JP4581969B2

JP4581969B2 - 液晶デバイスおよび光ピックアップ

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Publication number: JP4581969B2
Application number: JP2005328763A
Authority: JP
Inventors: 悟広瀬; 雅之上山
Original assignee: Konica Minolta Inc
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Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2025-11-14
Also published as: JP2007134023A

Description

本発明は、第１の透明基板と第２の透明基板との間の液晶層に電圧を印加して透過光の位相を変化させることにより、光学系にて発生する収差を補正する液晶デバイスと、その液晶デバイスを備えた光ピックアップとに関するものである。

誘電率異方性がある液晶は、電場の向きに依存してその向きを変えることにより、光学特性を制御できることから、光学素子に非常に好適である。このような液晶を用いた光学素子は、例えば特許文献１または２に開示されている。特許文献１では、液晶層の両側に設けられる電極の一方を複数に分割し、分割された各電極に印加する電圧を変えることで、各分割領域ごとに液晶層の屈折率を変え、波面収差（主として球面収差やコマ収差）を補正している。

また、特許文献２では、透過型液晶パネルにフレネルゾーンプレートのパターンを発生させるとともに、フレネルゾーンプレートの空間周波数を電気的にコントロールすることにより、透過型液晶パネルと光学レンズとを組み合わせた光学系の合成焦点距離を可変にしている。
特許第３４４３２２６号公報特開昭６３−２４９１２５号公報

一般に、球面収差は、光学系を構成するレンズの中心部（光軸付近の部分）によって発生する収差と、レンズの周辺部によって発生する収差とを含んでいる。前者の収差は、球面収差の例えば３次成分に相当し、後者の収差は、球面収差の例えば５次成分（高次成分）に相当している。

球面収差の高次成分を液晶デバイスによって補正しようとする場合、例えば特許文献１のように、電極の分割数を変える手法では、液晶デバイスの構成が複雑化するため、望ましくはない。

また、光ピックアップにおいては、光源からの発散光は、コリメーターレンズでコリメートされ、集光レンズ（対物レンズ）で光ディスクに集光されるが、光ディスクの種類（ＣＤ、ＤＶＤ、次世代ＤＶＤ（Blu-ray Disc、HD（High Definition ）DVD））に応じて、コリメーターレンズを駆動したり、別のズームレンズを加えてズーム制御を行うことで、光ディスクにおける集光位置を変化させる方式が開発されている。液晶デバイスでは、液晶層の両側の電極に電圧を印加して液晶層の屈折率を変化させることで、液晶層に収差補正機能のみならず、レンズ機能（焦点距離を変化させる機能）を持たせることも可能であるが、上記の光ピックアップに液晶デバイスを適用する場合には、収差補正と焦点位置とを別々に制御できる観点から、焦点距離を変化させる機能は専らコリメーターレンズの駆動機構等に持たせ、収差補正機能のみを液晶デバイスに持たせることができるようにすることが望ましい。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、簡単な構成で球面収差の高次成分を補正することができるとともに、焦点位置の制御機構を備えた光ピックアップに容易に適用することができる液晶デバイスと、その液晶デバイスを備えた光ピックアップとを提供することにある。

本発明の液晶デバイスは、第１の透明基板と第２の透明基板との間の液晶層に電圧を印加して液晶層の屈折率を変化させ、液晶層を透過する光の位相を変化させることにより、光学系にて発生する収差を補正する液晶デバイスであって、第１の透明基板の液晶層側には、光束の入射範囲全域を含むように第１の透明電極が形成されている一方、第２の透明基板の液晶層とは反対側には、中央に開口を有する開口電極が形成されており、上記開口電極の開口径をＤ、第２の透明基板の厚さをｔ１とすると、
７＜Ｄ／ｔ１＜４０
を満足することを特徴としている。

上記の構成によれば、第１の透明基板の液晶層側には、光束の入射範囲全域を含むように第１の透明電極が形成されており、第２の透明基板の液晶層とは反対側には、開口電極が形成されている。したがって、この液晶デバイスを例えば光ピックアップに適用し、光源からの光束を液晶デバイスに入射させる構成としたときに、第１の透明電極と開口電極とに電圧を印加して液晶層に電圧を印加すれば、液晶層の屈折率がその半径位置（光軸からの距離）に応じて変化することにより、液晶層を透過する光の位相を上記半径位置に応じて変化させることができる。これにより、液晶デバイスを用いた光学系（光ピックアップ）にて発生する収差を補正することが可能となる。

