JP2008010062A - 光学素子および光ピックアップ - Google Patents

Abstract

【課題】配線２６に起因して光学素子１１の特性が低下するのを回避する。光学素子１１の駆動に際して昇圧回路等の特殊な回路部品を不要にする。
【解決手段】液晶層２３に対して一方の側の電極は、開口電極３１と透明電極３２・３３・３４・３５とからなっている。透明電極３２・３３・３４・３５の一部は開口電極３１とオーバーラップしている。このような積層構造により、液晶層２３を透過する光の光路内に配線２６を設けることなく、開口電極３１と透明電極３２・３３・３４・３５とに電圧を印加することが可能となる。また、開口電極３１と透明電極３２・３３・３４・３５とは、開口電極３１の開口部３１ａに形成される高抵抗膜２９を介して電気的に接続されているので、電圧印加時にこれらの電極間を電流が流れやすくなり、これらの電極への印加電圧を低く抑えることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶を用いた光学素子と、その光学素子を備えた光ピックアップとに関するものである。

誘電率異方性がある液晶は、電界に依存して、すなわち電気力線の方向に依存して向きを変えることから、その電界を制御することによって光学特性を制御することができる。このため、近年では、液晶を用いた様々な光学素子が提案されている。

例えば、特許文献１では、液晶層の両側に配置される電極のうち、一方の側の電極を輪帯状の複数の透明電極で構成した光学素子が提案されている。この構成では、各透明電極に異なる電圧を印加して液晶層の電界分布を変化させることにより、液晶層を透過する光の位相を変化させることができるので、球面収差を補正することが可能となっている。また、上記光学素子では、各透明電極間に透明高抵抗膜が形成されている。これにより、透明電極間で発生する光の回折を防止することができ、良好な光信号を得ることが可能となっている。

また、特許文献２では、液晶層の両側に配置される電極のうち、一方の側の電極を開口電極で構成するとともに、この開口電極を液晶層上に基板等の絶縁層を介して形成した光学素子が提案されている。この構成では、液晶層の両側の電極に電圧を印加したときに、不均一な電界が液晶層の広い領域全体にわたって分布し、大きなサイズのレンズ（液晶レンズ）を実現することができる。また、印加される電圧に応じてレンズの焦点距離を容易に変化させることもできる。

特開２００４−３３４０２８号公報 特開２００４−４６１６号公報

ところが、特許文献１の構成では、複数の透明電極が輪帯状に形成されているため、最も内側の透明電極に電圧を印加するための配線は、必ず光路中に位置する。この結果、上記配線が、電極の形成する電界分布に影響を及ぼし、理想的な電界分布が得られなくなり、光学素子の特性が低下するという問題が生ずる。

一方、特許文献２の構成では、液晶層の一方の側に形成される電極は開口電極であり、この開口電極に電圧を印加するための配線を、開口電極の外縁と接続することができる。したがって、上記配線が光路中に位置することがなくなり、上記配線の影響で電界分布が乱れるということはない。

しかし、開口電極と液晶層との間に絶縁層が位置することにより、所望の光学特性を得るためには、開口電極への印加電圧を高くする必要が生じる（どの程度のレンズ効果を見込むかにもよるが、例えば、実効値で６０Ｖ、peak-to-peakで１００〜２００Ｖの印加電圧が必要と思われる）。したがって、この光学素子を実際に使用するときには、既存の回路部品（３．５Ｖや５Ｖ仕様などの一般的な回路部品）では対処することができず、昇圧回路等の特殊な回路部品が必要になるという問題が生ずる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、配線に起因して光学素子の特性が低下するのを回避するとともに、昇圧回路等の特殊な回路部品を用いることなく使用することができる光学素子と、その光学素子を備えた光ピックアップとを提供することにある。

本発明の光学素子は、液晶層の両側に配置される電極と、上記電極に配線を介して電圧を印加する電圧印加手段とを備えた光学素子であって、液晶層に対して一方の側の電極は、中央に開口部を有する開口電極と、上記開口電極と一部がオーバーラップするように位置する少なくとも１個の透明電極とからなり、上記透明電極は、上記開口部を埋めるように形成される高抵抗膜を介して、上記開口電極と接続されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、液晶層の両側に配置される電極に、電圧印加手段が配線を介して電圧を印加することにより、液晶層にて形成される電界分布に応じて液晶層の屈折率分布を変化させ、液晶層を透過する光の位相を変化させることができる。これにより、本発明の光学素子を例えば光ピックアップなどの光学系に適用したときに、その光学系にて発生する各種の収差（例えば球面収差、コマ収差）を上記光学素子にて打ち消すようにすることができ、各種の収差を補正することが可能となる。

また、液晶層に対して一方の側の電極は、開口電極と少なくとも１個の透明電極とからなっている。透明電極の一部は開口電極とオーバーラップしていることから、透明電極の一部と開口電極とは積層構造となっている。これにより、液晶層を透過する光の光路内に上記配線を設けることなく、開口電極と透明電極とに電圧を印加することが可能となる。したがって、上記配線に起因して液晶層の電界分布が乱れるのを回避することができ、電界分布を理想的な状態（例えば収差を補正できるような電界分布）にすることができる。その結果、配線に起因して光学素子の特性が低下するのを回避することができる。

