光ピックアップ装置
【課題】３値以上の光量値を制御機構なしで実現できる光ピックアップ装置を提供すること。
【解決手段】レーザ光源と偏光ビームスプリッタとの間に、光束の光軸方向に重ねて配置した第１から第ｎの液晶層（ｎは２以上の整数）を有する液晶光学素子における第１から第ｎの液晶層を、レーザ光源から出射される光束の偏光方向と、第１の液晶層における配向処理方向との成す角θ１との関係が、０度＜θ１≦４５度となり、かつ光束の偏光方向と、第ｋの液晶層（ｋは１からｎ−１までの整数）における配向処理方向との成す角θｋと、光束の偏光方向と、第ｋ＋１の液晶層における配向処理方向との成す角θｋ＋１との関係が、０度＜θｋ＋１≦θｋ／２の関係を有して構成することで、液晶光学素子に入射する光束の偏光状態を変更して、偏光ビームスプリッタから出射される光束の光量調整を段階的に行える構成とした。
【解決手段】レーザ光源と偏光ビームスプリッタとの間に、光束の光軸方向に重ねて配置した第１から第ｎの液晶層（ｎは２以上の整数）を有する液晶光学素子における第１から第ｎの液晶層を、レーザ光源から出射される光束の偏光方向と、第１の液晶層における配向処理方向との成す角θ１との関係が、０度＜θ１≦４５度となり、かつ光束の偏光方向と、第ｋの液晶層（ｋは１からｎ−１までの整数）における配向処理方向との成す角θｋと、光束の偏光方向と、第ｋ＋１の液晶層における配向処理方向との成す角θｋ＋１との関係が、０度＜θｋ＋１≦θｋ／２の関係を有して構成することで、液晶光学素子に入射する光束の偏光状態を変更して、偏光ビームスプリッタから出射される光束の光量調整を段階的に行える構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源と、レーザ光源から出射された光束と光ディスクから反射された光束とを分離する偏光ビームスプリッタと、レーザ光源と偏光ビームスプリッタとの間にレーザ光源から出射される光束の偏光を変化させる液晶光学素子を備える光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップ装置は、レーザ光源から出射された所定の波長の光束を光ディスクに集光し、この光ディスクから反射する光束の大きさを受光素子で検出することで光ディスクの情報を再生し、またはレーザ光源から出射される光量を変調し光ディスクに照射される光量を変化させることで情報を記録する装置である。
【０００３】
光ピックアップ装置におけるレーザ光源のノイズは、レーザ光源から出射する光束の光量の大きさに依存する。一方、複数の記録層を有する光ディスクにおいて記録／再生に必要とされる光量が記録層ごとに異なため、レーザ光源の光量を変化させる必要があり、このことがレーザ光源に含まれるノイズを変化させることとなる。
【０００４】
例えば、表面から順に記録層が第１層、第２層、・・・、第ｎ層のようにｎ層積層された光ディスクにおいて、各層における記録時に必要な記録層上での光量と、同じ第ｋ層の再生時に必要な記録層上での光量は異なり、レーザ光源の光量を変化させなければならない。加えて、同じ記録時の際にも第ｋ層（ｋ＝１からｎ−１までの整数）の記録時と第ｋ＋１層の記録時ではレーザ光源の光量を変化させなければならない。何故なら、第ｋ層と第ｋ＋１層とで記録層上で必要な光量は同程度であるが、第ｋ＋１層の記録時には第１層から第ｋ層が半透過膜として働くため、第ｋ＋１層に到達する光量は大きく減衰するためである。同様な理由により再生時においても第ｋ層（ｋ＝１からｎ−１までの整数）の再生時と第ｋ＋１層の再生時とではレーザ光源の光量を変化させなければならない。
【０００５】
従って、ある記録層への記録時または再生時にレーザ光源のノイズを最小化すると、他の記録層の記録時または再生時にレーザ光源のノイズが増大し、正確な記録／再生ができなくなることがあった。
【０００６】
そこで、レーザ光源の光量を変化させることなく各記録層への記録／再生に適した光量を供給するため、液晶光学素子をレーザ光源の出射側に設けた光ピックアップ装置が提案された（例えば、特許文献１参照のこと）。
【０００７】
この従来の光ピックアップ装置の構成について詳細に説明をする。図１１は、従来の光ピックアップ装置の構成を示す図面である。
【０００８】
図１１に示す従来の光ピックアップ装置は、レーザ光源１、コリメートレンズ２、液晶光学素子３、偏光ビームスプリッタ４、４分の１波長板５、対物レンズ６、集光レンズ８、受光素子９とを備えている。このレーザ光源１、コリメートレンズ２、液晶光学素子３、偏光ビームスプリッタ４、４分の１波長板５、対物レンズ６は、レーザ光源１から出射する光束の光軸を中心に配置されており、また、集光レンズ７、受光素子９は、光ディスク７から反射され、偏光ビームスプリッタ４にて光路を変えられた光束の光軸を中心に配置されている。
【０００９】
液晶光学素子３は、信号処理部１２より生成された光量調整信号によりレーザ光源１か
ら出射された光束の偏光を変化させる。上記光束は偏光ビームスプリッタ４に入射し、光束の偏光状態を反映して光束が分離され、その一方が対物レンズ６を通り光ディスク７中の記録層に集光される。また、受光素子９から生じる光量信号は信号処理部１２に供給され、記録時／再生時にノイズが最小になるように定められた光量をとるように光量調整信号を生成する。
【００１０】
この従来の光ピックアップ装置の構成によれば、記録／再生に関わらずノイズが最小になるように保ち、光ディスク７中の各記録層上に適した光量のレーザ光を照射することができる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−３９００４号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載された光ピックアップ装置に搭載される液晶光学素子３は、液晶層１層のみを有する構造であるため安定して調整できる光量は偏光ビームスプリッタ４から出射する光量が最大値または最小値をとる２値に限られる。偏光ビームスプリッタ４から出射する光量を最大値と最小値との間にある中間値に設定する場合は、上記光量が液晶光学素子３に印加する電圧だけでなく、環境温度の変化、液晶層の厚み誤差に大きく依存するため、受光素子９により検出された検出光量に応じて、液晶光学素子３に印加する電圧を精密に制御する必要がある。特に記録層を複数有する光ディスク７の記録／再生においては３値以上の光量値を実現するため、複雑な制御が必要になるという問題を有していた。
【００１３】
そこで、本発明の光ピックアップ装置は上記課題を解決し、３値以上の光量値を制御機構なしで実現できる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光ピックアップ装置は、基本的に下記記載の構成を有するものである。
【００１５】
本発明の光ピックアップ装置は、光束を出射するレーザ光源と、光束を光ディスクに集光する対物レンズと、レーザ光源から出射された光束と光ディスクから反射された光束とを分離する偏光ビームスプリッタと、レーザ光源と偏光ビームスプリッタとの間に、レーザ光源から出射される光束の偏光状態を変える、光束の光軸方向に重ねて配置した第１から第ｎの液晶層（ｎは２以上の整数）を透明電極で挟持する液晶光学素子とを備え、液晶光学素子における第１から第ｎの液晶層は、レーザ光源から出射される光束の偏光方向と、第１の液晶層における配向処理方向との成す角θ１との関係が、０度＜θ１≦４５度となり、かつ光束の偏光方向と、第ｋの液晶層（ｋは１からｎ−１までの整数）における配向処理方向との成す角θｋと、光束の偏光方向と、第ｋ＋１の液晶層における配向処理方向との成す角θｋ＋１との関係が、０度＜θｋ＋１≦θｋ／２の関係を有して構成されることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した成す角θｋと成す角θｋ＋１との関係を、０度＜θｋ＋１＜θｋ／２としたことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の光ピックアップ装置は、光束を出射するレーザ光源と、光束を光ディスクに集光する対物レンズと、レーザ光源から出射された光束と光ディスクから反射された光束とを分離する偏光ビームスプリッタと、レーザ光源と偏光ビームスプリッタとの間に、レーザ光源から出射される光束の偏光状態を変える、光束の光軸方向に重ねて配置した第１から第ｎの液晶層（ｎは２以上の整数）を透明電極で挟持する液晶光学素子とを備え、液晶
光学素子における第１から第ｎの液晶層は、レーザ光源から出射される光束の偏光方向と、第１の液晶層における配向処理方向との成す角θ１との関係が、４５度≦θ1＜９０度となり、かつ光束の偏光方向と、第ｋの液晶層（ｋは１からｎ−１までの整数）における配向処理方向との成す角θｋと、光束の偏光方向と、第ｋ＋１の液晶層における配向処理方向との成す角θｋ＋１との関係が、（９０度＋θｋ）／２≦θｋ＋１＜９０度の関係を有して構成されることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した成す角θｋと成す角θｋ＋１との関係を、（９０度＋θｋ）／２＜θｋ＋１＜９０度としたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の光ピックアップ装置は、電源からの出力電圧を、第１から第ｎの液晶層に供給する液晶駆動手段をさらに備え、この液晶駆動手段が、液晶光学素子に入射する光束の偏光状態を変更して、偏光ビームスプリッタから出射される光束の光量調整を多段階に変更することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した第１から第ｎの液晶層における液晶分子の配向状態がホメオトロピックであることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した出力電圧が、レーザ光源から出射される光束の波長λに対して位相差がλ／２となる第１の電圧と、第１から第ｎの液晶層でフレデリクス転移を起こさない第２の電圧であり、第１と第２の電圧を切り替えて液晶光学素子に入射する光束の偏光状態を変更することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した液晶駆動手段が、出力電圧をパルス幅変調した変調電圧を、液晶光学素子に供給する駆動手段であって、第１の電圧が、休止期間を有さない矩形波出力の電圧であることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明のピックアップ装置は、前述した出力電圧が、矩形波出力の電圧をパルス幅変調した変調電圧を抵抗によって分圧して形成することを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明のピックアップ装置は、前述した抵抗が液晶光学素子の前記透明電極に変調電圧を供給するための引出配線に形成されることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明のピックアップ装置は、前述した引出配線に形成させる抵抗が液晶層に位相変調を与えるための位相変調電極の最外周に設けられることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した第１から第ｎの液晶層を、同じ液晶材料で同じ液晶層厚としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明を適用すれば、３値以上の光量値を制御機構なしで実現できる光ピックアップ装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の光ピックアップ装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
