LIQUID CRYSTAL LENS ELEMENT AND OPTICAL HEAD DEVICEA liquid crystal lens element is provided, which does not produce change of transmission wavefront regardless of polarization state of incident light when it is off-state at a time of no voltage application, and which exhibits concave lens function for extraordinarily polarized incident light when it is on-state at a time of voltage application.In a liquid crystal lens element 10 comprising a pair of transparent substrates 11 and 12 and a liquid crystal layer 16 sandwiched between the transparent substrates, which is configured to change convergent point of light transmitted through the element according to the magnitude of voltage applied to the liquid crystal layer 16, the liquid crystal lens element 10 further comprises a Fresnel lens 17 having a concave-convex-shaped cross section formed on the transparent substrate 11, a first transparent electrode 13 formed on a flat surface of the transparent substrate 11 on which the Fresnel lens 17 is formed, and a second transparent electrode 14 formed on a flat surface of the other transparent substrate 12.A liquid crystal element comprising a pair of transparent substrates opposed to each other and a liquid crystal layer sandwiched between the transparent substrates, and configured to change a convergent point of light transmitted through the liquid crystal layer according to the magnitude of voltage applied to the liquid crystal layer; wherein the liquid crystal lens element comprises a Fresnel lens having a concave-convex portion formed on a flat surface of one of the transparent substrates opposed to the other transparent substrate and having a concave-convex shaped cross-section, a first transparent electrode formed on a flat surface under the Fresnel lens on said one of the transparent substrates on which the Fresnel lens is formed or on a surface of the concave-convex portion of the Fresnel lens, and a second transparent electrode formed on a flat surface of said the other transparent substrate opposed to said one of the transparent substrates; wherein substantial refractive index n(V) of the liquid crystal layer changes from a refractive index of off state at a time of no voltage application (V=0) to a refractive index of on-state at a time of voltage application according to the magnitude of voltage V applied between the first transparent electrode and the second transparent electrode for extraordinarily polarized incident light, and the refractive index is ordinary refractive index no for ordinarily polarized incident light regardless of the magnitude of applied voltage: and wherein the liquid crystal lens element satisfies any one of the following conditions (1) to (3): (1) The liquid crystal layer is a nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy in which alignment direction of liquid crystal molecules of the off-state is perpendicular or at an angle close to perpendicular to the surface of the Fresnel lens, and the Fresnel lens is made of a uniform refractive index material having a refractive index nF equal or close to the ordinary refractive index no of the liquid crystal layer. (2) The liquid crystal layer is a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy in which the alignment direction of liquid crystal molecules of the off-state is in parallel or close to parallel with the surface of the Fresnel lens, and the Fresnel lens is made of a birefringent material having an extraordinary refractive index nFe equal or close to the extraordinary refractive index ne (ne≠no) of the liquid crystal layer and an ordinary refractive index nFo (nFe≠nFo) equal or close to the ordinary refractive index no of the liquid crystal layer. (3) The liquid crystal layer is a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy in which the alignment direction of liquid crystal molecules of the off-state is in parallel or close to parallel with the surface of the Fresnel lens, and the Fresnel lens is made of a uniform refractive index material having a refractive index equal or close to the extraordinary refractive index ne of the liquid crystal layer, and on said one of the pair of transparent substrates, a polarizing Fresnel lens is formed for canceling a phase difference generated between ordinarily polarized incident light into the liquid crystal lens element in the off-state and transmission light.
