JP4082085B2

JP4082085B2 - Optical head device

Info

Publication number: JP4082085B2
Application number: JP2002142856A
Authority: JP
Inventors: 琢治野村; 浩一村田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: JP2003338070A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクや光磁気ディスクなどの光記録媒体の情報の記録・再生を行う光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクであるＤＶＤは、同じく光ディスクであるＣＤに比べデジタル情報が高密度で記録されており、ＤＶＤを再生するための光ヘッド装置は、光源の波長をＣＤの７８０ｎｍよりも短い６６０ｎｍとしたり、対物レンズの開口数（ＮＡ）をＣＤの０．４５よりも大きい０．６〜０.６５にして光ディスク面上に集光するスポット径を小さくしている。
しかし、光源光の短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が原因で、光ディスク面が光軸に対して直角より傾くディスクチルトの許容量や光ディスクの厚さムラの許容量が小さくなる。
【０００３】
これら許容量が小さくなる理由は、ディスクチルトの場合にはコマ収差が発生し、光ディスクの厚さムラの場合には球面収差が発生するために、光ヘッド装置の集光特性が劣化して信号の読み取りが困難になることによる。高密度記録において、ディスクチルトや厚さムラに対する光ヘッド装置の許容量を拡げるためにいくつかの方式が提案されている。
【０００４】
一つの方式として、２軸方向に移動する対物レンズのアクチュエータに、検出されたチルト角に応じて対物レンズを傾けるように傾斜用の軸を追加する方式がある。しかし、この追加方式では球面収差は補正できないことや、アクチュエータの構造が複雑になるなどの問題がある。
【０００５】
また別の方式として、対物レンズと光源との間に備えた位相補正素子により波面収差を補正する方式がある。この補正方式では、アクチュエータに大幅な改造を施すことなく光ヘッド装置に素子を組み入れるだけでディスクチルトの許容量や厚さムラの許容量を拡げることができる。
【０００６】
例えば、位相補正素子を用いてディスクチルトを補正する上記の補正方式に特開平１０−２０２６３がある。これは、位相補正素子を構成している液晶などの複屈折性材料を挟持している一対の基板のそれぞれに、電極が分割されて形成された分割電極に電圧を印加して、複屈折性材料の実質的な屈折率を光ディスクのチルト角に応じて変化させ、この屈折率の変化により発生した透過光の位相（波面）変化により、光ディスクのチルトで発生したコマ収差を補正する方式である。したがって、位相補正素子により発生する位相分布は補正すべき波面収差分布と一致する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、位相補正素子を光ヘッド装置に組み込む場合に生ずる位置ズレや、トラッキングサーボ時の対物レンズ移動のように、位相補正素子の電極中心（光軸）と対物レンズの中心（光軸）との位置ズレである、いわゆるレンズシフトが生じた場合、位相補正素子の発生する位相分布が、補正すべき波面収差分布に対してシフトする結果、波面収差補正性能が低下し信号特性が劣化する。特に、コマ収差補正におけるレンズシフトの場合、位相補正素子が発生するコマ収差型位相分布の位置ズレにより非点収差が発生し、信号品質に大きな影響をもたらす。近年の記録情報の高密度化において、この非点収差の発生が問題となってきており、これを解決する手段が求められていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられた前記出射光の波面を変化させる位相補正素子と、波面を変化させるための電圧を前記位相補正素子へ出力する制御電圧発生手段とを備えた光ヘッド装置であって、前記位相補正素子はその表面に透明電極が形成された一対の透明基板と、前記透明基板間に挟持された液晶層とを備え、一方の透明基板面には球面収差を補正するための透明電極である球面収差補正用電極が形成され、もう一方の対向する透明基板面にはコマ収差を補正するための透明電極であるコマ収差補正用電極と非点収差を補正するための透明電極である非点収差補正用電極とが形成されており、前記非点収差補正用電極は、前記位相補正素子の光軸と交差して横切りかつ、複数個に分割された前記コマ収差補正用電極の並ぶ方向と直交する方向に沿って並ぶように前記位相補正素子上に配された偶数個の電極であることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
また、前記位相補正素子の光軸と前記対物レンズの光軸との位置ズレが光記録媒体の半径方向に発生するとき、前記位置ズレの量に応じて、補正用の位相差を前記非点収差補正用電極と光軸が通過する光軸電極との間に発生させる位相差発生手段を有する上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１１】
さらに、前記位相差発生手段は、前記コマ収差補正用電極と前記光軸電極との間において発生する位相差と、前記位置ズレの量との積に比例する位相差を、前記非点収差補正用電極と前記光軸電極との間において発生する上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図２に本発明の光ヘッド装置の原理構成の一例を示す。図２に示した光ヘッド装置は光記録媒体であるＣＤ、ＤＶＤなどの光ディスク８に情報を記録、再生するためのものであり、光源である半導体レーザ１から出射した光は例えばホログラムタイプの偏光ビームスプリッタ２を透過した後、コリメートレンズ３により平行光となり、位相補正素子４を透過後、４分の１波長板５を透過し、立ち上げミラー１１で９０°方向に反射され、アクチュエータ７に設置された対物レンズ６により光ディスク８上に集光される。集光された光は光ディスク８により反射され対物レンズ６、立ち上げミラー１１、４分の１波長板５、位相補正素子４、コリメートレンズ３を順次先程とは逆に透過した後、偏光ビームスプリッタ２により回折され光検出器９に入射する。前述の半導体レーザ１からの出射光が光ディスク８により反射される際、光ディスクの面上に記録された情報により反射光は変調され、光検出器９により記録情報を読み取ることができる。
