JP2001249315A

JP2001249315A - 収差補正光学装置

Info

Publication number: JP2001249315A
Application number: JP2000061451A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Iwasaki; 正之岩崎
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2001-09-14
Anticipated expiration: 2020-03-07
Also published as: JP3885921B2

Abstract

(57)【要約】【目的】収差を精度よく補正することが可能で高性能
な収差補正光学素子、及びピックアップ装置を提供す
る。【解決手段】電圧の印加により通過する光に対して位
相変化を生じせしめる液晶素子と、液晶素子に電圧を印
加するための互いに対向する電極層と、液晶素子及び電
極層の間に配された絶縁層と、を有し、上記互いに対向
する電極層のうち少なくとも１の電極層は、同一平面内
において間隙部によって互いに電気的に分離された複数
の分割電極からなり、絶縁層のうち少なくとも１の電極
層及び液晶素子に挟まれた部分は、液晶素子への所定電
圧印加時に、液晶素子の間隙部に対向する部分において
所定強度より大なる電界を生じせしめる層厚を有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクなどの
情報記録媒体に対して情報記録又は情報再生を行う際に
収差補正を行う収差補正光学素子、及びこの収差補正光
学素子を備えたピックアップ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学的に情報記録又は情報再生が行われ
る情報記録媒体として、ＣＤ（Compact disk）、ＤＶＤ
（Digital Video Disk 又は Digital Versatile Disk）
等の光ディスクが知られており、再生専用の光ディス
ク、情報を追記録することが可能な追記型光ディスク、
情報の消去及び再記録が可能な書き換え型光ディスク
等、種類の異なる光ディスクが開発されている。

【０００３】また、光ディスクの高密度化と、その高密
度化に対応するピックアップ装置と情報記録再生装置の
研究開発が進められると共に、種類の異なる光ディスク
を利用することが可能ないわゆる互換性を有したピック
アップ装置と情報記録再生装置の研究開発も進められて
いる。この光ディスクの高密度化に対応するため、ピッ
クアップ装置に備えられている対物レンズの開口数（nu
merical aperture :ＮＡ）を大きくすることにより、照
射径の小さな光ビームを光ディスクに照射することが考
えられている。また、短波長の光ビームを用いること
で、高密度化に対応することが考えられている。

【０００４】ところが、対物レンズの開口数ＮＡを大き
くしたり、短波長の光ビームを用いると、光ディスクに
よる光ビームへの収差の影響が大きくなり、情報記録及
び情報再生の精度を向上させることが困難になるという
問題が生じる。例えば、対物レンズの開口数ＮＡを大き
くすると、光ディスクに対する光ビームの入射角度範囲
が広くなるため、入射角度に依存した量である複屈折量
の光ディスク瞳面での分布幅も大きくなる。このため、
この複屈折に起因する球面収差の影響が大きくなるとい
う問題を生じる。また、対物レンズの開口数ＮＡを大き
くして短波長の光ビームを用いると、情報記録又は情報
再生の際に光ディスクが傾いて、光ディスクの法線方向
に対する光ビームの入射角度（チルト角）が傾いた場合
に、コマ収差の影響が無視できなくなる。更に、２波長
レーザ等の複数の光源を設けたピックアップ装置では、
これらの光ビームの光路の僅かな違いから非点収差が生
じる。

【０００５】上記したように、光ディスクは、ＣＤとＤ
ＶＤのように種類によって構造と記録密度が異なるた
め、球面収差、コマ収差又は非点収差などの収差の影響
が光ディスクの種類に応じて異なることになり、互換性
を有するピックアップ装置と情報記録再生装置の開発が
困難になる。こうした収差の影響を低減するため、従
来、収差補正用の液晶ユニットを備えたピックアップ装
置が提案されている。（特開平１０−２０２６３号公
報）。

