JP4714054B2 - 光ピックアップ装置及び液晶光学素子 - Google Patents

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Description

本発明は、光ピックアップ装置及び液晶光学素子に関し、特に収差補正機能とｎλ／４板としての機能を有する液晶光学素子及びそのような液晶光学素子を有する光ピックアップ装置に関する。
１／４波長板として作用する液晶パネルにおいて、液晶分子の長軸の方向とガラス基板とのなす角度（プレチルド角）だけ、液晶パネルを光軸に対して傾けて配置する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。このように、液晶パネルを傾けて配置すると、液晶分子の長軸方向が光軸と垂直に交わるようにすることができるので、完全な１／４波長板として機能させることができる。
３枚のガラス基板で２つの液晶層を構成し、１つの液晶層を収差補正用とし、他方の液晶層を１／４波長板用とし、収差補正用の液晶層のラビング方向に対して、ラビング方向を４５度傾けて配置した液晶パネルを、光軸に対して垂直に配置させることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３１４２２５１号公報（第３頁、第２図） 特開２００１−３４９９６号公報（第２９頁、第２１図）
収差補正用の液晶パネルを光軸に対して垂直に配置すると、光源からの光が収差補正用の液晶パネル自体で光源側に反射し、光同士が干渉し合ってノイズが発生し、光源からの出射光の強度が一定にならなくなるという問題がある。したがって、収差補正用の液晶パネルは光軸に対して所定の角度を有して傾ける必要がある。また、収差補正用の液晶パネルを傾ける場合には、収差補正用の液晶パネルのラビング方向（液晶分子の長軸方向）と垂直な方向に傾ける必要がある。このような方向に傾けないと、収差補正用の液晶パネルが偏向方向を回転させてしまい、収差補正用の液晶パネルが有効光束中の光に対して同じように機能しなくなってしまう。
また、λ／４板用の液晶パネルでは、液晶分子の長軸方向と、透明ガラス基板と平行な方向との間にプレチルト角が与えられているので、プレチルト角を０度とするようにλ／４板用の液晶パネルを傾けて使用しないと、入射角依存性によって、正確なλ／４板として機能しないという問題がある。
収差補正用の液晶パネルと、収差補正用の液晶パネルのラビング方向に対してラビング方向を４５度傾けて配置したλ／４板用の液晶パネルと、を一体化させた液晶光学素子を傾けようとすれば、当然ながら、収差補正用の液晶パネルとλ／４板用の液晶パネルは同じ方向に傾くこととなる。しかしながら、収差補正用の液晶パネルのラビング方向と、λ／４板用の液晶パネルのプレチルト角を０度とする方向は同一方向とはなりえないので、収差補正用の液晶パネルとλ／４板用の液晶パネルとを一体化した液晶光学素子を光ピックアップ装置で傾けて利用することができなかった。なお、収差補正用の液晶パネルのラビング方向と、λ／４板用の液晶パネルのラビング方向を４５度に設定するのは、収差補正用の液晶パネルを通過した所定の直線偏光をほぼ完全な円偏光とするためである。
そこで、本発明は、上記問題点を解消することを可能とする液晶光学素子及び光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、収差補正用の液晶パネルとλ／４板用の液晶パネルとを一体化した液晶光学素子を傾けて配置した光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
本願発明に係る光ピックアップ装置は、光ビームを出射する光源と、第１のラビング方向を有し収差補正を行うための第１液晶層及び第２のラビング方向を有する第２液晶層が一体的に構成され、光ビームの光軸に対して所定の傾き角度を持って配置される液晶光学素子と、第２液晶層を通過する光ビームの位相量を制御するために第２液晶層に電位差を発生させるための透明電極と、液晶光学素子を通過した光ビームを集光するための対物レンズとを有し、第１のラビング方向と第２のラビング方向のなす角度が傾き角度に応じて、ｎλ／４板として機能するように決定されることを特徴とする。
また、本願発明に係る光ピックアップ装置では、第２の液晶層の第２のラビング方向が、液晶光学素子の傾き角度及び電位差に応じて、ｎλ／４板として機能するように決定されることが好ましい。
さらに、本願発明に係る光ピックアップ装置は、第２の液晶層の第２のラビング方向が、液晶光学素子の傾き角度、電位差及び動作温度範囲に応じて、ｎλ／４板として機能するように決定されることが好ましい。
本願発明に係る液晶光学素子は、第１のラビング方向を有し且つ収差補正を行うための第１液晶層と、第２のラビング方向を有し且つ第１液晶層と一体的に構成された第２液晶層と、第２液晶層を通過する光ビームの位相量を制御するために第２液晶層に電位差を発生させるための透明電極とを有し、第１のラビング方向と第２のラビング方向のなす角度が、傾き角度に応じて、ｎλ／４板として機能するように決定されることを特徴とする。
また、本願発明に係る液晶光学素子では、第１のラビング方向と第２のラビング方向のなす角度が、傾き角度及び電位差に応じて、ｎλ／４板として機能するように決定されることが好ましい。
さらに、本願発明に係る光ピックアップ装置及び液晶光学素子では、第１液晶層は、コマ収差、球面収差又は非点収差の補正を行うことが好ましい。