【００１３】
偏光ビームスプリッタ２は例えば偏光性のホログラムを備えており、異方性方向（屈折率に差がある方向）に偏光成分を有する光を強く回折して光検出器９に導く。光検出器９より得られる光ディスクの例えば再生信号の強度が最適となるように、位相補正素子４に向けて制御電圧発生手段である位相補正素子制御回路１０により電圧が出力される。位相補正素子制御回路１０より出力される電圧は、ディスクチルトや厚さムラに応じた電圧であり、位相補正素子４の電極に印加する実質的に変化する電圧となる。
【００１４】
次に本発明において使用する位相補正素子の構成を図３を用いて説明する。透明基板２１ａ、２１ｂが、例えばエポキシ系樹脂を主成分とするシール材２２により接着され液晶セルを形成している。透明基板２１ａ、２１ｂには、ガラス、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネートなどが使用できるが、耐久性などの点からガラスの基板が好ましい。したがって、以下では基板の材料としてガラスを使用する場合について説明する。
【００１５】
シール材２２には例えばガラス製のスペーサと、例えば樹脂の表面に金などを被膜した導電性スペーサが含有されている。ガラス基板２１ａの内側表面には、内側表面から電極２４ａ、シリカなどを主成分とする絶縁膜２５ａ、配向膜２６ａがこの順に、またガラス基板２１ｂの内側表面には、内側表面から電極２４ｂ、シリカなどを主成分とする絶縁膜２５ｂ、配向膜２６ｂがこの順に被膜されている。液晶セルの外側表面には反射防止膜が被膜されていてもよい。
【００１６】
電極２４ａは電極引出部２７でフレキシブル基板などによって位相補正素子制御回路と接続できるようパターン配線されている。また電極２４ｂは上述の金などを被膜した導電性スペーサによりガラス基板２１ａ上に形成された電極２４ａと電気的に接続しており、したがって、電極２４ｂは電極引出部２７で接続線によって位相補正素子制御回路と接続できる。図３には、電極２４ｂと電極２４ａとがシール材２２と接している様子が示されていないが、紙面と平行なシール材とは接しており両電極は導電性スペーサを通じて電気的に接続されている。液晶セル内部には液晶が充填され液晶層２３とされており、図３に示した液晶分子２８は、一方向に配向されたホモジニアス配向の状態にある。使用される液晶はディスプレイなどで用いられているネマティック液晶が好ましく、ツイストしていてもよい。
【００１７】
配向膜２６ａ、２６ｂの材料としては、液晶分子２８のプレチルト角が２〜１０゜となれば好ましく、ポリイミド膜を図３の紙面に平行で左右方向にラビングしたものや、シリカ膜を斜め蒸着したものなどがよい。電極２４ａ、２４ｂの材質は透過率が高い方が望ましく、ＩＴＯ膜などの透明導電膜を使用すればよい。
【００１８】
以上は位相補正素子を用いて波面を変化させる機能に必要な構成を述べたが、波長板や偏光性のホログラムを位相補正素子４に積層することにより、波長板５や偏光ビームスプリッタ２の機能を位相補正素子４が併せ持つようにできる。この場合、光ヘッド装置を構成する光学部品の点数が減ることで組立、調整が簡易となり、生産性が向上して好ましい。
【００１９】
また位相補正素子４に、回折格子や光源の波長により光束径を変化させるためのダイクロイック開口制限層などを積層し、またガラス基板２１ａ、２１ｂの外側表面上に直接形成することもでき、この場合も個々の部品を新たに追加することに比べて生産性が向上して好ましい。波長板を積層する場合には、光ディスク側のガラス基板に直接貼り合せるか、または貼り合わせたガラス基板をさらに積層すればよい。
【００２０】
次に本発明における位相補正素子を用いて波面収差を補正する方法について述べる。図４はディスクチルトにより発生するコマ収差分布を示すものであり、光源波長６６０ｎｍ、対物レンズＮＡ０.６５、光ディスク厚さ０.６ｍｍ、ディスクチルト角は１°である。
【００２１】
図１は本発明における位相補正素子の電極パターンの一例を示すものであり、光ディスクの半径方向であるラディアル方向（図中Ｘ軸方向）のディスクチルトにより発生したコマ収差を補正するものである。分割されたコマ収差補正用電極３１〜３５および非点収差補正用電極３６、３７は図３に例示した位相補正素子内部の電極２４ａを、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングしたものである。
【００２２】
まず、レンズシフトがない場合、つまり電極中心と対物レンズ瞳（図１破線）の中心が一致している場合には、コマ収差補正用電極３１〜３５により生じる位相分布と図４に示したコマ収差分布が概ね一致するために、ディスクチルトにより発生するコマ収差を正しく補正できる。具体的には、図４のコマ収差分布と等しい大きさで反対の符号を持つ位相分布が生じるよう、コマ収差補正用電極３１〜３５の形状を決め、適切な電圧を各電極に印加すればよい。
【００２３】
また、コマ収差補正用電極３１と３５、およびコマ収差補正用電極３２と３４は発生する位相差が概ね等しいので同じ電圧を印加してもよい。レンズシフトがない場合には非点収差は発生しないために、非点収差補正用電極３６、３７はコマ収差補正用電極３３と同じ電圧を印加すればよい。
【００２４】
次に、ラディアル方向にレンズシフトが生じた場合、図１において対物レンズ瞳はコマ収差補正用電極３１〜３５および非点収差補正用３６、３７に対してＸ軸方向に移動する。すると、補正すべきコマ収差分布と位相補正素子により発生する位相分布の位置ズレに応じた非点収差が発生できる。
【００２５】
ディスクチルトにより発生するコマ収差Ｗ_３（Ｘ、Ｙ）は、（１）式で表される。
【００２６】
【数１】

