JP4695739B2 - Optical element and optical head and optical recording / reproducing apparatus using the same - Google Patents

Optical element and optical head and optical recording / reproducing apparatus using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光の位相を変化させる光学素子、ならびにこれを用いた光ヘッドおよび光記録再生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディジタルバーサタイルディスク(DVD)などの光記録媒体は、ディジタル情報を高密度に記録できることから、大容量の光記録媒体として注目されている。ここで、ディジタル情報を高密度に記録再生するためには、記録再生用の光の波長を短くし、対物レンズのNA(開口数)をより大きくする必要がある。しかし、光の波長を短くしてレンズのNAを大きくした場合、光記録媒体の反り等によって生じる光軸からのずれ(チルト)によって波面収差、特にコマ収差が増大し、チルトに対するマージンがより小さくなるという問題があった。
【0003】
この問題を解決するため、液晶パネルを利用して波面収差を補正する光ヘッドが提案されている(特開平9−128785号公報)。
【0004】
図23を参照して、上述した従来の光ヘッドの一例について説明する。
【0005】
従来の光ヘッド1(光ピックアップともいう)の構成図を、図23に示す。光ヘッド1は、光源2、ハーフミラー3a、対物レンズ3b、集光レンズ3c、光学素子4、チルトセンサー5、光学素子制御回路6および光検出器7を含む。
【0006】
光源2は、たとえば半導体レーザ素子からなり、光記録媒体8(情報を記録する媒体であり、記録された情報が光を用いて読み出される記録媒体である。たとえば、CD、DVDなどが挙げられる。)の記録層に対し、記録再生用のコヒーレント光を出力する。光学素子4は液晶パネルを含み、液晶パネル中に、図24に示すようなパターンの複数のセグメント電極を有する。光学素子4は、各セグメント電極に所望の電圧を印加することによって各セグメント電極ごとに液晶の屈折率を変化させ、各セグメント電極を透過する光の位相を変化させる。したがって、光学素子4によって、光学素子4に入射する光の収差を補正することができる。
【0007】
上記従来の光ヘッド1の機能について説明する。光源2から出射された直線偏光の光は、ハーフミラー3aで反射され光学素子4に入射する。ここで光記録媒体8が光軸に対して垂直から傾いていると、その傾き量(チルト角)に応じた信号がチルトセンサー5によって出力される。光学素子制御回路6は、チルトセンサー5から出力された信号に基づいて、光記録媒体8が傾いたときに生じる波面収差を補正するために必要な位相変化を生じるように、光学素子4の液晶パネルを制御する。このように、光学素子4に入射した光には、記録媒体8が傾いたときに生じる波面収差を補正するような位相変化が与えられる。光学素子4を透過した光は、対物レンズ3bによって光記録媒体8上に集光される。ここで、光記録媒体8が傾いたときに生じる波面収差を補正するような位相変化が与えられた光が対物レンズ3bによって集光されるので、光記録媒体8上では収差のない光スポット(回折限界まで絞られた光スポット)が形成される。次に、光記録媒体8によって反射された光は、光記録媒体8の傾きに応じた波面収差を有する光になるが、光学素子4によって波面収差が補正される。光学素子4を透過した光はハーフミラー3aを透過して光源1には戻らずに集光レンズ3cに入射し、集光レンズ3cによって光検出器7に集光される。光検出器7は、光記録媒体8に記録された情報を出力する。また、光検出器7は、光記録媒体8上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号を出力し、また光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を出力する。
【0008】
ここで、光学素子4を用いたチルト補正の原理について説明する。
【0009】
光記録媒体8の最良像点における波面収差分布の一例(光記録媒体8のチルト角を1゜とし、対物レンズのNAを0.6、波長655nm、光記録媒体8の基板厚さを0.6mmにした場合)を、図25に示す。図25に示すように、光記録媒体8が傾いた場合、左右反対称で略半円状の分布を有する波面収差となる。図25の波面収差分布を打ち消すような位相変化を光学素子4を用いて入射光に与えることによって、光記録媒体8が傾いた場合でも光記録媒体8上でのスポットを回折限界にまで絞ることができる。また、光記録媒体8によって反射された光に対して波面収差を打ち消すような位相変化を与えることによって、光検出器7での光検出が精度よく行える。
【0010】
図25に示す波面収差を打ち消すような位相変化を入射光に与えるには、光学素子4における光路長を部分的に変化させればよい。ここで、液晶は外部から与えられた電圧に応じてその屈折率が変化するため、印加電圧を部分的に変化させることによって、光路長を部分的に変化させることができる。したがって図24に示したような細かく分割されたパターンを有するセグメント電極に、各セグメント電極ごとに異なる電圧を外部から加えることによって、図25に示す波面収差を補正することができる。
【0011】
しかしながら、上記光学素子4では、光学素子4中の液晶パネルの各セグメント電極すべてに、それぞれに応じた制御信号を外部から与える必要がある。すなわち、液晶パネル駆動回路から液晶パネルのセグメント電極と同じ数だけの線数をもつフレキシブル基板を光学素子4に接続しなければならない。したがって、図24に示すような多数のセグメント電極を有する光学素子4の場合には、多数の信号を供給することが必要となり、その分フレキシブル基板の幅が広くなる。このような幅の広いフレキシブル基板を光学素子4に接続すると、部品の調整が非常に困難となり、さらに光ヘッド1の小型化に大きな支障を与える。また、小さな光学部品である光学素子4に多数の線をショートさせずに接着するのは非常に困難であり、線の数が多ければ多いほど光学素子4へのフレキシブル基板の接着工程の歩留まりが悪くなり光ヘッド1のコストが高くなる。
【0012】
そこで、これらの問題を解決するために、上記従来のセグメント電極とは異なるセグメント電極を有する光学素子が提案されている(特開平10−20263号公報)。このセグメント電極の電極形状を、図26に示す。このセグメント電極は、光記録媒体8が傾いたときに生じる波面収差の形状に対応した形状を有する。したがって、上記従来の光学素子と比較して、セグメント電極の数を減らしても波面収差をかなり補正することができる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図26に示す形状のセグメント電極を有する光学素子においても、波面収差をより正確に補正するには、図26に示したパターンをさらに細かく分割する必要がある。したがって、図26に示す形状のセグメント電極を有する光学素子においても、セグメント電極の分割の度合いに応じて制御信号数が増えていき、光学素子4と光学素子制御回路6との接続が困難になるという問題がある。さらに、光ヘッドを小型化することも困難になるという問題がある。
【0014】
また、セグメント電極とセグメント電極との間の部分(分離部)上では、電界の影響が弱く、波面収差の補正が十分ではないという問題もあった。ここで、分離部の幅を狭くすることも考えられるが、分離部の幅を一定以上に狭くすると、製造が困難で歩留まりが低下するという問題が生じる。
【0015】
上記問題を解決するため、本発明は、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光学素子、ならびにこれを用いた光ヘッドおよび光記録再生装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光学素子は、複数のセグメント電極を備える電圧印加電極と、前記電圧印加電極に対向するように前記電圧印加電極に略平行に配置された対向電極と、前記電圧印加電極と前記対向電極との間に配置された位相変化材料からなる位相変化層とを含み、前記電圧印加電極は導電性物質からなる電圧制御電極をさらに含み、前記電圧制御電極は、外部から印加された電圧を、前記導電性物質の抵抗によって分圧して前記複数のセグメント電極に印加し、前記電圧印加電極と前記対向電極との間の電圧差を変化させることによって、前記位相変化層に入射した光の位相を変化させる光学素子であって、前記電圧制御電極は、前記位相変化層と重ならない位置に配置されているとともに、前記複数のセグメント電極は、略対称に配置された複数の半円状の電極を含むことを特徴とする。上記光学素子によれば、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光学素子が得られる。
【0017】
上記光学素子では、前記位相変化材料が、前記電圧差によって屈折率が変化する材料であることが好ましい。上記構成によれば、入射した光の位相を容易に変化させることができる。
【0018】
上記光学素子では、前記位相変化材料が液晶であることが好ましい。上記構成によれば、入射した光の位相を変化させるために印加する電圧が小さくてすむ。
【0019】
上記光学素子では、前記位相変化材料が、前記電圧差によって体積が変化する材料であることが好ましい。上記構成によれば、入射した光の位相を容易に変化させることができる。
【0020】
上記光学素子では、前記位相変化材料がPLZTであることが好ましい。上記構成によれば、素子を薄くすることができる。
【0022】
上記光学素子では、前記複数のセグメント電極は、略対称に配置された複数の略半円状の電極を含むことが好ましい。上記構成によれば、波面収差を容易かつ正確に補正できる。
【0023】
上記光学素子では、前記複数のセグメント電極は、同心円状に分割された複数の電極を含むことが好ましい。上記構成によれば、球面収差を容易かつ正確に補正できる。
【0024】
上記光学素子では、前記電圧印加電極の厚さdaが、da=(2Na+1)λ/2na(ただし、λは入射する光の波長、Naは0以上の整数、naは前記電圧印加電極の屈折率)で表わされる厚さであることが好ましい。上記構成によれば、電圧印加電極の上下の層の屈折率が略等しい場合に、電圧印加電極での光の反射を防止できる。
【0025】
上記光学素子では、前記対向電極の厚さdbが、db=(2Nb+1)λ/2nb(ただし、λは入射する光の波長、Nbは0以上の整数、nbは前記対向電極の屈折率)で表わされる厚さであることが好ましい。上記構成によれば、対向電極の上下の層の屈折率が略等しい場合に、対向電極での光の反射を防止できる。
【0026】
上記光学素子では、入射した光の反射を防止する反射防止膜をさらに含むことが好ましい。上記構成によれば、反射による光の損失を防止できる。
【0027】
上記光学素子では、前記電圧印加電極は分離部によって前記複数のセグメント電極に分割されており、前記分離部の幅は、前記分離部上に位置する前記位相変化層の全域が前記セグメント電極の影響を受ける幅であることが好ましい。上記構成によれば、セグメント電極が形成されていない部分を通過した光の位相も制御できるため、位相補正効果が特に高い光学素子が得られる。
【0028】
上記光学素子では、前記分離部の幅Wと前記位相変化層の厚さdとが、W≦3dの関係を満たすことが好ましい。上記構成によれば、位相補正効果がさらに高い光学素子が得られる。
【0029】
上記光学素子では、前記電圧印加電極は分離部によって前記複数のセグメント電極に分割されており、前記分離部を通過する光を遮光する遮光膜をさらに備えることが好ましい。上記構成によれば、電界によって制御されていない液晶の部分を通過した光をカットできるため、位相補正効果が特に高い光学素子が得られる。
【0030】
上記光学素子では、前記遮光膜は金属からなることが好ましい。上記構成によって、遮光効果が高い遮光膜を容易に形成できる。
【0031】
また、本発明の光ヘッドは、光記録媒体に記録された情報を光によって読み出す光ヘッドであって、光源と、前記光記録媒体と前記光源との間に配置された光学素子とを含み、前記光学素子は、上記本発明の光学素子であることを特徴とする。上記光ヘッドは本発明の光学素子を含むため、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光ヘッドが得られる。
【0032】
上記光ヘッドでは、前記光記録媒体と前記光学素子との間に配置されたN/4波長板(ただし、Nは1以上の奇数)をさらに含むことが好ましい。上記構成によって、光の利用効率が高くなり、信号の記録を行うことが可能になる。
【0033】
また、本発明の光記録再生装置は、光記録媒体に対して信号の記録または再生(記録および再生を行う場合も含む)を行う光記録再生装置であって、前記光記録媒体に信号の記録または再生を行う光ヘッドを備え、前記光ヘッドは光源と、前記光記録媒体と前記光源との間に配置された光学素子とを含み、前記光学素子は、上記本発明の光学素子であることを特徴とする。上記光記録再生装置は、本発明の光学素子を含むため、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光記録再生装置が得られる。
【0034】
上記光記録再生装置では、前記光記録媒体と前記光学素子との間に配置されたN/4波長板(ただし、Nは1以上の奇数)をさらに含むことが好ましい。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0036】
(実施形態1)
実施形態1では、本発明の光学素子の一例について説明する。
【0037】
実施形態1の光学素子10の斜視図を図1に、光学素子10の断面図を図2に示す。
【0038】
図1および図2を参照して、光学素子10は、第1の基板11と、第1の基板11に略平行に配置された第2の基板12と、第1の基板11と液晶17との間に配置された電圧印加電極13と、電圧印加電極13に対向するように電圧印加電極に略平行に配置された対向電極14と、電圧印加電極13を覆うように形成された透光性樹脂膜15と、対向電極14を覆うように形成された透光性樹脂膜16と、透光性樹脂膜15および16の間(電圧印加電極13と対向電極14との間)に配置された液晶17と、液晶17を囲むように透光性樹脂膜15および16の間に配置された封止樹脂18とを含む。
【0039】
第1の基板11および第2の基板12は、たとえばガラスからなり、透光性である。
【0040】
電圧印加電極13は、液晶17に所望の電圧を印加するための電極である。電圧印加電極13は、第1の基板11の内側(液晶17側)の主面上に形成されている。
【0041】
対向電極14は、電圧印加電極13とともに、液晶17に所望の電圧を印加するための電極である。対向電極14は、第2の基板12の内側(液晶17側)の主面上に形成されている。対向電極14は、封止樹脂18の一部に形成された導電性樹脂(図示せず)を介して、第1の基板11上に形成された電極19に接続される。電極19は、たとえばグランド(GND)に接続される。対向電極14は、透光性であり、たとえばITOからなる。なお、対向電極14は、第2の基板12の内側の主面のうち、少なくともセグメント電極部13aに対向する部分に略均一に形成される。
【0042】
透光性樹脂膜15および16は、液晶17を所定の方向に配向させるための配向膜であり、たとえばポリビニルアルコール膜からなる。透光性樹脂膜15または16をラビング処理することによって、液晶17を所定の方向に配向させることができる。なお、液晶17を他の方法(たとえば、斜め蒸着法)によって配向させてもよい。
【0043】
液晶17は、入射した光の位相を変化させる位相変化層として機能する。液晶17は、たとえばネマチック液晶からなる。電圧印加電極13と対向電極14との間の電圧差を変化させることによって液晶17の屈折率を変化させることができ、これによって入射した光の位相を変化させることができる。なお、液晶17の代わりに、位相変化材料からなる他の位相変化層を用いてもよい(以下の実施形態において同様である)。位相変化材料としては、電圧印加電極13と対向電極14との間の電圧差に応じて屈折率や体積(膜厚)が変化する材料を用いることができる。電圧差によって屈折率が変化する材料としては、液晶が挙げられる。また、電圧差によって体積が変化する材料としては、たとえば、PLZT(酸化鉛、ランタン、酸化ジルコニウム、酸化チタンを含むペロブスカイト構造の透明結晶体)が挙げられる。ここで、位相変化層にPLZTなどの固体を用いる場合には、電圧印加電極13または対向電極14のいずれか一方は、位相変化層上に形成すればよい。したがって、この場合には、第1の基板11または第2の基板12のいずれかはなくてもよい。したがって、PLZTを用いる場合には、素子を薄くすることができる。
【0044】
封止樹脂18は、液晶17を封止するためのものであり、たとえばエポキシ樹脂からなる。
【0045】
図3に、電圧印加電極13の平面図を示す。図3を参照して、電圧印加電極13は、セグメント電極部13aと、電圧制御電極13bとを含む。
【0046】
図3に示すように、セグメント電極部13aは、複数のセグメント電極A、B、C、DおよびEを含む。各セグメント電極A〜Eと電圧制御電極13bとは、引き出し線La〜Leによって電気的に接続されている。セグメント電極AおよびEは、略半円状である。セグメント電極Aとセグメント電極Bとをあわせた形は略半円状であり、セグメント電極DおよびEも同様である。また、セグメント電極A〜Eをあわせた形は略真円状である。セグメント電極AおよびBとセグメント電極DおよびEとは、セグメント電極C上に、略対称に配置されている。なお、セグメント電極の形状は、補正する光の収差分布に応じて変化するものであり、図3に示した形状は一例である。
【0047】
セグメント電極部13aは、透光性電極からなり、たとえば、ITOを用いることができる。電圧制御電極13bは導電性の材料からなる。なお、セグメント電極部13aと電圧制御電極13bに同じ材料を用いることによって、電圧印加電極13を容易に製造できる。
【0048】
電圧制御電極13bは、外部から印加された電圧を制御してセグメント電極部13aに印加する。電圧制御電極13bの所定の位置には、外部から電圧V1およびV2(外部信号V1およびV2)が印加される。図4に電圧制御電極13bの等価回路を示す。ここで、r1は引き出し線LaおよびLbの間の抵抗、r2は引き出し線LbおよびLcの間の抵抗、r3は引き出し線LcおよびLdの間の抵抗、r4は引き出し線LdおよびLeの間の抵抗である。電圧制御電極13bに印加された電圧V1およびV2は電圧制御電極13bの抵抗によって分圧され、各引き出し線La〜Leに対してVa、Vb、Vc、VdおよびVeの電圧が出力される。出力される電圧Va〜Veは、電圧制御電極13bの材料、形状等によって、自由に変化させることができる。なお、液晶17は非常に小さいコンデンサーとして働くため、液晶17を駆動するための信号(たとえば、周波数が1kHzの矩形波)は液晶17の方にはほとんど流れない。したがって、電圧制御電極13bから出力された電圧Va〜Veは、ほとんど変化することなく、セグメント電極部13aに印加される。
【0049】
ここで、液晶17に加える制御電圧Va〜Ve(印加される電圧が、たとえば1kHzの矩形波である場合には実効値)と、これに対する液晶17の屈折率の関係とを図5に示す。図5に示すように、液晶17の屈折率は、制御電圧がある大きさになるまではほとんど変化せず、制御電圧がある閾値を超えると直線的に減少した後、さらにある閾値を超えるとほとんど変化しなくなる。したがって、制御電圧に対して屈折率がほぼ直線的に変化する部分の電圧で液晶17を制御することによって、セグメント電極を透過する光の位相変化を、印加する電圧によって直線的に変化させることができる。
【0050】
光学素子10では、電圧Va〜Veが印加されたセグメント電極部13aと対向電極14との間に生じた電圧差の大きさに応じて、液晶17の屈折率が変化し、光路長が変化する。したがって、電圧Va〜Veを変化させることによって液晶17を透過する光に所望の位相変化を与えることができ、たとえば光記録媒体のチルトによって発生する波面収差を補正できる。
【0051】
たとえば、チルトが1゜のときに生じる波面収差(図25参照)を補正するには、セグメント電極A〜Eを透過する光の位相変化が、セグメント電極A、セグメント電極B、セグメント電極C、セグメント電極D、セグメント電極Eの順に大きくなるようにすればよい。さらに、図25の波面収差は、中心に対して左右の位相差の絶対値が略等しく符号が逆であるため、セグメント電極Cを透過する光の位相変化を基準として、各セグメント電極を透過する光の位相変化が左右で略反対称となるようにすればよい。すなわち、セグメント電極Aを透過する光の位相変化とセグメント電極Cを透過する光の位相変化との差は、セグメント電極Eを透過する光の位相変化とセグメント電極Cを透過する光の位相変化との差に絶対値が等しく符号が逆であることが好ましい。同様に、セグメント電極Bを透過する光の位相変化とセグメント電極Cを透過する光の位相変化との差は、セグメント電極Dを透過する光の位相変化とセグメント電極Cを透過する光の位相変化との差に絶対値が等しく符号が逆であることが好ましい。
