JP2010086621A - Optical head device - Google Patents

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Koichi Murata
浩一 村田
Chikashi Takatani
周志 高谷
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Asahi Glass Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical head device for performing a recording and reproducing operation by achieving miniaturization and suppressing an astigmatic component amount with respect to an optical disk having a plurality of information recording surface. <P>SOLUTION: The satisfied recording and reproducing operation are attained with respect to each information recording surface of multi-layered optical disk and also the miniaturization of the optical head device is obtained by reducing the astigmatic component amount generated on a rising prism 15 with respect to the rising prism 15 having a beam shaping ratio m different from 1 and also by being provided with a variable focus section 14 for making the astigmatic component amount outgoing from the rising prism 15 to be a constant level or lower even though a focus component (Power) amount is changed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ストレージを扱う光学系として、CD、DVD、光磁気ディスクなどの光記録媒体および、「Blu−ray」(登録商標:以下BD)などの高密度光記録媒体に情報の記録または再生(以下、「記録・再生」という)を行う光ヘッド装置並びにこの光ヘッド装置を用いた光ディスク装置に関する。なお、これら光記録媒体および高密度光記録媒体を以下、「光ディスク」といい、とくに複数の情報記録層の集光面(情報記録面)を有する光ディスクを以下、「複層光ディスク」という。   As an optical system that handles optical storage, the present invention records information on optical recording media such as CDs, DVDs, magneto-optical disks, and high-density optical recording media such as “Blu-ray” (registered trademark: BD). The present invention relates to an optical head device that performs reproduction (hereinafter referred to as “recording / reproduction”) and an optical disk device that uses this optical head device. These optical recording media and high-density optical recording media are hereinafter referred to as “optical discs”, and in particular, an optical disc having a condensing surface (information recording surface) of a plurality of information recording layers is hereinafter referred to as a “multi-layer optical disc”.

パーソナルコンピュータなどの小型化に伴い、これらの機器に用いられる光ディスク装置の小型化が求められている。この要求に対して、光ディスク装置に搭載される光ヘッド装置に三角柱の形状の立ち上げプリズムを用いることで光が進行する方向(空間)を変えて、これによって光ヘッド装置を薄型化し、光ディスク装置の小型化を実現している。   With downsizing of personal computers and the like, downsizing of optical disk devices used in these devices is required. In response to this requirement, the direction (space) in which light travels is changed by using a rising prism in the shape of a triangular prism in the optical head device mounted on the optical disk device, thereby reducing the thickness of the optical head device, and the optical disk device. The miniaturization is realized.

この立ち上げプリズムは、(光軸に対して垂直な面の)形状が楕円形である光を入射した場合に、出射する光の形状を円形に整形するビーム整形機能を有する場合がある。また、複層光ディスクの各情報記録面に集光するために、立ち上げプリズムに入射する光の平行度を変化させることによって各情報記録面のカバー厚の違いによって発生する球面収差成分量を制御する光ヘッド装置が報告されている(特許文献1)。しかしながら、この立ち上げプリズムを使用した場合、球面収差成分量を制御するためにプリズムへ非平行光を入射すると、情報記録面上に集光させるときの非点収差成分量が大きくなり、記録・再生特性が劣化するという問題点があった。   This rising prism may have a beam shaping function that shapes the shape of the emitted light into a circular shape when light having an elliptical shape (plane perpendicular to the optical axis) is incident. In addition, in order to focus on each information recording surface of the multilayer optical disk, the amount of spherical aberration component generated by the difference in the cover thickness of each information recording surface is controlled by changing the parallelism of the light incident on the rising prism. An optical head device has been reported (Patent Document 1). However, when this rising prism is used, if non-parallel light is incident on the prism in order to control the spherical aberration component amount, the amount of astigmatism component when condensing on the information recording surface increases, and recording / recording There was a problem that the reproduction characteristics deteriorated.

また、特許文献1に記載の光ヘッド装置における問題点を解決するものとして、立ち上げプリズムに起因して発生する非点収差成分量を抑制するためにビーム整形倍率を1.00に近づける特性を有する立ち上げプリズムを配置することで出射する光の形状を円形とし、集光点が異なる各情報記録面に集光する光の非点収差成分量の発生を抑制する光ヘッド装置が報告されている(特許文献2)。   Further, as a solution to the problem in the optical head device described in Patent Document 1, in order to suppress the amount of astigmatism component generated due to the rising prism, the characteristic that the beam shaping magnification is brought close to 1.00. An optical head device has been reported that suppresses the generation of the amount of astigmatism components of light collected on each information recording surface having a different focal point by arranging the rising prism to have a circular shape. (Patent Document 2).

特開2004−5903号公報JP 2004-5903 A 特開2007−213755号公報JP 2007-213755 A

しかしながら、上記のように特許文献1に記載の光ヘッド装置は、ビーム整形倍率が1.1〜1.3の間と大きい立ち上げプリズムを使用していることから、非点収差成分量の発生について考慮されていない。これにより、情報記録面が単一である光ディスクに対しては、入射する光を平行光として非点収差成分量を低減するように調整できるが、複層光ディスクの記録・再生時に、集光させる情報記録面を切り替える場合、例えば立ち上げプリズムへ収束しながら入射する光と、発散しながら入射する光と、に切り替えるようにして制御すると、1.1〜1.3のビーム整形倍率の立ち上げプリズムでは、大きな非点収差成分量が発生してしまい、集光すべき情報記録面すべてに対して良好な集光特性が得られないという問題があった。   However, as described above, the optical head device described in Patent Document 1 uses a rising prism whose beam shaping magnification is as large as 1.1 to 1.3, so that an astigmatism component amount is generated. Is not considered. As a result, for an optical disc with a single information recording surface, the incident light can be adjusted to be parallel light so as to reduce the amount of astigmatism component, but it is condensed during recording / reproduction of a multilayer optical disc. When the information recording surface is switched, for example, when the control is performed so as to switch between the light incident while converging on the rising prism and the light incident while diverging, the beam shaping magnification of 1.1 to 1.3 is increased. In the prism, a large amount of astigmatism component is generated, and there is a problem in that good condensing characteristics cannot be obtained for all information recording surfaces to be condensed.

さらに、特許文献2に記載の光ヘッド装置の立ち上げプリズムは、ビーム整形倍率を0.97〜1.03としているため、立ち上げプリズムにより大きなビーム整形機能を発生させることができない。つまり、立ち上げプリズムに楕円形で入射する光を円形にして出射させる機能を有さないので、光ディスクに対して円形に集光させるために、立ち上げプリズムに入射する光を円形としなければならないという制限がある。さらに、ビーム整形倍率を0.97〜1.03とするために立ち上げプリズムの形状が光ヘッド装置の厚み方向に大きくなってしまったり、加工が困難な形状となってしまったりするなど、光ヘッド装置の小型化や低コスト化に制限があるという問題があった。   Furthermore, since the rising prism of the optical head device described in Patent Document 2 has a beam shaping magnification of 0.97 to 1.03, a large beam shaping function cannot be generated by the rising prism. In other words, since the light incident on the rising prism in an elliptical shape does not have a function of emitting the light in a circular shape, the light incident on the rising prism must be circular in order to focus the light on the optical disk in a circular shape. There is a limitation. Furthermore, since the beam shaping magnification is set to 0.97 to 1.03, the shape of the rising prism becomes larger in the thickness direction of the optical head device, or the processing becomes difficult. There has been a problem that there is a limit to miniaturization and cost reduction of the head device.

本願発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、光源と、前記光源から出射する光の光軸と直交する平面における前記光の形状を変えるビーム整形素子と、前記ビーム整形素子から出射する光を複数の情報記録面を有する光ディスクに集光させる対物レンズと、前記光ディスクから反射された光を受光する光検出器を備える光ヘッド装置において、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、前記ビーム整形素子と、フォーカス成分量と非点収差成分量とを可変して、光の発散状態を変化させる可変フォーカス部と、を有する光ヘッド装置を提供する。   The present invention has been made to solve the above problem, and includes a light source, a beam shaping element that changes the shape of the light in a plane orthogonal to the optical axis of the light emitted from the light source, and the beam shaping element. In an optical head device comprising an objective lens for condensing emitted light on an optical disc having a plurality of information recording surfaces and a photodetector for receiving light reflected from the optical disc, the optical head device is provided between the light source and the objective lens. Provided is an optical head device having, in the optical path, the beam shaping element, and a variable focus section that varies a focus component amount and an astigmatism component amount to change a light divergence state.

この構成により、複層光ディスクを記録・再生する光ヘッド装置を小型化できるとともに、複層光ディスクの複数の情報記録面のうちそれぞれの情報記録面に収束する光の非点収差を抑制することができるので、良好な記録・再生を実現することができる。   With this configuration, it is possible to reduce the size of an optical head device that records and reproduces a multi-layer optical disc, and to suppress astigmatism of light that converges on each of the information recording surfaces of the multi-layer optical disc. Therefore, good recording / reproduction can be realized.

また、前記ビーム整形素子は、平行して進行する入射光Aの光軸と直交する平面における前記入射光Aの形状が長軸または短軸に相当する第1の方向を径d、前記第1の方向と直交し、前記長軸または前記短軸の他方に相当する第2の方向を径dとする楕円であり、前記ビーム整形素子を出射する出射光Aの光軸と直交する平面における前記出射光Aの形状が前記径dを直径とする円であるとき、d/dで表されるビーム整形比mを有し、前記可変フォーカス部は、平行して進行する入射光Bの光軸と直交する平面における前記入射光Bの形状が円であり、前記可変フォーカス部を出射する出射光Bの光軸と直交する平面上で前記出射光Bの同じ位相となる位置を結んでできる等位相波面の形状が、長軸の径がa、短軸の径がbとなる楕円であるとき、a×m×c=b、またはa=m×c×bであって、0.97≦c≦1.03を満足する上記の光ヘッド装置を提供する。また、前記ビーム整形素子の前記ビーム整形比mは、m>1.009または、m<0.991である上記の光ヘッド装置を提供する。 The beam shaping element has a first direction in which the shape of the incident light A in a plane orthogonal to the optical axis of the incident light A traveling in parallel corresponds to the major axis or the minor axis is the diameter d 1 , A plane orthogonal to the direction of 1 and having a diameter d 2 in the second direction corresponding to the other of the major axis or the minor axis and a plane orthogonal to the optical axis of the outgoing light A that exits the beam shaping element When the shape of the emitted light A is a circle having the diameter d 1 as a diameter, the variable focusing section has a beam shaping ratio m represented by d 2 / d 1 , and the variable focus section travels in parallel. A position where the shape of the incident light B in a plane perpendicular to the optical axis of the light B is a circle, and the phase of the emitted light B is the same on a plane perpendicular to the optical axis of the emitted light B emitted from the variable focus section The shape of the equiphase wavefront that is formed by connecting the long axis diameter is a and the short axis diameter is a. When the ellipse is b, the above optical head device is provided, wherein a × m × c = b or a = m × c × b, and 0.97 ≦ c ≦ 1.03 is satisfied. The beam shaping ratio m of the beam shaping element is m> 1.009 or m <0.991.

この構成により、ビーム整形比mの大きさに大きな制限なくビーム整形素子を選択することができるので、設計自由度が高くなるとともに、該当するビーム整形比に合わせて非点収差成分量を抑制するように可変フォーカス部を設計できるので、複層光ディスクの複数の情報記録面のうちそれぞれの情報記録面に収束する光の非点収差を抑制することができるので、光ヘッド装置において良好な記録・再生を実現することができる。   With this configuration, a beam shaping element can be selected without any large limitation on the size of the beam shaping ratio m, so that the degree of freedom in design is increased and the amount of astigmatism components is suppressed in accordance with the corresponding beam shaping ratio. Since the variable focus portion can be designed as described above, astigmatism of light that converges on each of the information recording surfaces of a plurality of information recording surfaces of the multilayer optical disc can be suppressed. Reproduction can be realized.

また、前記可変フォーカス部は、2枚の透明基板を対向配置し、前記透明基板間に挟持された液晶に印加する電圧に応じて前記液晶を透過する光の焦点距離を変化させる液晶レンズ素子から構成される上記の光ヘッド装置を提供する。また、前記透明基板の一方の面には透明電極と、鋸歯形状または鋸歯を階段形状で近似した断面形状を有する透明材料からなるとともに入射平面上で光軸を中心として楕円率κの相似となる複数の楕円状に形成される凹凸部と、を有する上記の光ヘッド装置を提供する。   Further, the variable focus unit includes a liquid crystal lens element in which two transparent substrates are opposed to each other, and a focal length of light transmitted through the liquid crystal is changed according to a voltage applied to the liquid crystal sandwiched between the transparent substrates. The above-described optical head device is provided. One surface of the transparent substrate is made of a transparent electrode and a transparent material having a sawtooth shape or a cross-sectional shape approximating a sawtooth in a staircase shape, and has an ellipticity κ similarity around the optical axis on the incident plane. Provided is an optical head device having a plurality of concavo-convex portions formed in an elliptical shape.