【００２７】
ここで、Ｚ_３は３次のコマ収差係数であり、光源の波長λ、対物レンズのＮＡ、ディスクの厚さｔ、ディスクチルトの角度θなどから決まる。Ｘ軸方向に位置ズレが生じた場合、発生する収差はＷ_３のＸ方向の微分値に比例し、（２）式で表される。
【００２８】
【数２】

【００２９】
ここでＸ＝ｒ・ｃｏｓθ、Ｙ＝ｒ・ｓｉｎθとし、Ａ_ｋ（ただしｋ＝１、２および３）は定数とする。右辺第２項はデフォーカス成分であり、これはレンズのフォーカスサーボで補正できる。右辺第１項はＸ軸、Ｙ軸方向の非点収差であり、コマ収差の大きさＺ_３に比例して発生する。また式（２）の非点収差は、レンズシフトの大きさに応じて大きくなるため、レンズシフトが生じた光ヘッド装置のディスクチルトの許容量は小さい。
【００３０】
本発明の位相補正素子ではレンズシフトにより発生する非点収差を補正するために、非点収差補正用電極３６、３７を形成した。コマ収差補正用電極は光ディスクの半径方向であるラディアル方向（図１のＸ軸方向）のディスクチルトにより発生したコマ収差を補正するものであるため、図１のＸ軸方向に配された複数の電極により構成されている。
【００３１】
一方、非点収差補正用電極３６、３７はラディアル方向のレンズシフトにより発生する非点収差（Ｘ軸、Ｙ軸方向に発生）を補正するものであるため、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に配置すればよい。しかし、Ｘ軸方向にはすでにコマ収差補正用電極が配置されているために、充分な効果を得るのに必要な電極面積を得るためには、Ｙ軸方向（位相補正素子上における光記録媒体の接線方向に対応）に配置することが好ましい。すなわち、複数個の非点収差補正用電極は、複数個に分割されたコマ収差補正用電極の並ぶ方向と直交する方向に沿って並ぶように配置することが好ましい。
【００３２】
レンズシフトが生じた場合、発生する非点収差に応じて非点収差補正用電極３６、３７にはコマ収差補正用電極３３と異なる電圧を印加する。また、（２）式の非点収差はＸ軸およびＹ軸に対して対称であるため非点収差補正用電極３６と３７には同じ電圧を印加すればよい。
【００３３】
次に、本発明の光ヘッド装置に用いられる位相差発生手段の一例を述べる。コマ収差補正用電極３３には基準電圧として電圧Ｖ_ｃを印加し、またディスクチルト角に応じて変化する補正電圧をコマ収差補正電圧ΔＶ_θとし、かつレンズシフト量に応じて変化する補正電圧を非点収差補正電圧ΔＶ_Ｓとすると、コマ収差補正用電極３１、３５にはＶ_ｃ＋ΔＶ_θ、コマ収差補正用電極３２、３４にはＶ_ｃ−ΔＶ_θ、非点収差補正用電極３６、３７にはＶ_ｃ＋ΔＶ_Ｓを印加すればよい。位相補正素子の発生するコマ収差とレンズシフトにより生ずる非点収差は概ね比例するため、ΔＶ_θとΔＶ_Ｓは、εをラディアル方向のレンズシフトとして、（３）式の関係が成立するとしてよい。
【００３４】
【数３】

