JPWO2004086389A1 - 波面収差補正装置及びこれを備えた光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

透過率を最大とし、また液晶を電圧駆動させても光透過率の変動を最小にする液晶素子からなる波面収差補正装置を提供することを目的とする。記録媒体に光を照射する、あるいは前記記録媒体によって反射された反射光を導く光学系の光路中において生じた光の波面収差を補正する波面収差補正装置であって、前記光路中に互いに対向する一対の透明電極層を有し、前記透明電極層間に挟まれ、前記透明電極層への電圧の印加により通過する光に対して位相変化を生じさせる液晶を備え、前記透明電極層は、基体と該基体上に形成された、凹凸部を有するように構成された微細構造体と、を備える反射防止体の上に配されることを特徴とする波面収差補正装置を開示する。

Description

本発明は、光ディスクからの記録情報を読み書きするための光ピックアップ装置に係り、より詳細には、液晶を利用した波面収差補正装置及び該波面収差補正装置を備える光ピックアップ装置に関する。

光学的な情報記録又は情報再生のための情報記録媒体として、ＣＤ（ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ）等の光ディスクが知られている。この光ディスクには、再生専用の光ディスク、情報を追記録することが可能な追記型光ディスク、情報の消去及び再記録が可能な書き換え型光ディスク等、種々の光ディスクが開発されている。
これに対し、かかる光ディスクの高密度化、大容量化に対応するため、高性能な光ピックアップ装置や情報記録再生装置の研究開発が進められている（たとえば、非特許文献１参照）。前述の光ディスクの高密度化に対応するために、光ピックアップ装置に備えられている対物レンズの開口数（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ：以下「ＮＡ」という。）を大きくすることにより、照射径の小さな光ビームを光ディスクに照射することが考えられている。また、短波長の光ビーム、特に青色半導体レーザによる光ビームを用いることで、高密度化に対応することが検討されている。
ところが、対物レンズのＮＡを大きくしたり、短波長の光ビームを用いると、光ディスクによる光ビームへの収差の影響が大きくなり、情報記録及び情報再生の精度を向上させることが困難になるという問題が生じる。
具体的には、情報記録又は情報再生の際に光ディスクが傾いて、光ディスクの法線方向に対する光の入射角度（いわゆる、チルト角）が傾いた場合、コマ収差の影響が大きくなる。また、収差は光ディスクの基板厚によっても変化するが、ＤＶＤよりもＣＤの方が、そのディスク厚が厚い場合、ＤＶＤを再生するための光ピックアップ装置を用いてＣＤを再生すると、球面収差が発生し、光のスポット径が大きく広がってしまう問題も生じる。
一方、近年のＤＶＤ等の高密度の光ディスクにおいて、光学系の収差補正素子として液晶素子が注目されている。これはレーザ光源と対物レンズを備えた光ピックアップの光路中に液晶素子を挿入し、光ディスク基板が傾くことに起因するコマ収差や、多層ディスク基板を読む際に発生する球面収差による光の位相乱れ、すなわち、光の波面の乱れを補正しようとするものである。これは、液晶に印加する電圧を変化させることにより位相を制御する方法である。
かかる液晶素子としては、図１に示すように、インジウムとスズの酸化物であるＩＴＯ（以下、単に「ＩＴＯ」という。）層と配向膜層とが順次積層された一対の透明ガラス基体が対面しており、当該配向膜との間に液晶層を備え、少なくとも一方の透明基板上の配向膜層とＩＴＯ層の間には絶縁膜が形成された単色光あるいはレーザ光の位相を変調する液晶素子であって、該液晶素子の光透過率変動を最小化させるために、各層の膜厚とその屈折率との関係を最適化させた液晶素子が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
また、光源から記録媒体を経て光検出器に至る光路上に配置される１／４波長板の影響を受けることなく、光学系に生じる波面収差を適正に補正する液晶素子が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２記載の液晶素子では、曲線形状を有する液晶の基板を用いる技術が開示されているが、かかる曲線形状では光透過率の向上には寄与するものとはいえない。
日本機械学会誌 ２００１．４ Ｖｏｌ．１０４ Ｎｏ．９８９ 特開２００２−２０８１５８号 特開２００２−２５１７７４号

しかしながら、図１に示す液晶素子では、（１）多層薄膜構造を有し、また液晶駆動により薄膜の構成要素である液晶層の実効屈折率が変化する。その結果、光透過率が変動する問題がある。これは、多層膜の各膜間の境界面で反射が存在するため全体として共振器特性をもつためである。特に、高い屈折率をもつＩＴＯ膜との境界面での反射が大きく、光透過率変動の主要因であると推測される。
