JP5078702B2 - 液晶光学素子及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶光学素子及び光ピックアップ装置に関し、特に共通の対物レンズを利用して複数種類の光記録媒体または多層の記録層を有する光記録媒体を利用するための液晶光学素子及びそのような液晶光学素子を有する光ピックアップ装置に関する。

共通の対物レンズを用いて、ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイ・ディスク等のように保護層の厚さが異なる光記録媒体、または多層の記録面を有する光記録媒体からの情報の再生、記録、消去を行うために、焦点距離を可変することができる所謂液晶レンズへの要望が高まっている。これは、従来のデジタルカメラ等で用いられる光学式倍率可変機構では、レンズを移動させるメカニカル機構が必須であって、そのためのスペースとコストが必要であるのに対し、液晶レンズでは可動部品が必要ないため、小スペースで且つ低コストで倍率可変機構を提供することが可能であるからである。

そこで、液晶型の分割空間光変調素子が有する同心円状に配置された複数の帯状パターンを有する透明電極を用いて、光ビームの波面形状の球面成分の曲率半径を変更することが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここでは、透過波面が、同心円状に配置された複数の帯状パターンにより、階段状の位相変調を受けることにより、分割空間光変調素子を通過する透過波面が１次回折光を発生する。また、分割空間光変調素子を通過する透過波面が１次回折光を発生するためには、λ／２程度の位相量差を有する階段状の位相変調を受ける必要がある。

したがって、特許文献１に記載の分割空間光変調素子を利用すれば、対物レンズの焦点位置を実質的に変化させることができるので、共通する対物レンズを用いて、複数の光記録媒体や、多層の記録面を有する光記録媒体に対応することが可能となった。

特開２００６−３３８８４０号公報（第２図）

しかしながら、同心円状に配置された複数の帯状パターンを有する透明電極を用いても、有効光束の範囲内全てにおいて、λ／２程度の位相量差を有する階段状の位相変調を与えることを困難であった。

図９は、透明電極の回折パターンと位相差分布との関係を示す図である。

図９（ａ）は複数の同心円状に配置された帯状パターンからなる回折パターンを有する透明電極３５の一例を示す図である。また、矢印Ｃは、図９（ａ）に示す透明電極３５を有する液晶パネルにおける液晶層の配向方向を示している。

図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す透明電極３５上に形成された回折パターンと対向電極との間に、一律に所定の電位差を生じさせるようにした場合に、図９（ａ）のＯＡ方向に発生する位相差分布を示した図である。また、図９（ｃ）は、図９（ａ）に示す透明電極３５上に形成された回折パターンと対向電極との間に、一律に所定の電位差を生じさせるようにした場合に、図９（ａ）のＯＢ方向に発生する位相差分布を示した図である。

図９（ｂ）に示す様に、配向方向Ｃと略直交するＯＡ方向の位相差分布では、中心部の位相量差φＡ０と、周辺部の位相量差φＡ１とが異なる。また、図９（ｃ）に示す様に、配向方向Ｃと略平行なＯＢ方向の位相差分布では、中心部の位相量差ψＢ０と、周辺部の位相量差ψＢ１とが異なる。さらに、φＡ０＜φＢ０、φＡ１＜φＢ１の関係もある。

このように、同心円状に配置された複数の帯状パターンと対向電極との間に、一律に所定の電位差を生じさせるように構成しても、透明電極３５全体において、同じ位相量差を有する位相差分布を発生させることができない。

図１０は、透明電極の各領域における液晶分子の挙動を説明するための図である。

実際には、帯状パターンは、周辺部に行くほど、徐々にその幅及び間隔が狭くなっていくが、図中では、説明の便宜上同じ幅の帯状パターンが同じ間隔で複数並んでいる例を用いている。また、図１０に示す液晶パネル３０は、第１の透明基板３１上にベタの透明対向電極３２が配置され、第２の透明基板３６上に同心円状に複数配置された帯状パターンを有する透明電極３５が配置され、透明対向電極３２と透明電極３５との間に液晶層３７が挟持されているものとする。

図１０（ａ）は、図９（ａ）に示す透明電極３５を有する液晶パネル３０において、ＯＢ方向における同心円状に配置された複数の帯状パターンの中心部の断面における液晶分子の挙動を説明するための図である。図１０（ａ）では、配向方向Ｃと略平行する方向に帯状のパターンが形成されている。ここで、透明電極３５と透明対向電極３２との間に所定の電位差を発生させると、図１０（ａ）に示す液晶分子３７ａ、３７ｂ及び３７ｃの様に、配向方向Ｃに沿って並んだ長針状の液晶分子が徐々に立ち上がるような挙動を示す。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に対応した位相差分布９１を示している。位相差分布９１における位相量差はφＢ０である。