さらに、開口電極と透明電極とは、開口電極の開口部を埋めるように形成される高抵抗膜を介して電気的に接続されているので、電圧印加時にこれらの電極間を電流が流れやすくなり、これらの電極への印加電圧を低く抑えることが可能となる。したがって、昇圧回路等の特殊な回路部品を用いることなく（低電圧仕様の一般的な回路部品を使って）、光学素子を駆動することが可能となる。

また、本発明においては、上記透明電極は、上記開口電極と一部がオーバーラップする平板部と、上記平板部と上記高抵抗膜とを連結する連結部とを有している構成であってもよい。

この構成では、透明電極の平板部の一部を開口電極とオーバーラップさせた状態で、平板部と高抵抗膜とを連結部を介して確実に電気的に接続することができる。これにより、透明電極の一部を開口電極とオーバーラップさせることによる効果（電界分布の乱れを回避して素子の特性低下を回避できる効果）と、開口電極と透明電極とを高抵抗膜を介して電気的に接続することによる効果（印加電圧を低く抑えて特殊な回路部品を不要とする効果）とを確実に得ることができる。

また、本発明においては、上記透明電極は、複数設けられていてもよい。このように透明電極が複数設けられている場合、各透明電極に印加する電圧を制御して電界分布を細かく制御することが可能となる。これにより、各種の収差を良好にかつ滑らかに補正することが可能となる。

また、本発明においては、全ての透明電極について、上記液晶層からより遠い平板部に対応する連結部は、上記液晶層により近い平板部に対応する連結部よりも、上記液晶層を透過する光の光路の内側（すなわち光軸側）に位置している構成であってもよい。

この構成では、透明電極が複数設けられる場合でも、全ての透明電極について、各連結部を互いに干渉させることなく位置させることができる。これにより、各連結部を介してこれと対応する平板部を高抵抗膜と確実に接続することができ、全ての透明電極を、高抵抗膜を介して開口電極と確実に接続することができる。

また、本発明においては、複数の透明電極のうちで、上記液晶層から平板部が最も離れて位置する透明電極を除く残りの透明電極は、平板部および連結部ともに分割されており、上記開口電極は、上記残りの透明電極に対応して分割されている構成であってもよい。

この構成では、分割された一方の群の透明電極および開口電極と、他方の群の透明電極および開口電極とに、互いに逆位相の電圧を印加することが可能となる。これにより、コマ収差を打ち消すように液晶層を透過する光の位相を変化させることができ、コマ収差を良好に補正することが可能となる。

また、本発明においては、上記液晶層から平板部が最も離れて位置する透明電極の該平板部は、上記液晶層を透過する光の光路全面を覆うように形成されており、上記透明電極の連結部は、上記高抵抗膜において上記光路の中心位置に対応する部分と接している構成であってもよい。

この構成では、液晶層から最も離れて位置する平板部が、液晶層を透過する光の光路全面を覆うように形成されているので、開口電極の開口部上にも上記平板部が位置することになる。その上、上記透明電極の連結部は、高抵抗膜において上記光路の中心位置に対応する部分と接している。これにより、各電極に電圧を印加することによって、液晶層の３箇所を透過する光、すなわち、上記光路の最も内側（上記光路の中心）を透過する光、上記光路の最も外側（開口電極の開口部の最も外側）を透過する光、およびその間を透過する光の位相を確実に制御することができ、各種の収差を確実に補正することが可能となる。

また、本発明においては、上記開口電極は、不透明であってもよい。この場合、開口電極を絞りとして作用させることができる。したがって、例えば、液晶層において光路中心から離れた、球面収差を発生する部分を透過する光を遮光する絞りとして開口電極を作用させれば、複雑な電圧制御を行わなくても光学素子にて発生する球面収差を抑えることができる。

また、本発明の光ピックアップは、上述した本発明の光学素子を備えていることを特徴としている。上述した本発明の光学素子によれば、配線に起因して光学素子の特性が低下するのを回避することができるので、この光学素子を光ピックアップに適用したときに、各種の収差を良好に補正することができ、光記録媒体に対する情報の記録再生を精度よく行うことができる。

本発明によれば、透明電極の一部と開口電極とは積層構造となっているので、液晶層を透過する光の光路内に配線を設けることなく、開口電極と透明電極とに電圧を印加することが可能となる。したがって、配線に起因して液晶層の電界分布が乱れるのを回避することができ、配線に起因して光学素子の特性が低下するのを回避することができる。また、開口電極と透明電極とは、開口電極の開口部を埋めるように形成される高抵抗膜を介して電気的に接続されているので、これらの電極への印加電圧を低く抑えることができ、昇圧回路等の特殊な回路部品を用いることなく、光学素子を駆動することができる。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。まず、本発明の光学素子が適用可能な光ピックアップについて説明する。

（１．光ピックアップ）
図２は、本実施形態の光ピックアップの概略の構成を示す説明図である。この光ピックアップは、光源１・２・３と、ビームスプリッタ４・５・６と、コリメーターレンズ７と、調整レンズ８と、コリメーターレンズ９と、ハーフミラー１０と、光学素子１１と、１／４波長板１２と、集光レンズ（対物レンズ）１３と、受光素子１４・１５とを備えている。