また、前記凹凸部の楕円率κは、0.97×m≦κ≦1.03×mであるかまたは、0.97/m≦κ≦1.03/mである上記の光ヘッド装置を提供する。   The ellipticity κ of the uneven portion is 0.97 × m ≦ κ ≦ 1.03 × m, or 0.97 / m ≦ κ ≦ 1.03 / m. provide.

この構成により、液晶レンズに印加する電圧を制御することによって、複数の情報記録面のうちそれぞれの情報記録面に光を収束させるとき、容易にフォーカス成分量および非点収差成分量が最適な値となるように制御することができ、光ヘッド装置において良好な記録・再生を実現することができる。   With this configuration, when the light is converged on each information recording surface among a plurality of information recording surfaces by controlling the voltage applied to the liquid crystal lens, the focus component amount and the astigmatism component amount are easily optimal values. Thus, good recording / reproduction can be realized in the optical head device.

また、前記可変フォーカス部は、光源から出射された光の発散状態を変えるコリメータレンズと、前記コリメータレンズを光軸方向に平行に移動する機構を有するコリメータレンズ位置調整部と、非点収差成分を発生させることができる非点収差生成部からなる上記に記載の光ヘッド装置を提供する。さらに、前記非点収差生成部は、2枚の透明基板に液晶が挟持され、少なくとも一方の前記透明基板に非点収差成分を発生させる特定のパターンに分割された透明電極が形成される液晶収差補正素子である上記に記載の光ヘッド装置を提供する。   The variable focus unit includes a collimator lens that changes a divergence state of light emitted from the light source, a collimator lens position adjustment unit that has a mechanism for moving the collimator lens in parallel to the optical axis direction, and an astigmatism component. An optical head device as described above, comprising an astigmatism generation unit that can be generated. Further, the astigmatism generation unit includes a liquid crystal aberration in which a liquid crystal is sandwiched between two transparent substrates, and a transparent electrode divided into a specific pattern that generates an astigmatism component is formed on at least one of the transparent substrates. The above-described optical head device which is a correction element is provided.

この構成により、コリメータレンズの移動により簡易的にフォーカス成分量の可変ができ、このフォーカス成分量に比例するように非点収差成分量を発生することにより、容易にフォーカス成分量および非点収差成分量が最適な値となるように制御することができ、光ヘッド装置において良好な記録・再生を実現することができる。   With this configuration, it is possible to easily change the focus component amount by moving the collimator lens. By generating the astigmatism component amount in proportion to the focus component amount, the focus component amount and the astigmatism component can be easily obtained. The amount can be controlled to an optimum value, and good recording / reproduction can be realized in the optical head device.

本発明は、複層光ディスクの各情報記録面に非点収差成分量を抑制して良好に集光させて記録・再生できるとともに、小型化を実現し、さらに設計自由度が大きい光ヘッド装置を実現することができる。   The present invention provides an optical head device capable of recording and reproducing with good astigmatism component amount suppressed on each information recording surface of a multi-layer optical disc, realizing miniaturization, and having a high degree of design freedom. Can be realized.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光ヘッド装置10の模式図である。光源11から出射した光は、コリメータレンズ13で平行光となり、可変フォーカス部14を透過し、ビーム整形機能を発現する立ち上げプリズム15に入射する。立ち上げプリズム15に入射した光は、光ディスクに向けて偏向され、対物レンズ17によって光ディスク18の情報記録面(例えば情報記録面18b)に集光される。光ディスク18で反射された光は、偏光ビームスプリッタ12で偏向され、レンズ19を透過して光検出器20で光ディスク18の情報記録面18a、18bに記録された情報の再生信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号などの光情報が検出される。なお、光源11から光ディスク18に至るまでの光路を「往路」、光ディスク18から光検出器20に至るまでの光路を「復路」という。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of an optical head device 10 according to a first embodiment of the present invention. The light emitted from the light source 11 becomes parallel light by the collimator lens 13, passes through the variable focus section 14, and enters the rising prism 15 that exhibits the beam shaping function. The light incident on the rising prism 15 is deflected toward the optical disc, and is focused on the information recording surface (for example, the information recording surface 18b) of the optical disc 18 by the objective lens 17. The light reflected by the optical disk 18 is deflected by the polarization beam splitter 12, passes through the lens 19, and is recorded on the information recording surfaces 18 a and 18 b of the optical disk 18 by the photodetector 20. Optical information such as a tracking error signal is detected. The optical path from the light source 11 to the optical disk 18 is referred to as “outward path”, and the optical path from the optical disk 18 to the photodetector 20 is referred to as “return path”.

また、偏光ビームスプリッタ12と対物レンズ17との間の光路中に波長λの光に対してλ/4の位相差を与える1/4波長板16を配置してもよい。偏光ビームスプリッタ12は、光源11とコリメータレンズ13との間の光路中に配置するものとは限らず、コリメータレンズ13と立ち上げプリズム15との間の光路中にあってもよい。図1において、点線は光の幅を模式的に示すものであり、一点鎖線は光の中心(光軸)を示す。なお、光路中の可変フォーカス部14と立ち上げプリズム15との配置は図1に示す順に限らず、例えば往路の光路中において、立ち上げプリズム15を透過した後に可変フォーカス部14が配置される構成であってもよい。例えば、図1の光ヘッド装置10の構成のように往路において立ち上げプリズム15の前に可変フォーカス部14を配置すると、光ヘッド装置10のZ方向(厚さ方向)の幅を小さくすることができる。   Further, a quarter wavelength plate 16 that provides a phase difference of λ / 4 with respect to light of wavelength λ may be disposed in the optical path between the polarizing beam splitter 12 and the objective lens 17. The polarization beam splitter 12 is not limited to be disposed in the optical path between the light source 11 and the collimator lens 13 but may be in the optical path between the collimator lens 13 and the rising prism 15. In FIG. 1, the dotted line schematically indicates the width of light, and the alternate long and short dash line indicates the center (optical axis) of light. The arrangement of the variable focus section 14 and the rising prism 15 in the optical path is not limited to the order shown in FIG. 1. For example, in the forward optical path, the variable focus section 14 is arranged after passing through the rising prism 15. It may be. For example, when the variable focus section 14 is arranged in front of the rising prism 15 as in the configuration of the optical head device 10 in FIG. 1, the width of the optical head device 10 in the Z direction (thickness direction) can be reduced. it can.

なお、光ヘッド装置10は、上記のフォーカスエラー信号に基づいて対物レンズ17を光軸方向に移動制御する図示しないフォーカスサーボと、上記のトラッキングエラー信号に基づいて対物レンズ17を光軸方向に垂直となる方向に制御する図示しないトラッキングサーボと、を備える。   The optical head device 10 includes a focus servo (not shown) that controls the movement of the objective lens 17 in the optical axis direction based on the focus error signal, and the objective lens 17 that is perpendicular to the optical axis direction based on the tracking error signal. And a tracking servo (not shown) for controlling in the direction to be.

光源11は、2種類または3種類の単一波長の直線偏光の光を出射する構成としてもよい。かかる構成の光源としては、2個または3個の半導体レーザチップが同一基板上にマウントされた、所謂ハイブリッド型の2波長レーザ光源または3波長レーザ光源や、互いに異なる波長の光を出射する2個または3個の発光点を有するモノリシック型の2波長レーザ光源または3波長レーザ光源でもよい。例えば、3種類の波長として、BD用の405nm波長帯(385〜420nm)、DVD用の660nm波長帯(640〜675nm)、CD用の785nm波長帯(770〜800nm)の半導体レーザを用いることができる。   The light source 11 may be configured to emit two or three types of linearly polarized light having a single wavelength. As a light source having such a configuration, a so-called hybrid two-wavelength laser light source or three-wavelength laser light source in which two or three semiconductor laser chips are mounted on the same substrate, or two light sources emitting different wavelengths of light are used. Alternatively, a monolithic type two-wavelength laser light source or three-wavelength laser light source having three light emitting points may be used. For example, as three types of wavelengths, a semiconductor laser having a 405 nm wavelength band (385 to 420 nm) for BD, a 660 nm wavelength band (640 to 675 nm) for DVD, and a 785 nm wavelength band (770 to 800 nm) for CD is used. it can.

第1の実施形態に係る光ヘッド装置10の可変フォーカス部14は、後述するように液晶レンズ素子から構成される。液晶レンズ素子は、液晶に電圧を印加するための透明電極を備えており、電気信号によって、透過する光の波面形状を変化させることができる。例えば液晶レンズ素子に入射する光の光軸と直交する平面の形状が変わらずに進む平行光が入射したときに、電圧信号を印加しない場合、波面を変化させずに平行したまま透過させ、電圧を印加することで、透過する光のフォーカス成分(Power)量と非点収差成分量とを変化させる。また、フォーカス成分量は、例えば平行光の場合、光の光軸と直交する平面の形状が変わらないので0であるが、光の光軸と直交する平面の形状の大きさが変わる場合、0とは異なる値となり、この形状の大きさの変化を表す値である。なお、「光の光軸と直交する平面の形状」は、以下「光の形状」という。   The variable focus section 14 of the optical head device 10 according to the first embodiment is composed of a liquid crystal lens element as will be described later. The liquid crystal lens element includes a transparent electrode for applying a voltage to the liquid crystal, and can change the wavefront shape of transmitted light by an electric signal. For example, when parallel light traveling without changing the shape of the plane perpendicular to the optical axis of the light incident on the liquid crystal lens element is incident, if no voltage signal is applied, the voltage is transmitted without changing the wavefront, and the voltage is transmitted. Is applied to change the amount of focus component (Power) and the amount of astigmatism component of the transmitted light. Also, the focus component amount is 0, for example, in the case of parallel light, because the shape of the plane orthogonal to the optical axis of the light does not change, but is 0 when the size of the shape of the plane orthogonal to the optical axis of the light changes. It is a value different from, and represents a change in the size of this shape. The “shape of a plane perpendicular to the optical axis of light” is hereinafter referred to as “light shape”.

このようにフォーカス(Power)成分量が変化する可変フォーカス部14に例えば、平行光が入射すると、透過する光は発散しながら進むかまたは、収束しながら進む。このように、入射する光に対して収束させるように光を出射させたり発散させるように光を出射させたりする機能のいずれか、または両方の機能を含むものを「発散状態を変化させる」と表現する。一方、非点収差成分量は、収束させたり発散させたりしても光の形状が相似であって変わらない場合0であるが、例えばこの形状が円から楕円に変化するように形状が変化する場合、0とは異なる値となる。   In this way, for example, when parallel light is incident on the variable focus section 14 in which the amount of the focus component changes, the transmitted light proceeds while diverging or converging. As described above, "changing the divergence state" includes one or both of the functions of emitting light so as to be converged with respect to incident light or emitting light so as to diverge. Express. On the other hand, the amount of astigmatism component is 0 when the shape of the light is similar and does not change even when converged or diverged, but the shape changes, for example, such that the shape changes from a circle to an ellipse. In this case, the value is different from 0.

立ち上げプリズム15は、断面が二等辺三角形の形状をした三角柱の形状をなしている。また、図1に示すように断面としたとき、入射面15aに相当する辺と反射面15cに相当する辺の長さが等しい二等辺三角形の形状である。光は、立ち上げプリズム15の入射面15aから入射し、出射面15b方向へ進行し、出射面15bでは反射され、反射面15c方向へ進行する。反射面15cで反射され、再度出射面15bに進行した光は、立ち上げプリズム15を出射して光ディスク18の方向へ進行する。このように立ち上げプリズム15に入射する光の進行方向に対して出射する光の進行方向はほぼ90°の角度をなす。このような立ち上げプリズム15は、光の形状を変えるアナモルフィックプリズムとしての機能を有する。なお、出射面15bは、出射面15bと光の進行方向とがなす角度によって、光を反射したり透過したりする。   The rising prism 15 has a triangular prism shape whose section is an isosceles triangle shape. Further, when the cross section is as shown in FIG. 1, the shape is an isosceles triangle in which the length of the side corresponding to the incident surface 15a and the length of the side corresponding to the reflecting surface 15c are equal. Light enters from the incident surface 15a of the rising prism 15, travels in the direction of the exit surface 15b, is reflected by the exit surface 15b, and travels in the direction of the reflective surface 15c. The light reflected by the reflecting surface 15 c and traveling again to the exit surface 15 b exits from the rising prism 15 and travels toward the optical disk 18. In this way, the traveling direction of the emitted light is approximately 90 ° with respect to the traveling direction of the light incident on the rising prism 15. Such a rising prism 15 has a function as an anamorphic prism that changes the shape of light. The exit surface 15b reflects or transmits light depending on the angle formed by the exit surface 15b and the traveling direction of light.