さらに、本願発明に係る光ピックアップ装置及び液晶光学素子では、３枚の透明基板間に、第１液晶層及び第２液晶層が配置されていることが好ましい。
本発明によれば、収差補正用の液晶パネルとｎλ／４板用の液晶パネルとを一体化させた液晶光学素子を用いることができるので、収差補正用の液晶パネルとｎλ／４板用の液晶パネルとを設置する手間を１回ですますことが可能となった。
また、本発明によれば、収差補正用の液晶パネルとｎλ／４板用の液晶パネルとを一体化させた液晶光学素子を用いて、収差補正用の液晶パネルによる反射を防止し且つ正確なｎλ／４板用として機能させることが可能となった。
さらに、本発明によれば、傾き角度α等に基づいて、ｎλ／４板用の液晶パネルが最適な動作を行えるような第１の液晶層のラビング方向と第２の液晶層のラビング方向のなす角度ψを決定することが可能となった。
以下図面を参照して、本発明に係る光ピックアップ装置及び液晶光学素子について説明する。
図１は、本発明に係る光ピックアップ装置及び液晶光学素子を含む光学装置１の概略構成図である。
光学装置１は、光ピックアップ装置１０、コネクタ２０及び駆動装置３０から構成され、ＤＶＤ及びＣＤ等の記録媒体４との間でデータの書き込み及び読み出しを行うための装置である。
光ピックアップ装置１０において、半導体レーザ等から構成される光源１１から出射された光ビーム（６５０ｎｍ）は、コリメータレンズ１２によって、ほぼ平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ１３を通過した後、液晶光学素子１００に入射される。液晶光学素子１００を通過した光は、対物レンズ１４（開口率ＮＡ＝０．６５）により記録媒体４のトラック面上に集光される。なお、図１に示すように、光ビームは、有効径２及び光軸３を有している。また、対物レンズ１４によって集光されたスポットが正確にトラック面上に位置するように、サーボ機構１５によって対物レンズ１４のトラッキングサーボ制御がなされる。
記録媒体４のトラックから反射された光ビームは、再び対物レンズ１４、液晶光学素子１００を通過し、偏光ビームスプリッタ１３により光路を変更され、集光レンズ１６を介して受光器１７上に集光される。光ビームは、記録媒体４から反射される際に、記録媒体４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。
駆動装置３０は、光源１１を駆動するための光源駆動回路３２、受光器１７からの受光信号に基づいて光強度信号（ＲＦ）を出力する信号発生回路３３、液晶光学素子１００を駆動するための液晶光学素子駆動回路３４、サーボ駆動機構１５を駆動するためのサーボ駆動回路３５、記録媒体４を回転させるためのディスクモータ３６、ディスクモータ３６を駆動するためのモータ駆動回路３７、及びＲＡＭ、ＲＯＭ及びＣＰＵ等を含み全体制御を行うための制御部３１等を有している。
液晶光学素子１００は、後述するように、収差補正板として機能する第１の液晶層１１０とｎλ／４板として機能する第２の液晶層１２０とが一体化した構成を有しており、液晶光学素子駆動回路３４から供給される供給電圧に応じて駆動される。なお、液晶光学素子駆動回路３４は、後述する液晶光学素子１００に配置されるようにしても良い。
制御部３１は、記録媒体４をディスクモータ３６によって回転させ、光源駆動回路３２及びサーボ駆動回路３５を制御しながら、信号発生回路３３が発生する光強度信号に基づいて、記録媒体４に記録されている情報の読み出しを行う。
また、制御部３１は、書込みを行うためのデータ信号に応じて光源１１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４を照射する。書込みが行われる記録媒体４のトラック面上では、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、データが書込まれる。なお、光ビームの強度変調は、光源駆動回路３２によって、光源１１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。
なお、光ピックアップ装置１０と駆動装置３０とは、コネクタ２０によって接続されている。
図２は、液晶光学素子１００の概略構成を示す図である。
図２（ａ）は液晶光学素子１００の断面図を示し、図２（ｂ）は出射側から観察した液晶光学素子１００の平面図を示している。
図２（ａ）に示すように、液晶光学素子１００は、第１の透明基板１０１、第２の透明基板１０２及び第３の透明基板１０３を重ね合わせた構成を有しており、第１及び第２の透明基板１０１及び１０２間に収差補正板として機能する第１の液晶層１１０と、第２及び第３の透明基板１０２及び１０３間にｎλ／４板として機能する第２の液晶層１２０とを有している。
また、第１の液晶層１１０及び第２の液晶層１２０には、フレキシブル基板１４０を通じて、個別に液晶光学素子駆動回路３４からの所定の電圧が印加されるように構成されている。
第１の液晶層１１０は、シール材１３０及び封止材１３２によって、第１及び第２の透明基板１０１及び１０２間に封入されている。また、第２の液晶層１２０は、シール材１３１及び封止材１３３によって、第２及び第３の透明基板１０２及び１０３間に封入されている。
液晶光学素子１００において、図２（ｂ）に示すように、第１の液晶層１１０のラビング方向１１１と第２の液晶層１２０のラビング方向１２１とは、角度ψに設定されている。角度ψの決定方法等については後述する。
