JP4436070B2

JP4436070B2 - 液晶光学素子及び光学装置

Info

Publication number: JP4436070B2
Application number: JP2003131899A
Authority: JP
Inventors: 信幸橋本; 慎也佐藤; 誠一大澤; 隆徳庄子
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP2004334031A

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】
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１２に示したように各透明電極間に抵抗素子Ｒ_１〜Ｒ_４等が接続され、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の各透明電極の実効電圧を示している。
【００１１】
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、その部分の電位は定まらないが、一般に基準電圧となる（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、実際には図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。
【００１２】
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。
【００１３】
そこで、本発明は、良好に波面収差（球面収差又はコマ収差等）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。
【００１４】
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。
【００１５】
【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の透明電極と、第２の透明電極と、第１及び第２の透明電極を相互に絶縁するための透明絶縁膜とを有し、第１の透明電極の一部分が前記透明絶縁膜の上に配置されていることを特徴とする。第１の透明電極を透明絶縁膜の上に配置することによって、第１及び第２の透明電極の間隔を縮め、電極間での光ビームの回折を防止すると共に実質的に収差補正を行える領域を拡大することができる構成とした。
【００１６】
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の透明電極を相互に絶縁するための透明絶縁膜とを有し、第１の透明電極の一部分が透明絶縁膜の上に配置されていることを特徴とする。第１の透明電極を透明絶縁膜の上に配置することによって、第１及び第２の透明電極間を縮め、電極間での光ビームの回折を防止すると共に実質的に収差補正を行える領域を拡大することができる構成とした。
【００１７】
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、第１の透明電極と前記第２の透明電極が、上下方向又は光ビームの入射方向に対して、所定の重なり部分を持って配置されていることが好ましい。重なり部分を有することにより、確実に光ビームの回折を防止することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、透明絶縁膜は、第２の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。
【００１９】
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、透明絶縁膜は、第２の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。
【００２０】
さらに、本発明に係る液晶光学素子又は光学装置では、透明絶縁膜は、第１の透明電極全体の下に設けられていることが好ましい。
【００２１】
【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。
【００２２】
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。
【００２３】
「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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
液晶光学素子７０は、後述する図３又は４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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
図３に、各透明電極と印加される電圧の関係を示す。図３（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Ｓは３μｍに設定されている（なお、便宜上、拡大して示している）。
【００３２】
図３（ａ）に示したように透明電極パターン３００の透明電極３１〜３５は、透明絶縁膜３０１〜３０４等によって電気的に相互に絶縁されているが、必ず透明絶縁膜の上に透明電極の一部が配置されるように構成されている。即ち、透明絶縁膜３０１の上には透明電極３１が、透明絶縁膜３０２の上には透明電極３３が、透明絶縁膜３０３の上には透明電極３３が、透明絶縁膜３０４の上には透明電極３５が配置されている。
【００３３】
なお、図示されてはいないが、透明電極３５と３６との間には透明絶縁膜３０５が、透明電極３６と３７との間には透明絶縁膜３０６が、透明電極３７と３８との間には透明絶縁膜３０７が、透明電極３８と３９との間には透明絶縁膜３０８がそれぞれ設けられており、透明電極３５と３６、透明電極３６と３７、透明電極３７と３８及び透明電極３８と３９との間を電気的に絶縁している。また、透明絶縁膜３０５の上には透明電極３５が、透明絶縁膜３０６の上には透明電極３７が、透明絶縁膜３０７の上には透明電極３７が、透明絶縁膜３０８の上には透明電極３９が、図３（ａ）と同様の順番で配置されている。
【００３４】
さらに、透明電極３１及び３９の間には、液晶光学素子制御回路６３により電圧が印加され、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が接続されている。なお図示されてはいないが、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が同様に接続されている。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。
