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JP4337191B2 - Optical head device - Google Patents

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JP4337191B2
JP4337191B2 JP32877199A JP32877199A JP4337191B2 JP 4337191 B2 JP4337191 B2 JP 4337191B2 JP 32877199 A JP32877199 A JP 32877199A JP 32877199 A JP32877199 A JP 32877199A JP 4337191 B2 JP4337191 B2 JP 4337191B2
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Japan
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objective lens
optical
correction element
phase correction
microelectrodes
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琢治 野村
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Asahi Glass Co Ltd
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクなど光記録媒体の光学的情報の記録・再生を行う光ヘッド装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光ディスクであるDVDは同じく光ディスクであるCDに比べ、ディジタル情報が高密度で記録されており、DVDを再生するための光ヘッド装置は、光源(半導体レーザ)の波長をCDの780nmよりも短い650nmまたは635nmとしたり、対物レンズの開口数(NA)をCDの0.45よりも大きい0.6にするなどしてレーザ光のビームスポット径をCDの半分程度まで小さくしている。
【0003】
さらに、次世代の光記録においては、光源の波長を400nm程度、NAを0.6以上にすることで、より高い記録密度を得ることができる。
しかし、光源の短波長化および対物レンズの高NA化を行った場合、光ディスク面が光軸に対して直角より傾く光ディスクチルトの発生によって、波面収差(主としてコマ収差)量が大きくなるため集光特性が劣化して、光ディスク面上の信号の読み取りが困難になる。
【0004】
高密度記録においては、光ディスクチルト対する光ヘッド装置の許容量を拡げるためにいくつかの方法が提案されている。
一つは、通常2軸駆動の対物レンズアクチュエータに対し、検出されたチルト角に応じて対物レンズを傾けるよう可動軸を追加する方式である。しかし、この追加方式ではアクチュエータの構造が複雑になる問題がある。
【0005】
他の一つは、対物レンズと光源との間に位相補正素子を備える方式である。この補正方式では、アクチュエータに大幅な改造を施すことなく光ヘッド装置に素子を組み入れるだけでチルトできる許容量であるチルトマージンを広げることができる。この補正方式の例として、光ディスクチルトを補正する特開平10−20263がある。これは、位相補正素子の電極を分割して形成された部分電極に光ディスクチルト角に応じて電圧を印加して、位相補正素子内部の液晶のような複屈折材料の実効屈折率を変化させ、発生した位相シフト分布により光ディスクチルトに起因したコマ収差を補正するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来提案されている位相補正素子では、対物レンズの中心軸が光軸に一致しているときに、最適な収差補正ができるよう電極パターン(部分電極のそれぞれの形状と、全体としての形状)が設計されている。したがって、光ディスクのトラッキングサーボにより対物レンズがラジアル方向(光ディスクの半径方向)に移動するズレが生じると、補正を必要とする収差分布と位相補正素子に形成された電極パターンとの間に位置ズレが生じ、収差補正の機能が劣化する。
【0007】
この対物レンズシフトに基く収差補正の機能劣化を改善するためには位相補正素子をアクチュエータに搭載し、対物レンズと一体に駆動させる方法がある。しかしこの方法では、搭載する位相補正素子に合わせてアクチュエータを設計変更する必要があり、また一方ではアクチュエータに搭載できる位相補正素子の大きさ、重量に制限があるなどの困難があった。
さらに位相補正素子について、小型化の方法、信号引出線の配線方法などに問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に設置されて前記出射光の波面の位相分布を変化させて前記光記録媒体上における波面収差を補正する位相補正素子と、前記位相補正素子に前記位相分布を変化させるための電圧を供給する制御電圧発生器とを備えた光ヘッド装置であって、前記位相補正素子は、それぞれ透明電極が形成された一対の透明な基板と前記基板間に挟持された液晶層とを備えており、前記透明電極の1つ以上はそれぞれ異なる電圧を印加できるように、複数個に分割されて部分電極とされ、光軸を挟んで前記光記録媒体のチルトにより生ずる波面収差の値が極値をとる、前記電極の少なくとも2つの部分にそれぞれ対応して部分電極が配置されており、それぞれの極値に対応した部分電極はさらに、2つの前記極値を結ぶ方向と略直交する方向に分割された5個の微小電極からなり、前記極値に対応した部分電極を構成する5個の前記微小電極のうち、連続して並ぶ3つの前記微小電極で形成される領域の輪郭形状は、ほぼ等しく、前記位相補正素子の光軸と前記対物レンズの光軸とのズレ量に応じて、前記微小電極ごとに異なる電圧が印加できるように構成されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。また、透明電極は、ITOからなる上記の光ヘッド装置を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の光ヘッド装置に搭載される、位相補正素子は波面収差が補正できるように、それぞれ電極が形成された一対の透明な基板と前記基板間に挟持された液晶とを備えており、位相補正素子の光軸と対物レンズの光軸とのズレ量に応じて電圧が部分ごとに印加できるように構成されている。ここで、部分ごとに印加できる構成とは、電極を複数個の部分電極などに分割したり、シート抵抗の大きい膜状の電極に所望の電圧分布が得られるように電圧供給用の端子を適切に配置するなどである。