また、図２に示すように、液晶光学素子１００を基準に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を設けた。したがって、Ｚ軸は、第１の透明基板１０１の上面に対して垂直な方向を示している。本願発明における光ピックアップ装置では、光源１１から出射された光ビームが、液晶光学素子１００で光源１１側に反射することを防止するために、液晶光学素子１００を光軸３（入射光方向と同一方向）に対して角度αだけ傾けて取り付けられる。また、液晶光学素子１００を光ピックアップ装置１０に取付ける角度αは予め定められているものとする。
収差補正板として機能する第１の液晶層１１０を傾ける場合、そのラビング方向１１１と垂直方向に液晶層を傾けないと、収差補正用の液晶パネルに入射した直線偏光が楕円偏光となってしまう。したがって、本実施形態では、第１の液晶層１１０のラビング方向１１１をＸ軸と平行とした場合、Ｙ軸を中心としてＸ軸を図中右に倒すようにして液晶光学素子１００を角度αだけ傾けた。角度αは、第１の液晶層１１０のプレチルト角と同じ角度くらい、例えば３度程度であり、その方向は第１の液晶層１１０のプレチルト角を打ち消す方向であることが好ましい。即ち、入射光と平行な光軸３とＺ軸とのなす角が、角度αである。また、図２（ａ）の場合では、図中右側に液晶光学素子１００を傾けたが、図中左側に傾けるようにしても良い。なお、便宜上、液晶光学素子１００を図中右側に傾ける場合の角度を（＋）、液晶光学素子１００を図中左側に傾ける場合の角度を（−）とする。
図３は、液晶光学素子１００の構成を説明するための概略断面図である。
図３における矢印の示す方向は、光源１１から出射された光ビームの方向を示している。なお、説明の便宜上、各要素は誇張して図示されており、実際の厚さの比とは異なる。
第１の透明基板１０１の第２の透明基板１０２側には、第１の透明電極１５１及び第１の配向膜１５２が形成され、第２の透明基板１０２の第１の透明基板１０１側には、第１の透明対向電極１５４及び第２の配向膜１５３が形成され、前述したように、第１の液晶層１１０はシール材１３０等によって第１及び第２の透明基板１０１及び１０２の間に封入されている。
第２の透明基板１０２の第３の透明基板１０３側には、第２の透明対向電極１５５及び第３の配向膜１５６が形成され、第３の透明基板１０３の第２の透明基板１０２側には、第２の透明電極１５８及び第４の配向膜１５７が形成され、前述したように、第２の液晶層１２０はシール材１３１等によって第２及び第３の透明基板１０２及び１０３の間に封入されている。
第１の液晶層１１０及び第２の液晶層１２０は製造上、量産性が向上することから、同じ液晶を同じ層厚として用いた。また、第１の液晶層１１０及び第２の液晶層１２０は、ホモジニアス配向（水平配向）とした。さらに、第１の液晶層１１０及び第２の液晶層１２０に用いた液晶材料は、ポジ型のネマチック液晶であり、Δｎは０．２１、比誘電率は６．９、層厚は６．０μｍとした。
なお、第１の液晶層１１０が十分な位相量を得るためには液晶材料の屈折率は０．１５以上であることが好ましく、屈折率は高いほど良いが、０．３０以下であることが好ましい。収差補正とｎλ／４板として機能するためには、所定の総位相量が必要だからである。また、第１の液晶層１１０及び第２の液晶層１２０の層厚を薄くしすぎると製造上問題が生じ易く、層厚を厚くしすぎると液晶の応答速度が遅くなることから、第１液晶層１１０及び第２液晶層１２０の層厚は、３μｍ以上、７μｍ以下であることが好ましい。
図２及び図３では、液晶光学素子１００は、３枚の透明ガラス基板間に２つの液晶層を形成するようにして構成したが、２枚の透明ガラス基板間にそれぞれ液晶層を形成したものを接着剤等によって一体化させるようにして構成しても良い。
図４は、各液晶層のラビング方向と液晶光学素子の傾きとの関係を示す図である。
図４（ａ）は液晶光学素子１００のＺ軸が光軸と平行に配置された場合（傾けない場合）を示しており、図４（ｂ）は液晶光学素子１００を図２に示すように角度αだけ傾けた場合を示している。
図４（ａ）において、４００は、Ｘ−Ｙ平面を示しており、４０１は、ｎλ／４板として機能する第２の液晶層１２０における液晶分子の長軸方向を示している。即ち、角度αは、液晶光学素子１００の傾き角度を示しており、角度θは、第２の液晶層１２０のプレチルト角を示しており、角度ψは、第１の液晶層１１０のラビング方向１１１と第２の液晶層１２０のラビング方向１２１とのなす角度を示している。
液晶光学素子１００を角度αだけ傾けた場合、第２の液晶層１２０のプレチルト角θは、光軸３に対して、図４（ｂ）に示すようになる。
通常、光源１１から出射され、偏光ビームスプリッタ１３を通過した所定の直線偏光を、ｎλ／４板として機能する第２の液晶層１２０でほぼ完全な円偏光とするために、第１の液晶層１１０のラビング方向１１１と第２の液晶層１２０のラビング方向１２１とのなす角度は４５度に設定される。しかしながら、本発明に係る液晶光学素子１００では、後述する方法により角度ψを決定した。これは、反射防止等のために、第１の液晶層１１０のラビング方向１１１と垂直方向に角度αだけ液晶光学素子１００を傾けることとなり、第２の液晶層１２０のプレチルト角θも図４（ｂ）に示すように、傾き角度αによって相殺されることはない。したがって、第１の液晶層１１０のラビング方向１１１と第２の液晶層１２０のラビング方向１２１のなす角度ψは、必ずしも４５度ではなく、より好ましい結果を得られる角度に設定されるべきであることによる。
図５は、第１の透明電極の電極パターンの一例及び、その機能を説明するための図である。