【０００６】この液晶ユニットは、図１に模式的に示す
ように、互いに対向する透明電極Ａ、Ｂ間に液晶素子Ｃ
を挟んだ構造を有し、透明電極Ａ、Ｂ間の印加電圧を調
節することで液晶素子Ｃの配向状態を変化させ、一方の
透明電極Ａ（又はＢ）側に入射する光が液晶素子Ｃ中を
通る際に、その光に対して配向状態に応じた複屈折変化
を与えて他方の透明電極Ｂ（又はＡ）側に射出するよう
になっている。

【０００７】更に、透明電極Ａ、Ｂの少なくとも一方
は、例えば、複数の透明電極ａ１、ａ２、ａ３とｂ１、
ｂ２、ｂ３に分割して形成され、また透明電極ａ１、ａ
２、ａ３同士が電気的に分離されると共に、透明電極ｂ
１、ｂ２、ｂ３も互いに電気的に分離されている。この
ため、互いに正対関係にある透明電極間、例えば透明電
極ａ１、ｂ１間と、透明電極ａ２、ｂ２間と、透明電極
ａ３、ｂ３間に、それぞれ異なった電圧を印加すると、
液晶素子Ｃに複数の異なった配向状態に調節することが
でき、入射する光に対してそれぞれの配向状態に応じた
複屈折変化を同時に与えるようになっている。

【０００８】そして、この液晶ユニットは、レーザ光を
射出する光源と対物レンズ間の光路中に配置されてい
る。光源からレーザ光が射出されると、液晶ユニットが
そのレーザ光に上記の複数の配向状態に応じた複屈折変
化を与えて対物レンズ側へ透過し、透過したレーザ光を
対物レンズが収束することで光ビームを生成して光ディ
スクに照射するようになっている。また、光ディスクへ
の上記光ビームの照射によって生じる反射光が対物レン
ズを介して液晶ユニットに入射すると、その反射光に上
記の複数の配向状態に応じた複屈折変化を与えて透過
し、その透過した反射光を光検出器によって検出させる
ようになっている。そして、液晶ユニットの上記複数の
配向状態を適宜に調節することで、球面収差やコマ収差
などの収差の影響を低減するようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の液晶ユニットは、上記複数の透明電極ａ１、ａ
２、ａ３とｂ１、ｂ２、ｂ３をそれぞれ電気的に分離す
るために、図１に示すように、それぞれの透明電極の間
には電気的絶縁のための間隙ＳＰが設けられている。つ
まり、透明電極ａ１、ａ２、ａ３のそれぞれの境界部分
に沿って間隙ＳＰが設けられると共に、透明電極ｂ１，
ｂ２、ｂ３のそれぞれの境界部分に沿って間隙ＳＰが設
けられている。

【００１０】このため、これらの間隙ＳＰには電圧が印
加されず、したがって、液晶素子Ｃ中のこれらの間隙Ｓ
Ｐに対応する部分には電界が印加されないので、液晶素
子Ｃ中の配向に急峻な不連続が生じていた。すなわち、
透明電極ａ１、ａ２、ａ３とｂ１、ｂ２、ｂ３を通る光
ビーム或いは反射光に対しては収差補正を行うことがで
きるのに対し、間隙ＳＰ分を通る光ビーム或いは反射光
に対しては収差補正を行うことができず、このため、光
ビーム或いは反射光に対して全体的に精度の良い収差補
正を施すことができないという問題があった。

【００１１】本発明は、こうした従来技術の課題を克服
するためになされたものであり、その目的とするところ
は、光路中において生じる収差の影響を精度よく補正す
ることが可能で高性能な収差補正光学素子、及びピック
アップ装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による収差補正光
学装置は、光源から射出された光ビームを記録媒体に照
射し、記録媒体によって反射された反射光ビームを導く
光学系の光路中に配置され、光路中において生じた収差
を補正する収差補正光学装置であって、電圧の印加によ
り通過する光に対して位相変化を生じせしめる液晶素子
と、液晶素子に電圧を印加するための互いに対向する電
極層と、液晶素子及び電極層の間に配された絶縁層と、
を有し、上記互いに対向する電極層のうち少なくとも１
の電極層は、同一平面内において間隙部によって互いに
電気的に分離された複数の分割電極からなり、絶縁層の
うち少なくとも１の電極層及び液晶素子に挟まれた部分
は、液晶素子への所定電圧印加時に、液晶素子の間隙部
に対向する部分において所定強度より大なる電界を生じ
せしめる層厚を有することを特徴としている。

