JP2007115299A - Liquid crystal device for optical pickup and optical pickup - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ディスクに照射される光の偏光状態や、光ピックアップにおいて発生する収差を補正する光ピックアップ用液晶デバイスと、その光ピックアップ用液晶デバイスを備えた光ピックアップとに関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal device for an optical pickup that corrects the polarization state of light applied to an optical disc and aberrations that occur in the optical pickup, and an optical pickup that includes the liquid crystal device for optical pickup.
従来から、光学系にて発生する収差を補正可能な光ピックアップとして、例えば特許文献1〜3に開示されたものがある。特許文献1の光ピックアップでは、液晶層を1層用いて収差補正を行っている。より具体的には、液晶層の両側に設けられる電極の一方を複数に分割し、分割された各電極に印加する電圧を変えることで、各分割領域ごとに屈折率を変え、波面収差(主として球面収差や波面収差)を補正している。
Conventionally, as an optical pickup capable of correcting an aberration generated in an optical system, for example, there are those disclosed in
また、特許文献2および3の光ピックアップでは、液晶層を2層用いて収差補正を行っている。ここで、図14(a)は、一方の液晶層の両側に配置される配向膜101a・101bの配向方向を示し、図14(b)は、他方の液晶層の両側に配置される配向膜102a・102bの配向方向を示している。このように、上記光ピックアップでは、配向膜101a・101bと配向膜102a・102bとを、配向方向が互いに直交するように配置している。そして、配向膜101a・101bの配向方向は、光源からの入射光の偏光方向と同じとなっている。これにより、光源から光ディスクに向かう光の収差を一方の液晶層によって補正する一方、光ディスクから光検出器に向かう光の収差を他方の液晶層によって補正することが可能となっている。
In the optical pickups of
ところで、情報記録面上にカバー層が形成された光ディスクに対して情報の記録再生を行う光ピックアップでは、カバー層での複屈折の影響で情報記録面上に集光される光の偏光状態が乱れ(円偏光から楕円偏光になり)、集光スポット径が広がって再生信号の分解能が低下する場合がある。 By the way, in an optical pickup that records and reproduces information with respect to an optical disc having a cover layer formed on the information recording surface, the polarization state of the light condensed on the information recording surface is affected by the birefringence in the cover layer. Disturbance (from circularly polarized light to elliptically polarized light) may increase the diameter of the focused spot and reduce the resolution of the reproduced signal.
そこで、例えば非特許文献1では、1/4波長板と対物レンズとの間の光路中に分割型波長板を配置している。この分割型波長板は、2つのガラス基板で挟まれた一軸の屈折率異方性を有する高分子薄膜によって構成されている。高分子薄膜は、放射状に8つの領域に分割されており、それぞれの領域における光学軸の方向は半径方向に設定されている。このような分割型波長板を用いることで、記録再生特性を改善できることが実験的にわかっている。
ところで、光ピックアップの光学的な仕様は、光ディスクの種類(CD、DVD、次世代DVD(Blu-ray Disc、HD(High Definition )DVD))によって異なる。このため、光ディスクのカバー層での複屈折の影響(複屈折による偏光状態の乱れ)は、その仕様ごとに異なる。しかし、非特許文献1の分割型波長板の特性は固定であるため、そのような仕様の違いに対応することができず、用いる光ディスクごとに適切な集光スポットを形成することができないという問題が生ずる。以下、この点について詳細に説明する。
By the way, the optical specifications of the optical pickup differ depending on the type of optical disc (CD, DVD, next-generation DVD (Blu-ray Disc, HD (High Definition) DVD)). For this reason, the influence of birefringence in the cover layer of the optical disc (disturbance of polarization state due to birefringence) varies depending on the specifications. However, since the characteristics of the split-type wave plate of Non-Patent
光ピックアップの光学的な仕様は、光ディスクの種類に応じて例えば以下のように設定される。
光ディスクの種類 CD DVD HD DVD Blu-ray
波長(nm) 785 660 405 405
カバー層の厚み(mm) 1.1 0.6 0.6 0.1
対物レンズの開口数(NA) 0.45 0.6 0.65 0.85
The optical specifications of the optical pickup are set as follows, for example, according to the type of the optical disk.
Optical disc type CD DVD HD DVD Blu-ray
Wavelength (nm) 785 660 405 405
Cover layer thickness (mm) 1.1 0.6 0.6 0.1
Objective lens numerical aperture (NA) 0.45 0.6 0.65 0.85
ここで、波長が変われば、光ディスク(カバー層)の屈折率、複屈折の特性が違ってくる。また、カバー層の厚みが異なれば、当然、光線に対する影響度合いが異なる。さらに、対物レンズの開口数が異なれば、光線の光ディスクに対する角度が違ってくる(開口数が大きいほど対物レンズの周辺からの入射角が大きくなる)ので、複屈折の影響も異なる。このように、光ピックアップの光学的な仕様を構成するどの要素も、カバー層での複屈折の影響の仕方が変わる要因となる。特に、HD DVDやBlu-rayのように高密度記録が可能な光ディスクに対しては、レーザー光のスポット径を小さくしなければならず、複屈折の影響を受けやすい。 Here, if the wavelength changes, the refractive index and birefringence characteristics of the optical disc (cover layer) will be different. In addition, if the thickness of the cover layer is different, naturally the degree of influence on the light beam is different. Further, if the numerical aperture of the objective lens is different, the angle of the light beam with respect to the optical disk is different (the larger the numerical aperture is, the larger the incident angle from the periphery of the objective lens), so the influence of birefringence is also different. As described above, any element constituting the optical specification of the optical pickup causes a change in the influence of birefringence on the cover layer. In particular, for an optical disc capable of high-density recording, such as HD DVD and Blu-ray, the spot diameter of the laser beam has to be reduced and is easily affected by birefringence.
したがって、これらの各仕様に対応する光ピックアップでは、カバー層での複屈折の補正特性を仕様ごとに変化させる必要があり、従来のような特性固定タイプの分割型波長板では対応することができない。 Therefore, in the optical pickup corresponding to each of these specifications, it is necessary to change the birefringence correction characteristic in the cover layer for each specification, and the conventional fixed characteristic type split-type wave plate cannot cope with it. .
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、光ピックアップの仕様ごとに異なるカバー層での複屈折の影響を考慮して、用いる光ディスクごとに適切な集光スポットを形成することができる光ピックアップ用液晶デバイスと、その光ピックアップ用液晶デバイスを備えた光ピックアップとを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is appropriate for each optical disk to be used in consideration of the influence of birefringence in different cover layers for each optical pickup specification. An object of the present invention is to provide an optical pickup liquid crystal device capable of forming a condensing spot and an optical pickup provided with the optical pickup liquid crystal device.
本発明の光ピックアップ用液晶デバイスは、液晶層と、情報記録面上にカバー層が形成された光ディスクに照射される光の光軸に対して配向方向が軸対称に設定された配向膜と、上記液晶層に電圧を印加することによって上記液晶層の屈折率を制御する電圧印加手段とを備えていることを特徴としている。 The liquid crystal device for an optical pickup of the present invention includes a liquid crystal layer, an alignment film in which the alignment direction is set to be axially symmetric with respect to the optical axis of the light irradiated to the optical disc having the cover layer formed on the information recording surface, Voltage applying means for controlling the refractive index of the liquid crystal layer by applying a voltage to the liquid crystal layer.
上記の構成によれば、配向膜の配向方向が光軸に対して軸対称(回転対称)に設定されているので、電圧印加手段による電圧印加時には、液晶層の液晶分子が光軸周りに対称に再配向される。これにより、液晶層を介して光ディスクに入射する光の波面や位相を光軸周りに均等に補正することが可能となり、光学系にて発生する収差(例えば球面収差)や、光ディスクに照射される光のカバー層での複屈折による偏光状態の乱れを補正することが可能となる。 According to the above configuration, since the alignment direction of the alignment film is set to be axially symmetric (rotationally symmetric) with respect to the optical axis, the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are symmetric about the optical axis when a voltage is applied by the voltage applying means. Reorientated. This makes it possible to evenly correct the wavefront and phase of light incident on the optical disk via the liquid crystal layer around the optical axis, and to irradiate the optical disk with aberrations (for example, spherical aberration) generated in the optical system. It is possible to correct the polarization state disturbance due to the birefringence in the light cover layer.
しかも、電圧印加手段による電圧印加によって液晶層の屈折率を制御するので、例えばカバー層での複屈折による偏光状態の乱れの補正の仕方を、光ピックアップの仕様(例えば使用波長、カバー層の厚み、対物レンズの開口数)に応じて容易に変えることができる。これにより、液晶層から出射される光を対物レンズを介して光ディスクの情報記録面上に集光したときには、用いる光ディスクごとに適切な集光スポットを形成することができる。 In addition, since the refractive index of the liquid crystal layer is controlled by voltage application by the voltage application means, for example, how to correct the polarization state disturbance due to birefringence in the cover layer, the specifications of the optical pickup (for example, wavelength used, thickness of the cover layer) The numerical aperture of the objective lens can be easily changed. Thereby, when the light emitted from the liquid crystal layer is condensed on the information recording surface of the optical disc via the objective lens, an appropriate condensing spot can be formed for each optical disc to be used.
