JP4648633B2 - Liquid crystal optical element and optical device - Google Patents
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本発明は、位相変調用の液晶光学素子及びこれを用いた光学装置に関するものであり、特にレーザ光等の干渉性の高い光ビーム(高干渉性光)の波面収差を補正するための液晶光学素子及びこれを用いた光学装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal optical element for phase modulation and an optical apparatus using the same, and in particular, liquid crystal optics for correcting wavefront aberration of a light beam (high coherence light) such as laser light. The present invention relates to an element and an optical device using the element.
DVD、次世代高密度DVD等の記録媒体の読取り又は書込みを行う光ピックアップ装置では、図8(a)に示すように、光源1からの光ビームをコリメータレンズ2によってほぼ平行光に変換し、対物レンズ3によって記録媒体4へ集光させ、記録媒体4からの反射光ビームを受光して光強度信号を発生させている。このような光ピックアップ装置で記録媒体4の読取り又は書込みを行う際には、対物レンズ3によって光ビームを正確に記録媒体4のトラック上に集光させる必要がある。
In an optical pickup device that reads or writes a recording medium such as a DVD or a next-generation high-density DVD, the light beam from the
しかしながら、記録媒体4中のトラック面上の光透過保護層の厚みムラ(図8(a)のB方向)等によって、対物レンズ3からトラック面までの距離が一定にならない、又は常に同じように光スポットを集光することができない場合がある。また、記録媒体4の記録容量を上げるために、複数のトラック面を記録媒体4中に設けた場合には、対物レンズ3と各トラック面との位置関係を調整する必要もある。
However, the distance from the
このように、対物レンズ3とトラック面との間の距離にムラが生じると、記録媒体4の基板内には、球面収差が生じ、記録媒体4からの反射光ビームに基づいて発生される光強度信号を劣化させる原因となる。対物レンズ3の入射瞳位置で換算した球面収差20の一例を図8(b)に示す。また、複数のトラック面を記録媒体中に設けた場合には、対物レンズ3の焦点位置にある第1トラック面以外の第2トラック面の読取り又は書込みの際に球面収差が生じ、同様に、記録媒体4からの反射光ビームに基づいて発生される光強度信号を劣化させる原因となる。
As described above, when unevenness occurs in the distance between the
そこで、図9に示すように、コリメータレンズ2と対物レンズ3との間に液晶光学素子5を配置し、記録媒体4の基板中に生じる球面収差を補正させる試みがある(例えば、特許文献1参照。)。このような液晶光学素子5は、液晶に生じる電位差に応じて液晶の配向性が変化することを利用し、液晶を通過する光ビームの位相を変化させ、それによって球面収差を相殺するように働く。
Therefore, as shown in FIG. 9, there is an attempt to correct the spherical aberration generated in the substrate of the recording medium 4 by arranging the liquid crystal
このような球面収差補正用の液晶光学素子5に印加される電圧に応じて、液晶に位相分布を生じさせるための透明電極パターン40の一例を図10(a)に示す。図10(a)では、有効径10の範囲内に9つの同心円状の電極パターン41〜49が設けられている。各領域には、図10(b)に示すような電圧21が印加されている。図10(a)に示すような電極パターン40に図10(b)に示すような電圧21が印加されると、対向する透明電極との間に電位差を生じ、その間の液晶の配向性が電位差に応じて変化する。したがって、この部分を通過する光ビームは、その位相を電位差に応じて進ませるような作用を受ける。これにより、記録媒体4の基板中に生じる球面収差20が、図10(c)に示す球面収差22のように補正される。なお、透明電極パターン40へは、配線6(図9参照)を通じて電圧が印加される。
FIG. 10A shows an example of the
しかしながら、前述した記録媒体4の基板中に球面収差が発生する問題の他に、記録媒体4のトラックと対物レンズ3の光軸とがずれる(軸ずれ)問題も発生する。そこで、図11に示すように、対物レンズ3の光軸を記録媒体4のトラックに追従させるために、トラッキング用のアクチュエータ7が対物レンズ3に取付けられている。また、アクチュエータ7は、電力を供給するための配線8を有している。アクチュエータ7が、図中の矢印Aの方向に対物レンズ3を移動させることによって、対物レンズ3によって集光される光ビームが正確に記録媒体4のトラックに追従する。
However, in addition to the problem of spherical aberration occurring in the substrate of the recording medium 4 described above, there also arises a problem that the track of the recording medium 4 and the optical axis of the
