JPH10233027A

JPH10233027A - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JPH10233027A
Application number: JP8346290A
Authority: JP
Inventors: Takuji Nomura; 琢治野村; Yuzuru Tanabe; 譲田辺
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】光の集光性能の温度特性が良く、小型化が容易
で安価に生産性良く製造できる光ヘッド装置を得る。【解決手段】光源１、ビームスプリッタ２、位相差板
３、液晶レンズ５、プラスチックレンズ６及び光検出器
８を有する光ヘッド装置であって、液晶レンズ５とし
て、液晶セルの基板の少なくとも一方が凹部又は凸部を
有し、内部に液晶が充填しているものを用いて、波面収
差を補償する。電圧印加により焦点距離の切り替えもで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＤ（コンパクト
ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ、ビデオディスク等の光ディ
スク、光磁気ディスク等の光記録媒体に情報を書き込ん
だり読み取るための光ヘッド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク、光磁気ディスク等の光記録
媒体に情報を書き込んだり読み取るための光ヘッド装置
では、レーザダイオード等の光源から出射した光を光記
録媒体に照射し、その反射光をビームスプリッタで光源
とは異なる方向に導き、光検出器でその光強度を検出し
て、信号を読み取っている。この光ヘッド装置において
は、光記録媒体に正確に焦点を結ばせるために、集光レ
ンズ（対物レンズ）を用いて光を集光させている。

【０００３】通常、光ヘッド装置に用いられる集光レン
ズは、経済性、量産性、軽量化に優れたプラスチック材
料を用いる方が有利である。しかし、材料によっては、
温度特性や耐熱性、吸湿性等の信頼性で課題が残るた
め、光学的により高い性能を要求される高密度記録用途
等の光ヘッド装置には、ガラス製のレンズが使用される
ことが一般的である。

【０００４】このプラスチック材料の温度特性、信頼性
を向上させるため、新しい材料の開発が行われている
が、依然としてガラスレンズと比較すると温度特性等の
性能で劣っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このため、光ヘッド装
置の集光レンズに、プラスチックレンズを用いても、広
い温度範囲で使用可能な光ヘッド装置が望まれていた。
この場合、プラスチックレンズ自体で優れた温度特性を
有する材料が見いだせれば問題はないが、これは容易で
はない。

【０００６】すなわち、プラスチック材料を用いた集光
レンズはガラスレンズに比べ、屈折率の温度依存性や熱
膨張による形状変化が大きい。このために、高温状態、
低温状態で収差の発生、集光性能の劣化が生じ、光記録
媒体への情報の読み書きが困難となることがある。

【０００７】特に、最近の光記録媒体では高密度化が望
まれ、光記録媒体上でのスポットサイズが小径化され、
環境変化に対し光学的精度が保持されるよう、温度特性
や信頼性に優れた性能が要求されている。

【０００８】上記したようにプラスチックレンズは種々
の特性上の問題があるが、ガラスレンズと比べ、生産
性、経済性、軽量化等の長所があり、その使用の希望は
多い。このため、プラスチックレンズ自体は従来の温度
特性のあまり良くないものを使用しても、何らかの補償
手段を用いて、光ヘッド装置として広い温度範囲で充分
な特性を有する光ヘッド装置が望まれていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、光源、ビームスプリ
ッタ、集光レンズ及び光検出器を有し、光源から出射し
た光がビームスプリッタ及び集光レンズを順次通過して
光記録媒体に到達し、光記録媒体で反射した光が集光レ
ンズを通過して、ビームスプリッタで光源とは異なる方
向に光を導き光検出器で検出する光ヘッド装置におい
て、集光レンズとして、液晶レンズとプラスチックレン
ズとを組合せて用いたことを特徴とする光ヘッド装置を
提供する。

【００１０】また、そのプラスチックレンズがアクリル
樹脂又はポリオレフィン樹脂のレンズである光ヘッド装
置、及び、それらの液晶レンズとして、液晶セルの基板
の少なくとも一方が凹部又は凸部を有しており、内部に
充填された液晶が平行配向又はツイスト配向しており、
液晶セルの基板と液晶の屈折率差の温度変化により焦点
距離又は光の位相分布を温度変化させるものを使用する
光ヘッド装置を提供する。

【００１１】また、それらの液晶レンズが電極を有し、
電界印加の有無によりレンズ特性を切り替える光ヘッド
装置、及び、液晶の常光屈折率をｎ_o 、異常光屈折率を
ｎ_e、ツイストピッチをＰ、真空中の波長をλとしたと
きに、（ｎ_e −ｎ_o ）² Ｐ／（８λ）≦０．０５を満足
するようにした光ヘッド装置を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明では、光ヘッド装置に用い
る集光レンズとして、液晶レンズとプラスチックレンズ
とを組合せて用いることにより、プラスチックレンズの
有する温度特性を液晶レンズで打ち消して、広い温度範
囲で安定した特性を持たせうる。さらに、液晶レンズへ
の電圧印加状態により、焦点距離を変えたり、位相分布
を変えたりすることにより、効率良く２種類の光記録媒
体の信号を読み出すこともできる。

【００１３】図１は、本発明の光ヘッド装置の基本的な
構成を示す模式図である。図１において、１は半導体レ
ーザ等の光源、２はビームスプリッタ、３は位相差板、
４はコリメートレンズ、５は液晶レンズ、６はプラスチ
ックレンズ、７は液晶レンズ５とプラスチックレンズ６
とを組合せた集光レンズ、８は光記録媒体、９は光検出
器を示す。