このとき、開口電極の開口径Ｄと第２の透明基板の厚さｔ１との比（Ｄ／ｔ１）は、上記条件式を満たすように設定されている。Ｄ／ｔ１の値が上限値以上であると、球面収差の高次成分（例えば５次）の理論式と一致度の高い球面収差を補正することが困難となる。一方、Ｄ／ｔ１の値が下限値以下であると、液晶層に収差補正機能のみならず、レンズ機能が生じる。この場合、第１の透明電極と開口電極との２種類の電極では、電圧印加によって収差補正と焦点位置とを別々に制御することができない。

そこで、上記条件式を満足することにより、球面収差の高次成分の理論式と一致度の高い球面収差を補正することができる。しかも、球面収差の高次成分を補正するにあたり、第１の透明電極や開口電極を分割する必要がないので、簡単な構成で球面収差の高次成分を補正することができる。また、上記条件式を満足することにより、液晶層に収差補正機能のみを持たせることができ、例えば、収差補正の制御は液晶デバイスで行い、焦点位置の制御は他の機構（例えばコリメーターレンズの駆動機構等）で行うというように、収差補正と焦点位置とを別々に制御することができる。その結果、本発明の液晶デバイスを、焦点位置の制御機構を備えた光ピックアップに容易に適用することができる。

特に、条件式；１０＜Ｄ／ｔ１＜２０をさらに満足していることが望ましい。この場合、球面収差の高次成分の理論式と一致度のより高い球面収差を補正することができるとともに、液晶層に収差補正機能のみを確実に持たせることができる。

また、上記開口電極の液晶層とは反対側には、光束の入射範囲全域を含むように第２の透明電極が形成されており、上記第２の透明電極は、上記開口電極と絶縁層を介して形成されている構成であってもよい。

この構成では、第１の透明電極、開口電極、第２の透明電極への印加電圧を調整することにより、液晶層の周辺部（光軸から離れた部分）を透過する光に対して、その中心部（光軸に近い部分）を透過する光の位相を進めたり、遅らせたりすることが可能となる。したがって、液晶層を透過する光の位相差の制御範囲を広げて、収差補正の制御範囲を広げることができる。

また、上記開口電極を第１の開口電極とすると、上記第１の開口電極の液晶層とは反対側には、中央に開口を有する第２の開口電極が形成されており、上記第２の開口電極は、上記第１の開口電極と絶縁層を介して形成されている構成であってもよい。

この構成では、第１の透明電極と第１の開口電極との間に電位差を与えることで、球面収差の高次成分を補正することができ、第１の透明電極と第２の開口電極との間に電位差を与えることで、焦点距離を変化させることができる。つまり、この構成では、第１の透明電極、第１の開口電極、第２の開口電極への印加電圧を調整することにより、収差補正と焦点距離とを別々に制御することができる。このように、１つの素子で、収差補正と焦点距離とを両方とも個別に制御できるので、コリメーターレンズの駆動機構のような焦点距離の制御機構がある光ピックアップと、上記制御機構のない光ピックアップとの両方に対応することができる。

また、本発明の液晶デバイスは、第１の透明基板と第２の透明基板との間の液晶層に電圧を印加して液晶層の屈折率を変化させ、液晶層を透過する光の位相を変化させることにより、光学系にて発生する収差を補正する液晶デバイスであって、第１の透明基板の液晶層側には、光束の入射範囲全域を含むように第１の透明電極が形成されている一方、第２の透明基板の液晶層側には、中央に開口を有する開口電極が形成されており、上記開口電極は、液晶層と絶縁体を介して形成されており、上記開口電極の開口径をＤ、上記絶縁体の厚さをｔ２とすると、
７＜Ｄ／ｔ２＜４０
を満足することを特徴としている。

上記の構成によれば、第１の透明基板の液晶層側には、光束の入射範囲全域を含むように第１の透明電極が形成されており、第２の透明基板の液晶層側には、開口電極が形成されている。この開口電極は、液晶層と絶縁体を介して形成されている。したがって、この液晶デバイスを例えば光ピックアップに適用し、光源からの光束を液晶デバイスに入射させる構成としたときに、第１の透明電極と開口電極とに電圧を印加して液晶層に電圧を印加すれば、液晶層の屈折率がその半径位置（光軸からの距離）に応じて変化することにより、液晶層を透過する光の位相を上記半径位置に応じて変化させることができる。これにより、液晶デバイスを用いた光学系（光ピックアップ）にて発生する収差を補正することが可能となる。