また、コンパクトディスク(CD)やデジタルビデオディスク(DVD)等の記録媒体への読取り又は書込みを行う光ピックアップ装置では、図12(a)に示すように、光源1からの光ビームをコリメータレンズ2によってほぼ平行光に変換し、対物レンズ3によって記録媒体14へ集光させ、記録媒体14からの反射光ビームを受光して情報信号を発生させている。このような光ピックアップ装置では、記録媒体の読取り又は書込みを行う際には、対物レンズ3によって集光された光ビームを正確に記録媒体14のトラック上に追従させる必要がある。しかしながら、記録媒体14のそり又は曲がり、記録媒体14の駆動機構の欠陥等によって、記録媒体14に傾きが生じる場合がある。このように、対物レンズ3によって集光された光ビームの光軸が記録媒体14のトラックに対して傾くことによって、記録媒体14の基板内には、コマ収差が生じるため、対物レンズ3の入射瞳位置で換算すると、図12(b)に示すようなコマ収差120を生じ、記録媒体14からの反射光ビームに基づいて発生される情報信号を劣化させる原因となる。
Further, in an optical pickup device that reads or writes data on a recording medium such as a compact disc (CD) or a digital video disc (DVD), as shown in FIG. Thus, the light is converted into substantially parallel light, condensed by the
そこで、図13に示すように、コリメータレンズ2と対物レンズ3との間に液晶光学素子15を配置し、記録媒体14の傾きから生じるコマ収差を補正させる試みがある(例えば、特許文献2参照)。このような液晶光学素子15では、液晶に生じる電位差に応じて液晶の配向性が変化することを利用し、液晶を通過する光ビームの位相を変化させ、それによってコマ収差を相殺しようとするものである。
Therefore, as shown in FIG. 13, there is an attempt to correct the coma caused by the inclination of the
このようなコマ収差補正用の液晶光学素子15に印加される電圧に応じて、液晶に位相分布を生じさせるための透明電極パターン30を図14(a)に示す。図14(a)では、液晶光学素子15に入射される光ビームの有効径10とほぼ同じ大きさの領域内に、位相を進ませるための2つの領域32及び33、位相を遅らせるための2つの領域34及び35を有している。また、図中31は、基準電位を印加するための領域である。
A
領域32及び33に対して正(+)の電圧を印加すると、対向する透明電極(図示していない)との間に電位差を生じ、その間の液晶の配向性が電位差に応じて変化する。したがって、一般的なP型液晶の場合、この部分を通過する光ビームは、その位相を進められるような作用を受ける。領域34及び35に対して負(−)の電圧を印加すると、対向する透明電極(図示していない)との間に電位差を生じ、その間の液晶の配向性が電位差に応じて変化する。したがって、一般的なP型液晶の場合、この部分を通過する光ビームは、その位相を遅らせるような作用を受ける。領域31には、基準電位(例えばこの場合は0vと考える)が印加される。透明電極パターン30へは、配線6(図13参照)を通じて電圧が印加されている。
When a positive (+) voltage is applied to the
図14(b)に、X軸上において各領域に印加される電圧121を示す。このような電圧が透明電極パターン30に印加されることによって、コマ収差120が補正される。図14(c)に、補正後のコマ収差122を示す。図14(c)に示されるように、液晶光学素子15を用いることで、記録媒体14の基板内に生じるコマ収差が抑制されるように補正される。
FIG. 14B shows the
しかしながら、前述した記録媒体14が傾く問題の他に、記録媒体14のトラックと対物レンズ3の光軸とがずれる(光軸ずれ)問題も発生する。そこで、図15に示すように、対物レンズ3の光軸を記録媒体14のトラックに追従させるために、トラッキング用のアクチュエータ7が対物レンズ3に取付けられる。また、アクチュエータ7は、電力を供給するための配線8を有している。アクチュエータ7が、図中の矢印Aの方向に対物レンズ3を移動させることによって、対物レンズ3によって集光される光ビームが正確に記録媒体14のトラックに追従するように補正される(図15において、光ビーム11が、光ビーム12へ補正される)。
However, in addition to the above-described problem that the
上記の2つの例では、液晶光学素子5及び15を正確に機能させるために、液晶光学素子5及び15に形成されている電極パターン40及び30の中心と、対物レンズ3の光軸とを、数μmの精度で取付ける必要があった。そこで、中心軸合わせ用の位置決めマークがそれぞれに形成された対物レンズと位相制御素子をホルダーに固定することで、光学装置の組み立て時に生じる対物レンズと位相制御素子の偏心を許容値以下に安定して保持するという試みがある(例えば、特許文献3参照。)。この技術を先に説明した光学装置に適用した場合として説明すると、各液晶光学素子5及び15の電極パターン40及び30の位置と対物レンズ3の位置決めを高精度に行うことは肉眼では不可能であるので、対物レンズ3と液晶光学素子5及び15をビデオカメラ等で撮影し、拡大等の画像処理を行いながら画面上で位置合わせを行う必要があった。したがって、対物レンズ3と、液晶光学素子5及び15との位置合わせのためだけに煩雑な工程が必要となり、しいては、素子や装置のコストアップを誘引する理由となっていた。
In the above two examples, in order for the liquid crystal
そこで、本発明は、煩雑な位置合わせ工程を必要としない液晶光学素子及びそのような液晶光学素子を用いた光学装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid crystal optical element that does not require a complicated alignment step and an optical device using such a liquid crystal optical element.
