JP2005266461A - 液晶光学素子及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光膜を利用せず、誘電体多層膜を用いて、透過光量を制御する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ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】第１の透明基板３１と、第２の透明基板３７と、第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶３８と、第１の透明基板上に形成された第１の誘電体多層膜４０と、第２の透明基板上に形成された第２の誘電体多層膜４１と、第１の誘電体多層膜と第２の誘電体多層膜との間に封入された液晶の屈折率を変化させるために液晶に電圧を印加する領域６０を有する透明電極３２とを有し、領域に印加される電圧を制御することによって領域を通過する光ビームの透過光量を制限する液晶光学素子１７と、それを利用した光学装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、透過光量を制御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）の透過光量を制御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。

光ビームを用いて、情報記録媒体からの情報の再生及び書込みを行うことができる光ピックアップ装置では、情報記録媒体からの情報の再生時には、情報記録媒体の記録面上のピット又は突起によって振幅変調された光ビームからの光強度信号（ＲＦ信号）を用いて情報を再生し、情報記録媒体への情報の書込み時には、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の変化又はピットの起状を生じさせることでデータを書込む。したがって、再生用光ビームと書込み用光ビームとの光強度を異ならせることが必要となるが、通常、同じ光源からの光ビームを用い、低出力時の光ビームで再生し、高出力時の光ビームで書込みを行うように、光ビームの光強度を異ならせることが一般的である。
しかしながら、低出力時に光源から射出される光ビームには、ノイズがのりやすく不安定で正確な情報の再生を行えない場合が多い。そこで、光源からは高出力時の光ビームを常に出力し、再生時にのみ光源からの光ビームの光量を低下させるための光学素子を利用する光ピックアップ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このような光ピックアップ装置の一例を図１０に示す。図１０において、光ピックアップ装置１００は、半導体レーザ１１１、コリメータレンズ１１２、偏光ビームスプリッタ１１３、偏光ミラー１１４、１／４波長板１１８、対物レンズ１１９、検出レンズ１２３、受光素子１２４及び第２電気光学素子１３１を有し、第１電気光学素子１３０を用いて情報記録媒体１２０からの再生及び書込みの切換えを行う。
第１電気光学素子１３０は、液晶セルとして構成されており、半導体レーザ１１１と反対側には偏光膜が蒸着されている。第１電気光学素子１３０の液晶セルに低電圧が印加されると、半導体レーザからの光ビームは液晶分子の捻れに応じて９０度旋光し、偏光膜によって吸収される。即ち、半導体レーザからの光ビームは、低透過率に制御される。また、第１電気光学素子１３０の液晶セルに高電圧が印加されると、液晶分子の捻れが解消されて、半導体レーザからの光ビームは偏光面を変えずに、偏光膜を透過する。即ち、半導体レーザからの光ビームは、高透過率に制御される。したがって、情報記録媒体１２０からの再生時には、第１電気光学素子１３０の液晶セルに低電圧を印加して、半導体レーザ１１１からの光ビームを低透過率に制御し、情報記録媒体１２０への書込み時には、第１電気光学素子１３０の液晶セルに高電圧を印加して、半導体レーザ１１１からの光ビームを高透過率に制御する。
しかしながら、第１電気光学素子１３０には偏光膜が蒸着されていることから、偏光ビームスプリッタ１１３と半導体レーザ１１１との間の光路上にしか配置することができない。例えば、偏光ビームスプリッタ１１３より情報記録媒体１２０側の光路中に第１電気光学素子１３０を配置すると、情報記録媒体１２０からの反射光ビームは、１／４波長板１１８によって情報記録媒体１２０に入射する入射光ビームとは直交した偏光状態となっているため第１電気光学素子１３０に配置した偏光膜によって遮光されてしまう。したがって、この形態では反射光が受光素子１２３で検知できなくなってしまう。