また、図１に例示する液晶素子では、該素子を構成する透明電極膜や配向膜の屈折率と膜厚を最適化することで光透過率変動を抑制した。しかしながら、（２）青色波長領域（約４００ｎｍ付近）で最適な膜厚が赤色波長領域（約６５０ｎｍ付近）に比べて厚くなってしまい、その結果吸収損失が増大する問題が生じる。
特に、光ピックアップ装置のように、レーザパワーの限られたレーザ光学系用の光学素子では、光透過率は光ピックアップ装置の実用化に対しては重要な要素である。今後、高密度記録用に開発が望まれている青色半導体レーザを光源に用いた場合には、液晶素子の光透過率変動に係る問題は実用化への大きな障壁となり、光源の短波長化への進展とともに、かかる問題は一層顕在化する可能性が高い。
そのため、位相変調素子としての液晶素子において高い透過率と、光透過率の変動を低減させることが要望されている。
そこで、本発明では、上記（１）及び（２）の問題点に鑑み、高い透過率と、光透過率の変動を最小にする液晶素子からなる波面収差補正装置を提供することを第一の目的とする。
また、本発明では、前記波面収差補正装置を備えた光ピックアップ装置を提供することを第二の目的とする。
上記の第一の目的は、記録媒体に光を照射する、あるいは前記記録媒体によって反射された反射光を導く光学系の光路中において生じた光の波面収差を補正する波面収差補正装置であって、前記光路中に互いに対向する一対の透明電極層を有し、前記透明電極層間に挟まれ、前記透明電極層への電圧の印加により通過する光に対して位相変化を生じさせる液晶を備え、前記透明電極層の少なくとも一方は、基体と該基体上に形成された、凹凸部を有するように構成された微細構造体と、を備える反射防止体の上に配されることを特徴とする波面収差補正装置により達成される。
本発明の好ましい態様によれば、前記波面収差補正装置において、前記凹凸部は一次元及び／又は二次元形状で形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記波面収差補正装置において、前記凹凸部が周期的に変化する構造である場合、凹凸部のピッチ幅が５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記波面収差補正装置において、前記反射防止体は、前記基体及び前記微細構造体がともにガラス又は樹脂からなり、前記基体及び前記微細構造体が一体として形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記波面収差補正装置において、前記反射防止体は、前記基体がガラスから構成され、前記微細構造体が樹脂から構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記波面収差補正装置において、前記反射防止体は、前記基体が樹脂から構成され、前記微細構造体がガラスから構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記波面収差補正装置において、前記透明電極層と前記液晶との間に配向膜をさらに備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記波面収差補正装置において、前記透明電極層はインジウムとスズの酸化物であるＩＴＯから構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記波面収差補正装置において、前記透明電極層は画素分割されたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記波面収差補正装置において、前記光は青色半導体レーザビームであることを特徴とする。
上記の第二の目的は、記録媒体に照射する光を出射する光源と、前記光源からの光を記録媒体の情報記録面に集光させる、前記光源と前記記録媒体との間に配設された対物レンズと、を備える光ピックアップ装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間に配設された波面収差補正装置であって、前記光ピックアップ内の光路中に互いに対向する一対の透明電極層と、前記透明電極層への電圧の印加により通過する光に対して位相変化を生じさせる、前記透明電極膜間に挟まれた液晶を有する波面収差補正装置を備え、前記透明電極層の少なくとも一方は、基体と、該基体上に形成された、凹凸部を有するように構成された微細構造体と、を備える反射防止体の上に配されることを特徴とする光ピックアップ装置により達成される。