上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学素子は、光源からの光ビームを記録媒体へ集光するための対物レンズと一体的に構成され、第1の透明基板と、第2の透明基板と、第1及び第2の透明基板の間に封入された液晶と、第1又は第2の透明基板の一方に形成された波面収差用の電極パターンであって光ビームの位相を進ませる又は遅らせることによって光ビームの波面収差を補正するため領域を有し、領域が光ビームの有効径の内側領域にのみ配置されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a liquid crystal optical element according to the present invention is configured integrally with an objective lens for condensing a light beam from a light source onto a recording medium, and includes a first transparent substrate, a second transparent substrate, and a second transparent substrate. A wavefront aberration electrode pattern formed on one of the transparent substrate, the liquid crystal sealed between the first and second transparent substrates, and the first or second transparent substrate, and advances the phase of the light beam. It has a region for correcting wavefront aberration of the light beam by delaying or delaying, and the region is arranged only in the inner region of the effective diameter of the light beam.
また、上記課題を解決するために、本発明に係る光学装置は、光源と、光源からの光ビームを前記記録媒体へ集光するための対物レンズと、対物レンズと一体的に構成された液晶光学素子とを有し、液晶光学素子は、
第1の透明基板と、第2の透明基板と、第1及び第2の透明基板の間に封入された液晶と、第1又は第2の透明基板の一方に形成された波面収差用の電極パターンであって光ビームの位相を進ませる又は遅らせることによって光ビームの波面収差を補正するため領域を有し、領域が光ビームの有効径の内側領域にのみ配置されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an optical device according to the present invention includes a light source, an objective lens for condensing a light beam from the light source onto the recording medium, and a liquid crystal configured integrally with the objective lens. An optical element, and a liquid crystal optical element is
A first transparent substrate, a second transparent substrate, a liquid crystal sealed between the first and second transparent substrates, and a wavefront aberration electrode formed on one of the first or second transparent substrates A pattern having a region for correcting wavefront aberration of the light beam by advancing or retarding the phase of the light beam, and the region is arranged only in an inner region of the effective diameter of the light beam .
さらに、本発明に係る液晶光学素子及び光学装置では、電極パターンは、球面収差用の電極パターンであることが好ましい。 Furthermore, in the liquid crystal optical element and the optical device according to the present invention, the electrode pattern is preferably a spherical aberration electrode pattern.
さらに、本発明に係る液晶光学素子及び光学装置では、電極パターンは、光ビームの位相を進ませるため又は遅らせるための複数の小領域を有することが好ましい。 Further, in the liquid crystal optical element and the optical device according to the present invention, the electrode pattern preferably has a plurality of small regions for advancing or delaying the phase of the light beam.
さらに、本発明に係る液晶光学素子及び光学装置では、前記電極パターンは、コマ収差用の電極パターンであることが好ましい。 Furthermore, in the liquid crystal optical element and the optical device according to the present invention, the electrode pattern is preferably an electrode pattern for coma aberration.
