JP4695739B2 - 光学素子ならびにこれを用いた光ヘッドおよび光記録再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光の位相を変化させる光学素子、ならびにこれを用いた光ヘッドおよび光記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）などの光記録媒体は、ディジタル情報を高密度に記録できることから、大容量の光記録媒体として注目されている。ここで、ディジタル情報を高密度に記録再生するためには、記録再生用の光の波長を短くし、対物レンズのＮＡ（開口数）をより大きくする必要がある。しかし、光の波長を短くしてレンズのＮＡを大きくした場合、光記録媒体の反り等によって生じる光軸からのずれ（チルト）によって波面収差、特にコマ収差が増大し、チルトに対するマージンがより小さくなるという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するため、液晶パネルを利用して波面収差を補正する光ヘッドが提案されている（特開平９−１２８７８５号公報）。
【０００４】
図２３を参照して、上述した従来の光ヘッドの一例について説明する。
【０００５】
従来の光ヘッド１（光ピックアップともいう）の構成図を、図２３に示す。光ヘッド１は、光源２、ハーフミラー３ａ、対物レンズ３ｂ、集光レンズ３ｃ、光学素子４、チルトセンサー５、光学素子制御回路６および光検出器７を含む。
【０００６】
光源２は、たとえば半導体レーザ素子からなり、光記録媒体８（情報を記録する媒体であり、記録された情報が光を用いて読み出される記録媒体である。たとえば、ＣＤ、ＤＶＤなどが挙げられる。）の記録層に対し、記録再生用のコヒーレント光を出力する。光学素子４は液晶パネルを含み、液晶パネル中に、図２４に示すようなパターンの複数のセグメント電極を有する。光学素子４は、各セグメント電極に所望の電圧を印加することによって各セグメント電極ごとに液晶の屈折率を変化させ、各セグメント電極を透過する光の位相を変化させる。したがって、光学素子４によって、光学素子４に入射する光の収差を補正することができる。
【０００７】
上記従来の光ヘッド１の機能について説明する。光源２から出射された直線偏光の光は、ハーフミラー３ａで反射され光学素子４に入射する。ここで光記録媒体８が光軸に対して垂直から傾いていると、その傾き量（チルト角）に応じた信号がチルトセンサー５によって出力される。光学素子制御回路６は、チルトセンサー５から出力された信号に基づいて、光記録媒体８が傾いたときに生じる波面収差を補正するために必要な位相変化を生じるように、光学素子４の液晶パネルを制御する。このように、光学素子４に入射した光には、記録媒体８が傾いたときに生じる波面収差を補正するような位相変化が与えられる。光学素子４を透過した光は、対物レンズ３ｂによって光記録媒体８上に集光される。ここで、光記録媒体８が傾いたときに生じる波面収差を補正するような位相変化が与えられた光が対物レンズ３ｂによって集光されるので、光記録媒体８上では収差のない光スポット（回折限界まで絞られた光スポット）が形成される。次に、光記録媒体８によって反射された光は、光記録媒体８の傾きに応じた波面収差を有する光になるが、光学素子４によって波面収差が補正される。光学素子４を透過した光はハーフミラー３ａを透過して光源１には戻らずに集光レンズ３ｃに入射し、集光レンズ３ｃによって光検出器７に集光される。光検出器７は、光記録媒体８に記録された情報を出力する。また、光検出器７は、光記録媒体８上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号を出力し、また光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を出力する。
【０００８】
ここで、光学素子４を用いたチルト補正の原理について説明する。
【０００９】
光記録媒体８の最良像点における波面収差分布の一例（光記録媒体８のチルト角を１゜とし、対物レンズのＮＡを０．６、波長６５５ｎｍ、光記録媒体８の基板厚さを０．６ｍｍにした場合）を、図２５に示す。図２５に示すように、光記録媒体８が傾いた場合、左右反対称で略半円状の分布を有する波面収差となる。図２５の波面収差分布を打ち消すような位相変化を光学素子４を用いて入射光に与えることによって、光記録媒体８が傾いた場合でも光記録媒体８上でのスポットを回折限界にまで絞ることができる。また、光記録媒体８によって反射された光に対して波面収差を打ち消すような位相変化を与えることによって、光検出器７での光検出が精度よく行える。
【００１０】
図２５に示す波面収差を打ち消すような位相変化を入射光に与えるには、光学素子４における光路長を部分的に変化させればよい。ここで、液晶は外部から与えられた電圧に応じてその屈折率が変化するため、印加電圧を部分的に変化させることによって、光路長を部分的に変化させることができる。したがって図２４に示したような細かく分割されたパターンを有するセグメント電極に、各セグメント電極ごとに異なる電圧を外部から加えることによって、図２５に示す波面収差を補正することができる。
【００１１】
しかしながら、上記光学素子４では、光学素子４中の液晶パネルの各セグメント電極すべてに、それぞれに応じた制御信号を外部から与える必要がある。すなわち、液晶パネル駆動回路から液晶パネルのセグメント電極と同じ数だけの線数をもつフレキシブル基板を光学素子４に接続しなければならない。したがって、図２４に示すような多数のセグメント電極を有する光学素子４の場合には、多数の信号を供給することが必要となり、その分フレキシブル基板の幅が広くなる。このような幅の広いフレキシブル基板を光学素子４に接続すると、部品の調整が非常に困難となり、さらに光ヘッド１の小型化に大きな支障を与える。また、小さな光学部品である光学素子４に多数の線をショートさせずに接着するのは非常に困難であり、線の数が多ければ多いほど光学素子４へのフレキシブル基板の接着工程の歩留まりが悪くなり光ヘッド１のコストが高くなる。
【００１２】
そこで、これらの問題を解決するために、上記従来のセグメント電極とは異なるセグメント電極を有する光学素子が提案されている（特開平１０−２０２６３号公報）。このセグメント電極の電極形状を、図２６に示す。このセグメント電極は、光記録媒体８が傾いたときに生じる波面収差の形状に対応した形状を有する。したがって、上記従来の光学素子と比較して、セグメント電極の数を減らしても波面収差をかなり補正することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２６に示す形状のセグメント電極を有する光学素子においても、波面収差をより正確に補正するには、図２６に示したパターンをさらに細かく分割する必要がある。したがって、図２６に示す形状のセグメント電極を有する光学素子においても、セグメント電極の分割の度合いに応じて制御信号数が増えていき、光学素子４と光学素子制御回路６との接続が困難になるという問題がある。さらに、光ヘッドを小型化することも困難になるという問題がある。
【００１４】
また、セグメント電極とセグメント電極との間の部分（分離部）上では、電界の影響が弱く、波面収差の補正が十分ではないという問題もあった。ここで、分離部の幅を狭くすることも考えられるが、分離部の幅を一定以上に狭くすると、製造が困難で歩留まりが低下するという問題が生じる。
【００１５】
上記問題を解決するため、本発明は、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光学素子、ならびにこれを用いた光ヘッドおよび光記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光学素子は、複数のセグメント電極を備える電圧印加電極と、前記電圧印加電極に対向するように前記電圧印加電極に略平行に配置された対向電極と、前記電圧印加電極と前記対向電極との間に配置された位相変化材料からなる位相変化層とを含み、前記電圧印加電極は導電性物質からなる電圧制御電極をさらに含み、前記電圧制御電極は、外部から印加された電圧を、前記導電性物質の抵抗によって分圧して前記複数のセグメント電極に印加し、前記電圧印加電極と前記対向電極との間の電圧差を変化させることによって、前記位相変化層に入射した光の位相を変化させる光学素子であって、前記電圧制御電極は、前記位相変化層と重ならない位置に配置されているとともに、前記複数のセグメント電極は、略対称に配置された複数の半円状の電極を含むことを特徴とする。上記光学素子によれば、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光学素子が得られる。
【００１７】
上記光学素子では、前記位相変化材料が、前記電圧差によって屈折率が変化する材料であることが好ましい。上記構成によれば、入射した光の位相を容易に変化させることができる。
【００１８】
上記光学素子では、前記位相変化材料が液晶であることが好ましい。上記構成によれば、入射した光の位相を変化させるために印加する電圧が小さくてすむ。
【００１９】
上記光学素子では、前記位相変化材料が、前記電圧差によって体積が変化する材料であることが好ましい。上記構成によれば、入射した光の位相を容易に変化させることができる。
【００２０】
上記光学素子では、前記位相変化材料がＰＬＺＴであることが好ましい。上記構成によれば、素子を薄くすることができる。
【００２２】
上記光学素子では、前記複数のセグメント電極は、略対称に配置された複数の略半円状の電極を含むことが好ましい。上記構成によれば、波面収差を容易かつ正確に補正できる。
【００２３】
上記光学素子では、前記複数のセグメント電極は、同心円状に分割された複数の電極を含むことが好ましい。上記構成によれば、球面収差を容易かつ正確に補正できる。
【００２４】
上記光学素子では、前記電圧印加電極の厚さｄaが、ｄa＝（２Ｎa＋１）λ／２ｎa（ただし、λは入射する光の波長、Ｎaは０以上の整数、ｎaは前記電圧印加電極の屈折率）で表わされる厚さであることが好ましい。上記構成によれば、電圧印加電極の上下の層の屈折率が略等しい場合に、電圧印加電極での光の反射を防止できる。
【００２５】
上記光学素子では、前記対向電極の厚さｄbが、ｄb＝（２Ｎb＋１）λ／２ｎb（ただし、λは入射する光の波長、Ｎbは０以上の整数、ｎbは前記対向電極の屈折率）で表わされる厚さであることが好ましい。上記構成によれば、対向電極の上下の層の屈折率が略等しい場合に、対向電極での光の反射を防止できる。
【００２６】
上記光学素子では、入射した光の反射を防止する反射防止膜をさらに含むことが好ましい。上記構成によれば、反射による光の損失を防止できる。
【００２７】
上記光学素子では、前記電圧印加電極は分離部によって前記複数のセグメント電極に分割されており、前記分離部の幅は、前記分離部上に位置する前記位相変化層の全域が前記セグメント電極の影響を受ける幅であることが好ましい。上記構成によれば、セグメント電極が形成されていない部分を通過した光の位相も制御できるため、位相補正効果が特に高い光学素子が得られる。
【００２８】
上記光学素子では、前記分離部の幅Ｗと前記位相変化層の厚さｄとが、Ｗ≦３ｄの関係を満たすことが好ましい。上記構成によれば、位相補正効果がさらに高い光学素子が得られる。
【００２９】
上記光学素子では、前記電圧印加電極は分離部によって前記複数のセグメント電極に分割されており、前記分離部を通過する光を遮光する遮光膜をさらに備えることが好ましい。上記構成によれば、電界によって制御されていない液晶の部分を通過した光をカットできるため、位相補正効果が特に高い光学素子が得られる。
【００３０】
上記光学素子では、前記遮光膜は金属からなることが好ましい。上記構成によって、遮光効果が高い遮光膜を容易に形成できる。
【００３１】
また、本発明の光ヘッドは、光記録媒体に記録された情報を光によって読み出す光ヘッドであって、光源と、前記光記録媒体と前記光源との間に配置された光学素子とを含み、前記光学素子は、上記本発明の光学素子であることを特徴とする。上記光ヘッドは本発明の光学素子を含むため、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光ヘッドが得られる。
【００３２】
上記光ヘッドでは、前記光記録媒体と前記光学素子との間に配置されたＮ／４波長板（ただし、Ｎは１以上の奇数）をさらに含むことが好ましい。上記構成によって、光の利用効率が高くなり、信号の記録を行うことが可能になる。
【００３３】
また、本発明の光記録再生装置は、光記録媒体に対して信号の記録または再生（記録および再生を行う場合も含む）を行う光記録再生装置であって、前記光記録媒体に信号の記録または再生を行う光ヘッドを備え、前記光ヘッドは光源と、前記光記録媒体と前記光源との間に配置された光学素子とを含み、前記光学素子は、上記本発明の光学素子であることを特徴とする。上記光記録再生装置は、本発明の光学素子を含むため、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光記録再生装置が得られる。
【００３４】
上記光記録再生装置では、前記光記録媒体と前記光学素子との間に配置されたＮ／４波長板（ただし、Ｎは１以上の奇数）をさらに含むことが好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施形態１）
実施形態１では、本発明の光学素子の一例について説明する。
【００３７】
実施形態１の光学素子１０の斜視図を図１に、光学素子１０の断面図を図２に示す。
【００３８】
図１および図２を参照して、光学素子１０は、第１の基板１１と、第１の基板１１に略平行に配置された第２の基板１２と、第１の基板１１と液晶１７との間に配置された電圧印加電極１３と、電圧印加電極１３に対向するように電圧印加電極に略平行に配置された対向電極１４と、電圧印加電極１３を覆うように形成された透光性樹脂膜１５と、対向電極１４を覆うように形成された透光性樹脂膜１６と、透光性樹脂膜１５および１６の間（電圧印加電極１３と対向電極１４との間）に配置された液晶１７と、液晶１７を囲むように透光性樹脂膜１５および１６の間に配置された封止樹脂１８とを含む。
【００３９】
第１の基板１１および第２の基板１２は、たとえばガラスからなり、透光性である。
【００４０】
電圧印加電極１３は、液晶１７に所望の電圧を印加するための電極である。電圧印加電極１３は、第１の基板１１の内側（液晶１７側）の主面上に形成されている。
【００４１】
対向電極１４は、電圧印加電極１３とともに、液晶１７に所望の電圧を印加するための電極である。対向電極１４は、第２の基板１２の内側（液晶１７側）の主面上に形成されている。対向電極１４は、封止樹脂１８の一部に形成された導電性樹脂（図示せず）を介して、第１の基板１１上に形成された電極１９に接続される。電極１９は、たとえばグランド（ＧＮＤ）に接続される。対向電極１４は、透光性であり、たとえばＩＴＯからなる。なお、対向電極１４は、第２の基板１２の内側の主面のうち、少なくともセグメント電極部１３ａに対向する部分に略均一に形成される。
【００４２】
透光性樹脂膜１５および１６は、液晶１７を所定の方向に配向させるための配向膜であり、たとえばポリビニルアルコール膜からなる。透光性樹脂膜１５または１６をラビング処理することによって、液晶１７を所定の方向に配向させることができる。なお、液晶１７を他の方法（たとえば、斜め蒸着法）によって配向させてもよい。
【００４３】
液晶１７は、入射した光の位相を変化させる位相変化層として機能する。液晶１７は、たとえばネマチック液晶からなる。電圧印加電極１３と対向電極１４との間の電圧差を変化させることによって液晶１７の屈折率を変化させることができ、これによって入射した光の位相を変化させることができる。なお、液晶１７の代わりに、位相変化材料からなる他の位相変化層を用いてもよい（以下の実施形態において同様である）。位相変化材料としては、電圧印加電極１３と対向電極１４との間の電圧差に応じて屈折率や体積（膜厚）が変化する材料を用いることができる。電圧差によって屈折率が変化する材料としては、液晶が挙げられる。また、電圧差によって体積が変化する材料としては、たとえば、ＰＬＺＴ（酸化鉛、ランタン、酸化ジルコニウム、酸化チタンを含むペロブスカイト構造の透明結晶体）が挙げられる。ここで、位相変化層にＰＬＺＴなどの固体を用いる場合には、電圧印加電極１３または対向電極１４のいずれか一方は、位相変化層上に形成すればよい。したがって、この場合には、第１の基板１１または第２の基板１２のいずれかはなくてもよい。したがって、ＰＬＺＴを用いる場合には、素子を薄くすることができる。
【００４４】
封止樹脂１８は、液晶１７を封止するためのものであり、たとえばエポキシ樹脂からなる。
【００４５】
図３に、電圧印加電極１３の平面図を示す。図３を参照して、電圧印加電極１３は、セグメント電極部１３ａと、電圧制御電極１３ｂとを含む。
【００４６】
図３に示すように、セグメント電極部１３ａは、複数のセグメント電極Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥを含む。各セグメント電極Ａ〜Ｅと電圧制御電極１３ｂとは、引き出し線Ｌａ〜Ｌｅによって電気的に接続されている。セグメント電極ＡおよびＥは、略半円状である。セグメント電極Ａとセグメント電極Ｂとをあわせた形は略半円状であり、セグメント電極ＤおよびＥも同様である。また、セグメント電極Ａ〜Ｅをあわせた形は略真円状である。セグメント電極ＡおよびＢとセグメント電極ＤおよびＥとは、セグメント電極Ｃ上に、略対称に配置されている。なお、セグメント電極の形状は、補正する光の収差分布に応じて変化するものであり、図３に示した形状は一例である。