したがって、従来では、光学装置を設計する上での自由度が損なわれるという不具合があった。また、偏光ミラー１１４による光路の曲がりを考慮して偏光ビームスプリッタ１１３の前段に第１電気光学素子１３０を配置しなければならず、位置合わせが非常に難しいという不具合もあった。さらに、トラッキングによる対物レンズ１１９の移動による有効径の位置の移動を考慮して、第１電気光学素子１３０中の透過光量を偏光させるための領域を大きく設定しなければならないという不具合もあった。
特開２００３−１７３５６２号公報（第４頁、第１図）

そこで、本発明は、上記の問題点を解消することを目的とした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。
また、本発明は、配置の自由度が高く、透過光量を制御する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。
さらに、本発明は、偏光膜を利用せず、誘電体多層膜を用いて、透過光量を制御する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。

上記課題を解決するために、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の透明基板上に形成された第１の誘電体多層膜と、第２の透明基板上に形成された第２の誘電体多層膜と、第１の誘電体多層膜と第２の誘電体多層膜との間に封入された液晶の屈折率を変化させるために液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、領域に印加される電圧を制御することによって領域を通過する光ビームの透過光量を制限することを特徴とする。
また、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の透明基板上に形成された誘電体多層膜と、誘電体多層膜と第２の透明基板との間に封入された液晶の屈折率を変化させるために液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、領域に印加される電圧を制御することによって領域を通過する光ビームの透過光量を制限することを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る光学装置は、光ビームを射出するための光源と、光ビームを集光するための対物レンズと、
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の透明基板上に形成された第１の誘電体多層膜と、第２の透明基板上に形成された第２の誘電体多層膜と、第１の誘電体多層膜と第２の誘電体多層膜との間に封入された液晶の屈折率を変化させるために液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極と、領域に印加される電圧を制御することによって領域を通過する光ビームの透過光量を制限する液晶光学素子と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る光学装置は、光ビームを射出するための光源と、光ビームを集光するための対物レンズと、
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の透明基板上に形成された誘電体多層膜と、誘電体多層膜と第２の透明基板との間に封入された液晶の屈折率を変化させるために液晶に電圧を印加する開口制限領域を有する透明電極とを有し、領域に印加される電圧を制御することによって領域を通過する光ビームの透過光量を制限する液晶光学素子と、を有することを特徴とする。
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、誘電体多層膜及び領域は、円形状に形成されていることが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、誘電体多層膜は、第１の層及び少なくとも第１の層より屈折率の小さい第２の層が積み重なって構成されていることが好ましい。
さらに、本発明に係る光学装置では、対物レンズ及び液晶光学素子を同時に移動させるトラッキング手段を有することが好ましい。
さらに、本発明に係る光学装置では、対物レンズ、液晶光学素子及び１／４波長板を同時に移動させるトラッキング手段を有することが好ましい。
さらに、本発明に係る光学装置では、透明電極の領域に制御電圧を印加するための電圧印加手段有することが好ましい。

本発明によれば、配置場所の自由度が高い光ビームの透過光量を制御するため液晶光学素子を提供することが可能となった。したがって、対物レンズ及び／又は１／４波長板と共に一体化した液晶光学素子を構成することが可能となった。さらに、対物レンズ及び液晶光学素子とを１ユニットとし、トラッキング手段で同時に移動できるように構成すれば、対物レンズのシフトを考慮する必要がないので、より高精度な透過光量制御を行うことができる。