【００１３】また、本発明による光学ピックアップ装置
は、上記の収差補正光学装置を含む光学ピックアップ装
置であって、光ビームを射出する光源と、光源から射出
された光ビームを記録媒体に照射し、記録媒体によって
反射された反射光ビームを導く光学系と、反射光ビーム
を検出する光検出器と、を有することを特徴としてい
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を参照しつ
つ詳細に説明する。図２は、情報記録再生装置に設けら
れたピックアップ装置の構成を模式的に示す図である。
図２において、本ピックアップ装置ＰＵは、レーザ光Ｈ
１を射出する光源１と、偏光ビームスプリッタ３、収差
補正光学素子４、対物レンズ５、集光レンズ６、光検出
器７を備えて構成され、これらの構成要素１〜７は光軸
ＯＡに沿って配置されている。また、収差補正光学素子
４を制御するための制御回路８が、本ピックアップ装置
ＰＵ又は情報記録再生装置内に設けられている。

【００１５】収差補正光学素子４は、電界によって電気
光学効果（electro-optical effect）を生じる電気光学
素子を有している。より具体的には、制御回路８によっ
て印加される制御電圧Ｖｉの大きさに応じて複屈折変化
をもたらす液晶光学素子を有している。すなわち、この
光学素子４は、図３に模式的に示すように、２枚の透明
なガラス基板等の絶縁基板１０、１１で挟まれた間に液
晶（liquid crystal）素子１４が封入された構成を有
し、互いに対向するガラス基板１０、１１の対向面に
は、電極部１２、１３、絶縁層２３、２４、及び液晶配
向膜２１、２２が形成されている。

【００１６】電極部１２、１３の間に制御電圧Ｖｉが印
加されると、その制御電圧Ｖｉによって生じる電界Ｅｉ
に応じて液晶素子１４内の液晶分子の配向が変化する。
その結果、液晶素子１４中を通る光は、液晶素子１４の
複屈折を受けて位相が変化する。すなわち、その偏光状
態（位相）は、液晶素子１４に印加される制御電圧Ｖｉ
によって制御することができる。

【００１７】また、この収差補正光学素子４は、双方向
の光透過性を有しており、絶縁基板１０、１１のどちら
側を対物レンズ５側に向けて配置してもよいようになっ
ている。また、収差補正光学素子４を光軸ＯＡ側から見
ると、図４の平面図に示すように、光ディスク９で生じ
る収差の分布に対応付けて決められた複数の収差補正領
域ＡＲ１、ＡＲ２〜ＡＲｉに区画されており、これらの
収差補正領域ＡＲ１，ＡＲ２〜ＡＲｉは、電極部１２、
１３に形成されている透明電極（ＩＴＯ：インジウム錫
酸化物）層によって実現されている。尚、図４は、光デ
ィスク９によって生じる球面収差を補正するための収差
補正領域ＡＲ１、ＡＲ２〜ＡＲｉの典型例を示してお
り、実際には、光ディスク９の収差の分布に対応付け
て、様々な形状に区画されている。例えば、情報記録又
は情報再生の際に光ディスク９が傾くことによって生じ
るコマ収差を補正する場合には、図５に示すような形状
の収差補正領域ＢＲ１〜ＢＲｉが設けられる。また、こ
れら収差補正領域の区画数も光ディスク９の収差の分布
に対応付けて決められている。

【００１８】以下に、図４に示すような同心円状の収差
補正領域ＡＲ１〜ＡＲｉを設けた収差補正光学素子４の
場合を例に説明する。図６は、図４の線Ｘ−Ｘに沿った
断面構造を示す断面図である。図に示されるように、電
極部１２は、互いに電気的に分離して形成された透明電
極層Ａ１〜Ａｉと、各透明電極層Ａ１〜Ａｉ間に複数存
在する間隙Ｗ１〜Ｗｉからなる構造を有している。

