JPWO2004042715A1 - 液晶光学素子及び光学装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、対物レンズと別体に設けることができる波面収差（主としてコマ収差及び球面収差）補正用の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。本発明に係わる液晶光学素子は、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、光ビームの位相を進ませる又は遅らせるための領域であって波面収差を補正するための電極パターンとを有し、領域がトラッキング手段によるトラッキングに拘らず実質的に前記対物レンズの視野の範囲内の留まるように対物レンズの視野に対して小さく形成されていることを特徴とする。
Description
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。
コンパクトディスク（ＣＤ）やデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体への読取り又は書込みを行う光ピックアップ装置では、図２３Ａ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情報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は、記録媒体の読取り又は書込みを行う際には、対物レンズ３によって集光された光ビームを正確に記録媒体４のトラック上に追従させる必要がある。しかしながら、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。このように、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、コマ収差が生じるため、対物レンズ３の入射瞳位置（液晶光学素子５の挿入位置）で換算すると、図２３Ｂに示すようなコマ収差２０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、図２４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５を配置し、記録媒体４の傾きから生じるコマ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５では、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、それによってコマ収差を相殺しようとするものである。
このようなコマ収差補正用の液晶光学素子５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透明電極パターン３０を図２５Ａに示す。図２５Ａでは、液晶光学素子５に入射される光ビームの有効径１０とほぼ同じ大きさの領域内に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５を有している。また、図中３１は、基準電位を印加するための領域である。
領域３２及び３３に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向する透明電極（図示していない）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、一般的なＰ型液晶の場合、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３４及び３５に対して負（−）の電圧を印加すると、対向する透明電極（図示していない）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、一般的なＰ型液晶の場合、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３１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。透明電極パターン３０へは、配線６（図２４参照）を通じて電圧が印加されている。
図２５Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧２１を示す。このような電圧が透明電極パターン３０に印加されることによって、コマ収差２０が補正される。図２５Ｃに、補正後のコマ収差２２を示す。図２５Ｃに示されるように、液晶光学素子５を用いることで、記録媒体４の基板内に生じるコマ収差が抑制されるように補正される。
しかしながら、前述した記録媒体４が傾く問題の他に、記録媒体４のトラックと対物レンズ３の光軸とがずれる（光軸ずれ）問題も発生する。そこで、図２６に示すように、対物レンズ３の光軸を記録媒体４のトラックに追従させるために、トラッキング用のアクチュエータ７が対物レンズ３に取付けられる。また、アクチュエータ７は、電力を供給するための配線８を有している。アクチュエータ７が、図中の矢印Ａの方向に対物レンズ３を移動させることによって、対物レンズ３によって集光される光ビームが正確に記録媒体４のトラックに追従するように補正される（図２６において、光ビーム１１が、光ビーム１２へ補正される）。
しかしながら、アクチュエータ７が、対物レンズ３を移動させてしまうと、液晶光学素子５と対物レンズ３との位置関係が変化してしまう。また、液晶光学素子５に形成されている位相変調用の透明電極パターン３０（図２５Ａ）は、光ピックアップ装置の有効径１０と一致するように設計されている。即ち、液晶光学素子５は、対物レンズ３及び液晶光学素子５が、光軸に対して正確に一致した状態でのみ、記録媒体４の基板内に生じるコマ収差を理想的に補正できるように設計されている。したがって、液晶光学素子５と対物レンズ３との位置関係が変化した状態で、記録媒体４に傾きが生じると、液晶光学素子５では、十分にコマ収差を補正することができない。
そこで、図２６に示すように、対物レンズ３と位相変調用の液晶光学素子５とを一体的に取付け、同一のアクチュエータ７によって、一体的に移動させる試みがある（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、対物レンズ３と位相変調用の液晶光学素子５とを一体的に取付け、同一のアクチュエータ７によって、一体的に移動させようとすると以下のような不具合が生じる。
第１に、位相変調用の液晶光学素子５を一体的に取付けることによって、アクチュエータ７にかかる重量が増してしまう。また、アクチュエータ７は、数ｍｓという極めて早い速度で、対物レンズ３を移動する必要があるが、液晶光学素子５の重量分が加算されることによって、対物レンズ３を記録媒体４のトラックに追従させる機能が低下してしまう。第２に、液晶光学素子５には、液晶光学素子５を駆動させるための配線６が必要であるが、この配線６によってバネ乗数が変化し、一体化された対物レンズ３と液晶光学素子５を動作するための制御が複雑になってしまう。特に、配線６が引っかかり、対物レンズ３のトラッキングを妨害する場合も考えられる。
また、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２７Ａ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。
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２７Ａ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。
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２３の一例を図２７Ｂ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。
そこで、図２８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５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３参照。）。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。
このような球面収差補正用の液晶光学素子５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透明電極パターン４０の一例を図２９Ａに示す。図２９Ａでは、有効径１０の範囲内に９つの同心円状の電極パターン４１〜４９が設けられている。各領域には、図２９Ｂに示すような電圧２４が印加されている。図２９Ａに示すような電極パターン４０に図２９Ｂに示すような電圧２４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。これにより、記録媒体４の基板中に生じる球面収差２３が、図２９Ｃ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４０へは、配線６（図２８参照）を通じて電圧が印加される。
しかしながら、前述した記録媒体４の基板中に球面収差が発生する問題の他に、記録媒体４のトラックと対物レンズ３の光軸とがずれる（軸ずれ）問題も発生する。そこで、図３０に示すように、対物レンズ３の光軸を記録媒体４のトラックに追従させるために、トラッキング用のアクチュエータ７が対物レンズ３に取付けられている。また、アクチュエータ７は、電力を供給するための配線８を有している。アクチュエータ７が、図中の矢印Ａの方向に対物レンズ３を移動させることによって、対物レンズ３によって集光される光ビームが正確に記録媒体４のトラックに追従する。
しかしながら、アクチュエータ７が、対物レンズ３を移動させてしまうと、液晶光学素子５と対物レンズ３との位置関係が変化してしまう。また、液晶光学素子５に形成されている透明電極パターン４０（図２９Ａ参照）は、光ピックアップ装置の有効径１０と一致するように設計されている。即ち、液晶光学素子５は、対物レンズ３及び液晶光学素子５が、光軸に対して正確に一致した状態でのみ、記録媒体４の基板内に生じる球面収差を理想的に補正できるように設計されている。したがって、液晶光学素子５と対物レンズ３との位置関係が変化した状態では、液晶光学素子５は十分に球面収差を補正することができない。
そこで、図３０に示すように、対物レンズ３と位相変調用の液晶光学素子５とを一体的に取付け、同一のアクチュエータ７によって、一体的に移動させると、図２６で示したと同様な不具合が発生し、第１に、位相変調用の液晶光学素子５を一体的に取付けることによって、アクチュエータ７にかかる重量が増してしまう。また、アクチュエータ７は、数ｍｓという極めて早い速度で、対物レンズ３を移動する必要があるが、液晶光学素子５の重量分が加算されることによって、対物レンズ３を記録媒体４のトラックに追従させる機能が低下してしまう。第２に、液晶光学素子５には、液晶光学素子５を駆動させるための配線６が必要であるが、この配線６によってバネ乗数が変化し、一体化された対物レンズ３と液晶光学素子５を動作するための制御が複雑になってしまう。特に、配線６が引っかかり、対物レンズ３のトラッキングを妨害する場合も考えられる。
さらに、図３１に示すような、ＤＶＤ等の厚さ０．６ｍｍの透明性基板を有する高密度光ディスク７０７と、コンパクトディスク（ＣＤ）等の厚さ１．２ｍｍの透明性基板を有する光ディスク７０８を、１個の対物レンズ１１３を有する光ディスク装置によって再生する光学装置が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
図３１において、光源１は、高密度光ディスク用の光源であって、６５０ｎｍの波長の光ビームを射出する。光源１から射出された光ビームはコリメータレンズ２によってほぼ平行光に変換され、アパーチャ５７によって約直径５ｍｍの有効径１１０を有する光束に規制され、ハーフミラー５６を通過して対物レンズ１１３に入射される。対物レンズ１１３は、開口率（ＮＡ）０．６５を有する高密度光ディスク用の対物レンズであって、入射する光ビームを０．６ｍｍの透明性基板を有する高密度光ディスク７０７へ集光させる。
また、光源１０１は、ＣＤ用の光源であって、７８０ｎｍの波長の光ビームを射出する。光源１０１から射出された光ビームはコリメータレンズ１０２によってほぼ平行光に変換され、アパーチャ５８によって約直径４ｍｍの有効径１２０を有する光束に規制され、ハーフミラー５６で光路を変更されて対物レンズ１１３に入射される。対物レンズ１１３は、入射する光ビームを１．２ｍｍの透明性基板を有する光ディスク７０８へ集光させる。
このような２つの光源を再生する光ディスクの種類に応じて切換えることによって、１つの対物レンズ１１３を用いて２種類の光ディスクの再生を可能としている。
しかしながら、光ディスク７０７のそり又は曲がり、光ディスク７０７の駆動機構の欠陥等によって、光ディスク７０７に傾きが生じる場合がある（面倒れ）。このような面倒れによって、光ディスク７０７の読取り又は書込み時に、光ディスク７０７の基板内に波面収差（主としてコマ収差）を生じる。
対物レンズ１１３の瞳座標上で換算した、光ディスク７０７の基板内に生じたコマ収差２０は、図２３Ｂに示すようになる。コマ収差は、光ディスク７０７から反射される光ビームから作成される光強度信号を劣化させる原因となる。光ディスク７０８についても同様に、面倒れが発生する可能性があるが、記録密度が低い事等により、通常補正の必要性は低い。
さらに、このような光学装置の対物レンズ１１３は、０．６ｍｍの透明性基板を有する高密度光ディスク７０７のトラック面に光スポットを集光するように設定されているため、ＣＤ等の１．２ｍｍの透明性基板を有する光ディスク７０８のトラック面に光スポットを集光しようとすると、入射光ビームの有効径を細くしたとしても、正確にトラック上に光スポットを集光することができない。したがって、ＣＤ等の１．２ｍｍの透明性基板を有する光ディスク７０８を再生する際に基板内に球面収差を生じることとなる。
対物レンズ１１３の瞳座標上で換算した、ＣＤ等の１．２ｍｍの透明性基板を有する光ディスク７０８の基板内に生じた球面収差２３は、図２７Ｂのようになる。球面収差は、光ディスク１４から反射される光ビームから作成される光強度信号を劣化させる原因となる。
特開２００１−１４３３０３号公報（第３頁、第１図） 特開２０００−２１５５０５号公報（第２頁、第１図） 特開平１０−２６９６１１号公報（第３−５頁、第１−３図、第５図） 特開２００１−１０１７００（第５−６頁、第６図）
そこで、図２４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５を配置し、記録媒体４の傾きから生じるコマ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５では、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、それによってコマ収差を相殺しようとするものである。
このようなコマ収差補正用の液晶光学素子５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透明電極パターン３０を図２５Ａに示す。図２５Ａでは、液晶光学素子５に入射される光ビームの有効径１０とほぼ同じ大きさの領域内に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５を有している。また、図中３１は、基準電位を印加するための領域である。
領域３２及び３３に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向する透明電極（図示していない）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、一般的なＰ型液晶の場合、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３４及び３５に対して負（−）の電圧を印加すると、対向する透明電極（図示していない）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、一般的なＰ型液晶の場合、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３１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。透明電極パターン３０へは、配線６（図２４参照）を通じて電圧が印加されている。
図２５Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧２１を示す。このような電圧が透明電極パターン３０に印加されることによって、コマ収差２０が補正される。図２５Ｃに、補正後のコマ収差２２を示す。図２５Ｃに示されるように、液晶光学素子５を用いることで、記録媒体４の基板内に生じるコマ収差が抑制されるように補正される。
しかしながら、前述した記録媒体４が傾く問題の他に、記録媒体４のトラックと対物レンズ３の光軸とがずれる（光軸ずれ）問題も発生する。そこで、図２６に示すように、対物レンズ３の光軸を記録媒体４のトラックに追従させるために、トラッキング用のアクチュエータ７が対物レンズ３に取付けられる。また、アクチュエータ７は、電力を供給するための配線８を有している。アクチュエータ７が、図中の矢印Ａの方向に対物レンズ３を移動させることによって、対物レンズ３によって集光される光ビームが正確に記録媒体４のトラックに追従するように補正される（図２６において、光ビーム１１が、光ビーム１２へ補正される）。
しかしながら、アクチュエータ７が、対物レンズ３を移動させてしまうと、液晶光学素子５と対物レンズ３との位置関係が変化してしまう。また、液晶光学素子５に形成されている位相変調用の透明電極パターン３０（図２５Ａ）は、光ピックアップ装置の有効径１０と一致するように設計されている。即ち、液晶光学素子５は、対物レンズ３及び液晶光学素子５が、光軸に対して正確に一致した状態でのみ、記録媒体４の基板内に生じるコマ収差を理想的に補正できるように設計されている。したがって、液晶光学素子５と対物レンズ３との位置関係が変化した状態で、記録媒体４に傾きが生じると、液晶光学素子５では、十分にコマ収差を補正することができない。
そこで、図２６に示すように、対物レンズ３と位相変調用の液晶光学素子５とを一体的に取付け、同一のアクチュエータ７によって、一体的に移動させる試みがある（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、対物レンズ３と位相変調用の液晶光学素子５とを一体的に取付け、同一のアクチュエータ７によって、一体的に移動させようとすると以下のような不具合が生じる。
第１に、位相変調用の液晶光学素子５を一体的に取付けることによって、アクチュエータ７にかかる重量が増してしまう。また、アクチュエータ７は、数ｍｓという極めて早い速度で、対物レンズ３を移動する必要があるが、液晶光学素子５の重量分が加算されることによって、対物レンズ３を記録媒体４のトラックに追従させる機能が低下してしまう。第２に、液晶光学素子５には、液晶光学素子５を駆動させるための配線６が必要であるが、この配線６によってバネ乗数が変化し、一体化された対物レンズ３と液晶光学素子５を動作するための制御が複雑になってしまう。特に、配線６が引っかかり、対物レンズ３のトラッキングを妨害する場合も考えられる。
また、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２７Ａ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。
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２７Ａ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。
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２３の一例を図２７Ｂ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。
そこで、図２８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５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３参照。）。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。
このような球面収差補正用の液晶光学素子５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透明電極パターン４０の一例を図２９Ａに示す。図２９Ａでは、有効径１０の範囲内に９つの同心円状の電極パターン４１〜４９が設けられている。各領域には、図２９Ｂに示すような電圧２４が印加されている。図２９Ａに示すような電極パターン４０に図２９Ｂに示すような電圧２４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。これにより、記録媒体４の基板中に生じる球面収差２３が、図２９Ｃ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４０へは、配線６（図２８参照）を通じて電圧が印加される。
しかしながら、前述した記録媒体４の基板中に球面収差が発生する問題の他に、記録媒体４のトラックと対物レンズ３の光軸とがずれる（軸ずれ）問題も発生する。そこで、図３０に示すように、対物レンズ３の光軸を記録媒体４のトラックに追従させるために、トラッキング用のアクチュエータ７が対物レンズ３に取付けられている。また、アクチュエータ７は、電力を供給するための配線８を有している。アクチュエータ７が、図中の矢印Ａの方向に対物レンズ３を移動させることによって、対物レンズ３によって集光される光ビームが正確に記録媒体４のトラックに追従する。
しかしながら、アクチュエータ７が、対物レンズ３を移動させてしまうと、液晶光学素子５と対物レンズ３との位置関係が変化してしまう。また、液晶光学素子５に形成されている透明電極パターン４０（図２９Ａ参照）は、光ピックアップ装置の有効径１０と一致するように設計されている。即ち、液晶光学素子５は、対物レンズ３及び液晶光学素子５が、光軸に対して正確に一致した状態でのみ、記録媒体４の基板内に生じる球面収差を理想的に補正できるように設計されている。したがって、液晶光学素子５と対物レンズ３との位置関係が変化した状態では、液晶光学素子５は十分に球面収差を補正することができない。
そこで、図３０に示すように、対物レンズ３と位相変調用の液晶光学素子５とを一体的に取付け、同一のアクチュエータ７によって、一体的に移動させると、図２６で示したと同様な不具合が発生し、第１に、位相変調用の液晶光学素子５を一体的に取付けることによって、アクチュエータ７にかかる重量が増してしまう。また、アクチュエータ７は、数ｍｓという極めて早い速度で、対物レンズ３を移動する必要があるが、液晶光学素子５の重量分が加算されることによって、対物レンズ３を記録媒体４のトラックに追従させる機能が低下してしまう。第２に、液晶光学素子５には、液晶光学素子５を駆動させるための配線６が必要であるが、この配線６によってバネ乗数が変化し、一体化された対物レンズ３と液晶光学素子５を動作するための制御が複雑になってしまう。特に、配線６が引っかかり、対物レンズ３のトラッキングを妨害する場合も考えられる。
さらに、図３１に示すような、ＤＶＤ等の厚さ０．６ｍｍの透明性基板を有する高密度光ディスク７０７と、コンパクトディスク（ＣＤ）等の厚さ１．２ｍｍの透明性基板を有する光ディスク７０８を、１個の対物レンズ１１３を有する光ディスク装置によって再生する光学装置が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
図３１において、光源１は、高密度光ディスク用の光源であって、６５０ｎｍの波長の光ビームを射出する。光源１から射出された光ビームはコリメータレンズ２によってほぼ平行光に変換され、アパーチャ５７によって約直径５ｍｍの有効径１１０を有する光束に規制され、ハーフミラー５６を通過して対物レンズ１１３に入射される。対物レンズ１１３は、開口率（ＮＡ）０．６５を有する高密度光ディスク用の対物レンズであって、入射する光ビームを０．６ｍｍの透明性基板を有する高密度光ディスク７０７へ集光させる。
また、光源１０１は、ＣＤ用の光源であって、７８０ｎｍの波長の光ビームを射出する。光源１０１から射出された光ビームはコリメータレンズ１０２によってほぼ平行光に変換され、アパーチャ５８によって約直径４ｍｍの有効径１２０を有する光束に規制され、ハーフミラー５６で光路を変更されて対物レンズ１１３に入射される。対物レンズ１１３は、入射する光ビームを１．２ｍｍの透明性基板を有する光ディスク７０８へ集光させる。
このような２つの光源を再生する光ディスクの種類に応じて切換えることによって、１つの対物レンズ１１３を用いて２種類の光ディスクの再生を可能としている。
しかしながら、光ディスク７０７のそり又は曲がり、光ディスク７０７の駆動機構の欠陥等によって、光ディスク７０７に傾きが生じる場合がある（面倒れ）。このような面倒れによって、光ディスク７０７の読取り又は書込み時に、光ディスク７０７の基板内に波面収差（主としてコマ収差）を生じる。
対物レンズ１１３の瞳座標上で換算した、光ディスク７０７の基板内に生じたコマ収差２０は、図２３Ｂに示すようになる。コマ収差は、光ディスク７０７から反射される光ビームから作成される光強度信号を劣化させる原因となる。光ディスク７０８についても同様に、面倒れが発生する可能性があるが、記録密度が低い事等により、通常補正の必要性は低い。
さらに、このような光学装置の対物レンズ１１３は、０．６ｍｍの透明性基板を有する高密度光ディスク７０７のトラック面に光スポットを集光するように設定されているため、ＣＤ等の１．２ｍｍの透明性基板を有する光ディスク７０８のトラック面に光スポットを集光しようとすると、入射光ビームの有効径を細くしたとしても、正確にトラック上に光スポットを集光することができない。したがって、ＣＤ等の１．２ｍｍの透明性基板を有する光ディスク７０８を再生する際に基板内に球面収差を生じることとなる。