ここで、上記液晶層は、上記光軸方向に配置される第1の液晶層および第2の液晶層からなり、上記配向膜は、第1の液晶層の両側に配置される第1の配向膜と、第2の液晶層の両側に配置される第2の配向膜とからなり、上記第1の配向膜の配向方向は、上記光軸に垂直な面内で上記光軸を中心とする半径方向に設定されており、上記第2の配向膜の配向方向は、上記光軸に垂直な面内で上記光軸を中心とする円周方向に設定されていてもよい。 Here, the liquid crystal layer includes a first liquid crystal layer and a second liquid crystal layer arranged in the optical axis direction, and the alignment film has a first alignment arranged on both sides of the first liquid crystal layer. And a second alignment film disposed on both sides of the second liquid crystal layer. The alignment direction of the first alignment film is centered on the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis. The second alignment film may be set in a radial direction, and an alignment direction of the second alignment film may be set in a circumferential direction around the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis.
このように第1の配向膜および第2の配向膜の配向方向が設定されていれば、例えば、出射光に含まれる半径方向の偏光成分の位相と、円周方向の偏光成分の位相とを独立して制御することが可能となる。これにより、適切な集光スポットが形成されるように、用いる光ディスクに応じて出射光の偏光状態を制御することが可能となる。 If the alignment directions of the first alignment film and the second alignment film are set in this way, for example, the phase of the polarization component in the radial direction and the phase of the polarization component in the circumferential direction included in the emitted light are set. Independent control is possible. Thereby, the polarization state of the emitted light can be controlled in accordance with the optical disk to be used so that an appropriate focused spot is formed.
また、本発明の光ピックアップ用液晶デバイスは、第1の液晶層の両側および第2の液晶層の両側に配置される電極をさらに備え、第1の液晶層の両側の電極の一方と、第2の液晶層の両側の電極の一方とは、同じ形状で分割されており、上記電圧印加手段は、第1の液晶層および第2の液晶層のそれぞれにおいて、分割領域間で透過光に位相差が生じ、かつ、同じ分割領域において第1の液晶層と第2の液晶層とで透過光に位相差が生じるように、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に電圧を印加する構成であってもよい。 In addition, the liquid crystal device for optical pickup of the present invention further includes electrodes disposed on both sides of the first liquid crystal layer and on both sides of the second liquid crystal layer, and one of the electrodes on both sides of the first liquid crystal layer, One of the electrodes on both sides of the two liquid crystal layers is divided in the same shape, and the voltage application means is arranged to transmit light between the divided regions in each of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer. A voltage is applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer so that a phase difference occurs and a phase difference occurs in the transmitted light between the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer in the same divided region. The structure to apply may be sufficient.
このような電圧印加手段による電極への電圧印加により、第1の液晶層および第2の液晶層のそれぞれにおいて、分割領域(分割された個々の電極に対応する領域)間で透過光に位相差が生じるので、光学系にて発生する収差(例えば球面収差)を補正することができる。しかも、上記電圧印加によって、同じ分割領域において第1の液晶層と第2の液晶層とで透過光に位相差が生じるので、例えば上記位相差を光ディスクのカバー層での複屈折の影響を補正できる位相差に設定することで、光ディスクの情報記録面上に集光される光の偏光状態が乱れる(円偏光から楕円偏光になる)のを確実に回避することができ、用いる光ディスクに応じた適切な集光スポットを情報記録面上に確実に形成することができる。 Due to such voltage application to the electrodes by the voltage application means, in each of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer, a phase difference is caused in the transmitted light between the divided regions (regions corresponding to the divided individual electrodes). Therefore, an aberration (for example, spherical aberration) generated in the optical system can be corrected. In addition, the applied voltage causes a phase difference in the transmitted light between the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer in the same divided region. Therefore, for example, the phase difference is corrected for the influence of birefringence in the cover layer of the optical disc. By setting the phase difference to be able to occur, it is possible to surely prevent the polarization state of the light condensed on the information recording surface of the optical disk from being disturbed (from circularly polarized light to elliptically polarized light), and depending on the optical disk used An appropriate focused spot can be reliably formed on the information recording surface.
つまり、上記構成によれば、光の波面(収差)の補正と、カバー層での複屈折によって乱れる偏光状態の補正とを1つのデバイスで両方行うことができる。 That is, according to the above configuration, both correction of the wavefront (aberration) of light and correction of the polarization state disturbed by birefringence in the cover layer can be performed by one device.
また、本発明の光ピックアップ用液晶デバイスは、使用メディアを検出する使用メディア検出手段と、使用メディアに照射される光の波長ごとに設定され、収差を補正可能な、一方の液晶層における透過光の位相パターンを収差補正パターンとして記憶する収差補正パターン記憶手段と、使用メディアに照射される光の波長ごとに設定され、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加される電圧と、第1の液晶層および第2の液晶層の屈折率との関係を示すテーブルを記憶するテーブル記憶手段と、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加する電圧を設定する電圧設定手段とをさらに備え、上記電圧設定手段は、上記使用メディア検出手段で検出された使用メディアに照射される光の波長に応じた収差補正パターンを上記収差補正パターン記憶手段から読み出し、一方の液晶層における透過光の位相パターンを決定する一方、上記位相パターンに対して位相が所定量進んだ位相パターンを他方の液晶層における透過光の位相パターンに決定し、各位相パターンと各液晶層の層厚とに基づいて各液晶層の屈折率を各分割領域ごとに算出し、上記テーブル記憶手段に記憶されたテーブルから上記屈折率に応じた電圧を各分割領域ごとに求め、上記電圧印加手段は、上記電圧設定手段にて求められた各分割領域ごとの電圧を、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加する構成であってもよい。 The liquid crystal device for an optical pickup according to the present invention includes a used medium detecting means for detecting a used medium and a transmitted light in one liquid crystal layer that is set for each wavelength of light irradiated to the used medium and can correct aberrations. Aberration correction pattern storage means for storing the phase pattern as an aberration correction pattern, and a voltage applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer, set for each wavelength of light irradiated to the medium used And a table storage means for storing a table showing the relationship between the refractive index of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer, and a voltage to be applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer Voltage setting means, and the voltage setting means has an aberration correction pattern corresponding to the wavelength of light applied to the used media detected by the used media detecting means. The phase pattern of the transmitted light in one liquid crystal layer is read out from the positive pattern storage means, while the phase pattern whose phase is advanced by a predetermined amount with respect to the above phase pattern is determined as the phase pattern of the transmitted light in the other liquid crystal layer. The refractive index of each liquid crystal layer is calculated for each divided region based on each phase pattern and the thickness of each liquid crystal layer, and the voltage corresponding to the refractive index is divided from the table stored in the table storage means. The voltage application means is obtained for each region, and the voltage application means applies the voltage for each divided area obtained by the voltage setting means to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer. Good.
上記の構成によれば、電圧設定手段により、使用波長、すなわち、使用メディア検出手段で検出された使用メディアに照射される光の波長に応じた収差補正パターンが収差補正パターン記憶手段から読み出され、これをもとに、各液晶層における透過光の位相パターンが決定される。このとき、第1の液晶層と第2の液晶層との間での透過光の位相差は、所定量に設定されている。なお、上記所定量としては、例えば、光ディスクに照射される光における、光ディスクのカバー層での複屈折による偏光状態の乱れを補正できる量を考えることができる。 According to the above configuration, the voltage setting unit reads out from the aberration correction pattern storage unit the aberration correction pattern corresponding to the used wavelength, that is, the wavelength of the light applied to the used media detected by the used media detecting unit. Based on this, the phase pattern of the transmitted light in each liquid crystal layer is determined. At this time, the phase difference of the transmitted light between the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer is set to a predetermined amount. As the predetermined amount, for example, an amount capable of correcting the polarization state disturbance due to birefringence in the cover layer of the optical disc in the light irradiated on the optical disc can be considered.
そして、電圧設定手段により、各位相パターンと各液晶層の層厚とに基づいて各液晶層の屈折率が各分割領域ごとに算出され、テーブル記憶手段に記憶されたテーブルから上記屈折率に応じた電圧が各分割領域ごとに求められる。電圧印加手段は、電圧設定手段にて求められた各分割領域ごとの電圧を、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加する。 Then, the voltage setting means calculates the refractive index of each liquid crystal layer for each divided region based on each phase pattern and the thickness of each liquid crystal layer, and according to the refractive index from the table stored in the table storage means. Voltage is obtained for each divided region. The voltage applying means applies the voltage for each divided region obtained by the voltage setting means to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer.