図５（ａ）は第１の透明電極１５１に形成される球面収差補正用の透明電極パターンを示し、図５（ｂ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンに印加される電圧例を示し、図５（ｃ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンによって改善される球面収差例を示している。
ところで、記録媒体４のトラック面上の光透過保護層の厚みムラ等によって、対物レンズ１４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。このような、対物レンズ１４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１４の入射瞳位置で換算した球面収差の一例は、図５（ｂ）の５２０のようになる。
図５（ａ）では、有効径２の範囲内に９つの同心円状の電極パターン５０１〜５０９が設けられている。各領域には、図５（ｂ）に示すような電圧５１０が印加されている。図５（ａ）に示すような第１の透明電極１５１の透明電極パターンに図５（ｂ）に示すような電圧５１０が印加されると、第１の対向透明電極１５４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５２０が、図５（ｃ）に示す球面収差５３０のように補正される。なお、第１の透明電極１５１の透明電極パターンへは、フレキシブル基板１４０を通じて電圧が印加される。
なお、本実施形態では、第１の液晶層１１０によって、球面収差を補正するように構成したが、球面収差以外には、後述するように、コマ収差又は非点収差を補正するように構成することもできる。
図６は、第２の透明電極の電極パターンの一例を示す図である。
円形の透明電極パターン５５０は、第２の透明電極１５８に形成されており、第２の透明対向電極１５５との間に電位差を生じさせることによって、第２の液晶層１２０をｎλ／４板として機能させるためのものである。なお、透明電極パターン５５０は、光ビームの有効径２を含むような大きさであれば、形状は円形に限られない。また、第２の透明電極１５８の透明電極パターンへは、フレキシブル基板１４０を通じて電圧が印加される。
図７は、第２の液晶層の第２の透明電極１５８と第２の透明対向電極１５５との間に発生する電位差と、第２の液晶層を通過した光ビームの位相量との関係を示した図である。
図７は、６５０ｎｍの光源を利用し、ホモジニアス配向でポジ型のネマチック液晶（Δｎ：０．２１、比誘電率：６．９）を利用した厚さ６．０μｍの第２の液晶層１２０を用いた場合の測定値である。図７において、曲線Ｌ１は周囲温度が２５℃の場合を示している。
曲線Ｌ１が示すように、第２の液晶層１２０が所謂λ／４板（即ち、（１／２）λ±（ｎ／４）λ板）として機能するのは（λ＝６５０ｎｍ）、７λ／４板として機能する電位差Ｖ１、５λ／４板として機能する電位差Ｖ２、３λ／４板として機能する電位差Ｖ３となる。なお、第２の液晶層１２０への印加電圧を高くすれば、λ／４板として機能する電位差も利用できる可能性があるが、携帯小型装置で利用される場合の最大の電位差は５Ｖ程度と考えられるため、図７では電位差５Ｖまでの値を示している。
利用する光源波長と、第２の液晶層１２０の構成から、液晶光学素子１００を動作させる諸条件に照らし合わせて、第２の液晶層をどのｎλ／４板として機能させるかを決定することができる。
図８〜図１３は、傾き角度αを＋０．５度〜＋３．０度まで０．５度間隔で変化させた場合のそれぞれについて、角度ψと楕円率との関係を示した図である。
測定においては、図７の曲線Ｌ１（周囲温度２５℃）を利用して印加する電位差を決定し、第２の液晶層を７λ／４、５λ／４及び３λ／４板として機能させ、角度ψを４１度から４９度まで、１度単位で変化させて、楕円率を測定した。楕円率の測定は、周囲温度２５℃において、回転検光子方式によって、液晶光学素子１００を通過する光ビーム（６５０ｎｍ）、を偏光板を回転させながら光量計によって光量比を測定することによって行った。また、測定においては、特別に、第１の液晶層に対して第２の液晶層が回転可能に設けられている素子を作成して測定を行った。さらに、第１及び第２の液晶層として、ホモジニアス配向でポジ型のネマチック液晶（Δｎ：０．２１、比誘電率：６．９）を利用した厚さ６．０μｍの液晶層を用いた（図７における第２の液晶層と同じ構成）。
なお、ｎλ／４板として良好に機能するためには、楕円率が０．９５以上であることが望ましい。
図８は、角度αが＋０．５度の場合における、角度ψと楕円率を示した図である。
図８において、曲線Ｍ１０は第２の液晶層１２０を７λ／４として機能させた場合、曲線Ｍ１１は第２の液晶層１２０を５λ／４として機能させた場合、曲線Ｍ１２は第２の液晶層１２０を３λ／４として機能させた場合を示している。なお、角度αのプラス及びマイナスは、図２（ａ）と同様の方向を示している。
図８に示すように、第２の液晶層１２０を７λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４４度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４３〜４５において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。また、第２の液晶層１２０を５λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４４度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４３〜４５において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。さらに、第２の液晶層１２０を３λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４５度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４４〜４６において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。