図１０（ｃ）は、図９（ａ）に示す透明電極３５を有する液晶パネル３０において、ＯＢ方向における同心円状に配置された複数の帯状パターンの周辺部の断面における液晶分子の挙動を説明するための図である。図１０（ｃ）では、配向方向Ｃと略平行する方向に帯状のパターンが形成されている。ここで、透明電極３５と透明対向電極３２との間に図１０（ａ）の場合と同様の所定の電位差を発生させると、図１０（ｃ）に示す液晶分子３７ｄ、３７ｅ及び３７ｆの様に、配向方向Ｃに沿って並んだ長針状の液晶分子が徐々に立ち上がるような挙動を示す。

図１０（ｄ）は、図１０（ｃ）に対応した位相差分布９２を示している。位相差分布９２における位相量差はφＢ１である。周辺部では、中心部（図１０（ａ）参照）と比較して、帯状パターンのピッチが狭くなることから、帯状パターン間で充分に位相量が落ちない部分が生じる。そこで、位相差分布９２に示すように、位相差分布９１と比べて位相差量が小さい分布が生じることとなる。

図１０（ｅ）は、図９（ａ）に示す透明電極３５を有する液晶パネル３０において、ＯＡ方向における同心円状に配置された複数の帯状パターンの中心部の断面における液晶分子の挙動を説明するための図である。図１０（ｅ）では、配向方向Ｃと略直交する方向に帯状のパターンが形成されている。ここで、透明電極３５と透明対向電極３２との間に図１０（ａ）の場合と同様の所定の電位差を発生させると、図１０（ｅ）に示す液晶分子３７ｇ、３７ｈ、３７ｉ及び３７ｊの様に、配向方向Ｃに沿って並んだ長針状の液晶分子が徐々に立ち上がるような挙動を示す。

図１０（ｆ）は、図１０（ｅ）に対応した位相差分布９３を示している。位相差分布９３における位相量差はφＡ０である。この領域では、帯状パターンのピッチは図１０（ａ）と同じであるが、長針状の液晶分子の向きが異なることから、帯状パターン間で横電界の影響を受けてしまう為、パターン間で充分に位相量が落ちない部分が生じる。したがって、位相差分布９３に示すように、位相差分布９１と比べて位相量差が小さい分布が生じることとなる。しかしながら、この領域では、ピッチが狭い図１０（ｃ）に示す領域よりは、帯状パターン間の液晶分子の影響が小さいため、位相差分布９２と比較すると位相量差は大きい。

図１０（ｇ）は、図９（ａ）に示す透明電極３５を有する液晶パネル３０において、ＯＡ方向における同心円状に配置された複数の帯状パターンの周辺部の断面における液晶分子の挙動を説明するための図である。図１０（ｇ）では、配向方向Ｃと略直交する方向に帯状のパターンが形成されている。ここで、透明電極３５と透明対向電極３２との間に図１０（ａ）の場合と同様の所定の電位差を発生させると、図１０（ｇ）に示す液晶分子３７ｋ、３７ｌ及び３７ｍの様に、配向方向Ｃに沿って並んだ長針状の液晶分子が徐々に立ち上がるような挙動を示す。

図１０（ｈ）は、図１０（ｇ）に対応した位相差分布９４を示している。位相差分布９４における位相量差はφＡ１である。周辺部では、中心部（図１０（ｅ）参照）と比較して、帯状パターンのピッチが狭くなることから、帯状パターン間で充分に位相量が落ちない部分が生じる。そこで、位相差分布９４に示すように、位相差分布９３と比べて、位相差量が小さい分布が生じることとなる。なお、図１０（ｇ）における領域では、帯状のパターンと略垂直に液晶分子が並んでいること及び帯状パターンのピッチが狭いことから、前述した３つの領域（図１０（ａ）、図１０（ｃ）及び図１０（ｅ））と比較しても、最も位相量差が小さくなる。

図１０（ａ）〜図１０（ｈ）に示す様に、透明電極３５と透明対向電極３２間に同じ電位差が生じるようにすると、各領域において、異なった位相差分布が生じてしまうので、有効光束の範囲内全てにおいて、λ／２程度の位相量差を有する階段状の位相変調を与えることができなかった。

図１１は、図９（ａ）に示すような透明電極を有する液晶パネルを用いた場合の回折状態を説明するための図である。

図１１（ａ）は液晶パネル３０によって回折された１次光を示し、図１１（ｂ）は液晶パネル３０による０次光を示している。図９（ａ）に示すような透明電極を有する液晶パネル３０を、回折素子として機能させた場合には、本来は、全ての透過光を回折光として出射し、対物レンズ１６によって高密度光記録媒体６０の所定の位置に集光されるように設定されている。

しかしながら、図１０で説明したように、有効光束の範囲内全てにおいて、λ／２程度の位相量差を有する階段状の位相変調を与えることができないことから、例えば、透明電極３５の周囲部（図１０（ｃ）又は図１０（ｇ）の領域）を通過する光は、完全には回折されず、図１１（ｂ）に示す様に０次光３が発生してしまう。また、透明電極３５の中心部（図１０（ａ）又は図１０（ｅ）の領域）を通過する光は、ほぼ１００％回折されて１次回折光１として出射されたとしても（図１１（ａ）参照）、透明電極３５の周辺部を通過する光は、１次光２と０次光３とに分かれて出射することとなる（図１１（ａ）及び（ｂ）参照）。