このように、収差の補正および偏光状態の乱れの補正を実現するのに必要な電圧として、使用波長(使用メディア)に応じた電圧が第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加されるので、使用波長(使用メディア)ごとに収差の補正および偏光状態の乱れの補正を適切に行うことができる。 As described above, a voltage corresponding to the wavelength used (medium used) is applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer as a voltage necessary for realizing the correction of the aberration and the correction of the polarization state disturbance. Since it is applied, correction of aberration and correction of disturbance of polarization state can be appropriately performed for each used wavelength (used medium).
また、本発明の光ピックアップ用液晶デバイスは、環境温度を検出する温度検出手段と、環境温度ごとに設定され、収差を補正可能な、一方の液晶層における透過光の位相パターンを収差補正パターンとして記憶する収差補正パターン記憶手段と、環境温度ごとに設定され、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加される電圧と、第1の液晶層および第2の液晶層の屈折率との関係を示すテーブルを記憶するテーブル記憶手段と、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加する電圧を設定する電圧設定手段とをさらに備え、上記電圧設定手段は、上記温度検出手段で検出された環境温度に応じた収差補正パターンを上記収差補正パターン記憶手段から読み出し、一方の液晶層における透過光の位相パターンを決定する一方、上記位相パターンに対して位相が所定量進んだ位相パターンを他方の液晶層における透過光の位相パターンに決定し、各位相パターンと各液晶層の層厚とに基づいて各液晶層の屈折率を各分割領域ごとに算出し、上記テーブル記憶手段に記憶されたテーブルから上記屈折率に応じた電圧を各分割領域ごとに求め、上記電圧印加手段は、上記電圧設定手段にて求められた各分割領域ごとの電圧を、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加する構成であってもよい。 The liquid crystal device for an optical pickup according to the present invention includes a temperature detection unit that detects an environmental temperature, and a phase pattern of transmitted light in one liquid crystal layer that is set for each environmental temperature and that can correct aberration, as an aberration correction pattern. Aberration correction pattern storing means for storing, a voltage set for each environmental temperature and applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer, and refraction of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer Table storage means for storing a table showing a relationship with the rate, and voltage setting means for setting a voltage to be applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer, the voltage setting means, The aberration correction pattern corresponding to the environmental temperature detected by the temperature detection unit is read from the aberration correction pattern storage unit, and the phase pattern of transmitted light in one liquid crystal layer is determined. A phase pattern whose phase is advanced by a predetermined amount with respect to the phase pattern is determined as a phase pattern of transmitted light in the other liquid crystal layer, and the refractive index of each liquid crystal layer is determined based on each phase pattern and the thickness of each liquid crystal layer. Calculated for each divided region, obtains a voltage corresponding to the refractive index from the table stored in the table storage means for each divided region, and the voltage applying means obtains each divided region obtained by the voltage setting means. Each voltage may be applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer.
上記の構成によれば、電圧設定手段により、現在の環境温度、すなわち、温度検出手段で検出された環境温度に応じた収差補正パターンが収差補正パターン記憶手段から読み出され、これをもとに、各液晶層における透過光の位相パターンが決定される。このとき、第1の液晶層と第2の液晶層との間での透過光の位相差は、所定量に設定されている。なお、上記所定量としては、例えば、光ディスクに照射される光における、光ディスクのカバー層での複屈折による偏光状態の乱れを補正できる量を考えることができる。 According to the above configuration, the voltage setting unit reads the aberration correction pattern corresponding to the current environmental temperature, that is, the environmental temperature detected by the temperature detection unit, from the aberration correction pattern storage unit, and based on this. The phase pattern of transmitted light in each liquid crystal layer is determined. At this time, the phase difference of the transmitted light between the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer is set to a predetermined amount. As the predetermined amount, for example, an amount capable of correcting the polarization state disturbance due to birefringence in the cover layer of the optical disc in the light irradiated on the optical disc can be considered.
そして、電圧設定手段により、各位相パターンと各液晶層の層厚とに基づいて各液晶層の屈折率が各分割領域ごとに算出され、テーブル記憶手段に記憶されたテーブルから上記屈折率に応じた電圧が各分割領域ごとに求められる。電圧印加手段は、電圧設定手段にて求められた各分割領域ごとの電圧を、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加する。 Then, the voltage setting means calculates the refractive index of each liquid crystal layer for each divided region based on each phase pattern and the thickness of each liquid crystal layer, and according to the refractive index from the table stored in the table storage means. Voltage is obtained for each divided region. The voltage applying means applies the voltage for each divided region obtained by the voltage setting means to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer.
このように、収差の補正および偏光状態の乱れの補正を実現するのに必要な電圧として、環境温度に応じた電圧が第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加されるので、環境温度ごとに収差の補正および偏光状態の乱れの補正を適切に行うことができる。 As described above, a voltage corresponding to the environmental temperature is applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer as a voltage necessary to realize the correction of the aberration and the correction of the polarization state disturbance. The aberration correction and the polarization state disturbance correction can be appropriately performed for each environmental temperature.
また、本発明の光ピックアップ用液晶デバイスは、使用メディアを検出する使用メディア検出手段と、環境温度を検出する温度検出手段と、使用メディアに照射される光の波長ごとおよび環境温度ごとに設定され、収差を補正可能な、一方の液晶層における透過光の位相パターンを収差補正パターンとして記憶する収差補正パターン記憶手段と、使用メディアに照射される光の波長ごとおよび環境温度ごとに設定され、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加される電圧と、第1の液晶層および第2の液晶層の屈折率との関係を示すテーブルを記憶するテーブル記憶手段と、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加する電圧を設定する電圧設定手段とをさらに備え、上記電圧設定手段は、上記使用メディア検出手段で検出された使用メディアに照射される光の波長と上記温度検出手段にて検出された環境温度とに応じた収差補正パターンを上記収差補正パターン記憶手段から読み出し、一方の液晶層における透過光の位相パターンを決定する一方、上記位相パターンに対して位相が所定量進んだ位相パターンを他方の液晶層における透過光の位相パターンに決定し、各位相パターンと各液晶層の層厚とに基づいて各液晶層の屈折率を各分割領域ごとに算出し、上記テーブル記憶手段に記憶されたテーブルから上記屈折率に応じた電圧を各分割領域ごとに求め、上記電圧印加手段は、上記電圧設定手段にて求められた各分割領域ごとの電圧を、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加する構成であってもよい。 The liquid crystal device for an optical pickup according to the present invention is set for each of the used medium detecting means for detecting the used medium, the temperature detecting means for detecting the environmental temperature, the wavelength of the light irradiated to the used medium, and the environmental temperature. An aberration correction pattern storage means that can store the phase pattern of the transmitted light in one liquid crystal layer as an aberration correction pattern capable of correcting the aberration, and is set for each wavelength of light irradiated to the medium used and for each environmental temperature, Table storage means for storing a table indicating a relationship between a voltage applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer and a refractive index of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer; Voltage setting means for setting a voltage to be applied to each electrode of the liquid crystal layer and the second liquid crystal layer, and the voltage setting means is detected by the use media detection means. The aberration correction pattern corresponding to the wavelength of the light applied to the used medium and the ambient temperature detected by the temperature detection means is read from the aberration correction pattern storage means, and the phase pattern of the transmitted light in one liquid crystal layer is read. On the other hand, a phase pattern whose phase is advanced by a predetermined amount with respect to the phase pattern is determined as a phase pattern of transmitted light in the other liquid crystal layer, and each liquid crystal layer is based on each phase pattern and the layer thickness of each liquid crystal layer. Is calculated for each divided area, a voltage corresponding to the refractive index is obtained for each divided area from the table stored in the table storage means, and the voltage applying means is obtained by the voltage setting means. The voltage applied to each divided region may be applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer.
上記の構成によれば、電圧設定手段により、使用波長(使用メディア検出手段で検出された使用メディアに照射される光の波長)と、現在の環境温度(温度検出手段で検出された環境温度)とに応じた収差補正パターンが収差補正パターン記憶手段から読み出され、これをもとに、各液晶層における透過光の位相パターンが決定される。このとき、第1の液晶層と第2の液晶層との間での透過光の位相差は、所定量に設定されている。なお、上記所定量としては、例えば、光ディスクに照射される光における、光ディスクのカバー層での複屈折による偏光状態の乱れを補正できる量を考えることができる。 According to the above configuration, the voltage setting means causes the use wavelength (the wavelength of light applied to the use media detected by the use media detection means) and the current environmental temperature (environment temperature detected by the temperature detection means). Is read from the aberration correction pattern storage means, and based on this, the phase pattern of transmitted light in each liquid crystal layer is determined. At this time, the phase difference of the transmitted light between the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer is set to a predetermined amount. As the predetermined amount, for example, an amount capable of correcting the polarization state disturbance due to birefringence in the cover layer of the optical disc in the light irradiated on the optical disc can be considered.