【００４７】
セグメント電極部１３ａは、透光性電極からなり、たとえば、ＩＴＯを用いることができる。電圧制御電極１３ｂは導電性の材料からなる。なお、セグメント電極部１３ａと電圧制御電極１３ｂに同じ材料を用いることによって、電圧印加電極１３を容易に製造できる。
【００４８】
電圧制御電極１３ｂは、外部から印加された電圧を制御してセグメント電極部１３ａに印加する。電圧制御電極１３ｂの所定の位置には、外部から電圧Ｖ１およびＶ２（外部信号Ｖ１およびＶ２）が印加される。図４に電圧制御電極１３ｂの等価回路を示す。ここで、ｒ１は引き出し線ＬａおよびＬｂの間の抵抗、ｒ２は引き出し線ＬｂおよびＬｃの間の抵抗、ｒ３は引き出し線ＬｃおよびＬｄの間の抵抗、ｒ４は引き出し線ＬｄおよびＬｅの間の抵抗である。電圧制御電極１３ｂに印加された電圧Ｖ１およびＶ２は電圧制御電極１３ｂの抵抗によって分圧され、各引き出し線Ｌａ〜Ｌｅに対してＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、ＶｄおよびＶｅの電圧が出力される。出力される電圧Ｖａ〜Ｖｅは、電圧制御電極１３ｂの材料、形状等によって、自由に変化させることができる。なお、液晶１７は非常に小さいコンデンサーとして働くため、液晶１７を駆動するための信号（たとえば、周波数が１ｋＨｚの矩形波）は液晶１７の方にはほとんど流れない。したがって、電圧制御電極１３ｂから出力された電圧Ｖａ〜Ｖｅは、ほとんど変化することなく、セグメント電極部１３ａに印加される。
【００４９】
ここで、液晶１７に加える制御電圧Ｖａ〜Ｖｅ（印加される電圧が、たとえば１ｋＨｚの矩形波である場合には実効値）と、これに対する液晶１７の屈折率の関係とを図５に示す。図５に示すように、液晶１７の屈折率は、制御電圧がある大きさになるまではほとんど変化せず、制御電圧がある閾値を超えると直線的に減少した後、さらにある閾値を超えるとほとんど変化しなくなる。したがって、制御電圧に対して屈折率がほぼ直線的に変化する部分の電圧で液晶１７を制御することによって、セグメント電極を透過する光の位相変化を、印加する電圧によって直線的に変化させることができる。
【００５０】
光学素子１０では、電圧Ｖａ〜Ｖｅが印加されたセグメント電極部１３ａと対向電極１４との間に生じた電圧差の大きさに応じて、液晶１７の屈折率が変化し、光路長が変化する。したがって、電圧Ｖａ〜Ｖｅを変化させることによって液晶１７を透過する光に所望の位相変化を与えることができ、たとえば光記録媒体のチルトによって発生する波面収差を補正できる。
【００５１】
たとえば、チルトが１゜のときに生じる波面収差（図２５参照）を補正するには、セグメント電極Ａ〜Ｅを透過する光の位相変化が、セグメント電極Ａ、セグメント電極Ｂ、セグメント電極Ｃ、セグメント電極Ｄ、セグメント電極Ｅの順に大きくなるようにすればよい。さらに、図２５の波面収差は、中心に対して左右の位相差の絶対値が略等しく符号が逆であるため、セグメント電極Ｃを透過する光の位相変化を基準として、各セグメント電極を透過する光の位相変化が左右で略反対称となるようにすればよい。すなわち、セグメント電極Ａを透過する光の位相変化とセグメント電極Ｃを透過する光の位相変化との差は、セグメント電極Ｅを透過する光の位相変化とセグメント電極Ｃを透過する光の位相変化との差に絶対値が等しく符号が逆であることが好ましい。同様に、セグメント電極Ｂを透過する光の位相変化とセグメント電極Ｃを透過する光の位相変化との差は、セグメント電極Ｄを透過する光の位相変化とセグメント電極Ｃを透過する光の位相変化との差に絶対値が等しく符号が逆であることが好ましい。
【００５２】
上記のようにセグメント電極を透過する光の位相を変化させるためには、セグメント電極Ａ〜Ｅに印加する電圧Ｖａ〜Ｖｅは、Ｖａ＝Ｖｃ＋Ｘ、Ｖｂ＝Ｖｃ＋Ｙ、Ｖｄ＝Ｖｃ−Ｙ、Ｖｅ＝Ｖｃ−Ｘの関係を満たすことが好ましい（ここで、ＸおよびＹはともに正の値で、ＸはＹよりも大きい）。上記関係を成り立たせるためには、図４に示した等価回路において、ｒ１とｒ４とを等しくし、かつｒ２とｒ３とを等しくすればよい。
【００５３】
一例として、電圧印加電極１３にＩＴＯを用い、ｒ１、ｒ２、ｒ３およびｒ４をすべて１ＫΩにする場合を考える。たとえば、１ｍｍ2あたり略３０Ωの抵抗値を有するＩＴＯ膜を用いる場合には、隣接する引き出し線の線間を１００μｍにし、電圧制御電極１３ｂの幅を３．３μｍにすればよい。この状況でＶ１またはＶ２の値を変化させることによって、上記関係を満足したまま、各セグメント電極Ａ〜Ｅに与える印加電圧Ｖａ〜Ｖｅを変化させることができる。
【００５４】
なお、セグメント電極部１３ａの厚さｄaは、ｄa＝（２Ｎa＋１）λ／２ｎa（ただし、λは入射する光の波長、Ｎaは０以上の整数、ｎaは電圧印加電極の屈折率）で表わされる厚さであることが好ましい。セグメント電極部１３ａは、第１の基板１１（屈折率が略１．５）と透光性樹脂膜１５（屈折率が略１．５）とによって挟まれている。したがって、セグメント電極部１３ａにたとえば屈折率が２のＩＴＯを用いる場合には、セグメント電極部１３ａが上記式を満たすことによって、セグメント電極部１３ａが存在していないのと等価となり、セグメント電極部１３ａでの反射を防止することができる。なお、電圧印加電極１３の上下の層の屈折率が異なる場合には、上記式の分母が４ｎaとなるようにすることが好ましい。
【００５５】
また、セグメント電極部１３ａの厚さと同様の理由で、対向電極１４の厚さｄbは、ｄb＝（２Ｎb＋１）λ／２ｎb（ただし、λは入射する光の波長、Ｎbは０以上の整数、ｎbは対向電極の屈折率）で表わされる厚さであることが好ましい。なお、対向電極１４の上下の層の屈折率が異なる場合には、上記式の分母が４ｎbとなるようにすることが好ましい。
【００５６】
次に、図１および図２を参照して、光学素子１０の製造方法の一例について説明する。
【００５７】
光学素子１０を製造する場合、まず、第１の基板１１上に電圧印加電極１３および電極１９を形成する。電圧印加電極１３および電極１９は、たとえばスパッタリング法によってＩＴＯなどの透光性導電膜を形成した後、フォトリソ工程およびエッチング工程によってパターニングすることで形成できる。その後、電圧印加電極１３および電極１９を覆うように透光性樹脂膜１５を、たとえばスピンコート法で形成する。一方、上記工程と並行して、第２の基板１２上に、対向電極１４および透光性樹脂膜１６を形成する。対向電極１４および透光性樹脂膜１６は、電圧印加電極１３および透光性樹脂膜１５と同様の方法で形成できる。その後、上記工程を経た第１の基板１１と第２の基板１２とを、封止樹脂１８を挟んで対向させ、透光性樹脂膜１５および１６の間に液晶１７を封入する。このようにして、光学素子１０を形成できる。
【００５８】
上述したように、実施形態１の光学素子１０では、電圧制御電極１３ｂに印加された電圧Ｖ１およびＶ２が電圧制御電極１３ｂの抵抗によって電圧Ｖａ〜Ｖｅに分圧され、セグメント電極部１３ａの各セグメント電極Ａ〜Ｅに印加される。このため、光学素子１０では、入射した光に対して高い補正効果が得られ、かつ光学素子１０に接続される信号線の数が少ない。したがって、光学素子１０によれば、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光学素子が得られる。
【００５９】
なお、上記実施形態１では、電圧制御電極１３ｂの一例として図３の形状の電圧制御電極１３ｂを示したが、電圧制御電極１３ｂの形状は図３の形状に限定されない。たとえば、電圧制御電極１３ｂは、要求されるｒ１〜ｒ４の抵抗値に応じて、図６または図７に示すような形状であってもよい。図６（ａ）に示す電圧制御電極は、引き出し線Ｌａ−Ｌｂ間およびＬｄ−Ｌｅ間における幅が、引き出し線Ｌｂ−Ｌｄ間における幅よりも狭い。図６（ｂ）に示す電圧制御電極は、引き出し線Ｌａ−Ｌｂ間およびＬｄ−Ｌｅ間における長さが、引き出し線Ｌｂ−Ｌｃ間およびＬｃ−Ｌｄ間における長さよりも長い。図７に示す電圧制御電極は、屈曲した形状を有する。電圧制御電極１３ｂを図６（ａ）または（ｂ）に示す形状にすることによって、ｒ１およびｒ４をｒ２およびｒ３よりも大きくすることができる。また、電圧制御電極１３ｂを図７に示す形状とすることによって、ｒ１〜ｒ４の値を任意に変化させることができる。
【００６０】
また、実施形態１の光学素子１０では、電圧印加電極１３のセグメント電極部１３ａと電圧制御電極１３ｂとが同一の材料で構成されている場合を示したが、必要に応じて、電圧制御電極１３ｂの材料にセグメント電極部１３ａの材料と異なる材料を用いてもよい。さらに、電圧制御電極１３ｂを複数の導電性物質によって構成してもよい。
【００６１】
図８に、電圧制御電極の材料がセグメント電極の材料と異なる場合を示す。図８を参照して、電圧印加電極８０（図３の電圧印加電極１３に対応）は、セグメント電極部８０ａと電圧制御電極８０ｂとを含む。
【００６２】
セグメント電極部８０ａは、透光性電極であり、たとえばＩＴＯを用いることができる。
【００６３】
電圧制御電極８０ｂは、セグメント電極部８０ａと異なる材料で形成され、必要に応じて、たとえばＧｅ、ＴｉまたはＷなどを用いることができる。電圧制御電極８０ｂに高抵抗材料を用いた場合には、電圧制御電極８０ｂに流れる電流を少なくすることができるため、液晶駆動用のＩＣの負担を小さくすることができ、信頼性の高い光学素子が得られる。また、電圧制御電極８０ｂに高抵抗材料を用いた場合には、電圧制御電極８０ｂの幅を細くすることなく所望の抵抗値を得ることができるので光学素子の製造が容易になる。
【００６４】
また、実施形態１では、セグメント電極部１３ａをセグメント電極Ａ〜Ｅに分割する場合を示したが、セグメント電極部１３ａをさらに細かく分割することによって、収差をさらに正確に補正することができる（以下の実施形態においても同様である）。たとえば、図９に示すような３段のパターン（７つのセグメント電極からなる）を有するセグメント電極部１３ａを用いることによって、収差をさらに正確に補正することができる。たとえば、光記録媒体が１゜傾いたときの波面収差（図２５参照）を補正する場合を考えると、補正なしの場合は最良像点での波面収差が８０ｍλであるが、１段のパターン（図２６のパターンであり３つのセグメント電極からなる）を有するセグメント電極部１３ａを用いた場合は補正によって波面収差が６０ｍλに減少する。さらに、２段のパターン（図３のパターンであり５つのセグメント電極からなる）を有するセグメント電極部１３ａを用いて補正を行うと５０ｍλに、３段のパターン（図９のパターンであり７つの電極からなる）での補正を行うと４０ｍλに、波面収差が減少する。なお、実施形態１の光学素子１０では、セグメント電極部１３ａの分割数を増やしても、光学素子１０に入力される外部電圧はＶ１、Ｖ２およびグランドだけであり増加することはない。
【００６５】
また、上記実施形態１では、光記録媒体のチルトによって生じる波面収差を補正する場合の光学素子について説明したが、電圧印加電極の形状を変えることによって、球面収差を補正することもできる。球面収差を補正する場合には、図１０に示すような、同心円状に分割されたセグメント電極を用いればよい（以下の実施形態においても同様である）。
【００６６】
（実施形態２）
実施形態２では、本発明の光学素子について、他の一例を説明する。
【００６７】
実施形態２の光学素子１１０ついて、断面図を図１１に示す。
【００６８】
図１１を参照して、光学素子１１０は、実施形態１で説明した光学素子１０と同様に、第１の基板１１と、第２の基板１２と、電圧印加電極１３と、対向電極１４と、透光性樹脂膜１５および１６と、液晶１７と、封止樹脂１８とを備える。さらに光学素子１１０は、第１の基板１１の外側（液晶１７とは反対側）の主面に形成された反射防止膜１１１と、第１の基板１１と電圧印加電極１３との間に配置された層間反射防止膜１１２と、電圧印加電極１３と透光性樹脂膜１５との間に配置された層間反射防止膜１１３と、対向電極１４と透光性樹脂膜１６との間に配置された層間反射防止膜１１４と、第２の基板１２と透光性樹脂膜１６との間に配置された層間反射防止膜１１５と、第２の基板１２の外側（液晶１７とは反対側）の主面に形成された反射防止膜１１６とを備える。
【００６９】
第１の基板１１、第２の基板１２、電圧印加電極１３、対向電極１４、透光性樹脂膜１５および１６、液晶１７、封止樹脂１８、電極１９については、実施形態１で説明したものと同様であるので重複する説明は省略する。
【００７０】
反射防止膜１１１および１１６と層間反射防止膜１１２〜１１５とは、光学素子１１０を透過する光の反射を防止するために形成される。反射防止膜１１１および１１６と層間反射防止膜１１２〜１１５とは、たとえばスパッタリング法や蒸着法によって形成できる。
【００７１】
ここで、図１２を参照して、一般的な反射防止膜について説明する。図１２に示すように、屈折率がｎ1〜ｎ3の媒質１〜３を光が透過する場合には、媒質２の膜厚をＬとすると、媒質２の膜厚Ｌが、Ｌ＝（２Ｎ2＋１）λ／４ｎ2（ただし、λは透過する光の波長、Ｎ2は０以上の整数、ｎ2は媒質２の屈折率）の関係を満たす場合に、媒質２での反射率が最小となる。また、媒質２の屈折率ｎ2を、媒質１の屈折率ｎ1と媒質３の屈折率ｎ3との幾何平均（ｎ1とｎ3との積の平方根）に近づけると、媒質２での反射率をさらに減少させることができる。
【００７２】
したがって、反射防止膜１１１および１１６並びに層間反射防止膜１１２〜１１５には、上記膜厚および屈折率の関係を満たすような膜を用いることが好ましい。
【００７３】
ここで、反射防止膜１１１および１１６の屈折率について考えると、空気の屈折率は１であり、第１の基板１１および第２の基板１２の屈折率がたとえば１．５である場合（たとえば、第１の基板１１および第２の基板１２に通常のガラスを用いた場合）には、反射防止膜の屈折率は１．２２に近いことが好ましい。したがって、反射防止膜１１１および１１６には、屈折率が１．２２に近い、フッ化マグネシウム（屈折率１．３８）などを用いることができる。
【００７４】
次に、層間反射防止膜１１２および１１５の屈折率について考えると、たとえば、第１の基板１１および第２の基板１２の屈折率が１．５であり、電圧印加電極１３および対向電極１４の屈折率が２（たとえば、電圧印加電極１３および対向電極１４にＩＴＯを用いた場合）である場合には、層間反射防止膜１１２および１１５の屈折率は、１．７３に近いことが好ましい。したがって、層間反射防止膜１１２および１１５には、屈折率が１．７３に近いアルミナ（屈折率１．６８）などを用いることができる。
【００７５】
同様に、層間反射防止膜１１３および１１４の屈折率について考えると、たとえば、電圧印加電極１３および対向電極１４の屈折率が２であり、透光性樹脂膜１５および１６の屈折率が１．５（たとえば、透光性樹脂膜１５および１６がポリビニルアルコール膜である場合）である場合、層間反射防止膜１１３および１１４の屈折率が１．７３に近いことが好ましい。したがって、層間反射防止膜１１３および１１４には、屈折率が１．７３に近いアルミナなどを用いることができる。なお、透光性樹脂膜１５および１６の屈折率と、液晶１７の屈折率とは略等しいため、透光性樹脂膜１５および１６と液晶１７との間での反射は考慮する必要がない。
【００７６】
なお、上記反射防止膜の屈折率や材料は一例であり、光学素子１１０に用いられる材料や透過する光の波長によって、反射防止膜として最適な屈折率や膜厚が変化することはいうまでもない。
【００７７】
さらに、反射防止膜１１１および１１６と層間反射防止膜１１２〜１１５とは、単層でなくともよく、屈折率が異なる複数の薄膜を積層したものでもよい。複数の薄膜からなる反射防止膜を用いることによって、反射率をより低減することができる。
【００７８】
上記実施形態２の光学素子１１０では、実施形態１の光学素子１０と同様の効果が得られる。さらに、光学素子１１０では、反射防止膜１１１および１１６と、層間反射防止膜１１２〜１１５とが形成されているため、入射した光が光学素子１１０の表面および内部で反射することによって減衰することを防止できる。
【００７９】
（実施形態３）
実施形態３では、本発明の光学素子について、その他の一例を説明する。
【００８０】
実施形態３の光学素子１３０ついて、断面図を図１３に示す。
【００８１】
図１３を参照して、光学素子１３０は、第１の基板１１と、第１の基板１１に略平行に配置された第２の基板１２と、第１の基板１１と液晶１７との間に配置された電圧印加電極１３１と、電圧印加電極１３１に対向するように電圧印加電極に略平行に配置された対向電極１４と、電圧印加電極１３１を覆うように形成された透光性樹脂膜１５と、対向電極１４を覆うように形成された透光性樹脂膜１６と、透光性樹脂膜１５および１６の間（電圧印加電極１３１と対向電極１４との間）に配置された液晶１７と、液晶１７を囲むように透光性樹脂膜１５および１６の間に配置された封止樹脂１８とを含む。
【００８２】
なお、電圧印加電極１３１を除く部分については、実施形態１の光学素子１０と同様であるので、重複する説明を省略する。
【００８３】
電圧印加電極１３１の一部平面図を、図１４に示す。また、図１４には、液晶の配向方向、入射光の偏光方向および光記録媒体のラジアル方向についても示している。なお、図１４では、引き出し電極の表示を省略しているが、引き出し電極としては、図３に示したような電極を用いることができる。
【００８４】
