JP3781273B2 - 収差補正素子及び収差補正ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームの収差を補正するための収差補正素子及び収差補正ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学的に情報記録又は情報再生が行われる情報記録媒体として、ＣＤ（Compact disc）、ＤＶＤ（Digital Video Disc 又は Digital Versatile Disc）等の光ディスクが知られており、再生専用の光ディスク、情報を追記録することが可能な追記型光ディスク、情報の消去及び再記録が可能な書き換え型光ディスク等、種類の異なる光ディスクが開発されている。
【０００３】
また、光ディスクの高密度化と、その高密度化に対応する光ピックアップ装置と情報記録再生装置の研究開発が進められると共に、種類の異なる光ディスクを利用することが可能ないわゆる互換性を有した光ピックアップ装置と情報記録再生装置の研究開発も進められている。
この光ディスクの高密度化に対応するため、光ピックアップ装置に備えられている対物レンズの開口数（numerical aperture:ＮＡ）を大きくすることにより、照射径の小さな光ビームを光ディスクに照射することが考えられている。また、短波長の光ビームを用いることで、高密度化への対応が図られている。
【０００４】
ところが、対物レンズの開口数ＮＡを大きくしたり、短波長の光ビームを用いると、光ディスクによる光ビームの収差の影響が大きくなり、情報記録及び情報再生の精度を向上させることが困難になるという問題が生じる。
例えば、対物レンズの開口数ＮＡを大きくすると、光ディスクに対する光ビームの入射角度範囲が広くなるため、入射角度に依存した量である複屈折量の光ディスク瞳面での分布幅も大きくなる。このため、この複屈折に起因する収差の影響が大きくなるという問題を生じる。また、ディスク記録面を保護するカバー層厚み誤差による収差の影響も大きくなる。
【０００５】
このような収差補正素子としては、例えば、特開平１０−２６９６１１号公報に開示されているものがある。この収差補正素子には透明電極で構成された同心円状の複数の電極が形成され、各々の電極への印加電圧を可変制御することによって液晶の配向状態を調節して光ビームに生じた収差を補正するものである。
かかる収差補正素子は、収差を精度良く補正するために対物レンズと正確に位置合わせがなされる必要がある。従って、収差補正素子を予め対物レンズに位置合わせがなされた状態で固定し、一体として形成された収差補正ユニットが用いられる場合がある。かかる収差補正ユニットを製作する際には、透明電極に電圧を印加することによって回折を生じさせ、対物レンズを介した画像をＣＣＤカメラなどの撮像装置によって観察することによって対物レンズと収差補正素子との位置決めを行う調整を行っていた。
【０００６】
しかしながら、透明電極を用いた位置決めでは透明電極パターンのコントラストが不明瞭なため位置決め精度が低いという問題があった。また、対物レンズと収差補正素子とに位置ずれが生じた場合でも位置ずれ量の確定が困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光学素子との高精度な位置合わせが可能な収差補正素子、及び光学素子と収差補正素子とが高精度に位置合わせされた高性能な収差補正ユニットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による収差補正素子は、複数の電極部を有する第１電極層と、第１電極層に対向する第２電極層と、第１及び第２電極層に挟持され、第１及び第２電極層への印加電圧に応じた位相変化を通過する光ビームに生じせしめる液晶と、を有する収差補正素子であって、第１電極層は複数の位置合わせ用の位置マーカを含むことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明に用いられる図において、実質的に等価な構成要素には同一の参照符を付している。
図１は、本発明の実施例である収差補正ユニット４を有する光ピックアップ１０の構成を示すブロック図である。
【００１０】
光ピックアップ１０内に設けられたレーザ光源１から射出された光ビームはコリメートレンズ２により平行光ビームにされる。当該光ビームは、偏光ビームスプリッタ３、収差補正ユニット４を経て光ディスク９に照射される。照射された光ビームは光ディスク９により反射され、反射光は収差補正ユニット４を経て、ビームスプリッタ３で反射され、集光レンズ６で集光されて光検出器７で検出される。
【００１１】