図９は、角度αが＋１．０度の場合における、角度ψと楕円率を示した図である。
図９において、曲線Ｍ２０は第２の液晶層１２０を７λ／４として機能させた場合、曲線Ｍ２１は第２の液晶層１２０を５λ／４として機能させた場合、曲線Ｍ２２は第２の液晶層１２０を３λ／４として機能させた場合を示している。なお、角度αのプラス及びマイナスは、図２（ａ）と同様の方向を示している。
図９に示すように、第２の液晶層１２０を７λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４４度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４３〜４５において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。また、第２の液晶層１２０を５λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４４度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４３〜４５において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。さらに、第２の液晶層１２０を３λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４５度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４４〜４６において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。
図１０は、角度αが＋１．５度の場合における、角度ψと楕円率を示した図である。
図１０において、曲線Ｍ３０は第２の液晶層１２０を７λ／４として機能させた場合、曲線Ｍ３１は第２の液晶層１２０を５λ／４として機能させた場合、曲線Ｍ３２は第２の液晶層１２０を３λ／４として機能させた場合を示している。なお、角度αのプラス及びマイナスは、図２（ａ）と同様の方向を示している。
図１０に示すように、第２の液晶層１２０を７λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４４度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４３〜４５において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。また、第２の液晶層１２０を５λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４４度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４３〜４５において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。さらに、第２の液晶層１２０を３λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４６度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４５〜４７において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。
図１１は、角度αが＋２．０度の場合における、角度ψと楕円率を示した図である。
図１１において、曲線Ｍ４０は第２の液晶層１２０を７λ／４として機能させた場合、曲線Ｍ４１は第２の液晶層１２０を５λ／４として機能させた場合、曲線Ｍ４２は第２の液晶層１２０を３λ／４として機能させた場合を示している。なお、角度αのプラス及びマイナスは、図２（ａ）と同様の方向を示している。
図１１に示すように、第２の液晶層１２０を７λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４４度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４３〜４５において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。また、第２の液晶層１２０を５λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４４度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４３〜４５において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。さらに、第２の液晶層１２０を３λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４６度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４５〜４７において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。