액정 렌즈 소자 및 광헤드 장치 전압 비인가시의 오프 상태에서 입사광의 편광 상태에 상관없이 투과 파면 변화가 일어나지 않고, 전압 인가시의 온 상태에서 이상광 편광 입사광에 대하여 오목 렌즈의 기능이 발현되는 액정 렌즈 소자를 제공한다. 한 쌍의 투명 기판 (11, 12) 에 액정층 (16) 이 협지되고, 액정층 (16) 에 인가하는 전압의 크기에 따라서 여기를 투과하는 광의 집광점을 변화시키는 액정 렌즈 소자 (10) 에 있어서, 투명 기판 (11) 에 형성된 단면이 요철 형상으로 이루어지는 프레넬 렌즈 (17) 와, 프레넬 렌즈 (17) 가 형성된 투명 기판 (11) 의 평탄면에 형성된 제 1 투명 전극 (13) 과, 타방의 투명 기판 (12) 의 평탄면에 형성된 제 2 투명 전극 (14) 을 구비한다. 대향하는 한 쌍의 투명 기판과, 이 투명 기판에 액정이 협지된 액정층을 구비하고, 이 액정층에 인가하는 전압의 크기에 따라서 상기 액정층을 투과하는 광의 집광점을 변화시키는 액정 렌즈 소자에 있어서, 상기 일방의 투명 기판의, 타방의 투명 기판과 대향하는 평탄면에 형성된 단면이 요철 형상으로 이루어지는 요철부를 갖는 프레넬 렌즈와, 이 프레넬 렌즈가 형성된 상기 일방의 투명 기판의 프레넬 렌즈 하부의 평탄면 또는 상기 프레넬 렌즈의 요철부 표면에 형성된 제 1 투명 전극과, 상기 타방의 투명 기판의, 상기 일방의 투명 기판과 대향하는 평탄면에 형성된 제 2 투명 전극을 구비하고, 상기 액정층의 실질적인 굴절률 n(V) 은, 상기 제 1 투명 전극과 제 2 투명 전극 사이에 인가하는 전압 (V) 의 크기에 따라서, 이상광 (異常光) 편광의 입사광에 대해서는 전압 비인가시 (V=0) 인 오프 상태의 굴절률로부터 전압 인가시인 온 상태의 굴절률까지 변화함과 함께, 상광 (常光) 편광의 입사광에 대해서는 인가 전압의 크기에 상관없이 상광 굴절률 no 이고, 또한, 다음의 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 요건을 만족하는 것을 특징으로 하며, (1) 상기 액정층은 유전 이방성이 부 (負) 인 네마틱 액정이고, 상기 오프 상태의 액정 분자의 배향 방향이 상기 프레넬 렌즈의 표면에 대하여 수직이거나 또는 수직에 가까운 각도임과 함께, 상기 프레넬 렌즈는, 굴절률 nF 이 상기 액정층의 상광 굴절률 no 과 동일하거나 또는 이것에 가까운 값의 균일 굴절률 재료로 이루어지는 요건, (2) 상기 액정층은 유전 이방성이 정 (正) 인 네마틱 액정이고, 상기 오프 상태의 액정 분자의 배향 방향이 상기 프레넬 렌즈의 표면에 대하여 평행하거나 또는 이것에 가까운 상태임과 함께, 상기 프레넬 렌즈는, 액정층의 이상광 굴절률 ne (ne≠no) 과 동일하거나 또는 이것에 가까운 값의 이상광 굴절률 nFe 과 상기 액정층의 상광 굴절률 no 과 동일하거나 또는 이것에 가까운 값의 상광 굴절률 nFo (nFe≠nFo) 을 갖는 복굴절 재료로 이루어지는 요건, 또는 (3) 상기 액정층은 유전 이방성이 정인 네마틱 액정이고, 상기 오프 상태의 액정 분자의 배향 방향이 상기 프레넬 렌즈의 표면에 대하여 평행하거나 또는 이것에 가까운 상태임과 함께, 상기 프레넬 렌즈는, 상기 액정층의 이상광 굴절률 ne 과 동일하거나 또는 이것에 가까운 값의 균일 굴절률 재료로 이루어지고, 또한, 상기 한 쌍의 투명 기판의 일방에는, 상기 오프 상태에서의 상기 액정 렌즈 소자로의 상광 편광의 입사광과 투과광 사이에서 발생하는 위상차를 상쇄하기 위한 편광 프레넬 렌즈가 형성되어 있는 요건인, 액정 렌즈 소자. 