収差補正ユニット４は、図２の断面図に示すように、収差補正素子４１、１／４波長板４２、開口絞り４３、及び２個のレンズからなる高ＮＡ対物レンズ４５を有し、これらの光学要素は鏡筒４７によって固定されている。なお、後に詳細に説明するように、収差補正素子４１及び高ＮＡ対物レンズ４５は光軸が一致するように位置決めがなされて固定されている。
【００１２】
収差補正素子４１は、電界によって電気光学効果を生じる電気光学素子を有している。より具体的には、印加される制御電圧Ｖｉの大きさに応じて複屈折変化をもたらす光学素子、例えば、液晶を有している。すなわち、図３の斜視図に模式的に示すように、この収差補正素子４１は、第１電極層１７及び第２電極層１８の間に液晶１９が挟まれ封入された構成を有している。より詳細には、液晶１９の一方の面上には、液晶配向膜２１、透明絶縁層２３、及び第１電極層１７が順次形成され、他方の面上には、液晶配向膜２２、透明絶縁層２４、及び第２電極層１８が順次形成されている。また、第１及び第２電極層１７、１８上には、透明なガラス基板等の絶縁基板１５、１６がそれぞれ形成されている。
【００１３】
第１及び第２電極層１７、１８の少なくとも一方は、複数の位相調整部に対応したパターンの複数の電極部を有し、当該複数の電極部の各々に光ビームに生じた収差の分布形状に応じた電圧を印加することによって収差補正素子４１を透過する光ビームの収差を補正することができる。なお、以下においては、第１電極層１７が複数の電極部を有する場合を例に説明する。
【００１４】
球面収差を補正するための収差補正素子４１の第１電極層１７の構造を模式的に図４の平面図に示す。第１電極層１７は、光ディスク９で生じる球面収差の分布に対応付けて、同心円状（円環状）の複数の位相調整部を有する。図５の部分拡大図（図４のＡ部）に示すように、幅の狭い円環状の金属電極Ｍｉ（ｉ＝１，２，．．．）及び金属電極Ｍｉによって区画された複数のＩＴＯ膜（インジウム錫酸化膜）からなる透明電極Ｅｉ（ｉ＝１，２，．．．）が形成されている。金属電極Ｍｉの各々は、透過する光ビームに影響が生じないように、例えば、数マイクロメータ（μｍ）の幅で形成されている。金属電極Ｍｉには、金属電極Ｍｉの各々に電圧を供給するためのリード電極が接続されている。各金属電極Ｍｉに制御電圧Ｖｉ（ｉ＝１，２，．．．）がリード電極を介して印加されると、ＩＴＯ膜の抵抗率に応じて面内で徐々に変化する電界が液晶１９に印加される。当該電界に応じて液晶１９内の各部の液晶分子の配向が変化する。その結果、液晶１９中を通る光は、液晶１９の複屈折を受けて位相が変化する。すなわち、その位相は、液晶１９に印加される制御電圧Ｖｉによって制御することができる。
【００１５】
対物レンズ４５の開口径（瞳径）に対応する収差補正素子４１の領域の外周部には、位置合わせ用の３つの位置マーカ５１が設けられている。図４に示す場合では、３つの位置マーカ５１のそれぞれの形状は同一で、光軸中心から等距離で１２０度間隔に配置されている。このように１直線上にない少なくとも３つの所定位置に位置マーカ５１を配置することで平面内における位置ずれを確定することができる。
【００１６】
図６は、収差補正素子４１及び対物レンズ４５の位置決め調整をなす際の収差補正素子４１、対物レンズ４５及び観察カメラの配置を示す図である。調整用の光源からの光を収差補正素子４１及び対物レンズ４５を透過させ、その透過光をＣＣＤカメラ５５で観察しつつ収差補正素子４１及び対物レンズ４５の相対位置を調整して固定する。この際、ＣＣＤカメラ５５には、例えばマイコンなどの制御装置（図示しない）が接続され、画像処理や位置調整の制御がなされる。
【００１７】
位置マーカ５１は、例えば、図７に示すように、長さＬ、幅Ｗの細片５２を複数本並べたストライプ形状とし、当該細片の間隔Ｄを所定間隔（例えば、１０μｍ）とすることにより位置ずれ量を測定するスケール（物差し）として利用することが可能である。従って、収差補正素子４１と対物レンズ４５との相対的な位置ずれ量を精度良く測定することができる。
【００１８】
位置マーカ５１は、収差補正素子４１の金属電極と同一の材料を用いることによりプロセスを簡便にできる。また、位置マーカ５１の各々の形状は必ずしも同一でなくともよい。例えば図８に示すように、収差補正素子４１の中心に円形あるいは十字形状などの位置マーカを形成することにより対物レンズ４５の中心との位置合わせを高精度に行うことができる。位置マーカ５１は目視可能なマーカであればよく、種々の材料により形成することができる。また、種々の形成方法を用いることができ、例えば、収差補正素子４１の金属電極上に印刷で刷り込む方法を用いてもよい。
【００１９】
