JP2004334028A

JP2004334028A - 液晶光学素子及び光学装置

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Publication number: JP2004334028A
Application number: JP2003131868A
Authority: JP
Inventors: Shinya Sato; 慎也佐藤; Nobuyuki Hashimoto; 信幸橋本; Seiichi Osawa; 誠一大澤
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP4436069B2

Abstract

【課題】回折を防止し、良好に波面収差の補正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。
【解決手段】波面収差補正用の電極パターン（３００、３１０、３２０、３３０）は、複数の透明電極（３１〜３９）と、複数の透明電極間を接続する複数の透明抵抗膜（３０１〜３０８）とを有すること特徴とする液晶光学素子（７０）及びそのような液晶光学素子を有する光学装置（１００）。透明電極を透明抵抗膜によって接続することによって、透明電極間で発生する光の回折を防止して良好な光信号を得られるように構成した。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相変調用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り、特にレーザ光等の干渉性の高い光ビーム（高干渉性光）の波面収差（球面収差又はコマ収差等）を補正する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。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＶＤ、次世代高密度ＤＶＤ等の記録媒体の読取り又は書込みを行う光ピックアップ装置では、図１２（ａ）に示すように、光源１からの光ビームをコリメータレンズ２によってほぼ平行光に変換し、対物レンズ３によって記録媒体４へ集光させ、記録媒体４からの反射光ビームを受光して光強度信号を発生させている。このような光ピックアップ装置で記録媒体４の読取り又は書込みを行う際には、対物レンズ３によって光ビームを正確に記録媒体４のトラック上に集光させる必要がある。
【０００３】
しかしながら、記録媒体４中のトラック面上の光透過保護層の厚みムラ（図１２（ａ）のＢ）等によって、対物レンズ３からトラック面までの距離が一定にならない、又は常に同じように光スポットを集光することができない場合がある。また、記録媒体４の記録容量を上げるために、複数のトラック面を記録媒体４中に設けた場合には、対物レンズ３と各トラック面との位置関係を調整する必要もある。
【０００４】
このように、対物レンズ３とトラック面との間の距離にムラが生じると、記録媒体４の基板内には、球面収差が生じ、記録媒体４からの反射光ビームに基づいて発生される光強度信号を劣化させる原因となる。対物レンズ３の入射瞳位置で換算した球面収差の一例２１を図１２（ｂ）に示す。また、複数のトラック面を記録媒体中に設けた場合には、対物レンズ３の焦点位置にある第１トラック面以外の第２トラック面の読取り又は書込みの際に球面収差が生じ、同様に、記録媒体４からの反射光ビームに基づいて発生される光強度信号を劣化させる原因となる。
【０００５】
そこで、図１３に示すように、コリメータレンズ２と対物レンズ３との間に液晶光学素子７を配置し、記録媒体４の基板中に生じる球面収差を補正させる試みがある（例えば、特許文献１参照。）。このような液晶光学素子７は、液晶に生じる電位差に応じて液晶の配向性が変化することを利用し、液晶を通過する光ビームの位相を変化させ、それによって球面収差を相殺するように働く。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２６９６１１号公報（第３−５頁、第１−３図、第５図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１４に、液晶光学素子７に印加される電圧に応じて液晶に位相分布を生じさせるための球面収差補正用の透明電極パターン３０の一例を示す。図１４では、９つの同心円状の透明電極３１〜３９が設けられている。各透明電極に所定の電圧が印加されると、対向する透明電極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、その位相を電位差に応じて進ませるような作用を受けることとなり、記録媒体４の基板中に生じる球面収差２１（図１２（ｂ）参照）が補正される。
【０００８】
実際には、透明電極パターン３０の各透明電極３１〜３９に異なった電圧が印加されるように、透明電極と透明電極の間には微細な隙間が設けられ、さらに透明電極と透明電極の間に外部抵抗素子が接続されている。
【０００９】