対物レンズ１１３の瞳座標上で換算した、ＣＤ等の１．２ｍｍの透明性基板を有する光ディスク７０８の基板内に生じた球面収差２３は、図２７Ｂのようになる。球面収差は、光ディスク１４から反射される光ビームから作成される光強度信号を劣化させる原因となる。
本発明は、対物レンズと別体に設けることができる波面収差（主としてコマ収差及び球面収差）補正用の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、トラッキングによる対物レンズの移動に拘わらず、良好にコマ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。
さらに、本発明は、トラッキングによる対物レンズの移動に拘わらず、良好に球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。
さらに、トラッキング性能を損なうことなく、安価に製造することができる波面収差（主としてコマ収差及び球面収差）補正用の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、複数種類の光ディスクからの読取り又は書込みを１個の対物レンズを用いて良好に行うための波面収差（主としてコマ収差及び球面収差）補正用の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、複数種類の光ディスクからの読取り又は書込みを１個の対物レンズを用いて良好に行い且つトラッキング性能を損なうことがない波面収差（主としてコマ収差及び球面収差）補正用の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。
上記目的を達成するために、本発明に係る液晶光学素子では、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、光ビームの位相を進ませる又は遅らせるための領域を含み波面収差を補正するための電極パターンとを有し、領域がトラッキング手段によるトラッキングに拘らず実質的に対物レンズの視野の範囲内の留まるように対物レンズの視野に対して小さく形成されていることを特徴とする。光ビームの位相を進ませる又は遅らせるための領域が実質的に対物レンズの視野の範囲に留まるように形成されているので、トラッキングに拘らず充分な波面収差を行うことが可能となった。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る光学装置では、光源と、光源からの光ビームを前記記録媒体へ集光するための対物レンズと、対物レンズを前記対物レンズの軸ずれを補正するために移動させるトラッキング手段と、対物レンズと別体に構成された液晶光学素子とを有し、
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、光ビームの位相を進ませるため又は遅らせるための領域を含み波面収差を補正するための電極パターンとを含み、領域がトラッキング手段によるトラッキングに拘らず実質的に前記対物レンズの視野の範囲内の留まるように対物レンズの視野に対して小さく形成されていることを特徴とする。光ビームの位相を進ませる又は遅らせるための領域が実質的に対物レンズの視野の範囲に留まるように形成されているので、トラッキングに拘らず充分な波面収差を行うことが可能となった。
なお、電極パターンは、発生する収差量に応じて波面収差を補正するためのものであることが好ましい。
さらに、電極パターンは、コマ収差補正用の電極パターンであることが好ましい。
さらにコマ収差補正用のために、領域は、光ビームの位相を進ませるための第１の領域及び前記光ビームの位相を遅らせるための第２の領域を有することが好ましく、光ビームの位相を実質的に変更しない第３の領域を有することがさらに好ましい。
さらに、領域は、コマ収差補正用のために、ただ一つの第１の領域及びただ一つの第２の領域を有することが好ましい。
さらに、領域は、コマ収差補正用のために、２箇所の第１の領域と及び２箇所の第２の領域を有することが好ましい。
さらに、コマ収差補正用のために、第１及び第２の領域が、トラッキング手段が動作しない場合に、対物レンズ視野に対して５０μｍ〜３００μｍ内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、コマ収差補正用のために、第１及び第２の領域が、トラッキング手段が動作しない場合に、光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／４以下になるように、対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、コマ収差補正用のために、第１及び第２の領域が、トラッキング手段が動作しない場合に、光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／１４以下になるように、対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、コマ収差補正用のために、第１及び第２の領域が、トラッキング手段が動作しない場合に、光ビームの収差補正後の残存コマ収差が３３λｍ以下になるように、対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、電極パターンは、球面収差補正用の電極パターンであることが好ましい。
さらに、球面収差補正のために、領域は、光ビームの位相を進ませるための又は位相を遅らせるための複数の小領域を有していることが好ましい。
さらに、球面収差補正のために、複数の小領域は、トラッキング手段が動作しない場合に、対物レンズの視野に対して５０μｍ〜３００μｍ内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、球面収差補正のために、複数の小領域は、トラッキング手段が動作しない場合に、光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／４以下になるように、対物レンズの有効径の内側領域のみに小さく形成さていることが好ましい。
さらに、球面収差補正のために、複数の小領域は、トラッキング手段が動作しない場合に、光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／１４以下になるように、対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、球面収差補正のために、複数の小領域は、トラッキング手段が動作しない場合に、光ビームの収差補正後の残存コマ収差が３３λｍ以下になるように、対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、発生する球面収差に応じて、球面収差補正用の電極パターンに電圧を印加する電圧印加手段を有することが好ましい。
さらに、記録媒体は複数のトラック面を有し、複数のトラック面に応じて球面収差補正用の電極パターンを動作させる電圧印加手段を有することが好ましい。
さらに、電極パターンは、第１又は第２の透明基板の一方の表面上に形成されたコマ収差補正用の電極パターン及び、第１又は第２の透明基板の他方の表面上に形成された球面収差補正用の電極パターン有することが好ましい。
さらに、コマ収差補正用の第１及び第２の領域が、トラッキング手段が動作しない場合に、対物レンズの視野に対して８０μｍ〜５００μｍ内側に小さく形成されており、球面収差用の複数の小領域が、トラッキング手段が動作しない場合に、対物レンズの視野に対して７０μｍ〜４００μｍ内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、使用される前記記録媒体に応じて、コマ収差補正用の電極パターン又前記球面収差補正用の電極パターンの動作を切換えるための切換え手段を有することが好ましい。
さらに、コマ収差補正用の電極パターンはＤＶＤ用に用いられ、球面収差補正用の電極パターンはＣＤ用に用いられることが好ましい。
さらに、対物レンズは、ＤＶＤ用の対物レンズであることが好ましい。
また、本発明は、トラッキングによる対物レンズの移動に拘わらず、良好にコマ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。
さらに、本発明は、トラッキングによる対物レンズの移動に拘わらず、良好に球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。
さらに、トラッキング性能を損なうことなく、安価に製造することができる波面収差（主としてコマ収差及び球面収差）補正用の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、複数種類の光ディスクからの読取り又は書込みを１個の対物レンズを用いて良好に行うための波面収差（主としてコマ収差及び球面収差）補正用の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、複数種類の光ディスクからの読取り又は書込みを１個の対物レンズを用いて良好に行い且つトラッキング性能を損なうことがない波面収差（主としてコマ収差及び球面収差）補正用の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。
上記目的を達成するために、本発明に係る液晶光学素子では、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、光ビームの位相を進ませる又は遅らせるための領域を含み波面収差を補正するための電極パターンとを有し、領域がトラッキング手段によるトラッキングに拘らず実質的に対物レンズの視野の範囲内の留まるように対物レンズの視野に対して小さく形成されていることを特徴とする。光ビームの位相を進ませる又は遅らせるための領域が実質的に対物レンズの視野の範囲に留まるように形成されているので、トラッキングに拘らず充分な波面収差を行うことが可能となった。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る光学装置では、光源と、光源からの光ビームを前記記録媒体へ集光するための対物レンズと、対物レンズを前記対物レンズの軸ずれを補正するために移動させるトラッキング手段と、対物レンズと別体に構成された液晶光学素子とを有し、
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、光ビームの位相を進ませるため又は遅らせるための領域を含み波面収差を補正するための電極パターンとを含み、領域がトラッキング手段によるトラッキングに拘らず実質的に前記対物レンズの視野の範囲内の留まるように対物レンズの視野に対して小さく形成されていることを特徴とする。光ビームの位相を進ませる又は遅らせるための領域が実質的に対物レンズの視野の範囲に留まるように形成されているので、トラッキングに拘らず充分な波面収差を行うことが可能となった。
なお、電極パターンは、発生する収差量に応じて波面収差を補正するためのものであることが好ましい。
さらに、電極パターンは、コマ収差補正用の電極パターンであることが好ましい。
さらにコマ収差補正用のために、領域は、光ビームの位相を進ませるための第１の領域及び前記光ビームの位相を遅らせるための第２の領域を有することが好ましく、光ビームの位相を実質的に変更しない第３の領域を有することがさらに好ましい。
さらに、領域は、コマ収差補正用のために、ただ一つの第１の領域及びただ一つの第２の領域を有することが好ましい。
さらに、領域は、コマ収差補正用のために、２箇所の第１の領域と及び２箇所の第２の領域を有することが好ましい。
さらに、コマ収差補正用のために、第１及び第２の領域が、トラッキング手段が動作しない場合に、対物レンズ視野に対して５０μｍ〜３００μｍ内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、コマ収差補正用のために、第１及び第２の領域が、トラッキング手段が動作しない場合に、光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／４以下になるように、対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、コマ収差補正用のために、第１及び第２の領域が、トラッキング手段が動作しない場合に、光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／１４以下になるように、対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、コマ収差補正用のために、第１及び第２の領域が、トラッキング手段が動作しない場合に、光ビームの収差補正後の残存コマ収差が３３λｍ以下になるように、対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、電極パターンは、球面収差補正用の電極パターンであることが好ましい。
さらに、球面収差補正のために、領域は、光ビームの位相を進ませるための又は位相を遅らせるための複数の小領域を有していることが好ましい。
さらに、球面収差補正のために、複数の小領域は、トラッキング手段が動作しない場合に、対物レンズの視野に対して５０μｍ〜３００μｍ内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、球面収差補正のために、複数の小領域は、トラッキング手段が動作しない場合に、光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／４以下になるように、対物レンズの有効径の内側領域のみに小さく形成さていることが好ましい。
さらに、球面収差補正のために、複数の小領域は、トラッキング手段が動作しない場合に、光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／１４以下になるように、対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、球面収差補正のために、複数の小領域は、トラッキング手段が動作しない場合に、光ビームの収差補正後の残存コマ収差が３３λｍ以下になるように、対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、発生する球面収差に応じて、球面収差補正用の電極パターンに電圧を印加する電圧印加手段を有することが好ましい。
さらに、記録媒体は複数のトラック面を有し、複数のトラック面に応じて球面収差補正用の電極パターンを動作させる電圧印加手段を有することが好ましい。
さらに、電極パターンは、第１又は第２の透明基板の一方の表面上に形成されたコマ収差補正用の電極パターン及び、第１又は第２の透明基板の他方の表面上に形成された球面収差補正用の電極パターン有することが好ましい。
さらに、コマ収差補正用の第１及び第２の領域が、トラッキング手段が動作しない場合に、対物レンズの視野に対して８０μｍ〜５００μｍ内側に小さく形成されており、球面収差用の複数の小領域が、トラッキング手段が動作しない場合に、対物レンズの視野に対して７０μｍ〜４００μｍ内側に小さく形成されていることが好ましい。
さらに、使用される前記記録媒体に応じて、コマ収差補正用の電極パターン又前記球面収差補正用の電極パターンの動作を切換えるための切換え手段を有することが好ましい。
さらに、コマ収差補正用の電極パターンはＤＶＤ用に用いられ、球面収差補正用の電極パターンはＣＤ用に用いられることが好ましい。
さらに、対物レンズは、ＤＶＤ用の対物レンズであることが好ましい。
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる光学装置を示す概念図である。
図２は、図１に用いられる液晶光学素子の断面図の一例を示す図である。
図３Ａは図１に用いられる液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの一例を示し、図３Ｂは図３Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図３Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図４Ａは図１に用いられる液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの他の例を示し、図４Ｂは図４Ｂに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図４Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図５は、従来の波面収差補正用の液晶光学素子の動作を例示するための図である。
図６は、本発明に係わる液晶光学素子の動作を例示するための図である。
図７は、本発明に係る液晶光学素子において、軸ずれが生じた場合に、コマ収差が補正される具体例を説明するための図である。
図８は、従来の液晶光学素子において、軸ずれが生じた場合を説明するための図である。
図９は、本発明の第２の実施形態に係わる光学装置を示す概念図である。
図１０は、図９に用いられる液晶光学素子の断面図の一例を示す図である。
図１１Ａは図９に用いられる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、図１１Ｂ図１１Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図１１Ｃは補正された球面収差の一例を示す図である。
図１２Ａは図９に用いられ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し、図１２Ｂは図１２Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図１２Ｃは補正された球面収差の一例を示す図である。
図１３は、本発明の第３の実施形態に係わる光学装置を示す概念図である。
図１４Ａは図１３に用いられる液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの一例を示し、図１４Ａは図１４Ｂに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図１４Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図１５Ａは図１３に用いられる液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの他の例を示し、図１５Ａは図１５Ｂに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図１５Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図１６Ａは球面収差補正用の他の電極パターン例を示し、図１６Ｂはコマ収差補正用の他の電極パターン例を示す図である。
図１７は、本発明の第４の実施形態に係わる光学装置を示す概念図である。
図１８は、図１７に用いられる液晶光学素子の一例の断面図を示す図である。
図１９Ａは、図１７に用いられる液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの一例を示し、図１９Ｂは図１９Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図１９Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図２０Ａは、図１７に用いられる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、図２０Ｂは図２０Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図２０Ｃは補正された球面収差の一例を示す図である。
図２１Ａは、図１７に用いられる液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの他の例を示し、図２１Ｂは図２１Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図２１Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図２２Ａは、図１７に用いられ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し、図２２Ｂは図２２Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図２２Ｃは補正された球面収差の一例を示す図である。
図２３Ａは記録媒体の面倒れによるコマ収差の発生を説明するための図であり、図２３Ｂは発生するコマ収差の一例を示す図である。
図２４は、従来のコマ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２５Ａは液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの一例を示し、図２５Ｂは図２５Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図２５Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図２６は、従来のコマ収差補正用の液晶光学素子を有する光学装置の他の例を示す図である。
図２７Ａは記録媒体の球面収差の発生を説明するための図であり、図２７Ｂは発生する球面収差の例を示す図である。
図２８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す図である。
図２９Ａ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、図２９Ｂは図２９Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図２９Ｃは補正された球面収差の一例を示す図である。
図３０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他の例を示す図である。
図３１は、従来の光学装置の一例を示す図である。
図２は、図１に用いられる液晶光学素子の断面図の一例を示す図である。
図３Ａは図１に用いられる液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの一例を示し、図３Ｂは図３Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図３Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図４Ａは図１に用いられる液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの他の例を示し、図４Ｂは図４Ｂに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図４Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図５は、従来の波面収差補正用の液晶光学素子の動作を例示するための図である。
図６は、本発明に係わる液晶光学素子の動作を例示するための図である。
図７は、本発明に係る液晶光学素子において、軸ずれが生じた場合に、コマ収差が補正される具体例を説明するための図である。
図８は、従来の液晶光学素子において、軸ずれが生じた場合を説明するための図である。
図９は、本発明の第２の実施形態に係わる光学装置を示す概念図である。
図１０は、図９に用いられる液晶光学素子の断面図の一例を示す図である。
図１１Ａは図９に用いられる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、図１１Ｂ図１１Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図１１Ｃは補正された球面収差の一例を示す図である。
図１２Ａは図９に用いられ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し、図１２Ｂは図１２Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図１２Ｃは補正された球面収差の一例を示す図である。
図１３は、本発明の第３の実施形態に係わる光学装置を示す概念図である。
図１４Ａは図１３に用いられる液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの一例を示し、図１４Ａは図１４Ｂに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図１４Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図１５Ａは図１３に用いられる液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの他の例を示し、図１５Ａは図１５Ｂに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図１５Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図１６Ａは球面収差補正用の他の電極パターン例を示し、図１６Ｂはコマ収差補正用の他の電極パターン例を示す図である。
図１７は、本発明の第４の実施形態に係わる光学装置を示す概念図である。
図１８は、図１７に用いられる液晶光学素子の一例の断面図を示す図である。
図１９Ａは、図１７に用いられる液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの一例を示し、図１９Ｂは図１９Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図１９Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図２０Ａは、図１７に用いられる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、図２０Ｂは図２０Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図２０Ｃは補正された球面収差の一例を示す図である。