【００３５】
図３（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。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように、従来透明電極間に存在した間隔Ｓ_１〜Ｓ_４には、透明絶縁膜を介して透明電極が存在するため、その部分の電圧は、そこに存在する透明電極の電位となる。即ち、従来透明電極間に存在した間隔Ｓ_１〜Ｓ_４等には、透明電極が存在するため、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１３（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。
【００３７】
さらに、図１３（ａ）に示すような透明電極間に間隔が存在する場合には、透明電極間の間隔Ｓ_１〜Ｓ_４等には、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に示すように透明絶縁膜を介して各透明電極が隙間無く配置されている場合には、従来透明電極間に存在した間隔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、図３に示すように透明絶縁膜を介して各透明電極が隙間無く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。
【００３８】
図４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。球面収差補正用の透明電極パターン３００を図４（ａ）に示す。図４（ａ）では、透明絶縁膜３０１〜３０８は省略している。図４（ａ）に示す９つの同心円状の透明電極３１〜３９には、前述した透明絶縁膜３０１〜３０８の作用によって、図４（ｂ）に示すような実効電圧２４が印加されている。図４（ａ）に示すような電極パターン３００の各透明電極３１〜３９に図４（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４（ｂ））が、図４（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。
【００３９】
なお、記録媒体４の基板中に発生する球面収差が図４（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４（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。
【００４０】
透明絶縁膜３０１〜３０８は、場合により不透明な膜で構成しても良い。その場合、液晶光学素子７０の光透過率は低減してしまい、しかも不透明な絶縁膜の影響により若干の回折光が生ずることとなる。しかしながら、この透明絶縁膜３０１〜３０８が形成される箇所は、元来正しい波面変調を受ける場所ではないので、この様に光遮断しても波面収差の特性上殆ど影響を受けることはなく、つまり液晶光学素子７０の一部分が光遮断された振幅型回折素子となるため、従来の透明な位相型回折素子７に比べて、回折の度合いを約半分以下に低減することができる。
【００４１】
図５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。
【００４２】
最初にガラス透明基板７１上に、第１ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜５００を成膜する（図５（ａ）参照）。ＩＴＯ膜５００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５００の透過率は８０％以上であることが好ましい。
【００４３】
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３２、３４、３６及び３８が形成されるようにパターンニングがなされる（図５（ｂ）参照）。
【００４４】
次に、第１ＩＴＯ膜によって形成された透明電極３２、３４、３６及び３８の上に、透明絶縁膜５１０が形成される（図５（ｃ）参照）。透明絶縁膜５１０は５００〜２０００Åの厚さに、スパッタリングによって成膜される。また、透明絶縁膜５１０の透過率は８０％以上であることが好ましい。さらに、透明絶縁膜５１０は、Ｔａ_２Ｏ_５から構成され、その抵抗率は１０^−１２Ωｃｍ程度が好ましい。なお、透明絶縁膜５１０として、Ｍｇ_２Ｏ_５，ＳｉＯ_２等を用いることもできる。
【００４５】
次に、ＳＦ_６によるドライエッチングによって、透明電極３２、３４、３６及び３８を絶縁膜マージン（ｍ１）を持って覆うようにパターンニングして、絶縁膜５２０及び５３０等を作成する（図５（ｄ）参照）。絶縁膜マージン（ｍ１）は、２〜５μｍであることが好ましい。また、エッチング用のガスは、第１ＩＴＯ膜によってパターンニングされた透明電極がダメージを受けないよなガスであれば、他のガスを利用することもできる。
【００４６】
次に、絶縁層５２０及び５３０等の上に、第２ＩＴＯ膜５４０を成膜する（図５（ｅ）参照）。第２ＩＴＯ膜５４０は、第１ＩＴＯ膜と同じ膜質及び成膜条件によることが好ましい。第１ＩＴＯ膜と第２ＩＴＯ膜の膜質（透過率及び膜厚等）が異なると、光ビームによる挙動が異なってしまうからである。
【００４７】
次に、第２ＩＴＯ膜５４０をＨＣｌ及びＦｅＣｌ_３によるウエットエッチングして、透明電極３１、３３、３５、３７及び３９を作成する（図５（ｆ）参照）。ここで、第２ＩＴＯ膜は、透明電極マージン（ｍ２）をもって、絶縁膜を覆うようにパターンニングされる。透明電極マージン（ｍ２）は、２〜５μｍであることが好ましい。ウエットエッチングにより、各透明電極は、透明電極マージン（ｍ２）を持って上下方向（光ビームの入射方向）に対して重なり合うこととなる。
【００４８】
最後に、ＳＦ_６によるドライエッチングによって、透明電極３２、３４、３６及び３８上の絶縁膜５２０及び５４０等をエッチングし、各透明電極間の絶縁膜３０１〜３０８を形成して、透明電極パターン３００を完成する（図５（ｇ）参照）。また、ドライエッチングにより、各透明絶縁膜３０１〜３０８も、透明絶縁膜マージン（ｍ３）を持って透明電極に乗り上げるように設けられることとなる。
【００４９】
図６に、他の球面収差補正用の透明導電パターン３１０を示す。
【００５０】