電圧印加電極１３１は、液晶１７に所望の電圧を印加し、これによって液晶１７を通過する光の位相を制御するための電極である。電圧印加電極１３１は、分離部１３２によって複数のセグメント電極１３３ａ〜ｅに分割されている。セグメント電極１３３ａ〜ｅは、透光性電極であり、たとえば、ＩＴＯを用いることができる。なお、セグメント電極の形状は、補正する光の収差分布に応じて変えることが好ましく、図１４に示した形状は一例である。
【００８５】
分離部１３２の幅Ｗは、分離部１３２上に位置する液晶（位相変化層）１７の全域においてセグメント電極の影響を受ける幅である。すなわち、分離部１３２の幅Ｗは、あるセグメント電極から影響を受ける液晶１７と、そのセグメント電極に隣接するのセグメントから影響を受ける液晶１７とが接する幅以下の距離である。具体的には、第１の基板１１に垂直な方向の液晶１７の厚さをｄ（図１３参照）としたときに、幅Ｗと厚さｄとがＷ≦３ｄ以下の関係を満たすことが好ましく、Ｗ≦２ｄの関係を満たすことが特に好ましい。幅Ｗは、たとえば１μｍ以上１５μｍ以下である。
【００８６】
次に、分離部１３２上の液晶１７の挙動について詳細に説明する。通常、対向する２枚の電極の端部では、電界は電極のない空間にも拡がって分布する。このような状態を、図１５に模式的に示す。対向する２枚の半無限の電極を備える平行平板コンデンサーの場合、電極の端部からの距離（図１５のＸ軸方向の距離）と、その電位（平行平板コンデンサの絶縁効果）との関係は、等角写像を用いることにより解明できる（「電磁気学」、朝倉書店発行、藤本三治著や「電磁気学演習」、共立出版発行、後藤憲一、山崎修一郎著参照）。ここで、電界の大きさは電位の微分係数であるので、電位を電極間方向（図１５のＹ軸方向）に微分することによって、対向する２枚の半無限の平行平板コンデンサーにおける、電極の端部からの距離と、電極に垂直な方向の電界との関係を求めることができる。このようにして計算した結果を、図１６に示す。図１６において、横軸は、電極端部からのＸ軸方向の距離を表しており、対向する２枚の電極間の距離を１として規格化した値である。また、横軸の０は電極の端であり、ｘの値が大きくなるほど電極から離れた位置を表している。一方、Ｙ軸は、電極間の電界強度を１００としたときのＹ軸方向の電界強度を示している。
【００８７】
図１６から、電極が無い部分にも電界が漏れ出しており、電極間の距離と同じ距離だけ離れたところ（ｘ＝１）では、電極間の電界（ｙ＝１００）のほぼ２０％の電界が生じていることがわかる。したがって、実際の光学素子においても、この電界によって、分離部１３２上に位置する液晶の屈折率は変化する。なお、セグメント電極は分離部１３２の両隣にあるので分離部１３２の直下の液晶は両隣のセグメント電極から漏れ出す電界の影響を受けることになる。ここで、図１６には、２枚の電極がともに半無限の場合の計算結果を示しているが、実際の光学素子では、セグメント電極が半無限であり、対向電極は無限として考えなければならない。そして、この場合には、電気力線が無限の電極（対向電極）の裏側に回り込むことがないので半無限の電極からのある距離での電界強度は、図１６に示したものより大きくなると考えられる。したがって、電極間の距離だけ離れた場所（ｘ＝１）での電界は電極端部からかなり漏れ出していると考えられる。
【００８８】
実際に、液晶の厚さｄを５μｍとし、分離部１３２の幅Ｗを１０μｍ（２ｄ）として、図１４に示した電圧印加電極１３１を備える光学素子を試作した。そして、この光学素子を用いた光ヘッド（図１８参照）で収差補正を行った。光記録媒体が１°傾いた場合、収差補正を行わないとジッタは２０％以上であるが、上記光学素子を用いて収差補正を行うとジッタは７．５％になった。ここで、光記録媒体が傾いていないときのジッタは６．６％であったので、光記録媒体が傾いたことによって生じるコマ収差は、上記光学素子によってほぼ完全に補正されたと考えられる。したがって、分離部１３２上の液晶は、隣り合うセグメント電極から漏れだした電界によってほぼ最適な屈折率になったと考えられる。
【００８９】
ここで、図１６から、ｘ＝１．５の位置（分離部はセグメントが両隣にあるので分離部の幅Ｗが液晶の厚さｄの３倍のとき）における電界の大きさは、ｘ＝１の位置（分離部の幅Ｗが液晶の厚さｄの２倍）の時の２／３程度である。分離部の幅Ｗが液晶の厚さｄの２倍のときに収差補正がほぼ完全に行われたことを考慮すると、分離部の幅Ｗが液晶ｄの厚さの３倍まで広がったとしても、分離部上に漏れ出す電界によって収差補正が十分に可能であると考えられる。
【００９０】
次に、光学素子の光透過率について検討する。セグメント電極のすべてに同一の電圧を印加した場合、セグメント電極の影響を受ける部分の液晶の屈折率と、セグメント電極の影響を受けない部分の液晶の屈折率とは異なる。このため、入射した光の一部が回折され、光学素子の光透過率が低下してしまう。このような場合でも、上記実施形態の光学素子によれば、セグメント電極部上に位置する液晶のすべてがセグメント電極の影響を受けるため、光透過率の低下が小さい。実際に、光学素子１３０について、セグメント電極すべてを３Ｖとし、対向電極を０Ｖとして光透過率を測定した。その結果、液晶の厚さｄが５μｍで分離部の幅Ｗが１０μｍの場合には、光学素子の光透過率は９１％であった。また、液晶の厚さｄが５μｍで分離部の幅Ｗが５μｍの場合には、光学素子の光透過率は９７％であった。光透過率については、分離部の面積に依存するので一概にはいえないが、上記結果より、液晶の厚さｄと分離部の幅Ｗは、Ｗ≦ｄの関係を満たすことが好ましいことがわかった。
【００９１】
以上のように、光学素子１３０では、セグメント電極１３３ａ〜ｅと、対向電極１４との電圧差を制御することによって、液晶１７の屈折率を各領域で変化させることができる。したがって、光学素子１３０では、液晶１７の所望の位置の光路長を変化させることができる。ここで、図１４に示すように、光学素子１３０に入射する光の偏光方向と、液晶１７の配向方向と、光記録媒体のラジアル方向とは略平行である。したがって、光記録媒体が傾くことによって図２５に示すような位相分布（コマ収差）が生じた場合であっても、各セグメント電極１３３ａ〜ｅに印加する電圧を制御することによって、図２５に示された位相分布と逆の極性を有する位相分布を入射光に与えてコマ収差を補正できる。
【００９２】
特に、光学素子１３０では、分離部１３２の幅Ｗは、分離部１３２上に位置する液晶（位相変化層）１７の全域においてセグメント電極の影響を受ける幅であるため、分離部１３２上の液晶１７を通過した光も位相が制御される。したがって、光学素子１３０によれば、入射した光に対する補正効果が特に高い光学素子が得られる。また、上記光学素子１３０では、分離部１３２の幅を必要以上に狭くしなくても十分な補正効果が得られるため、歩留まりよく安価に製造できる光学素子が得られる。
【００９３】
なお、図１４に示した電圧印加電極１３１の形状は一例であり、分離部の幅Ｗが所定値以下であれば、他の形状の電極を用いることができる。
【００９４】
また、光学素子１３０に、実施形態１で説明した電圧制御電極や、実施形態２で説明した反射防止膜を形成してもよい。
【００９５】
（実施形態４）
実施形態４では、本発明の光学素子について、さらにその他の一例を説明する。
【００９６】
実施形態４の光学素子１７０について、断面図を図１７（ａ）に示す。
【００９７】
図１７（ａ）を参照して、光学素子１７０は、第１の基板１１と、第１の基板１１に略平行に配置された第２の基板１２と、第１の基板１１と液晶１７との間に配置された電圧印加電極１７１と、電圧印加電極１７１に対向するように電圧印加電極１７１に略平行に配置された対向電極１４と、電圧印加電極１７１を覆うように形成された透光性樹脂膜１５と、対向電極１４を覆うように形成された透光性樹脂膜１６と、透光性樹脂膜１５および１６の間（電圧印加電極１７１と対向電極１４との間）に配置された液晶１７と、液晶１７を囲むように透光性樹脂膜１５および１６の間に配置された封止樹脂１８と、第１の基板１１の外側（液晶１７が存在しない側）の主面上に形成された遮光膜１７２とを備える。
【００９８】
なお、電圧印加電極１７１および遮光膜１７２を除く部分については、実施形態１の光学素子１０と同様であるので、重複する説明を省略する。
【００９９】
電圧印加電極１７１は、液晶１７に所望の電圧を印加し、これによって液晶１７を通過する光の位相を制御するための電極である。電圧印加電極１７１は、図１４の電圧印加電極１３１と同様に分離部によって複数の複数のセグメント電極に分割されていが、電圧印加電極１７１では分離部の幅が広くてもよい。各セグメント電極は、透光性電極であり、たとえば、ＩＴＯを用いることができる。
【０１００】
遮光膜１７２は、入射した光の一部を遮光する膜である。遮光膜１７２には、たとえば金属を用いることができ、具体的にはたとえば膜厚が１００ｎｍのアルミニウム膜などを用いることができる。なお、図１７（ａ）では、遮光膜１７２が第１の基板１１上に形成される場合を示したが、遮光膜１７２が第２の基板１２上に形成されてもよい。遮光膜１７２は、たとえば、金属薄膜を蒸着したのち、フォトリソ工程およびエッチング工程で不要な部分の金属を除去することによって形成できる。
【０１０１】
遮光膜１７２について、一例の平面図を図１７（ｂ）に示す。なお、図１７（ｂ）に示した遮光膜１７２は、電圧印加電極１７１が図１４の電圧印加電極１３１と類似のパターン（分離部の幅は異なる）である場合のものである。
【０１０２】
図１７（ｂ）を参照して、遮光膜１７２は、分離部に対応する位置に形成されている。すなわち、遮光膜１７２は、光学素子１７０に入射した光のうち分離部を透過する光の光路上に設けられている。
【０１０３】
実施形態３で説明したように、電圧印加電極の分離部の幅が広い場合には、分離部上の液晶１７の制御が十分ではないため、この部分を透過した光は位相が十分に制御されず、収差補正が不十分となってしまう。これにたいし、光学素子１７０では、制御されていない位相を持った光を遮光膜１７２で遮光するため、最適な位相をもった光のみが光学素子１７０を透過し、十分な収差補正を行うことができる。
【０１０４】
実際に、分離部の幅が広い電圧印加電極１７１と遮光膜１７２とを備える光学素子１７０において、チルト１゜の場合に収差補正を行うとジッタは８％であり、良好な結果が得られた。一方、同様の場合に収差補正を行わなかった場合には、ジッタが２０％であった。このように、光学素子１７０によって、高い収差補正効果が得られることがわかった。
【０１０５】
以上のように、実施形態４の光学素子１７０では、電圧印加電極１７１の分離部を通る光のすべてを遮光することによって、収差補正効果が良好な光学素子が得られる。また、光学素子１７０では、分離部の幅を広げることができるため、低コストで歩留まりよく容易に光学素子を製造することができる。
【０１０６】
なお、遮光膜１７２は、セグメント電極の分離部を通る光のすべてを遮光するものであってもよいし、上記光の一部のみを遮光するものであってもよい。すなわち、実施形態３で説明したように分離部上の液晶１７はセグメント電極から漏れ出す電界の影響を受けるため、電界の影響を受けない部分を通る光のみを遮光することによって収差補正を十分に行うことができる。分離部を通る光の一部のみを遮光する場合は、利用できる光の量が増えるため、ジッタをさらに良くすることができる。
【０１０７】
なお、図１７（ｂ）に示した遮光膜１７２の形状は一例であり、遮光膜１７２の形状は、セグメント電極の分離部の形状に応じて変化する。
【０１０８】
また、光学素子１７０に、実施形態１で説明した電圧制御電極や、実施形態２で説明した反射防止膜を形成してもよい。
【０１０９】
（実施形態５）
実施形態５では、実施形態１ないし４のいずれかで説明した本発明の光学素子を用いた光ヘッドについて説明する。
【０１１０】
実施形態５の光ヘッド１８０の構成を、図１８に模式的に示す。
【０１１１】
図１８を参照して、光ヘッド１８０は、光源１８１と、回折格子１８２と、コリメータレンズ１８３と、光学素子１８４と、対物レンズ１８５と、チルトセンサー１８６と、光検出器１８７および１８８とを備える。
【０１１２】
光源１８１は、たとえば半導体レーザ素子を含み、光記録媒体１８９の記録層に対して記録再生用のコヒーレント光を出射する。
【０１１３】
回折格子１８２は、ガラス表面にフォトリソグラフィーを用いて所望のパターンのフォトレジストを形成した後、エッチングによって形成されたグレーティングである。回折格子１８２は、０次回折効率がほぼ５０％で、±１次回折効率がほぼ５０％である。すなわち、回折格子１８２は、光記録媒体１８９からの反射光を、光源１８１から出射された光の光路から分離する分離手段として機能する。
【０１１４】
コリメータレンズ１８３と対物レンズ１８５とは、集光光学系を構成する。
【０１１５】
光学素子１８４には、実施形態１ないし４のいずれかで説明した本発明の光学素子が用いられる。すなわち、光学素子１８４は、電圧印加電極の各セグメント電極に異なる電圧を印加することによって、液晶の屈折率を部分的に変化させ、収差補正を行う素子である。
【０１１６】
対物レンズ１８５は光記録媒体１８９の記録層に光を集光するレンズである。
【０１１７】
チルトセンサー１８６は、光記録媒体１８９のチルト角を検出する。そして、チルトセンサー１８６は、光記録媒体１８９のチルト角に応じた信号を光学素子制御回路１９０に出力する。
【０１１８】
光学素子制御回路１９０は、チルトセンサー１８６から出力された信号に応じて光学素子１８４に電気信号（たとえば、図３のＶ１およびＶ２）を印加する回路である。
【０１１９】
光検出器１８７は、光記録媒体１８９の記録層で反射された光のうち回折格子１８２で回折された＋１次光を受光して電気信号に変換する。
【０１２０】
光検出器１８８は、光記録媒体１８９の記録層で反射された光のうち回折格子１８２で回折された−１次光を受光して電気信号に変換する。
【０１２１】
光ヘッド１８０の機能について、図１８を参照して説明する。光源１８１から出射された直線偏光の一部は、回折格子１８２を透過してコリメータレンズ１８３に入射する。コリメータレンズ１８３に入射した光は、コリメータレンズ１８３によって略平行光となって光学素子１８４に入射する。
【０１２２】
ここで、光記録媒体１８９が光軸に対して垂直から傾いていると、その傾き量（チルト角）に応じて波面収差を補正するための信号がチルトセンサー１８６から出力され、その信号は光学素子制御回路１９０に入力される。光学素子制御回路１９０は、チルトによって生じた波面収差を補正するために必要な信号を光学素子１８４に出力する。したがって、光学素子１８４に入射した光には、光記録媒体１８９のチルトによって生じる波面収差を補正するような位相変化が与えられる。
【０１２３】
光学素子１８４を透過した光は、対物レンズ１８５によって光記録媒体１８９上に集光される。光記録媒体１８９に集光された光には、波面収差を補正するような位相変化が光学素子１８４によって与えられているため、光記録媒体１８９上では収差のない、すなわち回折限界まで絞られた光スポットが形成される。
【０１２４】
光記録媒体１８９によって反射された光は光記録媒体１８９の傾きに応じた波面収差を有する光になるが、光学素子１８４によって再び波面収差が補正される。
【０１２５】
光記録媒体１８９によって反射され光学素子１８４を透過した光は、コリメータレンズ１８３を透過し、回折格子１８２により回折される。回折格子１８２によって回折された回折光のうち、＋１次光は光検出器１８７に入射し、−１次光は光検出器１８８に入射する。
【０１２６】
光検出器１８７は、光記録媒体１８９上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号と、光の照射位置を示すトラッキング誤差信号とを出力する。フォーカス誤差信号は、フォーカス制御手段（図示せず）に出力される。フォーカス制御手段は、フォーカス誤差信号に基づいて、光が常に合焦状態で光記録媒体１８９上に集光されるように対物レンズ１８５の位置をその光軸方向に制御する。トラッキング誤差信号は、トラッキング制御手段（図示せず）に入力される。トラッキング制御手段は、トラッキング誤差信号に基づいて、光記録媒体１８９上の所望のトラックに光が集光されるように、対物レンズ１８５の位置を制御する。
【０１２７】
光検出器１８８は、光記録媒体１８９に記録された記録情報を検出する。
【０１２８】
次に、光学素子１８４が実施形態１または２で説明した光学素子である場合の光学素子制御回路１９０について説明する。この場合の光学素子制御回路１９０の回路図を、図１９に示す。光学素子制御回路１９０は、信号源１９１および１９２、オペアンプ１９３、遅延回路１９４およびスイッチ１９５を備える。
【０１２９】
信号源１９１および１９２は、光学素子１８４の電圧制御電極へ電気信号を出力する。信号源１９１および１９２によって出力される電気信号は、電圧制御電極に印加される電圧Ｖ１およびＶ２に応じて変化する。オペアンプ１９３は、ゲインが可変である。遅延回路１９４は、Ｖ１の位相とＶ２の位相とが同相になるように、信号源１９２からの信号の位相を調整する。スイッチ１９５は、信号源１９１および１９２から出力された電気信号を電圧制御電極に印加される電圧Ｖ１またはＶ２に振り分ける。スイッチ１９５によって、電圧Ｖ１またはＶ２に対応する信号源１９１または１９２を切り替えることができる。
【０１３０】
光記録媒体１８９のチルトによって生じる波面収差を補正する際に、光記録媒体１８９のチルトの方向が同じで大きさだけ変化した場合は、オペアンプ１９３のゲインを変えることによって波面収差を補正できる。また、光記録媒体１８９の反りの方向が逆になった場合は、スイッチ１９５によって、Ｖ１およびＶ２に対応する信号源１９１または１９２を切り替え、さらにオペアンプ１９３のゲインを必要に応じて変化させることによって、波面収差を補正できる。