図２１Ａは、図１７に用いられる液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの他の例を示し、図２１Ｂは図２１Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図２１Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図２２Ａは、図１７に用いられ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し、図２２Ｂは図２２Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図２２Ｃは補正された球面収差の一例を示す図である。
図２３Ａは記録媒体の面倒れによるコマ収差の発生を説明するための図であり、図２３Ｂは発生するコマ収差の一例を示す図である。
図２４は、従来のコマ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２５Ａは液晶光学素子のコマ収差補正用の電極パターンの一例を示し、図２５Ｂは図２５Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図２５Ｃは補正されたコマ収差の一例を示す図である。
図２６は、従来のコマ収差補正用の液晶光学素子を有する光学装置の他の例を示す図である。
図２７Ａは記録媒体の球面収差の発生を説明するための図であり、図２７Ｂは発生する球面収差の例を示す図である。
図２８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す図である。
図２９Ａ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、図２９Ｂは図２９Ａに示す電極パターンに印加される電圧の一例を示し、図２９Ｃは補正された球面収差の一例を示す図である。
図３０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他の例を示す図である。
図３１は、従来の光学装置の一例を示す図である。
以下図面を参照しながら、本発明に係る波面収差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ついて説明を行う。発生する波面収差には、主としてコマ収差及び球面収差がある。以下に示す第１の実施形態では、主としてコマ収差を補正する液晶光学素子及びこれを用いた光学装置について説明する。また、以下に示す第２の実施形態では、主として球面収差を補正する液晶光学素子及びこれを用いた光学装置について説明する。さらに、以下に示す第３及び第４の実施形態では、主としてコマ収差及び球面収差を補正する液晶光学素子及びこれを用いた光学装置について説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る液晶光学素子を用いた光学装置１００を図１に示す。図１において、半導体レーザ素子等の光源１から出射された光ビーム（６５０ｎｍ）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５０を通過し、液晶光学素子６０に入射する。液晶光学素子６０を通過した光ビームは、１／４波長板５５を通過して、対物レンズ３により（ＤＶＤ等の）記録媒体７００に集光される。液晶光学素子６０は、後述するように、記録媒体７００の基板内に発生するコマ収差を抑制するように補正を行う機能を有している。
なお、光ビームの波長は、ＤＶＤの場合６５０ｎｍ（本実施形態）、ＣＤの場合７８０ｎｍであり、共に±２０ｎｍの誤差が生じる可能性がある。また、次世代の青色レーザの波長は４０５ｎｍであり、主にＤＶＤに利用される。本発明は特にＤＶＤに対して有効であり、特に次世代の青色レーザを用いた場合には効果が大きい。
「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３で有効に利用される液晶光学素子上での主光ビーム径を言う。また、「液晶光学素子の有効径」とは、発生する収差量に応じて位相を進ませる領域と遅らせる領域のことを指す。この点は、以下の全ての他の実施形態について同様である。
本実施形態では、対物レンズ３の開口率ＮＡは０．６５、有効径（φ）は３ｍｍに設定されている。
対物レンズ３には、トラッキング用のアクチュエータ７が取付けられている。なお、ムービング・マグネット式のトラッキング手段をアクチュエータの代わりに用いることもできる。アクチュエータ７は、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、対物レンズによって集光される光ビームが、記録媒体７００のトラックに正確に追従するように動作する（例えば、光ビーム１１が光ビーム１２に補正される）。アクチュエータ７には、駆動のための配線８が取付けされている。液晶光学素子６０には、後述する透明電極パターンを駆動するための配線５４が取付けされている。
記録媒体７００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５５及び液晶光学素子６０を通過して、偏光ビームスプリッタ５０により光路を変更され、集光レンズ５１によって受光器５２に集光される。光ビームは、記録媒体７００により反射される際に、記録媒体７００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ている。受光器５２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。
液晶光学素子制御回路５３（以下単に「制御回路」と言う）は、受光器５２からの光強度信号を利用して、記録媒体７００の基板内に生じるコマ収差を検出する。さらに、制御回路５３は、検出したコマ収差を相殺するように、配線５４を介して液晶光学素子６０の透明電極パターンに電圧を印加する。このような制御によって、光強度信号の強度が適正になるようにコマ収差が補正される。
図２に、図１に示された液晶光学素子６０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５０を通過した後、液晶光学素子６０に入射する方向を示している。図２において、光源１側の透明基板６１には、コマ収差補正用の透明電極６２及び配向膜６３が形成されている。また、記録媒体７００側の透明基板６７には、透明性対向電極６６及び配向膜６５が形成されている。液晶６８は、２枚の透明基板６１及び６７と、シール部材６４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、実際の厚さの比とは異なる。
図３Ａに、図１及び２に示された液晶光学素子６０の透明電極６２における、コマ収差補正用の透明電極パターン３００を示す。図３Ａに示されるように、液晶光学素子６０に入射される光ビームの有効径１０から５０μｍ内側に入った内側領域１８に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、及び位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５が配置されている。また、図中３１は、基準電位を印加するための基準領域である。
ここで、内側領域とは、波面収差補正用の電極パターンを設けた、有効径１０から所定の長さ内側に入った領域を言い、これは前述した液晶光学素子の有効径に相当する。
領域３１に印加される基準電圧に対して正（＋）の電圧を領域３２及び３３に印加すると、透明性対向電極６６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３１に印加される基準電圧に対して負（−）の電圧を領域３４及び３５に印加すると、透明性対向電極６６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３１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。透明電極６２のコマ収差補正用の電極パターン３００へは、前述した制御回路５３から配線５４（図１参照）によって電圧が印加されている。
図３Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧２３を示す。このような電圧が内側領域１８の透明電極パターン３００の各領域３１〜３５に印加されることによって、液晶光学素子６０は、記録媒体７００が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差２０を打ち消すように働く。
図３Ｃに、補正後のコマ収差２４を示す。即ち、図３Ｂのコマ収差２０が、図３Ｃのコマ収差２４のように補正されている。液晶光学素子６０によって、記録媒体７００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。
ここで、有効径１０の中心と、内側領域１８の透明電極パターン３００の中心とが合致している場合（軸ずれが発生していない場合）、補正後のコマ収差（残存コマ収差）は、レイリーの４分の１波長の法則（Ｒａｙｌｅｉｇｈ’ｓ ｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒｕｌｅ）より、光源１の波長の１／４以下であることが好ましい。この条件を満たすことにより、レイリーの議論に従えば、基板内に発生するコマ収差による光の損失は普通許容されることと考えられるからである。
また、有効径１０の中心と、内側領域１８の透明電極パターン３００の中心とが合致している場合（軸ずれが発生していない場合）、補正後のコマ収差（残存コマ収差）は、マーシャル（Ｍａｒｅｃｈａｌ）の評価に従い、光源１の波長の１／１４以下であることが好ましい。マーシャルは、波面と回折焦点に中心を持つ参照球面とのずれの標準偏差がλ／１４以下になることが、特定の系において収差が十分に小さいことと等価であることとした。この条件を満たすことにより、マーシャルの議論に従えば、基板内に発生するコマ収差は十分に小さいと考えられるからである。
さらに、有効径１０の中心と、内側領域１８の透明電極パターン３００の中心とが合致している場合（軸ずれが発生していない場合）、補正後のコマ収差（残存コマ収差）は、記録媒体がＤＶＤである場合には、３３ｍλ以下であることが好ましい。ＤＶＤ評価器における評価基準（３３ｍλ）をクリアすることが必要と考えられるからである。
内側領域を小さく設定すれば、アクチュエータ７によって大きな軸ずれが生じても内側領域は液晶光学素子上の対物レンズの視野（以下単に「対物レンズの視野」と言う）の中に留まるので、軸ずれに拘わらずコマ収差の補正を行うことが可能となる。しかしながら、あまりに内側領域を小さく設定しすぎると、残存コマ収差が大きくなってしまう。上記の３つの例は、その条件を定めたものである。
図４Ａに本発明に係わる他のコマ収差補正用の透明電極パターン３１０を示す。図４Ａでは、液晶光学素子６０に入射される光ビームの有効径１０から内側３００μｍの内側領域１８に、位相を進ませるための１つの領域３２、及び位相を遅らせるための１つの領域３４を有している。また、図中３１は、基準電位を印加するための領域である。
領域３２に対して正（＋）の電圧を印加すると、透明性対向電極６６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３４に対して負（−）の電圧を印加すると、透明性対向電極６６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３１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。透明電極パターン３１０へは、前述した制御回路５３から配線６（図１参照）によって電圧が印加されている。
図４Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧２５を示す。このような電圧が透明電極パターン３１０の各領域３１、３２及び３４に印加されることによって、液晶光学素子６０は、記録媒体７００が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差２０を打ち消すように働く。
図４Ｃに、補正後のコマ収差２６を示す。即ち、図４Ｂのコマ収差２０が、図４Ｃのコマ収差２６のように補正されている。液晶光学素子６０によって、記録媒体７００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。
ここで、図２５Ａに示すように、有効径１０の内側全体に渡って位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域が形成されている場合と、図３Ａ又は図４Ａに示すように有効径１０の内側領域１８のみに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域が形成されている場合の差異について説明する。
図２５Ａの場合のコマ収差補正は、図５Ａに示すように、有効径１０内の全ての領域で光ビームを捉え、その光ビームを液晶光学素子の有効径にて補正を行うことに匹敵する。しかしながら、対物レンズ３がアクチュエータ７によって移動されると、この液晶光学素子の有効径が対物レンズの視野の範囲内からずれてしまい（図５Ｂ参照）、効果的にコマ収差補正を行うことができない。
これに対して、図３Ａの場合のコマ収差補正は、図６Ａに示すように、有効径１０から５０μｍの内側領域の範囲内でのみで光ビームを捉えて、液晶光学素子の有効径に相当する領域１８にて補正を行うことに匹敵する。この場合に、対物レンズ３がアクチュエータ７によって移動されると、対物レンズの視野の中心は、内側領域１８の中心からはずれるが、依然、この内側領域１８は対物レンズの視野の範囲内に留まる（図６Ｂ参照）。したがって、光軸の中心に内側領域１８を捉えている場合（図６Ａ参照）に比べると若干程度は落ちるが、十分にコマ収差補正が行われることとなる。
有効径１０の範囲内全てに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域を設けずに、有効径１０の内側領域１８のみに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域を設けたので、対物レンズ３がトラッキングのためにアクチュエータ７によって移動してしまっても、有効にコマ収差補正を行えるようになったものである。
即ち、アクチュエータ７によるレンズの移動に拘らず、実質的に、位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域は対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、有効にコマ収差補正を行えるようになったものである。「実質的に留まる」とは、予め定められた精度内でコマ収差の補正が行えるような関係を言う。
以下の表１に、コマ収差補正用の電極パターンを設ける内側領域及び対物レンズのトラッキングによる移動量（＝軸ずれ量）と、反射光ビームに基づいて発生されるＲＦ信号の劣化（主に信号のジッタ）との関係を示す。
ＲＦ信号の劣化は、Ａ〜Ｄの４段階で示しており、Ａは最良の状態、Ｂは良の状態、ＣはＲＦ信号として使用可能な状態、ＤはＲＦ信号として使用することができない状態を表している。なお、以下の表１を作成するに際しては、有効径から０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ及び３５０μｍの内側領域のみに位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を作成した液晶光学素子を作成し、液晶光学素子と対物レンズとの光軸を０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍずらしてＲＦ信号のジッタ量を測定した。光学装置は、図１と同じ構成とし、有効径（φ）３ｍｍ、対物レンズの開口数（ＮＡ）を０．６５とした。
表１から理解されるように、０μｍ〜２００μｍの軸ずれ量が発生しても、有効径から５０μｍ〜３００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域が設けられている液晶光学素子では、ほぼ良好なコマ収差補正を行うことが可能となった。良好なコマ収差補正を行えるので、ＲＦ信号のジッタ量が抑制され、光学装置として使用可能な状態となる。なお、有効径から５０μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた例は、図３Ａに相当し、有効径から３００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた例は、図４Ａに相当する。
これに対して、有効径から０μｍの内側領域にのみ（即ち、有効径１０全体に）位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた液晶光学素子（即ち、図２５Ａに示される従来の液晶光学素子）では、軸ずれ量が１００μｍ以上発生すると、適正な収差補正を行うことができなくなる。即ち、ＲＦ信号のジッタ量が増加して、光学装置として使用不可能な状態となる。
また、有効径から３５０μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた場合も、軸ずれ量が５０μｍ以上発生すると、適正なコマ収差補正を行うことができなくなる。即ち、ＲＦ信号のジッタ量が増加して、光学装置として使用不可能な状態となる。これは、位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域が小さくなりすぎて、逆に適切なコマ収差補正が行えなくなっているものと考えられる。
このように、有効径から５０μｍ〜３００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた液晶光学素子を用いることによって、対物レンズのトラッキングのための移動による軸ずれが発生しても、良好にコマ収差補正を行うことが可能となる。
なお、光学装置の仕様に応じて位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設ける内側領域を設定することもできる。例えば、トラッキングによる軸ずれが１００μｍと予めわかっている場合には、有効径から５０〜１００μｍの内側領域を設定すれば良い。またトラッキングによる軸ズレが大きい場合には、その仕様に合わせて内側領域を設定すれば良い。
図７及び図８を用いて、軸ずれが発生した場合のコマ収差補正についてさらに説明する。図７は、図４Ａに示す透明電極パターン３１０を用いた場合であり、図８は、図２５Ａに示す従来の透明電極パターン３０を用いた場合である。図７Ａ及び図８Ａは軸ずれが無い場合（図４Ｂ及び図２５Ｂと同じ）、図７Ｂ及び図８Ｂは５０μｍの軸ずれが発生した場合、図７Ｃ及び図８Ｃは１００μｍの軸ずれが発生した場合をそれぞれ示している。
図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、光ビームの有効径１０及び内側領域１８の中心からそれぞれ５０μｍ及び１００μｍの軸ずれが生じても、液晶光学素子の内側領域１８に形成されている位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域に印加される電圧波形２６及び２７の形状は、対物レンズの視野内に存在している。即ち、軸ずれが生じていない図７Ａと比べて大きく変化していない。したがって、正常に収差を補正することが可能になる。即ち、アクチュエータ７による対物レンズの移動に拘らず、実質的に、位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域（液晶光学素子の有効領域）は対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、有効にコマ収差補正を行えるようになったものである。
これに対して、図８Ｂでは、液晶光学素子の有効径内の全体に渡って位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域が形成されている。したがって、それに印加される電圧波形２８は、５０μｍの軸ずれが発生した場合にも、僅かながら変化してしまう（軸ずれが生じていない図８Ａと比べると、点線部分が欠落する）。位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域に印加される電圧波形の全体形状に応じて、収差が補正されていると考えられるので、この波形が僅かでも変化すると、収差補正機能に多少影響が生じてしまう。したがって、表において、内側領域０μｍの場合、軸ずれ０μｍの場合にはＲＦ信号の劣化はＡであるが、軸ずれ５０μｍの場合には、電圧波形（符号）が僅かに変化するため（点線部分が欠落するため）Ｃとなっている。
さらに、図８Ｃでは、位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域に印加される電圧波形２９は、１００μｍの軸ずれが発生した場合には、図８Ａと比べると大巾に変化してしまう。即ち、収差補正機能に大きな影響が生じる。したがって、表において、内側領域０μｍの場合、軸ずれ０μｍの場合にはＡであるが、軸ずれ１００μｍの場合にはＤとなっている。
このように、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、トラッキングによって対物レンズが移動しても、コマ収差補正に寄与する領域は実質的に対物レンズの視野有の範囲内に留まるように設定されているので、良好に記録媒体の基板内に生じるコマ収差を補正することが可能となった。
また、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、コマ収差補正用の液晶光学素子を対物レンズと一体的に構成しなくても良いので、アクチュエータに負担をかけず、簡単な構成で良好なコマ収差補正と良好なトラッキングを行うことが可能となった。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る液晶光学素子を用いた光学装置１１００を図９に示す。図１と同様の構成には、同じ参照番号を付している。
図９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５０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５５を通過し、対物レンズ１３（開口率ＮＡ＝０．８５）により記録媒体７０３に集光される。本実施形態において、有効径１０（φ）は３ｍｍに設定されている。
記録媒体７０３から反射された光ビームは、再び対物レンズ１３、１／４波長板５５及び液晶光学素子７０を経て、偏光ビームスプリッタ５０により光路を変更され、集光レンズ５１を介して受光器５２に集光される。光ビームは、記録媒体７０３により反射される際に、記録媒体７０３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ている。受光器５２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７０３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、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。
対物レンズ３には、トラッキング用のアクチュエータ７が取付けられている。アクチュエータ７が、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７０３のトラックに正確に追従する。アクチュエータ７には、駆動のための配線８が取付けられている。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５４が取付けられている。
液晶光学素子７０は、後述するように、図１１Ａ又は図１２Ａに示されるような球面収差補正用の透明電極パターン４１０又は４２０を有している。
記録媒体７０３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。
このような記録媒体７０３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５２から出力される光強度信号が劣化してしまう。そこで、制御回路２５３は、受光器５２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５４を通じて、球面収差補正用の電極パターンに電圧を印加する。なお、受光器５２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７０３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。
図１０に、図９に示された液晶光学素子７０の断面図を示す。図１０の矢印の示す方向は、図９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５０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１０において、光源１側の透明基板７１には、球面収差補正用の透明電極７２及び配向膜７３が形成されている。また、記録媒体７０３側の透明基板７７には、透明性対向電極７６及び配向膜７５が形成されている。液晶７８は、２枚の透明基板７１及び７７と、シール部材７４との間に封入されている。図１０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。
図１１Ａに、図９及び１０に示された液晶光学素子７０における球面収差補正用の透明電極パターン４１０の一例を示す。図１１Ａに示されるように、液晶光学素子７０に入射される光ビームの有効径１０から５０μｍ内側に入った内側領域１８に、位相を進ませるための６つの領域４２〜４７が同心円状に配置されている。なお、領域４１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。