さらに、本発明に係る液晶光学素子及び光学装置では、電極パターンは、光ビームの位相を進ませるための第1の領域、光ビームの位相を遅らせるための第2の領域、及び光ビームの位相を実質的に変更しない第3の領域を有することが好ましい。 Furthermore, in the liquid crystal optical element and the optical device according to the present invention, the electrode pattern includes a first region for advancing the phase of the light beam, a second region for retarding the phase of the light beam, and the phase of the light beam. It is preferable to have a third region that does not substantially change
さらに、本発明に係る液晶光学素子及び光学装置では、領域が、光ビームの有効径から10μm〜75μm内側に設定されていることが好ましい。 Furthermore, in the liquid crystal optical element and the optical device according to the present invention, it is preferable that the region is set to the inside of 10 μm to 75 μm from the effective diameter of the light beam.
さらに、本発明に係る光学装置では、対物レンズの軸ずれを補正するために、対物レンズを移動させるトラッキング手段を有することが好ましい。 Furthermore, the optical apparatus according to the present invention preferably has a tracking means for moving the objective lens in order to correct the axial deviation of the objective lens.
さらに、本発明に係る光学装置では、電極パターンに電圧を印加するための電圧印加手段を有することが好ましい。 Furthermore, the optical device according to the present invention preferably has voltage applying means for applying a voltage to the electrode pattern.
本発明によれば、波面収差を補正するための領域が、光ビームの有効径の内側領域に設定されているので、簡単に液晶光学素子を対物レンズに固定、取付け又は一体化することが可能となる。 According to the present invention, since the area for correcting the wavefront aberration is set in the area inside the effective diameter of the light beam, the liquid crystal optical element can be easily fixed, attached or integrated with the objective lens. It becomes.
また、本発明によれば、対物レンズと液晶光学素子との間の取付け誤差に係わらず、充分な波面収差補正を行うことが可能となる。 In addition, according to the present invention, it is possible to perform sufficient wavefront aberration correction regardless of the mounting error between the objective lens and the liquid crystal optical element.
以下図面を参照して、本発明に係る液晶光学素子及び光学装置について説明する。 A liquid crystal optical element and an optical device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の第2の実施形態に係る液晶光学素子を用いた光学装置100を図1に示す。
An
図1において、光源1から出射された光ビーム(405nm)は、コリメータレンズ2によって、有効径10を有するほぼ平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ50を通過した後、液晶光学素子70を経て、1/4波長板55に入射する。液晶光学素子70を通過した光ビームは、対物レンズ13(開口率NA=0.85)により記録媒体104に集光される。本実施形態において、有効径10(φ)は3mmに設定されている。
In FIG. 1, the light beam (405 nm) emitted from the
記録媒体104から反射された光ビームは、再び対物レンズ13、1/4波長板55及び液晶光学素子70を経て、偏光ビームスプリッタ50により光路を変更され、集光レンズ51を介して受光器52に集光される。光ビームは、記録媒体104により反射される際に、記録媒体104のトラック面上に記録されている情報(ピット)によって振幅変調されている。受光器52は、受光した光ビームを光強度信号として出力する。この光強度信号(RF信号)から記録情報が読み出される。
The light beam reflected from the
また、記録媒体104に書込みを行う場合には、書込みを行うためのデータ信号に応じて光源1から出射された光ビームの強度を変調し、変調された光ビームによって記録媒体を照射する。記録媒体では、光ビームの強度に応じて、ディスクに挟まれた薄膜の屈折率や色が変化し、又はピットの起状が生じることで、データが書き込まれる。なお、光ビームの強度変調は、光源1に用いる半導体レーザ素子に流す電流を変調すること等によって行うことができる。