このとき、開口電極の開口径Ｄと絶縁体の厚さｔ２との比（Ｄ／ｔ２）は、上記条件式を満たすように設定されている。Ｄ／ｔ２の値が上限値以上であると、球面収差の高次成分（例えば５次）の理論式と一致度の高い球面収差を補正することが困難となる。一方、Ｄ／ｔ２の値が下限値以下であると、液晶層に収差補正機能のみならず、レンズ機能が生じる。この場合、第１の透明電極と開口電極との２種類の電極では、電圧印加によって収差補正と焦点位置とを別々に制御することができない。

特に、条件式；１０＜Ｄ／ｔ２＜２０をさらに満足していることが望ましい。この場合、球面収差の高次成分の理論式と一致度のより高い球面収差を補正することができるとともに、液晶層に収差補正機能のみを確実に持たせることができる。

また、第２の透明基板の液晶層とは反対側には、光束の入射範囲全域を含むように第２の透明電極が形成されている構成であってもよい。また、第２の透明基板の液晶層側には、光束の入射範囲全域を含むように第２の透明電極が形成されており、上記第２の透明電極は、上記開口電極と絶縁層を介して形成されている構成であってもよい。

これらの構成では、第１の透明電極、開口電極、第２の透明電極への印加電圧を調整することにより、液晶層の周辺部（光軸から離れた部分）を透過する光に対して、その中心部（光軸に近い部分）を透過する光の位相を進めたり、遅らせたりすることが可能となる。したがって、液晶層を透過する光の位相差の制御範囲を広げて、収差補正の制御範囲を広げることができる。

また、上記開口電極を第１の開口電極とすると、第２の透明基板の液晶層とは反対側に、中央に開口を有する第２の開口電極が形成されている構成であってもよい。

また、上述した絶縁体は、ガラスで構成されていることが望ましい。この場合、デバイスを簡易に作製することができる。

また、上述した絶縁層は、窒化シリコン、二酸化シリコン、ポリイミドのいずれかで構成されていることが望ましい。この場合、絶縁層を例えばガラスで構成した場合に比べて、デバイスの厚さを容易に薄くすることができる。

また、本発明の光ピックアップは、上述した本発明の液晶デバイスを備えていることを特徴としている。これにより、収差補正の制御は液晶デバイスで行い、焦点位置の制御は他の機構（例えばコリメーターレンズの駆動機構等）で行うというように、収差補正と焦点位置とを別々に制御することができる。

本発明によれば、球面収差の高次成分の理論式と一致度の高い球面収差を補正することができる。しかも、球面収差の高次成分を補正するにあたり、第１の透明電極や開口電極を分割する必要がないので、簡単な構成で球面収差の高次成分を補正することができる。また、液晶層に収差補正機能のみを持たせることができ、収差補正と焦点位置とを別々に制御することができる。その結果、本発明の液晶デバイスを、焦点位置の制御機構を備える光ピックアップに容易に適用することができる。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

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

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

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

ビームスプリッタ４・５は、それぞれ、光源１・２からの光を光ディスクＤ方向に反射させる一方、光ディスクＤからの戻り光を透過させる。ビームスプリッタ６は、光源３からの光を透過させる一方、光ディスクＤからの戻り光を反射させる。コリメーターレンズ７は、光源１・２からの光（発散光）を集光して略平行光にする。調整レンズ８は、コリメーターレンズ７とともに、光源２からの光を集光して略平行光にする。コリメーターレンズ９は、光源３からの光（発散光）を集光して略平行光にする。なお、コリメーターレンズ７・９および調整レンズ８は、光ディスクＤに照射される光の集光位置を、用いる光ディスクＤに応じて変化させるために、図示しない駆動機構によって駆動制御される。ハーフミラー１０は、光源１・２からの光を透過させて光ディスクＤに導き、光源３から光を反射させて光ディスクＤに導く。

液晶デバイス１１は、収差補正機能を有する収差補正素子であるが、その詳細については後述する。１／４波長板１２は、光源１・２・３から出射される光（直線偏光）を円偏光に変換する一方、光ディスクＤからの戻り光（円偏光）を、入射時とは直交する偏光方向の直線偏光に変換する。集光レンズ１３は、入射光を光ディスクＤの情報記録面に集光させる。受光素子１４・１５は、光ディスクＤからの戻り光を受光し、光ディスクＤの記録再生時に、サーボ信号（フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号）、情報信号、収差信号等を検出する。