また、本発明によれば、液晶光学素子は偏光面を回転させるものではなく、誘電体多層膜を利用した位相変調によって光ビームの透過光量制御を行うので、液晶光学素子を、光源と偏光ビームスプリッタとの間だけでなく、偏光ビームスプリッタと１／４波長板との間の光路中にも配置することができる。

以下図面を参照して、本発明に係る液晶光学素子及び光学装置について説明する。
本発明に係る液晶光学素子１７を用いた光学装置１０を図１に示す。図１において、半導体レーザ等から構成される光源１１から出射された光ビーム（４０５ｎｍ）は、コリメータレンズ１２によって、ほぼ平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ１３を通過した後、反射ミラー１４に入射する。反射ミラー１４によって光路を曲げられた光ビームは、液晶光学素子１７に入射され、１／４波長板１８を経て、対物レンズ１９（開口率ＮＡ＝０．８５）により記録媒体２０のトラック面２１上に集光される。
この場合の光ビームの有効径２７（φ）は３．００ｍｍに設定されている。また、「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、幾何光学設計上の、対物レンズ１９で有効に利用される液晶光学素子１７上での主光ビーム径を言う。
また、後述するように、液晶光学素子１７は、制御部２５からの制御信号に応じて、その透過光量をほぼ１００％とほぼ２０％との間で変化させる。即ち、記録媒体２０への情報の書込み時には、透過光量をほぼ１００％とし、半導体レーザ１１の発光パワー（３５〜４０ｍＷ）の光強度で記録媒体２０のトラック面２１を照射する。また、記録媒体２０からの情報の再生時には、透過光量をほぼ２０％として、半導体レーザ１１の発光パワーを約１０ｍＷに低下させた光強度で記録媒体２０のトラック面２１を照射する。
記録媒体２０からの情報の再生時には、記録媒体２０のトラック面２１から反射された光ビームは、再び対物レンズ１９、１／４波長板１８及び液晶光学素子１７を経て、反射ミラー１４によって光路を曲げられ、偏光ビームスプリッタ１３により光路を変更され、集光レンズ２３を介して受光器２４上に集光される。光ビームは、記録媒体２０から反射される際に、記録媒体２０のトラック面２１上に記録されている情報（ピット）によって振幅変調されている。受光器２４は、受光した光ビームを光強度信号として出力する。この光強度信号（ＲＦ信号）から記録情報が読み出される。
また、記録媒体２０のトラック面２１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１１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記録媒体２０を照射する。書込みが行われる記録媒体２０のトラック面２１上では、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、データが書込まれる。なお、光ビームの強度変調は、光源１１に用いる半導体レーザ素子に流す電流を変調すること等によって行うことができる。
液晶光学素子１７、１／４波長板１８及び対物レンズ１９は、ユニット１５として一体的に構成され、ユニット１５にはトラッキング用のアクチュエータ１６が取付けられている。アクチュエータ１６が、ユニット１５を移動することによって、対物レンズ１９によって集光される光ビームが、記録媒体２０のトラックに正確に追従するように構成されている。
記録媒体２０は、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃのような次世代の高密度光ディスクであり、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上は、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で保護されている。
図２（ａ）に液晶光学素子１７の概略断面図を示し、図２（ｂ）に液晶光学素子１７の概略上面図を示す。なお、図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡＡ´断面図に相当する。図２（ａ）に示す矢印の示す方向は、図１において光源１１から出た光ビームが反射ミラー１４で反射後、液晶光学素子１７に入射する方向を示している。図２（ａ）及び（ｂ）において、光源１１側のガラス等から構成される透明基板３１には、透明電極３２及び配向膜３３が形成されている。また、記録媒体２０側のガラス等から構成される透明基板３７には、透明性対向電極３６及び配向膜３５が形成されている。シール材３４の開口部は封止材３９によって封止されるので、液晶３８は、２枚の透明基板３１及び３７と、シール部材３４との間に封入されている。図２（ａ）及び（ｂ）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、実際の比とは異なる場合がある。