図１２は、角度αが＋２．５度の場合における、角度ψと楕円率を示した図である。
図１２において、曲線Ｍ５０は第２の液晶層１２０を７λ／４として機能させた場合、曲線Ｍ５１は第２の液晶層１２０を５λ／４として機能させた場合、曲線Ｍ５２は第２の液晶層１２０を３λ／４として機能させた場合を示している。なお、角度αのプラス及びマイナスは、図２（ａ）と同様の方向を示している。
図１２に示すように、第２の液晶層１２０を７λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４４度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４３〜４５において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。また、第２の液晶層１２０を５λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４３度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４２〜４４において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。さらに、第２の液晶層１２０を３λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４７度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４６〜４８において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。
図１３は、角度αが＋３．０度の場合における、角度ψと楕円率を示した図である。
図１３において、曲線Ｍ６０は第２の液晶層１２０を７λ／４として機能させた場合、曲線Ｍ６１は第２の液晶層１２０を５λ／４として機能させた場合、曲線Ｍ６２は第２の液晶層１２０を３λ／４として機能させた場合を示している。なお、角度αのプラス及びマイナスは、図２（ａ）と同様の方向を示している。
図１３に示すように、第２の液晶層１２０を７λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４４度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４３〜４５において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。また、第２の液晶層１２０を５λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４３度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４２〜４４において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。さらに、第２の液晶層１２０を３λ／４板として機能させた場合には、角度ψが４７度のとき、第２の液晶層１２０は最も良好な所謂λ／４板として機能し、角度ψが４６〜４８において、良好に所謂λ／４板として機能することが理解できる。
図１４は、角度ψを決定する手順を示したフロー図である。
最初に、液晶光学素子１００を光ピックアップ装置１０に取付ける角度α（図２及び図４参照）を設定する（Ｓ１）。
次に、液晶光学素子１００に供給可能な供給電圧の最大値、即ち第２の液晶層における第２の透明電極１５８と第２の透明対向電極１５５との間に発生可能な電位差の最大値を設定する（Ｓ２）。
なお、角度α及び最大電位差は、液晶光学素子の仕様として予め設定されることとなる。
次に、Ｓ２で設定された、最大電位差に基づいて、ｎλ／４のｎをどのように設定するかを決定する（Ｓ３）。例えば、図７に示す例では、最大電位差が２．５[Vrms]の場合、ｎ＝５、即ち、第２の液晶層１２０を５λ／４板として機能させることに決定される。なお、最大電位差に基づいて、複数のｎが選択されても良い。
次に、Ｓ３で決定されたｎλ／４のｎと、Ｓ１で設定されている角度αから、角度ψを決定して（Ｓ４）、一連の手順を終了する。例えば、角度αが＋１．５度に設定されている場合、図１０を利用して、５λ／４として機能するための最良の角度ψは、４４度となる。
図１４の手順によって決定された角度ψ（例えば、４４度）に合わせて、第２の液晶層１２０のラビング方向１２１を設定して第２の液晶層１２０を含む液晶光学素子１００を製造すれば、液晶光学素子１００を光ピックアップ装置１０に角度α（＋１．５度）で傾けて取付けた場合に、良好な、所謂λ／４板として機能させることができる。
なお、図７〜図１３の例は、所定の光源波長の場合の、所定の液晶層について、電位差と楕円率、角度αに対する角度ψと楕円率との関係をまとめたものである。実際に第２の液晶層を設計する場合には、製造する液晶層に対応した、電位差と楕円率、角度ψと楕円率との関係をまとめたデータに基づいて、図１４に示す手順に従って、角度α及び最大電位差に応じて、最適な角度ψを求めることとなる。なお、上記の説明では、周囲温度２５℃のときの液晶光学素子１００の構成について説明したが、本発明に係る液晶光学素子１００は、例え温度が周囲温度２５℃から変化したとしても、角度αに基づき設定した角度ψを変えず、温度変化に応じた第１及び第２の液晶層１１０、１２０の電圧制御を行えば、目的のｎλ／４板として機能させることが可能である。