領域４２〜４７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７６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４１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。球面収差補正用の電極パターン４１０へは、前述した制御回路２５３から配線５４（図９参照）によって電圧が印加されている。
図１１Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧波形２０３を示す。このような電圧が内側領域１８の各領域４１〜４７に印加されることによって、記録媒体７０３の光透過保護層の厚みムラ等に起因する球面収差２１を打ち消すように、液晶光学素子７０が働く。
図１１Ｃに、補正後の球面収差２０５を示す。図１１Ｂの球面収差２１が、図１１Ｃの球面収差２０５となるように補正される。即ち、液晶光学素子７０を用いることで、記録媒体７０３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１２Ａに、本実施形態における他の球面収差補正用の透明電極パターン４２０の一例を示す。図１２Ａでは、液晶光学素子７０に入射される光ビームの有効径１０から内側３００μｍの内側領域１８に、位相を進ませるための４つの領域４２〜４５を有している。なお、領域４１は、基準電位（例えばこの場合は０ｖと考える）を印加するための領域である。
領域４２〜４５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７６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。透明電極パターン４２０へは、前述した制御回路２５３から配線５４（図９参照）によって電圧が印加されている。
図１２Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧２０６を示す。このような電圧が透明電極パターン４２０の各領域４２〜４５に印加されることによって、記録媒体７０３の基板中に発生する球面収差２１を打ち消すように、液晶光学素子７０が働く。
図１２Ｃに、補正後の球面収差２０７を示す。図１２Ｂの球面収差２１が、図１２Ｃの球面収差２０７となるように補正される。即ち、記録媒体７０３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１１Ａ及び図１２Ａの説明では、球面収差補正用の透明電極パターン４１０及び４２０の各領域に、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７０３の基板中に発生する球面収差が図１１Ｂ及び図１２Ｂとは逆向きに発生する場合には、電極パターン４１０及び４２０の各領域に、図１１Ｂ及び図１２Ｂ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４１０及び４２０の各領域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。
ここで、補正後の球面収差（残存球面収差）は、前述したように、（レイリーの４分の１波長の法則により）光ビームの波長の１／４以下であることが好ましい。また、補正後の球面収差は、前述したように、（マーシャルの評価により）光ビームの波長の１／１４以下であることが好ましい。さらに、補正後の球面収差は、前述したように、記録媒体が通常のＤＶＤである場合には、（ＤＶＤ評価器における評価基準により）３３ｍλ以下であることが好ましい。
ここで、図２９Ａに示すように、有効径１０の内側全体に渡って位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）が形成されている場合と、図１１Ａ又は図１２Ａに示すように有効径１０の内側領域１８のみに位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）が形成されている場合の差異について説明する。
図２９Ａの場合の球面収差補正は、前述した図５Ａに示すように、有効径１０内の全ての領域で光ビームを捉え、その光ビームを液晶光学素子の有効径にて補正を行うことに匹敵する。しかしながら、対物レンズ３がアクチュエータ７によって移動されると、液晶光学素子の有効径が対物レンズの視野の範囲内からずれてしまい（図５Ｂ参照）、効果的に球面収差補正を行うことができない。
これに対して、図１１Ａの場合の球面収差補正は、前述した図６Ａに示すように、有効径１０から５０μｍの内側領域の範囲内でのみで光ビームを捉えて、液晶光学素子の有効径に相当する内側領域１８にて補正を行うことに匹敵する。この場合に、対物レンズ３がアクチュエータ７によって移動されると、対物レンズの視野の中心が内側領域１８の中心からはずれるが、依然、この内側領域１８は対物レンズの視野の範囲内に留まる（図６Ｂ参照）。したがって、光軸の中心に光ビームを捉えている場合（図６Ａ参照）に比べると若干程度は落ちるが、十分に球面収差補正が行われることとなる。
有効径１０の範囲内全てに位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設けずに、有効径１０の内側領域１８のみに位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設けたので、対物レンズ３がトラッキングのためにアクチュエータ７によって移動してしまっても、有効に球面収差補正を行えるようになったものである。
即ち、アクチュエータ７によるレンズの移動に拘らず、実質的に、位相を進ませる（又は遅らせる）領域は、対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、有効に球面収差補正を行えるようになったものである。
以下の表２に、球面収差補正用の電極パターンを設ける内側領域及び対物レンズのトラッキングによる移動量（＝軸ずれ量）と、反射光ビームに基づいて発生されるＲＦ信号の劣化（主に信号のジッタ）との関係を示す。
光強度信号の劣化は、Ａ〜Ｄの４段階で示しており、Ａは最良の状態、Ｂは良の状態、Ｃは光強度信号として使用可能な状態、Ｄは光強度信号として使用することができない状態を表している。なお、以下の表２を作成するに際しては、有効径から０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ及び３５０μｍの内側領域のみに位相を進ませる複数の領域を作成した液晶光学素子を作成し、液晶光学素子と対物レンズとの光軸を０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍずらして光強度信号のジッタ量を測定した。光学装置は、図９と同じ構成とした。
表２から理解されるように、０μｍ〜２００μｍの軸ずれ量が発生しても、有効径から５０μｍ〜３００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる複数の領域（又は位相を遅らせる複数の領域）が設けられている液晶光学素子では、ほぼ良好な球面収差補正を行うことが可能となった。良好な球面収差補正を行えるので、ＲＦ信号のジッタ量が抑制され、光学装置として使用可能な状態となる。なお、有効径から５０μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設けた例は図１１Ａに相当し、有効径から３００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設けた例は図１２Ａに相当する。
これに対して、有効径から０μｍの内側領域にのみ（即ち、有効径１０全体に）位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設けた液晶光学素子（即ち、図２９Ａに示される従来の液晶光学素子）では、軸ずれ量が１００μｍ以上発生すると、適正な球面収差補正を行うことができなくなる。即ち、ＲＦ信号のジッタ量が増加して、光学装置として使用不可能な状態となる。
また、有効径から３５０μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設けた場合も、軸ずれ量が５０μｍ以上発生すると、適正な球面収差補正を行うことができなくなる。即ち、ＲＦ信号のジッタ量が増加して、光学装置として使用不可能な状態となる。これは、位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）が小さくなりすぎて、逆に適切な球面収差補正が行えなくなっているものと考えられる。
このように、有効径から５０μｍ〜３００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設けた液晶光学素子を用いることによって、対物レンズのトラッキングのための移動による軸ずれが発生しても、良好に球面収差補正を行うことが可能となる。
なお、光学装置の仕様に応じて位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設ける内側領域を設定することもできる。例えば、トラッキングによる軸ずれが１００μｍと予めわかっている場合には、有効径から５０〜１００μｍの内側領域を設定すれば良い。またトラッキングによる軸ズレが大きい場合には、その仕様に合わせて内側領域を設定すれば良い。
このように、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、トラッキングによって対物レンズが移動しても、球面収差補正に寄与する領域は実質的に対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、良好に記録媒体の基板内に生じる球面収差を補正することが可能となった。
また、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、球面収差補正用の液晶光学素子を対物レンズと一体的に構成しなくても良いので、アクチュエータに負担をかけず、簡単な構成で良好な球面収差補正と良好なトラッキングを行うことが可能となった。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る液晶光学素子７９を用いた光学装置１２００を図１３に示す。図９と同様の構成には、同じ参照番号を付している。
図１３において、光源１０１から出射された光ビーム（６５０ｎｍ）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５０を通過した後、液晶光学素子７９に入射する。液晶光学素子７９を通過した光ビームは、１／４波長板５５を通過して、対物レンズ１０３（開口率ＮＡ＝０．６５）により記録媒体７０４に集光される。本実施形態では、有効径１０（φ）は３ｍｍに設定されている。
記録媒体７０４から反射された光ビームは、再び対物レンズ１０３、１／４波長板５５及び液晶光学素子７９を経て、偏光ビームスプリッタ５０により光路を変更され、集光レンズ５１を介して受光器５２に集光される。光ビームは、記録媒体７０４により反射される際に、記録媒体７０４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５２により光強度信号として出力される。この光強度信号（ＲＦ信号）から記録情報が読み出される。
記録媒体７０４は、ＤＶＤであり、直径１２ｃｍ、厚さ１．２ｍｍの円盤形状を有している。また、情報が記録される第１トラック面７０５（光の入射側）及び第２トラック面７０６を有しており、第１トラック面の上には、約０．６ｍｍ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、光源１０１として、６５０ｎｍの赤色レーザを用い、対物レンズ１０３として開口率（ＮＡ）＝０．６５のレンズを用いて、２層により約９．５ＧＢの容量を実現している。
対物レンズ１０３には、トラッキング用のアクチュエータ７が取付けられており、図中の矢印Ａの方向に対物レンズ１０３を移動することによって、対物レンズによって集光される光ビームが、記録媒体７０４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７には、駆動のための配線８が取付けされており、液晶光学素子７９には後述する透明電極パターンを駆動するための配線５４が取付けされている。
制御回路３５３は、トラック切換え信号（不図示）に応じて、液晶光学素子７９の球面収差補正用の透明電極パターン（図１１Ａ又は図１２Ａに示される電極パターン４１０又は４２０）に電圧を印加する。球面収差補正用の透明電極パターンに電圧が印加されていない場合、対物レンズ１０３は、第１トラック面７０５上の読取り又は書込みを行うのに適したようにビーム１１を集光させている。しかしながら、液晶光学素子７９は、球面収差補正用の透明電極パターンに電圧が印加されると、球面収差が補正されて、第２トラック面７０６上の読取り又は書込みを行うのに適したようにビーム１２を集光させる。
さらに、制御回路３５３は、受光器５２からの光強度信号を利用して、記録媒体７０４の基板内に生じる波面収差（主としてコマ収差）を検出し、検出したコマ収差を相殺するように、後述するコマ収差補正用の透明電極パターンへ、配線５４（図１３参照）によって電圧を印加する。
図１３の液晶光学素子７９は、図１０に示す液晶光学素子７０と同様の構成を有している。また、液晶光学素子７９の透明電極７２には、第２の実施形態で説明したように、図１１Ａ又は図１２Ａに示した球面収差補正用の透明電極パターン４１０又は４２０が設けられているものとする。さらに、液晶光学素子７９の他の透明電極７６には、後述するコマ収差補正用の透明電極パターン３２０又は３３０が設けられている。
図１４Ａに、液晶光学素子７９の透明電極７６に設けられるコマ収差補正用の透明電極パターン３２０の一例を示す。図１４Ａに示すコマ収差補正用の透明電極パターン３２０は、図１１Ａに示す球面収差補正用の透明電極パターン４１０に対応するものである。図１４Ａでは、液晶光学素子７９に入射される光ビームの有効径１０から５０μｍの内側に入った内側領域１８に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、及び位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５が配置されている。また、図中３１は、基準電位を印加するための領域である。
領域３２及び３３に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向する透明電極７２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３４及び３５に、基準電位に対して負（−）の電圧を印加すると、同様に対向する透明電極７２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３１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。
制御回路３５３は、受光器５２からの光強度信号を利用して、記録媒体７０４の基板内に生じる波面収差（主としてコマ収差）を検出し、検出したコマ収差を相殺するように、コマ収差補正用の透明電極パターン３２０へ、配線５４（図１３参照）によって電圧を印加する。
図１４Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧１２１を示す。このような電圧が内側領域１８の各領域３１〜３５に印加されることによって、液晶光学素子７９は、記録媒体７０４が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差２０を打ち消すように働く。
図１４Ｃに、補正後のコマ収差１２２を示す。即ち、図１４Ｂのコマ収差２０が、図１４Ｃのコマ収差１２２のように補正されている。液晶光学素子７９によって、記録媒体７０４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。
図１５Ａに、液晶光学素子７９の透明電極７６に設けられるコマ収差補正用の透明電極パターン３３０の一例を示す。図１５Ａに示すコマ収差補正用の透明電極パターン３３０は、図１２Ａに示す球面収差補正用の透明電極パターン４２０に対応するものである。図１５Ａでは、液晶光学素子７９に入射される光ビームの有効径１０から内側３００μｍの内側領域１８に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、及び位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５を設けた。また、図中３１は、基準電位を印加するための領域である。
領域３２及び３３に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向する透明電極７２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３４及び３５に、基準電位に対して負（−）の電圧を印加すると、対向する透明電極７２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３１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。
制御回路３５３は、受光器５２からの光強度信号を利用して、記録媒体７０４の基板内に生じる波面収差（主としてコマ収差）を検出し、検出したコマ収差を相殺するように、コマ収差補正用の透明電極パターン３３０へ、配線５４（図１３参照）によって電圧を印加する。
図１５Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧１２３を示す。このような電圧が対向透明電極パターン３３０の各領域３１〜３５に印加されることによって、記録媒体７０４が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差２０を打ち消すように働く。
図１５Ｃに、補正後のコマ収差１２４を示す。即ち、図１５Ｂのコマ収差２０が、図１５Ｃのコマ収差１２４のように補正されている。液晶光学素子７９によって、記録媒体７０４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、コマ収差補正用の透明電極パターン３２０及び３３０に関しても、図１１Ａ及び１５Ａに示す球面収差補正用の透明電極パターン４１０及び４２０と同様に、有効径から５０μｍ〜３００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる複数の領域と位相を遅らせる領域が設けられている場合に、トラッキングによる軸ズレが生じても、良好なコマ収差補正を行うことが可能となる。なお、有効径から５０μｍの内側領域にのみ位相を進ませる複数の領域と位相を遅らせる領域を設けた例は図１４Ａに相当し、有効径から３００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる複数の領域と位相を遅らせる領域を設けた例が図１５Ａに相当する。
このように、液晶光学素子７９に、図１１Ａ又は図１２Ａに示される球面収差補正用の透明電極パターン４１０又は４２０と、図１４Ａ又は図１５Ａに示されるコマ収差補正用の透明電極パターン３２０又は３３０を設けることによって、次世代の高密度ＤＶＤ等の記録媒体７０４の読取り又は書込み時に生じる球面収差及びコマ収差を補正することが可能となった。なお、球面収差補正用の透明電極パターン及びコマ収差補正用の透明電極パターンの内側領域の範囲は、一致させることが好ましい。さらに、液晶光学素子７９の透明基板に形成される球面収差補正用の透明電極パターン及びコマ収差補正用の透明電極パターンは入れ替えて設けても良い。
対物レンズ３と液晶光学素子７０の光軸が正確に合わせて取付けられた場合には、図１６Ａ及びＢに示す様な左右領域１７０を設定することもできる。即ち、トラッキングの最大移動量（通常は２００〜３００μｍ）を考慮して、図中Ｘ軸方向についてだけ有効径から右左Ｚμｍの左右領域１７０にのみ、位相を制御する領域を設け、図中Ｙ軸方向については有効径のままとする。この様な構成にしても、球面及びコマ収差の補正を行うことができる。なお、図１６Ａは球面収差補正用電極パターン４３０の例であり、図１６Ｂはコマ収差補正用電極パターン３４０の例である。
したがって、図１６Ａ及びＢに示すような波面収差補正用の電極パターンを図１３に示す光学装置１２００の液晶光学素子７９の透明電極７２及び７６にそれぞれ設けることもできる。
このように、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、トラック切換え信号に応じて球面収差補正用の透明電極パターンに電圧を印加することによって、記録媒体７０４内の複数のトラック面に対しても良好な読取り又は書込みを行うことが可能となった。
また、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、所定の内側領域にのみ球面収差補正用の透明電極パターン及びコマ収差補正用の透明電極パターンが設けられているので、トラッキングによって対物レンズが移動しても、球面収差及びコマ収差収差補正に寄与する領域は実質的に対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、良好な球面収差及びコマ収差の補正を行うことが可能となった。
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る液晶光学素子９０を用いた光学装置１３００を図１７に示す。図１と同様の構成には、同じ参照番号を付している。また、図１との差異は、２つの光源１及び１０１を用い、図１の液晶光学素子６０とは異なる液晶光学素子９０を用いた点である。
第１の光ディスク７０７（ＤＶＤ等の高密度光ディスク）を用いる場合にコマ収差が発生し、第２の光ディスク７０８を用いる場合に球面収差が発生する。さらに、第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８のトラックと対物レンズ１１３の光軸とがずれる（軸ずれ）も発生する。そこで、対物レンズ１１３の光軸を第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８のトラックに追従させるために、トラッキング用のアクチュエータ７が対物レンズ１１３に取付けられている。アクチュエータ７には電力を供給するための配線８が取付けられている。アクチュエータ７が、図中の矢印Ａの方向に対物レンズ１１３を移動させることによって、対物レンズ１１３によって集光される光ビームが正確に第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８のトラックに追従する。
しかしながら、アクチュエータ７が、対物レンズ１１３を移動させてしまうと、液晶光学素子９０と対物レンズ１１３との位置関係が変化してしまう。コマ収差補正用の透明電極パターン及び球面収差用の透明電極パターンが、それぞれ光学装置１３００の有効径１１０及び１２０と一致するように設計されているものとする。即ち、液晶光学素子９０は、対物レンズ１１３及び液晶光学素子９０が、光軸に対して正確に一致した状態でのみ、第１の光ディスク７０７の基板内に生じるコマ収差及び第２の光ディスク７０８の基板内に生じる球面収差を理想的に補正できるように設計されている。すると、トラッキングにより、液晶光学素子９０と対物レンズ１１３との位置関係が変化した状態では、液晶光学素子９０では、十分に波面収差を補正することができない場合がある。
そこで、図１７に示す光学装置１３００では、トラッキングによる対物レンズ１１３の移動に拘わらず、コマ収差及び球面収差の補正を良好に行うことを可能とする液晶光学素子９０を採用した。
図１７において、半導体レーザ素子等の第１の光源１から出射された光ビーム（６５０ｎｍ）は、コリメータレンズ２によってほぼ平行光に変換され、アパーチャ５７によって直径約５ｍｍの有効径１１０を持つ光ビームに規制される。さらに光ビームは、ハーフミラー５６及び偏光ビームスプリッタ５０を通過した後、液晶光学素子９０に入射する。液晶光学素子９０を通過した光ビームは、１／４波長板５５を通過して、対物レンズ１１３（開口率ＮＡ＝０．６５）により第１の光ディスク７０７のトラック面上に集光される。
また、半導体レーザ素子等の第２の光源１０１から出射された光ビーム（７８０ｎｍ）は、コリメータレンズ１０２によってほぼ平行光に変換され、アパーチャ５８によって直径約４ｍｍの有効径１２０を持つ光ビームに規制される。さらに光ビームは、ハーフミラー５６で光路を変更され、偏光ビームスプリッタ５０を通過した後、液晶光学素子９０に入射する。液晶光学素子９０を通過した光ビームは、１／４波長板６５を通過して、対物レンズ１１３（開口率ＮＡ＝０．６５）により第２の光ディスク７０８のトラック面上に集光される。
第１の光ディスク７０７は、ＤＶＤ等の高密度光ディスクであって、トラック面上に、厚さ０．６ｍｍの透明性基板を有しており、片面で最高約４．７５ＧＢの容量を記憶することができる。第２の光ディスク７０８は、ＣＤ等の光ディスクであって、トラック面上に１．２ｍｍの透明性基板を有しており、片面で約６００ＭＢの容量を記憶することができる。
第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８から反射された光ビームは、再び対物レンズ１１３、１／４波長板５５及び液晶光学素子９０を経て、偏光ビームスプリッタ５０により光路を変更されて、集光レンズ５１を介して受光器５２に集光される。光ビームは、第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８により反射される際に、各光ディスク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５２により光強度信号として出力される。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、第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８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又は１０１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光ディスクを照射する。光ディスクでは、光ビームの強度に応じて、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又は１０１に用いる半導体レーザ素子に流す電流を変調することによって行うことができる。