次に、この立ち上げプリズム15を用いた光ヘッド装置10について説明する。ここでは、光源11から光が出射して進行する方向をX方向とし、立ち上げプリズム15から出射して進行する方向をZ方向、つまり、立ち上げプリズム15に入射する方向に対し、立ち上げプリズム15を出射する方向が直角方向に偏向して進行するものとする。また、立ち上げプリズム15のビーム整形機能として、例えば、入射する光の形状が楕円となる光に対し、出射する光の形状を円とするものを考える。この立ち上げプリズム15の光入射面15aへの入射光(光軸方向はX方向)のうちZ方向の径をd、Z方向と直交するY方向の径をdとし、立ち上げプリズム15の光出射面15cからの出射光(光軸方向はZ方向)が径dの円とする。つまり、図示しないが、立ち上げプリズム15へ入射する光および出射する光の形状のうちY方向の径は等しいものとする。そして、ビーム径の比d/dをビーム整形比mとして表す。本願発明は、ビーム整形比が1とは異なる(m≠1)立ち上げプリズムを配置した場合でも大きな非点収差成分量を発生させないように可変フォーカス部14を調整できる設計自由度が高い光ヘッド装置が実現できる。 Next, the optical head device 10 using the rising prism 15 will be described. Here, the direction in which the light is emitted from the light source 11 and the traveling direction is the X direction, and the direction in which the light is traveling from the rising prism 15 is the Z direction, that is, the direction in which the light is incident on the rising prism 15. It is assumed that the direction of emitting light 15 is deflected in a perpendicular direction and proceeds. Further, as the beam shaping function of the rising prism 15, for example, consider that the shape of the emitted light is a circle with respect to the light having an elliptical shape. Of the light incident on the light incident surface 15a of the rising prism 15 (the optical axis direction is the X direction), the diameter in the Z direction is d 2 , and the diameter in the Y direction perpendicular to the Z direction is d 1. (the optical axis direction Z direction) of the light emitted from the light emitting surface 15c is a circle of diameter d 1. That is, although not shown, the diameters in the Y direction are the same among the shapes of the light incident on the rising prism 15 and the light emitted. The beam diameter ratio d 2 / d 1 is expressed as a beam shaping ratio m. The present invention provides an optical head with a high degree of freedom in design that can adjust the variable focus portion 14 so as not to generate a large amount of astigmatism component even when a rising prism having a beam shaping ratio different from 1 (m ≠ 1) is arranged. A device can be realized.

ここで、光ディスク18として、複層光ディスクであるBDを記録・再生する場合を考える。BDは、情報記録面の厚さ方向の間隔が25μmと規格化されており、隣り合う情報記録面、例えば図1の情報記録面18aと情報記録面18bとでは集光すべき位置が異なることから、フォーカスする成分(Power)量がそれぞれの情報記録面で異なるように可変フォーカス部14から出射する光の発散状態を変える。   Here, a case where a BD that is a multilayer optical disk is recorded and reproduced as the optical disk 18 is considered. In the BD, the distance between the information recording surfaces in the thickness direction is standardized to 25 μm, and adjacent information recording surfaces, for example, the information recording surface 18a and the information recording surface 18b in FIG. Thus, the divergence state of the light emitted from the variable focus section 14 is changed so that the amount of the component to be focused (Power) is different on each information recording surface.

そして、ここで図1の光ヘッド装置10に示すように、ビーム整形比が1とは異なる(m≠1)特性を有するビーム整形素子である立ち上げプリズム15を配置する場合を考える。このとき、可変フォーカス部14が光軸を中心とするY−Z平面でY方向とZ方向に対していずれも同じ発散および収束特性(同じ倍率)を発生する場合、立ち上げプリズム15で発生する非点収差成分量により、情報記録面に有効に集光されず、良好な記録・再生特性が得られない。   Then, as shown in the optical head device 10 of FIG. 1, consider a case where the rising prism 15 which is a beam shaping element having a beam shaping ratio different from 1 (m ≠ 1) is arranged. At this time, if the variable focus section 14 generates the same divergence and convergence characteristics (same magnification) in the Y and Z directions on the YZ plane centered on the optical axis, it occurs in the rising prism 15. Due to the amount of astigmatism component, it is not effectively condensed on the information recording surface, and good recording / reproducing characteristics cannot be obtained.

この場合、いずれか一方の情報記録面(18aまたは18b)に対する集光特性が良くなるように調整しても、もう一方の情報記録面に対しては、非点収差成分量が増大するため良好な集光特性が得られない。例えば、立ち上げプリズム15に平行光を入射させて情報記録面18bに大きな非点収差が発生しないように集光させることができても、焦点が遠くに位置する情報記録面18aに集光するように、可変フォーカス部14を制御して立ち上げプリズム15に発散する光を入射させると、フォーカス成分(Power)量に応じて発生する非点収差が大きくなるため良好な集光特性を得ることができない。   In this case, even if adjustment is made so that the light condensing characteristic with respect to one of the information recording surfaces (18a or 18b) is improved, the amount of astigmatism components increases with respect to the other information recording surface, which is favorable. Light condensing characteristics cannot be obtained. For example, even if collimated light is incident on the rising prism 15 and can be condensed so as not to cause large astigmatism on the information recording surface 18b, it is condensed on the information recording surface 18a located far away from the focal point. As described above, when the diverging light is incident on the rising prism 15 by controlling the variable focus unit 14, the astigmatism generated according to the amount of the focus component (Power) increases, so that a good condensing characteristic can be obtained. I can't.

図2は、例として、フォーカス成分(Power)量1λrmsを有する平行光を立ち上げプリズム15のようなビーム整形素子に入射させ、ビーム整形比mの変化に対し、出射した光の収差成分量をフォーカス成分(Power)量と非点収差成分(AST)量と、に分けたときの特性を示すグラフである。このように、ビーム整形機能を発生させない立ち上げプリズム(横軸:ビーム整形比m=1)である場合、入射光のフォーカス成分(Power)量1λrmsがそのまま出射光に現れ、非点収差成分量は発生しないが、ビーム整形比mが1から離れる値になるにしたがって大きな非点収差成分量が発生する。一般に光ヘッド装置の記録・再生の際に許容される非点収差成分量は0.04λrms程度であるのに対して、ビーム整形比mが1より離れた値であればそれだけ大きな値の非点収差成分量が発生するため、これを一定レベル以下に抑える工夫が必要となる。   FIG. 2 shows an example in which collimated light having a focus component (Power) amount of 1λrms is incident on a beam shaping element such as a prism 15, and the amount of aberration component of the emitted light with respect to a change in the beam shaping ratio m. It is a graph which shows the characteristic when it divides | segments into a focus component (Power) amount and an astigmatism component (AST) amount. Thus, in the case of a rising prism that does not generate a beam shaping function (horizontal axis: beam shaping ratio m = 1), a focus component (Power) amount 1λrms of incident light appears as it is in the emitted light, and the amount of astigmatism component However, as the beam shaping ratio m becomes a value away from 1, a large astigmatism component amount is generated. In general, the amount of astigmatism component allowed when recording / reproducing with an optical head device is about 0.04 λrms. On the other hand, if the beam shaping ratio m is a value away from 1, the astigmatism value is increased accordingly. Since an aberration component amount is generated, it is necessary to devise a technique for suppressing this to a certain level or less.

図2では簡単のため、ビーム整形素子15へ入射する光のフォーカス成分量が1λrmsである場合の特性を示したが、実際に、複数の情報記録面を有する光ディスクに与えるべき光のフォーカス成分量は異なる。なお、入射する光のフォーカス成分量と、発生する非点収差成分量とは比例し、例えば、ビーム整形素子15へフォーカス成分量が10λrmsの光が入射すると、図2に示す非点収差成分量の10倍の非点収差成分量が発生する。実際にBDの場合、使用する光の波長λは405nmであり、対物レンズ16の開口数NAは0.85と大きく、前述のようにBDの隣り合う2つの情報記録面間では前述のようにカバー厚が25μm異なる。このため、一方の情報記録面に対して他方の情報記録面に集光させる場合、対物レンズに入射する発散光または収束光の可変すべきフォーカス成分量は実際に約3.36λrmsとなる。このため、可変フォーカス部14を調整してそれぞれの情報記録面に適したフォーカス成分量を与える必要がある。   For the sake of simplicity, FIG. 2 shows the characteristics when the amount of focus component of light incident on the beam shaping element 15 is 1λrms. However, the amount of focus component of light to be actually applied to an optical disc having a plurality of information recording surfaces is shown. Is different. The amount of focus component of incident light is proportional to the amount of generated astigmatism component. For example, when light having a focus component amount of 10λ rms enters the beam shaping element 15, the amount of astigmatism component shown in FIG. Astigmatism component amount is 10 times as large as. Actually, in the case of a BD, the wavelength λ of the light used is 405 nm, the numerical aperture NA of the objective lens 16 is as large as 0.85, and as described above, between two adjacent information recording surfaces of the BD, as described above. The cover thickness differs by 25 μm. For this reason, when focusing on one information recording surface with respect to the other information recording surface, the amount of the focus component to be diversified or convergent light incident on the objective lens is actually about 3.36 λrms. For this reason, it is necessary to adjust the variable focus section 14 to give a focus component amount suitable for each information recording surface.

具体的に、上記を考慮すると、例えば立ち上げプリズム15のみで、可変フォーカス部14を有さない光ヘッド装置を考えたとき、非点収差成分量は0.04λrms程度を許容できるのは、ビーム整形比mは、0.991≦m≦1.009の値の特性を有するものに制限される。一方、光ヘッド装置に可変フォーカス部14を有する光ヘッド装置であれば、ビーム整形比mは、m>1.009または、m<0.991であっても、非点収差成分量は0.04λrms程度に抑制することが可能である。したがって、光ヘッド装置において良好な記録・再生を実現するための設計自由度が高くなる。   Specifically, in consideration of the above, for example, when considering an optical head device that includes only the rising prism 15 and does not have the variable focus section 14, the astigmatism component amount can be allowed to be about 0.04λrms. The shaping ratio m is limited to those having a characteristic value of 0.991 ≦ m ≦ 1.009. On the other hand, in the case of an optical head device having the variable focus unit 14 in the optical head device, the astigmatism component amount is 0. Even if the beam shaping ratio m is m> 1.009 or m <0.991. It is possible to suppress to about 04λrms. Therefore, the degree of freedom in design for realizing good recording / reproduction in the optical head device is increased.

また、ビーム整形比mが一定の値に固定されたビーム整形素子(立ち上げプリズム15)に光が入射するとき、上記の説明のように入射する光のフォーカス成分(Power)量[λrms]の増加に対して、ビーム整形素子15を出射する光のフォーカス成分量と非点収差成分量は比例して増加する。図3は、例として、ビーム整形比m=0.8となるビーム整形素子15に、光のフォーカス成分量を変化させて入射させたとき、ビーム整形素子15を出射する光のフォーカス成分量および非点収差成分量を示すグラフである。これより、これらは比例関係となっていることがわかる。   Further, when light is incident on the beam shaping element (rising prism 15) in which the beam shaping ratio m is fixed at a constant value, as described above, the amount of incident light focus component (Power) [λrms] With respect to the increase, the focus component amount and the astigmatism component amount of the light emitted from the beam shaping element 15 increase in proportion. FIG. 3 shows, as an example, a focus component amount of light emitted from the beam shaping element 15 when the light shaping component amount is changed and incident on the beam shaping element 15 having a beam shaping ratio m = 0.8. It is a graph which shows the amount of astigmatism components. From this, it can be seen that these are in a proportional relationship.

このようにビーム整形比m≠1となるビーム整形素子15を用いる場合、複層光ディスクの各情報記録面へ集光する非点収差成分量を抑制して良好な集光特性を得るために、可変フォーカス部14は、複層光ディスクの各情報記録面に集光させるようにフォーカス成分量を制御すると同時に、それにともなって発生する非点収差成分量も制御する機能をあわせ持つことが求められる。そのため、これら2つの成分量を制御できれば、ビーム整形素子15(立ち上げプリズム15)に要求されるビーム整形比mが取り得る範囲を広くすることができる。   When the beam shaping element 15 having the beam shaping ratio m ≠ 1 is used in this way, in order to obtain a good light collection characteristic by suppressing the amount of astigmatism component condensed on each information recording surface of the multilayer optical disk, The variable focus unit 14 is required to have a function of controlling the amount of astigmatism component generated along with the control of the amount of focus component so that the information is recorded on each information recording surface of the multilayer optical disc. Therefore, if these two component amounts can be controlled, the range that the beam shaping ratio m required for the beam shaping element 15 (rise prism 15) can take can be widened.

つまり、可変フォーカス部は、フォーカス成分量に応じてビーム整形素子15で発生する非点収差成分量を考慮し、この非点収差を打ち消すような非点収差成分量を予め発生させる機能を発生させる。このようにすることで、ビーム整形素子15を出射する光の非点収差成分量がキャンセルされ、ビーム整形素子15を出射する光の形状が円に近づくため、複層光ディスクの各情報記録面において非点収差成分量を低減させ、良好な集光特性を得ることができる。   That is, the variable focus unit considers the astigmatism component amount generated in the beam shaping element 15 in accordance with the focus component amount, and generates a function for generating in advance the astigmatism component amount that cancels this astigmatism. . By doing so, the amount of astigmatism component of the light emitted from the beam shaping element 15 is canceled, and the shape of the light emitted from the beam shaping element 15 approaches a circle. The amount of astigmatism components can be reduced, and good light collection characteristics can be obtained.