上記の構成によって、本発明の光ヘッド装置では、位相補正素子をアクチュエータに搭載する必要がなく、大きさ、重量などの制約を受けることなく波面収差を補正できる。
【0010】
図1に示した本発明の光ヘッド装置は、CDまたはDVDなどの光ディスクである光記録媒体8に記録された情報を再生するためのものである。光源である半導体レーザ1から出射した光は例えばホログラムの偏光ビームスプリッタ2を透過した後、コリメートレンズ3により平行光束となり、位相補正素子4、1/4波長板5を透過した後、アクチュエータ7に設置された対物レンズ6により光記録媒体8上に集光される。なお、本発明における位相補正素子4については、後述する。
【0011】
集光された光は、光記録媒体8により反射され対物レンズ6、1/4波長板5、位相補正素子4、コリメートレンズ3を順次先程とは逆に透過した後、偏光ビームスプリッタ2により回折され光検出器9に入射する。前述の半導体レーザ1から出た光が光記録媒体8により反射される際、記録媒体上に形成されたピットにより振幅変調され、この光は光検出器9により光強度信号としてその記録情報を読み取ることができる。
【0012】
また、光検出器9を構成している分割フォトディテクタからは、光記録媒体8上に集光された光スポット位置のピット列からのズレに対応したトラッキング誤差信号を得ることができる。トラッキング制御回路12によりアクチュエータ7を制御することで、対物レンズ6を光ディスクの光スポット位置を含む半径方向(ラジアル方向)に調整して、光が常にトラック上で集光するようになっている。
【0013】
偏光ビームスプリッタ2は例えば偏光ホログラムを備えており、偏光ホログラムの光学的異方性(屈折率差)の極大の方向に偏光成分を有する光を強く回折する。位相補正素子4は、位相補正素子制御回路11によりチルトセンサ10で検出された光ディスクのチルト信号に応じて制御される。
【0014】
次に本発明における位相補正素子の構成を図2を用いて説明する。厚さ0.5mmの無アルカリガラスを用いた透明な下部基板21aと上部基板21bとが、エポキシ化合物を主成分とするシール材22により接着されセルを形成しており、シール材22には例えばガラス製のスペーサと樹脂の表面に金を被膜した導電性スペーサが含有されている。
【0015】
下部基板21aのセル内側表面には、透明電極24a、例えばシリカを主成分とする絶縁層25aおよび配向膜26aがこの順に基板側から形成されている。また、同様に下部基板21bのセル内側表面には、透明電極24b、絶縁層25bおよび配向膜26bが形成されている。
【0016】
本発明における位相補正素子では透明電極としてITOを用いる。しかし、光透過性と導電性があればITOに限らず金属薄膜などでもよい。透明電極24aは複数の部分電極にパターニング(分割)されており、さらに電極引出部27で制御電圧発生器である電源からの配線と接続できるようパターン配線されている。
また、透明電極24bは前述の導電性スペーサにより下部基板21a上に形成されたグランド電極(図示せず)と電気的に接触しており、透明電極24aの部分電極同様、電極引出部27で電源の配線と接続できる。
【0017】
セル内部には液晶23が充填されており、例えば、屈折率異方性(常光屈折率と異常光屈折率の差)0.15のツイストしていないネマチック液晶を用いる。また、下部基板21aと上部基板21bの間隔(セル間隔)は例えば3μmとする。所望の位相シフト量を得る手段として液晶の複屈折性を利用しており、液晶材料の屈折率異方性を大きくしてセル間隔を小さくした方が応答性を高めることができて望ましい。しかし、セル間隔が小さくなるほどセルの作製が困難になるため、液晶の屈折率異方性は0.1〜0.2、セル間隔は2μm〜5μm程度にすることが望ましい。
【0018】
また、ポリイミドを透明の基板上にスピンコートし、焼成によってポリイミド膜とした後、ラビング法により配向力を付与して配向膜とした。しかし、配向膜は上記のようにポリイミドなどの有機薄膜を布などでラビングする方法以外に、シリカの斜方蒸着などによっても製作される。本発明における位相補正素子では、液晶分子28は図2に示すように図中左右方向に配向している。
【0019】
以下に、本発明における位相補正素子を従来素子と比較して詳細に説明する。図3は、対物レンズのNAが0.6の場合における有効瞳径内の波面収差分布を示しており、光ディスクチルトにより生ずる波面収差のほとんどがコマ収差成分である。図中の数字、例えば−150nm〜150nmは、波面収差の大きさを表わしており、正符号は波面(位相)が進んだ状態、負符号は遅れた状態を表わす。そこで、光ディスクに集光する光が、位相補正素子により図3の波面収差量と逆相の収差分布をあらかじめ形成できれば、光ディスクチルトにより生ずる波面収差を打ち消すことができる。本位相補正素子は以下に示す原理により波面収差を打ち消している。
【0020】
図4中の位相差は、Δn・dで表され、Δnは3V印加した場合を基準にした透過光が感ずる液晶23の屈折率であり、dはセル間隔である。印加する電圧が0Vのときは、図2のように液晶分子28はほぼ基板面に平行であり、nは液晶の異常光屈折率neにほぼ等しくなる。印加する電圧を増加すると液晶分子は垂直方向に配向していくが、6V程度までは完全に垂直な配向とならず電圧により液晶分子の傾きが変わる状態になっている。
【0021】
したがって、位相補正素子に印加する電圧を制御すれば、液晶分子の配向方向に応じて式1に示す位相差ΔPを与えることができる。
ΔP=Δn・d(2π/λ) ・・・式1
ここでλは光源の波長である。光ディスクチルトにより発生する波面収差の分布は図3のようになっており、位相補正素子の透明電極を例えば図5のようにパターニングして、発生する収差量に応じて各部分電極に対して電圧を印加することで波面収差の分布と同様な位相シフト分布を形成できれば、波面収差を相殺できる。
【0022】
ここで、本発明における位相補正素子と比較するために、従来の位相補正素子の電極パターンについて図5により説明する。