また、透明基板３１と透明電極３２との間には第１の誘電体多層膜４０が、透明基板３７と対向透明電極３６との間には第２の誘電体多層膜４１が、それぞれ同じ大きさの円形状に形成されている。なお、第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１の外径は、有効径２７と同じ（φ）３．００ｍｍに設定されている。さらに、透明電極３２の電極パターン５０は、図３に示すように、第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１と同じ大きさの円形状に形成されている。
第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１と透明電極３２の電極パターン５０は、透過光量制御領域６０を形成している。なお、本実施形態では、第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１と透明電極３２の電極パターン５０は、同じ円形状としたが、必ずしも同じ形状にする必要はない。
液晶３８の液晶セルの配向方向は、ホモジェニアス配向又はホメオトロピック配向であり、半導体レーザ１１の入射偏光方向と液晶セルの長軸が傾く方向（液晶ダイレクタ）とを一致させている。
後述するように、透明電極３２の透明電極パターン５０に、制御部２５から所定の電圧を印加することによって、対向透明電極３６との間に電位差を生じ、その間の液晶３８の配向性が電位差に応じて変化する。配向性が変化することによって、実効屈折率が変化する液晶３８と、第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１とが協働して、この液晶光学素子１７に入射する光ビームを干渉させる。この作用により透過光量制御領域６０において光源１１からの光ビームの透過光量が、ほぼ１００％とほぼ２０％との間で可変される。また、液晶３８に電圧を印加しても、偏光面は回転されず、位相変調のみを行うように設定されている。
以下、誘電体多層膜の動作について説明する。
図４（ａ）又は（ｂ）に、液晶光学素子１７に設けられる誘電体多層膜の拡大図を示す。図４（ａ）又は（ｂ）に示すように、第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１は、５０ｎｍの厚さのＴｉＯ_２（酸化チタン）層４２及び５０ｎｍの厚さのＳｉＯ_２（酸化ケイ素)層４３からなる層を１ユニットとして２ユニット積み重ねた干渉膜である。ここで、ＴｉＯ_２層４２の屈折率は２．２３であり、ＳｉＯ_２層４３の屈折率は１．４７であって、ＳｉＯ_２層４２の方が屈折率が小さい。なお、上記第１及び第２の誘電体多層膜４０及び４１の構成は、高屈折率層であるＴｉＯ_２層４２と、低屈折率層であるＳｉＯ_２層４３の組み合わせのみならず、例えば低屈折率層としてＳｉＯ_２、Ｆ含有ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、高屈折率層としてＴｉＯ_２、ＺｒＯ_３、ＣｅＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｓｂ_２Ｏ_３等を組み合わせて積層構造を形成しても構わない。
また、透明基板３１及び３７はガラスから構成され、そのそれぞれ厚さは０．３ｍｍ、屈折率は約１．５であり、透明電極３２及び対向透明電極３６はＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）から構成され、それぞれ厚さは１７ｎｍ、屈折率は２．０であり、配向膜３３及び３５はポリイミドから構成され、それぞれ厚さは５０ｎｍ、屈折率は１．７である。また液晶３８の厚さは４８００ｎｍ、屈折率（電圧が印加されない状態で）は０．２６３である。また、上記各屈折率は、４０５ｎｍの波長の光ビームに対するものである。なお、後述する図５のグラフは、前記の各厚さ及び屈折率を用いて求めたものである。
液晶３８は、印加される電圧に応じて配向性が変化し、配向性が変化することによって、その実効屈折率が変化する。したがって、液晶３８の実効屈折率を印加電圧によって変化させることによって、透過光量制御領域６０において、第１の誘電体多層膜４０、液晶３８及び第２の誘電体多層膜４１から構成される干渉膜の、光源１１から射出された４０５ｎｍの波長の光ビームに対する透過光量を変化させることができる。なお、図中の矢印は、図１において、反射ミラー１４から反射された光ビームが液晶光学素子１７に入射する方向を示している。