【０１３１】
ここで、光ヘッド１８０において、実施形態１の光学素子１０を用いて波面収差の補正を行った場合と行わなかった場合のジッタの測定結果を、図２０に示す。図２０から明らかなように、光学素子１８４を用いて波面収差の補正を行うことによって、ジッタマージンを大きくすることができる。
【０１３２】
以上説明したように、実施形態５の光ヘッド１８０は、本発明の光学素子を含むため、光記録媒体に記録された信号を信頼性よく読み出すことができる光ヘッドが得られる。また、光ヘッド１８０では、本発明の光学素子を用いることによってジッタマージンまたはチルトマージンが大きくなるため、製造が容易で低コストな光ヘッドが得られる。
【０１３３】
さらに、実施形態１または２の光学素子を用いた場合には、光学素子１８４に外部から加える信号数を減少させることができるため、収差を補正することができ小型で製造が容易な光ヘッドが得られる。
【０１３４】
（実施形態６）
実施形態６では、本発明の光ヘッドについて、他の一例を説明する。
【０１３５】
実施形態６の光ヘッド１８０ａについて、構成を図２１に模式的に示す。
【０１３６】
図２１を参照して、光ヘッド１８０ａは、光源１８１と、コリメータレンズ１８３と、光学素子１８４と、対物レンズ１８５と、チルトセンサー１８６と、光検出器１８７および１８８と、偏光ホログラム２１１と、１／４波長板２１２とを備える。偏光ホログラム２１１は、光源１８１とコリメータレンズ１８３との間に配置される。また、１／４波長板２１２は、光学素子１８４と光記録媒体１８９との間に配置される。
【０１３７】
偏光ホログラム２１１および１／４波長板２１２を除く部分については、実施形態５で説明したものと同様であるので、重複する説明は省略する。なお、光学素子１８４は、実施形態１ないし４のいずれかに記載の光学素子である。
【０１３８】
偏光ホログラム２１１は、異常光線についてはそのまま透過させ、常光線に対しては回折格子として機能する光学素子である。偏光ホログラム２１１は、たとえば、複屈折を有するニオブ酸リチウム基板の一部をプロトン交換し、そのプロトン交換部をエッチングすることによって形成できる（特開平６−２７３２２号公報参照）。
【０１３９】
１／４波長板２１２は、光源１８１から出射される直線偏光の光を円偏光に変換すると共に、光記録媒体１３９の記録層で反射された光を上記直線偏光の光とは異なる方向の直線偏光に変換する非線形光学素子である。１／４波長板２１２は、たとえば水晶からなる。なお、１／４波長板の代わりに、Ｎ／４波長板（Ｎは３以上の奇数）を用いてもよい。
【０１４０】
図２１を参照して、光ヘッド１８０ａの動作について説明する。光源１８１から出射された直線偏光の光は、偏光ホログラム２１１をそのままの状態で透過しコリメータレンズ１８３に入射し、コリメータレンズ１８３によって平行光にされて、光学素子１８４に入射する。ここで、光記録媒体１８９が光軸に対して垂直から傾いていると、その傾き量（チルト角）に応じた信号がチルトセンサー１８６から出力され、その出力信号は光学素子制御回路１９０に入力される。光学素子制御回路１９０は、上記出力信号に基づいて、光記録媒体１８９が傾いたときに生じる波面収差を補正するために必要な信号を光学素子１８４に出力する。このようにして、光学素子１８４に入力された光は、光記録媒体１８９のチルトによって生じる波面収差を補正するように位相が制御される。
【０１４１】
光学素子１８４を透過した光は、１／４波長板２１２に入射され、その偏光状態は直線偏光から円偏光に変換される。この円偏光の光は対物レンズ１８５によって光記録媒体１８９上に集光され、反射される。ここで、光記録媒体１８９が傾いた時に生じる波面収差を補正する波面収差を有する光が、対物レンズ１８５で集光されるので、光記録媒体１８９上では収差のない、すなわち回折限界まで絞られた光スポットが形成される。
【０１４２】
光記録媒体１８９によって反射された光は、対物レンズ１８５を透過し、１／４波長板２１２に入射する。１／４波長板２１２に入射した光は、１／４波長板２１２によって円偏光から直線偏光に変換される。１／４波長板２１２を通過した直線偏光は、光源１８１から出射される直線偏光と直交する直線偏光となる。この直線偏光の光は、光学素子１８４およびコリメータレンズ１８３を透過し、偏光ホログラム２１１によってほぼ１００％回折される。そして、回折の＋１次光は光検出器１８７に入射され、回折の−１次光は光検出器１８８に入射される。
【０１４３】
光検出器１８７および光検出器１８８、ならびにフォーカス制御手段（図示せず）の機能については、実施形態５で説明したものと同様であるため、重複する説明は省略する。
【０１４４】
上記のように、偏光光学系を用いると、光源１８１から出射される光の利用効率が高くなり、書き換え可能な光記録媒体に信号の記録および再生をすることが容易になる。
【０１４５】
次に、収差を補正する光学素子１８４の位置について説明する。光学素子の液晶１７は１軸性複屈折であるため、図１４に示すように、収差を補正するためには光学素子１８４に液晶１７の配向方向と略平行な直線偏光が入射されねばならない。光学素子１８４が１／４波長板２１２と光記録媒体１８９との間に配置された場合には、複屈折板として作用する液晶１７を有する光学素子１８４に円偏光の光が入射することになるので、光学素子１８４を透過した後の偏光状態が液晶１７のリターデーションに応じて直線偏光から円偏光の任意の状態をとることになる。その結果、最悪の場合には、光記録媒体１８９で反射された光が光源１８１から出射される光と同じ偏光状態で偏光ホログラム２１１に入射することになる。この場合には、光検出器１８７および１８８に光が全く入らなくなるため、光記録媒体１８９に記録された情報信号を再生できなくなる。したがって、光学素子１８４は、光源１８１と１／４波長板２１２との間に配置されることが必要である。いいかえれば、１／４波長板２１２は、光学素子１８４と光記録媒体１８９との間に配置されることが必要である。
【０１４６】
実施形態６の光学ヘッド１８０ａでは、実施形態５で説明した光学ヘッド１８０と同様の効果が得られる。さらに、光学ヘッド１８０ａは、１／４波長板２１２を光学素子１８４と光記録媒体１８９との間に配置することによって、光の利用効率を高めることができ、書き換え可能な光記録媒体の記録再生が容易となる。
【０１４７】
（実施形態７）
実施形態７では、本発明の光記録再生装置について、一例を説明する。実施形態７の光記録再生装置は、光記録媒体に対して、信号の記録または再生（記録および再生を行ってもよい）を行う装置である。
【０１４８】
図２２に、実施形態７の光記録再生装置２２０の構成を模式的に示す。光記録再生装置２２０は、光ヘッド１８０と、光学素子制御回路１９０と、モータ２２１と、処理回路２２２とを備える。光ヘッド１８０は、実施形態５で説明したものであり、実施形態１ないし４のいずれかで説明した本発明の光学素子１８４を備える。なお、光ヘッド１８０の代わりに光ヘッド１８０ａを用いてもよい。
【０１４９】
光ヘッド１８０および光学素子制御回路１９０については、実施形態５で説明したものと同様であるため、重複する説明は省略する。
【０１５０】
次に、光記録再生装置２２０の動作について説明する。まず、光記録再生装置２２０に光記録媒体１８９がセットされると、処理回路２２２はモータ２２１を回転させる信号を出力し、モータ２２１を回転させる。次に、処理回路２２２は、光源１８１を駆動して光を出射させる。光源１８１から出射された光は、光記録媒体１８９で反射され、光検出器１８７および１８８に入射する。光検出器１８７は、光記録媒体１８９上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号と、光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を処理回路２２２に出力する。これらの信号に基づき、処理回路２２２は対物レンズ１８５を制御する信号を出力し、これによって光源１８１から出射された光を光記録媒体１８９上の所望のトラック上に集光させる。また、処理回路２２２は、光検出器１８８から出力される信号に基づいて、光記録媒体１８９に記録されている情報を再生する。
【０１５１】
次に、光記録媒体１８９が傾いているときの制御について説明する。光記録媒体１８９が傾いている場合には、光記録媒体１８９の傾きに応じた信号がチルトセンサー１８６によって処理回路２２２に出力される。処理回路２２２は、入力された信号に応じて光学素子制御回路１９０を駆動し、これによって、光記録媒体１８９のチルトによって生じるコマ収差を補正するために必要な制御信号が、光学素子制御回路１９０から光学素子１８４に出力される（詳細については、実施形態５または６参照）。このようにして、光記録媒体１８９が傾いても、光記録媒体１８９に記録された情報信号は、正しく再生される。
【０１５２】
実施形態７の光記録再生装置２２０では、本発明の光学素子によって光記録媒体のチルトによって生じたコマ収差を補正する。したがって、光記録再生装置２２０によれば、光記録媒体に記録された情報信号を信頼性よく再生できる光記録再生装置が得られる。また、本発明の光学素子を用いることによって光記録媒体１８９の傾きに対する許容度が大きくなるため、製造が安価かつ容易な光記録再生装置が得られる。
【０１５３】
なお、上記実施形態では情報信号の再生について述べたが、情報信号を記録する場合でも、再生と同様に光学素子の制御が行われるため、信頼性よく情報信号を記録することができる。
【０１５４】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づく他の実施形態に適用することができる。
【０１５５】
たとえば、上記実施形態では、ラジアルチルトの補正について述べたが、セグメント電極のパターンを９０度回転させて用いることによってタンジェンシャルチルトの補正を行うことができる。さらに、２種類の光学素子を用いることによって、ラジアルチルトおよびタンジェンシャルチルトの両方を補正することができる。
【０１５６】
また、上記実施形態では、コリメータレンズと対物レンズとの間の平行系中に本発明の光学素子を配置した場合を示したが、光源とコリメータレンズとの間の発散系中に配置してもよい。
【０１５７】
また、上記実施形態では、無限系の光ヘッドを示したが、コリメータレンズを用いない有限系の光ヘッドであってもよい。
【０１５８】
また、上記実施形態では、光記録媒体に記録された情報の再生時にチルトセンサーによって検出されたチルト量を用いて波面収差の補正を行っている場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、再生前にあらかじめトラック位置とチルト量との関係を学習して、学習したチルト量から各トラック位置での波面収差を補正してもよい。
【０１５９】
また、上記実施形態では、光記録媒体からの反射光を回折格子などによって光源からの光路と分離して光検出器に入射させているが、ハーフミラー等の光学素子を用いて光源からの光路と分離して光検出器に入射させてもよい。
【０１６０】
また、上記実施形態では、光のみによって情報を記録する光記録媒体について述べたが、光および磁気によって情報を記録する光磁気記録媒体についても、本発明の光学素子を用いれば同様の効果が得られることはいうまでもない。
【０１６１】
また、上記実施形態では、光記録媒体が光ディスクである場合について説明したが、カード状の光記録媒体など、類似の機能を実現する光学的情報記録再生装置に適用することができる。
【０１６２】
また、上記実施形態１または２の光学素子において、電圧制御電極にトランジスタを接続し、外部からの電圧を昇圧してもよい。また、電圧制御電極に位相遅延回路を接続して電圧印加電極に印加する電圧の位相を変化させてもよい。
【０１６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学素子、光ヘッドまたは光記録再生装置によれば、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光学素子、光ヘッドまたは光記録再生装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光学素子について一例を示す斜視図である。
【図２】 本発明の光学素子について一例を示す断面図である。
【図３】 本発明の光学素子について電圧印加電極の一例を示す平面図である。
【図４】 本発明の光学素子について電圧制御電極の等価回路を示す回路図である。
【図５】 本発明の光学素子について液晶の屈折率と制御電圧との関係を示すグラフである。
【図６】 本発明の光学素子について、電圧制御電極の他の例を示す平面図である。
【図７】 本発明の光学素子について電圧制御電極のその他の一例を示す平面図である。
【図８】 本発明の光学素子について電圧印加電極の他の一例を示す平面図である。
【図９】 本発明の光学素子についてセグメント電極の一例を示す平面図である。
【図１０】 本発明の光学素子についてセグメント電極の他の一例を示す平面図である。
【図１１】 本発明の光学素子について他の一例を示す断面図である。
【図１２】 本発明の光学素子について反射防止膜の機能を説明する模式図である。
【図１３】 本発明の光学素子についてその他の一例を示す断面図である。
【図１４】 本発明の光学素子について電圧印加電極の一例を示す平面図である。
【図１５】 本発明の光学素子について機能を説明するための図である。
【図１６】 本発明の光学素子について機能を説明するためのグラフである。
【図１７】 本発明の光学素子についてさらにその他の一例を示す断面図である。
【図１８】 本発明の光ヘッドについて一例を示す模式図である。
【図１９】 本発明の光ヘッドに用いられる光学素子制御回路を示す回路図である。
【図２０】 本発明の光ヘッドについて収差補正の効果を示すグラフである。
【図２１】 本発明の光ヘッドについて他の一例を示す模式図である。
【図２２】 本発明の光記録再生装置について一例を示す模式図である。
【図２３】 従来の光ヘッドについて一例を示す模式図である。
【図２４】 従来の光学素子についてセグメント電極の一例を示す模式図である。
【図２５】 チルト角が１゜の場合における波面収差の一例を示すグラフである。
【図２６】 従来の光学素子について電圧印加電極の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０、１１０、１３０、１７０ 光学素子
１１ 第１の基板
１２ 第２の基板
１３、８０、１３１、１７１ 電圧印加電極
１３ａ、８０ａ セグメント電極部
１３ｂ、８０ｂ 電圧制御電極
１４ 対向電極
１７ 液晶（位相変化層）
１１１、１１６ 反射防止膜
１１２、１１３、１１４、１１５ 層間反射防止膜
１３２ 分離部
１７２ 遮光膜
１８０、１８０ａ 光ヘッド
１８１ 光源
１８４ 光学素子
１８６ チルトセンサー
１８９ 光記録媒体
２１２ １／４波長板
２２０ 光記録再生装置
２２１ モータ
２２２ 処理回路
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、１３３ａ〜ｅ セグメント電極
Ｖ１、Ｖ２、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅ 電圧
ｄ 液晶の厚さ
Ｗ 分離部の幅
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光の位相を変化させる光学素子、ならびにこれを用いた光ヘッドおよび光記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）などの光記録媒体は、ディジタル情報を高密度に記録できることから、大容量の光記録媒体として注目されている。ここで、ディジタル情報を高密度に記録再生するためには、記録再生用の光の波長を短くし、対物レンズのＮＡ（開口数）をより大きくする必要がある。しかし、光の波長を短くしてレンズのＮＡを大きくした場合、光記録媒体の反り等によって生じる光軸からのずれ（チルト）によって波面収差、特にコマ収差が増大し、チルトに対するマージンがより小さくなるという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するため、液晶パネルを利用して波面収差を補正する光ヘッドが提案されている（特開平９−１２８７８５号公報）。
【０００４】
図２３を参照して、上述した従来の光ヘッドの一例について説明する。
【０００５】
従来の光ヘッド１（光ピックアップともいう）の構成図を、図２３に示す。光ヘッド１は、光源２、ハーフミラー３ａ、対物レンズ３ｂ、集光レンズ３ｃ、光学素子４、チルトセンサー５、光学素子制御回路６および光検出器７を含む。
【０００６】
光源２は、たとえば半導体レーザ素子からなり、光記録媒体８（情報を記録する媒体であり、記録された情報が光を用いて読み出される記録媒体である。たとえば、ＣＤ、ＤＶＤなどが挙げられる。）の記録層に対し、記録再生用のコヒーレント光を出力する。光学素子４は液晶パネルを含み、液晶パネル中に、図２４に示すようなパターンの複数のセグメント電極を有する。光学素子４は、各セグメント電極に所望の電圧を印加することによって各セグメント電極ごとに液晶の屈折率を変化させ、各セグメント電極を透過する光の位相を変化させる。したがって、光学素子４によって、光学素子４に入射する光の収差を補正することができる。
【０００７】