図3の波面収差分布では、図5の部分電極33に対して部分電極51、54が正の位相量、部分電極52、55が負の位相量を有する。このことから、部分電極53に3Vを印加して、部分電極51、54には3V以上の電圧を印加し、部分電極52、55には3V以下の適切な電圧を印加すれば、波面収差の分布に対応した位相差分布を形成できる。
【0023】
ここで、図5ような従来の電極パターンを有する位相補正素子の場合、トラッキング制御などにより対物レンズの光軸と位相補正素子の光軸とでΔSの位置ズレが生じることは、図3に示した波面収差の分布を位相補正素子に対してΔSだけ平行移動することに等しい。ΔSが±0.1mmにも満たない場合、電極パターンの大きさ(直径4mm)と比較して小さいため影響は少ないが、ΔSが大きくなるとともに位相補正素子による収差改善効果が小さくなる。
【0024】
そこで、本発明における位相補正素子では、前記対物レンズシフトが生じた場合においても、さらに有効に位相補正機能が発揮されるような電極パターンを形成する。
【0025】
この方法は、光ディスクチルトにより生ずる波面収差の値が極値すなわち極大と極小をとる、電極の少なくとも2つの部分にそれぞれ対応して部分電極が配置されている。ここで、極値はある領域(部分電極の大きさ)の中にあるとしている。そして、位相補正素子の光軸と対物レンズの光軸とのズレを補正するように、それぞれの極値に対応された部分電極は、さらに3つ以上の微小電極に分割されているものである。この微小電極は、極値と極値を結ぶ方向とは略直交する方向に分割されていることが、ズレを補正するために好ましい。
【0026】
ここでは、例えば極値を与える2個所の部分電極がそれぞれ例えば5個の微小電極に分割されている場合について説明する。図6は対物レンズシフトがない場合の位相補正素子に形成された部分電極、微小電極に印加される電圧分布であり、図7は図6の右方向にレンズシフトが生じた場合の電圧分布、図8は図6の左方向にレンズシフトが生じた場合の電圧分布を示す。図6の電極パターンは、3個の部分電極(62a、62b、62c)と10個の微小電極(60a、60b、60c、60d、60e、61a、61b、61c、61d、61e)より構成されており,これらの電極はそれぞれ独立に電圧が印加できるように制御電圧発生器である位相補正素子制御回路の配線と接続されている。この例において3個の部分電極と10個の微小電極のすべてが形成する領域の円の直径は4mmである。
【0027】
まず、対物レンズシフトがない場合について位相補正素子の動作を図6を用いて説明する。この場合は、微小電極60b、60c、60dおよび部分電極62cに電圧V1を印加し、微小電極60a、60e、61a、61eおよび部分電極62bに電圧V2を印加し、微小電極61b、61c、61dおよび部分電極62aに電圧V3を印加する。
【0028】
微小電極60b、60c、60dで形成される電圧V1領域の輪郭、および微小電極61b、61c、61dで形成される電圧V3領域の輪郭は、従来例である電極パターン(図5)の部分電極52、54の外形とほぼ一致している。したがって、上述のようにV1、V2、V3を光ディスクチルト角に応じて、V1>V2>V3またはV1<V2<V3のように印加すれば、従来例と同じく、波面収差を補正できる。
【0029】
次に対物レンズシフトがある場合について位相補正素子の動作を説明する。図6の右方向に対物レンズシフトが生じた場合、波面収差の分布は位相補正素子に対して右側にズレる。したがって、位相シフトを行う機能の領域である前述の微小電極60b、60c、60d領域と微小電極61b、61c、61d領域が、対物レンズシフトによる波面収差の分布のズレに追随して移動できれば、対物レンズシフトが発生した場合でも適切に波面収差を補正できるはずである。
【0030】
ここでは、例えば図6の対物レンズシフトがない場合に微小電極60b、60c、60dで形成される領域に印加した電圧V1を、図7の横線のハッチング部分70c、70d、70eで形成される領域(図6の微小電極60c、60d、60eに対応する領域)に印加する。また、図6の対物レンズシフトがない場合に微小電極61b、61c、61dで形成される領域に印加した電圧V3を、図7の交差線のハッチング部分71c、71d、71eで形成される領域(図6の微小電極61c、61d、61eに対応する領域)に印加する。
【0031】
部分電極72a、72cは対物レンズシフトによらず電圧V3、V1をそれぞれ印加して、残った72b、70a、70b、71a、71bにV2を印加する。微小電極70c、70d、70eで形成される領域は、微小電極70b、70c、70dで形成される領域とほぼ等しい輪郭形状を有しており、重心位置が0.3mmの対物レンズシフトにより生ずる位相分布の移動量に等しくなるように設計されている。この例の光ヘッド装置における対物レンズシフト量は最大0.4mmであり、ここで重心位置を0.3mmずらした設計にすることでどのレンズシフト位置でも適切に波面収差補正ができる。
【0032】
したがって、トラッキング制御部より、所定量以上の対物レンズシフトを行う場合に図6と図7の状態を切りかえることで、大きな対物レンズシフトが発生しても、ほぼ適切な波面収差補正を行うことができる。
一方、図6の左方向にレンズシフトが生じた場合においても、図8に示すように微小電極80a、80b、82cに電圧V1、微小電極81a、81b、82aに電圧V3、微小電極80c、80d、80e、81c、81d、81eおよび部分電極82bに電圧V2を印加すれば、同様にしてほぼ適切な収差補正を行うことができる。
【0033】
したがって、微小電極からなる部分電極は、波面収差の極値部分形状に対応する形状を有しており、微小電極からなる部分電極の重心位置が位相補正素子の光軸と対物レンズの光軸とのズレ量に応じて変化するように、微小電極が形成されていることが好ましい。
【0034】
図9には、対物レンズNA0.6、光ディスク厚み0.6mmで光ディスクが1゜傾いた場合における波面収差の対物レンズシフト特性を、従来の位相補正素子と本発明における位相補正素子とを比較して示した。上述したように、0.3mmの対物レンズシフト量に対応した電極パターンを設計して0.2mm以上の対物レンズシフトが生じたときに、電圧を印加する部分電極および微小電極を切りかえる。この結果、上記の対物レンズシフト範囲内で、従来例に比べ波面収差が低下し信号の読み取り精度が向上した。