本発明の好ましい態様によれば、前記光ピックアップ装置において、前記凹凸部は一次元及び／又は二次元形状で形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光ピックアップ装置において、前記凹凸部が周期的に変化する構造である場合、凹凸部のピッチ幅が５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光ピックアップ装置において、前記反射防止体は、前記基体及び前記微細構造体がともにガラス又は樹脂からなり、前記基体及び前記微細構造体が一体として形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光ピックアップ装置において、前記反射防止体は、前記基体がガラスから構成され、前記微細構造体が樹脂から構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光ピックアップ装置において、前記反射防止体は、前記基体が樹脂から構成され、前記微細構造体がガラスから構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光ピックアップ装置において、前記透明電極層と前記液晶との間に配向膜をさらに備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光ピックアップ装置において、前記透明電極層はインジウムとスズの酸化物であるＩＴＯから構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光ピックアップ装置において、前記透明電極層は画素分割されたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光ピックアップ装置において、前記光は青色半導体レーザビームであることを特徴とする。
なお、本願で用いる用語「微細構造体」とは、ナノメータ（１０億分の１メートル）レベルの微細な構造をその表面に有する構造体を意味するが、必ずしも該ナノメータレベルに限定されるものではなく、１μｍレベルの微細な構造を有する構造体をも包含するものである。

図１は、従来技術による、位相変調素子としての液晶素子を簡単に説明する図である。
図２は、本発明による波面収差補正装置を簡単に説明する断面模式図である。
図３は、本発明に係る微細構造体の形状の一つの実施態様の斜視模式図である。
図４は、本発明に係る微細構造体の形状の他の実施態様の斜視模式図である。
図５は、本発明に利用される、画素分割された透明電極の一つの実施態様の概略模式図である。
図６は、本発明による反射防止体の一つの製造方法を説明する工程の断面図である。
図７は、本発明による反射防止体の別の製造方法を説明する工程の断面図である。なお、図５中の矢印は、ドーズ量が制御された電子ビームの照射を示す。
図８は、本発明による反射防止体のさらに別の製造方法を説明する工程の断面図である。
図９は、本発明に係る波面収差補正装置を備えた光ピックアップ装置の光学系の一つの実施態様の構成を説明する図である。
図１０は、本発明による微細構造体を有する反射防止体を備える液晶素子において、微細構造体の表面が周期的凹凸部を有する場合、前記周期的凹凸部位のピッチ幅を変化させた場合における、前記液晶素子の光透過率のシミュレーション結果を示す図である。なお、光の波長は４００ｎｍとしてシミュレーションを行った。
図１１は、本発明による微細構造体を有する反射防止体を備える液晶素子において、微細構造体の表面が周期的凹凸部を有する場合、前記周期的凹凸部位の深さを変化させた場合における、前記液晶素子の光透過率のシミュレーション結果を示す図である。なお、光の波長は４００ｎｍとしてシミュレーションを行った。
図１２は、本発明に係る反射防止体を備える液晶素子と、該反射防止体を備えない液晶素子との比較における、光透過率の波長依存性のシミュレーション結果を示す図である。
図１３は、本発明に係る反射防止体を備える液晶素子において、前記反射防止体表面の周期的凹凸部を有する場合、前記周期的凹凸部位のピッチ幅を変化させた場合における、前記液晶素子の光透過率のシミュレーション結果を示す図である。なお、光の波長は６５０ｎｍとしてシミュレーションを行った。
図１４は、本発明に係る反射防止体を備える液晶素子において、前記反射防止体表面の周期的凹凸部を有する場合、前記周期的凹凸部位のピッチ幅を変化させた場合における、前記液晶素子の光透過率のシミュレーション結果を示す図である。なお、光の波長は７８０ｎｍとしてシミュレーションを行った。
図１５は、印加電圧によって液晶層の位相を変化させた場合における、本発明に係る反射防止体を備えた液晶素子全体の光透過率（ＴＭ）のシミュレーション結果を示す図である。