図５に、図４に示した、液晶光学素子１７の４０５ｎｍの光ビームに対する透過光量と液晶３８の実効屈折率の関係を示す。図に示すように、液晶３８の実効屈折率を変化させることによって、液晶光学素子１７の４０５ｎｍの光ビームに対する透過光量を１００〜１８％の間で変化させることができる。
図４（ａ）は透明電極パターン５０に第１の電圧が印加された液晶光学素子１７の状態を示し、図４（ｂ）は透明電極パターン５０に第２の電圧を印加することによって、液晶３８に電圧を印加した状態を示している。ここで、図４（ａ）の場合には、液晶光学素子１７の透過率がほぼ１００％となる液晶３８の実効屈折率を選択するように第１の電圧（例えば、２．２０Ｖｒｍｓ）を液晶３８に印加し、透過光量制御領域６０を通過する光ビームの透過光量をほぼ１００％に設定し、記録媒体２０の書込みを行う場合に対応している。また、図４（ｂ）の場合には、液晶光学素子１７の透過光量がほぼ２０％となる液晶３８の実効屈折率を選択するように第２の電圧（例えば、２．４２Ｖｒｍｓ）を液晶３８に印加し、透過光量制御領域６０を通過する光ビームの透過光量をほぼ２０％に設定し、記録媒体２０の再生を行う場合に対応している。このように、液晶光学素子１７の透明電極パターン５０へ印加される電圧を第１の電圧から第２の電圧に切換えることのよって、液晶光学素子１７の透過光量を制御することができる。
本発明に係わる液晶光学素子１７は偏光面を回転させるものではなく、誘電体多層膜を利用した位相変調によって光ビームの透過光量制御を行うので、液晶光学素子を、光源と偏光ビームスプリッタとの間だけでなく、偏光ビームスプリッタと１／４波長板との間の光路中にも配置することができる。
また、本発明に係わる液晶光学素子１７を駆動しても偏光面が回転することがないので、配置場所の自由度が高く、対物レンズ１９及び１／４波長板１８と共に一体化した構成とすることが可能となった。また、液晶光学素子１７を対物レンズ１９及び１／４波長板１８と共にユニット１５とし、アクチュエータ１６で同時に移動できるように構成したので、対物レンズのシフトを考慮する必要なく、透過光量制御領域６０を設定することができ、またより高精度な透過光量制御を行うことができる。
図６に、本発明に係わる他の液晶光学素子１１７の断面図を示す。図６に示す液晶光学素子１１７では、２枚の透明基板の片側にのみ誘電体多層膜１４０を設けている。図６において、光源１１側のガラス等から構成される透明基板１３１には、透明電極１３２及び配向膜１３３が形成されている。また、記録媒体２０側のガラス等から構成される透明基板１３７には、透明性対向電極１３６及び配向膜１３５が形成されている。シール材１３４の開口部は封止材（不図示）によって封止されるので、液晶３８は、２枚の透明基板１３１及び１３７と、シール部材１３４との間に封入されている。図６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、実際の比とは異なる場合がある。
また、透明基板１３７と対向透明電極１３６との間には誘電体多層膜１４０が、円形状に形成されている。誘電体多層膜１４０の外径は有効径２７と同じ（φ）３．００ｍｍに設定されている。さらに、透明電極１３２の電極パターンは、図３と同様に、誘電体多層膜１４０と同じ大きさの円形状に形成されている。したがって、液晶光学素子１１７には、図２に示した液晶光学素子１７と同様な透過光量制限領域６０が形成されていることとなる。
図７に、図６に示す液晶光学素子１７に設けられる誘電体多層膜の拡大図を示す。図７に示すように、誘電体多層膜１４０は、５０ｎｍの厚さのＴｉＯ_２（酸化チタン）層４２及び５０ｎｍの厚さのＳｉＯ_２（酸化ケイ素)層４３からなる層を１ユニットとして４ユニット積み重ねた干渉膜である。ＴｉＯ_２層４２の屈折率及びＳｉＯ_２層４３の屈折率を含む他の構成は、全て図２に示す液晶光学素子１７と同様である。
図６及び図７に示す液晶光学素子１１７についても、図２に示す液晶光学素子１７と同様に、液晶３８の実効屈折率を変化させることによって、誘電体多層膜１４０及び液晶３８から構成される干渉膜を有する液晶光学素子１７の、４０５ｎｍの波長の光ビームに対する透過率をほぼ１００とほぼ２０％との間で切換えることができる。即ち、液晶光学素子１１７の透明電極パターン５０へ印加される電圧を切換えることのよって、液晶光学素子１１７の透過光量を制御することができる。
このように、誘電体多層膜は、屈折率の異なる少なくとも２つの異なった層を１ユニットとして積み重ねることにより構成される。したがって３種以上の屈折率の異なる層による積層体でも良い。また、液晶光学素子の他の要素（液晶、透明基板、透明導電膜、配向膜等）と合わせて考慮して、各層の屈折率、厚さ及びユニットの階層を選択することによって、液晶に印加される電圧を切換えた場合に、利用する波長の光ビームの透過及び遮断の制御を行うことが可能となる。したがって、誘電体多層膜の構成は、図４及び７に示したものに限られず、様々な改変が可能である。