【００１９】尚、透明電極層Ａ１は、収差補正領域ＡＲ
１に合わせた形状（図４の場合では、円形状）に形成さ
れ、透明電極層Ａ２は、収差補正領域ＡＲ２に合わせた
形状（図４の場合では、円環状）に形成され、残りの透
明電極層Ａ３〜Ａｉも同様に、収差補正領域ＡＲ３〜Ａ
Ｒｉに合わせた形状に形成されている。また、透明電極
層Ａ１〜Ａｉを分離している間隙Ｗ１〜Ｗｉは、円環状
に形成されている。

【００２０】一方、電極部１３も同様に、互いに電気的
に分離して形成された透明電極層Ｃ１〜Ｃｉと、各透明
電極層Ｃ１〜Ｃｉ間に複数存在する間隙Ｗ１〜Ｗｉから
なる構造を有している。尚、一方の電極部１２が分離さ
れた電極層として形成されていれば、電極部１３は分離
されている必要はない。例えば、全面電極としてもよ
く、あるいは補正すべき収差の特徴に応じて必要な形状
に形成、又は必要な数に分離して形成してもよい。

【００２１】また、特開平１０−２８９４６５号公報に
は、球面収差及びコマ収差を一つの液晶ユニットで補正
することが記載されている。すなわち、本発明において
は、上部電極を球面収差を補正するための電極形状と
し、下部電極をコマ収差を補正するための電極形状とす
ることによって球面収差及びコマ収差を一つの液晶ユニ
ットで補正することが可能である。尚、この際、上部電
極及び液晶素子間の絶縁層と、下部電極電極及び液晶素
子間の絶縁層とは、各々の収差を補正可能な厚さを有し
ていればよい。

【００２２】図７を参照しつつ、各透明電極に電圧を印
加した場合の収差補正について説明する。尚、説明の便
宜上、図７は液晶素子の中心から半径方向の素子断面に
ついて示している。この図において模式的に示すよう
に、制御回路８からの制御電圧Ｖｉによって、互いに正
対関係にある収差補正領域ＡＲ１〜ＡＲｋの各透明電極
間（Ａ１、Ｃ１）〜（Ａｋ、Ｃｋ）のそれぞれに異なっ
た所定の電圧Ｖ１〜Ｖｋが印加されると、液晶素子１４
中にそれらの印加電圧Ｖ１〜Ｖｋによる電界（Ｅ１〜Ｅ
ｋ）に応じた複数の配向状態が発生する。尚、印加電圧
Ｖ１〜Ｖｋはそれぞれの収差補正領域ＡＲ１〜ＡＲｋに
おける液晶素子１４の配向状態が光ディスク９によって
生じる収差の特性とは逆の特性となるように、すなわち
補正するように決められる。

【００２３】しかしながら、各透明電極間の間隙Ｗ１〜
Ｗｋに対向する液晶素子部に生じる電界（ＥＷ１〜ＥＷ
ｋ）は絶縁層２３、２４の層厚に応じて変化する。図８
は、各電極（ここでは、Ａ１〜Ａ６）に電圧を印加した
場合において、絶縁層及び液晶素子部の界面における電
界強度を絶縁層の層厚（ＴＨｉ）をパラメータとして示
したものである。この図において、液晶素子の層厚は５
マイクロメータ（μｍ）、間隙Ｗ１〜Ｗｋの幅は５μｍ
と仮定し、３つの絶縁層厚ＴＨｉ＝１，６，１５μｍに
対して示している。また、各電極には、Ａ１＝１０
(Ｖ)，Ａ２＝１２(Ｖ)，・・・，Ａ６＝２０(Ｖ)と２Ｖ
のステップで電圧を印加した場合を示している。

【００２４】図８に示されるように、絶縁層厚ＴＨｉが
小さい場合（ＴＨｉ＝１μｍ）では、間隙部に対向する
液晶素子部において電界が急峻に低下している。従っ
て、この部分では液晶の配向を十分に変化させることが
できない。すなわち、通過する光に位相差を生じさせる
ことができず、収差を補正することが困難である。一
方、絶縁層厚ＴＨｉ＝６μｍの場合では電界の低下は小
さく、またＴＨｉ＝１５μｍの場合ではほぼ平坦に近い
電界強度プロファイルとなり、間隙部においても液晶素
子による十分な収差補正が可能である。