上記従来の光ヘッド１の機能について説明する。光源２から出射された直線偏光の光は、ハーフミラー３ａで反射され光学素子４に入射する。ここで光記録媒体８が光軸に対して垂直から傾いていると、その傾き量（チルト角）に応じた信号がチルトセンサー５によって出力される。光学素子制御回路６は、チルトセンサー５から出力された信号に基づいて、光記録媒体８が傾いたときに生じる波面収差を補正するために必要な位相変化を生じるように、光学素子４の液晶パネルを制御する。このように、光学素子４に入射した光には、記録媒体８が傾いたときに生じる波面収差を補正するような位相変化が与えられる。光学素子４を透過した光は、対物レンズ３ｂによって光記録媒体８上に集光される。ここで、光記録媒体８が傾いたときに生じる波面収差を補正するような位相変化が与えられた光が対物レンズ３ｂによって集光されるので、光記録媒体８上では収差のない光スポット（回折限界まで絞られた光スポット）が形成される。次に、光記録媒体８によって反射された光は、光記録媒体８の傾きに応じた波面収差を有する光になるが、光学素子４によって波面収差が補正される。光学素子４を透過した光はハーフミラー３ａを透過して光源１には戻らずに集光レンズ３ｃに入射し、集光レンズ３ｃによって光検出器７に集光される。光検出器７は、光記録媒体８に記録された情報を出力する。また、光検出器７は、光記録媒体８上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号を出力し、また光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を出力する。
【０００８】
ここで、光学素子４を用いたチルト補正の原理について説明する。
【０００９】
光記録媒体８の最良像点における波面収差分布の一例（光記録媒体８のチルト角を１゜とし、対物レンズのＮＡを０．６、波長６５５ｎｍ、光記録媒体８の基板厚さを０．６ｍｍにした場合）を、図２５に示す。図２５に示すように、光記録媒体８が傾いた場合、左右反対称で略半円状の分布を有する波面収差となる。図２５の波面収差分布を打ち消すような位相変化を光学素子４を用いて入射光に与えることによって、光記録媒体８が傾いた場合でも光記録媒体８上でのスポットを回折限界にまで絞ることができる。また、光記録媒体８によって反射された光に対して波面収差を打ち消すような位相変化を与えることによって、光検出器７での光検出が精度よく行える。
【００１０】
図２５に示す波面収差を打ち消すような位相変化を入射光に与えるには、光学素子４における光路長を部分的に変化させればよい。ここで、液晶は外部から与えられた電圧に応じてその屈折率が変化するため、印加電圧を部分的に変化させることによって、光路長を部分的に変化させることができる。したがって図２４に示したような細かく分割されたパターンを有するセグメント電極に、各セグメント電極ごとに異なる電圧を外部から加えることによって、図２５に示す波面収差を補正することができる。
【００１１】
しかしながら、上記光学素子４では、光学素子４中の液晶パネルの各セグメント電極すべてに、それぞれに応じた制御信号を外部から与える必要がある。すなわち、液晶パネル駆動回路から液晶パネルのセグメント電極と同じ数だけの線数をもつフレキシブル基板を光学素子４に接続しなければならない。したがって、図２４に示すような多数のセグメント電極を有する光学素子４の場合には、多数の信号を供給することが必要となり、その分フレキシブル基板の幅が広くなる。このような幅の広いフレキシブル基板を光学素子４に接続すると、部品の調整が非常に困難となり、さらに光ヘッド１の小型化に大きな支障を与える。また、小さな光学部品である光学素子４に多数の線をショートさせずに接着するのは非常に困難であり、線の数が多ければ多いほど光学素子４へのフレキシブル基板の接着工程の歩留まりが悪くなり光ヘッド１のコストが高くなる。
【００１２】
そこで、これらの問題を解決するために、上記従来のセグメント電極とは異なるセグメント電極を有する光学素子が提案されている（特開平１０−２０２６３号公報）。このセグメント電極の電極形状を、図２６に示す。このセグメント電極は、光記録媒体８が傾いたときに生じる波面収差の形状に対応した形状を有する。したがって、上記従来の光学素子と比較して、セグメント電極の数を減らしても波面収差をかなり補正することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２６に示す形状のセグメント電極を有する光学素子においても、波面収差をより正確に補正するには、図２６に示したパターンをさらに細かく分割する必要がある。したがって、図２６に示す形状のセグメント電極を有する光学素子においても、セグメント電極の分割の度合いに応じて制御信号数が増えていき、光学素子４と光学素子制御回路６との接続が困難になるという問題がある。さらに、光ヘッドを小型化することも困難になるという問題がある。
【００１４】
また、セグメント電極とセグメント電極との間の部分（分離部）上では、電界の影響が弱く、波面収差の補正が十分ではないという問題もあった。ここで、分離部の幅を狭くすることも考えられるが、分離部の幅を一定以上に狭くすると、製造が困難で歩留まりが低下するという問題が生じる。
【００１５】
上記問題を解決するため、本発明は、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光学素子、ならびにこれを用いた光ヘッドおよび光記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光学素子は、複数のセグメント電極を備える電圧印加電極と、前記電圧印加電極に対向するように前記電圧印加電極に略平行に配置された対向電極と、前記電圧印加電極と前記対向電極との間に配置された位相変化材料からなる位相変化層とを含み、前記電圧印加電極は導電性物質からなる電圧制御電極をさらに含み、前記電圧制御電極は、外部から印加された電圧を、前記導電性物質の抵抗によって分圧して前記複数のセグメント電極に印加し、前記電圧印加電極と前記対向電極との間の電圧差を変化させることによって、前記位相変化層に入射した光の位相を変化させる光学素子であって、前記電圧制御電極は、前記位相変化層と重ならない位置に配置されているとともに、前記複数のセグメント電極は、略対称に配置された複数の半円状の電極を含むことを特徴とする。上記光学素子によれば、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光学素子が得られる。
【００１７】
上記光学素子では、前記位相変化材料が、前記電圧差によって屈折率が変化する材料であることが好ましい。上記構成によれば、入射した光の位相を容易に変化させることができる。
【００１８】
上記光学素子では、前記位相変化材料が液晶であることが好ましい。上記構成によれば、入射した光の位相を変化させるために印加する電圧が小さくてすむ。
【００１９】
上記光学素子では、前記位相変化材料が、前記電圧差によって体積が変化する材料であることが好ましい。上記構成によれば、入射した光の位相を容易に変化させることができる。
【００２０】
上記光学素子では、前記位相変化材料がＰＬＺＴであることが好ましい。上記構成によれば、素子を薄くすることができる。
【００２２】
上記光学素子では、前記複数のセグメント電極は、略対称に配置された複数の略半円状の電極を含むことが好ましい。上記構成によれば、波面収差を容易かつ正確に補正できる。
【００２３】
上記光学素子では、前記複数のセグメント電極は、同心円状に分割された複数の電極を含むことが好ましい。上記構成によれば、球面収差を容易かつ正確に補正できる。
【００２４】
上記光学素子では、前記電圧印加電極の厚さｄaが、ｄa＝（２Ｎa＋１）λ／２ｎa（ただし、λは入射する光の波長、Ｎaは０以上の整数、ｎaは前記電圧印加電極の屈折率）で表わされる厚さであることが好ましい。上記構成によれば、電圧印加電極の上下の層の屈折率が略等しい場合に、電圧印加電極での光の反射を防止できる。
【００２５】
上記光学素子では、前記対向電極の厚さｄbが、ｄb＝（２Ｎb＋１）λ／２ｎb（ただし、λは入射する光の波長、Ｎbは０以上の整数、ｎbは前記対向電極の屈折率）で表わされる厚さであることが好ましい。上記構成によれば、対向電極の上下の層の屈折率が略等しい場合に、対向電極での光の反射を防止できる。
【００２６】
上記光学素子では、入射した光の反射を防止する反射防止膜をさらに含むことが好ましい。上記構成によれば、反射による光の損失を防止できる。
【００２７】
上記光学素子では、前記電圧印加電極は分離部によって前記複数のセグメント電極に分割されており、前記分離部の幅は、前記分離部上に位置する前記位相変化層の全域が前記セグメント電極の影響を受ける幅であることが好ましい。上記構成によれば、セグメント電極が形成されていない部分を通過した光の位相も制御できるため、位相補正効果が特に高い光学素子が得られる。
【００２８】
上記光学素子では、前記分離部の幅Ｗと前記位相変化層の厚さｄとが、Ｗ≦３ｄの関係を満たすことが好ましい。上記構成によれば、位相補正効果がさらに高い光学素子が得られる。
【００２９】
上記光学素子では、前記電圧印加電極は分離部によって前記複数のセグメント電極に分割されており、前記分離部を通過する光を遮光する遮光膜をさらに備えることが好ましい。上記構成によれば、電界によって制御されていない液晶の部分を通過した光をカットできるため、位相補正効果が特に高い光学素子が得られる。
【００３０】
上記光学素子では、前記遮光膜は金属からなることが好ましい。上記構成によって、遮光効果が高い遮光膜を容易に形成できる。
【００３１】
また、本発明の光ヘッドは、光記録媒体に記録された情報を光によって読み出す光ヘッドであって、光源と、前記光記録媒体と前記光源との間に配置された光学素子とを含み、前記光学素子は、上記本発明の光学素子であることを特徴とする。上記光ヘッドは本発明の光学素子を含むため、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光ヘッドが得られる。
【００３２】
上記光ヘッドでは、前記光記録媒体と前記光学素子との間に配置されたＮ／４波長板（ただし、Ｎは１以上の奇数）をさらに含むことが好ましい。上記構成によって、光の利用効率が高くなり、信号の記録を行うことが可能になる。
【００３３】
また、本発明の光記録再生装置は、光記録媒体に対して信号の記録または再生（記録および再生を行う場合も含む）を行う光記録再生装置であって、前記光記録媒体に信号の記録または再生を行う光ヘッドを備え、前記光ヘッドは光源と、前記光記録媒体と前記光源との間に配置された光学素子とを含み、前記光学素子は、上記本発明の光学素子であることを特徴とする。上記光記録再生装置は、本発明の光学素子を含むため、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光記録再生装置が得られる。
【００３４】
上記光記録再生装置では、前記光記録媒体と前記光学素子との間に配置されたＮ／４波長板（ただし、Ｎは１以上の奇数）をさらに含むことが好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施形態１）
実施形態１では、本発明の光学素子の一例について説明する。
【００３７】
実施形態１の光学素子１０の斜視図を図１に、光学素子１０の断面図を図２に示す。
【００３８】
図１および図２を参照して、光学素子１０は、第１の基板１１と、第１の基板１１に略平行に配置された第２の基板１２と、第１の基板１１と液晶１７との間に配置された電圧印加電極１３と、電圧印加電極１３に対向するように電圧印加電極に略平行に配置された対向電極１４と、電圧印加電極１３を覆うように形成された透光性樹脂膜１５と、対向電極１４を覆うように形成された透光性樹脂膜１６と、透光性樹脂膜１５および１６の間（電圧印加電極１３と対向電極１４との間）に配置された液晶１７と、液晶１７を囲むように透光性樹脂膜１５および１６の間に配置された封止樹脂１８とを含む。
【００３９】
第１の基板１１および第２の基板１２は、たとえばガラスからなり、透光性である。
【００４０】
電圧印加電極１３は、液晶１７に所望の電圧を印加するための電極である。電圧印加電極１３は、第１の基板１１の内側（液晶１７側）の主面上に形成されている。
【００４１】
対向電極１４は、電圧印加電極１３とともに、液晶１７に所望の電圧を印加するための電極である。対向電極１４は、第２の基板１２の内側（液晶１７側）の主面上に形成されている。対向電極１４は、封止樹脂１８の一部に形成された導電性樹脂（図示せず）を介して、第１の基板１１上に形成された電極１９に接続される。電極１９は、たとえばグランド（ＧＮＤ）に接続される。対向電極１４は、透光性であり、たとえばＩＴＯからなる。なお、対向電極１４は、第２の基板１２の内側の主面のうち、少なくともセグメント電極部１３ａに対向する部分に略均一に形成される。
【００４２】
透光性樹脂膜１５および１６は、液晶１７を所定の方向に配向させるための配向膜であり、たとえばポリビニルアルコール膜からなる。透光性樹脂膜１５または１６をラビング処理することによって、液晶１７を所定の方向に配向させることができる。なお、液晶１７を他の方法（たとえば、斜め蒸着法）によって配向させてもよい。
【００４３】
液晶１７は、入射した光の位相を変化させる位相変化層として機能する。液晶１７は、たとえばネマチック液晶からなる。電圧印加電極１３と対向電極１４との間の電圧差を変化させることによって液晶１７の屈折率を変化させることができ、これによって入射した光の位相を変化させることができる。なお、液晶１７の代わりに、位相変化材料からなる他の位相変化層を用いてもよい（以下の実施形態において同様である）。位相変化材料としては、電圧印加電極１３と対向電極１４との間の電圧差に応じて屈折率や体積（膜厚）が変化する材料を用いることができる。電圧差によって屈折率が変化する材料としては、液晶が挙げられる。また、電圧差によって体積が変化する材料としては、たとえば、ＰＬＺＴ（酸化鉛、ランタン、酸化ジルコニウム、酸化チタンを含むペロブスカイト構造の透明結晶体）が挙げられる。ここで、位相変化層にＰＬＺＴなどの固体を用いる場合には、電圧印加電極１３または対向電極１４のいずれか一方は、位相変化層上に形成すればよい。したがって、この場合には、第１の基板１１または第２の基板１２のいずれかはなくてもよい。したがって、ＰＬＺＴを用いる場合には、素子を薄くすることができる。
【００４４】
封止樹脂１８は、液晶１７を封止するためのものであり、たとえばエポキシ樹脂からなる。
【００４５】
図３に、電圧印加電極１３の平面図を示す。図３を参照して、電圧印加電極１３は、セグメント電極部１３ａと、電圧制御電極１３ｂとを含む。
【００４６】
図３に示すように、セグメント電極部１３ａは、複数のセグメント電極Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥを含む。各セグメント電極Ａ〜Ｅと電圧制御電極１３ｂとは、引き出し線Ｌａ〜Ｌｅによって電気的に接続されている。セグメント電極ＡおよびＥは、略半円状である。セグメント電極Ａとセグメント電極Ｂとをあわせた形は略半円状であり、セグメント電極ＤおよびＥも同様である。また、セグメント電極Ａ〜Ｅをあわせた形は略真円状である。セグメント電極ＡおよびＢとセグメント電極ＤおよびＥとは、セグメント電極Ｃ上に、略対称に配置されている。なお、セグメント電極の形状は、補正する光の収差分布に応じて変化するものであり、図３に示した形状は一例である。
【００４７】
セグメント電極部１３ａは、透光性電極からなり、たとえば、ＩＴＯを用いることができる。電圧制御電極１３ｂは導電性の材料からなる。なお、セグメント電極部１３ａと電圧制御電極１３ｂに同じ材料を用いることによって、電圧印加電極１３を容易に製造できる。
【００４８】
電圧制御電極１３ｂは、外部から印加された電圧を制御してセグメント電極部１３ａに印加する。電圧制御電極１３ｂの所定の位置には、外部から電圧Ｖ１およびＶ２（外部信号Ｖ１およびＶ２）が印加される。図４に電圧制御電極１３ｂの等価回路を示す。ここで、ｒ１は引き出し線ＬａおよびＬｂの間の抵抗、ｒ２は引き出し線ＬｂおよびＬｃの間の抵抗、ｒ３は引き出し線ＬｃおよびＬｄの間の抵抗、ｒ４は引き出し線ＬｄおよびＬｅの間の抵抗である。電圧制御電極１３ｂに印加された電圧Ｖ１およびＶ２は電圧制御電極１３ｂの抵抗によって分圧され、各引き出し線Ｌａ〜Ｌｅに対してＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、ＶｄおよびＶｅの電圧が出力される。出力される電圧Ｖａ〜Ｖｅは、電圧制御電極１３ｂの材料、形状等によって、自由に変化させることができる。なお、液晶１７は非常に小さいコンデンサーとして働くため、液晶１７を駆動するための信号（たとえば、周波数が１ｋＨｚの矩形波）は液晶１７の方にはほとんど流れない。したがって、電圧制御電極１３ｂから出力された電圧Ｖａ〜Ｖｅは、ほとんど変化することなく、セグメント電極部１３ａに印加される。
【００４９】
ここで、液晶１７に加える制御電圧Ｖａ〜Ｖｅ（印加される電圧が、たとえば１ｋＨｚの矩形波である場合には実効値）と、これに対する液晶１７の屈折率の関係とを図５に示す。図５に示すように、液晶１７の屈折率は、制御電圧がある大きさになるまではほとんど変化せず、制御電圧がある閾値を超えると直線的に減少した後、さらにある閾値を超えるとほとんど変化しなくなる。したがって、制御電圧に対して屈折率がほぼ直線的に変化する部分の電圧で液晶１７を制御することによって、セグメント電極を透過する光の位相変化を、印加する電圧によって直線的に変化させることができる。