When writing to the
対物レンズ13には、トラッキング用のアクチュエータ7が取付けられている。アクチュエータ7が、図中の矢印Aの方向に対物レンズ13を移動することによって、対物レンズ13によって集光される光ビームが、記録媒体104のトラックに正確に追従する。アクチュエータ7には、駆動のための配線8が取付けられている。液晶光学素子70には後述する透明電極パターンを駆動するための配線54が取付けられている。
A tracking actuator 7 is attached to the
液晶光学素子70は、後述するように、図3(a)及び/又は図6(a)に示されるような球面収差補正用の透明電極パターン40(及び/又はコマ収差補正用の透明電極パターン30)と言った波面収差補正用の透明電極パターンを有している。
As will be described later, the liquid crystal
記録媒体104は、次世代の高密度DVDであり、直径12cm、厚さ1.2mmの円盤形状を有している。また、情報が記録されるトラック面の上には、約0.1mmのポリカーボネイト等から構成される光透過保護層が設けられている。また、トラックピッチは、従来のDVDの約2倍(0.32μm)であり、405nmの青色レーザ(1)及び開口率(NA)=0.85の対物レンズ(13)を用いて光スポット面積を従来のDVDの約1/5として、片面で最大約27GBの容量を実現するものである。
The
このような記録媒体104では、従来のDVDに比べて更にトラック面を保護する光透過保護層の厚さムラに起因する球面収差によって、受光器52から出力される光強度信号が劣化してしまう。そこで、制御回路53は、受光器52からの光強度信号に基づいて球面収差を検出し、検出した球面収差を相殺するように、配線54を通じて、球面収差補正用の電極パターン(及び/又はコマ収差補正用の透明電極パターン30)に電圧を印加する。なお、受光器52からの光強度信号(RF信号)の振幅を最大にするように、球面収差補正用の電極パターンに電圧を印加することによって、記録媒体104の基板内に発生する球面収差を相殺することが可能である。
In such a
図2に、図1に示された液晶光学素子70の断面図を示す。図10の矢印の示す方向は、図1において光源1から出た光ビームが偏光ビームスプリッタ50を通過した後、液晶光学素子70に入射する方向を示している。図2において、光源1側の透明基板71には、球面収差補正用の透明電極72及び配向膜73が形成されている。また、記録媒体703側の透明基板77には、透明性対向電極76及び配向膜75が形成されている。液晶78は、2枚の透明基板71及び77と、シール部材74との間に封入されている。図2に示される各要素は、説明の便宜上、誇張して図示されており、実際の厚さの比と異なる。
FIG. 2 is a sectional view of the liquid crystal
図3に、図1及び2で説明した液晶光学素子70と対物レンズ13とを固定する方法の一例を示す。図3において、対物レンズ13は、予め枠部材80に取付けられているものとする。枠部材80は、液晶光学素子70を取付けるための直行する2つの基準面81及82を有している。枠部材80は、樹脂等によって形成されており、±10μm程度の精度を有する基準面を作成することができる。
FIG. 3 shows an example of a method for fixing the liquid crystal
液晶光学素子70では、前述したように、2枚の透明基板71及び77と、シール部材74との間に液晶が注入され、封止材173によって封止されている。透明基板71及び77はガラス材で構成されているが、ダイシング加工法等によって端部を加工することによって、±50μm程度の精度を有する直行する2つの基準面171及び172を作成することができる。また、後述する透明電極パターン400は、リソグラフィー法等によって、基準面171及び172と正確に位置決めされるように、透明基板71上に形成されている。
In the liquid crystal
枠部材80の基準面81及び82に、液晶光学素子70の基準面171及び172をあわせるように接着材で固定することによって、液晶光学素子70と対物レンズ13との位置決め、固定、又は一体化を行うことができる。ただし、特別な工具なしで、液晶光学素子70を枠部材80に取付けた場合には、枠部材80と対物レンズ13との間の取付け誤差、枠部材80と液晶光学素子70との間の取付け誤差によって、透明電極パターン400の中心と対物レンズ13の光軸との誤差が50μm以下程度発生することとなる。
The liquid crystal
図4に、本発明に係る液晶光学素子70上に形成されている球面収差補正用の透明電極パターン400の一例を示す。図4(a)に示されるように、液晶光学素子70に入射される光ビームの有効径10から50μm内側に入った内側領域18に、位相を進ませるための6つの領域42〜47が同心円状に配置されている。なお、領域41には、基準電位が印加されており、入射ビームの位相を進ませる機能を有してはいない。
FIG. 4 shows an example of a
ここで、「内側領域」とは、波面収差補正用の電極パターンを設けた、有効径10から所定の長さ内側に入った領域を言い、これは前述した液晶光学素子の有効径に相当する。また、「有効径」とは、光ビームに位置ずれや径の変化のないとした場合の、幾何光学設計上の、対物レンズ3で有効に利用される液晶光学素子上での主光ビーム径を言う。
Here, the “inner region” refers to a region that is provided with an electrode pattern for wavefront aberration correction and enters a predetermined length inside from the