上記の構成において、光源１から出射される直線偏光は、ビームスプリッタ４にて反射され、ビームスプリッタ５を透過してコリメーターレンズ７に入射し、そこで略平行光に変換され、ハーフミラー１０を透過して液晶デバイス１１に入射する。また、光源２から出射される直線偏光は、調整レンズ８を透過し、ビームスプリッタ５にて反射されてコリメーターレンズ７に入射する。光源２からの光は、調整レンズ８およびコリメーターレンズ７によって略平行光に変換された後、ハーフミラー１０を透過して液晶デバイス１１に入射する。また、光源３から出射される直線偏光は、ビームスプリッタ６を透過し、コリメーターレンズ９にて略平行光に変換され、ハーフミラー１０にて反射されて液晶デバイス１１に入射する。液晶デバイス１１に入射した光は、そこで後述する球面収差の高次成分が補正されて出射され、１／４波長板１２にて円偏光に変換された後、集光レンズ１３によって光ディスクＤの情報記録面上に集光される。

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

（２．液晶デバイスの構成）
次に、液晶デバイス１１の詳細について説明する。
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、液晶デバイス１１の平面図、断面図、半径位置（光軸からの距離）と透過光の位相との関係を示すグラフである。この液晶デバイス１１は、第１の透明基板２１と第２の透明基板２２との間の液晶層２３に電圧を印加して液晶層２３の屈折率を変化させ、液晶層２３を透過する光の位相を変化させることにより、光学系にて発生する収差を補正する収差補正デバイスである。以下、液晶デバイス１１の具体的構成について説明する。

液晶デバイス１１において、第１の透明基板２１および第２の透明基板２２は、例えばガラスで構成されている。第１の透明基板２１の液晶層２３側には、透明な第１の透明電極２４が形成されている。本実施形態では、第１の透明電極２４は、第１の透明基板２１の液晶層２３側の面全体に形成されている。これにより、第１の透明電極２４は、光束の入射範囲全域を含むように形成されることになり、液晶デバイス１１に入射した光束は、その全部が第１の透明電極２４を透過するようになる。

一方、第２の透明基板２２の液晶層２３とは反対側には、中央に開口を有する透明な開口電極２５（第１の開口電極）が形成されている。本実施形態では、開口電極２５は、その開口径が入射光束の光束径よりも大きくなるように形成されており、入射光束の光路上には位置していない。

上記の第１の透明電極２４および開口電極２５には、電圧印加手段２０が接続されている。液晶層２３の液晶分子は一定電圧が印加されると固着してしまうので、これを回避するために、第１の透明電極２４および開口電極２５には、電圧印加手段２０によって交流電圧が印加される。

また、液晶層２３は、第１の透明基板２１と第２の透明基板２２との間でシール材２６によってシールされている。なお、第１の透明電極２４の液晶層２３側および第２の透明基板２２の液晶層２３側には、図示しない配向膜が形成されている。

この構成では、電圧印加手段２０により、第１の透明電極２４と開口電極２５とに電圧を印加して液晶層２３に電圧を印加すれば、液晶層２３の屈折率がその半径位置に応じて変化する。つまり、開口電極２５が中央に開口を有して形成されていることにより、電圧印加時には、液晶層２３の周辺部（光軸より離れた部位）に強い電界がかかり、中央部（光軸に近い部位）には弱い電界がかかる。これにより、周辺部から中央部にかけて液晶層２３の屈折率が滑らかに変化し、液晶層２３を透過する光の位相が上記半径位置に応じて変化する。したがって、第１の透明電極２４および開口電極２５に印加する電圧を制御すれば、光ピックアップを構成する他の光学素子に起因して発生する球面収差を補正することが可能となる。

また、本実施形態では、開口電極２５が光路中に位置していないので、液晶デバイス１１を透過する光の透過率の低下を回避することができる。

（３．Ｄ／ｔ１の制限について）
本実施形態では、開口電極２５の開口径をＤとし、第２の透明基板２２の厚さをｔ１としたときに、以下の条件式（１）を満足するように液晶デバイス１１が構成されている。
７＜Ｄ／ｔ１＜４０・・・（１）