０次光３は、本来予定していたものでは無いので、高密度光記録媒体６０の所定の位置に集光されず、その分の光の利用効率が低下してしまうという不具合があった。

そこで、本発明は、上記の問題点を解決することを目的とした液晶光学素子及び光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、対物レンズの焦点位置を実質的に変化させることができる回折素子として確実に機能す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ことを目的とする。

さらに、本発明は、複数波長の光ビームの利用に伴って、回折素子及び非回折素子として、切り替えて利用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、一対の透明基板の間に挟持された液晶層、前記一対の透明基板の一方の透明基板上に配置され且つ同心円状に配置された帯状パターンを含む回折パターンを有する透明電極、及び前記一対の透明基板の他方の透明基板上に配置された透明対向電極を有する液晶パネルと、前記透明電極と前記透明対向電極との間に電位差を発生させることによって前記液晶層に位相差分布を発生させて、透過する光ビームを回折する回折素子として前記液晶パネルを機能させる駆動部を有し、前記駆動部は、前記回折パターンを複数の領域に分割又は前記透明対向電極を複数の領域に分割して、領域毎に前記透明対向電極との間に発生する電位差を調整することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本願に係る光ピックアップ装置は、光ビームを出射する光源と、一対の透明基板の間に挟持された液晶層、前記一対の透明基板の一方の透明基板上に配置され且つ同心円状に配置された帯状パターンを含む回折パターンを有する透明電極、及び前記一対の透明基板の他方の透明基板上に配置された透明対向電極を有する液晶パネルと、前記透明電極と前記透明対向電極との間に電位差を発生させることによって前記液晶層に位相差分布を発生させて、透過する前記光ビームを回折する回折素子として前記液晶パネルを機能させる駆動部を有し、前記駆動部は、前記回折パターンを複数の領域に分割又は前記透明対向電極を複数の領域に分割して、領域毎に前記透明対向電極との間に発生する電位差を調整することを特徴とする。

さらに、上記課題を解決するために、本願に係る光ピックアップ装置は、光ビームを出射する光源と、一対の透明基板の間に挟持された液晶層、前記一対の透明基板の一方の透明基板上に配置され且つ同心円状に配置された帯状パターンを含む回折パターンを有する透明電極、及び前記一対の透明基板の他方の透明基板上に配置された透明対向電極を有する液晶パネルと、前記透明電極と前記透明対向電極との間に電位差を発生させることによって前記液晶層に位相差分布を発生させて、透過する前記光ビームを回折する回折素子として前記液晶パネルを機能させる駆動部と、第１光記録媒体を利用する場合には、前記駆動部が前記液晶パネルに位相差分布を発生させて透過する前記光ビームを回折する回折素子として前記液晶層を機能させ、第２光記録媒体を利用する場合には、前記駆動部が前記液晶層を非回折素子として機能させるように切替える切替部とを有し、前記駆動部は、回折パターンを複数の領域に分割又は前記透明対向電極を複数の領域に分割して、領域毎に前記透明対向電極との間に発生する電位差を調整することを特徴とする。

本発明によれば、液晶パネルを対物レンズの焦点位置を実質的に変化させることができる回折素子として適切に動作させることが可能となった。

また、本発明によれば、光の利用効率が良好な液晶光学素子及び光ピックアップ装置を提供することが可能となった。

さらに、本発明によれば、液晶パネルを、高密度光記録媒体を利用する場合には非回折素子として、またＣＤ又はＤＶＤを利用する場合には回折格子として切り替えて利用することが可能となった。

以下図面を参照して、本発明に係る液晶光学素子及び光ピックアップ装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

図１は、本発明に係る光ピックアップ装置の概略構成を示す図である。

図１では、ＣＤ又はＤＶＤ等の低又は中密度光記録媒体６０からの再生を行う場合を示している。その場合、光ピックアップ装置１０において、半導体レーザである光源１１から出射された４０５ｎｍ波長のレーザ光は、コリメートレンズ１２によって略平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ１４を透過して液晶パネル３０に入射する。

ここで、液晶パネル３０は、後述するように、同心円状に配置された複数の帯状パターンを含む回折パターン有する透明電極と透明対向電極との間に、液晶駆動部４０によって所定の電位差を発生させることによって、略λ／２の位相量差を有する位相差分布が発生し、入射ビームをほぼ全て１次回折光として出射する回折素子として機能するように切替制御されている。

液晶パネル３０を出射した回折光ビームは、λ／４板１５に入射する。λ／４板１５で直線偏光から円偏光に変換された回折光ビーム（往路光）は、対物レンズ１６によってＣＤ又はＤＶＤ６０（この場合はＤＶＤ）上に集光される。この時、対物レンズ１６は、回折光を基板厚１．２ｍｍのＤＶＤ６０に適合するように集光する。即ち、液晶パネル３０は、この時、対物レンズの焦点位置を実質的に変化させることができる液晶レンズとして機能している。