【００１４】図２は、一方の基板を凸型に成形した液晶
レンズの例を示す断面図である。図２において、１１、
１２は基板、１３はその基板に設けられた凹凸部、１
４、１５は電極、１６は周辺のシール材、１７は基板間
に充填された液晶を示す。

【００１５】この基板１１、１２は、ガラス等の透明基
板が使用できるが、屈折率温度変化の小さい材質が望ま
しい。この基板の少なくとも一方の内面側（液晶側）に
凹部又は凸部を形成する。この図では基板１２側に凸部
を形成している。この凹部又は凸部は基板自体に形成し
てもよく、表面に有機又は無機の透明膜を所定の形状に
形成してもよい。

【００１６】この加工は、基板自体に形成する場合に
は、機械的に削ったり、プレス成形したり、エッチング
したりして形成すればよい。表面に有機又は無機の透明
膜を形成する場合には、透明膜を全面に形成後、基板自
体の場合と同様に削ったり、エッチングしたりして形成
してもよく、直接所定のパターンに堆積させたり、印刷
したりして形成してもよい。

【００１７】このプラスチックレンズは、透明な材料が
使用できるが、入手が容易で生産性が良く、温度による
膨張係数が小さく、温度による屈折率変化の小さい材料
が好ましい。このため、種々の材質のものが使用できる
が、入手しやすさと液晶による補償のしやすさの点から
みて、アクリル樹脂又はポリオレフィン樹脂製のプラス
チックレンズが好ましい。これらの屈折率は通常負の温
度係数を有する。

【００１８】液晶レンズの凸部又は凹部は、球面又は非
球面にされ、組合せるプラスチックレンズに合わせて、
焦点が光記録媒体に合い、かつ温度補償ができるように
設計されればよい。

【００１９】図３は、図２の液晶レンズの凹凸部を有す
る基板の好ましい形状を説明する正面図である。図３に
おいて、凹凸部はその中心部１８がほぼ平面状に形成さ
れ、その周囲１９Ａ、１９Ｂが曲面でレンズ形状に形成
されている。Ｗ₀ は中心部の平面状の部分の幅（直径）
を示し、Ｗ₁ とＷ₂ とはその周囲の曲面でレンズ形状に
形成されている部分の幅を示す。

【００２０】図４は、基板をフレネルレンズ構造にした
液晶レンズの例を示す断面図である。図４において、２
１、２２は基板、２３はその基板に設けられたフレネル
レンズ構造の凹凸部、２４、２５は電極、２６は周辺の
シール材、２７は基板間に充填された液晶を示す。

【００２１】これらのレンズの凹凸部は、完全に所定の
形状としてもよく、図３に示すように、加工が容易にな
るように中心部のみは平坦な形状にして用いてもあまり
問題はない。特に、フレネルレンズ構造とする場合に
は、中心部を平坦にしておくことにより、加工が容易に
なり好ましい。この中心部の幅Ｗ₀ は、レンズの外径
（Ｗ₁ ＋Ｗ₀ ＋Ｗ₂ ）に対して、２０〜６０％程度とす
ればよい。

【００２２】また、電極を形成し、焦点距離や位相分布
を切り替えるために電圧を印加する場合等では、電圧印
加状態によって利用する光の半径を変えるために、中心
部と周辺部の曲面の状態を変えることもできる。フレネ
ルレンズとする場合も、このフレネルレンズ構造の凹凸
部も前記した基板に凹部又は凸部を形成する方法と同様
の方法で形成できる。

【００２３】充填した液晶の配向を外部電場で制御する
場合、基板面に電極１４、１５、２４、２５を設置す
る。電極は通常のＩＴＯ等の透明電極が使用できる。通
常は全面ベタ電極とすることでよいが、例えばリング状
にパターニングして部分的にレンズ作用を変えさせるよ
うにもできる。また、一部に金属線等を設けて低抵抗化
することもできる。

【００２４】また、図示していないが、この基板、電極
上にポリイミド、ポリアミド、ＳｉＯ等の配向膜を形成
して用いる。代表的な例では、ポリイミド膜を形成し、
表面をラビングして配向膜を形成する。この配向膜のラ
ビング方向は、液晶が２枚の基板間でツイストしたり、
しなかったりして使用できる。

【００２５】このようにして形成された２枚の基板を電
極側が対向するように配置し、周辺でシール材１６、２
６で接着して、内部に液晶１７、２７を充填する。この
液晶としては、通常のネマチック液晶が使用される。

【００２６】温度補償のみを目的とする場合には、液晶
レンズは電極を設けずにオフ状態で使用するか、常にオ
ン状態で垂直配向にして使用する。プラスチックレンズ
として、通常の単体で使用するプラスチックレンズを用
いる場合には、液晶レンズは常温でレンズとして機能し
ない状態になるようにして使用する。この場合、通常の
プラスチックレンズが使用できるので、レンズの入手が
容易である。

【００２７】本発明では、無偏光系では、液晶はツイス
トせずに基板に平行な方向に水平配列されて用いられ
る。具体的には、図２の液晶レンズで、紙面に平行な方
向の偏光をＰ偏光とした場合、液晶分子は図の奥行方向
に水平配向していることになり、Ｐ偏光に対して液晶分
子は常光屈折率を示すことになる。この場合には、基板
の屈折率は、液晶の常光屈折率に一致させればよい。