球面収差の高次成分として５次の球面収差を考えると、５次の球面収差の理論式は、ゼルニケの多項式を用いて以下のように表現することができる。
球面収差ｙ＝２０・ｒ⁶−３０・ｒ⁴＋１２・ｒ²−１
ただし、ｒ：円形瞳の半径（ｍｍ）
Ｄ／ｔ１の値が上限値以上であると、上記理論式と一致度の高い球面収差を補正することが困難となる。

一方、Ｄ／ｔ１の値が下限値以下であると、液晶層２３に電圧を印加して液晶層２３の屈折率を変化させたときに、液晶層２３に収差補正機能のみならず、焦点距離を変化させるレンズ機能が生じる。本実施形態のように、焦点位置を調整すべく、調整レンズ８やコリメーターレンズ７・９の駆動機構を有する光ピックアップでは、ある媒体に対して集光状態を最良にすると、別の媒体では球面収差の発生状態が変わり、集光状態が悪くなることがあることから、収差補正と焦点位置とを別々に制御できる構成が望ましい。つまり、焦点距離を変化させる機能は専ら上記駆動機構に持たせ、収差補正機能のみを液晶デバイス１１に持たせ、収差補正と焦点位置とを別々に制御できるようにすることが望ましい。

なお、本実施形態の液晶デバイス１１は、電極として、第１の透明電極２４と開口電極２５との２種類の電極しか有しておらず、それゆえ、液晶デバイス１１単独で、電圧制御によって収差補正と焦点位置とを別々に制御することはできない。

したがって、上述の条件式（１）を満足するように液晶デバイス１１を構成することにより、球面収差の高次成分の理論式と一致度の高い球面収差を補正することができる。しかも、球面収差の高次成分を補正するにあたり、第１の透明電極２４や開口電極２５を分割する必要がないので、簡単な構成で球面収差の高次成分を補正することができる。

また、上記条件式（１）を満足することにより、液晶層２３に収差補正機能のみを持たせることができる。これにより、収差補正の制御は液晶デバイス１１で行い、焦点位置の制御は他の機構（調整レンズ８やコリメーターレンズ７・９の駆動機構）で行うことができ、収差補正と焦点位置とを別々に制御することができる。その結果、本発明の液晶デバイス１１を、焦点位置の制御機構を備える光ピックアップに容易に適用することができる。

特に、球面収差の高次成分の理論式と一致度のより高い球面収差を補正するとともに、液晶層２３に収差補正機能のみを確実に持たせるためには、以下の条件式（２）を満足するように液晶デバイス１１を構成することが望ましい。
１０＜Ｄ／ｔ１＜２０・・・（２）

なお、以上の説明から分かるように、Ｄ／ｔ１の値は、４０未満であればよく、２０未満であることが望ましい。また、Ｄ／ｔ１の値は、７よりも大きければよく、１０よりも大きいことが望ましい。したがって、本発明の効果を得るための条件式は、上記の上限値および下限値の組み合わせで設定することも可能である。つまり、本発明の効果を得るための条件式は、以下のいずれの条件式であっても構わない。
７＜Ｄ／ｔ１＜２０
１０＜Ｄ／ｔ１＜４０

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

図３（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の液晶デバイス１１の平面図および断面図である。本実施形態の液晶デバイス１１は、液晶層２３に対して第１の透明基板２１とは反対側の層構成が、実施の形態１の液晶デバイス１１とは異なっており、それ以外の構成は実施の形態１の液晶デバイス１１と同様である。

より具体的には、本実施形態では、開口電極２５が、第２の透明基板２２の液晶層２３側に形成されている。この開口電極２５は、液晶層２３と絶縁体２７を介して形成されている。絶縁体２７は、例えば薄板状のガラスで構成されている。また、絶縁体２７と第２の透明基板２２との間であって、開口電極２５の開口領域内には、絶縁層２８が形成されている。絶縁層２８は、絶縁体２７と第２の透明基板２２とを接着する接着層として機能している。

本実施形態では、開口電極２５の開口径をＤ、絶縁体２７の厚さをｔ２としたとき、以下の条件式（３）を満足するように液晶デバイス１１が構成されている。
７＜Ｄ／ｔ２＜４０・・・（３）

Ｄ／ｔ２の値が上限値以上であると、実施の形態１で示した球面収差の高次成分の理論式と一致度の高い球面収差を補正することが困難となる。一方、Ｄ／ｔ２の値が下限値以下であると、液晶層２３に電圧を印加して液晶層２３の屈折率を変化させたときに、液晶層２３に収差補正機能のみならず、焦点距離を変化させるレンズ機能が生じる。なお、本実施形態の液晶デバイス１１においても、実施の形態１と同様に、電極は、第１の透明電極２４と開口電極２５との２種類であるため、液晶デバイス１１において、電圧制御によって収差補正と焦点位置とを別々に制御することはできない。