光源１・２・３は、例えばレーザーダイオードで構成されており、光ディスクＤに向けて光を出射する。本実施形態では、光源１は、ＣＤに対応する波長（例えば７８５ｎｍ）の光を出射し、光源２は、ＤＶＤに対応する波長（例えば６６０ｎｍ）の光を出射し、光源３は、次世代ＤＶＤ（Blu-ray Disc、ＨＤ（High Definition ）ＤＶＤ）に対応する波長（例えば４０５ｎｍ）の光を出射する。これにより、光ディスクＤとして、ＣＤ、ＤＶＤ、次世代ＤＶＤのいずれを用いることも可能となっている。

なお、ＣＤ、ＤＶＤ、次世代ＤＶＤに対応する波長を出射する光源は、光源１・２・３のいずれかであればよく、例えば、ＣＤに対応する波長を出射する光源は、光源１に限定されるわけではない。

ビームスプリッタ４・５は、それぞれ、光源１・２からの光を光ディスクＤ方向に反射させる一方、光ディスクＤからの戻り光を透過させる。ビームスプリッタ６は、光源３からの光を透過させる一方、光ディスクＤからの戻り光を反射させる。コリメーターレンズ７は、光源１・２からの光（発散光）を集光して略平行光にする。調整レンズ８は、コリメーターレンズ７とともに、光源２からの光を集光して略平行光にする。コリメーターレンズ９は、光源３からの光（発散光）を集光して略平行光にする。なお、コリメーターレンズ７・９および調整レンズ８は、光ディスクＤに照射される光の集光位置を、用いる光ディスクＤに応じて変化させるために、図示しない駆動機構によって駆動制御される。ハーフミラー１０は、光源１・２からの光を透過させて光ディスクＤに導き、光源３から光を反射させて光ディスクＤに導く。光学素子１１は、光学系にて発生する波面収差を補正する収差補正素子としての機能を有しているが、その詳細については後述する。

１／４波長板１２は、光源１・２・３から出射される光（直線偏光）を円偏光に変換する一方、光ディスクＤからの戻り光（円偏光）を、入射時とは直交する偏光方向の直線偏光に変換する。集光レンズ１３は、入射光を光ディスクＤの情報記録面に集光させる。受光素子１４・１５は、光ディスクＤからの戻り光を受光し、光ディスクＤの記録再生時に、サーボ信号（フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号）、情報信号、収差信号等を検出する。

上記の構成において、光源１から出射される直線偏光は、ビームスプリッタ４にて反射され、ビームスプリッタ５を透過してコリメーターレンズ７に入射し、そこで略平行光に変換され、ハーフミラー１０を透過して光学素子１１に入射する。また、光源２から出射される直線偏光は、調整レンズ８を透過し、ビームスプリッタ５にて反射されてコリメーターレンズ７に入射する。光源２からの光は、調整レンズ８およびコリメーターレンズ７によって略平行光に変換された後、ハーフミラー１０を透過して光学素子１１に入射する。また、光源３から出射される直線偏光は、ビームスプリッタ６を透過し、コリメーターレンズ９にて略平行光に変換され、ハーフミラー１０にて反射されて光学素子１１に入射する。光学素子１１に入射した光は、そこで位相を適切に調整されて出射され、１／４波長板１２にて円偏光に変換された後、集光レンズ１３によって光ディスクＤの情報記録面上に集光される。

光ディスクＤからの戻り光は、再び集光レンズ１３を介して１／４波長板１２に入射し、そこで入射時とは直交する偏光方向の直線偏光に変換され、光学素子１１を介してハーフミラー１０に入射する。ここで、光ディスクＤからの戻り光が、ＣＤまたはＤＶＤに対応する波長の光（７８５ｎｍ、６６０ｎｍ）であれば、上記戻り光はハーフミラー１０をそのまま透過し、コリメーターレンズ７、ビームスプリッタ５・４を順に透過して受光素子１４にて受光され、そこで電気信号に変換される。また、光ディスクＤからの戻り光が、次世代ＤＶＤに対応する波長（４０５ｎｍ）の光であれば、上記戻り光はハーフミラー１０にて反射され、コリメーターレンズ９を透過し、ビームスプリッタ６にて反射されて受光素子１５にて受光され、そこで電気信号に変換される。

（２．光学素子）
次に、光学素子１１について説明する。図１（ａ）は、上から順に、光学素子１１の平面図、その断面図、光学素子１１を透過する光の位相分布の説明図を示している。

光学素子１１は、上述のように、光源１・２・３からの光を記録媒体Ｄに集光して記録する、もしくは反射光を検出して記録された情報を読み取るシステムに適用可能な光学素子であり、透明な第１の基板２１と透明な第２の基板２２とで液晶層２３を挟持して構成されている。液晶層２３は、シール材（図示せず）によってシールされている。また、液晶層２３の両側（第１の基板２１側および第２の基板２２側）には、絶縁および液晶分子を配向させる機能を有する配向膜（図示せず）が形成されている。

第１の基板２１と液晶層２３との間には、第１の電極２４が形成されている。また、第２の基板２２と液晶層２３との間には、第２の電極２５が形成されている。第１の電極２４および第２の電極２５は、これらに電圧を印加するための配線２６を介して電圧印加手段２７と接続されている。

