環の内側から第１、第２の輪帯状電極としたときに、第１の輪帯状電極と、他の組における第１の輪帯状電極同士を、共通の引き出し配線に接続し、第２の輪帯状電極と、他の組における第２の輪帯状電極同士を、他の共通の引き出し配線に接続する関係をもって、各輪帯状電極と各引き出し配線とが接続配線で接続される構成を有している。
【００１０】
この様に、輪帯状電極を共通の引き出し配線に接続することで、引き出し配線数の簡略化と、引き出し配線による光の回折の影響を極力抑えることが実現できる。
【００１１】
また、上記第１の輪帯状電極と共通の引き出し配線との接続と、第２の輪帯状電極と他の共通の引き出し配線との接続との関係が、レンズ領域における非球面レンズエリアに適用されている構成としても良い。
【００１２】
この構成により、液晶回折レンズの半径方向に位相分布が反転した場合においても、引き出し配線数の簡略化と、引き出し配線による光の回折の影響を極力抑えることが実現できる。
【００１３】
また、本発明の光ピックアップ装置は、レーザ光源と対物レンズとの間の光路中に、前述した液晶回折レンズを配し、この液晶回折レンズを制御して、レーザ光源から出射され、光ディスクに集光するレーザビームの焦点調整を行える様に構成している。
【００１４】
この構成により、引き出し配線数の簡略化と、引き出し配線による光の回折の影響を極力抑えることが可能な液晶回折レンズを用いた、光ピックアップ装置が実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、電圧を印加することによって焦点の位置を移動できる焦点可変素子であって、位相の周期構造によってレンズ作用を持つ回折レンズの構造を持ち、同位相に設定したい複数の閉環状の輪帯状電極を共通の引き出し配線に接続することにより、引き出し配線数の簡略化を可能にし、引き出し配線による光の回折の影響を極力抑え、結果として結像性能に優れた光利用効率が高い素子と、この素子を用いた光ピックアップ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
［光ピックアップ装置の説明：図１］
まず、本発明の光ピックアップ装置の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【００１７】
図１に示す光ピックアップ装置１０１では、半導体レーザ１０２から出射された光ビームが、その偏光方向に応じて偏光ビームスプリッタ１０３によって、光ビームを通過または反射し、この偏向ビームスプリッタ１０３を通過した光ビームをコリメートレンズ１０４で平行光とする。ここで平行光となった光ビームは、液晶駆動装置１０６の制御によって液晶回折レンズ１０５で焦点位置を変えられた後に、λ／４板１０７でもって直線偏光が円偏光に変換され、対物レンズ１０９で光ディスク１０８上に集光される。光ディスク
１０８で反射された光ビームは、偏光ビームスプリッタ１０３で反射して、光検出器１１０に集光される。
【００１８】
この光ピックアップ装置１０１において、光ビームが光ディスク１０８から反射する際に、光ディスク１０８上のトラック面に記録されている情報（ピット）によって振幅変調される。光検出器１１０は、受光した光ビームを光強度信号として出力し、この光強度信号（ＲＦ信号）から記録情報が読み出される。
【００１９】
また、光ディスク１０８に書き込みを行う場合には、書き込みを行うためのデータ信号に応じて、半導体レーザ１０２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、光ディスク１０８を照射する。書き込みが行われる光ディスク１０８のトラック面上では、光ビームの強度に応じて、光ディスク１０８に挟まれた薄膜の屈折率や色が変化し、またはピットの起状が生じることで、データが書き込まれる。
【００２０】
［光ピックアップ装置の作用の説明：図２―図３］
次に、この光ピックアップ装置１０１における２種類の適用例について説明する。図２および図３は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶回折レンズによる焦点移動の作用を表す概念図である。
【００２１】
図２に示すように、光ディスク１０８の情報記録層が２層ある場合に、液晶回折レンズ１０５への電圧印加を制御して、光ディスク１０８の焦点位置を変えることにより、図２（ａ）に示す１層目の情報記録層に光ビームの焦点を結像させたり、図２（ｂ）に示す２層目の情報記録層に焦点位置を切り替える光ピックアップ装置に、本発明を適用することができる。