また、上述した液晶光学素子１７及び１１７では、２段階に光ビームの透過光量を変更（又は切換えた）が、制御部２５からの制御電圧を制御することによって、多段階に透過光量を変更（又は切換える）ことも可能である。
以下、誘電体多層膜を利用した透過光量制御に加えて、通過する光ビームの位相制御を行うことができる他の液晶光学素子について説明する。
本発明で用いられる記録媒体２０では、トラック面２１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２４から出力される光強度信号が劣化してしまう。そこで、図６に示す液晶光学素子１１７の透明電極１３２に、図８（ａ）に示す他の透明電極パターン１５０を用い、この球面収差を補正するように、光ビームの位相制御を合わせて行う。
図８（ａ）に示す透明電極パターン１５０では、前述した透過光量制御領域６０と同じ大きさの位相制御領域(球面収差制御領域）を有している。したがって、位相制御領域の外径は有効径２７と同径である。
図８（ａ）に示されるように、位相制御領域には、位相を進ませるための７つの領域１５２〜１５８が同心円状に配置されている。なお、領域１５１及び１５９には、基準電位が印加されており、入射ビームの位相を進ませる機能を有してはいない。
透明電極１３２の電極パターン１５０における領域１５２〜１５８に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、透明性対向電極３６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。領域１５１及び１５９には、基準電位（例えばこの場合は０ｖと考える）が印加される。
図８（ｂ）に、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧波形８１を示す。このような電圧が各領域１５１〜１５９に印加されることによって、記録媒体２０の光透過保護層の厚みムラ等に起因する球面収差８０を打ち消すように、液晶光学素子１７が働く。ここで、図８（ｂ）に示した球面収差８０は、記録媒体２０の光透過保護層の厚さムラ等に起因した発生した球面収差の一例である。
図８（ｃ）に、補正後の球面収差８２を示す。図８（ｂ）の球面収差８０が、図８（ｃ）の球面収差８２となるように補正される。即ち、液晶光学素子１７に図８（ａ）に示す透明電極パターン１５０を用いることで、記録媒体２０の基板内に発生する球面収差が抑制されるように補正されることが理解される。
図８の説明では、球面収差補正用の透明電極パターン１５０の領域１５１〜１５９に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加して、この部分を通過する光ビームをその位相を進めるように制御した。しかしながら、記録媒体２０の基板中に発生する球面収差が図８（ｂ）とは逆向きに発生する場合には、電極パターン１５０の領域１５１〜１５９には、図８（ｂ）とは逆の負（−）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１５０の領域１５１〜１５９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。
次に、誘電体多層膜を利用した透過光量制御に加えて、通過する光ビームの位相制御を行うことができる更に他の液晶光学素子について説明する。
本発明で用いられる記録媒体２０では、記録媒体２０自体のそり又は曲がり、記録媒体の駆動機構の欠陥等によって、記録媒体２０に傾きが生じる場合がある。そのような傾きが生じると、対物レンズ１９によって集光された光ビームの光軸が記録媒体２０に対して傾くことによって、記録媒体２０の基板内にコマ収差が生じ、受光器２４から出力される光強度信号が劣化してしまう。そこで、図６に示す液晶光学素子１１７の透明電極１３２に、図９（ａ）に示す他の透明電極パターン２５０を用い、このコマ収差を補正するように、光ビームの位相制御を合わせて行う。
図９（ａ）に示す透明電極パターン２５０では、前述した透過光量制御領域６０と同じ大きさの位相制御領域(コマ収差制御領域）を有している。したがって、位相制御領域の外径は有効径２７と同径である。
図９（ａ）に示されるように、位相制御領域には、位相を進ませるための２つの領域２５２及び２５３、及び位相を遅らせるための２つの領域２５４及び２５５が配置されている。また、図中２５１には、基準電位が印加されており、入射ビームの位相を進ませる機能を有してはいない。