図１６は、印加電圧によって液晶層の位相を変化させた場合における、本発明に係る反射防止体を備えた液晶素子全体の光透過率（ＴＥ）のシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明に係る、液晶を利用した波面収差補正装置及び該波面収差補正装置を備える光ピックアップ装置の実施の態様について説明する。なお、以下に説明する実施の態様は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、特に本発明を限定する旨の記載が無い限り、これらの態様に限定されないものとする。
図２は、本発明による波面収差補正装置１００の構成を模式的に示す断面図である。図示のように、本発明による波面収差補正装置１００は、一対の基体１１０によって液晶分子を封止したものである。本発明において、基体の材質は、後述する微細構造体１２０の材質と同じであっても、異なっていてもよい。基体の材質の具体例としては、これらに限定されるものではないが、ガラスや透明な樹脂であることが好ましい。具体的な樹脂としては、ポリメチルメタクレートやポリカーボネート等を挙げることができる。
各基体１１０の対向面には、液晶駆動装置２００によって液晶１５０に電圧を印加するための透明電極膜１３０が配設されている。さらに、各電極膜１３０の内側に配向膜１４０が形成されている。本発明にて利用される透明電極膜１３０の具体例としては、酸化亜鉛系透明導電膜、酸化インジウム−酸化亜鉛系透明導電膜、スズ添加酸化インジウム透明導電膜等が挙げられる。光透過性に鑑みれば、インジウムとスズの酸化物であるＩＴＯ（以下、単に「ＩＴＯ」という。）層であることが好ましい。
なお、本発明に利用される液晶分子は、電圧の印加によりその配向を変化させて、通過する光に対して位相変化を生じさせる電気光学的効果を有するものであれば特に限定されないが、液晶が基板に対してほぼ平行若しくは垂直に並んだホモジーニアス型液晶あるいはホメオトロピック型液晶が好ましい。
本発明に係る波面収差補正装置１００では、前記ＩＴＯ膜１３０が、一次元的及び／又は二次元的凹凸部をその表面に有する微細構造体１２０上に配される。
図３は、本発明に係る微細構造体１２０の形状の一つの実施態様の斜視模式図である。この微細構造体１２０は、図３に示すように、基体１１０上に形成されており、該基体１１０と微細構造体１２０とから反射防止体１８０が形成される。図３では、基体１１０と微細構造体１２０とが別々の図示されているが、基体１１０と微細構造体１２０とが同質材料の場合、一体的に反射防止体１８０を構成する。図３に例示する微細構造体１２０の形状は一次元状に周期的に形成されているが、この一次元形状を構成する凹凸部は必ずしも周期的に形成されている必要はない。
図４は、本発明による他の実施態様である形状を有する微細構造体の斜視模式図である。図４に例示する微細構造体１２０の形状は、二次元状に周期的に形成されているが、図３の説明と同様に、この二次元形状を構成する凹凸部は必ずしも周期的に形成されている必要はない。
さらに、本発明に係る微細構造体の形状は、図３に例示された一次元の凹凸形状と、図４に例示された二次元の凹凸形状との組み合わせた形状であっても、本発明の目的を達成することは可能である。
なお、本願で用いる用語「一次元」とは、表面の凹凸部の形状が一方向に向かって変化している次元をいい、一方、本願で用いる用語「二次元」とは、表面の凹凸部の形状が二方向に向かって変化している次元をいう。
ＩＴＯ膜１３０が、スパッタリング法や電子ビーム蒸着等により前記凹凸部上に成膜されることにより、ＩＴＯ膜１３０自体も、前記凹凸部の形状に適合する形状を有する。そのため、後述するように光の反射防止による光透過率を向上させることが可能となる。なお、透明電極膜１３０は、その膜自体の透明性が良好であることが必要である点に鑑み、１０〜５０ｎｍ程度の膜厚に形成されることが好ましい。
図５は、本発明に利用される、画素分割された透明電極膜の一つの実施態様の概略模式図である。図５に示すように、透明電極は同心円状で、かつ、放射状に分割されており、各分割電極膜に異なるレベルの電圧を印加することにより、液晶に印加する電圧分布を得ることが可能になる。なお、図５中の黒色部分がＩＴＯ膜１３０を表示している。
ところで、境界面を介して屈折率が異なる屈折率の媒質が積層されていると、その境界面で屈折率が急激に変化するために、該境界面において光の反射が生じる。一方、屈折率の異なる２種類の媒質が凹凸部の形状を有する境界面を介して積層されていると、その遷移領域で実効的に屈折率が連続的に変化する効果をもつ。ただし、屈折率が連続的に緩やかに変化する現象が、凹凸部の周期が光の波長に比べて小さいときに起こる現象である。そして、本現象を利用して、本発明に係る反射防止体による反射防止効果を奏することが可能となる。
特に、後述するシミュレーションの結果から、本発明に係る微細構造体１２０の表面の凹凸のピッチ幅（図２のピッチ幅参照）は、配向膜やＩＴＯ膜の屈折率や光の波長との関係にも依存するが、当該凹凸部が周期的に変化する構造を有する場合には、５００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは２５０ｎｍ以下である。