【００２５】図９は、光ディスク９によって生じた波面
収差（球面収差）の１例を示す図である。液晶素子１４
の光入射面内の位相差量（ｎｍ）を液晶素子１４の中心
における値を基準として半径方向に対してプロットして
いる。すなわち、液晶素子１４に入射する光ビームは液
晶素子１４の半径方向に対して図９に示すプロファイル
の位相差を有しており、この位相差を打ち消すように液
晶素子１４に所定の電圧を印加して入射光に面内位相変
化を生じせしめることによって収差を補正することがで
きる。

【００２６】図１０は、液晶素子１４及び間隙部を有す
る電極層１２に挟まれた絶縁層２３が液晶素子１４の厚
さに比べて小さい場合（例えば、液晶素子１４の厚さ５
μｍに対して、絶縁層２３の厚さが約１μｍ以下）にお
いて、各電極（Ａ１〜Ａｋ，Ｃ１〜Ｃｋ）への当該所定
の電圧印加によって液晶素子１４を通過する光に生じる
位相差（ｎｍ）を示している。尚、位相差は間隙部にお
ける値を基準としてプロットしている。各電極に対応す
る液晶素子１４の収差補正領域（ＡＲ１〜ＡＲｋ）では
電圧印加によって所望の位相差が得られる。一方、間隙
Ｗ１〜Ｗｋに対応する液晶素子１４の領域では電界強度
が小さいために位相変化が殆ど生じない。従って、位相
差の急峻な不連続が生じ、これによって収差の補正が著
しく阻害される。

【００２７】図１１は、液晶素子１４の絶縁層２３が液
晶素子１４の厚さと同等以上の場合に、所定の電圧印加
によって液晶素子１４を通過する光に生じる位相差を示
している。図に示すように、間隙Ｗ１〜Ｗｋに対応する
液晶素子１４の領域における位相差は隣接する２つの電
極によって生じる位相差の間の値となっており、収差の
補正が良好になされる。尚、図９に示す位相差曲線に合
致する位相差量とするのが最適である。

【００２８】図１２は、絶縁層２３が液晶素子１４の厚
さよりも小さい場合（例えば、液晶素子１４の厚さ５μ
ｍに対して、絶縁層２３の厚さが約３μｍ）において、
所定の電圧印加によって液晶素子１４を通過する光に生
じる位相差を示している。図に示すように、間隙部領域
における位相差は、図１０に示した従来の場合よりも大
きくなっている。すなわち、間隙部領域においても位相
差が得られるように改善され、従来技術において問題で
あった収差の補正が可能になっている。尚、間隙部領域
において必要とされる位相差の値は、用いられる光学系
やディスクの種類、制御回路等種々の条件やパラメータ
によって異なる。従って、これらの条件に応じて所望の
位相差が得られように絶縁層の厚さを定めればよい。す
なわち、間隙部領域に対応する液晶素子の部分に印加さ
れる電界が所定の強度以上になるように定めればよい。

【００２９】尚、絶縁層のうち、液晶素子１４及び間隙
部を有する電極層に挟まれた少なくとも１の絶縁層が十
分厚く、例えば、液晶素子よりも厚く形成されていれば
よく、液晶素子を挟む絶縁層の両者が厚く形成されてい
る必要はない。以上説明したように、間隙部領域におい
ても十分な位相変化が得られ、光路中において生じる収
差の影響を精度よく補正することが可能となる。

【００３０】上記した実施例においては、光ディスクに
よって生じる反射光の収差補正の観点から説明したが、
本発明による収差補正光学素子は、光源から光検出器に
至る光路中であればいずれの位置に設けてもよい。ま
た、本発明による収差補正光学素子は、球面収差及びコ
マ収差に限らず、非点収差などの種々の収差の補正に適
用することができる。さらに、本発明は、複数の光源、
又は複数の光路を有するピックアップ装置に適用するこ
とができる。例えば、ＣＤ及びＤＶＤの各々の記録再生
のための異なる波長を有する２波長レーザ等の光源を備
えたピックアップ装置に適用することができる。