【００５０】
光学素子１０では、電圧Ｖａ〜Ｖｅが印加されたセグメント電極部１３ａと対向電極１４との間に生じた電圧差の大きさに応じて、液晶１７の屈折率が変化し、光路長が変化する。したがって、電圧Ｖａ〜Ｖｅを変化させることによって液晶１７を透過する光に所望の位相変化を与えることができ、たとえば光記録媒体のチルトによって発生する波面収差を補正できる。
【００５１】
たとえば、チルトが１゜のときに生じる波面収差（図２５参照）を補正するには、セグメント電極Ａ〜Ｅを透過する光の位相変化が、セグメント電極Ａ、セグメント電極Ｂ、セグメント電極Ｃ、セグメント電極Ｄ、セグメント電極Ｅの順に大きくなるようにすればよい。さらに、図２５の波面収差は、中心に対して左右の位相差の絶対値が略等しく符号が逆であるため、セグメント電極Ｃを透過する光の位相変化を基準として、各セグメント電極を透過する光の位相変化が左右で略反対称となるようにすればよい。すなわち、セグメント電極Ａを透過する光の位相変化とセグメント電極Ｃを透過する光の位相変化との差は、セグメント電極Ｅを透過する光の位相変化とセグメント電極Ｃを透過する光の位相変化との差に絶対値が等しく符号が逆であることが好ましい。同様に、セグメント電極Ｂを透過する光の位相変化とセグメント電極Ｃを透過する光の位相変化との差は、セグメント電極Ｄを透過する光の位相変化とセグメント電極Ｃを透過する光の位相変化との差に絶対値が等しく符号が逆であることが好ましい。
【００５２】
上記のようにセグメント電極を透過する光の位相を変化させるためには、セグメント電極Ａ〜Ｅに印加する電圧Ｖａ〜Ｖｅは、Ｖａ＝Ｖｃ＋Ｘ、Ｖｂ＝Ｖｃ＋Ｙ、Ｖｄ＝Ｖｃ−Ｙ、Ｖｅ＝Ｖｃ−Ｘの関係を満たすことが好ましい（ここで、ＸおよびＹはともに正の値で、ＸはＹよりも大きい）。上記関係を成り立たせるためには、図４に示した等価回路において、ｒ１とｒ４とを等しくし、かつｒ２とｒ３とを等しくすればよい。
【００５３】
一例として、電圧印加電極１３にＩＴＯを用い、ｒ１、ｒ２、ｒ３およびｒ４をすべて１ＫΩにする場合を考える。たとえば、１ｍｍ2あたり略３０Ωの抵抗値を有するＩＴＯ膜を用いる場合には、隣接する引き出し線の線間を１００μｍにし、電圧制御電極１３ｂの幅を３．３μｍにすればよい。この状況でＶ１またはＶ２の値を変化させることによって、上記関係を満足したまま、各セグメント電極Ａ〜Ｅに与える印加電圧Ｖａ〜Ｖｅを変化させることができる。
【００５４】
なお、セグメント電極部１３ａの厚さｄaは、ｄa＝（２Ｎa＋１）λ／２ｎa（ただし、λは入射する光の波長、Ｎaは０以上の整数、ｎaは電圧印加電極の屈折率）で表わされる厚さであることが好ましい。セグメント電極部１３ａは、第１の基板１１（屈折率が略１．５）と透光性樹脂膜１５（屈折率が略１．５）とによって挟まれている。したがって、セグメント電極部１３ａにたとえば屈折率が２のＩＴＯを用いる場合には、セグメント電極部１３ａが上記式を満たすことによって、セグメント電極部１３ａが存在していないのと等価となり、セグメント電極部１３ａでの反射を防止することができる。なお、電圧印加電極１３の上下の層の屈折率が異なる場合には、上記式の分母が４ｎaとなるようにすることが好ましい。
【００５５】
また、セグメント電極部１３ａの厚さと同様の理由で、対向電極１４の厚さｄbは、ｄb＝（２Ｎb＋１）λ／２ｎb（ただし、λは入射する光の波長、Ｎbは０以上の整数、ｎbは対向電極の屈折率）で表わされる厚さであることが好ましい。なお、対向電極１４の上下の層の屈折率が異なる場合には、上記式の分母が４ｎbとなるようにすることが好ましい。
【００５６】
次に、図１および図２を参照して、光学素子１０の製造方法の一例について説明する。
【００５７】
光学素子１０を製造する場合、まず、第１の基板１１上に電圧印加電極１３および電極１９を形成する。電圧印加電極１３および電極１９は、たとえばスパッタリング法によってＩＴＯなどの透光性導電膜を形成した後、フォトリソ工程およびエッチング工程によってパターニングすることで形成できる。その後、電圧印加電極１３および電極１９を覆うように透光性樹脂膜１５を、たとえばスピンコート法で形成する。一方、上記工程と並行して、第２の基板１２上に、対向電極１４および透光性樹脂膜１６を形成する。対向電極１４および透光性樹脂膜１６は、電圧印加電極１３および透光性樹脂膜１５と同様の方法で形成できる。その後、上記工程を経た第１の基板１１と第２の基板１２とを、封止樹脂１８を挟んで対向させ、透光性樹脂膜１５および１６の間に液晶１７を封入する。このようにして、光学素子１０を形成できる。
【００５８】
上述したように、実施形態１の光学素子１０では、電圧制御電極１３ｂに印加された電圧Ｖ１およびＶ２が電圧制御電極１３ｂの抵抗によって電圧Ｖａ〜Ｖｅに分圧され、セグメント電極部１３ａの各セグメント電極Ａ〜Ｅに印加される。このため、光学素子１０では、入射した光に対して高い補正効果が得られ、かつ光学素子１０に接続される信号線の数が少ない。したがって、光学素子１０によれば、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光学素子が得られる。
【００５９】
なお、上記実施形態１では、電圧制御電極１３ｂの一例として図３の形状の電圧制御電極１３ｂを示したが、電圧制御電極１３ｂの形状は図３の形状に限定されない。たとえば、電圧制御電極１３ｂは、要求されるｒ１〜ｒ４の抵抗値に応じて、図６または図７に示すような形状であってもよい。図６（ａ）に示す電圧制御電極は、引き出し線Ｌａ−Ｌｂ間およびＬｄ−Ｌｅ間における幅が、引き出し線Ｌｂ−Ｌｄ間における幅よりも狭い。図６（ｂ）に示す電圧制御電極は、引き出し線Ｌａ−Ｌｂ間およびＬｄ−Ｌｅ間における長さが、引き出し線Ｌｂ−Ｌｃ間およびＬｃ−Ｌｄ間における長さよりも長い。図７に示す電圧制御電極は、屈曲した形状を有する。電圧制御電極１３ｂを図６（ａ）または（ｂ）に示す形状にすることによって、ｒ１およびｒ４をｒ２およびｒ３よりも大きくすることができる。また、電圧制御電極１３ｂを図７に示す形状とすることによって、ｒ１〜ｒ４の値を任意に変化させることができる。
【００６０】
また、実施形態１の光学素子１０では、電圧印加電極１３のセグメント電極部１３ａと電圧制御電極１３ｂとが同一の材料で構成されている場合を示したが、必要に応じて、電圧制御電極１３ｂの材料にセグメント電極部１３ａの材料と異なる材料を用いてもよい。さらに、電圧制御電極１３ｂを複数の導電性物質によって構成してもよい。
【００６１】
図８に、電圧制御電極の材料がセグメント電極の材料と異なる場合を示す。図８を参照して、電圧印加電極８０（図３の電圧印加電極１３に対応）は、セグメント電極部８０ａと電圧制御電極８０ｂとを含む。
【００６２】
セグメント電極部８０ａは、透光性電極であり、たとえばＩＴＯを用いることができる。
【００６３】
電圧制御電極８０ｂは、セグメント電極部８０ａと異なる材料で形成され、必要に応じて、たとえばＧｅ、ＴｉまたはＷなどを用いることができる。電圧制御電極８０ｂに高抵抗材料を用いた場合には、電圧制御電極８０ｂに流れる電流を少なくすることができるため、液晶駆動用のＩＣの負担を小さくすることができ、信頼性の高い光学素子が得られる。また、電圧制御電極８０ｂに高抵抗材料を用いた場合には、電圧制御電極８０ｂの幅を細くすることなく所望の抵抗値を得ることができるので光学素子の製造が容易になる。
【００６４】
また、実施形態１では、セグメント電極部１３ａをセグメント電極Ａ〜Ｅに分割する場合を示したが、セグメント電極部１３ａをさらに細かく分割することによって、収差をさらに正確に補正することができる（以下の実施形態においても同様である）。たとえば、図９に示すような３段のパターン（７つのセグメント電極からなる）を有するセグメント電極部１３ａを用いることによって、収差をさらに正確に補正することができる。たとえば、光記録媒体が１゜傾いたときの波面収差（図２５参照）を補正する場合を考えると、補正なしの場合は最良像点での波面収差が８０ｍλであるが、１段のパターン（図２６のパターンであり３つのセグメント電極からなる）を有するセグメント電極部１３ａを用いた場合は補正によって波面収差が６０ｍλに減少する。さらに、２段のパターン（図３のパターンであり５つのセグメント電極からなる）を有するセグメント電極部１３ａを用いて補正を行うと５０ｍλに、３段のパターン（図９のパターンであり７つの電極からなる）での補正を行うと４０ｍλに、波面収差が減少する。なお、実施形態１の光学素子１０では、セグメント電極部１３ａの分割数を増やしても、光学素子１０に入力される外部電圧はＶ１、Ｖ２およびグランドだけであり増加することはない。
【００６５】
また、上記実施形態１では、光記録媒体のチルトによって生じる波面収差を補正する場合の光学素子について説明したが、電圧印加電極の形状を変えることによって、球面収差を補正することもできる。球面収差を補正する場合には、図１０に示すような、同心円状に分割されたセグメント電極を用いればよい（以下の実施形態においても同様である）。
【００６６】
（実施形態２）
実施形態２では、本発明の光学素子について、他の一例を説明する。
【００６７】
実施形態２の光学素子１１０ついて、断面図を図１１に示す。
【００６８】
図１１を参照して、光学素子１１０は、実施形態１で説明した光学素子１０と同様に、第１の基板１１と、第２の基板１２と、電圧印加電極１３と、対向電極１４と、透光性樹脂膜１５および１６と、液晶１７と、封止樹脂１８とを備える。さらに光学素子１１０は、第１の基板１１の外側（液晶１７とは反対側）の主面に形成された反射防止膜１１１と、第１の基板１１と電圧印加電極１３との間に配置された層間反射防止膜１１２と、電圧印加電極１３と透光性樹脂膜１５との間に配置された層間反射防止膜１１３と、対向電極１４と透光性樹脂膜１６との間に配置された層間反射防止膜１１４と、第２の基板１２と透光性樹脂膜１６との間に配置された層間反射防止膜１１５と、第２の基板１２の外側（液晶１７とは反対側）の主面に形成された反射防止膜１１６とを備える。
【００６９】
第１の基板１１、第２の基板１２、電圧印加電極１３、対向電極１４、透光性樹脂膜１５および１６、液晶１７、封止樹脂１８、電極１９については、実施形態１で説明したものと同様であるので重複する説明は省略する。
【００７０】
反射防止膜１１１および１１６と層間反射防止膜１１２〜１１５とは、光学素子１１０を透過する光の反射を防止するために形成される。反射防止膜１１１および１１６と層間反射防止膜１１２〜１１５とは、たとえばスパッタリング法や蒸着法によって形成できる。
【００７１】
ここで、図１２を参照して、一般的な反射防止膜について説明する。図１２に示すように、屈折率がｎ1〜ｎ3の媒質１〜３を光が透過する場合には、媒質２の膜厚をＬとすると、媒質２の膜厚Ｌが、Ｌ＝（２Ｎ2＋１）λ／４ｎ2（ただし、λは透過する光の波長、Ｎ2は０以上の整数、ｎ2は媒質２の屈折率）の関係を満たす場合に、媒質２での反射率が最小となる。また、媒質２の屈折率ｎ2を、媒質１の屈折率ｎ1と媒質３の屈折率ｎ3との幾何平均（ｎ1とｎ3との積の平方根）に近づけると、媒質２での反射率をさらに減少させることができる。
【００７２】
したがって、反射防止膜１１１および１１６並びに層間反射防止膜１１２〜１１５には、上記膜厚および屈折率の関係を満たすような膜を用いることが好ましい。
【００７３】
ここで、反射防止膜１１１および１１６の屈折率について考えると、空気の屈折率は１であり、第１の基板１１および第２の基板１２の屈折率がたとえば１．５である場合（たとえば、第１の基板１１および第２の基板１２に通常のガラスを用いた場合）には、反射防止膜の屈折率は１．２２に近いことが好ましい。したがって、反射防止膜１１１および１１６には、屈折率が１．２２に近い、フッ化マグネシウム（屈折率１．３８）などを用いることができる。
【００７４】
次に、層間反射防止膜１１２および１１５の屈折率について考えると、たとえば、第１の基板１１および第２の基板１２の屈折率が１．５であり、電圧印加電極１３および対向電極１４の屈折率が２（たとえば、電圧印加電極１３および対向電極１４にＩＴＯを用いた場合）である場合には、層間反射防止膜１１２および１１５の屈折率は、１．７３に近いことが好ましい。したがって、層間反射防止膜１１２および１１５には、屈折率が１．７３に近いアルミナ（屈折率１．６８）などを用いることができる。
【００７５】
同様に、層間反射防止膜１１３および１１４の屈折率について考えると、たとえば、電圧印加電極１３および対向電極１４の屈折率が２であり、透光性樹脂膜１５および１６の屈折率が１．５（たとえば、透光性樹脂膜１５および１６がポリビニルアルコール膜である場合）である場合、層間反射防止膜１１３および１１４の屈折率が１．７３に近いことが好ましい。したがって、層間反射防止膜１１３および１１４には、屈折率が１．７３に近いアルミナなどを用いることができる。なお、透光性樹脂膜１５および１６の屈折率と、液晶１７の屈折率とは略等しいため、透光性樹脂膜１５および１６と液晶１７との間での反射は考慮する必要がない。
【００７６】
なお、上記反射防止膜の屈折率や材料は一例であり、光学素子１１０に用いられる材料や透過する光の波長によって、反射防止膜として最適な屈折率や膜厚が変化することはいうまでもない。
【００７７】
さらに、反射防止膜１１１および１１６と層間反射防止膜１１２〜１１５とは、単層でなくともよく、屈折率が異なる複数の薄膜を積層したものでもよい。複数の薄膜からなる反射防止膜を用いることによって、反射率をより低減することができる。
【００７８】
上記実施形態２の光学素子１１０では、実施形態１の光学素子１０と同様の効果が得られる。さらに、光学素子１１０では、反射防止膜１１１および１１６と、層間反射防止膜１１２〜１１５とが形成されているため、入射した光が光学素子１１０の表面および内部で反射することによって減衰することを防止できる。
【００７９】
（実施形態３）
実施形態３では、本発明の光学素子について、その他の一例を説明する。
【００８０】
実施形態３の光学素子１３０ついて、断面図を図１３に示す。
【００８１】
図１３を参照して、光学素子１３０は、第１の基板１１と、第１の基板１１に略平行に配置された第２の基板１２と、第１の基板１１と液晶１７との間に配置された電圧印加電極１３１と、電圧印加電極１３１に対向するように電圧印加電極に略平行に配置された対向電極１４と、電圧印加電極１３１を覆うように形成された透光性樹脂膜１５と、対向電極１４を覆うように形成された透光性樹脂膜１６と、透光性樹脂膜１５および１６の間（電圧印加電極１３１と対向電極１４との間）に配置された液晶１７と、液晶１７を囲むように透光性樹脂膜１５および１６の間に配置された封止樹脂１８とを含む。
【００８２】
なお、電圧印加電極１３１を除く部分については、実施形態１の光学素子１０と同様であるので、重複する説明を省略する。
【００８３】
電圧印加電極１３１の一部平面図を、図１４に示す。また、図１４には、液晶の配向方向、入射光の偏光方向および光記録媒体のラジアル方向についても示している。なお、図１４では、引き出し電極の表示を省略しているが、引き出し電極としては、図３に示したような電極を用いることができる。
【００８４】
電圧印加電極１３１は、液晶１７に所望の電圧を印加し、これによって液晶１７を通過する光の位相を制御するための電極である。電圧印加電極１３１は、分離部１３２によって複数のセグメント電極１３３ａ〜ｅに分割されている。セグメント電極１３３ａ〜ｅは、透光性電極であり、たとえば、ＩＴＯを用いることができる。なお、セグメント電極の形状は、補正する光の収差分布に応じて変えることが好ましく、図１４に示した形状は一例である。
【００８５】
分離部１３２の幅Ｗは、分離部１３２上に位置する液晶（位相変化層）１７の全域においてセグメント電極の影響を受ける幅である。すなわち、分離部１３２の幅Ｗは、あるセグメント電極から影響を受ける液晶１７と、そのセグメント電極に隣接するのセグメントから影響を受ける液晶１７とが接する幅以下の距離である。具体的には、第１の基板１１に垂直な方向の液晶１７の厚さをｄ（図１３参照）としたときに、幅Ｗと厚さｄとがＷ≦３ｄ以下の関係を満たすことが好ましく、Ｗ≦２ｄの関係を満たすことが特に好ましい。幅Ｗは、たとえば１μｍ以上１５μｍ以下である。
【００８６】
次に、分離部１３２上の液晶１７の挙動について詳細に説明する。通常、対向する２枚の電極の端部では、電界は電極のない空間にも拡がって分布する。このような状態を、図１５に模式的に示す。対向する２枚の半無限の電極を備える平行平板コンデンサーの場合、電極の端部からの距離（図１５のＸ軸方向の距離）と、その電位（平行平板コンデンサの絶縁効果）との関係は、等角写像を用いることにより解明できる（「電磁気学」、朝倉書店発行、藤本三治著や「電磁気学演習」、共立出版発行、後藤憲一、山崎修一郎著参照）。ここで、電界の大きさは電位の微分係数であるので、電位を電極間方向（図１５のＹ軸方向）に微分することによって、対向する２枚の半無限の平行平板コンデンサーにおける、電極の端部からの距離と、電極に垂直な方向の電界との関係を求めることができる。このようにして計算した結果を、図１６に示す。図１６において、横軸は、電極端部からのＸ軸方向の距離を表しており、対向する２枚の電極間の距離を１として規格化した値である。また、横軸の０は電極の端であり、ｘの値が大きくなるほど電極から離れた位置を表している。一方、Ｙ軸は、電極間の電界強度を１００としたときのＹ軸方向の電界強度を示している。
【００８７】