【００２８】同様に、Ｓ偏光（図の紙面に垂直な方向の
偏光）では、液晶分子は図の奥行方向に水平配向してい
ることになり、Ｓ偏光に対して液晶分子は異常光屈折率
を示すことになる。この場合には、基板の屈折率は、液
晶の異常光屈折率に一致させればよい。

【００２９】偏光系では、液晶がツイストして基板に水
平配向しているときには、基板の屈折率は、液晶の常光
屈折率ｎ_o と異常光屈折率ｎ_e との間である（ｎ_e ＋ｎ
_o ）／２にすればよい。また、常時電圧オン等で垂直配
向しているときには、基板の屈折率は、液晶の常光屈折
率に一致させればよい。

【００３０】電圧の印加状態を変える場合には、ＤＶＤ
再生時に基板と液晶の屈折率が一致するようにし、ＣＤ
再生時に基板と液晶の屈折率が一致しないようにすれば
よい。このため、上記の電圧オフ時に平行配向で常光屈
折率を示す配置は、電圧オン時にも常光屈折率になるの
で使用できない。

【００３１】なお、プラスチックレンズを新たに設計し
て用いる場合には、液晶レンズと組合せて特定の焦点距
離を持つように設計すればよい。この場合には、必ずし
も基板の屈折率を、液晶の常光屈折率又は異常光屈折率
又はそれらの中間の値に一致するようにしなくてもよ
い。ただし、それらに合わせる方が、設計しやすい。ま
た、電圧の印加状態により、焦点距離や位相分布を変え
る場合には、電圧オン又はオフのいずれかで基板の屈折
率と一致するようにされることが好ましい。

【００３２】次いで光ヘッド装置の動作を説明する。光
源１から出た光は直線に偏光されたレーザ光でありＰ偏
光とする。この場合、Ｓ偏光で回折しＰ偏光では回折し
ない特徴を持ったビームスプリッタ２では、このＰ偏光
の光線は回折せずに通過する。この光は次いで位相差板
３である１／４波長板を通過した後、右回り円偏光にな
り、コリメートレンズ４により平行光束にコリメートさ
れる。

【００３３】この平行光束にされた光は、集光レンズ７
に入射する。本発明では、この集光レンズ７は液晶レン
ズ５とプラスチックレンズ６とを組合せている。このた
め、光は液晶レンズ５を通過した後、プラスチックレン
ズ６により、光記録媒体８上において回折限界まで集光
される。

【００３４】光記録媒体８で反射した光は、左回り円偏
光となって、プラスチックレンズ６、液晶レンズ５、コ
リメートレンズ４を順次通過する。次いで、位相差板３
である１／４波長板でＳ偏光になり、ビームスプリッタ
２で回折され光検出器８に到達する。なお、本発明でビ
ームスプリッタは、プリズム状のもの、液晶ホログラム
等の偏光ビームスプリッタが使用できる。

【００３５】通常、プラスチックレンズ６は非球面形状
を有しており、その形状は室温状態のもとで光記録媒体
８において回折限界まで集光されるように設計されてい
る。しかし、プラスチックレンズの屈折率、形状は温度
による変化が大きいため、室温より高温状態又は低温状
態において集光性能が劣化し、光記録媒体上に適切なス
ポット形状を結ぶことは困難になりやすい。このため、
情報の記録・再生が不安定になりやすく、場合によって
は不可能になる場合も生じる。

【００３６】本発明は、このプラスチックレンズの温度
特性により発生する収差を、液晶レンズを用いて補正す
ることで、温度特性の優れた光ヘッド装置を提供するも
のである。

【００３７】室温において、図２の液晶レンズで、正の
誘電異方性のネマチック液晶を用い、基板１２の屈折率
を液晶１７の常光屈折率ｎ_o に一致させた場合について
説明する。基板１１、１２に施された電極間に電圧が印
加された状態又は基板１１、１２に垂直配向処理を施し
た状態等では、液晶分子は電界方向又は垂直配向処理方
向に整列し、基板にほぼ垂直に（紙面の上下方向）に配
向する。

【００３８】この状態では、液晶レンズの液晶部分を通
過する光の実効屈折率は常光屈折率ｎ_o になり、基板の
屈折率と一致する。このため、液晶レンズ５において、
光は屈折せずほぼ直進する。この場合、液晶レンズ５は
レンズ作用を及ぼさないため、光記録媒体８上に到達す
る光はプラスチックレンズ６により、回折限界まで集光
される。

【００３９】一方、室温より高温状態においては、プラ
スチックレンズの屈折率は負の温度係数のため、温度上
昇とともに低下する。このため、プラスチックレンズの
焦点距離は大きくなるとともに、レンズの収差が発生
し、光記録媒体上のスポット形状は大きくなる。

【００４０】ところが、液晶レンズ５に充填された液晶
の屈折率も負の温度係数のため、温度上昇とともに低下
する。このため、液晶レンズ５の液晶部分を通過する光
の実効屈折率は常光屈折率ｎ_o より低下する。一方、基
板１２はガラス等の屈折率温度依存性の小さい材質であ
るため、基板１２と液晶１７の間に屈折率差が生じ、液
晶レンズのレンズ特性が変化させられる。具体的には、
基板に設けられた凹凸部１３で光は屈折するようにな
る。なお、本発明でいう液晶レンズのレンズ特性とは、
焦点距離又は位相分布を意味する。