ＣＤ又はＤＶＤ６０からの反射光は対物レンズ１６を再度通過し、λ／４板１５を通過して、円偏光から往路光に対して偏光方向が直交した直線偏光に変換される。λ／４板１５から出射した光ビームは、偏光ビームスプリッタ１４で反射され、集光レンズ５１によって光検出器５０上へ集光される。

光検出器５０は、受光した光に基づくＦＥ（フォーカスエラー）信号、ＴＥ（トラックエラー）信号、及びＲＦ信号を出力する。不図示の制御機構では、光検出器５０から出力されたＦＥ信号及びＴＥ信号を用いて駆動機構１７を制御し、対物レンズ１６のフォーカシング及びトラッキングを行い、ＣＤ又はＤＶＤ６０上の所定の位置を対物レンズ１６による集光スポットが常に追従するように制御する。また、不図示の制御機構では、光検出器５０から出力されたＲＦ信号に基づいて、ＣＤ又はＤＶＤ６０に記録された情報の再生を行う。

なお、ＣＤ又はＤＶＤ６０への情報の書き込みを行う場合には、光源１１からの光ビームの出射を記録情報に応じて変調し、光検出器５０から出力されたＦＥ信号及びＴＥ信号を用いて対物レンズ１６のトラッキング及びフォーカシングを行いながら、書き込み可能なＣＤ又はＤＶＤ６０の色素等をレーザ光の熱作用によりを分解、変形又は変質させることによって、情報の書き込みを行う。

図１に示す光ピックアップ装置１０において、ブルーレイ・ディスク等の高密度光記録媒体（不図示）からの情報の再生を行う場合には、半導体レーザである光源１１から出射された４０５ｎｍ波長のレーザ光を、コリメートレンズ１２よって略平行光に変換し、偏光ビームスプリッタ１４を透過させて、液晶パネル３０に入射させる。

ここで、液晶パネル３０は、後述するように、液晶駆動部４０によって非回折素子として機能するように切替制御されている。したがって、液晶パネル３０に入射した光ビームはそのまま液晶パネル３０を通過して、λ／４板１５に入射する。λ／４板１５で直線偏光から円偏光に変換された光ビーム（往路光）は、対物レンズ１６によって不図示の高密度記録媒体上に集光される。

高密度記録媒体から反射した光ビームは対物レンズ１６を再度通過し、λ／４板１５を通過して、円偏光から往路光に対して偏光方向が直交した直線偏光に変換される。λ／４板１５から出射した光ビームは、偏光ビームスプリッタ１４で反射され、集光レンズ５１によって光検出器５０上へ集光される。

光検出器５０は、受光した光に基づいてＦＥ信号、ＴＥ信号、及びＲＦ信号を出力する。不図示の制御機構では、光検出器５０から出力されたＦＥ信号及びＴＥ信号を用いて駆動機構１７を制御し、対物レンズ１６のフォーカシング及びトラッキングを行い、高密度記録媒体上の所定の位置を対物レンズ１６による集光スポットが常に追従するように制御する。また、不図示の制御機構では、光検出器５０から出力されたＲＦ信号に基づいて、高密度記録媒体に記録された情報の再生を行う。

なお、高密度記録媒体への情報の書き込みを行う場合には、光源１１からの光ビームの出射を記録情報に応じて変調し、光検出器５０から出力されたＦＥ信号及びＴＥ信号を用いて対物レンズ１６のトラッキング及びフォーカシングを行いながら、書き込み可能な高密度記録媒体の色素等をレーザ光の熱作用によりを分解、変形又は変質させることによって、情報の書き込みを行う。

図２は、液晶パネルの駆動方法を説明するための図である。

液晶パネル３０は、電源部７０及びＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成される制御部７１と接続され、ＩＣ等によって構成された液晶駆動部４０によって駆動される。液晶駆動部４０は、制御部７１からの制御信号に基づいて、液晶パネル３０の光量調整や、記録媒体に応じた切替制御（高密度記録媒体６０用と、ＣＤ又はＤＶＤ用）、ＯＮ／ＯＦＦ制御等を行う。なお、本願では、液晶パネル３０と液晶駆動部４０を合わせたものを液晶光学素子４５と称する。
図３は、液晶パネル３０の概略断面図である。

液晶パネル３０は、第１透明基板３１、第２透明基板３６、シール部材３９、第１及び第２透明基板３１及び３６の間隔を保持するために複数配置されたスペーサ３８、第１及び第２透明基板３１及び３６とシール部材３９間に封入された液晶層３７等を有している。また、第１透明基板３１上には透明対向電極（ベタ電極）３２及び第１配向膜３３が形成され、第２透明基板３６上には透明電極１００及び第２配向膜３４が形成されている。なお、説明のために、縮尺が実際と異なる場合がある点に留意されたい。液晶層３７には、ホモジニアス配向又はホメオトロピック配向処理がされたネマティック液晶等が用いられる。