まず、本発明の光ピックアップ装置の構成について説明する。図１は、実施の形態にかかる光ピックアップ装置の構成および作用を説明するための図面である。
【００３０】
図１に示す様に、本発明の光ピックアップ装置１００は、所望の波長の光束を出射するレーザ光源１と、レーザ光源１から出射される光束１０を平行光に変換するコリメートレンズ２と、コリメートレンズ２を通過した光束１０の偏光状態を変更する機能を備えた液晶光学素子３と、入射する光束の偏光状態により光束を分割する偏光ビームスプリッタ４と、偏光ビームスプリッタ４を通過した光束１０を円偏光に変換する４分の１波長板５と、４分の１波長板を通過した円偏光の光束を光ディスク７に導く対物レンズ６とを備えている。また、この装置は、光ディスク７から反射される光束１１を、偏光ビームスプリッタ４を介して、集光レンズ８から受光素子９に導くように構成されている。受光素子９により入射した光束の光量を電気信号に変換したのち、信号処理部１２により復調等の処理を行い、光ディスク７に記録された情報を再生する。
【００３１】
光ピックアップ装置１００を構成する、レーザ光源１と、コリメートレンズ２と、液晶光学素子３と、偏光ビームスプリッタ４と、４分の１波長板５と、対物レンズ６とは、レーザ光源１から出射される光束１０の光軸に沿って直線状に配置される。また、集光レンズ８と受光素子９は、光ディスク７から反射され、偏光ビームスプリッタ４により光路が変えられた光束１１の光軸に沿って直線状に配置される。
【００３２】
次に、液晶光学素子３の構成について図２を用いて説明する。図２は、本発明に係る液晶光学素子の具体的な構造を説明するための図面である。本発明にかかる液晶光学素子３は、少なくとも２層以上の液晶層を含むが、図２では、２層の液晶層を有する構成例を示している。
【００３３】
液晶光学素子３は透明性の平板状基板３１０、３１１、および３１２と、シール材３４０を介して、平板状基板３１０、３１１に挟持された第１の液晶層３０１および、平板状基板３１１、３１２に挟持された第２の液晶層３０２とを備えている。これら第１、第２の液晶層３０１、３０２には、ネガ型またはポジ型のネマチック液晶を用いる。また、平板状基板３１０、３１１、および３１２の液晶層側面には、透明電極膜３２０と、無機または有機の配向膜３３０が形成される。また、平板状基板３１０、３１１、３１２の少なくとも１つ以上に、外部から電圧を供給するための電極端子部３５０を有する。
【００３４】
そして、上記透明電極膜３２０は、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛などからなり、蒸着法、または、スパッタ法等により形成される。電極端子部３５０を介して、この透明電極膜３２０に交流電圧を加えることにより、第１、第２の液晶層３０１、３０２にそれぞれ独立な交流電場を印加することができる様になっている。
【００３５】
上記透明電極膜３２０上に設けられた配向膜３３０は、例えば、無機配向膜としてＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などを用いて、斜方蒸着、スパッタ法、印刷法などを利用して形成することができる。また、例えば、有機配向膜として、ポリイミドなどを用いて印刷法などにより形成しても良い。斜方蒸着以外の方法で形成された配向膜表面は、液晶分子の方位角およびプレチルト角を規制するため、所定の方向に配向処理される。配向処理としては、イオンビーム照射法、ラビング法などの手法を用いることができ、配向処理により液晶分子の方位角と配向処理方向は一致する。
【００３６】
上記したように、第１、第２の液晶層３０１、３０２として、ポジ型またはネガ型のネマチック液晶を用いることができる。特に、無機配向膜とネガ型のネマチック液晶を用い、液晶分子が配向膜面に対してほぼ垂直に配向する、ホメオトロピック配向となるものが適している。それは、有機配向膜とポジ型のネマチック液晶を用いるホモジニアス配向に比べ、光ピックアップ装置で用いられる青色可視光領域の光照射に対して、極めて高い耐光性を示すからである。
【００３７】
また、第１、第２の液晶層３０１、３０２の液晶分子は、電極端子部３５０を介して印加される電場の大きさにより、方位角を保ったままチルト角を大きく変化される。ホメオトロピック配向をとるネガ型のネマチック液晶の場合は、印加される電圧がない場合、液晶分子は、平板状基板３１０〜３１２に対してほぼ垂直に配向するが、印加される電圧が高くなるにつれて水平方向に傾いていく。ホモジニアス配向をとるポジ型のネマチック液晶の場合は、印加される電圧がない場合、液晶分子は、平板状基板３１０〜３１２に対してほぼ水平に配向するが、印加される電圧が高くなるにつれて垂直に立ち上がっていく。
【００３８】
上記のように第１、第２の液晶層３０１、３０２に電圧を印加することにより、液晶分子のチルト角を変化させることができ、これにより、液晶分子の方位角の屈折率が変化する。通常、液晶分子の方位角と配向処理方向は一致するため、電圧を印加することにより配向処理方向の屈折率が変化することとなる。
【００３９】
次に、本発明に係る液晶光学素子３の配向処理方向の設定事項について図１〜図３を用いて説明する。図３に、液晶光学素子３の配向処理方向の一例を示す。ここで、レーザ光源１から出射される光束の偏光方向３６０と第１の液晶層３０１の配向処理方向３６１とのなす角をθ１とし、偏光方向３６０と第２の液晶層３０２の配向処理方向３６２とのなす角をθ２とする。第１の液晶層３０１と第２の液晶層３０２に印加する電圧を、それぞれＶ１、Ｖ２とする。また、第１の液晶層３０１および第２の液晶層３０２は、ともにホメオトロピック配向をとる同一のネガ型液晶であるとする。なお、以降では説明を明瞭にするため、偏光ビームスプリッタ４の特性としてＳ波は全反射し、Ｐ波は全透過するものとし、液晶光学素子３に対しては表面反射と光吸収を無視した。
【００４０】
まず、第１、第２の液晶層３０１、３０２の配向処理方向の設定角度を、θ１＝２２．５度、θ２＝４５度とした場合について説明する。なお、下記の説明は、０＜θ１≦４５度であり、かつ０＜θ２≦θ１／２における一例を示している。
【００４１】
＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓかつ＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓの場合、液晶分子はほぼ垂直に配向しており、レーザ光源１から出射される光束の偏光状態３６０をほとんど変化させずに出射する。ここでは、＜Ｖ＞はＶの実効値を示すこととした。また、＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓを保ちつつ、＜Ｖ１＞を増加させた場合、第１の液晶層３０１がフレデリクス転移を起こす電圧（以下、＜Ｖ１ｔｈ＞とする）より小さな電圧のとき液晶分子はチルト角を変えないため、同様にレーザ光源１から出射される光束の偏光方向３６０が変化せずに出射する。それに対して、＜Ｖ１＞が＜Ｖ１ｔｈ＞を越えた場合、液晶分子のチルト角が変化し、液晶光学素子３に入射する光束１０の偏光状態を変化させる。
【００４２】
その偏光状態の変化は、レーザ光源１から出射される光束１０における、偏光方向３６０の配向処理方向３６１に直交する成分については変化せず、レーザ光源１から出射される光束１０における、偏光方向３６０の配向処理方向３６１に平行な成分のみの位相が遅れることとなる。ここで、＜Ｖ１＞を変化させてレーザ光源１から出射される光束の波長λに対して位相差がちょうどλ／２の場合に、液晶光学素子３から出射する光束１０の偏光方向は、レーザ光源１から出射される光束の偏光方向が４５度（２θ１）回転した直線偏光となる。このときの第１の液晶層３０１に印加する電圧を＜Ｖ１λ／２＞と表記する。
【００４３】
一方、＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓを保ったまま、＜Ｖ２＞を０Ｖｒｍｓから増加させると、同様にレーザ光源１から出射される光束１０における偏光方向３６０のうち、第２の液晶層３０２の配向処理方向３６２に平行な成分のみの位相が遅れる。そして、位相差がちょうどλ／２の場合に、レーザ光源１から出射される光束１０における偏光方向３６０が、９０度（２θ２）回転した直線偏光となる。このときの第２の液晶層３０２に印加する電
圧を、＜Ｖ２λ／２＞と表記する。
【００４４】
また、＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞を保ったまま、＜Ｖ１＞を０Ｖｒｍｓから増加させると、第１の液晶層３０１で生じる偏光状態の変化に加えて、第２の液晶層３０２でその偏光状態の変化が９０度（２θ２）回転されることとなる。
【００４５】
上記の第１、第２の液晶層３０１、３０２に印加する、電圧＜Ｖ１＞および＜Ｖ２＞と偏光状態の変化との関係を踏まえ、図４に、第１、第２の液晶層３０１、３０２に印加する電圧＜Ｖ１＞および＜Ｖ２＞と、偏光ビームスプリッタ４から出射される光量との関係を示した。なお、本図の縦軸は出射光量［％］を示し、横軸は第１の液晶層３０１に印加する電圧＜Ｖ１＞を示している。また、図４では、レーザ光源１から出射される光束１０の偏光方向３６０が、偏光ビームスプリッタ４のＰ波方向と一致させている。以下に、レーザ光源１から出射される光束１０の光量に対する、偏光ビームスプリッタ４から出射する光量の割合を「出射光量」として説明する。
【００４６】
図４に示す出射光量曲線４０１から判るように、＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓを保ちつつ、＜Ｖ１＞を０Ｖｒｍｓから増加させると、＜Ｖ１ｔｈ＞以下の電圧では偏光状態が変わらないため、レーザ光はそのまま出射し、出射光量は１００％となる。それに対して、＜Ｖ１＞を＜Ｖ１ｔｈ＞より高い電圧とすると、上述した偏光の変化により、偏光ビームスプリッタ４のＳ波方向の成分が出現するとともにＰ波成分が減少する。従って、出射光量は減少し、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞の時の極値４０３で、レーザ光の減衰が最も大きくなり、出射光量は最小値５０％をとる。
【００４７】
一方、出射光量曲線４０２から判るように、＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞を保ちつつ、＜Ｖ１＞を０Ｖｒｍｓから増加させると、＜Ｖ１ｔｈ＞以下の電圧では、第１の液晶層３０１では偏光状態は変化せず、そのまま第２の液晶層３０２に入射する。ここでは第２の液晶層３０２は＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞の電圧が印加されているため、偏光状態が９０度回転した光束が、液晶光学素子３から出射される。この偏光状態は、偏光ビームスプリッタ４のＳ波成分であるためすべて反射され、出射光量は０％となる。それに対して、＜Ｖ１＞を＜Ｖ１ｔｈ＞より高い電圧とすると、上述した偏光状態の変化により、偏光ビームスプリッタ４のＰ波成分が出現するとともにＳ波成分が減少して、出射光量が増大する。そして、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞の時の極値４０３で、出射光量が最も大きくなり、最大値５０％をとる。