本発明に係る微細構造体の材質は、これらに限定されるものではないが、光透過率の観点から、ガラスや透明な樹脂であることが好ましい。
次に、本発明に係る、基体１１０と微細構造体１２０とからなる反射防止体１８０の代表的な製造方法について説明するが、本発明に係る反射防止体１８０の製造方法は、これらの方法に限定されるものではない。
図６は、本発明に係る微細構造体を備える反射防止体の一つの製造方法を説明する工程の断面図である。図６に図示する製造方法は、リソグラフィープロセスの繰り返しによる微細構造体の製造方法である。
具体的には、図６（ａ）に示すように、ガラス基体４３０上にレジスト膜４２０を予め塗布し、事前に作製した第一の所定のパターンを有するマスク４１０を介して露光・現像し、前記ガラス基体上に第一のレジストパターンに対応したパターンを形成させる（図６（ｂ）参照）。しかる後、図６（ｃ）に図示するように、イオンビームによるガラスのエッチングにより、ガラス基体上に第一のパターンを形成させる。次に、ガラス基体上の全面にレジスト４５０を形成する（図６（ｄ）参照）。そして、前記第一のパターンとは異なる第二のパターンを有するマスク４４０を通じて露光・現像を行うことにより、図６（ｅ）に示すレジストパターン４６０をガラス基体４３０上に形成させる。次いで、イオンビームを用いてガラス基体をエッチングする。以上の工程を必要に応じた回数を繰り返すことにより、図６（ｆ）に示すように、表面に凹凸部を備える微細構造体を有する反射防止体４８０が製造される。
図７は、本発明に係る微細構造体を備える反射防止体の別の製造方法を説明する工程の断面図である。図７に示す製造方法は、低γレジストの使用と電子ビーム描画によるドーズ量の制御との組み合わせに基づく製造方法である。
具体的には、図７（ａ）に示すように、ガラス基体５００上に低γレジスト５１０を形成する。次いで、ドーズ量が制御された電子ビームを前記レジスト部へ端から順次描画する（図７（ｂ）〜図７（ｅ）参照）。なお、図７中の矢印は、前述のドーズ量が制御された電子ビームの照射を示す。その後、現像を行い、所定のパターンのレジスト膜をガラス基体上に形成する（図７（ｆ）参照）。しかる後にエッチングを行うことにより、図７（ｇ）に図示するように、表面に凹凸部を有する微細構造体を備えた反射防止体５８０が製造できる。
図６及び図７にて説明した製造方法により、基体と微細構造体とが一体型である反射防止体４８０、５００が製造される。さらに、図６及び図７に例示した製造方法により製造された微細構造体の下部に、樹脂からなる板状体を貼付することにより、基体が樹脂から構成され、微細構造体がガラスから構成される反射防止体を製造できる。
図８は、本発明に係る微細構造体を備える反射防止体のさらに別の製造方法を説明する工程の断面図である。図８に図示する製造方法は、電鋳により作製された、表面に所定の凹凸形状部を有するスタンパの樹脂への転写による製造方法である。
具体的には、図８（ａ）に示すように、微細なパターンを有する基板表面に導体化処理を施した型６００を、ニッケル電鋳し（図８（ｂ）の符号６１０参照）、前記基板から前記型６００を剥離若しくは溶解させて、表面に凹凸形状のあるスタンパ６３０を得る（図８（ｃ）参照）。そして、図８（ｄ）に示すように、透明樹脂６４０に対して前記スタンパ６３０を押圧することにより、前記スタンパ６３０がその表面に有する形状を前記樹脂６４０に転写させ、表面に凹凸部を備えた反射防止体６８０が製造される。なお、前記スタンパを転写させる際に、前記樹脂を加熱させることにより、より容易且つ迅速に転写が進行する。
このように転写された樹脂６４０の下部にガラス基体を貼付させて、ガラス基体と樹脂とから構成される反射防止体を製造することも可能である。
前述の製造方法により、本発明に係る微細構造体を製造することが可能となり、該微細構造体の表面の凹凸部の形状及びサイズは、具体的には、凹凸部のピッチ幅は、前述のマスクのパターンや電子ビームスポット径の制御、さらにはスタンパの精度により、任意のサイズに製造可能である。具体的には、光反射防止という観点から、本発明に係る微細構造体の表面の凹凸の周期構造のピッチ幅が、前示したように、記録媒体の情報再生に利用される光の波長よりも小さいことが好ましい。
図９は、本発明に係る波面収差補正装置１００を備えた光ピックアップ装置７００の光学系の一つの実施態様の構成の概略説明図である。光源７１０としてのレーザ光源７１０と対物レンズ７４０との間の光路には、コリメータレンズ７２０と、ビームスピリッタ７３０と、液晶駆動装置２００により制御可能な、本発明に係る波面収差補正装置１００とが、光軸ＯＡに沿って順に設けられている。