第１及び第２透明基板３１及び３６は、可撓性であって、厚さ１００μｍのポリカーボネイト樹脂によって形成されている。しかしながら、第１及び第２透明基板３１及び３６は、透明ガラス基板、変性アクリル樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ノルボルテン樹脂等であっても良く、また厚さも５０μｍ〜２５０μｍとすることができる。

透明対向電極３２及び透明電極１００は、第１及び第２透明基板３１及び３６上に、それぞれスパッタリング法によって厚さ約０．０３μｍのＩＴＯから構成された透明導電膜を蒸着して形成され、その後エッチングによって不要な部分を除去されている。

図４は、透明電極の一例を示す図である。

図４（ａ）は、透明電極１００に形成された回折パターンの一例を示す図である。回折パターンは、複数の同心円状に配置された帯状パターンが、それぞれ４分割された構成を有している。中心部は、円形が４分割された電極１００ａ〜１００ｄから構成され、第１の帯状パターンは４分割された電極１００ｅ〜１００ｈから構成され、第２の帯状パターンは４分割された電極１００ｉ〜１００ｌから構成され、第３の帯状パターンは４分割された電極１００ｍ〜１００ｐから構成されている。帯状パターンは、周辺部に行くに従って、徐々に帯状パターンの幅及びパターン間の間隔が狭くなるように形成されている。なお、図４（ａ）に示す回折パターンは一例であって、帯状パターンの本数や、幅及び間隔は、通過する光ビームの波面形状の球面成分の曲率半径が所望の値となる様に利用するシステムに合わせて最適なものを選択することが可能である。

なお、液晶パネル３０の透明対向電極３２は一様なベタ電極である。

図４（ｂ）は、透明電極１００に形成された回折パターンにおける複数の領域を示している。第１領域１０１は、回折パターンの中心部側であって、液晶層３７の配向方向Ｃと帯状パターンとが略平行する方向の領域である。第１領域１０１には、電極１００ａ、１００ｃ、１００ｅ及び１００ｇが含まれる。第２領域１０２は、回折パターンの中心部側であって、液晶層３７の配向方向Ｃと帯状パターンとが略直交な領域である。第２領域１０２には、電極１００ｂ、１００ｄ、１００ｆ及び１００ｈが含まれる。第３領域１０３は、回折パターンの周辺部側であって、液晶層３７の配向方向Ｃと帯状パターンとが略平行する方向の領域である。第３領域１０３には、電極１００ｉ、１００ｋ、１００ｍ及び１００ｏが含まれる。第４領域１０４は、回折パターンの周辺部側であって、液晶層３７の配向方向Ｃと帯状パターンとが略直交な領域である。第４領域１０４には、電極１００ｊ、１００ｎ、１００ｌ及び１００ｐが含まれる。

図５は、透明電極の回折パターンと位相差分布の関係を示す図である。

図５（ａ）は図４（ａ）に示す回折パターンを示し、矢印Ｃは、液晶パネル３０における液晶層３７の配向方向を示している。図５（ｂ）は図５（ａ）に示す回折パターンのＯＡ方向に発生する位相差分布を示し、図５（ｃ）は図５（ａ）に示す回折パターンのＯＢ方向に発生する位相差分布を示している。

ここで、第１領域１０１は、回折パターンの中心部側で帯状パターンのピッチが比較的広く且つ帯状パターンが液晶層３７の配向方向と略平行する方向にあることから、図１０（ａ）の領域に対応している。第２領域１０２は、回折パターンの中心部側で帯状パターンのピッチが比較的広く且つ帯状パターンが液晶層３７の配向方向と略直交にあることから、図１０（ｅ）の領域に対応している。第３領域１０３は、回折パターンの周辺部側で帯状パターンのピッチが比較的狭く且つ帯状パターンが液晶層３７の配向方向と略平行する方向にあることから、図１０（ｃ）の領域に対応している。第４領域１０４は、回折パターンの周辺部側で帯状パターンのピッチが比較的狭く且つ帯状パターンが液晶層３７の配向方向と略直交にあることから、図１０（ｇ）の領域に対応している。

したがって、各領域と透明対向電極との間に一律の電位差が生じるようにしてしまうと、図９（ｂ）及び（ｃ）に示すように、回折パターン全体で所定の位相量差を得ることができない。

そこで、本発明では、液晶駆動部４０が、第１領域１０１と透明対向電極３２との間に電位差Ｖ１、第２領域１０２と透明対向電極３２との間に電位差Ｖ２、第３領域１０３と透明対向電極３２との間に電位差Ｖ３、第４領域１０４と透明対向電極３２との間に電位差Ｖ４が発生するように、各電極１００ａ〜１００ｐと透明対向電極３２に所定の電圧を印加している。