したがって、上述の条件式（３）を満足するように液晶デバイス１１を構成することにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。つまり、簡単な構成で、球面収差の高次成分の理論式と一致度の高い球面収差を補正することができる。また、液晶層２３に収差補正機能のみを持たせることができ、収差補正と焦点位置とを別々に制御することができる。その結果、本発明の液晶デバイス１１を、焦点位置の制御機構を備える光ピックアップに容易に適用することができる。

特に、球面収差の高次成分の理論式と一致度のより高い球面収差を補正するとともに、液晶層２３に収差補正機能のみを確実に持たせるためには、以下の条件式（４）を満足するように液晶デバイス１１を構成することが望ましい。
１０＜Ｄ／ｔ２＜２０・・・（４）

なお、以上のことから、本実施形態では、Ｄ／ｔ２の値は、４０未満であればよく、２０未満であることが望ましい。また、Ｄ／ｔ２の値は、７よりも大きければよく、１０よりも大きいことが望ましい。したがって、本発明の効果を得るための条件式は、上記の上限値および下限値の組み合わせで設定することも可能であり、以下のいずれの条件式であってもよいと言える。
７＜Ｄ／ｔ２＜２０
１０＜Ｄ／ｔ２＜４０

また、本実施形態では、絶縁体２７をガラスで形成しているので、他の材料で形成する場合に比べて、液晶デバイス１１を簡易に作製することができる。

〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１・２と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、本実施形態の液晶デバイス１１の平面図、断面図、半径位置と透過光の位相との関係を示すグラフである。本実施形態の液晶デバイス１１は、第２の透明基板２２の液晶層２３とは反対側に第２の透明電極２９を形成し、開口電極２５を光束の入射範囲内にはみ出すように形成した以外は、実施の形態２の液晶デバイス１１と同様の構成である。

上記の第２の透明電極２９は、第２の透明基板２２の液晶層２３とは反対側の面全体に形成されている。これにより、第２の透明電極２９は、光束の入射範囲全域を含むように形成されることになり、液晶デバイス１１に入射した光束は、その全部が第２の透明電極２９を透過するようになる。第１の透明電極２４、開口電極２５および第２の透明電極２９は、電圧印加手段２０に接続されている。

本実施形態では、第１の透明電極２４と開口電極２５との電位差をＶ１とし、第１の透明電極２４と第２の透明電極２９との電位差をＶ２としたとき、Ｖ１＞Ｖ２となるように、第１の透明電極２４、開口電極２５および第２の透明電極２９に電圧を印加すれば、液晶層２３の光軸付近と周辺部とで透過光に図１（ｃ）と同様の位相差が生じる。一方、Ｖ１≦Ｖ２となるように、第１の透明電極２４、開口電極２５および第２の透明電極２９に電圧を印加すれば、液晶層２３の光軸付近と周辺部とで透過光に図４（ｃ）に示すような位相差が生じる。つまり、Ｖ１≦Ｖ２の場合は、Ｖ１＞Ｖ２のときの位相パターンとは逆の位相パターンが得られる。

このように、第２の透明電極２９をさらに設けることにより、液晶層２３の周辺部を透過する光に対して、その中心部を透過する光の位相を進めたり、遅らせたりすることが可能となる。したがって、本実施形態の構成によれば、液晶層２３を透過する光の位相差の制御範囲を広げて、収差補正の制御範囲を広げることができる。つまり、本実施形態では、光路中に第２の透明電極２９が必要となるが、実施の形態１または２の構成に比べて広い範囲で収差補正を行うことができる。

なお、本実施形態において、開口電極２５を光束の入射範囲内にはみ出すように形成したのは、第２の透明電極２９を形成することによって小さくなる、液晶層２３の周辺部を透過する光の位相と、その中心部を透過する光の位相との差を、図４（ｃ）に示すように大きくするためである。

〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１〜３と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図５（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の液晶デバイス１１の平面図および断面図である。本実施形態の液晶デバイス１１は、第２の透明電極２９を第２の透明基板２２の液晶層２３側に形成し、かつ、第２の透明電極２９を開口電極２５および絶縁体２７と絶縁層２８を介して液晶層２３とは反対側に形成した以外は、実施の形態３の液晶デバイス１１と同様の構成である。