なお、本発明に利用されるレーザ光源は、波長７８０ｎｍの近赤外域レーザや波長６５０ｎｍの赤色レーザから、波長４００ｎｍ付近の青色レーザが利用される。特に、本発明に係る波面収差補正装置は、赤色レーザと比較して発光効率が低い青色レーザとの組み合わせにおいて、その光の利用効率を最大限に活用することが可能となる。
光ピックアップ装置７００内のレーザ光源７１０から照射された光ビームは、コリメータレンズ７２０、ビームスピリッタ７３０、波面収差補正装置１００を経て、対物レンズ７４０に至る。そして、前記光ビームは前記対物レンズ７４０により集光され、光ディスク７５０の情報記録面に焦点を結ぶ。
光源７１０から出射された光ビームは光ディスク７５０で反射され、その反射された復路の光ビームを前記ビームスピリッタ７３０で分離し、集光レンズ７６０で集光して、光検出器７７０に像を結び、受光する。そして、光検出器７７０は光ディスク７５０の基板の傾きや、光ディスク７５０の厚みが変化したりして光波面収差が発生した場合、液晶駆動装置２００から収差補正信号７８０を波面収差補正装置１００へ送り、波面収差補正装置１００の液晶分子の配向状態を制御して、逐次収差補正を行う。

以下の説明では、本発明に係る微細構造体を有する反射防止体を備える液晶素子の光反射特性のシミュレーションの結果を示す。しかしながら、本発明の技術的範囲は、以下のシミュレーションにより何等制限されるものではない。
以下のシミュレーションで用いる、本発明に係る反射防止体を備える液晶素子は、特に断りがない限り、基体（コーニング＃１７３７、三菱化学（株）製紫外線硬化メタクリル樹脂：屈折率１．５２）、ＩＴＯ層（屈折率２．０、膜厚３０ｎｍ）、配向膜（屈折率１．７５、膜厚３０ｎｍ）、液晶層（Ｎｅ＝１．８５）の順に構成される。ここで、本発明に係る反射防止体とは、基体と、前記基体上に形成された凹凸部をその表面に有するように構成された微細構造体と、を備えるものをいう。
シミュレーションにおける計算条件は、前記基体表面の周期的凹凸部のピッチ幅を１０〜３５０ｎｍとし、周期的凹凸部の深さを前記ピッチ幅の０．７５倍とした。ここで、周期的凹凸部のピッチ幅とは、図２に示されたピッチ幅を指し、周期的凹凸部の深さとは、凸部の頂部と凹部の底部との距離を指す。また、光の波長を４００ｎｍであると仮定して、シミュレーションを実行した。
図１０は、周期的凹凸部のピッチ幅を変化させた場合における、本発明に係る反射防止体を備える液晶素子の光透過率のシミュレーション結果を示す図である。ここで、ＴＥとはｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓの略であり、ＴＭとはｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｍａｇｎｅｔｉｃｓの略で、入射する光の偏光状態を表している。図１０に示す結果から、ＴＭの値は、ピッチ幅が２２０ｎｍ以上で減少し始め、ピッチ幅が３５０ｎｍにおける光透過率の値は、ピッチ幅が２００ｎｍでのそれよりも約１割減少した。周期的凹凸部のピッチ幅が２５０ｎｍ以上の領域では回折現象による光透過率の減少が確認された。
次に、周期的凹凸部のピッチ幅を２００ｎｍとし、周期的凹凸部の深さを５〜３００ｎｍと変化させた以外は、前述と同条件でシミュレーションを行った。図１１は、周期的凹凸部の深さを変化させた場合における、本発明に係る反射防止体を備える液晶素子の光透過率のシミュレーション結果を示す図である。図１１の結果から明らかように、本発明に係る反射防止体を利用した液晶素子では、前記反射防止体を構成する微細構造体の表面の周期的凹凸部の深さが１００ｎｍ以上では、光透過率はほとんど変化せず、ほぼ一定の光透過率が得られるシミュレーション結果であった。
図１２は、本発明に係る反射防止体を備える液晶素子と、該反射防止体を備えない液晶素子との比較における、光透過率の波長依存性のシミュレーション結果を示す図である。なお、反射防止体の表面の周期的凹凸部のピッチ幅は２００ｎｍと、その深さは１５０ｎｍと設定し、前記ピッチ幅及び深さ以外のシミュレーション条件は、図１０に例示したシミュレーションと同条件である。また、波長依存性を検討するにあたり、光ディスク等に利用される半導体レーザの発振波長は、操作時の環境温度により変動することに鑑み、青色半導体レーザの中心波長４００ｎｍの前後数ｎｍでのシミュレーションを実行した。さらに、図１２中の「構造なし」とは、表面に周期的凹凸部を有する反射防止体を備えない液晶素子の光透過率のシミュレーション結果を示す。
図１２に示す結果から明らかなように、本発明に係る反射防止体を備える液晶素子では、ＴＥ及びＴＭの光の偏光状態において、通常の動作時における青色半導体レーザの発振波長の領域にわたり、高い光透過率を有するシミュレーション結果が得られた。図１２中の「構造なし」の場合には、垂直に光が反射するために、ＴＥとＴＭの区別をせずに光透過率のシミュレーション結果を示した。