【0035】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光ヘッド装置においては、位相補正素子により光ディスクチルトによる波面収差を補正でき、さらに対物レンズシフトが生じた場合にも、位相補正素子をアクチュエータに搭載しなくても良好な波面収差の補正特性を得ることができる。
また、位相補正素子をアクチュエータに搭載する必要がないため、位相補正素子とアクチュエータとをそれぞれ独立に設計できるので、これらの光学部品の設計自由度を大幅に向上させることができる。
【0036】
また、これまで光ディスクチルトにより発生する波面収差を補正することを説明したが、同じ補正原理により光ヘッド装置の光学部品の位置ズレ、傾きなどにより発生ずる波面収差も補正できる。
例えば、組み立て時に発生した対物レンズの傾きにより生ずる波面収差(光ディスクチルト時に発生する波面収差と同等な成分)を補正するように、位相補正素子の電極を構成し適切な電圧を印加することにより、対物レンズが傾いて取付けられた光ヘッド装置でも、適切に情報の記録・再生ができる。
そのために、本発明の光ヘッド装置では、位相補正素子を組み入れることにより、対物レンズの傾き調整など煩雑な光学部品の機械的調整を不要とし、組み立て工程を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ヘッド装置の一例を示す原理構成図。
【図2】本発明における位相補正素子の概略断面図。
【図3】光ディスクのラディアル方向のチルトにより発生した波面収差分布を示す図。
【図4】本発明における位相補正素子が発生する位相差の電圧依存性を示すグラフ。
【図5】従来例の位相補正素子の電極パターンの一例を示す模式図。
【図6】対物レンズシフトがない場合の本発明における位相補正素子に形成された電極(部分電極、微小電極)の一例に印加される電圧分布を示す模式図。
【図7】図6の電極において、右方向に対物レンズシフトが生じた場合に印加される電圧分布を示す模式図。
【図8】図6の電極において、左方向に対物レンズシフトが生じた場合に印加される電圧分布を示す模式図。
【図9】従来例と本発明における位相補正素子のそれぞれの波面収差に対する対物レンズシフトの依存性を示すグラフ。
【符号の説明】
1:半導体レーザ
3:コリメートレンズ
4:位相補正素子
5:1/4波長板
6:対物レンズ
8:光記録媒体
10:チルトセンサ
23:液晶
24a、24b:透明電極
27:電極引出部
51〜55、62a、62b、62c:部分電極
60a、60b、60c、60d、60e、61a、61b、61c、61d、61e:微小電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical head device that records and reproduces optical information of an optical recording medium such as an optical disk.
[0002]
[Prior art]
A DVD, which is an optical disk, records digital information at a higher density than a CD, which is also an optical disk, and an optical head device for reproducing a DVD has a light source (semiconductor laser) wavelength of 650 nm, which is shorter than 780 nm of the CD. Alternatively, the beam spot diameter of the laser beam is reduced to about half of the CD by setting it to 635 nm, or setting the numerical aperture (NA) of the objective lens to 0.6 which is larger than 0.45 of CD.
[0003]
Furthermore, in the next generation optical recording, a higher recording density can be obtained by setting the wavelength of the light source to about 400 nm and the NA to 0.6 or more.
However, when the wavelength of the light source is shortened and the NA of the objective lens is increased, the amount of wavefront aberration (mainly coma aberration) increases due to the occurrence of optical disc tilt in which the optical disc surface is tilted at right angles to the optical axis. The characteristics deteriorate and it becomes difficult to read signals on the optical disk surface.
[0004]
In high-density recording, several methods have been proposed in order to increase the allowable amount of the optical head device for optical disc tilt.
One is a method of adding a movable axis so that the objective lens is tilted according to the detected tilt angle with respect to the objective lens actuator that is normally driven by two axes. However, this additional method has a problem that the structure of the actuator is complicated.