本実施形態では、絶縁層２８の厚さが実施の形態３とは異なるが、第１の透明電極２４と開口電極２５との電位差Ｖ１、および第１の透明電極２４と第２の透明電極２９との電位差Ｖ２を制御することによって、液晶層２３の周辺部を透過する光に対して、その中心部を透過する光の位相を進めたり、遅らせたりすることが可能な点は、実施の形態３と全く同様である。よって、本実施形態の構成によっても、実施の形態３の場合と同様に、液晶層２３を透過する光の位相差の制御範囲を広げて、収差補正の制御範囲を広げることができる。

また、絶縁層２８としては、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、ポリイミドのいずれかで構成することが可能である。このような材料で絶縁層２８を形成すれば、開口電極２５と第２の透明電極２９との間の絶縁層２８をガラスで形成する場合に比べて、開口電極２５と第２の透明電極２９との間を容易に狭めることができ、デバイス全体を容易に薄型化することができる。

〔実施の形態５〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１〜４と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図６（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の液晶デバイス１１の平面図および断面図である。本実施形態の液晶デバイス１１は、実施の形態１の構成において、開口電極２５の液晶層２３とは反対側に第２の透明電極２９を形成し、かつ、この第２の透明電極２９を開口電極２５および第２の透明基板２２と絶縁層２８を介して液晶層２３とは反対側に形成したものである。

第２の透明電極２９は、光束の入射範囲全域を含むように、絶縁層２８上に形成されている。これにより、液晶デバイス１１に入射した光束は、その全部が第２の透明電極２９を透過する。第１の透明電極２４、開口電極２５および第２の透明電極２９は、電圧印加手段２０に接続されている。

本実施形態においても、実施の形態３または４と同様に、第１の透明電極２４と開口電極２５との電位差Ｖ１、および第１の透明電極２４と第２の透明電極２９との電位差Ｖ２を制御することによって、液晶層２３の周辺部を透過する光に対して、その中心部を透過する光の位相を進めたり、遅らせたりすることができる。したがって、本実施形態の構成によっても、実施の形態３または４の場合と同様に、液晶層２３を透過する光の位相差の制御範囲を広げて、収差補正の制御範囲を広げることができる。

なお、本実施形態では、開口電極２５は、光束の入射範囲内にはみ出すように形成されているが、その理由は、実施の形態３で説明した通りである。すなわち、第２の透明電極２９を形成することによって小さくなる、液晶層２３の周辺部を透過する光の位相と、その中心部を透過する光の位相との差を大きくするためである。

〔実施の形態６〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１〜５と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図７（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の液晶デバイス１１の平面図および断面図である。本実施形態の液晶デバイス１１は、実施の形態２の構成において、第２の透明基板２２の液晶層２３とは反対側に、中央に開口を有する開口電極３０（第２の開口電極）を形成したものである。第１の透明電極２４、開口電極２５および開口電極３０は、電圧印加手段２０に接続されている。

この構成では、第１の透明電極２４と開口電極２５との間に電位差を与えることで、球面収差の高次成分を補正することができる。また、第１の透明電極２４と開口電極３０との間に電位差を与えることで、焦点距離を変化させることができる。つまり、この構成では、第１の透明電極２４、開口電極２５・３０への印加電圧を調整することにより、収差補正と焦点距離とを別々に制御することができる。このように、１つの素子で、収差補正と焦点距離とを両方とも個別に制御できるので、コリメーターレンズ７・９および調整レンズ８の駆動機構のような焦点距離の制御機構がある光ピックアップと、上記制御機構のない光ピックアップとの両方に対応することができる。

〔実施の形態７〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１〜６と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図８（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の液晶デバイス１１の平面図および断面図である。本実施形態の液晶デバイス１１は、実施の形態１の構成において、開口電極２５の液晶層２３とは反対側に、中央に開口を有する開口電極３０を形成し、かつ、開口電極３０を開口電極２５および第２の透明基板２２と絶縁層２８を介して形成したものである。第１の透明電極２４、開口電極２５および開口電極３０は、電圧印加手段２０に接続されている。