第１の電極２４は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）で構成されており、透明である。この第１の電極２４は、少なくとも、液晶層２３を透過する光の有効光路内に形成されている。

第２の電極２５は、複数の電極からなっている。具体的には、第２の電極２５は、中央に開口部３１ａを有する開口電極３１と、透明電極３２・３３・３４・３５からなっている。透明電極３２・３３・３４・３５は、例えばＩＴＯで構成されている。なお、第２の電極２５において、開口電極３１以外の電極の数は、４個となっているが、この数に限定されるわけではなく、少なくとも１個あればよい。第２の電極２５を構成する各電極の間は、絶縁層２８で埋められている。絶縁層２８は、例えばＳｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、ポリイミドなどで構成することが可能である。

開口電極３１は、ＩＴＯで構成されてもよいし、アルミニウムなどの金属で構成されてもよい。開口電極３１をアルミニウムで構成した場合には、開口電極３１が不透明となるので、開口電極３１を絞りとして作用させることが可能となる。したがって、液晶層２３において光路中心から離れた、球面収差を発生する部分を透過する光を遮光できるような形状で開口電極３１を形成すれば、複雑な電圧制御を行わなくても光学素子１１にて発生する球面収差を抑えることができる。

上記した開口電極３１は、液晶層２３に近接して設けられている。そして、開口電極３１の開口部３１ａを埋めるように高抵抗膜２９が形成されている。高抵抗膜２９は、例えばＺｎＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃などで構成されており、その厚さは例えば１０ｎｍ〜数十ｎｍとなっている。

また、高抵抗膜２９の抵抗値は、例えば１０^-1〜１０⁵（Ω・ｃｍ）の範囲となっている。ちなみに、第１の電極２４や第２の電極２５の抵抗値は、例えば１０^-4〜１０^-1（Ω・ｃｍ）の範囲となっており、絶縁層２８の抵抗値は、例えば１０¹⁴〜１０¹⁸（Ω・ｃｍ）の範囲となっている。なお、これらの抵抗値の範囲の上限および下限は、用いる材料や不純物の量などに応じて変動するため、厳密な境界を示すものではない。

また、上述した透明電極３２・３３・３４・３５は、以下の構成となっている。図３は、光学素子１１を拡大して示す断面図である。透明電極３２は、開口電極３１と一部がオーバーラップする平板部３２ａと、平板部３２ａと高抵抗膜２９とを連結する連結部３２ｂとを有している。同様に、透明電極３３は、開口電極３１と一部がオーバーラップする平板部３３ａと、平板部３３ａと高抵抗膜２９とを連結する連結部３３ｂとを有している。同様に、透明電極３４は、開口電極３１と一部がオーバーラップする平板部３４ａと、平板部３４ａと高抵抗膜２９とを連結する連結部３４ｂとを有している。同様に、透明電極３５は、開口電極３１と一部がオーバーラップする平板部３５ａと、平板部３５ａと高抵抗膜２９とを連結する連結部３５ｂとを有している。

平板部３２ａ・３３ａ・３４ａ・３５ａは、液晶層２３を透過する光の光軸とは垂直方向に平板状で形成されたものであり、液晶層２３側からこの順で位置しているとともに、液晶層２３から離れた位置にある平板部ほど、上記光軸と垂直方向に長く形成されている。一方、連結部３２ｂ・３３ｂ・３４ｂ・３５ｂは、上記光の光軸方向に沿って形成されており、上記光の光路の外側から内側（光軸）に向かう方向にこの順で位置しているとともに、光軸に近い位置にある連結部ほど、上記光軸方向に長く形成されている。

また、液晶層２３から最も離れて位置する透明電極３５の平板部３５ａは、液晶層２３を透過する光の光路全面を覆うように形成されている。そして、上記平板部３５ａを有する透明電極３５の連結部３５ｂは、棒状に形成され、高抵抗膜２９における上記光路の中心位置に対応する部分と接している。

一方、残りの透明電極３２・３３・３４の平板部３２ａ・３３ａ・３４ａは、中央に開口を有して形成されている。そして、連結部３２ｂ・３３ｂ・３４ｂは、その開口径を内径とする筒状に形成され、この順で内径が小さくなっている。したがって、筒状の連結部３２ｂの内部に筒状の連結部３３ｂが位置し、この連結部３３ｂの内部に筒状の連結部３４ｂが位置し、この連結部３４ｂの内部に棒状の連結部３５ｂが位置している。

つまり、透明電極３２の連結部３２ｂは、開口電極３１の開口部３１ａの径よりも小さい径を有して筒状に形成され、輪帯状に高抵抗膜２９と接している。また、透明電極３３の連結部３３ｂは、透明電極３２の連結部３２ｂの径よりも小さい径を有して筒状に形成され、輪帯状に高抵抗膜２９と接している。同様に、透明電極３４の連結部３４ｂは、透明電極３３の連結部３３ｂの径よりも小さい径を有して筒状に形成され、輪帯状に高抵抗膜２９と接している。そして、透明電極３５の連結部３５ｂは、透明電極３４の連結部３４ｂの径よりも小さい径を有して棒状に形成され、高抵抗膜２９と接している。