[0005]
The other is a method in which a phase correction element is provided between the objective lens and the light source. With this correction method, it is possible to widen a tilt margin, which is a permissible amount of tilting by simply incorporating an element into the optical head device without significantly modifying the actuator. An example of this correction method is Japanese Patent Laid-Open No. 10-20263 for correcting optical disc tilt. This is by applying a voltage according to the optical disc tilt angle to the partial electrode formed by dividing the electrode of the phase correction element to change the effective refractive index of the birefringent material such as liquid crystal inside the phase correction element, The coma aberration due to the optical disc tilt is corrected by the generated phase shift distribution.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally proposed phase correction elements have electrode patterns (the shape of each partial electrode and the overall shape) so that optimal aberration correction can be performed when the central axis of the objective lens coincides with the optical axis. Designed. Therefore, when a shift occurs in the objective lens in the radial direction (radial direction of the optical disk) due to the tracking servo of the optical disk, a positional shift occurs between the aberration distribution that requires correction and the electrode pattern formed on the phase correction element. As a result, the aberration correction function deteriorates.
[0007]
In order to improve the functional deterioration of aberration correction based on the objective lens shift, there is a method in which a phase correction element is mounted on an actuator and is driven integrally with the objective lens. However, in this method, it is necessary to change the design of the actuator in accordance with the phase correction element to be mounted, and on the other hand, there are difficulties such as restrictions on the size and weight of the phase correction element that can be mounted on the actuator.
Further, the phase correction element has a problem in a method for miniaturization, a wiring method for a signal lead line, and the like.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the problems described above, the light source and the objective lens for converging on an optical recording medium the light emitted from the light source, the light source and the objective lens a phase correction element for correcting the wavefront aberration in it is placed in the optical path to change the phase distribution of the wave front of the outgoing light on the optical recording medium between a voltage for changing the phase distribution on the phase correcting element the an optical head apparatus and a control voltage generator for providing said phase correction device is provided with a sandwiched liquid crystal layer between a pair of transparent substrates having a transparent electrode each of which is formed with said substrate One or more of the transparent electrodes are divided into a plurality of partial electrodes so that different voltages can be applied, and the value of the wavefront aberration caused by the tilt of the optical recording medium across the optical axis is extremely small. Take value, before Partial electrodes are arranged corresponding to at least two parts of the electrodes, and the partial electrodes corresponding to the respective extreme values are further divided into five pieces which are divided in a direction substantially perpendicular to the direction connecting the two extreme values. Among the five microelectrodes constituting the partial electrode corresponding to the extreme value, the contour shape of the region formed by the three microelectrodes arranged in succession is substantially equal, and the phase There is provided an optical head device characterized in that a different voltage can be applied to each of the microelectrodes in accordance with a deviation amount between an optical axis of a correction element and an optical axis of the objective lens. Further, the transparent electrode provides the above optical head device made of ITO.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The phase correction element mounted on the optical head device of the present invention includes a pair of transparent substrates on which electrodes are formed and a liquid crystal sandwiched between the substrates so that wavefront aberration can be corrected. A voltage can be applied to each portion in accordance with the amount of deviation between the optical axis of the correction element and the optical axis of the objective lens. Here, the configuration that can be applied to each part means that the electrode is divided into a plurality of partial electrodes or the like, and a terminal for voltage supply is appropriately provided so that a desired voltage distribution can be obtained in a film-like electrode having a large sheet resistance And so on.
With the above configuration, in the optical head device of the present invention, it is not necessary to mount a phase correction element on the actuator, and wavefront aberration can be corrected without being restricted by size, weight, or the like.
[0010]
The optical head device of the present invention shown in FIG. 1 is for reproducing information recorded on an optical recording medium 8 which is an optical disk such as a CD or a DVD. The light emitted from the semiconductor laser 1 as the light source passes through the polarization beam splitter 2 of the hologram, for example, becomes a parallel light beam by the collimating lens 3, passes through the phase correction element 4 and the quarter wavelength plate 5, and then enters the actuator 7. The light is condensed on the optical recording medium 8 by the installed objective lens 6. The phase correction element 4 in the present invention will be described later.
[0011]
The condensed light is reflected by the optical recording medium 8 and sequentially passes through the objective lens 6, the quarter-wave plate 5, the phase correction element 4, and the collimating lens 3, and then diffracted by the polarization beam splitter 2. Then, the light enters the photodetector 9. When the light emitted from the semiconductor laser 1 is reflected by the optical recording medium 8, the amplitude is modulated by the pits formed on the recording medium, and this light reads the recorded information as a light intensity signal by the photodetector 9. be able to.
[0012]
Further, a tracking error signal corresponding to the deviation from the pit row of the light spot position collected on the optical recording medium 8 can be obtained from the divided photodetector constituting the photodetector 9. By controlling the actuator 7 by the tracking control circuit 12, the objective lens 6 is adjusted in the radial direction (radial direction) including the light spot position of the optical disc so that the light is always condensed on the track.
[0013]
The polarization beam splitter 2 includes, for example, a polarization hologram, and strongly diffracts light having a polarization component in the maximum direction of optical anisotropy (refractive index difference) of the polarization hologram. The phase correction element 4 is controlled in accordance with the tilt signal of the optical disk detected by the tilt sensor 10 by the phase correction element control circuit 11.
[0014]
Next, the configuration of the phase correction element in the present invention will be described with reference to FIG. A transparent lower substrate 21a and upper substrate 21b using non-alkali glass having a thickness of 0.5 mm are bonded to each other with a sealing material 22 mainly composed of an epoxy compound to form a cell. A glass spacer and a conductive spacer with a gold coating on the surface of the resin are contained.