【００４１】この際、凹凸部の形状を、液晶レンズの作
用によりプラスチックレンズの収差を補正しうるよう形
成すれば、光源１より出た光は、液晶レンズによりプラ
スチックレンズの収差が補償され、光記録媒体８上での
収差が小さくなり、室温時と同程度に集光させうる。

【００４２】本発明では、この液晶レンズによるプラス
チックレンズ６の収差の温度補償が、最適になるよう
に、プラスチックレンズ６の温度特性に合わせて、液晶
レンズ５の液晶の材料、基板の凹凸の形状等を決める。

【００４３】また、温度が室温より低下した場合、逆に
レンズの屈折率は大きくなる。このため、高温時とは逆
転した収差を発生するが、液晶レンズ５の液晶部分の実
効屈折率もｎ_o より大きくなるため、液晶レンズ５も高
温時と逆転した作用を与える。この結果、高温状態と同
様に、プラスチックレンズ６及び液晶レンズ５の各々の
変化は互いに補償するようになり、光源１より出た光は
光記録媒体上で収差が小さくなり、室温時と同程度に集
光させうる。

【００４４】上記例では液晶分子の配向方向が基板に垂
直な場合を述べたが、同様な構成で基板面にツイストし
て水平配向した場合でも同様の効果を得ることもでき
る。その場合、液晶レンズに入射する円偏光に対する液
晶の実効屈折率は、液晶の常光屈折率ｎ_o と異常光屈折
率ｎ_e の平均値（ｎ_e ＋ｎ_o ）／２にほぼ等しくなる。

【００４５】このため、室温下では基板の屈折率を（ｎ
_e ＋ｎ_o ）／２にほぼ等しくなるようにすればよい。液
晶の実効屈折率（ｎ_e ＋ｎ_o ）／２の温度係数も負であ
るため、上記の垂直配向の例と同様に、温度により液晶
レンズ５のレンズ特性が変化しプラスチックレンズ６の
温度特性を補償できる。

【００４６】無偏光系でツイストせずに平行に水平配向
した場合には、入射光の偏光方向によって液晶の屈折率
は常光屈折率ｎ_o 又は異常光屈折率ｎ_e になるので、基
板の屈折率もそれに合わせることになる。

【００４７】電圧印加状態により、焦点距離又は位相分
布を変化させる場合について、説明する。図２の液晶レ
ンズで、正の誘電異方性のネマチック液晶を用い、基板
１２の屈折率を液晶の常光屈折率ｎ_o と異常光屈折率ｎ
_e との中間の値（ｎ_e ＋ｎ_o ）／２に一致するようにし
たものを用い、その配向膜の光源側のラビング方向は紙
面に平行な方向にする。

【００４８】この場合、液晶が右ねじれでツイストピッ
チＰ（３６０°ツイストするピッチ）でツイストしてい
るとすると、右回り円偏光の光に対する液晶の実効的な
屈折率は近似的に（ｎ_e ＋ｎ_o ）／２＋（ｎ_e −ｎ_o ）
² Ｐ／（８λ）と表される。また、左回り円偏光の光に
対する液晶の実効的な屈折率は近似的に（ｎ_e ＋ｎ_o）
／２−（ｎ_e −ｎ_o ）² Ｐ／（８λ）と表される。

【００４９】液晶レンズ５に印加する電圧がオフ状態の
場合、光源側の基板では液晶は基板にほぼ水平にかつ紙
面に平行な方向に配向している。反対側（光記録媒体
側）の基板では、例えば９０°ねじれた状態等の光源側
の基板の配向角度と異なる角度で水平配向しているとす
る。

【００５０】光源１から出た光はビームスプリッタ２、
位相差板３、コリメートレンズ４を通過し右回り円偏光
になり液晶レンズ５に入射する。このとき、（ｎ_e ＋ｎ
_o ）／２に比して（ｎ_e −ｎ_o ）² Ｐ／（８λ）が小さ
いとすると、右回り円偏光の光に対して液晶の実効的な
屈折率は近似的に（ｎ_e ＋ｎ_o ）／２にほぼ等しくな
る。

【００５１】このため、往路では光源１から出た光は、
基板の屈折率（液晶の常光屈折率と異常光屈折率との中
間）とツイストした液晶の屈折率とは、ほぼ一致するこ
とになり、屈折率が等しいので光は屈折せずにほぼ直進
する。そして、プラスチックレンズ６で集光されて第１
の光記録媒体に焦点を結ぶ。

【００５２】また、本発明では、右回り円偏光に対する
液晶部の実効屈折率と、左回り円偏光に対する液晶部の
実効屈折率とが、実用上許容されるされる範囲内でほぼ
等しいことが重要になる。そのためには、ピッチＰはあ
まり大きくないことが好ましい。

【００５３】具体的には、ピッチＰは５μｍ以下にされ
ることが好ましく、特に３μｍ以下にすることが好まし
い。また、液晶のピッチＰと液晶層の厚みｄの比ｄ／Ｐ
が１．０を超える場合、電圧オフ時に液晶ツイスト軸の
乱れたフォーカルコニック状態による光散乱のため、実
質的ターンオフ時間が増大する問題が生じる。このこと
から、液晶の粘性を低くすること、基板界面付近の液晶
配向ベクトルと基板面との成す角度プレチルト角を大き
くすることが好ましい。