図4は、可変フォーカス部に光軸と直交する平面(X−Y面)が円形となる平行光が入射し、ビーム整形素子を出射する光の形状の様子を模式的に示すものである。可変フォーカス部では、上記の説明のように、フォーカス成分量を大きくすることで非点収差成分量も大きくなる。このように非点収差成分量が大きくなると、可変フォーカス部を出射する光は、楕円形状となる。例えば、図4に示すように、可変フォーカス部を出射する光が、Y方向が長軸方向となる楕円形状となる場合、その光がビーム整形素子に入射して円形の光となって出射するように調整する。つまり、ビーム整形素子では、図4に示すY方向に比べてX方向に大きく発散する特性を有する場合、光は楕円から円となる。ここで、ビーム整形素子(立ち上げプリズム15)を出射する光の(光軸と直交する平面の)形状を長軸の径に対する短軸の径の比であるアスペクト比とすると、このアスペクト比が1であれば円となる。このようにアスペクト比が1、つまり図4においてa=b、となるようにすると、フォーカス成分量を変化させても非点収差成分量が大きくならないので集光特性が向上する。このように、可変フォーカス部で発生する非点収差成分量をビーム整形素子で発生する非点収差成分量と、がキャンセルされるように調整するとよい。   FIG. 4 schematically shows the shape of the light emitted from the beam shaping element when parallel light having a circular plane (XY plane) orthogonal to the optical axis is incident on the variable focus portion. In the variable focus portion, astigmatism component amount increases as the focus component amount increases as described above. Thus, when the astigmatism component amount increases, the light emitted from the variable focus section becomes elliptical. For example, as shown in FIG. 4, when the light emitted from the variable focus portion has an elliptical shape in which the Y direction is the major axis direction, the light enters the beam shaping element and is emitted as circular light. Adjust as follows. That is, when the beam shaping element has a characteristic that diverges more in the X direction than in the Y direction shown in FIG. 4, the light changes from an ellipse to a circle. Here, when the shape of the light emitted from the beam shaping element (the rising prism 15) (on the plane orthogonal to the optical axis) is the aspect ratio that is the ratio of the minor axis diameter to the major axis diameter, this aspect ratio is If it is 1, it becomes a circle. As described above, when the aspect ratio is 1, that is, a = b in FIG. 4, the astigmatism component amount does not increase even when the focus component amount is changed. As described above, the astigmatism component amount generated in the variable focus section may be adjusted so as to cancel the astigmatism component amount generated in the beam shaping element.

次に、可変フォーカス部14の具体的な態様について説明する。まず、前述のように立ち上げプリズム(ビーム整形比m≠1)で発生する非点収差成分量をキャンセルするために、可変フォーカス部14を出射する波面について考える。図5は、光軸と直交する平面における等位相波面形状を示す模式図である。なお、「等位相波面形状」とは、光軸と直交する平面上で同じ位相となる位置を結んでできる形状のことをいう。図5(a)は、フォーカス成分量と非点収差成分量とを考慮したときの波面形状の一例を示す模式図であって、ここでは、可変フォーカス部14を出射した光の波面形状に相当し、等位波面形状が楕円となる。   Next, a specific aspect of the variable focus unit 14 will be described. First, in order to cancel the astigmatism component amount generated by the rising prism (beam shaping ratio m ≠ 1) as described above, the wavefront emitted from the variable focus section 14 will be considered. FIG. 5 is a schematic diagram showing an equiphase wavefront shape in a plane orthogonal to the optical axis. The “equal phase wavefront shape” refers to a shape formed by connecting positions having the same phase on a plane orthogonal to the optical axis. FIG. 5A is a schematic diagram illustrating an example of a wavefront shape when the focus component amount and the astigmatism component amount are taken into consideration, and here corresponds to the wavefront shape of the light emitted from the variable focus section 14. However, the isotropic wavefront shape is an ellipse.

この例では、第1の方向である長軸方向の半径をaと第2の方向である短軸方向の半径をbとする。例えば、この波面形状の光が、第1の方向が図1のZ方向に一致するように可変フォーカス部14を調整し、ビーム整形比m(=d/d)>1となる立ち上げプリズム15を入射すると、Z方向のビーム径のみ1/m倍となって出射される。そのため立ち上げプリズム15の透過後の波面形状は図5(b)のように変形し、a=a/m、b=bとなる。このとき非点収差成分量を十分に小さくするために、ビーム整形素子15透過後の波面形状が円(a=b)、つまりアスペクト比が1となるように調整することが好ましい。 In this example, the radius in the major axis direction that is the first direction is a 1 and the radius in the minor axis direction that is the second direction is b 1 . For example, this wavefront-shaped light is adjusted so that the variable focus unit 14 is adjusted so that the first direction coincides with the Z direction in FIG. 1, and the beam shaping ratio m (= d 2 / d 1 )> 1 is established. When entering the prism 15, only the beam diameter in the Z direction is emitted at 1 / m times. Therefore, the wavefront shape after passing through the rising prism 15 is deformed as shown in FIG. 5B, and a 2 = a 1 / m and b 2 = b 1 are obtained. At this time, in order to sufficiently reduce the amount of astigmatism component, it is preferable to adjust the wavefront shape after passing through the beam shaping element 15 to be a circle (a 2 = b 2 ), that is, the aspect ratio is 1.

ここで、ビーム整形素子15を出射する光の非点収差成分量を制御するために、
×m×c=b … (1)
が成立するcを与える。このとき、0.97≦c≦1.03のいずれかで式(1)が成立する場合、フォーカス成分量が1λrmsで非点収差成分量は約0.04λrms以下であって好ましく、0.98≦c≦1.02のいずれかで式(1)が成立する場合、フォーカス成分量が1λrmsのときの非点収差成分量は約0.027λrms以下となり、より好ましい。
Here, in order to control the amount of astigmatism component of the light emitted from the beam shaping element 15,
a 1 × m × c = b 1 (1)
C is satisfied. At this time, when the formula (1) is satisfied in any of 0.97 ≦ c ≦ 1.03, the focus component amount is preferably 1λ rms and the astigmatism component amount is preferably about 0.04λ rms or less, preferably 0.98 When Expression (1) is satisfied at any of ≦ c ≦ 1.02, the astigmatism component amount when the focus component amount is 1λrms is about 0.027λrms or less, which is more preferable.

また、上記の説明のようにBDの情報記録面間の間隔25μmの焦点距離の変化に相当するフォーカス成分量となる3.36λrmsとした場合、式(1)において、0.991≦c≦1.009のいずれかで成立すると非点収差成分量が約0.04λrms以下となるので好ましい。なお、これまでm>1として説明したが、m<1である場合でも、可変フォーカス部14を出射する波面がa<bとなるように調整すればよく、このときも上記の式(1)が成立するようにcの値を調整するとよく、m<1であってもcが取り得る上記の好ましい範囲、より好ましい範囲は同じである。 As described above, when the amount of the focus component is 3.36 λrms corresponding to a change in focal length of 25 μm between the BD information recording surfaces, 0.991 ≦ c ≦ 1 in equation (1). .009 is preferable because the astigmatism component amount is about 0.04 λrms or less. Although it has been described so far as m> 1, even if m <1, the wavefront emitted from the variable focus section 14 may be adjusted so that a 1 <b 1. It is preferable to adjust the value of c so that 1) is satisfied. Even if m <1, the above preferable range and more preferable range that c can take are the same.

図6は、ビーム整形素子15のビーム整形比をmとして、該ビーム整形素子15を出射する光のフォーカス成分(Power)量が1λrmsとするとき、該ビーム整形素子15を出射する光の非点収差成分(AST)量を0λrmsとするために可変フォーカス部14を出射する光のフォーカス成分量および非点収差成分量の条件を示すグラフである。つまり、ビーム整形素子15のビーム整形比mの値が決まると、図6に示すようなフォーカス成分量と非点収差成分量となる光を出射するように可変フォーカス部14を設計することで、複層光ディスクのいずれの情報記録面においても良好な集光特性を得ることができるものである。そして、ビーム整形素子15に入射させる光のフォーカス(Power)成分量をP[λrms]、非点収差成分量をA[λrms]とすると、
T=|A/P−(0.66×(m−1)−1.41×(m−1))| …(2)
の関係式において、T≦0.15が成立するようなPおよびAとなる各成分量の光を出射できるように制御するとよい。同様の理由でTが「0」に近づく値になるにつれて非点収差成分量を抑制でき、T≦0.10であることが好ましく、T≦0.05であることがより好ましく、T≦0.02であることがさらに好ましい。
FIG. 6 shows the astigmatism of the light emitted from the beam shaping element 15 when the beam shaping ratio of the beam shaping element 15 is m and the focus component (Power) amount of the light emitted from the beam shaping element 15 is 1λrms. It is a graph which shows the conditions of the focus component amount and astigmatism component amount of the light which radiate | emits the variable focus part 14, in order to set an aberration component (AST) amount to 0 (lambda) rms. That is, when the value of the beam shaping ratio m of the beam shaping element 15 is determined, the variable focus section 14 is designed so as to emit light having a focus component amount and an astigmatism component amount as shown in FIG. Good light condensing characteristics can be obtained on any information recording surface of the multilayer optical disk. If the amount of focus (Power) component of light incident on the beam shaping element 15 is P [λrms] and the amount of astigmatism component is A [λrms],
T = | A / P− (0.66 × (m−1) 2 −1.41 × (m−1)) | (2)
In this relational expression, it is preferable to control so that light of each component amount of P and A satisfying T ≦ 0.15 can be emitted. For the same reason, the amount of astigmatism component can be suppressed as T approaches “0”, preferably T ≦ 0.10, more preferably T ≦ 0.05, and T ≦ 0. More preferably, it is 0.02.

このように、mの値が決まって、上記の式(2)のTの値が0に近づくような関係が成立するように、PとAの比がほぼ一定にするように可変フォーカス部14で調整することで、ビーム整形素子15を出射する光はフォーカス成分量のみを考慮すればよく、非点収差成分量は十分に低いレベルとすることができる。したがって、複層光ディスクの各情報記録面に対して品質良く記録・再生でき、好ましい。   Thus, the variable focus section 14 is set so that the ratio of P and A is substantially constant so that the value of m is determined and the relationship in which the value of T in Equation (2) approaches 0 is established. As a result of the adjustment, the light emitted from the beam shaping element 15 only needs to consider the focus component amount, and the astigmatism component amount can be set to a sufficiently low level. Therefore, it is preferable that recording / reproduction can be performed with high quality on each information recording surface of the multilayer optical disk.

次に、具体的に可変フォーカス部14としての構成である、液晶レンズ素子について説明する。図7は、図1の光ヘッド装置10の可変フォーカス部14として用いられる具体的な液晶レンズ素子30の構成を示したものである。図7(a)は液晶レンズ素子30の平面模式図であり、図7(b)は、平面模式図のA−A´に沿った断面を示す断面模式図である。   Next, a liquid crystal lens element that is specifically configured as the variable focus section 14 will be described. FIG. 7 shows a specific configuration of the liquid crystal lens element 30 used as the variable focus section 14 of the optical head device 10 of FIG. FIG. 7A is a schematic plan view of the liquid crystal lens element 30, and FIG. 7B is a schematic cross-sectional view showing a cross section along AA ′ of the schematic plan view.

液晶レンズ素子30は、図7(b)の断面模式図に示すように透明基板31、32と、透明電極33、34が備えられ、シール35と、液晶層(液晶)36と、凹凸部37と、透明電極と電気的に接続される端子電極41、42を備え、図示しない駆動電源回路に接続されている。液晶層36には、常光屈折率noおよび異常光屈折率ne(no≠ne)を有するネマティック液晶を用いる。凹凸部37は、屈折率nsの透明材料を用いて形成しており、深さdを有する断面が凹凸形状となっている。この凹凸部37は、好ましくは、鋸歯形状(ブレーズ形状)または鋸歯形状を階段状で近似した形状(擬似ブレーズ形状)を有するものである。なお、透明電極33は、凹凸部37上に形成される例を示しているが、これに限らず、透明基板31上に形成されていてもよい。また、透明電極34は一面がベタとなる電極として説明するが、後述するようにブレーズ形状の領域に相当するように輪帯領域に分割されていてもよい。 As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 7B, the liquid crystal lens element 30 includes transparent substrates 31 and 32 and transparent electrodes 33 and 34, a seal 35, a liquid crystal layer (liquid crystal) 36, and an uneven portion 37. Terminal electrodes 41 and 42 electrically connected to the transparent electrode, and connected to a drive power supply circuit (not shown). The liquid crystal layer 36, using a nematic liquid crystal having a ordinary refractive index n o and extraordinary refractive index n e (n o ≠ n e ). Uneven portion 37 is formed by using a transparent material having a refractive index n s, a cross section having a depth d is an uneven shape. The uneven portion 37 preferably has a sawtooth shape (blazed shape) or a shape approximating the sawtooth shape in a staircase shape (pseudo blaze shape). In addition, although the transparent electrode 33 has shown the example formed on the uneven | corrugated | grooved part 37, it is not restricted to this, You may be formed on the transparent substrate 31. Moreover, although the transparent electrode 34 is described as an electrode having a solid surface, it may be divided into annular regions so as to correspond to a blazed region as described later.