[0015]
On the cell inner surface of the lower substrate 21a, a transparent electrode 24a, for example, an insulating layer 25a mainly composed of silica and an alignment film 26a are formed in this order from the substrate side. Similarly, a transparent electrode 24b, an insulating layer 25b, and an alignment film 26b are formed on the cell inner surface of the lower substrate 21b.
[0016]
In the phase correction element of the present invention, ITO is used as the transparent electrode. However, a metal thin film or the like is not limited to ITO as long as it has optical transparency and conductivity. The transparent electrode 24a is patterned (divided) into a plurality of partial electrodes, and is further patterned so that it can be connected to a wiring from a power source that is a control voltage generator at the electrode lead-out portion 27.
Further, the transparent electrode 24b is in electrical contact with a ground electrode (not shown) formed on the lower substrate 21a by the conductive spacer described above, and the power is supplied from the electrode lead-out portion 27 in the same manner as the partial electrode of the transparent electrode 24a. Can be connected with the wiring.
[0017]
The cell is filled with liquid crystal 23. For example, nematic liquid crystal with a refractive index anisotropy (difference between ordinary light refractive index and extraordinary light refractive index) of 0.15 is used. Further, the interval (cell interval) between the lower substrate 21a and the upper substrate 21b is, for example, 3 μm. As means for obtaining a desired phase shift amount, the birefringence of the liquid crystal is used, and it is desirable to increase the refractive index anisotropy of the liquid crystal material and to reduce the cell interval because the responsiveness can be improved. However, the smaller the cell interval, the more difficult it becomes to produce the cell. Therefore, it is desirable that the refractive index anisotropy of the liquid crystal is 0.1 to 0.2, and the cell interval is about 2 to 5 μm.
[0018]
Moreover, after spin-coating a polyimide on the transparent board | substrate and making it into the polyimide film by baking, the orientation force was provided by the rubbing method and it was set as the orientation film. However, the alignment film is also produced by oblique vapor deposition of silica in addition to the method of rubbing an organic thin film such as polyimide with a cloth as described above. In the phase correction element of the present invention, the liquid crystal molecules 28 are aligned in the left-right direction in the figure as shown in FIG.
[0019]
Hereinafter, the phase correcting element in the present invention will be described in detail in comparison with the conventional element. FIG. 3 shows the wavefront aberration distribution within the effective pupil diameter when the NA of the objective lens is 0.6, and most of the wavefront aberration caused by the optical disc tilt is a coma aberration component. Numbers in the figure, for example, −150 nm to 150 nm represent the magnitude of wavefront aberration, and a positive sign indicates a state in which the wavefront (phase) is advanced, and a negative sign indicates a state in which the wavefront is delayed. Therefore, if the light focused on the optical disc can form in advance an aberration distribution having a phase opposite to that of the wavefront aberration in FIG. 3 by the phase correction element, the wavefront aberration caused by the optical disc tilt can be canceled. This phase correction element cancels the wavefront aberration according to the following principle.
[0020]
The phase difference in FIG. 4 is represented by Δn · d, where Δn is the refractive index of the liquid crystal 23 sensed by the transmitted light based on the application of 3 V, and d is the cell spacing. When the voltage applied is 0V, the liquid crystal molecules 28 as shown in FIG. 2 are almost parallel to the substrate surface, n represents approximately equal to the liquid crystal of the extraordinary refractive index n e. When the applied voltage is increased, the liquid crystal molecules are aligned in the vertical direction. However, up to about 6 V, the liquid crystal molecules are not completely aligned vertically, and the inclination of the liquid crystal molecules changes depending on the voltage.
[0021]
Therefore, if the voltage applied to the phase correction element is controlled, the phase difference ΔP shown in Formula 1 can be given according to the alignment direction of the liquid crystal molecules.
ΔP = Δn · d (2π / λ) Equation 1
Here, λ is the wavelength of the light source. The distribution of the wavefront aberration generated by the optical disc tilt is as shown in FIG. 3. The transparent electrode of the phase correction element is patterned as shown in FIG. 5, for example, and the voltage is applied to each partial electrode according to the amount of generated aberration. If a phase shift distribution similar to the wavefront aberration distribution can be formed by applying, wavefront aberration can be canceled.
[0022]
Here, for comparison with the phase correction element in the present invention, an electrode pattern of a conventional phase correction element will be described with reference to FIG.
In the wavefront aberration distribution of FIG. 3, the partial electrodes 51 and 54 have a positive phase amount and the partial electrodes 52 and 55 have a negative phase amount with respect to the partial electrode 33 of FIG. Therefore, if 3V is applied to the partial electrode 53, a voltage of 3V or higher is applied to the partial electrodes 51 and 54, and an appropriate voltage of 3V or lower is applied to the partial electrodes 52 and 55, the wavefront aberration can be reduced. A phase difference distribution corresponding to the distribution can be formed.
[0023]
Here, in the case of the phase correction element having the conventional electrode pattern as shown in FIG. 5, the positional deviation of ΔS occurs between the optical axis of the objective lens and the optical axis of the phase correction element due to tracking control or the like, as shown in FIG. This is equivalent to translating the wavefront aberration distribution by ΔS with respect to the phase correction element. When ΔS is less than ± 0.1 mm, the influence is small because it is smaller than the size of the electrode pattern (diameter 4 mm), but ΔS increases and the aberration improvement effect by the phase correction element decreases.
[0024]
Therefore, in the phase correction element according to the present invention, an electrode pattern is formed so that the phase correction function can be more effectively exhibited even when the objective lens shift occurs.