【0052】
上記のようにセグメント電極を透過する光の位相を変化させるためには、セグメント電極A〜Eに印加する電圧Va〜Veは、Va=Vc+X、Vb=Vc+Y、Vd=Vc−Y、Ve=Vc−Xの関係を満たすことが好ましい(ここで、XおよびYはともに正の値で、XはYよりも大きい)。上記関係を成り立たせるためには、図4に示した等価回路において、r1とr4とを等しくし、かつr2とr3とを等しくすればよい。
【0053】
一例として、電圧印加電極13にITOを用い、r1、r2、r3およびr4をすべて1KΩにする場合を考える。たとえば、1mm2あたり略30Ωの抵抗値を有するITO膜を用いる場合には、隣接する引き出し線の線間を100μmにし、電圧制御電極13bの幅を3.3μmにすればよい。この状況でV1またはV2の値を変化させることによって、上記関係を満足したまま、各セグメント電極A〜Eに与える印加電圧Va〜Veを変化させることができる。
【0054】
なお、セグメント電極部13aの厚さdaは、da=(2Na+1)λ/2na(ただし、λは入射する光の波長、Naは0以上の整数、naは電圧印加電極の屈折率)で表わされる厚さであることが好ましい。セグメント電極部13aは、第1の基板11(屈折率が略1.5)と透光性樹脂膜15(屈折率が略1.5)とによって挟まれている。したがって、セグメント電極部13aにたとえば屈折率が2のITOを用いる場合には、セグメント電極部13aが上記式を満たすことによって、セグメント電極部13aが存在していないのと等価となり、セグメント電極部13aでの反射を防止することができる。なお、電圧印加電極13の上下の層の屈折率が異なる場合には、上記式の分母が4naとなるようにすることが好ましい。
【0055】
また、セグメント電極部13aの厚さと同様の理由で、対向電極14の厚さdbは、db=(2Nb+1)λ/2nb(ただし、λは入射する光の波長、Nbは0以上の整数、nbは対向電極の屈折率)で表わされる厚さであることが好ましい。なお、対向電極14の上下の層の屈折率が異なる場合には、上記式の分母が4nbとなるようにすることが好ましい。
【0056】
次に、図1および図2を参照して、光学素子10の製造方法の一例について説明する。
【0057】
光学素子10を製造する場合、まず、第1の基板11上に電圧印加電極13および電極19を形成する。電圧印加電極13および電極19は、たとえばスパッタリング法によってITOなどの透光性導電膜を形成した後、フォトリソ工程およびエッチング工程によってパターニングすることで形成できる。その後、電圧印加電極13および電極19を覆うように透光性樹脂膜15を、たとえばスピンコート法で形成する。一方、上記工程と並行して、第2の基板12上に、対向電極14および透光性樹脂膜16を形成する。対向電極14および透光性樹脂膜16は、電圧印加電極13および透光性樹脂膜15と同様の方法で形成できる。その後、上記工程を経た第1の基板11と第2の基板12とを、封止樹脂18を挟んで対向させ、透光性樹脂膜15および16の間に液晶17を封入する。このようにして、光学素子10を形成できる。
【0058】
上述したように、実施形態1の光学素子10では、電圧制御電極13bに印加された電圧V1およびV2が電圧制御電極13bの抵抗によって電圧Va〜Veに分圧され、セグメント電極部13aの各セグメント電極A〜Eに印加される。このため、光学素子10では、入射した光に対して高い補正効果が得られ、かつ光学素子10に接続される信号線の数が少ない。したがって、光学素子10によれば、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光学素子が得られる。
【0059】
なお、上記実施形態1では、電圧制御電極13bの一例として図3の形状の電圧制御電極13bを示したが、電圧制御電極13bの形状は図3の形状に限定されない。たとえば、電圧制御電極13bは、要求されるr1〜r4の抵抗値に応じて、図6または図7に示すような形状であってもよい。図6(a)に示す電圧制御電極は、引き出し線La−Lb間およびLd−Le間における幅が、引き出し線Lb−Ld間における幅よりも狭い。図6(b)に示す電圧制御電極は、引き出し線La−Lb間およびLd−Le間における長さが、引き出し線Lb−Lc間およびLc−Ld間における長さよりも長い。図7に示す電圧制御電極は、屈曲した形状を有する。電圧制御電極13bを図6(a)または(b)に示す形状にすることによって、r1およびr4をr2およびr3よりも大きくすることができる。また、電圧制御電極13bを図7に示す形状とすることによって、r1〜r4の値を任意に変化させることができる。
【0060】
また、実施形態1の光学素子10では、電圧印加電極13のセグメント電極部13aと電圧制御電極13bとが同一の材料で構成されている場合を示したが、必要に応じて、電圧制御電極13bの材料にセグメント電極部13aの材料と異なる材料を用いてもよい。さらに、電圧制御電極13bを複数の導電性物質によって構成してもよい。
【0061】
図8に、電圧制御電極の材料がセグメント電極の材料と異なる場合を示す。図8を参照して、電圧印加電極80(図3の電圧印加電極13に対応)は、セグメント電極部80aと電圧制御電極80bとを含む。
【0062】
セグメント電極部80aは、透光性電極であり、たとえばITOを用いることができる。
【0063】
電圧制御電極80bは、セグメント電極部80aと異なる材料で形成され、必要に応じて、たとえばGe、TiまたはWなどを用いることができる。電圧制御電極80bに高抵抗材料を用いた場合には、電圧制御電極80bに流れる電流を少なくすることができるため、液晶駆動用のICの負担を小さくすることができ、信頼性の高い光学素子が得られる。また、電圧制御電極80bに高抵抗材料を用いた場合には、電圧制御電極80bの幅を細くすることなく所望の抵抗値を得ることができるので光学素子の製造が容易になる。
【0064】
また、実施形態1では、セグメント電極部13aをセグメント電極A〜Eに分割する場合を示したが、セグメント電極部13aをさらに細かく分割することによって、収差をさらに正確に補正することができる(以下の実施形態においても同様である)。たとえば、図9に示すような3段のパターン(7つのセグメント電極からなる)を有するセグメント電極部13aを用いることによって、収差をさらに正確に補正することができる。たとえば、光記録媒体が1゜傾いたときの波面収差(図25参照)を補正する場合を考えると、補正なしの場合は最良像点での波面収差が80mλであるが、1段のパターン(図26のパターンであり3つのセグメント電極からなる)を有するセグメント電極部13aを用いた場合は補正によって波面収差が60mλに減少する。さらに、2段のパターン(図3のパターンであり5つのセグメント電極からなる)を有するセグメント電極部13aを用いて補正を行うと50mλに、3段のパターン(図9のパターンであり7つの電極からなる)での補正を行うと40mλに、波面収差が減少する。なお、実施形態1の光学素子10では、セグメント電極部13aの分割数を増やしても、光学素子10に入力される外部電圧はV1、V2およびグランドだけであり増加することはない。
【0065】
また、上記実施形態1では、光記録媒体のチルトによって生じる波面収差を補正する場合の光学素子について説明したが、電圧印加電極の形状を変えることによって、球面収差を補正することもできる。球面収差を補正する場合には、図10に示すような、同心円状に分割されたセグメント電極を用いればよい(以下の実施形態においても同様である)。
【0066】
(実施形態2)
実施形態2では、本発明の光学素子について、他の一例を説明する。
【0067】
実施形態2の光学素子110ついて、断面図を図11に示す。
【0068】
図11を参照して、光学素子110は、実施形態1で説明した光学素子10と同様に、第1の基板11と、第2の基板12と、電圧印加電極13と、対向電極14と、透光性樹脂膜15および16と、液晶17と、封止樹脂18とを備える。さらに光学素子110は、第1の基板11の外側(液晶17とは反対側)の主面に形成された反射防止膜111と、第1の基板11と電圧印加電極13との間に配置された層間反射防止膜112と、電圧印加電極13と透光性樹脂膜15との間に配置された層間反射防止膜113と、対向電極14と透光性樹脂膜16との間に配置された層間反射防止膜114と、第2の基板12と透光性樹脂膜16との間に配置された層間反射防止膜115と、第2の基板12の外側(液晶17とは反対側)の主面に形成された反射防止膜116とを備える。
【0069】
第1の基板11、第2の基板12、電圧印加電極13、対向電極14、透光性樹脂膜15および16、液晶17、封止樹脂18、電極19については、実施形態1で説明したものと同様であるので重複する説明は省略する。
【0070】
反射防止膜111および116と層間反射防止膜112〜115とは、光学素子110を透過する光の反射を防止するために形成される。反射防止膜111および116と層間反射防止膜112〜115とは、たとえばスパッタリング法や蒸着法によって形成できる。
【0071】
ここで、図12を参照して、一般的な反射防止膜について説明する。図12に示すように、屈折率がn1〜n3の媒質1〜3を光が透過する場合には、媒質2の膜厚をLとすると、媒質2の膜厚Lが、L=(2N2+1)λ/4n2(ただし、λは透過する光の波長、N2は0以上の整数、n2は媒質2の屈折率)の関係を満たす場合に、媒質2での反射率が最小となる。また、媒質2の屈折率n2を、媒質1の屈折率n1と媒質3の屈折率n3との幾何平均(n1とn3との積の平方根)に近づけると、媒質2での反射率をさらに減少させることができる。
【0072】
したがって、反射防止膜111および116並びに層間反射防止膜112〜115には、上記膜厚および屈折率の関係を満たすような膜を用いることが好ましい。
【0073】
ここで、反射防止膜111および116の屈折率について考えると、空気の屈折率は1であり、第1の基板11および第2の基板12の屈折率がたとえば1.5である場合(たとえば、第1の基板11および第2の基板12に通常のガラスを用いた場合)には、反射防止膜の屈折率は1.22に近いことが好ましい。したがって、反射防止膜111および116には、屈折率が1.22に近い、フッ化マグネシウム(屈折率1.38)などを用いることができる。
【0074】
次に、層間反射防止膜112および115の屈折率について考えると、たとえば、第1の基板11および第2の基板12の屈折率が1.5であり、電圧印加電極13および対向電極14の屈折率が2(たとえば、電圧印加電極13および対向電極14にITOを用いた場合)である場合には、層間反射防止膜112および115の屈折率は、1.73に近いことが好ましい。したがって、層間反射防止膜112および115には、屈折率が1.73に近いアルミナ(屈折率1.68)などを用いることができる。
【0075】
同様に、層間反射防止膜113および114の屈折率について考えると、たとえば、電圧印加電極13および対向電極14の屈折率が2であり、透光性樹脂膜15および16の屈折率が1.5(たとえば、透光性樹脂膜15および16がポリビニルアルコール膜である場合)である場合、層間反射防止膜113および114の屈折率が1.73に近いことが好ましい。したがって、層間反射防止膜113および114には、屈折率が1.73に近いアルミナなどを用いることができる。なお、透光性樹脂膜15および16の屈折率と、液晶17の屈折率とは略等しいため、透光性樹脂膜15および16と液晶17との間での反射は考慮する必要がない。
【0076】
なお、上記反射防止膜の屈折率や材料は一例であり、光学素子110に用いられる材料や透過する光の波長によって、反射防止膜として最適な屈折率や膜厚が変化することはいうまでもない。
【0077】
さらに、反射防止膜111および116と層間反射防止膜112〜115とは、単層でなくともよく、屈折率が異なる複数の薄膜を積層したものでもよい。複数の薄膜からなる反射防止膜を用いることによって、反射率をより低減することができる。
【0078】
上記実施形態2の光学素子110では、実施形態1の光学素子10と同様の効果が得られる。さらに、光学素子110では、反射防止膜111および116と、層間反射防止膜112〜115とが形成されているため、入射した光が光学素子110の表面および内部で反射することによって減衰することを防止できる。
【0079】
(実施形態3)
実施形態3では、本発明の光学素子について、その他の一例を説明する。
【0080】
実施形態3の光学素子130ついて、断面図を図13に示す。
【0081】
図13を参照して、光学素子130は、第1の基板11と、第1の基板11に略平行に配置された第2の基板12と、第1の基板11と液晶17との間に配置された電圧印加電極131と、電圧印加電極131に対向するように電圧印加電極に略平行に配置された対向電極14と、電圧印加電極131を覆うように形成された透光性樹脂膜15と、対向電極14を覆うように形成された透光性樹脂膜16と、透光性樹脂膜15および16の間(電圧印加電極131と対向電極14との間)に配置された液晶17と、液晶17を囲むように透光性樹脂膜15および16の間に配置された封止樹脂18とを含む。
【0082】
なお、電圧印加電極131を除く部分については、実施形態1の光学素子10と同様であるので、重複する説明を省略する。
【0083】
電圧印加電極131の一部平面図を、図14に示す。また、図14には、液晶の配向方向、入射光の偏光方向および光記録媒体のラジアル方向についても示している。なお、図14では、引き出し電極の表示を省略しているが、引き出し電極としては、図3に示したような電極を用いることができる。
【0084】
電圧印加電極131は、液晶17に所望の電圧を印加し、これによって液晶17を通過する光の位相を制御するための電極である。電圧印加電極131は、分離部132によって複数のセグメント電極133a〜eに分割されている。セグメント電極133a〜eは、透光性電極であり、たとえば、ITOを用いることができる。なお、セグメント電極の形状は、補正する光の収差分布に応じて変えることが好ましく、図14に示した形状は一例である。
【0085】
分離部132の幅Wは、分離部132上に位置する液晶(位相変化層)17の全域においてセグメント電極の影響を受ける幅である。すなわち、分離部132の幅Wは、あるセグメント電極から影響を受ける液晶17と、そのセグメント電極に隣接するのセグメントから影響を受ける液晶17とが接する幅以下の距離である。具体的には、第1の基板11に垂直な方向の液晶17の厚さをd(図13参照)としたときに、幅Wと厚さdとがW≦3d以下の関係を満たすことが好ましく、W≦2dの関係を満たすことが特に好ましい。幅Wは、たとえば1μm以上15μm以下である。
【0086】
次に、分離部132上の液晶17の挙動について詳細に説明する。通常、対向する2枚の電極の端部では、電界は電極のない空間にも拡がって分布する。このような状態を、図15に模式的に示す。対向する2枚の半無限の電極を備える平行平板コンデンサーの場合、電極の端部からの距離(図15のX軸方向の距離)と、その電位(平行平板コンデンサの絶縁効果)との関係は、等角写像を用いることにより解明できる(「電磁気学」、朝倉書店発行、藤本三治著や「電磁気学演習」、共立出版発行、後藤憲一、山崎修一郎著参照)。ここで、電界の大きさは電位の微分係数であるので、電位を電極間方向(図15のY軸方向)に微分することによって、対向する2枚の半無限の平行平板コンデンサーにおける、電極の端部からの距離と、電極に垂直な方向の電界との関係を求めることができる。このようにして計算した結果を、図16に示す。図16において、横軸は、電極端部からのX軸方向の距離を表しており、対向する2枚の電極間の距離を1として規格化した値である。また、横軸の0は電極の端であり、xの値が大きくなるほど電極から離れた位置を表している。一方、Y軸は、電極間の電界強度を100としたときのY軸方向の電界強度を示している。
【0087】
図16から、電極が無い部分にも電界が漏れ出しており、電極間の距離と同じ距離だけ離れたところ(x=1)では、電極間の電界(y=100)のほぼ20%の電界が生じていることがわかる。したがって、実際の光学素子においても、この電界によって、分離部132上に位置する液晶の屈折率は変化する。なお、セグメント電極は分離部132の両隣にあるので分離部132の直下の液晶は両隣のセグメント電極から漏れ出す電界の影響を受けることになる。ここで、図16には、2枚の電極がともに半無限の場合の計算結果を示しているが、実際の光学素子では、セグメント電極が半無限であり、対向電極は無限として考えなければならない。そして、この場合には、電気力線が無限の電極(対向電極)の裏側に回り込むことがないので半無限の電極からのある距離での電界強度は、図16に示したものより大きくなると考えられる。したがって、電極間の距離だけ離れた場所(x=1)での電界は電極端部からかなり漏れ出していると考えられる。
【0088】
実際に、液晶の厚さdを5μmとし、分離部132の幅Wを10μm(2d)として、図14に示した電圧印加電極131を備える光学素子を試作した。そして、この光学素子を用いた光ヘッド(図18参照)で収差補正を行った。光記録媒体が1°傾いた場合、収差補正を行わないとジッタは20%以上であるが、上記光学素子を用いて収差補正を行うとジッタは7.5%になった。ここで、光記録媒体が傾いていないときのジッタは6.6%であったので、光記録媒体が傾いたことによって生じるコマ収差は、上記光学素子によってほぼ完全に補正されたと考えられる。したがって、分離部132上の液晶は、隣り合うセグメント電極から漏れだした電界によってほぼ最適な屈折率になったと考えられる。
【0089】
ここで、図16から、x=1.5の位置(分離部はセグメントが両隣にあるので分離部の幅Wが液晶の厚さdの3倍のとき)における電界の大きさは、x=1の位置(分離部の幅Wが液晶の厚さdの2倍)の時の2/3程度である。分離部の幅Wが液晶の厚さdの2倍のときに収差補正がほぼ完全に行われたことを考慮すると、分離部の幅Wが液晶dの厚さの3倍まで広がったとしても、分離部上に漏れ出す電界によって収差補正が十分に可能であると考えられる。
【0090】
次に、光学素子の光透過率について検討する。セグメント電極のすべてに同一の電圧を印加した場合、セグメント電極の影響を受ける部分の液晶の屈折率と、セグメント電極の影響を受けない部分の液晶の屈折率とは異なる。このため、入射した光の一部が回折され、光学素子の光透過率が低下してしまう。このような場合でも、上記実施形態の光学素子によれば、セグメント電極部上に位置する液晶のすべてがセグメント電極の影響を受けるため、光透過率の低下が小さい。実際に、光学素子130について、セグメント電極すべてを3Vとし、対向電極を0Vとして光透過率を測定した。その結果、液晶の厚さdが5μmで分離部の幅Wが10μmの場合には、光学素子の光透過率は91%であった。また、液晶の厚さdが5μmで分離部の幅Wが5μmの場合には、光学素子の光透過率は97%であった。光透過率については、分離部の面積に依存するので一概にはいえないが、上記結果より、液晶の厚さdと分離部の幅Wは、W≦dの関係を満たすことが好ましいことがわかった。
【0091】
以上のように、光学素子130では、セグメント電極133a〜eと、対向電極14との電圧差を制御することによって、液晶17の屈折率を各領域で変化させることができる。したがって、光学素子130では、液晶17の所望の位置の光路長を変化させることができる。ここで、図14に示すように、光学素子130に入射する光の偏光方向と、液晶17の配向方向と、光記録媒体のラジアル方向とは略平行である。したがって、光記録媒体が傾くことによって図25に示すような位相分布(コマ収差)が生じた場合であっても、各セグメント電極133a〜eに印加する電圧を制御することによって、図25に示された位相分布と逆の極性を有する位相分布を入射光に与えてコマ収差を補正できる。
【0092】
特に、光学素子130では、分離部132の幅Wは、分離部132上に位置する液晶(位相変化層)17の全域においてセグメント電極の影響を受ける幅であるため、分離部132上の液晶17を通過した光も位相が制御される。したがって、光学素子130によれば、入射した光に対する補正効果が特に高い光学素子が得られる。また、上記光学素子130では、分離部132の幅を必要以上に狭くしなくても十分な補正効果が得られるため、歩留まりよく安価に製造できる光学素子が得られる。
【0093】
なお、図14に示した電圧印加電極131の形状は一例であり、分離部の幅Wが所定値以下であれば、他の形状の電極を用いることができる。
【0094】
また、光学素子130に、実施形態1で説明した電圧制御電極や、実施形態2で説明した反射防止膜を形成してもよい。