そして、電圧設定手段により、各位相パターンと各液晶層の層厚とに基づいて各液晶層の屈折率が各分割領域ごとに算出され、テーブル記憶手段に記憶されたテーブルから上記屈折率に応じた電圧が各分割領域ごとに求められる。電圧印加手段は、電圧設定手段にて求められた各分割領域ごとの電圧を、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加する。 Then, the voltage setting means calculates the refractive index of each liquid crystal layer for each divided region based on each phase pattern and the thickness of each liquid crystal layer, and according to the refractive index from the table stored in the table storage means. Voltage is obtained for each divided region. The voltage applying means applies the voltage for each divided region obtained by the voltage setting means to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer.
このように、収差の補正および偏光状態の乱れの補正を実現するのに必要な電圧として、使用波長および環境温度の両方に応じた電圧が第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加されるので、使用波長および環境温度ごとに収差の補正および偏光状態の乱れの補正を適切に行うことができる。 As described above, as voltages necessary for realizing correction of aberration and correction of polarization state disturbance, voltages corresponding to both the operating wavelength and the environmental temperature are applied to the electrodes of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer. Therefore, aberration correction and polarization state disturbance correction can be appropriately performed for each wavelength used and ambient temperature.
また、本発明の光ピックアップは、上述した本発明の光ピックアップ用液晶デバイスを備えていることを特徴としている。上記光ピックアップ用液晶デバイスの構成によれば、光ディスクのカバー層での複屈折の影響を考慮して、用いる光ディスクごとに適切な集光スポットを形成することができるので、用いる光ディスクごとに情報の記録再生時における信号特性の劣化を回避することができる。 The optical pickup of the present invention is characterized by including the above-described liquid crystal device for optical pickup of the present invention. According to the configuration of the liquid crystal device for an optical pickup described above, an appropriate condensing spot can be formed for each optical disk to be used in consideration of the influence of birefringence in the cover layer of the optical disk. Deterioration of signal characteristics during recording / reproduction can be avoided.
本発明によれば、配向膜の配向方向が光軸に対して軸対称に設定されているので、光学系にて発生する収差(例えば球面収差)や、光ディスクに照射される光のカバー層での複屈折による偏光状態の乱れを補正することが可能となる。しかも、電圧印加手段による電圧印加によって液晶層の屈折率を制御するので、カバー層での複屈折による偏光状態の乱れの補正の仕方を、光ピックアップの仕様に応じて容易に変えることができる。その結果、用いる光ディスクごとに適切な集光スポットを形成することができる。 According to the present invention, since the alignment direction of the alignment film is set to be axially symmetric with respect to the optical axis, the aberration generated in the optical system (for example, spherical aberration) or the cover layer of the light irradiated to the optical disc It is possible to correct the disturbance of the polarization state due to the birefringence. Moreover, since the refractive index of the liquid crystal layer is controlled by voltage application by the voltage application means, the method of correcting the polarization state disturbance due to birefringence in the cover layer can be easily changed according to the specifications of the optical pickup. As a result, an appropriate condensing spot can be formed for each optical disk to be used.
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
(1.光ピックアップの構成)
図2は、本実施形態に係る光ピックアップの概略の構成を示す説明図である。この光ピックアップは、光源1と、コリメーターレンズ2と、偏光ビームスプリッター3と、1/4波長板4と、液晶デバイス5と、対物レンズ6と、アクチュエーター7と、集光レンズ8と、光検出器9とを有している。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1. Configuration of optical pickup)
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the optical pickup according to the present embodiment. This optical pickup includes a
光源1は、例えばレーザーダイオードで構成されており、光ディスクDに向けて光を出射する。本実施形態では、光源1は、複数波長のレーザー光を出射することが可能となっている。これにより、光ディスクDとして、CD、DVD、次世代DVD(Blu-ray Disc、HD(High Definition )DVD)の少なくともいずれかを用いることが可能となっている。
The
なお、図2では、1個の光源1で複数波長の光を出射するようにしているが、単一もしくは複数の波長の光を出射する光源を組み合わせて用いるようにしてもよい。複数個の光源を用いる場合は、例えば、各光源と偏光ビームスプリッター3との間の光路中にダイクロイックプリズムを配置して、各光源から出射されるレーザー光を偏光ビームスプリッター3に入射する手前で合成すればよい。
In FIG. 2, one
コリメーターレンズ2は、光源1からの光を集光して平行光にする。偏光ビームスプリッター3は、P偏光を透過させる一方、S偏光を反射させ、これらの光路を分離する。1/4波長板4は、液晶のような屈折率異方性のある材料で構成されており、光源1からの入射光を直線偏光から円偏光に変換する一方、光ディスクDからの反射光を円偏光から入射時とは直交方向の直線偏光に変換する。本実施形態では、1/4波長板4は、液晶デバイス5に対して光源1側に配置されている。
The
液晶デバイス5は、収差補正機能と、光ディスクDに照射される光の偏光状態の補正機能とを両方併せ持つデバイスであるが、その詳細については後述する。なお、液晶デバイス5は、後述する電圧印加手段40を含む概念であるが、以下の説明では、特に断らない限り、電圧印加手段40を除く部位を差すものとする。
The
対物レンズ6は、液晶デバイス5から出射される光を光ディスクDの情報記録面に集光させる。アクチュエーター7は、フォーカシング(入射光の光ディスクDの情報記録面への集光)やトラッキングを行うために、対物レンズ6を上下左右に駆動する。なお、対物レンズ6の光軸に対して液晶デバイス5がずれないようにするため、アクチュエーター7は、対物レンズ6と一体的に液晶デバイス5を保持している。なお、アクチュエーター7は、さらに1/4波長板4を一体的に保持していてもよい。
The
集光レンズ8は、偏光ビームスプリッター3にて反射される光ディスクDからの戻り光を光検出器9に導く。光検出器9は、光ディスクDからの戻り光を受光し、光ディスクDの記録再生時に、サーボ信号(フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号)、情報信号、収差信号等を検出する。
The
上記の構成において、光源1から出射される直線偏光(例えばP偏光)は、コリメーターレンズ2で略平行光となった後、偏光ビームスプリッター3を透過し、1/4波長板4にて円偏光に変換された後、液晶デバイス5に入射する。液晶デバイス5に入射した光は、後述する収差補正および偏光状態の補正がなされて出射され、対物レンズ6によって光ディスクDの情報記録面上に集光される。光ディスクDで反射された光は、再び対物レンズ6を介して液晶デバイス5に入射し、そこで上記と同様の収差補正および偏光状態の補正がなされ、1/4波長板4にて直線偏光(例えばS偏光)に変換された後、偏光ビームスプリッター3にて反射される。そして、反射光は、集光レンズ8によって光検出器9に集光され、そこで電気信号に変換される。
In the above configuration, linearly polarized light (for example, P-polarized light) emitted from the
(2.液晶デバイスの構成)
次に、液晶デバイス5の詳細について説明する。
図3は、液晶デバイス5の概略の構成を示す断面図である。同図に示すように、液晶デバイス5は、2枚の液晶パネルを重ね合わせたような構造となっている。
(2. Configuration of liquid crystal device)
Next, details of the
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
より具体的には、液晶デバイス5は、2枚の透明な基板11・12で液晶層21(第1の液晶層)を挟持し、2枚の透明な基板12・13で液晶層31(第2の液晶層)を挟持して構成されている。つまり、本実施形態では、基板12は、2つの液晶層21・31を挟持するための基板として共通して用いられている。この結果、液晶層21・31を挟持する基板の枚数は合計3枚となっている。
More specifically, in the
なお、液晶層21・31を挟持する基板として、基板12を共通の基板として用いずに、液晶層21・31をそれぞれ別々の基板で挟持し、一方の基板同士を貼り合せてもよい。つまり、液晶層21・31を挟持する基板の枚数は、合計4枚となっていてもよい。