【００３１】

【発明の効果】上記したことから明らかなように、本発
明によれば、光路中において生じる収差を精度よく補正
することが可能で高性能な収差補正光学素子、及びピッ
クアップ装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】収差補正用液晶ユニットの構造を模式的に示す
図である。

【図２】情報記録再生装置に設けられたピックアップ装
置の構成を模式的に示すブロック図である。

【図３】収差補正用液晶ユニットの構造及び液晶分子の
配向変化を模式的に示す斜視図である。

【図４】球面収差を補正するための収差補正光学素子の
平面図である。

【図５】コマ収差を補正するための収差補正光学素子の
平面図である。

【図６】図４に示す収差補正光学素子の線Ｘ−Ｘに沿っ
た構造を示す断面図である。

【図７】各透明電極に電圧を印加した場合において、収
差補正領域及び間隙領域における液晶素子の電界を説明
するための断面図である。

【図８】各電極に電圧を印加した場合において、絶縁層
及び液晶素子部の界面における電界強度を絶縁層厚（Ｔ
Ｈｉ）をパラメータとして示す図である。

【図９】光ディスクによって光ビームに生じた波面収差
（球面収差）の１例を示す図である。

【図１０】絶縁層の厚さが液晶素子の厚さに比べて小さ
い場合において、液晶素子への所定電圧印加時に液晶素
子を通過する光ビームに生じる位相差（ｎｍ）を示す図
である。

【図１１】絶縁層の厚さが液晶素子の厚さと同等以上の
場合において、液晶素子への所定電圧印加時に液晶素子
を通過する光ビームに生じる位相差（ｎｍ）を示す図で
ある。

【図１２】絶縁層の厚さが液晶素子の厚さより小さい他
の場合において、液晶素子を通過する光ビームに生じる
位相差（ｎｍ）を示す図である。

【主要部分の符号の説明】

１光源３偏光ビームスプリッタ４収差補正光学素子５対物レンズ６集光レンズ７光検出器８制御回路１０，１１絶縁基板１２，１３電極部１４液晶素子２１，２２液晶配向膜２３，２４絶縁層ＰＵピックアップ装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から射出された光ビームを記録媒体
に照射し、前記記録媒体によって反射された反射光ビー
ムを導く光学系の光路中に配置され、前記光路中におい
て生じた収差を補正する収差補正光学装置であって、電圧の印加により通過する光に対して位相変化を生じせ
しめる液晶素子と、前記液晶素子に電圧を印加するための互いに対向する電
極層と、前記液晶素子及び前記電極層の間に配された絶縁層と、
を有し、前記互いに対向する電極層のうち少なくとも１の電極層
は、同一平面内において間隙部によって互いに電気的に
分離された複数の分割電極からなり、前記絶縁層のうち
前記少なくとも１の電極層及び前記液晶素子に挟まれた
部分は、前記液晶素子への所定電圧印加時に、前記液晶
素子の前記間隙部に対向する部分において所定強度より
大なる電界を生じせしめる層厚を有することを特徴とす
る収差補正光学装置。
【請求項２】前記絶縁層は、前記間隙部を通過する光
に対して、隣接する２つの分割電極によって生じる位相
変化量の間の大きさの位相変化を生じせしめる層厚を有
することを特徴とする請求項１記載の収差補正光学装
置。
【請求項３】前記絶縁層は前記液晶素子の厚さより大
なる層厚を有することを特徴とする請求項１記載の収差
補正光学装置。
【請求項４】請求項１記載の収差補正光学装置を含む
光学ピックアップ装置であって、光ビームを射出する光源と、前記光源から射出された光
ビームを記録媒体に照射し、前記記録媒体によって反射
された反射光ビームを導く光学系と、前記反射光ビーム
を検出する光検出器と、を有することを特徴とする光学
ピックアップ装置。