このような第２の電極２５の構成により、透明電極３２・３３・３４・３５は、互いに接触することなく、開口電極３１と一部がオーバーラップするように位置するようになり、それぞれ高抵抗膜２９を介して開口電極３１と接続されることになる。また、全ての透明電極３２・３３・３４・３５について、液晶層２３からより遠い平板部に対応する連結部（例えば連結部３５ｂ）は、液晶層２３により近い平板部に対応する連結部（例えば連結部３４ｂ）よりも、液晶層２３を透過する光の光路の内側（光軸側）に位置することになる。

なお、液晶層２３から最も離れた位置にある透明電極３５の平板部３５ａは、他の透明電極の平板部と同様に、中央に開口を有して形成されていてもよい。そして、連結部３５ｂは、その開口径を内径とする筒状に形成されていてもよい。

（３．光学素子の製造方法）
次に、上記構成の光学素子１１の製造方法について説明する。光学素子１１は、第１の電極２４を形成した第１の基板２１と、第２の電極２５を形成した第２の基板２２とを、液晶層２３を介して貼り合わせることによって形成される。なお、第２の基板２２上に第２の電極２５を形成する工程以外の工程については従来と同様である。そこで、以下では、第２の電極２５の形成工程について簡単に説明する。

図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第２の基板２２上に第２の電極２５を形成する工程を順に示す断面図である。まず、第２の基板２２上に、透明電極３５を形成する（図４（ａ）参照）。この工程では、マスクを使用してスパッタリング等により透明電極３５を形成する。続いて、マスクを使用してスパッタリング等により絶縁層２８を積層する（図４（ｂ）参照）。そして、マスクの形状を適宜変更しながらこれらの工程を繰り返し、透明電極３５上に、透明電極３４・３３・３２を絶縁層２８を介して順に積層する。なお、各透明電極（例えば透明電極３４）の形成においては、各平板部（例えば平板部３４ｂ）と、各連結部（例えば連結部３４ａ）とは、異なるマスクを用いて別々の工程で形成する必要がある。

そして、最後に、マスクを使用してスパッタリング等により開口電極３１を形成するとともに、開口電極３１の開口部３１ａに高抵抗膜２９を形成する（図４（ｃ）参照）。このようにして、第２の基板２２上に第２の電極２５が形成される。なお、以上で示した製法は、後述する実施の形態２にも適用することが可能である。

（４．光学素子の動作）
次に、上記構成の光学素子１１の動作について、主に図１（ａ）（ｂ）を参照しながら説明する。なお、ここでは、液晶層２３の液晶分子の誘電性が正、すなわち、分子長軸方向に電圧をかけたときの誘電率から分子短軸方向に電圧をかけたときの誘電率を引いた値（誘電異方性）が正であるとする。そして、第２の電極２５の開口電極３１に印加する電圧をＶ１とし、透明電極３２・３３・３４・３５に印加する電圧をＶ２・Ｖ３・Ｖ４・Ｖ５としたとき、Ｖ１＝Ｖ５、Ｖ１＜Ｖ４＜Ｖ２＜Ｖ３とする。

電圧印加手段２７から配線２６を介して第１の電極２４に所定の基準電圧を印加するとともに、第２の電極２５の各電極に上記の電圧を印加すると、液晶層２３の電界分布の変化によって、液晶層２３の屈折率分布が変化し、液晶層２３を透過する光の位相が、図１（ａ）で示すように変化する。

ここで、光学素子１１が適用されている光学系において、例えば図１（ｂ）の一点鎖線Ａで示す波面収差が発生している場合、光学素子１１にて破線Ｂで示す透過光の位相分布、すなわち、一点鎖線Ａとは逆位相の位相分布を得ることができれば、これらを相殺して実線Ｃで示す波面を得ることができる。破線Ｂの位相分布は、図１（ａ）で示す位相分布と同じであり、上記の電圧を各電極に印加することで得られる。

また、図５（ａ）は、上から順に、光学素子１１の平面図、その断面図、光学素子１１を透過する光の位相分布の説明図を示している。なお、図５（ａ）の光学素子１１の構成自体は、図１（ａ）と同じであり、第２の電極２５の各電極に印加する電圧の大小関係だけが異なっている。つまり、図５（ａ）では、Ｖ５＜Ｖ４＜Ｖ３＜Ｖ２＜Ｖ１となっている。

光学素子１１が適用されている光学系において、例えば図５（ｂ）の一点鎖線Ａ’で示す波面収差が発生している場合、光学素子１１にて破線Ｂ’で示す透過光の位相分布を得ることができれば、これらを相殺して実線Ｃ’で示す波面を得ることができる。破線Ｂ’の位相分布は、図５（ａ）で示した位相分布と同じであり、上記の電圧を各電極に印加することで得られる。

したがって、本実施形態の光学素子１１においては、第１の電極２４および第２の電極２５に印加する電圧を適切に制御することにより、光学系にて発生する波面収差（例えば球面収差）を良好に補正することができる。

特に、本実施形態では、第２の電極２５は、複数の透明電極３２・３３・３４・３５を有しているので、各透明電極３２・３３・３４・３５に印加する電圧を制御して、液晶層２３の電界分布を細かく制御することができ、液晶層２３を透過する光の位相分布を細かく制御することができる。その結果、光学系にて発生する波面収差を良好にかつ滑らかに補正することができる。