図１４に示すように、透明電極３１と透明電極３９との間に電源９からの所定のＡＣ電圧が印加されている。また、透明電極３１と３２との間には抵抗素子Ｒ_１が、透明電極３２と３３との間には抵抗素子Ｒ_２が、透明電極３３と３４との間には抵抗素子Ｒ_３が、透明電極３４と３５との間には抵抗素子Ｒ_４が、透明電極３５と３６との間には抵抗素子Ｒ_５が、透明電極３６と３７との間には抵抗素子Ｒ_６が、透明電極３７と３８との間には抵抗素子Ｒ_７が、透明電極３８と３９との間には抵抗素子Ｒ_８が接続されている。透明電極３１と３９との間に印加された電圧は、抵抗Ｒ_１〜Ｒ_８により階段状に分圧され、各透明電極に印加されるように構成されている。
【００１０】
しかしながら、実際には、透明電極パターン３０では、各透明電極３１〜３９に異なった電圧が印加されるように、透明電極と透明電極の間には微細な隙間が設けられ、さらに透明電極と透明電極の間に外部抵抗素子が接続されている。
【００１１】
図１５に、各透明電極と印加される電圧の関係を示す。図１５（ａ）は、透明基板７１上の透明電極パターン３０の内、透明電極３１〜３５の部分を拡大したものである。透明電極間の微細な間隔は３μｍに設定されており（なお、便宜上、拡大して示している）、図１４に示したように各透明電極間に抵抗素子Ｒ_１〜Ｒ_４が接続され、電源９により電圧が印加されている。図１５（ｂ）は、基準電圧（透明電極３１に印加される電圧）に対する透明電極パターン３０の各透明電極の電圧を示している。
【００１２】
図１５（ｂ）に示すように、透明電極間の微細な間隔Ｓ_１〜Ｓ_４等には、透明電極パターンが存在しないため、その部分の電位はほぼ基準電圧となる（なお漏れ電界の作用により完全に基準電圧までは落ちない）。即ち、各透明電極に印加されている電圧は、図１５（ｂ）のように櫛歯状に各透明電極間で電圧が急激に低下する部分Ｓ_２〜Ｓ_４等が存在する。図１５（ｂ）のような電圧が液晶に印加されると、透明電極パターン３０を通過する光ビームに対して、図１５（ｂ）に示すような印加電圧に応じた櫛歯状の屈折率分布を生じることとなる。
【００１３】
図１５（ｂ）に示すような印加電圧に応じた櫛歯状の屈折率分布を生じた液晶光学素子は、位相型の回折格子として機能して、光ビームを回折させてしまう。即ち、各透明電極間の電圧が急激に低下する部分Ｓ_２〜Ｓ_４等で、光ビームの回折が生じ、光ビームから発生される光強度信号を劣化させる原因となっていた。
【００１４】
そこで、本発明は、良好に波面収差の補正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。
【００１５】
また、本発明は、回折を防止し、良好に波面収差の補正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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、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及び第２の透明基板の一方の面上に形成された波面収差補正用の電極パターンとを有し、電極パターンは、第１の電圧が印加される第１の透明電極と、第１の電圧とは異なった第２の電圧が印加される第２の透明電極と、第１及び第２の透明電極とを接続する透明抵抗膜とを有することを特徴とする。第１の透明電極と第２の透明電極とを透明抵抗膜によって接続することによって、透明電極間で発生する光の回折を防止して良好な光信号を得られるように構成した。
【００１７】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る光学装置は、光ビームを出力する光源と、光ビームの波面収差補正用の電極パターンを有する液晶光学素子と、電極パターンへ電圧を印加するための電源とを有し、電極パターンは、第１の透明電極と、第２の透明電極と、第１及び第２の透明電極とを接続する透明抵抗膜とを有し、第１及び第２の透明電極に透明抵抗膜によって電圧が分圧されてそれぞれ印加されることを特徴とする。第１の透明電極と第２の透明電極とを透明抵抗膜によって接続することによって、波面収差（球面収差又はコマ収差等）補正用の電極パターンにおいて、透明電極間で発生する光の回折を防止して良好な光信号を得られるように構成した。
【００１８】
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、同心円状に設けられた複数の透明電極と、複数の透明電極間を接続する複数の透明抵抗膜とを有することが好ましく、また透明抵抗膜によって前記電圧が分圧されて複数の透明電極にそれぞれ印加されることがさらに好ましい。
【００１９】
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、複数の透明抵抗膜がそれぞれほぼ同じ抵抗値を有するように、複数の透明電極間の間隔がそれぞれ設定されていることが好ましい。各透明電極に、均等に分圧された電圧が印加できるように構成した、