対物レンズ１１３には、トラッキング用のアクチュエータ７が取付けられており、図中の矢印Ａの方向に対物レンズ１１３を移動することによって、対物レンズによって集光される光ビームが、第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８のトラックに正確に追従される。アクチュエータ７には、駆動のための配線８が取付けされている。
液晶光学素子９０は、後述するように、コマ収差補正用の透明電極パターン及び球面収差補正用の透明電極パターンを有している。
制御回路５５３は、受光器５２により出力される光強度信号（ＲＦ信号）に基づいて、第１の光ディスク７０７の傾きによって生じるコマ収差を検出する。また、制御回路５５３は、検出されたコマ収差に応じた電圧をコマ収差補正用の透明電極パターンに印加して、第１の光ディスク７０７の読出し又は書込み動作中に発生するコマ収差を相殺するように補正を行う。なお、制御回路５５３は、第１の光ディスク７０７の読出し又は書込み動作中には、球面収差補正用の透明電極パターンに基準電圧を印加して、液晶光学素子９０が動作させないように維持する。
また、制御回路５５３は、第１の光ディスク７０７から第２の光ディスク７０８へ切換える際の切換信号（不図示）に応じて制御を切換える。具体的には、制御回路５５３は、第２の光ディスク７０８の読出し又は書込み動作中、液晶光学素子９０の球面収差補正用の透明電極パターンに電圧を印加して、発生する球面収差を相殺するように補正を行う。また、制御回路５５３は、第２の光ディスク７０８の読出し又は書込み動作中には、コマ収差補正用の透明電極パターンに基準電圧を印加して、液晶光学素子９０を動作させないように維持する。
図１８に、液晶光学素子９０の断面図を示す。図１８の矢印は、第１の光源１又は第２の光源１０１から射出された光ビームが入射する方向を示している。図１８において、光源側の透明基板９１には、コマ収差補正用の透明電極９２及び配向膜９３が形成されている。また、光ディスク側の透明基板９７には、球面収差補正用の透明電極９６及び配向膜９５が形成されている。液晶９８は、２枚の透明基板９１及び９７と、シール部材９４との間に封入されている。図１８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。図１１との差異は、透明電極９２及び９６が、図１１とは異なるコマ収差補正用の透明電極パターン及び球面収差補正用の透明電極パターンをそれぞれ有する点である。
図１９Ａに、液晶光学素子１５０におけるコマ収差補正用の透明電極パターン３６０の一例を示す。図１９Ａに示されるように、液晶光学素子９０に入射される光ビームの有効径１１０から８０μｍ内側に入った内側領域１８０に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、及び位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５が配置されている。また、図中３１は、基準電位を印加するための領域である。
領域３２及び３３に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向する透明電極９６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。なお、コマ収差補正用の透明電極パターン３６０を利用する場合には、球面収差補正用の透明電極パターン４５０には、基準電圧を印加しておく。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３４及び３５に、基準電位に対して負（−）の電圧を印加すると、対向する透明電極９６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３１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。コマ収差補正用の電極パターン３６０へは、制御回路５５３から配線５４（図１７参照）によって電圧が印加されている。
図１９Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧１２７を示す。このような電圧が内側領域１８０の各領域３１〜３５に印加されることによって、液晶光学素子９０は、第１の光ディスク７０７が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差２０を打ち消すように働く。
図１９Ｃに、補正後のコマ収差１２８を示す。即ち、図１９Ｂのコマ収差１２７が、図１９Ｃのコマ収差１２８のように補正されている。液晶光学素子９０によって、第１の光ディスク７０７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。
図２０Ａに、液晶光学素子９０において、図１９Ａに示すコマ収差補正用の透明電極パターン３６０と対をなす球面収差補正用の透明電極パターン４５０の一例を示す。図２０Ａに示されるように、液晶光学素子９０に入射される光ビームの有効径１２０から７０μｍ内側に入った内側領域１９０に、位相を進ませるための６つの領域４２〜４７が同心円状に配置されている。なお、領域４１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。
領域４２〜４７に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向する透明電極９６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。なお、球面収差補正用の透明電極パターン４５０を利用する場合には、コマ収差補正用の透明電極パターン３６０全体に、基準電圧を印加しておく。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４１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。球面収差補正用の電極パターン４５０へは、前述した制御回路５５３から配線５４（図１７参照）によって電圧が印加されている。
図２０Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧波形２１０を示す。このような電圧が内側領域１９０の各領域４１〜４７に印加されることによって、液晶光学素子９０は、第２の光ディスク７０８の基板内に発生する球面収差２０１を打ち消すように働く。
図２０Ｃに、補正後の球面収差２１１を示す。即ち、図２０Ｂの球面収差２１０が、図２０Ｃの球面収差２１１のように補正されている。液晶光学素子９０によって、第２の光ディスク７０８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２１Ａに、本実施形態における他のコマ収差補正用の透明電極パターン３７０の一例を示す。図２１Ａでは、液晶光学素子９０に入射される光ビームの有効径１１０から内側５００μｍの内側領域１８０に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、及び位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５を有している。また、図中３１は、基準電位を印加するための領域である。
領域３２及び３３に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向する透明電極９６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３４及び３５に、基準電位に対して負（−）の電圧を印加すると、対向する透明電極９６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３１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。透明電極パターン３７０へは、前述した制御回路５５３から配線５４（図１７参照）によって電圧が印加されている。
図２１Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧波形１２９を示す。このような電圧が各領域３１〜３５に印加されることによって、液晶光学素子９０は、第１の光ディスク７０７が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差２０を打ち消すように働く。
図２１Ｃに、補正後のコマ収差１３０を示す。即ち、図２１Ｂのコマ収差１２９が、図２１Ｃのコマ収差１３０のように補正されている。液晶光学素子９０によって、第１の光ディスク７０７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。
図２２Ａに、本実施形態における他の球面収差補正用の透明電極パターン４６０の一例を示す。これは、図２１Ａに示すコマ収差補正用の透明電極パターン３７０と対をなすものである。図２２Ａでは、液晶光学素子９０に入射される光ビームの有効径１２０から内側４００μｍの内側領域１９０に、位相を進ませるための領域４２〜４５を有している。また、領域４１は、基準電位（例えばこの場合は０ｖと考える）を印加するための領域である。
領域４２〜４５に、基準電位に対して正（＋）の各電圧を印加すると、対向する透明電極４２との間に各電位差を生じ、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。透明電極パターン４６０へは、前述した制御回路５５３から配線５４（図１７参照）によって電圧が印加されている。
図２２Ｂに、Ｘ軸上（瞳座標）において各領域に印加される電圧２１２を示す。このような電圧が透明電極パターン４６０の領域４１〜４５に印加されることによって、液晶光学素子９０は、第２の光ディスク７０８の基板中に発生する球面収差２１を打ち消すように働く。
図２２Ｃに、補正後の球面収差２１３を示す。即ち、図２２Ｂの球面収差２１が、図２２Ｃの球面収差２１３のように補正されている。液晶光学素子９０によって、第２の光ディスク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２０Ａ及び図２２Ａの説明では、球面収差補正用の透明電極パターン４５０及び４６０の各領域に、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、第２の光ディスク７０８の基板中に発生する球面収差が図２０Ｂ及び図２２Ｂとは逆向きに発生する場合には、電極パターン４５０及び４６０の各領域に、図２０Ｂ及び図２２Ｂ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４５０及び４６０の各領域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。
ここで、補正後のコマ収差（残存コマ収差）及び球面収差（残存球面収差）は、前述したように、（レイリーの４分の１波長の法則により）光ビームの波長の１／４以下であることが好ましい。また、補正後のコマ収差及び球面収差は、前述したように、（マーシャルの評価により）光ビームの波長の１／１４以下であることが好ましい。さらに、補正後のコマ収差及び球面収差は、前述したように、記録媒体が通常のＤＶＤである場合には、（ＤＶＤ評価器における評価基準により）３３ｍλ以下であることが好ましい。
ここで、図２５Ａ又は３６Ａに示すように、有効径１１０又は１２０の内側全体に渡って位相を進ませる領域又は位相を遅らせる領域が形成されている場合等と、図１９Ａ、図２０Ａ、図２１Ａ又は図２２Ａに示すように有効径１１０又は１２０の内側領域１８０又は１９０のみに位相を進ませる領域又は位相を遅らせる領域が形成されている場合等との差異について説明する。
図２５Ａ及び３６Ａの場合の波面収差補正は、前述した図５Ａに示すように、その光ビームを液晶光学素子の有効径１１０又は１２０内の全ての領域で光ビームを捉え、波面収差補正（主としてコマ収差及び球面収差）を行うことに匹敵する。しかしながら、対物レンズ１１３がアクチュエータ７によって移動されると、この液晶光学素子の有効径が対物レンズの視野の範囲内からずれてしまい（図５Ｂ参照）、効果的に波面収差補正を行うことができない。
これに対して、図１９Ａ、図２０Ａ、図２１Ａ又は図２２Ａに示す波面収差補正は、前述した図６Ａに示すように、有効径１１０又は１２０の内側領域の範囲内でのみで光ビームを捉えて、液晶光学素子の有効径に相当する内側領域によって補正を行うことに匹敵する。この場合に、対物レンズ１１３がアクチュエータ７によって移動されると、対物レンズの視野の中心は、内側領域の中心からはずれるが、依然、この内側領域は対物レンズの視野の範囲内に留まる（図６Ｂ参照）。したがって、光軸の中心に内側領域を捉えている場合（図６Ａ参照）に比べると若干程度は落ちるが、十分に波面収差補正が行われることとなる。
有効径１１０又は１２０の範囲内全てに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域等を設けずに、有効径１１０又は１２０の内側領域１８０又は１９０のみに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域等を設けたので、対物レンズ１１３がトラッキングのためにアクチュエータ７によって移動してしまっても、有効に波面収差補正を行えるようになったものである。
即ち、アクチュエータ７によるレンズの移動に拘らず、実質的に、位相を進ませる（又は遅らせる）領域は対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、有効に波面収差補正を行えるようになったものである。
以下の表３に、第１の光ディスク７０７を用いる場合のコマ収差補正用の電極パターンを設ける内側領域及び対物レンズ１１３のトラッキングによる移動量（＝軸ずれ量）と、第１の光ディスク７０７からの反射光ビームに基づいて発生される光強度信号の劣化（主に信号のジッタ）との関係を示す。また、光強度信号の劣化は、Ａ〜Ｄの４段階で示しており、Ａは最良の状態、Ｂは良の状態、Ｃは光強度信号として使用可能な状態、Ｄは光強度信号として使用することができない状態を表している。なお、以下の表を作成するに際しては、有効径１１０から０μｍ、８０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ及び６００μｍの内側領域のみに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域を作成したコマ収差補正用の電極パターンを作成し、液晶光学素子と対物レンズ１１３との光軸を０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍずらして光強度信号のジッタ量を測定した。光学装置は、図１７と同じ構成とし、有効径（φ）５ｍｍ、対物レンズの開口数（ＮＡ）を０．６５とした。
表から理解されるように、０μｍ〜１００μｍの軸ずれ量が発生しても有効径１１０から８０μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域が設けられているコマ収差補正用の電極パターンでは、良好なコマ収差補正を行うことが可能となる。また、０μｍ〜１５０μｍの軸ずれ量が発生しても有効径１１０から１００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域が設けられているコマ収差補正用の電極パターンでは、良好なコマ収差補正を行うことが可能となる。さらに、０μｍ〜２００μｍの軸ずれ量が発生しても有効径１１０から２００μｍ〜５００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域が設けられているコマ収差補正用の電極パターンでは、良好なコマ収差補正を行うことが可能となる。良好なコマ収差補正の結果、光強度信号のジッタ量が抑制されて、光学装置として使用可能な状態となっている。なお、有効径から８０μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた例は、図１９Ａに相当し、有効径から５００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた例は、図２１Ａに相当する。
これに対して、有効径から０μｍの内側領域にのみ（即ち、有効径１０全体に）位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた液晶光学素子（即ち、図２５Ａに示される液晶光学素子）では、軸ずれ量が１００μｍ以上発生すると、適正な収差補正を行うことができない。その結果光強度信号のジッタ量が増加してしまう。
また、有効径から６００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた場合も、軸ずれ量が５０μｍ以上発生すると、適正なコマ収差補正を行うことができず、その結果光強度信号のジッタ量が増加してしまう。これは、位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域が小さくなりすぎて、逆に適切な収差補正が行えなくなっているものと考えられる。
このように、有効径から８０μｍ〜５００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域を設けた液晶光学素子を用いることによって、対物レンズのトラッキングのための移動による軸ずれが発生しても、良好にコマ収差補正を行うことが可能となる。
なお、光学装置の仕様に応じて位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設ける内側領域を設定することもできる。例えば、トラッキングによる軸ずれが１００μｍと予めわかっている場合には、有効径から８０〜１００μｍの内側領域を設定すれば良い。またトラッキングによる軸ズレが大きい場合には、その仕様に合わせて内側領域を設定すれば良い。
以下の表４に、球面収差補正用の電極パターンを設ける内側領域及び対物レンズ１１３のトラッキングによる移動量（＝軸ずれ量）と、第２の光ディスク７０８からの反射光ビームに基づいて発生される光強度信号の劣化（主に信号のジッタ）との関係を示す。また、光強度信号の劣化は、Ａ〜Ｄの４段階で示しており、Ａは最良の状態、Ｂは良の状態、Ｃは光強度信号として使用可能な状態、Ｄは光強度信号として使用することができない状態を表している。なお、以下の表を作成するに際しては、有効径１２０から０μｍ、７０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、３５０μｍ、４００μｍ及び５００μｍの内側領域のみに位相を進ませる（又は位相を遅らせる）複数の領域を作成した球面収差補正用の電極パターンを作成し、液晶光学素子と対物レンズ１１３との光軸を０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍずらして光強度信号のジッタ量を測定した。光学装置は、図１７と同じ構成とし、有効径１２（φ）４ｍｍ、対物レンズの開口数（ＮＡ）を０．６５とした。
表から理解されるように、０μｍ〜１００μｍの軸ずれ量が発生しても有効径１２０から７０μｍの内側領域にのみ位相を進ませる（又は位相を遅らせる）複数の領域が設けられている球面収差補正用の電極パターンでは、良好な球面収差補正を行うことが可能となった。また、０μｍ〜１５０μｍの軸ずれ量が発生しても有効径１２０から１００μｍ内側領域にのみ位相を進ませる複数の領域が設けられている球面収差補正用の電極パターンでは、良好な球面収差補正を行うことが可能となった。さらに、０μｍ〜２００μｍの軸ずれ量が発生しても、有効径１２０から２００μｍ〜４００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる複数の領域が設けられている球面収差補正用の電極パターンでは、良好な球面収差補正を行うことが可能となった。良好な球面収差補正の結果、光強度信号のジッタ量が抑制されて、光学装置として使用可能な状態となっている。なお、有効径１２０から７０μｍの内側領域にのみ位相を進ませる複数領域を設けた例は、図２０Ａに相当し、有効径から４００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる複数領域を設けた例は、図２２Ａに相当する。
このように球面収差補正用の電極パターンについては、有効径１２０から７０μｍ〜４００μｍの内側領域にのみ位相を進ませるための（又は位相を遅らせるための）複数の領域を設けることが好ましい。
なお、コマ収差補正用の透明電極パターンと球面収差補正用の透明電極パターンを、液晶光学素子９０に入射する光ビームに対して、入れ替えても良い。
このように、本実施形態に係わる液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、コマ収差補正用の電極パターン及び球面収差補正用の電極パターンを、それぞれ内側領域のみに設けるように構成したので、トラッキングに拘わらず、簡単な構成で、良好なコマ収差及び球面収差補正を行うことが可能となった。
また、このように、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、トラッキングによって対物レンズが移動しても、コマ収差及び球面収差補正に寄与する領域は実質的に対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、良好に記録媒体の基板内に生じるコマ収差及び球面収差を補正することが可能となった。
さらに、本実施形態に係わる液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、球面収差補正用の液晶光学素子を対物レンズと一体的に構成しなくても良いので、アクチュエータに負担をかけず、簡単な構成で良好な球面収差補正と良好なトラッキングを行うことが可能となった。
さらに、本実施形態に係わる液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、液晶の一方の電極パターンを球面収差補正用とし、他方をコマ収差補正用とすることによって、前述した記録媒体の面倒れ及び液晶光学素子の軸ずれ問題を解消した上に、さらに次世代の高密度ＤＶＤ等の記録媒体及び複数のトラック面を有するＤＶＤ等の記録媒体を取扱うことが可能となった。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る液晶光学素子を用いた光学装置１００を図１に示す。図１において、半導体レーザ素子等の光源１から出射された光ビーム（６５０ｎｍ）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５０を通過し、液晶光学素子６０に入射する。液晶光学素子６０を通過した光ビームは、１／４波長板５５を通過して、対物レンズ３により（ＤＶＤ等の）記録媒体７００に集光される。液晶光学素子６０は、後述するように、記録媒体７００の基板内に発生するコマ収差を抑制するように補正を行う機能を有している。
なお、光ビームの波長は、ＤＶＤの場合６５０ｎｍ（本実施形態）、ＣＤの場合７８０ｎｍであり、共に±２０ｎｍの誤差が生じる可能性がある。また、次世代の青色レーザの波長は４０５ｎｍであり、主にＤＶＤに利用される。本発明は特にＤＶＤに対して有効であり、特に次世代の青色レーザを用いた場合には効果が大きい。
「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３で有効に利用される液晶光学素子上での主光ビーム径を言う。また、「液晶光学素子の有効径」とは、発生する収差量に応じて位相を進ませる領域と遅らせる領域のことを指す。この点は、以下の全ての他の実施形態について同様である。
本実施形態では、対物レンズ３の開口率ＮＡは０．６５、有効径（φ）は３ｍｍに設定されている。
対物レンズ３には、トラッキング用のアクチュエータ７が取付けられている。なお、ムービング・マグネット式のトラッキング手段をアクチュエータの代わりに用いることもできる。アクチュエータ７は、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、対物レンズによって集光される光ビームが、記録媒体７００のトラックに正確に追従するように動作する（例えば、光ビーム１１が光ビーム１２に補正される）。アクチュエータ７には、駆動のための配線８が取付けされている。液晶光学素子６０には、後述する透明電極パターンを駆動するための配線５４が取付けされている。
記録媒体７００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５５及び液晶光学素子６０を通過して、偏光ビームスプリッタ５０により光路を変更され、集光レンズ５１によって受光器５２に集光される。光ビームは、記録媒体７００により反射される際に、記録媒体７００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ている。受光器５２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。
液晶光学素子制御回路５３（以下単に「制御回路」と言う）は、受光器５２からの光強度信号を利用して、記録媒体７００の基板内に生じるコマ収差を検出する。さらに、制御回路５３は、検出したコマ収差を相殺するように、配線５４を介して液晶光学素子６０の透明電極パターンに電圧を印加する。このような制御によって、光強度信号の強度が適正になるようにコマ収差が補正される。