また、図7(a)の平面模式図には、光軸を中心として楕円率κ(長軸の長さと短軸の長さの比:b/a)が一定である楕円形状の線38を示す。なお、使用するビーム整形素子15のビーム整形比mが決まることで、上記の式(2)を満足するように、楕円率κを設定することができる。つまり、ビーム整形比m(または1/m)と楕円率κとが等しくなるようにフレネルレンズパターンを形成し、特定の割合のフォーカス成分(Power)量と非点収差成分量の比が得られるように調整するとよい。楕円38は、それぞれ図7(b)の断面模式図に示す凹凸部の凸部の頂点を結んだ線に相当し、この液晶レンズ素子30を出射する光の位相は、この楕円38に沿って同じとなるものである。なお、最も外側に位置する楕円39は、図7(b)の断面模式図では、最も外側のブレーズ形状の段差がゼロになる点を結んだ線に相当する。そして、図7(a)に示す光軸を含む楕円領域が図7(b)の凹凸部37の中心の領域に相当し、図7(a)に示す隣り合う楕円で囲まれた輪帯領域が、それぞれ図7(b)の1つのブレーズ形状の凹凸の領域に相当する。 Further, in the schematic plan view of FIG. 7A, an elliptical line in which the ellipticity κ (ratio of the length of the major axis to the length of the minor axis: b 1 / a 1 ) is constant around the optical axis. 38 is shown. Note that, by determining the beam shaping ratio m of the beam shaping element 15 to be used, the ellipticity κ can be set so as to satisfy the above formula (2). That is, the Fresnel lens pattern is formed so that the beam shaping ratio m (or 1 / m) is equal to the ellipticity κ, and a ratio of the focus component (Power) amount and the astigmatism component amount at a specific ratio is obtained. It is good to adjust as follows. Each ellipse 38 corresponds to a line connecting the vertices of the convex portions of the concavo-convex portions shown in the schematic sectional view of FIG. 7B, and the phase of the light emitted from the liquid crystal lens element 30 is along this ellipse 38. It will be the same. It should be noted that the outermost ellipse 39 corresponds to a line connecting points where the outermost blaze-shaped step becomes zero in the cross-sectional schematic diagram of FIG. The elliptical region including the optical axis shown in FIG. 7A corresponds to the central region of the concavo-convex portion 37 in FIG. 7B, and the annular zone surrounded by the adjacent ellipses shown in FIG. Each corresponds to one blaze-shaped uneven region in FIG.

次いで、液晶レンズ素子30を構成する材料について説明する。透明基板31、32は、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。凹凸部37の材料としては、各種の無機材料や、感光性樹脂や熱硬化樹脂などの有機材料を用いることができる。無機材料としてはSiO膜(x、yはSiに対するOおよびNの原子数比)、SiO膜、Si膜、Al膜などを用いることができるが、中でもSiO膜が、成膜条件によりx、yを変化させて所望の屈折率に調整可能であり、透明性、耐久性にも優れる点から好ましく用いられる。また、この凹凸部37は、光学的等方性材料でも、複屈折性を示す材料で形成してもよく、この凹凸部37は、印加する電圧に応じて液晶層36の屈折率変化が生じる入射光の偏光方向に対して、液晶が取り得る屈折率n1と屈折率n2(n1<n2)の間の屈折率nsの透明材料で形成してあればよい。透明電極33、34としては、ITO(酸化錫ドープ酸化インジウム)膜、AZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)膜、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)膜などの酸化物透明導電膜が高い透明性と導電率とが得られるため好ましく用いられる。 Next, materials constituting the liquid crystal lens element 30 will be described. As long as the transparent substrates 31 and 32 are transparent to incident light, various materials such as a resin plate and a resin film can be used. However, when an optically isotropic material such as glass or quartz glass is used, This is preferable because the transmitted light is not affected by birefringence. As the material of the concavo-convex portion 37, various inorganic materials and organic materials such as a photosensitive resin and a thermosetting resin can be used. As the inorganic material, a SiO x N y film (x and y are atomic ratios of O and N to Si), a SiO 2 film, a Si 3 N 4 film, an Al 2 O 3 film, etc. can be used. The xN y film is preferably used because it can be adjusted to a desired refractive index by changing x and y depending on the film forming conditions, and is excellent in transparency and durability. Further, the uneven portion 37 may be formed of an optically isotropic material or a material exhibiting birefringence, and the uneven portion 37 causes a change in the refractive index of the liquid crystal layer 36 in accordance with an applied voltage. to the polarization direction of the incident light, it is sufficient to form a transparent material having a refractive index n s between the refractive index n 1 and the refractive index n 2 of the liquid crystal can take (n 1 <n 2). As the transparent electrodes 33 and 34, an oxide transparent conductive film such as an ITO (tin oxide doped indium oxide) film, an AZO (aluminum doped zinc oxide) film, or a GZO (gallium doped zinc oxide) film has high transparency and conductivity. Is preferably used.

液晶層36はネマティック相液晶から構成され、以下にこのネマティック相液晶の液晶分子の配向方向について説明する。ここで、液晶は、誘電率異方性Δε>0となる特性を有するものを考え、この液晶の配向方法を例として説明する。液晶を配向させるために透明電極33、34上に図示しない配向膜を形成する。なお、液晶層36にΔε>0となる液晶材料を用いるホモジニアス配向は、同じ配向方向となるように配向膜を形成する。具体的に配向膜として、ポリイミド膜を塗布して一定の方向にラビングされたもので構成されてなるもの、SiOを基板面に対して斜め方向から蒸着してなる斜方蒸着膜などが用いられる。なお、誘電率異方性Δε>0となる液晶に限らず、誘電率異方性Δε<0となる液晶を用いてもよい。   The liquid crystal layer 36 is composed of nematic phase liquid crystal, and the alignment direction of the liquid crystal molecules of the nematic phase liquid crystal will be described below. Here, considering the liquid crystal having the characteristic that the dielectric anisotropy Δε> 0, this liquid crystal alignment method will be described as an example. In order to align the liquid crystal, an alignment film (not shown) is formed on the transparent electrodes 33 and 34. In the homogeneous alignment using a liquid crystal material satisfying Δε> 0 for the liquid crystal layer 36, an alignment film is formed so as to have the same alignment direction. Specifically, as the alignment film, a film formed by applying a polyimide film and rubbed in a certain direction, an oblique deposition film formed by depositing SiO in an oblique direction with respect to the substrate surface, or the like is used. . The liquid crystal satisfying the dielectric anisotropy Δε <0 is not limited to the liquid crystal satisfying the dielectric anisotropy Δε> 0.

次に、ブレーズ形状または、擬似ブレーズ形状を有する凹凸部37の断面形状について説明する。本発明の液晶レンズ素子30に入射する平面波の透過波面において、光軸(x=y=0)の光線に対して半径rの長さだけ離れた位置を通過する光線の光路長差OPD(r)は、図7(a)より液晶レンズ素子の楕円率κをb/aとすると、
OPD(r)=α+α+α+α+・・・ … (3)
但し、r={(b/a)・x}+y
α、α、α、α・・・;定数
となるベキ級数の式を満たすようにする。このように構成することによって、光ヘッド装置に液晶レンズ素子30を配置したとき、複層光ディスクのカバー厚の違いに起因して発生する球面収差成分量を補正する透過波面を生成することができるとともに、立ち上げプリズムで発生する非点収差成分量をキャンセルするように作用する。とくに式(2)を満足するようにフォーカス成分量と非点収差成分量を調整することで、立ち上げプリズムを出射する光の非点収差成分量を低レベルに抑制したままフォーカス(Power)成分量を変化させ、各情報記録面に集光させることができる。
Next, the cross-sectional shape of the concavo-convex portion 37 having a blaze shape or a pseudo blaze shape will be described. In the transmission wavefront of the plane wave incident on the liquid crystal lens element 30 of the present invention, the optical path length difference OPD (r) of the light beam passing through the position separated by the length of the radius r with respect to the light beam of the optical axis (x = y = 0). ) Is the ellipticity κ of the liquid crystal lens element as b 1 / a 1 from FIG.
OPD (r) = α 1 r 2 + α 2 r 4 + α 3 r 6 + α 4 r 8 +... (3)
However, r 2 = {(b 1 / a 1 ) · x} 2 + y 2 ,
α 1 , α 2 , α 3 , α 4 ...; satisfy a constant power series formula. With this configuration, when the liquid crystal lens element 30 is disposed in the optical head device, it is possible to generate a transmitted wavefront that corrects the amount of spherical aberration component generated due to the difference in the cover thickness of the multilayer optical disk. At the same time, it acts to cancel the astigmatism component amount generated by the rising prism. In particular, by adjusting the focus component amount and the astigmatism component amount so as to satisfy the expression (2), the focus (Power) component while suppressing the astigmatism component amount of the light emitted from the rising prism to a low level. The amount can be changed and condensed on each information recording surface.

ここで、式(3)の曲線の具体的な形状について、図8に符号αで示す。なお、横軸は半径r、縦軸は光路長差OPDを入射光の波長λの単位で表記する。そして、波長λの入射光に対して、λの整数倍の光路長差を有する透過波面は同等を見なすことができる。したがって、図8のαで示すグラフ(光路長差)を波長λ間隔で分割して光路長差をゼロの面に投影した光路長差を示すグラフβは、グラフαと実質的に同等である。グラフβで示される光路長差は、全てλ以内(図中では−λからゼロの範囲)であり、これを反映させて断面が鋸歯状となっているものである。   Here, the specific shape of the curve of the expression (3) is indicated by the symbol α in FIG. The horizontal axis represents the radius r, and the vertical axis represents the optical path length difference OPD in units of the wavelength λ of the incident light. Then, the transmitted wavefront having an optical path length difference that is an integral multiple of λ with respect to the incident light having the wavelength λ can be regarded as equivalent. Therefore, the graph β showing the optical path length difference obtained by dividing the graph (optical path length difference) indicated by α in FIG. 8 at the wavelength λ interval and projecting the optical path length difference onto the plane of zero is substantially equivalent to the graph α. . The optical path length differences shown in the graph β are all within λ (in the figure, in the range of −λ to zero), and the cross-section has a sawtooth shape reflecting this.

次に、凹凸部37の深さdについては、以下のようになる。この場合、凹凸部37の凸部(屈折率nの等方性材料部分)と透明電極34との間隔g(以下、「セルギャップ」という)にある液晶にはほぼ同一の電圧が印加される。このため、このセルギャップ内の液晶の屈折率変化は、透過光の波面を一様にシフトするのみであるので波面変化を無視することができる。 Next, the depth d of the uneven portion 37 is as follows. In this case, the convex portion of the concavo-convex portion 37 (isotropic material portion having a refractive index n s) and distance g (hereinafter, referred to as "cell gap") between the transparent electrode 34 substantially identical voltage is applied to the liquid crystal in The For this reason, the change in the refractive index of the liquid crystal in the cell gap only shifts the wavefront of the transmitted light uniformly, so that the wavefront change can be ignored.

一方、透明電極33、34間に電圧Vを印加すると、異常光屈折率を示す方向の偏光方向(以下、「異常光偏光」という)の光に対する液晶層36(液晶)の実質的な屈折率をn(V)とすると、液晶層36と凹凸部37の屈折率差Δn(V)は、Δn(V)=n(V)−nとなる。例えば、印加電圧をV+1として、このとき図8のグラフβに相当する透過波面の光路長差を生成するためには、図7(b)に示す凹凸部37の深さdを、
d=λ/|Δn(V+1)| … (4)
但し、λ;入射光の波長、
Δn(V+1)=n(V+1)−n=n−n
,n;屈折率、
となる値に設定するとよい。
On the other hand, when a voltage V is applied between the transparent electrodes 33 and 34, the substantial refractive index of the liquid crystal layer 36 (liquid crystal) with respect to light having a polarization direction indicating the extraordinary light refractive index (hereinafter referred to as “abnormal light polarization”). When the a n (V), the refractive index difference of the liquid crystal layer 36 and the uneven portion 37 [Delta] n (V) becomes Δn (V) = n (V ) -n s. For example, assuming that the applied voltage is V +1 and that the optical path length difference of the transmitted wavefront corresponding to the graph β in FIG. 8 is generated at this time, the depth d of the concavo-convex portion 37 shown in FIG.
d = λ / | Δn (V +1 ) | (4)
Where λ is the wavelength of the incident light,
Δn (V +1 ) = n (V +1 ) −n s = n 1 −n s ,
n 1 , n s ; refractive index,
It is good to set it to a value.