本実施形態の構成においても、実施の形態６と同様に、第１の透明電極２４と開口電極２５との間に電位差を与えることで、球面収差の高次成分を補正することができ、第１の透明電極２４と開口電極３０との間に電位差を与えることで、焦点距離を変化させることができる。したがって、本実施形態の構成によっても、コリメーターレンズ７・９および調整レンズ８の駆動機構がある光ピックアップと、上記制御機構のない光ピックアップとの両方に対応することができる。

なお、以上の各実施の形態で説明した構成を適宜組み合わせて液晶デバイス１１を構成することも勿論可能である。例えば、第２の透明電極２９を設ける実施の形態３〜５の構成に、開口電極３０を設ける実施の形態６または７の構成を組み合わせて液晶デバイス１１を構成することも可能である。この場合、開口電極３０と第２の透明電極２９との間に、必要に応じて絶縁層を設けてもよい。

（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る光ピックアップに用いられる液晶デバイスの平面図であり、（ｂ）は、上記液晶デバイスの断面図であり、（ｃ）は、上記液晶デバイスにおける半径位置と透過光の位相との関係を示すグラフである。上記光ピックアップの概略の構成を示す説明図である。（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る液晶デバイスの平面図であり、（ｂ）は、上記液晶デバイスの断面図である。（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係る液晶デバイスの平面図であり、（ｂ）は、上記液晶デバイスの断面図であり、（ｃ）は、上記液晶デバイスにおける半径位置と透過光の位相との関係を示すグラフである。（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係る液晶デバイスの平面図であり、（ｂ）は、上記液晶デバイスの断面図である。（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係る液晶デバイスの平面図であり、（ｂ）は、上記液晶デバイスの断面図である。（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係る液晶デバイスの平面図であり、（ｂ）は、上記液晶デバイスの断面図である。（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係る液晶デバイスの平面図であり、（ｂ）は、上記液晶デバイスの断面図である。

符号の説明

１１液晶デバイス
２１第１の透明基板
２２第２の透明基板
２３液晶層
２４第１の透明電極
２５開口電極（第１の開口電極）
２７絶縁体
２８絶縁層
２９第２の透明電極
３０開口電極（第２の開口電極）

Claims

第１の透明基板と第２の透明基板との間の液晶層に電圧を印加して液晶層の屈折率を変化させ、液晶層を透過する光の位相を変化させることにより、光学系にて発生する収差を補正する液晶デバイスであって、
第１の透明基板の液晶層側には、光束の入射範囲全域を含むように第１の透明電極が形成されている一方、第２の透明基板の液晶層とは反対側には、中央に開口を有する開口電極が形成されており、
上記開口電極の開口径をＤ、第２の透明基板の厚さをｔ１とすると、
７＜Ｄ／ｔ１＜４０
を満足することを特徴とする液晶デバイス。
１０＜Ｄ／ｔ１＜２０
をさらに満足することを特徴とする請求項１に記載の液晶デバイス。
上記開口電極の液晶層とは反対側には、光束の入射範囲全域を含むように第２の透明電極が形成されており、
上記第２の透明電極は、上記開口電極と絶縁層を介して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶デバイス。
第１の透明基板と第２の透明基板との間の液晶層に電圧を印加して液晶層の屈折率を変化させ、液晶層を透過する光の位相を変化させることにより、光学系にて発生する収差を補正する液晶デバイスであって、
第１の透明基板の液晶層側には、光束の入射範囲全域を含むように第１の透明電極が形成されている一方、第２の透明基板の液晶層側には、中央に開口を有する開口電極が形成されており、
上記開口電極は、液晶層と絶縁体を介して形成されており、
上記開口電極の開口径をＤ、上記絶縁体の厚さをｔ２とすると、
７＜Ｄ／ｔ２＜４０
を満足することを特徴とする液晶デバイス。
１０＜Ｄ／ｔ２＜２０
をさらに満足することを特徴とする請求項４に記載の液晶デバイス。
第２の透明基板の液晶層とは反対側には、光束の入射範囲全域を含むように第２の透明電極が形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の液晶デバイス。
第２の透明基板の液晶層側には、光束の入射範囲全域を含むように第２の透明電極が形成されており、
上記第２の透明電極は、上記開口電極と絶縁層を介して形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の液晶デバイス。
上記絶縁体は、ガラスで構成されていることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の液晶デバイス。
上記絶縁層は、窒化シリコン、二酸化シリコン、ポリイミドのいずれかで構成されていることを特徴とする請求項３または７に記載の液晶デバイス。
請求項１から９のいずれかに記載の液晶デバイスを備えていることを特徴とする光ピックアップ。