【００４８】
この様に、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓとしたときに、出射光量は１００％となり、
＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓ、または＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞としたときに、極値４０３で出射光量は５０％となり、
＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓかつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞としたときに、出射光量は０％となり、
偏向ビームスプリッタ４からの３値の出射光量を制御できる様になる。
【００４９】
上記の３出射光量値が得られる電圧では、図４に示したように、印加する電圧値に対する出射光量曲線４０１、４０２が平坦もしくは極値をとり、環境温度の変化や、第１、第２の液晶層３０１、３０２の厚み誤差による影響が極めて小さくなる。従って、受光素子９を用いた精密な制御機構を持たずに、設定した出力光量を安定して得ることができる。
【００５０】
次に、本発明に係る液晶光学素子３の配向処理方向の他の構成例として、図３に示したθ１とθ２との関係を、０＜θ１＜θ２／２かつ０＜θ２≦４５度とした場合について、図５を用いて説明する。図５に、液晶光学素子３に他の配向処理方向を設定した場合の、
第１、第２の液晶層３０１、３０２に印加する電圧＜Ｖ１＞および＜Ｖ２＞と、偏光ビームスプリッタ４から出射される光量との関係を示す。
【００５１】
図５に示す、出射光量曲線５０１から判るように、＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓを保ちつつ＜Ｖ１＞を増加させた場合、＜Ｖ１ｔｈ＞より小さい電圧では偏光状態が変わらないため、レーザ光はそのまま出射し、出射光量は１００％となる。また、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞の時の極値５０３で、レーザ光の減衰が最も大きくなり、そのときの出射光量は１００％×ｃｏｓ２（２θ１）となる。
【００５２】
一方、出射光量曲線５０２から判るように、＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞を保ちつつ、＜Ｖ１＞を０Ｖｒｍｓから増加させると、＜Ｖ１ｔｈ＞以下の電圧では、第１の液晶層３０１では偏光状態は変化せず、第２の液晶層３０２に入射する。このとき第２の液晶層３０２は、＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞の電圧が印加されているため、光量は１００％×ｃｏｓ２（２θ２）となる。
【００５３】
また、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞の時の極値５０４で出射光量が最も大きくなり、そのときの光量は、
１００％×｛ｃｏｓ２（θ２−２θ１）ｃｏｓ（２θ１）−ｓｉｎ２（θ２−２θ１）ｓｉｎ（２θ１）｝２
をとる。
【００５４】
この様に、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓとしたときに、出射光量は１００％となり、
＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓとしたときに、極値５０３で出射光量は１００％×ｃｏｓ２（２θ１）となり、
＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞としたときに、極値５０４で出射光量は１００％×｛ｃｏｓ２（θ２−２θ１）ｃｏｓ（２θ１）−ｓｉｎ２（θ２−２θ１）ｓｉｎ（２θ１）｝２となり、
＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓかつ＜Ｖ２＞＝Ｖ２λ／２としたときに、出射光量は１００％×ｃｏｓ２（２θ２）となり、
偏向ビームスプリッタ４からの４値の出射光量を制御できる様になる。
【００５５】
特に、上記関係をθ１＝θ２／２とした場合の出射光量は、図４で示した例と同じで、１００％×｛ｃｏｓ２（θ２−２θ１）ｃｏｓ（２θ１）−ｓｉｎ２（θ２−２θ１）ｓｉｎ（２θ１）｝２＝１００％×ｃｏｓ２（２θ１）
となるため、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓとしたときに、出射光量は１００％となり、
＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓ、または＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓかつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞としたときに、出射光量は１００％×ｃｏｓ２（２θ１）となり、
＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓかつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞としたときに、出射光量は１００％×ｃｏｓ２（２θ２）となり、
偏向ビームスプリッタ４からの３値の安定した出射光量を制御できる様になる。
【００５６】
なお、上記説明では、レーザ光源１から出射される光束の偏光方向と、第ｋの液晶層（ｋは１からｎまでの整数）における配向処理方向との成す角θｋとの関係を、０度＜θｋ≦４５度とした場合について示したが、この配向処理方向が、上述した構成を９０度回転した（９０度−θ２）／２≦θ１＜９０度、かつ４５度≦θ２＜９０度としても良い。この場合においても同様な効果が得られ、３値または４値の安定した出射光量を実現できる。本変形例は、配向処理方向が異なるだけで、他の構成および動作は先に示した構成と同
じとなるので、ここでの説明は割愛する。
【００５７】
また、θ１＝（９０度−θ２）／２、かつ４５度≦θ２＜９０度としても良い。この場合においても同様な効果が得られ、３値の安定した出射光量を実現できる。
【００５８】
また、第１、第２の液晶層３０１、３０２を同じ液晶層厚さで同じ液晶材料で構成するのが好ましい。何故なら、第１、第２の液晶層３０１、３０２を同じ液晶層厚さで同じ液晶材料で構成することで、図４、図５を用いて説明した＜Ｖ１λ／２＞と、＜Ｖ２λ／２＞との関係が、＜Ｖ１λ／２＞＝＜Ｖ２λ／２＞となり、印加する電圧の設計が簡便になるからである。
【００５９】
次に、この液晶光学素子３に供給する、好ましい駆動形態について説明する。
上記＜Ｖ１λ／２＞と、＜Ｖ２λ／２＞は、図１に示した信号処理部１２において電源からの出力電圧をパルス幅変調されて形成されるが、これらＶ１λ／２（ｔ）およびＶ２λ／２（ｔ）は、休止期間のない矩形波出力の電圧であることが好ましい。ここで、Ｖ（ｔ）は、実効値が＜Ｖ＞となる電圧の時刻ｔにおける瞬間値を示す。上述したように、休止期間のない矩形波出力の電圧とするのは、休止期間の存在する矩形波出力の電圧を液晶光学素子３に印加すると、この休止期間を印加した期間で、偏光ビームスプリッタ４から出射する出射光量が、わずかに脈動するという問題があるからである。
【００６０】
この脈動に関して図６用いて説明する。図６は、電源からの出力電圧Ｖｏをパルス幅変調した電圧の時間変化曲線６１と、その電圧をある液晶層に印加した場合得られる光量の時間変化曲線６２を示す図である。
【００６１】
図６に示すように、電圧の時間変化曲線６１は、正負電源電圧（±Ｖｏ）が印加される時間と、電圧が印加されない休止期間とを含む。一方、光量の時間変化曲線６２において平均光量を中心に光量の脈動が見られ、その脈動は電圧の時間変化曲線６２の休止期間に大きく関わっていることが分かる。これは、液晶層中の液晶分子のチルト角が実効電圧だけでなく、瞬間的な電圧に反応して微小に変化することが原因であると考えられる。
【００６２】
そこで、脈動のない出力光量を実現するため、電源電圧Ｖｏ＝＜Ｖ１λ／２＞を満たす電源を用いる。図７は、上記電源からの出力電圧をパルス幅変調し、その電圧を第１の液晶層３０１に印加した場合について例示した図面である。図７（Ａ）では＜Ｖ１＞が＜Ｖ１ｔｈ＞より小さい場合における電圧の時間変化曲線７１を、図７（Ｂ）では＜Ｖ１＞が＜Ｖ１ｔｈ＞以上かつ＜Ｖ１λ／２＞より小さい場合における電圧の時間変化曲線７３を、図７（Ｃ）では＜Ｖ１＞が＜Ｖ１λ／２＞と等しい場合における電圧の時間変化曲線７５を示し、これら駆動プロファイルの右側に、これら電圧を第１の液晶層３０１へ印加したとき得られた光量の時間変化曲線を示した。なお、ここでは、積層する他の液晶層には電圧を印加していない。
【００６３】
図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、＜Ｖ１＞の増加に伴い、休止期間が短くなる。さらに、＜Ｖ１＞が＜Ｖ１λ／２＞と等しい場合、電圧の時間変化曲線７５は休止期間を含まないことが判る。
【００６４】
ここで、図７（Ａ）で示される電圧を第１の液晶層３０１へ印加したとき得られた光量の時間変化曲線７２をみると、上記電圧は休止期間を含む電圧であるが、＜Ｖ１＞が＜Ｖ１ｔｈ＞より小さい電圧であるため、液晶分子のチルト角変化はない。そのため、瞬間的な電圧変化による微小チルト角変化もなく、光量の時間変化曲線７２に脈動は現れない。
【００６５】
一方、図７（Ｂ）で示される電圧を液晶層３０１へ印加したとき得られた光量の時間変
化曲線７４をみると、上記電圧は、＜Ｖ１ｔｈ＞以上であるため、液晶分子はあるチルト角をもつ。このとき、上記電圧は＜Ｖ１λ／２＞より小さい電圧であるため、休止期間を含む電圧であり、休止期間の存在により液晶分子のチルト角は、あるチルト角を中心に微小変化することとなる。その結果、この電圧範囲では、光量の時間変化曲線７４に脈動が生じる。
【００６６】
それに対し、図７（Ｃ）で示される電圧を液晶層３０１へ印加したとき得られた光量の時間変化曲線７６をみると、上記電圧は、＜Ｖ１λ／２＞に等しいため休止期間がないため、液晶分子には恒に同じ大きさの電圧が加わり、微小なチルト角の変化はない。従って、光量の時間変化曲線７６には脈動は現れない。
【００６７】
ここで、上記した駆動形態を、＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓと＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞とを切り替えて２値の光量切り替えを行う形態に適用した場合について説明する。
上記した駆動形態を、２値の光量切り替えに適用すれば、０Ｖｒｍｓでは＜Ｖ１ｔｈ＞より小さい電圧であるため、上述のとおり脈動のない光量を得ることができる。また、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞でも同じく脈動のない光量を得ることができる。つまり、電源電圧Ｖｏ＝＜Ｖ１λ／２＞を満たす電源を用い、上述の２値を用いることにより脈動のない安定した光量の切り替えを行うことができる。