【0095】
(実施形態4)
実施形態4では、本発明の光学素子について、さらにその他の一例を説明する。
【0096】
実施形態4の光学素子170について、断面図を図17(a)に示す。
【0097】
図17(a)を参照して、光学素子170は、第1の基板11と、第1の基板11に略平行に配置された第2の基板12と、第1の基板11と液晶17との間に配置された電圧印加電極171と、電圧印加電極171に対向するように電圧印加電極171に略平行に配置された対向電極14と、電圧印加電極171を覆うように形成された透光性樹脂膜15と、対向電極14を覆うように形成された透光性樹脂膜16と、透光性樹脂膜15および16の間(電圧印加電極171と対向電極14との間)に配置された液晶17と、液晶17を囲むように透光性樹脂膜15および16の間に配置された封止樹脂18と、第1の基板11の外側(液晶17が存在しない側)の主面上に形成された遮光膜172とを備える。
【0098】
なお、電圧印加電極171および遮光膜172を除く部分については、実施形態1の光学素子10と同様であるので、重複する説明を省略する。
【0099】
電圧印加電極171は、液晶17に所望の電圧を印加し、これによって液晶17を通過する光の位相を制御するための電極である。電圧印加電極171は、図14の電圧印加電極131と同様に分離部によって複数の複数のセグメント電極に分割されていが、電圧印加電極171では分離部の幅が広くてもよい。各セグメント電極は、透光性電極であり、たとえば、ITOを用いることができる。
【0100】
遮光膜172は、入射した光の一部を遮光する膜である。遮光膜172には、たとえば金属を用いることができ、具体的にはたとえば膜厚が100nmのアルミニウム膜などを用いることができる。なお、図17(a)では、遮光膜172が第1の基板11上に形成される場合を示したが、遮光膜172が第2の基板12上に形成されてもよい。遮光膜172は、たとえば、金属薄膜を蒸着したのち、フォトリソ工程およびエッチング工程で不要な部分の金属を除去することによって形成できる。
【0101】
遮光膜172について、一例の平面図を図17(b)に示す。なお、図17(b)に示した遮光膜172は、電圧印加電極171が図14の電圧印加電極131と類似のパターン(分離部の幅は異なる)である場合のものである。
【0102】
図17(b)を参照して、遮光膜172は、分離部に対応する位置に形成されている。すなわち、遮光膜172は、光学素子170に入射した光のうち分離部を透過する光の光路上に設けられている。
【0103】
実施形態3で説明したように、電圧印加電極の分離部の幅が広い場合には、分離部上の液晶17の制御が十分ではないため、この部分を透過した光は位相が十分に制御されず、収差補正が不十分となってしまう。これにたいし、光学素子170では、制御されていない位相を持った光を遮光膜172で遮光するため、最適な位相をもった光のみが光学素子170を透過し、十分な収差補正を行うことができる。
【0104】
実際に、分離部の幅が広い電圧印加電極171と遮光膜172とを備える光学素子170において、チルト1゜の場合に収差補正を行うとジッタは8%であり、良好な結果が得られた。一方、同様の場合に収差補正を行わなかった場合には、ジッタが20%であった。このように、光学素子170によって、高い収差補正効果が得られることがわかった。
【0105】
以上のように、実施形態4の光学素子170では、電圧印加電極171の分離部を通る光のすべてを遮光することによって、収差補正効果が良好な光学素子が得られる。また、光学素子170では、分離部の幅を広げることができるため、低コストで歩留まりよく容易に光学素子を製造することができる。
【0106】
なお、遮光膜172は、セグメント電極の分離部を通る光のすべてを遮光するものであってもよいし、上記光の一部のみを遮光するものであってもよい。すなわち、実施形態3で説明したように分離部上の液晶17はセグメント電極から漏れ出す電界の影響を受けるため、電界の影響を受けない部分を通る光のみを遮光することによって収差補正を十分に行うことができる。分離部を通る光の一部のみを遮光する場合は、利用できる光の量が増えるため、ジッタをさらに良くすることができる。
【0107】
なお、図17(b)に示した遮光膜172の形状は一例であり、遮光膜172の形状は、セグメント電極の分離部の形状に応じて変化する。
【0108】
また、光学素子170に、実施形態1で説明した電圧制御電極や、実施形態2で説明した反射防止膜を形成してもよい。
【0109】
(実施形態5)
実施形態5では、実施形態1ないし4のいずれかで説明した本発明の光学素子を用いた光ヘッドについて説明する。
【0110】
実施形態5の光ヘッド180の構成を、図18に模式的に示す。
【0111】
図18を参照して、光ヘッド180は、光源181と、回折格子182と、コリメータレンズ183と、光学素子184と、対物レンズ185と、チルトセンサー186と、光検出器187および188とを備える。
【0112】
光源181は、たとえば半導体レーザ素子を含み、光記録媒体189の記録層に対して記録再生用のコヒーレント光を出射する。
【0113】
回折格子182は、ガラス表面にフォトリソグラフィーを用いて所望のパターンのフォトレジストを形成した後、エッチングによって形成されたグレーティングである。回折格子182は、0次回折効率がほぼ50%で、±1次回折効率がほぼ50%である。すなわち、回折格子182は、光記録媒体189からの反射光を、光源181から出射された光の光路から分離する分離手段として機能する。
【0114】
コリメータレンズ183と対物レンズ185とは、集光光学系を構成する。
【0115】
光学素子184には、実施形態1ないし4のいずれかで説明した本発明の光学素子が用いられる。すなわち、光学素子184は、電圧印加電極の各セグメント電極に異なる電圧を印加することによって、液晶の屈折率を部分的に変化させ、収差補正を行う素子である。
【0116】
対物レンズ185は光記録媒体189の記録層に光を集光するレンズである。
【0117】
チルトセンサー186は、光記録媒体189のチルト角を検出する。そして、チルトセンサー186は、光記録媒体189のチルト角に応じた信号を光学素子制御回路190に出力する。
【0118】
光学素子制御回路190は、チルトセンサー186から出力された信号に応じて光学素子184に電気信号(たとえば、図3のV1およびV2)を印加する回路である。
【0119】
光検出器187は、光記録媒体189の記録層で反射された光のうち回折格子182で回折された+1次光を受光して電気信号に変換する。
【0120】
光検出器188は、光記録媒体189の記録層で反射された光のうち回折格子182で回折された−1次光を受光して電気信号に変換する。
【0121】
光ヘッド180の機能について、図18を参照して説明する。光源181から出射された直線偏光の一部は、回折格子182を透過してコリメータレンズ183に入射する。コリメータレンズ183に入射した光は、コリメータレンズ183によって略平行光となって光学素子184に入射する。
【0122】
ここで、光記録媒体189が光軸に対して垂直から傾いていると、その傾き量(チルト角)に応じて波面収差を補正するための信号がチルトセンサー186から出力され、その信号は光学素子制御回路190に入力される。光学素子制御回路190は、チルトによって生じた波面収差を補正するために必要な信号を光学素子184に出力する。したがって、光学素子184に入射した光には、光記録媒体189のチルトによって生じる波面収差を補正するような位相変化が与えられる。
【0123】
光学素子184を透過した光は、対物レンズ185によって光記録媒体189上に集光される。光記録媒体189に集光された光には、波面収差を補正するような位相変化が光学素子184によって与えられているため、光記録媒体189上では収差のない、すなわち回折限界まで絞られた光スポットが形成される。
【0124】
光記録媒体189によって反射された光は光記録媒体189の傾きに応じた波面収差を有する光になるが、光学素子184によって再び波面収差が補正される。
【0125】
光記録媒体189によって反射され光学素子184を透過した光は、コリメータレンズ183を透過し、回折格子182により回折される。回折格子182によって回折された回折光のうち、+1次光は光検出器187に入射し、−1次光は光検出器188に入射する。
【0126】
光検出器187は、光記録媒体189上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号と、光の照射位置を示すトラッキング誤差信号とを出力する。フォーカス誤差信号は、フォーカス制御手段(図示せず)に出力される。フォーカス制御手段は、フォーカス誤差信号に基づいて、光が常に合焦状態で光記録媒体189上に集光されるように対物レンズ185の位置をその光軸方向に制御する。トラッキング誤差信号は、トラッキング制御手段(図示せず)に入力される。トラッキング制御手段は、トラッキング誤差信号に基づいて、光記録媒体189上の所望のトラックに光が集光されるように、対物レンズ185の位置を制御する。
【0127】
光検出器188は、光記録媒体189に記録された記録情報を検出する。
【0128】
次に、光学素子184が実施形態1または2で説明した光学素子である場合の光学素子制御回路190について説明する。この場合の光学素子制御回路190の回路図を、図19に示す。光学素子制御回路190は、信号源191および192、オペアンプ193、遅延回路194およびスイッチ195を備える。
【0129】
信号源191および192は、光学素子184の電圧制御電極へ電気信号を出力する。信号源191および192によって出力される電気信号は、電圧制御電極に印加される電圧V1およびV2に応じて変化する。オペアンプ193は、ゲインが可変である。遅延回路194は、V1の位相とV2の位相とが同相になるように、信号源192からの信号の位相を調整する。スイッチ195は、信号源191および192から出力された電気信号を電圧制御電極に印加される電圧V1またはV2に振り分ける。スイッチ195によって、電圧V1またはV2に対応する信号源191または192を切り替えることができる。
【0130】
光記録媒体189のチルトによって生じる波面収差を補正する際に、光記録媒体189のチルトの方向が同じで大きさだけ変化した場合は、オペアンプ193のゲインを変えることによって波面収差を補正できる。また、光記録媒体189の反りの方向が逆になった場合は、スイッチ195によって、V1およびV2に対応する信号源191または192を切り替え、さらにオペアンプ193のゲインを必要に応じて変化させることによって、波面収差を補正できる。
【0131】
ここで、光ヘッド180において、実施形態1の光学素子10を用いて波面収差の補正を行った場合と行わなかった場合のジッタの測定結果を、図20に示す。図20から明らかなように、光学素子184を用いて波面収差の補正を行うことによって、ジッタマージンを大きくすることができる。
【0132】
以上説明したように、実施形態5の光ヘッド180は、本発明の光学素子を含むため、光記録媒体に記録された信号を信頼性よく読み出すことができる光ヘッドが得られる。また、光ヘッド180では、本発明の光学素子を用いることによってジッタマージンまたはチルトマージンが大きくなるため、製造が容易で低コストな光ヘッドが得られる。
【0133】
さらに、実施形態1または2の光学素子を用いた場合には、光学素子184に外部から加える信号数を減少させることができるため、収差を補正することができ小型で製造が容易な光ヘッドが得られる。
【0134】
(実施形態6)
実施形態6では、本発明の光ヘッドについて、他の一例を説明する。
【0135】
実施形態6の光ヘッド180aについて、構成を図21に模式的に示す。
【0136】
図21を参照して、光ヘッド180aは、光源181と、コリメータレンズ183と、光学素子184と、対物レンズ185と、チルトセンサー186と、光検出器187および188と、偏光ホログラム211と、1/4波長板212とを備える。偏光ホログラム211は、光源181とコリメータレンズ183との間に配置される。また、1/4波長板212は、光学素子184と光記録媒体189との間に配置される。
【0137】
偏光ホログラム211および1/4波長板212を除く部分については、実施形態5で説明したものと同様であるので、重複する説明は省略する。なお、光学素子184は、実施形態1ないし4のいずれかに記載の光学素子である。
【0138】
偏光ホログラム211は、異常光線についてはそのまま透過させ、常光線に対しては回折格子として機能する光学素子である。偏光ホログラム211は、たとえば、複屈折を有するニオブ酸リチウム基板の一部をプロトン交換し、そのプロトン交換部をエッチングすることによって形成できる(特開平6−27322号公報参照)。
【0139】
1/4波長板212は、光源181から出射される直線偏光の光を円偏光に変換すると共に、光記録媒体139の記録層で反射された光を上記直線偏光の光とは異なる方向の直線偏光に変換する非線形光学素子である。1/4波長板212は、たとえば水晶からなる。なお、1/4波長板の代わりに、N/4波長板(Nは3以上の奇数)を用いてもよい。
【0140】
図21を参照して、光ヘッド180aの動作について説明する。光源181から出射された直線偏光の光は、偏光ホログラム211をそのままの状態で透過しコリメータレンズ183に入射し、コリメータレンズ183によって平行光にされて、光学素子184に入射する。ここで、光記録媒体189が光軸に対して垂直から傾いていると、その傾き量(チルト角)に応じた信号がチルトセンサー186から出力され、その出力信号は光学素子制御回路190に入力される。光学素子制御回路190は、上記出力信号に基づいて、光記録媒体189が傾いたときに生じる波面収差を補正するために必要な信号を光学素子184に出力する。このようにして、光学素子184に入力された光は、光記録媒体189のチルトによって生じる波面収差を補正するように位相が制御される。
【0141】
光学素子184を透過した光は、1/4波長板212に入射され、その偏光状態は直線偏光から円偏光に変換される。この円偏光の光は対物レンズ185によって光記録媒体189上に集光され、反射される。ここで、光記録媒体189が傾いた時に生じる波面収差を補正する波面収差を有する光が、対物レンズ185で集光されるので、光記録媒体189上では収差のない、すなわち回折限界まで絞られた光スポットが形成される。
【0142】
光記録媒体189によって反射された光は、対物レンズ185を透過し、1/4波長板212に入射する。1/4波長板212に入射した光は、1/4波長板212によって円偏光から直線偏光に変換される。1/4波長板212を通過した直線偏光は、光源181から出射される直線偏光と直交する直線偏光となる。この直線偏光の光は、光学素子184およびコリメータレンズ183を透過し、偏光ホログラム211によってほぼ100%回折される。そして、回折の+1次光は光検出器187に入射され、回折の−1次光は光検出器188に入射される。
【0143】
光検出器187および光検出器188、ならびにフォーカス制御手段(図示せず)の機能については、実施形態5で説明したものと同様であるため、重複する説明は省略する。
【0144】
上記のように、偏光光学系を用いると、光源181から出射される光の利用効率が高くなり、書き換え可能な光記録媒体に信号の記録および再生をすることが容易になる。
【0145】
次に、収差を補正する光学素子184の位置について説明する。光学素子の液晶17は1軸性複屈折であるため、図14に示すように、収差を補正するためには光学素子184に液晶17の配向方向と略平行な直線偏光が入射されねばならない。光学素子184が1/4波長板212と光記録媒体189との間に配置された場合には、複屈折板として作用する液晶17を有する光学素子184に円偏光の光が入射することになるので、光学素子184を透過した後の偏光状態が液晶17のリターデーションに応じて直線偏光から円偏光の任意の状態をとることになる。その結果、最悪の場合には、光記録媒体189で反射された光が光源181から出射される光と同じ偏光状態で偏光ホログラム211に入射することになる。この場合には、光検出器187および188に光が全く入らなくなるため、光記録媒体189に記録された情報信号を再生できなくなる。したがって、光学素子184は、光源181と1/4波長板212との間に配置されることが必要である。いいかえれば、1/4波長板212は、光学素子184と光記録媒体189との間に配置されることが必要である。
【0146】
実施形態6の光学ヘッド180aでは、実施形態5で説明した光学ヘッド180と同様の効果が得られる。さらに、光学ヘッド180aは、1/4波長板212を光学素子184と光記録媒体189との間に配置することによって、光の利用効率を高めることができ、書き換え可能な光記録媒体の記録再生が容易となる。
【0147】
(実施形態7)
実施形態7では、本発明の光記録再生装置について、一例を説明する。実施形態7の光記録再生装置は、光記録媒体に対して、信号の記録または再生(記録および再生を行ってもよい)を行う装置である。
【0148】
図22に、実施形態7の光記録再生装置220の構成を模式的に示す。光記録再生装置220は、光ヘッド180と、光学素子制御回路190と、モータ221と、処理回路222とを備える。光ヘッド180は、実施形態5で説明したものであり、実施形態1ないし4のいずれかで説明した本発明の光学素子184を備える。なお、光ヘッド180の代わりに光ヘッド180aを用いてもよい。
【0149】
光ヘッド180および光学素子制御回路190については、実施形態5で説明したものと同様であるため、重複する説明は省略する。
【0150】
次に、光記録再生装置220の動作について説明する。まず、光記録再生装置220に光記録媒体189がセットされると、処理回路222はモータ221を回転させる信号を出力し、モータ221を回転させる。次に、処理回路222は、光源181を駆動して光を出射させる。光源181から出射された光は、光記録媒体189で反射され、光検出器187および188に入射する。光検出器187は、光記録媒体189上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号と、光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を処理回路222に出力する。これらの信号に基づき、処理回路222は対物レンズ185を制御する信号を出力し、これによって光源181から出射された光を光記録媒体189上の所望のトラック上に集光させる。また、処理回路222は、光検出器188から出力される信号に基づいて、光記録媒体189に記録されている情報を再生する。
【0151】
次に、光記録媒体189が傾いているときの制御について説明する。光記録媒体189が傾いている場合には、光記録媒体189の傾きに応じた信号がチルトセンサー186によって処理回路222に出力される。処理回路222は、入力された信号に応じて光学素子制御回路190を駆動し、これによって、光記録媒体189のチルトによって生じるコマ収差を補正するために必要な制御信号が、光学素子制御回路190から光学素子184に出力される(詳細については、実施形態5または6参照)。このようにして、光記録媒体189が傾いても、光記録媒体189に記録された情報信号は、正しく再生される。
【0152】
実施形態7の光記録再生装置220では、本発明の光学素子によって光記録媒体のチルトによって生じたコマ収差を補正する。したがって、光記録再生装置220によれば、光記録媒体に記録された情報信号を信頼性よく再生できる光記録再生装置が得られる。また、本発明の光学素子を用いることによって光記録媒体189の傾きに対する許容度が大きくなるため、製造が安価かつ容易な光記録再生装置が得られる。
【0153】
なお、上記実施形態では情報信号の再生について述べたが、情報信号を記録する場合でも、再生と同様に光学素子の制御が行われるため、信頼性よく情報信号を記録することができる。
【0154】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づく他の実施形態に適用することができる。
【0155】
たとえば、上記実施形態では、ラジアルチルトの補正について述べたが、セグメント電極のパターンを90度回転させて用いることによってタンジェンシャルチルトの補正を行うことができる。さらに、2種類の光学素子を用いることによって、ラジアルチルトおよびタンジェンシャルチルトの両方を補正することができる。
【0156】
また、上記実施形態では、コリメータレンズと対物レンズとの間の平行系中に本発明の光学素子を配置した場合を示したが、光源とコリメータレンズとの間の発散系中に配置してもよい。
【0157】
また、上記実施形態では、無限系の光ヘッドを示したが、コリメータレンズを用いない有限系の光ヘッドであってもよい。
【0158】