ここで、印加電圧Vを変化させると、屈折率差Δn(V)も変化する。例えば、Δn(V)=0となる印加電圧Vでは、液晶レンズ素子30の透過波面は変化しない。また、Δn(V−1)=−Δn(V+1)となる印加電圧V−1では、図8のグラフγに示す光路長差の透過波面が生じる。これは、光路長差ゼロの面に対して図8のグラフβと面対称の光路長差の透過波面に相当する。このように、透過波面変化なしの状態、図8のグラフβおよびγの波面状態の都合3種類の波面状態を印加電圧の大きさを変化させることにより生成することができる。また、屈折率nsをn1あるいはn2とほぼ等しくすると、透過波面は透過波面変化なし状態と、βあるいはγの状態のいずれかの2つの波面状態を生成することが可能である。また、式(4)で1λを基準に深さdを設定したが、例えば2λを基準として設定してもよい。 Here, when the applied voltage V is changed, the refractive index difference Δn (V) also changes. For example, at an applied voltage V 0 where Δn (V 0 ) = 0, the transmitted wavefront of the liquid crystal lens element 30 does not change. In addition, at an applied voltage V −1 where Δn (V −1 ) = − Δn (V +1 ), a transmission wavefront having an optical path length difference shown in the graph γ of FIG. This corresponds to a transmitted wavefront having an optical path length difference which is plane-symmetric with respect to the graph β in FIG. 8 with respect to a plane having an optical path length difference of zero. As described above, three types of wavefront states can be generated by changing the magnitude of the applied voltage, that is, the state without the transmitted wavefront change and the wavefront states of the graphs β and γ in FIG. Further, when the refractive index n s substantially equal to n 1 or n 2, transmission wavefront is able to produce either of the two wavefronts states of the state of the no transmission wavefront change state, beta or gamma. Further, although the depth d is set based on 1λ in the equation (4), it may be set based on 2λ, for example.

また、透明電極34は一面がベタな電極として説明したが、それに限らない。図9は、図7(b)に示す透明電極34を分割した場合の平面模式図であり、図7(b)の1つのブレーズ形状からなる輪帯領域と(光軸方向からみて)一致するように分割されていてもよい。つまり、光軸を含む電極セグメント34aは、図7(b)の凹凸部37の中心の領域と一致し、同様に図7(b)の1つのブレーズ形状の凹凸の領域はそれぞれ電極セグメント34b〜34hに一致するように設計する。   The transparent electrode 34 has been described as a solid electrode, but is not limited thereto. FIG. 9 is a schematic plan view when the transparent electrode 34 shown in FIG. 7B is divided, and coincides with the ring zone region having one blaze shape in FIG. 7B (as viewed from the optical axis direction). It may be divided like this. That is, the electrode segment 34a including the optical axis coincides with the central region of the concavo-convex portion 37 in FIG. 7B, and similarly, one blazed concavo-convex region in FIG. Design to match 34h.

また、回折型の液晶レンズ素子30と図示しない屈折型液晶レンズ素子とを積層させた構造を有する液晶レンズ素子を使用してもよい。この場合、回折型液晶レンズ素子30では、大きなフォーカス成分量を与え、非点収差成分量を与えたり与えなかったりする切り替えを制御し、一方、屈折型液晶レンズ素子でフォーカス成分量と非点収差成分量とを複層光ディスクのカバー厚さ(各情報記録面)に合わせて微調整することができるのでさらに好ましい。   Further, a liquid crystal lens element having a structure in which a diffractive liquid crystal lens element 30 and a refractive liquid crystal lens element (not shown) are laminated may be used. In this case, the diffractive liquid crystal lens element 30 controls switching of giving a large focus component amount and giving or not giving the astigmatism component amount, while the refractive liquid crystal lens element 30 controls the focus component amount and astigmatism. More preferably, the component amount can be finely adjusted according to the cover thickness (each information recording surface) of the multilayer optical disc.

上記では、Δn(V)=0となる印加電圧Vであるとき、そしてΔn(V−1)=−Δn(V+1)となる印加電圧V−1であるときの2つの電圧によって透過波面の切り替えをするものである。つまり、液晶レンズ素子30を出射する光の1つは、入射する光の波面を変化させない平行光のままであり、もう1つは収束または発散させる光とする(フォーカス成分量を発生)ものである。しかし、このように複層光ディスクの各情報記録面に集光させるため、液晶レンズで発生させる出射光の状態はこれに限らず、例えば、1つは収束させる光、もう1つは発散させる光として切り替えてもよい。さらに、出射光の状態は同じ収束させる光であっても、収束の度合い(フォーカス成分量の大きさ)を2点以上設定して、その変化によって各情報記録面に集光させてもよい。また、例えば、3層の情報記録面を有する複層光ディスクの場合、液晶レンズ30を出射する光の状態は、収束させる光、透過波面を変えない平行光、発散させる光、とするそれぞれの電圧を設定することによって各情報記録面へ集光する位置を切り替えることもできる。 In the above, when the applied voltage V 0 to be Δn (V 0) = 0, and [Delta] n (V -1) = - transmitted by the two voltage when the applied voltage V -1 as the [Delta] n (V +1) The wavefront is switched. That is, one of the light emitted from the liquid crystal lens element 30 remains parallel light that does not change the wavefront of the incident light, and the other is light that converges or diverges (generates a focus component amount). is there. However, since the light is condensed on each information recording surface of the multi-layer optical disc in this way, the state of the emitted light generated by the liquid crystal lens is not limited to this. For example, one is converged light and the other is diverged light. May be switched. Furthermore, even if the state of the emitted light is the same converged light, the degree of convergence (the magnitude of the focus component amount) may be set at two or more points and condensed on each information recording surface by the change. Further, for example, in the case of a multi-layer optical disc having a three-layer information recording surface, the state of light emitted from the liquid crystal lens 30 is as follows: convergent light, parallel light that does not change the transmitted wavefront, and divergent light. It is also possible to switch the position where light is condensed on each information recording surface.

(第2の実施形態)
図10は、本発明の第2の実施形態に係る光ヘッド装置50の模式図である。第1の実施形態に係る光ヘッド装置10では、可変フォーカス部14として、液晶レンズ素子30について説明したが、第2の実施形態に係る光ヘッド装置50の可変フォーカス部51は、コリメータレンズ53、コリメータレンズ53を光軸方向に位置調整するコリメータレンズ位置調整部52と、非点収差を補正する非点収差生成部60とからなる。なお、光ヘッド装置50において、光ヘッド装置10と同じものは同じ番号を付して説明の重複を避ける。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a schematic diagram of an optical head device 50 according to the second embodiment of the present invention. In the optical head device 10 according to the first embodiment, the liquid crystal lens element 30 has been described as the variable focus unit 14, but the variable focus unit 51 of the optical head device 50 according to the second embodiment includes the collimator lens 53, It comprises a collimator lens position adjustment unit 52 that adjusts the position of the collimator lens 53 in the optical axis direction, and an astigmatism generation unit 60 that corrects astigmatism. In addition, in the optical head apparatus 50, the same thing as the optical head apparatus 10 attaches | subjects the same number, and avoids duplication of description.

コリメータレンズ位置調整部52はコリメータレンズ53を光軸方向と平行に移動させることができるものであって、この位置調整によって出射する光を収束させたり、発散させたりして、フォーカス成分(Power)量を調整し、複層光ディスク18の各情報記録面18a、18bに集光させる。そして、これまでの説明のように、フォーカス成分(Power)量が変化すると非点収差成分量も変化するので、非点収差を補正するため非点収差生成部60を配置する。   The collimator lens position adjustment unit 52 can move the collimator lens 53 in parallel with the optical axis direction. The collimator lens position adjustment unit 52 converges or diverges the light emitted by this position adjustment, and a focus component (Power). The amount is adjusted and condensed on each information recording surface 18a, 18b of the multilayer optical disc 18. As described above, since the astigmatism component amount changes when the focus component (Power) amount changes, the astigmatism generation unit 60 is arranged to correct astigmatism.

次に、図11は、非点収差生成部60として、液晶を用いる液晶収差補正素子60の具体的構成を示す。図11(a)は液晶収差補正素子60の平面模式図であり、図11(b)は、平面模式図のB−B´に沿った断面を示す断面模式図である。図11(a)に示すように、液晶収差補正素子60は、一方の透明基板(例えば透明基板65aに透明電極61、62a、62b、63a、63bが形成され、それぞれの透明電極には独立に電圧を印加できるように図示しない電気的配線が施され、電圧制御装置に接続される。また、透明電極61、62a、62b、63a、63bは印加する電圧により非点収差を発生させるようなパターンに形成されている。そして、入射する光の有効領域64の中心は、透明電極61の中心と一致するように調整される。なお、これらの透明電極61、62a、62b、63a、63bをまとめてパターン電極という。また、この電極パターンは一例であり、非点収差を補正できるパターン電極であればこれに限らない。   Next, FIG. 11 shows a specific configuration of a liquid crystal aberration correction element 60 using liquid crystal as the astigmatism generation unit 60. FIG. 11A is a schematic plan view of the liquid crystal aberration correcting element 60, and FIG. 11B is a schematic cross-sectional view showing a cross section taken along the line BB ′ of the schematic plan view. As shown in FIG. 11 (a), the liquid crystal aberration correction element 60 has one transparent substrate (for example, transparent electrodes 61, 62a, 62b, 63a, 63b formed on the transparent substrate 65a, and each transparent electrode is independently provided. Electrical wiring (not shown) is applied so that a voltage can be applied, and is connected to a voltage control device, and the transparent electrodes 61, 62a, 62b, 63a, and 63b are patterns that generate astigmatism by the applied voltage. The center of the effective area 64 of the incident light is adjusted so as to coincide with the center of the transparent electrode 61. The transparent electrodes 61, 62a, 62b, 63a, 63b are combined. Also, this electrode pattern is an example, and is not limited to this as long as it is a pattern electrode that can correct astigmatism.

図11(b)の断面模式図に示すように液晶収差補正素子60は、パターン電極が形成された透明基板65aと、パターン電極と対向する透明基板65b側には、一面に透明電極67が形成され、周辺にシール69が施されて液晶層68が挟持されて構成される。また、透明基板65a、65bにはそれぞれ図示しない配向膜が施され、互いに同一方向、例えば、X方向に配向されている。液晶層68はネマティック相液晶から構成され、ここでは、誘電率異方性Δε>0となる液晶を用いるものとする。   As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 11B, the liquid crystal aberration correction element 60 has a transparent substrate 65a on which a pattern electrode is formed, and a transparent electrode 67 formed on one side on the transparent substrate 65b side facing the pattern electrode. The liquid crystal layer 68 is sandwiched with a seal 69 around the periphery. The transparent substrates 65a and 65b are each provided with an alignment film (not shown) and are aligned in the same direction, for example, the X direction. The liquid crystal layer 68 is composed of a nematic liquid crystal, and here, a liquid crystal satisfying a dielectric anisotropy Δε> 0 is used.

液晶層68に電圧を印加しないとき(以下、電圧非印加時という)には、液晶分子の長軸方向は液晶層68内でX方向に配向されるが、電圧を印加するとき(以下、電圧印加時という)には液晶の長軸方向は液晶層68の厚さ方向に向けて配向する。このとき、電圧値をそれぞれのパターン電極で調整することで、電極パターンごとに液晶の配向が変化する。つまり、液晶は常光屈折率nと異常光屈折率n(n<n)を有する複屈折性材料であるので、それぞれのパターン電極を出射する光の位相は、それぞれのパターン電極に印加される電圧を制御することによって変えられる。例えば、(電圧非印加時に)X方向に配向され、X方向の直線偏光が入射するとき、入射光に対して異常光屈折率となるが、パターン電極に電圧を印加することによって液晶分子の長軸方向が液晶層の厚さ方向に配向するため、常光屈折率となる。これを利用して入射する光の波面に対して出射する光の波面を変えることができる。なお、液晶は誘電率異方性Δε>0のものに限らず、誘電率異方性Δε<0であってもよい。 When no voltage is applied to the liquid crystal layer 68 (hereinafter referred to as no voltage application), the major axis direction of the liquid crystal molecules is aligned in the X direction within the liquid crystal layer 68, but when a voltage is applied (hereinafter referred to as voltage). When applied, the major axis direction of the liquid crystal is oriented toward the thickness direction of the liquid crystal layer 68. At this time, the alignment of the liquid crystal changes for each electrode pattern by adjusting the voltage value with each pattern electrode. That is, since the liquid crystal is a birefringent material having a ordinary refractive index n o and extraordinary refractive index n e (n o <n e ), the phase of the light emitting respective pattern electrodes, the respective pattern electrodes It can be changed by controlling the applied voltage. For example, when oriented in the X direction (when no voltage is applied) and linearly polarized light in the X direction is incident, the refractive index of the incident light becomes an extraordinary light refractive index. Since the axial direction is aligned in the thickness direction of the liquid crystal layer, the ordinary refractive index is obtained. By utilizing this, the wavefront of the emitted light can be changed with respect to the wavefront of the incident light. The liquid crystal is not limited to having a dielectric anisotropy Δε> 0, but may be a dielectric anisotropy Δε <0.