【００３５】
ここで、βは光学系により決まる比例係数であり、波長λが６６０ｎｍ、ＮＡが０．６５、ディスク厚が０．６ｍｍではβ／ε＝２〜３／ｍｍ程度である。
【００３６】
したがって、本発明の光ヘッド装置に用いられる位相差発生手段には、レンズシフトの大きさεに応じた電圧（ΔＶ_Ｓ）を非点収差補正電極に印加できる機能が必要である。また、（３）式により、非点収差補正電圧ΔＶ_Ｓはコマ収差補正電圧ΔＶ_θとレンズシフトの大きさεとの積に比例した電圧を印加できる機能を有することにより、適切に本発明における位相補正素子を制御することができる。
【００３７】
（３）式を用いると、主に組立誤差によるレンズシフトを原因とする非点収差を補正したい場合には、予め画像計測などの方法を用いてレンズシフト量εを測定し、駆動回路上でβとεとの積であるβεを固定係数として設定しておけば、ディスクチルトによるコマ収差補正電圧の制御に応じて自動的に非点収差を補正できるために、制御回路が簡易になり好ましい。一方、トラッキングサーボによるレンズシフト量により発生する非点収差を補正するためには、レンズシフト量εに応じて発生するトラッキングサーボ信号によってその都度、動的にΔＶ_Ｓを変化させる必要がある。
【００３８】
図１に例示した電極パターンの電極数、電極形状、さらに印加電圧数などは、波面収差の所望の補正性能、位相補正素子制御回路の製作コストなどにより最適化すればよく、例えばコマ収差補正用電極３１、３２を相似な複数の電極を同心的に配置することにより、より細かいステップで補正できるような構成にしてもよく、また同様に非点収差補正用電極３６、３７も複数に分割することでより細かいステップで補正できる構成にしてもよい。電極数を増やすと、より滑らかに波面収差を補正できるために収差補正性能は向上するが、電極数が増えるため信号線が増えたり、駆動回路が複雑になるなどの課題が生じる場合もある。
【００３９】
また、図１の例では、コマ収差補正用電極パターン内に非点収差補正用電極を形成したが、例えば、球面収差補正用電極パターン内に非点収差補正用電極を形成してもよい。非点収差補正用電極が形成された面に対向する面には、球面収差補正電極、コマ収差補正電極などを形成して、複数の収差成分を同時に補正できるようにしてもよい。
【００４０】
以上のように、本発明における位相補正素子では、コマ収差補正用電極３１〜３５に非点収差補正用電圧３６、３７を付け加えることで、レンズシフトが生じた場合においても、非点収差の発生を抑制しつつ、ディスクチルトによるコマ収差を補正できるために、レンズシフト許容量やディスクチルト許容量を拡大できる。
【００４１】
【実施例】
本例の光ヘッド装置は、ディスクチルトにより発生するコマ収差と光ディスクの厚さムラにより発生する球面収差を補正する位相補正素子を備えており、同時に非点収差を補正することができるため、レンズシフトが生じた場合においても広いディスクチルト許容量を確保できる。
【００４２】
本例において用いた位相補正素子は、図３の断面模式図で示したものと同じであり、透明電極２４ａには図１に示すコマ収差補正用電極３１〜３５と、非点収差補正用電極３６、３７が同一面上に形成されている。一方、透明電極２４ｂには、図５に示す球面収差補正用電極４１〜４５が備えられており、各電極面の中心（光軸）が一致するように位相補正素子は構成されており、図２に示した光ヘッド装置の位相補正素子４として組み込まれている。また、図１、図４に示したＸ軸方向は図２におけるラディアル方向、すなわち光ディスクの半径方向に一致している。
【００４３】
位相補正素子４には位相補正素子制御回路１０が接続されており、コマ収差補正用電極３３に電圧Ｖ_ｃ、コマ収差補正用電極３１、３５に電圧Ｖ_ｃ＋ΔＶ_θ、電コマ収差補正用極３２、３４に電圧Ｖ_ｃ−ΔＶ_θ、非点収差補正用電極３６、３７に電圧Ｖ_ｃ＋ΔＶ_Ｓが印加され、また球面収差補正用電極４１〜４５には補正用電圧が印加される。
【００４４】
ディスク厚さムラによる球面収差を補正する場合、球面収差補正用電極４１〜４５にそれぞれ異なる電圧を印加することにより球面収差補正位相分布が発生する。ここで、Ｘ軸方向にレンズシフトが生じた場合、Ｘ軸方向のコマ収差が発生するが、コマ収差補正用電極３１〜３５により発生するコマ収差位相分布、またはディスクチルトにより発生するコマ収差によりＸ軸方向のコマ収差を相殺できる。
【００４５】
一方、ディスクチルトによるコマ収差を補正するために、ディスクチルト量に応じた補正電圧ΔＶ_θを非点収差補正用電極に印加することにより、コマ収差補正位相分布を発生する。上述のとおり、Ｘ軸方向のレンズシフトが生じると、位相補正素子が発生するコマ収差に応じてＸ軸方向の非点収差が発生する。
【００４６】
この非点収差を補正するため、非点収差補正用電極３６、３７に上述の式（３）で示した電圧ΔＶ_Ｓを印加した。レンズシフト量εは、位相補正素子を光ヘッド装置に組み込んだ後に、画像計測によりＸ軸方向の位置ズレとして計測された。本例で計測されたεは０．０９ｍｍであり、比例係数β＝２．８としてΔＶ_Ｓ＝０．２５２ΔＶ_θとなるように位相補正素子制御回路を調整した。
【００４７】
図６に本発明における位相補正素子により得られた、波面収差（残留収差値）とディスクチルトとの関係のグラフ示す。ここで光源光の波長は６６０ｎｍ、対物レンズのＮＡは０．６５、対物レンズの瞳直径は３.１ｍｍ、光ディスクの厚さは０．６ｍｍであり厚さ誤差はない。図中実線（Ａ）はβε＝０．２５２としてレンズシフト補正を行った場合である。一方、破線（Ｂ）は比較のために、βε＝０としてレンズシフト補正を行わなかった場合である。全波面収差はレンズシフト補正の有無で変わらなかったものの、レンズシフト補正を行ったものは、非点収差を大きく減少することができた結果、光ディスクの信号品質を大幅に改善することができた。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ヘッド装置に搭載されている位相補正素子の、コマ収差補正用電極または球面収差補正用電極との同一基板表面に非点収差補正用電極を形成することにより、コマ収差または球面収差を補正できるとともにに非点収差も低減できるため、レンズシフトが生じた場合においてもディスクチルトの許容量を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における位相補正素子の電極パターンの一例を示す模式図。
【図２】本発明の光ヘッド装置の原理構成の一例を示す概念的断面図。
【図３】本発明における位相補正素子の一例を示す断面図。
【図４】ディスクチルト角１゜が発生したときの波面収差を示す図。
【図５】本発明における位相補正素子の電極パターンの一例を示す模式図。
【図６】実施例における波面収差（コマ収差と非点収差）のディスクチルト特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１：半導体レーザ
２：偏光ビームスプリッタ
３：コリメートレンズ
４：位相補正素子
５：４分の１波長板
６：対物レンズ
７：アクチュエータ
８：光ディスク
９：光検出器
１０：位相補正素子制御回路
１１：立ち上げミラー
２１ａ、２１ｂ：ガラス基板
２２：シール材
２３：液晶層
２４ａ、２４ｂ：電極
２５：絶縁膜
２６：配向膜
２７：電極引出部
２８：液晶分子
３１〜３５：コマ収差補正用電極
３６、３７：非点収差補正用電極
４１〜４５：球面収差補正用電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical head device for recording / reproducing information on an optical recording medium such as an optical disk or a magneto-optical disk.
[0002]
[Prior art]
A DVD, which is an optical disk, records digital information at a higher density than a CD, which is also an optical disk, and an optical head device for reproducing a DVD has a light source wavelength of 660 nm, which is shorter than the 780 nm of the CD, The numerical aperture (NA) of the lens is set to 0.6 to 0.65, which is larger than 0.45 of CD, so that the spot diameter focused on the optical disk surface is reduced.
However, due to the shortening of the wavelength of the light source light and the increase in the NA of the objective lens, the allowable amount of disc tilt in which the optical disc surface is tilted from the right angle with respect to the optical axis and the allowable amount of uneven thickness of the optical disc are reduced.
[0003]
The reason why these tolerances are small is that coma aberration occurs in the case of disc tilt, and spherical aberration occurs in the case of uneven thickness of the optical disc. Due to the difficulty of reading. In high-density recording, several methods have been proposed in order to increase the allowable amount of the optical head device for disc tilt and thickness unevenness.
[0004]
As one method, there is a method in which an axis for tilting is added to the actuator of the objective lens moving in the biaxial direction so that the objective lens is tilted according to the detected tilt angle. However, this additional method has problems that spherical aberration cannot be corrected and that the structure of the actuator is complicated.
[0005]
As another method, there is a method in which wavefront aberration is corrected by a phase correction element provided between the objective lens and the light source. In this correction method, it is possible to expand the allowable amount of disc tilt and the allowable amount of thickness unevenness only by incorporating an element into the optical head device without significantly modifying the actuator.