【００２２】
また、図３に示すように、同じ波長の光ビームを光ディスク１０８に集光させ、かつカバーレイヤー層の厚さの異なる規格の光ディスク１０８に記録された情報の読み取り、または書き込みが必要な場合に、先と同様に液晶回折レンズ１０５への電圧印加を制御して焦点位置を変えることにより、異なる規格の光ディスク１０８の記録情報を読み取る光ピックアップ装置に、本発明を適用することもできる。
【００２３】
この本発明の構成によれば、液晶回折レンズ１０５自体が、機械的に動く箇所がないまま焦点を移動させることができるために、小型の光ピックアップ１０１を実現する。
【００２４】
［液晶回折レンズの構成の説明：図４］
次に、本発明の液晶回折レンズの構成について説明する。図４は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶回折レンズの構成例を概念的に示す図である。
【００２５】
図４（ａ）（ｂ）に示す様に、液晶回折レンズ１０５は、ガラス基板４０１に形成された、引き出し配線４０２と接続電極４０５と輪帯状電極４０４とからなる電極パターンの表面を被覆する配向膜４０６と、ガラス基板４１０に形成された、共通電極４０９と配向膜４０８とを所定の間隙を持って対向させ、この間隙の外周部を囲うシール４１２の内側に液晶４０７を配して構成される。この透明な基板であるガラス基板４０１上に形成される電極パターンは、透明導電膜からなる引き出し配線４０２と、この引き出し配線４０２に接続電極４０５を介して接続される輪帯状電極４０４からなる。なお、この引き出し配線４０２に外部から給電を行って、輪帯状電極４０４と共通電極４０９間に、電源信号を供給して、液晶４０７に電圧供給できるようになっている。また、図４（ａ）においては、この輪帯状電極４０４は３つの組からなり、各組には、図４（ｂ）に示すように、複数本の輪帯状電極（本図では５本づつの輪帯状電極）が配設されている。なお、ガラス基板４０１側に形成された、引き出し配線４０２、接続電極４０５、および輪帯状電極４０４
でもってレンズパターン形成層４１１となる。
【００２６】
引き出し配線４０２は、ガラス基板４０１の表面に形成され、この引き出し配線４０２を覆って、かつ基板の全面に渡って透明絶縁膜４０３が形成されている。さらにその上層には、液晶４０７の位相を制御して回折レンズを形成するための閉環状の、透明導電膜からなる輪帯状電極４０４が形成され、透明絶縁膜４０３に設けたスルーホールに充填された接続電極４０５によって、この輪帯状電極４０４とは異なる層に形成された引き出し配線４０２との電気的な接続を取っている。なお、この引き出し配線４０２、輪帯状電極４０４、および接続電極３０５の具体的なパターン形態については、後段で詳細に説明する。
【００２７】
なお、もう一方のガラス基板４１０上に形成される共通電極４０９は、全面ベタパターンである。
【００２８】
［光ピックアップ装置における光ビームの作用の説明：図５−８］
次に、光ピックアップ装置におけるレーザ光源から出射される光の作用について説明する。図５は、光ピックアップ装置における光ビームの回折現象を示す図である。
【００２９】
この光ピックアップ装置では、図４で示した示す液晶回折レンズ１０５において、引き出し配線４０２に起因する回折光が生じ、光ピックアップの特性を劣化させてしまう問題を考慮する必要がある。例えば、図５に示すように、光ピックアップ装置１０１において、液晶回折レンズ１０５の箇所で回折光が生じた場合には、本来、図５に示す点線の光ビームの信号光が辿っていくはずである。ところが、液晶回折レンズ１０５における引き出し配線４０２を通過する光ビームが回折されると、実線で示す経路となり、光検出器１１０上で迷光となって、ノイズ成分として検出されてしまう。なお、本図では、光検出器１１０で強い影響を受ける、光ディスク１０８からの反射される復路光の回折現象について示した。
【００３０】
この様な、入射する光ビームの余計な回折光のロスを防ぐためには、図４に示した、透明絶縁膜４０３を構成する材料と、引き出し配線４０２、接続電極４０５、及び輪帯状電極４０４からなる電極パターンを構成する透明導電膜の屈折率を等しくし、さらにはレンズパターン形成層４１１を、一様な厚みで構成するのが望ましい。そこで、透明絶縁膜４０３と、電極パターンの透明導電膜をなるべく近い屈折率を持つように、各部材の材料を選択することが肝要である。例えば、透明導電膜の材料としては、ＩＴＯ、スズ酸化物、亜鉛酸化物を用い、透明絶縁膜４０３には、酸化セリウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウムを用いる。ここで、透明絶縁膜４０３と、電極パターンの屈折率を同じとしたのは、電極パターンが形成された領域と、形成されなかった領域とで、余計な回折を起こさせない様にするためである。