In addition, as a board | substrate which clamps
基板11の液晶層21側には、透明な電極22aおよび配向膜23aがこの順で形成されている。また、基板12の液晶層21側には、透明な電極22bおよび配向膜23bがこの順で形成されている。そして、液晶層21は、シール材24によって基板11・12間でシールされている。
A
一方、基板12の液晶層31側には、透明な電極32aおよび配向膜33aがこの順で形成されている。また、基板13の液晶層31側には、透明な電極32bおよび配向膜33bがこの順で形成されている。そして、液晶層31は、シール材34によって基板12・13間でシールされている。
On the other hand, on the
このように、液晶デバイス5は、2層の液晶層21・31と、液晶層21の両側に順に配置される配向膜23a・23b(ともに第1の配向膜)および電極22a・22bと、液晶層31の両側に順に配置される配向膜33a・33b(ともに第2の配向膜)および電極32a・32bとを少なくとも有して構成されている。
As described above, the
ここで、図4は、電極22a・32bの概略の構成を示す平面図である。同図に示すように、電極22a・32bは、同一形状であり、しかも、対物レンズ6の光軸が通る点を中心とする同心円状の複数の輪帯状電極にそれぞれ分割されている。一方、図示はしないが、他方の電極22b・32aは、基板12の両面全域を覆うように形成されている。これらの電極22a・22b・32a・32bには、電圧印加手段40(図2参照)によって電圧が印加される。これにより、各液晶層21・31の屈折率が変化し、各液晶層21・31を透過する光の位相を変化させることができる。
Here, FIG. 4 is a plan view showing a schematic configuration of the
なお、液晶層21の両側に配置した電極22a・22bは、どちらが分割されてもよく、液晶層31の両側に配置した電極32a・32bは、どちらが分割されてもよい。つまり、電極22a・22bの一方と、電極32a・32bの一方とが、同じ形状で分割されればよい。また、本実施形態では、電極22a・32bを3つの領域に分割しているが、分割する数はこれに限定されるわけではない。
Note that either of the
また、図1(a)は、第1の配向膜である配向膜23a・23bの配向方向を示す説明図であり、図1(b)は、第2の配向膜である配向膜33a・33bの配向方向を示す説明図である。これらの図に示すように、液晶層21の両側に配置した配向膜23a・23bの配向方向と、液晶層31の両側に配置した配向膜33a・33bの配向方向とは、互いに直交している。より詳細には、配向膜23a・23bの配向方向は、対物レンズ6の光軸、すなわち、光ディスクDに照射される光の光軸に垂直な面内で上記光軸を中心とする半径方向に設定されている。一方、配向膜33a・33bの配向方向は、上記光軸に垂直な面内で上記光軸を中心とする円周方向に設定されている。
FIG. 1A is an explanatory view showing the alignment direction of the
このように、配向膜(第1の配向膜、第2の配向膜)の配向方向が光軸を中心とする軸対称に設定されていることにより、電圧印加手段40による電極22a・22b・32a・32bへの電圧印加時には、液晶層(第1の液晶層、第2の液晶層)の液晶分子が光軸周りに対称に再配向される。これにより、液晶層を介して光ディスクDに入射する光の波面や位相を光軸周りに均等に補正することが可能となり、後述する補正、すなわち、光学系にて発生する収差(例えば球面収差)や、光ディスクDに照射される光のカバー層での複屈折による偏光状態の乱れを補正することが可能となる。
As described above, the alignment directions of the alignment films (the first alignment film and the second alignment film) are set to be symmetrical about the optical axis, so that the
(3.液晶デバイスにおける収差補正について)
次に、上記構成の液晶デバイス5において、収差を補正できる原理について説明する。図5は、液晶デバイス5における液晶層21付近の構造を拡大して示す断面図である。なお、図5では、輪帯状に分割された電極22aを、内側(光軸側)から順に22a1、22a2、22a3と称している。
(3. About aberration correction in liquid crystal devices)
Next, the principle by which aberration can be corrected in the
また、図6は、各電極22a1、22a2、22a3に印加される電圧(電圧パターン)の一例を示し、図7は、図6の電圧が各分割領域に印加されたときの、液晶層21の各分割領域ごとの屈折率(屈折率パターン)を示し、図8は、そのときの液晶層21の透過光の各分割領域ごとの位相(位相パターン)を示している。
FIG. 6 shows an example of a voltage (voltage pattern) applied to each
なお、各分割領域とは、液晶層21における各電極22a1、22a2、22a3に対応する領域のことであり、具体的には、液晶層21における電極22a1と電極22bとで挟まれた領域、電極22a2と電極22bとで挟まれた領域、電極22a3と電極22bとで挟まれた領域を指すものとする。図6ないし図8では、液晶層21における各電極22a1、22a2、22a3に対応する分割領域を、それぞれA、B、Cで示している。
Each divided region is a region corresponding to each
図6に示すように、電圧印加手段40が各電極22a1、22a2、22a3に異なる電圧を印加すると、電極22a2には最も高電圧がかかっているため、分割領域Bにおける液晶分子は電界方向に最も立ち上がっている(図5参照)。一方、電極22a1には、低電圧しかかかっていないため、分割領域Aにおける液晶分子はあまり立ち上がらず、基板11となす角は小さい(図5参照)。
As shown in FIG. 6, when the
したがって、液晶層21に垂直に入射する光源1からの光のうち、配向膜23aの配向方向と同じ偏光成分に対しては、図7に示すように、液晶分子があまり立ち上がっていない中央部(分割領域A)で屈折率が高く、液晶分子が立ち上がっている分割領域Bで屈折率が低くなる。なお、光源1からの光のうち、配向膜23aの配向方向に垂直方向の偏光成分の光は、液晶層21をそのまま透過する。
Therefore, of the light from the
一方、液晶層31の両側の電極32a・32bにも、図6と同様のパターンの電圧(絶対値は異なるが、この点は後述する)を印加すると、液晶層31の液晶分子も液晶層21の液晶分子と同様にその配向状態が変化するため、光源1からの光のうち、配向膜23aの配向方向に垂直方向の偏光成分の光(配向膜33aの配向方向と同じ偏光方向の光)に対して、図7と同様の屈折率の変化を与える。
On the other hand, when a voltage having the same pattern as in FIG. 6 (absolute value is different, but this point will be described later) is applied to the
したがって、光源1からの光が液晶デバイス5に入射すると、その光(平面波)は、液晶デバイス5の分割領域Bを透過する光の位相が進み、分割領域Aを透過する光の位相が遅れた波面に変化する(図8参照)。これにより、光ピックアップにて、例えば対物レンズ6や光ディスクDのカバー層に起因して発生する球面収差を補正することができ、光ディスクDの情報記録面に収差のほとんどない状態で光を集光させることができる。
Therefore, when light from the
また、光ディスクDからの反射光についても、光ディスクDのカバー層や対物レンズ6の収差の影響を同様に受けるが、再度、液晶デバイス5に入射したときに、配向膜33aの配向方向と同じ偏光方向の成分に対しては液晶層31で、上記配向方向と垂直な偏光方向の成分に対しては液晶層21で、上記と同様に収差補正され、平面波となって偏光ビームスプリッター3で反射された後、集光レンズ8を介して光検出器9に導かれる。したがって、光ディスクDからの反射光についても、光検出器9にて特性の良好な信号を検出することができる。
The reflected light from the optical disk D is similarly affected by the aberration of the cover layer of the optical disk D and the
以上のように、本実施形態では、電圧印加手段40が、液晶層21・31のそれぞれにおいて各分割領域A・B・C間で透過光に位相差が生じるように、液晶層21・31の各電極22a・22b・32a・32bに電圧を印加するので、光学系にて発生する収差(例えば球面収差)を補正することができる。
As described above, in the present embodiment, the
(4.液晶デバイスにおける偏光状態の制御について)
次に、液晶デバイス5における偏光状態の制御について説明する。本実施形態では、図1(a)(b)に示したように、液晶デバイス5の第1の配向膜(配向膜23a・23b)の配向方向と、第2の配向膜(配向膜23a・23b)の配向方向とを光軸に対して軸対称に設定していることにより、光ディスクDのカバー層による複屈折の悪影響を補正することができる。まず、このような複屈折の悪影響を補正できる原理について説明する。
(4. Control of polarization state in liquid crystal devices)
Next, the control of the polarization state in the
図9は、光ディスクDの概略の構成を示す断面図である。光ディスクDは、基板51上に情報記録面52が形成されており、その上に保護層としてのカバー層53が形成されている。対物レンズ6を通った光線は、光ディスクDのカバー層53を透過し、情報記録面52に集光される。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the optical disc D. In the optical disc D, an
ここで、光ディスクDのカバー層53は、通常、透明なポリカーボネイトで形成されており、屈折率異方性を持っている。すなわち、図9において、ディスク面に平行な方向の偏光に対する屈折率(nx)とディスク厚み方向の偏光に対する屈折率(nz)とが異なっている。このため、対物レンズ6を出た光の図9の紙面に垂直な方向の偏光成分(S偏光成分)に対しては、屈折率はnxであるが、図9の紙面に平行な方向の偏光成分(P偏光成分)に対しては、屈折率はnxとnzとの間であり、入射角度αが大きいほどnzに近い屈折率で作用することになる。したがって、円偏光だったものがP偏光成分とS偏光成分とで位相が異なる結果、楕円偏光となってしまい、情報記録面上でビームスポット径が大きくなるなどの弊害が生じる。
Here, the
このことから、カバー層53での複屈折による偏光状態の乱れを補正するためには、予め、P偏光成分とS偏光成分との間で、この現象を打ち消す方向に位相差を与えておけばよいと言える。ここで、液晶デバイス5においては、P偏光成分は、図1(a)の半径方向の偏光成分であり、S偏光成分は、図1(b)の円周方向の偏光成分であるので、液晶デバイス5の2液晶層間で透過光に必要量だけ位相差をつれば、上記偏光状態の乱れを補正できることになる。
From this, in order to correct the polarization state disturbance due to birefringence in the