【００６８】
次に、第１の液晶層３０１のみに電圧を印加するのでなく、複数の液晶層に電圧を印加する場合について説明する。電圧を印加する液晶層の層数が複数になっても、それぞれの層は、上記した１層の場合と同様な現象が生じる。ここでは、図４で示される３値の光量切り替えを例にあげて説明する。
【００６９】
この３値の光量切り替えを行う場合、第１の液晶層３０１に対してＶｏ＝＜Ｖ１λ／２＞を満たす電源を用意し、第２の液晶層３０２に対してＶｏ＝＜Ｖ２λ／２＞を満たす電源を用いればよい。それぞれの液晶層は１層の場合と同様に、＜Ｖｎ＞＝０Ｖｒｍｓと＜Ｖｎ＞＝＜Ｖｎλ／２＞（ｎ＝１，２）とを切り替えても光量に脈動は現れない。そのため、出射光量１００％を実現する＜Ｖ１＞＝＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓ、出射光量０％を実現する、＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓかつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞、出射光量５０％を実現する、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓ、または＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞、すべての場合において出射光量に脈動は現れない。
【００７０】
なお、上記説明は、図４に示した３値の光量切り替えを行う場合について説明したが、これを図５で示される４値の光量切り替えの場合も上述したと同様に、第１の液晶層３０１に対してＶｏ＝＜Ｖ１λ／２＞を満たす電源を用意し、第２の液晶層３０２に対してＶｏ＝＜Ｖ２λ／２＞を満たす電源を用いれば、出射光量に脈動を抑えることができる。
【００７１】
次に、この脈動のない出力光量を実現する具体的形態について説明する。ここでは、電源電圧Ｖｏをパルス幅変調し、その電圧を分圧器により分圧し形成する方法を示す。この方法の具体的構成例を図８に示す。図８は、本発明に係る信号処理部１２の構成例を示す図面である。
【００７２】
図８に示すように、信号処理部１２は、電源に接続されたパルス幅変調器と、このパルス幅変調器から出力される所定の電圧に対して、第１、第２の液晶層３０１、３０２に対応させて、休止期間を有さない矩形波出力を生成するための分圧器１２０を有する。これにより、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞および＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞の場合に、休止期間のない矩形波出力の電圧を形成することができ、その結果として、脈動のない出射光量が出力される。
【００７３】
ここで、この分圧器１２０の第一の形態について説明する。図９は、この分圧器１２０を、液晶光学素子３に組み込んだ第一の形態を示す図面である。
【００７４】
図９に示すように、本形態における液晶光学素子３は、脈動のない出力光量を実現するため、上記分圧器１２０を引出配線部３２２の透明導電膜を微細にパターン化し形成してなる。なお、図９では簡単のため一つの液晶層について示した。この様に構成すれば、液晶光学素子３の液晶層ごとに分圧器を内蔵でき、複数の異なる第１、第２の液晶層３０１、３０２に対して共通の信号電圧となり、信号処理部１２の構成が単純化される。
【００７５】
次に、分圧器１２０の第二の形態について説明する。図１０は、分圧器１２０を液晶光学素子３に組み込んだ第二の形態を示す図面である。
【００７６】
図１０に示すように、本形態における液晶光学素子３は、脈動のない出力光量を実現するため、上記分圧器１２０を位相変調電極３２１の最外周に形成してなる。この様に構成すれば、図９に示した引出配線部３２２に分圧器１２０を形成する場合と同様に、液晶光学素子３の第１、第２の液晶層３０１、３０２ごとに分圧器１２０を内蔵できるため、複数の異なる第１、第２の液晶層３０１、３０２に対して共通の信号電圧となり信号処理部１２が単純化される。さらに、位相変調電極３２１の最外周を利用することにより、パターンを微細とする必要がなくなり、比較的容易に形成できる。
【００７７】
この様に、上記の第一の形態と第二の形態のいずれかの電圧形成手段を用いれば、脈動のない３値または４値の光量切り替えが可能となる。
【００７８】
なお、ここまでに述べた実施の形態では、第１と第２の液晶層３０１、３０２の２層の液晶層を有する光ピックアップ装置について示し、最大４個の安定した出射光量を得ることができることを説明したが、この２層の液晶層に、更に１層の液晶層を追加して３層とすれば、２層の液晶層で得られていた４個の各出射光量のそれぞれを、追加の１層の液晶層でもって更に２個づつに分岐して、合計８個の安定した出射光量を得ることができる。以上のことから、本発明の構成を適用すれば、ｎ層の液晶層を有する液晶光学素子３は、最大２ｎ個の安定した出射光量が実現できることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の光ピックアップ装置の構成を示す図面である。
【図２】本発明に係る液晶光学素子の構成を示す図面である。
【図３】本発明に係る液晶光学素子の配向処理方向を示す図面である。
【図４】本発明に係る液晶光学素子の印加電圧と出射光量との関係を示す図面である。
【図５】本発明に係る安定した４値の出射光量を有する液晶光学素子に対する液晶光学素子への印加電圧と出射光量との関係を示す図面である。
【図６】本発明に係る液晶光学素子に対する印加電圧と出射光量の時間変化を示す図面である。
【図７】本発明に係る液晶光学素子に対する、光量脈動のない印加電圧と出射光量の時間変化を示す図面である。
【図８】本発明に係る液晶光学素子と分圧器を有する信号処理部とを示す図面である。
【図９】本発明に係る液晶光学素子において引出配線部に分圧器を有する透明電極パターンを示す図面である。
【図１０】本発明に係る液晶光学素子において位相変調電極の最外周に分圧器を有する透明電極パターンを示す図面である。
【図１１】従来の光ピックアップ装置の構成を示す図面である。
【符号の説明】
【００８０】
１ レーザ光源
２ コリメートレンズ
３ 液晶光学素子
４ 偏光ビームスプリッタ
５ ４分の１波長板
６ 対物レンズ
７ 光ディスク
８ 集光レンズ
９ 受光素子
１０、１１ 光束
１２ 信号処理部
１２０ 分圧器
１００ 光ピックアップ装置
３０１ 第１の液晶層
３０２ 第２の液晶層
３１０ 平板状基板
３２０ 透明導電膜
３２１ 位相変調電極
３２２ 引出配線部
３３０ 配向膜
３４０ シール材
３５０ 電極端子部
３６０ 偏光方向
３６１、３６２ 配向処理方向
４０１、４０２、５０１、５０２ 出射光量曲線
４０３、５０３、５０４ 極値
６１、７１、７３、７５ 電圧時間変化曲線
６２、７２、７４、７６ 出射光量時間変化曲線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源と、レーザ光源から出射された光束と光ディスクから反射された光束とを分離する偏光ビームスプリッタと、レーザ光源と偏光ビームスプリッタとの間にレーザ光源から出射される光束の偏光を変化させる液晶光学素子を備える光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップ装置は、レーザ光源から出射された所定の波長の光束を光ディスクに集光し、この光ディスクから反射する光束の大きさを受光素子で検出することで光ディスクの情報を再生し、またはレーザ光源から出射される光量を変調し光ディスクに照射される光量を変化させることで情報を記録する装置である。
【０００３】
光ピックアップ装置におけるレーザ光源のノイズは、レーザ光源から出射する光束の光量の大きさに依存する。一方、複数の記録層を有する光ディスクにおいて記録／再生に必要とされる光量が記録層ごとに異なため、レーザ光源の光量を変化させる必要があり、このことがレーザ光源に含まれるノイズを変化させることとなる。
【０００４】
例えば、表面から順に記録層が第１層、第２層、・・・、第ｎ層のようにｎ層積層された光ディスクにおいて、各層における記録時に必要な記録層上での光量と、同じ第ｋ層の再生時に必要な記録層上での光量は異なり、レーザ光源の光量を変化させなければならない。加えて、同じ記録時の際にも第ｋ層（ｋ＝１からｎ−１までの整数）の記録時と第ｋ＋１層の記録時ではレーザ光源の光量を変化させなければならない。何故なら、第ｋ層と第ｋ＋１層とで記録層上で必要な光量は同程度であるが、第ｋ＋１層の記録時には第１層から第ｋ層が半透過膜として働くため、第ｋ＋１層に到達する光量は大きく減衰するためである。同様な理由により再生時においても第ｋ層（ｋ＝１からｎ−１までの整数）の再生時と第ｋ＋１層の再生時とではレーザ光源の光量を変化させなければならない。
【０００５】
従って、ある記録層への記録時または再生時にレーザ光源のノイズを最小化すると、他の記録層の記録時または再生時にレーザ光源のノイズが増大し、正確な記録／再生ができなくなることがあった。
【０００６】
そこで、レーザ光源の光量を変化させることなく各記録層への記録／再生に適した光量を供給するため、液晶光学素子をレーザ光源の出射側に設けた光ピックアップ装置が提案された（例えば、特許文献１参照のこと）。
【０００７】
この従来の光ピックアップ装置の構成について詳細に説明をする。図１１は、従来の光ピックアップ装置の構成を示す図面である。
【０００８】
図１１に示す従来の光ピックアップ装置は、レーザ光源１、コリメートレンズ２、液晶光学素子３、偏光ビームスプリッタ４、４分の１波長板５、対物レンズ６、集光レンズ８、受光素子９とを備えている。このレーザ光源１、コリメートレンズ２、液晶光学素子３、偏光ビームスプリッタ４、４分の１波長板５、対物レンズ６は、レーザ光源１から出射する光束の光軸を中心に配置されており、また、集光レンズ７、受光素子９は、光ディスク７から反射され、偏光ビームスプリッタ４にて光路を変えられた光束の光軸を中心に配置されている。
【０００９】
液晶光学素子３は、信号処理部１２より生成された光量調整信号によりレーザ光源１か
ら出射された光束の偏光を変化させる。上記光束は偏光ビームスプリッタ４に入射し、光束の偏光状態を反映して光束が分離され、その一方が対物レンズ６を通り光ディスク７中の記録層に集光される。また、受光素子９から生じる光量信号は信号処理部１２に供給され、記録時／再生時にノイズが最小になるように定められた光量をとるように光量調整信号を生成する。
【００１０】
この従来の光ピックアップ装置の構成によれば、記録／再生に関わらずノイズが最小になるように保ち、光ディスク７中の各記録層上に適した光量のレーザ光を照射することができる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−３９００４号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載された光ピックアップ装置に搭載される液晶光学素子３は、液晶層１層のみを有する構造であるため安定して調整できる光量は偏光ビームスプリッタ４から出射する光量が最大値または最小値をとる２値に限られる。偏光ビームスプリッタ４から出射する光量を最大値と最小値との間にある中間値に設定する場合は、上記光量が液晶光学素子３に印加する電圧だけでなく、環境温度の変化、液晶層の厚み誤差に大きく依存するため、受光素子９により検出された検出光量に応じて、液晶光学素子３に印加する電圧を精密に制御する必要がある。特に記録層を複数有する光ディスク７の記録／再生においては３値以上の光量値を実現するため、複雑な制御が必要になるという問題を有していた。