続いて、ＣＤやＣＤ−Ｒ等の光ディスクで用いられる６５０ｎｍの光に対して、反射防止体のピッチ幅に対する、本発明に係る反射防止体を備える液晶素子の光透過率に関するシミュレーションを行い、その結果を図１３に示す。なお、図１３に示すシミュレーション条件は、反射防止体の表面の周期的凹凸部のピッチ幅を５〜８００ｎｍとし、周期的凹凸部の深さを前記ピッチ幅の０．７５倍とした。
図１４は、図１３に示すシミュレーション条件と同じ条件で、光の波長を７８０ｎｍとした場合のシミュレーション結果を示す。
図１３に示す結果から、ＴＥ及びＴＭの双方の値は、ピッチ幅が約３７０ｎｍ以下の場合に高い光透過率が得られた。また、図１４に示す結果から、ＴＥ及びＴＭの双方の値は、ピッチ幅が約５００ｎｍ以下の場合に、高い光透過率が得られることが判明した。
図１０に示す結果と、図１３及び図１４に示す結果とを対比すると、高い光透過率を得るための周期的凹凸部のピッチ幅は、利用する光の波長に依存して変化することが判明した。そして、液晶素子の光透過率は、基体、透明電極、配向膜及び液晶の屈折率によっても変化するため、本発明に係る反射防止体を備える液晶素子において高い光透過率を達成するためには、少なくとも反射防止体表面の周期的凹凸部のピッチ幅が５００ｎｍ以下であることが必要である。
さらに、本発明に係る反射防止体上に透明電極であるＩＴＯ膜を配したものを２枚用意し、その間に液晶層（Ｎｅ＝１．８５）を挟み込んだ液晶素子全体を想定し、後述する印加電圧に対する該素子全体の光透過率のシミュレーションを行った。
以下のシミュレーションは、本発明に係る反射防止体表面の周期的凹凸部を２００ｎｍとし、その深さを１５０ｎｍとする条件にて実行した。
図１５は、印加電圧によって液晶層の位相差が変化させた場合における、前述の液晶素子全体の光透過率（ＴＭ）のシミュレーション結果を示す図である。なお、図１５及び後述する図１６における液晶位相差とは、印加電圧によって液晶層の屈折率が変化するために生じる位相変化である。
図１５に示す結果から、印加電圧によって液晶素子中の液晶層の屈折率が変化しても、素子全体の光透過率の変動率は、ＴＭの偏光状態で０．１％以下であることが、シミュレーション結果から得られた。
図１６は、印加電圧によって液晶層の位相差が変化させた場合における、前述の液晶素子全体の光透過率（ＴＥ）のシミュレーション結果を示す図である。図１６に示す結果から明らかなように、印加電圧を変化させても素子全体の光透過率の変動率は、０．０１％以下であることが、シミュレーション結果から得られた。
以上の結果より、本発明に係る反射防止体の上に、透明電極を配した構造を採用する波面収差補正装置は、印加電圧に対する光透過率の変動が極めて小さくなることがシミュレーションにより示された。これは、光透過率変動の原因である共振器構造におけるミラーの役割を果たす、透明電極であるＩＴＯ膜の反射率を低減できたことに基づき、該共振器としての機能が減殺されたためである。
液晶をＩＴＯ膜で挟んだ構造は、液晶表示装置でも利用されている。そのため、本発明に係る波面収差補正装置は、レーザ波面制御素子としての応用にとどまらず、液晶表示装置、特に反射型カラー液晶表示装置への応用も可能である。また、前述のように共振器としての特性が喪失するため、当然、波長による透過率に変動が少なくなるため、色バランスの設計が容易になり、色再現性の良好な表示装置を提供することができる。

本発明によれば、２枚の基体に挟まれた液晶分子から構成される液晶素子を備える波面収差補正装置において、前記基体上に微細構造体を有する反射防止体を設け、かつ該反射防止体上に透明電極を配することで、前記装置内での光反射を効率的に防止するため、波面収差補正装置全体の光透過率の向上が実現される。そして、波面収差補正に伴う波面収差補正装置の光透過率の変動を最小に抑えることが可能となる。また、本発明による反射防止体を備える波面収差補正装置は、光ディスクの傾きや基板厚の変化に起因する収差を補正するだけでなく、対物レンズ等の光学系そのものが有する収差を補正することも可能である。
さらに、本発明による波面収差補正装置を備える光ピックアップ装置は、特に、短波長の光を出射する青色半導体レーザと組み合わせた場合には、前記波面収差補正装置の光透過率が高いため、光の利用効率の高い光ピックアップ装置を提供することができる。

Claims (20)

1. 記録媒体に光を照射する、あるいは前記記録媒体によって反射された反射光を導く光学系の光路中において生じた光の波面収差を補正する波面収差補正装置であって、
   前記光路中に互いに対向する一対の透明電極層を有し、前記透明電極層間に挟まれ、前記透明電極層への電圧の印加により通過する光に対して位相変化を生じさせる液晶を備え、
   前記透明電極層の少なくとも一方は、
   基体と
   該基体上に形成された、凹凸部を有するように構成された微細構造体と、を備える反射防止体の上に配されることを特徴とする波面収差補正装置。