同じ電圧を印加した場合に大きい位相量差が発生しない順序は、図９において説明したように、第４領域が最も位相量差φＡ１が発生せず、以下第３領域、第２領域となり、第１領域が最も位相量差φＢ０が発生し易い。電位差と発生する位相量差は比例する関係にあるので、発生させる電位差を調整することによって、全ての領域において、ほぼλ／２の位相量差を得るようにすることができる。例えば、各領域において、Ｖ４＞Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１と言う様に電位差を調整すれば良い。

そのように、電位差を調整することによって、図５（ｂ）及び（ｃ）に示す様に、ＯＡ方向及びＯＢ方向において、中心部であっても周辺部であっても略λ／２の位相量差を発生させることが可能となった。この様に、図４（ａ）に示すような回折パターンを有する透明電極１００を有する液晶パネル３０を用い、液晶駆動部４０によって図４（ｂ）に示す領域毎に発生する電位差を調整することによって、有効光束の範囲内全てにおいて、略λ／２程度の位相量差を有する階段状の位相変調を与えることが可能となった。

したがって、対物レンズの焦点位置を実質的に変化させて共通する対物レンズを利用する上で、図１１（ｂ）に示す様に、回折パターンを通過する一部の光ビームが適切に回折されずに有効利用できなくなることを防止でき、光を有効利用することができようになった。

図６は、透明電極１００の他の利用方法を説明するための図である。

図６（ａ）は、図４（ａ）に示したものと同様の回折パターンを有する透明電極１００である。図６（ｂ）は、図４（ｂ）に対応するものであって、別の領域分割の例を示した図である。図６において、矢印Ｃは液晶層３７の配向方向を示している。

図６（ｂ）の例では、第５領域１０５及び第６領域１０６の２つの領域のみに領域を分割した例を示している。図４（ｂ）及び図９では、液晶層３７の配向方向と帯状パターンの向きとの関係、及び帯状パターンのピッチという２種類のパラメータに着目して、回折パターンを４つの領域に分割した。しかしながら、利用する回折パターンに含まれる帯状パターンのピッチの変化が緩やかで、ピッチの差による位相量差の発生度合いが実質的に問題とならないようなシステムでは、液晶層３７の配向方向と帯状パターンの向きのみに着目し、２つの領域にのみ分割して、液晶駆動部４０が、電位差を調整することができる。

なお、第５領域１０５には、電極１００ａ、１００ｃ、１００ｅ、１００ｇ、１００ｉ、１００ｋ、１００ｍ及び１００ｏが含まれる。また、第６領域１０６には、電極１００ｂ、１００ｄ、１００ｆ、１００ｈ、１００ｊ、１００ｌ、１００ｎ及び１００ｐが含まれる。

液晶駆動部４０は、第５領域１０５と透明対向電極３２との間に電位差Ｖ５、第６領域１０６と透明対向電極３２との間に電位差Ｖ６が発生するように、各電極１００ａ〜１００ｐと透明対向電極３２に所定の電圧を印加する。なお、各電位差は、Ｖ６（＝Ｖ２）＞Ｖ５(＝Ｖ１)の関係を有している。

図６（ａ）に示すような回折パターンを有する透明電極１００を有する液晶パネル３０を用い、液晶駆動部４０によって図６（ｂ）に示す領域毎に発生する電位差を調整することによって、簡易的に有効光束の範囲内全てにおいて、略λ／２程度の位相量差を有する階段状の位相変調を与えることが可能となった。したがって、対物レンズの焦点位置を実質的に変化させて共通する対物レンズを利用する上で、図１１（ｂ）に示す様に、回折パターンを通過する一部の光ビームが適切に回折されずに有効利用できなくなることを防止でき、光を有効利用することができようになった。

図７は、他の透明電極を説明するための図である。

図７（ａ）は、他の回折パターンを有する透明電極２００を示している。透明電極２００は、透明電極１００の代りに液晶パネル３０に用いることができる。透明電極２００では、中心部に配置された円形電極２００ａ、第１の帯状パターン２００ｂ、第２の帯状パターン２００ｃ及び第３の帯状パターン２００ｄからなる回折パターンを有している。帯状パターンは、周辺部に行くに従って、徐々に帯状パターンの幅及びパターン間の間隔が狭くなるように形成されている。なお、図７（ａ）に示す回折パターンは一例であって、帯状パターンの本数や、幅及び間隔は、通過する光ビームの波面形状の球面成分の曲率半径が所望の値となる様にシステムに合わせて最適なものを選択することが可能である。

図７（ｂ）は、図４（ｂ）に対応するものであって、別の領域分割の例を示した図である。図７において、矢印Ｃは液晶層３７の配向方向を示している。

図７（ｂ）の例では、第７領域２０１及び第８領域２０２の２つの領域のみに領域を分割した例を示している。図４（ｂ）及び図１０では、液晶層３７の配向方向と帯状パターンの向きとの関係、及び帯状パターンのピッチという２種類のパラメータに着目して、回折パターンを４つの領域に分割した。しかしながら、利用する液晶層３７の配向方向による影響が余り大きくなく、配向方向と帯状パターンとの向きの関係による位相量差の発生度合いが実質的に問題とならないようなシステムでは、帯状パターンのピッチのみに着目し、２つの領域にのみ分割して、液晶駆動部４０が、電位差を調整することができる。