図６に示す透明導電パターン３１０は、図５に示す（ｆ）の状態を示している。図６に示すように、透明電極パターン３１０における各透明電極は、透明絶縁膜によって電気的に絶縁されていることから、図３〜５に示す透明電極パターン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。
【００５１】
しかしながら、透明電極３２、３４、３６及び３８の上には、透明絶縁膜５２０及び５３０等が配置されているので、透明電極３１、３３、３５、３７及び３９と、透明電極３２、３４、３６及び３８とが光ビームに対して同じ挙動をするように、透明絶縁膜は、より透過率が高いこと（９０％以上）が好ましい。しかしながら、透明絶縁膜５１０を成膜後、絶縁膜５２０及び５３０等に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。
【００５２】
図７に、他の球面収差補正用の透明導電パターン３２０を示す。
【００５３】
図７に示す透明導電パターン３２０は、図３及び５に示す透明電極パターン３００の変形例である。透明電極パターン３２０では、透明絶縁膜３０１を透明電極３１が覆い、透明絶縁膜３０２を透明電極３２が覆い、透明絶縁膜３０３を透明電極３３が覆い、透明絶縁膜３０４を透明電極３４が覆い、透明絶縁膜３０５を透明電極３５が覆い、透明絶縁膜３０６を透明電極３６が覆い、透明絶縁膜３０７を透明電極３７が覆い、透明絶縁膜３０８を透明電極３８が覆うように構成されている。
【００５４】
図８に、他の球面収差補正用の透明電極パターン３３０とその製造するための手順を示す。
【００５５】
最初にガラス透明基板７１上に、第１ＩＴＯ膜８００を成膜する（図８（ａ）参照）。ＩＴＯ膜８００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８００の透過率は８０％以上であることが好ましい。
【００５６】
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３２、３４、３６及び３８が形成されるようにパターンニングがなされる（図８（ｂ）参照）。
【００５７】
次に、第１ＩＴＯ膜によって形成された透明電極３２、３４、３６及び３８の上に、透明絶縁膜８１０が形成される（図８（ｃ）参照）。透明絶縁膜８１０は５００〜２０００Åの厚さに、スパッタリングによって成膜される。また、透明絶縁膜８１０の透過率は８０％以上であることが好ましい。さらに、透明絶縁膜８１０は、Ｔａ_２Ｏ_５から構成されることが好ましい。
【００５８】
次に、透明絶縁層８１０の上に、第２ＩＴＯ膜８２０を成膜する（図ｄ（ｄ）参照）。第２ＩＴＯ膜８２０は、第１ＩＴＯ膜と同じ膜質及び成膜条件によることが好ましい。
【００５９】
次に、第２ＩＴＯ膜８２０をＨＣｌ及びＦｅＣｌ_３によるウエットエッチングして、透明電極３１、３３、３５、３７及び３９を作成する（図８（ｅ）参照）。ここで、第２ＩＴＯ膜は、透明電極マージン（ｍ２）をもって、絶縁膜を覆うようにパターンニングされる。透明電極マージン（ｍ２）は、２〜５μｍであることが好ましい。また、ウエットエッチングにより、各透明電極は、透明電極マージン（ｍ２）を持って上下方向（光ビームの入射方向）に対して重なり合うこととなる。
【００６０】
最後に、ＳＦ_６によるドライエッチングによって、透明電極３２、３４、３６及び３８上の絶縁膜８１０をエッチングし、球面収差補正用の透明電極パターン３３０を完成する（図８（ｆ）参照）。また、ドライエッチングにより、各透明絶縁膜８３０、８４０及び８５０等も、透明絶縁膜マージン（ｍ３）を持って透明電極に乗り上げるように設けられることとなる。
【００６１】
図８に示すように、透明電極パターン３３０における各透明電極は、透明絶縁膜によって電気的に絶縁されていることから、図３〜５に示す透明電極パターン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。
【００６２】
しかしながら、透明電極３１、３３、３５、３７及び３９の下には、透明絶縁膜８３０、８４０及び８５０等が配置されているので、透明電極３１、３３、３５、３７及び３９と、透明電極３２、３４、３６及び３８が光ビームに対して同じ挙動をするように、透明絶縁膜は、より透過率が高いこと（９０％以上）が好ましい。
【００６３】
図９に、他の球面収差補正用の透明導電パターン３４０を示す。
【００６４】
図９に示す透明導電パターン３４０は、図８に示す（ｅ）の状態を示している。図９に示すように、透明電極パターン３４０における各透明電極は、透明絶縁膜によって電気的に絶縁されていることから、図３〜５に示す透明電極パターン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。
【００６５】
また、透明電極３２、３４、３６及び３８の上と、透明電極３１、３３、３５、３７及び３９の下には、同じ透明絶縁膜８１０は配置されていることから、全ての透明電極３１〜３９は、光ビームに対して同じ挙動示すことができる。さらに、透明絶縁膜８１０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。しかしながら、光ビームの光量を有効に活用する観点から、透明絶縁膜８１０は、より透過率が高いこと（９０％以上）が好ましい。
【００６６】
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。
【００６７】
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７０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Ｖ１（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。
【００６８】
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。
【００６９】
また、透明電極４３の周囲には透明電極４１との間を絶縁するための透明絶縁膜４０１、透明電極４４の周囲には透明電極４１との間を絶縁するための透明絶縁膜４０２、透明電極４２の周囲には透明電極４１との間を絶縁するための透明絶縁膜４０３、及び透明電極４２の周囲には透明電極４１との間を絶縁するための透明絶縁膜４０４が設けられている。透明絶縁膜４０１〜４０４は、前述した図３に示す透明絶縁膜３０１〜３０８にように、各透明電極４１〜４５との間を相互に絶縁するために設けられている（図中点線で示す）。
【００７０】