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、透明抵抗膜は、透明電極より高い抵抗率を有することが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、透明抵抗膜は、１０ＫΩ／ｃｍ^２以上且つ２００ＫΩｃｍ^２以下の抵抗値を有することが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、透明抵抗膜は、実質的に前記透明電極間にのみ設けられていることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、透明抵抗膜は、透明電極の上に所定のマージンを持って乗り上げるように設けられていることが好ましい。
【００２３】
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、透明抵抗膜の上に所定のマージンを持って乗り上げるように設けられていることが好ましい。
【００２４】
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、透明抵抗膜は、前記透明電極全体を覆うように設けられていることが好ましい。
【００２５】
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、前記透明抵抗膜の上に設けられていることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液晶光学素子及び光学装置を、添付図面を参照して詳述する。図１に、本発明に係る液晶光学素子を用いた光学装置１００を示す。
【００２７】
図１において、光源１から出射された光ビーム（４０５ｎｍ）は、コリメータレンズ２によって、有効径１０を有するほぼ平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ６０を通過した後、液晶光学素子７０に入射する。液晶光学素子７０を通過した光ビームは、１／４波長板６４を通過して、対物レンズ３（開口率ＮＡ＝０．８５）により記録媒体４に集光される。
【００２８】
「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、対物レンズ３で有効に利用される幾何光学設計上の液晶光学素子上での主光ビーム径を言う。本実施形態では、有効径１０（φ）は３ｍｍに設定されている。
【００２９】
記録媒体４から反射された光ビームは、再び対物レンズ３、１／４波長板６４及び液晶光学素子７０を経て、偏光ビームスプリッタ６０により光路を変更されて、集光レンズ６１を介して受光器６２に集光される。光ビームは、記録媒体４により反射される際に、記録媒体４のトラック面上に記録されている情報（ピット）によって振幅変調され、受光器６２により光強度信号として出力される。この光強度信号（光強度信号）から記録情報が読み出される。
【００３０】
また、記録媒体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１から出射された光ビームの強度を変調して、変調された光ビームによって記録媒体を照射する。記録媒体では、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、データが書き込まれる。なお、光ビームの強度変調は、光源１に用いるレーザーダイオードに流す電流を変調することによって行うことができる。
【００３１】
対物レンズ３には、トラッキング用のアクチュエータ５が取付けられており、図中の矢印Ａの方向に対物レンズ３を移動することによって、対物レンズ３によって集光される光ビームが、記録媒体４のトラックに正確に追従するように構成されている。アクチュエータ５には、駆動のための配線８が取付けられており、液晶光学素子７０には後述する透明電極パターンを駆動するための配線６が取付けられている。
【００３２】
液晶光学素子７０は、後述する図３に示されるような球面収差補正用の透明電極パターン３００を有している。
【００３３】
記録媒体４は、次世代の高密度ＤＶＤであり、直径１２ｃｍ、厚さ１．２ｍｍの円盤形状を有している。また、情報が記録されるトラック面の上には、約０．１ｍｍのポリカーボネイト等から構成される光透過保護層が設けられている。また、トラックピッチは、従来のＤＶＤの約２倍（０．３２μｍ）であり、４０５ｎｍの青色レーザ及び開口率（ＮＡ）＝０．８５の対物レンズを用いて光スポット面積を従来のＤＶＤの約１／５として、片面で最大約２７ＧＢの容量を実現するものである。
【００３４】
このような記録媒体４では、従来のＤＶＤに比べて更にトラック面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６２から出力される光強度信号が劣化してしまう。そこで、液晶光学素子制御回路６３は、受光器６２からの光強度信号に基づいて球面収差を検出し、検出した球面収差を相殺するように、配線６を通じて、球面収差補正用の電極パターン３００に電圧を印加する。なお、受光器６２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に電圧を印加することによって、記録媒体４の基板内に発生する球面収差を相殺することが可能である。