【００１３】
そこで、本発明の光ピックアップ装置は上記課題を解決し、３値以上の光量値を制御機構なしで実現できる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光ピックアップ装置は、基本的に下記記載の構成を有するものである。
【００１５】
本発明の光ピックアップ装置は、光束を出射するレーザ光源と、光束を光ディスクに集光する対物レンズと、レーザ光源から出射された光束と光ディスクから反射された光束とを分離する偏光ビームスプリッタと、レーザ光源と偏光ビームスプリッタとの間に、レーザ光源から出射される光束の偏光状態を変える、光束の光軸方向に重ねて配置した第１から第ｎの液晶層（ｎは２以上の整数）を透明電極で挟持する液晶光学素子とを備え、液晶光学素子における第１から第ｎの液晶層は、レーザ光源から出射される光束の偏光方向と、第１の液晶層における配向処理方向との成す角θ１との関係が、０度＜θ１≦４５度となり、かつ光束の偏光方向と、第ｋの液晶層（ｋは１からｎ−１までの整数）における配向処理方向との成す角θｋと、光束の偏光方向と、第ｋ＋１の液晶層における配向処理方向との成す角θｋ＋１との関係が、０度＜θｋ＋１≦θｋ／２の関係を有して構成されることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した成す角θｋと成す角θｋ＋１との関係を、０度＜θｋ＋１＜θｋ／２としたことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の光ピックアップ装置は、光束を出射するレーザ光源と、光束を光ディスクに集光する対物レンズと、レーザ光源から出射された光束と光ディスクから反射された光束とを分離する偏光ビームスプリッタと、レーザ光源と偏光ビームスプリッタとの間に、レーザ光源から出射される光束の偏光状態を変える、光束の光軸方向に重ねて配置した第１から第ｎの液晶層（ｎは２以上の整数）を透明電極で挟持する液晶光学素子とを備え、液晶
光学素子における第１から第ｎの液晶層は、レーザ光源から出射される光束の偏光方向と、第１の液晶層における配向処理方向との成す角θ１との関係が、４５度≦θ1＜９０度となり、かつ光束の偏光方向と、第ｋの液晶層（ｋは１からｎ−１までの整数）における配向処理方向との成す角θｋと、光束の偏光方向と、第ｋ＋１の液晶層における配向処理方向との成す角θｋ＋１との関係が、（９０度＋θｋ）／２≦θｋ＋１＜９０度の関係を有して構成されることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した成す角θｋと成す角θｋ＋１との関係を、（９０度＋θｋ）／２＜θｋ＋１＜９０度としたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の光ピックアップ装置は、電源からの出力電圧を、第１から第ｎの液晶層に供給する液晶駆動手段をさらに備え、この液晶駆動手段が、液晶光学素子に入射する光束の偏光状態を変更して、偏光ビームスプリッタから出射される光束の光量調整を多段階に変更することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した第１から第ｎの液晶層における液晶分子の配向状態がホメオトロピックであることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した出力電圧が、レーザ光源から出射される光束の波長λに対して位相差がλ／２となる第１の電圧と、第１から第ｎの液晶層でフレデリクス転移を起こさない第２の電圧であり、第１と第２の電圧を切り替えて液晶光学素子に入射する光束の偏光状態を変更することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した液晶駆動手段が、出力電圧をパルス幅変調した変調電圧を、液晶光学素子に供給する駆動手段であって、第１の電圧が、休止期間を有さない矩形波出力の電圧であることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明のピックアップ装置は、前述した出力電圧が、矩形波出力の電圧をパルス幅変調した変調電圧を抵抗によって分圧して形成することを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明のピックアップ装置は、前述した抵抗が液晶光学素子の前記透明電極に変調電圧を供給するための引出配線に形成されることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明のピックアップ装置は、前述した引出配線に形成させる抵抗が液晶層に位相変調を与えるための位相変調電極の最外周に設けられることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の光ピックアップ装置は、前述した第１から第ｎの液晶層を、同じ液晶材料で同じ液晶層厚としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明を適用すれば、３値以上の光量値を制御機構なしで実現できる光ピックアップ装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の光ピックアップ装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
まず、本発明の光ピックアップ装置の構成について説明する。図１は、実施の形態にかかる光ピックアップ装置の構成および作用を説明するための図面である。
【００３０】
図１に示す様に、本発明の光ピックアップ装置１００は、所望の波長の光束を出射するレーザ光源１と、レーザ光源１から出射される光束１０を平行光に変換するコリメートレンズ２と、コリメートレンズ２を通過した光束１０の偏光状態を変更する機能を備えた液晶光学素子３と、入射する光束の偏光状態により光束を分割する偏光ビームスプリッタ４と、偏光ビームスプリッタ４を通過した光束１０を円偏光に変換する４分の１波長板５と、４分の１波長板を通過した円偏光の光束を光ディスク７に導く対物レンズ６とを備えている。また、この装置は、光ディスク７から反射される光束１１を、偏光ビームスプリッタ４を介して、集光レンズ８から受光素子９に導くように構成されている。受光素子９により入射した光束の光量を電気信号に変換したのち、信号処理部１２により復調等の処理を行い、光ディスク７に記録された情報を再生する。
【００３１】
光ピックアップ装置１００を構成する、レーザ光源１と、コリメートレンズ２と、液晶光学素子３と、偏光ビームスプリッタ４と、４分の１波長板５と、対物レンズ６とは、レーザ光源１から出射される光束１０の光軸に沿って直線状に配置される。また、集光レンズ８と受光素子９は、光ディスク７から反射され、偏光ビームスプリッタ４により光路が変えられた光束１１の光軸に沿って直線状に配置される。
【００３２】
次に、液晶光学素子３の構成について図２を用いて説明する。図２は、本発明に係る液晶光学素子の具体的な構造を説明するための図面である。本発明にかかる液晶光学素子３は、少なくとも２層以上の液晶層を含むが、図２では、２層の液晶層を有する構成例を示している。
【００３３】
液晶光学素子３は透明性の平板状基板３１０、３１１、および３１２と、シール材３４０を介して、平板状基板３１０、３１１に挟持された第１の液晶層３０１および、平板状基板３１１、３１２に挟持された第２の液晶層３０２とを備えている。これら第１、第２の液晶層３０１、３０２には、ネガ型またはポジ型のネマチック液晶を用いる。また、平板状基板３１０、３１１、および３１２の液晶層側面には、透明電極膜３２０と、無機または有機の配向膜３３０が形成される。また、平板状基板３１０、３１１、３１２の少なくとも１つ以上に、外部から電圧を供給するための電極端子部３５０を有する。
【００３４】
そして、上記透明電極膜３２０は、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛などからなり、蒸着法、または、スパッタ法等により形成される。電極端子部３５０を介して、この透明電極膜３２０に交流電圧を加えることにより、第１、第２の液晶層３０１、３０２にそれぞれ独立な交流電場を印加することができる様になっている。
【００３５】
上記透明電極膜３２０上に設けられた配向膜３３０は、例えば、無機配向膜としてＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などを用いて、斜方蒸着、スパッタ法、印刷法などを利用して形成することができる。また、例えば、有機配向膜として、ポリイミドなどを用いて印刷法などにより形成しても良い。斜方蒸着以外の方法で形成された配向膜表面は、液晶分子の方位角およびプレチルト角を規制するため、所定の方向に配向処理される。配向処理としては、イオンビーム照射法、ラビング法などの手法を用いることができ、配向処理により液晶分子の方位角と配向処理方向は一致する。
【００３６】
上記したように、第１、第２の液晶層３０１、３０２として、ポジ型またはネガ型のネマチック液晶を用いることができる。特に、無機配向膜とネガ型のネマチック液晶を用い、液晶分子が配向膜面に対してほぼ垂直に配向する、ホメオトロピック配向となるものが適している。それは、有機配向膜とポジ型のネマチック液晶を用いるホモジニアス配向に比べ、光ピックアップ装置で用いられる青色可視光領域の光照射に対して、極めて高い耐光性を示すからである。
【００３７】
また、第１、第２の液晶層３０１、３０２の液晶分子は、電極端子部３５０を介して印加される電場の大きさにより、方位角を保ったままチルト角を大きく変化される。ホメオトロピック配向をとるネガ型のネマチック液晶の場合は、印加される電圧がない場合、液晶分子は、平板状基板３１０〜３１２に対してほぼ垂直に配向するが、印加される電圧が高くなるにつれて水平方向に傾いていく。ホモジニアス配向をとるポジ型のネマチック液晶の場合は、印加される電圧がない場合、液晶分子は、平板状基板３１０〜３１２に対してほぼ水平に配向するが、印加される電圧が高くなるにつれて垂直に立ち上がっていく。
【００３８】
上記のように第１、第２の液晶層３０１、３０２に電圧を印加することにより、液晶分子のチルト角を変化させることができ、これにより、液晶分子の方位角の屈折率が変化する。通常、液晶分子の方位角と配向処理方向は一致するため、電圧を印加することにより配向処理方向の屈折率が変化することとなる。
【００３９】
次に、本発明に係る液晶光学素子３の配向処理方向の設定事項について図１〜図３を用いて説明する。図３に、液晶光学素子３の配向処理方向の一例を示す。ここで、レーザ光源１から出射される光束の偏光方向３６０と第１の液晶層３０１の配向処理方向３６１とのなす角をθ１とし、偏光方向３６０と第２の液晶層３０２の配向処理方向３６２とのなす角をθ２とする。第１の液晶層３０１と第２の液晶層３０２に印加する電圧を、それぞれＶ１、Ｖ２とする。また、第１の液晶層３０１および第２の液晶層３０２は、ともにホメオトロピック配向をとる同一のネガ型液晶であるとする。なお、以降では説明を明瞭にするため、偏光ビームスプリッタ４の特性としてＳ波は全反射し、Ｐ波は全透過するものとし、液晶光学素子３に対しては表面反射と光吸収を無視した。