【００３１】
［液晶回折レンズの電極パターンの説明：図６］
次に、本発明の液晶回折レンズに適用した電極パターンの具体的形態について説明する。図６は、本発明の液晶回折レンズ１０５の電極パターンの形状を概念的に示す図である。本図（ａ）は電極パターンの構成を示し、（ｂ）図は液晶回折レンズで得られるフレネルレンズ形状を示し、（ｃ）図はそのレンズ形状を示し、本図（ｄ）は、引き出し配線と輪帯状電極との接続形態を示している。
【００３２】
図６（ａ）に示す液晶回折レンズ１０５の電極パターンにおいて、得られるレンズ効果は球面レンズ効果であり、図６（ｃ）に示す図の形状になる。液晶回折レンズ１０５で発生させるための位相のパターンは、図６（ｃ）を周期的にレリーフさせた図６（ｂ）の形状をとり、このパターンに対応する輪帯状電極４０４のパターン、および引き出し配線４
０２のパターンが図６（ａ）の形状となる。
【００３３】
ここで、図６（ａ）において、発生させる位相周期の組ごとに、閉環状の輪帯状電極４０４を同じ数となるように周期的に配置し、その周期ごとに対応する接続電極４０５を順に配置する。また、輪帯状電極４０４と交差する位置に引き出し配線４０２を設け、透明絶縁膜のスルーホールに配した接続電極４０５を介して、輪帯状電極４０４と引き出し配線４０２とを接続する。
【００３４】
つまり、図６（ｄ）に示すように、複数の輪帯状電極が、同じ数となる複数の組に分けられ、各組における環の最も内側に位置する輪帯状電極４０４ａと、他の組における最も内側に位置する輪帯状電極４０４ａ同士を、共通の引き出し配線４０２ａに接続してなる。また、その外側に位置する輪帯状電極４０４ｂも同様に、他の共通の引き出し配線４０２ｂに接続してなる。更にその外側に位置する輪帯状電極４０４ｃ〜４０４ｅ同士と引き出し配線４０２ｃ〜４０３ｅの関係も同様である。
【００３５】
また、引き出し配線４０２のパターン形状は、一組で括られる輪帯状電極４０４ａ〜４０４ｅに給電を行う直線パターン群のみの本数で足り、従来の構成に比べて、引き出し配線４０２の本数が少なくすることができる。これにより、光ビームの有効径内で占める配線形成領域の面積を、極力小さくすることができる。このため、光の回折の影響を極力抑えるとともに、安定した抵抗値でパターンの設計が可能となる。さらに、本形態を適用すれば、引き出し配線４０２の配設領域が小さくなるので、輪帯状電極４０４のすぐ外周部にシール４１２を配置することが可能性となり、この結果として小型の液晶回折レンズとすることができる。
【００３６】
なお、上述したように、液晶回折レンズ１０５における、透明絶縁膜の材料と電極パターンの材料とを、なるべく近い屈折率材料で構成したとしても、本発明の構成によれば、引き出し配線４０２と、この引き出し配線４０２を被覆する透明絶縁膜４０３があり、引き出し配線４０２を形成した領域と、形成しなかった領域とで、配線の膜厚分だけの段差が発生してしまう。この様な段差により、光ビームの回折が発生してしまう。ここで、引き出し配線４０２の膜厚をできるだけ薄膜化すれば、この段差による回折の発生を抑制できる。
【００３７】
ここで、引き出し配線４０２を構成する透明導電膜を薄膜化すると、配線自体が高抵抗となってしまう。ところが、本実施例の引き出し配線４０２は、引き出し本数を極限まで簡略化しており、その引き出し配線４０２は、光ビームの有効径内から有効形外まで、直線で引き出すことが可能であるため、各引き出し配線４０２同士の抵抗をほぼ同じとすることができる。したがって、本発明の構成とすれば、引き出し配線４０２を薄膜で、配線抵抗を高抵抗としても、所望のレンズ効果を発揮させることが可能としながらにして、上述した配線分の透明絶縁膜４０３の段差による回折を抑えることができる。また、各々の引き出し配線４０２を配設した面積を、容易に揃えることができるため、引き出し配線の抵抗のバラツキも、抑えることが可能となる。
【００３８】
この様に、本実施例の液晶回折レンズは、光ビームの回折の影響を無視できる範囲であり、かつ導電性と絶縁性を実現できる膜構成として、引き出し配線４０２、接続電極４０５、及び輪帯状電極４０４の厚みを１００〜３００Å、透明絶縁膜４０３の厚みを３００〜５００Åとしても、回折レンズの機能を損ねることはない。