図１５は、第１の透明電極の電極パターンの他の例及び、その機能を説明するための図である。
図１５（ａ）は第１の透明電極１５１に形成されるコマ収差補正用の透明電極パターンを示し、図１５（ｂ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンに印加される電圧例を示し、図１５（ｃ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンによって改善されるコマ収差例を示している。
ところで、記録媒体４への読取り又は書込みを行う光ピックアップ装置１０では、図１に示すように、光源１１からの光ビームをコリメータレンズ１２によってほぼ平行光に変換し、対物レンズ１４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１４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。対物レンズ１４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１４の入射瞳位置で換算すると、図１５（ｂ）に示すようなコマ収差６２０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。
図１５（ａ）では、有効径２の範囲内に図示ずるような電極パターン６０１〜６０５が設けられている。各領域には、図１５（ｂ）に示すような電圧６１０が印加されている。図１５（ａ）に示すような第１の透明電極１５１の透明電極パターンに図１５（ｂ）に示すような電圧６１０が印加されると、第１の対向透明電極１５４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の基板中に生じるコマ収差６２０が、図１５（ｃ）に示すコマ収差６３０のように補正される。なお、第１の透明電極１５１の透明電極パターンへは、フレキシブル基板１４０を通じて電圧が印加される。
図１６は、第１の透明電極の電極パターンの更に他の例及び、その機能を説明するための図である。
図１６（ａ）は第１の透明電極１５１に形成される非点収差補正用の透明電極パターンを示し、図１６（ｂ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンのＹ軸方向に印加される電圧例を示し、図１６（ｃ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンによって改善されるＹ軸方向の非点収差例を示している。また、図１７（ａ）は図１６（ａ）に示す透明電極パターンを９０度回転させた場合を示し、図１７（ｂ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンのＸ軸方向に印加される電圧例を示し、図１７（ｃ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンによって改善されるＸ軸方向の非点収差例を示している。
ところで、記録媒体４への読取り又は書込みを行う光ピックアップ装置１０では、光源１１からの光ビームには、半導体レーザ等の非点隔差の問題から、Ｙ軸方向では図１６（ｂ）に示すような非点収差７２０を生じ、Ｘ軸方向では図１７（ｂ）に示すような非点収差７２２を生じ、図記録媒体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。
図１６（ａ）又は図１７（ａ）では、有効径２の範囲内に図示ずるような電極パターン７０１〜７０９が設けられている。各領域には、図１６（ｂ）に示すような電圧７１０及び図１７（ｂ）に示すような電圧７１２が印加されている。図１６（ａ）又は図１７（ａ）に示すような第１の透明電極１５１の透明電極パターンに図１６（ｂ）に示すような電圧７１０及び図１７（ｂ）に示す電圧７１２が印加されると、第１の対向透明電極１５４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Ｙ軸方向の非点収差７２０及びＸ軸方向の非点収差７２２が、図１６（ｃ）に示す非点収差７３０及び図１７（ｃ）に示す非点収差７３２のように補正される。なお、第１の透明電極１５１の透明電極パターンへは、フレキシブル基板１４０を通じて電圧が印加される。
本発明に係る光ピックアップ装置及び液晶光学素子を含む光学装置１の概略構成図である。 （ａ）は液晶光学素子１００の断面図を示し、（ｂ）は出射側から観察した液晶光学素子１００の平面図である。 液晶光学素子１００の構成を説明するための概略断面図である。 （ａ）は液晶光学素子１００のＺ軸が光軸と平行に配置された場合（傾けない場合）を示し、（ｂ）は液晶光学素子１００を図２に示すように角度αだけ傾けた場合を示す図である。 （ａ）は第１の透明電極１５１に形成される球面収差補正用の透明電極パターンを示し、（ｂ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンに印加される電圧例を示し、（ｃ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンによって改善される球面収差例を示す図である。 第２の透明電極の電極パターンの一例を示す図である。 電位差と楕円率との関係を示した図である。 角度αが＋０．５度の場合の角度ψと楕円率との関係を示した図である。 角度αが＋１．０度の場合の角度ψと楕円率との関係を示した図である。 角度αが＋１．５度の場合の角度ψと楕円率との関係を示した図である。 角度αが＋２．０度の場合の角度ψと楕円率との関係を示した図である。 