【００５４】液晶レンズ５に電圧が印加されてオン状態
になると、液晶は電界方向に整列し、基板にほぼ垂直に
（紙面の上下方向）に配向する。このため、液晶の実効
屈折率は常光屈折率ｎ_o にほぼ等しくなる。ここで基板
の屈折率（液晶の常光屈折率と異常光屈折率との中間）
と液晶の屈折率（常光屈折率）は一致しないことにな
り、液晶レンズ５はレンズとして機能することになり光
は屈折する。このため、プラスチックレンズ６で集光さ
れた際に焦点距離が変化し、第２の光記録媒体に焦点を
結ぶ。

【００５５】上記例では基板１２が凸部を有する基板を
用いたが、同じ構成で凹部を有する基板を用いれば、凹
レンズとして機能する。また、基板１２の屈折率を液晶
の常光屈折率ｎ_o と一致するようにしたものを用いれ
ば、電圧オフ時に基板１２が凹部を有する基板を用いた
場合には凸レンズとして機能し、凸部を有する基板を用
いた場合には凹レンズとして機能する。

【００５６】この場合、２種類の光記録媒体としては、
ＤＶＤ再生時に基板と液晶の屈折率が一致するように
し、ＣＤ再生時に基板と液晶の屈折率が一致しないよう
にすることが好ましい。

【００５７】以上、プラスチックレンズの温度特性を補
償をすること、さらに必要に応じて電圧印加により焦点
距離又は位相分布を変化させることについて説明した。
本発明では、温度補償をすることが主目的であるが、１
つの液晶レンズで、焦点距離又は位相分布の変化も可能
にできる点が重要である。

【００５８】具体的には、図３に示すレンズ中心部１８
のレンズ形状は電圧印加により焦点距離又は位相分布を
変化させて異なる位置にある２種類の光記録媒体に集光
できるように設計すればよい。また、レンズの周囲１９
Ａ、１９Ｂのレンズ形状はプラスチックレンズ６の温度
特性を補償しうるように設計すればよい。

【００５９】このように、レンズ形状を内側と外側で分
けることにより、上記２つの機能を有する液晶レンズが
得られるが、２つの機能の性能を高めるためには、レン
ズ中心部と周辺で同様なレンズ形状になる方が好まし
い。

【００６０】液晶の配向処理法としては、水平配向処理
の場合では電極、基板又はその有機、無機の材を布等で
一方向にこする法や、等の斜方蒸着法等があり、垂直配
向処理法としては有機シラン、レシチン、界面活性剤等
で電極又は基板表面を処理する方法で行えばよい。

【００６１】液晶レンズに充填する液晶材料は、通常の
ネマチック液晶が用いられる。この液晶は上下基板間で
平行に水平配向（ツイストせず）していてもよいし、ツ
イストして水平配向していてもよい。なお、基板として
屈折率が（ｎ_e ＋ｎ_o ）／２にほぼ等しい材料を選ぶ場
合では、液晶による偏光状態の変化を低減するために、
ネマチック液晶にカイラル材を添加したような液晶分子
がねじれて配列した液晶を用いることが好ましい。

【００６２】また、上記の説明では、液晶レンズ５の基
板に施されたレンズ形状として凸形を示したが、収差と
屈折率の温度係数によっては、レンズ形状を凹形とする
こともある。いずれにしても、液晶レンズによりプラス
チックレンズの収差が補償されるようにされていればよ
い。特に、凹凸部の深さ又は高さが小さくなるよう設計
する方が望ましい。

【００６３】なお、本発明で使用する光源１は、通常の
光ヘッド装置に使用される光源が使用できる。具体的に
は、半導体レーザによる光源が最も一般的であるが、他
のレーザや波長変換素子を組み合わせたような光源も使
用できる。

【００６４】ビームスプリッタ２は、特定の偏光方向の
光のみ回折させるものであり、往路の光源からの光はそ
のまま通過し、復路の光は回折又は反射する等して、光
検出器に光を到達させうるものであればよい。具体的に
は、回折格子、液晶を用いた回折格子、複合プリズム等
が使用できる。特に、特定の偏光方向の光のみ回折させ
る液晶を用いた回折格子が好適である。

【００６５】位相差板３は、直線偏光で入射した光を円
偏光に変換する１／４波長板等の公知の位相差板が使用
できる。コリメートレンズ４はなくてもよいが、コリメ
ートレンズを用いて液晶レンズ５に入射する光を平行光
束にする方が温度補償をしやすくなるので、好ましい。

【００６６】

【実施例】

「例１（実施例）、例２（比較例）」図２に示すよう
に、基板１１、１２として厚さ０．５ｍｍで、大きさが
１０×１０ｍｍで、屈折率が１．５５のガラス基板を用
い、下面のガラス基板の中心はプレスにより非球面凸レ
ンズ状に凹凸部１３を形成した。この非球面レンズは、
直径４. ０ｍｍ、中心部の高さは２０μｍ、中心部の直
径２．０ｍｍの部分は平面とした。これら２枚の基板表
面にポリイミドの膜を塗布し、ラビングして水平配向処
理を行った。

【００６７】この２枚の基板１１、１２をそれぞれの配
向方向が平行になるように対向させ、周辺でシールし
て、レンズ中心部で間隙が５μｍ、周辺部で間隙が２５
μｍの空セルを形成した。なお、基板１１、１２の外面
には夫々反射防止膜を形成した。