[0006]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-20263 discloses the above correction method for correcting a disc tilt using a phase correction element. This is because the voltage is applied to the divided electrodes formed by dividing the electrodes on each of the pair of substrates sandwiching the birefringent material such as liquid crystal constituting the phase correction element, and the birefringence is achieved. In this method, the substantial refractive index of the material is changed in accordance with the tilt angle of the optical disk, and the coma aberration generated by the tilt of the optical disk is corrected by the change of the phase (wavefront) of the transmitted light generated by the change of the refractive index. . Therefore, the phase distribution generated by the phase correction element needs to match the wavefront aberration distribution to be corrected.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the positional deviation that occurs when the phase correction element is incorporated in the optical head device and the movement of the objective lens during tracking servo, the electrode center (optical axis) of the phase correction element and the center of the objective lens (optical axis) When a so-called lens shift, which is a positional shift, occurs, the phase distribution generated by the phase correction element is shifted with respect to the wavefront aberration distribution to be corrected. As a result, the wavefront aberration correction performance is lowered and the signal characteristics are deteriorated. In particular, in the case of lens shift in coma aberration correction, astigmatism occurs due to the positional deviation of the coma aberration type phase distribution generated by the phase correction element, which has a great influence on the signal quality. The generation of astigmatism has become a problem in the recent increase in the density of recorded information, and means for solving this has been demanded.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above problems, a light source and an objective lens for converging on an optical recording medium the light emitted from the light source, the light source and the objective lens a phase correcting element for changing a wavefront of the outgoing light which is provided between, there is provided an optical head device and a control voltage generating means for outputting to said phase correction element a voltage for changing the wave front, the phase correcting element and a pair of transparent substrates which transparent electrodes are formed on the surface thereof, wherein a transparent liquid crystal layer sandwiched between the substrates, a transparent electrode for the transparent substrate surface of hand correcting the spherical surface aberration A spherical aberration correcting electrode is formed, and the other opposing transparent substrate surface is a coma aberration correcting electrode that is a transparent electrode for correcting coma aberration and a transparent electrode for correcting astigmatism. Astigmatism correction electrode Are, the astigmatism correcting electrode traverses and intersects the optical axis of the phase correcting element and, arranged along the direction perpendicular to the direction of arrangement of the coma aberration correcting electrode divided into a plurality Thus, there is provided an optical head device characterized by an even number of electrodes arranged on the phase correcting element .
[0010]
Further, when the positional deviation between the optical axes of said objective lens of the phase correcting element is generated in the radial direction of the optical recording medium, according to the amount of the positional deviation, the phase difference correction astigmatic There is provided the above optical head device having a phase difference generating means for generating between an aberration correcting electrode and an optical axis electrode through which the optical axis passes.
[0011]
Further, the phase difference generating means corrects the astigmatism by calculating a phase difference proportional to a product of a phase difference generated between the coma aberration correcting electrode and the optical axis electrode and an amount of the positional deviation. The above-described optical head device that is generated between the working electrode and the optical axis electrode is provided.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 2 shows an example of the principle configuration of the optical head device of the present invention. The optical head device shown in FIG. 2 is for recording and reproducing information on an optical disk 8 such as a CD or DVD as an optical recording medium. Light emitted from a semiconductor laser 1 as a light source is, for example, a hologram type polarized light. After passing through the beam splitter 2, it becomes parallel light by the collimating lens 3, passes through the phase correction element 4, passes through the quarter-wave plate 5, is reflected in the 90 ° direction by the rising mirror 11, and is reflected by the actuator 7. The light is condensed on the optical disk 8 by the installed objective lens 6. The condensed light is reflected by the optical disk 8 and sequentially passes through the objective lens 6, the rising mirror 11, the quarter-wave plate 5, the phase correction element 4, and the collimating lens 3 in the reverse order, and then the polarization beam splitter. 2 is diffracted by 2 and enters the photodetector 9. When the light emitted from the semiconductor laser 1 is reflected by the optical disk 8, the reflected light is modulated by the information recorded on the surface of the optical disk, and the recorded information can be read by the photodetector 9.
[0013]
The polarization beam splitter 2 includes, for example, a polarization hologram, and strongly diffracts light having a polarization component in the anisotropic direction (direction in which there is a difference in refractive index) and guides it to the photodetector 9. A voltage is output to the phase correction element 4 by the phase correction element control circuit 10 serving as a control voltage generation unit so that the intensity of, for example, a reproduction signal of the optical disk obtained from the photodetector 9 is optimized. The voltage output from the phase correction element control circuit 10 is a voltage corresponding to the disc tilt or thickness unevenness, and is a substantially changing voltage applied to the electrode of the phase correction element 4.
[0014]
Next, the configuration of the phase correction element used in the present invention will be described with reference to FIG. The