なお、第７領域２０１には、電極２００ａ及び２００ｂが含まれ、第８領域２０２には、電極２００ｃ及び２００ｄが含まれる。

液晶駆動部４０は、第７領域２０１と透明対向電極３２との間に電位差Ｖ７、第８領域２０２と透明対向電極３２との間に電位差Ｖ８が発生するように、各電極２００ａ〜２００ｄと透明対向電極３２に所定の電圧を印加する。なお、各電位差は、Ｖ８（＝Ｖ４）＞Ｖ７(＝Ｖ１)の関係を有している。

図７（ａ）に示すような回折パターンを有する透明電極２００を有する液晶パネル３０を用い、液晶駆動部４０によって図７（ｂ）に示す領域毎に発生する電位差を調整することによって、簡易的に有効光束の範囲内全てにおいて、略λ／２程度の位相量差を有する階段状の位相変調を与えることが可能となった。したがって、対物レンズの焦点位置を実質的に変化させて共通する対物レンズを利用する上で、図１１（ｂ）に示す様に、回折パターンを通過する一部の光ビームが適切に回折されずに有効利用できなくなることを防止でき、光を有効利用することができようになった。

以上、回折パターンを複数の領域に分割する３つの例（図４（ｂ）、図６（ｂ）及び図７（ｂ））について説明した。しかしながら、回折パターン自体の構成と同様に、領域の分割方式も前述した例に限定されることなく、他の分割の方式を採用することも可能である。

図８は、他の透明電極と透明対向電極との対を示す図である。

図８（ａ）は、図７（ａ）と同様な同心円状の第１〜第４の帯状パターン２００ａ〜２００ｄを有する透明電極２００を示している。また、図８（ｂ）は、４つの第１〜第４領域３０１〜３０４に分割された透明対向電極３００を示している。

図４の例では、図４（ａ）に示す透明電極１００を図４（ｂ）に示すような４つの領域１０１〜１０４に分割して、領域毎に印加電圧を変化させるようにした。一方、図４（ａ）に示す透明電極に対向する透明対向電極３２はベタ電極とし、全体に同一の電圧を印加するように構成した。

しかしながら、図８（ａ）に示すような透明電極２００を用いて、全ての帯状パターンに同一の電圧を印加するように構成し、図８（ｂ）に示すような透明対向電極３００を用いて、領域毎に印加電圧を変化させるように構成して、図４の例と同様な位相差分布を発生させることができる。即ち、透明電極２００と透明対向電極３００の第１領域３０１との間には電位差Ｖ１、透明電極２００と透明対向電極３００の第２領域３０２との間には電位差Ｖ２、透明電極２００と透明対向電極３００の第３領域３０３との間には電位差Ｖ３、透明電極２００と透明対向電極３００の第４領域３０４との間には電位差Ｖ４が発生するように、電圧を印加する。ここで、各領域おいて、Ｖ４＞Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１と言うように電位差が調整されている。

このように、透明電極に設けた回折パターンを複数の領域に分割して、領域毎に透明対向電極との間の電位差を調整する代わりに、透明対向電極を複数の領域に分割して、領域毎に透明電極との間の電位差を調整するようにしても良い。既に回折パターンが設けられている透明電極を複数に分割するより、回折パターンが形成されていない透明対向電極を複数の領域に分割する方が、各電極への引き回し配線を配置する設計を行う上での自由度が増すという利点もある。

なお、透明対向電極の領域の分割方式も、図８（ｂ）に示したパターンに限定されることなく、他の分割方式を採用することも可能である。

本発明に係る光ピックアップ装置の概略構成を示す図である。 液晶光学素子の駆動方法を説明するための図である。 液晶パネル３０の概略断面図である。 透明電極の一例を示す図である。 透明電極の回折パターンと位相差分布の関係を示す図である。 透明電極１００の他の利用方法を説明するための図である。 他の透明電極２００を説明するための図である。 他の透明電極と透明対向電極との対を示す図である。 透明電極の回折パターンと位相差分布との関係を示す図である。 透明電極の各領域における液晶分子の挙動を説明するための図である。 図９に示す透明電極を利用した液晶パネルを用いた場合の状態を説明するための図である。

符号の説明

１０ 光ピックアップ装置
３０ 液晶パネル
３２、３００ 透明対向電極
３５、１００、２００ 透明電極
４０ 液晶駆動部
４５ 液晶光学素子
５０ 光検出部
１００ａ〜１００ｐ、２００ａ〜２００ｄ 透明電極
１０１ 第１領域
１０２ 第２領域
１０３ 第３領域
１０４ 第４領域
１０５ 第５領域
１０６ 第６領域
２０１ 第７領域
２０２ 第８領域