図２に、図１に示された液晶光学素子６０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５０を通過した後、液晶光学素子６０に入射する方向を示している。図２において、光源１側の透明基板６１には、コマ収差補正用の透明電極６２及び配向膜６３が形成されている。また、記録媒体７００側の透明基板６７には、透明性対向電極６６及び配向膜６５が形成されている。液晶６８は、２枚の透明基板６１及び６７と、シール部材６４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、実際の厚さの比とは異なる。
図３Ａに、図１及び２に示された液晶光学素子６０の透明電極６２における、コマ収差補正用の透明電極パターン３００を示す。図３Ａに示されるように、液晶光学素子６０に入射される光ビームの有効径１０から５０μｍ内側に入った内側領域１８に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、及び位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５が配置されている。また、図中３１は、基準電位を印加するための基準領域である。
ここで、内側領域とは、波面収差補正用の電極パターンを設けた、有効径１０から所定の長さ内側に入った領域を言い、これは前述した液晶光学素子の有効径に相当する。
領域３１に印加される基準電圧に対して正（＋）の電圧を領域３２及び３３に印加すると、透明性対向電極６６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３１に印加される基準電圧に対して負（−）の電圧を領域３４及び３５に印加すると、透明性対向電極６６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３１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。透明電極６２のコマ収差補正用の電極パターン３００へは、前述した制御回路５３から配線５４（図１参照）によって電圧が印加されている。
図３Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧２３を示す。このような電圧が内側領域１８の透明電極パターン３００の各領域３１〜３５に印加されることによって、液晶光学素子６０は、記録媒体７００が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差２０を打ち消すように働く。
図３Ｃに、補正後のコマ収差２４を示す。即ち、図３Ｂのコマ収差２０が、図３Ｃのコマ収差２４のように補正されている。液晶光学素子６０によって、記録媒体７００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。
ここで、有効径１０の中心と、内側領域１８の透明電極パターン３００の中心とが合致している場合（軸ずれが発生していない場合）、補正後のコマ収差（残存コマ収差）は、レイリーの４分の１波長の法則（Ｒａｙｌｅｉｇｈ’ｓ ｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒｕｌｅ）より、光源１の波長の１／４以下であることが好ましい。この条件を満たすことにより、レイリーの議論に従えば、基板内に発生するコマ収差による光の損失は普通許容されることと考えられるからである。
また、有効径１０の中心と、内側領域１８の透明電極パターン３００の中心とが合致している場合（軸ずれが発生していない場合）、補正後のコマ収差（残存コマ収差）は、マーシャル（Ｍａｒｅｃｈａｌ）の評価に従い、光源１の波長の１／１４以下であることが好ましい。マーシャルは、波面と回折焦点に中心を持つ参照球面とのずれの標準偏差がλ／１４以下になることが、特定の系において収差が十分に小さいことと等価であることとした。この条件を満たすことにより、マーシャルの議論に従えば、基板内に発生するコマ収差は十分に小さいと考えられるからである。
さらに、有効径１０の中心と、内側領域１８の透明電極パターン３００の中心とが合致している場合（軸ずれが発生していない場合）、補正後のコマ収差（残存コマ収差）は、記録媒体がＤＶＤである場合には、３３ｍλ以下であることが好ましい。ＤＶＤ評価器における評価基準（３３ｍλ）をクリアすることが必要と考えられるからである。
内側領域を小さく設定すれば、アクチュエータ７によって大きな軸ずれが生じても内側領域は液晶光学素子上の対物レンズの視野（以下単に「対物レンズの視野」と言う）の中に留まるので、軸ずれに拘わらずコマ収差の補正を行うことが可能となる。しかしながら、あまりに内側領域を小さく設定しすぎると、残存コマ収差が大きくなってしまう。上記の３つの例は、その条件を定めたものである。
図４Ａに本発明に係わる他のコマ収差補正用の透明電極パターン３１０を示す。図４Ａでは、液晶光学素子６０に入射される光ビームの有効径１０から内側３００μｍの内側領域１８に、位相を進ませるための１つの領域３２、及び位相を遅らせるための１つの領域３４を有している。また、図中３１は、基準電位を印加するための領域である。
領域３２に対して正（＋）の電圧を印加すると、透明性対向電極６６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３４に対して負（−）の電圧を印加すると、透明性対向電極６６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３１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。透明電極パターン３１０へは、前述した制御回路５３から配線６（図１参照）によって電圧が印加されている。
図４Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧２５を示す。このような電圧が透明電極パターン３１０の各領域３１、３２及び３４に印加されることによって、液晶光学素子６０は、記録媒体７００が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差２０を打ち消すように働く。
図４Ｃに、補正後のコマ収差２６を示す。即ち、図４Ｂのコマ収差２０が、図４Ｃのコマ収差２６のように補正されている。液晶光学素子６０によって、記録媒体７００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。
ここで、図２５Ａに示すように、有効径１０の内側全体に渡って位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域が形成されている場合と、図３Ａ又は図４Ａに示すように有効径１０の内側領域１８のみに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域が形成されている場合の差異について説明する。
図２５Ａの場合のコマ収差補正は、図５Ａに示すように、有効径１０内の全ての領域で光ビームを捉え、その光ビームを液晶光学素子の有効径にて補正を行うことに匹敵する。しかしながら、対物レンズ３がアクチュエータ７によって移動されると、この液晶光学素子の有効径が対物レンズの視野の範囲内からずれてしまい（図５Ｂ参照）、効果的にコマ収差補正を行うことができない。
これに対して、図３Ａの場合のコマ収差補正は、図６Ａに示すように、有効径１０から５０μｍの内側領域の範囲内でのみで光ビームを捉えて、液晶光学素子の有効径に相当する領域１８にて補正を行うことに匹敵する。この場合に、対物レンズ３がアクチュエータ７によって移動されると、対物レンズの視野の中心は、内側領域１８の中心からはずれるが、依然、この内側領域１８は対物レンズの視野の範囲内に留まる（図６Ｂ参照）。したがって、光軸の中心に内側領域１８を捉えている場合（図６Ａ参照）に比べると若干程度は落ちるが、十分にコマ収差補正が行われることとなる。
有効径１０の範囲内全てに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域を設けずに、有効径１０の内側領域１８のみに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域を設けたので、対物レンズ３がトラッキングのためにアクチュエータ７によって移動してしまっても、有効にコマ収差補正を行えるようになったものである。
即ち、アクチュエータ７によるレンズの移動に拘らず、実質的に、位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域は対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、有効にコマ収差補正を行えるようになったものである。「実質的に留まる」とは、予め定められた精度内でコマ収差の補正が行えるような関係を言う。
以下の表１に、コマ収差補正用の電極パターンを設ける内側領域及び対物レンズのトラッキングによる移動量（＝軸ずれ量）と、反射光ビームに基づいて発生されるＲＦ信号の劣化（主に信号のジッタ）との関係を示す。
ＲＦ信号の劣化は、Ａ〜Ｄの４段階で示しており、Ａは最良の状態、Ｂは良の状態、ＣはＲＦ信号として使用可能な状態、ＤはＲＦ信号として使用することができない状態を表している。なお、以下の表１を作成するに際しては、有効径から０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ及び３５０μｍの内側領域のみに位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を作成した液晶光学素子を作成し、液晶光学素子と対物レンズとの光軸を０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍずらしてＲＦ信号のジッタ量を測定した。光学装置は、図１と同じ構成とし、有効径（φ）３ｍｍ、対物レンズの開口数（ＮＡ）を０．６５とした。
これに対して、有効径から０μｍの内側領域にのみ（即ち、有効径１０全体に）位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた液晶光学素子（即ち、図２５Ａに示される従来の液晶光学素子）では、軸ずれ量が１００μｍ以上発生すると、適正な収差補正を行うことができなくなる。即ち、ＲＦ信号のジッタ量が増加して、光学装置として使用不可能な状態となる。
また、有効径から３５０μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた場合も、軸ずれ量が５０μｍ以上発生すると、適正なコマ収差補正を行うことができなくなる。即ち、ＲＦ信号のジッタ量が増加して、光学装置として使用不可能な状態となる。これは、位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域が小さくなりすぎて、逆に適切なコマ収差補正が行えなくなっているものと考えられる。
このように、有効径から５０μｍ〜３００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた液晶光学素子を用いることによって、対物レンズのトラッキングのための移動による軸ずれが発生しても、良好にコマ収差補正を行うことが可能となる。
なお、光学装置の仕様に応じて位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設ける内側領域を設定することもできる。例えば、トラッキングによる軸ずれが１００μｍと予めわかっている場合には、有効径から５０〜１００μｍの内側領域を設定すれば良い。またトラッキングによる軸ズレが大きい場合には、その仕様に合わせて内側領域を設定すれば良い。
図７及び図８を用いて、軸ずれが発生した場合のコマ収差補正についてさらに説明する。図７は、図４Ａに示す透明電極パターン３１０を用いた場合であり、図８は、図２５Ａに示す従来の透明電極パターン３０を用いた場合である。図７Ａ及び図８Ａは軸ずれが無い場合（図４Ｂ及び図２５Ｂと同じ）、図７Ｂ及び図８Ｂは５０μｍの軸ずれが発生した場合、図７Ｃ及び図８Ｃは１００μｍの軸ずれが発生した場合をそれぞれ示している。
図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、光ビームの有効径１０及び内側領域１８の中心からそれぞれ５０μｍ及び１００μｍの軸ずれが生じても、液晶光学素子の内側領域１８に形成されている位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域に印加される電圧波形２６及び２７の形状は、対物レンズの視野内に存在している。即ち、軸ずれが生じていない図７Ａと比べて大きく変化していない。したがって、正常に収差を補正することが可能になる。即ち、アクチュエータ７による対物レンズの移動に拘らず、実質的に、位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域（液晶光学素子の有効領域）は対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、有効にコマ収差補正を行えるようになったものである。
これに対して、図８Ｂでは、液晶光学素子の有効径内の全体に渡って位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域が形成されている。したがって、それに印加される電圧波形２８は、５０μｍの軸ずれが発生した場合にも、僅かながら変化してしまう（軸ずれが生じていない図８Ａと比べると、点線部分が欠落する）。位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域に印加される電圧波形の全体形状に応じて、収差が補正されていると考えられるので、この波形が僅かでも変化すると、収差補正機能に多少影響が生じてしまう。したがって、表において、内側領域０μｍの場合、軸ずれ０μｍの場合にはＲＦ信号の劣化はＡであるが、軸ずれ５０μｍの場合には、電圧波形（符号）が僅かに変化するため（点線部分が欠落するため）Ｃとなっている。
さらに、図８Ｃでは、位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域に印加される電圧波形２９は、１００μｍの軸ずれが発生した場合には、図８Ａと比べると大巾に変化してしまう。即ち、収差補正機能に大きな影響が生じる。したがって、表において、内側領域０μｍの場合、軸ずれ０μｍの場合にはＡであるが、軸ずれ１００μｍの場合にはＤとなっている。
このように、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、トラッキングによって対物レンズが移動しても、コマ収差補正に寄与する領域は実質的に対物レンズの視野有の範囲内に留まるように設定されているので、良好に記録媒体の基板内に生じるコマ収差を補正することが可能となった。
また、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、コマ収差補正用の液晶光学素子を対物レンズと一体的に構成しなくても良いので、アクチュエータに負担をかけず、簡単な構成で良好なコマ収差補正と良好なトラッキングを行うことが可能となった。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る液晶光学素子を用いた光学装置１１００を図９に示す。図１と同様の構成には、同じ参照番号を付している。
図９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５０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５５を通過し、対物レンズ１３（開口率ＮＡ＝０．８５）により記録媒体７０３に集光される。本実施形態において、有効径１０（φ）は３ｍｍに設定されている。
記録媒体７０３から反射された光ビームは、再び対物レンズ１３、１／４波長板５５及び液晶光学素子７０を経て、偏光ビームスプリッタ５０により光路を変更され、集光レンズ５１を介して受光器５２に集光される。光ビームは、記録媒体７０３により反射される際に、記録媒体７０３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ている。受光器５２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７０３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、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。
対物レンズ３には、トラッキング用のアクチュエータ７が取付けられている。アクチュエータ７が、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７０３のトラックに正確に追従する。アクチュエータ７には、駆動のための配線８が取付けられている。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５４が取付けられている。
液晶光学素子７０は、後述するように、図１１Ａ又は図１２Ａに示されるような球面収差補正用の透明電極パターン４１０又は４２０を有している。
記録媒体７０３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。
このような記録媒体７０３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５２から出力される光強度信号が劣化してしまう。そこで、制御回路２５３は、受光器５２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５４を通じて、球面収差補正用の電極パターンに電圧を印加する。なお、受光器５２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７０３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。
図１０に、図９に示された液晶光学素子７０の断面図を示す。図１０の矢印の示す方向は、図９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５０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１０において、光源１側の透明基板７１には、球面収差補正用の透明電極７２及び配向膜７３が形成されている。また、記録媒体７０３側の透明基板７７には、透明性対向電極７６及び配向膜７５が形成されている。液晶７８は、２枚の透明基板７１及び７７と、シール部材７４との間に封入されている。図１０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。
図１１Ａに、図９及び１０に示された液晶光学素子７０における球面収差補正用の透明電極パターン４１０の一例を示す。図１１Ａに示されるように、液晶光学素子７０に入射される光ビームの有効径１０から５０μｍ内側に入った内側領域１８に、位相を進ませるための６つの領域４２〜４７が同心円状に配置されている。なお、領域４１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。
領域４２〜４７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７６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４１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。球面収差補正用の電極パターン４１０へは、前述した制御回路２５３から配線５４（図９参照）によって電圧が印加されている。
図１１Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧波形２０３を示す。このような電圧が内側領域１８の各領域４１〜４７に印加されることによって、記録媒体７０３の光透過保護層の厚みムラ等に起因する球面収差２１を打ち消すように、液晶光学素子７０が働く。
図１１Ｃに、補正後の球面収差２０５を示す。図１１Ｂの球面収差２１が、図１１Ｃの球面収差２０５となるように補正される。即ち、液晶光学素子７０を用いることで、記録媒体７０３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１２Ａに、本実施形態における他の球面収差補正用の透明電極パターン４２０の一例を示す。図１２Ａでは、液晶光学素子７０に入射される光ビームの有効径１０から内側３００μｍの内側領域１８に、位相を進ませるための４つの領域４２〜４５を有している。なお、領域４１は、基準電位（例えばこの場合は０ｖと考える）を印加するための領域である。
領域４２〜４５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７６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。透明電極パターン４２０へは、前述した制御回路２５３から配線５４（図９参照）によって電圧が印加されている。
図１２Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧２０６を示す。このような電圧が透明電極パターン４２０の各領域４２〜４５に印加されることによって、記録媒体７０３の基板中に発生する球面収差２１を打ち消すように、液晶光学素子７０が働く。
図１２Ｃに、補正後の球面収差２０７を示す。図１２Ｂの球面収差２１が、図１２Ｃの球面収差２０７となるように補正される。即ち、記録媒体７０３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１１Ａ及び図１２Ａの説明では、球面収差補正用の透明電極パターン４１０及び４２０の各領域に、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７０３の基板中に発生する球面収差が図１１Ｂ及び図１２Ｂとは逆向きに発生する場合には、電極パターン４１０及び４２０の各領域に、図１１Ｂ及び図１２Ｂ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４１０及び４２０の各領域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。
ここで、補正後の球面収差（残存球面収差）は、前述したように、（レイリーの４分の１波長の法則により）光ビームの波長の１／４以下であることが好ましい。また、補正後の球面収差は、前述したように、（マーシャルの評価により）光ビームの波長の１／１４以下であることが好ましい。さらに、補正後の球面収差は、前述したように、記録媒体が通常のＤＶＤである場合には、（ＤＶＤ評価器における評価基準により）３３ｍλ以下であることが好ましい。
ここで、図２９Ａに示すように、有効径１０の内側全体に渡って位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）が形成されている場合と、図１１Ａ又は図１２Ａに示すように有効径１０の内側領域１８のみに位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）が形成されている場合の差異について説明する。
図２９Ａの場合の球面収差補正は、前述した図５Ａに示すように、有効径１０内の全ての領域で光ビームを捉え、その光ビームを液晶光学素子の有効径にて補正を行うことに匹敵する。しかしながら、対物レンズ３がアクチュエータ７によって移動されると、液晶光学素子の有効径が対物レンズの視野の範囲内からずれてしまい（図５Ｂ参照）、効果的に球面収差補正を行うことができない。
これに対して、図１１Ａの場合の球面収差補正は、前述した図６Ａに示すように、有効径１０から５０μｍの内側領域の範囲内でのみで光ビームを捉えて、液晶光学素子の有効径に相当する内側領域１８にて補正を行うことに匹敵する。この場合に、対物レンズ３がアクチュエータ７によって移動されると、対物レンズの視野の中心が内側領域１８の中心からはずれるが、依然、この内側領域１８は対物レンズの視野の範囲内に留まる（図６Ｂ参照）。したがって、光軸の中心に光ビームを捉えている場合（図６Ａ参照）に比べると若干程度は落ちるが、十分に球面収差補正が行われることとなる。
有効径１０の範囲内全てに位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設けずに、有効径１０の内側領域１８のみに位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設けたので、対物レンズ３がトラッキングのためにアクチュエータ７によって移動してしまっても、有効に球面収差補正を行えるようになったものである。
即ち、アクチュエータ７によるレンズの移動に拘らず、実質的に、位相を進ませる（又は遅らせる）領域は、対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、有効に球面収差補正を行えるようになったものである。
以下の表２に、球面収差補正用の電極パターンを設ける内側領域及び対物レンズのトラッキングによる移動量（＝軸ずれ量）と、反射光ビームに基づいて発生されるＲＦ信号の劣化（主に信号のジッタ）との関係を示す。
光強度信号の劣化は、Ａ〜Ｄの４段階で示しており、Ａは最良の状態、Ｂは良の状態、Ｃは光強度信号として使用可能な状態、Ｄは光強度信号として使用することができない状態を表している。なお、以下の表２を作成するに際しては、有効径から０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ及び３５０μｍの内側領域のみに位相を進ませる複数の領域を作成した液晶光学素子を作成し、液晶光学素子と対物レンズとの光軸を０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍずらして光強度信号のジッタ量を測定した。光学装置は、図９と同じ構成とした。