【００３５】
図２に、図１に示された液晶光学素子７０の断面図を示す。図２の矢印の示す方向は、図１において光源１から出た光ビームが偏光ビームスプリッタ６０を通過した後、液晶光学素子７０に入射する方向を示している。図２において、光源側の透明基板７１には、球面収差補正用の透明電極パターン３００及び配向膜７２が形成されている。また、記録媒体４側の透明基板７５には、対向透明電極４０及び配向膜７４が形成されている。液晶７６は、２枚の透明基板７１及び７５と、シール部材７３との間に封入されている。図２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、実際の厚さの比と異なる場合がある。
【００３６】
図３に、図１及び２に示された液晶光学素子７０における球面収差補正用の透明電極パターン３００の一例を示す。図３に示すように、有効径１０の範囲内に９つの同心円状の透明電極３１〜３９が、それぞれ微小な間隔（約３μｍ）を空けて設けられている。また、透明電極３１と３２とは透明高抵抗膜３０１によって接続され、透明電極３２と３３とは透明高抵抗膜３０３によって接続され、透明電極３３と３４とは透明高抵抗膜３０３によって接続され、透明電極３４と３５とは透明高抵抗膜３０４によって接続され、透明電極３５と３６とは透明高抵抗膜３０５によって接続され、透明電極３６と３７とは透明高抵抗膜３０６によって接続され、透明電極３７と３８とは透明高抵抗膜３０７によって接続され、透明電極３８と３９とは透明高抵抗膜３０８によって接続されている。さらに、透明電極３１と透明電極３９との間に電源９からの所定のＡＣ電圧が印加されている。
【００３７】
図４に、各透明電極と印加される電圧の関係を示す。図４（ａ）は、透明基板７１上の透明電極パターン３００の断面の一部（透明電極３１〜３５の部分）を拡大したものである。透明電極間の微細な間隔は３μｍに設定されており（なお、便宜上、拡大して示している）、図３に示したように各透明電極は、透明高抵抗膜３０１〜３０５等によって相互に接続され、電源９により電圧が印加されている。図４（ｂ）は、基準電圧（透明電極３１に印加される電圧）に対する透明電極パターン３００の透明電極３１〜３５及び各透明電極間の実効電圧を示している。なお、液晶光学素子に用いる液晶は一般に印加電圧に対し実効値応答を示す。また直流電圧成分を長時間この液晶に加えると、液晶の焼きつきや分解等の不都合を生ずる。従って液晶光学素子の各透明電極には直流電圧成分を印加しないように交流電圧を印加して液晶を駆動する。また、液晶光学素子に対する基準電圧０［Ｖ］は正確には液晶層に印加される電圧であり、その電圧を任意に設定することができる。一般的には印加電圧が０［Ｖ］の状態を基準とする事が多いが、例えば３［Ｖ］の時を基準電圧としても構わない。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、透明電極間の微細な間隔Ｓ_１〜Ｓ_４には、透明高抵抗膜が存在するため、その部分の電圧は、図に示すように透明高抵抗膜が接続する前後の透明電極に印加される電圧間をつなぐ様な電圧を生じる。即ち、透明電極間の微細な間隔Ｓ_１〜Ｓ_４等には、透明高抵抗膜が存在するため、ほぼ基準電圧まで急激に電圧が低下することが無くなる。したがって、図１５（ｂ）に示すような櫛歯状の屈折率分布を生じることがなく、位相型の回折格子として機能せず、光ビームを回折させることがない。即ち、光ビームの回折による光強度信号を劣化を防止することが可能となった。
【００３９】
さらに、図１５（ａ）に示すような各透明電極の微細な間隔に透明高抵抗膜が無い場合には、各透明電極の微細な間隔Ｓ_１〜Ｓ_４等は、ほぼ基準電圧が印加され、その部分の液晶が動作しないため、球面収差の補正に寄与しなかった。しかしながら、図３及び図４に示すような各透明電極の微細な間隔に透明高抵抗膜が設定されている場合には、各透明電極間の微細な間隔Ｓ_１〜Ｓ_４等にも所定の電圧が印加されることから、それぞれの印加電圧に応じてその部分の液晶が動作するので、球面収差の補正に寄与することができる。したがって、各透明電極間の微細な間隔Ｓ_１〜Ｓ_４に透明高抵抗膜を配置することによって、光ビームの回折を防止できるだけでなく、実質的に球面収差の補正に寄与する透明電極を拡大することが可能となった。
【００４０】
さらに、図１４に示すように、各透明電極３１〜３９にそれぞれ異なった電圧を印加するために各透明電極間に外部抵抗素子を接続するための配線が必要であった。しかしながら、各透明電極間に透明高抵抗膜を配置することによって、外部抵抗素子を接続するための配線が不要になり、透明電極パターンの構成を簡素化することが可能となった。
【００４１】
図３及び４に示すように、各透明電極３１〜３９間の間隔に透明高抵抗膜を配置し、透明電極３１及び３９間に電圧を印加したことから、各透明電極に実際に印加される電圧は、各透明電極間の透明高抵抗膜の抵抗値によって分圧された値となる。各透明電極間の透明高抵抗膜の抵抗値は、透明電極間の面積に反比例し、各透明電極３１〜３９は同心円状に配置されていることから、各透明電極間の間隔を一定にすると、必ずしも各透明電極３１〜３９に印加される電圧は均等に分割された値とはならない。