2. 前記凹凸部は一次元及び／又は二次元形状で形成されていることを特徴とする、請求項１記載の波面収差補正装置。
3. 前記凹凸部が周期的に変化する構造である場合、凹凸部のピッチ幅が５００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２記載の波面収差補正装置。
4. 前記反射防止体は、前記基体及び前記微細構造体がともにガラス又は樹脂からなり、前記基体及び前記微細構造体が一体として形成されていることを特徴とする、請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の波面収差補正装置。
5. 前記反射防止体は、前記基体がガラスから構成され、前記微細構造体が樹脂から構成されることを特徴とする、請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の波面収差補正装置。
6. 前記反射防止体は、前記基体が樹脂から構成され、前記微細構造体がガラスから構成されることを特徴とする、請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の波面収差補正装置。
7. 前記透明電極層と前記液晶との間に配向膜をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の波面収差補正装置。
8. 前記透明電極層はインジウムとスズの酸化物であるＩＴＯから構成されることを特徴とする、請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の波面収差補正装置。
9. 前記透明電極層は画素分割されたことを特徴とする、請求項１乃至８のうち何れか一項に記載の波面収差補正装置。
10. 前記光は青色半導体レーザビームであることを特徴とする、請求項１乃至９のうち何れか一項に記載の波面収差補正装置。
11. 記録媒体に照射する光を出射する光源と、前記光源からの光を記録媒体の情報記録面に集光させる、前記光源と前記記録媒体との間に配設された対物レンズと、を備える光ピックアップ装置であって、
    前記光源と前記対物レンズとの間に配設された波面収差補正装置であって、前記光ピックアップ内の光路中に互いに対向する一対の透明電極層と、前記透明電極層への電圧の印加により通過する光に対して位相変化を生じさせる、前記透明電極膜間に挟まれた液晶を有する波面収差補正装置を備え、
    前記透明電極層の少なくとも一方は、基体と、該基体上に形成された、凹凸部を有するように構成された微細構造体と、を備える反射防止体の上に配されることを特徴とする光ピックアップ装置。
12. 前記凹凸部は一次元及び／又は二次元形状で形成されていることを特徴とする、請求項１１記載の光ピックアップ装置。
13. 前記凹凸部が周期的に変化する構造である場合、凹凸部のピッチ幅が５００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１１又は１２記載の光ピックアップ装置。
14. 前記反射防止体は、前記基体及び前記微細構造体がともにガラス又は樹脂からなり、前記基体及び前記微細構造体が一体として形成されていることを特徴とする、請求項１１乃至１３のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
15. 前記反射防止体は、前記基体がガラスから構成され、前記微細構造体が樹脂から構成されることを特徴とする、請求項１１乃至１４のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
16. 前記反射防止体は、前記基体が樹脂から構成され、前記微細構造体がガラスから構成されることを特徴とする、請求項１１乃至１５のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
17. 前記透明電極層と前記液晶との間に配向膜をさらに備えることを特徴とする、請求項１１乃至１６のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
18. 前記透明電極層はインジウムとスズの酸化物であるＩＴＯから構成されることを特徴とする、請求項１１乃至１７のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
19. 前記透明電極層は画素分割されたことを特徴とする、請求項１１乃至１８のうち何れか一項に記載の波面収差補正装置。
20. 前記光は青色半導体レーザビームであることを特徴とする、請求項１１乃至１９のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置。

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