また、第１の電極２４および第２の電極２５に印加する電圧を適切に制御することにより、液晶層２３の屈折率分布を変化させることができるので、本発明の光学素子１１にレンズ機能（焦点距離を変化させる機能）を持たせることもできる。

（５．光学素子の構造に関する効果）
図１（ａ）で示したように、光学素子１１においては、第２の電極２５の透明電極３２・３３・３４・３５の一部は、開口電極３１とオーバーラップしており、透明電極３２・３３・３４・３５の一部と開口電極３１とは積層構造となっている。このような積層構造とすることにより、液晶層２３を透過する光の光路内に配線２６を設けることなく、開口電極３１と透明電極３２・３３・３４・３５とに電圧を印加することができる。

したがって、配線２６に起因して液晶層２３の電界分布が乱れることはなく、光学素子１１の特性が低下するのを回避することが可能となる。つまり、配線２６を必要とする構成であっても、上記積層構造によって配線２６を光路外に設ける構成とすることができ、これによって配線２６の電界分布への影響を低減して収差を良好に補正することが可能となる（波面の乱れをなくすことができる）。なお、この効果は、液晶層２３の厚さが数μｍから２０μｍと薄い場合でも、また、それ以上の厚さの場合でも得ることができる。

また、開口電極３１と透明電極３２・３３・３４・３５とは、高抵抗膜２９を介して電気的に接続されている。これにより、電圧印加時にこれらの電極間を電流が流れやすくなり、これらの電極への印加電圧を低く抑えることが可能となる。したがって、低電圧仕様の一般的な回路部品を使って光学素子１１を駆動することが可能となり、昇圧回路等の特殊な回路部品を不要とすることができる。その結果、本発明の光学素子１１で収差補正素子を簡単に実現することができる。

また、第２の電極２５の各透明電極３２・３３・３４・３５は、平板部と連結部とを有しているので、各平板部の一部を開口電極３１とオーバーラップさせた状態で、各平板部と高抵抗膜２９とを各連結部を介して確実に電気的に接続することができる。これにより、各透明電極３２・３３・３４・３５の一部を開口電極３１とオーバーラップさせることによる上述の効果と、開口電極３１と各透明電極３２・３３・３４・３５とを高抵抗膜２９を介して電気的に接続することによる上述の効果とを確実に得ることができる。

また、全ての透明電極３２・３３・３４・３５について、液晶層２３からより遠い平板部に対応する連結部は、液晶層２３により近い平板部に対応する連結部よりも、液晶層２３を透過する光の光路の内側に位置している。つまり、連結部３５ｂは連結部３４ｂよりも光路の内側に位置しており、連結部３４ｂは連結部３３ｂよりも光路の内側に位置しており、連結部３３ｂは連結部３２ｂよりも光路の内側に位置している。これにより、全ての透明電極３２・３３・３４・３５を、各連結部３２ｂ・３３ｂ・３４ｂ・３５ｂを互いに干渉させることなく位置させることができる。その結果、全ての透明電極３２・３３・３４・３５を、高抵抗膜２９を介して開口電極３１と確実に接続することができる。

また、液晶層２３から最も離れて位置する透明電極３５の平板部３５ａは、液晶層２３を透過する光の光路全面を覆うように形成されており、透明電極３５の連結部３５ｂは、高抵抗膜２９において上記光路の中心位置に対応する部分と接している。この場合、第１の電極２４および第２の電極２５に電圧を印加することによって、少なくとも、液晶層２３の３箇所を透過する光の位相、すなわち、上記光路の最も内側を透過する光の位相（図１（ａ）のＰ点の位相）、上記光路の最も外側を透過する光の位相（図１（ａ）のＱ点の位相）、およびその間を透過する光の位相（図１（ａ）の例えばＲ点の位相）を確実に制御することができる。その結果、各種の収差を確実に補正することが可能となる。

なお、本実施形態では、開口電極３１の開口部３１ａに形成される高抵抗膜２９が、その開口部３１ａと同一形状で形成される場合について説明したが、開口部３１ａを埋めるように形成されるのであれば、高抵抗膜２９は開口部３１ａと同一形状である必要はない。例えば、図６は、光学素子１１の他の構成例を示す断面図である。同図に示すように、高抵抗膜２９は、開口部３１ａを覆い、かつ、開口電極３１の一部を覆うように形成されてもよい。この場合であっても、各透明電極３２・３３・３４・３５が高抵抗膜２９を介して開口電極３１と電気的に接続されることに変わりはなく、上述した本発明の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、第２の電極２５を複数の電極で構成し、液晶層２３に対して第２の基板２２側にのみ高抵抗膜２９を設けた構成について説明したが、これに加えて、第１の電極２４を第２の電極２５と同様に複数の電極で構成し、液晶層２３に対して第１の基板２１側にも高抵抗膜２９を設ける構成としてもよい。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図７（ａ）は、上から順に、本実施形態の光学素子１１の平面図、その断面図、光学素子１１を透過する光の位相分布の説明図を示している。なお、図７（ａ）では、便宜上、配線２６および電圧印加手段２７の図示を省略している。本実施形態では、実施の形態１で示した光学素子１１において、第２の電極２５が、開口電極３１と５個の透明電極３２・３３・３３’・３４・３５とで構成されている。