領域42〜47に、基準電位に対して正(+)の電圧を印加すると、透明性対向電極76との間に電位差を生じ、その間の液晶の配向性が電位差に応じて変化する。したがって、この部分を通過する光ビームは、その位相を進められるような作用を受ける。領域41には、基準電位(例えばこの場合は0vと考える)が印加される。球面収差補正用の電極パターン410へは、前述した制御回路253から配線54(図1参照)によって電圧が印加されている。
When a positive (+) voltage is applied to the
図4(b)に、X軸上において各領域に印加される電圧波形23を示す。このような電圧が内側領域18の各領域41〜47に印加されることによって、記録媒体104の光透過保護層の厚みムラ等に起因する球面収差20を打ち消すように、液晶光学素子70が働く。
FIG. 4B shows a
図4(c)に、補正後の球面収差24を示す。図4(b)の球面収差20が、図4(c)の球面収差24となるように補正される。即ち、液晶光学素子70を用いることで、記録媒体104の基板内に発生する球面収差が抑制されるように補正されることが理解される。
FIG. 4C shows the corrected
図4の説明では、球面収差補正用の透明電極パターン400の各領域に、基準電位に対して正(+)の電圧を印加して、この部分を通過する光ビームをその位相を進めるように制御した。しかしながら、記録媒体104の基板中に発生する球面収差が図4(b)とは逆向きに発生する場合には、電極パターン400の各領域に、図4(b)とは逆の負(−)の電圧を印加するように制御することもできる。その場合、電極パターン400の各領域を通過する光ビームは、その位相を遅らされるような作用を受ける。
In the description of FIG. 4, a positive (+) voltage is applied to each region of the spherical aberration correcting
また、図4(a)の説明では、液晶光学素子70に入射される光ビームの有効径10から50μm内側に入った内側領域18に、位相を進ませるための6つの領域42〜47が同心円状に配置したが、これは一例であって、50μmに限定されるものではなく、電極パターンの中心と対物レンズの光軸との取付け誤差が生じるであろうと予想される範囲内(取付け誤差の範囲内)に設定されることが好ましい。例えば、内側領域18は、有効径に対して、10μm内側より大きく75μm内側より小さい範囲に設定されることが好ましい。有効径に対して内側領域を10μm以下とすると、対物レンズと液晶光学素子を組み立てを画像処理にて行わなくてはならない。それに対し、有効径に対して内側領域を75μm以上にすると、それだけ収差補正をするための透明電極パターン領域が減少するため、良好な収差補正をすることができない。よって、10μm内側より大きく、75μm内側より小さい範囲とすることが好ましい。
In the description of FIG. 4A, six
ここで、図10(a)に示すように、有効径10の内側全体に渡って位相を進ませる領域(又は位相を遅らせる領域)が形成されている場合と、図4(a)に示すように有効径10の内側領域18のみに位相を進ませる領域(又は位相を遅らせる領域)が形成されている場合の差異について説明する。
Here, as shown in FIG. 10A, a case where a region (or a region that delays the phase) is formed over the entire inside of the
図10(a)の場合の球面収差補正は、前述した図5(a)に示すように、有効径10内の全ての領域で光ビームを捉え、その光ビームを液晶光学素子の有効径にて補正を行うことに匹敵する。しかしながら、対物レンズ3との間に取付け誤差が発生すると、液晶光学素子の有効径が対物レンズの視野の範囲内からずれてしまい(図5(b)参照)、効果的に球面収差補正を行うことができない。
In the spherical aberration correction in the case of FIG. 10A, as shown in FIG. 5A, the light beam is captured in all regions within the
これに対して、図4(a)の場合の球面収差補正は、図6(a)に示すように、有効径10から50μmの内側領域の範囲内でのみで光ビームを捉えて、液晶光学素子の有効径に相当する内側領域18にて補正を行うことに匹敵する。この場合に、対物レンズ3と液晶光学素子70との間に取付け誤差が発生すると、対物レンズの視野の中心(光軸位置)が内側領域18の中心からはずれるが、依然、この内側領域18は対物レンズの視野の範囲内に留まる(図6(b)参照)。したがって、光軸の中心に光ビームを捉えている場合(図6(a)参照)に比べると若干程度は落ちるが、十分に球面収差補正が行われることとなる。
On the other hand, the spherical aberration correction in the case of FIG. 4A, as shown in FIG. 6A, captures the light beam only within the range of the inner region having an effective diameter of 10 to 50 μm, and the liquid crystal optics. This is equivalent to performing correction in the
有効径10の範囲内全てに位相を進ませる領域(又は位相を遅らせる領域)を設けずに、有効径10の内側領域18のみに位相を進ませる領域(又は位相を遅らせる領域)を設けたので、対物レンズ3と液晶光学素子70との間に取付け誤差が生じても、有効に球面収差補正を行えるようになったものである。
Since a region (or a region for delaying the phase) is provided only for the
即ち、対物レンズ3と液晶光学素子70との間に取付け誤差、実質的に、位相を進ませる(又は遅らせる)領域は、対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、有効に球面収差補正を行えるようになったものである。