また、上記実施形態では、光記録媒体に記録された情報の再生時にチルトセンサーによって検出されたチルト量を用いて波面収差の補正を行っている場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、再生前にあらかじめトラック位置とチルト量との関係を学習して、学習したチルト量から各トラック位置での波面収差を補正してもよい。
【0159】
また、上記実施形態では、光記録媒体からの反射光を回折格子などによって光源からの光路と分離して光検出器に入射させているが、ハーフミラー等の光学素子を用いて光源からの光路と分離して光検出器に入射させてもよい。
【0160】
また、上記実施形態では、光のみによって情報を記録する光記録媒体について述べたが、光および磁気によって情報を記録する光磁気記録媒体についても、本発明の光学素子を用いれば同様の効果が得られることはいうまでもない。
【0161】
また、上記実施形態では、光記録媒体が光ディスクである場合について説明したが、カード状の光記録媒体など、類似の機能を実現する光学的情報記録再生装置に適用することができる。
【0162】
また、上記実施形態1または2の光学素子において、電圧制御電極にトランジスタを接続し、外部からの電圧を昇圧してもよい。また、電圧制御電極に位相遅延回路を接続して電圧印加電極に印加する電圧の位相を変化させてもよい。
【0163】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学素子、光ヘッドまたは光記録再生装置によれば、入射した光に対する補正効果が高く製造が容易な光学素子、光ヘッドまたは光記録再生装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光学素子について一例を示す斜視図である。
【図2】 本発明の光学素子について一例を示す断面図である。
【図3】 本発明の光学素子について電圧印加電極の一例を示す平面図である。
【図4】 本発明の光学素子について電圧制御電極の等価回路を示す回路図である。
【図5】 本発明の光学素子について液晶の屈折率と制御電圧との関係を示すグラフである。
【図6】 本発明の光学素子について、電圧制御電極の他の例を示す平面図である。
【図7】 本発明の光学素子について電圧制御電極のその他の一例を示す平面図である。
【図8】 本発明の光学素子について電圧印加電極の他の一例を示す平面図である。
【図9】 本発明の光学素子についてセグメント電極の一例を示す平面図である。
【図10】 本発明の光学素子についてセグメント電極の他の一例を示す平面図である。
【図11】 本発明の光学素子について他の一例を示す断面図である。
【図12】 本発明の光学素子について反射防止膜の機能を説明する模式図である。
【図13】 本発明の光学素子についてその他の一例を示す断面図である。
【図14】 本発明の光学素子について電圧印加電極の一例を示す平面図である。
【図15】 本発明の光学素子について機能を説明するための図である。
【図16】 本発明の光学素子について機能を説明するためのグラフである。
【図17】 本発明の光学素子についてさらにその他の一例を示す断面図である。
【図18】 本発明の光ヘッドについて一例を示す模式図である。
【図19】 本発明の光ヘッドに用いられる光学素子制御回路を示す回路図である。
【図20】 本発明の光ヘッドについて収差補正の効果を示すグラフである。
【図21】 本発明の光ヘッドについて他の一例を示す模式図である。
【図22】 本発明の光記録再生装置について一例を示す模式図である。
【図23】 従来の光ヘッドについて一例を示す模式図である。
【図24】 従来の光学素子についてセグメント電極の一例を示す模式図である。
【図25】 チルト角が1゜の場合における波面収差の一例を示すグラフである。
【図26】 従来の光学素子について電圧印加電極の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
10、110、130、170 光学素子
11 第1の基板
12 第2の基板
13、80、131、171 電圧印加電極
13a、80a セグメント電極部
13b、80b 電圧制御電極
14 対向電極
17 液晶(位相変化層)
111、116 反射防止膜
112、113、114、115 層間反射防止膜
132 分離部
172 遮光膜
180、180a 光ヘッド
181 光源
184 光学素子
186 チルトセンサー
189 光記録媒体
212 1/4波長板
220 光記録再生装置
221 モータ
222 処理回路
A、B、C、D、E、133a〜e セグメント電極
V1、V2、Va、Vb、Vc、Vd、Ve 電圧
d 液晶の厚さ
W 分離部の幅
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical element that changes the phase of incident light, and an optical head and an optical recording / reproducing apparatus using the optical element.
[0002]
[Prior art]
An optical recording medium such as a digital versatile disk (DVD) is attracting attention as a large-capacity optical recording medium because it can record digital information with high density. Here, in order to record / reproduce digital information with high density, it is necessary to shorten the wavelength of light for recording / reproduction and to increase the NA (numerical aperture) of the objective lens. However, when the wavelength of light is shortened and the NA of the lens is increased, the wavefront aberration, particularly coma aberration, increases due to deviation (tilt) from the optical axis caused by warpage of the optical recording medium, and the margin for tilt is smaller. There was a problem of becoming.
[0003]
In order to solve this problem, an optical head that corrects wavefront aberration using a liquid crystal panel has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 9-128785).
[0004]
An example of the above-described conventional optical head will be described with reference to FIG.
[0005]
FIG. 23 shows a configuration diagram of a conventional optical head 1 (also referred to as an optical pickup). The optical head 1 includes a light source 2, a half mirror 3 a, an objective lens 3 b, a condenser lens 3 c, an optical element 4, a tilt sensor 5, an optical element control circuit 6, and a photodetector 7.
[0006]
The light source 2 is made of, for example, a semiconductor laser element, and is an optical recording medium 8 (a medium for recording information, and a recording medium from which recorded information is read using light. Examples thereof include a CD and a DVD. ) Is output to the recording layer. The optical element 4 includes a liquid crystal panel, and the liquid crystal panel has a plurality of segment electrodes having a pattern as shown in FIG. The optical element 4 changes the refractive index of the liquid crystal for each segment electrode by applying a desired voltage to each segment electrode, and changes the phase of light transmitted through each segment electrode. Therefore, the optical element 4 can correct the aberration of light incident on the optical element 4.
[0007]
The function of the conventional optical head 1 will be described. The linearly polarized light emitted from the light source 2 is reflected by the half mirror 3 a and enters the optical element 4. Here, if the optical recording medium 8 is tilted from the perpendicular to the optical axis, a signal corresponding to the tilt amount (tilt angle) is output by the tilt sensor 5. Based on the signal output from the tilt sensor 5, the optical element control circuit 6 causes the liquid crystal of the optical element 4 to generate a phase change necessary for correcting the wavefront aberration that occurs when the optical recording medium 8 is tilted. Control the panel. Thus, the light incident on the optical element 4 is given a phase change that corrects the wavefront aberration that occurs when the recording medium 8 is tilted. The light transmitted through the optical element 4 is condensed on the optical recording medium 8 by the objective lens 3b. Here, since the light to which the phase change that corrects the wavefront aberration generated when the optical recording medium 8 is tilted is condensed by the objective lens 3b, a light spot (without aberration) on the optical recording medium 8 is collected. A light spot that is narrowed to the diffraction limit) is formed. Next, the light reflected by the optical recording medium 8 becomes light having wavefront aberration corresponding to the inclination of the optical recording medium 8, but the wavefront aberration is corrected by the optical element 4. The light that has passed through the optical element 4 passes through the half mirror 3a, enters the condenser lens 3c without returning to the light source 1, and is condensed on the photodetector 7 by the condenser lens 3c. The photodetector 7 outputs information recorded on the optical recording medium 8. The light detector 7 outputs a focus error signal indicating the focused state of light on the optical recording medium 8 and outputs a tracking error signal indicating the light irradiation position.
[0008]
Here, the principle of tilt correction using the optical element 4 will be described.
[0009]
An example of wavefront aberration distribution at the best image point of the optical recording medium 8 (the tilt angle of the optical recording medium 8 is 1 °, the NA of the objective lens is 0.6, the wavelength is 655 nm, and the substrate thickness of the optical recording medium 8 is 0. FIG. 25 shows the case of 6 mm. As shown in FIG. 25, when the optical recording medium 8 is tilted, the wavefront aberration has a left-right antisymmetrical and substantially semicircular distribution. By applying a phase change that cancels the wavefront aberration distribution of FIG. 25 to the incident light using the optical element 4, the spot on the optical recording medium 8 is narrowed to the diffraction limit even when the optical recording medium 8 is tilted. Can do. In addition, by applying a phase change that cancels the wavefront aberration to the light reflected by the optical recording medium 8, the light detection by the photodetector 7 can be performed with high accuracy.
[0010]
In order to give the incident light a phase change that cancels the wavefront aberration shown in FIG. 25, the optical path length in the optical element 4 may be partially changed. Here, since the refractive index of the liquid crystal changes according to a voltage applied from the outside, the optical path length can be partially changed by partially changing the applied voltage. Therefore, the wavefront aberration shown in FIG. 25 can be corrected by applying externally different voltages for each segment electrode to the segment electrodes having a finely divided pattern as shown in FIG.
[0011]
However, in the optical element 4, it is necessary to externally supply a control signal corresponding to each segment electrode of the liquid crystal panel in the optical element 4. That is, a flexible substrate having the same number of lines as the segment electrodes of the liquid crystal panel from the liquid crystal panel drive circuit must be connected to the optical element 4. Therefore, in the case of the optical element 4 having a large number of segment electrodes as shown in FIG. 24, it is necessary to supply a large number of signals, and the width of the flexible substrate is increased accordingly. When such a wide flexible substrate is connected to the optical element 4, it is very difficult to adjust the components, and further, the optical head 1 is greatly reduced in size. Further, it is very difficult to bond a large number of lines to the optical element 4 which is a small optical component without short-circuiting, and as the number of lines increases, the yield of the bonding process of the flexible substrate to the optical element 4 increases. It becomes worse and the cost of the optical head 1 increases.