【００４０】
まず、第１、第２の液晶層３０１、３０２の配向処理方向の設定角度を、θ１＝２２．５度、θ２＝４５度とした場合について説明する。なお、下記の説明は、０＜θ１≦４５度であり、かつ０＜θ２≦θ１／２における一例を示している。
【００４１】
＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓかつ＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓの場合、液晶分子はほぼ垂直に配向しており、レーザ光源１から出射される光束の偏光状態３６０をほとんど変化させずに出射する。ここでは、＜Ｖ＞はＶの実効値を示すこととした。また、＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓを保ちつつ、＜Ｖ１＞を増加させた場合、第１の液晶層３０１がフレデリクス転移を起こす電圧（以下、＜Ｖ１ｔｈ＞とする）より小さな電圧のとき液晶分子はチルト角を変えないため、同様にレーザ光源１から出射される光束の偏光方向３６０が変化せずに出射する。それに対して、＜Ｖ１＞が＜Ｖ１ｔｈ＞を越えた場合、液晶分子のチルト角が変化し、液晶光学素子３に入射する光束１０の偏光状態を変化させる。
【００４２】
その偏光状態の変化は、レーザ光源１から出射される光束１０における、偏光方向３６０の配向処理方向３６１に直交する成分については変化せず、レーザ光源１から出射される光束１０における、偏光方向３６０の配向処理方向３６１に平行な成分のみの位相が遅れることとなる。ここで、＜Ｖ１＞を変化させてレーザ光源１から出射される光束の波長λに対して位相差がちょうどλ／２の場合に、液晶光学素子３から出射する光束１０の偏光方向は、レーザ光源１から出射される光束の偏光方向が４５度（２θ１）回転した直線偏光となる。このときの第１の液晶層３０１に印加する電圧を＜Ｖ１λ／２＞と表記する。
【００４３】
一方、＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓを保ったまま、＜Ｖ２＞を０Ｖｒｍｓから増加させると、同様にレーザ光源１から出射される光束１０における偏光方向３６０のうち、第２の液晶層３０２の配向処理方向３６２に平行な成分のみの位相が遅れる。そして、位相差がちょうどλ／２の場合に、レーザ光源１から出射される光束１０における偏光方向３６０が、９０度（２θ２）回転した直線偏光となる。このときの第２の液晶層３０２に印加する電
圧を、＜Ｖ２λ／２＞と表記する。
【００４４】
また、＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞を保ったまま、＜Ｖ１＞を０Ｖｒｍｓから増加させると、第１の液晶層３０１で生じる偏光状態の変化に加えて、第２の液晶層３０２でその偏光状態の変化が９０度（２θ２）回転されることとなる。
【００４５】
上記の第１、第２の液晶層３０１、３０２に印加する、電圧＜Ｖ１＞および＜Ｖ２＞と偏光状態の変化との関係を踏まえ、図４に、第１、第２の液晶層３０１、３０２に印加する電圧＜Ｖ１＞および＜Ｖ２＞と、偏光ビームスプリッタ４から出射される光量との関係を示した。なお、本図の縦軸は出射光量［％］を示し、横軸は第１の液晶層３０１に印加する電圧＜Ｖ１＞を示している。また、図４では、レーザ光源１から出射される光束１０の偏光方向３６０が、偏光ビームスプリッタ４のＰ波方向と一致させている。以下に、レーザ光源１から出射される光束１０の光量に対する、偏光ビームスプリッタ４から出射する光量の割合を「出射光量」として説明する。
【００４６】
図４に示す出射光量曲線４０１から判るように、＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓを保ちつつ、＜Ｖ１＞を０Ｖｒｍｓから増加させると、＜Ｖ１ｔｈ＞以下の電圧では偏光状態が変わらないため、レーザ光はそのまま出射し、出射光量は１００％となる。それに対して、＜Ｖ１＞を＜Ｖ１ｔｈ＞より高い電圧とすると、上述した偏光の変化により、偏光ビームスプリッタ４のＳ波方向の成分が出現するとともにＰ波成分が減少する。従って、出射光量は減少し、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞の時の極値４０３で、レーザ光の減衰が最も大きくなり、出射光量は最小値５０％をとる。
【００４７】
一方、出射光量曲線４０２から判るように、＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞を保ちつつ、＜Ｖ１＞を０Ｖｒｍｓから増加させると、＜Ｖ１ｔｈ＞以下の電圧では、第１の液晶層３０１では偏光状態は変化せず、そのまま第２の液晶層３０２に入射する。ここでは第２の液晶層３０２は＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞の電圧が印加されているため、偏光状態が９０度回転した光束が、液晶光学素子３から出射される。この偏光状態は、偏光ビームスプリッタ４のＳ波成分であるためすべて反射され、出射光量は０％となる。それに対して、＜Ｖ１＞を＜Ｖ１ｔｈ＞より高い電圧とすると、上述した偏光状態の変化により、偏光ビームスプリッタ４のＰ波成分が出現するとともにＳ波成分が減少して、出射光量が増大する。そして、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞の時の極値４０３で、出射光量が最も大きくなり、最大値５０％をとる。
【００４８】
この様に、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓとしたときに、出射光量は１００％となり、
＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓ、または＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞としたときに、極値４０３で出射光量は５０％となり、
＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓかつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞としたときに、出射光量は０％となり、
偏向ビームスプリッタ４からの３値の出射光量を制御できる様になる。
【００４９】
上記の３出射光量値が得られる電圧では、図４に示したように、印加する電圧値に対する出射光量曲線４０１、４０２が平坦もしくは極値をとり、環境温度の変化や、第１、第２の液晶層３０１、３０２の厚み誤差による影響が極めて小さくなる。従って、受光素子９を用いた精密な制御機構を持たずに、設定した出力光量を安定して得ることができる。
【００５０】
次に、本発明に係る液晶光学素子３の配向処理方向の他の構成例として、図３に示したθ１とθ２との関係を、０＜θ１＜θ２／２かつ０＜θ２≦４５度とした場合について、図５を用いて説明する。図５に、液晶光学素子３に他の配向処理方向を設定した場合の、
第１、第２の液晶層３０１、３０２に印加する電圧＜Ｖ１＞および＜Ｖ２＞と、偏光ビームスプリッタ４から出射される光量との関係を示す。
【００５１】
図５に示す、出射光量曲線５０１から判るように、＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓを保ちつつ＜Ｖ１＞を増加させた場合、＜Ｖ１ｔｈ＞より小さい電圧では偏光状態が変わらないため、レーザ光はそのまま出射し、出射光量は１００％となる。また、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞の時の極値５０３で、レーザ光の減衰が最も大きくなり、そのときの出射光量は１００％×ｃｏｓ２（２θ１）となる。
【００５２】
一方、出射光量曲線５０２から判るように、＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞を保ちつつ、＜Ｖ１＞を０Ｖｒｍｓから増加させると、＜Ｖ１ｔｈ＞以下の電圧では、第１の液晶層３０１では偏光状態は変化せず、第２の液晶層３０２に入射する。このとき第２の液晶層３０２は、＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞の電圧が印加されているため、光量は１００％×ｃｏｓ２（２θ２）となる。
【００５３】
また、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞の時の極値５０４で出射光量が最も大きくなり、そのときの光量は、
１００％×｛ｃｏｓ２（θ２−２θ１）ｃｏｓ（２θ１）−ｓｉｎ２（θ２−２θ１）ｓｉｎ（２θ１）｝２
をとる。
【００５４】
この様に、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓとしたときに、出射光量は１００％となり、
＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓとしたときに、極値５０３で出射光量は１００％×ｃｏｓ２（２θ１）となり、
＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞としたときに、極値５０４で出射光量は１００％×｛ｃｏｓ２（θ２−２θ１）ｃｏｓ（２θ１）−ｓｉｎ２（θ２−２θ１）ｓｉｎ（２θ１）｝２となり、
＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓかつ＜Ｖ２＞＝Ｖ２λ／２としたときに、出射光量は１００％×ｃｏｓ２（２θ２）となり、
偏向ビームスプリッタ４からの４値の出射光量を制御できる様になる。
【００５５】
特に、上記関係をθ１＝θ２／２とした場合の出射光量は、図４で示した例と同じで、１００％×｛ｃｏｓ２（θ２−２θ１）ｃｏｓ（２θ１）−ｓｉｎ２（θ２−２θ１）ｓｉｎ（２θ１）｝２＝１００％×ｃｏｓ２（２θ１）
となるため、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓとしたときに、出射光量は１００％となり、
＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓ、または＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓかつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞としたときに、出射光量は１００％×ｃｏｓ２（２θ１）となり、
＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓかつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞としたときに、出射光量は１００％×ｃｏｓ２（２θ２）となり、
偏向ビームスプリッタ４からの３値の安定した出射光量を制御できる様になる。
【００５６】