上記においては、球面収差を補正するための収差補正素子４１及びこれを対物レンズ４５と固定した収差補正ユニット４を例に説明したが、コマ収差、非点収差などの種々の収差を補正する収差補正素子４１についても適用が可能である。例えば、図９は、コマ収差を補正するための収差補正素子４１の第１電極層１７の構造を模式的に示す平面図である。
【００２０】
第１電極層１７は、補正すべきコマ収差の分布に応じた電極パターン、すなわち、中心点を通る軸に対して対称な形状に形成されている。対物レンズ４５の開口径に対応する収差補正素子４１の領域の外周部には、直交する３つの十字形状の位置マーカ５１Ａが形成され、中心には位置マーカ５１Ｂが形成されている。位置マーカ５１Ｂの直径は、透過する光の障害にならないような大きさ、例えば、１０μｍ程度の大きさである。
【００２１】
従って、収差補正素子４１の電極パターン形状に応じて適宜、位置マーカの位置やマーカ形状を選ぶことにより高精度な位置合わせが可能な収差補正素子が実現できる。また、位置合わせ時において複雑な画像処理を必要としないため光学素子との高精度な位置合わせを容易になすことができる。
なお、光ディスク等の光ピックアップに適用される収差補正装置を例に説明したが、これに限らず、種々の光学系における収差を補正する装置に適用が可能である。また、上記した実施例において示した数値等は例示である。上記した実施例は、適宜改変して又は組み合わせて適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
上記したことから明らかなように、本発明によれば、光学素子との高精度な位置合わせが可能な収差補正素子、及び光学素子と収差補正素子とが高精度に位置合わせされた高性能な収差補正ユニットを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である収差補正ユニットを有する光ピックアップの構成を示すブロック図である。
【図２】収差補正ユニットの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】収差補正素子の構造を模式的に示す斜視図である。
【図４】球面収差を補正するための収差補正素子の第１電極層の構造を模式的に示す平面図である。
【図５】図４に示すＡ部の部分拡大図である。
【図６】位置決め調整をなす際の収差補正素子、対物レンズ及び観察カメラの配置を示す図である。
【図７】位置マーカの構成の１例を示す図である。
【図８】位置マーカの他の構成例を示す図である。
【図９】コマ収差を補正するための収差補正素子の電極層の構造を模式的に示す平面図である。
【主要部分の符号の説明】
４ 収差補正ユニット
４１ 収差補正素子
４３ 開口絞り
４５ 対物レンズ
５１，５１Ａ，５１Ｂ 位置マーカ

Claims (8)

1. 複数の電極部を有する第１電極層と、前記第１電極層に対向する第２電極層と、前記第１及び第２電極層に挟持され、前記第１及び第２電極層への印加電圧に応じた位相変化を通過する光ビームに生じせしめる液晶と、を有し、対物レンズと一体に結合されて収差補正ユニットを構成するための収差補正素子であって、
   前記第１電極層は複数の位置マーカを含み、前記複数の位置マーカは前記収差補正素子の中心から等距離であり、かつ前記対物レンズの瞳径に対応する領域の外周部に配されていることを特徴とする収差補正素子。
2. 前記位置マーカは１直線上にない少なくとも３つの所定位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載の収差補正素子。
3. 前記複数の位置マーカのうち少なくとも１は、前記収差補正素子及び前記対物レンズ間の位置ずれ測定用の目盛りとして形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の収差補正素子。
4. 前記複数の電極部は金属からなり、前記位置マーカは前記複数の電極部と同一の金属からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の収差補正素子。
5. 請求項１ないし４のいずれか１に記載の収差補正素子及び光学素子を含む収差補正ユニットであって、前記光学素子は、前記収差補正素子の前記位置マーカに対応した位置マーカを有することを特徴とする収差補正ユニット。
6. 前記収差補正素子の前記位置マーカは、前記光学素子の瞳径外周部近傍に形成されていることを特徴とする請求項５記載の収差補正ユニット。
7. 前記収差補正素子は、前記収差補正素子の中心に配された位置マーカをさらに有することを特徴とする請求項１記載の収差補正素子。
8. 前記位置マーカは、前記対物レンズの瞳径に対応する領域の外周部内側に配されていることを特徴とする請求項１記載の収差補正素子。

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