[0012]
In order to solve these problems, an optical element having a segment electrode different from the conventional segment electrode has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 10-20263). The electrode shape of this segment electrode is shown in FIG. This segment electrode has a shape corresponding to the shape of the wavefront aberration that occurs when the optical recording medium 8 is tilted. Therefore, compared with the conventional optical element, the wavefront aberration can be considerably corrected even if the number of segment electrodes is reduced.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, even in the optical element having the segment electrode having the shape shown in FIG. 26, the pattern shown in FIG. 26 needs to be divided more finely in order to correct the wavefront aberration more accurately. Therefore, also in the optical element having the segment electrode having the shape shown in FIG. 26, the number of control signals increases according to the degree of division of the segment electrode, and the connection between the optical element 4 and the optical element control circuit 6 becomes difficult. There is a problem. Furthermore, there is a problem that it is difficult to downsize the optical head.
[0014]
In addition, on the portion (separation portion) between the segment electrode and the segment electrode, there is a problem that the influence of the electric field is weak and correction of wavefront aberration is not sufficient. Here, it is conceivable to reduce the width of the separation part. However, if the width of the separation part is made narrower than a certain value, there arises a problem that the manufacturing is difficult and the yield is lowered.
[0015]
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an optical element that has a high correction effect on incident light and is easy to manufacture, and an optical head and an optical recording / reproducing apparatus using the optical element.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical element of the present invention includes a voltage application electrode including a plurality of segment electrodes, a counter electrode disposed substantially parallel to the voltage application electrode so as to face the voltage application electrode, A phase change layer made of a phase change material disposed between the voltage application electrode and the counter electrode, wherein the voltage application electrode further includes a voltage control electrode made of a conductive substance, and the voltage control electrode is external The voltage applied from is divided by the resistance of the conductive material and applied to the plurality of segment electrodes, and the voltage difference between the voltage application electrode and the counter electrode is changed to thereby change the phase change layer. The voltage control electrode is disposed at a position that does not overlap the phase change layer. In addition, the plurality of segment electrodes include a plurality of semicircular electrodes arranged substantially symmetrically. It is characterized by that. According to the optical element, an optical element that has a high correction effect on incident light and is easy to manufacture can be obtained.
[0017]
In the optical element, it is preferable that the phase change material is a material whose refractive index changes due to the voltage difference. According to the above configuration, the phase of incident light can be easily changed.
[0018]
In the optical element, the phase change material is preferably a liquid crystal. According to the above configuration, the voltage applied to change the phase of the incident light can be small.
[0019]
In the optical element, it is preferable that the phase change material is a material whose volume changes due to the voltage difference. According to the above configuration, the phase of incident light can be easily changed.
[0020]
In the optical element, the phase change material is preferably PLZT. According to the said structure, an element can be made thin.
[0022]
In the optical element, it is preferable that the plurality of segment electrodes include a plurality of substantially semicircular electrodes arranged substantially symmetrically. According to the above configuration, wavefront aberration can be corrected easily and accurately.
[0023]
In the optical element, it is preferable that the plurality of segment electrodes include a plurality of electrodes divided concentrically. According to the above configuration, spherical aberration can be corrected easily and accurately.
[0024]
In the optical element, the thickness d of the voltage application electrode a But d a = (2N a +1) λ / 2n a (Where λ is the wavelength of the incident light, N a Is an integer greater than or equal to 0, n a Is preferably a thickness represented by the refractive index of the voltage application electrode). According to the above configuration, when the refractive indexes of the upper and lower layers of the voltage application electrode are substantially equal, reflection of light at the voltage application electrode can be prevented.
[0025]
In the optical element, the thickness d of the counter electrode b But d b = (2N b +1) λ / 2n b (Where λ is the wavelength of the incident light, N b Is an integer greater than or equal to 0, n b Is preferably a thickness represented by the refractive index of the counter electrode). According to the said structure, when the refractive index of the upper and lower layers of a counter electrode is substantially equal, reflection of the light by a counter electrode can be prevented.
[0026]
The optical element preferably further includes an antireflection film for preventing reflection of incident light. According to the above configuration, loss of light due to reflection can be prevented.
[0027]
In the optical element, the voltage application electrode is divided into the plurality of segment electrodes by a separation unit, and the width of the separation unit is such that the entire region of the phase change layer located on the separation unit is affected by the segment electrode. It is preferable that the width be received. According to the above configuration, the phase of the light that has passed through the portion where the segment electrode is not formed can be controlled, so that an optical element having a particularly high phase correction effect can be obtained.
[0028]
In the optical element, it is preferable that the width W of the separation portion and the thickness d of the phase change layer satisfy a relationship of W ≦ 3d. According to the above configuration, an optical element having a higher phase correction effect can be obtained.
[0029]
In the optical element, it is preferable that the voltage application electrode is divided into the plurality of segment electrodes by a separation part, and further includes a light shielding film that shields light passing through the separation part. According to the above configuration, since light that has passed through the portion of the liquid crystal that is not controlled by the electric field can be cut, an optical element having a particularly high phase correction effect is obtained.
[0030]
In the optical element, the light shielding film is preferably made of metal. With the above configuration, a light shielding film having a high light shielding effect can be easily formed.
[0031]
The optical head of the present invention is an optical head that reads information recorded on an optical recording medium by light, and includes a light source, and an optical element disposed between the optical recording medium and the light source, The optical element is the optical element of the present invention. Since the optical head includes the optical element of the present invention, an optical head that has a high correction effect on incident light and is easy to manufacture can be obtained.
[0032]
The optical head preferably further includes an N / 4 wavelength plate (where N is an odd number of 1 or more) disposed between the optical recording medium and the optical element. With the above configuration, the light utilization efficiency is increased, and signal recording can be performed.
[0033]
The optical recording / reproducing apparatus of the present invention is an optical recording / reproducing apparatus for recording or reproducing signals (including when recording and reproducing) on an optical recording medium, and for recording signals on the optical recording medium. Alternatively, the optical head includes a reproducing optical head, and the optical head includes a light source and an optical element disposed between the optical recording medium and the light source, and the optical element is the optical element of the present invention. It is characterized by. Since the optical recording / reproducing apparatus includes the optical element of the present invention, an optical recording / reproducing apparatus having a high correction effect on incident light and easy to manufacture can be obtained.
[0034]
The optical recording / reproducing apparatus preferably further includes an N / 4 wavelength plate (where N is an odd number of 1 or more) disposed between the optical recording medium and the optical element.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0036]
(Embodiment 1)
In Embodiment 1, an example of the optical element of the present invention will be described.
[0037]
A perspective view of the optical element 10 of Embodiment 1 is shown in FIG. 1, and a cross-sectional view of the optical element 10 is shown in FIG.
[0038]
Referring to FIGS. 1 and 2, an optical element 10 includes a first substrate 11, a second substrate 12 disposed substantially parallel to the first substrate 11, a first substrate 11, and a liquid crystal 17. A voltage applying electrode 13 disposed between the electrodes, a counter electrode 14 disposed substantially parallel to the voltage applying electrode so as to face the voltage applying electrode 13, and a translucency formed so as to cover the voltage applying electrode 13 The resin film 15, the translucent resin film 16 formed so as to cover the counter electrode 14, and the translucent resin films 15 and 16 (between the voltage application electrode 13 and the counter electrode 14) are disposed. The liquid crystal 17 and the sealing resin 18 arrange | positioned between the translucent resin films 15 and 16 so that the liquid crystal 17 may be enclosed are included.
[0039]
The first substrate 11 and the second substrate 12 are made of glass, for example, and are translucent.
[0040]
The voltage application electrode 13 is an electrode for applying a desired voltage to the liquid crystal 17. The voltage application electrode 13 is formed on the main surface on the inner side (liquid crystal 17 side) of the first substrate 11.
[0041]
The counter electrode 14 is an electrode for applying a desired voltage to the liquid crystal 17 together with the voltage application electrode 13. The counter electrode 14 is formed on the main surface on the inner side (the liquid crystal 17 side) of the second substrate 12. The counter electrode 14 is connected to an electrode 19 formed on the first substrate 11 through a conductive resin (not shown) formed on a part of the sealing resin 18. The electrode 19 is connected to, for example, the ground (GND). The counter electrode 14 is translucent and is made of, for example, ITO. The counter electrode 14 is formed substantially uniformly on at least a portion of the inner main surface of the second substrate 12 facing the segment electrode portion 13a.
[0042]
The translucent resin films 15 and 16 are alignment films for aligning the liquid crystal 17 in a predetermined direction, and are made of, for example, a polyvinyl alcohol film. By rubbing the translucent resin film 15 or 16, the liquid crystal 17 can be aligned in a predetermined direction. The liquid crystal 17 may be aligned by other methods (for example, oblique vapor deposition).
[0043]
The liquid crystal 17 functions as a phase change layer that changes the phase of incident light. The liquid crystal 17 is made of, for example, nematic liquid crystal. By changing the voltage difference between the voltage application electrode 13 and the counter electrode 14, the refractive index of the liquid crystal 17 can be changed, whereby the phase of incident light can be changed. Instead of the liquid crystal 17, another phase change layer made of a phase change material may be used (the same applies to the following embodiments). As the phase change material, a material whose refractive index and volume (film thickness) change according to the voltage difference between the voltage application electrode 13 and the counter electrode 14 can be used. An example of a material whose refractive index changes with a voltage difference is liquid crystal. Examples of the material whose volume changes with a voltage difference include PLZT (perovskite structure transparent crystal containing lead oxide, lanthanum, zirconium oxide, and titanium oxide). Here, when a solid such as PLZT is used for the phase change layer, either the voltage application electrode 13 or the counter electrode 14 may be formed on the phase change layer. Therefore, in this case, either the first substrate 11 or the second substrate 12 may be omitted. Therefore, when PLZT is used, the element can be thinned.
[0044]
The sealing resin 18 is for sealing the liquid crystal 17 and is made of, for example, an epoxy resin.
[0045]
FIG. 3 shows a plan view of the voltage application electrode 13. Referring to FIG. 3, voltage application electrode 13 includes a segment electrode portion 13a and a voltage control electrode 13b.
[0046]
As shown in FIG. 3, the segment electrode portion 13a includes a plurality of segment electrodes A, B, C, D, and E. The segment electrodes A to E and the voltage control electrode 13b are electrically connected by lead lines La to Le. The segment electrodes A and E are substantially semicircular. The combined shape of segment electrode A and segment electrode B is substantially semicircular, and segment electrodes D and E are the same. Further, the combined shape of the segment electrodes A to E is a substantially perfect circle. The segment electrodes A and B and the segment electrodes D and E are arranged substantially symmetrically on the segment electrode C. The shape of the segment electrode changes according to the aberration distribution of light to be corrected, and the shape shown in FIG. 3 is an example.
[0047]
The segment electrode part 13a consists of a translucent electrode, for example, ITO can be used. The voltage control electrode 13b is made of a conductive material. In addition, the voltage application electrode 13 can be easily manufactured by using the same material for the segment electrode portion 13a and the voltage control electrode 13b.
[0048]
The voltage control electrode 13b controls the voltage applied from the outside and applies it to the segment electrode part 13a. Voltages V1 and V2 (external signals V1 and V2) are applied from outside to predetermined positions of the voltage control electrode 13b. FIG. 4 shows an equivalent circuit of the voltage control electrode 13b. Here, r1 is a resistance between the lead lines La and Lb, r2 is a resistance between the lead lines Lb and Lc, r3 is a resistance between the lead lines Lc and Ld, and r4 is a resistance between the lead lines Ld and Le. It is. The voltages V1 and V2 applied to the voltage control electrode 13b are divided by the resistance of the voltage control electrode 13b, and the voltages Va, Vb, Vc, Vd and Ve are output to the lead lines La to Le. The output voltages Va to Ve can be freely changed according to the material, shape, and the like of the voltage control electrode 13b. Since the liquid crystal 17 functions as a very small capacitor, a signal for driving the liquid crystal 17 (for example, a rectangular wave having a frequency of 1 kHz) hardly flows to the liquid crystal 17. Therefore, the voltages Va to Ve output from the voltage control electrode 13b are applied to the segment electrode portion 13a with almost no change.
[0049]
Here, FIG. 5 shows the relationship between the control voltages Va to Ve applied to the liquid crystal 17 (effective value when the applied voltage is a rectangular wave of 1 kHz, for example) and the refractive index of the liquid crystal 17 with respect thereto. As shown in FIG. 5, the refractive index of the liquid crystal 17 hardly changes until the control voltage reaches a certain level, decreases linearly when the control voltage exceeds a certain threshold value, and then further exceeds a certain threshold value. Almost no change. Therefore, by controlling the liquid crystal 17 with a voltage at which the refractive index changes almost linearly with respect to the control voltage, the phase change of the light transmitted through the segment electrode can be changed linearly with the applied voltage. it can.
[0050]
In the optical element 10, the refractive index of the liquid crystal 17 changes and the optical path length changes according to the magnitude of the voltage difference generated between the segment electrode portion 13 a to which the voltages Va to Ve are applied and the counter electrode 14. . Therefore, a desired phase change can be given to the light transmitted through the liquid crystal 17 by changing the voltages Va to Ve, and for example, wavefront aberration generated due to the tilt of the optical recording medium can be corrected.
[0051]
For example, in order to correct the wavefront aberration (see FIG. 25) that occurs when the tilt is 1 °, the phase change of the light transmitted through the segment electrodes A to E is changed to the segment electrode A, the segment electrode B, the segment electrode C, and the segment. What is necessary is just to make it large in order of the electrode D and the segment electrode E. Further, the wavefront aberration of FIG. 25 is transmitted through each segment electrode with reference to the phase change of the light transmitted through the segment electrode C because the absolute values of the left and right phase differences with respect to the center are substantially equal and opposite in sign. What is necessary is just to make it the phase change of light become substantially antisymmetric on right and left. That is, the difference between the phase change of the light transmitted through the segment electrode A and the phase change of the light transmitted through the segment electrode C is the difference between the phase change of the light transmitted through the segment electrode E and the phase change of the light transmitted through the segment electrode C. It is preferable that the absolute value is equal to the difference and the sign is opposite. Similarly, the difference between the phase change of light transmitted through the segment electrode B and the phase change of light transmitted through the segment electrode C is the same as the phase change of light transmitted through the segment electrode D and the phase change of light transmitted through the segment electrode C. It is preferable that the absolute value is equal to the difference between and the sign is opposite.
[0052]
In order to change the phase of the light transmitted through the segment electrodes as described above, the voltages Va to Ve applied to the segment electrodes A to E are Va = Vc + X, Vb = Vc + Y, Vd = Vc−Y, Ve = Vc. It is preferable to satisfy the relationship of -X (where X and Y are both positive values, and X is larger than Y). In order to establish the above relationship, r1 and r4 should be made equal and r2 and r3 should be made equal in the equivalent circuit shown in FIG.
[0053]
As an example, let us consider a case where ITO is used for the voltage application electrode 13 and r1, r2, r3 and r4 are all set to 1 KΩ. For example, 1mm 2 When an ITO film having a resistance value of about 30Ω is used, the distance between adjacent lead lines may be set to 100 μm and the width of the voltage control electrode 13b may be set to 3.3 μm. By changing the value of V1 or V2 in this situation, the applied voltages Va to Ve applied to the segment electrodes A to E can be changed while satisfying the above relationship.
[0054]
The thickness d of the segment electrode portion 13a a D a = (2N a +1) λ / 2n a (Where λ is the wavelength of the incident light, N a Is an integer greater than or equal to 0, n a Is preferably a thickness represented by the refractive index of the voltage application electrode. The segment electrode portion 13a is sandwiched between the first substrate 11 (refractive index is approximately 1.5) and the translucent resin film 15 (refractive index is approximately 1.5). Therefore, when ITO having a refractive index of 2, for example, is used for the segment electrode part 13a, the segment electrode part 13a is equivalent to the absence of the segment electrode part 13a by satisfying the above formula, and the segment electrode part 13a Can prevent reflection. When the refractive indexes of the upper and lower layers of the voltage application electrode 13 are different, the denominator of the above formula is 4n. a It is preferable that
[0055]
Further, for the same reason as the thickness of the segment electrode portion 13a, the thickness d of the counter electrode 14 b D b = (2N b +1) λ / 2n b (Where λ is the wavelength of the incident light, N b Is an integer greater than or equal to 0, n b Is preferably a thickness expressed by the refractive index of the counter electrode). When the refractive indexes of the upper and lower layers of the counter electrode 14 are different, the denominator of the above formula is 4n. b It is preferable that
[0056]
Next, an example of a method for manufacturing the optical element 10 will be described with reference to FIGS.