なお、上記説明では、レーザ光源１から出射される光束の偏光方向と、第ｋの液晶層（ｋは１からｎまでの整数）における配向処理方向との成す角θｋとの関係を、０度＜θｋ≦４５度とした場合について示したが、この配向処理方向が、上述した構成を９０度回転した（９０度−θ２）／２≦θ１＜９０度、かつ４５度≦θ２＜９０度としても良い。この場合においても同様な効果が得られ、３値または４値の安定した出射光量を実現できる。本変形例は、配向処理方向が異なるだけで、他の構成および動作は先に示した構成と同
じとなるので、ここでの説明は割愛する。
【００５７】
また、θ１＝（９０度−θ２）／２、かつ４５度≦θ２＜９０度としても良い。この場合においても同様な効果が得られ、３値の安定した出射光量を実現できる。
【００５８】
また、第１、第２の液晶層３０１、３０２を同じ液晶層厚さで同じ液晶材料で構成するのが好ましい。何故なら、第１、第２の液晶層３０１、３０２を同じ液晶層厚さで同じ液晶材料で構成することで、図４、図５を用いて説明した＜Ｖ１λ／２＞と、＜Ｖ２λ／２＞との関係が、＜Ｖ１λ／２＞＝＜Ｖ２λ／２＞となり、印加する電圧の設計が簡便になるからである。
【００５９】
次に、この液晶光学素子３に供給する、好ましい駆動形態について説明する。
上記＜Ｖ１λ／２＞と、＜Ｖ２λ／２＞は、図１に示した信号処理部１２において電源からの出力電圧をパルス幅変調されて形成されるが、これらＶ１λ／２（ｔ）およびＶ２λ／２（ｔ）は、休止期間のない矩形波出力の電圧であることが好ましい。ここで、Ｖ（ｔ）は、実効値が＜Ｖ＞となる電圧の時刻ｔにおける瞬間値を示す。上述したように、休止期間のない矩形波出力の電圧とするのは、休止期間の存在する矩形波出力の電圧を液晶光学素子３に印加すると、この休止期間を印加した期間で、偏光ビームスプリッタ４から出射する出射光量が、わずかに脈動するという問題があるからである。
【００６０】
この脈動に関して図６用いて説明する。図６は、電源からの出力電圧Ｖｏをパルス幅変調した電圧の時間変化曲線６１と、その電圧をある液晶層に印加した場合得られる光量の時間変化曲線６２を示す図である。
【００６１】
図６に示すように、電圧の時間変化曲線６１は、正負電源電圧（±Ｖｏ）が印加される時間と、電圧が印加されない休止期間とを含む。一方、光量の時間変化曲線６２において平均光量を中心に光量の脈動が見られ、その脈動は電圧の時間変化曲線６２の休止期間に大きく関わっていることが分かる。これは、液晶層中の液晶分子のチルト角が実効電圧だけでなく、瞬間的な電圧に反応して微小に変化することが原因であると考えられる。
【００６２】
そこで、脈動のない出力光量を実現するため、電源電圧Ｖｏ＝＜Ｖ１λ／２＞を満たす電源を用いる。図７は、上記電源からの出力電圧をパルス幅変調し、その電圧を第１の液晶層３０１に印加した場合について例示した図面である。図７（Ａ）では＜Ｖ１＞が＜Ｖ１ｔｈ＞より小さい場合における電圧の時間変化曲線７１を、図７（Ｂ）では＜Ｖ１＞が＜Ｖ１ｔｈ＞以上かつ＜Ｖ１λ／２＞より小さい場合における電圧の時間変化曲線７３を、図７（Ｃ）では＜Ｖ１＞が＜Ｖ１λ／２＞と等しい場合における電圧の時間変化曲線７５を示し、これら駆動プロファイルの右側に、これら電圧を第１の液晶層３０１へ印加したとき得られた光量の時間変化曲線を示した。なお、ここでは、積層する他の液晶層には電圧を印加していない。
【００６３】
図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、＜Ｖ１＞の増加に伴い、休止期間が短くなる。さらに、＜Ｖ１＞が＜Ｖ１λ／２＞と等しい場合、電圧の時間変化曲線７５は休止期間を含まないことが判る。
【００６４】
ここで、図７（Ａ）で示される電圧を第１の液晶層３０１へ印加したとき得られた光量の時間変化曲線７２をみると、上記電圧は休止期間を含む電圧であるが、＜Ｖ１＞が＜Ｖ１ｔｈ＞より小さい電圧であるため、液晶分子のチルト角変化はない。そのため、瞬間的な電圧変化による微小チルト角変化もなく、光量の時間変化曲線７２に脈動は現れない。
【００６５】
一方、図７（Ｂ）で示される電圧を液晶層３０１へ印加したとき得られた光量の時間変
化曲線７４をみると、上記電圧は、＜Ｖ１ｔｈ＞以上であるため、液晶分子はあるチルト角をもつ。このとき、上記電圧は＜Ｖ１λ／２＞より小さい電圧であるため、休止期間を含む電圧であり、休止期間の存在により液晶分子のチルト角は、あるチルト角を中心に微小変化することとなる。その結果、この電圧範囲では、光量の時間変化曲線７４に脈動が生じる。
【００６６】
それに対し、図７（Ｃ）で示される電圧を液晶層３０１へ印加したとき得られた光量の時間変化曲線７６をみると、上記電圧は、＜Ｖ１λ／２＞に等しいため休止期間がないため、液晶分子には恒に同じ大きさの電圧が加わり、微小なチルト角の変化はない。従って、光量の時間変化曲線７６には脈動は現れない。
【００６７】
ここで、上記した駆動形態を、＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓと＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞とを切り替えて２値の光量切り替えを行う形態に適用した場合について説明する。
上記した駆動形態を、２値の光量切り替えに適用すれば、０Ｖｒｍｓでは＜Ｖ１ｔｈ＞より小さい電圧であるため、上述のとおり脈動のない光量を得ることができる。また、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞でも同じく脈動のない光量を得ることができる。つまり、電源電圧Ｖｏ＝＜Ｖ１λ／２＞を満たす電源を用い、上述の２値を用いることにより脈動のない安定した光量の切り替えを行うことができる。
【００６８】
次に、第１の液晶層３０１のみに電圧を印加するのでなく、複数の液晶層に電圧を印加する場合について説明する。電圧を印加する液晶層の層数が複数になっても、それぞれの層は、上記した１層の場合と同様な現象が生じる。ここでは、図４で示される３値の光量切り替えを例にあげて説明する。
【００６９】
この３値の光量切り替えを行う場合、第１の液晶層３０１に対してＶｏ＝＜Ｖ１λ／２＞を満たす電源を用意し、第２の液晶層３０２に対してＶｏ＝＜Ｖ２λ／２＞を満たす電源を用いればよい。それぞれの液晶層は１層の場合と同様に、＜Ｖｎ＞＝０Ｖｒｍｓと＜Ｖｎ＞＝＜Ｖｎλ／２＞（ｎ＝１，２）とを切り替えても光量に脈動は現れない。そのため、出射光量１００％を実現する＜Ｖ１＞＝＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓ、出射光量０％を実現する、＜Ｖ１＞＝０Ｖｒｍｓかつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞、出射光量５０％を実現する、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝０Ｖｒｍｓ、または＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞かつ＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞、すべての場合において出射光量に脈動は現れない。
【００７０】
なお、上記説明は、図４に示した３値の光量切り替えを行う場合について説明したが、これを図５で示される４値の光量切り替えの場合も上述したと同様に、第１の液晶層３０１に対してＶｏ＝＜Ｖ１λ／２＞を満たす電源を用意し、第２の液晶層３０２に対してＶｏ＝＜Ｖ２λ／２＞を満たす電源を用いれば、出射光量に脈動を抑えることができる。
【００７１】
次に、この脈動のない出力光量を実現する具体的形態について説明する。ここでは、電源電圧Ｖｏをパルス幅変調し、その電圧を分圧器により分圧し形成する方法を示す。この方法の具体的構成例を図８に示す。図８は、本発明に係る信号処理部１２の構成例を示す図面である。
【００７２】
図８に示すように、信号処理部１２は、電源に接続されたパルス幅変調器と、このパルス幅変調器から出力される所定の電圧に対して、第１、第２の液晶層３０１、３０２に対応させて、休止期間を有さない矩形波出力を生成するための分圧器１２０を有する。これにより、＜Ｖ１＞＝＜Ｖ１λ／２＞および＜Ｖ２＞＝＜Ｖ２λ／２＞の場合に、休止期間のない矩形波出力の電圧を形成することができ、その結果として、脈動のない出射光量が出力される。
【００７３】
ここで、この分圧器１２０の第一の形態について説明する。図９は、この分圧器１２０を、液晶光学素子３に組み込んだ第一の形態を示す図面である。
【００７４】
図９に示すように、本形態における液晶光学素子３は、脈動のない出力光量を実現するため、上記分圧器１２０を引出配線部３２２の透明導電膜を微細にパターン化し形成してなる。なお、図９では簡単のため一つの液晶層について示した。この様に構成すれば、液晶光学素子３の液晶層ごとに分圧器を内蔵でき、複数の異なる第１、第２の液晶層３０１、３０２に対して共通の信号電圧となり、信号処理部１２の構成が単純化される。
【００７５】
次に、分圧器１２０の第二の形態について説明する。図１０は、分圧器１２０を液晶光学素子３に組み込んだ第二の形態を示す図面である。
【００７６】
図１０に示すように、本形態における液晶光学素子３は、脈動のない出力光量を実現するため、上記分圧器１２０を位相変調電極３２１の最外周に形成してなる。この様に構成すれば、図９に示した引出配線部３２２に分圧器１２０を形成する場合と同様に、液晶光学素子３の第１、第２の液晶層３０１、３０２ごとに分圧器１２０を内蔵できるため、複数の異なる第１、第２の液晶層３０１、３０２に対して共通の信号電圧となり信号処理部１２が単純化される。さらに、位相変調電極３２１の最外周を利用することにより、パターンを微細とする必要がなくなり、比較的容易に形成できる。
【００７７】
この様に、上記の第一の形態と第二の形態のいずれかの電圧形成手段を用いれば、脈動のない３値または４値の光量切り替えが可能となる。
【００７８】
なお、ここまでに述べた実施の形態では、第１と第２の液晶層３０１、３０２の２層の液晶層を有する光ピックアップ装置について示し、最大４個の安定した出射光量を得ることができることを説明したが、この２層の液晶層に、更に１層の液晶層を追加して３層とすれば、２層の液晶層で得られていた４個の各出射光量のそれぞれを、追加の１層の液晶層でもって更に２個づつに分岐して、合計８個の安定した出射光量を得ることができる。以上のことから、本発明の構成を適用すれば、ｎ層の液晶層を有する液晶光学素子３は、最大２ｎ個の安定した出射光量が実現できることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の光ピックアップ装置の構成を示す図面である。
【図２】本発明に係る液晶光学素子の構成を示す図面である。
【図３】本発明に係る液晶光学素子の配向処理方向を示す図面である。
【図４】本発明に係る液晶光学素子の印加電圧と出射光量との関係を示す図面である。
【図５】本発明に係る安定した４値の出射光量を有する液晶光学素子に対する液晶光学素子への印加電圧と出射光量との関係を示す図面である。
【図６】本発明に係る液晶光学素子に対する印加電圧と出射光量の時間変化を示す図面である。
【図７】本発明に係る液晶光学素子に対する、光量脈動のない印加電圧と出射光量の時間変化を示す図面である。
【図８】本発明に係る液晶光学素子と分圧器を有する信号処理部とを示す図面である。
【図９】本発明に係る液晶光学素子において引出配線部に分圧器を有する透明電極パターンを示す図面である。
【図１０】本発明に係る液晶光学素子において位相変調電極の最外周に分圧器を有する透明電極パターンを示す図面である。