[0025]
In this method, partial electrodes are arranged corresponding to at least two portions of the electrodes, respectively, in which the value of wavefront aberration caused by optical disc tilt takes an extreme value, that is, a maximum and a minimum. Here, the extreme value is assumed to be in a certain region (size of the partial electrode). The partial electrodes corresponding to the respective extreme values are further divided into three or more microelectrodes so as to correct the deviation between the optical axis of the phase correction element and the optical axis of the objective lens. . The microelectrode is preferably divided in a direction substantially orthogonal to the direction connecting the extreme value and the extreme value in order to correct the deviation.
[0026]
Here, a case will be described in which, for example, two partial electrodes giving extreme values are each divided into, for example, five microelectrodes. 6 shows the voltage distribution applied to the partial electrodes and microelectrodes formed on the phase correction element when there is no objective lens shift, and FIG. 7 shows the voltage distribution when the lens shift occurs in the right direction of FIG. FIG. 8 shows a voltage distribution when a lens shift occurs in the left direction of FIG. The electrode pattern of FIG. 6 is composed of three partial electrodes (62a, 62b, 62c) and ten microelectrodes (60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 61a, 61b, 61c, 61d, 61e). These electrodes are connected to the wiring of the phase correction element control circuit, which is a control voltage generator, so that a voltage can be applied independently. In this example, the diameter of the circle in the region formed by all three partial electrodes and ten microelectrodes is 4 mm.
[0027]
First, the operation of the phase correction element when there is no objective lens shift will be described with reference to FIG. In this case, the voltages V 1 is applied to the microelectrode 60b, 60c, 60d and the partial electrode 62c, microelectrodes 60a, 60e, 61a, the voltage V 2 to 61e and partial electrode 62b is applied, microelectrode 61b, 61c, A voltage V 3 is applied to 61d and the partial electrode 62a.
[0028]
Portion of the microelectrode 60b, 60c, voltages V 1 region of the contour formed by 60d, and microelectrodes 61b, 61c, the contour of the voltage V 3 region formed by 61d, the electrode pattern is a conventional example (FIG. 5) It almost coincides with the outer shape of the electrodes 52 and 54. Therefore, if V 1 , V 2 , and V 3 are applied as V 1 > V 2 > V 3 or V 1 <V 2 <V 3 according to the optical disc tilt angle as described above, the same as the conventional example. Wavefront aberration can be corrected.
[0029]
Next, the operation of the phase correction element when there is an objective lens shift will be described. When the objective lens shift occurs in the right direction in FIG. 6, the distribution of wavefront aberration is shifted to the right with respect to the phase correction element. Therefore, if the above-described microelectrodes 60b, 60c, and 60d regions and the microelectrodes 61b, 61c, and 61d regions, which are regions for performing phase shift, can move following the shift of the distribution of wavefront aberration due to the objective lens shift, Even when a lens shift occurs, the wavefront aberration should be corrected appropriately.
[0030]
Here, for example, when there is no objective lens shift in FIG. 6, the voltage V 1 applied to the region formed by the microelectrodes 60b, 60c, 60d is formed by the hatched portions 70c, 70d, 70e of the horizontal lines in FIG. Application is made to a region (region corresponding to the microelectrodes 60c, 60d, and 60e in FIG. 6). Further, the voltage V 3 applied to the region formed by the microelectrodes 61b, 61c, 61d in the absence of the objective lens shift of FIG. 6 is applied to the region formed by the hatched portions 71c, 71d, 71e of the intersecting line in FIG. (A region corresponding to the microelectrodes 61c, 61d, 61e in FIG. 6).
[0031]
The partial electrodes 72a and 72c apply voltages V 3 and V 1 respectively regardless of the objective lens shift, and apply V 2 to the remaining 72b, 70a, 70b, 71a and 71b. The region formed by the microelectrodes 70c, 70d, and 70e has a contour shape substantially equal to the region formed by the microelectrodes 70b, 70c, and 70d, and the phase generated by the objective lens shift whose center of gravity is 0.3 mm. It is designed to be equal to the amount of movement of the distribution. The objective lens shift amount in the optical head device of this example is 0.4 mm at the maximum, and the wavefront aberration can be appropriately corrected at any lens shift position by designing the center of gravity shift by 0.3 mm.
[0032]
Therefore, when the objective lens shift of a predetermined amount or more is performed by the tracking control unit, the state shown in FIGS. 6 and 7 is switched, so that even if a large objective lens shift occurs, a substantially appropriate wavefront aberration correction can be performed. it can.
On the other hand, even when the left lens shift of FIG. 6 occurs, microelectrodes 80a, as shown in FIG. 8, 80b, voltages V 1 to 82c, microelectrodes 81a, 81b, the voltage V 3 to 82a, microelectrodes 80c it can be carried out 80d, 80e, 81c, 81d, by applying a voltage V 2 to 81e and the partial electrode 82b, a substantially appropriate aberration correction similarly.
[0033]
Therefore, the partial electrode made of a microelectrode has a shape corresponding to the extreme value partial shape of the wavefront aberration, and the position of the center of gravity of the partial electrode made of the microelectrode is the optical axis of the phase correction element and the optical axis of the objective lens. It is preferable that the microelectrode is formed so as to change according to the amount of deviation.