【００３９】
［液晶回折レンズの電極パターンの変更例の説明：図７］
次に、上述した電極パターンの変形例について説明する。図７は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶回折レンズの電極パターンの形状を概念的に示す図である。
【００４０】
図６に示したパターン構成から、さらに引き出し配線４０２の本数を減らす方法として、図７に示す構成のように、一組の引き出し配線４０２を、抵抗電極７０１により接続する形態としてもよい。この様に構成することで、各々の接続電極４０５に分圧した電圧を供給することができ、引き出し配線４０２の本数を、図６に示した形態と比べてさらに減らすことが可能となる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
［液晶回折レンズの電極パターンの他の形態の説明：図８］
次に、第２の実施形態での液晶回折レンズについて説明する。図８は、本発明の第２の実施の形態に係る液晶回折レンズの電極パターンの形状を概念的に示す図である。
【００４２】
図８に示す液晶回折レンズの電極パターンにおいて、得られるレンズ効果は、図８（ｃ）に示す非球面のレンズ形状である。液晶回折レンズで発生させるための位相のパターンは、図８（ｃ）を周期的にレリーフさせた図８（ｂ）の形状をとり、このパターンに対応する輪帯状電極４０４のパターン、および引き出し配線４０２のパターンは、図８（ａ）の形状となる。
【００４３】
図８（ａ）において、発生させる位相周期の組ごとに、閉環状の輪帯状電極４０４を同じ数となるように周期的に配置し、その周期ごとに対応する接続電極４０５を配置し、輪帯状電極４０４とは交差する形状で引き出し配線４０２を設け、透明絶縁膜のスルーホールに設けた接続電極４０５を介して、輪帯状電極４０４と引き出し配線４０２が接続される。
【００４４】
この際に、発生させる位相分布の極性が反転した場合においては、閉環状の輪帯状電極４０４の周期に対応する接続電極４０５の順を逆に入れ替えることにより、球面形状の場合と比較して、引き出し配線４０２のパターンの形状を変更することなく、非球面のレンズ形状を実現可能である。
【００４５】
この様に構成することにより、第１の実施形態で示した図６のときと同様に、引き出し配線４０２を増加させることなく非球面形状にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の光ピックアップ装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の光ピックアップ装置の作用を示す図である。
【図３】本発明の光ピックアップ装置の作用を示す図である。
【図４】本発明の液晶回折レンズの構成を示す図である。
【図５】光ピックアップ装置における光ビームの回折現象を示す図である。
【図６】本発明の液晶回折レンズの電極パターンの配置形態を示す図である。
【図７】本発明の液晶回折レンズの電極パターンの他の配置形態を示す図である。
【図８】本発明の液晶回折レンズの電極パターンの他の配置形態を示す図である。
【図９】従来の液晶回折レンズの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０１  光ピックアップ装置
１０２  半導体レーザ
１０３  偏光ビームスプリッタ
１０４  コリメートレンズ
１０５  液晶回折レンズ
１０６  液晶駆動装置
１０７  λ/４板
１０８  光ディスク
１０９  対物レンズ
１１０  光検出器
４０１、４１０  ガラス基板
４０２、４０２ａ〜４０２ｅ  引き出し配線
４０３  透明絶縁膜
４０４、４０４ａ〜４０４ｅ  輪帯状電極
４０５  接続電極
４０６、４０８  配向膜
４０７  液晶
４０９  共通電極
４１１  レンズパターン形成層
４１２  シール
７０１  抵抗電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009217157.tif 000006
【図５】
2009217157.tif 000007
【図６】
2009217157.tif 000008
【図７】
2009217157.tif 000009
【図８】
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【図９】
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