【図１１】従来の光ピックアップ装置の構成を示す図面である。
【符号の説明】
【００８０】
１ レーザ光源
２ コリメートレンズ
３ 液晶光学素子
４ 偏光ビームスプリッタ
５ ４分の１波長板
６ 対物レンズ
７ 光ディスク
８ 集光レンズ
９ 受光素子
１０、１１ 光束
１２ 信号処理部
１２０ 分圧器
１００ 光ピックアップ装置
３０１ 第１の液晶層
３０２ 第２の液晶層
３１０ 平板状基板
３２０ 透明導電膜
３２１ 位相変調電極
３２２ 引出配線部
３３０ 配向膜
３４０ シール材
３５０ 電極端子部
３６０ 偏光方向
３６１、３６２ 配向処理方向
４０１、４０２、５０１、５０２ 出射光量曲線
４０３、５０３、５０４ 極値
６１、７１、７３、７５ 電圧時間変化曲線
６２、７２、７４、７６ 出射光量時間変化曲線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を出射するレーザ光源と、
前記光束を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記レーザ光源から出射された光束と前記光ディスクから反射された光束とを分離する偏光ビームスプリッタと、
前記レーザ光源と前記偏光ビームスプリッタとの間に、前記レーザ光源から出射される光束の偏光状態を変える、前記光束の光軸方向に重ねて配置した第１から第ｎの液晶層（ｎは２以上の整数）を透明電極で挟持する液晶光学素子と、を備え、
前記液晶光学素子における前記第１から第ｎの液晶層は、
前記レーザ光源から出射される光束の偏光方向と、前記第１の液晶層における配向処理方向との成す角θ１との関係が、０度＜θ１≦４５度となり、かつ前記光束の偏光方向と、第ｋの液晶層（ｋは１からｎ−１までの整数）における配向処理方向との成す角θｋと、前記光束の偏光方向と、第ｋ＋１の液晶層における配向処理方向との成す角θｋ＋１との関係が、０度＜θｋ＋１≦θｋ／２の関係を有して構成される
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記成す角θｋと前記成す角θｋ＋１との関係を、０度＜θｋ＋１＜θｋ／２とした
ことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
光束を出射するレーザ光源と、
前記光束を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記レーザ光源から出射された光束と前記光ディスクから反射された光束とを分離する偏光ビームスプリッタと、
前記レーザ光源と前記偏光ビームスプリッタとの間に、前記レーザ光源から出射される光束の偏光状態を変える、前記光束の光軸方向に重ねて配置した第１から第ｎの液晶層（ｎは２以上の整数）を透明電極で挟持する液晶光学素子と、を備え、
前記液晶光学素子における前記第１から第ｎの液晶層は、
前記レーザ光源から出射される光束の偏光方向と、前記第１の液晶層における配向処理方向との成す角θ１との関係が、４５度≦θ１＜９０度となり、かつ前記光束の偏光方向と、第ｋの液晶層（ｋは１からｎ−１までの整数）における配向処理方向との成す角θｋと、前記光束の偏光方向と、第ｋ＋１の液晶層における配向処理方向との成す角θｋ＋１との関係が、（９０度＋θｋ）／２≦θｋ+１＜９０度の関係を有して構成される
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記成す角θｋと前記成す角θｋ＋１との関係を、（９０度＋θｋ）／２＜θｋ＋１＜９０度とした
ことを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
電源からの出力電圧を、前記第１から第ｎの液晶層に供給する液晶駆動手段を、さらに備え、
当該液晶駆動手段は、前記液晶光学素子に入射する前記光束の偏光状態を変更して、前記偏光ビームスプリッタから出射される光束の光量調整を多段階に変更する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記第１から第ｎの液晶層における液晶分子の配向状態は、ホメオトロピックである
ことを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記出力電圧は、前記レーザ光源から出射される光束の波長λに対して位相差がλ／２となる第１の電圧と、前記第１から第ｎの液晶層でフレデリクス転移を起こさない第２の
電圧であり、
前記第１と第２の電圧を切り替えて前記液晶光学素子に入射する前記光束の偏光状態を変更する
ことを特徴とする請求項６に記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記液晶駆動手段は、前記出力電圧をパルス幅変調した変調電圧を、前記液晶光学素子に供給する駆動手段であって、
前記第１の電圧は、休止期間を有さない矩形波出力の電圧である
ことを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
前記出力電圧は、前記矩形波出力の電圧を、前記パルス幅変調した変調電圧を抵抗によって分圧して形成する
ことを特徴とする請求項８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】
前記抵抗は、前記液晶光学素子の前記透明電極に前記変調電圧を供給するための引出配線に形成される
ことを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記引出配線に形成させる前記抵抗は、前記液晶層に位相変調を与えるための位相変調電極の最外周に設けられる
ことを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
前記第１から第ｎの液晶層を、同じ液晶材料で同じ液晶層厚とした
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１】
光束を出射するレーザ光源と、
前記光束を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記レーザ光源から出射された光束と前記光ディスクから反射された光束とを分離する偏光ビームスプリッタと、
前記レーザ光源と前記偏光ビームスプリッタとの間に、前記レーザ光源から出射される光束の偏光状態を変える、前記光束の光軸方向に重ねて配置した第１から第ｎの液晶層（ｎは２以上の整数）を透明電極で挟持する液晶光学素子と、を備え、
前記液晶光学素子における前記第１から第ｎの液晶層は、
前記レーザ光源から出射される光束の偏光方向と、前記第１の液晶層における配向処理方向との成す角θ１との関係が、０度＜θ１≦４５度となり、かつ前記光束の偏光方向と、第ｋの液晶層（ｋは１からｎ−１までの整数）における配向処理方向との成す角θｋと、前記光束の偏光方向と、第ｋ＋１の液晶層における配向処理方向との成す角θｋ＋１との関係が、０度＜θｋ＋１≦θｋ／２の関係を有して構成される
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記成す角θｋと前記成す角θｋ＋１との関係を、０度＜θｋ＋１＜θｋ／２とした
ことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
光束を出射するレーザ光源と、
前記光束を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記レーザ光源から出射された光束と前記光ディスクから反射された光束とを分離する偏光ビームスプリッタと、
前記レーザ光源と前記偏光ビームスプリッタとの間に、前記レーザ光源から出射される光束の偏光状態を変える、前記光束の光軸方向に重ねて配置した第１から第ｎの液晶層（ｎは２以上の整数）を透明電極で挟持する液晶光学素子と、を備え、
前記液晶光学素子における前記第１から第ｎの液晶層は、
前記レーザ光源から出射される光束の偏光方向と、前記第１の液晶層における配向処理方向との成す角θ１との関係が、４５度≦θ１＜９０度となり、かつ前記光束の偏光方向と、第ｋの液晶層（ｋは１からｎ−１までの整数）における配向処理方向との成す角θｋと、前記光束の偏光方向と、第ｋ＋１の液晶層における配向処理方向との成す角θｋ＋１との関係が、（９０度＋θｋ）／２≦θｋ+１＜９０度の関係を有して構成される
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記成す角θｋと前記成す角θｋ＋１との関係を、（９０度＋θｋ）／２＜θｋ＋１＜９０度とした
ことを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
電源からの出力電圧を、前記第１から第ｎの液晶層に供給する液晶駆動手段を、さらに備え、
当該液晶駆動手段は、前記液晶光学素子に入射する前記光束の偏光状態を変更して、前記偏光ビームスプリッタから出射される光束の光量調整を多段階に変更する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記第１から第ｎの液晶層における液晶分子の配向状態は、ホメオトロピックである
ことを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記出力電圧は、前記レーザ光源から出射される光束の波長λに対して位相差がλ／２となる第１の電圧と、前記第１から第ｎの液晶層でフレデリクス転移を起こさない第２の
電圧であり、
前記第１と第２の電圧を切り替えて前記液晶光学素子に入射する前記光束の偏光状態を変更する
ことを特徴とする請求項６に記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記液晶駆動手段は、前記出力電圧をパルス幅変調した変調電圧を、前記液晶光学素子に供給する駆動手段であって、
前記第１の電圧は、休止期間を有さない矩形波出力の電圧である
ことを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
前記出力電圧は、前記矩形波出力の電圧を、前記パルス幅変調した変調電圧を抵抗によって分圧して形成する
ことを特徴とする請求項８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】
前記抵抗は、前記液晶光学素子の前記透明電極に前記変調電圧を供給するための引出配線に形成される
ことを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記引出配線に形成させる前記抵抗は、前記液晶層に位相変調を与えるための位相変調電極の最外周に設けられる
ことを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
前記第１から第ｎの液晶層を、同じ液晶材料で同じ液晶層厚とした
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２４３３５７（Ｐ２００８−２４３３５７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４１８１６（Ｐ２００８−４１８１６）
【出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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