Claims (9)

1. 一対の透明基板の間に挟持された液晶層、前記一対の透明基板の一方の透明基板上に配置され且つ同心円状に配置された帯状パターンを含む回折パターンを有する透明電極、及び前記一対の透明基板の他方の透明基板上に配置された透明対向電極を有する液晶パネルと、
   前記透明電極と前記透明対向電極との間に電位差を発生させることによって前記液晶層に位相差分布を発生させて、透過する光ビームを回折する回折素子として前記液晶パネルを機能させる駆動部と、を有し、
   前記回折パターン又は前記透明対向電極は複数の領域に分割され、前記回折パターン又は前記透明対向電極は分割された透明電極を含み、前記分割された透明電極が前記複数の領域のそれぞれに含まれており、
   前記駆動部は、前記複数の領域に拘らず、発生する位相差がほぼ同じになるように、領域毎に前記透明基板と前記透明対向基板との間の電位差を個別に調整する、
   ことを特徴とする液晶光学素子。
2. 前記液晶層は所定の配向方向を有し、前記回折パターン又は前記透明対向電極は、前記液晶層の配向方向と略平行方向に配置された第１領域と、前記液晶層の配向方向と略直交する方向に配置された第２領域との複数の領域に分割される、請求項１に記載の液晶光学素子。
3. 前記回折パターンは、前記帯状パターンが第１のピッチで配置された第１領域と、前記帯状パターンが前記第１のピッチとを異なる第２のピッチで配置された第２領域との複数の領域に分割される、請求項１に記載の液晶光学素子。
4. 前記液晶層は所定の配向方向を有し、前記回折パターンは、前記帯状パターンが、前記液晶層の配向方向と略平行方向又は略直交する方向であって且つ異なる複数のピッチで配置された複数の領域に分割される、請求項１に記載の液晶光学素子。
5. 光ビームを出射する光源と、
   一対の透明基板の間に挟持された液晶層、前記一対の透明基板の一方の透明基板上に配置され且つ同心円状に配置された帯状パターンを含む回折パターンを有する透明電極、及び前記一対の透明基板の他方の透明基板上に配置された透明対向電極を有する液晶パネルと、
   前記透明電極と前記透明対向電極との間に電位差を発生させることによって前記液晶層に位相差分布を発生させて、透過する前記光ビームを回折する回折素子として前記液晶パネルを機能させる駆動部と、を有し、
   前記回折パターン又は前記透明対向電極は複数の領域に分割され、前記回折パターン又は前記透明対向電極は分割された透明電極を含み、前記分割された透明電極が前記複数の領域のそれぞれに含まれており、
   前記駆動部は、前記複数の領域に拘らず、発生する位相差がほぼ同じになるように、領域毎に前記透明基板と前記透明対向基板との間の電位差を個別に調整する、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 前記液晶層は所定の配向方向を有し、前記回折パターン又は前記透明対向電極は、前記液晶層の配向方向と略平行方向に前記帯状パターンが配置された第１領域と、前記液晶層の配向方向と略直交する方向に前記帯状パターンが配置された第２領域との複数の領域に分割される、請求項５に記載の光ピックアップ装置。
7. 前記回折パターンは、前記帯状パターンが第１のピッチで配置された第１領域と、前記帯状パターンが前記第１のピッチとを異なる第２のピッチで配置された第２領域との複数の領域に分割される、請求項５に記載の光ピックアップ装置。
8. 前記液晶層は所定の配向方向を有し、前記回折パターンは、前記帯状パターンが、前記液晶層の配向方向と略平行方向又は略直交する方向であって且つ異なる複数のピッチで配置された複数の領域に分割される、請求項５に記載の光ピックアップ装置。
9. 光ビームを出射する光源と、
   一対の透明基板の間に挟持された液晶層、前記一対の透明基板の一方の透明基板上に配置され且つ同心円状に配置された帯状パターンを含む回折パターンを有する透明電極、及び前記一対の透明基板の他方の透明基板上に配置された透明対向電極を有する液晶パネルと、
   前記透明電極と前記透明対向電極との間に電位差を発生させることによって前記液晶層に位相差分布を発生させて、透過する前記光ビームを回折する回折素子として前記液晶パネルを機能させる駆動部と、
   第１光記録媒体を利用する場合には、前記駆動部が前記液晶パネルに位相差分布を発生させて透過する前記光ビームを回折する回折素子として前記液晶層を機能させ、第２光記録媒体を利用する場合には、前記駆動部が前記液晶層を非回折素子として機能させるように切替える切替部と、を有し、
   前記回折パターン又は前記透明対向電極は複数の領域に分割され、前記回折パターン又は前記透明対向電極は分割された透明電極を含み、前記分割された透明電極が前記複数の領域のそれぞれに含まれており、
   前記駆動部は、前記複数の領域に拘らず、発生する位相差がほぼ同じになるように、領域毎に前記透明基板と前記透明対向基板との間の電位差を個別に調整する、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。

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