【００６８】この空セルに、液晶１７として常光屈折率
が１．４９、屈折率異方性Δｎが０．１２の正の誘電異
方性のネマチック液晶組成物を注入し、注入口を封止し
て液晶レンズを製造した。

【００６９】プラスチックレンズとしては、日本ゼオン
社製の材料「ＺＥＯＮＥＸ２８０」（材質：ポリオレフ
ィン）を用いて作られた焦点距離３．３８ｍｍ、開口数
０．６の光ディスク用非球面レンズを用いた。

【００７０】図１に示すように、この液晶レンズ５とプ
ラスチックレンズ６とを配置して、波長６５０ｎｍのレ
ーザ光源を用い、光記録媒体８の位置での波面収差の温
度依存性を観測した（例１）。なお、比較例として、液
晶レンズ５のない配置（プラスチックレンズ６のみ）で
も同様の観測を行った（例２）。

【００７１】この測定した波面収差の温度依存性のグラ
フを図５に示す。実線３１は液晶レンズ５とプラスチッ
クレンズ６とを併用（例１）した場合の波面収差の温度
依存性を示す。破線３２は液晶レンズ５がない（プラス
チックレンズ６のみ、例２）場合の波面収差の温度特性
を示す。

【００７２】この結果からも明らかなように、液晶レン
ズ５を用いたことで、高温状態、低温状態における、光
記録媒体上での波面収差は著しく減少し、ビームスポッ
ト径も小さくなった。

【００７３】「例３（実施例）」図２に示すように、基
板１１、１２として厚さ０．５ｍｍで、大きさが１０×
１０ｍｍで、屈折率が１．４９のガラス基板を用い、下
面のガラス基板の中心はプレスにより非球面凸レンズ状
に凹凸部１３を形成した。この非球面レンズは、直径
４. ０ｍｍ、中心部の高さは２０μｍ、中心部の直径
２．０ｍｍの部分は平面とした。上面、下面の基板１
１、１２とも電極１４、１５としてＩＴＯ電極を形成し
た後、ポリイミドの膜を塗布し、ラビングして水平配向
処理を行った。

【００７４】この２枚の基板１１、１２を夫々の配向方
向が平行になるように対向させ、周辺でシールして、レ
ンズ中心部で間隙が５μｍ、周辺部で間隙が２５μｍの
空セルを形成した。なお、基板１１、１２の外面には夫
々反射防止膜を形成した。

【００７５】この空セルに、液晶１７として常光屈折率
が１．４９、Δｎが０．１２の正の誘電異方性のネマチ
ック液晶組成物を注入し、注入口を封止して液晶レンズ
を製造した。

【００７６】プラスチックレンズとしては、例１と同じ
ものを用いた。図１に示すように、この液晶レンズ５と
プラスチックレンズ６とを配置して、液晶レンズの上下
の基板１１、１２の電極１４、１５間に１００Ｈｚ、１
０Ｖの電圧を印加した。

【００７７】波長６５０ｎｍのレーザ光源を用い光記録
媒体８の位置での波面収差の温度依存性を観測した。８
０℃での波面収差値は１０ｍλ_rms となり、例１の場合
と同様に液晶レンズを用いたことで、高温状態、低温状
態における光記録媒体上での波面収差は減少し、ビーム
スポット径も小さくなった。

【００７８】「例４（実施例）」例１の液晶レンズの代
わりに、同じガラス基板を使用し、図４に示すようにフ
レネルレンズ構造の凹凸部２３をプレスにより形成し
た。フレネルレンズ構造の凹凸部２３は、直径４. ０ｍ
ｍ、中心の深さは２μｍとした。周辺部での間隙が４μ
ｍとする他は実施例２と同様にして空セルを形成した。

【００７９】この空セルに、液晶２７として常光屈折率
が１．４９、Δｎが０．１２の正の誘電異方性のネマチ
ック液晶組成物を注入し、注入口を封止して液晶レンズ
を製造した。

【００８０】この液晶レンズ５と例１と同じプラスチッ
クレンズ６とを用い、図１のような構成の光ヘッド装置
に組み込んだ。波長６５０ｎｍのレーザ光源を用い、光
記録媒体８の位置での波面収差の温度特性を観測した。
例１の場合と同様に液晶レンズを用いたことで、高温状
態、低温状態における光記録媒体の位置での波面収差は
減少し、ビームスポット径も小さくなった。

【００８１】「例５（実施例）、例６（比較例）」例３
と同じガラス基板を用い、下面のガラス基板の中心はプ
レスにより非球面凸レンズ状に凸部１３を形成した。こ
の非球面レンズは、図４に示す形状で直径４. ０ｍｍ、
中心の高さは４４μｍとし、中心より半径１．２５ｍｍ
の内と外で形状が異なるように形成した。上面、下面の
基板１１、１２とも電極１４、１５としてＩＴＯ電極を
形成した後、表面にポリイミドの膜を塗布し、ラビング
して水平配向処理を行った。

【００８２】この２枚の基板１１、１２を夫々の配向方
向が平行になるように対向させ、周辺でシールして、レ
ンズ中心部で間隙が３μｍ、周辺部で間隙が４７μｍの
空セルを形成した。なお、基板１１、１２の外面には夫
々反射防止膜を形成した。