【００４２】
図３及び４の例では、各透明電極３１〜３９間の間隔を一定に設定したので、実際には図４に示すように各透明電極に印加される電圧は均等に分割された値とはならない。しかしながら、間隔は一律３μｍと微小であるため、大きな差異は生じない。しかしながら、正確に均等に分圧したい場合には、透明高抵抗膜の面積当たりの抵抗率及び各透明電極間の膜厚はほぼ一定なので、各透明電極の間隔Ｓ×（外側又は内側）円周Ｌが一定になるように、各間隔を設定すれば良い。
【００４３】
なお、透明高抵抗膜の抵抗値は、１０ＫΩ〜２００ＫΩ／ｃｍ^２であることが好ましい。透明電極パターン３００を構成する透明電極３１〜３９の抵抗値は、通常、数〜数百Ω／ｃｍ^２で形成されるので、その抵抗値を考慮して透明高抵抗膜３０１〜３０８の抵抗値を１０ＫΩ／ｃｍ^２以上とするのが好ましい。また、この透明高抵抗膜３０１〜３０８を２００ＫΩ／ｃｍ^２以上とするためには、その膜厚を例えば１０ｎｍ以下のかなりの薄膜としなくてはならない。この様な薄膜とすると、膜の均一性や加工性が悪くなり好ましくない。よって、透明高抵抗膜３０１〜３０８は、１０ＫΩ／ｃｍ^２以上であり、２００ＫΩ／ｃｍ^２以下とすることが好ましい。
【００４４】
図５を用いて、このような球面収差補正用の透明電極パターンの作用を説明する。図３に示した球面収差補正用の透明電極パターン３００を図５（ａ）に示す。図５（ａ）では、透明高抵抗膜３０１〜３０８は省略している。図５（ａ）に示す９つの同心円状の透明電極３１〜３９には、図５（ｂ）に示すような実効電圧２４が印加されている。図５（ａ）に示すような電極パターン３００の各透明電極３１〜３９に図５（ｂ）に示すような実効電圧２４が印加されると、対向透明電極４０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、その位相を電位差に応じて進ませるような作用を受けることとなり、記録媒体４の基板中に生じる球面収差２１（図５（ｂ））が、図５（ｃ）に示す球面収差２５のように補正される。なお、透明電極パターン３００へは、液晶光学素子制御回路６３から配線６（図１参照）を通じて電圧が印加される。
【００４５】
なお、記録媒体４の基板中に発生する球面収差が図５（ｂ）に示す球面収差２１とは逆向きに発生する場合には、電極パターン３００の各透明電極３１〜３９に、図５（ｂ）とは逆に、基準電圧（透明電極３１に印加される電圧）に対して負（−）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３００の各透明電極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。
【００４６】
図６に、球面収差補正用の透明電極パターン３００を製造するための手順を示す。
【００４７】
最初にガラス透明基板７１上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜６００を成膜する（図６（ａ）参照）。ＩＴＯ膜６００は、２００μΩｃｍの抵抗率を有し、５００〜１０００Åの厚さに、３００℃スパッタリングにより成膜される。また、ＩＴＯ膜６００の透過率は８０％以上であることが好ましい。
【００４８】
次に、ＨＣｌ及びＦｅＣｌ_３によるウエットエッチングによって、同心円状の透明電極３１〜３９が形成されるようにパターンニングがなされる（図６（ｂ）参照）。
【００４９】
次に、ＩＴＯ膜によって形成された透明電極３１〜３９の上に、透明高抵抗膜６１０が形成される（図６（ｃ）参照）。透明高抵抗膜６１０は、２００ｍΩｃｍの抵抗率を有し、１００〜５００Åの厚さに、ＺｎＯ_２スパッタリングによって成膜される。また、透明高抵抗膜６１０の透過率は８０％以上であることが好ましい。さらに、透明高抵抗膜６１０は、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３等、又はバンドギャップ３．３ｅＶ以上の半導体薄膜から構成されることが好ましい。
【００５０】
最後に、アルカリ水溶液によるＺｎＯ_２エッチングによって、ＩＴＯ膜による各透明電極間に透明高抵抗膜３０１〜３０８が形成されるようにパターンニングがなされる（図６（ｄ）参照）。なお、透明高抵抗膜３０１〜３０８は、ＩＴＯ膜による各透明電極３１〜３９への乗り上げマージン（ｍ）を有することが好ましい。なお、マージン（ｍ）は２〜５μｍであることが好ましい。
【００５１】
図７に、他の球面収差補正用の透明導電パターン３１０を示す。
【００５２】
図７に示す透明導電パターン３１０は、最初にガラス透明基板７１上に、ＩＴＯ膜による各透明電極３１〜３９が図３と同様に形成されている。しかしながら、図３及び４と異なり、透明高抵抗膜７００は、各透明電極の間隔にのみ形成されているのではなく、各透明電極３１〜３９全体を覆うように形成されている。透明高抵抗膜７００は、２００ｍΩｃｍの抵抗率を有し、１００〜５００Åの厚さに形成され、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３等、又はバンドギャップ３．３ｅＶ以上の半導体薄膜から構成されることが好ましい。