次に、非点収差を与えるため、具体的にパターン電極に与える電圧について説明する。例えば、透明電極61にV、透明電極62a、62bに電圧V、透明電極63a、63bに電圧Vを与え、V>V、V<Vとなるように設定にする。このとき、液晶収差補正素子60にZ方向から平面波(同じ位相)で入射する光のうち、透明電極61を出射する光に対して透明電極62a、62bを出射する光の位相は進み、透明電極63a、63bを出射する光の位相は遅れる。このように電圧を調整して、X方向の位相とY方向の位相を非対称にすることで非点収差を与え、ビーム整形素子である立ち上げプリズム15で発生する非点収差を相殺するように制御することができる。そして、可変フォーカス部51で発生するフォーカス(Power)成分量と非点収差成分量との比が、式(2)を満足するように調整することによって、フォーカス成分量を変えても立ち上げプリズム15を出射する光の非点収差成分を低いレベルに抑制することができる。 Next, in order to give astigmatism, the voltage given to a pattern electrode is demonstrated concretely. For example, V a is applied to the transparent electrode 61, the voltage V b is applied to the transparent electrodes 62a and 62b, and the voltage V c is applied to the transparent electrodes 63a and 63b, so that V b > V a and V c <V a are set. At this time, out of the light incident on the liquid crystal aberration correction element 60 from the Z direction with a plane wave (same phase), the phase of the light emitted from the transparent electrodes 62a and 62b advances with respect to the light emitted from the transparent electrode 61. The phase of the light emitted from 63a and 63b is delayed. By adjusting the voltage in this way to make the phase in the X direction and the phase in the Y direction asymmetric, astigmatism is given, and astigmatism generated in the rising prism 15 which is a beam shaping element is offset. Can be controlled. Then, even if the focus component amount is changed by adjusting the ratio of the focus (Power) component amount and the astigmatism component amount generated by the variable focus unit 51 to satisfy the expression (2), the rising prism is changed. Astigmatism component of the light emitted from 15 can be suppressed to a low level.

(実施例1)
まず、第1の実施形態に係る可変フォーカス部14として液晶レンズ素子30の具体的な作製方法を、図7を用いて説明する。透明基板31、32として石英ガラス基板面上にSiOxy(但し、x,yはOとNの元素比率を示す)をスパッタリング法により成膜する。この場合、例えばSiターゲットを用いるとともに、Arガスに酸素および窒素を混入した放電ガスを用いて、屈折率ns(=1.64)の透明な均一屈折率膜SiOxyを成膜し、その膜厚をd(=3.5μm)としている。
Example 1
First, a specific method for manufacturing the liquid crystal lens element 30 as the variable focus section 14 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. As the transparent substrates 31 and 32, SiO x N y (where x and y indicate the element ratio of O and N) is formed on the quartz glass substrate surface by sputtering. In this case, a transparent uniform refractive index film SiO x N y having a refractive index n s (= 1.64) is formed using, for example, a Si target and a discharge gas in which oxygen and nitrogen are mixed into Ar gas. The film thickness is d (= 3.5 μm).

さらに、図8のグラフβの形状に相当するように、フォトマスクを用いたフォトリソグラフィにてレジストをパターニングした後、反応性イオンエッチング法によりSiOxy膜を加工する。その結果、図7(a)の平面模式図の楕円39(長径:6.25mm、短径:5.00mm)の領域に、鋸歯形状を8段の階段形状で近似した断面形状で図7(b)にその断面を示すような凹凸部37を加工する。このとき、楕円38および楕円39の楕円率はいずれも0.8となる。次に、凹凸部37の表面に透明電極33としてITO膜を成膜する。さらに、ポリイミド膜(図示せず)を透明電極33上に膜厚約50nmとなるよう塗布した後に焼成し、ポリイミド膜表面をX軸方向にラビング配向処理して配向膜とする。 Further, after the resist is patterned by photolithography using a photomask so as to correspond to the shape of the graph β in FIG. 8, the SiO x N y film is processed by a reactive ion etching method. As a result, the cross-sectional shape in which the sawtooth shape is approximated by an eight-step staircase shape in the region of an ellipse 39 (major axis: 6.25 mm, minor axis: 5.00 mm) in the schematic plan view of FIG. The uneven part 37 which shows the cross section in b) is processed. At this time, the ellipticity of each of the ellipse 38 and the ellipse 39 is 0.8. Next, an ITO film is formed as the transparent electrode 33 on the surface of the uneven portion 37. Further, a polyimide film (not shown) is applied on the transparent electrode 33 so as to have a film thickness of about 50 nm and then baked, and the polyimide film surface is rubbed in the X-axis direction to form an alignment film.

また、対向する透明基板32として石英ガラス基板上に透明電極34としてITO膜を成膜し、その上にポリイミド膜(図示せず)を膜厚約50nm塗布した後に焼成し、ポリイミド膜表面をX軸方向にラビング配向処理して配向膜とする。さらにその上に、直径7μmのギャップ制御材が混入された接着材を印刷パターニングしてシール35を形成し、透明基板31と重ね合わせて圧着し、透明電極の間隔が最大7μm、最小3.5μm(ギャップg=3.5μm)とし、d=gの空セルを作製する。その後、ネマティック液晶を空セルの注入口(図示せず)から注入し、その注入口を封止して図7に示す液晶レンズ素子30とする。この液晶には、常光屈折率no(=1.50)および異常光屈折率ne(=1.75)の正の誘電異方性を有するネマティック液晶を用いる。また、この液晶は、透明電極33、34の面に、平行かつX軸方向に液晶分子の配向が揃ったホモジニアス配向であり、凹凸部37の凹部に充填されている。 Further, an ITO film as a transparent electrode 34 is formed on a quartz glass substrate as the opposing transparent substrate 32, and a polyimide film (not shown) is applied thereon to a film thickness of about 50 nm, followed by baking, and the polyimide film surface is X An alignment film is formed by rubbing alignment treatment in the axial direction. Further, an adhesive mixed with a gap control material having a diameter of 7 μm is printed and patterned to form a seal 35. The seal 35 is overlapped with the transparent substrate 31 and pressed, and the distance between the transparent electrodes is 7 μm at the maximum and 3.5 μm at the minimum. (Gap g = 3.5 μm) and an empty cell with d = g is produced. Thereafter, nematic liquid crystal is injected from an injection port (not shown) of the empty cell, and the injection port is sealed to obtain the liquid crystal lens element 30 shown in FIG. The liquid crystal is used a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy of the ordinary refractive index n o (= 1.50) and an extraordinary refractive index n e (= 1.75). The liquid crystal has a homogeneous orientation in which the orientation of liquid crystal molecules is aligned in parallel to the surfaces of the transparent electrodes 33 and 34 and in the X-axis direction, and is filled in the concave portion of the concave and convex portion 37.

このようにして得られた液晶レンズ素子30の透明電極33、34間に図示しない駆動電源回路を接続することにより、液晶層36に電圧が印加される。液晶層36への印加電圧を0Vから増加させると、液晶層36のX軸方向の実質的な屈折率が、n1=ne(=1.75)からn2=no(=1.50)まで変化する。その結果、X軸の偏光面を有する直線偏光入射光に対して、液晶層36と凹凸部37との屈折率差が、
Δnmax(=n1−ns)=0.11、
から
△nmin(=n2−ns)=−0.14、
まで変化し、凹凸部37の凹部に充填された液晶層36の厚さ分布に応じて、透過波面が変化する。
A voltage is applied to the liquid crystal layer 36 by connecting a drive power supply circuit (not shown) between the transparent electrodes 33 and 34 of the liquid crystal lens element 30 thus obtained. Increasing the voltage applied to the liquid crystal layer 36 from 0V, the substantial refractive index of the X-axis direction of the liquid crystal layer 36 is, n 1 = n from e (= 1.75) n 2 = n o (= 1. 50). As a result, the difference in refractive index between the liquid crystal layer 36 and the concavo-convex portion 37 with respect to linearly polarized incident light having an X-axis polarization plane,
Δn max (= n 1 −n s ) = 0.11.
To Δn min (= n 2 −n s ) = − 0.14,
And the transmitted wavefront changes according to the thickness distribution of the liquid crystal layer 36 filled in the concave portion of the concave and convex portion 37.

ここで、例えばBDを記録・再生するとき、使用波長λ(=405nm)で、カバー厚87.5μmの光ディスク18に対して、収差がゼロとなるように設計されたNA0.85の対物レンズ17を、カバー厚100μmと75μmの2つの情報記録面に集光させる場合を考える。そして、図1の光ヘッド装置10において、ビーム整形比mが0.8(Y方向のビーム径は透過前後で不変)の立ち上げプリズム15を配し、可変フォーカス部14に液晶レンズ素子30を楕円38、39の長軸がY方向、短軸がZ方向となるように配置する。液晶レンズ素子30の深さdを調整して、電圧がV+1のときにカバー厚75μmの情報記録面(例えば18b)、電圧がV−1のときにカバー厚100μmの情報記録面(例えば18a)に集光するようにフォーカス成分(Power)量を調整する。このとき、光源11から光の形状が円である平行光が入射して、液晶レンズ素子30を出射すると、印加する電圧のよってフォーカス成分量を調整できるとともに、液晶レンズ素子30で発生させる非点収差成分量が立ち上げプリズム15で発生する非点収差成分量と相殺するように作用するので、各情報記録面上での非点収差成分量を抑制し集光させることができる。 Here, for example, when recording / reproducing BD, the objective lens 17 with NA of 0.85 is designed so that the aberration is zero with respect to the optical disk 18 having a cover wavelength of 87.5 μm at the operating wavelength λ (= 405 nm). Is focused on two information recording surfaces having cover thicknesses of 100 μm and 75 μm. In the optical head device 10 shown in FIG. 1, a rising prism 15 having a beam shaping ratio m of 0.8 (the beam diameter in the Y direction is unchanged before and after transmission) is disposed, and the liquid crystal lens element 30 is disposed on the variable focus section 14. The ellipses 38 and 39 are arranged so that the major axis is in the Y direction and the minor axis is in the Z direction. By adjusting the depth d of the liquid crystal lens element 30, an information recording surface (for example, 18b) having a cover thickness of 75 μm when the voltage is V + 1 , and an information recording surface (for example, 18a) having a cover thickness of 100 μm when the voltage is V− 1. ) To adjust the amount of focus component (Power). At this time, when parallel light having a circular light shape is incident from the light source 11 and is emitted from the liquid crystal lens element 30, the amount of focus component can be adjusted by the applied voltage, and the astigmatism generated in the liquid crystal lens element 30. Since the aberration component amount acts so as to cancel out the astigmatism component amount generated by the rising prism 15, the astigmatism component amount on each information recording surface can be suppressed and condensed.

(実施例2)
第2の実施形態に係る可変フォーカス部51として液晶収差補正素子60の具体的な作製方法を、図11を用いて説明する。透明基板65aとして石英ガラス基板面上に、透明電極としてITO膜を成膜する。そして、透明基板65a面上のITO膜は、図11(a)に示すようなパターンとなるようにエッチングを行い、透明電極61、62a、62b、63aおよび63bを形成する。さらに、ITO膜上にポリイミド膜(図示せず)を膜厚約50nmとなるよう塗布した後に焼成し、ポリイミド膜表面をラビング配向処理して配向膜とする。
(Example 2)
A specific method of manufacturing the liquid crystal aberration correction element 60 as the variable focus unit 51 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. An ITO film is formed as a transparent electrode on a quartz glass substrate surface as the transparent substrate 65a. Then, the ITO film on the surface of the transparent substrate 65a is etched so as to have a pattern as shown in FIG. 11A to form transparent electrodes 61, 62a, 62b, 63a and 63b. Further, a polyimide film (not shown) is applied on the ITO film so as to have a film thickness of about 50 nm and then baked, and the polyimide film surface is subjected to a rubbing alignment treatment to obtain an alignment film.

また、対向する透明基板65bとして石英ガラス基板上に透明電極67としてITO膜を成膜し、その上にポリイミド膜(図示せず)を膜厚約50nm塗布した後に焼成し、ラビング配向処理して配向膜とする。さらにその上に、直径7μmのギャップ制御材が混入された接着材を印刷パターニングしてシール67を形成し、透明基板65aとラビング方向が一致するように対向させ圧着し、透明電極の間隔が約7μmの空セルを作製する。その後、ネマティック液晶を空セルの注入口(図示せず)から注入し、その注入口を封止して図11に示す液晶収差補正素子60とする。この液晶には、常光屈折率no(=1.50)および異常光屈折率ne(=1.75)の正の誘電異方性を有するネマティック液晶を用いる。また、この液晶は、透明電極65a、65bの面に、平行かつX軸方向に液晶分子の配向が揃ったホモジニアス配向であり、液晶層68に充填されている。 Further, an ITO film is formed as a transparent electrode 67 on a quartz glass substrate as the opposing transparent substrate 65b, and a polyimide film (not shown) is applied thereon to a thickness of about 50 nm, followed by baking and rubbing alignment treatment. An alignment film is used. Furthermore, an adhesive material mixed with a gap control material having a diameter of 7 μm is printed and patterned to form a seal 67, which is pressed against the transparent substrate 65a so that the rubbing direction coincides, and the distance between the transparent electrodes is about A 7 μm empty cell is produced. Thereafter, nematic liquid crystal is injected from an empty cell inlet (not shown), and the inlet is sealed to obtain the liquid crystal aberration correcting element 60 shown in FIG. The liquid crystal is used a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy of the ordinary refractive index n o (= 1.50) and an extraordinary refractive index n e (= 1.75). The liquid crystal has a homogeneous alignment in which the alignment of the liquid crystal molecules is parallel to the surfaces of the transparent electrodes 65 a and 65 b and aligned in the X-axis direction, and is filled in the liquid crystal layer 68.