[0057]
When manufacturing the optical element 10, first, the voltage application electrode 13 and the electrode 19 are formed on the first substrate 11. The voltage application electrode 13 and the electrode 19 can be formed by forming a light-transmitting conductive film such as ITO by sputtering, for example, and then patterning by a photolithography process and an etching process. Thereafter, the translucent resin film 15 is formed by, for example, spin coating so as to cover the voltage application electrode 13 and the electrode 19. On the other hand, the counter electrode 14 and the translucent resin film 16 are formed on the second substrate 12 in parallel with the above process. The counter electrode 14 and the translucent resin film 16 can be formed by the same method as the voltage application electrode 13 and the translucent resin film 15. Thereafter, the first substrate 11 and the second substrate 12 that have undergone the above steps are opposed to each other with the sealing resin 18 interposed therebetween, and the liquid crystal 17 is sealed between the translucent resin films 15 and 16. In this way, the optical element 10 can be formed.
[0058]
As described above, in the optical element 10 of the first embodiment, the voltages V1 and V2 applied to the voltage control electrode 13b are divided into voltages Va to Ve by the resistance of the voltage control electrode 13b, and each segment of the segment electrode portion 13a. Applied to electrodes A-E. For this reason, in the optical element 10, a high correction effect is obtained with respect to the incident light, and the number of signal lines connected to the optical element 10 is small. Therefore, according to the optical element 10, an optical element that has a high correction effect on incident light and is easy to manufacture can be obtained.
[0059]
In the first embodiment, the voltage control electrode 13b having the shape of FIG. 3 is shown as an example of the voltage control electrode 13b. However, the shape of the voltage control electrode 13b is not limited to the shape of FIG. For example, the voltage control electrode 13b may have a shape as shown in FIG. 6 or FIG. 7 according to required resistance values r1 to r4. In the voltage control electrode shown in FIG. 6A, the width between the lead lines La and Lb and between Ld and Le is narrower than the width between the lead lines Lb and Ld. In the voltage control electrode shown in FIG. 6B, the length between the lead lines La-Lb and between Ld-Le is longer than the length between the lead lines Lb-Lc and between Lc-Ld. The voltage control electrode shown in FIG. 7 has a bent shape. By making the voltage control electrode 13b into the shape shown in FIG. 6 (a) or (b), r1 and r4 can be made larger than r2 and r3. Moreover, the value of r1-r4 can be arbitrarily changed by making the voltage control electrode 13b into the shape shown in FIG.
[0060]
Moreover, in the optical element 10 of Embodiment 1, the case where the segment electrode part 13a of the voltage application electrode 13 and the voltage control electrode 13b were comprised with the same material was shown, However, The voltage control electrode 13b is shown as needed. A material different from the material of the segment electrode part 13a may be used as the material. Further, the voltage control electrode 13b may be composed of a plurality of conductive substances.
[0061]
FIG. 8 shows a case where the material of the voltage control electrode is different from the material of the segment electrode. Referring to FIG. 8, voltage application electrode 80 (corresponding to voltage application electrode 13 in FIG. 3) includes segment electrode portion 80a and voltage control electrode 80b.
[0062]
The segment electrode part 80a is a translucent electrode, and for example, ITO can be used.
[0063]
The voltage control electrode 80b is formed of a material different from that of the segment electrode portion 80a, and for example, Ge, Ti, or W can be used as necessary. When a high-resistance material is used for the voltage control electrode 80b, since the current flowing through the voltage control electrode 80b can be reduced, the burden on the IC for driving the liquid crystal can be reduced, and a highly reliable optical element Is obtained. Further, when a high resistance material is used for the voltage control electrode 80b, a desired resistance value can be obtained without reducing the width of the voltage control electrode 80b, so that the optical element can be easily manufactured.
[0064]
In the first embodiment, the segment electrode portion 13a is divided into the segment electrodes A to E. However, the aberration can be corrected more accurately by further dividing the segment electrode portion 13a (hereinafter referred to as the segment electrode portion 13a). This is the same in the embodiment). For example, aberration can be corrected more accurately by using a segment electrode portion 13a having a three-stage pattern (consisting of seven segment electrodes) as shown in FIG. For example, considering the case of correcting the wavefront aberration (see FIG. 25) when the optical recording medium is tilted by 1 °, the wavefront aberration at the best image point is 80 mλ without correction, but one-step pattern ( When the segment electrode portion 13a having the pattern of FIG. 26 and including three segment electrodes) is used, the wavefront aberration is reduced to 60 mλ by the correction. Further, when correction is performed using the segment electrode portion 13a having a two-stage pattern (the pattern of FIG. 3 and consisting of five segment electrodes), the three-stage pattern (the pattern of FIG. The wavefront aberration is reduced to 40 mλ. In the optical element 10 of the first embodiment, even if the number of divisions of the segment electrode portion 13a is increased, the external voltages input to the optical element 10 are only V1, V2, and ground, and do not increase.
[0065]
In the first embodiment, the optical element in the case of correcting the wavefront aberration caused by the tilt of the optical recording medium has been described. However, the spherical aberration can also be corrected by changing the shape of the voltage application electrode. When correcting the spherical aberration, segment electrodes divided concentrically as shown in FIG. 10 may be used (the same applies to the following embodiments).
[0066]
(Embodiment 2)
In Embodiment 2, another example of the optical element of the present invention will be described.
[0067]
A sectional view of the optical element 110 according to the second embodiment is shown in FIG.
[0068]
Referring to FIG. 11, the optical element 110 includes a first substrate 11, a second substrate 12, a voltage application electrode 13, a counter electrode 14, and the optical element 10 described in the first embodiment. Translucent resin films 15 and 16, a liquid crystal 17, and a sealing resin 18 are provided. Further, the optical element 110 is disposed between the antireflection film 111 formed on the main surface outside the first substrate 11 (opposite the liquid crystal 17), and between the first substrate 11 and the voltage application electrode 13. The interlayer antireflection film 112, the interlayer antireflection film 113 disposed between the voltage application electrode 13 and the translucent resin film 15, and the counter electrode 14 and the translucent resin film 16 are disposed. Interlayer antireflection film 114, interlayer antireflection film 115 disposed between second substrate 12 and translucent resin film 16, and main outside of second substrate 12 (on the opposite side to liquid crystal 17) And an antireflection film 116 formed on the surface.
[0069]
The first substrate 11, the second substrate 12, the voltage application electrode 13, the counter electrode 14, the translucent resin films 15 and 16, the liquid crystal 17, the sealing resin 18, and the electrode 19 are those described in the first embodiment. Since it is the same as that, the overlapping description is omitted.
[0070]
The antireflection films 111 and 116 and the interlayer antireflection films 112 to 115 are formed to prevent reflection of light transmitted through the optical element 110. The antireflection films 111 and 116 and the interlayer antireflection films 112 to 115 can be formed by, for example, a sputtering method or a vapor deposition method.
[0071]
Here, a general antireflection film will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12, the refractive index is n. 1 ~ N Three In the case where light is transmitted through the mediums 1 to 3, the film thickness L of the medium 2 is L = (2N 2 +1) λ / 4n 2 (Where λ is the wavelength of transmitted light, N 2 Is an integer greater than or equal to 0, n 2 Is the refractive index of the medium 2, the reflectance at the medium 2 is minimized. Further, the refractive index n of the medium 2 2 Is the refractive index n of the medium 1 1 And refractive index n of medium 3 Three And the geometric mean (n 1 And n Three The reflectance at the medium 2 can be further reduced.
[0072]
Therefore, it is preferable to use a film satisfying the relationship between the film thickness and the refractive index as the antireflection films 111 and 116 and the interlayer antireflection films 112 to 115.
[0073]
Here, considering the refractive indexes of the antireflection films 111 and 116, when the refractive index of air is 1, and the refractive indexes of the first substrate 11 and the second substrate 12 are 1.5, for example (for example, When normal glass is used for the first substrate 11 and the second substrate 12), the refractive index of the antireflection film is preferably close to 1.22. Accordingly, magnesium fluoride (refractive index 1.38) having a refractive index close to 1.22 can be used for the antireflection films 111 and 116.
[0074]
Next, considering the refractive indexes of the interlayer antireflection films 112 and 115, for example, the refractive indexes of the first substrate 11 and the second substrate 12 are 1.5, and the refraction of the voltage application electrode 13 and the counter electrode 14 is considered. When the rate is 2 (for example, when ITO is used for the voltage application electrode 13 and the counter electrode 14), the refractive indexes of the interlayer antireflection films 112 and 115 are preferably close to 1.73. Therefore, alumina (refractive index of 1.68) having a refractive index close to 1.73 can be used for the interlayer antireflection films 112 and 115.
[0075]
Similarly, considering the refractive indexes of the interlayer antireflection films 113 and 114, for example, the refractive index of the voltage application electrode 13 and the counter electrode 14 is 2, and the refractive indexes of the translucent resin films 15 and 16 are 1.5. In the case of translucent resin films 15 and 16 (for example, polyvinyl alcohol films), it is preferable that the refractive indexes of interlayer antireflection films 113 and 114 are close to 1.73. Therefore, the interlayer antireflection films 113 and 114 can be made of alumina or the like having a refractive index close to 1.73. In addition, since the refractive index of the translucent resin films 15 and 16 and the refractive index of the liquid crystal 17 are substantially equal, it is not necessary to consider the reflection between the translucent resin films 15 and 16 and the liquid crystal 17.
[0076]
Note that the refractive index and material of the antireflection film are merely examples, and it goes without saying that the optimum refractive index and film thickness for the antireflection film vary depending on the material used for the optical element 110 and the wavelength of transmitted light. Absent.
[0077]
Further, the antireflection films 111 and 116 and the interlayer antireflection films 112 to 115 may not be a single layer, but may be a laminate of a plurality of thin films having different refractive indexes. By using an antireflection film composed of a plurality of thin films, the reflectance can be further reduced.
[0078]
In the optical element 110 of the second embodiment, the same effect as that of the optical element 10 of the first embodiment can be obtained. Further, in the optical element 110, since the antireflection films 111 and 116 and the interlayer antireflection films 112 to 115 are formed, the incident light is attenuated by reflection on the surface and inside of the optical element 110. Can be prevented.
[0079]
(Embodiment 3)
In Embodiment 3, another example of the optical element of the present invention will be described.
[0080]
A sectional view of the optical element 130 of Embodiment 3 is shown in FIG.
[0081]
Referring to FIG. 13, the optical element 130 includes a first substrate 11, a second substrate 12 disposed substantially parallel to the first substrate 11, and between the first substrate 11 and the liquid crystal 17. The arranged voltage application electrode 131, the counter electrode 14 arranged substantially parallel to the voltage application electrode so as to face the voltage application electrode 131, and the translucent resin film 15 formed so as to cover the voltage application electrode 131 A translucent resin film 16 formed so as to cover the counter electrode 14, and a liquid crystal 17 disposed between the translucent resin films 15 and 16 (between the voltage application electrode 131 and the counter electrode 14). And a sealing resin 18 disposed between the translucent resin films 15 and 16 so as to surround the liquid crystal 17.
[0082]
In addition, since it is the same as that of the optical element 10 of Embodiment 1 about the part except the voltage application electrode 131, overlapping description is abbreviate | omitted.
[0083]
A partial plan view of the voltage application electrode 131 is shown in FIG. FIG. 14 also shows the alignment direction of the liquid crystal, the polarization direction of incident light, and the radial direction of the optical recording medium. In FIG. 14, the display of the extraction electrode is omitted, but as the extraction electrode, an electrode as shown in FIG. 3 can be used.
[0084]
The voltage application electrode 131 is an electrode for applying a desired voltage to the liquid crystal 17 and thereby controlling the phase of light passing through the liquid crystal 17. The voltage application electrode 131 is divided into a plurality of segment electrodes 133 a to 133 e by the separation unit 132. The segment electrodes 133a to 133e are translucent electrodes, and for example, ITO can be used. The shape of the segment electrode is preferably changed according to the aberration distribution of light to be corrected, and the shape shown in FIG. 14 is an example.
[0085]
The width W of the separation portion 132 is a width that is affected by the segment electrode in the entire area of the liquid crystal (phase change layer) 17 located on the separation portion 132. That is, the width W of the separation part 132 is a distance equal to or smaller than the width where the liquid crystal 17 affected by a certain segment electrode and the liquid crystal 17 affected by a segment adjacent to the segment electrode are in contact. Specifically, when the thickness of the liquid crystal 17 in the direction perpendicular to the first substrate 11 is d (see FIG. 13), the width W and the thickness d satisfy the relationship of W ≦ 3d or less. It is particularly preferable that the relationship of W ≦ 2d is satisfied. The width W is, for example, not less than 1 μm and not more than 15 μm.
[0086]
Next, the behavior of the liquid crystal 17 on the separation unit 132 will be described in detail. Usually, at the ends of the two electrodes facing each other, the electric field is spread and distributed in a space without electrodes. Such a state is schematically shown in FIG. In the case of a parallel plate capacitor having two semi-infinite electrodes facing each other, the relationship between the distance from the end of the electrode (distance in the X-axis direction in FIG. 15) and its potential (insulation effect of the parallel plate capacitor) is It can be clarified by using an isometric map (see “Electromagnetism”, published by Asakura Shoten, written by Miharu Fujimoto, “Practical electromagnetism”, published by Kyoritsu Publishing, Kenichi Goto, and Shuichiro Yamazaki). Here, since the magnitude of the electric field is a differential coefficient of the electric potential, by differentiating the electric potential in the direction between the electrodes (the Y-axis direction in FIG. 15), in the two semi-infinite parallel plate capacitors facing each other, The relationship between the distance from the end and the electric field in the direction perpendicular to the electrode can be obtained. The results calculated in this way are shown in FIG. In FIG. 16, the horizontal axis represents the distance in the X-axis direction from the electrode end, and is a value normalized with the distance between two opposing electrodes as 1. In addition, 0 on the horizontal axis is the end of the electrode, and the greater the value of x, the farther away from the electrode. On the other hand, the Y-axis indicates the electric field strength in the Y-axis direction when the electric field strength between the electrodes is 100.
[0087]
From FIG. 16, the electric field leaks to the portion where there is no electrode, and when it is separated by the same distance as the distance between the electrodes (x = 1), the electric field is almost 20% of the electric field between the electrodes (y = 100). It can be seen that Accordingly, even in an actual optical element, the refractive index of the liquid crystal positioned on the separation portion 132 is changed by this electric field. In addition, since the segment electrode is on both sides of the separation part 132, the liquid crystal directly under the separation part 132 is affected by the electric field leaking from the adjacent segment electrode. Here, FIG. 16 shows the calculation result when the two electrodes are both semi-infinite, but in an actual optical element, the segment electrode is semi-infinite and the counter electrode must be considered as infinite. . In this case, the electric field lines do not go around to the back side of the infinite electrode (opposite electrode), so the electric field strength at a certain distance from the semi-infinite electrode is considered to be larger than that shown in FIG. It is done. Therefore, it is considered that the electric field at a place (x = 1) separated by the distance between the electrodes leaks considerably from the end portions of the electrodes.
[0088]
Actually, an optical element including the voltage application electrode 131 shown in FIG. 14 was made as a prototype by setting the thickness d of the liquid crystal to 5 μm and the width W of the separation portion 132 to 10 μm (2d). Aberration correction was performed with an optical head using this optical element (see FIG. 18). When the optical recording medium is tilted by 1 °, the jitter is 20% or more when the aberration is not corrected, but when the aberration is corrected using the optical element, the jitter is 7.5%. Here, since the jitter when the optical recording medium is not tilted was 6.6%, it is considered that the coma caused by the tilting of the optical recording medium was almost completely corrected by the optical element. Therefore, it is considered that the liquid crystal on the separation portion 132 has a substantially optimum refractive index due to the electric field leaking from the adjacent segment electrode.
[0089]
Here, from FIG. 16, the magnitude of the electric field at the position of x = 1.5 (when the width of the separation portion is three times the thickness d of the liquid crystal because the separation portion is adjacent to the segment) is x = It is about 2/3 of the position of 1 (the width W of the separating portion is twice the thickness d of the liquid crystal). Considering that the aberration correction was performed almost completely when the width W of the separation portion was twice the thickness d of the liquid crystal, even if the width W of the separation portion was increased to three times the thickness of the liquid crystal d. It is considered that the aberration can be sufficiently corrected by the electric field leaking onto the separation part.
[0090]
Next, the light transmittance of the optical element will be examined. When the same voltage is applied to all the segment electrodes, the refractive index of the liquid crystal in the portion affected by the segment electrode is different from the refractive index of the liquid crystal in the portion not affected by the segment electrode. For this reason, a part of the incident light is diffracted and the light transmittance of the optical element is lowered. Even in such a case, according to the optical element of the above embodiment, since all of the liquid crystal positioned on the segment electrode portion is affected by the segment electrode, the decrease in light transmittance is small. Actually, for the optical element 130, the light transmittance was measured by setting all the segment electrodes to 3V and the counter electrode to 0V. As a result, when the thickness d of the liquid crystal was 5 μm and the width W of the separation portion was 10 μm, the light transmittance of the optical element was 91%. When the thickness d of the liquid crystal was 5 μm and the width W of the separation part was 5 μm, the light transmittance of the optical element was 97%. Although the light transmittance depends on the area of the separation part, it cannot be generally stated. However, from the above results, it is preferable that the thickness d of the liquid crystal and the width W of the separation part satisfy the relationship of W ≦ d. all right.