透明電極３３’は、開口電極３１と一部がオーバーラップする平板部３３’ａと、平板部３３’ａと高抵抗膜２９とを連結する連結部３３’ｂとを有している。平板部３３’ａは、液晶層２３を透過する光の光軸とは垂直方向に平板状で形成されたものであり、平板部３３・３４の間に位置している。また、平板部３３’ａは、上記光軸とは垂直方向において、平板部３３よりも長く、平板部３４よりも短い。一方、連結部３３’ｂは、上記光の光軸方向に沿って形成されており、連結部３３ｂ・３４ｂの間に位置している。また、連結部３３’ｂは、上記光軸方向において、連結部３３ｂよりも長く、連結部３４ｂよりも短い。

また、平板部３３’ａは、中央に開口を有して形成されている。そして、連結部３３’ｂは、その開口径を内径とする筒状に形成されており、筒状の連結部３３ｂの内部に位置している。つまり、連結部３３’ｂは、連結部３３ｂの径よりも小さい径を有して筒状に形成され、輪帯状に高抵抗膜２９と接している。筒状の連結部３４は、筒状の連結部３３’ｂの内部に位置している。

本実施形態のように、第２の電極２５を構成する透明電極の数を実施の形態１よりも増やすことにより、第１の電極２４および第２の電極２５への電圧印加による波面制御をより細かく行うことができ、収差補正をより細かく行うことができる。

また、本実施形態では、液晶層２３から平板部が最も離れて位置する透明電極３５を除く残りの透明電極３２・３３・３３’・３４が、平板部および連結部ともに分割されており、開口電極３１は、残りの透明電極３２・３３・３３’・３４に対応して分割されている。この点について、図８を参照しながらさらに詳細に説明する。

図８は、本実施形態の光学素子１１を拡大して示す断面図である。透明電極３２の平板部３２ａは、第１平板部３２ａ₁と第２平板部３２ａ₂とに分割されており、連結部３２ｂは、第１連結部３２ｂ₁と第２連結部３２ｂ₂とに分割されている。同様に、透明電極３３の平板部３３ａは、第１平板部３３ａ₁と第２平板部３３ａ₂とに分割されており、連結部３３ｂは、第１連結部３３ｂ₁と第２連結部３３ｂ₂とに分割されている。同様に、透明電極３３’の平板部３３’ａは、第１平板部３３’ａ₁と第２平板部３３’ａ₂とに分割されており、連結部３３’ｂは、第１連結部３３’ｂ₁と第２連結部３３’ｂ₂とに分割されている。同様に、透明電極３４の平板部３４ａは、第１平板部３４ａ₁と第２平板部３４ａ₂とに分割されており、連結部３４ｂは、第１連結部３４ｂ₁と第２連結部３４ｂ₂とに分割されている。そして、開口電極３１は、開口電極３１Ａと開口電極３１Ｂとに分割されている。この結果、開口電極３１および透明電極３２・３３・３３’・３４は、液晶層２３を透過する光の光軸を含む面に対して対称となるように分割形成されていることになる。

なお、以下での説明の便宜上、透明電極３２のうち、分割された一方の第１平板部３２ａ₁および第１連結部３２ｂ₁を、まとめて透明電極３２Ａと称することとする。同様に、透明電極３３のうち、分割された一方の第１平板部３３ａ₁および第１連結部３３ｂ₁を、まとめて透明電極３３Ａと称することとする。同様に、透明電極３３’のうち、分割された一方の第１平板部３３’ａ₁および第１連結部３３’ｂ₁を、まとめて透明電極３３’Ａと称することとする。同様に、透明電極３４のうち、分割された一方の第１平板部３４ａ₁および第１連結部３４ｂ₁を、まとめて透明電極３４Ａと称することとする。これらの透明電極３２Ａ・３３Ａ・３３’Ａ・３４Ａは、開口電極３１Ａとともに同じ群を構成している。

また、透明電極３２のうち、分割された他方の第２平板部３２ａ₂および第２連結部３２ｂ₂を、まとめて透明電極３２Ｂと称することとする。同様に、透明電極３３のうち、分割された他方の第２平板部３３ａ₂および第２連結部３３ｂ₂を、まとめて透明電極３３Ｂと称することとする。同様に、透明電極３３’のうち、分割された他方の第２平板部３３’ａ₂および第２連結部３３’ｂ₂を、まとめて透明電極３３’Ｂと称することとする。同様に、透明電極３４のうち、分割された他方の第２平板部３４ａ₂および第２連結部３４ｂ₂を、まとめて透明電極３４Ｂと称することとする。これらの透明電極３２Ｂ・３３Ｂ・３３’Ｂ・３４Ｂは、開口電極３１Ｂとともに同じ群を構成している。