これに対して、有効径から０μｍの内側領域にのみ（即ち、有効径１０全体に）位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設けた液晶光学素子（即ち、図２９Ａに示される従来の液晶光学素子）では、軸ずれ量が１００μｍ以上発生すると、適正な球面収差補正を行うことができなくなる。即ち、ＲＦ信号のジッタ量が増加して、光学装置として使用不可能な状態となる。
また、有効径から３５０μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設けた場合も、軸ずれ量が５０μｍ以上発生すると、適正な球面収差補正を行うことができなくなる。即ち、ＲＦ信号のジッタ量が増加して、光学装置として使用不可能な状態となる。これは、位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）が小さくなりすぎて、逆に適切な球面収差補正が行えなくなっているものと考えられる。
このように、有効径から５０μｍ〜３００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設けた液晶光学素子を用いることによって、対物レンズのトラッキングのための移動による軸ずれが発生しても、良好に球面収差補正を行うことが可能となる。
なお、光学装置の仕様に応じて位相を進ませる領域（又は位相を遅らせる領域）を設ける内側領域を設定することもできる。例えば、トラッキングによる軸ずれが１００μｍと予めわかっている場合には、有効径から５０〜１００μｍの内側領域を設定すれば良い。またトラッキングによる軸ズレが大きい場合には、その仕様に合わせて内側領域を設定すれば良い。
このように、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、トラッキングによって対物レンズが移動しても、球面収差補正に寄与する領域は実質的に対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、良好に記録媒体の基板内に生じる球面収差を補正することが可能となった。
また、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、球面収差補正用の液晶光学素子を対物レンズと一体的に構成しなくても良いので、アクチュエータに負担をかけず、簡単な構成で良好な球面収差補正と良好なトラッキングを行うことが可能となった。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る液晶光学素子７９を用いた光学装置１２００を図１３に示す。図９と同様の構成には、同じ参照番号を付している。
図１３において、光源１０１から出射された光ビーム（６５０ｎｍ）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５０を通過した後、液晶光学素子７９に入射する。液晶光学素子７９を通過した光ビームは、１／４波長板５５を通過して、対物レンズ１０３（開口率ＮＡ＝０．６５）により記録媒体７０４に集光される。本実施形態では、有効径１０（φ）は３ｍｍに設定されている。
記録媒体７０４から反射された光ビームは、再び対物レンズ１０３、１／４波長板５５及び液晶光学素子７９を経て、偏光ビームスプリッタ５０により光路を変更され、集光レンズ５１を介して受光器５２に集光される。光ビームは、記録媒体７０４により反射される際に、記録媒体７０４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５２により光強度信号として出力される。この光強度信号（ＲＦ信号）から記録情報が読み出される。
記録媒体７０４は、ＤＶＤであり、直径１２ｃｍ、厚さ１．２ｍｍの円盤形状を有している。また、情報が記録される第１トラック面７０５（光の入射側）及び第２トラック面７０６を有しており、第１トラック面の上には、約０．６ｍｍ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、光源１０１として、６５０ｎｍの赤色レーザを用い、対物レンズ１０３として開口率（ＮＡ）＝０．６５のレンズを用いて、２層により約９．５ＧＢの容量を実現している。
対物レンズ１０３には、トラッキング用のアクチュエータ７が取付けられており、図中の矢印Ａの方向に対物レンズ１０３を移動することによって、対物レンズによって集光される光ビームが、記録媒体７０４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７には、駆動のための配線８が取付けされており、液晶光学素子７９には後述する透明電極パターンを駆動するための配線５４が取付けされている。
制御回路３５３は、トラック切換え信号（不図示）に応じて、液晶光学素子７９の球面収差補正用の透明電極パターン（図１１Ａ又は図１２Ａに示される電極パターン４１０又は４２０）に電圧を印加する。球面収差補正用の透明電極パターンに電圧が印加されていない場合、対物レンズ１０３は、第１トラック面７０５上の読取り又は書込みを行うのに適したようにビーム１１を集光させている。しかしながら、液晶光学素子７９は、球面収差補正用の透明電極パターンに電圧が印加されると、球面収差が補正されて、第２トラック面７０６上の読取り又は書込みを行うのに適したようにビーム１２を集光させる。
さらに、制御回路３５３は、受光器５２からの光強度信号を利用して、記録媒体７０４の基板内に生じる波面収差（主としてコマ収差）を検出し、検出したコマ収差を相殺するように、後述するコマ収差補正用の透明電極パターンへ、配線５４（図１３参照）によって電圧を印加する。
図１３の液晶光学素子７９は、図１０に示す液晶光学素子７０と同様の構成を有している。また、液晶光学素子７９の透明電極７２には、第２の実施形態で説明したように、図１１Ａ又は図１２Ａに示した球面収差補正用の透明電極パターン４１０又は４２０が設けられているものとする。さらに、液晶光学素子７９の他の透明電極７６には、後述するコマ収差補正用の透明電極パターン３２０又は３３０が設けられている。
図１４Ａに、液晶光学素子７９の透明電極７６に設けられるコマ収差補正用の透明電極パターン３２０の一例を示す。図１４Ａに示すコマ収差補正用の透明電極パターン３２０は、図１１Ａに示す球面収差補正用の透明電極パターン４１０に対応するものである。図１４Ａでは、液晶光学素子７９に入射される光ビームの有効径１０から５０μｍの内側に入った内側領域１８に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、及び位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５が配置されている。また、図中３１は、基準電位を印加するための領域である。
領域３２及び３３に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向する透明電極７２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３４及び３５に、基準電位に対して負（−）の電圧を印加すると、同様に対向する透明電極７２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３１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。
制御回路３５３は、受光器５２からの光強度信号を利用して、記録媒体７０４の基板内に生じる波面収差（主としてコマ収差）を検出し、検出したコマ収差を相殺するように、コマ収差補正用の透明電極パターン３２０へ、配線５４（図１３参照）によって電圧を印加する。
図１４Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧１２１を示す。このような電圧が内側領域１８の各領域３１〜３５に印加されることによって、液晶光学素子７９は、記録媒体７０４が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差２０を打ち消すように働く。
図１４Ｃに、補正後のコマ収差１２２を示す。即ち、図１４Ｂのコマ収差２０が、図１４Ｃのコマ収差１２２のように補正されている。液晶光学素子７９によって、記録媒体７０４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。
図１５Ａに、液晶光学素子７９の透明電極７６に設けられるコマ収差補正用の透明電極パターン３３０の一例を示す。図１５Ａに示すコマ収差補正用の透明電極パターン３３０は、図１２Ａに示す球面収差補正用の透明電極パターン４２０に対応するものである。図１５Ａでは、液晶光学素子７９に入射される光ビームの有効径１０から内側３００μｍの内側領域１８に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、及び位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５を設けた。また、図中３１は、基準電位を印加するための領域である。
領域３２及び３３に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向する透明電極７２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３４及び３５に、基準電位に対して負（−）の電圧を印加すると、対向する透明電極７２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３１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。
制御回路３５３は、受光器５２からの光強度信号を利用して、記録媒体７０４の基板内に生じる波面収差（主としてコマ収差）を検出し、検出したコマ収差を相殺するように、コマ収差補正用の透明電極パターン３３０へ、配線５４（図１３参照）によって電圧を印加する。
図１５Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧１２３を示す。このような電圧が対向透明電極パターン３３０の各領域３１〜３５に印加されることによって、記録媒体７０４が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差２０を打ち消すように働く。
図１５Ｃに、補正後のコマ収差１２４を示す。即ち、図１５Ｂのコマ収差２０が、図１５Ｃのコマ収差１２４のように補正されている。液晶光学素子７９によって、記録媒体７０４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、コマ収差補正用の透明電極パターン３２０及び３３０に関しても、図１１Ａ及び１５Ａに示す球面収差補正用の透明電極パターン４１０及び４２０と同様に、有効径から５０μｍ〜３００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる複数の領域と位相を遅らせる領域が設けられている場合に、トラッキングによる軸ズレが生じても、良好なコマ収差補正を行うことが可能となる。なお、有効径から５０μｍの内側領域にのみ位相を進ませる複数の領域と位相を遅らせる領域を設けた例は図１４Ａに相当し、有効径から３００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる複数の領域と位相を遅らせる領域を設けた例が図１５Ａに相当する。
このように、液晶光学素子７９に、図１１Ａ又は図１２Ａに示される球面収差補正用の透明電極パターン４１０又は４２０と、図１４Ａ又は図１５Ａに示されるコマ収差補正用の透明電極パターン３２０又は３３０を設けることによって、次世代の高密度ＤＶＤ等の記録媒体７０４の読取り又は書込み時に生じる球面収差及びコマ収差を補正することが可能となった。なお、球面収差補正用の透明電極パターン及びコマ収差補正用の透明電極パターンの内側領域の範囲は、一致させることが好ましい。さらに、液晶光学素子７９の透明基板に形成される球面収差補正用の透明電極パターン及びコマ収差補正用の透明電極パターンは入れ替えて設けても良い。
対物レンズ３と液晶光学素子７０の光軸が正確に合わせて取付けられた場合には、図１６Ａ及びＢに示す様な左右領域１７０を設定することもできる。即ち、トラッキングの最大移動量（通常は２００〜３００μｍ）を考慮して、図中Ｘ軸方向についてだけ有効径から右左Ｚμｍの左右領域１７０にのみ、位相を制御する領域を設け、図中Ｙ軸方向については有効径のままとする。この様な構成にしても、球面及びコマ収差の補正を行うことができる。なお、図１６Ａは球面収差補正用電極パターン４３０の例であり、図１６Ｂはコマ収差補正用電極パターン３４０の例である。
したがって、図１６Ａ及びＢに示すような波面収差補正用の電極パターンを図１３に示す光学装置１２００の液晶光学素子７９の透明電極７２及び７６にそれぞれ設けることもできる。
このように、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、トラック切換え信号に応じて球面収差補正用の透明電極パターンに電圧を印加することによって、記録媒体７０４内の複数のトラック面に対しても良好な読取り又は書込みを行うことが可能となった。
また、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、所定の内側領域にのみ球面収差補正用の透明電極パターン及びコマ収差補正用の透明電極パターンが設けられているので、トラッキングによって対物レンズが移動しても、球面収差及びコマ収差収差補正に寄与する領域は実質的に対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、良好な球面収差及びコマ収差の補正を行うことが可能となった。
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る液晶光学素子９０を用いた光学装置１３００を図１７に示す。図１と同様の構成には、同じ参照番号を付している。また、図１との差異は、２つの光源１及び１０１を用い、図１の液晶光学素子６０とは異なる液晶光学素子９０を用いた点である。
第１の光ディスク７０７（ＤＶＤ等の高密度光ディスク）を用いる場合にコマ収差が発生し、第２の光ディスク７０８を用いる場合に球面収差が発生する。さらに、第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８のトラックと対物レンズ１１３の光軸とがずれる（軸ずれ）も発生する。そこで、対物レンズ１１３の光軸を第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８のトラックに追従させるために、トラッキング用のアクチュエータ７が対物レンズ１１３に取付けられている。アクチュエータ７には電力を供給するための配線８が取付けられている。アクチュエータ７が、図中の矢印Ａの方向に対物レンズ１１３を移動させることによって、対物レンズ１１３によって集光される光ビームが正確に第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８のトラックに追従する。
しかしながら、アクチュエータ７が、対物レンズ１１３を移動させてしまうと、液晶光学素子９０と対物レンズ１１３との位置関係が変化してしまう。コマ収差補正用の透明電極パターン及び球面収差用の透明電極パターンが、それぞれ光学装置１３００の有効径１１０及び１２０と一致するように設計されているものとする。即ち、液晶光学素子９０は、対物レンズ１１３及び液晶光学素子９０が、光軸に対して正確に一致した状態でのみ、第１の光ディスク７０７の基板内に生じるコマ収差及び第２の光ディスク７０８の基板内に生じる球面収差を理想的に補正できるように設計されている。すると、トラッキングにより、液晶光学素子９０と対物レンズ１１３との位置関係が変化した状態では、液晶光学素子９０では、十分に波面収差を補正することができない場合がある。
そこで、図１７に示す光学装置１３００では、トラッキングによる対物レンズ１１３の移動に拘わらず、コマ収差及び球面収差の補正を良好に行うことを可能とする液晶光学素子９０を採用した。
図１７において、半導体レーザ素子等の第１の光源１から出射された光ビーム（６５０ｎｍ）は、コリメータレンズ２によってほぼ平行光に変換され、アパーチャ５７によって直径約５ｍｍの有効径１１０を持つ光ビームに規制される。さらに光ビームは、ハーフミラー５６及び偏光ビームスプリッタ５０を通過した後、液晶光学素子９０に入射する。液晶光学素子９０を通過した光ビームは、１／４波長板５５を通過して、対物レンズ１１３（開口率ＮＡ＝０．６５）により第１の光ディスク７０７のトラック面上に集光される。
また、半導体レーザ素子等の第２の光源１０１から出射された光ビーム（７８０ｎｍ）は、コリメータレンズ１０２によってほぼ平行光に変換され、アパーチャ５８によって直径約４ｍｍの有効径１２０を持つ光ビームに規制される。さらに光ビームは、ハーフミラー５６で光路を変更され、偏光ビームスプリッタ５０を通過した後、液晶光学素子９０に入射する。液晶光学素子９０を通過した光ビームは、１／４波長板６５を通過して、対物レンズ１１３（開口率ＮＡ＝０．６５）により第２の光ディスク７０８のトラック面上に集光される。
第１の光ディスク７０７は、ＤＶＤ等の高密度光ディスクであって、トラック面上に、厚さ０．６ｍｍの透明性基板を有しており、片面で最高約４．７５ＧＢの容量を記憶することができる。第２の光ディスク７０８は、ＣＤ等の光ディスクであって、トラック面上に１．２ｍｍの透明性基板を有しており、片面で約６００ＭＢの容量を記憶することができる。
第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８から反射された光ビームは、再び対物レンズ１１３、１／４波長板５５及び液晶光学素子９０を経て、偏光ビームスプリッタ５０により光路を変更されて、集光レンズ５１を介して受光器５２に集光される。光ビームは、第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８により反射される際に、各光ディスク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５２により光強度信号として出力される。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、第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８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又は１０１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光ディスクを照射する。光ディスクでは、光ビームの強度に応じて、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又は１０１に用いる半導体レーザ素子に流す電流を変調することによって行うことができる。
対物レンズ１１３には、トラッキング用のアクチュエータ７が取付けられており、図中の矢印Ａの方向に対物レンズ１１３を移動することによって、対物レンズによって集光される光ビームが、第１の光ディスク７０７又は第２の光ディスク７０８のトラックに正確に追従される。アクチュエータ７には、駆動のための配線８が取付けされている。
液晶光学素子９０は、後述するように、コマ収差補正用の透明電極パターン及び球面収差補正用の透明電極パターンを有している。
制御回路５５３は、受光器５２により出力される光強度信号（ＲＦ信号）に基づいて、第１の光ディスク７０７の傾きによって生じるコマ収差を検出する。また、制御回路５５３は、検出されたコマ収差に応じた電圧をコマ収差補正用の透明電極パターンに印加して、第１の光ディスク７０７の読出し又は書込み動作中に発生するコマ収差を相殺するように補正を行う。なお、制御回路５５３は、第１の光ディスク７０７の読出し又は書込み動作中には、球面収差補正用の透明電極パターンに基準電圧を印加して、液晶光学素子９０が動作させないように維持する。
また、制御回路５５３は、第１の光ディスク７０７から第２の光ディスク７０８へ切換える際の切換信号（不図示）に応じて制御を切換える。具体的には、制御回路５５３は、第２の光ディスク７０８の読出し又は書込み動作中、液晶光学素子９０の球面収差補正用の透明電極パターンに電圧を印加して、発生する球面収差を相殺するように補正を行う。また、制御回路５５３は、第２の光ディスク７０８の読出し又は書込み動作中には、コマ収差補正用の透明電極パターンに基準電圧を印加して、液晶光学素子９０を動作させないように維持する。
図１８に、液晶光学素子９０の断面図を示す。図１８の矢印は、第１の光源１又は第２の光源１０１から射出された光ビームが入射する方向を示している。図１８において、光源側の透明基板９１には、コマ収差補正用の透明電極９２及び配向膜９３が形成されている。また、光ディスク側の透明基板９７には、球面収差補正用の透明電極９６及び配向膜９５が形成されている。液晶９８は、２枚の透明基板９１及び９７と、シール部材９４との間に封入されている。図１８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。図１１との差異は、透明電極９２及び９６が、図１１とは異なるコマ収差補正用の透明電極パターン及び球面収差補正用の透明電極パターンをそれぞれ有する点である。
図１９Ａに、液晶光学素子１５０におけるコマ収差補正用の透明電極パターン３６０の一例を示す。図１９Ａに示されるように、液晶光学素子９０に入射される光ビームの有効径１１０から８０μｍ内側に入った内側領域１８０に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、及び位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５が配置されている。また、図中３１は、基準電位を印加するための領域である。
領域３２及び３３に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向する透明電極９６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。なお、コマ収差補正用の透明電極パターン３６０を利用する場合には、球面収差補正用の透明電極パターン４５０には、基準電圧を印加しておく。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３４及び３５に、基準電位に対して負（−）の電圧を印加すると、対向する透明電極９６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３１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。コマ収差補正用の電極パターン３６０へは、制御回路５５３から配線５４（図１７参照）によって電圧が印加されている。
図１９Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧１２７を示す。このような電圧が内側領域１８０の各領域３１〜３５に印加されることによって、液晶光学素子９０は、第１の光ディスク７０７が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差２０を打ち消すように働く。
図１９Ｃに、補正後のコマ収差１２８を示す。即ち、図１９Ｂのコマ収差１２７が、図１９Ｃのコマ収差１２８のように補正されている。液晶光学素子９０によって、第１の光ディスク７０７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。
図２０Ａに、液晶光学素子９０において、図１９Ａに示すコマ収差補正用の透明電極パターン３６０と対をなす球面収差補正用の透明電極パターン４５０の一例を示す。図２０Ａに示されるように、液晶光学素子９０に入射される光ビームの有効径１２０から７０μｍ内側に入った内側領域１９０に、位相を進ませるための６つの領域４２〜４７が同心円状に配置されている。なお、領域４１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。
領域４２〜４７に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向する透明電極９６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。なお、球面収差補正用の透明電極パターン４５０を利用する場合には、コマ収差補正用の透明電極パターン３６０全体に、基準電圧を印加しておく。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４１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。球面収差補正用の電極パターン４５０へは、前述した制御回路５５３から配線５４（図１７参照）によって電圧が印加されている。
図２０Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧波形２１０を示す。このような電圧が内側領域１９０の各領域４１〜４７に印加されることによって、液晶光学素子９０は、第２の光ディスク７０８の基板内に発生する球面収差２０１を打ち消すように働く。
図２０Ｃに、補正後の球面収差２１１を示す。即ち、図２０Ｂの球面収差２１０が、図２０Ｃの球面収差２１１のように補正されている。液晶光学素子９０によって、第２の光ディスク７０８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２１Ａに、本実施形態における他のコマ収差補正用の透明電極パターン３７０の一例を示す。図２１Ａでは、液晶光学素子９０に入射される光ビームの有効径１１０から内側５００μｍの内側領域１８０に、位相を進ませるための２つの領域３２及び３３、及び位相を遅らせるための２つの領域３４及び３５を有している。また、図中３１は、基準電位を印加するための領域である。