角度αが＋２．５度の場合の角度ψと楕円率との関係を示した図である。 角度αが＋３．０度の場合の角度ψと楕円率との関係を示した図である。 角度ψを決定する手順を示した図である。 （ａ）は第１の透明電極１５１に形成されるコマ収差補正用の透明電極パターンを示し、（ｂ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンに印加される電圧例を示し、（ｃ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンによって改善されるコマ収差例を示す図である。 （ａ）は第１の透明電極１５１に形成される非点収差補正用の透明電極パターンを示し、（ｂ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンのＹ軸方向に印加される電圧例を示し、（ｃ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンによって改善されるＹ軸方向の非点収差例を示す図である。 （ａ）は第１の透明電極１５１に形成される非点収差補正用の透明電極パターンを示し、（ｂ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンのＸ軸方向に印加される電圧例を示し、（ｃ）は第１の透明電極１５１の透明電極パターンによって改善されるＸ軸方向の非点収差例を示す図である。
符号の説明
１０ 光ピックアップ装置
１１ 光源
１４ 対物レンズ
１８ サーミスタ
３４ 液晶光学素子駆動回路
３１ 制御部
１００ 液晶光学素子
１１０ 第１の液晶層
１１１ 第１の液晶層のラビング方向
１２０ 第２の液晶層
１２１ 第２の液晶層のラビング方向
１５１ 第１の透明電極
１５４ 第１の透明対向電極
１５５ 第２の透明対向電極
１５８ 第２の透明電極

Claims (8)

  1. 光ビームを出射する光源と、
    第１のラビング方向を有し収差補正を行うための第１液晶層及び第２のラビング方向を有する第２液晶層が一体的に構成され、前記光ビームの光軸に対して所定の傾き角度を持って配置される液晶光学素子と、
    前記第２液晶層を通過する前記光ビームの位相量を制御するために、前記第２液晶層に電位差を発生させるための透明電極と、
    前記液晶光学素子を通過した光ビームを集光するための対物レンズとを有し、
    前記第１のラビング方向と前記第２のラビング方向のなす角度が、前記傾き角度に応じて、ｎλ／４板として機能するように決定される、
    ことを特徴とする光ピックアップ装置。
  2. 光ビームを出射する光源と、
    第１のラビング方向を有し収差補正を行うための第１液晶層及び第２のラビング方向を有する第２液晶層が一体的に構成され、前記光ビームの光軸に対して所定の傾き角度を持って配置される液晶光学素子と、
    前記第２液晶層を通過する前記光ビームの位相量を制御するために、前記第２液晶層に電位差を発生させるための透明電極と、
    前記透明電極が所定の電位差を発生するように電圧を供給する電圧供給部と、
    前記液晶光学素子を通過した光ビームを集光するための対物レンズとを有し、
    前記第１のラビング方向と前記第２のラビング方向のなす角度が、前記傾き角度及び前記電位差に応じて、ｎλ／４板として機能するように決定される、
    ことを特徴とする光ピックアップ装置。
  3. 前記第１液晶層は、コマ収差、球面収差又は非点収差の補正を行う、請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
  4. ３枚の透明基板間に、前記第１液晶層及び前記第２液晶層が配置されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
  5. 光軸に対して所定の傾き角度を持って配置される液晶光学素子であって、
    第１のラビング方向を有し、収差補正を行うための第１液晶層と、
    第２のラビング方向を有し、前記第１液晶層と一体的に構成された第２液晶層と、
    前記第２液晶層を通過する前記光ビームの位相量を制御するために、前記第２液晶層に電位差を発生させるための透明電極とを有し、
    前記第１のラビング方向と前記第２のラビング方向のなす角度が、前記傾き角度に応じて、ｎλ／４板として機能するように決定される、
    ことを特徴とする液晶光学素子。
  6. 光軸に対して所定の傾き角度を持って配置される液晶光学素子であって、
    第１のラビング方向を有し、収差補正を行うための第１液晶層と、
    第２のラビング方向を有し、前記第１液晶層と一体的に構成された第２液晶層と、
    前記第２液晶層を通過する前記光ビームの位相量を制御するために、前記第２液晶層に電位差を発生させるための透明電極と、
    前記透明電極が所定の電位差を発生するように電圧を供給する電圧供給部と、
    前記第１のラビング方向と前記第２のラビング方向のなす角度が、前記傾き角度及び前記電位差に応じて、ｎλ／４板として機能するように決定される、
    ことを特徴とする液晶光学素子。
  7. 前記第１液晶層は、コマ収差、球面収差又は非点収差の補正を行う、請求項５又は６に記載の液晶光学素子。
  8. ３枚の透明基板間に、前記第１液晶層及び前記第２液晶層が配置されている、請求項５〜７の何れか一項に記載の液晶光学素子。
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