次に、本実施形態の光学素子１１の動作について、図７（ａ）（ｂ）を参照しながら説明する。なお、液晶層２３の液晶分子の誘電性は正とする。また、開口電極３１Ａに印加する電圧をＶ１１とし、透明電極３２Ａ・３３Ａ・３３’Ａ・３４Ａ・３５Ａに印加する電圧をＶ１２・Ｖ１３・Ｖ１３’・Ｖ１４・Ｖ１５としたとき、Ｖ１３’＜Ｖ１５＜Ｖ１３＜Ｖ１４＜Ｖ１２＜Ｖ１１とする。また、開口電極３１Ｂに印加する電圧をＶ２１とし、透明電極３２Ｂ・３３Ｂ・３３’Ｂ・３４Ｂ・３５Ｂに印加する電圧をＶ２２・Ｖ２３・Ｖ２３’・Ｖ２４・Ｖ２５としたとき、Ｖ２１＜Ｖ２２＜Ｖ２４＜Ｖ２３＜Ｖ２５＜Ｖ２３’とする。

電圧印加手段２７から配線２６を介して第１の電極２４に所定の基準電圧を印加するとともに、第２の電極２５の各電極に上記の電圧を印加すると、液晶層２３の電界分布の変化によって、液晶層２３の屈折率分布が変化し、液晶層２３を透過する光の位相が、図７（ａ）で示すように変化する。

ここで、光学素子１１が適用されている光学系において、例えば図７（ｂ）の一点鎖線Ａで示す波面収差（コマ収差）が発生している場合、光学素子１１にて破線Ｂで示す透過光の位相分布、すなわち、一点鎖線Ａとは逆位相の位相分布を得ることができれば、これらを相殺して実線Ｃで示す波面を得ることができる。破線Ｂの位相分布は、図７（ａ）で示す位相分布と同じであり、上記の電圧を各電極に印加することで得られる。

以上のように、本実施形態では、開口電極３１および透明電極３２・３３・３３’・３４を分割しているので、一方の群の開口電極３１Ａおよび透明電極３２Ａ・３３Ａ・３３’Ａ・３４Ａと、他方の群の開口電極３１Ｂおよび透明電極３２Ｂ・３３Ｂ・３３’Ｂ・３４Ｂとに、互いに逆位相の電圧を印加することが可能となる。これにより、図７（ｂ）の破線Ｂのように、コマ収差を打ち消すように液晶層２３を透過する光の位相を変化させることができ、コマ収差を良好に補正することが可能となる。

なお、各実施の形態で説明した構成を適宜組み合わせて光学素子１１や光ピックアップを構成することも勿論可能である。

本発明の光学素子は、凸レンズ、凹レンズ、回折格子、収差補正素子などとして用いることができ、光ピックアップに適用することができる。

（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る光学素子の概略の構成を示す平面図、その断面図、透過光の位相分布の一例を示す説明図である。（ｂ）は、各種の位相分布を示す説明図である。 上記光学素子を有する光ピックアップの概略の構成を示す説明図である。 上記光学素子を拡大して示す断面図である。 （ａ）ないし（ｃ）は、上記光学素子の主要部の製造工程を順に示す断面図である。 （ａ）は、上記光学素子の概略の構成を示す平面図、その断面図、透過光の位相分布の他の例を示す説明図である。（ｂ）は、各種の位相分布を示す説明図である。 上記光学素子の他の構成例を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る光学素子の概略の構成を示す平面図、その断面図、透過光の位相分布の一例を示す説明図である。（ｂ）は、各種の位相分布を示す説明図である。 上記光学素子を拡大して示す断面図である。

符号の説明

２３ 液晶層
２４ 第１の電極
２５ 第２の電極
２６ 配線
２７ 電圧印加手段
２９ 高抵抗膜
３１ 開口電極
３１ａ 開口部
３２ 透明電極
３２ａ 平板部
３２ｂ 連結部
３３ 透明電極
３３ａ 平板部
３３ｂ 連結部
３４ 透明電極
３４ａ 平板部
３４ｂ 連結部
３５ 透明電極
３５ａ 平板部
３５ｂ 連結部

Claims (8)

1. 液晶層の両側に配置される電極と、
   上記電極に配線を介して電圧を印加する電圧印加手段とを備えた光学素子であって、
   液晶層に対して一方の側の電極は、中央に開口部を有する開口電極と、上記開口電極と一部がオーバーラップするように位置する少なくとも１個の透明電極とからなり、
   上記透明電極は、上記開口部を埋めるように形成される高抵抗膜を介して、上記開口電極と接続されていることを特徴とする光学素子。
2. 上記透明電極は、上記開口電極と一部がオーバーラップする平板部と、上記平板部と上記高抵抗膜とを連結する連結部とを有していることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 上記透明電極は、複数設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
4. 全ての透明電極について、上記液晶層からより遠い平板部に対応する連結部は、上記液晶層により近い平板部に対応する連結部よりも、上記液晶層を透過する光の光路の内側に位置していることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
5. 複数の透明電極のうちで、上記液晶層から平板部が最も離れて位置する透明電極を除く残りの透明電極は、平板部および連結部ともに分割されており、
   上記開口電極は、上記残りの透明電極に対応して分割されていることを特徴とする請求項３または４に記載の光学素子。
6. 上記液晶層から平板部が最も離れて位置する透明電極の該平板部は、上記液晶層を透過する光の光路全面を覆うように形成されており、
   上記透明電極の連結部は、上記高抵抗膜において上記光路の中心位置に対応する部分と接していることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の光学素子。
7. 上記開口電極は、不透明であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光学素子。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の光学素子を備えていることを特徴とする光ピックアップ。

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