transparent substrates

21a and 21b are bonded to each other by a sealing material 22 mainly composed of an epoxy resin, for example, to form a liquid crystal cell. Glass, acrylic resin, epoxy resin, vinyl chloride resin, polycarbonate, or the like can be used for the

transparent substrates

21a and 21b, but a glass substrate is preferable from the viewpoint of durability. Therefore, the case where glass is used as the material of the substrate will be described below.
[0015]
The sealing material 22 contains, for example, a glass spacer and a conductive spacer in which, for example, a resin surface is coated with gold or the like. On the inner surface of the glass substrate 21a, an electrode 24a from the inner surface, an insulating film 25a mainly composed of silica and the alignment film 26a are arranged in this order, and on the inner surface of the glass substrate 21b, the electrode 24b and silica are formed from the inner surface. An insulating film 25b and an alignment film 26b whose main components are, for example, are coated in this order. An antireflection film may be coated on the outer surface of the liquid crystal cell.
[0016]
The electrode 24a is wired in a pattern so that it can be connected to the phase correction element control circuit by a flexible substrate or the like at the electrode lead-out portion 27. The electrode 24b is electrically connected to the electrode 24a formed on the glass substrate 21a by the conductive spacer coated with the above-described gold or the like. Therefore, the electrode 24b is connected to the phase correction element by the connection line at the electrode lead-out portion 27. Can be connected to the control circuit. FIG. 3 does not show that the electrode 24b and the electrode 24a are in contact with the sealing material 22, but the electrode 24b and the electrode 24a are in contact with the sealing material parallel to the paper surface, and both electrodes are electrically connected through the conductive spacer. ing. The liquid crystal cell is filled with liquid crystal to form a liquid crystal layer 23, and the liquid crystal molecules 28 shown in FIG. 3 are in a homogeneous alignment state aligned in one direction. The liquid crystal used is preferably a nematic liquid crystal used in a display or the like, and may be twisted.
[0017]
Alignment film 26a, as the material of the 26b, the pretilt angle of the liquid crystal molecules 28 are preferred if 2-10 °, which was rubbed in the lateral direction in parallel to the polyimide film to the sheet of FIG. 3 or a silica membrane was obliquely deposited Things are good. The material of the

electrodes

24a and 24b is preferably high in transmittance, and a transparent conductive film such as an ITO film may be used.
[0018]
The configuration necessary for the function of changing the wavefront using the phase correction element has been described above. However, the function of the wavelength plate 5 and the polarization beam splitter 2 is obtained by laminating the wave plate and the polarization hologram on the phase correction element 4. Can be included in the phase correction element 4 together. In this case, the number of optical components constituting the optical head device is reduced, which facilitates assembly and adjustment, and is preferable because productivity is improved.
[0019]
In addition, the phase correction element 4 can be laminated with a dichroic aperture limiting layer or the like for changing the beam diameter according to the wavelength of the diffraction grating or the light source, and can be directly formed on the outer surface of the

glass substrates

21a and 21b. However, it is preferable because productivity is improved as compared to adding individual parts. When laminating wave plates, they may be directly bonded to a glass substrate on the optical disc side or a laminated glass substrate may be further laminated.
[0020]
Next, a method for correcting wavefront aberration using the phase correction element of the present invention will be described. FIG. 4 shows the distribution of coma aberration generated by the disc tilt. The light source wavelength is 660 nm, the objective lens NA is 0.65, the optical disc thickness is 0.6 mm, and the disc tilt angle is 1 °.
[0021]
FIG. 1 shows an example of an electrode pattern of a phase correction element according to the present invention, which corrects coma generated by a disc tilt in the radial direction (X-axis direction in the figure), which is the radial direction of the optical disc. The divided coma aberration correcting electrodes 31 to 35 and

astigmatism correcting electrodes

36 and 37 are obtained by patterning the electrode 24a in the phase correcting element illustrated in FIG. 3 by using a photolithography technique.
[0022]
First, when there is no lens shift, that is, when the center of the electrode coincides with the center of the objective lens pupil (dashed line in FIG. 1), the phase distribution generated by the coma aberration correcting electrodes 31 to 35 and the coma shown in FIG. Since the aberration distributions are almost the same, the coma generated by the disc tilt can be corrected correctly. Specifically, the shape of the coma aberration correcting electrodes 31 to 35 is determined so that a phase distribution having the same magnitude and the opposite sign as the coma aberration distribution of FIG. 4 is generated, and an appropriate voltage is applied to each electrode. Good.
[0023]
Further, since the coma

aberration correcting electrodes

31 and 35 and the coma

aberration correcting electrodes

32 and 34 generate substantially the same phase difference, the same voltage may be applied. Since no astigmatism occurs when there is no lens shift, the

astigmatism correction electrodes

36 and 37 may be applied with the same voltage as the coma aberration correction electrode 33.
[0024]
Next, when a lens shift occurs in the radial direction, the objective lens pupil in FIG. 1 moves in the X-axis direction with respect to the coma aberration correcting electrodes 31 to 35 and the

astigmatism correcting electrodes

36 and 37. As a result, astigmatism corresponding to the positional deviation between the coma aberration distribution to be corrected and the phase distribution generated by the phase correction element can be generated.
[0025]
The coma aberration W ₃ (X, Y) generated by the disc tilt is expressed by the equation (1).
[0026]
[Expression 1]

[0027]
Here, Z ₃ is a third-order coma aberration coefficient, which is determined from the light source wavelength λ, the objective lens NA, the disc thickness t, the disc tilt angle θ, and the like. When a positional shift occurs in the X-axis direction, the generated aberration is proportional to the differential value of W _{3 in} the X direction, and is expressed by equation (2).
[0028]
[Expression 2]