図１６から、電極が無い部分にも電界が漏れ出しており、電極間の距離と同じ距離だけ離れたところ（ｘ＝１）では、電極間の電界（ｙ＝１００）のほぼ２０％の電界が生じていることがわかる。したがって、実際の光学素子においても、この電界によって、分離部１３２上に位置する液晶の屈折率は変化する。なお、セグメント電極は分離部１３２の両隣にあるので分離部１３２の直下の液晶は両隣のセグメント電極から漏れ出す電界の影響を受けることになる。ここで、図１６には、２枚の電極がともに半無限の場合の計算結果を示しているが、実際の光学素子では、セグメント電極が半無限であり、対向電極は無限として考えなければならない。そして、この場合には、電気力線が無限の電極（対向電極）の裏側に回り込むことがないので半無限の電極からのある距離での電界強度は、図１６に示したものより大きくなると考えられる。したがって、電極間の距離だけ離れた場所（ｘ＝１）での電界は電極端部からかなり漏れ出していると考えられる。
【００８８】
実際に、液晶の厚さｄを５μｍとし、分離部１３２の幅Ｗを１０μｍ（２ｄ）として、図１４に示した電圧印加電極１３１を備える光学素子を試作した。そして、この光学素子を用いた光ヘッド（図１８参照）で収差補正を行った。光記録媒体が１°傾いた場合、収差補正を行わないとジッタは２０％以上であるが、上記光学素子を用いて収差補正を行うとジッタは７．５％になった。ここで、光記録媒体が傾いていないときのジッタは６．６％であったので、光記録媒体が傾いたことによって生じるコマ収差は、上記光学素子によってほぼ完全に補正されたと考えられる。したがって、分離部１３２上の液晶は、隣り合うセグメント電極から漏れだした電界によってほぼ最適な屈折率になったと考えられる。
【００８９】
ここで、図１６から、ｘ＝１．５の位置（分離部はセグメントが両隣にあるので分離部の幅Ｗが液晶の厚さｄの３倍のとき）における電界の大きさは、ｘ＝１の位置（分離部の幅Ｗが液晶の厚さｄの２倍）の時の２／３程度である。分離部の幅Ｗが液晶の厚さｄの２倍のときに収差補正がほぼ完全に行われたことを考慮すると、分離部の幅Ｗが液晶ｄの厚さの３倍まで広がったとしても、分離部上に漏れ出す電界によって収差補正が十分に可能であると考えられる。
【００９０】
次に、光学素子の光透過率について検討する。セグメント電極のすべてに同一の電圧を印加した場合、セグメント電極の影響を受ける部分の液晶の屈折率と、セグメント電極の影響を受けない部分の液晶の屈折率とは異なる。このため、入射した光の一部が回折され、光学素子の光透過率が低下してしまう。このような場合でも、上記実施形態の光学素子によれば、セグメント電極部上に位置する液晶のすべてがセグメント電極の影響を受けるため、光透過率の低下が小さい。実際に、光学素子１３０について、セグメント電極すべてを３Ｖとし、対向電極を０Ｖとして光透過率を測定した。その結果、液晶の厚さｄが５μｍで分離部の幅Ｗが１０μｍの場合には、光学素子の光透過率は９１％であった。また、液晶の厚さｄが５μｍで分離部の幅Ｗが５μｍの場合には、光学素子の光透過率は９７％であった。光透過率については、分離部の面積に依存するので一概にはいえないが、上記結果より、液晶の厚さｄと分離部の幅Ｗは、Ｗ≦ｄの関係を満たすことが好ましいことがわかった。
【００９１】
以上のように、光学素子１３０では、セグメント電極１３３ａ〜ｅと、対向電極１４との電圧差を制御することによって、液晶１７の屈折率を各領域で変化させることができる。したがって、光学素子１３０では、液晶１７の所望の位置の光路長を変化させることができる。ここで、図１４に示すように、光学素子１３０に入射する光の偏光方向と、液晶１７の配向方向と、光記録媒体のラジアル方向とは略平行である。したがって、光記録媒体が傾くことによって図２５に示すような位相分布（コマ収差）が生じた場合であっても、各セグメント電極１３３ａ〜ｅに印加する電圧を制御することによって、図２５に示された位相分布と逆の極性を有する位相分布を入射光に与えてコマ収差を補正できる。
【００９２】
特に、光学素子１３０では、分離部１３２の幅Ｗは、分離部１３２上に位置する液晶（位相変化層）１７の全域においてセグメント電極の影響を受ける幅であるため、分離部１３２上の液晶１７を通過した光も位相が制御される。したがって、光学素子１３０によれば、入射した光に対する補正効果が特に高い光学素子が得られる。また、上記光学素子１３０では、分離部１３２の幅を必要以上に狭くしなくても十分な補正効果が得られるため、歩留まりよく安価に製造できる光学素子が得られる。
【００９３】
なお、図１４に示した電圧印加電極１３１の形状は一例であり、分離部の幅Ｗが所定値以下であれば、他の形状の電極を用いることができる。
【００９４】
また、光学素子１３０に、実施形態１で説明した電圧制御電極や、実施形態２で説明した反射防止膜を形成してもよい。
【００９５】
（実施形態４）
実施形態４では、本発明の光学素子について、さらにその他の一例を説明する。
【００９６】
実施形態４の光学素子１７０について、断面図を図１７（ａ）に示す。
【００９７】
図１７（ａ）を参照して、光学素子１７０は、第１の基板１１と、第１の基板１１に略平行に配置された第２の基板１２と、第１の基板１１と液晶１７との間に配置された電圧印加電極１７１と、電圧印加電極１７１に対向するように電圧印加電極１７１に略平行に配置された対向電極１４と、電圧印加電極１７１を覆うように形成された透光性樹脂膜１５と、対向電極１４を覆うように形成された透光性樹脂膜１６と、透光性樹脂膜１５および１６の間（電圧印加電極１７１と対向電極１４との間）に配置された液晶１７と、液晶１７を囲むように透光性樹脂膜１５および１６の間に配置された封止樹脂１８と、第１の基板１１の外側（液晶１７が存在しない側）の主面上に形成された遮光膜１７２とを備える。
【００９８】
なお、電圧印加電極１７１および遮光膜１７２を除く部分については、実施形態１の光学素子１０と同様であるので、重複する説明を省略する。
【００９９】
電圧印加電極１７１は、液晶１７に所望の電圧を印加し、これによって液晶１７を通過する光の位相を制御するための電極である。電圧印加電極１７１は、図１４の電圧印加電極１３１と同様に分離部によって複数の複数のセグメント電極に分割されていが、電圧印加電極１７１では分離部の幅が広くてもよい。各セグメント電極は、透光性電極であり、たとえば、ＩＴＯを用いることができる。
【０１００】
遮光膜１７２は、入射した光の一部を遮光する膜である。遮光膜１７２には、たとえば金属を用いることができ、具体的にはたとえば膜厚が１００ｎｍのアルミニウム膜などを用いることができる。なお、図１７（ａ）では、遮光膜１７２が第１の基板１１上に形成される場合を示したが、遮光膜１７２が第２の基板１２上に形成されてもよい。遮光膜１７２は、たとえば、金属薄膜を蒸着したのち、フォトリソ工程およびエッチング工程で不要な部分の金属を除去することによって形成できる。
【０１０１】
遮光膜１７２について、一例の平面図を図１７（ｂ）に示す。なお、図１７（ｂ）に示した遮光膜１７２は、電圧印加電極１７１が図１４の電圧印加電極１３１と類似のパターン（分離部の幅は異なる）である場合のものである。
【０１０２】
図１７（ｂ）を参照して、遮光膜１７２は、分離部に対応する位置に形成されている。すなわち、遮光膜１７２は、光学素子１７０に入射した光のうち分離部を透過する光の光路上に設けられている。
【０１０３】
実施形態３で説明したように、電圧印加電極の分離部の幅が広い場合には、分離部上の液晶１７の制御が十分ではないため、この部分を透過した光は位相が十分に制御されず、収差補正が不十分となってしまう。これにたいし、光学素子１７０では、制御されていない位相を持った光を遮光膜１７２で遮光するため、最適な位相をもった光のみが光学素子１７０を透過し、十分な収差補正を行うことができる。
【０１０４】
実際に、分離部の幅が広い電圧印加電極１７１と遮光膜１７２とを備える光学素子１７０において、チルト１゜の場合に収差補正を行うとジッタは８％であり、良好な結果が得られた。一方、同様の場合に収差補正を行わなかった場合には、ジッタが２０％であった。このように、光学素子１７０によって、高い収差補正効果が得られることがわかった。
【０１０５】
以上のように、実施形態４の光学素子１７０では、電圧印加電極１７１の分離部を通る光のすべてを遮光することによって、収差補正効果が良好な光学素子が得られる。また、光学素子１７０では、分離部の幅を広げることができるため、低コストで歩留まりよく容易に光学素子を製造することができる。
【０１０６】
なお、遮光膜１７２は、セグメント電極の分離部を通る光のすべてを遮光するものであってもよいし、上記光の一部のみを遮光するものであってもよい。すなわち、実施形態３で説明したように分離部上の液晶１７はセグメント電極から漏れ出す電界の影響を受けるため、電界の影響を受けない部分を通る光のみを遮光することによって収差補正を十分に行うことができる。分離部を通る光の一部のみを遮光する場合は、利用できる光の量が増えるため、ジッタをさらに良くすることができる。
【０１０７】
なお、図１７（ｂ）に示した遮光膜１７２の形状は一例であり、遮光膜１７２の形状は、セグメント電極の分離部の形状に応じて変化する。
【０１０８】
また、光学素子１７０に、実施形態１で説明した電圧制御電極や、実施形態２で説明した反射防止膜を形成してもよい。
【０１０９】
（実施形態５）
実施形態５では、実施形態１ないし４のいずれかで説明した本発明の光学素子を用いた光ヘッドについて説明する。
【０１１０】
実施形態５の光ヘッド１８０の構成を、図１８に模式的に示す。
【０１１１】
図１８を参照して、光ヘッド１８０は、光源１８１と、回折格子１８２と、コリメータレンズ１８３と、光学素子１８４と、対物レンズ１８５と、チルトセンサー１８６と、光検出器１８７および１８８とを備える。
【０１１２】
光源１８１は、たとえば半導体レーザ素子を含み、光記録媒体１８９の記録層に対して記録再生用のコヒーレント光を出射する。
【０１１３】
回折格子１８２は、ガラス表面にフォトリソグラフィーを用いて所望のパターンのフォトレジストを形成した後、エッチングによって形成されたグレーティングである。回折格子１８２は、０次回折効率がほぼ５０％で、±１次回折効率がほぼ５０％である。すなわち、回折格子１８２は、光記録媒体１８９からの反射光を、光源１８１から出射された光の光路から分離する分離手段として機能する。
【０１１４】
コリメータレンズ１８３と対物レンズ１８５とは、集光光学系を構成する。
【０１１５】
光学素子１８４には、実施形態１ないし４のいずれかで説明した本発明の光学素子が用いられる。すなわち、光学素子１８４は、電圧印加電極の各セグメント電極に異なる電圧を印加することによって、液晶の屈折率を部分的に変化させ、収差補正を行う素子である。
【０１１６】
対物レンズ１８５は光記録媒体１８９の記録層に光を集光するレンズである。
【０１１７】
チルトセンサー１８６は、光記録媒体１８９のチルト角を検出する。そして、チルトセンサー１８６は、光記録媒体１８９のチルト角に応じた信号を光学素子制御回路１９０に出力する。
【０１１８】
光学素子制御回路１９０は、チルトセンサー１８６から出力された信号に応じて光学素子１８４に電気信号（たとえば、図３のＶ１およびＶ２）を印加する回路である。
【０１１９】
光検出器１８７は、光記録媒体１８９の記録層で反射された光のうち回折格子１８２で回折された＋１次光を受光して電気信号に変換する。
【０１２０】
光検出器１８８は、光記録媒体１８９の記録層で反射された光のうち回折格子１８２で回折された−１次光を受光して電気信号に変換する。
【０１２１】
光ヘッド１８０の機能について、図１８を参照して説明する。光源１８１から出射された直線偏光の一部は、回折格子１８２を透過してコリメータレンズ１８３に入射する。コリメータレンズ１８３に入射した光は、コリメータレンズ１８３によって略平行光となって光学素子１８４に入射する。
【０１２２】
ここで、光記録媒体１８９が光軸に対して垂直から傾いていると、その傾き量（チルト角）に応じて波面収差を補正するための信号がチルトセンサー１８６から出力され、その信号は光学素子制御回路１９０に入力される。光学素子制御回路１９０は、チルトによって生じた波面収差を補正するために必要な信号を光学素子１８４に出力する。したがって、光学素子１８４に入射した光には、光記録媒体１８９のチルトによって生じる波面収差を補正するような位相変化が与えられる。
【０１２３】
光学素子１８４を透過した光は、対物レンズ１８５によって光記録媒体１８９上に集光される。光記録媒体１８９に集光された光には、波面収差を補正するような位相変化が光学素子１８４によって与えられているため、光記録媒体１８９上では収差のない、すなわち回折限界まで絞られた光スポットが形成される。
【０１２４】
光記録媒体１８９によって反射された光は光記録媒体１８９の傾きに応じた波面収差を有する光になるが、光学素子１８４によって再び波面収差が補正される。
【０１２５】
光記録媒体１８９によって反射され光学素子１８４を透過した光は、コリメータレンズ１８３を透過し、回折格子１８２により回折される。回折格子１８２によって回折された回折光のうち、＋１次光は光検出器１８７に入射し、−１次光は光検出器１８８に入射する。
【０１２６】
光検出器１８７は、光記録媒体１８９上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号と、光の照射位置を示すトラッキング誤差信号とを出力する。フォーカス誤差信号は、フォーカス制御手段（図示せず）に出力される。フォーカス制御手段は、フォーカス誤差信号に基づいて、光が常に合焦状態で光記録媒体１８９上に集光されるように対物レンズ１８５の位置をその光軸方向に制御する。トラッキング誤差信号は、トラッキング制御手段（図示せず）に入力される。トラッキング制御手段は、トラッキング誤差信号に基づいて、光記録媒体１８９上の所望のトラックに光が集光されるように、対物レンズ１８５の位置を制御する。
【０１２７】
光検出器１８８は、光記録媒体１８９に記録された記録情報を検出する。
【０１２８】
次に、光学素子１８４が実施形態１または２で説明した光学素子である場合の光学素子制御回路１９０について説明する。この場合の光学素子制御回路１９０の回路図を、図１９に示す。光学素子制御回路１９０は、信号源１９１および１９２、オペアンプ１９３、遅延回路１９４およびスイッチ１９５を備える。
【０１２９】
信号源１９１および１９２は、光学素子１８４の電圧制御電極へ電気信号を出力する。信号源１９１および１９２によって出力される電気信号は、電圧制御電極に印加される電圧Ｖ１およびＶ２に応じて変化する。オペアンプ１９３は、ゲインが可変である。遅延回路１９４は、Ｖ１の位相とＶ２の位相とが同相になるように、信号源１９２からの信号の位相を調整する。スイッチ１９５は、信号源１９１および１９２から出力された電気信号を電圧制御電極に印加される電圧Ｖ１またはＶ２に振り分ける。スイッチ１９５によって、電圧Ｖ１またはＶ２に対応する信号源１９１または１９２を切り替えることができる。
【０１３０】
光記録媒体１８９のチルトによって生じる波面収差を補正する際に、光記録媒体１８９のチルトの方向が同じで大きさだけ変化した場合は、オペアンプ１９３のゲインを変えることによって波面収差を補正できる。また、光記録媒体１８９の反りの方向が逆になった場合は、スイッチ１９５によって、Ｖ１およびＶ２に対応する信号源１９１または１９２を切り替え、さらにオペアンプ１９３のゲインを必要に応じて変化させることによって、波面収差を補正できる。
【０１３１】
ここで、光ヘッド１８０において、実施形態１の光学素子１０を用いて波面収差の補正を行った場合と行わなかった場合のジッタの測定結果を、図２０に示す。図２０から明らかなように、光学素子１８４を用いて波面収差の補正を行うことによって、ジッタマージンを大きくすることができる。
【０１３２】
以上説明したように、実施形態５の光ヘッド１８０は、本発明の光学素子を含むため、光記録媒体に記録された信号を信頼性よく読み出すことができる光ヘッドが得られる。また、光ヘッド１８０では、本発明の光学素子を用いることによってジッタマージンまたはチルトマージンが大きくなるため、製造が容易で低コストな光ヘッドが得られる。
【０１３３】
さらに、実施形態１または２の光学素子を用いた場合には、光学素子１８４に外部から加える信号数を減少させることができるため、収差を補正することができ小型で製造が容易な光ヘッドが得られる。
【０１３４】
（実施形態６）
実施形態６では、本発明の光ヘッドについて、他の一例を説明する。
【０１３５】
実施形態６の光ヘッド１８０ａについて、構成を図２１に模式的に示す。
【０１３６】
図２１を参照して、光ヘッド１８０ａは、光源１８１と、コリメータレンズ１８３と、光学素子１８４と、対物レンズ１８５と、チルトセンサー１８６と、光検出器１８７および１８８と、偏光ホログラム２１１と、１／４波長板２１２とを備える。偏光ホログラム２１１は、光源１８１とコリメータレンズ１８３との間に配置される。また、１／４波長板２１２は、光学素子１８４と光記録媒体１８９との間に配置される。
【０１３７】
偏光ホログラム２１１および１／４波長板２１２を除く部分については、実施形態５で説明したものと同様であるので、重複する説明は省略する。なお、光学素子１８４は、実施形態１ないし４のいずれかに記載の光学素子である。
【０１３８】
偏光ホログラム２１１は、異常光線についてはそのまま透過させ、常光線に対しては回折格子として機能する光学素子である。偏光ホログラム２１１は、たとえば、複屈折を有するニオブ酸リチウム基板の一部をプロトン交換し、そのプロトン交換部をエッチングすることによって形成できる（特開平６−２７３２２号公報参照）。