【００５３】
図７に示す様に透明高抵抗膜７００が形成されていても、各透明電極３１〜３９の間隔には透明高抵抗膜が存在するので、各透明電極及び各透明電極間の間隔に印加される電圧は、図４（ｂ）と同様になる。したがって、透明電極パターン３００と同様に、光ビームの回折を防止できるだけでなく、実質的に球面収差の補正に寄与する透明電極を拡大することが可能である。
【００５４】
図７に示す例では、透明高抵抗膜７００が、透明電極３１〜３９上にも形成されているので、より透過率が高いこと（９０％以上）が好ましい。しかしながら、透明高抵抗膜７００を成膜後、透明高抵抗膜７００をパターンニングする必要がないことから、製造コストを抑えることが可能となる。
【００５５】
図８に、他の球面収差補正用の透明導電パターン３２０を示す。
【００５６】
図８に示す透明導電パターン３２０では、図６の場合とは逆に、最初にガラス透明基板７１上に、透明高抵抗膜３０１〜３０８が形成され、その後ＩＴＯ膜による各透明電極３１〜３９が図３と同様に形成されている。また、ＩＴＯ膜による各透明電極３１〜３９は、透明高抵抗膜３０１〜３０８への乗り上げマージン（ｍ）を有することが好ましく、マージン（ｍ）は２〜５μｍであることが好ましい。透明高抵抗膜３０１〜３０８は、２００ｍΩｃｍの抵抗率を有し、１００〜５００Åの厚さに形成され、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３等、又はバンドギャップ３．３ｅＶ以上の半導体薄膜から構成されることが好ましい。
【００５７】
図８に示す透明導電パターン３２０においても、各透明電極３１〜３９の間隔には透明高抵抗膜が存在するので、各透明電極及び各透明電極間の間隔に印加される電圧は、図４（ｂ）と同様になる。したがって、透明電極パターン３００と同様に、光ビームの回折を防止できるだけでなく、実質的に球面収差の補正に寄与する透明電極を拡大することが可能である。
【００５８】
図９に、他の球面収差補正用の透明導電パターン３３０を示す。
【００５９】
図９に示す透明導電パターン３３０は、最初にガラス透明基板７１上に、透明高抵抗膜９００が形成され、その上にＩＴＯ膜による各透明電極３１〜３９が図３と同様に形成されている。透明高抵抗膜９００は、２００ｍΩｃｍの抵抗率を有し、１００〜５００Åの厚さに形成され、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３等、又はバンドギャップ３．３ｅＶ以上の半導体薄膜から構成されることが好ましい。
【００６０】
図９に示す様に透明高抵抗膜９００が形成されていても、各透明電極３１〜３９の間隔には透明高抵抗膜が存在するので、各透明電極及び各透明電極間の間隔に印加される電圧は、図４（ｂ）と同様になる。したがって、透明電極パターン３００と同様に、光ビームの回折を防止できるだけでなく、実質的に球面収差の補正に寄与する透明電極を拡大することが可能である。
【００６１】
図９に示す例では、透明高抵抗膜９００が、透明電極３１〜３９の図中下にも形成されているので、より透過率が高い方（９０％以上）が好ましい。また、透明高抵抗膜９００を成膜後、パターンニングする必要がないことから、製造コストを抑えることが可能となる。
【００６２】
図１０に、本発明に係るコマ収差補正用の透明電極パターン４００を示す。図１で説明した光学装置１００では、記録媒体４のそり又は曲がり、記録媒体４の駆動機構の欠陥等によって、記録媒体４に傾きが生じる場合がある。対物レンズ３によって集光された光ビームの光軸が記録媒体４のトラックに対して傾くことによって、記録媒体４の基板内には、コマ収差を生じ、記録媒体４からの反射光ビームに基づいて発生される情報信号を劣化させる原因となる。そこで、コマ収差補正用の透明電極パターン４００は、発生したコマ収差を相殺するように作用するものである。コマ収差補正用の透明電極パターン４００は、図２に示した液晶光学素子７０の球面収差補正用の透明電極パターン３００の代わり、又は併用して用いられることができる。
【００６３】
図１０に示すコマ収差補正用の透明電極パターン４００では、前述した球面収差補正用の透明電極パターン３００と同様に、液晶に生じる電位差に応じて液晶の配向性が変化することを利用し、液晶を通過する光ビームの位相を変化させ、それによってコマ収差を相殺しようとするものである。図１０では、液晶光学素子５に入射される光ビームの有効径１０とほぼ同じ大きさの透明電極内に、位相を進ませるための２つの透明電極４２及び４３、位相を遅らせるための２つの透明電極４４及び４５を、及び基準電位Ｖ_１（この場合は２ｖ）を印加するための透明電極４１を有している。
【００６４】
透明電極４２及び４３に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向透明電極（図２の４０参照）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、透明電極４４及び４５に対して負（−）の電圧を印加すると、対向透明電極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。