[0034]
FIG. 9 compares the objective lens shift characteristics of wavefront aberration when the optical disk is tilted by 1 ° with an objective lens NA of 0.6 and an optical disk thickness of 0.6 mm, compared with the conventional phase correction element and the phase correction element of the present invention. Showed. As described above, when the electrode pattern corresponding to the objective lens shift amount of 0.3 mm is designed and the objective lens shift of 0.2 mm or more occurs, the partial electrode and the minute electrode to which the voltage is applied are switched. As a result, within the above-mentioned objective lens shift range, the wavefront aberration was reduced as compared with the conventional example, and the signal reading accuracy was improved.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, in the optical head device of the present invention, the wavefront aberration due to the optical disc tilt can be corrected by the phase correction element, and even when the objective lens shift occurs, it is not necessary to mount the phase correction element on the actuator. A wavefront aberration correction characteristic can be obtained.
In addition, since it is not necessary to mount the phase correction element on the actuator, the phase correction element and the actuator can be designed independently, so that the degree of freedom in designing these optical components can be greatly improved.
[0036]
In the above description, correction of wavefront aberration caused by tilting of the optical disc has been described. However, wavefront aberration caused by positional deviation and tilt of the optical components of the optical head device can be corrected by the same correction principle.
For example, by configuring the electrode of the phase correction element and applying an appropriate voltage so as to correct wavefront aberration caused by the tilt of the objective lens generated during assembly (component equivalent to wavefront aberration generated when tilting the optical disk), Even with an optical head device mounted with the objective lens tilted, information can be recorded / reproduced appropriately.
Therefore, in the optical head device of the present invention, the incorporation of the phase correction element eliminates the need for complicated mechanical adjustments of the optical components such as the tilt adjustment of the objective lens, thereby simplifying the assembly process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle configuration diagram showing an example of an optical head device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a phase correction element in the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a wavefront aberration distribution generated by a radial tilt of an optical disc.
FIG. 4 is a graph showing voltage dependence of a phase difference generated by a phase correction element in the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of an electrode pattern of a phase correction element of a conventional example.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a voltage distribution applied to an example of electrodes (partial electrodes, microelectrodes) formed on the phase correction element in the present invention when there is no objective lens shift.
7 is a schematic diagram showing a voltage distribution applied when an objective lens shift occurs in the right direction in the electrode of FIG. 6;
8 is a schematic diagram showing a voltage distribution applied when an objective lens shift occurs in the left direction in the electrode of FIG. 6. FIG.
FIG. 9 is a graph showing the dependency of the objective lens shift on the wavefront aberration of each of the conventional example and the phase correction element according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Semiconductor laser 3: Collimating lens 4: Phase correction element 5: 1/4 wavelength plate 6: Objective lens 8: Optical recording medium 10: Tilt sensor 23: Liquid crystal 24a, 24b: Transparent electrode 27: Electrode extraction portions 51-55 62a, 62b, 62c: partial electrodes 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 61a, 61b, 61c, 61d, 61e: microelectrodes

Claims (2)

光源と、
前記光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に設置されて前記出射光の波面の位相分布を変化させて前記光記録媒体上における波面収差を補正する位相補正素子と、
前記位相補正素子に前記位相分布を変化させるための電圧を供給する制御電圧発生器とを備えた光ヘッド装置であって、
前記位相補正素子は、それぞれ透明電極が形成された一対の透明な基板と前記基板間に挟持された液晶層とを備えており、
前記透明電極の1つ以上はそれぞれ異なる電圧を印加できるように、複数個に分割されて部分電極とされ、光軸を挟んで前記光記録媒体のチルトにより生ずる波面収差の値が極値をとる、前記電極の少なくとも2つの部分にそれぞれ対応して部分電極が配置されており、それぞれの極値に対応した部分電極はさらに、2つの前記極値を結ぶ方向と略直交する方向に分割された5個の微小電極からなり、
前記極値に対応した部分電極を構成する5個の前記微小電極のうち、連続して並ぶ3つの前記微小電極で形成される領域の輪郭形状は、ほぼ等しく、
前記位相補正素子の光軸と前記対物レンズの光軸とのズレ量に応じて、前記微小電極ごとに異なる電圧が印加できるように構成されていることを特徴とする光ヘッド装置。
A light source;
An objective lens for converging a light emitted from the light source onto an optical recording medium,
A phase correction element for correcting the wavefront aberration is installed in the optical path to change the phase distribution of the wave front of the outgoing light on the optical recording medium between the light source and the objective lens,
An optical head apparatus and a control voltage generator for supplying a voltage for changing the phase distribution on the phase correcting element,
The phase correction element includes a pair of transparent substrates each formed with a transparent electrode and a liquid crystal layer sandwiched between the substrates,
One or more of the transparent electrodes are divided into a plurality of partial electrodes so that different voltages can be applied to each other, and the value of the wavefront aberration caused by the tilt of the optical recording medium across the optical axis takes an extreme value. The partial electrodes are arranged corresponding to at least two portions of the electrodes, respectively, and the partial electrodes corresponding to the extreme values are further divided in a direction substantially perpendicular to the direction connecting the two extreme values. It consists of 5 microelectrodes,
Of the five microelectrodes constituting the partial electrode corresponding to the extreme value, the contour shape of the region formed by the three microelectrodes arranged in succession is substantially equal,
An optical head device configured to be able to apply a different voltage to each of the microelectrodes according to a deviation amount between an optical axis of the phase correction element and an optical axis of the objective lens.
前記透明電極は、ITOからなる請求項1に記載の光ヘッド装置。The optical head device according to claim 1, wherein the transparent electrode is made of ITO .
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