In other words, the mounting error between the
上記の場合は、球面収差補正用の電極パターン400を液晶光学素子70の透明電極72上に形成した場合について説明したが、球面収差補正用の電極パターン400の代わりに、コマ収差補正用の電極パターン300(後述する)を設けることもできる。また、球面収差補正用の電極パターン400を液晶光学素子70の透明電極72上に形成し、コマ収差補正用の電極パターン300(後述する)を液晶光学素子70の透明電極76上に形成することもできる。
In the above case, the case where the
以下、コマ収差補正用の電極パターン300を液晶光学素子70の透明電極72上に形成した場合について説明する。
Hereinafter, a case where the coma aberration correcting electrode pattern 300 is formed on the
図7(a)に、コマ収差補正用の透明電極パターン30を示す。図7(a)に示されるように、液晶光学素子70に入射される光ビームの有効径10から50μm内側に入った内側領域18に、位相を進ませるための2つの領域32及び33、及び位相を遅らせるための2つの領域34及び35が配置されている。また、図中31は、基準電位を印加するための基準領域である。
FIG. 7A shows a
領域31に印加される基準電圧に対して正(+)の電圧を領域32及び33に印加すると、透明性対向電極76との間に電位差を生じ、その間の液晶の配向性が電位差に応じて変化する。したがって、この部分を通過する光ビームは、その位相を進められるような作用を受ける。また、領域31に印加される基準電圧に対して負(−)の電圧を領域34及び35に印加すると、透明性対向電極76との間に電位差を生じ、その間の液晶の配向性が電位差に応じて変化する。したがって、この部分を通過する光ビームは、その位相を遅らせるような作用を受ける。領域31には、基準電位(例えばこの場合は0vと考える)が印加される。透明電極72のコマ収差補正用の電極パターン300へは、前述した制御回路53から配線54(図1参照)によって電圧が印加されている。
When a positive (+) voltage is applied to the
図7(b)に、X軸上において各領域に印加される電圧123を示す。このような電圧が内側領域18の透明電極パターン30の各領域31〜35に印加されることによって、液晶光学素子70は、記録媒体104が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差120を打ち消すように働く。
FIG. 7B shows the
図7(c)に、補正後のコマ収差124を示す。即ち、図7(b)のコマ収差120が、図7(c)のコマ収差124のように補正されている。液晶光学素子70によって、記録媒体104の基板内に発生するコマ収差が抑制されるように補正されることが理解される。
FIG. 7C shows the
ここで、図14(a)に示すように、有効径10の内側全体に渡って位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域が形成されている場合と、図7(a)に示すように有効径10の内側領域18のみに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域が形成されている場合の差異について説明する。
Here, as shown in FIG. 14 (a), a case where a region where the phase is advanced and a region where the phase is delayed is formed over the entire inside of the
図14(a)の場合のコマ収差補正は、図5(a)に示すように、有効径10内の全ての領域で光ビームを捉え、その光ビームを液晶光学素子の有効径にて補正を行うことに匹敵する。しかしながら、対物レンズ13と液晶光学素子70との間に取付け誤差を生じると、この液晶光学素子の有効径が対物レンズの視野の範囲内からずれてしまい(図5(b)参照)、効果的にコマ収差補正を行うことができない。
As shown in FIG. 5A, the coma aberration correction in the case of FIG. 14A is obtained by capturing the light beam in all regions within the
これに対して、図7(a)のコマ収差補正は、図6(a)に示すように、有効径10から50μmの内側領域の範囲内でのみで光ビームを捉えて、液晶光学素子の有効径に相当する領域18にて補正を行うことに匹敵する。この場合に、対物レンズ13と液晶光学素子70との間に取付け誤差が発生しても、対物レンズの視野の中心は、内側領域18の中心からはずれるが、依然、この内側領域18は対物レンズの視野の範囲内に留まる(図6(b)参照)。したがって、光軸の中心に内側領域18を捉えている場合(図6(a)参照)に比べると若干程度は落ちるが、十分にコマ収差補正が行われることとなる。
On the other hand, as shown in FIG. 6A, the coma aberration correction of FIG. 7A captures a light beam only within the inner region of an effective diameter of 10 to 50 μm, and the liquid crystal optical element This is equivalent to performing correction in the
有効径10の範囲内全てに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域を設けずに、有効径10の内側領域18のみに位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域を設けたので、対物レンズ13と液晶光学素子70との間に取付け誤差が発生しても、有効にコマ収差補正を行えるようになったものである。