【００６５】
また、透明電極４３の周囲には透明電極４１との間に透明高抵抗膜４０１、透明電極４４の周囲には透明電極４１との間に透明高抵抗膜４０２、透明電極４２の周囲には透明電極４１との間に透明高抵抗膜４０３、及び透明電極４２の周囲には透明電極４１との間に透明高抵抗膜４０４を配置して、各透明電極間を接続している。透明高抵抗膜４０１〜４０４間には、前述した図３に示す透明高抵抗膜３０１〜３０８にように、透明高抵抗膜が接続する前後の透明電極に印加される電圧間をつなぐような電圧を生じる。
【００６６】
図１１（ａ）は、図１０に示したコマ収差補正用の透明電極パターン４００の断面を示した図である。図１１（ａ）に示すように、各透明電極４１〜４５の間に、透明高抵抗膜４０１〜４０４が、各透明電極４１〜４５を接続するように配置されている。
【００６７】
図１１（ｂ）は、発生するコマ収差５０の例と、各透明電極４１〜４５に印加される実効電圧５１（基準電位Ｖ_１）の例を示すものである。図１１（ｂ）に示すように、発生するコマ収差５０を相殺するように各透明電極４１〜４５に対して実効電圧５１が印加される。
【００６８】
図１１（ｃ）は、各透明電極４１〜４５間に透明高抵抗膜４０１〜４０４を設けなかった従来例を示している。前述したように、従来では、図１１（ｂ）に示すような実効電圧５１を各透明電極４１〜４５に印加しようとして、各透明電極間に間隔を空けて絶縁を行っていた。しかしながら、図１５を用いて説明したように、各透明電極間Ｓ_１０〜Ｓ_１７の電位はほぼ基準電位まで低下してしまい、各間隔Ｓ_１０〜Ｓ_１７の箇所において光の回折が発生してしまうという不具合があった。これに対して、図１０及び図１１（ａ）に示すように、各透明電極４１〜４５間に透明高抵抗膜４０１〜４０４を設けることによって、図１１（ｂ）に示すような実効電圧５１を実際にコマ収差補正用の透明電極パターンに印加することが可能となった。
【００６９】
なお、図１１（ａ）に示すコマ収差補正用の透明電極パターン４００は、前述した図６において説明した方法によって製造されているが、同様に前述した図７〜９にて説明した方法によって製造することもできる。
【００７０】
【発明の効果】
このように、本発明に従った液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、波面収差補正のための各透明電極間に透明高抵抗膜を配置したので、波面収差補正用透明電極パターンが櫛歯状の屈折率分布を生じることがなく、位相型の回折格子として機能せず、光ビームを回折させることがない。即ち、光ビームの回折による光強度信号の劣化を防止することが可能となった。
【００７１】
また、本発明に従った液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、波面収差補正用の各透明電極間の微細な間隔にも所定の電圧が印加されることから、それぞれの印加電圧に応じてその部分の液晶が動作するので、波面収差の補正に寄与することができる。したがって、実質的に波面収差の補正に寄与する透明電極を拡大することが可能となった。
【００７２】
さらに、本発明に従った液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、波面収差補正用の各透明電極間に外部抵抗を接続するための配線が不要となったことから、構成をより簡素化することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる液晶光学素子を有する光学装置を示す図である。
【図２】本発明に係わる液晶光学素子の断面図の一例を示す図である。
【図３】本発明に係わる液晶光学素子の球面収差補正用の電極パターンの一例を示す図である。
【図４】（ａ）は本発明に係わる液晶光学素子の球面収差補正用の電極パターン一例を示し、（ｂ）は（ａ）に示す電極パターンに印加される実効電圧の一例を示す図である。
【図５】（ａ）は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実効電圧の一例を示し、（ｃ）は補正された球面収差の一例を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係わる液晶光学素子の球面収差補正用の電極パターンの製造手順を説明するための図である。
【図７】本発明に係わる液晶光学素子の球面収差補正用の電極パターンの他の例を示す図である。
【図８】本発明に係わる液晶光学素子の球面収差補正用の電極パターンの他の例を示す図である。
【図９】本発明に係わる液晶光学素子の球面収差補正用の電極パターンの他の例を示す図である。
【図１０】本発明に係る液晶光学素子のコマ収差補正用の透明電極パターンの一例を示す図である。
【図１１】（ａ）は図１０に示すコマ収差補正用の透明電極パターンの断面図を示し、（ｂ）は（ａ）に印加される実効電圧波形の一例を示し、（ｃ）は従来のコマ収差補正用の透明電極パターンに印加される実効電圧波形の一例を示す図である。