なお、図9で、対物レンズ6の外縁付近を通る光のほうが、対物レンズ6の中央を通る光よりも光ディスクDに対する入射角が大きいので、前者の光については偏光状態の補正を多く行う必要がある。しかし、液晶デバイス5は、図4に示したように、輪帯状に分割した電極を有しているので、各分割領域間で透過光に位相差を生じさせるとともに、この位相差を半径方向の位置に応じて変化させることで、周辺部(光軸より離れた部位)から中央部(光軸に近い部位)まで良好に偏光状態を補正することができる。
In FIG. 9, the light passing through the vicinity of the outer edge of the
次に、カバー層53での複屈折による偏光状態の乱れの補正の仕方について説明する。
図10(a)は、本実施形態における液晶層21・31の分割領域ごとの屈折率(屈折率パターン)を示し、図10(b)は、そのときの液晶層21・31の透過光の各分割領域ごとの位相(位相パターン)を示している。本実施形態では、液晶層21・31に印加する電圧のパターン(絶対値)を互いに異ならせることで、液晶デバイス5に収差補正機能のみならず、光ディスクDに照射する光の偏光状態の乱れを補正する機能も持たせることができる。
Next, how to correct the polarization state disturbance due to birefringence in the
FIG. 10A shows a refractive index (refractive index pattern) for each divided region of the liquid crystal layers 21 and 31 in this embodiment, and FIG. 10B shows the transmitted light of the liquid crystal layers 21 and 31 at that time. The phase (phase pattern) for each divided region is shown. In this embodiment, by changing the voltage patterns (absolute values) applied to the liquid crystal layers 21 and 31 to each other, the
より具体的には、液晶層21・31の層厚を同じt(μm)とした場合、液晶層21・31への印加電圧と屈折率との関係から、液晶層21の屈折率が液晶層31の屈折率に対して、各分割領域ごとに一定量だけシフトするような印加電圧パターンが選ばれている。つまり、図10(a)に示すように、各分割領域A・B・Cにおける液晶層21・31間での屈折率差Δnは、それぞれΔn1、Δn2、Δn3である。ただし、Δn1<Δn2<Δn3である。
More specifically, when the thicknesses of the liquid crystal layers 21 and 31 are the same t (μm), the refractive index of the
そして、液晶層31への印加電圧を液晶層21への印加電圧よりも若干高めに設定し、その値はΔnとtとの積が所定量の位相差に相当するようになっている。なお、所定量の位相差とは、カバー層53での複屈折により生じる偏光状態の乱れを補正できる量のことであり、より具体的には、カバー層53での複屈折によって生じるP偏光成分とS偏光成分との位相差に相当する。図10(a)の屈折率パターンが得られるような電圧を液晶層21・31に印加した結果、図10(b)に示すように、同じ分割領域A・B・Cにおいて、液晶層21・31間での透過光の位相差Δ1、Δ2、Δ3は、それぞれΔn1t、Δn2t、Δn3tとなり、液晶デバイス5の周辺部ほど、2つの液晶層21・31での透過光の位相差Δが大きくなっている(すなわち、Δ1<Δ2<Δ3である)。
Then, the voltage applied to the
このように、同じ分割領域A・B・Cにおいて、液晶層21・31間で透過光に所定量の位相差が生じるように、電圧印加手段40が液晶層21・31の各電極に電圧を印加することにより、上記位相差で、カバー層53での複屈折によって生じる偏光状態の乱れ(P偏光成分とS偏光成分との位相差)を打ち消すことができる。その結果、光ディスクDの情報記録面52には、カバー層53を介して適切な偏光状態(円偏光)の光を集光させることができる。
In this way, in the same divided regions A, B, and C, the
しかも、用いる光ディスクDごとに光ピックアップの仕様(例えば使用波長、カバー層53の厚み、対物レンズ6の開口数)は異なるが、これについては、その仕様に応じて液晶層21・31の電極に印加する電圧を変化させることで容易に対応することが可能である。したがって、本発明によれば、カバー層53の複屈折特性を考慮して、光ピックアップの仕様に応じた適切な集光スポットを情報記録面52上に形成することができる。
In addition, the specifications of the optical pickup (for example, the wavelength used, the thickness of the
つまり、本発明の液晶デバイス5は、液晶層(第1の液晶層、第2の液晶層)と、情報記録面52上にカバー層53が形成された光ディスクDに照射される光の光軸に対して配向方向が軸対称に設定された配向膜(第1の配向膜、第2の配向膜)と、上記液晶層に電圧を印加することによって上記液晶層の屈折率を制御する電圧印加手段40とを備えているので、カバー層53での複屈折による偏光状態の乱れの補正の仕方を、光ピックアップの仕様に応じて容易に変えることができる。したがって、液晶層から出射される光を対物レンズ6を介して光ディスクDの情報記録面52上に集光したときに、用いる光ディスクDごとに適切な集光スポットを形成することができる。
That is, the
特に、本実施形態のように、液晶デバイス5を光ピックアップに適用することで、光ディスクDの情報記録面52に照射される光の偏光状態の乱れを補正できるという光ピックアップに固有の効果を得ることができる。
In particular, as in the present embodiment, by applying the
また、図1(a)(b)に示したように、第1の配向膜(配向膜23a・23b)の配向方向は、光軸に垂直な面内で光軸を中心とする半径方向に設定されており、第2の配向膜(配向膜33a・33b)の配向方向は、光軸に垂直な面内で光軸を中心とする円周方向に設定されているので、液晶デバイス5から出射される光に含まれる半径方向の偏光成分(例えばP偏光成分)の位相と、円周方向の偏光成分(例えばS偏光成分)の位相とを、液晶層21・31によって独立して制御することが可能となる。これにより、適切な集光スポットが形成されるように、用いる光ディスクDに応じて出射光の偏光状態を制御することが可能となる。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the alignment direction of the first alignment films (
また、液晶デバイス5の電極22a・32bは、図4に示したように同じ形状で分割されており、電圧印加手段40は、液晶層21・31のそれぞれにおいて、分割領域間で透過光に位相差が生じ、かつ、同じ分割領域において液晶層21・31間で透過光に位相差が生じるように、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に電圧を印加するので、上述した光の波面(収差)の補正と、カバー層53での複屈折によって乱れる偏光状態の補正とを1つのデバイスで両方行うことができる。
In addition, the
以上では、光ディスクDのカバー層53での複屈折の影響を補正することについて説明したが、共軸系であるピックアップ光学系では、その他の部分で発生する収差や偏光状態の乱れについても、光軸回りに対称性があることが普通である。したがって、液晶分子の配向も従来のように全面にわたって一方向に配向させるのではなく、光軸周りに対称に配向させることが、共軸性を維持して上記の不具合を補正する上でも好適であると言える。
In the above, correction of the influence of birefringence in the
(5.液晶デバイスの他の構成例について)
ところで、上述した液晶デバイス5は、以下の構成であってもよい。図11(a)(b)は、液晶デバイス5の他の構成例を示すとともに、一方の液晶層21付近の構造を拡大して示す断面図である。なお、他方の液晶層31付近の構造についても、これと同様とする。
(5. Other configuration examples of liquid crystal devices)
By the way, the
この液晶デバイス5では、透明な基板12と所定厚さの絶縁体14とで液晶層21が挟持されている。基板12における液晶層21側には、基板12の表面全面を覆う電極22bが形成されており、さらにその液晶層21側に配向膜23bが形成されている。また、絶縁体14における液晶層21とは反対側には、円形の開口を設けた電極22cが形成されている一方、絶縁体14における液晶層21側には、配向膜23aが形成されている。液晶層21は、基板12と絶縁体14との間でシール材24によってシールされている。
In the
電極22b・22c間への電圧印加前は、液晶分子が図11(a)のような配向状態になっているとすると、電極22b・22c間への電圧印加後は、液晶分子は図11(b)のような配向状態になる。すなわち、液晶デバイス5の電極22b・22c間に電圧を印加すると、周辺部には強い電界がかかり、中央部には弱い電界がかかる。なお、図11(b)中の破線は、電気力線を示す。これにより、周辺部から中央部にかけて滑らかな屈折率変化が得られる。
Assuming that the liquid crystal molecules are aligned as shown in FIG. 11A before the voltage is applied between the
したがって、図4で示した輪帯状の電極22aに代えて、開口を有する電極22cを用いることにより、滑らかな収差補正を行うことができる。また、屈折率変化の度合いの制御は、電極22b・22cに印加する電圧を変化させること以外にも、例えば絶縁体14の厚さを変化させることでも行うことができる。
Therefore, smooth aberration correction can be performed by using the
(6.波長および温度に応じた印加電圧の制御について)
ところで、使用メディアの種類(CD、DVD、次世代DVD)によっては、使用波長(785nm、660nm、405nm)、光ディスクDの情報記録面52上に形成されるカバー層53の厚さおよび対物レンズ6のNA(開口数)が異なるため、球面収差の補正パターンは、使用メディアによって変化する。すなわち、収差補正で要求される、図8に示した波面(位相パターン)の形状は、使用メディアごとに異なる。また、液晶層21・31における印加電圧と屈折率との関係は厳密には直線的ではなく、環境温度や使用波長によっても変化する。
(6. Control of applied voltage according to wavelength and temperature)
Incidentally, depending on the type of media used (CD, DVD, next-generation DVD), the wavelength used (785 nm, 660 nm, 405 nm), the thickness of the
そこで、使用メディアや環境温度ごとに収差補正パターンを異ならせることにより、使用メディアや環境温度に応じた最適な収差補正を行うことができる。以下、このような収差補正を行うための構成について説明する。 Thus, by varying the aberration correction pattern for each medium used and the ambient temperature, it is possible to perform an optimum aberration correction according to the medium used and the ambient temperature. Hereinafter, a configuration for performing such aberration correction will be described.