Since the region for advancing the phase and the region for delaying the phase are all provided within the range of the
即ち、対物レンズ13と液晶光学素子70との間に取付け誤差に拘らず、実質的に、位相を進ませる領域及び位相を遅らせる領域は対物レンズの視野の範囲内に留まるように設定されているので、有効にコマ収差補正を行えるようになったものである。「実質的に留まる」とは、予め定められた精度内でコマ収差の補正が行えるような関係を言う。
That is, regardless of the mounting error between the
1…光源
10…有効径
13…対物レンズ
18…内側領域
70…液晶光学素子
71、77…透明基板
72、76…透明電極
78…液晶
80…枠部材
300…コマ収差補正用の電極パターン
400…球面収差補正用の電極パターン
DESCRIPTION OF
Claims (14)
第1の透明基板と、
第2の透明基板と、
前記第1及び第2の透明基板の間に封入された液晶と、
前記第1又は第2の透明基板の一方に形成された波面収差用の電極パターンであって、前記光ビームの位相を進ませる又は遅らせることによって前記光ビームの波面収差を補正するため領域を有し、
前記領域が、前記光ビームの有効径に対して、前記電極パターンの中心と前記対物レンズの光軸との取り付け誤差以上内側の内側領域にのみ配置されている、
ことを特徴とする液晶光学素子。 A liquid crystal optical element configured integrally with an objective lens for condensing a light beam from a light source onto a recording medium,
A first transparent substrate;
A second transparent substrate;
A liquid crystal sealed between the first and second transparent substrates;
An electrode pattern for wavefront aberration formed on one of the first and second transparent substrates, and having an area for correcting the wavefront aberration of the light beam by advancing or delaying the phase of the light beam. And
The region is disposed only in an inner region that is more than the attachment error between the center of the electrode pattern and the optical axis of the objective lens with respect to the effective diameter of the light beam.
A liquid crystal optical element characterized by the above.
光源と、
前記光源からの光ビームを記録媒体へ集光するための対物レンズと、
前記対物レンズと一体的に構成された液晶光学素子とを有し、
前記液晶光学素子は、
第1の透明基板と、
第2の透明基板と、
前記第1及び第2の透明基板の間に封入された液晶と、
前記第1又は第2の透明基板の一方に形成された波面収差用の電極パターンであって、前記光ビームの位相を進ませる又は遅らせることによって前記光ビームの波面収差を補正するため領域を有し、
前記領域が、前記光ビームの有効径に対して、前記電極パターンの中心と前記対物レンズの光軸との取り付け誤差以上内側の内側領域にのみ配置されている、
ことを特徴とする光学装置。 An optical device,
A light source;
An objective lens for condensing the light beam from the light source onto a recording medium;
A liquid crystal optical element configured integrally with the objective lens;
The liquid crystal optical element is
A first transparent substrate;
A second transparent substrate;
A liquid crystal sealed between the first and second transparent substrates;
An electrode pattern for wavefront aberration formed on one of the first and second transparent substrates, and having an area for correcting the wavefront aberration of the light beam by advancing or delaying the phase of the light beam. And
The region is disposed only in an inner region that is more than the attachment error between the center of the electrode pattern and the optical axis of the objective lens with respect to the effective diameter of the light beam.
An optical device.
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