【図１２】記録媒体の球面収差の発生を説明するための図である。
【図１３】従来の球面収差補正用の液晶光学素子を有する光学装置の一例を示す図である。
【図１４】液晶光学素子の球面収差補正用の電極パターンへの電圧の印加例を示す図である。
【図１５】液晶光学素子の球面収差補正用の電極パターンへの電圧の印加例を示す図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ光源
２…コリメータレンズ
３…対物レンズ
４…記録媒体
５…アクチュエータ
７０…液晶光学素子
６３…液晶光学素子制御回路
１００…光学装置
３００、３１０、３２０、３３０…球面収差補正用の透明電極パターン

Claims

光ビームの収差を補正するための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及び第２の透明基板の一方の面上に形成された波面収差補正用の電極パターンとを有し、
前記電極パターンは、
第１の電圧が印加される第１の透明電極と、
前記第１の電圧とは異なった第２の電圧が印加される第２の透明電極と、
前記第１及び第２の透明電極とを接続する透明抵抗膜とを有することを特徴とする液晶光学素子。
前記波面収差補正用に透明電極パターンは、球面収差補正又はコマ収差補正用の透明電極パターンである請求項１に記載の液晶光学素子。
光ビームの収差を補正するための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及び第２の透明基板の一方の面上に形成された球面収差補正用の電極パターンとを有し、
前記電極パターンは、
同心円状に設けられた複数の透明電極と、
前記複数の透明電極間を接続する複数の透明抵抗膜とを有することを特徴とする液晶光学素子。
前記複数の透明抵抗膜がそれぞれほぼ同じ抵抗値を有するように、前記複数の透明電極間の間隔がそれぞれ設定されている請求項１又は２に記載の液晶光学素子。
前記透明抵抗膜は、前記透明電極より高い抵抗率を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の液晶光学素子。
前記透明抵抗膜は、１０ＫΩ／ｃｍ^２以上且つ２００ＫΩｃｍ^２以下の抵抗値を有する請求項１〜５の何れか一項に記載の液晶光学素子。
前記透明抵抗膜は、実質的に前記透明電極間にのみ設けられている請求項１〜６の何れか一項に記載の液晶光学素子。
前記透明抵抗膜は、前記透明電極の上に所定のマージンを持って乗り上げるように設けられている請求項７に記載の液晶光学素子。
前記透明電極は、前記透明抵抗膜の上に所定のマージンを持って乗り上げるように設けられている請求項７に記載の液晶光学素子。
前記透明抵抗膜は、前記透明電極全体を覆うように設けられている請求項１〜６の何れか一項に記載の液晶光学素子。
前記透明電極は、前記透明抵抗膜の上に設けられている請求項１〜６の何れか一項に記載の液晶光学素子。
光学装置であって、
光ビームを出力する光源と、
前記光ビームの波面収差補正用の電極パターンを有する液晶光学素子と、
前記電極パターンへ電圧を印加するための電源とを有し、
前記電極パターンは、
第１の透明電極と、
第２の透明電極と、
前記第１及び第２の透明電極とを接続する透明抵抗膜とを有し、
前記第１及び第２の透明電極に、前記透明抵抗膜によって前記電圧が分圧されて、それぞれ印加されることを特徴とする光学装置。
前記波面収差補正用に透明電極パターンは、球面収差補正又はコマ収差補正用の透明電極パターンである請求項１２に記載の光学装置。
光学装置であって、
光ビームを出力する光源と、
前記光ビームの球面収差補正用の電極パターンを有する液晶光学素子と、
前記電極パターンへ電圧を印加するための電源とを有し、
前記電極パターンは、
同心円状に設けられた複数の透明電極と、
前記複数の透明電極間を接続する複数の透明抵抗膜とを有し、
前記透明抵抗膜によって前記電圧が分圧されて、前記複数の透明電極にそれぞれ印加されることを特徴とする光学装置。
前記複数の透明抵抗膜がそれぞれほぼ同じ抵抗値を有するように、前記複数の透明電極間の間隔がそれぞれ設定されている請求項１４に記載の光学装置。
前記透明抵抗膜は、前記透明電極より高い抵抗率を有する請求項１２〜１５の何れか一項に記載の光学装置。
前記透明抵抗膜は、１０ＫΩ／ｃｍ^２以上且つ２００ＫΩｃｍ^２以下の抵抗値を有する請求項１２〜１６の何れか一項に記載の光学装置。
前記透明抵抗膜は、実質的に前記透明電極間にのみ設けられている請求項１２〜１７の何れか一項に記載の光学装置。
前記透明抵抗膜は、前記透明電極の上に所定のマージンを持って乗り上げるように設けられている請求項１８に記載の光学装置。
前記透明電極は、前記透明抵抗膜の上に所定のマージンを持って乗り上げるように設けられている請求項１８に記載の光学装置。
前記透明抵抗膜は、前記透明電極全体を覆うように設けられている請求項１２〜１７の何れか一項に記載の光学装置。
前記透明電極は、前記透明抵抗膜の上に設けられている請求項１２〜１７の何れか一項に記載の光学装置。