【００８３】この空セルに、液晶１７として常光屈折率
が１．４９、Δｎが０．１２、ツイストピッチＰが３μ
ｍの正の誘電異方性のネマチック液晶組成物を注入し、
注入口を封止して液晶レンズを製造した。

【００８４】図１に示すように、この液晶レンズ５を配
置して、波長６５０ｎｍの右回り及び左回りの円偏光の
透過率を測定したところ、右回りの円偏光（光ヘッド装
置での往路）では９５％、左回りの円偏光（光ヘッド装
置での復路）でも９５％の効率であり、往復で９０％の
効率が得られた。

【００８５】まず、液晶レンズ５の上下の基板１１、１
２の電極１４、１５間に電圧を印加しない場合について
説明する。光源１から出たＰ偏光（紙面に平行な偏光方
向）の光は、偏光系のビームスプリッタ２を通過し、位
相差板３で右回りの円偏光になった光は、液晶レンズ５
とプラスチックレンズ６とで屈折され、第２の光記録媒
体（第１の記録媒体よりも遠い位置）に焦点が合った。

【００８６】この第２の光記録媒体で反射した光は左回
りの円偏光になり、再度プラスチックレンズ６と液晶レ
ンズ５とで屈折され、位相差板３で直線偏光に戻され、
Ｓ偏光（紙面に垂直な偏光方向）の光になって、偏光系
のビームスプリッタ２に入射し、Ｓ偏光の光はビームス
プリッタ２で回折されて、光検出器９に到達した。

【００８７】一方、液晶レンズ５の上下の基板１１、１
２の電極１４、１５間に１００Ｈｚ、５Ｖの電圧を印加
した場合について説明する。光源１から出たＰ偏光（紙
面に平行な偏光方向）の光は、偏光系のビームスプリッ
タ２を通過し、位相差板３で右回りの円偏光になった光
は、液晶レンズ５でほとんど屈折されなく通過し、プラ
スチックレンズ６のみで屈折し、第１の光記録媒体（第
２の記録媒体よりも近い位置）に焦点が合った。

【００８８】この第１の光記録媒体で反射した光は左回
りの円偏光になり、再度プラスチックレンズ６で屈折さ
れ、液晶レンズ５をほぼそのまま通過し、位相差板３で
直線偏光に戻され、Ｓ偏光（紙面に垂直な偏光方向）の
光になって、偏光系のビームスプリッタ２に入射し、Ｓ
偏光の光はビームスプリッタ２で回折されて、光検出器
９に到達した。

【００８９】また、プラスチックレンズ６としては、日
本ゼオン社製の材料「ＺＥＯＮＥＸ４８０」（材質：ポ
リオレフィン）を用いて作られた焦点距離３．８８ｍ
ｍ、開口数０．６の光ディスク用非球面レンズを用い
た。

【００９０】この液晶レンズ５を配置して、上下の基板
１１、１２の電極１４、１５間に１００Ｈｚ、５Ｖの電
圧を印加した場合における第１の光記録媒体での波面収
差の温度依存性を測定した。また、例６（比較例）とし
て、液晶レンズ５のない配置でも同様の測定を行ったと
ころ、例１と例２の例（図５）とほぼ同じ波面収差の温
度特性が得られた。

【００９１】「例７（実施例）」例５の液晶レンズの代
わりに、同じガラス基板を使用し、図３に示すようにフ
レネルレンズ構造の凹凸部２３をプレスにより形成し
た。フレネルレンズ構造の凹凸部２３は、直径４ｍｍ、
中心の高さは５μｍとした。周辺部での間隙が８μｍと
する他は例５と同様にして空セルを形成した。この空セ
ルに、例５と同じ液晶組成物を注入し、注入口を封止し
て液晶レンズを製造した。

【００９２】この液晶レンズを例５と同様に図１のよう
な構成の光ヘッド装置に組み込んだ。波長６５０ｎｍの
右回り及び左回りの円偏光の透過率を測定したところ、
右回りの円偏光（光ヘッド装置での往路）では９５％、
左回りの円偏光（光ヘッド装置での復路）でも９５％の
効率であり、往復で９０％の効率が得られた。

【００９３】例５と同様に１００Ｈｚ、５Ｖの電圧のオ
ン、オフにより、焦点を切り替えることができた。ま
た、例５と同様にプラスチックレンズ６を配置し、液晶
レンズ５に１００Ｈｚ、５Ｖの電圧を印加して、光記録
媒体での波面収差の温度依存性を観測したところ、例５
の場合と同様に液晶レンズを用いたことで、高温状態、
低温状態における波面収差は減少し、ビームスポット径
も小さくなった。

【００９４】「例８（実施例）」例５のガラス基板の代
わりに屈折率１．５５のガラスを用い、例５と同様に下
面のガラス基板の中心はプレスにより，非球面凸レンズ
状に凸部１３を形成した。ただし、この非球面レンズ
は、直径４. ０ｍｍ、中心の高さは２０μｍとし、図６
の例（高さは異なる）のように、中心より半径１．２５
の内と外で形状が異なるように形成した。

【００９５】この２枚の基板１１、１２をそれぞれの配
向方向が平行になるように対向させ、周辺でシールし
て、レンズ中心部で間隙が３μｍ、周辺部で間隙が２３
μｍの空セルを形成した。他の構成は例５と同様にセル
を作製した。この液晶レンズを例５と同様に図１のよう
な構成の光ヘッド装置に組み込んだ。