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、透明絶縁膜４０１〜４０４が、各透明電極４１〜４５を相互に絶縁するように設けられている。
【００７１】
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Ｖ１）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。
【００７２】
図１１（ｃ）は、各透明電極４１〜４５間に透明絶縁膜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間に透明絶縁膜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。
【００７３】
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５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６〜９にて説明した方法によって製造することもできる。
【００７４】
【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、波面補正のための各透明電極を透明絶縁膜で絶縁し、透明電極の一部分を透明絶縁膜の上に配置して、相互の間隔を縮めたので、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を劣化を防止することが可能となった。
【００７５】
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、波面収差補正のための各透明電極を透明絶縁膜で絶縁し、透明電極の一部分を透明絶縁膜の上に配置して、相互の間隔を縮めたので、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。
【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】（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４】（ａ）は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５】（ａ）〜（ｇ）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６】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】（ａ）〜（ｆ）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他の例の製造手順を示す図である。
【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】（ａ）は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し、（ｂ）は発生する球面収差の例を示す図である。
【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
３１〜３９…透明電極
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、３４０…球面収差補正用の透明電極パターン
３０１〜３０８、５２０、５３０、８１０、８３０、８４０、８５０…透明絶縁膜

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の透明電極を相互に絶縁するための透明絶縁膜と、を有し、
前記第２の透明電極の上に前記透明絶縁膜が配置され、
前記第２の透明電極上に配置された前記透明絶縁膜の上に前記第１の透明電極が配置され、
前記第１の透明電極が配置されているところ以外の前記第２の透明電極の上部から、前記透明絶縁膜が取り除かれている、
ことを特徴とする液晶光学素子。
前記波面収差補正用の電極パターンは、球面収差補正用の電極パターンである請求項１に記載の液晶光学素子。
前記波面収差補正用の電極パターンは、コマ収差補正用の電極パターンである請求項１に記載の液晶光学素子。
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極が上下方向に所定の重なり部分を持って配置されている請求項１〜３の何れか一項に記載の液晶光学素子。
前記透明絶縁膜は、前記第２の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１〜４の何れか一項に記載の液晶光学素子。
前記透明絶縁膜は、前記第２の透明電極全体を覆うように設けられている請求項１〜４の何れか一項に記載の液晶光学素子。
前記透明絶縁膜は、前記第１の透明電極全体の下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。
前記透明絶縁膜は、前記第２の透明電極全体を覆うように設けられている請求項７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、
複数の透明電極と、
前記複数の透明電極を相互に絶縁するための透明絶縁膜と、を有し、
前記複数の透明電極の一部分が前記透明絶縁膜上に配置され、前記複数の透明電極の他の一部分が前記透明絶縁膜の下に配置されることによって、前記複数の透明電極は上下方向に所定の重なり部分を持って配置されている、
ことを特徴とする液晶光学素子。
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の透明電極を相互に絶縁するための透明絶縁膜と、を有し、
前記第２の透明電極の上に前記透明絶縁膜が配置され、
前記第２の透明電極上に配置された前記透明絶縁膜の上に前記第１の透明電極が配置され、
前記第１の透明電極が配置されているところ以外の前記第２の透明電極の上部から、前記透明絶縁膜が取り除かれている、
ことを特徴とする光学装置。
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、
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を相互に絶縁するための透明絶縁膜と、を有し、
前記複数の透明電極の一部分が前記透明絶縁膜上に配置され、前記複数の透明電極の他の一部分が前記透明絶縁膜の下に配置されることによって、前記複数の透明電極は上下方向に所定の重なり部分を持って配置されている、
ことを特徴とする光学装置。