図12は、光ピックアップの他の構成例を示す説明図である。なお、説明の便宜上、図2と全く同様の構成については、その図示を省略している。この光ピックアップにおいては、液晶デバイス5は、さらに、使用メディア検出手段41と、温度検出手段42と、収差補正パターン記憶手段43と、テーブル記憶手段44と、電圧設定手段45とを有している。
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating another configuration example of the optical pickup. For the convenience of explanation, the illustration of the same configuration as in FIG. 2 is omitted. In this optical pickup, the
使用メディア検出手段41は、使用メディアを検出するものであり、温度検出手段42は、環境温度を検出する。収差補正パターン記憶手段43は、使用メディアに照射される光の波長ごとおよび環境温度ごとに設定され、収差を補正可能な、一方の液晶層(例えば液晶層21)における透過光の位相パターンを収差補正パターンとして記憶している。より具体的には、収差補正パターン記憶手段43は、例えば図8に示したような、収差補正可能な位相パターンを、使用メディアごと(使用メディアに照射される光の波長ごと)および環境温度ごとに記憶している。
The used
テーブル記憶手段44は、使用メディアに照射される光の波長ごとおよび環境温度ごとに設定され、液晶層21・31の各電極22a・22b・32a・32bに印加される電圧と、液晶層21・31の屈折率との関係を示すテーブルを記憶している。例えば、図13は、使用メディアがCD(使用波長が例えば785nm)である場合の、環境温度T1(℃)およびT2(℃)における液晶層21の屈折率(n)と印加電圧(V)との関係を示すグラフである。なお、T1≠T2である。このグラフでは、例えば温度T1では、液晶層21・31への印加電圧がVo(またはVi)のときの液晶層21・31の屈折率は、それぞれn0(またはni)であることを示している。このように、テーブル記憶手段44は、図13のような屈折率−電圧特性をテーブルの形で使用波長ごとおよび環境温度ごとに記憶している。
The table storage means 44 is set for each wavelength of light applied to the medium to be used and for each environmental temperature, and the voltage applied to the
電圧設定手段45は、使用メディア検出手段41および温度検出手段42での検知結果に基づいて、液晶層21・31の各電極22a・22b・32a・32bに印加する電圧を設定するものであり、例えばマイクロコンピューターで構成されている。
The
次に、上記構成の光ピックアップにおける動作について説明する。
まず、使用メディア検出手段41にて、現在使用されているメディアがCD、DVD、次世代DVDのいずれであるかが検出され、温度検出手段42により、現在の環境温度が検出される。すると、電圧設定手段45は、使用メディア検出手段41で検出された使用メディアに照射される光の波長と温度検出手段42にて検出された環境温度とに応じた収差補正パターンを収差補正パターン記憶手段43から読み出し、液晶デバイス5の一方の液晶層21における透過光の位相パターンを決定する。次に、電圧設定手段45は、上記位相パターンに対して位相が所定量進んだ位相パターンを他方の液晶層31における透過光の位相パターンに決定する。なお、上記の所定量としては、例えば、光ディスクDに照射される光における、光ディスクDのカバー層53での複屈折による偏光状態の乱れを補正できる量を考えることができる。
Next, the operation of the optical pickup having the above configuration will be described.
First, the used
続いて、電圧設定手段45は、各位相パターンと各液晶層21・31の層厚とに基づいて、各液晶層21・31の屈折率を各分割領域ごとに算出し、テーブル記憶手段44に記憶されたテーブルから上記屈折率に応じた電圧を各分割領域ごとに求める。
Subsequently, the voltage setting means 45 calculates the refractive index of each
つまり、読み出した位相パターンから、各液晶層21・31の各分割領域間で発生すべき位相差が求まると、各分割領域間の屈折率差は、その位相差を各液晶層21・31の層厚tで除して求まる。したがって、例えば、最も屈折率の高い必要のある部分(液晶層21の中央部(分割領域A))を基準にして、その屈折率n0を決めると、残りの分割領域(例えば分割領域BまたはC)の屈折率niが決まる。電圧設定手段45は、そのときの温度、使用波長から適切な屈折率−電圧特性をテーブル記憶手段44から読み出し、各分割領域の屈折率から各分割領域に印加すべき電圧を決定する。 That is, when the phase difference to be generated between the divided regions of the liquid crystal layers 21 and 31 is obtained from the read phase pattern, the refractive index difference between the divided regions is calculated by converting the phase difference between the liquid crystal layers 21 and 31. It is obtained by dividing by the layer thickness t. Therefore, for example, when the refractive index n 0 is determined with reference to a portion having the highest refractive index (the central portion of the liquid crystal layer 21 (divided region A)), the remaining divided regions (for example, divided regions B or refractive index n i of C) is determined. The voltage setting means 45 reads an appropriate refractive index-voltage characteristic from the table storage means 44 from the temperature and wavelength used at that time, and determines the voltage to be applied to each divided area from the refractive index of each divided area.
このようにして、液晶層21・31の各分割領域に印加すべき電圧が電圧設定手段45によって設定されると、電圧印加手段40は、電圧設定手段45にて求められた各分割領域ごとの電圧を、液晶層21・31の各電極22a・22b・32a・32bに印加する。したがって、液晶デバイス5において、収差補正機能およびカバー層53での複屈折による偏光状態の乱れを補正する機能を実現するのに必要な電圧として、使用波長および環境温度の両方に応じた電圧が液晶層21・31の各電極22a・22b・32a・32bに印加されるので、使用波長および環境温度ごとに収差の補正および偏光状態の乱れの補正を適切に行うことができる。
In this way, when the voltage to be applied to each divided region of the liquid crystal layers 21 and 31 is set by the voltage setting means 45, the
なお、以上では、使用波長および環境温度の両方に応じた電圧を液晶層21・31の各電極22a・22b・32a・32bに印加する例について説明したが、使用波長または環境温度のどちらかに応じた電圧を液晶層21・31の各電極22a・22b・32a・32bに印加するようにしてもよい。この場合は、使用波長または環境温度ごとに収差の補正および偏光状態の乱れの補正を適切に行うことができる。
In the above description, an example in which a voltage corresponding to both the use wavelength and the environmental temperature is applied to the
5 液晶デバイス
21 液晶層(第1の液晶層)
22a 電極
22b 電極
23a 配向膜(第1の配向膜)
23b 配向膜(第1の配向膜)
31 液晶層(第2の液晶層)
32a 電極
32b 電極
33a 配向膜(第2の配向膜)
33b 配向膜(第2の配向膜)
40 電圧印加手段
41 使用メディア検出手段
42 温度検出手段
43 収差補正パターン記憶手段
44 テーブル記憶手段
45 電圧設定手段
52 情報記録面
53 カバー層
A 分割領域
B 分割領域
C 分割領域
D 光ディスク
5
23b Alignment film (first alignment film)
31 Liquid crystal layer (second liquid crystal layer)
33b Alignment film (second alignment film)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
情報記録面上にカバー層が形成された光ディスクに照射される光の光軸に対して配向方向が軸対称に設定された配向膜と、
上記液晶層に電圧を印加することによって上記液晶層の屈折率を制御する電圧印加手段とを備えていることを特徴とする光ピックアップ用液晶デバイス。 A liquid crystal layer;
An alignment film in which the alignment direction is set to be axially symmetric with respect to the optical axis of the light applied to the optical disc having a cover layer formed on the information recording surface;
A liquid crystal device for an optical pickup, comprising: voltage applying means for controlling a refractive index of the liquid crystal layer by applying a voltage to the liquid crystal layer.