透明電極３２の電極パターン２５０における領域２５１に印加される基準電圧に対して正（＋）の電圧を領域２５２及び２５３に印加すると、透明性対向電極３６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、領域２５１に印加される基準電圧に対して負（−）の電圧を領域２５４及び２５５に印加すると、透明性対向電極３６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。領域２５１には、基準電位（例えばこの場合は０ｖと考える）が印加される。
図９（ｂ）に、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧波形９１を示す。このような電圧が各領域２５１〜２５５に印加されることによって、記録媒体２０が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差９１を打ち消すように、液晶光学素子１７が働く。ここで、図９（ｂ）に示したコマ収差９０は、記録媒体２０が光軸に対して傾くことに起因して発生したコマ収差の一例である。
図９（ｃ）に、補正後のコマ収差９２を示す。即ち、図９（ｂ）のコマ収差９１が、図７（ｃ）のコマ収差９２のように補正されている。即ち、液晶光学素子１７に図９（ａ）に示す透明電極パターン２５０を用いることで、記録媒体２０の基板内に発生するコマ収差が抑制されるように補正されることが理解される。
なお、液晶光学素子１１７の透明電極１３２に、球面収差補正用の電極パターン１５０又はコマ収差補正用の電極パターン２５０を設けた場合には、受光器２４からの光強度信号に基づいて球面収差又はコマ収差を検出し、検出した球面収差又はコマ収差を相殺するように、各電極パターンに電圧を印加する。ここで、受光器２４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１５０又はコマ収差補正様の電極パターン２５０に電圧を印加することによって、記録媒体２０の基板内に発生する球面収差又はコマ収差を相殺することが可能である。

本発明に係わる光学装置を示す概念図である。 （ａ）は図１に示す光学装置に用いられる本発明に係る液晶光学素子の断面図の一例を示し、（ｂ）は(ａ）に示す液晶光学素子の平面図の一例を示す図である。 図１に示す光学装置に用いられる液晶光学素子の透明電極パターンの一例を示す図である。 （ａ）は液晶に第１の電圧を印加した場合を示し、（ｂ）は液晶に第２の電圧を印加した場合を示す図である。 本発明に係る液晶光学素子の透過率と液晶の実効屈折率との関係の一例を示す図である。 本発明に係る他の液晶光学素子の断面図を示す図である。 図６に示す液晶光学素子の誘電体多層膜を示す図である。 （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。 （ａ）はコマ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電圧の一例を示し、（ｃ）は補正されたコマ収差の一例を示す図である。 従来の光学装置の一例を示す図である。

符号の説明

１１…光源
１７、１１７…液晶光学素子
１９…対物レンズ
２０…記録媒体
３２、１３２…透明電極
３６、１３６…透明性対向電極
３８、１３８…液晶
４０、４１、１４０…誘電体多層膜
５０、１５０、２５０…電極パターン
６０…透過光量制御領域

Claims (17)

1. 対物レンズに入射する光ビームの光路中に配置される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の透明基板上に形成された第１の誘電体多層膜と、
   前記第２の透明基板上に形成された第２の誘電体多層膜と、
   前記第１の誘電体多層膜と前記第２の誘電体多層膜との間に封入された前記液晶の屈折率を変化させるために、前記液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、
   前記領域に印加される電圧を制御することによって、前記領域を通過する前記光ビームの透過光量を制御することを特徴とする液晶光学素子。
2. 光源から射出される光ビームの光路中に配置される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の透明基板上に形成された第１の誘電体多層膜と、
   前記第２の透明基板上に形成された第２の誘電体多層膜と、
   前記第１の誘電体多層膜と前記第２の誘電体多層膜との間に封入された前記液晶の屈折率を変化させるために、前記液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、
   前記領域に印加される電圧を制御することによって、前記領域を通過する前記光ビームの透過光量を制御することを特徴とする液晶光学素子。