【０１３９】
１／４波長板２１２は、光源１８１から出射される直線偏光の光を円偏光に変換すると共に、光記録媒体１３９の記録層で反射された光を上記直線偏光の光とは異なる方向の直線偏光に変換する非線形光学素子である。１／４波長板２１２は、たとえば水晶からなる。なお、１／４波長板の代わりに、Ｎ／４波長板（Ｎは３以上の奇数）を用いてもよい。
【０１４０】
図２１を参照して、光ヘッド１８０ａの動作について説明する。光源１８１から出射された直線偏光の光は、偏光ホログラム２１１をそのままの状態で透過しコリメータレンズ１８３に入射し、コリメータレンズ１８３によって平行光にされて、光学素子１８４に入射する。ここで、光記録媒体１８９が光軸に対して垂直から傾いていると、その傾き量（チルト角）に応じた信号がチルトセンサー１８６から出力され、その出力信号は光学素子制御回路１９０に入力される。光学素子制御回路１９０は、上記出力信号に基づいて、光記録媒体１８９が傾いたときに生じる波面収差を補正するために必要な信号を光学素子１８４に出力する。このようにして、光学素子１８４に入力された光は、光記録媒体１８９のチルトによって生じる波面収差を補正するように位相が制御される。
【０１４１】
光学素子１８４を透過した光は、１／４波長板２１２に入射され、その偏光状態は直線偏光から円偏光に変換される。この円偏光の光は対物レンズ１８５によって光記録媒体１８９上に集光され、反射される。ここで、光記録媒体１８９が傾いた時に生じる波面収差を補正する波面収差を有する光が、対物レンズ１８５で集光されるので、光記録媒体１８９上では収差のない、すなわち回折限界まで絞られた光スポットが形成される。
【０１４２】
光記録媒体１８９によって反射された光は、対物レンズ１８５を透過し、１／４波長板２１２に入射する。１／４波長板２１２に入射した光は、１／４波長板２１２によって円偏光から直線偏光に変換される。１／４波長板２１２を通過した直線偏光は、光源１８１から出射される直線偏光と直交する直線偏光となる。この直線偏光の光は、光学素子１８４およびコリメータレンズ１８３を透過し、偏光ホログラム２１１によってほぼ１００％回折される。そして、回折の＋１次光は光検出器１８７に入射され、回折の−１次光は光検出器１８８に入射される。
【０１４３】
光検出器１８７および光検出器１８８、ならびにフォーカス制御手段（図示せず）の機能については、実施形態５で説明したものと同様であるため、重複する説明は省略する。
【０１４４】
上記のように、偏光光学系を用いると、光源１８１から出射される光の利用効率が高くなり、書き換え可能な光記録媒体に信号の記録および再生をすることが容易になる。
【０１４５】
次に、収差を補正する光学素子１８４の位置について説明する。光学素子の液晶１７は１軸性複屈折であるため、図１４に示すように、収差を補正するためには光学素子１８４に液晶１７の配向方向と略平行な直線偏光が入射されねばならない。光学素子１８４が１／４波長板２１２と光記録媒体１８９との間に配置された場合には、複屈折板として作用する液晶１７を有する光学素子１８４に円偏光の光が入射することになるので、光学素子１８４を透過した後の偏光状態が液晶１７のリターデーションに応じて直線偏光から円偏光の任意の状態をとることになる。その結果、最悪の場合には、光記録媒体１８９で反射された光が光源１８１から出射される光と同じ偏光状態で偏光ホログラム２１１に入射することになる。この場合には、光検出器１８７および１８８に光が全く入らなくなるため、光記録媒体１８９に記録された情報信号を再生できなくなる。したがって、光学素子１８４は、光源１８１と１／４波長板２１２との間に配置されることが必要である。いいかえれば、１／４波長板２１２は、光学素子１８４と光記録媒体１８９との間に配置されることが必要である。
【０１４６】
実施形態６の光学ヘッド１８０ａでは、実施形態５で説明した光学ヘッド１８０と同様の効果が得られる。さらに、光学ヘッド１８０ａは、１／４波長板２１２を光学素子１８４と光記録媒体１８９との間に配置することによって、光の利用効率を高めることができ、書き換え可能な光記録媒体の記録再生が容易となる。
【０１４７】
（実施形態７）
実施形態７では、本発明の光記録再生装置について、一例を説明する。実施形態７の光記録再生装置は、光記録媒体に対して、信号の記録または再生（記録および再生を行ってもよい）を行う装置である。
【０１４８】
図２２に、実施形態７の光記録再生装置２２０の構成を模式的に示す。光記録再生装置２２０は、光ヘッド１８０と、光学素子制御回路１９０と、モータ２２１と、処理回路２２２とを備える。光ヘッド１８０は、実施形態５で説明したものであり、実施形態１ないし４のいずれかで説明した本発明の光学素子１８４を備える。なお、光ヘッド１８０の代わりに光ヘッド１８０ａを用いてもよい。
【０１４９】
光ヘッド１８０および光学素子制御回路１９０については、実施形態５で説明したものと同様であるため、重複する説明は省略する。
【０１５０】
次に、光記録再生装置２２０の動作について説明する。まず、光記録再生装置２２０に光記録媒体１８９がセットされると、処理回路２２２はモータ２２１を回転させる信号を出力し、モータ２２１を回転させる。次に、処理回路２２２は、光源１８１を駆動して光を出射させる。光源１８１から出射された光は、光記録媒体１８９で反射され、光検出器１８７および１８８に入射する。光検出器１８７は、光記録媒体１８９上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号と、光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を処理回路２２２に出力する。これらの信号に基づき、処理回路２２２は対物レンズ１８５を制御する信号を出力し、これによって光源１８１から出射された光を光記録媒体１８９上の所望のトラック上に集光させる。また、処理回路２２２は、光検出器１８８から出力される信号に基づいて、光記録媒体１８９に記録されている情報を再生する。
【０１５１】
次に、光記録媒体１８９が傾いているときの制御について説明する。光記録媒体１８９が傾いている場合には、光記録媒体１８９の傾きに応じた信号がチルトセンサー１８６によって処理回路２２２に出力される。処理回路２２２は、入力された信号に応じて光学素子制御回路１９０を駆動し、これによって、光記録媒体１８９のチルトによって生じるコマ収差を補正するために必要な制御信号が、光学素子制御回路１９０から光学素子１８４に出力される（詳細については、実施形態５または６参照）。このようにして、光記録媒体１８９が傾いても、光記録媒体１８９に記録された情報信号は、正しく再生される。
【０１５２】
実施形態７の光記録再生装置２２０では、本発明の光学素子によって光記録媒体のチルトによって生じたコマ収差を補正する。したがって、光記録再生装置２２０によれば、光記録媒体に記録された情報信号を信頼性よく再生できる光記録再生装置が得られる。また、本発明の光学素子を用いることによって光記録媒体１８９の傾きに対する許容度が大きくなるため、製造が安価かつ容易な光記録再生装置が得られる。
【０１５３】
なお、上記実施形態では情報信号の再生について述べたが、情報信号を記録する場合でも、再生と同様に光学素子の制御が行われるため、信頼性よく情報信号を記録することができる。
【０１５４】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づく他の実施形態に適用することができる。
【０１５５】
たとえば、上記実施形態では、ラジアルチルトの補正について述べたが、セグメント電極のパターンを９０度回転させて用いることによってタンジェンシャルチルトの補正を行うことができる。さらに、２種類の光学素子を用いることによって、ラジアルチルトおよびタンジェンシャルチルトの両方を補正することができる。
【０１５６】
また、上記実施形態では、コリメータレンズと対物レンズとの間の平行系中に本発明の光学素子を配置した場合を示したが、光源とコリメータレンズとの間の発散系中に配置してもよい。
【０１５７】
また、上記実施形態では、無限系の光ヘッドを示したが、コリメータレンズを用いない有限系の光ヘッドであってもよい。
【０１５８】
また、上記実施形態では、光記録媒体に記録された情報の再生時にチルトセンサーによって検出されたチルト量を用いて波面収差の補正を行っている場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、再生前にあらかじめトラック位置とチルト量との関係を学習して、学習したチルト量から各トラック位置での波面収差を補正してもよい。
【０１５９】
また、上記実施形態では、光記録媒体からの反射光を回折格子などによって光源からの光路と分離して光検出器に入射させているが、ハーフミラー等の光学素子を用いて光源からの光路と分離して光検出器に入射させてもよい。
【０１６０】
また、上記実施形態では、光のみによって情報を記録する光記録媒体について述べたが、光および磁気によって情報を記録する光磁気記録媒体についても、本発明の光学素子を用いれば同様の効果が得られることはいうまでもない。
【０１６１】
また、上記実施形態では、光記録媒体が光ディスクである場合について説明したが、カード状の光記録媒体など、類似の機能を実現する光学的情報記録再生装置に適用することができる。
【０１６２】
また、上記実施形態１または２の光学素子において、電圧制御電極にトランジスタを接続し、外部からの電圧を昇圧してもよい。また、電圧制御電極に位相遅延回路を接続して電圧印加電極に印加する電圧の位相を変化させてもよい。
【０１６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学素子、光ヘッドまたは光記録再生装置によれば、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光学素子、光ヘッドまたは光記録再生装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光学素子について一例を示す斜視図である。
【図２】 本発明の光学素子について一例を示す断面図である。
【図３】 本発明の光学素子について電圧印加電極の一例を示す平面図である。
【図４】 本発明の光学素子について電圧制御電極の等価回路を示す回路図である。
【図５】 本発明の光学素子について液晶の屈折率と制御電圧との関係を示すグラフである。
【図６】 本発明の光学素子について、電圧制御電極の他の例を示す平面図である。
【図７】 本発明の光学素子について電圧制御電極のその他の一例を示す平面図である。
【図８】 本発明の光学素子について電圧印加電極の他の一例を示す平面図である。
【図９】 本発明の光学素子についてセグメント電極の一例を示す平面図である。
【図１０】 本発明の光学素子についてセグメント電極の他の一例を示す平面図である。
【図１１】 本発明の光学素子について他の一例を示す断面図である。
【図１２】 本発明の光学素子について反射防止膜の機能を説明する模式図である。
【図１３】 本発明の光学素子についてその他の一例を示す断面図である。
【図１４】 本発明の光学素子について電圧印加電極の一例を示す平面図である。
【図１５】 本発明の光学素子について機能を説明するための図である。
【図１６】 本発明の光学素子について機能を説明するためのグラフである。
【図１７】 本発明の光学素子についてさらにその他の一例を示す断面図である。
【図１８】 本発明の光ヘッドについて一例を示す模式図である。
【図１９】 本発明の光ヘッドに用いられる光学素子制御回路を示す回路図である。
【図２０】 本発明の光ヘッドについて収差補正の効果を示すグラフである。
【図２１】 本発明の光ヘッドについて他の一例を示す模式図である。
【図２２】 本発明の光記録再生装置について一例を示す模式図である。
【図２３】 従来の光ヘッドについて一例を示す模式図である。
【図２４】 従来の光学素子についてセグメント電極の一例を示す模式図である。
【図２５】 チルト角が１゜の場合における波面収差の一例を示すグラフである。
【図２６】 従来の光学素子について電圧印加電極の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０、１１０、１３０、１７０ 光学素子
１１ 第１の基板
１２ 第２の基板
１３、８０、１３１、１７１ 電圧印加電極
１３ａ、８０ａ セグメント電極部
１３ｂ、８０ｂ 電圧制御電極
１４ 対向電極
１７ 液晶（位相変化層）
１１１、１１６ 反射防止膜
１１２、１１３、１１４、１１５ 層間反射防止膜
１３２ 分離部
１７２ 遮光膜
１８０、１８０ａ 光ヘッド
１８１ 光源
１８４ 光学素子
１８６ チルトセンサー
１８９ 光記録媒体
２１２ １／４波長板
２２０ 光記録再生装置
２２１ モータ
２２２ 処理回路
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、１３３ａ〜ｅ セグメント電極
Ｖ１、Ｖ２、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅ 電圧
ｄ 液晶の厚さ
Ｗ 分離部の幅
Claims (17)
- 複数のセグメント電極を備える電圧印加電極と、
前記電圧印加電極に対向するように前記電圧印加電極に略平行に配置された対向電極と、
前記電圧印加電極と前記対向電極との間に配置された位相変化材料からなる位相変化層とを含み、
前記電圧印加電極は導電性物質からなる電圧制御電極をさらに含み、
前記電圧制御電極は、外部から印加された電圧を、前記導電性物質の抵抗によって分圧して前記複数のセグメント電極に印加し、
前記電圧印加電極と前記対向電極との間の電圧差を変化させることによって、前記位相変化層に入射した光の位相を変化させる光学素子であって、
前記電圧制御電極は、前記位相変化層と重ならない位置に配置されているとともに、前記複数のセグメント電極は、略対称に配置された複数の半円状の電極を含むことを特徴とする光学素子。 - 複数のセグメント電極を備える電圧印加電極と、
前記電圧印加電極に対向するように前記電圧印加電極に略平行に配置された対向電極と、
前記電圧印加電極と前記対向電極との間に配置された位相変化材料からなる位相変化層とを含み、
前記電圧印加電極は導電性物質からなる電圧制御電極をさらに含み、
前記電圧制御電極は、外部から印加された電圧を、前記導電性物質の抵抗によって分圧して前記複数のセグメント電極に印加し、
前記電圧印加電極と前記対向電極との間の電圧差を変化させることによって、前記位相変化層に入射した光の位相を変化させる光学素子であって、
前記電圧制御電極は、前記位相変化層と重ならない位置に配置されているとともに、前記複数のセグメント電極は、同心円状に分割された複数の電極を含むことを特徴とする光学素子。 - 前記位相変化材料が、前記電圧差によって屈折率が変化する材料である請求項１または２に記載の光学素子。
- 前記位相変化材料が液晶である請求項３に記載の光学素子。
- 前記位相変化材料が、前記電圧差によって体積が変化する材料である請求項１または２に記載の光学素子。
- 前記位相変化材料がＰＬＺＴである請求項５に記載の光学素子。
- 前記電圧印加電極の厚さｄaが、ｄa＝（２Ｎa＋１）λ／２ｎa（ただし、λは入射する光の波長、Ｎaは０以上の整数、ｎaは前記電圧印加電極の屈折率）で表わされる厚さである請求項１ないし６のいずれかに記載の光学素子。
- 前記対向電極の厚さｄbが、ｄb＝（２Ｎb＋１）λ／２ｎb（ただし、λは入射する光の波長、Ｎbは０以上の整数、ｎbは前記対向電極の屈折率）で表わされる厚さである請求項１ないし６のいずれかに記載の光学素子。
- 入射した光の反射を防止する反射防止膜をさらに含む請求項１ないし６のいずれかに記載の光学素子。
- 前記電圧印加電極は分離部によって前記複数のセグメント電極に分割されており、
前記分離部の幅は、前記分離部上に位置する前記位相変化層の全域が前記セグメント電極の影響を受ける幅である請求項１ないし６のいずれかに記載の光学素子。 - 前記分離部の幅Ｗと前記位相変化層の厚さｄとが、Ｗ≦３ｄの関係を満たす請求項１０に記載の光学素子。
- 前記電圧印加電極は分離部によって前記複数のセグメント電極に分割されており、
前記分離部を通過する光を遮光する遮光膜をさらに備える請求項１ないし６のいずれかに記載の光学素子。 - 前記遮光膜は金属からなる請求項１２に記載の光学素子。
- 光記録媒体に記録された情報を光によって読み出す光ヘッドであって、
光源と、前記光記録媒体と前記光源との間に配置された光学素子とを含み、
前記光学素子は、請求項１ないし１３のいずれかに記載の光学素子であることを特徴とする光ヘッド。 - 前記光記録媒体と前記光学素子との間に配置されたＮ／４波長板（ただし、Ｎは１以上の奇数）をさらに含む請求項１４に記載の光ヘッド。
- 光記録媒体に対して信号の記録または再生を行う光記録再生装置であって、
前記光記録媒体に信号の記録または再生を行う光ヘッドを備え、
前記光ヘッドは光源と、前記光記録媒体と前記光源との間に配置された光学素子とを含み、
前記光学素子は、請求項１ないし１３のいずれかに記載の光学素子であることを特徴とする光記録再生装置。 - 前記光記録媒体と前記光学素子との間に配置されたＮ／４波長板（ただし、Ｎは１以上の奇数）をさらに含む請求項１６に記載の光記録再生装置。
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