[0029]
Here, X = r · cos θ, Y = r · sin θ, and A _k (where k = 1, 2, and 3) are constants. The second term on the right side is a defocus component, which can be corrected by the lens focus servo. The first term on the right side X-axis, a astigmatism in the Y-axis direction, generated in proportion to the magnitude Z ₃ coma. In addition, the astigmatism of the expression (2) increases according to the size of the lens shift, so that the disc tilt tolerance of the optical head device in which the lens shift has occurred is small.
[0030]
In the phase correction element of the present invention,

astigmatism correction electrodes

36 and 37 are formed in order to correct astigmatism caused by lens shift. The coma aberration correcting electrode corrects the coma aberration generated by the disc tilt in the radial direction (X-axis direction in FIG. 1) which is the radial direction of the optical disk. Therefore, a plurality of coma aberration correcting electrodes are arranged in the X-axis direction in FIG. It is comprised by the electrode.
[0031]
On the other hand, the

astigmatism correction electrodes

36 and 37 are for correcting astigmatism (generated in the X-axis and Y-axis directions) generated by the lens shift in the radial direction, and are therefore arranged in the X-axis direction or the Y-axis direction. do it. However, since the coma aberration correcting electrode is already arranged in the X-axis direction, in order to obtain an electrode area necessary for obtaining a sufficient effect, the Y-axis direction (optical recording medium on the phase correcting element) (Corresponding to the tangential direction)). That is, it is preferable that the plurality of astigmatism correction electrodes be arranged along a direction orthogonal to the direction in which the plurality of coma aberration correction electrodes are arranged.
[0032]
When a lens shift occurs, a voltage different from that of the coma aberration correction electrode 33 is applied to the

astigmatism correction electrodes

36 and 37 in accordance with the generated astigmatism. Further, since the astigmatism in the expression (2) is symmetric with respect to the X axis and the Y axis, the same voltage may be applied to the

astigmatism correction electrodes

36 and 37.
[0033]
Next, an example of the phase difference generating means used in the optical head device of the present invention will be described. The voltage V _c is applied as a reference voltage to the coma aberration correcting electrode 33, also a correction voltage that varies depending on the correction voltage that varies according to the disc tilt angle and coma correction voltage [Delta] V _theta, and the lens shift amount When the astigmatism correction voltage ΔV _S is used, V _c + ΔV _θ is applied to the coma

aberration correction electrodes

31 and 35, V _c −ΔV _θ is applied to the coma

aberration correction electrodes

32 and 34, and

astigmatism correction electrodes

36 and 37 are used. V _c + ΔV _S may be applied to. Since the coma generated by the phase correction element and the astigmatism generated by the lens shift are approximately proportional, ΔV _θ and ΔV _S may satisfy the relationship of the expression (3) with ε as the lens shift in the radial direction.
[0034]
[Equation 3]

[0035]
Here, β is a proportionality coefficient determined by the optical system. When the wavelength λ is 660 nm, the NA is 0.65, and the disc thickness is 0.6 mm, β / ε = 2 to 3 / mm.
[0036]
Therefore, the phase difference generating means used in the optical head device of the present invention needs to have a function capable of applying a voltage (ΔV _S ) corresponding to the lens shift magnitude ε to the astigmatism correction electrode. Further, according to the expression (3), the astigmatism correction voltage ΔV _S has a function capable of applying a voltage proportional to the product of the coma aberration correction voltage ΔV _θ and the lens shift magnitude ε. The phase correction element can be controlled.
[0037]
When the expression (3) is used, when it is desired to correct astigmatism caused mainly by a lens shift due to an assembly error, the lens shift amount ε is measured in advance using a method such as image measurement and If βε, which is the product of β and ε, is set as a fixed coefficient, astigmatism can be automatically corrected according to the control of the coma aberration correction voltage by the disc tilt, which is preferable because the control circuit is simplified. . On the other hand, in order to correct the astigmatism generated by the lens shift amount by the tracking servo, it is necessary to dynamically change ΔV _S each time by the tracking servo signal generated according to the lens shift amount ε.
[0038]
The number of electrodes, the electrode shape, and the number of applied voltages in the electrode pattern illustrated in FIG. 1 may be optimized depending on the desired wavefront aberration correction performance, the manufacturing cost of the phase correction element control circuit, and the like. The

electrodes

31 and 32 may be configured to be corrected in finer steps by concentrically arranging a plurality of similar electrodes. Similarly, the

astigmatism correction electrodes

36 and 37 are also divided into a plurality of parts. Thus, the configuration may be such that correction can be performed in finer steps. Increasing the number of electrodes improves the aberration correction performance because wavefront aberrations can be corrected more smoothly. However, there are cases where the number of electrodes increases and signal lines increase or the drive circuit becomes complicated.
[0039]
In the example of FIG. 1, the astigmatism correction electrode is formed in the coma aberration correction electrode pattern. However, for example, the astigmatism correction electrode may be formed in the spherical aberration correction electrode pattern. A spherical aberration correction electrode, a coma aberration correction electrode, or the like may be formed on the surface opposite to the surface on which the astigmatism correction electrode is formed so that a plurality of aberration components can be corrected simultaneously.
[0040]
As described above, in the phase correction element according to the present invention, astigmatism occurs even when a lens shift occurs by adding the

astigmatism correction voltages

36 and 37 to the coma aberration correction electrodes 31 to 35. Since the coma aberration due to the disc tilt can be corrected while suppressing the above, the lens shift tolerance and the disc tilt tolerance can be increased.
[0041]
【Example】
The optical head device of this example includes a phase correction element that corrects coma aberration caused by disc tilt and spherical aberration caused by thickness unevenness of the optical disc, and can simultaneously correct astigmatism. Even when a shift occurs, a wide disc tilt tolerance can be secured.
[0042]
The phase correction element used in this example is the same as that shown in the schematic sectional view of FIG. 3, and the transparent electrode 24a includes the coma aberration correction electrodes 31 to 35 shown in FIG. 1 and the astigmatism correction electrode. 36 and 37 are formed on the same surface. On the other hand, the transparent electrode 24b is provided with the spherical aberration correcting electrodes 41 to 45 shown in FIG. 5, and the phase correcting element is configured so that the centers (optical axes) of the electrode surfaces coincide with each other. 2 is incorporated as the phase correction element 4 of the optical head device shown in FIG. Also, the X-axis direction shown in FIGS. 1 and 4 coincides with the radial direction in FIG. 2, that is, the radial direction of the optical disc.
[0043]
A phase correction element control circuit 10 is connected to the phase correction element 4, and the voltage V _c is applied to the coma aberration correction electrode 33, the voltage V _c + ΔV _θ is applied to the coma