作製した液晶収差補正素子60を光ヘッド装置50に設置し、各透明電極に図示しない駆動電源回路を接続することにより、液晶層68に電圧が印加される。コリメータレンズ53から出射する光が平行光となるように、コリメータレンズ位置調整部52によって調整した位置(A点とする)に固定したとき、各透明電極には電圧を印加せず、液晶収差補正素子60を出射する光には位相分布を与えないようにして、情報記録面18bに集光させる。   A voltage is applied to the liquid crystal layer 68 by placing the manufactured liquid crystal aberration correction element 60 in the optical head device 50 and connecting a driving power supply circuit (not shown) to each transparent electrode. When the collimator lens 53 is fixed at a position (point A) adjusted by the collimator lens position adjustment unit 52 so that the light emitted from the collimator lens 53 becomes parallel light, no voltage is applied to each transparent electrode, and liquid crystal aberration correction is performed. The light emitted from the element 60 is focused on the information recording surface 18b without giving a phase distribution.

次に、コリメータレンズ位置調整部52によってA点とは異なる位置にコリメータレンズ53を光軸と平行するように移動させ、コリメータレンズ53を出射する光が発散する位置(B点とする)に固定し、透明電極61にV、透明電極62a、62bに電圧V、透明電極63a、63bに電圧Vを与え、V>V、V<Vとなるように設定にする。このとき、透明電極62a、62bを出射する光の位相は進み、透明電極63a、63bを出射する光の位相は遅れ、一定の非点収差成分量を発生させる。これによって、立ち上げプリズム15において、フォーカス成分(Power)量に対応した非点収差成分量をキャンセルするように働き、もう一つの情報記録面18aに非点収差成分量を十分に抑制して集光させることができる。 Next, the collimator lens position adjusting unit 52 moves the collimator lens 53 to a position different from the point A so as to be parallel to the optical axis, and fixes the light emitted from the collimator lens 53 to a position (referred to as a point B). Then, V a is applied to the transparent electrode 61, the voltage V b is applied to the transparent electrodes 62a and 62b, and the voltage V c is applied to the transparent electrodes 63a and 63b, so that V b > V a and V c <V a are set. At this time, the phase of the light emitted from the transparent electrodes 62a and 62b is advanced, the phase of the light emitted from the transparent electrodes 63a and 63b is delayed, and a certain amount of astigmatism component is generated. As a result, the rising prism 15 functions to cancel the astigmatism component amount corresponding to the focus component (Power) amount, and the astigmatism component amount is sufficiently suppressed on the other information recording surface 18a. Can be lighted.

以上のように、本発明の可変フォーカス部を用いることで、とくにビーム整形比mが1とは異なるビーム整形素子を使用して小型化を実現する光ヘッド装置においても、フォーカス成分量を可変しても非点収差成分量が低いレベルを維持することができる。とくに情報記録面を複数有する複層光ディスクの記録・再生の品質を高めた光ヘッド装置を実現することができ、有用である。   As described above, by using the variable focus unit of the present invention, the focus component amount can be varied even in an optical head device that realizes miniaturization by using a beam shaping element having a beam shaping ratio m different from 1. However, it is possible to maintain a low level of the astigmatism component amount. In particular, an optical head device with improved recording / reproduction quality of a multi-layer optical disk having a plurality of information recording surfaces can be realized and is useful.

本発明の第1の実施形態に係る光ヘッド装置を示す模式図。1 is a schematic diagram showing an optical head device according to a first embodiment of the present invention. ビーム整形比mのビーム整形素子に入射するフォーカス成分量1λrmsの光に対して出射する光の各成分量の特性を示すグラフ。The graph which shows the characteristic of each component amount of the light radiate | emitted with respect to the light of the focus component amount of 1 (lambda) rms which injects into the beam shaping element of the beam shaping ratio m. ビーム整形比mが0.8のビーム整形素子に入射する光のフォーカス成分量を変化させ、ビーム整形素子を出射する光の各成分量の特性を示すグラフ。The graph which shows the characteristic of each component amount of the light which changes the focus component amount of the light which injects into the beam shaping element whose beam shaping ratio m is 0.8, and radiate | emits a beam shaping element. 可変フォーカス部に光軸およびビーム整形素子に入射/出射する光の形状の様子を示す模式図。The schematic diagram which shows the mode of the shape of the light which enters / emits an optical axis and a beam shaping element in a variable focus part. 可変フォーカス部およびビーム整形素子を出射する光の当位相波面形状を示す模式図。The schematic diagram which shows the present phase wavefront shape of the light which radiate | emits a variable focus part and a beam shaping element. ビーム整形比mのビーム整形素子を出射する光のフォーカス成分量を1λrmsとするとき、入射する光の各成分量の特性を示すグラフ。The graph which shows the characteristic of each component amount of incident light, when the focus component amount of the light which radiate | emits the beam shaping element of the beam shaping ratio m is 1 (lambda) rms. 第1の実施形態に係る光ヘッド装置の可変フォーカス部となる液晶レンズの構成を示す平面模式図および断面模式図。2A and 2B are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a liquid crystal lens that serves as a variable focus portion of the optical head device according to the first embodiment. 液晶レンズにより生成される透過波面の光路長差を示す一例のグラフ。The graph of an example which shows the optical path length difference of the transmitted wave front produced | generated by a liquid crystal lens. 液晶レンズの電極パターンを示す平面模式図。The plane schematic diagram which shows the electrode pattern of a liquid crystal lens. 本発明の第2の実施形態に係る光ヘッド装置を示す模式図。FIG. 5 is a schematic diagram showing an optical head device according to a second embodiment of the present invention. 第2の実施形態に係る光ヘッド装置の可変フォーカス部に用いられる液晶収差補正素子の構成を示す平面模式図および断面模式図。FIG. 9 is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view showing a configuration of a liquid crystal aberration correction element used in a variable focus section of an optical head device according to a second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10、50 光ヘッド装置
11 光源
12 ビームスプリッタ
13、52 コリメートレンズ
14、51 可変フォーカス部
15 立ち上げプリズム(ビーム整形素子)
15a 立ち上げプリズムの光入射面
15b 立ち上げプリズムの光出射面
15c 立ち上げプリズムの光反射面
16 1/4波長板
17 対物レンズ
18 (複層)光ディスク
18a、18b 情報記録面
19 シリンドリカルレンズ
20 光検出器
30 液晶レンズ
31、32、65a、65b 透明基板
33、34、34a、34b、34c、34d、34e、34f、34g、34h、61、62a、62b、63a、63b、67 透明電極
35、69 シール
36、68 液晶層
37 凹凸部
38、39 楕円
41、42 端子電極
52 コリメータレンズ位置調整部
60 液晶収差補正素子
64 (入射光の)有効領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 50 Optical head apparatus 11 Light source 12 Beam splitter 13, 52 Collimate lens 14, 51 Variable focus part 15 Rising prism (beam shaping element)
15a Rising prism light incident surface 15b Rising prism light exit surface 15c Rising prism light reflecting surface 16 1/4 wavelength plate 17 Objective lens 18 (Multi-layer) Optical disk 18a, 18b Information recording surface 19 Cylindrical lens 20 Light Detector 30 Liquid crystal lens 31, 32, 65a, 65b Transparent substrates 33, 34, 34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f, 34g, 34h, 61, 62a, 62b, 63a, 63b, 67 Transparent electrodes 35, 69 Seals 36, 68 Liquid crystal layer 37 Concavity and convexity 38, 39 Ellipse 41, 42 Terminal electrode 52 Collimator lens position adjustment unit 60 Liquid crystal aberration correction element 64 Effective region (incident light)

Claims (8)

光源と、
前記光源から出射する光の光軸と直交する平面における前記光の形状を変えるビーム整形素子と、
前記ビーム整形素子から出射する光を複数の情報記録面を有する光ディスクに集光させる対物レンズと、
前記光ディスクから反射された光を受光する光検出器を備える光ヘッド装置において、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、前記ビーム整形素子と、フォーカス成分量と非点収差成分量とを可変して、光の発散状態を変化させる可変フォーカス部と、を有する光ヘッド装置。
A light source;
A beam shaping element that changes the shape of the light in a plane orthogonal to the optical axis of the light emitted from the light source;
An objective lens for condensing the light emitted from the beam shaping element onto an optical disc having a plurality of information recording surfaces;
In an optical head device comprising a photodetector for receiving light reflected from the optical disc,
Light having the beam shaping element and a variable focus unit that varies a focus component amount and an astigmatism component amount to change a light divergence state in an optical path between the light source and the objective lens. Head device.
前記ビーム整形素子は、平行して進行する入射光Aの光軸と直交する平面における前記入射光Aの形状が長軸または短軸に相当する第1の方向を径d、前記第1の方向と直交し、前記長軸または前記短軸の他方に相当する第2の方向を径dとする楕円であり、前記ビーム整形素子を出射する出射光Aの光軸と直交する平面における前記出射光Aの形状が前記径dを直径とする円であるとき、d/dで表されるビーム整形比mを有し、
前記可変フォーカス部は、平行して進行する入射光Bの光軸と直交する平面における前記入射光Bの形状が円であり、前記可変フォーカス部を出射する出射光Bの光軸と直交する平面上で前記出射光Bの同じ位相となる位置を結んでできる等位相波面の形状が、長軸の径がa、短軸の径がbとなる楕円であるとき、
a×m×c=b、またはa=m×c×bであって、0.97≦c≦1.03を満足する請求項1に記載の光ヘッド装置。
The beam shaping element has a first direction in which the shape of the incident light A in a plane orthogonal to the optical axis of the incident light A traveling in parallel corresponds to the major axis or the minor axis is the diameter d 1 , and the first An ellipse having a diameter d2 in the second direction corresponding to the other of the major axis and the minor axis, and in a plane perpendicular to the optical axis of the outgoing light A that exits the beam shaping element. When the shape of the emitted light A is a circle having the diameter d 1 as a diameter, it has a beam shaping ratio m expressed by d 2 / d 1 ,
In the variable focus section, the shape of the incident light B in a plane orthogonal to the optical axis of the incident light B traveling in parallel is a circle, and the plane orthogonal to the optical axis of the output light B emitted from the variable focus section When the shape of the equiphase wavefront formed by connecting the positions having the same phase of the outgoing light B is an ellipse having a major axis diameter a and a minor axis diameter b,
2. The optical head device according to claim 1, wherein a × m × c = b or a = m × c × b, and 0.97 ≦ c ≦ 1.03 is satisfied.
前記ビーム整形素子の前記ビーム整形比mは、m>1.009または、m<0.991である請求項1または請求項2に記載の光ヘッド装置。   3. The optical head device according to claim 1, wherein the beam shaping ratio m of the beam shaping element is m> 1.009 or m <0.991. 前記可変フォーカス部は、2枚の透明基板を対向配置し、前記透明基板間に挟持された液晶に印加する電圧に応じて前記液晶を透過する光の焦点距離を変化させる液晶レンズ素子から構成される請求項1〜3いずれか1項に記載の光ヘッド装置。   The variable focus section is composed of a liquid crystal lens element in which two transparent substrates are arranged opposite to each other and a focal length of light transmitted through the liquid crystal is changed according to a voltage applied to the liquid crystal sandwiched between the transparent substrates. The optical head device according to claim 1. 前記透明基板の一方の面には透明電極と、鋸歯形状または鋸歯を階段形状で近似した断面形状を有する透明材料からなるとともに入射平面上で光軸を中心として楕円率κの相似となる複数の楕円状に形成される凹凸部と、を有する請求項4に記載の光ヘッド装置。   One surface of the transparent substrate is made of a transparent electrode and a transparent material having a sawtooth shape or a cross-sectional shape approximating a sawtooth in a staircase shape, and has a plurality of similarities of ellipticity κ around the optical axis on the incident plane. The optical head device according to claim 4, comprising an uneven portion formed in an elliptical shape. 前記凹凸部の楕円率κは、0.97×m≦κ≦1.03×mであるかまたは、0.97/m≦κ≦1.03/mである請求項4または請求項5に記載の光ヘッド装置。   The ellipticity κ of the uneven portion is 0.97 × m ≦ κ ≦ 1.03 × m, or 0.97 / m ≦ κ ≦ 1.03 / m. The optical head device described. 前記可変フォーカス部は、光源から出射された光の発散状態を変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズを光軸方向に平行に移動する機構を有するコリメータレンズ位置調整部と、
非点収差成分を発生させることができる非点収差生成部からなる請求項1〜3いずれか1項に記載の光ヘッド装置。
The variable focus unit includes a collimator lens that changes a divergence state of light emitted from a light source,
A collimator lens position adjusting unit having a mechanism for moving the collimator lens in parallel to the optical axis direction;
The optical head device according to any one of claims 1 to 3, further comprising an astigmatism generation unit capable of generating an astigmatism component.
前記非点収差生成部は、2枚の透明基板に液晶が挟持され、少なくとも一方の前記透明基板に非点収差成分を発生させる特定のパターンに分割された透明電極が形成される液晶収差補正素子である請求項7に記載の光ヘッド装置。   The astigmatism generation unit includes a liquid crystal aberration correction element in which a liquid crystal is sandwiched between two transparent substrates, and a transparent electrode divided into a specific pattern that generates an astigmatism component is formed on at least one of the transparent substrates. The optical head device according to claim 7.
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