【００９６】波長６５０ｎｍの右回り及び左回りの円偏
光の透過率を測定したところ、右回りの円偏光（光ヘッ
ド装置での往路）では９５％、左回りの円偏光（光ヘッ
ド装置での復路）でも９５％の効率であり、往復で９０
％の効率が得られた。

【００９７】液晶レンズ５の上下の基板１１、１２の電
極１４、１５間に電圧を印加しない場合、例５とは異な
り光源１より出た光は液晶レンズ５ではほとんど屈折せ
ず、第１の光記録媒体（第２の記録媒体よりも近い位
置）に焦点が合った。また、電極１４、１５間に１００
Ｈｚ、５Ｖの電圧を印加した場合、例５とは異なり光源
１より出た光は液晶レンズ５で屈折し、第２の光記録媒
体に焦点が合った。

【００９８】また、例５と同様にプラスチックレンズ６
を配置し、液晶レンズ５に電圧を印加しない状態におい
て、第１の光記録媒体での波面収差の温度依存性を観測
したところ、例５の場合と同様に液晶レンズを用いたこ
とで、高温状態、低温状態における波面収差は減少し、
ビームスポット径も小さくなった。

【００９９】「例９（実施例）」例５の液晶レンズにお
いて、上面のガラス基板に対してはポリイミドの膜を塗
布した後ラビングして水平配向処理を行い、下面のガラ
ス基板に対しては有機シラン系の溶剤を塗布し垂直配向
処理を施して例５と同様のセルを作製した。ガラス基板
材質、充填された液晶、レンズ形状、セルギャップ等は
すべて例５と同様にして液晶レンズを作製した。

【０１００】この液晶レンズを例５と同様に図１のよう
な構成の光ヘッド装置に組み込んだ。波長６５０ｎｍの
右回り及び左回りの円偏光の透過率を測定したところ、
右回りの円偏光（光ヘッド装置での往路）では９５％、
左回りの円偏光（光ヘッド装置での復路）でも９５％の
効率であり、往復で９０％の効率が得られた。

【０１０１】例５と同様に１００Ｈｚ、５Ｖの電圧のオ
ン、オフにより、焦点を切り替えることができた。ま
た、例５と同様にプラスチックレンズ６を配置し、液晶
レンズ５に１００Ｈｚ、５Ｖの電圧を印加して、第１の
光記録媒体での波面収差の温度依存性を観測したとこ
ろ、例５の場合と同様に液晶レンズを用いたことで、高
温状態、低温状態における波面収差は減少し、ビームス
ポット径も小さくなった。

【０１０２】

【発明の効果】本発明の光ヘッド装置では、プラスチッ
クレンズの温度特性を液晶レンズの温度特性で補償する
ことで、広い温度範囲内で良好な集光特性を得ることが
でき、安定した光情報の読み取り書き込みを行うことが
できる。

【０１０３】また、本発明の光ヘッド装置では、上記の
特性を生かしたまま、電極への電圧印加状態を変えるこ
とにより、焦点距離又は位相分布を切り替え可能であ
り、ＣＤとＤＶＤを１つの光ヘッド装置で利用できる。
また、本発明は、その効果を損しない範囲内で、種々の
応用ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ヘッド装置の基本的な例を示す模式
図。

【図２】本発明における基板を凸にした液晶レンズの例
を示す断面図。

【図３】本発明における液晶レンズの基板の好ましい例
の正面図。

【図４】本発明における基板をフレネルレンズ構造にし
た液晶レンズの例を示す断面図。

【図５】実施例及び比較例の波面収差と温度との関係を
示すグラフ。

【図６】本発明における基板の凹凸部の形状を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１：光源２：ビームスプリッタ３：位相差板４：コリメートレンズ５：液晶レンズ６：プラスチックレンズ７：集光レンズ８：光記録媒体９：光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源、ビームスプリッタ、集光レンズ及び
光検出器を有し、光源から出射した光がビームスプリッ
タ及び集光レンズを順次通過して光記録媒体に到達し、
光記録媒体で反射した光が集光レンズを通過して、ビー
ムスプリッタで光源とは異なる方向に光を導き光検出器
で検出する光ヘッド装置において、集光レンズとして、
液晶レンズとプラスチックレンズとを組合せて用いたこ
とを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】プラスチックレンズがアクリル樹脂又はポ
リオレフィン樹脂のレンズである請求項１記載の光ヘッ
ド装置。
【請求項３】液晶レンズとして、液晶セルの基板の少な
くとも一方が凹部又は凸部を有しており、内部に充填さ
れた液晶が平行配向又はツイスト配向しており、液晶セ
ルの基板と液晶の屈折率差の温度変化により焦点距離又
は光の位相分布を温度変化させるものを使用する請求項
１又は２記載の光ヘッド装置。
【請求項４】液晶レンズが電極を有し、電界印加の有無
によりレンズ特性を切り替えることを特徴とする請求項
１、２又は３記載の光ヘッド装置。
【請求項５】液晶の常光屈折率をｎ_o 、異常光屈折率を
ｎ_e 、ツイストピッチをＰ、真空中の波長をλとしたと
きに、（ｎ_e −ｎ_o ）² Ｐ／（８λ）≦０．０５を満足
するようにしたことを特徴とする請求項４記載の光ヘッ
ド装置。