aberration correction electrodes

31, 35, and the electro coma aberration correction pole. 32 to the voltage _V c - [Delta] V _theta, astigmatic

aberration correcting electrodes

36 and 37 the voltage _{V c} + [Delta] V _S is applied, also the correction voltage is applied to the spherical aberration correcting electrode 41-45.
[0044]
When correcting spherical aberration due to disc thickness unevenness, spherical aberration correction phase distribution is generated by applying different voltages to the spherical aberration correction electrodes 41 to 45, respectively. Here, when a lens shift occurs in the X-axis direction, coma aberration in the X-axis direction occurs, but due to coma phase distribution generated by the coma aberration correcting electrodes 31 to 35 or coma aberration generated by the disc tilt. The coma aberration in the X-axis direction can be canceled out.
[0045]
On the other hand, in order to correct the coma aberration due to disk tilt, by applying a correction voltage [Delta] V _theta corresponding to disc tilt amount astigmatism correcting electrode, generates a coma aberration correcting phase distribution. As described above, when a lens shift in the X-axis direction occurs, astigmatism in the X-axis direction occurs according to the coma aberration generated by the phase correction element.
[0046]
In order to correct this astigmatism, the voltage ΔV _S shown in the above equation (3) was applied to the

astigmatism correction electrodes

36 and 37. The lens shift amount ε was measured as a positional deviation in the X-axis direction by image measurement after the phase correction element was incorporated into the optical head device. The ε measured in this example was 0.09 mm, and the phase correction element control circuit was adjusted so that ΔV _S = 0.252ΔV _θ with the proportionality coefficient β = 2.8.
[0047]
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the wavefront aberration (residual aberration value) and the disc tilt obtained by the phase correction element of the present invention. Here, the wavelength of the light source light is 660 nm, the NA of the objective lens is 0.65, the pupil diameter of the objective lens is 3.1 mm, the thickness of the optical disk is 0.6 mm, and there is no thickness error. The solid line (A) in the figure is the case where lens shift correction is performed with βε = 0.252. On the other hand, the broken line (B) shows a case where the lens shift correction is not performed with βε = 0 for comparison. Although the total wavefront aberration did not change with or without lens shift correction, those with lens shift correction were able to greatly reduce astigmatism, resulting in a significant improvement in optical disc signal quality. .
[0048]
【The invention's effect】
As described above, the astigmatism correction electrode is formed on the same substrate surface as the coma aberration correction electrode or the spherical aberration correction electrode of the phase correction element mounted on the optical head device of the present invention. Since coma or spherical aberration can be corrected and astigmatism can be reduced, the allowable amount of disc tilt can be increased even when a lens shift occurs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an electrode pattern of a phase correction element in the present invention.
FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view showing an example of the principle configuration of the optical head device of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a phase correction element in the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing wavefront aberration when a disc tilt angle of 1 ° occurs.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of an electrode pattern of a phase correction element in the present invention.
FIG. 6 is a graph showing disc tilt characteristics of wavefront aberration (coma and astigmatism) in Examples.
[Explanation of symbols]
1: Semiconductor laser 2: Polarizing beam splitter 3: Collimating lens 4: Phase correction element 5: Quarter wavelength plate 6: Objective lens 7: Actuator 8: Optical disk 9: Photo detector 10: Phase correction element control circuit 11: Rising

mirrors

21a, 21b: Glass substrate 22: Sealing material 23:

Liquid crystal layer

24a, 24b: Electrode 25: Insulating film 26: Alignment film 27: Electrode extraction part 28: Liquid crystal molecules 31-35: Electrode 36 for correcting coma aberration, 37: Astigmatism correction electrodes 41 to 45: Spherical aberration correction electrodes

Claims

A light source, an objective lens for converging on an optical recording medium the light emitted from the light source, and the phase correcting element for changing a wavefront of the outgoing light which is provided between the light source and the objective lens, An optical head device comprising control voltage generating means for outputting a voltage for changing a wavefront to the phase correction element,
Wherein the phase correcting element and a pair of transparent substrates which transparent electrodes are formed on the surface thereof, wherein a liquid crystal layer sandwiched between the transparent substrates, for the transparent substrate surface of hand correcting the spherical surface aberration A spherical aberration correction electrode, which is a transparent electrode, is formed , and a coma aberration correction electrode, which is a transparent electrode for correcting coma aberration, and a transparent electrode, for correcting astigmatism , are formed on the other opposing transparent substrate surface. An astigmatism correction electrode is formed,
The astigmatism correction electrode crosses the optical axis of the phase correction element and crosses the optical axis of the phase correction element, and the phase is arranged in a direction orthogonal to the direction in which the coma aberration correction electrodes divided into a plurality are arranged. An optical head device comprising an even number of electrodes arranged on a correction element .

When said positional deviation between the optical axis of the optical axis of the phase correcting element objective lens is generated in the radial direction of the optical recording medium, in response to said amount of misalignment, the astigmatism correcting the phase difference correction 2. The optical head device according to claim 1, further comprising phase difference generating means for generating between the electrode for use and the optical axis electrode through which the optical axis passes.

The phase difference generating means calculates a phase difference proportional to a product of a phase difference generated between the coma aberration correcting electrode and the optical axis electrode and an amount of the positional deviation as the astigmatism correcting electrode. 3. The optical head device according to claim 2 , wherein the optical head device is generated between the optical axis electrode and the optical axis electrode.