[0091]
As described above, in the optical element 130, the refractive index of the liquid crystal 17 can be changed in each region by controlling the voltage difference between the segment electrodes 133 a to 133 e and the counter electrode 14. Therefore, in the optical element 130, the optical path length at a desired position of the liquid crystal 17 can be changed. Here, as shown in FIG. 14, the polarization direction of the light incident on the optical element 130, the alignment direction of the liquid crystal 17, and the radial direction of the optical recording medium are substantially parallel. Therefore, even when the phase distribution (coma aberration) as shown in FIG. 25 occurs due to the tilt of the optical recording medium, the voltage applied to each segment electrode 133a-e is controlled as shown in FIG. The coma aberration can be corrected by providing the incident light with a phase distribution having a polarity opposite to the phase distribution.
[0092]
In particular, in the optical element 130, the width W of the separation portion 132 is a width that is affected by the segment electrode in the entire area of the liquid crystal (phase change layer) 17 positioned on the separation portion 132, and thus the liquid crystal 17 on the separation portion 132. The phase of the light that has passed through is also controlled. Therefore, according to the optical element 130, an optical element having a particularly high correction effect on incident light can be obtained. Further, in the optical element 130, a sufficient correction effect can be obtained without making the width of the separating portion 132 unnecessarily narrow, so that an optical element that can be manufactured with high yield and low cost can be obtained.
[0093]
Note that the shape of the voltage application electrode 131 shown in FIG. 14 is an example, and electrodes having other shapes can be used as long as the width W of the separation portion is not more than a predetermined value.
[0094]
Further, the voltage control electrode described in Embodiment 1 or the antireflection film described in Embodiment 2 may be formed on the optical element 130.
[0095]
(Embodiment 4)
In Embodiment 4, another example of the optical element of the present invention will be described.
[0096]
A cross-sectional view of the optical element 170 of Embodiment 4 is shown in FIG.
[0097]
Referring to FIG. 17A, the optical element 170 includes a first substrate 11, a second substrate 12 disposed substantially parallel to the first substrate 11, the first substrate 11, and the liquid crystal 17. The voltage application electrode 171 disposed between the electrode, the counter electrode 14 disposed substantially parallel to the voltage application electrode 171 so as to face the voltage application electrode 171, and a translucent formed so as to cover the voltage application electrode 171 The transparent resin film 15, the translucent resin film 16 formed so as to cover the counter electrode 14, and the translucent resin films 15 and 16 (between the voltage application electrode 171 and the counter electrode 14) are disposed. Liquid crystal 17, sealing resin 18 disposed between translucent resin films 15 and 16 so as to surround liquid crystal 17, and main surface on the outer side of first substrate 11 (the side on which liquid crystal 17 does not exist) And a light shielding film 172 formed on the substrate.
[0098]
Since the portion excluding the voltage application electrode 171 and the light shielding film 172 is the same as that of the optical element 10 of the first embodiment, a duplicate description is omitted.
[0099]
The voltage application electrode 171 is an electrode for applying a desired voltage to the liquid crystal 17 and thereby controlling the phase of light passing through the liquid crystal 17. The voltage application electrode 171 is divided into a plurality of segment electrodes by the separation part, similarly to the voltage application electrode 131 of FIG. 14, but the voltage application electrode 171 may have a wider separation part. Each segment electrode is a translucent electrode, and for example, ITO can be used.
[0100]
The light shielding film 172 is a film that shields part of incident light. For the light shielding film 172, for example, a metal can be used. Specifically, for example, an aluminum film having a thickness of 100 nm can be used. FIG. 17A shows the case where the light shielding film 172 is formed on the first substrate 11, but the light shielding film 172 may be formed on the second substrate 12. The light shielding film 172 can be formed, for example, by depositing a metal thin film and then removing unnecessary portions of the metal in a photolithography process and an etching process.
[0101]
An example plan view of the light shielding film 172 is shown in FIG. The light shielding film 172 shown in FIG. 17B is a case where the voltage application electrode 171 has a pattern similar to the voltage application electrode 131 in FIG. 14 (the width of the separation portion is different).
[0102]
Referring to FIG. 17B, the light shielding film 172 is formed at a position corresponding to the separation portion. In other words, the light shielding film 172 is provided on the optical path of the light that passes through the separation portion among the light incident on the optical element 170.
[0103]
As described in the third embodiment, when the width of the separation portion of the voltage application electrode is wide, the liquid crystal 17 on the separation portion is not sufficiently controlled, so that the phase of light transmitted through this portion is sufficiently controlled. Therefore, the aberration correction becomes insufficient. On the other hand, in the optical element 170, light having an uncontrolled phase is shielded by the light shielding film 172, so that only light having an optimal phase is transmitted through the optical element 170 and sufficient aberration correction is performed. be able to.
[0104]
Actually, in the optical element 170 including the voltage applying electrode 171 and the light shielding film 172 having a wide separation portion, the jitter was 8% when the aberration was corrected when the tilt was 1 °, and a good result was obtained. . On the other hand, when aberration correction was not performed in the same case, the jitter was 20%. Thus, it has been found that the optical element 170 can provide a high aberration correction effect.
[0105]
As described above, in the optical element 170 according to the fourth embodiment, an optical element having an excellent aberration correction effect can be obtained by shielding all the light passing through the separation portion of the voltage application electrode 171. In the optical element 170, since the width of the separation portion can be increased, the optical element can be easily manufactured at a low cost and with a high yield.
[0106]
The light shielding film 172 may shield all of the light passing through the segment electrode separation portion, or may shield only a part of the light. That is, since the liquid crystal 17 on the separation part is affected by the electric field leaking from the segment electrode as described in the third embodiment, the aberration correction is sufficiently performed by shielding only the light passing through the part not affected by the electric field. It can be carried out. When only a part of the light passing through the separation unit is shielded, the amount of light that can be used increases, so that jitter can be further improved.
[0107]
Note that the shape of the light shielding film 172 illustrated in FIG. 17B is an example, and the shape of the light shielding film 172 changes according to the shape of the separation portion of the segment electrode.
[0108]
Further, the voltage control electrode described in Embodiment 1 or the antireflection film described in Embodiment 2 may be formed on the optical element 170.
[0109]
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, an optical head using the optical element of the present invention described in any of the first to fourth embodiments will be described.
[0110]
The configuration of the optical head 180 of Embodiment 5 is schematically shown in FIG.
[0111]
Referring to FIG. 18, the optical head 180 includes a light source 181, a diffraction grating 182, a collimator lens 183, an optical element 184, an objective lens 185, a tilt sensor 186, and photodetectors 187 and 188. .
[0112]
The light source 181 includes, for example, a semiconductor laser element, and emits recording / reproducing coherent light to the recording layer of the optical recording medium 189.
[0113]
The diffraction grating 182 is a grating formed by etching a photoresist having a desired pattern on the glass surface using photolithography. The diffraction grating 182 has a zero-order diffraction efficiency of approximately 50% and a ± first-order diffraction efficiency of approximately 50%. That is, the diffraction grating 182 functions as a separating unit that separates the reflected light from the optical recording medium 189 from the optical path of the light emitted from the light source 181.
[0114]
The collimator lens 183 and the objective lens 185 constitute a condensing optical system.
[0115]
As the optical element 184, the optical element of the present invention described in any of Embodiments 1 to 4 is used. That is, the optical element 184 is an element that corrects aberration by partially changing the refractive index of the liquid crystal by applying different voltages to the segment electrodes of the voltage application electrode.
[0116]
The objective lens 185 is a lens that condenses light on the recording layer of the optical recording medium 189.
[0117]
The tilt sensor 186 detects the tilt angle of the optical recording medium 189. The tilt sensor 186 outputs a signal corresponding to the tilt angle of the optical recording medium 189 to the optical element control circuit 190.
[0118]
The optical element control circuit 190 is a circuit that applies electrical signals (for example, V1 and V2 in FIG. 3) to the optical element 184 in accordance with the signal output from the tilt sensor 186.
[0119]
The photodetector 187 receives + first-order light diffracted by the diffraction grating 182 among the light reflected by the recording layer of the optical recording medium 189 and converts it into an electrical signal.
[0120]
The photodetector 188 receives -first-order light diffracted by the diffraction grating 182 among the light reflected by the recording layer of the optical recording medium 189 and converts it into an electrical signal.
[0121]
The function of the optical head 180 will be described with reference to FIG. Part of the linearly polarized light emitted from the light source 181 passes through the diffraction grating 182 and enters the collimator lens 183. The light incident on the collimator lens 183 is converted into substantially parallel light by the collimator lens 183 and is incident on the optical element 184.
[0122]
Here, when the optical recording medium 189 is tilted from the perpendicular to the optical axis, a signal for correcting wavefront aberration according to the tilt amount (tilt angle) is output from the tilt sensor 186, and the signal is optical. Input to the element control circuit 190. The optical element control circuit 190 outputs a signal necessary for correcting wavefront aberration caused by tilt to the optical element 184. Accordingly, the light incident on the optical element 184 is given a phase change that corrects the wavefront aberration caused by the tilt of the optical recording medium 189.
[0123]
The light transmitted through the optical element 184 is collected on the optical recording medium 189 by the objective lens 185. The light focused on the optical recording medium 189 is given a phase change that corrects the wavefront aberration by the optical element 184, so that there is no aberration on the optical recording medium 189, that is, the diffraction limit is reduced. A light spot is formed.
[0124]
The light reflected by the optical recording medium 189 becomes light having wavefront aberration corresponding to the tilt of the optical recording medium 189, but the wavefront aberration is corrected again by the optical element 184.
[0125]
The light reflected by the optical recording medium 189 and transmitted through the optical element 184 passes through the collimator lens 183 and is diffracted by the diffraction grating 182. Of the diffracted light diffracted by the diffraction grating 182, the + 1st order light is incident on the photodetector 187 and the −1st order light is incident on the photodetector 188.
[0126]
The photodetector 187 outputs a focus error signal indicating the focused state of light on the optical recording medium 189 and a tracking error signal indicating the light irradiation position. The focus error signal is output to focus control means (not shown). Based on the focus error signal, the focus control means controls the position of the objective lens 185 in the optical axis direction so that the light is always focused on the optical recording medium 189 in a focused state. The tracking error signal is input to tracking control means (not shown). The tracking control means controls the position of the objective lens 185 based on the tracking error signal so that the light is condensed on a desired track on the optical recording medium 189.
[0127]
The photodetector 188 detects the record information recorded on the optical recording medium 189.
[0128]
Next, the optical element control circuit 190 when the optical element 184 is the optical element described in Embodiment 1 or 2 will be described. A circuit diagram of the optical element control circuit 190 in this case is shown in FIG. The optical element control circuit 190 includes signal sources 191 and 192, an operational amplifier 193, a delay circuit 194, and a switch 195.
[0129]
The signal sources 191 and 192 output an electrical signal to the voltage control electrode of the optical element 184. The electrical signals output by the signal sources 191 and 192 change according to the voltages V1 and V2 applied to the voltage control electrodes. The operational amplifier 193 has a variable gain. The delay circuit 194 adjusts the phase of the signal from the signal source 192 so that the phase of V1 and the phase of V2 are in phase. The switch 195 distributes the electrical signal output from the signal sources 191 and 192 to the voltage V1 or V2 applied to the voltage control electrode. The signal source 191 or 192 corresponding to the voltage V1 or V2 can be switched by the switch 195.
[0130]
When correcting the wavefront aberration caused by the tilt of the optical recording medium 189, if the tilt direction of the optical recording medium 189 is the same and changes by the magnitude, the wavefront aberration can be corrected by changing the gain of the operational amplifier 193. Also, when the direction of warping of the optical recording medium 189 is reversed, the signal source 191 or 192 corresponding to V1 and V2 is switched by the switch 195, and the gain of the operational amplifier 193 is changed as necessary. Wavefront aberration can be corrected.
[0131]
Here, in the optical head 180, FIG. 20 shows the measurement results of jitter when the wavefront aberration is corrected using the optical element 10 of Embodiment 1 and when the wavefront aberration is not corrected. As apparent from FIG. 20, the jitter margin can be increased by correcting the wavefront aberration using the optical element 184.
[0132]
As described above, since the optical head 180 according to the fifth embodiment includes the optical element of the present invention, an optical head that can read signals recorded on the optical recording medium with high reliability is obtained. Further, in the optical head 180, since the jitter margin or the tilt margin is increased by using the optical element of the present invention, an optical head that is easy to manufacture and low in cost can be obtained.
[0133]
Further, when the optical element according to the first or second embodiment is used, the number of signals applied to the optical element 184 from the outside can be reduced, so that an optical head that can correct aberrations and is small and easy to manufacture can be obtained. can get.
[0134]
(Embodiment 6)
In Embodiment 6, another example of the optical head of the present invention will be described.
[0135]
The configuration of the optical head 180a of Embodiment 6 is schematically shown in FIG.
[0136]
Referring to FIG. 21, an optical head 180a includes a light source 181, a collimator lens 183, an optical element 184, an objective lens 185, a tilt sensor 186, photodetectors 187 and 188, a polarization hologram 211, 1 / 4 wavelength plate 212. The polarization hologram 211 is disposed between the light source 181 and the collimator lens 183. The quarter wavelength plate 212 is disposed between the optical element 184 and the optical recording medium 189.
[0137]
Since the portion excluding the polarization hologram 211 and the quarter wavelength plate 212 is the same as that described in the fifth embodiment, a duplicate description is omitted. The optical element 184 is the optical element described in any of Embodiments 1 to 4.
[0138]
The polarization hologram 211 is an optical element that transmits an extraordinary ray as it is and functions as a diffraction grating for the ordinary ray. The polarization hologram 211 can be formed, for example, by exchanging a part of a lithium niobate substrate having birefringence and etching the proton exchange part (see JP-A-6-27322).
[0139]
The quarter-wave plate 212 converts linearly polarized light emitted from the light source 181 into circularly polarized light, and reflects light reflected by the recording layer of the optical recording medium 139 in a direction different from the linearly polarized light. It is a nonlinear optical element that converts to polarized light. The quarter wave plate 212 is made of, for example, quartz. Instead of the quarter wavelength plate, an N / 4 wavelength plate (N is an odd number of 3 or more) may be used.
[0140]
The operation of the optical head 180a will be described with reference to FIG. The linearly polarized light emitted from the light source 181 passes through the polarization hologram 211 as it is, enters the collimator lens 183, becomes parallel light by the collimator lens 183, and enters the optical element 184. Here, when the optical recording medium 189 is tilted from the perpendicular to the optical axis, a signal corresponding to the tilt amount (tilt angle) is output from the tilt sensor 186, and the output signal is input to the optical element control circuit 190. Is done. Based on the output signal, the optical element control circuit 190 outputs to the optical element 184 a signal necessary for correcting wavefront aberration that occurs when the optical recording medium 189 is tilted. In this way, the phase of the light input to the optical element 184 is controlled so as to correct the wavefront aberration caused by the tilt of the optical recording medium 189.
[0141]
The light transmitted through the optical element 184 is incident on the quarter-wave plate 212, and its polarization state is converted from linearly polarized light to circularly polarized light. This circularly polarized light is condensed on the optical recording medium 189 by the objective lens 185 and reflected. Here, the light having wavefront aberration for correcting the wavefront aberration generated when the optical recording medium 189 is tilted is collected by the objective lens 185, so that there is no aberration on the optical recording medium 189, that is, the diffraction limit. A light spot is formed.
[0142]
The light reflected by the optical recording medium 189 passes through the objective lens 185 and enters the quarter wavelength plate 212. The light incident on the quarter wavelength plate 212 is converted from circularly polarized light to linearly polarized light by the quarter wavelength plate 212. The linearly polarized light that has passed through the quarter-wave plate 212 becomes linearly polarized light that is orthogonal to the linearly polarized light emitted from the light source 181. This linearly polarized light passes through the optical element 184 and the collimator lens 183 and is diffracted by almost 100% by the polarization hologram 211. The diffracted + 1st order light is incident on the photodetector 187, and the diffracted −1st order light is incident on the photodetector 188.
[0143]
The functions of the light detector 187, the light detector 188, and the focus control means (not shown) are the same as those described in the fifth embodiment, and a duplicate description is omitted.
[0144]
As described above, when the polarization optical system is used, the utilization efficiency of the light emitted from the light source 181 increases, and it becomes easy to record and reproduce signals on a rewritable optical recording medium.