上記配向膜は、第1の液晶層の両側に配置される第1の配向膜と、第2の液晶層の両側に配置される第2の配向膜とからなり、
上記第1の配向膜の配向方向は、上記光軸に垂直な面内で上記光軸を中心とする半径方向に設定されており、
上記第2の配向膜の配向方向は、上記光軸に垂直な面内で上記光軸を中心とする円周方向に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ用液晶デバイス。 The liquid crystal layer is composed of a first liquid crystal layer and a second liquid crystal layer arranged in the optical axis direction,
The alignment film is composed of a first alignment film disposed on both sides of the first liquid crystal layer and a second alignment film disposed on both sides of the second liquid crystal layer,
The alignment direction of the first alignment film is set in a radial direction centered on the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis,
2. The liquid crystal for an optical pickup according to claim 1, wherein the alignment direction of the second alignment film is set in a circumferential direction centering on the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis. device.
第1の液晶層の両側の電極の一方と、第2の液晶層の両側の電極の一方とは、同じ形状で分割されており、
上記電圧印加手段は、第1の液晶層および第2の液晶層のそれぞれにおいて、分割領域間で透過光に位相差が生じ、かつ、同じ分割領域において第1の液晶層と第2の液晶層とで透過光に位相差が生じるように、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に電圧を印加することを特徴とする請求項2に記載の光ピックアップ用液晶デバイス。 Electrodes further disposed on both sides of the first liquid crystal layer and on both sides of the second liquid crystal layer;
One of the electrodes on both sides of the first liquid crystal layer and one of the electrodes on both sides of the second liquid crystal layer are divided in the same shape,
In the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer, the voltage application means has a phase difference in transmitted light between the divided regions, and the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer in the same divided region. The liquid crystal device for an optical pickup according to claim 2, wherein a voltage is applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer so that a phase difference occurs in the transmitted light.
使用メディアに照射される光の波長ごとに設定され、収差を補正可能な、一方の液晶層における透過光の位相パターンを収差補正パターンとして記憶する収差補正パターン記憶手段と、
使用メディアに照射される光の波長ごとに設定され、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加される電圧と、第1の液晶層および第2の液晶層の屈折率との関係を示すテーブルを記憶するテーブル記憶手段と、
第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加する電圧を設定する電圧設定手段とをさらに備え、
上記電圧設定手段は、上記使用メディア検出手段で検出された使用メディアに照射される光の波長に応じた収差補正パターンを上記収差補正パターン記憶手段から読み出し、一方の液晶層における透過光の位相パターンを決定する一方、上記位相パターンに対して位相が所定量進んだ位相パターンを他方の液晶層における透過光の位相パターンに決定し、各位相パターンと各液晶層の層厚とに基づいて各液晶層の屈折率を各分割領域ごとに算出し、上記テーブル記憶手段に記憶されたテーブルから上記屈折率に応じた電圧を各分割領域ごとに求め、
上記電圧印加手段は、上記電圧設定手段にて求められた各分割領域ごとの電圧を、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加することを特徴とする請求項3に記載の液晶デバイス。 Used media detecting means for detecting used media;
Aberration correction pattern storage means for storing the phase pattern of transmitted light in one liquid crystal layer as an aberration correction pattern, which is set for each wavelength of light applied to the medium used and can correct aberrations;
The voltage applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer and the refractive index of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer, which are set for each wavelength of light irradiated to the medium used Table storage means for storing a table showing the relationship between
Voltage setting means for setting a voltage to be applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer,
The voltage setting means reads from the aberration correction pattern storage means an aberration correction pattern corresponding to the wavelength of light applied to the used media detected by the used media detection means, and transmits a phase pattern of transmitted light in one liquid crystal layer On the other hand, a phase pattern whose phase is advanced by a predetermined amount with respect to the phase pattern is determined as a phase pattern of transmitted light in the other liquid crystal layer, and each liquid crystal is determined based on each phase pattern and the layer thickness of each liquid crystal layer. The refractive index of the layer is calculated for each divided region, and the voltage corresponding to the refractive index is determined for each divided region from the table stored in the table storage unit.
The said voltage application means applies the voltage for every division area calculated | required by the said voltage setting means to each electrode of a 1st liquid crystal layer and a 2nd liquid crystal layer, The said 3rd aspect is characterized by the above-mentioned. LCD device.
環境温度ごとに設定され、収差を補正可能な、一方の液晶層における透過光の位相パターンを収差補正パターンとして記憶する収差補正パターン記憶手段と、
環境温度ごとに設定され、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加される電圧と、第1の液晶層および第2の液晶層の屈折率との関係を示すテーブルを記憶するテーブル記憶手段と、
第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加する電圧を設定する電圧設定手段とをさらに備え、
上記電圧設定手段は、上記温度検出手段で検出された環境温度に応じた収差補正パターンを上記収差補正パターン記憶手段から読み出し、一方の液晶層における透過光の位相パターンを決定する一方、上記位相パターンに対して位相が所定量進んだ位相パターンを他方の液晶層における透過光の位相パターンに決定し、各位相パターンと各液晶層の層厚とに基づいて各液晶層の屈折率を各分割領域ごとに算出し、上記テーブル記憶手段に記憶されたテーブルから上記屈折率に応じた電圧を各分割領域ごとに求め、
上記電圧印加手段は、上記電圧設定手段にて求められた各分割領域ごとの電圧を、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加することを特徴とする請求項3に記載の液晶デバイス。 Temperature detection means for detecting the environmental temperature;
An aberration correction pattern storage means that stores the phase pattern of transmitted light in one liquid crystal layer as an aberration correction pattern, which is set for each environmental temperature and can correct aberrations;
A table that is set for each environmental temperature and stores the relationship between the voltage applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer and the refractive index of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer is stored. Table storage means for
Voltage setting means for setting a voltage to be applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer,
The voltage setting means reads out an aberration correction pattern corresponding to the environmental temperature detected by the temperature detection means from the aberration correction pattern storage means and determines a phase pattern of transmitted light in one liquid crystal layer, while the phase pattern The phase pattern whose phase is advanced by a predetermined amount with respect to the phase pattern of transmitted light in the other liquid crystal layer is determined, and the refractive index of each liquid crystal layer is determined for each divided region based on each phase pattern and the thickness of each liquid crystal layer. Calculated for each divided region from the table stored in the table storage means for each divided region,
The said voltage application means applies the voltage for every division area calculated | required by the said voltage setting means to each electrode of a 1st liquid crystal layer and a 2nd liquid crystal layer, The said 3rd aspect is characterized by the above-mentioned. LCD device.
環境温度を検出する温度検出手段と、
使用メディアに照射される光の波長ごとおよび環境温度ごとに設定され、収差を補正可能な、一方の液晶層における透過光の位相パターンを収差補正パターンとして記憶する収差補正パターン記憶手段と、
使用メディアに照射される光の波長ごとおよび環境温度ごとに設定され、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加される電圧と、第1の液晶層および第2の液晶層の屈折率との関係を示すテーブルを記憶するテーブル記憶手段と、
第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加する電圧を設定する電圧設定手段とをさらに備え、
上記電圧設定手段は、上記使用メディア検出手段で検出された使用メディアに照射される光の波長と上記温度検出手段にて検出された環境温度とに応じた収差補正パターンを上記収差補正パターン記憶手段から読み出し、一方の液晶層における透過光の位相パターンを決定する一方、上記位相パターンに対して位相が所定量進んだ位相パターンを他方の液晶層における透過光の位相パターンに決定し、各位相パターンと各液晶層の層厚とに基づいて各液晶層の屈折率を各分割領域ごとに算出し、上記テーブル記憶手段に記憶されたテーブルから上記屈折率に応じた電圧を各分割領域ごとに求め、
上記電圧印加手段は、上記電圧設定手段にて求められた各分割領域ごとの電圧を、第1の液晶層および第2の液晶層の各電極に印加することを特徴とする請求項3に記載の液晶デバイス。 Used media detecting means for detecting used media;
Temperature detection means for detecting the environmental temperature;
Aberration correction pattern storage means that stores the phase pattern of transmitted light in one liquid crystal layer as an aberration correction pattern, which is set for each wavelength of light applied to the medium used and for each environmental temperature, and can correct aberrations.
The voltage applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer, the first liquid crystal layer, and the second liquid crystal layer, which are set for each wavelength of light applied to the medium used and each ambient temperature. Table storage means for storing a table showing the relationship with the refractive index of
Voltage setting means for setting a voltage to be applied to each electrode of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer,
The voltage setting means has an aberration correction pattern storage means that stores an aberration correction pattern according to the wavelength of light applied to the use medium detected by the use medium detection means and the environmental temperature detected by the temperature detection means. The phase pattern of the transmitted light in one liquid crystal layer is determined, while the phase pattern whose phase is advanced by a predetermined amount with respect to the phase pattern is determined as the phase pattern of the transmitted light in the other liquid crystal layer. The refractive index of each liquid crystal layer is calculated for each divided region based on the thickness of each liquid crystal layer, and the voltage corresponding to the refractive index is obtained for each divided region from the table stored in the table storage means. ,
The said voltage application means applies the voltage for every division area calculated | required by the said voltage setting means to each electrode of a 1st liquid crystal layer and a 2nd liquid crystal layer, The said 3rd aspect is characterized by the above-mentioned. LCD device.
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