3. 前記第１の誘電体多層膜、前記第２の誘電体多層膜及び前記領域は、円形状に形成されている請求項１又は２に記載の液晶光学素子。
4. 前記第１の誘電体多層膜及び前記第２の誘電体多層膜は、第１の層及び少なくとも前記第１の層より屈折率の小さい第２の層が積み重なって構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の液晶光学素子。
5. 対物レンズに入射する光ビームの光路中に配置される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の透明基板上に形成された誘電体多層膜と、
   前記誘電体多層膜と前記第２の透明基板との間に封入された前記液晶の屈折率を変化させるために、前記液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、
   前記領域に印加される電圧を制御することによって、前記領域を通過する前記光ビームの透過光量を制御することを特徴とする液晶光学素子。
6. 光源から射出される光ビームの光路中に配置される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の透明基板上に形成された誘電体多層膜と、
   前記誘電体多層膜と前記第２の透明基板との間に封入された前記液晶の屈折率を変化させるために、前記液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、
   前記領域に印加される電圧を制御することによって、前記領域を通過する前記光ビームの透過光量を制御することを特徴とする液晶光学素子。
7. 前記誘電体多層膜及び前記領域は、円形状に形成されている請求項５又は６に記載の液晶光学素子。
8. 前記誘電体多層膜は、第１の層及び少なくとも前記第１の層より屈折率の小さい第２の層が積み重なって構成されている請求項５〜７の何れか一項に記載の液晶光学素子。
9. 光学装置であって、
   光ビームを射出するための光源と、
   前記光ビームを集光するための対物レンズと、
   前記対物レンズに入射する前記光ビームの光路中の配置された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の透明基板上に形成された第１の誘電体多層膜と、
   前記第２の透明基板上に形成された第２の誘電体多層膜と、
   前記第１の誘電体多層膜と前記第２の誘電体多層膜との間に封入された前記液晶の屈折率を変化させるために、前記液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、
   前記領域に印加される電圧を制御することによって、前記領域を通過する前記光ビームの透過光量を制御する液晶光学素子と、
   を有することを特徴とする光学装置。
10. 前記第１の誘電体多層膜、前記第２の誘電体多層膜及び前記領域は、円形状に形成されている請求項９に記載の光学装置。
11. 前記第１の誘電体多層膜及び前記第２の誘電体多層膜は、第１の層及び少なくとも前記第１の層より屈折率の小さい第２の層が積み重なって構成されている請求項９又は１０に記載の光学装置。
12. 光学装置であって、
    光ビームを射出するための光源と、
    前記光ビームを集光するための対物レンズと、
    前記対物レンズに入射する前記光ビームの光路中の配置された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の透明基板上に形成された誘電体多層膜と、
    前記誘電体多層膜と前記第２の透明基板との間に封入された前記液晶の屈折率を変化させるために、前記液晶に電圧を印加する領域を有する透明電極とを有し、
    前記領域に印加される電圧を制御することによって、前記領域を通過する前記光ビームの透過光量を制御する液晶光学素子と、
    を有することを特徴とする光学装置。
13. 前記誘電体多層膜及び前記領域は、円形状に形成されている請求項１２に記載の光学装置。
14. 前記誘電体多層膜は、第１の層及び少なくとも前記第１の層より屈折率の小さい第２の層が積み重なって構成されている請求項１２又は１３に記載の光学装置。
15. 前記対物レンズ及び前記液晶光学素子を同時に移動させるトラッキング手段を更に有する請求項９〜１４の何れか一項に記載の光学装置。
16. １／４波長板と、
    前記対物レンズ、前記液晶光学素子及び前記１／４波長板を同時に移動させるトラッキング手段と、を更に有する請求項９〜１４の何れか一項に記載の光学装置。
17. 前記透明電極の前記領域に電圧を印加するための電圧印加手段を更に有する請求項９〜１６の何れか一項に記載の光学装置。

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