領域３２及び３３に、基準電位に対して正（＋）の電圧を印加すると、対向する透明電極９６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３４及び３５に、基準電位に対して負（−）の電圧を印加すると、対向する透明電極９６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３１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。透明電極パターン３７０へは、前述した制御回路５５３から配線５４（図１７参照）によって電圧が印加されている。
図２１Ｂに、Ｘ軸上において各領域に印加される電圧波形１２９を示す。このような電圧が各領域３１〜３５に印加されることによって、液晶光学素子９０は、第１の光ディスク７０７が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差２０を打ち消すように働く。
図２１Ｃに、補正後のコマ収差１３０を示す。即ち、図２１Ｂのコマ収差１２９が、図２１Ｃのコマ収差１３０のように補正されている。液晶光学素子９０によって、第１の光ディスク７０７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。
図２２Ａに、本実施形態における他の球面収差補正用の透明電極パターン４６０の一例を示す。これは、図２１Ａに示すコマ収差補正用の透明電極パターン３７０と対をなすものである。図２２Ａでは、液晶光学素子９０に入射される光ビームの有効径１２０から内側４００μｍの内側領域１９０に、位相を進ませるための領域４２〜４５を有している。また、領域４１は、基準電位（例えばこの場合は０ｖと考える）を印加するための領域である。
領域４２〜４５に、基準電位に対して正（＋）の各電圧を印加すると、対向する透明電極４２との間に各電位差を生じ、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。透明電極パターン４６０へは、前述した制御回路５５３から配線５４（図１７参照）によって電圧が印加されている。
図２２Ｂに、Ｘ軸上（瞳座標）において各領域に印加される電圧２１２を示す。このような電圧が透明電極パターン４６０の領域４１〜４５に印加されることによって、液晶光学素子９０は、第２の光ディスク７０８の基板中に発生する球面収差２１を打ち消すように働く。
図２２Ｃに、補正後の球面収差２１３を示す。即ち、図２２Ｂの球面収差２１が、図２２Ｃの球面収差２１３のように補正されている。液晶光学素子９０によって、第２の光ディスク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２０Ａ及び図２２Ａの説明では、球面収差補正用の透明電極パターン４５０及び４６０の各領域に、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、第２の光ディスク７０８の基板中に発生する球面収差が図２０Ｂ及び図２２Ｂとは逆向きに発生する場合には、電極パターン４５０及び４６０の各領域に、図２０Ｂ及び図２２Ｂ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４５０及び４６０の各領域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。
ここで、補正後のコマ収差（残存コマ収差）及び球面収差（残存球面収差）は、前述したように、（レイリーの４分の１波長の法則により）光ビームの波長の１／４以下であることが好ましい。また、補正後のコマ収差及び球面収差は、前述したように、（マーシャルの評価により）光ビームの波長の１／１４以下であることが好ましい。さらに、補正後のコマ収差及び球面収差は、前述したように、記録媒体が通常のＤＶＤである場合には、（ＤＶＤ評価器における評価基準により）３３ｍλ以下であることが好ましい。
ここで、図２５Ａ又は３６Ａに示すように、有効径１１０又は１２０の内側全体に渡って位相を進ませる領域又は位相を遅らせる領域が形成されている場合等と、図１９Ａ、図２０Ａ、図２１Ａ又は図２２Ａに示すように有効径１１０又は１２０の内側領域１８０又は１９０のみに位相を進ませる領域又は位相を遅らせる領域が形成されている場合等との差異について説明する。
図２５Ａ及び３６Ａの場合の波面収差補正は、前述した図５Ａに示すように、その光ビームを液晶光学素子の有効径１１０又は１２０内の全ての領域で光ビームを捉え、波面収差補正（主としてコマ収差及び球面収差）を行うことに匹敵する。しかしながら、対物レンズ１１３がアクチュエータ７によって移動されると、この液晶光学素子の有効径が対物レンズの視野の範囲内からずれてしまい（図５Ｂ参照）、効果的に波面収差補正を行うことができない。
これに対して、図１９Ａ、図２０Ａ、図２１Ａ又は図２２Ａに示す波面収差補正は、前述した図６Ａに示すように、有効径１１０又は１２０の内側領域の範囲内でのみで光ビームを捉えて、液晶光学素子の有効径に相当する内側領域によって補正を行うことに匹敵する。この場合に、対物レンズ１１３がアクチュエータ７によって移動されると、対物レンズの視野の中心は、内側領域の中心からはずれるが、依然、この内側領域は対物レンズの視野の範囲内に留まる（図６Ｂ参照）。したがって、光軸の中心に内側領域を捉えている場合（図６Ａ参照）に比べると若干程度は落ちるが、十分に波面収差補正が行われることとなる。
有効径１１０又は１２０の範囲内全てに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域等を設けずに、有効径１１０又は１２０の内側領域１８０又は１９０のみに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域等を設けたので、対物レンズ１１３がトラッキングのためにアクチュエータ７によって移動してしまっても、有効に波面収差補正を行えるようになったものである。
即ち、アクチュエータ７によるレンズの移動に拘らず、実質的に、位相を進ませる（又は遅らせる）領域は対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、有効に波面収差補正を行えるようになったものである。
以下の表３に、第１の光ディスク７０７を用いる場合のコマ収差補正用の電極パターンを設ける内側領域及び対物レンズ１１３のトラッキングによる移動量（＝軸ずれ量）と、第１の光ディスク７０７からの反射光ビームに基づいて発生される光強度信号の劣化（主に信号のジッタ）との関係を示す。また、光強度信号の劣化は、Ａ〜Ｄの４段階で示しており、Ａは最良の状態、Ｂは良の状態、Ｃは光強度信号として使用可能な状態、Ｄは光強度信号として使用することができない状態を表している。なお、以下の表を作成するに際しては、有効径１１０から０μｍ、８０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ及び６００μｍの内側領域のみに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域を作成したコマ収差補正用の電極パターンを作成し、液晶光学素子と対物レンズ１１３との光軸を０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍずらして光強度信号のジッタ量を測定した。光学装置は、図１７と同じ構成とし、有効径（φ）５ｍｍ、対物レンズの開口数（ＮＡ）を０．６５とした。
これに対して、有効径から０μｍの内側領域にのみ（即ち、有効径１０全体に）位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた液晶光学素子（即ち、図２５Ａに示される液晶光学素子）では、軸ずれ量が１００μｍ以上発生すると、適正な収差補正を行うことができない。その結果光強度信号のジッタ量が増加してしまう。
また、有効径から６００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設けた場合も、軸ずれ量が５０μｍ以上発生すると、適正なコマ収差補正を行うことができず、その結果光強度信号のジッタ量が増加してしまう。これは、位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域が小さくなりすぎて、逆に適切な収差補正が行えなくなっているものと考えられる。
このように、有効径から８０μｍ〜５００μｍの内側領域にのみ位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域を設けた液晶光学素子を用いることによって、対物レンズのトラッキングのための移動による軸ずれが発生しても、良好にコマ収差補正を行うことが可能となる。
なお、光学装置の仕様に応じて位相を進ませる領域と位相を遅らせる領域を設ける内側領域を設定することもできる。例えば、トラッキングによる軸ずれが１００μｍと予めわかっている場合には、有効径から８０〜１００μｍの内側領域を設定すれば良い。またトラッキングによる軸ズレが大きい場合には、その仕様に合わせて内側領域を設定すれば良い。
以下の表４に、球面収差補正用の電極パターンを設ける内側領域及び対物レンズ１１３のトラッキングによる移動量（＝軸ずれ量）と、第２の光ディスク７０８からの反射光ビームに基づいて発生される光強度信号の劣化（主に信号のジッタ）との関係を示す。また、光強度信号の劣化は、Ａ〜Ｄの４段階で示しており、Ａは最良の状態、Ｂは良の状態、Ｃは光強度信号として使用可能な状態、Ｄは光強度信号として使用することができない状態を表している。なお、以下の表を作成するに際しては、有効径１２０から０μｍ、７０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、３５０μｍ、４００μｍ及び５００μｍの内側領域のみに位相を進ませる（又は位相を遅らせる）複数の領域を作成した球面収差補正用の電極パターンを作成し、液晶光学素子と対物レンズ１１３との光軸を０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍずらして光強度信号のジッタ量を測定した。光学装置は、図１７と同じ構成とし、有効径１２（φ）４ｍｍ、対物レンズの開口数（ＮＡ）を０．６５とした。
このように球面収差補正用の電極パターンについては、有効径１２０から７０μｍ〜４００μｍの内側領域にのみ位相を進ませるための（又は位相を遅らせるための）複数の領域を設けることが好ましい。
なお、コマ収差補正用の透明電極パターンと球面収差補正用の透明電極パターンを、液晶光学素子９０に入射する光ビームに対して、入れ替えても良い。
このように、本実施形態に係わる液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、コマ収差補正用の電極パターン及び球面収差補正用の電極パターンを、それぞれ内側領域のみに設けるように構成したので、トラッキングに拘わらず、簡単な構成で、良好なコマ収差及び球面収差補正を行うことが可能となった。
また、このように、本実施形態における液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、トラッキングによって対物レンズが移動しても、コマ収差及び球面収差補正に寄与する領域は実質的に対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、良好に記録媒体の基板内に生じるコマ収差及び球面収差を補正することが可能となった。
さらに、本実施形態に係わる液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、球面収差補正用の液晶光学素子を対物レンズと一体的に構成しなくても良いので、アクチュエータに負担をかけず、簡単な構成で良好な球面収差補正と良好なトラッキングを行うことが可能となった。
さらに、本実施形態に係わる液晶光学素子及びそれを用いた光学装置では、液晶の一方の電極パターンを球面収差補正用とし、他方をコマ収差補正用とすることによって、前述した記録媒体の面倒れ及び液晶光学素子の軸ずれ問題を解消した上に、さらに次世代の高密度ＤＶＤ等の記録媒体及び複数のトラック面を有するＤＶＤ等の記録媒体を取扱うことが可能となった。
Claims (61)
- 光源と、前記光源からの光ビームを前記記録媒体へ集光するための対物レンズと、前記対物レンズを前記対物レンズの軸ずれを補正するために移動させるトラッキング手段とを有する光学装置に用いら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、
前記光ビームの位相を進ませる又は遅らせるための領域であり、波面収差を補正するための電極パターンとを有し、
前記領域が、前記トラッキング手段によるトラッキングに拘らず、実質的に前記対物レンズの視野の範囲内の留まるように、前記対物レンズの視野に対して小さく形成されていることを特徴とする液晶光学素子。 - 前記電極パターンは、コマ収差補正用の電極パターンであり、
前記領域は、前記光ビームの位相を進ませるための第１の領域及び前記光ビームの位相を遅らせるための第２の領域を有している請求項１に記載の液晶光学素子。 - 前記電極パターンは、前記光ビームの位相を実質的に変更しない第３の領域を有する請求項２に記載の液晶光学素子。
- 前記領域は、ただ一つの前記第１の領域及びただ一つの前記第２の領域を有する請求項２に記載の液晶光学素子。
- 前記領域は、２箇所の前記第１の領域と及び２箇所の前記第２の領域を有する請求項２に記載の液晶光学素子。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記対物レンズの視野に対して５０μｍ〜３００μｍ内側に小さく形成されている請求項２に記載の液晶光学素子。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項２に記載の液晶光学素子。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／１４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項２に記載の液晶光学素子。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差が３３λｍ以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項２に記載の液晶光学素子。
- 前記電極パターンは、球面収差補正用の電極パターンであり、
前記領域は、前記光ビームの位相を進ませるための又は位相を遅らせるための複数の小領域を有している請求項１に記載の液晶光学素子。 - 前記複数の小領域は、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記対物レンズの視野に対して５０μｍ〜３００μｍ内側に小さく形成されている請求項１０に記載の液晶光学素子。
- 前記複数の小領域は、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項１０に記載の液晶光学素子。
- 前記複数の小領域は、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／１４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項１０に記載の液晶光学素子。
- 前記複数の小領域は、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記第１及び第２の領域が、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差が３３λｍ以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項１０に記載の液晶光学素子。
- 前記電極パターンは、第１又は第２の透明基板の一方の表面上に形成されたコマ収差補正用の電極パターン及び、第１又は第２の透明基板の他方の表面上に形成された球面収差補正用の電極パターン有する請求項２に記載の液晶光学素子。
- 前記コマ収差補正用の電極パターンについての前記領域は、前記光ビームの位相を進ませるための第１の領域と前記光ビームの位相を遅らせるための第２の領域を有する請求項１５に記載の液晶光学素子。
- 前記コマ収差補正用の電極パターンは、前記光ビームの位相を実質的に変更しない第３の領域を有する請求項１６に記載の液晶光学素子。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記対物レンズの視野に対して８０μｍ〜５００μｍ内側に小さく形成されている請求項１６に記載の液晶光学素子。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項１６に記載の液晶光学素子。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／１４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項１６に記載の液晶光学素子。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差が３３λｍ以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項１６に記載の液晶光学素子。
- 前記球面収差補正用の電極パターンについての前記領域は、前記光ビームの位相を進ませるための又は前記光ビームの位相を遅らせるための複数の小領域を有する請求項１５に記載の液晶光学素子。
- 前記複数の小領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記対物レンズの視野に対して７０μｍ〜４００μｍ内側に小さく形成されている請求項２２に記載の液晶光学素子。
- 前記複数の小領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項２２に記載の液晶光学素子。
- 前記複数の小領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／１４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項２２に記載の液晶光学素子。
- 前記複数の小領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差が３３λｍ以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項２２に記載の液晶光学素子。
- 前記コマ収差補正用の電極パターンは、ＤＶＤ用に用いられる請求項２２に記載の液晶光学素子。
- 前記球面収差補正用の電極パターンは、ＣＤ用に用いられる請求項２２に記載の液晶光学素子。
- 前記対物レンズは、前記ＤＶＤ用の対物レンズである請求項２２に記載の液晶光学素子。
- 記録媒体へ光ビームを集光するための光学装置であって、
光源と、
前記光源からの光ビームを前記記録媒体へ集光するための対物レンズと、
前記対物レンズを前記対物レンズの軸ずれを補正するために移動させるトラッキング手段と、
前記対物レンズと別体に構成された液晶光学素子とを有し、
前記液晶光学素子は、
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、
前記光ビームの位相を進ませるため又は遅らせるための領域であり、波面収差を補正するための電極パターンとを含み、
前記領域が、前記トラッキング手段によるトラッキングに拘らず、実質的に前記対物レンズの視野の範囲内の留まるように、前記対物レンズの視野に対して小さく形成されていることを特徴とする光学装置。 - 前記電極パターンは、コマ収差補正用の電極パターンであり、
前記領域は、前記光ビームの位相を進ませるための第１の領域及び前記光ビームの位相を遅らせるための第２の領域を有する請求項３０に記載の光学装置。 - 前記電極パターンは、前記光ビームの位相を実質的に変更しない第３の領域を有する請求項３１に記載の光学装置。
- 前記領域は、ただ一つの前記第１の領域及びただ一つの前記第２の領域を有する請求項３１に記載の光学装置。
- 前記領域は、２箇所の前記第１の領域と及び２箇所の前記第２の領域を有する請求項３１に記載の光学装置。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記対物レンズ視野に対して５０μｍ〜３００μｍ内側に小さく形成されている請求項３１に記載の光学装置。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項３１に記載の光学装置。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／１４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項３１に記載の光学装置。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差が３３λｍ以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項３１に記載の光学装置。
- 前記電極パターンは、球面収差補正用の電極パターンであり、
前記領域は、前記光ビームの位相を進ませるための又は位相を遅らせるための複数の小領域を有している請求項３０に記載の光学装置。 - 前記複数の小領域は、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記対物レンズの視野に対して５０μｍ〜３００μｍ内側に小さく形成されている請求項３９に記載の光学装置。
- 前記複数の小領域は、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／４以下になるように、前記対物レンズの有効径の内側領域のみに小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項３９に記載の光学装置。
- 前記複数の小領域は、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／１４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項３９に記載の光学装置。
- 前記複数の小領域は、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差が３３λｍ以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項３９に記載の光学装置。
- さらに、発生する球面収差に応じて、前記球面収差補正用の電極パターンに電圧を印加する電圧印加手段を有する請求項３９に記載の光学装置。
- 前記記録媒体は複数のトラック面を有し、
さらに、前記複数のトラック面に応じて前記球面収差補正用の電極パターンを動作させる電圧印加手段を有する請求項３９に記載の光学装置。 - 前記電極パターンは、第１又は第２の透明基板の一方の表面上に形成されたコマ収差補正用の電極パターン及び、第１又は第２の透明基板の他方の表面上に形成された球面収差補正用の電極パターン有する請求項３０に記載の光学装置。
- 前記コマ収差補正用の電極パターンについての前記領域は、前記光ビームの位相を進ませるための第１の領域と前記光ビームの位相を遅らせるための第２の領域を有する請求項４６に記載の光学装置。
- 前記コマ収差補正用の電極パターンは、前記光ビームの位相を実質的に変更しない第３の領域を有する請求項４６に記載の光学装置。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記対物レンズの視野に対して８０μｍ〜５００μｍ内側に小さく形成されている請求項４６に記載の光学装置。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項４６に記載の光学装置。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／１４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項４６に記載の光学装置。
- 前記第１及び第２の領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差が３３λｍ以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項４６に記載の光学装置。
- 前記球面収差補正用の電極パターンについての前記領域は、前記光ビームの位相を進ませるための又は前記光ビームの位相を遅らせるための複数の小領域を有する請求項４６に記載の光学装置。
- 前記複数の小領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記対物レンズの視野に対して７０μｍ〜４００μｍ内側に小さく形成されている請求項５３に記載の光学装置。
- 前記複数の小領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項５３に記載の光学装置。
- 前記複数の小領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差がλ／１４以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項５３に記載の光学装置。
- 前記複数の小領域が、前記トラッキング手段が動作しない場合に、前記光ビームの収差補正後の残存コマ収差が３３λｍ以下になるように、前記対物レンズの視野に対して内側に小さく形成されており、ここでλは前記光ビームの波長である、請求項５３に記載の光学装置。
- さらに、使用される前記記録媒体に応じて、前記コマ収差補正用の電極パターン又前記球面収差補正用の電極パターンの動作を切換えるための切換え手段を有する請求項４６に記載の光学装置。
- 前記コマ収差補正用の電極パターンは、ＤＶＤ用に用いられる請求項５８に記載の光学装置。
- 前記球面収差補正用の電極パターンは、ＣＤ用に用いられる請求項５８に記載の光学装置。
- 前記対物レンズは、前記ＤＶＤ用の対物レンズである請求項５８に記載の光学装置。
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