(57)【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、
電圧の印加により入射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、前記少なくとも１の電極層及び前記液晶素子に挟まれた絶縁層は、前記複数の分割電極への前記入射光の位相差を打ち消す電圧の印加時において、前記液晶素子の前記間隙部に対向する部分に前記間隙部における前記位相差に対応す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３】
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。
【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（numerical 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ＤＶＤ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、ａ２、ａ３同士が電気的に分離されると共に、透明電極ｂ１、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、ａ２、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ＳＰ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、電圧の印加により入射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、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絶縁層は、前記複数の分割電極への前記入射光の位相差を打ち消す電圧の印加時において、前記液晶素子の前記間隙部に対向する部分に前記間隙部における前記位相差に対応す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Ｈ１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ＡＲ１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〜ＡＲｉ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〜Ｅｋ）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〜ＥＷｋ）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５μｍ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５μｍ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（ＴＨｉ）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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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