[0145]
Next, the position of the optical element 184 that corrects aberration will be described. Since the liquid crystal 17 of the optical element has uniaxial birefringence, as shown in FIG. 14, in order to correct aberration, linearly polarized light substantially parallel to the alignment direction of the liquid crystal 17 must be incident on the optical element 184. When the optical element 184 is disposed between the quarter-wave plate 212 and the optical recording medium 189, circularly polarized light is incident on the optical element 184 having the liquid crystal 17 acting as a birefringent plate. Therefore, the polarization state after passing through the optical element 184 takes an arbitrary state from linearly polarized light to circularly polarized light according to the retardation of the liquid crystal 17. As a result, in the worst case, the light reflected by the optical recording medium 189 enters the polarization hologram 211 in the same polarization state as the light emitted from the light source 181. In this case, since no light enters the photodetectors 187 and 188, the information signal recorded on the optical recording medium 189 cannot be reproduced. Therefore, the optical element 184 needs to be disposed between the light source 181 and the quarter-wave plate 212. In other words, the quarter-wave plate 212 needs to be disposed between the optical element 184 and the optical recording medium 189.
[0146]
In the optical head 180a of the sixth embodiment, the same effect as the optical head 180 described in the fifth embodiment can be obtained. Furthermore, the optical head 180a can increase the light utilization efficiency by arranging the quarter wavelength plate 212 between the optical element 184 and the optical recording medium 189, and can record and reproduce the rewritable optical recording medium. Becomes easy.
[0147]
(Embodiment 7)
In the seventh embodiment, an example of the optical recording / reproducing apparatus of the present invention will be described. The optical recording / reproducing apparatus according to the seventh embodiment is an apparatus that performs signal recording or reproduction (recording and reproduction may be performed) on an optical recording medium.
[0148]
FIG. 22 schematically shows the configuration of the optical recording / reproducing apparatus 220 of the seventh embodiment. The optical recording / reproducing apparatus 220 includes an optical head 180, an optical element control circuit 190, a motor 221, and a processing circuit 222. The optical head 180 has been described in the fifth embodiment, and includes the optical element 184 of the present invention described in any of the first to fourth embodiments. Note that an optical head 180 a may be used instead of the optical head 180.
[0149]
Since the optical head 180 and the optical element control circuit 190 are the same as those described in the fifth embodiment, a duplicate description is omitted.
[0150]
Next, the operation of the optical recording / reproducing apparatus 220 will be described. First, when the optical recording medium 189 is set in the optical recording / reproducing apparatus 220, the processing circuit 222 outputs a signal for rotating the motor 221 to rotate the motor 221. Next, the processing circuit 222 drives the light source 181 to emit light. Light emitted from the light source 181 is reflected by the optical recording medium 189 and enters the photodetectors 187 and 188. The photodetector 187 outputs a focus error signal indicating the focused state of light on the optical recording medium 189 and a tracking error signal indicating the light irradiation position to the processing circuit 222. Based on these signals, the processing circuit 222 outputs a signal for controlling the objective lens 185, thereby condensing the light emitted from the light source 181 onto a desired track on the optical recording medium 189. Further, the processing circuit 222 reproduces information recorded on the optical recording medium 189 based on the signal output from the photodetector 188.
[0151]
Next, control when the optical recording medium 189 is tilted will be described. When the optical recording medium 189 is tilted, a signal corresponding to the tilt of the optical recording medium 189 is output to the processing circuit 222 by the tilt sensor 186. The processing circuit 222 drives the optical element control circuit 190 according to the input signal, whereby a control signal necessary for correcting coma aberration caused by the tilt of the optical recording medium 189 is transmitted to the optical element control circuit 190. Is output to the optical element 184 (for details, see Embodiment 5 or 6). In this way, even if the optical recording medium 189 is tilted, the information signal recorded on the optical recording medium 189 is correctly reproduced.
[0152]
In the optical recording / reproducing apparatus 220 of the seventh embodiment, coma aberration caused by the tilt of the optical recording medium is corrected by the optical element of the present invention. Therefore, according to the optical recording / reproducing apparatus 220, an optical recording / reproducing apparatus that can reliably reproduce an information signal recorded on the optical recording medium can be obtained. Further, since the tolerance for the tilt of the optical recording medium 189 is increased by using the optical element of the present invention, an optical recording / reproducing apparatus that is inexpensive and easy to manufacture can be obtained.
[0153]
In the above embodiment, the reproduction of the information signal is described. However, even when the information signal is recorded, the optical element is controlled in the same manner as the reproduction, so that the information signal can be recorded with high reliability.
[0154]
The embodiments of the present invention have been described above by way of examples. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to other embodiments based on the technical idea of the present invention.
[0155]
For example, the radial tilt correction has been described in the above embodiment, but the tangential tilt correction can be performed by rotating the segment electrode pattern by 90 degrees. Furthermore, by using two types of optical elements, both radial tilt and tangential tilt can be corrected.
[0156]
Moreover, although the case where the optical element of the present invention is disposed in the parallel system between the collimator lens and the objective lens has been described in the above embodiment, it may be disposed in the diverging system between the light source and the collimator lens. Good.
[0157]
In the above embodiment, an infinite optical head is shown. However, a finite optical head that does not use a collimator lens may be used.
[0158]
In the above embodiment, the case where the wavefront aberration is corrected using the tilt amount detected by the tilt sensor when reproducing the information recorded on the optical recording medium has been described. However, the present invention is not limited to this, and the relationship between the track position and the tilt amount may be learned in advance before reproduction, and the wavefront aberration at each track position may be corrected from the learned tilt amount.
[0159]
In the above embodiment, the reflected light from the optical recording medium is separated from the optical path from the light source by a diffraction grating or the like and is incident on the photodetector. However, the optical path from the light source using an optical element such as a half mirror is used. And may be incident on the photodetector.
[0160]
In the above embodiment, the optical recording medium that records information only by light has been described. However, the same effect can be obtained by using the optical element of the present invention for a magneto-optical recording medium that records information by light and magnetism. Needless to say.
[0161]
In the above embodiment, the case where the optical recording medium is an optical disk has been described. However, the present invention can be applied to an optical information recording / reproducing apparatus that realizes a similar function, such as a card-like optical recording medium.
[0162]
In the optical element of the first or second embodiment, a transistor may be connected to the voltage control electrode to boost the voltage from the outside. Further, a phase delay circuit may be connected to the voltage control electrode to change the phase of the voltage applied to the voltage application electrode.
[0163]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical element, the optical head, or the optical recording / reproducing apparatus of the present invention, an optical element, an optical head, or an optical recording / reproducing apparatus that has a high correction effect on incident light and can be easily manufactured can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an optical element of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the optical element of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing an example of a voltage application electrode for the optical element of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a voltage control electrode for the optical element of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the refractive index of liquid crystal and the control voltage for the optical element of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing another example of the voltage control electrode in the optical element of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing another example of the voltage control electrode in the optical element of the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing another example of voltage application electrodes for the optical element of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing an example of a segment electrode for the optical element of the present invention.
FIG. 10 is a plan view showing another example of the segment electrode for the optical element of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing another example of the optical element of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating the function of an antireflection film in the optical element of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing another example of the optical element of the present invention.
FIG. 14 is a plan view showing an example of a voltage application electrode for the optical element of the present invention.
FIG. 15 is a diagram for explaining the function of the optical element of the present invention.
FIG. 16 is a graph for explaining the function of the optical element of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing still another example of the optical element of the present invention.
FIG. 18 is a schematic diagram showing an example of the optical head of the present invention.
FIG. 19 is a circuit diagram showing an optical element control circuit used in the optical head of the present invention.
FIG. 20 is a graph showing the effect of aberration correction on the optical head of the present invention.
FIG. 21 is a schematic view showing another example of the optical head of the present invention.
FIG. 22 is a schematic diagram showing an example of the optical recording / reproducing apparatus of the present invention.
FIG. 23 is a schematic diagram showing an example of a conventional optical head.
FIG. 24 is a schematic diagram showing an example of a segment electrode for a conventional optical element.
FIG. 25 is a graph showing an example of wavefront aberration when the tilt angle is 1 °.
FIG. 26 is a schematic diagram showing an example of a voltage application electrode for a conventional optical element.
[Explanation of symbols]
10, 110, 130, 170 Optical element
11 First substrate
12 Second substrate
13, 80, 131, 171 Voltage application electrode
13a, 80a Segment electrode part
13b, 80b Voltage control electrode
14 Counter electrode
17 Liquid crystal (phase change layer)
111, 116 Antireflection film
112, 113, 114, 115 Interlayer antireflection film
132 Separation unit
172 Light-shielding film
180, 180a Optical head
181 Light source
184 Optical element
186 Tilt sensor
189 Optical recording medium
212 1/4 wave plate
220 Optical recording / reproducing apparatus
221 motor
222 Processing circuit
A, B, C, D, E, 133a-e Segment electrode
V1, V2, Va, Vb, Vc, Vd, Ve voltage
d Thickness of liquid crystal
W Separator width

Claims (17)

複数のセグメント電極を備える電圧印加電極と、
前記電圧印加電極に対向するように前記電圧印加電極に略平行に配置された対向電極と、
前記電圧印加電極と前記対向電極との間に配置された位相変化材料からなる位相変化層とを含み、
前記電圧印加電極は導電性物質からなる電圧制御電極をさらに含み、
前記電圧制御電極は、外部から印加された電圧を、前記導電性物質の抵抗によって分圧して前記複数のセグメント電極に印加し、
前記電圧印加電極と前記対向電極との間の電圧差を変化させることによって、前記位相変化層に入射した光の位相を変化させる光学素子であって、
前記電圧制御電極は、前記位相変化層と重ならない位置に配置されているとともに、前記複数のセグメント電極は、略対称に配置された複数の半円状の電極を含むことを特徴とする光学素子。
A voltage application electrode comprising a plurality of segment electrodes;
A counter electrode disposed substantially parallel to the voltage application electrode so as to face the voltage application electrode;
Including a phase change layer made of a phase change material disposed between the voltage application electrode and the counter electrode,
The voltage application electrode further includes a voltage control electrode made of a conductive material,
The voltage control electrode divides a voltage applied from the outside by a resistance of the conductive material and applies the divided voltage to the segment electrodes,
An optical element that changes a phase of light incident on the phase change layer by changing a voltage difference between the voltage application electrode and the counter electrode,
The voltage control electrode is disposed at a position that does not overlap with the phase change layer, and the plurality of segment electrodes include a plurality of semicircular electrodes disposed substantially symmetrically. .
複数のセグメント電極を備える電圧印加電極と、
前記電圧印加電極に対向するように前記電圧印加電極に略平行に配置された対向電極と、
前記電圧印加電極と前記対向電極との間に配置された位相変化材料からなる位相変化層とを含み、
前記電圧印加電極は導電性物質からなる電圧制御電極をさらに含み、
前記電圧制御電極は、外部から印加された電圧を、前記導電性物質の抵抗によって分圧して前記複数のセグメント電極に印加し、
前記電圧印加電極と前記対向電極との間の電圧差を変化させることによって、前記位相変化層に入射した光の位相を変化させる光学素子であって、
前記電圧制御電極は、前記位相変化層と重ならない位置に配置されているとともに、前記複数のセグメント電極は、同心円状に分割された複数の電極を含むことを特徴とする光学素子。
A voltage application electrode comprising a plurality of segment electrodes;
A counter electrode disposed substantially parallel to the voltage application electrode so as to face the voltage application electrode;
Including a phase change layer made of a phase change material disposed between the voltage application electrode and the counter electrode,
The voltage application electrode further includes a voltage control electrode made of a conductive material,
The voltage control electrode divides a voltage applied from the outside by a resistance of the conductive material and applies the divided voltage to the segment electrodes,
An optical element that changes a phase of light incident on the phase change layer by changing a voltage difference between the voltage application electrode and the counter electrode,
The voltage control electrode is disposed at a position not overlapping with the phase change layer, and the plurality of segment electrodes include a plurality of concentrically divided electrodes .
前記位相変化材料が、前記電圧差によって屈折率が変化する材料である請求項1または2に記載の光学素子。Said phase change material, the optical element according to claim 1 or 2 which is a material whose refractive index changes by the voltage difference. 前記位相変化材料が液晶である請求項に記載の光学素子。The optical element according to claim 3 , wherein the phase change material is a liquid crystal. 前記位相変化材料が、前記電圧差によって体積が変化する材料である請求項1または2に記載の光学素子。It said phase change material, the optical element according to claim 1 or 2 volume by the voltage difference is a material that changes. 前記位相変化材料がPLZTである請求項に記載の光学素子。The optical element according to claim 5 , wherein the phase change material is PLZT. 前記電圧印加電極の厚さdaが、da=(2Na+1)λ/2na(ただし、λは入射する光の波長、Naは0以上の整数、naは前記電圧印加電極の屈折率)で表わされる厚さである請求項1ないし6のいずれかに記載の光学素子。  The thickness da of the voltage application electrode is represented by da = (2Na + 1) λ / 2na (where λ is the wavelength of incident light, Na is an integer greater than or equal to 0, and na is the refractive index of the voltage application electrode). The optical element according to claim 1. 前記対向電極の厚さdbが、db=(2Nb+1)λ/2nb(ただし、λは入射する光の波長、Nbは0以上の整数、nbは前記対向電極の屈折率)で表わされる厚さである請求項1ないしのいずれかに記載の光学素子。The thickness db of the counter electrode is a thickness represented by db = (2Nb + 1) λ / 2nb (where λ is the wavelength of incident light, Nb is an integer of 0 or more, and nb is the refractive index of the counter electrode). the optical element according to any one of certain claims 1 to 6. 入射した光の反射を防止する反射防止膜をさらに含む請求項1ないしのいずれかに記載の光学素子。The optical element according to any one of claims 1 further comprising an anti-reflection film that prevents reflection of incident light 6. 前記電圧印加電極は分離部によって前記複数のセグメント電極に分割されており、
前記分離部の幅は、前記分離部上に位置する前記位相変化層の全域が前記セグメント電極の影響を受ける幅である請求項1ないしのいずれかに記載の光学素子。
The voltage application electrode is divided into the plurality of segment electrodes by a separation unit,
The width of the separation portion, the optical element according to any one of the to entire area of the phase change layer located on the separation portion claims 1 to width affected by the segment electrode 6.
前記分離部の幅Wと前記位相変化層の厚さdとが、W≦3dの関係を満たす請求項10に記載の光学素子。The optical element according to claim 10 , wherein a width W of the separation portion and a thickness d of the phase change layer satisfy a relationship of W ≦ 3d. 前記電圧印加電極は分離部によって前記複数のセグメント電極に分割されており、
前記分離部を通過する光を遮光する遮光膜をさらに備える請求項1ないしのいずれかに記載の光学素子。
The voltage application electrode is divided into the plurality of segment electrodes by a separation unit,
The optical element according to any one of claims 1 to 6, further comprising a light shielding film for blocking light passing through the separation unit.
前記遮光膜は金属からなる請求項12に記載の光学素子。The optical element according to claim 12 , wherein the light shielding film is made of metal. 光記録媒体に記録された情報を光によって読み出す光ヘッドであって、
光源と、前記光記録媒体と前記光源との間に配置された光学素子とを含み、
前記光学素子は、請求項1ないし13のいずれかに記載の光学素子であることを特徴とする光ヘッド。
An optical head for reading information recorded on an optical recording medium by light,
A light source, and an optical element disposed between the optical recording medium and the light source,
The optical element, an optical head, characterized in that an optical element according to any one of claims 1 to 13.
前記光記録媒体と前記光学素子との間に配置されたN/4波長板(ただし、Nは1以上の奇数)をさらに含む請求項14に記載の光ヘッド。The optical head according to claim 14 , further comprising an N / 4 wavelength plate (where N is an odd number equal to or greater than 1) disposed between the optical recording medium and the optical element. 光記録媒体に対して信号の記録または再生を行う光記録再生装置であって、
前記光記録媒体に信号の記録または再生を行う光ヘッドを備え、
前記光ヘッドは光源と、前記光記録媒体と前記光源との間に配置された光学素子とを含み、
前記光学素子は、請求項1ないし13のいずれかに記載の光学素子であることを特徴とする光記録再生装置。
An optical recording / reproducing apparatus for recording or reproducing a signal to / from an optical recording medium,
An optical head for recording or reproducing a signal on the optical recording medium;
The optical head includes a light source, and an optical element disposed between the optical recording medium and the light source,
The optical element, the optical recording and reproducing apparatus, characterized in that an optical element according to any one of claims 1 to 13.
前記光記録媒体と前記光学素子との間に配置されたN/4波長板(ただし、Nは1以上の奇数)をさらに含む請求項16に記載の光記録再生装置。The optical recording / reproducing apparatus according to claim 16 , further comprising an N / 4 wavelength plate (where N is an odd number equal to or greater than 1) disposed between the optical recording medium and the optical element.
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